JP2020141532A - 流体動圧軸受装置およびこれを備えるモータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、かつ所望の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮することのできる流体動圧軸受装置を提供する。【解決手段】有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周に配置された軸部材２と、潤滑油１０が介在するラジアル軸受隙間Ｇｒと、ラジアル軸受隙間Ｇｒに生じる潤滑油１０の動圧作用で軸部材２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２とを備える流体動圧軸受装置１において、互いに対向するハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１および軸部材２の下端面２ｂの何れか一方又は双方に潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第１潤滑皮膜１２を設け、第１潤滑皮膜１２を介して軸部材２をスラスト方向に接触支持する。【選択図】図２

Description

本発明は、流体動圧軸受装置およ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、例えば、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る。

例えば、下記の特許文献１には、軸部材と、軸部材を収容したハウジングと、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とを備えた流体動圧軸受装置が開示されている。この種の流体動圧軸受装置において、ラジアル軸受部は、ラジアル軸受隙間に生じる流体（例えば、潤滑油）の動圧作用で軸部材を非接触支持する動圧軸受で構成されるのが一般的である。一方、スラスト軸受部は、スラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を非接触支持する動圧軸受で構成される場合と、軸部材を接触（点接触）支持するピボット軸受で構成される場合とがある。

軸部材は、ステンレス鋼等の高剛性の金属材料で形成されるのに対し、ハウジングは、黄銅等の軟質金属材料又は樹脂材料で形成される。金属製のハウジングを用いた場合、流体動圧軸受装置の耐衝撃荷重性等を高める上で有利となるが、特にハウジングの内底面で軸部材をスラスト方向に接触支持する場合（スラスト軸受部をピボット軸受で構成する場合）には、ハウジングの内底面が摩耗し易くなる。そのため、金属製のハウジングを用いる場合には、例えば下記の特許文献２に記載されているように、「スラスト受け」などと称される樹脂製の板状部材をハウジング内に配置し、このスラスト受けで軸部材をスラスト方向に接触支持するという対策が講じられる場合が多い。

特開２００７−２４０８９号公報 特許第４００６８１０号公報

金属製のハウジング内に樹脂製のスラスト受けを配置する場合、スラスト受けを配置しない場合と比較すると、部品点数の増加などによって流体動圧軸受装置が高コスト化する。このような高コスト化、およびスラスト軸受面の摩耗の双方を回避するには、有底筒状をなしたハウジングの全体を摺動特性に優れた樹脂材料で形成すれば良いとも考えられる。しかしながら、所望の摺動特性を満足するような樹脂材料は、ＰＰＳやＬＣＰなどの高価なスーパーエンジニアリングプラスチックをベース樹脂とする必要があることから、このような樹脂材料で有底筒状に形成したハウジングは、有底筒状の金属製ハウジングと、このハウジング内に配置した樹脂製のスラスト受けとのアセンブリよりも高価になる場合がある。

また、主に製造工数削減の観点から、スラスト受けは、ハウジングに対して固定せず、ハウジングの内底面上に載置するだけの場合が多い。しかしながら、比較的大きなスラスト荷重が作用した状態で軸部材が回転すると、スラスト受けが軸部材と共回りしてハウジングに対する摺動抵抗（回転トルク）が増大し、軸受性能（回転精度や音響性能）の低下や使用電力量の増加、などといった問題を引き起こす懸念がある。

以上の実情に鑑み、本発明は、低コストでありながら、所望の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮することの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、軸方向の一端が開口すると共に他端が閉塞された有底筒状のハウジングと、ハウジングの内周に配置された軸部材と、流体が介在するラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備える流体動圧軸受装置において、互いに対向するハウジングの底部の一端面および軸部材の他端面の何れか一方又は双方に潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第１潤滑皮膜を設け、この第１潤滑皮膜を介して軸部材をスラスト方向に接触支持することを特徴とする。

