WO2018012186A1

WO2018012186A1 - 流体動圧軸受装置及びこれを備えるモータ

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Publication number: WO2018012186A1
Application number: PCT/JP2017/021960
Authority: WO
Inventors: 慎治小松原
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-01-18

Abstract

使用温度範囲内で潤滑油１１の油面が軸受部材８の上端内周縁部に設けた面取部８ｆの上端部よりも下側に位置するように、ハウジング７の内部空間への潤滑油１１の充填量が調整されており、また、軸受部材８は、外径寸法が相対的に小さい小径円筒部８１と、外径寸法が相対的に大きい大径円筒部８２とを一体に有する。軸受部材８は、小径円筒部８１の上端面８ｃを大気に露出させた状態で、環状部材９とハウジング７の底部７ｂとで大径円筒部８２を軸方向両側から挟持することにより、ハウジング７の内周に固定されている。

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、種々の電気機器に搭載される各種モータ、例えば、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。

　例えば、下記の特許文献１には、有底筒状のハウジングの内周に配置された軸受部材と、支持すべき軸（軸受部材の内周に挿入される軸部材）の外周面と軸受部材の内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、軸部材をスラスト一方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングの開口部内周に配置された環状のシール部材と、を備えた流体動圧軸受装置が開示されている。

　特許文献１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、互いに対向するシール部材の内周面と軸部材の外周面との間には、潤滑油の外部漏洩等を可及的に防止すべく、潤滑油の油面を保持するシール空間が設けられる。このようなフルフィル構造を採用した流体動圧軸受装置は、高い軸受性能を安定的に発揮し得るという利点がある反面、装置組立後に、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全域（軸受部材が焼結金属等の多孔質体からなる場合、軸受部材の内部気孔も含む）を潤滑油で満たし、かつ潤滑油の油面位置を微調整する必要がある関係上、製造コストを低廉化することが難しいという問題がある。

　このような問題に対し、例えば下記の特許文献２には、ハウジングの内部空間に部分的に潤滑油を介在させる（ハウジングの内部空間に空気と潤滑油を混在させる）、いわゆるパーシャルフィル構造を採用した流体動圧軸受装置が提案されている。このパーシャルフィル構造は、軸受装置の運転中にラジアル軸受部のラジアル軸受隙間およびスラスト軸受部の周辺領域を満たすことができる程度の量の潤滑油をハウジングの内部空間に介在させることを基本構造としているため、潤滑油の充填に際して真空含浸等の煩雑な手法を採用する必要がなく、また、潤滑油の充填量を高精密に管理する必要性もない。そのため、潤滑油の充填作業を簡略化することができ、これを通じて流体動圧軸受装置の製造コストを低減できるという利点がある。

　また、特許文献２では、製造コストの更なる低減などを目的として、軸受部材を、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によりハウジングの内周に固定することも提案されている。

特開２００３－３０７２１２号公報特開２０１４－５９０１４号公報

　ところで、近年、ＵＬＴＲＡＢＯＯＫ（登録商標）に代表される超薄型で軽量のノート型ＰＣの需要が高まる傾向にある。この種のノート型ＰＣは筐体が薄いため、これに搭載されるファンモータも当然に薄型化する必要がある。その一方、超薄型のノート型ＰＣに搭載されるファンモータであっても、少なくとも従来と同等の冷却能力を維持することが求められており、場合によっては、冷却能力を向上することも求められる。このような要請に対応するためには、軸部材に装着される送風用のファン（羽根）を有するロータを大型化する必要があるが、ロータが大型化するほど、回転体の回転中に軸受装置に作用するラジアル荷重（ラジアル軸受部で支持すべき荷重）が大きくなる。

　ラジアル荷重の負荷能力（軸受剛性）を高めるための手段の一つに、ラジアル軸受隙間の形成に直接関与する軸受部材の軸方向寸法を拡大することが考えられるが、このような対策を講じると、装置全体を薄型化することが困難となる。

　以上の実情に鑑み、本発明の課題は、軸方向にコンパクトでありながら、ラジアル荷重の負荷能力（ラジアル軸受部の軸受剛性）に優れた流体動圧軸受装置を低コストに提供することにある。

　上記の課題を達成するために創案された本発明は、軸方向一方側の端部が開口すると共に軸方向他方側の端部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配置され、軸方向一方側の内周縁部に面取部を有する多孔質の軸受部材と、軸受部材の内周面と軸受部材の内周に挿入される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を備え、ハウジングの内底面で軸部材がスラスト方向に支持され、使用温度範囲内で潤滑油の油面が上記面取部の軸方向一方側の端部よりも軸方向他方側に位置するようにハウジングの内部空間への潤滑油の充填量が調整された流体動圧軸受装置であって、軸受部材は、軸方向一方側に配置され、外径寸法が相対的に小さい小径円筒部と、軸方向他方側に配置され、外径寸法が相対的に大きい大径円筒部とを一体に有し、かつ、小径円筒部の軸方向一方側の端面を大気に露出させた状態で、小径円筒部とハウジングの筒部の間に配置した環状部材とハウジングの底部とで大径円筒部を軸方向両側から挟持することにより、ハウジングの内周に固定されていることを特徴とする。

