JP6189589B2 - 流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ - Google Patents

Description

本発明は、流体動圧軸受装置及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、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、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などとして好適に使用されている。

流体動圧軸受装置の一例が下記の特許文献１に記載されている。この流体動圧軸受装置は、有底筒状（コップ状）のハウジングと、ハウジングの内周に固定された軸受スリーブと、挿脱自在に軸受スリーブの内周に挿入された軸部材と、ラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材の一端を支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受部を収容した底隙間と、ハウジングの開口部内周に固定された環状部材（シール部材）とを備える。

この流体動圧軸受装置において、環状部材は、その一端面（相対的に軸受内部側に位置する端面）を軸受スリーブの対向端面に当接させた状態でハウジングの内周に固定されている。そのため、ハウジングに対する軸受スリーブの固定力（軸受スリーブの抜去力）が高まり、軸方向におけるハウジングと軸受スリーブの相対位置、ひいては所望の軸受性能が安定的に維持される。また、この流体動圧軸受装置は、ハウジングの内部空間全域を潤滑油で満たした、いわゆるフルフィル状態で使用されるものであり、環状部材の内周面と軸部材の外周面との間にシール空間（ラジアル軸受隙間よりも隙間幅の大きい径方向隙間）が設けられる。シール空間は、潤滑油の温度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において潤滑油の油面を常にシール空間の範囲内に保持し得るように設計されている。従って、潤滑油の外部漏洩に起因した軸受性能の低下や周辺環境の汚染が可及的に防止される。

特開２００３−３０７２１２号公報

しかしながら、上記のように、ハウジングの内部空間全域を潤滑油で満たしたいわゆるフルフィル構造を採用すると、流体動圧軸受装置の組み立て後に、いわゆる真空含浸等の煩雑な手法を用いてハウジングの内部空間を潤滑油で満たし、かつ潤滑油の油面位置を精度良く管理する（潤滑油の充填量を微調整する）必要がある。そのため、流体動圧軸受装置に対する更なる低コスト化の要請に対応することが難しい、という問題が指摘されている。

そこで、本発明は、低コストに製造可能でありながら、所望の軸受性能を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軸方向の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固定された軸受スリーブと、挿脱可能に軸受スリーブの内周に挿入された軸部材と、軸方向の他端面をこれに対向する軸受スリーブの一端面に当接させた状態でハウジングの一端内周に固定され、軸部材の外周面との間に径方向隙間を形成する内周面を有する環状部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材の軸方向の他端をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受部を収容し、潤滑油で満たされた底隙間とを備えた流体動圧軸受装置において、ハウジングの内周面、ハウジングの内底面および環状部材の前記他端面で画成されるハウジングの内部空間に潤滑油が介在していない空隙部が設けられ、ラジアル軸受隙間の隙間幅をｄ₁、前記径方向隙間の隙間幅をｄ₂としたとき、３０ｄ₁≦ｄ₂≦２５０ｄ₁の関係式を満たし、少なくともハウジングの開口部および底部を鉛直方向上側および下側にそれぞれ配置した縦姿勢の状態では、径方向隙間が潤滑油の油面を保持しないことを特徴とする。なお、ここでいう「スラスト軸受部」は、軸部材の軸方向他端を接触支持するピボット軸受であっても良いし、軸部材の軸方向他端を非接触支持する動圧軸受であっても良い。

本発明に係る流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受部のラジアル軸受隙間と、スラスト軸受部を収容した底隙間とが潤滑油で満たされた状況下において、ハウジングの内部空間（以下、単に「内部空間」ともいう）に空隙部が設けられる。これはすなわち、ハウジングの内部空間に充填する潤滑油量を、上記内部空間の容積よりも少なくし、上記内部空間に潤滑油で満たされていない領域を設けたことを意味する。本発明に係る流体動圧軸受装置では、軸部材が、軸受スリーブに対して挿脱自在である。これらの構成から、例えば、ハウジングの内周に軸受スリーブ及び環状部材を固定した後であって、軸受スリーブ内周への軸部材の挿入前に、適当な給油具（例えば、マイクロピペット）を用いて内部空間に潤滑油を注入するだけでも、内部空間に必要量の潤滑油を介在させることができる。従って、注油のための大掛かりな設備や高精密な油面の調整・管理作業が不要となり、これを通じて軸受装置の製造コストを低廉化することができる。

