JP3526703B2

JP3526703B2 - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JP3526703B2
Application number: JP24700996A
Authority: JP
Inventors: 保能勢; 五明　　正人; 正通早川
Original assignee: 株式会社三協精機製作所
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2004-05-17
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: JPH1073126A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潤滑剤に動圧を発
生させ、その動圧により軸と外筒とを相対的に回転自在
に支持するように構成した動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータ等の各種装置において、特
に高速回転に対応し得るようにオイル等の潤滑剤の動圧
を利用した動圧軸受装置が種々検討され提案されてい
る。この動圧軸受装置においては、軸側の動圧面と、軸
の外周側に所定の隙間を介して嵌合された外筒側の動圧
面とが周状に対向配置されているとともに、これら両対
向動圧面のうちの少なくとも一方側に動圧発生用溝が形
成されており、上記軸と外筒との両対向面間に介在され
たオイル等の所定の潤滑剤が、回転時に動圧発生用溝の
ポンピング作用により昇圧され、当該潤滑剤の動圧によ
って両部材が相対的に回転可能に支持されるようになっ
ている。

【０００３】このように動圧軸受装置では、オイル等の
潤滑剤（以下、単に潤滑剤という。）を軸受部内に有し
ているため、潤滑剤の外部漏れを防止するためのシール
構造が必要となる。その潤滑剤のシール構造として毛細
管力を利用したものが、例えば、特開昭５８−５０３２
１号公報、特開昭６３−１６７１１１号公報、米国特許
５１１２１４２号公報等において提案されている。これ
らに開示された毛細管力シール構造では、軸受部の外側
出口部分に、軸と外筒との間の隙間を外側に向って連続
的に拡大するようにシール傾斜壁面が設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の各動圧軸受構造には以下のような問題がある。
まず、特開昭５８−５０３２１号公報及び米国特許５１
１２１４２号公報記載の装置では、外筒側に傾斜壁面が
設けられているため、特に、高速回転時等のように遠心
力が強く働いた場合には、シール傾斜壁面上にある潤滑
剤が当該シール傾斜壁面に沿って吹き飛ばされてしま
い、シール機能を果たさなくなることがある。特開昭５
８−５０３２１号公報には、フッ素系の樹脂等からなる
撥油剤をシール傾斜面に塗布することが開示されている
が、傾斜面に対して位置精度良く塗布を行うことは困難
であり、また密着力が弱いため耐久性に問題があり、さ
らに高価になってしまう。

【０００５】これに対して、特開昭６３−１６７１１１
号公報記載の装置のように、軸側にシール傾斜面を設け
るようにすれば、上述した遠心力対策とはなるが、一般
に軸は、焼き入れＳＵＳ等のような硬質材料から形成さ
れるため、軸側にシール傾斜面を形成することは容易で
なく、また最近のように小径の軸を用いる場合には、軸
の剛性不足が顕著となって採用することができないこと
もある。

【０００６】そこで本発明は、簡易で低コストな構造
で、潤滑剤漏れを良好に防止することができるようにし
た動圧軸受装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１記載の発明では、軸の外周側に所定
の隙間を介して外筒が嵌合され、これら軸と外筒との間
の隙間に潤滑剤が介在されて動圧軸受部が形成され、当
該動圧軸受部により上記軸と外筒とが相対的に回転可能
に支持される動圧軸受装置において、上記軸と外筒との
間の隙間における前記動圧軸受部の軸方向外側部位に、
上記隙間を軸方向外側に向って連続的に拡大してなる毛
細管シール部が設けられているとともに、前記動圧軸受
部から毛細管シール部にかけて潤滑剤が連続的に充填さ
れて該潤滑剤の気液界面が上記毛細管シール部内に形成
され、かつ、前記隙間を画成する軸及び外筒の少なくと
も一方側における上記気液界面より軸方向外側の部位
に、撥油機能を有する第１の角部が全周に設けられてい
るとともに、その第１の角部の軸方向外側に撥油機能を
有する第２の角部が全周に設けられたものであって、前
記第１の角部の内角をθ(e) 、前記軸の外周面と第１の
角部との間における半径方向の距離をａ、前記軸の半径
をｒ、前記軸と外筒との相対回転角速度をωとしたと
き、上記第１の角部が、（５０／ａ^２）・（１＋ cos
θ(e) ）＞ｒ・ω^２を満足するように形成されている。

【０００８】このような請求項１記載の手段によれば、
毛細管シール部に設けられた第１および第２の角部の表
面張力作用によって、毛細管シール部の傾斜壁面に沿っ
て流出しようとする潤滑剤が角部において保持され、毛
細管シール部のシール機能が良好に維持されるようにな
っている。また、このように第１の角部に対して第２の
角部が併用されることによって、第１の角部を潤滑剤が
通過してしまった場合でも、第２の角部で潤滑剤の漏れ
が防止されるようになっている。

