JP2937839B2 - 軸受のシール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定部材に回転部
材を潤滑剤としてのオイルを間に介在させて相対的に回
転可能に支承する軸受において、軸受部に介在するオイ
ルが外部に漏れでないようにするための軸受のシール装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般のすべり軸受や動圧軸受等、
軸受の潤滑剤としてオイルを用いたものが種々提案され
ている。このような軸受を用いた製品の一例として、図
８に示されている軸固定型のＨＤＤ（ハードディスク駆
動装置）用モータがある。なおこの図８に示されたモー
タは本発明の適用例を表しているが、基本構造としては
同様であるので本図により説明する。すなわちフレーム
１に固着された固定軸２に、ラジアル軸受３を介してハ
ブ４が回転自在に装着され、上記固定軸２とラジアル軸
受３との間には、回転用の潤滑剤としてのオイルが供給
されている。このオイルは、ラジアル軸受３の軸受部に
付着され毛管現象によって軸受部内に保持されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】モータの回転軸等、軸
受の潤滑剤としてオイルを用いる各種回転機器において
は、常にオイル漏れ対策という課題を有している。特
に、清浄な環境を要求するＨＤＤ用モータやレーザービ
ームプリンタ用モータ（ＬＢＰ用モータ）等に使用する
軸受の場合、オイル漏れは重大な問題になっている。し
かしながら従来の軸受装置では、単に軸受部の隙間にオ
イルを付着させただけのものや、或いは、オイル漏れ対
策としての特別なシール機構を設けたもの等が提案され
てはいるが、これら従来の技術では、例えば動圧軸受に
おいては、潤滑剤としてのオイルの量が少ない場合、動
圧力等の潤滑機能を充分に得ることができない問題を生
じ、一方オイルの量が多すぎる場合にはオイル漏れが生
じてしまう問題が生じており、オイル漏れ対策の充分な
軸受シール装置は達成されていなかった。また、従来の
技術では、重力、振動、衝撃、遠心力、動圧力、気圧、
温度、その他の圧力等の外力に対しても充分考慮した軸
受のシール装置とはなっておらず、信頼性に乏しいとい
う問題もあった。

【０００４】本発明は、上記従来技術の軸受シール装置
に対し、 １）注入されたオイルの量が多少変化したり移動したり
しても、それを吸収できるスペースを軸受が有してお
り、しかも、そのスペース内のオイルが安定的に保持さ
れる構造であること、 ２）外力（重力、振動衝撃、遠心力、動圧力、気圧、温
度、その他の圧力）を受けたとしても容易にはオイルが
外部に飛び出さない、外力に耐えられる構造であるこ
と、 ３）オイルが移動しにくい構造であること、 ４）軸受部より外側の出口側のオイル面が安定で漏れ難
くなっていること、 ５）オイルが空気と混じりあったりしにくい構造である
こと、上記の各条件を考慮した軸受のシール装置を提案
し、 １）軸受部に常にオイルが保持されていて必要な軸受特
性をを満足すること、 ２）オイルが外部に漏れないこと、という効果を有する
軸受のシール装置を提案す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
本発明は、従来の基本構造に対して上記条件を満足させ
るための内容を盛り込んだものであって、固定部材に対
し回転部材を回転自在に支承するラジアル軸受部を有す
るラジアル軸受が設けられ、上記固定部材と回転部材と
の間にオイルを充填するとともに上記ラジアル軸受部の
軸方向両端側に隙間変化部が形成された軸受のシール装
置であって、上記隙間変化部は、 １）上記ラジアル軸受部側の隙間変化部内端で該隙間変
化部における最小隙間を有するとともに、上記ラジアル
軸受部とは逆側の隙間変化部外端で該隙間変化部におけ
る最大隙間を有し、 ２）上記軸受部側から見た上記隙間変化部の角度を隙間
傾斜角としたとき、上記隙間変化部内端から隙間変化部
外端にかけての隙間傾斜角は０°以上であり、 ３）上記隙間変化部外端は、上記隙間変化部に対向面に
対する隙間が０．８mm以下、かつ、隙間傾斜角が４５°
以下の位置であり、 ４）上記両隙間変化部のそれぞれの内容量は、上記ラジ
アル軸受部の内容量に対してそれぞれ１００％以上に設
定されているとともに、上記両隙間変化部外端における
半径方向隙間が、上記両隙間変化部内端における半径方
向隙間に対してそれぞれ２倍以上に設定された手段を有
している。

【０００６】従って、本願発明では、隙間変化部内端間
の軸受部内における容量やラジアル軸受部の内容量に対
して、隙間変化部の内容量が大きく取られているため、
オイル注入量のばらつき、内部容量のばらつき、回転等
によるスラスト軸受の浮上や発熱を原因とする内容量の
変化、蒸発や内部混入空気によるオイル容量の変化など
が生じても、軸受部には常にオイルが保持され、また外
部に漏れ出すこともない。