　なお、本発明でいう「ハウジングの内底面で軸部材がスラスト方向に支持され」とは、軸部材がスラスト方向に接触支持される場合、および軸部材がスラスト方向に非接触支持される場合の双方を含む概念である。また、「ハウジングの内部空間」には、当該流体動圧軸受装置の構成部材（ハウジング、軸受部材、環状部材および軸部材）の対向二面で形成される隙間（空間）のみならず、多孔質の軸受部材が有する内部気孔も含まれる。

　上記の本発明の構成は、特許文献１，２に開示された流体動圧軸受装置において、ハウジングの軸方向一方側（開口側）の端部内周に配置され、軸部材の外周面との間に潤滑油の油面を保持するシール空間を形成していた環状のシール部材を省略した構成に相当する。このため、軸受部材の軸方向寸法、ひいてはラジアル軸受部の軸受剛性を変化させずとも、少なくともシール部材の軸方向寸法分だけハウジングの軸方向寸法を短縮することができ、これを通じて装置全体を軸方向にコンパクト化することができる。また、軸受部材に外径寸法が相互に異なる小径円筒部と大径円筒部とを一体に設け、小径円筒部とハウジングの筒部の間に配置した環状部材とハウジングの底部とで大径円筒部を軸方向両側から挟持することによって軸受部材をハウジングの内周に固定したので、組立工程を簡素化でき、これを通じて流体動圧軸受装置の製造コストを低減することができる。

　ハウジングの筒部に対する大径円筒部のはめあい、および環状部材に対する小径円筒部のはめあいは、何れもすきまばめとするのが好ましい。これにより、ハウジングの筒部および環状部材に対する大径円筒部および小径円筒部のはめあいをしまりばめとする場合に懸念される、軸受部材の内周面の変形に起因したラジアル軸受隙間の隙間幅精度の低下、ひいてはラジアル軸受部の軸受性能の低下を可及的に防止することができる。なお、ここでいう「すきまばめ」の定義は、日本工業規格ＪＩＳ　Ｂ　０４０１－１に準拠する。

　多孔質の軸受部材は、焼結金属の多孔質体とすることができる。この場合、軸受部材の内周面をサイジングコアの外周面に倣って成形された成形面とすれば、軸受部材の内周面を低コストに所定形状・精度に仕上げられたものとすることができる。但し、軸受部材が小径円筒部および大径円筒部を一体に有する段付き円筒状に形成される本発明の構成上、両円筒部の径方向の肉厚差があまりに大きいと、焼結体（焼結金属製の軸受素材）にサイジングを施した際に、両円筒部間で、径方向の圧縮量や圧縮力解放後のスプリングバック量に大きな差が生じ易くなるため、軸受部材の内周面を所定形状・精度に仕上げることができなくなる可能性がある。このため、両円筒部の径方向の肉厚差には制限を設けるのが好ましく、具体的には、大径円筒部の径方向の肉厚（ｔ２）に対する小径円筒部の径方向の肉厚（ｔ１）の比（ｔ２／ｔ１）を２．５未満にするのが好ましく、２以下とするのが一層好ましい。なお、上記の肉厚（ｔ１，ｔ２）は最小値を意味する。

　小径円筒部の外周面には、軸方向他方側（ハウジングの底部側）から軸方向一方側（ハウジングの開口側）に向けて漸次縮径したテーパ面を設けることができる。このようにすれば、軸受部材（軸受素材）をサイジング金型のダイに導入する際（さらには、軸受部材をサイジング金型から離型する際）に、軸受部材の小径円筒部の外周面にキズや毟れ等の欠陥が生じる可能性を可及的に低減することができる。軸受部材の小径円筒部の外周面は、その全域を上記のテーパ面で構成しても良いし、径一定の円筒面と上記のテーパ面とで構成しても良い。後者の構成を採用する場合、円筒面は、テーパ面と小径円筒部の軸方向一方側の端面との間に設けることができる。

　軸受部材の内周面には、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させる動圧発生部を設けることができる。このようにすれば、ラジアル軸受部を動圧軸受で構成することができるので、ラジアル軸受部の軸受剛性を一層高めることができる。

　軸部材は、軸受部材に対して挿脱自在とすることができる。この場合、軸部材を任意のタイミングで軸受部材に挿入することができるので、例えば、内周に所定量の潤滑油が充填された軸受部材に対して軸部材を挿入すれば、軸部材の挿入に伴って、潤滑油を軸受部材の内周面と軸部材の外周面との間の径方向隙間（ラジアル軸受隙間）やスラスト軸受部の周辺領域に行き渡らせることができる。