【０００９】すなわち、上記角部の見掛け上の接触角θ
は次式で表される。 θ＝θ(f) ＋（１８０°−θ(e) ）ここでθ(f) は、平面での潤滑剤と、角部を構成する部
材との接触角であり、θ(e) は、角部の内角である。θ
(f) は、停止時の強い毛細管力を得るために小さい方が
好ましく、従って液面は大きな曲率の凹形状となること
が好ましい。一方、一般に用いられる金属材料は、潤滑
剤に対して良く濡れるため、上式中における第１項θ
(f) は、第２項（１８０°−θ(e) ）に比して小さくな
り計算上０として差し支えない。また、θ(e) は、理想
的なエッジを有する角部と工業的に実際に得られる角部
との間に差異があるものの、種々の加工条件を試した結
果、バリ取り工程を経て若干の丸みを帯びた角部であっ
ても、実用上支障がないことが確認された。むしろ、シ
ャープなエッジを得ようとすると、円周上の一部にチッ
ピングを起こし、そこから油漏れを生じるおそれがあ
る。

【００１０】このように、金属材料などに角部を設けれ
ば、簡単な構造で見掛け上の接触角を上げることがで
き、遠心力による油膜の拡散が防止され、上述したよう
な撥油剤を塗布する手段における、コスト、信頼性、作
業性等の問題点は全て解消される。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】さらにまた、請求項２記載の発明では、請
求項１記載の第１および第２の角部は、軸及び外筒の両
側にそれぞれ設けられ、これら両角部どうしが半径方向
に対向するように設けられている。

【００１６】このように軸及び外筒の両側において角部
が対向するように設けられていれば、特に停止時におけ
る潤滑剤の拡散等による滲み出しが防止されるととも
に、同じく停止時における強い衝撃力や潤滑剤の膨張等
により液面が外側に移動してきた場合に対しても有効な
漏れ防止が可能となる。

【００１７】一方、請求項３記載の発明では、請求項１
記載の第１および第２の角部の軸方向外側に、潤滑剤を
捕獲するための吸収布が配置されている。

【００１８】このように角部に加えて、潤滑剤を捕獲す
るための吸収布が配置されていれば、万一の場合であっ
ても、潤滑剤の最終捕獲が吸収布でおこなわれるため、
潤滑剤の外部飛散が確実になくなる。

【００１９】

【００２０】さらに、請求項４記載の発明では、請求項
１記載の第１および第２の角部と、軸の外周面との間の
半径方向の距離ａが、０．５ｍｍ以下に設定されてい
る。

【００２１】さらにまた、請求項５記載の発明では、請
求項２記載の軸側の第１および第２の角部が、軸の外周
部に凹設された環状溝の開口部の縁部から形成されてい
る。

【００２２】一方、請求項６記載の発明では、請求項５
記載の軸側の第１の角部が、環状溝の開口部における一
方側の縁部から形成されているとともに、第２の角部
が、上記環状溝における開口部における他方側の縁部か
ら形成されている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、いわゆる両端軸
固定型のＨＤＤスピンドルモータに適用した実施形態に
ついて図面により詳細に説明する。まず、図１に示めさ
れたＨＤＤスピンドルモータの全体構造を説明すると、
このＨＤＤスピンドルモータは、固定部材としてのステ
ータ組１と、このステータ組１に対して図示上側から組
み付けられた回転部材としてのロータ組２とから構成さ
れている。このうちステータ組１は、図示省略した固定
基台側にネジ止めされるフレーム１１を有しているとと
もに、このフレーム１１の略中央部分に立設された固定
軸１２が、図示上方に向かって延びている。この固定軸
１２の先端部（図示上端部）は、図示を省略した固定基
台に対してネジ止めされる。

【００２４】また、上記フレーム１１は、中空円筒状の
支持ホルダー１３を有しており、この支持ホルダー１３
の外周にステータコア１４が嵌着されており、当該ステ
ータコア１４の突極部に対して巻線１５が巻回されてい
る。

【００２５】一方、前記ロータ組２は、図示を省略した
所定の記録媒体を支持するためのハブ２１を有してお
り、このハブ２１は、当該ハブ２１の中心部分に配置さ
れた一対のラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂを介して
上記固定軸１２の外周側に回転自在に支承されている。

【００２６】上記ハブ２１は、磁気ディスク等の磁気記
録媒体を外周部に装着する略円筒形状の胴部２１ａを有
しているとともに、この胴部２１ａの内周側に、バック
ヨーク２１ｂを介して駆動マグネット２１ｃが環状に装
着されている。この駆動マグネット２１ｃは、前述した
ステータコア１４の外周端面に対して環状に対向するよ
うに近接配置されている。

