JP2000314421A - ラジアル／アキシャル複合軸受構造、及び同構造を持つスピンドルモータ - Google Patents
ラジアル／アキシャル複合軸受構造、及び同構造を持つスピンドルモータInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動圧軸受部の寸法を小型に保ちつつ、動圧へ
移行する浮上回転数の低減が可能な複合動圧軸受を提供
する。 【解決手段】 動圧軸受部を構成するスリーブおよびシ
ャフトの各対向する位置に直接又は間接的に磁石を取り
付け、この際固定部材側の磁石を軸心から偏心させ、こ
れによって生ずる磁力作用をアキシャル軸受部に利用、
ラジアル部では前記スリーブ／シャフト間の相対回転に
よる動圧を利用した複合軸受構造とする。前記磁石の偏
心量は、両磁石間に設けられる平均半径隙間に対して、
０．０１以上０．３以下とする。前記スリーブ及びシャ
フトの摺動部横断面の真円度を１．０×１０-4以下、両
材質の熱膨張係数の差を８×１０-6／℃以下でかつ回転
側部材の弾性係数を２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上、
又軸受部にラジアル隙間が広い箇所を１ヶ所以上設ける
ことが、安定した回転を得る上でより好ましい。
移行する浮上回転数の低減が可能な複合動圧軸受を提供
する。 【解決手段】 動圧軸受部を構成するスリーブおよびシ
ャフトの各対向する位置に直接又は間接的に磁石を取り
付け、この際固定部材側の磁石を軸心から偏心させ、こ
れによって生ずる磁力作用をアキシャル軸受部に利用、
ラジアル部では前記スリーブ／シャフト間の相対回転に
よる動圧を利用した複合軸受構造とする。前記磁石の偏
心量は、両磁石間に設けられる平均半径隙間に対して、
０．０１以上０．３以下とする。前記スリーブ及びシャ
フトの摺動部横断面の真円度を１．０×１０-4以下、両
材質の熱膨張係数の差を８×１０-6／℃以下でかつ回転
側部材の弾性係数を２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上、
又軸受部にラジアル隙間が広い箇所を１ヶ所以上設ける
ことが、安定した回転を得る上でより好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアル動圧気体
軸受及びアキシャル磁気軸受を備える複合軸受構造並び
に同複合軸受を備えたスピンドルモータに関する。
軸受及びアキシャル磁気軸受を備える複合軸受構造並び
に同複合軸受を備えたスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスクドライブのような磁気記
憶装置やレーザスキャナなどのスピンドルモータ構成部
品として、動圧空気軸受でラジアル支持を行ない、磁気軸
受によりアキシャル支持を行なう動圧空気軸受および磁
気軸受を複合させた複合軸受構造が利用されており、こ
れら用途における高速回転、高回転精度を実現させてい
る。
憶装置やレーザスキャナなどのスピンドルモータ構成部
品として、動圧空気軸受でラジアル支持を行ない、磁気軸
受によりアキシャル支持を行なう動圧空気軸受および磁
気軸受を複合させた複合軸受構造が利用されており、こ
れら用途における高速回転、高回転精度を実現させてい
る。
【０００３】このような従来の複合軸受においては、特
にラジアル動圧空気軸受部の摩耗が問題となっていた。
ラジアル動圧軸受部においては、回転開始直後には動圧
による支持力が小さいためにシャフトとスリーブとが直
接接触しており、その後回転速度の増加に伴って支持力
が十分となったとき非接触状態に移行する。この非接触
状態に移行する回転速度が高いと、その間直接摺動状態
にあることから摩耗が発生しやすくなり、このような軸
受を用いるスピンドルモータの寿命を低下させる原因と
なっている。このため、軸受構造およびそれを構成要素
とするスピンドルモータの信頼性を保証するには、非接
触状態に移行する回転数をできるだけ低くする必要があ
った。
にラジアル動圧空気軸受部の摩耗が問題となっていた。
ラジアル動圧軸受部においては、回転開始直後には動圧
による支持力が小さいためにシャフトとスリーブとが直
接接触しており、その後回転速度の増加に伴って支持力
が十分となったとき非接触状態に移行する。この非接触
状態に移行する回転速度が高いと、その間直接摺動状態
にあることから摩耗が発生しやすくなり、このような軸
受を用いるスピンドルモータの寿命を低下させる原因と
なっている。このため、軸受構造およびそれを構成要素
とするスピンドルモータの信頼性を保証するには、非接
触状態に移行する回転数をできるだけ低くする必要があ
った。
【０００４】シャフトを鉛直に用いる場合、軸受構造に
おける負荷はアキシャル軸受部に作用し、ラジアル軸受
部にはロータのアンバランス成分による遠心力が作用す
る。従って、ラジアル軸受部には特定方向に静的な負荷
が作用しないため、ラジアル軸受部の回転側部材は、負荷
を受ける点を刻々と変化させながら回転することとな
る。
おける負荷はアキシャル軸受部に作用し、ラジアル軸受
部にはロータのアンバランス成分による遠心力が作用す
る。従って、ラジアル軸受部には特定方向に静的な負荷
が作用しないため、ラジアル軸受部の回転側部材は、負荷
を受ける点を刻々と変化させながら回転することとな
る。
【０００５】軸受構造が低速で回転する時には、ロータ
のアンバランス負荷に対しラジアル軸受部の動圧支持力
の発生が不十分であるため遠心力に抗しきれず、シャフ
トとスリーブが直接接触し、その後もアンバランス負荷
の回転に伴い、接触箇所も刻々と変化し、結果としてシャ
フトとロータの直接接触が続くこととなる。この直接接
触状態が、高い回転速度まで持続するようであれば、接触
点に高いエネルギが加わり、摺動面が損傷して摩耗する
危険性がある。
のアンバランス負荷に対しラジアル軸受部の動圧支持力
の発生が不十分であるため遠心力に抗しきれず、シャフ
トとスリーブが直接接触し、その後もアンバランス負荷
の回転に伴い、接触箇所も刻々と変化し、結果としてシャ
フトとロータの直接接触が続くこととなる。この直接接
触状態が、高い回転速度まで持続するようであれば、接触
点に高いエネルギが加わり、摺動面が損傷して摩耗する
危険性がある。
【０００６】これらを解決する方策として、低速回転に
おける動圧支持力を高めることが挙げられる。動圧支持
力は、軸受の直径、長さ、隙間、偏心率でほぼ一義的に決ま
り、直径を大きくする、長さを長くする、隙間を狭くする
ことにより、達成することは可能である。しかし、軸受の
直径、長さを大きくすることは、それが組込まれるモータ
およびユニット自体の大型化を招き、今般の機器小型化
の流れに対応することができない。又、隙間を狭くする
ことは、製造する上で、シャフトおよびスリーブの精度保
持、クリアランスの管理の点で問題となる。また偏心率
はアンバランス質量との釣り合いで決まるため、実質的
に制御することは不可能であった。
おける動圧支持力を高めることが挙げられる。動圧支持
力は、軸受の直径、長さ、隙間、偏心率でほぼ一義的に決ま
り、直径を大きくする、長さを長くする、隙間を狭くする
ことにより、達成することは可能である。しかし、軸受の
直径、長さを大きくすることは、それが組込まれるモータ
およびユニット自体の大型化を招き、今般の機器小型化
の流れに対応することができない。又、隙間を狭くする
ことは、製造する上で、シャフトおよびスリーブの精度保
持、クリアランスの管理の点で問題となる。また偏心率
はアンバランス質量との釣り合いで決まるため、実質的
に制御することは不可能であった。
【０００７】一方において、軸受の直径、長さの増加、お
よび隙間を減少させることは、軸受が回転する際の摺動
抵抗を増加させることから、軸受が組込まれるモータに