　軸部材には、軸部材を軸方向他方側に付勢する外力を作用させることができる。軸部材が軸受部材に対して挿脱自在である場合に上記構成を採用すれば、軸部材の意図せぬ抜脱を可及的に防止する上で有利となる。上記外力は、例えば磁力とすることができる。この磁力は、例えば、モータの静止側に設けられるステータコイルと、モータの回転側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で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ため、上記外力を軸部材に作用させる上でのコスト増は生じない。

　以上で示した本発明に係る流体動圧軸受装置は、ＰＣ用のファンモータや、ＬＢＰ用のポリゴンスキャナ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る。なお、ファンモータに組み込まれる流体動圧軸受装置においては、軸部材に送風用の羽根を有するロータが設けられ、ポリゴンスキャナモータに組み込まれる流体動圧軸受装置においては、軸部材にポリゴンスキャナが設けられる。

　以上より、本発明によれば、軸方向にコンパクトでありながら、ラジアル軸受部の軸受剛性に優れた流体動圧軸受装置を低コストに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。本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。軸受部材の縦断面図である。運転中の流体動圧軸受装置の部分拡大断面図である。運転中の流体動圧軸受装置の部分拡大断面図である。軸受素材にサイジング加工を施している状態を模式的に示す図である。軸受素材に対するサイジング加工の終了段階を模式的に示す図である。流体動圧軸受装置の組立工程における注油段階を示す図である。流体動圧軸受装置の組立工程における軸部材の挿入段階を示す図である。本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。変形例に係る軸受部材の縦断面図である。変形例に係る軸受部材の縦断面図である。最終的に図８Ａに示す軸受部材となる軸受素材にサイジング加工を施している状態を模式的に示す図である。軸受素材に対するサイジング加工の終了段階を模式的に示す図である。変形例に係る流体動圧軸受装置の部分拡大図である。変形例に係る流体動圧軸受装置の部分拡大図である。

　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、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、送風用の羽根（図示省略）を有し、モータの回転側を構成するロータ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の一端に装着されている。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に装着されたロータ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の軸受部材８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、軸部材２、軸受部材８、環状部材９および有底筒状のハウジング７を備え、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、流体動圧軸受装置１の使用態様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が黄銅等の金属材料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および底部７ｂと一体に円環状の段部７ｃが設けられている。本実施形態では、ハウジング７の底部７ｂ上に樹脂製のスラストプレート１０を載置し、ハウジング７の内底面７ｂ１をスラストプレート１０の上端面１０ａで構成しているが、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。

　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は凹凸のない径一定の円筒面に形成されている。軸部材２の外径寸法は、軸受部材８の内径寸法よりも小径であり、従って、軸部材２は軸受部材８に対して挿脱自在である。軸部材２の下端面２ｂは凸球面に形成され、スラストプレート１０の上端面１０ａと接触している。

　軸受部材８は、上側に配置され、相対的に小径の外周面８ｄ１を有する小径円筒部８１と、下側に配置され、相対的に大径の外周面８ｄ２を有する大径円筒部８２とを一体に有する段付き円筒状をなす。本実施形態の小径円筒部８１の外周面８ｄ１および大径円筒部８２の外周面８ｄ２は、何れも径一定の円筒面に形成されている。軸受部材８（小径円筒部８１）の上端内周縁部および上端外周縁部には、それぞれ面取部８ｆ，８ｇが設けられている。軸受部材８（大径円筒部８２）の下端面８ｂには、軸受部材８の下端内周縁部および下端外周縁部に設けられた面取部に開口するように一又は複数の径方向溝８ｂ１が設けられている。以上の構成を有する軸受部材８は、上端面（小径円筒部８１の上端面）８ｃを大気に露出させると共に、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。従って、軸受部材８の下端面８ｂとスラストプレート１０の上端面１０ａとの間には底隙間Ｇｂが形成される。

　軸受部材８の内周面８ａには、それぞれが対向する軸部材２の外周面２ａとの間にラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒ（図４Ａ参照）を形成する２つのラジアル軸受面が設けられる。図３に示すように、２つのラジアル軸受面のそれぞれには、ラジアル軸受隙間Ｇｒ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が形成されている。

　上側のラジアル動圧発生部Ａ１は、軸方向に対して傾斜し、周方向に相互に離間して設けられた複数の上側動圧溝Ａａ１と、上側動圧溝Ａａ１とは反対方向に傾斜し、周方向に相互に離間して設けられた複数の下側動圧溝Ａａ２と、両動圧溝Ａａ１，Ａａ２を区画する凸状の丘部とで構成され、丘部は全体としてヘリングボーン形状に形成されている。すなわち、凸状の丘部は、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間に設けられた環状丘部Ａｃとからなる。図示例では、ラジアル動圧発生部Ａ１を構成する上側動圧溝Ａａ１と下側動圧溝Ａａ２の軸方向寸法を同一に設定しているが、上側動圧溝Ａａ１の軸方向寸法を下側動圧溝Ａａ２の軸方向寸法より大きく設定しても良い。

