JP2005016672A - 動圧軸受装置及びそれを用いた回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動圧軸受性能を向上させ、短寿命化を防止する。
【解決手段】円環状のスラストプレート２２を上下部に固着した固定シャフト２３に、このスラストプレート２２間に嵌入する凸筒部を有するスリーブ２４を回転自在に外嵌し、このスラストプレート２２の軸方向内面と対向するスリーブ２４の凸筒部の軸方向外面によりスラスト動圧を発生するスラスト軸受部２５と、スリーブ２４の凸筒部における径方向内周面と対向するシャフト２３の外周面によりラジアル動圧を発生する二箇所のラジアル軸受部２７を形成して、これらの軸受部２５，２７に潤滑油３２を封入する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受装置に係り、潤滑油の漏れ及び飛散を防止し、動圧のアンバランスによる流体のポンピングの不安定現象による不具合を解消する動圧軸受装置及びそれを用いた回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、動圧軸受装置としては、シャフトの両端部に一対のスラストプレートを固着し、スラストプレートの軸線方向の内面と嵌入されたスリーブの凸筒部の対向面との間に潤滑油を保持した一対のスラスト動圧軸受部及びシャフトの外周面と外嵌されたスリーブの対向面との間に潤滑油を保持したラジアル動圧軸受部を形成し、ロータの回転によって動圧を発生させるものが知られていた。かかる動圧軸受装置においては、動圧軸受部に充填された潤滑油の漏れ出しや飛散を効果的に防止する必要があり、特に両持ち支持の動圧軸受装置においては、軸方向両端部にシール部を設ける必要があった。更に潤滑油は時間とともに大気中に蒸散するので、軸受の耐用年数が制限されたり、再充填というメンテナンスが必要であった。更に動圧軸受装置においては、動圧軸受部に生じるポンピングによる潤滑油の不安定な流動により軸受部のオイルが不足または枯渇し、各軸受部に生ずる動圧同士が不均衡になることから軸受性能に不具合が発生したり、潤滑油の漏れ又は飛散の問題もあった。
【０００３】
このように潤滑油の漏れ出しや飛散を防止する装置としては、静止時には大気圧や表面張力を利用し、回転時には遠心力を利用する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この装置は、軸方向上下のシール方法が異なり、即ち、軸方向上側は遠心力により、軸方向下側は表面張力によって潤滑油の流出を防止するので、上下のバランスが均一でないことから潤滑油の流出を完全に防止することができなかった。
【０００４】
また潤滑油の分子間力にもとづく表面張力と外気圧とのバランスを利用したテーパーシールも知られている（例えば、特許文献２参照。）。かかるテーパーシールは、テーパー部が軸方向外側に拡開し、潤滑油の両端面が軸方向に存在する。この構造においてシャフトが垂直の状態にある時、静止状態ではスリーブは重力により軸受装置の下部方向に押し付けられる。この状態から軸受装置が回転し始めた場合、下側スラスト軸受の隙間が極端に狭いため、下部のスラスト動圧軸受部において潤滑油を径方向内方に向って流し込む力が極めて高くなり、場合によっては潤滑油が下部のラジアル軸受を通過し、上部のラジアル軸受と下部のラジアル軸受の間に溢れ出す可能性もある。
【０００５】
また軸受装置の回転と静止により上記の現象が繰り返し発生することによって、オイルの再配分機能によりオイルが段階的に失われ、いずれは軸受部分のオイルが不足し、軸受として機能しなくなる可能性がある。
更に回転時にはスラスト動圧軸受部の潤滑油には遠心力が作用し、潤滑油を径方向外方に移動させる力が働く。この遠心力による作用を打ち消し、ラジアル動圧軸受部及びスラスト動圧軸受部に生じる動圧、４箇所のテーパーシール部分の作用、並びに回転時に動圧溝が軸受内部に潤滑油を送り込む力等の全てをバランスさせ、潤滑油を動圧軸受部分に安定して保持する形状を実現することは設計上も部品製作上も極めて困難であり、更に停止状態から高速回転に至る全回転領域で安定して潤滑油を保持し、更には外部からの衝撃等により動圧軸受の隙間が変化した場合でも安定して潤滑油を保持する形状とする事は困難である。
更に動圧軸受装置の回転に伴い潤滑油の温度が上昇することによる潤滑油の体積膨張や、熱による潤滑油の蒸散による体積減少による動圧軸受装置の短寿命化も問題となっていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３７２０４８号公報（第７頁、第２図、第４図）
【特許文献２】
特開２００１−１１２２１４号公報（第４−５頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の複数の問題点を解決するためになされたものである。
