(57)【要約】【課題】短い全高にも拘らず、少ない偏心と高い剛性とを有している流体動圧軸受装置を提供する。【解決手段】本発明は、円筒状部分及び円錐状部分を有するシャフトを備えると共に、シャフトの円筒状部分を収容するための円筒状の穴と、シャフトの円錐状部分を収容するための円錐状の切欠きとを有する軸受スリーブを備えている流体動圧軸受装置に関するものであり、シャフト及び軸受スリーブの相互に対向する表面の間には軸受流体により充填された軸受間隙が形成されており、それによって、シャフトと軸受スリーブとは互いに相対的に回転可能である。軸受スリーブ及びシャフトの各円筒状部分により構成されたラジアル軸受と、軸受スリーブ及びシャフトの各円錐状部分により構成されて組み合わせられたスラスト・ラジアル軸受とが設けられており、円錐状部分は、その最大の直径の部位において相対的に直径の小さい円筒状部分に移行しており、円錐状部分の端面は、カバーリングにより被覆されており、軸受間隙が連通する環状の自由空間が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状部分（２）及び円錐状部分（３）を有するシャフト（１）を備えると共に、
前記シャフトの前記円筒状部分（２）を収容するための円筒状の穴と、前記シャフトの前記円錐状部分（３）を収容するための円錐状の切欠きとを有する軸受スリーブ（７）を備え、
前記シャフト及び前記軸受スリーブの相互に対向する表面の間には軸受流体により充填された軸受間隙（１３）が形成されており、前記シャフトと前記軸受スリーブとは互いに相対的に回転可能であり、
前記軸受スリーブ及び前記シャフトの前記各円筒状部分によって構成されたラジアル軸受と、前記軸受スリーブ及び前記シャフトの前記各円錐状部分によって構成されて組み合わせられたスラスト・ラジアル軸受とを備え、
前記円錐状部分は、その最大の直径の部位において相対的に直径の小さい部分に移行しており、前記円錐状部分の端面（４）は、カバーリング（８）により被覆されており、それによって、前記軸受間隙（１３）に連通する環状の自由空間（９）が形成されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
円筒状部分（２２）及び円錐状部分（２３）を有するシャフト（２１）を備えると共に、
前記シャフトの前記円筒状部分（２２）を収容するための円筒状の穴と、前記シャフトの前記円錐状部分（２３）を収容するための円錐状の切欠きとを有する軸受スリーブ（２７）を備え、
前記シャフト及び前記軸受スリーブの相互に対向する表面の間には軸受流体により充填された軸受間隙（３３）が形成されており、前記シャフトと前記軸受スリーブとは互いに相対的に回転可能であり、
前記軸受スリーブ及び前記シャフトの前記各円筒状部分によって構成されたラジアル軸受と、前記軸受スリーブ及び前記シャフトの前記各円錐状部分によって構成されて組み合わせられたスラスト・ラジアル軸受とを備え、
前記シャフトの前記円錐状部分（２３）は、前記軸受スリーブ（２７）にある相対的に直径の大きい円筒状の穴に収容された第２の円筒状部分（３８）に移行しており、前記第２の円筒状部分（３８）は、相対的に直径の小さい第３の部分に移行しており、前記第２の円筒状部分の端面（２４）は、カバーリング（２８）により被覆されており、それによって、前記軸受間隙（３３）に連通する環状の自由空間（２９）が形成されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項３】
端面側の面（４）が傾斜させられており、それによって、環状の前記自由空間（９）の軸方向高さが半径方向外側に向かって前記軸受間隙（１３）の方向に減少していくようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記カバーリング（８）が傾斜させられており、それによって、環状の前記自由空間（９）の軸方向高さが半径方向外側に向かって前記軸受間隙（１３）の方向に減少していくようになっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記カバーリング（８；２８）は、前記軸受スリーブ（７；２７）と回転不能に結合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記自由空間（９）は、少なくとも部分的に軸受流体により充填されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記ラジアル軸受及び前記円錐スラスト／ラジアル軸受は、前記シャフト（１；２１）の外側表面及び／又は前記軸受スリーブ（７；２７）の内側表面に配置された表面構造（５，６；２５，２６）によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記円錐スラスト／ラジアル軸受は、前記ラジアル軸受の方向に非対称な圧力増加を生成する非対称な表面構造（５；２５）を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
