JP2017053398A - 流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の軸受性能を具備しつつ、軸方向にコンパクトな流体動圧軸受装置を実現可能とする。
【解決手段】回転側の軸受部材２２をラジアル方向に支持するラジアル軸受部Ｒと、軸受部材２２をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部Ｔと、軸受部材２２とシール部材９の対向二面２２ｂ，９ｂ間に設けられた潤滑油１１が介在する軸方向隙間１０と、を備える流体動圧軸受装置１において、ラジアル軸受部Ｒの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溝Ａａを、下端部が上端部よりも軸受部材２２の回転方向後方側に配置された傾斜溝で構成すると共に、動圧溝Ａａの上端部を軸方向隙間１０に開口させた。
【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とから、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、ＰＣ等に組み込まれるファンモータ、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などのモータ用軸受装置として好適に使用されている。

流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受隙間に形成される油膜で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、スラスト軸受隙間に形成される油膜で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る。ラジアル軸受部のラジアル軸受隙間は、例えば、下記の特許文献１，２に開示されているように、軸部材と共に回転側を構成する軸受部材の外周面と、軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングの内周面との間に形成される。一方、スラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、軸受部材の一端面及び他端面の双方で形成される場合（特許文献１）や、軸受部材の一端面（特にハウジング底部側の端面）のみで形成される場合（特許文献２）などがある。

なお、特許文献２の流体動圧軸受装置では、軸受部材の他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（油面を保持した軸方向隙間）が設けられる。これは、軸受部材とシール部材の対向二面間に潤滑油で満たされたスラスト軸受隙間を形成する場合（特許文献１）に必要となる高精密な油面の調整・管理作業を不要とし、流体動圧軸受装置のコスト低減を図るためである。

特開２００７−２４０８９号公報 特開２０１４−１７８１号公報

近年、ウルトラブック（ＵＬＴＲＡＢＯＯＫ：登録商標）とも称される超薄型のノート型ＰＣが普及しつつあること等に鑑み、各種モータ用の軸受装置として使用される流体動圧軸受装置に対する一層の薄型化の要請がある。流体動圧軸受装置を薄型化するための手段として、ハウジングやその内径側に配置された軸受部材の軸方向寸法を短縮することが考えられるが、この場合、ラジアル軸受部の軸受性能（ラジアル荷重の支持能力）が低下する。回転側の回転時にラジアル軸受部で支持すべき荷重が減少するのであれば、ラジアル軸受部の軸受性能が多少低下しても問題はない。しかしながら、ウルトラブック用のファンモータは、従来のファンモータと同等の冷却性能を確保すべく大型のファン（羽根）を採用する場合が多いため、流体動圧軸受装置のラジアル軸受部で支持すべき荷重（特にモーメント荷重）は、減少するというよりもむしろ増大する傾向にある。そのため、流体動圧軸受装置を軸方向にコンパクト化すべく、軸受部材の軸方向寸法を短縮した場合、所望の軸受性能を確保することができない。

以上の実情に鑑み、本発明の課題は、所望の軸受性能を具備しながら、軸方向にコンパクトな流体動圧軸受装置を実現可能とすることにある。

本発明者らは、軸受部材を含む回転側をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部の軸受性能（荷重支持能力）を高めることができれば、軸受部材の軸方向寸法を短縮することでラジアル軸受部の軸受性能が多少低下した場合であっても、装置全体として必要とされる軸受性能を確保し得るとの着想に基づき、本発明を創案するに至った。

すなわち、上記の課題を解決するために創案された本願の第１発明は、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、ハウジングの軸方向他方側の開口部をシールするシール部材と、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間のラジアル軸受隙間に形成される油膜で軸受部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、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のスラスト軸受隙間に形成される油膜で軸受部材をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部と、軸受部材の軸方向他方側の端面とシール部材の軸方向一方側の端面との間に設けられた潤滑油が介在する軸方向隙間と、を備える流体動圧軸受装置において、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を有し、このラジアル動圧発生部は、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝と、これを画成する凸状の丘部とからなり、ラジアル動圧発生部を構成する動圧溝は、軸方向一方側の端部が軸方向他方側の端部よりも軸受部材の回転方向後方側に配置された傾斜溝で構成されると共に、軸方向他方側の端部が上記軸方向隙間に開口していることを特徴とする。

