JPH0428201Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、動圧軸受を備えるモータスピンド
ルに関するものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

上記モータスピンドルは、第１０図に示すよう
に、ハウジングベース１に下部が支持された固定
軸２の外周に動圧発生溝３を形成し、その固定軸
２の外側に設けたロータ４を、固定軸２に外嵌し
たスリーブ５と、そのスリーブ５の外側に取付け
た駆動用マグネツト６とで形成してある。

また、ロータ４の外側にモータ用ステータ７を
設け、そのステータ７をハウジング８で支持し、
上記ステータ７によつて発生する回転磁界により
ロータ４を回転させると共に、そのロータ４の回
転に伴なつて動圧発生溝３のまわりに形成される
流体圧により、ロータ４のラジアル方向の荷重を
支持するようにしてある。

さらに、ロータ４の回転むらをなくすため、駆
動用マグネツト６のまわりにホール素子９を配置
してある。

上記のようなモータスピンドルは、ロータ４を
数万回転単位で高速回転させるため、ロータ４の
上部が開放していると、ロータ４は軸方向に微振
動する。その振動対策として、ロータ４の駆動用
マグネツト６とステータ７とを軸方向に寸法
（Δh）だれ位置をずらし、固定軸２の上端とスリ
ーブ５の上部閉塞端との間にエアダンパ部１０を
設け、そのエアダンパ部１０によつて、スリーブ
５の軸方向の振動を減衰させるようにしたエアス
ピンドルを本件出願人は既に提案している（特願
昭60−272915号明細書）。

上記モータスピンドルは、種々な装置の駆動源
として用いられ、例えばレーザビームプリンタの
駆動源として用いる場合は、ロータ４の外周にポ
リゴンミラー１１を取付け、ハウジング８には、
上記ミラー１１の外周と対向する部位に窓１２を
形成し、その窓１２からポリゴンミラー１１の外
周一部にレーザビームを照射させるようにしてい
る。

ところで、上記のようなモータスピンドルにお
いては、エアダンパ部１０によつてロータ４のス
リーブ５閉塞端と固定軸２の上端とをロータ４の
停止時および固定時のいずれの状態において非接
触の状態に保持することができるため、接触によ
る摩耗がなく、耐久性に優れているものの、組立
て精度やモータ用ステータ７とロータ４との間の
吸引力のバラツキ等によつてロータ４の軸方向の
位置にバラツキが生じ易く、上記のように、レー
ザビームプリンタの駆動源として使用した場合
に、ポリゴンミラー１１やホール素子９の軸方向
の位置決めが困難であり、プリンタの精度上、問
題が生じる。

〔考案の目的〕

そこで、この考案は上記の不都合を解消し、ロ
ータの軸方向のずれを回転時に補正してロータを
定位置で回転させることができるようにしたモー
タスピンドルを提供することを目的としている。

〔考案の構成〕

上記の目的を達成するために、この考案は、ロ
ータを形成するスリーブの上部に、そのスリーブ
の上昇時にエアダンパ部に連通する半径方向の横
孔を形成し、上記固定軸に設けた動圧発生溝を、
エアダンパ部に向けて流体を送り込むポンプ作用
を備えた溝とし、上記動圧発生溝のポンプ作用と
横孔の位置関係およびモータ磁力による軸方向吸
引力の回転数特性とのバランスにより、ロータの
軸方向の位置を一定に保つようにしたのである。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を第１図乃至第９図に
基づいて説明する。

なお、先に述べた第１０図の従来例と同一部品
には同一の符号を付して説明を省略する。

第１図に示すように、固定軸２の外側に嵌合し
たスリーブ５の上部には半径方向の径の小さな横
孔１３が形成され、その横孔１３は固定軸２の上
端とスリーブ５の上部閉塞端との間に形成された
エアダンパ部１０と連通している。

上記固定軸２の上部外周及び下部外周には、軸
方向に所要の間隔をおいて一対の動圧発生溝３
ａ，３ｂが形成されている。

ここで、動圧発生溝３ａ，３ｂは、第１図に示
すようにヘリングボーン溝のみであつてもよく、
あるいは第９図に示すようなヘリングボーン溝と
スパイラル溝の組合わせであつてもよい。その一
対の動圧発生溝３ａ，３ｂは、傾斜方向が異なつ
ている。

