JPH05215128A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、軸面又は軸受面のいずれか少なくと
も一方にラジアル動圧発生用のグルーブを有する軸受装
置において、簡易かつ小型化が可能な構成で、軸振れを
少なくすると共に振れ回りに対する安定性を向上する。 【構成】軸面又は軸受面間に、軸の回転方向に沿つて少
なくとも２つ以上の異なるすきま部を設けたことによ
り、軸及び軸面が真円のグルーブ軸受で発生する流体の
ポンピング作用による圧力に加えて、すきま部での流体
圧力の発生が付加される。これにより従来と同様の簡易
な構成で、従来よりも流体圧力が高まり、軸受剛性と負
荷容量が増加し、外力に対する回転体の振れ回わりの発
生を小さく抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図２〜図１１） 作用（図２〜図１１） 実施例（図１〜図１１） （１）デイスク駆動装置の全体構成（図１） （２）第１実施例の軸受装置（図２〜図５） （３）第２実施例の軸受装置（図６〜図７） （４）第３実施例の軸受装置（図８） （５）実施例の効果（図２〜図８） （６）他の実施例（図９〜図１１） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は軸受装置に関し、特にラ
ジアル動圧発生用のグルーブを有するいわゆるラジアル
動圧グルーブ軸受装置に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、円筒形形状でなるラジアル動圧グ
ルーブ軸受装置は、真円形状の円筒軸及び軸受穴を有
し、これらのいずれか一方にラジアル動圧発生用のグル
ーブを設けた軸受装置であり、以下これを真円グルーブ
軸受装置と呼ぶ。

【０００４】この真円グルーブ軸受装置は真円形状の軸
受でありながら、無偏心状態でもグルーブへの流体のポ
ンピング作用によつて流体膜に圧力が発生し、回転体の
振れ回わりが小さく安定した回転が得られるようになさ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこのような真
円グルーブ軸受装置においては、回転体にアンバランス
が存在したり、半径方向に外力や振動等の外乱が作用
し、振れ回わりを生じさせるような状況下では、ボール
ベアリング等と比較して軸受剛性が小さいために、外力
等に対して変位しやすく軸振れを起こしやすいという問
題があつた。

【０００６】また流体膜のばね作用に関して、回転面内
の荷重方向とそれに直角な方向、例えば半径方向及び接
線方向に、大きさの等しい流体ばねが連成して存在する
ために、半径方向に荷重が作用すると、半径方向に変位
すると同時に接線方向にも変位する。

【０００７】このために全体として大きな変位を生じる
ばかりでなく、連成した接線方向のばね作用は振れ回わ
りを助長させるように作用するために、振れ回わりに対
する安定性が不十分であるという問題があつた。

【０００８】さらにこのばね作用と、円周方向に軸受す
きまが均一に連続して存在するために、振動的な外力が
回転体に作用する場合には、ホワールと呼ばれる大きな
振れ回わりを生じることがある。

【０００９】これは軸と軸受がぶつかり合うほどの大き
な振れ回わりになることがあり、軸受損傷を引き起こす
恐れがあり、使用上で好ましくない問題があり、これら
の問題を例えば小型モータ内のように小さく限られた軸
受スペース内で、従来の真円グルーブ軸受装置を用いて
解決することは容易でなかつた。

【００１０】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、簡易かつ小型化が可能な構成で、軸振れが少なく振
れ回りに対する安定性の高い軸受装置を提案しようとす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、軸面２又は軸受面１２のいず
れか少なくとも一方にラジアル動圧発生用のグルーブ１
６を設けた軸受装置において、軸面２及び軸受面間１２
に、軸２の回転方向に沿つて少なくとも２つ以上の異な
るすきま部１８を設けるようにした。

【００１２】また第２の発明において、すきま部１８
は、軸の回転方向に沿つて漸時小さくなるようなくさび
形状を設けるようにした。

【００１３】さらに第３の発明においては、軸面２又は
軸受面１２のいずれか少なくとも一方にラジアル動圧発
生用のグルーブ１６を設けた軸受装置において、軸２の
回転方向に沿つて、軸面２又は軸受面２２のいずれか少
なくとも一方に、交互に凹凸の段差２３を設けるように
した。

