JP6502036B2 - 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、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、ＰＣ等に組み込まれるファンモータ、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などのモータ用軸受装置として好適に使用されている。

例えば特許文献１は、軸部材の外周に固定され、軸部材と共に回転側を構成する焼結金属製の軸受部材の外周面と、軸受部材を内周に収容した静止側の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を開示している。この場合、ハウジングの内周に固定した軸受部材の内周面と軸部材の外周面との間にラジアル軸受隙間が形成される流体動圧軸受装置（例えば、特許文献２）に比べ、ラジアル荷重の支持能力（ラジアル軸受部の軸受剛性）を高めることができる。

また、特許文献１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、軸受部材を含む回転側をスラスト一方向及び他方向に非接触支持する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ため、ハウジングの内部空間が潤滑油で満たされる。しかしながら、この場合、流体動圧軸受装置の組み立て後に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高精度に管理（潤滑油量を微調整）する必要がある。そのため、流体動圧軸受装置の更なる低コスト化の要請に対応することが難しい。

そこで、本出願人（本願発明者）は、軸受部材の一端面とハウジングの内底面との間に潤滑油で満たされたスラスト軸受隙間を形成すると共に、軸受部材の他端面とこれに対向配置されたシール部材との間に空気を含む軸方向隙間を形成する流体動圧軸受装置を提案している（特許文献３）。この流体動圧軸受装置では、例えばマイクロピペット等の給油具を用いてハウジングの内部空間に注油するだけでも、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可能となる。

特開２００７−２４０８９号公報 特開２００３−３３６６３６号公報 特開２０１４−１７８１号公報

近年、ウルトラブック（ＵＬＴＲＡＢＯＯＫ：登録商標）とも称される超薄型のノート型ＰＣが普及しつつあること等に鑑み、各種モータ用の軸受装置として使用される流体動圧軸受装置に対する一層の薄型化の要請がある。流体動圧軸受装置を薄型化するための手段として、ハウジングや軸受部材等の軸方向寸法を短縮することが考えられるが、この場合、ラジアル軸受部の軸受剛性が低下する。回転側の回転に伴って流体動圧軸受装置のラジアル軸受部に作用する荷重（ラジアル荷重）が減少するのであれば、ラジアル軸受部の軸受剛性が低下しても特段問題は生じない。しかしながら、ウルトラブック用のファンモータは、従来のファンモータと同等の冷却性能を確保すべく大型のファン（羽根）を採用する場合が多いため、流体動圧軸受装置のラジアル軸受部で支持すべき荷重は、減少するというよりもむしろ増大する傾向にある。そのため、ラジアル軸受部の軸受剛性を犠牲にする上記の対策を採ることは得策ではない。

そこで、本願発明者は、特許文献３に開示された流体動圧軸受装置において、空気を含む軸方向隙間の隙間幅（軸方向寸法）を小さくすることを検討した。しかしながら、上記軸方向隙間の隙間幅を単に小さくするだけでは、ハウジングの内部空間への注油作業時、さらには流体動圧軸受装置の運転時に、油漏れが生じ易くなる。ハウジングの内部空間への注油量を少なくすれば、油漏れが生じる可能性を可及的に減じることはできるが、特にラジアル軸受隙間に十分量の潤滑油を介在させることができず、必要とされる軸受性能を安定的に発揮することが難しくなる。

以上の実情に鑑み、本発明の課題は、薄型化（軸方向のコンパクト化）を実現しつつも、必要とされる軸受性能を安定的に発揮することのできる流体動圧軸受装置を提供することにある。

上記の課題を解決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、ハウジングの開口部をシールするためのシール隙間を形成するシール部材と、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と共に、互いに対向する軸受部材の軸方向他方側の端面とシール部材の軸方向一方側の端面との間に空気を含む軸方向隙間を介在させた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に潤滑油溜りを設け、潤滑油溜りの外径側の端部を、軸方向他方側の端面の範囲内で終端させ、潤滑油溜りを画成する内壁面のうち、潤滑油溜りの外径部を画成する部分を、潤滑油溜りの開口寸法を軸方向他方側に向けて漸次拡大させる方向に傾斜したテーパ面に形成したことを特徴とする。

