JPH08210365A - 軸受のシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受シール装置の耐外力保持性能を高め、軸
受オイルを良好に保持することを可能とする。 【解決手段】 両端開口構造の軸受部を有するものにお
いて、所定の条件を満足する隙間変化部１５を両端に２
個所設けて軸受部１６から隙間変化部１５までオイルを
満たした状態とし、両隙間変化部１５の内容量を軸受部
１６の内容量の１０％以上、かつラジアル軸受部１３２
の内容量に対して１００％以上に設定するとともに、隙
間変化部外端１５ｂにおける隙間を隙間変化部内端１５
ａにおける隙間の２倍以上に設定することによって、オ
イル注入量や内部容量のばらつき、回転等によるスラス
ト軸受の浮上や発熱を原因とする内容量の変化、蒸発や
内部混入空気によるオイル容量の変化などが生じても、
軸受部に常にオイルを保持するように構成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定部材に回転体
をオイルを介在して回転自在に支承する軸受において、
軸受部に介在するオイルが外部に漏れでないようにする
ための軸受のシール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般のすべり軸受や動圧軸受等、
軸受の潤滑剤としてオイルを用いたものが種々提案され
ている。このような軸受を用いた製品の一例として、図
９に示されている軸固定型のＨＤＤ（ハードディスク駆
動装置）用モータがある。このモータでは、フレーム１
に固着された固定軸２に、ラジアル軸受３を介してハブ
４が回転自在に装着されている。そして上記固定軸２と
ラジアル軸受３との間には、回転潤滑剤としてのオイル
が供給されている。そしてこのオイルは、軸受部に付着
され毛管現象によって保持されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにモータの回
転軸等、軸受の潤滑剤としてオイルを用いる各種回転機
器においては、常にオイル漏れ対策という課題を有して
いる。特に、清浄な環境を要求するハードディスク駆動
用モータ（ＨＤＤ用モータ）やレーザービームプリンタ
用モータ（ＬＢＰ用モータ）等に使用する軸受の場合、
オイル漏れは重大な問題になっている。しかしながら従
来の軸受装置では、単に軸受部の隙間にオイルを付着さ
せただけのものや、或いは、オイル漏れ対策としての特
別なシール機構を設けたもの等が提案されてはいるが、
これら従来の技術では、例えば動圧軸受においては、潤
滑剤としてのオイル量が少ない場合、動圧力等の潤滑機
能を充分に得ることができない問題を生じ、一方オイル
の量が多すぎる場合にはオイル漏れが生じてしまう問題
が生じており、オイル漏れ対策の充分な軸受シール装置
は達成されていなかった。また、従来の技術では、重
力、振動、衝撃、遠心力、動圧力、気圧、温度、その他
の圧力等の外力に対しても充分考慮した軸受のシール装
置とはなっておらず、信頼性に乏しいという問題もあっ
た。

【０００４】本発明は、上記従来技術の軸受シール装置
に対し、 １）注入されたオイル量が多少変化したり移動したりし
ても、それを吸収できるスペースを軸受けが有してお
り、しかも、そのスペース内のオイルが安定的に保持さ
れる構造であること。 ２）外力（重力、振動衝撃、遠心力、動圧力、気圧、温
度、その他の圧力）を受けたとしても容易にはオイル
が、外部に飛び出さない、外力に耐えられる構造である
こと、 ３）オイルが移動しにくい構造であること、 ４）軸受部より外側の出口側のオイル面が安定で漏れ難
くなっていること、 ５）オイルが空気と混じりあったりしにくい構造である
こと、 上記の各条件を考慮した軸受のシール装置を提案し、 １）軸受部に常にオイルが保持されていて必要な軸受特
性をを満足すること、 ２）オイルが外部に漏れないこと、 という効果を有する軸受のシール装置を提案することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、軸受部の隙間変化部を両端の２ヶ所のみとし
た全体両端出口構造を基本構造とし、それに上記条件を
満足させるための内容を盛り込んだものであって、固定
部材に対して回転体を回転自在に支承するためのラジア
ル軸受部及びスラスト軸受部からなる軸受部が設けら
れ、該軸受部よりも外側の２箇所に隙間変化部が設けら
れ、該隙間変化部の一方側から他方側にかけてオイルが
充填されたものであって、上記隙間変化部は、 １）上記軸受部側の隙間変化部内端で該隙間変化部にお
ける最小隙間を有するとともに、上記軸受部とは逆側の
隙間変化部外端で最大隙間を有し、 ２）上記軸受部側から見た角度を隙間傾斜角としたと
き、隙間変化部内端から隙間変化部外端にかけての隙間
傾斜角が０°以上であり、 ３）上記隙間変化部外端は、上記隙間変化部の対向面に
対する隙間が０．８mm以下、且つ隙間傾斜角が４５°以
下の位置であり、 ４）上記隙間変化部の内容量を、上記２箇所の隙間変化
部の間の内容量に対して１０％以上、かつラジアル軸受
部の内容量に対して１００％以上に設定されているとと
もに、上記隙間変化部外端における隙間間隔が、上記隙
間変化部内端における隙間間隔に対して２倍以上に設定
された手段を有している。