【００１４】さらにまた第４の発明においては、軸面２
又は軸受面１２のいずれか少なくとも一方にラジアル動
圧発生用のグルーブ１６を設けた軸受装置において、軸
面２又は軸受面３１の少なくとも一方に、半径方向の深
さがその半径方向のすきま部より大きな軸方向の溝３２
を、円周上に１ケ所以上有するようにした。

【００１５】

【作用】軸面２又は軸受面１２間に、軸２の回転方向に
沿つて少なくとも２つ以上の異なるすきま部１８を設け
たことにより、軸及び軸面が真円のグルーブ軸受で発生
する流体のポンピング作用による圧力ａに加えて、すき
ま部１８での流体圧力ｂの発生が付加される。これによ
り従来と同様の簡易な構成で、従来よりも流体圧力が高
まり、軸受剛性と負荷容量が増加し、外力に対する回転
体の振れ回わりの発生を小さく抑えることができる。

【００１６】また軸受２２を多面化することにより、従
来の軸及び軸受が真円のグルーブ軸受に対して、回転面
内で連成して存在する流体膜のばね作用を弱めると共
に、部分的に非連成にすることができ、かくして外力に
対する振れ回り等の変位を小さく抑え得る。

【００１７】さらにまた軸受面３１に軸方向の溝３２を
設けることにより、流体膜の連続性を弱め、かつ半径方
向変位に対して必要な流体の流出入が溝３２から容易に
行なえるようになり、かくするにつき外力に対する振れ
回わり等の変位を小さく抑え得る。

【００１８】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１９】（１）デイスク駆動装置の全体構成 図１において、１は全体としてデイスク駆動装置を示
し、デイスクをダイレクトに駆動するラジアルギヤツプ
型鉄心モータの軸受として、潤滑油を用いた本発明によ
る軸受装置が用いられている。

【００２０】すなわちこのデイスク駆動装置１では、軸
２にデイスク３装着用のハブ４が固定され、ハブ４にロ
ータケース５が固定され、さらにロータケース５の内面
に永久磁石６が固定され、これらが一体となりロータ
（回転体）７を形成する。

【００２１】一方、シヤーシ基板８にはハウジング９が
固定され、さらにハウジング９の外径側に鉄心１０とコ
イル１１が、内径側にスリーブ１２が固定され、スリー
ブ１２の下面にはスラスト受け１３が固定されて、これ
らが一体となり全体としてステータ１４を形成する。ま
たハブ４の上面に設けられた取付部材１５によつてデイ
スク３がロータ７に一体に装着されている。

【００２２】このようなモータにおいて、軸２とスリー
ブ１２でラジアル軸受をを形成し、軸２とスラスト受け
１３でスラスト軸受を形成するために、軸２の外径面に
はその軸方向の離れた２箇所にヘリングボーン状の動圧
発生用のグルーブ（溝）１６が設けられ、さらに軸２の
下面でスラスト受け１３と当接する面にはスパイラル状
の動圧発生用のグルーブ（溝）１７が設けられている。

【００２３】さらに軸２とスリーブ１２の間にはラジア
ル軸受すきま１８が設けられ、この軸受すきま１８に潤
滑油を充填することにより、軸２とスリーブ１２とスラ
スト受け１３は互いにすきまを介して潤滑油で連通さ
れ、ラジアルとスラストの動圧グルーブ軸受が構成され
る。

【００２４】このように構成されたデイスク駆動装置１
において、ステータ１４のコイル１１に通電するとロー
タ７に回転力が発生し、ロータ７は装着されたデイスク
３と一体に回転する。ロータ７の回転に伴つて軸２の外
径面に形成されたヘリングボーン状の動圧発生用グルー
ブ１６のポンピング作用により、ラジアル軸受すきま１
８内の潤滑油に圧力が発生し、軸２はスリーブ１２に対
してラジアル方向に非接触を保つて半径方向に支持され
る。