上記のとおり、本発明に係る流体動圧軸受装置の構造上、内部空間への注油作業は、ハウジングの内周に軸受スリーブ及び環状部材を固定した後であって、軸受スリーブ内周への軸部材の挿入前に実行することができる。この場合、軸受スリーブの内周に軸部材を挿入した後に内部空間に注油する場合に比べ、注油作業を簡便にかつ適切に実行することができる。しかし、何ら対策を講じなければ、注油後の軸受スリーブ内周への軸部材の挿入に伴って潤滑油漏れが生じ易くなる。この潤滑油漏れの発生メカニズムを図７（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、軸受スリーブ１０８及び環状部材１０９を、ハウジング１０７の底部と軸受スリーブ１０８との間に底隙間１０５が形成されるようにハウジング１０７の内周に固定し、その後、ハウジング１０７の内部空間に潤滑油１１０を注入する。次いで、図７（ｂ）に示すように、環状部材１０９及び軸受スリーブ１０８の内周に軸部材１０２を挿入する。軸部材１０２が予め注入された潤滑油１１０に接触すると、潤滑油１１０は、毛細管力により、軸部材１０２（の外周面）と軸受スリーブ１０８（の内周面）の間の微小な径方向隙間（ラジアル軸受隙間）を通ってハウジング１０７の開口部に向けて流動し、軸部材１０２の外周面、さらには環状部材１０９の内周面にも付着する。そして、軸部材１０２の挿入がさらに進行するのに伴って、ハウジング１０７の内部空間（軸部材１０２とハウジング１０７の間）に存在する空気が圧縮され、その結果、軸部材１０２と軸受スリーブ１０８および環状部材１０９との間に介在する潤滑油１１０には、これを軸受外部側へ押し出す方向の付勢力が作用する。これにより、軸部材１０２の外周面と環状部材１０９の内周面との間に形成される径方向隙間（シール空間）１０３を介して潤滑油１１０が軸受外部に漏れ出す。この場合、ラジアル軸受隙間および底隙間１０５の双方に十分量の潤滑油を介在させることができず、所望の軸受性能を安定的に確保することが難しくなる。

本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、径方向隙間の隙間幅をｄ₂としたとき、このｄ₂の値が所定値を上回ると、軸部材の挿入に伴う環状部材の内周面への潤滑油の付着が可及的に防止され、上記態様での潤滑油漏れが可及的に防止されることを見出した。具体的には、ラジアル軸受隙間の隙間幅をｄ₁、径方向隙間の隙間幅をｄ₂としたとき、３０ｄ₁≦ｄ₂の関係式を満たすように径方向隙間の隙間幅ｄ₂を設定することで解消し得ることを見出した。これにより、軸受装置の組立、および軸受装置への注油を簡便に実行可能とし、流体動圧軸受装置の製造コストを低廉化することができる。但し、径方向隙間の隙間幅ｄ₂を余りに大きく設定すると、軸受スリーブの一端面と当接する環状部材の一端面の面積が小さくなることから、必要とされる軸受スリーブの抜去力を確保することが難しくなるおそれがある。従って、ｄ₂≦２５０ｄ₁とするのが好ましい。

上記構成の軸受装置には、さらに、径方向隙間と底隙間とを連通させる連通路を設けることができる。このようにすれば、内部空間に潤滑油を注入した後に、軸受スリーブの内周に軸部材を挿入した場合であっても、軸部材の挿入に伴って底隙間の側に押し込まれる空気を、連通路を介して大気に排出することができるので、軸部材の挿入に伴う潤滑油の外部漏洩を一層効果的に防止することができる。なお、この連通路の少なくとも一部は、上記の空隙部として活用される。

上記の連通路は、ハウジングと軸受スリーブの間に形成され、一端が底隙間に開口した第１通路と、軸受スリーブと環状部材の間に形成され、一端が径方向隙間に開口すると共に他端が第１通路の他端に繋がった第２通路とで構成することができる。

軸受スリーブは、例えば圧入（特に、大きな締め代をもたせた圧入。以下同様。）、接着、圧入接着（圧入と接着の併用）等によりハウジングの内周に固定することができる。しかしながら、圧入では、圧入に伴う軸受スリーブの変形が軸受スリーブの内周面に及び、ラジアル軸受隙間の幅精度に悪影響が生じるおそれがある。また、接着では、塗布した接着剤が固化するまでの間、ハウジングと軸受スリーブとを相対的に位置決め保持する必要がある他、接着剤を固化させるための別工程が必要な場合があり、両部材の固定に手間と時間を要する。そこで、軸受スリーブを、環状部材とハウジングの底部とで軸方向両側から挟持することでハウジングの内周に固定した。このようにすれば、組み立てに要する手間を軽減することができる。しかも、ラジアル軸受部の軸受性能に悪影響が及ぶのを可及的に防止することができる。

上記構成において、ラジアル軸受隙間は、軸方向の二箇所に設けることができ、この場合、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部も軸方向二箇所に設けることができる。このようにすれば、ロストルクを低減しつつ、モーメント荷重に対する負荷能力（モーメント剛性）を高めることができる。この際、一方のラジアル動圧発生部を、一方のラジアル軸受隙間に介在する潤滑油を他方のラジアル軸受隙間に向けて押し込む形状に形成し、他方のラジアル動圧発生部を、他方のラジアル軸受隙間に介在する潤滑油を一方のラジアル軸受隙間に向けて押し込む形状に形成するのが望ましい。このようにすれば、各ラジアル軸受隙間における油膜切れに起因したラジアル軸受部の軸受性能の低下を可及的に防止しつつ、ラジアル軸受隙間に介在する潤滑油が上記の径方向隙間に向けて流動するのを、ひいては潤滑油が外部に漏れ出すのを可及的に防止することができる。

