JP2014001781A - 流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストに製造可能でありながら、所望の軸受性能を発揮することができる流体動圧軸受装置を提供する。
【解決手段】多孔質材料で形成された回転側の軸受部材２２と、有底筒状をなし、軸受部材２２を内周に収容した静止側のハウジング７と、軸受部材２２の上端面２２ｂと対向配置され、軸受部材２２の上側を、シール隙間Ｓを介して大気に開放するシール部材９と、軸受部材２２の外周面２２ａとハウジング７の内周面７ａ２との間に形成されるラジアル軸受隙間と、軸受部材２２の下端面２２ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間に形成されるスラスト軸受隙間とを備え、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされ、両軸受隙間に形成される油膜で軸受部材２２がラジアル方向及びスラスト方向に支持される流体動圧軸受装置１である。軸受部材２２の上端面２２ｂと、これに対向するシール部材９の下端面９ｂとの間に、空気を含む軸方向隙間１０を介在させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータに関する。

周知のように、流体動圧軸受装置は、高速回転、高回転精度および低騒音等の特長を有する。このため、流体動圧軸受装置は、情報機器をはじめとする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、具体的には、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に組み込まれるスピンドルモータ用、ＰＣ等に組み込まれるファンモータ用、あるいはレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）に組み込まれるポリゴンスキャナモータ用の軸受装置などとして好適に使用されている。

流体動圧軸受装置は、回転側の部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、回転側の部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部とを備え、近年では、流体動圧軸受装置の上記特長を有効に享受するために、ラジアル軸受部及びスラスト軸受部の双方を、いわゆる動圧軸受で構成する場合が多い。この種の流体動圧軸受装置としては、種々のものが提案されているが、例えば特許文献１の図２には、回転側を構成する焼結金属製の軸受部材と、軸受部材を内周に収容する静止側のハウジングとを備え、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間にラジアル軸受部のラジアル軸受隙間を形成するようにした流体動圧軸受装置が開示されている。また、この流体動圧軸受装置では、軸受部材の一端面及び他端面でスラスト軸受部のスラスト軸受隙間をそれぞれ形成するようにしている。

特許文献１の構成を採用すれば、軸部材の外周面とハウジングの内周に固定した軸受部材の内周面との間にラジアル軸受部のラジアル軸受隙間を形成するようにした構成（例えば、特許文献２）に比べ、ラジアル軸受部の支持面積拡大を図り得ることに加え、軸受部材の回転に伴って潤滑油に作用する遠心力によりラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たすことが可能となる。そのため、ラジアル軸受部の支持能力を高める上で、またラジアル軸受部の支持能力を安定的に維持する上で有利となる。

特開２００７−２４０８９号公報 特開２００３−３３６６３６号公報

ところで、特許文献１に記載された流体動圧軸受装置のように、軸受部材の一端面及び他端面でそれぞれスラスト軸受隙間を形成するようにした場合、両スラスト軸受隙間での油膜切れを防止する必要があることから、ハウジングの内部空間を潤滑油で満たす必要がある。このことは、ハウジングの開口部をシールするシール隙間の範囲内に潤滑油の油面を保持するようにしている（特許文献１の段落００２８参照）ことからも明らかである。

しかしながら、上記構成を採用すると、軸受装置の組み立て後に、いわゆる真空含浸等の煩雑な手法を用いてハウジングの内部空間を潤滑油で満たし、かつ潤滑油の油面を精度良く管理する（潤滑油量を微調整する）必要がある。そのため、流体動圧軸受装置に対する更なる低コスト化の要請に対応することが難しい、という問題が指摘されている。

そこで、本発明は、低コストに製造可能でありながら、所望の軸受性能を発揮することができる流体動圧軸受装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、多孔質材料で形成され、軸方向両側に端面を有する回転側の軸受部材と、軸方向一方側が閉塞された有底筒状をなし、軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングと、軸受部材の軸方向他方側の端面と対向配置され、軸受部材の軸方向他方側を、シール空間を介して大気に開放するシール部材と、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間と、軸受部材の軸方向一方側の端面とハウジングの内底面との間に形成されるスラスト軸受隙間とを備え、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油で満たされ、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に形成される油膜で軸受部材がラジアル方向及びスラスト方向にそれぞれ支持される流体動圧軸受装置において、軸受部材の軸方向他方側の端面と、これに対向するシール部材の端面との間に、空気を含む軸方向隙間を介在させたことを特徴とする。

