WO2013190942A1 - 流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ - Google Patents

流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ Download PDF

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radial
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fluid dynamic
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慎治 小松原
哲弥 栗村
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    • F16C43/02—Assembling sliding-contact bearings

Definitions

  • the present invention relates to a fluid dynamic pressure bearing device and a motor including the same.
  • the fluid dynamic bearing device has features such as high speed rotation, high rotation accuracy, and low noise.
  • the fluid dynamic bearing device is used as a bearing device for a motor mounted on various electric devices such as information devices, specifically for a spindle motor incorporated in a disk drive device such as an HDD, and a PC. It is suitably used as a bearing device for a fan motor incorporated in a laser beam printer (LBP) or the like.
  • LBP laser beam printer
  • the fluid dynamic pressure bearing device includes a radial bearing portion that supports the rotation-side member in the radial direction and a thrust bearing portion that supports the rotation-side member in the thrust direction. Therefore, in many cases, both the radial bearing portion and the thrust bearing portion are constituted by dynamic pressure bearings.
  • Various types of fluid dynamic pressure bearing devices of this type have been proposed. For example, in FIG. 2 of Patent Document 1, a sintered metal bearing member constituting the rotating side and a bearing member are arranged on the inner periphery.
  • a fluid dynamic pressure bearing device in which a radial bearing gap of a radial bearing portion is formed between an outer peripheral surface of a bearing member and an inner peripheral surface of the housing. Further, in this fluid dynamic pressure bearing device, the thrust bearing gap of the thrust bearing portion is formed on one end surface and the other end surface of the bearing member, respectively.
  • an object of the present invention is to provide a fluid dynamic bearing device that can be produced at a low cost and can exhibit desired bearing performance.
  • the present invention which was created to achieve the above object, is formed of a porous material, has a rotating side bearing member having end faces on both sides in the axial direction, and a bottomed cylindrical shape in which one side in the axial direction is closed, A stationary housing that houses the bearing member on the inner periphery, a seal member that is disposed opposite to the end surface on the other axial side of the bearing member, and that opens the other axial side of the bearing member to the atmosphere via a seal space; A radial bearing gap formed between the outer peripheral surface of the bearing member and the inner peripheral surface of the housing, and a thrust bearing gap formed between an end surface on one axial side of the bearing member and the inner bottom surface of the housing.
  • the hydrodynamic bearing device in which the radial bearing gap and the thrust bearing gap are filled with lubricating oil, and the bearing members are supported in the radial direction and the thrust direction by oil films formed in the radial bearing gap and the thrust bearing gap, respectively.
  • the radial bearing clearance and the thrust bearing clearance are filled with lubricating oil, and the bearing member on the other side in the axial direction of the bearing member.
  • An axial gap containing air was interposed between the end face and the end face of the seal member facing the end face.
  • the amount of lubricating oil filled in the internal space of the housing is set to the internal space of the housing. (The sum of the volumes of the gaps formed between the two members, including the gap between the two bearings).
  • the required amount of lubricating oil can be added to the inner space of the housing simply by performing a simple operation of lubricating the inner space of the housing from the seal gap using an oiling tool such as a micropipette. Can be interposed. This eliminates the need for highly precise adjustment and management of the oil level, thereby reducing the manufacturing cost of the bearing device.
  • the external force can be given by magnetic force, for example.
  • This magnetic force is obtained by, for example, arranging a stator coil provided on a holding member (motor base) that holds the stationary housing on the inner periphery and a rotor magnet provided on the rotating bearing member while being shifted in the axial direction.
  • Various motors in which this type of fluid dynamic bearing device is incorporated usually include a rotor magnet and a stator coil as essential components. Therefore, if the said structure is employ
  • the bearing member may further include a pushing portion that pushes the lubricating oil in the axial gap in a direction away from the seal gap in the radial direction when the bearing member rotates.
  • the push-in portion can be composed of, for example, a plurality of groove portions formed on at least one of the two opposing surfaces that form the axial clearance, but in view of good workability of the bearing member formed of a porous material, the bearing It is desirable to comprise a plurality of groove portions formed on the end surface on the other axial side of the member.
  • each groove part constituting the push-in part in a direction away from the seal gap in the radial direction.
  • the capillary force makes it easy to hold the lubricating oil in the axial gap at a position spaced radially from the sealing gap, which is advantageous in preventing leakage of the lubricating oil through the sealing gap.
  • Capillary force allows the lubricating oil in the axial gap to be drawn to the groove bottom side of each groove (the side spaced apart from the sealing gap in the axial direction), which prevents the lubricating oil from leaking through the sealing gap. This is because it becomes more advantageous.
  • the seal gap can be formed between the outer peripheral surface of the shaft member with the bearing member fixed to the outer periphery and the inner peripheral surface of the seal member provided integrally with the housing or separately.
  • the radial bearing gap can be formed on the outer diameter side of the seal gap. Therefore, if the push-in part is composed of a plurality of groove parts and the groove width of each groove part is gradually reduced in the direction away from the seal gap in the radial direction, the shaft can be used both when the bearing member is stopped and when it rotates. Lubricating oil present in the directional gap can be easily drawn into the radial bearing gap. Thereby, the radial bearing gap can be filled with abundant lubricating oil, and the rotational accuracy in the radial direction can be stabilized.
  • dynamic pressure generation that generates a dynamic pressure action on the lubricating oil in the radial bearing gap is generated on one or both of the inner circumferential surface of the housing and the outer circumferential surface of the bearing member that are opposed to each other via the radial bearing gap.
  • a portion radial dynamic pressure generating portion
  • the radial dynamic pressure generating portion has a shape in which the lubricating oil in the radial bearing gap is pushed into the thrust bearing gap side when the bearing member rotates. This is because oil film breakage in the thrust bearing gap can be prevented as much as possible, and the rotational accuracy in one thrust direction can be stabilized.
  • the bearing member can be provided with a communication path that allows both end surfaces of the bearing member to communicate with each other. By providing such a communication path, it becomes possible to actively flow and circulate the lubricating oil interposed in the internal space of the housing during operation of the bearing device. Further, it is possible to effectively prevent a decrease in bearing performance due to lack of lubricating oil in each bearing gap.
  • the fluid dynamic pressure bearing device according to the present invention described above has the various characteristics described above, it can be suitably incorporated into various motors such as a fan motor for a PC and a spindle motor for a disk drive device. And can contribute to the cost reduction of various motors.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along arrow X1-X1 in FIG. 4 and is a diagram illustrating an example of a groove provided in the upper end surface of the bearing member. It is sectional drawing which shows the modification of the groove part provided in the upper end surface of a bearing member. It is sectional drawing which shows the modification of the groove part provided in the upper end surface of a bearing member.
