(57)【要約】【課題】可能な限り簡素な手段によって予圧をほぼ一定に付与できる流体動圧軸受装置を提供することである。【解決手段】本発明は、軸受孔を備える軸受スリーブと、ラジアル流体動圧軸受装置によって前記軸受孔に回転自在に支承された軸を含む流体動圧軸受装置に関する。前記軸に結合されつつ前記軸受スリーブの第1の端面と相まって第1のスラスト流体軸受装置を成す環状の第1の軸受板が設けられ、且つ前記第1のスラスト流体軸受装置に対して反力を発生させる手段が具備される。本発明によれば、前記反力は、機械的なバネ素子と第2のスラスト流体軸受装置を組み合わせることで発生する。予圧が付与されたバネの場合、小さなバネストロークではバネ力が大きく変化することはないので、軸受装置の軸方向の剛性を失わせたり、軸受装置に過大な荷重を負荷することなく、予圧のバラツキを補正できる。【選択図】図1
2008157453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受孔を備える軸受スリーブ(14)と、
ラジアル流体動圧軸受装置によって前記軸受孔に回転自在に支承された軸(16; 316)と、
前記軸(16; 316)に結合されつつ前記軸受スリーブ(14)の第1の端面と相まって第1のスラスト流体軸受装置(22; 322)を成す環状の第1の軸受板(20; 320)と、
前記第1のスラスト流体軸受装置に対して反力を発生させる手段と、
を備える流体動圧軸受装置であって、
前記反力を発生させる手段は、機械的なバネ素子(28; 128)と第2のスラスト流体軸受装置(30; 130)を組み合わせて成ることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記バネ素子(28; 128)は、板バネ又は皿バネであることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記バネ素子(28; 128)は、一方では前記軸(16; 316)若しくは該軸に結合された部材によって支持され、他方では前記軸受スリーブ(14)の第2の端面によって支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記バネ素子(128)は、半径方向に延びつつ前記軸受スリーブ(14)の第2の端面と対向する環状のフランジ部(134)を備え、且つ前記第2のスラスト流体軸受装置(130)は、互いに対向する前記半径方向に延びるフランジ部(134)の表面と、前記軸受スリーブ(14)の第2の端面とによって形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記バネ素子(28)は、一方では前記軸(16)若しくは該軸に結合された部材によって支持され、他方では前記軸受スリーブ(14)の第2の端面に当接する第2の軸受板(24; 424)に支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記バネ素子(28)は、前記第2の軸受板(24; 424)に当接し、且つ前記スラスト流体動圧軸受装置(30)は、対向する前記第2の軸受板(24; 424)の表面と前記軸受スリーブ(14)の第2の端面によって形成されていることを特徴とする請求項１、２又は５に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記第2のスラスト流体軸受装置(30; 130)の軸受面は、対向する前記バネ素子(128)に属するフランジ部(134)乃至は前記第2の軸受板(24; 424)と前記軸受スリーブ(14)の第2の端面によって形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記第2のスラスト流体軸受装置(30; 130)を成す対向する軸受面の一方に、少なくとも部分的に軸受流体が充填された表面構造物(40; 140; 440)が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
前記表面構造物(40; 140; 440)は、前記軸受流体を前記第2のスラスト軸受装置(30; 130)の対向する軸受面の間を流動させるポンプ構造物であることを特徴とする請求項８に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
前記第2の軸受板(24; 424)の表面における軸受面の内径部及び/又は外径部に環状の凹部(436; 438)が設けられ、且つ該凹部の少なくとも1つに、少なくとも部分的に軸受流体が充填され、その都度、軸受流体の油溜を成すことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
