JP2007205459A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この種の動圧軸受装置の小型化を図りつつも、高いモーメント剛性を得る。
【解決手段】軸受部材３の内周面３ａの全面あるいは一部領域に動圧発生部４が設けられる。動圧発生部４は、一方に向けて傾斜する第１傾斜溝５と、他方に向けて傾斜する第２傾斜溝６とを備える。各傾斜溝５、６はそれぞれ流体導入部５ａ、６ａと流体排出部５ｂ、６ｂとを有する。第１傾斜溝５の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域８と、第２傾斜溝６の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域９とが内周面３ａに設けられる。第１傾斜溝５の流体導入部５ａは第２溝領域９内に設けられると共に、流体排出部５ｂは第２溝領域９の領域外に設けられる。同様に、第２傾斜溝６の流体導入部６ａは第１溝領域８内に設けられると共に、流体排出部６ｂは第１溝領域８の領域外に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、動圧軸受装置に関する。

動圧軸受装置は、軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材などの回転側部材を回転自在に非接触支持するものである。この動圧軸受装置は、最近では、その優れた回転精度、高速回転性、静粛性等を活かして、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的にはＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等の情報機器に搭載されるスピンドルモータ用の軸受装置として、またレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイールモータ、あるいはファンモータ等などのモータ用軸受装置として使用されている。

例えば、ＨＤＤ用スピンドルモータに組み込まれる動圧軸受装置において、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部の一方または双方を動圧軸受で構成したものが知られている。この場合、軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に動圧発生部を構成する動圧溝が形成されると共に、両面間のラジアル軸受隙間にラジアル軸受部が形成されることが多い。また、軸部材に設けたフランジ部の一端面と、これに対向する軸受スリーブの端面との何れか一方に動圧溝が形成されると共に、両面間のスラスト軸受隙間にスラスト軸受部が形成されることが多い（例えば、特許文献１を参照）。

動圧発生部を構成する動圧溝の形状として、例えば図９に示すように、傾斜方向の異なる２種類の傾斜溝２０６、２０７をへリングボーン形状に配列したものが公知である（例えば、特許文献２を参照）。同文献では、傾斜溝２０６、２０７をへリングボーン形状に配列した領域、いわゆる動圧発生部２０４を、軸方向に離隔して２箇所設けた構成を例示している。この場合、軸部材の回転に伴い、軸受隙間内の流体が傾斜溝２０６、２０７を介して動圧発生部２０４の軸方向中央に位置する平滑部２０８に向けて流れ込み、平滑部２０８における流体圧が高められる。
特開２００３−２３９９５１号公報 特開２００３−３３６６３６号公報

ところで、最近では、各種情報機器の小型化、携帯化に伴い、これに組み込まれるモータないしは動圧軸受装置に対する小サイズ化の要求が高まっている。上記要求を満たすための手段として例えば動圧軸受装置の薄型化が考えられるが、その場合には、ラジアル軸受部を構成する動圧発生部の軸受面積（軸方向幅）が減少する。その一方で、軸部材等の回転部材に取り付けられ軸部材と一体に回転する磁気ディスク等の重量は、性能上（容量上）の観点からそれほど小さくはならない。そのため、軸受面積に比して相対的に回転体重量が増加し、これによりモーメント荷重に対する軸振れ性（モーメント剛性）の低下が懸念される。

特許文献２に開示の構成では、各傾斜溝２０６、２０７を有する動圧発生部２０４が軸方向に離隔して設けられているので、ラジアル軸受部の軸受スパンを軸方向に大きくとることができ、高いモーメント剛性が得られるものの、その構成上、どうしても動圧発生部２０４を設けた部材（例えば軸受スリーブ）の軸方向寸法が大きくなる。そのため、これ以上の動圧軸受装置の薄型化は困難な状況にある。動圧発生部２０４の数（傾斜溝２０６、２０７形成領域の数）を１箇所に減らすことで動圧軸受装置の薄肉化は図れるが、これだとラジアル軸受部の軸受スパンが十分にとれないため、モーメント剛性の不足が懸念される。

本発明の課題は、この種の動圧軸受装置の小型化を図りつつも、高いモーメント剛性を得ることである。

前記課題を解決するため、本発明は、固定側部材と回転側部材のうち、何れか一方の部材の円筒面に、一方に傾斜した複数の第１傾斜溝と、他方に傾斜した複数の第２傾斜溝とが設けられ、各傾斜溝が、それぞれ流体導入部と流体排出部とを有する動圧軸受装置において、第１傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域と、第２傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域のうち、何れか一方の溝領域内に、他方の傾斜溝の流体導入部を設けると共に、一方の溝領域外に、他方の傾斜溝の流体排出部を設けたことを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

