JP3933692B2 - Ｖ字状オイルバリヤ溝を有する動力学的溝軸受 - Google Patents

Description

本発明は、内側軸受部分及びこの内側軸受部分の周りに回転自在の外側軸受部分を有し、これらの軸受部分には互いに連携動作する軸受面を設け、これらの軸受面間には軸受ギャップを設け、この軸受ギャップには動作中潤滑液体が存在し、少なくとも一方の軸受部分の軸受面に溝パターンを設け、外側軸受部分の軸受面には軸受ギャップの境界をなす環状窪みを設けた動力学的溝軸受に関するものである。
また、本発明は、本発明による動力学的溝軸受に使用するのに好適な外側軸受部分に関するものである。
更に、本発明は、本発明による動力学的溝軸受に使用するのに好適な内側軸受部分に関するものである。
更に、本発明は、ステータと、このステータに対して動力学的溝軸受により回転自在に支承したロータとを有し、前記ステータを前記動力学的溝軸受の内側軸受部分に固定し、また前記ロータを前記動力学的溝軸受の外側軸受部分に固定した電動モータに関するものである。
更にまた、本発明は、情報ディスクと、この情報ディスクに連携動作する走査ユニットとを有し、前記情報ディスクを電動モータによってハウジング内で回転自在にしたデータ記憶ユニットに関するものである。
上述の動力学的溝軸受及び電動モータは特開平６−１７８４９２号に記載されている。この既知の動力学的溝軸受の内側軸受部分は、溝パターンを設けた円形断面の円筒形軸受面を設けた固定配置のシャフトにより構成している。更に、この既知の動力学的溝軸受の外側軸受部分は、軸線の周りに回転自在でありかつ内側軸受部分のシャフトの軸受面に連携動作する滑らかな円形断面の円筒形軸受面を設けたブッシュにより構成している。このような動力学的溝軸受の一般的な問題としては、動力学的溝軸受の臨界速度移動となると軸受ギャップから潤滑液体が漏洩するという問題がある。既知の動力学的溝軸受では、シャフトとブッシュの互いに連携動作する軸受面間の軸受ギャップを区切る即ち、境界をなす環状窪みをブッシュの軸受面に設けている。軸受ギャップからの潤滑液体の漏洩は動作中この環状窪みに捕捉される。軸受ギャップから漏洩した潤滑液体は、シャフトの周りのブッシュの回転によって潤滑液体に作用する遠心力の作用の下に環状窪み内に保持される。既知の動力学的溝軸受からの潤滑液体の動作中の漏洩は、このようにしてできるだけ防止される。
既知の動力学的溝軸受の欠点は、シャフトの周りにブッシュが比較的高速で回転するとき、環状窪みは動力学的溝軸受からの潤滑液体の漏洩を防止できない点である。例えば、動力学的溝軸受をコンピュータのハードディスクを駆動する電動モータに使用するときのようにシャフトの周りにブッシュが比較的高速で回転するとき、軸受ギャップから比較的多量に潤滑液体が漏洩する。この結果、上述の窪みは潤滑液体で完全に満たされ、窪みの端縁からあふれて動力学的溝軸受から漏洩してしまう。
本発明の目的は、内側軸受部分の周りに外側軸受部分が比較的高速で回転するとき動力学的溝軸受から潤滑液体が漏洩するのを防止する上述の種類の動力学的溝軸受を得るにある。
この目的を達成するため、本発明動力学的溝軸受は、前記環状窪みの前記軸受ギャップに面する側に外側軸受部分の軸受面に隣接しかつ外側軸受部分の軸受面に鈍角の角度β₁をなす第１側面を設けるとともに、前記環状窪みの前記軸受ギャップから遠い方の側に前記外側軸受部分の軸受部分に隣接しかつ前記外側軸受部分の軸受面に鈍角の角度β₂をなす第２側面を設けたことを特徴とする。動作中に互いに連携動作する軸受面間に軸受ギャップから漏洩する潤滑液体は環状窪み内に捕捉され、内側軸受部分の周りの外側軸受部分の回転によって潤滑液体に作用する遠心力の作用の下で環状窪みに保持される。環状窪みにおける潤滑液体はメニスカス（三日月形状）を形成し、環状窪みの第１側面及び第２側面に対して或る接触角で接する。この接触角度は潤滑液体の成分、環状窪みを形成する外側軸受部分の材料の成分、動力学的溝軸受の速度に左右される値を有する。環状窪みの第１及び第２の側面は同一の材料で形成する場合、潤滑液体と第１側面との間の接触角度は、潤滑液体と第２側面との間の接触角度に等しくなる。第１側面の鈍角の角度β₁は第２側面の鈍角の角度β₂よりも小さいため、即ち、第１側面は第２側面よりも急峻であるため、同一の接触角となるには、第１側面に隣接する環状窪みの底部の上方のメニスカスのレベルは、第２側面に隣接する環状窪みの底部の上方のメニスカスのレベルよりも大きくなる。この結果、メニスカスは、比較的高速では先ず第１側面に隣接する外側軸受部分の軸受面に達し、潤滑液体は第１側面に隣接する環状窪みから流出し、軸受ギャップの毛細管作用又は溝パターンのポンピング作用により軸受ギャップに還流する。メニスカスは、環状窪みの第２側面に隣接する外側軸受部分の軸受面には達せず、潤滑液体は環状窪みの軸受ギャップから遠い方の側からは流出しない。このようにして、比較的高速回転中でも動力学的溝軸受からの潤滑液体の漏洩は阻止される。
