JPH10318250A - 流体軸受と流体軸受の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性に優れて、安価な流体軸受を提供する
こと。 【解決手段】 円周方向Ｄに関してある角度θ１傾いて
第１方向Ｄ１に形成された第１溝１３１を有して軸を受
けるための第１円筒部材１３０と、円周方向Ｄに関して
ある角度θ２傾いて第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ
２に形成された第２溝１４１を有して軸２を受けるため
の第２円筒部材１４０と、を有し、第１円筒部材１３０
と第２円筒部材１４０を軸方向に積むことにより円筒体
を構成すると、第１円筒部材１３０の第１溝１３１と第
２円筒部材１４０の第２溝１４１がほぼＶ字型の流体物
案内溝を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転する軸を流体
物を用いて隙間を発生させて支持するための流体軸受と
流体軸受の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の流体軸受は、軸とスリーブの内
周面のいずれかに溝を形成して、この溝内に油や空気等
の流体物を集めるようにすることで、軸が回転した場合
には流体物が発生する発生圧力（動圧力）により、軸と
スリーブの間に隙間を得るようになっている。図８は従
来用いられている流体軸受のスリーブ１０００を示して
いる。この円筒状のスリーブ１０００の内周面には、ほ
ぼＶ字型の溝１００１が何本も形成されている。このよ
うな円筒体のスリーブ１０００の内周面に対して、溝１
００１を形成するには次のように行なっている。スリー
ブ１０００の内周面に溝１００１を形成する場合には、
スリーブ１０００の内周面に対して、特殊な転造工具を
数値制御旋盤のＣ軸に関する回転角度と同期させて、ね
じれ加工を行い、途中からはそのねじれ加工を逆回転す
ることで、図８に示す溝１００１のＶ字型の合流部分１
００２を作っている。すなわち、工具の外径部にボール
を埋め込んで、この工具に対してスリーブ１０００を軸
方向と回転方向の両方向に同動に作動することで、右ね
じれネジ部分１００３と左ねじれネジ部分１００４を形
成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】転造加工法を用いる場
合に、数値制御旋盤（ＮＣ旋盤）のＣ軸で制御しながら
低速回転でスリーブに転造加工を行う必要があり、生産
性に問題がある。この転造加工の場合には、溝１００１
を形成した後に、溝１００１が挟む山の部分と、スリー
ブ１０００の内径の加工を一回の取り付けチャックの状
態でほぼ同時に加工することができるために、溝深さ精
度のよい流軸が得られるが、Ｃ軸制御型のＮＣ旋盤は高
価であり、その加工タクトを短縮することができず、高
精度でありかつ高価な流体軸受を作成する場合の使用に
限られている。そこで本発明は上記課題を解消し、生産
性に優れて、安価な流体軸受を提供することを目的とし
ている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、流体物を、軸を受ける円筒体の内面に形成され
た溝に位置させて、軸の回転の際に発生する流体物の圧
力により軸と円筒体の内面の間に隙間を得て、軸をラジ
アル方向に関して支持するようになっている流体軸受で
あり、円周方向に関してある角度傾いて第１方向に形成
された第１溝を有し、軸を受けるための第１円筒部材
と、円周方向に関してある角度傾いて第１方向とは異な
る第２方向に形成された第２溝を有し、軸を受けるため
の第２円筒部材と、を有し、第１円筒部材と第２円筒部
材を軸方向に積むことにより円筒体を構成すると、第１
円筒部材の第１溝と第２円筒部材の第２溝がほぼＶ字型
の流体物案内溝を形成することを特徴とする流体軸受に
より、達成される。

【０００５】本発明では、第１円筒部材が、円周方向に
関してある角度傾いて第１方向に形成された第１溝を有
する。第２円筒部材は、円周方向に関してある角度傾い
て第１方向と異なる第２方向に形成された第２溝を有す
る。円筒体は、第１円筒溝と第２円筒溝を軸方向に積む
ことにより構成されるが、第１円筒部材の第１溝と、第
２円筒部材の第２溝がほぼＶ字型の流体物案内溝を形成
するようになっている。これにより、第１円筒部材の第
１溝と、第２円筒部材の第２溝はそれぞれ別々に加工す
ることができるので、安価であり、生産性に優れてい
る。

