JPH033805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は動圧形円筒みぞ軸受を用いた動圧形
スピンドル装置に関する。

従来の音響機器のモータ主軸のスピンドル装置
は第１図に示すように、ハウジング１に固定した
支持部材２に球体３を配設し、この球体３が主軸
４の一方の端面に設けた凹形円すい面５に接触し
て主軸４のスラスト荷重を支持している。またハ
ウジング１に主軸４より線膨張係数が大きい二個
の燒結含油軸受６，７を固定し、この二個の燒結
含油軸受６，７で主軸４のラジアル荷重を支持し
ている。さらに主軸４に固定したロータ８とハウ
ジング１に固定したステータ９とが円周方向のす
きま１１を介して円筒面で対向し、又主軸４の他
方の端部には情報記録媒体であるデイスク１２が
固定され、このデイスク１２からの情報の読み取
りはロータ８の外周に配設した光学式ピツアツプ
１３によつて行われる。

このようなスピンドル装置は主軸４が回転する
と、球体３が支持部材２に点接触した状態で回転
するので回転むらが起こりやすく、また球体３と
支持部材２との摩耗が大きくなつて耐久性が劣
る。また燒結含油軸受６，７は加工内外径の同軸
度を良くすることができないので上方の燒結含油
軸受６の内径面が下方の燒結含油軸受７の内径面
に対して偏心し、軸受すきま１４，１５を小さく
することは困難なので軸受剛性が低いと共に回転
数の約1/2と周波数で主軸４が振れ回るいわゆる
ホワールが発生しやすい。また主軸４の外径面と
燒結含油軸受６，７の内径面との軸受面どうしが
境界潤滑状態で摺動するために、ラジアル方向の
不規則な小さな振れが発生する。

さらに燒結含油軸受６，７から摺動音が発生す
る。

また、特公昭48−4498号公報の第２図に示され
た動圧形円筒みぞ軸受は、ハウジング５に設けた
円筒状孔のラジアル内面４と平面状のスラスト底
面とを有し、また円筒状孔に配設した主軸１は円
筒状のラジアル外面３と凸形円すい状のスラスト
端面１１とを有している。前記ラジアル外面３に
設けた動圧発生用のみぞ２は主軸１の回転中にラ
ジアル内面４とラジアル外面３との間のすきま内
の潤滑剤をスラスト底面の外周部とスラスト端面
の外周部との間の圧力室６へ流出する作用を行
う。前記ハウジング５にはラジアル内面４からハ
ウジング５の上面に通ずる流通穴１２が設けら
れ、この流通穴１２は軸受の静止時にはラジアル
外面３と対向している。

従つて、主軸１が回転して浮上すると流通穴１
２が圧力室６に開口し、圧力室６内の潤滑剤は流
通穴１２を通つて主軸１の外周面に流出し、主軸
１の浮上量はほぼ一定に保たれる。しかし、流通
穴１２の下端開口１３をラジアル外面３とスラス
ト端面１１との境界部１４の近傍に精度良く設け
ることは加工上むずかしいので主軸１の浮上量を
小さくおさえることは困難である。

この発明は前述の各欠点を除去することを目的
とする。次にこの発明の実施例を図面に基いて説
明する。第２図において、動圧形円筒みぞ軸受は
ハウジング２０と主軸２１とから構成され、この
ハウジング２０には円筒状孔２２が設けられてい
る。前記円筒状孔２２の内周面には円筒状のラジ
アル内面２４が設けられ、また円筒状孔２２の底
面には平面状のスラスト底面２５が設けられてい
る。前記ラジアル内面２４の上部には断面が矩形
状の内周みぞが周みぞ２６として設けられ、また
円筒状孔２２の開口部には凹形円すい状の潤滑剤
だまり２７が設けられている。前記円筒状孔２２
には主軸２１が配設され、この主軸２１の外周面
にはラジアル内面２４と対向して共働する円筒状
のラジアル外面２８が設けられている。前記ラジ
アル外面２８にはスパイラル状の動圧発生用のみ
ぞ２９が設けられ、また主軸２１の一方の端面に
はスライト底面２５と対向して共働する凸形球面
状のスラスト端面３１が設けられている。前記ス
ラスト底面２５の外周面とスラスト端面３１の外
周部との間は圧力室４５となつている。前記動圧
発生用のみぞ２９は動圧形スピンドル装置の作動
中即ち主軸２１とハウジング２０との少なくとも
一方の回転中にラジアル内面２４とラジアル外面
２８との間のラジアル軸受すきま４６内の潤滑剤
を圧力室４５へ流出する作用を行う。前記スラス
ト端面３１の中央部には第３図に示すように周み
ぞ２６に開口する流通穴３３が設けられ、この流
通穴３３はスラスト端面３１に設けた軸方向の穴
３３１と、軸方向の穴３３１と主軸２１の外周面
とを連通する軸と直角方向の穴３３２とから構成
されている。従つて流通穴３３は主軸２１の外面
と連通している。前記スラスト端面３１は動圧形
スピンドル装置の静止時および低速回転時にスラ
スト底面２５と接触する環状の接触面３７を流通
穴３３の周囲に有しており、またハウジング２０
の外周面の下部にはステータ４０が固定されてい
る。前記主軸２１にはステータ４０と軸方向すき
ま４１を介して平面で対向する永久磁石からなる
ロータ４２が固定され、このロータ４２とステー
タ４０とはモータと駆動機構を構成している。前
記ロータ４２はステータ４０を吸引しているので
主軸２１はロータ４２によつてスラスト底面２５
側に吸引されており、またスラスト底面２５とス
ラスト端面３１との間の圧力室４５、ラジアル内
面２４とラジアル外面２８との間のラジアル軸受
すきま４６、周みぞ２６、潤滑剤だまり２７、お
よび流通穴３３には潤滑剤がそれぞれ存在してい
る。なおこの発明で言う潤滑剤とは油、グリー
ス、水、空気等の気体、および溶融金属等を言
う。