  • FIG. 1 conceptually shows a configuration example of a fan motor incorporating a fluid dynamic bearing device 1 according to the present invention.
  • the fan motor shown in FIG. 1 includes a fluid dynamic pressure bearing device 1, a motor base 6 as a holding member constituting the stationary side of the motor, a stator coil 5 attached to the motor base 6, and blades (not shown).
  • the rotor 3 is provided as a rotating member, and the rotor magnet 4 is attached to the rotor 3 and faces the stator coil 5 via a radial gap.
  • the housing 7 of the fluid dynamic bearing device 1 is fixed to the inner periphery of the motor base 6, and the rotor 3 is fixed to one end of the shaft member 21 of the fluid dynamic bearing device 1.
  • a rotating body 2 including a rotor 3 having fixed blades and a rotor magnet 4 fixed to the rotor 3 rotates.
  • a downward or upward thrust in the figure acts on the shaft member 21 of the fluid dynamic bearing device 1 and the bearing member 22 fixed to the outer periphery thereof as a reaction force of the air blowing action.
  • a magnetic force (repulsive force) is applied between the stator coil 5 and the rotor magnet 4 in a direction to cancel out this thrust, and a thrust load generated by the difference between the thrust and the magnitude of the magnetic force is applied to the fluid dynamic bearing device 1.
  • the thrust bearing portion T is supported.
  • the magnetic force in the direction to cancel the thrust can be generated, for example, by disposing the stator coil 5 and the rotor magnet 4 while being shifted in the axial direction (detailed illustration is omitted). Further, when the rotating body 2 rotates, a radial load acts on the shaft member 21 and the bearing member 22 of the fluid dynamic bearing device 1. This radial load is supported by the radial bearing portion R of the fluid dynamic bearing device 1.
  • FIG. 2 shows the fluid dynamic bearing device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • This fluid dynamic pressure bearing device 1 has a shaft member 21 constituting the rotating side and a bearing member 22 fixed to the outer periphery thereof, and a bottomed cylindrical shape closed on one side in the axial direction. Is disposed opposite to the end surface on the other axial side of the bearing member 22 and opens the other axial side of the bearing member 22 to the atmosphere via the seal gap S. 9 as main constituent members.
  • the internal space of the housing 7 is filled with lubricating oil 11 (indicated by dense dotted hatching), and in the state shown in FIG. 2, at least the radial bearing gap of the radial bearing portion R and the thrust bearing gap of the thrust bearing portion T. Is filled with the lubricating oil 11.
  • the side on which the seal member 9 is disposed is the upper side, and the opposite side in the axial direction is the lower side.
  • the housing 7 has a bottomed cylindrical shape having a cylindrical cylindrical portion 7a and a bottom portion 7b that closes a lower end opening of the cylindrical portion 7a.
  • the cylindrical portion 7a and the bottom portion 7b are integrally formed of metal or resin.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical portion 7a is divided into a large diameter inner peripheral surface 7a1 and a diameter inner peripheral surface 7a2 via a stepped portion, and a seal member 9 is fixed to the large diameter inner peripheral surface 7a1.
  • the small-diameter inner peripheral surface 7a2 has a cylindrical region that forms a radial bearing gap with the outer peripheral surface 22a of the bearing member 22 fixed to the shaft member 21, and the cylindrical region is formed on a smooth surface without unevenness.
  • the inner bottom surface 7b1 of the bottom portion 7b has an annular region that forms a thrust bearing gap with the lower end surface 22c of the bearing member 22, and the annular region is formed on a smooth surface having no irregularities.
  • the seal member 9 is formed in an annular shape with metal or resin, and is fixed to the large-diameter inner peripheral surface 7a1 of the housing 7 by appropriate means such as adhesion, press-fitting, and press-fitting adhesion.
  • a seal gap (labyrinth seal) S is formed between the inner peripheral surface 9a of the seal member 9 and the outer peripheral surface 21a of the shaft member 21 opposed thereto, and the upper side of the bearing member 22 is interposed via the seal gap S. Open to the atmosphere.
  • the shaft member 21 is formed of a metal material such as stainless steel, and the outer peripheral surface 21a is formed in a smooth cylindrical surface.
  • a rotor 3 having blades is fixed to the outer periphery of the upper end of the shaft member 21.
  • the bearing member 22 is formed in a cylindrical shape with a porous body, which is a sintered metal porous body mainly composed of a metal powder of copper (including a copper-based alloy) or iron (including an iron-based alloy). .
  • the bearing member 22 can also be formed of a porous body other than a sintered metal, for example, a porous resin.
  • the bearing member 22 is press-fitted, bonded, and press-fitted (press-fitted and pressed) into the outer peripheral surface 21a of the shaft portion 21 so that the lower end surface 22c is positioned on the outer side (lower side) in the axial direction than the lower end surface 21b of the shaft member 21 It is fixed by appropriate means such as welding).
  • the bearing member 22 includes one or a plurality of communication passages 8 for communicating the both end faces 22b and 22c.
  • the communication path 8 is formed by an axial groove 22 d 1 formed in the inner peripheral surface 22 d of the bearing member 22 and an outer peripheral surface 21 a of the shaft member 21 having a smooth cylindrical surface shape. Forming.
  • the communication path 8 can also be formed by providing an axial groove on the outer peripheral surface 21 a of the shaft member 21.
  • the outer peripheral surface 22a of the bearing member 22 is provided with a cylindrical radial bearing surface that forms a radial bearing gap with the small-diameter inner peripheral surface 7a2 of the opposing housing 7.
  • a dynamic pressure generating portion (radial dynamic pressure generating portion) A for generating a dynamic pressure action on the lubricating oil 11 in the radial bearing gap is formed on the radial bearing surface.
  • the radial dynamic pressure generating part A is configured by arranging a plurality of dynamic pressure grooves Aa1 and Ab1 inclined in opposite directions and spaced apart in the axial direction in a herringbone shape.
  • the axial dimension of the upper dynamic pressure groove Aa1 is larger than the axial dimension of the lower dynamic pressure groove Ab1.
  • each dynamic pressure groove constituting the radial dynamic pressure generating portion A is formed, for example, at the same time as forming the bearing member 22 (in detail, a cylindrical bearing material formed by compacting and sintering metal powder)
  • the bearing member 22 can be molded (at the same time as the bearing member 22 having a finished size and shape is formed by sizing), and the outer peripheral surface is formed into a smooth surface in view of good workability of the sintered metal. It can also be formed by subjecting the material to plastic working such as rolling.
  • the formation aspect of the radial dynamic pressure generation part A (dynamic pressure groove) is not limited to this.
  • the radial dynamic pressure generating part A may have a plurality of spiral dynamic pressure grooves arranged in the circumferential direction.
  • the lower end surface 22c of the bearing member 22 is provided with an annular thrust bearing surface that forms a thrust bearing gap of the thrust bearing portion T with the inner bottom surface 7b1 of the opposing housing 7.