上記の構成を有する本発明に係る流体動圧軸受装置は、例えば特許文献２に開示された流体動圧軸受装置に設けられるスラスト受けが、第１潤滑皮膜に置換された構成に相当する。この場合、スラスト受けが省略され、部品点数が減少する分、装置全体の低コスト化を図ることができる。また、第１潤滑皮膜をハウジングの底部の一端面上に設ける場合でも、第１潤滑皮膜は、ハウジングの底部の一端面を潤滑剤でコーティングすることで形成された付着物であるので、軸部材に比較的大きなスラスト荷重が作用している状態でも第１潤滑皮膜が軸部材と共回りする可能性は可及的に減じられる。さらに、第１潤滑皮膜は、スラスト受けのように部品単体の状態で取り扱われることがなく、特段の機械的強度を有している必要がないので、所望の摺動特性を発揮し得る限りにおいて軸方向寸法（膜厚）をスラスト受けの軸方向寸法よりも格段に小さくすることができる。そのため、流体動圧軸受装置を軸方向にコンパクト化することもできる。

潤滑皮膜を構成する上記潤滑剤としては、例えば、フッ素系潤滑剤、又は層状の結晶構造を有する固体潤滑剤（例えば、二硫化モリブデンやグラファイト）を採用することができる。このような潤滑剤であれば、膜厚が薄くても、摺動特性に優れた潤滑皮膜を容易に形成することができる。

上記構成において、ラジアル軸受隙間を介して対向する二面の何れか一方又は双方に上記潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第２潤滑皮膜を設けるようにしても良い。このようにすれば、流体動圧軸受装置の起動・停止時（起動直後や停止直前）のように、ラジアル軸受隙間に形成される流体膜の剛性が不十分で、上記対向二面が繰り返し摺動接触するような場合でも、上記対向二面が摩耗等し難くなる。

軸部材が定常回転している間、ラジアル軸受隙間に介在する流体には動圧作用が生じるので、ラジアル軸受隙間を介して対向する二面は基本的に接触しない。そのため、第２潤滑皮膜は、その膜厚を第１潤滑皮膜の膜厚より小さくしても耐久性に問題はない。これにより、潤滑皮膜の形成コストを抑制することができる。

本発明は、さらに、流体が介在するスラスト軸受隙間を備え、このスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材が他のスラスト方向に非接触支持される流体動圧軸受装置にも適用することができる。この場合において、上記スラスト軸受隙間を介して対向する二面の何れか一方又は双方に上記潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第３潤滑皮膜を設けておけば、流体動圧軸受装置の起動・停止時等、スラスト軸受隙間に形成される流体膜の剛性が不十分で、上記対向二面が繰り返し摺動接触するような場合でも、上記対向二面が摩耗等し難くなる。

本発明に係る流体動圧軸受装置は、例えばディスク駆動装置用のスピンドルモータ、ＰＣ用のファンモータ、レーザビームプリンタ用のポリゴンスキャナ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る。

以上より、本発明によれば、低コストでありながら、所望の軸受性能を長期間に亘って安定的に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。 本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置の縦断面図である。 軸受部材の縦断面図である。 軸受部材の上端面を示す平面図である。 （ａ）図および（ｂ）図は、何れも、変形例に係る流体動圧軸受装置の部分拡大断面図である。 （ａ）図および（ｂ）図は、何れも、変形例に係る流体動圧軸受装置の部分拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の縦断面図である。

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、本発明の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２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２、および軸部材２に固定されたロータ３が一体回転する。

ロータ３の回転時には、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、ロータ３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Ｔ１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、ロータ３の回転時には、流体動圧軸受装置１の軸部材２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Ｒ１，Ｒ２で支持される。

図２に、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１の縦断面図を示す。この流体動圧軸受装置１は、有底筒状のハウジング７と、ハウジング７に収容された軸受部材８と、軸受部材８の内周に挿入された軸部材２と、ハウジング７の開口部をシールするシール部材９とを備える。以下、説明の便宜上、シール部材９が配置された側を上側とし、その軸方向反対側を下側とするが、流体動圧軸受装置１の運転姿勢を限定する趣旨ではない。

