JP2004190791A

JP2004190791A - 動圧軸受及びこれを用いたファンモータ

Info

Publication number: JP2004190791A
Application number: JP2002359883A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Takeshita; 和美竹下; Takanari Otsuki; 貴成大槻; Hidenobu Takeshita; 英伸竹下; Masahiro Ishikawa; 雅裕石川
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】ファンモータに用いられる動圧軸受において、オイルの漏れを生じにくくする。
【解決手段】動圧軸受４は、ファンモータ１に用いられるものであって、シャフト１５とスリーブ１１とを備えている。スリーブ１１は、シャフト１５の周りに相対回転可能に配置され、シャフト１５の外周面１５ａとの間に微少間隙３４を介して対向し動圧発生用溝２５，２６が形成された内周面３１ａ，３２ａを有する。シャフト１５の外周面１５ａと、スリーブ１１の内周面３１ａ，３２ａと、微少間隙３４に充填されたオイルとによって第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２が構成されている。スリーブ１１は、内周面３１ａ，３２ａを構成する焼結含油金属からなる第１筒状部材３１，３２と、第１筒状部材３１，３２の外周側に配置された焼結含油金属からなる第２筒状部材３３とを有している。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結含油金属材が用いられる動圧軸受及びそれが用いられるファンモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファンモータとは、送風用に作られたモータのことをいい、モータ本体の回転部材に送風部としてのファン（羽根）が取り付けられて構成されている。ファンモータに要求される機能は、一般に、低騒音・超寿命である。ファンモータの用途は、例えば、パーソナル・コンピュータに装着され、内部の熱を外部に放出することである。ファンモータは、装着される機器の装着される部分によって姿勢が異なり、結果として様々な姿勢で使用されることになる。
【０００３】
ファンモータは、一般に、機器に装着される静止部材と、静止部材に対して回転自在に支持される回転部材と、回転部材を静止部材に対して支持するための軸受機構と、回転部材に固定されたファンとから構成されている。
ファンモータ用の軸受機構としては、焼結含油金属製のスリーブからなるすべり軸受を採用したものが知られている。焼結含油金属とは、銅系や鉄系の焼結材からなる多孔質体であり、約２０vol％の気孔を有している。スリーブは、主成分金属粉末に添加合金用金属粉及び黒鉛を混合して金型に充填し、圧縮成形、焼結、サイジング又は仕上げを施して製造される。このスリーブは、潤滑油を含浸しており、流出してきた潤滑油によって自己潤滑性を発揮する。
【０００４】
ファンモータ用の軸受装置としてすべり軸受を用いる場合において、耐摩耗性やオイル保持量といった特性を鑑み、スリーブとして内周部と外周部とで別の焼結含油金属からなる筒状部材を用いる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の軸受部材３は、外周側に配置される第１部１１と、内周側に配置された第２部とから構成されている。第１部１１はオイルの含有量を重視ししてオイル含油量を多くし（つまり密度を低くし）、第２部１２は耐摩耗性を重視してオイルの含有量を少なくしている（つまり密度を高くしている）。
【０００５】
しかしながら、すべり軸受ではスリーブがシャフトを接触摺動しながら支持しているため、摺動する側に耐摩耗性を考慮した部材を使用した場合であっても、依然として摩耗粉が発生するという問題を抱えている。