【０００７】また隙間変化部内端と外端の隙間比が大き
く取られているため、オイル表面部で仮に空気が混入す
ることがあっても軸受部の方まで移動することがなく、
さらにその隙間比による圧力差から自然に空気は外側に
移動し、混入状態が解消される。またその隙間比から、
どの位置でもオイルが安定し易い状態となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本件発明の具体的実施例の説明に
先立ち、まず、本件発明者が研究を重ねた結果到達し
た、本件発明を理解する上で必要な発明の基本となる考
え方について開示する。

【０００９】軸受内にオイルを保持するという観点に立
って、一般的なラジアル軸受のような、２方向に出口が
ある構造を考えた場合、まずオイルは、２つの出口位置
での毛管吸引圧力のバランスで保持され、その表面位置
が決まることになる。この状態は、２つの圧力バランス
で釣りあっている状態であり、片側から何らかの圧力が
加わると圧力バランスがとれる位置までオイルが移動す
ることになる。例えば、毛管吸引圧力をＡとＢとする
と、Ａ＝Ｂの位置からＡ＝Ｂ＋外部圧力となる位置まで
オイルが移動し、バランスが取れた状態でオイルの移動
が止まることとなる。

【００１０】以下、本発明の軸受のシール装置をＨＤＤ
（ハードディスクドライブ装置）用スピンドルモータに
適用した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図８に示したＨＤＤスピンドルモータは、
前述したように、フレーム１に固着された固定軸２に、
ラジアル軸受３を介してハブ４が回転自在に装着されて
いる。そして上記固定軸２とラジアル軸受３との間に
は、回転潤滑剤としてのオイルが供給されている。

【００１２】すなわち図１に示されているように、上記
固定軸２の外周面とラジアル軸３の内周面との間の隙間
内にはオイル１０が連続的に充填されており、そのオイ
ル１０の軸方向両端外側に、空気がそれぞれ配されてい
る。

【００１３】このとき上記固定軸２の外周面とラジアル
軸受３の内周面との間の隙間は、ラジアル軸受部３１
と、当該軸受部３１の軸方向両端に設けられた後述する
条件を満足する２個所の隙間変化部３２，３２と、上記
軸受部３１及び隙間変化部３２，３２の間に形成された
２個所の油溜めとなる内側空間部３３，３３と、隙間変
化部３２，３２の軸方向外側に形成された２個所の外側
空間部３４，３４と、から構成されている。

【００１４】このように前記軸受部３１の図示上下両端
には、隙間変化部３２，３２が２個所設けられており、
軸受部３１の内部から両隙間変化部３２，３２まで軸受
オイル１０が連続的に充填され、オイル１０の液面（オ
イル表面）１０ａが隙間変化部３２内に配されている。
尚、上記内側空間部３３はなくして構成してもよい。

【００１５】ここで上記各隙間変化部３２，３２は、次
のように形成されている。すなわち各隙間変化部３２，
３２では、ラジアル軸受部３１側の軸方向最内端を隙間
変化部内端３２ａとし、軸方向最外端を隙間変化部外端
３２ｂとし、その隙間変化部３２の外側が外側空間部３
４と呼ぶこととする。また軸受部３１側（奥側）から見
た軸方向所定位置における隙間変化部３２において形成
される隙間が作る角度αを隙間傾斜角とし、隙間が固定
軸２の軸面と平行であるときをα＝０°、外側に広がっ
ている角度αをプラス、ラジアル軸受部３１側に広がっ
ている角度αをマイナスとした場合、上記隙間変化部３
２における隙間は、隙間変化部内端３２ａが一番狭く、
隙間変化部外端３２ｂが一番広く、隙間変化部内端３２
ａから隙間変化部外端３２ｂにかけての隙間傾斜角αは
０°以上に設定してある。隙間傾斜角αが０°とは、隙
間変化部３２の一部の領域において、固定軸２と平行な
領域があってもよいことを示す。

【００１６】上記隙間変化部内端３２ａは、軸受部との
間に隙間傾斜角αがマイナスとなる隙間が存在する場合
には、隙間傾斜角αが初めてマイナスとなる隙間の軸方
向最外端を該当することとなる。さらに隙間変化部外端
３２ｂの隙間は０．８mm以下であることが必要であり、
０．８mmを越えた部位は外側空間部３４に該当するとと
もに、隙間が０．８mmである点の隙間傾斜角αが４５°
以上の場合には、０．８mm以下かつ４５°以下の条件を
満足する最大隙間部分を隙間変化部外端３２ｂとする。

