JP2009108869A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトを安定して回転させる軸受ユニットを提供する。
【解決手段】
軸受ユニット８は、シャフト５、軸受ハウジング２４、スリーブ９、吸引マグネット２５、スラスト板１０、リング状部材２６、シールワッシャ１２を有し、その内部にはシャフトを円滑に回転させる潤滑用のオイルが充填されている。磁性材料からなる軸受ハウジング２４は、スリーブ９を支持する段差部３０と吸引マグネット２５を内包する小円筒部２８とがプレス加工等によって一体形成される。これにより、小円筒部２８と吸引マグネット２５との間に磁気回路が形成され、吸引マグネット２５の回転軸J１方向シールワッシャ１２側の端面の磁束密度が増加する。結果、吸引マグネット２５から出る磁束が軸受ハウジング２４から漏れ出ることを防止することができ、磁性材料からなるシャフト５が吸引マグネット２５に引き付けられ、その軸方向の動きが規制される。
【選択図】図２

Description

本発明はシャフト及びスリーブを有する軸受機構に関するものであり、特に、電子機器に用いられる小型のモータの軸受機構に関する。

近年、各種の電子機器は小型・薄型化され、その内部に実装されるICやCPUなどの多数の電子部品が集約化される傾向にある。また、集約化に伴って隣接する電子部品間の距離が短くなっている。それにより、各電子部品から発生する熱によって各々の電子部品が大きな影響を受ける問題が生じている。電子部品の性能低下を防ぐため、電子機器の内部には様々な放熱手段が配備されている。その放熱手段のひとつとして、ファンによる冷却がある。ファンが電子機器内部の換気を行うことにより、電子機器の内部が冷却される。また、換気だけでなく、被冷却体に対してファンから直接風を当てることによって電子機器の内部の冷却を行うことも可能である。電子機器から発生する熱の外部への放熱の促進には、ファンの送風量、静圧、及び動圧の増加が必要とされる。

また、各種電子機器においては、電子機器から発生する騒音や音質に対しても市場からの要求が高まっている。特にノート型パソコンに対しては、要求されるのは騒音値だけではない。人間が耳障りに感じるモジュレーション等の不快音の音質に対しても、市場からの高い要求がある。ノート型パソコンには冷却用ファンが備え付けられている。そのため、冷却ファンから発生する音に対し、特に上述の要求がなされている。
冷却用ファンは、複数の羽根を有する略有蓋円筒状のインペラ、インペラに接続されるシャフト、シャフトを内周面において支持する略円筒状のスリーブ、インペラを囲う内周面を有するハウジングなどから構成される。冷却用ファンから発生する音には、風切り音、空気流干渉音、摺動音などがある。風切り音はインペラの回転によって発生する。空気流干渉音は、吸排気の際に空気がハウジング等へ干渉することによって発生する。そして、摺動音は軸受内部においてシャフトとスリーブとが直接接触することによって発生する。

特に摺動音が発生していることは、シャフトとスリーブとの間で摩擦及び磨耗が発生していることを意味する。それゆえ、摺動音が生じる状態においては、シャフトが同軸上で安定して回転していない。そこで、このシャフトとスリーブとの接触を防ぐことを目的として、流体動圧軸受というものが考え出されている。

流体動圧軸受は、シャフトを支持する略円筒状のスリーブとスリーブを外周から覆うように配置される有底略円筒状の軸受ハウジングなどからなる。軸受ハウジングの内部において、潤滑流体がスリーブに含浸・保持されており、シャフトの外周面とスリーブの内周面とは潤滑流体を介して対向するようになっている。シャフトの回転に伴って発生する潤滑流体の動圧により、シャフトとスリーブとの接触が防止されている。

すべり軸受や転がり軸受などの他の軸受と比較して、流体動圧軸受は騒音値が小さい。さらに、不快音も生じにくい。また、シャフトの回転の振れも微小である。それゆえ、シャフトが安定して支持される。その安定性から、流体動圧軸受はハードディスク等のディスク駆動装置などに用いられるモータに採用されている。

しかし、流体動圧軸受にも問題点がある。流体動圧軸受に対して、外部から衝撃等が加わった場合に、シャフトが軸方向に動く恐れがある。その際、シャフトが軸受ハウジングの底部等に衝突して騒音が発生する。特に、冷却用ファンにおいては、シャフトの軸方向一端に複数の翼を有するインペラが嵌合されている。シャフトの回転に伴い、インペラは発生する空気流から軸方向に力を受ける。それにより、シャフトが軸方向に振動し、軸受ハウジング等に衝突し、騒音が発生しやすい。

このシャフトの軸方向の動きを抑える方法として、特許文献１及び特許文献２に示すような従来技術がある。特許文献１では、円筒状軸受ハウジングの平坦な底部にシャフトを吸引するマグネットを配置する構造が開示されている。そして、特許文献２においては、スラスト軸受にマグネットを組み込み、シャフトを軸受ハウジングに対して吸引する構造が開示されている。

