JPH0979263A - 軸受装置及びこれを備えたスピンドルモ−タ - Google Patents

軸受装置及びこれを備えたスピンドルモ−タ

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JPH0979263A
JPH0979263A JP7241244A JP24124495A JPH0979263A JP H0979263 A JPH0979263 A JP H0979263A JP 7241244 A JP7241244 A JP 7241244A JP 24124495 A JP24124495 A JP 24124495A JP H0979263 A JPH0979263 A JP H0979263A
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shaft
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bearing device
radial
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Masaaki Nakano
正昭 仲野
Takashi Kono
敬 河野
Kenji Tomita
謙二 富田
Tomoaki Inoue
知昭 井上
Hiroshi Nishida
博 西田
Yuji Nishimura
裕司 西村
Ken Sato
建 佐藤
Sachio Hatori
早千雄 羽鳥
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Nidec Advanced Motor Corp
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Hitachi Ltd
Japan Servo Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】軸受の摺動面に混在する気泡を除去し、軸受の
剛性向上を可能とする。 【構成】シャフト２を回転自在に支持するすべり軸受４
を、安価な焼結材で成形するとともに、内周面に非対称
３円弧形状のラジアル軸受を、ラジアル軸受の両端面に
テ−パランド状のスラスト軸受を形成し、さらにラジア
ル軸受に対向するシャフトに軸方向、径方向の孔を貫通
したＴ字形状の気泡除去手段を設け、潤滑剤として磁性
流体を封入した軸受装置。 【効果】温度上昇や環境の変化に対しても、高精度の回
転性能を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は軸受面に潤滑剤を封入し
た動圧軸受を用いた軸受装置及びスピンドルモ−タに関
する。
【０００２】
【従来の技術】情報機器等に用いられるスピンドルモ−
タでは、回転体の支持に玉軸受を用いたものが主であっ
たが、玉軸受では回転の高精度化や高速回転化に限界が
あり、情報機器の高精度化、高速化の妨げとなってい
る。これに対して、すべり軸受で支持する場合、回転に
よる動圧油膜で回転体を非接触で支持できるので、非常
に高精度の回転が可能であり、また高速回転化にも適し
ている。
【０００３】すべり軸受を採用した軸受装置としては、
例えば、特開昭６１−２０１９１６号公報に開示された
ものがある。この公報には、半径及び軸方向の振動を防
止する手段として、回転軸とハウジングとの間に、軸方
向及び半径方向の間隙を設け、この間隙部に磁性流体を
封入し、この回転軸を回転自在に支持している。また、
ハウジングの両端部にはシ−ル装置を設けるとともに、
回転軸の表面及び両端部にステップ状の軸受力発生部材
を備え、回転による動圧作用によって、振動を抑制して
回転精度を安定的に維持する方法を開示している。
【０００４】また、すべり軸受を用いるものではない
が、実開平３−１１７１２０号公報には、回転軸を中空
にしてその一端部をラジアル軸受の下部に設けられた油
溜り部に浸し、回転によるポンプ作用で汲み上げ、上下
のラジアル軸受に対応したそれぞれの位置に孔を設けて
給油することによって、回転軸の上下に配置されたラジ
アル軸受の潤滑を行う方法が開示されている。
【０００５】また、特開平６−１８７７２０号公報に
は、スピンドル軸に対し偏心するように配置した磁気予
圧装置によって、スピンドル軸にラジアル方向の予圧を
かけて軸受剛性の向上を図る構成が開示されている。ま
た、スピンドル軸には軸及び径方向の流通孔を設け、軸
方向の流通孔の一端部をスラスト軸受面に、また径方向
の流通孔は上下ラジアル軸受間の油室と空間部に連通し