【０００６】上記目的は、本発明にあっては、流体物
を、軸を受ける円筒体の内面に形成された溝に位置させ
て、軸の回転の際に発生する流体物の圧力により軸と円
筒体の内面の間に隙間を得て、軸をラジアル方向に関し
て支持するようになっている流体軸受の製造方法であ
り、第１円筒部材の内周面に円周方向に関してある角度
傾いて第１方向に第１溝を形成し、第２円筒部材の内周
面に円周方向に関してある角度傾いて第１方向とは異な
る第２方向に第２溝を形成し、第１円筒部材と第２円筒
部材を軸方向に積むことにより円筒体を構成して、内面
を仕上げることで第１円筒部材と第２円筒部材の内周面
の円心度を得て第１円筒部材の第１溝と第２円筒部材の
第２溝がほぼＶ字型の流体物案内溝を形成することを特
徴とする流体軸受の製造方法により、達成される。

【０００７】本発明では、第１円筒部材の内周面に第１
方向に第１溝を形成し、第２円筒部材の内周面に第２方
向に沿って第２溝を形成する。そして第１円筒部材と第
２円筒部材を軸方向に積むことにより円筒体を構成し
て、内面を削ることで第１円筒部材と第２円筒部材の内
周面の同心度を得て、第１円筒部材の第１溝と第２円筒
部材の第２溝がほぼＶ字型の流体物案内溝を形成する。
これにより、第１円筒部材の第１溝と、第２円筒部材の
第２溝はそれぞれ別々に加工することができる、両部材
の同心度も得ることができ、安価であり、生産性に優れ
ている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【０００９】図１は本発明の流体軸受の好ましい実施の
形態が適用されているモータを示している。このディス
クＤは、モータ１の軸２に対して着脱可能な形式の例え
ばハードディスクである。従ってこのディスクＤは、取
り外して、別の同様のディスクＤを再び軸２に対しては
め込んで設定することができるものである。図２は、図
１の流体軸受を有するモータ１の構造を示している。こ
のモータ１は、軸２を有する偏平型のスピンドルモータ
である。モータ１は、ロータＲとステータＳを有し、ス
テータＳのコイル３に対して所定のパターンで通電する
ことによりロータＲとこれに設定したディスクＤ（ディ
スク型の情報記録媒体）を回転することができる。

【００１０】ロータＲの構造について説明する。ロータ
Ｒは、軸２、磁性ロータヨーク４、ロータマグネット
５、ディスクＤをチャッキングするためのチャッキング
マグネット６等を有している。磁性ロータヨーク４の中
心には穴４ａを有しており、この穴４ａには軸２が圧入
または接着剤により固定されている。

【００１１】磁性ロータヨーク４の上面には、ディスク
Ｄをチャッキングした時にディスクＤを支える支持部７
を有している。この支持部７は、軸２を中心としてリン
グ状に上方に突出して形成されている。磁性ロータヨー
ク４の中心部分には凹部８が形成されている。この凹部
８の中には、チャッキングマグネット６が固定されてい
る。このチャッキングマグネット６はリング状であり、
軸２を中心として凹部８に接着等により固定されてい
る。

【００１２】チャッキングマグネット６はハードディス
クのようなディスクＤを着脱可能に磁力で固定するマグ
ネットである。つまりディスクＤの中心の穴９に対して
軸２の上端部２ａをはめ込んだ状態で、チャッキングマ
グネット６はハードディスクＤの金属部分を吸着するこ
とでディスクＤは支持部７に支持されながら磁性ロータ
ヨーク４に対して着脱可能に固定できる。

