(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、内周面にヘリングボーン溝が軸方向に距離を隔てて２ヶ所に刻設されるとともに前記回転軸を軸架する軸受スリーブと、前記軸受スリーブ内周２ヶ所のヘリングボーン溝の間に配置され、ヘリングボーン溝部径より大きな内径を有する第一のリング状段部と、前記軸受の片閉方端側に配置されたスラスト軸受と、さらに回転時の動圧でオイルを前記軸受開放端部から軸方向内側へ圧送する方向に前記軸受の開放端に刻設したスパイラル溝とを有する動圧軸受装置であって、前記軸受スリーブ内周２ヶ所のヘリングボーン溝のそれぞれの軸方向両端側には、ヘリングボーン溝部径より大きな内径であり、かつ、第一のリング状段部径よりも小さな内径を有する第二のリング状段部が設けられ、前記回転軸と前記第二のリング状段部とで、表面張力にてオイルを保持可能なギャップを構成し、さらに、前記スラスト軸受に近い方のヘリングボーン溝の軸方向外側のパターン幅をｄ、軸方向内側のパターン幅をｃとし、前記スラスト軸受とは反対側のもう一方のヘリングボーン溝の軸方向内側のパターン幅をｂ、軸方向外側のパターン幅をａとし、さらに、スパイラル溝パターン幅をｅとし、さらに、前記スラスト軸受に近い方のヘリングボーン溝の両側の第二のリング状段部長を前記スラスト軸受に近い方から、それぞれ、ｓ及びｒとし、さらに、もう一方のヘリングボーン溝の両側の第二のリング状段部長をそれぞれ、ｑ及びｐとした時、
ｂ−ａ＞０・・・（式１）
ｄ−ｃ＞０・・・（式２）
ｅ≧（ｂ−ａ）＋（ｄ−ｃ）＞０・・・（式３）
ｐ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式４）
ｑ≧ｐ・・・（式５）
ｒ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式６）
ｓ≧ｒ・・・（式７）
としたことを特徴とする動圧軸受装置を備えるモータ。
【請求項２】
軸受スリーブ内周のスパイラル溝が刻設された部分の内径がヘリングボーン溝が刻設された部分の内径より大きく形成され、さらに、前記スパイラル溝が刻設された部分の内半径と前記スパイラル溝深さの和が、前記ヘリングボーン溝が刻設された部分の内半径と前記
ヘリングボーン溝深さの和と略等しいことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスピンドルモータ等動圧流体軸受を使用するモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。これら軸受装置には一般的には複数の動圧軸受部に動圧発生溝が刻設され、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。
【０００３】
軸受装置の信頼性向上のための要素として、オイルの外部漏れを防止することが挙げられる。軸受開放端側からのオイルの流出防止策として、軸受出口部分付近にスパイラルの動圧溝を設けて、端部から軸受内部方向にオイルを圧送する方法が提唱されており、すでに公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２に従来の軸受装置の構造を示す。図２において、回転ユニットを支持しながら回転する回転軸１０１が潤滑剤１０２を介して軸受スリーブ１０３に軸支されている。前記回転軸１０１にはヘリングボーン溝１０４、１０５が設けられ、回転軸１０１が回転することによりラジアル方向に発生する動圧にて、回転軸１０１を非接触状態で回転させ、動圧ラジアル軸受を構成している。
【０００５】
さらに、前記回転軸１０１の端面１０６と対向する軸受スリーブ１０３の底部には、凸球面状部を有するスラスト板１０８が設けられ、前記端面１０６とでスラスト軸受を構成している。
【０００６】
また、前記スリーブ１０３の上方の開口端側内周部には、内溝１１０が設けられ、さらに、前記内溝１１０の上方の回転軸１０１のラジアル面にはスパイラル溝１１１が形成され、回転軸１０１が回転することにより、潤滑剤１０２を軸受開口端部から軸受内部方向に圧送し、潤滑剤１０２が開口端部から飛散することを防止している。
