JP2022054860A - 動圧軸受、流体動圧軸受装置、及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】動圧軸受の軸方向寸法を拡大することなく、モーメント荷重に対する軸受剛性を高めて軸の触れ回りを抑制する。
【解決手段】動圧軸受（軸受スリーブ８）は、内周面８ａに、軸方向に離間して設けられた第１の動圧発生部１１及び第２の動圧発生部１２を備える。各動圧発生部１１、１２は、ヘリングボーン形状に配列された傾斜方向の異なる複数の動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを有する。第１の動圧発生部１１は、傾斜方向の異なる複数の動圧溝１１ａ、１１ｂの軸方向間に環状丘部１１ｃを有する。第２の動圧発生部１２の傾斜方向の異なる複数の動圧溝１２ａ、１２ｂは軸方向で連続している。
【選択図】図３

Description

本発明は、動圧軸受、流体動圧軸受装置、及びモータに関する。

流体動圧軸受装置は、軸受と軸との相対回転により、これらの間に形成される軸受隙間の潤滑流体の圧力を高め、この圧力で軸を非接触支持するものである。流体動圧軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を有することから、ＨＤＤ等の磁気ディスク駆動装置のスピンドルモータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ、ＰＣ等に設けられるファンモータ等のモータ用軸受として広く用いられている。

流体動圧軸受装置の軸受の内周面には、軸受隙間の潤滑流体に積極的に圧力を発生させる動圧溝等の動圧発生部が形成されることが多い（以下、内周面に動圧発生部が形成された軸受を「動圧軸受」という）。例えば、下記の特許文献１～４には、動圧軸受に形成される様々な動圧溝仕様が示されている。

特許文献１には、軸方向２箇所に設けられたヘリングボーン形状の動圧溝を軸方向に連続した動圧溝仕様が示されている。

特許文献２には、軸受面の軸方向一方側にへリングボーン形状の動圧溝を形成し、軸受面の軸方向他方側に円筒形状もしくはスパイラル形状の動圧溝を形成した動圧溝仕様が示されている。

特許文献３には、軸受面の摩耗量を低減するために、丘部の周方向幅と溝部の周方向幅との比を規定した動圧溝仕様が示されている。

特許文献４には、中心線を基準に上側と下側とで動圧溝の幅を異ならせた動圧溝仕様が示されている。

特開２０１５－６４０１９号公報 特開２００７－１９２３１６号公報 特開２００７－２５５４５７号公報 特開２０１５－１４３５７６号公報

市場のトレンドとして、ノートパソコン等の情報機器は薄型化の要求が強いため、これらに設けられる冷却用のファンモータに対しても薄型化が要求されている。一方、最近では、第５世代移動通信システム（５Ｇ）に対応するために情報機器の高機能化が進み、今まで以上に回路からの発熱量が増加する傾向にあるため、ファンモータの冷却性能に対する要求もより一層高まっている。従って、ファンモータの回転軸を動圧軸受で支持する場合、情報機器の薄型化に伴って動圧軸受の軸方向寸法は縮小されるが、冷却性能を向上させるためにインペラのサイズは大きくなるため、動圧軸受に加わるモーメント荷重は大きくなる。このように、動圧軸受を軸方向でコンパクト化しながら、モーメント荷重に対する軸受剛性（モーメント剛性）を高めて軸の振れ回りを抑制するためには、上記特許文献１～４に示されているような動圧溝仕様では対応できないことがある。

以上のような事情から、本発明は、動圧軸受の軸方向寸法を拡大することなく、モーメント荷重に対する軸受剛性を高めて軸の触れ回りを抑制することにある。

図９に、従来の動圧軸受１００を示す。動圧軸受１００の内周面１０１には、軸方向に離間して設けられた第１の動圧発生部１０２及び第２の動圧発生部１０３が設けられる。各動圧発生部１０２、１０３は、ヘリングボーン形状に配列された傾斜方向の異なる複数の動圧溝１０４を有する。

このような動圧軸受１００のモーメント剛性を高めるためには、例えば、軸受スパンＬ、すなわち、両動圧発生部１０２、１０３の最大圧力部（図示例では、各動圧発生部１０２、１０３の軸方向中央部）間の軸方向距離を大きくすることが考えられる。しかし、動圧発生部１０２、１０３の形状を変更せずに軸受スパンＬを大きくすると、動圧軸受１００の軸方向寸法が拡大してしまう。