【００１３】ロータマグネット５は、磁性ロータヨーク
４の内側に接着等により固定されている。このロータマ
グネット５は、例えばプラスチックマグネット等を用い
ることができ、このロータマグネット５の内面には、Ｎ
極とＳ極が交互に多極着磁されている。磁性ロータヨー
ク４は磁性を有する材料、例えば鉄等の金属で作られて
いる。磁性ロータヨーク４の凹部８の下面側には突起４
ｂがリング状に形成されている。

【００１４】次にステータＳについて説明する。ステー
タＳはベース２０、鉄芯２１、コイル３、流体軸受１０
０を有している。鉄芯２１は、ベース２０に対して固定
されており、コイルを配置するスロットが軸２を中心と
して円周方向に複数個配置されている。コイル３は鉄芯
２１にそれぞれ巻かれている。これらの複数組のコイル
３は、ベース２０に配置された配線を通して外部の通電
用の制御部に接続されている。ベース２０は、凹部２５
を有しており、このリング状の凹部２５には磁性ロータ
ヨーク４の突起４ｂがはめ込まれている。このように凹
部２５と突起４ｂを設けるのは、ロータＲが回転する際
に、たとえ軸受部分の油が飛散した場合でも凹部２５と
突起４ｂによりラビリンス構造となり、前記ラビリンス
の外周部へ油が漏れなくしている。

【００１５】図２に示す流体軸受１００は、モータ１の
ロータの軸２を流体物を用いて回転可能に支持するため
の軸受である。この流体軸受１００は、ベース２０に設
定されているが、ボス部１１０を有しておりこのボス部
１１０がベース２０に対して固定されている。ボス部１
１０は、図３に示すように円盤状部分１１１と円筒状部
分１１２を有している。円筒状部分１１２は、上部に開
口１１３を有し、円筒状部分１１２の下部１１４は円盤
状部分１１１により閉鎖されている。このボス部１１０
の円筒状部分１１２の中には、図３〜図５に示すよう
に、複数個の第１円筒部材１３０と第２円筒部材１４０
が圧入または接着等により固定されている。図３〜図５
の例では、２つの第１円筒部材１３０，１３０及び２つ
の第２円筒部材１４０，１４０が交互に積み重ねてあ
る。

【００１６】第１円筒部材１３０の内周面１３２には、
図３と図５に示すように、円周方向Ｄに関して、ある角
度θ１傾いた第１方向Ｄ１に形成された複数の第１溝１
３１を有している。この複数本の第１溝１３１は、第１
円筒部材１３０の内周面１３２に所定間隔毎に形成され
ている。これに対して、第２円筒部材１４０の内周面１
４２には、円周方向Ｄに対してある角度θ２傾けて第２
方向Ｄ２に沿って複数本の第２溝１４１を有している。
第１円筒部材１３０と第２円筒部材１４０がそれらの軸
方向Ｚに関して積み重ねられることにより、図３に示す
ようにほぼＶ字型（円周方向Ｄに関してほぼＶ字型）の
流体物案内溝を形成している。ある角度θ１，θ２は好
ましくは同じ角度である。

【００１７】図３のように、２組の第１円筒部材１３
０、第２円筒部材１４０が積み重ねられて、第１円筒部
材１３０と第２円筒部材１４０が、交互に合計４つ積み
重ねた状態では、２組のほぼＶ字型の流体物案内溝を形
成しており、これらの部材１３０，１４０は軸２をその
ラジアル方向の荷重を受けるラジアル軸受３０の役割を
果たす。そして図３に例示する第１溝１３１、第２溝１
４１の合流部分（合流点）１５０においては、流体物の
圧力が発生し、この圧力により、モータ１のロータ側の
軸２と、流体軸受１００の４つの第１円筒部材１３０、
第２円筒部材１４０との間における軸受剛性を得ること
ができる。なお軸２の外周面２ｃは、何の加工もされて
いなくて、スムーズな面になっている。このように軸２
が、流体軸受１００により軸受するのは、軸２が図２の
中心線ＣＬを中心として回転する際に、中心軸ＣＬが傾
くといった現象を、油や空気等の流体物でより防ぐため
である。

