JP4428364B2

JP4428364B2 - 軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータ

Info

Publication number: JP4428364B2
Application number: JP2006185985A
Authority: JP
Inventors: 義昭柿沼; 健一郎矢澤; 弘史佐藤; 一郎中村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: CN101126412A; US20080203839A1; US7626296B2; JP2008014400A; CN101126412B

Description

本発明は、回転軸を回転可能に支持し、あるいは軸に対し回転体を回転可能に支持する軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いるモータに関する。

従来、回転軸を回転可能に支持する軸受ユニットとして、図１８に示すように構成されたものが知られている。

図１８に示す軸受ユニット１００は、回転軸１０１を回転可能に支持するものであり、回転軸１０１の周回り方向の支持を行うラジアル軸受１０４と、このラジアル軸受１０４を収納したハウジング１０５とを備える。

この軸受ユニット１００において、ラジアル軸受１０４は、ハウジング１０５に充填される粘性流体である潤滑油と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸１０１が挿通される内周面には、動圧を発生させるための動圧発生溝１１１が形成されている。

回転軸１０１を支持したラジアル軸受１０４を収納したハウジング１０５は、図１８に示すように、円筒状に形成されたラジアル軸受１０４を収容して囲むような形状を有し、合成樹脂を一体成形して形成された一つの部材である。

ハウジング１０５は、筒状をなすハウジング本体１０６と、ハウジング本体１０６の一端側を閉塞するようにハウジング本体１０６と一体に形成された一端部側部分を構成する底部閉塞部１０７と、ハウジング本体１０６の他端部側を構成するハウジング本体１０６と一体に形成された上部閉塞部１０８とからなる。このように構成されたハウジング１０５は、筒状をなすラジアル軸受１０４を取り囲むようにして合成樹脂材料をアウトサート成形することにより、ラジアル軸受１０４がハウジング本体１０６の内周側に配されて一体に形成される。

上部閉塞部１０８の中央部には、ハウジング１０５に収納されたラジアル軸受１０４に回転自在に支持された回転軸１０１が挿通される軸挿通孔１０９が設けられている。底部閉塞部１０７の内面側の中央部には、ラジアル軸受１０４に支持された回転軸１０１のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部１０２を回転可能に支持するスラスト軸受１１０が一体に形成されている。

スラスト軸受１１０は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸１０１の軸受支持部１０２を点で支持するピボット軸受として形成されている。

ところで、軸挿通孔１０９は、その周面と軸部本体の外周面との間にハウジング内に充填された潤滑油１１３がハウジング１０５内から漏れを防止するに足る間隔の空隙１１２を有するように形成される。

回転軸１０１の軸挿通孔１０９の内周面と対向する外周面には、テーパ部１１４が設けられている。このテーパ部１１４は、回転軸１０１の外周面と軸挿通孔１０９の内周面との間に形成される空隙１１２に圧力勾配を形成し、ハウジング１０５内に充填された潤滑油１１３をハウジング１０５の内部に引き込む力を発生させて、ハウジング１０５に充填された潤滑油１１３の漏洩を防止できる。

図１８に示すように構成された軸受ユニット１００は、回転軸１０１の露出が軸挿通孔１０９側の一端のみで、軸挿通孔１０９の僅かな間隙以外は、ハウジング部材によりシームレスに覆われている。よって、この軸受ユニット１００は、潤滑油１１３のハウジング１０５外部への漏出を防止できるものである。すなわち、この軸受ユニット１００は、ハウジングを二部材以上のハウジング部品を接着剤等のシール剤により接着して組み立てた場合に比べて、確実な漏洩防止を可能とするものである。また、外部との連通部分も軸挿通孔１０９の間隙のみであるので、衝撃による潤滑油の飛散を防止できる。

しかしながら、上述した軸受ユニット１００では、回転軸１０１とハウジング１０５とが相対的に回転し、動圧を発生すると、軸受ユニット１００内部の静圧が極端に低下する。ハウジング１０５内部の圧力が低下することにより、ハウジング１０５内部に僅かに残っている空気や、潤滑油等の粘性流体中に溶解される空気等の残留空気が膨張される。このハウジング内部の空気や、粘性流体中に溶解された空気が膨張されることにより、粘性流体が軸の露出側へ押し出され、漏洩してしまうおそれがある。この軸受ユニット１００において、潤滑油が漏洩し、保持できなくなることにより、良好な潤滑が得られなくなる。

このように、図１８に示す軸受ユニット１００は、回転軸とハウジングとの相対的な回転による動圧の発生により、ハウジング内部の残留空気が膨張し、潤滑油が漏洩してしまうおそれがある。

かかる問題を解消するために、例えば、特開２００５−６９３８２号公報には、上述のような軸受ユニットの構成に加えて、ラジアル軸受から突出した回転軸のスラスト方向の一端側と他端側を連通する連通路を備える軸受ユニットが記載されており、この連通路により、非軸開放側の圧力低下を防止するとともに、ハウジング内の残留空気を軸挿通孔から外部に放出することで、潤滑油の漏洩の防止を図ることについて記載されている。

しかしながら、かかる軸受ユニットにおいても、ハウジング内の残留空気が連通路を介して軸挿通孔から外部に放出する際に、残留空気が非軸開放側から軸開放側に向かうにつれて、残留空気の粒が集まって粒径が大きくなって連通路内に留まってしまい、連通路から外部への放出が良好に行えなくなり、この残留空気の影響で潤滑油が漏洩してしまうことがあった。

特開２００５−６９３８２号公報

本発明の目的は、軸とハウジングとの相対的な回転によるハウジング内の圧力の低下を防止するとともに、ハウジング内に充填された潤滑油等の粘性流体中の残留空気の排出を良好に行うことを可能とし、ハウジング内の圧力の低下による残留空気の膨張により、ハウジング内部の粘性流体が軸受ユニット外部に押し出されてしまう漏洩現象を防止し、長期間にわたって潤滑油を確実に保持できる軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータを提供することにある。

