TW202016443A - 流體動壓軸承裝置以及具備該流體動壓軸承裝置的馬達 - Google Patents

Abstract

流體動壓軸承裝置（1）包括：內側構件（4），具有小徑部（2）與大徑部（3）；外側構件（5），收容大徑部（3）；徑向軸承部（R），於內側構件（4）相對於外側構件（5）的相對旋轉時，利用形成於大徑部（3）的外周面（9d）與外側構件（5）的內周面（6a3）之間的直徑間隙的潤滑流體的膜，於半徑方向上支持內側構件（4）；以及第一推力軸承部（T1）及第二推力軸承部（T2），於內側構件（4）相對於外側構件（5）的相對旋轉時，利用分別形成於相互於軸方向上相向的大徑部（3）的第一端面（9b）與外側構件（5）的第一端面（6b1）之間的第一軸方向間隙、及大徑部（3）的第二端面（9c）與外側構件（5）的第二端面（7b）之間的第二軸方向間隙的潤滑流體的膜，於軸方向上支持內側構件。於大徑部（3）的第一端面（9b）或外側構件（5）的第一端面（6b1）、及大徑部（3）的第二端面（9c）或外側構件（5）的第二端面（7b），分別設置產生潤滑流體的動壓作用的推力動壓產生部（10）、推力動壓產生部（11），且大徑部（3）的外周面（9d）與外側構件（5）的內周面（6a3）均為不具有徑向動壓產生部的圓筒面。

Description

流體動壓軸承裝置以及具備該軸承裝置的馬達

本發明是有關於一種流體動壓軸承裝置以及具備該軸承裝置的馬達。

如眾所周知般，流體動壓軸承裝置具有高旋轉精度及低噪音等特長。因此，流體動壓軸承裝置適宜地用作裝載於以資訊設備為首的各種電氣設備的馬達用的軸承裝置，具體而言，適宜地用作被組裝入硬磁碟驅動機（Hard Disk Drive，HDD）等磁碟驅動裝置的主軸馬達用的軸承裝置、被組裝入該些磁碟驅動裝置或個人電腦（Personal Computer，PC）等的風扇馬達用的軸承裝置、或被組裝入雷射束列印機（Laser Beam Printer，LBP）的多邊形掃描儀馬達用的軸承裝置。

另外，於此種流體動壓軸承裝置中，已知有以靜音性的進一步的提昇及高壽命化為目標，例如將作為動壓產生部的徑向動壓槽以規定的形態排列於構成流體動壓軸承裝置的軸承套的內周面的軸承裝置。另外，已知有將作為動壓產生部的推力動壓槽以規定的形態排列於所述軸承套的軸方向一端面或軸方向兩端面的軸承裝置（例如，參照專利文獻1）。於此情況下，軸承套構成流體動壓軸承裝置的固定側，插入軸承套的內周的軸構件構成流體動壓軸承裝置的旋轉側。

或者，將軸承剛性的進一步的提昇作為目的，於專利文獻2中提出有一種於軸承套的外周面設置有徑向動壓槽的流體動壓軸承裝置。該流體動壓軸承裝置包括：具有內周面的外側構件、相對於外側構件進行旋轉的軸構件、固定於軸構件的軸承套、與軸承套之間形成第一軸方向間隙的第一推力構件、以及與軸承套之間形成第二軸方向間隙的第二推力構件。於此情況下，當於軸承套的外周面設置有徑向動壓槽，軸承套與軸構件一體地進行了旋轉時，藉由設置於軸承套的外周面的徑向動壓槽的動壓作用，在軸承套的外周面與外側構件的內周面的直徑間隙產生潤滑油的動壓作用。另外，藉由設置於軸承套的軸方向兩端面的推力動壓槽的動壓作用，在軸承套的軸方向一端面與第一推力構件的軸方向端面之間的軸方向間隙、及軸承套的軸方向另一端面與第二推力構件的軸方向端面之間的軸方向間隙，分別產生潤滑油的動壓作用。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2005-90653號公報 專利文獻2：日本專利特開2007-24089號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，最近，筆記型個人電腦等中所使用的冷卻用風扇馬達日趨薄型化，該風扇馬達中所使用的流體動壓軸承裝置亦要求應對所述薄型化。於此情況下，例如縮小流體動壓軸承裝置的成為主軸的軸構件或支持該軸構件的軸承套的軸方向尺寸，藉此可應對所述薄型化。另一方面，於最近的風扇馬達中，存在如下的現狀：為了維持與先前的風扇馬達同等的冷卻性能，並謀求肅靜性的進一步的提昇，而將葉輪（葉片）大型化，並且推進於速度更低的區域中的使用。因此（因葉輪的大型化），作用於軸承的負荷增加，產生如下等問題：為了確保軸承剛性而無法縮短軸方向尺寸。即，若作為應對所述薄型化的一環而縮短軸承套的軸方向尺寸，則相應地徑向動壓槽變短，或者當於軸方向的兩處形成徑向軸承部時，該些徑向軸承部的軸方向跨度減少。因此，於僅將徑向動壓槽設置於軸承套的內周面的結構中，難以獲得與可容許已增大化的負荷相應的軸承剛性。

例如，若如專利文獻2中記載般，設為於軸承套的外周面設置徑向動壓槽，並且於軸方向兩端面設置推力動壓槽，使軸承套與軸構件一體地進行旋轉的結構，則與於軸承套的內周面設置徑向動壓槽的情況相比，可將徑向軸承部朝半徑方向外側轉移。因此，可期待藉由將徑向軸承部朝半徑方向外側轉移、及設置利用動壓作用於軸方向兩側支持軸承套的兩處的推力軸承部，而彌補由縮小軸承套的軸方向尺寸所引起的軸承剛性的下降。