しかし、これらの開示されている構造では、シャフトの軸方向の動きを抑えることは困難である。

特許文献１の構造では、平らな底部にマグネットが配置され、略円筒状の軸受ボス部とマグネットとの間において径方向に隙間が形成されている。それゆえ、マグネットから生じる磁束は軸方向だけでなく径方向にも広がっていき、磁束密度が小さくなっている。そのため、シャフトに作用する磁気吸引力が小さい。ゆえに、シャフトが軸方向底部側に十分に吸引されない。よって、特許文献１の構造では、軸受に対して外部から衝撃等が加わった場合に、シャフトの軸方向の動きを抑えることが困難である。

また、軸受ボス部とマグネットとの間に隙間があるため、外部からの衝撃等によりマグネットが径方向にずれる可能性がある。そのずれにより、シャフトが軸方向だけでなく、径方向にも吸引されて偏心し、シャフトがスリーブと潤滑流体を介さずに接触する。それゆえ、シャフトを安定して回転させることが困難である。特に、シャフトの先端にインペラが取付けられるファンにおいては、外部からの衝撃等によるシャフトへのスラスト荷重が大きくなり、軸方向の動きを抑えることがより困難である。

特許文献２の構造では、シャフトの軸方向軸受ケース側端面がマグネットに径方向外周面及び軸方向端面を覆うような形状となっている。そのため、シャフトの加工工程の増加及びシャフトとマグネットの位置決め精度の高さといった問題が生じ、製造時間が大幅に増大し、製造コストも高くつく構造となっている。

特開２００５−１９２２６２号公報

特開２０００−３０６３１９号公報

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の軸受ユニットは、モータに用いられる軸受ユニットであって、中心軸周りに回転する磁性材料からなるシャフトと、シャフトを回転可能に支持し中心軸を中心とする略円筒状のスリーブと、スリーブを保持し連続的に形成される有底略円筒状の軸受ハウジングとを備え、軸受ハウジングの底部には開口側よりも内径の小さい小円筒部が形成されており、小円筒部にシャフトを磁力により中心軸を軸線とする軸方向に吸引する吸引マグネットが配置されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の軸受ユニットは、請求項１に記載の軸受ユニットであって、軸受ハウジングが磁性材料から形成されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の軸受ユニットは、請求項１又は請求項２に記載の軸受ユニットであって、軸受ハウジングがプレス加工により形成されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の軸受ユニットは、請求項１から請求項３に記載の軸受ユニットであって、軸受ハウジングの内周面における小円筒部との境界部分には、スリーブを軸方向前記底部側から支持する接続部が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の軸受ユニットは、請求項４に記載の軸受ユニットであって、スリーブはスラスト板を介して前記接続部に支持されていることを特徴とする

本発明の請求項６に記載の軸受ユニットは、請求項１から請求項５に記載の軸受ユニットであって、軸受ハウジングにおいて、吸引マグネットの軸方向開口側端面が小円筒部の軸方向開口端側の上縁よりも軸方向底部側に位置することを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の軸受ユニットは、請求項１から請求項６に記載の軸受ユニットであって、スリーブの軸方向底部側において、シャフトの外周面に、外径がスリーブの内径よりも大きいリング状部材が取り付けられること特徴とする。

本発明の請求項８に記載の軸受ユニットは、請求項１から請求項７に記載の軸受ユニットであって、シャフトは、スリーブの内周面と対向する大径部及び大径部よりも径が小さく大径部の軸方向開口側に大径部と連続して形成される小径部とを有しており、軸受ハウジングの開口側には、軸受ハウジングの外周面に嵌合される円筒部と、円筒部に連続して形成され内周面が小径部の外周面に対向すると共に、大径部及びスリーブと軸方向に対向する蓋部とからなる環状部材を有することを特徴とする。

本発明の請求項９に記載の軸受ユニットは、請求項１から請求項８に記載の軸受ユニットであって、シャフトの外周面とスリーブの内周面の少なくともいずれか一方に動圧発生用の溝を設けることを特徴とする。

本発明の請求項１０に記載の軸受ユニットは、電動式モータであって、請求項１に記載の軸受ユニットと、シャフトの軸方向開口側端部に取り付けられるカップ状のロータハブと、ロータハブの内周面に保持されるロータマグネットと、軸受ハウジングの外周面に保持されると共にロータマグネットと対向する電機子が配置されることを特徴とする。
本発明の請求項１１に記載の軸受ユニットでは、ファンであって、請求項１０に記載の電動式モータと、軸受ハウジングが固定されるベース部とを備え、ロータハブの外周面にインペラが形成されると共に径方向外方へと延伸している複数の翼が配設されていることを特徴とする。

本発明の請求項１２に記載の軸受ユニットでは、請求項１１に記載のファンであって、ベース部が樹脂からなると共に、軸受ハウジングにインサート成型により固定されることを特徴としている。