【特許文献１】特開平４−１４５２１５号公報（第３頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記従来の構成では、スパイラル溝１１１でオイル等の潤滑剤を軸受開口端部から軸受内部方向に圧送する際に、外部空気も一緒に巻き込んでしまうことがあり、その巻き込まれた空気が部分的にラジアル動圧発生部であるヘリングボーン溝１０４に入り込み、最悪はオイル切れによる動圧低下を引き起こすことがある。特に、ヘリングボーン溝１０４と１０５の中間の円筒部において、その円筒部長さが短くなるほど、さらにはその円筒部径が小さくなるほど、その巻き込まれた空気はヘリングボーン溝１０５へも達しやすくなり、さらにヘリングボーン溝１０５でも動圧低下を引き起こす。特に回転軸が起動と停止を繰り返すほど、空気の巻き込みは加速される。
【０００８】
これら外部空気の巻き込みを防止するために、内溝１１０に大気開放の通孔等を設けて、内溝１１０の圧力を調整し、外部空気がヘリングボーン溝１０４、１０５に入り込まないようにする方法もあるが、一般的には孔加工の工程が必要になってコスト高になるとともに、通孔からオイルが漏れ出すことが懸念される。
【０００９】
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、信頼性に優れた動圧軸受装置を搭載するモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、軸受スリーブ内周２ヶ所のヘリングボーン溝で回転軸を軸架するラジアル軸受部と、内周２ヶ所のヘリングボーン溝の間に配置され、ヘリングボーン溝部径より大きな内径を有する第一のリング状段部と、軸受の片閉方端側に配置されたスラスト軸受と、オイルを軸受開放端部から軸方向内側へ圧送するスパイラル溝を軸受の開放端に刻設したスパイラル溝とを有する動圧軸受装置であって、前記２ヶ所のヘリングボーン溝の軸方向両端側に、ヘリングボーン溝部径より大きな内径であり、かつ、第一のリング状段部径よりも小さな内径を有する第二のリング状段部を設け、回転軸と前記第二のリング状段部とで、表面張力にてオイルを保持可能なギャップを構成し、さらに、前記スラスト軸受に近い方のヘリングボーン溝の軸方向外側のパターン幅をｄ、軸方向内側のパターン幅をｃとし、前記スラスト軸受とは反対側のもう一方のヘリングボーン溝の軸方向内側のパターン幅をｂ、軸方向外側のパターン幅をａとし、さらに、スパイラル溝パターン幅をｅとし、さらに、前記スラスト軸受に近い方のヘリングボーン溝の両側の第二のリング状段部長を前記スラスト軸受に近い方から、それぞれ、ｓ及びｒとし、さらに、もう一方のヘリングボーン溝の両側の第二のリング状段部長をそれぞれ、ｑ及びｐとした時、
ｂ−ａ＞０・・・（式１）
ｄ−ｃ＞０・・・（式２）
ｅ≧（ｂ−ａ）＋（ｄ−ｃ）＞０・・・（式３）
ｐ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式４）
ｑ≧ｐ・・・（式５）
ｒ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式６）
ｓ≧ｒ・・・（式７）
とした動圧軸受装置を備えるモータである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、パターン幅ｅであるスパイラル溝で軸受中央方向に流体を圧送する際に、外部空気を巻き込んだとしでも、ヘリングボーン溝パターンａ、ｂ、ｃ、ｄで与えられる
ｂ−ａ＞０・・・（式１）
ｄ−ｃ＞０・・・（式２）
の関係で、スパイラル溝方向へ流体の押戻し力が働き、
さらに
ｅ≧（ｂ−ａ）＋（ｄ−ｃ）＞０・・・（式３）
により、その押戻し力がスパイラル溝で発生する圧送力よりも小さいため、空気は最大でもスパイラル溝パターン幅ｅの途中までしか到達することがなく、ヘリングボーン溝パターンａ、ｂを有するラジアル軸受内に空気を巻き込むことがない。
【００１２】
さらに仮にスパイラル溝パターン幅ｅに注油嵌合の際に初期的に微少空気が残っていた際、回転起動時にスパイラル溝で発生する圧送力によって、その微少空気が長さｐの第二のリング状段部と回転軸とで構成される隙間に入っても、