但是，當如所述般於軸承套的外周面與軸方向兩端面具有動壓槽時，根據動壓槽的形狀，而例如自軸承套的上端外周緣或下端外周緣分別朝直徑間隙的軸方向中央側或軸方向間隙的半徑方向中央側推入潤滑油，其結果，產生於所述上端外周緣附近的空間或下端外周緣附近的空間產生負壓之虞。此處，若縮短軸承套的軸方向尺寸，則相應地徑向動壓槽的長邊方向尺寸變短，其結果，軸承內部空間內的潤滑油的流動變弱，因此於所述區域產生負壓之虞進一步變高。另外，越以低速進行旋轉，軸承內部空間內的潤滑油的流動當然變得越弱，因此存在負壓的產生概率因此（因低速旋轉化）亦變高等問題。

鑒於以上的實際情況，於本發明中，將提供一種儘可能地防止負壓的產生，並可使小型化與高軸承剛性並存的流體動壓軸承裝置作為應解決的技術課題。 [解決課題之手段]

所述課題的解決藉由本發明的流體動壓軸承裝置來達成。即，該軸承裝置包括：內側構件，具有小徑部與大徑部；外側構件，收容內側構件的至少大徑部；徑向軸承部，於內側構件相對於外側構件的相對旋轉時，利用形成於大徑部的外周面與外側構件的內周面之間的直徑間隙的潤滑流體的膜，於半徑方向上支持內側構件；以及第一推力軸承部及第二推力軸承部，於內側構件相對於外側構件的相對旋轉時，利用分別形成於相互於軸方向上相向的大徑部的第一端面與外側構件的第一端面之間的第一軸方向間隙、及大徑部的第二端面與外側構件的第二端面之間的第二軸方向間隙的潤滑流體的膜，於軸方向上支持內側構件；所述流體動壓軸承裝置的特徵在於：於大徑部的第一端面或外側構件的第一端面、及大徑部的第二端面或外側構件的第二端面，分別設置產生潤滑流體的動壓作用的推力動壓產生部，且大徑部的外周面與外側構件的內周面均為不具有徑向動壓產生部的圓筒面。

如此，於本發明的流體動壓軸承裝置中，於相對於外側構件進行相對旋轉的內側構件的大徑部的第一端面或外側構件的第一端面、及大徑部的第二端面或外側構件的第二端面分別設置推力動壓產生部，並且將大徑部的外周面與外側構件的內周面均設為不具有動壓產生部的圓筒面。根據該結構，外側構件的內周面與大徑部的外周面可構成不於成為徑向軸承間隙的直徑間隙積極地產生動壓作用的流體軸承，譬如說流體真圓軸承。因此，可儘可能地防止如下的事態：如先前般徑向動壓槽與推力動壓槽分別產生朝不同的方向推入潤滑流體的作用的結果，於推入源的空間產生負壓。另外，與先前相比將徑向軸承間隙形成於已朝半徑方向外側轉移的位置，因此即便不存在徑向動壓產生部，亦可確保最低限度的徑向軸承剛性。當然，於成為推力軸承間隙的兩個軸方向間隙，分別藉由推力動壓產生部而產生潤滑流體的動壓作用，因此可提高推力方向的軸承剛性。綜上所述，根據本發明，確保軸承裝置整體所需要的軸承剛性，且即便是縮小了流體動壓軸承裝置的軸方向尺寸的情況，亦可儘可能地防止軸承內部空間內的負壓的產生，藉此可長期發揮所需要的軸承性能。另外，藉由組裝入該流體動壓軸承裝置，可獲得可靠性高的旋轉驅動單元（例如風扇馬達）。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，亦可為，當將直徑間隙的大小設為G1微米(μm)，將大徑部的外徑尺寸的大小設為G2毫米(mm)時，滿足0.03≦G2/G1＜0.24。

本發明者等人已進行的驗證的結果，判明當縮短成為旋轉側的構件（例如內側構件）的大徑部的軸方向尺寸，並將大徑部的外徑尺寸的大小G2毫米設定為成為徑向軸承間隙的直徑間隙的大小G1微米的0.03倍以上、且未滿0.24倍時，可確保規定的軸承剛性，並以高概率防止軸承內部空間內的負壓的產生。因此，藉由將成為徑向軸承間隙的直徑間隙的大小G1對照大徑部的外徑尺寸的大小G2設定於所述範圍內，而確保軸承整體所需要的軸承剛性，且即便是縮小了流體動壓軸承裝置的軸方向尺寸的情況，亦能夠以更高的概率防止軸承內部空間內的負壓的產生。因此，可進一步提昇該流體動壓軸承裝置，甚至是組裝入該流體動壓軸承裝置而成的旋轉驅動單元的可靠性。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，亦可為，當將大徑部的外徑尺寸的大小設為G2毫米，將大徑部的軸方向尺寸的大小設為G3毫米時，滿足1.5≦G2/G3≦15。

如所述般，若為本發明的流體動壓軸承裝置，則即便是軸方向尺寸比先前小的設計，亦可防止負壓的產生，並確保所需要的軸承剛性。因此，即便如所述般將大徑部與先前相比設為扁平形狀（外徑尺寸比軸方向尺寸大），亦可獲得包含軸承剛性的各種軸承性能優異的流體動壓軸承裝置。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，亦可為，外側構件具有形成筒狀的殼體部、及配設於殼體部的一端開口側的密封部，內側構件具有軸部、及固定於軸部的外周的套筒部，於密封部的內周面與軸部的外周面之間形成密封空間，於密封空間內維持作為潤滑流體的潤滑油的油面。