本発明に係る軸受ユニットは、軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、上記ラジアル軸受及び上記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、上記通路形成部材が内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、上記ハウジング内に充填された粘性流体と、上記通路形成部材と上記ラジアル軸受との間に形成され、上記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の上記一端側と他端側とを連通する連通路とを備え、上記連通路は、上記ラジアル軸受の周面に軸方向に形成される軸方向通路と、上記ラジアル軸受の上記一端側の面に形成される一端側通路と、上記ラジアル軸受の上記他端側の面に形成される他端側通路とを有し、上記軸のスラスト方向の上記一端側の部分を、上記軸方向通路及び上記他端側通路を介して上記軸挿通孔に連通させ、上記一端側通路、上記軸方向通路及び上記他端側通路は、上記軸のスラスト方向の上記一端側の部分の粘性流体中の残留空気を、上記一端側通路、上記軸方向通路及び上記他端側通路を経由させるとともに、上記軸挿通孔を介して外部に排出させるように、形成され、上記他端側通路は、上記ラジアル軸受の上記他端側の面又は上記ハウジングの上記ラジアル軸受の上記他端側の面に対向する面の何れか一方に設けられた突起部により形成され、上記他端側通路の断面は、上記軸方向通路の断面よりも断面積が大きく形成され、上記軸方向通路の断面は、上記一端側通路の断面よりも断面積が大きく形成され、上記軸方向通路は、その溝幅及び溝深さのうち小さい方の寸法が、上記他端側通路の溝幅及び溝深さより小さくなるように形成され、上記軸方向通路は、その溝深さが、上記一端側通路の溝深さより大きくなるように形成される。

本発明に係るモータは、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備えたモータであり、このモータに用いる軸受ユニットとして、上述したようなものを用いたものである。

本発明に係る軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータは、軸とハウジングとの相対的な回転によるハウジング内の圧力の低下を防止するとともに、ハウジング内に充填された潤滑油等の粘性流体中の残留空気の排出を良好に行うことを可能とし、ハウジング内の圧力低下による残留空気の膨張により、ハウジング内部の粘性流体が軸受ユニット外部に押し出されてしまう漏洩現象を防止し、長期間にわたって潤滑油を確実に保持して良好な潤滑性能を維持できる。

以下、本発明が適用された軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータの実施の形態を図面を参照して説明する。

ここでは、各種情報の演算処理等を行う情報処理装置である携帯型コンピュータ等の電子機器に設けられる放熱装置に用いるモータについて説明する。この携帯型コンピュータ等の内部には放熱装置が設けられている。この放熱装置は、金属製のベースと、このベースに取り付けられたモータ１と、このモータ１によって回転操作されるファン３と、ファン３を収納したファンケース４と、ヒートシンクを有している。この放熱装置のファン３を回転駆動するモータ１について詳細に説明する。

本発明を適用した軸受ユニット３０を用いたモータ１は、図１に示すように、ロータ１１とステータ１２とを備える。

ステータ１２は、モータ１と共にこのモータ１によって回転操作されるファン３を収納したファンケース４の上面板４ａ側に一体に設けられている。ステータ１２は、ステータヨーク１３と、本発明を適用した軸受ユニット３０と、コイル１４とこのコイル１４が巻回されるコア１５とを備える。ステータヨーク１３は、ファンケース４の上面部４ａと一体に形成されたもの、即ち、ファンケース４の一部によって構成したものでもよく、別体に形成したものであってもよい。ステータヨーク１３は、例えば鉄により形成されている。軸受ユニット３０は、ステータヨーク１３の中心部に筒状に形成されたホルダー１６中に圧入若しくは接着、更には圧入と共に接着により固定されている。軸受ユニット３０が圧入されるホルダー１６は、ステータヨーク１３と一体に円筒状に形成されている。尚、軸受ユニット３０のホルダー１６への固定は、上述に限られるものではなく、例えば、カシメによる固定、弾性のある突起部等を係合させることによる固定であってもよい。

ステータヨーク１３に一体に固定された軸受ユニット３０の外周部には、図１に示すように、駆動電流が供給されるコイル１４が巻回されたコア１５が取り付けられている。

ステータ１２と共にモータ１を構成するロータ１１は、軸受ユニット３０に回転可能に支持された回転軸３１に取り付けられ、回転軸３１と一体に回転する。ロータ１１は、ロータヨーク１７と、このロータヨーク１７と一体に回転する複数の羽根１９を有するファン３とを有する。ファン３の羽根１９は、ロータヨーク１７の外周面にアウトサート成形することにより、ロータヨーク１７と一体に形成される。

ロータヨーク１７の筒状部１７ａの内周面には、ステータ１２のコイル１４と対向するように、リング状のロータマグネット２０が設けられている。このマグネット２０は、周回り方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されたプラスチックマグネットであり、接着剤によりロータヨーク１７の内周面に固定されている。尚、マグネット２０は、ゴムマグネット、燒結マグネット等であってもよい。

ロータヨーク１７は、軸受ユニット３０に支持された回転軸３１の先端側に設けた取付部３２に、平板部１７ｂの中心部に設けた貫通孔２１ａが設けられたボス部２１を圧入することによって回転軸３１と一体に回転可能に取り付けられる。

上述のような構成を備えたモータ１は、ステータ１２側のコイル１４に、モータ１の外部に設けた駆動回路部から所定の通電パターンにより駆動電流が供給されると、コイル１４に発生する磁界とロータ１１側のロータマグネット２０からの磁界との作用によって、ロータ１１が回転軸３１と一体に回転する。ロータ１１が回転することにより、このロータ１１に取り付けられた複数の羽根１９を有するファン３もロータ１１と一体に回転する。ファン３が回転されることにより、コンピュータを構成する筐体に設けた開口を介して装置外部のエアーを吸引し、更に、筐体内を流通させ、筐体内に設けたヒートシンク中を流通しながら貫通口を介して筐体の外部に排気されることにより、発熱素子から発生する熱をコンピュータ本体の外部に放熱し、コンピュータ本体を冷却する。

