JP2005351376A - 動圧軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 正逆両回転方向に使用可能の動圧軸受を提供する。
【解決手段】 軸受スリーブ３を焼結金属製で形成する。軸受スリーブ３の内周に正回転用および逆回転用の動圧溝領域Ａ１，Ａ２をそれぞれ形成し、軸部材の外周と軸受スリーブ３内周の動圧溝領域Ａ１，Ａ２との間のラジアル軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材を正逆回転方向でラジアル方向に非接触支持する。両動圧溝領域Ａ１，Ａ２の各動圧溝４には、これを区画する区画壁８のない開口部４ａを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、動圧軸受に関するものである。

動圧軸受は、高回転精度、高速回転、低コスト、低騒音等の特徴を有し、近年ではこれらの特徴を活かして、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のディスク装置のスピンドルモータ、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、ＤＬＰ方式のビデオプロジェクタ、その他軸流ファン等の小型モータ用の軸受として広く使用されている。

この動圧軸受は、軸受スリーブの内周に軸部材を挿入し、軸受スリーブの内周と軸部材の外周との間のラジアル軸受隙間に動圧溝の動圧作用で流体圧力を発生させ、この圧力で軸部材を非接触支持するものである。

この動圧軸受において、動圧溝は軸受スリーブの内周あるいは軸部材の外周に形成されるが、特に軸受スリーブの内周に動圧溝を形成する場合、複雑な形状を有する動圧溝を精度良くかつ能率的に形成することは一般に難しい。従来では、軟質金属製の軸受スリーブの内周に特殊な治具を挿入して動圧溝を転造する方法が主流であり、その一例が特開２０００−３１２９４３号公報（特許文献１）に記載されている。
特開２０００−３１２９４３号公報

ところで、従来の動圧軸受は、軸部材の回転方向が一方向（正回転）に限定されているが、これを逆回転方向でも使用可能とすれば、動圧軸受の用途のさらなる拡大に有益である。また、回転方向が一方向に限定されている場合、軸受スリーブを軸受装置に組み込む際に、回転方向と適合した向きに軸受スリーブを組み込む必要がある。従来では、軸受スリーブの向きを識別できるように軸受スリーブ表面に識別マークを付しているが、それでも組み込み作業の煩雑化は避けられない。

その一方、逆回転でも使用可能とするためには、正回転用の動圧溝とは別に、これとは逆向きに傾斜した動圧溝を新たに形成する必要がある。従来では、動圧溝を転造成形しているため、より複雑な形状となる正逆両回転用の動圧溝を成形することは困難で、上記要請に応えることは難しかった。仮に正逆両回転用の動圧溝を成形できたとしても、軸受スリーブがソリッドな金属材料で形成されている場合には、正回転時に逆回転用の動圧溝から負圧が発生するため、これがホワールの発生や油漏れの要因となるおそれがある。

そこで、本発明は、正逆両回転方向に使用可能の動圧軸受を提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明にかかる動圧軸受は、内周に、複数の動圧溝を円周方向に配列した動圧溝領域を有する軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿入された軸部材とを備え、軸部材と軸受スリーブの相対回転時に、軸部材の外周と軸受スリーブの内周との間のラジアル軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向に非接触支持するものにおいて、軸受スリーブが焼結金属製で、軸受スリーブの内周に正回転用および逆回転用の動圧溝領域がそれぞれ形成され、かつこれら動圧溝領域を有する軸受スリーブの内周面が型成形された面であり、これら動圧溝領域の各動圧溝が、これを区画する区画壁のない開口部を有するものである。

