JP6087066B2 - 流体動圧軸受装置、及び、流体動圧軸受装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、内方部材と外方部材との間の軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で、内方部材を回転自在に支持する流体動圧軸受装置に関する。

換気扇等の電気機器に搭載されるモータには軸受が組み込まれており、この軸受によって、回転軸が回転自在に支持されている。この種の用途には、外輪と内輪との間に複数の転動体が介在され、この転動体を保持する保持器とからなる、いわゆる転がり軸受が一般的に使用されている（例えば、特許文献１）。

近年、住宅の高気密化が進展している。その一方で、化学物質を発散する建材の使用やエアコンの普及による換気不足などに伴い、いわゆるシックハウス症候群の発症人口の増加が問題視されている。そのため、現在の建築基準法において、住宅には、積極的・強制的に給排気を行うための、いわゆる２４時間換気システムの設置が義務付けられている。このシステムは各居室に設置した小型の換気扇を主要部として構築されるため、システムの構築費用を低廉化するには換気扇の低コスト化が有効な対策となる。しかしながら、換気扇用のモータに組み込まれる転がり軸受は、上述のとおり数多くの部品で構成されていることから低コスト化には限度があり、モータ、ひいては換気扇の更なる低価格化を図る上で障害となっている。

また、上記システムの換気扇は基本的に連続運転されることから、特に低騒音であることが求められる。しかしながら、転がり軸受では、運転時に保持器のポケットと転動体とが衝突することによって生じるいわゆる保持器音や、内外輪の軌道面上を転動体が転動することによって生じる摩擦音等の発生が避けられないことから、更なる静粛性向上の要請に対応するのが困難である。

このような状況に対応するため、静粛性に優れ、高精度で、かつ低コストに製造可能であり、特に住宅用の小型換気扇のモータに好適に組み込むことができる流体動圧軸受装置が提案されている（特許文献２）。

特開２０００−２４９１４２号公報 特開２０１１−２３１８７４号公報

特許文献２に記載の流体動圧軸受装置を図８に示す。流体動圧軸受装置１０４は、外方部材１２０の内側に配置された焼結金属製の内方部材１１０を備えている。内方部材１１０は、突出部１１０ａとスリーブ部１１０ｂとからなり、突出部１１０ａは、外周面１１１と両側面１１２、１１３を有し、外周面１１１がラジアル軸受面１１１Ｒを形成し、両側面１１２、１１３がスラスト軸受面１１２Ｔ、１１３Ｔを形成している。外方部材１２０は、第１外方部材１２０ａと第２外方部材１２０ｂの２つの部材から形成され、これら２つの部材の縦断面形状がいずれも略Ｌ字形状である。第１外方部材１２０ａの半径方向部１２０ａ２の内側面１２２がスラスト軸受面１２２Ｔを形成すると共に、第２外方部材１２０ｂの円筒部１２０ｂ１の内周面１２９がラジアル軸受面１２９Ｒを形成し、半径方向部１２９ｂ２の内側面１２３がスラスト軸受面１２３Ｔを形成している。このような構成において、第１外方部材１２０ａの円筒部１２０ａ１の内周面１２１に第２外方部材１２０ｂの円筒部１２０ｂ１の外周面１２７が嵌合されたものが例示されている。この流体動圧軸受装置１０４では、図８に示すように、両側分のスラスト軸受隙間Δの設定が終わった後、ノズル１４０により接着剤１４５を第１外方部材１２０ａと第２外方部材１２０ｂの嵌合部に注入し、硬化させて組立てられる。

上記の接着の際、強度の保持や軸受内部からの潤滑剤の漏れを防止するためには、接着剤は、嵌合隙間全体に行きわたることが望ましい。そのためには、ある程度の隙間量の接着隙間を設けて、十分な量の接着剤を塗布する必要がある。ところが、図８のＤ部に示すように接着剤４５が軸受装置の内部に侵入してしまうと、外方部材１２０と回転体である内方部材１１０が接着されてしまう等によって不良になってしまう。そのために接着隙間の容積と塗布すべき接着剤の量、接着剤の粘度等の物性を厳密に管理する必要があると共に不良率の増大を招いてしまうということが判明した。