次に、このモータ１に用いられる軸受ユニット３０を更に詳細に説明する。

上述したモータ１の回転軸３１を回転自在に支持する軸受ユニット３０は、図１、図２及び図３に示すように、回転軸３１の周回り方向の支持を行うラジアル軸受３３と、このラジアル軸受３３の外側に形成される通路形成部材３４と、この通路形成部材３４を収納したハウジング３７と、通路形成部材３４とラジアル軸受３３との間に形成される連通路５０とを備える。

ラジアル軸受３３は、焼結メタルにより円筒状に形成されている。ラジアル軸受３３は、ハウジング３７に充填される粘性流体である潤滑油４２と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸３１が挿通される内周面には、動圧発生溝４３，４４が形成されている。

動圧発生溝４３，４４は、図４に示すように、ラジアル軸受３３の内周面にＶ字状をなす一対の溝４３ａ，４４ａを周回り方向に複数形成して構成されている。動圧発生溝４３，４４は、Ｖ字状をなす一対の溝４３ａ，４４ａの先端側が回転軸３１の回転方向Ｒ１に向くように形成されている。ここでは、動圧発生溝４３，４４は、円筒状をなすラジアル軸受３３の軸方向に上下に並列して形成されていて、動圧発生溝４３が軸が開放されている軸露出側、動圧発生溝４４が軸が開放されない非軸露出側即ち後述するスラスト軸受側に形成されている。ラジアル軸受３３に設けられる動圧発生溝４３，４４の数や大きさは、ラジアル軸受３３の大きさや長さ等により適宜選択される。なお、このラジアル軸受３３は、真鍮、ステンレス又は高分子材料でもよい。また、ここでは、動圧発生溝をＶ字状に複数形成するように構成したが、これに限られるものではなく、内周面にＶ字状をなす複数の溝を周回り方向に連結溝により連続するように形成される、所謂ヘリングボーン形状に形成するように構成してもよい。

動圧流体軸受として形成されたラジアル軸受３３は、このラジアル軸受３３に挿通された回転軸３１が、中心軸ＣＬを中心に図４中矢印Ｒ１方向に連続して回転すると、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２が動圧発生溝４３，４４内を流通し、回転軸３１の外周面とラジアル軸受３３の内周面との間に動圧を発生させて回転する回転軸３１を支持する。このとき発生する動圧は、回転軸３１の円滑な回転を実現する。

ラジアル軸受３３の外側に設けられる通路形成部材３４は、図３及び図５に示すように、円筒状に形成されたラジアル軸受３３を収容して囲むような形状を有し、例えば合成樹脂により形成されている。

通路形成部材３４は、図３及び図５に示すように、ラジアル軸受３３の側面部３３ａ及び底面部３３ｂを囲むように形成された通路形成部材本体３５と、ラジアル軸受３３の上面部３３ｃを囲むように形成された通路形成部材蓋部３６とからなる。通路形成部材蓋部３６の中央部には、ラジアル軸受３３に回転自在に支持された回転軸３１が挿通される軸挿通孔３６ａが設けられている。

通路形成部材本体３５の底面部の内面側の中央部には、ラジアル軸受３３に支持された回転軸３１の軸方向であるスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部３１ａを回転可能に支持するスラスト軸受４６が一体に形成されている。スラスト軸受４６は、通路形成部材３４を樹脂により形成し、スラスト軸受として共用している。スラスト軸受４６は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸３１の軸受支持部３１ａを点で支持するピボット軸受として形成されている。

尚、ここでは、スラスト軸受４６を通路形成部材３４の一部として形成されているが、スラスト軸受を通路形成部材とは独立して形成して、この通路形成部材の底面部上に配置して構成するようにしてもよい。

通路形成部材本体３５の上部には、通路形成部材蓋部３６をラジアル軸受３３の上面部３３ｃを覆うように固定する爪状の規制部３５ａが円周上に設けられている。

なお、通路形成部材３４は、樹脂製としたが、金属製でもよく、更に、樹脂及び金属の組合せでもよく、材質に制限はない。ここで、通路形成部材３４を樹脂製とした場合は、ラジアル軸受との位相インデックスなど、形状に工夫を凝らすことができ、しかも安価であるという利点がある。例えば、通路形成部材３４に用いられる樹脂材料としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール等のフッ素系の合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレンテフロン（登録商標）、ナイロン等の合成樹脂、更には、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の合成樹脂を用いてもよい。

通路形成部材３４とラジアル軸受３３の間には連通路５０が形成される。この連通路５０は、ラジアル軸受３３から突出した回転軸３１のスラスト方向の一端部と他端部とを連通する。即ち、連通路５０は、スラスト軸受４６が設けられた底面側である一端側と通路形成部材蓋部３６の軸挿通孔３６ａが形成された上面側である他端側とを連通する。

この連通路５０は、図５、図６、図７、図８及び図９に示すように、通路形成部材３４の通路形成部材本体３５の内周面のスラスト方向に形成された第１の溝５１と、通路形成部材本体３５の底面部の内面側に形成された第２の溝５２と、通路形成部材蓋部３６の内面３６ｂ側に形成された複数の通路形成突起部５３とにより、ラジアル軸受３３と通路形成部材３４との間にラジアル軸受３３の一端側と他端側とを連通するように形成される。

尚、第１の溝５１は、通路形成部材本体３５の内周面に、円周上に略等間隔な位置に３箇所設けられており、それぞれスラスト方向に形成されている。また、第２の溝５２は、通路形成部材本体３５のラジアル軸受３３を載せる面に、略等間隔な位置に３箇所設けられており、それぞれ回転軸３１の円周方向に形成されている。そして、通路形成突起部５３は、通路形成部材蓋部３６の内面３６ｂとなる側に円周上に等間隔な位置で、且つ円周方向には略同一の位置に３箇所設けられており、それぞれ回転軸３１の軸方向に突出して形成されている。