ｐ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式４）
により、前記長さｐの第二のリング状段部隙間部を超えて、ヘリングボーン溝パターンａ、ｂを有するラジアル軸受内に到達することはない。
【００１３】
さらに、同様に注油嵌合の際の初期的な微少空気が第一のリング状段部と回転軸で構成される空間部に溜まっていた場合、
ｒ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式６）
により、ヘリングボーン溝パターンｃ、ｄを有するラジアル軸受内に到達することがない。
【００１４】
逆に回転減速停止時は、軸受内に押し込もうとする圧力が下がることにより、オイル等の潤滑剤を初期状態に押し戻そうとするが、その際
ｑ≧ｐ・・・（式５）
により、第一のリング状段部と回転軸で構成される部分に空気があったとしても、長さｑの第二のリング状段部隙間部を超えて、ヘリングボーン溝パターンａ、ｂを有するラジアル軸受内に到達することはない。
【００１５】
同様に
ｓ≧ｒ・・・（式７）
により、回転軸先端部とスラスト軸受で構成される部分に空気があったとしても、長さｓの第二のリング状段部隙間部を超えて、ヘリングボーン溝パターンｃ、ｄを有するラジアル軸受内に到達することはない。
【００１６】
以上より、軸受開放端側からのオイルの飛散をおさえるとともに、ヘリングボーン溝部でのオイル切れによる動圧低下を防ぐことが出来、高速化にも対応できるとともに、信頼性に優れた軸受装置を備えるモータを実現できるという有利な効果が得られる。
【００１７】
また、請求項２記載の発明によれば、スパイラル溝が刻設された内径をヘリングボーン溝が刻設された内径よりも大きな内径にすることにより、常に回転軸がスパイラル溝と隙間を持つため直接金属接触状態となって磨耗劣化を生じることが防止できるので、信頼性が向上するとともに、スパイラル溝が刻設された内半径とスパイラル溝深さの和を、ヘリングボーン溝が刻設された内半径とヘリングボーン溝深さの和と略等しくすることにより、例えば転造加工法等を採用し、内径の溝加工を行う場合には、それぞれの溝加工に使用する加工ツールを使い分ける必要がなく共通化でき、工程の簡略化及び低コスト化で有利となる。
【００１８】
また、軸受開放端側の外側に位置する回転軸部分もしくは、軸受の外側出口面の少なくとも一方に撥油剤を塗布することにより、撥油剤でのシール作用が働き、オイルの流出をより防止できるので信頼性が一層向上する。
【００１９】
また、回転軸と軸受スリーブを注油嵌合後、スラスト軸受底部をシール材で封止することにより、回転軸と軸受スリーブの挿入嵌合の際の、スラスト軸受部周辺の空気が外部に逃げるので、組込みが容易であるとともに、組込み後のオイルがスラスト部より漏れ出すことがなく、信頼性が一層向上するとともに、機器の汚損防止もはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のおける軸受装置を搭載するモータの縦断面であり、その軸受装置部分縦断面を図１（ａ）に、スリーブ内径部の詳細図を図１（ｂ）に示す。図１（ａ）、（ｂ）において、軸受スリーブ１の内径部に下端凸球面状部を有する回転軸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支している。
回転軸２にはフレーム１４が固定され、さらにフレーム１４の内周部はマグネット１５が
取付けられ、ロータを構成している。軸受スリーブ１底部にはスラスト板３及び底板４が配置されている。前記回転軸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。前記軸受スリーブ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が刻設されている。前記軸受スリーブ１には基板１６が取付けられているとともに、マグネット１５に対向した位置に巻線が施されたステータコア１７が取付けられ、巻線に電流を流すことで、ステータコア１７で起磁力を発生させ、マグネット１５との磁気的作用によりロータを回転駆動させる。そしてヘリングボーン溝５及び６で発生する動圧にてロータを非接触状態で回転させ、動圧ラジアル軸受を構成している。
