JP2008039124A - 軸受けユニットおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】動圧流体軸受けを用いた軸受けユニットにおいて、内部の潤滑油の保持性能を向上させること。
【解決手段】本発明は、軸１４が挿入される滑り軸受け１１と、滑り軸受け１１の外側を覆うステータ部材１６と、軸１４が滑り軸受け１１に挿入された状態で、ステータ部材１６の上部開口を覆う空隙形成部材１８と、ステータ部材１６内に注入される潤滑油と、滑り軸受け１１の上端と空隙形成部材１８との間に設けられる空間で、軸１４とともに回転する油切りリング１５とを備えており、空隙形成部材１８と油切りリング１５との隙間が軸１４の中心から離れるに従い狭くなるテーパ形状となっている軸受けユニット１０である。また、この軸受けユニット１９を用いたモータでもある。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸が挿入される動圧流体軸受けがユニット本体によって覆われた軸受けユニットおよびその軸受けユニットを用いたモータに関する。

図８は、従来技術の非接触回転シール（以後、単に「シール」と呼ぶ。）が具備された軸受けユニットを説明する模式断面図である。軸受けユニット３０は、軸３４が、滑り軸受け３１とスラスト軸受け手段３９（この場合は、ピヴォット軸受け）とにより回転自在に支持されており、軸３４と空隙形成部材３８とから形成され、滑り軸受け３１から軸方向で内部へ向かって小なるテーパ形状となる空隙部３７から成る非接触回転シール３０ａが設けられ、潤滑油の漏洩防止と、滑り軸受け３１、スラスト軸受け手段３９、空隙形成部材３８を保持するためのステータ部材３６から構成されている。

ここで、軸方向で、滑り軸受け３１から内部へ向かって小なるテーパ形状３７が、如何に非接触回転シールと成り、潤滑油を軸受けユニット内部に保持することが可能かを説明する。

すなわち、流体は、毛細管現象により狭い方向へと移動する性質があるので、潤滑油を軸受けユニット内部へ保持したいのだから、軸受けユニット内部へ向かって空隙が小となるテーパ形状を設ければ、潤滑油は、内部へと移動し、保持されることになる。

この場合、毛細管現象により発生する引き込み圧力Ｐは、Ｐ＝２γｃｏｓθ／ｒで表される。ここで、γは、潤滑油と潤滑油の被接触物（被接触物が軸３４の場合、ステンレスやジュラルミン、空隙形成部材３８の場合、金属や樹脂など）との表面張力、θは、同じく接触角、ｒは、空隙部３７の幅である。

したがって、Ｐ∝１／ｒとなるので、潤滑油は、隙間幅ｒの小さい軸受け内部方向へと引き寄せられ、潤滑油は保持されることになる。

このように、従来技術の非接触回転シール３０ａは、シール部の形状に工夫をして潤滑油の表面張力を利用し、回転部の潤滑油のシールを非接触で行うことができるものであり、非接触でのシールであるので、ロストルクがない、軸振れなどの回転機械精度を維持することができるなど、優れた潤滑油のシール方式となっている。

図９は、特許文献１に記載の軸受けユニット４０のシール部を抜粋し、断面をもって示したものである。この軸受けユニット４０のシール部は、図８で示す軸受けユニット３０での欠点である薄型化が困難であるという課題を解決しようとするものである。すなわち、滑り軸受け４１の端面と空隙形成部材４８とから、空隙部４７が、軸４４の内周へ向かって小なるテーパ形状となるように形成されている。

図１０は、特許文献２に記載の軸受けユニット５０のシール部を抜粋し、断面をもって示したものである。軸受けユニット５０のシールは、滑り軸受け５１の端面部に、板状部材５８ｂと、空隙形成部材５８ａとにより、外周へ向かって小となるテーパ形状の空隙部５７が設けられている。

特開２００５−１２７５１４号公報 特開２００４−３６８９２号公報

しかしながら、図８に示す軸受けユニット３０のように、軸方向へ空隙部３７を形成する必要のある非接触シール３０ａは、テーパ形状の形成とともに潤滑油の熱膨張などによる油面の上昇に備え、ある程度の厚さが必要となり、薄型化が困難であるという欠点がある。

