WO2006120719A1 - 動圧軸受用シール構造及びそれを用いたスピンドルモータ - Google Patents

動圧軸受用シール構造及びそれを用いたスピンドルモータ Download PDF

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WO2006120719A1
WO2006120719A1 PCT/JP2005/008280 JP2005008280W WO2006120719A1 WO 2006120719 A1 WO2006120719 A1 WO 2006120719A1 JP 2005008280 W JP2005008280 W JP 2005008280W WO 2006120719 A1 WO2006120719 A1 WO 2006120719A1
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gap
sleeve
reservoir
fluid
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PCT/JP2005/008280
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Inventor
Akira Yamamura
Heiichi Unozawa
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Ferrotec Corporation
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    • F16C33/741—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
    • F16C33/743—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid retained in the sealing gap
    • F16C33/745—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid retained in the sealing gap by capillary action
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Definitions

  • the present invention relates to a seal structure for a hydrodynamic bearing, and maintains a gas-liquid interface of a lubricating fluid on a radially outer peripheral surface of a shaft, and the lubricating fluid scattered or exuded from the gas-liquid interface It is a seal for a hydrodynamic bearing characterized by returning to another gas-liquid interface, and a spindle motor using the seal.
  • the lubricating fluid filled in the hydrodynamic bearing portion evaporates into the atmosphere over time, so the product life of the hydrodynamic bearing portion is limited.
  • There are problems such as variations in filling amount, and (c) volume fluctuation due to thermal expansion of the lubricating fluid during rotation.
  • a reservoir portion for storing the lubricating fluid may be provided.
  • a seal portion is provided at an end portion in the axial direction in order to hold the end portion of the lubricating fluid, and various devices that serve as both a powerful seal portion and a reservoir portion have been created. .
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a conventional taper seal structure.
  • a dynamic pressure bearing device includes a sleeve 102 that is rotatably fitted to a shaft 101, an annular seal plate 104, a thrust plate 105, and a counter plate 106.
  • a reservoir portion 110 is provided by the radially outer peripheral surface of the shaft 101 and the radially inner peripheral surface of the seal plate 104.
  • the powerful reservoir 110 is formed by processing the outer peripheral surface of the seal plate 104 into a slope! RU
  • the gas-liquid interface 108 of the lubricating fluid 111 can be held and an excess amount of the lubricating fluid 111 can be stored.
  • the conventional hydrodynamic bearing seal structure combines the function of the tapered portion holding the end of the lubricating fluid and the function of storing the lubricating fluid, so that sufficient consideration is not given to the scattering and exudation of the lubricating fluid. I helped.
  • Patent Document 1 JP-A-9-79272
  • Patent Document 2 JP 2003-139131 A
  • the gas-liquid interface of the lubricating fluid is arranged at two locations in the axial direction and the radial direction by capillary action, and the lubricating fluid scattered or exuded from the gas-liquid interface in the axial direction is returned to the radial reservoir.
  • the purpose is to seal the lubricating fluid.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention employs the following configuration.
  • the seal plate is formed with one or a plurality of upper and lower communication gaps on a fixed circumference of the sleeve and the seal plate, and opposed to the radially outer peripheral surface of the shaft.
  • a gap portion (hereinafter referred to as a “capillary gap”) is formed by the radially inner peripheral surface, and the lubricating fluid is filled to the opening portion or the vicinity of the opening portion by capillary attraction by a capillary phenomenon, and the axial outer surface of the seal plate
  • a reservoir portion is formed by the inner surface in the axial direction of the annular cover, and the reservoir portion is filled with a lubricating fluid through a vertical communication gap from the inside of the bearing,
  • the One the reservoir section A hydrodynamic bearing seal structure characterized in that a gas-liquid interface of a lubricating fluid is maintained.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing according to the present invention may be provided at both ends of the shaft or at one end. Either a so-called cantilever type hydrodynamic bearing device or a double-sided hydrodynamic bearing device can be used.
  • the reservoir portion compensates for fluid-liquid interface fluctuations due to evaporation of the lubricating fluid and thermal expansion during rotation, and the capillary-gap of the lubricating fluid in the capillary gear gap is a strong capillary phenomenon due to the capillary gear gap. Held by.
  • the lubricating fluid that scatters or exudes from the chapery gear up returns to the reservoir portion that is radially outward from the opening of the chapery gear up due to the centrifugal force generated during rotation.
  • the sleeve includes all those fixed integrally with a convex tube portion that is externally fitted to be rotatable relative to the shaft. Including not only the convex cylinder itself but also everything fixed integrally with the convex cylindrical part (excluding the annular cover and seal plate) o Not restricted by the designation of, for example, a rotor hub.
  • the gap (G1) of the above-mentioned gear gapary gap, the gap (G2) of the upper and lower communication gaps, and the gap (G3) of the above-mentioned reservoir section gap are Gl ⁇ G2 and G3.
  • the hydrodynamic bearing seal structure according to (1) which is characterized in that
  • the lubricating gear can always hold the lubricating fluid with a strong capillary attraction, and the lubricating fluid can be stored without forming a taper seal in the axial direction. , Ensure sufficient lubricating fluid storage capacity and smaller A dynamic pressure bearing device of a type can be provided and fluctuations in the gas-liquid interface can be absorbed.
  • the width of the gear gap here depends on the size of the hydrodynamic bearing device, the material of the shaft and seal plate, and the wettability with the lubricating fluid.
  • the thickness is preferably about 0.01 to 0.3 mm, but may be outside the above range as long as capillary action occurs.
  • the lubricating fluid is a magnetic fluid, a magnetomotive force member is disposed in the reservoir portion, and a high magnetic flux density portion is configured radially outward of the reservoir portion.
  • the magnetomotive force member By providing the magnetomotive force member using the lubricating fluid as a magnetic fluid, a larger amount of the lubricating fluid can be held in the reservoir portion. In addition, return to the reservoir can be compensated by attracting the magnetic fluid scattered or exuded from the capillary gear up by the magnetomotive force together with the centrifugal force.
  • the magnetomotive force member may be any magnetic material as long as the magnetic fluid can be prevented from leaking and scattering. Examples include samarium cobalt, neodymium iron boron, and ferrite magnetite.
  • the location of the magnetomotive force member is not particularly limited as long as the magnetic flux density distribution that effectively holds the magnetic fluid in the reservoir portion can be obtained by the magnetic force.
  • any of an annular cover, a seal plate, a sleeve and the like may be used, and they may be arranged at a plurality of locations.
  • the clearance gap between the gear gaps is more inward in the axial direction than in the opening. May be larger.
  • air tends to accumulate in the portion where the gap is large, and in some cases, the air may enter the bearing and adversely affect the bearing performance. This inconvenience can be avoided by making the above-mentioned cable gear gap into a tapered shape.
  • the tapered shape of the canopy gearup may be formed by cutting the radially outer peripheral surface of the shaft in the axially outward direction, or cut the radial inner peripheral surface of the seal plate.
  • the taper shape may be formed by cutting both the radially outer circumferential surface of the opposing shaft and the radially inner circumferential surface of the seal plate.
  • a spindle motor comprising the hydrodynamic bearing device described in any one of (1) to (4) above.
  • a seal structure for a dynamic pressure bearing capable of returning the lubricating fluid scattered or exuded from the capillary gear up to the reservoir portion in the radial direction. Can be provided.
  • the service life of the hydrodynamic bearing can be shortened due to transpiration, and the volume expansion of the magnetic fluid due to the temperature rise of the hydrodynamic bearing can be fully accommodated. Then, it has a! / ⁇ ⁇ effect.
  • FIG. 1 (a) is a partial sectional view showing an example of an embodiment according to claims 1 and 2 of the present invention.
  • Fig. 1 (b) is a plan view of the seal plate.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is fixed to the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1, the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1, and the sleeve 2.