軸部材２は、ステンレス鋼等の高剛性の金属材料で形成され、その外周面２ａは凹凸のない平滑な円筒面に、またその下端面２ｂは凸球面に形成されている。軸部材２の上端には、羽根を有するロータ３（図１参照）が固定される。

ハウジング７は、黄銅等の軟質金属材料、又は樹脂材料により、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、筒部７ａと底部７ｂの境界部内周に設けられた段部７ｃとを一体に有する有底筒状に形成されている。

このハウジング７は、図２中の拡大図に示すように、底部７ｂの上端面７ｂ１のうち少なくとも軸部材２の下端面２ｂと対向する領域を被覆するように形成された潤滑皮膜（第１潤滑皮膜）１２を有する。第１潤滑皮膜１２は、底部７ｂの上端面７ｂ１に潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成されたものであり、その膜厚は１μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上５μｍ以下とされる。第１潤滑皮膜１２を構成する潤滑剤としては、摺動特性に優れたもの、例えば、フッ素系潤滑剤（フッ素化合物を主たる潤滑成分としたもの）や層状の結晶構造を有する固体潤滑剤（例えば、二硫化モリブデンやグラファイト等）を好ましく採用することができる。なお、第１潤滑皮膜１２は、例えば、粉末状をなした上記潤滑剤を適当な溶媒に溶解（又は分散）させてなる潤滑液をマイクロピペット、刷毛、スプレー等を用いて皮膜形成面に塗布した後、乾燥処理を施すことによって形成することができる。

ハウジング７の内部空間には、流体としての潤滑油１０（図２中、密な散点ハッチングで示す）が充填されている。潤滑油１０としては、例えばエステル系の潤滑油を採用することができる。本実施形態の流体動圧軸受装置１は、ハウジング７の内部空間全域を潤滑油１０で満たしたいわゆるフルフィル構造ではなく、ハウジング７の内部空間の一部領域に潤滑油１０を介在させた（ハウジング７の内部空間に潤滑油１０と空気を混在させた）いわゆるパーシャルフィル構造を採用している。ここでは、流体動圧軸受装置１の運転中に、少なくともラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が形成されるラジアル軸受隙間Ｇｒとスラスト軸受部Ｔ１が形成される底側空間１１とを潤滑油１０で満たすことができる程度に潤滑油１０の充填量が調整されている。

軸受部材８は、無数の内部気孔を有する多孔質体、例えば鉄および銅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、その内部気孔には潤滑油１０が含浸している。軸受部材８としては、焼結金属以外の多孔質体（例えば多孔質樹脂）で形成されたものや、非多孔質の軟質金属材料や樹脂材料で形成されたものを用いることもできる。

軸受部材８の内周面８ａには、対向する軸部材２の外周面２ａとの間にラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒを形成する円筒状のラジアル軸受面が軸方向に離間した二箇所に設けられる。図３に示すように、各ラジアル軸受面には、ラジアル軸受隙間Ｇｒに介在する潤滑油１０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る。図示例のラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２は、それぞれ、軸方向に対して傾斜した複数の上側動圧溝Ａａ１と、上側動圧溝Ａａ１とは反対方向に傾斜した複数の下側動圧溝Ａａ２と、両動圧溝Ａａ１，Ａａ２を区画する凸状の丘部とを有し、丘部は全体としてヘリングボーン形状を呈する。すなわち、丘部は、周方向で隣り合う動圧溝間に設けられた傾斜丘部Ａｂと、上下の動圧溝Ａａ１，Ａａ２間に設けられた環状丘部Ａｃとからなる。

