JP2000234617A

JP2000234617A - 軸受け構造

Info

Publication number: JP2000234617A
Application number: JP11037522A
Authority: JP
Inventors: Shoji Takahashi; 昇司高橋; Toyoji Asahina; 豊次朝比奈; Shingo Ono; 真悟小野
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】回転軸が短くても、ラジアル方向、スラスト
方向ともに安定して支持することができ、また、回転軸
の振れを効果的に抑制することができる、動圧による軸
受け構造の提供。【解決手段】回転軸１８に円盤形フランジ２７を一体
に設け、回転軸１８を受ける固定側部材との間に、回転
軸１８の軸線と直交する円盤形フランジの上面と下面を
スラスト受け面とするスラスト軸受け部と、円盤形フラ
ンジの外周面をラジアル受け面とするラジアル軸受け部
とで動圧軸受けを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カード型磁気記
録装置のディスク駆動モータ等のように、回転軸の軸方
向寸法を大きくとることができない回転装置に好適な軸
受け構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、記録媒体としてディスクを利用
するカード型磁気記録装置は、ディスクを回転するため
のモータを必要とするが、PCMCIA規格タイプ２に準拠し
た寸法のカード型磁気記録装置はケース外形の厚さがわ
ずかに５．０ｍｍであって、この寸法内にモータを組み
込まねばならず、その回転軸の軸方向寸法はわずかに
２．５ｍｍ程度である。しかもこの種のモータは回転が
なめらかで回転抵抗の少ないこと、軸の振れなどがなく
回転が安定していること、耐久性のあることが要求され
る。

【０００３】また、記録媒体上でのデータ取り扱い精度
が高くなるに従って、ディスクを駆動するモータに高い
回転精度が要求されるようになっている。因みに前記の
PCMCIA規格タイプ２に準拠したカード型磁気記録装置が
使用しているモータでボール軸受け等のころがり軸受け
を組み込んだものは、回転中に直径方向で０．３〜０．
８μｍの回転軸の振れがあるが、これを動圧軸受けの構
造にすると回転軸の振れを０．０１〜０．０５μｍに抑
制することができ、ディスクの回転をさらに安定なもの
とすることができる。さらに、ボール軸受け等のころが
り軸受けを組み込むのは寸法上で困難が多く、ころがり
軸受けの場合、回転中に小さな油粒が飛散してディスク
を汚染するおそれもある。このため、ディスクを駆動す
るこの種モータの軸受け構造として、磁性流体（微粉末
状の磁石を油などの流体に混入したもの）を作動流体と
する動圧軸受けの利用が提案されている。動圧軸受け
は、軸の回転にともなう軸受け空間の圧の高まりで回転
軸を浮き上がらせて支持するので、回転軸の摩擦抵抗が
少なく、耐久性があり、モータの起動特性や前記のよう
に回転精度が良好である。また、作動流体としての磁性
流体は永久磁石や電磁石で軸受け空間に封入されてお
り、稼働中に油粒が飛散することも少ない。なお、動圧
軸受けとしては、磁性流体以外の液体や気体を用いるも
のがあり、カード型磁気記録装置に限らず、それぞれに
適正な箇所で利用することができる。ところで、一般的
な動圧軸受は、回転軸の軸方向に沿う力を受けるスラス
ト軸受け部と、周方向に沿う力を受けるラジアル軸受け
部とが別途に設けられており、また、回転軸の振れを防
ぐためにラジアル軸受け部を軸方向の２箇所に配置して
いる（例えば、実開昭６４−１８６２５号公報、特開平
１０−９６４２１号公報）が、回転軸が短いと製作が困
難でコスト高となる上、２カ所の支持点が近接するので
軸の振れを十分に抑止しがたい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、回転軸が
短くても、ラジアル方向、スラスト方向ともに安定して
支持することができ、また、回転軸の振れを効果的に抑
制することができる、動圧による軸受け構造の提供を課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】軸体とこれを軸支する固
定側部材とで動圧による軸受け構造を構成する。動圧を
得るために動圧空間に充填する流体は液体の他、気体の
場合がある。回転軸に円盤形フランジを一体に設けて軸
体とし、この部分と固定側部材との間で実質的な動圧軸
受けを構成する。すなわち、回転軸の軸線と直交する円
盤形フランジの上面と下面をスラスト受け面としてスラ
スト軸受け部を構成する一方、円盤形フランジの外周面
をラジアル受け面としたラジアル軸受け部を構成する。
この構成であると、回転軸は実質的に円盤形フランジで
支持され、また、円盤形フランジは回転軸の長さとは無
関係にその上下面を比較的径の大きなものとすることが
できるので、回転軸の振れを有効に抑止することができ
る。すなわち、回転軸の軸方向と直交する方向に広がる
円盤形フランジの上下面が大きいと、回転軸をスラスト
方向で安定して支持することができる上、フランジ周縁
部に作用する力の回転軸心に対するモーメントが大きく
なるので、わずかな力で回転軸の振れが抑制され、ラジ
アル方向でも回転軸の支持が安定する。また、円盤形フ
ランジの上下面で回転軸の振れが効果的に抑制される結
果、ラジアル方向の支持面はわずかでよく、２カ所に支
持部を設ける必要もないので、回転軸を短くすることが
できる。

