JPH09317758A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軸部材と軸受部材とを、軸方向に間隔を置いて
配置した玉軸受と動圧軸受とで相対回転自在に支持する
ようにした軸受装置で、玉軸受に予圧を付与するのに、
従来は高価な希土類磁石を用いた予圧付与機構を組み込
んでいるため、装置の低コスト化が難しい。 【解決手段】軸部材１と軸受部材４０とを、軸方向に間
隔を置いて配置した玉軸受３と動圧軸受４とを介して相
対回転自在に組み立てると共に、軸部材１の動圧軸受４
側の端面１ａと軸受部材４０との間に圧力室１４を設け
て、その圧力室１４に軸受装置の作動時に動圧軸受４か
ら流体を供給して玉軸受３に予圧を付与する構成とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば磁気ディス
ク装置，光ディスク装置，レーザプリンタ，ＶＴＲ等の
映像，音響，情報機器およびその他の精密回転機器に用
いられる軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の軸受装置としては、例え
ば図６に示すような磁気ディスク装置のスピンドルモー
タに組み込まれたものが知られている（特開平６−３１
１７０２号公報）。この軸受装置は、図外の基台に固定
される軸部材ｂと、図示しない磁気ディスクが搭載され
て回転駆動部ｃで回転駆動されるスリーブ部材ｄとの間
に、軸方向に互いに離間させて転がり軸受（玉軸受）ｅ
及び動圧軸受ｆを配設してあり、その動圧軸受ｆの近傍
の軸部材ｂに第１の永久磁石ｇを固定するとともに、そ
の第１の永久磁石ｇに同極で対向して反発する第２の永
久磁石ｈをスリーブ部材ｄに固定し、第１の永久磁石ｇ
と第２の永久磁石ｈとの反発力の少なくとも一部の力を
転がり軸受ｅの方向に作用させることにより、当該転が
り軸受ｅに予圧を作用させるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の軸受装置においては、玉軸受ｅに予圧を与えるため
に、動圧軸受ｆの上部近傍に第１の永久磁石ｇと第２の
永久磁石ｈとを対向配置して反発型磁気軸受または吸引
型磁気軸受を構成するという手段を講じている。したが
って、玉軸受ｅに十分な予圧を付与するためには、高価
な希土類磁石のような反発力または吸引力が大きな磁石
を使用することが必要であり、低コスト化が難しいとい
う問題点がある。

【０００４】そこで本発明は、このような従来の軸受装
置の問題点に着目してなされたもので、高価な希土類磁
石に代わる玉軸受への予圧付与手段を設けることによ
り、予圧付与構造を備えた軸受装置の低コスト化を図る
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１にかかる軸受装置は、軸部材と軸
受部材とを、軸方向に間隔を置いて配置した玉軸受と動
圧軸受とを介して相対回転自在に組み立てると共に、前
記軸部材の動圧軸受側の端面と軸受部材との間に圧力室
を設け、その圧力室に軸受装置の作動時に前記動圧軸受
から流体を供給して前記玉軸受に予圧を付与することを
特徴とする。

【０００６】このように構成した本発明の軸受装置にあ
っては、その回転作動により動圧軸受の動圧発生用の溝
の潤滑流体に発生した圧力が、軸部材の端面に臨む圧力
室に供給される。その圧力で軸部材を軸方向に加圧して
変位させ玉軸受に予圧を付与する。したがって、軸受装
置の外部に別途に玉軸受用の予圧付与手段を設ける必要
はない。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、同等の機能を有する部材に
は、各図において同一の符号を付して示してある。