求められる消費電力が大きくなるという別の問題もあ
る。その他にも、従来技術による動圧空気軸受部は、使
用時の温度により性能が変化し、高速回転においてハー
フホワールと称される振れまわり安定性の限界回転数が
低下するため、所期の性能が発揮されないという問題が
存在していた。
よび隙間を減少させることは、軸受が回転する際の摺動
抵抗を増加させることから、軸受が組込まれるモータに
求められる消費電力が大きくなるという別の問題もあ
る。その他にも、従来技術による動圧空気軸受部は、使
用時の温度により性能が変化し、高速回転においてハー
フホワールと称される振れまわり安定性の限界回転数が
低下するため、所期の性能が発揮されないという問題が
存在していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、これら従来技術にある問題点を解消し、動圧軸受
部の寸法を小型に保ちつつ、動圧へ移行する浮上回転数
の低減が可能な複合動圧軸受を提供することにある。
的は、これら従来技術にある問題点を解消し、動圧軸受
部の寸法を小型に保ちつつ、動圧へ移行する浮上回転数
の低減が可能な複合動圧軸受を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる複合軸受
構造では、同軸に配置されて動圧軸受部を構成するスリ
ーブおよびシャフトに直接もしくは他の部品を介して磁
石もしくは磁性体をそれぞれ対向する位置に取り付け、
前記磁石の固定部材側に取り付けられた磁石を前記軸か
ら偏心させることによって生ずる磁力の作用により、上
記課題を解決するもので、具体的には以下の内容を含ん
でいる。
構造では、同軸に配置されて動圧軸受部を構成するスリ
ーブおよびシャフトに直接もしくは他の部品を介して磁
石もしくは磁性体をそれぞれ対向する位置に取り付け、
前記磁石の固定部材側に取り付けられた磁石を前記軸か
ら偏心させることによって生ずる磁力の作用により、上
記課題を解決するもので、具体的には以下の内容を含ん
でいる。
【００１０】すなわち、請求項１に記載の本発明は、シ
ャフトと、そのシャフトの外周部に相対回転可能に嵌装
されるスリーブとからなり、前記シャフトとスリーブの
ラジアル方向ではその両者間の相対回転によって生ずる
動圧によって支承され、同じくアキシャル方向ではラジ
アル方向に空隙を有して対向する磁石間もしくは磁石と
磁性体との間の磁力の作用によって支承される形式のラ
ジアル／アキシャル複合軸受構造において、前記シャフ
トもしくはスリーブの内のいずれか一方の回転側部材に
は、前記軸受の軸心と同心に前記磁石もしくは磁性体が
直接もしくは他の部材を介して取り付けられ、他方の固
定側部材には、前記軸受の軸心と偏心して前記磁石もし
くは磁性体が直接もしくは他の部材を介して取り付けら
れ、前記固定部材に取り付けられた磁石もしくは磁性体
の前記軸受の軸心からの偏心量が、両磁石間もしくは磁
石と磁性体間に設けられる平均半径隙間に対して、０．
０１以上０．３以下の比率であることを特徴としてい
る。
ャフトと、そのシャフトの外周部に相対回転可能に嵌装
されるスリーブとからなり、前記シャフトとスリーブの
ラジアル方向ではその両者間の相対回転によって生ずる
動圧によって支承され、同じくアキシャル方向ではラジ
アル方向に空隙を有して対向する磁石間もしくは磁石と
磁性体との間の磁力の作用によって支承される形式のラ
ジアル／アキシャル複合軸受構造において、前記シャフ
トもしくはスリーブの内のいずれか一方の回転側部材に
は、前記軸受の軸心と同心に前記磁石もしくは磁性体が
直接もしくは他の部材を介して取り付けられ、他方の固
定側部材には、前記軸受の軸心と偏心して前記磁石もし
くは磁性体が直接もしくは他の部材を介して取り付けら
れ、前記固定部材に取り付けられた磁石もしくは磁性体
の前記軸受の軸心からの偏心量が、両磁石間もしくは磁
石と磁性体間に設けられる平均半径隙間に対して、０．
０１以上０．３以下の比率であることを特徴としてい
る。
【００１１】請求項２に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記アキシャル軸受部を構成する前記磁石同士
もしくは磁石と磁性体との組合せを、軸受の軸方向両端
末に各１組づつ備えていることを特徴としている。
構造は、前記アキシャル軸受部を構成する前記磁石同士
もしくは磁石と磁性体との組合せを、軸受の軸方向両端
末に各１組づつ備えていることを特徴としている。
【００１２】請求項３に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、ラジアル軸受部における前記スリーブおよび前
記シャフトの中心軸に垂直な各断面の形状を、軸受部で
対向する各相手側部材との摺動面を構成することが可能
な曲線区間およびそれに基づく包絡線よりなる閉曲線と
して描き、その閉曲線を２つの同心円で挟んでその同心
円間の半径差が最少になるときの半径差をδ、そのとき
の前記同心円間の平均直径をＣとしたとき、スリーブ及
びシャフトの双方の断面ともが、δ／Ｃ≦１．０×１０
-4を満足することを特徴としている。
構造は、ラジアル軸受部における前記スリーブおよび前
記シャフトの中心軸に垂直な各断面の形状を、軸受部で
対向する各相手側部材との摺動面を構成することが可能
な曲線区間およびそれに基づく包絡線よりなる閉曲線と
して描き、その閉曲線を２つの同心円で挟んでその同心
円間の半径差が最少になるときの半径差をδ、そのとき
の前記同心円間の平均直径をＣとしたとき、スリーブ及
びシャフトの双方の断面ともが、δ／Ｃ≦１．０×１０
-4を満足することを特徴としている。
【００１３】請求項４に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記請求項３に定める幾何学的定義と同一の定
義下において、前記スリーブ及びシャフトの双方の断面
ともが、δ／Ｄ≦７×１０-5を満足することを特徴とし
ている。
構造は、前記請求項３に定める幾何学的定義と同一の定
義下において、前記スリーブ及びシャフトの双方の断面
ともが、δ／Ｄ≦７×１０-5を満足することを特徴とし
ている。
【００１４】請求項５に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記ラジアル動圧軸受部のシャフトあるいはス
リーブの一方の相手部材と対向する表面に、ヘリングボ
ーン状あるいは螺旋状の溝を設けたことを特徴としてい
る。
構造は、前記ラジアル動圧軸受部のシャフトあるいはス
リーブの一方の相手部材と対向する表面に、ヘリングボ
ーン状あるいは螺旋状の溝を設けたことを特徴としてい
る。
【００１５】請求項６に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記ラジアル動圧軸受部において、前記スリー
ブおよびシャフトを同軸に配置した時に、その軸線に平
行に軸受部嵌合長さの４０％以上に渡ってラジアル隙間
が広い箇所が１ヶ所以上存在することを特徴としてい
る。
構造は、前記ラジアル動圧軸受部において、前記スリー
ブおよびシャフトを同軸に配置した時に、その軸線に平
行に軸受部嵌合長さの４０％以上に渡ってラジアル隙間
が広い箇所が１ヶ所以上存在することを特徴としてい
る。
【００１６】請求項７に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記ラジアル隙間が広い箇所における隙間が、
その箇所を除く他の平均ラジアル隙間に対し１０倍以内
の大きさで、その隙間の幅が、中心角で３゜以上９０゜
以下であることを特徴としている。
構造は、前記ラジアル隙間が広い箇所における隙間が、
その箇所を除く他の平均ラジアル隙間に対し１０倍以内
の大きさで、その隙間の幅が、中心角で３゜以上９０゜
以下であることを特徴としている。
