JP4724086B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ軸と軸受部材との間の軸受隙間に充填される潤滑油の圧力により負荷を支える動圧軸受装置に係わり、特に軸受隙間に対する潤滑油の充填を良好に行えるようにした動圧軸受装置に関する。

従来、係る動圧軸受装置として、例えば図６に示すような構造のものが知られる。図６において、１０はロータ軸であり、このロータ軸１０は円柱状を成す軸本体１０Ａの一端外周にフランジ１０Ｂを形成して構成される。一方、２０はロータ軸１０を挿入した円筒形の軸受部材であり、その一端はシール板３０により密閉される。そして、ロータ軸１０と軸受部材２０との間に形成される軸受隙間４０には潤滑油Ｌが充填され、その潤滑油Ｌの圧力によりロータ軸１０が軸受部材２０内で回転自在に支持されるようになっている。尚、軸受部材２０の開口側の端面にはロータ軸１０との間で軸受隙間４０に連通するテーパ状の注油口５０が形成される。

ここで、上記のような動圧軸受装置の軸受隙間４０に潤滑油Ｌを充填する方法として、従来から種々の方法が採用されている。

その一例を図７に示して説明すれば、Ｕは減圧（真空）環境下に置かれる油槽であり、その油槽Ｕ内には多量の潤滑油Ｌが貯蔵される。そして、油槽Ｕ内の潤滑油Ｌにはロータ軸１０が組み付けられた軸受部材２０の開口側が真空環境下で浸漬され、その後で油槽Ｕの置かれる環境が大気圧状態に戻されるのであり、これによれば微小間隔の軸受隙間４０にもロータ軸１０の回転性能に悪影響を及ぼす気泡を混入させることなく潤滑油Ｌを充填させることができる。

しかし、上記のような方法では、ロータ軸１０の突出部分や軸受部材２０の表面の多くに潤滑油Ｌが付着してしまうため、そのクリーニングが困難となる。特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のようなディスク駆動装置に用いられる動圧軸受装置では、潤滑油のクリーニングが不完全であると、その潤滑油がディスクに付着してデータの読み書きに支障を来たして信頼性を損なってしまうことになる。

そこで、図８のようにロータ軸１０を組み付けた軸受部材２０をその開口側が上向きとなるようにして真空環境下に置き、その状態で分注器のノズルＮから注油口５０に適量の潤滑油Ｌを滴下した後、上記例と同じく圧力開放（大気圧に戻すこと）を行う方法が一般に広く行われている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−１７４２４３号公報

特許文献１のような方法によれば、軸受装置の表面に多量の潤滑油が付着してしまうことがないため、潤滑油充填後のクリーニングを容易に行うことができるという利点を有するものの、軸受隙間に充填すべき潤滑油の量は注油口の大きさ（開口径および深さ）に依存するので、注油口の容積が小さい場合には軸受隙間に潤滑油が充填されず、圧力開放時に潤滑油の不足分に相当する空気が軸受隙間に混入してしまうという難点がある。

上記問題点を解消するには、注油口の容積を軸受隙間の全容積よりも大きくすればよいが、小型の動圧軸受装置では大容積の注油口を形成することは難しく、特に注油口を深くした場合にはロータ軸の支持長さが短くなってロータ軸の回転精度が悪化してしまう。

尚、特許文献１には、軸受隙間に潤滑油を不足なく充填できるよう、注油口の周囲に環状の溝部を形成し、その溝部の内周縁より内側で潤滑油が保持されるような例も開示されているが、潤滑油の全てが軸受隙間に充填されずに注油口と溝部との間に残った場合、これをクリーニングにより完全に除去してやらねばならず、これが不完全であった場合に残余潤滑油がディスクその他の別部材に付着してしまうという欠点がある。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は軸受部材の表面などを潤滑油で汚損せずしてロータ軸と軸受部材との間の軸受隙間に潤滑油を良好に充填させることのできる動圧軸受装置を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するため、
筒状の軸受部材２と、該軸受部材２内に挿入されるロータ軸１とを有し、そのロータ軸１と軸受部材２との間の軸受隙間４に潤滑油Ｌが充填される構成の動圧軸受装置において、
軸受部材２の軸方向一端が密閉されると共に他端が開口され、その開口側で該軸受部材２とロータ軸１との間に軸受隙間４に連通するテーパ状の注油口５が形成され、
軸受部材２の開口側の端面には、注油口５を囲んで軸受隙間４に充填すべき潤滑油Ｌを保持するための環状溝６が形成され、その環状溝６の内周６Ａと注油口５の外周が略同径とされると共に、
環状溝６は、その内周６Ａと外周６Ｂとの間が当該内周６Ａから外周６Ｂに向けて漸次掘り下げられる傾斜面６Ｃとされていることを特徴とする。

