JP2001241429A

JP2001241429A - 流体動圧軸受及びスピンドルモータ

Info

Publication number: JP2001241429A
Application number: JP2000049430A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Kogure; 利春小槫; Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄; Isamu Takehara; 勇竹原; Hiromitsu Goto; 廣光後藤; Takafumi Suzuki; 隆文鈴木; Masatoshi Hanaoka; 正敏花岡; Haruo Kitahara; 治夫北原
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受構成部材を製作する材料の種類に特別な
制約を受けないで、且つ負圧が発生しない簡単な構成の
流体動圧軸受を提供すること。【解決手段】流体動圧軸受は、固定シャフト１１と、
この固定シャフト１１を受けるスリーブ１２と、スリー
ブ１２の上端に蓋をする円盤状蓋部材１３と、固定シャ
フト１１の外周面とスリーブ１２の内周面との間に形成
された隙間に充填された潤滑油Ｆとで構成されている。
そして、固定シャフト１１を、その断面を対称軸が３本
の非円形断面の棒部材とすることによって、スリーブ１
２の内周面との間にラジアル動圧発生用くさび形隙間を
等間隔に３つ形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スリーブと、この
スリーブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、
これらスリーブとシャフトとの間にラジアル動圧発生用
くさび形隙間が形成された流体動圧軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯型電子機器の急速な普及に伴って、
その回転駆動源であるスピンドルモータに小型化と軽量
化の要求がなされてきた。その結果、スピンドルモータ
の軸受に広く採用されている流体動圧軸受には更なる小
型化と軽量化が要求されるようになった。そこで、図４
に示す如く、リング部材３と円柱部材２とからなるフラ
ンジ付シャフト１と、このフランジ付シャフト１を受け
るスリーブ４と、スラスト押さえ部材としても機能する
環状蓋部材５とから構成され、リング部材３の上面と下
面にはヘリングボーン溝の如きスパイラルのスラスト動
圧発生溝Ｇ２がプレスやエッチング等により形成され、
且つ円柱部材２の外周面にはヘリングボーン溝の如きラ
ジアル動圧発生溝Ｇ１が転造等により形成され、更にこ
れらの軸受構成部材間に形成された円環状微小隙間ＲＳ
１、ＲＳ２、略円盤状微小隙間ＲＶ、円筒状微小隙間Ｒ
Ｒ、及び複数対のスラスト方向循環孔Ｑには潤滑油が真
空注入法により注入され、充填されている流体動圧軸受
が開発された。

【０００３】ところが、小形化と軽量化の要求に応える
ためには、軸受構成部材の寸法が小さくなり、従って軸
受隙間を含む微小隙間に封入される潤滑油の量も少なく
ならざるを得ない。このため、高速回転中に、軸受隙間
の端部、即ち図４においては円環状微小隙間ＲＳ１とＲ
Ｓ２のそれぞれの外端部Ｃ１とＣ２で負圧が生じ、十分
な動圧が維持できないという問題が発生した。そこで、
リング部材３にスラスト方向循環孔Ｑを設け、これを潤
滑油溜り兼用の潤滑油の循環路として機能させ、この問
題を解決した。しかしながら、このような循環孔Ｑを設
けることは、その分だけ加工コストを上げるものである
から、本来は好ましくないものである。そこで、負圧を
発生しないスピンドルモータ用軸受として、軸受を焼結
多孔質材からなる含油軸受から構成したいわゆるハイブ
リッド型軸受が着目されてきた。

【０００４】特開平３−１０７６１２号公報には、軸孔
にシャフトを回転自在に支持する焼結含油軸受におい
て、上記軸孔には等角度に配置した３条以上の突出部を
形成し、この突出部は上記シャフトとのクリアランスを
他の内周面よりも小さくし、上記シャフトと上記突出部
の入口側との間にくさび形隙間を形成してなる焼結含油
軸受のハイブリッド型軸受が開示されている。

【０００５】また、特開平９−２００９９８号公報に
は、回転シャフトとこの回転シャフトを受ける焼結金属
の型成形体の軸受とからなり、軸受内周・回転シャフト
外周間の隙間に潤滑剤が介在し、軸受内周面には軸受中
心と同心をなして前記隙間の最小部分を決定する同心円
弧面と、前記隙間がシャフト回転方向に向かって次第に
狭まって前記同心円弧面につながるよう軸受中心から偏
心した偏心円弧面とが、それぞれ３つ以上、同心円弧面
同志及び偏心円弧面同志で等角度配置になるよう形成さ
れ、且つ、これによって前記隙間はくさび形隙間となっ
て、前記回転シャフトの回転と前記くさび形隙間との協
動によりラジアル動圧が発生するように構成されたすべ
り軸受のハイブリッド型軸受が開示されている。

