JP2004056953A

JP2004056953A - 動圧軸受を備えたモーター装置および動圧軸受の製造方法

Info

Publication number: JP2004056953A
Application number: JP2002213300A
Authority: JP
Inventors: Tomokuni Wauke; 和宇慶　朝邦
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】磁界発生部から作用する磁気吸着力によって起こる軸受シャフトの軸ずれを防止し、モーターの回転歪みを低減する。
【解決手段】磁界発生部２０に対向する一方の第１の軸受スリーブ１４Ａの動圧発生溝１４ａの溝の深さ寸法ｄ１が、他方の第２の軸受軸受スリーブ１４Ｂの動圧発生溝１４ｂの溝の深さ寸法ｄ１よりも大きく（ｄ１＞ｄ２）形成されている。軸受シャフト１３と第１の軸受スリーブ１４Ａ間に生じる動圧と軸受シャフト１３と第２の軸受スリーブ１４Ｂ間他方に生じる動圧との差が、前記磁界発生部２０の磁気吸着によって生じる側圧Ｆ１を押し返す力Ｆ２として作用するため、軸受シャフト１３の軸ずれを防止することができ、モータの回転歪みを低減することが可能となる。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受シャフトと動圧発生溝が形成された軸受スリーブからなる動圧軸受を備えたモーター装置に係わり、特に軸受シャフトの軸ずれによる回転歪みを低減できるようにした動圧軸受を備えたモーター装置および動圧軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の動圧軸受を備えたモーター装置を示す平面方向の断面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【０００３】
図５および図６示すモーター装置１では、ローター２の中心に設けられた軸受シャフト３と前記軸受シャフト３が挿入される軸受スリーブ４と軸受間隙に粘性の低いオイル５が充填されている。前記軸受スリーブ４の内周面には、複数のへリングボーン状の動圧発生溝４ａが所定の間隔で周設されている。図６に示すものでは、前記動圧発生溝４ａが前記軸受スリーブ４の内周面に上下２列に形成されている。
【０００４】
前記モーター装置１は、ローター２の外周面にＮ極とＳ極とを互に配置したマグネットＭが設けられ、前記ローター２の外部に磁界発生部８を設けたいわゆるアウターローター型である。
【０００５】
またこのモーター装置１は、例えばハードディスクなど必要とされる回転トルクが比較的小さいものを対象とするモーターであり、前記磁界発生部８はローター２の周囲の一部にのみ設けられている。すなわち、磁界発生部８はコア６にコイル７ａ，７ｂ、７ｃを巻回することにより形成されており、前記ローター２の外部の片寄った一方（図示Ｘ１側）の位置に設けられている。
【０００６】
前記モーター装置１では、前記コイル７ａ，７ｂ、７ｃにＵ相，Ｖ相，Ｗ相からなる三相の電気信号が所定のタイミングで与えられると、マグネットＭが前記コイル７ａ，７ｂ、７ｃから発生する磁界によって磁気吸着され、ローター２が回転しはじめる。このとき、前記動圧発生溝４ａによって動圧軸受を構成する前記軸受シャフト３と軸受スリーブ４との間に発生する動圧がローター２の回転を安定させる。
【０００７】
しかし、上記従来のモーター装置１では、前記磁界発生部８が一方の片寄った位置に設けられた構成であるため、前記動圧軸受の動圧だけではローター２の回転を安定させるのには限界がある。すなわち、前記磁界発生部８とマグネットＭとの間の磁気吸着力ｆ１により、前記ローター２が前記磁界発生部８の方向（図示Ｘ１方向）に引き寄せられやすく、軸受シャフト３の軸中心が位置ずれしやすいという問題がある。
【０００８】
そこで、従来は前記磁界発生部８が設けられた前記一方（Ｘ１側）の位置と対向する他方（Ｘ２側）の位置に磁性部材９を設けた構成としてる。すなわち、前記マグネットＭと磁性部材９の間に、前記磁界発生部８とマグネットＭの間の磁気吸着力ｆ１とは逆方向（図示Ｘ２方向）の磁気吸着力ｆ２を発生させることにより、前記ローター２をＸ２方向の他方に押し返して軸受シャフト３の回転歪みの低減を図っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように磁性部材９を前記他方の位置に設けた構成とすると、部品点数が増大しコストを低減しにくいとともに、モーター装置の小型化しにくいという問題がある。
【００１０】