【００１８】なお、図３において、ボス部１１０の円盤
状部分１１０の内底面１２５と、軸２の下端面２ｄの間
には、別途図２に示すラジアル軸受３０に加えてスラス
ト軸受１０を設定するようにしても勿論よい。このスラ
スト軸受１０は、軸２のスラスト方向（Ｚ方向）におけ
る軸の力を支えるものである。この場合にスラスト軸受
１０は、流体物を用いて流体軸受として形成するため
に、図３の内底面１２５あるいは軸２の下端面２ｄに対
して、スパイラル型の溝あるいはヘリングボーン型の溝
（にしんの骨型の溝）を形成するようにしても勿論構わ
ない。

【００１９】次に、図３の流体軸受１００の製造方法に
ついて説明する。流体軸受１００の第１円筒部材１３０
は、エッチング法やＮＣ旋盤を用いて転造加工法等によ
り第１溝１３１を複数本形成する。同様にして、第２円
筒部材１４０の内周面には、転造加工法等により第２溝
１４１を複数本形成する。図５のように、第１溝１３１
は、第１円筒部材１３０の円周方向に対してある角度θ
傾いた第１方向Ｄ１に沿って形成される。また第２円筒
部材１４０の第２溝１４１は、第２円筒部材１４０の円
周方向Ｄに対してある角度θ２傾いた第２方向Ｄ２に沿
って形成される。第１円筒部材１３０と第２円筒部材１
４０の材質としては、真ちゅう、アルミニウム、鉄系
（ステンレスを含む）等を採用することができる。

【００２０】次に、２組の第１円筒部材１３０，１４０
を、図３〜図５に示すように交互に軸方向Ｚに沿って積
み重ねる。このように積み重ねることにより、第１円筒
部材１３０の第１溝１３１と第２円筒部材１４０の第２
溝１４１は、円周方向Ｄで見てほぼＶ字型の流体物案内
溝を形成し、このように組み合わせた状態で、第１円筒
部材１３０と第２円筒部材１４０の同心度を得るため
に、内径周囲面の加工を行う。第１円筒部材１３０の第
１溝１３１は左ねじれネジに類似する形状であり、第２
円筒部材１４０の第２溝１４１は、右ねじれネジに類似
するような形状になっている。この状態では、流体物の
合流部位１５０が複数形成できる。このような４つの第
１円筒部材１３０と第２円筒部材１４０は、好ましくは
接着剤等により接着し、かつ図３に示すようにボス部１
１０の円筒状部分１１２の内部に挿入して、接着または
圧入により締結する。第１円筒部材１３０と第２円筒部
材１４０の内径ｄは、軸２の直径に適合させた値に設定
されている。そして軸２は、油あるいは空気のような流
体物を入れた流体軸受１００の中に入れ込む。このよう
にして、図２のモータの軸２がステータＳＴ側のボス部
１１２側に回転可能に支持されることになる。

【００２１】次に、上述したモータの動作例について説
明する。図２のディスクＤが軸２に対してはめ込まれ
て、チャッキングマグネット６の磁気的吸引力によりデ
ィスクＤが支持部７に対してしっかりと固定される。次
に、ステータＳのコイル３に対して外部から所定の通電
パターンで給電することにより、コイル３に磁界が発生
し、その磁力線が鉄芯２１を通ってロータマグネット５
から磁性ロータヨーク４を通る磁力線と相互に作用す
る。これによりロータＲが軸２を中心としてステータＳ
に回転することから、ディスクＤはこのロータＲと一体
になって連続回転できる。この時に、軸２は流体軸受１
００により円滑に回転される。これにより、ステータＳ
の部分２６の内周面２６ａと軸２の周囲面２ｃの間には
空気又は油による動圧が発生するので、この動圧により
軸２はベース２０に対して摩擦抵抗が少ない状態で円滑
にかつ安定して軸振れをせずに回転できる。同時に、ス
ラスト軸受１０においては、流体物の動圧を発生してい
る。このようなことから軸２の中心軸ＣＬは、ディスク
Ｄを回転させる時に軸傾きがなく、しかも図３の軸２は
ラジアル軸受３０とスラスト軸受１０の少なくとも２カ
所で支持されているので、安定して軸振れもなく回転で
きる。

