JP2007113722A - Fluid dynamic bearing device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は動圧流体軸受を使用した流体軸受装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device using a hydrodynamic bearing.
近年、回転するディスクを用いた記録装置等はその情報記憶容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、これらに使用される記録装置の軸受部は常にディスク負荷を高精度に回転させることができるように、高い性能と信頼性が要求されている。そこでこれら記録装置等には高速回転に適した流体軸受装置が用いられている。 In recent years, recording devices using rotating disks have increased their information storage capacity and the data transfer speed has been increased, so the bearings of the recording devices used for these devices always maintain the disk load with high accuracy. High performance and reliability are required so that it can be rotated. Therefore, a hydrodynamic bearing device suitable for high-speed rotation is used for these recording devices.
流体軸受装置は、軸とスリーブとの間に潤滑流体(一般的にはオイルであり、イオン性液体でも同様の効果有)を介在させ、動圧発生溝によって回転時にポンピング圧力を発生し、これにより軸がスリーブに対して非接触で回転する。流体軸受装置は、非接触で機械的な摩擦が無いため高速回転に適している。 In a hydrodynamic bearing device, a lubricating fluid (generally oil, which has the same effect as an ionic liquid) is interposed between a shaft and a sleeve, and a pumping pressure is generated during rotation by a dynamic pressure generating groove. As a result, the shaft rotates without contact with the sleeve. The hydrodynamic bearing device is suitable for high-speed rotation because it is non-contact and has no mechanical friction.
以下、図15〜25を参照しながら、従来の流体軸受装置の一例について説明する。図15は従来例の流体軸受装置の構成の概略を示す断面図である。図15において、流体軸受装置は、軸31、フランジ32、スリーブ33、スラスト板34、スリーブカバー35、オイル36、ロータ37、ディスク38、ロータ磁石39、ステータ40、ベース41を有する。軸31はフランジ32を一体的に有し、軸31はスリーブ33の軸受孔33Aに回転自在に挿入され、フランジ32はスリーブ33の下面部においてスリーブカバー35内に収納される。軸31の外周面または、スリーブ33の内周面の少なくともいずれか一方には動圧発生溝33B、33Cが設けられ、またフランジ32のスリーブ33との対向面、及びフランジ32とスラスト板34との対向面には動圧発生溝32A、32Bが設けられ、スラスト板34はスリーブカバー35に固着されている。各動圧発生溝33B、33C、32A、32Bの付近の軸受隙間は少なくとも潤滑流体36で充満されている。ロータ37は軸31に固定されロータ37には、図示しないクランパー等によってディスク38が固定される。
Hereinafter, an example of a conventional hydrodynamic bearing device will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional hydrodynamic bearing device. In FIG. 15, the hydrodynamic bearing device includes a
一方、スリーブ33の材質は金属焼結体から成り金属焼結体の内部に空孔が残留するため、これら空孔には予め潤滑流体36が注入された後にスリーブカバー35の中に軽圧入されて多孔質であるスリーブ33の全体を覆うように構成することでかろうじて潤滑流体36がスリーブ33の表面空孔から潤滑流体が外部へ流出して、スリーブ33内部に潤滑不足を生じ、流出した潤滑流体36がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染しないように構成している。カバー35はベース41に固定され、ロータ37にはロータ磁石39が取り付けられ、またベース41にはロータ磁石37に対向する位置にモータステータ40が固定される。
On the other hand, since the
以上のように構成された従来の流体軸受装置について、その動作について説明する。図15において、図示しない電子回路によりステータ40に回転磁界を発生させると、ロータ磁石39に回転力が与えられ、ロータ37、軸31、フランジ32、ディスク38が回転を始める。回転により、動圧発生溝33B、33C、32A、32Bは潤滑流体36をかき集め、軸31とスリーブ33の間、及びフランジ32とスリーブ33及びスラスト板34の間にポンピング圧力を発生する。これにより、軸31はスリーブ33とスラスト板34に対して非接触で回転し、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドにより、ディスク38上にデータの記録再生を行う。図15の従来の動圧流体軸受装置において、スリーブ33は、素材が安価で防錆効果を有する銅合金の金属焼結体が用いられている。