また、上部の動圧発生溝３ａの軸方向長さは下
部の動圧発生溝３ｂの軸方向長さより短かくな
り、固定軸２のまわりをロータ４が回転すると、
上記動圧発生溝３ｂのポンプ作用によつて固定軸
２とスリーブ５との間からエアダンパ部１０に向
けて圧力流体を送り込むようになつている。

なお、第１図および第９図において、固定軸２
の下部外周に設けた下部動圧発生溝３ｂの軸方向
長さは上部動圧発生溝３ａの軸方向長さより長く
してあるが、等しい長さであつてもよい。

実施例で示すモータスピンドルは上記の構造か
ら成り、第１図は、マグネツト６がステータ７を
吸引する吸引力とロータ４の重量とが釣り合う状
態を示し、ロータ４の閉塞端と固定軸２の上端間
にエアダンパ部１０が形成され、そのエアダンパ
部１０内のエアによつてロータ４の閉塞端は非接
触の状態に保持されていると共に、そのロータ４
の駆動用マグネツト６とモータ用ステータ７との
間に寸法（Δh）の軸方向のずれがある。その状
態でステータ７に電流を流すと、ロータ４が高速
回転し、上記ロータ４と固定軸２の相対的な回転
によつて動圧発生溝３ａ，３ｂがポンプ作用を起
こし、固定軸２とスリーブ５との間からエアダン
パ部１０に向けて圧力流体が送り込まれる。この
圧力流体によつてロータ４のラジアル荷重が支持
され、上記ロータ４は、固定軸２に対して非接触
の状態で回転する。また、ロータ４の高速回転時
における軸方向の振動はエアダンパ部１０で吸収
される。

一般に、モータスピンドルを高速回転させる
と、ロータ４が定格回転数に到達するまでに、第
５図に示すように、ロータ４が軸方向に変化す
る。これは、回転数と共に電流値が変化すること
により、モータ用ステータ７とロータ４との間の
磁気吸引力が変化するためであり、この考案にお
いては、その軸方向の変化を一定に保持する機能
があり、以下にその作用を説明する。

まず、モータを組立てた状態では、マグネツト
６がステータ７を吸引する吸引力とロータ４の重
量とが釣り合う状態でロータ４が支持されている
ため、固定軸２の上端とスリーブ５閉塞端の下面
には第１図に示すように、ギヤツプｅがある。こ
のギヤツプｅを初期ギヤツプと呼ぶ。

初期ギヤツプｅは、モータ部品の加工精度、組
立て精度、あるいはモータ磁力のバラツキ等によ
つて固定軸２とスリーブ５の相対的な軸方向の位
置関係が変わり、第２図乃至第４図のように三つ
の場合が考えられる。

第２図は、スリーブ５の横孔１３の上側位置と
固定軸２の上部に設けたチヤンフア１４の外径側
エツジ１５が軸方向に同位置にある場合を示す。
第２図に付した記号を用いて初期ギヤツプｅを表
わすと、 ｅ＝ｌ−ａ−ｄ／２ となる。このときのｅの値が基準となるので、e₀
と呼ぶことにする。

第３図は、ロータ４が基準位置より上方に位置
する状態を示し、初期ギヤツプｅは基準ギヤツプ
e₀より大きく、スリーブ５の横孔１３がチヤンフ
ア１４に臨んでいる。

また、第４図は、ロータ４が基準位置より下方
に位置する状態を示し、その初期ギヤツプｅは基
準ギヤツプe₀より小さくなり、横孔１３は固定軸
２の上部外周と対向している。