本発明による動力学的溝軸受の好適な実施例においては、前記鈍角の角度β₁を１３５°以下とし、前記鈍角の角度β₂を１４５°以上とする。この値の角度β₁，β₂を使用すると、環状窪みの第１側面に隣接するメニスカスと、環状窪みの第２側面に隣接するメニスカスとのレベルの差は、例えば、外部干渉力の作用の下にメニスカスレベルに生ずる変動により潤滑液体が漏洩するのを防止するのに十分なものとなる。
本発明による動力学的溝軸受の他の実施例においては、前記外側軸受部分の軸受面に溝パターンを設けるとともに、前記環状窪みの前記第１側面を前記溝パターンに隣接させる。本発明によるこの実施例の動力学的溝軸受においては、比較的高速での動作で、環状窪みの第１側面に隣接する側からの潤滑液体の流出は即座に溝パターンのポンピング作用を受け、潤滑液体は軸受ギャップに効率よく還流する。更に、メニスカスは環状窪みの第２側面に隣接する部分では比較的低いレベルに達する。これは即ち、環状窪みの第１側面に隣接する溝パターンの底部の位置に対応するレベルにのみ達するだけであるからである。
本発明による動力学的溝軸受の更に他の実施例においては、前記環状窪みの前記第２側面に、潤滑液体をはじくコーティングを設ける。この構成によれば、コーティングの結果、環状窪みの第２側面に対するメニスカスの接触角は比較的大きな値となり、環状窪み内で凸状のメニスカスを生じ、このメニスカスが環状窪みの第１側面全体をカバーする。第１側面に隣接するメニスカスと第２側面に
隣接するメニスカスとの間のレベルの差は、このようにして一層増大し、環状窪みの信頼性が一層向上する。
本発明による動力学的溝軸受の更に他の実施例においては、前記内側軸受部分に、前記環状窪みの第２側面に対向配置しかつ前記内側軸受部分の軸受面に対して鈍角の角度β₃をなす円錐面を設け、鈍角の角度β₃を前記鈍角の角度β₂よりも小さくする。鈍角の角度β₃の円錐面を使用することにより、環状窪みの第２側面と円錐面との間に、軸受ギャップから見て次第に拡開する環状室を生ずる。動力学的溝軸受が静止しているとき、潤滑液体の一部は軸受ギャップから流出する。この潤滑液体は、環状窪みの第２側面と内側軸受部分の円錐面との間のこの環状室内にメニスカスを形成し、この潤滑液体は、環状室の拡開形状により軸受ギャップに向かう方向の毛細管力を受ける。この毛細管力は、動力学的溝軸受が静止しているときにも動力学的溝軸受からの潤滑液体の漏洩を防止する。
本発明による動力学的溝軸受の更に他の実施例においては、前記円錐面の前記軸受ギャップから離れる方向に前記環状窪みの第２側面を越えて延長させる。この実施例においては、拡開する環状室が比較的大きくなり、動力学的溝軸受が静止している間に毛細管力の作用の下に比較的多量の潤滑液体を環状室内に保持することができる。
本発明による動力学的溝軸受の更に他の実施例においては、前記円錐面を、前記内側軸受部分の軸受面に設けた他の環状窪みの側面として形成する。この他の環状窪みは、内側軸受部分の軸受面の円錐面を製造するのに、内側軸受部分から比較的僅かな量の材料のみを除去するだけで済むことを意味する。
本発明によれば、上述の種類の電動モータにおいて、前記動力学的溝軸受を本発明による動力学的溝軸受により構成したことを特徴とする。本発明による動力学的溝軸受の好ましい特性は電動モータに特に有利に使用できる。即ち、電動モータの比較的高速回転により動力学的溝軸受から漏洩する潤滑液体により電動モータが汚れるのを防止できるからである。
上述の種類の本発明によるデータ記憶ユニットにおいては、電動モータを本発明による電動モータにより構成したことを特徴とする。本発明による電動モータ及びこの電動モータに使用する動力学的溝軸受の好ましい特性は、データ記憶ユニットに特に有利に使用することができる。即ち、電動モータの比較的高速回転により動力学的溝軸受から漏洩する潤滑液体によりデータ記憶ユニット及びこのユニットに使用する情報ディスクが汚れるのを防止できるからである。
以下に図面につき本発明を詳細に説明する。
図１ａは、本発明による動力学的溝軸受の第１実施例を設けた電動モータの一部断面とする側面図、
図１ｂは、モータが回転しているときの図１ａの動力学的溝軸受の環状窪みの詳細を示す説明図、