本発明に係る流体動圧軸受装置（以下、単に「軸受装置」ともいう）では、上記のラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油で満たされた状況下において、軸受部材の軸方向他方側の端面と、これに対向するシール部材の端面との間に、空気を含む軸方向隙間を介在させた。これはすなわち、上記状況下において、軸方向隙間の範囲内に潤滑油の油面を保持可能としたことを意味し、この場合、ハウジングの内部空間に充填する潤滑油量を、ハウジングの内部空間の容積（両軸受隙間をはじめとして、二部材間に形成される隙間の容積の総和）よりも少なくすることができる。これにより、当該軸受装置の組み立て後に、例えばマイクロピペット等の給油具を用いてシール隙間からハウジングの内部空間に注油するという簡単な作業を実行するだけでも、ハウジングの内部空間に必要量の潤滑油を介在させることができる。そのため、高精密な油面の調整・管理作業が不要となり、これを通じて軸受装置の製造コストを低廉化することができる。

上記構成において、軸受部材に、軸受部材を軸方向一方側に押し付ける外力を作用させることができる。このようにすれば、軸受部材をスラスト両方向に支持することが可能となる。そのため、スラスト軸受隙間に形成される油膜によるスラスト一方向の荷重支持能力が過大となり、これに伴って、スラスト方向の支持精度が不安定化するような事態を可及的に回避することができる。また、スラスト他方向の荷重を、動圧軸受からなるスラスト軸受部で支持する特許文献１の構成では、当該スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の隙間幅を高精度に調整・管理する必要があるが、上記本発明の構成ではこのような調整・管理作業が不要となる。よって、当該軸受装置の低コスト化を図りつつ、軸受性能を向上することができる。

上記外力は、例えば磁力で与えることができる。この磁力は、例えば、静止側のハウジングを内周に保持する保持部材（モータベース）に設けられるステータコイルと、回転側の軸受部材に設けられるロータマグネットとを軸方向にずらして配置することによって与えることができる。この種の流体動圧軸受装置が組み込まれる各種モータは、通常、ロータマグネットとステータコイルとを必須の構成部材として備える。従って、上記構成を採用すれば、上記外力を特段のコスト増を招くことなく安価に付与することができる。

上記構成において、軸受部材の回転時、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離反する方向に押し込む押し込み部をさらに有するものとすることができる。このようにすれば、軸受部材の回転中（軸受装置の運転中）におけるシール隙間を介しての潤滑油漏れ、ひいてはこれに起因した軸受性能の低下を可及的に防止することができる。

押し込み部は、例えば、軸方向隙間を形成する対向二面の少なくとも一方に形成した複数の溝部で構成することができるが、多孔質材料で形成される軸受部材の良好な加工性に鑑み、軸受部材の軸方向他方側の端面に形成した複数の溝部で構成するのが望ましい。

押し込み部を構成する各溝部の溝幅は、シール隙間から径方向に離反する方向に向けて漸減させるのが望ましい。毛細管力により、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離間した位置で保持し易くなるので、シール隙間を介しての潤滑油漏れを防止する上で有利となるからである。また、押し込み部を構成する各溝部は、溝底側に向けて溝幅を漸減させた断面形状に形成するのが望ましい。毛細管力により、軸方向隙間内の潤滑油を各溝部の溝底側（シール隙間から軸方向に離間した側）に引き込むことができるので、シール隙間を介しての潤滑油漏れを防止する上で一層有利となるからである。

以上の構成において、シール隙間は、軸受部材を外周に固定した軸部材の外周面と、ハウジングと一体又は別体に設けたシール部材の内周面との間に形成することができる。この場合、ラジアル軸受隙間を、シール隙間よりも外径側に形成することができる。そのため、押し込み部を複数の溝部で構成し、かつ各溝部の溝幅をシール隙間から径方向に離反する方向に向けて漸減させておけば、軸受部材の停止時及び回転時の双方において、軸方向隙間に介在する潤滑油をラジアル軸受隙間に引き込み易くなる。これにより、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たし、ラジアル方向の回転精度の安定化を図ることができる。

以上の構成において、ラジアル軸受隙間を介して対向するハウジングの内周面と軸受部材の外周面の何れか一方又は双方には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させる動圧発生部（ラジアル動圧発生部）を設けることができる。

