JP2001045700A - 動圧軸受と転がり軸受とを備えた小型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用可能な回転数の範囲を拡大し、中速〜高
速回転時にも軸振れが無く、低騒音・低摩耗化を実現
し、かつ、長寿命が得られる小型モータを提供する。 【解決手段】 ステータベース（１１）に植設した軸受
ハウジング（１２，２６）の内部に予め予圧した転がり
軸受（ＢＪ１，ＢＪ２，ＢＪ３，ＢＪ４）と動圧軸受と
を備えて回転軸（１５）を軸支した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中速から高速に向
く小型モータに係り、特に動圧軸受と転がり軸受とを備
えた小型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＤ等のメディアディスクはコン
ピュータ用に用途が拡大したのに伴って、データ容量が
増大し、それに対応するため、高速化が要求され、回転
数が６０００〜２００００ｒｐｍの中高速小型モータが
要求されて来ている。このような小型モータは軸受とし
て動圧軸受または転がり軸受を備えた小型モータが一般
的であり、種々提案されている。例えば、内輪と外輪の
間にボールを充填した軸受をケースおよびベースや軸受
ハウジングによって固定し、この転がり軸受によって、
回転軸を支持する小型モータがある。以下、図面を用い
て説明すると、図３は従来の転がり軸受を用いた小型モ
ータの一例をしめすもので、１はステータベース、２は
このステータベース１の略中央部に植設された軸受ハウ
ジング、３はこの軸受ハウジング２の外周に固着された
ステータコア、４はこのステータコア３に巻回されたコ
イルである。５は軸受ハウジング２の中央に転がり軸受
６，７によって軸支された回転軸。Ｒはこの回転軸に固
着されたロータ、８はロータケース、９はこのロータケ
ース８の内周に固着されたリングマグネット、１０は前
記回転軸５の自由端に固着された回転デイスクである。
このような構造の転がり軸受を備えた小型モータでは、
ボールが回転するためにはボールと内輪または外輪との
間に間隙（即ちガタ）が必要である。したがって、この
間隙のために、次の問題が生じる。例えば回転デイスク
１０にＣＤロム等のディスク媒体が載置されるが、回転
ディスクは回転によって回転数の４乗で遠心力を発生す
る。また、一般にボールの適正自転回転数は、軸の回転
数の３〜５倍に設定すると高率が良い。したがって、軸
の回転数が２０，０００ｒｐｍのときは、ボールの適正
自転回転数は６０，０００〜１００，０００ｒｐｍと高
速になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、載置さ
れるディスク媒体が反っていたり、取り付け時の心ズレ
があったりすると５０倍速以上で回転するため軌道中の
ボールを介して軸５に作用する荷重の偏りは極めて増大
する。この増大した荷重の偏りによって荷重を受けない
側（無負荷圏と言う）が出来、その部分の軌道中にある
ボールは公転速度が速くなり、ボールの適正自転回転数
を上回る。それに従って内輪または外輪との接触面に油
膜が生じる。すると自転滑りが発生し滑走面に高熱が発
生して焼き付きや、異常摩耗が発生する。この現象は高
速回転になるほど顕著となり、騒音や摩耗が増大し、摩
耗によってさらにガタや騒音が増大して急激な寿命の低
下をきたす欠点があった。一方、動圧軸受を備えた小型
モータでは、所定の回転数の時に最大の動圧が発生する
様にグルーブが設定してあるため、おのずと使用回転数
が制約されるし、動圧用オイルが漏れるとすぐに軸受機
能を損なわれる欠点がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、使用可能な回転
数の範囲を拡大し、中速〜高速回転時にも軸振れが無
く、低騒音・低摩耗化を実現し、かつ、長寿命が得られ
る小型モータを提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するに
は、請求項１に記載の発明のように、ステータベースに
植設した軸受ハウジングの内部にロータを固着した回転
軸を嵌挿し、軸受によって軸支した小型モータにおい
て、転がり軸受を予圧手段によって予めし、この予め予
圧した転がり軸受と、動圧軸受との共同によって回転軸
を軸支したことにより達成出来る。また、請求項２に記
載の発明のように前記予圧手段は可動ボールホルダを固
定ボールホルダ側に付勢したことにより達成できる。さ
らに、請求項３に記載の発明のように前記予圧手段は転
がり軸受の外輪を軸方向に付勢することにより達成でき
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を
示す断面図である。図２は本発明の第２の実施の形態を
示す断面図である。図３は従来の転がり軸受を備えた小
型モータを示す断面図である。

