JP4145068B2 - 輔受け装置およびこの軸受装置を用いたモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受装置、及びこの軸受装置を備えるモータに関し、マイクロプロセッサ用冷却ファンモータや、ハードディスク、光ディスク回転装置の他、非接触支持が求められる種々の回転装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
動圧等を用いた流体軸受装置は、高い回転精度の他、非接触支持を行うことにより、寿命が長く、静かで、耐振動性が高いという利点を有することが知られている。
【０００３】
図６は、従来の動圧を用いた流体軸受装置の一例を説明するための概略断面図である。図６において、軸受装置１０１は、スリーブ１０３及びハウジング１０４と、ハウジング１０４の内側底部に固定されたスラスト板１０６を備え、回転軸１０２はスリーブ１０３によりラジアル方向に支持され、スラスト板１０６の底部によりスラスト方向に支持される。スリーブ１０３とスラスト板１０６の各部材間、及び回転軸１０２により形成される隙間１２１には、オイル等の液体が注入される。回転軸１０２の外周面やスリーブ１０３の内周面には動圧溝１３１が形成され、この動圧溝１３１と液体との作用により動圧が形成される。
【０００４】
モータステータに通電することにより回転軸１０２は回転を開始する。この回転により、動圧溝１３１はオイルにポンピング圧力を与え、回転軸１０２はこのポンピング圧力により支持され、スリーブ１０３に対して非接触で回転する。なお、図６ではモータを構成する構成要素、例えば回転軸１０２に固定されるロータやロータ磁石、モータステータやコイルは省略している。
【０００５】
回転軸を回転させるには、回転軸を回転自在に支持するスリーブをハウジングに固定する必要がある。このスリーブのハウジングへの固定において、ハウジングの一部をかしめて塑性変形させ、スリーブを固定する技術が知られている。このようなかしめいよる固定技術は、例えば特開２０００−３５２４１４号公報に開示されている。
【０００６】
図７は、従来知られているかしめによる固定技術を説明するための概略断面図である。ハウジング１０４は、スリーブ１０３を内部に収納する収納穴１０８を備え、ハウジング１０４の環状の縁端部１０４ａは、スリーブ１０３を収納する開口１０７を形成している。収納穴１０８内に収納したスリーブ１０３を固定するには、この収納穴１０８内にスリーブ１０３を収納した後、環状の縁端部１０４ａを内側にかしめ、縁端部１０４ａをスリーブ１０３の上端面に塑性変形させることにより行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術のかしめによる固定では、塑性変形させる部分がハウジングの開口した周端面であることから、かしめによって周端部１０４ａ等のハウジングの一部のみが塑性変形するのだけではなく、ハウジングの全体が変形し、そのためスリーブが変形してしまうことがあった。例えば、図７（ｂ）に示す周端部１０４ａの部分をスリーブ１０３の上端面上に向けてかしめると、塑性変形される部分は、図７（ｃ）中の円内に示すように、周端部１０４ａだけでなくハウジング１０４の全体に及ぶこととなる。このように、ハウジング１０４の全体が変形すると、回転軸とスリーブとの隙間を所定の精度で一様にすることが困難となるという間題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は従来の問題を解決して、スリーブのかしめによる固定において、ハウジング全体に及ぼす変形を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジングのかしめの位置を、ハウジングの開口した端部ではなく、この端部より内部とすることによりハウジング全体の変形を防止する。
【００１０】
