流体動圧軸受装置及びこれを備えた軸流ファンモータ
【課題】軸部材の回転時に軸部材に軸方向の推力が加わる流体動圧軸受装置において、高速回転時においても軸部材のフランジ部とこれに対向する部材との接触を防止する。
【解決手段】軸部材２の回転時に軸部材２に下向きの推力Ｆが加わる場合、軸部材２のフランジ部２ｂを下向きに支持する第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２を、軸部材２のフランジ部２ｂを上向きに支持する第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さくする。
【解決手段】軸部材２の回転時に軸部材２に下向きの推力Ｆが加わる場合、軸部材２のフランジ部２ｂを下向きに支持する第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２を、軸部材２のフランジ部２ｂを上向きに支持する第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の圧力により、軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置、及びこれを備えた軸流ファンモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動圧軸受装置は、例えば、ＨＤＤのスピンドルモータ用や各種ファンモータ用として好適に使用されている。例えば特許文献１に示されている流体動圧軸受装置１００は、図８に示すように、軸部１０２ａ及びフランジ部１０２ｂを有する軸部材１０２と、内周に軸部１０２ａが挿入された軸受スリーブ１０８と、内周に軸受スリーブ１０８が固定された筒状のハウジング１０７と、ハウジング１０７の一端開口部を閉塞するスラストブッシュ１１０とを備える。軸部材１０２が回転すると、軸部１０２ａの外周面１０２ａ１と軸受スリーブ１０８の内周面１０８ａとの間にラジアル軸受隙間が形成され、このラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力で軸部材１０２をラジアル方向に支持するラジアル軸受部Ｒ１’，Ｒ２’が構成される。これと同時に、軸受スリーブ１０８の一端面１０８ｃとフランジ部１０２ｂの一端面１０２ｂ１との間、及び、スラストブッシュ１１０の端面１１０ａとフランジ部１０２ｂの他端面１０２ｂ２との間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成され、各スラスト軸受隙間に生じる油膜の圧力で軸部材１０２をスラスト方向に支持するスラスト軸受部Ｔ１’，Ｔ２’が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、上記の流体動圧軸受装置１００をＨＤＤのスピンドルモータに組み込んだ場合、軸部材１０２には、搭載されるディスクの重さが軸部材１０２に加わり、軸部材１０２が下向きに押し付けられる。軸部材１０２が回転すると、下側のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２’により軸部材１０２が上向きに支持される。このとき、ディスクの重さにより軸部材１０２を下向きに押し付ける力は、軸部材１０２の回転速度が速くなっても変わらないため、軸部材１０２は、一旦浮上支持されたら、回転が停止したり外力が加わったりしない限り浮上支持され続ける。
【０００５】
一方、上記の流体動圧軸受装置１００を軸流ファンモータに組み込んだ場合、軸部材１０２の回転に伴って軸部材１０２に軸方向の推力が加わる。図８では、例えば軸部材１０２に下向きの推力Ｆ’が加わる場合を示す。このとき、軸部材１０２の回転速度の上昇に伴って軸部材１０２に加わる軸方向の推力Ｆ’が大きくなり、軸部材１０２が下方に押し込まれる。この推力Ｆ’に対して、下側のスラスト軸受部Ｔ２’の支持力Ｆ２’により軸部材１０２を上向きに支持するが、軸部材１０２が１００００ｒ／ｍｉｎ以上で高速回転すると、軸方向の推力Ｆ’が非常に大きくなるため、スラスト軸受部Ｔ２’の支持力Ｆ２’で支持することができなくなる恐れがある。
【０００６】
また、軸部材１０２は、推力Ｆ’だけでなく、上側のスラスト軸受部Ｔ１’の支持力Ｆ１’でさらに下方に押し込まれる。特に、１００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転になると、上側のスラスト軸受部Ｔ１’の支持力Ｆ１’が大きくなって、軸部材１０２を下向きに押し付ける力が無視できなくなる。このような軸部材１０２を下向き押し付ける支持力Ｆ１’と推力Ｆ’との合計量が、下側のスラスト軸受部Ｔ２’の支持力Ｆ２’よりも大きくなると、軸部材１０２とスラストブッシュ１１０とが接触する恐れがある。
【０００７】
さらに、図８の軸受スリーブ１０８の内周面１０８ａには軸方向非対称な形状の動圧溝が形成され、この動圧溝によりラジアル軸受隙間の潤滑油が下方に押し込まれる。この動圧溝による潤滑油の下向きの押し込み力Ｆ３’により、軸部材１０２がさらに下方に押し込まれ、軸部材１０２とスラストブッシュ１１０とが接触する恐れが高くなる。
【０００８】
以上のような不具合は、図８のように軸部材１０２に下向きの推力Ｆ’が加わる場合だけでなく、軸部材１０２に上向きの推力が加わる場合にも同様に生じる。また、軸部材１０２が回転する場合だけでなく、軸部材１０２を固定して軸受スリーブ１０８側を回転させる場合にも同様の不具合が生じる。
【０００９】
本発明が解決すべき課題は、軸部材の相対回転に伴って軸部材に軸方向の相対的な推力が加わる流体動圧軸受装置において、高速回転時においても軸部材のフランジ部とこれにスラスト方向で対向する部材との接触を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するためになされた本発明は、軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に軸部が挿入されたスリーブ部、及び、スリーブ部の一端開口部を閉塞する底部を有する軸受部材と、軸部の外周面とスリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向に相対支持するラジアル軸受部と、スリーブ部の一端面とフランジ部の一端面との間のスラスト軸受隙間、及び、底部の端面とフランジ部の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に相対支持する２つのスラスト軸受部とを備え、軸部材と軸受部材とが１００００ｒ／ｍｉｎ以上で相対回転する流体動圧軸受装置において、軸部材が、相対回転に伴って軸方向一方に向けて相対的な推力を受けるものであって、２つのスラスト軸受部のうち、軸部材を軸方向一方に向けて相対的に押し込む一方のスラスト軸受部の支持力を、軸部材を軸方向他方に向けて相対的に押し込む他方のスラスト軸受部の支持力よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１１】
このように、本発明に係る流体動圧軸受装置では、軸方向一方、すなわち、相対回転に伴って加わる推力と同じ方向に向けて軸部材を押し込む一方のスラスト軸受部の支持力を敢えて低く設定する。これにより、軸部材のフランジ部を、スラスト方向で対向する部材（底部又はスリーブ部）に押し付ける方向の力が低減されるため、１００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速で軸部材が相対回転した場合でも、軸部材のフランジ部とこれに対向する部材との接触を防止することができる。
【００１２】
上記の流体動圧軸受装置では、例えば、２つのスラスト軸受部に、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を設け、一方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積を、他方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積よりも小さくすることができる。
【００１３】
例えば、上記の推力が、スリーブ部の一端面とフランジ部の一端面とを接近させる方向に生じる場合は、上記の推力と同じ方向に軸部材を押し込む一方のスラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、底部の端面とフランジ部の他端面との間に形成される。
【００１４】
ラジアル軸受部に、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を設け、このラジアル動圧発生部を、潤滑流体を軸方向他方、すなわち上記の推力と反対側に向けて押し込むものとすれば、軸部材のフランジ部が対向する部材と接触する事態をより確実に防止できる。