図２ａは、本発明による動力学的溝軸受の第２実施例を設けた電動モータの一部断面とする側面図、
図２ｂは、モータが回転しているときの図２ａの動力学的溝軸受の他の環状窪みの詳細を示す説明図、
図３ａは、本発明による動力学的溝軸受の第３実施例を設けた電動モータの一部断面とする側面図、
図３ｂは、モータが回転しているときの図３ａの動力学的溝軸受の環状窪み及び他の環状窪みの詳細を示す説明図、
図４は、電動モータ及び本発明による動力学的溝軸受を有するデータ記憶ユニットの線図的平面図、
図５は、図４のデータ記憶ユニットの側面図である。
図１ａ，図２ａ，及び図３ａにおいて、それぞれ本発明による動力学的溝軸受の第１、第２、及び第３の実施例の電動モータの対応する部分には同一の参照符号を付して説明する。
図１ａに示す電動モータ１は、ステータ３及びロータ５を有し、このロータ５はステータ３に対して回転軸線７の周りに、本発明による動力学的溝軸受９の第１の実施例によって回転自在に支承する。ステータ３は図１ａには線図的にのみ示す電気コイル１１を有し、ロータ５はこの電気コイル１１に連携動作する永久磁石１３を有し、この永久磁石１３も図１ａに線図的にのみ示す。
図１ａに更に示すように、動力学的溝軸受９は、内側軸受部分１５と、この内側軸受部分１５に対して回転軸線７の周りに回転自在の外側軸受部分１７とを有する。内側軸受部分１５を電動モータ１のステータ３に固定するとともに、外側軸受部分１７は電動モータ１のロータ５に固定する。内側軸受部分１５は、ステータ３に対して固定したシャフト１９により構成し、回転軸線７に一致する中心ライン２１を有する。シャフト１９には中心ライン２１に同心状の滑らかな円形断面の円筒形軸受面２３を設ける。更に、内側軸受部分１５に、中心ライン２１に直交する環状軸受面２７，２９を有する環状軸受プレート２５を設ける。外側軸受部分１７はロータ５に固着した軸受ブッシュ３１により構成し、動作中にはシャフト１９の中心ライン２１にほぼ一致する中心ライン３３を有する。軸受ブッシュ３１は、中心ライン３３に同心状の内面を設けた円形断面の円筒形軸受面３５を有し、この軸受面３５をシャフト１９の軸受面２３に連携動作させる。外側軸受部分１７には環状の軸受室３７を設け、この軸受室３７内に内側軸受部分１５の軸受プレート２５を配置する。軸受室３７は外側軸受部分１７の環状閉鎖プレート３９によって閉鎖する。軸受室３７には、中心ライン３３に直交しかつ軸受プレート２５の環状軸受面２９に連携動作する滑らかな軸受面４１を設けるとともに、閉鎖プレート３９には、中心ライン３３に直交しかつ軸受プレート２５の環状軸受面２７に連携動作する滑らかな環状軸受面４３を設ける。軸受ギャップ４５を互いに連携動作する軸受面２３，３５間に設け、軸受ギャップ４７を互いに連携動作する軸受面２９，４１間に設け、また軸受ギャップ４９を互いに連携動作する軸受面２７，４３間に設け、このような軸受ギャップには、動作中例えば、潤滑オイル又はグリースのような潤滑液体を存在させる。
図１ａに更に示すように、第１溝パターン５１及び第２溝パターン５３を軸受ブッシュ３１の軸受面３５に互いに軸線方向に或る距離離して設け、各溝パターン５１，５３はＶ字状形状で、等間隔毎に配列した多数の一連の溝５５ａ，５５ｂの対を設ける。これらの溝パターン５１，５３は、シャフト１９の滑らかな軸受面２３と組合わさって半径方向の動力学的溝軸受５７を形成し、この動力学的溝軸受内で、軸受ブッシュ３１のシャフト１９の周りの回転中に生ずる溝５５ａ，５５ｂのポンピング作用の影響の下で溝５５ａ，５５ｂに存在する潤滑液体によって安定化圧力を発生し、外側軸受部分１７は内側軸受部分１５に対して回転軸線７に直交する方向に支持される。軸受プレート２５の環状軸受面２７，２９にも、それぞれ対応の溝パターン５９，６１を設ける。図１ａにのみ側面図として見える溝パターン５９，６１にも、Ｖ字状形状で、等間隔毎に配列した多数の一連の溝６３を設ける。溝パターン５９，６１は、それぞれ外側軸受部分１７の滑らかな軸受面４３及び滑らかな軸受面４１と組合わさって軸線方向の動力学的溝軸受６５を形成し、外側軸受部分１７の内側軸受部分１５の周りの回転中に潤滑液体による安定化圧力を発生し、外側軸受部分１７は内側軸受部分１５に対して回転軸線７に平行な方向に支持される。