以上のような構成の動圧形スピンドル装置は主
軸２１の静止時および低速回転時にはスラスト底
面２５とスラスト端面３１とが接触しているが、
主軸２１が回転すると動圧発生用のみぞ２９のホ
ンピング作用によつて周みぞ２６内の潤滑剤がラ
ジアル軸受すきま４６を通つて圧力室４５に流入
し、主軸２１が浮上する。前記主軸２１が浮上す
ると流通穴３３が圧力室４５に開口し、圧力室４
５内の潤滑剤は流通穴３３を通つて周みぞ２６に
流出する。この場合圧力室４５内の潤滑剤の圧力
は主軸２１のわずかな浮上量の変化によつて調整
されてほぼ一定であり、一定のスラスト負荷容量
が得られる。またスラスト端面３１はスラスト底
面２５と非接触で回転するが、主軸２１の浮上量
を小さくおさえることができる。さらに流通穴３
３から半径方向に押し出される潤滑剤は周みぞ２
６に流出してからラジアル軸受すきま４６に流入
するので流通穴３３から狭いラジアル軸受すきま
４６内の局部に集中して流出することはなく、ま
た流れ方向が急激に変わらないので潤滑剤は円滑
に循環し、ラジアル軸受すきま４６へ潤滑剤は充
分に供給される。またラジアル軸受すきま４６内
の潤滑剤にはラジアル方向の圧力が発生するので
ラジアル負荷容量を有し、ラジアル外面２８はラ
ジアル内面２４と非接触で回転する。さらに動圧
発生用のみぞ２９のポンピング作用によつて潤滑
剤だまり２７の潤滑剤がラジアル軸受すきま４６
を通つて周みぞ２６に流入するので動圧発生用の
みぞ２９はラジアル軸受すきま４６からハウジン
グ２０の外部への潤滑剤の洩れを防止するシール
作用を兼ねる。またハウジング２０の開口部に潤
滑剤だまり２７があるので飛散蒸発等によつて減
少するラジアル軸受すきま４６内の潤滑剤が潤滑
剤だまり２７から補充され、また主軸２１が誤つ
て逆回転しても潤滑剤だまり２７によつて潤滑剤
が保持されるのでハウジング２０の外部への潤滑
剤の洩れを防止できる。

第４図はこの発明で使用する動圧形円筒みぞ軸
受の他の実施例であるが、ハウジング２０はスリ
ーブ２０１とスリーブ２０１の内周面の底部に圧
入等の方法によつて嵌合して固定した球体２０２
とから構成されている。前記スリーブ２０１の内
周面が円筒状のラジアル内面２４となつており、
また球体２０２が凸形球面状のスラスト底面２５
となつている。また主軸２１のラジアル外面２８
の上部には断面が矩形状の外周みぞが周みぞ２６
として設けられ、またスラスト端面３１は平面状
になつており、このスラスト端面３１の中央部に
は第５図に示すように周みぞ２６に開口する即ち
主軸２１の外面と連通する流通穴３３が設けられ
ている。