【００１７】請求項８に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記動圧軸受部のシャフトおよびスリーブを構
成する両部材の熱膨張係数の差が、８×１０-6／℃以下
で、かつ前記シャフトおよびスリーブのうちの回転側部
材の弾性係数が、２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上であ
ることを特徴としている。
構造は、前記動圧軸受部のシャフトおよびスリーブを構
成する両部材の熱膨張係数の差が、８×１０-6／℃以下
で、かつ前記シャフトおよびスリーブのうちの回転側部
材の弾性係数が、２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上であ
ることを特徴としている。
【００１８】請求項９に記載の本発明にかかる複合軸受
構造は、前記動圧軸受部のシャフト及びスリーブを構成
する両部材の内、少なくとも一方の部材がセラミックス
からなることを特徴としている。
構造は、前記動圧軸受部のシャフト及びスリーブを構成
する両部材の内、少なくとも一方の部材がセラミックス
からなることを特徴としている。
【００１９】請求項１０に記載の本発明にかかる複合軸
受構造は、前記セラミックスが、アルミナ質セラミック
ス、窒化ケイ素質セラミックス、炭化ケイ素質セラミッ
クスからなる群の中から選択されることを特徴としてい
る。
受構造は、前記セラミックスが、アルミナ質セラミック
ス、窒化ケイ素質セラミックス、炭化ケイ素質セラミッ
クスからなる群の中から選択されることを特徴としてい
る。
【００２０】請求項１１に記載の本発明は、請求項１か
ら請求項１０のいずれかに記載の複合軸受構造を組み込
んだことを特徴とする、スピンドルモータに関する。
ら請求項１０のいずれかに記載の複合軸受構造を組み込
んだことを特徴とする、スピンドルモータに関する。
【００２１】請求項１２に記載の本発明は、前記動圧軸
受部のシャフト及びスリーブとの接触回転数が２，００
０ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載
のスピンドルモータに関する。
受部のシャフト及びスリーブとの接触回転数が２，００
０ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載
のスピンドルモータに関する。
【００２２】そして請求項１３に記載の本発明は、請求
項１１及び請求項１２に記載のスピンドルモータの製造
過程において、接触回転数を測定するステップを含むこ
とを特徴とするスピンドルモータの製造方法に関する。
項１１及び請求項１２に記載のスピンドルモータの製造
過程において、接触回転数を測定するステップを含むこ
とを特徴とするスピンドルモータの製造方法に関する。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明にかかる複合軸受構造の実
施の形態を図面を参照して説明する。複合軸受構造は、
ラジアル動圧軸受部とアキシャル磁気軸受部とにより構
成されており、図１は、本発明にかかる第１の実施の形
態を示したものである。図において１はハウジング、２
はそのハウジングに固定されたシャフト、３はそのシャ
フトの外周部に回転可能に嵌装された中空円筒状のスリ
ーブを示しており、このシャフト２とスリーブ３とによ
りラジアル動圧軸受部を形成している。
施の形態を図面を参照して説明する。複合軸受構造は、
ラジアル動圧軸受部とアキシャル磁気軸受部とにより構
成されており、図１は、本発明にかかる第１の実施の形
態を示したものである。図において１はハウジング、２
はそのハウジングに固定されたシャフト、３はそのシャ
フトの外周部に回転可能に嵌装された中空円筒状のスリ
ーブを示しており、このシャフト２とスリーブ３とによ
りラジアル動圧軸受部を形成している。
【００２４】前記ハウジング１には前記軸受部を囲む外
縁部４が設けられており、この外縁部４の内面に環状の
磁石５が、又前記スリーブ３には図面上でその下端部に
やはり環状の磁石６が固定されていて、両磁石が対向し
ている。両磁石１および２は、図２に示すように上・下
面に磁極を有するように着磁され、又同図に示すように
双方の磁石がお互いに吸引される磁極配置となるように
固定されており、これによってアキシャル磁気軸受部を
形成している。
縁部４が設けられており、この外縁部４の内面に環状の
磁石５が、又前記スリーブ３には図面上でその下端部に
やはり環状の磁石６が固定されていて、両磁石が対向し
ている。両磁石１および２は、図２に示すように上・下
面に磁極を有するように着磁され、又同図に示すように
双方の磁石がお互いに吸引される磁極配置となるように
固定されており、これによってアキシャル磁気軸受部を
形成している。
【００２５】ここで本発明においては、スリーブ３およ
びスリーブに固着された磁石６と、ハウジング１側に固
定されたシャフト２および磁石５に関し、シャフト２と
スリーブ３の中心軸同士を同軸に配した時に、磁石５が
磁石６及び前記軸線に対し偏心して取り付けられてい
る。図２において、この時の両磁石中心位置における偏
心量ｇは、磁石間の平均隙間ｄmean＝（ｄmax＋ｄmin）
×１／２に対する比率ｇ／ｄmeanが、好ましくは０．０
１〜０．３の間、より好ましくは０．０２以上０．１以
下としてある。そしてこの偏心は、シャフト２及びスリ
ーブ３の軸受部材の内、固定側部材（本実施の形態では
シャフト１）に取り付けられる磁石（同、５）を軸受部
の軸心に対してずれた位置に取り付けることにより設け
られ、一方回転側部材（本実施の形態ではスリーブ３）
に取り付けられる磁石（同、６）はその回転部材の軸心
と同心に取り付けられている。
びスリーブに固着された磁石６と、ハウジング１側に固
定されたシャフト２および磁石５に関し、シャフト２と
スリーブ３の中心軸同士を同軸に配した時に、磁石５が
磁石６及び前記軸線に対し偏心して取り付けられてい
る。図２において、この時の両磁石中心位置における偏
心量ｇは、磁石間の平均隙間ｄmean＝（ｄmax＋ｄmin）
×１／２に対する比率ｇ／ｄmeanが、好ましくは０．０
１〜０．３の間、より好ましくは０．０２以上０．１以
下としてある。そしてこの偏心は、シャフト２及びスリ
ーブ３の軸受部材の内、固定側部材（本実施の形態では
シャフト１）に取り付けられる磁石（同、５）を軸受部
の軸心に対してずれた位置に取り付けることにより設け
られ、一方回転側部材（本実施の形態ではスリーブ３）
に取り付けられる磁石（同、６）はその回転部材の軸心
と同心に取り付けられている。
【００２６】前記のように構成された複合軸受部材の動
作は、前記スリーブ３に固定されて共に回転可能なロー
タ７の内周面に装着されたロータ磁石８と、これに対向
するハウジング外縁部４に取り付けられたステータコイ
ル９との間で回転駆動力が発生し、スリーブ３及びロー
タ７がシャフト２に対して回転する。この回転によって
シャフト２とスリーブ３との間に動圧が発生し、両者の
ラジアル方向においては無接触状態となる。
作は、前記スリーブ３に固定されて共に回転可能なロー
タ７の内周面に装着されたロータ磁石８と、これに対向
するハウジング外縁部４に取り付けられたステータコイ
ル９との間で回転駆動力が発生し、スリーブ３及びロー
タ７がシャフト２に対して回転する。この回転によって
シャフト２とスリーブ３との間に動圧が発生し、両者の
ラジアル方向においては無接触状態となる。
【００２７】一方、軸方向に関しては、前記スリーブ３
に固定された磁石６と、ハウジング外縁部４に固定され
た磁石５との間の磁力の作用により、スリーブ３とハウ
ジング１との間の非接触が保たれており、以上の両作用
からスリーブ３及びロータ７の非接触回転が実現され
る。