上記のように、空気を含む軸方向隙間を形成する軸受部材の軸方向他方側の端面（他端面）に潤滑油溜りを設けておけば、上記軸方向隙間の隙間幅を小さくしても、軸受部材とシール部材との間に多くの潤滑油を保持することができる。特に、潤滑油溜りの外径側の端部を、軸受部材の他端面の範囲内（軸受部材の他端外周縁部に面取りを設ける場合には、面取りよりも内径側）で終端させていることから、潤滑油溜りの形成態様がラジアル軸受隙間の隙間幅等に影響を及ぼすことはない。そのため、潤滑油溜りの深さ寸法は、加工性に悪影響を及ぼさない範囲で任意に設定する（十分に大きくする）ことができる。これにより、軸受部材とシール部材との間には、シール隙間を介しての注油作業時にも油漏れが生じる可能性を可及的に減じることができ、しかも、所定の軸受性能を安定的に発揮可能とするために必要な量の潤滑油を介在させることができる。以上より、上記軸方向隙間の隙間幅を十分に縮小することができ、これを通じて流体動圧軸受装置を軸方向にコンパクト化することができる。

また、軸受部材の他端面に潤滑油溜りを設けておけば、回転側を構成する軸受部材が回転するのに伴って、潤滑油溜りで保持した潤滑油を外径側に飛散させ、ラジアル軸受隙間に供給することができる。これにより、ラジアル軸受隙間における油膜切れを防止してラジアル軸受部の軸受性能を高いレベルで維持することができる。以上のことから、本発明によれば、軸方向のコンパクト化を実現しつつも、必要とされる軸受性能を安定的に発揮することのできる流体動圧軸受装置を提供することができる。

潤滑油溜りを画成する内壁面のうち、潤滑油溜りの外径部を画成する部分は、潤滑油溜りの開口寸法を軸方向他方側に向けて漸次拡大させる方向に傾斜したテーパ面に形成するのが好ましい。潤滑油溜りで保持した潤滑油を、軸受部材が回転するのに伴って外径側に飛散させ易くなり、回転側の回転時におけるラジアル軸受隙間への潤滑油供給能力が向上するからである。

上記態様で潤滑油溜りを設けることにより奏される作用効果を考慮すると、潤滑油溜りは環状溝で構成するのが好ましい。この環状溝は、一本のみ設けても良いし、径方向に相互に離間して複数本設けても良い。

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。

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、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。

以上の構成において、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、ハウジングの開口部をシールするシール隙間を形成することができる。このようにすれば、潤滑油溜りに保持された潤滑油が軸受部材の回転に伴って外径側に飛散した際に、この飛散した潤滑油がシール隙間を介して装置外部に漏れ出すような事態を効果的に防止することができる。

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。

回転側には、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、一層の薄型化（軸方向寸法の短縮）を実現しつつも、必要とされる軸受性能を安定的に発揮することのできる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。 （ａ）図は図４に示した潤滑油溜りの断面図、（ｂ）図は潤滑油溜り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、本発明の一実施形態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に固定されたステータコイル５と、モータの回転側を構成し、ファン（羽根）を有するロータ３と、ロータ３に固定され、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、回転体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、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（回転体２）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、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と小径内周面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との間にはハウジング７の開口部をシールするシール隙間（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。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材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。

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の上端部に、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、その下端面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に適宜の手段で固定されている。

軸受部材２２を含む回転体２は、軸受部材２２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部Ｒの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。図示例の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ている。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の回転時、ラジアル軸受隙間内の潤滑油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。

ラジアル動圧発生部Ａを構成する各動圧溝は、最終的に軸受部材２２となる金属粉末の圧粉体を成形するのと同時に型成形することもできるし、圧粉体を焼結してなる円筒状の焼結体にサイジング（寸法矯正）を施すのと同時に型成形することもできる。また、焼結金属の良好な加工性に鑑み、外周面が平滑面に形成された焼結体に転造加工等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は、例えば、スパイラル形状の動圧溝を円周方向に複数配列して構成することもできる。