上記のような問題に鑑み、本発明は、静粛性に優れ、高精度で、かつ低コストに製造可能であると共に、安定した品質の組立を可能にする流体動圧軸受装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を種々検討した結果、外方部材の精度を悪化させないという前提条件に着目し、外側の外方部材の円筒部の内周面と内側の外方部材の円筒部の外周面との間に非接触の接着剤止め部を設けることを着想し、本発明に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた焼結金属製の内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置において、前記内方部材のラジアル軸受面とスラスト軸受面の両方に動圧溝が形成され、前記外方部材が外側の外方部材と内側の外方部材とからなり、これら両外方部材の縦断面形状がいずれも略Ｌ字形状に形成されており、前記内側の外方部材には前記ラジアル軸受面と片側のスラスト軸受面が形成され、前記外側の外方部材には残りの片側のスラスト軸受面が形成されたものであって、互いに嵌合する前記外側の外方部材の円筒部の内周面と前記内側の外方部材の円筒部の外周面との間に接着隙間を形成すると共に、前記内周面と外周面のいずれか一方に前記接着隙間よりも狭い隙間を形成する環状の接着剤止め部を設けることにより、前記外方部材の寸法精度を損なうことなく、かつ接着剤が軸受内部へ侵入することなく、前記両外方部材が接着固定されていることを特徴とする。また、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた焼結金属製の内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置の製造方法において、前記外方部材を外側の外方部材と内側の外方部材とで構成し、これら両外方部材を金属板製とし、その縦断面形状をいずれも略Ｌ字形状に形成し、前記内側の外方部材には前記ラジアル軸受面と片側のスラスト軸受面を形成し、前記外側の外方部材には残りの片側のスラスト軸受面を形成し、互いに嵌合する前記外側の外方部材の円筒部の内周面と前記内側の外方部材の円筒部の外周面との間に接着隙間を形成すると共に、前記内周面と外周面のいずれか一方に前記接着隙間よりも狭い隙間を形成する環状の接着剤止め部を金属板製外方部材のプレス加工により成形し、前記外方部材の寸法精度を損なうことなく、かつ接着剤が軸受内部へ侵入することなく、前記両外方部材を接着固定したことを特徴とする。

上記の構成により、部品点数が少なく、高精度で、かつ低コストに製造可能であると共に静粛性に優れる。また、互いに嵌合する外側の外方部材の円筒部の内周面と内側の外方部材の円筒部の外周面との間に接着隙間を形成すると共に、内周面と外周面のいずれか一方に接着隙間よりも狭い隙間を形成する環状の接着剤止め部を設けて接着固定したことにより、外方部材の寸法精度が損なわれることなく、接着作業が容易で、接着剤が軸受内部に進入する等の不具合がなく、安定した品質の組立を可能にする。また、製造方法として、接着剤止め部を金属板製外方部材のプレス加工により成形したことにより、追加加工が不要で、生産性がよく低コスト化を図ることができる。

上記の接着剤止め部の隙間を３０μｍ以下とすることが望ましい。この場合、潤滑剤は表面張力により接着剤止め部より内部へ侵入することはない。したがって、接着作業が容易で、接着剤が軸受内部に進入する等の不具合がなく、安定した品質の組立を可能にすることができる。

具体的には、上記の接着剤止め部は、内側の外方部材の開口側の円筒部の外周面や外側の外方部材の底部側の円筒部の内周面に設けることができる。この場合には、接着隙間の軸方向寸法を長く確保でき、接着剤を十分に充填することができる。これにより、十分な接着強度とシール性を得ることができる。

あるいは、上記の接着剤止め部は、外側の外方部材の円筒部の内周面や内側の外方部材の円筒部の外周面の嵌合部の途中位置に設けることができる。これにより、接着強度とシール性が確保できる場合には、接着剤の量を削減することができる。

同様に、上記の接着剤止め部を樹脂製外方部材の成形時に形成したことにより、追加加工が不要で、生産性がよく低コスト化を図ることができる。

上記の接着剤止め部の外周面を外側の外方部材の底部側に向けて隙間が拡大するテーパ形状とすることができる。この場合、テーパ形状の表面張力作用により接着剤の軸受内部への侵入をより効果的に防止することができる。

上記の接着剤をエポキシ系接着剤とすることにより、大きな接着隙間でも高い封止性や接着強度を得ることができる。

上記の内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の両方に動圧溝が形成され、外方部材の両軸受面は平滑な面に構成にすることができる。この場合には、動圧溝が転造加工やプレス加工により精度よく形成されるので、潤滑油の動圧作用により回転軸を非接触に支持でき、静粛性に優れる。

