JP2005195180A - Dynamic oil-impregnated sintered bearing unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高回転精度、高速安定性、高耐久性などに優れた特徴を有する動圧型焼結含油軸受および当該軸受ユニットに関し、特に情報機器におけるスピンドルモータ、例えばDVD−ROM、DVD−RAMなどの光ディスク、MOなどの光磁気ディスク、HDDなどの磁気ディスクを駆動するモータ、あるいはレーザビームプリンタ(LBP)のポリゴンスキャナモータなどのスピンドル支持用として好適なものである。 The present invention relates to a hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing and a bearing unit having features excellent in high rotational accuracy, high-speed stability, high durability, and the like, and in particular, spindle motors in information equipment, such as DVD-ROM and DVD-RAM. It is suitable for supporting a spindle of an optical disk, a magneto-optical disk such as MO, a motor for driving a magnetic disk such as HDD, or a polygon scanner motor of a laser beam printer (LBP).
上記情報機器類のスピンドルモータには、高回転精度の他、さらなる高速化、低コスト化、低騒音化などが求められているが、これらの要求性能を決定づける構成要素の一つにモータのスピンドルを支持する軸受がある。従来では、この軸受としてボールベアリングか一般的な真円型の焼結含油軸受が用いられている。 The spindle motors of the above information devices are required to have higher speed, lower cost, lower noise, etc. in addition to high rotational accuracy. The motor spindle is one of the components that determine these required performances. There are bearings that support Conventionally, a ball bearing or a general circular oil-impregnated bearing is used as the bearing.
しかしながら、この種のスピンドルモータは8000〜10000rpm程度、特にLBPに使用されるポリゴンスキャナモータでは、数万rpmの高速で使用される場合が多く、また、軸振れ、NRRO、ジッタなどの回転精度も考慮する必要があるため、ボールベアリングや焼結含油軸受では上記要求性能を満足することが難しくなっている。 However, this type of spindle motor is often used at a high speed of about 8000 to 10000 rpm, especially a polygon scanner motor used for LBP, at a high speed of several tens of thousands rpm, and also has rotational accuracy such as shaft runout, NRRO, and jitter. Since it is necessary to consider, it is difficult for ball bearings and sintered oil-impregnated bearings to satisfy the required performance.
以上の観点から、近年ではこの種の軸受として動圧型の焼結含油軸受を使用することが検討されている。この軸受は、焼結金属製の軸受本体に潤滑油または潤滑グリースを含浸させ、軸受面に設けた動圧溝の動圧効果で軸受隙間に潤滑油膜を形成してスピンドルを非接触支持するもので、上記要求性能にも十分に対応できる。 In view of the above, in recent years, it has been studied to use a hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing as this type of bearing. In this bearing, a sintered metal bearing body is impregnated with lubricating oil or lubricating grease, and a lubricating oil film is formed in the bearing gap by the dynamic pressure effect of the dynamic pressure groove provided on the bearing surface to support the spindle in a non-contact manner. Thus, it can sufficiently cope with the required performance.
ところが、この軸受本体をハウジングに組み込んで縦軸姿勢で使用する場合には、モータ駆動時の圧力発生や熱膨張によって軸受本体から滲み出した油が軸受隙間内で飽和し、軸受隙間外へ漏れ出すおそれがある。図16に示すように、軸受本体10の下方へ漏れ出た油16は、ハウジング1bの底部に溜まるが、軸受本体10の下面10fとハウジング1b底面との間の隙間14’が広いと軸受本体10は溜まった油16と接触しなくなる。モータが停止すると温度が下がり、軸受本体10の表面に付着した油は毛細管現象によって再び軸受本体10内部に吸収されるが、軸受本体10と接触しない油は二度と戻らず、これが繰り返されることによって潤滑油不足に至り、軸受性能の低下を招くおそれがある。潤滑油不足になると軸受隙間に形成された潤滑油膜中に空気が巻き込まれるようになり、本来の動圧効果が減じられてラジアル剛性が低下する一方、不安定な振動が発生するようになり、回転精度が悪化する。
However, when this bearing body is assembled in a housing and used in a vertical orientation, oil that has oozed out of the bearing body due to pressure generation or thermal expansion during motor drive is saturated within the bearing gap and leaks out of the bearing gap. There is a risk of release. As shown in FIG. 16, the
以上の対策としては、隙間14’を予め潤滑油で満たしておくのが最も簡単であるが、これではスピンドル姿勢の変化(例えば上下逆向きにした場合)によって軸受本体10の反対側の端面から潤滑油が漏れ、周囲を汚染するおそれがある。
As the above countermeasure, it is simplest to preliminarily fill the gap 14 'with lubricating oil. However, in this case, from the opposite end face of the bearing
対策として接触シールの使用も考えられるが、トルクの上昇や変動等の要因となるので高精度の回転性能が要求される情報機器用のスピンドルモータには不向きである。図17に示すような複雑なラビリンスシールを構成すれば油漏れ防止に一定の効果が認められるが、部品点数が多く、組立も極めて複雑なものとなるので、コストアップにつながる。 The use of a contact seal can be considered as a countermeasure, but it is not suitable for a spindle motor for information equipment that requires high-precision rotation performance because it causes an increase or fluctuation in torque. If a complex labyrinth seal as shown in FIG. 17 is configured, a certain effect can be recognized in preventing oil leakage, but the number of parts is large and the assembly is extremely complicated, leading to an increase in cost.