【０００８】先ず構成を説明すると、図１は本発明の軸
受装置２０の第１の実施形態の断面図である。円筒状の
軸部材１とスリーブ部材２とが、軸方向に間隔を置いて
配置した深溝玉軸受（以下、単に玉軸受という）３と動
圧軸受４とを介して相対回転自在に組み立てられてい
る。玉軸受３は、その内輪３ｎの内周面が軸部材１の外
周面に嵌着され、複数個の玉３ｔを挟んで内輪３ｎに対
向する外輪３ｇの外周面がスリーブ部材２の下部に設け
た大径の円筒孔５の内周面に嵌着している。動圧軸受４
は、軸部材１の一端（上端）面１ａの近傍の軸部材の外
周面がラジアル外周面７とされ、これにラジアル軸受隙
間８を介して対向するスリーブ部材２の上部円筒孔９の
内周面がラジアル軸受面１０とされ、そのラジアル軸受
面１０に例えばスパイラル状の動圧発生用の溝１１がボ
ール転造等の手段で形成されている。

【０００９】前記スリーブ部材２の上部円筒孔９は、軸
部材１の動圧軸受４側の端面１ａに軸方向隙間空間Ｓを
介して対向配置するとともに、加締め等の手段でスリー
ブ部材２に固着した蓋部材１３で閉じ、当該隙間空間Ｓ
を圧力室１４として構成している。従って、スリーブ部
材２と蓋部材１３とは軸受部材４０を構成する。

【００１０】スリーブ部材２の下部の玉軸受３側の円筒
孔５の開放端には磁性流体シール１５を付設して、当該
玉軸受３から発生するダストの外部放出を防止してい
る。次にこの実施形態の作用を述べる。

【００１１】以上のように構成した軸受装置２０は、軸
受装置の作動時すなわち軸部材１と軸受部材４０とが相
対回転作動すると、動圧軸受４の動圧発生用の溝１１内
の予め供給されている潤滑流体に圧力が発生して、軸部
材１とスリーブ部材２とがラジアル軸受隙間８を介して
互いに非接触で支持され、スリーブ部材２の軸部材１に
対する傾き及び偏心が防止されるのみならず、当該潤滑
流体の圧力が圧力室１４内の潤滑流体にも伝達されて軸
部材１の端面１ａを図の下方（玉軸受３側）へ押圧す
る。この押圧力は軸部材１を介して伝達されてその軸部
材１に嵌着された玉軸受３の内輪３ｎに負荷されて玉３
ｔに予圧力が付与され、玉軸受３は軸部材１またはスリ
ーブ部材２に負荷されるラジアル荷重とスラスト荷重と
を支持する。

【００１２】かくして本実施形態によれば、例えば高価
な希土類磁石等を用いるなどして別途に玉軸受予圧付与
手段を設けることなく、玉軸受３に所要の剛性を与える
ことが可能であり、軸受装置全体の低コスト化が実現で
きる。しかも、軸部材１とスリーブ部材２との間に軸方
向に間隔を置いて介在する二組の軸受は、一方のみが玉
軸受３で、他方はラジアル軸受隙間８を有する動圧軸受
４としたので、双方の軸受にともに玉軸受３を使用した
軸受装置の場合に比べて、軸受の組立誤差に起因するミ
スアライメントの影響を受けにくく、その結果、本軸受
装置２０をスピンドルモータに組み込んだ場合の当該モ
ータの非回転同期成分の振れを、従来の軸受装置より小
さくすることができるという効果をも奏する。因みに、
本願発明者等の研究結果によれば、スピンドルモータの
非回転同期成分の振れの主な原因は、玉軸受単体の非回
転同期成分の振れよりも、２個の玉軸受の組立誤差に起
因するミスアライメントによる影響が大きいという知見
が得られている。

【００１３】ここで、玉軸受３と動圧軸受４とにそれぞ
れ用いる潤滑流体の種類及びそのシールについて説明す
る。両軸受の潤滑流体の種類は、同一のものでも、異な
るものでもよい。例えば 玉軸受３にグリースを使用し、動圧軸受４には潤滑油
を使用する。 玉軸受３及び動圧軸受４の双方にグリースを使用す
る。 玉軸受３及び動圧軸受４の双方に潤滑油を使用する。 玉軸受３及び動圧軸受４の双方に磁性流体を使用す
る。 等、種々の対応が可能である。

