(57)【要約】流体動圧軸受組立体が説明されている。一実施例では、組立体は内側部材を含む。組立体は、回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された外側部材をさらに含む。組立体はまた、内側部材と外側部材の間に配置された軌道輪も含む。軌道輪は、回転軸線の周りを第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成される。
2006501795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体動圧軸受モータ組立体であって、
内側部材と、
回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された外側部材と、
前記内側部材と前記外側部材の間に配置された軌道輪であって、前記回転軸線の周りを前記第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成された軌道輪と
を有する流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項２】
前記内側部材と前記軌道輪の間に配置されて第１の軸受領域を画定する第１の流体動圧軸受、および前記軌道輪と前記外側部材の間に配置されて第２の軸受領域を画定する第２の流体動圧軸受をさらに有する請求項１に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項３】
前記第１の流体動圧軸受および前記第２の流体動圧軸受は、前記第１の軸受領域および前記第２の軸受領域内で正圧が維持されるように構成されている請求項２に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項４】
前記軌道輪が四角形の断面を有するように構成される請求項１に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項５】
流体動圧軸受モータ組立体であって、
内側部材と、
回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された外側部材と、
前記内側部材と前記外側部材の間に配置された軌道輪であって、再循環チャネルを有し、前記回転軸線の周りを前記第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成された軌道輪と
を有する流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項６】
前記内側部材と前記軌道輪の間に配置されて第１の軸受領域を画定する第１の流体動圧軸受、および前記軌道輪と前記外側部材の間に配置されて第２の軸受領域を画定する第２の流体動圧軸受をさらに有する請求項５に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項７】
前記第１の流体動圧軸受および前記第２の流体動圧軸受は、前記第１の軸受領域および前記第２の軸受領域内で正圧が維持されるように構成されている請求項６に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項８】
前記再循環チャネルは、前記第１の流体動圧軸受および前記第２の流体動圧軸受によって生じた軸受流体の流れを受け入れるように、また前記第１の軸受領域および前記第２の軸受領域内の圧力を制御するように構成されている請求項６に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項９】
前記軌道輪が四角形の断面を有するように構成される請求項５に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１０】
流体動圧軸受モータ組立体であって、
回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された内側部材と、
外側部材と、
前記内側部材と前記外側部材の間に配置された軌道輪であって、前記回転軸線の周りを前記第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成された軌道輪と
を有する流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１１】
前記内側部材と前記軌道輪の間に配置されて第１の軸受領域を画定する第１の流体動圧軸受、および前記軌道輪と前記外側部材の間に配置されて第２の軸受領域を画定する第２の流体動圧軸受をさらに有する請求項１０に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１２】
前記第１の流体動圧軸受および前記第２の流体動圧軸受は、前記第１の軸受領域および前記第２の軸受領域内で正圧が維持されるように構成されている請求項１１に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１３】
前記軌道輪が四角形の断面を有するように構成される請求項１０に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１４】
流体動圧軸受モータ組立体であって、
回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された内側部材と、
外側部材と、
前記内側部材と前記外側部材の間に配置された軌道輪であって、再循環チャネルを有し、前記回転軸線の周りを前記第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成された軌道輪と
を有する流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１５】
前記内側部材と前記軌道輪の間に配置されて第１の軸受領域を画定する第１の流体動圧軸受、および前記軌道輪と前記外側部材の間に配置されて第２の軸受領域を画定する第２の流体動圧軸受をさらに有する請求項１４に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１６】
前記第１の流体動圧軸受および前記第２の流体動圧軸受は、前記第１の軸受領域および前記第２の軸受領域内で正圧が維持されるように構成されている請求項１５に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１７】
前記再循環チャネルは、前記第１の流体動圧軸受および前記第２の流体動圧軸受によって生じた軸受流体の流れを受け入れるように、また前記第１の軸受領域および前記第２の軸受領域内の圧力を制御するように構成されている請求項１５に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１８】
前記軌道輪が四角形の断面を有するように構成される請求項１４に記載の流体動圧軸受モータ組立体。
【請求項１９】
流体動圧軸受組立体であって、
内側部材と、
回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された外側部材と、
前記内側部材と前記外側部材の間に配置された軌道輪であって、前記回転軸線の周りを前記第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成された軌道輪と
を有する流体動圧軸受組立体。
【請求項２０】
流体動圧軸受組立体であって、
内側部材と、
回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された外側部材と、
前記内側部材と前記外側部材の間に配置された軌道輪であって、再循環チャネルを有し、前記回転軸線の周りを前記第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成された軌道輪と
を有する流体動圧軸受組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００２年９月３０日に出願した「軌道輪流体動圧軸受モータ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ｒｉｎｇ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｍｏｔｏｒ）」という名称の米国仮特許出願第６０／４１５１５２号に関連したものであり、その優先権の利益を請求する。この関連出願の主題は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、広義には流体動圧軸受に関するものであり、より詳細には、わずかな速度で回転する軌道輪を備えて構成された流体動圧軸受組立体であって、それによって組立体の全体的な剛性対仕事率比を高めるように構成された流体動圧軸受組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
