(57)【要約】【課題】軸受特性が向上して回転安定性に優れた回転機器を提供すること。【解決手段】固定体と、前記固定体に回転自在に支持される回転体と、前記固定体及び前記回転体の少なくとも一方に設けられ、ラジアル方向の流体動圧を発生するヘリングボーン形状の第１ラジアル動圧発生溝と、を含む回転機器であって、前記第１ラジアル動圧発生溝は、前記回転体の回転軸方向の両端部から周方向に突出する中間部に、周方向の溝幅が前記回転軸方向の両端部の溝幅より狭く、溝深さが前記回転軸方向の両端部の溝深さより浅い浅狭領域を有する第１屈曲溝を含む回転機器。【選択図】図９
2016050590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と、
前記固定体に回転自在に支持される回転体と、
前記固定体及び前記回転体の少なくとも一方に設けられ、ラジアル方向の流体動圧を発生するヘリングボーン形状の第１ラジアル動圧発生溝と、を含む回転機器であって、
前記第１ラジアル動圧発生溝は、前記回転体の回転軸方向の両端部から周方向に突出する中間部に、周方向の溝幅が前記回転軸方向の両端部の溝幅より狭く、溝深さが前記回転軸方向の両端部の溝深さより浅い浅狭領域を有する第１屈曲溝を含む
ことを特徴とする回転機器。
【請求項２】
前記第１屈曲溝は、前記回転軸方向における長さＬ１と、前記浅狭領域の前記回転体の回転中心からの距離ｒ１とが、Ｌ１／ｒ１≧１．０５の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の回転機器。
【請求項３】
前記第１屈曲溝は、両端部における周方向の溝幅Ｗｅｇ１と、両端部における周方向の溝間隔Ｗｅｌ１とが、０．５＜Ｗｅｇ１／Ｗｅｌ１＜０．８の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機器。
【請求項４】
前記第１屈曲溝は、前記浅狭領域における周方向の溝幅Ｗｃｇ１と、前記浅狭領域における周方向の溝間隔Ｗｃｌ１とが、０．１＜Ｗｃｇ／Ｗｃｌ＜０．５の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項５】
前記第１屈曲溝は、前記浅狭領域から端部までの周方向に突出する側の外形線と周方向とのなす角Ａ１が、１３°≦Ａ１≦４０°である
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項６】
前記固定体及び前記回転体の少なくとも一方に設けられ、前記回転軸方向において前記第１ラジアル動圧発生溝とは離間して設けられ、ラジアル方向の流体動圧を発生するヘリングボーン形状の第２ラジアル動圧発生溝を含み、
前記第２ラジアル動圧発生溝は、前記回転軸方向の両端部から周方向に突出する中間部に、周方向の溝幅が前記回転軸方向の両端部の溝幅より広く、溝深さが前記回転軸方向の両端部の溝深さより浅い浅広領域を有する第２屈曲溝を含む
ことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項７】
前記第２屈曲溝は、前記回転軸方向における長さＬ２と、前記浅広領域の前記回転体の回転中心からの距離ｒ２とが、Ｌ１／ｒ１＜１．０５の関係を満たす
ことを特徴とする請求項６に記載の回転機器。
【請求項８】
前記第２屈曲溝は、両端部における周方向の溝幅Ｗｅｇ２と、両端部における周方向の溝間隔Ｗｅｌ２とが、０．１＜Ｗｅｇ１／Ｗｅｌ１＜０．５の関係を満たす
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の回転機器。
【請求項９】
前記第２屈曲溝は、前記浅広領域における周方向の溝幅Ｗｃｇ２と、前記浅広領域における周方向の溝間隔Ｗｃｌ２とが、０．５＜Ｗｃｇ／Ｗｃｌ＜０．９の関係を満たす
ことを特徴とする請求項６から８の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項１０】
前記第２屈曲溝は、前記浅広領域から端部までの周方向に突出する側の外形線と周方向とのなす角Ａ２が、１２°≦Ａ２≦３５°である
ことを特徴とする請求項６から９の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項１１】
前記浅狭領域及び前記浅広領域の少なくとも一方は、周方向に延伸する複数の微小溝で形成されている
ことを特徴とする６から１０の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項１２】
前記固定体及び前記回転体の少なくとも一方に設けられ、スラスト方向の流体動圧を発生するスラスト動圧発生溝を含み、
前記浅狭領域及び前記浅広領域は、前記スラスト動圧発生溝よりも前記回転体の回転中心側に設けられている
ことを特徴とする請求項６から１１の何れか一項に記載の回転機器。
【請求項１３】
前記回転体は、記録ディスクが搭載されるハブを含み、
前記浅狭領域及び前記浅広領域は、前記回転軸方向における前記ハブの存在領域内に設けられている
