JP2007247767A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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および軸受剛性を得る。
【解決手段】軸受部材の内周面に設けられる動圧発生部４は、複数の第１の動圧溝５および第２の動圧溝６とを備える。第１の動圧溝５は、下流側で流体の合流部１１を形成する短寸傾斜部７と長寸傾斜部８とを備える。短寸傾斜部７の円周方向線Ｘ１に対する傾斜角は、長寸傾斜部８に比べて小さい。第２の動圧溝６は、下流側で流体の合流部１２を形成する短寸傾斜部９と長寸傾斜部１０とを備える。短寸傾斜部９の円周方向線Ｘ２に対する傾斜角は、長寸傾斜部１０に比べて小さい。短寸傾斜部７は、合流部１１を基準として動圧発生部４の軸方向一端側（上側）に配設され、短寸傾斜部９は、合流部１２を基準として動圧発生部４の軸方向他端側（下側）に配設される。
【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。この種の軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を備えるものであり、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におけるディスクドライブのスピンドルモータ用の軸受装置として、あるいは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、ファンモータなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。

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１０に示すように、傾斜方向の異なる一対の傾斜部２０６、２０７からなる動圧溝２０８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、動圧溝２０８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部２０６、２０７を介して各動圧発生部２０４の軸方向中央に位置する平滑部２０９に向けて流れ込み、平滑部２０９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、軸部材等の回転側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、傾斜部２０６、２０７からなる動圧溝２０８を円周方向に配列した動圧発生部２０４が軸方向に離隔して２箇所に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（傾斜部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、これだとモーメント剛性の不足が避けられない。また、薄肉化のために動圧発生部２０４の軸方向寸法を縮小すると、どうしても傾斜部２０６、２０７の溝長さを短くせざるを得ない。これでは、平滑部２０９で十分な流体圧を得ることができず、場合によっては軸受剛性が不足する恐れが生じる。

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および軸受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、流体の合流部を形成するよう傾斜方向を異ならせた一対の傾斜部を有する動圧溝を円周方向に複数配列してなる動圧発生部を設けた動圧軸受装置において、動圧溝を構成する一対の傾斜部は、互いに溝長さの異なる短寸傾斜部と長寸傾斜部とで構成され、かつ円筒面上の円周方向線に対する短寸傾斜部の傾斜角が、長寸傾斜部の傾斜角よりも小さく、複数の動圧溝は、短寸傾斜部を動圧発生部の軸方向一端側に配置した第１の動圧溝と、短寸傾斜部を動圧発生部の軸方向他端側に配置した第２の動圧溝とからなることを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

上述のように、本発明は、一対の傾斜部を有し、かつ動圧発生部を構成する動圧溝を、互いに溝長さの異なる短寸傾斜部と長寸傾斜部とで構成し、この複数の動圧溝のうち一部の動圧溝が、短寸傾斜部を動圧発生部の軸方向一端側に配置した第１の動圧溝で構成され、かつ残りの動圧溝が、短寸傾斜部を動圧発生部の軸方向他端側に配置した第２の動圧溝で構成されることを第１の特徴とする。このように、第１の動圧溝を構成する短寸傾斜部を動圧発生部の軸方向一端側に、また第２の動圧溝を構成する短寸傾斜部を軸方向他端側にそれぞれ配設することで、動圧発生部を構成する動圧溝を、限られた配列領域（円筒面）内で溝長さをなるべく大きくとって配列しつつも、これら第１の動圧溝に設けられる流体の合流部と、第２の動圧溝に設けられる流体の合流部とを軸方向に離隔して形成することができる。これら合流部は、回転側部材の回転時、一対の傾斜部（動圧溝）により高い動圧を生じるので、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、高いモーメント剛性を発揮することが可能となる。