た構成とし、潤滑剤を軸方向の流通孔の片端部から軸受
部に供給し、その後密閉栓をして封止する方法が開示さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】スピンドルをすべり軸
受で支持する場合は、径方向及び軸方向の位置決めをす
るとともに、振動を防止する手段としてラジアル及びス
ラスト軸受が必要であり、これらの軸受部にシ−ル装置
を用いて潤滑剤を密封している。
【０００７】一方、スピンドルの組立あるいは潤滑剤封
入時に、空気が軸受部に残留し、気泡が軸受の摺動面に
流入するという問題があった。この場合、軸受面では油
膜破断をきたして剛性が著しく低下し不安定振動が発生
する。温度上昇があると気泡が成長し、さらにこの傾向
を助長する。
【０００８】上記特開昭６１−２０１９１６号公報に開
示の技術においては、ステップ状の軸受力発生溝の動圧
効果によって、油膜の剛性を高め回転精度の向上を図っ
ているが、回転動作中に軸受内部の気泡を除去する手段
は備えていなかった。従って、潤滑剤封入時に空気粒子
が軸受内部に入ったままになると、この空気粒子が成長
し気泡となって潤滑面に流入し、軸受力発生溝の動圧効
果を阻害して剛性を低下させ、不安定振動を発生させる
可能性があった。
【０００９】また、実開平３−１１７１２０号公報に開
示の技術においては、回転によるポンピングによって、
中空シャフトの端部から潤滑油を吸い上げ、玉軸受に給
油するというもので、すべり軸受部での気泡による動圧
低下という問題を有していない。従って、気泡を除去す
る手段については考慮していなかった。
【００１０】また、特開平６−１８７７２０号公報に開
示の技術は、スピンドル軸に軸及び径方向の流通孔を設
け、軸の片方の端部から潤滑剤をラジアル及びスラスト
軸受に給油し、その後密閉栓で封止するというものであ
る。軸の一方の端部はスラスト軸受に接して配置されて
おり、スピンドル軸が回転してもこの端部から軸方向の
流通孔に潤滑剤を吸い上げるポンプ作用は期待できな
い。従って、この軸及び径方向の流通孔は気泡を除去す
る手段として作用するものではなかった。
【００１１】そこで、本発明の目的は、すべり軸受の動
圧発生部に好適な潤滑剤膜を形成することによって好適
な圧力分布を形成し、軸受の剛性を向上して高精度の回
転性能を得ることができる軸受装置及びスピンドルモー
タを提供することにある。
【００１２】また、本発明の他の目的は、装置内に設け
られる軸受装置又はスピンドルモータの回転精度を高精
度化することにより、信頼性の高い磁気ディスク装置、
光ディスク装置、レ−ザビ−ムプリンタ及びビデオテー
プレコーダ等を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の軸受装置は、シャフトを潤滑剤を封入した
すべり軸受で回転自在に支持する軸受装置において、前
記シャフトの回転によって機能し、すべり軸受の軸受面
から気泡を除去する気泡除去手段を備えたことを特徴と
する。
【００１４】また、本発明の軸受装置は、シャフトを潤
滑剤を封入したすべり軸受で回転自在に支持する軸受装
置において、前記シャフトに、その回転軸方向に沿う第
１の流路と、この第１の流路から前記すべり軸受の軸受
面に対向する前記シャフトの外周面に接続される第２の
流路とを設け、前記第１の流路はその第２の流路に接続
されるのと反対側の端部を前記シャフトの一方の端面に
設けた開口部に接続し、前記軸受部と前記開口部とを第
３の流路で接続してもよい。
【００１５】このとき、前記第３の流路は前記開口部が
設けられるシャフト端面を覆う潤滑剤溜めとして設けら
れるものであってもよい。
【００１６】また、本発明の軸受装置は、ハブに嵌合し
たシャフトと前記ハウジングに内設されるすべり軸受と
を備え、前記シャフトとすべり軸受との間隙に潤滑剤を
封入して前記シャフトを回転自在に支持する軸受装置に
おいて、前記すべり軸受の内周面または前記シャフトの
外周面のいずれか一方に動圧発生手段を設けて形成した
ラジアル軸受と、このラジアル軸受の前記ハブ側の端部
に、前記ハブのボス端面に対向するように設けた軸受面
と、この軸受面と前記ボス端面とのいずれか一方の面に
設けた動圧発生手段とを有する第１のスラスト軸受と、
前記シャフトの端部に設けたフランジと、このフランジ
の前記ハブ側の面に対向するように、前記ラジアル軸受
の他方の端部に設けた軸受面と、この軸受面とこの軸受
面に対向する前記フランジ面とのいずれか一方の面に設
けた動圧発生手段とを有する第２のスラスト軸受と、前
記シャフトに、その回転軸方向に沿いハブに嵌合される
のと反対側の端面に開口を有する第１の流路と、この第