この構成によれば、第１傾斜溝の流体排出部が、第１溝領域の、第２溝領域とは反対側の軸方向端部に設けられると共に、第２傾斜溝の流体排出部が、第２溝領域の、第１溝領域とは反対側の軸方向端部に設けられる。そのため、回転側部材の回転時、各傾斜溝の流体排出部において高い動圧を生じ、かかる高圧部が軸方向に離隔して形成される。これにより、回転側部材を、固定側部材の円筒面の、軸方向に離隔した位置でそれぞれ高圧の流体膜を介してラジアル方向に支持することができる。加えて、本発明では、何れか一方の溝領域内に、他方の傾斜溝の流体導入部を設けるようにしたので、第１溝領域と第２溝領域とが軸方向で一部重複する。そのため、従来のように、溝領域を軸方向に離隔して形成する場合と比べて、各傾斜溝の溝長さを極力短くすることなく、溝領域の軸方向幅を縮小することができる。逆に言うと、本発明に係る溝領域（動圧発生部）が、従来の動圧発生部（例えば特許文献２に記載の動圧発生部２０４）と同一幅を有する場合、各傾斜溝の溝長さを従来品に比べて大きくとることができる。従って、本発明によれば、動圧軸受装置の薄肉化を図りつつも、小型化に伴う各傾斜溝の動圧作用の低下を最小限に留めて、高いモーメント剛性を得ることができる。

また、上記構成の動圧軸受装置において、一方の傾斜溝の流体導入部付近における流体量を確保する観点から、何れか一方の傾斜溝の流体導入部を、他方の溝領域の軸方向中央より上側の部分に設けた構成が考えられる。かかる構成によれば、第１溝領域と第２溝領域との間で重複領域が増すと共に、一方の傾斜溝の流体導入部が他方の溝領域の高圧側端部に比較的近い箇所に設けられる。そのため、溝領域全体の軸方向寸法を縮小しつつ、各傾斜溝の溝長さを極力長く確保し、加えて、一方の傾斜溝の流体導入部付近の流体量が不足する事態を可及的に回避することができる。

第１傾斜溝と第２傾斜溝の配列態様として、例えば双方の傾斜溝を円周方向に向けて１本ずつ交互に配列した構成が考えられる。この場合には、第２傾斜溝を介して円周方向で隣接する第１傾斜溝間の距離をなるべく近づけることができ、また、第１傾斜溝を介して円周方向で隣接する第２傾斜溝間の距離をなるべく近づけることができる。これにより、各高圧部における流体膜圧の円周方向でのばらつきを小さくして、安定した支持力を発揮することができる。あるいは、双方の傾斜溝を複数かつ同数本ずつ交互に配列することもでき、この場合には、溝領域全体（動圧発生部）における傾斜溝の配列本数を増加することができる。従って、各高圧部の流体圧をさらに高めて、モーメント剛性のより一層の向上を図ることができる。もちろん、傾斜溝の配列態様は上記構成に限ることなく、例えば一方の傾斜溝を２本、他方の傾斜溝を１本の順に交互に配列するなど、互いに異なる本数の第１および第２傾斜溝を交互に配列することも可能である。

また、双方あるいは何れか一方の傾斜溝の溝深さを、流体排出部に向けて漸次浅くすることもできる。この構成によれば、傾斜溝上を流れる流体の動圧作用が高められ、流体排出部に生じる流体圧をさらに高めることができる。

また、前記課題を解決するため、本発明は、固定側部材と回転側部材のうち、何れか一方の部材の平面に、一方に傾斜した複数の第１傾斜溝と、他方に傾斜した第２傾斜溝とが設けられ、各傾斜溝が、それぞれ流体導入部と流体排出部とを有する動圧軸受装置において、第１傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域と、第２傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域のうち、何れか一方の溝領域内に、他方の傾斜溝の流体導入部を設けると共に、一方の溝領域外に、他方の傾斜溝の流体排出部を設けたことを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

本発明は、固定側部材と回転側部材のうち、何れか一方の部材の平面に、動圧発生部としての傾斜溝領域を形成する場合にも適用可能であり、上記構成によれば、回転側部材の回転時、各傾斜溝の流体排出部において高い動圧を生じ、かかる高圧部が半径方向に離隔して形成される。これにより、回転側部材を、固定側部材の平面の、半径方向に離隔した位置でそれぞれ高圧の流体膜を介してスラスト方向に支持することができる。また、何れか一方の溝領域内に、他方の傾斜溝の流体導入部を設けるようにしたので、第１溝領域と第２溝領域とが半径方向で一部重複する。そのため、各傾斜溝の溝長さを極力短くすることなく、溝領域の半径方向幅を縮小することができる。従って、本発明によれば、動圧軸受装置の小型化を図りつつも、小型化に伴う各傾斜溝の動圧作用の低下を最小限に留めて、高いモーメント剛性を得ることができる。