上記構成において、軸部材に、軸部材をハウジングの内底面に押し付ける外力を作用させることができる。このようにすれば、軸部材をスラスト両方向に支持することが可能となってスラスト方向の支持精度が向上する他、軸受スリーブに挿脱可能に挿入された軸部材の意図せぬ抜脱を防止する上で有利となる。上記外力は、例えば磁力で与えることができる。この磁力は、例えば、ハウジングを内周に保持する保持部材（モータベース）に設けられるステータコイルと、軸部材に設けられるロータマグネットとを軸方向にずらして配置することによって与えることができる。この種の流体動圧軸受装置が組み込まれる各種モータは、通常、ロータマグネットとステータコイルとを必須の構成部材として備える。従って、上記構成を採用すれば、上記外力を特段のコスト増を招くことなく安価に付与することができる。

軸受スリーブは、内部空孔に上記の潤滑油を含浸させた多孔質体で形成するのが好ましい。このようにすれば、軸受スリーブの表面開孔からの潤滑油の滲み出しにより、ラジアル軸受隙間および底隙間の双方を潤沢な潤滑油で満たすことができ、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部の軸受性能を安定的に維持する上で有利となるからである。

本発明に係る軸受装置で使用する潤滑油は、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓで、かつ２０℃における表面張力が２９〜３１ｍＮ／ｍのエステル系もしくはＰＡＯ系潤滑油とするのが好ましい。

以上で示した本発明に係る流体動圧軸受装置は、以上で示した種々の特徴を有することから、例えばＰＣ用のファンモータや、ディスク駆動装置用のスピンドル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、しかも各種モータの低コスト化に寄与することができる。

以上より、本発明によれば、低コストに製造可能でありながら、所望の軸受性能を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。 本発明の第１実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。 図２に示す軸受スリーブの断面図である。 図２に示す流体動圧軸受装置の要部拡大断面図である。 図２に示す流体動圧軸受装置の組み立て工程を示す図であり、（ａ）図は同工程の初期段階を示す図、（ｂ）図は同工程の中間段階を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。 従来の流体動圧軸受装置の組み立て工程を示す図であり、（ａ）図は同工程の初期段階を示す図、（ｂ）図は同工程の中間段階を示す図である。

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保持部材としてのモータベース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が一体に回転する。

なお、ロータ３が回転すると、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Ｔ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、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置１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の内周に固定された軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８の内周に挿入された軸部材２と、軸受スリーブ８よりもハウジング７の開口側でハウジング７の内周に固定された環状部材９とを主要な構成部材として備えている。ハウジング７の内部空間には所定量の潤滑油１１（密な散点ハッチングで示す）が充填されており、少なくとも、軸部材２をラジアル方向に支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒ（図４を参照）と、軸部材２の一端を支持するスラスト軸受部Ｔを収容した底隙間Ｇｂとが潤滑油１１で満たされている。なお、以下では、説明の便宜上、環状部材９が配置された側を上側、その軸方向反対側を下側とするが、使用時における流体動圧軸受装置１の姿勢を限定するものではない。

ハウジング７は、円筒状の筒部７ａと、筒部７ａの下端開口を閉塞する底部７ｂとを有する有底筒状をなし、ここでは筒部７ａと底部７ｂが金属で一体に形成されている。筒部７ａと底部７ｂの境界部内周には、筒部７ａ及び底部７ｂと一体に段部７ｃが形成され、段部７ｃの上端面７ｃ１に軸受スリーブ８の下端面８ｂ（の外径側領域）が当接している。本実施形態では、ハウジング７の内底面７ｂ１のスラスト軸受面となる領域に、例えば樹脂製のスラストプレート１０を配置している。但し、このスラストプレート１０は必ずしも設ける必要はなく、省略しても構わない。このハウジング７は樹脂の射出成形品とすることもできる。

軸部材２は、ステンレス鋼に代表される高剛性の金属材料で形成され、その外周面２ａは平滑な円筒面に形成されると共に、全長に亘って径一定に形成されている。軸部材２の外径寸法は、軸受スリーブ８および環状部材９の内径寸法よりも小径とされる。従って、軸部材２は、軸受スリーブ８および環状部材９に対して挿脱自在とされる。軸部材２の下端面２ｂは凸球面に形成され、ハウジング７の内底面７ｂ１（スラストプレート１０の上端面）と接触している。軸部材２の上端には、羽根を有するロータ３が固定される（図１参照）。

