(57)【要約】【課題】再起動時等に、動圧発生溝を有する動圧発生面と、これに対向する受け面とが直接擦れ合って生じる摩耗をできるだけ少なくする。【解決手段】動圧軸受において、相対回転する２つの部材２，３の対向面３ｂ，４ａのいずれか一方３ｂに動圧発生溝５が形成され、他方４ａにディンプル６が多数分散して形成されており、各ディンプル６が油溜めとなって、対向面の間には常に油膜が保持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転する２つの部材の対向面のいずれか一方に動圧発生溝が形成され、他方にディンプルが多数分散して形成されている、ことを特徴とする動圧軸受。
【請求項２】
スラスト動圧軸受であって、
スラスト荷重を受ける動圧発生部分の径に対するディンプルの径の比Ａが、
０．０１≦Ａ
であり、かつ定格回転時での動圧発生部分の軸受すきまに対するディンプルの深さの比Ｂが、
０．０５≦Ｂ
である、請求項１に記載の動圧軸受。
【請求項３】
動圧発生部分の面積に対するディンプル全体の総面積の比Ｘが、
０．０５≦Ｘ
である、請求項１または２に記載の動圧軸受。
【請求項４】
ディンプルは硬球の押し付けで形成され、ディンプル間の表面部は、平面研磨された面である、請求項１ないし３のいずれかに記載の動圧軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受に係り、特には、ハードディスクドライバ（HDD）のスピンドルモータ等の小型機器に好適な動圧軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンに装備されるハードディスクドライバのように、高精度、高速回転、静粛性が要求される機器では、動圧軸受に対する需要が増大している。
【０００３】
このような動圧軸受のうち、例えば、スラスト動圧軸受は、スリーブの内部にシャフトを回転自在に挿入した構造で、シャフト側の軸端面と、それに対向するスリーブ側のスラスト受け面のいずれか一方に、動圧発生溝が形成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１８４６６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の上記動圧軸受では、起動停止時、動圧発生溝を有する動圧発生面と、これに対向するスラスト受け面との間にある潤滑油が、これら対向面の間から押し出されて、対向面に油膜切れが発生していると、再起動時に、対向面どうしが直接擦れ合って、スラスト受け面側での摩耗が進展しやすくなる。
【０００５】
この摩耗の進展を抑制するべく、スラスト受け面をセラミック材料等の硬質材料で構成して、その硬度を上げることで対処した場合、硬質材料は一般に熱膨張率が小さいから、動圧軸受全体が高温になった場合、他の部分との熱膨張差から、他の部分との接合個所に不具合が生じるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による動圧軸受は、相対回転する２つの部材の対向面のいずれか一方に動圧発生溝を形成し、他方にディンプルを多数分散して形成したことを特徴とするものである。
【０００７】
上記構成の動圧軸受では、ディンプルが油溜めとなり、このディンプルを有する面の表面全体に油膜が保持され、起動停止時でも、動圧発生溝を有する動圧発生面との間に油膜を存在させられ、再起動時に、動圧発生面とこれの受け面との間での直接的な擦れ合いを防止できる結果、受け面の摩耗進展が抑制できる。
【０００８】
本発明による動圧軸受は、スラスト動圧軸受でも、ラジアル動圧軸受でもよいが、スラスト動圧軸受の場合、スラスト荷重を受ける動圧発生部分の径に対するディンプルの径の比をＡとし、定格回転時での動圧発生部分の軸受すきまに対するディンプルの深さの比をＢとした場合、実験結果から、０．０１≦Ａで、かつ、０．０５≦Ｂであることが好ましい。