ラジアル動圧発生部を構成する動圧溝（以下「ラジアル動圧溝」ともいう）を、上記態様で傾斜した傾斜溝とすれば、軸受部材の回転時には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油が動圧溝に沿って軸方向他方側（軸方向隙間側）から軸方向一方側（スラスト軸受隙間側）に向けて積極的に流動する。この場合、ラジアル軸受隙間内の潤滑油をスラスト軸受隙間に積極的に供給することができるため、スラスト軸受部の軸受性能（スラスト荷重の支持能力）を高めることができる。また、ラジアル動圧溝の軸方向他方側の端部は、潤滑油が介在する軸方向隙間に開口しているので、ラジアル軸受隙間には、軸方向隙間内の潤滑油が円滑に流れ込む。そのため、ラジアル軸受隙間における油膜切れに起因したラジアル軸受部の軸受性能低下も防止することができる。そして、スラスト軸受部の軸受性能を高めることができれば、軸受部材の軸方向寸法を短縮することでラジアル軸受部の軸受性能が多少低下したとしても、その低下分をスラスト軸受部の軸受性能向上分で補うことができる。従って、軸受部材の軸方向寸法を短縮することで装置全体を軸方向にコンパクト化しつつも、所望の軸受性能を具備した流体動圧軸受装置を実現することができる。

ラジアル動圧溝の軸方向一方側の端部は、スラスト軸受隙間に開口させることができる。この場合、ラジアル軸受隙間からスラスト軸受隙間への潤滑油の供給力を高めることができるので、スラスト軸受部の軸受性能を効果的に高めることができる。

丘部は、ラジアル動圧溝の軸方向一方側の端部と、スラスト軸受隙間との間に介在する円環部を有するものとすることができる。このようにすれば、円環部と相手部材の対向二面間に円環状の油膜を形成することができるので、ラジアル軸受部の軸受性能を高めることができる。

上記構成の流体動圧軸受装置には、スラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部であって、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝と、これを画成する丘部とからなるスラスト動圧発生部を設けることができる。この場合、スラスト動圧発生部を構成する動圧溝（スラスト動圧溝）は、スラスト軸受隙間の径方向に離間した複数箇所で油膜圧力のピーク部を形成可能な形状を有するものとするのが好ましい。例えば、スラスト動圧溝を、径方向に離間した二箇所で油膜圧力のピーク部を形成可能な形状に形成した場合、スラスト軸受隙間の外径側領域で所望のスラスト荷重の支持能力を確保しつつ、スラスト軸受隙間の内径側領域で負圧が発生するのを効果的に防止することができるので、スラスト軸受部の軸受性能を高めることができる。この場合、ラジアル軸受部の軸受性能低下分（特に、モーメント荷重の支持能力低下分）をスラスト軸受部の軸受性能向上分で一層効果的に補うことが可能となるので、軸受部材の軸方向寸法の短縮量を拡大して、軸受装置を一層コンパクト化することが可能なる。

また、上記課題を解決するために創案された本願の第２発明は、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、ハウジングの軸方向他方側の開口部をシールするシール部材と、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間のラジアル軸受隙間に形成される油膜で軸受部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、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のスラスト軸受隙間に形成される油膜で軸受部材をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部と、軸受部材の軸方向他方側の端面とシール部材の軸方向一方側の端面との間に設けられた潤滑油が介在する軸方向隙間と、を備える流体動圧軸受装置において、スラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を有し、このスラスト動圧発生部は、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝と、これを画成する凸状の丘部とからなり、スラスト動圧発生部を構成する動圧溝は、径方向に離間した複数箇所に油膜圧力のピーク部を形成可能な形状を有することを特徴とする。