【００２７】また、上記一対のラジアル動圧軸受部２２
ａ，２２ｂは、ハブ２１の内周側に固定された外筒とし
ての軸受スリーブ２２の内周面と、固定軸１２の外周面
との間の隙間に形成されており、軸方向に所定間隔離し
て並列するように配置されている。これらの各ラジアル
動圧軸受部２２ａ，２２ｂを構成する部位における軸受
スリーブ２２の内周面と固定軸１２の外周面とは、数μ
ｍの隙間を介して対向配置されている。

【００２８】そして、上記各ラジアル動圧軸受部２２
ａ，２２ｂを構成する軸受スリーブ２２と固定軸１２と
の間の隙間内には、オイルや磁性流体等からなる所定の
潤滑剤（図示省略）が介在されているとともに、軸受ス
リーブ２２と固定軸１２との両対向面のうち、少なくと
も一方側には、図示されているようなヘリンボーン形状
のラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂが環状に並列す
るように凹設されており、前記ハブ２１の回転時に、ラ
ジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂのポンピング作用に
よって潤滑剤が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑剤に生
じさせられた動圧によって、ハブ２１がラジアル方向に
軸支持されるように構成されている。

【００２９】本実施形態における上記潤滑剤としては、
当該潤滑剤の寿命と良好な軸受特性とを両立し得るよう
に、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）又はペンタエリ
スリトール（ＰＥ）と、炭素数５〜１８の直鎖又は分岐
脂肪酸とをエステル化した構造のオイルが使用されてお
り、その中でも、特に、蒸発率が１０-7ｇ／h・cm2（at
40 ℃）以下で、粘度が３０ｃＰ（at 40 ℃）以下のオ
イルが用いられている。

【００３０】なお、このような潤滑剤を軸受内部に注入
するにあたっては、組立が完了したモータを一旦真空室
内に入れ、その真空引きした状態で毛細管力又は外部大
気圧を利用して行う。このようにすれば、含有空気率が
低い状態で軸受内部全体に潤滑剤を満たすことが可能と
なる。

【００３１】さらに、上記固定軸１２の先端側（図示上
端側）の途中部分には、２つのスラスト動圧軸受部１６
ａ，１６ｂを構成するリング状のスラスト板１６が固着
されている。このスラスト板１６により構成される２つ
のスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂは、図示上側に配
置されたラジアル動圧軸受部２２ａの図示上側に隣接す
るように配置されている。

【００３２】すなわち、上記スラスト板１６の図示下面
側は、軸受スリーブ２２の図示上側端面に対面するよう
に配置されているとともに、スラスト板１６の図示上端
面は、前記ハブ２１の中央部分にネジ止めされたスラス
ト押え板２５の図示下端面に対面するように配置されて
おり、当該スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成す
るスラスト板１６の軸方向両端面には、図示を省略した
ヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝がそれぞれ環
状に形成されている。

【００３３】また、上記スラスト板１６と軸受スリーブ
２２との対向面どうしの間、及びスラスト板１６とスラ
スト押え板２５と対向面どうし間における各隙間部分に
は、上述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂ内に充
填された潤滑剤が連続するようにして充填されており、
上記ハブ２１の回転時に、スラスト動圧発生用溝のポン
ピング作用によって潤滑剤が昇圧されて動圧が生じ、こ
の潤滑剤に生じさせられた動圧によってハブ２１がスラ
スト方向に軸支持されるように構成されている。

【００３４】このとき、上記スラスト押え板２５は、上
述した各動圧軸受部の組付後にハブ２１に対して接合さ
れるが、前記潤滑剤の充填部分に臨む接合部は、このス
ラスト押え板２５による接合部のみであって、潤滑剤の
充填部分に対するその他の部位は一体に成形されて密閉
性を確保している。

【００３５】このスラスト押え板２５とハブ２１との接
合部は、潤滑剤の注入前に、接着剤によって完全密閉構
造となるように接合され、これによって潤滑剤に対する
密閉性が良好に確保されている。この接合部に充填され
る接着剤は、当該接合部に形成された環状案内溝（図示
省略）の毛細管力によって、接合部全周にわたって切れ
目なく連続的に充填されるようになっており、これによ
って密閉構造が完全化される。

【００３６】また、上記スラスト押え板２５及び軸受ス
リーブ２２には、外側（図示上側及び下側）から吸収布
２６を介して薄板状のストッパー板２７が設けられてお
り、これら吸収布２６及びストッパー板２７によって、
最悪の場合でも、潤滑剤の外部飛散が防止されるように
なっている。