ラジアル動圧発生部は、軸受部材の回転時にラジアル軸受隙間内の潤滑油をスラスト軸受隙間側に押し込む形状とするのが好ましい。スラスト軸受隙間における油膜切れを可及的に防止し、スラスト一方向の回転精度の安定化を図ることができるからである。

軸受部材には、軸受部材の両端面を連通させる連通路を設けることができる。このような連通路を設けておくことにより、軸受装置の運転中に、ハウジングの内部空間に介在する潤滑油を積極的に流動循環させること可能となるので、軸受装置内部の圧力バランスの崩れや、各軸受隙間における潤滑油不足に起因した軸受性能の低下を効果的に防止することができる。

以上で示した本発明に係る流体動圧軸受装置は、以上で示した種々の特徴を有することから、例えばＰＣ用のファンモータや、ディスク駆動装置用のスピンドルモータ等の各種モータに組み込んで好適に使用することができ、しかも各種モータの低コスト化に寄与することができる。

以上より、本発明によれば、低コストに製造可能でありながら、所望の軸受性能を発揮することができる流体動圧軸受装置を提供することができる。

ファンモータの一構成例を概念的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。 図２に示すスリーブ部の下端面を示す平面図である。 図２に示すスリーブ部の上端面を示す平面図である。 図４中のＸ１−Ｘ１矢視断面図であり、（ａ）図はスリーブ部の上端面に設けた溝部の一例を示す図、（ｂ）図および（ｃ）図は同溝部の他例を示す図である。 変形例に係るスリーブ部の上端面を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係る流体動圧軸受装置１が組み込まれたファンモータの一構成例を概念的に示す。同図に示すファンモータは、流体動圧軸受装置１と、モータの静止側を構成する保持部材としてのモータベース６と、モータベース６に取り付けられたステータコイル５と、羽根（図示省略）を有する回転部材としてのロータ３と、ロータ３に取り付けられ、ステータコイル５と半径方向のギャップを介して対向するロータマグネット４とを備える。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、モータベース６の内周に固定され、ロータ３は、流体動圧軸受装置１の軸部材２１の一端に固定されている。このように構成されたファンモータにおいて、ステータコイル５に通電すると、ステータコイル５とロータマグネット４との間の電磁力でロータマグネット４が回転し、これに伴って軸部材２１、軸部材２１に固定された羽根を有するロータ３及びロータ３に固定されたロータマグネット４等を備えた回転体２が回転する。

なお、回転体２が回転すると、ロータ３に設けられた羽根の形態に応じて図中上向き又は下向きに風が送られる。このため、回転体２の回転中にはこの送風作用の反力として、流体動圧軸受装置１の軸部材２１及びその外周に固定した軸受部材２２に図中下向き又は上向きの推力が作用する。ステータコイル５とロータマグネット４との間には、この推力を打ち消す方向の磁力（斥力）を作用させており、上記推力と磁力の大きさの差により生じたスラスト荷重が流体動圧軸受装置１のスラスト軸受部Ｔで支持される。上記推力を打ち消す方向の磁力は、例えば、ステータコイル５とロータマグネット４とを軸方向にずらして配置することにより発生させることができる（詳細な図示は省略）。また、回転体２の回転時には、流体動圧軸受装置１の軸部材２１及び軸受部材２２にラジアル荷重が作用する。このラジアル荷重は、流体動圧軸受装置１のラジアル軸受部Ｒで支持される。

図２に、本発明の第１実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示す。この流体動圧軸受装置１は、回転側を構成する軸部材２１及びその外周に固定された軸受部材２２と、軸方向一方側が閉塞された有底筒状をなし、軸受部材２２及び軸部材２１を内周に収容した静止側のハウジング７と、軸受部材２２の軸方向他方側の端面と対向配置され、軸受部材２２の軸方向他方側を、シール隙間Ｓを介して大気に開放するシール部材９とを主要な構成部材として備えている。ハウジング７の内部空間には潤滑油１１（密な散点ハッチングで示す）が充填されており、図２に示す状態では、少なくともラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間及びスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされている。なお、以下では、説明の便宜上、シール部材９が配置された側を上側、その軸方向反対側を下側とする。