上記構成の動圧軸受装置は、例えば動圧軸受装置と、この動圧軸受装置の回転側部材を回転駆動させる駆動部とを備えたモータとして好適に提供することができる。

以上のように、本発明によれば、小型化を図りつつも、高いモーメント剛性を確保し得る動圧軸受装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１および図２に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１の断面図を示す。同図において、動圧軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２を内周に挿入可能な軸受部材３とを備える。この実施形態において、軸部材２は回転側部材に、軸受部材３は固定側部材にそれぞれ対応する。

軸部材２は軸状をなし、例えばＳＵＳ等の金属材料から製作される。外周面２ａは断面真円状をなす。後述する動圧発生部４の平滑領域７表面とこれに対向する外周面２ａとの間には半径方向寸法が一定の隙間空間が形成される。

軸受部材３は円筒状をなすもので、この実施形態では、ＣｕやＦｅ等の金属粉末からなる焼結金属の多孔質体で形成される。軸受部材３の内部空孔には、潤滑油が含浸されている。

軸受部材３の内周面３ａの全面あるいは一部領域に動圧発生部４が設けられる。この実施形態では、軸方向両端の斜面部３ｂを除く内周面３ａの全領域に動圧発生部４が設けられる。

動圧発生部４は、一方（図２で言えば回転方向ａに対して軸方向下側）に向けて傾斜する第１傾斜溝５と、他方（図２で言えば回転方向ａに対して軸方向上側）に向けて傾斜する第２傾斜溝６とを備える。各傾斜溝５、６はそれぞれ流体導入部５ａ、６ａと流体排出部５ｂ、６ｂとを有する。また、各傾斜溝５、６の周囲には、各傾斜溝５、６より小径の平滑領域７が形成される。双方の傾斜溝５、６はそれぞれ内周面３ａの円周方向に沿って配列され、これにより、第１傾斜溝５の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域８と、第２傾斜溝６の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域９とが設けられる。

第１傾斜溝５の流体導入部５ａは第２溝領域９内に設けられると共に、流体排出部５ｂは第２溝領域９の領域外に設けられる。同様に、第２傾斜溝６の流体導入部６ａは第１溝領域８内に設けられると共に、流体排出部６ｂは第１溝領域８の領域外に設けられる。詳述すると、この実施形態では、第１傾斜溝５の流体導入部５ａは、第２溝領域９の軸方向中央より上側の部分に設けられると共に、第２傾斜溝６の流体導入部６ａは、第１溝領域８の軸方向中央より下側の部分に設けられる。第１傾斜溝５と第２傾斜溝６とが連続している箇所は存在しない。従って、全ての傾斜溝５、６はその周囲を平滑領域７で囲まれている。また、この実施形態では、第１傾斜溝５の溝長さと第２傾斜溝６の溝長さとは等しく、第１傾斜溝５が回転方向（図２中矢印ａの向き）に対してなす角の大きさと、第２傾斜溝６が回転方向に対してなす角の大きさとは等しい。

また、この実施形態では、第１傾斜溝５と第２傾斜溝６とが一本ずつ円周方向に交互に配列されている。円周方向全周に亘って配列される各傾斜溝５、６の数は同じである。

また、この実施形態では、例えば図３に示すように、第１傾斜溝５の溝底面５ｃが、流体導入部５ａから流体排出部５ｂにかけて内径側に傾斜した形状をなす。これにより、第１傾斜溝５の溝深さは、流体導入部５ａから流体排出部５ｂに向けて漸次浅くなっている。同様に、第２傾斜溝６の溝深さは、流体導入部６ａから流体排出部６ｂに向けて漸次浅くなっている。もちろん、溝深さが溝の長手方向に亘って一定となるよう各傾斜溝５、６を形成しても構わない。

上記構成の傾斜溝５、６およびその平滑領域７は、例えば軸受部材３の内周面３ａを、各傾斜溝５、６を成形するための複数の凸部を有する成形型（サイジングピンなど）で圧迫して、各傾斜溝５、６および平滑領域７を塑性変形させることで成形される。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材（回転側部材）２を、図１中矢印の向き（図２でいえば矢印ａの向き）に回転させることで、各傾斜溝５、６の表面あるいはその平滑領域７の表面から滲み出た潤滑油（あるいは軸部材２と軸受部材３との半径方向隙間を満たす潤滑油）が流体導入部５ａを介して第１傾斜溝５に流れ込む。流れ込んだ潤滑油は第１傾斜溝５上を流体導入部５ａの側から流体排出部５ｂに向けて（矢印ｂの向きに）流れ、流体排出部５ｂで、正確には流体排出部５ｂとその平滑領域７との境界部で最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域７の、流体排出部５ｂの回転方向前方に位置する領域７ａと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に第１高圧部１０が形成される。