更に、図１ａに示すように、電動モータ１の動力学的溝軸受９は外側軸受部分１７の軸受面３５に設けて互いに連携動作する軸受面２３，３５間のギャップ４５を区切る軸受６７を有する。以下に説明するように、環状窪み６７は軸受ギャップ４５に存在する潤滑液体が動力学的溝軸受９から漏洩するのを防止する。図１ｂに示すように、環状窪み６７の軸受ギャップ４５がワイヤに第１側面６９を設け、この第１側面６９を外側軸受部分１７の軸受面３５に隣接させ、第１側面６９と軸受面３５とが鈍角β₁をなすようにする。軸受ギャップ４５から遠い方の側の環状窪み６７の部分に第２側面７１を設け、この第２側面７１を外側軸受部分１７の軸受面３５に隣接させ、外側軸受部分１７の軸受面３５に対してやはり鈍角β₂をなすようにする。図１ｂに見えるように、鈍角β₁を鈍角β₂よりも小さくし、窪み６７の第１側面６９を第２側面７１よりも急峻な角度にする。更に、図１ｂに示すように、窪み６７の側面６９，７１を窪み６７の丸みのある底部７３に合流させる。窪み６７の第１側面６９を溝パターン５３に隣接させ、このパターン５３の溝５５ｂを環状窪み６７内に導入させる。
環状窪み６７は潤滑液体が動力学的溝軸受９から漏洩するのを防止するため、以下のように動作する。動力学的溝軸受は既知のように、動力学的溝軸受９の臨界速度以上になる動作中に軸受ギャップ４５に存在する潤滑液体の漏洩を生ずる。この臨界速度は特に、軸受ギャップ４５の高さ及び潤滑液体の粘度及び表面張力によって決定される。動作中の軸受ギャップ４５からの潤滑液体の漏洩は、外側軸受部分１７の回転にともない、潤滑液体と外側軸受部分１７との間の摩擦力の影響の下で発生する。このことは、潤滑液体が遠心力を受け、この遠心力の影響の下で潤滑液体が環状窪み６７に捕捉され、環状窪み６７内に保持されることを意味する。図１ｂに示すように、軸受ギャップ４５から漏洩した潤滑液体７５は環状窪み６７内でメニスカス（三日月形状）７７を形成し、このメニスカス７７は環状窪み６７の第１側面６９及び第２側面７１に対していゆるる接触角αをなす。この接触角αは、潤滑液体７５の成分、軸受ブッシュ３１を製造しかつ環状窪み６７を形成する材料の成分、電動軸受１及び動力学的溝軸受９の速度によって決定される値を有する。図１ａ，図１ｂに示す動力学的溝軸受９の第１の実施例では、環状窪み６７の側面６９，７１は同一材料により形成し、従って、メニスカス７７と第２側面６９との間の接触角αはメニスカス７７と第２側面７１との間の接触角αに等しくなる。第１側面６９の鈍角β₁は第２側面７１の鈍角β₂よりも小さいため、即ち、第１側面６９は第２側面７１よりも急峻であるため、メニスカス７７は接触角αを得るのに第１側面６９における窪み６７の底部７３の上方のレベルｈ₁を有し、このレベルｈ₁は接触を得るのに第２側面７１におけるメニスカス７７のレベルｈ₂よりも高い。メニスカス７７のレベルｈ₁及びｈ₂は、動力学的溝軸受９の高速回転中に軸受ギャップ４５から漏洩し続ける結果として環状窪み６７内の潤滑液体７５の量が増加して図１ｂに示す状況に達するまで増加する。この状況において、メニスカス７７は窪み６７の第１側面６９に隣接する溝パターン５３の溝５５ｂの底部７９に達する。窪み６７における潤滑液体７５の量が更に増大すると、第１側面６９に隣接する溝パターン５３の溝５５ｂに流入し、溝パターン５３の溝５５ｂに進入した潤滑液体は、溝５５ｂのポンピング作用の下に軸受ギャップ４５に還流する。このようにして、図１ｂに示す環状窪み６７内の潤滑液体７５のレベルを越えることはない。窪み６７に存在する潤滑液体７５は窪み６７の軸受ギャップ４５から遠い方の端縁８１からオーバーフローすることはない。即ち、窪み６７の第２側面７１に隣接するメニスカス７７の高さｈ₂は、窪み６７の第１側面６９に隣接するメニスカス７７の高さｈ₁よりも小さく、従って、図１ａに示す動力学的溝軸受９の端部８３に沿う潤滑液体の漏洩は、動力学的溝軸受９の高速回転でも防止される。
メニスカス７７の高さｈ₁及びｈ₂間の差は、鈍角β₁と鈍角β₂の値の差によって決定される。この高さｈ₁及びｈ₂は、例えば、動力学的溝軸受９に加わる外部干渉力により変動する。メニスカス７７のレベルｈ₁とｈ₂の差は、鈍角β₁が１３５°よりも小さく、鈍角β₂が１４５°よりも大きいとき、レベルｈ₁とｈ₂の変動により生ずる動力学的溝軸受９からの潤滑液体の漏洩を防止するのに十分である。図１ｂに示す動力学的溝軸受９の第１実施例では、鈍角β₁を約１２０°、鈍角β₂を約１６０°とする。しかし、上述の窪み６７の動作によれば、角度β₁が角度β₂よりも小さいとき、窪み６７は全般的に潤滑液体の動力学的溝軸受９からの漏洩を防止する。