本発明の第一の課題は、潤滑油を保持する手段として、静止時は軸に直交するように形成したテーパーシールにより潤滑油を保持し、回転時は開口部近傍における潤滑油の両端面を遠心力によって均等に保持すると同時に動圧軸受装置内の潤滑油の内圧を高めることにより、動圧軸受性能を向上させ、動圧軸受のポンピングの不安定現象により引き起こされる可能性のある潤滑油の漏れ出し及び飛散を効果的に防止することを目的とする。
【０００８】
本発明の第二の課題は、潤滑油貯溜のためのリザーバを設けることにより、動圧軸受部に使用する潤滑油の貯溜容量に余裕をもたせることを目的とする。即ち潤滑油のリザーバー容量を大きくとることにより、潤滑油の蒸散による動圧軸受装置の短寿命化を防止し、動圧軸受の温度上昇による潤滑油の体積膨張にも十分に対応することを目的とする。
【０００９】
本発明の第三の課題は、回転時は潤滑油を常に還流させることにより、潤滑油に部分的な劣化を生じさせず、また混入した気泡を効率的に外部へ排出させることによって軸受性能を維持することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
（１）本発明に係る第一の動圧軸受装置は、円環状のスラストプレートを軸方向両端近傍に設けたシャフトに、このスラストプレート及びシャフトに嵌入する凸筒部を有するスリーブを相対的に回転自在に外嵌し、このスラストプレートの軸方向内面と凸筒部の軸方向外面によりスラスト動圧を発生する間隙部と、凸筒部内周面とシャフトの外周面によりラジアル動圧を発生する間隙部を形成し、これらの間隙部に潤滑油を封入した動圧軸受装置において、スラストプレートの軸方向外方に空隙部を形成するように環状カバーをスリーブに設け、スラストプレート及び／又は環状カバーを径方向内方を開口部とするテーパー状に形成し、スラストプレートと環状カバーとの空隙部に潤滑油の端部が保持されたことを特徴とする。
【００１１】
ここでスラストプレートはシャフトと一体的に成形されていても良い。またここでスリーブとは、スラストプレート及びシャフトに回転自在に外嵌された凸筒部と一体的に固着されているものを含む。従って、ロータハブと凸筒部を有する部材が物理的に異なるものであっても、一体として回転するものであれば環状カバーの設けられた部分はスリーブとみなされる。更に環状カバーとスリーブを一体成形した場合も本発明の範囲に含まれる。
このような構成により、スラストプレートと環状カバーの空隙部に常に一定量の潤滑油を貯溜することができる。即ち動圧軸受装置の静止時には、潤滑油はテーパーシールによって保持されることになる。そして動圧軸受装置の回転時には、スリーブ若しくはシャフトの回転に伴う遠心力が加わり、潤滑油の両端面が安定して保持されるため、潤滑油の漏れ出し及び飛散を確実に防止し、動圧軸受部には常に適正量の潤滑油が保持されることになる。なお潤滑油としては、磁性流体を用いても良い。
本発明に係る動圧軸受装置は、シャフトに外嵌して回転する回転子を有するあらゆる回転装置に用いることができる。例えば、コンピュータハードディスクドライブ、ファン、ＣＤ・ＤＶＤ・ＭＯ・光ディスク等のマルチメディア製品、ファン等の各種小型精密モータの軸受として、家電・住設・ＯＡ機器・車載用・産業用等の中型モータの軸受として、工作機械の軸受、医療機器の軸受、タービン等の産業設備用軸受、リール、自動車、電車、船舶、航空機等の車輌用軸受、半導体・電子機器・電気製品・機械等の製造装置用軸受等が挙げられる。
【００１２】
（２）本発明に係る第二の動圧軸受装置は、円環状のスラストプレートを軸方向両端近傍に設けたシャフトに、このスラストプレート及びシャフトに嵌入する凸筒部を有するスリーブを相対的に回転自在に外嵌し、このスラストプレートの軸方向内面と凸筒部の軸方向外面によりスラスト動圧を発生する間隙部と、凸筒部内周面とシャフトの外周面によりラジアル動圧を発生する間隙部を形成し、これらの間隙部に潤滑油を封入した動圧軸受装置において、スラストプレートの軸方向外方に空隙部を形成するように環状カバーをスリーブに固着し、スラストプレート及び／又は環状カバーを径方向内方を開口部とするテーパー状に形成し、スラストプレートと環状カバーとの空隙部及びスラストプレートの径方向外方と対向するスリーブの径方向内方の空隙部の少なくともこれら二つの空隙部を潤滑油貯溜のためのリザーバとし、このリザーバを形成するスラストプレートと環状カバーとの空隙部に潤滑油の端部が保持されたことを特徴とする。
ここでリザーバは、潤滑油を貯溜するために十分な容積が必要である。かかる容積は動圧軸受装置の大きさや動圧軸受装置の部品に使用される材料、並びに潤滑油の充填量によって異なるが、本発明に係るリザーバは、静止時にはテーパーシールによって、回転時には遠心力によって潤滑油を保持するため、リザーバの隙間寸法や長さに制約が少なく、かつリザーバー空間を任意の形状に設計することが可能であり設計自由度が極めて高く、十分な容積を容易に確保することができる。