【００１５】
軸部材が停止したときに、他方のスラスト軸受隙間が０となるようにすれば、軸部材の低速回転時（例えばモータの起動直後あるいは停止直前）に、相対的に支持力が大きい他方のスラスト軸受部で軸部材を支持することができるため、軸部材のフランジ部をこれに対向する部材に対して早期に浮上させることができる。
【００１６】
上記の流体動圧軸受装置は、例えば、軸方向に気流を発生させる軸流ファンモータに組み込むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、軸部材の相対回転に伴って軸部材に軸方向の相対的な推力が加わる流体動圧軸受装置において、１００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転時においても軸部材のフランジ部とこれに対向する部材との接触を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置が組み込まれた軸流ファンモータの断面図である。
【図２】上記流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】上記流体動圧軸受装置の軸受スリーブの断面図である。
【図４】上記軸受スリーブの上面図である。
【図５】上記流体動圧軸受装置のスラストブッシュの下面図である。
【図６】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図７】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図８】従来の流体動圧軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１が組み込まれた軸流ファンモータを示す。このファンモータは、軸部材２を回転自在に支持する流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の固定側（軸受部材１１）に取り付けられたケーシング６と、流体動圧軸受装置１の回転側（軸部材２）に取り付けられたロータ３と、半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４およびマグネット５とを備えている。ステータコイル４はケーシング６に取り付けられ、マグネット５はロータ３に取り付けられる。ロータ３には、複数のファン３ａが一体に設けられる。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とマグネット５との間の電磁力でマグネット５及びロータ３が回転し、ファン３ａにより軸方向の気流が発生する。本実施形態では、図中上側に気流が発生する場合を示す（矢印参照）。このファンモータは、ロータ３が１００００ｒ／ｍｉｎ以上で高速回転するものであり、例えば医療機器などに組み込まれるターボファンとして用いられる。尚、本実施形態では、ファンモータが図１に示す状態、すなわち軸受部材１１から軸部材２が突出する方向を下向きにした状態で使用される場合を示す。
【００２１】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と軸受部材１１とで構成される。軸受部材１１は、内周に軸部材２が挿入されたスリーブ部１１ａと、スリーブ部１１ａの上端開口部を閉塞する底部１１ｂとを有する。本実施形態では、焼結金属製の軸受スリーブ８と、内周面に軸受スリーブ８が固定された筒状のハウジング７とでスリーブ部１１ａが構成され、ハウジング７の上端開口部を閉塞するスラストブッシュ１０で底部１１ｂが構成される。また、本実施形態では、軸受部材１１の下端開口部に、潤滑流体（本実施形態では潤滑油）の外部への漏れ出しを防止するシール部９が設けられ、図示例ではシール部９とハウジング７が一体形成されている。
【００２２】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの上端に設けられたフランジ部２ｂとを備え、例えばステンレス鋼等の溶製材を切削加工することにより一体形成される。軸部２ａは、円筒面状のラジアル軸受面２ａ１と、下方へ向けて漸次縮径したテーパ面２ａ２とを有する。図示例では、ラジアル軸受面２ａ１が軸方向に離隔した２箇所に設けられ、これらの軸方向間に、ラジアル軸受面２ａ１よりも小径な逃げ部２ａ３が設けられる。軸部２ａのラジアル軸受面２ａ１及び逃げ部２ａ３は軸受スリーブ８の内周面８ａと径方向に対向し、テーパ面２ａ２はシール部９の内周面９ａと径方向に対向する。
【００２３】
軸受スリーブ８は、銅又は鉄あるいはこれらの双方を主成分とする焼結金属で略円筒状に形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面が設けられ、本実施形態では図３に示すように、内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が設けられる。ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２には、それぞれラジアル軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部が形成される。図示例では、複数のヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１と、動圧溝８ａ１の円周方向間に設けられた丘部８ａ２と、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の軸方向略中央部に設けられた円筒部８ａ３とで、ラジアル動圧発生部が構成される。丘部８ａ２と円筒部８ａ３とは同一円筒面上に連続して設けられる（図３にクロスハッチングで示す）。図示例では、下側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝８ａ１及び丘部８ａ２が軸方向非対称に形成されており、具体的には、円筒部８ａ３より下側領域の軸方向寸法Ｘ1が、円筒部８ａ３より上側領域の軸方向寸法Ｘ2よりも大きくなっている（Ｘ1＞Ｘ2）。上側のラジアル軸受面Ａ２の動圧溝８ａ１及び丘部８ａ２は軸方向対称に形成されている。
【００２４】
軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面が形成される。このスラスト軸受面には、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部が形成される。本実施形態では、図４に示すように、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝８ｃ１と、動圧溝８ｃ１の円周方向間に設けられた丘部８ｃ２と、丘部８ｃ２の内径端を環状に連結する平坦な環状部８ｃ３とで、スラスト動圧発生部が構成される。丘部８ｃ２と環状部８ｃ３とは同一平面上に連続して設けられる（図４にクロスハッチングで示す）。図示例では、スラスト動圧発生部が、軸受スリーブ８の上側端面８ｃの全面、すなわち内周チャンファと外周チャンファの間の全域に形成される。
【００２５】
軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向全長にわたって軸方向溝８ｄ１が形成される（図３参照）。軸方向溝８ｄ１の本数は任意であり、本実施形態では例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に配される（図４参照）。
【００２６】
ハウジング７は、図２に示すように、金属の機械加工や樹脂の射出成形で略円筒状に形成される。ハウジング７の内周面７ａには、軸受スリーブ８の外周面８ｄが隙間接着、圧入、圧入接着（接着材介在下での圧入）などの手段で固定される。
【００２７】
ハウジング７の下端部には、シール部９が一体に設けられる。シール部９の内周面９ａは円筒面状に形成され、軸部２ａの外周面に設けられたテーパ面２ａ２と径方向に対向し、これらの間に上方へ向けて径方向寸法を漸次縮小した断面楔形のシール空間Ｓが形成される。このシール空間Ｓの毛細管力により、潤滑油が軸受部材１１の閉塞側（図中上側）に引き込まれ、これにより油の漏れ出しが防止される。本実施形態では、軸部２ａ側にテーパ面２ａ２を形成しているため、シール空間Ｓは遠心力シールとしても機能する。シール部９で密封された軸受部材１１の内部空間に充満した潤滑油の油面は、常にシール空間Ｓの範囲内に維持される。すなわち、シール空間Ｓは、潤滑油の体積変化を吸収できる容積を有する。
【００２８】
