(57)【要約】【課題】残留空気の膨張による漏洩を防止し、衝撃などによる粘性流体の飛散を防止する。【解決手段】本発明の軸受ユニット３０は、軸３１と、軸３１の周回りの支持を行うラジアル軸受３３と、軸３１のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受４６と、ラジアル軸受３３及びスラスト軸受４６の外側に設けられた通路形成部材３４Ａと、通路形成部材３４Ａが内部に配設され、軸３１が挿通される軸挿通孔４１を除いて密閉された構造とされるハウジング３７と、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２と、通路形成部材３４Ａとラジアル軸受３３との間に形成され、ラジアル軸受３３から突出した軸３１のスラスト方向の一端側と他端側を連通する通路５０と通路形成部材３４Ａの底面部３５Ｂのコーナー部の溝Ｇａなどで形成されたスラスト軸受４６の近傍の空間Ｓとを連通した空気流通通路６０を備える。【選択図】図５
2005214239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
該軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、
前記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、
前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、
前記軸が挿通される軸挿通孔を除き、前記通路形成部材、前記ラジアル軸受の外周部を密閉するハウジングと、
該ハウジング内に充填された粘性流体と、
前記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の前記突出端側と前記軸のスラスト方向の他端側にわたって前記通路形成部材と前記ラジアル軸受との間に形成された通路と前記スラスト軸受部分の空間とを連通するように構成された空気流通通路と
を備えていることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項２】
前記空間は、通路形成部材の少なくともスラスト軸受近傍の内面に少なくとも１つの径方向の溝を形成することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項３】
前記空気流通通路は、前記ラジアル軸受の外周面に前記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の前記突出端側と前記軸のスラスト方向の他端側にわたって形成した溝と前記通路形成部材の少なくともスラスト軸受近傍の内面に形成した少なくとも１つの径方向の溝とを連通することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項４】
前記空気流通通路は、前記通路形成部材の内周面に、前記ラジアル軸受のスラスト方向の一端側と他端側にわたり、前記ラジアル軸受の外周面のスラスト方向に沿う溝と前記スラスト軸受近傍に少なくとも１つの径方向の溝とを形成することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項５】
前記ラジアル軸受が焼結金属で形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項６】
前記ラジアル軸受は動圧発生溝が設けられた動圧流体軸受であることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項７】
前記ハウジングは、合成樹脂の成型体によって一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項８】
ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備えたモータにおいて、
前記軸受ユニットは、軸と、該軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、前記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、前記軸が挿通される軸挿通孔を除き、前記通路形成部材、前記ラジアル軸受の外周部を密閉するハウジングと、該ハウジング内に充填された粘性流体と、前記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の前記突出端側と前記軸のスラスト方向の他端側にわたって前記通路形成部材と前記ラジアル軸受との間に形成された通路と前記スラスト軸受部分の空間とを連通するように構成された空気流通通路とを備えている軸受ユニットであることを特徴とするモータ。
【請求項９】
前記ハウジングは、合成樹脂の成型体によって一体に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を回転可能に支持し、或いは軸に対し回転体を回転可能に支持する軸受ユニット及びこの軸受ユニット用いたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸を回転可能に支持する軸受ユニットとして、図２１に示したように構成されたものが知られている。
【０００３】
図２１に示した軸受ユニット１２０は、回転軸１２３を回転可能に支持するものであり、両端を開放した筒状をなす金属製のハウジング１２２を有し、このハウジング１２２内に回転軸１２３を回転可能に支持するラジアル軸受１２１を取り付けている。ハウジング１２２の一方の開放端側には、ラジアル軸受１２１に回転可能に支持された回転軸１２３のスラスト方向を支持するスラスト軸受１２４が取り付けられている。
【０００４】
この軸受ユニット１２０において、ラジアル軸受１２１には動圧流体軸受が用いられている。動圧流体軸受は、ラジアル軸受１２１の回転軸１２３と対向する内周面に動圧を発生させるための動圧発生溝が設けられている。
【０００５】
ハウジング１２２内には、回転軸１２３が回転する時に動圧発生溝内を流通することによって動圧を発生させる粘性流体である潤滑油が充填されている。
【０００６】
回転軸１２３は、ラジアル軸受１２１に挿入され、一端側をスラスト軸受１２４により支持されてハウジング１２２内に回転可能に支持されている。
【０００７】
ハウジング１２２の他方の開放端側には、ハウジング１２２に充填された潤滑油のハウジング１２２内からの漏れを防止する金属製の円環状に形成されたオイルシール１２５が取り付けられている。回転軸１２３は、オイルシール１２５の中心部に設けた軸挿通孔１２６を介してハウジング１２２の外部に突出されている。
【０００８】
オイルシール１２５とハウジング１２２との間の接合部１２７は、ハウジング内に充填された潤滑油の漏出を防止するため、接着材により完全に封止されている。オイルシール１２５の内周面には、回転軸１２３の回転により発生する遠心力などにより潤滑油が軸挿通孔１２６からハウジング１２２の外方へ移動することを防止するように界面活性剤が塗布されている。
【０００９】
図２１に示すように構成された軸受ユニット１２０は、ハウジング１２２に充填された潤滑油の流出経路は、回転軸１２３の外周面とオイルシール１２５に設けた軸挿通孔１２６の内周面とによって形成される空隙１３１のみとなる。ここで、空隙１３１の幅を小さくすることにより、空隙１３１に臨む潤滑油の表面張力により、潤滑油のハウジング１２２外部への漏出を防止することができる。
【００１０】
更に、回転軸１２３の軸挿通孔１２６の内周面と対向する外周面に、ハウジング１２２の外方に向かって縮径されるように形成されたテーパ部１３０を設ける。このようなテーパ部１３０を設けることにより、回転軸１２３の外周面と軸挿通孔１２６の内周面とによって形成される空隙１３１に圧力勾配が形成され、回転軸１２３が回転した時に発生する遠心力により、ハウジング１２２内の充填された潤滑油をハウジング１２２の内部に引き込む力が発生する。回転軸１２３の回転時に、潤滑油がハウジング１２２内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受１２１の動圧発生溝に潤滑油が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸１２３の安定した支持が実現され、しかもハウジング１２２に充填された潤滑油の漏洩を防止できる。
【００１１】
前記の軸受ユニット１２０は、ハウジング１２２とスラスト軸受１２４とオイルシール１２５とをそれぞれ独立の部材により形成しているので、部品点数が多くなってしまう。しかも、ハウジング１２２とオイルシール１２５との接合部１２７には接着剤などのシール剤を塗布する必要があり、組立作業が複雑となってしまう。