このような構成によれば、前述したように、スラスト軸受隙間内で負圧が発生するのを効果的に防止して、スラスト軸受部の軸受性能を高めることができる。そして、スラスト軸受部の軸受性能を高めることができれば、ラジアル軸受部の軸受性能低下分をスラスト軸受部で補うことができるので、軸受部材の軸方向寸法を短縮することでラジアル軸受部の軸受性能が多少低下したとしても、その低下分をスラスト軸受部の軸受性能向上分で補うことができる。従って、軸受部材の軸方向寸法短縮を通じて装置全体を軸方向にコンパクト化しつつも、所望の軸受性能を具備した流体動圧軸受装置を実現することができる。

上記の各構成において、軸受部材を多孔質体で形成すれば、軸受部材の内部気孔と軸受隙間との間で潤滑油を行き来させることができる。そのため、特にスラスト軸受隙間で油膜の圧力が過剰に高まり、その結果、スラスト方向で軸受部材の支持精度が不安定化するのを可及的に防止することができる。

上記構成において、軸方向隙間は、空気を含むもの（潤滑油の油面を保持したもの）とすることができる。この場合、軸方向隙間は、いわゆるスラスト軸受隙間としては機能しないため、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により、軸受部材をスラスト他方向に支持するのが好ましい。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ため、スラスト方向における軸受部材の支持精度を高めることができる。なお、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、モータの静止側に設けられるステータコイルと、モータの回転側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。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。

以上で示した本発明に係る流体動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えるモータは、本発明に係る流体動圧軸受装置が以上で述べたような特徴を有することから、高い軸受性能を必要とするモータ、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などとして好適に使用することができる。

以上より、本発明によれば、所望の軸受性能を具備しながら、軸方向にコンパクトな流体動圧軸受装置を実現することができる。

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に示す軸受部材の下端面を示す平面図である。 図２に示す流体動圧軸受装置のスラスト軸受隙間における圧力分布を説明するための図である。 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。 （ａ）図は、従来のスラスト動圧発生部の一例を示す平面図、（ｂ）図は、（ａ）図に示すスラスト動圧発生部を採用した場合のスラスト軸受隙間における圧力分布を説明するための図、（ｃ）図は、従来のスラスト動圧発生部の他例を示す平面図、（ｄ）図は、（ｃ）図に示すスラスト動圧発生部を採用した場合のスラスト軸受隙間における圧力分布を説明するための図である。

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、本発明の一実施形態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モータベース６と、モータベース６に固定されたステータコイル５と、モータの回転側を構成し、ファン（羽根）を有するロータ３と、ロータ３に固定され、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、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。

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、回転体２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（回転体２）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、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が、流体動圧軸受装置１の使用態様を限定するものではない。

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と小径内周面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は円環状に形成され、ハウジング７の大径内周面７ａ１に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との間にはハウジング７の上端開口部をシールするシール隙間（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。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材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。

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の上端部に、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、ここでは銅または鉄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、その下端面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に適宜の手段で固定されている。

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との間には潤滑油１１が介在する軸方向隙間（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、ハウジング７の内部空間に充填した潤滑油１１の油面が軸方向隙間１０の範囲内に保持される。従って、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）は、ハウジング７の内部空間の容積よりも少なくなっており、軸方向隙間１０は空気を含んでいる。

軸受部材２２を含む回転体２は、軸受部材２２の両端面２２ｂ，２２ｃ（軸方向隙間１０とスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間）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にも示すように、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（円筒状外周面）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部Ｒのラジアル軸受隙間を形成する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、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝Ａａと、動圧溝Ａａを画成する凸状の丘部Ａｂとからなり、各動圧溝Ａａは、その下端部がその上端部よりも軸受部材２２の回転方向後方側に配置された傾斜溝で構成されている。また、各動圧溝Ａａは、その上端部が軸受部材２２の上端外周チャンファ２２ｅ（で形成される環状空間）を介して軸方向隙間１０に開口すると共に、その下端部が軸受部材２２の下端外周チャンファ２２ｆ（で形成される環状空間）を介してスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間に開口している。そのため、本実施形態において、丘部Ａｂは、周方向で隣り合う動圧溝Ａａ，Ａａ間に介在する傾斜部Ａｂ１のみで構成されている。