スラストブッシュ１０は、金属のプレス加工や樹脂の射出成形で略円盤状に形成され、ハウジング７の内周面７ａの上端部に隙間接着、圧入、圧入接着などの手段で固定される。スラストブッシュ１０の下側端面１０ａには、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面が形成される。このスラスト軸受面には、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部が形成される。本実施形態では、図５に示すように、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝１０ａ１と、動圧溝１０ａ１の円周方向間に設けられた丘部１０ａ２と、丘部１０ａ２の内径端を環状に連結する平坦な環状部１０ａ３とで、スラスト動圧発生部が構成される。丘部１０ａ２と環状部１０ａ３とは同一平面上に連続して設けられる（図５にクロスハッチングで示す）。環状部１０ａ３の内径側には、一段下がった逃げ部１０ａ４が設けられる。
【００２９】
スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに設けられたスラスト動圧発生部の面積（図５に示す例では、丘部１０ａ２の外径端と環状部１０ａ３の内径端との間の環状領域の面積）は、図４に示す軸受スリーブ８の上側端面８ｃに設けられたスラスト動圧発生部の面積（図４に示す例では、丘部８ａ２の外径端と環状部８ａ３の内径端との間の環状領域の面積）よりも小さく設定される。図示例では、スラストブッシュ１０のスラスト動圧発生部の外径寸法ｒ２１及び内径寸法ｒ２２（図５参照）が、それぞれ、軸受スリーブ８のスラスト動圧発生部の外径寸法ｒ１１及び内径寸法ｒ１２（図４参照）よりも小さく設定される（ｒ２１＜ｒ１１、ｒ２２＜ｒ１２）。
【００３０】
上記の部材を組み立てた後、軸受スリーブ８の内部気孔を含めたハウジング７の内部の空間に潤滑油を充満させることにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。このとき、油面はシール空間Ｓの内部に保持される。
【００３１】
軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面Ａ１，Ａ２と軸部２ａのラジアル軸受面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２に形成されたラジアル動圧発生部（動圧溝８ａ１）により、ラジアル軸受隙間に形成された油膜の圧力が高められ、この圧力（動圧作用）により軸部材２をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が構成される。
【００３２】
これと同時に、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間の油膜の圧力が軸受スリーブ８の上側端面８ｃのスラスト動圧発生部により高められ、この圧力（動圧作用）により軸部材２を浮上支持する第１のスラスト軸受部Ｔ１が構成される。さらに、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ２とスラストブッシュ１０の下側端面１０ａとの間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間の油膜の圧力がスラストブッシュ１０の下側端面１０ａのスラスト動圧発生部により高められ、この圧力（動圧作用）により軸部材２を下向きに支持する第２のスラスト軸受部Ｔ２が構成される。
【００３３】
また、軸部材２が回転すると、ファン３ａが回転して上向きの気流を発生させ（図１参照）、この反作用によりロータ３及び軸部材２が軸方向下向きの推力Ｆを受ける（図２参照）。軸部材２は、１００００ｒ／ｍｉｎ以上、速いときは３００００ｒ／ｍｉｎ以上（最大４００００ｒ／ｍｉｎ）の高速で回転するため、ファン３ａによる風量も大きくなり、これにより下向きの推力Ｆも大きくなる。従って、軸部材２を下向きに押し込む力（推力Ｆ及び第２スラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２）が、軸部材２を上向きに押し込む力（第１スラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ１）よりも大きくなると、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１が高速回転しながら軸受スリーブ８の上側端面８ｃと接触する恐れがある。
【００３４】
本発明では、第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２を敢えて小さくすることで、軸部材２を下向きに押し付ける力を低減し、軸部材２のフランジ部２ｂと軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの接触を防止している。具体的には、第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２（図２参照）を、第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さく設定している（Ｆ１＞Ｆ２）。本実施形態では、スラストブッシュ１０に形成されたスラスト動圧発生部（動圧溝１０ａ１、丘部１０ａ２、及び環状部１０ａ３、図４参照）の面積を、軸受スリーブ８に形成されたスラスト動圧発生部（動圧溝８ｃ１、丘部０ｃ２、及び環状部８ｃ３、図５参照）の面積よりも小さくしている。さらに、本実施形態では、軸受スリーブ８の上側端面８ｃ及びスラストブッシュ１０の下側端面１０ａに形成されるスラスト動圧発生部が何れもポンプインタイプであり、且つ、内径端に環状部８ｃ３，１０ａ３が設けられるため、両スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２のスラスト軸受隙間に形成された油膜の圧力は環状部８ｃ３，１０ａ３で最大となる。従って、図示のように、第２スラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２が最大となる環状部１０ａ３の径を、第１スラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１が最大となる環状部８ｃ３の径よりも小さくすることで、上述のスラスト動圧発生部の面積の差と相俟って、第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２が第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さくなる。
【００３５】
図２に示すように、軸受スリーブ８は内孔を有する円筒状であるため、軸受スリーブ８の上側端面８ｃの面積は、内孔の分だけスラストブッシュ１０の下側端面１０ａの面積よりも小さくなる。このため、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａの全面、及び、軸受スリーブ８の上側端面８ｃの全面にそれぞれスラスト動圧発生部を形成すると、前者の面積が後者の面積よりも大きくなる。本発明では、軸部材２の高速回転時に推力Ｆが加わったときのスラスト方向の支持力のバランスを考慮し、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに形成されるスラスト動圧発生部の面積を敢えて小さくし、第２のスラスト軸受部Ｔ２による支持力Ｆ２が第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さくなるようにした。
【００３６】
また、上記のように、ラジアル動圧発生部及びスラスト動圧発生部により軸受部材１１の内部の潤滑油を流動させることにより、軸受部材１１の内部に局部的な負圧が発生する恐れがある。本実施形態では、図２に示すように、軸受スリーブ８の外周面８ｄに軸方向溝８ｄ１を形成することにより、フランジ部２ｂの外径側の空間Ｑ１とシール空間Ｓとを連通して、この空間Ｑ１を常に大気圧に維持している。そして、軸受スリーブ８の上側端面８ｃに形成されたポンプインタイプの動圧溝８ｃ１により、フランジ部２ｂの外径側の空間Ｑ１から潤滑油が内径側に押し込まれ、これにより軸受スリーブ８の上側端面８ｃの内周チャンファが面する空間Ｑ２における負圧が防止される。また、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに形成されたポンプインタイプの動圧溝１０ａ１により、フランジ部２ｂの外径側の空間Ｑ１から潤滑油が内径側に押し込まれ、これによりスラストブッシュ１０の逃げ部１０ａ４が面する空間Ｑ３における負圧が防止される。さらに、図３に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａに形成された下側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部（動圧溝８ａ１）が軸方向非対称な形状であるため、第１のラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油が上方に押し込まれ、軸部２ａの逃げ部２ａ３が面する空間Ｑ４における負圧の発生が防止される。