軸受スリーブ８は、多孔質体、ここでは銅粉末（銅系合金粉末を含む）あるいは鉄粉末（鉄系合金粉末を含む）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、その内部空孔には、上記の潤滑油１１が含浸されている。軸受スリーブ８は、焼結金属以外の多孔質体、例えば多孔質樹脂で形成することもできる。この軸受スリーブ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。これにより、ハウジング７と軸受スリーブ８の軸方向における相対的な位置決めがなされ、かつ軸受スリーブ８の下端面８ｂとハウジング７の内底面７ｂ１（スラストプレート１０の上端面）との間に所定容積の底隙間Ｇｂが形成される。

軸受スリーブ８は、圧入（大きな締め代をもたせた圧入）、接着、圧入接着（圧入と接着の併用）等の適宜の手段でハウジング７の内周に固定し得るが、本実施形態では、環状部材９とハウジング７の底部７ｂ（の外径端に設けた段部７ｃ）とで軸受スリーブ８をその軸方向両側から挟持することにより、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に固定している。このようにすれば、環状部材９をハウジング７に固定するのと同時に、軸受スリーブ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、軸受スリーブ８を、金属製とされる本実施形態のハウジング７の内周に大きな締め代をもって圧入すると、圧入に伴う軸受スリーブ８の変形が軸受スリーブ８の内周面８ａに及び、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が、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。

軸受スリーブ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隙間Ｇｒ（図４参照）を形成する円筒状のラジアル軸受面が軸方向の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、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１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ている。本実施形態のラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２は、それぞれ、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間して設けられた複数の上側動圧溝Ａａ１および下側動圧溝Ａａ２と、両動圧溝Ａａ１，Ａａ２を区画する凸状の丘部とを有し、全体としてヘリングボーン形状を呈する。本実施形態の丘部は、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、傾斜丘部Ａｂと略同径の環状丘部Ａｃとからなる。

上側のラジアル動圧発生部Ａ１においては、上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法が下側の動圧溝Ａａ２の軸方向寸法よりも大きくなっている。一方、下側のラジアル動圧発生部Ａ２においては、下側の動圧溝Ａａ２の軸方向寸法が上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法よりも大きくなっている。さらに、ラジアル動圧発生部Ａ１を構成する上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法は、ラジアル動圧発生部Ａ２を構成する下側の動圧溝Ａａ２の軸方向寸法と等しく、また、ラジアル動圧発生部Ａ１を構成する下側の動圧溝Ａａ２の軸方向寸法は、ラジアル動圧発生部Ａ２を構成する上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法と等しくなっている。従って、軸部材２の回転時、上側（ラジアル軸受部Ｒ１）および下側（ラジアル軸受部Ｒ２）のラジアル軸受隙間Ｇｒ内の潤滑油１１は、それぞれ、下側および上側のラジアル軸受隙間に向けて押し込まれる。

なお、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２は、例えば、軸受スリーブ８を成形するのと同時に（詳細には、金属粉末を圧粉・焼結してなる軸受素材にサイジング加工を施すことで仕上がり寸法の軸受スリーブ８を成形するのと同時に）型成形することもできるし、焼結金属の良好な加工性に鑑み、内周面が平滑面に成形された軸受素材に転造等の塑性加工を施すことで形成することもできる。また、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２（各動圧溝）の形態はこれに限定されるものではない。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。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。

ハウジング７の内周面７ａ１の上端部には、金属又は樹脂で円環状に形成された環状部材９が接着、圧入、圧入接着等の適宜の手段で固定される。環状部材９の内周面９ａと、これに対向する軸部材２の外周面２ａとの間には径方向隙間Ｇａが形成されており、軸受スリーブ８の上側は、この径方向隙間Ｇａを介して大気に開放されている。

図４に拡大して示すように、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂は、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２（図４ではラジアル軸受部Ｒ２は不図示）のラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅ｄ₁よりも幅広に設定される。具体的には、３０ｄ₁≦ｄ₂の関係式を満たすように、環状部材９の内径寸法が調整される。なお、ラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅ｄ₁は、必要とされる軸受性能に応じて設定されるが、通常数μｍ程度、より具体的には２〜１０μｍに設定される場合が多い（図４では、ラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅ｄ₁を誇張して描いている）。従って、例えばラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅ｄ₁が１０μｍに設定される場合、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂は、３００μｍ（０．３０ｍｍ）以上に設定される。

一方、上述のとおり、環状部材９は、軸受スリーブ８をハウジング７に対して固定するための固定部材としての機能も有することから、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂を余りに大きく設定すると、ハウジング７に対する軸受スリーブ８の固定力低下を招来する。そのため、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂は、ｄ₂≦２５０ｄ₁の関係式も満たすように設定する。なお、これを別の観点から見ると、軸受スリーブ８の径方向の厚みをｄ₃としたとき、ｄ₂≦ｄ₃／２の関係式も満たすように設定する。例えば、軸受スリーブ８として、径方向の厚みｄ₃＝０．８ｍｍのものを使用する場合、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂は０．４ｍｍ以下に設定する。