請求項１の発明では、軸受ユニットの組立工程において、吸引マグネットを軸受ハウジングの小円筒部に容易に配置することできる。吸引マグネットの位置が安定することから、シャフトに吸引マグネットから安定した磁気吸引力が作用する。それにより、シャフトは軸方向底部側に強く引き付けられる。ゆえに、軸受ユニットに外力が加わった場合でも、シャフトの軸方向の動きを抑えることができる。したがって、騒音が低減される。

請求項２の発明では、軸受ハウジングに吸引マグネットが磁力によって堅固に保持される。それにより、シャフトに対しマグネットから安定した磁気吸引力が作用する。その磁気吸引力により、シャフトは軸方向底部側に強く引き付けられる。ゆえに、軸受ユニットに外力が加わった場合でも、シャフトの軸方向の動きが抑えられる。そのため、騒音が低減される。さらに、吸引マグネットの外周面と小円筒部との間に磁気回路が形成される。それにより、吸引マグネットの軸方向の磁束密度が高まる。ゆえに、シャフトが軸方向に強力に引き付けられる。軸受ユニットに外力が加わった場合でも、シャフトの軸方向の動きが抑えられる。そのため、騒音も低減される。

請求項３の発明では、軸受ハウジングの底部に小円筒部を一体に形成することができる。また、小円筒部の形成が容易であり、製造時間及び製造コストの低減が可能である。

請求項４の発明では、スリーブの軸方向端面が軸受ハウジングの接続部に当接し、スリーブの軸方向の位置決めを容易に行うことができる。また、スリーブの軸方向の動きを規制し、スリーブを安定して保持することができる。

請求項５の発明では、スリーブがスラスト板を介して接続部に支持されることにより、スリーブの軸方向の位置決めを容易に行うことができる。また、スリーブの軸方向の動きを規制し、軸受ハウジングにおいてスリーブを安定して保持することができる。さらに、スラスト板が介在されることから、軸受ハウジング及びスリーブの磨耗を防ぎ、軸受ユニットの長寿命化を図ることができる。

請求項６の発明では、吸引マグネットが軸方向開口側端面まで小円筒部に内包されることから、吸引マグネットの外周面と小円筒部の内周面との間に磁気回路が形成され、吸引マグネットの軸方向の磁束密度を高めることができる。それにより、シャフトが軸方向に強力に吸引される。軸受ユニットに外力が加わった場合でも、シャフトの軸方向の動きが抑えられる。そのため、騒音も低減される。また、シャフトの軸方向底部側の先端の一部を軸受ハウジングの小円筒部に内包可能であることから、シャフトの位置決めを容易に行うことができる。

請求項７の発明では、外部からの衝撃等により、シャフトが軸方向開口側に移動する場合に、リング状部材がスリーブの軸方向端面に当接し、シャフトが軸方向に抜け出ることを防止することができる。

請求項８の発明では、外部からの熱や衝撃等により、軸受ハウジング内に保持されている潤滑流体が軸受ハウジング外部へと飛散及び蒸発することを防止することができる。また、外部からの衝撃等によってシャフトが軸方向開口側に移動する場合にも、シャフトの大径部とシールワッシャとが当接することにより、シャフトが軸方向開口側に抜け出ることを防止することができる。

請求項９の発明では、シャフトの外周面とスリーブの内周面との間に発生する動圧を高め、シャフトを安定回転させることができる。

請求項１０の発明では、シャフトに嵌合されているロータハブを安定回転させることができる高出力のモータを構成することができる。

請求項１１の発明では、安定回転する高出力のモータを組み込むことにより、風量、静圧及び動圧などの冷却特性が高く、低騒音・高音質のファンを構成することができる。

請求項１２の発明では、ベース部と軸受ハウジングとをそれぞれ異種材料から形成することができる。そして、ベース部と軸受ハウジングとを堅固に固定することができる。それにより、耐衝撃性を向上させるとともに、ロータハブの振れを微小にして回転を安定したものにすることができる。また、ベース部と軸受ハウジングとの接合が容易であることから、製造コストおよび製造時間の削減を図ることが可能となる。

図１は本発明の実施の形態に係る電動式のファン１の断面図である。

ファン１は、外部電源（図示はしていない）から電流が供給されることにより、中心軸J１を中心に回転駆動するロータ部２に、中心軸J１側から径方向外方に向かって伸びる複数の羽根３を有するインペラ４が取り付けられることにより構成されている。ロータ部２はシャフト５を有し、インペラ４の中央部にてシャフト５の片方の端部が固定される。