  • a thrust dynamic pressure generating portion B for generating a dynamic pressure action on the lubricating oil 11 in the thrust bearing gap is formed on the thrust bearing surface as the shaft member 21 and the bearing member 22 rotate. .
  • the thrust dynamic pressure generating portion B is configured by providing a plurality of spiral-shaped dynamic pressure grooves Ba at predetermined intervals in the circumferential direction. When the shaft member 21 and the bearing member 22 are rotated, the lubricating oil 11 in the thrust bearing gap is supplied. It has a pump-in function for pushing into the inner diameter side.
  • the thrust dynamic pressure generating part B can also be configured by arranging herringbone-shaped dynamic pressure grooves at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • An axial gap (annular space) 10 containing air is provided between the upper end surface 22b of the bearing member 22 and the lower end surface 9b of the seal member 9 opposed thereto.
  • the fluid dynamic bearing device 1 is arranged in the posture shown in FIG. 2 (the state where the seal gap S is arranged on the upper side in the vertical direction)
  • at least the radial bearing gaps of the radial bearing portions R1 and R2 and the thrust bearing portion T The bearing gap is filled with the lubricating oil 11, and the oil level of the lubricating oil 11 filled in the internal space of the housing 7 is held within the range of the axial gap 10.
  • the amount (volume) of the lubricating oil 11 filled in the internal space of the housing 7 is smaller than the volume of the internal space of the housing 7.
  • the push-in portion 12 is composed of a plurality of groove portions 13 arranged at a predetermined interval in the circumferential direction.
  • each groove portion 13 is composed of a radial groove extending in the radial direction.
  • Each groove portion 13 has a configuration in which the groove width is gradually reduced toward the outer diameter side (the direction away from the seal gap S in the radial direction), and the groove width is gradually reduced toward the groove bottom side.
  • a cross-sectional shape of each groove part 13 for example, the cross-sectional triangle shape shown in FIG. 5a can be adopted, and the cross-sectional trapezoidal shape shown in FIG.
  • each groove portion 13 are opened to the upper end outer peripheral chamfer 22e and the upper end inner peripheral chamfer 22f of the bearing member 22, respectively. Is also set small. For example, when the chamfering amount of the upper end outer chamfer 22e is 0.2 mm, the groove depth of the groove 13 is set to about 0.15 mm. This is because when the groove depth of the groove portion 13 is larger than the chamfering amount of the upper end outer peripheral chamfer 22e, the radial dynamic pressure generating portion A (particularly, the upper dynamic pressure groove Aa1 formed on the outer peripheral surface 22a of the bearing member 22). This is because the shape of) collapses and the support capability of the radial bearing portion R may be adversely affected.
  • the dynamic pressure grooves Ba and the groove portions 13 respectively provided on the lower end surface 22c and the upper end surface 22b of the bearing member 22 are formed simultaneously with the molding of the bearing member 22 (specifically, a bearing formed by compacting and sintering metal powder). (Simultaneous shaping of the bearing member 22 with the finished shape and dimensions can be performed by sizing the material.) In view of the good workability of the sintered metal, both end faces are formed into smooth surfaces. It can also be formed by subjecting the bearing material to plastic working such as pressing.
  • the shaft member 21 and the bearing member 22 fixed to the outer periphery thereof are inserted into the inner periphery of the housing 7, and the seal member is placed on the large-diameter inner peripheral surface 7 a 1 of the housing 7.
  • the seal member is placed on the large-diameter inner peripheral surface 7 a 1 of the housing 7.
  • the radial bearing surface provided on the outer peripheral surface 22a of the bearing member 22 and the small-diameter inner periphery of the housing 7 facing the radial bearing surface.
  • a radial bearing gap is formed between the surface 7a2.
  • the oil film pressure formed in the radial bearing gap is increased by the dynamic pressure action of the radial dynamic pressure generating part A, and the shaft member 21 and the bearing member 22 are not contacted in the radial direction.
  • a radial bearing portion R to be supported is formed.
  • a thrust bearing gap is formed between the thrust bearing surface provided on the lower end surface 22c of the bearing member 22 and the inner bottom surface 7b1 of the housing 7 facing the thrust bearing surface.
  • the thrust dynamic pressure generating portion B has a pump-in function of pushing the lubricating oil 11 in the thrust bearing gap into the inner diameter side, and further, the upper end surface 22b of the bearing member 22 is placed in the axial gap 10. Since the pushing portion 12 (the plurality of groove portions 13) having a pump-out function for pushing the lubricating oil 11 to the outer diameter side is provided, the flow circulation of the lubricating oil 11 is further promoted. With such a configuration, the pressure balance of the internal space of the housing 7 can be maintained, and at the same time, the oil film can be prevented from being cut off in the radial bearing gap of the radial bearing portion R and the thrust bearing gap of the thrust bearing portion T. Therefore, the bearing performance can be stabilized.
  • the volume of the internal space of the housing 7 (the sum of the volume of the gap formed between the two members including the two bearing gaps and the volume of the internal holes of the sintered metal bearing member 22). Can do. Thereby, after the bearing device 1 is assembled, it is necessary for the internal space of the housing 7 only to perform a simple operation of lubricating the internal space of the housing 7 from the seal gap S using an oil filler such as a micropipette. An amount of lubricating oil 11 can be interposed, and high precision oil level management is not required.
  • an external force that presses the bearing member 22 downward is applied to the bearing member 22.
  • the bearing member 22 can be supported in both directions of the thrust, so that the load supporting ability in one direction of the thrust due to the oil film formed in the thrust bearing gap becomes excessive.
  • a situation in which the support accuracy (rotation accuracy) becomes unstable can be avoided as much as possible.
  • the external force is applied by a magnetic force, and this magnetic force is provided to the stator coil 5 provided on the motor base 6 that holds the stationary housing 7 on the inner periphery and the bearing member 22 on the rotating side.
  • the rotor magnet 4 to be provided is provided by being shifted in the axial direction.
  • the lubrication work to the inner space of the housing 7 can be performed before the seal member 9 is fixed to the housing 7. is there. In this way, the lubrication work can be simplified as compared with the case where the lubricating oil 11 is filled into the internal space of the housing 7 through the seal gap S after the sealing member 9 is fixed.
  • the bearing device 1 for example, when the bearing device 1 is used in a posture reversed upside down from the mode shown in FIG. There is a slight increase in the risk of 11 leaking out.
  • (2) The pushing portion 12 is composed of a plurality of groove portions 13 provided on the upper end surface 22a of the bearing member 22, and the groove width of each groove portion 13 is sealed. It was gradually reduced from the gap S in the direction away from the radial direction, and (3) each groove portion 13 constituting the pushing portion 12 was formed in a cross-sectional shape with the groove width gradually reduced toward the groove bottom side. Thus, it can be effectively prevented.