ことを特徴とする請求項６から１２の何れか一項に記載の回転機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば固定シャフトと、固定シャフトを環囲して回転可能に支持されたラジアル軸受構成部材と、固定シャフト又はラジアル軸受構成部材に設けられ、隙間に充填されている潤滑流体に動圧を発生させるラジアル動圧発生溝とを有する流体動圧軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４７４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した流体動圧軸受では、潤滑流体に動圧を発生させるラジアル動圧発生溝の形状によって、剛性やロストルクといった軸受の特性が変化する。例えば軸受の剛性が低いと、ラジアル軸受構成部材の回転が不安定化する場合がある。したがって、流体動圧軸受の回転安定性を高めるためには、ラジアル動圧発生溝の形状を最適化し、剛性等の軸受特性を向上させる必要がある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、軸受特性が向上して回転安定性に優れた回転機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、固定体と、前記固定体に回転自在に支持される回転体と、前記固定体及び前記回転体の少なくとも一方に設けられ、ラジアル方向の流体動圧を発生するヘリングボーン形状の第１ラジアル動圧発生溝と、を含む回転機器であって、前記第１ラジアル動圧発生溝は、前記回転体の回転軸方向の両端部から周方向に突出する中間部に、周方向の溝幅が前記回転軸方向の両端部の溝幅より狭く、溝深さが前記回転軸方向の両端部の溝深さより浅い浅狭領域を有する第１屈曲溝を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、軸受特性が向上して回転安定性に優れた回転機器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るディスク駆動装置を例示する斜視図である。
【図２】実施形態に係るディスク駆動装置の軸受機構を例示する断面図である。
【図３】実施形態に係るラジアル動圧発生溝を例示する図である。
【図４】切削加工装置において切削工具が微小溝を形成する様子を模式的に示す図である。
【図５】実施形態における第１ラジアル動圧発生溝を例示する拡大図である。
【図６】ディスク駆動装置における軸受特性について説明する図である。
【図７】第１ラジアル動圧発生溝の形状パラメータを例示する図である。
【図８】第１ラジアル動圧発生溝の形状パラメータを例示する図である。
【図９】実施形態における最適溝比率のシミュレーション結果を例示する図である。
【図１０】実施形態における最適溝深さのシミュレーション結果を例示する図である。
【図１１】実施形態における第１ラジアル動圧発生溝の最適傾斜角度のシミュレーション結果を例示する図である。
【図１２】実施形態における第２ラジアル動圧発生溝の最適傾斜角度のシミュレーション結果を例示する図である。
【図１３】実施例１に係る第１ラジアル動圧発生溝の形状を示す図である。
【図１４】実施例１に係る第２ラジアル動圧発生溝の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示されている。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示されている。
【００１０】
以下で説明する回転機器としてのディスク駆動装置は、例えば磁気的にデータが記録される記録ディスクが搭載され、ハードディスクドライブ等として用いられる。
【００１１】
＜ディスク駆動装置の構成＞
図１は、実施形態に係るディスク駆動装置１００を例示する斜視図である。図１では、理解を容易にするために、ディスク駆動装置１００のトップカバー２が外された状態が示されている。また、例えば電子回路等の本発明を説明する上で重要ではない部分は省略して示されている。
【００１２】
本実施形態に係るディスク駆動装置１００は、固定体と、固定体に対して回転する回転体と、回転体に取り付けられる記録ディスク８と、データリード／ライト部１０とを含む。固定体は、ベース４と、トップカバー２と、６つのねじ２０とを含む。また、回転体は、シャフト２６と、ハブ２８と、クランパ３６とを含み、回転軸Ｒを中心に回転自在に設けられている。
【００１３】
なお、以下の説明では、ベース４にトップカバー２が取り付けられた状態において、トップカバー２側を上、ベース４側を下として説明する。また、回転体の回転軸Ｒに平行な方向を軸方向、回転軸Ｒに垂直な平面上で回転軸Ｒを通る任意の方向を半径方向とし、半径方向において回転軸Ｒから遠い方を外周側、回転軸Ｒに近い方を内周側として説明する。これらの表記は、ディスク駆動装置１００が使用される姿勢を制限するものではなく、ディスク駆動装置１００は任意の姿勢で使用され得る。
【００１４】
（ベース）
ベース４は、ディスク駆動装置１００の底部を形成する底板部４ａと、記録ディスク８の載置領域を囲むように底板部４ａの外周に沿って形成された外周壁部４ｂとを含む。外周壁部４ｂの上面４ｃには、６つのねじ孔２２が設けられており、トップカバー２がねじ孔２２に螺合するねじ２０により固定される。
【００１５】
ベース４は、例えばアルミニウム合金を用いたダイカストにより成型される。また、ベース４は、鋼板やアルミニウム板等からプレス加工により形成されてもよい。ベース４は、表面の剥離を防止するために、例えばエポキシ樹脂等による樹脂コーティングが表面に施される。また、ベース４の表面には、樹脂コーティングに代えてニッケルやクロム等の金属材料のめっきが施されてもよい。
【００１６】
（データリード／ライト部）