一方、ファンモータの軸受機構において、前述の金属接触の問題を回避するために、動圧軸受を採用したものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に記載の動圧軸受では、スリーブの内周面に動圧発生用溝が形成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３１１７１７号
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２５２８５９号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
動圧軸受をファンモータに採用した場合は、ファンモータはこれが用いられるパーソナルコンピュータ等への機器に対して様々な姿勢で取付けられることから、通常の動圧軸受機構では作動流体であるオイルの漏れが生じやすく、耐久性や信頼性が損なわれる懸念がある。
【０００９】
動圧軸受からのオイルの漏れを防止するためには、シール構造の機能を向上させることが一つの解決策であるが、そのためには隙間シールの設定や部品の高精度化が必要になり、その結果シール構造が複雑化してしまう。したがって、シール構造の機能向上以外の方法によってオイルの漏れを防止することも検討する必要がある。
【００１０】
一方、動圧軸受に焼結含油金属製のスリーブを用いた場合は、スリーブを大型化して余剰のオイルを含浸させておくことで、動圧軸受からオイルが漏れにくくすることができる。しかし、動圧軸受に用いられる焼結含油金属製のスリーブの大型化は一般に困難である。なぜなら、スリーブの内周面に溝を加工する際には内周面に配置されたパンチや転写ヘッドに対して外周面からスリーブを押さえつけるが、スリーブを大型化すると多孔質体の性質によって内周面まで十分な圧力を伝達できず、十分な深さの溝痕を得られないからである。
【００１１】
本発明の課題は、焼結含油金属材が用いられる動圧軸受において、オイルの漏れを生じにくくすることにある。
また本発明の別の課題は、動圧軸受を用いたファンモータにおいて、耐久性並びに信頼性を向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の動圧軸受は、ファンモータに用いられるものであって、シャフトとスリーブとを備えている。スリーブは、シャフトの周りに相対回転可能に配置され、シャフトの外周面との間に微少間隙を介して対向し動圧発生用溝が形成された内周面を有する。シャフトの外周面と、スリーブの内周面と、微少間隙に充填されたオイルとによってラジアル動圧軸受部が構成されている。スリーブは、内周面を構成する焼結含油金属からなる第１筒状部材と、第１筒状部材の外周側に配置された焼結含油金属からなる第２筒状部材とを有している。
【００１３】
この動圧軸受では、スリーブとシャフトが相対回転すると、ラジアル動圧軸受部においてスリーブの内周面の動圧発生用溝によってオイルに動圧が発生し、スリーブ及びシャフトのうち回転する側の部材を静止する側の部材に対して支持する。また、オイルはスリーブから微少間隙すなわちラジアル動圧軸受部に供給される。
【００１４】
さらに、この動圧軸受では、スリーブは焼結含油金属から構成され、動圧発生用溝が形成される内周側に焼結含油金属からなる第１筒状部材を用い、外周側に焼結含油金属からなる第２筒状部材を用いた二重筒構造となっている。第１筒状部材はスリーブ全体からは小型であるため、所望の動圧発生に十分な動圧発生用溝を形成することができる。第２筒状部材は溝の形成の問題を考慮する必要がないため、大型化できる。この結果、スリーブは、全体の密度が同じ焼結含油金属からなるスリーブに比べて、含油量を大きくできる。このため、スリーブ内に余剰オイルを十分に含浸させることができ、動圧軸受からのオイルの漏れが少なくなる。以上の結果、この動圧軸受をファンモータ用軸受装置として用いた場合に、ファンモータが通常であればオイルが漏れやすい姿勢で他の機器に対して用いられたとしても、動圧軸受からオイルの漏れが生じにくく、動圧軸受としての耐久性や信頼性が維持される。
【００１５】
請求項２に記載の動圧軸受では、請求項１において、第２筒状部材は第１筒状部材より密度が低い。
この動圧軸受では、第２筒状部材は第１筒状部材より密度が低いため、含油量を大きくできる。このため、スリーブ内に余剰オイルを十分に含浸させることができ、動圧軸受からのオイルの漏れが少なくなる。