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スラスト軸受面が設けられる。このスラスト軸受面には、回転体２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、周方向に離間して配置された複数の動圧溝Ｂａと、動圧溝Ｂａを画成する凸状の丘部とからなる。各動圧溝Ｂａは、スラスト軸受隙間の径方向に離間した複数箇所に油膜圧力のピーク部を形成可能な形状、すなわち、径方向に離間した複数箇所においてスラスト軸受隙間に形成される油膜圧力を高めることができる形状を有する。本実施形態の動圧溝Ｂａは、図４に示すように、径方向に離間した２箇所に油膜圧力のピーク部Ｐを形成可能な形状を有する。具体的には、軸受部材２２の回転方向前方側を開口させた略Ｖ字状の溝を径方向に２つ連ねて設けた略Ｍ字（Ｗ字）状の溝で各動圧溝Ｂａが構成されている。なお、本実施形態では、各動圧溝Ｂａの外径端部および内径端部が、下端面２２ｃの外径端部および内径端部とそれぞれ一致しているため、軸受部材２２の下端面２２ｃ全域がスラスト軸受面として機能する。

ラジアル動圧発生部Ａ（動圧溝Ａａ）およびスラスト動圧発生部Ｂ（動圧溝Ｂａ）は、最終的に軸受部材２２となる金属粉末の圧粉体を成形するのと同時に型成形することもできるし、圧粉体を焼結してなる焼結体にサイジング（寸法矯正）を施すのと同時に型成形することもできる。また、焼結金属の良好な加工性に鑑み、凹凸のない焼結体に転造加工や機械加工等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を含む回転体２が回転（図３において反時計回りに回転）すると、軸受部材２２の外周面２２ａに設け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。そして回転体２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、回転体２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、回転体２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、回転体２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、上述したように、回転体２には、これを下側に押し付けるための外力（磁力）を作用させている。これにより、回転体２がスラスト他方向にも非接触支持されるので、回転体２の過浮上を効果的に防止することができる。

以上で説明したように、本実施形態の流体動圧軸受装置１においては、ラジアル動圧発生部Ａを構成する動圧溝Ａａが、上記態様で傾斜した傾斜溝で構成される。このようにすれば、軸受部材２２を含む回転体２の回転時には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１が動圧溝Ａａに沿って上側（軸方向隙間１０側）から下側（スラスト軸受隙間側）に向けて積極的に流動する。この場合、潤滑油１１をスラスト軸受隙間に積極的に供給することができるため、スラスト軸受部Ｔの軸受性能を高めることができる。特に、本実施形態では、動圧溝Ａａの下端部がスラスト軸受隙間に開口しているため、ラジアル軸受隙間からスラスト軸受隙間への潤滑油１１の供給力を高めることができる。従って、スラスト軸受部Ｔの軸受性能を一層高めることができる。

また、動圧溝Ａａの上端部は、潤滑油が介在する軸方向隙間１０に開口しているので、ラジアル軸受隙間には、軸方向隙間１０内の潤滑油１１が円滑に流れ込む。そのため、ラジアル軸受隙間における油膜切れに起因したラジアル軸受部Ｒの軸受性能低下も防止することができる。

そして、スラスト軸受部Ｔの軸受性能を高めることができれば、軸受部材２２の軸方向寸法を短縮することでラジアル軸受部Ｒの軸受性能（特に、モーメント荷重の支持能力）が多少低下したとしても、その低下分をスラスト軸受部Ｔの軸受性能向上分で補うことができる。従って、所望の軸受性能を具備しつつ、軸受部材２２の軸方向寸法短縮を通じて装置全体が軸方向にコンパクト化された流体動圧軸受装置１を実現することができる。

