| 【発明の名称】 |
流体動圧軸受及びスピンドルモータ |
| 【発明者】 |
【氏名】小槫 利春
【氏名】岩城 忠雄
【氏名】竹原 勇
【氏名】後藤 廣光
【氏名】鈴木 隆文
【氏名】花岡 正敏
【氏名】北原 治夫
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| 【要約】 |
【課題】軸受構成部材を製作する材料の種類に特別な制約を受けないで、且つ負圧が発生しない簡単な構成の流体動圧軸受を提供すること。
【解決手段】流体動圧軸受は、固定シャフト１１と、この固定シャフト１１を受けるスリーブ１２と、スリーブ１２の上端に蓋をする円盤状蓋部材１３と、固定シャフト１１の外周面とスリーブ１２の内周面との間に形成された隙間に充填された潤滑油Ｆとで構成されている。そして、固定シャフト１１を、その断面を対称軸が３本の非円形断面の棒部材とすることによって、スリーブ１２の内周面との間にラジアル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 スリーブと、このスリーブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブとシャフトとの間に形成された微小隙間に充填された潤滑油とからなる流体動圧軸受において、前記シャフトの断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラジアル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成したことを特徴とする流体動圧軸受。
【請求項２】 有底のスリーブと、このスリーブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブとシャフトとの間に形成された微小隙間に充填された潤滑油とからなる流体動圧軸受において、前記シャフトの断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラジアル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成し、且つ前記シャフトの端面又はこれと対向する前記スリーブの底面にスラスト動圧発生溝を形成したことを特徴とする流体動圧軸受。
【請求項３】 前記シャフトの非円形断面が、前記スリーブの内周面の直径よりもクリアランス分だけ小さい直径の同心円の３本の円弧と、相隣接する円弧の端部を結ぶ３本のＬ字形線分とからなるものであることを特徴とする請求項１又は２の流体動圧軸受。
【請求項４】 前記シャフトの非円形断面が、前記スリーブの内周面の直径よりもクリアランス分だけ小さい直径の同心円に内接する正三角形の頂点を、前記同心円よりも大径の３本の円弧で結んで形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２の流体動圧軸受。
【請求項５】 ロータ磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、ロータをステータに回転自在に支持する軸受とからなるスピンドルモータにおいて、前記軸受は請求項１又は２の流体動圧軸受であることを特徴とするスピンドルモータ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スリーブと、このスリーブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブとシャフトとの間にラジアル動圧発生用くさび形隙間が形成された流体動圧軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯型電子機器の急速な普及に伴って、その回転駆動源であるスピンドルモータに小型化と軽量化の要求がなされてきた。その結果、スピンドルモータの軸受に広く採用されている流体動圧軸受には更なる小型化と軽量化が要求されるようになった。そこで、図４に示す如く、リング部材３と円柱部材２とからなるフランジ付シャフト１と、このフランジ付シャフト１を受けるスリーブ４と、スラスト押さえ部材としても機能する環状蓋部材５とから構成され、リング部材３の上面と下面にはヘリングボーン溝の如きスパイラルのスラスト動圧発生溝Ｇ２がプレスやエッチング等により形成され、且つ円柱部材２の外周面にはヘリングボーン溝の如きラジアル動圧発生溝Ｇ１が転造等により形成され、更にこれらの軸受構成部材間に形成された円環状微小隙間ＲＳ１、ＲＳ２、略円盤状微小隙間ＲＶ、円筒状微小隙間ＲＲ、及び複数対のスラスト方向循環孔Ｑには潤滑油が真空注入法により注入され、充填されている流体動圧軸受が開発された。
【０００３】ところが、小形化と軽量化の要求に応えるためには、軸受構成部材の寸法が小さくなり、従って軸受隙間を含む微小隙間に封入される潤滑油の量も少なくならざるを得ない。このため、高速回転中に、軸受隙間の端部、即ち図４においては円環状微小隙間ＲＳ１とＲＳ２のそれぞれの外端部Ｃ１とＣ２で負圧が生じ、十分な動圧が維持できないという問題が発生した。そこで、リング部材３にスラスト方向循環孔Ｑを設け、これを潤滑油溜り兼用の潤滑油の循環路として機能させ、この問題を解決した。しかしながら、このような循環孔Ｑを設けることは、その分だけ加工コストを上げるものであるから、本来は好ましくないものである。そこで、負圧を発生しないスピンドルモータ用軸受として、軸受を焼結多孔質材からなる含油軸受から構成したいわゆるハイブリッド型軸受が着目されてきた。