例えば図１０に示すように、動圧発生部１０２、１０３の環状丘部１０５の軸方向幅Ｄａ、Ｄｂを大きくすれば、高圧力の領域が拡大されてモーメント剛性の向上が期待できる（図１０では、図９の動圧溝形状を点線で示している）。しかし、環状丘部１０５の軸方向幅Ｄａ、Ｄｂを拡大すると、その分、動圧溝１０４の軸方向幅Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄｂ１、Ｄｂ２が縮小され、各動圧溝１０４の長さが短くなる。このため、動圧溝１０４により環状丘部１０５側に集められる流体量が減少し、軸受剛性の低下を招く。

また、図１１に示すように、動圧溝１０４の軸方向幅Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄｂ１、Ｄｂ２を維持しながら、環状丘部１０５の軸方向幅Ｄａ、Ｄｂを拡大すると、軸受スパンＬが小さくなり、モーメント剛性の低下を招く（図１１では、図９の動圧溝形状を点線で示し、この動圧溝の軸受スパンを（Ｌ）で示している）。

そこで、本発明者は、モーメント荷重が加わったときの軸の振れ回り量が軸方向位置によって異なる点に着目し、動圧発生部により発生される流体動圧（軸受剛性）を軸方向位置によって異ならせるという着想に至った。この着想に基づいて、本発明は、内周面に、軸方向に離間して設けられた第１の動圧発生部及び第２の動圧発生部を備えた動圧軸受であって、各動圧発生部は、ヘリングボーン形状に配列された傾斜方向の異なる複数の動圧溝を有し、第１の動圧発生部は、傾斜方向の異なる複数の動圧溝の軸方向間に環状丘部を有し、第２の動圧発生部の傾斜方向の異なる複数の動圧溝が軸方向で連続した動圧軸受を提供する。

この動圧軸受では、環状丘部を有する第１の動圧発生部の軸受剛性が、環状丘部を有しない（すなわち、傾斜方向の異なる複数の動圧溝が軸方向で連続した）第２の動圧発生部の軸受剛性よりも高くなる。このように、第２の動圧発生部に環状丘部を設けないことで、その分、第１の動圧発生部の環状丘部の軸方向幅を拡大することができる。これにより、動圧軸受の軸方向寸法の拡大や軸受スパンの縮小を招くことなく、第１の動圧発生部の軸受剛性を高めることができる。軸の触れ回りが大きくなることが予想される軸方向位置に、軸受剛性の高い第１の動圧発生部が配されるように動圧軸受を配置することで、モーメント荷重が加わったときの軸の振れ回りを効率的に抑制することができる。

上記の動圧軸受は、第１の動圧発生部の動圧溝の周方向に対する傾斜角度を、第２の動圧発生部の前記動圧溝の周方向に対する傾斜角度よりも小さくすることが好ましい。これにより、各動圧発生部の軸受剛性を最大化することができる。

上記の動圧軸受と、動圧軸受の内周に挿入された軸部材と、動圧軸受の内周面と軸部材の外周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の潤滑流体の動圧作用で軸部材の相対回転を支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置は、軸方向寸法を拡大することなく、モーメント荷重が加わったときの軸の振れ回りを効率的に抑制することができる。

上記の流体動圧軸受装置は、軸部材又は動圧軸受と一体に回転するロータと、ロータを回転駆動する駆動部とを備えたモータ（例えば、ロータがインペラを有するファンモータ）に組み込むことができる。このようなモータでは、通常、ロータを含む回転側全体の重心の軸方向位置で、軸部材の振れ回り量が最大となる。従って、軸受剛性の高い第１の動圧発生部を、第２の動圧発生部よりも、ロータを含む回転側全体の重心に近接した軸方向位置に配置することで、モーメント荷重が加わったときの軸部材の振れ回りを効率的に抑制することができる。

