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JP2004232681A - Gas dynamic pressure bearing device, motor equipped with it, and information apparatus equipped with the motor - Google Patents

Gas dynamic pressure bearing device, motor equipped with it, and information apparatus equipped with the motor Download PDF

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JP2004232681A
JP2004232681A JP2003019674A JP2003019674A JP2004232681A JP 2004232681 A JP2004232681 A JP 2004232681A JP 2003019674 A JP2003019674 A JP 2003019674A JP 2003019674 A JP2003019674 A JP 2003019674A JP 2004232681 A JP2004232681 A JP 2004232681A
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JP
Japan
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sleeve
dynamic pressure
hub
shaft
motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2003019674A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Okayama
佳樹 岡山
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Nidec Corp
Original Assignee
Nidec Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas dynamic pressure bearing device and a motor equipped with it capable of widening the selectability of the material of the stationary side and the rotary side and reducing the change in the size of the gap generated by a temperature change. <P>SOLUTION: The gas dynamic pressure bearing device is equipped with shafts 22 and 23, a sleeve 32 whose inside surface confronts the outside surface of the shaft 23 through a micro-gap 32b to work as a gas dynamic pressure bearing, and a hub 31 approximately in a cylindrical shape fitted on the sleeve 32 while a surface pressure is applied and is structured so that dynamic pressure generating grooves 23a and 23b are formed at least at either of the outside surface of the shaft 23 and the inside surface of the sleeve 32, wherein the condition α<SB>1</SB><α<SB>0</SB><α<SB>2</SB>should be met, where α<SB>0</SB>, α<SB>1</SB>, and α<SB>2</SB>are the coefficients of linear expansion of the shaft 23, the sleeve 32, and the hub 31. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気体動圧軸受け装置及びこれを備えたモータ並びにそのモータを備えた情報機器に属し、ハードディスク、DVDなどの磁気ディスクを回転させるモータやこれを搭載したディスク装置並びにレーザープリンタに好適に利用されうる。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開平10−89345号公報
【特許文献2】特開平11−159524号公報
【特許文献3】特開2001−33725号公報
高速で高精度回転が要求されるモータとして、例えばハードディスクのような磁気ディスクを回転させるモータがある。この磁気ディスクを回転させるモータの軸受け手段として、安定した回転運動が得られる流体動圧軸受け装置が普及し始めている。これは、一般的に、円柱状のシャフトの一端又は両端に円板状のスラスト板を配置してなる第1の部材と、シャフトの外周面及びスラスト板の平面に各々ラジアル間隙及びスラスト間隙を介して対向して配置してなる円筒状のスリーブ等の第2の部材とからなり、それら間隙を形成する面(軸受面という)にヘリングボーン状やスパイラル状の動圧発生用溝が形成され、それら間隙には空気や油などの潤滑流体が介在したものである。そして、第1及び第2の部材の何れか一方が他方に対して相対的に回転すると、上記潤滑流体が動圧発生用溝のポンプ作用でラジアル間隙とスラスト間隙のそれぞれにおいて流体圧力を増し、それとともに第1及び第2の部材の回転側が静止側に対して浮上し、回転中に両者の非接触状態が保たれる。
