JP2001027244A - 冷却ファンモータ用動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、ラジアル軸受機能部とスラスト軸受機
能部とが別部材であり、複数部品，高い組立精度が必要
となっていた。また、羽根の回転によりロータに浮上力
が生じ、これを防止するためステータコイルとロータマ
グネットをずらして配設する必要があり、ファンの厚さ
の増加とノイズの原因となっていた。 【解決手段】 一端が自由端で他端がステータの一部と
して固定される軸と、羽根を有するロータの一部として
該軸に回転可能に遊嵌される軸受スリーブとを備え、該
スリーブはラジアル軸受として機能する部分とスラスト
軸受として機能する部分とが樹脂成形により一体化さ
れ、かつ該スリーブは該羽根により該ステータから該ロ
ータ側方向に空気流を生じる方向に該軸周りで回転する
ことを特徴とする冷却ファンモータ用動圧軸受装置によ
り解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷却ファンモー
タ用動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷却ファンモータに使用される従来の動
圧軸受装置は、図１に示すように、動圧軸受部と、スラ
スト軸受部とから構成される。また動圧軸受部は、通
常、一端が自由端でありその反対端には支持部材を介し
てロータの一部に取り付けられる回転軸であって軸側面
に動圧発生溝８６を有する該回転軸８５と、モータが取
り付けられるケース（固定部）８１上に配置されステー
タコイル８３を支持する支持部材８２と、該支持部材内
部に配置されるスリーブであってその内部に前記回転軸
が遊挿されているラジアル軸受部８８とから構成され
る。一方、該スラスト軸受部は、モータが固定されるケ
ース（固定部）８２外側面に取り付けられ、該スラスト
軸受部の内底部が該回転軸８５の端面に接触支持するこ
とで回転軸８５のスラスト荷重を受けている。

【０００３】従来一般には、ラジアル軸受部８８は金属
製であり、またスラスト軸受部８９は樹脂製であった。
回転軸８５とラジアル軸受部８８若しくはスラスト軸受
部８９間の潤滑材には、起動停止時のスラスト軸受部の
接触に対しての良好な境界潤滑性が必要であるため、合
成油が使用されていた。また、ロータマグネット８４と
ステータコイル８３はそれぞれ、該回転軸８５の径方向
に対向して取り付けられていた。

【０００４】前記のとおり、該回転軸８５はラジアル軸
受部８８内部に軸支されているので、羽根およびロータ
を該回転軸８５に取り付けると、その羽根およびロータ
はラジアル軸受部８８に固定されているステータ８３周
りに回転可能となる。従って、ステータコイル８３が回
転磁界を発生するとロータマグネット８４が反駁し、ロ
ータに取り付けられている羽根が回転する。これによ
り、たとえば、図１中に矢印Ｘで示した方向に空気流が
発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷却ファンモー
タ用動圧軸受では、以下の問題点があった。

【０００６】（イ）ラジアル軸受機能部とスラスト軸受
機能部とが別部材であり、それぞれの部材の構造が複雑
であった。また、少なくとも２点以上の部品点数が必要
となるため、組立工数が多くなった。

【０００７】（ロ）ラジアル軸受機能部とスラスト軸受
機能部とが別部材であるため、その組立時にそれぞれの
部品間の取付直角度等につき、高い組立精度が必要とな
る。そのため、コストダウンが図れない。

【０００８】（ホ）スラスト荷重を支える軸端面の直角
度について高い加工精度を必要とする。

【０００９】（ヘ）スラスト荷重を受ける軸端面とスラ
スト軸受機能部の面がそれぞれ平面であるため、軸端の
エッヂがスラスト軸受機能部材面に接触し、該部材面に
傷がつく。

【００１０】（ト）ラジアル軸受機能部内部の前記スリ
ーブが金属製であるため、潤滑材としての良好な境界潤
滑性の必要性から合成油を使用せざるをえない。合成油
は温度粘度特性が良くないため、モータにとっては、低
温時に必要トルクが大きくなる一方、高温時は負荷容量
が大きく低下する問題が生じていた。