以上のように、本発明の動圧軸受によれば、軸方向寸法を拡大することなく、モーメント荷重に対する軸受剛性を高めて軸の触れ回りを抑制することができる。

ファンモータの断面図である。 上記スピンドルモータに組み込まれた流体動圧軸受装置の断面図である。 上記流体動圧軸受装置に組み込まれた、本発明の一実施形態に係る動圧軸受（軸受スリーブ）の断面図である。 他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 ＨＤＤのスピンドルモータの断面図である。 軸の振れ回り量のシミュレーション結果を示すグラフである。 軸の振れ回り量のシミュレーション結果を示すグラフである。 軸の振れ回り量のシミュレーション結果を示すグラフである。 従来の動圧軸受の断面図である。 図９の動圧軸受の変形例の断面図である。 図９の動圧軸受の他の変形例の断面図である。

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に示すモータは、情報機器、特に、ノートパソコン等のモバイル型の情報機器に組み込まれる冷却用のファンモータである。このファンモータは、流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の軸部材２に装着されたロータ３と、半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル６ａおよびロータマグネット６ｂからなる駆動部と、これらを収容するケーシング５とを備える。ステータコイル６ａは、流体動圧軸受装置１の外周に取付けられ、ロータマグネット６ｂはロータ３の内周に取付けられる。ステータコイル６ａに通電することにより、ロータ３及び軸部材２が一体に回転し、ロータ３に設けられたインペラ４により気流が発生する。

流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と、ハウジング７と、本発明の一実施形態に係る動圧軸受としての軸受スリーブ８と、シール部９と、スラスト受け１０とを備える。尚、以下では、説明の便宜上、軸方向（図２の上下方向）でハウジング７の開口側を上側、ハウジング７の底部７ｂ側を下側と言うが、これはモータの使用態様を限定する趣旨ではない。

軸部材２は、ステンレス鋼等の金属材料で円柱状に形成される。軸部材２は、円筒面状の外周面２ａと、下端に設けられた球面状の凸部２ｂとを有する。

ハウジング７は、略円筒状の側部７ａと、側部７ａの下方の開口部を閉塞する底部７ｂとを有する。図示例では、側部７ａと底部７ｂとが樹脂で一体に射出成形される。側部７ａの外周面７ａ２には、ケーシング５及びステータコイル６ａが固定される。側部７ａの内周面７ａ１には、軸受スリーブ８が固定される。底部７ｂの上側端面７ｂ１の外径端には、内径部よりも上方に位置する肩面７ｂ２が設けられ、この肩面７ｂ２に軸受スリーブ８の下側端面８ｃが当接する。底部７ｂの上側端面７ｂ１の中央部には、樹脂製のスラスト受け１０が配される。

軸受スリーブ８は、円筒状を成し、ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１に、隙間接着、圧入、圧入接着（接着剤介在下での圧入）等の適宜の手段で固定される。本実施形態では、軸受スリーブ８の内径は直径３ｍｍ以下、外径は直径６ｍｍ以下、軸方向寸法は６ｍｍ以下とされる。軸受スリーブ８は、例えば金属、具体的には焼結金属、特に銅及び鉄を主成分として含む銅鉄系焼結金属からなる。

図３に示すように、ラジアル軸受面となる軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１の動圧発生部１１と第２の動圧発生部１２とが軸方向に離間して設けられる。各動圧発生部１１、１２は、へリングボーン形状に配列された複数の動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを有する。各動圧発生部１１、１２の上側の動圧溝１１ａ、１２ａは、下側の動圧溝１１ｂ、１２ｂと傾斜方向が異なる。図示例では、上側の動圧溝１１ａ、１２ａは、軸方向一方（図中上方）に行くにつれて軸部材２の回転方向と反対側（図中左側）に変位する方向に傾斜し、下側の動圧溝１１ｂ、１２ｂは、軸方向他方（図中下方）に行くにつれて軸部材２の回転方向と反対側（図中左側）に変位する方向に傾斜している。動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの底面は同一円筒面上に設けられる。第１の動圧発生部１１の下側の動圧溝１１ｂの底面、及び、第２の動圧発生部１２の上側の動圧溝１２ａの底面は、両動圧発生部１１、１２の軸方向間に設けられた円筒面１３と連続している。

