JPS585518A - 動圧形スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は動圧形円筒みぞ軸受を用いた動圧形スピンド
ル装置ｈｔ、に関する。

従来の音４１１機器のモータ主軸のスピンドルｓａｙは
第１図に示すように、ハウジングＩＫ固定した支持部材
２に球体３を配設し、この球体３が主軸４の端面に設け
た凹形円すい１′＆１５に接継して主軸４のスラスト荷
重を支持し、またハウジング１に主１ｌｌＩ４より線膨
張係数が大きい二個の焼結含油軸受６．７を固定し、こ
の二個の焼結含油軸受６、ステータ９とが円周方向のず
きま１１を介して円筒面で対向し、また主軸４に回転テ
ーブル１２を固定していた。

このようなスピンドル装置は主軸４が回転すると、球体
３が支持部材２に点接触した状態で回転するのでスラス
ト荷重が大きくなると球体３と支持部材２との接触部の
摩耗が大きくなって耐久性が劣る。従来の音響機器のモ
ータ主軸の回転数は３３　）’ａ　ｒｐｍ　オヨび４５
ｒｐｍであるが最Ｍ　はａ百ｒｐｍカら１８００ｒｐｍ
のものまで商品化されるようになってきており、回転数
の増加に伴って球体３と支持部材２との接触部の摩耗が
激しくなり、その対策が求められている。また主軸４と
焼結含油−１受６．７との間に軸受すきま１３．１４が
あるので主軸４の振動および振れ回りが太きい。さらに
ロータ８とステータ９とが円周方向のすきま１１を介し
て円筒面で対向しているので主軸４とロータ８と回転テ
ーブル１２とを備えた回転筒キ１５の重心が高く、回転
テーブル１２の振れ同りが太きい。音ｔ＃機器の情報勧
智度化に伴って情報のｎ「：録幅が著しく狭くなってき
ており、回転テーブル１２に密着した１゛〜報記録振動
およびラジアル方向の振動を小さくすることが望まれて
いる。さらに焼結含油軸受６．７からしゅう拗音が発生
するが、音ｔＩ！機器の音＃性能の向上に伴ってしゅう
拗音も無視できなくなっている。またロータ８とステー
タ９とが円周方向のすきま１１を介して円筒面で対向し
ているので輸送中吟にスピンドル装置が倒置すると、主
軸４がハウジングｌかも抜は出したり、主軸４がハウジ
ング１に対して軸方向に大きく移動する寺の欠点がある
。

この発明は定格回転時に軸受が非接触回転し、摩耗が少
なく、非回転数同期成分の振動もほとんど発生せず、そ
してしゆう拗音が発生しない動圧形スピンドル装置を提
供することを目的とする。

次にこの発明の実施例を第２図ないし第４図の筒状のラ
ジアル外面羽とを有し、このラジアル外面２３にスパイ
ラル状の動圧発生用のみそかが設けられている。前記主
軸２１はラジアル外面ｎより距離を隔てた個所に円筒状
のラジアル外周面２５を有し、このラジアル外周面すに
ヘリングボーン状の動圧発生作用のみぞ２６が設けられ
ている。前記主軸２１の外周にハウジング２７が配設さ
れ、このハウジング２７は外筒１２７と、外筒１２７の
内周面の底部に嵌合して同定した一方のスリーブ２２７
と、外筒１２７の内周面に一方のスリーブ２２７より距
離を隔てて嵌合して固定した他方のスリーブ３２７と、
−方のスリーブ２２７の内周面の底部に嵌合して固定し
た円筒コロ４２７とから構成されている。前記ノ・ウジ
ング２７の円筒コロ４２７にはスラスト端面２２と共働
してスラスト軸受を構成する平面状のスラスト底面側が
設けられ、またハウジング２７の一方のスリーブ２２７
にはラジアル外面２３と共働して底側の動圧形円筒みぞ
軸受を構成する円筒状のラジアル内面２９が設けられて
いる。前記ハウジング２７の他方のスリーブ３２７には
ラジアル外周面部と共働端面２２の中央部には第３図に
示すように主軸２１の外周面のラジアル外面２：（の上
部と連通ずる循環穴３１が設けらねている。前記循環穴
３１はスラスト端面２２に設けた軸方向の穴１３１と、
軸方向の穴１３１と主軸２１の外周面とを連通する軸と
直角方向の穴２３１とから構成され、また第４図に示す
ように循環穴３１の主軸２１の外周面への開口部３３１
からスラスト端面２２とラジアル外面るとの境界部３２
までの距１ｉｌｌＩＡはラジアル内面２９とラジアル内
周面３０との間の距１ｉ１［ｉＢより短くなっている。