そこで、本発明は、ハウジング外への潤滑油の漏出による軸受性能の低下を確実に、かつ低コストに防止することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reliably and at low cost prevent deterioration of bearing performance due to leakage of lubricating oil to the outside of the housing.
上記目的を達成するため、本発明は、焼結金属で形成され、かつ軸の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面を備えた軸受本体に潤滑油または潤滑グリースを含浸させてなり、軸と軸受本体との相対回転で生じる動圧作用により軸を非接触支持する動圧型焼結含油軸受と、一端が開口で他端が閉塞され、内径部に上記動圧型焼結含油軸受が内装されたハウジングと、軸をスラスト支持するスラスト軸受部とを備える動圧型焼結含油軸受ユニットにおいて、ハウジングの一端側開口部を、内周面を軸の外周面に近接させたシールワッシャでシールした構成を提供する。シールワッシャの内周面と軸の外周面との間の隙間で生じる毛細管効果により当該隙間からの油漏れを防止することができる。 In order to achieve the above object, the present invention is made by impregnating a bearing body, which is formed of a sintered metal and has a radial bearing surface facing the outer peripheral surface of the shaft through a bearing gap, with lubricating oil or lubricating grease. The hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing that supports the shaft in a non-contact manner by the hydrodynamic action generated by the relative rotation of the shaft and the bearing body, and the hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing having one end opened and the other end closed, In a dynamic pressure type sintered oil-impregnated bearing unit comprising an internal housing and a thrust bearing that thrust supports the shaft, the opening on one end of the housing is sealed with a seal washer whose inner peripheral surface is close to the outer peripheral surface of the shaft. Provide the configuration. Oil leakage from the gap can be prevented by the capillary effect generated in the gap between the inner peripheral surface of the seal washer and the outer peripheral surface of the shaft.
十分な毛細管効果を得るためには、シールワッシャの内周面と軸の外周面との間の隙間を0.1mm以下に設定するのが望ましい。また、軸の外周面のうち、少なくともシールワッシャの内周面との対向部を含む領域に撥油剤を塗布しておけば、油漏れをより確実に防止することができる。 In order to obtain a sufficient capillary effect, it is desirable to set the gap between the inner peripheral surface of the seal washer and the outer peripheral surface of the shaft to 0.1 mm or less. Moreover, if an oil repellent is applied to a region including at least a portion facing the inner peripheral surface of the seal washer on the outer peripheral surface of the shaft, oil leakage can be prevented more reliably.
シールワッシャとシールワッシャに対向する軸受端面との間の隙間は、1.0mm以下に設定するのがよい。 The clearance between the seal washer and the bearing end face facing the seal washer is preferably set to 1.0 mm or less.
また、シールワッシャとシールワッシャに対向する軸受端面との間の隙間を、軸受本体のハウジング閉塞側端面と、当該端面に対向する上記対向面との間の隙間よりも大きく設定しておけば、軸姿勢を変化させた場合(上下反転等)場合にも、シールワッシャと軸受端面との間の隙間が先に油で満たされ、逃げ場を失った空気が、対向面と軸受端面との間の隙間に入り込んで軸受隙間に巻き込まれる、という事態が防止される。 Further, if the gap between the seal washer and the bearing end face facing the seal washer is set larger than the gap between the housing closing side end face of the bearing body and the facing face facing the end face, Even when the shaft orientation is changed (upside down, etc.), the gap between the seal washer and the bearing end face is filled with oil first, and the air that has lost its escape space is removed between the opposing face and the bearing end face. The situation of entering the gap and being caught in the bearing gap is prevented.