また、図９に示す軸受けユニット４０では、軸４４とラジアル軸受け手段となる滑り軸受け４１との内周面から、軸受けユニット外部へ向かって潤滑油が漏洩する経路矢視Ａの途中に空隙部４７が設けられていないので、積極的に軸４４と滑り軸受け４１との摺動面へ、潤滑油を送り込むという役割は果たすものの、潤滑油の外部への漏洩、飛散に対して優れた効果を発揮できないという問題がある。

また、図１０に示す軸受けユニット５０では、空隙部５７が、やはり潤滑油の漏洩経路矢視Ａの途中になく、軸５４の回転による漏洩、飛散に対して優れた効果を発揮できないという欠点がある。

つまり、軸受けユニット５０においては、潤滑油を積極的に内部へと引き込むという役割に特徴があるのではなく、軸５４の回転により飛散した潤滑油のミストを、外部へ拡散することを防止し、再度利用しようとするものである。

上述の如く、従来技術の非接触シールは、軸方向にテーパ形状の空隙を設ける必要があり、薄型化が困難であるということや、薄型化を狙ったもののシールが潤滑油の流出経路上にないことにより、潤滑油の流出防止が困難であるという欠点を克服できないものとなっている。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、回転軸が挿入される動圧流体軸受けと、動圧流体軸受けの外側を覆うユニット本体と、回転軸が動圧流体軸受けに挿入された状態で、ユニット本体の上部開口を覆う蓋部材と、ユニット本体内に注入される潤滑油と、動圧流体軸受けの上端と蓋部材との間に設けられる空間で、回転軸とともに回転する油切りリングとを備えており、蓋部材と油切りリングとの隙間が回転軸の中心から離れるに従い狭くなるテーパ形状となっている軸受けユニットである。また、本発明は、上記の軸受けユニットを用いたモータでもある。

このような本発明では、動圧流体軸受けの上部と蓋部材との間に、回転軸とともに回転する油切りリングが設けられ、この油切りリングと蓋部材との隙間が回転軸の中心から離れるに従い狭くなるテーパ形状となっていることから、潤滑油の経路が油切りリングで仕切られ、回転軸と垂直な方向に沿って往復するよう延びる状態となる。しかも、油切りリングと蓋部材との間で形成されるテーパ形状によって潤滑油が軸受け内部へ向かう方向へ導かれることになる。

特に、本発明では、油切りリングが回転軸とともに回転することから、油切りリングの回転による遠心力で潤滑油を軸受け内部へ向かう方向へより強く導くことができる。

したがって、本発明によれば、次のような効果がある。すなわち、本発明の軸受けユニットでは、軸の中心から離れるに従い狭くなるテーパ形状の空隙によって潤滑油の経路が軸と垂直な方向へ延ばすことができ、ユニット全体の薄型化を図ることが可能となる。さらに、テーパ形状部分の表面張力の方向と、油切リングが回転することにより発生する遠心力との方向が一致すること、および潤滑油の流出経路が長く、ラビリンス構造になっていることから、優れた潤滑油保持性能を発揮させることが可能となる。

上記の如く、薄型で優れた潤滑油の保持性能を得ることができるので、本発明の軸受けユニットを搭載したモータは、薄型で、かつ長い寿命が要求されるパーソナルコンピュータなどの電子機器や、テレビなどの映像機器に適したものを得ることが可能となる。また、本発明の軸受けユニットは、油切リングが回転軸の抜け止め部材ともなり得るので、従来技術に比べ、部品点数を削減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、第１の実施形態に係る軸受けユニットを説明する模式断面図である。すなわち、本実施形態に係る軸受けユニット１０は、軸１４が、滑り軸受け１１とスラスト軸受け手段１９（この場合は、ピヴォット軸受け）とにより回転自在に支持されており、軸１４と一体に回転する油切リング１５と蓋部材である空隙形成部材１８とから形成され、滑り軸受け１１から、径方向で、外周へ向かって小なるテーパ形状となる空隙部１７から成る非接触回転シール１０ａが設けられ、潤滑油の漏洩防止と、滑り軸受け１１、スラスト軸受け手段１９、空隙形成部材１８を保持するためのステータ部材１６等から構成されている。