樹脂製のハウジング６の中心部には、略円盤形状のベース部６１、ベース部６１と一体に形成される略円筒状の金属製ブッシュ７、および軸受ユニット８が配置されている。ブッシュ７とベース部６１の一体形成の方法としては、たとえば圧入や射出成型（インサート成形など）といった方法がある。本実施形態では、ブッシュ７とベース部６１の一体形成にインサート成形を用いており、金型内にブッシュ７を配置するとともに、金型内に溶融した樹脂を流し込んでブッシュ７に樹脂を付着固化させながらベース部６１を形作る。また、軸受ユニット８は、ブッシュ７の内周面に嵌合されて固定されている。軸受ユニット８の内部には、ラジアル軸受の役目を果たす略円筒状のスリーブ９と、スラスト軸受の役割を果たす略円板形状のスラスト板１０とがそれぞれ内包され、シャフト５が回転自在に支持されるようになっている。

ステータ部１１は、軸受ユニット８に固定されるシールワッシャ１２の外周面に固定される。ステータ部１１は、ステータコア１３、コイル１４、ステータコア１３とコイル１４とを絶縁するインシュレータ１５、および回路基板１６で構成される。ステータコア１３は、中心軸J１を中心として径方向外方に放射状に伸びる複数のティース部を有している。そして、ステータコア１３は、ステータコア１３の中心軸J１方向の上端部・下端部および各ティース部とともに、絶縁材料からなるインシュレータ１５によって囲まれ、各ティース部にインシュレータ１５を介して銅線が巻かれることによってコイル１４が形成されている。

また、ステータ部１１の中心軸J１方向のハウジング６側には、ロータ部２の回転駆動を制御する回路基板１６が配置される。回路基板１６は、コイル１４と電子部品とが電気的に接続されるようにインシュレータ１５の中心軸J１方向ハウジング６側に取り付けられる。外部電源からリード線を介して供給される電流をドライブICやホール素子などの電子部品を介してコイル１４に流すことにより、ステータコア１３に磁界が発生する。

外周面に複数の羽根３を有する略カップ状のインペラ４の内周面には、略カップ状のロータホルダ１８、および内周面が多極着磁された略環状のロータマグネット１７が備えられている。ロータホルダ１８はロータマグネット１７をその外周面側から保持し、ファン１の外部への漏洩磁束を低減する。ロータホルダ１８の中央部には、バーリング加工などにより、中心軸J1方向に突出してシャフト５の一端が固定される円筒状部位が設けられている。バーリング加工とはプレス加工の一種であり、穴あけ加工で小さな下穴をあけた後、先端がテーパ状になった円筒状のパンチでクレータ状に突起を出すように成形する加工方法である。また、ステータコア１３の外周とロータマグネット１７の内周とは径方向に互いに対向する配置になっている。外部電源から回路基板を通して電流が供給されることによりステータコア１３から発生する磁界とロータマグネット１７から発生する磁界との相互作用により、ロータ部２に回転トルクが発生し、ロータ部２が中心軸J１を中心に回転する。回転するロータマグネット１７の磁束の変化を、回路基板１６に取り付けられたホール素子によって検出し、同じく回路基板１６に取り付けられたドライブICによりコイル１４へ供給される電流を制御することによって、ロータ部２の回転を制御している。

ベース部６１は、ハウジング６の回路基板１６と中心軸J１方向において対向するように配置されており、その形状は回路基板１６の外径とほぼ同じ径の略円板形状となっている。ベース部６１は樹脂製であり、中心軸J1方向に伸びる円筒部を有する金属製のブッシュ７が上述したインサート成形により一体に固定されている。そして、ブッシュ７の内周には、軸受ユニット８が圧入や接着剤によって固定されている。

ベース部６１とブッシュ７との接合にインサート成形を用いることにより、ブッシュ７に固定される軸受ユニット８をベース部６１に対し堅固に固定することができ、耐衝撃性を向上させることができる。また、ベース部６１と軸受ユニット８とが堅固に固定されることから、インペラ４の振れを微小にし、シャフト５をインペラ４とともに安定に回転させることができる。また同時に、ベース部６１とブッシュ７との接合が容易になり、製造コストおよび製造時間の削減を図ることが可能である。

ステータ部１１およびロータ部２は、ハウジング６とハウジングカバー１９が中心軸J１方向に対向することによって形成される風洞部２０に内包される配置になっている。ハウジング６およびハウジングカバー１９には、中心軸J１方向に貫通する吸気口２１、２２がそれぞれ形成されている。他方、ハウジング６およびハウジングカバー１９によって形成される風洞部２０の径方向外方側には、排気口２３が形成されている。そして、インペラ４が回転することによって、ハウジング６およびハウジングカバー１９の吸気口２１、２２から風洞部２０内へと中心軸J１方向に空気が取り込まれ、取り込まれた空気は風洞部２０の径方向外方に形成される排気口２３へと排出される。

次に、ファン１の内部に配置される軸受ユニット８の構成について説明する。図２に示すように、軸受ユニット８は、シャフト５、軸受ハウジング２４、スリーブ９、吸引マグネット２５、スラスト板１０、リング状部材２６、およびシールワッシャ１２を有し、その内部にはシャフト５を円滑に回転させる潤滑用のオイルが充填されている。