【００１２】
更に、ハウジング１２２とオイルシール１２５との接合部１２７を接着剤により完全にシールすることは極めて困難であり、ハウジング１２２に充填した潤滑油の確実な漏洩を防止することができない。このような潤滑油の漏洩を防止するため、オイルシール１２５の表面に界面活性剤を塗布するなどの処理が必要となり、製造が一層困難となる。
【００１３】
このように、従来用いられている軸受ユニットは、部品点数が多く組み立てが困難あり、潤滑油の確実なシールを行うことができないばかりか、高価になってしまう。
【００１４】
このような軸受ユニットを用いたモータも部品点数が多く、組み立てが困難であるばかりか、高価になってしまう。
【００１５】
また、回転軸を回転可能に支持する他の軸受ユニットとして、図２２に示すように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【００１６】
図２２に示す軸受ユニット１４０は、回転軸１４１を回転可能に支持するものであり、回転軸１４１の周回り方向の支持を行うラジアル軸受１４４と、このラジアル軸受１４４を収納したハウジング１４５とを備える。
【００１７】
この軸受ユニット１４０において、ラジアル軸受１４４は、ハウジング１４５に充填される粘性流体である潤滑油と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸１４１が挿通される内周面には、動圧を発生させるための動圧発生溝１５１が形成されている。
【００１８】
回転軸１４１を支持したラジアル軸受１４４を収納したハウジング１４５は、図２２に示すように、円筒状に形成されたラジアル軸受１４４を収容して囲むような形状を有し、合成樹脂を一体成形して形成された一つの部材である。
【００１９】
ハウジング１４５は、筒状をなすハウジング本体１４６と、ハウジング本体１４６の一端側を閉塞するようにハウジング本体１４６と一体に形成された一端部側部分を構成する底部閉塞部１４７と、ハウジング本体１４６の他端部側を構成するハウジング本体１４６と一体に形成された上部閉塞部１４８とからなる。このように構成されたハウジング１４５は、筒状をなすラジアル軸受１４４を取り囲むようにして合成樹脂材料をアウトサート成形することにより、ラジアル軸受１４４がハウジング本体１４６の内周側に配されて一体に形成される。
【００２０】
上部閉塞部１４８の中央部には、ハウジング１４５に収納されたラジアル軸受１４４に回転自在に支持された回転軸１４１が挿通される軸挿通孔１４９が設けられている。底部閉塞部１４７の内面側の中央部には、ラジアル軸受１４４に支持された回転軸１４１のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部１４２を回転可能に支持するスラスト軸受１５０が一体に形成されている。
【００２１】
スラスト軸受１５０は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸１４１の軸受支持部１４２を点で支持するピボット軸受として形成されている。
【００２２】
ところで、軸挿通孔１４９は、この軸挿通孔１４９に挿通された回転軸１４１が軸挿通孔１４９の内周面に摺接することなく回転部本体１４３の外形よりやや大きな内径をもって形成されている。この時、軸挿通孔１４９は、その周面と軸部本体の外周面との間にハウジング内に充填された潤滑油１５３がハウジング１４５内から漏れを防止するに足る間隔ｃの空隙１５２を有するように形成される。
【００２３】
回転軸１４１の軸挿通孔１４９の内周面と対向する外周面には、テーパ部１５４が設けられている。このテーパ部１５４は、回転軸１４１の外周面と軸挿通孔１４９の内周面との間に形成される空隙１５２をハウジング１４５の外方に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部１５４は、回転軸１４１の外周面と軸挿通孔１４９の内周面との間に形成される空隙１５２に圧力勾配を形成し、ハウジング１４５内に充填された潤滑油１５３をハウジング１４５の内部に引き込む力が発生する。回転軸１４１の回転時に、潤滑油１５３がハウジング１４５の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受１４４の動圧発生溝１５１に潤滑油１５３が確実に侵入して動圧を発生させ、回転軸１４１の安定した支持が実現され、しかもハウジング１４５に充填された潤滑油１５３の漏洩を防止できる。
【００２４】
図２２に示すように構成された軸受ユニット１４０は、回転軸１４１の露出が軸挿通孔１４９側の一端のみで、軸挿通孔１４９の僅かな間隙ｃ以外は、ハウジング部材によりシームレスに覆われている。よって、この軸受ユニット１４０は、潤滑油１５３のハウジング１４５外部への漏出を防止できるものである。また、外部との連通部分も軸挿通孔１４９の間隙のみであるので、衝撃による潤滑油の飛散を防止できる。
【００２５】
しかしながら、前記の軸受ユニット１４０では、回転軸１４１とハウジング１４５とが相対的に回転し、動圧を発生すると、軸受ユニット１４０内部の静圧が極端に低下する。ハウジング１４５内部の圧力が低下することにより、ハウジング１４５内部に僅かに残っている空気や、潤滑油などの粘性流体中に溶解している空気が膨張する。このハウジング１４５内部の空気や、潤滑油などの粘性流体中に溶解された空気が膨張されることにより、粘性流体が軸の露出側へ押し出され、漏洩してしまうおそれがある。この軸受ユニット１４０において、潤滑油が漏洩し、保持できなくなることにより、良好な潤滑が得られなくなる。
【００２６】
このように、図２２に示す軸受ユニット１４０は、軸１４１とハウジング１４５との相対的な回転による動圧の発生により、内部空気が膨張し、潤滑油が漏洩してしまうおそれがある。
【００２７】
また、回転軸を回転可能に支持する更に他の軸受ユニットとして、図２３に示したように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【００２８】
図２３に示す軸受ユニット１６０は、軸受ユニット１４０を変形させたものであり、気圧変化や温度変化などの環境変化により粘性流体が充填されたハウジング内の圧力が変化した場合であっても、確実に粘性流体のハウジング外部への漏洩を防止することを可能とするものである。
【００２９】
なお、この軸受ユニット１６０において、前記の軸受ユニット１４０と共通する部分には共通する符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
この軸受ユニット１６０は、ラジアル軸受１４４とスラスト軸受１５０とを設け、回転軸１４１を回転可能に支持し、潤滑油１５３が充填されたハウジング１６１に空気抜き通路部１６２を設けたものである。
【００３１】
空気抜き道路部１６２は、温度変化などによる気圧の低下で軸受ユニット１６０のハウジング１６１内の空気が膨張して、潤滑油１５３が軸受ユニット１６０の外部に漏洩することを防止するために設けられている。空気抜き通路部１６２は、ハウジング１６１に、例えば、１つ又は複数設けられていてよい。例えば、この軸受ユニット１６０では、ハウジング１６１の外周囲に所定角度毎に３つ形成されている。空気抜き通路部１６２は、ハウジング１６１が、ラジアル軸受１４４を収納してスラスト軸受１５０と共に一体にアウトサート成型される際に同時に簡単に成形することができる。即ち、空気抜き通路部１６２は、比較的複雑な形状を有していたとしても、合成樹脂製のハウジング１６１及びスラスト軸受１５０を樹脂成形する際に同時に成形することができる。
【００３２】
このような空気抜き通路部１６２を設けることにより、回転軸１４１をラジアル軸受１４４に挿入して取り付ける際に挿入に伴う空気抜きを行うことができる。
【００３３】
軸受ユニット１６０において、空気抜き通路部１６２は、第１の通路１６３と第２の通路１６４を有している。第１の通路１６３は、スラスト軸受１５０の付近の内部空間１６５からハウジング１６１の半径方向に沿って形成された通路である。第１の通路１６３の内側は、ハウジング１６１の底部閉塞部１４７から突出して形成されたスラスト軸受１５０が位置する内部空間１６５に接続されている。第１の通路１６３の外側は、第２の通路１６４に接続されている。第２の通路１６４は、ハウジング１６１の外周面に露出するようにして、しかもハウジング１６１の軸方向に平行に形成されている。このように第１の通路１６３と第２の通路１６４のような比較的複雑な形状を有している空気抜き通路部１６２であっても、合成樹脂製のハウジング１６１とスラスト軸受１５０を成形する際に同時に簡単に成形することができる。