【０００６】上記従来のハイブリッド型軸受において、
そのラジアル軸受は、材料コストの非常に安い焼結粉末
合金、例えば、含油性を有し且つ成形加工が容易な銅ベ
ースの焼結金属粉末を用いて型成形されたドーナツ状型
成形体を軸受ハウジングに圧入した後に、このドーナツ
状型成形体の内周面に所定の多円弧面及び寸法精度にな
るようにサイジング加工して製作されている。従って、
いずれも、量産性に優れ、低コスト化を図れるものであ
る。

【０００７】しかしながら、これら従来のハイブリッド
型軸受においては、目つぶし加工がなされていない個
所、或いはそれが十分でない個所の焼結孔を通して潤滑
油がラジアル軸受隙間から外部に漏れ出してしまい、そ
の分だけ動圧が低下するという問題がある。また、温度
上昇や減圧等によって、ラジアル軸受隙間に気泡が発生
したり、気泡が膨張したりして、これらの気泡が潤滑油
を焼結孔内に入り易くするという好ましくない作用が発
生する。更に、加工容易性、低コスト、温度特性等の制
約から、利用できる焼結合金粉末の種類が限定されると
いう問題もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する第１の課題は、軸受構成部材を製作する材料の種類
に特別な制約を受けないで、且つ負圧が発生しない簡単
な構成の流体動圧軸受を提供することである。解決しよ
うとする第２の課題は、円滑な高速回転を維持できるス
ピンドルモータを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
る請求項１の流体動圧軸受を、スリーブと、このスリー
ブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、これら
スリーブとシャフトとの間に形成された微小隙間に充填
された潤滑油とから構成し、そして、前記シャフトの断
面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって前記
シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラジ
アル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成した。

【００１０】上記第１の課題を解決する請求項２の流体
動圧軸受を、有底のスリーブと、このスリーブに回転自
在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブと
シャフトとの間に形成された微小隙間に充填された潤滑
油とから構成し、そして、前記シャフトの断面を対称軸
が３本の非円形断面とすることによって前記シャフトの
外周面と前記スリーブの内周面との間にラジアル動圧発
生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成し、且つ前記シャ
フトの端面又はこれと対向する前記スリーブの底面にス
ラスト動圧発生溝を形成した。

【００１１】上記第１の課題を解決する請求項３の流体
動圧軸受を、請求項１又は２の流体動圧軸受において、
前記シャフトとして前記スリーブの内周面の直径よりも
クリアランス分だけ小さい直径の同心円の３本の円弧
と、相隣接する円弧の端部を結ぶ３本のＬ字形線分とか
らなる非円形断面の部材を採用した。

【００１２】上記第１の課題を解決する請求項４の流体
動圧軸受を、請求項１又は２の流体動圧軸受において、
前記シャフトとして前記スリーブの内周面の直径よりも
クリアランス分だけ小さい直径の同心円に内接する正三
角形の頂点を、前記同心円よりも大径の３本の円弧で結
んで形成された非円形断面の部材を採用した。

【００１３】上記第２の課題を解決する請求項５のスピ
ンドルモータを、ロータ磁石を有するロータと、ステー
タコイルを有するステータと、請求項１又は２の流体動
圧軸受とによって構成した。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係るスピンドルモータの
一実施形態は、図１に示す如く、ロータ磁石１５を含む
ロータがステータコイル１６を含むステータに、流体動
圧軸受によって回転自在に支持されて構成されている。
そして、この流体動圧軸受は、本発明に係る流体動圧軸
受であって、固定シャフト１１と、この固定シャフト１
１を受けるスリーブ１２と、スリーブ１２の上側開放端
に蓋をする円盤状蓋部材１３と、固定シャフト１１の外
周面とスリーブ１２の内周面との間に形成された隙間に
充填された潤滑油Ｆとで構成されている。固定シャフト
１１はその下端を固定用ネジ１８によってモータ基板１
７に固定されている。ステータコイル１６は、モータ基
板１７に環状に配置されて取り付けられている。多極着
磁された環状のロータ磁石１５は、ステータコイル１６
に対向配置され、スリーブ１２の外周面の下部に取り付
けられている。磁気ディスク等の回転体を載架するハブ
１４は、スリーブ１２に圧入によって外嵌されている。

