JP2002276645A

JP2002276645A - 動圧型軸受ユニット

Info

Publication number: JP2002276645A
Application number: JP2001074315A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kurimura; 栗村　　哲弥; Yasuhiro Yamamoto; 康裕山本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷容量や軸受剛性、あるいは耐久性の低下
を抑えつつ低トルク化を図る。【解決手段】軸部材１０の回転時に流体動圧を生じる
ラジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒａｂを軸方向に離隔して
形成すると共に、軸部材１０の各ラジアル軸受隙間Ｃｒ
ａ，Ｃｒａｂとの対向部に支持部１７ａ，１７ｂを形成
する。軸部材１０の支持部１７ａ，１７ｂ間に、支持部
１７ａ，１７ｂよりも小径のヌスミ部１８をヌスミ量
０．５％以上、４％以下で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高回転精度、高速
安定性、高耐久性などの優れた特徴を有する動圧型軸受
ユニットに関し、特に各種情報機器におけるスピンドル
モータ、例えば光ディスク（ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−
ＲＯＭ／ＲＡＭ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディ
スク（ＨＤＤ）等に装備されるディスクドライブモー
タ、あるいは複写機、レーザビームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）、バーコードリーダ等に装備されるスキャナモータ
などのスピンドルの支持用として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、情報機器のスピンドルモータの
一種として、ディスク装置、例えば光ディスク（ＤＶＤ
−ＲＯＭ）装置のディスクドライブモータを例示するも
のである。このモータは、軸部材１００を回転自在に支
持する軸受ユニットＵと、軸部材１００の上端に取り付
けられ、駆動対象である例えば光ディスク３を支持する
支持部材４（図示例ではターンテーブル）と、ステータ
５およびロータ６を有するモータ部Ｍとで構成される。
ステータ５に通電すると、ステータ５との間に生じる励
磁力でロータ６が回転し、ロータ６と一体となった支持
部材４および軸部材１００が回転する。

【０００３】この種のスピンドルモータの軸受ユニット
Ｕとしては、高回転精度、低コスト、低騒音等に優れた
特徴を備える動圧型軸受の使用が検討され、あるいは実
際に使用されている。図８に示す動圧型軸受ユニットＵ
は、円筒状の軸受部材２００の内周に複数の傾斜した動
圧溝を有するラジアル軸受面を軸方向の二箇所に離隔形
成して二つの動圧型軸受を構成したもので、軸部材１０
０の外周面と両ラジアル軸受面との間に形成された微小
な運転隙間（ラジアル軸受隙間）に流体動圧を発生させ
て、軸部材１００を非接触で回転自在に支持するもので
ある。軸受部材２００は、有底筒状をなすハウジング３
００の内周に固定されている（特開平10-42361号公報等
参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した各種情報機器
用スピンドルモータでは、近年、さらなる高速回転化の
要求が強まっており、これに応えるべく軸受ユニットの
より一層の低トルク化が望まれている。特にレーザビー
ムプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータでは、
低音時の起動特性の向上や高速化の要請が強く、その分
だけ低トルク化の要請がより顕著なものとなっている。

【０００５】低トルク化の対策としては、より低粘度の
潤滑油を使用する、軸受部材２００の軸方向幅を小さく
する、ラジアル軸受隙間の幅を大きくする等が一般的で
あり、その中でも理論的にはラジアル軸受隙間の幅を大
きくすることが最も高いトルク低減効果を期待できる。

【０００６】しかしながら、単純にラジアル軸受隙間を
大きくするだけでは、負荷容量や軸受剛性が著しく低下
する。そのため、結果としてスピンドルモータに要求さ
れる回転精度を満足することはできず、現実的な対策と
はいえない。その他、低粘度潤滑油を使用したり、軸受
部材の軸方向寸法を小さくしても同様に軸受剛性が低下
し、さらに耐久性の低下を招くために好ましくない。

