JP4110381B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受装置に関し、更に詳しくは、潤滑流体の外部への漏れおよび軸受の歳差運動に起因する動圧発生面の損傷を防止することのできる動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスクや光ディスクなどに用いられるスピンドルモータ等のような高速回転装置を支持するための軸受装置として、動圧軸受装置（動圧流体軸受）が採用されている。動圧軸受装置は、一般に、シャフトとスリーブ等、相対回転自在に配置された二つの部材における互いの対向面（動圧面）のいずれか一方に、複数条の動圧溝を形成するとともに、その対向面間に潤滑油剤、液体金属等の液体、または種々の気体等の流体を充填した構成である。この構成により、動圧軸受装置は、二つの部材の相対回転時に、動圧溝のポンピング作用等によって流体に圧力（動圧）を発生させ、その動圧により二つの部材を非接触に支持する。
【０００３】
図４は、従来の動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。この例は、スラスト（アキシャル）方向の荷重を、軸部材先端に形成したピボット軸受で支承するラジアル動圧軸受を示している。このラジアル動圧軸受は、一方の開口が密閉された略筒状のスリーブ１と、このスリーブ１の他方の開口から挿入され、その内周に嵌合されるシャフト２と、から構成されている。なお、図示上方（軸方向上部）をこの動圧軸受における密閉端側、図示下方（軸方向下部）をこの動圧軸受における開放端側として説明する。
【０００４】
スリーブ１は、筒状体１１の密閉端側開口に蓋部材（スラスト板）１２を嵌め入れ、これら筒状体１１と蓋部材１２とを、接着剤等を用いて一体として形成されている。また、シャフト２は、スリーブ１の密閉端側の開口から挿入され、このスリーブ１の内周に僅かの間隙を開けて回転自在に嵌合されている。このシャフト２のシャフト端部２ａは、半球状に形成されているとともに、その先端が蓋部材１２に接するように配置され、軸方向の荷重を支承するピボット軸受としての機能を果たす。また、シャフト２とスリーブ１との間の間隙には、潤滑流体（図示省略）が充填されるとともに、スリーブ１の開放端側の開口には、キャピラリーシール部が形成され、潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【０００５】
このシャフト２の外周面２ｘには、軸方向に所定の距離をおいて隣接する位置に、それぞれ周方向にヘリングボーンまたはＶ字パターンの密閉端側のラジアル動圧溝２１および開放端側のラジアル動圧溝２２が形成されている。なお、両ラジアル動圧溝２１，２２間の帯状の領域２３は、これらの動圧溝２１，２２によって発生する動圧の干渉を防止するために設けられているもので、この構成により、シャフト２とスリーブ１が相対回転した場合、これらシャフト２の外周面２ｘとスリーブ１の内周面１ｘの間には、真中に非動圧発生帯３３を挟んで、隣接する軸方向密閉端側および開放端側に、それぞれ密閉端側動圧発生帯３１および開放端側動圧発生帯３２が形成されることになる。
【０００６】
以上のような構成の動圧軸受装置において、図５に示す断面図のように、２つ動圧発生帯３１，３２におけるスリーブ１の内周面１ｘあるいはシャフト２の外周面２ｘの一方をテーパ形状とし、これら動圧発生帯３１，３２内における隣接側（非動圧発生帯３３側）のスリーブ１とシャフト２との間隙ｄ１を、スリーブ両端側の間隙ｄ２より大きくすることによって、相対回転時のオイル（潤滑流体）を非動圧発生帯３３に集め、動圧発生面のオイル切れを防止する提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１２０６６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような動圧軸受装置においては、軸方向に隣接して形成された２つのラジアル動圧溝によって発生する動圧の差圧に起因して、スリーブ開放端側への潤滑流体漏れが発生してしまう場合があった。
【０００９】