に固定された磁石６と、ハウジング外縁部４に固定され
た磁石５との間の磁力の作用により、スリーブ３とハウ
ジング１との間の非接触が保たれており、以上の両作用
からスリーブ３及びロータ７の非接触回転が実現され
る。
【００２８】ここで、前記アキシャル軸受部において
は、固定部材側の磁石５がラジアル方向に偏心して設け
られていることから、シャフト２に対してスリーブ３
が、その磁石５の偏心による磁力作用を受けて特定方向
（図２上では右方向）に押圧された状態で回転する。前
述のように発生する動圧は隙間が狭いほど大きくなるこ
とから、この押圧力が作用する方向とは反対側の軸受内
部で大きな動圧が発生し、しかもスリーブは磁力の作用
によりその方向に押し続けられることから、磁力作用が
ないフリーな状態でスリーブ３が回転する場合に対して
低い回転数でも高い動圧を発生させることとなり、スリ
ーブ３をシャフト２から低い回転数の段階から浮上さ
せ、接触回転に伴う摩耗の問題を回避することができる
ようになる。
は、固定部材側の磁石５がラジアル方向に偏心して設け
られていることから、シャフト２に対してスリーブ３
が、その磁石５の偏心による磁力作用を受けて特定方向
（図２上では右方向）に押圧された状態で回転する。前
述のように発生する動圧は隙間が狭いほど大きくなるこ
とから、この押圧力が作用する方向とは反対側の軸受内
部で大きな動圧が発生し、しかもスリーブは磁力の作用
によりその方向に押し続けられることから、磁力作用が
ないフリーな状態でスリーブ３が回転する場合に対して
低い回転数でも高い動圧を発生させることとなり、スリ
ーブ３をシャフト２から低い回転数の段階から浮上さ
せ、接触回転に伴う摩耗の問題を回避することができる
ようになる。
【００２９】すなわち本願発明によれば、アキシャル軸
受部の配置を偏心させることにより、ラジアル軸受部の
ラジアル方向に負荷を与えて軸受中心を偏心率が大きい
領域で一定に保持することが可能となり、結果としてラ
ジアル支持力を増加させることが可能となる。この結
果、非接触状態に移行する回転速度を、偏心が無いものと
比較して低くすることができ、ラジアル軸受部の摩耗を
抑制することが可能となる。ここで前記磁石の偏心量
は、小さいと磁力のラジアル方向の成分が小さいため効
果が得られず、大きいと逆に浮上できなくなるため、前記
範囲内にあることが好ましい。
受部の配置を偏心させることにより、ラジアル軸受部の
ラジアル方向に負荷を与えて軸受中心を偏心率が大きい
領域で一定に保持することが可能となり、結果としてラ
ジアル支持力を増加させることが可能となる。この結
果、非接触状態に移行する回転速度を、偏心が無いものと
比較して低くすることができ、ラジアル軸受部の摩耗を
抑制することが可能となる。ここで前記磁石の偏心量
は、小さいと磁力のラジアル方向の成分が小さいため効
果が得られず、大きいと逆に浮上できなくなるため、前記
範囲内にあることが好ましい。
【００３０】次に、本発明にかかる第２の実施の形態に
つき、図面を参照にして説明する。図３はこの実施の形
態を示したもので、第１の実施の形態ではシャフト２が
固定され、スリーブ３が回転する場合を示しているが、
これを逆にしてスリーブ３を固定、シャフト２が回転す
る形態としたものである。図において１１はハウジン
グ、１３はそのハウジングに固定されたスリーブで、そ
のスリーブ１３の中空部に１２のシャフトが回転可能に
嵌入されている。そのシャフト１２には１７のロータが
固定され、そのロータ１７内面のロータ磁石８とハウジ
ング１１に固定されたステータコイル９との間における
回転駆動力により、ロータ１７及びそれに固定されたシ
ャフト１２がスリーブ１３を中心に回転する。
つき、図面を参照にして説明する。図３はこの実施の形
態を示したもので、第１の実施の形態ではシャフト２が
固定され、スリーブ３が回転する場合を示しているが、
これを逆にしてスリーブ３を固定、シャフト２が回転す
る形態としたものである。図において１１はハウジン
グ、１３はそのハウジングに固定されたスリーブで、そ
のスリーブ１３の中空部に１２のシャフトが回転可能に
嵌入されている。そのシャフト１２には１７のロータが
固定され、そのロータ１７内面のロータ磁石８とハウジ
ング１１に固定されたステータコイル９との間における
回転駆動力により、ロータ１７及びそれに固定されたシ
ャフト１２がスリーブ１３を中心に回転する。
【００３１】このような構成の複合軸受構造では、第１
の実施の形態に比べて回転部材が逆となっており、本実
施の形態では固定部材側のスリーブ１３に取り付けられ
た磁石１５がその軸心から偏心して取り付けられ、回転
部材側であるシャフト１２に取り付けられた磁石１６は
その軸心と同心に取り付けられているが、磁石１５、１
６のいずれを基準にしても差し支えない。
の実施の形態に比べて回転部材が逆となっており、本実
施の形態では固定部材側のスリーブ１３に取り付けられ
た磁石１５がその軸心から偏心して取り付けられ、回転
部材側であるシャフト１２に取り付けられた磁石１６は
その軸心と同心に取り付けられているが、磁石１５、１
６のいずれを基準にしても差し支えない。
【００３２】更に本実施の形態においては、前記磁石１
５、１６に加えて、軸受部長手方向においてその対称側
となる図面上の上部において、磁石１８がスリーブ１３
に、磁石１９がシャフト１９に取り付けられており、そ
して両磁石１８、１９の着磁及び磁極配置は前記１５、
１６の磁石と全く同じ、あるいは逆で、かつ偏心量及び
偏心方向も同一としている。このような構成とすること
により、回転するシャフト１２の両端においていわば両
持ち式にシャフト１２を一定方向に押圧する力が生み出
され、より安定したラジアル方向の動圧を発生させるこ
とができ、その結果、より安定した回転を実現すること
が可能となる。
５、１６に加えて、軸受部長手方向においてその対称側
となる図面上の上部において、磁石１８がスリーブ１３
に、磁石１９がシャフト１９に取り付けられており、そ
して両磁石１８、１９の着磁及び磁極配置は前記１５、
１６の磁石と全く同じ、あるいは逆で、かつ偏心量及び
偏心方向も同一としている。このような構成とすること
により、回転するシャフト１２の両端においていわば両
持ち式にシャフト１２を一定方向に押圧する力が生み出
され、より安定したラジアル方向の動圧を発生させるこ
とができ、その結果、より安定した回転を実現すること
が可能となる。
【００３３】なお、これまでの実施の形態においては、
前記アキシャル磁気軸受部の磁力作用を双方が磁石とし
て構成されているが、このうちのいずれか一方はケイ素
鋼などの磁性体で構成されていてもよい。
前記アキシャル磁気軸受部の磁力作用を双方が磁石とし
て構成されているが、このうちのいずれか一方はケイ素
鋼などの磁性体で構成されていてもよい。
【００３４】次に、本発明の第３の実施の形態にかかる
複合軸受構造につき、図面を参照にして説明する。本実
施の形態は、ラジアル軸受部の形状、更に詳しくは、ス
リーブ及びシャフトの摺動面の断面形状に関するもので
ある。図４において、２０はシャフト（もしくはスリー
ブ）の摺動面の横断面を示す閉曲線で、その閉曲線を２
つの同心円で挟んだときに、両同心円間の半径差が最少
になるときの前記２つの円を２１及び２２、そのときの
最少の半径差をδ、同じくそのときの前記同心円２１、
２２の平均直径をＣとする。ここで上記「摺動面の横断
面を示す閉曲線」とは、相手部材と摺動面を構成するこ
とが可能な曲線区間、およびそれに基づく包絡線よりな
る閉曲線を意味しており、具体的にはこの閉曲線には、
例えば動圧発生用の溝や、加工時の研削条痕の凹部など
は含まれていない。
複合軸受構造につき、図面を参照にして説明する。本実
施の形態は、ラジアル軸受部の形状、更に詳しくは、ス
リーブ及びシャフトの摺動面の断面形状に関するもので
ある。図４において、２０はシャフト（もしくはスリー