　下側のラジアル動圧発生部Ａ２は、上側のラジアル動圧発生部Ａ１と基本構造を同じくするが、本実施形態において、ラジアル動圧発生部Ａ２を構成する両動圧溝Ａａ１，Ａａ２の軸方向寸法は、ラジアル動圧発生部Ａ１を構成する両動圧溝Ａａ１，Ａａ２の軸方向寸法よりも短寸である。これに限らず、ラジアル動圧発生部Ａ２を構成する両動圧溝Ａａ１，Ａａ２の軸方向寸法と、ラジアル動圧発生部Ａ１を構成する両動圧溝Ａａ１，Ａａ２の軸方向寸法とを同一としてもよい。

　本実施形態では、ラジアル動圧発生部Ａ１の下側端部と、ラジアル動圧発生部Ａ２の上側端部とが繋がっている。すなわち、本実施形態では、２つのラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２が軸方向に連続して設けられている。これに限らず、２つのラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２を軸方向に離間して設けることも可能である。

　以上の構成を有する軸受部材８は、多孔質体、ここでは、銅又は鉄を主成分とする焼結金属の多孔質体で形成され、その内部気孔に潤滑油１１を含浸させた状態で使用される。このように、軸受部材８を焼結金属の多孔質体で形成した場合、動圧発生部Ａ１，Ａ２は、図５Ａに模式的に示すように、焼結体からなる軸受素材８’にサイジング加工（寸法矯正加工）を施すのと同時に型成形される。従って、本実施形態の軸受部材８の内周面８ａは、サイジング金型により成形された成形面とされる。また、軸受部材８の外周面８ｄ１，８ｄ２もサイジング金型により成形された成形面とされる。なお、軸受部材８の下端面８ｂに設けられる径方向溝８ｂ１は、軸受素材８’の基材である圧粉体を圧縮成形するのと同時に型成形される。以下、軸受部材８の製造工程のうち、サイジング工程について図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら詳細に説明する。

　図５Ａに示すサイジング金型３０は、同軸配置されたサイジングコア３１、ダイ３２、下パンチ３３および上パンチ３４を有し、サイジングコア３１、下パンチ３３および上パンチ３４は、図示しない駆動機構により昇降移動可能とされている。サイジングコア３１の外周面には、ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２（を構成する動圧溝Ａａ１，Ａａ２）の形状に対応した凸状の型部３５（同図中クロスハッチングで示す）が設けられている。サイジング金型３０に供される軸受素材８’は、軸受部材８を構成する小径円筒部８１および大径円筒部８２にそれぞれ対応する（最終的に小径円筒部８１および大径円筒部８２になる）第１円筒部８１’および第２円筒部８２’を一体に有する段付き円筒状をなす。両円筒部８１’，８２’の内周面は凹凸の無い径一定の円筒面に形成されている。

　以上の構成を有するサイジング金型３０において、まず、第１円筒部８１’を下側に配置した軸受素材８’を下パンチ３３の上端面に載置してから、サイジングコア３１を下降させ、軸受素材８’の内周にサイジングコア３１を挿入する。次いで、上パンチ３４を下降移動させ、両パンチ３３，３４で軸受素材８’を軸方向に挟持した後、サイジングコア３１、上パンチ３４および下パンチ３３を一体的に下降させてダイ３２の内周に軸受素材８’を挿入（圧入）する。ダイ３２の内周に軸受素材８’が圧入された後、上パンチ３４をさらに下降させると、軸受素材８’が径方向に膨張変形し、軸受素材８’の内周面および外周面がサイジングコア３１の外周面およびダイ３２の内周面にそれぞれ強く押し付けられる。これにより、軸受素材８’の内周面が型部３５を有するサイジングコア３１の外周面に倣って変形し、軸受素材８’の内周面にラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２が型成形されると共に、軸受素材８’の外周面がダイ３２の内周面に倣って変形する（以上、図５Ｂ参照）。

　その後、サイジングコア３１、上パンチ３４および下パンチ３３を一体的に上昇させて軸受素材８’をダイ３２から排出してから、上パンチ３４をさらに上昇させる。これにより、軸受素材８’に付与されていた圧縮力が全て解放されて軸受素材８’にスプリングバックが生じ、軸受素材８’の内周面とサイジングコア３１の型部３５との凹凸嵌合状態が解かれる。その後、サイジングコア３１を上昇させて離型すると、図５Ｂに示すように、内周面に型成形されたラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２を有する軸受部材８が得られる。