また、回転側であるシャフトあるいはスリーブが歳差運動（コニカル振れ回り）を起こした場合、その振れ量が大きくなるスリーブ内周面の軸方向両端部近傍において、シャフトとスリーブが接触してしまい、シャフト外周面およびスリーブ内周面に傷つき等の損傷が発生してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、軸受の歳差運動に起因する損傷等の発生を防止しつつ、潤滑流体の外部への漏れを抑えることで寿命の長い動圧軸受装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、一方の開口が密閉されたスリーブの内周に、僅かの間隙を開けてシャフトが回転自在に嵌合され、これら対向するシャフトの外周面とスリーブの内周面との間には、円周方向に帯状の非動圧発生帯を挟んだ軸方向両側に、前記シャフト外周面あるいは前記スリーブ内周面のどちらか一方に軸方向に対称なヘリングボーンまたはＶ字パターンのラジアル動圧溝が形成された密閉端側動圧発生帯および開放端側動圧発生帯が、それぞれ設けられ、これらシャフトとスリーブの間の間隙に、潤滑流体が充填されているとともに、前記シャフトとスリーブの相対回転時に前記動圧溝で発生する動圧により、これらシャフトとスリーブの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、前記密閉端側動圧発生帯のスリーブ密閉端側および非動圧発生帯側におけるシャフトとスリーブとの間隙を、それぞれ第１の間隙、第２の間隙とし、前記開放端側動圧発生帯の非動圧発生帯側およびスリーブ開放端側におけるシャフトとスリーブとの間隙を、それぞれ第３の間隙、第４の間隙としたとき、第１の間隙が第２の間隙より大きく、かつ、第４の間隙が第３の間隙より大きく形成されているとともに、第１の間隙と第２の間隙との差が、第４の間隙と第３の間隙との差より大きくなる形状に、前記シャフト外周面あるいは前記スリーブ内周面が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、この動圧軸受装置の具体的な構成例として、前記動圧溝が前記シャフトの外周面に形成されているとともに、この動圧溝に対向する前記各動圧発生帯内のスリーブ内周面が、それぞれ軸方向にテーパ形状に形成されている構成を好適に採用することができる（請求項２）。
【００１３】
本発明は、軸方向に隣接する２つのラジアル動圧発生帯で発生する動圧により、シャフトとスリーブの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、その回転に歳差運動が発生した場合に、回転体の振れ量が大きくなるスリーブの密閉端側近傍および開放端側近傍におけるシャフトとスリーブとの間隙（径方向すきま）を、従来より大きく形成することにより、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、密閉端側および開放端側の動圧発生帯部位における隣接側（非動圧発生帯側）のスリーブとシャフトの径方向間隙（第２の間隙および第３の間隙）より、それぞれの動圧発生帯におけるスリーブ両端側の間隙（第１の間隙および第４の間隙）を大きく形成することによって、動圧軸受装置の回転が歳差運動を起こした場合でも、これらシャフトとスリーブとの接触を防止することができる。
【００１５】
また、本願発明の動圧軸受装置は、上記構成に加えて、これらシャフトとスリーブの間に充填される潤滑流体のスリーブ開放端側への漏れを防止する手段として、密閉端側の動圧発生帯における密閉端側の第１の間隙と非動圧発生帯側の第２の間隙との差が、開放端側の動圧発生帯における開放端側の第４の間隙と非動圧発生帯側の第３の間隙との差より大きくなる形状に、シャフトの外周面あるいはこれに対向するスリーブの内周面のどちらか一方を形成する。
【００１６】
すなわち、２つの動圧発生帯内の間隙をスリーブ両端側に向かって広くなるように形成した場合、これらの動圧発生帯には、軸方向両端側（スリーブ密閉端側およびスリーブ開放端側）に向かう潤滑流体の流れが生じる。そのため、スリーブ開放端においては、この潤滑流体の移動によって圧力が上昇し、外部への漏れが発生してしまう恐れがあった。しかしながら、本発明の動圧軸受装置は、スリーブ密閉端側に向かう潤滑流体の流れの方が強くなるように、これらスリーブとシャフトとの間隙を構成したことにより、結果として潤滑流体はスリーブ密閉端側に押し込まれることになる。従って、本発明の動圧軸受装置は、潤滑流体のスリーブ開放端への漏れを抑制することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。また、密閉端側動圧発生帯３１のスリーブ１密閉端側および非動圧発生帯３３側におけるシャフト２とスリーブ１との間隙を、それぞれＤ１（第１の間隙）、Ｄ２（第２の間隙）とし、開放端側動圧発生帯３２の非動圧発生帯３３側およびスリーブ１開放端側におけるシャフト２とスリーブ１との間隙を、それぞれＤ３（第３の間隙）、Ｄ４（第４の間隙）として説明する。
【００１８】