本実施形態の軸受けユニット１０における非接触シール１０ａは、油切リング１５と空隙形成部材１８とにより、軸受け内部へと引き込む方向のテーパ形状を形成するとともに、油切リング１５が軸１４と一体に回転する点にポイントがある。

すなわち、テーパ形状となっている空隙部１７の潤滑油引き込み方向と、油切リング１５が回転することにより発生する遠心力の方向とが一致しているので、より強固な潤滑油の保持性能を得ることができる。

滑り軸受け１１は、主として動圧流体軸受けであり、潤滑油を介在させて軸１４をラジアル方向に支持するとともに、低摩擦で回転できるよう支持している。したがって、潤滑油はステータ部材１６の内部に充填され、ステータ部材１６の上部開口を覆う間隙形成部材１８によって上方への潤滑油漏洩を防いでいる。

図２は、第１の実施形態の軸受けユニットにおける主要部を説明する拡大模式断面図である。軸１４に取り付けられる油切りリング１５は、金属製または樹脂製のリング部材となっており、軸１４の溝に嵌合して固定されている。なお、油切りリング１５は必要に応じて接着剤や溶接等で軸１４に強固に固定されていてもよい。

油切りリング１５が軸１４に対して垂直な方向に取り付けられることで、滑り軸受け１１の上面と空隙形成部材１８との間の空隙を油切りリング１５が仕切る状態となる。これにより、油切りリング１５の上側となる空隙部１７と下側となる空隙部１３とが構成される。

油切りリング１５の先端側は空隙形成部材１８との間にわずかな隙間が設けられているため、滑り軸受け１１の上部から空隙形成部材１８と軸１４との隙間に至るまでの潤滑油の流出経路Ａが図中一点鎖線で示すように軸１４と垂直な方向に往復する状態となる。つまり、潤滑油の流出経路Ａを軸１４に対して垂直な方向へ延ばすことができ、十分な流出経路長を確保しつつ、軸受けユニット１０の薄型化を図ることができる。

さらに、本実施形態の構成では、テーパ形状の空隙部１７が潤滑油の流出経路Ａの途中に存在し、軸１４との間の摺動部から軸受け外部までの経路が長く、ラビリンス構造にもなっているので、潤滑油の十分な保持効果を発揮することができる。

もちろん、ここでは、滑り軸受け１１と油切りリング１５との空隙部１３からテーパ形状の空隙部１７をたどって潤滑油の流出を防ぐものであるので、その他の箇所、具体的にはステータ部材１６と空隙形成部材１８との締結部や、軸１４と油切リング１５との締結部は、接着剤やレーザー溶接、ゴムなどのシール部材によってシーリングされていてもよい。

このような軸受けユニット１０により、空隙部１７のテーパ形状によって潤滑油は軸１４の中心から外側に向かって引き込まれるとともに、軸１４および油切りリング１５の回転による遠心力も作用して強力に潤滑油の漏れを防止できることとなる。

図３は、第２実施形態に係る軸受けユニットの主要部を説明する拡大模式断面図である。この非接触シール１０ａは、図１および図２に示す軸受けユニット１０に具備された非接触シールに対し、さらに表面張力による潤滑油保持性能を向上させるものである。

つまり、非接触シール１０ａは、滑り軸受け１１の上部と油切リング１５との空隙部１３が、摺動面すなわち軸１４の中心へ向かって小なるテーパ形状となり、油切りリング１５と空隙形成部材１８との空隙部１７が、摺動面すなわち軸１４の中心から離れる方向へ向かって小となる、連続したテーパ形状となっていることを特徴としている。

図３に示す例では、このような連続したテーパ形状の空隙を構成するため、油切りリング１５を軸１４に対して斜め上方に延びるよう成形している。空隙部１７のテーパ形状により潤滑油は軸１４から離れる方向に引き込まれ、また空隙部１３のテーパ形状により潤滑油は軸１４の方向に引き込まれるようになる。つまり、空隙部１７に加えて空隙部１３にもテーパ形状を設けることで、毛細管現象を利用した潤滑油の引き込み力をより強くすることができ、潤滑油の漏洩を積極的に防止することが可能となる。

