JP4381545B2 - 焼結含油軸受及びスピンドルモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起動時と停止時にはすべり軸受として機能し、回転時には流体動圧軸受として機能する焼結含油軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−１９６６４６号公報には、シャフトと、このシャフトが回転自在にして嵌合された焼結多孔質材のスリーブと、このスリーブの上端面にその下面が対向するようにして前記シャフトに固着された焼結多孔質材のスラストリングと、このスラストリングの上面にその下面を対向するように配置されたスラスト押さえ板と、これら軸受構成部材間の微小隙間に充填された潤滑油とからなり、前記シャフトの外周面又は前記スリーブの内周面のいずれか一方にはラジアル動圧発生溝が形成され、且つ前記スラストリングの上面とスラスト押さえ板の下面のいずれか一方と前記スラストリングの下面と前記スリーブの上端面のいずれか一方にはスラスト動圧発生溝が形成された焼結含油軸受が開示されている。
【０００３】
そして、この焼結含油軸受は、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面との間の微小隙間を軸方向に上から順に最小隙間幅の第１ラジアル動圧軸受部、最小隙間幅から最大隙間幅まで連続的に変化するテーパー状隙間幅の第１油導入部、最大隙間幅の油溜り部、最大隙間幅から最小隙間幅まで連続的に変化するテーパー状隙間幅の第２油導入部、最小隙間幅の第２ラジアル動圧軸受部として構成し、且つ、これらラジアル動圧軸受部の毛細管力を前記スリーブの焼結孔よりも大きく設定することによって、潤滑油をこれらラジアル動圧軸受部に入り込ませることを良好に保持すると共に、これらラジアル動圧軸受部と前記油導入部との毛細管力の大小関係を利用して潤滑油の円滑な循環を維持するようにし、軸受装置のいずれかの部位に気泡が発生・膨張しても、その気泡を毛細管力の小さい部位である油導入部又は油溜り部に移動させてここに保持し、軸受部内に侵入させないようしたものである。
【０００４】
上記従来の焼結含油軸受は、潤滑油を軸受部内に安定的に保持することができ、含油軸受機能及び動圧軸受機能の両機能を長期にわたって良好に両立させることを可能としたものであるが、ラジアル動圧軸受部とスラスト動圧軸受部が別々の部材で構成されているために構成部品点数が多く、その分コストは高く構成も複雑である。また、軸方向に上から順に最小隙間幅の第１ラジアル動圧軸受部、最小隙間幅から最大隙間幅まで連続的に変化するテーパー状隙間幅の第１油導入部、最大隙間幅の油溜り部、最大隙間幅から最小隙間幅まで連続的に変化するテーパー状隙間幅の第２油導入部、最小隙間幅の第２ラジアル動圧軸受部を前記スリーブと前記シャフトとの間に構成するものであるため、前記スリーブも前記シャフトも軸方向にかなりの長さが必要であるから、薄形の焼結含油軸受を提供することが不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする第１の課題は、構造が簡単で且つ低コストの焼結含油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、薄形のスピンドルモータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決する焼結含油軸受を、円柱部とリング部とを有する焼結多孔質部材のフランジ付シャフトと、大径円筒部と小径円筒部とを有し且つ前記フランジ付シャフトが回転自在にして嵌合されるスリーブと、スラスト板と、これら軸受構成部材間に形成された微小隙間に充填され更に前記フランジ付シャフトの焼結孔に含浸された潤滑油とで構成すると共に、前記リング部にはその外周面にラジアル動圧発生溝を形成し且つその上面並びに下面にはスラスト動圧発生溝を夫々形成し、更に負圧発生防止用の油循環孔を形成した。
【０００７】
上記第２の課題を解決する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、ロータをステータに回転自在に支持する軸受とで構成すると共に、前記軸受として請求項１の焼結含油軸受を採用した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は微小隙間を誇張して示した本発明に係る焼結含油軸受の一実施形態の縦断面図である。但し、理解し易いように、シャフトは側面図で示し、且つラジアル動圧発生溝は図示を省略してある。図１に示す如く、本発明の一実施形態の焼結含油軸受は、円柱部２とリング部３とを有する焼結多孔質部材のフランジ付シャフト１と、フランジ付シャフト１が回転自在にして嵌合されるスリーブ４と、スラスト板５と、これら軸受構成部材間に形成された微小隙間ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＶ、Ｓ並びに油循環孔Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に充填され更に焼結多孔質部材のフランジ付シャフト１の焼結孔に含浸された潤滑油Ｆとから構成されている。
