JP2020008092A - 流体動圧軸受装置、及びこの軸受装置を備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】負圧の発生を防止し、小型化と高軸受剛性の両立を可能とする流体動圧軸受装置を提供する。【解決手段】流体動圧軸受装置１は、小径部２と大径部３とを有する内側部材４と、大径部３を収容する外側部材５と、外側部材５に対する内側部材４の相対回転時、大径部３の外周面９ｄと外側部材５の内周面６ａ３との間の直径隙間に形成される潤滑流体の膜で内側部材４を半径方向に支持するラジアル軸受部と、外側部材５に対する内側部材４の相対回転時、大径部３の第一端面９ｂ又は外側部材５の第一端面６ｂ１と、大径部３の第二端面９ｃ又は外側部材５の第二端面７ｂとに、潤滑流体の動圧作用を生じるスラスト動圧発生部１０，１１がそれぞれ設けられ、かつ大径部３の外周面９ｄと外側部材５の内周面６ａ３がともにラジアル動圧発生部を有しない円筒面である。【選択図】図１

Description

本発明は、流体動圧軸受装置、及びこの軸受装置を備えたモータに関する。

周知のように、流体動圧軸受装置は、高回転精度及び低騒音等の特長を有する。そのため、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、これらディスク駆動装置や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として好適に使用されている。

また、この種の流体動圧軸受装置においては、更なる静音性向上並びに高寿命化を狙って、例えば流体動圧軸受装置を構成する軸受スリーブの内周面に動圧発生部としてのラジアル動圧溝を所定の態様で配列したものが知られている。また、上記軸受スリーブの軸方向一端面又は軸方向両端面に動圧発生部としてのスラスト動圧溝を所定の態様で配列したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、軸受スリーブは流体動圧軸受装置の固定側を構成し、軸受スリーブの内周に挿入される軸部材は流体動圧軸受装置の回転側を構成する。

あるいは、更なる軸受剛性の向上を目的として、特許文献２には、軸受スリーブの外周面にラジアル動圧溝を設けた流体動圧軸受装置が提案されている。この流体動圧軸受装置は、内周面を有する外側部材と、外側部材に対して回転する軸部材と、軸部材に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブとの間に第一軸方向隙間を形成する第一スラスト部材と、軸受スリーブとの間に第二軸方向隙間を形成する第二スラスト部材とを備える。この場合、軸受スリーブの外周面にラジアル動圧溝が設けられ、軸受スリーブが軸部材と一体的に回転した際、軸受スリーブの外周面に設けたラジアル動圧溝の動圧作用により、軸受スリーブの外周面と外側部材の内周面との直径隙間に潤滑油の動圧作用が生じるようになっている。また、軸受スリーブの軸方向両端面に設けたスラスト動圧溝の動圧作用により、軸受スリーブの軸方向一端面と第一スラスト部材の軸方向端面との間の軸方向隙間、及び軸受スリーブの軸方向他端面と第二スラスト部材の軸方向端面との間の軸方向隙間にそれぞれ潤滑油の動圧作用が生じるようになっている。

特開２００５−９０６５３号公報 特開２００７−２４０８９号公報

ところで、最近では、ノートパソコンなどに使用される冷却用ファンモータは薄型化の一途を辿っており、当該ファンモータに使用される流体動圧軸受装置にも上記薄型化への対応が求められている。この場合、例えば流体動圧軸受装置のスピンドルとなる軸部材やこの軸部材を支持する軸受スリーブの軸方向寸法を縮小することで、上記薄型化への対応が可能となる。一方で、最近のファンモータにおいては、従来のファンモータと同等の冷却性能を維持しつつ、更なる静粛性の向上を図るべく、インペラ（羽根）を大型化すると共に、より低速域での使用を推進している現状がある。このこと（インペラの大型化）により、軸受に作用する負荷は増しているが、軸受剛性を確保するために軸方向寸法を短くすることができない、といった問題が起きている。すなわち、上記薄型化への対応の一環として軸受スリーブの軸方向寸法を短くすると、その分ラジアル動圧溝が短くなり、あるいは軸方向の二箇所にラジアル軸受部が形成される場合、これらラジアル軸受部の軸方向スパンが減少する。そのため、ラジアル動圧溝のみを軸受スリーブの内周面に設けた構成では、増大化した負荷を許容し得るだけの軸受剛性を得ることが難しい。

例えば、特許文献２に記載のように、軸受スリーブの外周面にラジアル動圧溝を設けると共に軸方向両端面にスラスト動圧溝を設けて、軸受スリーブを軸部材と一体的に回転させる構成とすれば、軸受スリーブの内周面にラジアル動圧溝を設ける場合と比べて、ラジアル軸受部を半径方向外側に移行することができる。よって、軸受スリーブの軸方向寸法を縮小したことによる軸受剛性の低下を、ラジアル軸受部を半径方向外側に移行すること、及び動圧作用により軸受スリーブを軸方向両側で支持する二箇所のスラスト軸受部を設けたことにより補うことが期待できる。

しかしながら、上述のように、軸受スリーブの外周面と軸方向両端面に動圧溝を有する場合、動圧溝の形状によっては、例えば軸受スリーブの上端外周縁や下端外周縁からそれぞれ直径隙間の軸方向中央側や軸方向隙間の半径方向中央側に向けて潤滑油が押し込まれる結果、上述した上端外周縁付近の空間や下端外周縁付近の空間に負圧が発生するおそれが生じる。ここで、軸受スリーブの軸方向寸法を短くすると、その分ラジアル動圧溝の長手方向寸法が短くなり、その結果、軸受内部空間における潤滑油の流れが弱まるため、上記領域に負圧が発生するおそれがより高まる。また、低速で回転するほど、当然に軸受内部空間における潤滑油の流れは弱まるので、このこと（低速回転化）によっても、負圧の発生確率が高まる、といった問題があった。