図示例では、第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの周方向に対する傾斜角度θ１ａ、θ１ｂは等しく、動圧溝１１ａ、１１ｂの軸方向幅Ｄａ１、Ｄａ２は等しい。第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの周方向に対する傾斜角度θ２ａ、θ２ｂは等しく、動圧溝１２ａ、１２ｂの軸方向幅Ｄｂ１、Ｄｂ２は等しい。すなわち、第１の動圧発生部１１及び第２の動圧発生部１２は、それぞれ軸方向で対称な形状を有する。第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの傾斜角度θ１ａ、θ１ｂは、第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの傾斜角度θ２ａ、θ２ｂよりも小さい。第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの軸方向幅Ｄａ１、Ｄａ２と第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの軸方向幅Ｄｂ１、Ｄｂ２は等しい。動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、それぞれ周方向等間隔に配される。動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの本数は等しく、図示例ではそれぞれ６本ずつ設けられる。尚、動圧発生部１１、１２の一方又は双方を、軸方向で非対称な形状としてもよい。この場合、軸方向非対称形状の動圧発生部により、ラジアル軸受隙間の潤滑流体が軸方向に押し込まれ、ハウジング７の内部で潤滑流体が強制的に循環される。

第１の動圧発生部１１は、上側の動圧溝１１ａと下側の動圧溝１１ｂとの軸方向間に、環状丘部１１ｃを有する。第１の動圧発生部１１は、上側の動圧溝１１ａの周方向間、及び、下側の動圧溝１１ｂの周方向間に、それぞれ傾斜丘部１１ｄ、１１ｅを有する。環状丘部１１ｃ及び傾斜丘部１１ｄ、１１ｅ（図３のクロスハッチング領域）は、動圧溝１１ａ、１１ｂの底面から内径側に盛り上がっている。環状丘部１１ｃ及び傾斜丘部１１ｄ、１１ｅの内径面は、同一円筒面上に設けられる。環状丘部１１ｃ及び全ての傾斜丘部１１ｄ、１１ｅは連続して設けられる。

第２の動圧発生部１２は、上側の動圧溝１２ａと下側の動圧溝１２ｂとの軸方向間に環状丘部は設けられず、動圧溝１２ａ、１２ｂが軸方向で連続している。第２の動圧発生部１２は、上側の動圧溝１２ａの周方向間、及び、下側の動圧溝１２ｂの周方向間に、それぞれ傾斜丘部１２ｄ、１２ｅを有する。傾斜丘部１２ｄ、１２ｅ（図３のクロスハッチング領域）は、動圧溝１２ａ、１２ｂの底面から内径側に盛り上がっている。傾斜丘部１２ｄ、１２ｅの内径面は、同一円筒面上に設けられる。各傾斜丘部１２ｄと各傾斜丘部１２ｅとは連続して設けられ、傾斜丘部１２ｄ、１２ｅ一個ずつで形成される略Ｖ字形状の丘部が、周方向に離間して配される。

上記のように、軸受スリーブ８は、第２の動圧発生部１２が環状丘部を有しないため、その分だけ、第１の動圧発生部１１の環状丘部１１ｃの軸方向幅Ｄａを拡大することができる。例えば、環状丘部１１ｃの軸方向幅Ｄａを、動圧溝１１ａ、１１ｂの軸方向幅Ｄａ１、Ｄａ２よりも大きくすることができる。この場合、各動圧発生部に環状丘部を設けた動圧軸受（図９参照）と比べて、軸受スリーブ８の軸方向寸法が拡大したり、軸受スパンＬや動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの軸方向寸法が縮小したりすることがない。

軸受スリーブ８の上側端面８ｂには、半径方向溝８ｂ１が形成される。軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、半径方向溝８ｃ１が形成される。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向溝８ｄ１が形成される。半径方向溝８ｂ１、８ｃ１、及び軸方向溝８ｄ１の数は任意であり、例えばそれぞれ円周方向等間隔の３箇所に形成される。

シール部９は、樹脂あるいは金属で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１の上端部に固定される（図２参照）。シール部９は、軸受スリーブ８の上側端面８ｂと当接している。シール部９の内周面９ａは、軸部材２の外周面２ａと半径方向で対向し、これらの間に半径方向隙間が形成される。

上記の流体動圧軸受装置１は、以下のような手順で組み立てられる。まず、ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１にスラスト受け１０を固定する。そして、ハウジング７の側部７ａの内周に、予め内部気孔に潤滑油を含浸させた軸受スリーブ８を挿入し、軸受スリーブ８の下側端面８ｃを底部７ｂの肩面７ｂ２に当接させる。その後、シール部９をハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１の上端に固定する。