加えて、環状溝６の外周６Ｂは、軸方向に対して略平行な壁面６Ｄとされていることを特徴とする。

又、環状溝６を構成する傾斜面６Ｃは、軸方向に対して４５〜８０度の角度を有することを特徴とする。

本発明に係る動圧軸受装置によれば、軸受部材の開口側で該軸受部材とロータ軸との間に軸受隙間に連通するテーパ状の注油口が形成されることから、従来と同様にその注油口に真空環境下で潤滑油を滴下することにより、その潤滑油を大気圧によって軸受隙間に円滑に導入することができ、しかも軸受部材の開口側の端面には注油口を囲んで潤滑油を保持するための環状溝が形成されることから、注油口を大きくせずして該注油口と環状溝ととにより軸受隙間に充填するに足る十分な潤滑油を保持することができ、このためロータ軸の回転精度を悪化させることなく潤滑油の滴下不足による軸受隙間への空気の混入を防止することができる。

又、環状溝の内周と注油口の外周が略同径とされると共に、環状溝はその内周と外周との間が当該内周から外周に向けて漸次掘り下げられる傾斜面とされていることから、軸受隙間への潤滑油の充填時には、環状溝内の潤滑油が大気圧を受けて傾斜面に沿って注油口へと途切れなく流入するので、環状溝内の潤滑油を余さず注油口に補給して注油口内における潤滑油の不足を補うことができ、潤滑油が軸受隙間に充填されずに若干ながら余った場合でもこれが環状溝と注油口の境界部に滞留せず環状溝と注油口のいずれかに流下するので、クリーニングをせずして残余油がディスクその他の別部材に付着するのを防止できる。

特に、環状溝の外周が軸方向に対して略平行な壁面とされていることから、その壁面により潤滑油を食い止め、軸受隙間に対する潤滑油の充填前に環状溝から潤滑油が外部に流出してしまうことを防止できる。このため、環状溝よりも外周側における軸受部材の端面が潤滑油で汚損されず、クリーニングが不要になるという効果が得られる。

又、環状溝を構成する傾斜面が軸方向に対して４５〜８０度の角度を有した緩斜面とされることから、大気圧の作用による環状溝から注油口への潤滑油の移入を円滑に行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る動圧軸受装置の縦断面を示す。図１において、１はロータ軸であり、このロータ軸１は円柱状の軸本体１Ａとその一端外周に形成されるフランジ１Ｂとにより構成される。尚、本例において、フランジ１Ｂは軸本体１Ａとは別部品として軸本体１Ａに固着されるが、その両者１Ａ，１Ｂを一体に成形することもできる。

２はその内部に挿入されるロータ軸１を回転自在に支持する円筒状の軸受部材であり、その軸方向一端はロータ軸のフランジ１Ｂに対向するシール板３により密閉される。

特に、ロータ軸１と軸受部材２との間には毛細管状を成す微小間隔の軸受隙間４が形成される共に、その軸受隙間４には潤滑油Ｌが充填され、その潤滑油Ｌに与えられる圧力によりロータ軸１に作用する荷重が支持されるようになっている。尚、潤滑油Ｌには、鉱物性潤滑油、脂肪性潤滑油、混成潤滑油、水溶性油、シリコン油、又はフッ素油などが用いられる。