本発明に係る動圧軸受装置は、上記（１）と同様にシャフトに外嵌して回転する回転子を有するあらゆる回転装置に用いることができる。
【００１３】
（３）本発明に係る第三の動圧軸受装置は、スリーブに上下連通穴を形成したことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のものである。
かかる構成を採用することにより、ポンピング等によって流動する潤滑油が上下連通穴を通じて還流することにより、軸方向上下のスラスト軸受部及びラジアル軸受部並びにリザーバの潤滑油保持量は一定に保たれ、軸受性能の低下及び潤滑油の漏れ出し並びに飛散が発生することがない。
本発明に係る動圧軸受装置は、上記（１）等と同様にシャフトに外嵌して回転する回転子を有するあらゆる回転装置に用いることができる。
【００１４】
（４）本発明に係る第四の動圧軸受装置は、スリーブに横連通穴を形成したことを特徴とする上記（３）記載のものである。
横連通穴を形成することにより、回転時には潤滑油が常に還流することから、潤滑油に部分的な劣化が生じない。また混入した気泡を効率的に外部へ排出することができる。その結果、軸受機能が損なわれることがない。
本発明に係る動圧軸受装置は、上記（１）等と同様にシャフトに外嵌して回転する回転子を有するあらゆる回転装置に用いることができる。
【００１５】
（５）本発明に係る回転装置は、上記（１）乃至（４）のいずれか一に記載された動圧軸受装置を備えたことを特徴とする。
ここでいう回転装置とは、シャフトに外嵌して回転する回転子を有するあらゆる回転体のことである。例えば、コンピュータハードディスクドライブ、ファン、ＣＤ・ＤＶＤ・ＭＯ・光ディスク等のマルチメディア製品、ファン等の各種小型精密モータ、家電・住設・ＯＡ機器・車載用・産業用等の中型モータのみならず、工作機械、医療機器、タービン、リール、自動車、電車、船舶、航空等の車輌、半導体・電子・電気・機械等の製造装置等が挙げられる。
また動圧軸受装置を回転装置に組込む際に様々な設計上の態様が考えられる。例えば、コンピュータハードディスクドライブに用いられるスピンドルモータの場合には、単にスリーブとロータハブを一体成形し、環状カバーを固着したもの、スリーブにロータハブを固着し、更に環状プレートをロータハブに固着しているもの、凸筒部とロータハブを固着したもの、環状カバーがスリーブと一体成形されているもの、スリーブの軸方向片側にのみロータハブ及び環状カバーを固着したもの、スリーブを複数の部材により形成し、更にロータハブが固着されたもの等は全て本発明の範囲である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。本実施の形態は、コンピュータハードディスクドライブに用いられるスピンドルモータの動圧軸受装置等を例にとって説明するが、本発明は以下に示す各実施例に限定されるものではない。例えば、ポリゴンミラー、ファン、ＣＤ・ＤＶＤ・ＭＯ・光ディスク等のマルチメディア製品、ファン等の各種小型精密モータ、家電・住設・ＯＡ機器・車載用・産業用等の中型モータのみならず、工作機械、医療機器、タービン、リール、自動車、電車、船舶、航空等の車輌、半導体・電子・電気・機械等の製造装置等の軸受装置として用いても良い。
【００１７】
実施の形態１
図１は、請求項１に係る発明の一実施形態の概略を示す縦断面図である。
図１における動圧軸受装置１は、一対の円環状のスラストプレート２，２を軸方向上下に固着した固定シャフト３に、両スラストプレート２，２間に嵌入する凸筒部を有するスリーブ４を回転自在に外嵌し、両スラストプレート２，２の軸方向内面とスリーブ４の凸筒部の対向する面によりスラスト動圧を発生する一対のスラスト軸受部５と、スリーブ４の凸筒部における径方向内周面と対向するシャフト３の外周面によりラジアル動圧を発生する二箇所のラジアル軸受部７を形成し、これらの軸受部５，７に潤滑油１２を封入したものである。更に一対のスラストプレート２，２の軸方向外方に潤滑油１２の充填された空隙部を介して一対の環状カバー８がスリーブ４に固着されている。このスラストプレート２と環状カバー８とによって形成される空隙部の径方向外側において、スラストプレート２と環状カバー８は０．１ｍｍの間隔を有し、径方向内側に向って３〜８°の角度でテーパー状に開拡する。この図においては環状カバー８が開拡しているが、スラストプレート２，２の軸方向外方に傾斜面を形成しても良い。スラストプレート２，２、環状カバー８，８、外嵌されたスリーブ４とスラストプレート２，２及びシャフト３によって形成される軸受部５，７，５，７は軸中心に直交する面に対して対称となるように配置されている。