同様に、軸部材２の回転に伴い、第２傾斜溝６に流れ込んだ潤滑油は第２傾斜溝６上を流体導入部６ａの側から流体排出部６ｂに向けて（矢印ｃの向きに）流れ、流体排出部６ｂで、正確には流体排出部６ｂとその平滑領域７との境界部で最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域７の、流体排出部６ｂの回転方向前方に位置する領域７ｂと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に第２高圧部１１が形成される。

このように、軸部材（回転側部材）２の回転時、軸受部材３の内周面３ａに設けられた動圧発生部４と、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に、第１傾斜溝５および第２傾斜溝６による動圧作用が生じる。これにより、動圧発生部４の軸方向上端に第１高圧部１０が形成されると共に、動圧発生部４の軸方向下端に第２高圧部１１が形成される（図１あるいは図２を参照）。従って、軸部材２を、高圧の潤滑油膜でかつ極力軸方向に離隔した位置でラジアル方向に非接触支持することができ、高いモーメント剛性を動圧軸受装置１に付与することができる。

また、第１傾斜溝５の流体導入部５ａを第２溝領域９内に、流体排出部５ｂを第２溝領域９の領域外にそれぞれ設けると共に、第２傾斜溝６の流体導入部６ａを第１溝領域８内に、流体排出部６ｂを第１溝領域８の領域外にそれぞれ設けることで、言い換えると、第１傾斜溝５で構成される第１溝領域８と、第２傾斜溝６で構成される第２溝領域９との間に重複領域を設けることで、従来品（例えば特許文献２に記載の動圧軸受装置）に比べて各傾斜溝５、６の溝長さをできるだけ長く保ちつつも、軸受部材３の軸方向寸法（動圧発生部４の軸方向幅）を狭めることができる。従って、動圧軸受装置１の薄型化（小型化）を図りつつも、各傾斜溝５、６による高い動圧作用を発揮して、高いモーメント剛性を発揮することができる。

また、軸部材２の回転時、傾斜溝５、６により半径方向隙間（ラジアル軸受隙間）内の潤滑油は軸受部材３の軸方向両端側に集められるため、動圧発生部４の軸方向中央では両端に比べて潤滑油が少ない。これに対して、この実施形態では、第１傾斜溝５の流体導入部５ａを、第２溝領域９の軸方向中央より上側の部分に設けたので、第１溝領域８と第２溝領域９との間で重複領域が増すと共に、第１傾斜溝５の流体導入部５ａが軸受部材３の上端（第２高圧部１１）に比較的近い箇所に設けられる。そのため、軸受部材３の軸方向寸法を縮小しつつ、各傾斜溝５、６の溝長さを極力長く確保し、加えて、第１傾斜溝５の流体導入部５ａ付近の潤滑油量が不足する事態を可及的に回避することができる。第２傾斜溝６の流体導入部６ａを、第１溝領域８の軸方向中央より下側の部分に設けることによっても同様の効果が得られる。

この場合、図示は省略するが、さらに、第１傾斜溝５の流体導入部５ａを、第２溝領域９内の、第２傾斜溝６の流体排出部６ｂ寄りの位置に設けることもできる。これによれば、第２高圧部１１から漏れた潤滑油を効率良く回収して、第１傾斜溝５の流体排出部５ｂあるいはその周辺領域７ａに形成される第１高圧部１０の流体圧を共に高めることができる。従って、ラジアル支持力（モーメント剛性）のさらなる向上を図ることができる。もちろん、第２傾斜溝６の流体導入部６ａを、第１溝領域８内の、第１傾斜溝５の流体排出部５ｂに近い箇所に設けることでも同様の効果が期待される。ただ、あまりに流体排出部６ｂ（第２高圧部１１）に近いと、第２傾斜溝６の流体排出部６ｂに集められた潤滑油が第１傾斜溝５の側に逃げてしまう恐れあるため、これらを考慮に入れて、両者５ａ、６ｂの間隔を適正に設定（例えば、傾斜溝５、６の幅寸法の１．０〜１.５倍）するのが好ましい。第１傾斜溝５の流体排出部５ｂと第２傾斜溝６の流体導入部６ａとの間隔についても同様の観点から適正に設定するのが好ましい。

また、この実施形態のように、第１および第２傾斜溝５、６を溝サイジング等の型成形で形成する場合、成形すべき溝の形状によっては、その成形精度が低下し、最悪の場合、満足に成形できない可能性があるが、本発明のように、単純な形状でかつ独立した傾斜溝５、６であれば、複雑な形状をなす従来の傾斜溝（へリングボーン形状など）に比べて容易に成形が可能であり、かつその成形精度も容易に高めることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る動圧軸受装置１（動圧発生部４）は、この実施形態に限定されることなく、他の構成を採ることもできる。以下、本発明に係る動圧軸受装置１、具体的には動圧発生部４の他構成を、図４〜図７に基づいて説明する。