軸受ハウジング２４は、SUSなどの金属や合金などの磁性材料から形成され、その形状は底部２７を有する略円筒形である。軸受ハウジング２４の外周部には、シールワッシャ１２が固定されている。軸受ハウジング２４の底部２７には、開口側よりも内径の小さい小円筒部２８が形成されており、小円筒部２８と開口側の円筒部２９との境界には接続部３０が設けられている。底部２７、接続部３０および小円筒部２８を有する軸受ハウジング２４は、金属等の磁性材料からなるひとつの部材に対して絞り加工等のプレス加工を行うことによって、容易に、かつ、製造時間および製造コストを低減してその形状を形作ることができる。ただし、プレス加工以外にも切削加工などの加工方法によっても、底部２７、接続部３０、および小円筒部２８が一体となった軸受ハウジング２４を成形することは可能である。

軸受ハウジング２４の小円筒部２８の内部には、小円筒部２８の内径よりも小さい外径を有する略円柱形状の吸引マグネット２５が配置されている。吸引マグネット２５の中心軸J１方向シールワッシャ１２側の端面は、略円板形状のスラスト板１０を介してシャフト５の中心軸J１方向底部２７側の端部と対向している。また、吸引マグネット２５の中心軸J1方向の高さh_２は、小円筒部２８の中心軸J１方向の高さh₁よりも低く（吸引マグネット２５の中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端面が接続部３０よりも中心軸J1方向シールワッシャ１２側に飛び出なく）なっており、吸引マグネット２５の外周面は径方向に対向する小円筒部２８の内周面との間で磁気回路を形成している。また、吸引マグネット２５の中心軸J1方向底部２７側の端面も、底部２７の内側と接して磁気回路を形成している。その構成により、中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端面における吸引マグネット２５の磁束密度が増加し、吸引マグネット２５は磁性材料からなるシャフト５を中心軸J1方向底部２７側へと強く引きつけることができる。

吸引マグネット２５に引き付けられたシャフト５は、中心軸J1方向シールワッシャ１２側へ抜け出ることが規制され、軸受ユニット８内におけるシャフト５の位置が安定する。それにより、外部からの衝撃等によってシャフト５が中心軸J1方向に振動したときに、シャフト５が軸受ユニット８を構成する部品（シールワッシャ１２、スリーブ９、スラスト板１０など）に衝突することによって発生する騒音を低減することができる。また、上述のように、軸受ハウジング２４は磁性材料からなり、小円筒部２８や接続部３０は開口側の円筒部２９と連続して形成されている。そのため、吸引マグネット２５から出る磁束が小円筒部２８や接続部３０から軸受ハウジング２４の外部へと漏れ出ることはない。

スラスト板１０は、摩擦が小さく磨耗しにくい材料（たとえばＰＥＥＫ材）からなり、小円筒部２８の内径よりも小さい外径を有する略円板形状に形成されている。スラスト板１０は、吸引マグネット２５の中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端面とシャフト５の中心軸J1方向底部２７側の端面との間に配置され、シャフト５を中心軸J1方向に支持するスラスト軸受の役目を果たす。

軸受ハウジング２４の開口側の円筒部２９には、略円筒形状のスリーブ９が配置されており、スリーブ９の外周面は開口側の円筒部２９の内周面と対向している。スリーブ９は銅や鉄などの金属粉末を焼き固めて成形した多孔質性の焼結合金を材料としており、潤滑用のオイルを内部に含んでいる。上述のように、軸受ハウジング２４は開口側の円筒部２９と小円筒部２８および接続部３０がプレス加工等によって連続して形成されている。そのため、軸受ハウジング２４内（とりわけ、スリーブ９）に充填されているオイルが、小円筒部２８および接続部３０から軸受ハウジング２４の外部へと漏れることはない。

また、スリーブ９の内周面はシャフト５の外周面とオイルを介して対向しており、シャフト５の回転に伴って発生するオイルの動圧により、シャフト５は径方向に安定して支持される。さらに、スリーブ９の内周面またはシャフト５の外周面の少なくとも一方に動圧発生溝（たとえば、ヘリングボーン溝）を形成することにより、シャフト５の回転に伴ってオイルに発生する動圧をより高いものとすることができる。

さらに、スリーブ９の中心軸J１方向底部２７側の端面は、軸受ハウジングの接続部３０に中心軸J1方向に当接する。そのため、スリーブ９を軸受ハウジング２４の開口側から底部２７側へと入れる際には、接続部３０がスリーブ９の軸受ハウジング２４内における中心軸J1方向の位置決めの役目を果たす。一方、スリーブ９の軸受ハウジング２４の開口側の端面は、シールワッシャ１２の蓋部１２１と中心軸J１方向に対向しており、スリーブ９が中心軸J１方向へと飛び出すことを防止している。なお、図中においては、シールワッシャ１２の蓋部１２１は、スリーブ９の軸受ハウジング２４の開口側の端面に当接しているが、中心軸J１方向に隙間を介して対向していてもよい。