以上の実情に鑑み、本発明では、負圧の発生を可及的に防止しつつも、小型化と高軸受剛性の両立を可能とする流体動圧軸受装置を提供することを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係る流体動圧軸受装置によって達成される。すなわち、この軸受装置は、小径部と大径部とを有する内側部材と、内側部材の少なくとも大径部を収容する外側部材と、外側部材に対する内側部材の相対回転時、大径部の外周面と外側部材の内周面との間の直径隙間に形成される潤滑流体の膜で内側部材を半径方向に支持するラジアル軸受部と、外側部材に対する内側部材の相対回転時、互いに軸方向で対向する大径部の第一端面と外側部材の第一端面の間の第一軸方向隙間、及び大径部の第二端面と外側部材の第二端面の間の第二軸方向隙間にそれぞれ形成される潤滑流体の膜で内側部材を軸方向に支持する第一及び第二スラスト軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、大径部の第一端面又は外側部材の第一端面と、大径部の第二端面又は外側部材の第二端面とに、潤滑流体の動圧作用を生じるスラスト動圧発生部がそれぞれ設けられ、かつ大径部の外周面と外側部材の内周面がともにラジアル動圧発生部を有しない円筒面である点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、外側部材に対して相対回転する内側部材の大径部の第一端面又は外側部材の第一端面と、大径部の第二端面又は外側部材の第二端面とにスラスト動圧発生部をそれぞれ設けると共に、大径部の外周面と外側部材の内周面をともに動圧発生部を有しない円筒面とした。この構成によれば、外側部材の内周面と大径部の外周面は、ラジアル軸受隙間となる直径隙間に動圧作用を積極的に生じさせることのない流体軸受、いわば流体真円軸受を構成し得る。そのため、従来の如くラジアル動圧溝とスラスト動圧溝とが各々異なる向きに潤滑流体を押し込む作用を生じた結果、押し込み元の空間に負圧が発生する事態を可及的に防止することができる。また、従来よりもラジアル軸受隙間を半径方向外側に移行した位置に形成しているので、ラジアル動圧発生部がなくても最低限のラジアル軸受剛性を確保することができる。もちろん、スラスト軸受隙間となる二つの軸方向隙間にはそれぞれスラスト動圧発生部により潤滑流体の動圧作用が生じるので、スラスト方向の軸受剛性を高めることができる。以上より、本発明によれば、軸受装置全体として所要の軸受剛性を確保し、かつ流体動圧軸受装置の軸方向寸法を縮小した場合であっても、軸受内部空間における負圧の発生を可及的に防止することができ、これにより所要の軸受性能を長期にわたって発揮することが可能となる。また、この流体動圧軸受装置を組み込むことで、信頼性の高い回転駆動ユニット（例えばファンモータ）を得ることが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、直径隙間の大きさをＧ１[μｍ]、大径部の外径寸法の大きさをＧ２[ｍｍ]としたとき、０．０３≦Ｇ２／Ｇ１＜０．２４を満たしてもよい。

本発明者らが行った検証の結果、回転側となる部材（例えば内側部材）の大径部の軸方向寸法を短くし、大径部の外径寸法の大きさＧ２［ｍｍ］を、ラジアル軸受隙間となる直径隙間の大きさＧ１[μｍ]の０．０３倍以上でかつ０．２４倍未満に設定した場合に、所定の軸受剛性を確保しつつも、軸受内部空間における負圧の発生を高確率で防止できることが判明した。よって、ラジアル軸受隙間となる直径隙間の大きさＧ１を大径部の外径寸法の大きさＧ２に合わせて上述の範囲内に設定することで、軸受全体として所要の軸受剛性を確保し、かつ流体動圧軸受装置の軸方向寸法を縮小した場合であっても、軸受内部空間における負圧の発生をより高確率で防止することができる。従って、当該流体動圧軸受装置、ひいてはこの流体動圧軸受装置を組み込んでなる回転駆動ユニットの信頼性をさらに向上させることが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、大径部の外径寸法の大きさをＧ２［ｍｍ］、大径部の軸方向寸法の大きさをＧ３［ｍｍ］としたとき、１．５≦Ｇ２／Ｇ３≦１５を満たしてもよい。

上述のように、本発明に係る流体動圧軸受装置であれば、従来に比べて軸方向寸法が小さい設計であっても、負圧の発生を防止しつつ、所要の軸受剛性を確保することができる。そのため、上述のように、大径部を従来に比べて扁平形状（軸方向寸法に比べて外径寸法が大きいこと）にしても、軸受剛性を含む各種軸受性能に優れた流体動圧軸受装置を得ることが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、外側部材は、筒状をなすハウジング部と、ハウジング部の一端開口側に配設されるシール部とを有し、内側部材は、軸部と、軸部の外周に固定されるスリーブ部とを有し、シール部の内周面と軸部の外周面との間にシール空間が形成され、シール空間内に潤滑流体としての潤滑油の油面が維持されてもよい。

このように外側部材をハウジング部とシール部とで構成し、かつ内側部材を軸部とスリーブ部とで構成することで、従来ある構成部品を利用して、詳細には、スリーブ部の内周面形状を簡略化し、ハウジング部の内径寸法又はスリーブ部の外径寸法を変更するだけで、本発明に係る流体動圧軸受装置を組み立てることができる。よって、特別な部品を新たに製作する手間を省いて、低コストに本発明に係る流体動圧軸受装置を製造することが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、互いに軸方向で対向するシール部の軸方向端面とスリーブ部の軸方向端面の一方に、スラスト動圧発生部として、潤滑油を半径方向外側に押し込む形態のスラスト動圧溝が形成されていてもよい。