１の流路から前記すべり軸受の軸受面に対向する前記シ
ャフトの外周面に接続される第２の流路と、前記フラン
ジ及びこのフランジが設けられる前記シャフト端面の周
りの前記ハウジングに、前記第２のスラスト軸受面に接
続される空間とを備え、前記各軸受部及び空間に潤滑剤
を封入したものであってもよい。
【００１７】このとき、前記空間をシ−ルキヤップで前
記ハウジングをシールすることにより形成してもよい。
【００１８】前述の各軸受装置においては、前記シャフ
トの外周面又はすべり軸受面（又は前記ラジアル軸受内
周面）のいずれか一方に気泡案内溝を設けてもよい。
【００１９】また、前述の各軸受装置においては、前記
第２の流路を前記シャフトの回転軸方向に複数個設けて
もよい。
【００２０】また、前述の各軸受装置においては、前記
第１の流路面に、前記シャフトの回転によってシャフト
端面に設けた前記開口から前記第１の流路内に潤滑剤を
吸い込むような螺旋状の溝を形成してもよい。
【００２１】また、前述の各軸受装置においては、前記
第２の流路を、前記第１の流路から前記シャフトの径方
向に設けるとともに、前記シャフトの円周上に等間隔に
複数設けてもよい。
【００２２】また、前述の各軸受装置においては、前記
シャフトの直径を前記ハブ直径に対し直径比で０.１５
〜０.２５の範囲とし、前記第１の流路の直径を前記シ
ャフト径に対し０.３〜０.６の範囲に設定することが望
ましい。
【００２３】また、上記の目的を達成するために、本発
明のスピンドルモ−タは、上述した軸受装置において、
前記シャフト側にロータマグネットと、前記すべり軸受
側にステータを備え、前記シャフトを回転駆動すること
を特徴とする。
【００２４】また、上記の目的を達成するために、本発
明の磁気ディスク装置は、上述のスピンドルモ−タを適
用してなることを特徴とする。
【００２５】また、上記の目的を達成するために、本発
明の光ディスク装置は、上述のスピンドルモ−タを適用
してなることを特徴とする。
【００２６】また、上記の目的を達成するために、本発
明のレ−ザビ−ムプリンタは、上述のスピンドルモ−タ
によってポリゴンミラ−モ−タを回転駆動することを特
徴とする。
【００２７】また、上記の目的を達成するために、本発
明のビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）は、上述のスピン
ドルモ−タによってシリンダを回転駆動することを特徴
とする。
【００２８】本発明においては、上述の潤滑剤として、
磁性流体を用いてもよい。
【００２９】また、以下の説明においては、流路を孔と
して説明する場合もある。
【００３０】
【作用】本発明による軸受装置及びこれを用いたスピン
ドルモータは上記の如く構成されており、軸受の内部に
残留している気泡を、完全に排除することは難しいが、
多少の気泡が残っても、回転中は軸受の内部に設けた気
泡除去手段によって、軸受摺動面の動圧発生部への気泡
の混入を防止することができる。すなわち、シャフトが
回転すると、シャフトに設けた軸方向の流路及びこの流
路から軸受摺動面に対向するシャフトの外周面に繋がる
流路（径方向の流路）によって、ポンプ作用を誘起す
る。このポンピングによって、シャフト端部の開口か
ら、磁性流体を吸込み軸受内部に吐出する。
【００３１】この際、遠心力の比重差により比重の大き
い磁性流体は軸受摺動面へ流出するが、反面軸受内部に
残留している比重の小さい空気は、細かい気泡となって
低圧側へ浮遊し、軸受外部に排出される。
【００３２】このように、気泡除去装置の遠心分離作用
によって、比重の大きい磁性流体の流れに対し、比重の
小さい気泡は逆方向へ緩やかに移動し、軸受摺動面から
排出されるものである。そして、この気泡はシャフト端
部付近又はシャフト内に設けた流路内に滞留し、再び軸
受内部に導入されることはない。
【００３３】このため、軸受摺動面のすきまや動圧発生
部の潤滑剤又は磁性流体には、気泡が混在しないので、
動作時の温度上昇や使用環境の変化によって、温度が変
動しても磁性流体の粘度変化によって軸受の剛性が多少
変化するだけであり、油膜の破断を防止することができ
る。従って、軸受摺動面の油膜が安定して形成されるた
め、軸振動を抑制し、高精度の回転性能を維持すること
ができる。また、油膜の破断による異常な温度上昇を防
止でき、潤滑剤又は磁性流体の蒸発及び劣化の促進を防
ぐことができる。
【００３４】また、ハブの直径に対するシャフトの軸径
比を小さくすると剛性が低下し、大きくするとハブの内
部に設けられるモータの容積が制限されることになるの
で、好ましくはシャフトの直径をハブ直径に対し０.