【００３７】
このとき、下側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部によりラジアル軸受隙間の潤滑油が上側に押し込まれ、これにより軸部材２が上向きの支持力Ｆ３を受ける（図２参照）。軸部材２が高速で回転すると、この上向きの支持力Ｆ３が大きくなって下向きの推力Ｆに対抗し、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの接触をより確実に防止できる。
【００３８】
また、軸部材２の停止時には、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとが当接し、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間が０となる。この状態からモータを起動して軸部材２を回転させると、第１スラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１により軸部材２が浮上される。このとき、相対的に支持力の大きい第１スラスト軸受部Ｔ１によりモータ起動時の軸部材２の浮上を受け持つことにより、軸部材２を早期に浮上させてフランジ部２ｂと軸受スリーブ８との接触摺動を極力防止することができる。
【００３９】
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記実施形態と同様の機能を有する箇所には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４０】
上記の実施形態では、図１に示す軸流ファンモータを、軸受部材１１の開口側を下側、閉塞側を上側として使用した場合を示したが、これに限らず、この軸流ファンモータを上下反転させて使用してもよい。この場合、ロータ３の重力により、軸部材２に下向きの力、すなわち、回転に伴って軸部材２に加わる上向きの推力Ｆと反対向きの力が加わるため、フランジ部２ｂを軸受スリーブ８に押し付ける向きの力が低減される。
【００４１】
また、上記の実施形態では、ハウジング７とシール部９が一体形成されているが、これに限らず、例えば図６に示すように、ハウジング７とシール部９とを別体に形成してもよい。また、上記の実施形態では、ハウジング７とスラストブッシュ１０が別体に形成されているが、これに限らず、例えば図６に示すように、ハウジング７とスラストブッシュ１０を一体形成してもよい。
【００４２】
また、上記の実施形態では、軸部２ａの外周面のテーパ面２ａ２とシール部９の円筒面状内周面９ａとの間に断面楔形のシール空間Ｓを形成しているが、これに限らず、例えば図７に示すように、シール部９の内周面９ａを下方に向けて漸次拡径したテーパ面とすると共に、これに対向する軸部２ａの外周面を円筒面とし、これらの間に断面楔形のシール空間Ｓを形成してもよい。
【００４３】
また、上記の実施形態では、軸部２ａのラジアル軸受面２ａ１に形成されるラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１を示したが、これに限らず、例えばスパイラル形状の動圧溝や、軸方向溝、あるいは多円弧面で、ラジアル動圧発生部を構成してもよい。また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル動圧発生部を形成した場合を示したが、これに限らず、ラジアル動圧発生部を１箇所のみに形成したり、２箇所のラジアル動圧発生部を軸方向で連続させたりしてもよい。また、上記の実施形態では、上側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部を軸方向非対称な形状とし、ラジアル軸受隙間の潤滑油を上向きに押し込む場合を示したが、このような潤滑油の押し込みが必要なければ、上側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部を軸方向対称な形状としてもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、フランジ部２ｂに形成されるスラスト動圧発生部としてスパイラル形状の動圧溝を示したが、これに限らず、例えばヘリングボーン形状の動圧溝を採用してもよい。
【００４５】
また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８の内周面８ａ、上側端面８ｃ、及び、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに動圧発生部が形成されているが、これらの面と軸受隙間を介して対向する軸部２ａの外周面（ラジアル軸受面２ａ１）、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１及び上側端面２ｂ２に動圧発生部を形成してもよい。
【００４６】
また、上記の実施形態では、潤滑流体が潤滑油である場合を示しているが、これに限らず、例えば磁性流体や空気等の流体を使用することも可能である。
【００４７】
また、上記の実施形態では軸部材２を回転させているが、これに限らず、軸部材２を固定し、軸受部材１１を回転させる軸固定タイプとしてもよい。この場合、軸受部材１１にロータ３（ファン３ａ）が取り付けられる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３ ロータ
４ ステータコイル
５ マグネット
６ ケーシング
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ シール部
１０ スラストブッシュ
１１ 軸受部材
１１ａ スリーブ部
１１ｂ 底部
Ａ１，Ａ２ ラジアル軸受面
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
Ｆ 推力
Ｆ１ 第１スラスト軸受部による支持力
Ｆ２ 第２スラスト軸受部による支持力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の圧力により、軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置、及びこれを備えた軸流ファンモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動圧軸受装置は、例えば、ＨＤＤのスピンドルモータ用や各種ファンモータ用として好適に使用されている。例えば特許文献１に示されている流体動圧軸受装置１００は、図８に示すように、軸部１０２ａ及びフランジ部１０２ｂを有する軸部材１０２と、内周に軸部１０２ａが挿入された軸受スリーブ１０８と、内周に軸受スリーブ１０８が固定された筒状のハウジング１０７と、ハウジング１０７の一端開口部を閉塞するスラストブッシュ１１０とを備える。軸部材１０２が回転すると、軸部１０２ａの外周面１０２ａ１と軸受スリーブ１０８の内周面１０８ａとの間にラジアル軸受隙間が形成され、このラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力で軸部材１０２をラジアル方向に支持するラジアル軸受部Ｒ１’，Ｒ２’が構成される。これと同時に、軸受スリーブ１０８の一端面１０８ｃとフランジ部１０２ｂの一端面１０２ｂ１との間、及び、スラストブッシュ１１０の端面１１０ａとフランジ部１０２ｂの他端面１０２ｂ２との間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成され、各スラスト軸受隙間に生じる油膜の圧力で軸部材１０２をスラスト方向に支持するスラスト軸受部Ｔ１’，Ｔ２’が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、上記の流体動圧軸受装置１００をＨＤＤのスピンドルモータに組み込んだ場合、軸部材１０２には、搭載されるディスクの重さが軸部材１０２に加わり、軸部材１０２が下向きに押し付けられる。軸部材１０２が回転すると、下側のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２’により軸部材１０２が上向きに支持される。このとき、ディスクの重さにより軸部材１０２を下向きに押し付ける力は、軸部材１０２の回転速度が速くなっても変わらないため、軸部材１０２は、一旦浮上支持されたら、回転が停止したり外力が加わったりしない限り浮上支持され続ける。
【０００５】