図１は、従来技術の磁気ディスク・ドライブ１００を示す分解斜視図である。図示するように、磁気ディスク・ドライブ１００は、限定されるものではないが、ハウジング１０５、シャフト１３０、ディスク１３５およびサスペンション・アーム組立体１５０を含むことができる。ハウジング１０５は、カバー１１５に取り付けられるベース１１０を含む。さらに、ベース１１０とカバー１１５の間にシール１２０を配置してもよい。ディスク１３５は、情報を磁気的に格納するように構成された磁気媒体で被覆された面１４０を有し、且つシャフト１３０に連結されている。動作中、サスペンション・アーム組立体１５０は、ディスク１３５が流体動圧軸受モータ（図示せず）によってシャフト１３０の周りを高速で回転すると、読み書きヘッド１４５を面１４０の上に浮遊させるように構成されている。サスペンション・アーム組立体１５０はさらに、面１４０を横切って読み書きヘッド１４５を半径方向に移動させるように構成されており、それによって面１４０上に配置した半径方向に離れた異なるトラック（図示せず）上に読み書きヘッド１４５を位置決めし、そこで磁気的にコード化された情報が磁気媒体内に格納されることができる。位置決め後、読み書きヘッド１４５は選択された位置で、磁気的にコード化された情報を磁気媒体から読み出すことも、磁気的にコード化された情報を磁気媒体へ書き込むこともできる。
【０００４】
図２は、従来技術の流体動圧軸受モータ組立体２００を示す断面図である。図示するように、中央の固定シャフト２５０が、一方の端部に配置されたスラスト・プレート２５２を有している。シャフト２５０はスリーブ２５４に対して固定されている。スラスト・プレート２５２は、スリーブ２５４によって画定される陥凹部２５６内に位置している。カウンタ・プレート２５８はスリーブ２５４に取り付けられている。シャフト２５０は、そのもう一方の端部に肩部２６２を含み、これはベース２６６の隆起部分の上にある。シャフトの拡張部分２６８がベース２６６に取り付けられている。ハブ２７４はスリーブ２５４の外面上に支持され、やはりスリーブ２５４の外面上に配置された磁石２７６が、ベース２６６から支持されたステータ２７８と整列している。磁石２７６とステータ２７８の間の電磁気的な相互作用により、ハブ２７４が回転する。ハブ２７４は回転するときに、１または複数のディスク（図示せず）を支持するように構成されている。シャフト２５０の面と周りのスリーブ２５４の間の隙間２７７は、軸受流体で満たされている。スラスト・プレート２５２の面と、対面するスリーブ２５４およびカウンタ・プレート２５８の面との間の隙間２７９および２８１もまた軸受流体で満たされている。当業者には周知であるように、ハブ２７４およびスリーブ２５４が回転するときにそれらを支持する流体動圧軸受を維持するために、隙間２７７、２７９および２８１の１または複数の面に沿って適切なポンピング溝（図示せず）が設けられている。
【０００５】
流体動圧軸受は球軸受や他のタイプの軸受より、モータの回転部分で発生する振動および非繰り返し振れが少ない傾向がある。このため、図２に関連して前述した流体動圧軸受モータ組立体２００などの流体動圧軸受モータはしばしば、より優れた性能を得るために精度を重視する電子装置に利用される。例えば図１に関連して前述した磁気ディスク・ドライブ１００などの磁気ディスク・ドライブに流体動圧軸受モータを用いると、ディスクのトラックと読み書きヘッドの間でより正確な位置合わせが得られる。より正確な位置合わせによって、トラック密度がより大きくなるようにディスクを設計することが可能になり、それによってディスクを小さくすること、および／またはディスクの記憶容量を高めることが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
当業者なら承知しているように、流体動圧軸受モータの設計における現行の課題は、モータの性能と消費電力の間の兼ね合いをバランスさせることである。一方、流体動圧軸受の剛性を高めるとモータの回転部分の振動が少なくなり、したがってモータの精度および性能が高まる。しかし一方では、軸受の剛性が高まることによって軸受の粘性損失が増すため、消費電力が増加する。逆に言えば、流体動圧軸受の消費電力を減少させるには、一般に軸受剛性を実質的に低下させる必要があり、したがってモータの性能が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
流体動圧軸受組立体の一実施例は、内側部材を含む。組立体はさらに、回転軸線の周りを第１の角速度で回転するように構成された外側部材を含む。組立体はまた、内側部材と外側部材の間に配置された軌道輪も含む。軌道輪は、回転軸線の周りを第１の角速度より小さい第２の角速度で回転するように構成される。
【０００８】
開示される組立体は、特に流体動圧軸受モータに有用である。開示される組立体の１つの利点は、開示される組立体を用いた流体動圧軸受モータが、開示される組立体を用いない流体動圧軸受モータよりも消費電力が実質的に少ないことである。さらに、開示される組立体に含まれる流体動圧軸受の隙間寸法を適切に減少させれば、組立体の全体的な剛性はあまり低下しない。
【実施例】
【０００９】
図３は、本発明の一実施例による流体動圧軸受モータ組立体３００における軌道輪３０８を示す断面図である。図示するように、流体動圧軸受モータ組立体（以下、「ＦＤＢモータ組立体」とも称する）３００は、限定されるものではないが、ハブ３０６、軌道輪３０８、シャフト３１０、ステータ組立体３１４（一部分だけ示す）、磁石３１６、ベース３２０、シール３２２および変位リミッタ（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｌｉｍｉｔｅｒ）３２６を含むことができる。
【００１０】
シャフト３１０はベース３２０に取り付けられ、ＦＤＢモータ組立体３００を支持している。この実施例では、シャフト３１０は固定である。以下でさらに詳しく記載するように、他の実施例では、シャフト３１０が回転軸線３１１の周りを回転することもある。ハブ３０６は、回転軸線３１１の周りを回転するように構成されている。具体的には、磁石３１６がハブ３０６に取り付けられ、磁石３１６とステータ組立体３１４の間の電磁気的な相互作用により、ハブ３０６が回転する。ハブ３０６が回転すると、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２がハブ３０６を半径方向に支持し、流体動圧スラスト軸受３６４および３６６がハブ３０６を軸線方向に支持する。
【００１１】
軌道輪３０８（「部分剪断リング（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｓｈｅａｒ  ｒｉｎｇ）」と呼ばれることもある）は、ハブ３０６とシャフト３１０の間に配置され、回転軸線３１１の周りを回転するように構成されている。より具体的には、軌道輪３０８の内径面と対面するシャフト３１０の面の間の軸受隙間３４０、軌道輪３０８の外径面と対面するハブ３０６の面の間の軸受隙間３４２、軌道輪３０８の頂部の軸線方向面と対面するハブ３０６の面の間の軸受隙間３４４、並びに軌道輪３０８の底部の軸線方向面と対面するシャフト３１０の面の間の軸受隙間３４６が、軸受流体で満たされている。ハブ３０６が回転軸線３１１の周りを回転すると、軸受隙間３４２および３４４内の軸受流体により、それぞれ軌道輪３０８の外径面および頂部の軸線方向面に剪断力が加えられる。この剪断力から生じるトルクにより、軌道輪３０８が回転軸線３１１の周りをハブ３０６と同じ方向に回転する。さらに、軸受隙間３４０および３４６内の軸受流体により、それぞれ軌道輪３０８の内径面および底部の軸線方向面に剪断力が加えられる。シャフト３１０が固定であるため、この剪断力から生じるトルクは、ハブ３０６の回転によって生じる軌道輪３０８の回転軸線３１１周りの回転を妨げる。軌道輪３０８の様々な面に作用しているトルクが互いにバランスのとれた状態になると、軌道輪３０８の（ハブ３０６と同じ方向の）回転軸線３１１周りの角速度は定常状態に達する。軌道輪３０８が回転すると、流体動圧ジャーナル軸受３６０は軌道輪３０８を半径方向に支持し、流体動圧スラスト軸受３６６は軌道輪３０８を軸線方向に支持する。
【００１２】