第６図はこの発明で使用する動圧形円筒みぞ軸
受の他の実施例であるが、ハウジング２０は外筒
２０３と外筒２０３の内周面に圧入等の方法によ
つて嵌合した固定したスリーブ２０１とスリーブ
２０１の内周面の底部に圧入等の方法によつて嵌
合して固定した円筒コロ２０４とから構成されて
いる。前記スリーブ２０１の内周面がラジアル内
面２４となつており、円筒コロ２０４が平面状の
スラスト底面２５となつている。前記ラジアル内
面２４の上部に内周みぞが周みぞ２６として設け
られ、この周みぞ２６はラジアル外面２８の上部
に外周みぞとして設けた周みぞ２６と対向してい
る。またスラスト底面２５の中央部にはラジアル
内面２４に設けた周みぞ２６に開口する流通穴３
３が設けられ、この流通穴３３はスラスト底面２
５に設けた軸方向穴３３３と、スリーブ２０１の
外周面にみぞ状に設けた連通穴３３４と、連通穴
３３４と軸方向穴３３３とを連通する軸と直角方
向穴３３５と、連通穴３３４と周みぞ２６とを連
通する開口穴３３６とから構成されている。

第７図にはこの発明の他の実施例であるが、第
一の実施例の動圧形円筒みぞ軸受が倒置した使用
形態になつている。前記動圧形円筒みぞ軸受を構
成する主軸２１の下部にステータ４０が固定さ
れ、またハウジング２０にはステータ４０と軸方
向すきま４１を介して平面で対向する磁石からな
るロータ４２が固定されている。前記ロータ４２
はステータ４０を吸引しているので主軸２１はロ
ータ４２によつてスラスト底面２５に吸引されて
おり、またハウジング２０はスリーブ２０１とス
リーブ２０１の内周面の上部に圧入等の方法によ
つて嵌合して固定した軸体２０５とから構成され
ている。前記軸体２０５の一方の端面が平面状の
スラスト底面２５となつており、またスリーブ２
０１の内周面がラジアル内面２４となつている。
前記ラジアル内面２４の下部に周みぞ２６が設け
られ、このラジアル内面２４に設けた周みぞ２６
はラジアル外面２８に設けた周みぞ２６と対向し
ている。またスラスト端面３７の中央部には第８
図に示すようにラジアル外面２８に設けた周みぞ
２６に開口する流通穴３３が設けられ、また円筒
状孔２２内には潤滑剤が存在している。従つてハ
ウジング２０回転の構成となつている。

第９図はこの発明の他の実施例であるが、第一
の実施例の動圧形円筒みぞ軸受が倒置した使用形
態になつている。前記動圧形円筒みぞ軸受を構成
する主軸２１の下部にステータ４０が固定され、
またハウジング２０にはステータ４０と軸方向す
きま４１を介して平面で対向するロータ４２が固
定されている。前記ハウジング２０は外筒２０３
と外筒２０３の内周面の上部に嵌合して固定した
一方のスリーブ２０１と外筒２０３の内周面に一
方のスリーブ２０１より距離を隔てて嵌合して固
定した他方のスリーブ２０６と一方とスリーブ２
０１の内周面の上部に嵌合して固定した軸体２０
５がスラスト底面２５となつており、また一方の
スリーブ２０１がラジアル内面２４となつてい
る。前記スラスト底面２５の中央部にはラジアル
内面２４の下部に設けられた周みぞ２６に開口す
る流通穴３３が設けられ、また他方のスリーブ２
０６の内周面には円筒状のラジアル内周面５１が
設けられている。前記主軸２１にはラジアル内周
面５１と対向して共働する円筒状のラジアル外周
面５２が設けられ、このラジアル外周面５２には
ヘリングボーン状の動圧発明作用のみぞ５３が設
けられている。従つてラジアル内周面５１とラジ
アル外周面５２とは動圧形円筒みぞ軸受を構成
し、またハウジング２０内には潤滑剤が存在して
いる。なおラジアル内周面５１とラジアル外周面
５２との少なくとも一方に動圧発生作用のみぞ５
３を設けても良い。前記ラジアル内面２４とラジ
アル内周面５１との間には主軸２１とハウジング
２０との間に中空室６１が設けられ、この中空室
６１はハウジング２０の外筒２０３に設けた穴状
の連通路６２を介して外気と連通している。従つ
て開口側のラジアル軸受すきま６３はグリース等
の潤滑剤で密封されているが、動圧形スピンドル
装置の雰囲気温度が上昇して中空室６１内の空気
が膨張した時に空室６１内の空気が連通路６２を
通つて外方へ流出し、開口側のラジアル軸受すき
ま６３内の潤滑剤が下方から外方へ洩れることは
ない。