　ここで、両円筒部８１，８２（８１’，８２’）の径方向の肉厚差があまりに大きいと、軸受素材８’に上記態様でサイジング加工を施した際に、両円筒部８１’，８２’の径方向の変形量（より詳細には、軸受素材８’に対する圧縮力が全て解放されたときのスプリングバック量）に大きな差が生じるため、軸受素材８’の内周面（ラジアル軸受面）を所定形状・精度に仕上げることが、ここでは、所定形状・精度のラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２を型成形できない可能性がある。そのため、両円筒部８１，８２（８１’，８２’）は、大径円筒部８２の径方向の肉厚（ｔ２：図３参照）に対する小径円筒部８１の径方向の肉厚（ｔ１：図３参照）の比（ｔ２／ｔ１）が２．５未満、より好ましくは２以下となるように形成される。

　上記の比（ｔ２／ｔ１）は、本発明者の検証試験により導出された数値である。すなわち、本発明者は、同一の材料および条件で上記の比のみが相互に異なる第１～第３の試験体（焼結体）を作製すると共に、各試験体の形状に応じた３種類のサイジング金型（より詳細には、各試験体の外周形状に応じた３種類のダイ、上下パンチ）を準備した。次いで、試験体毎に準備したサイジング金型を用いて各試験体に同一圧力でサイジング加工を施すことで各試験体の内周面に複数の動圧溝を型成形し、動圧溝の成形精度に基づき良否を評価した。評価基準は以下のとおりであり、また、各試験体の比および試験結果（評価）を下記の表１に示す。
［評価基準］
　合格（○）：動圧溝の溝深さのばらつきが２μｍ以下
　不合格（×）：動圧溝の溝深さのばらつきが２μｍ超

　以上の構成を有する軸受部材８は、小径円筒部８１とハウジング７の筒部７ａの間に介在させた環状部材９とハウジング７の底部７ｂ（の外径端に設けた段部７ｃ）とで大径円筒部８２を軸方向両側から挟持することにより、ハウジング７の内周に固定される。環状部材９は、樹脂や金属等の非多孔質材料で形成され、例えば、圧入、接着あるいは圧入接着（圧入と接着の併用）等の手段でハウジング７の筒部７ａに対して固定される。環状部材９の上端面９ｃは、軸受部材８の上端面８ｃおよびハウジング７の筒部７ａの上端面と同一レベルにある。

　環状部材９に対する軸受部材８の小径円筒部８１のはめあい、およびハウジング７の筒部７ａに対する大径円筒部８２のはめあいは、何れもすきまばめとされる。従って、図２中の拡大図に示すように、軸受部材８がハウジング７の内周に固定された状態において、環状部材９の内周面９ｂと小径円筒部８１の外周面８ｄ１との間、およびハウジング７の筒部７ａの内周面７ａ１と大径円筒部８２の外周面８ｄ２との間には、それぞれ、径方向隙間１２，１３が存在する。これにより、環状部材９およびハウジング７の筒部７ａに対する両円筒部８１，８２のはめあいをしまりばめとする場合に懸念される、軸受部材８の内周面８ａの変形に起因したラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅精度の低下、ひいてはラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受性能の低下を可及的に防止することができる。

　以上の構成を有する流体動圧軸受装置１は、例えば、以下のような手順で組み立てられる。まず、図６Ａに示すように、ハウジング７の内周に軸受部材８（詳細には、内部気孔に潤滑油１１を含浸させた軸受部材８）および環状部材９が上記態様で固定されたアセンブリを製作した後、軸受部材８の内周に所定量の潤滑油１１を充填する。次いで、図６Ｂに示すように、軸部材２を軸受部材８の内周に挿入する。このとき、軸部材２を挿入するのに伴って、軸受部材８の内周に予め充填された潤滑油１１は、軸部材２の下端面２ｂによって底隙間Ｇｂ側に押し込まれ、また、軸部材２の外周面２ａに沿うようにして軸部材２の外周面２ａと軸受部材８の内周面８ａとの間の径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｇｒ）に充填される。

　軸部材２の挿入に伴い、ハウジング７の内部空間に介在する空気が圧縮されるが、この圧縮空気は、軸受部材８の下端面８ｂに設けた径方向溝８ｂ１で形成される径方向の通気路、ハウジング７の筒部７ａの内周面７ａ１と大径円筒部８２の外周面８ｄ２との間に形成された径方向隙間１３（図２参照）、環状部材９の下端面９ａに設けた径方向溝９ａ１で形成される径方向の通気路、および環状部材９の内周面９ｂと小径円筒部８１の外周面８ｄ１との間に形成された径方向隙間１２（図２参照）を介して大気に開放される。そのため、軸部材２の挿入に伴ってハウジング７の内部気圧が高まり、これによって潤滑油１１が装置外部側に押し出されるような事態は可及的に防止される。

　図示は省略するが、排気性を高めるため、径方向隙間１２，１３を形成する対向二面の何れか一方又は双方に軸方向溝を設けても良い。また、上記の径方向に延びる通気路は、ハウジング７の段部７ｃの上端面７ｃ１や軸受部材８の段差面８ｅに径方向溝を設けることで構成することもできる。