ハウジング７は、円筒状の筒部７ａと、筒部７ａの下端開口を閉塞する底部７ｂとを有する有底筒状をなし、ここでは筒部７ａと底部７ｂが金属又は樹脂で一体に形成されている。筒部７ａの内周面は、段部を介して大径内周面７ａ１と径内周面７ａ２とに区画され、大径内周面７ａ１にはシール部材９が固定される。小径内周面７ａ２は、軸部材２１に固定された軸受部材２２の外周面２２ａとの間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状領域を有し、該円筒状領域は凹凸のない平滑面に形成されている。また、底部７ｂの内底面７ｂ１は、軸受部材２２の下端面２２ｃとの間にスラスト軸受隙間を形成する円環状領域を有し、該円環状領域は凹凸のない平滑面に形成されている。

シール部材９は金属又は樹脂で円環状に形成され、ハウジング７の大径内周面７ａ１に接着、圧入、圧入接着等の適宜の手段で固定される。シール部材９の内周面９ａと、これに対向する軸部材２１の外周面２１ａとの間にはシール隙間（ラビリンスシール）Ｓが形成され、軸受部材２２の上側は、シール隙間Ｓを介して大気に開放されている。

軸部材２１は、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、その外周面２１ａは平滑な円筒面に形成されている。軸部材２１の上端外周に、羽根を有するロータ３が固定されている。

軸受部材２２は、多孔質体、ここでは銅（銅系合金を含む）あるいは鉄（鉄系合金を含む）の金属粉末を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。軸受部材２２は、焼結金属以外の多孔質体、例えば多孔質樹脂で形成することも可能である。この軸受部材２２は、下端面２２ｃが軸部材２１の下端面２１ｂよりも軸方向外側（下側）に位置するようにして、軸部２１の外周面２１ａに圧入、接着、圧入接着（圧入と接着の併用）、溶接等の適宜の手段で固定されている。

軸受部材２２は、その両端面２２ｂ，２２ｃを連通させる連通路８を一又は複数備えている。ここでは、図３及び図４に示すように、軸受部材２２の内周面２２ｄに形成した軸方向溝２２ｄ１と、平滑な円筒面状をなす軸部材２１の外周面２１ａとで連通路８を形成している。もちろん、軸部材２１の外周面２１ａに軸方向溝を設けることで連通路８を形成することもできる。

軸受部材２２の外周面２２ａには、対向するハウジング７の小径内周面７ａ２との間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面が設けられる。ラジアル軸受面には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１に動圧作用を発生させるための動圧発生部（ラジアル動圧発生部）Ａが形成されている。ラジアル動圧発生部Ａは、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間した複数の動圧溝Ａａ１，Ａｂ１をヘリングボーン形状に配列して構成される。ラジアル動圧発生部Ａにおいて、上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法は、下側の動圧溝Ａｂ１の軸方向寸法よりも大きくなっている。これにより、回転体２（軸部材２１及び軸受部材２２）の回転時、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油１１は、下向き（スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間側）に押し込まれる。

なお、ラジアル動圧発生部Ａを構成する各動圧溝は、例えば、軸受部材２２を成形するのと同時に（詳細には、金属粉末を圧粉・焼結してなる円筒状の軸受素材にサイジング加工を施すことで仕上がり寸法・形状の軸受部材２２を成形するのと同時に）型成形することもできるし、焼結金属の良好な加工性に鑑み、外周面が平滑面に成形された軸受素材に転造等の塑性加工を施すことで形成することもできる。また、ラジアル動圧発生部Ａ（動圧溝）の形成態様はこれに限定されるものではない。例えば、ラジアル動圧発生部Ａは、スパイラル形状の動圧溝を円周方向に複数配列したものとしても良い。

図３に示すように、軸受部材２２の下端面２２ｃには、対向するハウジング７の内底面７ｂ１との間にスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間を形成する環状のスラスト軸受面が設けられる。このスラスト軸受面には、軸部材２１及び軸受部材２２が回転するのに伴って、スラスト軸受隙間内の潤滑油１１に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部Ｂが形成されている。スラスト動圧発生部Ｂは、スパイラル形状の動圧溝Ｂａを周方向に所定間隔で複数設けて構成されており、軸部材２１及び軸受部材２２の回転時、スラスト軸受隙間内の潤滑油１１を内径側に押し込むポンプイン機能を有する。スラスト動圧発生部Ｂは、ヘリングボーン形状の動圧溝を周方向に所定間隔で配置して構成することもできる。