【０００７】図１において１１は、ステータベース、１
２はこのステータベース１１の略中央部に植設された軸
受ハウジング、１３はこの軸受ハウジング１２の外周に
固着されたステータコア、１４はこのステータコア１３
に巻回されたコイルである。１５は軸受ハウジング１２
の中央に嵌挿された回転軸で、動圧発生溝ａ，ｂ，ｃを
備えている。動圧発生溝ａおよびｂは回転軸１５をラジ
アル方向に軸支する動圧を発生するもので、ｃは回転軸
１５をスラスト方向に軸支する動圧を発生するものであ
る。回転軸１５の動圧発生溝ａの上部には動圧用オイル
が軸受ハウジング１２から外部に漏出しロータの回転に
伴って遠心力で飛び散るのを防ぐため、フッ素等の撥油
物質を塗布するか、漏出防止手段を講じると良い。１６
はボール、１７はボール保持用の環状テーパ面１７ａを
備え、軸受ハウジング１２の内部に圧入等によって嵌挿
された環状の固定ボールホルダーである。１８は前記環
状テーパ面１７ａと略９０度のなす角で対峙し、前記環
状テーパ面１７ａと共同で前記ボール１６を回転軸１５
に押圧する環状テーパ面１８ａを備えた環状の可動ボー
ルホルダーである。この可動ボールホルダー１８、前記
固定ボールホルダー１７およびボール１６によって第一
の転がり軸受ＢＪ１を構成している。また、１９はボー
ル保持用の環状テーパ面１９ａを備え、有底の固定ボー
ルホルダーで、軸受ハウジング１２の内部に圧入等によ
って嵌挿されている。２０は前記環状テーパ面１９ａと
対応する環状テーパ面２０ａを備えた環状の可動ボール
ホルダーである。有底の固定ボールホルダー１９、可動
ボールホルダー２０およびボール１６で第二の転がり軸
受ＢＪ２を構成している。Ｒはロータ、２１は回転軸１
５に固着されたロータケース、２２はこのロータケース
２１の内周に固着されたリング状のマグネットである。
このリング状のマグネット２２は１個のリングに多磁極
着磁したものでも良いし、多数の２極マグネットをリン
グ状に配置したものでも良いことは当然である。２３は
可動ボールホルダー１８および可動ボールホルダー２０
をそれぞれ固定ボールホルダー１７または１９の方向に
付勢する予圧バネである。２５は回転軸１５と固定ボー
ルホルダー１７および可動ボールホルダー１８によって
保持されたボール１６および回転軸１５と固定ボールホ
ルダー１９および可動ボールホルダー２０によって保持
されたボール１６とをそれぞれ回転軸１５の周方向にボ
ール間の距離を確保するリテナである。

【０００８】今、この様に構成されたモータに、ある値
の偏心量を持ったディスクを装着し回転をさせた場合、
回転数が増加するに伴い前記ディスクに発生する遠心力
は急激に大きくなり、該モータの軸受部には方向性のあ
る（全周均等ではない）荷重が作用し、この方向性のあ
る荷重は回転軸振れ、騒音、回転部の異常摩耗等の問題
を引き起こそうとする。しかしながら、転がり軸受と動
圧軸受とを両方備えた第１の実施の形態では、スタート
から約１２０００ｒｐｍまでは予め予圧バネ２３によっ
て、可動ボールホルダー１８が固定ボールホルダー１７
の方向に付勢され、可動ボールホルダー２０が固定ボー
ルホルダー１９の方向に付勢されているので前記方向性
のある荷重を全周均等荷重に修正する働きをし、低速回
転時に通常発生する前記回転軸振れ、騒音、回転部の異
常摩耗等は殆ど発生しない。さらに、回転数が上がりや
がて１２０００ｒｐｍを越えると軸受部には更に大きい
方向性のある荷重が掛かろうとし、前記予圧バネ２３で
は抑制できなくなるが、動圧軸受の発生する動圧効果に
より、この方向性のある加重を全周均等加重に修正する
ため、やはり前記回転軸振れ、騒音、回転部の異常摩耗
等は殆ど発生しない。これにより偏心量のある負荷（デ
ィスク）を該モータに装着して回転させても回転軸振
れ、騒音、回転部の摩耗を常に小さく維持することが出
来る。尚、上記各軸受けの担当する回転数は負荷の規模
により転がり軸受の予圧バネの強さ及び動圧軸受の溝の
形状により調整出来る。