前記軸受スリーブ(14)の第2の端面における軸受面の内径部及び/又は外径部に、環状の凹部(36; 38; 138)が設けられ、且つ該凹部の少なくとも1つに、少なくとも部分的に軸受流体が充填され、その都度、軸受流体の油溜を成すことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
前記凹部(36; 38; 138; 436; 438)は、隣接する表面構造物(40; 140; 440)と繋がっていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１３】
前記バネ素子(128)又は前記第2の軸受板(24; 424)は、前記ラジアル軸受装置のシール構造を成すことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
前記第1の軸受板は、更なるバネ素子(320)として形成されつつ前記軸受スリーブ(14)の第1の端面と相まって前記第1のスラスト軸受装置(322)を成す半径方向のフランジ部(336)を備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１５】
前記第1の軸受板(20)に、更なるバネ素子によって予圧が付与され、且つ該軸受板(20)は前記軸受スリーブ(14)の第1の端面と相まって第1のスラスト軸受装置(22)を成すことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、モータのシャフト（軸）を支承する目的で用いられる流体動圧軸受装置であって、軸方向の予圧を付与された流体動圧軸受装置に関する。その軸受装置は、軸受孔を備える軸受スリーブと、ラジアル流体動圧軸受装置によって上記軸受孔に回転自在に支承された軸を含む。その軸受装置は、上記軸に結合されつつ上記軸受スリーブの端面と相まって第1のスラスト流体軸受装置を成す環状の第1の軸受板を具備する。更に、上述した第1のスラスト流体軸受装置に対して反力（予圧）を発生させる手段が設けられている。
【背景技術】
【０００２】
今日のスラスト流体軸受装置に属する構成部材は、軸受間隙の許容値が小さい（典型的には10μm前後）ことから、高精度で加工する必要がある。スラスト流体軸受装置は、例えば、上側と下側の軸受部及びその間に介在する軸受板を含む。上述した軸受構成部材は数μmの精度の中で互いに適合する必要がある。そのような理由から、モータでは、磁気予圧が付与されたスラスト軸受装置が用いられることが多く、特に1個のスラスト流体軸受装置が、単に軸受スリーブの端面とハブの間に形成される場合においては、磁気予圧が付与されたスラスト軸受装置が多用される。そのような設計では、第2の流体軸受装置によってではなく、軸方向に付与された予圧によって一方側のスラスト流体軸受装置に反力を付与する。上述したような磁気予圧は、モータに属する電磁駆動装置を相応に構成することで付与でき、その場合、ロータマグネットをステータ構造体に対して変位させて配設する。これによって、軸受スリーブの高さは、予圧の機能性に何ら影響を及ぼさない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、磁気力が弱すぎる場合、又は磁気力が望まれない場合（磁気力がノイズに影響する場合）、又は磁気力の発生が不可能な場合（モータ以外に利用の場合）は、上述した構造を用いることはできない。
【０００４】
したがって、本発明の課題は、可能な限り簡素な手段によって予圧をほぼ一定に付与できる流体動圧軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、独立請求項に記載された特徴によって解決される。また、本発明の好適な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明による流体動圧軸受装置は、軸受孔を備える軸受スリーブと、ラジアル流体動圧軸受装置によって前記軸受孔に回転自在に支承された軸を含む。また、前記軸に結合されつつ前記軸受スリーブの第1の端面と相まって第1のスラスト流体軸受装置を成す環状の第1の軸受板が設けられ、前記第1のスラスト流体軸受装置に対して反力を発生させる手段も具備されている。
【０００７】
本発明によれば、軸方向の反力は、機械的なバネ素子を第2のスラスト流体軸受装置と組み合わせることで発生される。このバネ素子は、板バネ若しくは皿バネが好ましい。
【０００８】
このバネ素子に予圧が付与された場合、バネストロークが小さく、バネ力が大きく変化することはないので、軸受装置の軸方向の剛性を失わせたり、軸受装置に過大な荷重を負荷したりすることはなく、予圧のバラツキを補正できる。
【０００９】
本発明の第1の実施態様では、バネ素子は、一方では軸若しくは軸に結合された部材によって支持され、他方では軸受スリーブの第2の端面によって支持されている。前記バネ素子は、半径方向に延びつつ前記軸受スリーブの第2の端面と対向する環状のフランジ部を備える。なお、第2のスラスト流体軸受装置は、互いに対向する前記半径方向に延びるフランジ部の表面と前記軸受スリーブの第2の端面によって形成される。