４Ａはラジアル荷重を支持するラジアル軸受部であり、このラジアル軸受部４Ａは軸本体１Ａと軸受部材２との間で軸受部材２の内周面に潤滑油Ｌの圧力を高めるための図示せぬ溝（例えばヘリングボーン形）を形成してなるが、その種の溝を軸本体１Ａの外周面、もしくは軸本体１と軸受部材２の双方に形成してもよい。

又、４Ｂはスラスト荷重を支持するスラスト軸受部であり、このスラスト軸受部４Ｂはフランジ１Ｂと軸受部材２との間で軸受部材２の軸方向端面に潤滑油Ｌの圧力を高めるための図示せぬ溝（例えばヘリングボーン形）を形成してなる。尚、係るスラスト軸受部４Ｂも軸受部材２にヘリングボーン形などの溝を形成することに限らず、その種の溝をフランジ１Ｂ側、もしくはフランジ１Ｂと軸受部材２の双方に形成してもよい。

一方、シール板３により密閉されない軸受部材２の開口側において、ロータ軸１と軸受部材２との間には、軸受隙間４に連通するテーパ状の注油口５が形成される。本例において、その注油口５は軸受部材２の一端開口部分をテーパ状にしてその開口径を拡大することにより形成される。

又、軸受部材２の開口側の端面には、注油口５を囲んで該注油口５の開口縁に連続する環状溝６が形成される。その環状溝６は、注油口５と協同して軸受隙間４に充填すべき潤滑油Ｌを保持するための油溜りとなるもので、その内周６Ａと注油口５の外周（開口縁）は略同径とされる。特に、係る環状溝６は断面凹字形の溝でなく、その内周６Ａと外周６Ｂとの間が当該内周６Ａから外周６Ｂに向けて漸次掘り下げられる傾斜面６Ｃとされると共に、その外周６Ｂは軸方向に対して略平行な壁面６Ｄ（絶壁面）とされている。

つまり、環状溝６は図２から明らかなように、外周壁面６Ｄの位置での深度が最大となる三角形の断面を有する形態であり、軸方向に対する傾斜面６Ｃの角度θは４５度〜８０度、好ましくは４５度〜７０度に設定される。

又、図２から明らかなように、軸受部材２から突出するロータ軸１の外周には環状を成す凹み部１Ｃが形成され、その凹み部１Ｃと軸受部材２における環状溝６より外周側の端面とには、撥油剤Ｒが塗布される。尚、撥油剤Ｒにはフッ素化合物やシリコン化合物などが用いられる。

ここで、環状溝６の内周６Ａと注油口５の外周（開口縁）が略同径とは、図３(ａ)のように環状溝６の傾斜面６Ｃと注油口５が稜角８Ａを形成するように連続するもののほか、図３(ｂ)のように環状溝６の傾斜面６Ｃと注油口５との連続部分を曲面部８Ｂ（アール部）としたものを含む。

又、上記のように環状溝６の傾斜面６Ｃと注油口５とが完全に連続せず、その両者６，５間に図３(ｃ)の如く狭小な平面部８Ｃが介在して両者６，５が不連続とされていてもよい。つまり、環状溝６の内径が注油口５の外径より若干ながら多くされていてもよい。但し、平面部８Ａの幅Ｗ（注油口５と環状溝６の内外径の差）が大きくなると、ここに潤滑油が残存して別部品を汚損してしまうことになるので、平面部８Ｃが存在する場合でも、その幅Ｗは０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。尚、軸方向に直角な平面に対する傾斜面６Ｃの角度α（９０−θ）が小さい場合には、平面部８Ｃの幅Ｗを大きくしても環状溝６から注油口５に潤滑油を円滑に流入されることができ、上記角度αが大きい場合には上記幅Ｗが十分に小さくなければ平面部８Ｃにより潤滑油の円滑な流動が損なわれることになるが、いずれも場合でも平面部８Ｃ上に残存付着する潤滑油量を可及的少なくする点では該平面部８Ｃの幅Ｗは、０≦Ｗ≦０．５ｍｍが許容範囲である。