The operation of the conventional hydrodynamic bearing device configured as described above will be described. In FIG. 15, when a rotating magnetic field is generated in the
以下にスリーブ33の従来の製造方法について図16〜図21を用いて説明する。図16は予め準備された焼結金属素材46を用いて、軸受孔33及び動圧発生溝33B,33Cを加工して図15に示すスリーブ33を製造する成型装置の概略構造例を示している。図16においてこの成型装置は下型42、上型43、コアロッド44、外型45を有する。外型45は上型43の同軸上の外周面に摺動自在に設けられて、コアロッド44は外型45に同軸上の内周面に摺動自在に設けられ、その外周面44Aには魚骨状の凹部44B、44Cが別途エッチング加工法やショットピーニング加工法等を用いて、凹部の深さが均一になるように加工されている。
A conventional method for manufacturing the
図16においてまず、焼結金属素材46を下型42にセットし、次に図17に示すように、図中矢印に示すように上型43を下降させ焼結金属素材46に当接させ、次にコアロッド44を焼結金属素材46の内径に挿入する。次に図18に示すように、外型45を下降させるが、この時、外型の内周面は焼結金属素材46の外周面に圧力を与え、しごきながら下降する。このようにして図19に示すように焼結金属素材46は塑性流動し、コアロッド44の凹部44B、44Cにも流入し食らい付く。
In FIG. 16, first, the
次に図20に示すように外型45を上昇させると、金属焼結素材46はそのスプリングバック特性により内外径がそれぞれ約2マイクロメータ拡大する。次に図21に示すように上型43を上昇させると焼結金属素材46はこの成型装置から取り出すことができ、焼結金属素材46はその形状および内径33A及び動圧発生溝33B、33Cは加工完了し、図21に示すスリーブ33に成型されている。
しかしながら上記従来の流体軸受装置では、図20〜図21に示す様にコアロッド44に食らい付いたスリーブ33を、スリーブ33の内径がわずか2ミクロンメータ広がる程度の不十分なスプリングバックの特性により抜き取るので動圧発生溝33B、33Cの深さは図22に示す様に1マイクロメータ程度の浅い溝しか加工できなかった。このような浅い溝の場合は図25に示す様に図15に示す流体軸受装置の発生圧力が必要な圧力の約30%程度しか得られず、回転装置の性能及び信頼性が乏しかった。
However, in the above-described conventional hydrodynamic bearing device, as shown in FIGS. 20 to 21, the
またこの動圧発生溝33B、33Cの深さを例えば5マイクロメータ程度に深くしたい場合は図20〜図21に示すコアロッド44の魚骨状の凹部44B、44Cを深く加工しておくわけであるが、この場合は図23に示すように金属焼結素材46はそのスプリングバック量が不足するためにコアロッド44を無理抜きしなければならず、動圧発生溝33B、33Cとコアロッド44の魚骨状の凹部44B、44Cは干渉してしまう。そのため図24に示すように動圧発生溝33B、33Cは形状が崩れてしまっていた。従って従来の流体軸受装置は十分な動圧を発生していないため、高速で長時間、高温条件下で連続的に回転すると回転装置が短い時間でコスレを生じ、発熱して潤滑流体36がガス化したり、軸受が擦れたりする事があった。
Further, when it is desired to increase the depth of the dynamic
また、金属焼結体から成るスリーブは多孔質であり表面には一般的な製造条件の場合には、2パーセント以上の空孔が残留しているため、図15において、回転により、動圧発生溝33B、33C、32A、32Bは潤滑流体36をかき集め、軸31とスリーブ33の間、及びフランジ32とスリーブ33及びスラスト板34の間にポンピング圧力を発生するが、発生した圧力の約30パーセントが表面空孔から漏れてしまい軸受内周面に必要な圧力が得られず、流体軸受装置が高温等で使用されオイル36の粘度が低下した時や、ディスク38等の負荷が重い条件で使用された場合等に、軸31はスリーブ33とスラスト板34に対して浮上できず、接触して発熱したりこすれたりする場合があった。
In addition, since the sleeve made of a sintered metal is porous and the surface has pores of 2% or more in the case of general manufacturing conditions, dynamic pressure is generated by rotation in FIG.
そこで本発明は、上記した従来の技術では不十分とされる金属焼結体からなるスリーブの動圧発生溝の深さと表面形状の緻密さ(形状精度)を確保し、またスリーブの軸受面からの圧力もれによる性能劣化の課題を解決し、流体軸受装置の耐久性、回転精度、の向上ならびにコストの低減をはかるようにしたものである。 Therefore, the present invention ensures the depth of the dynamic pressure generating groove and the fineness of the surface shape (shape accuracy) of the sleeve made of a metal sintered body, which is insufficient with the above-described conventional technology, and also from the bearing surface of the sleeve. This solves the problem of performance deterioration due to the pressure leakage, and improves the durability and rotational accuracy of the hydrodynamic bearing device and reduces the cost.