第１０図はこの発明の他の実施例であるが、ス
ラスト底面２５の中央部に設けた流通穴３３がハ
ウジング２０の外部に開口し、この流通穴３３は
スラスト底面２５に設けた軸方向穴３３３と、軸
方向穴３３３と軸体２０５の外面とを連通する軸
と直角方向穴３３５とから構成されている。また
円筒状孔２２内に空気等の潤滑剤が存在し、ハウ
ジング２０が回転すると動圧発生用のみぞ２９の
ポンピング作用によつて中空室６１内の空気等の
潤滑剤がラジアル軸受すきま４６、圧力室４５、
および流通穴３３を通つてハウジング２０の外部
へ流出するので連通路６２から中空室６１へ空気
等の潤滑剤が流入する。従つて流通穴３３は大気
および連通路６２等を介して主軸２１の外面と連
通する。なお図示の実施例の他の個所は第９図に
示す実施例とほぼ同様に構成されている。

なお図示の実施例ではラジアル外面２８に動圧
発生用のみぞ２９を設けたが、ラジアル内面２４
とラジアル外面２８との少なくとも一方に動圧発
生用のみぞ２９を設けても良い。

また動圧発生用のみぞ２９は頂部がスラスト底
面２５側にかたよつている非対称のヘリングボー
ン状のみぞでも良い。

またスラスト底面２５とスラスト端面３１との
少なくとも一方に主軸２１の外周面や端面等の外
面と連通する流通穴３３を設けても良い。

さらに流通穴３３がラジアル内面２４とラジア
ル外面２８との少なくとも一方に設けた周みぞ２
６に開口するようにしても良い。

また周みぞ２６の断面形状は半円形でも多角形
でもいかなる形状でも良い。

さらにスラスト底面２５およびスラスト端面３
１は凸面でも平面でも凹面でも良い。しかしスラ
スト底面２５とスラスト端面３１との少なくとも
一方が球面状になつていると、軸受の起動トルク
が低いと共にスラスト底面２５とスラスト端面３
１との摩耗が少ない。

また流通穴３３も種々の形状にすることができ
る。さらに流通穴３３にフイルタを装入すると、
主軸２１又はハウジング２０の起動停止時に生ず
る場合がある摩耗粉をろ過するので円筒状孔２２
内へ摩耗粉が供給されず、動圧形スピンドル装置
の耐久性を向上させることができる。また摩耗粉
がハウジング２０の外部へ排出されない。

また円筒状孔２２内に油等が潤滑剤として存在
する場合は、スラスト底面２５にハウジング２０
の底面又は外周部等の外部に開口する流通穴３３
を設け、この流通穴３３がハウジング２０の外周
に配設した油槽の内部等を介して主軸２１の外面
を連通するようにしても良い。

さらにハウジング２０と主軸２１との少なくと
も一方に永久磁石又は電磁石等の磁石を固定し、
この磁石によつて主軸２１がスラスト底面２５側
に吸引されるようにしても良い。なおハウジング
２０又は主軸２１に磁石と対向する磁性体又は磁
石と対向する磁石を固定しても良い。

またハウジング２０を一つの部材から構成して
も良く、またハウジング２０を外筒２０３、スリ
ーブ２０１、球体２０２、円筒コロ２０４および
軸体２０５等を組み合わせて複数の部材から構成
しても良い。

さらに動圧形スピンドル装置の使用形態は縦
形、横形、あるいは倒置しても良い。

また主軸２１回転でもハウジング２０回転でも
良く、あるいは相対回転の用途にも用いることが
できる。

さらにハウジング２０のラジアル内面２４を構
成する部分の線膨張係数が主軸２１の線膨張係数
以下の場合は、動圧形スピンドル装置の雰囲気温
度が上昇してもラジアル軸受すきま４６は大きく
ならないのでラジアル負荷容量の低下を防止でき
る。

またハウジング２０のラジアル内面２４を構成
する部分の線膨張係数が主軸２１の線膨張係数よ
り小さい場合は、動圧形スピンドル装置の雰囲気
温度が上昇するにしたがつてラジアル軸受すきま
４６が小さくなり、ラジアル負荷容量が大きくな
るので潤滑剤として油およびグリース等を用いる
場合は高温時における潤滑剤の粘度の低下によつ
て生ずるラジアル負荷容量の低下を防止できる。