また円筒形状の軸受スリーブ４の内周面にへリングボーン状の動圧発生溝を形成する作業は困難を要するとともに、製造コストの高騰を免れないという問題もある。
【００１１】
さらに、上記においては軸受シャフト３の回転歪みの低減が、磁界発生部８から発生する磁界の大きさと、前記マグネットＭから磁性部材９に発生する磁界の大きさとのバランス調整により行うものであるが、磁界のバランス調整によって軸受シャフト３の回転歪みを最小とすることは困難である。
【００１２】
また、前記軸受シャフト３の回転歪みの要因として、モーターの使用環境の温度変化によって前記軸受シャフト３の内径寸法や軸受スリーブ４の外形寸法の熱膨張による前記軸受間隙Ｌの変位を挙げることができるが、前記磁界の大きさを調整する方法ではこのような変位に起因する軸受シャフト３の回転歪みを高精度に低減することは不可能である。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、部品点数を増加させることなく、簡単な構成でモーターの回転歪みを低減できるようにした動圧軸受を備えたモーター装置を提供することを目的としている。
【００１４】
また本発明は環境温度が上昇して動圧軸受の寸法に変位が生じてもモーターの回転歪みを低減できるようにした動圧軸受を備えたモーター装置を提供することを目的としている。
【００１５】
さらに本発明は、動圧発生溝を容易に形成することができる動圧軸受の製造方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸受シャフトと、内面に動圧発生溝が設けられた軸受スリーブと、前記軸受シャフトに固定されて回転するローターと、前記ローターの周囲にＮ極とＳ極が交互に設けたマグネットと、前記マグネットに磁界を発生させて与える磁気発生部とが設けられた動圧軸受を備えたモーター装置において、
前記磁界発生部が前記ローターの周囲で且つ片寄った一方の位置に前記マグネットに対向して設けられており、前記軸受スリーブの内周面には、前記磁界発生部と対向する前記一方に第１の動圧発生溝が形成され、他方に前記第１の動圧発生溝よりも溝の深さの浅い第２の動圧発生溝が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
例えば、前記第２の動圧発生溝の溝の深さを０とすることも可能である。
本発明では、モータが回転すると動圧軸受によって軸受シャフトに動圧が発生するが、磁界発生部側の一方の動圧発生溝と他方の動圧発生溝の溝の深さ寸法に差を設けることにより、前記一方の動圧発生溝が発生する動圧を前記他方の動圧発生溝が発生する動圧よりも大きくできる。あるいは前記一方の動圧発生溝のみが動圧を発生させるようにできる。よって、磁界発生部側に引き寄せられている軸受シャフトを、軸受シャフトの回転歪みを低減する方向である逆方向に押し返すことが可能となる。
【００１８】
この場合、前記動圧発生溝の深さで調整するもの以外に、たとえば動圧発生溝の大きさ又は動圧発生溝の数を変えたり、さらには内周面に形成される動圧発生溝の周方向の範囲を調整することによっても可能ある。
【００１９】
この場合、前記軸受スリーブが樹脂を金型でモールド成形することができ、この場合前記軸受スリーブは、１つの軸受スリーブを軸中心を通る仮想線により一方の軸受スリーブと他方の軸受スリーブとに分けたときに、前記一方の軸受スリーブの内周面に前記第１の動圧発生溝が形成され、前記他方の軸受スリーブの内周面に前記第２の動圧発生溝が形成されているものとで構成できる。
【００２０】
上記動圧軸受を有するモータ装置は、前記マグネットが前記ローターの内周面に設けられ、前記磁界発生部が前記マグネットと軸受シャフトの間に設けられている構成とすることができる。
【００２１】
あるいは、前記マグネットが、前記ローターの外周面に設けられ、前記磁界発生部が前記ローターの外部に設けられている構成とすることも可能である。
【００２２】
また本発明は、外周面に所定の形状からなる凸部が設けられた第１の金型と前記凸部が設けられておらず滑らかな曲面からなる第２の金型とを一体化した内金型を外金型の内部に装填し、前記内金型と外金型との隙間に溶融状態の樹脂を注入する工程と、前記樹脂が硬化した後に前記樹脂の内部から前記第２の内金型を取り出す工程と、前記第２の内金型を取り出した後に前記樹脂の内部から前記第１の内金型を取り出す工程と、から成形されることを特徴とするものである。
【００２３】