【００１７】そして本発明の実施の形態においては、両
隙間変化部３２，３２のそれぞれの内容量（一方側の隙
間変化部内端３２ａから隙間変化部外端３２ｂまでの固
定軸２との間で形成される容量）は、両隙間変化部内端
３２ａ，３２ａより内側のラジアル軸受部３全体の内容
量（ラジアル軸受３と固定軸２との間で形成される容
量）に対してそれぞれ１００％以上、つまり両隙間変化
部３２，３２のそれぞれの内容量を合計すると、ラジア
ル軸受部３全体の内容量に対して２００％以上に設定さ
れているとともに、上記両隙間変化部３２，３２の外端
３２ｂ，３２ｂにおける隙間寸法は、両隙間変化部３
２，３２の内端３２ａ，３２ａにおける隙間寸法に対し
てぞれぞれ２倍以上に設定されている。

【００１８】また、ラジアル軸受部３１から両端隙間変
化部３２，３２までオイル１０を満たした状態とし、隙
間変化部３２，３２の固定軸２との隙間を０．８mm以下
で、隙間変化部外端３２ｂ，３２ｂの隙間傾斜角αを４
５°以下に設定するとともに、隙間変化部３２の外端３
２ｂ，３２における隙間寸法を内端３２ａ，３２におけ
る隙間寸法に対して２倍以上に設定しているので、オイ
ル１０内に空気が混入し難くなり、安定で漏れ難い軸受
のシール装置となっている。すなわち隙間変化部内端３
２ａと外端３２ｂの隙間比が大きくなり、隙間傾斜角α
を持たせてあるため、隙間変化部３２に位置するオイル
表面部１０ａで仮に空気が混入することがあっても、そ
の空気が軸受部にまで移動することがなく、また上記隙
間比による圧力差から自然に空気は外側に移動し、混入
状態が解消される。

【００１９】また既に説明したように、ラジアル軸受３
の内容量に対して隙間変化部３２，３２の内容量が大き
くなっているため、オイル注入量や製造時におけるラジ
アル軸受３の内部容量にばらつきがあったとしても、ま
た、回転体としてのハブ４の回転によりスラスト軸受面
より浮上した場合や回転中の発熱を原因とするラジアル
軸受３の内容量の変化があったとしても、更に、蒸発や
内部混入空気によるオイル１０の量の変化が生じても、
ラジアル軸受３には常にオイル１０が保持され、また外
部に漏れ出すことはない。

【００２０】また本発明の実施の形態においては、ラジ
アル軸受３内に注入するオイル量は、隙間変化部３２の
内容量をＡとするとき、静止安定時において隙間変化部
内端３２ａから、０．１Ａないし０．９Ａの間の位置と
なる量に設定されている。

【００２１】すなわち基本的には、隙間変化部３２内に
オイル表面１０ａが位置していれば安定的に保持され問
題を生じないが、経時・環境によりオイル量・内容量な
どに変化が生じてもオイル不足・オイル漏れをなくすた
めには、オイル量（オイル表面１７ａの位置）を隙間変
化部３２内に上記の範囲で充填することによって、通常
使用される環境において充分性能を維持できるものとす
ることができる。

【００２２】また、本発明の実施の形態においては、図
９に示すように、両隙間変化部３２における固定部材と
しての固定軸２とオイル１０との接触角θ1 及び回転部
材としての隙間変化部３２自体とオイル１７との接触角
θ1 をともに１５°以上に設定するのが望ましい。尚、
図９は隙間変化部３２，３２のうち図１の上側の隙間変
化部３２を示したものである。隙間変化部３２内にオイ
ル表面１０ａが位置するということは、オイル１０は、
固定軸２及び隙間変化部３２自体とある接触角θ1 をも
って接することになるので、その接触角θ1 を１５°以
上に設定するのである。

【００２３】次に、本件発明者が種々の研究の結果、オ
イル１０が外部に漏れることを防止する漏れ防止のため
には、濡れ拡張（はい上がり現象）を防止することが必
要であり、シール部の前後ではオイルを分断させること
が必要であることも知得したので、以下にその内容につ
いて説明する。

【００２４】上記のように、濡れ拡張（はい上がり現
象）を防止するためには、多少の環境・条件変化でもオ
イルが濡れ拡張現象が生じない状態を作る必要があり、
そのためには常に（γS ＜γL ＋γSL）の条件を満足さ
せる必要がある。

【００２５】すなわちある固体表面と液体の接触角を考
えたとき、固体表面と液体が平衡を保つ条件は、 γS −γSL＝γL cos θ1 ・・・・・（ヤングの方程式） である。ここで、 γSL：固体液体界面の界面張力（表面張力） γS ：固体の表面張力 γL ：液体の表面張力 θ1 ：固体と液体の接触角 であり、平衡は上記３つの表面張力のバランスで決ま
る。