データリード／ライト部１０は、スイングアーム１４と、ボイスコイルモータ１６と、ピボットアセンブリ１８と、スイングアーム１４の先端部に取り付けられる記録再生ヘッド（不図示）とを含む。
【００１７】
ピボットアセンブリ１８は、スイングアーム１４をヘッド回転軸Ｓの周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ１６は、記録再生ヘッドを記録ディスク８の所望の位置に移動させる。記録再生ヘッドは、記録ディスク８にデータを記録し、記録ディスク８からデータを読み取る。データリード／ライト部１０は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。
【００１８】
（トップカバー）
トップカバー２は、ねじ孔２２に螺合する６つのねじ２０によりベース４の外周壁部４ｂの上面４ｃに固定される。トップカバー２と、ベース４の底板部４ａと、ベース４の外周壁部４ｂとで囲まれる清浄空間２４には、パーティクルが除去された気体が充填される。充填される気体としては、例えば空気、窒素、ヘリウム又は水素等が用いられる。
【００１９】
（記録ディスク）
ディスク駆動装置１００に搭載される記録ディスク８は、例えば直径が約９５ｍｍのガラス製の３．５インチ型記録ディスクであり、その中央の孔の直径は約２５ｍｍ、厚みは約１．２７ｍｍ又は約１．７５ｍｍである。ディスク駆動装置１００には、４枚の記録ディスク８がハブ２８に搭載されている。
【００２０】
＜軸受機構の構成＞
図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、実施形態におけるディスク駆動装置１００の軸受機構を例示する断面図である。
【００２１】
ディスク駆動装置１００は、回転体として、シャフト２６、上フランジ２７、ハブ２８、ヨーク３４、マグネット３５、クランパ３６を有する。また、固定体として、ベース４、プレート２９、ステータコア４０、コイル４２、内スリーブ３１、外スリーブ３２を有する。
【００２２】
シャフト２６と、内スリーブ３１及び外スリーブ３２との間には潤滑剤９２が注入され、記録ディスク８が搭載されるハブ２８を含む回転体は、ベース４を含む固定体に回転軸Ｒを中心に回転自在に支持されている。
【００２３】
（シャフト）
シャフト２６は、下端から外周側に円環状に突出する下フランジ２６ａを有し、上端にハブ２８が固定され、ハブ２８の下側に円筒形状を有する上フランジ２７が固定されている。シャフト２６は、ハブ２８及び上フランジ２７と共に回転軸Ｒを中心に回転可能に設けられている。
【００２４】
シャフト２６は、例えばステンレス鋼のＳＵＳ４２０Ｊ２等の鉄鋼材料から切削加工や研削加工などにより形成される。なお、シャフト２６は、下フランジ２６ａと単一の部材で一体形成されてもよく、別体の部品で構成されてもよい。
【００２５】
（ハブ）
ハブ２８は、上面視で環状の略カップ状に形成され、シャフト孔２８ａと、突出部２８ｂと、載置部２８ｃとを有する。ハブ２８は、載置部２８ｃの載置面２８ｄにスペーサ９を介して重ねて載置される記録ディスク８を固定保持し、シャフト孔２８ａに圧入及び接着により固定されるシャフト２６と共に回転軸Ｒを中心に回転する。
【００２６】
ハブ２８は、例えば軟磁性を有するステンレス鋼のＳＵＳ４３０等の鉄鋼材料を切削加工又はプレス加工することにより形成される。また、ハブ２８は、表面の剥離が抑制されるように、例えば無電解ニッケルめっき等の表面層形成処理が施されてもよい。
【００２７】
なお、ハブ２８は、単一の部材から形成されてもよく、例えば各部が別体の部品として構成されてもよい。
【００２８】
（上フランジ）
上フランジ２７は、シャフト２６から外周側に円環状に突出する円環部２７ａと、円環部２７ａの外周側端部から下方に突出する円筒部２７ｂとを有し、圧入及び接着により固定されるシャフト２６と共に回転する。
【００２９】
（クランパ）
クランパ３６は、円環状の部材であり、中心孔がハブ２８の上端部に嵌合して固定され、スペーサ９を介して重ねて載置された記録ディスク８をハブ２８の載置部２８ｃとの間で挟んで固定する。
【００３０】
（ヨーク）
ヨーク３４は、例えば軟磁性を有する鉄鋼材料等から、切削加工又はプレス加工等により円筒状に形成されている。ヨーク３４は、ハブ２８の突出部２８ｂの内周面に、例えば接着により固定される。
【００３１】
（マグネット）
マグネット３５は、円筒状に形成され、ヨーク３４の内周面に、例えば接着により固定されている。マグネット３５は、例えばフェライト系の磁石材料や希土類系の磁石材料等であり、バインダーとしてポリアミド等の樹脂を含んで形成される。また、マグネット３５は、例えばフェライト系マグネット層と希土類系マグネット層とが積層されて形成されてもよい。
【００３２】
マグネット３５は、例えば内周面の周方向に１２極の磁極が設けられており、ステータコア４０に設けられている突極の外周面と隙間を介して半径方向に対向して設けられている。
【００３３】
（ステータコア）
ステータコア４０は、上面視で環状の円環部と、円環部から半径方向外周側に伸びる複数の突極とを有し、ベース４の突出部４ｄの外周側に、例えば圧入により固定されている。ステータコア４０は、例えば積層した複数の薄型電磁鋼板をかしめにより一体化することで形成される。ステータコア４０の表面には、例えば電着塗装や粉体塗装等による絶縁皮膜が設けられている。ステータコア４０の各突極には、コイル４２が巻回されている。なお、ステータコア４０は、例えば焼結体等の磁性を有する粉体を固化して形成されたソリッドコアであってもよい。