如此，利用殼體部與密封部來構成外側構件、且利用軸部與套筒部來構成內側構件，藉此只要利用先前具有的構成零件，詳細而言，只要將套筒部的內周面形狀簡化，並變更殼體部的內徑尺寸或套筒部的外徑尺寸，便可組裝本發明的流體動壓軸承裝置。因此，可省略重新製作特別的零件的工夫，而低成本地製造本發明的流體動壓軸承裝置。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，亦可為，於相互於軸方向上相向的密封部的軸方向端面與套筒部的軸方向端面的一者，形成有作為推力動壓產生部而朝半徑方向外側推入潤滑油的形態的推力動壓槽。

當如所述般構成流體動壓軸承裝置時，密封空間形成於套筒部的半徑方向內側。因此，於相互於軸方向上相向的密封部的軸方向端面與套筒部的軸方向端面（分別相當於外側構件的第一端面與內側構件的第一端面）的一者，形成作為推力動壓產生部而朝半徑方向外側推入潤滑油的形態的推力動壓槽，藉此在密封部與套筒部的軸方向間隙產生的動壓作用始終在自密封空間朝半徑方向離開的方向上產生。因此，可有效地防止潤滑油自密封空間朝軸承外部空間的漏出。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，亦可為，在軸部的外周面與套筒部的內周面之間，設置能夠使潤滑油在套筒部的軸方向一端側的空間與軸方向另一端側的空間之間流通的軸方向的流路。

如此，藉由在軸部的外周面與套筒部的內周面之間設置軸方向的流路，可經由所述流路，使已填滿軸承內部空間的潤滑油自套筒部的軸方向一端面側朝軸方向另一端面側迅速地移動。因此，即便是於軸承內部空間產生了油壓的急速變動的情況，亦可經由所述流路而朝必要的空間迅速地補充潤滑油，藉此，可使軸承內部空間內的潤滑狀態穩定化，更有效地防止負壓的產生。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，套筒部由燒結金屬的多孔質體形成，潤滑油亦可含浸於多孔質體的內部空孔。

套筒部配設於軸部的外周，因此位於自內側構件的旋轉中心（即軸部的中心軸線）朝半徑方向離開的位置。因此，藉由採用由燒結金屬的多孔質體來形成該套筒部，並使潤滑油含浸於該多孔質體的內部空孔的結構，於內側構件的旋轉時，相應的離心力作用於已被保持在與軸部一體地進行旋轉的套筒部的內部空孔的狀態的潤滑油。藉此，促進潤滑油自套筒部的表面朝徑向軸承間隙的滲出，且抑制潤滑油自徑向軸承間隙朝套筒部的內部的回流。因此，可於徑向軸承間隙始終保持充裕的潤滑油，而有效地提高徑向的軸承剛性。

另外，於本發明的流體動壓軸承裝置中，亦可將大徑部外周面的圓周速度設定成0.02 m/sec以上、且未滿1.48 m/sec。

若為本發明的流體動壓軸承裝置，則如所述般可同時滿足小型化與高剛性化，並防止軸承內部空間內的負壓的產生，因此即便是如所述般於包含低速區域的速度範圍內旋轉使用的情況，亦可有效地防止負壓的產生。

以上所說明的流體動壓軸承裝置如所述般是儘可能地防止負壓的產生，並可使小型化與高軸承剛性並存的軸承裝置，因此例如能夠以包括該流體動壓軸承裝置的馬達的形式適宜地提供。 [發明的效果]

綜上所述，根據本發明，可提供一種儘可能地防止負壓的產生，並可使小型化與高軸承剛性並存的流體動壓軸承裝置。

以下，根據圖式對本發明的第一實施方式進行說明。

圖1表示本發明的第一實施方式的流體動壓軸承裝置1的剖面圖。該流體動壓軸承裝置1主要包括：內側構件4，具有小徑部2及大徑部3；以及外側構件5，收容內側構件4的至少大徑部3。於本實施方式中，內側構件4構成流體動壓軸承裝置1的旋轉側，外側構件5構成流體動壓軸承裝置1的固定側。外側構件5的內部空間（具體而言，圖1中，由密集的散布影線所示的區域）由作為潤滑流體的潤滑油填滿。以下，對各構成元件進行詳細說明。再者，於以下的說明中，以容易理解說明為目的，將圖1中所示的流體動壓軸承裝置1的大徑部3側設為下側，將成為其軸方向相反側的小徑部2側設為上側。當然，該上下關係並不限定流體動壓軸承裝置1的設置形態、使用形態。

於本實施方式中，外側構件5具有形成筒狀的殼體部6、及配設於殼體部6的上端開口側的密封部7。即，該殼體部6形成一體地具有圓筒狀的筒部6a及堵塞筒部6a的下端開口側的底部6b的有底筒狀。於筒部6a的內周，設置有大徑內周面6a1、及經由段部6a2而位於大徑內周面6a1的下方的小徑內周面6a3，於小徑內周面6a3的內周收容有內側構件4的大徑部3。

另外，密封部7例如為整體形成圓環狀者，於其內周具有隨著自軸方向上側朝向軸方向下側而縮徑的錐狀的內周面7a。於此情況下，與後述的作為小徑部2的軸部8的外周面8a之間，形成朝向下方使徑向尺寸逐漸縮小的密封空間S。密封空間S具有緩衝功能，吸收伴隨已被填充至殼體部6的內部空間的潤滑油的溫度變化及流體動壓軸承裝置1的姿勢變化的容積變化量，於所設想的溫度變化的範圍內將潤滑油的油面始終保持在密封空間S的軸方向範圍內。於本實施方式中，所述結構的密封部7於使其下端面7b抵接於筒部6a的段部6a2的狀態下，藉由適宜的方法而固定於筒部6a的大徑內周面6a1。藉此，將自密封部7的下端面7b至殼體部6的底部6b的上端面6b1為止的軸方向尺寸設定成規定的大小。即，將後述的形成於上下兩處的作為推力軸承間隙的兩個軸方向間隙（參照圖5）的總和設定成規定的大小。