ここで動圧軸受の剛性やダンピング等の軸受性能を高めるために動圧軸受部５，７，５，７における潤滑油１２の圧力を高める必要がある。そこでスラストプレート２，２の軸方向内面若しくは対向するスリーブ４の軸方向外面、及びシャフト３の径方向外面若しくは対向するスリーブ４の径方向内面に動圧溝を設けるのが一般的である。
【００１８】
このようなスラストプレート２，２と環状カバー８，８の間隔は、その表面物性及び軸受装置の大きさ等によって異なるが、潤滑油に基づく表面張力が働いて潤滑油の端面をメニスカス状に保持できる範囲であればよい。
ここで、スラストプレート２，２の材質は共にＳＵＳ３０４であり、環状カバー８，８の材質は共にＳＵＳ４３０である。シャフト３はＳＵＳ３０４であり、スリーブ４はＳＦ２０Ｔである。このような材質は本発明を限定するものではなく、他の材質を用いても良い。
図１に示すように動圧軸受装置は、静止時において潤滑油１２の両端部１３，１３は、環状カバー８の開口部より径方向外側に保持されている。かかる潤滑油１２の両端部１３，１３は、スラストプレート２，２及び環状カバー８，８によって形成されるテーパーシールによって保持されている。
【００１９】
動圧軸受装置は、回転時において潤滑油に対して遠心力が作用する。遠心力は潤滑油を軸受装置内に押し込む方向に作用する。かかる遠心力の大きさは、ｍｒω２（ｍ：質量、ｒ：軸中心からの距離、ω：角速度）で表すことができる。従って遠心力の大きさはテーパー状の間隙部に保持される潤滑油の質量に略比例する。ここで潤滑油の両端面が上下で揃っていない場合は、端面が開口部に近いほど間隙部に保持されている潤滑油全体の質量が大きくなる。従って潤滑油の端面が開口部に近い方の間隙部に保持される潤滑油全体に他方の間隙部にある潤滑油全体よりも全体として大きい遠心力が作用する。遠心力によって潤滑油の端面が開口部に近い方がより強い力で押し込まれ、やがて潤滑油１２の両端１３，１３は均衡することになる。そして潤滑油の両端１３，１３が均衡することによって、上下の軸受部５，７，５，７には安定した動圧が生ずることになる。
なお実施の形態１は、固定シャフトと回転スリーブによって動圧軸受装置が構成されているが、これに限られるものではなく、回転シャフトと固定スリーブによって動圧軸受装置を構成しても良い。
また潤滑油に基づく表面張力の効果を増大させるために、図２に示す如く開口部に撥油剤１５を塗布しても良い。かかる撥油剤の塗布によりテーパーシールの効果が増大し、潤滑油の漏れ出し及び飛散をより一層防止することができる。
【００２０】
実施の形態２
図３は、請求項２に係る発明の一実施形態の概略を示す縦断面図である。
図３において、動圧軸受装置２１は、一対の円環状のスラストプレート２２，２２を上下部に固着した固定シャフト２３に、両スラストプレート２２，２２間に嵌入する凸筒部を有するスリーブ２４を回転自在に外嵌し、両スラストプレート２２，２２の軸方向内面と対向するスリーブ２４の凸筒部の軸方向外面によりスラスト動圧を発生する一対のスラスト軸受部２５，２５と、スリーブ２４の凸筒部における径方向内周面と対向するシャフト２３の外周面によりラジアル動圧を発生する二箇所のラジアル軸受部２７，２７を形成して、これらの軸受部２５，２７，２５，２７に潤滑油３２を封入したものである。
【００２１】
またこのスラストプレート２２，２２と環状カバー２８，２８とによって形成される空隙部の径方向外側は、外周部においてスラストプレート２２，２２と環状カバー２８，２８は０．３ｍｍの間隔を有し、径方向内側に向って３〜８°の角度でテーパー状に開拡する。この図においては環状カバー２８が開拡しているが、スラストプレート２２，２２の軸方向外方に傾斜面を形成しても良い。このスラストプレート２２，２２と環状カバー２８，２８とによって形成される空隙部、該スラストプレート２２の径方向外周面と対向するスリーブ２４の径方向内周面とによって形成される０．２ｍｍの間隔を有する空隙部によって潤滑油貯溜のためのリザーバ３０，３０が形成されている。
またこのリザーバ３０，３０の一部を形成するスラストプレート２２，２２と環状カバー２８，２８との空隙部には、潤滑油３２の両端部３３が保持されている。
更に動圧軸受の剛性やダンピング等の軸受性能を高めるために動圧軸受部２５，２７，２５，２７における潤滑油３２の圧力を高める必要がある。そこでスラストプレート２２，２２の軸方向内面若しくは対向するスリーブ２４の軸方向外面、及びシャフト２３の径方向外面若しくは対向するスリーブ２４の径方向内面に動圧溝が設けられるのが一般的である。
【００２２】
実施の形態３
図４は、請求項３に係る発明の他の実施形態の一例を示す縦断面図である。