メニスカス７７は、窪み６７の第１側面６９に隣接する溝５５ｂの底部７９の位置にほぼ対応するレベルにのみ達する。即ち、溝パターン５３は環状窪み６７に隣接し、溝パターン５３の溝５５ｂは窪み６７に合流するためである。このため、窪み６７の第２側面７１に隣接するメニスカス７７のレベルｈ₂は比較的低く、窪み６７の動作は極めて信頼性が高い。しかし、溝パターン５３と環状窪み６７との間が軸線方向に離れているときにも本発明は適用することができる。この他の実施例においては、メニスカス７７は窪み６７の第１側面６９に隣接するレベルに達し、このレベルは軸受ギャップ４５に対向する窪み６７の端縁８５の位置に対応する。メニスカス７７がこの端縁８５を越えると、窪み６７からオーバーフローする潤滑液体は軸受ギャップ４５の毛細管力の作用によって軸受ギャップ４５に還流する。しかし、鈍角β₁と鈍角β₂との差が十分大きいときは、メニスカス７７は第２側面７１に隣接する軸受ギャップ４５から遠い方の窪みの端縁８１から十分大きな距離を保持することになる。
図２ａに示す電動モータ８７においては、ロータ５は回転軸線７の周りにステータ３に対して本発明による動力学的溝軸受８９の第２の実施例によって支承する。電動モータ８７の動力学的溝軸受８９は、はやり外側軸受部分１７の軸受面３５に設けた環状窪み９１を有し、この環状窪み９１により互いに連携動作する軸受面２３，３５間の軸受ギャップ４５を区切る。環状窪み９１の詳細を図２ｂに詳細に示す。動力学的溝軸受９の環状窪み６７と同様に、動力力的溝軸受８９の環状窪み９１も、軸受ギャップ４５に対向する側に、外側軸受部分１７の軸受面３５に隣接する第１側面６９を設け、この第１側面６９を外側軸受部分１７の軸受面３５に対して鈍角の角度β₁をなすようにし、また軸受ギャップ３５から遠い方の側に、外側軸受部分１７の軸受面３５に隣接する第２側面７１を設け、この第２側面７１を外側軸受部分１７の軸受面３５に対して鈍角の角度β₂をなすようにし、角度β₁を角度β₂よりも小さくする。図２ｂに示すように、窪み９１の側面６９，７１を窪み９１の平坦な円形断面の円筒形底部９３に合流させる。
図２ｂに示すように、動力学的溝軸受８９の内側軸受部分１５は、滑らかな円形断面の円筒形軸受面２３を設けたシャフト９５を有する。シャフト９５の軸受面２３に円錐面９７を設け、シャフト９５の軸受面２３における他の環状窪み１０１の側面９９を形成する。図２ｂに示すように、側面９９を軸受ギャップ４５に対向する他の環状窪み１０１の側に設ける。円錐面９７は外側軸受部分１７の環状窪み９１の第２側面７１に対向させて配置し、内側軸受部分１５の軸受面２３に対して鈍角の角度β₃をなすように形成する。円錐面９７の鈍角β₃を環状窪み９１の第２側面７１の鈍角β₂よりも小さくし、環状窪み９１の第２側面と円錐面９７との間に環状室１０３を生ずるようにし、この環状室１０３は軸受ギャップ４５から離れる方向に拡開する。図２ｂに示すように、円錐面９７は、軸受ギャップ４５から見て環状窪み９１の第２側面７１を越えて軸線方向に延長させる。
電動モータ８７及びこのモータに使用した動力学的溝軸受８９の回転中に動力学的溝軸受８９から潤滑液体が漏洩するのを防止する外側軸受部分１７の環状窪み９１の動作は、動力学的溝軸受９の環状窪み６７の動作に対応し、電動モータ８７が高速回転するとき動力学的溝軸受８９から潤滑液体が漏洩するのを防止する。図２ｂは、電動モータ８７並びに動力学的溝軸受８９が静止しているときの外側軸受部分１７の環状窪み９１及び内側軸受部分１５の環状窪み１０１を示し、毛細管作用により潤滑液体１０５の一部が軸受ギャップ４５から滲み出ている状態を示す。図２ｂに示すように、静止状態で軸受ギャップ４５から滲み出た潤滑液体１０５は、外側軸受部分１７の環状窪み９１の第２側面７１と内側軸受部分１５の円錐面９７との間の環状室１０３においてメニスカス１０７を形成する。軸受ギャップ４５から見て環状室１０３は拡開しているため、環状室１０３におてる潤滑液体１０５は軸受ギャップ４５の方向に毛細管力を受ける。電動モータ８７及び動力学的溝軸受８９が静止している間には、この毛細管力が潤滑液体１０５を環状室１０３に保持し、従って、電動モータ８７が静止している間に動力学的溝軸受８９から潤滑液体が漏洩するのを防止する。円錐面９７が軸受ギャップ４５から離れる方向に軸線方向に外側軸受部分１７の環状窪み９１の第２側面７１を越えて延長しているため、環状室１０３はできるだけ大きな容積を有し、電動モータ８７が静止している間に毛細管作用によって比較的多量の潤滑液体を環状室１０３に保持することができる。円錐面９７は内側軸受部分１５の他の環状窪み１０１の側面９９であるため、内側軸受部分１５の軸受面２３の円錐面９７を製造する間に内側軸受部分１５から比較的僅かな量の材料を除去するだけである。円錐面９７はシャフト９５の縮径部分として構成することもでき、この場合、軸受ギャップ４５から遠い方の円錐面９７の側でシャフト９５の直径を内側軸受部分１５の軸受面２３の外径よりも小さくする。しかし、この場合、このような縮径部分を形成するため内側軸受部分１５のシャフト９５から比較的多量の材料を除去しなければならない。更に、この他の環状窪み１０１は軸受ブッシュ３１の端部を越えて軸線方向に延長して形成することもできる。軸受ブッシュ３１の端部とシャフト９５との間の環状ギャップの高さは増大し、これにより、この環状ギャップの毛細管作用によってこの環状ギャップが潤滑液体を保持しないようにする。