上記の内方部材の少なくとも端部には、潤滑油の滲み出しを防止するために、封孔処理を施すことや撥油剤を塗布することが望ましい。

本発明による流体動圧軸受装置は、部品点数が少なく、高精度で、かつ低コストに製造可能であると共に静粛性に優れる。また、互いに嵌合する外側の外方部材の円筒部の内周面と内側の外方部材の円筒部の外周面との間に接着隙間を形成すると共に、内周面と外周面のいずれか一方に接着隙間よりも狭い隙間を形成する環状の接着剤止め部を設けて接着固定したことにより、外方部材の寸法精度が損なわれることなく、接着作業が容易で、接着剤が軸受内部に進入する等の不具合がなく、安定した品質の組立を可能にする。

さらに、多めの接着剤を塗布しても接着剤が軸受内部に侵入することがなく、接着剤の量の管理が容易になる。従来、軸受内部への接着剤の侵入を警戒して、接着剤が少なくなり、接着強度が不足したり、接着剤が接着隙間全体に回らずシール性が不足するという問題も解消される。加えて、接着隙間の管理も厳密に行う必要がなくなり、不良率の削減と共に製造コストを削減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す縦断面図である。 上記の流体軸受装置の内方部材に形成された動圧溝を示す正面図および側面図である。 上記の流体軸受装置の接着工程を示す縦断面図である。 上記の流体軸受装置を組み込んだ換気扇モータを示す縦断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す縦断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す縦断面図である。 参考例の流体動圧軸受装置を示す縦断面図である。 従来の流体動圧軸受装置を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態に係る流体動圧軸受装置を図１〜３に基づいて説明する。図１に示すように、流体動圧軸受装置４は、内方部材１０と、この内方部材１０を回転自在に支持する外方部材２０とを備える。図１では、流体動圧軸受装置４は、軸線Ｈより上側半分が示されている。この流体動圧軸受装置４は、後述する小型換気扇モータに使用される場合は、図４に示すように、内方部材１０は回転軸２に固定され、外方部材２０は、ハウジング５の内周面に嵌合し、軸方向に摺動可能な状態で取り付けられる。図１に示すように、軸方向および半径方向で互いに対向する内方部材１０と外方部材２０の各面間（ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔ）には潤滑油が介在している。

図１に示すように、内方部材１０は、突出部１０ａとスリーブ部１０ｂとからなり、焼結金属で形成される。突出部１０ａは、外周面１１と両側面１２、１３を有し、外周面１１がラジアル軸受面１１Ｒを形成し、両側面１２、１３がスラスト軸受面１２Ｔ、１３Ｔを形成する。外周面１１は円筒面状をなし、ラジアル軸受隙間Ｒに満たされた潤滑油に接触している。突出部１０ａの外周面１１には動圧溝１１ａが形成されている。詳細には、図２（ｂ）に示すように、外周面１１の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１１ａと、これを区画する丘部１１ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。動圧溝１１ａは、例えば転造加工により形成される。本実施形態では、内方部材１０の突出部１０ａが焼結金属で形成されるため、転造加工の圧迫による突出部１０ａの外周面１１の塑性流動を焼結金属の内部気孔で可及的に吸収できる。このため、塑性流動による突出部１０ａの表面の盛り上がりが可及的に抑えられ、動圧溝１１ａと丘部１１ｂを精度良く形成することができる。

図１に示すように、内方部材１０の突出部１０ａの両側面１２、１３は、軸線Ｈに直角な半径方向の平面をなし、スラスト軸受隙間Ｔに満たされた潤滑油に接触している。突出部１０ａの両側面１２、１３には動圧溝１２ａ、１３ａが形成されている。詳細は、図２（ａ）、（ｃ）に示す。図２（ａ）は突出部１０ａの左側の側面１２を示し、図２（ｃ）は突出部１０ａの右側の側面１３を示す。図示のように、両側面１２、１３の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１２ａ、１３ａと、これを区画する丘部１２ｂ、１３ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。内方部材１０の突出部１０ａが焼結金属で形成されるため、両側面１２、１３の動圧溝１２ａ、１３ａは、プレス加工により精度良く形成することができる。また、突出部１０ａのサイジングと同時に動圧溝１２ａ、１３ａを型成形することができる。