シャフト５は、スリーブ９の内周面と対向する外周面を有する大径部５１、および大径部５１よりも外径が小さい小径部５２とからなり、大径部５１と小径部５２とは段差部５３を介して中心軸J1方向に連続して形成されている。小径部５２には、中心軸J1に対して径方向内方側へと傾くテーパ部５３が形成されており、そのテーパ部５３はシールワッシャ１２の貫通孔を有する蓋部１２１の内周面との間において、軸受ハウジング２４内に内包される潤滑流体が外部へと流れ出ることを防止するテーパシールを形成している。

また、上述のようにシャフト５は磁性材料からなり、シャフト５の中心軸J1方向底部２７側の端部の外周面が小円筒部２８の内周面と対向している。上述のように、吸引マグネット２５は小円筒部２８の内周面と対向することによって中心軸J１方向シールワッシャ１２側の磁束密度が高くなっている。そのため、シャフト５の一端が小円筒部２８の内部に納まることにより、シャフト５は吸引マグネット２５に中心軸J１方向底部２７側へと強く吸引されるようになっている。ゆえに、外部からの衝撃等によって、シャフト５が中心軸J1方向シールワッシャ１２側へ移動することが規制されるようになっている。

シャフト５の中心軸J1方向底部２７側の端部は、中心軸J1上に中心を持つような球面形状となっており、スラスト板１０と点接触している。そのため、スラスト板１０とシャフト５との間の摩擦が小さくなっている。それと同時に、上述したようにスラスト板１０は摩擦および磨耗が小さい材料からなるため、シャフト５はスラスト板１０上において、摩擦による損失を少なくして安定して回転することが可能となっている。

また、シャフト５の中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端部は、図１に示すようにインペラ４などの他部材に固定することができる。その固定方法としては、たとえば圧入や接着剤の塗布などの固定方法のほかに、その端部の外周面に滑り止めとしてギザギザやあやめ状の溝などをローレット加工によって形成することができ、また、シャフト５の端部の一部を切り欠いたDカット部や平行な２面を形成するなどして、回り止め、滑り止めや抜け止めを形成することもできる。

スリーブ９の中心軸J1方向底部２７側の端面よりも底部２７側におけるシャフト５の外周面には、環状の溝が形成されている。その溝に、スリーブ９の内径よりも大きく小円筒部２８の内径より小さい金属製のリング状部材２６が圧入や接着剤の塗布などにより、固定されている。リング状部材２６は、プレス加工や切削加工によって形成することができ、他にも金属や樹脂からなるワイヤリングなどを用いることが可能である。リング状部材２６の外径はスリーブ９の内径よりも大きいため、外部からの衝撃等によってシャフト５が中心軸J1方向シールワッシャ１２側に移動したときに、リング状部材２６がスリーブ９と中心軸J1方向に当たり、シャフト５が中心軸J１方向シールワッシャ１２側へと移動するのを防ぐことができる。また同時に、リング状部材２６の外径は小円筒部２８の内径よりも小さいため、シャフト５の中心軸２１方向底部２７側の端部とともにリング状部材２６は、小円筒部２８の内部に納まるようになっている。

シールワッシャ１２は金属材料（たとえば真鍮）からなり、軸受ハウジング２４の外周面に固定される円筒部１２２と、シャフト５の小径部５２が通る貫通孔を有し軸受ハウジング２４の開口部を覆う蓋部１２１とから構成される。上述したとおり、蓋部１２１の貫通孔の内周面とシャフト５の小径部５２の外周面との間にはテーパシールが形成されており、軸受ハウジング２４内部のオイルが蓋部１２１の内周面とシャフト５の小径部５２の外周面との間の隙間から漏れることを防止している。

蓋部１２１の中心軸J1方向底部２７側の端面と内周面との境界には、シャフト５の大径部５１の外径とほぼ同じ径であり、シャフト５の段差部５３と中心軸J1方向に対向する凹部１２３が形成されている。外部からの衝撃等によってシャフト５が中心軸J1方向シールワッシャ１２側に移動した場合、蓋部１２１の凹部１２３にシャフト５の段差部５３が当たり、シャフト５が中心軸J1方向へと抜け出ることを防止することができる。なお、本実施形態では、シールワッシャ１２によるシャフト５の抜け止め構造と、上述のリング状部材２６による抜け止め構造の両方を用いて、シャフト５が中心軸J１方向へと抜け出ることを防止しているが、どちらか一方の構造のみを採用してもよい。後述する軸受ユニット構造についても同様である。