【０００６】従って、本願発明では、軸受間にもオイル
を満たして隙間変化部が全体で両端の２個所のみとした
全体両端構造が採用されており、隙間変化部内端間の軸
受部内における容量やラジアル軸受部の内容量に対し
て、隙間変化部の内容量が大きく取られているため、オ
イル注入量のばらつき、内部容量のばらつき、回転等に
よるスラスト軸受の浮上や発熱を原因とする内容量の変
化、蒸発や内部混入空気によるオイル容量の変化などが
生じても、軸受部には常にオイルが保持され、また外部
に漏れ出すこともない。

【０００７】また隙間変化部内端と外端の隙間比が大き
く取られているため、オイル表面部で仮に空気が混入す
ることがあっても軸受部の方まで移動することがなく、
さらにその隙間比による圧力差から自然に空気は外側に
移動し、混入状態が解消される。またその隙間比から、
どの位置でもオイルが安定し易い状態となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本件発明の具体的実施例の説明に
先立ち、まず、本件発明者が研究を重ねた結果到達し
た、本件発明を理解する上で必要な発明の基本となる考
え方について開示する。

【０００９】軸受内にオイルを保持するという観点に立
って、一般的なラジアル軸受のような２方向に出口があ
る構造を見た場合、まずオイルは、２つの出口位置での
毛管吸引圧力のバランスで保持され位置が決まることに
なる。この状態は、２つの圧力バランスで釣りあってい
る状態であり、片側から何らかの圧力が加わると圧力バ
ランスがとれる位置までオイルが移動することになる。
例えば、毛管吸引圧力をＡとＢとすると、Ａ＝Ｂの位置
からＡ＝Ｂ＋外部圧力となる位置までオイルが移動し、
バランスが取れ止まることとなる。

【００１０】以下、本発明をＨＤＤスピンドルモータに
適用した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００１１】まず図１に示されている本発明の実施の形
態における軸固定型のＨＤＤスピンドルモータは、フレ
ーム１１側に組み付けられた固定部材としてのステータ
組１２と、このステータ組１２に対して、図示上側から
積層状に組み付けられた回転部材としてのロータ組１３
とから構成されている。このうちステータ組１２を構成
しているステータコア１２１は、上記フレーム１１に位
置決めして設置された略円筒状のコアホルダー１２２の
外周部に嵌着されており、このステータコア１２１の突
極部に巻線１２３が巻回されている。

【００１２】また上記コアホルダー１２２の中心部に
は、モータの回転中心となる固定軸１２４が図示上方側
に向かって垂直に立設されており、当該固定軸１２４の
外周に対して前記ロータ組１３を構成するハブ１３１
が、一対のラジアル滑り軸受１３２，１３２を介して回
転自在に支承されている。上記ハブ１３１は、磁気ディ
スクを外周部に装着する略円筒形状の胴部１３１ａを有
しているとともに、この胴部１３１ａの図示下端縁に半
径方向外周側に張り出すように取付部１３１ｂを有して
おり、この取付部１３１ｂに、バックヨーク１３３を介
してモータのロータマグネットである駆動マグネット１
３４が環状に装着されている。上記駆動マグネット１３
４は、前記ステータコア１２１の外周端面に対して環状
に対向するように配置されている。

【００１３】一方、前述した両ラジアル滑り軸受１３
２，１３２の中間部１３５は、一つの部品として構成し
てもよいが、環状のスペーサ（軸受カラー）を介挿した
構成としても良く、両ラジアル滑り軸受１３２，１３２
どうしを軸方向に一定間隔離するように形成されてい
る。このとき各ラジアル滑り軸受１３２の内周面と前記
固定軸１２４の外周面とは、互いに滑り面を構成してお
り、当該両滑り面を含む略円筒状軸受部１６内に、所定
の軸受オイル１７が連続的に満されている。

【００１４】また上記固定軸１２４の図示上端側部分に
は、スラスト軸受を構成するスラスト板１２５が取り付
けられているとともに、前記ハブ１３１側に、上記スラ
スト板１２５を受け入れる環状凹部１３１ｃが形成され
ている。この環状凹部１３１ｃ内にも軸受オイル１７が
軸受部１６から連続的に満されており、上記スラスト板
１２５が環状凹部１３１ｃ内に回転自在に収容され、ハ
ブ１３１を含む回転体の軸方向の支承が行われるように
構成されている。

【００１５】また上記コアホルダー１２２の円環状突出
部１２６は、軸方向（図示上方向）に所定量延出してお
り、この円環状突出部１２６の軸方向延出部における内
外の周壁面と、図示下側のラジアル滑り軸受１３２及び
中間部１３５の各外周壁面と、ハブ１３１の内周壁面と
により、横断面略コの字状の狭小通路２５が画成されて
おり、万一のオイル漏れに対しオイルが外部へ飛散しに
くい構造となっている。尚、当該狭小通路２５は、モー
タの外部側空間とを互いに連通する折曲状の通路から構
成されている。