【０００６】動圧軸受けは作動流体として磁性流体を用
いたものとすることがある。そして、磁性流体を磁力で
動圧空間に封入しておくために、厚み方向に着磁された
ドーナツ状の磁石部材を用いて円盤形フランジの外周面
から上下面を経由する磁気回路を形成する。このため、
回転軸を磁性体で構成し、一方、円盤形フランジは非磁
性体で構成し、ドーナツ状の磁石部材の上下面にヨーク
体を取り付ける。この構成は動圧空間の作動流体が磁力
と遠心力で強力に封入される構造なので、油粒の発生が
ほとんどなく、また、回転軸を短くできることから、カ
ード型磁気記録装置などに使用される厚み寸法の小さな
薄いモータのローター軸を支持する軸受け構造として好
適である。

【０００７】磁石部材の厚みを、円盤形フランジの厚み
より、上下の動圧空間分だけ大きく構成することがあ
る。この構成によれば、上下のヨーク体を平板の素材か
ら単に打ち抜いただけのものとしても、磁石部材に重ね
ることで円盤形フランジの上下面との間に適正な動圧空
間を形成することができる。上下のヨーク体に対する加
工が少なく、構造を簡単に、また、製品を低コストとす
ることができる。磁石部材の内周面を、ラジアル軸受け
部における磁性流体と直接に接触する面とすることがあ
る。磁石部材を軸体と対向する直接の部材として利用す
ることで、部品点数の低減と組立手数の低減をはかるこ
とができる。また、磁石部材と回転軸との間に形成され
る磁気回路が短くなり、磁石部材の磁力を有効に利用す
ることができる。なお、動圧軸受けは動圧空間を挟んで
対向する面に動圧溝を設けることが多いが、この場合
は、硬い磁石部材への加工を避けて円盤形フランジ側に
動圧用溝を形成する。

【０００８】一方、磁石部材の内周面に合成樹脂や真鍮
など非磁性材のリング部材を設け、該リング部材の内周
面をラジアル軸受け部において磁性流体と接触する面と
することがある。この構成により、ラジアル軸受け部に
おいて、固定部側にも簡単に動圧用溝を形成できる。硬
い磁石部材に変えてリング部材の内周面を精密に加工す
ることで、動圧空間をより精密に、また、簡単に形成す
ることができる。スラスト軸受け部の面積をラジアル軸
受け部の面積よりも大きくすると、回転軸の振れを抑制
する機能をさらに強化することがある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態として、
カード型磁気記録装置１（図２）におけるディスク駆動
モータ２の軸受け構造３（図１）について説明する。な
お、説明の都合上、矩形をしたカード型磁気記録装置１
を情報機器に装着する姿勢としたときの厚み方向を
〔上〕〔下〕方向とし、このカード型磁気記録装置１を
他の情報機器へ装着する側（コネクタ側）を〔前〕、デ
ィスク形記録媒体のカートリッジを装着する側を〔後〕
とする。上下左右あるいは前後はあくまでも相対的な位
置関係を示すもので、上下が前後となることもある。