【００３４】
軸受ユニット１６０では、このように空気抜き経路部１６２が設けられていることで、ハウジング１６１の内部は密閉されていないので、回転軸１４１がハウジング１６１と相対的に回転しても、ハウジング１６１内の静圧は低下することがない。従って、ハウジング１６１内に残留している空気が膨張し、潤滑油を押し出してしまうことがない。
【００３５】
しかしながら、この軸受ユニット１６０は、外部との連通部分が空気抜き通路部１６２と回転軸１４１の露出部との複数になってしまったので、一方が空気の吸入口となり、他方が潤滑油の排出口となってしまうので、衝撃により、潤滑油が飛散するおそれがある。このように、軸受ユニット１６０は衝撃に対して弱い。
【００３６】
また、回転軸を回転可能に支持する更に他の軸受ユニットとして、図２４に示すように構成されたものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【００３７】
図２４に示す軸受ユニット１８０は、回転軸１８１を回転可能に支持するものであり、回転軸１８１の周回り方向の支持を行うラジアル軸受１８２と、スラスト方向の支持を行うスラスト軸受１８３と、このラジアル軸受１８２及びスラスト軸受１８３を収納したハウジング１８５とを備える。
【００３８】
この軸受ユニット１８０において、ラジアル軸受１８２は、ハウジング１８５に充填される粘性流体である潤滑油と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸１８１が挿通される内周面には、動圧を発生させるための動圧発生溝１８４が形成されている。
【００３９】
ラジアル軸受１８２の外周面には、軸受本体の内径部に軸部材を挿入するための空気抜きとなる溝状の軸方向通気路１８６及び径方向通気路１８７が設けられている。
【００４０】
回転軸１８１を支持したラジアル軸受１８２を収納したハウジング１８５は、図２４に示すように、円筒状に形成されたラジアル軸受１８２の側面部及び底面部を囲むように有底円筒状に形成される。
【００４１】
ハウジング１８５の上面開放部には弾性体１８８が圧縮された状態で、内径側にかしめるように設けられる。
【００４２】
軸受ユニット１８０では、弾性体１８８がかしめられたハウジング１８５には、回転軸１８１が挿入される。この時、ハウジング１８５内の空気が軸方向通気路１８６及び径方向通気路１８７を通ってハウジング１８５外部に排出されるため、回転軸１８１の挿入作業をスムーズに行うことができる。
【００４３】
しかしながら、前記の軸受ユニット１８０は、軸受本体周囲をハウジング１８５及び弾性体１８８による２部品により包囲する構成となっているため、このハウジング１８５と弾性体１８８との接合部から潤滑油が滲み出すおそれがある。
【特許文献１】国際公開第WＯ０３／０２７５２１号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−３５２４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
本発明の目的は、軸とハウジングとの相対的な回転により、ハウジング内の圧力の低下が引き起こす残留空気の膨張により、ハウジング内部に充填された潤滑油などの粘性流体が軸受ユニット外部に押し出されてしまう漏洩現象を防止し、良好な潤滑を得ることができる軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータを提供することにある。
【００４５】
特にラジアル軸受や潤滑油中に残留している空気が時間の経過に伴って滲み出し、その残留空気がスラスト軸受近傍に滞留し、その滞留した空気が軸受ユニットの使用中に膨張して潤滑油を押し出す前に空気流通通路を通じて軸受ユニットの外部に放出してしまい、潤滑油のような粘性流体の漏洩現象を防止できる軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータを提供することにある。
【００４６】
また、本発明の目的は、衝撃などにより、潤滑油などの粘性流体が飛散しにくい軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータを提供することにある。
【００４７】
更に、本発明の目的は、軸受を囲むハウジングからの潤滑油などの粘性流体の滲み出しを防止する軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
この目的を達成するために、本発明に係る軸受ユニットは、軸と、その軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、前記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、前記軸が挿通される軸挿通孔を除き、前記通路形成部材、前記ラジアル軸受の外周部を密閉するハウジングと、そのハウジング内に充填された粘性流体と、前記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の前記突出端側と前記軸のスラスト方向の他端側にわたって前記通路形成部材と前記ラジアル軸受との間に形成された通路と前記スラスト軸受部分の空間とを連通するように構成された空気流通通路とを備えている。
【００４９】
前記空間は、前記通路形成部材の少なくともスラスト軸受近傍の内面に少なくとも１つの径方向の溝を形成することにより形成されている。
【００５０】
そして前記空気流通通路は、前記ラジアル軸受の外周面に前記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の前記突出端側と前記軸のスラスト方向の他端側にわたって形成した溝と前記通路形成部材の少なくともスラスト軸受近傍の内面に形成した少なくとも１つの径方向の溝とを連通することによって形成してもよく、また、前記通路形成部材の内周面に、前記ラジアル軸受のスラスト方向の一端側と他端側にわたり、前記ラジアル軸受の外周面のスラスト方向に沿う溝と前記スラスト軸受近傍に少なくとも１つの径方向の溝とを形成することにより形成してもよい。
【００５１】
また、前記ラジアル軸受は焼結金属で形成することが望ましい。
【００５２】
そしてまた、前記ラジアル軸受は動圧発生溝が設けられた動圧流体軸受である。
【００５３】
更に、前記ハウジングは、合成樹脂の成型体によって一体に形成されていることが望ましい。
【００５４】
更にまた、本発明に係わるモータは、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備えたモータにおいて、前記軸受ユニットは、軸と、その軸の周回り方向の支持を行うラジアル軸受と、前記軸のスラスト方向の一端を支持するスラスト軸受と、前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受の外側に設けられる通路形成部材と、前記軸が挿通される軸挿通孔を除き、前記通路形成部材、前記ラジアル軸受の外周部を密閉するハウジングと、そのハウジング内に充填された粘性流体と、前記ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の前記突出端側と前記軸のスラスト方向の他端側にわたって前記通路形成部材と前記ラジアル軸受との間に形成された通路と前記スラスト軸受部分の空間とを連通するように構成された空気流通通路とを備えている軸受ユニットであることを特徴とする。
【００５５】
以上のように、本発明に係る軸受ユニットは、ハウジングに密閉された非軸露出側であるラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の一端側と、軸挿通孔が設けられた軸解放側であるラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の他端側とにわたる空気流通通路とスラスト軸受近傍の空間とを連通した。従って、軸とハウジングが相対的に回転した時、非軸開放側が軸開放側と連通されていることにより、非軸開放側の圧力の低下が抑えられる。非軸開放側の圧力低下が抑えられることにより、ハウジング内の残留空気の膨張が抑制され、潤滑油などの粘性流体が押し出されて漏洩することはない。
【００５６】