このように軸受スリーブを焼結金属製とすれば、動圧溝領域は、これに対応する凹凸形状を有する溝型部を軸受スリーブの内周に配置し、軸受スリーブに圧迫力を付与して軸受スリーブの内周面を溝型部に押し付けることにより形成することができる。この場合、軸受スリーブの内周面が塑性変形を起こして溝型部の凹凸形状が軸受スリーブの内周面に転写されるため、当該内周面に型成形した動圧溝領域が形成される。この型成形であれば、正回転用と逆回転用の動圧溝を有する複雑な形状の動圧溝領域を精度良く、かつ能率的に成形することができ、これにより正逆両回転方向に使用可能の動圧軸受が提供可能となる。また、正回転時に逆回転用の動圧溝で負圧が発生した際にも、軸受スリーブ内部から表面開孔を通じてラジアル軸受隙間に油が滲み出でるため、負圧を低減しあるいは相殺することができる。このとき、軸受スリーブの内周面、特に正逆両回転用の動圧溝領域の表面開孔率は２〜２０％の範囲に設定するのが望ましい。２％を下回ると負圧の低減効果が不十分となり、２０％を越えると十分な動圧作用が得られないからである。

この成形方法において、溝型部は軸受スリーブの内周に挿入される部材（例えばコアロッド）の外周面に形成される。溝型部の成形方法としては種々の手法が知られているが、成形精度やコストを考慮すると、エッチングやマイクロブラストにより行うのが好ましい。何れの手法による場合でも、溝型部のうち、動圧溝の成形部（あとで動圧溝を成形する凸部分）をマスクキングした上で、それ以外の部分を腐食もしくは研削することにより、溝型部が成形される。

ところで、図８に示すように、型成形された正逆両回転方向の動圧溝領域Ａ１，Ａ２が、全部または一部の動圧溝４の周囲を、平滑部５や背の部分６の側壁である区画壁８で完全に閉鎖した形態を有する場合（このように完全閉鎖された動圧溝を符号Ｘで示す）、これを成形する溝型部では、閉鎖された動圧溝Ｘに対応する部分が周囲から孤立分離した島状となって突出する。かかる島状の凸部のみを精度よくマスキングすることは不可能であり、この種の動圧溝領域Ａ１，Ａ２を有する溝型の製作が困難となる。

これに対し、本発明では、動圧溝領域の各動圧溝が、これを区画する区画壁のない開口部を有するものであり、その周囲全てを区画壁で閉鎖した動圧溝は存在しない。従って、溝型部では、動圧溝を成形する溝成形部同士を凸部として連続させることができ、周囲から分離した島状の溝成形部を排除することができる。従って、溝型部の全領域を精度良くマスキングすることが可能となり、溝型部の製作が容易となって高精度の動圧溝成形が可能となる。

この動圧溝領域は、軸受スリーブの内周に挿入可能で、外周面に動圧溝領域に対応した形状の溝型部を備え、溝型部が、軸受スリーブの内周に正回転用および逆回転用の動圧溝領域をそれぞれ成形すると共に、これら動圧溝領域における各動圧溝を、区画壁のない開口部を有する形状に成形する動圧溝成形金型を用いることにより、精度良く型成形することができる。

なお、正回転用と逆回転用の各動圧溝領域は、その軸方向位置をずらして配置する他、その軸方向位置を同じにして配置することができる。

以上から、本発明によれば、正逆両回転方向に使用可能な動圧軸受を低コストに得ることができる。これにより動圧軸受の用途を拡大することができ、また、回転方向が一方向に限定される場合でも、軸受スリーブを組み込む際の方向性が問題とならず、組み込み作業性が改善される。特に本発明では、動圧溝領域を型成形する際にも精度の良い溝型部を製作することができるので、高精度の動圧溝成形が可能となる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図２に示すように本発明にかかる動圧軸受１は、軸部材２と、軸部材２を内周に挿入した円筒状の軸受スリーブ３とを主要構成要素とする。

軸部材２はステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸受スリーブ３の内周と対向する外周面２ａは平滑な円筒面状に形成される。軸受スリーブ３は、焼結金属、例えば銅あるいは鉄、もしくは双方を主成分とする焼結金属に潤滑油（又は潤滑グリース）を含浸させた含油焼結金属で形成される。軸受スリーブの内周面には、図１に示すように、複数の動圧溝４を有する帯状の動圧溝領域Ａ１，Ａ２が軸方向の複数箇所（図示例では４箇所）に形成される。

各動圧溝領域Ａ１，Ａ２は、軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝４を円周方向に配列したもので、図１は、その一例として、中心線の両側に傾斜方向を逆にして動圧溝４を配列した、いわゆるヘリングボーン形の動圧溝領域を例示している。但し、この配列は例示にすぎず、これ以外の形状の動圧溝領域を形成することもできる。