上記の対向面は、ハウジングの他端を閉塞する底面で、あるいはハウジングの閉塞側に設けられたスペーサで構成することができる。また、スラスト軸受部を、軸端をハウジングの閉塞側に設けられたスラストワッシャで接触支持する構造とし、このスラストワッシャで上記対向面を構成することもできる。この場合、スラストワッシャに接触する軸の一端を球面状に形成すると共に、軸受本体のラジアル軸受面を軸の上記球面部よりも軸の他端側にずらせて設けるのがよい。これは、軸受本体のハウジング他端側の端面チャンファ部から環状の平滑部を隔ててラジアル軸受面を設けることによって実現できる。 The facing surface can be constituted by a bottom surface that closes the other end of the housing, or a spacer provided on the closing side of the housing. Further, the thrust bearing portion may have a structure in which the shaft end is in contact with and supported by a thrust washer provided on the closed side of the housing, and the opposing surface may be configured by this thrust washer. In this case, it is preferable that one end of the shaft that contacts the thrust washer is formed in a spherical shape, and the radial bearing surface of the bearing body is shifted from the spherical portion of the shaft toward the other end side of the shaft. This can be realized by providing a radial bearing surface across an annular smooth portion from an end surface chamfer portion on the other end side of the housing of the bearing body.
動圧発生手段として、ラジアル軸受面に、軸方向に対して傾斜した動圧溝を設ければ、軸受隙間に剛性の高い安定した油膜が形成されるので、高精度が得られる。 If a dynamic pressure groove inclined with respect to the axial direction is provided on the radial bearing surface as the dynamic pressure generating means, a highly stable and stable oil film is formed in the bearing gap, so that high accuracy can be obtained.
軸受本体の外径面とハウジングの内径面との間に、軸受本体の軸方向両端部に開口する通気路を設けておけば、軸の軸受内部への挿入時にハウジング内に閉じ込められた空気が通気路を通ってハウジング外に放出されるので、軸受隙間への空気の巻き込みを回避することができる。 If air passages that open at both ends in the axial direction of the bearing body are provided between the outer diameter surface of the bearing body and the inner diameter surface of the housing, air trapped in the housing when the shaft is inserted into the bearing is removed. Since the air is discharged out of the housing through the air passage, air can be prevented from being caught in the bearing gap.
以上説明した動圧側焼結含油軸受ユニットは、軸と軸受本体との相対回転により磁気ディスクを回転させる磁気ディスクドライブのスピンドルモータや、軸と軸受本体との相対回転により、光ディスクを回転させる光ディスクドライブのスピンドルモータ、あるいは、軸と軸受本体との相対回転によりポリゴンミラーを回転させるレーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等に用いられる。ここでいう「光ディスク」には光磁気ディスク(MD、MO等)も含まれる。 The hydrodynamic side sintered oil-impregnated bearing unit described above includes a spindle motor of a magnetic disk drive that rotates a magnetic disk by relative rotation between a shaft and a bearing body, and an optical disk drive that rotates an optical disk by relative rotation between the shaft and the bearing body. And a polygon scanner motor of a laser beam printer that rotates a polygon mirror by relative rotation between a shaft and a bearing body. The “optical disk” here includes magneto-optical disks (MD, MO, etc.).
また、本発明は、上記目的を達成するため、焼結金属からなり、軸の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面を軸方向に離隔させて有し、ラジアル軸受面に軸方向に対して傾斜した動圧溝が形成され、少なくとも一端内径部に端面チャンファ部が設けられた軸受本体と、軸受本体に含浸された潤滑油または潤滑グリースとを備える動圧型焼結含油軸受において、端面チャンファ部から環状の平滑部を隔ててラジアル軸受面を形成した構成を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is made of a sintered metal, and has a radial bearing surface that is opposed to the outer peripheral surface of the shaft via a bearing gap in the axial direction, and the radial bearing surface has an axial direction. In a hydrodynamic type sintered oil-impregnated bearing comprising a bearing body formed with a dynamic pressure groove inclined with respect to at least one end inner diameter portion and an end face chamfered portion and a lubricating oil or lubricating grease impregnated in the bearing body, Provided is a configuration in which a radial bearing surface is formed by separating an annular smooth portion from an end surface chamfer portion.
以上のように本発明によれば、軸姿勢を問わず、簡単な構造で確実に油漏れを防止することができる。従って、低コストでかつ高機能を有する軸受ユニットを提供することができる。また、油漏れがないために長期間良好な油膜を維持することができ、耐久性が飛躍的に向上する。また、油漏れによって周囲を汚染することもない。 As described above, according to the present invention, oil leakage can be reliably prevented with a simple structure regardless of the shaft posture. Therefore, it is possible to provide a bearing unit having high functionality at low cost. Further, since there is no oil leakage, a good oil film can be maintained for a long time, and the durability is dramatically improved. Moreover, the surroundings are not contaminated by oil leakage.