【０００７】そこで、本発明は、負荷容量や軸受剛性、
あるいは耐久性の低下を抑えつつ低トルク化を図ること
のでき動圧型軸受ユニットの提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、軸方向に離隔形成された複数のラジアル軸
受隙間と、各ラジアル軸受隙間と対向する複数の支持部
を外周に有する軸部材と、軸部材の支持部とラジアル軸
受隙間を介して対向する軸受部材とを備え、各ラジアル
軸受隙間で生じた流体動圧により、軸部材をラジアル方
向で非接触支持する動圧型軸受ユニットにおいて、軸部
材の支持部間に、当該支持部よりも小径のヌスミ部を形
成した。

【０００９】このようにヌスミ部を形成することによ
り、ヌスミ部の外周側で当該ヌスミ部と対向する半径方
向隙間の幅（半径方向）がヌスミ部のない場合に比べて
大きくなる。これにより半径方向隙間中に存在する流体
の粘性抵抗が低下するので、潤滑油を低粘度品に変えた
り、ラジアル軸受隙間の幅を拡大したりすることなく、
軸受ユニット全体で低トルク化を図ることができる。半
径方向隙間は、例えば軸受部材の内周と軸部材のヌスミ
部との間に形成される。

【００１０】ヌスミ部のヌスミ量が大きすぎると半径方
向隙間の幅が過大となって回転精度が低下し、反対にヌ
スミ部が小さすぎると粘性抵抗の低減効果が得られず、
低トルク化を達成することができない。この場合、ヌス
ミ部のヌスミ量を支持部の軸径の０．５％以上、４％以
下に設定すれば高回転精度と低トルク化とを両立するこ
とができる。つまり支持部の軸径Ｄ（直径）からヌスミ
部の軸径ｄ（直径）を差し引いた値と、支持部の軸径Ｄ
との比（１−ｄ／Ｄ）を０．５％以上、４％以下に設定
するのである。

【００１１】ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させる
ための動圧溝は、ラジアル軸受隙間に面して形成され
る。例えば軸部材の支持部と対向する軸受部材の内周
に、動圧溝を有するラジアル軸受面を形成することによ
り、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させることがで
きる。

【００１２】軸受部材は含油焼結金属で形成するのが望
ましい。焼結金属であれば、軸受部材の内周のラジアル
軸受面も圧縮成形等により低コストに成形することがで
きる。

【００１３】上記各構成の動圧型軸受ユニットを有する
情報機器用のディスクドライブモータは、高回転精度で
かつ低トルクであるので、ディスク装置の書き込み・読
み取り処理の高速化や高精度化に寄与することができ
る。

【００１４】また、上記各構成の動圧型軸受ユニットを
有する情報機器用のスキャナモータは、高回転精度でか
つ低トルクであるので、ＬＢＰや複写機等の印字・印刷
処理の高速化や高精度化に寄与することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図６基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明にかかる動圧型軸受ユニッ
トの断面図である。図示のように、この軸受ユニット
は、軸部材１０と、軸部材１０を支持する軸受部材２０
と、軸受部材２０を内周に固定したハウジング３０と、
軸部材１０をラジアル方向で支持するラジアル軸受部５
０ａ，５０ｂと、軸部材１０をスラスト方向で支持する
スラスト軸受部４０（４０ａ，４０ｂ）とを主要な構成
要素とする。

【００１７】ハウジング３０は、一端を開口すると共
に、他端を閉じた有底円筒型をなし、一端側の開口部を
上にしてベース７（図８参照）に固定される［以下の説
明では、ハウジングの開口側（図面上方）を「開口側」
と称し、その軸方向反対側（図面下方）を反開口側と称
する］。ハウジング３０の反開口側は底部３１によって
封口されている。この底部３１は、図示のように別部材
で形成してハウジング３０の筒状部分３２の開口部に嵌
合固定する他、筒状部分３２と一体成形することもでき
る（図６参照）。

【００１８】ハウジング３０内部の反開口側には、軸部
材１０をスラスト方向で支持するスラスト軸受部４０が
設けられる。図示例のスラスト軸受部４０は、軸部材１
０の軸端をハウジング３０に設けたスラスト支持部４１
で接触支持するもので、例えば軸部材１０の軸端に設け
られた球面部１３をハウジング底部３１に装着したスラ
ストワッシャ３３の端面でピボット支持することにより
構成される。