図３ａに示す電動モータ１０９において、ロータ５を回転軸線７の周りにステータ３に対して、本発明による動力学的溝軸受１１１の第３の実施例によって回転自在に支承する。動力学的溝軸受１１１の外側軸受部分１７の軸受面３５には、動力学的溝軸受８９の外側軸受部分１７の環状窪み９１の形状に対応する形状の環状窪み１１３を設ける。動力学的溝軸受１１１の内側軸受部分１５の軸受面２３には、動力学的溝軸受８９の内側軸受部分１５の他の環状窪み１０１に対応するたの環状窪み１０１を設ける。この第３の実施例の動力学的溝軸受１１１は、第２の実施例の動力学的溝軸受８９とは、外側軸受部分１７の環状窪み１１３の第２側面７１に、例えば、炭化フッ素ポリマーのような潤滑剤をはじくコーティング１１５を設けた点が異なる。この第３実施例の動力学的溝軸受１１１においては、動作中に軸受ギャップ４５から漏洩する潤滑液体は再び環状窪み１１３に捕捉され、潤滑液体に作用する遠心力の作用で保持される。環状窪み１１３の第２側面７１にはこのようなコーティング１１５が被覆されているため、環状窪み１１３における第２側面７１に対して比較的大きな接触角αを有し、図３ｂに示すように、環状窪み１１３において、潤滑液体は凸状のメニスカス１１７を形成する。第２側面７１に隣接するメニスカス１１７の接触角αは比較的大きく、また第２側面７１の鈍角β₂は第１側面６９の鈍角β₁よりも大きく、この結果、第２側面７１に隣接するメニスカス１１７は、この比較的大きい接触角αを得るため窪み１１３の底部９３の上方るレベルｈ₂が、第１側面６９に隣接するメニスカス１１７のレベルｈ₁に比較して小さくなる。このメニスカス１１７のレベルｈ₁及びｈ₂は、動力学的溝軸受１１１が比較的高速で動作する結果環状窪み１１３における潤滑液体の量が増加するとき、図３ｂに示す状況に達するまで増加する。この状況において、メニスカス１１７は窪み１１３の第１側面６９に隣接する溝パターン５３の溝５５ｂの底部７９のレベルに達し、潤滑液体は窪み１１３から溝５５ｂに流入し、溝５５ｂのポンピング作用によって軸受ギャップ４５に還流する。窪み１１３における第２側面７１に隣接する潤滑液体は、凸状メニスカス１１７のレベルｈ₁及びｈ₂間の差が比較的大きいため、窪み１１３の軸受ギャップ４５から遠い方の端縁１１９から比較的遠い距離に保持される。このコーティング１１５を使用することによって環状窪み１１３の信頼性が向上する。
外側軸受部分１７の環状窪み６７，９１，１１３における凸状メニスカスは、窪み６７，９１，１１３の第２側面７１に潤滑剤をはじくコーティング１１５を設けなくとも得ることができる。第２側面７１の鈍角β₂が、１８０°の角度とコーティングしない第２側面７１に隣接する窪み６７，９１，１１３におけるメニスカスの接触角αとの差よりも大きいとき、凸状のメニスカスが窪み６７，９１，１１３に生じ、これにより、メニスカスのレベルレベルｈ₁及びｈ₂間の差が増大する。しかし、コーティングしない第２側面７１に対するメニスカスの接触角αは比較的小さいため、鈍角β₂はほぼ１８０°に近似する値を有し、従って、窪み６７，９１，１１３の第２側面７１は比較的大きな軸線方向長さにしなければならない。
更に、コーティング１１５の材料を適正に選択することにより、図３ｂに示すメニスカス１１７よりも一層大きい凸状のメニスカスを環状窪み１１３に形成することができる。環状窪み１１３における潤滑液体の量が増大するにつれて、比較的大きい凸状のメニスカスは内側軸受部分１５の軸受面２３に接触する。この結果、窪み１１３内に存在する潤滑液体は軸受ギャップ４５の毛細管作用及び溝５５ｂのポンピング作用の双方によって軸受ギャップ４５に還流する。