この流体動圧軸受装置１は、上記の径方向隙間Ｇａと底隙間Ｇｂとを連通させるための連通路１２を有する。連通路１２は、ハウジング７と軸受スリーブ８との間に形成され、一端が底隙間Ｇｂに開口した第１通路１２ａと、軸受スリーブ８と環状部材９との間に形成され、一端が径方向隙間Ｇａに開口すると共に他端が第１通路１２ａの他端に繋がった第２通路１２ｂとで構成される。ここでは、軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成した一又は複数の軸方向溝８ｄ１とハウジング７（筒部７ａ）の内周面７ａ１とで形成される軸方向の流体通路、および軸受スリーブ８の下端面８ｂに形成した一又は複数の径方向溝８ｂ１とハウジング７の段部上端面７ｃ１とで形成される径方向の流体通路で上記の第１通路１２ａを構成している。また、軸受スリーブ８の上端面８ｃに形成した一又は複数の径方向溝８ｃ１と環状部材９の下端面９ｂとで形成される径方向の流体通路で、上記の第２通路１２ｂを構成している。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１が図２に示す姿勢で配置された状態では、ハウジング７の内部空間のうち、少なくともラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒ（軸部材２の外周面２ａと軸受スリーブ８の内周面８ａとの間の径方向隙間）及びスラスト軸受部Ｔを収容した底隙間Ｇｂが潤滑油１１で満たされる。本実施形態では、さらに、軸受スリーブ８の下端面８ｃに形成した径方向溝８ｃ１、軸受スリーブ８の下端外周チャンファで形成される環状空間、および軸受スリーブ８の上端内周チャンファと軸部材２の外周面２ａとの間に形成される径方向隙間（環状空間）も潤滑油１１で満たされる（図２参照）。一方、連通路１２の一部は潤滑油１１で満たされていない。具体的には、軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成した軸方向溝８ｄ１（第１通路１２ａの一部）、軸受スリーブ８の上端外周チャンファで形成される環状空間、および軸受スリーブ８の上端面８ｃに形成した径方向溝８ｃ１（第２通路１２ｂ）が潤滑油１１で満たされていない。

以上から、この流体動圧軸受装置１では、ハウジング７の内部空間に充填される潤滑油１１の量（体積）が、ハウジング７の内部空間の容積よりも少なくなっており、従って、この流体動圧軸受装置１（ハウジング７）の内部空間には潤滑油１１が介在しない空隙部が設けられている。本実施形態では、連通路１２の一部で空隙部が構成される。

ここで、潤滑油１１としては、流体動圧軸受装置１の使用時や輸送時における温度変化等を考慮して、エステル系もしくはＰＡＯ系潤滑油が好適に使用される。特に、この流体動圧軸受装置１では、ハウジング７の開口部に設けられた径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂が従来の流体動圧軸受装置（例えば、上記特許文献１に記載の流体動圧軸受装置）に比して大きく、径方向隙間Ｇａを介しての潤滑油漏れが従来品よりも生じ易くなる可能性があることから、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓで、かつ２０℃における表面張力が２９〜３１ｍＮ／ｍのエステル系もしくはＰＡＯ系潤滑油が好適に使用される。

以上の構成を具備する流体動圧軸受装置１は、以下のような手順で組み立てられる。

まず、軸受スリーブ８の下端面８ｂがハウジング７の段部７ｃの上端面７ｃ１に当接するまで、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に軽圧入もしくは隙間嵌めする。次いで、環状部材９を、その下端面９ｂを軸受スリーブ８の上端面８ｃに当接させた状態でハウジング７の内周面７ａ１の上端部に固定し、軸受スリーブ８を、環状部材９とハウジング７の底部７ｂ（段部７ｃ）とで軸方向両側から挟持して、ハウジング７の内周に固定する。次いで、上記の態様でハウジング７の内部空間の各所が潤滑油１１で満たされるように、ハウジング７の内部空間（例えば、軸受スリーブ８の内周）に潤滑油１１を充填する（以上、図５（ａ）を参照）。そして、図５（ｂ）に示すように、環状部材９および軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入する。これにより、図２に示すの流体動圧軸受装置１が完成する。

以上の構成からなる流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受スリーブ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，Ｇｒがそれぞれ形成される。そして軸部材２の回転に伴い、両ラジアル軸受隙間Ｇｒ，Ｇｒに形成される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、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形成される。これと同時に、ハウジング７の内底面７ｂ１（スラストプレート１０の上端面）で軸部材２をスラスト一方向に接触支持するスラスト軸受部Ｔが形成される。なお、図１を参照しながら説明したように、軸部材２には、これを下方（ハウジング７の底部７ｂ側）に押し付ける外力としての磁力を作用させている。従って、軸部材２が回転するのに伴って軸部材２が過度に浮上するのを、ひいては軸受スリーブ８の内周から抜脱するのを可及的に防止することができる。