【００３７】上述した２つのラジアル動圧軸受部２２
ａ，２２ｂ、及び２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１
６ｂは、軸方向に延びる一連の軸受空間を画成するよう
に並設されており、これら４つの動圧軸受部１６ａ，１
６ｂ，２２ａ，２２ｂを含む軸受空間の軸方向両端部
分、すなわち最外端部分には、前記固定軸１２と回転側
の部材２２ｂ，２５との隙間を狭小にしてなる２箇所の
毛細管シール部３１ａ，３１ｂが、前記４つの動圧軸受
部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを軸方向両側から挟
むように設けられている。

【００３８】これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂ
のうち、図示下側の毛細管シール部３１ｂは、軸受スリ
ーブ２２の軸方向外端部分（図示下端部分）に設けられ
ており、より具体的には、当該軸受スリーブ２２の図示
下端部分の内周壁と、前記固定軸１２の外周面との隙間
を狭小にすることによって形成されている。従って、こ
の図示下側の毛細管シール部３１ｂを構成する狭小隙間
は、図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂを構成する隙
間に連通されているとともに、この毛細管シール部３１
ｂとラジアル動圧軸受部２２ｂとの連通部分には、隙間
を拡大するような凹部は設けられていない。

【００３９】一方、図示上側の毛細管シール部３１ａ
は、スラスト動圧軸受部１６ｂを構成するスラスト押え
板２５と固定軸１２との間の隙間により形成されてお
り、前述したスラスト押え板２５の内周壁と固定軸１２
の外周面との間の隙間を狭小にすることによって形成さ
れている。

【００４０】これら図示上下両側の各毛細管シール部３
１ａ，３１ｂは、当該毛細管シール部３１ａ，３１ｂを
構成する狭小隙間が図示上下の外方に開口するように軸
方向に沿って設けられている。そして、これらの各毛細
管シール部３１ａ，３１ｂの狭小隙間を構成するように
固定軸１２側に各々対面しているスラスト押え板２５の
内周壁、及び軸受スリーブ２２の図示下側の内周壁は、
軸方向外方に向かって上記隙間の寸法を連続的に拡大す
るように傾斜壁Ａに形成されており、この連続的に拡大
している狭小隙間の寸法が、２０μｍから３００μｍと
なっている部位を毛細管シール部３１ａ，３１ｂとして
いる。

【００４１】前述したように、４つの動圧軸受部１６
ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを含む上記２箇所の毛細管
シール部３１ａ，３１ｂどうしの間の軸受空間部分に
は、潤滑剤が連続して充填されているが、潤滑剤の図示
上下端における各液面、すなわち気液界面の位置が、各
毛細管シール部３１ａ，３１ｂの内部所定位置となるよ
うに設定されている。

【００４２】例えば、図２に示されている図示上側の毛
細管シール部３１ａにおいては、図示上側のラジアル動
圧軸受部２２ａから毛細管シール部３１ａにかけて潤滑
剤３２が連続的に充填されており、該潤滑剤３２の気液
界面３２ａが上記毛細管シール部３１ａの内部途中位置
に配置されている。

【００４３】また、図示上側の毛細管シール部３１ａを
画成しているスラスト押え板２５の傾斜壁Ａには、撥油
機能を有する第１の角部２５ａが全周にわたって設けら
れている。この第１の角部２５ａは、上述した潤滑剤３
２の気液界面３２ａより外側部位、すなわち図示上側の
部位に設けられているとともに、当該第１の角部２５ａ
の内角θ(e) は、９０°ないし１６０°の範囲内に設定
されている。

【００４４】このとき、上記第１の角部２５ａの内角θ
(e) (deg) に対して、固定軸１２の外周面と、第１の角
部２５ａとの間の半径方向における距離をａ(mm)とする
とともに、固定軸１２の半径をｒ(mm)とし、固定軸１２
に対するロータ組２の回転角速度をω(rad/sec) とした
とき、上記第１の角部２５ａは、５０／ａ² ・（１＋ cosθ(e) ）＞ｒ・ω² ・・・を満足するように形成されている。

【００４５】上式は、図３に示されている実験結果に
基づいた演算により導き出されたものであって、上記第
１の角部２５ａの表面張力により潤滑剤３２を支える力
と、潤滑剤３２に加わる遠心力とを関連付けたものであ
る。すなわち、第１の角部２５ａで潤滑剤３２を表面張
力によって支えている状態から、毛細管シール部３１ａ
内の潤滑剤３２に回転による遠心力が加わると、その遠
心力の大きさに比例して潤滑剤３２は、第１の角部２５
ａにおいて盛り上がった形状となる。そして、その極限
状態（盛り上がりの最大状態）は、第１の角部２５ａに
おける盛り上がり厚さが角部２５ａと固定軸１２との隙
間寸法に一致する状態である。従って、この極限状態に
おいて、第１の角部２５ａで潤滑剤３２を支えているよ
う設定すれば潤滑剤３２の外部漏れは完全に防止される
こととなる。