【００１０】
本発明の別の実施態様では、先に述べたバネ素子は、一方では軸若しくは軸に結合された部材によって支持され、他方では上記軸受スリーブの第2の端面に当接する第2の軸受板に支持されている。前記バネ素子は、その第2の軸受板に当接し、先に述べたスラスト流体動圧軸受装置は前記第2の軸受板の表面と前記軸受スリーブの第2の端面との間に形成される。その場合、装置全体を正しく稼動させるために、その第2の軸受板は、前記軸に回転不能に結合され、それに伴って前記軸受スリーブと相対的に回転する。
【００１１】
本発明の2つの実施態様の何れにおいても、バネ素子は、軸に回転不能に結合されている一方で、軸受スリーブと相対的に回転する。
【００１２】
第2の流体動圧軸受装置では、互いに対向する軸受面の少なくとも一方に、軸受流体が少なくとも部分的に充填された表面構造物が設けられている。この表面構造物は、例えば、溝パターンであって良い。その溝パターンは、スラスト流体軸受装置の稼動時に、互いに対向する軸受面との間に形成された軸受間隙に介在する軸受流体を流動させるポンプ構造物を成す。
【００１３】
上述した表面構造物を補う目的で、先に述べたバネ素子に属するフランジ部の表面乃至は第2の軸受板の表面における軸受面の内径部及び/又は外径部に、例えば、環状の溝から成る凹部を設けるようにしても良い。この凹部には、少なくとも部分的に軸受流体が充填され、この軸受流体貯蔵部（油溜）として機能する。また、前記凹部は、隣接する表面構造物と繋がっているので、軸受装置が稼動すると前記凹部に介在する軸受流体は上述した溝パターンに運ばれる。
【００１４】
上述したバネ素子及び/又は第2の軸受板が、同時にシールとして機能し、軸受装置、特にラジアル軸受装置を外部に対してシールする態様も考えられる。
【００１５】
第2のスラスト軸受装置と同様に、第1のスラスト軸受装置の軸受板もバネ素子のフランジ部から成っていても良い。それによって、両側に予圧が付与されたスラスト軸受装置が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の軸方向の予圧を付与された流体動圧軸受装置によれば、可能な限り簡素な手段によって予圧をほぼ一定に付与できる流体動圧軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態を図面を基に詳しく説明する。
【００１８】
図1は、本発明に係る流体動圧軸受装置の第1の実施態様を示す。その軸受装置は、例えば、底部側の蓋12によって固く閉塞できるハウジング10に収容されている。このハウジング10中には、該ハウジング10に固定結合され、中心に孔を備える軸受スリーブ14が配設されている。この孔には、外径が該孔径より僅かに小さい軸16が装入されている。軸受スリーブ14の孔表面と軸16の表面との間には、前記軸を軸受スリーブの中で回転自在に収容させるラジアル流体動圧軸受装置の一部を成す軸受隙間18が形成されている。軸受隙間18には、適量の軸受流体が充填されている。
【００１９】
本発明では、ハウジング10全体に軸受流体を充填して、そのハウジング10を蓋12によって閉塞する態様も考えられる。また、軸16の自由端が、シール性が保たれるようにしてハウジング10から導出され、軸受の内部に外部からの異物が侵入せず、且つ軸受流体が外部へ漏れ出すことがないようになっている。
【００２０】
軸16の一方側には、軸受スリーブ14の第1の端面と相まって第1のスラスト流体軸受装置22を成す環状の第1の軸受板20が配設されている。このため、軸受面の一方には、軸16の回転に伴って、前記軸受板20と前記軸受スリーブ14の間に介在する軸受流体に流体動圧を発生させるように先に述べたスラスト軸受装置に荷重性能を与える表面構造物が設けられている。
【００２１】
環状の第2の軸受板24は、フリーの状態で軸受スリーブ14の第2の端面に当接しつつバネ素子28が生み出すバネ力によって軸方向に保持される。第2の軸受板24は、軸16に設けられた少なくとも1つの切り込みによって、該軸16に回転不能に結合されている。この場合、前記切り込みの軸方向延長部は第2の軸受板24の厚さより大きく、軸方向の動きが確保されるようになっている。第2の軸受板24は、前記軸16に取り付けられたリング44によって軸方向の動きが制限される。
【００２２】
本発明では、第1のスラスト軸受装置22のために必要とされる軸方向の予圧乃至は軸方向の反力は、一方ではリング44に設けられた逃げ溝126に支持されつつ、他方が第2の軸受板24に支持されたバネ素子28によって発生する。互いに対向する第2の軸受板24の軸受面と軸受スリーブ14の第2の端面とは、相まって第2のスラスト流体軸受装置を成す。この第2のスラスト流体軸受装置には、バネ素子28によって予圧が作用する。軸受装置が稼動を停止しているときは、軸受板20及び24の何れもが、各々対向する軸受スリーブ14の端面に当接しつつバネ素子28によって予圧が付与されている。
