JP2007002949A

JP2007002949A - 軸受ユニット、軸受ユニットを有するモータ及び電子機器

Info

Publication number: JP2007002949A
Application number: JP2005185601A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Yazawa; 健一郎矢澤; Takeshi Kaneko; 猛金子; Hiroshi Sato; 弘史佐藤; Yoshiaki Kakinuma; 義昭柿沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11
Also published as: CN1884863A; CN100434737C; US20060292015A1

Abstract

【課題】軸の剛性を高め、軸の振れを抑えるとともに、潤滑油を確実に保持して、良好な潤滑性能及び回転性能を得る。
【解決手段】軸３１と、軸３１の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受３２と、第１のラジアル軸受３２と軸方向に離間して配置され、軸３１の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受３３と、軸３１のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受３４と、第１のラジアル軸受３２と第２のラジアル軸受３３との間に配置される間座３５と、第１のラジアル軸受３２と第２のラジアル軸受３３とスラスト軸受３４とが内部に配設され、軸３１が挿通される軸挿通孔４５を除いて密閉された構造とされるハウジング３７と、ハウジング３７内に充填された粘性流体３８とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転軸を回転可能に支持し、あるいは軸に対し回転体を回転可能に支持する軸受ユニット、軸受ユニットを有するモータ及び電子機器に関する。

従来、回転軸を回転可能に支持する軸受ユニットとして、図１５に示すように構成されたものが知られている。

図１５に示す軸受ユニット１００は、回転軸１０１を回転可能に支持するものであり、回転軸１０１の周回り方向の支持を行うラジアル軸受１０４と、回転軸１０１のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受１１０と、このラジアル軸受１０４及びスラスト軸受１１０を収納したハウジング１０５とを備える。

この軸受ユニット１００において、ラジアル軸受１０４は、ハウジング１０５に充填される粘性流体である潤滑油と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸１０１が挿通される内周面には、動圧を発生させるための動圧発生溝１１１が形成されている。

ラジアル軸受１０４及びスラスト軸受１１０を収納したハウジング１０５は、図１５に示すように、筒状をなすハウジング本体１０６と、ハウジング本体１０６の一端側を閉塞するようにハウジング本体１０６と一体に形成された一端部側部分を構成する底部閉塞部１０７と、このハウジング本体１０６の開放された他端部側に設けられる上部閉塞部材１０８とからなる。

上部閉塞部１０８の中央部には、ハウジング１０５に収納されたラジアル軸受１０４に回転自在に支持された回転軸１０１が挿通される軸挿通孔１０９が設けられている。ハウジング本体１０６の底部閉塞部１０７の内面側には、ラジアル軸受１０４に支持された回転軸１０１のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部１０２を回転可能に支持するスラスト軸受１１０が設けられる。

スラスト軸受１１０は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸１０１の軸受支持部１０２を点で支持するピボット軸受として形成されている。

このように構成されたハウジング１０５は、ハウジング本体１０６にラジアル軸受１０４、スラスト軸受１１０及び回転軸１０１を取り付けた後に、上部閉塞部１０８を封止部１２１により接合することにより一体化されて形成される。

回転軸１０１は、一端側の軸受支持部１０２をスラスト軸受１１０によって支持され、軸部本体１０３の外周面をラジアル軸受１０４により支持され、他端側に設けた取付部１２０側をハウジング１０５の上部閉塞部１０８に設けた軸挿通孔１０９から突出されてハウジング１０５に支持される。

また、回転軸１０１には、軸受支持部１０２と軸部本体１０３との間に、軸抜け止め用の溝部１１６が設けられている。この軸抜け止め用溝部１１６と対応するように、底部閉塞部１０７には、軸抜け止め部材として環状のワッシャ１１５が設けられている。ワッシャ１１５は、回転軸１０１がハウジング１０５から抜け出てしまうことを防止する。このワッシャ１１５は、回転軸１０１の軸受支持部１０２に押圧され、スラスト方向に撓むことにより、軸受支持部１０２を挿入させ、軸抜け止め用溝部１１６に取り付けられる。

ところで、軸挿通孔１０９は、この軸挿通孔１０９に挿通された回転軸１０１が軸挿通孔１０９の内周面に摺接することなく回転するように、軸部本体１０３の外形よりやや大きな内径をもって形成されている。このとき、軸挿通孔１０９は、その周面と軸部本体の外周面との間にハウジング内に充填された潤滑油１１３がハウジング１０５内から漏れを防止するに足る間隔ｘの空隙１１２を有するように形成される。

回転軸１０１の軸挿通孔１０９の内周面と対向する外周面には、テーパ部１１４が設けられている。このテーパ部１１４は、回転軸１０１の外周面と軸挿通孔１０９の内周面との間に形成される空隙１１２をハウジング１０５の外側に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部１１４は、回転軸１０１の外周面と軸挿通孔１０９の内周面との間に形成される空隙１１２に圧力勾配を形成し、ハウジング１０５内に充填された潤滑油１１３をハウジング１０５の内部に引き込む力が発生する。回転軸１０１の回転時に、潤滑油１１３がハウジング１０５の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受１０４の動圧発生溝１１１に潤滑油１１３が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸１０１の安定した支持が実現され、しかもハウジング１０５に充填された潤滑油１１３の漏洩を防止できる。