【００１４】，．のケースのように、双方の軸受
に同一の潤滑流体を使用した場合は、玉軸受３と動圧軸
受４との潤滑流体同士が混じり合って潤滑特性が変化し
てしまうという危険性を防止できる。また、のケース
のように、双方の軸受に異なる潤滑流体を使用した場合
は、それぞれの軸受に最適な潤滑流体を選ぶことが可能
となり、きめ細かな軸受性能の設計が可能となる。

【００１５】更に、本実施形態のように、スリーブ部材
２の下部の玉軸受３側の開放端に磁性流体シール１５を
付設した場合に、上記のケースの如くに玉軸受３及び
動圧軸受４の双方とも磁性流体を使用して潤滑すると、
潤滑流体の混合による潤滑特性変化や軸受装置外への潤
滑流体の漏れが無くなるので好ましい。

【００１６】また、軸受部材４０には動圧軸受４の軸受
すき間８から玉軸受３の側へはみ出す潤滑流体を表面張
力により保持するためのテーパ部１６が、ラジアル軸受
面１０の玉軸受３側の端に隣接して設けられており、こ
れにより、潤滑流体の漏れと周囲への飛散が防止され
る。そのテーパ部１６の軸心に対するテーパ角度θは２
°〜４５°の範囲が好ましい。テーパ角度θが２°未満
ではテーパ部１６に保持できる潤滑流体の量が少なくな
り、一方テーパ角度θが４５°を超えると軸受装置の回
転時の遠心力によって潤滑流体が飛散し易くなる場合が
ある。回転数が３６００ｒｐｍよりも高速の場合には、
テーパ部１６の軸心に対するテーパ角度θを３０°以下
に設定すると潤滑流体の飛散防止効果がより顕著にな
る。

【００１７】なお、ラジアル軸受面１０とテーパ部１６
とラジアル軸受面１０及びテーパ部１６に対向する軸部
材１の外周面との少なくとも一方に、潤滑流体をはじく
性質を持つ撥油剤を前もって被着しておくと、その撥油
剤にはじかれた潤滑流体が毛細管現象により軸受すき間
８へ移行して外部へ飛散しなくなり、軸受すき間８から
の潤滑流体の流出・飛散の防止を確実に行うことができ
る利点がある。具体的には、例えば潤滑流体にフッ素油
を用いる場合には、撥油剤としてシリコン油を予め被着
しておき、潤滑流体に鉱油や合成油を用いる場合には、
撥油剤としてフッ素油系改質膜を被着しておくとよい。

【００１８】図２は、本発明の軸受装置の第２の実施形
態の断面図である。この実施形態の軸受装置２０は、玉
軸受３の内輪３ｎを取り除いて、軸部材１の外周面に直
接に玉３ｔの軌道面３ｋを形成している。内輪３ｎを省
いたことにより軸受装置全体の外径を小さくすることが
できる利点がある。なお、スリーブ部材２は、加工性と
摺動性の良い快削黄銅やりん青銅などの軟質金属製とし
て、スリーブ部材２の内周面におけるラジアル軸受面１
０に動圧発生用の溝１１を容易に塑性加工できるように
するとともに、動圧軸受４の起動時に発生するラジアル
軸受面１０とラジアル外周面７との接触による摩耗の緩
和を図っている。その動圧軸受４のラジアル軸受面１０
の動圧発生用の溝１１は、非対称なヘリングボーン状の
溝としてラジアル負荷容量を高めている。また、スリー
ブ部材２の内周面の上端部には円筒ころ部材１７を圧入
して、軸部材１の端面１ａと円筒ころ部材１７との間に
軸方向すき間の圧力室１４を形成している。従って、ス
リーブ部材２と円筒ころ部材１７とは軸受部材４０を構
成する。また、この場合の玉軸受３の下端のシールは、
外輪３ｇに取り付けた一般的な玉軸受用のシールド又は
シール３ｓで行っている。