本発明は、また、各動圧溝を構成する短寸傾斜部と長寸傾斜部において、円筒面上の円周方向線に対する短寸傾斜部の傾斜角を、長寸傾斜部の傾斜角よりも小さくしたことを第２の特徴とするものである。一般に、傾斜部（傾斜溝）はその溝長さが長いほど、かかる傾斜部により生じる動圧作用が高まり、一方で、回転側部材の回転方向に沿った線（通常、円周方向線に等しい）に対する傾斜部の傾斜角がある程度小さければ、かかる傾斜部により生じる動圧作用は高くなる傾向にある。本発明は、上述の如く、動圧溝をなす各傾斜部の溝長さや、円筒面の円周方向線に対する傾斜角が流体の動圧作用に大きく影響する点に鑑みて創出されたもので、短寸傾斜部を長寸傾斜部よりも円筒面上の円周方向線の側に傾けることで、双方の傾斜部から合流部に向けて流れ込む流体圧のバランスを保つことができる。そのため、一方の傾斜部により生じた流体動圧が他方の傾斜部に逃げるのを避けて、各傾斜部により生じる流体動圧を余すことなく合流部に形成される流体膜圧の上昇に使用することができる。これにより、動圧溝を、溝長さの異なる一対の傾斜部で構成した場合であっても、流体の合流部に形成される高圧部の圧力を効果的に高めて、優れた軸受剛性を動圧軸受装置に付与することができる。

以上より、薄肉化を狙って、動圧溝配列領域の軸方向幅を従来に比べて縮小した場合であっても、上記双方の特徴を備えた動圧軸受装置であれば、軸方向に離隔して形成された高圧部により高いモーメント剛性を発揮することができ、また、溝長さの異なる傾斜部間で傾斜角を調整することで、双方の傾斜溝から合流部に流れ込む流体圧のバランスを保って、高い軸受剛性を発揮することができる。

第１の動圧溝および第２の動圧溝の配列態様として、例えば双方の動圧溝を円周方向に交互に配列した構成が考えられる。この場合には、第２の動圧溝を介して円周方向に隣接する第１の動圧溝間の距離をなるべく近づけることができ、また、第１の動圧溝を介して円周方向に隣接する第２の動圧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（合流部）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、高い支持力を安定的に発揮することができる。あるいは、双方の動圧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、動圧発生部（動圧溝配列領域）における動圧溝の配列本数を極力多くとることができる。従って、各高圧部の流体圧をさらに高めて、軸受剛性およびモーメント剛性の一層の向上を図ることができる。もちろん、動圧溝の配列態様は上記構成に限ることなく、例えば一方の動圧溝を２本、他方の動圧溝を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の動圧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動圧溝の溝深さを、合流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、傾斜部（傾斜溝）上を流れる流体の動圧作用がより一層高められ、合流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、流体の合流部を形成するよう傾斜方向を異ならせた一対の傾斜部を有する動圧溝を円周方向に複数配列してなる動圧発生部を設けた動圧軸受装置において、動圧溝を構成する一対の傾斜部は、互いに溝長さの異なる短寸傾斜部と長寸傾斜部とで構成され、かつ平面上の円周線に対する短寸傾斜部の傾斜角が、長寸傾斜部の傾斜角よりも小さく、複数の動圧溝は、短寸傾斜部を動圧発生部の半径方向一端側に配置した第１の動圧溝と、短寸傾斜部を動圧発生部の半径方向他端側に配置した第２の動圧溝とからなることを特徴とする動圧軸受装置を提供する。なお、ここでいう平面上の円周線は、回転側部材の回転軸心を中心とする任意の円周線を意味する。