以下、本発明の一実施形態を図1乃至図15に基いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、情報機器の一種である光ディスクドライブ(DVD−ROM装置用)のスピンドルモータの断面図である。このスピンドルモータは、垂直の回転軸2を支持する軸受ユニット1と、回転軸2の上端に取り付けられ、DVD−ROM等の光ディスク3を支持固定するターンテーブル4およびクランパ8と、ラジアルギャップを介して対向させたステータ5およびロータマグネット6を有するモータ部Mとで構成される。ステータ5に通電すると、ステータ5との間に生じる励磁力でロータマグネット6が回転し、ロータマグネット6と一体になったロータケース7、ターンテーブル4、光ディスク3、クランパ8、および回転軸2が回転する。軸受ユニット1を他の情報機器用スピンドルモータ、例えば磁気ディスクドライブに用いる場合は、一または複数枚の磁気ディスクを保持するディスクハブ(図示省略)が回転軸2に装着され、LBPのポリゴンスキャナモータに用いる場合は、回転軸2にポリゴンミラー(図示省略)が装着される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a spindle motor of an optical disc drive (for DVD-ROM device) which is a kind of information equipment. The spindle motor includes a
軸受ユニット1は、焼結含油軸受1aと、焼結含油軸受1aを内径部に固定したハウジング1bとを主要構成要素として構成される。ハウジング1bは一端を開口すると共に、他端を閉塞した有底円筒型に形成され、一端側の開口部を上にしてベース17に固定される。ハウジングの他端側は例えば図示のように、スラスト軸受部12で閉塞される。スラスト軸受部12は、図2(a)に示すように、例えば、円板状に形成された樹脂製のスラストワッシャ12aと、これを支持する裏金12bとを積層した構造で、回転軸2は、その下端をスラストワッシャ12aに接触させてスラスト方向で支持される。スラスト軸受部12の構造は任意であり、例えば図2(b)に示すように、裏金12bの中心部に設けた凹所に樹脂製のスラストワッシャ12aを埋設してもよい。また、スラストワッシャ12aとハウジング1bとを一体成形してもよい。
The
焼結含油軸受1aは、図3に示すように、回転軸2の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面10bを有する焼結金属からなる円筒状の軸受本体10に、潤滑油あるいは潤滑グリース(低濃度の増稠剤を配合したものが望ましい)を含浸させて構成される。焼結金属からなる軸受本体10は、銅系あるいは鉄系、またはその双方を主成分とする焼結金属で形成され、望ましくは銅を20〜95%使用して成形される。軸受本体10の内周には、軸方向に離隔する2つの軸受面10bが形成され、2つの軸受面10bの双方に、それぞれ軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝10c(へリングボーン型)が円周方向に配列形成される。動圧溝10cは軸方向に対して傾斜して形成されていれば足り、この条件を満たす限りへリングボーン型以外の他の形状、例えばスパイラル型でもよい。動圧溝10cの溝深さは2〜6μm程度が適当で、例えば3μmに設定される。
As shown in FIG. 3, the sintered oil-impregnated
この焼結含油軸受1aでは、回転軸2の回転に伴う圧力発生と昇温による油の熱膨張によって軸受本体10の内部の潤滑剤(潤滑油または潤滑グリースの基油)が軸受本体10の表面からからにじみ出し、動圧溝の作用によって軸受隙間に引き込まれる。軸受隙間に引き込まれた油は潤滑油膜を形成して回転軸を非接触支持する。すなわち、ラジアル軸受面10bに、上記傾斜状の動圧溝10cを設けると、その動圧作用によってにじみ出した軸受本体10内部の潤滑剤が軸受隙間に引き込まれると共に、軸受面10bに潤滑剤が押し込まれ続けるので、油膜力が高まり、軸受の剛性を向上させることができる。
In this sintered oil-impregnated
軸受隙間に正圧が発生すると、ラジアル軸受面10bの表面に孔(開孔部:多孔質体組織の細孔が外表面に開口した部分をいう)があるため、潤滑剤は軸受本体の内部に還流するが、次々と新たな潤滑剤が軸受隙間に押し込まれ続けるので油膜力および剛性は高い状態で維持される。この場合、連続しかつ安定した油膜が形成されるので、高回転精度が得られ、軸振れやNRRO、ジッタ等が低減される。また、回転軸2と軸受本体10が非接触で回転するために低騒音であり、しかも低コストである。
When positive pressure is generated in the bearing gap, there is a hole in the surface of the
この実施形態では、軸受本体10を1個とし、その内径面の複数箇所(本実施形態では2箇所)に動圧軸受面1bを設けているが、これは複数個の軸受1を別体に配置した場合に問題となる精度不良等の弊害を回避するためである。すなわち、仮にハウジング1bに複数個の軸受1aを収納すると、各軸受1aの同軸度、円筒度などの精度が問題となり、精度が悪い場合、回転軸2と軸受1aが線接触したり、最悪の場合には回転軸2が2個の軸受を貫通しない場合も起こり得る。これに対し、上記のように1つの軸受本体10に複数の軸受面10bを形成しておけば、この種の問題を回避することができる。
