JP4063245B2 - 軸受装置及びそれを使ったモータ - Google Patents

Description

本発明はスピンドルモータ等に使用する動圧流体軸受に関するものである。

従来、ポリゴンミラー、磁気ディスク、光ディスク等の各種回転板を高精度且つ高速に駆動するために、そのスピンドルモータはオイル等の動圧を用いた軸受装置が種々提案されている。これら軸受装置は一般的には複数の動圧軸受部に動圧発生溝が配設され、回転時の動圧発生溝のポンピング作用により昇圧され発生する動圧によって、回転部材の回転支持を行っている。

軸受装置の信頼性向上のための要素として、流体の外部漏れを防止することが挙げられる。オイルの流出防止策として、オイル流出路を遮断する意味合いから、軸受片端（反開放端側）に通気路等を設けず密封する方法があるが、シャフトとスリーブとを注油嵌合の際に巻き込んだ空気が膨張や収縮をすることによるオイルの吐き出しを避けるため、真空注油等の特殊な工法で空気を追い出すような組立方法が必要となり、コスト高となる。さらに、軸受内の余剰オイル分を含めたオイルの流動及び循環が起こりにくくなり、オイルの劣化を早めることと、外部との熱のやりとりがなくなるため発熱面で不利となる。それゆえ、密封されていた軸受片端を外気と連通することにより、組立が簡単で、オイル劣化が少なく、放熱でも有利となる軸受構造が注目されている。

しかしながら、前記軸受にはオイルの外部への漏れの懸念があり、この漏れを防止する１つの手段として、動圧軸受部における動圧発生溝を、お互いに他方に向かって流体を加圧しあうように非対称形状とし（例えば、特許文献１参照）、さらに前記加圧力を等しく釣合った状態にするために、非対称形状のパターン幅の長い側と短い側の長さの差を、もう一方のそれと等しくすることが行われている（例えば、特許文献２参照）。

図２に従来の軸受装置の構造を示す。図２において、スリーブ１０１の内径部にシャフト１０２の外形部が挿入されている。そして、その隙間にオイルを介在させ回転可能に軸架している。スリーブ１０１の底部には凸球面状部を有するスラスト部材１０３が取付けられ、前記凸球面状部とシャフト１０２の先端部とでスラスト軸受を構成している。

前記スリーブ１０１の内径部の２ヶ所には上側よりヘリングボーン溝１０４及び１０５が配設されて、動圧ラジアル軸受を構成している。前記上側ラジアル軸受隙間は外気と連通した構成となっているが、さらにスリーブ１０１に切欠１０７を設け、前記下側ラジアル軸受隙間も外気と連通した構成にして、回転時の発熱を外部に逃がしやすくしている。さらに、ヘリングボーン溝１０４のパターンは上側よりパターン幅がＬ１、Ｌ２となっており、また、ヘリングボーン溝１０５のパターンは上側よりパターン幅がＬ３、Ｌ４となっている。この時、Ｌ６＝Ｌ４−Ｌ３、Ｌ５＝Ｌ１−Ｌ２とするとＬ６≒Ｌ５≧０に設定されており、Ｌ６とＬ５は、ほぼ等しくなっている。

この構成において、シャフト１０２が回転するとヘリングボーン溝１０４、１０５で動圧が発生し、オイルはヘリングボーン溝のパターンに従って、空間１０６に向かって移動させられる。即ち、ヘリングボーン溝のパターン幅の長い方から短い方へ動圧が発生する。この時Ｌ６とＬ５が、ほぼ等しくなっているため、パターン幅がＬ１の箇所で発生した圧力とパターン幅がＬ２の箇所で発生した圧力との差が、パターン幅がＬ４の箇所で発生した圧力とパターン幅がＬ３の箇所で発生した圧力との差にほぼ等しくなり、空間１０６に上下方向から加わる圧力がほぼ、釣合った状態となる。このため、空間１０６に残留し
ていた空気層はどちらか一方のヘリングボーン溝に向かうことがなく、空気によるラジアル軸受部からのオイルの押し出し等を防止している。さらには若干ではあるが回転時は軸受中央部へのオイルの動きが発生し、停止時には逆方向への動きが発生するため、軸受内の余剰分のオイルとで、流動及び循環が起こり、オイルの劣化を遅らせている。
特開平１０−９２５２号公報（第７頁、図１） 特開平１１−１５３１３０号公報（第９頁、図１、図２）