【０００９】この様に、予め予圧した転がり軸受と、動
圧軸受との共同によって回転軸を軸支するように構成す
ることにより、起動時〜中速時〜高速回転時まで安定し
て駆動することが出来る。また、万一動圧オイルが漏れ
てもボールがあるので焼き付き等で直ぐに軸受が破損し
てしまうことが無く、雑音を発している間に気づいて動
圧オイルを補給すればまた正常に駆動することが出来
る。

【００１０】次に図２を用いて本発明の第二の実施の形
態を説明する。なお、同一のものには同一の番号を付
す。第二の実施の形態において、１１はステータベー
ス、２６はこのステータベース１１の略中央部に植設さ
れた軸受ハウジング、１３はこの軸受ハウジング２６の
外周に固着されたステータコア、１４はこのステータコ
ア１３に巻回されたコイルである。１５は軸受ハウジン
グ２６の中央に嵌挿され、転がり軸受および動圧軸受に
よって軸支された回転軸である。１６はボール、Ｒは前
記回転軸１５に固着されたロータ、２１はロータケー
ス、２２はこのロータケース２１の内周に固着されたリ
ングマグネットである。ＢＪ３は軸受ハウジング２６と
回転軸１５との間に固着された第一の軸受で、２８は第
一のベアリング外輪、２９は第一のベアリング内輪であ
る。第一のべアリング外輪２８および第一のベアリング
内輪２９にはボール１６の径よりもやや大径のボール保
持面が対向して備えられている。ＢＪ４は軸受ハウジン
グ２６と回転軸１５との間に固着された第二の軸受で、
３１は第二のベアリング外輪、３２は第二のベアリング
内輪である。第二のベアリング外輪３１および第二のベ
アリング内輪３２にも前記と同様にボール１６の径より
もやや大径のボール保持面が対向して備えられている。
３３は第一のベアリング外輪２８が軸方向の一方に所定
距離以上移動するのを規制すると共に内周は第一の動圧
軸受となる第一のハウジングスリーブである。３４は第
二のベアリング外輪３１が軸方向の他方に所定距離以上
移動するのを規制すると共に内周は第二の動圧軸受とな
る第二のハウジングスリーブである。３５は回転軸１５
に圧入または接着等の方法で固着され、第一のベアリン
グ内輪２９が軸方向の一方に移動するのを規制する第一
のシャフトスリーブである。第一のシャフトスリーブ３
５には外周に動圧発生溝ｄが設けられている。３６は回
転軸１５に圧入または接着等の方法で固着され、第二の
ベアリング内輪３２が軸方向の他方に移動するのを規制
する第二のシャフトスリーブである。第二のシャフトス
リーブ３６には外周に動圧発生溝ｅが設けられている。
シャフト１５が回転することによって動圧発生溝ｄが回
転し、第一のハウジングスリーブ３３の内周との間で動
圧を発生させ、第一の動圧軸受を構成する。また、同時
に動圧発生溝ｅも回転し、第二のハウジングスリーブ３
４の内周との間で動圧を発生させ、第二の動圧軸受を構
成する。

【００１１】本発明の第二の実施の形態では、前述の様
に第一のベアリング内輪２９は第一のシャフトスリーブ
３５によって軸方向の一方に移動するのを規制されてお
り、第二のベアリング内輪３２は第二のシャフトスリー
ブ３６によって軸方向の他方に移動するのを規制されて
いる。そして、予圧バネ２３によって第一のベアリング
外輪２８を軸方向の一方に付勢し、第一のハウジングス
リーブ３３側に押圧すると共に、第二のベアリング外輪
３１を軸方向の他方に付勢し第二のハウジングスリーブ
３４側に押圧している。このため、第一の軸受ＢＪ３は
第一のベアリング外輪２８のボール保持面の下端付近と
第一のベアリング内輪２９のボール保持面の上端付近と
でボール１６を保持し、一方、第二の軸受ＢＪ４は第二
のベアリング外輪３１のボール保持面の上端付近と第二
のベアリング内輪３２のボール保持面の下端付近とでボ
ール１６を保持している。