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を設ける場合にも適用可能であり、動圧発生部を構成する双方の動圧溝のうち、第１の動圧溝を構成する短寸傾斜部を軸方向一端側に、また第２の動圧溝を構成する短寸傾斜部を軸方向他端側にそれぞれ配設することで、各動圧溝の溝長さを極力大きくとりつつも、第１の動圧溝に設けられる流体の合流部と、第２の動圧溝に設けられる流体の合流部とを軸方向に離隔して形成することができる。そのため、これら合流部に、回転側部材の回転時、一対の傾斜部（動圧溝）により高い動圧を生じることで、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、各動圧溝を構成する短寸傾斜部と長寸傾斜部とについて、平面上の円周線に対する短寸傾斜部の傾斜角を長寸傾斜部の傾斜角よりも小さくすることで、双方の傾斜部から合流部に向けて流れ込む流体の圧力バランスを保つことができる。これにより、一方の傾斜部（傾斜溝）により生じた流体動圧が他方の傾斜部に逃げるのを避けて、高いスラスト軸受剛性を発揮することができる。

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、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および軸受剛性を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は単に各図における上下方向を便宜的に示すもので、動圧発生部およびこれを備えた動圧軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。

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。後述する軸受部材３の平滑領域１３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のほぼ全領域に亘って動圧発生部４が設けられる。

動圧発生部４は、複数の第１の動圧溝５および第２の動圧溝６とを備える。このうち、第１の動圧溝５は、互いに溝長さが異なり、かつ一方（図２で言えば内周面３ａの円周方向線Ｘ１に対して軸方向上側）に向けて傾斜する短寸傾斜部７と、他方（図２で言えば円周方向線Ｘ１に対して軸方向下側）に向けて傾斜する長寸傾斜部８とを備える。両傾斜部７，８は、互いの下流側で流体の合流部１１を形成する。このため、短寸傾斜部７は、合流部１１を基準として動圧発生部４（ここでは内周面３ａ）の軸方向一端側（上側）に配設され、長寸傾斜部８は、合流部１１を基準として動圧発生部４の軸方向他端側（下側）に配設される。また、短寸傾斜部７の円周方向線Ｘ１（図２を参照）に対する傾斜角α１は、長寸傾斜部８の円周方向線Ｘ１に対する傾斜角β１に比べて小さい。

同様に、第２の動圧溝６は、互いに溝長さが異なり、かつ他方（図２で言えば内周面３ａの円周方向線Ｘ２に対して軸方向下側）に向けて傾斜する短寸傾斜部９と、一方（図２で言えば円周方向線Ｘ２に対して軸方向上側）に向けて傾斜する長寸傾斜部１０とを備える。両傾斜部９、１０は、互いの下流側で流体の合流部１２を形成する。このため、短寸傾斜部９は、合流部１２を基準として動圧発生部４（ここでは内周面３ａ）の軸方向他端側（下側）に配設され、長寸傾斜部１０は、合流部１２を基準として動圧発生部４の軸方向一端側（上側）に配設される。また、短寸傾斜部９の円周方向線Ｘ２（図２を参照）に対する傾斜角α２は、長寸傾斜部１０の円周方向線Ｘ２に対する傾斜角β２に比べて小さい。

この実施形態では、第１の動圧溝５を構成する短寸傾斜部７の傾斜角α１は、第２の動圧溝６を構成する短寸傾斜部９の傾斜角α２に等しく、第１の動圧溝５を構成する長寸傾斜部８の傾斜角β１は、第２の動圧溝６を構成する長寸傾斜部１０の傾斜角β２に等しい。また、第１の動圧溝５の短寸傾斜部７の溝長さは、第２の動圧溝６の短寸傾斜部９の溝長さに等しく、同様に第１の動圧溝５の長寸傾斜部８の溝長さは、第２の動圧溝６の長寸傾斜部１０の溝長さに等しい。

さらに、この実施形態では、第１の動圧溝５の軸方向幅寸法と第２の動圧溝６の軸方向幅寸法とは等しくなっている。また、第１の動圧溝５を構成する短寸傾斜部７の端部７ａ（上端）と、第２の動圧溝６を構成する長寸傾斜部１０の端部１０ａ（上端）とが同一の円周方向線上にあり、第１の動圧溝５を構成する長寸傾斜部８の端部８ａ（下端）と、第２の動圧溝６を構成する短寸傾斜部９の端部９ａ（下端）とが同一の円周方向線上にある。すなわち、第１の動圧溝５の両端を円周方向に結んで形成される領域と、第２の動圧溝６の両端を円周方向に結んで形成される領域とは完全に重複している。

