JP3978978B2 - スピンドルモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータに係り、詳しくはその軸受機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータは、精密かつ高速な回転を要する機器に多用されている。中でも特に高速回転の機器では流体を空気とするのが一般的である。空気軸受では負荷能力を増大させるため軸受径を大きくする。その軸受部分はスリーブとシャフトとを対向させ形成するが、一般にスリーブを回転側とするほうがロータ構造がシンプルになる。このように動圧気体軸受機構では軸固定構造とすることが多い。この流体軸受機構は特に精密にできており、軸受隙間は微少であって、それを構成するシャフトおよびスリーブは、部品加工のときのみならず組み立てるときも寸法や形状が目標値どおりでなければならず変化してはならない。したがって一般には、たとえば実登第２０７４６０９号公報に示される如くシャフトをその保持部材に焼き嵌めすることが多い。
【０００３】
図６にその構造を示す。このスピンドルモータは、固定シャフト９１と回転スリーブ９２とで動圧流体軸受機構（のラジアル部）を構成している。そして回転スリーブにはポリゴンミラー９３が取り付けられている。固定シャフト９１はシャフト保持部材９４に焼き嵌め（もしくは圧入）固定されている。
【０００４】
ところでこの固定シャフトは極めて精度が高く高価なものである。また回転スリーブと選択嵌め合いすべきことも多い。それをこのようにシャフト保持部材９４に焼き嵌め固定すると、交換作業に支障をきたす。この例のモータはそのためかシャフト保持部材９４をケーシング９５から分離できるようにしているが、それでもなお無駄が多い。
【０００５】
またこの例のように固定シャフトを焼き嵌めすると、そのためにある程度の軸方向長さを要する。ゆえにモータは軸方向に長い形状となってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、固定シャフトを保持部材に固定するにあたり、焼き嵌め工法を用いるのをやめ、ねじ機構で締結する構造を模索する。しかしながらねじ機構による締結は、部分的に極めて高い応力をもつこととなるため、それによって固定シャフトが変形する可能性がある。したがって本発明は、ねじ機構を採用した上で、スピンドルモータとしての構造剛性を保ちながら固定シャフトと保持部材との締結による変形をいかに防ぐかを課題とし、その解決によって、高さを低く抑えながら、組立再分解ができかつ信頼性の高い動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のスピンドルモータは、互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、シャフトの端面に押圧密着するように配置されたシャフト支持部材とを備え、シャフトの一端面の中央には雄ねじまたは雌ねじが形成され、それによってシャフトとシャフト支持部材とを締結しており、シャフトの端面には内径側から外径側に至る中間部に凹溝を設け、かつ凹溝より外径側ではシャフト支持部材との間に隙間を形成してなるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ａ）互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、ｂ）前記シャフトの端面に押圧密着するように配置されたシャフト支持部材とを備え、ｃ）前記シャフトの一端面の中央には雄ねじまたは雌ねじが形成され、それによって前記シャフトと前記シャフト支持部材とを締結しており、ｄ）前記シャフトの端面には内径側から外径側に至る中間部に凹溝を設け、かつ前記凹溝より外径側では前記シャフト支持部材との間に隙間を形成してなるスピンドルモータである。
【００１２】
このように、シャフト端面の内周側と外周側との連続性を凹溝によって遮断する。そして内周側に生じる半径方向歪みがシャフトの外径に及ぶことを軽減する。したがって、シャフトの外径が膨張・変形することを、より確実に防止できる。また、接触部の形状・接触面積が一定に管理できる。したがって、接触状態が製品によりばらつくことがなく、軸受性能を安定に管理することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、中間部に設ける凹溝はその深さを０．１ｍｍ以上とした請求項１記載のスピンドルモータである。シャフト端面の内周側と外周側との連続性を凹溝によって明確に遮断し、内周側に生じる半径方向歪みがシャフトの外径に及ぶことを防止する。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係るスピンドルモータの構造を表わす側面断面図である。図２はそのシャフト締結部の拡大断面図である。図３はその作用を説明するための、隙間形成巾‘ｋ’とシャフト径変化量との関係図である。図４は同じく溝深さ‘ｑ’とシャフト径変化量との関係図である。図５は同じく隙間形成巾‘ｋ’とシャフト変形量の軸方向プロファイルとの関係図である。