  • An annular cover 3 and a seal plate 4 that is axially inside the annular cover 3 and is integrally fixed to the sleeve 2 are configured.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the radially inner side, and forms a taper seal at the gap with the seal plate 4.
  • a vertical communication gap 6 is formed by notching one place on the fixed circumference of the sleeve 2 and the seal plate 4.
  • a radial gearup 7 is formed by the radially inner peripheral surface of the seal plate 4 opposed to the radially outer peripheral surface of the shaft 1, and a lubricating fluid (not shown) causes the opening 8 or the opening by capillary action. Fills up to near part 8.
  • a reservoir portion 10 is formed by the axial outer surface of the seal plate 4 and the axial inner surface of the annular cover 3, and the reservoir portion 10 is filled with lubricating fluid from the inside of the bearing through the upper and lower communication gaps 6. Although not shown, the gas-liquid interface of the lubricating fluid is held in the reservoir unit 10.
  • the lubricating fluid can be stored without forming a taper seal portion in the axial direction, so that a smaller hydrodynamic bearing device can be provided.
  • 2 (a) to 2 (c) are partial cross-sectional views illustrating examples of the noriation of the embodiment according to claim 1, claim 2 or claim 4 of the present invention.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is fixed to the fixed shaft 1 and the rotating sleeve 2 fitted on the shaft 1 and to the outer side in the axial direction of the sleeve 2.
  • An annular cover 3 and a seal plate 4 which is axially inner side of the annular cover 3 and is integrally fixed to the sleeve 2 are configured.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the inside in the radial direction, and forms a reservoir portion 10 in a gap with the seal plate 4.
  • the lubricating fluid 11 reaches the reservoir portion 10 via the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored lubricating fluid 11 is held in the gap portion between the annular cover 3 and the seal plate 4.
  • the capillary gear gap 7 is filled with the lubricating fluid 11 by capillary action, and the gas-liquid interface 15 of the lubricating fluid 11 is held in the opening 8.
  • FIG. 2 (b) is a partial sectional view showing a seal structure for a fluid dynamic bearing device according to claim 4.
  • the seal structure for the hydrodynamic bearing device includes a rotating shaft 1, a fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1, an annular cover 3 fixed to the axially outer side of the sleeve 2, and an axially inner side of the annular cover 3.
  • the seal plate 20 is integrally fixed to the sleeve 2 .
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the radially inner side, and the reservoir portion 10 is formed in a gap portion with the seal plate 20.
  • the lubricating fluid 11 reaches the reservoir portion 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored lubricating fluid 11 is held in the gap portion between the annular cover 3 and the seal plate 20.
  • a cavity gap 27 is formed by the radially inner surface of the seal plate 20 and the radially outer surface of the shaft 1 facing the seal plate 20.
  • the radially inner surface of the seal plate 20 is formed so as to expand outward in the axial direction, and forms a taper shape with the radially outer peripheral surface of the shaft 1 facing the seal plate 20.
  • the lubricating gear 11 is sealed in the capillary gear gap 27 by capillary action, and the gas-liquid interface 25 of the lubricating fluid 11 is held in the opening 28.
  • FIG. 2 (c) is a partial cross-sectional view showing an example of another embodiment of the seal structure for a fluid dynamic bearing device according to claim 4.
  • the seal structure for the hydrodynamic bearing device includes a rotating shaft 1, a fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1, an annular cover 3 fixed to the axially outer side of the sleeve 2, and an axially inner side of the annular cover 3.
  • the seal plate 24 is integrally fixed to the sleeve 2.
  • the lower surface of the annular cover 3 is formed so as to expand radially inward, and the reservoir portion 10 is formed in a gap portion with the seal plate 24.
  • the lubricating fluid 11 reaches the reservoir portion 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the stored gas-liquid interface 12 of the lubricating fluid 11 is held in the gap portion between the annular cover 3 and the seal plate 24.
  • a capillary gap 29 is formed by the radially inner surface of the seal plate 24 and the radially outer surface of the shaft 1 facing the seal plate 24.
  • the lower surface of the inner surface in the radial direction of the seal plate 24 is formed in parallel with the outer surface of the shaft 1, but it is formed so as to expand about 1Z3 above the lower portion in the axial direction, and is formed by the outer surface of the opposing shaft 1.
  • a tapered shape is formed.
  • the lubricant gear gap 29 is filled with the lubricating fluid 11 by capillary action, and the gas-liquid interface 25 of the lubricating fluid 11 is held in the opening 28.
  • FIG. 2 (d) is a partial cross-sectional view showing an example of another embodiment of the seal structure for a fluid dynamic bearing device according to claim 4.
  • the seal structure for the hydrodynamic bearing device includes a rotating shaft 21 and a fixed sleeve 2 fitted on the shaft 21, an annular cover 3 fixed to the axially outer side of the sleeve 2, and an axial direction of the annular cover 3. It is composed of a seal plate 4 that is inside and fixed to the sleeve 2 integrally.
  • a reservoir portion 23 is formed in the gap between the annular cover 3 and the seal plate 4
  • a reservoir portion 23 is formed in the gap between the annular cover 3 and the seal plate 4
  • the outer surface in the axial direction of the seal plate 4 is formed in a tapered shape, and a tapered portion is formed together with the annular cover 3.
  • the lubricating fluid 11 reaches the reservoir portion 23 through the upper and lower communication gaps 6, and the stored gas-liquid interface 22 of the lubricating fluid 11 is held in the gap portion between the annular cover 3 and the seal plate 4. Further, a radial gear gap 17 is formed by the radially inner surface of the shaft 21 facing the radially inner surface of the seal plate 4. The outer peripheral surface in the radial direction of the shaft 21 is formed such that the cavity gap 17 expands upward in the axial direction, and forms a taper shape with the inner surface of the opposing seal plate 4. On the other hand, the lubricant gear 11 is filled with the lubricating fluid 11 by capillary action, and the gas-liquid interface 26 of the lubricating fluid 11 is held in the opening 18.
  • the tapered portion may be formed by forming both sides of the radially outer peripheral surface of the shaft and the radially inner peripheral surface of the seal plate in a tapered shape.
  • the axial inner surface of the annular cover may be formed.
  • the tapered portion may be formed by forming both surfaces of the outer surface in the axial direction of the seal plate into a tapered shape.
  • 3 (a) and 3 (b) are a sectional view and a plan view of a seal plate showing an example of a seal structure for a hydrodynamic bearing device according to claim 3 of the present invention.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is fixed to the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1, the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1, and the sleeve 2.
  • An annular cover 3 and a seal plate 34 which is located on the inner side in the axial direction of the annular cover 3 and is integrally fixed to the sleeve 2 are configured.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the inside in the radial direction, and forms a tapered seal in the gap with the seal plate 34.
  • a vertical communication gap 6 is formed at one place on the fixed circumference of the sleeve 2 and the seal plate.
  • annular magnetomotive force member 30 is fitted on the outer peripheral upper end surface of the seal plate 34.
  • the powerful magnetomotive force member 30 is a ferrite magnet (BH: 2. OMGOe). Jun max
  • Magnetic fluid 31 is used as the sliding fluid.
  • a radial gap 7 is formed by the radially inner peripheral surface of the seal plate 34 facing the radially outer peripheral surface of the shaft 1, and the magnetic fluid 31 is filled up to the opening 8 by capillary action.
  • the reservoir portion 10 is formed by the axial outer surface of the seal plate 34 and the axial inner surface of the annular cover 3, and the reservoir portion 10 is filled with the magnetic fluid 31 through the upper and lower communication gaps 6 from the inside of the bearing.
  • the gas-liquid interface 12 of the strong magnetic fluid 31 is held by the reservoir unit 10, and the magnetomotive force member 30 is disposed radially outside the gas-liquid interface.