特に、本実施形態では、スラスト動圧発生部Ｂを構成する動圧溝Ｂａを、径方向に離間した２箇所で油膜圧力のピーク部Ｐを形成可能な形状、すなわち、径方向に離間した２箇所においてスラスト軸受隙間に形成される油膜圧力を高めることができる形状に形成している。このようにすれば、スラスト軸受隙間の外径側領域で所望のスラスト荷重の支持能力を確保しつつ、スラスト軸受隙間の内径側領域で負圧が発生するのを効果的に防止することができる（図４参照）。

因みに、本実施形態で採用したスラスト動圧発生部Ｂ（動圧溝Ｂａ）とは異なり、例えば、図７（ａ）に示すようなスラスト動圧発生部（ヘリングボーン形状の丘部１０１が形成されるように複数の動圧溝１００を配列してなるもの）を採用した場合には、図７（ｂ）に示すように、スラスト軸受隙間の内径側領域で負圧が発生し易くなる。また、図７（ｃ）に示すようなスラスト動圧発生部（スパイラル形状の動圧溝１１０を周方向に沿って所定間隔で複数配置してなるもの）を採用した場合も、図７（ｄ）に示すように、スラスト軸受隙間の内径側領域で負圧が発生し易くなる。従って、上記のようなスラスト動圧発生部Ｂを採用すれば、スラスト軸受部Ｔの軸受性能を一層高めることができる。この場合、ラジアル軸受部Ｒの軸受性能低下分をスラスト軸受部Ｔで一層効果的に補うことができるので、軸受部材２２の軸方向寸法の短縮量を拡大して、一層コンパクトな流体動圧軸受装置１を実現することが可能なる。

また、上述したように、回転体２の回転時には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１が積極的に下方に流動する。これにより、回転体２の回転時、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１は、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間→連通路８→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度流れ込む。このような構成とすれば、ハウジング７の内部空間での圧力バランスの崩れに起因した負圧発生が可及的に防止されると共に、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。

また、本実施形態では、軸受部材２２を焼結金属の多孔質体で形成しているので、軸受部材２２の内部気孔とラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間との間で潤滑油１１を行き来させることができる。そのため、特にスラスト軸受隙間に形成される油膜の圧力が過剰に高まり、その結果、スラスト方向で軸受部材２２の支持精度が不安定化するのを可及的に防止することができる。

以下、図５および図６を参照しながら、本発明の第２および第３実施形態に係る流体動圧軸受装置を説明するが、以上で説明した流体動圧軸受装置１に準ずる構成には共通の参照番号を付し、重複説明を省略する。

図５に、本発明の第２実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示す。同図に示す流体動圧軸受装置１と、図２等に示す第１実施形態に係る流体動圧軸受装置１との相違点は、軸受部材２２の外周面２２ａに設けたラジアル動圧発生部Ａの形状のみであり、軸受部材２２の下端面２２ｃには、図３に示すようなスラスト動圧発生部Ｂが形成されている。

相違点を詳細に説明すると、本実施形態のラジアル動圧発生部Ａは、傾斜溝からなる動圧溝Ａａを画成する凸状の丘部Ａｂが、周方向で隣り合う動圧溝Ａａ，Ａａ間に介在する傾斜部Ａｂ１と、動圧溝Ａａの下端部とスラスト軸受隙間との間に介在する円環部Ａｂ２とからなる。このようにすれば、回転体２の回転時には、円環部Ａｂ２とハウジング７の対向二面間に円環状の油膜を形成することができるので、ラジアル軸受部Ｒの軸受性能を高めることができる。なお、この場合、回転体２の回転時に動圧溝Ａａに沿って下方に流動する潤滑油は、円環部Ａｂ２を乗り越えてスラスト軸受隙間に流れ込む。

