JP2003056553A

JP2003056553A - スラスト動圧軸受

Info

Publication number: JP2003056553A
Application number: JP2001244928A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Kenji Ogimoto; 健治荻本; Yasuo Takamura; 康雄高村
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な小孔等を設けず、また製作に際してコ
ストアップとならず、且つ回転起動時に生じる負圧吸着
を防止し、回転起動時や停止時の摩耗を防止して軸受寿
命を向上させ、動圧軸受として正常に機能させることの
できるスラスト動圧軸受を提供する。【解決手段】回転体１の端面１ａ又はハウジング２の
該回転体１端面の対向面２ａのいずれかにスラスト動圧
溝１１を形成し、これらの隙間３に動圧発生用の作動流
体Ｌを封入し、前記回転体１とハウジング２との間の軸
受隙間３は、径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に減少
させる。この場合、軸受隙間３の外周端部３ａと内周端
部３ｂとの差を、０．２μｍ〜３μｍの範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スラスト動圧軸
受、特に密閉形スラスト動圧軸受の回転開始時の作動流
体の負圧吸着をなくすることのできるスラスト動圧軸受
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の密閉形スラスト動圧軸受は、図７
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、端部表面２０ａにスラス
ト動圧溝２１を形成した回転体２０と、該回転体２０を
僅かな隙間２３をおいて密封状態に配置するハウジング
２２と、これら回転体２０とハウジング２２との間の軸
受隙間２３に封入した潤滑流体Ｌと、で構成される。ス
ラスト動圧溝２１としては、ヘリングボーン形或いはＶ
字状の動圧溝が形成され、スラスト動圧溝２１の中心部
に潤滑流体Ｌが集まるように相対回転させ、ポンピング
作用により動圧力を発生させるようになっている。斯か
る構成の密閉形スラスト動圧軸受では、軸受隙間２３が
小さいと、回転起動時に潤滑流体の粘性或いは遠心力に
より動圧溝部に発生する動圧力が弱く、負圧等により吸
着力が発生し、動圧軸受として機能しない場合があっ
た。

【０００３】そこで、例えば図８（Ａ）、（Ｂ）に示す
ように、軸体３１と、この軸体３１の一端に設けられた
フランジ部３２と、から成る回転体３０と、これら軸体
３１及びフランジ部３２を密閉状態で収納するハウジン
グ４０と、で構成される動圧軸受が提案されている（特
開平１０ー１９６６４３号）。この場合、軸体３１の表
面にはラジアル動圧発生用のＶ字状或いはヘリングボ−
ン状の動圧溝３３が形成され、或いはフランジ部３２の
両端面３２ａ，３２ｂにはスラスト動圧発生用のＶ字状
或いはヘリングボ−ン状の動圧溝３４等が形成される。
そしてこれら回転体３０とハウジング４０との間の微小
空間３５、３６には動圧発生用の潤滑流体である作動流
体Ｌが封入される。

【０００４】上記構成の密封形スラスト動圧軸受では、
回転体３０が起動する際、フランジ部３２に形成された
軸方向両端面のスラスト動圧溝３４が同時に作動流体Ｌ
を半径方向中央部に引き込もうとするが、ハウジング４
０がフランジ部３２を密閉状態で収納しているため、フ
ランジ部３２の上・下の端面とハウジング４０との間に
負圧が発生し、もともと極めて少量しか作動流体が存在
しないハウジング４０の受面とフランジ部３２の下側の
端面との間に、特に半径方向内側の部分に十分に作動流
体を導くことができない、という問題があり、このため
フランジ部３２の付け根に小孔３７を設けたりしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すように、密
閉形スラスト動圧軸受を構成する回転体２０とハウジン
グ２２との受面との間の軸受隙間２３における作動流体
の不足、端面２０ａとハウジング２２の対向軸受面２２
ａとの間の平面度の誤差、動圧溝２１の中心位置や溝深
さの寸法精度の狂い等、を原因として回転による起動時
の動圧力が弱く、負圧による吸着力が発生し、相対面を
支持する力とならない、等スラスト動圧軸受としての機
能を果たせない場合がある、という問題があった。ま
た、このような不具合を防止するため、図８に示すよう
に、フランジ部３２の軸寄りに作動流体を導くための小
孔３７を設ける場合、小孔３７を正確に加工することは
難しくコストアップとなり、且つ小孔用のスペ−スが必
要となるという問題があった。