【００１９】軸受部材２０は、焼結金属に潤滑油あるい
は潤滑グリースを含浸させて細孔内に油を保有させた含
油焼結金属で円筒状に形成され、圧入あるいは接着によ
ってハウジング３０の内周に固定されている。焼結金属
としては、例えば銅系あるいは鉄系、またはその双方を
主成分とするものが使用でき、望ましくは銅を２０〜９
５％使用して成形される。

【００２０】軸受部材２０の内周には、ラジアル軸受部
５０ａ，５０ｂを構成する二つのラジアル軸受面５１
ａ，５１ｂが形成される。各軸受面５１ａ，５１ｂに
は、軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝５２が例えば
ヘリングボーン型に配列形成される。動圧溝５２は、軸
方向に対して傾斜して形成されていれば足り、この条件
を満たす限りへリングボーン型以外の他の形状、例えば
スパイラル型に動圧溝を配列することもできる。動圧溝
５２の溝深さは、２〜１０μｍ程度が適当で、例えば３
μｍの深さに形成される。

【００２１】軸受部材２０の内周は、ラジアル軸受面５
１ａ，５１ｂを除いてストレートな円筒状に形成され
る。図２に示すように、この円筒部分２４はラジアル軸
受面５１ａ，５１ｂのうち、隣接する動圧溝５２間の背
の部分５３（凸部）と同一径に形成することができる。
なお、図2中の動圧溝５２の深さやラジアル軸受隙間Ｃ
ｒａ，Ｃｒｂの幅等は誇張して描かれている。

【００２２】軸受部材２０の外周には、一または複数
（図１では二つ）の溝２３が軸方向に沿って形成されて
おり、この溝２３は軸受部材２０とハウジング３０の底
部３１とで囲まれた空間と外部との間で空気の出入りを
確保する通気路として機能する。

【００２３】ハウジング３０の一端開口部は、リング状
のシール部材６１でシールされる。このシール部材６１
は、例えば樹脂材料（ポリアミド等）や金属材料（焼結
金属も含む）で形成され、接着や圧入等の手段でハウジ
ング３０の一端開口部に固定される。シール部材６１
は、その内周面と軸部材１０の外周面との間に微小なシ
ール隙間を介在させた非接触シールで、シール隙間での
毛細管現象によりハウジング３０内部からの油漏れを防
止する。

【００２４】各ラジアル軸受面５１ａ，５１ｂと軸部材
１０の外周面との間にはそれぞれ微小なラジアル軸受隙
間Ｃｒａ，Ｃｒｂが軸方向に離隔して形成される。軸部
材１０と軸受部材２０を相対回転させると（本実施形態
では軸部材１０が回転すると）、回転に伴う圧力の発生
と昇温による油の熱膨張とによって軸受部材２０の内部
の油（潤滑油、又は潤滑グリースの基油）が軸受部材２
０の表面から滲み出す。滲み出た油は、動圧溝５２の作
用によってラジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂに引き込ま
れて動圧を生じ、軸部材１０を非接触支持する。ラジア
ル軸受面５１ａ，５１ｂに正圧が発生すると、軸受面５
１ａ，５１ｂの表面に孔（開孔部：多孔質体組織の細孔
が外表面に開口した部分をいう）があるために、油は軸
受部材２０の内部に還流するが、次々と新たな油が軸受
面５１ａ，５１ｂに押し込まれ続けるので油膜力および
剛性は高い状態で維持される。この場合、連続して安定
した油膜が形成されるので、高回転精度が得られ、軸振
れやＮＲＲＯ、ジッタ等が低減される。また、軸部材１
０と軸受部材２０が非接触で回転するために低騒音であ
り、しかも低コストである。

【００２５】軸部材１０は、軸端に球面部１３を有し、
かつラジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂとの対向位置に同
一径寸法の二つの支持部１７ａ，１７ｂを有する。本発
明において、支持部１７ａ，１７ｂの間には、支持部１
７ａ，１７ｂよりも小径のヌスミ部１８が形成される。
これにより、ヌスミ部１８とこれに対向する軸受部材２
０の内周面との間の半径方向隙間６２は、支持部１７
ａ，１７ｂとラジアル軸受面５１ａ，５１ｂとの間のラ
ジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂよりも半径方向の幅が大
きくなる。