【0003】
潤滑流体に気体が使用される気体動圧軸受け装置は、潤滑流体に油などが使用される液体動圧軸受け装置のように潤滑流体の漏洩の問題がないといった利点を活かして適用されるが、温度変化に伴う静止側と回転側との熱膨張差によって上記の間隙の大きさが変化すると、所望の流体圧力が過大に或いは過小になるなどして回転に支障を生じる可能性がある。そこで、この変化を未然に防止するために、種々の提案がなされている。その一つは、スリーブに使用される材料として銅合金、シャフトに使用される材料としてオーステナイト系ステンレスを選択することにより両者の熱膨張係数をほぼ一致させるというものである(特許文献1)。他の一つは、スラスト間隙を形成する軸受面の一方の材料がステンレス等の金属である場合に、他方の材料をジルコニア等のセラミックスで形成することにより両者の熱膨張係数をほぼ一致させると同時に相手材の摩耗量を減らすというものである(特許文献2)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いずれの従来技術も静止側と回転側とで熱膨張係数をほぼ一致させるという制約の範囲で選択された材料であることから、加工性、価格、潤滑性などの他の観点からすると、必ずしも適切な組み合わせではない。
それ故、この発明の課題は、静止側と回転側の材料の選択肢を拡げるとともに、温度変化による間隙の大きさの変化を低減させることもできる気体動圧軸受け装置及びこれを備えたモータ並びに情報機器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するために、この発明の気体動圧軸受け装置は、
シャフトと、気体動圧軸受けとなる微小間隙を介して内周面がシャフトの外周面と対向するスリーブと、スリーブの外側に面圧が作用して嵌合されたほぼ円筒状のハブとを備え、シャフトの外周面及びスリーブの内周面の少なくとも一方に動圧発生用の溝が形成されている気体動圧軸受け装置(以下、軸受け装置という。)において、
シャフト、スリーブ及びハブの線膨張係数をそれぞれα、α及びαとするとき、α<α<αの関係にあることを特徴とする。
【0006】
この発明の軸受け装置では、常温(20℃)時、スリーブはハブと嵌合することにより内径側に圧縮され固定される。温度が上昇するとα<αの関係からシャフトとスリーブとのラジアル間隙が狭くなろうとする(この間隙変化量をAとする)。しかし、α<αの関係からスリーブ/ハブ間の締め代が小さくなり、それによってスリーブ/ハブ間の面圧が緩和されてスリーブが膨張しようとする(この膨張量をBとする)。その結果、膨張量Bが間隙変化量Aを吸収し、実際のラジアル間隙の変化を低減あるいは抑制する。しかも上記の不等式を充足するだけで足りるから、加工性、価格、潤滑性などの点で最適の材料を各部材に適用することができる。
【0007】
前記スリーブとハブとの締め代をδ、嵌合半径をR、最高使用温度と20℃との差をΔTとするとき、下記の関係式(1)を充足し、
スリーブの肉厚をt、ハブの肉厚をtとするとき、下記の関係式(2)を充足すると好ましい。
2RΔT(α−α)≦δ・・・(1)
/t≧0.25・・・(2)
【0008】
関係式(1)を充足することにより、当該軸受け装置の使用温度範囲においてスリーブが膨張したとしても締め代が確保されるからである。一方、このように締め代が確保されてもハブの肉厚がスリーブに比べて薄すぎると、焼きばめ、圧入等の嵌合時にハブのみが膨張する方向に変形し、スリーブに所定の面圧がかからなくなる。そこで、関係式(2)を充足するように設定する。これにより、関係式(1)を充足する締め代でスリーブとハブを嵌合したときに両者の間に所定の面圧がかかる。その結果、上記のようにラジアル間隙の変化を低減しつつ、嵌合部の緩みが防止される。
【0009】
そして、以上の条件を充足する材料にてシャフト、スリーブ及びハブを構成した際のラジアル間隙の変化量は、以下の計算式にて求めることができる。
先ず、シャフトの外半径、スリーブの内半径、スリーブとハブとの嵌合半径及びハブの外半径を各々順にR、R、R及びRとし、スリーブ材及びハブ材の縦弾性係数を各々E及びEとし、スリーブ材及びハブ材のポアソン比を各々ν及びνとする。ハブ・スリーブ間の圧入又は焼きばめにより締結面に生じる面圧Pmは、常温において下記式(3)
【数1】

Figure 2004232681
で表すことができる。
【0010】
Pmによって、スリーブ内径は下記式(4)で表されるuだけ収縮する。
【数2】
Figure 2004232681
したがって、常温におけるラジアル隙間Crは
Cr=R−R−u・・・(5)
となる。
【0011】
次に温度がΔTだけ上昇したとすると、面圧Pm及びスリーブ内径の収縮量は下記式(6)及び(8)となる。
【数3】
Figure 2004232681
【数4】
Figure 2004232681
【数5】
Figure 2004232681
【0012】
また、温度上昇後のラジアル間隙Cr’は
Cr’=R’−R’−u’
=(Rα−Rα)ΔT−u’・・・(9)
となる。従って、ラジアル間隙の変化量は、
【数6】
Figure 2004232681
で求められる。但し、u’は、式(6)及び式(8)に式群(7)の各式を代入して定まる値である。
【0013】