【００１５】本発明に係る流体動圧軸受において、スリ
ーブ１２は円筒部材で形成されているのに対し、シャフ
ト１１の第１実施形態は、図２に示す如く３本の円弧Ａ
と、相隣接する円弧の端部を結ぶ３本のＬ字形折れ線Ｂ
とから形成された非円形断面を有する棒部材が採用され
ている。円弧Ａはスリーブ２の内周面の直径よりもクリ
アランスＲだけ小さい直径の同心円の円弧であり、また
Ｌ字形折れ線Ｂは長さの異なる２本の直線を所定の角度
で接続して形成されたものである。従って、このような
非円形断面のシャフト１１の外周面と、スリーブ１２の
円筒状内周面との間には、３つのくさび形隙間Ｗが形成
されている。クリアランスＲは、流体動圧軸受のサイ
ズ、回転速度、潤滑油の種類によって異なるが、数１０
〜数１００μである。

【００１６】本発明に係る流体動圧軸受において、シャ
フト１１の第２実施形態は、図３に示す如く、３本の円
弧Ｄで形成された非円形断面を有する棒部材で形成され
ている。即ち、このシャフト１１には、円筒部材である
スリーブ１２の内周面の直径よりもクリアランスＲだけ
小さい直径の同心円に内接する正三角形の頂点を、前記
同心円よりも大径の円弧Ｄで結んで形成された非円形断
面を有する棒部材が採用されている。従って、このよう
な非円形断面のシャフト１１の外周面と、スリーブ１２
の円筒状内周面との間には、３つのくさび形隙間Ｗが形
成されている。

【００１７】シャフト１１の上端面には、スパイラル状
のヘリングボーン溝の如きスラスト動圧発生溝Ｇ２が、
プレスやエッチング等により形成されている。シャフト
１１の下側は円柱部とされており、これによってシャフ
ト１１の外周面とスリーブ２の内周面との間に一端が大
気に開放された所定長さで且つ前記クリアランスと同じ
幅の環状の微小隙間が形成されている。この環状の微小
隙間は、その開放端側においてシャフト１１の外周面と
スリーブ１２の内周面との間に形成されたテーパー状微
小隙間Ｓとあいまって、毛細管現象と表面張力を利用し
たキャピラリーシールを構成している。このキャピラリ
ーシールによって、潤滑油Ｆが外部に漏出することを防
止している。

【００１８】図２又は図３のシャフト１１を、上側開放
端を円盤状蓋部材５によって蓋をされたスリーブ２に回
転自在に内嵌し、潤滑油Ｆが真空注入法により充填され
た図１の流体動圧軸受は、スリーブ１２が高速回転する
と、等間隔に配置された３つのくさび形隙間Ｗのそれぞ
れで潤滑油Ｆが高速移動し、回転方向の反対側の狭い隙
間に押し込まれ、この部分を最大値とする圧力分布の圧
力であって、ラジアル方向に向いた圧力が発生する。こ
の圧力分布はシャフト１１の中心軸に対して３つ点対称
に発生し、且つスリーブの回転と共に回転する。従っ
て、等間隔に配置された３つのくさび形隙間Ｗと潤滑油
Ｆの協動作用によって、本発明に係る流体動圧軸受はラ
ジアル動圧軸受として機能する。なお、図３に示す第２
実施形態のシャフト１１によって形成されたくさび形隙
間Ｗは三日月形であるから、このシャフト１１を用いた
流体動圧軸受は正逆回転可能なラジアル動圧軸受として
機能する。また、シャフト１の上端部に形成されている
スラスト動圧発生溝Ｇ２と潤滑油Ｆの協動作用によっ
て、本発明に係る流体動圧軸受は、スラスト動圧軸受と
して機能する。

【００１９】本発明に係る流体動圧軸受おいて、対称軸
が３本の非円形断面を有するシャフト１１もスリーブ１
２も、金属材料をＮＣマシーン等によって切削加工して
製作される。図１において、スリーブ１２は両端開放形
円筒部材と、その一方の開放端を塞ぐ円盤状蓋部材１３
とで有底のスリーブを形成しているが、有底のスリーブ
を金属部材から切削によって一体に形成してもよい。