また、本発明に係る軸受ユニットでは、非軸開放側と軸開放側が連通されているが、この内非軸開放側であるラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の他端側のみが、極小とされる軸挿通孔の間隙だけで、外部と連通されている。即ち、空気流通通路はハウジング内に形成され、ハウジングは軸挿通孔を除いて密閉された構造とされているので、衝撃に対する潤滑油などの粘性流体の飛散を防止でき、更に、粘性流体の滲み出しを防止することができる。
【００５７】
更に、本発明に係る軸受ユニットにおいては、スラスト軸受近傍の空間が前記空気流通通路に連通していることからラジアル軸受、特に焼結金属で形成されているラジアル軸受から滲み出す微量な空気や粘性流体である潤滑油に含まれている空気が前記スラスト軸受の近傍の前記空間に滞留することなく、前記空気流通通路を経て外部に排気することができる。
【００５８】
前記のような目的を達成するために提案される本発明に係るモータは、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受ユニットを備えたモータであり、このモータに用いる軸受ユニットとして、前記のようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００５９】
本発明によれば、通路形成部材とラジアル軸受との間に形成され、ラジアル軸受から突出した軸のスラスト方向の一端側である非軸開放側と他端側である軸開放側にわたって形成された通路とスラスト軸受の近傍に形成されている空間とを連通する空気流通通路を備えるので、軸とハウジングとの相対的な回転により、密閉されたハウジング内の圧力が低下することを防止でき、ハウジング内の圧力低下によるハウジング内の残留空気及びハウジング内に充填された潤滑油などの粘性流体中に溶解する空気の膨張で粘性流体が押し出されるのを防止することができる。
【００６０】
特に本発明によれば、前記潤滑油に溶解されている空気や焼結金属製のラジアル軸受に残存する空気がスラスト軸受の近傍の空間に排出されて滞留しようとするが、その空気は前記空気流通通路から前記軸挿入孔を通じて外部に排気され、前記空気が膨張して潤滑油を空気流通通路を通じて前記軸挿入孔から押し出されることがない。
【００６１】
そして本発明によれば、非軸開放側と軸開放側を連通する連通通路を、ハウジングにより軸挿通孔を除いて密閉されるので、非軸開放側と軸開放側を連通することで発生し易くなる衝撃による粘性流体の飛散を防止することができる。
【００６２】
更に、本発明によれば、ラジアル軸受及びスラスト軸受を収納するハウジング軸挿通孔を除いて密閉されているので、粘性流体の滲み出しを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明が適用された軸受ユニット及びこの軸受ユニットを用いたモータの実施例を図面を参照しながら説明する。
【００６４】
ここでは、各種情報の演算処理などを行う情報処理装置である携帯型コンピュータなどの電子機器に設けられる放熱装置に用いるモータについて説明する。この携帯型コンピュータなどの内部には放熱装置が設けられている。この放熱装置は、金属製のベースと、このベースに取り付けられたモータ１と、このモータ１によって回転操作されるファン３と、ファン３を収納したファンケース４と、ヒートシンクを有している。この放熱装置のファン３を回転駆動するモータ１について図１を参照しながら詳細に説明する。
【００６５】
本発明に係る軸受ユニット３０を用いたモータ１は、図１に示したように、ロータ１１とステータ１２とを備える。
【００６６】
ステータ１２は、モータ１と共にこのモータ１によって回転操作されるファン３を収納したファンケース４の上面板４ａ側に一体に設けられている。ステータ１２は、ステータヨーク１３と、本発明に係る軸受ユニット３０と、コイル１４とこのコイル１４が巻回されるコア１５とを備える。ステータヨーク１３は、ファンケース４の上面部４ａと一体に形成されたもの、即ち、ファンケース４の一部によって構成したものでもよく、別体に形成したものであってもよい。ステータヨーク１３は、例えば、鉄により形成されている。軸受ユニット３０は、ステータヨーク１３の中心部に筒状に形成されたホルダー１６中に圧入若しくは接着、更には圧入と共に接着により固定されている。なお、軸受ユニット３０が圧入されるホルダー１６は、ステータヨーク１３と一体に円筒状に形成されている。
【００６７】
ステータヨーク１３に一体に形成されたホルダー１６の外周部には、図１に示したように、駆動電流が供給されるコイル１４が巻回されたコア１５が取り付けられている。
【００６８】
ステータ１２と共にモータ１を構成するロータ１１は、軸受ユニット３０に回転可能に支持された回転軸３１に取り付けられ、回転軸３１と一体に回転する。ロータ１１は、ロータヨーク１７と、このロータヨーク１７と一体に回転する複数の羽根１９を有するファン３とを有する。ファン３の羽根１９は、ロータヨーク１７の外周面にアウトサート成形することにより、ロータヨーク１７と一体に形成することができる。
【００６９】
ロータヨーク１７の筒状部１７ａの内周面には、ステータ１２のコイル１４と対向するように、リング状のロータマグネット２０が設けられている。このマグネット２０は、周回り方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されたプラスチックマグネットであり、接着剤によりロータヨーク１７の内周面に固定されている。
【００７０】
ロータヨーク１７は、軸受ユニット３０に支持された回転軸３１の先端側に設けた取付部３２に、平板部１７ｂの中心部に設けた貫通孔２１ａが設けられたボス部２１を圧入することによって回転軸３１と一体に回転可能に取り付けられている。
【００７１】
前記のような構成を備えたモータ１は、ステータ１２側のコイル１４に、モータ１の外部に設けた駆動回路部から所定の通電パターンで駆動電流を供給すると、コイル１４に発生する磁界とロータ１１側のロータマグネット２０からの磁界との作用によって、ロータ１１が回転軸３１と一体に回転する。ロータ１１が回転することにより、このロータ１１に取り付けられた複数の羽根１９を有するファン３もロータ１１と一体に回転する。ファン３が回転することにより、コンピュータを構成する筐体に設けた開口を介して装置外部のエアーを吸引し、更に、筐体内を流通させ、筐体内に設けたヒートシンク中を流通しながら貫通口を介して筐体の外部に排気されることにより、発熱素子から発生する熱をコンピュータ本体の外部に放熱し、コンピュータ本体を冷却する。
【００７２】
次に、このモータ１に用いられる軸受ユニット３０を図１乃至図１１を用いて更に詳細に説明する。
【００７３】
図２は本発明の軸受ユニットの外観の上面図、図３は図２に示した軸受ユニットの外観の側面図、図４は本発明の軸受ユニットの図５に示したＹ−Ｙ線上における断面図、図５は図４に示した軸受ユニットのＸ−Ｘ線上における断面図、図６は本発明の軸受ユニットに用いられているラジアル軸受の内周面に形成された動圧発生溝の一部を示す斜視図、図７は通路形成部材とラジアル軸受との間に形成された通路の形状を示す斜視図、図８は本発明の軸受ユニットの通路形成部材に使用して好適な通路形成部材を示していて、同図Ａはその全体を俯瞰した斜視図、同図Ｂは同図Ａの上面図、同図Ｃは同図ＢのＡ−Ａ線上における断面図、図９は図８Ｂに示した通路形成部材の溝の形状と異なる溝が形成されている通路形成部材の上面図、図１０は同じく図８Ｂに示した通路形成部材の溝の形状と異なる更に他の形状の溝が形成されている通路形成部材の上面図、そして図１１は図８に示した通路形成部材と異なる通路形成部材を用いた図７に対応する図である。
【００７４】
前記モータ１の回転軸３１を回転自在に支持する軸受ユニット３０は、図１乃至図５に示したように、回転軸３１の周回り方向の支持を行うラジアル軸受３３と、このラジアル軸受３３の外側に形成される通路形成部材３４Ａと、この通路形成部材３４Ａを収納したハウジング３７と、通路形成部材３４Ａとラジアル軸受３３との間に形成される通路５０とこの通路５０と連通するスラスト軸受４６の近傍に空間Ｓを形成する溝Ｇａなどとからなる空気流通通路６０を備える。
【００７５】
ラジアル軸受３３は、焼結メタルにより円筒状に形成されている。ラジアル軸受３３は、ハウジング３７に充填される粘性流体である潤滑油４２と共に動圧流体軸受を構成するものであって、回転軸３１が挿通される内周面には、動圧発生溝４３、４４が形成されている。
【００７６】