前記従来の課題を解決するために、本発明の動圧流体軸受装置は、軸と、軸受孔を有し、前記軸が相対的に回転可能な状態で挿入されており、該軸受孔の内周面に動圧面を有し、前記内周面には動圧発生溝が形成された第1の溝(径小部)と、潤滑流体溜り部を形成するするための第2の溝(径大部)を有し、前記径小部に形成された前記動圧発生溝の断面形状は略円弧状であり、また、前記動圧発生溝の深さは、径大部の深さよりも大きく形成された焼結金属から成るスリーブ、および前記軸と前記スリーブ間に保持される潤滑流体を少なくとも有することを特徴とする動圧流体軸受である。 In order to solve the conventional problem, a hydrodynamic bearing device of the present invention has a shaft and a bearing hole, and the shaft is inserted in a relatively rotatable state. A first groove (small diameter portion) having a dynamic pressure surface on the peripheral surface, and a dynamic pressure generating groove formed on the inner peripheral surface, and a second groove (diameter) for forming a lubricating fluid pool portion The dynamic pressure generating groove formed in the small diameter portion has a substantially arc shape in cross section, and the depth of the dynamic pressure generating groove is larger than the depth of the large diameter portion. A hydrodynamic bearing comprising at least a formed sleeve made of sintered metal and a lubricating fluid held between the shaft and the sleeve.
また、本発明は前記スリーブの表面に、樹脂または水ガラスを含浸させる、加熱溶解し
た金属を含浸させる、もしくは、酸化膜を形成するかの、少なくともいずれか1つ以上の方法でスリーブの表面を封孔したものであり、さらにニッケルを含む金属メッキにより薄膜を形成し、スリーブの表面硬度を内部よりも向上させるものある。
In the present invention, the surface of the sleeve is impregnated with at least one of the following methods: impregnating the surface of the sleeve with resin or water glass, impregnating with a heat-dissolved metal, or forming an oxide film. In addition to sealing, a thin film is formed by metal plating containing nickel to improve the surface hardness of the sleeve more than the inside.
また、本発明の焼結スリーブは、軸受孔を有し、前記軸受孔の内周面に動圧発生溝を有し、前記軸受孔に軸が相対的に回転可能な状態で挿入されているスリーブを備えた動圧流体軸受の製造方法であって、前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、第1の成型体(金属素材)を形成する第1の工程と、前記金属素材を焼結する第2の工程と、前記焼結された第2の成型体(焼結金属素材)の内周面に転造により動圧発生溝を形成する第3の工程と、前記焼結された第2の成型体(焼結金属素材)に径大部と径小部を有するコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧し、前記コアロッドの径小部で動圧溝を有する軸受内径面を形成するとともに前記コアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部にて第2の溝を成型し、次に前記コアロッドを抜き去ることで前記スリーブを成型する第4の工程と、からなること特徴とする動圧流体軸受の製造方法である。 The sintered sleeve of the present invention has a bearing hole, a dynamic pressure generating groove on the inner peripheral surface of the bearing hole, and is inserted into the bearing hole in a state where the shaft is relatively rotatable. A method of manufacturing a hydrodynamic bearing having a sleeve, wherein the sleeve is formed by molding a metal powder into a hollow cylindrical shape to form a first molded body (metal material), and the metal material A third step of forming a dynamic pressure generating groove by rolling on the inner peripheral surface of the sintered second molded body (sintered metal material), and the sintering A core rod having a large diameter portion and a small diameter portion is inserted into the formed second molded body (sintered metal material) and then pressurized from above and below and from the side, and a bearing having a dynamic pressure groove at the small diameter portion of the core rod An inner diameter surface is formed and a second groove is formed on the inner peripheral surface of the sleeve at the large diameter portion of the core rod at the large diameter portion. A fourth step and method for producing a hydrodynamic bearing, characterized by consisting of molding the sleeve by pulled out the rod.
さらに加工精度を向上させるために、スリーブの表面に樹脂または水ガラスを含浸させ
る、または加熱溶解した金属を含浸させる、またはスリーブの表面に酸化膜を形成することで、スリーブの表面を封孔することである。また、スリーブ表面にニッケルを含む金属メッキ、またはDLCコーティングにより薄膜を形成すれば、スリーブの表面硬度を内部よりも向上し、最適なものとなる。
In order to further improve the processing accuracy, the sleeve surface is sealed by impregnating the surface of the sleeve with resin or water glass, impregnating with a metal melted by heating, or forming an oxide film on the surface of the sleeve. That is. Further, if a thin film is formed on the sleeve surface by metal plating containing nickel or DLC coating, the surface hardness of the sleeve is improved more than the inside, and the sleeve becomes optimum.