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、回転体２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、回転体２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、ハウジング７の内部空間に充填した潤滑油１１の油面が軸方向隙間１０の範囲内に保持される。従って、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）は、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、潤滑油１１を保持した潤滑油溜り１２が設けられ、本実施形態では、周方向で無端の環状溝１３で潤滑油溜り１２が構成される。潤滑油溜り１２の外径端部１２ａおよび内径端部は、軸受部材２２の上端面２２ｂの範囲内でそれぞれ終端している。つまり、軸受部材２２の上端外周縁部および内周縁部のそれぞれに面取り部２２ｅ，２２ｆが設けられている本実施形態において、潤滑油溜り１２の外径端部１２ａは面取り部２２ｅよりも内径側に位置すると共に、潤滑油溜り１２の内径端部は面取り部２２ｆよりも外径側に位置している。環状溝１３は、その溝幅（開口寸法）を軸方向全域で一定とした矩形状の断面形状に形成しても良いが、本実施形態の環状溝１３は、その溝幅を上側に向けて漸次拡大させる方向の断面形状を有する。具体的には、図５（ａ）に拡大して示すように、環状溝１３の外径部を構成し、環状溝１３の溝幅を上側に向けて漸次拡大させる方向に傾斜したテーパ面（テーパ状内壁面）１３ａと、環状溝１３の内径部を構成する軸方向と平行な円筒面（円筒状内壁面）１３ｂと、環状溝１３の溝底を構成する平端面１３ｃとで画成された、断面台形状の形態を有する。

潤滑油溜り１２としての環状溝１３の溝深さは、面取り部２２ｅ，２２ｆの面取り量よりも大きく設定される。例えば、面取り部２２ｅ，２２ｆの面取り量を０．１５ｍｍとした場合、環状溝１３の溝深さは０．２ｍｍに設定することができる。また、軸受部材２２として、内径φ１．５ｍｍ×外径φ５ｍｍのものを使用する場合、潤滑油溜り１２としての環状溝１３は、例えば、内径φ２．７５ｍｍ×外径φ３．５５ｍｍに形成することができる。

なお、環状溝１３の断面形状は上記のものに限られるわけではなく、例えば図５（ｂ）に示すように、環状溝１３の溝幅を上側に向けて漸次拡大させる方向に傾斜し、環状溝１３の外径部を構成するテーパ面（テーパ状内壁面）１３ａと、環状溝１３の内径部を構成する軸方向と平行な円筒面（円筒状内壁面）１３ｂとで画成されるような断面三角形状としても良い。また、図示は省略するが、互いに反対方向に傾斜した２つのテーパ状内壁面で画成されるような断面三角形状としても良い。さらに、環状溝１３は、一本のみならず、図６に示すように、径方向に相互に離間して複数本（図示例は２本）設けても良い。

軸受部材２２の下端面２２ｃ及び上端面２２ｂのそれぞれに設けられる動圧溝Ｂａ及び潤滑油溜り１２（環状溝１３）は、ラジアル動圧発生部Ａを構成する動圧溝と同様に、最終的に軸受部材２２となる金属粉末の圧粉体を成形するのと同時に型成形することもできるし、圧粉体を焼結してなる焼結体にサイジング（寸法矯正）を施すのと同時に型成形することもできる。また、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焼結体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を含む回転体２が回転すると、軸受部材２２の外周面２２ａに設け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。そして回転体２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、回転体２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、回転体２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、回転体２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、回転体２には、これを下側に押し付けるための外力（磁力）を作用させており、これにより、回転体２の過浮上が抑止される。

上述したように、回転体２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、回転体２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（ラジアル軸受隙間）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→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することから、潤滑油１１の流動循環が促進される。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、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を形成する軸受部材２２の上端面２２ｂに潤滑油溜り１２としての環状溝１３を設けている。このようにすれば、軸方向隙間１０の隙間幅を小さくしても、軸受部材２２とシール部材９との間の軸方向隙間１０に多くの潤滑油１１を保持することができる。特に、潤滑油溜り１２の外径端部１２ａを、軸受部材２２の上端面２２ｂの範囲内で終端させていることから、潤滑油溜り１２の形成態様がラジアル軸受隙間の隙間幅等に影響を及ぼすことはない。そのため、潤滑油溜り１２の深さ寸法は、加工性に悪影響を及ぼさない範囲で任意に設定する（十分に大きくする）ことができる。これにより、軸受部材２２とシール部材９との間には、シール隙間Ｓを介しての注油作業時にも油漏れが生じる可能性を可及的に減じることができ、しかも、ラジアル軸受部Ｒおよびスラスト軸受部Ｔの軸受性能を安定的に発揮可能とするために必要な量の潤滑油１１を介在させることができる。以上より、本発明によれば、軸方向隙間１０の隙間幅を十分に縮小することができ、これを通じて流体動圧軸受装置１を軸方向にコンパクト化することができる。