上記構成の動圧溝５、６はそれぞれ内周面３ａの円周方向に沿って交互に配列される。この実施形態では、第１の動圧溝５と第２の動圧溝６とが円周方向に一本ずつ交互に配列される。円周方向全周に亘って配列される各動圧溝５、６の数は同じである。動圧溝５、６の周囲には、各動圧溝５、６より小径の平滑領域１３が形成される。

また、この実施形態では、例えば図３に示すように、第１の動圧溝５を構成する短寸傾斜部７の溝底面７ｂが、流体導入側の端部７ａから流体排出側となる合流部１１に向けて内径側に傾斜した形状をなす。また、第１の動圧溝５を構成する長寸傾斜部８の溝底面８ｂが、流体導入側の端部８ａから合流部１１に向けて内径側に傾斜した形状をなす。これにより、第１の動圧溝５の溝深さは、合流部１１に向けて漸次浅くなっている。同様に、第２の動圧溝６の溝深さは、各傾斜部９、１０の端部９ａ、１０ａから合流部１２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動圧溝５、６を形成しても構わない。

上記構成の動圧溝５、６およびその平滑領域１３は、例えば軸受部材３の内周面３ａを、各動圧溝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、かかる形状に内周面３ａを変形させることで形成される。

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、第１の動圧溝５の表面あるいはその平滑領域１３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）が端部７ａを介して短寸傾斜部７に流れ込む。同様に、平滑領域１３などの表面から滲み出た潤滑油が端部８ａを介して長寸傾斜部８に流れ込む。流れ込んだ潤滑油は各傾斜部７，８上を合流部１１に向けて（それぞれ矢印ｂ１、ｂ２の向きに）流れ、合流部１１において最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域１３の、合流部１１の回転方向前方に位置する領域１３ａと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に第１の高圧部１４が形成される。

同様に、軸部材２の回転に伴い、第２の動圧溝６（短寸傾斜部９および長寸傾斜部１０）に流れ込んだ潤滑油は各傾斜部９、１０上を端部９ａ、１０ａの側から合流部１２に向けて（それぞれ矢印ｃ１、ｃ２の向きに）流れ、合流部１２において最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域１３の、合流部１２の回転方向前方に位置する領域１３ｂと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に第２の高圧部１５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の動圧溝５および第２の動圧溝６による動圧作用が生じる。この際、第１の動圧溝５を構成する短寸傾斜部７を動圧発生部４の軸方向一端側に、また第２の動圧溝６を構成する短寸傾斜部９を軸方向他端側にそれぞれ配設することで、第１の動圧溝５に設けられる合流部１１と、第２の動圧溝６に設けられる合流部１２とを軸方向に離隔して形成することができる。これにより、第１の動圧溝５の合流部１１、すなわち動圧発生部４の軸方向上端側に第１の高圧部１４が形成されると共に、第２の動圧溝６の合流部１２、すなわち動圧発生部４の軸方向下端側に第２の高圧部１５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の動圧溝５について、短寸傾斜部７を長寸傾斜部８よりも合流部１１上の円周方向線Ｘ１の側に傾けて（α１＜β１）配設することで、双方の傾斜部７，８から合流部１１に向けて流れ込む潤滑油の圧力バランスを保つことができる。そのため、モーメント剛性確保のため、動圧溝５を、溝長さの異なる一対の傾斜部７、８で構成した場合であっても、各傾斜部７，８により生じる流体動圧を余すことなく合流部１１に形成される流体膜圧の上昇に使用して、かかる合流部１１上に形成される高圧部１４の圧力を効果的に高めることができ、これにより軸受剛性の向上を図ることができる。第２の動圧溝６についても同様に、短寸傾斜部９を長寸傾斜部１０よりも合流部１２上の円周方向線Ｘ２の側に傾けて（α２＜β２）配設することで、各傾斜部９、１０により生じる流体動圧を余すことなく合流部１２に形成される流体膜圧の上昇に使用して、合流部１２上に形成される高圧部１５の圧力を効果的に高めることができる。