軸受部材２２の上端面２２ｂと、これに対向するシール部材９の下端面９ｂとの間には空気を含む軸方向隙間（環状空間）１０が設けられる。流体動圧軸受装置１が図２に示す姿勢で配置された状態（シール隙間Ｓを鉛直方向上側に配置した状態）では、少なくともラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間及びスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされ、ハウジング７の内部空間に充填した潤滑油１１の油面が上記軸方向隙間１０の範囲内に保持される。

従って、この流体動圧軸受装置１では、ハウジング７の内部空間に充填される潤滑油１１の量（体積）が、ハウジング７の内部空間の容積よりも少なくなっている。

軸受部材２２の上端面２２ｂには、軸部材２１及び軸受部材２２の回転時、軸方向隙間１０内の潤滑油１１をシール隙間Ｓから径方向に離反する方向（本実施形態では径方向外向き）に押し込む押し込み部１２が設けられる。押し込み部１２は、図４に示すように、周方向所定間隔で配置された複数の溝部１３で構成され、ここでは各溝部１３を径方向に延びる放射溝で構成している。各溝部１３は、その溝幅を外径側（シール隙間Ｓから径方向に離反する方向）に向けて漸減させた形態をなし、かつ、その溝幅を溝底側に向けて漸減させた断面形状を有する。なお、各溝部１３の断面形状としては、例えば図５（ａ）に示すような断面三角形状や、図５（ｂ）に示すような断面台形状、あるいは図５（ｃ）に示すような断面半円形状を採用し得る。

各溝部１３の外径端部及び内径端部は、軸受部材２２の上端外周チャンファ２２ｅ及び上端内周チャンファ２２ｆにそれぞれ開口しており、溝部１３の溝深さは上端外周チャンファ２２ｅの面取り量よりも小さく設定される。例えば、上端外周チャンファ２２ｅの面取り量を０．２ｍｍとした場合、溝部１３の溝深さは０．１５ｍｍ程度に設定される。このようにしたのは、溝部１３の溝深さが上端外周チャンファ２２ｅの面取り量よりも大きくなると、軸受部材２２の外周面２２ａに形成したラジアル動圧発生部Ａ（特に上側の動圧溝Ａａ１）の形状が崩れ、ラジアル軸受部Ｒの支持能力に悪影響が及ぶおそれがあるからである。

軸受部材２２の下端面２２ｃ及び上端面２２ｂにそれぞれ設けられる動圧溝Ｂａ及び溝部１３は、軸受部材２２を成形するのと同時に（詳細には、金属粉末を圧粉・焼結してなる軸受素材にサイジング加工を施すことで仕上がり形状・寸法の軸受部材２２を成形するのと同時に）型成形することもできるし、焼結金属の良好な加工性に鑑み、両端面が平滑面に成形された軸受素材にプレス等の塑性加工を施すことで形成することもできる。

以上の構成を具備する流体動圧軸受装置１は、例えば、軸部材２１及びその外周に固定した軸受部材２２をハウジング７の内周に挿入し、ハウジング７の大径内周面７ａ１にシール部材９を固定した後、マイクロピペット等の給油具を用いてシール隙間Ｓを介してハウジング７の内部空間に潤滑油１１を充填（注油）することにより完成する。

以上の構成からなる流体動圧軸受装置１において、軸部材２１及び軸受部材２２が回転すると、軸受部材２２の外周面２２ａに設けられたラジアル軸受面と、これに対向するハウジング７の小径内周面７ａ２との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして軸部材２１及び軸受部材２２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間に形成される油膜圧力がラジアル動圧発生部Ａの動圧作用によって高められ、軸部材２１及び軸受部材２２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒが形成される。

これと同時に、軸受部材２２の下端面２２ｃに設けられたスラスト軸受面とこれに対向するハウジング７の内底面７ｂ１との間にスラスト軸受隙間が形成される。そして、軸部材２１及び軸受部材２２の回転に伴い、スラスト軸受隙間の油膜圧力がスラスト動圧発生部Ｂの動圧作用によって高められ、軸部材２１及び軸受部材２２をスラスト一方向に非接触支持（上方に浮上支持）するスラスト軸受部Ｔが形成される。なお、図１を参照しながら説明したように、軸部材２１及び軸受部材２２には、これらを下方に押し付ける外力としての磁力を作用させており、これにより、軸部材２１及び軸受部材２２の過浮上が抑止される。