上記実施形態では、動圧発生部４における第１傾斜溝５の溝長さを第２傾斜溝６の溝長さと等しくした場合を例示したが、例えば両者の溝長さを異ならせた構成を採ることもできる。図４はその一例を示すもので、動圧発生部１４における第２傾斜溝１６の溝長さＬ２を、第１傾斜溝１５の溝長さＬ１に比べて長くしている。この場合には、第２傾斜溝１６による動圧作用が第１傾斜溝１５による動圧作用に比べて大きくなるので、第２傾斜溝１６の流体排出部１６ｂの側に形成される第２高圧部２１の油膜圧を、第１傾斜溝１５の流体排出部１５ｂの側に形成される第１高圧部２０の油膜圧に比べて高めることができる。従って、この構成は、例えば後述のように、軸部材２の一端側に取り付けた他部材（ロータハブなど）の重量が他端側のそれに比べて大きく、動圧発生部１４の軸方向一端でアンバランスなモーメント荷重が作用する場合などに有効である。

また、第１傾斜溝５が回転方向に対してなす角や、第２傾斜溝６が回転方向に対してなす角（傾斜角）は特に限定されるものではなく、個々の傾斜溝の溝長さや溝深さ、必要とされる動圧作用の大きさに合わせて適宜変更することができる。例えば、図５はその一例を示すもので、動圧発生部２４における第１および第２傾斜溝２５、２６は、その溝長さ（軸方向幅）を図２に示す傾斜溝５、６に比べて短くする一方、回転方向に対する傾斜角α、βを上記傾斜溝５、６に比べて大きくしている。この構成によれば、動圧軸受装置１の小サイズ化に伴い、動圧発生部２４を設ける領域の周方向長さ（図１でいえば軸受部材３の内径）が小さくなる場合であっても、比較的多くの傾斜溝２５、２６を設けることができる。また、上記実施形態では、第１傾斜溝２５の傾斜角αと第２傾斜溝２６の傾斜角βとが等しい場合を例示したが、両者の傾斜角を異ならせた構成を採ることもできる。

また、上記実施形態では、第１傾斜溝５（１５、２５）と第２傾斜溝６（１６、２６）とを一本ずつ交互に配列した場合を例示したが、これに限ることなく、例えば双方の傾斜溝５、６を同数本ずつ交互に配列することもできる。図６はその一例を示すもので、第１傾斜溝３５と第２傾斜溝３６とを２本ずつ交互に配列した動圧発生部３４が形成されている。このように、双方の傾斜溝３５、３６を複数本かつ同数本ずつ交互に配列することで、一本ずつ交互に配列する場合と比べて、動圧発生部３４における（単位面積当りの）溝配列本数を増やすことができる。そのため、各傾斜溝３５、３６の流体排出部３５ｂ、３６ｂの側にそれぞれ形成される第１高圧部４０および第２高圧部４１の油膜圧をさらに高めることができる。もちろん、傾斜溝３５、３６の配列態様は上記構成に限ることなく、例えば第１傾斜溝３５を３本ずつ、第２傾斜溝３６を２本ずつ交互に配列するなど、互いに異なる本数の傾斜溝３５、３６を交互に配列した構成を採ることもできる。その一方で使用時の摩耗を考えれば、適度に傾斜溝以外の領域（平滑領域７）が存在する方がよい場合もあるため、傾斜溝５、６と丘部（平滑領域７）とのバランスを考慮してその面積比を決定するのが好ましい。

また、各傾斜溝５、６は、必ずしも内周面３ａの全周に亘って設ける必要はなく、主に片当りの状態でラジアル支持する場合には内周面３ａの半周領域にのみ設けるなど、用途に応じて、内周面３ａの円周方向の一部領域に設けることも可能である。

また、以上の実施形態では、複数の傾斜溝５、６を有する動圧発生部４を軸受部材３の内周面３ａに設けた場合を説明したが、本発明に係る動圧発生部４は、固定側部材に限らず回転側部材の側（図１でいえば軸部材２の外周面２ａ）に設けることもできる。

また、本発明に係る動圧発生部４は、上述のように、ラジアル方向に対向する固定側部材と回転側部材の何れか一方の円筒面に設ける他、スラスト方向に対向する固定側部材と回転側部材の何れか一方の平面に設けることもできる。図７はその一例を示すもので、図１に示す軸受部材３の端面３ｃに、第１傾斜溝４５および第２傾斜溝４６とを円周方向に交互に配列した動圧発生部４４が形成されている。