【００１１】（チ）一般に、ロータの羽根の取付角また
はモータの回転方向は機器の配置設計で決まる。従っ
て、たとえば、図１中に示した方向に軸（ロータ）が回
転したときに矢印Ｘで示した方向に空気流が発生する場
合が想定できる。この方向に空気流が発生すると、その
反力として軸にはその空気流と反対方向にロータが浮上
する様なスラスト荷重が発生する（図１中Ｙ）。この浮
上スラスト荷重を打ち消すため、ステータコイルとロー
タマグネットを軸方向に僅かにずらして配置していた。
しかし、コイルとマグネットをずらして配置すると配置
に必要な長さが大きくなるため、ファンの軸方向の厚さ
が増加し、またノイズ発生の原因にもなる可能性を有し
ていた。その一方で、空気流が浮上力を発生しない様に
設計変更をするとすれば、別方向の羽根列を有するロー
タを新たに製作したり、またはモータの回転方向を逆転
させる為の回路設計の変更をする必要があり、コスト上
不利益であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記モータに
おいて、ラジアル軸受機能部と、スラスト軸受機能部と
を射出成形により一体化した樹脂製軸受としている。こ
れにより、構造が単純となり、加工が容易で部品点数が
少なくなり、また動圧発生溝をも同時に製作することが
でき、低コストを実現できる。また、一体化構造によ
り、高い直角度が要求されるラジアル軸受機能部とスラ
スト軸受機能部の組立も不要となり、組立全体の容易化
とひいては性能、耐久性の向上化に優れる。

【００１３】本発明では、さらに、前軸の端面またはス
ラスト軸受機能部の軸受面（軸との接触面）のいずれか
を一方の面を曲面または球面としている。これにより、
軸端面の直角度について高精度が要求されることもな
く、また該回転軸の該端面とスラスト軸受機能部の該軸
受面とが点接触し、スラスト軸受機能部面が傷つくこと
もない。

【００１４】本発明では、さらに、潤滑材として、フッ
素油を用いている。ラジアル軸受機能部とスラスト軸受
機能部とを樹脂製とすることで、潤滑性に代えて温度特
性の良好さで潤滑油を選択できるようになる。これによ
り、起動時または停止時におけるラジアル軸受機能部と
該回転軸との摩擦抵抗（起動，停止時は、該回転軸とラ
ジアル軸受機能部内のスリーブ内面は接触する）も減少
できる。特に、潤滑特性が良くないフッ素油を用いても
低摩擦，耐磨耗性および耐久性を維持でき、低温時での
必要トルクが低く、高温時での負荷容量の低下を少なく
することができる。また、冷却ファンをマイクロプロセ
ッサに使用する場合にあっても、フッ素油では高温時の
揮発が抑制されるので高温域での長期間の寿命も保証で
きる。

【００１５】本発明では、特に、ロータが浮上する様な
スラスト荷重が発生する方向に回転させることが設計上
必要な場合に、羽根の取付角度とモータの回転方向を変
えることなく、従来の回転軸を固定軸としてステータに
固定し、スリーブ側をロータに単純に変更することで、
ロータに作用する力を浮上力から押下力に変えることを
特徴とする。この押下力がかけられることにより、ステ
ータコイルとロータマグネットを軸方向にずらして配置
する従来の制約がなくなり、ファンの必要厚さを減じ
て、またノイズ発生も低下できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、近年、動圧軸受装置が
多く使用される冷却ファンモータの軸受装置に好適であ
る。本発明の冷却ファンモータ用動圧軸受部は、一端は
自由端で他端はステータの一部として固定されている軸
と、羽根を有するロータの一部として該軸に回転可能に
遊嵌される軸受スリーブとを備え、該スリーブはラジア
ル軸受として機能する部分とスラスト軸受として機能す
る部分とが樹脂成形により一体化されていることを特徴
とする。さらに加えて、該スリーブは該羽根により該ス
テータから該ロータ側方向に空気流を生じる方向に該軸
周りで回転することを特徴としている。ここにおいて使
用される樹脂材料は、マトリックス樹脂として耐熱性を
有し、かつ成形精度が良好で、高温においても剛性を維
持できるものが好ましい。この樹脂としてポリフェニレ
ンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳと呼ぶ）、ポリブチ
レンテレフタレート樹脂、またはポリエチレンテレフタ
レート樹脂を使用することができる。