また、蓋部１２１の中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端面１２４には撥油剤が塗ってあり、その端面１２４の外周縁には、中心軸J1方向へと突出する凸部１２５が形成されている。蓋部１２１の貫通孔から軸受ハウジング２４の内部へオイルを注入するとき、または軸受ハウジング２４の内部から蓋部１２１の貫通孔を通ってオイルが漏れてきたときに、撥油剤の作用に加え、凸部１２５が堰となって端面１２４上において径方向外方へとオイルが広がるのを防止する。また、軸受ユニット８を組み立てる際に、シールワッシャ１２は吸引マグネット２５やスラスト板１０、シャフト５、スリーブ９を軸受ハウジング２４内に入れた後に取り付ける。この取り付けには、軸受ハウジング２４を固定しつつ、シールワッシャ１２を押し込まなければならないが、凸部１２５に冶具を当てることができるため、撥油剤が塗ってある端面１２４を傷つけることなくシールワッシャ１２を軸受ハウジング２４へと取り付けることができる。

次に本発明に関わる第２の実施形態について述べる。図３は軸受ユニット８１を示した図である。なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ記号を振るものとする（以下の図４から図８においても同様）。第1の実施形態では、軸受ハウジング２４の小円筒部２８と開口側の円筒部２９との境界部に形成されている接続部３０が中心軸J１に対して垂直な平面となっている。しかし、接続部３０は中心軸J１に対して垂直でなくてもよい。たとえば、図３に示すように、軸受ハウジング２４１の接続部３０１は、中心軸J1に沿って底部２７側からシールワッシャ１２側に行くにつれて、中心軸J1側から径方向に離れる方向に傾斜する形状となっている。接続部３０１とスリーブ９は中心軸J１方向に当接しており、スリーブ９を軸受ハウジング２４１の外部から内部へと圧入等の手段によって入れる際に、接続部３０１はスリーブ９の軸受ハウジング２４１内の中心軸J１方向における位置を決める位置決めの役目を果たしている。

また、本発明に係る第３の実施形態を図４に示す。図４に示す軸受ユニット８２のように、軸受ハウジング２４２の接続部３０２の一部が中心軸J1方向シールワッシャ１２側に向かって突出する形状となっていてもよい。この場合においても、スリーブ９の中心軸J1方向底部２７側の端面と接続部３０２とは中心軸J1方向に当接するようになっており、スリーブ９を軸受ハウジング２４２の内部へと入れる際に接続部３０２がスリーブの中心軸J1方向における位置決めの役目を果たすようになっている。

軸受ユニットを構成する軸受ハウジングの形状は、図１および図２に示した形状に限定されるものではない。第４の実施形態として図５に示す軸受ユニット８３のように、軸受ハウジング２４３の小円筒部２８１の外径は、軸受ハウジング２４３の開口側の円筒部２９１の外径と同じにし、厚みｔ（小円筒部の内径と外径の差）を大きくすることができる。小円筒部２８１の厚みｔが大きいため、外部から小円筒部２８１に対して衝撃が加わった場合にも塑性変形しにくい。

図２、図３、図４、および図５に示した軸受ハウジングは、いずれもプレス加工や切削加工、電解加工などの様々な手段により、底部、小円筒部および接続部が開口側の円筒部と一体に形成される。それにより、小円筒部の内部に配置された吸引マグネットの磁束が底部、小円筒部および大円筒部から漏れることがない。さらに、軸受ハウジング内に充填される潤滑用のオイルが底部、小円筒部および小円筒部から漏れることも防止することができる。

また、本発明においてはスラスト板の配置を変えることもできる。図６では、吸引マグネット２５の中心軸J1方向の高さh_２と小円筒部の中心軸J1方向の高さｈ_１が同じになっており、吸引マグネット２５の中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端面と接続部３０３の端面とが同一平面上になるように形成されている。スラスト板１０１は略円板形状であり、その外径は軸受ハウジング２４４の開口側の円筒部２９の内径とほぼ等しくなっている。スラスト板１０１は、接続部３０３および吸引マグネット２５の中心軸J１方向シールワッシャ１２側の端面上に配置され、スリーブ９およびシャフト５を中心軸J1方向底部２７側から支持している。これにより、スリーブ９を軸受ハウジング２４４の内部へと入れる際に、スリーブ９の中心軸J1方向底部２７側の端面が接続部３０３に接触して傷つくことがなく、軸受ユニット８４の長寿命化を図ることができる。

また、図７においては、吸引マグネット２５の中心軸J1方向シールワッシャ１２側の端面に配置されるスラスト板１０２とは別に、接続部３０４の中心軸J１方向シールワッシャ１２側の端面にシャフト５の外周を囲む環状のスラスト板１０３が配置されている。これにより、スリーブ９を軸受ハウジング２４５の内部へと入れる際に、スリーブ９の中心軸J1方向底部２７側の端面が接続部３０４と接触して傷つくことがなく、軸受ユニット８５の長寿命化をはかることができる。