すなわち、連通路５０は、図３に示すように、第１の溝５１の部分に形成され、ラジアル軸受３３の周面に軸方向に形成される軸方向通路として第１の通路５１ａと、第２の溝５２の部分に形成され、ラジアル軸受３３の一端側（底面側）の面に形成される一端側通路として第２の通路５２ａと、複数の通路形成突起部５３のそれぞれの間に形成され、ラジアル軸受３３の他端側（上面側）の面に形成される他端側通路として第３の通路５３ａとを有する。

ここで、第３の通路５３ａは、複数の通路形成突起部５３によりラジアル軸受３３の上面３３ｃと、通路形成蓋部３６の下面である内面３６ｂ側との間に形成される空間で、且つ上述のように複数の通路形成突起部５３のそれぞれの間に形成される空間であり、この部分が第３の通路５３ａとして機能する。

尚、ここでは、第１及び第２の溝５１，５２により形成される第１及び第２の通路５１ａ，５２ａ、並びに、通路形成突起部５３により形成される第３の通路５３ａは、それぞれ略等間隔に３箇所ずつ設けられるように構成したが、これに限られるものではない。

図１０及び図１１に示すように、第３の通路５３ａの通路が形成される方向に直交する断面Ｓ３（以下、「第３の通路５３ａの断面Ｓ３」という。）の断面積は、第１の通路５１ａの通路が形成される方向に直交する断面Ｓ１（以下、「第１の通路５１ａの断面Ｓ１」という。）の断面積よりも大きく形成されている。

ここで、第３の通路５３ａの断面Ｓ３は、第３の通路５３ａのラジアル軸受３３に支持される回転軸３１の半径方向に直交する断面であり、また、第１の通路５１ａの断面Ｓ１は、第１の通路５１ａのラジアル軸受３３に支持される回転軸３１の軸方向に平行な方向に直交する断面である。

よって、断面Ｓ１より大きな断面Ｓ３を有する第３の通路５３ａは、第１の通路５１を通過可能な気泡の粒径よりも大きな粒径の気泡を通過させることができる。

尚、第３の通路５３ａの断面Ｓ３は、通路形成突起部５３の軸方向に高さにより決定される溝深さＬ３と、隣接する通路形成突起部５３の距離により決定される溝幅Ｗ３とを有して形成される。

また、第１の通路５１ａの断面Ｓ１は、略台形状に形成されており、第１の溝５１ａの（回転軸３１の）半径方向の寸法である溝幅Ｗ１と、第１の溝５１のラジアル軸受３３の外周面からの深さである溝深さＬ１とを有して形成されている。ここで、溝幅Ｗ１は、各深さでの溝幅の平均値を意味するとともに、溝深さの中心部分の深さで溝幅を意味するものである。そして、例えば、製作上の都合から溝幅Ｗ１は、溝深さＬ１よりも大きく形成されている。溝幅Ｗ１及び溝深さＬ１の小さく形成されたものの寸法は、ここでは、溝深さＬ１の寸法は、通過可能な気泡の粒径を決定する寸法となる。

また、第３の通路５３ａの溝深さＬ３を、第１の通路５１ａの溝深さＬ１よりも大きく形成するようにしてもよく、その場合には、上述の場合に比べてさらに気泡の外部への放出が円滑となる。

そして、ラジアル軸受３３の底面側に設けられる第２の通路５２ａは、例えば、通路が形成される方向に直交する断面が、第１の通路５１ａの断面Ｓ１よりも小さくなるように形成され、第２の通路５２ａの溝深さが、第１の通路の溝深さＬ１よりも小さくなるように形成されている。

以上のように構成された連通路５０は、ラジアル軸受３３から突出した回転軸３１の開放側、非開放側を連通して両領域の圧力を短絡することで非開放側の静圧低下を緩和している。ここで、回転軸３１の開放側（以下、「軸開放側」という。）は、ラジアル軸受３３の上面側、すなわち、軸挿通孔４１が設けられた側をいい、回転軸３１の非開放側（以下、「非軸開放側」という。）は、ラジアル軸受３３の底面側、すなわち、スラスト軸受４６が配置された側をいう。そして、連通路５０は、非軸開放側から、軸開放側に向けて、順に、第２の通路５２ａ、第１の通路５１ａ、第３の通路５３ａが設けられているが、非軸開放側から軸開放側に近づくにつれて、通路の断面の大きさが大きくなっており、よって、潤滑油４２が非軸開放側から軸開放側に向かって循環するときに残留空気の粒が集まって徐々に、この残留空気の気泡の粒が大きくなったとしても、軸開放側に残留空気を流すことが可能である。

尚、上述のように、ラジアル軸受３３の底面側に設けられる第２の通路５２ａは、通路が形成される方向に直交する断面が、第１の通路５１ａの断面Ｓ１よりも小さくなるように形成され、すなわち、第２の通路５２ａの溝深さが、第１の通路の溝深さＬ１よりも小さくなるように形成されてもよいし、また、製作上の都合から、第１の通路５１ａの断面及び溝深さと同程度に形成されてもよい。

この連通路５０は、ラジアル軸受３３から突出した回転軸３１の開放側、非開放側を連通しているため、回転軸３１とハウジング３７とが相対的に回転し、動圧が発生したときにも、回転軸３１が開放されていない側である非軸開放側の軸端の静圧が低下することを防止できる。よって、連通路５０は、内部の静圧が低下することにより発生するハウジング３７内の残留空気や潤滑油中に溶解する空気の膨張による潤滑油の押し出しを防止することができる。また、換言すると、連通路５０は、ラジアル軸受３３に設けられた動圧発生溝４３，４４の両端の圧力を短絡することができるので、圧力差が生じることがなく、よって軸浮上が発生することもない。