【００２６】このような構成から、本発明によれば、ラ
ジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂの幅を従来品と同程度と
して十分な負荷容量や軸受剛性を確保する一方、ヌスミ
部１８外周の半径方向隙間６２で油膜の粘性抵抗を減ら
すことができ、軸受ユニット全体で低トルク化を図るこ
とが可能となる。なお、図面では支持部１７ａ，１７ｂ
の間の軸方向全領域にヌスミ部１８を形成した場合を例
示しているが、軸方向の一部領域のみにヌスミ部１８を
形成することもできる。

【００２７】図４および図５は、ヌスミ部１８のヌスミ
量を変えた軸部材１０を複数種類準備し、それぞれにつ
いて電流値とＮＲＲＯの比較を行った試験結果を示すも
のである。ここで「ヌスミ量」とは、図3に示すよう
に、軸部材１０の支持部１７ａ，１７ｂの軸径Ｄとヌス
ミ部１８の軸径ｄ（何れも直径）の差（Ｄ−ｄ）と支持
部１７ａ，１７ｂの軸径Ｄとの比（１−ｄ／Ｄ）を意味
し、図中のヌスミ量「０」は、図７に示す従来品と同様
に軸部材１０をヌスミ部のないストレートな円筒状（Ｄ
＝ｄ）とした場合を表す。ＮＲＲＯは、非繰り返し振れ
精度（Non Repetitive Run Out）、すなわち回転体の繰
り返し振れ精度の軌跡を回転と同期をとって連続させ、
その軌跡を重ね合わせた時にできた軌跡の幅をいう。Ｎ
ＲＲＯが小さいほど回転精度が高いことを意味する。ま
た、電流値が小さいほど少ない電流で回転体を駆動する
ことができるので、低トルクとなる。

【００２８】図４および図５よりヌスミ量が大きくなる
と電流値が低下し、低トルク化が実現される一方、ＮＲ
ＲＯが増加して回転精度の低下を招くことが理解され
る。近年の上記情報機器用スピンドルモータでは、ＮＲ
ＲＯとして０．１μｍ程度が要求されているので、この
要請に応えるため、図４よりヌスミ量は４μｍ以下に設
定するのが望ましい。その一方、ヌスミ量が小さすぎる
場合（例えば０．５％よりも小さい場合）には回転精度
は良好であるが、電流値の低下（低トルク化）がほとん
ど生じず、ヌスミ部１８を設ける実益がなくなる。以上
から、ヌスミ量は、０．５％以上で４％以下、さらに望
ましくは１％以上で２％以下に設定するのがよい。

【００２９】図６は、スラスト軸受部４０ａ，４０ｂを
動圧型軸受で構成した軸受ユニットの一実施形態を示す
ものである。この軸受ユニットの軸部材１０は、反開口
側のの軸端に半径方向に突出するフランジ部１６を備え
ており、フランジ部１６の軸方向両側にそれぞれスラス
ト軸受部４０ａ，４０ｂが構成される。軸部材１０のフ
ランジ部１６は、ハウジング３０の底部３１と軸受部材
２０の反開口側の端面２１との間に配置される。フラン
ジ部１６に対向するハウジング底部３１の端面３５およ
び軸受部材２０の端面２１には、それぞれ複数の動圧溝
を有する例えばヘリングボーン型のスラスト軸受面４３
ａ，４３ｂが形成される。この動圧溝４４を有するスラ
スト軸受面４３ａ，４３ｂと、これらに対向するフラン
ジ部１６の両端面との間に、軸部材１０の回転で流体動
圧を生じる微小なスラスト軸受隙間Ｃｔａ，Ｃｔｂがそ
れぞれ形成され、この流体動圧によって軸部材１０がス
ラスト両方向で非接触支持される。スラスト軸受面４３
ａ，４３ｂはフランジ部１６の両端面に形成することも
できる。