【００１９】この実施形態の軸受装置における上記以外
の作用効果は、第１の実施形態のものと同様である。続
いて、本発明の軸受装置の第３の実施形態を、スピンド
ルモータの断面図である図３を参照して説明する。

【００２０】この実施形態は、本発明に係る軸受装置２
０を実際のＨＤＤスピンドルモータ２１に、軸部材固
定，軸受部材回転で組み込んだもので、当該軸受装置２
０の軸部材１が基台２２に固定され、その軸部材１の上
部に配設したスリーブ部材２は図示されない磁気ディス
クが搭載されるハブ（回転体）２３の内周に一体に嵌着
されている。また、軸部材１の下部には玉軸受３が、そ
の内輪３ｎを軸部材１に嵌着しその外輪３ｇをハブ（回
転体）２３の内周面に嵌着することにより、内輪固定外
輪回転で装着されている。

【００２１】前記スリーブ部材２の内周面のラジアル軸
受面１０には、スパイラル状の動圧発生用の溝１１がボ
ール転造等の手段で形成され、またスリーブ部材２の内
周面には、ラジアル軸受面１０の玉軸受３側の端に隣接
して、テーパ部１６が設けられている。また、スリーブ
部材２の内周面上端部には円筒ころ部材１７が圧入され
て、軸部材１の上端面１ａとの間に軸方向すき間の圧力
室１４が設けられている。従って、ハブ２３とスリーブ
部材２と円筒ころ部材１７とは軸受部材４０を構成す
る。

【００２２】前記ハブ２３の下面には環状の凹部２４が
設けられ、この凹部２４は、スリーブ部材２及び玉軸受
３の外輪３ｇが嵌着されたハブ最内周面２３ｎとハブ最
外周面２３ｇとの間に位置しており、その環状の凹部２
４の内周面２４ｎに、ロータ（マグネット）２５が固定
され、一方、当該環状の凹部２４内に突き出して形成さ
れている基台２２の環状の突部２７の外周面２７ｇに
は、ロータ２５にエアギャップを隔てて半径方向に対向
に配されたステータ２８が固定されてモータＭが構成さ
れている。

【００２３】以上のように構成されたスピンドルモータ
２１の作動は次の通りである。前記モータＭのステータ
２８のコイルに通電すると、ハブ２３が駆動される。ハ
ブ２３は玉軸受３の玉３ｔ及び動圧軸受４のラジアル軸
受すき間８の流体膜を介して軸部材１に回転自在に支持
されているため、軸部材１の回りに回転駆動される。か
かる駆動時には、動圧軸受４の動圧発生用の溝１１のポ
ンピング作用により、軸受すき間８内の潤滑流体に動圧
が発生して、軸受装置２０のスリーブ部材２が軸部材１
に非接触で回転する。そして、軸受すき間８内の潤滑流
体で発生した動圧の伝達で、圧力室１４内の潤滑流体の
圧力が高まり、ハブ２３が上方向に押圧される結果、ハ
ブ最内周面２３ｎに嵌着された玉軸受の外輪３ｇに上向
きの力が作用して玉３ｔに予圧が付与されることとな
る。

【００２４】この予圧で、玉軸受３は剛性が高まり、軸
部材１または軸受部材４０に負荷されるラジアル荷重と
スラスト荷重とを支持する。かくしてこの第３の実施形
態にあっても、別途に玉軸受予圧付与手段を設けること
なく玉軸受３に所要の剛性を与えることができてスピン
ドルモータ２１の低コスト化が実現する。しかも、軸部
材１と軸受部材４０との間に介在する二組の軸受は、一
方が玉軸受３で他方はラジアル軸受隙間８を有する動圧
軸受４であるから、軸受の組立誤差に起因するミスアラ
イメントの影響を受けにくく、スピンドルモータ２１の
非回転同期成分の振れが抑制されてハブ２３ひいては磁
気ディスクの安定した回転が保証されるという効果をも
奏する。