上述したように、軸部材２及び軸受部材２２の回転時には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１が下方に押し込まれる。これにより、軸受部材２２の回転時には、軸受部材２２の外周面２２ａとハウジング７の内周面７ａ２との間の隙間に介在する潤滑油１１は下方に流動し、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間→軸受部材２２に設けた連通路８→軸受部材２２の上端面２２ｂとシール部材９の下端面９ｂとの間の軸方向隙間１０という経路を循環して、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。特に、本実施形態では、スラスト動圧発生部Ｂがスラスト軸受隙間内の潤滑油１１を内径側に押し込むポンプイン機能を有し、さらに、軸受部材２２の上端面２２ｂに、軸方向隙間１０内の潤滑油１１を外径側に押し込むポンプアウト機能を有する押し込み部１２（複数の溝部１３）を設けているので、潤滑油１１の流動循環が一層促進される。このような構成とすることで、ハウジング７の内部空間の圧力バランスが保たれると同時に、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間及びスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間における油膜切れを防止することができるので、軸受性能の安定化を図ることができる。

以上に示すように、本発明に係る流体動圧軸受装置１では、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされた状況下（図２）において、軸受部材２２の上端面２２ｂと、これに対向するシール部材９の下端面９ｂとの間に、空気を含む軸方向隙間１０を介在させた。これはすなわち、上記状況下において、軸方向隙間１０の範囲内に潤滑油１１の油面を保持可能としたことを意味し、この場合、ハウジング７の内部空間に充填する潤滑油１１の量を、ハウジング７の内部空間の容積（両軸受隙間をはじめとして二部材間に形成される隙間の容積と、焼結金属製の軸受部材２２の内部空孔の容積との総和）よりも少なくすることができる。これにより、当該軸受装置１の組み立て後に、例えばマイクロピペット等の給油具を用いてシール隙間Ｓからハウジング７の内部空間に注油するという簡単な作業を実行するだけでも、ハウジング７の内部空間に必要量の潤滑油１１を介在させることができ、高精密な油面管理が不要となる。

また、軸受部材２２には、軸受部材２２を下方に押し付ける（スラスト他方向に支持する）外力を作用させるようにした。このようにすれば、軸受部材２２をスラスト両方向に支持することが可能となるので、スラスト軸受隙間に形成される油膜によるスラスト一方向の荷重支持能力が過大となり、これに伴って、スラスト方向の支持精度（回転精度）が不安定化するような事態を可及的に回避することができる。本実施形態では、上記外力を、磁力で与えるようにし、しかもこの磁力を、静止側のハウジング７を内周に保持するモータベース６に設けられるステータコイル５と、回転側の軸受部材２２に設けられるロータマグネット４とを軸方向にずらして配置することによって与えるようにした。この種の流体動圧軸受装置１が組み込まれる各種モータは、ロータマグネット４とステータコイル５とを必須の構成部材として備える。従って、上記構成を採用すれば、上記外力を特段のコスト増を招くことなく安価に付与することができる。

なお、軸方向隙間１０内に潤滑油１１の油面を保持するようにしたことにより、ハウジング７の内部空間への注油作業は、ハウジング７にシール部材９を固定する前に行うことも可能である。このようにすれば、シール部材９の固定後にシール隙間Ｓを介してハウジング７の内部空間に潤滑油１１を充填する場合よりも、注油作業を簡略化することができる。

本発明に係る流体動圧軸受装置１の構造上、例えば当該軸受装置１を図２に示す態様とは上下を反転させた姿勢で使用するような場合には、シール隙間Ｓを介して潤滑油１１が外部に漏れ出すおそれが多少なりとも高まる。このような問題については、上記したように、（１）軸部材２１及び軸受部材２２の回転時、軸方向隙間１０内の潤滑油１１をシール隙間Ｓから径方向に離反する方向（本実施形態では外径側）に押し込む押し込み部１２を設けたこと、（２）押し込み部１２を、軸受部材２２の上端面２２ａに設けた複数の溝部１３で構成し、かつ各溝部１３の溝幅をシール隙間Ｓから径方向に離反する方向に向けて漸減させたこと、および（３）押し込み部１２を構成する各溝部１３を、溝底側に向けて溝幅を漸減させた断面形状に形成したことなどにより、効果的に防止することができる。

すなわち、上記（２）を採用すれば、毛細管力により、軸方向隙間１０内の潤滑油１１をシール隙間Ｓから径方向に離間した位置で保持し易くなり、また上記（３）を採用すれば、毛細管力により、軸方向隙間１０内の潤滑油を各溝部１３の溝底側（シール隙間Ｓから軸方向に離間した側）に引き込むことができるからである。