本発明は上記したように、スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、次にこれを焼結して焼結金属素材とし、次にこの焼結金属素材の内径にシャンクの外径に複数個のボールを有して成る転造工具を圧入して動圧発生溝を形成し、次にこの焼結金属素材の上下及び外径方向から加圧し、この焼結金属素材の内径にその一部に径小部を有するコアロッドを挿入して、コアロッドの径小部で動圧溝を有する軸受内面を形成し、同時にコアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部を成型し、次に焼結金属素材からコンロッドを抜き去ることで製造され、このようにして製造されたスリーブの動圧発生溝を有する内径を軸受面とし径大部を潤滑流体溜り部にしたことにより、動圧発生溝33B、33Cは形状が深く綺麗に形成できて、また軸受内周面は表面に残留空孔がなく緻密であり、動圧発生溝で発生した圧力が漏れず流体軸受面において高い圧力が発生できるため、軸31はスリーブ33とスラスト板34に対して安定して浮上でき、流体軸受の性能と信頼性が良好である。
As described above, according to the present invention, the sleeve is formed by molding a metal powder into a hollow cylindrical shape, and then sintering this to obtain a sintered metal material. Next, the inner diameter of the sintered metal material is adjusted to the outer diameter of the shank. A rolling tool having a plurality of balls is press-fitted to form a dynamic pressure generating groove, and then the sintered metal material is pressed from above and below and from the outer diameter direction, and the inner diameter of the sintered metal material is Inserting a core rod having a small diameter part in part, forming a bearing inner surface having a dynamic pressure groove at the small diameter part of the core rod, and simultaneously molding the large diameter part on the sleeve inner peripheral surface at the large diameter part of the core rod, Next, the connecting rod is manufactured by removing the connecting rod from the sintered metal material, and the inner diameter of the sleeve manufactured in this way having the dynamic pressure generating groove is the bearing surface, and the large diameter portion is the lubricating fluid reservoir. The
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1〜図14は本発明の流体軸受装置の構成と製造方法を示す図である。図1において、流体軸受装置は、軸1、フランジ2、スリーブ3、スラスト板4、オイル6、ロータ7、ディスク8、ロータ磁石9、ステータ10、ベース5を有する。軸1はフランジ2を一体的に有し、軸1はスリーブ3の軸受孔3Aに回転自在に挿入され、フランジ2はスリーブ3の下面部においてスリーブの凹部に収納される。軸1の外周面または、スリーブ3の内周面の少なくともいずれか一方には動圧発生溝3B、3Cが設けられ、またフランジ2のスリーブ3との対向面、及びフランジ2とスラスト板4との対向面には動圧発生溝2A、2Bが設けられ、スラスト板4はスリーブ3に固着されている。各動圧発生溝3B、3C、2A、2Bの付近の軸受隙間は少なくともオイル6で充満されている。ロータ7は軸1に固定されロータ7には、図示しないクランパー等によってディスク8が固定される。3Dは径大部であり潤滑流体溜り部になっている。
(Embodiment 1)
FIGS. 1-14 is a figure which shows the structure and manufacturing method of the hydrodynamic bearing apparatus of this invention. In FIG. 1, the hydrodynamic bearing device includes a
一方、スリーブ3の材質は図2に部分断面図を示すように、金属焼結体3Eから成り、金属焼結体3Eの内部に残留する空孔3Fには必要に応じて予め樹脂、水ガラス等を含浸し固化させるか、または、錫、亜鉛等の低融点金属を高温下で注入したあと常温で固化させるか、または、スリーブ3の表面に必要に応じて400℃〜700℃の高温水蒸気処理により四三酸化鉄の層3Gを約1〜10マイクロメータの厚さに設けるかの、少なくとも1つ以上の方法でスリーブ3の表面を封孔している。
On the other hand, the material of the