この発明の軸受け装置は上記の作用を生じることから、この軸受け装置と、前記シャフトを固定するブラケットと、ブラケットに取り付けられたステータと、ステータと対向するようにハブに取り付けられたマグネットとを備えたモータは、安定して動作する。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図1は、実施形態に係るハードディスク装置(情報機器に相当)を模式的に示す回転中心軸方向(以下、軸方向という。)断面図である。ハードディスク装置10は、内部が清浄に保たれたハウジング11と、ハウジング11内に設置された動圧軸受けモータ(以下、単にモータという。)1及びアクチュエータ12を備えている。モータ1には複数枚(図示では4枚)の磁気ディスク6が軸方向に搭載されている。磁気ディスク6はモータ1の駆動によって所定方向に回転する。他方、アクチュエータ12には、磁気ディスク6に対して磁気ヘッド13を有するアーム14が径方向に延びるように取り付けられている。磁気ヘッド13は、この装置の非使用時はアーム14とともに磁気ディスク6から離れた位置に退避しており、モータ1の駆動とともにアクチュエータ12の作動によって旋回し、磁気ディスク6に接近して情報を読み書きする。
【0015】
図2は、そのハードディスク装置10に用いられているモータ1を示す軸方向断面図である。但し、破断線X−Xを境として一部は正面図で示す。モータ1は、ハウジング11の内面に固定された静止部材2と、後述の気体動圧軸受けを介して静止部材2に対して回転可能に支持されている回転部材3と、ステータ4と、マグネット5とを備えている。
【0016】
静止部材2は、凹部を有するほぼ円盤状のブラケット21、インナーシャフト22、アウターシャフト23、上スラスト板24及び下スラスト板25から主になる。ブラケット21の中央には図略の貫通孔が形成され、その孔の周縁が肉厚となってボス21aを形成している。また、ブラケット21は、周縁に肉厚の壁21bを有し、その壁21bの内面にステータ4が取り付けられている。ステータ4のコイルは、ブラケット21の所定部に設けられたフレキシブル回路基板(図示省略)を通じて外部電源から電流が供給される。インナーシャフト22は、円柱状で、下端が上記貫通孔に嵌合されてボス21aによって支持されている。アウターシャフト23は、円筒状で、ボス21aより露出したインナーシャフト22の外周に嵌合されている。下スラスト板25は、アウターシャフト23よりも径方向に張り出しており、アウターシャフト23の下端面とボス21aとで挟持するようにインナーシャフト22に嵌合されている。上スラスト板24もアウターシャフト23よりも径方向に張り出しており、アウターシャフト23の上端面に接してインナーシャフト22に嵌合されている。
【0017】
回転部材3は、貫通孔31bを有する以外は上端が閉じたほぼ円筒状のハブ31、ハブ31の内周面に焼きばめされた円筒状のスリーブ32、クランパ33a及び複数(図示では4個)のスペーサ33からなる。スリーブ32は、その上下端面が微小間隙(以下、スラスト間隙という。)32a,32cを介して上下のスラスト板24,25と対向するように挟まれるとともに、その内周面が微小間隙(以下、ラジアル間隙という。)32bを介してアウターシャフト23の外周面と対向している。ハブ31は、スリーブ32の上下に露出する内周面にて上下のスラスト板24,25及びボス21aを包囲し、下端付近の外周面に鍔31aを有し、その鍔31aより下の外周面にてマグネット5を保持している。ハブ31は、鍔31aより上位において一様な外径を有する。上記インナーシャフト22の上端付近は、貫通孔31bを通ってハブ31の外部に露出している。マグネット5はステータ4と対向している。スペーサ33は、ハブ31の鍔31aより上位の外周面に各々張り出して磁気ディスク6同士の軸方向間隔を定めるものである。クランパ33aは、ハブ31に対して複数(図示では4枚)の磁気ディスク6およびスペーサ33を固定するための固定手段である。
【0018】
上スラスト板24の下面及び下スラスト板25の上面には、各々内側から外側に向かって湾曲した円弧状で深さ数μmの多数の溝24a,25aが周方向に同一間隔をあけて形成されている。これらの溝24a,25aは、回転部材3の回転時にスラスト間隙32aに存在する空気を内側に向かって送るポンプ作用を生じ、それによってスラスト間隙32a,32cの動圧を発生させ、静止部材2と回転部材3との軸方向における非接触状態を保つ。また、アウターシャフト23の外周面の上半分及び下半分には、各々「く」の字状で深さ数μmの多数の溝23a,23bが周方向に同一間隔をあけて形成されている。これらの溝23a,23bは、回転部材3の回転時にラジアル間隙32bに存在する空気を各溝の折り返し点に向かって送るポンプ作用を生じ、それによってラジアル間隙32bの動圧を発生させ、静止部材2と回転部材3との径方向における非接触状態を保つ。こうしてスラスト間隙32a,32c及びラジアル間隙32bを構成する部位が、動圧気体軸受けとして機能する。
【0019】
次にモータ1の動作について説明する。
ステータ4のコイルに給電すると、ステータ4とマグネット5との間で磁力が発生し、この磁力によりハブ31がスリーブ32とともに回転し始める。すると上記の通りスラスト間隙32a,32c及びラジアル間隙32bに動圧が発生し、回転部材3が静止部材2に対して非接触状態を保って回転し続ける。
【0020】
静止部材2及び回転部材3は、回転部材3の回転に伴い、給電によるコイルからの発熱、あるいは環境温度の上昇によって、各部材の熱膨張係数に応じて膨張しようとする。この実施形態では、アウターシャフト23が熱膨張係数α=6.2×10−6/℃のAl−TiC系セラミックからなる。スリーブ32及びハブ31は各々熱膨張係数α1=5.1×10−6/℃のAl及び熱膨張係数α=10.1×10−6/℃のフェライト系ステンレス鋼からなる。そして、スリーブ32と対向する部分におけるアウターシャフト23の外径2Rを9.994mm、スリーブ32の内径2Rを10mm、スリーブ32とハブ31との嵌合径2Rを17.5mm、鍔31aより上位におけるハブ31の外径2Rを20mmとし、ハブ31とスリーブ32との嵌合部の締め代δを10μmと設定した。この仕様で温度20℃の状態と80℃の状態のラジアル間隙の径方向変化量を上記式(10)に従って求めると、0.02μm以下であった。また、上記式(1)の左辺の値を求めると5.25μmとなり、ハブ31の肉厚tとスリーブ32の肉厚tの比t/t=0.33となり、上記式(1)及び(2)を充足するとともに、嵌合部に必要な面圧がかかっていた。