  • the capillary attraction of the gear gapary gear 7 is designed to be extremely larger than the force of attracting the magnetic fluid radially outward by the capillary attraction and magnetic force of the reservoir 10.
  • the clearance gap of the canopy gear gap 7 is 50 m or less
  • the reservoir portion is 0.3 to 0.4 mm near the narrowest outer diameter
  • the taper portion expands radially inward with an inclination of about 5 degrees.
  • the labyrinth pressure of the magnetic fluid in the embodiment 7 and the reservoir unit 10 in this embodiment and the gas-liquid interface position of the magnetic fluid in the reservoir unit 10 are plotted on the horizontal axis. Show. According to this calculation, the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid in the gear gap gear 7 is constant regardless of the position of the gas-liquid interface 12 of the magnetic fluid in the reservoir 10 and is shown by a horizontal pressure plot. On the other hand, the pressure of the magnetic fluid in the reservoir section becomes lower as the gas-liquid interface 12 of the magnetic fluid is closer to the inner diameter side and the outer diameter becomes higher.
  • the force attracted by the magnetic force is strong, and the closer to the magnet, the gentler the magnetic gradient is, so the attracted force is weaker, and the force is attracted to the outer diameter side of the magnet. Is a force that can hardly be attracted by magnetic force and can maintain pressure only by capillary attraction.
  • FIG. 5 (a) shows a state of the gas-liquid interfaces 12 and 15 at the time of injecting the magnetic fluid 31
  • FIG. 5 (b) is a cross-sectional view showing a state in which the lubricating fluid is reduced.
  • FIG. 6 is an analysis diagram showing a flow of magnetic lines of force caused by a magnet. Many magnetic lines of force flow from the magnet to the radial sleeve side, and the magnetic flux density radially outward of the reservoir is increased.
  • the magnetic gear gap is filled with magnetic fluid up to the opening, and the gas-liquid interface of the magnetic fluid is held in the opening.
  • the capillary attraction force in the cable gear gap is acting inward in the axial direction.
  • the reservoir is held in a gas-liquid interface caniscus shape of magnetic fluid by a taper seal.
  • the attractive force in the reservoir part acts radially outward of the reservoir part by magnetic force and capillary attractive force.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing an example of variations of the embodiment according to claims 3 and 4.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is fixed to the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1, the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1, and the sleeve 2.
  • An annular cover 3 and a seal plate 44 which is located on the inner side in the axial direction of the annular cover 3 and is integrally fixed to the sleeve 2 are configured.
  • the reservoir portion 10 is formed in the gap portion between the annular cover 3 and the seal plate 44.
  • a magnet 30 is fitted on the seal plate 44.
  • the annular cover 3 and the seal plate 44 are non-magnetic members, and the sleeve 2 is formed of a magnetic member.
  • the shaft 1 may be a magnetic member or a nonmagnetic member. Further, the magnetizing direction of the magnet may be the axial direction or the radial direction.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir unit 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held in the reservoir unit 10 by magnetic force.
  • the magnetic gear gap 47 is filled with the magnetic fluid 31 by capillary action, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held in the opening 48.
  • the radially inner surface of the seal plate 44 is formed so as to expand outward in the axial direction, and a tapered shape is formed by the radially outer peripheral surface of the opposing shaft 1.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is formed on the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1 and the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1 and the sleeve 2.
  • the fixed annular cover 3 is fixed to the sleeve 2 integrally with the annular cover 3 in the axial direction.
  • the seal plate 44 is used.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the radially inner side, and the reservoir portion 10 is formed in the gap portion with the seal plate 44.
  • a magnet 30 is fitted on the seal plate 44.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir portion 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held in the gap between the annular cover 3 and the seal plate 44 by magnetic force and capillary attraction. ing.
  • the magnetic gear gap 47 is filled with the magnetic fluid 31 by capillary action, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held in the opening 48.
  • the radially inner surface of the seal plate 44 is formed so as to expand outward in the axial direction, and a tapered shape is formed by the radially outer peripheral surface of the shaft 1 facing the seal plate 44.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is provided on the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1 and the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1 and the sleeve 2.
  • the annular cover 3 is fixed, and the seal plate 45 is integrally fixed to the sleeve 2 inside the annular cover 3 in the axial direction.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the radially inner side, and the reservoir portion 10 is formed in the gap portion with the seal plate 45.
  • a magnet 30 is fitted on the seal plate 45.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held in the gap between the annular cover 3 and the seal plate 45 by magnetic force and capillary attraction. ing.
  • the magnetic gear gap 49 is filled with a magnetic fluid 31, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held by the opening 48 by capillary action.
  • the inner surface in the radial direction of the seal plate 45 has a lower portion formed in parallel with the outer peripheral surface in the radial direction of the shaft 1, but is shaped so as to expand about 1Z3 upward from the lower portion in the axial direction, and A tapered shape is formed by the radially outer peripheral surface.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device has a fixed sleeve 42 fitted on the rotary shaft 1 and the shaft 1, and an axially outward direction of the sleeve 42.
  • the annular cover 3 is fixed, and the seal plate 4 is integrally fixed to the sleeve 42 inside the annular cover 3 in the axial direction.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand radially inward, and a reservoir 10 is formed in a gap with the seal plate 4.
  • a magnet 43 is fitted to the sleeve 2.
  • seal plate 4 The magnetic member, the sleeve 42 and the annular cover 3 are made of a nonmagnetic member.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir unit 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the stored gas-liquid interface 12 of the magnetic fluid 31 is held in the reservoir unit 10 by the magnetic force and the capillary bow I force.
  • the magnetic gear gap 47 is filled with the magnetic fluid 31 by capillary action, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held in the opening 48.
  • the radially inner surface of the seal plate 4 is formed so as to expand outward in the axial direction, and a tapered shape is formed by the radially outer peripheral surface of the shaft 1 facing the seal plate 4.
  • each member is constituted by a non-magnetic member or a magnetic member
  • the present invention is not limited thereto.
  • both the radially outer peripheral surface of the shaft and the radially inner peripheral surface of the seal plate may be tapered, or the axial inner surface of the annular cover may be tapered in the reservoir, or the axial inner surface of the annular cover
  • the taper part may be formed by forming both sides of the outer surface in the axial direction of the seal plate into a taper shape, or a yoke may be added to the lower surface of the annular cover.
  • FIG. 8 is a partial sectional view showing another example of the third aspect.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is fixed to the outer side in the axial direction of the fixed shaft 1, the rotating sleeve 2 fitted on the shaft 1, and the sleeve 2.
  • An annular cover 3 and a seal plate 44 which is located on the inner side in the axial direction of the annular cover 3 and is integrally fixed to the sleeve 2 are configured.
  • Shaft 1 is stepped 51.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the inside in the radial direction, and the reservoir portion 10 is formed in a gap portion with the seal plate 44.
  • the magnet 30 is fitted on the seal plate 44.
  • the annular cover 3 and the seal plate 44 are non-magnetic members, and the sleeve 2 is formed of a magnetic member.
  • the shaft 1 may be a magnetic member or a nonmagnetic member.
  • the magnetizing direction of the magnet 30 may be an axial direction or a radial direction.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir unit 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held in the reservoir unit 10 by magnetic force and capillary attraction.
  • the magnetic gear 47 is filled with magnetic fluid 31.
  • the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held in the opening 48 by capillary action.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device has a fixed sleeve 52 fitted on the rotary shaft 1 and the shaft 1, and an outer side in the axial direction of the sleeve 52.
  • Color 50 is fixed.
  • An annular cover 3 is fixed to the outer side in the axial direction and the inner side in the radial direction of the collar 50. Further, it is constituted by a seal plate 44 which is axially inside the annular cover 3 and is fixed to the collar 50 integrally.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand toward the radially inner side, and the reservoir portion 10 is formed in the gap portion with the seal plate 44.