【００４６】第１の角部２５ａにおける油膜が支える力
は、潤滑剤３２の表面張力γと接触角θとの積で表すこ
とができ、上記第１の角部２５ａの内角をθ(e)（≒１
８０°−θ）としたとき、（２γ／ａ）（cosθ＋ cos
θ(e)）となる。また上述した極限状態での潤滑剤３２
に加わる遠心力は、回転角速度をω、軸径ｒ、隙間寸法
ａ、潤滑剤の比重ρの関数で表すことができる（ρ・ａ
・ｒ・ω ^２）。このとき、一般的な潤滑剤の表面張力γ
は、およそ２５ｍＮないし３０ｍＮ／ｍの範囲にあるこ
とから、安全をみて低い側の値２５ｍＮ／ｍを代表値と
して考えれば、得られた結果はほとんど全ての潤滑剤に
適用することができることとなる。比重ρについても同
様であって、多くの潤滑剤が０．８ないし１．０の値を
とることから１．０で代表させることができる。

【００４７】このような考えに基づいて第１の角部２５
ａの内角θ(e) （≒１８０°−θ）及び隙間ａと、軸受
条件ｒ及びω2 との関係を調べ、実験及び演算によって
図３に示されているような線図を求め、これから上述し
た上式を導き出した。つまり図３は、上述した極限状
態におけるロータの回転数（横軸：rpm ）と、第１の角
部２５ａの内角θ(e) （縦軸：deg ）との関係を、軸径
ｒをパラメータとして求めたものであって、例えば、隙
間ａを０．１ｍｍとし、第１の角部２５ａの内角θ(e)
を９０°程度に設定したとすれば、軸径ｒが４ｍｍ、回
転数ωが１５０００ｒｐｍの軸受条件でも油漏れは起こ
さないことが判る。なお、本実施形態においては、第１
の角部２５ａと固定軸１２の外周面との間の半径方向の
距離ａは、０．５ｍｍ以下に設定されている。

【００４８】さらに、図示下側の毛細管シール部３１ｂ
を画成している軸受スリーブ２２の下端部分にも、同様
な構成を有する第１の角部２５ｂが、潤滑剤の気液界面
より外側部位、すなわち図示下側の部位に設けられてい
る。

【００４９】一方、上記角部２５ａ，２５ｂの外側に
は、他の傾斜溝Ａ’を介してさらに別の第２の角部２５
ｃ，２５ｄが全周に設けられている。この第２の角部２
５ｃ，２５ｄは前述した式を満足するものではないが、
万一、上述した第１の角部２５ａ，２５ｂによって潤滑
剤を持ちこたえられなかった場合でも、傾斜壁面Ａ’を
伝わって来た潤滑剤が、第２の角部２５ｃ，２５ｄの表
面張力によって外部漏れが防止されるように構成されて
いる。

【００５０】前述した式から明らかなように、第１の
角部２５ａの内角θ(e) は、隙間ａや軸径ｒの設定によ
って多くの場合９０°以上の鈍角に設定することがで
き、これによって上記第２の角部２５ｃ，２５ｄを設け
ることができる。第１の角部２５ａの内角θ(e) が正し
く設定されれば、潤滑剤の外部漏れは本来なら起きるこ
とはないが、潤滑剤の初期注入量が適正でなかった場合
や、本来のスペックを越えた大きな衝撃力が加わった場
合等には外部漏れを生じるおそれがある。特に、ハード
ディスクの駆動用に用いる場合には、微量の潤滑剤であ
ってもモータ外に漏れると、ディスクを汚すこととなっ
て動作不能招来することがあるため、たとえスペック以
上の外力が加わった場合であっても、このような第２の
角部２５ｃ，２５ｄを設けることによって潤滑剤の外部
漏れを防止する構造とすることが好ましい。

【００５１】このような観点から第２の角部２５ｃ，２
５ｄは設けられているが、この第２の角部２５ｃ，２５
ｄに漏れ出す潤滑剤は少量と考えられるため、この第２
の角部２５ｃ，２５ｄには強い制約条件を与える必要は
なく、従って、第２の角部２５ｃ，２５ｄの内角は比較
的大きな角度に設定することができる。