【００２３】
図6は、第2のスラスト軸受装置30の部分拡大図である。本発明では、対向する第2の軸受板24の表面と軸受スリーブ14の第2の端面とは、相まって第2のスラスト流体軸受装置30のすべり面を成す。なお、第2のスラスト流体軸受装置30は、第2の軸受板24が軸受スリーブ14と相対的に回転するときに、はじめて作用性を発揮する。上述したすべり面は、軸受間隙によって互いに隔てられている。
【００２４】
上述した2つのすべり面の一方（図示した例では、軸受スリーブ14の表面（第2の端面））は、少なくとも部分的に軸受流体が充填された溝パターン40を備える。溝パターン40は、周知のとおりスラスト流体動圧軸受装置30の対向する2つの面の間に介在する軸受間隙の中で軸受流体を流動させるポンプ構造物を成す。軸16が回転すると、それに合わせてバネ素子28及び第2の軸受板24も軸受スリーブ14と相対的に回転し、その時、第2の軸受板24は、軸受流体に対するポンプ作用とそれに伴って発生する軸受流体の動圧効果によって軸受スリーブ14の第2の端面から浮上する。
【００２５】
好適には液状の潤滑剤である軸受流体の粘度は温度に左右されるため、第2の軸受板24が軸受スリーブ14の第2の端面から浮上する高さは変化することがあり得る。しかしながら、その変化量は数マイクロメートルにとどまる。このことから、その変化量は、バネ素子28の全バネストロークからみて小さく、スラスト軸受装置に付与される予圧の大きさを左右する要因にはならない。
【００２６】
軸受流体として好適に機能するのは、例えば、空気、オイル又は軸受グリースである。液状の軸受流体を用いるのであれば、軸受装置が寿命を迎えるまで軸受流体が途切れることがないように軸受流体を蓄えておくようにすることが望ましい。なお、ハウジング10を軸受流体で完全に満たして、常に十分な軸受流体が確保されるようにしても良い。こうすると、ほぼ全面的に封じられた流体動圧軸受装置が得られる。
【００２７】
図2は、図1にほぼ相応し、同一の構成部材には同一の符号を付した。図2が図1と異なる点は、バネ素子28が軸16に設けられた逃げ溝26において軸16と回転不能に結合され、且つ第2の軸受板24がバネ素子28によって予圧を付与されて、第2の軸受板24が軸方向に移動できるようになっている点である。
【００２８】
図3は、実質的な部分においては図2の発明と相応する本発明の第2の実施態様を示す。したがって、同一の構成部材には同一の符号を付した。
【００２９】
図3が図2と異なる点は、第2のスラスト軸受装置130が、直に軸受スリーブ14の第2の端面と、その端面に隣接する第2のバネ素子128のフランジ部134の表面によって形成されている点である。第2の軸受板は存在せず、第2のバネ素子128のフランジ部134が第2の軸受板として機能する。
【００３０】
図7は、第2のスラスト軸受装置130の部分拡大図である。軸受スリーブ14の第2の端面は、好適には、溝パターンを成す表面構造物140を備える。軸受構造が軸受流体の中で浮遊しないのであれば、軸受スリーブ14には、部分的に軸受流体が満たされ、貯蔵部として機能する凹部138を追加する必要がある。この凹部138は、表面構造物140に接続している。なお、図７は凹部が1個の場合を示しているが、さらに凹部136を追加して設けて図６の場合と同様に２個の凹部を有する構成としても良い。
【００３１】
軸受スリーブ14と対向して第2のバネ素子128のフランジ部134が配置されている。第2のバネ素子128が軸受スリーブ14と相対的に回転すると、上述した各凹部及び表面構造物に介在する軸受流体に流体動圧が生み出されるので、第2のバネ素子128に属するフランジ部134は軸受スリーブ14の第2の端面から浮上し、それに伴って、上記2個の部材は軸受間隙によって互いに隔てられる。
【００３２】
図4は、図3に示された構造を変形させた実施例を示す。図4が図3と異なる点は、ハウジング210の下側部が一体的に閉塞され、上側部が蓋212によって閉塞されている点である。その蓋は、軸16の自由端が突出する開口部を備える。それに加えて、軸受スリーブ114或いはハウジング210における少なくとも1本の溝によって形成される循環流路144が具備される。この循環流路144によって軸受流体は、スラスト軸受領域の間を循環できる。その他の部分については、図3に示す構造と図4に示す構造は同一であって、同一の構成部材には同一の符号を付した。
【００３３】