図４において動圧軸受装置３１は、一対の円環状のスラストプレート３６，３６を軸方向上下に固着した固定シャフト３９に、両スラストプレート３６，３６間に嵌入する凸筒部を有するスリーブ３４が回転自在に外嵌されている。またスラストプレート３６，３６の軸方向外方に潤滑油４２の充填された空隙部を介して一対の環状カバー３８，３８がスリーブ３４に固着されている。更にスリーブ３４には上下連通穴４５が二箇所に形成されている。なお動圧軸受が安定して動作し得るのであれば、上下連通穴は一箇所でもよいし、三箇所以上でも良い。
【００２３】
またこのスラストプレート３６，３６と環状カバー３８，３８とによって形成される空隙部の径方向外側は、外周部においてスラストプレート３６，３６と環状カバー３８，３８は０．３ｍｍの間隔を有し、径方向内側に向って３〜８°の角度でテーパー状に開拡する。この図においては環状カバー３８が開拡しているが、スラストプレート３６，３６の軸方向外方に傾斜面を形成しても良い。このスラストプレート３６，３６と環状カバー３８，３８とによって形成される空隙部、該スラストプレート３６，３６の径方向外周面と対向するスリーブ３４の径方向内周面とによって形成される０．２ｍｍの間隔を有する空隙部、及びスラスト軸受部３５，３５’の径方向外側にスリーブ３４の凸筒部径方向外側であって軸方向外側面に形成される０．１ｍｍの間隔を有する空隙部によって潤滑油貯溜のためのリザーバ４０，４０が形成されている。
ここで動圧軸受の剛性やダンピング等の軸受性能を高めるために動圧軸受部３５，３７，３５’，３７’における潤滑油４２の圧力を高める必要がある。そこでスラストプレート３６，３６の軸方向内面若しくは対向するスリーブ３４の軸方向外面、及びシャフト３９の径方向外面若しくは対向するスリーブ３４の径方向内面に動圧溝が設けられるのが一般的である。
【００２４】
上下連通穴４５，４５を形成することにより、回転時において軸受部３５，３７，３５’，３７’には常に安定した動圧が生じることになる。即ち、軸方向下側のスラスト軸受部３５’及びラジアル軸受部３７’に保持されている潤滑油４２が、軸方向上側のスラスト軸受部３５及びラジアル軸受部３７に流入した場合、遠心力が軸方向上下の潤滑油４２の両端部４３，４３を均衡させるように保持しているので、潤滑油４２はリザーバ４０を通じて軸方向上側の開口部へは流出しない。そこで潤滑油４２は、上下連通穴４５に流れ込み潤滑油４２が流出している軸受部３５’，３７’へ流入するため、軸方向上下のスラスト軸受部３５，３５’及びラジアル軸受部３７，３７’並びにリザーバ４０の潤滑油保持量が不均衡になることはなく、また枯渇することもなく、常に一定に保たれ、軸受性能の低下及び潤滑油４２の漏れ出し並びに飛散が発生することはない。
【００２５】
実施の形態４
図５（ａ）は、請求項４に係る発明の一実施形態の概略を示す縦断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図である。
図５において、動圧軸受装置４１は、一対の円環状のスラストプレート４６，４６を上下部に固着した固定シャフト４９に、両スラストプレート４６，４６間に嵌入する凸筒部を有するスリーブ４４が回転自在に外嵌されている。更に一対のスラストプレート４６，４６の軸方向外方に潤滑油５２の充填された空隙部を介して一対の環状カバー４８，４８がスリーブ４４に固着されている。
またこのスラストプレート４６，４６と環状カバー４８，４８とによって形成される空隙部の径方向外側は、外周部においてスラストプレート４６，４６と環状カバー４８，４８は０．３ｍｍの間隔を有し、かつ径方向内側に向って３〜８°の角度でテーパー状に開拡する。この図においては環状カバー４８が開拡しているが、スラストプレート４６，４６の軸方向外方に傾斜面を形成しても良い。このスラストプレート４６，４６と環状カバー４８，４８とによって形成される空隙部、該スラストプレート４６，４６の径方向外周面と対向するスリーブ４４の径方向内周面とによって形成される０．２ｍｍの間隔を有する空隙部によって潤滑油貯溜のためのリザーバ５０，５０が形成されている。ここで動圧軸受の剛性やダンピング等の軸受性能を高めるために動圧軸受部４５，４７，４５，４７における潤滑油５２の圧力を高める必要がある。そこでスラストプレート４６，４６の軸方向内面若しくは対向するスリーブ４４の軸方向外面、及びシャフト４９の径方向外面若しくは対向するスリーブ４４の径方向内面に動圧溝が設けられる。
【００２６】