【００５２】また、上述した実施形態では、外筒側すな
わちスラスト押え板２５及び軸受スリーブ２２側に設け
られた第１の角部２５ａ，２５ｂ及び第２の角部２５
ｃ，２５ｄに加えて、固定軸１２側にも第１の角部１２
ａ，１２ｂ及び第２の角部１２ｃ，１２ｄが設けられて
いる。これら固定軸１２側の第１の角部１２ａ，１２ｂ
及び第２の角部１２ｃ，１２ｄは、固定軸１２の外周部
に凹設された環状溝１２ｅの開口縁により形成されてい
る。

【００５３】このとき、上記固定軸１２側の第１の角部
１２ａ，１２ｂ及び第２の角部１２ｃ，１２ｄは、スラ
スト押え板２５及び軸受スリーブ２２側に設けられた第
１の角部２５ａ，２５ｂ及び第２の角部２５ｃ，２５ｄ
のそれぞれと略同一の高さ位置に配置されており、これ
によって各々が半径方向に対向するようにして設けられ
ている。

【００５４】このように本実施形態装置によれば、毛細
管シール部３１ａ，３１ｂに設けられた第１の角部２５
ａ，２５ｂの表面張力作用によって、毛細管シール部３
１ａ，３１ｂの傾斜壁面に沿って流出しようとする潤滑
剤３２が上記第１の角部２５ａ，２５ｂにおいて保持さ
れ、毛細管シール部３１ａ，３１ｂのシール機能が良好
に維持されるようになっている。

【００５５】なお、既に知られている動圧軸受装置にお
いて、シール部を構成する傾斜面に角部と類似のものが
記載されているものがある。例えば、特開昭５８−５０
３２１号公報には、シール部の傾斜面に隣接して小溝が
形成されており、その小溝の縁部によって傾斜面の端部
に角状部位が形成されている。しかしながら当該公報中
の説明によれば、この小溝は、潤滑剤の溜り部を構成す
るものであって、傾斜面への潤滑剤供給機能を有してい
る。従って、この小溝における角状縁部は、本願発明の
角部のように潤滑剤流れを阻止するものではなく、しか
も式で表した内角θ(e) を満足するものでもない。

【００５６】このような毛細管シール部３１ａ，３１ｂ
に設けられた第１の角部２５ａ，２５ｂは、前述した式
を満足するように設定されることによって、容易かつ
適正に形成される。

【００５７】さらに、上記実施形態のように、第１の角
部２５ａ，２５ｂの外側に第２の角部２５ｃ，２５ｄが
配置されていれば、第１の角部２５ａ，２５ｂを潤滑剤
３２が通過してしまった場合でも、第２の角部２５ｃ，
２５ｄで潤滑剤の漏れが確実に防止される。

【００５８】さらにまた、本実施形態では、上記第１の
角部２５ａ，２５ｂ及び第２の角部２５ｃ，２５ｄに対
向するようにして、固定軸１２側にも、第１の角部１２
ａ，１２ｂ及び第２の角部１２ｃ，１２ｄが設けられて
いるので、特に停止時における潤滑剤３２の拡散等によ
る滲み出しが防止されるとともに、同じく停止時におけ
る強い衝撃力や潤滑剤の膨張等により潤滑剤３２の液面
が外側に移動してきた場合に対しても有効な漏れ防止が
可能となる。この場合、上記第２の角部１２ｃ，１２ｄ
は、環状溝１２ｅの底部と軸表面の２個所に形成されて
いるため、これら２個所の角部によって、第１の角部を
通過してしまった潤滑剤の漏れが、まず底部側の角部に
より防止された後、さらに軸表面側の角部により良好に
防止されるようになっている。

【００５９】このとき、上述した各角部を理想的なエッ
ジを備えるように形成することは容易ではない。潤滑剤
の接触角を高めるためには角部の仕上げはシャープな方
が好ましいが、図４（ａ）に示されているようなバリ４
１や、欠け等があると、その部位に強い毛細管力が作用
してかえって逆効果になる。安定的に量産でき、かつ効
果的な接触角を得ることができる加工例としては以下の
ようなものが考えられる。

【００６０】まず、レース加工などの刃物を使用した場
合には、バリ取りが不可欠となる。この場合のバリ取り
手段としては、バレル、面取りなどがあるが、図４
（ｂ）に示されているように面取り４２を施した場合に
は、見掛けの角度θ1 に対して有効角度θ2 は小さくな
ってしまう。また、図４（ｃ）に示されているようにバ
レル処理４３を施した場合には、角部は丸みを帯びてし
まい、有効角度の数値化が難しくなる。この場合には、
角部を構成する面の粗度にも影響を受けるが、曲率半径
が０．１ｍｍ程度なら、見掛けの角度との差異は小さ
く、実用上問題はないことが確認された。また、射出成
形、鍛造など金型を用いて成形する場合にも同様に、金
型側の曲率半径を０．１ｍｍ以下に仕上げれば良い。

