JPS6223344A - 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】 産ｌ止ρ」皿ＨＨＬ この発明は、情報記録機器等に使用される動圧軸受を利
用したスピンドル装置に関するものである。

従未■肢徂 情報記録機器等に使用されるスピンドル装置に於いては
、高速、高回転精度が要請され、これに対応する為に動
圧軸受を利用したものが使用されている。第７図及び第
８図は斯かる目的で使用されているスリーブ回転型及び
軸回転型の２種の形式のスピンドル装置を例示する縦断
面図である。そして、第７図に示されるスリーブ回転型
のスピンドル装置は、ハウジング（１）に、外周面に動
圧発生用溝（２ａ）　　（２ｂ）を刻設した固定軸（２
）を取付け、この軸（２）に、これと数ミクロン程度の
間隙をもたせて下端面に動圧発生用溝（３ａ）を刻設し
たスリーブ（３）を遊嵌し、このスリーブ（３）の下端
部をハウジング（１）の底部に取付けたスラスト受は部
材（４）で支承し、かつ、スリーブ（３）の外面に永久
磁石よりなるロータ（５）を配設すると共に、ハウジン
グ（１）の内面に電機子コイルよりなるステータ（６）
をロータ（５）を囲むように取付けて駆動用モータ（７
）を形成してあり、駆動用モータ（７）のステータ（６
）に電流を印加してロータ（５）と一体のスリーブ（３
）を回転させると、スリーブ（３）の内面と固定軸（２
）との間に動圧発生用ｆｊ（２ａ）（２ｂ）により動圧
が発生すると共に、スリーブ（３）の下端面とスラスト
受は部材（４）との間にも動圧発生用ｆｊ（３ａ）によ
り動圧が発生し、これによって、スリーブ（３）をラジ
アル及びスラスト方向に非接触状態で回転支持する。

一方、第８図に示される軸回転型のスピンドル装置は、
ハウジング（８）に、これと数ミクロン程度の間隙をも
たせて外周面に動圧発生用溝（９ａ）　　（９ｂ）を刻
設した回転軸（９）を遊挿し、この回転軸（９）のハウ
ジング（８）の上方に突出している上端部にスラスト受
はフラン’；　（１０）を突設し、このフランジ（１０
）の下面に動圧発生用溝（１０ａ）を刻設する。さらに
、回転軸（９）の下端部に永久磁石よりなるロータ（１
１）を嵌着すると共に、ハウジング（８）内に電機子コ
イルよりなるステータ（１２）をロータ（１１）を囲む
よう取付けて駆動用モータ（１３）を形成してあり、駆
動用モータ（１３）のステータ（１２）に電流を印加し
てロータ（１１）と一体の回転軸（９）を回転させると
、回転軸（９）とハウジング（８）との間に動圧発生用
溝（９ａ）　　（９ｂ）により動圧発生すると共に、回
転軸（９）のスラスト受はフランジ（１０）とハウジン
グ（８）の上面との間にも動圧発生用溝（１０ａ）によ
り動圧が発生し、これによって、回転軸（９）をラジア
ル及びスラスト方向に非接触状態で回転支持する。

主１か　−しよ゛と　る。占 ところで、前者のスリーブ回転型スピンドル装置は、回
転部分がスリーブ（３）上にロータ（５）を嵌着させた
２重構造である為、装置を大型化しない限り、ラジアル
軸受の径並びにスラスト軸受の面積が小さく、充分な軸
受剛性を得ることができず、回転精度の低下をきたすと
共に、回転部分の重量も大きくなり、大きな駆動トルク
を必要とする。また、後者の軸回転型スピンドル装置は
、モータ（１３）のロータ（１１）が回転軸（９）の支
持部位から突出した自由端に取付けられている為、回転
軸（９）は軸方向長さが増大してその剛性が充分でな（
なり、高速で回転すると振動する恐れがあり、回転精度
の低下をきたすと共に、回転軸（９）の重量が大きくな
り、大きな駆動トルクを必要とする。