上述のように、流体動圧軸受装置を構成した場合、シール空間は、スリーブ部の半径方向内側に形成される。そのため、互いに軸方向で対向するシール部の軸方向端面とスリーブ部の軸方向端面（それぞれ外側部材の第一端面と内側部材の第一端面に相当）の一方に、スラスト動圧発生部として、潤滑油を半径方向外側に押し込む形態のスラスト動圧溝を形成することによって、シール部とスリーブ部との軸方向隙間に生じる動圧作用が、常にシール空間から半径方向に離れる向きに生じる。よって、シール空間から軸受外部空間への潤滑油の漏れ出しを効果的に防止することが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、軸部の外周面とスリーブ部の内周面との間に、スリーブ部の軸方向一端側の空間と軸方向他端側の空間との間で潤滑油を流通可能とする軸方向の流路が設けられていてもよい。

このように、軸部の外周面とスリーブ部の内周面との間に軸方向の流路を設けることで、上記流路を通じて、軸受内部空間を満たした潤滑油をスリーブ部の軸方向一端面側から軸方向他端面側へ迅速に移動させることができる。よって、軸受内部空間で油圧の急速な変動が生じた場合であっても、上記流路を通じて必要な空間に潤滑油を迅速に補給することができ、これにより、軸受内部空間における潤滑状態を安定化させ、負圧の発生をより効果的に防止することが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、スリーブ部は焼結金属の多孔質体で形成され、多孔質体の内部空孔に潤滑油が含浸されていてもよい。

スリーブ部は軸部の外周に配設されるので、内側部材の回転中心（すなわち軸部の中心軸線）から半径方向に離れた位置にある。よって、このスリーブ部を焼結金属の多孔質体で形成し、この多孔質体の内部空孔に潤滑油が含浸された構造をとることによって、内側部材の回転時、軸部と一体に回転するスリーブ部の内部空孔に保持された状態の潤滑油に相応の遠心力が作用する。これによりスリーブ部の表面からラジアル軸受隙間への潤滑油の滲み出しが助長され、かつラジアル軸受隙間からスリーブ部の内部への潤滑油の還流が抑制される。よって、ラジアル軸受隙間に常に潤沢な潤滑油を保持して、ラジアル方向の軸受剛性を効果的に高めることが可能となる。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置においては、大径部外周面の周速が０．０２ｍ／ｓｅｃ以上でかつ１．４８ｍ／ｓｅｃ未満に設定されてもよい。

本発明に係る流体動圧軸受装置であれば、上述のように、小型化と高剛性化を共に満足しつつも、軸受内部空間における負圧の発生を防止可能とするから、上述のように低速域を含む速度範囲で回転使用した場合であっても、負圧の発生を効果的に防止することが可能となる。

以上の説明に係る流体動圧軸受装置は、上述のように、負圧の発生を可及的に防止しつつも、小型化と高軸受剛性の両立を可能とするものであるから、例えば当該流体動圧軸受装置を備えたモータとして好適に提供可能である。

以上より、本発明によれば、負圧の発生を可及的に防止しつつも、小型化と高軸受剛性の両立を可能とする流体動圧軸受装置を提供することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 図１に示すスリーブ部の断面図である。 図２に示すスリーブ部を矢印Ａの向きから見た底面図である。 図２に示すスリーブ部を矢印Ｂの向きから見た平面図である。 図１に示す流体動圧軸受装置の回転時における要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 図６に示すスリーブ部を矢印Ｃの向きから見た平面図である。 図６に示す流体動圧軸受装置の回転時における要部拡大断面図である。

以下、本発明の第一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る流体動圧軸受装置１の断面図を示している。この流体動圧軸受装置１は、小径部２及び大径部３とを有する内側部材４と、内側部材４の少なくとも大径部３を収容する外側部材５とを主に備える。本実施形態では、内側部材４が流体動圧軸受装置１の回転側を構成し、外側部材５が流体動圧軸受装置１の固定側を構成する。外側部材５の内部空間（具体的には、図１中、密な散点ハッチングで示す領域）は、潤滑流体としての潤滑油で満たされている。以下、各構成要素の詳細を説明する。なお、以下の説明においては、説明の理解を容易にする目的で、図１に示す流体動圧軸受装置１の大径部３側を下側、その軸方向反対側となる小径部２側を上側とする。もちろん、この上下関係は流体動圧軸受装置１の設置態様、使用態様を限定するものではない。

外側部材５は、本実施形態では、筒状をなすハウジング部６と、ハウジング部６の上端開口側に配設されるシール部７とを有する。すなわち、このハウジング部６は、円筒状の筒部６ａと、筒部６ａの下端開口側を閉塞する底部６ｂとを一体に有する有底筒状をなしている。筒部６ａの内周には、大径内周面６ａ１と、段部６ａ２を介して大径内周面６ａ１の下方に位置する小径内周面６ａ３とが設けられ、小径内周面６ａ３の内周に内側部材４の大径部３が収容されている。

また、シール部７は、例えば全体として円環状をなすもので、その内周に軸方向上側から軸方向下側に向かうにつれて縮径するテーパ状の内周面７ａを有している。この場合、後述する小径部２としての軸部８の外周面８ａとの間に、下方に向けて径方向寸法を漸次縮小させたシール空間Ｓを形成する。シール空間Ｓは、ハウジング部６の内部空間に充填された潤滑油の温度変化及び流体動圧軸受装置１の姿勢変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内で潤滑油の油面を常にシール空間Ｓの軸方向範囲内に保持する。上記構成のシール部７は、本実施形態では、その下端面７ｂを筒部６ａの段部６ａ２に当接させた状態で、筒部６ａの大径内周面６ａ１に適宜の手段で固定される。これにより、シール部７の下端面７ｂから、ハウジング部６の底部６ｂの上端面６ｂ１までの軸方向寸法が所定の大きさに設定される。すなわち、後述する上下二箇所に形成されるスラスト軸受隙間としての二つの軸方向隙間（図５を参照）の総和が所定の大きさに設定される。

上記構成のハウジング部６とシール部７はそれぞれ任意の材料で形成可能であり、例えば樹脂、金属などで形成可能である。また、シール部７とハウジング部６との固定手段も任意であり、例えば接着（圧入を伴った接着を含む）、圧入、溶着など公知の固定手段を適用することができる。