  • a magnet 30 is fitted on the seal plate 44.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir unit 10 through the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held in the reservoir unit 10 by magnetic force and capillary attraction.
  • the magnetic gear gap 47 is filled with a magnetic fluid 31, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held in the opening 48 by capillary action.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is provided on the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1 and the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1 and the sleeve 2.
  • the annular cover 53 is fixed, and the seal plate 44 is integrally fixed to the sleeve 2 inside the annular cover 53 in the axial direction.
  • the opposed surfaces of the annular cover 3 and the seal plate 44 are parallel to form a reservoir portion 54.
  • a magnet 30 is fitted on the seal plate 44.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir portion 54 via the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held by a magnetic force in the gap portion between the annular cover 53 and the seal plate 54.
  • the magnetic gear gap 47 is filled with the magnetic fluid 31 by capillary action, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held at the opening 48.
  • the seal structure for a hydrodynamic bearing device is provided on the outer side in the axial direction of the rotary shaft 1 and the fixed sleeve 2 fitted on the shaft 1 and the sleeve 2.
  • the annular cover 3 is fixed, and the seal plate 44 is integrally fixed to the sleeve 2 inside the annular cover 3 in the axial direction.
  • the lower surface of the annular cover 3 is shaped so as to expand radially inward, and the reservoir portion 10 is formed in the gap with the seal plate 44. Is formed.
  • a magnet 30 is fitted to the sleeve 2.
  • the magnetic fluid 31 reaches the reservoir unit 10 via the upper and lower communication gaps 6, and the gas-liquid interface 12 of the stored magnetic fluid 31 is held in the reservoir unit 10 by magnetic force and capillary attraction.
  • the magnetic gap 47 is filled with the magnetic fluid 31 by capillary action, and the gas-liquid interface 15 of the magnetic fluid 31 is held in the opening 48.
  • each member is formed of a nonmagnetic member or a magnetic member and the arrangement of the collars are examples, and the present invention is not limited to these.
  • other structures may be used within the scope of the present invention.
  • a taper shape may be formed by forming both the radial outer peripheral surface of the shaft and the radial inner peripheral surface of the seal plate, or a yoke may be added to the lower surface of the annular cover.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating an example of variations of the seal plate according to the present invention.
  • (a), (c) and (e) are examples of a seal plate to which no magnet is fitted, and
  • (b), (d) and (f) are examples of a seal plate to which a magnet is fitted. is there.
  • FIG. 9 (a) is a plan view of the seal plate 60-1 fixed to a sleeve or collar (not shown). As shown in the figure, one upper and lower communication gap 66-1 is formed on the fixed circumference of the seal plate 60-1. As shown in Fig. 9 (b), two upper and lower communication gaps 66-2, 2 'are formed on the fixed circumference of the seal plate 60-2. Reference numeral 59 denotes a line indicating a seal plate step portion to which the magnet is fitted. As shown in FIG. 9 (c), two fixed portions 61, 61 'are formed on the fixed circumference of the seal plate 60-3, and two upper and lower communication gaps 66-3, 3' are formed. As shown in Fig.
  • the above configuration is an example of an embodiment of the present invention, and other configurations are within the scope of the present invention. It may be the structure. For example, magnets may be placed on (a), (c) and (e), or magnets may be removed from (b), (d) and (f)! /.
  • the hydrodynamic bearing device can be used for any rotating device having a sleeve or the like that is externally fitted so as to be rotatable relative to the shaft.
  • any rotating device having a sleeve or the like that is externally fitted so as to be rotatable relative to the shaft.
  • FIG. 1 (a) is a partial cross-sectional view showing an example of an embodiment, and (b) is a plan view of the seal plate.
  • FIG. 2] (a) to (c) are partial cross-sectional views showing examples of other embodiments.