【００１２】このように構成された第二の実施の形態で
は、第一の軸受および第二の軸受のベアリング外輪、ベ
アリング内輪共にボール１６の径よりもやや大径のボー
ル保持面を対向して備え、このベアリング外輪のボール
保持面の一部とベアリング内輪のボール保持面の一部と
でボール１６を保持するため滑り摩擦が殆ど発生せず、
高性能な転がり軸受を提供できる。また、第二の実施の
形態でも予め予圧バネ２４によって、第一のベアリング
外輪２８および第二のベアリング外輪３１にバイアスし
ているため、起動時から低速回転時に通常発生する軸振
れは発生しない。すなわち、第二の実施の形態では、予
圧手段は転がり軸受の外輪を軸方向に付勢することによ
り転がり軸受を予圧しているため起動時に通常発生する
軸振れ、騒音、回転部の異常摩耗等は発生しない。次第
に回転が上がりやがて１２０００ｒｐｍくらいになると
第一の実施の形態と同様に動圧軸受が中心に働きはじめ
る。すなわち、起動時から略１２０００ｒｐｍぐらいま
でを主として転がり軸受が担当し、略１２０００ｒｐｍ
〜２００００ｒｐｍを主として動圧軸受が担当するよう
になっている点は、第一の実施の形態と同様である。

【００１３】このため、起動時〜中速時〜高速回転時ま
で安定して駆動することが出来る。また、万一動圧オイ
ルが漏れてもボールがあるので焼き付き等で直ぐに軸受
が破損してしまうことが無く、雑音を発している間に気
づいて動圧オイルを補給すればまた正常に駆動すること
が出来ることも第一の実施の形態と同様である。

【００１４】

【発明の効果】この発明は上述のように予め予圧した転
がり軸受と、動圧軸受との共同によって回転軸を軸支
し、回転数によって転がり軸受と、動圧軸受とで分担し
て担当するように構成したので、起動時〜中速時〜高速
回転時まで安定して駆動することが出来る。また、万一
動圧オイルが漏れてもボールがあるので焼き付き等で直
ぐに軸受が破損してしまうことが無く、雑音を発してい
る間に気づいて動圧オイルを補給すればまた正常に駆動
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図３】従来の転がり軸受を備えた小型モータを示す断
面図である。

【符号の説明】

Ｒ ロータ ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ 動圧発生溝 １１ ステータベース １２，２６ 軸受ハウジング １３ ステータコア １４ コイル １５ 回転軸 １６ ボール １７，１９ 固定ボールホルダー １８，２０ 可動ボールホルダー ２１ ロータケース ２２ マグネット ２３ 予圧バネ ２５ リテナ ＢＪ１，ＢＪ３ 第一の軸受 ＢＪ２，ＢＪ４ 第二の軸受 ３３ 第一のハウジングスリーブ ３４ 第二のハウジングスリーブ ３５ 第一のシャフトスリーブ ３６ 第二のシャフトスリーブ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA01 AA04 BA02 BA10 CA02 3J012 AB07 BB03 BB05 DB03 EB01 FB01 FB07 5H605 AA04 AA05 BB05 BB19 CC04 CC05 EA19 EB02 EB10 EB18 EB28 EB39 5H607 AA04 BB01 BB14 BB17 CC01 DD01 DD02 DD03 DD08 DD16 GG01 GG02 GG08 GG12 GG15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータベースに植設した軸受ハウジン
   グの内部にロータを固着した回転軸を嵌挿し、軸受によ
   って軸支した小型モータにおいて、転がり軸受を予圧手
   段によって予め予圧し、この予め予圧した転がり軸受
   と、動圧軸受との共同によって回転軸を軸支したことを
   特徴とする動圧軸受と転がり軸受とを備えた小型モー
   タ。
2. 【請求項２】 前記予圧手段は可動ボールホルダを固定
   ボールホルダ側に付勢したことを特徴とする請求項１記
   載の動圧軸受と転がり軸受とを備えた小型モータ。
3. 【請求項３】 前記予圧手段は転がり軸受の外輪を軸方
   向に付勢することを特徴とする請求項１記載の動圧軸受
   と転がり軸受とを備えた小型モータ。