内側部材４は、軸部８と、軸部８の外周に固定されたスリーブ部９とを有する。本実施形態では、軸部８は、軸方向全長にわたって外径寸法が一定の外周面８ａを有し、外周面８ａの下端にスリーブ部９の内周面９ａを固定している。この場合、軸部８のうち外周面８ａが露出する部分が本発明に係る小径部２に相当し、軸部８のうち外周面８ａがスリーブ部９で覆われた部分及びスリーブ部９が本発明に係る大径部３に相当する。また、軸部８の外周面８ａのうち、少なくともシール部７の内周面７ａと対向する部分は、凹凸のない平滑な円筒面状に形成されている。

上記構成の軸部８は、例えばステンレス鋼などの金属材料をはじめとして、公知の材料で形成することが可能である。

スリーブ部９は、本実施形態では円筒状をなし、軸部８の外周面８ａに適宜の手段（例えば接着、圧入など）で固定される。スリーブ部９の内周面９ａは、図２に示すように、ラジアル動圧発生部を有しない平滑な円筒面状をなしている。スリーブ部９の外周面９ｄも、図１に示すように、ラジアル動圧発生部を有しない平滑な円筒面状をなしている。また、外周面９ｄと半径方向に対向するハウジング部６の小径内周面６ａ３も、ラジアル動圧発生部を有しない平滑な円筒面状をなしている。

ここで、スリーブ部９の外周面９ｄとハウジング部６の筒部６ａの小径内周面６ａ３との間の直径隙間（ここでは、図１に示すハウジング部６の小径内周面６ａ３の内径寸法ｇ１と、スリーブ部９の外周面９ｄの外径寸法ｇ２との差に相当する半径方向の直径隙間）の大きさをＧ１[μｍ]、スリーブ部９の外径寸法ｇ２の大きさをＧ２［ｍｍ］（図２を参照）としたとき、０．０３≦Ｇ２／Ｇ１＜０．２４の関係を満たすように、より好ましくは０．０４≦Ｇ２／Ｇ１＜０．１５の関係を満たすように、ハウジング部６の小径内周面６ａ３の内径寸法ｇ１と、スリーブ部９の外径寸法ｇ２をそれぞれ設定するのがよい。

また、スリーブ部９の軸方向寸法ｇ３の大きさをＧ３［ｍｍ］（図２を参照）としたとき、１．５≦Ｇ２／Ｇ３≦１５の関係を満たすように、より好ましくは３．０≦Ｇ２／Ｇ３≦１４の関係を満たすように、スリーブ部９の外径寸法ｇ２と軸方向寸法ｇ３をそれぞれ設定するのがよい。

スリーブ部９の下端面９ｂは、対向するハウジング部６の底部６ｂの上端面６ｂ１との間に、第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間となる軸方向隙間を形成する（後述する図５を参照）。よって、この下端面９ｂが本発明に係る内側部材４の第一端面に相当し、底部６ｂの上端面６ｂ１が本発明に係る外側部材５の第一端面に相当する。また、スリーブ部９の下端面９ｂには、図３に示すように、第一スラスト軸受部Ｔ１の軸方向隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部１０が形成されている。このスラスト動圧発生部１０は、例えばスパイラル形状をなす複数のスラスト動圧溝１０ａと、隣り合うスラスト動圧溝１０ａ、１０ａを区画する凸状の丘部１０ｂとを円周方向で交互に配列することで構成されている。この場合、底部６ｂの上端面６ｂ１は、スラスト動圧発生部を有しない平坦面状をなしている。

スリーブ部９の上端面９ｃは、対向するシール部７の下端面７ｂとの間に、第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間となる軸方向隙間を形成する（図５を参照）。よって、この上端面９ｃが本発明に係る内側部材４の第二端面に相当し、シール部７の下端面７ｂが本発明に係る外側部材５の第二端面に相当する。また、スリーブ部９の上端面９ｃには、図４に示すように、第二スラスト軸受部Ｔ２の軸方向隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部１１が設けられている。このスラスト動圧発生部１１は、図３に示すスラスト動圧発生部１０と同様に、スパイラル形状をなす複数のスラスト動圧溝１１ａと、隣り合うスラスト動圧溝１１ａ、１１ａを区画する凸状の丘部１１ｂとを円周方向で交互に配列することで構成されている。この場合、シール部７の下端面７ｂは、スラスト動圧発生部を有しない平坦面状をなしている。

なお、本実施形態では、第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト動圧発生部１０と、第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト動圧発生部１１とでは、外側部材５に対する内側部材４の相対回転時、軸方向隙間内の潤滑油を押し込む向きが半径方向で互いに相違する。すなわち、第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト動圧発生部１０は、このスラスト動圧発生部１０に面する軸方向隙間において潤滑油を半径方向外側から内側へ押し込む形態をなすのに対し、第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト動圧発生部１１は、このスラスト動圧発生部１１に面する軸方向隙間において潤滑油を半径方向内側から外側へ押し込む形態をなしている。

スリーブ部９は、任意の材料で形成可能であり、本実施形態では焼結金属の多孔質体で形成される。多孔質体の原料粉末には、例えば銅粉末（純銅粉末又は銅合金粉末）と鉄粉末（純鉄粉末又はステンレス粉末などの鉄合金粉末）の一方又は双方を主成分とする原料粉末が使用可能である。この場合、多孔質体の内部空孔には、図２に密な散点ハッチングで示す潤滑油が含浸されていてもよい。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１において、内側部材４と外側部材５との相対回転開始前、ハウジング部６の小径内周面６ａ３とスリーブ部９の外周面９ｄとの間には、ラジアル軸受隙間となる直径隙間が既に形成された状態にある。一方、スリーブ部９の下端面９ｂとハウジング部６の底部６ｂの上端面６ｂ１とは当接した状態にあり（図１を参照）、あるいは僅かな潤滑油の油膜を介して軸方向に対向した状態にある。