本発明は、軸と、この軸の少なくともラジアル方向の荷重を支持するラジアル軸受面を備えたスリーブと、このスリーブを保持するハウジングとを有し、軸をスリーブとハウジングに対して相対的に回転可能に支持する軸受装置において、ハウジングは、スリーブを収納するための少なくとも一端に開口した収納穴を有し、この開口した一端から軸方向に所定距離離れた位置でハウジングの少なくとも一部を変形させてかしめを行うことにより、スリーブを固定して保持する。
【００１１】
かしめによるスリーブの固定を、ハウジングの開口端から軸方向に離れた位置で行うことにより、変形する部分をハウジングの一部のみとし、ハウジング全体の変形を防止する。
【００１２】
ハウジングの収納穴は、スリーブの外周に対向する第１の内周面と、第１の内周面より軸方向の開口側の、第１の内周面の内径より大きな内径の第２の内周面とにより形成される。これにより、第１の内周面と第２の内周面との境に第１の段部を形成し、この第１の段部の少なくとも一部を変形させることによりかしめを行う。このかしめ部分の段部は、第２の内周面を設けることで形成されるため作成が容易である。
【００１３】
また、このかしめ部分の段部において、第１の内周面と第２の内周面とは軸方向にオーバーラップする構成とする。この構成とすることにより、段部の肉厚を薄くすることができ、かしめの操作が容易となると共に、ハウジングの他の部分へ変形の影響を低減させることができる。
【００１４】
また、スリーブは、軸方向の上端面の外周側に凹部を有し、この凹部に対してハウジングのかしめ部分の段部をかしめて塑性変形させて行う。この構成により、軸を支持するラジアル軸受面の長さを短くすることなく、かしめの位置をハウジングの端部から所定距離離すことができる。
【００１５】
また、ハウジシグは、更に第１の内周面より小さな内径の第３の内周面を、第１の内周面を挟んで第２の内周面と軸方向反対側に有する。これによって、第１の内周面と第３の内周面との境に第２の段部を形成する。スリーブは、この第２の段部によって、ハウジングに対する軸方向の位置決めを行いと共に固定することができる。
【００１６】
また、本発明の軸受装置において、スリーブのラジアル軸受面は、軸の外周に液体が満たされたラジアル隙間を介して軸の外周面に対向して設けられる。さらに、本発明の軸受装置は、このラジアル軸受面よりも軸方向の下方にラジアル隙間と連通して液体を蓄える底部空間を備える。この底部空間は、その中に蓄える液体が毛細管現象によりラジアル隙間に供給され得る程度の大きさと形状を有する。
【００１７】
また、本発明の軸受装置は、ハウジングとスリーブとの少なくとも一方に、一端を大気に開放し、他端を底部空間に連通して液体を蓄える連通孔を備える。この連通孔は、その中に蓄えられた液体が毛細管現象により底部空間を経由してラジアル隙間に供給され得る程度の大きさと形状とを有する。この連通孔は、第２の内周面側で大気と連通し、ラジアル軸隙間から溢れた液体を取り込んで底部空間に供給し、再びラジアル軸隙に戻すことができる。また、連通孔より流出した液体は、第２の内周面により拡散させることができる。
【００１８】
また、本発明の軸受装置の軸はフランジを有し、このフランジは底部空間に配置される。また、本発明の軸受装置の軸にはファンを固定することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記軸受装置を用いてモータを構成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１，２，３は、本発明の軸受装置の概略を説明するための断面図、スリーブ及びハウジングの一部を切り欠いた斜視図、及び断面図であり、ファンモータに適用した場合を示している。
【００２１】