この第１の形態における動圧軸受装置も、基本的な構成は従来例と同様であり、一方の開口が密閉された略筒状のスリーブ１と、このスリーブ１の他方の開口から挿入され、その内周に嵌合されるシャフト２と、から構成されている。スリーブ１は、筒状体１１の密閉端（図示上方）側開口に蓋部材（スラスト板）１２を嵌め入れ、これら筒状体１１と蓋部材１２とを、接着剤等を用いて一体として形成されている。また、シャフト２は、スリーブ１の開放端（図示下方）側の開口から挿入され、このスリーブ１の内周に僅かの間隙を開けて回転自在に嵌合されている。なお、シャフト２とスリーブ１との間の間隙には、潤滑流体が充填されるとともに、スリーブ１の開放端側の開口には、キャピラリーシール部が形成され、潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【００１９】
このシャフト２の外周面２ｘにも、従来例同様、軸方向に所定の距離をおいて隣接する位置に、それぞれ軸方向に対称なヘリングボーンまたはＶ字パターンの密閉端側のラジアル動圧溝２１および開放端側のラジアル動圧溝２２が形成されている。また、これらシャフト２の外周面２ｘとスリーブ１の内周面１ｘの間には、非動圧発生帯３３を挟んで隣接する軸方向両側に、それぞれ密閉端側動圧発生帯３１および開放端側動圧発生帯３２が形成されている。
【００２０】
本実施の形態における動圧軸受装置の特徴は、各動圧発生帯３１，３２におけるシャフト２とスリーブ１との間隙が、非動圧発生帯３３側より軸方向両端側において大きく（Ｄ１＞Ｄ２，Ｄ４＞Ｄ３）、かつ、密閉端側動圧発生帯３１における密閉端側の間隙Ｄ１と非動圧発生帯３３側の間隙Ｄ２との差が、開放端側動圧発生帯３２における開放端側の間隙Ｄ４と非動圧発生帯３３側の間隙Ｄ３との差より大きく（Ｄ１−Ｄ２＞Ｄ４−Ｄ３）なるように、各動圧発生帯３１，３２におけるスリーブ１の内周面１ｘが、それぞれテーパ形状に形成されている点である。
【００２１】
以上の構成により、本実施の形態における動圧軸受装置は、これらシャフト２とスリーブ１の相対回転時に、回転側であるシャフト２あるいはスリーブ１が歳差運動（コニカル振れ回り）を起こした場合でも、その歳差運動による振れ量が大きくなるスリーブ両端側の間隙（Ｄ１，Ｄ４）が広く形成されていることから、これらシャフト１とスリーブ２との接触が生じにくく、傷つき等の損傷の発生を防止することができる。
【００２２】
また、密閉端側動圧発生帯３１におけるスリーブ内周面１ｘの傾斜が、開放端側動圧発生帯３２における内周面１ｘの傾斜より大きいことから、開放端側（図示上方）よりも密閉端側（図示下方）に向かう潤滑流体の流れの方が強くなり、潤滑流体はスリーブ密閉端側に押し込まれることになる（ポンプイン効果）。従って、本実施の形態における動圧軸受装置は、潤滑流体の開放端側への漏れを防止する効果も併せて奏することができる。
【００２３】
なお、以上の実施の形態においては、各動圧発生帯３１，３２におけるスリーブ内周面１ｘの形状をそれぞれテーパ形状としたが、潤滑流体をスリーブ両端方向に向かわせるスリーブ内周面１ｘの形状は、この例に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、各動圧発生帯３１，３２の軸方向略中央に、これら動圧発生帯３１，３２のスリーブ両端部側の間隙を広くする段部を形成しても良い。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。この動圧軸受装置は、第１の実施の形態と同様のラジアル動圧軸受に加え、シャフト２の一端に、軸方向の荷重を支承するスラスト動圧軸受が形成されている。
【００２５】
この第２の実施の形態において使用されるシャフト２は、その外周面２ｘに第１の実施の形態と同様のラジアル動圧溝２１，２２が形成されているとともに、その一端に円板状のフランジ部２ｂが設けられている。また、このフランジ部２ｂの両端面２ｙおよび２ｚには、それぞれ周方向にヘリングボーンまたはＶ字パターンのスラスト動圧溝２４および２５が形成されている。スリーブ１は、筒状体１１の密閉端（図示上方）側開口に、シャフト２のフランジ部２ｂを嵌め入れることのできる円周段部１１ａが形成されており、このシャフト２を嵌合した状態で、その開口に蓋部材（スラスト板）１２を嵌め合わせて密閉され、接着剤等を用いて一体とされている。なお、このシャフト２のフランジ部２ｂとスリーブ１との相対回転は、シャフト２のフランジ部端面２ｙとスリーブ１の円周段部端面１ｙとの間に発生するスラスト方向の動圧と、シャフト２のフランジ部端面２ｘと蓋部材１２の内側面１２ｚとの間に発生するスラスト方向の動圧とによって、非接触に支持されることとなる。
【００２６】
また、この動圧軸受装置におけるラジアル動圧軸受部位の構造は、第１の実施の形態と同様であり、密閉端側動圧発生帯３１および開放端側動圧発生帯３２におけるシャフト２とスリーブ１との間隙が、非動圧発生帯３３側より軸方向両端側において大きく（Ｄ１＞Ｄ２，Ｄ４＞Ｄ３）、かつ、密閉端側動圧発生帯３１における密閉端側の間隙Ｄ１と非動圧発生帯３３側の間隙Ｄ２との差が、開放端側動圧発生帯３２における開放端側の間隙Ｄ４と非動圧発生帯３３側の間隙Ｄ３との差より大きく（Ｄ１−Ｄ２＞Ｄ４−Ｄ３）なるように、動圧発生帯３１，３２におけるスリーブ１の内周面１ｘが、それぞれテーパ形状に形成されている。