２、実用的には０.１５〜０.２５の範囲とすることが望
ましい。また、シャフト径に対して第１の流路の直径を
大きくすると気泡の除去効率が向上し軸受部での損失が
低減するが、やがて飽和する。また、この値をあまり大
きくしすぎるとシャフトの剛性が低下する。そこで、第
１の流路の直径を前記シャフト径に対し０.３〜０.６の
範囲に設定することが望ましい。
【００３５】また、磁気ディスク装置、光ディスク装
置、レ−ザビ−ムプリンタ、ビデオテープレコーダ（Ｖ
ＴＲ）等に、上記軸受装置又はこの軸受装置を用いたス
ピンドルモータを適用することにより各装置の動作特性
が安定し、信頼性の高い装置とすることができる。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２及び図
３を用いて説明する。図１は本発明による磁気ディスク
装置用スピンドルモ−タの縦断面図である。図２はすべ
り軸受の平面図である。図３は図２におけるＡ−Ａ断面
図である。
【００３７】図１において、磁気ディスク２１を装着す
るハブ１のボス３部にシャフト２が圧入固着されてい
る。ハブ１の内側に配置されるハウジング５の内周側に
はすべり軸受４が設けられている。このすべり軸受４は
内周部をラジアル軸受４ａとし、その両端部をスラスト
軸受４ｂ、４ｃとして一体的に形成されている。そし
て、ラジアル軸受４ａは、シャフト２と僅かの間隙を介
してハブ１を回転自在に支持している。
【００３８】ベ−スプレ−ト１１に固設されるハウジン
グ５の外周部には、ステ−タ１２が取り付けられ、ハブ
１のこれに対向する内周面にはロ−タマグネット１３が
固着されており、ステ−タ１２とロ−タマグネット１３
でモ−タ１４を構成してハブ１を回転駆動させる。
【００３９】また、すべり軸受４の一端部はハブ１に形
成されたボス３端部に、他端部はシャフト２端部に固設
したスラストプレ−ト６と、僅かの間隙を介して対向し
て配置されており、ハブ１の軸方向の位置決めをすると
ともに、ハブ１や磁気ディスク２１などの重量を支持す
るスラスト軸受４ｂ、４ｃとなっている。尚、磁気ディ
スク２５はスペ−サ２７を介してクランプ２６により締
結される。
【００４０】また、ラジアル軸受４ａ、スラスト軸受４
ｂ、４ｃを配置した空間部には潤滑剤として磁性流体１
３が封入されている。シャフト２の下方部にはシ−ルキ
ヤップ１０が設けられ、ハウジング５の他端部にネジあ
るいは接着剤などによって、気密性を保って固定され、
磁性流体１３の外部への洩れを防止している。
【００４１】一方、ハウジング５の一端部には磁性流体
シ−ル１５が設けられており、透磁性ハブ１のボス３外
周部との間に磁気回路を形成し、この磁気回路によっ
て、ボス３外周部と磁性流体シ−ル１５との隙間に封入
した磁性流体１３を捕えて、外部にでるのを封止してい
る。このように、軸受４内部の磁性流体１３は磁性流体
シ−ル１５及びシ−ルキヤップ１０によって封止され、
潤滑と自身のシ−ル作用に共用されている。
【００４２】本実施例では、回転する上記シャフト２の
他端部から軸中心に、軸方向に開孔した軸方向孔７と、
この孔７に直交するように径方向孔８を、ラジアル軸受
４ａの摺動面に対向する位置に貫通させて形成された、
Ｔ字形状の気泡除去装置９を備えた軸受装置となってい
る。尚、径方向孔８は一個でもよいが、シャフト２の円
周上に等間隔に複数個設け、かつ軸方向孔７に対し流路
断面積を絞ったた方が、気泡除去装置９の機能を発揮す
るうえでより好ましい。
【００４３】図２にすべり軸受４の平面図を示す。すべ
り軸受４は材料コストの非常に安い焼結粉末合金あるい
はプラスチック系の材料を使用して、型でスリ−ブ状に
成形するとともに、その内周面及び両端面には回転によ
って、それぞれ動圧作用を発揮するように動圧発生手段
１６、１７が設けられている。この動圧発生手段は、ラ
ジアル軸受４ａには非対称３円弧溝１６、スラスト軸受
４ｂ，４ｃには対称テ−パランド溝１７が、型成形で容
易に形成される。また、それぞれの円弧溝１６、テ−パ
ランド溝１７間には、磁性流体１３が摺動面に導入し易
いように給油溝１８ａ，１８ｂが、軸方向及び径方向に
３箇所等間隔に設けられている。
【００４４】次に、このように構成される磁気ディスク
用スピンドルモ−タの動作作用について、図４を用いて
説明する。図４は図１のｅ部の詳細を示している。ステ
−タ１２のコイルに通電すると、ロ−タマグネット１３
は回転力を受け、磁気ディスク２５を装着したハブ１、
及びシャフト２が回転する。 静止時、軸受４の内部に
は、図４（ａ）に示すようにモ−タ組立時に残留した空
気が気泡１９となって、磁性流体１３と混在した状態で
封入されている。この気泡１９は、磁性流体１３を注入
する際、加熱し粘度を下げて封入する等の脱泡処理を施
すが、簡単には消滅しないものである。また、もともと
磁性流体油中に含まれていた空気粒子や、軸受４は多孔
質の焼結材料を用いており、気孔部に残っていた空気が
温度の変化やシャフト２の回転によって、軸受の表面に