In this embodiment, a
両ラジアル軸受面10bは、一方に傾斜する動圧溝10cが配列された第1の溝領域m1と、第1の溝領域m1から軸方向に離隔し、他方に傾斜する動圧溝10cが配列された第2の溝領域m2と、2つの溝領域m1、m2の間に位置する環状の平滑部nとを備えており、2つの溝領域m1、m2の動圧溝10cは平滑部nで区画されて非連続になっている。平滑部nと動圧溝10c間の背の部分10eは同一レベルにある。この種の非連続型の動圧溝10cは、連続型、すなわち平滑部nを省略し、動圧溝10cを両溝領域m1、m2間で互いに連続するV字状に形成した場合に比べ、平滑部nを中心として油が集められるために油膜圧力が高く、また溝のない平滑部nを有するので軸受剛性が高いという利点を有する。
Both radial bearing surfaces 10b are arranged with a first groove region m1 in which a
本発明においては、図4に示すように、軸受本体10のハウジング閉塞側の端面10f2を、この端面10f2に対向する対向面であるスラストワッシャ12aの上面に接触させることとした。この場合、熱膨張などによって過剰に漏れ出した油は、軸受本体10の端面チャンファ部10g(内径側)と回転軸2の外周面との間の空間、および端面チャンファ部10h(外径側)とハウジング1bの内周面との間の空間にとどまり、駆動停止時の軸受本体10の温度低下により、軸受本体10内部に容易に吸収される(毛細管現象)。したがって、軸受内部には常に潤沢な油が保持されるので、駆動時には軸受隙間に十分な油を常時保持することができ、安定した軸受性能を長期間維持することができる。
In the present invention, as shown in FIG. 4, the end surface 10f2 on the housing closing side of the bearing
もちろん、軸受本体10の上記端面10f2とスラストワッシャ12aとが接触していなくても、十分に近接しているのであれば、すなわち、前記毛細管現象により溜まった油を吸収できる範囲内で近接しているのであれば、図5に示すように端面10f2とスラストワッシャ12の上面13(対向面)との間に軸方向の隙間14を介在させてもよい。
Of course, even if the end face 10f2 of the bearing
図6に、隙間14の軸方向幅(s:図5参照)を変えた時(s=0mm、0.7mm、1.0mm、1.2mm)の軸振れ比と軸受本体10への注油量との関係を示す。軸受本体10は内径寸法をφ3mm、外径寸法をφ6mmとし、回転軸はアンバランス量0.5gr−cmを付与しつつ8000rpmで回転させた。試験に先立ち、軸受本体10には十分な潤滑油を含ませた。
6 shows the axial run-out ratio and the amount of lubrication to the bearing
この試験より、隙間14の軸方向幅sが1.2mmの時には、ほぼ隙間14の容積分の追加給油が必要であり、給油量が少ない場合には軸振れ比が急激に大きくなるが、軸方向幅sが1mm以下であれば追加給油の有無にかかわらず、十分に低い軸振れ比を達成できることが判明した。したがって、隙間14の軸方向幅sは1mm以下とするのが好ましく、例えば0.4mm程度に設定される。
From this test, when the axial width s of the
ところで、軸受ユニット1においては、図2(a)および図4に示すように、摩擦低減等の観点から回転軸2の下端を球面に形成する場合が多い。この場合、図4に示すように、回転軸2の球面部2aが軸受本体10のラジアル軸受面10bと重なっていると、軸受隙間が不均一となり、適正な動圧作用が得られない。従って、この場合には、図7に示すように、軸受本体10の内径チャンファ部10gから環状の平滑部10iを隔ててラジアル軸受面10bを設けることにより、軸受面10bを相対的に上方にずらせて、軸受面10bの全領域が回転軸2の球面部2aよりも上端側の円筒部2bと対向できるようにするとよい(図5参照)。この平滑部10iは、軸受本体10の両端部のうち、少なくとも一方の端部側、すなわちハウジング1bに組み込んだ際にハウジング1bの底部側に位置する端部(図7の左側)のみに形成すれば足りるが、他方の端部側(同右側)に同様の平滑部を設けても構わない。
Incidentally, in the
以上の説明では、軸受本体10の閉塞側端面10f2と対向する対向面13としてスラストワッシャ12aの上面を例示しているが、図9に示すように、スラストワッシャ12aの上面と軸受本体10との間にリング状のスペーサ15を配置することにより、スペーサ15の上面を上記端面10f2に対向する対向面13としてもよい。この場合、軸受本体10とスペーサ15は、図4および図5と同様に互いに接触させ、または所定範囲内で近接させておく。また、スペーサ15の内径寸法は、トルクが上昇しないようにラジアル軸受面10bの内径寸法よりも僅かに大きくする。ハウジング1bの開口側にスラスト軸受部12を配置する場合、例えば図18に示すように、軸2に設けた円板状のフランジ部2cを軸受本体10のハウジング開口側端面10f1に当接させてスラスト軸受部12を構成する場合は、ハウジング1bの底部を閉塞する底板16の上面(底面)を対向面13とし、この対向面13を軸受本体10のハウジング閉塞側端面10f2と接触させ、または所定範囲内で近接させる。