【００３４】
コイル４２に３相の略正弦波状の駆動電流が流されると、ステータコア４０の突極に沿って駆動磁束が発生し、マグネット３５の磁極の磁束との電磁的作用によりトルクが生じてハブ２８が回転駆動する。
【００３５】
（スリーブ）
内スリーブ３１は、円筒状の部材であり、例えば圧入及び接着により外スリーブ３２の内周面に固定され、シャフト２６の上フランジ２７と下フランジ２６ａとの間を環囲する。外スリーブ３２は、内スリーブ３１を環囲する円筒状の部材であり、例えば圧入及び接着によりベース４の底面から突出する突出部４ｄの内周面に固定されている。
【００３６】
内スリーブ３１及び外スリーブ３２は、例えばＳＵＳ４３０等の鉄鋼材料から、それぞれ切削加工により略円筒状に形成されている。また、内スリーブ３１及び外スリーブ３２は、例えばＳＵＳ４３０等の鉄鋼材料又は黄銅等の金属材料を切削加工した後に、無電解ニッケルめっき等の表面処理が施されたものであってもよい。なお、内スリーブ３１と外スリーブ３２とは、単一の部材で一体形成されてもよい。
【００３７】
（プレート）
プレート２９は、円盤状の部材であり、例えば圧入及び接着により外スリーブ３２の下端に固定されている。プレート２９は、外スリーブ３２の下端を塞ぎ、内スリーブ３１の下端との間にシャフト２６の下フランジ２６ａを収容する空間を形成する。
【００３８】
（潤滑剤）
シャフト２６及び上フランジ２７と、プレート２９、内スリーブ３１及び外スリーブ３２との所定の間隙には、潤滑剤９２が注入されている。潤滑剤９２は、基油に蛍光体が添加されており、所定波長の光を照射すると発光するため、部材間から漏出している場合には容易に検出される。
【００３９】
（テーパ空間）
上フランジ２７の円筒部２７ｂの外周面と、外スリーブ３２の上端部３２ａの内周面との間には、上方に向かって間隔が徐々に広がるテーパ空間１１８が設けられており、テーパ空間１１８には潤滑剤９２の気液界面１２０が形成されている。テーパ空間１１８は、毛細管現象により潤滑剤９２の漏れ出しを抑止するシール部として機能する。
【００４０】
（ラジアル動圧発生溝）
内スリーブ３１の内周面には、シャフト２６及びハブ２８が回転するときに潤滑剤９２にラジアル方向（半径方向）の流体動圧を発生させる第１ラジアル動圧発生溝５０と、第２ラジアル動圧発生溝５５とが軸方向に離間して設けられている。第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５は、図３に示すようにそれぞれヘリングボーン形状の複数の屈曲溝５１，５６を含む。
【００４１】
なお、第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５の複数の屈曲溝５１，５６の一つ以上が、シャフト２６の外周面に設けられてもよい。
【００４２】
第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５は、例えば圧電素子を用いて微細に位置制御される切削工具を有する切削加工装置により形成される。切削加工装置では、内スリーブ３１が治具に保持された状態で回転され、切削工具が内スリーブ３１の内周面に接触して軸方向に移動しながら切削することで、第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５が形成される。
【００４３】
図４は、切削加工装置において切削工具１３０が微小溝１３１を形成する様子を模式的に示す図である。
【００４４】
内スリーブ３１は治具に保持されて回転するため、図４に示す様に、切削工具１３０は、周方向Ｔに沿って内スリーブ３１に対して相対的に矢印方向に移動する。また、切削工具１３０は、圧電素子に交番電界が印加されることで、図４において上下方向に変位し、回転する内スリーブ３１の内周面の所望の位置を切削して微小溝１３１を形成する。
【００４５】
微小溝１３１の周方向Ｔに直交する幅Ｗは、例えば０．０２ｍｍから０．２ｍｍの範囲で形成される。また、微小溝１３１の周方向Ｔの長さＬｇは、例えば０．２ｍｍから２ｍｍの範囲で形成され、微小溝１３１の深さは、例えば３μｍから５０μｍの範囲で形成される。
【００４６】
図５は、実施形態における第１ラジアル動圧発生溝５０を例示する拡大図である。
【００４７】
図５に示す様に、切削工具１３０は、回転する内スリーブ３１に対して周方向Ｔに対して直交するＸ方向に所定のピッチＰで移動しながら、周方向Ｔに沿って所定の位置に微小溝１３１を切削して形成する。切削工具１３０が移動するピッチＰは微小溝１３１の幅Ｗよりも小さく、微小溝１３１はＸ方向に重なる様に形成される。第１ラジアル動圧発生溝５０は、この様に切削工具１３０が周方向Ｔに延伸する複数の微小溝１３１をＸ方向に重なる様に内スリーブ３１の内周面を切削することで形成される。また、第２ラジアル動圧発生溝５５は、第１ラジアル動圧発生溝５０と同様に、周方向Ｔに延伸する複数の微小溝１３１がＸ方向に重なる様に切削されることで形成される。
【００４８】
このような切削加工装置を用いた切削加工により、第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５は、所望の形状に寸法精度良く形成される。
【００４９】
（スラスト動圧発生溝）