前記スラスト端面２２は動圧形スピンドル装置の静止時
および低速回転時にスラスト底面あと接触する環状の接
触面３３を循環穴３１の周囲に有しており、またハウジ
ング２７の外周面の下部にはステータ３４が固定されて
いる。前記主軸２１にはステータ３４と軸方向すきま３
５を介して平面で対向する永久磁石が磁石３６とし成し
ている。前記ハウジング都の外周面の下部にはステータ
３４が固定されているので主軸２１と（ホ）石３６と後
述する回転テーブル３７とを備えた回転部１２１の１心
は低くなっており、また磁石３６はステータ３４を吸引
しているので主軸２１は磁石３６によってスラスト底面
四側に吸引されている。前記主軸２１に　　　゛は＋Ｐ
ｒ報記録媒体を密着した回転テーブル３７が嵌合して固
定され、またスラスト端面２２とスラスト底面あとの間
の圧力室３８、ラジアル外面ると２シアル内面２９との
間の底側のラジアル軸受すきま４１、およびラジアル外
周面すとラジアル内周面力との間の翔ロ１８シアル卿１
受すきま４２には潤滑剤がそれぞれ満たされている。な
おこの発明で１５潤滑剤とは油、グリース、水、空気な
どの気体、および溶融金橋等を１５゜前記ラジアル内面
２９とラジアル内周面力との間には主軸２１とハウジン
グ都との間に中空至４５か設けられ、この中空室４５は
ハウジング２７の外筒１２７に設けた穴状の連通路４６
を介して外気と連通している。従って開口側のラジアル
軸受すきま４２はグリース等の潤滑剤で密↓・ｊされ４
５内の空気が連通路４６を辿って外方へ流出し、開口側
のラジアル軸受すきま４２内の潤滑剤が上方から外方へ
洩れることはない。また主１１１１２１をハウジング２
７に挿入するときは第４図に示すようにラジアル内面２
９の内方にグリース等の＠消削を満たすと共にラジアル
内周面Ｉとラジアル外周面５とにグリース等の＠消削を
それぞれ塗布した後に主軸２１をハウジング２７に挿入
する。前記主軸２１をハウジング２７に挿入すると、ラ
ジアル内周面３０と主軸２１との間の非常に狭いすきま
はグリース等の閥消削によって密的されるが、中空室４
５が連通路４（３を介して外気と連通しているので中空
室４５内の空気の圧力は上昇せず、主軸２１はラジアル
内周面３０を容易に通過する。また主軸２１がラジアル
内面２９を通過するときに循環穴３１の開口部３３１が
ラジアル内周面力が中空室４５へ押し出される抵抗のた
めに主軸２１のラジアル内面２９への挿入が極めて困１
Ｆである。しかし循環穴３１の開口部３３１からスラス
ト端面２２とラジアル外面乙との境界部３２までの距離
Ａがラジアル内面２９とラジアル内周面３０との間の距
１ｉｉ１１Ｂより短かいので主軸２１がラジアル内面２
９を通過する前に循環穴の開口部３３１が中空室４５に
開口し、主軸２ｊがラジアル内面２９を通過するときに
ラジアル内面２９の内方の潤滑剤が循環穴３１を通って
中空室４５へ流出するので王Ｑ１＋　２１はラジアル内
面２９を容易に通過する。従って組立が容易である。

なおこの場合、外筒１２７に穴状の連通路４６を設ける
代・ノに、他方のスリーブ３２７の外周面と外筒１２７
の内周面との間にローレット加工又はフライス加工等に
よって連通路を設けても良い。

以上のような構成で主軸２１が回転すると、動圧発生用
のみそ腐のボンピング作用によって低側のラジアル軸受
すきま４１円の潤滑剤は圧力室間に流入し、第３図に示
すように主軸２１が浮上する。なおこの場合スラスト端
面２２は凸球面状になっているので主軸２１の起動トル
クが低い。前記上＄１１１２１がする。この場合圧力室
３８内の潤滑剤の圧力は主軸２１のわすかな浮上量の変
化によって調整されてほぼ一定であり、スラスト軸受は
軸受の定格回転時に一定のスラスト負荷ＷＭを有する。