In the above description, the upper surface of the
なお、以上の説明では、動圧溝10cを軸受本体10の軸受面10bに設けた場合を例示したが、本発明は回転軸2の外周面に動圧溝を設けた場合にも同様に適用することができる。
In the above description, the case where the
図5に示す軸受ユニット1を実施例とし、図16に示す軸受ユニットを比較例として耐久試験を実施し、初期と2000h経過後の軸振れ特性をそれぞれ測定した。測定は何れも3台の軸受ユニットを用いて行った。また、実施例においては隙間14の幅sを0.2mm、平滑部10iの幅tを1mmとし、比較例においては隙間14’の幅s’を3mmとした。試験条件は以下の通りである。
An endurance test was conducted using the
使用モータ: ポリゴンスキャナモータ(実機モータ)
回転数 : 20000rpm
雰囲気温度: 50℃
なお、通常、ポリゴンスキャナモータにおいては、ミラー面よりも上方に回転軸の上端が突出していないが、本実験用として軸の上端を突出させたロータを試作した。したがって、軸振れはミラー面よりもかなり上側で測定しており、測定結果は相対的な比較データである。
Motor used: Polygon scanner motor (actual motor)
Rotational speed: 20000 rpm
Ambient temperature: 50 ° C
Normally, in the polygon scanner motor, the upper end of the rotating shaft does not protrude above the mirror surface, but a rotor with the upper end of the shaft protruding was made for the purpose of this experiment. Therefore, the axial run-out is measured substantially above the mirror surface, and the measurement result is relative comparison data.
測定結果を図8に示す。図示のように、初期では実施例および比較例とも軸振れの値はほとんど大差がないが、2000h経過後には、比較例の軸振れが著しく大きくなり、実施例品の優位性が確認された。 The measurement results are shown in FIG. As shown in the drawing, although the shaft runout values in the example and the comparative example are almost the same at the initial stage, the shaft runout in the comparative example became remarkably large after 2000 hours, and the superiority of the example product was confirmed.
図10および図11は、本発明の他の実施形態を示すもので、ハウジング1bの一端側開口部を非接触型のシール部材(シールワッシャ20)でシールしたものである。軸受ユニット1のうち、ハウジング1b上端のシール構造を除く他の構成要素、例えば動圧型焼結含油軸受1a、ハウジング1b、回転軸2、スラスト軸受部12等の構成は、以下に説明する事項を除き、図1乃至図9に示すものと同様の構成を適用することができる。
10 and 11 show another embodiment of the present invention, in which the opening at one end of the
シールワッシャ20は、中心部に回転軸2の挿入孔を有する薄肉円板状をなすもので、例えば樹脂材料(例えばポリアミドなど)で形成され、接着等の手段でハウジング1bの一端開口部に固定される。シールワッシャ20はワッシャ状に形成されていれば足り、樹脂以外にも金属で形成することもできる。シールワッシャ20の内周面は回転軸2の外周面にできるだけ近接させて、毛細管現象によりハウジング1b内部からの油漏れを防止する構造とする。シールワッシャ20を軸2に接触させると、トルクの増大・変動を招き、高精度が要求される情報機器用スピンドルモータとしては好ましくない。したがって、シールワッシャ20は軸2に対して非接触とする。シールワッシャ20の内周面と回転軸2の外周面との間の隙間の幅u1が0.1mm以下、望ましくは0.05mm以下であれば、たとえ軸姿勢を横向きや逆向きとした場合でも、毛細管現象により油漏れが確実に防止される。なお、隙間u1を介した空気の流通は確保されているので、ハウジング1b内からの空気の放出はスムーズに行われる。
The
回転軸2の外周面のうち、少なくともシールワッシャ20の内周面との対向部を含む領域(シールワッシャ20の厚みよりも大きな軸方向幅の領域)に、その全周にわって撥油剤21を塗布しておけば、軸2を伝わって漏れ出ようとする油をはじくことができ、油漏れを完全に防止することができる。撥油剤21としては、例えばパーフロロカーボンを主成分とするもの(ハーベスト社製、OS−90MF等)が使用可能である。