【００６１】これに加えて本実施形態では、上記各角部
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄに加えて、潤滑剤３２を最終捕獲するため
の吸収布２６が配置されているので、万一の場合であっ
ても、潤滑剤３２の最終捕獲が吸収布２６でおこなわれ
るため、潤滑剤３２の外部飛散が確実になくなる。

【００６２】一方、図５に示されている実施形態では、
外筒側すなわちスラスト押え板２５の傾斜壁Ｂに環状溝
２５ｅが形成されており、この環状溝２５ｅの両開口縁
によって、第１の角部２５ｆ及び第２の角部２５ｇが形
成されている。また、前述した実施形態と同様に、固定
軸１２側にも環状溝１２ｅが形成されており、その環状
溝１２ｅの両開口縁によって第１の角部１２ａ及び第２
の角部１２ｃが形成されており、これらの各第１の角部
２５ｆ，１２ａ及び第２の角部２５ｇ，１２ｃは、略同
一の高さにおいて半径方向に対向するように配置されて
いる。このような実施形態装置においても、上記実施形
態と同様な作用・効果を得ることができ、このとき第２
の角部２５ｇ，１２ｃは、図２において既に説明した作
用を有する。

【００６３】また、図６に示されている実施形態は、ス
ラスト軸受に対して本発明を適用したものであって、軸
４２に固定されたスラスト板４５が、スラスト受板４６
に対して軸方向に対面するように配置されており、これ
ら両部材４５，４６の隙間にスラスト動圧軸受部が形成
されている。このスラスト動圧軸受部を構成する部位に
おけるスラスト板４５とスラスト受板４６とは、数μｍ
の隙間を介して対向配置されており、当該隙間内には、
オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤５２が介在さ
れているとともに、スラスト板４５とスラスト受板４６
との両対向面のうち、少なくとも一方側には、所定形状
のスラスト動圧発生用溝が環状に凹設されている。そし
て、回転時にスラスト動圧発生用溝のポンピング作用に
よって潤滑剤５２が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑剤
に生じさせられた動圧によってスラスト方向の軸支持が
行われるように構成されている。

【００６４】このスラスト動圧軸受部を含む軸受空間の
最外端部分には、前記スラスト板４５とスラスト受板４
６との隙間を狭小にしてなる毛細管シール部４１ａが設
けられている。この毛細管シール部４１ａを構成してい
るスラスト板４５は、傾斜壁Ｃを有しており、この傾斜
壁Ｃによって、上記隙間の寸法が半径方向外方に向かっ
てを連続的に拡大されている。潤滑剤５２の液面、すな
わち気液界面は５２ａは、上記毛細管シール部４１ａの
内部所定位置に設定されている。

【００６５】そして、上記毛細管シール部４１ａを画成
しているスラスト受板４６の壁面には、環状溝４６ａが
凹設されており、この環状溝４６ａの両開口縁により、
第１の角部４６ｂ及び第２の角部４６ｃが形成されてい
る。

【００６６】このような実施形態装置によれば、毛細管
シール部４１ａに設けられた第１の角部４６ｂ及び第２
の角部４６ｃの表面張力作用によって、毛細管シール部
４１ａの傾斜壁面に沿って流出しようとする潤滑剤５２
が上記第１の角部４６ａ及び第２の角部４６ｃにおいて
保持され、毛細管シール部４１ａのシール機能が良好に
維持されるようになっている。

【００６７】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。

【００６８】例えば、上述した実施形態では、動圧軸受
部の隙間を画成する軸及び外筒の両側に角部を設けてい
るが、いずれか一方側にのみ設けることも可能である。

【００６９】また、上述した実施形態は、いわゆる軸固
定型のモータに対して本発明を適用したものであるが、
軸回転型のモータに対しても本発明は同様に適用するこ
とができる。

【００７０】さらにまた本発明は、上述したＨＤＤモー
タ以外に用いられる動圧軸受装置に対しても同様に適用
することができる。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、動圧軸受部
の隙間を画成する軸及び外筒の少なくとも一方側に、撥
油機能を有する第１および第２の角部を潤滑剤の気液界
面より外側部位に設け、この第１および第２の角部の表
面張力作用によって毛細管シール部の傾斜壁面に沿って
流出しようとする潤滑剤を角部において保持し、毛細管
シール部のシール機能を良好に維持するように構成した
ものであるから、簡易で低コストな構造で、潤滑剤漏れ
を良好に防止しつつ長寿命化を図ることができ、しかも
動圧軸受装置の適用性を拡大することができ、動圧軸受
装置の信頼性を飛躍的に向上させることができる。さら
に、第１の角部の外側に、撥油作用を有する第２の角部
を併用していることから、第１の角部を潤滑剤が通過し
てしまった場合でも、第２の角部で潤滑剤の漏れが確実
に防止され、上述した効果をさらに向上させることがで
きる。