図２に示すように、シャフト２６の下フランジ２６ａの上面には、シャフト２６がプレート２９や内スリーブ３１等に対して回転するときに潤滑剤９２にスラスト方向（軸方向）の流体動圧を発生させる第１スラスト動圧発生溝６０が設けられている。第１スラスト動圧発生溝６０は、例えばヘリングボーン形状又はスパイラル形状の複数の溝で構成されている。なお、第１スラスト動圧発生溝６０は、内スリーブ３１の下面に設けられてもよい。
【００５０】
また、シャフト２６の下フランジ２６ａの下面には、シャフト２６がプレート２９や内スリーブ３１等に対して回転するときに潤滑剤９２にスラスト方向の流体動圧を発生させる第２スラスト動圧発生溝６５が設けられている。第２スラスト動圧発生溝６５は、例えばヘリングボーン形状又はスパイラル形状の複数の溝で構成されている。なお、第２スラスト動圧発生溝６５は、プレート２９の上面に設けられてもよい。
【００５１】
第１スラスト動圧発生溝６０及び第２スラスト動圧発生溝６５は、第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５と同様に、切削工具１３０により切削される微小溝で形成されてもよい。
【００５２】
シャフト２６及びハブ２８がプレート２９や内スリーブ３１等に対して回転すると、潤滑剤９２に発生するラジアル方向及びスラスト方向の流体動圧によって、シャフト２６及びハブ２８が、プレート２９、内スリーブ３１及び外スリーブ３２に対して非接触状態で支持される。
【００５３】
＜軸受特性＞
図６は、ディスク駆動装置１００における軸受特性について説明する図である。図６は、回転軸Ｒに対して直交するＸＹ断面であり、シャフト２６と、内スリーブ３１とが模式的に描かれている。なお、図６では、シャフト２６が円柱状に描かれている。
【００５４】
図６に示すように、シャフト２６が破線で示される位置から実線で示される位置まで、Ｘ方向にδｘ変位すると、シャフト２６には元の位置に戻ろうとするＸ方向の力Ｆｘがはたらく。また、シャフト２６には、内スリーブ３１の内周面に形成されている第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５によって発生する潤滑剤９２の動圧の影響を受け、Ｘ方向に直交するＹ方向の力Ｆｙがはたらく。
【００５５】
このように、シャフト２６がＸ方向にδｘ変位したときに、Ｘ方向の力Ｆｘを発生させる軸受の剛性をＫｘｘ（＝Ｆｘ／δｘ）とする。なお、以下の説明において単に軸受の剛性というときは、Ｋｘｘを指すものとする。また、Ｙ方向の力Ｆｙを発生させる軸受の特性をＫｘｙ（＝Ｆｙ／δｘ）とする。また、シャフト２６と内スリーブ３１との間に潤滑剤９２が介在することによるＸ方向の減衰をＣｘｘとする。
【００５６】
このとき、軸受の剛性Ｋｘｘが大きければ、シャフト２６のＸ方向への変位が抑制されてハブ２８の回転が安定に保たれる。軸受の特性Ｋｘｙが小さければ、シャフト２６のＹ方向への変位が抑制されてハブ２８の回転が安定に保たれる。また、軸受の減衰Ｃｘｘが小さければ、機械的な共振が抑制される。さらに軸受のトルクロスが小さくなると、回転機器の消費電流が低減される。
【００５７】
（シミュレーション）
上記した剛性Ｋｘｘ，特性Ｋｘｙ、減衰Ｃｘｘ及びトルクロスといった軸受特性は、内スリーブ３１の内周面に形成されている第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５によって発生する潤滑剤９２の動圧に応じて変化する。
【００５８】
そこで、軸受の剛性Ｋｘｘ，特性Ｋｘｙ、減衰Ｃｘｘ及びトルクロスといった軸受特性が最適化されるラジアル動圧発生溝の形状を、以下で説明する第１〜第３シミュレーションにより求めた。
【００５９】
図７及び図８は、シミュレーションに用いた第１ラジアル動圧発生溝５０の形状パラメータを例示する図である。
【００６０】
ここで、図７に示すように、第１ラジアル動圧発生溝５０の軸方向の長さをＬとし、第１ラジアル動圧発生溝５０の軸方向の両端部における屈曲溝５１の周方向の溝幅をＷｅｇ、周方向の溝間隔をＷｅｌとする。また、第１ラジアル動圧発生溝５０の軸方向において中央付近に設けられている屈曲部の周方向の溝幅をＷｃｇ、周方向の溝間隔をＷｃｌとする。
【００６１】
さらに、屈曲溝５１の両端部における溝深さをＤｅ、中央部における溝深さをＤｃとし、屈曲溝５１の屈曲部から端部までの周方向に突出する側の外形線と周方向とがなす角を傾斜角度Ａ１とする。
【００６２】
また、図８に示すように、内スリーブ３１の内周面と、シャフト２６の外周面との間の半径方向隙間をＧとする。
【００６３】
（第１シミュレーション）
第１シミュレーションでは、第１ラジアル動圧発生溝５０の軸方向の長さＬと、屈曲部を含む領域の回転軸Ｒからの距離ｒとの比を、軸受比Ｌ／ｒとしている。また、第１ラジアル動圧発生溝５０の屈曲部における溝幅Ｗｃｇと溝間隔Ｗｃｌとの比（Ｗｃｇ／Ｗｃｌ）を屈曲部溝比率ＧｐｒＣ、第１ラジアル動圧発生溝５０の両端部における溝幅Ｗｅｇと溝間隔Ｗｅｌとの比（Ｗｅｇ／Ｗｅｌ）を端部溝比率ＧｐｒＥとしている。なお、これらの溝比率は、５０％以上の場合は隣接する屈曲溝５１の間で溝幅Ｗｃｇ，Ｗｅｇが占める割合が半分以上であり、５０％未満の場合は半分未満であることを示している。第１シミュレーションでは、第１ラジアル動圧発生溝５０において、トルクロスが一定となる条件下で、剛性Ｋｘｘが極大となるパラメータを求めた。
【００６４】
図９（ａ）は、隙間Ｇが２μｍである場合において軸受比Ｌ／ｒ（横軸）に対して剛性Ｋｘｘが極大となる最適溝比率（縦軸）を求めた第１シミュレーションの結果を表すグラフである。図９（ａ）のグラフにおいて、プロット群９０２は屈曲部溝比率ＧｐｒＣ、プロット群９０４は端部溝比率ＧｐｒＥである。