またスリーブ４４には上下連通穴５４及び横連通穴５５が形成され、更に封止のためのフッ素ゴムボール５６が配置されている。かかる横連通穴５５を形成することにより、回転時には動圧溝等によって径方向内方側へ潤滑油５２が流動し、動圧軸受部４５，４７を経由し、横連通穴５５から上下連通穴５４を通って軸受部４５，４７，４５，４７に還流する。この還流によって潤滑油５２は局所的に滞留することがなく、潤滑油に部分的な劣化が生じないので動圧軸受装置の寿命が長くなり、長期に渡って安定的な使用が可能となる。また軸方向上下のラジアル軸受部４７，４７の間に潤滑油注入時等に混入した気泡が残留している場合に、回転と共にこの気泡が上下の両ラジアル軸受部４７，４７に入り込む場合がある。この軸受部等に残留する気泡は動圧発生機能に悪影響を与える可能性があるが、横連通穴５５を形成することによって、両ラジアル軸受部４７，４７の間にある気泡が潤滑油５２と共に横連通穴５５を通じて還流する。還流した潤滑油５２に含まれる気泡のみがリザーバ５０，５０を通じて開口部より排出されることにより、軸受部等に残留する気泡によって軸受機能が損なわれることがなくなる。
なお横連通穴５５は一箇所に設けても良いし、複数設けても良いが、上下連通穴５４に繋がっている必要がある。
【００２７】
実施の形態５
図６は、本発明に係る他の実施形態の概略を示す部分縦断面図である。
図６において動圧軸受装置５１は、円環状のスラストプレート６０を固着した固定シャフト６１に、スラストプレート６０に嵌入する凸筒部を有するスリーブ６２が回転自在に外嵌されている。更にスラストプレート６０の軸方向外方に潤滑油６４の充填された空隙部を介して環状カバー６３がスリーブ６２に固着されている。
またこのスラストプレート６０と環状カバー６３とによって形成される空隙部の径方向外側は、外周部においてスラストプレート６０と環状カバーは０．３ｍｍの間隔を有し、径方向内側に向って３〜８°の角度でテーパー状に開拡する。この図においては環状カバー６３が開拡しているが、スラストプレート６０の軸方向外方に傾斜面を形成しても良い。このスラストプレート６０と環状カバー６３とによって形成される上部空隙部６６、該スラストプレート６０の径方向外周面と対向するスリーブ６２の径方向内周面とによって形成される０．２ｍｍの間隔を有する中間空隙部６８、及びスラストプレート６０の軸方向内面と対向するスリーブ６２の凸筒部の軸方向外側とによって形成される０．１ｍｍの間隔を有する下部空隙部７０とによって潤滑油貯留のためのリザーバが形成されている。ここで下部空隙部は、スラスト軸受部６５の径方向外側に位置し、スリーブ６２の凸筒部径方向外側であって、かつ軸方向外側面に円環状の凹部と軸方向に対向するスラストプレート６０の軸方向内面とによって形成されている。
【００２８】
更に本実施の形態においては、スラストプレート６０の軸方向内側にスパイラル動圧溝が設けられている。図７は図６のＶＩ−ＶＩ矢視図であり、スパイラル動圧溝を示したスラストプレート６０の平面図である。また図７はスラストプレート６０におけるスパイラル動圧溝７２を示す平面図及びスリーブ６２との相対位置を示した部分断面図でもある。動圧軸受装置５１が回転すると、スラストプレート６０におけるスパイラル動圧溝７２の作用によって潤滑油６４は径方向内側へ押し込まれる。更に押し込まれた潤滑油６４によって軸受部６５には動圧が発生する。なお動圧溝７２は潤滑油６４をシャフト６１方向に押し込むように作用するものであれば良く、スパイラル動圧溝に限定されない。例えばいわゆるヘリングボーン動圧溝等であってもよい。溝の形状はシャフト若しくはスリーブの回転方向に依存する。
またスパイラル動圧溝７２の外周部は下部凹部７０の軸方向外側に張り出した余剰部Ｓを有する。凹部７０はリザーバの一部を形成する溝であり、潤滑油６４が貯留されている。またリザーバの下部には図示しない上下連通穴が形成されている部分があり潤滑油６４が上下連通穴を通じてリザーバに流入する。凹部７０には、流動性のある多量の潤滑油６４が貯留されているので、凹部７０が形成されていない場合に比較して、凹部７０の軸方向外側に張り出したスパイラル動圧溝６８の余剰部Ｓによって、より多くの潤滑油６４がスラスト軸受部６５へ流動する。この流動によってスラスト軸受の動圧がより効果的に発生する。
なおスラスト軸受部６５における動圧溝をスリーブ６２の凸筒部の軸方向外面に形成してもよい。かかる場合は、スリーブ６２の凸筒部の軸方向外面を平面状に形成し、リザーバ及び余剰部Ｓを設けるように、対向するスラストプレート６０の軸方向内面に環状の凹部７０が形成される。
【００２９】
実施の形態６
図８は、本発明に係る他の実施形態の概略を示す縦断面図である。
図８において動圧軸受装置７１は、一対の円環状のスラストプレート７６，７６を軸方向上下に固着した固定シャフト７９に、両スラストプレート７６，７６間に嵌入する凸筒部を有するスリーブ７４が回転自在に外嵌されている。またスラストプレート７６，７６の軸方向外方に潤滑油８２の充填された空隙部を介して一対の環状カバー７８，７８がスリーブ７４に固着されている。更にスリーブ７４には上下連通穴８５，８５が二箇所に形成されている。なお動圧軸受が安定して動作し得るのであれば、上下連通穴は一箇所でもよいし、三箇所以上でも良い。
【００３０】