  • the radial bearing gap S is formed between the outer peripheral surface 21a of the shaft member 21 and the inner peripheral surface 9a of the seal member 9 fixed to the housing 7 as in the present embodiment, the radial bearing gap is sealed. It can be formed on the outer diameter side of the gap S.
  • the pushing part 12 comprised by the several groove part 13 of the said aspect is provided in the upper end surface 22b of the bearing member 22, and it is axial direction in both the time of the stop of the shaft member 2 and the bearing member 22, and the time of rotation. Lubricating oil 11 present in the gap 10 is easily drawn into the radial bearing gap of the radial bearing portion R. Thereby, the radial bearing gap of the radial bearing portion R is always filled with abundant lubricating oil 11, and the rotational accuracy in the radial direction can be stabilized.
  • the fluid dynamic bearing device 1 according to the embodiment of the present invention has been described above, but various changes can be made to each part of the fluid dynamic bearing device 1 without departing from the gist of the present invention. .
  • the push-in portion 12 can be configured by providing a plurality of spiral groove portions 13 as shown in FIG.
  • the spiral groove 13 With the spiral groove 13, the cross-sectional area (volume) per groove 13 can be increased compared to the radial groove 13 shown in FIG. 4. Therefore, a large amount of the lubricating oil 11 can be interposed (held) in the axial gap 10, which is advantageous in improving the bearing performance.
  • radial bearing portions for supporting the shaft member 21 and the bearing member 22 in the radial direction can be provided apart from each other in two axial directions (radial bearing portions R1, R2).
  • cylindrical radial bearing surfaces that form radial bearing gaps between the small-diameter inner peripheral surface 7 a 2 of the housing 7 are provided at two axial positions on the outer peripheral surface 22 a of the bearing member 22.
  • dynamic pressure generating portions (radial dynamic pressure generating portions) A1 and A2 for generating a dynamic pressure action on the lubricating oil 11 in the radial bearing gap are formed, respectively.
  • the radial dynamic pressure generating portion A1 formed on the upper radial bearing surface is configured by arranging a plurality of dynamic pressure grooves Aa1 and Ab1 inclined in opposite directions and spaced apart in the axial direction in a herringbone shape.
  • the radial dynamic pressure generating portion A2 formed on the side radial bearing surface is configured by arranging a plurality of dynamic pressure grooves Aa2 and Ab2 inclined in opposite directions and spaced apart in the axial direction in a herringbone shape.
  • the axial dimension of the upper dynamic pressure groove Aa1 is larger than the axial dimension of the lower dynamic pressure groove Ab1.
  • the upper dynamic pressure groove Aa2 and the lower dynamic pressure groove Ab2 have the same axial dimension, and constitute the upper radial dynamic pressure generating part A1. This is equal to the axial dimension of the dynamic pressure groove Ab1.
  • the housing 7 which integrally provided the cylinder part 7a and the bottom part 7b which obstruct
  • the housing 7 is formed by the inner peripheral surface 9a of the seal member 9 fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 7a).
  • the housing 7 has a bottom portion 7b that closes the cylindrical portion 7a and its lower end opening. It is also possible to use one provided separately. Instead, in FIG. 8, a seal portion 7c that forms a seal gap S with the outer peripheral surface 21a of the shaft portion 21 is provided integrally with the cylindrical portion 7a.
  • Such a configuration can also be applied to the fluid dynamic bearing device 1 shown in FIG.
  • the housing 7 provided separately from the motor base 6 is fixed to the inner periphery of the motor base 6.
  • a portion corresponding to the motor base 6 is integrated with the housing 7. It can also be provided (not shown).
  • the radial dynamic pressure generating portions A, A1, and A2 are formed on the outer peripheral surface 22a of the bearing member 22 in view of good workability of the bearing member 22 made of a porous body.
  • the dynamic pressure generating portion may be formed on the inner peripheral surface 7a2 of the opposing housing 7.
  • the radial bearing portion can be constituted by other known dynamic pressure bearings such as a so-called multi-arc bearing, a step bearing, and a wave bearing.
  • the thrust dynamic pressure generating part B may be formed not on the lower end surface 22c of the bearing member 22 but on the inner bottom surface 7b1 of the housing 7 facing this.
  • the thrust bearing portion T can also be constituted by other known dynamic pressure bearings such as so-called step bearings and corrugated bearings.
  • the rotor magnet 4 and the stator coil 5 are disposed so as to be shifted in the axial direction, so that the bearing member 22 and the shaft member 21 are moved downward on the rotating body 2 including the bearing member 22 and the like.
  • an external force magnetic force
  • means for applying such an external force to the rotating body 2 is not limited to the above.
  • illustration is omitted, for example, the magnetic force can be applied to the rotating body 2 (rotor 3) by disposing the magnetic member opposite to the rotor magnet 4 in the axial direction.
  • the magnetic force magnetic attractive force
  • the present invention is applied to the fluid dynamic bearing device 1 in which the rotor 3 having blades is fixed to the shaft member 21 as the rotating member.
  • the invention can also be preferably applied to a disk hub having a disk mounting surface or a fluid dynamic bearing device 1 in which a polygon mirror is fixed to the shaft member 21. That is, the present invention is not limited to a fan motor as shown in FIG. 1, but is a fluid motion incorporated in other electrical equipment motors such as a spindle motor for a disk device and a polygon scanner motor for a laser beam printer (LBP).
  • LBP laser beam printer
  • the present invention can also be preferably applied to the pressure bearing device 1.