従って、これらスリーブ回転型と軸回転型のスピンドル
装置は、上述のような問題が原因で使用機器の性能が安
定ｅず、また、省エネルギーの点からも充分ではなく、
改善が望まれていた。

皿り扉トビ穎夾生ｊ込］痕へ１没 上記の如き問題点に鑑みてこの発明は、ハウジングに取
付けた固定軸あるいはハウジング自体に、ラジアルおよ
びスラストの動圧軸受を介して駆動用モータのＩ７−タ
あるいはロータを取付けた回転軸を支承させ、上記ロー
タの周囲に、ハウジングに取付けた駆動用モータのステ
ータを配置し、上記ロータとステータとからなる駆動用
モータをヒステリシスモータとすると共に、上記ロータ
に前記動圧軸受の一方の受面を形成したものである。

作且 上記手段のように、駆動用モータに機械加工が可能な半
硬磁鋼で形成したロータを有するヒステリシスモータを
使用し、該モータのロータに動圧軸受の一方の受面を形
成して、ロータを駆動用モータと動圧軸受とに兼用する
ことにより、前記問題点を解決した。

裏丘上 第１図はこの発明をスリーブ回転型スピンド２し装置に
通用した例を示す縦断面図である。同図に於いて、（１
４）はハウジング、（１５）はハウジング（１４）に取
付けた固定軸で、外周面の所定位置に、例えばヘリング
ボーン状の動圧発生用溝（１５ａ）（１５ｂ）を刻設し
テいる。（１６）は固定軸（１５）に、これと数ミクロ
ン程度の間隙をもたせて遊嵌したスリーブで、その内面
に研磨加工により動圧軸受の一方の受面を成形して固定
軸（１５）の動圧発生用溝（１５ａ）との間に動圧ラジ
アル軸受（１７）を形成している。

（１８）はスリーブ（１６）を回転駆動する為の駆動用
モーフで、上端部をスリーブ（１６）に取付け、下端部
をハウジング（１４）の底部に取付けたスラスト受は部
材（１９）に支承し、かつ、固定軸（１５）に、これと
数ミクロン程度の間隙をもたせて遊嵌したロータ（２０
）と、ハウジング（１４）の内面にロータ（２０）を囲
むように固定したステータ（２１）とで構成している。

この駆動用モータ（１８）にはヒステリシスモータを用
る。ヒステリシスモータは同期モータであり、電源周波
数を制御することにより、容易に回転速度を可変するこ
とができると共に、その回転精度も安定している。特に
、ロータは一般的ニ半硬磁鋼と称するもので、通常の鋼
材に近い特性の素材で成形することにより、機械加工や
表面メッキ、蒸着等を容易に行うことが可能である。従
って、駆動用モータ（１８）のロータ（２ｏ）の内面に
研磨加工により動圧軸受の一方の受面を形成することが
できる。このロータ（２ｏ）を固定軸（１５）の動圧発
生溝（１５ｂ　）と対向させて動圧ラジアル軸受（２２
）を形成すると共に、ロータ（２０）の下端面に例えば
スパイラル状の動圧発生溝（２０ａ　）を刻設してスラ
スト受は部材（１９）との間に動圧スラスト軸受（２３
）を形成する。

上記構造に於いて、駆動用モータ（１８）のステータ（
２１）に電流を印加してロータ（２０）及びスリーブ（
１６）を回転させると、スリーブ（１６）及びロータ（
２０）の内面と固定軸（１５）との間に動圧発生溝（１
５ａ）（１５ｂ）により動圧が発生すると共に、ロータ
（２０）の下端面とスラスト受は部材（１９）との間に
動圧発生用溝（２０ａ）による動圧が発生してロータ（
２０）及びスリーブ（１６）をラジアル及びスラスト方
向に非接触状態で回転支持する。

第２図は第１図のスリーブ回転型スピンドル装置の他の
実施例を示す縦断面図で、この実施例に於いては、駆動
用モータ（１８）のロータ（２０）の上端部にスリーブ
（１６）を取付ける代わりに、ロータ（２０）の上端を
延長してその内面に研磨加工により動圧軸受の一方の受
面を形成し、これと固定軸（１５）の動圧発生用１（１
５ａ）（１５ｂ　）との間に動圧ラジアル軸受（１７）
　　（２２）を形成している。尚、同図に於いて、第１
図と同一符号は同−或いは類似構成物を示す。