【００２６】そしてポイントとなるのは上記ヤングの方
程式の（γS −γSL）の値で、固体表面が固体液体界面
に置き変わることにより、エネルギーが １）下がる（γS ＞γSL）のか、 ２）上がる（γS ＜γSL）のか、 ３）変わらない（γS ＝γSL）のか、であり、１）のエ
ネルギーが下がる場合が、漏れた状態、すなわち、固体
液体界面を作った方が安定する状態で、２）３）の場合
が、漏れない状態、すなわち、固体表面のままの方が安
定する状態である。

【００２７】またγS とγSLの差を埋めているのがγL
cos θ1 であり、固体と液体の接触角θ1 にてバランス
をとっている。すなわち（γS −γSL）が大きくなるほ
どθ1 は小さくなり、（γS ＞γL ＋γSL）になると、
固体と液体の接触角θ1 ＝０°になってもバランスがと
れなくなり、固体表面に液体が際限なく広がってしまう
ことになる。固体としてのシャフト面を液体としてのオ
イルがはい上がっていく現象がこれで、水の上にオイル
を垂らすとどんどん広がっていってしまう現象と基本的
に同じである。

【００２８】上記のシャフト面をオイルがはい上がると
いう問題を考えてみるとき、それは（γS ＞γL ＋γS
L）という条件になっているか否かが問題となる。この
式は、エネルギーの式であるから、固体（例えばシャフ
ト）の表面は、固体の表面のみ（γS ）でいるよりも、
固体の表面に固体液体界面（γSL）と液体表面（γL ）
を新たに作った方が、エネルギーが下がり安定すること
を意味している。従って、このような場合は、いわゆる
固体表面を無くし、新たに固体液体界面と液体表面を作
り、はい上がってゆく漏れ拡散は止まらないことを意味
している。

【００２９】尚、この問題に、外力（重力、振動衝撃、
遠心力、磁気力、その他の圧力）を加えた場合どうなる
かについては、これらの外力は結果的に圧力という形で
液体表面の曲率を変化させる方向に働くだけであり、平
衡点の関係を変える力はない。従ってこれらの力は、液
体の表面張力の力で平衡点の位置を移動させようとはす
るが、上記のはい上がり現象の下では無力である。

【００３０】このように（γS ＞γL ＋γSL）という条
件になっているかぎり、はい上がり（漏れ拡散）現象は
止まらないから、はい上がり現象を止めるためには（γ
S ＜γL ＋γSL）という条件に変えることが必要であ
る。具体的には固体表面の表面張力を下げる必要があ
る。（γS ＜γL ＋γSL）という条件になれば、上記外
力も液体の表面張力を通して働くようになる。一般に金
属表面は非常に大きな表面張力を持っている。通常は何
層かの皮膜が自然に出来、表面張力をかなり低減してい
るが、それでも表面張力は大きいため、この様な（γS
＞γL ＋γSL）条件になってしまう場合があり、はい上
がり現象が起きることとなる。

【００３１】このため、はい上がり現象を防止するため
の対策としては、 （γS ＜γL ＋γSL）という条件にする。 固体表面と液体との実質接触角を出来るだけ大きくす
る。 外力をうまく利用する。 具体的には、上記にそれぞれ対応して、 １）固体表面に金属面が直接表面に出てこないように
し、出来るだけ表面張力の低い材質、例えば撥油剤等で
表面を保護し、（γS ＜γL ＋γSL）という条件にす
る。 ２）固体表面の表面粗度を小さくして、固体表面と液体
との実質接触角をできるだけ大きくする。固体表面に隙
間・溝・傷・凹凸などを出来るだけ作らない。表面積が
多くなるほど実質接触角が小さくなるからである。 ３）はい上がり現象を引き戻す方向に外力が働くように
工夫する。

【００３２】このように固体と液体との接触角θ1 が大
きいほど漏れにくい（保持力が強い）こととなる。その
ためには、両隙間変化部３２，３２における固定軸２と
オイル１０との接触角θ1 及び隙間変化部３２自体とオ
イル１０との接触角θ1 を１５°以上に設定する必要が
ある。具体的には、プラスチック材などの比較的表面張
力の低い材料を液体と接触する表面に配置すればこれら
の条件を満足することができる。

【００３３】このため、隙間変化部３２，３２の内壁面
を低表面張力のプラスチック材料から構成しておくと、
低表面張力のプラスチック材料は、オイルの濡れ拡散を
生じにくく毛管現象によるオイル保持にも有効であり特
性も安定で加工性もよいので、実用的な製品を作ること
ができる。このプラスチック材料は、隙間変化部３２，
３２の内壁面にコーティングや塗装等の手段を用いて形
成することができる。また隙間変化部３２，３２の内壁
面に撥油処理やテフロンコーティングを施すようにして
もよい。