軸受隙間３４０、３４２、３４４および３４６の構成を含む、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の構成によって、ハブ３０６の角速度に対する軌道輪３０８の角速度が決定されることが当業者には理解されよう。その結果得られる軌道輪３０８の角速度がハブ３０６の角速度より小さく、また流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の構成を調整することによって、軌道輪３０８の様々な角速度が得られることも当業者には理解されよう。したがって軌道輪３０８の角速度によって本発明の範囲がまったく限定されないことが当業者には理解されよう。
【００１３】
流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６はそれぞれ、溝付き軸受パターンを有する少なくとも１つの軸受面を含んでいる。当技術分野では一般に知られているように、こうした溝付き軸受パターンは、流体動圧軸受の面が相互に回転すると、軸受流体内に局部的な高圧領域を発生させるように構成されている。したがって軌道輪３０８が回転軸線３１１の周りをシャフト３１０に対して回転すると、流体動圧ジャーナル軸受３６０に対して局部的に発生した高圧領域が、軌道輪３０８とシャフト３１０の間に半径方向の支持を提供する。ハブ３０６が回転軸線３１１の周りを軌道輪３０８に対して回転すると、流体動圧ジャーナル軸受３６２に対して局部的に発生した高圧領域が、ハブ３０６と軌道輪３０８の間に半径方向の支持を提供する。ハブ３０６が回転軸線３１１の周りを軌道輪３０８に対して回転すると、流体動圧スラスト軸受３６４に対して局部的に発生した高圧領域が、ハブ３０６と軌道輪３０８の間に軸線方向の支持を提供する。同様に、軌道輪３０８が回転軸線３１１の周りをシャフト３１０に対して回転すると、流体動圧スラスト軸受３６６に対して局部的に発生した高圧領域が、軌道輪３０８とシャフト３１０の間に軸線方向の支持を提供する。
【００１４】
流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の溝付きの軸受面は、限定されるものではないが、らせん溝パターンやシェブロン（山形）溝パターンを含む、溝付き軸受パターンの任意の適切なタイプを含むことができる。さらに当業者には理解されるように、シャフト３１０、軌道輪３０８またはハブ３０６はいずれも、溝付き軸受パターンを有する１または複数の軸受面を含んでいてもよい。流体動圧軸受が１組または複数組の溝を備え得ることも当業者には理解されよう。
【００１５】
ＦＤＢモータ組立体３００に用いられる軸受流体は、任意のタイプの適切な液体または気体とすることができる。例えば一実施例では、軸受流体はオイルなどの液体を含む。他の実施例では、軸受流体は強磁性流体を含むことができる。他の実施例では、軸受流体は空気を含むことができる。他の実施例では、軸受流体は他の任意の適切なタイプの気体を含むことができる。
【００１６】
好ましいアプローチとして、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２は、それぞれが、それぞれコーナー３７０およびコーナー３７１に向けて軸受流体を送り込むように非対称に構成されている。同様に、流体動圧スラスト軸受３６４および３６６は、それぞれが、それぞれコーナー３７１および３７０に向けて軸受流体を送り込むように非対称に構成されている。何より、このポンピング作用によってコーナー３７０および３７１における軸受流体の圧力が周囲の圧力より高く維持され（「正」圧とも呼ばれる）、それによって軸受流体から空気が抜き出されるという、軸受流体が液体である場合に流体動圧軸受の性能にとって好ましくない現象が防止される。さらに、流体動圧ジャーナル軸受３６２および流体動圧スラスト軸受３６４は、流体動圧ジャーナル軸受３６２のコーナー３７１へのポンピング作用が、流体動圧スラスト軸受３６４のコーナー３７１へのポンピング作用より大きくなるように構成されている。同様に、流体動圧ジャーナル軸受３６０および流体動圧スラスト軸受３６６は、流体動圧スラスト軸受３６６のコーナー３７０へのポンピング作用が、流体動圧ジャーナル軸受３６０のコーナー３７０へのポンピング作用より大きくなるように構成されている。当業者には理解されるように、こうしたアンバランスによって、シャフト３１０の頂面と対面するハブ３０６の面の間の隙間３５０に正圧が生じる。この場合も、軸受流体が液体である場合に隙間３５０で正圧を維持することにより、軸受流体内での気泡形成が防止される。さらに、隙間３５０の正圧により、流体動圧スラスト軸受３６４および３６６によって発生する軸線方向の力が補われる。
【００１７】
他の実施例では、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６はそれぞれ、任意の構成を有することができ、軌道輪３０８が意図された通りに機能している限りは、軸受流体を任意の方向に送り込むことができる。さらに、こうした軸受はそれぞれ、任意の適切な位置に配置することができる。したがって流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、または流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の構成によって、あるいはその位置によって、本発明の範囲がまったく限定されないことが当業者には理解されよう。
【００１８】
シール３２２は、隙間３４０、３４２、３４６、３４８および３５０内に軸受流体を密閉するように構成されている。一実施例では、シール３２２は遠心力を利用したキャピラリ・シールを含んでいる。他の実施例では、シール３２２は溝ポンピング・シール、または半径方向のキャピラリ・シールや軸線方向のキャピラリ・シールなど、他のいくつかのタイプのキャピラリ・シールを含むことができる。他の実施例では、シール３２２は隙間３４０、３４２、３４４、３４６、３４８および３５０内に軸受流体を密閉することが可能な他の任意のタイプのシールを含むことができる。軸受流体が空気などの気体を含む場合、シール３２２を不要としてもよいことが当業者には理解されよう。
【００１９】
変位リミッタ３２６はハブ３０６に取り付けられて、シール３２２がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面３２４を形成するように構成されている。変位リミッタ３２６はさらに、肩部３２８およびリップ部３３２を備えて構成されている。図示するように、肩部３２８はシャフト３１０のフランジ３０９に非常に近接して配置され、リップ部３３２はハブ３０６の底面に接して配置されている。この構成では、肩部３２８は、ＦＤＢモータ組立体３００が軸線方向上方に向いた変位衝撃（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｓｈｏｃｋ）を受けたとき、ハブ３０６の上方への変位を制限するように働く。
【００２０】
ＦＤＢモータ組立体３００は、ハブ３０６に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。一実施例では、磁石３１６およびステータ組立体３１４は、磁石３１６の中心とステータ組立体３１４の中心が所定のオフセット３１８で隔てられるように配置されている。磁石３１６とステータ組立体３１４の間に生じた軸線方向の電磁力は、それぞれの組立体の中心を軸線方向に整列させるように作用する。その結果、磁石３１６とステータ組立体３１４の中心を再編成しようとする軸線方向下方への正味の力が、磁石３１６（したがってハブ３０６）に加えられる。この予圧力の大きさは、特にオフセット３１８の寸法の関数である。他の実施例では、ベース３２０と磁石３１６を隙間３３０で隔てることができる。ベース３２０は、４００系鋼や低炭素鋼などの磁性金属を含むこともできる。こうした構成では、磁石３１６（したがってハブ３０６）をベース３２０の方へ引っ張る軸線方向下方への磁力が生じる。この予圧力の大きさは、特に隙間３３０の寸法の関数である。他の実施例では、例えばハブ３０６に対してばね力または下方に作用する押圧力を加えるなど、他の任意の適当な方法で予圧力を発生させることができる。
【００２１】
当業者には理解されるように、下方に作用する予圧力は軸受隙間３４４および３４６をふさぐ傾向がある。動作中にハブ３０６および軌道輪３０８がその角速度に達すると、流体動圧スラスト軸受３６４および３６６に対して局部的に発生した軸受流体中の高圧領域は、軸受隙間３４４および３４６を広げる傾向がある。したがって軸受隙間３４４および３４６それぞれの寸法は、特にハブ３０６および軌道輪３０８の角速度、流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の構成、隙間３５０での軸受流体の圧力、並びに下方に作用する予圧力の大きさの関数である。
【００２２】