【０００４】特開平３−１０７６１２号公報には、軸孔にシャフトを回転自在に支持する焼結含油軸受において、上記軸孔には等角度に配置した３条以上の突出部を形成し、この突出部は上記シャフトとのクリアランスを他の内周面よりも小さくし、上記シャフトと上記突出部の入口側との間にくさび形隙間を形成してなる焼結含油軸受のハイブリッド型軸受が開示されている。
【０００５】また、特開平９−２００９９８号公報には、回転シャフトとこの回転シャフトを受ける焼結金属の型成形体の軸受とからなり、軸受内周・回転シャフト外周間の隙間に潤滑剤が介在し、軸受内周面には軸受中心と同心をなして前記隙間の最小部分を決定する同心円弧面と、前記隙間がシャフト回転方向に向かって次第に狭まって前記同心円弧面につながるよう軸受中心から偏心した偏心円弧面とが、それぞれ３つ以上、同心円弧面同志及び偏心円弧面同志で等角度配置になるよう形成され、且つ、これによって前記隙間はくさび形隙間となって、前記回転シャフトの回転と前記くさび形隙間との協動によりラジアル動圧が発生するように構成されたすべり軸受のハイブリッド型軸受が開示されている。
【０００６】上記従来のハイブリッド型軸受において、そのラジアル軸受は、材料コストの非常に安い焼結粉末合金、例えば、含油性を有し且つ成形加工が容易な銅ベースの焼結金属粉末を用いて型成形されたドーナツ状型成形体を軸受ハウジングに圧入した後に、このドーナツ状型成形体の内周面に所定の多円弧面及び寸法精度になるようにサイジング加工して製作されている。従って、いずれも、量産性に優れ、低コスト化を図れるものである。
【０００７】しかしながら、これら従来のハイブリッド型軸受においては、目つぶし加工がなされていない個所、或いはそれが十分でない個所の焼結孔を通して潤滑油がラジアル軸受隙間から外部に漏れ出してしまい、その分だけ動圧が低下するという問題がある。また、温度上昇や減圧等によって、ラジアル軸受隙間に気泡が発生したり、気泡が膨張したりして、これらの気泡が潤滑油を焼結孔内に入り易くするという好ましくない作用が発生する。更に、加工容易性、低コスト、温度特性等の制約から、利用できる焼結合金粉末の種類が限定されるという問題もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようとする第１の課題は、軸受構成部材を製作する材料の種類に特別な制約を受けないで、且つ負圧が発生しない簡単な構成の流体動圧軸受を提供することである。解決しようとする第２の課題は、円滑な高速回転を維持できるスピンドルモータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決する請求項１の流体動圧軸受を、スリーブと、このスリーブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブとシャフトとの間に形成された微小隙間に充填された潤滑油とから構成し、そして、前記シャフトの断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラジアル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成した。
【００１０】上記第１の課題を解決する請求項２の流体動圧軸受を、有底のスリーブと、このスリーブに回転自在に嵌合して配設されたシャフトと、これらスリーブとシャフトとの間に形成された微小隙間に充填された潤滑油とから構成し、そして、前記シャフトの断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間にラジアル動圧発生用くさび形隙間を等間隔に３つ形成し、且つ前記シャフトの端面又はこれと対向する前記スリーブの底面にスラスト動圧発生溝を形成した。
【００１１】上記第１の課題を解決する請求項３の流体動圧軸受を、請求項１又は２の流体動圧軸受において、前記シャフトとして前記スリーブの内周面の直径よりもクリアランス分だけ小さい直径の同心円の３本の円弧と、相隣接する円弧の端部を結ぶ３本のＬ字形線分とからなる非円形断面の部材を採用した。
【００１２】上記第１の課題を解決する請求項４の流体動圧軸受を、請求項１又は２の流体動圧軸受において、前記シャフトとして前記スリーブの内周面の直径よりもクリアランス分だけ小さい直径の同心円に内接する正三角形の頂点を、前記同心円よりも大径の３本の円弧で結んで形成された非円形断面の部材を採用した。
【００１３】上記第２の課題を解決する請求項５のスピンドルモータを、ロータ磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、請求項１又は２の流体動圧軸受とによって構成した。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係るスピンドルモータの一実施形態は、図１に示す如く、ロータ磁石１５を含むロータがステータコイル１６を含むステータに、流体動圧軸受によって回転自在に支持されて構成されている。そして、この流体動圧軸受は、本発明に係る流体動圧軸受であって、固定シャフト１１と、この固定シャフト１１を受けるスリーブ１２と、スリーブ１２の上側開放端に蓋をする円盤状蓋部材１３と、固定シャフト１１の外周面とスリーブ１２の内周面との間に形成された隙間に充填された潤滑油Ｆとで構成されている。固定シャフト１１はその下端を固定用ネジ１８によってモータ基板１７に固定されている。ステータコイル１６は、モータ基板１７に環状に配置されて取り付けられている。多極着磁された環状のロータ磁石１５は、ステータコイル１６に対向配置され、スリーブ１２の外周面の下部に取り付けられている。磁気ディスク等の回転体を載架するハブ１４は、スリーブ１２に圧入によって外嵌されている。