【００１６】ところで本発明の実施の形態では、特に図
２及び図１０に模式的に示されているように、上述した
円筒状の軸受部１６の図示上下両端に、隙間変化部１
５，１５が２個所設けられている。そして略円筒状の軸
受空間（スラスト軸受部、ラジアル軸受部及びその間の
空間を含む）に充填された軸受の潤滑剤としてのオイル
１７の液面１７ａは上記隙間変化部１５内に位置するよ
うに設定されている。

【００１７】ここで上記隙間変化部１５は、次のように
形成されている。すなわち各隙間変化部１５，１５で
は、上記軸受部１６側の軸方向最内端を隙間変化部内端
１５ａとし、その隙間変化部内端１５ａより軸受部１６
側つまり内側を軸受部、隙間変化部１５，１５の軸方向
最外端を隙間変化部外端１５ｂ、その隙間変化部外端１
５ｂの軸方向外側を隙間変化部１５，１５の外側と呼ぶ
こととする。また内側（軸受部１６側）から見たその位
置の隙間が作る角度αを隙間傾斜角とし、隙間が対向面
と平行であるときをα＝０°、外側に広がっている角度
αをプラス、内側に広がっている角度αをマイナスとし
た場合、上記隙間変化部１５，１５における隙間は、隙
間変化部内端１５ａが一番狭く、隙間変化部外端１５ｂ
が一番広く、隙間変化部内端１５ａから隙間変化部外端
１５ｂにかけての隙間傾斜角αが０°以上に設定してあ
る。隙間傾斜角αが０°とは、隙間変化部１５，１５の
一部領域において固定軸１２４と平行な領域があっても
よいことを示す。

【００１８】また隙間変化部内端１５ａは、軸受部１６
との間に傾斜隙間角αがマイナスとなる隙間が存在する
場合には、隙間傾斜角αが初めてマイナスとなる隙間の
軸方向最外端が該当することとなる。さらに隙間変化部
外端１５ｂの隙間は０．８mm以下であることが必要であ
り、０．８mmを越えた部位は隙間変化部１５，１５の外
側に該当するとともに、隙間が０．８mmである点の隙間
傾斜角αが４５°以上の場合には、０．８mm以下かつ４
５°以下の条件を満足する最大隙間部分を隙間変化部外
端１５ｂとする。

【００１９】そして本発明においては、前記両隙間変化
部１５，１５の内容量（両隙間変化部内端１５ａ，１５
ａから両隙間変化部外端１５ｂ，１５ｂまでの固定軸１
２４との間で形成される容量）は、両隙間変化部内端１
５ａ，１５ａ間における軸受部１６の内容量の１０％以
上に設定され、かつ前記一対の両ラジアル軸受部１３
２，１３２の内容量（ラジアル軸受部１３２と固定軸１
２４との間で形成される容量）に対して１００％以上に
設定されているとともに、両隙間変化部外端１５ｂ，１
５ｂにおける隙間寸法が、両隙間変化部内端１５ａ，１
５ａにおける隙間寸法に対して２倍以上に設定されてい
る。

【００２０】このように本発明の実施の形態では、軸受
部１６から両端隙間変化部１５，１５までオイル１７を
連続的に満たした状態とし、隙間変化部１５の隙間を
０．８mm以下で、隙間変化部外端１５ｂ，１５ｂの隙間
傾斜角αを４５°以下に設定するとともに、隙間変化部
外端１５ｂ，１５ｂにおける隙間寸法を隙間変化部内端
１５ａ，１５ａにおける隙間寸法に対して２倍以上に設
定しているので、オイル１７内に空気が混入し難くな
り、安定で漏れ難い軸受のシール装置となっている。す
なわち、隙間変化部内端１５ａ，１５ａと外端１５ｂ，
１５ｂの隙間比が大きくなり、隙間傾斜角αを持たせて
あるため、隙間変化部１５，１５に位置するオイル表面
部１７ａで仮に空気が混入することがあっても、その空
気が軸受部にまで移動することがなく、また上記隙間比
による圧力差から自然に空気は外側に移動し、混入状態
が解消される。

【００２１】また、既に説明したように、軸受部１６の
内容量やラジアル軸受部１３２の内容量に対して隙間変
化部１５の内容量が大きくなっているため、オイル注入
量や製造時における軸受部１６の内部容量のばらつきが
あったとしても、また、回転体の回転等による浮上や発
熱を原因とする軸受部１６の内容量の変化があったとし
ても、更に、蒸発や内部混入空気によるオイル１７の量
の変化が生じても、軸受部には常にオイル１７が保持さ
れ、また外部に漏れ出すこともない。

【００２２】一方本発明の実施の形態においては、軸受
部１６内に注入するオイル量は、隙間変化部１５の内容
量をＡとするとき、静止安定時において隙間変化部内端
１５ａ，１５ａから、０．１Ａないし０．９Ａの間の位
置となる量に設定されている。

【００２３】すなわち基本的には、隙間変化部１５内に
オイル表面１７ａが位置していれば安定的に保持され問
題を生じないが、経時・環境によりオイル量・内容量な
どに変化が生じてもオイル不足・オイル漏れをなくすた
めには、オイル量（オイル表面１７ａの位置）を隙間変
化部１５内に上記の範囲で充填することによって、通常
使用される環境において充分性能を維持できるものとす
ることができる。