【００２５】一方軸方向にも同様に、ロータ７の回転に
伴つてスラスト受け１３のグルーブ１７内の潤滑油にポ
ンピング作用により圧力が発生し、軸２はスラスト受け
１３に対して非接触を保つて軸方向に浮上し支持され
る。

【００２６】ここでデイスク駆動装置１では、ハブ４に
装着されたデイスク３の回転振れ精度は、ラジアル方向
及びスラスト方向共にサブミクロンから数ミクロン以下
の高い精度が要求される。この回転精度はデイスク駆動
装置１が静置の状態で使用される場合に高い精度に保た
れる必要があるばかりでなく、このデイスク駆動装置１
が振動や、衝撃等の外乱を受ける条件下で使用される場
合にも高精度に保たれることが必要である。

【００２７】この実施例の場合、従来の動圧グルーブ軸
受の特性を改善し、デイスク駆動装置１において、振動
や衝撃等の外力がラジアル方向に作用する場合でも回転
振れ精度の向上と安定化を実現し得るようになされてい
る。

【００２８】（２）第１実施例の軸受装置 すなわち図１との対応部分に同一符号を付して示す図２
（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例のデイスク駆動装置１に用い
た本発明の第１実施例による軸受装置の詳細な構成を示
し、図２（Ａ）はその縦断面図、図２（Ｂ）はそのラジ
アル軸受部分について軸２と直角な面の横断面図、図２
（Ｃ）はその分解斜視図である。

【００２９】また図１及び図２との対応部分に同一符号
を付した図３（Ａ）〜（Ｃ）は、比較のため従来の真円
グルーブ軸受装置の詳細な構成を示し、図３（Ａ）はそ
の縦断面図、図３（Ｂ）はそのラジアル軸受部分につい
ての軸２と直角な面の横断面図、図３（Ｃ）はその分解
斜視図である。

【００３０】従来の真円グルーブ軸受では図３（Ｂ）に
示すように、軸２及び軸受穴２０の断面が真円形状であ
ることが特徴であり、これに対して本発明の第１実施例
の軸受では図２（Ｂ）に示すように、軸２が真円形状で
なり、軸受穴１９の形状が非真円となされ、軸受すきま
１８についてくさび膜が円周上の３ケ所に形成するよう
に軸受穴１９の形状が非真円化されている。

【００３１】ここで図２（Ｂ）の第１実施例では、軸受
穴１９が３円弧の多円弧形状でなり、軸２と軸受穴１９
が無偏心の状態において、軸受穴１９の曲率が軸２の半
径Ｒと軸受面曲率半径と軸の半径Ｒとの差でなる軸受す
きまＣとの和（Ｒ＋Ｃ）でなり、かつ軸受穴１９の曲率
中心Ｏ２が軸２の中心Ｏ１よりも距離ｄだけ離れている
形状を有している。

【００３２】このような構成の動圧グルーブ軸受におい
て、図２との対応部分に同一符号を付した図４は、本発
明の第１実施例について軸２の回転中の油膜圧力の発生
の様子を断面で示したもので、比較のために図３との対
応部分に同一符号を付した図５に、従来の真円動圧グル
ーブ軸受について、同様に軸２の回転中の油膜圧力の発
生の様子を示す。

【００３３】何れの場合も軸２が軸受穴１９、２０に対
して無偏心状態で回転している状態を示し、実際上、従
来の真円グルーブ軸受では軸２の回転に伴つて発生する
油膜圧力は、軸２の外径面に設けたグルーブ１６への潤
滑油の押し込み作用すなわちポンピング作用による圧力
ａ（以下これをポンピング動圧と呼ぶ）のみである。