しかしながら近年モータの高速回転化に伴い、上記従来の構成では、これまで無視できた回転軸のタワミ等が無視できなくなってきている。特に、軸受開放端側付近の回転軸には、ポリゴンミラー、磁気ディスク、光ディスク等のスピンドルモータの各種回転板による荷重付加が大きく加わるのでタワミ量等も加わり振れ回りも大きくなる。即ち、開放端側と反開放端側とで比較すると、回転軸の振れ回り量に差が発生し、開放端側が反開放端側よりも大きく振れ回ることになる。そのため見かけ上、開放端側から反開放端側に向かってオイルを押し込むポンピング力が働き、お互いに他方に向かって流体を加圧して釣合っていた力のバランスが崩れてしまうことになる。

その結果、２つのラジアル軸受間の空間に残留していた空気層が反開放端側に向かって動き、スラスト軸受側から近い側のラジアル軸受に空気層からの空気が入りこむとともに、もう一方のラジアル軸受にも、開放端側から多くの外部空気が入り、オイル不足による動圧低下を引き起こし、寿命を悪化させたりすることになる。また、外部へのオイルの流出による機器の汚損も発生する。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高速化、長寿命化が実現できる軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、スリーブの開放端側付近の回転軸に回転板による荷重付加が加わる構成の軸受において、スラスト軸受に近い方のヘリングボーン溝パターンのスラスト軸受側のパターン幅をｄ、他方のパターン幅をｃとし、もう一方のスリーブの開放端側のヘリングボーン溝パターンのスラスト軸受側のパターン幅をｂ、他方のパターン幅をａとした時、ｆ＝ｄ−ｃ＞０、ｅ＝ａ−ｂ＞０、ｆ＞ｅとしたものである。

請求項１記載の発明によれば、密封を行わず組立が簡単で、軸受内の空気の膨張や収縮による影響が少なく、オイルの外部への流出がなく、空気の巻込みによる動圧低下が起こらない。また、軸受内のオイル流動及び循環でオイル劣化が防止される。また、外部との熱のやりとりが出来、放熱面でも有利となる。それゆえ、高速回転化にも対応でき、低コスト、高速、長寿命で機器を汚損することのない軸受装置を実現できるという有利な効果が得られる。

また、請求項２記載の発明によれば、撥油剤を開放端出口部付近に設けることにより、部品や回転数のばらつき等により、仮に軸受開放端側に向かってオイルが流れるような力が働いてしまったとしても、撥油剤でのシール作用が働き、オイルの軸受開放端側からの流出を防止でき、信頼性が向上する。さらに対応回転数範囲も広くすることが出来、可変速仕様にも対応が可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のおける軸受装置の縦断面である。図１において、スリーブ１の内径部に下端凸球面状部を有するシャフト２の外形部が挿入されている。そして、その隙間にオイルを介在させ回転可能に軸架している。スリーブ１底部にはスラスト板３及び底板４が配置されている。前記シャフト２の凸球面状部とスラスト板３とで、スラスト軸受が構成されている。前記スリーブ１の内径部の２ヶ所には上側よりヘリングボーン溝５及び６が配設されて、動圧ラジアル軸受を構成している。

前記上側ラジアル軸受隙間は外気と連通した構成となっており、さらにスリーブ１には切欠７が設けられ、前記下側ラジアル軸受隙間も外気と連通した構成になっている。
さらに、ヘリングボーン溝５のパターンは上側よりパターン幅がａ、ｂとなっており、また、ヘリングボーン溝６のパターンは上側よりパターン幅がｃ、ｄとなっている。この時、ｆ＝ｄ−ｃ＞０、ｅ＝ａ−ｂ＞０、ｆ＞ｅに設定されている。
この構成において、シャフト２が回転するとヘリングボーン溝５、６で動圧が発生し、オイルはヘリングボーン溝のパターンに従って、空間８に向かって移動させられる。即ち、ヘリングボーン溝のパターン幅の長い方から短い方へ動圧が発生する。