図４は、第３の実施形態に係る軸受けユニットの主要部を説明する拡大模式断面図である。この非接触シール１０ａは、図３に示す第２の実施形態と同様に、油切りリング１５を間としてテーパ形状が連続するものであるが、油切りリング１５は軸１４に対して垂直な方向に延びるよう形成され、下側のテーパ形状を構成するため滑り軸受け１１の上端部が斜めに成形されているものである。

第３の実施形態に係る軸受けユニット１０でも、先と同様に、連続したテーパ形状の空隙を構成するため、テーパ形状が長くなることによって潤滑油の引き込み性能を向上させることができる。

図５は、第４の実施形態に係る軸受けユニットの主要部を説明する拡大模式断面図である。この軸受けユニット１０における非接触シール１０ａは、油切りリング１５が軸１４と一体で構成されているものである。すなわち、先に説明した例では、油切りリング１５を別体で軸１４に取り付けていたが、本実施形態では軸１４を切削加工等で成形するにあたり、油切りリング１５を一体成形しているものである。

この構成では、潤滑油の引き込み性能は図２に示す例と同じであり、テーパ形状となっている空隙部１７の潤滑油引き込み方向と、油切リング１５が回転することにより発生する遠心力の方向が一致しているので、より強固な潤滑油の保持性能を得ることができる。

また、このような軸１４と一体成形の油切りリング１５を設けることで、別途油切りリング１５を取り付ける工程を省くことができるとともに、部品点数の減少および一体成形による信頼性の向上を図ることができる。

一般に、少なくとも、ラジアル軸受け手段が、ヘリングボーン形状や、軸方向の動圧発生溝が形成された動圧軸受けの場合には、油膜形成に欠くことのできない潤滑油の保持が極めて重要であり、本実施形態の非接触シール１０ａがこれに対応した十分な効果を発揮することになる。もちろん、スラスト軸受け手段も動圧軸受けであってもよい。

図６は、本実施形態の軸受けユニットを搭載したファンモータの概略構造図である。このファンモータは、ベースプレート６１、回転駆動回路６３、鉄心６４、巻線６５、羽根車６６、マグネットケース６７、マグネット６８、ケース６９、軸受けユニット１０より構成される。

また、軸受けユニット１０の外側にはハウジング６２が設けられ、このハウジング６２を介して軸受けユニット１０がベースプレート６１に固定される。ハウジング６２の外周には鉄心４４および巻線４５から成るコイルが取り付けられ、軸受けユニット１０の軸とともに回転可能なロータ４０のマグネット４８と対向させている。ロータ４０には複数の羽根車４６が取り付けられ、ロータ４０とともに回転する羽根車４６によって空気の流れを発生させる。

このようなファンモータの軸受けユニット１０として先に説明した実施形態のものを用いることで、ファンモータ全体の薄型化を図ることができる。また、軸受けユニット１０からの潤滑油漏れを効果的に防止でき、ファンモータの信頼性向上を図ることができる。

ここで、本実施形態に係る軸受けユニット１０の製造方法を説明する。図１、図３、図４、図５に示す第１〜第４の実施形態に係る軸受けユニット１０では、予め樹脂によってステータ部材１６を成形しておき、このステータ部材１６の内部にスラスト軸受け１９および滑り軸受け１１を組み込む。その後、軸１４に油切りリング１５を取り付け（図５に示す第４の実施形態では軸１４に油切りリング１５が一体成形されているため別途取り付けは不要）、この状態で軸１４を滑り軸受け１１の中央孔に挿入する。

その後、ステータ部材１６内に組み込まれた滑り軸受け１１の上部を押さえるよう空隙形成部材１８を被せ、ステータ部材１６および空隙形成部材１８で囲まれる内部に潤滑油を注入する。なお、潤滑油はステータ部１６に滑り軸受け１１を組み込んだ後、軸１４を挿入する前に注入しておいてもよい。