一方、上記の流体動圧軸受装置１００を軸流ファンモータに組み込んだ場合、軸部材１０２の回転に伴って軸部材１０２に軸方向の推力が加わる。図８では、例えば軸部材１０２に下向きの推力Ｆ’が加わる場合を示す。このとき、軸部材１０２の回転速度の上昇に伴って軸部材１０２に加わる軸方向の推力Ｆ’が大きくなり、軸部材１０２が下方に押し込まれる。この推力Ｆ’に対して、下側のスラスト軸受部Ｔ２’の支持力Ｆ２’により軸部材１０２を上向きに支持するが、軸部材１０２が１００００ｒ／ｍｉｎ以上で高速回転すると、軸方向の推力Ｆ’が非常に大きくなるため、スラスト軸受部Ｔ２’の支持力Ｆ２’で支持することができなくなる恐れがある。
【０００６】
また、軸部材１０２は、推力Ｆ’だけでなく、上側のスラスト軸受部Ｔ１’の支持力Ｆ１’でさらに下方に押し込まれる。特に、１００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転になると、上側のスラスト軸受部Ｔ１’の支持力Ｆ１’が大きくなって、軸部材１０２を下向きに押し付ける力が無視できなくなる。このような軸部材１０２を下向き押し付ける支持力Ｆ１’と推力Ｆ’との合計量が、下側のスラスト軸受部Ｔ２’の支持力Ｆ２’よりも大きくなると、軸部材１０２とスラストブッシュ１１０とが接触する恐れがある。
【０００７】
さらに、図８の軸受スリーブ１０８の内周面１０８ａには軸方向非対称な形状の動圧溝が形成され、この動圧溝によりラジアル軸受隙間の潤滑油が下方に押し込まれる。この動圧溝による潤滑油の下向きの押し込み力Ｆ３’により、軸部材１０２がさらに下方に押し込まれ、軸部材１０２とスラストブッシュ１１０とが接触する恐れが高くなる。
【０００８】
以上のような不具合は、図８のように軸部材１０２に下向きの推力Ｆ’が加わる場合だけでなく、軸部材１０２に上向きの推力が加わる場合にも同様に生じる。また、軸部材１０２が回転する場合だけでなく、軸部材１０２を固定して軸受スリーブ１０８側を回転させる場合にも同様の不具合が生じる。
【０００９】
本発明が解決すべき課題は、軸部材の相対回転に伴って軸部材に軸方向の相対的な推力が加わる流体動圧軸受装置において、高速回転時においても軸部材のフランジ部とこれにスラスト方向で対向する部材との接触を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するためになされた本発明は、軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に軸部が挿入されたスリーブ部、及び、スリーブ部の一端開口部を閉塞する底部を有する軸受部材と、軸部の外周面とスリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向に相対支持するラジアル軸受部と、スリーブ部の一端面とフランジ部の一端面との間のスラスト軸受隙間、及び、底部の端面とフランジ部の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に相対支持する２つのスラスト軸受部とを備え、軸部材と軸受部材とが１００００ｒ／ｍｉｎ以上で相対回転する流体動圧軸受装置において、軸部材が、相対回転に伴って軸方向一方に向けて相対的な推力を受けるものであって、２つのスラスト軸受部のうち、軸部材を軸方向一方に向けて相対的に押し込む一方のスラスト軸受部の支持力を、軸部材を軸方向他方に向けて相対的に押し込む他方のスラスト軸受部の支持力よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１１】
このように、本発明に係る流体動圧軸受装置では、軸方向一方、すなわち、相対回転に伴って加わる推力と同じ方向に向けて軸部材を押し込む一方のスラスト軸受部の支持力を敢えて低く設定する。これにより、軸部材のフランジ部を、スラスト方向で対向する部材（底部又はスリーブ部）に押し付ける方向の力が低減されるため、１００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速で軸部材が相対回転した場合でも、軸部材のフランジ部とこれに対向する部材との接触を防止することができる。
【００１２】
上記の流体動圧軸受装置では、例えば、２つのスラスト軸受部に、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を設け、一方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積を、他方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積よりも小さくすることができる。
【００１３】
例えば、上記の推力が、スリーブ部の一端面とフランジ部の一端面とを接近させる方向に生じる場合は、上記の推力と同じ方向に軸部材を押し込む一方のスラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、底部の端面とフランジ部の他端面との間に形成される。
【００１４】
ラジアル軸受部に、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を設け、このラジアル動圧発生部を、潤滑流体を軸方向他方、すなわち上記の推力と反対側に向けて押し込むものとすれば、軸部材のフランジ部が対向する部材と接触する事態をより確実に防止できる。
【００１５】
軸部材が停止したときに、他方のスラスト軸受隙間が０となるようにすれば、軸部材の低速回転時（例えばモータの起動直後あるいは停止直前）に、相対的に支持力が大きい他方のスラスト軸受部で軸部材を支持することができるため、軸部材のフランジ部をこれに対向する部材に対して早期に浮上させることができる。
【００１６】
上記の流体動圧軸受装置は、例えば、軸方向に気流を発生させる軸流ファンモータに組み込むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、軸部材の相対回転に伴って軸部材に軸方向の相対的な推力が加わる流体動圧軸受装置において、１００００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転時においても軸部材のフランジ部とこれに対向する部材との接触を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置が組み込まれた軸流ファンモータの断面図である。
【図２】上記流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】上記流体動圧軸受装置の軸受スリーブの断面図である。
【図４】上記軸受スリーブの上面図である。
【図５】上記流体動圧軸受装置のスラストブッシュの下面図である。
【図６】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図７】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図８】従来の流体動圧軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１が組み込まれた軸流ファンモータを示す。このファンモータは、軸部材２を回転自在に支持する流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の固定側（軸受部材１１）に取り付けられたケーシング６と、流体動圧軸受装置１の回転側（軸部材２）に取り付けられたロータ３と、半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４およびマグネット５とを備えている。ステータコイル４はケーシング６に取り付けられ、マグネット５はロータ３に取り付けられる。ロータ３には、複数のファン３ａが一体に設けられる。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とマグネット５との間の電磁力でマグネット５及びロータ３が回転し、ファン３ａにより軸方向の気流が発生する。本実施形態では、図中上側に気流が発生する場合を示す（矢印参照）。このファンモータは、ロータ３が１００００ｒ／ｍｉｎ以上で高速回転するものであり、例えば医療機器などに組み込まれるターボファンとして用いられる。尚、本実施形態では、ファンモータが図１に示す状態、すなわち軸受部材１１から軸部材２が突出する方向を下向きにした状態で使用される場合を示す。
