(57)【要約】【課題】スリーブ開口部からのエアの巻き込みが少なく、潤滑流体の外部への漏れを抑えることのできる動圧軸受装置を提供する。【解決手段】バレル加工等の研磨により、シャフト１の外周面１ｙの粗さが、軸方向密閉端側（Ａ側）から開口端側（Ｂ側）に向けて、徐々に小さくなるように形成する。この構成によって、スリーブ２の密閉端側の軸受面における強い流体保持力（すなわち、十分な動圧の発生）と、スリーブ２の開放端側軸受面におけるスムーズな潤滑流体の流れを両立することができる。従って、本発明の動圧軸受装置は、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。【選択図】  図１
2004204890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、どちらか一方の端部が密閉されたスリーブとからなり、これらシャフトとスリーブとを僅かのすき間を開けて対向配置するとともに、前記シャフトの外周面あるいは前記スリーブの内周面のどちらか一方に形成されたラジアル動圧溝により、前記すき間に充填された潤滑流体に発生する動圧によって、これらシャフトとスリーブとの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、
前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方は、その表面の粗さが軸方向密閉端側から開口端側に向けて小さくな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】
シャフトと、両端部が開口したスリーブとからなり、これらシャフトとスリーブとを僅かのすき間を開けて対向配置するとともに、前記シャフトの外周面あるいは前記スリーブの内周面のどちらか一方に形成されたラジアル動圧溝により、前記すき間に充填された潤滑流体に発生する動圧によって、これらシャフトとスリーブとの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方は、その表面の粗さが軸方向中央から両端の開口部に向けて小さくな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。
【発明の詳細な説明】
【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、内部に封入される潤滑流体の外部への漏れの発生を抑えることのできる動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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（あるいは流体軸受装置）が採用され始めている。動圧軸受装置は、一般に、軸（シャフト）と軸受（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（軸受面）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、液体金属等の潤滑流体を充填した構成を採る。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、この動圧溝によるポンピング作用等によって潤滑流体に圧力（動圧）を発生させ、その圧力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２と、このスリーブ２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３１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２は、筒状体２ａの密閉端側開口に蓋部材（スラスト板）２ｂを嵌め入れ、これら筒状体２ａと蓋部材２ｂ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３１は、スリーブ２の密閉端側の開口から挿入され、このスリーブ２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３１のシャフト端部３１ａは、半球状に形成されているとともに、その先端が蓋部材２ａ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。
【０００５】
このスリーブ２の内周面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２つのラジアル動圧溝２ｖ，２ｖが形成されている。また、シャフト３１とスリーブ２との間のすき間（軸受すき間）には、潤滑流体（図示省略）が充填されるとともに、スリーブ２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、この潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【０００６】
このような動圧軸受装置に関し、本出願人らは既に、軸受面の平坦度（表面の粗さ）を比較的低コストで向上させる方法についての提案を行っている（特許文献１参照）。
【０００７】
図５は、従来のラジアル動圧軸受装置における軸受面の表面状態を模式的に示す説明図（図４のＧ部拡大図）である。上記の提案によれば、軸受面に沿って尖った形状の山部３１ｓと谷部３１ｔが交互に並んだ状態の旋削加工後のシャフト外周面３１ｙに、ラップ加工やバレル加工等の研磨加工を施し、この山部３１ｓ頂上の形状を台形状とすることによって、高コストとなる鏡面仕上げを行うことなく、動圧を有効に発生させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１２１４６６号公報
【０００９】
【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、スリーブの開口部から潤滑流体が漏れ出してしまうという問題があった。この潤滑流体の漏出は、スリーブの開放端付近において、潤滑流体の流れの乱れにより、エアが潤滑流体に巻き込まれることに起因して発生していると考えられる。
【００１０】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、スリーブ開口部からのエアの巻き込みが少なく、潤滑流体の外部への漏れを抑えることのできる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、第１の発明は、シャフトと、どちらか一方の端部が密閉されたスリーブとからなり、これらシャフトとスリーブとを僅かのすき間を開けて対向配置するとともに、前記シャフトの外周面あるいは前記スリーブの内周面のどちらか一方に形成されたラジアル動圧溝により、前記すき間に充填された潤滑流体に発生する動圧によって、これらシャフトとスリーブとの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方が、その表面の粗さが軸方向密閉端側から開口端側に向けて小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、内部に潤滑流体を封入した動圧軸受装置において、軸受面の表面粗さが潤滑流体へのエアの巻き込み量に関与していることに着目し、対向する軸受面の少なくとも一方側の表面粗さを軸方向に変化させることによって、所期の目的を達成しようとするものである。動圧軸受は、有効な動圧を発生させるために適度な軸受面の表面粗さが必要であるが、エアと接する軸受開放端においては、この表面の荒れによる潤滑流体の乱れがエアの巻き込みを起こしてしまう。しかしながら、本発明者らは鋭意研究の結果、この軸受面の表面粗さを密閉端側と開放端側で異なるものとすることによって、十分な動圧の発生とエアの巻き込み防止とを両立できる手段を見出した。