図１５に示すように構成された軸受ユニット１００は、回転軸１０１の露出が軸挿通孔１０９側の一端のみで、軸挿通孔１０９の僅かな間隙以外は、ハウジング部材により覆われている。よって、この軸受ユニット１００は、潤滑油１１３のハウジング１０５外部への漏出を防止できるものである。また、外部との連通部分も軸挿通孔１０９の間隙のみであるので、衝撃による潤滑油の飛散を防止して潤滑油を確実に保持できる。さらに、軸受ユニット１００は、ワッシャ１１５により回転軸１０１がハウジング１０５から脱落することを防止できる。

すなわち、軸受ユニット１００は、潤滑油１１３を確実に保持できるとともに、回転軸１０１の脱落を防止できるので、潤滑性能及び回転性能を維持して、回転軸を回転可能に支持し、あるいは軸に対し回転体を回転可能に支持することができる。

上述のような軸受ユニットは、さらに回転軸の揺れ、振れ等を低減して回転性能を向上させることが望まれている。軸受ユニットにおいて、揺れ、振れ等を低減して回転性能を高めるためには、剛性を高めることが必要となる。軸受ユニットの剛性を高めるためには、例えば、軸受ユニットを構成するラジアル軸受の軸方向の長さを長くすることで実現できる。

しかしながら、上述した軸受ユニット１００は、軸受ユニット１００を構成するラジアル軸受が焼結体等からなり、直径と軸方向の長さとの関係で成型の限界がある。このように、軸受ユニットでは、軸受ユニットの剛性を高めるのに限界があり、所定の条件を超えて回転軸の揺れ、振れ等を低減することが困難であった。

特開２００３−１３００４３号公報

本発明の目的は、軸の剛性を高め、軸の振れを抑えるとともに、潤滑油を確実に保持できる軸受ユニット、軸受ユニットを有するモータ及び電子機器を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明に係る軸受ユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受と、上記第１のラジアル軸受と軸方向に離間して配置され、上記軸の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受との間に配置される間座と、上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受と上記スラスト軸受とが内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、上記ハウジング内に充填された粘性流体とを備える。

上述したような目的を達成するために提案される本発明に係るモータは、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを有するモータであり、このモータに用いる軸受ユニットとして、上述したようなものを用いたものである。

更に、上述したような目的を達成するために提案される本発明に係る電子機器は、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを有するモータを備えるものであり、この軸受ユニットとして、上述したようなものを用いたものである。

本発明は、軸の剛性を高め、軸の振れを低減することを可能とするとともに、潤滑油を確実に保持することを可能とし、良好な潤滑性能及び回転性能を得ることが実現できる。

以下、本発明を適用した情報処理装置について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明を適用した情報処理装置は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、情報処理の結果等を表示する表示部２と、各種の情報の演算処理を行う情報処理部を内蔵したコンピュータ本体３とを備えている。コンピュータ本体３の上面側には、コンピュータ１の動作指令を入力し、あるいは各種の情報の入力するためのキーボード５が設けられ、その内部には放熱装置４が設けられている。放熱装置４は、コンピュータ本体３の内部に配設されたＣＰＵ等の情報処理回路やディスク装置等から発生する熱をコンピュータ本体３の外部に放熱し、コンピュータ本体３の内部を冷却する冷却装置としても機能する。

コンピュータ本体３に内蔵される放熱装置４は、図２に示すように、コンピュータ本体を構成する筐体６内に収納されている。放熱装置４は、図３に示すように、金属製のベース７と、このベース７に取り付けられたモータ１０と、このモータ１０によって回転操作されるファン８と、ファン８を収納したファンケース９と、ヒートシンク１１を有している。

ベース７は、図３に示すように、略Ｌ字状に形成されている。略Ｌ字状に形成されたベース７の一端側の一方の面７ａには、ＣＰＵ（中央処理装置）の如く通電されて駆動することによって発熱する発熱素子１２が取り付けられている。発熱素子１２は、熱伝達シール１２ａを介してベース７の一方の面７ａ側に取り付けられている。

ベース７の一方の面７ａ側の略中央部には、モータ１０が取り付けられると共に、このモータ１０によって回転操作されるファン８を収納するファンケース９が取り付けられている。ファンケース９には、モータ１０によって回転されるファン８の中央部に対応する位置を開放する円形の吸気口１３が設けられている。筐体６の底面側のファンケース９に設けた吸気口１３に対向する位置には、この吸気口１３に連通するように開口１４が設けられている。更に、ファンケース９には、吸気口１３から吸引したエアーを外部に排気するするための排気口１５が設けられている。

ベース７の他端側の一方の面７ａには、ヒートシンク１１が固定されている。ヒートシンク１１は、コルゲート状若しくはフィン状のヒートシンクであり、放熱性に優れた金属、例えばアルミニウムにより作製されている。ベース７及びファンケース９も、放熱性に優れた金属であるアルミニウムや鉄により作製することが望ましい。