【００２４】さらに本発明の実施の形態においては、図
１０に示すように、両隙間変化部１５，１５における固
定部材としてのスラスト板１２５とオイル１７との接触
角θ1 及び回転部材としての隙間変化部１５自体とオイ
ル１７との接触角θ1 を１５°以上に設定するのが望ま
しい。尚、図１０は隙間変化部１５，１５のうち図２の
上側の隙間変化部１５を示したものである。隙間変化部
１５内にオイル表面１７ａが位置するということは、オ
イル１７は、スラスト板１２５及び隙間変化部１５自体
とある接触角θ1 をもって接することになるので、その
接触角θ1 を１５°以上に設定するのである。

【００２５】次に、本件発明者が種々の研究の結果、オ
イルが外部に漏れることを防止する漏れ防止のために
は、濡れ拡張（はい上がり現象）を防止することが必要
であり、シール部の前後ではオイルを分断させることが
必要であることも知得したので、以下にその内容につい
て説明する。

【００２６】上記のように、濡れ拡張（はい上がり現
象）を防止するためには、多少の環境・条件変化でもオ
イルが濡れ拡張現象が生じない状態を作る必要があり、
そのためには常に（γS ＜γL ＋γSL）の条件を満足さ
せる必要がある。

【００２７】すなわちある固体表面と液体の接触角を考
えたとき、固体表面と液体が平衡を保つ条件は、 γS −γSL＝γL cos θ1 ・・・・・（ヤングの方程式） である。ここで、 γSL：固体液体界面の界面張力（表面張力） γS ：固体の表面張力 γL ：液体の表面張力 θ1 ：固体と液体の接触角 であり、平衡は上記３つの表面張力のバランスで決ま
る。

【００２８】そしてポイントとなるのは上記ヤングの方
程式の（γS −γSL）の値で、固体表面が固体液体界面
に置き変わることによりエネルギーが １）下がる（γS ＞γSL）のか、 ２）上がる（γS ＜γSL）のか、 ３）変わらない（γS ＝γSL）のか、 であり、１）のエネルギーが下がる場合が、漏れた状
態、すなわち、固体液体界面を作った方が安定する状態
で、２）３）の場合が、漏れない状態、すなわち、固体
表面のままの方が安定する状態である。

【００２９】またγS とγSLの差を埋めているのがγL
cos θ1 であり、固体と液体の接触角θ1 にてバランス
をとっている。すなわち（γS −γSL）が大きくなるほ
どθ1 は小さくなり、（γS ＞γL ＋γSL）になると、
固体と液体の接触角θ1 ＝０°になってもバランスがと
れなくなり、固体表面に液体が際限なく広がってしまう
ことになる。固体としてのシャフト面を液体としてのオ
イルがはい上がっていく現象がこれで、水の上にオイル
を垂らすとどんどん広がっていってしまう現象と基本的
に同じである。

【００３０】上記のシャフト面をオイルがはい上がると
いう問題を考えてみるとき、それは（γS ＞γL ＋γS
L）という条件になっているか否かが問題となる。この
式はそのままエネルギーの式であるから、固体（例えば
シャフト）の表面（γS ）は、固体の表面のみ（γS ）
でいるよりも、固体の表面に固体液体界面（γSL）と液
体表面（γL ）を新たに作った方が、エネルギーが下が
り安定することを意味している。従って、このような場
合は、いわゆる固体表面を無くし、新たに固体液体界面
と液体表面を作り、はい上がってゆく漏れ拡散は止まら
ないことを意味している。

【００３１】尚、この問題に、外力（重力、振動衝撃、
遠心力、磁気力、その他の圧力）を加えた場合どうなる
かについては、これらの外力は結果的に圧力という形で
液体表面の曲率を変化させる方向に働くだけであり、平
衡点の関係を変える力はない。従ってこれらの力は、液
体の表面張力の力で平衡点の位置を移動させようとはす
るが、上記のはい上がり現象の下では無力である。

【００３２】このように（γS ＞γL ＋γSL）という条
件になっているかぎり、はい上がり（漏れ拡散）現象は
止まらないから、はい上がり現象を止めるためには（γ
S ＜γL ＋γSL）という条件に変えることが必要であ
る。具体的には固体表面の表面張力を下げる必要があ
る。（γS ＜γL ＋γSL）という条件になれば、上記外
力も液体の表面張力を通して働くようになる。一般に金
属表面は非常に大きな表面張力（エネルギー）を持って
いる。通常は何層かの皮膜が自然に出来、表面張力をか
なり低減しているが、それでも表面張力は大きいため、
この様な（γS ＞γL ＋γSL）条件になってしまう場合
があり、はい上がり現象が起きることとなる。