【００１０】カード型磁気記録装置１は、ケース体４と
上下のカバー５，６を備え、ケース体４は枠７とフレー
ムプレート８（図３）とで構成されている。枠７とフレ
ームプレート８は合成樹脂の枠７が成形されるとき一体
化される（アウトサート成形）。ケース体４のフレーム
プレート８上面にはディスク駆動モータ２、ヘッド体
９、イジェクト機構１０などが配置され、下面側には、
絶縁シート１１を介して回路基板１２が取り付けられ
る。符号１３は回路基板１２の前端に取り付けた外部コ
ネクタで、カード型磁気記録装置１を他の情報機器のス
ロットへ装着し接続するためのものである。なお、ケー
ス体４の後端は開口していて、ディスクカセット１４を
脱着できるようになっている。この開口は下カバー６の
後端に起倒自在に取り付けたシャッター１５で閉鎖され
る。ディスクカセット１４は、内部にディスク形記録媒
体１６を回転が可能なように内包しており、カード型磁
気記録装置１へ装着するとこのカセットのシャッターが
開いて内部のディスク記録媒体１６がヘッド体９のヘッ
ドと対向するようにになっている。

【００１１】ディスク駆動モータ２は、ディスク記録媒
体１６を駆動回転するためのもので、厚さ２．５ｍｍの
平板状ステータ１７と回転軸１８を備えたローター１９
及び軸受け２０を備え（図３）、フレームプレート8上
面のモータ取り付け凹部２１（図４）に取り付けられ
る。ステータ１７は、中央にローター１９を納める開口
部２２を設けた磁性体のリング状枠２３に、ステータコ
イル２４を放射状に配置した構造であり、ローター１９
は、周縁部１９ａの下面にステータコイル２４と対向し
てローター磁石２５を備えている。なお、この実施形態
において、ローター１９は周縁部１９ａをステンレス鋼
（ＳＵＳ４１６）で形成し、中央部１９ｂを非磁性のス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０３）で形成している。

【００１２】軸体１８は磁性材の回転軸２６に真鍮（非
磁性材）の円盤形フランジ２７を一体に装着した構造と
なっており円盤形フランジ２７の上面と下面及び外周面
にヘリングボーンと呼ばれる動圧用溝２８が形成されて
いる（図５，６）。軸受け２０は、ドーナツ状の磁石部
材２９と上ヨーク体３０及び下ヨーク体３１を備える。
これらは下部でフレームプレート８のモータ軸取付け孔
３２（図４）に固定され、軸体１８に対して固定側部材
となっている。磁石部材２９は希土類焼結磁石で形成さ
れている。磁石部材２９は、厚み方向に着磁され、ドー
ナツ状の内側面が軸体１８における円盤形フランジ２７
の外形よりも４〜５μｍ大きな径となるように研磨など
によって正確に成形され、また、厚み寸法が円盤形フラ
ンジ２７の厚み寸法よりも４〜５μｍ大きくなるように
研磨などによって正確に成形されている。上ヨーク体３
０は磁性材の板材をリング状に打ち抜いて形成したもの
で、磁石部材２９の上面に取り付けられて内縁が磁石部
材２９の内縁よりも内側に張り出す寸法とされている。
下ヨーク体３１は円盤形で磁石部材２９の下面に取り付
けられている。

【００１３】軸体１８と軸受け２０は、下ヨーク体３１
にリング状の磁石部材２９を接着によって固定した後、
軸体１８を上方から載置し、さらにその上方から上ヨー
ク体３０を装着してこれを磁石部材２９の上面に接着し
固定することで組み付ける。組み付け後の状態で、上ヨ
ーク体３０の内縁は円盤形フランジ２７の上面にまで延
出している。下ヨーク体３１は円盤であり、リング状磁
石部材２９の内側領域にまで存在しているから、円盤形
フランジ２７の下面にまで延出しているといえる。ま
た、円盤形フランジ２７の上下面と上下ヨーク体３０，
３１との間、及び円盤形フランジ２７の外周面と磁石部
材２９の内周面との間に間隔が４〜５μｍの動圧空間が
形成される。

【００１４】この状態で、軸受け２０の上部から、回転
軸２６と上ヨーク３０における内周面の間隙を通じて磁
性流体を圧入すると同時に、下ヨーク３１に一時的に設
けた小孔から吸引して、磁性流体を動圧空間に充填す
る。充填後に吸引に用いた小孔を半田などで封鎖し、軸
体１８の回転軸２６にローター１９を取り付ける。な
お、ローター１９の中央部１９ｂは軸体１８の円盤形フ
ランジ２７を完全に覆う外径を有する。また、厚み方向
に着磁されたドーナツ状の磁石部材２９の磁力線は、断
面において上ヨーク３０、回転軸２６及び下ヨーク３１
を経路とする円盤形フランジ２７と軸受け２０間の動圧
空間を内側に包み込む磁気回路を形成する（図７）。こ
れによって、円盤形フランジ２７の上下面と上下ヨーク
体３０，３１との間が、磁性流体を磁力により封じたス
ラスト軸受け部３４となり円盤形フランジ２７の外周面
と磁石部材２９の内周面側との間が、磁性流体を磁力に
より封じたラジアル軸受け部３４となって、動圧軸受け
が構成される。