その後、軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入する。このとき、ハウジング７の底部７ｂと軸部材２の下端（凸部２ｂ）との間の空気が、軸受スリーブ８の下側端面８ｃの半径方向溝８ｃ１、外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１、及び上側端面８ｂの半径方向溝８ｂ１を介して外部に排出されるため、軸部材２をスムーズに挿入することができる。その後、ハウジング７内の空間に潤滑油を注入する。潤滑油は、少なくとも、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間の隙間（ラジアル軸受隙間）、及び、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との間の空間Ｐに満たされる。本実施形態の流体動圧軸受装置１は、潤滑油の量が、ハウジング７内の全空間の容積よりも少ない、いわゆるパーシャルフィル型の流体動圧軸受装置である。以上により、流体動圧軸受装置１の組立が完了する。

流体動圧軸受装置１を図１に示すモータに組み込んだ状態では、ロータ３及び軸部材２を含む回転側全体の重心Ｇが図２に示す位置に設けられる。軸受スリーブ８の動圧発生部１１、１２のうち、環状丘部１１ｃを有する第１の動圧発生部１１が、環状丘部を有しない第２の動圧発生部１２よりも、重心Ｇに近接した軸方向位置に設けられる。図示例では、回転側の重心Ｇが、軸受スリーブ８の軸方向中央よりも上方に設けられるため、軸受スリーブ８は、第１の動圧発生部１１が上側、第２の動圧発生部１２が下側に配される向きで流体動圧軸受装置１に組み込まれる。

上記構成の流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、軸受スリーブ８の内周面８ａに形成された動圧発生部１１、１２が、ラジアル軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させる。詳しくは、ラジアル軸受隙間の潤滑油が、動圧溝１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂに沿って各動圧発生部１１、１２の軸方向中央側に集められ、この部分の流体圧が高められる。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が構成される。また、軸部材２の下端の凸部２ｂとスラスト受け１０とが接触摺動することで、軸部材２をスラスト方向に支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。

第１の動圧発生部１１は環状丘部１１ｃを有するため、環状丘部を有しない場合と比べて発生させる油圧（すなわち、軸受剛性）が高い。また、第２の動圧発生部１２に環状丘部を設けない分、第１の動圧発生部１１の環状丘部１１ｃの軸方向幅Ｄを拡大できるため、第１の動圧発生部１１による軸受剛性がさらに高められる。

図２に示すように、ロータ３を含む回転側全体の重心Ｇが、軸受スリーブ８の軸方向中央よりも上側に配されているため、軸部材２の振れ回り量は上側の方が大きくなる傾向がある。軸受スリーブ８は、環状丘部１１ｃを有する第１の動圧発生部１１が上側に配され、環状丘部を有しない第２の動圧発生部１２が下側に配されるように、モータに組み込まれている。これにより、振れ回り量の大きい軸部材２の上方部分が、軸受剛性が相対的に高い第１の動圧発生部１１によるラジアル軸受部Ｒ１で支持される。一方、振れ回り量が相対的に小さい軸部材２の下方部分が、軸受剛性が相対的に低い第２の動圧発生部１２によるラジアル軸受部Ｒ２で支持される。以上のように、第２の動圧発生部１２による軸受剛性を多少犠牲にして、第１の動圧発生部１１の軸受剛性を高め、この第１の動圧発生部１１で、軸部材２のうち、重心Ｇに近い軸方向位置を支持するようにすることで、モーメント荷重による軸部材２の振れ回りを効率的に抑制することができる。

環状丘部１１ｃを有する第１の動圧発生部１１は、動圧溝１１ａ、１１ｂの周方向に対する傾斜角度θ１ａ、θ１ｂをなるべく小さくすることで、発生させる油圧、すなわち軸受剛性を高めることができる。一方、環状丘部を有しない第２の動圧発生部１２は、動圧溝１２ａ、１２ｂの周方向に対する傾斜角度θ２ａ、θ２ｂを小さくしすぎると、発生させる油圧、すなわち軸受剛性が低くなる。従って、第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの周方向に対する傾斜角度θ１ａ、θ１ｂを、第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの周方向に対する傾斜角度θ２ａ、θ２ｂよりも小さくすることが好ましい。例えば、第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの傾斜角度θ１ａ、θ１ｂを３０°未満、第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの傾斜角度θ２ａ、θ２ｂを３０°以上とする。これにより、各動圧発生部１１、１２で発生させる油圧を最大化することができる。尚、軸受剛性が十分であれば、第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの傾斜角度θ１ａ、θ１ｂを、第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの傾斜角度θ２ａ、θ２ｂよりも大きくしたり、あるいはこれらを等しくしたりしてもよい。