【０００９】
実験結果からは、比Ａが０．０１未満であったり、比Ｂが０．０５未満であったりすると、スラスト受け面の摩耗量が大きく、所定の試験条件のもとでは摩耗量は１μｍを超える。これは、小径で浅いディンプルは、油溜めとして充分に作用せず、受け面全面に油膜が形成されないためと考えられる。
【００１０】
また、本発明の上記動圧軸受においては、動圧発生面とこれに対向する受け面とからなる動圧発生部分の面積に対するディンプル全体の総面積の比をＸとしたとき、０．０５≦Ｘであることが好ましい。実験結果からは、比Ｘが上記の値以上である場合は、受け面の摩耗量が一定量以下に抑制されるが、比Ｘが上記の値に満たないと、受け面の摩耗量が一定量を超える。
【００１１】
さらに、本発明の上記動圧軸受において、ディンプルは、ショットピーニングや型押し、転写、治具の押し付け等で形成してもよいが、ディンプルは、硬球の押し付けで形成されるものであり、ディンプル間の表面部は、平面研磨された面であることが望ましい。
【００１２】
硬球の押し付けによりディンプルを形成する場合、硬球を適宜選択することで、ディンプルの径と深さとを同一の値に揃えることができる。また、単に硬球を押し付けただけでは、ディンプルの周囲に肉の盛上がりが発生するが、平面研磨により、ディンプルの周りの盛上がり等、不要な部分が削られて平滑化し、動圧発生面との間に所要のすきまが形成される。
【００１３】
なお、ディンプルは半球形凹部に限らず、楕円や角型の凹部であってもよく、その形状は、微量的に潤滑油を溜めることができるものであれば、どのような形状でもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、動圧発生溝を有する動圧発生面と、その受け面との間には、必ず油膜が形成され、油膜切れに伴う摩耗を大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１ないし図４を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。この実施形態に係る動圧軸受はスラスト動圧軸受であって、図１は、最良の実施形態に係る動圧軸受の軸方向に沿った断面図、図２は、図１の動圧軸受の要部の拡大断面図、図３は、図１の動圧軸受の動圧発生面を下から見た底面図、図４は、図３の動圧発生面に対向するスラスト受け面の平面図である。
【００１６】
これらの図において、スラスト動圧軸受１は、固定側の部材であるスリーブ２と、このスリーブ２の内部に挿入された回転側部材としてのシャフト３とを備えている。スリーブ２とシャフト３との間のすきまには、潤滑油が充填される。
【００１７】
スリーブ２は、銅合金製で、一端側（図１では下端側）に大径の円形凹部２ａを有し、この凹部２ａを閉塞する形で、ステンレス鋼製の底板４が取り付けられている。
【００１８】
シャフト３は、ステンレス鋼製で、内端には円盤部３ａを一体に有している。この円盤部３ａは、スリーブ２の凹部２ａ内に収容されている。円盤部３ａの端面３ｂ（図１では下端面）には、図２および図３に明示するように、へリングボーン型の動圧発生溝５が形成されており、これで、円盤部３ａの端面３ｂが動圧発生面となっている。
【００１９】
一方、スリーブ２の底板４の内面４ａは、前記の動圧発生面３ｂに対向するスラスト受け面であって、この底板内面４ａには、図２および図４に示すように、多数のディンプル６が分散した状態で形成されている。
【００２０】
ディンプル６は、内部に微量的に潤滑油を溜め、これにより底板４の内面４ａ全体に油膜を保持するためのもので、少なくとも動圧発生溝５の形成領域と対向する位置に形成されている。
【００２１】
このディンプル６の形成に当たっては、硬度の高い鋼球等の球体（硬球）を底板４の内面４ａ上に分散して配置した上で、これら硬球の全体を一様に底板４に押し付けることで、底板４を塑性変形させて、形成される。硬球の押し付けにより、各ディンプル６の周りには少なからず肉の盛上がりができる可能性があるので、底板４の内面４ａに対しては平面研磨を施し、これによって、ディンプル６間の表面部を平滑に仕上げている。