動圧発生溝４３、４４は、図６に示したように、ラジアル軸受３３の内周面に∨字状をなす一対の溝４３ａ、４４ａを周回り方向に連結溝４３ｂ、４４ｂにより連続するように形成して構成されている。動圧発生溝４３、４４は、∨字状をなす一対の溝４３ａ、４４ａの先端側が回転軸３１の回転方向Ｒ１に向くように形成されている。本例にあっては、動圧発生溝４３、４４は、円筒状をなすラジアル軸受３３の軸方向に上下に並列して形成されていて、動圧発生溝４３が軸３１が開放されている軸露出側、動圧発生溝４４が軸３１が開放されない非軸露出側、即ち、後記のスラスト軸受側に形成されている。ラジアル軸受３３に設けられる動圧発生溝４３、４４の数や大きさは、ラジアル軸受３３の大きさや長さなどにより適宜選択される。なお、このラジアル軸受３３は、真鍮、ステンレス又は高分子材料でもよい。
【００７７】
動圧流体軸受として形成されたラジアル軸受３３は、このラジアル軸受３３に挿通された回転軸３１が、中心軸ＣＬを中心に図６中矢印Ｒ１方向に連続して回転すると、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２が動圧発生溝４３、４４内を流通し、回転軸３１の外周面とラジアル軸受３３の内周面との間に動圧を発生させて回転する回転軸３１を支持する。この時発生する動圧は、回転軸３１とラジアル軸受３３との間の摩擦係数を極めて小さくするものであって、回転軸３１の円滑な回転を実現する。
【００７８】
所で、この軸受ユニット３０において、動圧発生溝４４のスラスト方向の幅は、もう一つの動圧発生溝４３のスラスト方向の幅より広く形成されている。このことにより、軸露出側の動圧発生溝４３により発生される動圧量Ｐ４３と、非軸露出側の動圧発生溝４４により発生される動圧量Ｐ４４との関係は、Ｐ４３＜Ｐ４４の関係となっている。
【００７９】
ここで、非軸露出側の動圧量Ｐ４４を、軸露出側の動圧量Ｐ４３よりも大とする点について説明する。動圧の発生は、同時に静圧の変化を発生させる。ここで、前記とは逆のＰ４３＞Ｐ４４なる関係となるように動圧発生溝を形成した時、即ち、軸露出側の動圧量が非軸霧出側の動圧量より大となることで、静圧の分布は、動圧の分布とは逆となるので、軸露出側に比べ非軸露出側である密封された軸端側の静圧が上昇する。この軸の回転と同時に発生した静圧力は、軸を上方へと押し上げる現象、即ち、軸浮上現象を起こしてしまう。
【００８０】
この軸浮上現象を防止するため、この軸受ユニット３０では、動圧発生溝４３の幅を、動圧発生溝４４の幅より狭く形成して、軸露出側の動圧量Ｐ４３と非軸露出側の動圧量Ｐ４４とをＰ４３＜Ｐ４４とし、軸露出側の静圧を非軸露出側の静圧より大となるようにして、軸を非軸露出側、即ち、後記するスラスト軸受側に引き込むような状態を作り出している。
【００８１】
ラジアル軸受３３の外側に設けられる通路形成部材３４Ａは、図５、図７及び図８に示したように、円筒状に形成されたラジアル軸受３３を収容して囲むようなカップ形状の構造で形成されており、例えば、合成樹脂により一体成形されている。
【００８２】
通路形成部材３４Ａは、図５、図７Ｃ及び図８に示したように、ラジアル軸受３３の側面部を囲む円筒形の通路形成部材本体３５Ａとラジアル軸受３３の底面部を囲む円形の底面部３５Ｂと、ラジアル軸受３３の上面部を囲むように形成されたドーナツ形の通路形成部材蓋部３６（図２及び図７）とからなる。図７及び図８に示したように、円筒状の通路形成部材本体３５Ａと円形の底面部３５Ｂとのコーナー部の内面には、その径方向に、後記するスラスト軸受４６の近傍に空間Ｓを形成するための溝Ｇａが少なくとも１つ形成されている。この実施例の場合は、１２０度の角間隔で合計３つ形成されている。また、通路形成部材蓋部３６の中央部には、ラジアル軸受３３に回転自在に支持された回転軸３１が挿通される軸挿通孔３６ａが設けられている。
【００８３】
なお、通路形成部材３４Ａの前記コーナー部に形成した溝Ｇａの形状としては、円形の底面部３５Ｂの径方向に直線的なものでなくてもよく、図９に示したように、一方向に向きが揃った円弧状の溝Ｇｂが形成された通路形成部材３４Ｂであってもよい。また、溝Ｇａが直線的であっても、図１０に示した通路形成部材３４Ｃのように、通路形成部材本体３５Ａに対応して前記コーナー部の内面に形成するだけでなく、開口部３５ｂに対応して溝Ｇａを形成し、多数の溝を形成して空間Ｓの容積を大きくすることができる。このことは通路形成部材３４Ｂにおいても同様である。
【００８４】
さて、図５及び図８に戻って、通路形成部材３４Ａの底面部３５Ｂの内面側の中央部には、ラジアル軸受３３に支持された回転軸３１のスラスト方向の一端部に設けた軸受支持部３１ａを回転可能に支持するスラスト軸受４６が一体に形成されている。スラスト軸受４６は、通路形成部材３４Ａを樹脂により形成し、スラスト軸受として共用している。スラスト軸受４６は、円弧状若しくは先端先細り状に形成された回転軸３１の軸受支持部３１ａを点で支持するピボット軸受として形成されている。
【００８５】
通路形成部材本体３５Ａの上部には、通路形成部材蓋部３６をラジアル軸受３３の上面部を覆うように固定する爪状の規制部３５ａが円周上に設けられている。また、通路形成部材本体３５Ａの側面部には、ラジアル軸受３３を収容した時に、そのラジアル軸受３３の外周面を外部に臨ませるための開口部３５ｂが設けられている。
【００８６】
なお、通路形成部材３４Ａは、樹脂製としたが、金属製でもよく、更に、樹脂及び金属の組合せでもよく、材質に制限はない。ここで、通路形成部材３４Ａを樹脂製とした場合は、ラジアル軸受３３との位相インデックスなど、形状に工夫を凝らすことができ、しかも安価であるという利点がある。例えば、通路形成部材３４Ａに用いられる樹脂材料としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタールなどのフッ素系の合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレンテフロン（登録商標）、ナイロンなどの合成樹脂、更には、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）などの合成樹脂を用いてもよい。
【００８７】
通路形成部材３４Ａとラジアル軸受３３の間には、図５に示したように、通路５０が形成される。この連通通路５０は、ラジアル軸受３３から突出した軸３１のスラスト方向の一端部と他端部とを連通する。即ち、連通通路５０は、スラスト軸受４６が形成された側の一端側と通路形成部材蓋部３６の軸挿通孔３６ａ側の他端部を連通する。
【００８８】
この連通通路５０は、図７に示したように、ラジアル軸受３３の外周面のスラスト方向に形成された第１の溝５１と、ラジアル軸受３３のスラスト軸受４６側の一端面に形成された第２の溝５２と、ラジアル軸受３３の他端面に形成された第３の溝５３とからなる。
【００８９】
なお、この連通通路は、図１１に示したように、通路形成部材３４Ｄ側に設けてもよい。即ち、この連通通路７０は、通路形成部材３４Ｄの通路形成部材本体３５の内周面のスラスト方向に形成された第１の溝７１と、通路形成部材本体３５の底面部３５Ｂのコーナー部内面に形成した第２の溝Ｇａと、通路形成部材蓋部３６の内面側に形成された第３の溝７２とからなるようにしてもよい。更に、前記のラジアル軸受３３側に設けた第１〜第３の溝５１〜５３と通路形成部材３４Ｄに設けた第１〜第３の溝７１、７２、Ｇａとを組み合わせてもよい。
【００９０】
これら連通通路５０、７０は通路形成部材本体３５の底面部３５Ｂのコーナー部内面に形成された溝Ｇａと連通し、空気流通通路６０を形成している。このためスラスト軸受４６の近傍に形成された空間Ｓは軸露出側の通路５３、７２通じて軸受ユニット３０の外部に解放されていることになる。
【００９１】
従って、前記のように、本発明のこの軸受ユニット３０では、動圧発生溝４４の幅を動圧発生溝４３の幅より広く形成して、非軸露出側の動圧量Ｐ４４を軸露出側の動圧量Ｐ４より大きくしているため、軸回転による軸浮上現象を抑制することができる。
【００９２】
そして空間Ｓがない場合には、非軸露出側の軸端の静圧低下により、残留する空気や焼結金属のラジアル軸受３３の場合は、その内部に含有されている空気が滲み出し、その空気が密封された非軸露出側の軸端で膨張して、潤滑油４２を押し出す漏洩現象が問題として発生してしまうが、本発明のように溝Ｇａを形成したことにより軸端部分（スラスト軸受部分）の近傍に空間Ｓが形成されることから、この空間Ｓに前記空気が溜まり、この空気が膨張したとしても、この膨張した空気が潤滑油４２を押し出す前に、空気流通通路６０を通って軸受ユニット３０の外部へ放出されるので、潤滑油４２は漏洩することはない。
【００９３】
また、空気泡は通路の断面が小さい、即ち、インピーダンスが大きい程、放出されにくい。しかし、通路形成部材３４Ａに溝Ｇａを設けたことにより、このインピーダンスを低減して残留空気泡をより円滑に外部に放出されることになる。
【００９４】