図１に示すように、スリーブ部１０ｂは、突出部１０ａの両側面１２、１３間の幅よりも長く形成され、両側面１２、１３より軸方向に突出している。スリーブ部１０ｂの円筒面状の内周面１０ｃの軸方向両端部に面取り部１０ｄが設けられている。内方部材１０は、例えば内周面１０ｃを回転軸２の外周面に圧入（軽圧入）することにより、あるいは、内周面１０ｃと回転軸２の外周面との間に接着剤を介在させることにより、回転軸２に固定される。

この実施形態では、動圧溝１１ａ、１２ａ、１３ａはヘリングボーン形状で一方向回転用である。回転方向を識別するために、次の表示を設けている。スリーブ部１０ｂの右側端面４３には識別溝４４が形成されている。この識別溝４４のあるスリーブ部１０ｂの端部を、図のように右側に配置した場合、内方部材１０の回転方向が右方向（時計方向）であることが分かる。上記では識別表示を右側に配置した場合に、回転方向を右方向に設定したが、これとは反対に回転方向を左方向（反時計方向）に設定してもよい。また、図示は省略するが、スリーブ部１０ｂの突出した左側端部外周面４１の外径寸法に対して、右側端部外周面４２の外径寸法を大きくし、この外径寸法の大小関係により、回転方向を識別することもできる。

詳細には、識別溝４４は、スリーブ部１０ｂの右側端面４３の直径上の２箇所に形成され、この識別溝４４は、焼結金属からなる内方部材１０の粉末成形工程あるいはサイジング工程で形成される。したがって、内方部材１０の製造工程内で識別溝を形成するため、コスト増にならない。識別溝４４は上記のような形状の溝に限られず、例えば、直接回転方向を示す矢印形状の識別溝としてもよい。回転方向を識別する表示は、上記の他に、例えば、外方部材２０の外表面に回転方向を示す表示を設けることや、外側の外方部材２０ａと内側の外方部材２０ｂとが異なる色相の表面に形成してもよい。このためには、異なる色相の材質を用いたり、表面処理を施す。

内方部材１０の軸受面を形成する部分である突起部１０ａの焼結金属の材質は、銅鉄系とし、銅の配合比率を２０〜８０％としている。銅の配合比率が２０％未満となると動圧溝の成形性や潤滑性で問題となり、一方、銅の配合比率が８０％を超えると耐摩耗性を確保することが難しい。潤滑性を考慮すると銅鉄系が望ましいが、鉄系も使用可能である。ただし、銅鉄系、鉄系いずれの場合にも、表面開孔率は２〜２０％にする必要がある。表面開孔率が２％未満では潤滑油の循環が十分でなく、表面開孔率が２０％を超えると潤滑油の圧力が低下する。さらに、銅鉄系焼結部材の密度は、潤滑油の連通性や塑性加工性を維持するために、６〜８g／ｃｍ^３とする。

次に、本実施形態の特徴である接着剤止め部の構成を説明する。図１に示すように、外方部材２０の外側の外方部材２０ａと内側の外方部材２０ｂが共に、縦断面が略Ｌ字形状に形成されている。具体的には、外側の外方部材２０ａは、円筒部２０ａ１と、この円筒部２０ａ１の一端に形成された半径方向部２０ａ２を有する。また、内側の外方部材２０ｂは、円筒部２０ｂ１と、この円筒部２０ｂ１の一端に形成された半径方向部２０ｂ２を有する。外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２１と内側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の外周面２７との間に接着剤を充填するための接着隙間Ａが形成されている。また、内側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の外周面２７の開口端部（図１の左側端部）に環状の接着剤止め部３０が設けられている。この接着剤止め部３０は、円周方向に環状に突出しており、この外周面３０ａと外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２１との間に接着隙間Ａよりも狭い隙間Ｂが形成される。そして、スラスト軸受隙間を設定した状態で接着剤４５が接着隙間Ａに充填されて外側の外方部材２０ａと内側の外方部材２０ｂとが接着固定されている。接着剤４５として、例えば、エポキシ系接着剤を用いることが望ましい。エポキシ系接着剤は、大きな接着隙間でも高い封止性や接着強度を得ることができる。しかし、これに限られず、紫外線硬化型接着剤、その他の接着剤を使用することもできる。