所述結構的殼體部6與密封部7分別可由任意的材料形成，例如可由樹脂、金屬等形成。另外，密封部7與殼體部6的固定方法亦任意，例如可應用黏著（包含伴隨壓入的黏著）、壓入、焊接等公知的固定方法。

內側構件4具有軸部8、及固定於軸部8的外周的套筒部9。於本實施方式中，軸部8具有遍及軸方向全長外徑尺寸固定的外周面8a，於外周面8a的下端固定有套筒部9的內周面9a。於此情況下，軸部8之中外周面8a露出的部分相當於本發明的小徑部2，軸部8之中外周面8a由套筒部9覆蓋的部分及套筒部9相當於本發明的大徑部3。另外，軸部8的外周面8a之中，至少與密封部7的內周面7a相向的部分形成為無凹凸的平滑的圓筒面狀。

所述結構的軸部8例如可由以不鏽鋼等金屬材料為首的公知的材料形成。

於本實施方式中，套筒部9形成圓筒狀，藉由適宜的方法（例如黏著、壓入等）而固定於軸部8的外周面8a。如圖2所示，套筒部9的內周面9a形成不具有徑向動壓產生部的平滑的圓筒面狀。如圖1所示，套筒部9的外周面9d亦形成不具有徑向動壓產生部的平滑的圓筒面狀。另外，於半徑方向上與外周面9d相向的殼體部6的小徑內周面6a3亦形成不具有徑向動壓產生部的平滑的圓筒面狀。

此處，當將套筒部9的外周面9d與殼體部6的筒部6a的小徑內周面6a3之間的直徑間隙（此處，為相當於圖1中所示的殼體部6的小徑內周面6a3的內徑尺寸g1與套筒部9的外周面9d的外徑尺寸g2的差的半徑方向的直徑間隙）的大小設為G1微米，將套筒部9的外徑尺寸g2的大小設為G2毫米（參照圖2）時，以滿足0.03≦G2/G1＜0.24的關係的方式，更佳為以滿足0.04≦G2/G1＜0.15的關係的方式，分別設定殼體部6的小徑內周面6a3的內徑尺寸g1、及套筒部9的外徑尺寸g2為宜。

另外，當將套筒部9的軸方向尺寸g3的大小設為G3毫米（參照圖2）時，以滿足1.5≦G2/G3≦15的關係的方式，更佳為以滿足3.0≦G2/G3≦14的關係的方式，分別設定套筒部9的外徑尺寸g2與軸方向尺寸g3為宜。

套筒部9的下端面9b與相向的殼體部6的底部6b的上端面6b1之間，形成成為第一推力軸承部T1的推力軸承間隙的軸方向間隙（參照後述的圖5）。因此，該下端面9b相當於本發明的內側構件4的第一端面，底部6b的上端面6b1相當於本發明的外側構件5的第一端面。另外，於套筒部9的下端面9b，如圖3所示，形成有用於使第一推力軸承部T1的軸方向間隙內的潤滑油產生動壓作用的推力動壓產生部10。該推力動壓產生部10例如藉由將形成螺旋形狀的多個推力動壓槽10a、及對鄰接的推力動壓槽10a、推力動壓槽10a進行劃分的凸狀的山丘部10b於圓周方向上交替地排列來構成。於此情況下，底部6b的上端面6b1形成不具有推力動壓產生部的平坦面狀。

套筒部9的上端面9c與相向的密封部7的下端面7b之間，形成成為第二推力軸承部T2的推力軸承間隙的軸方向間隙（參照圖5）。因此，該上端面9c相當於本發明的內側構件4的第二端面，密封部7的下端面7b相當於本發明的外側構件5的第二端面。另外，於套筒部9的上端面9c，如圖4所示，設置有用於使第二推力軸承部T2的軸方向間隙內的潤滑油產生動壓作用的推力動壓產生部11。與圖3中所示的推力動壓產生部10同樣地，該推力動壓產生部11藉由將形成螺旋形狀的多個推力動壓槽11a、及對鄰接的推力動壓槽11a、推力動壓槽11a進行劃分的凸狀的山丘部11b於圓周方向上交替地排列來構成。於此情況下，密封部7的下端面7b形成不具有推力動壓產生部的平坦面狀。

再者，於本實施方式中，在第一推力軸承部T1的推力動壓產生部10與第二推力軸承部T2的推力動壓產生部11中，於內側構件4相對於外側構件5的相對旋轉時，推入軸方向間隙內的潤滑油的方向於半徑方向上互不相同。即，第一推力軸承部T1的推力動壓產生部10形成如下的形態，即於面向該推力動壓產生部10的軸方向間隙中自半徑方向外側朝內側推入潤滑油的形態，相對於此，第二推力軸承部T2的推力動壓產生部11形成如下的形態，即於面向該推力動壓產生部11的軸方向間隙中自半徑方向內側朝外側推入潤滑油的形態。

套筒部9可由任意的材料形成，於本實施方式中，由燒結金屬的多孔質體形成。多孔質體的原料粉末例如可使用將銅粉末（純銅粉末或銅合金粉末）與鐵粉末（純鐵粉末或不鏽鋼粉末等鐵合金粉末）的一者或兩者作為主成分的原料粉末。於此情況下，圖2中由密集的散布影線所示的潤滑油亦可含浸於多孔質體的內部空孔。

於具有以上的結構的流體動壓軸承裝置1中，在內側構件4與外側構件5的相對旋轉開始前，處於在殼體部6的小徑內周面6a3與套筒部9的外周面9d之間已形成有成為徑向軸承間隙的直徑間隙的狀態。另一方面，套筒部9的下端面9b與殼體部6的底部6b的上端面6b1處於已抵接的狀態（參照圖1）、或處於隔著少許的潤滑油的油膜而於軸方向上相向的狀態。