この時、シャフト２に着目すると、シャフト２の開放端側にはポリゴンミラー、磁気ディスク、光ディスク等の各種回転板（図示しない）等が取付けられ、シャフトにはこれら荷重付加印加によりタワミ等が発生し、開放端側での振れ回りが増加し、シャフトの開放端側での振れが、反開放端側の振れよりも大きくなり、振れの大きい方から小さい方へとポンピング力が働き、開放端側から反開放端側に向かってオイルを押し込む力が発生するが、前記ｆ＞ｅの関係より、反開放端側から開放端側に向かって押し返す力が働いているため、空間８に上下方向から加わる圧力がほぼ、釣合った状態となる。なお、シャフト２のスリーブ１の開放端外側部分には撥油剤９が塗布されており、前記撥油剤９で開放端側のオイルシールを行っている。

これら構成により、密封を行わず組立が簡単であり、軸受内空気の膨張や収縮による影響が少なく、オイルの外部への流出や空気の巻込みが無く動圧低下が起こらず、軸受内のオイル流動及び循環でのオイル劣化の防止がはかれ、外部との熱のやりとりによる放熱効果が向上し、高速回転化にも対応でき、低コスト、高速、長寿命で機器を汚損することのない軸受装置を実現できる。さらに、撥油剤でのシール作用によるオイルの軸受開放端側からの流出の防止がはかれ、部品や回転数ばらつきに対して信頼性が向上し、対応回転数範囲を広げられ、可変速仕様にも対応が可能となる。

なお、以上の説明では、ヘリングボーン溝をシャフト側に刻設した例を示したが、スリーブ側に設けてもよく、溝の深さ、幅、角度等の多様形状溝に適用することができる。
さらに、軸受隙間、軸受内部及び出口部のオイル溜り形状、オイルの種類等にも制約はない。さらに、撥油剤をシャフト側に塗布した例を示したが、スリーブ側に塗布してもよく、また、両方に塗布してもよい。

さらに、下側ラジアル軸受を外気と連通するためにスリーブに切欠を設けた例を示したが、外気と連通できれば、切欠以外に穴等の違う手段でもよく、形状、場所等を変えても適用できる。また、部品を構成する材料、材質にも制約はなく、適宜変形、変更してもよい。その他、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるということは言うまでも無い。

本発明の軸受装置は、組立が簡単で、軸受内の空気膨張や収縮の影響が少なく、オイルの外部流出がなく、空気巻込みによる動圧低下が起こらず、オイル流動及び循環でオイル
劣化が防止でき、放熱効果も高くなるので、高速化、広範囲回転数対応、低コスト化、長寿命化の要求にこたえるモータ等の回転機器の用途として有用である。

本発明の実施の形態１による軸受装置を示す縦断面図 従来の軸受装置を示す縦断面図

符号の説明

１、１０１ スリーブ
２、１０２ シャフト
３、１０３ スラスト板
４ 底板
５、６、１０４、１０５ ヘリングボーン溝
７、１０７ 切欠
８、１０６ 空間
９ 撥油剤
Ｌ１〜４、ａ、ｂ、ｃ、ｄ ヘリングボーン溝パターン幅

Claims (2)

1. 回転軸と、この回転軸を回転自在に軸支するように並設された２つのラジアル軸受を有するとともに一端が開放されたスリーブと、この回転軸の一端を支えるとともに、スリーブの他端に配設されたスラスト軸受と、スラスト軸受とラジアル軸受とで形成される空間に設けた空気抜き通路と、前記２つのラジアル軸受の回転軸もしくはスリーブのいずれか一方にヘリングボーン溝を設け、前記スリーブの開放端側付近の回転軸には、回転板による荷重付加が加わる構成において、前記スラスト軸受に近い方のヘリングボーン溝パターンのスラスト軸受側のパターン幅をｄ、他方のパターン幅をｃとし、もう一方のスリーブの開放端側のヘリングボーン溝パターンのスラスト軸受側のパターン幅をｂ、他方のパターン幅をａとした時、ｆ＝ｄ−ｃ＞０、ｅ＝ａ−ｂ＞０、ｆ＞ｅとしたことを特徴とする軸受装置及びそれを使ったモータ。
2. 開放端側スリーブの外側に位置する回転軸部分もしくは、開放端側スリーブの外側出口面の少なくとも一方に撥油剤を塗布した請求項１に記載の軸受装置及びそれを使ったモータ。