寄せ集められて、気泡１９に成長するものであり完全に
は取り除けない。
【００４５】シャフト２が回転すると、（ｂ）に示すよ
うに気泡除去装置９が作動し、そのポンピングによっ
て、シャフト２端部に開孔した軸方向孔７から磁性流体
１３を吸込み、径方向孔８から軸受４の内周面に矢印イ
に示す如く吐出する。この際、遠心力による比重差によ
り、比重の大きい磁性流体１３は軸受４のラジアル軸受
４ａに流出するが、反面軸受４の内部に残留している比
重の小さい気泡１９は、細かい気泡１９となって、給油
溝１８ａ，１８ｂから径方向孔８を経て、点線で示した
矢印ロの如く低圧側へ浮遊し、軸方向孔７端部から軸受
の外部に排出される。そして、この気泡１９は（ｃ）に
示す如く、シャフト２端部の入り口付近に滞留している
が、再び軸受内部に導入されることはない。
【００４６】このように、気泡除去装置９が作動中は、
軸受摺動面のすきまや動圧発生部の磁性流体１３には、
気泡１９が混在しないので安定的な油膜が形成される。
【００４７】この油膜圧力の発生状態を図５及び図６に
より説明する。図５はラジアル軸受、図６にはスラスト
軸受面の油膜圧力分布を示す。
【００４８】図５に示すようにラジアル軸受４ａには、
シャフト２の回転方向に向かって、すきまが狭くなって
いくような形状の非対称３円弧溝１６が、等間隔に３箇
所形成されているので、この部に流入した磁性流体１３
は、回転による動圧作用によって昇圧し、図５（ａ）に
示す如く円弧溝数に対応した油膜圧力分布Ｐ1が発生す
る。この圧力分布Ｐ1は１２０°間隔にピ−クを生じ、
シャフト２軸心が偏心してもすきまの狭い部分の圧力が
高くなって、中心位置に戻すように作用するので、回転
中心のバランスが安定に維持される。
【００４９】図５（ｂ）は気泡１９が軸受摺動面に混入
した例を示したもので、局分的に油膜の破断現象を発生
するため、油膜圧力分布Ｐ1´は凹み部を伴った分布と
なり、総体的に縮小する。また、円弧面１６に流入する
気泡の混入状況によっても、それぞれの圧力分布Ｐ1´
の形態は異なり、剛性を低下させて回転体の不安定現象
を避けることはできない。さらに、使用環境の変化によ
って、高温領域で使用されると油膜の厚さも小さく、油
膜破断が拡大するため金属と金属が直接接触し、異常摩
耗に進展してしまう場合もある。
【００５０】一方、図６に示すようにスラスト軸受４
ｂ、４ｃには等間隔に３箇所、テ−パランド溝１７が形
成されており、上記と同様に気泡１９がない場合は、図
６（ａ）に示す如く正常な油膜圧力分布Ｐ2を発生する
が、気泡１９が混入すると図６（ｂ）に示す如く上記と
同様にＰ2´の如く圧力分布となり、剛性も大幅に低下
するため不安定現象を発生する。
【００５１】また、機器の動作時の温度上昇あるいは環
境の変化によっても、気泡１９の発生状況は微妙に異な
り、振動の大きな要因となっているが、気泡除去装置９
を軸受の内部に設けることにより、気泡１９の混在しな
い磁性流体１３を軸受摺動面に給油できるので、磁性流
体の温度の変化があっても、単に粘度が変わるだけであ
り、軸受摺動面に安定的な油膜圧力分布が形成されるの
で、軸振動を抑制して、高精度の回転性能を維持でき
る。
【００５２】さらに、この気泡除去装置９において、図
７に示す如く径方向の孔８に連通するように、シャフト
２の外周面に気泡案内溝２０を設けることによって、こ
の部に給油溝１８ａ，１８ｂ部や狭い軸受すきま部の気
泡１９を回収し易くなり、気泡の排除が容易となる。
尚、この気泡案内溝２０を、ラジアル軸受４ａの内周面
に設けても同様の効果がある。
【００５３】また、図８は径方向の孔８を、軸方向に複
段に設けた場合の実施例であり、この構造は径方向の孔
８の位置を、気泡１９が停流し易いスラスト軸受４ｂ，
４ｃの角部に接近した位置に配置されるので気泡除去装
置９の機能が向上する。
【００５４】また、図９のように軸方向孔７を、流体を
内側に吸込むような螺旋状の溝２１に形成しても上記と
同様の効果を得られる。
【００５５】また、図１０は径方向の孔８を、軸方向孔
に対し交差するように十字形状に設けたもので、このた
め静止時において気泡溜り部２２に周囲の気泡１９が集
まり易く、特に起動時に気泡の少ない磁性流体１３を給
油することができる。
【００５６】さらに、図１１及び図１２には軸方向孔７
に対し、径方向の孔８の配置を示したもので、いずれも
軸中心に対称の位置に設けられている。この場合、軸方
向孔７の径を、径方向の孔８径より大きく設定した方
が、内部流体の循環及び分離作用が円滑に行われるため
装置機能が向上する。より好ましくは軸方向孔７の流路
段面積Ａと、径方向孔８の流路段面積Ｂとの相対的な関
係をＢ≧０.５〜Ａの範囲においてより効果的に発揮で
きるものである。このため、図１２に示すように径方向
孔８を、４個配置する場合の孔径は２個の場合よりもさ
らに小径に設定されるが、必要以上に孔数を増やすと孔
径も小さくなり、気泡分離に支障を来すため得策ではな
い。