上側のラジアル動圧発生部Ａ１においては、上側動圧溝Ａａ１の軸方向寸法Ｘ₁が下側動圧溝Ａａ２の軸方向寸法Ｘ₂よりも大きく設定され（Ｘ₁＞Ｘ₂）、下側のラジアル動圧発生部Ａ２においては、上側動圧溝Ａａ１および下側動圧溝Ａａ２の軸方向寸法が、上側のラジアル動圧発生部Ａ１の下側動圧溝Ａａ２の軸方向寸法Ｘ₂と同一に設定されている。そのため、軸部材２の回転時、軸部材２の外周面２ａと軸受部材８の内周面８ａの間の径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｇｒ）に介在する潤滑油１０は下側（ハウジング７の底部７ｂ側）に押し込まれる。

上述したラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２の形態はあくまでも一例であり、適宜の変更が可能である。例えば、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２の何れか一方又は双方は、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。また、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２を構成する上側動圧溝Ａａ１の軸方向寸法Ｘ₁には必ずしも大小関係を設ける必要はなく、両上側動圧溝Ａａ１の軸方向寸法Ｘ₁は同一としても良い。また、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２は、図示例のように軸方向に離間して設ける他、軸方向で連続するように設けることもできる。さらに、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２の何れか一方又は双方は、対向する軸部材２の外周面２ａに形成しても良い。

図３にも示すように、本実施形態の軸受部材８の下端面８ｂには、下端面８ｂを横断するように径方向に延びた放射状の径方向溝８ｂ１が形成されている。また、図４にも示すように、本実施形態の軸受部材８の上端面８ｃには、上端面８ｃを横断するように径方向に延びた放射状の径方向溝８ｃ２と、径方向溝８ｃ２を分断するようにして上端面８ｃの径方向略中央部に設けられた環状溝８ｃ１とが形成されている。さらに、軸受部材８の外周面８ｄには、下端部が軸受部材８の下端外周縁部に設けた面取り８ｅに開口すると共に、上端部が軸受部材８の上端外周縁部に設けた面取り８ｆに開口した軸方向溝８ｄ１が形成されている。上記の径方向溝８ｂ１，８ｃ２および軸方向溝８ｄ１は、周方向の一箇所、又は周方向に離間した複数箇所に形成され、本実施形態では周方向に離間した３箇所に形成されている（図４参照）。詳細は後述するが、上記の径方向溝８ｂ１，８ｃ２、環状溝８ｃ１および軸方向溝８ｄ１は、流体動圧軸受装置１の運転時に潤滑油１０を流動循環させる通路として、また、流体動圧軸受装置１の組立時（軸部材２の挿入時）にハウジング７の内部空間で生じる圧縮空気を装置外部に排出するための通路として機能する。そのため、同様の機能を奏し得るのであれば、径方向溝等を本実施形態とは異なる態様で設けても構わない。

以上の構成を有する軸受部材８は、その下端面８ｂをハウジング７の段部７ｃの上端面７ｃ１に当接させた状態でハウジング７の内周に固定されている。軸受部材８は、圧入、接着、又は圧入接着（圧入と接着の併用）等によりハウジング７に対して固定することができるが、本実施形態では、シール部材９とハウジング７の段部７ｃとで軸受部材８を軸方向両側から挟持することにより軸受部材８をハウジング７の内周に固定している。このような固定方法を採用すれば、ハウジング７に対してシール部材９を固定するのと同時に軸受部材８をハウジング７に固定することができるので、部材同士の組み付けに要する手間を軽減することができる。また、例えば、軸受部材８をハウジング７の筒部７ａの内周に大きな締め代をもって圧入すると、圧入に伴う軸受部材８の変形が軸受部材８の内周面８ａに波及し、ラジアル軸受隙間Ｇｒの幅精度、ひいてはラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受性能に悪影響が及ぶ可能性がある。これに対し、上記の固定方法ではこのような弊害が可及的に防止される。