【００３３】このため、はい上がり現象を防止するため
の対策としては、 （γS ＜γL ＋γSL）という条件にする。 固体表面と液体との実質接触角を出来るだけ大きくす
る。 外力をうまく利用する。 具体的には、上記にそれぞれ対応して、 １）固体表面に金属面が直接表面に出てこないように
し、出来るだけ表面張力の低い材質、例えば撥油剤等で
表面を保護し、（γS ＜γL ＋γSL）という条件にす
る。 ２）固体表面の表面粗度を小さくして、固体表面と液体
との実質接触角をできるだけ大きくする。固体表面に隙
間・溝・傷・凹凸などを出来るだけ作らない。表面積が
多くなるほど実質接触角が小さくなるからである。 ３）はい上がり現象を引き戻す方向に外力が働くように
工夫する。

【００３４】このように固体と液体との接触角θ1 が大
きいほど漏れにくい（保持力が強い）こととなる。その
ためには、両隙間変化部１５，１５におけるスラスト板
１２５又は固定軸１２４とオイル１７との接触角θ1 及
び隙間変化部１５自体とオイル１７との接触角θ1 が１
５°以上に設定する必要がある。具体的には、プラスチ
ック材などの比較的表面張力の低い材料を液体と接触す
る表面に配置すればこれらの条件は満足できる。

【００３５】このため、隙間変化部１５，１５の内壁面
を低表面張力のプラスチック材料から構成しておくと、
低表面張力のプラスチック材料は、オイルの濡れ拡散を
生じにくく毛管現象によるオイル保持にも有効であり特
性も安定で加工性もよいので、実用的な製品を作ること
ができる。このプラスチック材料は、隙間変化部１５，
１５の内壁面にコーティングや塗装等の手段を用いて形
成することができる。また隙間変化部１５，１５の内壁
面に撥油処理やテフロンコーティングを施すようにして
もよい。

【００３６】さらに両隙間変化部１５，１５におけるス
ラスト板１２５又は固定軸１２４に対するオイルの接触
角θ1 と隙間変化部１５自体に対するオイルの接触角θ
1 との差が小さいと漏れ難くなるから、この差を１５°
以下に設定するのがよい。

【００３７】また本実施の形態においては、固体表面の
表面粗度を小さくするため、両隙間変化部１５，１５の
内壁面の面粗度Ｒa は、０．２５μｍ以下に設定されて
いる。両隙間変化部１５，１５の内壁面に凹凸がある
と、その凹凸により毛管現象と同じ状態になる。毛管現
象は、オイルの体積に対してオイル表面が固体と接触す
る面の比率が大きいと起こる現象であり、隙間でなく表
面に凹凸や溝などがあっても同じことである。このため
固体と液体との接触角θ1 ＜９０°の場合、表面に凹凸
や溝があると、その接触角は実質的にはより小さい接触
角に変化し、より濡れ易くなる。従って、両隙間変化部
１５，１５の内周壁の面粗度Ｒa を小さく抑えることに
より、固体と液体との実質接触角を増加させ、漏れ難く
することができる。このように面粗度Ｒa を０．２５μ
ｍ以下に設定することはスラスト板１２５側及び固定軸
１２４側にも必要に応じて適用する。

【００３８】尚、実際には、固体表面の状態によりオイ
ルの接触角に違いが生じるし、また、一度濡れた面は濡
れていない面より濡れ易くオイルの接触角も小さくな
る。例えば、傾斜し汚れているガラス面を水滴が移動す
るとき、ガラスの先端側における水滴の接触角は大き
く、水滴が移動した後の接触角は小さくなる。また、一
度濡れた面は濡れ易く水滴は同じ所を通って落ちてい
く。これは、ミクロ部分の固体表面の形状の違いや表面
張力の違いによるものである。すなわち、表面に凹凸が
あると、接触角が同じでも固体表面の傾斜との合成で曲
率が大きく変化し、そのためマクロ的にみると接触角が
違った状態でバランスがとれることになる。そして表面
張力にムラがあると全体のオイルが撤退して行っても、
凹面や汚れに囲まれたオイルは移動できずに取り残され
てしまい、再度拡張してきたときはマクロでみて接触角
の大きい状態はとれず、その前に残ったオイルとつなが
ってしまう。その結果、接触角が小さい状態となり、通
り易くなって一度濡れたところを何度も通るようにな
る。

【００３９】このような固体表面状態になっていると、
一度何らかの理由で濡れまたはオイル注入時にオイルが
ふれた場合には、その部分は接触角が小さく保持力も小
さくなっており、オイルを通し易くなる。このため軸受
の２箇所の出口、すなわち両隙間変化部１５，１５から
外側にかけては、凹凸（面粗度）を出来るだけ小さく、
汚れ（表面張力のムラ）を出来るだけ小さくする必要が
ある。

【００４０】また固体表面に凹凸や表面張力のムラがあ
る時のマクロ（みかけ）の固体と液体との接触角は次の
ようになるといわれている。

【００４１】凹凸がある場合には、滑らかな（平らな）
面に対する実際の面の表面積の比率をｒとしたとき、マ
クロ（見かけ）の接触角θW （ウエンゼルの接触角と呼
ばれる）は、 cos θW ＝ｒcos θ1 （θ1 ：ミクロ（真実）の接触角） ミクロの接触角がθ1 ＝６０°（cos θ＝０．５）とか
なり大きい場合でも、凹凸でｒ＝２以上あると、マクロ
の接触角がθW ＝０°となり、はい上がり現象（濡れ拡
張）か止まらない状態になってしまう。このことから
も、漏れを防ぐには隙間変化部１５から外側にかけての
面粗度をできるだけ小さく抑え、望ましくは鏡面状態に
するのがよい。