  • Fluid dynamic pressure bearing apparatus Rotating body 3 Rotor (rotating member) 4 Rotor magnet 5 Stator coil 6 Motor base (holding member) 7 Housing 7a Side 7b Bottom 7b1 Inner bottom surface 8 Communication path 9 Seal member 10 Axial clearance 11 Lubricating oil 12 Push-in portion 13 Groove 21 Shaft member 22 Bearing member 22b Upper end surface (end surface on the other side in the axial direction) 22c Lower end surface (end surface on one axial side) A, A1, A2 Radial dynamic pressure generating part B Thrust dynamic pressure generating part S Seal gaps R, R1, R2 Radial bearing part T Thrust bearing part

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Abstract

　多孔質材料で形成された回転側の軸受部材２２と、軸受部材２２を内周に収容した静止側のハウジング７と、軸受部材２２の上側を、シール隙間Ｓを介して大気に開放するシール部材９と、軸受部材２２の外周面２２ａとハウジング７の内周面７ａ２との間に形成されるラジアル軸受隙間と、軸受部材２２の下端面２２ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間に形成されるスラスト軸受隙間とを備え、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされ、両軸受隙間に形成される油膜で軸受部材２２がラジアル方向及びスラスト方向に支持される流体動圧軸受装置１であって、軸受部材２２の上端面２２ｂと、これに対向するシール部材９の下端面９ｂとの間に、空気を含む軸方向隙間１０を介在させた。

Description

流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ
　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。
　流体動圧軸受装置は、回転側の部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、回転側の部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部とを備えており、近年では上記特長を有効に享受するために、ラジアル軸受部及びスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成する場合が多い。この種の流体動圧軸受装置としては、種々のものが提案されているが、例えば特許文献１の図２には、回転側を構成する焼結金属製の軸受部材と、軸受部材を内周に収容する静止側のハウジングとを備え、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間にラジアル軸受部のラジアル軸受隙間が形成される流体動圧軸受装置が開示されている。また、この流体動圧軸受装置では、軸受部材の一端面及び他端面でスラスト軸受部のスラスト軸受隙間がそれぞれ形成される。
　特許文献１の構成を採用すれば、軸部材の外周面とハウジングの内周に固定した軸受部材の内周面との間にラジアル軸受部のラジアル軸受隙間を形成するようにした構成（例えば、特許文献２）に比べ、ラジアル軸受部の支持面積拡大を図り得ることに加え、軸受部材の回転に伴って潤滑油に作用する遠心力によりラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たすことが可能となる。そのため、ラジアル軸受部の支持能力を高める上で、またラジアル軸受部の支持能力を安定的に維持する上で有利となる。
特開２００７－２４０８９号公報 特開２００３－３３６６３６号公報
　ところで、特許文献１に記載された流体動圧軸受装置のように、軸受部材の一端面及び他端面でそれぞれスラスト軸受隙間を形成するようにした場合、両スラスト軸受隙間での油膜切れを防止するため、ハウジングの内部空間を潤滑油で満たす必要がある。このことは、ハウジングの開口部をシールするシール隙間の範囲内に潤滑油の油面を保持するようにしている（特許文献１の段落００２８参照）ことからも明らかである。
　しかしながら、上記構成を採用すると、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、かつ潤滑油の油面を精度良く管理する（潤滑油量を微調整する）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、多孔質材料で形成され、軸方向両側に端面を有する回転側の軸受部材と、軸方向一方側が閉塞された有底筒状をなし、軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングと、軸受部材の軸方向他方側の端面と対向配置され、軸受部材の軸方向他方側を、シール空間を介して大気に開放するシール部材と、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間と、軸受部材の軸方向一方側の端面とハウジングの内底面との間に形成されるスラスト軸受隙間とを備え、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油で満たされ、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に形成される油膜で軸受部材がラジアル方向及びスラスト方向にそれぞれ支持される流体動圧軸受装置において、軸受部材の軸方向他方側の端面と、これに対向するシール部材の端面との間に、空気を含む軸方向隙間を介在させたことを特徴とする。
　本発明に係る流体動圧軸受装置（以下、単に「軸受装置」ともいう）では、上記のラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油で満たされた状況下において、軸受部材の軸方向他方側の端面と、これに対向するシール部材の端面との間に、空気を含む軸方向隙間を介在させた。これはすなわち、上記状況下において、軸方向隙間の範囲内に潤滑油の油面を保持可能としたことを意味し、この場合、ハウジングの内部空間に充填する潤滑油量を、ハウジングの内部空間の容積（両軸受隙間をはじめとして、二部材間に形成される隙間の容積の総和）よりも少なくすることができる。これにより、当該軸受装置の組み立て後に、例えばマイクロピペット等の給油具を用いてシール隙間からハウジングの内部空間に注油するという簡単な作業を実行するだけでも、ハウジングの内部空間に必要量の潤滑油を介在させることができる。そのため、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。
　上記構成において、軸受部材に、軸受部材を軸方向一方側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、軸受部材をスラスト両方向に支持することが可能となる。そのため、スラスト軸受隙間に形成される油膜によるスラスト一方向の荷重支持能力が過大となり、これに伴って、スラスト方向の支持精度が不安定化するような事態を可及的に回避することができる。また、スラスト他方向の荷重を、動圧軸受からなるスラスト軸受部で支持する特許文献１の構成では、当該スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の隙間幅を高精度に調整・管理する必要があるが、上記本発明の構成ではこのような調整・管理作業が不要となる。よって、当該軸受装置の低コスト化を図りつつ、軸受性能を向上することができる。
　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、静止側の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、回転側の軸受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。
　上記構成において、軸受部材の回転時、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離反する方向に押し込む押し込み部をさらに有するものとすることができる。このようにすれば、軸受部材の回転中（軸受装置の運転中）におけるシール隙間を介しての潤滑油漏れ、ひいてはこれに起因した軸受性能の低下を可及的に防止することができる。
　押し込み部は、例えば、軸方向隙間を形成する対向二面の少なくとも一方に形成した複数の溝部で構成することができるが、多孔質材料で形成される軸受部材の良好な加工性に鑑み、軸受部材の軸方向他方側の端面に形成した複数の溝部で構成するのが望ましい。
　押し込み部を構成する各溝部の溝幅は、シール隙間から径方向に離反する方向に向けて漸減させるのが望ましい。毛細管力により、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離間した位置で保持し易くなるので、シール隙間を介しての潤滑油漏れを防止する上で有利となるからである。また、押し込み部を構成する各溝部は、溝底側に向けて溝幅を漸減させた断面形状に形成するのが望ましい。毛細管力により、軸方向隙間内の潤滑油を各溝部の溝底側（シール隙間から軸方向に離間した側）に引き込むことができるので、シール隙間を介しての潤滑油漏れを防止する上で一層有利となるからである。