本発明の上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

流体動圧軸受装置１は、フルフィル型であってもよい。例えば図４に示す実施形態では、シール部９の内周面９ａに、上方に行くにつれて拡径したテーパ面が設けられる。シール部９のテーパ面と軸部材２の外周面との間に、下方に向けて半径方向幅が狭くなる断面楔形のシール空間Ｓが形成される。このシール空間Ｓ内に油面が保持される。ハウジング７内の全空間（シール空間Ｓよりも内部側の空間）は、潤滑油で満たされている。

流体動圧軸受装置１は、スラスト軸受隙間の流体圧で軸部材２をスラスト方向に支持するスラスト軸受部を有してもよい。例えば図４に示す実施形態では、軸部材２の下端にフランジ部２ｂが設けられる。軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、半径方向溝は形成されず、動圧溝が形成される。ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１には、動圧溝が形成される。図示例では、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとが別部品で形成され、ハウジング７の側部７ａとシール部９とが一部品で形成される。軸部材２が回転すると、軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の下側端面８ｃとの間、及び、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との間に、それぞれスラスト軸受隙間が形成される。そして、軸受スリーブ８の下側端面８ｃ及びハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１に形成された動圧溝により、スラスト軸受隙間の潤滑流体の圧力が高められ、これにより軸部材２を両スラスト方向に支持するスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２が構成される。

流体動圧軸受装置１は、ファンモータに限らず、他のモータ（例えば、ディスク駆動装置のスピンドルモータ、ポリゴンスキャナモータ等）に組み込んでもよい。例えば、図５に示すスピンドルモータは、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるもので、流体動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたロータ３（ディスクハブ）と、ステータコイル６ａおよびロータマグネット６ｂとを備えている。ロータ３には、磁気ディスク等のディスクＤが所定枚数（図示例では２枚）保持される。ステータコイル６ａに通電すると、軸部材２、ロータ３、及びディスクＤが一体となって回転する。

以上の実施形態では、動圧軸受を固定側、軸部材を回転側とした軸回転タイプの流体動圧軸受装置を示したが、軸部材を固定側、動圧軸受を回転側とした軸固定タイプの流体動圧軸受装置に本発明の動圧軸受を適用してもよい。

本発明の効果を確認するために、以下のシミュレーションを行った。

図３に示す形状の動圧溝を有する動圧軸受モデル（実施例１）と、図９に示す形状の動圧溝を有する動圧軸受モデル（比較例）とを作成した。実施例１及び比較例の動圧溝仕様を下記の表１に示す。

軸部材モデルは、ロータを含む回転側全体の自重及び重心位置を加味して作成した。そして、動圧軸受モデルの内周に軸部材モデルを挿入し、軸方向を水平にした状態で、下記の計算条件で軸部材モデルを回転させたときの振れ回り量を計算した。尚、振れ回り量とは、停止時の軸部材モデルの軸心に対する、回転時の軸部材モデルの軸心の、軸方向と直交する方向の最大変位量（ずれ量）である。
・ラジアル軸受隙間：５μｍ
・回転速度：４９００ｒｐｍ
・潤滑油：４０℃動粘度＝４２．６ｍｍ^２／ｓ、１００℃動粘度＝７．３２ｍｍ^２／ｓ

図６に示すように、実施例１と比較例とを比較すると、環境温度が２０℃では軸の振れ回り量に大きな差は見られないが、高温になるに従って本発明品の方が比較例よりも軸の振れ回り量が低下していることがわかる（これは、高温になるほど、潤滑油の粘度が下がり軸受剛性が低下するためと考えられる）。特に、比較例の１００℃でのラジアル軸受部Ｒ１（第１の動圧発生部１１）における軸の振れ回り量は、ラジアル軸受隙間５μｍに対して４．７μｍであった。この場合、軸の外形や軸受の内径の真円度を考慮すると、軸と軸受とが接触するため、実際には使用することができない可能性が高い。これに対し、本発明品の１００℃でのラジアル軸受部Ｒ１（第１の動圧発生部１１）における軸の振れ回り量は、ラジアル軸受隙間５μｍに対して２．８μｍであったため、実施に使用可能である。このように、潤滑油の粘度が比較的高い常温付近では、実施例１と比較例とで軸の振れ回り量に大きな差は見られないが、実施例１の動圧溝仕様にすることで、高温時の振れ回りが抑制でき、動圧軸受の軸方向寸法を大きくすることなく、より厳しい環境下でも使用可能となる。