図１において、軸受装置１は、回転軸２と、この回転軸２を回転自在に支持する軸受部材を備える。この軸受部材は、回転軸２をラジアル軸隙間２１を介して非接触に支持するスリーブ３と、このスリーブ３を固定するハウジング４を備える。回転軸２は、ファン１６を取り付けたロータ１１を固定ネジ１５で固定することでファンモータを構成することができ、このモータの駆動機構は、ロータ１１に取り付けられ磁石１２、ハウジング４側等の固定部分に設けられたコイル及び磁心１３、コイルへの駆動電流制御を行う基板１４等により構成することができる。なお、磁石１２とコイル及び磁心１３を回転軸２の軸方向にずらして配置することで磁気吸引力を発生させる。この磁気吸引力は、回転軸２を下方に付勢するスラスト加重となる。
【００２２】
スリーブ３は内部に回転軸２を収納する筒状の軸方向に貫通した収納部分を有する。スリーブ３の収納部分の内周面はラジアル軸受面３ａを形成し、収納部分内に収納した回転軸２の外周面との間にラジアル軸隙間２１を形成して対向させ、このラジアル軸隙間２１にオイル等の液体を介在させることにより非接触で回転自在に支持する。
【００２３】
ハウジング４は一方を開口７とする収納穴８を備え、この収納穴８の内部にスリーブ３を収納すると共に、スリーブ３を軸方向の所定位置に位置決めする。スリーブ３の軸方向の位置決めは、下方位置に設けた段部（第２の段部４ｅ）にスリーブ３の下端部分を当接させることで行うことができる。
【００２４】
さらに、ハウジング４は、下方位置に液体を溜めると共に、収納穴８と連通する底部空間２２を備える。この底部空間２２内には、回転軸２の下端部分、及びこの下端部分に取り付けられたフランジ５が収納される。底部空間２２の底面にはスラスト板６が配置され、回転軸２の下端のピボット部９を点支持する。
【００２５】
底部空間２２とラジアル軸隙間２１とは連通しており、底部空間２２内に溜められた液体は、毛細管現象によりラジアル軸隙間２１内に供給される。底部空間２２の大きさ及び形状は、毛細管現象によるラジアル軸隙間２１内への液体供給が行われるよう形成される。
【００２６】
例えば、ラジアル軸隙間２１と底部空間２２の連通部分においては、底部空間２２の容量をラジアル軸隙間２１の容量よりも充分大きくとり、毛細管現象によってラジアル軸隙間２１内に向かう吸引力が大きくなるように形成する。また、底部空間２２の形状は、形状により生じる毛細管現象の吸引力が、ラジアル軸隙間２１内に向かう吸引力よりも大きくならないように形成する。例えば、底部空間２２内に、串歯状形状のように毛細管現象を生じさせる形状部分を形成した場合には、この串歯状形状により生じる毛細管現象の吸引力が、ラジアル軸隙間２１内に向かう液体の供給に影響を与えないよう形成する。
【００２７】
なお、軸受部材のスリーブ３とハウジング４との間には、底部空間２２を大気と連通する連通孔２３が設けられ、スリーブ３ａと回転軸２との隙間から液体が溢れた場合には、この連通孔２３を通して底部空間２２に戻される。また、連通孔２３から溢れた液体は、ハウジング４の上方の内周面に拡散される。
【００２８】
上記の構成において、磁石１２の軸方向の中心位置と、コイル１３の軸方向の中心位置とを軸方向でずらして配置することにより、磁気吸引力で回転軸２を軸受部材３側に付勢すると共に、回転軸２の下端のピボット部９をスラスト板６に当接させることにより回転軸２を保持する。本発明の軸受装置は、軸受部材を構成するスリーブ３とハウジング４は、ハウジング４の一部をスリーブ３の上端面に向けてかしめることにより行う。
【００２９】
以下、本発明の軸受装置によるかしめの構成について、図２の斜視図及び断面図を用いて説明する。スリーブ３は、軸中心に回転軸２を収納するために軸方向に貫通する収納部を備え、この収納部の内周面（ラジアル軸受面３ａ）は回転軸２の外周面と隙間を開けて対向し、この隙間部分にオイル等の液体を充填するラジアル軸隙間２１を形成する。ラジアル軸隙間２１を挟むラジアル軸受面３ａ、又は回転軸２の外周面、あるいはこれらに両面には、例えばヘリングボーン溝等の動圧発生する動圧溝３１が形成される。ラジアル軸隙間２１を液体を満たした状態で回転軸２を回転させると、動圧溝３１と液体との作用によって動圧が発生し、回転軸２はこの動圧により非接触支持される。