さらに、外方部材の接着工程ついて図３に基づいて説明する。図３に示すように、両側分のスラスト軸受隙間Δを設定した状態でノズル４０から接着剤４５を接着隙間Ａに充填する。接着隙間Ａが設けてあるので、十分な量の接着剤が充填でき、接着隙間Ａ全体に行きわたる。しかし、内側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の外周面２７の開口端部に接着剤止め部３０が円周方向に環状に突出して設けられており、接着剤止め部３０の外周面３０ａと外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２１との間に接着隙間Ａよりも狭い隙間Ｂが形成される。このため、接着剤４５は、接着剤止め部３０のところに留まり、軸受内部への侵入が防止される。これにより、安定した品質の組立を可能とすると共に接着強度を確保し軸受内部からの潤滑剤の漏れを防止することができる。さらに、多めの接着剤を塗布しても接着剤が軸受内部に侵入することがなく、接着剤の量の管理が容易になる。従来、軸受内部への接着剤の侵入を警戒して、接着剤が少なくなり、接着強度が不足したり、接着剤が接着隙間全体に回らずシール性が不足するという問題も解消される。加えて、接着隙間の管理も厳密に行う必要がなくなり、不良率の削減と共に製造コストを削減することができる。

上記の構造では、円筒部２０ａ１の内周面２１と円筒部２０ｂ１の外周面２７との間の嵌合長さが大きいので、安定した組み立てと接着固定を実現することができる。接着隙間Ａとしては３０〜１００μｍ程度が望ましい。また、接着止め部３０における隙間Ｂは３０μｍ以下が望ましい。接着止め部３０におけるこの程度の隙間Ｂであれば、接着剤４５は表面張力により接着剤止め部３０より軸受内部へ侵入することはない。したがって、接着作業が容易で、接着剤が軸受内部に進入する等の不具合がなく、安定した品質の組立を可能にすることができる。

また、内側の外方部材２０ｂの接着止め部３０と外側の外方部材２０ａの内周面２１を嵌合したとき、隙間Ｂにより非接触となっているので、両外方部材２０ａ、２０ｂの寸法精度は損なわれない。また、接着剤止め部３０の長さは短いので寸法管理も容易である。

図１に示すように、外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の端面が内側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の外側面より下がった位置にあり、かつ面取り部２８を設けているので、接着剤４５の注入がしやすい。外側の外方部材２０ａと内側の外方部材２０ｂは、共に板材をプレス加工して略Ｌ字形状に形成されている。具体的には、板材は、ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板等を用い、その板厚は、０．１〜１ｍｍ程度である。この実施形態では、内側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の内周面２９がラジアル軸受面２９Ｒを形成する。外側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２２および内側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２３がスラスト軸受面２２Ｔ、２３Ｔを形成する。内周面２９および内側面２２、２３はいずれも凹凸のない滑らかな面で形成され、動圧溝１１ａ、１２ａ、１３ａは、内方部材１０の突出部１０ａの外周面１１および両側面１２、１３に形成されている。外側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部にある小径内周面２４および内側の外方部材２０ｂの内径側端部にある小径内周面２５は、外側に向かって拡径するテーパ面状に形成されている。この小径内周面２４、２５と、内方部材１０のスリーブ部１０ｂの端部外周面４１、４２との間でシール空間Ｓ１、Ｓ２を形成し、潤滑油の漏れ出しをより一層防止することができる。

内方部材１０のスリーブ部１０ｂに、潤滑油の滲み出しを防止するために封孔処理や撥油財を塗布することが望ましい。その範囲は、図３に破線部Ｃで示すように、外方部材２０から露出した内方部材１０のスリーブ部１０ｂの端部外周面４１、４２、端面４３、４３、識別溝４４、面取り部１０ｄ、１０ｄおよび内周面１０ｃである。ただし、内周面１０ｃには軸が嵌合（軽圧入や接着固定）されるので、圧入代や接着剤によるシール性によっては、内部からの潤滑油の漏洩を防止することもできる。この場合は、封孔処理や撥油剤の塗布は省略してもよい。ここで、内方部材１０の端部とは、スリーブ部１０ｂの端部外周面４１、４２、端面４３、４３、識別溝４４、面取り部１０ｄ、１０ｄを指す。