次に、軸受隙間４に対する潤滑油Ｌの充填方法を図４に基づき説明する。図４に示すように、本発明に係る動圧軸受装置によれば、軸受部材２内にロータ軸１を挿入すると共に、そのフランジ１Ｂ側で軸受部材２の一端にシール板３を固着して潤滑油Ｌが未充填の軸受ユニット７が構成される。そして、ロータ軸１の凹み部１Ｃと軸受部材２における環状溝６より外周側の端面とに撥油剤Ｒを塗布した後、軸受ユニット７を減圧（真空）環境下に晒して軸受隙間４内の空気を排出し、その後、真空状態を保ったまま分注器のノズルＮから注油口５の位置に所定量の潤滑油Ｌを滴下する。

尚、潤滑油Ｌは軸受隙間４の加工精度を見込んでその最大許容容積の相当量を滴下するが、注油口５のみでは軸受隙間４の最大許容容積に相当する量の潤滑油Ｌを保持できず、環状溝６が注油口５と協同して潤滑油Ｌの全量を保持するような容積に設定されることから、滴下した潤滑油Ｌは注油口５から溢れて環状溝６に越流し、注油口５と環状溝６とにより保持される。

又、潤滑油Ｌの高さはロータ軸１の凹み部１Ｃに塗布した撥油剤Ｒにより概ね凹み部１Ｃの位置に規定され、軸受部材２の半径方向に対する潤滑油Ｌの広がりは環状溝６の外周壁面６Ｄとそれより外周側の端面に塗布される撥油剤Ｒとにより食い止められる。

而して、軸受隙間４が潤滑油Ｌのフィレットにより密閉された状態で、軸受ユニット７の周囲環境を大気圧状態に戻すと、注油口５内の潤滑油Ｌが軸受隙間４内に押し込まれると同時に、環状溝６内の潤滑油Ｌが傾斜面６Ｃに沿って注油口５内に連続的に流入する。

このため、軸受隙間４には空気が混入することなく潤滑油Ｌのみ充填されるが、軸受隙間４の全容積が許容容積の下限領域であった場合、環状溝６内に若干ながら潤滑油Ｌが残ることになる。

しかし、その余剰潤滑油はクリーニングにより容易に除去することができるし、傾斜面６Ｃと外周壁面６Ｄとが交わる角部分に入り込むので、クリーニングにより潤滑油を除去しなくても使用時に当該潤滑油が外部に漏れ出してディスクその他の別部材に付着してしまう可能性は極めて低い。

ここで、上記のようにして得られた本願動圧軸受装置において、環状溝６を構成する傾斜面６Ｃの傾斜角とロータ軸１の回転精度との関係を図５に示す。尚、図５において、横軸は軸方向に対する傾斜面６Ｃの傾斜角（図２に示すθ）であり、縦軸はロータ軸１の振れ成分（半径方向の軸振れ量ｎｍ）を示す。

この図で明らかなように、傾斜面６Ｃの角度が４５度以下になると、ロータ軸１の回転精度が悪化する（つまり、ロータ軸１の振れ成分が大きくなる）。これは、傾斜面６Ｃの角度が４５度以下の場合、大気圧が作用したときに環状溝６内の潤滑油がその内部に押し付けられて注油口５側に円滑に供給されず、これにより軸受隙間４に充填されるべき潤滑油の不足に代わって空気が混入したためと考えられる。

したがって、環状溝６における傾斜面６Ｃの角度は、軸方向に対して４５度以上であることが好ましい。尚、図５には９０度のデータが含まれるが、これは即ち環状溝６を形成せずして潤滑油を注油口５から溢れるまで滴下した場合である。そして、この場合も良好な回転精度を得られるが、これよれば注油口５の周囲で軸受本体２の端面が潤滑油で汚損され、そのクリーニング除去作業が困難となる。よって、環状溝６を形成することはクリーニングを容易乃至は不要にできる点で極めて有効であるが、係る環状溝６は所定量の潤滑油を保持しながら軸受隙間４に対する充填が円滑に行われるようにする点で、軸方向に対する傾斜面６Ｃの傾斜角を４５〜８０度に設定することが好ましく、更には４５〜７０度に設定することが一層好ましい。

以上、本発明について説明したが、ロータ軸１にはタップ穴１Ｄが形成されていても形成されていなくてもよい。又、注油口５は軸受部材２の開口端位置で軸本体１Ａの径を小さくして形成することもできる。