発熱素子１２が取り付けられ、この発熱素子１２から発生する熱を放熱する放熱装置４及びヒートシンク１１を取り付けたベース７には、筐体６内に取り付けられるときに用いられるねじが挿通される複数の取付孔７ｂが設けられている。ベース７は、取付孔７ｂに挿通される固定用のねじを、図２に示すように筐体６の内部に設けたボス１６に固定することによって、筐体６内に取り付けられる。

ヒートシンク１１は、ベース７が筐体６内に取り付けられたとき、図２及び図３に示すように、筐体６の側面に設けた貫通口１７に対向する位置に配置される。

上述したように構成された放熱装置４は、モータ１０が駆動され、ファン８がモータ１０により図３中矢印Ｒ_１方向に回転されると、筐体６に設けた開口１４を介して装置外部のエアーを図２及び図３中矢印Ｄ_１方向に吸引し、更に吸気口１３を介してファンケース９内に吸引する。ファン８の回転によってファンケース９内に吸引されたエアーは、図２及び図３中矢印Ｄ_２方向に流通し、更にヒートシンク１１中を流通するように図３中矢印Ｄ_３方向に流通し、貫通口１７を介して筐体６の外部に排気される。

ところで、ベース７に取り付けられた発熱素子１２が駆動されて発生する熱は、放熱性に優れた金属により形成されたベース７を介して、このベース７に取り付けられたヒートシンク１１に伝達される。このとき、放熱装置４のファン８がモータ１０により回転され筐体６の外部から吸引されたエアーが、ヒートシンク１１の複数のフィン中を流通することにより、ヒートシンク１１に伝達されている熱をし、貫通口１７を介して筐体６の外部に放熱する。

この放熱装置に用いられる本発明を適用したモータ１０は、図４に示すように、ロータ１８とステータ１９とを備える。

ステータ１９は、モータ１０と共にこのモータ１０によって回転されるファン８を収納したファンケース９の上面板９ａ側に一体に設けられている。ステータ１９は、ステータヨーク２０と、本発明を適用した軸受ユニット３０と、コイル２１とこのコイル２１が巻回されるコア２２とを備える。ステータヨーク２０は、ファンケース９の上面部９ａと一体に形成されたもの、即ち、ファンケース９の一部によって構成したものでもよく、別体に形成したものであってもよい。ステータヨーク２０は、例えば鉄により形成されている。軸受ユニット３０は、ステータヨーク２０の中心部に筒状に形成されたホルダー２３中に圧入若しくは接着、更には圧入と共に接着により固定されている。

なお、軸受ユニット３０が圧入されるホルダー２３は、ステータヨーク２０と一体に円筒状に形成されている。

ステータヨーク２０に一体に形成されたホルダー２３の外周部には、図４に示すように、駆動電流が供給されるコイル２１が巻回されたコア２２が取り付けられている。

ステータ１９と共にモータ１０を構成するロータ１８は、軸受ユニット３０に回転可能に支持された回転軸３１に取り付けられ、回転軸３１と一体に回転する。ロータ１８は、ロータヨーク２４と、このロータヨーク２４と一体に回転する複数の羽根２５を有するファン８とを有する。ファン８の羽根２５は、ロータヨーク２４の外周面にアウトサート成型することにより、ロータヨーク２４と一体に形成される。

ロータヨーク２４の筒状部２４ａの内周面には、ステータ１９のコイル２１と対向するように、リング状のロータマグネット２６が設けられている。このマグネット２６は、周回り方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されたプラスチックマグネットであり、接着剤によりロータヨーク２４の内周面に固定されている。

ロータヨーク２４は、軸受ユニット３０に支持された回転軸３１の先端側に設けた取付部３１ｅに、平板部２４ｂの中心部に設けた貫通孔２７ａが設けられたボス部２７を圧入することによって回転軸３１と一体に回転可能に取り付けられる。

上述のような構成を備えたモータ１０は、ステータ１９側のコイル２１に、モータ１０の外部に設けた駆動回路部から所定の通電パターンにより駆動電流が供給されると、コイル２１に発生する磁界とロータ１８側のロータマグネット２６からの磁界との作用によって、ロータ１８が回転軸３１と一体に回転する。ロータ１８が回転することにより、このロータ１８に取り付けられた複数の羽根２５を有するファン８もロータ１８と一体に回転する。ファン８が回転されることにより、筐体６に設けた開口１４を介して装置外部のエアーが図２及び図３中矢印Ｄ_１方向に吸引され、更に矢印Ｄ_２方向に流通し、ヒートシンク１１中を流通しながら貫通口１７を介して筐体６の外部に排気されることにより、発熱素子１２から発生する熱をコンピュータ本体３の外部に放熱し、コンピュータ本体３内を冷却する。