ブ）の摺動面の横断面を示す閉曲線で、その閉曲線を２
つの同心円で挟んだときに、両同心円間の半径差が最少
になるときの前記２つの円を２１及び２２、そのときの
最少の半径差をδ、同じくそのときの前記同心円２１、
２２の平均直径をＣとする。ここで上記「摺動面の横断
面を示す閉曲線」とは、相手部材と摺動面を構成するこ
とが可能な曲線区間、およびそれに基づく包絡線よりな
る閉曲線を意味しており、具体的にはこの閉曲線には、
例えば動圧発生用の溝や、加工時の研削条痕の凹部など
は含まれていない。
【００３５】本願発明者らは、実験結果より、本発明に
かかる複合軸受構造のスリーブおよびシャフトの摺動面
の断面形状を、図３に示すδ及びＣに関し、δ／Ｃで表
わされる真円度を１×１０-4以下、より好ましくは７×
１０-5以下とすれば、いわゆる動圧発生溝等を施さなく
ても、高速回転時にホワールが発生しないことを見出し
た。これは、アキシャル軸受部の偏心により生じる外力
の作用により、回転部材の回転中心が偏心して局部的に
高い動圧が発生しているため、突発的な衝撃などの外乱
を受けた時に回転部材の回転中心がずれてもすぐに元の
回転中心に復帰することができるためであると考えられ
る。
かかる複合軸受構造のスリーブおよびシャフトの摺動面
の断面形状を、図３に示すδ及びＣに関し、δ／Ｃで表
わされる真円度を１×１０-4以下、より好ましくは７×
１０-5以下とすれば、いわゆる動圧発生溝等を施さなく
ても、高速回転時にホワールが発生しないことを見出し
た。これは、アキシャル軸受部の偏心により生じる外力
の作用により、回転部材の回転中心が偏心して局部的に
高い動圧が発生しているため、突発的な衝撃などの外乱
を受けた時に回転部材の回転中心がずれてもすぐに元の
回転中心に復帰することができるためであると考えられ
る。
【００３６】次に、本発明にかかる第４の実施の形態に
かかる複合軸受構造につき説明する。本実施の形態は、
シャフト２もしくはスリーブ３の摺動面の溝に関するも
のである。摺動面に溝を設けることにより、摺動部にお
ける動圧発生を促進させる効果があることが知られてい
るが、これは溝を通して軸受隙間内に空気が巻き込ま
れ、溝の無い軸受と比較して動圧効果が高くなることに
よるもので、その結果としてシャフトとスリーブとの非
接触回転に移行する浮上回転数を引き下げる効果が期待
できる。又一方においてハーフホワールの発生回転数
を、溝無し軸受と比較して高くすることが出来、より高速
まで安定動作が可能となる。
かかる複合軸受構造につき説明する。本実施の形態は、
シャフト２もしくはスリーブ３の摺動面の溝に関するも
のである。摺動面に溝を設けることにより、摺動部にお
ける動圧発生を促進させる効果があることが知られてい
るが、これは溝を通して軸受隙間内に空気が巻き込ま
れ、溝の無い軸受と比較して動圧効果が高くなることに
よるもので、その結果としてシャフトとスリーブとの非
接触回転に移行する浮上回転数を引き下げる効果が期待
できる。又一方においてハーフホワールの発生回転数
を、溝無し軸受と比較して高くすることが出来、より高速
まで安定動作が可能となる。
【００３７】前記溝の形状としてよく知られているの
は、図５（ａ）、（ｂ）に例示すようないわゆるヘリン
グボーン型とよばれるものであるが、この外にも（ｃ）
の螺旋状の溝など、動圧発生を促進させる効果が知られ
ている溝であれば、本発明においてもより好ましい効果
を得ることが期待できる。
は、図５（ａ）、（ｂ）に例示すようないわゆるヘリン
グボーン型とよばれるものであるが、この外にも（ｃ）
の螺旋状の溝など、動圧発生を促進させる効果が知られ
ている溝であれば、本発明においてもより好ましい効果
を得ることが期待できる。
【００３８】本発明に関し更に好ましくは、ラジアル軸
受部において、スリーブおよびシャフトを同軸に配置し
た時に、ラジアル隙間の広い箇所が１ヶ所以上存在し、か
つそれが軸方向に嵌合長さの４０％以上存在することで
ある。このことによりハーフホワールをヘリングボーン
型の溝と比較して、より高い回転数まで抑制することが
できる。
受部において、スリーブおよびシャフトを同軸に配置し
た時に、ラジアル隙間の広い箇所が１ヶ所以上存在し、か
つそれが軸方向に嵌合長さの４０％以上存在することで
ある。このことによりハーフホワールをヘリングボーン
型の溝と比較して、より高い回転数まで抑制することが
できる。
【００３９】本願発明者らによる実験によれば、下記の
実施例３にあるように、前記ラジアル隙間が広い箇所に
おける同隙間は、それ以外の部分の平均ラジアル隙間に
対して１０倍以下の隙間とし、又極座標表示をした時に
その広い隙間が設けられる幅は中心角で３゜以上９０゜
以下とすることが好ましいとの結果になっている。
実施例３にあるように、前記ラジアル隙間が広い箇所に
おける同隙間は、それ以外の部分の平均ラジアル隙間に
対して１０倍以下の隙間とし、又極座標表示をした時に
その広い隙間が設けられる幅は中心角で３゜以上９０゜
以下とすることが好ましいとの結果になっている。
【００４０】次に、本発明の第５の実施の形態にかかる
複合軸受構造につき説明する。本実施の形態は、軸受部
材の材質に関するもので、シャフトおよびスリーブを構
成する部材の熱膨張係数の差が、８×１０-6／℃以下で、
かつシャフトおよびスリーブのうちの回転側部材の弾性
係数が、２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上であることが
好ましい。熱膨張係数の差が上記範囲であり、かつ回転
部材の弾性係数が上記値の領域であれば、本願発明の複
合軸受構造において、高速回転における安定性の向上に
大きく寄与できることが分った。
複合軸受構造につき説明する。本実施の形態は、軸受部
材の材質に関するもので、シャフトおよびスリーブを構
成する部材の熱膨張係数の差が、８×１０-6／℃以下で、
かつシャフトおよびスリーブのうちの回転側部材の弾性
係数が、２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上であることが
好ましい。熱膨張係数の差が上記範囲であり、かつ回転
部材の弾性係数が上記値の領域であれば、本願発明の複
合軸受構造において、高速回転における安定性の向上に
大きく寄与できることが分った。
【００４１】熱膨張係数が上記範囲であれば、該軸受構
造の動作環境が６０℃〜−３０℃の範囲において、例え
ば高温になり、室温での設定より隙間が広くなった場合、
通常であればハーフホワール安定性が低下するため、ハ
ーフホワールが発生する問題あった。これに対し、本願
発明ではアキシャル軸受部を偏心させているため、熱膨
張係数を上記範囲とすることにより、高温においても有
効な隙間が確保されるため、性能上の問題が生じない。
造の動作環境が６０℃〜−３０℃の範囲において、例え
ば高温になり、室温での設定より隙間が広くなった場合、
通常であればハーフホワール安定性が低下するため、ハ
ーフホワールが発生する問題あった。これに対し、本願
発明ではアキシャル軸受部を偏心させているため、熱膨
張係数を上記範囲とすることにより、高温においても有
効な隙間が確保されるため、性能上の問題が生じない。
【００４２】又、シャフト及びスリーブの内の回転部材
の材質の弾性係数を上記範囲を満足させることにより、
本発明にかかるアキシャル軸受部の偏心効果を安定して
得ることができ、軸振れも最小限に留められることか
ら、１０，０００ｒｐｍあるいはそれ以上の高速回転に
おいても、高精度で安定した回転を実現することができ
る。
の材質の弾性係数を上記範囲を満足させることにより、
本発明にかかるアキシャル軸受部の偏心効果を安定して
得ることができ、軸振れも最小限に留められることか
ら、１０，０００ｒｐｍあるいはそれ以上の高速回転に
おいても、高精度で安定した回転を実現することができ