【００６５】
図９（ａ）に示すグラフから、第１ラジアル動圧発生溝５０は、軸受比Ｌ／ｒが小さい場合には屈曲部の溝比率ＧｐｒＣが大きく、且つ、両端部の溝比率ＧｐｒＥが小さくなるように形成されることで、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となることが判明した。また、第１ラジアル動圧発生溝５０は、軸受比Ｌ／ｒが大きい場合には屈曲部の溝比率ＧｐｒＣが小さく、且つ、両端部の溝比率ＧｐｒＥが大きくなるように形成されることで、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となることが判明した。
【００６６】
図９（ａ）のグラフにおいて、第１ラジアル動圧発生溝５０の屈曲部の溝比率ＧｐｒＣの近似式と、両端部の溝比率ＧｐｒＥの近似式とは、軸受比Ｌ／ｒが約１．０５、溝比率Ｇｐｒが約５０％の点で交差している。
【００６７】
このように、第１ラジアル動圧発生溝５０は、軸受比Ｌ／ｒが１．０５未満の場合には、概ねプロット群９０２で示される屈曲部溝比率ＧｐｒＣが５０％より大きく、プロット群９０４で示される端部溝比率ＧｐｒＥが５０％より小さいときに、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となる。すなわち、この場合において、第１ラジアル動圧発生溝５０は、屈曲部の溝幅Ｗｃｇが両端部の溝幅Ｗｃｇよりも大きく広い場合に、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となる。より具体的には、軸受比Ｌ／ｒが１．０５未満の場合には、第１ラジアル動圧発生溝５０の屈曲部溝比率ＧｐｒＣが５０％〜９０％、端部溝比率ＧｐｒＥが１０％〜５０％であることが好ましい。
【００６８】
また、第１ラジアル動圧発生溝５０は、軸受比Ｌ／ｒが１．０５以上の場合には、概ねプロット群９０２で示される屈曲部溝比率ＧｐｒＣが５０％より小さく、プロット群９０４で示される端部溝比率ＧｐｒＥが５０％以上の場合に、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となる。すなわち、この場合において、第１ラジアル動圧発生溝５０は、屈曲部の溝幅Ｗｃｇが両端部の溝幅Ｗｃｇよりも小さく狭い場合に、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となる。より具体的には、軸受比Ｌ／ｒが１．０５以上の場合には、第１ラジアル動圧発生溝５０の屈曲部溝比率ＧｐｒＣが１０％〜５０％、端部溝比率ＧｐｒＥが５０％〜８０％であることが好ましい。
【００６９】
図９（ｂ）は、隙間Ｇが４μｍである場合において軸受比Ｌ／ｒに対して剛性Ｋｘｘが極大となる最適溝比率ＧｐｒＣ，ＧｐｒＥを求めた第１シミュレーションの結果を表すグラフである。また、図９（ｃ）は、隙間Ｇが６μｍである場合において軸受比Ｌ／ｒに対して剛性Ｋｘｘが極大となる最適溝比率ＧｐｒＣ，ＧｐｒＥを求めた第１シミュレーションの結果を表すグラフである。図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、隙間Ｇが４μｍ、６μｍの何れの場合であっても、軸受比Ｌ／ｒと溝比率ＧｐｒＣ，ＧｐｒＥとの関係は、図９（ａ）に示される隙間Ｇが２μｍの場合とほぼ同様であった。
【００７０】
（第２シミュレーション）
第２シミュレーションでは、第１ラジアル動圧発生溝５０について、軸受比Ｌ／ｒに対して軸受の剛性Ｋｘｘが極大となる最適な屈曲部溝深さＤｃ及び端部溝深さＤｅを、それぞれ隙間Ｇとの比Ｄｃ／Ｇ、Ｄｅ／Ｇとして求めた。図１０のグラフには、隙間Ｇが２μｍ〜６μｍの範囲において、軸受比Ｌ／ｒに対する最適な屈曲部溝深さ比Ｄｃ／Ｇを表すプロット群９０６と、最適な端部溝深さ比Ｄｅ／Ｇを表すプロット群９０８とが示されている。
【００７１】
以下に、プロット群９０６とプロット群９０８に対応する数値を示す。
L/r=0.25  Dc/G=1.08  De/G=1.86  Dc/De=58％
L/r=0.50  Dc/G=1.33  De/G=2.48  Dc/De=54％
L/r=0.75  Dc/G=0.85  De/G=2.23  Dc/De=38％
L/r=1.00  Dc/G=1.04  De/G=2.01  Dc/De=52％
L/r=1.25  Dc/G=1.05  De/G=1.91  Dc/De=55％
L/r=1.50  Dc/G=0.91  De/G=1.89  Dc/De=48％
L/r=1.75  Dc/G=0.89  De/G=2.02  Dc/De=44％
L/r=2.00  Dc/G=0.73  De/G=1.98  Dc/De=37％
L/r=2.25  Dc/G=0.77  De/G=2.14  Dc/De=36％
L/r=2.50  Dc/G=0.51  De/G=2.02  Dc/De=25％
L/r=2.75  Dc/G=0.50  De/G=2.11  Dc/De=24％
L/r=3.00  Dc/G=0.69  De/G=2.00  Dc/De=35％