【００２２】
ヘリングボーン溝５及び６の間には、ヘリングボーン溝５及び６より大きな内径を有するリング状の逃がし部７が設けられている。さらに、軸受スリーブ１の上方の開放端側内径部には、オイルを回転時の動圧で端部から内側のヘリングボーン溝方向へ圧送するためのスパイラル溝８が刻設されている。さらに前記スパイラル溝８とヘリングボーン溝５との間及び、ヘリングボーン溝５とリング状の逃がし部７との間及び、リング状の逃がし部７とヘリングボーン溝６との間及び、ヘリングボーン溝６とスラスト軸受との間には、リング状の逃がし部７よりも小さな内径を有するとともに、表面張力にてオイルを保持可能なギャップを有するリング状のオイルだまり段部１０、１１、１２、１３がそれぞれ設けられている。
【００２３】
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。またスパイラル溝８のパターン幅はｅとなっている。オイルだまり段部１０、１１、１２、１３の長さはそれぞれ順にｐ、ｑ、ｒ、ｓとなっている。この時、
ｂ−ａ＞０・・・（式１）
ｄ−ｃ＞０・・・（式２）
ｅ≧（ｂ−ａ）＋（ｄ−ｃ）＞０・・・（式３）
ｐ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式４）
ｑ≧ｐ・・・（式５）
ｒ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式６）
ｓ≧ｒ・・・（式７）
に設定されている。
【００２４】
この構成において、回転軸２が回転をはじめるとスパイラル溝８で、オイルを端部から内側のヘリングボーン溝方向へ圧送する力が発生し、スパイラル溝８のオイルをヘリングボーン溝５、６の方へ移動させようとする。この時、
ｂ−ａ＞０・・・（式１）
ｄ−ｃ＞０・・・（式２）
ｅ≧（ｂ−ａ）＋（ｄ−ｃ）＞０・・・（式３）
にすることにより、ヘリングボーン溝５及び６からスパイラル溝８へ押し返す力も発生させ、外部からの空気をスパイラル溝８を乗り越えて、オイルだまり段部１０にまで到達させることがなく、スパイラル溝８の途中までしか送り込まない状態を作り出すことができるので、オイルだまり段部１０に外部から空気を溜め込むような状態を作ることがない。
【００２５】
さらに仮にスパイラル溝８に注油嵌合の際に初期的に微少空気が残っていた時、回転起動時にスパイラル溝で発生する圧送力によって、その微少空気がオイルだまり段部１０に入った状態となっても、
ｐ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式４）
により、印可される圧送力によって、オイルだまり段部１０の中のオイルが動く距離はｐを越えて動くことがなく、また、一般的に空気よりも重いオイルの方が、先に動こうとするため、その微少空気はスパイラル溝８とオイルだまり段部１０の境界付近に残り、ヘリ
ングボーン溝５のラジアル軸受内に到達することはない。
【００２６】
さらに、同様に注油嵌合の際の初期的な空気が逃がし部７に溜まっていたとしても、
ｒ≧ｅ−（ｂ−ａ）−（ｄ−ｃ）＞０・・・（式６）
により、オイルだまり段部１０の時と同様に、オイルだまり段部１２の中のオイルが動く距離はｒを越えて動くことがなく、逃がし部７から入ってくる微少空気はヘリングボーン溝６のラジアル軸受内に到達することはない。
【００２７】
逆に回転減速停止時は、軸受内の押し込もうとする圧力が下がることにより、オイル等の潤滑剤を初期状態に押し戻そうとするが、その際
ｑ≧ｐ・・・（式５）
により、逃がし部７に空気が溜まっていたとしても、オイルを押し戻そうとする長さｑを越えることがないため、その空気はオイルだまり段部１１の途中までしか入らず、ヘリングボーン溝５のラジアル軸受内に到達することはない。
【００２８】
同様に
ｓ≧ｒ・・・（式７）
により、スラスト軸受付近に空気があったとしても、オイルを押し戻そうとする長さｒを越えることがないため、その空気はオイルだまり段部１３の途中までしか入らず、ヘリングボーン溝６のラジアル軸受内に到達することはない。