流体動圧軸受によって消費される電力は、特にその２つの軸受面間の相対速度の２乗の関数である。ハブ３０６およびシャフト３１０に対する軌道輪３０８の運動により、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の軸受面相互間の相対速度が実質的に低下するため、軌道輪３０８はＦＤＢモータ組立体３００の消費電力を実質的に低下させる。例えば一実施例では、ＦＤＢモータ組立体３００は、軌道輪３０８の角速度がハブ３０６の角速度のほぼ半分となるように構成されている。シャフト３１０が固定であるため、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６の軸受面の速度差は、ハブ３０６の角速度のほぼ半分となる。対照的に、軌道輪３０８がＦＤＢモータ組立体３００に含まれず、したがってＦＤＢモータ組立体３００が１つの流体動圧ジャーナル軸受および１つの流体動圧スラスト軸受しか含まないとすれば、流体動圧軸受の軸受面の速度差は、単純にハブ３０６の角速度となる。軌道輪３０８を含むことによって軸受面の速度差が半分まで低下するため、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６それぞれが消費する電力は、ＦＤＢモータ組立体３００に軌道輪３０８が含まれていない場合に各流体動圧軸受が消費する電力のほぼ４分の１となる。したがって軌道輪３０８を備えたＦＤＢモータ組立体３００が２倍の数の流体動圧軸受を含んでいても、軌道輪３０８を備えたＦＤＢモータ組立体３００が消費する電力は、軌道輪３０８を備えていないＦＤＢモータ組立体３００より実質的に少ない。
【００２３】
この構成では、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２のラジアル剛性が直列に作用し、流体動圧スラスト軸受３６４および３６６のアキシアル剛性も直列に作用することが当業者には理解されよう。直列に作用する２つのばねの有効な剛性は一般に、どちらのばねの個別の剛性よりも低い。例えば直列に作用する同じ剛性を有する２つのばねの有効な剛性は、どちらのばねの個別の剛性に対しても半分である。したがって軌道輪３０８を備えていないＦＤＢモータ組立体３００が１つの流体動圧ジャーナル軸受および１つの流体動圧スラスト軸受しか含まないとすれば、軌道輪３０８を含めることにより、ＦＤＢモータ組立体３００の有効なラジアル剛性およびアキシアル剛性を実質的に低下させる危険を冒すことになる。
【００２４】
しかし、流体動圧ジャーナル軸受のラジアル剛性、および流体動圧スラスト軸受のアキシアル剛性が、特に軸受隙間の寸法の３乗の逆数についての関数であることも当業者には理解されよう。流体動圧軸受の剛性は軸受隙間の寸法にきわめて敏感であるため、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６を、それぞれ小さい軸受隙間３４０、３４２、３４４および３４６を備えるように構成して、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２のラジアル剛性、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６のアキシアル剛性が直列に作用することに起因する有効剛性の損失を補償することができる。さらに、流体動圧軸受の消費電力は軸受隙間の寸法の逆数に比例し、したがって軸受隙間の寸法の変化に対してそれほど敏感ではないので、軸受隙間３４０、３４２、３４４および３４６の寸法を小さくしても、ＦＤＢモータ組立体３００によって消費される電力量は非比例的に微増するだけである。
【００２５】
要するに、流体動圧ジャーナル軸受３６０および３６２、並びに流体動圧スラスト軸受３６４および３６６を、それぞれより小さい軸受隙間３４０、３４２、３４４および３４６を備えるように構成することにより、ラジアル剛性、アキシアル剛性またはアンギュラ剛性の大きな損失なしに、消費電力が軌道輪３０８を備えていないＦＤＢモータ組立体３００より実質的に少ない、軌道輪３０８を備えたＦＤＢモータ組立体３００を得ることができる。
【００２６】
以下に本発明の他のいくつかの実施例を記載する。先に述べた同様の一般原理が、そうした他の実施例のそれぞれにも当てはまることが当業者には理解されよう。そのため、以下の記述は主に、そうした他の実施例と図３に関連して前述した実施例の間の相違点に焦点を当てている。
【００２７】
図４は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体４００における軌道輪４３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体４００は、限定されるものではないが、ベース４０２、ハブ４０４、スリーブ４０６、シャフト４０８、シール４１２、変位リミッタ・リング４１４、ステータ組立体４１６、磁石４１８、カウンタ・プレート４３０、および軌道輪４３２を含むことができる。
【００２８】
スリーブ４０６はベース４０２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体４００を支持している。この構成では、スリーブ４０６は固定である。ハブ４０４は回転軸線４１１の周りを回転するように構成されている。具体的には、磁石４１８がハブ４０４に取り付けられ、磁石４１８とステータ組立体４１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ４０４が回転する。シャフト４０８はハブ４０４に取り付けられている。一実施例では、シャフト４０８は、しまりばめ、または接着剤によってハブ４０４に取り付けられている。シャフト４０８がハブ４０４に取り付けられているため、シャフト４０８も同様に回転軸線４１１の周りを回転する。軌道輪４３２はスリーブ４０６とシャフト４０８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線４１１の周りをハブ４０４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。軌道輪４３２はさらに、再循環チャネル（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ）４２８を含むように構成されている。さらに、ＦＤＢモータ組立体４００は、本明細書で前述したように、ハブ４０４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。
【００２９】
図４にも示すように、ＦＤＢモータ組立体４００は、流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２２、並びに流体動圧スラスト軸受４２４および４２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受４２０は、再循環チャネル４２８の一方の側で軌道輪４３２とシャフト４０８の間に配置され、流体動圧ジャーナル軸受４２２は、再循環チャネル４２８のもう一方の側で軌道輪４３２とスリーブ４０６の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受４２４は軌道輪４３２と変位リミッタ・リング４１４の間に配置され、流体動圧スラスト軸受４２６は軌道輪４２８とカウンタ・プレート４３０の間に配置されている。図３に関連して前述したように、流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２４、並びに流体動圧スラスト軸受４２４および４２６はそれぞれ、溝付き軸受パターンを有する少なくとも１つの軸受面を含んでいる。この場合も、これらの溝付きの軸受面は、限定されるものではないが、らせん溝パターンやシェブロン溝パターンを含む溝付き軸受パターンの任意の適切なタイプを含むことができる。さらに当業者には理解されるように、シャフト４０８、軌道輪４３２、スリーブ４０６または変位リミッタ・リング４１４はいずれも、溝付き軸受パターンを有する１または複数の軸受面を含んでいてもよい。流体動圧軸受が１組または複数組の溝を備え得ることも当業者には理解されよう。
【００３０】
好ましいアプローチとして、流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２２は、それぞれが、コーナー４７０および４７１に向けてそれぞれ軸受流体を送り込むように非対称に構成されている。流体動圧スラスト軸受４２４は、コーナー４７０に対して内側への正味のポンピング作用を発生させるように非対称に構成されている。流体動圧スラスト軸受４２６は、コーナー４７１に向けて軸受流体を送り込むように非対称に構成されている。さらに、流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２２、並びに流体動圧スラスト軸受４２４および４２６は、矢印４４０および４４２で示した軌道輪４３２の周りの再循環チャネル４２８を通る軸受流体の流れを発生させるように構成されている。