加えて、この実施形態では、第１の動圧溝５の軸方向幅寸法と第２の動圧溝６の軸方向幅寸法とを等しくし、かつ、第１の動圧溝５の両端を円周方向に結んで形成される領域と、第２の動圧溝６の両端を円周方向に結んで形成される領域とを完全に重複させた。そのため、従来品（例えば特許文献２に記載の動圧軸受装置）に比べて各傾斜部７〜１０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、各動圧溝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および軸受剛性を発揮することができる。

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、第１の動圧溝５の軸方向幅寸法と第２の動圧溝６の軸方向幅寸法とが等しく、また、第１の動圧溝５の両端（端部７ａ、８ａ）の軸方向位置と、第２の動圧溝６の両端（端部９ａ、１０ａ）の軸方向位置とを一致させて配列した場合を例示したがこれに限らず、他の配列態様をとることも可能である。図４はその一例を示すもので、第１の動圧溝５を第２の動圧溝６に対して相対的に上方に移行した配列態様をなしている。かかる構成をとることで、双方の合流部１１、１２（高圧部１４、１５）の軸方向離間距離を大きくとり、モーメント剛性のさらなる向上を図ることもできる。

また、この場合には、第１の動圧溝５の流体導入部となる長寸傾斜部８の端部８ａを、第２の動圧溝６の合流部１２に近づけることができるので、かかる合流部１２上に形成される第２の高圧部１５から漏れた潤滑油を効率良く回収して、第１の動圧溝５へ潤滑油を滞りなく供給することができる。図４では、同様に、第２の動圧溝６の流体導入部となる長寸傾斜部１０の端部１０ａを、第１の動圧溝５の合流部１１に近づけた場合を例示している。ただ、あまりに流体導入部（端部８ａ）を合流部１２（高圧部１５）に近づけ過ぎると、第２の動圧溝６の合流部１２（あるいはその前方領域１３ｂ）に集められた潤滑油が第１の動圧溝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８ａ、１２の間隔を適正に設定するのが好ましい。また、この場合には、双方の傾斜部７，８から合流部１１に流れ込む潤滑油の圧力バランスを保つ観点から、双方の傾斜部７，８間で溝長さや傾斜角を適宜調整するのがよい。第２の動圧溝６の端部１０ａと第１の動圧溝５の合流部１１との間隔、および傾斜部９、１０間での溝長さおよび傾斜角の関係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、上記実施形態では、動圧溝５を構成する短寸傾斜部７と長寸傾斜部８とを、双方の下流側で連続させ、かかる箇所に流体の合流部１１を設けた場合を説明したが、本発明では、双方の傾斜部７，８の下流側で流体の合流部１１が形成されるのであれば、必ずしも双方の傾斜部７，８を下流側で連続させる必要はない。例えば図５に示すように、双方の傾斜部７，８の下流側端部の間に平滑領域１３を介在させた構成や、図６に示すように、一方の傾斜溝（例えば短寸傾斜部７）の下流側端部を、他方の傾斜溝（例えば長寸傾斜部８）の下流側端部に対して円周方向に相対的に移行した（ずらした）構成なども、本発明による作用効果が得られる範囲内において採用することができる。