る。
【００４３】更に、本発明にかかる軸受構造において
は、シャフト及びスリーブの動圧軸受部のうち、少なく
ともいずれか一方の部材がセラミックスであることが好
ましい。セラミックスは、前記弾性率を満足する高剛性
材質であるとともに耐摩耗性にも優れ、あるいは相手側
部材の摩耗に対する加害性が低いことから、本発明にか
かる軸受構造のアキシャル軸受部偏心に伴う、起動／停
止の低動圧時のラジアル軸受部における振れ回りに対し
ても有効に機能することができる。セラミックスの中で
も、特にアルミナ質セラミックス、窒化ケイ素質セラミ
ックス、炭化ケイ素質セラミックスであることが好まし
い。
は、シャフト及びスリーブの動圧軸受部のうち、少なく
ともいずれか一方の部材がセラミックスであることが好
ましい。セラミックスは、前記弾性率を満足する高剛性
材質であるとともに耐摩耗性にも優れ、あるいは相手側
部材の摩耗に対する加害性が低いことから、本発明にか
かる軸受構造のアキシャル軸受部偏心に伴う、起動／停
止の低動圧時のラジアル軸受部における振れ回りに対し
ても有効に機能することができる。セラミックスの中で
も、特にアルミナ質セラミックス、窒化ケイ素質セラミ
ックス、炭化ケイ素質セラミックスであることが好まし
い。
【００４４】次に、本発明にかかる第６の実施の形態に
つき説明する。本実施の形態は、スピンドルモータの製
造過程において、その構成要素とされた複合軸受構造の
接触回転数を測定するステップを含めるスピンドルモー
タの製造方法に関するものである。前述の通り、接触回
転数が高い場合にはシャフトとスリーブの間での直接摩
擦により、耐久性が著しく阻害される結果となる。した
がって何らかの原因によりこのような事態が発生してい
ないかを、製品がユーザの手に渡る前に製造工程で確認
しておくことが望ましい。
つき説明する。本実施の形態は、スピンドルモータの製
造過程において、その構成要素とされた複合軸受構造の
接触回転数を測定するステップを含めるスピンドルモー
タの製造方法に関するものである。前述の通り、接触回
転数が高い場合にはシャフトとスリーブの間での直接摩
擦により、耐久性が著しく阻害される結果となる。した
がって何らかの原因によりこのような事態が発生してい
ないかを、製品がユーザの手に渡る前に製造工程で確認
しておくことが望ましい。
【００４５】本実施の形態にかかるスピンドルモータの
軸受部接触回転数を測定する方法を図面を参照して説明
する。図６において、３０は複合軸受構造を備えたスピ
ンドルモータで、３１のハウジング部が３２の基礎の上
に固定された基板上に取り付けられている。基盤３２に
は３３の振動ピックアップが取り付けられ、３４の増幅
器を介して３５のオシロスコープに接続されている。前
記スピンドルモータ３０の回転部分である３７のロータ
近傍には３８の回転センサが設置されており、同じく増
幅器３６を介してオシロスコープ３５に接続されてい
る。
軸受部接触回転数を測定する方法を図面を参照して説明
する。図６において、３０は複合軸受構造を備えたスピ
ンドルモータで、３１のハウジング部が３２の基礎の上
に固定された基板上に取り付けられている。基盤３２に
は３３の振動ピックアップが取り付けられ、３４の増幅
器を介して３５のオシロスコープに接続されている。前
記スピンドルモータ３０の回転部分である３７のロータ
近傍には３８の回転センサが設置されており、同じく増
幅器３６を介してオシロスコープ３５に接続されてい
る。
【００４６】接触回転数の測定は、前記スピンドルモー
タ３０を電気的、あるいは空気流をロータ３７に当てる
などの回転手段によりロータ３７を回転させ、５，００
０ｒｐｍ到達後に回転手段を停止する。その後ロータ３
７が自然停止するまでの間に、回転数と振動レベルをモ
ニターし、振動レベルが急増した時、直接接触が生じたも
のとみなし、この時の回転数を接触回転数と称してい
る。図７はそのような振動信号と回転数とのモデルを示
すもので、図においてＲに相当する回転数を接触回転数
としている。
タ３０を電気的、あるいは空気流をロータ３７に当てる
などの回転手段によりロータ３７を回転させ、５，００
０ｒｐｍ到達後に回転手段を停止する。その後ロータ３
７が自然停止するまでの間に、回転数と振動レベルをモ
ニターし、振動レベルが急増した時、直接接触が生じたも
のとみなし、この時の回転数を接触回転数と称してい
る。図７はそのような振動信号と回転数とのモデルを示
すもので、図においてＲに相当する回転数を接触回転数
としている。
【００４７】上記内容の接触回転の測定を、スピンドル
モータ製造過程で実施することにより、万一の不良品出
荷にかかるユーザからのクレーム、信頼低下を防ぎ、高
品質のスピンドルモータの出荷を保証することができ
る。
モータ製造過程で実施することにより、万一の不良品出
荷にかかるユーザからのクレーム、信頼低下を防ぎ、高
品質のスピンドルモータの出荷を保証することができ
る。
【００４８】
【実施例】［実施例１］本発明にかかる複合軸受構造の
耐久試験、及びハーフホワール試験を以下の条件で行っ
た。シャフトおよびスリーブはアルミナ焼結体を研磨加
工したものを用いた。シャフトは直径に対する真円度を
表示しており、少なくともスリーブと嵌合する部分の表
面粗さを５μｍＲｙ、Ｓｍで１００μｍ以下とした。ス
リーブは内周を研磨加工により表面粗さを５μｍＲｙ、
Ｓｍで１０μｍ以上とし、ラジアル軸受部として供し
た。複合軸受構造の構成は図１に示すもので、磁石６を
スリーブ３の内周と同軸に接着剤により固定し、磁石５
をシャフトに対し偏心の度合を変化させてハウジングの
外縁部４に固定した。尚、ロータはＪＩＳＢ０９０５に
規定される釣り合い良さでＧ１級までバランス調整を行
なった。接触回転数は前記モータを電気的、あるいは空
気流をロータに当てるなどの回転手段によりロータを回
転させ、５，０００ｒｐｍ到達後に回転手段を停止し、
ロータの回転を自然に停止させる。ロータが自然停止す
るまでの間に、回転数と振動レベルをモニターし、振動レ
ベルが急増した時、直接接触が生じたものとみなし、この
時の回転数を接触回転数と称した。ハーフホワール測定
方法は、実験対象となる軸受を備えたモータをフレーム
に釣下げて、回転による振動を振動ピックアップで測定
し、その信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理し、回転
数の約１／２の周波数のピークの有無により判定した。
耐久試験は、モータを起動し所定の回転数に到達後、モ
ータの駆動を停止してロータを自然停止させ、自然停止
後再度起動するサイクルを繰返す。このことにより、接
触回転数以下では軸受が直接接触しており、軸受の耐久
性を評価することが可能となる。ここでは５０，０００
ｒｐｍまで回転させた。上記の内容に基づく実験結果を
表１に示す。表中、○は良好、×は不良を、又＊印は比
較例を示す。（これ以降の各実施例について同じ。） 本実験結果より、本発明に従えば、動圧軸受部の軸受寸
法、および隙間を変更せずに、接触回転数を低減すること
ができ、結果的に耐摩耗性を向上できることが判明し
た。
耐久試験、及びハーフホワール試験を以下の条件で行っ
た。シャフトおよびスリーブはアルミナ焼結体を研磨加
工したものを用いた。シャフトは直径に対する真円度を
表示しており、少なくともスリーブと嵌合する部分の表
面粗さを５μｍＲｙ、Ｓｍで１００μｍ以下とした。ス
リーブは内周を研磨加工により表面粗さを５μｍＲｙ、
Ｓｍで１０μｍ以上とし、ラジアル軸受部として供し
た。複合軸受構造の構成は図１に示すもので、磁石６を
スリーブ３の内周と同軸に接着剤により固定し、磁石５
をシャフトに対し偏心の度合を変化させてハウジングの
外縁部４に固定した。尚、ロータはＪＩＳＢ０９０５に
規定される釣り合い良さでＧ１級までバランス調整を行
なった。接触回転数は前記モータを電気的、あるいは空