【００４２】一方、表面張力にムラがある場合には、異
なる表面張力の複合面と考えられるから、マクロ（見か
け）の接触角θC （カッシーの接触角と呼ばれる）は、 cos θC ＝Ａ1 cos θ1 ＋Ａ2 cos θ2 となる。但し、Ａ1 ，Ａ2 ：異なる表面張力の占める面
積の比率、θ1 ，θ2 ：異なる表面張力のミクロ（真
実）の接触角である。この場合でも、漏れを防ぐには両
隙間変化部から外側にかけての面粗度をできるだけ小さ
く抑え、望ましくは鏡面状態にするのがよい。

【００４３】次に、両隙間変化部１５，１５の外端から
当該隙間変化部１５，１５の軸方向長さの１／２以内の
位置を基準位置としたとき、その基準位置から外側にか
けての内壁面が、基準位置から軸受部１６側の内壁面よ
り少なくとも１５°以上大きい接触角θ1 を有する材質
あるいは処理表面により形成することも有効である。す
なわち、漏れ難くするには固体と液体との接触角を大き
くするのが一つの方法であるが、何らかの制約条件から
全体の接触角を上げられない場合には、保持に一番必要
な部分のみの接触角を大きくしても効果がある。

【００４４】さらにまた、両隙間変化部１５，１５の大
径側すなわち、外端１５ｂ，１５ｂにおける接触角θ1
が、小径側、すなわち、内端１５ａ，１５ａにおける接
触角より大きくなるように設定しておくことも有効であ
る。

【００４５】すなわち回転部材の回転時には、軸受内の
オイルにも遠心力が働くため、両隙間変化部１５，１５
の半径方向大径側の面の方が小径側の面よりオイルの圧
力が高くなる。このため、大径側・小径側の面とも接触
角が同じ場合には、大径側の固体とオイル表面との接触
点位置の方が小径側の固体とオイル表面との接触点位置
より外側となり、漏れ易く空気を混入し易い条件になっ
てしまう。これに対して大径側の接触角を大きくする
と、接触点の平衡バランスと圧力差から、大径側の固体
とオイル表面との接触点位置と小径側の固体とオイル表
面との接触点位置との差が小さくなり、オイル漏れ・空
気の混入に対して有利となる。

【００４６】尚、両隙間変化部１５，１５の開方向は、
図２において上側の隙間変化部１５は中心に向かう方向
に開口し、下側の隙間変化部１５は回転中心と平行な方
向に開口し、開口の方向が半径方向外方を向かないよう
に設定されている。すなわち回転によって生じるオイル
への遠心力は常に径が大きい側が大きくなるため、この
ような形状とすることによって、遠心力による圧力がオ
イルを漏らす方向には働かなくなり、より安定な状態を
保つことができる。

【００４７】また本発明におけるスラスト軸受装置は、
遠心力を打ち消す方向の動圧力を得るように構成され
る。すなわち遠心力も動圧力も回転し始めて発生する圧
力であり、お互いに打ち消し合うような構成によって安
定状態を得ることができる。

【００４８】さらに本発明においては、外側のラジアル
軸受１３２の動圧発生用溝の外端（図において上側の出
口の場合は上端、下側の出口の場合は下端）が、隙間変
化部内端１５ａに形成される。このような形状とするこ
とによって、軸受部１６側からの隙間傾斜角αは常にα
≧０°状態となり、オイル注入時などに空気が混入しに
くくなるとともに、混入しても外部側へ押し出す方向の
力が加わり、常にオイルを保持しやすい状態が保たれ
る。

【００４９】一方、図３に示されている実施の形態で
は、隙間変化部条件を満足する隙間１５１がラジアル方
向に設けられている。このようにラジアル方向に隙間１
５１を設けることにより、オイル保持のための内容量を
増やすことができ、特に隙間１５１の軸方向の幅を隙間
変化部外端１５ｂと固定軸１２４との間の幅より小さく
抑えることにより、隙間１５１のオイル１７は確実に保
持される。またラジアル方向の隙間１５１は軸方向に大
きな寸法をとらないため、全体の軸方向寸法が抑えられ
るとともに、耐衝撃保持力が有利となる。上記隙間１５
１は、既に説明した隙間変化部１５の条件を満足するも
のであれば、図４及び図５に示すように、半径方向に溝
状の隙間１５２を軸方向に設けるか、或いは孔として形
成することも可能である。なお、スラスト軸受に対して
は、アキシャル方向に隙間変化部条件を満足する隙間を
設ければよい。