また、この連通路５０は、動圧流体軸受であるラジアル軸受３３により動圧が発生すると、潤滑油４２をハウジング３７内部で循環させることができる。すなわち、潤滑油４２は、ラジアル軸受３３の内周側を上面３３ｃ側から底面３３ｂ側に向けて循環されるとともに、ラジアル軸受３３の外周側の連通路５０を底面３３ｂ側から上面３３ｃ側に向けて循環される。そして、連通路５０は、この外周側の潤滑油の循環とともに、潤滑油内の残留空気をスラスト軸受が配置された非軸開放側から軸挿通孔が設けられる側である軸開放側に運んで、軸挿通孔４１から外部に排出することができる。

そして、連通路５０は、このように、残留空気を外部に排出することができるとともに、上述したように各通路５１ａ，５２ａ，５３ａの断面積が非軸開放側から軸開放側に近づくにつれて大きくなっていることから、これにより形成される通路の断面の大きさも軸開放側に向かうにつれて大きくなるように構成されていることから、残留空気の粒が軸開放側に向かうにつれて集まって大きくなったとしても連通路の途中で留まり、詰りが発生する等の問題が発生することなく、この残留空気を確実に軸挿通孔から排出することができ、潤滑油中の残留空気を少なくすることができる。

また、連通路５０は、一番大きな断面積とする必要がある第３の通路を、通路形成部材蓋部３６の内面側に形成された複数の通路形成突起部５３により形成するように構成したため、軸開放側に位置する第３の通路の断面積を第１の通路の断面積より大きくすることを簡易な構成で、製造工程等を複雑にすることなく実現する。

通路形成部材３４を収納したハウジング３７は、図３に示すように、略円筒状の通路形成部材３４を収容して囲むような形状を有し、合成樹脂を一体成形して形成された一つの部材である。

ハウジング３７は、図３に示すように、筒状をなすハウジング本体３８と、ハウジング本体３８の一端側を閉塞するようにハウジング本体３８と一体に形成された一端部側部分を構成する底部閉塞部３９と、ハウジング本体３８の他端部側を構成するハウジング本体３８と一体に形成された上部閉塞部４０とからなる。上部閉塞部４０の中央部には、ハウジング３７に収納されたラジアル軸受３３に回転自在に支持された回転軸３１が挿通される軸挿通孔４１が設けられている。

上述のように構成されたハウジング３７は、略筒状をなす通路形成部材３４を包むようにして合成樹脂材料をアウトサート成形することにより、通路形成部材３４がハウジング本体３８の内周側に配されて一体に形成される。すなわち、ハウジング３７は、ラジアル軸受３３を収容した通路形成部材３４を密閉して収容するように形成されるとともに、回転軸３１が挿通される軸挿通孔４１を有するように形成される。

ハウジング３７を構成する合成樹脂材料は、特に限定されるものではないが、ハウジング３７には通路形成部材３４が一体に形成されているので、潤滑性に優れた合成樹脂材料を用いることが好ましい。例えば、ハウジング３７は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール等のフッ素系の合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレンテフロン、ナイロン等の合成樹脂を用いて形成することが好ましい。更には、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、液晶ポリマー等の合成樹脂を用いてもよい。

ところで、この軸受ユニット３０では、ハウジング３７がラジアル軸受３３及び通路形成部材３４と共に軸挿通孔３６ａを除いて密閉したシームレス構造とするので、回転軸３１のラジアル軸受３３から突出した軸開放側及び非軸開放側が連通路５０により連通されているが、外部からはハウジング３７に設けられた軸挿通孔３６ａ以外は密閉されている。即ち、この軸受ユニット３０は、連通路５０がシームレスに形成され外部から密閉されたハウジング３７内に設けられたものであるので、衝撃による潤滑油の飛散等が発生することを防止することができる。

ハウジング３７内に配設されたラジアル軸受３３及びハウジング３７と一体に設けられたスラスト軸受４６によって回転自在に支持される回転軸３１は、軸部本体３１ｂのスラスト軸受４６によって支持される軸受支持部３１ａを円弧状若しくは先端先細り状に形成し、他端側に回転体である例えばモータ１のロータ１１が取り付けられる取付部３２が設けられている。ここで、軸部本体３１ｂと取付部３２は、同径に形成されている。

回転軸３１は、図３に示すように、一端側の軸受支持部３１ａをスラスト軸受４６によって支持され、軸部本体３１ｂの外周面をラジアル軸受３３により支持され、他端側に設けた取付部３２側をハウジング本体３８の上部閉塞部４０に設けた軸挿通孔４１から突出されてハウジング３７に支持されている。

また、回転軸３１には、軸受支持部３１ａと軸部本体３１ｂの間に、軸抜け止め用の溝部３１ｃが設けられている。この軸抜け止め用溝部３１ｃと対応するように、通路形成部材３４には、軸抜け止め用手段としてワッシャ４９が設けられている。軸抜け止め用溝部３１ｃとワッシャ４９とを係合させることにより、組み付け時のハンドリングが向上する。このワッシャ４９は、ナイロン、ポリアミド、ポリイミド材等の高分子材料や、ステンレス、りん青銅などの金属からなる。

ところで、軸挿通孔４１は、この軸挿通孔４１に挿通された回転軸３１が軸挿通孔４１の内周面に摺接することなく回転するように、軸部本体３１ｂの外径よりやや大きな内径をもって形成されている。このとき、軸挿通孔４１は、その内周面と軸部本体３１ｂの外周面との間にハウジング３７内に充填された潤滑油４２がハウジング３７内から漏れを防止するに足る間隔の空隙４５を有するように形成される。このように、回転軸３１との間にハウジング３７内に充填された潤滑油４２の漏れを防止するようにした空隙４５が形成されるように軸挿通孔４１を形成した上部閉塞部４０は、オイルシール部を構成している。

回転軸３１の軸挿通孔４１の内周面と対向する外周面には、テーパ部４７が設けられている。テーパ部４７は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５をハウジング３７の外方に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部４７は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とによって形成される空隙４５に圧力勾配を形成し、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２をハウジング３７の内部に引き込む力が発生する。回転軸３１の回転時に、潤滑油４２がハウジング３７の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受３３の動圧発生溝４３，４４に潤滑油４２が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸３１の安定した支持が実現され、しかもハウジング３７に充填された潤滑油４２の漏洩を防止できる。