【００３４】これに対して、本発明の第１実施例の軸受
では無偏心状態でも、軸受すきま１８にくさび膜が形成
されているために、このくさび膜での圧力ｂ（以下これ
をくさび膜動圧と呼ぶ）が発生するほかに、さらに軸２
の外径面にグルーブ１６を設けているために、グルーブ
１６への油膜のポンピング作用によるポンピング動圧ａ
が発生する。

【００３５】従つて本発明の第１実施例の動圧グルーブ
軸受は、従来の真円グルーブ軸受と比較して、ほぼ同一
の軸受スペースでありながら、従来のポンピング動圧ａ
のほかにくさび膜動圧ｂが発生するために、油膜の軸受
剛性を高くすることができ、その結果ロータ７に比較的
大きなアンバランスが存在したり、振動や衝撃等により
外力が作用する場合でも、軸受すきま１８内で回転体が
変位し難くなり、回転の振れ回わりを小さく抑えること
ができる。

【００３６】また従来の真円グルーブ軸受では回転中の
油膜のばね定数に連成作用が存在するので、回転体の回
転面内の変位は、例えば半径方向と接線方向のように回
転面内の互いに直交する座標方向に独立して変位するの
ではなく、相互に連成して作用する。

【００３７】この連成作用のために回転体の変位は連成
作用がないと仮定した場合よりも大きくなるばかりでな
く、連成した接線方向のばね作用は回転体の振れ回わり
を助長させるように作用するため、振れ回わりに対する
安定性は小さく、不十分であく。

【００３８】これに対して本発明の第１実施例による非
真円の動圧グルーブ軸受では軸受すきま１８を不均一と
したことにより、油膜ばねの連成作用が真円の場合より
も小さくなり、これにより回転振れに対する安定性が増
す。特にホワールと呼ばれる自励的な大きな回転振れに
対して、油膜剛性の増加と油膜ばねの連成作用の低下に
より、その回転振れの大きさを小さく抑えることができ
る。

【００３９】（３）第２実施例の軸受装置 図１との対応部分に同一符号を付して示す図６（Ａ）〜
（Ｃ）は、本発明の第２実施例の軸受装置の詳細な構成
を示し、図６（Ａ）はその縦断面図、図６（Ｂ）はその
ラジアル軸受部分について軸２と直角な面の横断面図、
図６（Ｃ）はその分解斜視図である。

【００４０】この実施例では、図６（Ａ）及び（Ｃ）に
示すように軸２の外径面にグルーブ１６を設け、さらに
軸受穴２２に軸２のグルーブ１６と対向する面を含む面
内に、円周方向に沿つて軸方向に伸びる凹凸状の段差で
なるリツジ２３を設け、軸２と軸受穴２２との間でステ
ツプ状の軸受が構成されている。

【００４１】図６との対応部分に同一符号を付した図７
は、第２の実施例の動圧グルーブ軸受について、軸２が
軸受穴２２に対して無偏心状態で回転する場合の油膜の
圧力分布を示す。

【００４２】この軸受では軸２の回転に伴つて軸２の外
径面に設けたグルーブ１６への潤滑油のポンピング作用
によつて油膜圧力すなわちポンピング動圧ａが発生する
のに加えて、さらに軸受穴２２の表面に設けたリツジ２
３によるポンピング作用によつて油膜圧力すなわちポン
ピング動圧ｃが発生する。従つてこの軸受は、従来の真
円動圧グルーブ軸受よりも高い油膜圧力が得られるため
に、油膜の軸受剛性が増加し、回転振れに対する安定性
を向上し得るようになされている。

【００４３】（４）第３実施例の軸受装置 図１との対応部分に同一符号を付して示す図８（Ａ）〜
（Ｃ）は、本発明の第３実施例の軸受装置の詳細な構成
を示し、図８（Ａ）はその縦断面図、図８（Ｂ）はその
ラジアル軸受部分についての軸２と直角な面の横断面
図、図８（Ｃ）はその分解斜視図である。