上述したモータ１０の回転軸３１を回転自在に支持する軸受ユニット３０は、図４及び図５に示すように、回転軸３１と、回転軸３１の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受３２と、第１のラジアル軸受３２と軸方向に離間して配置され、回転軸３１の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受３３と、回転軸３１のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受３４と、第１のラジアル軸受３２と第２のラジアル軸受３３との間に配置される間座３５と、第１のラジアル軸受３２、間座３５、第２のラジアル軸受３３、及びスラスト軸受３４を内部に収納するとともに回転軸３１が層通される軸層通孔４５を除いて密閉された構造とされるハウジング３７と、ハウジング３７内に充填された粘性流体である潤滑油３８とを備える。

そして、間座３５は、ハウジング３７内に充填される潤滑油３８の体積が温度変化により膨張収縮した際の潤滑油３８の液面の変化が、ハウジング３７の軸層通孔４５が形成された範囲内とされるように形成されている。

回転軸３１は、図５に示すように、外周面を第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に支持される軸部本体３１ａと、その一端側に円弧状若しくは先端先細り状に形成され、スラスト軸受３４によって支持される軸受支持部３１ｂと、他端側に設けられ回転体である例えばモータ１０のロータ１８が取り付けられる取付部３１ｃと、軸受支持部３１ｂと軸部本体３１ａとの間に設けられ、軸抜け止め用の溝部３１ｄとが設けられている。回転軸３１は、軸受支持部３１ｂをスラスト軸受３４によって支持され、軸部本体３１ａの外周面を第１及び第２のラジアル軸受３２，３３により支持され、取付部３１ｃを軸挿通孔４５から突出されてハウジング３７に支持されている。また、回転軸３１の軸抜け止め用溝部３１ｄに対応する位置には、軸抜け止め部材としてワッシャ５１が設けられている。

第１及び第２のラジアル軸受３２，３３は、それぞれ、焼結メタルにより円筒状に形成され、軸方向に離間して配置されている。第１及び第２のラジアル軸受３２，３３は、ハウジング３７に充填される潤滑油３８と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸３１が挿通される内周面には、それぞれ第１及び第２の動圧発生溝３９，４０が形成されている。

第１及び第２の動圧発生溝３９，４０は、図６に示すように、ラジアル軸受３２，３３の内周面にＶ字状をなす一対の溝３９ａ，４０ａを周回り方向に連続するように形成して構成されている。第１及び第２の動圧発生溝３９，４０は、それぞれ、Ｖ字状をなす一対の溝３９ａ，４０ａの先端側が回転軸３１の回転方向Ｒ_２に向くように形成されている。そして、第１及び第２の動圧発生溝３９，４０は、円筒状をなすラジアル軸受３２，３３の軸方向に上下に並列して一対に形成されている。尚、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に、それぞれ動圧発生溝３９，４０を設けて並列して一対に形成したが、これに限られるものではなく、例えば、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に、それぞれ軸方向の上下に並列して一対の動圧発生溝を設け、合計２対の動圧発生溝を設けるように構成してもよい。すなわち、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に設けられる動圧発生溝の数や大きさは、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の大きさや長さ等により適宜選択される。なお、この第１及び第２のラジアル軸受３２，３３は、真鍮、ステンレス又は高分子材料でもよい。

動圧流体軸受として形成された第１及び第２のラジアル軸受３２，３３は、この第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に挿通された回転軸３１が、中心軸ＣＬを中心に図６中矢印Ｒ_２方向に連続して回転すると、ハウジング３７内に充填された潤滑油３８が第１及び第２の動圧発生溝３９，４０内を流通し、回転軸３１の外周面と第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の内周面との間に動圧を発生させて回転する回転軸３１を支持する。このとき発生する動圧は、回転軸３１と第１及び第２のラジアル軸受３２，３３との間の摩擦係数を極めて小さくするものであって、回転軸３１の円滑な回転を実現する。

第１及び第２のラジアル軸受３２，３３は、軸方向に離間して配置されることにより、この離間する距離を変化させて大きくすることで、回転軸３１の剛性を高めることができ、その結果、回転軸３１の振れを抑制し、回転性能を高めることができる。

スラスト軸受３４は、円弧状若しくは先細り状に形成された回転軸３１の軸受支持部３１ｂを点で支持するピボット軸受として形成されている。

間座３５は、図５及び図７に示すように、略円筒状に形成され、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配置される。間座３５は、その外径がハウジング３７に接触して収納可能な大きさに形成され、その内径が回転軸３１の外径より僅かに大きく且つ回転軸３１に接触することのない大きさに形成され、すなわち、回転軸３１との間に所定の間隙を有して形成される。この間座３５の内周面と回転軸３１の外周面との間の所定の間隙は、後述するように、第１のラジアル軸受３２が設けられた領域と第２のラジアル軸受３３が設けられた領域とを連通する連通通路として機能する。また、間座３５には、図７に示すように、そのハウジング３７側、すなわち、外周面に潤滑油３８のための複数の流路４９が形成される。この複数の流路４９は、それぞれ、間座３５の外周面に沿って、回転軸３１の軸方向に形成され、回転軸３１に直交する断面において、略半円形状に切り欠かれた形状、いわゆるＤカット形状に形成されており、第１のラジアル軸受３２が設けられた領域と第２のラジアル軸受３３が設けられた領域とを連通する連通通路である。また、複数の流路３９は、回転軸３１に直交する断面において、間座３５の外周面に均等に６箇所設けられている。