  • FIG. 3 (a) is a cross-sectional view showing an example of a seal structure for a fluid dynamic bearing device according to claim 3 of the present invention, and (b) is a plan view of the seal plate.
  • FIG. 4 is a graph showing the balance of magnetic fluid pressure at two gas-liquid interfaces according to the present invention.
  • FIG. 5 (a) shows a state of a gas-liquid interface at the time of magnetic fluid injection, and (b) is a cross-sectional view showing a state in which the lubricating fluid is reduced.
  • FIG. 6 is an analysis diagram showing a flow of magnetic lines of force by a magnet in an example of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a variation of the embodiment.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing another embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view showing an example of variations of the seal plate according to the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing a conventional taper seal structure.

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Abstract

【課題】　間隙部より飛散若しくは滲出した潤滑流体を径方向のリザーバ部に回帰させることができ、さらに蒸散による動圧軸受の短寿命化、動圧軸受の温度上昇による磁性流体の体積膨張に対応し、より小型の動圧軸受装置を提供する。 【解決手段】　スリーブ２とシールプレート４の固定円周上に一または複数の上下連通隙間６が形成され、シャフト１の径方向外周面と対向するシールプレート４の径方向内周面によって間隙部７を形成し潤滑流体が毛細管現象による毛管引力により開口部８もしくは開口部８近傍まで充填され、シールプレート４の軸方向外面と環状カバー３の軸方向内面によってリザーバ部１０を形成し軸受内部より上下連通隙間６を通じてリザーバ部１０に潤滑流体を充填し、かつ該リザーバ部に潤滑流体の気液界面が保持されている動圧軸受用シール構造である。

Description

明 細 書
動圧軸受用シール構造及びそれを用いたスピンドルモータ
技術分野
[0001] 本発明は、動圧軸受のシール構造に係り、シャフトの径方向外周面に潤滑流体の 気液界面を保持し、かかる気液界面より飛散あるいは滲出した潤滑流体が、潤滑流 体の他の気液界面に回帰することを特徴とする動圧軸受用シール及びそれを用 、た スピンドルモータである。
背景技術
[0002] 動圧軸受装置には、（a)動圧軸受部に充填された潤滑流体が時間とともに大気中 に蒸散するため動圧軸受部の製品寿命が制限される、（b)潤滑流体の充填量にバラ ツキがある、（c)回転時における潤滑流体の熱膨張により体積が変動する、等という 問題がある。力かる問題を解決するために潤滑流体を貯留するリザーバ部が設けら れることがある。一方、動圧軸受装置には、潤滑流体の端部を保持するために軸方 向端部にシール部が設けられており、力かるシール部とリザーバ部を兼用する装置も 種々創作されている。
[0003] 例えば、図 10は従来のテーパーシール構造を示す概念図である。かかる動圧軸 受装置は、シャフト 101に相対的に回転自在に外嵌されたスリーブ 102と、円環状の シールプレート 104と、スラストプレート 105及びカウンタープレート 106とからなる。 前記シャフト 101の径方向外周面とシールプレート 104の径方向内周面によってリザ ーバ部 110が設けられている。力かるリザーバ部 110はシールプレート 104の外周面 を斜面状に加工することによって形成されて！、る。リザーバ部 110を上記のように形 成することによって、潤滑流体 111の気液界面 108を保持するとともに潤滑流体 111 の余剰量を貯留することができる。しかし、このようなテーパーシールは、テーパー状 部の間隔が徐々に拡大することによって毛管現象を保持する必要があるので、テー パーの角度には一定の制限がある。したがって潤滑流体の貯留量を増大させるため には、テーパー部の長さを長くせざるを得ない。
[0004] このような欠点を改良するために、特許文献 1及び 2に記載された動圧軸受が提案 されて 、る。これらのテーパーシール部では潤滑流体の貯留箇所が複数設けられて いることから、軸方向シール長が図 10のテーパーシールに比べて大凡半分程度に 抑制されている。し力しながら、このような動圧軸受装置でも、軸方向のシール長は 潤滑流体の貯留量に左右され、更なる小型化に対応するには限界がある。
また従来の動圧軸受シール構造は、テーパー部が潤滑流体の端部を保持する機 能と、潤滑流体を貯留する機能を兼用しており、潤滑流体の飛散や滲出についての 配慮が十分ではな力つた。
特許文献 1 :特開平 9— 79272
特許文献 2：特開 2003— 139131
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 本発明は、毛細管現象により潤滑流体の気液界面を軸方向及び径方向の二箇所 に配置し、軸方向の気液界面より飛散もしくは滲出した潤滑流体を径方向のリザーバ に回帰せしめることにより潤滑流体をシールすることを目的とする。
さらに潤滑流体の貯留容量に余裕をもたせることにより、蒸散による動圧軸受の短 寿命化、動圧軸受の温度上昇による磁性流体の体積膨張に十分に対応するとともに 、より小型の動圧軸受装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
(1)少なくともシャフトとシャフトに相対的に回転自在に外嵌されるスリーブとスリーブ の軸方向外方に固着された環状カバーと、当該環状カバーの軸方向内側にあって スリーブに一体固定されたシールプレートからなる動圧軸受装置用シール構造にお いて、該スリーブとシールプレートの固定円周上に一または複数の上下連通隙間が 形成され、該シャフトの径方向外周面と対向する該シールプレートの径方向内周面 によって間隙部（以下、「キヤピラリーギャップ」という。）を形成し潤滑流体が毛細管現 象による毛管引力により開口部もしくは開口部近傍まで充填され、該シールプレート の軸方向外面と該環状カバーの軸方向内面によってリザーバ部を形成し軸受内部よ り上下連通隙間を通じて当該リザーバ部に潤滑流体を充填し、かつ該リザーバ部に 潤滑流体の気液界面が保持されていることを特徴とする動圧軸受用シール構造であ る。
[0007] 本発明に係る動圧軸受用シール構造は、シャフトの両端に設けてもよいし、片端に 設けてもよい。いわゆる片持ち型の動圧軸受装置、両持ち型の動圧軸受装置のいず れにち用いることができる。
[0008] 潤滑流体の蒸発や回転時の熱膨張による流体の気液界面の変動についてはリザ ーバ部が補 、、キヤビラリーギヤップにおける潤滑流体の気液界面はキヤピラリーギヤ ップによる強い毛細管現象によって保持される。またキヤビラリーギヤップより飛散若 しくは滲出した潤滑流体は、回転時に発生する遠心力によりキヤビラリーギヤップの 開口部より径方向外側にあるリザーバ部に回帰する。
すなわちシャフトまたはスリーブの回転によりキヤビラリーギヤップに保持される潤滑 流体が飛散あるいは滲出したとしても、その原因は回転に伴う遠心力が主と考えられ 、その場合は飛散あるいは滲出した潤滑流体はシールプレートの表面を径方向外方 へ向い、リザーバ部に保持される潤滑流体に回帰するからである。
[0009] また潤滑流体の蒸発に対しては、潤滑流体の減少によりリザーバ部における気液 界面が後退しても、潤滑流体を保持する力の強 、キヤピラリーギャップにおける気液 界面は変化せず、リザーバ部に軸受耐用年分の潤滑流体を貯留しておくことにより 軸受の信頼性を保つことができる。
なおスリーブとは、シャフトと相対的に回転自在に外嵌される凸筒部と一体に固着さ れているものを全て含む。凸筒部自体のみならず凸筒部と一体的に固着されている ものを全て含む（環状カバー及びシールプレートは除外する。 ) o例えばロータハブ 等の呼称には拘束されない。
[0010] (2)前記キヤビラリーギヤップの間隔 (G1)と、上下連通隙間の間隔 (G2)と、前記リザ ーバ部隙間の間隔 (G3)が、 Gl≤G2く G3であることを特徴とする上記（1)記載の 動圧軸受用シール構造である。
力かる構造により、キヤビラリーギヤップには常に強い毛管引力により潤滑流体を保 持することができ、また軸方向にテーパーシール部を形成することなく潤滑流体を貯 留することができること力ゝら、十分な潤滑流体の貯留容量を確保するとともに、より小 型の動圧軸受装置を提供し、かつ気液界面の変動を吸収することができる。
ここでキヤビラリーギヤップの幅は、動圧軸受装置の大きさ、シャフト及びシールプレ ートの材質や潤滑流体とのぬれ性に依存する力 3. 5"型 HDD用スピンドルモータ の動圧軸受の場合は、 0. 01〜0. 3mm程度が好ましい。ただし毛細管現象が生じ る範囲であれば、上記の範囲外であってもよい。
[0011] (3)前記潤滑流体が磁性流体であり、前記リザーバ部に起磁力部材を配し、前記リ ザーバ部の径方向外方に高磁束密度部を構成したことを特徴とする前記（1)または
(2)記載の動圧軸受用シール構造である。
潤滑流体を磁性流体とし起磁力部材を設けることによって、より多くの量の潤滑流 体をリザーバ部に保持することができる。またキヤビラリーギヤップより飛散若しくは滲 出した磁性流体を遠心力と共に起磁力により引き付けることによりリザーバ部への回 帰を補うことができる。