図４及び図５には、本発明による動力学的溝軸受８，８９，１１１を有する電動モータ１，８７，１０９を設けたデータ記憶ユニット１２１を線図的に示す。このデータ記憶ユニット１２１は多数の平行に配列した情報ディスク１２３を有し、これらの情報ディスク１２３を電動モータ１，８７，１０９によってハウジング１２５内でこの電動モータ１，８７，１０９の回転軸線７の周りに回転自在にする。これらの情報ディスク１２３は例えば、コンピュータに使用するいわゆるハードディスクとする。図５に示すように、情報ディスク１２３はこの目的のため、軸線方向に等間隔に電動モータ１，８７，１０９のロータ５に固定するとともに、電動モータ１，８７，１０９のステータ３をハウジング１２５の底部プレート１２７に固定する。データ記憶ユニット１２１には、更に、情報ディスク１２３に連携動作する多数の磁気ヘッド１３１を有する走査ユニット１２９を設ける。磁気ヘッド１３１は、ハウジング１２５及び情報ディスク１２３に対して回動自在のアーム１３３に固着し、各情報ディスク１２３に対して個別の磁気ヘッド１３１を設ける。図４ではこれらの磁気ヘッド１３１のうちの１個のみが見えており、アーム１３３及び磁気ヘッド１３１は図５では図面を分かりやすくするため図示しない。ロータ５が情報ディスク１２３とともに回転軸線７の周りに電動モータ１，８７，１０９によって回転し、また磁気ヘッド１３１がアーム１３３により回転する情報ディスク１２３に対して位置決めされるとき、情報ディスク１２３は磁気ヘッド１３１によって読み取り又は書き込みされる。
情報ディスク１２３に対する読み取り及び書き込みに必要な時間を制限するため、電動モータ１，８７，１０９と比較的高速で回転しなければならない。動力学的溝軸受８，８９，１１１を有する電動モータ１，８７，１０９は、データ記憶ユニット１２１に使用するのに特に好適である。即ち、電動モータ１，８７，１０９に使用した動力学的溝軸受８，８９，１１１においてこのような高速回転での潤滑液体の漏洩が防止されるためである。特に、情報ディスク１２３及び磁気ヘッド１３１が潤滑液体の漏洩によって汚れるのを防止することができる。ディスク１２３及び磁気ヘッド１３１のこのような汚れは、データ記憶ユニット１２１及びこれを組み合わせて使用するコンピュータの動作を乱すことになる。動力学的溝軸受８，８９，１１１のリークプルーフは更に、電動モータ１，８７，１０９の比較的長寿命の故障のない動作が得られる。
上述の動力学的溝軸受８，８９，１１１は、それぞれ互いに連携動作する円形断面の円筒形軸受面２３，３５を有する半径方向動力学的溝軸受５７と、互いに連携動作する環状軸受面２７，４３及び２９，４１を有する軸線方向動力学的溝軸受６５とを有する。本発明は、互いに連携動作する軸受面が異なる形状の動力学的溝軸受にも適用でき、例えば、半径方向並びに軸線方向に軸受機能を有する円錐形又は球形の軸受面を有する動力学的溝軸受にも適用できる。
上述の動力学的溝軸受８，８９，１１１の内側軸受部分１５の軸受面２３及び外側軸受部分１７の軸受面３５は、溝パターン５１，５３に隣接する内側軸受部分１５の軸受面２３の直径に対応する関連の環状窪み６７，９１，１１３に隣接する直径と、溝パターン５１，５３に隣接する外側軸受部分１７の軸受面３５の直径とを有する。本発明によれば、内側軸受部分及び外側軸受部分の軸受面は、溝パターンに隣接する軸受面の直径とは異なる環状窪みに隣接する直径を有するものとすることができる。例えば、図１ａに示す動力学的溝軸受９の内側軸受部分１５のシャフト１９を、軸受プレート２５の上方での直径を、溝パターン５１，５３に隣接する部分における直径よりも大きくすることができ、この場合、閉鎖プレート３９に本発明による環状窪みを設け、閉鎖プレート３９に沿う潤滑液体の漏洩を防止することができる。
上述の動力学的溝軸受８，８９，１１１においては、外側軸受部分１７の軸受面３５は環状窪み６７，９１，１１３の両側で同一直径とした。代案として、軸受面３５は、本発明による環状窪み６７，９１，１１３の両側で異なる直径にすることができる。例えば、軸受面３５の環状窪み６７，９１，１１３の軸受ギャップ４５から遠い方の側の直径を、軸受ギャップ４５に対向する側の直径よりも大きくする。角度β₁と角度β₂との間の差が十分大きい場合、本発明による動力学的溝軸受のこのような実施例では窪み６７，９１，１１３に存在するメニスカス７７，１１７は軸受ギャップ４５から遠い方の窪み６７，９１，１１３の端縁８１，１１９よりも上方に上昇することはない。
上述したように、環状窪み６７，９１，１１３は軸受ブッシュ３１の端部に隣接して又は閉鎖プレート３９に設け、これにより、環状窪み６７，９１，１１３は、互いに連携動作する軸受面２３，２５間の軸受ギャップ４５を区切る即ち、境界を形成する。しかし、本発明によれば、環状窪みを、半径方向動力学的溝軸受と軸線方向動力学的溝軸受との間の外側軸受部分１７の軸受面３５の上方例えば、図１ａ，図２ａ，図３ａに示す溝パターン５１のすぐ上方で、動力学的溝軸受９，８９，１１１に設けることができる。半径方向動力学的溝軸受５７と軸線方向動力学的溝軸受６５との間のこれらの環状窪みによれば、半径方向動力学的溝軸受５７から軸線方向動力学的溝軸受６５にまたその逆に潤滑液体が漏洩するのを防止し、半径方向動力学的溝軸受５７と軸線方向動力学的溝軸受６５との間に得られた潤滑液体の分布をできるだけ維持することができる。