なお、図示は省略するが、シール隙間Ｓを介しての潤滑油漏れを一層効果的に防止するため、シール隙間Ｓに隣接して大気に接した軸部２１の外周面２１ａやシール部材９の上端面に撥油膜を形成しても良い。

また、本実施形態のように、シール隙間Ｓを、軸部材２１の外周面２１ａと、ハウジング７に固定したシール部材９の内周面９ａとの間に形成すれば、ラジアル軸受隙間を、シール隙間Ｓよりも外径側に形成することができる。そして、上記態様の複数の溝部１３で構成した押し込み部１２が軸受部材２２の上端面２２ｂに設けられていることにより、軸部材２及び軸受部材２２の停止時及び回転時の双方において、軸方向隙間１０に介在する潤滑油１１をラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間に引き込み易くなる。これにより、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間を常時潤沢な潤滑油１１で満たし、ラジアル方向の回転精度の安定化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置１について説明を行ったが、流体動圧軸受装置１の各部には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。

例えば、押し込み部１２は、図６に示すようなスパイラル形状の溝部１３を複数設けて構成することもできる。スパイラル形状の溝部１３であれば、図４に示す放射状の溝部１３に比べ、溝部１３一本当たりの断面積（容積）を拡大することができる。そのため、軸方向隙間１０により多くの潤滑油１１を介在させる（保持する）ことができ、軸受性能向上を図る上で有利となる。

また、軸部材２１および軸受部材２２をラジアル方向に支持するためのラジアル軸受部は、図７に示すように、軸方向の二箇所に離間して設けることもできる（ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２）。図７では、軸受部材２２の外周面２２ａの軸方向二箇所に、対向するハウジング７の小径内周面７ａ２との間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面を設けている。二つのラジアル軸受面には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１に動圧作用を発生させるための動圧発生部（ラジアル動圧発生部）Ａ１，Ａ２がそれぞれ形成されている。上側のラジアル軸受面に形成したラジアル動圧発生部Ａ１は、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間した複数の動圧溝Ａａ１，Ａｂ１をヘリングボーン形状に配列して構成され、また下側のラジアル軸受面に形成したラジアル動圧発生部Ａ２は、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間した複数の動圧溝Ａａ２，Ａｂ２をヘリングボーン形状に配列して構成される。上側のラジアル動圧発生部Ａ１において、上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法は、下側の動圧溝Ａｂ１の軸方向寸法よりも大きくなっている。一方、下側のラジアル動圧発生部Ａ２においては、上側の動圧溝Ａａ２と下側の動圧溝Ａｂ２の軸方向寸法が互いに等しく、かつ上側のラジアル動圧発生部Ａ１を構成する下側の動圧溝Ａｂ１の軸方向寸法と等しくなっている。これにより、回転体２（軸部材２１及び軸受部材２２）の回転時、軸受部材２２の外周面２２ａとハウジング７の小径内周面７ａ２との間の隙間（ラジアル軸受隙間）に満たされた潤滑油１１は、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間側に押し込まれる。

また、以上で説明した実施形態では、筒部７ａとその下端開口を閉塞する底部７ｂとを一体に設けたハウジング７を使用し、ハウジング７の上端開口をシールするシール隙間Ｓを、ハウジング７（筒部７ａ）の内周面に固定したシール部材９の内周面９ａで形成するようにしたが、ハウジング７は、図８に示すように、筒部７ａとその下端開口を閉塞する底部７ｂとが別体に設けられたものを使用するようにしても構わない。その代わりに、図８では、軸部２１の外周面２１ａとの間にシール隙間Ｓを形成するシール部７ｃを、筒部７ａと一体に設けている。なお、このような構成を、図２に示す流体動圧軸受装置１に適用することもできる。

また、以上で示した実施形態では、モータベース６の内周に、モータベース６と別体に設けたハウジング７を固定するようにしたが、ハウジング７にモータベース６に相当する部位を一体に設けることもできる（図示省略）。