　以上の構成において、シール隙間は、軸受部材を外周に固定した軸部材の外周面と、ハウジングと一体又は別体に設けたシール部材の内周面との間に形成することができる。この場合、ラジアル軸受隙間を、シール隙間よりも外径側に形成することができる。そのため、押し込み部を複数の溝部で構成し、かつ各溝部の溝幅をシール隙間から径方向に離反する方向に向けて漸減させておけば、軸受部材の停止時及び回転時の双方において、軸方向隙間に介在する潤滑油をラジアル軸受隙間に引き込み易くなる。これにより、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たし、ラジアル方向の回転精度の安定化を図ることができる。
　以上の構成において、ラジアル軸受隙間を介して対向するハウジングの内周面と軸受部材の外周面の何れか一方又は双方には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させる動圧発生部（ラジアル動圧発生部）を設けることができる。
　ラジアル動圧発生部は、軸受部材の回転時にラジアル軸受隙間内の潤滑油をスラスト軸受隙間側に押し込む形状とするのが好ましい。スラスト軸受隙間における油膜切れを可及的に防止し、スラスト一方向の回転精度の安定化を図ることができるからである。
　軸受部材には、軸受部材の両端面を連通させる連通路を設けることができる。このような連通路を設けておくことにより、軸受装置の運転中に、ハウジングの内部空間に介在する潤滑油を積極的に流動循環させること可能となるので、軸受装置内部の圧力バランスの崩れや、各軸受隙間における潤滑油不足に起因した軸受性能の低下を効果的に防止することができる。
　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に示す軸受部材の下端面を示す平面図である。 図２に示す軸受部材の上端面を示す平面図である。 図４中のＸ１－Ｘ１矢視断面図であり、軸受部材の上端面に設けた溝部の一例を示す図である。 軸受部材の上端面に設ける溝部の変形例を示す断面図である。 軸受部材の上端面に設ける溝部の変形例を示す断面図である。 変形例に係る軸受部材の上端面を示す平面図である。 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。 本発明の第３実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。
　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、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２１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２１、軸部材２１に固定された羽根を有するロータ３及びロータ３に固定されたロータマグネット４等を備えた回転体２が回転する。
　なお、回転体２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、回転体２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２１及びその外周に固定した軸受部材２２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、回転体２の回転時には、流体動圧軸受装置１の軸部材２１及び軸受部材２２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Ｒで支持される。
　図２に、本発明の第１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、回転側を構成する軸部材２１及びその外周に固定された軸受部材２２と、軸方向一方側が閉塞された有底筒状をなし、軸受部材２２及び軸部材２１を内周に収容した静止側のハウジング７と、軸受部材２２の軸方向他方側の端面と対向配置され、軸受部材２２の軸方向他方側を、シール隙間Ｓを介して大気に開放するシール部材９とを主要な構成部材として備えている。ハウジング７の内部空間には潤滑油１１（密な散点ハッチングで示す）が充填されており、図２に示す状態では、少なくともラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間及びスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされている。なお、以下では、説明の便宜上、シール部材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。
　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が金属又は樹脂で一体に形成されている。筒部７ａの内周面は、段部を介して大径内周面７ａ１と径内周面７ａ２とに区画され、大径内周面７ａ１にはシール部材９が固定される。小径内周面７ａ２は、軸部材２１に固定された軸受部材２２の外周面２２ａとの間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状領域を有し、該円筒状領域は凹凸のない平滑面に形成されている。また、底部７ｂの内底面７ｂ１は、軸受部材２２の下端面２２ｃとの間にスラスト軸受隙間を形成する円環状領域を有し、該円環状領域は凹凸のない平滑面に形成されている。
　シール部材９は金属又は樹脂で円環状に形成され、ハウジング７の大径内周面７ａ１に接着、圧入、圧入接着等の適宜の手段で固定される。シール部材９の内周面９ａと、これに対向する軸部材２１の外周面２１ａとの間にはシール隙間（ラビリンスシール）Ｓが形成され、軸受部材２２の上側は、シール隙間Ｓを介して大気に開放されている。
　軸部材２１は、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、その外周面２１ａは平滑な円筒面に形成されている。軸部材２１の上端外周に、羽根を有するロータ３が固定されている。
　軸受部材２２は、多孔質体、ここでは銅（銅系合金を含む）あるいは鉄（鉄系合金を含む）の金属粉末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る。軸受部材２２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可能である。この軸受部材２２は、下端面２２ｃが軸部材２１の下端面２１ｂよりも軸方向外側（下側）に位置するようにして、軸部２１の外周面２１ａに圧入、接着、圧入接着（圧入と接着の併用）、溶接等の適宜の手段で固定されている。
　軸受部材２２は、その両端面２２ｂ，２２ｃを連通させる連通路８を一又は複数備えている。ここでは、図３及び図４に示すように、軸受部材２２の内周面２２ｄに形成した軸方向溝２２ｄ１と、平滑な円筒面状をなす軸部材２１の外周面２１ａとで連通路８を形成している。もちろん、軸部材２１の外周面２１ａに軸方向溝を設けることで連通路８を形成することもできる。
　軸受部材２２の外周面２２ａには、対向するハウジング７の小径内周面７ａ２との間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面が設けられる。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）Ａが形成されている。ラジアル動圧発生部Ａは、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間した複数の動圧溝Ａａ１，Ａｂ１をヘリングボーン形状に配列して構成される。ラジアル動圧発生部Ａにおいて、上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法は、下側の動圧溝Ａｂ１の軸方向寸法よりも大きくなっている。これにより、回転体２（軸部材２１及び軸受部材２２）の回転時、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油１１は、下向き（スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間側）に押し込まれる。
　なお、ラジアル動圧発生部Ａを構成する各動圧溝は、例えば、軸受部材２２を成形するのと同時に（詳細には、金属粉末を圧粉・焼結してなる円筒状の軸受素材にサイジング加工を施すことで仕上がり寸法・形状の軸受部材２２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、外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Ａ（動圧溝）の形成態様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Ａ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。
　図３に示すように、軸受部材２２の下端面２２ｃには、対向するハウジング７の内底面７ｂ１との間にスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間を形成する環状のスラスト軸受面が設けられる。このスラスト軸受面には、軸部材２１及び軸受部材２２が回転するのに伴って、スラスト軸受隙間内の潤滑油１１に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部Ｂが形成されている。スラスト動圧発生部Ｂは、スパイラル形状の動圧溝Ｂａを周方向に所定間隔で複数設けて構成されており、軸部材２１及び軸受部材２２の回転時、スラスト軸受隙間内の潤滑油１１を内径側に押し込むポンプイン機能を有する。スラスト動圧発生部Ｂは、ヘリングボーン形状の動圧溝を周方向に所定間隔で配置して構成することもできる。