【００１９】
図１においてスピンドルモータは、ポリゴンミラー５１を高速で回転駆動する駆動源として作られている。その軸受は動圧流体軸受機構であり、ラジアル軸受部は、固定された円筒状のシャフト１１と、その周囲を囲み回転するスリーブ２２とで構成される。そしてそのいずれかに動圧発生溝（図示せず）が形成されている。このスリーブ２２およびシャフト１１はいずれもアルミニウム合金で作られており、シャフトの表面には無電解ニッケルメッキが施されている。スラスト軸受部は、シャフトの端面に埋め込まれた硬質平面板１２と、それに対向する樹脂球面板２３とで構成されている。
【００２０】
モータはステータ（固定部材の全て）とロータ（回転部材の全て）に分けられるが、ステータは、シャフト１１を中心に、それを支えるブラケット１３、その結合のためのシャフト取り付けネジ１４、ブラケットを機器へ取り付ける金属基板１５、ブラケットに固定されロータ部を回転駆動するステータ組立などで構成されている。ステータ組立はステータコア１６に巻線１７を施したものであって、ステータコアの内周はブラケット１３で支持されている。またステータコアの内周には抜け止めフック４０が取り付けられている。
【００２１】
一方ロータはロータフレーム２１を中心に構成される。スリーブ２２はロータフレームの一部に形成されシャフトを囲んで軸受を構成する円筒部をいう。ロータフレームの端部には前述の樹脂球面板２３を保持するスラストカバー２４がある。またロータフレームの内側でステータ組立に対向する位置には多極着磁されたマグネット２５を固着している。そして、ロータフレームの上部にはポリゴンミラー５１を搭載し、それにミラー押え５２を載せ、ミラー固定ネジ５３で固定してある。このように構成されたモータの巻線１７に外部から給電し駆動すると、ロータは回転する。
【００２２】
図２に本発明の主要部であるシャフト締結部の拡大断面図を示す。既に述べたように、シャフト１１はブラケット１３（シャフト支持部材）で支えられている。すなわちシャフト１１の端面は、シャフト取り付けネジ１４によってブラケット１３に押圧密着されている。そのために、シャフト１１の一端面の中央には雌ねじ１１ａ（雄ねじでもよい）が形成され、それによってシャフト１１とブラケット１３とを締結している。
【００２３】
そしてシャフト１１とブラケット１３とは、シャフト端面の内径側１１ｂで押圧密着させ外径側１１ｃでは互いに隙間を形成している。ここに形成された隙間の巾ｋは、シャフト端面の巾ｊの略半分以上、およそ３分の２にわたる大きな隙間としている。また、シャフト端面からスリーブ端面までの軸方向距離ｓは小さく抑えられている。さらにこの実施例では、シャフト１１の端面には内径側１１ｂから外径側１１ｃに至る中間部に凹溝１１ｄを設け、かつ凹溝１１ｄより外径側ではブラケット１３との間に隙間を形成している。
【００２４】
このように本実施例においては、シャフト端面の巾ｊをブラケット１３に全面接触させず、隙間形成巾ｋの範囲は接触を避けている。そしてシャフト端面を押圧することによる半径方向歪みの発生を内径側１１ｂだけに留めるようにする。
【００２５】
この様子を図３を用いて説明する。図は隙間形成巾‘ｋ’とシャフト外径Ｄａの変化量との関係図である。横軸はシャフト取り付けネジ１４の締め付けトルク、縦軸は締め付けに伴う径変化量、パラメータ‘ｋ’は図２で説明した隙間形成巾である。なおこの実施例のシャフト外径Ｄａは１０ｍｍ、シャフト締結部径Ｄｄは５ｍｍである。
【００２６】
図３において、径変化量は締め付けトルクの増加とともに増大している。しかしその変化量は隙間形成巾ｋにより大きく異なる。小さな面取りを施しただけの‘ｋ＝０．２ｍｍ’のときは最大約１．２μｍの径変化を生じるが、図２に示したような大きい隙間形成巾‘ｋ＝１．５ｍｍ’としたときは最大約０．３μｍに留まっている。その中間の‘ｋ＝０．８ｍｍ’のときでも変化量は０．４μｍ強に収まっている。変化量はもちろん小さいほうがよいが、許容できる変化量は、本実施例のような動圧空気軸受の場合、０．４μｍ程度までである。
【００２７】
以上でわかるように、外径側に設ける隙間の形成巾ｋは端面巾ｊの３分の１以上とするのがよい。数値でいえば０．８ｍｍ以上とするのがよい。このとき、シャフト端面を押圧することによる半径方向歪みがシャフト外径に実質的に及ばないようにでき、シャフトの外径の膨張を流体軸受としての許容範囲に収めることができる。したがって軸受の精度が向上して信頼性が向上し、また押圧部ぎりぎりまで軸受として使用できる。さらに、強いトルクで締め付けることを可能とする。そうすると経時的な精度・信頼性の劣化（軸倒れ、高速回転での振動によるゆるみなど）を防止できるから、従来の焼きバメ構造に代えてねじ締め固定構造を採用することが可能となり、工程での再分解、選択はめあい、不良品の再生を行うことができる。
【００２８】