更にまた、空気流通通路６０はラジアル軸受３３から突出した回転軸３１の開放側と非開放側を連通していることから、前記の非軸露出側の軸端の静圧が低下しないので、ハウジング内の残留空気、ラジアル軸受３３内の空気、潤滑油中に溶解する空気などの膨張による潤滑油の押し出しを防止することができる。また、空気流通通路６０は、ラジアル軸受３３に設けられた動圧発生溝４３、４４の両端の圧力を短絡することができるので、圧力差が生じることがなく、よって軸浮上が発生することもない。
【００９５】
通路形成部材３４Ａを収納したハウジング３７は、図５に示したように、ほぼ円筒状の通路形成部材３４Ａを収容して囲むような形状を有し、合成樹脂を一体成形して形成された一つの部材である。
【００９６】
ハウジング３７は、図５に示したように、筒状をなすハウジング本体３８と、ハウジング本体３８の一端側を閉塞するようにハウジング本体３８と一体に形成された一端部側部分を構成する底部閉塞部３９と、ハウジング本体３８の他端部側を構成するハウジング本体３８と一体に形成された上部閉塞部４０とからなる。上部閉塞部４０の中央部には、ハウジング３７に収納されたラジアル軸受３３に回転自在に支持された回転軸３１が挿通される軸挿通孔４１が設けられている。
【００９７】
前記のように構成されたハウジング３７は、ほぼ筒状をなす通路形成部材３４Ａを包むようにして合成樹脂材料をアウトサート成形することにより、通路形成部材３４Ａがハウジング本体３８の内周側に配されて一体に形成される。
【００９８】
この時、ラジアル軸受３３の外周面の一部は、通路形成部材本体３５Ａの開口部３５ｂにより、外部に臨まされているので、アウトサート成形されるハウジング３７と一体化される。
【００９９】
ハウジング３７を構成する合成樹脂材料は、特に限定されるものではないが、ハウジング３７内に充填される潤滑油４２を弾く潤滑油４２に対する接触角を大きくするような材料を用いることが望ましい。ハウジング３７には通路形成部材３４Ａが一体に形成されているので、潤滑性に優れた合成樹脂材料を用いることが好ましい。例えば、ハウジング３７は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタールなどのフッ素系の合成樹脂、ポリテトラフルオロエチレンテフロン(登録商標)、ナイロンなどの合成樹脂を用いて形成することが好ましい。更には、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）などの合成樹脂を用いてもよい。更にまた、極めて高精度の成形が可能な液晶ポリマーによって形成する。特に、ハウジング３７として液晶ポリマーを使用する場合は、潤滑油を保持し、耐摩耗性に優れる。
【０１００】
ところで、この軸受ユニット３０では、空気流通通路６０を設けることにより、ラジアル軸受３３から突出した軸３１の両端を連通した、いわゆる軸両開放型である。従来の軸両開放型の軸受ユニットでは、衝撃による潤滑油の飛散が発生し易くなるという問題があった。この軸受ユニット３０では、ハウジング３７がラジアル軸受３３及び通路形成部材３４Ａ共に軸挿通孔３６ａを除いて密閉したシームレス構造とするので、軸のラジアル軸受３３から突出した軸開放側及び非軸開放側が空気流通通路６０により連通されているが、外部からはハウジング３７に設けられた軸挿通孔３６ａ以外は密閉されている。即ち、この軸受ユニット３０は空気流通通路６０がシームレスに形成され、外部から密閉されたハウジング内に設けられたものであるので、衝撃による潤滑油の飛散を防止することができる。
【０１０１】
ハウジング３７内に配設されたラジアル軸受３３及びハウジング３７と一体に設けられたスラスト軸受４６によって回転自在に支持される回転軸３１は、軸部本体３１ｂのスラスト軸受４６によって支持される軸受支持部３１ａを円弧状若しくは先端先細り状に形成し、他端側に回転体である、例えば、モータ１２のロータ３１が取り付けられる取付部３２が設けられている。ここで、軸部本体３１ｂと取付部３２は同径に形成されている。
【０１０２】
回転軸３１は、図５に示したように、一端側の軸受支持部３１ａをスラスト軸受４６によって支持され、軸部本体３１ｂの外周面をラジアル軸受３３により支持され、他端側に設けた取付部３２側をハウジング本体３８の上部閉塞部４０に設けた軸挿通孔４１から突出されてハウジング３７に支持されている。
【０１０３】
また、回転軸３１には、軸受支持部３１ａと軸部本体３１ｂの間に、軸抜け止め用の溝部３１ｃが設けられている。この軸抜け止め用溝部３１ｃと対応するように、通路形成部材３４には、軸抜け止め用手段としてワッシャ４９が設けられている。軸抜け止め用溝部３１ｃとワッシャ４９とを係合させることにより、組み付け時のハンドリングが向上する。このワッシャ４９は、ナイロン、ポリアミド、ポリイミド材などの高分子材料や、ステンレス、りん青銅などの金属からなる。
【０１０４】
所で、軸挿通孔４１は、この軸挿通孔４１に挿通された回転軸３１が軸挿通孔４１の内周面に摺接することなく回転するように、軸部本体３１ｂの外径よりやや大きな内径をもって形成されている。この時、軸挿通孔４１は、その内周面と軸部本体３１ｂの外周面との間にハウジング３７内に充填された潤滑油４２がハウジング３７内から漏れを防止するに足る間隔ｃの空隙４５を有するように形成される。このように、回転軸３１との間にハウジング３７内に充填された潤滑油４２の漏れを防止するようにした空隙４５が形成されるように軸挿通孔４１を形成した上部閉塞部４０は、オイルシール部を構成している。
【０１０５】
ハウジング３７に一体に形成された上部閉塞部４０は、ポリイミド、ポリアミド或いはナイロンなどの合成樹脂により形成されているので、軸挿通孔４１の内周面の潤滑油４２に対する接触角として６０度程度が確保できる。本発明に係る軸受ユニット３０は、オイルシール部を構成する軸挿通孔４１の内周面を含んで上部閉塞部４０に、界面活性剤を塗布することなく潤滑油４２の上部閉塞部４０に対する接触角を大きくすることができるので、回転軸３１が回転することによって発生する遠心力により潤滑油４２が軸挿通孔４１を介してハウジング３７の外部へ移動することを防止できる。
【０１０６】
更に、回転軸３１の軸挿通孔４１の内周面と対向する外周面には、テーパ部４７が設けられている。このテーパ部４７は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５をハウジング３７の外方に向かって拡大させるように傾斜されている。このテーパ部４７は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とによって形成される空隙４５に圧力勾配を形成し、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２をハウジング３７の内部に引き込む力が発生する。回転軸３１の回転時に、潤滑油４２がハウジング３７の内部に引き込まれるようになるので、動圧流体軸受により構成されたラジアル軸受３３の動圧発生溝４３、４４に潤滑油４２が確実に浸入して動圧を発生させ、回転軸３１の安定した支持が実現され、しかもハウジング３７に充填された潤滑油４２の漏洩を防止できる。
【０１０７】
本発明に係る軸受ユニット３０において、動圧流体軸受を構成するラジアル軸受３３に設けた動圧発生溝４３、４４に浸入して動圧を発生させる潤滑油４２は、図５及び図１２に示したように、ハウジング３７内から回転軸３１に形成されたテーパ部４７と軸挿通孔４１の内周面とによって形成された空隙４５に臨むように充填される。即ち、潤滑油４２はハウジング３７内の隙間に充填され、更に焼結金属からなるラジアル軸受３３に含浸される。
【０１０８】
ここで、回転軸３１に形成されたテーパ部４７と軸挿通孔４１の内周面との間に形成された空隙４５について説明する。この空隙４５の最小の間隔は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される間隔ｃに相当し、この間隔ｃは２０μｍ〜２００μｍが好ましく、１００μｍ程度が最も好ましい。間隔ｃが２０μｍよりも小さいと、軸受ユニット３０のハウジング３７を合成樹脂により一体成形で作る際の成形精度を確保することが難しい。一方、空隙４５の間隔ｃが２００μｍよりも大きいと、軸受ユニット３０に衝撃が加えられた時、ハウジング３７に充填された潤滑油４２がハウジング３７の外部に飛散してしまう耐衝撃性が低下してしまう。
【０１０９】
ハウジング３７に充填された潤滑油４２が衝撃によりハウジング３７の外部に飛散する耐衝撃性Ｇに関しては、下記の式（１）で表される。
【０１１０】
【数１】
2005214239.tif 000003
【０１１１】
式（１）より、耐衝撃性Ｇは、空隙４５の間隔ｃの２乗に反比例する。
【０１１２】
また、熱膨張による油面上昇量ｈは、下記の式（２）式で表される。