【０００６】この発明は上記する課題に対処するために
なされたものであり、複雑な小孔等を設けず、また製作
に際してコストアップとならず、且つ回転起動時に生じ
る負圧吸着を防止し、回転起動時や停止時の摩耗を防止
して軸受寿命を向上させ、動圧軸受として正常に機能さ
せることのできるスラスト動圧軸受を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、この発明は上記す
る課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回
転体と、該回転体を僅かの隙間をおいて密封状態に収納
するハウジングと、より成り、前記回転体端面又はハウ
ジングの該回転体端面の対向面のいずれかにスラスト動
圧溝を形成し、これらの隙間に動圧発生用の作動流体を
封入してなるスラスト動圧軸受において、前記回転体と
ハウジングとの間の軸受隙間は、前記スラスト動圧溝外
端部を含み径方向内側へ向かうにつれて傾斜的に増大さ
せたことを特徴とするものである。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
において、スラスト動圧溝外周端部が回転体側面部に開
放されている、もしくはスラスト動圧溝外周端部に微小
な厚みの縁部が設けられていることを特徴とするもので
ある。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、前記回転
体とハウジングとの間の軸受隙間の外周側動圧溝端部と
内周側動圧溝端部との差が、０．２μｍ〜３μｍの範囲
であることを特徴とするものである。

【００１０】更に、請求項４に記載の発明は、ラジアル
動圧溝を設け相対的に回転する軸とスラスト動圧溝を両
端面又は片側端面に設けたフランジ部を有し、これら軸
とフランジ部との付け根に凹部を形成した回転体と、該
回転体を密封状態に収納するハウジングと、より成り、
前記軸及びフランジ部とハウジングとの軸受隙間に作動
流体を密封してなるスラスト動圧軸受において、前記フ
ランジ部とハウジングの間の両面の軸受隙間は、径方向
外側に向かうにつれて小さくなるように形成すると共
に、該フランジ部の外周端部と内周端部との軸受隙間の
差が、０．２μｍ〜３μｍの範囲であることを特徴とす
るものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の具体的実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１（Ａ）
は、この発明の第１の実施の形態のスラスト動圧軸受の
一部断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ
矢視平面図である。また、図２は、図１（Ａ）の一部拡
大図である。

【００１２】このスラスト動圧軸受は、回転体１と、ハ
ウジング２とから成り、該回転体１は、ハウジング２の
周囲との間で僅かの隙間３，４をおいて密封状態に収納
されている。前記回転体１の端面１ａには動圧溝１１が
形成され、該回転体１の端面１ａとハウジング２の内側
面２ａとの間の隙間３は軸受隙間となるが、隙間４も回
転体１の側面またはハウジング２の内周側面に動圧溝を
形成することにより軸受隙間としてもよい。前記隙間
３，４には、動圧発生用の潤滑流体Ｌ（または、作動流
体Ｌとする）が封入されている。前記回転体１の動圧溝
１１はＶ字状或いはヘリングボ−ン状のスラスト動圧溝
である。そして、前記回転体１とハウジング２との間の
軸受隙間３は、径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に減
少させてある。この場合、後述するように、回転体１
と、ハウジング２との間の軸受隙間３の外周端部３ａの
隙間ｈ_oと、内周端部３ｂの隙間ｈ_iとの差が、０．２
μｍ〜３μｍの範囲にすることが好ましい。尚、スラス
ト動圧溝は、ハウジング２の内側面２ａに設けても良
い。

【００１３】上記するように、軸受隙間３を径方向外側
へ向かうにつれて傾斜的に減少させるのは、次のような
理由による。即ち、停止時回転体１と、該回転体１を支
持している受け面とが接触状態にある場合のように、相
対面の隙間が極小のときには、図３に示すように、回転
立ち上がり時（回転起動時）軸受隙間３における狭い隙
間の外周端部３ａ付近では、作動流体Ｌの粘性及び慣性
の影響により、作動流体は、矢印Ｆのような外周方向へ
の流れを生じる。そして同時に、この軸受隙間３の狭い
隙間の外周端部３ａにおいては、逆に回転立ち上がり
時、作動流体Ｌは、動圧溝１１に沿って流入しようとし
て、矢印Ｔのような内周方向への流れを生じる。そし
て、軸受隙間３の狭い外周端部３ａでは、これらの二つ
の流れが拮抗して負圧による吸着現象を防止する。図３
では、溝外周端部が開放されているが、微小縁部（０．
１〜０．５ｍｍ）が設けられていても良い。