【００２２】
ディンプル６の大きさについては、スラスト動圧軸受１全体の径が８ｍｍである場合、ディンプル６の径を１０分の数ｍｍ程度、深さを数μｍ程度に設定すると、各ディンプル６が油溜めとなり、起動停止時でも、ディンプル６を有するスラスト受け面４ａの表面全体に油膜が保持される。そのため、再起動時、動圧発生面３ｂとスラスト受け面４ａとの間では、直接的な擦れ合いの生じることが皆無、もしくは極めて少なくなる。
【００２３】
さらに、発明者が条件を変えて実験を行って検討したところ、図５ないし図８に示すような結果を得た。各実験では、スリーブ２を固定して、シャフト３のみを回転させ、起動と停止とを１万回繰り返した。回転時の速度は３００ｒｐｍで、スラスト方向の負荷荷重は２５０ｇｆである。
【００２４】
上記のような実験条件のもとで、スラスト荷重を受ける動圧発生部分の径、より具体的には、シャフト３の円盤部３ｂの径Dに対するディンプル６の径ｄの比をＡとし（Ａ＝ｄ／D）、また、定格回転時での動圧発生部分の軸受すきま、すなわち、動圧発生面３ｂとこれに対向するスラスト受け面４ａとの間のすきまＳに対するディンプル６の深さｅの比をＢとして（Ｂ＝ｅ／Ｓ）、これらの比Ａ、比Ｂを、それぞれ種々に変えて、実験を行い、スラスト受け面４ａの摩耗量を測定した。その結果のひとつを図５の特性図に示す。図５では、横軸に比Ａの値をとり、縦軸にスラスト受け面４ａの摩耗量をとって、比Ｂの値毎に実験結果を示している。
【００２５】
図５に示す実験結果からは、比Ａが０．０１以上、比Ｂが０．０５以上あれば、スラスト受け面４ａでの摩耗量が少ないが、比Ａが０．０１未満であったり、比Ｂが０．０５未満であると、スラスト受け面４ａでの摩耗量が一定量（実験では１μｍ）を超えることが分かる。これは、ディンプル６が適当な径、深さであれば、スラスト受け面４ａの全面に油膜が形成されて、対向面どうしが直接擦れ合うことが防止されるが、ディンプル６が小さい場合は、油溜めとして充分に作用せず、スラスト受け面４ａ全面に油膜が形成されないためと考えられる。
【００２６】
図６および図７は、比Ａ、比Ｂについての別の実験結果を示している。図６および図７に示す如く、比Ａの上限値は０．１、比Ｂの上限値は０．５が適当である。比Ａが０．１を越えたり、比Ｂが０．５を越えたりした場合は、摩耗量が一定量（１μｍ）を越える。これは、動圧発生部分に対してディンプル６が大きくなりすぎて、ディンプル６内部に溜まる油量が増え、ディンプル６間の表面部に存在すべき油量が不足するため、と考えられる。
【００２７】
また、図８は、ディンプル６の総量について行った実験の結果を示している。図８に示す結果からは、動圧発生部分（具体的には、動圧発生面３ｂ）の面積に対するディンプル６全体の総面積の比Ｘが、０．０５以上で、０．５以下（０．０５≦Ｘ≦０．５０）であれば、スラスト受け面４ａでの摩耗量が低レベル（実験では０．５μｍ以下）に抑制されることが分かる。ディンプル６の面積比Ｘが、前記の範囲に達しない場合は、ディンプル６の数量が不足し、スラスト受け面４ａに部分的に油膜切れが生じ、面積比Ｘが前記の範囲を越えている場合は、ディンプル６内部に溜まる油量が増え、ディンプル６間の表面部に存在する油量が不足するため、と考えられる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、回転側の部材である円盤部３ａの端面３ｂに動圧発生溝５を形成し、固定側の部材である底板４の内面４ａにディンプル６を形成したが、底板４の内面４ａに動圧発生溝５を形成し、円盤部３ａの端面３ｂに多数のディンプル６を分散して形成してもよい。その構成によっても、上記実施形態について説明したのと同様の作用効果が得られる。
【００２９】
