(57)【要約】【課題】回転軸に動圧溝を設けた場合であっても、動圧力の向上を図れるようにする。【解決手段】シャフト１５の回転に伴なって、シャフト１５の表面にある動圧溝２１の導入部２２から潤滑油などの流体が導かれる。このとき、絞り部２３の基端部には流体が導きやすくなっていると共に、絞り部２３の終端部の寸法は、基端幅の寸法よりも小さくなっていることから、絞り部２３の終端部においてより大きなくさび効果を得ることができる。そのため、シャフト１５の表面に動圧溝２１を設けていながら、動圧力の向上を図ることが可能になる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受と回転軸との間に流体を介在させ、前記軸受に対向する前記回転軸に動圧溝を配置した動圧型軸受装置において、前記流体を導く導入部と、流体を絞るための絞り部とにより前記動圧溝を構成したことを特徴とする動圧型軸受装置。
【請求項２】
特定形状のパターンを有するフィルムにより、前記動圧溝を形成したことを特徴とする請求項１記載の動圧型軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば冷却モジュールのファンモータなどに設けられ、回転軸に動圧溝を形成し、この動圧溝により回転軸を回転する際に動圧を発生させる動圧型軸受装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、パソコン（パーソナルコンピュータ）やプロジェクター内には、筐体内にある発熱部品の温度上昇を防ぐために、ファンモータを備えた冷却モジュールが組み込まれている。こうした冷却モジュールでは、ファンモータを高速に回転させるのに優れた動圧型軸受装置が採用されている。すなわち、ファンモータを構成する回転軸の外周面と、この回転軸を回転自在に支承する軸受の内面との間に所定の潤滑油を注入し、回転軸の回転に伴なって、軸受の内面に設けた動圧溝と回転軸との間で作用するくさび効果により、軸受装置にて動圧を発生させる構造となっている。
【０００３】
動圧型軸受装置の構造や製造方法は、例えば特許文献１〜特許文献３において知られている。特許文献１では、回転部材部に動圧溝を形成すると共に、回転部材と静止部材との相対運動方向に対して、進行側が開いている増圧用溝部と、蓄圧用溝とにより動圧溝を形成して、増圧した流体を保持するものが開示されている。また特許文献２では、軸受または軸に対して動圧溝を加工するに際し、切削加工，転造，コイニング（圧印），電解エッチングなどの各種成形方法を利用することが開示されている。さらに特許文献３では、回転軸を回転自在に支承する固定軸を具えた動圧型ラジアル軸受装置において、軸方向の外側から内側に向かうに従いテーパー状に溝形状を形成した略Ｖ字状をなすヘリングボーン溝群を、固定軸若しくは回転軸の内周面に設けたものが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２６６２０９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１７０３５号公報
【特許文献３】
特開昭６２−２４６６１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成において、軸受装置を構成する回転軸の外径が３ｍｍ以下になると、回転軸への動圧溝の加工が非常に難しくなることから、軸受の内周面側に動圧溝を配置せざるを得ない。その理由は、回転軸の外径が３ｍｍ以下になった場合に、回転軸に同圧溝を加工する手法として、レジストでマスキングした電極を用いた電解エッチングによる方法が知られているが、これは絶縁物であるレジストの消耗が早く、量産に適さないという生産性の問題を生じるからである。さらに理論的には、回転軸の外周部に動圧溝を施した場合に発生する動圧力は、軸受けの内周面側に動圧溝を施した場合に比べて減少するため、十分な動圧力が得られないという問題もあった。
【０００６】
そこで本発明は、上記事情を考慮して、回転軸に動圧溝を設けた場合であっても、動圧力の向上を図ることができる動圧型軸受装置を提供することをその目的とする。
【０００７】
また本発明の目的は、回転軸に動圧溝を設けるに際して、繰り返し位置精度および生産性を高めることができる動圧型軸受装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における動圧型軸受装置によれば、回転軸の回転に伴なって、回転軸に配置した動圧溝の導入部から潤滑油などの流体が導かれ、この流体は絞り部の基端部から終端部に向かうに従って絞られながら、回転軸と軸受と間に作用するくさび効果によって、所定の動圧力を発生させる。このとき、絞り部の基端部には流体が導きやすくなっていると共に、絞り部の終端部においてより大きなくさび効果を得ることができ、動圧力の向上を図ることが可能になる。