　ここで、上記の手順で流体動圧軸受装置１を組み立てる際に軸受部材８の内周に充填する潤滑油１１の量は、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において、少なくとも、軸部材２の外周面２ａと軸受部材８の内周面８ａとの間の径方向隙間（ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒ）および底隙間Ｇｂが潤滑油１１で満たされる程度とし、さらに、流体動圧軸受装置１の運転時等、温度上昇に伴う潤滑油１１の体積膨張が生じた場合でも、潤滑油１１の油面が、軸受部材８の上端内周縁部に設けた面取部８ｆの上端部よりも下方側（図４Ａ参照）、および径方向隙間１２の軸方向範囲内（図４Ｂ参照）に位置するように調整・設定する。すなわち、本実施形態の流体動圧軸受装置１においては、ハウジング７の内部空間全域を潤滑油１１で満たすフルフィル構造は採用せず、ハウジング７の内部空間の一部領域に潤滑油１１を介在させるパーシャルフィル構造を採用する。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、ＰＡＯ系、もしくはフッ素系潤滑油が好適に使用される。

　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、軸受部材８の内周面８ａに設けた上下２つの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。

　本実施形態では、前述のとおり、ラジアル動圧発生部Ａ１を構成する動圧溝Ａａ１，Ａａ２の軸方向寸法を、ラジアル動圧発生部Ａ２を構成する動圧溝Ａａ１，Ａａ２の軸方向寸法よりも大きく設定したことにより、軸部材２の回転に伴ってラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒにそれぞれ形成される油膜の剛性、すなわちラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受剛性は、ラジアル軸受部Ｒ１の方がラジアル軸受部Ｒ２よりも高くなる。これは、軸部材２およびその上端に装着されるロータ３などでモータの回転側（回転体）が構成され、回転体の重心Ｇが、図２に示すように、軸部材２の軸方向中央部よりも上側にシフトした位置に存在する関係上、上側のラジアル軸受部Ｒ１の軸受剛性を相対的に高めることが、回転体の振れ回りを可及的に防止する上で有利であるからである。

　また、軸部材２が回転すると、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が形成されるのと同時に、ハウジング７の内底面７ｂ１（スラストプレート１０の上端面１０ａ）で軸部材２をスラスト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、軸部材２を下方側に付勢する外力としての磁力を作用させている。従って、軸部材２の回転時に軸部材２が過度に浮上し、軸受部材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、軸受部材８がその上端面８ｃを大気に露出させた状態でハウジング７の内周に固定されている。かかる構成は、特許文献１，２に開示された流体動圧軸受装置において、ハウジングの開口側の端部内周に配置されていた環状のシール部材を省略した構成に相当する。このため、軸受部材８の軸方向寸法、ひいてはラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受剛性を変化させずとも、少なくともシール部材の軸方向寸法分だけハウジング７の軸方向寸法を短縮することができ、これを通じて流体動圧軸受装置１全体を軸方向にコンパクト化することができる。

　また、軸受部材８に外径寸法が相互に異なる小径円筒部８１と大径円筒部８２とを一体に設け、環状部材９とハウジング７の底部７ｂ（に一体に設けた段部７ｃ）とで大径円筒部８２を軸方向両側から挟持することによって軸受部材８をハウジング７の内周に固定したので、組立工程を簡素化し、流体動圧軸受装置１の製造コストを低減することができる。

　また、本発明に係る流体動圧軸受装置１では、軸部材２が軸受部材８に対して挿脱自在であり、また、ハウジング７の内部空間全域を潤滑油１１で満たさないパーシャルフィル構造を採用していることから、上述したように、ハウジング７の内周に軸受部材８および環状部材９を固定した後であって、軸受部材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（軸受部材８の内周）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（例えば、真空含浸装置）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の製造コストを一層低減することができる。

　本発明に係る流体動圧軸受装置１においては、上記態様で環状部材９を配置したことにより、特許文献１等の流体動圧軸受装置に設けられていた潤滑油の油面を保持したシール空間が省略されるため、潤滑油１１の外部漏洩に起因した軸受性能の低下問題が生じる可能性が増すとも考えられる。しかしながら、（１）潤滑油１１の油面が、流体動圧軸受装置１の使用温度範囲内で軸受部材８の上端内周縁部に設けた面取部８ｆの上端部よりも下方側に位置するようにハウジング７の内部空間への潤滑油１１の充填量が調整されていること［図４（ａ）参照］、（２）軸受部材８が焼結金属の多孔質体で形成されていること、（３）軸受部材８の面取部８ｆと軸方向に隣接した軸受部材８の内周面８ａでラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒが形成されること、などにより、潤滑油１１の外部漏洩の可能性は効果的に低減される。