【００３０】この軸受ユニットにおいても、軸部材１０
のうち、ラジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂに対向する支
持部１７ａ，１７ｂの間に、上記と同様のヌスミ部１８
を形成することによって回転精度の低下を防止しつつ低
トルク化を図ることができる。

【００３１】以上説明した軸受ユニットを情報機器用ス
ピンドルモータ、例えば図８に示すディスク装置用ディ
スクドライブモータに使用することによって、ディスク
３に対する読み取り精度や書き込み精度を向上させるこ
とができ、あるいは、複写機やＬＢＰのスキャナモータ
（ポリゴンスキャナモータ）に使用することによって、
印刷精度を高めることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、負荷容量や軸受剛性、
あるいは耐久性の低下を抑えつつ低トルク化を図ること
ができ、スピンドルモータのさらなる高速化、高回転精
度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動圧型軸受ユニットの断面図で
ある。

【図２】図１に示す動圧型軸受ユニットの要部の概略構
造を示す断面図である。

【図３】本発明にかかる動圧型軸受ユニットの断面図で
ある。

【図４】ＮＲＲＯの測定結果を示す図である。

【図５】電流値の測定結果を示す図である。

【図６】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図７】従来の動圧型軸受ユニットの断面図である。

【図８】情報機器（光ディスク装置）用のスピンドルモ
ータの断面図である。

【符号の説明】

１０軸部材１７ａ支持部１７ｂ支持部１８ヌスミ部２０軸受部材２３円筒部３０ハウジング３１底部４０スラスト軸受部（ピボット支持）４１スラスト支持部４０ａスラスト軸受部（動圧型軸受）４０ｂスラスト軸受部（動圧型軸受）４３ａスラスト軸受面（反開口側）４３ｂスラスト軸受面（開口側）５０ａラジアル軸受部（反開口側）５０ｂラジアル軸受部（開口側）５１ａラジアル軸受面（反開口側）５１ｂラジアル軸受面（開口側）５２動圧溝Ｃｒａラジアル軸受隙間（反開口側）Ｃｒｂラジアル軸受隙間（開口側）Ｃｔａスラスト軸受隙間（反開口側）Ｃｔｂスラスト軸受隙間（開口側）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J011 AA06 BA02 BA08 CA02 KA02 KA03 LA01 MA03 MA24 SB19 5H605 BB05 BB14 BB19 CC04 DD09 EB03 EB06 EB13 5H607 AA12 BB01 BB09 BB14 BB17 BB25 CC01 DD03 DD14 FF01 GG01 GG03 GG09 GG10 GG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に離隔形成された複数のラジアル
軸受隙間と、各ラジアル軸受隙間と対向する複数の支持
部を外周に有する軸部材と、軸部材の支持部とラジアル
軸受隙間を介して対向する軸受部材とを備え、各ラジア
ル軸受隙間で生じた流体動圧により、軸部材をラジアル
方向で非接触支持する動圧型軸受ユニットにおいて、軸部材の支持部間に、当該支持部よりも小径のヌスミ部
を形成した動圧型軸受ユニット。
【請求項２】ヌスミ部のヌスミ量を、支持部の軸径に
対して０．５％以上、４％以下に設定した請求項１記載
の動圧型軸受ユニット。
【請求項３】軸部材のヌスミ部とこれに対向する軸受
部材の内周との間の半径方向隙間の幅をラジアル軸受隙
間よりも大きくした請求項１または２記載の動圧型軸受
ユニット。
【請求項４】軸部材の支持部と対向する軸受部材の内
周に、動圧溝を有するラジアル軸受面を形成した請求項
１〜３何れか記載の動圧型軸受ユニット。
【請求項５】軸受部材を含油焼結金属で形成した請求
項１〜４何れか記載の動圧型軸受ユニット。
【請求項６】請求項１〜５の何れかに記載した動圧型
軸受ユニットを有する情報機器用のディスクドライブモ
ータ。
【請求項７】請求項１〜５の何れかに記載した動圧型
軸受ユニットを有する情報機器用のスキャナモータ。