複数の流路４９は、間座３５の内周面と回転軸３１の外周面との間の所定の間隙とともに、潤滑油３８が第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の第１及び第２の動圧発生溝３９，４０に良好に循環させることが可能となる。すなわち、複数の流路４９及び上述の間隙は、第１及び第２の動圧発生溝３９，４０と回転軸３１との間に適正方向の潤滑油３８の流れを生じさせることにより回転軸３１の浮上を抑制することができる。

間座３５は、動圧流体軸受を有する軸受ユニット３０内に封入される潤滑油３８の体積が温度変化により膨張収縮した際、その変化が軸受ユニット３０の上方部に形成されるオイルシール部と回転軸３１とにより形成される空間、すなわち、軸層通孔４５内で止まる様な寸法で形成される。そして、潤滑油３８の温度変化による膨張収縮に適応可能な寸法で形成された間座３５は、潤滑油３８中に空気が混入すること及び潤滑油３８のハウジング外部への漏れ出しを防止できる。

すなわち、間座３５は、後述するように、軸受ユニット３０内に充填される潤滑油３８の体積を小さくすることができ、温度変化に対する体積変化量を小さくすることで、潤滑油３８を確実に保持することができる。

尚、軸受ユニット３０を構成する間座は、上述のように形成された間座３５に限られるものではなく、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配設され、ハウジング内部の第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間のスペースに配置されて、軸受ユニット３０に充填される潤滑油３８の体積を低減するものであればよい。

例えば、軸受ユニット３０を構成する間座は、図８に示すような断面が略六角形の形状を有する筒状に形成された間座３５ａであってもよい。断面が略六角形の形状を有する間座３５ａは、間座３５と同様に、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配置される。間座３５ａは、その外周面がハウジング３７に収納可能な大きさに形成され、その内径が回転軸３１の外径より僅かに大きく且つ回転軸３１に接触することのない大きさに形成され、すなわち、回転軸３１との間に所定の間隙を有して形成される。そして、間座３５ａには、ハウジング３７の内周面との間に、潤滑油３８のための複数の流路４９ａが形成される。この流路４９ａは、第１のラジアル軸受３２が設けられた領域と第２のラジアル軸受３３が設けられた領域とを連通する連通流路である。

また、軸受ユニット３０を構成する間座は、図９に示すような略円筒状に形成され、軸方向に形成される複数の貫通孔を有する間座３５ｂであってもよい。複数の貫通孔を有する間座３５ｂは、間座３５と同様に、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配置される。間座３５ｂは、その外径がハウジング３７に接触して収納可能な大きさに形成され、その内径が回転軸３１の外径より僅かに大きく且つ回転軸３１に接触することのない大きさに形成され、すなわち、回転軸３１との間に所定の間隙を有して形成される。間座３５ｂに形成された複数の貫通孔は、潤滑油３８が流入するための複数の流路４９ｂとなる。流路４９ｂは、軸方向に形成され、回転軸３１に直交する断面において、間座３５ｂの肉厚方向の所定の位置であって円周方向に均等な位置に略円形に形成された貫通孔として形成されており、第１のラジアル軸受３２が設けられた領域と第２のラジアル軸受３３が設けられた領域とを連通する連通流路である。

この間座３５ａ，３５ｂに形成された流路４９ａ，４９ｂは、いずれも、間座３５ａ、３５ｂの内周面と回転軸３１の外周面との間の所定の間隙とともに、潤滑油３８が第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の第１及び第２の動圧発生溝３９，４０に良好に循環させることが可能となる。すなわち、複数の流路４９ａ，４９ｂ及び上述の間隙は、第１及び第２の動圧発生溝３９，４０と回転軸３１との間に適正方向の潤滑油３８の流れを生じさせることにより回転軸３１の浮上を抑制することができる。

ハウジング３７は、図５に示すように、それぞれ円筒状に形成され軸方向に離間して配置された第１及び第２のラジアル軸受３２，３３を収容して囲むような形状を有し、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の外側に形成されるハウジング本体４２と、ハウジング本体４２の一端側である下部開口部を閉塞する底部閉塞部４３と、ハウジング本体４２の下部開口部と対向する側に形成された上部開口部を閉塞する上部閉塞部４４とからなる。ハウジング本体４２は、筒状の形状を有しており、金属により形成されている。また、上部閉塞部４４及び底部閉塞部４３は、ハウジング本体４２と同様に、金属により形成されている。

上部閉塞部４４の中央部には、ハウジング３７に収納された第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に回転自在に支持された回転軸３１が挿通される軸挿通孔４５が設けられている。

底部閉塞部４３の内面側の中央部には、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に支持された回転軸３１のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部３１ｂを回転可能に支持するスラスト軸受３４が配置されている。