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、ラジアル軸受隙間Ｇｒ及び底隙間Ｇｂが潤滑油１１で満たされた状況下（図２）において、ハウジング７の内部空間に空隙部が設けられる。これはすなわち、内部空間に充填する潤滑油１１の量を、内部空間の容積よりも少なくしたことを意味する。本発明に係る流体動圧軸受装置１では、軸部材２が、軸受スリーブ８（および環状部材９）に対して挿脱自在であることから、上述したように、ハウジング７の内周に軸受スリーブ８及び環状部材９を固定した後であって、軸受スリーブ８内周への軸部材２の挿入前に、適当な給油具を用いてハウジング７の内部空間に潤滑油１１を充填するだけでも、ハウジング７の内部空間に必要量の潤滑油１１を介在させることができる。そのため、注油のための大掛かりな設備や高精密な油面の調整・管理作業が不要となり、これを通じて流体動圧軸受装置１の製造コストを低廉化することができる。

上記の手順でハウジング７の内部空間に注油すれば、軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入した後にハウジング７の内部空間に注油する場合に比べ、注油作業を簡便にかつ適切に実行することができる。しかしながら、何ら対策を施さない場合には、図７（ａ）（ｂ）を参照しながら説明したように、その後の軸受スリーブ８内周への軸部材２の挿入時に、潤滑油１１が、環状部材９の内周面９ａで形成される径方向隙間Ｇａを介して装置外部に漏れ易くなる。

このような問題については、ラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅をｄ₁、径方向隙間Ｇａの隙間幅をｄ₂としたとき、３０ｄ₁≦ｄ₂の関係式を満たすように径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂を設定することで解消し得る。すなわち、このようにすれば、図５（ａ）に示すように、軸受スリーブ８内周への軸部材２の挿入に伴う環状部材９の内周面９ａへの潤滑油１１の付着が効果的に防止されるので、ハウジング７外部への潤滑油漏れが可及的に防止される。これに加え、本実施形態では、径方向隙間Ｇａと底隙間Ｇｂとを連通させる連通路１２を設けたので、ハウジング７の内部空間に潤滑油１１を注入した後に、軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入した場合であっても、軸部材２の挿入に伴ってハウジング７の底部７ｂ側に押し込まれる空気を、連通路１２を介して大気に排出することができる。従って、軸部材２の挿入に伴う潤滑油１１の外部漏洩を一層効果的に防止することができる。

以上から、流体動圧軸受装置１の組み立て、およびハウジング７の内部空間への注油作業を簡便に実行可能とし、これらを通じて流体動圧軸受装置１の製造コストを低廉化することができる。但し、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂を余りに大きく設定すると、軸受スリーブ８の上端面８ｃに接する環状部材９の下端面９ｂの面積が小さくなることから、必要とされる軸受スリーブ８の抜去力を確保することが難しくなる。従って、上述したように、ｄ₂≦２５０ｄ₁の関係式も満たすように、径方向隙間Ｇａの隙間幅ｄ₂の上限値を設定する。

また、軸部材２には、軸部材２をハウジング７の底部７ｂ側に押し付ける（スラスト他方向に支持する）外力を作用させるようにした。このようにすれば、軸部材２をスラスト両方向に支持することが可能となるので、スラスト方向の支持精度（回転精度）を高めることができる。本実施形態では、上記外力を、磁力で与えるようにし、しかもこの磁力を、ハウジング７を内周に保持するモータベース６に設けられるステータコイル５と、ロータ３に設けられるロータマグネット４とを軸方向にずらして配置することによって与えるようにした。この種の流体動圧軸受装置１が組み込まれる各種モータは、ロータマグネット４とステータコイル５とを必須の構成部材として備える。従って、上記構成を採用すれば、上記外力を特段のコスト増を招くことなく安価に付与することができる。

