(57)【要約】【課題】電動機の回転軸の半径方向振れ回りの回転非同期成分と、軸方向の振動を低減することにより、回転軸に取付ける非回転体を滑らかに回転させる。【解決手段】電動機のハウジング１内で回転する回転軸２の一端をハウジング１に設置したスリーブ７と回転軸２とで構成するラジアル動圧軸受１１で支持し、回転軸２の他端をハウジング１に設置した玉軸受６で支持し、さらにハウジング１に設置したスラスト受け８と、回転軸２に設けられ、スラスト受け８に対向するフランジ４から構成され、回転軸２の軸方向移動を制限するスラスト動圧軸受１３を設け、前記転がり軸受６を前記スラスト受け８方向に押圧する圧縮スプリング１７を設けた。【選択図】図１
2008236947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機において、
電動機のハウジング内で回転する回転軸の一端をハウジングに設置したスリーブと回転軸とで構成するラジアル流体軸受で支持し、
該回転軸の他端をハウジングに設置した転がり軸受で支持し、
該ハウジングに設置したスラスト受けおよび該回転軸に設けられ、該スラスト受けに対向するフランジで構成され、該回転軸の軸方向移動を制限するスラスト流体軸受を設け、
前記転がり軸受を前記スラスト受け方向に押圧する手段を設けた、
ことを特徴とする電動機の軸受構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記ラジアル流体軸受と前記スラスト流体軸受の作動流体に磁性流体を使用し、前記両軸受の両端に設けた磁性流体シールにより磁性流体を封止するとともに前記回転軸に圧力導入孔を設け、前記両軸受の間の、磁性流体シールとハウジング内壁面と回転軸との間に形成される空間から前記回転軸の圧力導入孔に正または負の圧力を導入可能としたことを特徴とする、電動機の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の軸受構造に関し、特にスピンドルモータ等の回転軸の振れ回りや振動が少ないことが要求される電動機に好適な軸受の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピンドルモータのように回転軸の振れ回りを小さくする必要のある電動機では、回転軸の支持に玉軸受を使用したものが知られている（特許文献１）。
一方、ハードディスクドライブ装置のように回転軸の振れ回りの内でも、特に回転非同期成分の減少が重視される電動機では、動圧軸受を使用したもの（特許文献２）や、動圧軸受と玉軸受を併用し、回転軸とハウジングに設けた磁石の反発力により玉軸受に予圧を掛けるものが知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１０−２４８１９７号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４５８号公報
【特許文献３】特許２８９９８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回転軸の支持に玉軸受を使用する場合には、回転軸の振れ回りの回転非同期成分の大幅な削減は困難である。動圧軸受を使用する場合は、回転軸の振れ回りの回転非同期成分は削減できるものの、回転軸の軸方向振動を抑えるのは回転軸の自重のみであり、軸方向振動を抑える力に限界がある。
動圧軸受と玉軸受を併用し、回転軸とハウジングに設けた磁石の反発力により玉軸受に予圧を掛ける場合は、回転軸の半径方向振れ回りの回転非同期成分を削減し、軸方向振動を抑える力も大きく出来るが、軸方向のダンピング作用が小さいので、玉軸受自体の製作誤差から来る軸方向振動まで吸収するのは難しい。
【０００４】
本発明の目的は上記各欠点を解決するもので、電動機の回転軸の振れ回りの回転非同期成分を低減するとともに軸方向の振動も低減することができる電動機の軸受構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために本発明の請求項１は電動機のハウジング内で回転する回転軸の一端をハウジングに設置したスリーブと回転軸とで構成するラジアル流体軸受で支持し、該回転軸の他端をハウジングに設置した転がり軸受で支持し、該ハウジングに設置したスラスト受けおよび該回転軸に設けられ、該スラスト受けに対向するフランジで構成され、該回転軸の軸方向移動を制限するスラスト流体軸受を設け、  前記転がり軸受を前記スラスト受け方向に押圧する手段を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項２は請求項１の発明において前記ラジアル流体軸受と前記スラスト流体軸受の作動流体に磁性流体を使用し、前記両軸受の両端に設けた磁性流体シールにより磁性流体を封止するとともに前記回転軸に圧力導入孔を設け、前記両軸受の間の、磁性流体シールとハウジング内壁面と回転軸との間に形成される空間から前記回転軸の圧力導入孔に正または負の圧力を導入可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電動機の回転軸の振れ回りの回転非同期成分を低減するとともに、軸方向の振動も低減する効果を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図１に基づいて説明する。