【0021】
比較のために、スリーブ32の材料をアウターシャフト23と同一にすると、ラジアル間隙の径方向変化量は、0.3μmとなった。
尚、上記の各寸法及び物性は一例であって、この発明はこれらに限定されるものではない。
【0022】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、軸受面近傍の部材の熱膨張係数を所定の不等関係に設定するだけで、ラジアル間隙の変化量を低減するとともに、スリーブとハブとの嵌合部の面圧を確保することができるから、部材の選択肢を拡げることができる。このため、気体動圧軸受け装置を適用する種々の機器に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係るハードディスク装置を模式的に示す回転中心軸方向断面図である。
【図2】上記ハードディスク装置に用いられているモータを示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
1 モータ
2 静止部材
3 回転部材
4 ステータ
5 マグネット
6 磁気ディスク
22 インナーシャフト
23 アウターシャフト
31 ハブ
32 スリーブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to a gas dynamic pressure bearing device, a motor including the same, and an information device including the motor, and is suitably applied to a motor for rotating a magnetic disk such as a hard disk or a DVD, a disk device including the same, and a laser printer. Can be used.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-89345 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-159524 [Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-33725 As a motor requiring high-speed and high-precision rotation, for example, a hard disk There is a motor for rotating a magnetic disk as described above. As a bearing means of a motor for rotating this magnetic disk, a fluid dynamic pressure bearing device capable of obtaining a stable rotational motion has begun to spread. In general, a radial gap and a thrust gap are formed on a first member in which a disc-shaped thrust plate is disposed at one end or both ends of a cylindrical shaft, and on the outer peripheral surface of the shaft and a plane of the thrust plate, respectively. And a second member, such as a cylindrical sleeve, which is disposed to face through the gap, and a herringbone-shaped or spiral-shaped groove for generating dynamic pressure is formed on a surface (referred to as a bearing surface) forming the gap therebetween. In these gaps, a lubricating fluid such as air or oil is interposed. When one of the first and second members rotates relative to the other, the lubricating fluid increases the fluid pressure in each of the radial gap and the thrust gap by the pumping action of the hydrodynamic groove, At the same time, the rotating sides of the first and second members float with respect to the stationary side, and the non-contact state between them is maintained during rotation.