またスラスト軸受は大きなスラスト負荷容量を有するが
、主軸２１の浮上量は小さく保持できると共にスラスト
端面２２はスラスト底面路と非接触で回転する。前記底
側のラジアル軸受すきま・＋１内の潤滑剤には動圧発生
用のみそ鵡のボンピング作用によってラジアル方向の圧
力が発生するのでラジアル外１Ｔｒｉ２３はラジアル内
面２９と非ｇ触で回転し、底側の動圧形円筒みぞ軸受は
ラジアル負１ｉｆ谷廿を有する。また開口１則のラジア
ル１１１１受すきま一１２内の＠消削には動圧発生作用
のみぞ２ｂのボンピング作用によってラジアル方向の圧
力が発生ずるのでラジアル外周面第５図はスラスト底面
に循環穴を設けた実施例であるが、スジスト底面２８は
主軸２１の起動トルクを小さくするように凹球面状にな
っており、このスジスト底面あの中央部には主軸２１の
外周面のラジアル外面乙の上部と連通ずる循環穴３１が
設けられている。前記循環穴３１はスラスト底面２８に
設けた軸方向穴４３１と一方のスリーブ２２７の外周面
にみぞ状に設けかつ中空室４５に開口する開口穴５３１
と軸方向穴４３１を開口穴５３１に連通ずる流通穴６３
１とから構成され、また凸球面状のスラスト端面２２は
動圧形スピンドル装置の静止哨および低速回転１１）′
（スラスト底面あと接触する環状の接触面３３を循環穴
３１の周囲に有している。前記循環穴３１の軸方向穴４
３１には多孔性部材からなるフィルター５１が嵌合して
固定して配設されており、このフィルター５１は主軸２
１の起動停市時に生ずる場合がある岸耗紛をろ過するの
で耐久性を向上させることができる。なお主軸２１に設
けた循環穴３１にフィルター５１を配設しても良い。ま
た穴状の連通路４６に動圧形スピンドル装部を輸送中お
よび保管中等に倒置したり横形にしても動圧形スピンド
ル装置の内部から外部へグリース等の潤滑剤が流出しな
い第６図は主軸をスラスト底面側に吸引する永久磁石を
ハウジングの内方に固定した実施例であるが、ハウジン
グ２７はチューブ５２７と、チューブ５２７の一方の端
部に嵌合して固定した一方のカバー６２７と、チューブ
５２７の他方の端部に嵌合して固定した他方のカバー７
２７と、一方のカバ−６２７０底部に設けた円筒孔に嵌
合して固定した球８２７とから構成されている。前記一
方のカバー６２７に円筒状のラジアル内面２９が設けら
れ、このラジアル内面２９の上部に周みそ６１が設けら
れている。前記球８２７は凸球面状のスラスト底面側と
なっＣいるので主軸２１の起動トルクが小さくなってお
り、またスラスト端面２２は平面状になっている。前記
スラスト端面ｎの中央部には第７図に示すように周みぞ
６１に通ずる循環穴３１が設けられており、循環アル内
周回加の両端部に内周みぞ６５．６６がそれぞれ設けら
れている。前記一方のカバー６２７の上部に永久磁石が
磁石３６として固定され、この磁石あは主軸２１に固定
した円板状の磁性体６７を吸引しているので主軸２１は
磁石Ｉによってスラスト底面路側に吸引されている。な
おこの場合ａ性体６７のがわりに円板状の永久磁石を主
軸２１に固定しても良い。前記他方のカバー７２７と磁
性体６７との間に配設したロータ６８が主軸２１　Ｋ　
［ｉ！ｊ定され、また）・ウジングＡにはロータ６８に
対向するステータ６９が固定されている なお以上の図示の実施例ではラジアル外面ハに動圧発生
用のみそ以を設けたが、ラジアル外面るとラジアル内面
２９との少なくとも一方に動圧発生用のみそ調を設けて
も良い。

ても良い。

なお動圧発生用のみぞ題の深さを深くすると底側の動圧
形円筒みそ軸受のラジアル負荷容量は小さくなるがスラ
スト軸受のスジスト負荷谷１（゛は大きくなり、また動
圧発生作用のみぞ２６の深さを浅くすると開口４１０の
動圧形円筒みぞ軸受のラジアル負荷容量が大きくなる、
従って動圧発生用のみぞ２４の深さを動圧発生作用のみ
ぞ２６の深さより深くすると、勤王形スピンドル装置の
モーメント剛性が高くなるので主軸２１に固定した回転
テーブル３７の振れ回りが小さくなると共に大きなスジ
スト負荷Ｙト措が得られる。