なお、上記の「シール隙間Ｓを介しての注油作業時にも油漏れが生じる可能性を可及的に減じることができる」とは、「注油量の管理幅が拡大する」ことと同義である。参考までに、内径φ１．５ｍｍ×外径φ５ｍｍであって、軸方向寸法１．５ｍｍの軸受部材２２を使用する場合に、潤滑油溜り１２としての環状溝１３を設けない場合には、注油量の管理幅は最大でも０．３ｍｇしか確保できなかった。これに対し、内径φ２．７５ｍｍ×外径φ３．５５ｍｍ×深さ寸法０．２ｍｍの環状溝１３を上記寸法の軸受部材２２に形成すると、注油量の管理幅を１．０ｍｇ程度にまで拡大することができる。従って、注油作業を簡便化することができ、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。

また、軸受部材２２の上端面２２ｂに潤滑油溜り１２を設けておけば、回転側（回転体２）を構成する軸受部材２２が回転するのに伴って、潤滑油溜り１２で保持した潤滑油１１を外径側に飛散させ、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間に供給することができる。特に、本実施形態では、潤滑油溜り１２を環状溝１３で構成していることから、ラジアル軸受隙間の周方向全域に潤滑油１１を万遍なく供給することができ、しかも環状溝１３の外径部を構成（区画形成）する内壁面を、環状溝１３の溝幅を上側に向けて漸次拡大する方向のテーパ面１３ａに形成しているので、環状溝１３で保持した潤滑油１１を、軸受部材２２の回転時に外径側に飛散させ易い。そのため、軸受部材２２を含む回転体２の回転時には、ラジアル軸受隙間に向けて効率良く潤滑油１１を供給することができる。

なお、シール部材９をハウジング７の大径内周面７ａ１に固定し、シール隙間Ｓを、軸部材２１の外周面２１ａとシール部材９の内周面９ａとの間に形成しているので、回転体２の回転時に潤滑油溜り１２で保持した潤滑油１１が外径側に飛散しても、この飛散した潤滑油１１がシール隙間Ｓを介して装置外部に漏れ出すことはない。従って、ラジアル軸受部Ｒのラジアル軸受隙間、さらにはスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間における油膜切れを防止してラジアル軸受部Ｒおよびスラスト軸受部Ｔの軸受性能を高いレベルで維持することができる。

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、スラスト軸受部Ｔの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を保持するモータベース６に固定したステータコイル５と、軸受部材２２を含む回転体２に固定したロータマグネット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。

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、軸受部材２２の上端面２２ｂに設けるべき潤滑油溜り１２は、以上で説明した環状溝１３以外にも、円弧溝、あるいは無数の凹部（ディンプル）等で構成することもできる。

また、軸受部材２２を含む回転体２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、シール隙間Ｓを形成するシール部材としてのシール部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を含む回転体２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、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、羽根を有するロータ３に替えて、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
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 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 潤滑油溜り
１３ 環状溝
１３ａ テーパ面
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 (9)

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、ハウジングの開口部をシールするためのシール隙間を形成するシール部材と、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と共に、互いに対向する軸受部材の軸方向他方側の端面とシール部材の軸方向一方側の端面との間に空気を含む軸方向隙間を介在させた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に潤滑油溜りを設け、潤滑油溜りの外径側の端部を、前記軸方向他方側の端面の範囲内で終端させ、
   前記潤滑油溜りを画成する内壁面のうち、前記潤滑油溜りの外径部を画成する部分を、前記潤滑油溜りの開口寸法を軸方向他方側に向けて漸次拡大させる方向に傾斜したテーパ面に形成したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記潤滑油溜りを画成する内壁面のうち、前記潤滑油溜りの内径部を画成する部分を、軸方向と平行な円筒面に形成すると共に、前記潤滑油溜りの内底面を構成する平坦面を前記テーパ面と前記円筒面との間に設けた請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記潤滑油溜りを環状溝で構成し、該環状溝の溝深さを、前記軸受部材の軸方向他方側の外周縁部および内周縁部に設けた面取り部の面取り量よりも大きくした請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記環状溝を、径方向に相互に分離して複数設けた請求項３に記載の流体動圧軸受装置。
5. 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１〜４の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
6. 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１〜５の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
7. 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１〜６の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
8. 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１〜７の何れか一項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と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えるモータ。

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