また、例えば第１の動圧溝５を構成する一対の傾斜部７，８の溝長さを、第２の動圧溝６を構成する一対の傾斜部９、１０の溝長さより大きくすることもでき、この場合には、前者の合流部１１に生じる動圧作用を、後者の合流部１２に生じる動圧作用と比べて大きくすることができる。かかる構成は、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（ロータハブハブ１０３など）の重量が他端側のそれに比べて大きく、動圧発生部４に多大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の動圧溝５における各傾斜部７，８の周方向線Ｘ１に対する傾斜角α１、β１や、第２の動圧溝６における各傾斜部９、１０の周方向線Ｘ２に対する傾斜角α２、β２は、上記実施形態に係る関係（α１＝α２、β１＝β２）に限定されるものではなく、各合流部１１、１２において必要とされる動圧作用の大きさに合わせて適宜個別に変更することができる。同様に、各傾斜部７〜１０の溝長さやその溝深さについても、上述の観点から適宜個別に変更することができる。

また、上記実施形態では、第１の動圧溝５と第２の動圧溝６とを一本ずつ円周方向に交互に配列した場合を例示したが、これに限ることなく、例えば双方の動圧溝５、６を同数本ずつ交互に配列することもできる。図７はその一例を示すもので、第１の動圧溝５と第２の動圧溝６とが２本ずつ円周方向に交互に配列されている。このように、双方の動圧溝５、６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４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、各動圧溝５、６の合流部１１、１２上にそれぞれ形成される第１の高圧部１４および第２の高圧部１５の油膜圧をさらに高めることができる。もちろん、動圧溝５、６の配列態様は上記構成に限ることなく、例えば第１の動圧溝５を３本ずつ、第２の動圧溝６を２本ずつ交互に配列するなど、互いに異なる本数の動圧溝５、６を交互に配列した構成を採ることもできる。一方で、使用時の摩耗を考えれば、適度に動圧溝以外の領域（平滑領域１３）が存在する方がよい場合もあるため、かかる観点から動圧溝５、６と丘部（平滑領域１３）との面積比を決定するのが好ましい。

また、各動圧溝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、複数の動圧溝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８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に動圧発生部２４が形成されている。

動圧発生部２４は、複数の第１の動圧溝２５および第２の動圧溝２６とを備える。このうち、第１の動圧溝２５は、互いに溝長さが異なり、かつ一方（図８で言えば端面３ｃの円周線Ｘ３に対して半径方向外側）に向けて傾斜する短寸傾斜部２７と、他方（図８で言えば円周線Ｘ４に対して半径方向内側）に向けて傾斜する長寸傾斜部２８とを備える。両傾斜部２７、２８は、互いの下流側で流体の合流部３１を形成する。このため、短寸傾斜部２７は、合流部３１を基準として動圧発生部２４（ここでは端面３ｃ）の半径方向一端側（外径側）に配設され、長寸傾斜部２８は、合流部３１を基準として動圧発生部２４の半径方向他端側（内径側）に配設される。また、短寸傾斜部２７の円周線Ｘ３（図８を参照）に対する傾斜角α３は、長寸傾斜部２８の円周線Ｘ３に対する傾斜角β３に比べて小さい。

同様に、第２の動圧溝２６は、互いに溝長さが異なり、かつ他方（図８で言えば端面３ｃの円周線Ｘ４に対して半径方向内側）に向けて傾斜する短寸傾斜部２９と、一方（図８で言えば円周線Ｘ４に対して半径方向外側）に向けて傾斜する長寸傾斜部３０とを備える。両傾斜部２９、３０は、互いの下流側で流体の合流部３２を形成する。このため、短寸傾斜部２９は、合流部３２を基準として動圧発生部２４の半径方向他端側（内径側）に配設され、長寸傾斜部３０は、合流部３２を基準として動圧発生部２４の半径方向一端側（外径側）に配設される。また、短寸傾斜部２９の円周線Ｘ４（図８を参照）に対する傾斜角α４は、長寸傾斜部３０の円周線Ｘ４に対する傾斜角β４に比べて小さい。