さらにスリーブ3の表面は必要に応じてニッケルを含む成分のメッキまたはDLCの硬質皮膜3Hを厚さ1〜10マイクロメータの厚さに形成している。このようにスリーブ3の表面は完全に封孔されているため従来の流体軸受装置のようにスリーブカバーが不要であり、また、表面空孔から潤滑流体が流出して内部に潤滑流体不足を生じ、流出した潤滑流体6がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染しない。スリーブ3はベース5にスリーブカバーを介せず直接接着剤等により固定され、ロータ7には図示しないロータ磁石9が取り付けられ、またベース5にはロータ磁石9に対向する位置にモータステータ10が固定される。スリーブ3はスリーブカバーを介せずに直接ベース5に固定できるため、取付け時の直角度や同軸度が出やすく高精度に組み立てすることが可能である。
Furthermore, the surface of the
以上のように構成された本発明の流体軸受装置について、その動作について説明する。図1において、図示しない電子回路によりステータ10に回転磁界を発生させると、ロータ磁石9に回転力が与えられ、ロータ7、軸1、フランジ2、ディスク8が回転を始める。回転により、動圧発生溝3B、3C、2A、2Bは潤滑流体6をかき集め、軸1とスリーブ3の間、及びフランジ2とスリーブ3及びスラスト板4の間にポンピング圧力を発生する。これにより、軸1はスリーブ3とスラスト板4に対して非接触で回転し、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドにより、ディスク8上にデータの記録再生を行う。本発明においては、スリーブカバーが不要であり、また、表面空孔から潤滑流体が流出して内部に潤滑流体不足を生じ、流出した潤滑流体6がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染する心配がない。
The operation of the hydrodynamic bearing device of the present invention configured as described above will be described. In FIG. 1, when a rotating magnetic field is generated in the
以下にスリーブ3の製造方法について図3〜図14を用いて説明する。図3は焼結金属素材11の形状を成型する第1サイジング金型である。12は下型、13は上型、14はピン、15は外型である。焼結金属体11は鉄粉または銅粉を図示しない金型で予め圧縮成型し、次にその圧縮された金属粉を図示しない焼成炉を用いて予め焼結した半完成品であるが、図3の下型12に焼結金属素材11をセットし、図中矢印に示すように上型13と外型15を下降させ焼結金属素材11を圧縮成型する。
Below, the manufacturing method of the
圧縮成型後の焼結金属素材11Aは図4に示す溝転造装置の取付け台16にセットし、加工中に焼結金属体が位置ズレを起こさないように図中矢印方向にクランプ17を下降させることで固定し、シャンク18Aの外周面に複数個のボール18Bを一体的に配置した転造工具を焼結金属素材11Aの内径に圧入し、シャンクに上下方向に送りを与えながら、正方向回転及び逆方向回転を与え、焼結金属素材11にボール18Bにより動圧発生溝11Eを加工する。この時焼結金属体11Aに加工された動圧発生溝11Eは図6に示すように溝深さ(hg)は約10マイクロメータの深さであり、動圧発生溝11Eの周辺にはバリ11Fが多く残っている。上記のようなボール転造により動圧発生溝を形成するので、その断面形状は略円弧状になっている。さらに溝底面および溝側面は、転造ボールが溝に与える表面しごき効果により、表面粗さが滑らかになっている。
The
尚、図示しない金型で圧縮成型され、焼成された焼結金属体11の半製品は、図3に示す第1のサイジング型を用いた加工を省略し図4の溝転造加工を行ってもよい。ただし、図3に示す第1サイジング型での加工を行った方が、図4に示す溝転造加工時に焼結金属素材11の内径の寸法ばらつきが少なくなり、動圧発生溝11Eの深さが安定する。
In addition, the semi-finished product of the
次に、図7〜図12に示す第2サイジング金型を用いて溝加工後の焼結金属素材11Aの内径面の仕上げ加工及び、図11に示すオイル溜まりの機能を得るための径大部3Dの加工を施す。図7においてこの第2サイジング金型は下型19、上型20、コアロッド21、外型22を有する。外型22は上型20の同軸上の外周面に摺動自在に設けられて、コアロッド21は上型20に対し同軸上の内周面に摺動自在に設けられ、その外周面21Aには外周面に同軸に細径部21Bと、外周面21Aとほぼ同一径の太径部21Cを有しており、細径部21Bは別途研磨加工等により直径が約2マイクロメータ細く加工され、細径部の円筒面は金型として必要な高精度で滑らかな円筒面に加工されている。
Next, using the second sizing mold shown in FIGS. 7 to 12, finishing the inner surface of the
図7においてまず、動圧溝11Eが加工された焼結金属素材11Aを下型19にセットし、上型20を図中矢印方向に下降させ焼結金属素材11Aに当接させ、コアロッド21を焼結金属素材11Aの内径に挿入する。次に図8に示すように、外型22を下降させるが、この時、外型22の内周面は焼結金属素材11Aの外周面に圧力を与え、しごきながら下降する。このようにして図8に示すように焼結金属素材11Aはコアロッド21の細径部21Aに塑性流動して軸受内径面が成型され、またコアロッド21の外周面21Aとほぼ同一径の太径部21Cは焼結金属素材11Aの内径に径太部3Dを成型する。この時点の動圧発生溝の深さと形状は、図12に記号hgに示すように約5マイクロメータの深さに成型される。
In FIG. 7, first, the