而且，伴隨內側構件4與外側構件5的相對旋轉開始，於直徑間隙形成潤滑油的油膜，藉由該油膜而形成在徑向上相對旋轉自如地非接觸支持套筒部9的徑向軸承部R（參照圖5）。另外，此時，藉由伴隨相對旋轉所產生的離心力的作用，而促進已被保持於燒結金屬製的套筒部9的內部空孔的狀態的潤滑油自套筒部9朝半徑方向外側的滲出。其結果，可防止徑向軸承間隙中的油膜不足，並使徑向軸承部R的軸承性能穩定地發揮。或者，可藉由充裕的潤滑油的供給來提高徑向軸承間隙的軸承剛性。

另外，伴隨內側構件4與外側構件5的相對旋轉開始，藉由形成於套筒部9的下端面9b的推力動壓產生部10，而在套筒部9的下端面9b與殼體部6的底部6b的上端面6b1之間產生潤滑油的動壓作用。具體而言，在下端面9b與上端面6b1之間產生自半徑方向外側朝內側（圖5中，由雙點劃線箭頭所示的方向）的潤滑油的推入作用。藉此，在下端面9b與上端面6b1之間隔著潤滑油的油膜而形成規定的大小的軸方向間隙（推力軸承間隙），並且可提高所述油膜的壓力。其結果，形成於推力方向上相對旋轉自如地浮起支持具有軸部8及套筒部9的內側構件4的第一推力軸承部T1（參照圖5）。另外，伴隨所述相對旋轉開始，藉由形成於套筒部9的上端面9c的推力動壓產生部11，而在套筒部9的上端面9c與密封部7的下端面7b之間產生潤滑油的動壓作用，具體而言，產生自半徑方向內側朝外側（圖5中，由雙點劃線箭頭所示的方向）的潤滑油的推入作用。藉此，在上端面9c與下端面7b之間亦隔著潤滑油的油膜而形成規定的大小的軸方向間隙（推力軸承間隙），可提高所述油膜的壓力。其結果，形成於推力方向上非接觸支持內側構件4的第二推力軸承部T2（參照圖5）。

於本實施方式的流體動壓軸承裝置1中，密封空間S形成於套筒部9的半徑方向內側（參照圖1）。因此，如所述般，於在軸方向上與密封部7的下端面7b相向的套筒部9的上端面9c，形成作為推力動壓產生部11而朝半徑方向外側推入潤滑油的形態的推力動壓槽11a，藉此，在套筒部9與密封部7的軸方向間隙產生的潤滑油的動壓作用，始終在自密封空間S朝半徑方向離開的方向上產生。因此，可有效地防止潤滑油自密封空間S朝軸承外部空間的漏出，而提供可靠性優異的流體動壓軸承裝置1。

雖然省略圖示，但以上所說明的流體動壓軸承裝置1例如可用作（1）以HDD為首的磁碟裝置用的主軸馬達、（2）雷射束列印機（LBP）用的多邊形掃描儀馬達、或（3）PC用的風扇馬達等的馬達用軸承裝置。於（1）的情況下，例如於軸構件2一體或分體地設置具有磁碟裝載面的磁碟集線器，於（2）的情況下，例如於軸構件2一體或分體地設置多邊形鏡。另外，於（3）的情況下，例如於軸構件2一體或分體地設置具有葉輪的風扇。

如以上所說明般，於本發明的流體動壓軸承裝置1中，在成為相對於外側構件5進行相對旋轉的內側構件4的大徑部3的第一端面的套筒部9的下端面9b、及成為大徑部3的第二端面的套筒部9的上端面9c分別設置推力動壓產生部10、推力動壓產生部11，並且將成為內側構件4的外周面的套筒部9的外周面9d與成為外側構件5的內周面的筒部6a的小徑內周面6a3均設為不具有徑向動壓產生部的圓筒面（參照圖1等）。根據該結構，筒部6a的小徑內周面6a3與套筒部9的外周面9d可構成不於成為徑向軸承間隙的直徑間隙積極地產生動壓作用的流體軸承。另外，與先前相比將徑向軸承間隙形成於已朝半徑方向外側轉移的位置，因此即便不存在徑向動壓產生部，亦可確保最低限度的徑向軸承剛性。當然，於成為推力軸承間隙的兩個軸方向間隙，分別藉由推力動壓產生部10、推力動壓產生部11而產生潤滑油的動壓作用，因此可提高推力方向的軸承剛性。綜上所述，根據本發明，確保軸承裝置整體所需要的軸承剛性，且即便是縮小了流體動壓軸承裝置1的軸方向尺寸的情況，亦可儘可能地防止軸承內部空間內的負壓的產生，藉此可長期發揮所需要的軸承性能。另外，藉由組裝入該流體動壓軸承裝置1，可獲得可靠性高的旋轉驅動單元（例如風扇馬達）。

尤其，藉由如本實施方式般，將成為大徑部3的外徑尺寸的套筒部9的外徑尺寸g2的大小G2毫米設定成直徑間隙的大小G1微米的0.03倍以上、且未滿0.24倍，而確保軸承整體所需要的軸承剛性，且即便是縮小了流體動壓軸承裝置1的軸方向尺寸的情況，亦能夠以更高的概率防止軸承內部空間內的負壓的產生。因此，可進一步提昇該流體動壓軸承裝置1，甚至是組裝入該流體動壓軸承裝置1而成的旋轉驅動單元的可靠性。但是，若使直徑間隙變得過大，則存在無法充分地獲得作為流體真圓軸承的作用效果（利用潤滑油的油膜於徑向上非接觸支持套筒部9）之虞。就此種觀點而言，將直徑間隙的大小G1設為130微米以下為宜。