接着剤が硬化した後、流体動圧軸受装置４の内部空間には焼結金属製の内方部材１０の内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油は、図１に示すように、ラジアル軸受隙間Ｒ、スラスト軸受隙間Ｔおよびシール空間Ｓ１、Ｓ２まで満たされる。潤滑油は、スラスト軸受隙間Ｔの毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれる。潤滑油の油面は、シール空間Ｓ１、Ｓ２に保持される。なお。スラスト軸受隙間Ｔの毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれるので、シール空間Ｓ１、Ｓ２を設けない設計も可能である。

潤滑油を充填した後、流体動圧軸受装置４の使用環境で想定される最高温度（上限）を超える設定温度まで加熱し、このときの熱膨張によりスラスト軸受隙間Ｔの内径側端部から溢れ出した潤滑油を拭き取る。その後、常温まで冷却することにより潤滑油が収縮し、油面が軸受内部側（外径側）に後退して、シール空間Ｓ１、Ｓ２に保持される。これにより、想定される温度範囲内であれば、熱膨張により潤滑油が漏れ出すことはない。以上により、流体動圧軸受装置４が完成する。

図４に、第１の実施形態の流体動圧軸受装置４を小型換気扇モータに組み込んだ状態を示す。この小型換気扇モータ（より厳密に言えば、換気扇用インナーロータ型モータ）は、住宅の居室に設置される２４時間換気システム用のものである。このモータ１は、回転軸２と、回転軸２の外周面に固定されたモータロータ３、回転軸２の端部に設けられたファン６とからなる回転体を回転自在に支持するために、モータロータ３の軸方向両端位置において回転軸２とハウジング５との間に配置された一対の流体動圧軸受装置４、４から構成される。一方の流体動圧軸受装置４（図中左側）は、ハウジング５に軸方向に摺動自在に組み込まれ、ハウジング５との間には、スプリング７が圧縮状態で配置されている。尚、ステータは図示を省略した。

スプリング７により図中左側の流体動圧軸受装置４の外方部材２０が図中右向きに付勢されている。このため、図示は省略するが、回転軸２が静止した状態では、スプリング７により付勢された外方部材２０が内方部材１０に当接し、内方部材１０および回転軸２が図中右向きに付勢されている。これにより、図中右側の流体動圧軸受装置４の内方部材１０が図中右向きに付勢され、外方部材と当接して係止される。すなわち、ハウジング５およびスプリング７により、一対の流体動圧軸受装置４、４に互いに接近する方向の予圧が付される。

図４に示すように、回転軸２が回転すると、各流体動圧軸受装置４の内方部材１０の外周面１１と外方部材２０の内周面２９との間のラジアル軸受隙間Ｒに油膜が形成される。そして、回転軸２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間Ｒの油膜の圧力が動圧溝１１ａにより高められ、この油膜の動圧作用により回転軸２および内方部材１０が静止側のハウジング５に取り付けられた外方部材２０に対してラジアル方向に非接触支持される。

これと同時に、各流体動圧軸受装置４の内方部材１０の両側面１２、１３と、これらに対向する外方部材２０の内側面２２、２３との間のスラスト軸受隙間Ｔに油膜が形成される。回転軸２の回転に伴い、スラスト軸受隙間Ｔの油膜の圧力が動圧溝１２ａ、１３ａにより高められ、回転軸２および内方部材１０がハウジング５に取り付けられた外方部材２０に対して、両スラスト方向に非接触支持される。尚、ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔの大きさを誇張して示している。

回転軸２の回転により、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油に動圧作用が生じると、回転軸２が図中左側に負荷を受ける（図４の白抜き矢印参照）。このとき、図中左側の流体動圧軸受装置４の外方部材２０が図中左側にスライドしてスプリング７を圧縮することにより、両流体動圧軸受装置４、４のスラスト軸受隙間Ｔが確保される。このように、外方部材２０をハウジング５に対して軸方向移動可能な状態で嵌合することで、スラスト軸受隙間Ｔを高精度に設定することができる。これにより、外方部材２０に対して内方部材１０が確実に非接触支持され、接触摺動による騒音の発生をより確実に防止できる。