【０００９】
微小隙間ＲＲ１はフランジ付シャフト１のリング部３の外周面とスリーブ４の大径円筒部の内周面との間に形成された環状微小隙間であり、微小隙間ＲＲ２はフランジ付シャフト１の円柱部２の下部の外周面とスリーブ４の小径円筒部の内周面との間に形成された環状微小隙間である。また、微小隙間ＲＳ１はフランジ付シャフト１のリング部３の上面とスラスト板５の下面との間に形成された円盤状微小隙間であり、微小隙間ＲＳ２はフランジ付シャフト１のリング部３の下面とスリーブ４の大径円筒部の底面との間に形成された円盤状微小隙間であり、微小隙間ＲＶはフランジ付シャフト１の円柱部２の下端面とスリーブ４の小径円筒部の底面との間に形成された円盤状微小隙間である。
【００１０】
更に、微小隙間Ｓはフランジ付シャフト１の円柱部２の上部の外周面とスラスト板５のテーパー付内周面との間に形成されたテーパー付環状微小隙間であって、毛細管現象と表面張力を利用して軸受装置内に充填されている潤滑油が外部に漏出しないようにシールするキャピラリーシールとして機能するものである。
【００１１】
微小隙間ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＳ１、ＲＳ２の隙間幅は軸受装置のサイズ、回転数、潤滑油の粘度によって異なるが、数μから数１００μ程度である。また、潤滑油溜りとして機能する微小隙間ＲＶの隙間幅は微小隙間ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＳ１、ＲＳ２の隙間幅の数倍又はそれ以上である。
【００１２】
油循環孔Ｑ１はフランジ付シャフト１のリング部３に円周上に等間隔に配置され且つ軸方向に穿設された複数の縦循環孔である。油循環孔Ｑ１が配置される円周は、フランジ付シャフト１の円柱部２の外周円に近接したものである。また、油循環孔Ｑ２はフランジ付シャフト１のリング部３に穿設された複数の斜循環孔であって、その一端は環状微小隙間ＲＲ１と円盤状微小隙間ＲＳ１との境界部分Ｃ１に連通し且つその他端は縦循環孔Ｑ１に連通している。更に、油循環孔Ｑ３はフランジ付シャフト１のリング部３に穿設された複数の斜循環孔であって、その一端は環状微小隙間ＲＲ１と円盤状微小隙間ＲＳ２との境界部分Ｃ２に連通し且つその他端は縦循環孔Ｑ１に連通している。これらの油循環孔Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、負圧発生防止孔として作用するものである。即ち、もしこれらが設けられていないならば、焼結含油軸受が流体動圧軸受として機能している場合に、微小隙間の境界部分Ｃ１、Ｃ２には負圧が発生する。潤滑油がスラスト動圧とラジアル動圧の両方の動圧を発生させるのに使われるために、これらの境界部分Ｃ１、Ｃ２には負圧が発生するのである。
【００１３】
ヘリングボーン溝の如きラジアル動圧発生溝Ｇ１はフランジ付シャフト１のリング部３の外周面に形成され、且つスパイラル溝の如きスラスト動圧発生溝Ｇ２はフランジ付シャフト１のリング部３の上面と下面に夫々形成されている。
【００１４】
上述の如き構成のフランジ付シャフト１は、材料コストが安く且つ成形加工が容易な焼結粉末合金を型成形して所定形状の焼結多孔質のシャフト部材を製造する。この焼結多孔質のシャフト部材の製造工程において、縦循環孔Ｑ１は同時に形成される。斜循環孔Ｑ２は、焼結多孔質のシャフト部材にドリルで穿設される。焼結多孔質のシャフト部材のリング部の上面と下面には、図３や図４に示す如きパターンのスラスト動圧発生溝Ｇ２がボール転造による溝加工によって形成される。ボール転造で溝加工した場合、焼結多孔質のシャフト部材のリング部の上面と下面に形成された溝部は、その部分の焼結孔Ｈが目潰しされるので、潤滑油がシャフト部材内に戻ることはない。ところが、スラスト動圧発生溝Ｇ２をエッチングで形成した場合には、図５に示す如く、その溝部の表面に樹脂ＳＲを含浸させる必要がある。また、ラジアル動圧発生溝Ｇ１は、焼結多孔質のシャフト部材の型成形による製造工程において同時に形成される。
【００１５】
本発明に係るスピンドルモータは、図２に示す如く、円柱部２とリング部３とを有する焼結多孔質部材のフランジ付シャフト１と、フランジ付シャフト１が回転自在にして嵌合されるスリーブ４と、スラスト板５とを具備して構成された含油軸受と、この含油軸受によってロータ磁石７を含むロータが、ステータコイル８を含むステータに回転自在に支持されたものである。フランジ付シャフト１の円柱部２には、その外周面にラジアル動圧発生溝Ｇ１が、且つその上面と下面にはスラスト動圧発生溝が形成されている。ロータ磁石７は、フランジ付シャフト１に固着されたカップ状ハブ６のスカート部の内周面に取付けられている。ステータコイル８は、モータ基板９に立設された焼結含油軸受を構成しているスリーブ４の外周面に、ロータ磁石７と対向配置して取付けられている。
【００１６】