また、以上で示した実施形態では、多孔質体からなる軸受部材２２の良好な加工性に鑑み、軸受部材２２の外周面２２ａにラジアル動圧発生部Ａ，Ａ１，Ａ２を形成したが、ラジアル動圧発生部は、対向するハウジング７の内周面７ａ２に形成しても良い。また、ラジアル軸受部は、いわゆる多円弧軸受、ステップ軸受、および波型軸受等、公知のその他の動圧軸受で構成することもできる。同様に、スラスト動圧発生部Ｂは、軸受部材２２の下端面２２ｃではなく、これに対向するハウジング７の内底面７ｂ１に形成しても良い。また、スラスト軸受部Ｔは、いわゆるステップ軸受や波型軸受等、公知のその他の動圧軸受で構成することもできる。

また、以上で示した実施形態では、ロータマグネット４とステータコイル５とを軸方向にずらして配置することにより、軸受部材２２等を含む回転体２に、軸受部材２２及び軸部材２１を下方に押し付ける（スラスト他方向に支持する）ための外力（磁力）を作用させるようにしたが、このような外力を回転体２に作用させるための手段は上記のものに限られない。図示は省略するが、例えば、磁性部材をロータマグネット４と軸方向に対向配置することにより、上記磁力を回転体２（ロータ３）に作用させることもできる。また、送風作用の反力としての推力が十分に大きく、この推力のみで軸受部材２２を下方に押し付けることができる場合、軸受部材２２を下方に押し付けるための外力としての磁力（磁気吸引力）は省略しても構わない。

また、以上では、回転部材として、羽根を有するロータ３が軸部材２１に固定される流体動圧軸受装置１に本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は、回転部材として、ディスク搭載面を有するディスクハブ、あるいはポリゴンミラーが軸部材２１に固定される流体動圧軸受装置１にも好ましく適用することができる。すなわち、本発明は、図１に示すようなファンモータのみならず、ディスク装置用のスピンドルモータや、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）用のポリゴンスキャナモータ等、その他の電気機器用モータに組み込まれる流体動圧軸受装置１にも好ましく適用することができる。

１ 流体動圧軸受装置
２ 回転体
３ ロータ（回転部材）
４ ロータマグネット
５ ステータコイル
６ モータベース（保持部材）
７ ハウジング
７ａ 側部
７ｂ 底部
７ｂ１ 内底面
８ 連通路
９ シール部材
１０ 軸方向隙間
１１ 潤滑油
１２ 押し込み部
１３ 溝部
２１ 軸部材
２２ 軸受部材
２２ｂ 上端面（軸方向他方側の端面）
２２ｃ 下端面（軸方向一方側の端面）
Ａ、Ａ１、Ａ２ ラジアル動圧発生部
Ｂ スラスト動圧発生部
Ｓ シール隙間
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部

Claims (10)

1. 多孔質材料で形成され、軸方向両側に端面を有する回転側の軸受部材と、軸方向一方側が閉塞された有底筒状をなし、軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングと、軸受部材の軸方向他方側の端面と対向配置され、軸受部材の軸方向他方側を、シール隙間を介して大気に開放するシール部材と、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間と、軸受部材の軸方向一方側の端面とハウジングの内底面との間に形成されるスラスト軸受隙間とを備え、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油で満たされ、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に形成される油膜で軸受部材がラジアル方向及びスラスト方向にそれぞれ支持される流体動圧軸受装置において、
   軸受部材の軸方向他方側の端面と、これに対向するシール部材の端面との間に、空気を含む軸方向隙間を介在させたことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 軸受部材に、軸受部材を軸方向一方側に押し付ける外力を作用させる請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 軸受部材の回転時、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離反する方向に押し込む押し込み部をさらに有する請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 押し込み部を、軸受部材の軸方向他方側の端面に形成した複数の溝部で構成した請求項３に記載の流体動圧軸受装置。
5. 各溝部の溝幅を、シール隙間から径方向に離反する方向に向けて漸減させた請求項４に記載の流体動圧軸受装置。
6. 各溝部が、溝底側に向けて溝幅を漸減させた断面形状を有する請求項４又は５に記載の流体動圧軸受装置。
7. シール隙間が、軸受部材を外周に固定した軸部材の外周面と、ハウジングと一体又は別体に設けたシール部材の内周面との間に形成される請求項１〜６の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
8. ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させる動圧発生部を有し、この動圧発生部を、ラジアル軸受隙間内の潤滑油をスラスト軸受隙間側に押し込む形状とした請求項１〜７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
9. 軸受部材の軸方向両側の端面を連通させる連通路を有する請求項１〜８の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。

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