【００２７】
そのため、本実施の形態における動圧軸受装置は、シャフト２あるいはスリーブ１の回転が歳差運動（コニカル振れ回り）を起こした場合でも、これらシャフト２とスリーブ１との接触が生じにくく、傷つき等の損傷の発生を防止することができる。また、開放端側よりも密閉端側に向かう潤滑流体の流れの方が強くなり、潤滑流体が密閉端（スラスト動圧軸受）側に押し込まれることから、潤滑流体の開放端側への漏れを防止することができる。
【００２８】
なお、以上の実施の形態においても、各動圧発生帯３１，３２部位におけるスリーブ内周面１ｘをそれぞれテーパ形状としたが、第１の実施の形態同様、このテーパ形状の代わりに、各動圧発生帯３１，３２内における軸方向略中央に段部を設け、潤滑流体をスリーブ両端部方向に向かわせるようにしても良い。
【００２９】
また、以上２つの実施の形態においては、これら潤滑流体をスリーブ両端部方向に向かわせる形状を、スリーブ１の内周面１ｘに設けた例を示したが、このテーパ形状は、シャフト１の外周面２ｘに設けても良い。
【００３０】
また更に、ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝は、シャフトあるいはスリーブのどちら側に設けても良く、本発明は、シャフト回転もしくはスリーブ回転のどちらのタイプの動圧軸受装置にも、等しく適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の動圧軸受装置によれば、シャフトとスリーブの間に充填される潤滑流体のスリーブ開放端側への漏れを防止するとともに、軸受の回転が歳差運動を起こした場合でも、シャフトとスリーブとの接触が生じ難く、これら部材への傷つき等のトラブルの発生が防止され、もって寿命の長い動圧軸受装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の動圧軸受装置におけるスリーブ内周面１ｘの段部形状を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。
【図４】従来の動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。
【図５】従来の別の動圧軸受装置におけるスリーブ内周面１ｘの形状を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１ スリーブ
１ｘ 内周面
２ シャフト
２ｘ 外周面
２ａ シャフト端部
１１ 筒状体
１２ 蓋部材
２１，２２ ラジアル動圧溝
２３ 帯状の領域
２４，２５ スラスト動圧溝
３１ 密閉端側動圧発生帯
３２ 開放端側動圧発生帯
３３ 非動圧発生帯

Claims (2)

1. 一方の開口が密閉されたスリーブの内周に、僅かの間隙を開けてシャフトが回転自在に嵌合され、これら対向するシャフトの外周面とスリーブの内周面との間には、円周方向に帯状の非動圧発生帯を挟んだ軸方向両側に、前記シャフト外周面あるいは前記スリーブ内周面のどちらか一方に軸方向に対称なヘリングボーンまたはＶ字パターンのラジアル動圧溝が形成された密閉端側動圧発生帯および開放端側動圧発生帯が、それぞれ設けられ、これらシャフトとスリーブの間の間隙に、潤滑流体が充填されているとともに、前記シャフトとスリーブの相対回転時に前記動圧溝で発生する動圧により、これらシャフトとスリーブの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、
   前記密閉端側動圧発生帯のスリーブ密閉端側および非動圧発生帯側におけるシャフトとスリーブとの間隙を、それぞれ第１の間隙、第２の間隙とし、前記開放端側動圧発生帯の非動圧発生帯側およびスリーブ開放端側におけるシャフトとスリーブとの間隙を、それぞれ第３の間隙、第４の間隙としたとき、第１の間隙が第２の間隙より大きく、かつ、第４の間隙が第３の間隙より大きく形成されているとともに、第１の間隙と第２の間隙との差が、第４の間隙と第３の間隙との差より大きくなる形状に、前記シャフト外周面あるいは前記スリーブ内周面が形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 前記動圧溝が前記シャフトの外周面に形成されているとともに、この動圧溝に対向する前記各動圧発生帯内のスリーブ内周面が、それぞれ軸方向にテーパ形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受装置。

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