【００１７】又、ロータが回転時に振れを生じないよ
う、更に成形精度を向上し、線膨張係数を小さく押さ
え、温度による径方向隙間の変化を抑制し、樹脂に繊維
状または粉末状の強化材を配合することが好ましい。こ
の繊維状の強化材として、炭素繊維（以下、ＣＦと呼
ぶ）またはガラス繊維を使用することができる。一方、
粉末状の強化材としては、ガラス粉末、ガラスビーズ、
シリカ、炭酸カルシウムを使用することができる。以下
の実施例では体表例として、ＰＰＳにＣＦを充填した材
料としている。

【００１８】また、動圧軸受において、ローターの回転
初期には、軸とスリーブは短時間であるが接触すること
があり、そのため、耐摩耗性も要求される。この場合に
おいて、耐摩耗性、摺動性を改良する充填材を更に前記
繊維に配合することがより好ましい。この充填材として
ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末や、炭化フェノー
ル粒子などが使用できる。これらには１種又は２種以上
の充填材を組み合わせることもできる。

【００１９】

【実施例】実施例１について図面を参照して説明する。
図２に示すように、本実施例は主にケース１，ケース２
内に配設されるステータ４およびロータ１０から構成さ
れる。ステータ４は、ステータコア６にステータコイル
５を備えた構造である。ステータ４は、ケース１の一部
に設けられる軸方向に突起した円筒状のステータコアサ
ポート７上にステータコア６が取り付けられるように配
設されている。ケース１の中心部には固定軸３がケース
１から突出するように設けられている。ロータ１０は、
樹脂製の動圧軸受けであるスリーブ１１と、羽根１２
と、スリーブ１１と羽根１２を連結させる支持部材１３
とからなっている。ロータ１０は、スリーブ１１が固定
軸３にかぶせられる形で取り付けられる。支持部材１３
には、ステータ４に対向するように、ロータマグネット
１４が取り付けられている。

【００２０】ここでスリーブ１１は、前記の通り、従来
のラジアル軸受機能部とスラスト軸受機能部を一体化し
た樹脂動圧軸受であって、ＰＰＳにＣＦの他一種類以上
の充填材を充填した樹脂材料で形成されている。スリー
ブは、固定軸３が遊嵌されており、固定軸３とスリーブ
１１の隙間は潤滑材としてのフッ素油で満たされてい
る。固定軸端面に接触するスリーブ内側面または固定軸
３の端部のいずれか一方は平面ではなく、曲面または球
面形状となっている。これにより、固定軸３とスリーブ
１１は面接触ではなく、点接触とすることができる。

【００２１】モータの回転は、ステータ４が発生する磁
界と、ロータマグネット１４の磁界とが反撥することで
形成される。上記のとおり、スリーブ１１は固定軸に遊
嵌されているので、たとえば、図２中矢印ａで示す方向
に回転すればロータ１０の外周に設けた羽根１２が回転
し、図２中矢印ｂ方向に空気流が発生する。この実施例
の場合、空気流がステータ側からロータ側に発生するの
で、その反力としてロータをステータに押しつける力が
発生する。