本発明が適用された軸受ユニット３０において、動圧流体軸受を構成するラジアル軸受３３に設けた動圧発生溝４３，４４に浸入して動圧を発生させる潤滑油４２は、図３に示すように、ハウジング３７内から回転軸３１に形成されたテーパ部４７と軸挿通孔４１の内周面とによって形成された空隙４５に臨むように充填される。即ち、潤滑油４２は、ハウジング３７内の隙間に充填され、更に燒結金属からなるラジアル軸受３３に含浸される。

軸受ユニット３０は、空隙４５の間隔ｃ及び軸挿通孔４１の高さＨ_１を調整することで表面張力シールにより潤滑油４２の飛散を防止でき、テーパ部４７を設けることで空隙４５に位置する潤滑油４２に圧力勾配を発生させて潤滑油４２をハウジング３７の内部に引き込む力を発生でき、潤滑油４２中に空気を巻き込むことを防止するとともに潤滑油４２の漏洩を防止して、さらに回転軸３１の安定した回転を保証できる。上述した軸受ユニット３０は、テーパ部４７を回転軸３１側に設けているが、ハウジング３７の軸挿通孔４１の内周面にテーパ部を設けるようにしてもよい。

上述したように構成された本発明が適用された軸受ユニット３０を製造する工程を説明する。

本発明に係る軸受ユニット３０を製造するには、ラジアル軸受３３の外側に、通路形成部材３４を取り付けることで仮組立をする。ラジアル軸受３３及び通路形成部材３４は、仮組立するとき、図１２に示すように、通路形成部材本体３５に、回転軸３１の軸抜け止め手段であるワッシャ４９を取り付ける。次に、動圧流体軸受であるラジアル軸受３３に、通路形成部材本体３５及び通路形成部材蓋部３６を取り付ける。このとき、通路形成部材本体３５の内部にはスラスト軸受４６が一体に形成されている。また、通路形成部材３４とラジアル軸受３３の間には、連通路５０が形成される。

次に、仮組立したラジアル軸受３３及び通路形成部材３４を金型に取り付け、図１３に示すように、この仮組立したラジアル軸受３３及び通路形成部材３４の外周囲に上述した何れかの合成樹脂をアウトサート成形してハウジング３７を形成する。このとき、通路形成部材３４は、ハウジング３７がアウトサート成形されるとき、ハウジング３７の内部に一体化され、筒状のハウジング本体３８の上下に一体的に形成された上部閉塞部４０と底部閉塞部３９とによって挟持され、その取付位置が固定される。また、通路形成部材３４とラジアル軸受３３との間の連通路５０には、ハウジング３７がアウトサート成形されるとき、通路形成部材３４に遮断されているので、合成樹脂が流入することはない。

次に、回転軸３１を上部閉塞部４０に設けた軸挿通孔４１に挿通してハウジング３７内に挿入する。このとき、回転軸３１は、軸受支持部３１ａをスラスト軸受４６に当接させてラジアル軸受３３に挿通させてハウジング３７内に挿入される。スラスト軸受４６及びラジアル軸受３３によって支持された回転軸３１は、ハウジング３７内で回転可能に支持される。

回転軸３１をハウジング３７に挿入したところで、ハウジング３７に潤滑油４２を充填する。潤滑油４２の充填は、潤滑油が収容されている充填槽に回転軸３１を挿入したハウジング３７を投入する。次に、ハウジングが投入された充填槽を真空装置により真空吸引する。その後、真空吸引された充填槽を大気中に取り出すことにより、ハウジング３７内に潤滑油４２が充填される。

このとき、潤滑油４２は、温度変化により膨張した場合に、軸挿通孔４１内からハウジング３７の外部に漏洩することを防止し、また温度変化により収縮した場合には、回転軸３１と軸挿通孔４１との間に形成された空隙４５への充填不足が発生しないように充填される。即ち、温度変化による潤滑油４２の油面高さの変化は、軸挿通孔４１内の範囲にあるように設定される。

潤滑油４２のハウジング３７への充填を真空装置を用いて真空吸引して行うことにより、ハウジング３７の内部の圧力が外部より低い状態になる。その結果、潤滑油４２は、容易にハウジング３７から漏洩することが防止される。

本発明に係る軸受ユニット３０は、ラジアル軸受３３を焼結メタルにより形成しているので、このラジアル軸受３３に潤滑油４２が充填され、更に、回転軸３１の回転により動圧を発生させる動圧発生溝４３，４４中にも潤滑油４２が充填される。即ち、潤滑油４２は、ハウジング３７内の全ての空隙に充填される。

上述した軸受ユニットは、ハウジングを合成樹脂の成型体により形成しているが、合成樹脂に限られず、金型装置を用いて成形可能な金属材料を混合した合成樹脂やその他の成形材料を用いて形成したものであってもよい。

以上のように構成された軸受ユニット３０は、潤滑油の漏洩防止に非常に有用であるが軸が回転すると同時に発生する、潤滑油中の残留空気や溶解された空気の膨張による潤滑油の押し出しが生じやすいという欠点をもつ、シームレスな樹脂製ハウジングを備えた、所謂軸片開放型動圧流体軸受ユニットの問題を解決する。

すなわち、この軸受ユニット３０は、ラジアル軸受の両端の圧力を短絡する連通路５０を設けるとともに、この通路が非軸開放側−通路−ハウジング外部−軸開放側とすることなく、通路を非軸開放側−連通路−軸開放側とし、この連通路５０を形成した通路形成部材３４をシームレスなハウジング３７により周囲を覆う構造としたものである。

即ち、この軸受ユニット３０は、通路形成部材３４を設けて、ラジアル軸受３３の上端と下端に、経路が軸受下端−通路−軸受上端となる連通路５０を設け、密閉された側の下端である非軸開放側の静圧低下を緩和することができるので残留空気の押し上げによる潤滑油の漏洩を防止できる。