図１に示した本発明に係る焼結含油軸受、及びこれを具備した図２のスピンドルモータの動作は次の通りである。ステータコイル８に励磁電流が供給されるとモータが起動する。モータの起動時には、図１の焼結含油軸受は焼結多孔質部材のフランジ付シャフト１の焼結孔に含浸されている潤滑油により、含油軸受として機能する。モータ回転時には、微小隙間ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＶ、Ｓ並びに油循環孔Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に充填されている潤滑油Ｆがフランジ付シャフト１の回転に伴ってこれらを高速で循環し、且つフランジ付シャフト１のリング部３に形成されているラジアル動圧発生溝Ｇ１とスラスト動圧発生溝Ｇ２と相俟って微小隙間ＲＲ１、ＲＳ１、ＲＳ２に動圧が発生させられる。従って、モータの回転時には、図１の焼結含油軸受は流体動圧軸受として機能する。更に、モータの停止時には、図１の焼結含油軸受は焼結多孔質部材のフランジ付シャフト１の焼結孔に含浸されている潤滑油により、含油軸受として機能する。
【００１７】
以上、シャフト回転型焼結含油軸受を例示して説明したが、本発明はシャフト固定型焼結含油軸受にも適用できることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る焼結含油軸受は、円柱部とリング部とを有するフランジ付シャフトを焼結多孔質部材を成形して製作し、且つその成形時にラジアル動圧発生溝並びにスラスト動圧発生溝、及び油循環孔も形成するようにしたので、加工コストの低減が図られた。また、本発明に係る焼結含油軸受は、前記フランジ付シャフトのリング部がラジアル動圧部材とスラスト動圧部材を兼用しているので、軸受構成部品点数が少なくなり、構成が簡単になった。更に、潤滑油の循環を前記フランジ付シャフトのリング部に設けた油循環孔を利用して行っているので、シャフトとスリーブの軸方向の長さを短くすることができ、薄形の焼結含油軸受を提供することができた。更にまた、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、薄形のスピンドルモータを構成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】微小隙間を誇張して示した本発明に係る焼結含油軸受の一実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明に係る焼結含油軸受を備えたスピンドルモータの一実施形態の縦断面図である。
【図３】本発明に係る焼結含油軸受のフランジ付シャフトのリング部に形成されるスラスト動圧発生溝のパターンの一例である。
【図４】本発明に係る焼結含油軸受のフランジ付シャフトのリング部に形成されるスラスト動圧発生溝のパターンの他の一例である。
【図５】樹脂含浸されたスラスト動圧発生溝の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ フランジ付シャフト
２ 円柱部
３ リング部
４ スリーブ
５ スラスト板
６ カップ状ハブ
７ ロータ磁石
８ ステータコイル
９ モータ基板
Ｃ１、Ｃ２ 微小隙間の境界部分
Ｆ 潤滑油
Ｇ１ ラジアル動圧発生溝
Ｇ２ スラスト動圧発生溝
Ｈ 焼結孔
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ 油循環孔
ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＶ 微小隙間
Ｓ テーパー状微小隙間
ＳＲ 樹脂

Claims (3)

1. 円柱部とリング部とを有する焼結多孔質部材のフランジ付シャフトと、前記フランジ付シャフトが回転自在にして嵌合されるスリーブと、スラスト板と、これら軸受構成部材間に形成された微小隙間並びに負圧発生防止用の油循環孔に充填され更に前記フランジ付シャフトの焼結孔に含浸された潤滑油とで構成された焼結含油軸受において、前記リング部はその外周面にラジアル動圧発生溝が形成され且つその上面並びに下面にはスラスト動圧発生溝が夫々形成され、前記微小隙間は、前記リング部の外周面と前記スリーブの内周面との間に形成された環状微小隙間と、前記リング部の上面と前記スラスト板の下面との間に形成された第１の円盤状微小隙間と、前記リング部の下面と前記スリーブの上面との間に形成された第２の円盤状微小隙間とからなり、更に前記スラスト動圧発生溝が形成された前記リング部の上下面を貫通する前記負圧発生防止用の油循環孔と、一端が前記環状微小隙間と前記第１の円盤状微小隙間との境界部分に連通し他端が前記油循環孔に連通する第１の斜循環孔と、一端が前記環状微小隙間と前記第２の円盤状微小隙間との境界部分に連通し他端が前記油循環孔及び前記第１の斜循環孔に連通する第２の斜循環孔と、が穿設されたものであることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 前記油循環孔は、前記フランジ付シャフトの円柱部の外周円に近接して複数配置されていることを特徴とする請求項１記載の焼結含油軸受。
3. 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に記載の焼結含油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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