図12に示す記号dRはコアロッド21の太径部21Cにより成型される段差を示しており、この段差は約1マイクロメータである。次に図9に示すように上型20及び外型22を上昇させると、金属焼結素材11Aはそのスプリングバック特性により内外径がそれぞれ約2マイクロメータ拡大し、コアロッド21と金属焼結体11Aの間には微小な隙間が生じる。次に図10に示すようにコアロッド21を上昇させると焼結金属素材11Aは、この第2サイジング金型から取り出すことができ、焼結金属素材11Aはその形状および内径及び動圧発生溝は加工完了し、図1及び図11に示すスリーブ3になっている。
A symbol dR shown in FIG. 12 indicates a step formed by the large-
図13はスリーブ3の動圧発生溝3B、3Cの各種形状と図1に示す流体軸受装置の軸受寿命の関係を示すデータである。我々の実験によれば、図中記号(A)に示す溝深さ(hg)が不十分であり1マイクロメータの条件(図22と同様の溝形状の場合)の軸受寿命と、記号(B)に示す溝深さ(hg)は5マイクロメータであり十分であるが、動圧発生溝33Bの形状が崩れており、軸受面に平滑な円筒面が形成されていない条件(図24と同様の溝形状の場合)の軸受寿命は、いずれも要求される寿命の約半分しか満たすことができなかった。動圧発生溝が浅すぎる(A)の場合はポンピング力が不足して性能と信頼性が得られない訳であり、また一方、動圧発生溝の形状が崩れている(B)の場合は、軸の表面に対向しなければならないスリーブ軸受穴に円筒面が構成できないのでこれが原因でポンピング圧力が発生しにくいものと考えられる。一方、図中(C)に示すように溝深さ(hg)が5マイクロメータで十分な深さがあり、かつ図12に示すように溝形状に崩れがない軸受の条件では図1に示す流体軸受装置は必要十分な寿命を得ることができた。また、前述したように、ボール転造によって動圧発生溝が形成されるので、溝の断面形状は略円弧状であり、流体の流れが他の形状(例えば矩形形状)の場合よりもスムーズであり、回転性能に優れていることがわかった。さらに、ボール転造によって形成された動圧発生溝の溝底面および溝側面の表面粗さは、転造ボールが溝表面に与える表面しごき効果により滑らかであり、流体の流れがスムーズになり、これも回転性能の向上に寄与していることがわかった。
FIG. 13 is data showing the relationship between various shapes of the dynamic
尚、本実施例において軸1の材質はステンレス鋼、高マンガンクロム鋼、または炭素鋼を用いた。軸1のラジアル軸受面の表面粗さは0.01〜0.8マイクロメータの範囲に加工により仕上げた材料を使用している。
In this example, the material of the
尚、本実施例の図2のスリーブ3において表面硬化層3Hは、ニッケルと燐を主成分とする無電解メッキを採用し、その表面はビッカース硬度600以上を得ている。または3次元DLC加工(栗田製作所)によるコーティングを施し表面はビッカース硬度800以上を得ている。これらのいずれかの硬化層3Hを設けることにより流体軸受装置の耐摩耗性と信頼性を向上させている。
In the
尚、図2のスリーブにおいて空孔3Fには、熱硬化性または嫌気硬化性のアクリル樹脂を低圧槽の中で含浸した。これらの樹脂は硬化させる前に十分洗浄を行うため、表面付近に付着した樹脂はすべて除去され、内部に含浸された樹脂だけが残留し硬化する。つまり、スリーブの内部は樹脂3Fで封孔され、表面は酸化鉄皮膜3Gまたはメッキ層3Hで封孔されるものである。
In the sleeve of FIG. 2, the
尚、図1におけるスリーブ3の成分に関し、圧粉成型に用いる金属粉末については、真鍮など銅系のものでもよいが、モータの回転軸との熱線膨張係数差を小さくするためには鉄成分を全体の80重量%以上を占める成分からなる鉄系の粉末または純鉄が好ましい。鉄粉を圧粉成型した後、これを焼結して軸受用の焼結体素材としている。一般的に動圧流体軸受装置におけるスリーブ3と軸1の隙間は2〜5マイクロメータ程度に設定され、封孔処理後の表面処理精度および使用時における熱線膨張係数差における使用環境温度差の問題は流体軸受装置にとって重要である。また、スリーブ3の成分に鉄系材料を採用することで圧粉成型金属焼結体素材11Aの多孔質表面に四三酸化鉄(Fe3O4)皮膜を形成することが容易に行える。
In addition, regarding the components of the
尚、本実施例の流体軸受装置は、例えば特開2000−197309号公報(流体動圧軸受を備えたモータ及びこのモータを備えた記録ディスク駆動装置)の図2に示す様に軸の上側にロータが固定され軸の下側にリング形状の部材が取り付けられ、このリング形状の部材周辺がラジアル軸受面に隣接する潤滑流体溜り部を有し、ロータの下面とスリーブの上面が対向してスラスト軸受面を形成された動圧流体軸受装置においても本発明は適用できるものである。 The hydrodynamic bearing device of this embodiment is, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-197309 (a motor equipped with a fluid dynamic pressure bearing and a recording disk drive device equipped with this motor) as shown in FIG. The rotor is fixed and a ring-shaped member is attached to the lower side of the shaft. The periphery of the ring-shaped member has a lubricating fluid reservoir adjacent to the radial bearing surface, and the thrust lower surface is opposed to the upper surface of the sleeve. The present invention can also be applied to a hydrodynamic bearing device having a bearing surface.