【００２１】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と軸受部材１１とで構成される。軸受部材１１は、内周に軸部材２が挿入されたスリーブ部１１ａと、スリーブ部１１ａの上端開口部を閉塞する底部１１ｂとを有する。本実施形態では、焼結金属製の軸受スリーブ８と、内周面に軸受スリーブ８が固定された筒状のハウジング７とでスリーブ部１１ａが構成され、ハウジング７の上端開口部を閉塞するスラストブッシュ１０で底部１１ｂが構成される。また、本実施形態では、軸受部材１１の下端開口部に、潤滑流体（本実施形態では潤滑油）の外部への漏れ出しを防止するシール部９が設けられ、図示例ではシール部９とハウジング７が一体形成されている。
【００２２】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの上端に設けられたフランジ部２ｂとを備え、例えばステンレス鋼等の溶製材を切削加工することにより一体形成される。軸部２ａは、円筒面状のラジアル軸受面２ａ１と、下方へ向けて漸次縮径したテーパ面２ａ２とを有する。図示例では、ラジアル軸受面２ａ１が軸方向に離隔した２箇所に設けられ、これらの軸方向間に、ラジアル軸受面２ａ１よりも小径な逃げ部２ａ３が設けられる。軸部２ａのラジアル軸受面２ａ１及び逃げ部２ａ３は軸受スリーブ８の内周面８ａと径方向に対向し、テーパ面２ａ２はシール部９の内周面９ａと径方向に対向する。
【００２３】
軸受スリーブ８は、銅又は鉄あるいはこれらの双方を主成分とする焼結金属で略円筒状に形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面が設けられ、本実施形態では図３に示すように、内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が設けられる。ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２には、それぞれラジアル軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部が形成される。図示例では、複数のヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１と、動圧溝８ａ１の円周方向間に設けられた丘部８ａ２と、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の軸方向略中央部に設けられた円筒部８ａ３とで、ラジアル動圧発生部が構成される。丘部８ａ２と円筒部８ａ３とは同一円筒面上に連続して設けられる（図３にクロスハッチングで示す）。図示例では、下側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝８ａ１及び丘部８ａ２が軸方向非対称に形成されており、具体的には、円筒部８ａ３より下側領域の軸方向寸法Ｘ1が、円筒部８ａ３より上側領域の軸方向寸法Ｘ2よりも大きくなっている（Ｘ1＞Ｘ2）。上側のラジアル軸受面Ａ２の動圧溝８ａ１及び丘部８ａ２は軸方向対称に形成されている。
【００２４】
軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面が形成される。このスラスト軸受面には、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部が形成される。本実施形態では、図４に示すように、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝８ｃ１と、動圧溝８ｃ１の円周方向間に設けられた丘部８ｃ２と、丘部８ｃ２の内径端を環状に連結する平坦な環状部８ｃ３とで、スラスト動圧発生部が構成される。丘部８ｃ２と環状部８ｃ３とは同一平面上に連続して設けられる（図４にクロスハッチングで示す）。図示例では、スラスト動圧発生部が、軸受スリーブ８の上側端面８ｃの全面、すなわち内周チャンファと外周チャンファの間の全域に形成される。
【００２５】
軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向全長にわたって軸方向溝８ｄ１が形成される（図３参照）。軸方向溝８ｄ１の本数は任意であり、本実施形態では例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に配される（図４参照）。
【００２６】
ハウジング７は、図２に示すように、金属の機械加工や樹脂の射出成形で略円筒状に形成される。ハウジング７の内周面７ａには、軸受スリーブ８の外周面８ｄが隙間接着、圧入、圧入接着（接着材介在下での圧入）などの手段で固定される。
【００２７】
ハウジング７の下端部には、シール部９が一体に設けられる。シール部９の内周面９ａは円筒面状に形成され、軸部２ａの外周面に設けられたテーパ面２ａ２と径方向に対向し、これらの間に上方へ向けて径方向寸法を漸次縮小した断面楔形のシール空間Ｓが形成される。このシール空間Ｓの毛細管力により、潤滑油が軸受部材１１の閉塞側（図中上側）に引き込まれ、これにより油の漏れ出しが防止される。本実施形態では、軸部２ａ側にテーパ面２ａ２を形成しているため、シール空間Ｓは遠心力シールとしても機能する。シール部９で密封された軸受部材１１の内部空間に充満した潤滑油の油面は、常にシール空間Ｓの範囲内に維持される。すなわち、シール空間Ｓは、潤滑油の体積変化を吸収できる容積を有する。
【００２８】
スラストブッシュ１０は、金属のプレス加工や樹脂の射出成形で略円盤状に形成され、ハウジング７の内周面７ａの上端部に隙間接着、圧入、圧入接着などの手段で固定される。スラストブッシュ１０の下側端面１０ａには、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面が形成される。このスラスト軸受面には、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部が形成される。本実施形態では、図５に示すように、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝１０ａ１と、動圧溝１０ａ１の円周方向間に設けられた丘部１０ａ２と、丘部１０ａ２の内径端を環状に連結する平坦な環状部１０ａ３とで、スラスト動圧発生部が構成される。丘部１０ａ２と環状部１０ａ３とは同一平面上に連続して設けられる（図５にクロスハッチングで示す）。環状部１０ａ３の内径側には、一段下がった逃げ部１０ａ４が設けられる。
【００２９】
スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに設けられたスラスト動圧発生部の面積（図５に示す例では、丘部１０ａ２の外径端と環状部１０ａ３の内径端との間の環状領域の面積）は、図４に示す軸受スリーブ８の上側端面８ｃに設けられたスラスト動圧発生部の面積（図４に示す例では、丘部８ａ２の外径端と環状部８ａ３の内径端との間の環状領域の面積）よりも小さく設定される。図示例では、スラストブッシュ１０のスラスト動圧発生部の外径寸法ｒ２１及び内径寸法ｒ２２（図５参照）が、それぞれ、軸受スリーブ８のスラスト動圧発生部の外径寸法ｒ１１及び内径寸法ｒ１２（図４参照）よりも小さく設定される（ｒ２１＜ｒ１１、ｒ２２＜ｒ１２）。
【００３０】
上記の部材を組み立てた後、軸受スリーブ８の内部気孔を含めたハウジング７の内部の空間に潤滑油を充満させることにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。このとき、油面はシール空間Ｓの内部に保持される。
【００３１】
軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面Ａ１，Ａ２と軸部２ａのラジアル軸受面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２に形成されたラジアル動圧発生部（動圧溝８ａ１）により、ラジアル軸受隙間に形成された油膜の圧力が高められ、この圧力（動圧作用）により軸部材２をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が構成される。
【００３２】
これと同時に、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間の油膜の圧力が軸受スリーブ８の上側端面８ｃのスラスト動圧発生部により高められ、この圧力（動圧作用）により軸部材２を浮上支持する第１のスラスト軸受部Ｔ１が構成される。さらに、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ２とスラストブッシュ１０の下側端面１０ａとの間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間の油膜の圧力がスラストブッシュ１０の下側端面１０ａのスラスト動圧発生部により高められ、この圧力（動圧作用）により軸部材２を下向きに支持する第２のスラスト軸受部Ｔ２が構成される。
【００３３】