【００２０】以上、シャフト固定型流体動圧軸受の実施
形態について詳細に説明したが、本発明はシャフト回転
型流体動圧軸受にも適用できることは勿論である。ま
た、スリーブを一端開放型でなく両端開放型としても、
本発明に係る流体動圧軸受を構成することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係る流体動圧軸受は、金属材料
を切削してスリーブとシャフトを製作し、且つシャフト
の断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって
３つのラジアル動圧発生用くさび形隙間を形成し、且つ
シャフトの端面にはスラスト動圧発生溝を形成したもの
であるから、負圧が発生しない簡単な構成の流体動圧軸
受を提供することができた。また、本発明に係る流体動
圧軸受は、焼結金属粉末の型成形で製作された従来のハ
イブリッド軸受に比べて、軸受構成部材を製作する材料
の種類に特別な制約を受けないという特長を有する。更
に、ロータ磁石を有するロータと、ステータコイルを有
するステータと、上記流体動圧軸受によって、円滑な高
速回転を維持できるスピンドルモータを構成することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】微小隙間を誇張して示した本発明に係る流体動
圧軸受の一実施形態、及びこの流体動圧軸受を備えたス
ピンドルモータの一実施形態の縦断面図である。

【図２】本発明に係る流体動圧軸受のシャフトの第１実
施形態の平面図を示す。

【図３】本発明に係る流体動圧軸受のシャフトの第２実
施形態の平面図を示す。

【図４】スラスト動圧発生溝とラジアル動圧発生溝がそ
れぞれ形成されたリング部材を有するフランジ付シャフ
トを備えた従来の流体動圧軸受の縦断面図である。

【符号の説明】

１１シャフト１２スリーブ１３円盤状蓋部材１４ハブ１５ロータ磁石１６ステータコイル１７モータ基板１８固定用ネジＡ円弧ＢＬ字形折れ線Ｄ大径の円弧Ｆ潤滑油Ｇ２スラスト動圧発生溝Ｒシャフトとスリーブ間のクリアランスＳテーパー状微小隙間Ｗくさび形隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ (72)発明者竹原勇千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者後藤廣光千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者鈴木隆文千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者花岡正敏千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者北原治夫千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内Ｆターム(参考） 3J011 AA07 AA12 BA04 BA08 CA02 CA04 DA02 JA02 KA02 KA03 LA05 MA05 5H605 BB05 CC04 EB06 EB24 5H607 AA12 BB01 BB07 BB14 BB25 CC01 DD03 DD16 GG01 GG02 GG09 GG12 GG15 5H621 GA01 JK19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリーブと、このスリーブに回転自在に
嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブとシャ
フトとの間に形成された微小隙間に充填された潤滑油と
からなる流体動圧軸受において、前記シャフトの断面を
対称軸が３本の非円形断面とすることによって前記シャ
フトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラジアル
動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成したことを
特徴とする流体動圧軸受。
【請求項２】有底のスリーブと、このスリーブに回転
自在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブ
とシャフトとの間に形成された微小隙間に充填された潤
滑油とからなる流体動圧軸受において、前記シャフトの
断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって前
記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラ
ジアル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成し、
且つ前記シャフトの端面又はこれと対向する前記スリー
ブの底面にスラスト動圧発生溝を形成したことを特徴と
する流体動圧軸受。
【請求項３】前記シャフトの非円形断面が、前記スリ
ーブの内周面の直径よりもクリアランス分だけ小さい直
径の同心円の３本の円弧と、相隣接する円弧の端部を結
ぶ３本のＬ字形線分とからなるものであることを特徴と
する請求項１又は２の流体動圧軸受。
【請求項４】前記シャフトの非円形断面が、前記スリ
ーブの内周面の直径よりもクリアランス分だけ小さい直
径の同心円に内接する正三角形の頂点を、前記同心円よ
りも大径の３本の円弧で結んで形成されたものであるこ
とを特徴とする請求項１又は２の流体動圧軸受。
【請求項５】ロータ磁石を有するロータと、ステータ
コイルを有するステータと、ロータをステータに回転自
在に支持する軸受とからなるスピンドルモータにおい
て、前記軸受は請求項１又は２の流体動圧軸受であるこ
とを特徴とするスピンドルモータ。