【０００９】
本発明の請求項２における動圧型軸受装置によれば、特定形状のパターンを有するフィルムを回転軸に当てて、電解液による形成を行なうことができ、小型の回転軸に対しても導入部および絞り部を有する動圧溝を簡単に形成できる。また、共通するパターンで幾つかの回転軸に動圧溝を形成したら、フィルムを送り出して別なパターンで引き続き回転軸に動圧溝を形成することができるため、繰り返し精度に優れ、生産性の高い動圧溝を加工形成できる。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明における動圧型軸受装置の一実施例について、添付図面を参照しながら説明する。まず、本装置を冷却モジュールに組み込んだ例を図１に基づき説明すると、１はパソコンやプロジェクターの外郭部材である筐体内部に設けられる冷却モジュールで、これは熱伝導性に優れた部材からなるヒートシンク２の内部に、ファンモータとしての回転装置３を備えて構成される。回転装置３は、ヒートシンク１の一側すなわち下側に加締めまたはインサート成形にて固定された有底円筒状のスリーブ５と、スリーブ５の内底面に装着されるスラスト板６と、このスラスト板６の挿入後に前記スリーブ５の内部に圧入固定される軸受７と、スリーブ５の上面開口部に設けられ、スリーブ５からの軸受７の離脱を防止するキャップ８と、スリーブ５の外周に取り付け固定され、コイルを巻装した固定子９やその他の各素子を実装する回路基板１０と、カップ状の中心部１１の外周側面に複数枚の羽根１２を有してなるファン成形体１３と、中心部１１の内周面にインサート成形により取付け固定されたヨーク１４と、中心部１１の中央に同じくインサート成形により取付け固定され、前記キャップ８を貫通して軸受７の内周面に回動自在に支承される回転軸としてのシャフト１５と、前記固定子９に対向してヨーク１４の内周側面に設けられる永久磁石１６とにより構成される。なお、ここでのシャフト１５の外径は、φ３ｍｍ以下のものである。
【００１１】
そして、固定子９に電流を与えることにより、この固定子９に対向する永久磁石１６との間に吸引力および反発力を生じ、シャフト１５を回転中心としてファン形成体１３が回転する。これにより、ヒートシンク１の一側および他側にそれぞれ形成した吸気孔１８，１９から筐体内の空気を取り込み、この吸気孔１８，１９と直交する方向に設けられた排気孔（図示せず）から筐体の外部に温かな空気を送り出すことによって、筐体内部にある発熱部品の温度上昇を防ぐようにしている。
【００１２】
図２および図３は、シャフト１５の表面すなわち外周面に形成される動圧溝２１を示したものである。これらの各図において、シャフト１５に設けられた動圧溝２１は、軸受７の内周面とシャフト１５の外周面との間に存在する潤滑油すなわち流体（図示せず）を導きやすくするために、シャフト１５の軸方向に沿って形成される導入部２２と、この導入部２２の長手方向片側面より斜め方向に延び、導入部２２に入り込んだ流体を絞ってくさび効果を増加させるための絞り部２３とにより構成される。この一つの導入部２２と、そこから複数延びる絞り部２３とを組み合わせた動圧溝２１は、軸受７の内周面を超えない範囲内で、シャフト１５の軸方向に複数並設されるが、軸受７の内周面上部と内周面下部に対向して設けられた上部動圧溝２１ａおよび下部動圧溝２１ｂの導入部２２の幅Ｗ１は、この軸受７の上部および下部にある流体だまりからの流体の導入が比較的良好であるため、０．２〜０．３ｍｍにする。一方、軸受７の内周面中間部に対向して設けられた中間部動圧溝２１ｃの導入幅２２の幅Ｗ２は、この部分での流体の導入が比較的悪いことから、前記幅Ｗ１と同等かそれ以上の０．２〜０．８ｍｍとするのが好ましい。こうすれば、シャフト１５のどの部分に形成した動圧溝２１であっても、導入部２２から略均一に流体を導き入れることが可能になる。
【００１３】