【００２５】また、スリーブ部材２の内周面のテーパ部
１６で、動圧軸受４の軸受すき間８からはみ出す潤滑流
体を表面張力の作用により保持するから、潤滑流体が動
圧軸受４から漏れ出し、玉軸受３及び環状の凹部２４を
通過してハブ２３の外部に飛散し、これにより回転中の
磁気ヘッドの汚損される事態を回避することができる。

【００２６】図４に、本発明の軸受装置の第４の実施形
態を示す。この実施形態も、上記第３の実施形態の場合
と同じく、本発明に係る軸受装置２０を実際のＨＤＤス
ピンドルモータ２１に組み込んだ例である。しかしこの
場合はスリーブ部材固定，軸部材回転とした点が異なっ
ており、第２の実施形態に示した軸受装置２０を倒立さ
せて組み込んだタイプである。すなわち、基台２２に
は、スリーブ部材２がねじ止め等の手段で固定され、軸
部材１の方はカップを伏せた形状のハブ２３の軸心を通
してハブ２３に一体的に嵌着されている。前記固定スリ
ーブ部材２の上部の内周面には玉軸受３の外輪３ｇが嵌
入され、玉軸受３の内輪３ｎは取り除いて、軸部材１の
外周面に直接に玉３ｔの軌道面３ｋが形成してある。ま
た、スリーブ部材２の下部の内周面は動圧軸受４のラジ
アル軸受面１０であり、その面に例えば非対称なヘリン
グボーン状の動圧発生用の溝１１が形成され、軸部材１
の下部のラジアル外周面７に軸受すき間８を介して対向
している。圧力室１４は、スリーブ部材２の内周下端に
平板３１をねじ等で固着して開口を塞ぎ形成されてい
る。従って、スリーブ部材２と平板３１とが軸受部材４
０を構成する。また、スリーブ部材２の上部の開口端部
に、磁性流体シール１５を配設して軸部材１の外周面と
の間のすき間を磁性流体でシールし、玉軸受３内の潤滑
剤等のスリーブ部材２の外部への飛散を防止している。

【００２７】ハブ２３を軸部材１と一体回転させるモー
タＭについては、軸受装置のスリーブ部材２の外周面に
ステータ２８を固定し、そのステータ２８にエアギャッ
プを隔てて半径方向対向に配設するロータ２５がカップ
状のハブ２３の内周面２３ｎに固定されている。

【００２８】この実施形態によれば、玉軸受３の内輪３
ｎを省いたのでスリーブ部材２の外径が小さくなり、装
置を小型化できる利点がある。その他の作用効果は上記
第３の実施形態の場合と同様である。

【００２９】更に図５に、本発明の軸受装置の第５の実
施形態を示す。この実施形態は、本発明に係る軸受装置
２０をＨＤＤスピンドルモータ２１にスリーブ部材固
定，軸部材回転で組み込んであるが、軸部材１をハブ２
３から上方へ突き出す長さにするとともに玉軸受３をハ
ブ２３の外部に配置し、その長い軸部材１の両端部を軸
受で支持した点が上記各実施形態とは異なっている。す
なわち、スピンドルモータの基台２２の軸心部に貫通孔
３２を形成して、その貫通孔３２の内周面にスリーブ部
材２を挿入固着している。そのスリーブ部材２は加工性
と摺動性に優れた快削黄銅やりん青銅等の軟質金属製の
ものとし、その内面のラジアル軸受面１０に動圧発生用
の溝１１をボール転造等の塑性加工により形成して動圧
軸受４を構成してある。前記基台２２は、取付板３３に
ボルト止めして固定してあり、前記スリーブ部材２の下
部開放口はボール３４を嵌合して塞がれている。軸部材
１は下端側がスリーブ部材２に挿入され、上端側はＨＤ
Ｄスピンドルモータ２１の固定部材である取付板３３に
固定した蓋２１ｆを貫通している。その蓋２１ｆに、玉
軸受３を内蔵した軸受ケース３５が取付けられており、
軸部材１の上端部は当該玉軸受３により回転自在に支持
されている。従って、ボール３４，スリーブ部材２，基
台２２，取付板３３，軸受ケース３５及び蓋２１ｆは軸
受部材４０を構成する。軸部材１の下部のラジアル外周
面７は、軸受すき間８を介してスリーブ部材２のラジア
ル軸受面１０に対向配置され、軸部材１の平面状の下端
面１ｂと前記ボール３４との間には若干の軸方向すき間
を介在させて圧力室１４が設けられている。この実施形
態におけるモータＭの配置は上記第４の実施形態の場合
と同じである。