尚,本実施例の流体軸受装置は軸の両端が固定され、スリーブが軸を中心に回転する、図示しない、軸固定式軸受構造の流体軸受にも適用できるものである。 The hydrodynamic bearing device of the present embodiment can also be applied to a hydrodynamic bearing having a fixed shaft bearing structure (not shown) in which both ends of the shaft are fixed and a sleeve rotates around the shaft.
(実施の形態2)
図14は第2の実施例の流体軸受装置の軸受部を示す構成図である。1は軸、2はフランジ、23はスリーブ、23Aは軸受孔、23B、23Cは動圧発生溝、2A、2Bはフランジ2に設けられた動圧発生溝、23Dは径大部、23Jは連通孔、24はキャップである。
(Embodiment 2)
FIG. 14 is a block diagram showing the bearing portion of the hydrodynamic bearing device of the second embodiment. 1 is a shaft, 2 is a flange, 23 is a sleeve, 23A is a bearing hole, 23B and 23C are dynamic pressure generation grooves, 2A and 2B are dynamic pressure generation grooves provided in the
この第2の実施例の流体軸受装置の動作については図1に示す第1の実施例と同じである。ただ、スリーブ23に少なくとも1ケ所に明けられた連通孔23Jからは軸受内の潤滑流体6に含まれた空気25が膨張した際に軸受外部に排出することで動圧発生溝23B、23C、2A、2Bにおいて気泡の存在を防止し潤滑流体6の油膜を確実に形成し流体軸受装置の信頼性を向上させることができる。
The operation of the hydrodynamic bearing device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. However, when the
連通孔23Jは焼結金属体からなるスリーブ23に図示しないドリルで穴をあける方法で加工しても良く、または図14に示すように直溝状の連通孔23Jを外周面に有するスリーブ23とパイプ23Kを共に焼結金属体で成型し高温で焼結後にパイプ23Kにスリーブ23を圧入することで一体化すると同時に連通孔23Jを構成し、その後は第1の実施例と同様に図4に示す溝転造装置 と、図7〜図10に示す第2サイジング金型を用いて成型する方法で加工しても良い。このようにスリーブ23とパイプ23Kを組み合わせて構成すれば連通孔23Jが最も安価に構成することができる。流体軸受装置の高速回転での性能と信頼性を確保するためには連通孔23Jの存在は大変有効であり、このように2個の焼結金属体を組み合わせて連通孔23Jを構成する方法の経済効果は大きい。
The
この流体軸受装置によっても、上記第1の実施の形態の流体軸受装置と同様な効果を得ることができる。 Also with this hydrodynamic bearing device, the same effect as the hydrodynamic bearing device of the first embodiment can be obtained.
本発明は、ハードディスク装置やその他の装置に用いられる流体軸受装置に関し、スリーブの軸受孔に軸が相対的に回転自在に挿入され、スリーブの軸受孔に動圧発生溝を有する軸受面を有し、前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、金属素材を形成する第1の工程と、前記金属素材を焼結する第2の工程と、前記焼結金属素材の内周面に転造により動圧発生溝を形成する第3の工程と、前記焼結金属素材に径大部と径小部を有するコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧し、前記コアロッドの径小部で動圧溝を有する軸受内径面を形成すると同時に前記コアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部を成型し、次に前記コアロッドを抜き去ることで前記スリーブを成型する第4の工程と、からなり、このようにして成型されたスリーブの動圧発生溝を有する内径を軸受面とし、スリーブの径大部を潤滑流体溜り部にすることで、高精度に動圧発生溝が加工され、圧力漏れが無く高性能長寿命な流体軸受及びその製造方法が得られる。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device used in a hard disk device and other devices, and has a bearing surface in which a shaft is relatively rotatably inserted into a bearing hole of a sleeve and has a dynamic pressure generating groove in the bearing hole of the sleeve. The sleeve is formed by forming a metal powder into a hollow cylindrical shape to form a metal material, a second step of sintering the metal material, and an inner peripheral surface of the sintered metal material. A third step of forming a dynamic pressure generating groove by manufacturing; inserting a core rod having a large diameter portion and a small diameter portion into the sintered metal material; And forming the inner diameter surface of the bearing having a dynamic pressure groove at the same time, forming the larger diameter portion on the inner peripheral surface of the sleeve at the larger diameter portion of the core rod, and then molding the sleeve by removing the core rod. And formed in this way The sleeve's inner diameter with the dynamic pressure generating groove is used as the bearing surface, and the large diameter portion of the sleeve is used as the lubricating fluid reservoir, so that the dynamic pressure generating groove is processed with high accuracy, and there is no pressure leakage and high performance and long service life. A fluid bearing and a manufacturing method thereof are obtained.