以上，對本發明的第一實施方式進行了說明，但本發明的流體動壓軸承裝置並不限定於所述例示的形態，可於本發明的範圍內採用任意的形態。

圖6表示本發明的第二實施方式的流體動壓軸承裝置21的剖面圖。圖6中所示的流體動壓軸承裝置21主要是軸承內部空間內的潤滑油的流通形態與第一實施方式的流體動壓軸承裝置1不同。以下，以不同點為中心進行說明。再者，對本實施方式的流體動壓軸承裝置21的構成元件之中，與第一實施方式的流體動壓軸承裝置1相同的構成元件賦予相同的符號，並省略詳細的說明。

與第一實施方式同樣地，本實施方式的內側構件24是包含直徑相對小的小徑部22、及直徑比小徑部22大的大徑部23者，並一體地具有軸部8與配設於軸部8的下側外周的套筒部25。此處，套筒部25的內周面25a形成不具有徑向動壓產生部的平滑的圓筒面狀，固定於軸部8的外周面8a。套筒部25的外周面25d亦形成不具有徑向動壓產生部的平滑的圓筒面狀，且與同樣形成平滑的圓筒面狀的筒部6a的小徑內周面6a3之間，形成成為徑向軸承間隙的直徑間隙。

於套筒部25的下端面25b，形成有用於與在軸方向相向的底部6b的上端面6b1之間產生潤滑油的動壓作用的推力動壓產生部26。與第一實施方式同樣地，該推力動壓產生部26形成如下的形態，即於相對於外側構件5的內側構件24的相對旋轉時，自半徑方向外側朝內側（圖8中，由下側的雙點劃線箭頭所示的方向）推入下端面25b與上端面6b1之間的潤滑油的形態。

於套筒部25的上端面25c，形成有用於與在軸方向相向的密封部7的下端面7b之間產生潤滑油的動壓作用的推力動壓產生部27。與第一實施方式同樣地，該推力動壓產生部27形成如下的形態，即於內側構件24相對於外側構件5的相對旋轉時，自半徑方向內側朝外側（圖8中，由上側的雙點劃線箭頭所示的方向）推入上端面25c與下端面7b之間的潤滑油的形態。圖7表示設置於套筒部25的上端面25c的推力動壓產生部27的一例。如圖7所示，該推力動壓產生部27藉由將形成螺旋形狀的多個推力動壓槽27a、及對鄰接的推力動壓槽27a、推力動壓槽27a進行劃分的凸狀的山丘部27b於圓周方向上交替地排列來構成。於此情況下，以當內側構件24已朝規定的方向旋轉時，上端面25c與下端面7b之間的潤滑油因動壓作用而被朝半徑方向外側推入的方式，設定各推力動壓槽27a的螺旋形狀（螺旋的方向）。

另外，於本實施方式中，如圖6所示，於套筒部25的內周面25a，形成有在套筒部9的軸方向上伸長的軸方向槽28。藉此，在軸部8的外周面8a與套筒部25的內周面25a之間，設置可使潤滑油在套筒部25的下端面25b側的空間與上端面25c側的空間之間流通的軸方向的流路29。於本實施方式中，如圖7所示，三條軸方向槽28於圓周方向上等間隔地形成於內周面25a，藉此，三條軸方向的流路29於圓周方向上等間隔地設置於軸部8與套筒部25之間。

再者，於本實施方式中，當將套筒部25的外周面25d與殼體部6的筒部6a的小徑內周面6a3之間的直徑間隙（為相當於圖6中所示的小徑內周面6a3的內徑尺寸與套筒部25的外周面9d的外徑尺寸的差的半徑方向的直徑間隙）的大小設為G1微米，將套筒部25的外徑尺寸的大小設為G2毫米時，亦以滿足0.03≦G2/G1＜0.24的關係，更佳為以滿足0.04≦G2/G1＜0.15的關係的方式，分別設定殼體部6的小徑內周面6a3的內徑尺寸、及套筒部25的外徑尺寸為宜。

另外，當將套筒部25的軸方向尺寸的大小設為G3毫米時，以滿足1.5≦G2/G3≦15的關係的方式，更佳為以滿足3.0≦G2/G3≦14的關係的方式，分別設定套筒部25的外徑尺寸與軸方向尺寸為宜。

於具有以上的結構的流體動壓軸承裝置21中，在內側構件24與外側構件5的相對旋轉開始前，處於在殼體部6的小徑內周面6a3與套筒部25的外周面25d之間已形成有成為徑向軸承間隙的直徑間隙的狀態。另一方面，套筒部25的下端面25b與殼體部6的底部6b的上端面6b1處於已抵接的狀態（參照圖6）、或處於隔著少許的潤滑油的膜而於軸方向上相向的狀態。

而且，伴隨內側構件24與外側構件5的相對旋轉開始，於直徑間隙形成潤滑油的油膜，藉由該油膜而形成在徑向上相對旋轉自如地非接觸支持套筒部25的徑向軸承部R（參照圖6及圖8）。另外，此時，藉由伴隨相對旋轉所產生的離心力的作用，而促進已被保持於燒結金屬製的套筒部25的內部空孔的狀態的潤滑油自套筒部25朝半徑方向外側的滲出。其結果，可防止徑向軸承間隙中的油膜不足，並使徑向軸承部R的軸承性能穩定地發揮。或者，可藉由充裕的潤滑油的供給來提高徑向軸承間隙的軸承剛性。