図１は本発明による軸受け構造を適用した電動機の断面図である。
電動機の外周を構成する円筒形のハウジング１の内部には、回転軸２が設けられる。回転軸２の中央付近には回転軸の軸心に直角な軸受平面３を持つフランジ４が設けられる。回転軸２の一方の端部近くには、軸受円筒面５が設けられ、フランジ４を挟んで反対側の軸端部との間には玉軸受６の内輪が固定される。
ハウジング１の内部には、一端から他端に向けて順に、円筒状のスリーブ７、穴あき円板状のスラスト受け８、円筒状の軸受ハウジング９が設けられる。
【０００８】
スリーブ７は回転軸２の軸受円筒面５の外周に位置し、スリーブ７の外周はハウジング１に固定され、スリーブ７の内径と軸受円筒面５の外径とは僅かの隙間を持って対向する。スラスト受け８の外周はハウジング１に固定され、片方の端面は回転軸２に設けられたフランジ４の軸受平面３に僅かの隙間を持って対向する。スラスト受け８の中心には回転軸２が接触せずに貫通する。軸受ハウジング９は、外周がハウジング１に固定され、内周は玉軸受６の外輪を軸方向に摺動可能に保持する。
軸受円筒面５の表面にはヘリンボーン形状などの複数状の浅い動圧溝１０がエッチング等により加工され、スリーブ７の内周面と協働してラジアル流体軸受の一種であるラジアル動圧軸受１１を形成する。軸受平面３の表面にも複数状の浅い動圧溝１２が加工され（図３）、対抗するスラスト受け８の端面と協働してラジアル流体軸受の一種であるスラスト動圧軸受１３を形成する。なお、浅い動圧溝１２の代わりに軸受平面３に低い段差を設けたステップ付スラスト動圧軸受を使用することも可能である。
【０００９】
スリーブ７の両側には、先端が僅かの隙間を介して回転軸２の外周面と向き合う磁性流体シール１４が設けられ、磁性流体シール１４の外周はハウジング１に固定される。ハウジング１，磁性流体シール１４，スリーブ７，回転軸２の間に形成される空間には磁性流体５４が充填される。
磁性流体シール１４は、非磁性体からなる円筒形のホルダ５１、２枚の穴開き円板型の極板５２、穴開き円板型の永久磁石５３から構成される（図２）。永久磁石５３の両端面には極板５２が密着して固定され、外周はホルダ５１の内面に接着される。従って、永久磁石５３，極板５２，回転軸２，極板５２，永久磁石５３の磁気回路が構成され、極板５２と回転軸２の間の隙間に滲み出した磁性流体５４は、磁力により封止され、前記空間に充填された磁性流体が漏れ出すことは無い。
【００１０】
スラスト受け８の両側には、先端が僅かの隙間を介して回転軸２の外周面およびフランジ４の外周面と向き合う磁性流体シール１５が設けられ、磁性流体シール１５の外周はハウジング１に固定される。ハウジング１，磁性流体シール１５，スラスト受け８，回転軸２，フランジ４の間に形成される空間には磁性流体が充填される。磁性流体シール１５は磁性流体シール１４と同じ構造であるので、充填された磁性流体が前記空間から漏れ出すことは無い。
軸受ハウジング９の内面にはリング状の突起１６が設けられ、突起１６と玉軸受６の外輪の間には押圧手段である圧縮スプリング１７が挿入される。圧縮スプリング１７は玉軸受６の外輪をスラスト受け８の方向に押圧する。
【００１１】
玉軸受６とフランジ４の間の回転軸２には外周に永久磁石を取り付けたロータ１８が固定される。ロータ１８の外周に向き合うハウジング１の内部には、内側から順に励磁コイル１９，鉄心２０が固定され、励磁コイル１９とロータ１８の間には僅かの隙間が設けられる。
回転軸２のラジアル動圧軸受１１側の端部には取付盤２１が固定され、取付盤２１の側面の取付け面２２には被回転体（図示せず）が取付けられる。
【００１２】
本実施例はこのような構成であるので、励磁コイル１９に駆動電流を流すとロータ１８に回転力が発生し、回転軸２が回転する。回転軸２の回転に伴い、ラジアル動圧軸受１１内の磁性流体が動圧溝１０により軸受中央に寄せられて動圧を発生し、回転軸２がスリーブ７の中央に浮き上がる。同時にスラスト動圧軸受１３内の磁性流体も動圧溝１２により軸受中央に寄せられて軸受平面３を玉軸受６方向に押圧し、圧縮スプリング１７の押圧力と釣り合って、スラスト受け８の端面と軸受平面３の間の隙間を適当な値に保持する。