【００４４】この実施例では、図８（Ａ）及び（Ｃ）に
示すように軸２の外径面にグルーブ１６を設け、軸受穴
３１に深さが半径方向のすきまより大きな溝３２を円周
上に３ケ所設け、かつそれぞれの溝３２は軸方向に設け
られている。

【００４５】このようにして設けた溝３２は油膜の連続
性を弱める効果を有し、また回転体が外乱を受けて半径
方向に変位する時に、変位に必要な油量がこの溝３２を
通過して軸方向に流れ、軸受すきま３１を満たすのに役
立つために、ホワール等の大きな回転振れを抑制し得る
ことに加えて、軸偏心時の油膜破断を有効に防止し得る
ようになされている。

【００４６】（５）実施例の効果 上述の構成によれば、従来の真円グルーブ動圧軸受で発
生するグルーブへの流体のポンピング作用による流体圧
力ａに加えて、くさび膜又はリツジを設けることによ
り、これらの部分での流体圧力ｂ、ｃの発生が付加され
る。これにより従来よりも流体圧力が高まるために、軸
受剛性と負荷容量が増加し、外力に対する回転体の振れ
回わりの発生を小さく抑えることができる軸受装置を実
現できる。

【００４７】さらに上述の構成によれば、従来の真円グ
ルーブ軸受に対して、多面軸受化することにより、回転
面内で連成して存在する流体膜のばね作用を弱めたり、
部分的に非連成にすることができ、かくして外力に対す
る振れ回り等の変位を小さく抑え得る軸受装置を実現で
きる。

【００４８】さらに上述の構成によれば、軸方向に溝３
２を設けることにより、流体膜の連続性を弱め、かつ半
径方向の変位に対して必要な流体の流出入が溝３２から
容易に行なえるようになり、かくするにつき外力に対す
る振れ回わり等の変位を小さく抑え得る軸受装置を実現
できる。

【００４９】さらに上述の構成によれば、従来の真円グ
ルーブ動圧軸受とほぼ同一の軸受空間内で、新たに付加
する部材も必要とせずに軸受特性の向上が行なえ、かく
するにつき、小型モータ等に最適な軸受装置を実現でき
る。

【００５０】（６）他の実施例 （６−１）上述の実施例では潤滑流体として潤滑油を用
いたが、本発明はこれに限らず、他の流体でも良くさら
に用途によつては空気等の気体を用いても上述の実施例
と同様の効果を実現できる。

【００５１】（６−２）上述の第１実施例では、軸２が
真円形状で軸受穴１９が非真円形状としたが、本発明は
これに限らず、図９に示すように軸４１が非真円、軸受
穴４０が真円形状の組合せにしても上述の実施例と同様
の効果を実現できる。

【００５２】（６−３）上述の第１実施例では、軸受穴
１９の形状を３円弧の多円弧形状で構成したが、軸受穴
の形状はこれに限らず、図１０（Ａ）〜（Ｆ）に示すよ
うな２円弧、３円弧、４円弧等の多円弧形状で構成する
ようにしても上述の実施例と同様の効果を実現できる。

【００５３】（６−４）上述の第２実施例では、軸２に
グルーブ１６を設け、軸受穴２２にステツプ状段差２３
を設けたが、これとは逆に軸受穴にグルーブを設け、軸
にステツプ状段差を設けるようにしても上述の実施例と
同様の効果を実現できる。

【００５４】（６−５）上述の第３実施例では、真円形
状の軸受穴３１に３本の溝３２を設けた場合について述
べたが、溝の本数はこれに限らず、２本又は４本以上で
も良く、軸受穴として図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すよ
うに、多円弧面５０、５２と軸方向に配設された溝５
１、５３とを組合せて構成するようにしても上述の実施
例と同様の効果を実現できる。

【００５５】（６−６）上述の実施例では、本発明をデ
イスク駆動装置のラジアルギヤツプ型鉄心モータの軸受
装置に適用したが、本発明はこれに限らず、光磁気デイ
スク、磁気デイスク、光デイスク、フロツピーデイス
ク、ビデオテープレコーダ、デジタルオーデイオレコー
ダ等の種々の回転駆動装置に用いるラジアル動圧グルー
ブ軸受の軸受装置に広く適用して好適なものである。