この発明のスリーブ回転型スピンドル装置では、回転部
分が一重構造である為、固定軸（１５）の径を大きくす
ることができ、これによって、ラジアル軸受の径並びに
スラスト軸受の面積が大きくなり、軸受剛性の向上が図
れる。加えて、回転部分の重量が減少し、慣性モーメン
トを小さく抑えることができる。

尚、第１図と第２図の実施例では、動圧ラジアル軸受（
１７）　　（２２）は固定軸（１５）の外周面に動圧発
生用溝（１５ａ）（１５ｂ）を刻設し、また、動圧スラ
スト軸受（２３）はロータ（２０）の下端面に動圧発生
用溝（２０ａ　）を刻設するようにしたが、これに限ら
ず、動圧ラジアル軸受（１７）　　（２２）の動圧発生
用溝をロータ（２ｏ）及びスリーブ（１６）の内面に刻
設し、また、勤王スラスト軸受（２３）の動圧発生用溝
をスラスト受は部材（１９）の上端面に刻設することも
可能で、要するにいずれか一方の部材に刻設すればよい
。

次に、第３図はこの発明を軸回転型スピンドル装置に通
用した例を示す縦断面図である９同図に於いて、（２４
）はハウジング、（２５）はハウジング（２４）に回転
可能に支持された回転軸で、ハウジング（２４）の上方
に突出している上端部にスラスト受はフランジ（２６）
を突設し、このスラスト受はフランジ（２６）の下面に
動圧発生用溝（２６ａ）を刻設してハウジング（２４）
の上面との間に動圧スラスト軸受（２７）を形成してい
る。　　＜２８＞は回転軸（２５）を回転駆動する為の
駆動用モータで、回転軸（２５）に嵌着したロータ（２
９）と、ハウジング（２４）の内面にロータ（２９）を
囲むように取付けたステータ（３０）とで構成している
。この駆動用モータ（２８）にはヒステリシスモータを
用いる。このヒステリシスモータは前述した通りである
。従って、駆動用モータ（２８）のロータ（２９）の外
周面に、第４図に示すように、例えばヘリングボーン状
の動圧発生用溝（２９ａ）（２９ｂ）を刻設しヱステー
タ（３０）との間に動圧ラジアル軸受（３１）　　（３
２）を形成している。尚、ステータ（３０）は内径面が
連続したものを使用する。これは第５図に示す如く、ド
ーナツ盤状で、その内径面近傍に扇形のコイル孔（３０
ａ’）を円周等配置に複数形成したステータコア（３０
ａ）を、軸方向に多数枚積重ね、コイル孔（３０ａ’）
にコイルを装着して製作する。

上記構成に於いて、駆動用モータ（２８）のステータ（
３０）に電流を印加してロータと一体の回転軸（２５）
を回転させると、ロータ（２９）とステータ（３０）の
内径面との間に動圧発生用溝（２９ａ）（２９ｂ）によ
り動圧が発生すると共に、回転軸（２５）のスラスト受
はフランジ（２６）とハウジング（２４）の上面との間
に動圧発生用溝（２６ａ　）による動圧が発生してロー
タ（２９）と一体の回転軸（２５）をラジアル及びスラ
スト方向に非接触状態で回転支持する。

第６図は第３図の軸回転型スピンドル装置の他の実施例
を示す縦断面図で、この実施例に於いては、ロータ（２
９）とステータ（３０）の間に第３図と同様の動圧軸受
を形成すると共に、ハウジング（２４）に、これと数ミ
クロン程度の間隙をもたせて回転軸（２５）を嵌挿し、
この回転軸（２５）の外周面に例えばヘリングボーン状
の動圧発生用溝（２５ａ　）を刻設して、ハウジング（
２４）の内面との間に勤王ラジアル軸受（３１）−を形
成している。尚、同図に於いて、第３図と同一符号は同
−或いは類似構成物を示す。