前記ラジアル軸受は、対称な表面構造（６；２６）を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
前記軸受スリーブ（２７）の直径の大きい方の円筒状の穴又は円錐状の切欠きに、少なくとも部分的に軸受流体により充填された環状溝（３７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
前記軸受スリーブ（７；２７）の下側の端面が、カバープレート（１０；３０）により被覆されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
前記軸受スリーブの円筒状の穴の、前記カバープレート（１０；３０）に接する端部に、シャフトの外径部に取り付けられた止めリング（１２；３２）が中に配置された環状溝（１１，３１）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１３】
前記シャフトの前記円筒状部分（２；２２）及び前記円錐状部分（３；２３）は、相互に結合された二つの部品からできていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
前記軸受スリーブ（７；２７）の内部に、前記円錐状部分の前記軸受間隙の領域と、前記カバープレートと前記シャフト端部とに挟まれた前記軸受間隙の領域とを相互に連通させる少なくとも一つの再循環通路（１６；３６）が設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１５】
前記円錐スラスト軸受のポンプ作用に抗して磁気的又は電磁気的な手段により初期応力が加えられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念の構成要件に基づく、例えばハードディスク駆動装置を駆動するためのスピンドルモータにおいて利用することができる流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハードディスク駆動装置において記憶ディスクを駆動するために利用されるスピンドルモータの回転軸受としては、以前から使用されている転がり軸受の他、流体動圧軸受が採用される場合が増加している。流体動圧軸受は、例えば円筒状の軸受内面を備える軸受スリーブと、これに対応する軸受外面を備える、スリーブに挿入されたシャフトとにより構成される、改良された滑り軸受である。シャフトの直径はスリーブの内径よりもわずかに小さく、それによって両方の軸受面の間に同心的な軸受間隙が形成されており、この軸受間隙は、連続した毛細管膜を形成しながら軸受流体により充填されており、特にオイルにより充填されている。
【０００３】
軸受スリーブとシャフトとが相互に対向する円筒状表面は協働してラジアル軸受を形成しており、両方の軸受表面の少なくとも一方には、回転する相対運動の結果として、軸受間隙内にある潤滑剤に局所的な加速力を及ぼす表面構造が刻設されている。このようにして、軸受間隙による圧力のもとで潤滑剤を押圧し、均一で等しい厚さの潤滑剤膜の形成につながる一種のポンプ作用が発生する。
【０００４】
回転軸に沿った軸受構造の安定化は、相応に構成された流体動圧スラスト軸受又はアキシャル流体軸受によって行われる。このスラスト軸受は既知の通り、垂直方向に向いた、換言すると回転軸に対して横向きに向いた、シャフトと軸受スリーブの軸受面とによって形成され、これらの軸受面の少なくとも一方は、シャフトの安定した軸方向の位置決めに必要な流体力学上の圧力を生成し、スラスト軸受領域内における潤滑剤の循環を確保するために、同じく表面構造を備えている。
【０００５】
公知の設計では、スラスト軸受領域とラジアル軸受領域とが相前後して配置されているために、ある程度の全高を下回ることができないという欠点がある。そのような配置にしないと軸受の所要の安定性と剛性とが実現されないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、短い全高にも拘らず、少ない偏心と高い剛性とを有している流体動圧軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決は、本発明によれば、独立請求項の構成要件を備える軸受装置によって行われる。