【００２９】
これら構成により、オイルの外部への流出や空気の巻込みが無く、ラジアル軸受部でのオイル切れによる動圧低下が起こらず、さらに、軸受装置の起動停止に伴い、軸受内のオイルに動きが発生することにより、軸受内でのオイルの流動及び循環がおこり、オイルの部分的な劣化を防止でき、高速化にも対応できるとともに、長寿命でさらに機器を汚損することのない軸受装置を実現できる。
【００３０】
なお、スパイラル溝８を刻設している箇所の内径を、ヘリングボーン溝５及び６を刻設している箇所の内径よりも大きくするとともに、スパイラル溝８を刻設している箇所の内半径と溝深さの和を、ヘリングボーン溝５及び６を刻設している箇所の内半径と溝深さの和と略等しくすることにより、停止時でも回転軸が機械的にスパイラル溝部に接触していない状態を実現でき、金属接触でおこる磨耗劣化を防止でき、信頼性向上がはかれる。さらには、例えば転造加工法等を採用し、内径の溝加工を行う場合には、それぞれの溝加工に使用する加工ツールを使い分ける必要がなく共通化でき、工程の簡略化及び低コスト化で有利となる。
【００３１】
また、回転軸２の軸受スリーブ１の開放端外側部分には撥油剤１８が塗布されており、前記撥油剤１８でオイルシールを行い、さらに信頼性向上をはかっている。
【００３２】
また、回転軸と軸受スリーブを注油嵌合後、スラスト底部をシール剤１９で封止しすることにより、長期的な放置によるオイルの滲み出し等が防止でき、さらなる信頼性向上がはかれる。
【００３３】
なお、以上の説明では、周対向のアウターロータ型の構造例を示したが、面対向型やインナーロータ型のような他の構造でも適用できる。また、軸受隙間、溝の深さ、幅、角度、オイルの種類等にも制約はない。さらに、撥油剤を回転軸側に塗布した例を示したが、軸受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。
【００３４】
なお、回転軸と軸受スリーブを注油嵌合時に、空気の通りをさらによくして、組立を容易にするために、底部スラスト部に外気と連通する孔や切欠等の手段を併用してもよく、
その後、シール剤で封止してもよい。前記孔や切欠等は形状、場所等を適宜変えても適用できる。また、シール剤の種類等にも特に制約はない。
【００３５】
また、その他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。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の軸受装置は、組立が簡単で、軸受の動圧発生部に外部からの空気の巻き込みがなく、さらにオイルの外部流出がないので、オイル切れ等による動圧低下が起こらず、軸受内部でのオイルの流動及び循環にて、オイル劣化が防止でき、高速化、長寿命化及び機器の汚損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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１による軸受装置を示す縦断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１による軸受装置のスリーブ内径部詳細図
【図２】従来の軸受装置を示す縦断面図
【符号の説明】
【００３８】
１、１０３  軸受スリーブ
２、１０１  回転軸
３、１０８  スラスト板
４  底板
５、６、１０４、１０５    ヘリングボーン溝
７    リング状の逃がし部
８、１１１    スパイラル溝
１０、１１、１２、１３    オイルだまり段部
１４    フレーム
１５    マグネット
１６    基板
１７    ステータコア
１８    撥油剤
１９    シール剤
１０２    潤滑剤
１０６    回転軸端面
１１０    内溝
ａ、ｂ、ｃ、ｄ    ヘリングボーン溝パターン幅
ｅ    スパイラル溝パターン幅
ｐ、ｑ、ｒ、ｓ    オイルだまり段部長さ
【図１】
0004600240.tif 000002
【図２】
0004600240.tif 000003