シール部材９は、金属材料又は樹脂材料で断面逆Ｌ字状に形成され、ハウジング７の筒部７ａの上端部内周に適宜の手段で固定される。シール部材９の内周面９ａは、対向する軸部材２の外周面２ａとの間にシール隙間Ｓを形成している。シール隙間Ｓの隙間幅は、軸部材２の外周面２ａと軸受部材８の内周面８ａとの間に形成される径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｇｒ）の隙間幅よりも大きく設定され、半径値で例えば０．２ｍｍ程度に設定される。また、上記態様で軸受部材８を固定したことにより、シール部材９の下端面９ｂは、軸受部材８の上端面８ｃ（上端面８ｃのうち環状溝８ｃ１よりも外径側の領域）に当接している。

図示は省略しているが、シール隙間Ｓを介しての油漏れを可及的に防止するため、例えば、シール隙間Ｓを形成するシール部材９の内周面９ａおよび軸部材２の外周面２ａの何れか一方又は双方には撥油膜を形成しても良い。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受部材８の内周面８ａの上下２箇所に離間して設けられたラジアル軸受面と、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間Ｇｒがそれぞれ形成される。また、軸部材２が回転すると、軸部材２の回転に伴う圧力（負圧）の発生と昇温による潤滑油１０の熱膨張により、軸受部材８の内部気孔に含浸した潤滑油１０が軸受部材８の表面開孔を介して軸受部材８の外部に滲み出す。軸受部材８から滲み出た潤滑油１０（の一部）は、ラジアル軸受隙間Ｇｒ内で油膜を形成し、この油膜の圧力がラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２の動圧作用によって高められる。これにより、軸部材２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が軸方向の二箇所に離間して形成される。

また、これと同時に、軸部材２をスラスト方向に接触（点接触）支持するスラスト軸受部Ｔ１が形成される。前述したとおり、軸部材２には、軸部材２を下方に押し付けるための外力（磁力）を作用させている。従って、軸部材２の回転に伴って底側空間１１内の圧力が高まった場合でも、軸部材２が過浮上するのを可及的に防止することができる。なお、上記外力は必ずしも作用させる必要はなく、必要に応じて作用させれば良い。

軸部材２の回転時には、上側のラジアル動圧発生部Ａ１を構成する上側動圧溝Ａａ１と下側動圧溝Ａａ２の軸方向寸法差により、軸部材２の外周面２ａと軸受部材８の内周面８ａとの間の径方向隙間（特にラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間Ｇｒ）に介在する潤滑油１０は下方に押し込まれて底側空間１１に流入する。底側空間１１に流入した潤滑油１０は、軸受部材８の下端面８ｂに設けた径方向溝８ｂ１で形成される通路と、軸受部材８の下端外周縁部に設けた面取り８ｅで形成される環状通路と、軸受部材８の外周面８ｄに設けた軸方向溝８ｄ１で形成される軸方向通路と、軸受部材８の上端外周縁部に設けた面取り８ｆで形成される環状通路と、軸受部材８の上端面８ｃに設けた環状溝８ｃ１および径方向溝８ｃ２で形成される通路とからなる連通路を経由してラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間Ｇｒに引き込まれる。これにより、ラジアル軸受隙間Ｇｒに介在させるべき潤滑油１０が不足することによる回転精度の不安定化を効果的に防止することができる。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１は、底部７ｂの上端面７ｂ１に第１潤滑皮膜１２が形成されたハウジング７に対し、軸受部材８およびシール部材９を組み付けた後、軸受部材８の内周に軸部材２を挿入する、といった手順を踏んで組み立てられる。軸部材２の挿入前には、ハウジング７の内部空間に介在させるべき量の潤滑油１０が軸受部材８の内周に充填される。そのため、軸部材２の挿入時には、軸部材２の下端面２ｂと軸受部材８の内周に充填された潤滑油１０との間に介在する空気が圧縮されるが、軸受部材８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間に形成される径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｇｒ）の隙間幅は半径値で５μｍ程度の微小幅に設定されることから、圧縮空気を軸部材２と軸受部材８の間の径方向隙間、さらにはシール隙間Ｓを介して装置外部に排出するのは困難である。軸部材２の挿入に伴って圧縮空気を装置外部に排出できない場合、軸部材２を適切に挿入することが難しくなる他、潤滑油１０の外部漏洩を引き起こすおそれもある。