またこのスラストプレート７６，７６と環状カバー７８，７８とによって形成される空隙部の径方向外側は、外周部においてスラストプレート７６，７６と環状カバー７８，７８は０．３ｍｍの間隔を有し、径方向内側に向って３〜８°の角度でテーパー状に開拡する。この図においては環状カバー７８が開拡しているが、スラストプレート７６，７６の軸方向外方に傾斜面を形成しても良い。このスラストプレート７６，７６と環状カバー７８，７８とによって形成される空隙部、該スラストプレート７６，７６の径方向外周面と対向するスリーブ７４の径方向内周面とによって形成される０．２ｍｍの間隔を有する空隙部、及びスラスト軸受部７５，７５の径方向外側にスリーブ７４の凸筒部径方向外側であって軸方向外側面に形成される０．１ｍｍの間隔を有する空隙部によって潤滑油貯溜のためのリザーバ８０，８０が形成されている。
ここで動圧軸受の剛性やダンピング等の軸受性能を高めるために動圧軸受部７５，７７，７５，７７における潤滑油８２の圧力を高める必要がある。そこでスラストプレート７６，７６の軸方向内面若しくは対向するスリーブ７４の軸方向外面、及びシャフト７９の径方向外面若しくは対向するスリーブ７４の径方向内面に動圧溝が設けられるのが一般的である。
【００３１】
本実施の形態において、ラジアル軸受部７７は開口部近傍の潤滑油端面８３より径方向外方に位置している。なおラジアル軸受部７７は潤滑油端面８３と略同位置より径方向外方であればよい。
軸受装置の回転時には、遠心力の作用によって潤滑油の内圧が高められるが、かかる内圧が高められるのは開口部近傍の潤滑油端面８３より径方向外方にある潤滑油のみであり、潤滑油端面８３より径方向内方にある潤滑油では内圧が低くなる。
本実施の形態においては、スラスト軸受部７５並びにラジアル軸受部７７を含む全ての潤滑油が、潤滑油端面８３より径方向外方にあるため、どの位置にある潤滑油にも内圧を高める方向に遠心力が作用している。加えて内圧が高められた潤滑油が軸受部７５，７７，７５，７７の動圧溝に供給されるため、動圧発生機構により発生される圧力が高められ軸受性能が向上する。
【００３２】
実施の形態７
図９は、請求項５に係るスピンドルモータ９１の一形態の概略を示す縦断面図である。
図９におけるスピンドルモータ９１は、ステータコア９２が固着されたブラケット９３と、このブラケット９３の中央開口部に端部が固定されているシャフト９４と、このシャフト９４に対して回転自在に外嵌されたスリーブ９５と、このスリーブ９５に外嵌固着されたロータマグネット９６が固着されたロータハブ９７とから構成されている。なお、ロータハブ９７とスリーブ９５は一体成形されていても良い。かかる場合もロータハブ９７はスリーブ９５の延長上にあるので、本発明においては、環状カバー１０２，１０２はスリーブ９５に固着されているとみなす。
【００３３】
固定シャフト９４の軸方向両端部近傍には、一対のスラストプレート９８，９８が固着され、このスラストプレート９８，９８の軸方向内側と、対向するスリーブ９５の軸方向外側においてスラスト軸受部９９を形成し、スリーブ９５の中央内周面の軸方向両端部であって、対向するシャフト９４の表面において、二箇所のラジアル軸受部１００，１００を形成している。夫々の軸受部９９，１００，９９，１００には潤滑油１０１が充填されており、スラスト軸受部９９，９９においてスラスト動圧が発生し、ラジアル軸受部１００，１００においてラジアル動圧が発生する。
【００３４】
潤滑油１０１は、スリーブ９５の凸筒部の上下面の軸方向外側、スリーブ９５及び環状カバー１０２，１０２の軸方向内側とスリーブ９５とスラストプレート９８，９８の夫夫に対向する面によって形成されるリザーバ１０３を通じて開口部近傍まで充填されている。
ここで動圧軸受の剛性やダンピング等の軸受性能を高めるために動圧軸受部９９，１００，９９，１００における潤滑油１０１の圧力を高める必要がある。そこでスラストプレート９８，９８の軸方向内面若しくは対向するスリーブ９５の軸方向外面、及びシャフト９４の径方向外面若しくは対向するスリーブ９５の径方向内面に動圧溝が設けられるのが一般的である。
スピンドルモータ９１の静止時には、潤滑油１０１の両端部１０４，１０４はスラストプレート９８と環状カバー１０２によって形成されるテーパーシールによって保持されている。スピンドルモータの回転時には、潤滑油１０１の両端部１０４，１０４に遠心力が働くことによって、潤滑油１０１の端部１０４，１０４は均衡する。また、テーパーシールにより径方向内側の開口部への潤滑油１０１の両端部１０４，１０４の流出はなく、開口部より潤滑油１０１が動圧軸受装置外部へ漏れ出し及び飛散することはない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、静止時はテーパーシールにより潤滑油を保持し、回転時は両開口部における潤滑油の両端面を遠心力によって均等に保持すると同時に動圧軸受装置内の潤滑油の内圧を高めることにより、動圧軸受性能を向上させ、動圧軸受のポンピングの不安定現象により引き起こされる可能性のある潤滑油の漏れ出し及び飛散を防止し得るという効果を有する。