動圧発生部４は、一方（図７で言えば回転方向ｄに対して内径側）に向けて傾斜する第１傾斜溝４５と、他方（図７で言えば回転方向ｄに対して外径側）に向けて傾斜する第２傾斜溝４６とを備える。各傾斜溝４５、４６はそれぞれ流体導入部４５ａ、４６ａと流体排出部４５ｂ、４６ｂとを有する。双方の傾斜溝４５、４６はそれぞれ端面３ｃの円周方向に沿って配列され、これにより、第１傾斜溝４５の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域と、第２傾斜溝４６の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域とが端面３ｃ（動圧発生部４４）上に設けられる。

第１傾斜溝４５の流体導入部４５ａは第２溝領域内に設けられると共に、流体排出部４５ｂは第２溝領域の領域外に設けられる。同様に、第２傾斜溝４６の流体導入部４６ａは第１溝領域内に設けられると共に、流体排出部４６ｂは第１溝領域の領域外に設けられる。詳述すると、この実施形態では、第１傾斜溝４５の流体導入部４５ａは、第２溝領域の半径方向中央より外径側の部分に設けられると共に、第２傾斜溝４６の流体導入部４６ａは、第１溝領域の半径方向中央より内径側の部分に設けられる。第１傾斜溝４５と第２傾斜溝４６とが連続している箇所は存在しない。従って、全ての傾斜溝４５、４６はその周囲を平滑領域４７で囲まれている。

この場合、図示は省略するが、例えば外周面２ａから外径側に張り出したフランジ部を一体又は別体に備えた軸部材２を軸受部材３の内周に挿入し、軸受部材３に対して図７中矢印ｄの方向に回転させることで、潤滑油が第１傾斜溝４５上を流体導入部４５ａの側から流体排出部４５ｂに向けて（矢印ｅの向きに）流れ、流体排出部４５ｂとその周囲にある平滑領域４７との境界部で最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域４７の、流体排出部４５ｂの回転方向前方に位置する領域４７ａと、これに対向する軸部材２のフランジ部端面（図示は省略）との間に第１高圧部５０が形成される。

同様に、軸部材２の回転に伴い、第２傾斜溝４６に流れ込んだ潤滑油はこの傾斜溝４６上を流体導入部４６ａの側から流体排出部４６ｂに向けて（矢印ｆの向きに）流れ、流体排出部４６ｂとその周囲の平滑領域４７との境界部で最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域４７の、流体排出部４６ｂの回転方向前方に位置する領域４７ｂと、これに対向する軸部材２のフランジ部端面との間に第２高圧部５１が形成される。従って、軸部材２を、高圧の潤滑油膜（高圧部５０、５１）でかつ極力半径方向に離隔した位置でスラスト方向に非接触支持することができ、高いモーメント剛性を動圧軸受装置１に付与することができる。

また、第１傾斜溝４５の流体導入部４５ａを第２溝領域内に、流体排出部４５ｂを第２溝領域の領域外にそれぞれ設けると共に、第２傾斜溝４６の流体導入部４６ａを第１溝領域内に、流体排出部４６ｂを第１溝領域の領域外にそれぞれ設けることで、言い換えると、第１傾斜溝４５で構成される環状の第１溝領域と、第２傾斜溝４６で構成される環状の第２溝領域との間に重複領域を設けることで、各傾斜溝４５、４６の溝長さをできるだけ長く保ちつつも、軸受部材３の半径方向寸法（動圧発生部４４の半径方向幅）を狭めることができる。従って、動圧軸受装置１の小型化を図りつつも、各傾斜溝４５、４６による高い動圧作用を発揮して、高いモーメント剛性を発揮することができる。この場合、各傾斜溝４５、４６の形状やサイズ、配置態様について、上記傾斜溝５、６と同様の構成が可能である。

以上説明した動圧発生部４を備えた動圧軸受装置は、例えば電子機器冷却用のファンモータに組み込んで使用可能である。以下、本発明に係る動圧軸受装置を上記モータ用のスピンドルに適用した構成例を、図８に基づいて説明する。なお、図１〜図７に示す実施形態と構成・作用を同一にする部位および部材については、同一の参照番号を付し、重複説明を省略する。

図８は、動圧軸受装置１０１を組み込んだモータ１００の断面図を示している。このモータ１００は、軸部材１０２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１０１と、軸部材１０２の一端に装着されたロータ（この図示例ではファンインペラ）１０３と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル１０４ａおよびロータマグネット１０４ｂとからなる駆動部１０４と、ロータ１０３を収容し、かつ冷却すべき部品（図８中１点鎖線で示す部品）に取り付けられたベース部１０５とを備えている。ロータ１０３の外径側には複数枚のファン１０６が円周方向に亘って立設されている。ベース部１０５の外壁部１０５ａの円周方向一部領域には開口部１０５ｂが設けられている。この開口部１０５ｂは、モータ１００の駆動時、外径側に送られる排気流の排気口として作用する。また、外壁部１０５ａの上端には内径側に向けて延びた環状部１０５ｃが設けられ、この環状部１０５ｃの内周には孔１０５ｄが形成されている。