本発明の軸受ユニットは様々な用途に用いることができる。例えば、図８に示すようにモータ３１に本発明の軸受ユニットを組み込んで使用することも可能である。それにより、シャフト５の一端に固定されているロータホルダを安定回転させることができる高出力のモータを構成することができる。本発明の図８における軸受ユニットは、図２に示した軸受ユニット８の構造となっているが、上述したものを含め本発明に関わる様々な形状をした軸受ユニットを代わりに組み込んでもよい。

また、図１に示したように、本発明の軸受ユニットを安定回転する高出力のモータ（例えば図８のモータ３１）に組み込むと共に、そのモータにインペラを取り付けることにより、風量および風圧などの冷却特性が高く、低騒音および高音質の遠心ファンや軸流ファンを構成することができる。

本発明の軸受ユニットを組み込んだファン 本発明の第1の実施形態に係る軸受ユニットの断面図 本発明の第２の実施形態に係る軸受ユニットの断面図 本発明の第３の実施形態に係る軸受ユニットの断面図 本発明の第４の実施形態に係る軸受ユニットの断面図 本発明の軸受ユニットに関する変形例 本発明の軸受ユニットに関する変形例 本発明の軸受ユニットを組み込んだモータ

符号の説明

１ ファン
２ ロータ部
３ 羽根
４ インペラ
５ シャフト
５１ 大径部
５２ 小径部
５３ 段差部
６ ハウジング
６１ ベース部
７ ブッシュ
８、８１、８２、８３、８４、８５ 軸受ユニット
９ スリーブ
１０、１０１、１０２、１０３ スラスト板
１１ ステータ部
１２ シールワッシャ
１２１ 蓋部
１２２ 円筒部
１２３ 凹部
１２５ 凸部
１３ ステータコア
１４ コイル
１５ インシュレータ
１６ ベース部
１７ ロータマグネット
１８ ロータホルダ
１９ ハウジングカバー
２０ 風洞部
２１、２２ 吸気口
２３ 排気口
２４ 軸受ハウジング
２５ 吸引マグネット
２６ リング状部材
２７ 底部
２８ 小円筒部
２９ 開口側の円筒部
３０ 接続部
３１ モータ
J１ 中心軸

Claims (12)

1. モータに用いられる軸受ユニットであって、
   中心軸周りに回転する磁性材料からなるシャフトと、
   該シャフトを回転可能に支持する略円筒状のスリーブと、
   該スリーブを保持する有底略円筒状の軸受ハウジングと
   を備え、
   該軸受ハウジングの底部側には開口側よりも内径の小さい小円筒部が形成されており、
   該小円筒部に前記シャフトを磁力により軸方向に吸引する吸引マグネットが配置されることを特徴とする軸受ユニット。
2. 前記軸受ハウジングが磁性材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
3. 前記軸受ハウジングがプレス加工により有底略円筒状に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸受ユニット。
4. 前記軸受ハウジングの内周面における前記小円筒部との境界部分には、前記スリーブを軸方向前記底部側から支持する接続部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸受ユニット。
5. 前記スリーブはスラスト板を介して前記接続部に支持されていることを特徴とする請求項４に記載の軸受ユニット。
6. 前記軸受ハウジングにおいて、
   前記吸引マグネットの軸方向前記開口側端面が前記小円筒部の軸方向前記開口側の上縁よりも軸方向前記底部側に位置することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の軸受ユニット。
7. 前記スリーブの軸方向前記底部側において、
   前記シャフトの外周面に、外径が前記スリーブの内径よりも大きいリング状部材が取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の軸受ユニット。
8. 前記シャフトは、
   前記スリーブの内周面と対向する大径部及び該大径部よりも径が小さく該大径部の軸方向前記開口側に該大径部と連続して形成される小径部とを有しており、
   前記軸受ハウジングの前記開口側には、前記軸受ハウジングの外周面に嵌合される円筒部と、該円筒部に連続して形成され前記軸受ハウジングの前記開口側を覆うよう前記スリーブと軸方向に対向するとともに内周面が前記小径部の外周面に対向する蓋部とからなる環状部材を有することを特徴とする請求項１から請求項７に記載の軸受ユニット。
9. 前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面の少なくともいずれか一方に動圧発生用の溝を設けることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の軸受ユニット。
10. 電動式モータであって、
    請求項１から請求項９のいずれかに記載の軸受ユニットと、
    前記シャフトの軸方向前記開口側端部に取り付けられるカップ状のロータハブと、
    該ロータハブの内周面に保持されるロータマグネットと、
    前記軸受ハウジングの外周面に保持されると共に前記ロータマグネットと対向する電機子とを備えたことを特徴とする電動式モータ。
11. ファンであって、
    請求項１０に記載の電動式モータと、
    前記軸受ハウジングが固定されるベース部と
    を備え、
    前記ロータハブに径方向外方へと延伸する複数の翼が配設されるインペラが取付けられることを特徴とするファン。
12. 前記ベース部が樹脂からなると共に、前記軸受ハウジングがインサート成型により前記ベース部に固定されることを特徴とする請求項１１に記載のファン。

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