JP4454482B2 - 流体軸受装置およびスピンドルモータ - Google Patents
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Description
図8は、この流体軸受装置における作動流体溜め部23と流体溜まり空間部14との圧力の釣り合いを概念的に示す図である。ここで、Aは作動流体溜め部23での界面の表面張力による圧力、Bは界面位置の差による体積分の圧力、Cは流体溜まり空間部14での界面の表面張力による圧力である。また、γはオイル(作動流体)の表面張力[N/m]、ρはオイルの密度[kg/m3]、Liは界面Iにおけるオイル界面と部材との接触長さ、Aiは界面Iのオイル界面表面積、Loは界面Oにおけるオイル界面と部材の接触長さ、Aoは界面Oのオイル界面表面積、hiはスリーブ上面から界面Iまでの高さ、hoはスリーブ上面から界面Oまでの平均高さ(t/2)、Θは部材とオイル界面の接触角である。
(式1)
A=B+C [Pa]
ここで、式1のA、B、Cは以下の通りである。
(式2)
A=(γ・cosΘ×Li)/Ai
(式3)
B=ρ・(hi−ho)
(式4)
C=(γ・cosΘ×Lo)/Ao
(式1)に、(式2)、(式3)、(式4)を代入すると、
(式5)
Li/Ai={1/(γ・cosΘ)}×[ρ・(hi−ho)+{(γ・cosΘ)+Lo}/Ao]
であり、(式5)に以下の(式6)、(式7)を代入し、右辺をZとおくと、
(式6)
Li=π(ds+Dts)
(式7)
Ai=π{(Dts/2)2−(ds/2)2}
(式8)
(ds+Dts)/{(Dts/2)2−(ds/2)2}=Z
(式8)を展開し、解の公式にしたがって、作動流体溜め部23での直径Dtsを求めると、
(式9)
Dts={1+SQRT(1+Z(ds+Z×ds2/4))}/(Z/2)
(式9)から、オイル界面の最大時と最小時の直径Dtsを求め、トップシールの内径(dt,Dt)がその界面移動範囲を十分満足できるように設定することで、作動流体溜め部23に溜められた作動流体20の表面張力と、通気孔13に臨む流体溜まり空間部14の表面張力とがほぼ釣り合うこととなり、これにより、作動流体溜め部23における作動流体20の界面の位置の急激な変動ならびに、界面の変動による作動流体の洩れを防止できる。
2 スリーブ
2a 軸受孔
2aa 開口端
2ab 閉鎖端
2ac 太径孔部
3 スラストフランジ
4 スラスト板
5 カバー
6 連通路
7、8 動圧溝(ラジアル流体軸受)
9、10 動圧溝(スラスト流体軸受)
11 導入最小隙間部
12 軸受孔外周最小隙間部
13 通気孔
14 流体溜まり空間部
20 作動流体
23 作動流体溜め部
24 突条部
Claims (7)
- シャフトと、
開口する開口端と閉鎖された閉鎖端とを有する軸受孔を有し、この軸受孔内に前記シャフトを間隙を介して回転自在な姿勢で挿入させたスリーブと、
前記スリーブの開口端側端面を空間を有した姿勢で覆うカバーとを備え、
前記シャフトと前記スリーブとが互いに臨む前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との少なくとも一方に、前記スリーブに対して前記シャフトをラジアル方向に非接触で相対的に回転自在に支持するラジアル動圧溝を形成し、
前記スリーブに、スリーブにおける前記閉鎖端面側の空間領域と、前記カバーと前記スリーブの開口端側端面との間の空間領域とを連通させる連通路を形成し、
前記カバーと前記スリーブとの間を含むスリーブ内空間に作動流体を充填させ、
前記シャフトが前記スリーブに対して相対的に回転された際に、作動流体が、前記シャフトと前記スリーブとの間の空間と、この空間に通じる前記閉鎖端側の空間領域と、この閉鎖端側の空間領域と通じる前記連通路と、この連通路に通じる前記カバーと前記スリーブとの間の空間とを循環して流れるように構成した流体軸受装置であって、
前記連通路からの作動流体が毛管現象により前記軸受孔に流入するように、前記カバーと前記スリーブの開口端側端面との間における連通路の開口部近傍箇所から軸受孔開口端まで毛管現象を生じる導入最小隙間部を形成し、
前記カバーにおける前記導入最小隙間部が形成されていない箇所に、外気に通じる通気孔を形成し、
前記カバーの前記スリーブの開口端側端面に臨む裏面に、作動流体を貯留可能な流体溜まり空間部を、前記導入最小隙間部と前記通気孔とを周方向に連通させるように形成し、
前記流体溜まり空間部を、前記導入用最小隙間部から前記通気孔側に近づくほど、スリーブの開口端側端面からの離間距離が大きくなるように周方向に対して傾斜する形状に形成した流体軸受装置。 - カバー裏面とスリーブの開口端側端面との間における軸受孔開口端の近傍外周部にも毛管現象を生じる軸受孔外周最小隙間部を形成し、
導入用最小隙間部を前記軸受孔外周最小隙間部と接続させ、
連通路から送り出された作動流体が、前記導入用最小隙間部と前記軸受孔外周最小隙間部とを介して毛管現象により前記軸受孔に流入するように構成した請求項1記載の流体軸受装置。 - カバーのシャフトに臨む内周面にも、外気に連通して作動流体を溜める作動流体溜め部を形成し、
この作動流体溜め部を、スリーブの開口端側端面から離間するにしたがって内径が広がるように傾斜する傾斜面で構成し、
この作動流体溜め部に溜められた作動流体の表面張力と、通気孔に臨む作動流体の表面張力とが釣り合うような形状に、前記作動流体溜め部の内径を形成した請求項1または2に記載の流体軸受装置。 - スリーブにおける閉鎖端面側の空間領域が、シャフトの先端に固定されたスラストフランジが配設されている空間領域であり、
このスラストフランジが臨む空間に、スリーブにおける前記閉鎖端面側に設けられた連通孔の開口部が通じるように構成した請求項1〜3の何れか1項に記載の流体軸受装置。 - スリーブにおける閉鎖端面側の空間領域が、シャフトの先端と閉鎖端面側領域閉鎖板とで形成される空間領域であり、
このシャフトの先端が臨む空間に、スリーブにおける前記閉鎖端面側に設けられた連通孔の開口部が通じるように構成した請求項1〜3の何れか1項に記載の流体軸受装置。 - ラジアル動圧溝を、ヘリングボーン形状とし、動圧溝の一方側を他方側に比べて長く形成することにより、作動流体を積極的に循環する力を与える形状に形成した請求項1〜5の何れか1項に記載の流体軸受装置。
- 請求項1〜6の何れか1項に記載の流体軸受装置を備えたスピンドルモータ。
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