第３図に示すように、ロータ４が基準位置より
上方に位置する組立て状態において、モータ用ス
テータ７に電流を流すと、第５図に示すように、
最初は起動電流が高いため、ロータ４は軸方向に
少し上昇し、その電流の減少と共に低下する。ロ
ータ４のスリーブ５が第２図に示す状態まで下降
し、それより更に下降しようとすると、スリーブ
５の横孔１３は固定軸２の外周上部に対向して開
度が絞り込まれるため、動圧発生溝３ｂのポンプ
作用によりエアダンパ部１０に向けて送り込まれ
る圧力流体はエアダンパ部１０に溜り、この部分
の圧力も上昇する。このため、ロータ４は、第２
図に示す基準位置において停止する。このときの
ロータ４の軸方向変化を第６図に示す。この場
合、ロータ４がある一定位置より低下しない理由
は、第８図に示すように、変位ｆに相当するアキ
シヤル荷重を動圧発生溝３ｂのポンプ作用によつ
て発生するエアダンパ部１０内の圧力が支持して
いるからである。

第４図に示すように、ロータ４が基準位置より
下方に位置する組立て状態において、ステータ７
に電流を流すと、モータ磁力で支えている分の変
位は、前記第２図の場合と同様に第５図に示すよ
うに変化しようとする。しかし、この場合、横孔
１３は固定軸２の上部外周と対向しているため、
エアダンパ部１０には、動圧発生溝３ｂのポンプ
作用によつて送り込まれる圧力流体が溜り、スリ
ーブ５は低下することなく上昇し、第２図の状態
まで上昇すると軸方向の位置が安定する。また、
起動初期においても、エアダンパ部１０のエアが
逃げにくいため、エアダンパとしての効果が発揮
される。このときのスリーブ５の軸方向の変化は
第７図に示すようになる。

〔効果〕

以上のように、この考案は、スリーブの外周上
部に、そのスリーブの上昇時にエアダンパ部と連
通する半径方向の横孔を設け、固定軸の外周に
は、エアダンパ部に向けて圧力流体を圧送するポ
ンプ作用を備えた動圧発生溝を形成したので、動
圧発生溝のポンプ作用と横孔の位置との関係及び
モータ磁力による軸方向吸引力の回転数特性との
バランスにより、ロータの軸方向の位置ずれを、
そのロータの回転時に補正することができる。こ
のため、ロータをほぼ正確に位置決めすることが
でき、上記ロータを定位置で回転させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案に係るモータスピンドルの
一実施例を示す断面図、第２図は同上のロータが
基準位置にある場合を示す断面図、第３図は同上
のロータが基準位置より上方にある場合を示す断
面図、第４図は同上のロータが基準位置より下方
にある場合を示す断面図、第５図はエアダンパ部
を有しないモータスピンドルの回転時におけるロ
ータの軸方向変位を示すグラフ、第６図は第３図
に示す組立て状態でのロータの回転数と軸方向変
位の関係を示すグラフ、第７図は、第４図に示す
組立て状態でのロータの回転数と軸方向変位の関
係を示すグラフ、第８図は、第３図に示す組立て
状態でのロータにアキシヤル荷重が付与された場
合の回転数と軸方向変位の関係を示すグラフ、第
９図はこの考案の他の実施例を示す断面図、第１
０図は従来のモータスピンドルを示す断面図であ
る。 ２……固定軸、３ａ，３ｂ……動圧発生溝、４
……ロータ、５……スリーブ、６……駆動用マグ
ネツト、７……ステータ、１０……エアダンパ
部、１３……横孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 動圧発生溝を備える固定軸と、その固定軸の
   外側に嵌合したスリーブの外周に駆動用マグネ
   ツトを固定したロータと、上記マグネツトの外
   周を覆い、そのマグネツトに対して軸方向に位
   置をずらしたモータ用ステータとを備え、上記
   固定軸とスリーブの上部閉塞端との間にエアダ
   ンパ部を設けたエアスピンドルにおいて、前記
   スリーブの上部に、そのスリーブが上昇したと
   きエアダンパ部に連通する半径方向の径の小さ
   な横孔を形成し、固定軸に設けた前記動圧発生
   溝を、エアダンパ部に向けて流体を送り込むポ
   ンプ作用を備えた溝としたことを特徴とするモ
   ータスピンドル。 (2) 前記動圧発生溝がヘリングボーン溝である実
   用新案登録請求の範囲第１項記載のモータスピ
   ンドル。 (3) 前記動圧発生溝がスパイラル溝である実用新
   案登録請求の範囲第１項記載のモータスピンド
   ル。