気流をロータに当てるなどの回転手段によりロータを回
転させ、５，０００ｒｐｍ到達後に回転手段を停止し、
ロータの回転を自然に停止させる。ロータが自然停止す
るまでの間に、回転数と振動レベルをモニターし、振動レ
ベルが急増した時、直接接触が生じたものとみなし、この
時の回転数を接触回転数と称した。ハーフホワール測定
方法は、実験対象となる軸受を備えたモータをフレーム
に釣下げて、回転による振動を振動ピックアップで測定
し、その信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理し、回転
数の約１／２の周波数のピークの有無により判定した。
耐久試験は、モータを起動し所定の回転数に到達後、モ
ータの駆動を停止してロータを自然停止させ、自然停止
後再度起動するサイクルを繰返す。このことにより、接
触回転数以下では軸受が直接接触しており、軸受の耐久
性を評価することが可能となる。ここでは５０，０００
ｒｐｍまで回転させた。上記の内容に基づく実験結果を
表１に示す。表中、○は良好、×は不良を、又＊印は比
較例を示す。（これ以降の各実施例について同じ。） 本実験結果より、本発明に従えば、動圧軸受部の軸受寸
法、および隙間を変更せずに、接触回転数を低減すること
ができ、結果的に耐摩耗性を向上できることが判明し
た。
【００４９】［実施例２］シャフト２に図４（ａ）に示
すようなヘリングボーン溝を施した軸受構造に対し、磁
気軸受部の偏心部に対する接触回転数、耐久性、ホワール
を測定した。測定結果を下記表に示す。ヘリングボーン
型の溝であれば、真円タイプのシャフトと比較してアキ
シャル磁気軸受部の偏心により、真円度が悪くても浮上
回転数を小さくすることができ、耐久性の点で良くな
り、またハーフホワール発生回転数も高くすることがで
き、高速での特性も良くなることが判明した。
すようなヘリングボーン溝を施した軸受構造に対し、磁
気軸受部の偏心部に対する接触回転数、耐久性、ホワール
を測定した。測定結果を下記表に示す。ヘリングボーン
型の溝であれば、真円タイプのシャフトと比較してアキ
シャル磁気軸受部の偏心により、真円度が悪くても浮上
回転数を小さくすることができ、耐久性の点で良くな
り、またハーフホワール発生回転数も高くすることがで
き、高速での特性も良くなることが判明した。
【００５０】［実施例３］ラジアル軸受部において、平
均隙間に対してラジアル隙間が拡大する箇所を設け、そ
の効果を測定した。ラジアル隙間の拡大箇所は軸方向に
延在している。拡大箇所が複数あるものは、それぞれの
中心線で等間隔に配置されている。測定結果を下記表に
示す。
均隙間に対してラジアル隙間が拡大する箇所を設け、そ
の効果を測定した。ラジアル隙間の拡大箇所は軸方向に
延在している。拡大箇所が複数あるものは、それぞれの
中心線で等間隔に配置されている。測定結果を下記表に
示す。
【００５１】［実施例４］磁石偏心量による差異を見る
ため、各種軸受材質について比較検討を行った。尚、ロ
ータの質量は同一となるようにしている。検討結果を下
記表に示す。
ため、各種軸受材質について比較検討を行った。尚、ロ
ータの質量は同一となるようにしている。検討結果を下
記表に示す。
【００５２】［実施例５］各種材質、及び各種磁石偏心
量についての、起動・停止による耐久試験を実施した。
その試験結果を下記表に示す。
量についての、起動・停止による耐久試験を実施した。
その試験結果を下記表に示す。
【００５３】
【発明の効果】本発明にかかる複合軸受構造において、
軸受部を構成するシャフト及びスリーブに取りつけられ
る磁石の偏心量を、両磁石間に設けられる平均半径隙間
に対して、０．０１以上０．３以下とすることにより、
ラジアル軸受部において低い浮上回転数が実現でき、軸
受構造及びそれを備えたスピンドルモータの耐久性を向
上させることができる。
軸受部を構成するシャフト及びスリーブに取りつけられ
る磁石の偏心量を、両磁石間に設けられる平均半径隙間
に対して、０．０１以上０．３以下とすることにより、
ラジアル軸受部において低い浮上回転数が実現でき、軸
受構造及びそれを備えたスピンドルモータの耐久性を向
上させることができる。
【００５４】又、軸受部を構成するシャフト及びスリー
ブを、請求項３に示す幾何学的定義における真円度（平
均直径に対する断面の内・外接円半径差）で１．０×１
０-4以下、又両材質の熱膨張係数の差を８×１０-6／℃
以下でかつ回転側部材の弾性係数を２．５×１０4ｋｇ
ｆ／ｍｍ2以上、とすることにより、ハーフホワールの
発生を抑えることができ、安定した高速回転を実現する
ことができる。
ブを、請求項３に示す幾何学的定義における真円度（平
均直径に対する断面の内・外接円半径差）で１．０×１
０-4以下、又両材質の熱膨張係数の差を８×１０-6／℃
以下でかつ回転側部材の弾性係数を２．５×１０4ｋｇ
ｆ／ｍｍ2以上、とすることにより、ハーフホワールの
発生を抑えることができ、安定した高速回転を実現する
ことができる。
【００５５】又、軸受部にラジアル隙間が広い箇所を１
ヶ所以上設け、その隙間を平均ラジアル隙間の１０倍以
内、中心角を３度以上９０度以下とすることにより、前
記浮上回転数をより低くすることが期待できる。
ヶ所以上設け、その隙間を平均ラジアル隙間の１０倍以
内、中心角を３度以上９０度以下とすることにより、前
記浮上回転数をより低くすることが期待できる。
【００５６】又、前記シャフト及びスリーブを構成する
両部材の内、少なくとも一方の部材がセラミックス、中
でもアルミナ質セラミックス、窒化ケイ素質セラミック
ス、炭化ケイ素質セラミックスとすることにより、より
耐久性、剛性を高めることができる。
両部材の内、少なくとも一方の部材がセラミックス、中
でもアルミナ質セラミックス、窒化ケイ素質セラミック
ス、炭化ケイ素質セラミックスとすることにより、より
耐久性、剛性を高めることができる。
【００５７】そして上記のような複合軸受構造を備える
ことにより、耐久性の高いスピンドルモータを実現する
ことができる。
ことにより、耐久性の高いスピンドルモータを実現する
ことができる。
【図１】 本発明の実施の形態にかかる複合軸受構造を
備えたスピンドルモータの断面図である。
備えたスピンドルモータの断面図である。
【図２】 図１に示す複合軸受構造の磁石配置を示す断
面図である。
面図である。
【図３】 本発明の他の実施の形態にかかる複合軸受構
造を備えたスピンドルモータの断面図である。
造を備えたスピンドルモータの断面図である。
【図４】 本発明にかかる軸受摺動部材の断面形状を示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】 本発明にかかる摺動部材の溝形状を示す説明
図である。
図である。
【図６】 本発明かかる複合軸受構造を備えたスピンド
ルモータの測定方法を示す概略図である。
ルモータの測定方法を示す概略図である。
【図７】 図６に示す測定結果で得られるグラフであ
る。
る。
２ シャフト ３ スリーブ ５ 磁石 ６ 磁石 １２ シャフト １３ スリーブ １５ 磁石 １６ 磁石 １８ 磁石 １９ 磁石 ２０ シャフト（スリーブ）断面形状 ２１ シャフト（スリーブ）断面形状を挟む同心円の内
の外接円 ２２ シャフト（スリーブ）断面形状を挟む同心円の内
の内接円
の外接円 ２２ シャフト（スリーブ）断面形状を挟む同心円の内
の内接円
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 7/09 Ｈ０２Ｋ 7/09 (72)発明者 小村 修 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 3J011 AA01 BA01 CA01 DA02 SD02 SD03 SD04 3J102 AA01 BA03 BA19 CA19 DA03 DA07 FA06 GA03 5H607 AA04 BB01 BB09 BB14 BB17 CC01 CC05 DD02 DD03 FF12 GG01 GG02 GG09 GG12 GG14 GG17 KK02 KK10