【００３４】さらに両隙間変化部３２，３２における固
定軸２に対するオイルの接触角θ1と隙間変化部３２自
体に対するオイルの接触角θ1 との差が小さいと漏れ難
くなるから、この差を１５°以下に設定するのがよい。

【００３５】また、隙間変化部３２，３２を、軸方向に
軸受部３１側から外側空間３４側に向かって４５°以下
の角度で開く隙間に形成し、更に、隙間変化部３２，３
２の外側の隙間傾斜角も４５°以下で延長する。このよ
うにすれば、万が一オイル１０が本来予定した隙間変化
部３２，３２の位置より液面が上昇したとしても、隙間
変化部３２，３２の固体表面とオイル１０とは安定状態
が得られ、オイル１０の漏れを防止できる。

【００３６】また本実施の形態においては、固体表面の
表面粗度を小さくするため、両隙間変化部３２，３２の
内壁面の面粗度Ｒa は、０．２５μｍ以下に設定してい
る。両隙間変化部３２，３２の内壁面に凹凸があると、
その凹凸により毛管現象と同じ状態になる。毛管現象
は、オイルの体積に対してオイル表面が固体と接触する
面の比率が大きいと起こる現象であり、隙間でなく表面
に凹凸や溝などがあっても同じことである。このため、
固体と液体との接触角θ1 ＜９０°の場合、表面に凹凸
や溝などがあると、その接触角は実質的にはより小さい
接触角に変化し、より濡れ易くなる。従って、両隙間変
化部３２，３２の内周壁の面粗度Ｒa を小さく抑えるこ
とにより、固体と液体との実質接触角を増加させ、漏れ
難くすることができる。このように面粗度Ｒa を０．２
５μｍ以下に設定することは固定軸２側にも必要に応じ
て適用する。

【００３７】尚、実際には、固体表面の状態によりオイ
ルの接触角に違いが生じるし、また、一度濡れた面は濡
れていない面より濡れ易くオイルの接触角も小さくな
る。例えば、傾斜し汚れているガラス面を水滴が移動す
るとき、ガラスの先端側における水滴の接触角は大き
く、水滴が移動した後の接触角は小さくなる。また、一
度濡れた面は濡れ易く水滴は同じ所を通って落ちてい
く。これは、ミクロ部分の固体表面の形状の違いや表面
張力の違いによるものである。すなわち、表面に凹凸が
あると、接触角が同じでも固体表面の傾斜との合成で曲
率が大きく変化し、そのためマクロ的にみると接触角が
違った状態でバランスがとれることになる。そして表面
張力にムラがあると全体のオイルが撤退して行っても、
凹面や汚れに囲まれたオイルは移動できずに取り残され
てしまい、再度拡張してきたときはマクロでみて接触角
の大きい状態はとれず、その前に残ったオイルとつなが
ってしまう。その結果、接触角が小さい状態となり、通
り易くなって一度濡れたところを何度も通るようにな
る。

【００３８】このような固体表面状態になっていると、
一度何らかの理由で濡れまたはオイル注入時にオイルが
ふれた場合には、その部分は接触角が小さく保持力も小
さくなっており、オイルを通し易くなる。このため軸受
の２箇所の出口、すなわち両隙間変化部３２，３２から
外側にかけては、凹凸（面粗度）を出来るだけ小さく、
汚れ（表面張力のムラ）を出来るだけ小さくする必要が
ある。

【００３９】また固体表面に凹凸や表面張力のムラがあ
る時のマクロ（みかけ）の固体と液体との接触角は次の
ようになるといわれている。

【００４０】凹凸がある場合には、滑らかな（平らな）
面に対する実際の面の表面積の比率をｒとしたとき、マ
クロ（見かけ）の接触角θW （ウエンゼルの接触角と呼
ばれる）は、 cos θW ＝ｒcos θ1 （θ1 ：ミクロ（真実）の接触角） ミクロの接触角がθ1 ＝６０°（cos θ＝０．５）とか
なり大きい場合でも、凹凸でｒ＝２以上あると、マクロ
の接触角がθW ＝０°となり、はい上がり現象（濡れ拡
張）か止まらない状態になってしまう。このことから
も、漏れを防ぐには隙間変化部から外側にかけての面粗
度をできるだけ小さく抑え、望ましくは鏡面状態にする
のがよい。

【００４１】一方、表面張力にムラがある場合には、異
なる表面張力の複合面と考えられるから、マクロ（見か
け）の接触角θC （カッシーの接触角と呼ばれる）は、 cos θC ＝Ａ1 cos θ1 ＋Ａ2 cos θ2 となる。但し、Ａ1 ，Ａ2 ：異なる表面張力の占める面
積の比率、θ1 ，θ2 ：異なる表面張力のミクロ（真
実）の接触角である。この場合でも、漏れを防ぐには両
隙間変化部から外側にかけての面粗度をできるだけ小さ
く抑え、望ましくは鏡面状態にするのがよい。