【０１１３】
【数２】
2005214239.tif 000004
【０１１４】
式（２）より、油面上昇量ｈは、間隔ｃの大きさに反比例するので、間隔ｃを狭くすれば、耐衝撃性Ｇは向上するが、温度の上昇による潤滑油４２の油面高さｈの上昇は激しくなり、軸挿通孔４１の軸方向の厚さが必要になってしまう。
【０１１５】
計算によれば、直径２ｍｍ〜直径３ｍｍの軸径の回転軸３１を有する軸受ユニット３０では、回転軸３１と軸挿通孔４１との間に形成される空隙４５の間隔ｃを１００μｍ程度とし、軸挿通孔４１の高さＨ１  、即ち、ハウジング３７の上部閉塞部４０の厚みが１ｍｍ程度であると、耐衝撃性は１０００Ｇ以上であり、耐温度特性８０℃に耐えることができ、ハウジング３７内に充填した潤滑油４２の飛散を防止した信頼性の高い軸受ユニット３０を構成できる。
【０１１６】
更に、本発明に係る軸受ユニット３０は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とに間に形成される空隙４５の間隔ｃをハウジング３７の外方に向かって拡大させるように傾斜させたテーパ部４７が設けられているので、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とによって形成される空隙４５の間隔ｃに圧力勾配が形成され、回転軸３１が回転した時に発生する遠心力により、ハウジング３７内に充填された潤滑油４２をハウジング３７の内部に引き込ませる力が発生する。
【０１１７】
即ち、本発明に係る軸受ユニット３０において、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とに間に形成された空隙４５は、表面張力シールにより、潤滑油４２の飛散を防止している。
【０１１８】
ここで表面張力シールについて説明する。表面張力シールは、流体の毛細管現象を利用したシール方法である。図１３に示すような毛細管による液体の上昇高さｈ１  は、下記のように求められる。
【０１１９】
【数３】
2005214239.tif 000005
【０１２０】
ｍは、下記の式（４）で表される。
【０１２１】
【数４】
2005214239.tif 000006
【０１２２】
式（３）、式（４）より下記の式（５）が導き出される。
【０１２３】
【数５】
2005214239.tif 000007
【０１２４】
一般的に、圧力Ｐと流体高さとの関係は下記の式（６）で表される。
【０１２５】
【数６】
2005214239.tif 000008
【０１２６】
ここで式（５）、式（６）から圧力Ｐは、式（７）のように得ることができる。
【０１２７】
【数７】
2005214239.tif 000009
【０１２８】
式（７）において、圧力Ｐは流体を引き込む引き込み圧力を意味する。式（７）より引き込み圧力Ｐは、毛細管が細い程大きくなる。
【０１２９】
前記の説明は、毛細管の断面形状が円形の時の式であるが、本発明に係る軸受ユニット３０は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５に浸入した潤滑油４２は、図１４に示す円環状となっている。この場合の液体としての潤滑油４２の上昇高さｈ１  は、下記の式（８）に示すように求められる。
【０１３０】
【数８】
2005214239.tif 000010
ｍは、下記の式（９）で表される。
【０１３１】
【数９】
2005214239.tif 000011
【０１３２】
式（８）、式（９）から下記の式（１０）が得られる。
【０１３３】
【数１０】
2005214239.tif 000012
【０１３４】
（Ｒ−ｒ）を回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とに間に形成される空隙４５の間隔ｃとすると、式（１０）は式（１１）に示すようになる。
【０１３５】
【数１１】
2005214239.tif 000013
【０１３６】
よって、潤滑油４２の断面形状が円環状であった場合は、引き込み圧力は下記の式（１２）で表される。
【０１３７】
【数１２】
2005214239.tif 000014
【０１３８】
ここで、具体的な計算例を示す。
【０１３９】
回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５の間隔ｃを０．０２ｃｍ（０．２ｍｍ）、粘性流体の表面張力γを３０ｄｙｎ／ｃｍ２  、潤滑油４２の接触角θを１５°とした時、引き込み圧力は式（１３）より２．８６×１０−３気圧（ａｔｍ）となる。
【０１４０】
Ｐ＝２×３０×ｃｏｓ１５°／０．０２＝３．００×１０３  ／ｃｍ２
＝２．８６×１０−３気圧（ａｔｍ）・・・（１３）
前記式（１２）により、引き込み圧力Ｐは、空隙４５の間隔ｃが狭いほど増大する。よって、回転軸３１にテーパ部４７を設けることは、粘性流体としての潤滑油４２を空隙４５の間隔ｃが狭い方向、即ち、ハウジング３７の内部方向へと引き込むことを可能とする。
【０１４１】
例えば、図１５のように、回転軸３１に設けたテーパ部４７の径の異なる部分ｔ１  及びｔ２  での引き込み圧力Ｐ１、Ｐ２は、ｔ１  の部分における回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間隔ｃ１  とｔ２  の部分における回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間隔ｃ２  の関係が、ｃ１  ＜ｃ２  であるので、式（１２）により、Ｐ１＞Ｐ２であり、潤滑油４２のハウジング３７内部への引き込み圧力Ｐは、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５の間隔ｃが狭い程増大することが判る。
【０１４２】
このように、ハウジング３７に充填した潤滑油４２のハウジング３７外部への漏れを防止するシール部を構成する回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５の間隔ｃがハウジング３７の内方に向かって小さくなるようなテーパ部４７を設けることにより、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面とによって形成される空隙４５に位置する潤滑油４２に圧力勾配を生じさせる。即ち、潤滑油４２に付与される圧力勾配は、空隙４５の間隔ｃが小さくなるハウジング３７の内方に向かって大きくなる。潤滑油４２にこのような圧力勾配が発生することにより、潤滑油４２には、常時、ハウジング３７の内方に引き込まれる圧力Ｐが作用しているので、回転軸３１が回転した場合であっても、空隙４５に存在する潤滑油４２中に空気を巻き込むようなことがない。
【０１４３】
前記のようなテーパ部４７を設けない場合、即ち、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間隔ｃが、図１６に示したように、軸挿通孔４１の高さ方向で一定である場合には、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間の空隙４５に浸入した潤滑油４２に圧力勾配が発生しないので、潤滑油４２は空隙４５中に均一に存在する。即ち、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間の空隙４５の間隔ｃを狭めることによってシール部として機能する空隙４５に浸入した潤滑油４２は、回転軸３１の回転によって空隙４５内を移動して空気Ｅを巻き込んでしまうことがある。このように潤滑油４２中に空気Ｅを巻き込むと、温度変化、気圧変化などにより空気Ｅが膨張し、潤滑油４２はシール部を構成する空隙４５からハウジング３７の外部に飛散してしまう。
【０１４４】
これに対して、本発明に係る軸受ユニット３０のように、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５の間隔ｃがハウジング３７の内方に向かって小さくなるようなテーパ部４７を設けることにより、空隙４５に浸入した潤滑油４２に、ハウジングの内方に向かって圧力が大きくなる圧力勾配が発生するので、回転軸３１が回転した時、潤滑油４２中に空気Ｅが巻き込まれることを防止できる。
【０１４５】
更に、前記のようなテーパ部４７を設けることは、ハウジング３７に設けた軸挿通孔４１に対し回転軸３１が偏芯した際にも、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５に浸入した潤滑油４２のハウジング３７の外方への飛散を防止できるばかりか、回転軸３１の全周に亘って潤滑油４２を浸入させることができ、回転軸３１の周囲の潤滑油４２が切れることを防止でき、回転軸３１の安定した回転を保証できる。