また一方のスリーブ２２７および他力のスリーブ３２７
０線膨張係数かいずれも主軸２１０紛膨張係数より太き
いと、動圧形スピンドル装備′の雰囲気温度が上昇する
にしたがって＆側のラジアル軸受すきま４１および開口
側のラジアル軸受すきま・１２がいずれも大きくなり、
ラジアル負荷容量が低下することが判明した。従ってハ
ウジング２７のラジアル内面２９を構成する部分即ち一
力のスリーブ２２７又主軸２１の線膨張係数以下の場合
は、動圧形スピンドル装置の雰囲気温度が上昇しても二
ケ所のラジアル軸受すきま４１．４２はいずれも大きく
ならないのでラジアル負荷容量の低下を防止できる。

さらにハウジング２７のラジアル内面２９を構成する部
分とハウジング２７のラジアル内周面間を構成する部分
との線膨張係数がいずれも主軸２１の線膨力く係数より
小さい場合は、動圧形スピンドル装置の雰囲気温度が上
昇するにしたがって二ケ所のラジアル軸受すきま４１．
４２はいずれも小さくなり、ラジアル負荷容置が太き（
なるので潤滑剤として油およびグリースを用いる場合は
高温時における潤滑剤の粘度の低下によって生ずるラジ
アル負荷４Ｎｍの低下を防止できる。

また主軸２１とハウジング２７との少なくとも一方され
るようにしても良い。

なお主軸２１とハウジング２７との少なくとも一方に永
久磁石を磁石あとして１窒し、この磁石３６によって主
軸２１がスラスト底面測側に吸引されるようにすると、
輸送中および保管中等ＶＣ′ｗＪ圧形スピンドル装置が
倒置しても主軸２１がハウジングｎから抜は出したり、
主軸２１がハウジング２７に対して軸方向に移動するこ
とはない。

またスラスト端面２２とスラスト底面あとの少なくとも
一方に設けた循環穴３１が主軸２１の外周面と連通ずる
ようにしても良い。

さらに外筒１２７と一方のスリーブ２２７と他方のスリ
ーブ３２７と円筒コロ４２７とを同体化し、〕・ウウジ
ダグ２を一つの部材から構成しても艮く、また外筒１２
７と一方のスリーブ２２７と他方のスリーブ３２７とを
同体化し、ハウジング２７を二つの部材から構成しても
良く、さらに一方のスリーブ２２７と他方のスリーブ３
２７とを同体化し、ハウジング２７を三つの部材から構
成しても良く、外筒１２７、一方のスリーブ２２７、他
方のスリーブ３２７、および円筒コロ４２７を適宜に同
体化してハウジングｎをさらに主軸２１回転でもハウジ
ング２７回転でも良く、あるいは相対回転の用途にも用
いることができる。