そして、内側部材４と外側部材５の相対回転が開始されるのに伴い、直径隙間に潤滑油の油膜が形成され、この油膜によりスリーブ部９をラジアル方向に相対回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒが形成される（図５を参照）。また、この際、焼結金属製のスリーブ部９の内部空孔に保持された状態の潤滑油が、相対回転に伴い発生する遠心力の作用で、スリーブ部９からの半径方向外側への滲み出しが促進される。その結果、ラジアル軸受隙間における油膜切れを防止して、ラジアル軸受部Ｒの軸受性能を安定的に発揮させ得る。あるいは、潤沢な潤滑油の供給によりラジアル軸受隙間における軸受剛性を高め得る。

また、内側部材４と外側部材５の相対回転が開始されるのに伴い、スリーブ部９の下端面９ｂに形成されたスラスト動圧発生部１０により、スリーブ部９の下端面９ｂとハウジング部６の底部６ｂの上端面６ｂ１との間に潤滑油の動圧作用が発生する。具体的には、下端面９ｂと上端面６ｂ１との間に潤滑油の半径方向外側から内側（図５中、二点鎖線矢印で示す向き）への押し込み作用が生じる。これにより、下端面９ｂと上端面６ｂ１との間に潤滑油の油膜を介して所定の大きさの軸方向隙間（スラスト軸受隙間）が形成されると共に、上記油膜の圧力が高められる。その結果、軸部８及びスリーブ部９を有する内側部材４をスラスト方向に相対回転自在に浮上支持する第一スラスト軸受部Ｔ１が形成される（図５を参照）。また、上記相対回転が開始されるのに伴い、スリーブ部９の上端面９ｃに形成されたスラスト動圧発生部１１により、スリーブ部９の上端面９ｃとシール部７の下端面７ｂとの間に潤滑油の動圧作用、具体的には半径方向内側から外側（図５中、二点鎖線矢印で示す向き）への潤滑油の押し込み作用が生じる。これにより、上端面９ｃと下端面７ｂとの間にも潤滑油の油膜を介して所定の大きさの軸方向隙間（スラスト軸受隙間）が形成され、上記油膜の圧力が高められる。その結果、内側部材４をスラスト方向に非接触支持する第二スラスト軸受部Ｔ２が形成される（図５を参照）。

本実施形態に係る流体動圧軸受装置１においては、シール空間Ｓは、スリーブ部９の半径方向内側に形成される（図１を参照）。そのため、上述のように、シール部７の下端面７ｂと軸方向で対向するスリーブ部９の上端面９ｃに、スラスト動圧発生部１１として、潤滑油を半径方向外側に押し込む形態のスラスト動圧溝１１ａを形成することによって、スリーブ部９とシール部７との軸方向隙間に生じる潤滑油の動圧作用が、常にシール空間Ｓから半径方向に離れる向きに生じる。よって、シール空間Ｓから軸受外部空間への潤滑油の漏れ出しを効果的に防止して、信頼性に優れた流体動圧軸受装置１を提供することが可能となる。

以上で説明した流体動圧軸受装置１は、例えば図示は省略するが、（１）ＨＤＤをはじめとしたディスク装置用のスピンドルモータ、（２）レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）用のポリゴンスキャナモータ、あるいは（３）ＰＣ用のファンモータなどのモータ用軸受装置として用いられる。（１）の場合、例えば軸部材２にディスク搭載面を有するディスクハブが一体又は別体に設けられ、（２）の場合、例えば軸部材２にポリゴンミラーが一体又は別体に設けられる。また、（３）の場合、例えば軸部材２にインペラを有するファンが一体又は別体に設けられる。

以上で説明したように、本発明に係る流体動圧軸受装置１では、外側部材５に対して相対回転する内側部材４の大径部３の第一端面となるスリーブ部９の下端面９ｂと、大径部３の第二端面となるスリーブ部９の上端面９ｃとにスラスト動圧発生部１０，１１をそれぞれ設けると共に、内側部材４の外周面となるスリーブ部９の外周面９ｄと外側部材５の内周面となる筒部６ａの小径内周面６ａ３をともにラジアル動圧発生部を有しない円筒面とした（図１等を参照）。この構成によれば、筒部６ａの小径内周面６ａ３とスリーブ部９の外周面９ｄは、ラジアル軸受隙間となる直径隙間に動圧作用を積極的に生じさせることのない流体軸受を構成し得る。また、従来よりもラジアル軸受隙間を半径方向外側に移行した位置に形成しているので、ラジアル動圧発生部がなくても最低限のラジアル軸受剛性を確保することができる。もちろん、スラスト軸受隙間となる二つの軸方向隙間にはそれぞれスラスト動圧発生部１０，１１により潤滑油の動圧作用が生じるので、スラスト方向の軸受剛性を高めることができる。以上より、本発明によれば、軸受装置全体として所要の軸受剛性を確保し、かつ流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を縮小した場合であっても、軸受内部空間における負圧の発生を可及的に防止することができ、これにより所要の軸受性能を長期にわたって発揮することが可能となる。また、この流体動圧軸受装置１を組み込むことで、信頼性の高い回転駆動ユニット（例えばファンモータ）を得ることが可能となる。

特に、本実施形態のように、大径部３の外径寸法となるスリーブ部９の外径寸法ｇ２の大きさＧ２［ｍｍ］を、直径隙間の大きさＧ１[μｍ]の０．０３倍以上でかつ０．２４倍未満に設定することによって、軸受全体として所要の軸受剛性を確保し、かつ流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を縮小した場合であっても、軸受内部空間における負圧の発生をより高確率で防止することができる。従って、当該流体動圧軸受装置１、ひいてはこの流体動圧軸受装置１を組み込んでなる回転駆動ユニットの信頼性をさらに向上させることが可能となる。ただし、あまりに直径隙間を大きくし過ぎると、流体真円軸受としての作用効果（潤滑油の油膜でスリーブ部９をラジアル方向で非接触支持）が十分に得られないおそれがある。このような観点から、直径隙間の大きさＧ１は１３０μｍ以下にするのがよい。