図１では、軸方向で隣り合う動圧溝４間に環状の平滑部５を設け、この平滑部５で区画することにより、軸方向で隣り合う動圧溝４同士を非連続とした非連続タイプの動圧溝領域Ａ１，Ａ２を例示している。この非連続型では、円周方向で隣り合う動圧溝４間の背の部分６と平滑部５とが同一レベルとなる。この他、平滑部５を廃し、軸方向で隣り合う動圧溝４同士を連続させた連続型の動圧溝領域Ａ１，Ａ２（図４参照）を使用することもできる。

本発明では、動圧溝領域Ａ１，Ａ２として、正回転時に動圧作用を生じる正回転用の動圧溝領域Ａ１と、逆回転時に動圧作用を生じる逆回転用の動圧溝領域Ａ２の二種類が設けられ、この点が正回転用の動圧溝領域Ａ１のみを有する従来品（図７参照）と異なる点となる。正回転用の動圧溝領域Ａ１と逆回転用の動圧溝領域Ａ２とでは、動圧溝４の傾斜方向が逆になっている以外は、動圧溝４の大きさ、形状、深さ、およびその数が同じである。二種類の動圧溝領域Ａ１，Ａ２は軸方向で交互に配置されている。

この実施形態において、正回転用の動圧溝領域Ａ１は、軸受スリーブ３の内周面を円周方向等ピッチに分割してできる一部領域であって、円周方向に離隔した複数（望ましくは三以上）の領域に形成される。逆回転用の動圧溝領域Ａ２も同様の態様で配置されているが、その円周方向の位相は正回転用の動圧溝領域Ａ１とずれている。両動圧溝領域Ａ１，Ａ２の円周方向両端では、背の部分６が相手側の動圧溝領域の背の部分６と連続している（連続した背の部分を符号６’で示す）。従って、隣接する二つの動圧溝領域Ａ１，Ａ２は、その一部が軸方向で重複した形態となっている。

何れの動圧溝領域Ａ１，Ａ２においても、凸状なす平滑部５および背の部分６の側壁が区画壁８となって動圧溝４を区画形成する。動圧溝４の軸方向一方側の端部には、区画壁８のない開口部４ａが形成され、この開口部４ａを介し、当該動圧溝４が軸受スリーブ３の内周面（内周チャンファ３ａも含む）と軸部材２の外周面２ａとの間に形成される半径方向の隙間に開口する。

この動圧軸受において、軸部材２と軸受スリーブ３のうち、一方（例えば軸受スリーブ３）を固定して他方（例えば軸部材２）を正方向に回転すると、動圧溝４の動圧作用により、正回転用の動圧溝領域Ａ１とこれに対向する軸部材２の外周面２ａとの間のラジアル軸受隙間に油等の潤滑流体の圧力が発生し、この圧力によって軸部材２と軸受スリーブ３とが非接触に保持される。逆方向に回転させた場合も同様に、逆回転用の動圧溝領域Ａ２とこれに対向する軸部材２の外周面２ａとの間のラジアル軸受隙間に潤滑流体の圧力が発生し、この圧力によって軸部材２と軸受スリーブ３とが非接触に保持される。そのため、一つの動圧軸受１で正逆両方向の回転を支持することが可能となる。

特に図示のように正回転用の動圧溝領域Ａ１と逆回転用の動圧溝領域Ａ２の軸方向位置をずらして形成した場合、動圧発生時における正回転用および逆回転用の動圧溝領域Ａ１，Ａ２の相互干渉を抑制できるため、高い回転精度を得ることができる。

このように動圧軸受１を正逆両回転方向で使用可能とすれば、軸部材の回転方向が何れか一方向に限定される場合でも、軸受スリーブ３の向きが問題とならないため、組み込み作業性を改善すると共に、軸受スリーブ３の向きを外部から視認するための識別マークを不要とすることができる。