【００２２】また磁性ロータヨーク４の凹部８がベース
２０の部分２６側に近づけて配置されているので、軸２
の軸長が短くてもディスクＤをチャッキングすることが
でき、モータ１の軸方向の薄型化が図れる。そして磁性
ロータヨーク４とベース２０の間には、大きなコイル収
容部７７を設けることができることから、コイル３の巻
数を増やしてロータＲの駆動力を増強することもでき
る。ロータの軸２が流体軸受１００内で回転すると、第
１円筒部材１３０の第１溝１３１と第２円筒部材１４０
の第２溝１４１の合流部位１５０において、流体物の圧
力が発生し、その圧力により、軸受剛性を高めて、軸２
は流体軸受１００において、円滑に軸振れがなくスムー
ズに回転される。

【００２３】流体軸受には要求仕様として各種あり、３
万回転以上を要求する物から１万回転前後の物もあり、
産業用の高精度スピンドル対応軸受から民生用の安価な
軸受まである。従来の製造方法ではベアリング使用の軸
受に対し価格的にはその数倍になり、流体軸受のＮＲＲ
Ｏ精度（非周期ブレ、Ｎｏｎ Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ
ＲｕｎＯｕｔ）を要求された場合に限られて使用されて
きた。さらに安価な軸受構造としてオイルレスメタルを
使用する軸受には価格体系として流体軸受を使用するこ
とは無かった。概算として民生用機器の軸受の軸受部分
の価格比較をするとベアリング使用……ベアリング２個
で約１００円であり、メタル使用……メタルサイジング
込みで４０円〜５０円である。本発明の流体軸受の好ま
しい実施の形態はメタル軸受と同等価格かもしくは低価
格を実現する。その価格構成は軸受け寸法にもよるが直
径４ｍｍ前後を例として、右ねじりネジを有するスリー
ブ…８円前後…２個使用、左ねじりネジを有するスリー
ブ…８円前後…２個使用すると、小トータルで３２円と
なり、本体に対する締結（圧入、接着等）代金を５円と
して、トータル３７円となる。よって本発明の流体軸受
の好ましい実施の形態は、メタル方式では限界の回転数
１万回転を、メタル方式と同等な安価で提供出来る。

【００２４】以上説明したように本発明の流体軸受の実
施の形態では、流体軸受スリーブ型のＶ字型の溝部分を
分解して、左の内径ねじ型の第１溝と、右側の内径ねじ
型の第２溝の組み合わせができるようにすることで、製
造が楽で安価な流体軸受を提供することができる。すな
わち、それぞれの第１円筒部材と第２円筒部材に形成さ
れる第１溝と第２溝が、単純形状になっているので、特
殊な加工法が不要である。なお、第１円筒部材と第２円
筒部材の内周面に形成される溝の数は、図示の例に限ら
ず、例えば６本〜１２本のような多数本の溝を確保する
ことも勿論可能である。いずれにしてもＶ字型の合流部
位１５０においては流体物の高圧力を得ることができ、
この流体物の発生圧力により、軸と第１円筒部材と第２
円筒部材間において隙間を得ることができる。

【００２５】ところで本発明は上記実施の形態に限定さ
れない。上述した実施の形態では、ディスク型の情報記
録媒体としてハードディスクの例を取り上げており、軸
２に対して着脱可能にしている。しかしこれに限らず、
ディスク状の情報記録媒体としては、光ディスク、光磁
気ディスク、その他の種類の磁気ディスク等も採用でき
る。また本発明の流体軸受は、モータに限らず、回転す
る軸を支える部分を有する機器であれば、特に本発明の
流体軸受が適用される機器の種類は限定されない。図６
と図７は本発明の流体軸受の別の実施の形態を示してお
り、図６の第１円筒部材４３０の第１溝１３１と、第２
円筒部材４４０の第２溝１４１は、互いにずれて位置し
ており、ほぼＶ字型かそれに同等の形状になっている。
図７の実施の形態では、第１円筒部材１３０と第２円筒
部材１４０の間に、溝なしのリング状のスペーサ２８９
が入っている。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
生産性に優れて、安価な流体軸受を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流体軸受の好ましい実施の形態が適用
されているモータの一例を示す斜視図。