また本実施例においては、シャフトの端面には内径側から外径側に至る中間部に凹溝１１ｄを設け、かつ凹溝１１ｄより外径側ではブラケット１３との間に隙間を形成している。このようにシャフト端面の内周側と外周側との連続性を凹溝１１ｄによって遮断し、内周側に生じる半径方向歪みがシャフトの外径に及ぶことを軽減している。
【００２９】
この様子を図４を用いて説明する。図は溝深さ‘ｑ’とシャフト外径Ｄａの変化量との関係図である。横軸はシャフト取り付けネジ１４の締め付けトルク、縦軸は締め付けに伴う径変化量、パラメータ‘ｑ’は図２で説明した凹溝１１ｄの溝深さである。
【００３０】
図４において、径変化量は締め付けトルクの増加とともに増大している。しかしその変化量は溝深さｑにより異なる。溝を設けない‘ｑ＝０．０ｍｍ’のときは０．５μｍ強の径変化を生じるが、凹溝を設けて溝深さを‘ｑ＝０．１ｍｍ’としたときは０．４μｍ以下、溝深さを‘ｋ＝０．２ｍｍ’としたときは０．３μｍ程度に収まっている。
【００３１】
以上でわかるように、中間部に設ける凹溝はその深さを０．１ｍｍ以上とするのがよい。それによって、シャフト端面の内周側と外周側との連続性を凹溝によって明確に遮断でき、内周側に生じる半径方向歪みがシャフトの外径に及ぶことを防止する。シャフト外周側端面に隙間を設けることと相俟って、シャフトの外径が膨張・変形することを、より確実に防止できる。またこの凹溝を設けると接触部の形状が一定に管理できる。接触状態が製品によりばらつくことがなくなり、軸受性能を安定に管理することができる。
【００３２】
また本実施例においては、シャフト端面からスリーブ端面までの軸方向距離ｓは小さく抑えられている。これは、シャフト外周側端面に隙間を設けることでシャフト外径Ｄａの膨張が小さくなり、軸受として使用可能な範囲が拡大することによる。
【００３３】
この様子を図５を用いて説明する。図は隙間形成巾‘ｋ’とシャフト変形量の軸方向プロファイルとの関係図である。横軸は、シャフト径の測定ポイントを端面からの距離で示したものである。縦軸は締め付けに伴う径変化量、パラメータ‘ｋ’は図２で説明した隙間形成巾である。
【００３４】
図５において、径変化量は測定ポイントが端面から離れるにしたがい減少している。その変化量は隙間形成巾ｋにより異なる。小さな面取りを施しただけの‘ｋ＝０．２ｍｍ’のとき、径変化量が０．４μｍを下回るためにはシャフト端面から３．５ｍｍ以上離れなければならないが、隙間形成巾を‘ｋ＝０．８ｍｍ’としたときはシャフト端面から約１．０ｍｍまでしか径変化が及んでいない。すなわち本発明によればシャフト端面からスリーブ端面までの軸方向距離ｓをシャフト外径Ｄａの約３分の１よりも小さくできる。そしてその軸方向距離ｓをシャフト径Ｄａの３分の１以下とすると、軸受の有効長さを従来よりも大きくすることができる。あるいはモータ高さを従来よりも低背にすることができる。
【００３５】
以上本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で様々に応用展開が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シャフトとシャフト支持部材とは、シャフト端面の内径側で押圧密着させ外径側では互いに隙間を形成したから、固定シャフトと保持部材との締結による変形を防ぐことができる。そしてそれによって、高さを低く抑えながら、組立再分解ができかつ信頼性の高い動圧流体軸受機構を有するスピンドルモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るスピンドルモータの構造を表わす側面断面図
【図２】そのシャフト締結部の拡大断面図
【図３】その隙間形成巾‘ｋ’とシャフト径変化量との関係図
【図４】同じく溝深さ‘ｑ’とシャフト径変化量との関係図
【図５】同じく隙間形成巾‘ｋ’とシャフト変形量の軸方向プロファイルとの関係図
【図６】従来のスピンドルモータの構造を表わす側面断面図
【符号の説明】
１１ シャフト
１１ａ 雌ねじ
１１ｂ シャフト端面の内径側
１１ｃ シャフト端面の外径側
１１ｄ シャフト端面の凹溝
１３ ブラケット（シャフト支持部材）
１４ シャフト取り付けネジ
２１ ロータフレーム
２２ スリーブ
ｊ シャフト端面の巾（端面巾）
ｋ 隙間の形成巾
ｓ シャフト端面からスリーブ端面までの軸方向距離
ｑ 凹溝の溝深さ
Ｄａ シャフト外径（シャフト径）
Ｄｄ シャフト締結部径

Claims (2)

1. 互いに嵌合して動圧流体軸受機構を構成する、固定されたシャフトおよび回転するスリーブと、前記シャフトの端面に押圧密着するように配置されたシャフト支持部材とを備え、前記シャフトの一端面の中央には雄ねじまたは雌ねじが形成され、それによって前記シャフトと前記シャフト支持部材とを締結しており、前記シャフトの端面には内径側から外径側に至る中間部に凹溝を設け、かつ前記凹溝より外径側では前記シャフト支持部材との間に隙間を形成してなるスピンドルモータ。
2. 中間部に設ける凹溝はその深さを０．１ｍｍ以上とした請求項１記載のスピンドルモータ。

Images