【００２２】起動，停止時においては、固定軸３はスリ
ーブ１１の内側面と接触しており、一方、固定軸３の端
面１７がスリーブ１１の曲面または球面状底面と点接触
することで、スリーブ１１のスラスト荷重が支えられて
いる。一旦回転すると、その回転によって、スリーブ１
１内側の側面（図２中破線にて示した動圧溝はスリーブ
の内側の側面に設けられていることを表す）に設けた動
圧発生溝１６により潤滑油に、たとえば本実施例ではフ
ッ素油に、圧力が発生し、スリーブ１１が固定軸３によ
って一定の隙間をもって支持されながら、両者非接触で
回転する。

【００２３】このように、従来ではラジアル軸受機能部
とスラスト軸受機能部が別個の部品とされていたとこ
ろ、本発明では動圧発生溝を有するラジアル軸受機能部
と、スラスト軸受機能部とを射出成形により一体化した
樹脂製スリーブ１１とすることによって、動圧発生溝１
６もこの射出成形時に同時に設けることができるので、
加工が容易となり、また部品点数の削減と組立の容易化
も相俟って、コストの低減が可能となる。

【００２４】さらに、ラジアル軸受機能部も樹脂製であ
るため、起動時の摩擦抵抗も減少でき、軸受全体として
低摩擦で耐摩耗に優れる。また、樹脂材料をＰＰＳにＣ
Ｆを充填した材料としたことにより、寸法安定性に優
れ、より低摩擦で耐摩耗に優れる。

【００２５】また、温度粘度特性のよいフッ素油を用い
た（潤滑特性の良くないフッ素油を用いても、低摩擦で
耐摩耗に優れる前記樹脂一体だから耐久性に優れる）こ
とにより、低温時のトルク増大が少なく、高温時でも負
荷容量の低下が少ない。

【００２６】また、固定軸端面に接触するスリーブ内側
の底面、または固定軸端面のいずれかを曲面または球面
形状にした点接触でスラスト荷重を受ける構造のため、
低摩擦で軸のエッヂでスラスト軸受機能面を傷つけるこ
ともない。

【００２７】本発明の実施例２を図３を参照しながら説
明する。実施例２は、ステータコアサポート１５が固定
軸周囲にスリーブ２１を受容するように配置した点が前
記実施例１（図２）と異なる。これにより内部空間の余
裕が大きくなるので、支持部材２３の半径を小さくする
ことができ、その分だけ羽根２２を固定軸側に大きくす
ることができる。この構造では、ステータ２４は軸方向
外向きに配置され、一方ロータマグネット３４は、この
ステータ２４に対向するように羽根２２の裏側にあたる
支持部材２３上に配置される。この実施例では支持部材
２３は小さくできるので、支持部材加工コストの削減が
可能となる。同一の風力を発生させるために必要な羽根
２２を考慮すれば、羽根２２の外形を実施例１の場合よ
り小さくできることにもつながる。この実施例２のよう
にステータコイルサポートを固定軸周囲に配設すること
で特に、ロータマグネット２４を羽根側に取り付けるこ
とができ、実施例１の場合と比較して大きなマグネット
とできる利点を有する。

【００２８】図４に示す本発明の実施例３では、前記実
施例２の場合において、支持部材３３と羽根３２を樹脂
で一体成形したものである。これにより、ロータの製造
コストを削減できる利点を有する。また、この実施例で
は、ロータマグネット４４を羽根３２が取り付けられて
いる支持部材３３上に取り付けるために、金属製のヨー
ク３５がロータマグネット４４と支持部材３３の間に挿
入している。

【００２９】図５に示す本発明の実施例４では、ケース
の空気流出口４０を側面に設け、一方、ロータに対抗す
る面にヒートシンク４１としてケースの一部に設けた点
が異なっている。この構造では、羽根の回転によって発
生した空気流を一旦ケースのヒートシンク４１に当てた
上で、出口４０から空気を外部に出している。つまり、
空気流によりヒートシンク４１が強制冷却され、このヒ
ートシンク４１を取り付けた機器、たとえばマイクロプ
ロセッサユニット（ＭＰＵ）４６の冷却ができる。この
場合も、空気流は必ずステータ側からロータ側に発生し
ているので、本発明の特徴であるスリーブを固定軸に押
しつける力が発生する。