起磁力部材としては、磁性流体の漏れ出し及び飛散を防止できれば、いずれの磁 性材料であってもよい。例えば、サマリウムコバルト、ネオジゥム鉄ボロン、フェライト磁 石等が挙げられる。
また起磁力部材は、その磁力により効果的に磁性流体をリザーバ部に保持する磁 束密度分布を得られればよぐ配置場所については特に限定されない。例えば、環 状カバー、シールプレート、スリーブ等のいずれでも良いし、複数箇所に配置しても 良い。
[0012] (4)前記キヤビラリーギヤップをテーパー状に形成したことを特徴とする上記（1)〜（3 )のいずれか一に記載の動圧軸受用シール構造である。
力かる構造により加工精度によるキヤビラリーギヤップの不具合を回避することがで きる。すなわちシャフトの径方向外周面およびシールプレートの径方向内周面の円 筒度、真円度などの加工精度によっては、キヤビラリーギヤップの隙間間隔が、開口 部よりも軸方向内方のほうが大きくなる場合がある。この場合、隙間間隔の大きい部 分に空気が溜まりやすくなり、場合によってはその空気が軸受内部に入り込み軸受 性能に悪影響を及ぼす場合がある。前記キヤビラリーギヤップをテーパー形状にする ことによりこの不具合を回避することができる。 ここでキヤビラリーギヤップのテーパー状は、シャフトの径方向外周面を軸方向外方 へ向って切削することにより成形してもよいし、シールプレートの径方向内周面を切 肖 |Jしてもよいし、対向するシャフトの径方向外周面とシールプレートの径方向内周面 を共に切削してテーパー形状を成形してもよ 、。
[0013] (5)上記（1)〜 (4)の 、ずれか一に記載された動圧軸受装置を備えたことを特徴とす るスピンドルモータである。
発明の効果
[0014] 本発明に係る動圧軸受用シール構造を採用することにより、キヤビラリーギヤップよ り飛散若しくは滲出した潤滑流体を径方向のリザーバ部に回帰させることができる動 圧軸受用シール構造を提供することができる。
さらに潤滑流体の貯留容量に余裕をもたせることにより、蒸散による動圧軸受の短 寿命化、動圧軸受の温度上昇による磁性流体の体積膨張に十分に対応し、より小型 の動圧軸受装置を提供すると!/ヽぅ効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明に係る実施の形態の一例を示す。ただし本発明は以下の実施の形 態に明記される材料や構成に限定されるものではな ヽ。
(実施の形態 1)
図 1 (a)は、本発明の請求項 1、請求項 2に係る実施の形態の一例を示す部分断面 図である。また図 1 (b)はシールプレートの平面図である。
図 1 (a)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 4によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に 向って拡開するように成形されており、シールプレート 4との間隙部においてテーパ 一シールを形成する。また図 1 (b)に示すように前記スリーブ 2とシールプレート 4の固 定円周上の一箇所を切り欠くことによって上下連通隙間 6が形成されている。ここで シャフト 1の材質は SUS420J2であり、シールプレート 4の材質は SUS304であり、環 状カノく一 3は SUS430である。 [0016] 前記シャフト 1の径方向外周面と対向するシールプレート 4の径方向内周面によつ てキヤビラリーギヤップ 7を形成し図示しない潤滑流体が毛細管現象により開口部 8も しくは開口部 8近傍まで充填される。また前記シールプレート 4の軸方向外面と環状 カバー 3の軸方向内面によってリザーバ部 10を形成し、軸受内部より上下連通隙間 6を通じてリザーバ部 10に潤滑流体が充填される。図示しな 、潤滑流体の気液界面 はリザーバ部 10に保持されることになる。
このような動圧軸受用シール構造において、シャフト 1の径方向外周面におけるキ ャピラリーギャップ 7の間隔 (G1)と、上下連通隙間 6の間隔 (G2)と、前記リザーバ部 の間隔（G3)は、 G1≤G2< G3の関係にある。
力かる構造により、軸方向にテーパーシール部を形成することなく潤滑流体を貯留 することができることから、より小型の動圧軸受装置を提供することができる。
[0017] (実施の形態 2)
図 2 (a)〜（c)は、本発明の請求項 1、請求項 2若しくは請求項 4に係る実施形態の ノリエーシヨンの例示を示す部分断面図である。
図 2 (a)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、固定シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された回転スリーブ 2と、スリーブ 2の軸方向外方に固着された 環状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定され たシールプレート 4によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に 向って拡開するように成形されておりシールプレート 4との間隙部においてリザーバ 部 10を形成する。潤滑流体 11は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し 、貯留された潤滑流体 11の気液界面 12は環状カバー 3とシールプレート 4の間隙部 に保持されている。他方、キヤビラリーギヤップ 7には毛細管現象によって潤滑流体 1 1が充填されており、潤滑流体 11の気液界面 15は開口部 8において保持されている
[0018] 図 2 (b)は請求項 4に係る動圧軸受装置用シール構造を示す部分断面図である。
本動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリー ブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸 方向内側にあってスリーブ 2に一体固定されたシールプレート 20によって構成される 。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に向って拡開するように成形されており シールプレート 20との間隙部においてリザーバ部 10を形成する。潤滑流体 11は、上 下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留された潤滑流体 11の気液界面 12は環状カバー 3とシールプレート 20の間隙部に保持されている。またシールプレ ート 20の径方向内面と対向するシャフト 1の径方向外面とによってキヤビラリーギャッ プ 27が形成されている。シールプレート 20の径方向内面は軸方向外方に向って拡 開するように成形され、対向するシャフト 1との径方向外周面とによってテーパー形状 を形成している。キヤビラリーギヤップ 27には毛細管現象によって潤滑流体 11が封 止されており、潤滑流体 11の気液界面 25は開口部 28において保持されている。
[0019] 図 2 (c)は請求項 4に係る動圧軸受装置用シール構造の他の実施形態の一例を示 す部分断面図である。本動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフト 1とシャフト 1に 外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環状カバー 3と、前 記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定されたシールプレート 2 4によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に拡開するように成 形されておりシールプレート 24との間隙部においてリザーバ部 10を形成する。潤滑 流体 11は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留された潤滑流体 11の気液界面 12は環状カバー 3とシールプレート 24の間隙部に保持されている。ま たシールプレート 24の径方向内面と対向するシャフト 1の径方向外面とによってキヤ ピラリーギャップ 29が形成されている。シールプレート 24の径方向内面は下部はシャ フト 1の外面と平行に成形されているが、下部より約 1Z3より軸方向上方に拡開する ように成形され、対向するシャフト 1との外面とによってテーパー形状を形成している。 他方、キヤビラリーギヤップ 29には毛細管現象によって潤滑流体 11が充填されてお り、潤滑流体 11の気液界面 25は開口部 28において保持されている。
[0020] 図 2 (d)は請求項 4に係る動圧軸受装置用シール構造の他の実施形態の一例を示 す部分断面図である。本動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフト 21とシャフト 2 1に外嵌された固定スリーブ 2と、スリーブ 2の軸方向外方に固着された環状カバー 3 と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定されたシールプレ ート 4によって構成される。ここで環状カバー 3とシールプレート 4との間隙部において リザーバ部 23を形成する。ここでシールプレート 4の軸方向外面はテーパー状に成 形されており、環状カバー 3と共にテーパー部が形成されている。潤滑流体 11は、上 下連通隙間 6を介してリザーバ部 23にまで達し、貯留された潤滑流体 11の気液界面 22は環状カバー 3とシールプレート 4の間隙部に保持されている。またシールプレー ト 4の径方向内面と対向するシャフト 21の径方向外面とによってキヤビラリーギヤップ 17が形成されている。シャフト 21の径方向外周面は軸方向上方にキヤビラリーギャッ プ 17が拡開するように成形され、対向するシールプレート 4との内面とによってテー パー形状を形成している。他方、キヤビラリーギヤップ 17には毛細管現象によって潤 滑流体 11が充填されており、潤滑流体 11の気液界面 26は開口部 18において保持 されている。