上記発明では、円筒の内周面に動圧発生溝が形成された領域と、形成されていない領域を有する軸受スリーブを一度に製造することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示すモータ装置の平面方向の断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は軸受スリーブを２つに分割した場合の一方の斜視図である。
【００２５】
図１および図２は、上記同様にハードディスク装置などに使用される比較的出力トルクが低いモータ装置であり、回転部１０の外部に磁界発生部２０が設けられた、いわゆるアウターローター型である。
【００２６】
前記回転部１０は、円筒形状の軸受スリーブ１４の中心に軸受シャフト１３が回転自在に挿入されている。そして、前記軸受シャフト１３と軸受スリーブ１４とが動圧軸受を構成しており、両者の間の軸受間隙に低い粘性のオイルが充填されている。
【００２７】
前記軸受シャフト１３の図示Ｚ１の先端には、略カップ状のローター１２が固定されている。すなわち、前記ローター１２の底部１２ａが、図示上方（図示Ｚ１方向）に向けられており、前記底部１２ａの中心に設けられた穴１２ｂに前記軸受シャフト１３が固定されている。よって、前記ローター１２と軸受シャフト１３とは一体で回転できるようになっている。そして、前記軸受スリーブ１４は、ローター１２の円筒状の側面１２ｃの内部に設けられている。
【００２８】
前記ローター１２の側面１２ｃの外部（外周面）には、円周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されたマグネットＭが設けられており、このマグネットに前記磁界発生部２０が対向している。
【００２９】
図１に示すように、前記磁界発生部２０は山型状のコア１６の各山に線材を巻回することにより形成されたコイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有している。前記コア１６の各山の先端は、前記ローター１２の側面１２ｃに固定されたマグネットＭと所定の間隔を空けた状態でそれぞれ対向している。
【００３０】
図２に示すように。前記軸受スリーブ１４の内周面には周方向に並ぶ複数の動圧発生溝１４ａが形成されている。図３に示すように個々の動圧発生溝１４ａはへリングボーン形状であり、内周面の上下方向に２列形成されている。
【００３１】
ただし、この実施の形態に示すものでは、前記軸受スリーブ１４の軸中心Ｏを通る仮想線（図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線）によって前記軸受スリーブ１４を軸方向（Ｚ方向）に沿って２つに分けて比較すると、一方の軸受スリーブ１４Ａに形成された第１の動圧発生溝１４ａ１と他方の軸受スリーブ１４Ｂに形成された第２の動圧発生溝１４ａ２の溝の深さ寸法が異なっている。
【００３２】
すなわち、図２に示すように一方の軸受スリーブ１４Ａに形成された第１の動圧発生溝１４ａ１の溝の深さ寸法ｄ１の方が、他方の軸受スリーブ１４Ｂに形成された第２の動圧発生溝１４ａ２の溝の深さ寸法ｄ２よりも深く形成されている（ｄ１＞ｄ２）。ただし、両者は相対的な関係にあればよく、前記第１の動圧発生溝１４ａ１の溝の深さ寸法ｄ１を最小にする場合には、前記第２の動圧発生溝１４ａ２の溝の深さ寸法ｄ２をｄ２＝０、すなわち第２の動圧発生溝１４ａ２を形成しないものであってもよい。
【００３３】
そして、前記第１の動圧発生溝１４ａ１が形成された軸受スリーブ１４Ａが前記磁界発生部２０と対向する側に設けられた一方（図示Ｘ１側）の位置に配置され、前記第２の動圧発生溝１４ａ２が形成された軸受スリーブ１４Ｂ、または第２の動圧発生溝１４ａ２を有しない軸受スリーブ１４Ｂが他方（図示Ｘ２側）の位置に配置されている。
【００３４】
上記モーター装置の動作について説明する。
前記磁界発生部２０のコイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃに対し、Ｕ相、Ｖ相およぶＷ相からなる三相の電気信号を所定のタイミングで切り換えながら与えると、各コイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃから発生する磁界とマグネットＭと間に作用する磁気吸着力とによって、前記ローター１２が所定の方向に回転し始める。
【００３５】
ここで、上記モータ装置では図示Ｘ１側にのみ磁界発生部２０が設けられているため、磁界発生部２０とマグネットＭとの間に発生する磁気吸着力が、ローター１２を磁界発生部２０に引き寄せて前記軸受シャフト１３に回転歪みを生じさせる側圧力Ｆ１として作用する。
【００３６】