【００３０】
また、スリーブ３は、外周面の軸方向の途中部分に外径を小径とした凹部３ｂを備える。この凹部３ｂは、スリーブ３をハウジング４にかしめにより固定するための部分である。
【００３１】
一方、ハウジング４は、一方を開口７とし内部にスリーブ３を収納する収納穴８を備える。収納穴８の内周面は、軸方向に沿って複数の内周面（第１の内周面４ａ，第２の内周面４ｂ，第３の内周面４ｃ）を備える。第１の内周面４ａは、スリーブ３の外周面に対向して形成され、スリーブ３の凹部３ｂから下端部分までの軸方向長さとほぼ同じ長さを有し、かしめによる変形部分の分だけ長く形成する。第２の内周面４ｂは、第１の内周面４ａの内径より大きな内径を有し、第１の内周面４ａより軸方向の開口７側に形成される。
【００３２】
第１の内周面４ａと第２の内周面４ｂとの内径を異にすることで、第１の内周面４ａと第２の内周面４ｂの境には第１の段部４ｄが形成される。この第１の段部４ｄの少なくとも一部を変形させることでかしめを行う。この第１の段部４ｄにおいて、第１の内周面４ａの軸方向の上端部を第２の内周面４ｂの軸方向の下端部よりも開口７側に延長させ、第１の内周面４ａと第２の内周面４ｂとをそれぞれ軸方向でオーバーラップさせる。オーバーラップ部分は、図３中の符号Ａで示している。
【００３３】
この構成により、オーバーラップした第１の内周面４ａの部分は肉厚が薄く形成され、かしめの処理が容易となると共に、ハウジングの他の部位への変形の影響を低減することができる。また、かしめを行う部分は、単に内周面の内径を異ならせることで形成することができるため、容易に成形することができる。
【００３４】
また、第３の内周面４ｃは、第１の内周面４ａより小さな内径を有し、第１の内周面４ａを挟んで第２の内周面４ｂと軸方向の反対側に形成される。第１の内周面４ａと第３の内周面４ｃとの内径を異にすることで、第１の内周面４ａと第３の内周面４ｃの境には第２の段部４ｅが形成される。この第２の段部４ｅは、スリーブ３のハウジング４に対する軸方向の位置決めを行う。ハウジング４の内周面を上記構成とすることで、スリーブ３を所定位置に位置決めすると共に、ハウジング４内に固定することができる。
【００３５】
かしめによる固定は、図３（ｂ）に示すように、スリーブ３をハウジング４の収納穴８内に収納し、スリーブ３の下端面の一部を第２の段部４ｅに当接させることで行われる。スリーブ３の下端面の一部を第２の段部４ｅに当接させることにより、スリーブ３の凹部３ｂはハウジング４の第１の段部４ｄの位置に配置される。第１の内周面４ａの軸方向の長さを、スリーブ３の下端部から凹部３ｂまでの長さよりわずかに長くすることで、第１の段部４ｄの上端部分を収納したスリーブ３の凹部３ｂの上面より軸方向に突出させることができる（図３（ｂ）中の符号Ｂで示す部分）。
【００３６】
第１の段部４ｄは、第１の内周面４ａの全周に沿って環状に形成することも、第１の内周面４ａの周に沿って一部にのみ形成することもできる。この後、図３（ｃ）に示すように、第１の段部４ｄの突出部分をスリーブ３の凹部３ｂの上面に向けてかしめることにより塑性変形させ、スリーブ３をハウジング４の収納穴８内に固定する。
【００３７】
かしめ部分を行う位置はハウジング４の開口７から軸方向の内側部分であり、また、かしめにより変形する部分はハウジング４の一部分であるため、かしめによる変形はハウジング４全体に及ぶことがない。そのため、ハウジング４が変形することによって、スリーブ３と回転軸２との隙間間隔がずれるといった現象を防止することができる。
【００３８】
また、スリーブ３の軸方向の上端面の外周側をかしめで固定するため、回転軸を支持するラジアル軸受面の長さを短くすることなしに、かしめの位置をハウジングの端部から所定距離離すことができる。
【００３９】
次に、本発明の軸受装置において、ラジアル軸隙間にオイル等の液体を供給する構成を、図４，５を用いて説明する。なお、図４（ａ），図５（ａ）は上方から見た図であり、図４（ｂ），図５（ｂ）は一部断面図である。