【００３０】この実施形態の場合、このように軸部材１
をハブ２３の外部に延長してその端部を玉軸受３を介し
て回転自在に軸受部材４０に保持させているため、玉軸
受３と動圧軸受４とが軸方向に大きく離れ、軸部材１の
振れ回りを押さえることができるという利点がある。そ
の他の作用効果は上記第４の実施形態の場合と同様であ
る。

【００３１】なお、上記各実施形態においては、動圧軸
受４の動圧発生用の溝１１をスリーブ部材２の内面のラ
ジアル軸受面１０に形成した場合を示したが、これに限
らず、動圧発生用の溝１１を軸部材１のラジアル外周面
７の方に設けても良く、またはラジアル外周面７とラジ
アル軸受面１０との両方に設けても良い。ラジアル外周
面７に動圧発生用の溝１１を設ける場合、軸部材１の材
質としてマルテンサイト系のステンレス鋼を用い、熱処
理により硬さを塑性加工可能なＨＲＣ４０〜５０程度に
保つことにより、ラジアル外周面７に動圧発生用の溝１
１をボール転造により容易に塑性加工することが可能に
なる。また、軸部材１の材質としてステンレス鋼等の焼
入れ可能なものを用いて熱処理等により硬くしておき、
動圧発生用の溝１１をエッチング加工で形成するように
してもよい。動圧発生用の溝１１の溝パターンについて
も、実施形態のものに限定されず、その他の種々の溝パ
ターンを採用することができる。

【００３２】また、上記実施の形態では、玉軸受として
深溝玉軸受を採用しているが、これに限定されず、４点
接触玉軸受等の他の玉軸受を適宜選択することができ、
また、玉軸受の形式、構造、材質及び熱処理等について
も上記実施の形態に限定する必要はなく、適宜変更して
もよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の軸受装置
は、動圧軸受の圧力を利用して玉軸受に予圧を付与する
ものとしたため、従来の軸受装置のような例えば希土類
磁石の反発力または吸引力を利用した高価な予圧付与手
段が不要となり、軸受装置の低コスト化が達成できると
共に、軸受装置の小型化も容易になるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受装置の第１の実施形態の断面図で
ある。

【図２】本発明の軸受装置の第２の実施形態の断面図で
ある。

【図３】本発明の軸受装置をスピンドルモータに適用し
た第３の実施形態の断面図である。

【図４】本発明の軸受装置をスピンドルモータに適用し
た第４の実施形態の断面図である。

【図５】本発明の軸受装置をスピンドルモータに適用し
た第５の実施形態の断面図である。

【図６】従来の軸受装置を用いたスピンドルモータの断
面図である。

【符号の説明】

１ 軸部材 ２ スリーブ部材 ３ 玉軸受 ４ 動圧軸受 １４ 圧力室 ２０ 軸受装置 ４０ 軸受部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部材と軸受部材とを、軸方向に間隔を
   置いて配置した玉軸受と動圧軸受とを介して相対回転自
   在に組み立てると共に、前記軸部材の動圧軸受側の端面
   と軸受部材との間に圧力室を設け、その圧力室に軸受装
   置の作動時に前記動圧軸受から流体を供給して前記玉軸
   受に予圧を付与することを特徴とする軸受装置。