この点、本実施形態の流体動圧軸受装置１は、底側空間１１とシール隙間Ｓとを連通させる上記の連通路を有するので、軸部材２をスムーズに挿入することができる他、潤滑油１０の外部漏洩を防止することができる。

上述したように、本実施形態の流体動圧軸受装置１においては、軸部材２がスラスト方向に接触支持されることから、所望の軸受性能を長期間に亘って安定的に確保するには、軸部材２とハウジング７の接触部（摺動接触部）の摩耗を極力抑える必要がある。この点、本実施形態の流体動圧軸受装置１では、ハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１に摺動特性に優れた潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第１潤滑皮膜１２を設け（ハウジング７の内底面のうち軸部材２の下端面２ｂが摺動接触する部分を第１潤滑皮膜１２で構成し）、この第１潤滑皮膜１２を介して軸部材２をスラスト方向に接触支持するようにした。これにより、軸部材２とハウジング７の摺動接触部の摩耗量を抑え、流体動圧軸受装置１の耐久性を高めることができる。

参考までに、特許文献２のように、金属製ハウジングの底部上に配置した樹脂製のスラスト受け（詳細には、ＰＰＳを主成分とする樹脂材料で形成した厚み３ｍｍのスラスト受け。）で軸部材をスラスト方向に接触支持した場合（比較例）と、本発明のように、潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した潤滑皮膜（第１潤滑皮膜１２に相当）を介して軸部材をスラスト方向に接触支持した場合（実施例）とで摩耗量にどの程度の差が生じるかを試験機を用いて確認した。なお、実施例に係る試験体においては、潤滑皮膜を上記のスラスト受け上に形成した。確認試験の試験条件は以下のとおりである。
[試験条件]
・軸部材の回転速度：１１０００ｒ／ｍｉｎ
・温度：室温（２４〜２７℃）
・軸部材に負荷したスラスト荷重：０．７Ｎ
・潤滑油：エステル系潤滑油
・皮膜形成材料：フッ素系潤滑剤（カントーカセイ社製「ハナール（登録商標）」）
・潤滑皮膜の膜厚：５μｍ以下

試験開始後、３００時間経過した時点、および１０００時間経過した時点で、実施例に係る試験体および比較例に係る試験体の摩耗量を確認した。実施例に係る試験体では、３００時間経過した時点での摩耗量が１３μｍであったが、１０００時間経過した時点でも摩耗量に変化はなく、３００時間経過した時点での摩耗量と同様に１３μｍであった。これに対し、比較例に係る試験体では、３００時間経過した時点での摩耗量が５７μｍと過大であったことから、その時点で試験を中止した。

本発明で採用した上記構成は、従来の流体動圧軸受装置（例えば特許文献２を参照）に設けられていた樹脂製のスラスト受けが、第１潤滑皮膜１２に置換された構成に相当する。この場合、スラスト受けが省略され、部品点数が減少する分、流体動圧軸受装置１を低コスト化することができる。

また、樹脂製のスラスト受けは、ハウジングへの組み付け時等に部品単体の状態で取り扱われるため、ＰＰＳ等、耐摩耗性のみならず機械的特性に優れた高価なスーパーエンジニアリングプラスチックをベース樹脂とした樹脂材料で比較的厚肉に形成されていた。これに対し、潤滑皮膜１２は、スラスト受けのように部品単体の状態で取り扱われることがなく、特段の機械的強度を有している必要がないので、所望の摺動特性を発揮し得る限りにおいてその軸方向寸法（膜厚）をスラスト受けの軸方向寸法よりも格段に小さくすることができる。実際、第１潤滑皮膜１２の膜厚は、上記のとおり５μｍ以下とすることができる。これにより、流体動圧軸受装置１の低コスト化を図ることができる他、流体動圧軸受装置１を軸方向にコンパクト化することもできる。