また、軸部材２が回転すると、ファン３ａが回転して上向きの気流を発生させ（図１参照）、この反作用によりロータ３及び軸部材２が軸方向下向きの推力Ｆを受ける（図２参照）。軸部材２は、１００００ｒ／ｍｉｎ以上、速いときは３００００ｒ／ｍｉｎ以上（最大４００００ｒ／ｍｉｎ）の高速で回転するため、ファン３ａによる風量も大きくなり、これにより下向きの推力Ｆも大きくなる。従って、軸部材２を下向きに押し込む力（推力Ｆ及び第２スラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２）が、軸部材２を上向きに押し込む力（第１スラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ１）よりも大きくなると、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１が高速回転しながら軸受スリーブ８の上側端面８ｃと接触する恐れがある。
【００３４】
本発明では、第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２を敢えて小さくすることで、軸部材２を下向きに押し付ける力を低減し、軸部材２のフランジ部２ｂと軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの接触を防止している。具体的には、第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２（図２参照）を、第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さく設定している（Ｆ１＞Ｆ２）。本実施形態では、スラストブッシュ１０に形成されたスラスト動圧発生部（動圧溝１０ａ１、丘部１０ａ２、及び環状部１０ａ３、図４参照）の面積を、軸受スリーブ８に形成されたスラスト動圧発生部（動圧溝８ｃ１、丘部０ｃ２、及び環状部８ｃ３、図５参照）の面積よりも小さくしている。さらに、本実施形態では、軸受スリーブ８の上側端面８ｃ及びスラストブッシュ１０の下側端面１０ａに形成されるスラスト動圧発生部が何れもポンプインタイプであり、且つ、内径端に環状部８ｃ３，１０ａ３が設けられるため、両スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２のスラスト軸受隙間に形成された油膜の圧力は環状部８ｃ３，１０ａ３で最大となる。従って、図示のように、第２スラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２が最大となる環状部１０ａ３の径を、第１スラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１が最大となる環状部８ｃ３の径よりも小さくすることで、上述のスラスト動圧発生部の面積の差と相俟って、第２のスラスト軸受部Ｔ２の支持力Ｆ２が第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さくなる。
【００３５】
図２に示すように、軸受スリーブ８は内孔を有する円筒状であるため、軸受スリーブ８の上側端面８ｃの面積は、内孔の分だけスラストブッシュ１０の下側端面１０ａの面積よりも小さくなる。このため、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａの全面、及び、軸受スリーブ８の上側端面８ｃの全面にそれぞれスラスト動圧発生部を形成すると、前者の面積が後者の面積よりも大きくなる。本発明では、軸部材２の高速回転時に推力Ｆが加わったときのスラスト方向の支持力のバランスを考慮し、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに形成されるスラスト動圧発生部の面積を敢えて小さくし、第２のスラスト軸受部Ｔ２による支持力Ｆ２が第１のスラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１よりも小さくなるようにした。
【００３６】
また、上記のように、ラジアル動圧発生部及びスラスト動圧発生部により軸受部材１１の内部の潤滑油を流動させることにより、軸受部材１１の内部に局部的な負圧が発生する恐れがある。本実施形態では、図２に示すように、軸受スリーブ８の外周面８ｄに軸方向溝８ｄ１を形成することにより、フランジ部２ｂの外径側の空間Ｑ１とシール空間Ｓとを連通して、この空間Ｑ１を常に大気圧に維持している。そして、軸受スリーブ８の上側端面８ｃに形成されたポンプインタイプの動圧溝８ｃ１により、フランジ部２ｂの外径側の空間Ｑ１から潤滑油が内径側に押し込まれ、これにより軸受スリーブ８の上側端面８ｃの内周チャンファが面する空間Ｑ２における負圧が防止される。また、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに形成されたポンプインタイプの動圧溝１０ａ１により、フランジ部２ｂの外径側の空間Ｑ１から潤滑油が内径側に押し込まれ、これによりスラストブッシュ１０の逃げ部１０ａ４が面する空間Ｑ３における負圧が防止される。さらに、図３に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａに形成された下側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部（動圧溝８ａ１）が軸方向非対称な形状であるため、第１のラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油が上方に押し込まれ、軸部２ａの逃げ部２ａ３が面する空間Ｑ４における負圧の発生が防止される。
【００３７】
このとき、下側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部によりラジアル軸受隙間の潤滑油が上側に押し込まれ、これにより軸部材２が上向きの支持力Ｆ３を受ける（図２参照）。軸部材２が高速で回転すると、この上向きの支持力Ｆ３が大きくなって下向きの推力Ｆに対抗し、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの接触をより確実に防止できる。
【００３８】
また、軸部材２の停止時には、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとが当接し、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間が０となる。この状態からモータを起動して軸部材２を回転させると、第１スラスト軸受部Ｔ１の支持力Ｆ１により軸部材２が浮上される。このとき、相対的に支持力の大きい第１スラスト軸受部Ｔ１によりモータ起動時の軸部材２の浮上を受け持つことにより、軸部材２を早期に浮上させてフランジ部２ｂと軸受スリーブ８との接触摺動を極力防止することができる。
【００３９】
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記実施形態と同様の機能を有する箇所には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４０】
上記の実施形態では、図１に示す軸流ファンモータを、軸受部材１１の開口側を下側、閉塞側を上側として使用した場合を示したが、これに限らず、この軸流ファンモータを上下反転させて使用してもよい。この場合、ロータ３の重力により、軸部材２に下向きの力、すなわち、回転に伴って軸部材２に加わる上向きの推力Ｆと反対向きの力が加わるため、フランジ部２ｂを軸受スリーブ８に押し付ける向きの力が低減される。
【００４１】
また、上記の実施形態では、ハウジング７とシール部９が一体形成されているが、これに限らず、例えば図６に示すように、ハウジング７とシール部９とを別体に形成してもよい。また、上記の実施形態では、ハウジング７とスラストブッシュ１０が別体に形成されているが、これに限らず、例えば図６に示すように、ハウジング７とスラストブッシュ１０を一体形成してもよい。
【００４２】
また、上記の実施形態では、軸部２ａの外周面のテーパ面２ａ２とシール部９の円筒面状内周面９ａとの間に断面楔形のシール空間Ｓを形成しているが、これに限らず、例えば図７に示すように、シール部９の内周面９ａを下方に向けて漸次拡径したテーパ面とすると共に、これに対向する軸部２ａの外周面を円筒面とし、これらの間に断面楔形のシール空間Ｓを形成してもよい。
【００４３】