なお動圧形スピンドル装置は音響機器に限ら
ず、映像機器、および情報機器等に用いることが
できる。

この発明の動圧形スピンドル装置によると、ス
ラスト底面２５とスラスト端面３１との少なくと
も一方は動圧形スピンドル装置の静止時にスラス
ト端面３１又はスラスト底面２５と接触する環状
の接触面３７を流通穴３３の周囲に有し、スラス
ト底面２５の外周部とスラスト端面３１の外周部
との間に圧力室４５があるので環状の接触面３７
の外周部の直径はラジアル外面２８の直径より小
さく、静止時におけるスラスト底面２５とスラス
ト端面３１との接触面積が少ないので起動トルク
が小さい。また作動時には動圧発生用のみぞ２９
のポンピング作用によつて圧力室４５内の潤滑剤
に圧力が発生し、スラスト底面２５とスラスト端
面３１とが非接触になるので回転むらを小さくす
ることができ、低トルクであり、またスラスト底
面２５とスラスト端面３１との損傷を防止でき
る。さらに作動時には動圧発生用のみぞ２９のポ
ンピング作用によつて小さいラジアル軸受すきま
４６内の潤滑剤に圧力が発生するのでラジアル内
面２４とラジアル外面２８とが非接触の回転とな
り、低トルクであり、損傷を防止でき、またラジ
アル軸受剛性が高い。さらに動圧形円筒みぞ軸受
はラジアル軸受すきま４６が小さいので主軸２１
およびハウジング２０にホワール等の振れ回りが
なく、しかも非回転数同期成分の振動がほとんど
発生しない。また主軸２１とハウジング２０とが
非接触の回転となるので軸受からの摺動音の発生
がない。また、スラスト底面２５の中央部とスラ
スト端面３１の中央部との少なくとも一方に主軸
２１の外面と連通する流通穴３３を設けたので主
軸２１がハウジング２０に対して軸方向に変位す
ると圧力室４５内の潤滑剤が流通穴３３を通つて
主軸２１の外面に流出し、圧力室４５内の潤滑剤
の圧力は主軸２１のハウジング２０に対する軸方
向変位によつて調整されてほぼ一定であり、一定
のスラスト負荷容量が得られると共に主軸２１の
ハウジング２０に対する軸方向変位が小さいとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスピンドル装置の断面図、第２
図はこの発明の一実施例を示す動圧形スピンドル
装置の断面図、第３図は第２図に示す主軸の部分
断面図、第４図および第６図はこの発明で使用す
る動圧形円筒みぞ軸受の断面図、第５図は第４図
に示す主軸の部分断面図、第７図、第９図および
第１０図はこの発明の他の実施例を示す動圧形ス
ピンドル装置の断面図、第８図は第７図に示す主
軸の部分断面図である。 図中、２０はハウジング、２１は主軸、２２は
円筒状孔、２４はラジアル内面、２５はスラスト
底面、２８はラジアル外面、２９は動圧発生用の
みぞ、３１はスラスト端面、３３は流通穴、３７
は接触面、４２はロータ、４５は圧力室、４６は
ラジアル軸受すきまである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング２０に設けた円筒状孔２２は円筒
   状のラジアル内面２４とスラスト底面２５とを有
   し、前記円筒状孔２２に配設した主軸２１はラジ
   アル内面２４と対向して共働する円筒状のラジア
   ル外面２８と、スラスト底面２５と対向して共働
   するスラスト端面３１とを有し、前記スラスト底
   面２５の外周部とスラスト端面３１の外周部との
   間に圧力室４５が設けられ、前記ラジアル内面２
   ４とラジアル外面２８との少なくとも一方には動
   圧形スピンドル装置の作動中にラジアル内面２４
   とラジアル外面２８との間のラジアル軸受すきま
   ４６内の潤滑剤を圧力室４５へ流出する作用を行
   う動圧発生用のみぞ２９が設けられ、前記スラス
   ト底面２５の中央部とスラスト端面３１の中央部
   との少なくとも一方に主軸２１の外面と連通する
   流通穴３３が設けられ、前記スラスト底面２５と
   スラスト端面３１との少なくとも一方は動圧形ス
   ピンドル装置の静止時にスラスト端面３１又はス
   ラスト底面２５と接触する環状の接触面３７を流
   通穴３３の周囲に有し、前記ハウジング２０と主
   軸２１とのいずれか一方に固定したロータ４２が
   他方に固定したステータ４０と対向する動圧形ス
   ピンドル装置。 ２ 流通路３３にフイルタが装入されている特許
   請求の範囲第１項記載の動圧形スピンドル装置。 ３ ハウジング２０のラジアル内面２４を構成す
   る部分の線膨張係数が主軸２１の線膨張係数以下
   である特許請求の範囲第１項記載の動圧形スピン
   ドル装置。 ４ ハウジング２０のラジアル内面２４を構成す
   る部分の線膨張係数が主軸２１の線膨張係数より
   小さい特許請求の範囲第３項記載の動圧形スピン
   ドル装置。