【００４０】
発明の軸受装置は、液体供給のための構成として、回転軸２の下方端部からラジアル軸隙間２１内に液体を毛細管現象による吸引力で供給する構成部分と、この供給部分に対して液体を供給する構成部分を備える。
【００４１】
回転軸２の下方端部からラジアル軸隙間２１内に液体を供給する構成部分は、回転軸２の下方端部と対向するハウジング４の底部部分に形成した底部空間２２とすることができる。ハウジング４は、内部にスリーブ３を固定するハウジング筒部４ｇと、このハウジング筒部４ｇに下方に形成されるハウジング底部４ｆを備える。ハウジング底部４ｆとハウジング筒部４ｇとの境界部分には第２の段部４ｅが形成され、この第２の段部４ｅは、ハウジング４内においてスリーブ３の下端位置を位置決めする。
【００４２】
底部空間２２は、この第２の段部４ｅで位置決めされたスリーブ３の下端部、このスリーブ３で固定された回転軸２の端部、及びハウジング底部４ｆで囲まれる空間部分により形成される。
【００４３】
この底部空間２２内には液体が満たされ、この液体の上面は、スリーブ３と回転軸２との間に形成されるラジアル軸隙間２１の下端の開口部分と接触し、このラジアル軸隙間２１内には毛細管現象により液体が供給される。
【００４４】
また、供給部分に対して液体を供給する構成部分は、スリーブ３の外周面とハウジング筒部４ｇとの間に形成した連通孔２３，２６とすることができる。連通孔２３は、図４に示すように、ハウジング筒部４ｇ側に形成した溝２４により形成することができ、また、連通孔２６は、図５に示すように、スリーブ３の外周面側に形成した溝２５により形成することができる。なお、溝２４，２５の径は、底部空間２２内に溜められる液体が毛細管現象によってこの溝で形成される連通孔２３,２６内に吸引されることがない程度に十分な径に形成する。
【００４５】
ラジアル軸隙間２１の上端部分から溢れ出た液体は、この溝２４，２５で形成される連通孔２３,２６内を通り、底部空間２２内に戻される。底部空間２２内に戻された液体は、再びラジアル軸隙間２１内に供給される。これによって、用液体は底部空間２２から供給された後、ラジアル軸隙間２１、及び連通孔２３,２６を通って再び底部空間２２に戻される。なお、図４（ａ），図５（ａ）に示す例では、溝２４,２５を周方向に３つ配置した例を示しているが、配置数は任意とすることができる。
【００４６】
本発明の態様によれば、かしめの位置をハウジングの開口した端部ではなくそれより内部で行い、また、ハウジングの一部のみを塑性変形することによりハウジング全体が変形することを防止することができる。 また、発明の軸受装置が備える回転軸はフランジを備え、このフランジを底部空間に配置し、これにより回転軸の抜けを防止する。また、本発明の軸受装置は、回転軸にファンを固定することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、かしめの位置をハウジングの開口した端部ではなく、それより内部で行うことによりハウジング全体の変形を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受装置の概略を説明するための断面図である。
【図２】本発明の軸受装置の概略を説明するためのスリーブ及びハウジングの一部を切り欠いた斜視図である。
【図３】本発明の軸受装置の概略を説明するためのスリーブ及びハウジングの断面図である。
【図４】本発明の軸受装置のラジアル軸隙間に液体を供給する構成を説明するための図である。
【図５】本発明の軸受装置のラジアル軸隙間に液体を供給する構成を説明するための一部断面図である。
【図６】従来の動圧を用いた流体軸受装置の一例を説明するための概略断面図である。
【図７】従来知られているかしめによる固定技術を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１ 軸受装置
２ 回転軸
３ スリーブ
３ａ ラジアル軸受面