しかし、上記のように軸受スリーブ１４では第１および第２の動圧発生溝１４ｄ１，１４ｄ２の溝の深さ寸法ｄ１，ｄ２がｄ１＞ｄ２の関係にあるため、前記軸受シャフト１３と軸受スリーブ１４との間では、前記一方の軸受スリーブ１４Ａ側に発生する動圧の方が、他方の軸受スリーブ１４Ｂ側に発生する動圧よりも大きくなる。また前記第２の動圧発生溝１４ｄ２の溝の深さ寸法ｄ２がｄ２＝０である場合には、前記一方の軸受スリーブ１４Ａ側には動圧が発生するが、他方の軸受スリーブ１４Ｂ側には動圧が発生しないようにできる。
【００３７】
よって、前記一方と他方の動圧の差分が、前記軸受シャフト１３を一方の軸受スリーブ１４Ａ側（図示Ｘ２側）から図示Ｘ２方向へ押し返す力Ｆ２として作用するため、前記軸受シャフト１３の回転歪みを低減することが可能である。
【００３８】
またモーターの使用環境の温度変化などにより、オイルの温度が変化すると、軸受シャフト１３と軸受スリーブ１４間の軸受間隙Ｌに変位が生じて軸受シャフト１３の回転歪みが大きくなるおそれがある。しかし、この場合には同時にオイルの粘度も変化するため、動圧による押し戻し力Ｆ２が変化し前記軸受シャフト１３は温度による影響を受け難くできる。
【００３９】
例えば、オイルの温度が上昇すると、前記軸受間隙Ｌが拡大して前記側圧Ｆ１による軸受シャフト１３の軸ずれ量（回転歪み）も大きくなろうとするが、この場合前記オイルの粘度が低下して動圧による前記押し戻し力Ｆ２が増大するため、結果として自己調整機能が作用し前記軸受シャフト１３の回転歪みを低減できる。
【００４０】
上記軸受スリーブ１４は、例えば図３に示すように軸中心を通る線によって第１の軸受スリーブ１４Ａと第２の軸受スリーブ１４Ｂとの２つに分けることができるため、前記第１の軸受スリーブ１４Ａと第２の軸受スリーブ１４Ｂとを別々に製造し、それらを合体させることにより１つの軸受スリーブ１４とすることができる。そして、例えば金型内に樹脂を注入するモールド成形の技術を用いることにより、前記第１，第２の軸受スリーブ１４Ａ，１４Ｂの各内周面に、前記第１，第２の動圧発生溝１４ａ１，１４ａ２を容易に形成することが可能である。
【００４１】
前記第１の軸受スリーブ１４Ａのみが第１の動圧発生溝１４ａ１を有し、第２の軸受スリーブ１４Ｂは第２の動圧発生溝１４ａ１を有しない（ｄ２＝０）軸受スリーブ１４とする場合には、以下のような手段を用いることにより、第１の軸受スリーブ１４Ａと第２の軸受スリーブ１４Ｂを一体化させた状態で容易に製造できる。
【００４２】
図４は、軸受スリーブの製造装置を示す断面図である。
この製造装置は、主として円筒形状の外金型３０と内金型４０とで構成されている。前記内金型４０は、半円柱形状の第１の内金型４１と第２の内金型４２を有している。前記第１の内金型４１と第２の内金型４２は１つの円柱を円の中心を通るＩＶ−ＩＶ線により軸方向に沿って切断したものであり、切断後の切断面４１Ａ、４２Ａどうしを合わせることにより１つの円柱形状の内金型４０を構成している。
【００４３】
図４に示すように前記第１の内金型４１の外周面には周方向に並ぶへリングボーン状の凸部４１ａ，４１ａが上下２段に形成されている。一方、第２の内金型４２の外周面には前記凸４１ａは形成されておらず滑らかな曲面の状態である。
【００４４】
図４に示すように、内金型４０は前記第１の内金型４１と第２の内金型４２を合体させた状態で前記外金型３０の内部に装填されている。
【００４５】
この状態で、前記外金型３０と内金型４０との間に溶融状態の樹脂Ｒが注入される。樹脂Ｒが硬化する過程において、前記凸部４１ａ，４１ａが樹脂Ｒに転造され、その部分がへリングボーン状の動圧発生溝１４ａとなる。
【００４６】
硬化後、前記内金型４０と硬化後の樹脂Ｒである軸受スリーブ１４が前記外金型３０から取り外される。
【００４７】
次に、軸受スリーブ１４の内部から、先ず前記第２の内金型４２のみが取り外される。このとき、前記第２の内金型４２の外周面には凸部４１ａが形成されていないため、無理なく取り外すことが可能である。そして、最後に前記軸受スリーブ１４の内部から第１の内金型４１が取り外されることにより、前記第１の軸受スリーブ１４Ａと第２の軸受スリーブ１４Ｂとが一体に成形された軸受スリーブ１４を得ることができる。また前記第２の内金型４２を取り外した後に、前記第１の内金型４１を取り外すようにしたことにより、軸受スリーブ１４の内周面に転造される動圧発生溝１４ａにバリが生じることがない。
【００４８】