以上、本発明の第一実施形態を説明したが、本発明に係る流体動圧軸受装置は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得る。

図６は、本発明の第二実施形態に係る流体動圧軸受装置２１の断面図を示している。図６に示す流体動圧軸受装置２１は、主に軸受内部空間における潤滑油の流通形態について第一実施形態に係る流体動圧軸受装置１と相違する。以下、相違点を中心に説明する。なお、本実施形態に係る流体動圧軸受装置２１の構成要素のうち、第一実施形態に係る流体動圧軸受装置１と同一の構成要素については、共通の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る内側部材２４は、第一実施形態と同様、相対的に小径な小径部２２と、小径部２２に比べて大径な大径部２３とからなるもので、軸部８と、軸部８の下側外周に配設されるスリーブ部２５とを一体的に有する。ここで、スリーブ部２５の内周面２５ａは、ラジアル動圧発生部を有しない平滑な円筒面状をなし、軸部８の外周面８ａに固定されている。スリーブ部２５の外周面２５ｄも、ラジアル動圧発生部を有しない平滑な円筒面状をなし、同じく平滑な円筒面状をなす筒部６ａの小径内周面６ａ３との間に、ラジアル軸受隙間となる直径隙間を形成する。

スリーブ部２５の下端面２５ｂには、軸方向で対向する底部６ｂの上端面６ｂ１との間に潤滑油の動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部２６が形成されている。このスラスト動圧発生部２６は、第一実施形態と同様に、外側部材５に対する内側部材２４の相対回転時、下端面２５ｂと上端面６ｂ１との間の潤滑油を半径方向外側から内側（図８中、下側の二点鎖線矢印で示す向き）へ押し込む形態をなしている。

スリーブ部２５の上端面２５ｃには、軸方向で対向するシール部７の下端面７ｂとの間に潤滑油の動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部２７が形成されている。このスラスト動圧発生部２７は、第一実施形態と同様に、外側部材５に対する内側部材２４の相対回転時、上端面２５ｃと下端面７ｂとの間の潤滑油を半径方向内側から外側（図８中、上側の二点鎖線矢印で示す向き）へ押し込む形態をなしている。図７に、スリーブ部２５の上端面２５ｃに設けたスラスト動圧発生部２７の一例を示す。図７に示すように、このスラスト動圧発生部２７は、スパイラル形状をなす複数のスラスト動圧溝２７ａと、隣り合うスラスト動圧溝２７ａ，２７ａを区画する凸状の丘部２７ｂとを円周方向で交互に配列することで構成される。この場合、内側部材２４が所定の向きに回転した際に上端面２５ｃと下端面７ｂとの間の潤滑油が動圧作用により半径方向外側に押し込まれるように、各スラスト動圧溝２７ａのスパイラル形状（スパイラルの向き）を設定している。

また、本実施形態では、図６に示すように、スリーブ部２５の内周面２５ａに、スリーブ部９の軸方向に伸びる軸方向溝２８が形成されている。これにより、軸部８の外周面８ａとスリーブ部２５の内周面２５ａとの間には、スリーブ部２５の下端面２５ｂ側の空間と、上端面２５ｃ側の空間との間で潤滑油を流通可能とする軸方向の流路２９が設けられる。本実施形態では、図７に示すように、三本の軸方向溝２８が内周面２５ａに円周方向等間隔で形成されており、これにより、三本の軸方向の流路２９が軸部８とスリーブ部２５との間に円周方向等間隔で設けられている。

なお、本実施形態においても、スリーブ部２５の外周面２５ｄとハウジング部６の筒部６ａの小径内周面６ａ３との間の直径隙間（図６に示す小径内周面６ａ３の内径寸法と、スリーブ部２５の外周面９ｄの外径寸法との差に相当する半径方向の直径隙間）の大きさをＧ１[μｍ]、スリーブ部２５の外径寸法の大きさをＧ２［ｍｍ］としたとき、０．０３≦Ｇ２／Ｇ１＜０．２４の関係を満たすように、より好ましくは０．０４≦Ｇ２／Ｇ１＜０．１５の関係を満たすように、ハウジング部６の小径内周面６ａ３の内径寸法と、スリーブ部２５の外径寸法をそれぞれ設定するのがよい。

また、スリーブ部２５の軸方向寸法の大きさをＧ３［ｍｍ］としたとき、１．５≦Ｇ２／Ｇ３≦１５の関係を満たすように、より好ましくは３．０≦Ｇ２／Ｇ３≦１４の関係を満たすように、スリーブ部２５の外径寸法と軸方向寸法をそれぞれ設定するのがよい。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置２１において、内側部材２４と外側部材５との相対回転開始前、ハウジング部６の小径内周面６ａ３とスリーブ部２５の外周面２５ｄとの間には、ラジアル軸受隙間となる直径隙間が既に形成された状態にある。一方、スリーブ部２５の下端面２５ｂとハウジング部６の底部６ｂの上端面６ｂ１とは当接した状態にあり（図６を参照）、あるいは僅かな潤滑油の膜を介して軸方向に対向した状態にある。

そして、内側部材２４と外側部材５の相対回転が開始されるのに伴い、直径隙間に潤滑油の油膜が形成され、この油膜によりスリーブ部２５をラジアル方向に相対回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒが形成される（図６及び図８を参照）。また、この際、焼結金属製のスリーブ部２５の内部空孔に保持された状態の潤滑油が、相対回転に伴い発生する遠心力の作用で、スリーブ部２５からの半径方向外側への滲み出しが促進される。その結果、ラジアル軸受隙間における油膜切れを防止して、ラジアル軸受部Ｒの軸受性能を安定的に発揮させ得る。あるいは、潤沢な潤滑油の供給によりラジアル軸受隙間における軸受剛性を高め得る。