図６に、本発明の第３実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示す。同図に示す流体動圧軸受装置１と、図２等に示す第１実施形態に係る流体動圧軸受装置１との相違点は、ラジアル軸受部Ｒを上下二箇所に離間して設けた点（ラジアル動圧発生部Ａを軸受部材２２の外周面２２ａの上下二箇所に離間して設けた点）、および、ラジアル動圧発生部Ａの形状、の二点である。従って、軸受部材２２の下端面２２ｃには、図３に示すようなスラスト動圧発生部Ｂが形成されている。

本実施形態において、軸受部材２２の外周面２２ａの上下二箇所に離間して設けたラジアル動圧発生部Ａ，Ａは、何れも、複数の動圧溝Ａａを、ヘリングボーン形状の丘部Ａｂが形成されるように配列している。すなわち、丘部Ａｂは、円環部Ａｂ２と、円環部Ａｂ２の上下両側に設けられた複数の傾斜部Ａｂ１とからなり、また、上側の傾斜部Ａｂ１（動圧溝Ａａ）と下側の傾斜部Ａｂ１（動圧溝Ａａ）は互いに反対方向に傾斜している。但し、上側のラジアル動圧発生部Ａにおいては、円環部Ａｂ２の上側に設けられた動圧溝Ａａの軸方向寸法が、円環部Ａｂ２の下側に設けられた動圧溝Ａａの軸方向寸法よりも大きくなっているのに対し、下側のラジアル動圧発生部Ａにおいては、円環部Ａｂ２の上側に設けられた動圧溝Ａａと円環部Ａｂ２の下側に設けられた動圧溝Ａａ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Ａを構成する下側の動圧溝Ａａの軸方向寸法と等しくなっている。

この場合、回転体２の回転時、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１には、図２および図５に示す流体動圧軸受装置１と同様に、下方側への流動力が付与されるものの、下方側への流動力は相対的に小さくなる。そのため、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１が積極的にスラスト軸受隙間に供給されることにより享受されるスラスト軸受部Ｔの軸受性能向上効果は、図２および図５に示す流体動圧軸受装置１に比べて小さくなる。しかしながら、ラジアル軸受部Ｒを軸方向の二箇所に離間して設けたことにより、特にモーメント荷重の支持能力は、図２および図５に示す流体動圧軸受装置１に比べて高くなる。また、スラスト動圧発生部Ｂとして、図３に示すような形状のものを採用したことにより、スラスト軸受部Ｔの軸受性能は従来よりも向上している。従って、装置全体としての軸受性能は十分に高められていることから、軸受部材２２の軸方向寸法を短縮しても、必要とされる軸受性能を確保することができる。

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、以上で説明した各実施形態では、スラスト動圧発生部Ｂを構成する動圧溝Ｂａとして、スラスト軸受隙間の径方向に離間した複数箇所（二箇所）に油膜圧力のピーク部Ｐを形成可能な形状を有するものを採用したが、特に図２および図５に示す流体動圧軸受装置１においては、例えば、上記のように、潤滑油１１がハウジング７の内部空間を流動循環可能な構造を採用することによってスラスト軸受隙間内で負圧が発生するのを可及的に防止することができるのであれば、スラスト動圧発生部Ｂを、図７（ａ）や図７（ｃ）に示すような形状とすることも可能である。

また、以上で説明した各実施形態では、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を形成したが、ラジアル動圧発生部Ａは、対向するハウジング７の内周面７ａ２に形成しても良い（図示省略）。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（図示省略）。

また、以上で説明した各実施形態では、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の筒部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、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ハウジング７を使用しても構わない。この場合、シール隙間Ｓを形成するシール部材は、ハウジング７の筒部７ａと一体に設けることができる（図示省略）。

また、以上で説明した実施形態では、ハウジング７をモータベース６の内周に固定しているが、モータベース６に相当する部位を一体に有するハウジング７を採用することもできる（図示省略）。