[0003]
The gas dynamic pressure bearing device in which gas is used for the lubricating fluid is applied taking advantage of the advantage that there is no problem of leakage of the lubricating fluid unlike the liquid dynamic pressure bearing device in which oil or the like is used for the lubricating fluid, If the size of the gap changes due to a difference in thermal expansion between the stationary side and the rotating side due to a temperature change, there is a possibility that a desired fluid pressure becomes too large or too small and rotation is hindered. Therefore, various proposals have been made to prevent this change. One of them is that a copper alloy is selected as a material used for a sleeve and an austenitic stainless steel is selected as a material used for a shaft so that the thermal expansion coefficients of the two are almost the same (Patent Document 1). The other is that when one material of the bearing surface forming the thrust gap is a metal such as stainless steel, the other material is formed of ceramics such as zirconia so that the thermal expansion coefficients of the two substantially match. At the same time, the amount of wear of the mating material is reduced (Patent Document 2).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since each of the prior arts is a material selected within a constraint that the thermal expansion coefficients on the stationary side and the rotating side are almost the same, from other viewpoints such as workability, price, and lubricity, Not necessarily the right combination.
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a gas dynamic pressure bearing device capable of expanding a choice of materials on a stationary side and a rotating side and reducing a change in a size of a gap due to a temperature change, a motor including the same, and information. To provide equipment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem, the gas dynamic pressure bearing device of the present invention is:
A shaft, a sleeve having an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the shaft via a minute gap serving as a gas dynamic pressure bearing, and a substantially cylindrical hub fitted to the outside of the sleeve by applying a surface pressure. In a gas dynamic pressure bearing device (hereinafter referred to as a bearing device) in which a groove for generating dynamic pressure is formed on at least one of an outer peripheral surface of a shaft and an inner peripheral surface of a sleeve,
When the linear expansion coefficients of the shaft, sleeve, and hub are α 0 , α 1, and α 2 , respectively, the relationship is α 102 .
[0006]
In the bearing device of the present invention, at normal temperature (20 ° C.), the sleeve is compressed and fixed to the inner diameter side by fitting with the hub. When the temperature rises, the radial gap between the shaft and the sleeve tends to be narrowed from the relationship α 10 (this gap change amount is assumed to be A). However, the interference between the sleeve and the hub is reduced due to the relationship of α 12 , whereby the surface pressure between the sleeve and the hub is reduced, and the sleeve tends to expand (this expansion amount is B). As a result, the expansion amount B absorbs the gap change amount A, and reduces or suppresses the actual change in the radial gap. Moreover, since it is sufficient to satisfy the above inequality, it is possible to apply the most suitable material to each member in terms of workability, cost, lubricity and the like.
[0007]
When the interference between the sleeve and the hub is δ, the fitting radius is R 2 , and the difference between the maximum operating temperature and 20 ° C. is ΔT, the following relational expression (1) is satisfied:
When the thickness of the sleeve is t 1 and the thickness of the hub is t 2 , it is preferable that the following relational expression (2) is satisfied.
2R 2 ΔT (α 2 −α 1 ) ≦ δ (1)
t 2 / t 1 ≧ 0.25 ··· (2)
[0008]
By satisfying the relational expression (1), the interference is secured even if the sleeve expands in the operating temperature range of the bearing device. On the other hand, if the thickness of the hub is too thin compared to the sleeve even when the interference is secured in this way, only the hub is deformed in a direction in which only the hub expands at the time of fitting such as shrink fit or press fitting, and a predetermined surface is formed on the sleeve. No pressure is applied. Therefore, the setting is made so as to satisfy the relational expression (2). Thus, when the sleeve and the hub are fitted with the interference that satisfies the relational expression (1), a predetermined surface pressure is applied between the sleeve and the hub. As a result, loosening of the fitting portion is prevented while reducing the change in the radial gap as described above.