【００１６】
請求項３に記載の動圧軸受では、請求項２において、第１筒状部材の密度は6.5〜7.5g/cm³の範囲にあり、第２筒状部材の密度は5〜6g/cm³の範囲にある。
この動圧軸受では、第１筒状部材の密度が6.5〜7.5g/cm³の範囲にあるため、動圧の逃げが防止され、所望の軸受剛性が得られる。また、第２筒状部材の密度が5〜6g/cm³の範囲にあるため、スリーブ内に収容できるオイルの量が十分に確保されている。
【００１７】
請求項４に記載のファンモータは、請求項１〜３のいずれかに記載の動圧軸受と、ステータと、ステータと協働して回転磁界を発生するためのロータマグネットと、ロータマグネットを含むファンとを備えている。
このファンモータでは、ステータに電流が供給されるとロータマグネットとの間に回転磁界が発生して、シャフト及びスリーブの一方に対して他方が回転を開始する。この結果、ファンが回転して空気を送り出す。
【００１８】
さらに、このファンモータでは、請求項１〜３のいずれかに記載の動圧軸受を採用しているため、ファンモータが通常であればオイルが漏れやすい姿勢で他の機器に対して用いられたとしても、動圧軸受からのオイル漏れが生じにくく、動圧軸受の耐久性や信頼性が維持される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（１）ファンモータ全体の構成
図１は本発明の一実施形態としてのファンモータ１の概略構成を模式的に示す縦断面図である。このファンモータ１は、例えば、パーソナルコンピュータに装着され、内部の排熱を行うためのファンモータである。
【００２０】
なお、図１に示すＯ−Ｏがファンモータ１の回転軸線である。また、本実施形態の説明では便宜上図１の上下方向を「軸線上下方向」とするが、ファンモータ１の実際の取り付け状態における方向を限定するものではない。
図１において、このファンモータ１は、主に、静止部材２と、回転部材３と、回転部材３を静止部材２に回転自在に支持するための動圧軸受４とを備えている。ファンモータ１は、さらに、静止部材２に固定されたステータコアとそれに巻かれたコイルからなるステータ６と、回転部材３に固定されたロータマグネット７を備えており、両部材によって、回転部材３に対して回転力を与えるための磁気回路部が構成されている。
【００２１】
（２）静止部材
静止部材２は、ハウジング１０と、このハウジング１０の中央開口内に固定されたスリーブ１１とから構成されている。より詳細には、ハウジング１０の中央開口縁には軸線方向上側に延びる円筒部１０ａが形成されており、その内周面にスリーブ１１の外周面が嵌合されている。また円筒部１０ａの外周面には、ステータ６が固定されている。
【００２２】
スリーブ１１は、図２及び図３に示すように、円筒状の部材であり、その略中央部には、軸線方向に貫通する貫通孔３０が形成されている。スリーブ１１は、内周側の２つの第１筒状部材３１，３２と、外周側の第２筒状部材３３とから構成されている。第１筒状部材３１，３２は、第２筒状部材３３に比べて軸線方向長さ及び半径方向長さ（厚み）が短い。第１筒状部材３１，３２は、第２筒状部材３３内に嵌入され、圧入及び／又は接着によって固定されている。なお、この実施形態では第１筒状部材３１，３２は軸線方向に近接しており、端部同士が当接又は近接している。
【００２３】
以上に述べたように、第１筒状部材３１，３２がスリーブ１１の内周部を構成しており、それらの内周面３１ａ，３２ａがスリーブ１１の内周面となっている。また、第２筒状部材３３がスリーブ１１の外周部を構成しており、第１筒状部材３１，３２を保持するとともに自らがハウジング１０の円筒部１０ａに固定されている。具体的には、第２筒状部材３３は、ハウジング１０の円筒部１０ａの内周側に形成された受け部１０ｂに着座し、外周面が円筒部１０ａの内周面に嵌入されている。
【００２４】