また、内側部材２４と外側部材５の相対回転が開始されるのに伴い、スリーブ部２５の下端面２５ｂに形成されたスラスト動圧発生部２６により、スリーブ部２５の下端面２５ｂとハウジング部６の底部６ｂの上端面６ｂ１との間に潤滑油の動圧作用が発生する。具体的には、下端面２５ｂと上端面６ｂ１との間に潤滑油の半径方向外側から内側（図８中、二点鎖線矢印で示す向き）への押し込み作用が生じる。これにより、下端面２５ｂと上端面６ｂ１との間に潤滑油の油膜を介して所定の大きさの軸方向隙間（スラスト軸受隙間）が形成されると共に、上記油膜の圧力が高められる。その結果、軸部８及びスリーブ部２５を有する内側部材２４をスラスト方向に相対回転自在に浮上支持する第一スラスト軸受部Ｔ１が形成される（図８を参照）。また、上記相対回転が開始されるのに伴い、スリーブ部２５の上端面２５ｃに形成されたスラスト動圧発生部２７により、スリーブ部２５の上端面２５ｃとシール部７の下端面７ｂとの間に潤滑油の動圧作用、具体的には半径方向内側から外側（図８中、二点鎖線矢印で示す向き）への潤滑油の押し込み作用が生じる。これにより、上端面２５ｃと下端面７ｂとの間にも潤滑油の油膜を介して所定の大きさの軸方向隙間（スラスト軸受隙間）が形成され、上記油膜の圧力が高められる。その結果、内側部材２４をスラスト方向に非接触支持する第二スラスト軸受部Ｔ２が形成される（図８を参照）。

また、本実施形態に係る流体動圧軸受装置２１においては、軸部８の外周面８ａとスリーブ部２５の内周面２５ａとの間に、スリーブ部２５の下端面２５ｂ側の空間と上端面２５ｃ側の空間との間で潤滑油を流通可能とする軸方向の流路２９を設けるようにした（図６及び図７を参照）。このように、軸方向隙間の半径方向内側に軸方向の流路２９を設けることで、この流路２９を通じて、軸受内部空間を満たした潤滑油をスリーブ部２５の下端面２５ｂ側の空間と上端面２５ｃ側の空間との間で迅速に移動させることができる。よって、軸受内部空間で油圧の急速な変動が生じた場合であっても、上記流路２９を通じて必要な空間に潤滑油を迅速に補給することができ、これにより、軸受内部空間における潤滑状態を安定化させ、負圧の発生をより効果的に防止又は解消することが可能となる。

特に、本実施形態では、軸方向の流路２９の下端とつながるスリーブ部２５の下端面２５ｂ側の空間に、潤滑油を半径方向内側に押し込む動圧作用を生じるスラスト動圧発生部２６を設けると共に、軸方向の流路２９の上端とつながるスリーブ部２５の上端面２５ｃ側の空間に、潤滑油を半径方向外側に押し込む動圧作用を生じるスラスト動圧発生部２７を設けるようにしたので、内側部材２４の相対回転時、下側の軸方向隙間内の潤滑油がスラスト動圧発生部２６により半径方向内側に押し込まれた後、軸方向の流路２９を通って上側の軸方向隙間内に送り出される。また、上側の軸方向隙間に送り出された潤滑油はスリーブ部２５の上端面２５ｃに設けられたスラスト動圧発生部２７により半径方向外側に押し込まれる。上側の軸方向隙間を半径方向外側に送り出された潤滑油は、軸方向隙間の半径方向外周端に位置する直径隙間を通って、再び下側の軸方向隙間に導入される。よって、上記構成の流体動圧軸受装置２１によれば、軸方向の流路２９と、上側及び下側の軸方向隙間、及び直径隙間とで、潤滑油が循環する循環流路を構成することができ、これにより、軸受内部空間における潤滑状態を安定化させ、負圧の発生をより迅速かつ効果的に防止又は解消することが可能となる。

なお、上記実施形態では何れも、スラスト動圧発生部１０，１１（２６，２７）をスリーブ部９（２５）の両端面９ｂ，９ｃ（２５ｂ，２５ｃ）に設けた場合を例示したが、もちろん、スラスト動圧発生部１０，１１（２６，２７）の一方又は双方を、底部６ｂの上端面６ｂ１とシール部７の下端面７ｂの一方又は双方に設けてもよい。

また、スラスト動圧発生部１０，１１（２６，２７）としては、複数のスラスト動圧溝１０ａ，１１ａ（２７ａ）をスパイラル状に配列したものに限らず、ステップ面や波型面など、スラスト軸受隙間となる軸方向隙間に潤滑油の動圧作用を生じさせ得る限りにおいて公知の形態を採用することが可能である。

また、上記実施形態では、有底筒状をなすハウジング部６と、ハウジング部６の一端開口側に配設されるシール部７とで外側部材５を構成した場合を例示したが、もちろん外側部材５はこれ以外の構成をとることも可能である。例えば図示は省略するが、両端開口形状をなすハウジング部と、ハウジング部の両端開口側にそれぞれ配設される二個のシール部とで外側部材を構成してもよい。