【００１３】
すなわち、第１の発明によれば、動圧軸受装置のスリーブ開口近傍におけるシャフトの軸受面およびスリーブの軸受面の少なくとも一方側を、平坦度の高い滑らかな状態とすることにより、この部位における潤滑流体の流れの乱れが抑えられ、潤滑流体へのエアの巻き込みを防止することができる。また、スリーブ密閉端側の軸受面は、比較的荒れた表面状態であることから、この部位は強い流体保持力を発揮し、十分な動圧を発生することができる。従って、本発明の動圧軸受装置は、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することが可能となる。
【００１４】
また、第２の発明は、シャフトと、両端部が開口したスリーブとからなり、これらシャフトとスリーブとを僅かのすき間を開けて対向配置するとともに、前記シャフトの外周面あるいは前記スリーブの内周面のどちらか一方に形成されたラジアル動圧溝により、前記すき間に充填された潤滑流体に発生する動圧によって、これらシャフトとスリーブとの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方が、その表面の粗さが軸方向中央から両端の開口部に向けて小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、第２の発明によれば、スリーブの両端が開口した動圧軸受装置においても、第１の発明同様、シャフトの軸受面およびスリーブの軸受面の少なくとも一方の表面粗さを、両端の開口部位において滑らかな状態とすることにより、潤滑流体へのエアの巻き込みが防止される。また、軸方向中央部においては、軸受面の表面が比較的荒れた表面状態であることから、この部位は強い流体保持力を発揮し、十分な動圧を発生させることが可能である。従って、本発明の動圧軸受装置も、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。
【００１６】
なお、本発明において部材の表面粗さを軸方向に変化させる方法については特に限定されず、ラップ加工やバレル加工等を用いて軸方向に表面状態を徐々に変化させても良いし、サンドブラストや電解研磨等により軸方向に表面状態を段階的に変化させても良い。
【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（ａ）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り、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、この動圧軸受装置におけるシャフト１の表面状態を模式的に示す説明図である。なお、本実施の形態における動圧軸受装置の基本構成も、図４に示す従来例と同様であることから、構造に関する詳細な説明は省略する。
【００１８】
この実施の形態における動圧軸受装置も、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であり、一方の開口が密閉された略筒状のスリーブ２と、このスリーブ２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１と、から構成されている。
【００１９】
本実施の形態における動圧軸受装置の特徴は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、シャフト１の外周面１ｙの粗さが、軸方向密閉端側（図示上方）から開口端側（図示下方）に向けて、徐々に小さくなるように形成されている点である。
【００２０】
このように軸方向に粗さが異なる表面状態は、このシャフト１の外周面１ｙにバレル加工等の研磨を施すことにより得ることができる。また、この研磨によって、例えば、図１（ｂ）に示すような表面粗さ（山部１ｓと谷部１ｔの高さの差）が約０．４〜０．８μｍの部位と、図１（ｃ）に示すような表面粗さが０．１μｍ以下の部位とを、同一の表面上に一度の加工で作り出すことが可能である。
【００２１】
以上の構成により、この動圧軸受装置は、スリーブ２の密閉端側の軸受面における強い流体保持力（すなわち、十分な動圧の発生）と、スリーブ２の開放端側軸受面におけるスムーズな潤滑流体の流れを両立することができる。従って、本実施の形態における動圧軸受装置は、スリーブ開口近傍における潤滑流体の流れの乱れが少なく、潤滑流体へのエアの巻き込み量も抑えられることから、この潤滑流体の外部への漏れを未然に防ぐことが可能になる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２（ａ）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り、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、この動圧軸受装置におけるシャフト１１の表面状態を模式的に示す説明図である。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１１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。
【００２３】
この第２の実施の形態において使用されるシャフト１１は、円柱状のシャフト軸部１１ａの一端に、円板状のフランジ部１１ｂが設けられている。スリーブ１２は、筒状体１２ａの密閉端（図示上方）側開口に、シャフト１１のフランジ部１１ｂを嵌め入れることのできる円周段部１２ｃが形成されており、このシャフト１１を嵌合した状態で、その開口に蓋部材（スラスト板）１２ｂ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１１のフランジ部１１ｂとスリーブ１２との相対回転は、シャフト１１のフランジ部１１ｂの両端面と、スラスト動圧溝１２ｗ，１２ｗが形成されたスリーブ１２の円周段部１２ｃ端面および蓋部材１２ｂ端面との間に発生するスラスト方向の動圧によって、非接触に支持されることとなる。
【００２４】
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も、第１の実施の形態と同様であり、スリーブ１２の内周面１２ｘ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２つのラジアル動圧溝１２ｖ，１２ｖが形成されている。シャフト１１とスリーブ１２との間のすき間（軸受すき間）には、潤滑流体（図示省略）が充填されているとともに、スリーブ１２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ており、この潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【００２５】