【００４２】次に、両隙間変化部３２，３２の外端３２
ｂ，３２ｂから当該隙間変化部３２，３２の軸方向長さ
の１／２以内の位置を基準位置としたとき、その基準位
置から外側にかけての内壁面が、基準位置から軸受部３
１側の内壁面より少なくとも１５°以上大きい接触角θ
1 を有する材質あるいは処理表面により形成することも
有効である。すなわち、漏れ難くするには固体と液体と
の接触角を大きくするのが一つの方法であるが、何らか
の制約条件から全体の接触角を上げられない場合には、
保持に一番必要な部分のみの接触角を大きくしても効果
がある。

【００４３】さらにまた、両隙間変化部３２，３２の大
径側すなわち、外端３２ｂ，３２ｂにおける接触角θ1
が、小径側、すなわち、内端３２ａ，３２ａにおける接
触角より大きくなるように設定しておくことも有効であ
る。

【００４４】すなわち回転部材の回転時には、軸受内の
オイルにも遠心力が働くため、両隙間変化部３２，３２
の半径方向大径側の面の方が小径側の面よりオイルの圧
力が高くなる。このため、大径側・小径側の面とも接触
角が同じ場合には、大径側の固体とオイル表面との接触
点位置の方が小径側の固体とオイル表面との接触点位置
より外側となり、漏れ易く空気を混入し易い条件になっ
てしまう。これに対して大径側の接触角を大きくする
と、接触点の平衡バランスと圧力差から、大径側の固体
とオイル表面との接触点位置と小径側の固体とオイル表
面との接触点位置との差が小さくなり、オイル漏れ・空
気の混入に対して有利となる。

【００４５】一方本発明においては、隙間変化部３２に
おける大径面側の径中心に対する軸受部３１側から見た
傾斜角が、１０°ないし−２０°の範囲内に設定されて
もよい。すなわち回転によって生じるオイルへの遠心力
は常に径が大きい面側が大きくなるため、このような形
状とすることによって、遠心力による圧力がオイルを漏
らす方向には働かなくなり、より安定な状態を保つこと
ができる。

【００４６】また本発明においては、ラジアル軸受３の
動圧発生用溝の外端を、隙間変化部３２，３２の内端３
２ａ，３２ａまで延長して形成してもよい。このように
動圧発生用溝を隙間変化部３２，３２の内端３２ａ，３
２ａまで延長するように構成すれば、軸受部３１からの
隙間傾斜角αは常にα≧０°状態となり、オイル注入時
などに空気が混入しにくくなるとともに、混入しても外
側へ押し出す方向の力が加わり、常にオイルを保持しや
すい状態が保つことができる。

【００４７】さらにまた本発明の実施の形態において
は、隙間変化部３２内における隙間傾斜角αは、隙間傾
斜角αを略一定に形成し、断面が直線状の内壁面に形成
するのが、最も加工が容易な形状であるとともにどの位
置でも隙間傾斜角αがα＞０°であるため、オイルは内
側に、空気は外側にという力が常に働いて安定となり好
ましい。

【００４８】一方、本発明の他の実施の形態では、図２
に軸受部の要部を示したように、隙間変化部３２内に隙
間３２１がラジアル方向に設けられている。このように
ラジアル方向に隙間３２１を設けることにより、オイル
保持のための内容量を増やすことができ、特に隙間３２
１の軸方向の幅を隙間変化部外端３２ｂと固定軸２との
間の幅より小さく抑えることにより、隙間３２１のオイ
ル１０は確実に保持される。またラジアル方向に形成し
た隙間３２１は軸方向に大きな寸法をとらないため、全
体の軸方向寸法が抑えられるとともに、耐衝撃保持力が
有利となる。

【００４９】上記隙間３２１は、既に説明した隙間変化
部３２の条件を満足するものであれば、図３及び図４に
示すように、半径方向に溝状の隙間３２２を軸方向に設
けるか、或いは孔として形成することも可能である。

【００５０】このときの上記隙間は、図３及び図４に示
されているような隙間変化部条件を満足する半径方向の
隙間３２２をラジアル方向に設けたものとしたり、孔状
（図示省略）に形成することも可能である。これらの場
合も上記の場合と同様であるが、特に孔の場合には容量
に対する固体面の比率が増えて毛管現象による発生圧力
が倍となるため、面対向時の隙間に対し孔は半径が対応
する。

【００５１】また本発明においては、隙間変化部３２の
軸方向区間における２／３以上を、隙間寸法０．４mm以
内の平行隙間（隙間傾斜角α＝０°）に設定してもよ
い。このような形状にすることによって、隙間変化部３
２のスペースが多く取れることとなり、オイル１０のば
らつき・変化をより多く吸収できるとともに、平行隙間
部の隙間間隔を小さく抑えることができ、漏れ難い状態
が確保されることとなる。