【００１４】実施例図４（Ａ）は、この発明のスラスト動圧軸受の第２の実
施の形態の実施例の断面図であり、図４（Ｂ）は、図４
（Ａ）の一部（下部）拡大図である。このスラスト動圧
軸受は、軸５ｓとフランジ部５ｆとより成る回転体５
と、該回転体５を密封状態に収納するハウジング８と、
より構成され、これら軸５ｓとフランジ部５ｆとの付け
根に凹部１４を形成してある。そして、前記軸５ｓ及び
フランジ部５ｆとハウジング８との軸受隙間（７、９、
１０）に作動流体Ｌを密封してある。また、ハウジング
８は、段部８ｄを形成したスリーブ８ｓと前記フランジ
部５ｆの上面を密封する蓋部８ｃと、より構成されてい
る。この場合、前記軸５ｓにはラジアル動圧溝１５、１
６が形成され、フランジ部５ｆの両端面５ａ、５ｂに
は、スラスト動圧溝１２、１３が形成されている。但
し、フランジ部５ｆのスラスト動圧溝１２、１３はいず
れか一方の片側面にのみ形成されることもある。そし
て、フランジ部５ｆの端面５ｂと蓋部８ｃとの間の軸受
隙間７は、径方向外側へ向かうにつれて傾斜的に減少す
るようにしてあり、また、フランジ部５ｆの下面５ｂと
スリーブ８ｓの段部８ｄとの間の軸受隙間９も径方向外
側へ向かうにつれて傾斜的に減少するようにしてある。

【００１５】上記するように、停止時回転体５と、該回
転体５を支持しているスリーブ８ｓの段部８ｄの受け面
とが接触状態にある場合、相対面の隙間は極小となって
いる。そして、回転立ち上がり時（回転起動時）軸受隙
間９の小さな外周部９ａ付近では、作動流体の粘性及び
慣性による遠心力等と、軸受隙間９の狭い外周端部９ａ
から動圧溝１３に沿って流入しようとする力とが拮抗す
る。こうして軸受隙間９の狭い外周端部９ａでは、この
二つの流れが拮抗して負圧による吸着現象を防止するこ
とになる。この拮抗は、上部のフランジ部５ｆと蓋部８
ｃとの間の軸受隙間７でも同様に生じる。尚、軸５ｓと
フランジ部５ｆとの付け根に設けた凹部１４は、作動流
体Ｌが、負圧の大きい傾向にある軸受隙間９の外周端部
９ａ方向へ流出させるための溜まりであり、これも負圧
吸着を防止する。

【００１６】上記実施例においては、前記回転体５と、
ハウジング８との間の軸受隙間（７、９）の外周端部と
内周端部との差ｄを、種々の値に設定して回転体５の浮
上量と、負荷容量を測定する実験を行った。図５は、内
・外周の隙間差浮上量値との関係を示すグラフである。
この場合、フランジ部５ｆの下面５ｂとスリーブ８ｓと
の軸受隙間９の外周端部９ａの隙間ｈ_oと、内周端部９
ｂの隙間ｈ_iとの差の差ｄ（ｄ＝ｈ_i−ｈ_o）を変化さ
せ、停止状態の回転体５のフランジ部５ｆがスリーブ８
ｓの段部８ｄ上で接触して停止している状態から、回転
起動され一定の回転数に至るまでの回転体の浮上量を測
定したものである。その結果、外周端部と内周端部との
差ｄは、０．２μｍとなると急激に浮上量が立ち上が
り、その浮上量は、１μｍで一定となることが判明し
た。

【００１７】また、図６は、内・外周の隙間差浮と負荷
容量値との関係を示すグラフである。この場合、フラン
ジ部５ｆの下面５ｂとスリーブ８ｓとの軸受隙間９の外
周端部９ａの隙間ｈ_oと、内周端部９ｂの隙間ｈ_iとの
差の差ｄ（ｄ＝ｈ_i−ｈ_o）を変化させ、一定回転時
（高速回転時）の負荷容量を測定したものである。その
結果、軸受隙間に生じる負荷容量は、回転当初からほぼ
２００ｇｆと一定値であるが、外周端部と内周端部との
差ｄが、３μｍよりも大きくなると、急激に低下するこ
とが判明した。