本発明による環状窪み６７，９１，１１３は、外側軸受部分１７の軸受面３５に隣接する窪み６７，９１，１１３の側面６９，７１の鈍角β₁，β₂に特徴がある。環状窪み６７，９１，１１３の動作は、窪み６７，９１，１１３の側面６９，７１間に位置する底部７３，９３の形状によって決定されない。本発明によれば、外側軸受部分１７の環状窪み６７，９１，１１３は、丸みのある底部７３又は平坦底部９３以外の形状、例えば、側面６９，７１が合流するＶ字状の底部にすることができる。
更に、動力学的溝軸受８，８９，１１１は、上述のデータ記憶ユニット１２１以外の装置にも使用することができ、例えば、磁気テープの用途の回転自在の走査ユニットの電動モータにも使用することができる。更に、動力学的溝軸受８，８９，１１１は、電動モータ以外の異なるタイプのモータ例えば、空気モータにも使用することができる。
最後に、本発明は、１個のみの回転自在の情報ディスクを有するデータ記憶ユニットの電動モータにも適用できる。本発明による動力学的溝軸受は小形化に極めて有効であり、従って、データ記憶ユニット及びこのユニットに組み込む情報ディスクを比較的コンパクトにすることができる。

Claims (11)

1. 内側軸受部分及びこの内側軸受部分の周りに回転自在の外側軸受部分を有し、これらの軸受部分には互いに連携動作する軸受面を設け、これらの軸受面間には軸受ギャップを設け、この軸受ギャップには動作中潤滑液体が存在し、少なくとも一方の軸受部分の軸受面に溝パターンを設け、外側軸受部分の軸受面には軸受ギャップの境界をなす環状窪みを設けた動力学的溝軸受において、前記環状窪みの前記軸受ギャップに面する側に外側軸受部分の軸受面に隣接しかつ外側軸受部分の軸受面に鈍角の角度β₁をなす第１側面を設けるとともに、前記環状窪みの前記軸受ギャップから遠い方の側に前記外側軸受部分の軸受部分に隣接しかつ前記外側軸受部分の軸受面に鈍角の角度β₂をなす第２側面を設け、前記鈍角の角度β ₁ を前記鈍角の角度β ₂ よりも小さいものとしたことを特徴とする動力学的溝軸受。
2. 前記鈍角の角度β₁を１３５°以下とし、前記鈍角の角度β₂を１４５°以上とした請求項１記載の動力学的溝軸受。
3. 前記外側軸受部分の軸受面に溝パターンを設けるとともに、前記環状窪みの前記第１側面を前記溝パターンに隣接させた請求項１又は２記載の動力学的溝軸受。
4. 前記環状窪みの前記第２側面に、潤滑液体をはじくコーティングを設けた請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の動力学的溝軸受。
5. 前記内側軸受部分に、前記環状窪みの第２側面に対向配置しかつ前記内側軸受部分の軸受面に対して鈍角の角度β₃をなす円錐面を設け、鈍角の角度β₃を前記鈍角の角度β₂よりも小さくした請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の動力学的溝軸受。
6. 前記内側軸受部分における前記円錐面を、前記軸受ギャップから離れる方向に前記環状窪みの第２側面を越えて延長させた請求項５記載の動力学的溝軸受。
7. 前記円錐面を、前記内側軸受部分の軸受面に設けた他の環状窪みの側面として形成した請求項５又は６記載の動力学的溝軸受。
8. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の動力学的溝軸受に使用するに好適な外側軸受部分。
9. 請求項５乃至７のうちのいずれか一項に記載の動力学的溝軸受に使用するに好適な内側軸受部分。
10. ステータと、このステータに対して動力学的溝軸受により回転自在に支承したロータとを有し、前記ステータを前記動力学的溝軸受の内側軸受部分に固定し、また前記ロータを前記動力学的溝軸受の外側軸受部分に固定した電動モータにおいて、前記動力学的溝軸受を請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の動力学的溝軸受により構成したことを特徴とする電動モータ。
11. 情報ディスクと、この情報ディスクに連携動作する走査ユニットとを有し、前記情報ディスクを電動モータによってハウジング内で回転自在にしたデータ記憶ユニットにおいて、電動モータを請求項１０記載の電動モータにより構成したことを特徴とするデータ記憶ユニット。

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