次に、本発明はラジアル動圧軸受にも適用可能で、その実施形態を図９に示す。図９は、ラジアル動圧軸受を分解して示した断面図である。
【００３０】
図９において、ラジアル動圧軸受１１は、スリーブ２１と、このスリーブ２１の内部に回転自在に設けられたシャフト３１とを有する。シャフト３１は中途部に大径部３１ａがあり、この大径部３１ａの外周面３１ｂに動圧発生溝５１が形成されていて、大径部３１ａの外周面３１ｂが動圧発生面となっている。
【００３１】
一方、スリーブ２１の内部には、シャフト３１側の動圧発生面３１ｂと対向する内周面２１ａがあって、これがラジアル受け面となっている。このラジアル受け面２１ａには、微量的に潤滑油を溜めるディンプル６１が多数分散した状態で形成されている。スリーブ３１の開放部は、内部にシャフト３１を収容したのち、蓋体４１で閉塞される。
【００３２】
ラジアル受け面２１ａでは、各ディンプル６１が油溜めとなり、起動停止時でも、ラジアル受け面２１ａの表面全体に油膜が保持される。そのため、再起動時、動圧発生面３１ｂとラジアル受け面２１ａとの間では、直接的な擦れ合いの生じることが極めて少なく、ラジアル受け面２１ａでの摩耗が大幅に減少する。
【００３３】
ディンプル６１の形成の仕方は、図１のスラスト動圧軸受１でのディンプル６の形成の仕方と同じでよい。ディンプル６の総量については、図１のスラスト動圧軸受１と同様に、動圧発生部分（具体的には、動圧発生面３１ｂ）の面積に対するディンプル６１全体の総面積の比Ｘｒが、０．０５以上で、０．５以下であることが望ましい。
【００３４】
また、ラジアル荷重を受ける動圧発生部分の軸方向幅Ｗに対するディンプル６１の径ｄｒの比をＡｒとし（Ａｒ＝ｄｒ／Ｗ）、定格回転時での動圧発生部分の軸受すきまＳｒに対するディンプル６１の深さｅｒの比をＢｒとした（Ｂｒ＝ｅｒ／Ｓｒ）場合、０．０１≦Ａｒ≦０．１であり、０．０５≦Ｂｒ≦０．５であることが好ましい。その理由は、スラスト動圧軸受１での数値限定の理由と特に変わらない。
【００３５】
ラジアル動圧軸受１１において、図９の場合とは逆に、スリーブ２１の内周面２１ａに動圧発生溝５１を形成して動圧発生面とし、これに対してラジアル受け面となるシャフト３１側の大径部３ａの外周面３ｂに多数のディンプル６１を形成しても、図９のラジアル動圧軸受１１と同様に、動圧発生面とそのラジアル受け面との間に常に油膜が形成され、両面の直接的な擦れ合いのよる摩耗が大幅に減少する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る動圧軸受の軸方向に沿った断面図。
【図２】図１の動圧軸受の要部の拡大断面図。
【図３】図１の動圧軸受の動圧発生面を下から見た底面図。
【図４】図３の動圧発生面に対向するスラスト受け面の平面図。
【図５】図１の動圧軸受での実験結果を示す特性図。
【図６】図１の動圧軸受での他の実験結果を示す特性図。
【図７】図１の動圧軸受でのさらに他の実験結果を示す特性図。
【図８】図１の動圧軸受でのさらに別の実験結果を示す特性図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る動圧軸受を分解して示した断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１    スラスト動圧軸受
２    スリーブ
３    シャフト
３ｂ  円盤部の端面（動圧発生面）
４    底板
４ａ  底板内面（スラスト受け面）
５    動圧発生溝
６    ディンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005106251.tif 000008
【図７】
2005106251.tif 000009
【図８】
2005106251.tif 000010
【図９】
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