另外，伴隨內側構件24與外側構件5的相對旋轉開始，藉由形成於套筒部25的下端面25b的推力動壓產生部26，而在套筒部25的下端面25b與殼體部6的底部6b的上端面6b1之間產生潤滑油的動壓作用。具體而言，在下端面25b與上端面6b1之間產生自半徑方向外側朝內側（圖8中，由雙點劃線箭頭所示的方向）的潤滑油的推入作用。藉此，在下端面25b與上端面6b1之間隔著潤滑油的油膜而形成規定的大小的軸方向間隙（推力軸承間隙），並且可提高所述油膜的壓力。其結果，形成於推力方向上相對旋轉自如地浮起支持具有軸部8及套筒部25的內側構件24的第一推力軸承部T1（參照圖8）。另外，伴隨所述相對旋轉開始，藉由形成於套筒部25的上端面25c的推力動壓產生部27，而在套筒部25的上端面25c與密封部7的下端面7b之間產生潤滑油的動壓作用，具體而言，產生自半徑方向內側朝外側（圖8中，由雙點劃線箭頭所示的方向）的潤滑油的推入作用。藉此，在上端面25c與下端面7b之間亦隔著潤滑油的油膜而形成規定的大小的軸方向間隙（推力軸承間隙），可提高所述油膜的壓力。其結果，形成於推力方向上非接觸支持內側構件24的第二推力軸承部T2（參照圖8）。

另外，於本實施方式的流體動壓軸承裝置21中，在軸部8的外周面8a與套筒部25的內周面25a之間，設置可使潤滑油在套筒部25的下端面25b側的空間與上端面25c側的空間之間流通的軸方向的流路29（參照圖6及圖7）。如此，藉由在軸方向間隙的半徑方向內側設置軸方向的流路29，可經由該流路29，使已填滿軸承內部空間的潤滑油在套筒部25的下端面25b側的空間與上端面25c側的空間之間迅速地移動。因此，即便是於軸承內部空間產生了油壓的急速變動的情況，亦可經由所述流路29而朝必要的空間迅速地補充潤滑油，藉此，可使軸承內部空間內的潤滑狀態穩定化，更有效地防止或消除負壓的產生。

尤其，於本實施方式中，在與軸方向的流路29的下端連接的套筒部25的下端面25b側的空間，設置產生朝半徑方向內側推入潤滑油的動壓作用的推力動壓產生部26，並且在與軸方向的流路29的上端連接的套筒部25的上端面25c側的空間，設置產生朝半徑方向外側推入潤滑油的動壓作用的推力動壓產生部27，因此於內側構件24的相對旋轉時，下側的軸方向間隙內的潤滑油藉由推力動壓產生部26朝半徑方向內側推入後，穿過軸方向的流路29而被送出至上側的軸方向間隙內。另外，已被送出至上側的軸方向間隙的潤滑油藉由設置於套筒部25的上端面25c的推力動壓產生部27朝半徑方向外側推入。於上側的軸方向間隙中已被送出至半徑方向外側的潤滑油穿過位於軸方向間隙的半徑方向外周端的直徑間隙，再次被導入下側的軸方向間隙。因此，根據所述結構的流體動壓軸承裝置21，可藉由軸方向的流路29、上側及下側的軸方向間隙、以及直徑間隙來構成潤滑油進行循環的循環流路，藉此，可使軸承內部空間內的潤滑狀態穩定化，更迅速且有效地防止或消除負壓的產生。

再者，於所述實施方式中，均例示了將推力動壓產生部10、推力動壓產生部11（26、27）設置於套筒部9（25）的兩端面9b、端面9c（25b、25c）的情況，當然亦可將推力動壓產生部10、推力動壓產生部11（26、27）的一者或兩者設置於底部6b的上端面6b1與密封部7的下端面7b的一者或兩者。

另外，作為推力動壓產生部10、推力動壓產生部11（26、27），並不限定於將多個推力動壓槽10a、推力動壓槽11a（27a）排列成螺旋狀者，只要可於成為推力軸承間隙的軸方向間隙產生潤滑油的動壓作用，則可採用階梯面或波型面等公知的形態。

另外，於所述實施方式中，例示了由形成有底筒狀的殼體部6、及配設於殼體部6的一端開口側的密封部7來構成外側構件5的情況，但外側構件5當然亦可採用除此以外的結構。例如雖然省略圖示，但亦可由形成兩端開口形狀的殼體部、及分別配設於殼體部的兩端開口側的兩個密封部來構成外側構件。 實施例

以下，對用於驗證本發明的作用效果的實施例（驗證試驗）進行詳述。於該驗證試驗中，準備使成為徑向軸承間隙的直徑間隙的大小不同的多種流體動壓軸承裝置（比較例1～比較例3、實施例1～實施例4），於內側構件的相對旋轉時，驗證軸承內部空間內有無產生負壓。於本試驗中，僅將一部分的比較例（比較例1）設為於大徑部的外周面設置有徑向動壓槽的流體動壓軸承裝置，將剩餘的比較例及實施例全部設為於大徑部的外周面不具有徑向動壓槽的流體動壓軸承裝置。另外，使大徑部外周面的圓周速度於各比較例及實施例中不同來驗證使內側構件旋轉時有無產生負壓。再者，僅將一部分的實施例（實施例1）的流體動壓軸承裝置設為圖6中所示的結構，將剩餘的比較例及實施例全部設為圖1中所示的結構的流體動壓軸承裝置。使用將大徑部（套筒部）設為燒結金屬的多孔質體，並使潤滑油含浸於內部空孔者來構成圖1或圖6中所示的流體動壓軸承裝置。將大徑部的尺寸（軸方向尺寸）全部設為1 mm。將試驗溫度全部設為100℃。

將各比較例及實施例的徑向動壓槽的有無、徑向間隙比、及大徑部外周面的圓周速度的值示於表1。於有徑向動壓產生部者中設為○，於無徑向動壓產生部者中設為×。另外，表1的最右側的欄中表示有無產生負壓的結果。於產生了負壓者中設為○，於未產生負壓者中設為×。再者，表1中的徑向間隙比是指大徑部的外徑尺寸的大小G2毫米除以直徑間隙的大小G1微米時的值。 [表1]