この発明の軸回転型スピンドル装置では、駆動用モータ
（２８）のロータ（２９）とステータ（３０）との間に
動圧ラジアル軸受が形成できる為、回転軸（２５）の長
さを短くすることができ、これによって、装置を非常に
コンパクトにできると共に、軸長を短（することにより
回転軸（２５）の剛性が増大し、高速で回転しても振動
がなくなるので高速化が図れる。加えて、回転軸（２５
）の軸長が短くなる為、回転軸　（２５）の重量が減少
し、慣性モーメントを小さく抑えることができる。また
、駆動用モータ（２８）のロータ（２つ）とステータ（
３０）のエアーギャップは、動圧ラジアル軸受（３１）
　　（３２）の軸受スキマとなるので、数ミクロン程度
の間隙を確保でき、これにより１．駆動用モータ（２８
）の効率向上が図れる。更に、駆動用モータ（２８）の
ステータ（３０）の内径面を連続にした為、磁束の分布
が滑らかになり、回転トルクの変動が小さくなって回転
精度の向上が図れる。

、！Ｌｉ■ この発明は回転軸或いはスリーブを回転させる駆動用モ
ータにヒステリシスモータを使用したので、ロータを動
圧軸受の一方の受面にすることができ、これによって、
装置をコンパクトにできると共に、回転精度を維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用したスリーブ回転型スピンドル
装置を例示する縦断面図、第２図はそれの変形を示す実
施例の縦断面図、第３図はこの発明を通用した軸回転型
スピンドル装置を例示する縦断面図、第４図はそれの回
転軸及びロータの正面図、第５図はステータを形成する
ステータコアの正面図、第６図は＠３図の変形を示す実
施例の縦断面図、第７図及び第８図は従来のスリーブ回
転型と軸回転型のスピンドル装置を示す縦断面図である
。 （１４）−−ｙｚウジング、（１５）−固定軸、（１５
ａ　）（１５ｂＬ−−一動圧発生用溝、（１６）−スリ
ーブ、（１７）　−動圧ラシアル軸受、（１８）・−・
駆動用モータ、（１９）　−スラスト受は部材、（２０
）　−ロータ、（２０ａ）・・−動圧発生用溝、（２１
）　−ステータ、（２２）　−動圧ラシアル軸受、（２
３）　−動圧スラスト軸受、（２４）−・・ハウジング
、（２５）−回転軸、（２６）〜スラスト受はフランジ
、（２６ａ　）・−・動圧発生用溝、（２７）　−・動
圧スラスト軸受、（２８）　−駆動用モータ、（２９）
・・−口−夕、（２９ａ）（２９ｂ）−勤王発生用溝、
（３０）−・−ステータ、（３０ａ　）　−ステータコ
ア、（３１）（３２）　−動圧ラシアル軸受。 特　許　出　願　人　　エヌ・チー・エヌ東洋ベアリン
グ株式会社 代　　　　理　　　　人　　　江　　　　原　　　　省
　　　　吾図面の浄占（内容（。 ：変更なし） 第３図 第４図 第５図 第６図 手続補正書 昭和６１，３４１１月２７日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示 昭和６０年　特許願　第１６０９７６号２、発明の名称
　スピンドル装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許比ｉ頭人 名　称　　ニス・チー・エヌ東洋ベアリング株式会社４
、代理人 住　所　　大阪府大阪市西区江戸堀１丁目１５番２６号
昭和６０年１０月　９日 （発送日昭和６０年１０月２９日） ６、補正の対象　図　面 ７、補正の内容　図面企図を別紙の通り補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングに取付けた固定軸あるいはハウジング
   自体に、ラジアルおよびスラストの動圧軸受を介して駆
   動用モータのロータあるいはロータを取付けた回転軸を
   支承させ、上記ロータの周囲に、ハウジングに取付けた
   駆動用モータのステータを配置し、上記ロータとステー
   タとからなる駆動用モータをヒステリシスモータとする
   と共に、上記ロータに前記動圧軸受の一方の受面を形成
   したことを特徴とするスピンドル装置。