【００５０】さらにまた本発明の実施の形態において
は、隙間変化部１５内における隙間傾斜角αを略一定に
形成し、断面が直線状の内壁面に形成するのが、最も加
工の容易な形状であるとともにどの位置でも隙間傾斜角
αがα＞０°であるため、オイルは内側に、空気は外側
にという力が常に働いて安定となり好ましい。

【００５１】また本発明においては、隙間変化部１５の
軸方向区間における２／３以上を、隙間寸法０．４mm以
内の平行隙間（隙間傾斜角α＝０°）に設定してもよ
い。このような形状にすることによって、隙間変化部１
５のスペースが多く取れることとなり、オイル１７のば
らつき・変化をより多く吸収できるとともに、平行隙間
部の隙間間隔を小さく抑えることができ、漏れ難い状態
が確保されることとなる。

【００５２】さらに図６あるいは図７に示されている各
実施の形態においては、軸受部１６の両端部分を連結す
るオイルの循環孔１５３を上記固定軸１２４内に設けて
良い。このオイル循環孔１５３は、隙間変化部内端１５
ａと外側軸受の外側端との間を軸受間に連通させるよう
に形成されている。すなわち軸受内部で発生する動圧力
は非常に大きいため、この動圧力にアンバランスが生ず
るとオイル漏れ圧力を作ってしまうことがある。これに
対して軸受部１６と軸受部１６の外側を循環孔１５３で
つなげることによって、動圧力による圧力差を解消して
漏れ防止に有効となる。またこのように構成することに
より、隙間変化部１５における保持圧力が有効に生かさ
れるようになる。

【００５３】さらにまた本発明においては、図示してい
ないが、隙間変化部１５からその外側にかけて、軸方向
に延在する溝または凸条を設けてもよい。このように構
成すれば、何らかの理由によりオイル１７に空気が混入
した場合に、オイル１７と空気の入れ替えがスムーズに
できる状態が作られ、より確実に空気を外部へ押し出す
ことができる。溝または凸条があると、表面張力により
オイル１７はより隙間の狭い方に、空気はより隙間の広
い方に移動してオイルと空気が分離された状態となるか
らである。さらにこの溝または凸条を、軸方向に外部ま
で形成しておけば、この溝または凸条に沿ってオイル・
空気がぶつからず分離された状態でそれぞれ移動でき、
よりスムーズにオイルと空気の入れ替えをすることがで
きる。

【００５４】一方、本発明の各実施の形態においては、
両隙間変化部１５，１５を軸受部１６側から開口側に向
って４５°以下の角度で開く隙間に形成し、更に、両隙
間変化部１５，１５の 外側の隙間傾斜角も４５°以下
で延長する。このようにすれば、万が一オイル１７がが
本来予定した隙間変化部１５，１５の位置より液面（オ
イル表面）１７ａが上昇したとしても、隙間変化部１
５，１５の固体表面とオイルとは安定状態が得られ、オ
イルの漏れを防止できる。

【００５５】また本発明においては、隙間変化部１５に
おける平均隙間傾斜角は、１０°以上に設定するのが良
い。すなわち外力や相対移動による隙間の変化などによ
るオイルの移動を防ぐには、平均で１０°程度以上の隙
間傾斜角が必要である。

【００５６】さらに本発明の各実施の形態においては、
軸受部１６内におけるオイルに対する空気の比率が２％
以下に設定することが望まれる。空気が内部に混入して
いる場合、空気は気体のためその体積は、圧力に反比例
し、絶対温度に比例する。このため混入する空気の割合
をあるレベル以下に抑えないと気圧・温度の変化により
オイルが漏れたり不足したりする可能性がある。この比
率を真空注入法などにより２％以下に抑えると、混入し
た空気も含んだオイル容量は、０．５気圧に下がった場
合でも２％以下の増加、６０℃上がった場合でも０．４
％以下の増加であり、軸受部１６と隙間変化部１５の容
量比からこれらの変化を十分吸収可能になる。

【００５７】さらに図８に示されている実施の形態にお
いては、オイルとして磁性流体１７’が使用されている
とともに、隙間変化部１５内に半径方向に着磁されたマ
グネット１５４が配置され、固定軸１２４との間で磁気
回路が形成されている。上記磁気回路は、隙間変化部内
端１５ａ側では固定軸１２４との間隔が狭いため磁束密
度が強く、一方隙間変化部外端１５ｂ側では固定軸１２
４との間隔が広いため弱く設定されているとともに、隙
間変化部１５の少なくとも半分以上の区間でほぼ一方向
で一定の磁束密度傾斜の磁界となるように形成されてい
る。

【００５８】このような磁気的条件にすること及び隙間
変化部１５を既に説明したように構成することにより、
磁性流体１７’は、隙間変化部１５の作用だけでなく磁
気力によっても内部へ向かう圧力を受けてより漏れ難い
状態となる。また磁束密度の傾斜を一定にしておくこと
により、多少磁性流体１７’の表面位置１７’a が変化
しても確実にあるレベル以上の磁気力が加わることにな
る。