【０００８】
本発明の有利な実施の形態、及び、その他の有利な構成要件は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明に係る流体動圧軸受装置は、第１の有利な実施の形態においては、円筒状部分及び円錐状部分を有するシャフトと、シャフトの円筒状部分を収容するための円筒状の穴を有する軸受スリーブとを備えており、シャフトと軸受スリーブとが相互に対向する表面の間には軸受流体により充填された軸受間隙が形成されており、シャフトと軸受スリーブとが互いに相対的に回転可能であるようになっている。軸受スリーブ及びシャフトの各円筒状部分によってラジアル軸受が形成され、軸受スリーブ及びシャフトの各円錐状部分によって組み合わせられたスラスト・ラジアル軸受が形成され、シャフトの円錐状部分はその最大の直径の部位において直径の小さい円筒状部分に移行しており、円錐状部分の端面はカバーリングにより被覆されており、軸受間隙が連通する環状の自由空間が形成される。
【００１０】
第２の有利な実施の形態では、本発明に係る流体動圧軸受装置は、円筒状部分及び円錐状部分を有するシャフトと、シャフトの円筒状部分を収容するための円筒状の穴及びシャフトの円錐状部分を収容するための円錐状の切欠きを有する軸受スリーブとを備えており、シャフトと軸受スリーブとが相互に対向する表面の間には軸受流体により充填された軸受間隙が形成されており、シャフトと軸受スリーブとが互いに相対的に回転可能であるようになっている。軸受スリーブとシャフトの各円筒状部分とによってラジアル軸受が形成され、軸受スリーブとシャフトの各円錐状部分とによって組み合わせられたスラスト・ラジアル軸受が形成され、シャフトの円錐状部分は、軸受スリーブにある直径が大きい円筒状の穴に収容された第２の円筒状部分へと移行しており、第２の円筒状部分は直径が短いさらに別の円筒状部分へと移行しており、第２の円筒状部分の端面はカバーリングにより被覆されており、軸受間隙が連通する環状の自由空間が形成されるようになっている。
【００１１】
このように本発明は、ラジアル流体動圧軸受と関連する円錐流体動圧軸受を対象とするものである。軸受に作用する軸方向の力は、一方の方向では円錐軸受によって受け止められ、これと反対の方向では、例えば磁気的又は電磁気的な手段によって具現化される軸方向の初期応力によって受け止められる。半径方向の力は、円錐軸受によってもラジアル軸受によっても受け止められる。
【００１２】
本発明の有利な実施の形態においては、円錐スラスト／ラジアル軸受は、異なる作用を及ぼす流体力学上の圧力を軸受流体に生成して軸受流体を主にラジアル軸受の方向に送出する、非対称な表面構造を含んでいる。ラジアル軸受は対称な表面構造を含んでいるのが好ましく、シャフトの円錐状部分の端面側の面は傾斜させられていて、環状の自由空間の軸方向高さが半径方向外側に向かって軸受間隙の方向において減少していくようになっている。従って、軸受流体は、シャフト又はシャフトと結合された部品と、軸受ブッシュ又は軸受ブッシュと回転不能に結合された例えばカバーリングの形態の部品とに挟まれた、半径方向外側に向かって先細になる環状の中空スペースの中にある。自由空間は、少なくとも部分的に軸受流体により充填されている。軸受流体と、自由空間を取り囲む封止面との間で発生する毛細管作用に加えて、軸受流体は、シャフト及び軸受が運動したときに遠心力に基づいて半径方向外側に向かって押圧され、即ち、軸受間隙の中に入るように押圧される。
【００１３】
別案として、半径方向外側に向かって先細になる毛細管封止部の自由空間は、円錐状部分の端面に代えて、カバーリングを傾斜させることによって形成することもできる。いずれの場合でも、カバーリングは軸受スリーブと回転不能に結合されている。
【００１４】
別案として、軸受スリーブの直径が大きい方の円筒状の穴又は円錐状の切欠きに、軸受流体の密閉備蓄部としての役割を果たす環状溝を設けることによって、軸受間隙を垂直方向即ち軸方向に密封することもできる。
【００１５】
軸受スリーブとシャフトの下側の端面とがカバープレートにより被覆されていることによって、軸受構造は一方の側において封止されている。軸受間隙は、シャフトの端面とカバープレートとの間の円板状の自由空間において終端している。
【００１６】
大きな軸方向の力を受け止めて、どのような場合においてもシャフトを正しい位置に保持するために、軸受スリーブの円筒状の穴のカバープレートに接する端部には、シャフトの外径を包囲する止めリングが中に配置された環状溝が設けられているものとするとよい。
【００１７】