上記構成の動圧溝２５、２６はそれぞれ端面３ｃの円周方向に沿って交互に配列される。この実施形態では、第１の動圧溝２５と第２の動圧溝２６とが円周方向に一本ずつ交互に配列される。円周方向全周に亘って配列される各動圧溝２５、２６の数は同じである。動圧溝２５、２６の周囲には、各動圧溝２５、２６より小径の平滑領域３３が形成される。

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８中矢印ｄの方向に回転させることで、平滑領域１３などの表面から滲み出た潤滑油が端部２７ａを介して短寸傾斜部２７に流れ込む。同様に、潤滑油が端部２８ａを介して長寸傾斜部２８に流れ込む。流れ込んだ潤滑油は各傾斜部２７、２８上を合流部３１に向けて流れ、合流部３１において最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域３３の、合流部３１の回転方向前方に位置する領域３３ａと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に第１の高圧部３４が形成される。

同様に、軸部材２の回転に伴い、第２の動圧溝２６（短寸傾斜部２９および長寸傾斜部３０）に流れ込んだ潤滑油は各傾斜部２９、３０上を端部２９ａ、３０ａの側から合流部３２に向けて流れ、合流部３２において最大の動圧を生じる。これにより、平滑領域３３の、合流部３２の回転方向前方に位置する領域３３ｂと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に第２の高圧部３５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の端面３ｃに設けられた動圧発生部２４と、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間に、第１の動圧溝２５および第２の動圧溝２６による動圧作用が生じる。この際、第１の動圧溝２５を構成する短寸傾斜部２７を動圧発生部２４の半径方向一端側に、また第２の動圧溝２６を構成する短寸傾斜部２９を半径方向他端側にそれぞれ配設することで、第１の動圧溝２５に設けられる合流部３１と、第２の動圧溝２６に設けられる合流部３２とを半径方向に離隔して形成することができる。これにより、第１の動圧溝２５の合流部３１、すなわち動圧発生部２４の外径側に第１の高圧部３４が形成されると共に、第２の動圧溝２６の合流部３２、すなわち動圧発生部２４の内径側に第２の高圧部３５が形成される（図８を参照）。従って、軸部材２を、高圧の潤滑油膜でかつ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の動圧溝２５について、短寸傾斜部２７を長寸傾斜部２８よりも合流部３１上の円周線Ｘ３の側に傾けて配設することで、双方の傾斜部２７、２８から合流部３１に向けて流れ込む潤滑油の圧力バランスを保つことができる。これにより、モーメント剛性確保のため、動圧溝２５を、溝長さの異なる一対の傾斜部２７、２８で構成した場合であっても、各傾斜部２７、２８により生じる流体動圧を余すことなく合流部３１に形成される流体膜圧の上昇に使用して、かかる合流部３１上に形成される高圧部３４の圧力を効果的に高めることができ、これにより軸受剛性の向上を図ることができる。第２の動圧溝２６についても同様に、短寸傾斜部２９を長寸傾斜部３０よりも合流部３２上の円周線Ｘ４の側に傾けて配設することで、各傾斜部２９、３０により生じる流体動圧を余すことなく合流部３２に形成される流体膜圧の上昇に使用して、合流部３２上に形成される高圧部３５の圧力を効果的に高めることができる。なお、各動圧溝２５、２６の形状やサイズ、配置態様について、上記動圧溝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、２４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９に基づいて説明する。なお、図１〜図８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９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ハブ（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およびロータハブマグネット１０４ｂとからなる駆動部１０４と、ロータハブ１０３を収容し、かつ冷却すべき部品（図９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。ロータハブ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とロータハブマグネット１０４ｂとの間の励磁力でロータハブマグネット１０４ｂが回転し、それによって、ロータハブ１０３およびロータハブ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９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９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９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ハブ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の動圧溝５および第２の動圧溝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の動圧溝５上（短寸傾斜部７および長寸傾斜部８上）を合流部１１に向けて流れ（図２を参照）、合流部１１で最大の動圧を生じる。これにより、動圧発生部４の軸方向上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１１０が形成される。同様に、第２の動圧溝６による動圧作用が第２の動圧溝６（短寸傾斜部９および長寸傾斜部１０）の合流部１２で最大となり、動圧発生部４の軸方向下端と軸部材２の外周面１０２ａとの間に第２の高圧部１０９が形成される。従って、これら第１および第２の高圧部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、高圧の潤滑油膜（第１の高圧部１０９と第２の高圧部１１０）でかつこれらを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の動圧溝５を構成する短寸傾斜部７を長寸傾斜部８よりも内周面３ａ上の円周方向線Ｘ１の側に傾けることで、双方の傾斜部７，８から合流部１１に向けて流れ込む流体の圧力バランスを保ち、各傾斜部７，８により生じる流体動圧を余すことなく合流部１１に形成される流体膜圧の上昇に使用することができる。第２の動圧溝６についても同様のことがいえる。これにより合流部１１、１２上に形成される高圧部１４、１５の圧力を効果的に高めることができ、軸受剛性の向上を図ることができる。従って、薄型化（小型化）を図りつつも、高いモーメント剛性および軸受剛性を備えた動圧軸受装置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の各動圧溝５、６、および平滑領域１３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の各動圧溝５、６および平滑領域１３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９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９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９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８に示す形状の動圧発生部２４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３４、３５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、各動圧溝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。 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
３ｃ 端面
４、２４ 動圧発生部
５、２５ 第１の動圧溝
６、２６ 第２の動圧溝
７、２７ 短寸傾斜部（第１の動圧溝）
８、２８ 長寸傾斜部（第１の動圧溝）
９、２９ 短寸傾斜部（第２の動圧溝）
１０、３０ 長寸傾斜部（第２の動圧溝）
１１、３１ 合流部（第１の動圧溝）
１２、３２ 合流部（第２の動圧溝）
１３、３３ 平滑領域
Ｘ１、Ｘ２ 円周方向線
Ｘ３、Ｘ４ 円周線