上述した実施形態はあくまで一例であって、本発明の範囲内であれば他の構造で あっても良い。例えば、シャフトの径方向外周面及びシールプレートの径方向内周面 の両側ともテーパー状に形成することによってテーパー部を形成しても良いし、リザ ーバ部においては、環状カバーの軸方向内面とシールプレートの軸方向外面の両 面をテーパー状に成形することによってテーパー部を形成しても良い。
(実施の形態 3)
図 3 (a) , (b)は本発明の請求項 3に係る動圧軸受装置用シール構造の例示を示 す断面図及びシールプレートの平面図である。
図 3 (b)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 34によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に 向って拡開するように成形されており、シールプレート 34との間隙部においてテーパ 一シールを形成する。また図 3 (b)に示すように前記スリーブ 2とシールプレート 34の 固定円周上の一箇所に上下連通隙間 6が形成されている。
ここでシールプレート 34の外周上端面には環状の起磁力部材 30が嵌着されてい る。力かる起磁力部材 30はフェライトマグネット（BH ： 2. OMGOe)である。また潤 max
滑流体としては磁性流体 31が採用されて 、る。 [0022] 前記シャフト 1の径方向外周面と対向するシールプレート 34の径方向内周面によつ てキヤビラリーギヤップ 7が形成され、磁性流体 31が毛細管現象により開口部 8まで 充填されている。また前記シールプレート 34の軸方向外面と環状カバー 3の軸方向 内面によってリザーバ部 10が形成され、軸受内部より上下連通隙間 6を通じてリザー バ部 10に磁性流体 31が充填されて!、る。力かる磁性流体 31の気液界面 12はリザ ーバ部 10に保持され、起磁力部材 30は、気液界面より径方向外側に配置されてい る。
キヤビラリーギヤップ 7の毛管引力は、リザーバ部 10の毛管引力と磁力により磁性流 体を径方向外方に引き寄せる力より、極めて大きくなるように設計されている。例えば キヤビラリーギヤップ 7の隙間間隔は 50 m以下、リザーバ部は最も隙間の狭い外径 付近で 0. 3〜0. 4mmであり、テーパー部は約 5度の傾きで径方向内方に拡開する
[0023] 本実施形態でのキヤビラリーギヤップ 7、リザーバ部 10の磁性流体のラプラス圧力を 、リザーバ部 10の磁性流体の気液界面位置を横軸にとり計算した結果を図 4のダラ フに示す。この計算によると、キヤビラリーギヤップ 7の磁性流体の気液界面 15は、リ ザーバ部 10における磁性流体の気液界面 12の位置に拘わらず一定であり水平の 圧力プロットで示される。一方、リザーバ部の磁性流体の圧力は、磁性流体の気液界 面 12が内径側にあるほど高ぐ外径にいくほど低くなる。これは液面がマグネットより 径方向内方にある場合は磁力により引き付けられる力が強く、マグネットに近づくほど 磁気勾配が穏やかであるため引き付けられる力が弱まり、マグネットの上より外径側 にある場合は磁力により引き付けられる力は殆どなく毛管引力でのみ圧力が維持さ れるカゝらである。
[0024] 図 4のグラフにお!/、てキヤビラリ一ギャップ 7の磁性流体 31とリザーバ部 10の磁性 流体 31の圧力が同等となる位置が、両部位の磁性流体圧力が均衡して 、る位置で ある。すなわちリザーバ部 10の磁性流体 31の気液界面 12が同位置に後退するまで に、キヤビラリーギヤップ 7の磁性流体の気液界面 15の低下は起こらないことになる。 図 5 (a)は、磁性流体 31の注入時における気液界面 12, 15の状態を示し、（b)は潤 滑流体が減少した状態を示す断面図である。 [0025] 図 6は、マグネットによる磁力線の流れを示す解析図である。磁力線がマグネットか ら径方向スリーブ側に多く流れ、リザーバ部の径方向外方の磁束密度が高くなつて 、ることが分力る。
キヤビラリーギヤップには開口部まで磁性流体が充填されており、開口部に磁性流 体の気液界面が保持されている。ここでキヤビラリーギヤップにおける毛管引力は軸 方向内方へ作用する。他方、リザーバ部にはテーパーシールにより磁性流体の気液 界面カ ニスカス状に保持されている。ここでリザーバ部における引力は、磁力と毛 管引力によってリザーバ部の径方向外方に作用する。
[0026] (実施の形態 4)
図 7は、請求項 3及び請求項 4に係る実施の形態のバリエーションの例示を示す部 分断面図である。
図 7 (a)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 44によって構成される。ここで環状カバー 3とシールプレート 44との間 隙部においてリザーバ部 10が形成される。シールプレート 44にはマグネット 30が嵌 着されている。ここで環状カバー 3及びシールプレート 44は非磁性部材であり、スリ ーブ 2は磁性部材によって構成されている。シャフト 1は磁性部材であっても非磁性 部材であってもよい。またマグネットの着磁方向は軸方向であっても径方向であって もよい。磁性流体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留され た磁性流体 31の気液界面 12はリザーバ部 10に磁力により保持されている。他方、 キヤビラリーギヤップ 47には毛細管現象によって磁性流体 31が充填されており、磁 性流体 31の気液界面 15は開口部 48において保持されている。なおシールプレート 44の径方向内面は軸方向外方に向って拡開するように成形され、対向するシャフト 1 の径方向外周面とによってテーパー形状が形成されている。
[0027] 図 7 (b)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 44によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に 向って拡開するように成形されておりシールプレート 44との間隙部においてリザーバ 部 10が形成される。シールプレート 44にはマグネット 30が嵌着されている。磁性流 体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留された磁性流体 31 の気液界面 12は環状カバー 3とシールプレート 44の間隙部に磁力と毛管引力により 保持されている。他方、キヤビラリーギヤップ 47には毛細管現象によって磁性流体 31 が充填されており、磁性流体 31の気液界面 15は開口部 48において保持されている 。なおシールプレート 44の径方向内面は軸方向外方に拡開するように成形され、対 向するシャフト 1の径方向外周面とによってテーパー形状が形成されている。
[0028] 図 7 (c)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 45によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に 向って拡開するように成形されておりシールプレート 45との間隙部においてリザーバ 部 10が形成される。シールプレート 45にはマグネット 30が嵌着されている。磁性流 体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留された磁性流体 31 の気液界面 12は環状カバー 3とシールプレート 45の間隙部に磁力と毛管引力により 保持されている。他方、キヤビラリーギヤップ 49には磁性流体 31が充填されており、 磁性流体 31の気液界面 15は毛細管現象によって開口部 48にお ヽて保持されて ヽ る。シールプレート 45の径方向内面は下部はシャフト 1の径方向外周面と平行に成 形されているが、下部より約 1Z3より軸方向上方に拡開するように成形され、対向す るシャフト 1の径方向外周面とによってテーパー形状が形成されている。
[0029] 図 7 (d)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 42とスリーブ 42の軸方向外方に固着された 環状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 42に一体固定さ れたシールプレート 4によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側 に拡開するように成形されておりシールプレート 4との間隙部においてリザーバ部 10 が形成される。スリーブ 2にはマグネット 43が嵌着されている。ここでシールプレート 4 は磁性部材、スリーブ 42ならびに環状カバー 3は非磁性部材によって構成されてい る。磁性流体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留された 磁性流体 31の気液界面 12はリザーバ部 10に磁力と毛管弓 I力により保持されて ヽる 。他方、キヤビラリーギヤップ 47には毛細管現象によって磁性流体 31が充填されて おり、磁性流体 31の気液界面 15は開口部 48において保持されている。なおシール プレート 4の径方向内面は軸方向外方に拡開するように成形され、対向するシャフト 1 の径方向外周面とによってテーパー形状が形成されている。
[0030] 各部材が非磁性部材若しくは磁性部材によって構成されて ヽる例は一例であって 、本発明がこれらに限定されるものではない。もちろん本発明の範囲内であれば他の 構造であっても良い。例えば、シャフトの径方向外周面及びシールプレートの径方向 内周面の両側ともにテーパー状を形成したり、リザーバ部において環状カバーの軸 方向内面をテーパー状に成形したり、環状カバーの軸方向内面とシールプレートの 軸方向外面の両面をテーパー状に成形することによってテーパー部を形成しても良 V、し、または環状カバーの下面等にヨークを付加してもよ 、。
[0031] (実施の形態 5)
図 8は、請求項 3に係る他の例を示す部分断面図である。