【００３０】これまで示した実施例において、各部材、
特に樹脂スリーブの外径形状は本実施例に示した形状に
限られない。従って、形が異なっていたり、またはフラ
ンジ等が設けられていても良い。また、実施例に示した
動圧溝のパターンは一例であってこれに限られず、動圧
軸受として機能する溝パターンおよび溝幅比を有してい
れば良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３２】動圧軸受部において、ラジアル動圧軸受部
とスラスト軸受機能部とを射出成形による樹脂製の一体
化スリーブとすることで、動圧発生溝も当該スリーブ製
作時に同時に設けられる。これにより、部品点数を削減
でき、また加工が容易なので組立も容易となり、ひいて
は低コストとができる。

【００３３】また、当該樹脂材料をＰＰＳにＣＦを充填
した材料としたことで、スリーブは寸法安定性に優れ、
低摩擦かつ耐摩耗に優れているので、従来の技術と比較
して耐久性を有している。ここでラジアル軸受機能部も
樹脂製であるため、特に、回転軸が当該スリーブに接触
している起動時における摩擦抵抗も減少できる。

【００３４】また、当該スリーブの底面または回転軸の
端面のうちいずれか一方を曲面または球面にして点接触
でスラスト荷重を受ける構造とすることで、低摩擦を実
現し、また軸のエッヂでスラスト軸受機能面を傷つける
こともない。

【００３５】回転によりステータ側からロータ側に空気
流を発生させることにより、空気流の反力で、スリーブ
を固定軸に押しつける力が発生する。従って、ステータ
コイルとロータマグネットとを軸方向にずらさなくても
よいため、ファンの軸方向の厚さの増加を回避し、また
ノイズ発生も低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術における冷却ファンモータ部軸受断
面図である。

【図２】実施例１の軸受装置を使用した冷却ファンモー
タ部軸受断面図である。

【図３】実施例２の軸受装置を使用した冷却ファンモー
タ部軸受断面図である。

【図４】実施例３の軸受装置を使用した冷却ファンモー
タ部軸受断面図である。

【図５】実施例４の軸受装置を使用した冷却ファンモー
タ部軸受断面図である。

【符号の説明】

１ ケース１ ２ ケース２ ３ 固定軸 ４，２４，８３ ステータ ５ ステータコイル ６ ステータコア ７，１５ ステータコアサポート １０ ロータ １１，２１ スリーブ １２，２２，３２ 羽根 １３，２３，３３，８２ 支持部材 １４，３４，４４，８４ ロータマグネット １６，８６ 動圧発生溝 １７ 固定軸端面 ３５ ヨーク ４０ 空気出口 ４１ ヒートシンク ４６ マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ） ８１ ケース ８５ 回転軸 ８８ ラジアル軸受部 ８９ スラスト軸受部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 7/14 Ｈ０２Ｋ 7/14 Ａ Ｆターム(参考） 3H022 AA03 BA06 CA11 CA14 CA18 CA54 CA59 DA01 DA07 DA11 DA13 DA19 DA20 3J011 AA10 BA04 BA10 CA02 SC01 5H607 AA04 BB01 BB14 BB25 CC01 DD03 DD08 EE10 FF04 GG01 GG02 GG07 GG12 KK07

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が自由端で他端がステータの一部と
   して固定される軸と、羽根を有するロータの一部として
   該軸に回転可能に遊嵌される軸受スリーブとを備え、 該スリーブはラジアル軸受として機能する部分とスラス
   ト軸受として機能する部分とが樹脂成形により一体化さ
   れていて、かつ該羽根により該ステータから該ロータ側
   に向かって空気流を生じる方向に該軸周りに回転するこ
   とを特徴とする冷却ファンモータ用動圧軸受装置。