[0009]
The amount of change in the radial gap when the shaft, sleeve, and hub are made of a material that satisfies the above conditions can be obtained by the following formula.
First, the outer radius of the shaft, the inner radius of the sleeve, the fitting radius of the sleeve and the hub, and the outer radius of the hub are R 0 , R 1 , R 2, and R 3 , respectively, and the longitudinal elastic modulus of the sleeve material and the hub material. each and E 1 and E 2, and each [nu 1 and [nu 2 Poisson's ratio of the sleeve member and the hub member. The surface pressure Pm generated on the fastening surface by press fitting or shrink fitting between the hub and the sleeve is expressed by the following equation (3) at normal temperature.
(Equation 1)
Figure 2004232681
Can be represented by
[0010]
By Pm, the inner diameter of the sleeve contracts by u represented by the following equation (4).
(Equation 2)
Figure 2004232681
Therefore, the radial gap Cr at normal temperature is Cr = R 1 −R 0 −u (5)
It becomes.
[0011]
Next, assuming that the temperature rises by ΔT, the surface pressure Pm and the contraction amount of the sleeve inner diameter are represented by the following equations (6) and (8).
[Equation 3]
Figure 2004232681
(Equation 4)
Figure 2004232681
(Equation 5)
Figure 2004232681
[0012]
Also, the radial gap Cr after temperature rise 'is Cr' = R 1 '-R 0 ' -u '
= (R 1 α 1 -R 0 α 0 ) ΔT-u ′ (9)
It becomes. Therefore, the amount of change in the radial gap is
(Equation 6)
Figure 2004232681
Is required. Here, u ′ is a value determined by substituting each of the equations (7) into the equations (6) and (8).
[0013]
Since the bearing device according to the present invention produces the above-described effects, the bearing device includes the bearing device, a bracket for fixing the shaft, a stator attached to the bracket, and a magnet attached to the hub so as to face the stator. The motor operates stably.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a hard disk device (corresponding to an information device) according to an embodiment in a rotation center axis direction (hereinafter, referred to as an axial direction). The hard disk device 10 includes a housing 11 whose inside is kept clean, a dynamic pressure bearing motor (hereinafter simply referred to as a motor) 1 and an actuator 12 installed in the housing 11. A plurality of (four in the figure) magnetic disks 6 are mounted on the motor 1 in the axial direction. The magnetic disk 6 is rotated in a predetermined direction by driving the motor 1. On the other hand, an arm 14 having a magnetic head 13 with respect to the magnetic disk 6 is attached to the actuator 12 so as to extend in the radial direction. When the apparatus is not used, the magnetic head 13 is retracted to a position away from the magnetic disk 6 together with the arm 14. The magnetic head 13 is turned by the operation of the actuator 12 when the motor 1 is driven, and approaches the magnetic disk 6 to read information. Read and write.
[0015]
FIG. 2 is an axial sectional view showing the motor 1 used in the hard disk device 10. However, a part is shown in a front view with respect to a break line XX. The motor 1 includes a stationary member 2 fixed to the inner surface of the housing 11, a rotating member 3 rotatably supported by the stationary member 2 via a gas dynamic pressure bearing described later, a stator 4, and a magnet 5 And
[0016]
The stationary member 2 mainly includes a substantially disk-shaped bracket 21 having a concave portion, an inner shaft 22, an outer shaft 23, an upper thrust plate 24, and a lower thrust plate 25. An unillustrated through-hole is formed at the center of the bracket 21, and the periphery of the hole is thick to form a boss 21 a. The bracket 21 has a thick wall 21b on the periphery, and the stator 4 is mounted on the inner surface of the wall 21b. An electric current is supplied to the coil of the stator 4 from an external power supply through a flexible circuit board (not shown) provided at a predetermined portion of the bracket 21. The inner shaft 22 has a columnar shape, and has a lower end fitted in the through hole and supported by the boss 21a. The outer shaft 23 has a cylindrical shape and is fitted on the outer periphery of the inner shaft 22 exposed from the boss 21a. The lower thrust plate 25 projects more radially than the outer shaft 23 and is fitted to the inner shaft 22 so as to be sandwiched between the lower end surface of the outer shaft 23 and the boss 21a. The upper thrust plate 24 also projects more radially than the outer shaft 23, and is fitted on the inner shaft 22 in contact with the upper end surface of the outer shaft 23.