さらに、本実施形態のように、ハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１上に第１潤滑皮膜１２を設けた場合でも、この潤滑皮膜１２は底部７ｂの上端面７ｂ１に潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成された付着物であるので、軸部材２に比較的大きなスラスト荷重が作用している状態でも、第１潤滑皮膜１２が軸部材２と共回りすることがない。そのため、従来構造でスラスト受けが軸部材と共回りすることにより生じる回転トルクの増大、およびこれに起因した使用電力量の増大などの問題発生を防止することができる。

以上のことから、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１は、低コストでありながら、所望の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮することができて信頼性に富む、という特長を有する。

上記の実施形態では、ハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１上に第１潤滑皮膜１２を設けたが、この第１潤滑皮膜１２を設けることにより奏される上述の作用効果は、図５（ａ）に示すように、軸部材２の下端面２ｂに第１潤滑皮膜１２を設けた場合や、図５（ｂ）に示すように、軸部材２の下端面２ｂおよびハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１の双方に第１潤滑皮膜１２を設けた場合にも同様に享受することができる。

また、流体動圧軸受装置１には、図６（ａ）（ｂ）に示すように、ラジアル軸受隙間Ｇｒを介して対向する二面の何れか一方又は双方に上記潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第２潤滑皮膜１３を設けるようにしても良い。なお、図６（ａ）は、図２に示す流体動圧軸受装置１において、ラジアル軸受部Ｒ１（Ｒ２）のラジアル軸受隙間Ｇｒを形成する軸受部材８の内周面８ａに第２潤滑皮膜１３を設けた場合（ラジアル軸受面を第２潤滑皮膜１３で構成した場合）の一例であり、図６（ｂ）は、ラジアル軸受隙間Ｇｒを形成する軸部材２の外周面２ａに第２潤滑皮膜１３を設けた場合の一例である。このようにすれば、流体動圧軸受装置１の起動・停止時のように、ラジアル軸受隙間Ｇｒに形成される潤滑油１０の油膜の剛性が不十分で、軸受部材８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとが繰り返し摺動接触するような場合でも、上記対向二面２ａ，８ａが摩耗するのを効果的に防止することができる。これにより、流体動圧軸受装置１の耐久性・信頼性を一層向上することができる。

第２潤滑皮膜１３を設ける場合、その膜厚は、第１潤滑皮膜１２の膜厚よりも小さくすることができる。このようにすれば、潤滑皮膜１２，１３の双方を設けることによるコスト増を抑制する上で有利となる。前述したように、軸部材２が定常回転している間、ラジアル軸受隙間Ｇｒに介在する潤滑油１０（ラジアル軸受隙間Ｇｒに形成される油膜）には動圧作用が生じるので、ラジアル軸受隙間Ｇｒを介して対向する二面は基本的に接触しない。そのため、第２潤滑皮膜１３の膜厚を第１潤滑皮膜１２の膜厚よりも小さく設定しても、第２潤滑皮膜１３の耐久性に問題はない。

図７に本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示す。この実施形態の流体動圧軸受装置１が図２等を参照して説明した流体動圧軸受装置１と異なる主な点は、
（１）軸部材２の外周面２ａに環状のシール部材９を固定し、シール部材９の外周面９ｃとこれに対向するハウジング７の筒部７ａの内周面７ａ１との間に潤滑油１０の油面を保持したシール隙間Ｓを形成した点、および
（２）シール部材９の下端面９ｂとこれに対向する軸受部材８の上端面８ｃとの間に潤滑油１０が介在するスラスト軸受隙間Ｇｓを形成し、このスラスト軸受隙間Ｇｓに生じる潤滑油１０の動圧作用で軸部材２を他のスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ２を形成した点、にある。これ以外の点については、図２等に示す流体動圧軸受装置１と実質的に同一の構成を有するので、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