【００５２】また、図５中に破線で示したように、隙間
変化部内端３２ａ，３２ａの内側どうしを連通させるオ
イル循環孔３２３を設けたり、通常のように、ラジアル
軸受３が２箇所設けられた場合、図中２点鎖線で示した
ように、ラジアル軸受３間の内部空気を逃がすための孔
３２４からなる空気排出手段を固定軸２内に設けたり、
あるいは隙間をラジアル軸受３に設け、ラジアル軸受３
間を繋げるようにしてもよい。軸受内部に空気が存在す
るとき、気圧や温度の変化により空気が膨張したり高圧
になる場合がある。この場合、その空気圧によって軸受
部に介在するオイルが押し出されてしまう可能性があ
る。これに対して軸受間を孔や隙間からなる空気排出手
段により繋げておくと、膨張した空気は空気排出手段を
介して逃げて圧力差が解消されることとなり、オイルを
押し出す圧力は加わらなくなる。

【００５３】さらにまた本発明においては、図示してい
ないが、隙間変化部３２からその外側にかけて、軸方向
に延在する溝または凸条を設けてもよい。このように構
成すれば、何らかの理由によりオイル１０に空気が混入
した場合に、オイル１０と空気の入れ替えがスムーズに
できる状態が作られ、より確実に空気を外部へ押し出す
ことができる。溝または凸条があると、表面張力により
オイル１０はより隙間の狭い方に、空気はより隙間の広
い方に移動してオイルと空気が分離された状態となるか
らである。さらにこの溝または凸条を、軸方向に外部ま
で形成しておけば、この溝または凸条に沿ってオイル・
空気がぶつからず分離された状態でそれぞれ移動でき、
よりスムーズにオイルと空気の入れ替えをすることがで
きる。

【００５４】また、図６に示した実施の形態では、上下
に配置された２つのラジアル軸受３において、それぞれ
のラジアル軸受３に形成された外側に位置する隙間変化
部４２の傾斜角度より内側に位置する隙間変化部５２の
傾斜角度を大きく設定するとともに、オイル接触角が４
５°以下となるように構成している。最大保持圧力を発
生する接触角は小さいほうが大きな圧力を発生すること
ができ、接触角４５°で約７割であるので、この程度ま
で接触角を抑える必要がある。更に図６の実施の形態で
は、隙間変化部４２，５２における平均隙間傾斜角は１
０°以上となるように構成されている。外力や相対移動
による隙間の変化などによるオイルの移動を防ぐには、
平均で１０°程度以上の隙間傾斜角が必要である。

【００５５】また、図６の実施の形態のように、２つの
軸受３の間に空気が存在する場合、軸受部３１より内側
に位置する隙間変化部５２における平均隙間傾斜角は、
ラジアル軸受部３１より外側に位置する隙間変化部４２
における平均隙間傾斜角の２倍以上に設定するのがよ
い。このようにすれば、内側の隙間変化部５３の容量に
対して外側の隙間変化部４２の容量を大きくすることが
でき、実質的なオイル可能保持量を増やすことができ
る。尚、内側の隙間変化部５２からオイルが溢れて漏れ
出しやすくはなるが、軸受の内側にオイルを戻す作用と
なるので問題はない。

【００５６】さらに図７に示す実施の形態においては、
オイルとして磁性流体が使用されているとともに２つの
磁性材料からなる軸受３の間にマグネット６２が配置さ
れ、磁性材料からなる固定軸２との間で磁気回路が形成
されている。上記磁気回路は、軸受３と固定軸２とが磁
性材料から構成されることにより、磁束密度が隙間変化
部３２の内端３２ａで強くかつ隙間変化部３２の外端３
２ｂで弱く設定されることになり、また、隙間変化部３
２の少なくとも半分以上の区間でほぼ一方向で一定の磁
束密度傾斜の磁界となるように形成されている。

【００５７】このような磁気的条件にすることにより、
オイルとしての磁性流体は、磁気力によっても内部へ向
う圧力を受けてより漏れ難い状態となる。またできるだ
け磁束密度傾斜を一定にしておくことにより、多少磁性
流体の位置が変化しても確実にあるレベル以上の磁気力
が加わることになる。

【００５８】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもな
い。例えば、本発明は上述したような軸固定型の装置に
限定されることはなく、回転型の装置にも同様に適用す
ることができ、またモータ以外の軸受を用いたあらゆる
種類の装置に対しても同様に適用することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように本発明にかかる軸受の
シール装置によれば、軸受部に常に充分なオイルを保持
することができるとともに、オイルを安定的に保持して
オイルの外部漏れを良好に防止することができ、外力に
も良好に耐えることができ、装置の信頼性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における軸受装置を表した
半横断面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態における軸受装置の要
部を拡大して表した半横断面説明図である。