従って、回転軸２はラジアル動圧軸受１１と玉軸受６の２箇所で回転可能に支持され、スラスト動圧軸受１３と圧縮スプリング１７の釣合いで軸方向の位置が定まる。
【００１３】
ところで、ラジアル動圧軸受１１は、回転非同期振動は少ないが回転同期振動が大きく、玉軸受６は、回転非同期振動は大きいが、回転同期振動は少ない傾向がある。
従って、この実施の形態では、回転軸２のラジアル動圧軸受１１側の端部では、ラジアル動圧軸受１１の半径方向の粘性抵抗により、回転軸２の玉軸受６の回転非同期振動に起因する半径方向の高い周波数の振動が吸収され、回転軸２や回転軸２に固定された取付盤２１の半径方向振れ回りの回転非同期振動が軽減される。また、玉軸受６の回転非同期振動に起因する回転軸２の高い周波数の軸方向振動は、スラスト動圧軸受１３の軸方向の粘性抵抗により吸収されるので、回転軸２や取付盤２１の軸方向振動が減少する。
従って、取付盤２１に装着される被回転体に伝わる半径方向振れ回りや軸方向の回転非同期振動が軽減され、被回転物は滑らかに回転する。
【００１４】
さらに、玉軸受６の回転同期振動は少ないので、ラジアル動圧軸受２個で回転軸２を支える場合に比較して、回転軸２の半径方向振れ回りの回転同期振動も減少する。
なお、上記実施の形態ではラジアル流体軸受の一種であるラジアル動圧軸受１１を使用する場合で説明したが、ラジアル動圧軸受１１を動圧溝１０のないラジアル流体軸受に置き換えても同様の効果を得ることが可能である。また、ラジアル動圧軸受１１とスラスト動圧軸受１３を、ラジアル流体軸受とスラスト流体軸受の一種であるラジアル静圧軸受とスラスト静圧軸受で置き換えることも可能である。
【００１５】
また、ラジアル動圧軸受１１の作動流体として磁性流体を使用したが、磁性流体シール１４を設けずに、軸受のスリーブ７の両端に外側に開くテーパを設け表面張力により流体を封止する等の適当なシール手段を設けることにより、非磁性の作動流体を使用することも可能である。同様に、スラスト動圧軸受１３の場合も、動圧溝１２をヘリンボーン状とし、軸受中央の圧力を高く、軸受端部の圧力を低くすれば、軸受平面３の外周部とスラスト受け８の軸受平面３と反対側の端部に外側に開くテーパを設けることにより非磁性の作動流体を使用可能である。
【００１６】
図４に、本発明の他の実施の形態を示す。
ラジアル動圧軸受１１の両端には磁性流体シール１４が設けられる。同様にスラスト動圧軸受１３の両端にも磁性流体シール１５が設けられる。ハウジング１と磁性流体シール１４，磁性流体シール１５，回転軸２で囲まれた中間室３１には、ハウジング１に固定されたパイプ３２の一端が開口する。パイプ３２の他端はコンプレッサや気体の圧力ボンベや真空ポンプ等の正または負の圧力源に接続（図示せず）される。回転軸２には、圧力導入孔３３が設けられ、圧力導入孔３３の一端は中間室３１に開口し、他端は取付盤２１の側面の取付け面２２に開けられた圧力開口３４に連通する。
【００１７】
磁性流体シール１４，１５のシールの耐圧は一段で十分の数気圧に及ぶため、磁性流体シール１４，１５の段落を調整することにより、軸受の作動流体の密封と中間室３１の圧力の抜け止めを同時に達成可能である。従って、たとえば回転軸２に特別のシールを付加せずに、ハウジング１の外部の負圧を回転軸２の中を通して取付盤２１の被回転体の取付け面２２に導くことが容易であり、被回転体を取付盤２１へ吸着させることにより、被回転体の取付，取外しが容易になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の最良の実施の形態を示す電動機の断面図である。
【図２】磁性流体シールの形状を示す断面図である。
【図３】スラスト動圧軸受の動圧溝を示す側面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す電動機の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  ハウジング
２  回転軸
３  軸受平面
４  フランジ
５  軸受円筒面
６  玉軸受
７  スリーブ
８  スラスト受け
９  軸受ハウジング
１０  動圧溝
１１  ラジアル動圧軸受
１２  動圧溝
１３  スラスト動圧軸受
１４  磁性流体シール
１５  磁性流体シール
１６  突起
１７  圧縮スプリング
１８  ロータ
１９  励磁コイル
２０  鉄心
２１  取付盤
２２  取付面
３１  中間室
３２  パイプ
３３  圧力導入孔
３４  圧力開口
５１  ホルダ
５２  極板
５３  永久磁石
５４  磁性流体
【図１】
2008236947.tif 000003
【図２】
2008236947.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008236947.tif 000006