上記したように、第２シミュレーションの結果では、軸受比Ｌ／ｒが０．２５から３の範囲では、屈曲部溝深さ比Ｄｃ／Ｇは０．５から１．３３に分布して中心値が約０．９であった。また、同様に軸受比Ｌ／ｒが０．２５から３の範囲では、端部溝深さ比Ｄｅ／Ｇは１．８６から２．４８に分布して中心値が約２．１であった。このように、第２シミュレーションの結果から、軸受比Ｌ／ｒが０．２５から３の範囲では、屈曲部の溝深さ比Ｄｃ／Ｇが両端部の溝深さ比Ｄｅ／Ｇよりも小さいときに、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となることが判明した。すなわち、第１ラジアル動圧発生溝５０は、屈曲部の溝深さＤｃが両端部の溝深さＤｅよりも小さく浅い場合に、軸受の剛性Ｋｘｘが極大となる。
【００７２】
なお、上記した第１シミュレーション及び第２シミュレーションでは、第１ラジアル動圧発生溝５０の結果について説明したが、第２ラジアル動圧発生溝５５についても同様である。
【００７３】
（第３シミュレーション）
第３シミュレーションとして、まず、以下に示す条件で、第１ラジアル動圧発生溝５０の屈曲溝５１の屈曲部から端部までの周方向に突出する側の外形線と周方向とがなす角である傾斜角度Ａ１と軸受の剛性Ｋｘｘとの関係を求めた。なお、第１ラジアル動圧発生溝５０の屈曲溝５１の屈曲部を含む領域の回転中心からの距離ｒは２ｍｍ、第１ラジアル動圧発生溝５０の軸方向長さＬは２．６ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００７４】
軸受比Ｌ／ｒ：１．３（≧１．０５）
屈曲部溝比率ＧｐｒＣ＝４４［％］
端部溝比率ＧｐｒＥ＝６２［％］
屈曲部溝深さＤｃ＝３．０［μｍ］
端部溝深さＤｅ＝６．１［μｍ］
屈曲部溝深さＤｃ／端部溝深さＤｅ＝４９［％］
図１１は、第３シミュレーションにより求められた傾斜角度Ａ１と軸受の剛性Ｋｘｘとの関係をプロットしたグラフである。図１１に示されるように、傾斜角度Ａ１は、約２３．８°で軸受の剛性Ｋｘｘが最大となり、例えば剛性Ｋｘｘが大きくなる１３°以上４０°以下が好ましい範囲であることが分かった。
【００７５】
また、以下に示す条件で、第２ラジアル動圧発生溝５５の屈曲溝５６の屈曲部から端部までの周方向に突出する側の外形線と周方向とがなす角である傾斜角度Ａ２と軸受の剛性Ｋｘｘとの関係を求めた。なお、第２ラジアル動圧発生溝５５の屈曲溝５６の屈曲部を含む領域の回転中心からの距離ｒは２ｍｍ、第２ラジアル動圧発生溝５５の軸方向長さＬは１．６ｍｍとしてシミュレーションを行った。
【００７６】
軸受比Ｌ／ｒ：０．８（＜１．０５）
屈曲部溝比率ＧｐｒＣ＝５７［％］
端部溝比率ＧｐｒＥ＝４５［％］
屈曲部溝深さＤｃ＝３．３［μｍ］
端部溝深さＤｅ＝６．８［μｍ］
屈曲部溝深さＤｃ／端部溝深さＤｅ＝４９［％］
図１２は、第３シミュレーションにより求められた傾斜角度Ａ２と軸受の剛性Ｋｘｘとの関係をプロットしたグラフである。図１２に示されるように、傾斜角度Ａ２は、約１９．９°で軸受の剛性Ｋｘｘが最大となり、例えば剛性Ｋｘｘが大きくなる１２°以上３５°以下が好ましい範囲であることが分かった。
【００７７】
［実施例１］
次に、実施例１に係るディスク駆動装置１００における第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５の形状について説明する。実施例１に係るディスク駆動装置１００の第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５は、以下の形状パラメータを有する。
【００７８】
（第１ラジアル動圧発生溝）
回転中心からの距離ｒ：２．０［ｍｍ］
軸方向長さＬ：２．６［ｍｍ］
軸受比Ｌ／ｒ：１．３（≧１．０５）
屈曲部溝比率ＧｐｒＣ＝４４［％］
端部溝比率ＧｐｒＥ＝６２［％］
屈曲部溝深さＤｃ＝３．０［μｍ］
端部溝深さＤｅ＝６．１［μｍ］
屈曲部溝深さＤｃ／端部溝深さＤｅ＝４９［％］
傾斜角度Ａ１＝２３．８［ｄｅｇ］
図１３は、実施例１における第１ラジアル動圧発生溝５０を例示する図である。図１３に示すように、第１ラジアル動圧発生溝５０は、各屈曲溝５１の屈曲部の溝幅Ｗｃｇが両端部の溝幅Ｗｅｇよりも小さく（狭く）、屈曲部の溝深さＤｃが両端部の溝深さＤｅよりも小さく（浅く）なるように形成されている。このように、第１ラジアル動圧発生溝５０の各屈曲溝５１は、屈曲部を含む部分に両端部よりも溝幅が狭く溝深さが浅い浅狭領域５２を有する。
【００７９】
（第２ラジアル動圧発生溝）
回転中心からの距離ｒ：２．０［ｍｍ］
軸方向長さＬ：１．６［ｍｍ］
軸受比Ｌ／ｒ：０．８（＜１．０５）
屈曲部溝比率ＧｐｒＣ＝５７［％］
端部溝比率ＧｐｒＥ＝４５［％］
屈曲部溝深さＤｃ＝３．３［μｍ］
端部溝深さＤｅ＝６．８［μｍ］
屈曲部溝深さＤｃ／端部溝深さＤｅ＝４９［％］
傾斜角度Ａ２＝１９．９［ｄｅｇ］
図１４は、実施例１における第２ラジアル動圧発生溝５５を例示する図である。図１４に示すように、第２ラジアル動圧発生溝５５は、各屈曲溝５６の屈曲部の溝幅Ｗｃｇが両端部の溝幅Ｗｅｇよりも大きく（広く）、屈曲部の溝深さＤｃが両端部の溝深さＤｅよりも小さく（浅く）なるように形成されている。このように、第２ラジアル動圧発生溝５５の各屈曲溝５６は、屈曲部を含む部分に両端部よりも溝幅が広く溝深さが浅い浅広領域５７を有する。
【００８０】
［比較例１］
比較例１に係るディスク駆動装置における第１ラジアル動圧発生溝及び第２ラジアル動圧発生溝の形状について説明する。比較例１に係るディスク駆動装置の第１ラジアル動圧発生溝及び第２ラジアル動圧発生溝は、以下の形状パラメータを有する。
【００８１】
（第１ラジアル動圧発生溝）
回転中心からの距離ｒ：２．０［ｍｍ］