Of the outer peripheral surface of the
ところで、通常、回転軸2は、ハウジング1bにスラスト軸受部12を装着した状態で軸受1aの内径部に挿入される。軸2の挿入前には、図12に示すように、潤滑性向上のために予めハウジング1b内に油O(散点模様で示す)を注油する場合があるが、軸受1aと回転軸2の間の軸受隙間は数μm程度しかないため、軸端と注油した油Oの上面との間に閉じ込められた空気の逃げ場がなくなり、回転軸2の挿入が難しくなる。また、モータはその駆動時に発熱するが、発熱によって閉じ込められた空気が膨張し、回転軸2を押し上げて軸受性能を不安定化させたり、あるいは熱膨張した空気が油を軸受外に押し出して潤滑性を低下させるおそれもある。これらの問題は注油しない場合でも同様に生じる。
By the way, the
この対策として、図10および図11に示すように、軸受本体10の外径面とハウジング1bの内径面との間に、軸受本体10の軸方向両端に開口する通気路22を設け、この通気路22を通して閉じ込められた空気を軸受外に逃がすようにすればよい。この場合、油中に多少の空気が泡となって残存する場合もあるが、この種の泡は通気路22を通って浮き上がり、ハウジング1b外に放出される。従って、軸2の挿入後は、図13に示すように、ハウジング1b内の空間(軸受1aと対向面13の間の空間14、シールワッシャ20と軸受端面10f1の間の空間23、軸受隙間、通気路22等)を油Oで満たすことが可能となる。通気路22は、図3に示すように、軸受本体1aの外周面に軸方向の溝10jを設けることによって形成することができるが、ハウジング1bの内周面に同様の溝10jを設けてもよい。また、通気路22は1箇所だけでなく、円周方向の複数箇所に設けてもよい。
As a countermeasure against this, as shown in FIGS. 10 and 11, an
シールワッシャ20とこれに対向する軸受端面10f1との間の隙間23(以下、一端側隙間と称する)が大きすぎると、注油量によってはハウジング1b内の空間を油で満たすことができず、ハウジング1b内に残る空気量が多くなり、軸姿勢を横向きや逆向きにした場合に空気がスラストワッシャ12aと軸受端面10f2との間の隙間14(以下、他端側隙間と称する)に入り込むおそれがあって好ましくない。従って、一端側隙間23はできるだけ小さくするのが望ましく、その幅u2(図10参照)は例えば0.6mmに設定される。この隙間の幅u2は1.0mm以下であればよく、好ましくは0.5mm以下に設定されるが、他端側隙間14の幅sよりも大きく設定するのがよい(u2>s)。一端側隙間23が他端側隙間14よりも小さいと、軸姿勢を逆さまにした場合に、一端側隙間23が先に油で満たされ、逃げ場を失った空気が他端側隙間14に入り込む事態が予想されるためである。
If the
この実施形態の効果を確認するため、以下のような試験を実施した。 In order to confirm the effect of this embodiment, the following tests were conducted.
・雰囲気 :50℃
・軸径 :φ3
・軸姿勢 :逆向き
・回転数 :8000rpm
・試験時間:500時間
・評価項目:油漏れの状況(目視観察)および性能の変化(軸振れ、電流値) 試験に供した軸受ユニット1の寸法等は、図14に示す通りである。
・ Atmosphere: 50 ℃
・ Shaft diameter: φ3
・ Axis posture: Reverse direction ・ Rotation speed: 8000rpm
Test time: 500 hours Evaluation items: Oil leakage status (visual observation) and performance changes (shaft runout, current value) The dimensions and the like of the
試験結果を図15に示す。 The test results are shown in FIG.
比較例1のようにシールワッシャを設けていない場合、当然ながら注油した油が漏れ出てしまい、その部分に空気が巻き込まれるため、性能が大幅に低下した。電流値も大きくなっているので流体潤滑状態が損なわれ、金属接触を含む混合潤滑状態になっているものと推測される。 When the seal washer was not provided as in Comparative Example 1, the oil that was lubricated naturally leaked out, and air was caught in that portion, so the performance was greatly reduced. Since the current value is also increased, the fluid lubrication state is impaired, and it is presumed that the mixed lubrication state including the metal contact is achieved.