３ｂ 凹部
４ ハウジング
４ａ 第１の内周面
４ｂ 第２の内周面
４ｃ 第３の内周面
４ｄ 第１の段部
４ｅ 第２の段部
４ｆ ハウジング底部
４ｇ ハウジング筒部
５ フランジ
６ スラスト板
７ 開口
８ 収納穴
９ ピボット部
１１ ロータ
１２ 磁石
１３ コイル及び磁心
１４ 基板
１５ 固定ネジ
１６ ファン
２１ ラジアル軸隙間
２２ 底部空間
２３、２６ 連通孔
２４ ，２５ 溝

Claims (11)

1. 軸と、当該軸の少なくともラジアル方向の荷重を支持するラジアル軸受面を備えたスリーブと、当該スリーブを保持するハウジングとを有し、前記軸を前記スリーブと前記ハウジングに対して相対的に回転可能に支持する軸受装置において、
   前記ハウジングは、前記スリーブを収納する上方に開口した収納穴を有し、前記開口の上端から前記軸方向の下方に所定距離離れた位置において前記ハウジングの少なくとも一部を変形させてかしめて前記スリーブを固定し、当該かしめ位置はスリーブの最上端面よりも所定量下方に位置し、
   前記スリーブの最上端面は、前記ハウジングの最上端面よりも所定量下方に位置し、
   前記ラジアル軸受面は、前記軸の外周に液体が満たされたラジアル隙間を介して前記軸の外周面に対向して設けられたことを特徴とする、軸受装置。
2. 前記収納穴は、前記スリーブの外周に対向する第１の内周面と、
   前記第１の内周面の内径より大きな内径の第２の内周面を、前記第１の内周面より前記軸方向の前記開口側に有し、これら第１の内周面と第２の内周面との境に形成される第１の段部の少なくとも一部を変形させることで前記かしめを行うことを特徴とする、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記第１の内周面と前記第２の内周面とが、前記軸方向にオーバーラップしていることを特徴とする、請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記スリーブは、前記軸方向の上端面の外周側に凹部を有し、当該凹部において前記かしめが行われることを特徴とする請求項１から請求項３の少なくとも一つに記載の軸受装置。
5. 前記ハウジシグは、更に前記第１の内周面より小さな内径の第３の内周面を、前記第１の内周面を挟んで前記第２の内周面と前記軸方向反対側に有し、
   前記スリーブは、前記第１の内周面と前記第３の内周面との境に形成される第２の段部により前記ハウジングに対して前記軸方向の位置決めがされて固定されることを特徴とする、請求項２又は請求項４に記載の軸受装置。
6. 前記ラジアル軸受面よりも前記軸方向の下方に前記ラジアル隙間と連通して前記液体を蓄える底部空間を設けると共に、当該底部空間は、その中の前記液体が毛細管現象により前記ラジアル隙間に供給され得る程度の大きさと形状を有することを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一つに記載の軸受装置。
7. 前記ハウジングと前記スリーブとの少なくとも一方に、一端を大気に開放し、他端を前記底部空間に連通して前記液体を蓄える連通孔を設け、当該連通孔は、その中に蓄えられた前記液体が毛細管現象により前記底部空間を経由して前記ラジアル隙間に供給され得る程度の大きさと形状とを有することを特徴とする、請求項６に記載の軸受装置。
8. 前記連通孔は、前記第２の内周面側で大気に連通していることを特徴とする請求項７に記載の軸受装置。
9. 前記軸はフランジを有し、このフランジが前記底部空間に配置されたことを特徴とする請求項６から請求項８の何れか一つに記載の軸受装置。
10. 前記軸にファンが固定されたことを待徴とする請求項１から請求項９の何れか一つに記載の軸受装置。
11. 請求項１から請求項１０の何れか一つに記載の軸受装置を用いたことを特徴とする、モータ。

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