【００５７】以上、気泡除去装置９の機能及び機能向上
の手段について説明したが、これらはスピンドルサイズ
とも密接に影響する。
【００５８】図１３は本軸受装置を適用したスピンドル
のプロポ−ションを規制した実施例である。図１４は軸
径比と剛性、モ−タ容積、損失及び循環量の関係を示し
た図である。通常、ハブの外径は磁気デイスクのサイズ
によって決まる。そして、図１４（イ）に示す如くデイ
スク径に対し、シャフト径を拡大すれば軸径比ｄ2／ｄ1
も大きくなり、剛性が増加するため回転体を安定的に精
度良く回転させられるが、損失もまた増加する。さらに
また、モ−タをハブ内部に有する構造では、モ−タ容積
が限定されるため、ロ−タマグネットあるいはステ−タ
コイルの占有率との関連からシャフト径も制限されるの
で、この双方から軸径比は（ｇ）の範囲に選定され、実
用的にはｄ2／ｄ1＝０.１５〜０.２５において適正値と
なる。
【００５９】また、（ロ）においてシャフト径ｄ2と軸
孔径ｄ3の軸径比を大きくしても、流体の循環量は飽和
する傾向を示し、反面損失特性は軸径比を小さくし過ぎ
ると、気泡除去作用が低下し増大するため、軸径比は
（ｈ）の範囲とし、実用的にはｄ3／ｄ2＝０.３〜０.６
の値に選定する。本実施例のように片持支持構造になる
場合は、上記の値を満足すると共に、回転体の重心位置
を軸受スパン内に入るような構成にすることによって、
装置のあらゆる姿勢にも対応できるようになる。
【００６０】次に、図１５はシャフト２の他端部に、フ
ランジ部２３を一体的に形成した実施例である。図１に
おいてはストレ−トなシャフト２の他端部に、スラスト
プレ−ト６を挿入固着してスラスト軸受４ｃを構成して
いるが、スラストプレ−ト６の厚み寸法が薄いので、ス
ラスト軸受４ｃ面に対しスラストプレ−ト６の平行度精
度を確保するのが難しく、また衝撃に対しても変形し易
かったが、シャフト２にフランジ部２３を一体的に形成
する構造にすることによって、これらの問題を一挙に解
消できるものである。
【００６１】また、図１６は本発明の他の実施例を示す
縦断面図である。本実施例も上記同様にスラスト軸受の
構成に関し、スラスト軸受４ｃ面に対し、ボス部３６付
きスラストプレ−ト６´をストレ−トなシャフト２他端
部に圧入固着して形成される。
【００６２】シャフト２他端部とこれと対向するスラス
トプレ−ト６´の接合面の直角度精度は、機械加工で確
保されるので接合面を密着することによって、スラスト
軸受４ｃ面と、これと対向するスラストプレ−ト６´の
平行度精度を簡単に確保できるものである。
【００６３】次に、図１７は本発明の他の実施例を示す
縦断面図である。本実施例では、軸受部の動圧発生手段
としてヘリングボ−ングル−ブを設けた軸受装置におい
て、上記の気泡除去装置９を備えたことを特徴とする。
【００６４】本軸受装置は、図１とほぼ同様の構成であ
り、軸受４の内周面とシャフト２の外周面とで形成され
るラジアル軸受４ａ、そして軸受４の両端面に対向する
ボス３の端面、及びスラストプレ−ト６とで形成される
スラスト軸受４ｂ，４ｃの双方にヘリングボ−ングル−
ブ２４を設けるとともに、シャフト２に気泡除去装置９
を備え、潤滑剤として磁性流体１３が封入されている。
尚、本構成では上記のような給油溝を設けると、動圧効
果が損なわれるのでむしろ設けない方がよい。
【００６５】本装置の作用、効果は上記と全く同一であ
り、軸受の摺動面に混在する気泡１９を気泡除去装置９
の作用により排除し、ヘリングボ−ングル−ブ２４のポ
ンピング作用により、軸受摺動面に安定的な油膜圧力を
形成して、高精度の回転性能を維持できるものである。
【００６６】次に、本発明の軸受装置を磁気ディスク装
置に実装した場合について説明する。
【００６７】図１８は本発明の一実施例を適用した磁気
ディスク装置の縦断面図である。記録媒体である磁気デ
ィスク２５は、スペ−サ２７を介してクランプ２６によ
りハブ１に締結される。ハブ１は本発明になるすべり軸
受装置に油膜で支持され、ハブ１の内側に配置されたモ
−タ１４により回転駆動される。
【００６８】磁気ディスク２５の両面には、対向して磁
気ヘッド２８が搭載されており、磁気ディスク２５の回
転にともない、この磁気ヘッド２８は回転による気体の
動圧作用によって、磁気ディスク２５から微小な浮上量
で浮上し、この状態は気体潤滑によって保持され、磁気
ディスク２５に磁気情報の読み書きを行う。
【００６９】磁気ヘッド２８は、ロ−ドア−ム２９を介
して、キャリッジ３０に連結されている。また、キャリ
ッジ３０は中心軸の周りに搖動可能に支持されており、
磁気ディスク２５の任意のトラックにアクセスできる構
造となっている。
【００７０】さらに、キャリッジ３０の磁気ヘッド２８
側と反対側にはＶＣＭコイル３１が取り付けられ、ベ−
スプレ−ト１１に設けられているＶＣＭマグネット３２
との間にモ−タを形成し、磁気ヘッド２８を高速で任意
のトラック位置に移動させる。
【００７１】また、これらの構成部品を外部の塵埃から