【００３１】
他の実施例では、流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２２、並びに流体動圧スラスト軸受４２４および４２６はそれぞれ任意の構成を有することができ、軌道輪４３２が意図された通りに機能している限り、軸受流体を任意の方向に送り込むことができる。さらに、そのような軸受はそれぞれ任意の適切な位置に配置してもよい。したがって流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２２、または流体動圧スラスト軸受４２４および４２６の構成によって、あるいはその位置によって、本発明の範囲がまったく限定されないことが当業者には理解されよう。
【００３２】
特に再循環チャネル４２８は、流体動圧ジャーナル軸受４２０および４２２、並びに流体動圧スラスト軸受４２４および４２６によって生じた軸受流体の流れを受け入れ、流体動圧軸受領域間に有利な圧力境界条件を実現する。この構成では、再循環チャネル４２８の内部および各端部での圧力は、ほとんど周囲圧力のままとなる。さらに、再循環チャネル４２８とシャフト４０８の底面の間には流体動圧軸受が配置されていないため、シャフト４０８の底面での圧力もほとんど周囲圧力のままである。しかし一般的な問題としては、所望の軌道輪４３２周りの軸受流体の流れ、および所望の流体動圧軸受領域間の境界条件をもたらす任意の態様で再循環チャネル４２８を構成してもよい。したがって再循環チャネル４２８の構成によって本発明の範囲がまったく限定されないことが当業者には理解されよう。
【００３３】
カウンタ・プレート４３０はスリーブ４０６に取り付けられている。カウンタ・プレート４３０の頂面は、流体動圧スラスト軸受４２６に対する軸受面を形成するように構成されている。
【００３４】
変位リミッタ・リング４１４はシャフト４０８に取り付けられ、シャフト４０８と共に回転軸線４１１の周りを回転する。変位リミッタ・リング４１４は、シール４１２がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面４１３を形成するように構成されている。変位リミッタ・リング４１４の底面は、流体動圧スラスト軸受４２４に対する軸受面を形成するように構成されている。さらに、変位リミッタ・リング４１４はスリーブ４０６の突出部４０７に非常に近接して配置されているため、ＦＤＢモータ組立体４００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、突出部４０７に対して接触して、ハブ４０４およびシャフト４０８の上方への変位を制限するような構成になっている。
【００３５】
この場合も、図３に関連して先に記載した同様の一般原理および概念が、図４に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００３６】
図５は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体５００における軌道輪５３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体５００は、限定されるものではないが、ベース５０２、ハブ５０４、スリーブ５０６、シャフト５０８、シール５１２、ステータ組立体５１６、磁石５１８、カウンタ・プレート５３０、変位リミッタ・リング５３１および軌道輪５３２を含むことができる。
【００３７】
スリーブ５０６はベース５０２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体５００を支持している。この構成では、スリーブ５０６は固定である。シャフト５０８は、回転軸線５１１の周りを回転するように構成されたハブ５０４に取り付けられている。具体的には、磁石５１８がハブ５０４に取り付けられ、磁石５１８とステータ組立体５１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ５０４が回転する。シャフト５０８がハブ５０４に取り付けられているため、シャフト５０８も同様に回転軸線５１１の周りを回転する。軌道輪５３２はスリーブ５０６とシャフト５０８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線５１１の周りをハブ５０４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。軌道輪５３２はさらに、再循環チャネル５２８を含むように構成されている。さらにＦＤＢモータ組立体５００は、本明細書で前述したように、ハブ５０４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。
【００３８】
図５にも示すように、ＦＤＢモータ組立体５００は、流体動圧ジャーナル軸受５２０、５２１および５２２、並びに流体動圧スラスト軸受５２４および５２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受５２０および５２１は、再循環チャネル５２８の互いに反対側で、軌道輪５３２とシャフト５０８の間に配置されている。流体動圧ジャーナル軸受５２２は、再循環チャネル５２８の流体動圧ジャーナル軸受５２０と同じ側の、軌道輪５３２とスリーブ５０６の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受５２４は軌道輪５３２とハブ５０４の間に配置され、流体動圧スラスト軸受５２６は軌道輪５３２とカウンタ・プレート５３０の間に配置されている。
【００３９】
カウンタ・プレート５３０はスリーブ５０６に取り付けられている。スラスト部分５３０の頂面は、流体動圧スラスト軸受５２６に対する軸受面を形成するように構成されている。さらにハブ５０４の底面は、流体動圧スラスト軸受５２４に対する軸受面を形成するように構成されている。
【００４０】
変位リミッタ・リング５３１はシャフト５０８に取り付けられ、軌道輪５３２の一部の下に配置されている。さらに軌道輪５３２は、スリーブ５０６の突出部５０７が軌道輪５３２の一部の上に配置されるように構成されている。当業者には理解されるように、変位リミッタ・リング５３１および突出部５０７は、ＦＤＢモータ組立体５００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、一緒に働いてハブ５０４およびシャフト５０８の上方への変位を制限するように構成されている。
【００４１】
当業者には理解されるように、ＦＤＢモータ組立体５００の構成は、ＦＤＢモータ組立体４００の構成と大体類似している。しかし、１つの相違点は、ＦＤＢモータ組立体５００がＦＤＢモータ組立体４００とは対照的に、軌道輪５３２とシャフト５０８の間に配置された２つの流体動圧ジャーナル軸受、即ち流体動圧ジャーナル軸受５２０および５２１を有していることである。この構成に対する１つの理由は、軌道輪５３２およびシャフト５０８の高さを、図４のＦＤＢモータ組立体４００において示した軌道輪４３２およびシャフト４０８の高さより大きくできることにある。当業者には理解されるように、増加した高さを補うには、有効なアンギュラおよびラジアル剛性をより大きくすることが望ましい。この構成では、流体動圧ジャーナル軸受５２０および５２１のラジアル剛性は並列に作用し、それによってシャフト５０８を支持する有効なアンギュラおよびラジアル剛性が高まる。他の相違点は、この実施例では、流体動圧ジャーナル軸受５２０が再循環チャネル５２８とシャフト５０８の底面の間に配置されていることである。その結果、シャフト５０８の底面とカウンタ・プレート５３０の頂面の間の隙間５５０で正圧が維持される。特に隙間５５０の正圧により、流体動圧スラスト軸受５２４および５２６によって生じる軸線方向の力が補われる。
【００４２】
この場合も、図３および図４に関連して前述した同様の一般原理および概念が、図５に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００４３】
図６は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体６００における軌道輪６３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体６００は、限定されるものではないが、ベース６０２、ハブ６０４、スリーブ６０６、シャフト６０８、シール６１２、シール・リング６１４、ステータ組立体６１６、磁石６１８、カウンタ・プレート６３０、変位リミッタ・リング６３１および軌道輪６３２を含むことができる。
【００４４】