【００１５】ステータ１７に電力が供給されるとロータ
ー１９は回転を始め、所定の回転数（２９００〜３００
０ｒｐｍ）で動圧空間の流体圧が高まって軸体１８は軸
受け２０に対して浮上した状態で回転する。動圧が高ま
ったり、外部空間の気圧が低くなることがあっても磁性
流体は磁力で動圧空間に封入されており、通常の状態で
は油粒が発生することはない。また、軸体１８は広い面
積を持った円盤形フランジ２７の上下面でスラストが支
持されると同時に軸体１８の振れが効率的に抑止される
ので、軸方向の寸法が小さいにも関わらず、ローター１
９は安定して回転する。さらに、磁石部材２９の内周面
が直接に磁性流体と接触する、すなわち、磁石部材２９
と軸体１８との間に他の部材が介在しない構造なので、
磁石部材２９と回転軸２６との間に形成される磁気回路
が短く、磁石部材２９の磁力を有効に利用することがで
きる。

【００１６】図８は、第２の実施形態を示し、リング状
の磁石部材２９の内周面に、磁石部材２９と同じ上下寸
法の非磁性材のリング部材３３を取り付け、このリング
部材３３の内周面と円盤形フランジ２７の外周面との間
に動圧空間を形成して、磁性流体を用いたラジアル軸受
け部３５を形成してある。リング部材３３に柔らかい素
材を採用して軸受け２０側であるリング部材３３の内周
面に動圧用溝２８を形成することができる。図９は、第
３の実施形態を示し、リング状磁石部材２９の厚みが円
盤形フランジ２７の厚みより小さい。その分、上下ヨー
ク体３０，３１の厚みを大きくし、円盤形フランジ２７
と対向する部分を切削によって薄くし、この切削によっ
て動圧空間を形成している。この構成によれば、正確な
動圧空間を形成するために素材として硬い磁石部材２９
を研磨するよりも、比較的加工しやすい上下ヨーク体３
０，３１を切削することによって、容易に動圧空間を得
ることができる。

【００１７】以上、実施例について説明したが、回転
軸２６はカード型磁気記録装置１のモータ軸に限らず、
また、動圧空間に充填する作動流体は磁性流体に限らな
い。磁性材としては、例えばＳＵＳ４３０，軟鋼等があ
り、非磁性材としては、ＳＵＳ３３０，合成樹脂，真
鍮、リン青銅等がある。スラスト軸受け部３４における
動圧用溝２８は、上下ヨーク体３０，３１の円盤形フラ
ンジ２７との対向面に形成することもできる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１に記載の構成によれば、動圧軸
受けにおいて、比較的大きな面積の円盤形フランジがス
ラスト荷重の受け面になると同時に、回転軸の振れを抑
制するので、ラジアル方向の荷重を受ける箇所を回転軸
の軸方向に沿って分離する必要がなく、回転軸の軸方向
寸法が小さい場合にも軸の振れが少なく安定した回転を
得ることができる。また、円盤形フランジの上下面をス
ラスト受面とし、円盤形フランジの外周面をラジアル軸
受面とするので、回転軸にスラスト軸受用部材とラジア
ル軸受用部材を別個に設ける必要がなく、軸受けの構造
を簡単にし、かつ、回転軸の軸方向寸法を小さくするこ
とができる。

【００１９】請求項２に記載の構成によれば、動圧軸受
けにおいて、回転軸の軸方向寸法が小さい場合にも軸の
振れが少なく安定した回転を得ることができるととも
に、動圧空間の作動流体が磁力で封入されているので、
油粒の飛散がほとんどなく、例えば、カード型磁気記録
装置のような厚み寸法が小さな装置のディスク駆動モー
タの軸受けとして優れた軸受け構造となる。請求項３，
４に記載の構成によれば、磁性流体による動圧軸受けを
簡素な構造にし、また、各部品のコストが低くなるの
で、製品のコストを低減することができる。請求項５に
記載の構成によれば、磁性流体による動圧軸受けの構造
が簡素であると共に、磁石部材と円盤形フランジを取り
付けている回転軸間の磁気回路が短いので、この回路に
包み込まれるスラスト軸受け部とラジアル軸受け部の磁
気流体を磁力で封じる機能が高い。