　軸受部材２２の上端面２２ｂと、これに対向するシール部材９の下端面９ｂとの間には空気を含む軸方向隙間（環状空間）１０が設けられる。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（シール隙間Ｓを鉛直方向上側に配置した状態）では、少なくともラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間及びスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされ、ハウジング７の内部空間に充填した潤滑油１１の油面が上記軸方向隙間１０の範囲内に保持される。
　従って、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いる。
　軸受部材２２の上端面２２ｂには、軸部材２１及び軸受部材２２の回転時、軸方向隙間１０内の潤滑油１１をシール隙間Ｓから径方向に離反する方向（本実施形態では径方向外向き）に押し込む押し込み部１２が設けられる。押し込み部１２は、図４に示すように、周方向所定間隔で配置された複数の溝部１３で構成され、ここでは各溝部１３を径方向に延びる放射溝で構成している。各溝部１３は、その溝幅を外径側（シール隙間Ｓから径方向に離反する方向）に向けて漸減させた形態をなし、かつ、その溝幅を溝底側に向けて漸減させた断面形状を有する。なお、各溝部１３の断面形状としては、例えば図５ａに示す断面三角形状を採用し得る他、図５ｂに示す断面台形状、あるいは図５ｃに示す断面半円形状も採用し得る。
　各溝部１３の外径端部及び内径端部は、軸受部材２２の上端外周チャンファ２２ｅ及び上端内周チャンファ２２ｆにそれぞれ開口しており、溝部１３の溝深さは上端外周チャンファ２２ｅの面取り量よりも小さく設定される。例えば、上端外周チャンファ２２ｅの面取り量を０．２ｍｍとした場合、溝部１３の溝深さは０．１５ｍｍ程度に設定される。このようにしたのは、溝部１３の溝深さが上端外周チャンファ２２ｅの面取り量よりも大きくなると、軸受部材２２の外周面２２ａに形成したラジアル動圧発生部Ａ（特に上側の動圧溝Ａａ１）の形状が崩れ、ラジアル軸受部Ｒの支持能力に悪影響が及ぶおそれがあるからである。
　軸受部材２２の下端面２２ｃ及び上端面２２ｂにそれぞれ設けられる動圧溝Ｂａ及び溝部１３は、軸受部材２２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形状・寸法の軸受部材２２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、両端面が平滑面に成形された軸受素材にプレス等の塑性加工を施すことで形成することもできる。
　以上の構成を具備する流体動圧軸受装置１は、例えば、軸部材２１及びその外周に固定した軸受部材２２をハウジング７の内周に挿入し、ハウジング７の大径内周面７ａ１にシール部材９を固定した後、マイクロピペット等の給油具を用いてシール隙間Ｓを介してハウジング７の内部空間に潤滑油１１を充填（注油）することにより完成する。
　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２１及び軸受部材２２が回転すると、軸受部材２２の外周面２２ａに設けられたラジアル軸受面と、これに対向するハウジング７の小径内周面７ａ２との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして軸部材２１及び軸受部材２２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間に形成される油膜圧力がラジアル動圧発生部Ａの動圧作用によって高められ、軸部材２１及び軸受部材２２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒが形成される。
　これと同時に、軸受部材２２の下端面２２ｃに設けられたスラスト軸受面とこれに対向するハウジング７の内底面７ｂ１との間にスラスト軸受隙間が形成される。そして、軸部材２１及び軸受部材２２の回転に伴い、スラスト軸受隙間の油膜圧力がスラスト動圧発生部Ｂの動圧作用によって高められ、軸部材２１及び軸受部材２２をスラスト一方向に非接触支持（上方に浮上支持）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２１及び軸受部材２２には、これらを下方に押し付ける外力としての磁力を作用させており、これにより、軸部材２１及び軸受部材２２の過浮上が抑止される。
　上述したように、軸部材２及び軸受部材２２の回転時には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油１１が下方に押し込まれる。これにより、軸受部材２２の回転時には、軸受部材２２の外周面２２ａとハウジング７の内周面７ａ２との間の隙間に介在する潤滑油１１は下方に流動し、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間→軸受部材２２に設けた連通路８→軸受部材２２の上端面２２ｂとシール部材９の下端面９ｂとの間の軸方向隙間１０という経路を循環して、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。特に、本実施形態では、スラスト動圧発生部Ｂがスラスト軸受隙間内の潤滑油１１を内径側に押し込むポンプイン機能を有し、さらに、軸受部材２２の上端面２２ｂに、軸方向隙間１０内の潤滑油１１を外径側に押し込むポンプアウト機能を有する押し込み部１２（複数の溝部１３）を設けているので、潤滑油１１の流動循環が一層促進される。このような構成とすることで、ハウジング７の内部空間の圧力バランスが保たれると同時に、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間及びスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間における油膜切れを防止することができるので、軸受性能の安定化を図ることができる。
　以上に示すように、本発明に係る流体動圧軸受装置１では、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油１１で満たされた状況下（図２）において、軸受部材２２の上端面２２ｂと、これに対向するシール部材９の下端面９ｂとの間に、空気を含む軸方向隙間１０を介在させた。これはすなわち、上記状況下において、軸方向隙間１０の範囲内に潤滑油１１の油面を保持可能としたことを意味し、この場合、ハウジング７の内部空間に充填する潤滑油１１の量を、ハウジング７の内部空間の容積（両軸受隙間をはじめとして二部材間に形成される隙間の容積と、焼結金属製の軸受部材２２の内部空孔の容積との総和）よりも少なくすることができる。これにより、当該軸受装置１の組み立て後に、例えばマイクロピペット等の給油具を用いてシール隙間Ｓからハウジング７の内部空間に注油するという簡単な作業を実行するだけでも、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、高精密な油面管理が不要となる。
　また、軸受部材２２には、軸受部材２２を下方に押し付ける（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、軸受部材２２をスラスト両方向に支持することが可能となるので、スラスト軸受隙間に形成される油膜によるスラスト一方向の荷重支持能力が過大となり、これに伴って、スラスト方向の支持精度（回転精度）が不安定化するような事態を可及的に回避することができる。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、静止側のハウジング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、回転側の軸受部材２２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。
　なお、軸方向隙間１０内に潤滑油１１の油面を保持するようにしたことにより、ハウジング７の内部空間への注油作業は、ハウジング７にシール部材９を固定する前に行うことも可能である。このようにすれば、シール部材９の固定後にシール隙間Ｓを介してハウジング７の内部空間に潤滑油１１を充填する場合よりも、注油作業を簡略化することができる。
　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、シール隙間Ｓを介して潤滑油１１が外部に漏れ出すおそれが多少なりとも高まる。このような問題については、上記したように、（１）軸部材２１及び軸受部材２２の回転時、軸方向隙間１０内の潤滑油１１をシール隙間Ｓから径方向に離反する方向（本実施形態では外径側）に押し込む押し込み部１２を設けたこと、（２）押し込み部１２を、軸受部材２２の上端面２２ａに設けた複数の溝部１３で構成し、かつ各溝部１３の溝幅をシール隙間Ｓから径方向に離反する方向に向けて漸減させたこと、および（３）押し込み部１２を構成する各溝部１３を、溝底側に向けて溝幅を漸減させた断面形状に形成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、上記（２）を採用すれば、毛細管力により、軸方向隙間１０内の潤滑油１１をシール隙間Ｓから径方向に離間した位置で保持し易くなり、また上記（３）を採用すれば、毛細管力により、軸方向隙間１０内の潤滑油を各溝部１３の溝底側（シール隙間Ｓから軸方向に離間した側）に引き込むことができるからである。
　なお、図示は省略するが、シール隙間Ｓを介しての潤滑油漏れを一層効果的に防止するため、シール隙間Ｓに隣接して大気に接した軸部２１の外周面２１ａやシール部材９の上端面に撥油膜を形成しても良い。