【０１４６】
ハウジング３７に設けた軸挿通孔４１に対し回転軸３１が偏芯した際に、前記のようなテーパ部４７が設けられていない場合には、図１７に示したように、潤滑油４２は、回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間の間隔ｃが狭い方へと集中し、その反対側の間隔ｃの広い部分では潤滑油４２が切断され、空気Eを巻き込んでしまう。潤滑油４２中に空気Eが巻き込まれると、温度変化、気圧変化などにより空気Ｅが膨張し、潤滑油４２をシール部を構成する空隙４５からハウジング３７の外部に飛散してしまう。
【０１４７】
これに対し、本発明に係る軸受ユニット３０のように、回転軸３１にテーパ部４７を設けることにより、ハウジング３７に設けた軸挿通孔４１に対し回転軸３１が偏芯した際にも、図１８に示したように、偏心した回転軸３１が回転する楕円軌道上に必ず同じ間隔ｃの空隙４５が存在し、その楕円軌道上での回転軸３１の外周面と軸挿通孔４１の内周面との間に形成される空隙４５の間隔ｃは、図１９に示したように、回転軸３１の全周に亘って一定となるので、潤滑油４２が間隔ｃの狭い方へと集中するような現象が発生しないので、潤滑油４２の空隙４５、ひいてはハウジング３７内からの放出を防止することが可能となる。
【０１４８】
前記の軸受ユニット３０は、テーパ部４７を回転軸３１側に設けているが、図２０に示したように、ハウジング３７側の軸挿通孔４１の内周面にテーパ部４８を設けるようにしてもよい。
【０１４９】
前記の軸受ユニット３０は、ハウジング３７を合成樹脂の成型体により形成しているが、合成樹脂に限られず、金型装置を用いて成形可能な金属材料を混合した合成樹脂やその他の成形材料を用いて形成したものであってもよい。なお、ハウジング３７を合成樹脂以外の材料により形成した時、ハウジング３７に充填された潤滑油４２の軸挿通孔４１の内周面との接触角が十分に維持できなくなる場合がある。このように潤滑油４２の接触角を大きく維持できなくなるおそれがある場合には、軸挿通孔４１の内周面、更には軸挿通孔４１の内周面を含んで上部閉塞部４０の外周面に、界面活性剤を塗布して接触角を大きくするようにすればよい。
【０１５０】
前記の軸受ユニット３０は、スラスト軸受４６をハウジング３７の一部として形成されているが、スラスト軸受４６を設けた底部閉塞部３９をハウジング本体３８とは独立して形成し、この底部閉塞部をハウジング本体に熱融着又は超音波融着などの手法を用いて一体化するようにしてもよい。
【０１５１】
以上のように構成された軸受ユニット３０は、潤滑油４２の漏洩防止に非常に有用であるが、軸３１が回転すると同時に発生する残留空気や潤滑油中に溶解する空気の膨張（キャビテーション現象）による潤滑油４２の押し出しが生じ易いという欠点を持つ、シームレスな樹脂製ハウジングを備えた、軸片開放型動圧流体軸受ユニットの問題を解決する。
【０１５２】
この軸受ユニット３０は、従来では、ハウジング部品が複数の部品から構成され、ラジアル軸受の両端の圧力短絡のために設けられた通路が非軸開放側−通路−ハウジング外部−軸開放側であったのに対し、空気流通通路６０を非軸開放側の空間−通路−軸開放側とし、この空気流通通路６０を形成した何れの実施例の通路形成部材３４もシームレスなハウジング３７により周囲を覆う構造としたものである。
【０１５３】
即ち、この軸受ユニット３０は、通路形成部材３４を設けて、ラジアル軸受３３の上端と下端に、経路が軸受下端の空間−通路−軸受上端となる空気流通通路６０を設け、密閉された側の下端である非軸開放側の静圧低下を緩和することができるので残留空気の押し上げによる潤滑油の漏洩を防止でき、且つ、ハウジング外部への経路は、軸とハウジングとの僅かな空隙のみである状態を維持しているので、衝撃による潤滑油の飛散を防止し、更に、粘性流体の滲み出しを防止することができる。その結果、この軸受ユニット３０は、長時間にわたって良好な潤滑性能を維持できる。
【０１５４】
前記の軸受ユニットは、ハウジングに充填される粘性流体としての潤滑油を用いているが、一定の粘性を有し、一定の表面張力が得られるものであれば、各種の粘性流体を適宜選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明に係る軸受ユニットは、放熱装置のモータやディスクドライブのスピンドルモータの軸受として用いられるのみならず、各種のモータの軸受として用いることができる。
【０１５６】
更に、本発明に係る軸受ユニットは、モータに限らず、回転軸を備える機構や軸に対し、回転する部品を支持する機構に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明を適用したモータの構成を示した断面図である。
【図２】本発明の軸受ユニットの外観の上面図である。
【図３】図２に示した軸受ユニットの外観の側面図である。
【図４】本発明の軸受ユニットの図５に示したＹ−Ｙ線上における断面図である。
【図５】図４に示した軸受ユニットのＸ−Ｘ線上における断面図である。
【図６】本発明の軸受ユニットに用いられているラジアル軸受の内周面に形成された動圧発生溝の一部を示す斜視図である。
【図７】通路形成部材とラジアル軸受との間に形成された通路の形状を示す斜視図である。
【図８】本発明の軸受ユニットの通路形成部材に使用して好適な通路形成部材を示していて、同図Ａはその全体を俯瞰した斜視図、同図Ｂは同図Ａの上面図、同図Ｃは同図ＢのＡ−Ａ線上における断面図である。
【図９】図８Ｂに示した通路形成部材の溝の形状と異なる溝が形成されている通路形成部材の上面図である。
【図１０】図８Ｂに示した通路形成部材の溝の形状と異なる更に他の形状の溝が形成されている通路形成部材の上面図である。
【図１１】図８に示した通路形成部材と異なる通路形成部材を用いた図７に対応する図である。
【図１２】回転軸の外周面とハウジングに設けた軸挿通孔の内周面とによって形成される空隙を示す断面図である。
【図１３】流体の毛細管現象を説明する図である。
【図１４】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙に侵入した潤滑油の状態を示す横断面図である。
【図１５】回転軸に設けたテーパ部の径の異なる部分での引き込み圧力の違いの説明に用いる回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成されて空隙を示す縦断面図である。
【図１６】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙中に侵入した潤滑油中に空気が巻き込まれた状態を示す縦断面図である。
【図１７】回転軸の外周面と軸挿通孔の内周面との間に形成される空隙中に侵入した潤滑油が切断された状態を示す横断面図である。
【図１８】ハウジングに設けた軸挿通孔に対し回転軸が偏芯している状態を示す縦断面図である。
【図１９】ハウジングに設けた軸挿通孔に対し回転軸が偏芯しているときの空隙中に侵入した潤滑油の状態を示す断面図である。
【図２０】ハウジングに設けた軸挿通孔側にテーパ部を設けた本発明に係る軸受ユニットの他の例を示す断面図である。
【図２１】従来用いられている軸受ユニットを示す断面図である。
【図２２】従来用いられている他の軸受ユニットを示す断面図である。
【図２３】従来用いられている更に他の軸受ユニットを示す断面図である。
【図２４】従来用いられている更に他の軸受ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１  モータ、１３  ステータヨーク、１７  ロータヨーク、３０  軸受ユニット、３１  回転軸、３３  ラジアル軸受、３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ  通路形成部材、３５Ａ  通路形成部材本体、３５Ｂ  底面部  ３７  ハウジング、３８  ハウジング本体、３９  底部閉塞部、４０  上部閉塞部、４１軸挿通孔、４２  潤滑油、４３，４４  動圧発生溝  ４５  空隙、４６  スラスト軸受、４７  テーパ部、５０  通路、５１  第１の溝、５２  第２の溝、５３  第３の溝  ６０  空気流通通路  Ｇａ，Ｇｂ  溝  Ｓ  空間
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2005214239.tif 000035
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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