【００７２】

【００７３】

【００７４】さらにまた、請求項２記載の発明のよう
に、軸及び外筒の両側に第１および第２の角部を対向す
るように設ければ、特に停止時における潤滑剤の拡散等
による滲み出しを防止するとともに、同じく停止時にお
ける強い衝撃力や潤滑剤の膨張等により液面が外側に移
動してきた場合に対しても有効な漏れ防止が可能とな
り、上述した請求項１にかかる発明の効果をさらに向上
させることができる。

【００７５】一方、請求項３記載の発明のように、上述
した第１および第２の角部に加えて、潤滑剤を捕獲する
ための吸収布が配置されていれば、万一の場合であって
も、潤滑剤の最終捕獲が吸収布でおこなわれるため、潤
滑剤の外部飛散が確実になくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる動圧軸受装置を備
えたＨＤＤスピンドルモータの一例を表した横断面説明
図である。

【図２】本発明の要部を拡大して表した横断面説明図で
ある。

【図３】角部の表面張力により潤滑剤を支える力と、潤
滑剤に加わる遠心力とを関連付けて、角部の内角θ(e)
と軸受条件との関係を調べた実験結果を表した線図であ
る。

【図４】角部の加工状態を説明した横断面説明図であ
る。

【図５】本発明の他の実施形態にかかる動圧軸受装置の
要部を表した図２相当の横断面説明図である。

【図６】本発明のさらに他の実施形態にかかる動圧軸受
装置の要部を表した図２相当の横断面説明図である。

【符号の説明】

１２固定軸２２軸受スリーブ（外筒）２５スラスト押え板１２ａ，１２ｂ，２５ａ，２５ｂ，２５ｆ，４６ｂ第
１の角部１２ｃ，１２ｄ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｇ，４６ｃ第
２の角部２６吸収布３１ａ，３１ｂ，４１ａ毛細管シール部３２，５２潤滑剤３２ａ，５２ａ気液界面

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−149748（ＪＰ，Ａ) 特開平６−178492（ＪＰ，Ａ) 特開平８−74864（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 17/00 - 17/26 F16C 33/00 - 33/28 F16C 33/72 - 33/82

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の外周側に所定の隙間を介して外筒が
嵌合され、これら軸と外筒との間の隙間に潤滑剤が介在
されて動圧軸受部が形成され、当該動圧軸受部により上
記軸と外筒とが相対的に回転可能に支持される動圧軸受
装置において、上記軸と外筒との間の隙間における前記動圧軸受部の軸
方向外側部位に、上記隙間を軸方向外側に向って連続的
に拡大してなる毛細管シール部が設けられているととも
に、前記動圧軸受部から毛細管シール部にかけて潤滑剤が連
続的に充填されて該潤滑剤の気液界面が上記毛細管シー
ル部内に形成され、かつ、前記隙間を画成する軸及び外筒の少なくとも一方側にお
ける上記気液界面より軸方向外側の部位に、撥油機能を
有する第１の角部が全周に設けられているとともに、そ
の第１の角部の軸方向外側に撥油機能を有する第２の角
部が全周に設けられたものであって、前記第１の角部の内角をθ(e) 、前記軸の外周面と第１
の角部との間における半径方向の距離をａ、前記軸の半
径をｒ、前記軸と外筒との相対回転角速度をωとしたと
き、上記第１の角部が、（５０／ａ^２）・（１＋ cosθ(e) ）＞ｒ・ω^２を満足するように形成されていることを特徴とする動圧
軸受装置。
【請求項２】請求項１記載の第１および第２の角部
は、軸及び外筒の両側にそれぞれ設けられ、これら両角
部どうしが半径方向に対向するように設けられているこ
とを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項３】請求項１記載の第１および第２の角部の
軸方向外側に、潤滑剤を捕獲するための吸収布が配置さ
れていることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項４】請求項１記載の第１および第２の角部
と、軸の外周面との間の半径方向の距離ａが、０．５ｍ
ｍ以下に設定されていることを特徴とする動圧軸受装
置。
【請求項５】請求項２記載の軸側の第１および第２の
角部が、軸の外周部に凹設された環状溝の開口部の縁部
から形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項６】請求項５記載の軸側の第１の角部が、環
状溝の開口部における一方側の縁部から形成されている
とともに、第２の角部が、上記環状溝における開口部に
おける他方側の縁部から形成されていることを特徴とす
る動圧軸受装置。