また、軸受ユニット３０は、連通路５０の軸開放側に設けられた第３の通路５３ａの断面を第１の通路５１ａの断面よりも大きくし、軸開放側に向かって通路の断面が大きくなるように形成されていることから、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２に混入した残留空気をこの連通路５０から軸挿通孔が設けられた軸開放側に送って、軸挿通孔からハウジング３７外部へ良好に排出することができる。

また、軸受ユニット３０は、第３の通路５３ａの断面を第１の通路５１ａの断面より大きくされた連通路５０を、通路形成部材蓋部３６の内面３６ｂ側に形成された複数の通路形成突起部５３を設けることにより、簡易な構成で、複雑な製造工程等を要することなく実現し、上述のように、残留空気を良好に排出できる。

さらに、軸受ユニット３０は、回転軸３１の露出を軸挿通孔４１側の一端のみとし、この軸挿通孔４１の僅かな間隙以外は、ハウジング３７によりシームレスに覆われている構成とし、ハウジング外部への経路を、回転軸３１とハウジング３７との僅かな空隙のみである状態を維持しているので、潤滑油４２を充填する部材を接合した場合の接合部から潤滑油が滲み出す等により漏出するおそれを防止でき、衝撃による潤滑油の飛散を防止して、良好な潤滑性能を得ることができる。

本発明が適用された軸受ユニット３０は、回転軸３１とハウジング３７との相対的な回転によるハウジング３７内の圧力の低下を防止できるとともに、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２等の粘性流体に混入した残留空気の排出を良好に行うことができるので、ハウジング３７内の圧力の低下により残留空気が膨張してしまうことによるハウジング３７内部の潤滑油４２が軸受ユニット外部に押し出されてしまう漏洩現象の発生を防止し、長期間にわたり潤滑油を確実に保持でき、良好な潤滑性能を維持できる。

さらに、本発明が適用された軸受ユニット３０は、ラジアル軸受３３としてポーラスを有する焼結金属を用いた場合にも、従来ではこの焼結金属の周囲に充填される潤滑油中に溶解する残留空気を完全に排出することは困難であったのに対し、このラジアル軸受３３の周囲に充填される潤滑油中に溶解する残留空気を良好に排出することを可能とし、上述したような潤滑油の漏洩現象を防止できるので、ポーラスを有する焼結金属等を用いても良好な潤滑性能を長期間にわたって維持することを可能とし、安価な構成にすることを可能とする。

尚、上述の軸受ユニット３０では、通路形成部材蓋部３６の内面側に形成される通路形成突起部５３を３箇所設けるように構成したが、これに限られるものではなく、ラジアル軸受３３の上面３３ｃと通路形成部材蓋部３６との間に通路を形成できるように複数箇所設けられていればよい。例えば、図１４及び図１５に示すように、円周上の略等間隔な位置に５箇所設けるように構成してもよい。

すなわち、図１４及び図１５に示す通路形成突起部６３は、通路形成部材蓋部６６の内面６６ｂとなる側に円周上に等間隔な位置で、且つ円周方向には略同一な位置に５箇所設けられており、それぞれ回転軸３１の軸方向に突出して形成されている。

また、通路形成部材蓋部の内面側に形成される通路形成突起部は、上述のような円柱状のものに限らず、例えば、図１６及び図１７に示すように半径方向を長手方向とする断面略長方形の角柱状に形成して設けられるように構成してもよい。

すなわち、図１６及び図１７に示す通路形成突起部７３は、通路形成部材蓋部７６の内面７６ｂとなる側に円周上に等間隔な位置で、３箇所に、それぞれ回転軸３１の軸方向に突出して角柱状に形成されており、それぞれの軸方向に直交する断面の断面形状が略長方形であり、半径方向の寸法が通路形成部材蓋部７６と略同じ寸法となるように形成されている。

図１４乃至図１７に示す通路形成突起部６３，７３を形成した場合においても、上述した図８及び図９に示す通路形成突起部５３を設けて第３の通路５３ａを形成した場合と同様に、ラジアル軸受３３の上面３３ｃと、通路形成蓋部６３，７３の下面６３ｂ，７３ｂとの間で、且つ通路形成突起部６３，７３のそれぞれの間に第３の通路が形成される。この第３の通路の断面積も、上述したのと同様に、第１の通路５１ａの断面積よりも大きく形成されている。

また、上述の軸受ユニット３０では、連通路５０を通路形成部材３４側に設けた第１及び第２の溝５１，５２並びに通路形成突起部５３により形成されるように構成したが、連通路を構成する溝及び突起部をラジアル軸受３３側に設けてもよい。

すなわち、ラジアル軸受の外周面のスラスト方向に形成された第１の溝と、ラジアル軸受３３のスラスト軸受４６が設けられた側の一端側の面である底面３３ｂに形成された第２の溝と、ラジアル軸受３３の一端側の面と反対側の他端側の面である上面に３３ｃに形成された複数の通路形成突起部とにより、ラジアル軸受３３と通路形成部材３４との間にラジアル軸受３３の一端側と他端側とを連通する連通路を形成するようにしてもよい。この場合においても、上述と同様に、通路形成突起部により形成される通路の断面が、第１の溝により形成される通路の断面より大きくされる。

更に、軸受ユニット３０を構成する連通路は、上述の通路形成部材３４側に設けた第１及び第２の溝５１，５２並びに通路形成突起部５３，６３，７３と、ラジアル軸受３３に設けた第１及び第２の溝並びに通路形成突起部とを組み合わせたものにより形成されるように構成してもよい。

本発明を適用したモータ１は、ステータ１２に対してロータ１１を回転可能に支持する軸受ユニット３０を備えることにより、潤滑油の漏洩を防止して良好な潤滑性能を長期間にわたって維持することを可能とする。

本発明に係る軸受ユニットは、放熱装置の冷却ファンモータやディスクドライブのスピンドルモータの軸受として用いられるのみならず、各種のモータの軸受として用いることができる。