【００５６】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、軸面又は
軸受面間に、軸の回転方向に沿つて少なくとも２つ以上
の異なるすきま部を設けたことにより、軸及び軸面が真
円のグルーブ軸受で発生する流体のポンピング作用によ
る圧力に加えて、すきま部での流体圧力の発生が付加さ
れる。これにより従来と同様の簡易な構成で、従来より
も流体圧力が高まり、軸受剛性と負荷容量が増加し、外
力に対する回転体の振れ回わりの発生を小さく抑えるこ
とができる軸受装置を実現できる。

【００５７】また従来の軸及び軸受が真円のグルーブ軸
受に対して、軸受を多面化することにより、回転面内で
連成して存在する流体膜のばね作用を弱めると共に、部
分的に非連成にすることができ、かくして外力に対する
振れ回り等の変位を小さく抑え得る軸受装置を実現でき
る。

【００５８】さらにまた、軸受面に軸方向の溝を設ける
ことにより、流体膜の連続性を弱め、かつ半径方向の変
位に対して必要な流体の流出入が溝から容易に行なえる
ようになり、かくするにつき外力に対する振れ回わり等
の変位を小さく抑え得る軸受装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軸受装置を用いたデイスク駆動装
置の一実施例を示す略線的断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による軸受装置を示す略線
図である。

【図３】第１実施例の軸受装置との比較のため従来の軸
受装置を示す略線図である。

【図４】第１実施例の軸受装置における回転中の油膜圧
力の説明に供する略線的断面図である。

【図５】図３の従来の軸受装置における回転中の油膜圧
力の説明に供する略線的断面図である。

【図６】本発明の第２実施例による軸受装置を示す略線
図である。

【図７】第２実施例の軸受装置における回転中の油膜圧
力の説明に供する略線的断面図である。

【図８】本発明の第３実施例による軸受装置を示す略線
図である。

【図９】本発明の他の実施例による軸受装置を示す略線
的断面図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例による軸受装置を
示す略線的断面図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例による軸受装置を
示す略線的断面図である。

【符号の説明】 １……デイスク駆動装置、２……軸、３……デイスク、
４……ハブ、５……ロータケース、６……磁石、７……
ロータ、８……シヤーシ基板、９……ハウジング、１０
……鉄心、１１……コイル、１２……スリーブ、１３…
…スラスト受け、１４……ステータ、１５……取付部
材、１６……ラジアルグルーブ、１７……スラストグル
ーブ、１８……軸受すきま、１９、２０、２２、３１…
…軸受穴、２３……リツジ、３２……溝。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸面又は軸受面のいずれか少なくとも一方
   にラジアル動圧発生用のグルーブを設けた軸受装置にお
   いて、 上記軸面及び上記軸受面間に、軸の回転方向に沿つて少
   なくとも２つ以上の異なるすきま部を具えることを特徴
   とする軸受装置。
2. 【請求項２】上記すきま部は、上記軸の回転方向に沿つ
   て漸時小さくなるようなくさび形状を具えることを特徴
   とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 【請求項３】軸面又は軸受面のいずれか少なくとも一方
   にラジアル動圧発生用のグルーブを設けた軸受装置にお
   いて、 上記軸の上記回転方向に沿つて、上記軸面又は上記軸受
   面のいずれか少なくとも一方に、交互に凹凸の段差を具
   えることを特徴とする軸受装置。
4. 【請求項４】軸面又は軸受面のいずれか少なくとも一方
   にラジアル動圧発生用のグルーブを設けた軸受装置にお
   いて、 上記軸面又は上記軸受面の少なくとも一方に、半径方向
   の深さが当該半径方向の上記すきま部より大きな上記軸
   方向の溝を、円周上に１ヶ所以上有することを特徴とす
   る軸受装置。