【図２】図１のモータに適用されている本発明の流体軸
受の好ましい実施の形態を示す図。

【図３】モータの軸とこの軸が回転可能に支持される流
体軸受の一例を示す拡大図。

【図４】図３の流体軸受の第１円筒部材と第２円筒部材
を示す斜視図。

【図５】図４の第１円筒部材及び第２円筒部材の内部を
示す断面を有する斜視図。

【図６】本発明の流体軸受の別の実施の形態を示す図。

【図７】本発明の流体軸受の別の実施の形態を示す図。

【図８】従来の流体軸受の一例を示す図。

【符号の説明】

１００・・・流体軸受、１３０・・・第１円筒部材、１
３１・・・第１溝、１４０・・・第２円筒部材、１４１
・・・第２溝、Ｄ・・・円周方向、θ１，θ２・・・あ
る角度、Ｄ１・・・第１方向、Ｄ２・・・第２方向、Ｚ
・・・軸方向

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体物を、軸を受ける円筒体の内面に形
   成された溝に位置させて、軸の回転の際に発生する流体
   物の圧力により軸と円筒体の内面の間に隙間を得て、軸
   をラジアル方向に関して支持するようになっている流体
   軸受であり、 円周方向に関してある角度傾いて第１方向に形成された
   第１溝を有し、軸を受けるための第１円筒部材と、 円周方向に関してある角度傾いて第１方向とは異なる第
   ２方向に形成された第２溝を有し、軸を受けるための第
   ２円筒部材と、を有し、第１円筒部材と第２円筒部材を
   軸方向に積むことにより円筒体を構成すると、第１円筒
   部材の第１溝と第２円筒部材の第２溝がほぼＶ字型の流
   体物案内溝を形成することを特徴とする流体軸受。
2. 【請求項２】 円筒体の第１円筒部材と第２円筒部材
   は、収容体内に軸方向に積み重ねた状態で収容して保持
   されている請求項１に記載の流体軸受。
3. 【請求項３】 ロータとロータを回転可能に支持するス
   テータを備えるモータに配置されて、収容体はモータの
   ステータの一部であり、ロータの軸を第１円筒部材と第
   ２円筒部材により受けるようになっている請求項２に記
   載の流体軸受。
4. 【請求項４】 １組あるいは複数組の第１円筒部材と第
   ２円筒部材が、円筒体を構成する請求項１に記載の流体
   軸受。
5. 【請求項５】 流体物を、軸を受ける円筒体の内面に形
   成された溝に位置させて、軸の回転の際に発生する流体
   物の圧力により軸と円筒体の内面の間に隙間を得て、軸
   をラジアル方向に関して支持するようになっている流体
   軸受の製造方法であり、 第１円筒部材の内周面に円周方向に関してある角度傾い
   て第１方向に第１溝を形成し、 第２円筒部材の内周面に円周方向に関してある角度傾い
   て第１方向とは異なる第２方向に第２溝を形成し、 第１円筒部材と第２円筒部材を軸方向に積むことにより
   円筒体を構成して、内面を仕上げることで第１円筒部材
   と第２円筒部材の内周面の同心度を得て、 第１円筒部材の第１溝と第２円筒部材の第２溝がほぼＶ
   字型の流体物案内溝を形成することを特徴とする流体軸
   受の製造方法。
6. 【請求項６】 第１円筒部材と第２円筒部材の間にはス
   ペーサを配置する請求項５に記載の流体軸受の製造方
   法。
7. 【請求項７】 第１円筒部材の第１溝と第２円筒部材の
   第２溝の位置でずれている請求項５に記載の流体軸受の
   製造方法。