上述のように構成されたハウジング３７は、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３並びに間座３５を収納したハウジング本体４２と、上部閉塞部４４及び底部閉塞部４３とをそれぞれレーザ溶接により封止部４６を形成して接合することにより一体化されて形成される。ハウジング３７は、この接合部分を封止部４６により外部から封止することで、軸挿通孔４５を除いて内部を密閉した構造とされる。

尚、ハウジング本体４２、上部閉塞部４４及び底部閉塞部４３は、金属により形成されるように構成したが、合成樹脂材料により形成して、溶着により一体とするように構成しても良い。ハウジング３７を構成する材料を、例えば潤滑性の優れた合成樹脂材料とした場合には、潤滑油３８に対する接触角を大きくでき、その結果遠心力に対する潤滑油３８の漏れを抑制するので軸層通孔４５の高さ方向の寸法を小さくできる。

ところで、図５及び図１０に示すように、ハウジング３７の軸挿通孔４５は、この軸挿通孔４５に挿通された部分である回転軸３１の挿通部３１ｅが軸挿通孔４５の内周面に摺接することなく回転するように、回転軸３１の挿通部３１ｅの外径よりやや大きな内径をもって形成されている。このとき、軸挿通孔４５は、その内周面と回転軸３１の挿通部３１ｅの外周面との間にハウジング３７内に充填された潤滑油３８がハウジング３７内から漏れを防止するに足る間隔ｃの空隙４７を有するように形成される。このように、回転軸３１との間にハウジング３７内に充填された潤滑油３８の漏れを防止するようにした空隙４７が形成されるように軸挿通孔４５を形成した上部閉塞部４４は、オイルシール部を構成している。

そして、回転軸３１の軸挿通孔４５の内周面と対向する外周面には、テーパ部４８が設けられている。テーパ部４８は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４５の内周面との間に形成される空隙４７をハウジング３７の外方に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部４８は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４５の内周面とによって形成される空隙４７に圧力勾配を形成し、ハウジング３７内に充填された潤滑油３８をハウジング３７の内部に引き込む力が発生する。回転軸３１の回転時に、潤滑油３８がハウジング３７の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成された第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の第１及び第２の動圧発生溝３９，４０に潤滑油３８が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸３１の安定した支持が実現され、しかもハウジング３７に充填された潤滑油３８の漏洩を防止できる。

潤滑油３８は、図５に示すように、ハウジング３７内から回転軸３１に形成されたテーパ部４８と軸挿通孔４５の内周面とによって形成された空隙４７に臨むように充填される。即ち、潤滑油３８は、ハウジング３７内の隙間に充填され、更に燒結金属からなる第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に含浸される。潤滑油３８は、動圧流体軸受を構成する第１及び第２のラジアル軸受３２，３３に設けた第１及び第２の動圧発生溝３９，４０に侵入して動圧を発生させる。

上述したように構成される軸受ユニット３０を製造するには、ハウジング本体４２に第１のラジアル軸受３２を取り付け、次に、間座３５を取り付け、次に、第２のラジアル軸受３２を取り付ける。そして、底部閉塞部４３にワッシャ５１及びスラスト軸受３４を取り付け、次に、この底部閉塞部４３に、上述したハウジング本体４２を取り付け、次に、上部閉塞部４４を取り付ける。そして、ハウジング本体４２と上部閉塞部４４との間、及び、ハウジング本体４２と底部閉塞部４３との間をレーザ溶接により封止部４６を形成することで一体化させる。そして、この一体化されたハウジング３７に回転軸３１を挿入する。

軸受ユニット３０において、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４５の内周面とに間に形成される空隙４７の間隔ｃをハウジング３７の外方に向かって拡大させるように傾斜させたテーパ部４８が設けられるので、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４５の内周面とによって形成される空隙４７の間隔ｃに圧力勾配が形成され、ハウジング３７内に充填された潤滑油３８をハウジング３７の内部に引き込む力が発生する。すなわち、軸受ユニット３０において、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４５の内周面とに間に形成される空隙４７は、表面張力シールにより、潤滑油３８の飛散を防止している。

以上のように構成された軸受ユニット３０は、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３を軸方向に離間して配置する構成により、この離間する距離を大きくすることで回転軸３１の剛性を高めることができ、回転軸３１の振れを低減することを可能とする。すなわち、本発明を適用した軸受ユニット３０は、従来では、ラジアル軸受の成型の関係で限界であった所定の剛性より剛性を高めることができ、回転性能を向上させることを実現する。

また、本発明を適用した軸受ユニット３０は、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配置される間座３５を設けることにより、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３を軸方向に離間して配置する際の弊害となる第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間のスペースの分だけ潤滑油３８の全体積が増加して、温度変化による潤滑油３８の液面が変化する等の問題を防止できる。

ここで、間座３５を設けたことにより、温度変化の問題を防止できることについて詳細に説明する。尚、上述の本発明を適用した軸受ユニット３０と比較するために、間座を有しない比較例の軸受ユニット６０を用いて説明する。尚、比較例の軸受ユニット６０の説明において、上述した軸受ユニット３０と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。