図5は、予圧を付与されたスラスト軸受装置を2個備える実施態様を示す。軸受装置は、ハウジング310の底部側に配された蓋12によって閉塞されている。また、軸受スリーブ14の第1の端面と第1のバネ素子320のフランジ部336によって形成された第1のスラスト軸受装置322が具備されている。ここで、第1のバネ素子320に属するフランジ部336は、軸受スリーブ14の端面と対向し、フランジ部336の表面と軸受スリーブ14の第1の端面とが、相まってスラスト流体軸受装置を成す。
【００３４】
軸受スリーブ14の反対側には、軸受スリーブ14の第2の端面と第2のバネ素子128に属する半径方向のフランジ部134によって形成された第2のスラスト軸受装置が具備されている。好適にはハウジング310全体に軸受流体が充填されているので、ラジアル軸受装置の軸受間隙18及び2個のスラスト軸受装置322並びに130のために十分な量の軸受流体が確保される。
【００３５】
図6及び図7は、軸受スリーブ14の外径部に少なくとも1つの貯蔵部（油溜）が具備される態様を示す。その油溜は、軸受スリーブ14の端面側に加工された凹部又は溝36, 38乃至は136, 138として形成されている。軸受流体の動圧効果を生み出す表面構造物40乃至は140は、上述した凹部36, 38乃至は136, 138と繋がっており、軸受流体を本来の軸受構造物に運ぶ役目を担う。
【００３６】
このプロセスは、内方（すなわち、油溜の中から油溜の外方）に向かってポンピングを行う力と外方に作用する力との間で均衡が得られた時点で終了する。特に、軸受流体が、動圧効果に供されるスラスト軸受領域を離脱する危険性がある場合（このようなことは構成部材を製造する際の公差のバラツキや、装置が回転状態から静止状態に移行する状態変化により軸受流体が押し出されることが場合により起こり得る）は、図示したように、2個の油溜36, 38乃至は136, 138を用いて良い。それらの油溜は軸受流体の動圧効果を生み出す表面構造物40乃至は140の両側に配設されて良い。これにより、表面構造物40乃至は140は上述した両方の油溜と繋がっているので軸受流体は常に供給される。
【００３７】
図8に示すように、表面構造物440及び凹部436, 438を軸受スリーブ側にではなく、第2の軸受板424側に加工されることも考えられる。その場合、例えば、図1及び図6に示した第2のスラスト軸受装置30に属する第2の軸受板24に代えて、第2の軸受板424を用いるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による流体動圧軸受装置の第1の実施例であって、片側に軸方向の予圧が付与された流体動圧軸受装置を示す。
【図２】図1の流体動圧軸受装置の変形例であって、片側に軸方向の予圧が付与された流体動圧軸受装置を示す。
【図３】本発明による流体動圧軸受装置の第2の実施例であって、片側に軸方向の予圧が付与された流体動圧軸受装置を示す。
【図４】本発明による流体動圧軸受装置の第3の実施例であって、片側に軸方向の予圧が付与された流体動圧軸受装置を示す。
【図５】本発明による流体動圧軸受装置の第4の実施例であって、両側に軸方向の予圧が付与された流体動圧軸受装置を示す。
【図６】図1に示された第2のスラスト軸受装置の部分拡大図である。
【図７】図2に示された第2のスラスト軸受装置の部分拡大図である。
【図８】第2の軸受板の別の態様を示す。
【符号の説明】
【００３９】
10      ハウジング
12      蓋
14      軸受スリーブ
16      軸
18      軸受間隙
20      （第1の）軸受板
22      （第1の）スラスト軸受装置
24      （第2の）軸受板
26      （軸の）逃げ溝
28      バネ素子
30      （第2の）スラスト軸受装置
32      シール隙間
36      凹部
38      凹部
40      表面構造物
42      ラジアル軸受装置
44      リング
126     （リングの）逃げ溝
128    バネ素子
130     （第2の）スラスト軸受装置
134     フランジ部
136     凹部
138     凹部
140     表面構造物
144     循環流路
210     ハウジング
212     蓋
310     ハウジング
312     蓋
316     軸
320     バネ素子
322     （第1の）スラスト軸受装置
336     フランジ部
424     （第2の）軸受板
436     凹部
438     凹部
440     表面構造物
【図１】
2008157453.tif 000003
【図２】
2008157453.tif 000004
【図３】
2008157453.tif 000005
【図４】
2008157453.tif 000006
【図５】
2008157453.tif 000007
【図６】
2008157453.tif 000008
【図７】
2008157453.tif 000009
【図８】
2008157453.tif 000010