[0017]
The rotating member 3 includes a substantially cylindrical hub 31 whose upper end is closed except for having the through hole 31b, a cylindrical sleeve 32 shrink-fitted on the inner peripheral surface of the hub 31, a clamper 33a, and a plurality (four in the figure). ) Spacers 33). The upper and lower end surfaces of the sleeve 32 are sandwiched between the upper and lower thrust plates 24 and 25 via minute gaps (hereinafter referred to as thrust gaps) 32a and 32c. It is opposed to the outer peripheral surface of the outer shaft 23 via a radial gap 32b. The hub 31 surrounds the upper and lower thrust plates 24, 25 and the boss 21a on the inner peripheral surface exposed above and below the sleeve 32, has a flange 31a on the outer peripheral surface near the lower end, and has an outer peripheral surface below the flange 31a. Holds the magnet 5. The hub 31 has a uniform outer diameter above the flange 31a. The vicinity of the upper end of the inner shaft 22 is exposed to the outside of the hub 31 through the through hole 31b. The magnet 5 faces the stator 4. The spacers 33 protrude from the outer peripheral surface of the hub 31 above the flange 31a to determine the axial distance between the magnetic disks 6. The clamper 33a is fixing means for fixing a plurality (four in the drawing) of the magnetic disks 6 and the spacers 33 to the hub 31.
[0018]
On the lower surface of the upper thrust plate 24 and the upper surface of the lower thrust plate 25, a large number of grooves 24a and 25a each having a depth of several μm and having an arc shape curved from inside to outside are formed at equal intervals in the circumferential direction. ing. These grooves 24a, 25a generate a pumping action for sending air existing in the thrust gap 32a inward when the rotating member 3 rotates, thereby generating dynamic pressure in the thrust gaps 32a, 32c, and A non-contact state in the axial direction with the rotating member 3 is maintained. In the upper half and the lower half of the outer peripheral surface of the outer shaft 23, a large number of grooves 23a and 23b each having a U shape and a depth of several μm are formed at equal intervals in the circumferential direction. These grooves 23a and 23b generate a pumping action for sending air existing in the radial gap 32b toward the turning point of each groove when the rotating member 3 rotates, thereby generating a dynamic pressure in the radial gap 32b, and A non-contact state in the radial direction between the rotating member 2 and the rotating member 3 is maintained. In this way, the parts constituting the thrust gaps 32a and 32c and the radial gap 32b function as dynamic pressure gas bearings.
[0019]
Next, the operation of the motor 1 will be described.
When power is supplied to the coil of the stator 4, a magnetic force is generated between the stator 4 and the magnet 5, and the hub 31 starts rotating together with the sleeve 32 due to the magnetic force. Then, as described above, dynamic pressure is generated in the thrust gaps 32a and 32c and the radial gap 32b, and the rotating member 3 keeps rotating while keeping the non-contact state with the stationary member 2.
[0020]
The stationary member 2 and the rotating member 3 tend to expand in accordance with the thermal expansion coefficient of each member due to the heat generated from the coil by the power supply or the rise in the environmental temperature with the rotation of the rotating member 3. In this embodiment, the outer shaft 23 is made of an Al 2 O 3 —TiC-based ceramic having a thermal expansion coefficient α 0 = 6.2 × 10 −6 / ° C. The sleeve 32 and the hub 31 are made of Al 2 O 3 having a thermal expansion coefficient α1 = 5.1 × 10 −6 / ° C. and a ferritic stainless steel having a thermal expansion coefficient α 2 = 10.1 × 10 −6 / ° C., respectively. Then, 9.994Mm the outer diameter 2R 0 of the outer shaft 23 at a portion facing the sleeve 32, 10 mm inner diameter 2R 1 of the sleeve 32, 17.5 mm the fitting diameter 2R 2 of the sleeve 32 and the hub 31, the flange 31a the outer diameter 2R 3 of the hub 31 in a higher and 20 mm, setting the interference δ of the fitting portion between the hub 31 and the sleeve 32 and 10 [mu] m. When the radial change amount of the radial gap at the temperature of 20 ° C. and the temperature of 80 ° C. was determined according to the above equation (10), it was 0.02 μm or less. Also, the value on the left side of the above equation (1) is 5.25 μm, and the ratio t 2 / t 1 of the thickness t 2 of the hub 31 to the thickness t 1 of the sleeve 32 is 0.32 / 0.33. In addition to satisfying 1) and (2), necessary surface pressure was applied to the fitting portion.