この軸受スリーブ３内周の動圧溝領域Ａ１，Ａ２は、型成形で形成される。図３は、この型成形工程の一例を示すものである。この工程は、図示のように、円筒状の焼結金属素材３’の内周に、軸受スリーブ３の内周面形状に対応する形状の溝型部１１ａを外周面に形成した動圧溝成形金型１１（例えばコアロッド）を挿入した状態で、焼結金属素材３’を、その軸方向両端面をパンチ１２ａ，１２ｂで拘束してダイス１３に押し入れることにより行われる。ダイス１２内では焼結金属素材３’にパンチ１２ａ，１２ｂおよびダイス１３から圧迫力が付与され、その内周面がコアロッド１１の溝型部１１ａに押し付けられる。これにより、焼結金属素材３'の内周面が塑性変形を起こして溝型部１１ａの凹凸形状が転写され、動圧溝領域Ａ１，Ａ２が型成形される。この際、動圧溝領域Ａ１，Ａ２の動圧溝４、背の部分６、さらには平滑部５は溝型部１１ａの凹凸によって同時成形（サイジング）される。

成形終了後に焼結金属素材３’をダイス１３から取り出すと、素材３’のスプリングバックによってその内周面が拡径するため、溝型１１ａと成形後の動圧溝領域Ａ１，Ａ２とを干渉させることなく、スムーズに焼結金属素材３’を脱型することができる。脱型した焼結金属素材３’に真空含浸等の手段で潤滑油を含浸させることにより、軸受スリーブ３が得られる。

図１に示す動圧溝領域Ａ１，Ａ２においては、各動圧溝４に区画壁８のない開口部４ａを設けてあるので、図３に示す溝型部１１ａのうち、動圧溝４を成形する凸状の溝成形部１１ａ１は、その周囲から孤立した島状とならず、各溝成形部１１ａ１を円周方向で連続する凸部に含めることができる。従って、溝型部１１ａの製作段階でも各溝成形部１１ａ１を精度良くマスキングすることができ、これによりその後のエッチングやサンドブラストで高精度の溝型部１１ａが製作可能となるので、正逆両回転用の動圧溝領域Ａ１，Ａ２を精度良くかつ能率的に成形することができる。

以下、図４〜図６に基いて、本発明の他の実施形態を説明する。

図４は、軸受スリーブ内周の隣接する正逆両動圧溝領域Ａ１，Ａ２を、それぞれ平滑部５を廃した連続タイプに形成した例である。この場合、動圧溝４は、背の部分６の側壁からなる区画壁８によって区画される。両動圧溝領域Ａ１，Ａ２は、その軸方向位置をずらしてそれぞれ軸受スリーブ３内周面の全周にわたって形成される。特にこの実施形態では、両動圧溝領域Ａ１，Ａ２の軸方向に対向しかつ傾斜方向の等しい動圧溝４および背の部分を共通化することにより（この共通化した部分をそれぞれ符号４’、６’で表す）、両領域Ａ１，Ａ２を軸方向で一部重複させている。

この場合も連続した各動圧溝４、４’が、区画壁８のない開口部４ａを有するので、動圧溝領域Ａ１，Ａ２を成形する溝型部１１ａの溝成形部１１ａ１（何れも図３参照）は孤立した島状とならず、隣接する溝成形部１１ａ１同士で連続させることができる。従って、溝型部１１ａの製作時における溝成形部１１ａ１のマスキングを精度よく能率的に行うことができる。特に本実施形態のような連続タイプでは、全ての溝成形部１１ａ１を連続させることが可能となるので、マスキング作業もより一層容易にかつ精度良く行うことができる。

図５は、正逆回転方向の動圧溝領域Ａ１，Ａ２の軸方向位置を同じにし、両動圧溝領域Ａ１，Ａ２を軸方向で完全に重複させたものである。この場合、図１に示す実施形態に比べ、正回転時および逆回転時のそれぞれで、軸方向に離隔した同種の動圧溝領域間（Ａ１とＡ１の間、Ａ２とＡ２の間）の軸方向ピッチＰがさらに増すため、軸受のモーメント剛性をより高めることができる。