　また、本実施形態のように、シール隙間Ｓを、軸部材２１の外周面２１ａと、ハウジング７に固定したシール部材９の内周面９ａとの間に形成すれば、ラジアル軸受隙間を、シール隙間Ｓよりも外径側に形成することができる。そして、上記態様の複数の溝部１３で構成した押し込み部１２が軸受部材２２の上端面２２ｂに設けられていることにより、軸部材２及び軸受部材２２の停止時及び回転時の双方において、軸方向隙間１０に介在する潤滑油１１をラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間に引き込み易くなる。これにより、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間を常時潤沢な潤滑油１１で満たし、ラジアル方向の回転精度の安定化を図ることができる。
　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、押し込み部１２は、図６に示すようなスパイラル形状の溝部１３を複数設けて構成することもできる。スパイラル形状の溝部１３であれば、図４に示す放射状の溝部１３に比べ、溝部１３一本当たりの断面積（容積）を拡大することができる。そのため、軸方向隙間１０により多くの潤滑油１１を介在させる（保持する）ことができ、軸受性能向上を図る上で有利となる。
　また、軸部材２１および軸受部材２２をラジアル方向に支持するためのラジアル軸受部は、図７に示すように、軸方向の二箇所に離間して設けることもできる（ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２）。図７では、軸受部材２２の外周面２２ａの軸方向二箇所に、対向するハウジング７の小径内周面７ａ２との間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面を設けている。二つの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。上側のラジアル軸受面に形成したラジアル動圧発生部Ａ１は、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間した複数の動圧溝Ａａ１，Ａｂ１をヘリングボーン形状に配列して構成され、また下側のラジアル軸受面に形成したラジアル動圧発生部Ａ２は、互いに反対方向に傾斜し、かつ軸方向に離間した複数の動圧溝Ａａ２，Ａｂ２をヘリングボーン形状に配列して構成される。上側のラジアル動圧発生部Ａ１において、上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法は、下側の動圧溝Ａｂ１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、上側の動圧溝Ａａ２と下側の動圧溝Ａｂ２の軸方向寸法が互いに等しく、かつ上側のラジアル動圧発生部Ａ１を構成する下側の動圧溝Ａｂ１の軸方向寸法と等しくなっている。これにより、回転体２（軸部材２１及び軸受部材２２）の回転時、軸受部材２２の外周面２２ａとハウジング７の小径内周面７ａ２との間の隙間（ラジアル軸受隙間）に満たされた潤滑油１１は、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間側に押し込まれる。
　また、以上で説明した実施形態では、筒部７ａとその下端開口を閉塞する底部７ｂとを一体に設けたハウジング７を使用し、ハウジング７の上端開口をシールするシール隙間Ｓを、ハウジング７（筒部７ａ）の内周面に固定したシール部材９の内周面９ａで形成するようにしたが、ハウジング７は、図８に示すように、筒部７ａとその下端開口を閉塞する底部７ｂとが別体に設けられたものを使用するようにしても構わない。その代わりに、図８では、軸部２１の外周面２１ａとの間にシール隙間Ｓを形成するシール部７ｃを、筒部７ａと一体に設けている。なお、このような構成を、図２に示す流体動圧軸受装置１に適用することもできる。
　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（図示省略）。
　また、以上で示した実施形態では、多孔質体からなる軸受部材２２の良好な加工性に鑑み、軸受部材２２の外周面２２ａにラジアル動圧発生部Ａ，Ａ１，Ａ２を形成したが、ラジアル動圧発生部は、対向するハウジング７の内周面７ａ２に形成しても良い。また、ラジアル軸受部は、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。同様に、スラスト動圧発生部Ｂは、軸受部材２２の下端面２２ｃではなく、これに対向するハウジング７の内底面７ｂ１に形成しても良い。また、スラスト軸受部Ｔ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、軸受部材２２等を含む回転体２に、軸受部材２２及び軸部材２１を下方に押し付ける（スラスト他方向に支持する）ための外力（磁力）を作用させるようにしたが、このような外力を回転体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、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、上記磁力を回転体２（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、この推力のみで軸受部材２２を下方に押し付けることができる場合、軸受部材２２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２１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２１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、その他の電気機器用モータ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。
１　　　　流体動圧軸受装置
２　　　　回転体
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（保持部材）
７　　　　ハウジング
７ａ　　　側部
７ｂ　　　底部
７ｂ１　　内底面
８　　　　連通路
９　　　　シール部材
１０　　　軸方向隙間
１１　　　潤滑油
１２　　　押し込み部
１３　　　溝部
２１　　　軸部材
２２　　　軸受部材
２２ｂ　　上端面（軸方向他方側の端面）
２２ｃ　　下端面（軸方向一方側の端面）
Ａ、Ａ１、Ａ２　ラジアル動圧発生部
Ｂ　　　　スラスト動圧発生部
Ｓ　　　　シール隙間
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２　ラジアル軸受部
Ｔ　　　　スラスト軸受部

Claims (10)

  1. 　多孔質材料で形成され、軸方向両側に端面を有する回転側の軸受部材と、軸方向一方側が閉塞された有底筒状をなし、軸受部材を内周に収容した静止側のハウジングと、軸受部材の軸方向他方側の端面と対向配置され、軸受部材の軸方向他方側を、シール隙間を介して大気に開放するシール部材と、軸受部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間と、軸受部材の軸方向一方側の端面とハウジングの内底面との間に形成されるスラスト軸受隙間とを備え、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間が潤滑油で満たされ、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に形成される油膜で軸受部材がラジアル方向及びスラスト方向にそれぞれ支持される流体動圧軸受装置において、
    　軸受部材の軸方向他方側の端面と、これに対向するシール部材の端面との間に、空気を含む軸方向隙間を介在させたことを特徴とする流体動圧軸受装置。
  2. 　軸受部材に、軸受部材を軸方向一方側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。
  3. 　軸受部材の回転時、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離反する方向に押し込む押し込み部をさらに有する請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
  4. 　押し込み部を、軸受部材の軸方向他方側の端面に形成した複数の溝部で構成した請求項３に記載の流体動圧軸受装置。
  5. 　各溝部の溝幅を、シール隙間から径方向に離反する方向に向けて漸減させた請求項４に記載の流体動圧軸受装置。
  6. 　各溝部が、溝底側に向けて溝幅を漸減させた断面形状を有する請求項４又は５に記載の流体動圧軸受装置。
  7. 　シール隙間が、軸受部材を外周に固定した軸部材の外周面と、ハウジングと一体又は別体に設けたシール部材の内周面との間に形成される請求項１～６の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
  8. 　ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させる動圧発生部を有し、この動圧発生部を、ラジアル軸受隙間内の潤滑油をスラスト軸受隙間側に押し込む形状とした請求項１～７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
  9. 　軸受部材の軸方向両側の端面を連通させる連通路を有する請求項１～８の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
  10. 　請求項１～９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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