ステータコイル１０４ａに通電すると、ステータコイル１０４ａとロータマグネット１０４ｂとの間の励磁力でロータマグネット１０４ｂが回転し、それによって、ロータ１０３およびロータ１０３に立設された複数枚のファン１０６が軸部材１０２と一体に回転する。この回転により、各ファン１０６は外径方向（図８中矢印Ａの方向）への気流を生じ、この気流に引き込まれる形で、孔１０５ｄから吸気流が軸方向下側（図８中矢印Ｂの方向）に向けて生じる。その一方で、外径方向への気流により押し出される形で、排気流が図８中矢印Ｃの方向に生じ、外壁部１０５ａに設けられた開口部１０５ｂを介して外部に排出される。

この実施形態において、動圧軸受装置１０１は、ベース部１０５に取り付けられるハウジング１０７と、ハウジング１０７の内周に位置する軸受部材３と、軸受部材３の内周に挿入される軸部材１０２と、シール部１０８とを備えている。この場合、軸部材１０２おおよび軸部材１０２の一端に取り付けられるロータ１０３とが回転側部材に対応する。また、軸受部材３とハウジング１０７、およびシール部１０８とが固定側部材に対応する。

軸受部材３の内周面３ａの全面又は一部領域には、第１傾斜溝５および第２傾斜溝６を例えば図２に示すように配列した領域（動圧発生部４）が設けられている。軸部材１０２の他端面１０２ｂは略球面状をなし、軸部材１０２を軸受部材３の内周に挿入した状態では、対向するハウジング１０７の底部１０７ａの上端面１０７ａ１に当接する。これ以外の構成は、上記実施形態における記載に準じるので説明を省略する。

上記構成の軸部材１０２を軸受部材３の内周に挿入し、軸受部材３と軸部材１０２との間の半径方向隙間の大気解放側（シール部１０８の側）から潤滑油を注油する。これにより、軸受部材３の内部空孔を含む軸受内部空間を潤滑油で充満した動圧軸受装置１０１が完成する。

上記構成の動圧軸受装置１０１において、軸部材１０２の回転時、軸受部材３の動圧発生部４とこれに対向する軸部材１０２の外周面１０２ａとの間の潤滑油が第１傾斜溝５上を流体導入部５ａの側から流体排出部５ｂに向けて流れ（図２を参照）、流体排出部５ｂで最大の動圧を生じる。これにより、動圧発生部４の軸方向下端とこれに対向する軸部材１０２の外周面１０２ａとの間に第１高圧部１０９が形成される。同様に、第２傾斜溝６による動圧作用が第２傾斜溝６の流体排出部６ｂで最大となり、動圧発生部４の軸方向上端と軸部材２の外周面１０２ａとの間に第２高圧部１１０が形成される。従って、これら第１および第２高圧部１０９、１１０とで軸部材１０２がラジアル方向に回転自在に非接触支持される。同時に、軸部材１０２の他端面１０２ｂが、これに対向する底部１０７ａの上端面１０７ａ１により接触支持（ピボット支持）され、これにより軸部材１０２がスラスト方向に回転自在に支持される。

以上より、この実施形態に係る動圧軸受装置１であれば、軸部材２を、高圧の潤滑油膜（第１高圧部１０９と第２高圧部１１０）でかつこれらを極力軸方向に離隔した位置で非接触支持することができ、高いモーメント剛性を得ることができる。また、第１傾斜溝５の流体導入部５ａを第２溝領域９内に、流体排出部５ｂを第２溝領域９の領域外にそれぞれ設けると共に、第２傾斜溝６の流体導入部６ａを第１溝領域８内に、流体排出部６ｂを第１溝領域８の領域外（何れも図２を参照）にそれぞれ設けることで、第２傾斜溝６で構成される第２溝領域９との間に重複領域を設けることにより、従来品に比べて各傾斜溝５、６の溝長さをできるだけ長く保ちつつ、動圧発生部４（軸受部材３）の軸方向幅を狭めることができる。従って、動圧軸受装置１０１の薄型化（小型化）を図りつつも、高いモーメント剛性を確保することができると共に、かかる動圧軸受装置１０１およびこれを備えたモータ１００を長期に亘って安定的に使用することができる。

上記構成の動圧軸受装置１０１は、上記タイプのファンモータ（シロッコファンモータ）だけでなく、例えばクロスフローファン用モータや軸流ファン用モータなど、携帯機器等に搭載され、更なる小型化が要求されるファンモータ用の軸受装置として好適に適用可能である。もちろん、これらファンモータ以外にも、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等の情報機器に搭載されるスピンドルモータ用の軸受装置として、またレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイールモータなど、種々のモータ用軸受装置として使用可能である。