この動圧軸受装置のシャフト軸部１１ａの直径は、バレル加工等の研磨により、軸方向開口部側が密閉端側に比べて若干小径となるように形成されている。すなわち、この研磨加工によって、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、このシャフト軸部１１ａの外周面１１ｙの粗さが、軸方向密閉端側から開口端側にかけて次第に滑らかとなっているのである。この構成により、本実施の形態における動圧軸受も、スリーブ開口近傍における潤滑流体の流れの乱れが少なく、潤滑流体へのエアの巻き込み量が抑えられる。従って、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。
【００２６】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図３（ａ）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り、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、この動圧軸受装置におけるシャフト２１の表面状態を模式的に示す説明図である。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２１の軸方向略中央に、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。
【００２７】
この第３の実施の形態において使用されるシャフト２１は、円柱状のシャフト軸部２１ａの軸方向略中央に、円板状のフランジ部２１ｂが設けられている。また、スリーブ２２は、軸方向の略中央にこのフランジ部２１ｂを嵌め入れることのできる大径部２２ａが形成されているとともに、その両端の開口部は密閉されず開放端とされている。なお、このシャフト２１のフランジ部２１ｂとスリーブ２２との相対回転は、第２の実施の形態と同様、スラスト動圧溝２１ｗ，２１ｗが形成されたフランジ部２１ｂの両端面と、それぞれに対向するスリーブ大径部２２ａの両端面との間に発生するスラスト方向の動圧によって、非接触に支持される。
【００２８】
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も、第１，第２の実施の形態と同様であり、スリーブ２２の内周面２２ｘには、大径部２２ａを挟んで軸方向に対称となる位置に、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２つのラジアル動圧溝２２ｖ，２２ｖが形成されている。シャフト２１とスリーブ２２との間のすき間（軸受すき間）には、潤滑流体（図示省略）が充填されているとともに、スリーブ２２の両開放端側の開口にはそれぞれキャピラリーシール部が形成されており、この潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【００２９】
また、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、この動圧軸受装置も、シャフト軸部２１ａの外周面２１ｙにバレル加工等の研磨を施すことにより、シャフト軸部２１ａの直径が、軸方向中央（フランジ部２１ｂ）側から両開口端側にかけて徐々に小径となるように形成されている。すなわち、このシャフト軸部２１ａも、その外周面２１ｙの粗さが、軸方向中央側から開口端側にかけて次第に滑らかとなるように研磨されている。この構成により、本実施の形態における動圧軸受も、スリーブの両端開口近傍における潤滑流体の流れの乱れが少なく、潤滑流体へのエアの巻き込み量が抑えられる。従って、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することが可能となる。
【００３０】
なお、以上３つの実施の形態においては、ラジアル動圧溝をスリーブ側に設け、対向するシャフト軸部の表面状態を軸方向に変化させた例を示したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。この動圧溝は、スリーブ側表面あるいはシャフト側表面のどちら側に設けても良く、また、表面状態を軸方向に変化させる面も、動圧溝の形成の有無に関わらず、どちらか一方の面あるいは両方の面に加工しても良い。
【００３１】
また、これらの実施の形態おける表面状態の軸方向変化は、ラップ加工等により開放端に向けて連続的に変化させた例を示したが、その他の研磨方法を用いることにより、軸方向の一定範囲毎に段階的に変化させても同様の効果を奏することができる。
【００３２】
【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、スリーブ開口近傍におけるシャフトの軸受面およびスリーブの軸受面の少なくとも一方側を平坦度の高い滑らかな状態とすることにより、この部位における潤滑流体の流れの乱れが抑えられ、潤滑流体へのエアの巻き込みを防止することができる。従って、この動圧軸受装置は、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）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り、（ｂ）はＡ部拡大図、（ｃ）はＢ部拡大図である。
【図２】（ａ）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り、（ｂ）はＣ部拡大図、（ｃ）はＤ部拡大図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第３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り、（ｂ）はＥ部拡大図、（ｃ）はＦ部拡大図である。
【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】従来の動圧軸受装置におけるシャフト３１軸受面の表面状態を模式的に示す図４のＧ部拡大図である。
【符号の説明】
１，３１  シャフト
１ａ，３１ａ  端部
１ｙ，３１ｙ  外周面
１ｓ，３１ｓ  山部
１ｔ，３１ｔ  谷部
１１，２１  シャフト
１１ａ，２１ａ  軸部
１１ｂ，２１ｂ  フランジ部
１１ｙ，２１ｙ  外周面
１１ｓ，２１ｓ  山部
１１ｔ，２１ｔ  谷部
２１ｗ  スラスト動圧溝
２，１２  スリーブ
２ａ，１２ａ  筒状体
２ｂ，１２ｂ  蓋部材
１２ｃ  円周段部
１２ｗ  スラスト動圧溝
２ｖ，１２ｖ  ラジアル動圧溝
２ｘ，１２ｘ  内周面
２２  スリーブ
２２ａ  大径部
２２ｖ  ラジアル動圧溝
２２ｘ  内周面
【図１】
2004204890.tif 000003
【図２】
2004204890.tif 000004
【図３】
2004204890.tif 000005
【図４】
2004204890.tif 000006
【図５】
2004204890.tif 000007