1、31 軸
2、32 フランジ
3、23、33 スリーブ
3A、33A 軸受孔
3B,3C、2A、2B、33A、33B、33C 動圧発生溝
3D 径大部
4、34 スラスト板
5、41 ベース
6、36 潤滑流体
7、37 ロータ
8、38 ディスク
9、39 ロータ磁石
10、40 ステータ
11、46 焼結金属素材
12、19、43 下型
13、20、42 上型
14 ピン
15、22、45 外型
18A シャンク
18B ボール
21、44 コアロッド
23K パイプ
24 キャップ
1, 31
Claims (10)
軸受孔を有し、前記軸が相対的に回転可能な状態で挿入されており、
該軸受孔の内周面に動圧面を有し、
前記内周面には動圧発生溝が形成された第1の溝と、潤滑流体溜り部を形成するための第2の溝を有し、
前記内周面には動圧発生溝が形成された第1の溝の断面形状は略円弧状であり、また、前記動圧発生溝の深さは、前記第2の溝の深さよりも大きく形成された焼結金属から成るスリーブ、
および前記軸と前記スリーブ間に保持される潤滑流体を少なくとも有する
ことを特徴とする動圧流体軸受。 The axis,
Having a bearing hole, the shaft is inserted in a relatively rotatable state,
A dynamic pressure surface on the inner peripheral surface of the bearing hole;
The inner peripheral surface has a first groove in which a dynamic pressure generating groove is formed, and a second groove for forming a lubricating fluid reservoir,
The cross-sectional shape of the first groove in which the dynamic pressure generating groove is formed on the inner peripheral surface is a substantially arc shape, and the depth of the dynamic pressure generating groove is larger than the depth of the second groove. A sleeve made of formed sintered metal,
And at least a lubricating fluid held between the shaft and the sleeve.
記載の動圧流体軸受。 The hydrodynamic bearing according to claim 1, wherein the surface of the sleeve is impregnated with resin or water glass to seal the surface.
を形成し、スリーブの表面硬度を内部よりも向上させる、動圧流体軸受。 5. A hydrodynamic bearing, wherein a thin film is formed on the surface of the sleeve according to claim 1 by metal plating containing nickel to improve the surface hardness of the sleeve from the inside.
し、スリーブの表面硬度を内部よりも向上させる、動圧流体軸受。 5. A hydrodynamic bearing, wherein a thin film is formed by DLC coating on the surface of the sleeve according to claim 1 to improve the surface hardness of the sleeve from the inside.
前記動圧流体軸受に固定され、前記動圧流体軸受を回転可能にするハブと、
前記ハブに固定されたマグネットと、
前記動圧流体軸受を固定するベースプレートと、
前記マグネットと対向するように前記ベースプレートに固定されたステータと、
を備えているスピンドルモータ。 The hydrodynamic bearing according to any one of claims 1 to 6,
A hub fixed to the hydrodynamic bearing and enabling the hydrodynamic bearing to rotate;
A magnet fixed to the hub;
A base plate for fixing the hydrodynamic bearing;
A stator fixed to the base plate so as to face the magnet;
A spindle motor equipped with.
を備えた動圧流体軸受の製造方法であって、
前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、第1の成型体を形成する第1の工程と、
前記第1の成型体を焼結する第2の工程と、
前記焼結された第2の成型体の内周面に転造により動圧発生溝の第1の溝を形成する第3の工程と、
前記焼結された第2の成型体に径大部と径小部を有するコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧し、前記コアロッドの径小部で動圧溝を有する第1の溝の軸受内径面を形成するとともに前記コアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部にて第2の溝を成型し、次に前記コアロッドを抜き去ることで前記スリーブを成型する第4の工程と、
からなること特徴とする動圧流体軸受の製造方法。 A sleeve having a bearing hole, a dynamic pressure generating groove on an inner peripheral surface of the bearing hole, and a shaft inserted into the bearing hole in a relatively rotatable state;
A method of manufacturing a hydrodynamic bearing comprising:
The sleeve is formed by molding a metal powder into a hollow cylindrical shape to form a first molded body;
A second step of sintering the first molded body;
A third step of forming the first groove of the dynamic pressure generating groove by rolling on the inner peripheral surface of the sintered second molded body;
A core rod having a large-diameter portion and a small-diameter portion is inserted into the sintered second molded body, and then pressurized from above and below and from the side, and a first groove having a dynamic pressure groove at the small-diameter portion of the core rod. A second inner groove is formed on the inner peripheral surface of the sleeve at the larger diameter portion of the core rod, and then the sleeve is formed by removing the core rod. Process,
A method of manufacturing a hydrodynamic bearing characterized by comprising:
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2005306922A JP2007113722A (en) | 2005-10-21 | 2005-10-21 | Fluid dynamic bearing device and its manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009035010A1 (en) * | 2007-09-11 | 2009-03-19 | Mitsubishi Materials Pmg Corporation | Powder compact, sintered bearing, and process for producing the same |
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2005
- 2005-10-21 JP JP2005306922A patent/JP2007113722A/en active Pending
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