なお、上記実施形態では、軸受部材３を、焼結金属の多孔質体で形成した場合を例示したが、特にこの構成に限る必要はない。例えば図示は省略するが、軸受部材３を電鋳部と成形部とで構成し、軸受面となる動圧発生部４の各傾斜溝５、６、および平滑領域７表面を含む箇所を電鋳部で形成したものを使用することもできる。この場合、例えば動圧発生部４の各傾斜溝５、６および平滑領域７は、マスターへの電鋳加工により一体に形成される。また、軸受部材３は、マスターと一体又は別体の電鋳部をインサート部品として例えば樹脂で一体に射出成形することができる。

また、軸受部材３を非多孔質の金属材料で形成したり、摺動性や耐摩耗性を高めた樹脂組成物で形成することもできる。あるいは、軸受部材３をインサート部品としてハウジング１０７と一体に樹脂で成形し、または軸受部材３とハウジング１０７とを同じ材料で一体に形成することもできる。さらに、図８に例示のモータ１００でいえば、ベース部１０５を軸受部材３やハウジング１０７と一体に形成することも可能である。何れにしても、樹脂で成形する場合には、上記電鋳部をインサート部品とする射出成形が可能である。また、図８に例示のファンモータ１００であれば、ベース部１０５の材料に、ファンの冷却効率を考慮して、なるべく熱伝導性の良好な材料で形成するのがよい。

なお、図８では、軸部材１０２をいわゆるピボット軸受で支持した場合を例示しているが、例えば図７に示す形状の動圧発生部４４を軸受部材３の端面３ｃあるいはこれに対向する面に設け、この対向面間に生じる高圧部５０、５１で軸部材２をスラスト方向に非接触支持することも可能である。

また、以上の実施形態では、動圧軸受装置１、１０１の内部に充満し、各傾斜溝５、６による動圧作用を生じる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも動圧作用を生じ得る流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。 軸受部材の内周面に設けた動圧発生部を周方向に展開した図である。 軸受部材の図２におけるＡ−Ａ断面図である。 動圧発生部の他の構成を示す展開図である。 動圧発生部の他の構成を示す展開図である。 動圧発生部の他の構成を示す展開図である。 スラスト方向に動圧発生部を設けた軸受部材の下端面図である。 動圧軸受装置を組込んだファンモータの一構成例を概念的に示す断面図である。 従来の動圧発生部を示す展開図である。

符号の説明

１、１０１ 動圧軸受装置
２、１０２ 軸部材
３ 軸受部材
３ａ 内周面
４、１４、２４、３４、４４ 動圧発生部
５、１５、２５、３５、４５ 第１傾斜溝
５ａ 流体導入部
５ｂ 流体排出部
６、１６、２６、３６、４６ 第２傾斜溝
６ａ 流体導入部
６ｂ 流体排出部
８ 第１溝領域
９ 第２溝領域
１０、２０、４０、５０ 第１高圧部
１１、２１、４１、５１ 第２高圧部
１００ モータ
１０５ ベース部
１０６ ファン
１０７ ハウジング
１０９ 第１高圧部
１１０ 第２高圧部

Claims (4)

1. 固定側部材と回転側部材のうち、何れか一方の部材の円筒面に、一方に傾斜した複数の第１傾斜溝と、他方に傾斜した複数の第２傾斜溝とが設けられ、各傾斜溝が、それぞれ流体導入部と流体排出部とを有する動圧軸受装置において、
   第１傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域と、第２傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域のうち、何れか一方の溝領域内に、他方の傾斜溝の流体導入部を設けると共に、前記一方の溝領域外に、他方の傾斜溝の流体排出部を設けたことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 固定側部材と回転側部材のうち、何れか一方の部材の平面に、一方に傾斜した複数の第１傾斜溝と、他方に傾斜した第２傾斜溝とが設けられ、各傾斜溝が、それぞれ流体導入部と流体排出部とを有する動圧軸受装置において、
   第１傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第１溝領域と、第２傾斜溝の両端を円周方向に結んで形成される第２溝領域のうち、何れか一方の溝領域内に、他方の傾斜溝の流体導入部を設けると共に、前記一方の溝領域外に、他方の傾斜溝の流体排出部を設けたことを特徴とする動圧軸受装置。
3. 双方あるいは何れか一方の傾斜溝の溝深さを、流体排出部に向けて漸次浅くした請求項１又は２記載の動圧軸受装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の動圧軸受装置と、この動圧軸受装置の回転側部材を回転駆動させる駆動部とを備えたモータ。

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