第１筒状部材３１，３２及び第２筒状部材３３は、ともに、焼結含油金属からなり、多孔質体である。したがって、第１筒状部材３１，３２及び第２筒状部材３３はオイルを内部に吸収しさらに外部に放出する機能を有している。一方、第１筒状部材３１，３２は第２筒状部材３３に比べて金属密度が高くなっている。言い換えると、第１筒状部材３１，３２は第２筒状部材３３に比べて開口率が低く、より緻密である。このことから、第１筒状部材３１，３２は第２筒状部材３３に比べて含油率が低くなる。
【００２５】
なお、この実施形態では、第１筒状部材３１，３２の密度は約7g/cm³であり、第２筒状部材３３の密度は約5.5g/cm³である。この結果、第１筒状部材３１，３２の含油率は約15vol％であり、第２筒状部材３３の含油率は約25vol％である。
（３）回転部材
回転部材３は、スリーブ１１に対して動圧軸受４を介して回転自在に支持された部材であって、ロータ１４と、ロータ１４の内周側に位置し、動圧軸受４を介してスリーブ１１に軸支されるシャフト１５とを備えている。
【００２６】
ロータ１４は、静止部材２やステータ６の上方に近接して配置されている。ロータ１４の筒状部１４ａの内周面には、接着等の手段によってロータマグネット７が固定されている。ロータマグネット７はステータ６に半径方向に微小間隙をもって対向している。そして、ステータ６に通電することにより、ステータ６とロータマグネット７との電磁相互作用により、回転部材３にトルクが作用する。
【００２７】
ロータ１４の筒状部１４ａの外周面には、複数のファン（羽根）１６が取り付けられている。なお、ハウジング１０は、複数本のアーム（不図示）によってファンモータ１を支持すると共に、ファン１６の外周部を取り囲み空気流路１０ｃを形成している。
シャフト１５の軸線方向上側端部は、ロータ１４の中心孔内に嵌合されている。なお、以上に述べた嵌合方法としては、圧入や接着などがある。シャフト１５の本体部分は、スリーブ１１の貫通孔３０内に配置されている。このため、シャフト１５の外周面１５ａと、スリーブ１１の内周面（第１筒状部材３１，３２の内周面３１ａ，３２ａ）との間には、軸線方向にわたって微少間隙３４が確保されている。この微少間隙３４内には、スリーブ１１から供給されるオイルが充填されている。
【００２８】
（４）軸受機構
動圧軸受４は、回転部材３を静止部材２に対して、より具体的には、ロータ１４及びシャフト１５をスリーブ１１に対して潤滑油を介して回転自在に支持するための流体動圧軸受である。動圧軸受４は、第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２と、スラスト軸受部２３とを有している。以下、図２を用いて、スリーブ１１やシャフト１５の構造に触れながら、各軸受部２１〜２３の構造を説明していく。
【００２９】
▲１▼ラジアル軸受部
スリーブ１１の内周面３１ａ，３２ａは、シャフト１５の外周面１５ａとの間に潤滑油が保持されるラジアル微小間隙を確保するように対向している。内周面３１ａ，３２ａには、図３に示すように、潤滑油中に動圧を発生するための周方向に配列された複数本のヘリングボーン状動圧発生用溝２５，２６がそれぞれ形成されている。つまり、スリーブ１１の内周面には動圧発生用溝２５，２６が軸線方向に並んで形成されている。このように、スリーブ１１の内周面３１ａ，３２ａと、シャフト１５のの外周面１５ａと、その間の微少間隙３４内の潤滑油とによって、第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２が軸線方向に並んで構成されている。
【００３０】
この第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２において、スリーブ１１は焼結含油金属から多孔質体であるため、スリーブ１１に含浸されたオイルはポンピング作用によって微少空隙から出入りする。したがって、オイルは、スリーブ１１内部の細孔内に保持されながらも、スリーブ１１と微少間隙３４との間で循環して微少間隙３４内に潤滑油膜を形成し、動圧発生用溝２５，２６の作用によって動圧を発生させてシャフト１５を支持する。
【００３１】
▲２▼スラスト軸受部
ハウジング１０の中央部の軸線方向上側面には円板状のスラスト受け部材３８が配置されている。スラスト受け部材３８は耐摩耗性・摺動性がよい樹脂材料から形成されている。シャフト１５の先端面１５ｂは球面状になっており、スラスト受け部材３８に当接している。このように、ハウジング１０のスラスト受け部材３８とシャフト１５の先端面１５ｂとによって、スラスト軸受部２３が形成されている。