また、上記のような製造方法のほか、ステータ部材１６の成形とともに滑り軸受け１１や軸１４、油切りリング１５を組み込む一括成形も考えられる。図７は、一括成形方法を説明する模式断面図である。先ず、図７（ａ）に示すように、金属製の下側支持部材１８ａに滑り軸受け１１を挿入し、滑り軸受け１１の中央孔に油切りリング１５が設けられた軸１４を挿入する。そして、下側支持部材１８ａに同じ金属製の空隙形成部材１８を溶接等によって取り付けて内部構造体を構成する。

次いで、上記構成した内部構造体を金型１００のキャビティ１０１内に配置するよう挟持する。すなわち、空隙形成部材１８から延出する軸１４を左右の金型１００で挟んでさえるようにして、空隙形成部材１８および下側支持部材１８ａが金型１００のキャビティ１０１内に配置されるようにする。そして、この状態で金型１００のキャビティ１０１内に溶融した樹脂を注入した後、硬化させ、左右の金型１００を開いて取り出すことで、図７（ｂ）に示すようなステータ部材１６に内部構造体が組み込まれた軸受けユニット１０を一括成形することができる。

なお、上記においては本実施形態の軸受けユニット１０としてファンモータへの適用例を示したが、本発明はこれに限定されず、ファンモータ以外のモータ機器（例えば、各種記憶メディアドライブ）への適用も可能である。

第１の実施形態に係る軸受けユニットを説明する模式断面図である。 第１の実施形態の軸受けユニットにおける主要部を説明する拡大模式断面図である。 第２実施形態に係る軸受けユニットの主要部を説明する拡大模式断面図である。 第３の実施形態に係る軸受けユニットの主要部を説明する拡大模式断面図である。 第４の実施形態に係る軸受けユニットの主要部を説明する拡大模式断面図である。 本実施形態の軸受けユニットを搭載したファンモータの概略構造図である。 一括成形方法を説明する模式断面図である。 従来技術の非接触回転シールが具備された軸受けユニットを説明する模式断面図である。 特許文献１に記載の軸受けユニットのシール部を抜粋した拡大模式断面図である。 特許文献２に記載の軸受けユニットのシール部を抜粋した拡大模式断面図である。

符号の説明

１０…軸受けユニット、１１…滑り軸受け、１４…軸、１５…油切りリング、１６…ステータ部材、１７…空隙部、１８…空隙形成部材

Claims (4)

1. 回転軸が挿入される動圧流体軸受けと、
   前記動圧流体軸受けの外側を覆うユニット本体と、
   前記回転軸が前記動圧流体軸受けに挿入された状態で、前記ユニット本体の上部開口を覆う蓋部材と、
   前記ユニット本体内に注入される潤滑油と、
   前記動圧流体軸受けの上端と前記蓋部材との間に設けられる空間で、前記回転軸とともに回転する油切りリングとを備えており、
   前記蓋部材と前記油切りリングとの隙間が前記回転軸の中心から離れるに従い狭くなるテーパ形状となっている
   ことを特徴とする軸受けユニット。
2. 前記動圧流体軸受けの上端と前記油切りリングとの隙間が前記回転軸の中心から離れるに従い広くなるテーパ形状となっている
   ことを特徴とする請求項１記載の軸受けユニット。
3. 前記油切りリングが前記回転軸と一体で形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の軸受けユニット。
4. 回転軸が挿入される動圧流体軸受けを備えた軸受けユニットと、
   前記軸受けユニットの周辺に配置されるコイルと、
   前記軸受けユニットに取り付けられた前記回転軸を中心として回転可能に配置され、前記コイルと対向するマグネットを有するロータとを備えたモータにおいて、
   前記軸受けユニットとして、
   前記動圧流体軸受けの外側を覆うユニット本体と、
   前記回転軸が前記動圧流体軸受けに挿入された状態で、前記ユニット本体の上部開口を覆う蓋部材と、
   前記ユニット本体内に注入される潤滑油と、
   前記動圧流体軸受けの上端と前記蓋部材との間に設けられる空間で、前記回転軸とともに回転する油切りリングとを備えており、
   前記蓋部材と前記油切りリングとの隙間が前記回転軸の中心から離れるに従い狭くなるテーパ形状となっている
   ことを特徴とするモータ。
   

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