次に、環状丘部を有する第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの周方向に対する傾斜角度θ１（＝θ１ａ＝θ１ｂ）が異なる複数種の動圧軸受モデル（実施例２～６）を作成し、上記と同様のシミュレーションを行った。実施例２～６の動圧溝仕様を下記の表２に示す。

図７に示すように、第１の動圧発生部１１の動圧溝１１ａ、１１ｂの傾斜角度θ１が小さいほど、軸の振れ回り量が小さくなった。この結果から、第１の動圧発生部の動圧溝の周方向に対する傾斜角度は、なるべく小さい方が好ましく、例えば、３０°未満、望ましくは２０°以下とすることが好ましい。一方、第１の動圧発生部の動圧溝の傾斜角度が小さすぎると、加工性に問題が生じる恐れがあるため、１°以上、望ましくは５°以上とすることが好ましい。

次に、環状丘部を有しない第２の動圧発生部１２の動圧溝１２ａ、１２ｂの周方向に対する傾斜角度θ２（＝θ２ａ＝θ２ｂ）を異ならせた動圧軸受モデル（実施例７～１１）を作成し、上記と同様のシミュレーションを行った。実施例７～１１の動圧溝仕様を下記の表３に示す。

図８に示すように、第２の動圧発生部の動圧溝の傾斜角度が３０°のときに軸の振れ回り量が最小となり、３０°から離れるほど軸の振れ回り量が大きくなった。特に、第２の動圧発生部の動圧溝の傾斜角度を３０°よりも小さくすると、３０°よりも大きくする場合と比べて、軸の振れ回り量の増大が顕著であった。この結果から、第１の動圧発生部の動圧溝の周方向に対する傾斜角度は、２０°以上、望ましくは３０°以上とすることが好ましい。また、第２の動圧発生部の動圧溝の周方向に対する傾斜角度は、軸の振れ回り量を抑えるために、５０°以下、望ましくは４０°以下とすることが好ましい。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
３ ロータ
４ インペラ
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ（動圧軸受）
９ シール部
１１ 第１の動圧発生部
１１ａ、１１ｂ 動圧溝
１１ｃ 環状丘部
１１ｄ 傾斜丘部
１２ 第２の動圧発生部
１２ａ、１２ｂ 動圧溝
１２ｄ 傾斜丘部
１３ 円筒面
Ｇ 回転側全体の重心
Ｌ 軸受スパン
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部

Claims (6)

1. 内周面に、軸方向に離間して設けられた第１の動圧発生部及び第２の動圧発生部を備えた動圧軸受であって、
   各動圧発生部は、ヘリングボーン形状に配列された傾斜方向の異なる複数の動圧溝を有し、
   第１の動圧発生部は、傾斜方向の異なる複数の動圧溝の軸方向間に環状丘部を有し、
   第２の動圧発生部の傾斜方向の異なる複数の動圧溝が軸方向で連続した動圧軸受。
2. 前記第１の動圧発生部の前記動圧溝の周方向に対する傾斜角度が、前記第２の動圧発生部の前記動圧溝の周方向に対する傾斜角度よりも小さい請求項１に記載の動圧軸受。
3. 請求項１又は２に記載の動圧軸受と、前記動圧軸受の内周に挿入された軸部材と、前記動圧軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の潤滑流体の動圧作用で前記軸部材の相対回転を支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
4. 請求項３記載の流体動圧軸受装置と、前記軸部材又は前記動圧軸受と一体に回転するロータと、前記ロータを回転駆動する駆動部とを備えたモータ。
5. 前記第１の動圧発生部を、前記第２の動圧発生部よりも、前記ロータを含む回転側全体の重心に近接した軸方向位置に配置した請求項４に記載のモータ。
6. 前記ロータがインペラを有する請求項４又は５に記載のモータ。
   

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