図 8 (a)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、固定シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された回転スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 44によって構成される。シャフト 1は段付き 51となっている。ここで環 状カバー 3の下面は、径方向内側に向って拡開するように成形されておりシールプレ ート 44との間隙部においてリザーバ部 10が形成される。シールプレート 44にはマグ ネット 30が嵌着されて 、る。ここで環状カバー 3及びシールプレート 44は非磁性部材 であり、スリーブ 2は磁性部材によって構成されている。シャフト 1は磁性部材であって も非磁性部材であってもよい。またマグネット 30の着磁方向は軸方向であっても径方 向であってもよい。磁性流体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達 し、貯留された磁性流体 31の気液界面 12はリザーバ部 10に磁力と毛管引力によつ て保持されている。他方、キヤビラリーギヤップ 47には磁性流体 31が充填されており 、磁性流体 31の気液界面 15は毛細管現象によって開口部 48において保持されて いる。
[0032] 図 8 (b)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 52とスリーブ 52の軸方向外方にカラー 50が 固着されている。力かるカラー 50の軸方向外方であって径方向内側には環状カバー 3が固着されている。さらに前記環状カバー 3の軸方向内側にあってカラー 50に一体 固定されたシールプレート 44によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径 方向内側に向って拡開するように成形されておりシールプレート 44との間隙部にお いてリザーバ部 10が形成される。シールプレート 44にはマグネット 30が嵌着されて いる。磁性流体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留され た磁性流体 31の気液界面 12はリザーバ部 10に磁力と毛管引力により保持されてい る。他方、キヤビラリーギヤップ 47には磁性流体 31が充填されており、磁性流体 31の 気液界面 15は毛細管現象によって開口部 48において保持されている。
[0033] 図 8 (c)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 53と、前記環状カバー 53の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定され たシールプレート 44によって構成される。ここで環状カバー 3とシールプレート 44の 対向面は平行でありリザーバ部 54が形成される。シールプレート 44にはマグネット 3 0が嵌着されている。磁性流体 31は、上下連通隙間 6を介してリザーバ部 54にまで 達し、貯留された磁性流体 31の気液界面 12は環状カバー 53とシールプレート 54の 間隙部に磁力により保持されている。他方、キヤビラリーギヤップ 47には毛細管現象 によって磁性流体 31が充填されており、磁性流体 31の気液界面 15は開口部 48に おいて保持されている。
[0034] 図 8 (d)に示すように本実施形態に係る動圧軸受装置用シール構造は、回転シャフ ト 1とシャフト 1に外嵌された固定スリーブ 2とスリーブ 2の軸方向外方に固着された環 状カバー 3と、前記環状カバー 3の軸方向内側にあってスリーブ 2に一体固定された シールプレート 44によって構成される。ここで環状カバー 3の下面は、径方向内側に 拡開するように成形されておりシールプレート 44との間隙部においてリザーバ部 10 が形成される。スリーブ 2にはマグネット 30が嵌着されている。磁性流体 31は、上下 連通隙間 6を介してリザーバ部 10にまで達し、貯留された磁性流体 31の気液界面 1 2はリザーバ部 10に磁力及び毛管引力により保持されている。他方、キヤビラリーギ ヤップ 47には毛細管現象によって磁性流体 31が充填されており、磁性流体 31の気 液界面 15は開口部 48にお 、て保持されて 、る。
各部材が非磁性部材若しくは磁性部材によって構成されて ヽる構成やカラーの配 置は一例であって、本発明がこれらに限定されるものではない。もちろん本発明の範 囲内であれば他の構造であっても良い。例えば、シャフトの径方向外周面及びシー ルプレートの径方向内周面の両側ともに形成することによってテーパー状を形成した り、環状カバーの下面等にヨークを付加してもよい。
(実施の形態 6)
図 9は、本発明に係るシールプレートのバリエーションの例示を示す平面図である。 (a)、（c)及び（e)はマグネットが嵌着されていないシールプレートの一例であって、（ b)、 (d)及び (f)はマグネットが嵌着されるシールプレートの一例である。
図 9 (a)は、図示しないスリーブ若しくはカラー等と固着されるシールプレート 60— 1 の平面図である。図に示すようにシールプレート 60— 1の固定円周上に一の上下連 通隙間 66— 1が形成されて 、る。図 9 (b)に示すようにシールプレート 60— 2の固定 円周上に二の上下連通隙間 66— 2, 2'が形成されている。なお符号 59はマグネット が嵌着されるシールプレート段差部を示す線である。図 9 (c)に示すようにシールプレ ート 60— 3の固定円周上に二の固着部 61, 61 'が形成され、二の上下連通隙間 66 - 3, 3 'が形成されている。図 9 (d)に示すようにシールプレート 60— 4の固定円周上 には三の固着部 62— 1, 1 ' , 1"が形成され、三の上下連通隙間 66— 4, 4' , 4"が形 成されて!/、る。図 9 (e)に示すようにシールプレート 60— 5の固定円周上に一の上下 連通隙間 66— 5が形成されて 、る。上下連通隙間 66— 5の断面形状は半円状であ る。図 9 (f)に示すようにシールプレート 60— 6の固定円周上には四の固着部 64, 64 ' , 64",64" 'が形成され、平面視四つの V字溝状の上下連通隙間 66— 6, 6 ' ,6",6 '"が形成されている。
上記の構成は本発明の実施の形態の一例であって、本発明の範囲内であれば他 の構造であっても良い。例えば (a)、（c)及び (e)にマグネットを配してもよいし、（b)、 (d)及び (f)よりマグネットを除去してもよ!/、。
産業上の利用可能性
[0036] 本発明に係る動圧軸受装置は、シャフトと相対的に回転自在に外嵌されるスリーブ 等を有するあらゆる回転装置に用いることができる。例えば、コンピュータハードディ スクドアリブ、ファン、 CD 'DVD'MO '光ディスク等のマルチメディア製品、ファン等 の各種小型精密モータの軸受として、家電 ·住設 · OA機器 ·車載用 ·産業用等の中 型モータの軸受として、工作機械の軸受、医療機器の軸受、タービン等の産業設備 用軸受、リール、自動車、電車、船舶、航空機等の車両用軸受、半導体 ·電子機器， 電気製品 ·機械等の製造装置用軸受等が挙げられる。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1] (a)は、実施の形態の一例を示す部分断面図であり、 (b)はそのシールプレート の平面図である。
[図 2] (a)〜 (c)は他の実施形態の一例を示す部分断面図である。
[図 3] (a)は本発明の請求項 3に係る動圧軸受装置用シール構造の例示を示す断面 図であり、 (b)はそのシールプレートの平面図である。
[図 4]本発明に係る 2つの気液界面における磁性流体圧力のバランスを示すグラフで ある。
[図 5] (a)は、磁性流体注入時における気液界面の状態を示し、 (b)は潤滑流体が減 少した状態を示す断面図である。
[図 6]本実施形態の一例におけるマグネットによる磁力線の流れを示す解析図である
[図 7]実施の形態のバリエーションの例示を示す部分断面図である。
[図 8]他の実施形態を示す部分断面図である。
[図 9]本発明に係るシールプレートのバリエーションの例示を示す平面図である。
[図 10]従来のテーパーシール構造を示す概念図である。
符号の説明
[0038] 1, 21 シャフト , 42 スリーブ
環状カバー
， 20, 24， 34, 44, 45 シールプレー卜 上下連通隙間
, 27, 29, 47 間隙部 (キヤピラリーギャップ), 28， 48 開口部
0, 23 リザーバ部
1 潤滑流体
2, 15, 22, 25, 26 気液界面
起磁力部材若しくはマグネット
1 磁性流体

Claims

請求の範囲
[1] 少なくともシャフトとシャフトに相対的に回転自在に外嵌されるスリーブとスリーブの軸 方向外方に固着された環状カバーと、当該環状カバーの軸方向内側にあってスリー ブに一体固定されたシールプレートからなる動圧軸受装置用シール構造において、 該スリーブとシールプレートの固定円周上に一または複数の上下連通隙間が形成さ れ、該シャフトの径方向外周面と対向する該シールプレートの径方向内周面によって 間隙部を形成し潤滑流体が毛細管現象による毛管引力により開口部もしくは開口部 近傍まで充填され、該シールプレートの軸方向外面と該環状カバーの軸方向内面に よってリザーバ部を形成し軸受内部より上下連通隙間を通じて当該リザーバ部に潤 滑流体を充填し、かつ該リザーバ部に潤滑流体の気液界面が保持されて 、ることを 特徴とする動圧軸受用シール構造。
[2] 前記間隙部の間隔 (G1)と、上下連通隙間の間隔 (G2)と、前記リザーバ部隙間の 間隔 (G3)が、 Gl≤G2く G3であることを特徴とする請求項 1記載の動圧軸受用シ ール構造。
[3] 前記潤滑流体が磁性流体であり、前記リザーバ部に起磁力部材を配し、前記リザー バ部の径方向外方に高磁束密度部を構成したことを特徴とする請求項 1または 2記 載の動圧軸受用シール構造。
[4] 前記間隙部をテーパー状に形成したことを特徴とする請求項 1〜3のいずれか一に 記載の動圧軸受用シール構造。
[5] 請求項 1〜4のいずれか一に記載された動圧軸受装置を備えたことを特徴とするスピ ンドノレモータ。
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