Claims (5)

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、流体の合流部を形成するよう傾斜方向を異ならせた一対の傾斜部を有する動圧溝を円周方向に複数配列してなる動圧発生部を設けた動圧軸受装置において、
   前記動圧溝を構成する一対の傾斜部は、互いに溝長さの異なる短寸傾斜部と長寸傾斜部とで構成され、かつ前記円筒面上の円周方向線に対する前記短寸傾斜部の傾斜角が、前記長寸傾斜部の傾斜角よりも小さく、
   前記複数の動圧溝は、前記短寸傾斜部を前記動圧発生部の軸方向一端側に配置した第１の動圧溝と、前記短寸傾斜部を前記動圧発生部の軸方向他端側に配置した第２の動圧溝とからなる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、流体の合流部を形成するよう傾斜方向を異ならせた一対の傾斜部を有する動圧溝を円周方向に複数配列してなる動圧発生部を設けた動圧軸受装置において、
   前記動圧溝を構成する一対の傾斜部は、互いに溝長さの異なる短寸傾斜部と長寸傾斜部とで構成され、かつ前記平面上の円周線に対する前記短寸傾斜部の傾斜角が、前記長寸傾斜部の傾斜角よりも小さく、
   前記複数の動圧溝は、前記短寸傾斜部を前記動圧発生部の半径方向一端側に配置した第１の動圧溝と、前記短寸傾斜部を前記動圧発生部の半径方向他端側に配置した第２の動圧溝とからなることを特徴とする動圧軸受装置。
3. 前記第１および第２の動圧溝を円周方向に交互に配列した請求項１又は２記載の動圧軸受装置。
4. 前記第１および第２の動圧溝の双方あるいは何れか一方の溝深さを、前記合流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。
5. 請求項１〜４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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