【００１８】一般に、スラスト動圧軸受においては、回
転起動時と停止時等のような低速回転時には、従来の動
圧軸受構造の場合、動圧による浮上量は、負圧吸着が発
生しやすいため極めて小さくなり、スラスト動圧として
機能しなくなることが多い。しかし、この発明のスラス
ト動圧軸受の実験例でも示したように、外周端部と内周
端部との差ｄを０．２μｍ〜３μｍとすることにより、
低速回転時において負圧吸着は生じなくなり、また、高
速回転時の負荷容量も一定値で安定させることができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上、詳述したように、この発明のスラ
スト動圧軸受によれば、外周部で作動流体に発生する粘
性及び慣性による遠心力による外方向の力と、外周部の
狭い隙間での動圧溝による径内方への動圧力戸の拮抗に
より、吸着現象を防止することができる。従って、特
に、起動・停止運転を要するスピンドルモータ等におい
ては、起動電流の低下及び摩耗寿命の向上を図ることが
できる。また、０．２μ〜３μｍとすることにより、吸
着現象の防止と高速回転時の負荷容量を殆ど低下させな
いスラスト動圧軸受とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、この発明の第１の実施の形態の
スラスト動圧軸受の一部断面図であり、図１（Ｂ）は、
図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視平面図である。

【図２】図１（Ａ）の一部の拡大図である。

【図３】この発明のスラスト動圧軸受において、回転体
とハウジング間の軸受隙間の外周部における回転起動時
の作動流体の２つの流れを示す図である。

【図４】この発明のスラスト動圧軸受の第２の実施の形
態の断面図であって、回転軸とフランジ部を設けた回転
体をハウジング内に配置して軸受隙間に作動流体を封入
した場合の実施例を示す図である。

【図５】この発明のスラスト動圧軸受を用いて実験した
内・外周の隙間差と浮上量値との関係を示すグラフであ
る。

【図６】この発明のスラスト動圧軸受を用いて実験した
内・外周の隙間差浮と負荷容量値との関係を示すグラフ
である。

【図７】図７（Ａ）は、従来のスラスト動圧軸受の一部
断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ矢視
平面図である。

【図８】図８（Ａ）は、従来のスラスト動圧軸受の一例
を示す一部断面図であって、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）
のＣーＣ矢視平面図である。

【符号の説明】

１、５回転体２、８ハウジング３、７、９、１０軸受隙間３ａ軸受隙間の外周端部３ｂ軸受隙間の内周端部５回転体５ｓ軸５ｆフランジ部９ａ軸受隙間の外周端部９ｂ軸受隙間の内周端部１１、１２、１３スラスト動圧溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高村康雄大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA10 AA12 BA08 CA02 CA06 5H607 CC09 DD01 DD02 DD03 GG02 GG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体と、該回転体を僅かの隙間をおい
て密封状態に収納するハウジングと、より成り、前記回
転体端面又はハウジングの該回転体端面の対向面のいず
れかにスラスト動圧溝を形成し、これらの隙間に動圧発
生用の作動流体を封入してなるスラスト動圧軸受におい
て、前記回転体とハウジングとの間の軸受隙間は、前記スラ
スト動圧溝外端部を含み径方向内側へ向かうにつれて傾
斜的に増大させたことを特徴とするスラスト動圧軸受。
【請求項２】請求項１において、スラスト動圧溝外周
端部が回転体側面部に開放されている、もしくはスラス
ト動圧溝外周端部に微小な厚みの縁部が設けられている
ことを特徴とするスラスト動圧軸受。
【請求項３】前記回転体とハウジングとの間の軸受隙
間の外周側動圧溝端部と内周側動圧溝端部との差が、
０．２μｍ〜３μｍの範囲である請求項１に記載のスラ
スト動圧軸受。
【請求項４】ラジアル動圧溝を設け相対的に回転する
軸とスラスト動圧溝を両端面又は片側端面に設けたフラ
ンジ部を有し、これら軸とフランジ部との付け根に凹部
を形成した回転体と、該回転体を密封状態に収納するハ
ウジングと、より成り、前記軸及びフランジ部とハウジ
ングとの軸受隙間に作動流体を密封してなるスラスト動
圧軸受において、前記フランジ部とハウジングの間の両面の軸受隙間は、
径方向外側に向かうにつれて小さくなるように形成する
と共に、該フランジ部の外周端部と内周端部との軸受隙
間の差が、０．２μｍ〜３μｍの範囲であることを特徴
とするスラスト動圧軸受。