上記の相違点（１）に関連し、この実施形態では、ハウジング７の内部空間全域を潤滑油１０で満たす、いわゆるフルフィル構造を採用している。また、上記の相違点（２）に関連し、互いに対向する軸受部材８の上端面８ｃおよびシール部材９の下端面９ｂの少なくとも一方には、複数の動圧溝とこれを区画する丘部とからなるスラスト動圧発生部（図示省略）を形成すると共に、互いに対向する軸受部材８の上端面８ｃおよびシール部材９の下端面９ｂの少なくとも一方（図示例ではシール部材９の下端面９ｂ）には、上記潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第３潤滑皮膜１４を設けている。

係る構成の流体動圧軸受装置１では、軸部材２が他のスラスト方向にも非接触支持されるので、スラスト荷重の負荷能力を高めることができる。また、流体動圧軸受装置１の起動・停止時等、スラスト軸受隙間Ｇｓに形成される油膜の剛性が不十分で、軸受部材８の上端面８ｃおよびシール部材９の下端面９ｂが繰り返し摺動接触するような場合でも、上記の第３潤滑皮膜１４を設けたことによって上記対向二面８ｃ，９ｂが摩耗等し難くなる。

以上、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置１について説明したが、流体動圧軸受装置１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、ラジアル軸受部は、以上で説明したように軸方向の二箇所に設ける他、軸方向の一箇所、あるいは軸方向に相互に離間した三箇所以上に設けることもできる。また、いわゆるピボット軸受からなるスラスト軸受部Ｔ１は、軸部材２の下端面２ｂを軸方向と直交する方向の平坦面に形成すると共に、ハウジング７の底部７ｂに軸部材２の下端面２ｂが点接触する凸球面を設けることによっても形成することができる。

また、以上では、軸受部材８を静止側のハウジング７に固定した流体動圧軸受装置１に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、軸受部材８が回転側の軸部材２に固定して設けられる流体動圧軸受装置にも適用することができる。この場合、ラジアル軸受部のラジアル軸受隙間Ｇｒは、軸受部材８の外周面８ｄとハウジング７の筒部７ａの内周面７ａ１との間に形成することができる。

また、以上では、羽根を有するロータ３が軸部材２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、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２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、その他の小型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 軸部材
７ ハウジング
８ 軸受部材
９ シール部材
１０ 潤滑油
１１ 底側空間
１２ 第１潤滑皮膜
１３ 第２潤滑皮膜
１４ 第３潤滑皮膜
Ａ１、Ａ２ ラジアル動圧発生部
Ｇｒ ラジアル軸受隙間
Ｇｓ スラスト軸受隙間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (6)

1. 軸方向の一端が開口すると共に他端が閉塞された有底筒状のハウジングと、該ハウジングの内周に配置された軸部材と、流体が介在するラジアル軸受隙間と、該ラジアル軸受隙間に生じる前記流体の動圧作用で前記軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備える流体動圧軸受装置において、
   互いに対向する前記ハウジングの底部の一端面および前記軸部材の他端面の何れか一方又は双方に潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成した第１潤滑皮膜を設け、該第１潤滑皮膜を介して前記軸部材をスラスト方向に接触支持することを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記潤滑剤が、フッ素系潤滑剤、又は層状の結晶構造を有する固体潤滑剤である請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記ラジアル軸受隙間を介して対向する二面の何れか一方又は双方に前記潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成された第２潤滑皮膜を有する請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記第２潤滑皮膜の膜厚を前記第１潤滑皮膜の膜厚よりも小さくした請求項３記載の流体動圧軸受装置。
5. さらに、前記流体が介在するスラスト軸受隙間を備え、該スラスト軸受隙間に生じる前記流体の動圧作用で前記軸部材が他のスラスト方向に非接触支持され、
   前記スラスト軸受隙間を介して対向する二面の何れか一方又は双方に前記潤滑剤を薄膜状にコーティングすることで形成された第３潤滑皮膜を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
6. 請求項１〜５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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