また、このモータ１では、スプリング７により流体動圧軸受装置４、４に軸方向の予圧を付与しているため、外方部材２０がハウジング５に隙間を介して嵌合した状態であっても、回転軸２の回転に伴って外方部材２０が回転する事態を防止できる。一方、スプリング７の弾性力が大きすぎると、内方部材１０と外方部材２０とが接触摺動する恐れがある。したがって、スプリング７の弾性力は、外方部材２０の回転を防ぎ、かつ、外方部材２０と内方部材１０との接触摺動を防ぐことができるような範囲に設定され、例えば、スラスト軸受隙間Ｔに発生する動圧作用の負荷容量の２０〜８０％程度とすることが望ましい。

以上の構成からなる流体動圧軸受装置４は、外方部材２０の両内側面２２、２３の軸方向間に内方部材１０が設けられるため、外方部材２０の両内側面２２、２３と内方部材１０の両側面１２、１３とが軸方向に係合することにより、外方部材２０の内周から内方部材１０の抜けが規制される。これにより、内方部材１０および外方部材２０の分離を防止して流体動圧軸受装置４を一体的に扱うことができるため、回転軸２やハウジング５への取り付けがしやすくなる。

また、回転軸２の回転に伴ってスラスト軸受隙間Ｔ内の潤滑油に遠心力が作用することにより、潤滑油が外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に押し込まれる。この遠心力と、スラスト軸受隙間Ｔによる毛細管力とにより、潤滑油の漏れ出しを防止できるため、流体動圧軸受装置４に特別なシール機構を設ける必要がない。

図５および図６に、本実施形態の変形例を示す。図５および図６は、いずれも図３の接着工程に相当する変形例の部分縦断面図である。図５（ａ）は、第１の変形例であり、第１の実施形態と比べて、接着剤止め部３０を内側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の軸方向途中位置に設けたことが異なる。この場合には、接着隙間Ａの容積は少なくなるが、接着強度とシール性が確保できる場合には、接着剤の使用量を削減することができる。

図５（ｂ）は、第２の変形例であり、第１の実施形態と比べて、接着剤止め部３０を外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の底部側に設けたことが異なる。この場合には、第１の実施形態と同様、接着隙間Ａの軸方向寸法を長く確保でき、接着剤を十分に充填することができる。これにより、十分な接着強度とシール性を確保することができる。図５（ｃ）は、第３の変形例であり、第１の実施形態と比べて、接着剤止め部３０を外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の軸方向途中位置に設けたことが異なる。この場合には、第１の変形例と同様、接着隙間Ａの容積は少なくなるが、接着強度とシール性が確保できる場合には、接着剤の使用量を削減することができる。上記の変形例および後述する変形例において、第１の実施形態と同様の機能を有する部位には同一の符号を付して、重複説明を省略する。また、第１の実施形態で前述した接着隙間Ａおよび接着剤止め部３０の隙間Ｂの寸法や作用、内方部材１０の動圧溝の形態、封孔処理や撥油剤の塗布等についても同様であるので重複説明を省略する。

図６に第４の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態と比べて、接着剤止め部３０の外周面３０ａの形状が異なる。外周面３０ａは、内側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の開口側に向けて縮径するテーパ形状、換言すれば、外側の外方部材２０ａの底部側に向けて隙間が拡大するテーパ形状に形成されている。外周面３０ａと外側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２１との間に楔形空間が形成されるので、接着剤４５が表面張力により接着剤止め部３０で確実に保持され、軸受内部への接着剤４５の侵入を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図７に基づいて説明する。前述した第１の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は省略する。この実施形態は、第１の実施形態と次の構成が異なる。すなわち、第２の実施形態では、スラスト方向の動圧溝２２ａ、２３ａが、外側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２２と内側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２３に、それぞれ形成されている。そして、内方部材１０の突出部１０ａの両側面１２、１３は、凹凸のない平滑な面で形成されている。

スラスト方向の動圧溝２２ａ、２３ａは、例えば、外側の外方部材２０ａと内側の外方部材２０ｂを板材からプレス加工により成形する際に、プレス加工により形成される。したがって、この動圧溝２２ａ、２３ａにおいても、高精度に形成できる。動圧溝２２ａ、２３ａの形状は、図２の（ａ）および（ｃ）に示すものと同様である。内方部材１０は焼結金属製である。第１の実施形態で前述した接着隙間Ａおよび接着剤止め部３０の隙間Ｂの寸法や作用、内方部材１０の動圧溝の形態、封孔処理や撥油剤の塗布等についても同様であるので重複説明を省略する。