　すなわち、特に上記（２）の構成によれば、軸部材２の回転に伴ってラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間Ｇｒに介在する潤滑油１１の圧力が高まった場合、相対的に低圧となる軸受部材８の内部気孔に潤滑油１１が引き込まれ、また、上記（３）の構成によれば、ラジアル軸受隙間Ｇｒの隙間幅は、通常数μｍ程度の微小幅に設定されるため、仮に潤滑油１１の油面が面取部８ｆの軸方向範囲内に位置する程度にまで上昇したとしても、潤滑油１１は毛細管力によって軸受内部側（ラジアル軸受隙間Ｇｒ）に向けて引き込まれるからである。

　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、軸部材２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７は、スラスト軸受部Ｔを動圧軸受で構成した流体動圧軸受装置１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の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、以上で説明した実施形態では、軸受部材８を構成する小径円筒部８１および大径円筒部８２の外周面８ｄ１，８ｄ２を径一定の円筒面に形成したが、小径円筒部８１の外周面８ｄ１には、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、ハウジング７の底部７ｂ側（下側）から開口側（上側）に向けて漸次縮径したテーパ面８ｄ１１を設けることができる。図８Ａは、小径円筒部８１の外周面８ｄ１全域を上記のテーパ面８ｄ１１で構成した場合の一例であり、図８Ｂは、小径円筒部８１の外周面８ｄ１を、上記のテーパ面８ｄ１１と、テーパ面８ｄ１１よりも上側に設けられた径一定の円筒面８ｄ１２とで構成した場合の一例である。図８Ｂに示す構成において、円筒面８ｄ１２の下端は、テーパ面８ｄ１１の上端と繋がり、円筒面８ｄ１２の上端は、面取部８ｇを介して上端面８ｃと繋がっている。

　以下、図８Ａおよび図８Ｂに示す軸受部材８のうち、図８Ａに示す軸受部材８の素材（焼結体からなる軸受素材８’）にサイジング加工を施すサイジング工程について、図９Ａおよび図９Ｂを参照しながら詳細に説明する。

　図９Ａおよび図９Ｂに示すサイジング金型３０Ａは、図５Ａおよび図５Ｂに示すサイジング金型３０のうち、ダイ３２を、異なる構成を有するダイ３２Ａに置換した構成に相当し、サイジングコア３１および上下パンチ３３，３４については、図５Ａおよび図５Ｂに示すサイジング金型３０と実質的に同一の構成を有するものを採用している。ダイ３２Ａは、その内壁面のうち、軸受素材８’の第１円筒部８１’の外周面に対向する部分（第１円筒部８１’の外周面を成形する部分）が、テーパ面８ｄ１１に対応するテーパ面３２Ａａに形成されている点において、図５Ａに示すダイ３２と構成を異にしている。また、詳細な図示は省略しているが、サイジング金型３０Ａに供される軸受素材８’のうち、第１円筒部８１’の外周面は、小径円筒部８１のテーパ面８ｄ１１に概ね倣ったテーパ面８ｄ１１’に形成されており、このようなテーパ面８ｄ１１’は軸受素材８’の基材である圧粉体の成形時に型成形される。

　図９Ａおよび図９Ｂに示すように、サイジング金型３０Ａによるサイジング加工は、図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら説明したサイジング金型３０によるサイジング加工と同様にして行われる。このとき、サイジング金型３０Ａのダイ３２Ａの内周面に上記のテーパ面３２Ａａが設けられていること、およびテーパ面３２Ａａに挿入（圧入）される軸受素材８’の第１円筒部８１’の外周面にテーパ面８ｄ１１’が設けられていることにより、軸受素材８’の第１円筒部８１’を滑らかにダイ３２Ａの内周面に圧入することができることに加え、サイジング完了後の軸受素材８’を滑らかに離型することができる。そのため、軸受素材８’にサイジング加工を施すにあたり、第１円筒部８１’の外周面（テーパ面８ｄ１１’）に毟れやキズ等の欠陥が生じる可能性を効果的に低減することができる。従って、テーパ面８ｄ１１を有する（テーパ面８ｄ１１で構成される）小径円筒部８１の外周面８ｄ１は、小径円筒部８１の外周面８ｄ１全域を径一定の円筒面で構成する場合に比べ、高精度に仕上げられた（成形された）面とすることができる。

　なお、軸受部材８の外周面８ｄ１に設けられるテーパ面８ｄ１１の傾斜角（テーパ面８ｄ１１と軸方向に延びる直線とがなす角度）α、さらに言えば、サイジング金型３０Ａのダイ３２Ａに設けられるテーパ面３２Ａａの傾斜角は、３°以上に設定するのが好ましく、４°以上に設定するのが一層好ましい。これは、上記の傾斜角αが３°未満であると、テーパ面を設けることにより奏される上記の作用効果を有効に享受できないからである。一方、上記の傾斜角αがあまりに大きいと、軸受素材８’のうち、テーパ面８ｄ１１’の上端部におけるサイジング代とテーパ面８ｄ１１’の下端部におけるサイジング代との間に大きな差が生じ、軸受部材８の内周面８ａ（ラジアル動圧発生部Ａ１）の成形精度等に悪影響が及ぶ可能性がある。そのため、上記の傾斜角αの上限値は１０°以下に設定するのが好ましい。