軸受ユニット６０は、図１１に示すように、回転軸３１と、回転軸３１の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受３２と、第１のラジアル軸受３２と軸方向に離間して配置され、回転軸３１の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受３３と、回転軸３１のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受３４と、第１のラジアル軸受３２、第２のラジアル軸受３３、及びスラスト軸受３４を収納したハウジング３７と、ハウジング３７内に充填された粘性流体である潤滑油６８とを備える。

ここで、潤滑油６８は、上述の潤滑油３８と同様に、ハウジング３７内の隙間に充填され、テーパ部４８と軸挿通孔４５の内周面とによって形成された空隙４７に臨むように充填される。

そして、軸受ユニット３０及び軸受ユニット６０に充填された潤滑油３８，６８の常温時における全体積は、図１０及び図１１に示すように、オイルシール部の潤滑油３８，６８の体積をオイルシール部体積Ｖｂとし、オイルシール部以外のハウジング３７内に充填された潤滑油３８，６８の体積をシール下方部体積Ｖａとすると、次式（１）に示すように、オイルシール部体積Ｖｂ、シール下方部体積Ｖａの合計であるＶである。
Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ・・・（１）

ここで、温度がΔＴ℃変化したとき、潤滑油３８，６８の体積は、次式（２）で示される体積変化量ΔＶだけ変化する。ここで、式（２）中、αは、潤滑油の体積膨張率を示すものである。尚、図１２は、温度がΔＴ℃上昇したときの、体積変化量ΔＶと潤滑油３８，６８の液面との関係を示すものである。図１２中において、ＳＮは、常温時の潤滑油の液面を示すものであり、ＳＨは、温度がΔＴ℃上昇したときの潤滑油の液面を示すものである。一方、図１３は、温度がΔＴ℃低下したときの、体積変化量ΔＶと潤滑油３８，６８の液面との関係を示すものである。図１３中において、ＳＮは、常温時の潤滑油の液面を示すものであり、ＳＬは、温度がΔＴ℃低下したときの液面を示すものである。
ΔＶ＝（１＋αΔＴ）・Ｖ−Ｖ
＝αΔＴ・Ｖ・・・（２）

そして、図１４に示すように、オイルシール部の最大空間体積をＶｃとすると、次式（３）を満たすようにＶｃを設定する必要がある。その理由は、次式（３）を満たさない場合は、高温時、すなわち温度がΔＴ℃上昇したときに、潤滑油３８，６８がシール部、すなわち、軸受ユニット３０，６０から漏れ出してしまう。
Ｖｃ−Ｖｂ＞ΔＶ・・・（３）

また、その一方で、次式（４）を満たすようにオイルシール部体積Ｖｂを設定する必要がある。その理由は、次式（４）を満たさない場合は、低温時、すなわち温度がΔＴ℃低下したときに、潤滑油３８，６８がオイルシール部に存在しなくなり、外部から軸受ユニット内部に空気が流入してしまう。
Ｖｂ＞ΔＶ・・・（４）

上述の式（３）及び式（４）を満足し、温度変化時に適正な潤滑油３８，６８の液面位置とするためには、オイルシール部の最大空間体積Ｖｃを大きくすること、及び／又は、体積変化量ΔＶを小さくすることが必要となる。

最大空間体積Ｖｃを大きくするためには、軸層通孔４５と回転軸３１の隙間ｃを拡大すること、及び／又は、軸層通孔４５の高さｔを大きくすることが必要であるが、隙間ｃを拡大すると衝撃が加わった際に潤滑油が飛散しやすくなり、軸層通孔４５の高さｔを大きくすると軸受ユニット全体の高さ寸法が大きくなってしまう等の問題が発生する。

本発明を適用した軸受ユニット３０では、上述の比較例の軸受ユニット６０に比べて潤滑油の常温時の全体積Ｖが間座３５の体積分だけ小さくなるので、ΔＶも小さくすることができ、上述のような問題を解消できる。

すなわち、本発明を適用した軸受ユニット３０は、潤滑油３８の温度変化による膨張収縮に対応可能な寸法で形成された間座３５を備えることにより、潤滑油３８が温度変化した際に、潤滑油３８の液面の変化を軸層通孔４５が形成された範囲内とすることができ、潤滑油３８中に空気が混入すること及び潤滑油３８のハウジング外部への漏れ出しを防止することができる。

換言すると、本発明を適用した軸受ユニット３０は、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配置される間座３５を設けたことにより、温度変化による潤滑油３８の体積変化量ΔＶを少なくできるため、温度が上昇したときの、潤滑油３８が軸受ユニット３０の外部に漏れ出すことを防止でき、温度が低下したときの、オイルシール部より潤滑油の液面が低下することにより、潤滑油３８中に空気が混入することを防止でき、潤滑油の漏れ出し、潤滑油への空気の混入による回転性能、潤滑性能の劣化等の問題を防止することができる。すなわち、本発明を適用した軸受ユニット３０は、潤滑油３８をユニット内に確実に保持することを可能とする。