スリーブ６０６はベース６０２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体６００を支持している。この構成では、スリーブ６０６は固定である。スリーブ６０６はさらに、図示するように、シール・リング６１４をスリーブ６０６の頂部の内側に配置することができるように構成されている。シャフト６０８は、回転軸線６１１の周りを回転するように構成されたハブ６０４に取り付けられている。具体的には、磁石６１８がハブ６０４に取り付けられ、磁石６１８とステータ組立体６１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ６０４が回転する。シャフト６０８がハブ６０４に取り付けられているため、シャフト６０８も同様に回転軸線６１１の周りを回転する。軌道輪６３２はスリーブ６０６とシャフト６０８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線６１１の周りをハブ６０４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。軌道輪６３２はさらに、再循環チャネル６２８を含むように構成されている。さらに、ＦＤＢモータ組立体６００は、本明細書で前述したように、ハブ６０４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。
【００４５】
図６にも示すように、ＦＤＢモータ組立体６００は、流体動圧ジャーナル軸受６２０、６２１、６２２および６２３、並びに流体動圧スラスト軸受６２４および６２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受６２０および６２１は、再循環チャネル６２８の互いに反対側で軌道輪６３２とシャフト６０８の間に配置されている。流体動圧ジャーナル軸受６２２および６２３は、再循環チャネル６２８の互いに反対側で軌道輪６３２とスリーブ６０６の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受６２４は軌道輪６３２とスリーブ６０６の突出部６０７の間に配置され、流体動圧スラスト軸受６２６は軌道輪６３２とカウンタ・プレート６３０の間に配置されている。
【００４６】
カウンタ・プレート６３０は、スリーブ６０６に取り付けられている。カウンタ・プレート６３０の頂面は、流体動圧スラスト軸受６２６に対する軸受面を形成するように構成されている。さらに、スリーブ６０６の突出部６０７の底面は、流体動圧スラスト軸受６２４に対する軸受面を形成するように構成されている。シール・リング６１４はシャフト６０８に取り付けられ、シール６１２がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面６１３を形成するように構成されている。
【００４７】
変位リミッタ・リング６３１はシャフト６０８に取り付けられ、軌道輪６３２の一部の下に配置されている。さらに、突出部６０７は軌道輪６３２の上に配置されている。当業者には理解されるように、変位リミッタ・リング６３１および突出部６０７は、ＦＤＢモータ組立体６００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、一緒に働いてハブ６０４およびシャフト６０８の上方への変位を制限するように構成されている。
【００４８】
当業者には理解されるように、ＦＤＢモータ組立体６００の構成は、ＦＤＢモータ組立体４００の構成と大体類似している。ただし１つの相違点は、ＦＤＢモータ組立体６００が、軌道輪６３２とシャフト６０８の間に配置された２つの流体動圧軸受、即ち流体動圧ジャーナル軸受６２０および６２１を含み、また軌道輪６３２とスリーブ６０６の間に配置された２つの流体動圧軸受、即ち流体動圧ジャーナル軸受６２２および６２３を含むことである。この構成に対する１つの理由は、軌道輪６３２およびシャフト６０８の高さを、図４のＦＤＢモータ組立体４００において図示した軌道輪４３２およびシャフト４０８の高さより大きくできることにある。この構成では、流体動圧ジャーナル軸受６２０および６２１、並びに流体動圧ジャーナル軸受６２２および６２３のアンギュラ剛性およびラジアル剛性は並列に作用し、それによって軌道輪６３２およびシャフト６０８を支持する有効なアンギュラおよびラジアル剛性が高まる。本明細書で前述したように、有効なラジアル剛性の増加により、軌道輪６３２およびシャフト６０８の増加した高さが補われる。他の相違点は、この実施例では、流体動圧ジャーナル軸受６２０および６２２、並びに流体動圧スラスト軸受６２６が、再循環チャネル６２８とシャフト６０８の底面の間に配置されていることである。その結果、シャフト６０８の底面とカウンタ・プレート６３０の頂面の間の隙間６５０で正圧が維持される。特に隙間６５０の正圧により、流体動圧スラスト軸受６２４および６２６によって生じる軸線方向の力が補われる。
【００４９】
この場合も、図３から５に関連して前述した同様の一般原理および概念が、図６に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００５０】
図７は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体７００における軌道輪７３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体７００は、限定されるものではないが、ベース７０２、ハブ７０４、スリーブ７０６、シャフト７０８、シール７１２および７５０、ステータ組立体７１６、磁石７１８、変位リミッタ７３１、軌道輪７３２、金属リング７６０および上部カバー７７０を含むことができる。
【００５１】
ベース７０２は、アルミニウムなどの非磁性材料を含んでいる。シャフト７０８はベース７０２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体７００を支持している。この実施例では、シャフト７０８は固定である。上部カバー７７０はシャフト７０８に取り付けられている。一実施例では、上部カバー７７０は、ねじ穴を貫通するねじ７１０によってシャフト７０８に取り付けられている。ハブ７０４は回転軸線７１１の周りを回転するように構成されている。具体的には、磁石７１８がハブ７０４に取り付けられ、磁石７１８とステータ組立体７１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ７０４が回転する。スリーブ７０６はハブ７０４に取り付けられ、同様に回転軸線７１１の周りを回転する。軌道輪７３２はスリーブ７０６とシャフト７０８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線７１１の周りをハブ７０４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。軌道輪７３２はさらに、再循環チャネル７２８を含むように構成されている。
【００５２】
ＦＤＢモータ組立体７００は、ハブ７０４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成してもよい。特に、金属リング７６０は４００系鋼や低炭素鋼などの磁性金属を含んでいる。こうした構成では、磁石７１８（およびハブ７０４）をベース７０２の方へ引っ張る、下方に作用する磁力が生じる。こうした磁力の大きさは、特に隙間７６１の寸法の関数である。
【００５３】
図７にも示すように、ＦＤＢモータ組立体７００は、流体動圧ジャーナル軸受７２０、７２１、７２２および７２３、並びに流体動圧スラスト軸受７２４および７２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受７２０および７２１は、再循環チャネル７２８の互いに反対側で、軌道輪７３２とシャフト７０８の間に配置されている。流体動圧ジャーナル軸受７２２および７２３は、再循環チャネル７２８の互いに反対側で、軌道輪７３２とスリーブ７０６の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受７２４は軌道輪７３２とスリーブ７０６の突出部７０７の間に配置され、流体動圧スラスト軸受７２６は軌道輪７３２とシャフト７０８のフランジ７０９の間に配置されている。
【００５４】
変位リミッタ・リング７３１はスリーブ７０６に取り付けられ、シール７５０がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面７５１を形成するように構成されている。図示するように、変位リミッタ７３１の頂面は、シャフト７０８のフランジ７０９の下に配置されている。当業者には理解されるように、変位リミッタ・リング７３１およびフランジ７０９は、ＦＤＢモータ組立体７００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、一緒に働いてハブ７０４の上方への変位を制限するように構成されている。