【００２０】請求項６に記載の構成によれば、リング部
材の内周面に動圧用溝を形成するなど、本来、磁石部材
に施す加工をリング部材に施して、加工の困難な磁石部
材の加工を避け、製品コストを低減することができる。
請求項７に記載の構成によれば、回転軸の振れをより効
果的に抑制することができる。請求項８に記載の構成に
よれば、動圧空間の作動流体圧を高め、動圧による軸受
け構造を確実なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディスク駆動モータの軸受け部分を示す断面図
（第１の実施形態）

【図２】カード型磁気記録装置の分解斜視図

【図３】ディスク駆動モータを分解して示す斜視図

【図４】フレームプレートの斜視図

【図５】軸体の平面図

【図６】軸体の側面図

【図７】軸受け部を拡大して示す断面図

【図８】軸受け部を拡大して示す断面図（第２の実施形
態）

【図９】軸受け部を拡大して示す断面図（第３の実施形
態）

【符号の説明】

１カード型磁気記録装置２ディスク駆動モータ３軸受け構造４ケース体枠５上カバー６下カバー７枠８フレームプレート９ヘッド体１０イジェクト機構１１絶縁シート１２回路基板１３外部コネクタ１４ディスクカセット１５シャッター１６ディスク形記録媒体１７ステータ回転部１８軸体１９ローター２０軸受け２１モータ取付け凹部２２開口部２３リング状枠２４ステータコイル２５ローター磁石２６回転軸２７円盤形フランジ２８動圧用溝２９磁石部材３０上ヨーク体３１下ヨーク体３２モータ取付け孔３３リング部材３４スラスト軸受け部３５ラジアル軸受け部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野真悟東京都田無市本町６丁目１番12号シチズン時計株式会社田無製造所内Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA07 AA10 AA11 AA20 BA08 CA02 DA01 JA02 JA03 KA04 LA05 MA02 MA12 PA02 QA01 RA04 SB20 SC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸２６にその軸線と回転面が直交す
る円盤形フランジ２７を一体に設けて軸体１８とし、軸
体１８を受ける固定側部材との間に、円盤形フランジ２
７の上面と下面をスラスト受け面とするスラスト軸受け
部３４と、円盤形フランジ２７の外周面をラジアル受け
面とするラジアル軸受け部３５とを設け、これらで動圧
軸受けを構成してあることを特徴とした軸受け構造。
【請求項２】軸体１８とこれを受ける固定側部材との
間に動圧軸受けを構成する構造であって、軸体１８は、
磁性材の回転軸２６にその軸線と回転面が直交する非磁
性材の円盤形フランジ２７を一体に取り付けてあり、固
定側部材は、厚み方向に着磁されたドーナツ状の磁石部
材２９とこの磁石部材２９の上面及び下面に各々取り付
けられて円盤形フランジ２７の上面と下面にまで延出す
る上ヨーク体３０及び下ヨーク体３１からなり、円盤形
フランジ２７の上下面と上下ヨーク体３０，３１間の動
圧空間に磁性流体を磁力により封じてスラスト軸受け部
３４とし、円盤形フランジ２７の外周面と磁石部材２９
の内周面側間の動圧空間に磁性流体を磁力により封じて
ラジアル軸受け部３５とし、これらで動圧軸受けを構成
してあることを特徴とした軸受け構造。
【請求項３】磁石部材２９の厚み寸法を円盤形フラン
ジ２７の厚み寸法より上下の動圧空間分だけ大きくして
あることを特徴とする請求項２に記載の軸受け構造。
【請求項４】上下のヨーク体３０，３１は、磁石部材
２９と円盤形フランジ２７とを覆う領域において略均一
の厚みを有していることを特徴とする請求項２または３
に記載の軸受け構造。
【請求項５】磁石部材２９の内周面を磁性流体が直接
に接触する面としてあることを特徴とする請求項２〜４
のいずれか１つに記載の軸受け構造。
【請求項６】磁石部材２９の内周面に非磁性材のリン
グ部材３３を設け、その内周面を磁性流体接触面として
あることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記
載の軸受け構造。
【請求項７】スラスト軸受け部３４の面積をラジアル
軸受け部３５の面積よりも大きくしてあることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか１つに記載の軸受け構造。
【請求項８】円盤形フランジ２７の外周面に動圧用溝
２８が形成されていることを特徴とする請求項１〜７の
いずれか１つに記載の軸受け構造。