更に、本発明に係る軸受ユニットは、モータに限らず、回転軸を備える機構や軸に対し回転する部品を支持する機構に広く用いることができる。

本発明を適用したモータの構成を示す断面図である。本発明を適用した軸受ユニットの図３に示すＹ−Ｙ断面図である。本発明を適用した軸受ユニットの図２に示すＸ−Ｘ断面図である。ラジアル軸受の内周面に形成された動圧発生溝を示す斜視図である。通路形成部材とラジアル軸受との間に形成された連通路を説明するための分解斜視図である。通路形成部材に形成された第１及び第２の溝を示す図であり、通路形成部材の図７に示すＹ’−Ｙ’断面図である。通路形成部材に形成された第１及び第２の溝を示す図であり、通路形成部材の縦断面図である。通路形成部材蓋部に形成された通路形成突起部を示す図であり、通路形成部材蓋部の断面図である。通路形成部材蓋部に形成された通路形成突起部を示す図であり、通路形成部材蓋部の底面図である。連通路を構成するための通路形成部材蓋部の底面に形成される通路形成突起部及びこれにより形成される第３の通路を示す図であり、図２に示すＩ−Ｉ断面図である。連通路を構成するための通路形成部材本体の内周面に形成される第１の溝及びこれにより形成される第１の通路を示す図であり、図７に示すＩＩ−ＩＩ断面図である。本発明に係る軸受ユニットを製造する工程において、仮組立をする工程を説明する図である。本発明に係る軸受ユニットを製造する工程において、ハウジングをアウトサート成形する工程を説明する図である。通路形成部材蓋部に形成される通路形成突起部の他の例を示す図であり、通路形成部材蓋部の断面図である。図１４に示す通路形成部材蓋部の底面図である。通路形成部材蓋部に形成される通路形成突起部の更に他の例を示す図であり、通路形成部材蓋部の断面図である。図１６に示す通路形成部材蓋部の底面図である。従来用いられている軸受ユニットを示す断面図である。

符号の説明

１モータ、１１ロータ、１２ステータ、１３ステータヨーク、１７ロータヨーク、３０軸受ユニット、３１回転軸、３３ラジアル軸受、３４通路形成部材、３７ハウジング、３８ハウジング本体、３９底部閉塞部、４０上部閉塞部、４１軸挿通孔、４２潤滑油、４３，４４動圧発生溝、４５空隙、４６スラスト軸受、４７テーパ部、５０連通路、５１第１の溝、５２第２の溝、５３通路形成突起部、５１ａ第１の通路、５２ａ第２の通路、５３ａ第３の通路

Claims

軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記ラジアル軸受及び上記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、
上記通路形成部材が内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、
上記ハウジング内に充填された粘性流体と、
上記通路形成部材と上記ラジアル軸受との間に形成され、上記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の上記一端側と他端側とを連通する連通路とを備え、
上記連通路は、上記ラジアル軸受の周面に軸方向に形成される軸方向通路と、上記ラジアル軸受の上記一端側の面に形成される一端側通路と、上記ラジアル軸受の上記他端側の面に形成される他端側通路とを有し、上記軸のスラスト方向の上記一端側の部分を、上記軸方向通路及び上記他端側通路を介して上記軸挿通孔に連通させ、
上記一端側通路、上記軸方向通路及び上記他端側通路は、上記軸のスラスト方向の上記一端側の部分の粘性流体中の残留空気を、上記一端側通路、上記軸方向通路及び上記他端側通路を経由させるとともに、上記軸挿通孔を介して外部に排出させるように、形成され、
上記他端側通路は、上記ラジアル軸受の上記他端側の面又は上記ハウジングの上記ラジアル軸受の上記他端側の面に対向する面の何れか一方に設けられた突起部により形成され、
上記他端側通路の断面は、上記軸方向通路の断面よりも断面積が大きく形成され、
上記軸方向通路の断面は、上記一端側通路の断面よりも断面積が大きく形成され、
上記軸方向通路は、その溝幅及び溝深さのうち小さい方の寸法が、上記他端側通路の溝幅及び溝深さより小さくなるように形成され、
上記軸方向通路は、その溝深さが、上記一端側通路の溝深さより大きくなるように形成される軸受ユニット。
ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備え、
上記軸受ユニットは、軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
上記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
上記ラジアル軸受及び上記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、
上記通路形成部材が内部に配設され、上記軸が挿通される軸挿通孔を除いて密閉された構造とされるハウジングと、
上記ハウジング内に充填された粘性流体と、
上記通路形成部材と上記ラジアル軸受との間に形成され、上記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の上記一端側と他端側とを連通する連通路とを備え、
上記連通路は、上記ラジアル軸受の周面に軸方向に形成される軸方向通路と、上記ラジアル軸受の上記一端側の面に形成される一端側通路と、上記ラジアル軸受の上記他端側の面に形成される他端側通路とを有し、上記軸のスラスト方向の上記一端側の部分を、上記軸方向通路及び上記他端側通路を介して上記軸挿通孔に連通させ、
上記一端側通路、上記軸方向通路及び上記他端側通路は、上記軸のスラスト方向の上記一端側の部分の粘性流体中の残留空気を、上記一端側通路、上記軸方向通路及び上記他端側通路を経由させるとともに、上記軸挿通孔を介して外部に排出させるように、形成され、
上記他端側通路は、上記ラジアル軸受の上記他端側の面又は上記ハウジングの上記ラジアル軸受の上記他端側の面に対向する面の何れか一方に設けられた突起部により形成され、
上記他端側通路の断面は、上記軸方向通路の断面よりも断面積が大きく形成され、
上記軸方向通路の断面は、上記一端側通路の断面よりも断面積が大きく形成され、
上記軸方向通路は、その溝幅及び溝深さのうち小さい方の寸法が、上記他端側通路の溝幅及び溝深さより小さくなるように形成され、
上記軸方向通路は、その溝深さが、上記一端側通路の溝深さより大きくなるように形成される軸受ユニットであるモータ。