シャフトとその円筒状部分及び円錐状部分とは一体的に構成されていてもよく、又は、例えばプレス嵌めによって相互に結合された二つの別個の部分により構成されていてもよい。
【００１８】
シャフトと軸受スリーブとの間の間隔、即ち、軸受間隙の幅を安定化させるために、軸受間隙をシャフトの一方の端部の部位において円錐軸受の外径及び周囲圧力と連通する再循環通路が、軸受スリーブに設けられていてもよい。再循環通路は、軸受が軸受流体により充填された後における軸受間隙の空気の排出も容易にする。カバープレート又はカバープレートに対向するシャフトの端面は、軸受流体の循環（及び空気の排出）をサポートするために、螺旋状の表面構造を有しているものとするとよい。しかしながら、この表面構造は、スラスト軸受として作用しないのが好ましく、即ち、表面構造によって軸方向の力が生成されないのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る流体動圧軸受装置の第１の模式的な実施の形態の横断面を示している。この軸受構造は、円筒状部分２と円錐状部分３とを有する、軸受ブッシュ７の中で回転するシャフト１を備えている。図示した例では、円筒状部分２と円錐状部分３とは、例えばプレス嵌めによって相互に結合された二つの別個の部品である。軸受スリーブ７は、シャフト１の円筒状部分２を収容するための円筒状の穴と、シャフトの円錐状部分３を収容するための円錐状の切欠きとを有している。軸受スリーブ７の穴又は切欠きの内径は、シャフト１の円筒状部分２又は円錐状部分３の対応する外径よりもわずかに大きく、その結果、シャフト１と軸受スリーブ７との相互に対向する表面の間には、軸受流体により充填された軸受間隙１３が残存している。それにより、シャフト１とスリーブ７とは共通の回転軸を中心として互いに相対的に回転可能である。シャフト１の円筒状部分２は、本発明によれば、ラジアル軸受を形成する表面構造６を備えている。当業者には周知の通り、表面構造６は、軸受スリーブ７の対応する内側表面にも全面的又は部分的に存在していてもよい。シャフト１の円錐状部分３もその外側円周に、組み合わせられたスラスト／ラジアル軸受を形成する表面構造５を備えている。表面構造５は、周知の通り、軸受スリーブ７の対向する内側表面に全面的又は部分的に存在しているものとするとよい。ラジアル軸受又は組み合わせられたスラスト／ラジアル軸受の表面構造６，５を適宜設計することにより、軸受スリーブ７の中でシャフト１が回転したときに、軸受間隙１３の内部にある潤滑剤に対してポンプ作用が及ぼされる。シャフトの回転の結果、軸受スリーブ内におけるシャフトのセンタリングをもたらし、それに伴って、軸受の円周全体にわたる軸受間隙１３の均等な幅をもたらして、流体動圧軸受システムの支持能力を規定する流体力学上の圧力が生成される。
【００２０】
シャフトの円錐状部分３の領域における軸受間隙１３の連通部は、カバーリング８によって被覆されている。カバーリング８は軸受間隙１３を上方に向かって封止し、毛細管力によって引き起こされる動的な密封作用に基づいて軸受流体が外に出るのを防止する。シャフト１の円錐状部分３の端面４は若干傾斜させられており、その結果、端面４とカバーリング８の内面との間には、半径方向外側に向かって先細になる環状の自由空間９が形成されている。この自由空間９は、軸受間隙１３に連通している。自由空間９は部分的に軸受流体により充填されており、軸受流体の備蓄部を形成しており、軸受スリーブ７の中でシャフト１が回転している間に、軸受流体は、遠心力によって半径方向外側に向かって自由空間９から軸受間隙１３へと押圧される。
【００２１】
軸受の円錐状領域の表面構造５は非対称に製作されているのが好ましく、即ち、上方に向かって軸受間隙１３の連通部の方向へは、下方に向かってラジアル軸受領域の方向よりも少ない圧力を生成する。ラジアル軸受領域の表面構造６は対称に構成されているのが好ましく、即ち、一続きの軸受間隙１３の両方の方向においてほぼ等しいポンプ作用を生成し、それに伴って等しい圧力を生成する。図示した流体動圧軸受装置は、一方の方向にのみ作用するスラスト軸受を有しており、その力はカバーリング８の方向に向いているので、この力を補償するために、軸受の軸方向の初期応力がカバープレート１０の方向に加えられている。この初期応力は、例えば磁気的又は電磁気的な手段（図示せず）によって生成することができる。
【００２２】
軸受の下側領域は、特に軸受スリーブ７の切欠きに配置されたカバープレート１０によって封止されている。軸受間隙１３は、カバープレート１０の内面と、シャフト１又は軸受スリーブ７の端面との間の円板状の自由空間において終端している。
【００２３】