また動圧溝２１は、流体のくさび効果により発生する動圧力の増加を図るため、導入幅２２に連なる絞り部２３の基端幅ｂの寸法を０．５〜０．８ｍｍに形成するのに対し、絞り部２３の終端幅ａの寸法を０．４〜０．６ｍｍに形成し、基端幅ｂの寸法よりも終端幅ａの寸法を小さくテーパー状に形成する。好ましくは、終端幅ａの寸法を基準として、基端幅ｂの寸法を１．１５〜１．５倍の間に設定する。また、導入幅２２の長手方向片側面と、絞り部２３の内側面とのなす角度αは全て２０°とし、この角度αを基準として、基端幅ｂの寸法を設定し、所望の動圧加速形状を得る。これにより、導入部２２に導かれた流体は、シャフト１５の回転に伴なってそれぞれの絞り部２３に入り込む。絞り部２３の基端側は比較的流体が入り込みやすい幅になっているのに対し、絞り部２３の先端側は幅狭になっていて流体が効率よく絞られる。これにより、シャフト１５側に動圧溝２１を設けていながら、軸受７の内周面全体にわたって、流体のくさび効果により発生する動圧力の向上を図ることが可能になり、シャフト１５に作用する支え力の高い動圧力が得られる。また、硬度の高いシャフト１５に動圧溝２１を形成することで、磨耗に強い耐久性に優れた軸受装置を得ることができる。
【００１４】
次に、上記図２や図３に示す形状の動圧溝２１を、特に外径が３ｍｍ以下のシャフト１５に対し加工形成する好ましい製造方法を、図４および図５を参照しながら以下説明する。図４は、所定の動圧溝２１をシャフト１５の外周面に形成するのに使用するエッチングフィルム３１を示し、同図において、ここで使用するフィルムすなわちエッチングフィルム３１は、プラスチック（例えばポリアリレート樹脂）のメッシュ状スクリーンに、特殊な電気絶縁性の樹脂層をコーティングし、この絶縁樹脂層を部分的に溶かして、特定形状の連続するパターンである溝パターン３２を複数個配置形成する。本実施例では、全長Ｌ１が約４００ｍｍのエッチングフィルム３１中に、約２００ｍｍの長さＬ２の１４個の溝パターン３２の一群が形成される。各々の溝パターン３２は、約１４ｍｍの間隔Ｌ３毎に配置される。また、溝パターン３２の一群の両側には、長さＬ４＝約９０〜１００ｍｍの非パターン部３３が形成される。
【００１５】
図５は、図４で得られたエッチングフィルム３１を利用した動圧溝２１の加工工具である。エッチングフィルム３１は、図示しない駆動機構であるドライブローラにより、自動的に前後方向に搬送可能に使用される。一方、４１は電極基台で、この電極基台４１には一側を開放した円筒孔部４２が形成される。そして、シャフト１５の外周面に前記エッチングフィルム３１が接触するように、電極基台４１の円筒孔部４２にシャフト１５が回動可能に装着される。
【００１６】
エッチングフィルム３１の搬送路中には、エッチングフィルム３１の搬送位置を検出するための位置センサ４４が設けられる。本実施例においては、動圧溝パターン３２の先頭位置を捕えるために、発光素子４６と受光素子４７とを組み合わせた一対の光学式センサにより位置センサ４４が構成される。そして、位置センサ４４からの位置検知情報に基づき、駆動機構内に設けられた制御部（図示せず）が、エッチングフィルム３１の搬送位置およびシャフト１５の回転位置を制御するようになっている。
【００１７】
次に、前記図２および図３に示す形状の動圧溝２１を製造する方法を説明する。まず、シャフト１５の外周面にエッチングフィルム３１を当接した状態で、電極基台４１の円筒孔部４２にシャフト１５を装着する。そして、何れか一つの溝パターン３２をシャフト１５の外周面に位置させるために、位置センサ４４が後続の溝パターン３２の先頭位置を検出するまで、エッチングフィルム３１のみを前進または後退させる。溝パターン３２がシャフト１５の外周面の所定位置に搬送されたら、電解液を円筒孔部４２に入れ、シャフト１５と電極基台４１との間に電圧を印加する。本実施例の場合、シャフト１５は陽極となり、電極基台４１は陰極となる。溝パターン３２を形成した箇所に対応して、シャフト１５の外周面には前記導入部２２と絞り部２３からなる動圧溝２１がエッチング形成される。
【００１８】
エッチングフィルム３１はシャフト１５の外周面の一部分にしか当接していないため、シャフト１５の外周面全周に動圧溝２１を形成するために、再度のエッチング加工が行なわれる。これは、シャフト１５の回転と共にエッチングフィルム３１を前進または後退させ、前回のエッチング加工で動圧溝２１が形成されなかった部分にエッチングフィルム３１を当接させる。後は同じ要領で、電解液を円筒孔部４２に入れ、シャフト１５と電極基台４１との間に電圧を印加すると、シャフト１５の外周面全周に動圧溝２１が形成される。こうして、溝パターン３２を有するエッチングフィルム３１をシャフト１５の外周面に当てて、電解液によるエッチング形成を行なうことにより、例えば外径が３ｍｍ以下のシャフト１５に対しても、簡単に所望の形状の動圧溝２１を形成することが可能になる。
【００１９】