また、以上で説明した各実施形態では、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、回転体２を下方に押し付けるための外力（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。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（図示省略）。また、送風作用の反力としての推力が十分に大きく、この推力のみで回転体２を下方に押し付けることができる場合、磁力の付与は省略しても構わない。

また、以上で説明した各実施形態では、軸方向隙間１０の範囲内で潤滑油１１の油面を保持するようにしたが、軸方向隙間１０の範囲内ではなく、シール隙間Ｓの範囲内で潤滑油１１の油面が保持される流体動圧軸受装置、すなわち、軸方向隙間１０を、回転体２をスラスト他方向に支持するためのスラスト軸受部のスラスト軸受隙間として活用し得る流体動圧軸受装置にも本発明を適用することができる。

また、以上では、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、羽根を有するロータ３に替えて、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。要するに、本発明は、図１に示すようなファンモータのみならず、ディスク駆動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
７ ハウジング
９ シール部材
１０ 軸方向隙間
１１ 潤滑油
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 ラジアル動圧発生部
Ａａ 動圧溝
Ａｂ 丘部
Ａｂ１ 傾斜部
Ａｂ２ 円環部
Ｂ スラスト動圧発生部
Ｂａ 動圧溝
Ｂｂ 丘部
Ｐ ピーク部
Ｓ シール隙間
Ｒ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部

Claims (8)

1. 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、前記軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングと、前記ハウジングの軸方向他方側の開口部をシールするシール部材と、前記軸受部材の外周面と前記ハウジングの内周面との間のラジアル軸受隙間に形成される油膜で前記軸受部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、前記軸受部材の軸方向一方側の端面と前記ハウジングの内底面との間のスラスト軸受隙間に形成される油膜で前記軸受部材をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部と、前記軸受部材の軸方向他方側の端面と前記シール部材の軸方向一方側の端面との間に設けられた潤滑油が介在する軸方向隙間と、を備える流体動圧軸受装置において、
   前記ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を有し、このラジアル動圧発生部は、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝と、これを画成する凸状の丘部とからなり、
   前記ラジアル動圧発生部を構成する動圧溝は、軸方向一方側の端部が軸方向他方側の端部よりも前記軸受部材の回転方向後方側に配置された傾斜溝で構成されると共に、軸方向他方側の端部が前記軸方向隙間に開口していることを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記動圧溝の軸方向一方側の端部が、前記スラスト軸受隙間に開口している請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記丘部は、前記動圧溝の軸方向一方側の端部と、前記スラスト軸受隙間との間に介在する円環部を有する請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記スラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部をさらに有し、このスラスト動圧発生部は、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝と、これを画成する凸状の丘部とからなり、
   前記スラスト動圧発生部を構成する動圧溝は、径方向に離間した複数箇所に油膜圧力のピーク部を形成可能な形状を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
5. 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、前記軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングと、前記ハウジングの軸方向他方側の開口部をシールするシール部材と、前記軸受部材の外周面と前記ハウジングの内周面との間のラジアル軸受隙間に形成される油膜で前記軸受部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、前記軸受部材の軸方向一方側の端面と前記ハウジングの内底面との間のスラスト軸受隙間に形成される油膜で前記軸受部材をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部と、前記軸受部材の軸方向他方側の端面と前記シール部材の軸方向一方側の端面との間に設けられた潤滑油が介在する軸方向隙間と、を備える流体動圧軸受装置において、
   前記スラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を有し、このスラスト動圧発生部は、周方向に離間して設けられた複数の動圧溝と、これを画成する凸状の丘部とからなり、前記スラスト動圧発生部を構成する動圧溝は、径方向に離間した複数箇所に油膜圧力のピーク部を形成可能な形状を有することを特徴とする流体動圧軸受装置。
6. 前記軸受部材が多孔質体からなる請求項１〜５の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記軸方向隙間は、潤滑油の油面を保持しており、
   前記軸受部材に、前記軸受部材を軸方向一方側に押し付ける外力が作用することにより、前記軸受部材がスラスト他方向に支持される請求項１〜６の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えるモータ。

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