【図３】本発明の他の実施の形態における軸受装置の要
部を拡大して表した平面説明図である。

【図４】図３に表した軸受装置の要部を拡大して表した
半横断面説明図である。

【図５】本発明の他の実施の形態における軸受装置を表
した半横断面説明図である。

【図６】本発明の他の実施の形態における軸受装置を表
した半横断面説明図である。

【図７】本発明の他の実施の形態における軸受装置を表
した半横断面説明図である。

【図８】本発明を適用したＨＤＤモータの全体構造を表
した半横断面図である。

【図９】本発明の実施の形態における軸受装置の要部を
拡大して表した半横断面説明図である。

【符号の説明】

３１ ラジアル軸受部 ３２ 隙間変化部 α 隙間傾斜角

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材に対し回転部材を回転自在に支
   承するラジアル軸受部を有するラジアル軸受が設けら
   れ、 上記固定部材と回転部材との間にオイルを充填するとと
   もに上記ラジアル軸受部の軸方向両端側に隙間変化部が
   形成された軸受のシール装置であって、 上記隙間変化部は、 １）上記ラジアル軸受部側の隙間変化部内端で該隙間変
   化部における最小隙間を有するとともに、上記ラジアル
   軸受部とは逆側の隙間変化部外端で該隙間変化部におけ
   る最大隙間を有し、 ２）上記軸受部側から見た上記隙間変化部の角度を隙間
   傾斜角としたとき、上記隙間変化部内端から隙間変化部
   外端にかけての隙間傾斜角は０°以上であり、 ３）上記隙間変化部外端は、上記隙間変化部の対向面に
   対する隙間が０．８mm以下、かつ、隙間傾斜角が４５°
   以下の位置であり、 ４）上記両隙間変化部のそれぞれの内容量は、上記ラジ
   アル軸受部の内容量に対してそれぞれ１００％以上に設
   定されているとともに、上記両隙間変化部外端における
   半径方向隙間が、上記両隙間変化部内端における半径方
   向隙間に対してそれぞれ２倍以上に設定されていること
   を特徴とする軸受のシール装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 静止安定時におけるオイル量が、隙間変化部の内容量を
   Ａとするとき、隙間変化部内端から０．１Ａないし０．
   ９Ａの間の位置となる量に設定されていることを特徴と
   する軸受のシール装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部における回転部材又は固定部材とのオイルの
   接触角は１５°以上に設定されていることを特徴とする
   軸受のシール装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部における回転部材とオイルとの接触角と、固
   定部材とオイルとの接触角の差が、１５°以下に設定さ
   れていることを特徴とする軸受のシール装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部の内壁面は、低表面張力のプラスチック材料
   から形成されていることを特徴とする軸受のシール装
   置。
6. 【請求項６】 請求項３記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部の内壁面における面粗度Ｒa は、０．２５μ
   ｍ以下に設定されていることを特徴とする軸受のシール
   装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 軸受部に形成した動圧発生用溝の外端が、隙間変化部内
   端まで形成されていることを特徴とする軸受のシール装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部の軸方向区間における２／３以上が、隙間寸
   法０．４mm以内の平行隙間に設定されていることを特徴
   とする軸受のシール装置。
9. 【請求項９】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部は、隙間変化部内端から隙間変化部外端に向
   って４５°以下の角度で開くように形成されていること
   を特徴とする軸受のシール装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の軸受のシール装置にお
    いて、 隙間変化部内における隙間傾斜角は略一定に形成され、
    断面が直線状の内壁面に形成されていることを特徴とす
    る軸受のシール装置。
11. 【請求項１１】 請求項９記載の軸受のシール装置にお
    いて、 隙間変化部における平均隙間傾斜角が、１０°以上に設
    定されていることを特徴とする軸受のシール装置。
12. 【請求項１２】 請求項１記載の軸受シール装置におい
    て、 隙間傾斜部内端とラジアル軸受部との間を相互に連通さ
    せるオイル循環孔が設けられていることを特徴とする軸
    受のシール装置。
13. 【請求項１３】 請求項１記載の軸受のシール装置にお
    いて、 隙間変化部からその外側にかけて、軸方向に延在する溝
    が設けられていることを特徴とする軸受のシール装置。
14. 【請求項１４】 請求項１記載の軸受のシール装置にお
    いて、 隙間変化部内に磁性流体が充填されているとともに、当
    該磁性流体に対して隙間変化部内端で強くかつ隙間変化
    部外端で弱く設定され、隙間変化部の少なくとも半分以
    上の区間でほぼ一方向かつ一定の磁束密度傾斜の磁界と
    なるように設定された磁気回路が形成されていることを
    特徴とする軸受のシール装置。