本発明に係る流体動圧軸受装置１の構造上、例えば当該軸受装置１を図２に示す態様とは上下を反転させた姿勢で使用するような場合には、径方向隙間Ｇａを介して潤滑油１１が外部に漏れ出し、軸受性能の低下を招来するおそれがある。このような問題については、（１）径方向隙間Ｇａと軸方向に隣接して、径方向隙間Ｇａの隙間幅よりも隙間幅の小さいラジアル軸受隙間Ｇｒ（ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間Ｇｒ）が設けられていること、（２）ラジアル軸受隙間Ｇｒ、およびラジアル軸受隙間Ｇｒに流体動圧を発生させるラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２を軸方向の二箇所に設け、上側のラジアル動圧発生部Ａ１を、上側のラジアル軸受隙間Ｇｒを満たす潤滑油１１を下側のラジアル軸受隙間Ｇｒに向けて押し込む形状に形成すると共に、下側のラジアル動圧発生部Ａ２を、下側のラジアル軸受隙間Ｇｒを満たす潤滑油１１を上側のラジアル軸受隙間Ｇｒに向けて押し込む形状に形成したこと、（３）潤滑油１１として、比較的高粘度のものを選択使用するようにしたことなどにより、効果的に防止することができる。すなわち、特に、上記（１）の構成によれば、毛細管力によって潤滑油１１が軸受内部側に引き込まれ、上記（２）の構成によれば、ラジアル軸受隙間Ｇｒ（特に上側のラジアル軸受隙間Ｇｒ）に介在する潤滑油１１が径方向隙間Ｇａに向けて流動するのを可及的に防止することができるからである。従って、潤滑油１１の外部漏洩に起因した軸受性能の低下を可及的に防止し、所望の軸受性能を安定的に維持し得る。

なお、図示は省略するが、径方向隙間Ｇａを介しての潤滑油漏れを一層効果的に防止するため、径方向隙間Ｇａに隣接して大気に接した軸部材２の外周面２ａや環状部材９の上端面に撥油膜を形成しても良い。

以上、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置１について説明を行ったが、流体動圧軸受装置１の各部には、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、軸部材２の一端を支持するスラスト軸受部Ｔは、いわゆる動圧軸受で構成することができる。図６は、スラスト軸受部Ｔを動圧軸受で構成する場合の一例を示しており、この場合、軸部材２の下端面２ｂは、軸線と直交する方向に延びる平坦面に形成される。図示は省略するが、軸部材２の下端面２ｂおよびこれに対向するハウジング７の底部７ｂの内底面７ｂ１の何れか一方には、動圧溝等の動圧発生部（スラスト動圧発生部）が形成される。

また、以上で示した実施形態では、モータベース６の内周に、モータベース６と別体に設けたハウジング７を固定するようにしたが、ハウジング７にモータベース６に相当する部位を一体に設けることもできる。

また、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の何れか一方又は双方は、いわゆる多円弧軸受、ステップ軸受、および波型軸受等、公知のその他の動圧軸受で構成することもできる。また、スラスト軸受部Ｔを動圧軸受で構成する場合（図６）、この動圧軸受は、いわゆるステップ軸受や波型軸受等、公知のその他の動圧軸受で構成することもできる。

また、以上で示した実施形態では、ロータマグネット４とステータコイル５とを軸方向にずらして配置することにより、軸部材２に、軸部材２をハウジング７の底部７ｂ側に押し付けるための外力を作用させるようにしたが、このような外力を軸部材２に作用させるための手段は上記のものに限られない。図示は省略するが、例えば、ロータマグネット４を引き付け得る磁性部材をロータマグネット４と軸方向に対向配置することにより、上記磁力をロータ３に作用させることもできる。また、送風作用の反力としての推力が十分に大きく、この推力のみで軸部材２を下方に押し付けることができる場合、軸部材２を下方に押し付けるための外力としての磁力（磁気吸引力）は省略しても構わない。

また、以上では、回転部材として、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、回転部材として、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、その他の電気機器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。

本発明の有用性を実証するため、まず、本発明の構成を具備する実施例に係る試験体と、本発明の構成を具備しない比較例に係る試験体とを準備すると共に、各試験体の内部空間に所定量（３ｍｇ）の潤滑油を充填し、その後、軸部材挿入時に潤滑油の外部漏洩が生じるか否かを確認した。この確認試験で用いた（Ａ）実施例に係る試験体、（Ｂ）比較例に係る試験体、および（Ｃ）潤滑油の詳細は以下のとおりである。
（Ａ）実施例に係る試験体
内径φ１．５ｍｍ×外径φ３．０ｍｍで、かつ軸部材との間に隙間幅５μｍのラジアル軸受隙間を形成し得る軸受スリーブ、隙間幅０．３ｍｍの径方向隙間（Ｇａ）を軸部材との間に形成し得る環状部材、および図２に示す態様で上記軸受スリーブと環状部材を固定し得るハウジングの組み付け品。すなわち、径方向隙間（Ｇａ）の隙間幅が、設計上、ラジアル軸受隙間の隙間幅の６０倍に設定された上記各部材のアセンブリ。
（Ｂ）比較例に係る試験体
隙間幅０．０３ｍｍの径方向隙間（Ｇａ）を軸部材との間に形成し得る環状部材を用いる以外は、実施例に係る試験体と同様。すなわち、径方向隙間（Ｇａ）の隙間幅が、設計上、ラジアル軸受隙間の隙間幅の６倍に設定された上記各部材のアセンブリ。
（Ｃ）潤滑油
２０℃、４０℃及び１００℃における動粘度が、それぞれ、１２０、４５及び８ｍｍ²／ｓのエステル系もしくはＰＡＯ系潤滑油。
（Ｄ）備考
潤滑油の充填量３ｍｇは、上記の各試験体において、概ね図２に示す状態、すなわち、ラジアル軸受隙間（Ｇｒ）及び底隙間（Ｇｂ）が潤滑油で満たされた状態を達成し得る量である。