【００５５】
当業者には理解されるように、ＦＤＢモータ組立体７００の構成は、ＦＤＢモータ組立体３００の構成と大体類似している。ただし１つの相違点は、ＦＤＢモータ組立体７００が、軌道輪７３２とシャフト７０８の間に配置された２つの流体動圧軸受、即ち流体動圧ジャーナル軸受７２０および７２１を含み、また軌道輪７３２とスリーブ７０６の間に配置された２つの流体動圧軸受、即ち流体動圧ジャーナル軸受７２２および７２３を含むことである。この場合もこの構成に対する１つの理由は、本明細書に前述したように、軌道輪７３２およびスリーブ７０６を支持する有効な剛性を高めて、これらの要素の増加した高さを補うことである。他の相違点には、再循環チャネル７２８の存在、およびシャフト７０８の上面カバー７７０への取付けが含まれる。
【００５６】
この場合も、図３から図６に関連して前述した同様の一般原理および概念が、図７に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００５７】
図８は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体８００における軌道輪８３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体８００は、限定されるものではないが、ベース８０２、ハブ８０４、シャフト８０８、シール８１２および８５０、ステータ組立体８１６（一部分だけ示す）、磁石８１８、変位リミッタ８３１、軌道輪８３２および上部カバー８７０を含むことができる。
【００５８】
シャフト８０８はベース８０２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体８００を支持している。この実施例では、シャフト８０８は固定である。上部カバー８７０はシャフト８０８に取り付けられている。一実施例では、上部カバー８７０は、ねじ８１０によってシャフト８０８に取り付けられている。ハブ８０４は回転軸線８１１の周りを回転するように構成されている。具体的には、磁石８１８がハブ８０４に取り付けられ、磁石８１８とステータ組立体８１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ８０４が回転する。軌道輪８３２はハブ８０４とシャフト８０８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線８１１の周りをハブ８０４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。軌道輪８３２はさらに、再循環チャネル８２８を含むように構成されている。さらにＦＤＢモータ組立体８００は、本明細書で前述したように、ハブ８０４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。
【００５９】
図８にも示すように、ＦＤＢモータ組立体８００は、流体動圧ジャーナル軸受８２０および８２２、並びに流体動圧スラスト軸受８２４および８２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受８２０は、再循環チャネル８２８の一方の側で軌道輪８３２とシャフト８０８の間に配置され、流体動圧ジャーナル軸受８２２は、再循環チャネル８２８の反対側で軌道輪８３２とハブ８０４の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受８２４は軌道輪８３２とハブ８０４の間に配置され、流体動圧スラスト軸受８２６は軌道輪８３２とシャフト８０８の間に配置されている。
【００６０】
変位リミッタ８３１はハブ８０４に取り付けられ、シール８５０がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面８５１を形成するように構成されている。図示するように、ＦＤＢモータ組立体８００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、変位リミッタ８３１がハブ８０４の上方への変位を制限するように、変位リミッタ８３１の頂面はシャフト８０８のフランジ８０９の下に配置されている。
【００６１】
当業者には理解されるように、ＦＤＢモータ組立体８００の構成は、ＦＤＢモータ組立体３００の構成と大体類似している。ただし１つの相違点は、軌道輪８３２が再循環チャネル８２８を含むことである。他の相違点にはシャフト８０８の上面カバー８７０への取付けが含まれ、このため２つのシール８１２および８５０の使用が必要となることがある。
【００６２】
この場合も、図３から図７に関連して前述した同様の一般原理および概念が、図８に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００６３】
図９は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体９００における軌道輪９３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体９００は、限定されるものではないが、ベース９０２、ハブ９０４、シャフト９０８、シール９１２および９５０、ステータ組立体９１６（一部分だけ示す）、磁石９１８、変位リミッタ９３１、軌道輪９３２および上部カバー９７０を含むことができる。
【００６４】
シャフト９０８はベース９０２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体９００を支持している。この実施例では、シャフト９０８は固定である。上部カバー９７０はシャフト９０８に取り付けられている。一実施例では、上部カバー９７０は、ねじ９１０によってシャフト９０８に取り付けられている。ハブ９０４は回転軸線９１１の周りを回転するように構成されている。具体的には、磁石９１８がハブ９０４に取り付けられ、磁石９１８とステータ組立体９１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ９０４が回転する。軌道輪９３２はハブ９０４とシャフト９０８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線９１１の周りをハブ９０４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。軌道輪９３２はさらに、再循環チャネル９２８を含むように構成されている。さらにＦＤＢモータ組立体９００は、本明細書で前述したように、ハブ９０４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。
【００６５】
図９にも示すように、ＦＤＢモータ組立体９００は、流体動圧ジャーナル軸受９２０および９２２、並びに流体動圧スラスト軸受９２４および９２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受９２０は軌道輪９３２とシャフト９０８の間に配置され、流体動圧ジャーナル軸受９２２は軌道輪９３２とハブ９０４の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受９２４は、再循環チャネル９２８の一方の側で軌道輪９３２とハブ９０４の間に配置され、流体動圧スラスト軸受９２６は、再循環チャネル９２８の反対側で軌道輪９３２とシャフト９０８の間に配置されている。
【００６６】
変位リミッタ９３１は、シール９５０がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面９５１を形成するように構成されている。変位リミッタ９３１はさらに、リップ部９３３および肩部９３４を備えて構成されている。図示するように、リップ部９３３はハブ９０４の一部の下に配置され、肩部９３４はシャフト９０８のフランジ９０９に非常に近接して配置されている。この構成では、リップ部９３３および肩部９３４は、ＦＤＢモータ組立体９００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、一緒に働いてハブ９０４の上方への変位を制限する。
【００６７】
当業者には理解されるように、ＦＤＢモータ組立体９００の構成は、ＦＤＢモータ組立体８００の構成と大体類似している。ただし１つの相違点は、この実施例では再循環チャネル９２８が、水平ではなく垂直方向を向いていることである。
【００６８】
この場合も、図３から図８に関連して前述した同様の一般原理および概念が、図９に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００６９】