【００３６】
また本発明は、リザーバー容量を大きくとることにより、潤滑油の蒸散による動圧軸受装置の短寿命化を防止し、動圧軸受の温度上昇による潤滑油の体積膨張にも十分に対応し得るという効果を有する。
【００３７】
更に本発明は、回転時には潤滑油を常に還流させることにより、潤滑油に部分的な劣化を生じさせず、また混入した気泡を効率的に外部へ排出させることによって軸受性能を維持するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の一例を示す縦断面図である。
【図２】撥油剤が塗布された開口部を示す部分縦断面図である。
【図３】本発明に係る他の実施形態の一例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る他の実施形態の一例を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る他の実施形態の一例を示す縦断面図である。（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図６】本発明に係る他の実施形態の一例を示す部分縦断面図である。
【図７】本発明に係るスラストプレートの動圧溝を示す図６のＶＩ−ＶＩ矢視平面図及びスリーブとの位置関係を示した部分断面図である。
【図８】本発明に係る他の実施形態の一例を示す縦断面図である。
【図９】本発明に係るスピンドルモーターの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２，２２，３６，４６，６０，７６ スラストプレート
３，２３，３９，４９，６１，７９ シャフト
４，２４，３４，４４，６２，７４ スリーブ
５，２５，３５，４５，６５，７５ スラスト軸受部
７，２７，３７，４７，６７，７７ ラジアル軸受部
８，２８，３８，６３，７８ 環状カバー
１２，３２，４２，５２，６４ 潤滑油
１３，３３，４３，８３ 潤滑油の端部
３０，４０，５０，８０ リザーバ
４５，５４，８５ 上下連通穴
５５ 横連通穴
６６ 上部空隙部
６８ 中間空隙部
７０ 下部空隙部
７２ 動圧溝
９１ スピンドルモータ
Ｓ 余剰部

Claims (5)

1. 円環状のスラストプレートを軸方向両端近傍に設けたシャフトに、該スラストプレート及び該シャフトに嵌入する凸筒部を有するスリーブを相対的に回転自在に外嵌し、該スラストプレートの軸方向内面と凸筒部の軸方向外面によりスラスト動圧を発生する間隙部と、凸筒部内周面とシャフトの外周面によりラジアル動圧を発生する間隙部を形成し、これらの間隙部に潤滑油を封入した動圧軸受装置において、該スラストプレートの軸方向外方に空隙部を形成するように環状カバーを該スリーブに設け、該スラストプレート及び／又は該環状カバーを径方向内方を開口部とするテーパー状に形成し、該スラストプレートと該環状カバーとの空隙部に潤滑油の端部が保持されたことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 円環状のスラストプレートを軸方向両端近傍に設けたシャフトに、該スラストプレート及び該シャフトに嵌入する凸筒部を有するスリーブを相対的に回転自在に外嵌し、該スラストプレートの軸方向内面と凸筒部の軸方向外面によりスラスト動圧を発生する間隙部と、凸筒部内周面とシャフトの外周面によりラジアル動圧を発生する間隙部を形成し、これらの間隙部に潤滑油を封入した動圧軸受装置において、該スラストプレートの軸方向外方に空隙部を形成するように環状カバーを該スリーブに固着し、該スラストプレート及び／又は該環状カバーを径方向内方を開口部とするテーパー状に形成し、該スラストプレートと該環状カバーとの空隙部及び該スラストプレートの径方向外方と対向するスリーブの径方向内方の空隙部の少なくともこれら二つの空隙部を潤滑油貯溜のためのリザーバとし、当該リザーバを形成する該スラストプレートと該環状カバーとの空隙部に潤滑油の端部が保持されたことを特徴とする動圧軸受装置。
3. スリーブに上下連通穴を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された動圧軸受装置。
4. スリーブに横連通穴を形成したことを特徴とする請求項３記載の動圧軸受装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一に記載された動圧軸受装置を備えたことを特徴とする回転装置。

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