そして、実施例に係る試験体に軸部材を挿入しても、挿入開始〜挿入完了時に至って環状部材の内周面への潤滑油の付着が一切生じず、従って軸部材の挿入が完了した時点においても径方向隙間（Ｇａ）を介しての潤滑油漏れは生じなかった。一方、比較例に係る試験体に軸部材を挿入すると、軸部材が所定量挿入された時点で環状部材の内周面に潤滑油が付着し、その後軸部材がさらに挿入されると、径方向隙間（Ｇａ）を介して潤滑油が試験体外部に漏れ出した。よって、本発明の構成によれば、軸部材挿入時における潤滑油の外部漏洩を効果的に防止し得る。

さらに、上記の確認試験に加え、実施例に係る試験体に軸部材を挿入して流体動圧軸受装置を構成し、この軸受装置を倒立姿勢（図２に示す姿勢）で１ｈｒ連続運転したときに、潤滑油の外部漏洩が生じるか否かを確認した。結果としては、このような連続運転時にも実施例に係る試験体に軸部材を挿入してなる流体動圧軸受装置では、潤滑油の外部漏洩が生じなかった。よって、本発明の構成によれば、運転中における潤滑油の外部漏洩に起因した軸受性能の低下をも効果的に防止し得る。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
３ ロータ（回転部材）
４ ロータマグネット
５ ステータコイル
６ モータベース
７ ハウジング
７ａ 筒部
７ｂ 底部
７ｃ 段部
８ 軸受スリーブ
９ 環状部材
１０ スラストプレート
１１ 潤滑油
１２ 連通路
１２ａ 第１通路
１２ｂ 第２通路
Ａ１、Ａ２ ラジアル動圧発生部
Ｇａ 径方向隙間
Ｇｂ 底隙間
Ｇｒ ラジアル軸受隙間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部
ｄ₁ ラジアル軸受隙間の隙間幅
ｄ₂ 径方向隙間の隙間幅

Claims (9)

1. 軸方向の一端が開口すると共に軸方向の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固定された軸受スリーブと、挿脱可能に軸受スリーブの内周に挿入された軸部材と、軸方向の他端面をこれに対向する軸受スリーブの一端面に当接させた状態でハウジングの一端内周に固定され、軸部材の外周面との間に径方向隙間を形成する内周面を有する環状部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材の軸方向の他端をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受部を収容し、潤滑油で満たされた底隙間とを備えた流体動圧軸受装置において、
   ハウジングの内周面、ハウジングの内底面および環状部材の前記他端面で画成されるハウジングの内部空間に潤滑油が介在していない空隙部が設けられ、
   ラジアル軸受隙間の隙間幅をｄ₁、前記径方向隙間の隙間幅をｄ₂としたとき、３０ｄ₁≦ｄ₂≦２５０ｄ₁の関係式を満たし、
   少なくともハウジングの開口部および底部を鉛直方向上側および下側にそれぞれ配置した縦姿勢の状態では、前記径方向隙間が潤滑油の油面を保持しないことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記径方向隙間と前記底隙間とを連通させる連通路をさらに有し、該連通路の少なくとも一部で前記空隙部を構成した請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. ハウジングと軸受スリーブの間に形成され、一端が前記底隙間に開口した第１通路と、軸受スリーブと環状部材の間に形成され、一端が前記径方向隙間に開口すると共に他端が前記第１通路の他端に繋がった第２通路とで前記連通路を構成した請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 軸受スリーブを、環状部材とハウジングの底部とで軸方向両側から挟持して、ハウジングの内周に固定した請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
5. ラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部とを軸方向の二箇所に設け、
   一方のラジアル動圧発生部を、一方のラジアル軸受隙間に介在する潤滑油を他方のラジアル軸受隙間に向けて押し込む形状に形成し、他方のラジアル動圧発生部を、他方のラジアル軸受隙間に介在する潤滑油を一方のラジアル軸受隙間に向けて押し込む形状に形成した請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
6. 軸部材に、軸部材をハウジングの内底面に押し付ける外力を作用させる請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
7. 軸受スリーブが、内部空孔に前記潤滑油を含浸させた多孔質体からなる請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
8. 前記潤滑油は、４０℃における動粘度が２０〜９０ｍｍ²／ｓで、かつ２０℃における表面張力が２９〜３１ｍＮ／ｍのエステル系もしくはＰＡＯ系潤滑油である請求項１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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