更に、本発明に係る動圧軸受装置は、ＨＤＤその他のディスク駆動装置のみならず、高精度な回転を要求される装置における回転駆動部に好適に用いることができる。

本発明に係る動圧軸受装置を示す縦断面図 同軸受装置の要部を拡大して示した部分拡大断面図 注油口と環状溝の部分を概略的に示した説明図 同軸受装置の軸受隙間に潤滑油を充填する説明図 環状溝を形成する傾斜面の角度とロータ軸の回転精度との関係を示すグラフ 従来の動圧軸受装置を示す縦断面図 従来における潤滑油の充填方法を示す説明図 従来における潤滑油の他の充填方法を示す説明図

符号の説明

１ ロータ軸
１Ａ 軸本体
１Ｂ フランジ
２ 軸受部材
３ シール板
４ 軸受隙間
５ 注油口
６ 環状溝
６Ａ 環状溝の内周
６Ｂ 環状溝の外周
６Ｃ 傾斜面
６Ｄ 外周壁面

Claims (6)

1. 筒状の軸受部材と、該軸受部材内に挿入されるロータ軸とを有し、そのロータ軸と前記軸受部材との間の軸受隙間に潤滑油が充填される構成の動圧軸受装置において、
   前記軸受部材の軸方向一端が密閉されると共に他端が開口され、その開口側で該軸受部材と前記ロータ軸との間に前記軸受隙間に連通するテーパ状の注油口が形成され、
   前記軸受部材の開口側の端面には、前記注油口を囲んで前記軸受隙間に充填すべき潤滑油を保持するための環状溝が形成され、当該環状溝は、その内周と前記注油口の外周とで稜角を形成するように前記注油口の外周に連続して形成されると共に、
   前記環状溝は、その内周と外周との間が当該内周から外周に向けて漸次掘り下げられる傾斜面とされていることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 筒状の軸受部材と、該軸受部材内に挿入されるロータ軸とを有し、そのロータ軸と前記軸受部材との間の軸受隙間に潤滑油が充填される構成の動圧軸受装置において、
   前記軸受部材の軸方向一端が密閉されると共に他端が開口され、その開口側で該軸受部材と前記ロータ軸との間に前記軸受隙間に連通するテーパ状の注油口が形成され、
   前記軸受部材の開口側の端面には、前記注油口を囲んで前記軸受隙間に充填すべき潤滑油を保持するための環状溝が形成され、当該環状溝の内周と前記注油口の外周との間の連続部分は前記環状溝および注油口に向かい凸型のアール形状となる曲面部として形成されると共に、
   前記環状溝は、その内周と外周との間が当該内周から外周に向けて漸次掘り下げられる傾斜面とされていることを特徴とする動圧軸受装置。
3. 筒状の軸受部材と、該軸受部材内に挿入されるロータ軸とを有し、そのロータ軸と前記軸受部材との間の軸受隙間に潤滑油が充填される構成の動圧軸受装置において、
   前記軸受部材の軸方向一端が密閉されると共に他端が開口され、その開口側で該軸受部材と前記ロータ軸との間に前記軸受隙間に連通するテーパ状の注油口が形成され、
   前記軸受部材の開口側の端面には、前記注油口を囲んで前記軸受隙間に充填すべき潤滑油を保持するための環状溝が形成され、当該環状溝は、その内周と前記注油口の外周との間の平面部の幅が０．５ｍｍ以下となるように形成されると共に、
   前記環状溝は、その内周と外周との間が当該内周から外周に向けて漸次掘り下げられる傾斜面とされていることを特徴とする動圧軸受装置。
4. 前記環状溝と前記注油口とは、協同して前記軸受隙間の加工精度を見込んだ最大許容容積の相当量の潤滑油保持できる容量であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の動圧軸受装置。
5. 前記環状溝の外周は、軸方向に対して略平行な壁面とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の動圧軸受装置。
6. 前記環状溝を構成する傾斜面は、軸方向に対して４５〜８０度の角度を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の動圧軸受装置。

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