上記実施の形態では、第１の動圧発生溝１４ａ１が、軸受スリーブ１４を半分に分割した第１の軸受スリーブ１４Ａの内面に１８０度の範囲で配置形成されたもので説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、前記一方の位置に設けられる磁界発生部２０の配置角度θ（図１参照）などに応じ、それよりも狭い範囲で形成されていてもよいし、また第２の軸受スリーブ１４Ｂに至るような広い範囲で形成されていてもよい。
【００４９】
また上記実施の形態では、磁気発生部２０をローター１２の外部に配置したアウターローター型のモーター装置を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、マグネットを前記ローターの内周面に設け、前記磁界発生部を前記マグネットと軸受シャフトの間に配置したインナーローター型のモータ装置であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、磁界発生部からの側圧を押し戻すための磁性部材を不要にできるため、モーター装置を小型化することが可能である。
【００５１】
また軸受シャフトの軸ずれが、自己調整機能を有する動圧軸受により調整できるため、温度変化などが生じた場合であっても回転歪みを低減することが可能となる。
【００５２】
さらに内周面に動圧発生溝を有する領域と、有しない領域を有する動圧軸受を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すモータ装置の平面方向の断面図、
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、
【図３】軸受スリーブを２つに分割した場合の一方の斜視図
【図４】軸受スリーブを一体で製造する製造装置を示す断面図、
【図５】従来の動圧軸受を備えたモーター装置を示す平面方向の断面図、
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図、
【符号の説明】
１０　回転部
１２　ローター
１３　軸受シャフト
１４　軸受スリーブ
１４Ａ　第１の軸受スリーブ
１４Ｂ　第２の軸受スリーブ
１４ａ　動圧発生溝
１４ａ１　第１の動圧発生溝
１４ａ２　第２の動圧発生溝
２０　磁界発生部
３０　外金型
４０　内金型
４１　第１の内金型
４２　第２の内金型
４１ａ　凸部

Claims

軸受シャフトと、内面に動圧発生溝が設けられた軸受スリーブと、前記軸受シャフトに固定されて回転するローターと、前記ローターの周囲にＮ極とＳ極が交互に設けたマグネットと、前記マグネットに磁界を発生させて与える磁気発生部とが設けられた動圧軸受を備えたモーター装置において、
前記磁界発生部が前記ローターの周囲で且つ片寄った一方の位置に前記マグネットに対向して設けられており、前記軸受スリーブの内周面には、前記磁界発生部と対向する前記一方に第１の動圧発生溝が形成され、他方に前記第１の動圧発生溝よりも溝の深さの浅い第２の動圧発生溝が設けられていることを特徴とする動圧軸受を備えたモーター装置。
前記第２の動圧発生溝の溝の深さを０とする請求項１記載の動圧軸受を備えたモーター装置。
前記軸受スリーブが樹脂を金型でモールド成形したものである請求項１または２記載の動圧軸受を備えたモーター装置。
前記軸受スリーブは、１つの軸受スリーブを軸中心を通る仮想線により一方の軸受スリーブと他方の軸受スリーブとに分けたときに、前記一方の軸受スリーブの内周面に前記第１の動圧発生溝が形成され、前記他方の軸受スリーブの内周面に前記第２の動圧発生溝が形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の動圧軸受を備えたモーター装置。
前記マグネットが前記ローターの内周面に設けられ、前記磁界発生部が前記マグネットと軸受シャフトの間に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の動圧軸受を備えたモーター装置。
前記マグネットが、前記ローターの外周面に設けられ、前記磁界発生部が前記ローターの外部に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の動圧軸受を備えたモーター装置。
外周面に所定の形状からなる凸部が設けられた第１の金型と前記凸部が設けられておらず滑らかな曲面からなる第２の金型とを一体化した内金型を外金型の内部に装填し、前記内金型と外金型との隙間に溶融状態の樹脂を注入する工程と、前記樹脂が硬化した後に前記樹脂の内部から前記第２の内金型を取り出す工程と、前記第２の内金型を取り出した後に前記樹脂の内部から前記第１の内金型を取り出す工程と、から成形されることを特徴とする動圧軸受の製造方法。