軸方向長さＬ：２．６［ｍｍ］
軸受比Ｌ／ｒ：１．３（≧１．０５）
屈曲部溝比率ＧｐｒＣ＝３７［％］
端部溝比率ＧｐｒＥ＝３７［％］
屈曲部溝深さＤｃ＝６．０［μｍ］
端部溝深さＤｅ＝６．０［μｍ］
屈曲部溝深さＤｃ／端部溝深さＤｅ＝１００［％］
傾斜角度Ａ＝１５．０［ｄｅｇ］
（第２ラジアル動圧発生溝）
回転中心からの距離ｒ：２．０［ｍｍ］
軸方向長さＬ：１．６［ｍｍ］
軸受比Ｌ／ｒ：０．８（＜１．０５）
屈曲部溝比率ＧｐｒＣ＝３７［％］
端部溝比率ＧｐｒＥ＝３７［％］
屈曲部溝深さＤｃ＝６．０［μｍ］
端部溝深さＤｅ＝６．０［μｍ］
屈曲部溝深さＤｃ／端部溝深さＤｅ＝１００［％］
傾斜角度Ａ＝１５．０［ｄｅｇ］
上記したように、比較例１における第１ラジアル動圧発生溝及び第２ラジアル動圧発生溝は、各屈曲溝の溝幅及び溝深さが均一に形成されている。
【００８２】
上記した実施例１及び比較例１の構成において、シミュレーションにより軸受の特性を求めた結果を以下に示す。
【００８３】
［実施例１の軸受特性］
（第１ラジアル動圧発生溝）
剛性Ｋｘｘ（Ｎ／μｍ）      ：７２．６
特性Ｋｘｙ（Ｎ／μｍ）      ：６４．７
減衰Ｃｘｘ（Ｎ・ｓ／ｍ）    ：２２６９２３
トルクロス（Ｎ・μｍ）      ：３８１１
（第２ラジアル動圧発生溝）
剛性Ｋｘｘ（Ｎ／μｍ）      ：３０．６
特性Ｋｘｙ（Ｎ／μｍ）      ：２０．０
減衰Ｃｘｘ（Ｎ・ｓ／ｍ）    ：６８２３５
トルクロス（Ｎ・μｍ）      ：２３５９
［比較例１の軸受特性］
（第１ラジアル動圧発生溝）
剛性Ｋｘｘ（Ｎ／μｍ）      ：５７．５
特性Ｋｘｙ（Ｎ／μｍ）      ：９２．６
減衰Ｃｘｘ（Ｎ・ｓ／ｍ）    ：３１４１２９
トルクロス（Ｎ・μｍ）      ：４０６２
（第２ラジアル動圧発生溝）
剛性Ｋｘｘ（Ｎ／μｍ）      ：２７．２
特性Ｋｘｙ（Ｎ／μｍ）      ：２６．８
減衰Ｃｘｘ（Ｎ・ｓ／ｍ）    ：９００７２
トルクロス（Ｎ・μｍ）      ：２５００
上記したように、実施例１における第１ラジアル動圧発生溝５０の剛性Ｋｘｘは、比較例１における第１ラジアル動圧発生溝の剛性Ｋｘｘよりも大きい。また、実施例１における第２ラジアル動圧発生溝５５の剛性Ｋｘｘは、比較例１における第２ラジアル動圧発生溝の剛性Ｋｘｘよりも大きい。
【００８４】
また、実施例１における第１ラジアル動圧発生溝５０の特性Ｋｘｙは、比較例１における第１ラジアル動圧発生溝の特性Ｋｘｙよりも小さい。同様に、実施例１における第２ラジアル動圧発生溝５５の特性Ｋｘｙは、比較例１における第２ラジアル動圧発生溝の特性Ｋｘｙよりも小さい。
【００８５】
さらに、実施例１における第１ラジアル動圧発生溝５０の減衰Ｃｘｘは、比較例１における第１ラジアル動圧発生溝の減衰Ｃｘｘよりも小さい。同様に、実施例１における第２ラジアル動圧発生溝５５の減衰Ｃｘｘは、比較例１における第２ラジアル動圧発生溝の減衰Ｃｘｘよりも小さい。
【００８６】
このように、実施例１における第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５は、軸受の剛性Ｋｘｘが比較例１よりも大きいため、シャフト２６のＸ方向への変位が抑制され、ハブ２８の回転がより安定に保たれる。さらに、実施例１における第１ラジアル動圧発生溝５０及び第２ラジアル動圧発生溝５５は、特性Ｋｘｙ及び減衰Ｃｘｘが比較例１よりも小さく、トルクロスが減少して軸受の特性が向上していることが分かる。
【００８７】
以上で説明したように、軸受比（Ｌ／ｒ）が１．０５以上という条件では、ラジアル動圧発生溝が、屈曲部の溝幅Ｗｃｇが両端部の溝幅Ｗｅｇよりも狭く、屈曲部の溝深さＤｃが両端部の溝深さＤｅよりも浅い浅狭領域を含む屈曲溝を有することで、軸受特性が向上して回転安定性が向上する。また、軸受比（Ｌ／ｒ）が１．０５未満という条件では、ラジアル動圧発生溝が、屈曲部の溝幅Ｗｃｇが両端部の溝幅Ｗｅｇよりも広く、屈曲部の溝深さＤｃが両端部の溝深さＤｅよりも浅い浅広領域を含む屈曲溝を有することで、軸受特性が向上して回転安定性が向上する。
【００８８】
以上、実施形態に係る回転機器について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
２６  シャフト
２８  ハブ
３１  内スリーブ
３２  外スリーブ
５０  第１ラジアル動圧発生溝
５１，５６  屈曲溝
５２  浅狭領域
５５  第２ラジアル動圧発生溝
５７  浅広領域
６０  第１スラスト動圧発生溝
６５  第２スラスト動圧発生溝
１００  ディスク駆動装置（回転機器）
【図１】
2016050590.tif 000003
【図２】
2016050590.tif 000004
【図３】
2016050590.tif 000005
【図４】
2016050590.tif 000006
【図５】
2016050590.tif 000007
【図６】
2016050590.tif 000008
【図７】
2016050590.tif 000009
【図８】
2016050590.tif 000010
【図９】
2016050590.tif 000011
【図１０】
2016050590.tif 000012
【図１１】
2016050590.tif 000013
【図１２】
2016050590.tif 000014
【図１３】
2016050590.tif 000015
【図１４】
2016050590.tif 000016