保護する目的で、カバ−３３がベ−スプレ−ト１１に取
り付けられている。
【００７２】このように、回転する磁気ディスク２５
を、気泡除去装置９を備えた非対称円弧軸受４ａ、及び
テ−パランド軸受４ｂ，４の動圧力により高剛性の流体
潤滑で支持できるので、あらゆる姿勢に対応することが
できる。また、玉軸受を用いた場合に比較して、機器の
静音化が得られると共に、衝撃に対しても効果的であ
り、このため、ノ−トパソコンやサブノ−トパソコン等
の携帯用のスピンドルモ−タとしても最適である。
【００７３】さらに、回転系が油膜を介し非接触で回転
するため、非同期振動成分は大幅に改善され、玉軸受の
１／１０以下の値となる。したがって、非同期振動成分
の低減効果によりトラック密度が向上し、高記録密度が
可能となって小型化と大容量化が図れる。そして、磁気
ディスクの場合は油汚染が許されないが、有効なシ−ル
装置により、クリ−ンな環境での使用を可能にしてい
る。
【００７４】以上、本発明による軸受装置を磁気ディス
ク装置に適用した場合について説明したが、光ディスク
装置やレ−ザ−ビ−ム用ポリゴンミラ−モ−タ及びＶＴ
Ｒ用シリンダ−モ−タ等に用いても同様の作用、効果を
得ることができる。
【００７５】
【発明の効果】以上のように本発明の軸受装置及びこれ
を用いたスピンドルモータによれば、潤滑剤を封入した
すべり軸受の動圧発生部から気泡を除去する手段を備え
たことにより、動圧発生部に好適な潤滑剤膜が形成され
ることにより、好適な圧力分布を形成することができ、
軸受の剛性を向上し、高精度の回転性能を維持すること
ができる。
【００７６】また、上記軸受装置又はスピンドルモータ
を用いることにより、動作特性が安定し信頼性の高い磁
気ディスク装置、光ディスク装置、レ−ザビ−ムプリン
タ及びビデオテープレコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるスピンドルモ−タの縦
断面図である。
【図２】本発明のすべり軸受の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の気泡除去装置の機能を示す説明図であ
る。
【図５】本発明の非対称３円弧軸受部に発生する動圧分
布の説明図である。
【図６】本発明のテ−パランド軸受部に発生する動圧分
布の説明図である。
【図７】本発明の他の実施例の気泡除去装置の縦断面図
である。
【図８】本発明の他の実施例の気泡除去装置の縦断面図
である。
【図９】本発明の他の実施例の気泡除去装置の縦断面図
である。
【図１０】本発明の他の実施例の気泡除去装置の縦断面
図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例の軸方向孔に対する径方
向孔数の配置図である。
【図１３】本発明の他の実施例のスピンドルモ−タの回
転部の縦断面図である。
【図１４】本発明の他の実施例のスピンドル軸径比と剛
性、モ−タ容積、損失及び循環量との関係を示す特性図
である。
【図１５】本発明の他の実施例のスラスト軸受部の部分
断面図である。
【図１６】本発明の他の実施例のスラスト軸受部の部分
断面図である。
【図１７】本発明の他の実施例のスピンドルモ−タの縦
断面図である。
【図１８】本発明の一実施例を実装した磁気ディスク装
置の縦断面図である。
【符号の説明】
１…ハブ、２…シャフト、３…ボス、４ａ…ラジアル軸
受、４ｂ，４ｃ…スラスト軸受、５…ハウジング、６…
スラストプレ−ト、７…軸方向孔、８…径方向孔、９…
気泡除去装置、１０…シ−ルキヤップ、１１…ベ−スプ
レ−ト、１３…磁性流体、１４…モ−タ、１６…非対称
３円弧軸受、１７…テ−パランド軸受、２５…ヘリング
ボ−ングル−ブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 謙二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 井上 知昭 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 西田 博 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 西村 裕司 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 佐藤 建 群馬県桐生市相生町３丁目93番地 日本サ ーボ株式会社桐生工場内 (72)発明者 羽鳥 早千雄 群馬県桐生市相生町３丁目93番地 日本サ ーボ株式会社桐生工場内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シャフトを潤滑剤を封入したすべり軸受で
    回転自在に支持する軸受装置において、 前記シャフトの回転によって機能し、すべり軸受の軸受
    面から気泡を除去する気泡除去手段を備えたことを特徴
    とする軸受装置。
  2. 【請求項２】シャフトを潤滑剤を封入したすべり軸受で