比較例2では、軸あるいはロータに油の付着が認められる程度ではあるが油漏れが認められる。電流値は若干小さくなったが、軸振れは初期に比べてかなり大きくなった。油漏れが発生したため、その部分に空気が侵入し、見かけ粘度が低下したため軸振れが大きくなったものと推測される。油漏れが生じた原因は、モータを逆向きにした際、軸受端面10f2とスラストワッシャ12a間の隙間14がシールワッシャ20と軸受端面10f1の間の隙間23よりも大きいため、シールワッシャ20と軸受端面10f1の間の隙間23が先に油で満たされ、逃げ場を失った空気が軸受端面10f2と対向面13の間の隙間14に入り込んだためと考えられる。軸受の温度が上昇すると気体の熱膨張の方が液体よりも大きいため、油が空気によって押し出されたものと思われる。
In Comparative Example 2, oil leakage is recognized although the adhesion of oil to the shaft or rotor is recognized. Although the current value was slightly smaller, the shaft runout was considerably larger than the initial value. Since oil leakage occurred, air intruded into that part, and the apparent viscosity decreased, so it is presumed that the shaft runout increased. The cause of the oil leakage is that when the motor is reversed, the
比較例3の場合も、軸あるいはロータに油の付着が認められる程度ではあったが油漏れが認められ、電流値は若干小さくなったが軸振れが初期に比べて大きくなった。シールワッシャ20と軸2の間の隙間が大きく、毛細管現象で油漏れを防止できなかったためと思われる。
In the case of Comparative Example 3 as well, although oil adhesion was recognized to the shaft or rotor, oil leakage was observed, and the current value was slightly smaller but the shaft runout was larger than the initial value. This is probably because the gap between the
比較例4の場合も、軸あるいはロータに油の付着が認められる程度ではあったが油漏れが認められ、電流値は若干小さくなったが、軸振れが初期に比べて大きくなった。シールワッシャ20と軸受端面10f1との隙間23が大きすぎたため、シールワッシャ20と軸受端面10f1間の毛細管現象が効かなかったためと考えられる。
In the case of Comparative Example 4 as well, although oil adhesion was recognized to the shaft or rotor, oil leakage was recognized and the current value was slightly smaller, but the shaft runout was larger than the initial value. This is probably because the
これに対して実施例1ではほとんど油漏れは認められず、性能も初期の状態を維持しており、良好な結果となった。 On the other hand, almost no oil leakage was observed in Example 1, and the performance was maintained at the initial state, and a good result was obtained.
また、実施例2では油漏れが全く認められなかった。実施例1では軸振れ等の性能に低下は認められなかったが、HDD装置のようにオイルミストの飛散も問題になるような機種の場合は、より確実な油漏れ防止効果を有する実施例2が好ましいと考えられる。 In Example 2, no oil leakage was observed. In the first embodiment, no deterioration was observed in the performance such as shaft runout. However, in the case of a model in which oil mist scattering is a problem as in the HDD apparatus, the second embodiment has a more reliable oil leakage prevention effect. Is considered preferable.
1 軸受ユニット
1a 焼結含油軸受
1b ハウジング
2 軸(回転軸)
3 光ディスク
2a 球面部
10 軸受本体
10b ラジアル軸受面
10c 動圧溝
10f1 軸受端面(一端側)
10f2 軸受端面(他端側)
10i 平滑部
10k 溝
12 スラスト軸受部
12a スラストワッシャ
13 対向面
14 隙間(他端側)
15 スペーサ
16 底板
20 シールワッシャ
21 撥油剤
22 通気路
23 隙間(一端側)
1 Bearing unit
1a Sintered oil-impregnated bearing
3 Optical disc
2a Spherical surface
10 Bearing body
10b Radial bearing surface
10c Dynamic pressure groove
10f1 Bearing end face (one end side)
10f2 Bearing end face (other end side)
10i smooth part
10k groove
12 Thrust bearing
12a Thrust washer
13 Opposite surface
14 Clearance (other end side)
15 Spacer
16 Bottom plate
20 Seal washer
21 Oil repellent
22 Ventilation path
23 Clearance (one end side)
Claims (11)
ハウジングの一端側開口部を、内周面を軸の外周面に近接させたシールワッシャでシールしたことを特徴とする動圧型焼結含油軸受ユニット。 A bearing body made of sintered metal and having a radial bearing surface facing the outer peripheral surface of the shaft through a bearing gap is impregnated with lubricating oil or lubricating grease, and is generated by relative rotation between the shaft and the bearing body. A hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing that supports the shaft in a non-contact manner by a dynamic pressure action, a housing in which one end is open and the other end is closed, and the dynamic pressure-type sintered oil-impregnated bearing is housed in the inner diameter portion, and the shaft is thrust-supported In a thing provided with a thrust bearing part,
A hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing unit characterized in that one end side opening of the housing is sealed with a seal washer whose inner peripheral surface is close to the outer peripheral surface of the shaft.
端面チャンファ部から環状の平滑部を隔ててラジアル軸受面が形成されている動圧型焼結含油軸受。 A radial bearing surface that is made of a sintered metal and is opposed to the outer peripheral surface of the shaft via a bearing gap in the axial direction, and a dynamic pressure groove that is inclined with respect to the axial direction is formed on the radial bearing surface, and at least In one provided with a bearing main body provided with an end face chamfered portion at one end inner diameter portion, and lubricating oil or lubricating grease impregnated in the bearing main body,
A hydrodynamic sintered oil-impregnated bearing in which a radial bearing surface is formed across an annular smooth portion from an end surface chamfer portion.
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