また、本発明を適用した軸受ユニット３０は、温度変化による潤滑油３８の体積変化量ΔＶを少なくできるため、オイルシール部の軸方向の寸法、すなわち、軸層通孔４５の高さｔを最小限に抑えることができ、軸受ユニットの軸方向の寸法を低くすることができ、装置の小型化を実現する。

よって、本発明を適用した軸受ユニット３０は、回転軸３１の剛性を高め、回転軸３１の振れを低減することを可能とするとともに、潤滑油３８を確実に保持することを可能とし、良好な潤滑性能及び回転性能を得ることが実現できる。

また、本発明を適用した軸受ユニット３０は、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の間に配置された間座３５に潤滑油３８の流路４９が形成されていることにより、動圧流体軸受内部のオイル循環が容易に行われるので、第１及び第２のラジアル軸受３２，３３の第１及び第２の動圧発生溝３９，４０と回転軸３１との間に適正方向の潤滑油３８の流れが生じ、回転軸３１の浮上を抑えることができる。よって、本発明を適用した軸受ユニット３０は、回転軸３１の浮上による潤滑油３８の液面が低下して潤滑油３８中に空気が混入することを防止できる。

このように、本発明を適用した軸受ユニット３０は、良好な潤滑性能、回転性能をを向上させることができ、この軸受ユニットの汎用性、選択性を高めるとともに、この軸受ユニットを用いた製品の設計の自由度を高めることができる。

また、本発明を適用したモータ及び電子機器は、上述した軸受ユニット３０を備えることにより、回転軸３１の振れ等が低減された良好な回転性能と、長期にわたって良好な潤滑性能を得ることを可能とする。

本発明を適用した軸受ユニットは、放熱装置のモータやディスクドライブのスピンドルモータの軸受として用いられるのみならず、各種のモータの軸受として用いることができる。

更に、本発明を適用した軸受ユニットは、モータに限らず、回転軸を備える機構や軸に対し回転する部品を支持する機構に広く用いることができる。

本発明を適用した情報処理装置を示す斜視図である。図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。本発明を適用したモータを用いた放熱装置を示す斜視図である。本発明を適用したモータの構成を示す断面図である。本発明を適用した軸受ユニットを示す断面図である。ラジアル軸受の内周面に形成された動圧発生溝を示す斜視図である。本発明を適用した軸受ユニットを構成する間座を示す平断面図である。本発明を適用した軸受ユニットを構成する間座の他の例を示す平断面図である。本発明を適用した軸受ユニットを構成する間座の更に他の例を示す平断面図である。軸受ユニットのオイルシール部の断面図である。本発明を適用した軸受ユニットと比較するための比較例の軸受ユニットを示す断面図である。軸受ユニットの温度が上昇したときの潤滑油の体積変化量と、潤滑油の液面との変化を示す断面図である。軸受ユニットの温度が低下したときの潤滑油の体積変化量と、潤滑油の液面との変化を示す断面図である。軸受ユニットのオイルシール部の最大空間体積を示す断面図である。従来の軸受ユニットを示す断面図である。

符号の説明

１モータ、１８ロータ、１９ステータ、２０ステータヨーク、２４ロータヨーク、３０軸受ユニット、３１回転軸、３２第１のラジアル軸受、３３第２のラジアル軸受、３４スラスト軸受、３５間座、３７ハウジング、３８潤滑油、３９第１の動圧発生溝、４０第２の動圧発生溝、４２ハウジング本体、４３底部閉塞部、４４上部閉塞部、４５軸挿通孔、４７空隙、４８テーパ部、

Claims

軸と、
上記軸の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受と、
上記第１のラジアル軸受と軸方向に離間して配置され、上記軸の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受との間に配置される間座と、
上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受と上記スラスト軸受とが内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、
上記ハウジング内に充填された粘性流体とを備える軸受ユニット。
上記間座は、上記ハウジング内部に充填される粘性流体の体積が温度変化により膨張収縮した際、上記粘性流体の液面の変化が、上記ハウジングの上記軸層通孔が形成された範囲内とされるように形成されることを特徴とする請求項１記載の軸受ユニット。
上記間座には、上記粘性流体の流路が形成される請求項１記載の軸受ユニット。
ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを有するモータにおいて、
上記軸受ユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受と、上記第１のラジアル軸受と軸方向に離間して配置され、上記軸の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受との間に配置される間座と、上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受と上記スラスト軸受とが内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、上記ハウジング内に充填された粘性流体とを備えることを特徴とするモータ。
ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを有するモータを備える電子機器であり、
上記軸受ユニットは、軸と、上記軸の周回り方向の支持を行う第１のラジアル軸受と、上記第１のラジアル軸受と軸方向に離間して配置され、上記軸の周回り方向の支持を行う第２のラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受との間に配置される間座と、上記第１のラジアル軸受と上記第２のラジアル軸受と上記スラスト軸受とが内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、上記ハウジング内に充填された粘性流体とを備えることを特徴とする電子機器。