【００３２】
▲３▼シール機構
動圧軸受４は、さらに、シール機構４０を有している。シール機構４０は、スリーブ１１の軸線方向上側に配置されており、スリーブ１１及び微少間隙３４内のオイルが外部に漏れ出るのを防止している。具体的には、シール機構４０は、ロータ１４の中心部においてシャフト１５の周りに延びる筒状部１４ｂと、ステータ６及び円筒部１０ａに固定されたプレート４２とから構成されている。筒状部１４ａ及びプレート４２には半径方向に延びる環状の突起部が形成されており、プレート４２の突起部は筒状部１４ａの突起部に対して軸線方向上側に配置されている。
【００３３】
（５）動作
ステータ６に通電されると、ステータ６及びロータマグネット７の磁気回路部の作用によって、回転部材３がファン１６とともに、第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２及びスラスト軸受部２２を介して支持された状態で、静止部材２に対して回転する。
【００３４】
このとき、第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２において、シャフト１５の外周面１５ａとスリーブ１１の内周面３１ａ、３２ａとの微少間隙３４内のオイルは、動圧発生用溝２５，２６の作用によってラジアル荷重支持圧を発生する。
以上の結果、ファン１６が風を軸線方向片側に送り出す。
（６）スリーブの構造による効果
▲１▼別個の焼結含油金属製筒状部材を用いてスリーブを構成したことによる効果
この動圧軸受４（具体的には、第１及び第２ラジアル軸受部２１，２２）では、スリーブ１１は焼結含油金属から構成され、動圧発生用溝２５，２６が形成される内周側に第１筒状部材３１，３２を用い、外周側に焼結含油金属からなる第２筒状部材３３を用いた二重筒構造となっている。
【００３５】
第１筒状部材３１，３２はスリーブ１１全体からは小型であるため、所望の動圧発生に十分な動圧発生用溝２５，２６を形成することができる。第２筒状部材３３は、溝の形成の問題を考慮する必要がないため、大型化できる。この結果、スリーブ１１は、全体の密度が同じ焼結含油金属からなる従来のスリーブに比べて含油量を大きくできる。このため、スリーブ１１内に余剰オイルを十分に含浸させることができ、動圧軸受４からのオイルの漏れが少なくなる。以上の結果、この動圧軸受４が採用されたファンモータ１が通常であればオイルが漏れやすい姿勢で他の機器に対して用いられたとしても、動圧軸受４からオイルの漏れが生じにくく、動圧軸受としての耐久性や信頼性が維持される。
【００３６】
なお、スリーブ１１の含油量を多くすることで動圧軸受４からのオイルの漏れを減らしているため、シール機構４０の構造を簡素化できる。
▲２▼外周側の筒状部材の密度を内周側の筒状部材より低くしたことの効果
スリーブ１１において、第２筒状部材３３は第１筒状部材３１，３２より密度が低い。したがって、第２筒状部材３３の含油量を大きくできる。このため、スリーブ１１内に余剰オイルを十分に含浸させることができ、動圧軸受４からのオイルの漏れが少なくなる。
【００３７】
▲３▼具体的な数値の限定による効果
動圧軸受４では、第１筒状部材３１，３２の密度は6.5〜7.5g/cm³の範囲にあり、第２筒状部材３３の密度は5〜6g/cm³の範囲にあることが好ましい。第１筒状部材３１，３２の密度が6.5〜7.5g/cm³の範囲にある場合は、密度が十分に高いため、スリーブ１１内に吸収される潤滑油の量が抑えられ（動圧の逃げが防止され）、所望の軸受剛性が得られる。また、第２筒状部材３３の密度が5〜6g/cm³の範囲にある場合は、スリーブ１１内に収容できるオイルの量が十分に確保される。
【００３８】
なお、第１筒状部材３１，３２の開口率は2〜15％の範囲にあり、第２筒状部材３３の開口率は15〜30％の範囲にあることが好ましい。
さらに第１筒状部材３１，３２の含油率は10〜15vol％の範囲にあり、第２筒状部材３３の含油率は15〜30vol％の範囲にあることが好ましい。