　以上で説明した実施形態では、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ができる他、ラジアル軸受隙間Ｇｒを介して対向する二面の何れにもラジアル動圧発生部を設けず、上記二面の双方を円筒面に形成した真円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を下方側に付勢す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、ひいては軸部材２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を下方側に付勢することができる場合、外力としての磁力（磁気吸引力）を軸部材２に作用させる必要はない。

　また、軸受部材８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間の径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｇｒ）や、軸受部材８の外周面８ｄ１と環状部材９の内周面９ｂとの間の径方向隙間１２（図２および図４Ｂ参照）に介在する潤滑油１１の外部漏洩を防止するため、図１０Ａに示すように、大気に露出した軸受部材８の上端面８ｃ、環状部材９の上端面９ｃおよび軸部材２の外周面２ａ等に撥油膜１５を設けても良い。また、軸受部材８の内部気孔に含浸させた潤滑油１１が軸受部材８の上端面８ｃの表面開孔を介して装置外部に滲み出すのを防止するため、軸受部材８には、図１０Ｂに示すように、その上端面８ｃを含む表層部の多孔質組織を実質的に消滅させる封孔部１６を形成しても良い。封孔部１６は、いわゆる目潰し処理によって形成しても良いし、樹脂等の封孔材を含浸・硬化させることによって形成しても良い。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す構成は、何れか一方のみを採用しても良いし、両者を併用しても良い。

　また、以上では、送風用の羽根を有するロータ３が軸部材２に設けら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、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に設けら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　　　　軸部材
３　　　　ロータ
７　　　　ハウジング
７ａ　　　筒部
７ｂ　　　底部
８　　　　軸受部材
８ｄ１１　テーパ面
８ｄ１２　円筒面
８ｆ　　　面取部
９　　　　環状部材
１１　　　潤滑油
１２　　　径方向隙間
１３　　　径方向隙間
８１　　　小径円筒部
８２　　　大径円筒部
Ａ１、Ａ２　ラジアル動圧発生部
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
ｔ１　　　小径円筒部の径方向の肉厚
ｔ２　　　大径円筒部の径方向の肉厚

Claims

　軸方向一方側の端部が開口すると共に軸方向他方側の端部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配置され、軸方向一方側の内周縁部に面取部を有する多孔質の軸受部材と、軸受部材の内周面と軸受部材の内周に挿入される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前記軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備え、ハウジングの内底面で前記軸部材がスラスト方向に支持され、使用温度範囲内で潤滑油の油面が前記面取部の軸方向一方側の端部よりも軸方向他方側に位置するようにハウジングの内部空間への潤滑油の充填量が調整された流体動圧軸受装置であって、
　軸受部材は、軸方向一方側に配置され、外径寸法が相対的に小さい小径円筒部と、軸方向他方側に配置され、外径寸法が相対的に大きい大径円筒部とを一体に有し、かつ、前記小径円筒部の軸方向一方側の端面を大気に露出させた状態で、前記小径円筒部とハウジングの筒部の間に配置した環状部材とハウジングの底部とで前記大径円筒部を軸方向両側から挟持することにより、ハウジングの内周に固定されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
　ハウジングの筒部に対する前記大径円筒部のはめあい、および環状部材に対する前記小径円筒部のはめあいが、何れもすきまばめである請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
　軸受部材が焼結金属の多孔質体からなり、軸受部材の内周面がサイジングコアの外周面に倣って成形された成形面である請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
　前記大径円筒部の径方向の肉厚（ｔ２）に対する前記小径円筒部の径方向の肉厚（ｔ１）の比（ｔ２／ｔ１）が２．５未満である請求項３に記載の流体動圧軸受装置。
　前記小径円筒部の外周面に、軸方向他方側から軸方向一方側に向けて漸次縮径したテーパ面が設けられている請求項３又は４に記載の流体動圧軸受装置。
　前記小径円筒部の外周面に径一定の円筒面が設けられ、この円筒面が、前記テーパ面と前記小径円筒部の軸方向一方側の端面との間に設けられている請求項５に記載の流体動圧軸受装置。
　軸受部材の内周面に、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させる動圧発生部が設けられた請求項１～６の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
　前記軸部材が、軸受部材に対して挿脱自在である請求項１～７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
　前記軸部材に、前記軸部材を軸方向他方側に付勢する外力が作用する請求項１～８の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
　前記軸部材に、送風用の羽根を有するロータが設けられる請求項１～９の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
　請求項１～１０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。