次に、参考例の実施形態を図７に基づいて説明する。前述した第１の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は省略する。この実施形態は、第１の実施形態と次の構成が異なる。すなわち、参考例の実施形態では、スラスト方向の動圧溝２２ａ、２３ａが、外側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２２と内側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２３に、それぞれ形成されている。そして、内方部材１０の突出部１０ａの両側面１２、１３は、凹凸のない平滑な面で形成されている。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 小型換気扇モータ
２ 回転軸
３ モータロータ
４ 流体動圧軸受装置
１０ 内方部材
１０ａ 突出部
１０ｂ スリーブ部
１１ａ 動圧溝
１１Ｒ ラジアル軸受面
１２ａ 動圧溝
１２Ｔ スラスト軸受面
１３ａ 動圧溝
１３Ｔ スラスト軸受面
２０ 外方部材
２０ａ 外側の外方部材
２０ａ１ 円筒部
２０ａ２ 半径方向部
２０ｂ 内側の外方部材
２０ｂ１ 円筒部
２０ｂ２ 半径方向部
２２ａ 動圧溝
２２Ｔ スラスト軸受面
２３ａ 動圧溝
２３Ｔ スラスト軸受面
２９Ｒ ラジアル軸受面
３０ 接着剤止め部
４０ ノズル
４４ 識別溝
Ａ 接着隙間
Ｂ 隙間
Ｃ 破線部
Ｈ 軸線
Ｒ ラジアル軸受隙間
Ｔ スラスト軸受隙間
Δ 両側分のスラスト軸受隙間

Claims (11)

1. ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた焼結金属製の内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置において、前記内方部材のラジアル軸受面とスラスト軸受面の両方に動圧溝が形成され、前記外方部材が外側の外方部材と内側の外方部材とからなり、これら両外方部材の縦断面形状がいずれも略Ｌ字形状に形成されており、前記内側の外方部材には前記ラジアル軸受面と片側のスラスト軸受面が形成され、前記外側の外方部材には残りの片側のスラスト軸受面が形成されたものであって、互いに嵌合する前記外側の外方部材の円筒部の内周面と前記内側の外方部材の円筒部の外周面との間に接着隙間を形成すると共に、前記内周面と外周面のいずれか一方に前記接着隙間よりも狭い隙間を形成する環状の接着剤止め部を設けることにより、前記外方部材の寸法精度を損なうことなく、かつ接着剤が軸受内部へ侵入することなく、前記両外方部材が接着固定されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記接着剤止め部の隙間を３０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記接着剤止め部を前記内側の外方部材の開口側の円筒部の外周面に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記接着剤止め部を前記外側の外方部材の底部側の円筒部の内周面に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
5. 前記接着剤止め部を前記外側の外方部材の円筒部の内周面又は前記内側の外方部材の円筒部の外周面の嵌合部の途中位置に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
6. 前記接着剤止め部が樹脂製外方部材に形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記接着剤がエポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
8. ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた焼結金属製の内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置の製造方法において、前記外方部材を外側の外方部材と内側の外方部材とで構成し、これら両外方部材を金属板製とし、その縦断面形状をいずれも略Ｌ字形状に形成し、前記内側の外方部材には前記ラジアル軸受面と片側のスラスト軸受面を形成し、前記外側の外方部材には残りの片側のスラスト軸受面を形成し、互いに嵌合する前記外側の外方部材の円筒部の内周面と前記内側の外方部材の円筒部の外周面との間に接着隙間を形成すると共に、前記内周面と外周面のいずれか一方に前記接着隙間よりも狭い隙間を形成する環状の接着剤止め部を金属板製外方部材のプレス加工により成形し、前記外方部材の寸法精度を損なうことなく、かつ接着剤が軸受内部へ侵入することなく、前記両外方部材を接着固定したことを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
9. 前記接着剤止め部の外周面を前記外側の外方部材の底部側に向けて隙間が拡大するテーパ形状としたことを特徴とする請求項８に記載の流体動圧軸受装置の製造方法。
10. 前記内方部材の少なくとも端部に封孔処理を施したことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の流体動圧軸受装置の製造方法。
11. 前記内方部材の少なくとも端部に撥油剤を塗布したことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の流体動圧軸受装置の製造方法。

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