【００１５】本発明に係る流体動圧軸受において、スリーブ１２は円筒部材で形成されているのに対し、シャフト１１の第１実施形態は、図２に示す如く３本の円弧Ａと、相隣接する円弧の端部を結ぶ３本のＬ字形折れ線Ｂとから形成された非円形断面を有する棒部材が採用されている。円弧Ａはスリーブ２の内周面の直径よりもクリアランスＲだけ小さい直径の同心円の円弧であり、またＬ字形折れ線Ｂは長さの異なる２本の直線を所定の角度で接続して形成されたものである。従って、このような非円形断面のシャフト１１の外周面と、スリーブ１２の円筒状内周面との間には、３つのくさび形隙間Ｗが形成されている。クリアランスＲは、流体動圧軸受のサイズ、回転速度、潤滑油の種類によって異なるが、数１０〜数１００μである。
【００１６】本発明に係る流体動圧軸受において、シャフト１１の第２実施形態は、図３に示す如く、３本の円弧Ｄで形成された非円形断面を有する棒部材で形成されている。即ち、このシャフト１１には、円筒部材であるスリーブ１２の内周面の直径よりもクリアランスＲだけ小さい直径の同心円に内接する正三角形の頂点を、前記同心円よりも大径の円弧Ｄで結んで形成された非円形断面を有する棒部材が採用されている。従って、このような非円形断面のシャフト１１の外周面と、スリーブ１２の円筒状内周面との間には、３つのくさび形隙間Ｗが形成されている。
【００１７】シャフト１１の上端面には、スパイラル状のヘリングボーン溝の如きスラスト動圧発生溝Ｇ２が、プレスやエッチング等により形成されている。シャフト１１の下側は円柱部とされており、これによってシャフト１１の外周面とスリーブ２の内周面との間に一端が大気に開放された所定長さで且つ前記クリアランスと同じ幅の環状の微小隙間が形成されている。この環状の微小隙間は、その開放端側においてシャフト１１の外周面とスリーブ１２の内周面との間に形成されたテーパー状微小隙間Ｓとあいまって、毛細管現象と表面張力を利用したキャピラリーシールを構成している。このキャピラリーシールによって、潤滑油Ｆが外部に漏出することを防止している。
【００１８】図２又は図３のシャフト１１を、上側開放端を円盤状蓋部材５によって蓋をされたスリーブ２に回転自在に内嵌し、潤滑油Ｆが真空注入法により充填された図１の流体動圧軸受は、スリーブ１２が高速回転すると、等間隔に配置された３つのくさび形隙間Ｗのそれぞれで潤滑油Ｆが高速移動し、回転方向の反対側の狭い隙間に押し込まれ、この部分を最大値とする圧力分布の圧力であって、ラジアル方向に向いた圧力が発生する。この圧力分布はシャフト１１の中心軸に対して３つ点対称に発生し、且つスリーブの回転と共に回転する。従って、等間隔に配置された３つのくさび形隙間Ｗと潤滑油Ｆの協動作用によって、本発明に係る流体動圧軸受はラジアル動圧軸受として機能する。なお、図３に示す第２実施形態のシャフト１１によって形成されたくさび形隙間Ｗは三日月形であるから、このシャフト１１を用いた流体動圧軸受は正逆回転可能なラジアル動圧軸受として機能する。また、シャフト１の上端部に形成されているスラスト動圧発生溝Ｇ２と潤滑油Ｆの協動作用によって、本発明に係る流体動圧軸受は、スラスト動圧軸受として機能する。
【００１９】本発明に係る流体動圧軸受おいて、対称軸が３本の非円形断面を有するシャフト１１もスリーブ１２も、金属材料をＮＣマシーン等によって切削加工して製作される。図１において、スリーブ１２は両端開放形円筒部材と、その一方の開放端を塞ぐ円盤状蓋部材１３とで有底のスリーブを形成しているが、有底のスリーブを金属部材から切削によって一体に形成してもよい。
【００２０】以上、シャフト固定型流体動圧軸受の実施形態について詳細に説明したが、本発明はシャフト回転型流体動圧軸受にも適用できることは勿論である。また、スリーブを一端開放型でなく両端開放型としても、本発明に係る流体動圧軸受を構成することができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明に係る流体動圧軸受は、金属材料を切削してスリーブとシャフトを製作し、且つシャフトの断面を対称軸が３本の非円形断面とすることによって３つのラジアル動圧発生用くさび形隙間を形成し、且つシャフトの端面にはスラスト動圧発生溝を形成したものであるから、負圧が発生しない簡単な構成の流体動圧軸受を提供することができた。また、本発明に係る流体動圧軸受は、焼結金属粉末の型成形で製作された従来のハイブリッド軸受に比べて、軸受構成部材を製作する材料の種類に特別な制約を受けないという特長を有する。更に、ロータ磁石を有するロータと、ステータコイルを有するステータと、上記流体動圧軸受によって、円滑な高速回転を維持できるスピンドルモータを構成することができた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２３２５
【氏名又は名称】セイコーインスツルメンツ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９２１２
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 義治
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１４２９（Ｐ２００１−２４１４２９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−４９４３０（Ｐ２０００−４９４３０） |
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