ところで、同じ溝パターン３２を利用して何度もエッチング処理を行なうと、この溝パターン３２の部分が次第に磨耗劣化する。そこで本実施例の制御部は、同じ溝パターン３２で何個のシャフト１５をエッチング加工したのかを記憶し、所定の個数に達したら、後続の溝パターン３２によるエッチング加工に切り替えるために、溝パターン３２どうしの間隔Ｌ３に見合う量だけ、エッチングフィルム３１を強制的に送り出す繰出し手段を備えている。このように、エッチングフィルム３１には連続する複数の溝パターン３２が設けられていることから、共通する溝パターン３２で幾つかのシャフト１５に動圧溝２１を形成したら、エッチングフィルム３１を送り出して別な溝パターン３２で引き続きシャフト１５に動圧溝２１を形成すれば、繰り返し精度に優れ、生産性の高い動圧溝２１の加工が可能になる。
【００２０】
以上のように本実施例では、軸受７と回転軸であるシャフト１５との間に流体を介在させ、軸受７に対向するシャフト１５の表面に動圧溝２１を配置した動圧型軸受装置において、流体を導く導入部２２と、この導入部２２から入り込む流体を絞るために、基端幅ｂの寸法よりも終端幅ａの寸法を小さく形成した絞り部２３とにより動圧溝２１を構成している。
【００２１】
この場合、シャフト１５の回転に伴なって、シャフト１５の表面にある動圧溝２１の導入部２２から潤滑油などの流体が導かれ、この流体は絞り部２３の基端部から終端部に向かうに従って絞られながら、シャフト１５と軸受７と間に作用するくさび効果によって、所定の動圧力を発生させる。このとき、絞り部２３の基端部には流体が導きやすくなっていると共に、絞り部２３の終端部の寸法は、基端幅の寸法よりも小さくなっていることから、絞り部２３の終端部においてより大きなくさび効果を得ることができ、シャフト１５の表面に動圧溝２１を設けていながら、動圧力の向上を図ることが可能になる。
【００２２】
また本実施例では、軸受７の内周面中間部に対向して設けられた中間部動圧溝２１ｃの導入幅２２の幅Ｗ２を、軸受７の内周面上部と内周面下部に対向して設けられた上部動圧溝２１ａおよび下部動圧溝２１ｂの導入部２２の幅Ｗ１と同等かそれ以上の寸法に形成することにより、シャフト１５のどの部分に形成した動圧溝２１であっても、導入部２２から略均一に流体を導き入れることが可能になり、上述の動圧力の向上効果を均一に得ることが可能になる。
【００２３】
また本実施例では、複数の連続する溝パターン３２を有するエッチングフィルム３１により、導入部２２および絞り部２３を有する動圧溝２１をエッチング形成している。
【００２４】
この場合、溝パターン３２を有するエッチングフィルム３１をシャフト１５の表面に当てて、電解液によるエッチング形成を行なうことができ、例えば外径が３ｍｍ以下のような小型のシャフト１５に対しても、導入部２２および絞り部２３を有する動圧溝２１を簡単に形成できる。また、共通する溝パターン３２で幾つかのシャフト１５に動圧溝２１を形成したら、エッチングフィルム３１を送り出して別な溝パターン３２で引き続きシャフト１５に動圧溝２１を形成することができる。そのため、従来のレジストでマスキングした電極を用いた電解エッチングに比べて、繰り返し精度に優れ、生産性の高い動圧溝２１を加工形成することが可能になる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。本実施例における動圧型軸受装置は、冷却モジュール以外の各種回転装置にも適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の請求項１における動圧型軸受装置によれば、回転軸に動圧溝を設けた場合であっても、動圧力の向上を図ることが可能になる。
【００２７】
本発明の請求項２における動圧型軸受装置によれば、回転軸に動圧溝を設けるに際して、繰り返し位置精度および生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す動圧型軸受装置を組み込んだ冷却モジュールの要部断面図である。
【図２】同上、動圧型軸受装置の正面図である。
【図３】同上、動圧溝の展開図である。
【図４】同上、動圧溝を形成する際に使用するエッチングフィルムの平面図である。
【図５】同上、エッチングフィルムの駆動装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
７  軸受
１５  シャフト（回転軸）
２１  動圧溝
２２  導入部
２３  絞り部
３１  エッチングフィルム（フィルム）
３２  溝パターン（パターン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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