また、上記の実施形態では、軸部２ａのラジアル軸受面２ａ１に形成されるラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１を示したが、これに限らず、例えばスパイラル形状の動圧溝や、軸方向溝、あるいは多円弧面で、ラジアル動圧発生部を構成してもよい。また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル動圧発生部を形成した場合を示したが、これに限らず、ラジアル動圧発生部を１箇所のみに形成したり、２箇所のラジアル動圧発生部を軸方向で連続させたりしてもよい。また、上記の実施形態では、上側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部を軸方向非対称な形状とし、ラジアル軸受隙間の潤滑油を上向きに押し込む場合を示したが、このような潤滑油の押し込みが必要なければ、上側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部を軸方向対称な形状としてもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、フランジ部２ｂに形成されるスラスト動圧発生部としてスパイラル形状の動圧溝を示したが、これに限らず、例えばヘリングボーン形状の動圧溝を採用してもよい。
【００４５】
また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８の内周面８ａ、上側端面８ｃ、及び、スラストブッシュ１０の下側端面１０ａに動圧発生部が形成されているが、これらの面と軸受隙間を介して対向する軸部２ａの外周面（ラジアル軸受面２ａ１）、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ１及び上側端面２ｂ２に動圧発生部を形成してもよい。
【００４６】
また、上記の実施形態では、潤滑流体が潤滑油である場合を示しているが、これに限らず、例えば磁性流体や空気等の流体を使用することも可能である。
【００４７】
また、上記の実施形態では軸部材２を回転させているが、これに限らず、軸部材２を固定し、軸受部材１１を回転させる軸固定タイプとしてもよい。この場合、軸受部材１１にロータ３（ファン３ａ）が取り付けられる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３ ロータ
４ ステータコイル
５ マグネット
６ ケーシング
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ シール部
１０ スラストブッシュ
１１ 軸受部材
１１ａ スリーブ部
１１ｂ 底部
Ａ１，Ａ２ ラジアル軸受面
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
Ｆ 推力
Ｆ１ 第１スラスト軸受部による支持力
Ｆ２ 第２スラスト軸受部による支持力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に前記軸部が挿入されたスリーブ部、及び、前記スリーブ部の一端開口部を閉塞する底部を有する軸受部材と、前記軸部の外周面と前記スリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で前記軸部材をラジアル方向に相対支持するラジアル軸受部と、前記スリーブ部の一端面と前記フランジ部の一端面との間のスラスト軸受隙間、及び、前記底部の端面と前記フランジ部の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で前記軸部材をスラスト方向に相対支持する２つのスラスト軸受部とを備え、前記軸部材と前記軸受部材が１００００ｒ／ｍｉｎ以上で相対回転する流体動圧軸受装置において、
前記軸部材が、相対回転に伴って軸方向一方に向けて相対的な推力を受けるものであって、前記２つのスラスト軸受部のうち、前記軸部材を軸方向一方に向けて相対的に押し込む一方のスラスト軸受部の支持力を、前記軸部材を軸方向他方に向けて相対的に押し込む他方のスラスト軸受部の支持力よりも小さくしたことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記２つのスラスト軸受部に、前記スラスト軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を設け、前記一方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積を、前記他方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積よりも小さくした請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記推力が、前記スリーブ部の一端面と前記フランジ部の一端面とを接近させる方向に生じ、前記一方のスラスト軸受部のスラスト軸受隙間が、前記底部の端面と前記フランジ部の他端面との間に形成された請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記ラジアル軸受部に、前記ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を設け、該ラジアル動圧発生部が、潤滑流体を軸方向他方に向けて押し込むものである請求項１〜３の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
軸部材の停止時に、前記他方のスラスト軸受部のスラスト軸受隙間が０となる請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置を有し、軸方向に気流を発生させる軸流ファンモータ。
【請求項１】
軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に前記軸部が挿入されたスリーブ部、及び、前記スリーブ部の一端開口部を閉塞する底部を有する軸受部材と、前記軸部の外周面と前記スリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で前記軸部材をラジアル方向に相対支持するラジアル軸受部と、前記スリーブ部の一端面と前記フランジ部の一端面との間のスラスト軸受隙間、及び、前記底部の端面と前記フランジ部の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で前記軸部材をスラスト方向に相対支持する２つのスラスト軸受部とを備え、前記軸部材と前記軸受部材が１００００ｒ／ｍｉｎ以上で相対回転する流体動圧軸受装置において、
前記軸部材が、相対回転に伴って軸方向一方に向けて相対的な推力を受けるものであって、前記２つのスラスト軸受部のうち、前記軸部材を軸方向一方に向けて相対的に押し込む一方のスラスト軸受部の支持力を、前記軸部材を軸方向他方に向けて相対的に押し込む他方のスラスト軸受部の支持力よりも小さくしたことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記２つのスラスト軸受部に、前記スラスト軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を設け、前記一方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積を、前記他方のスラスト軸受部のスラスト動圧発生部の面積よりも小さくした請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記推力が、前記スリーブ部の一端面と前記フランジ部の一端面とを接近させる方向に生じ、前記一方のスラスト軸受部のスラスト軸受隙間が、前記底部の端面と前記フランジ部の他端面との間に形成された請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記ラジアル軸受部に、前記ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を設け、該ラジアル動圧発生部が、潤滑流体を軸方向他方に向けて押し込むものである請求項１〜３の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
軸部材の停止時に、前記他方のスラスト軸受部のスラスト軸受隙間が０となる請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置を有し、軸方向に気流を発生させる軸流ファンモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９７８５８（Ｐ２０１２−１９７８５８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２３１１（Ｐ２０１１−６２３１１）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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