図１０は、本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体１０００における軌道輪１０３２を示す断面図である。図示するように、ＦＤＢモータ組立体１０００は、限定されるものではないが、ベース１００２、ハブ１００４、スリーブ１００６、シャフト１００８、シール１０１２、シール・リング１０１４、ステータ組立体１０１６、磁石１０１８、カウンタ・プレート１０３０、変位リミッタ・リング１０３１および軌道輪１０３２を含むことができる。
【００７０】
スリーブ１００６はベース１００２に取り付けられ、且つＦＤＢモータ組立体１０００を支持している。この構成では、スリーブ１００６は固定である。スリーブ１００６はさらに、図示するように、シール・リング１０１４をスリーブ１００６の頂部の内側に配置することができるように構成されている。シャフト１００８は、回転軸線１０１１の周りを回転するように構成されたハブ１００４に取り付けられている。具体的には、磁石１０１８がハブ１００４に取り付けられ、磁石１０１８とステータ組立体１０１６の間の電磁気的な相互作用により、ハブ１００４が回転する。シャフト１００８がハブ１００４に取り付けられているため、シャフト１００８も同様に回転軸線１０１１の周りを回転する。軌道輪１０３２はスリーブ１００６とシャフト１００８の間に配置され、本明細書で前述したように、回転軸線１０１１の周りをハブ１００４の角速度より小さい角速度で回転するように構成されている。さらにＦＤＢモータ組立体１０００は、本明細書で前述したように、ハブ１００４に対して下方に作用する予圧力を加えるように構成することもできる。
【００７１】
図１０にも示すように、ＦＤＢモータ組立体１０００は、流体動圧ジャーナル軸受１０２０、１０２１、１０２２および１０２３、並びに流体動圧スラスト軸受１０２４および１０２６を含んでいる。流体動圧ジャーナル軸受１０２０および１０２１は軌道輪１０３２とシャフト１００８の間に配置され、流体動圧ジャーナル軸受１０２２および１０２３は軌道輪１０３２とスリーブ１００６の間に配置されている。流体動圧スラスト軸受１０２４は軌道輪１０３２とスリーブ１００６の突出部１００７の間に配置され、流体動圧スラスト軸受１０２６は軌道輪１０３２とカウンタ・プレート１０３０の間に配置されている。
【００７２】
カウンタ・プレート１０３０はスリーブ１００６に取り付けられている。カウンタ・プレート１０３０の頂面は、流体動圧スラスト軸受１０２６に対する軸受面を形成するように構成されている。さらに、スリーブ１００６の突出部１００７の底面は、流体動圧スラスト軸受１０２４に対する軸受面を形成するように構成されている。シール・リング１０１４はシャフト１００８に取り付けられ、シール１０１２がキャピラリ・シールを含む範囲でシール面１０１３を形成するように構成されている。
【００７３】
変位リミッタ・リング１０３１はシャフト１００８に取り付けられ、軌道輪１０３２の一部の下に配置されている。さらに、突出部１００７は軌道輪１０３２の上に配置されている。当業者には理解されるように、変位リミッタ・リング１０３１および突出部１００７は、ＦＤＢモータ組立体１０００が軸線方向上方に変位衝撃を受けたとき、一緒に働いてハブ１００４およびシャフト１００８の上方への変位を制限するように構成されている。
【００７４】
当業者には理解されるように、ＦＤＢモータ組立体１０００の構成は、ＦＤＢモータ組立体６００の構成と大体類似している。ただし１つの相違点は、ＦＤＢモータ組立体１０００が図６の再循環チャネル６２８を含まないことである。
【００７５】
この場合も、図３から図９に関連して前述した同様の一般原理および概念が、図１０に関連して前述した実施例にも同じように当てはまることが当業者には理解されよう。
【００７６】
要するに、上述したことは、軌道輪を備えて構成されたＦＤＢモータ組立体のいくつかの実施例を開示するものである。図示するように、ＦＤＢモータ組立体は、固定のまままたは回転するように構成された内側部材、若しくはシャフトを有している。外側部材がスリーブである実施例もあれば、外側部材がハブである実施例もある。軌道輪は内側部材と外側部材の間に配置され、ハブの角速度より小さい角速度で回転するように構成される。ＦＤＢモータはまた、内側部材と軌道輪の間に配置された少なくとも１つの流体動圧軸受、および軌道輪と外側部材の間に配置された少なくとも１つの流体動圧軸受を含む。そのような流体動圧軸受はそれぞれ、軸受流体が流れる、関連する軸受領域を有する。当業者には理解されるように、流体動圧軸受は一般に、こうした軸受領域内の正圧を溝のポンピング作用によって維持するように構成されている。実施例によっては、軌道輪が、流体動圧軸受によって生じた軸受流体の流れを受け入れるように構成された再循環チャネルであって、軸受領域内の圧力を制御するように構成された再循環チャネルを含むものもある。
【００７７】
上述のＦＤＢモータ組立体の１つの利点は、それらがすべて、軌道輪を含まない類似のＦＤＢモータ組立体より消費する電力が実質的に少ないことである。さらに、開示したＦＤＢモータ組立体に含まれる流体動圧軸受の隙間寸法を十分に減少させれば、その流体動圧軸受の有効なラジアル剛性、アキシアル剛性およびアンギュラ剛性が目立って低下することはなく、しかも粘性トルクの損失は実質的に小さくなる。
【００７８】
本発明を特定の実施例に関して記載してきたが、添付の特許請求の範囲に規定されるより広い本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、それに様々な修正および変更を加えることが可能であることが、当業者には理解されよう。
【００７９】
例えば、本明細書で記載した各実施例では、軌道輪は四角形の断面形状を有している。しかし他の実施例では、軌道輪が意図された通りに機能することができる任意のタイプの断面形状を有することができる。例えば他の実施例では、軌道輪は三角形の断面形状を有することができる。当業者には理解されるように、こうした形状では、軌道輪は３つ以上の軸受面を有することができ、そのうちの少なくとも１つが軌道輪の各側面に配置されてもよい。他の実施例では、軌道輪は円形または楕円形の断面形状を有することができる。こうした形状では、それぞれの軸受面が適切な円弧上に延びていれば、軌道輪は２つ以上の軸受面を有することができる。他の実施例では、軌道輪の断面を、５つ以上の側面を有する任意のタイプの多角形として構成することができる。したがって軌道輪の断面形状によって本発明の範囲がまったく限定されないことが当業者には理解されよう。
【００８０】
さらに、任意の適切な数の流体動圧軸受を、軌道輪の任意の面に沿って配置することができる。また、個々の設計仕様によって要求される様々な流体の流れおよび圧力境界条件の効果を得るために、様々な再循環チャネルの形状を採用することもできる。
【００８１】
さらに、ＦＤＢモータ組立体の任意の実施例を、精密モータの使用が可能な任意のタイプの電子装置に含めることができる。こうした電子装置には、限定されるものではないが、任意のタイプの磁気ディスク・ドライブまたは光ディスク・ドライブ、或いはコンパクト・ディスク・プレーヤやデジタル多用途ディスク（「ＤＶＤ」）プレーヤなど任意のタイプの光ディスク・プレーヤが含まれる。
【００８２】
最後に、本明細書で開示した流体動圧軸受組立体を、ＦＤＢモータ組立体の様々な実施例についての文脈の中で記載してきた。しかし流体動圧軸受組立体は、当業者によって適切と考えられる他の任意のシステムまたは装置に組み込むこともできる。例えば、既に用いられている１対の球軸受に換えて、それぞれが内輪、外輪および軌道輪を含み、溝部分と内輪および外輪それぞれの間に流体を有する１対のカートリッジを用いて、シャフトおよびスリーブを相対回転できるように支持することができる。このカートリッジはシャフトに沿って隔置され、必要な軸線方向および半径方向の支持を与えるために予圧が加えられる。
【００８３】
上記開示が示すように、本明細書で示した記述および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で考えるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】従来技術の磁気ディスク・ドライブを示す分解斜視図である。
【図２】従来技術の流体動圧軸受モータ組立体を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例による流体動圧軸受モータ組立体における軌道輪を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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