如表1所示，當於外周面具有徑向動壓槽時（比較例1），產生了負壓。另外，即便是於外周面不具有徑向動壓槽的情況，若直徑間隙為規定的大小以下，換言之若徑向間隙比為0.24以上（比較例2、比較例3），則不論圓周速度的程度，均產生了負壓。相對於此，藉由去除外周面的徑向動壓槽，且使成為徑向軸承間隙的直徑間隙（表1中，徑向間隙比）變大，具體而言，藉由將徑向間隙比設為未滿0.24（實施例1～實施例4），可防止軸承內部空間內的負壓的產生。尤其，可知當於低速區域中旋轉時（例如實施例1），雖然處於容易產生負壓的條件下，但於增大徑向軸承間隙（徑向間隙比），且如圖6所示，採用可使潤滑油於軸承內部空間內積極地循環的結構的情況（實施例1的情況）下，可防止負壓的產生。

1:流體動壓軸承裝置 2:小徑部 3:大徑部 4:內側構件 5:外側構件 6:殼體部 6a:筒部 6a1:大徑內周面 6a2:段部 6a3:小徑內周面 6b:底部 6b1:上端面 7:密封部 7a:內周面 7b:下端面 8:軸部 8a:外周面 9:套筒部 9a:內周面 9b:下端面 9c:上端面 9d:外周面 10:推力動壓產生部 10a:推力動壓槽 10b:山丘部 11:推力動壓產生部 11a:推力動壓槽 11b:山丘部 21:流體動壓軸承裝置 22:小徑部 23:大徑部 24:內側構件 25:套筒部 25a:內周面 25b:下端面 25c:上端面 25d:外周面 26:推力動壓產生部 27:推力動壓產生部 27a:推力動壓槽 27b:山丘部 28:軸方向槽 29:流路 A、B、C:箭頭 g1:內徑尺寸 g2:外徑尺寸 g3:軸方向尺寸 R:徑向軸承部 S:密封空間 T1:第一推力軸承部 T2:第二推力軸承部

圖1是本發明的第一實施方式的流體動壓軸承裝置的剖面圖。 圖2是圖1中所示的套筒部的剖面圖。 圖3是自箭頭A的方向觀察圖2中所示的套筒部的底面圖。 圖4是自箭頭B的方向觀察圖2中所示的套筒部的平面圖。 圖5是圖1中所示的流體動壓軸承裝置的旋轉時的主要部分放大剖面圖。 圖6是本發明的第二實施方式的流體動壓軸承裝置的剖面圖。 圖7是自箭頭C的方向觀察圖6中所示的套筒部的平面圖。 圖8是圖6中所示的流體動壓軸承裝置的旋轉時的主要部分放大剖面圖。

1:流體動壓軸承裝置

2:小徑部

3:大徑部

4:內側構件

5:外側構件

6:殼體部

6a:筒部

6a1:大徑內周面

6a2:段部

6a3:小徑內周面

6b:底部

6b1:上端面

7:密封部

7a:內周面

7b:下端面

8:軸部

8a:外周面

9:套筒部

9a:內周面

9b:下端面

9c:上端面

9d:外周面

10:推力動壓產生部

11:推力動壓產生部

g1:內徑尺寸

g2:外徑尺寸

S:密封空間

Claims (9)

1. 一種流體動壓軸承裝置，包括：內側構件，具有小徑部與大徑部；外側構件，收容所述內側構件的至少所述大徑部；徑向軸承部，於所述內側構件相對於所述外側構件的相對旋轉時，利用形成於所述大徑部的外周面與所述外側構件的內周面之間的直徑間隙的潤滑流體的膜，於半徑方向上支持所述內側構件；以及第一推力軸承部及第二推力軸承部，於所述內側構件相對於所述外側構件的相對旋轉時，利用分別形成於相互於軸方向上相向的所述大徑部的第一端面與所述外側構件的第一端面之間的第一軸方向間隙及所述大徑部的第二端面與所述外側構件的第二端面之間的第二軸方向間隙的潤滑流體的膜，於軸方向上支持所述內側構件；所述流體動壓軸承裝置的特徵在於， 於所述大徑部的第一端面或所述外側構件的所述第一端面、及所述大徑部的所述第二端面或所述外側構件的所述第二端面，分別設置產生所述潤滑流體的動壓作用的推力動壓產生部，且 所述大徑部的外周面與所述外側構件的內周面均為不具有徑向動壓產生部的圓筒面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的流體動壓軸承裝置，其中當將所述直徑間隙的大小設為G1微米，將所述大徑部的外徑尺寸的大小設為G2毫米時，滿足0.03≦G2/G1＜0.24。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的流體動壓軸承裝置，其中當將所述大徑部的外徑尺寸的大小設為G2毫米，將所述大徑部的軸方向尺寸的大小設為G3毫米時，滿足1.5≦G2/G3≦15。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的流體動壓軸承裝置，其中所述外側構件具有形成筒狀的殼體部、及配設於所述殼體部的一端開口側的密封部， 所述內側構件具有軸部、及固定於所述軸部的外周的套筒部， 於所述密封部的內周面與所述軸部的外周面之間形成密封空間，於所述密封空間內維持作為所述潤滑流體的潤滑油的油面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的流體動壓軸承裝置，其中於相互於軸方向上相向的所述密封部的軸方向端面與所述套筒部的軸方向端面的一者，形成有作為所述推力動壓產生部而朝半徑方向外側推入所述潤滑油的形態的推力動壓槽。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的流體動壓軸承裝置，其中在所述軸部的外周面與所述套筒部的內周面之間，設置有能夠使所述潤滑油在所述套筒部的軸方向一端側空間與另一端側空間之間流通的軸方向的流路。
7. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的流體動壓軸承裝置，其中所述套筒部由燒結金屬的多孔質體形成，所述潤滑油含浸於所述多孔質體的內部空孔。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的流體動壓軸承裝置，其中將所述大徑部外周面的圓周速度設定成每秒0.02公尺以上、且未滿每秒1.48公尺。
9. 一種馬達，包括如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的流體動壓軸承裝置。

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