【００５９】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
の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。例えば、本発明は上述したような軸固定型の装置に
限定されることはなく、モータ以外の軸受を用いたあら
ゆる種類の装置に対しても同様に適用することができ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように本発明にかかる軸受の
シール装置によれば、軸受部に常に充分なオイルを保持
することができるとともに、オイルを安定的に保持して
オイルの外部漏れを良好に防止することができ、外力に
も良好に耐えることができ、装置の信頼性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＨＤＤモータの全体構造を表
した半横断面図である。

【図２】図１に表したＨＤＤモータにおける軸受装置を
示した原理的半横断面説明図である。

【図３】本発明の他の実施の形態における軸受装置の要
部を拡大して表した半横断面説明図である。

【図４】本発明の他の実施の形態における軸受装置の要
部を拡大して表した平面説明図である。

【図５】図４に表した軸受装置の半横断面説明図であ
る。

【図６】本発明のさらに他の実施の形態における軸受装
置を表した半横断面説明図である。

【図７】本発明のさらに他の実施の形態における軸受装
置の要部を拡大して表した半横断面説明図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態における軸受装
置の要部を拡大して表した半横断面説明図である。

【図９】従来の軸受装置の構造を表した横断面図であ
る。

【図１０】図２に示した本発明の軸受のシール装置の要
部を拡大して表した説明図である。

【符号の説明】

１５ 隙間変化部 １６ 軸受部 α 隙間傾斜角

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材に対し回転体を回転自在に支承
   するためのラジアル軸受及びスラスト軸受からなる軸受
   部が設けられ、 該軸受部よりも外側の２個所に隙間変化部が設けられ、
   該隙間変化部の一方側から他方側にかけてオイルが充填
   された軸受のシール装置であって、 上記隙間変化部は、 １）上記軸受部側の隙間変化部内端で該隙間変化部にお
   ける最小隙間を有するとともに、上記軸受部とは逆側の
   隙間変化部外端で該隙間変化部における最大隙間を有
   し、 ２）上記軸受部側から見た上記隙間変化部の角度を隙間
   傾斜角としたとき、上記隙間変化部内端から隙間変化部
   外端にかけての隙間傾斜角が０°以上であり、 ３）上記隙間変化部外端は、上記隙間変化部の対向面に
   対する隙間が０．８mm以下、かつ、隙間傾斜角が４５°
   以下の位置であり、 ４）上記両隙間変化部の内容量を、上記２箇所の隙間変
   化部の間の内容量に対して１０％以上、かつラジアル軸
   受部の内容量に対して１００％以上に設定するととも
   に、 上記隙間変化部外端における隙間間隔が、隙間変化部内
   端における隙間間隔に対して２倍以上に設定されている
   ことを特徴とする軸受のシール装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 静止安定時におけるオイル量が、隙間変化部の内容量を
   Ａとするとき、隙間変化部内端から０．１Ａないし０．
   ９Ａの間の位置となる量に設定されていることを特徴と
   する軸受のシール装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部における回転部材又は固定部材とのオイルの
   接触角は１５°以上に設定されていることを特徴とする
   軸受のシール装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部における回転部材又は固定部材とのオイルの
   接触角の差が、１５°以下に設定されていることを特徴
   とする軸受のシール装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部の内壁面は、低表面張力のプラスチック材料
   から形成されていることを特徴とする軸受のシール装
   置。
6. 【請求項６】 請求項３記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部の内壁面における面粗度Ｒa は、０．２５μ
   ｍ以下に設定されていることを特徴とする軸受のシール
   装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 軸受部に形成した動圧発生用溝が、オイルに作用する遠
   心力を打ち消す方向の動圧力を得るように構成されてい
   ることを特徴とする軸受のシール装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 軸受部に形成した動圧発生用溝の外端が、隙間変化部内
   端まで形成されていることを特徴とする軸受のシール装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１記載の軸受のシール装置におい
   て、 隙間変化部の軸方向区間における２／３以上が、隙間寸
   法０．４mm以内の平行隙間に設定されていることを特徴
   とする軸受のシール装置。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の軸受のシール装置にお
    いて、 軸受部より外側であって隙間変化部との間相互を連通さ
    せるオイル循環孔が設けられていることを特徴とする軸
    受のシール装置。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の軸受のシール装置にお
    いて、 隙間変化部は、隙間変化部内端から隙間変化部外端に向
    って４５°以下の角度で開くように形成されていること
    を特徴とする軸受のシール装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の軸受のシール装置に
    おいて、 隙間変化部内における隙間傾斜角が略一定に形成され、
    断面が直線状の内壁面に形成されていることを特徴とす
    る軸受のシール装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の軸受のシール装置に
    おいて、 隙間変化部における平均隙間傾斜角が、１０°以上に設
    定されていることを特徴とする軸受のシール装置。
14. 【請求項１４】 請求項１記載の軸受のシール装置にお
    いて、 隙間変化部内に磁性流体が充填されているとともに、当
    該磁性流体に対して隙間変化部内端で強くかつ隙間変化
    部外端で弱く設定され、隙間変化部の少なくとも半分以
    上の区間でほぼ一方向かつ一定の磁束密度傾斜の磁界と
    なるように設定された磁気回路が形成されていることを
    特徴とする軸受のシール装置。