（７）他の実施形態
本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００３９】
図４に示すように、スリーブ１１’において２個の第１筒状部材３１，３２同士は第２筒状部材３３内で軸線方向に離れて配置されている。この場合は前記実施形態に比べてスリーブ１１’の軸線方向寸法が大きくなっている。
第１筒状部材は１つであってもよい。
第１筒状部材の内周面に形成される動圧発生用溝はヘリングボーン状に限定されない。スパイラル状、直線状など他のものであってもよい。
【００４０】
スラスト軸受部の構造は前記実施形態に限定されない。スラスト面の一方に動圧発生用溝が形成されているスラスト動圧軸受であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に記載の動圧軸受では、スリーブは焼結含油金属から構成され、動圧発生用溝が形成される内周側に焼結含油金属からなる第１筒状部材を用い、外周側に焼結含油金属からなる第２筒状部材を用いた二重筒構造となっている。第１筒状部材はスリーブ全体からは小型であるため、所望の動圧発生に十分な動圧発生用溝を形成することができる。第２筒状部材は溝の形成の問題を考慮する必要がないため、大型化できる。この結果、スリーブは、全体の密度が同じ焼結含油金属からなるスリーブに比べて、含油量を大きくできる。このため、スリーブ内に余剰オイルを十分に含浸させることができ、動圧軸受からのオイルの漏れが少なくなる。以上の結果、この動圧軸受をファンモータ用軸受装置として用いた場合に、ファンモータが通常であればオイルが漏れやすい姿勢で他の機器に対して用いられたとしても、動圧軸受からオイルの漏れが生じにくく、動圧軸受としての耐久性や信頼性が維持される。
【００４２】
請求項２に記載の動圧軸受では、第２筒状部材は第１筒状部材より密度が低いため、含油量を大きくできる。このため、スリーブ内に余剰オイルを十分に含浸させることができ、動圧軸受からのオイルの漏れが少なくなる。
請求項３に記載の動圧軸受では、第１筒状部材の密度が6.5〜7.5g/cm³の範囲にあるため、動圧の逃げが防止され、所望の軸受剛性が得られる。また、第２筒状部材の密度が5〜6g/cm³の範囲にあるため、スリーブ内に収容できるオイルの量が十分に確保されている。
【００４３】
請求項４に記載のファンモータでは、請求項１〜３のいずれかに記載の動圧軸受を採用しているため、ファンモータが通常であればオイルが漏れやすい姿勢で他の機器に対して用いられたとしても、動圧軸受からのオイル漏れが生じにくく、動圧軸受の耐久性や信頼性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るファンモータの縦断面概略図。
【図２】図１の部分拡大図であり、本発明に係る動圧軸受の縦断面概略図。
【図３】スリーブの縦断面図。
【図４】他の実施形態におけるスリーブの縦断面図。
【符号の説明】
１ファンモータ
２静止部材
３回転部材
１１スリーブ
１４ロータ
１５シャフト
２１第１ラジアル軸受部
２２第２ラジアル軸受部
３１，３２第１筒状部材
３３第２筒状部材
３４微少間隙

Claims

シャフトと、
前記シャフトの周りに相対回転可能に配置され、前記シャフトの外周面との間に微少間隙を介して対向し動圧発生用溝が形成された内周面を有するスリーブとを備えた動圧軸受であって、
前記シャフトの外周面と、前記スリーブの内周面と、前記微少間隙に充填されたオイルとによってラジアル動圧軸受部が構成され、
前記スリーブは、前記内周面を構成する焼結含油金属からなる第１筒状部材と、前記第１筒状部材の外周側に配置された焼結含油金属からなる第２筒状部材とを有している、
動圧軸受。
前記第２筒状部材は前記第１筒状部材より密度が低い、請求項１に記載の動圧軸受。
前記第１筒状部材の密度は6.5〜7.5g/cm³の範囲にあり、前記第２筒状部材の密度は5〜6g/cm³の範囲にある、請求項２に記載の動圧軸受。
請求項１〜３のいずれかに記載の動圧軸受と、
ステータと、
前記ステータと協働して回転磁界を発生するためのロータマグネットと、
前記ロータマグネットを含むファンと、
を備えたファンモータ。