Claims (13)
- 【請求項１】 シャフトと、そのシャフトの外周部に相
対回転可能に嵌装されるスリーブとからなり、 前記シャフトとスリーブのラジアル方向では、その両者
間の相対回転によって生ずる動圧によって支承され、 同じくアキシャル方向では、ラジアル方向に空隙を有し
て対向する磁石間もしくは磁石と磁性体との間の磁力の
作用によって支承される形式のラジアル／アキシャル複
合軸受構造において、 前記シャフトもしくはスリーブの内のいずれか一方の回
転側部材には、前記軸受の軸心と同心に前記磁石もしく
は磁性体が、直接もしくは他の部材を介して取り付けら
れ、 他方の固定側部材には、前記軸受の軸心と偏心して前記
磁石もしくは磁性体が、直接もしくは他の部材を介して
取り付けられ、 前記固定部材に取り付けられた磁石もしくは磁性体の前
記軸受の軸心からの偏心量が、両磁石間もしくは磁石と
磁性体間に設けられる平均半径隙間に対して、０．０１
以上０．３以下の比率であることを特徴とする複合軸受
構造。 - 【請求項２】 前記アキシャル軸受部を構成する前記磁
石同士もしくは磁石と磁性体との組合せを、軸受の軸方
向両端末に各１組づつ備えていることを特徴とする、請
求項１に記載の複合軸受構造。 - 【請求項３】 ラジアル軸受部における前記スリーブお
よび前記シャフトの中心軸に垂直な断面の形状を、軸受
部で対向する各相手側部材との摺動面を構成することが
可能な曲線区間およびそれに基づく包絡線よりなる閉曲
線として描き、その閉曲線を２つの同心円で挟んでその
同心円間の半径差が最少になるときの半径差をδ、その
ときの前記同心円間の平均直径をＣとしたとき、スリー
ブ及びシャフトの双方の断面ともが、δ／Ｃ≦１．０×
１０-4を満足することを特徴とする、請求項１もしくは
請求項２に記載の複合軸受構造。 - 【請求項４】 請求項３に定める幾何学的定義と同一の
定義下において、前記スリーブ及びシャフトの双方の断
面ともが、δ／Ｃ≦７×１０-5を満足することを特徴と
する、請求項１もしくは請求項２に記載の複合軸受構
造。 - 【請求項５】 前記ラジアル動圧軸受部を構成するシャ
フト外周面及びスリーブ内周面のいずれか一方に、ヘリ
ングボーン状あるいは螺旋状の溝を設けたことを特徴と
する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の複合軸
受構造。 - 【請求項６】 前記ラジアル動圧軸受部において、前記
スリーブおよびシャフトを同軸に配置した時に、その軸
線に平行に軸受部嵌合長さの４０％以上に渡ってラジア
ル隙間が広い箇所が１ヶ所以上存在することを特徴とす
る、請求項１から請求項４のいずれかに記載の複合軸受
構造。 - 【請求項７】 前記ラジアル隙間が広い箇所における当
該隙間は、その箇所を除く他の平均ラジアル隙間に対し
１０倍以内の大きさで、その隙間の幅は、中心角で３゜
以上９０゜以下であることを特徴とする、請求項６に記
載の複合軸受構造。 - 【請求項８】 前記動圧軸受部のシャフトおよびスリー
ブを構成する両部材の熱膨張係数の差が８×１０-6／℃
以下で、かつ前記シャフトおよびスリーブのうちの回転
側部材の弾性係数が２．５×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上で
あることを特徴とする、請求項１から請求項７に記載の
複合軸受構造。 - 【請求項９】 前記動圧軸受部のシャフト及びスリーブ
を構成する両部材の内、少なくとも一方の部材がセラミ
ックスからなることを特徴とする、請求項１から請求項
８のいずれかに記載の複合軸受構造。 - 【請求項１０】 前記セラミックスが、アルミナ質セラ
ミックス、窒化ケイ素質セラミックス、炭化ケイ素質セ
ラミックスからなる群の中から選択されることを特徴と
する、請求項９に記載の複合軸受構造。 - 【請求項１１】 請求項１から請求項１０のいずれかに
記載の複合軸受構造を組み込んだことを特徴とするスピ
ンドルモータ。 - 【請求項１２】 前記ラジアル動圧軸受部のシャフト及
びスリーブとの接触回転数が２，０００ｒｐｍ以下であ
ることを特徴とする、請求項１１に記載のスピンドルモ
ータ。 - 【請求項１３】 請求項１１及び請求項１２に記載のス
ピンドルモータの製造過程において、接触回転数を測定
するステップを含むことを特徴とするスピンドルモータ
の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11124194A JP2000314421A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | ラジアル／アキシャル複合軸受構造、及び同構造を持つスピンドルモータ |
| US09/559,087 US6307295B1 (en) | 1999-04-30 | 2000-04-27 | Spindle motor and complex bearing assembly for use with the spindle motor |
| EP00303639A EP1048863B1 (en) | 1999-04-30 | 2000-04-28 | Spindle motor and complex bearing assembly for use with the spindle motor |
| KR1020000022672A KR100710792B1 (ko) | 1999-04-30 | 2000-04-28 | 스핀들 모터 및 스핀들 모터용 복합 베어링 조립체 |
| DE60025066T DE60025066T2 (de) | 1999-04-30 | 2000-04-28 | Spindelmotor und komplexer Lagervorrichtung für einen Spindelmotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11124194A JP2000314421A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | ラジアル／アキシャル複合軸受構造、及び同構造を持つスピンドルモータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000314421A true JP2000314421A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14879324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11124194A Pending JP2000314421A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | ラジアル／アキシャル複合軸受構造、及び同構造を持つスピンドルモータ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307295B1 (ja) |
| EP (1) | EP1048863B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000314421A (ja) |
| KR (1) | KR100710792B1 (ja) |
| DE (1) | DE60025066T2 (ja) |
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