    回転自在に支持する軸受装置において、 前記シャフトに、その回転軸方向に沿う第１の流路と、
    この第１の流路から前記すべり軸受の軸受面に対向する
    前記シャフトの外周面に接続される第２の流路とを設
    け、 前記第１の流路はその第２の流路に接続されるのと反対
    側の端部を前記シャフトの一方の端面に設けた開口部に
    接続し、 前記軸受部と前記開口部とを第３の流路で接続したこと
    を特徴とする軸受装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の軸受装置において、前記
    第３の流路は前記開口部が設けられるシャフト端面を覆
    う潤滑剤溜めとして設けられることを特徴とする軸受装
    置。
  4. 【請求項４】ハブに嵌合したシャフトと前記ハウジング
    に内設されるすべり軸受とを備え、前記シャフトとすべ
    り軸受との間隙に潤滑剤を封入して前記シャフトを回転
    自在に支持する軸受装置において、 前記すべり軸受の内周面または前記シャフトの外周面の
    いずれか一方に動圧発生手段を設けて形成したラジアル
    軸受と、 このラジアル軸受の前記ハブ側の端部に、前記ハブのボ
    ス端面に対向するように設けた軸受面と、この軸受面と
    前記ボス端面とのいずれか一方の面に設けた動圧発生手
    段とを有する第１のスラスト軸受と、 前記シャフトの端部に設けたフランジと、 このフランジの前記ハブ側の面に対向するように、前記
    ラジアル軸受の他方の端部に設けた軸受面と、この軸受
    面とこの軸受面に対向する前記フランジ面とのいずれか
    一方の面に設けた動圧発生手段とを有する第２のスラス
    ト軸受と、 前記シャフトに、その回転軸方向に沿いハブに嵌合され
    るのと反対側の端面に開口を有する第１の流路と、この
    第１の流路から前記すべり軸受の軸受面に対向する前記
    シャフトの外周面に接続される第２の流路と、 前記フランジ及びこのフランジが設けられる前記シャフ
    ト端面の周りの前記ハウジングに、前記第２のスラスト
    軸受面に接続される空間と、 を備え、前記各軸受部及び空間に潤滑剤を封入したこと
    を特徴とする軸受装置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の軸受装置おいて、前記空
    間が前記ハウジングに固着されたシ−ルキヤップにより
    形成されたことを特徴とする軸受装置。
  6. 【請求項６】請求項４又は５に記載の軸受装置におい
    て、前記シャフトの外周面又は前記ラジアル軸受内周面
    のいずれか一方に気泡案内溝を設けたことを特徴とする
    軸受装置。
  7. 【請求項７】請求項４又は５に記載の軸受装置におい
    て、前記第２の流路を前記シャフトの回転軸方向に複数
    個設けたことを特徴とする軸受装置。
  8. 【請求項８】請求項４又は５に記載の軸受装置におい
    て、前記第１の流路面に、前記シャフトの回転によって
    シャフト端面に設けた前記開口から前記第１の流路内に
    潤滑剤を吸い込むような螺旋状の溝を形成したことを特
    徴とする軸受装置。
  9. 【請求項９】請求項４又は５に記載の軸受装置におい
    て、前記第２の流路を、前記第１の流路から前記シャフ
    トの径方向に設けるとともに、前記シャフトの円周上に
    等間隔に複数設けたことを特徴とする軸受装置。
  10. 【請求項１０】請求項４又は５に記載の軸受装置におい
    て、前記シャフトの直径を前記ハブ直径に対し直径比で
    ０.１５〜０.２５の範囲とし、前記第１の流路の直径を
    前記シャフト径に対し０.３〜０.６の範囲に設定したこ
    とを特徴とする軸受装置。
  11. 【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の軸
    受装置において、前記シャフト側にロータマグネット
    と、前記すべり軸受側にステータを備え、前記シャフト
    を回転駆動することを特徴とするスピンドルモ−タ。
  12. 【請求項１２】請求項１１に記載のスピンドルモ−タを
    適用してなることを特徴とする磁気ディスク装置。
  13. 【請求項１３】請求項１１に記載のスピンドルモ−タを
    適用してなることを特徴とする光ディスク装置。
  14. 【請求項１４】請求項１１に記載のスピンドルモ−タに
    よってポリゴンミラ−モ−タを回転駆動することを特徴
    とするレ−ザビ−ムプリンタ。
  15. 【請求項１５】請求項１１に記載のスピンドルモ−タに
    よってシリンダを回転駆動することを特徴とするビデオ
    テープレコーダ。
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