以下、本発明の作用効果を検証するための実施例（検証試験）について詳述する。この検証試験では、ラジアル軸受隙間となる直径隙間の大きさを異ならせた複数種類の流体動圧軸受装置（比較例１〜３、実施例１〜４）を用意し、内側部材の相対回転時、軸受内部空間における負圧の発生の有無を検証した。本試験では、一部の比較例（比較例１）のみ、大径部の外周面にラジアル動圧溝を設けた流体動圧軸受装置とし、残りの比較例及び実施例については全て、大径部の外周面にラジアル動圧溝を有しない流体動圧軸受装置とした。また、大径部外周面の周速を、比較例及び実施例ごとに異ならせて内側部材を回転させた際の負圧の発生の有無を検証した。なお、一部の実施例（実施例１）のみ流体動圧軸受装置は図６に示す構成とし、残りの比較例及び実施例については全て、図１に示す構成の流体動圧軸受装置とした。大径部（スリーブ部）は焼結金属の多孔質体とし、内部空孔に潤滑油を含浸させたものを用いて図１又は図６に示す流体動圧軸受装置を構成した。大径部のサイズ（軸方向寸法）は全て１ｍｍとした。試験温度は全て１００℃とした。

各比較例及び実施例のラジアル動圧溝の有無、ラジアル隙間比、及び大径部外周面の周速の値を表１に示す。ラジアル動圧発生部が有るものには○、無いものには×としている。また、表１の最も右側の欄に、負圧の発生の有無についての結果を示している。負圧が発生したものには○、発生しなかったものには×としている。なお、表１におけるラジアル隙間比は、直径隙間の大きさＧ１［μｍ］で大径部の外径寸法の大きさＧ２［ｍｍ］を除したときの値を意味する。

表１に示すように、ラジアル動圧溝を外周面に有する場合（比較例１）、負圧が発生した。また、ラジアル動圧溝を外周面に有しない場合であっても、直径隙間が所定の大きさ以下だと、言い換えるとラジアル隙間比が０．２４以上だと（比較例２，３）、周速の程度によらず、負圧が発生した。これに対して、外周面のラジアル動圧溝を無くし、かつラジアル軸受隙間となる直径隙間（表１ではラジアル隙間比）を大きくとることによって、具体的には、ラジアル隙間比を０．２４未満とすることによって（実施例１〜４）、軸受内部空間における負圧の発生を防止することができた。特に、低速域での回転時（例えば実施例１）においては、負圧が発生し易い条件下にあるが、ラジアル軸受隙間（ラジアル隙間比）を大きくし、かつ図６に示すように、潤滑油を軸受内部空間で積極的に循環させ得る構造をとる場合（実施例１の場合）、負圧の発生を防止できることが分かった。

１，２１ 流体動圧軸受装置
２，２２ 小径部
３，２３ 大径部
４，２４ 内側部材
５ 外側部材
６ ハウジング部
６ａ 筒部
６ａ１ 大径内周面
６ａ２ 段部
６ａ３ 小径内周面
６ｂ 底部
６ｂ１ 上端面
７ シール部
７ａ 内周面
７ｂ 下端面
８ 軸部
８ａ 外周面
９，２５ スリーブ部
９ａ，２５ａ 内周面
９ｂ，２５ｂ 下端面
９ｃ，２５ｃ 上端面
９ｄ，２５ｄ 外周面
１０，１１，２６，２７ スラスト動圧発生部
１０ａ，１１ａ，２７ａ スラスト動圧溝
１０ｂ，１１ｂ，２７ｂ 丘部
２８ 軸方向溝
２９ 軸方向の流路
Ｒ ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (9)

1. 小径部と大径部とを有する内側部材と、前記内側部材の少なくとも前記大径部を収容する外側部材と、前記外側部材に対する前記内側部材の相対回転時、前記大径部の外周面と前記外側部材の内周面との間の直径隙間に形成される潤滑流体の膜で前記内側部材を半径方向に支持するラジアル軸受部と、前記外側部材に対する前記内側部材の相対回転時、互いに軸方向で対向する前記大径部の第一端面と前記外側部材の第一端面の間の第一軸方向隙間、及び前記大径部の第二端面と前記外側部材の第二端面の間の第二軸方向隙間にそれぞれ形成される潤滑流体の膜で前記内側部材を軸方向に支持する第一及び第二スラスト軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、
   前記大径部の第一端面又は前記外側部材の前記第一端面と、前記大径部の前記第二端面又は前記外側部材の前記第二端面とに、前記潤滑流体の動圧作用を生じるスラスト動圧発生部がそれぞれ設けられ、かつ
   前記大径部の外周面と前記外側部材の内周面がともにラジアル動圧発生部を有しない円筒面であることを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記直径隙間の大きさをＧ１[μｍ]、前記大径部の外径寸法の大きさをＧ２[ｍｍ]としたとき、０．０３≦Ｇ２／Ｇ１＜０．２４を満たす、請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記大径部の外径寸法の大きさをＧ２［ｍｍ］、前記大径部の軸方向寸法の大きさをＧ３［ｍｍ］としたとき、１．５≦Ｇ２／Ｇ３≦１５を満たす、請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記外側部材は、筒状をなすハウジング部と、前記ハウジング部の一端開口側に配設されるシール部とを有し、
   前記内側部材は、軸部と、前記軸部の外周に固定されるスリーブ部とを有し、
   前記シール部の内周面と前記軸部の外周面との間にシール空間が形成され、前記シール空間内に前記潤滑流体としての潤滑油の油面が維持される。請求項１〜３の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
5. 互いに軸方向で対向する前記シール部の軸方向端面と前記スリーブ部の軸方向端面の一方に、前記スラスト動圧発生部として、前記潤滑油を半径方向外側に押し込む形態のスラスト動圧溝が形成されている、請求項４に記載の流体動圧軸受装置。
6. 前記軸部の外周面と前記スリーブ部の内周面との間に、前記スリーブ部の軸方向一端側空間と他端側空間との間で前記潤滑油を流通可能とする軸方向の流路が設けられている。請求項４又は５に記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記スリーブ部は焼結金属の多孔質体で形成され、前記多孔質体の内部空孔に前記潤滑油が含浸されている請求項４〜６の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
8. 前記大径部外周面の周速が０．０２ｍ／ｓｅｃ以上でかつ１．４８ｍ／ｓｅｃ未満に設定される請求項１〜７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
9. 請求項１〜８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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