シャフト１の下側端部には、過度の軸方向力が働いたときに、止めリング１２が軸受スリーブ７の環状溝１１に収容されている位置にシャフトを保持する止めリング１２が配置されている。シャフト１又はその円錐状部分３は、例えば、本図には他の構成要素は示さない電気モータの部品としてのロータ１４を支持する。
【００２４】
軸受スリーブ７にある再循環通路１６は、軸受の下側領域の軸受間隙１３を、即ち、シャフト１の端面１５とカバープレート１０との間の軸受間隙を、軸受間隙１３が自由空間９に連通する直前で、軸受間隙の上側端部と連通させている。この再循環通路１６は、軸受間隙１３の内部での軸受流体の均等な循環をもたらして、特に円錐状の軸受領域において軸受間隙１３の幅を安定化させる。
【００２５】
シャフト１の端面１５、又は、カバープレート１０のこれと向かい合う表面は、軸受流体の循環を促進する表面構造を同じく有していてもよい。
【００２６】
図２は、図１に示す軸受構造に対して変形させた実施の形態の断面図を示している。軸受ブッシュ２７の中で回転するシャフト２１は、第１の円筒状部分２２と、それに連続する円錐状部分２３と、さらに円錐状部分に連続する、直径の大きい第２の円筒状部分３８とを有している。既に図１との関連において説明したように、シャフト２１の対応する円筒状部分２２，３８及び円錐状部分２３は、軸受スリーブ２７の対応して成形された切欠きに収容されており、シャフト２１と軸受スリーブ２７との相互に対向する表面の間には軸受間隙３３が残存している。軸受間隙は、軸受流体により充填されている。軸受の下側端部はカバープレート３０によって封止されており、軸受間隙３３は、軸受スリーブ２７又はシャフト２１の端面と、カバープレート３０の内面との間に形成された円板状の自由空間において終端している。シャフト２１の円錐状部分２３及び円筒状部分２２にある対応する表面構造２５，２６は、図１との関連において既に説明したように、組み合わせられたスラスト／ラジアル軸受及びラジアル軸受を形成している。表面構造２５，２６によって生成される軸受流体に対するポンプ作用により、及び、これと結びついた軸受間隙３３の内部での圧力生成により、軸受が支持能力を有するようになる。
【００２７】
第２の円筒状部分３８の端部にある軸受間隙３３の上側の連通部は、衝撃作用のもとで軸受流体が外に漏出するのを防止するカバーリング２８により封止されている（いわゆる「オイルキャッチャ」）。カバーリングは半径方向内側に向かって湾曲又は傾斜しており、カバーリングと円錐状部分の端面２４との間に形成される環状の自由空間２９の軸方向高さが半径方向外側に向かって軸受間隙３３の方向に減少していくようになっている。自由空間２９には、通常の動作状態の間もシャフトの停止時にも、軸受流体は存在していない。
【００２８】
円筒状部分３８の領域には、毛細管封止部かつ同時にオイルリザーバとしての役割を果たす環状溝３７が、軸受スリーブ２７の内径に設けられていてもよい（いわゆる「ストレートシール」）。シャフト２１の下側端部には、そのために設けられた軸受スリーブ２７の環状溝３１に配置された止めリング３２が設けられていてもよい。この軸受構造は、例えばシャフト２１の上側端部とロータ３４が連結される電気モータの部品であってもよい。軸受間隙３３の内部において軸受流体をより良く循環させるために、軸受間隙の下側部分を、即ち、シャフト２１の端面３５とカバープレート３０の内面との間の領域を、軸受間隙の上側領域と連通させる、例えばスラスト／ラジアル軸受構造の上側の軸受間隙の領域と連通させる、再循環通路３６が設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】水平方向の密封構造を備える流体動圧軸受装置の第１の実施の形態である。
【図２】垂直方向の密封構造を備える流体動圧軸受装置の第２の実施の形態である。
【符号の説明】
【００３０】
１  シャフト
２  シャフトの円筒状部分
３  シャフトの円錐状部分
４  円錐部の端面
５  表面構造
６  表面構造
７  軸受スリーブ
８  カバーリング
９  自由空間
１０  カバープレート
１１  環状溝
１２  止めリング
１３  軸受間隙
１４  ロータ
１５  シャフトの端面
１６  再循環通路
２１  シャフト
２２  シャフトの円筒状部分
２３  シャフトの円錐状部分
２４  円錐部の端面
２５  表面構造
２６  表面構造
２７  軸受スリーブ
２８  カバーリング
２９  自由空間
３０  カバープレート
３１  環状溝
３２  止めリング
３３  軸受間隙
３４  ロータ
３５  シャフトの端面
３６  再循環通路
３７  環状溝（リザーバ）
３８  円筒状部分
【図１】
2006138474.tif 000003
【図２】
2006138474.tif 000004