なお動圧形スピンドル装置は音４機器に眠らず、映１＃
２機器、情味機器、および工作憬械の主軸用等に用いる
ことができる。

この発明の動圧形スピンドル装置によると、靜正時およ
び低速回転時にはスラスト端面２２の環状の接触面３３
がスラスト底面２８と接触するのでスラスト底面路とス
ラスト端面２２との接触面圧が小さ勺、スラスト端面２
２とスラスト底面あとの損傷を防止できる。また作動時
には動圧発生用のみぞ２４のボンピング作用によって圧
力室あ内の潤滑剤に圧力が発生し、スラスト端面２２と
スラスト底面あとが非接触になるのでスラスト端面２２
とスラスト端面受すきま４１内の潤滑剤および圧力室３
８内の潤ｆ＃　沖１にはそれそね圧力が発生すると共に
すｄ１圧発生作用のみぞ２６のボンピング作用によって
開口側のラジアル軸受すきま４２内の潤滑剤には圧力が
発生するので、作動時には主軸２１とハウジング２７と
が非接触の回転となり、主！１１１１２１およびハウジ
ング２７の非回転数同期成分のアキシアル方向の振動お
よびラジアル方向の振動がほとんど発生しない。また主
軸２１およびハウジング２７の振れ回りが少ないと共に
軸受からのしゅう拗音の発生がない。また主軸２１とハ
ウジング若との少なくとも一方に固定した磁石３６によ
って主軸２１がスラスト底面２８　！Ｕｔｌに吸引され
ているので磁石３６をロータ又はステータとして動圧形
スピンドル装置の下部に固定でき、主軸２１回転の時は
主軸２１と主軸２１に固定したロータとを備えた回転部
１２１０重心を低くできると共にハウジング２７回転の
時はハウジング２７とハウジング２７に固定したロータ
とを備えた回転部の重心を低くできるので主軸２１およ
び同転部１２１の振れ回りを小さくできる。さらにスラ
スト端面２２とスラスト底面路との少なくとも一方に設
けた循環穴３８内の潤滑剤が循環穴３１を通って主軸２
１の外周面に流出し、圧力室３８内の潤滑剤の圧力は主
軸２１のハウジング２７に対する軸方向変位によってＩ
ｓ整されてほぼ一定であり、一定のスラスト負荷容量が
得られると共に主軸２１のハウジングυに対する軸方向
の変位を小さくおさえることができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスピンドル装置の断面図、第２図はこの
発明の一実施例を示す動圧形スピンドル装↑６の断面図
、第３図は第２図の動圧形スピンドル装置の作動時の底
部の断面図、第４図は請２図の動圧形スピンドル装置の
組立時の断面図、第５図および第６図はこの発明の他の
実施例を示す動圧形スピンドル装置の断面図、第７図は
第６図の図中、　２１は主軸、ｎはスラスト端面、易は
ラジアル外面、Ｕは動圧発生用のみそ、乙はラジアル外
崗部、あは動圧発生作用のみそ、都はハウジング、あは
スラスト底面、四はラジアル内面、刃はラジアル内周面
、３１は循環穴、おは環状の接触面、３６は磁石である
。。 牝許出願人　　　日本精工株式会社 ｆ、ｊ　　　　　　ｊ　　　　　　／ 手続補正書（自発） 昭和５７年７月ｚ（’ｒ日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１０１３１６号 ２、発明の名称 動圧形スピンドル装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ５、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）主軸２１の一方の軸端部はスラスト端面２２と円
   筒状のラジアル外面乙とを有し、前記主軸２１はラジア
   ル外面ｎより距離を隔てた個所に円筒状のラジアル外周
   面部を有し、ハウジングｎはスラスト端面２２と共働す
   るスラスト底面路と、ラジアル外面ｎ、と共働するラジ
   アル内面四と、ラジアル外周面５と共働するラジアル内
   周面ぶ）とを有し、前記ラジアル外面乙とラジアル内面
   ２９との少なくとも一方に動圧発生用のみぞＵが設けら
   れ、前記ラジアル外周面５とラジアル内周面側との少な
   くとも一方に動圧発生作用のみそ加が設けられ、前記ス
   ラスト端面ｎとスラスト底面あとの少なくとも一方に主
   軸２１の外周面と連通ずる循環穴３１が設けられ、前記
   スラスト端面２２は動圧形スピンドル装置の静止時およ
   び低速回転時にスラスト底面路と接触する環状の接触面
   ３３を循環穴３１の周囲に有し、前記主軸２１とハウジ
   ング２７との少なくとも一方に固定した磁石３６によっ
   て生駒１２１がスラスト底面四側に吸引される動圧形ス
   ピンドル装置。 （２）磁石間が永久磁石である特許請求の範囲纂１項記
   載の動圧形スピンドル装置。 （３）磁石間が電磁石である特許請求の範囲第１項記載
   の動圧形スピンドル装置。 （４）循環穴３１にフィルター５１を配設した特許請求
   の範囲第１項記載の動圧形スピンドル装置。 ウジング２７に設けた連通路４６を介して外気と連通し
   ている特許請求の範囲第１項記載の動圧形スピンドル装
   置。 （６）連通路４６が多孔質部材５３から構成されている
   特許請求の範囲第５項記載の動圧形スピンドル装置（７
   ）スラスト端面２２に設けた循環穴３１の主＠２１の外
   周面への開口部３３１からスラスト端面２２とラジアル
   外面あとの境界部３２までの距離Ａがラジアル内面２９
   とラジアル内周面間との間の距離Ｂより短かい待８’ｌ
   −請求の範囲第１項又は第５項記載の動圧形スピンドル
   装置、。 （８）動圧発生用のみそ冴の深さが動圧発生作用のみぞ
   ２６の深さより深（なっている特許請求の範囲第１唄記
   載の動圧形スピンドル装置。 （９）ハウジング２７のラジアル内聞２９を構成する部
   分とハウジング石のラジアル内周面３すな構成する部分
   との線膨張係数がいずれも主軸２］の線膨張係数以下で
   ある％ｄ１・請求の範囲第１項記載の動圧形スピンドル
   装置。 ａＱン・ウジング２７のラジアル内面２９を構成する部
   分とハウジング２７のラジアル内周面Ｉを構成する部分
   との線膨張係数がいずれも主軸２１の線膨張係数より小
   さい％肝開求の範囲第９項記載の動圧形スピンドル装置
   。