[0021]
For comparison, when the material of the sleeve 32 was the same as that of the outer shaft 23, the radial change amount of the radial gap was 0.3 μm.
The above dimensions and physical properties are merely examples, and the present invention is not limited to these.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by merely setting the thermal expansion coefficients of the members near the bearing surface to a predetermined unequal relationship, the amount of change in the radial gap can be reduced, and the fitting portion between the sleeve and the hub can be reduced. Since the surface pressure can be ensured, the choice of members can be expanded. Therefore, it is useful for various devices to which the gas dynamic pressure bearing device is applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view in the direction of a rotation center axis schematically showing a hard disk device according to an embodiment.
FIG. 2 is an axial sectional view showing a motor used in the hard disk device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 motor 2 stationary member 3 rotating member 4 stator 5 magnet 6 magnetic disk 22 inner shaft 23 outer shaft 31 hub 32 sleeve

Claims (4)

シャフトと、気体動圧軸受けとなる微小間隙を介して内周面がシャフトの外周面と対向するスリーブと、スリーブの外側に面圧が作用して嵌合されたほぼ円筒状のハブとを備え、シャフトの外周面及びスリーブの内周面の少なくとも一方に動圧発生用の溝が形成されている気体動圧軸受け装置において、
シャフト、スリーブ及びハブの線膨張係数をそれぞれα、α及びαとするとき、α<α<αの関係にあることを特徴とする気体動圧軸受け装置。
A shaft, a sleeve having an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the shaft via a minute gap serving as a gas dynamic pressure bearing, and a substantially cylindrical hub fitted to the outside of the sleeve by applying a surface pressure. In a gas dynamic pressure bearing device in which a groove for generating dynamic pressure is formed on at least one of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve,
When the linear expansion coefficients of the shaft, the sleeve, and the hub are α 0 , α 1, and α 2 , respectively, the relationship of α 102 is satisfied.
前記スリーブとハブとの締め代をδ、嵌合半径をR、最高使用温度と20℃との差をΔTとするとき、下記の関係式(1)を充足し、
スリーブの肉厚をt、ハブの肉厚をtとするとき、下記の関係式(2)を充足する請求項1に記載の気体動圧軸受け装置。
2RΔT(α−α)≦δ・・・(1)
/t≧0.25・・・(2)
When the interference between the sleeve and the hub is δ, the fitting radius is R 2 , and the difference between the maximum operating temperature and 20 ° C. is ΔT, the following relational expression (1) is satisfied:
T 1 the thickness of the sleeve, when the thickness of the hub and t 2, the gas dynamic pressure bearing device according to claim 1, satisfying the following relational expression (2).
2R 2 ΔT (α 2 −α 1 ) ≦ δ (1)
t 2 / t 1 ≧ 0.25 ··· (2)
請求項1又は2に記載の気体動圧軸受け装置と、前記シャフトを固定するブラケットと、ブラケットに取り付けられたステータと、ステータと対向するようにハブに取り付けられたマグネットとを備えたモータ。A motor comprising: the gas dynamic pressure bearing device according to claim 1 or 2; a bracket for fixing the shaft; a stator mounted on the bracket; and a magnet mounted on a hub so as to face the stator. 請求項3に記載のモータを備えた情報機器。An information device comprising the motor according to claim 3.
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WO2022186116A1 (en) * 2021-03-01 2022-09-09 日本電産コパル電子株式会社 Fluid dynamic pressure bearing

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