この場合、正回転用の動圧溝領域Ａ１は、図１に示す実施形態と同様に、軸受スリーブ３の内周面を円周方向等ピッチに分割してできる一部領域であって、円周方向に離隔した複数（望ましくは三以上）の領域に形成される。逆回転用の動圧溝領域Ａ２は、円周方向の位相を正回転用の動圧溝領域Ａ１とずらして、これと同様の態様で配置されている。

この実施形態においても、各動圧溝４に区画壁８のない開口部４ａが設けられるので、動圧溝領域Ａ１，Ａ２を成形する溝型部１１ａの溝成形部１１ａ１（何れも図３参照）は孤立した島状とならない。従って、各溝成形部１１ａ１同士を互いに連続した凸部として形成することができ、図１の実施形態と同様に、動圧溝領域Ａ１，Ａ２を精度よく型成形することが可能となる。

図６に示す実施形態は、図５に示す実施形態において、正回転用の動圧溝領域Ａ１と逆回転用の動圧溝領域Ａ２とにおける動圧溝４の数を異ならせた例である（図示例は正回転用の動圧溝の数を多くした場合を示す）。この場合、動圧溝数の少ない逆回転用動圧溝領域Ａ２での動圧作用が減じられ、動圧溝数の多い動圧溝領域Ａ１での動圧作用が増加するため、正回転時にはラジアル軸受隙間により多くの圧力を発生させることができ、特に逆回転時に比べて正回転時により高面圧が必要となる用途に好適な動圧軸受を提供することができる。この実施形態においても、各動圧溝４に区画壁８のない開口部４ａが設けられるので、動圧溝領域Ａ１，Ａ２を成形する溝型部１１ａの溝成形部１１ａ１（何れも図３参照）は孤立した島状とならず、各溝成形部１１ａ１を連続した凸部として形成することができ、図１の実施形態と同様に、動圧溝領域Ａ１，Ａ２を精度よく型成形することが可能となる。

本発明の第一の実施形態を示すもので、軸受スリーブの断面図である。 図１に示す軸受スリーブを使用した動圧軸受の断面図である。 動圧溝領域の成形工程を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態を示す断面図である。 本発明の第三の実施形態を示す断面図である。 本発明の第四の実施形態を示す断面図である。 従来の動圧溝領域の形態を示す断面図である。 本発明にかかる動圧溝領域との比較例を示す軸受スリーブの断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受
２ 軸部材
２ａ 外周面
３ 軸受スリーブ
３ａ チャンファ部
４ 動圧溝
４ａ 開口部
５ 平滑部
６ 背の部分
８ 区画壁
１１ コアロッド
１１ａ 溝型部
１１ａ１ 溝成形部
１２ａ，１２ｂ パンチ
１３ ダイス
Ａ１ 動圧溝領域（正回転用）
Ａ２ 動圧溝領域（逆回転用）

Claims (5)

1. 内周に、複数の動圧溝を円周方向に配列した動圧溝領域を有する軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿入された軸部材とを備え、軸部材と軸受スリーブの相対回転時に、軸部材の外周と軸受スリーブの内周との間のラジアル軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向に非接触支持する動圧軸受において、
   軸受スリーブが焼結金属製で、軸受スリーブの内周に正回転用および逆回転用の動圧溝領域がそれぞれ形成され、かつこれら動圧溝領域を有する軸受スリーブの内周面が型成形された面であり、これら動圧溝領域の各動圧溝が、これを区画する区画壁のない開口部を有することを特徴とする動圧軸受。
2. 焼結金属の正回転用と逆回転用の各動圧溝領域を、その軸方向位置をずらして配置した請求項１記載の動圧軸受。
3. 正回転用と逆回転用の各動圧溝領域を、その軸方向位置を同じにして配置した請求項１記載の動圧軸受。
4. 軸受スリーブの内周面の表面開孔率を２〜２０％にした請求項１記載の動圧軸受装置。
5. 軸受スリーブの内周に挿入可能で、外周面に動圧溝領域に対応した形状の溝型部を備える動圧溝成形用金型において、
   溝型部が、軸受スリーブの内周に正回転用および逆回転用の動圧溝領域をそれぞれ成形すると共に、これら動圧溝領域における各動圧溝を、区画壁のない開口部を有する形状に成形することを特徴とする動圧溝成形金型。

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