JP2008138846A - Fluid bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体軸受装置に関する。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device.
流体軸受装置は、軸受隙間に生じる潤滑流体の流体膜で軸を相対回転自在に支持するものである。この種の軸受装置は、特に高速回転時における回転精度、静粛性等に優れており、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として好適に使用される。具体的には、HDD等の磁気ディスク装置、CD−ROM、CD−R/RW、DVD−ROM/RAM等の光ディスク装置、MD、MO等の光磁気ディスク装置等におけるスピンドルモータ用の軸受装置として、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、プロジェクタのカラーホイールモータ、ファンモータなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。 The hydrodynamic bearing device supports a shaft so as to be relatively rotatable with a fluid film of a lubricating fluid generated in a bearing gap. This type of bearing device is particularly excellent in rotational accuracy, quietness, etc. during high-speed rotation, and is suitably used as a bearing device for motors mounted on various electrical devices including information devices. Specifically, as a bearing device for a spindle motor in magnetic disk devices such as HDD, optical disk devices such as CD-ROM, CD-R / RW, DVD-ROM / RAM, magneto-optical disk devices such as MD and MO, etc. Alternatively, it is preferably used as a bearing device for a motor such as a polygon scanner motor of a laser beam printer (LBP), a color wheel motor of a projector, or a fan motor.
最近では、情報機器の更なる高速回転化に対応すべく、これらに組み込まれて使用される流体軸受装置にも、より一層の高回転精度が求められている。また、上記情報機器用のモータの消費電力を低減する目的、あるいはモータの立ち上がり時間の短縮化を図る目的から、回転精度の向上と共に駆動時の更なるトルク低減が要求されている。 Recently, in order to cope with further high-speed rotation of information equipment, even higher rotational accuracy is required for the hydrodynamic bearing device incorporated and used therein. Further, for the purpose of reducing the power consumption of the motor for information equipment or for the purpose of shortening the rise time of the motor, there is a demand for further reduction of torque during driving as well as improvement of rotation accuracy.
トルク低減のための手段としては、例えば、軸部材の外周面のうち、ラジアル軸受隙間と向かい合う領域以外に小径部、いわゆるヌスミ部を設けた構成が知られている(例えば、特許文献1を参照)。かかる構成とすることで、ヌスミ部とこれに向かい合う軸受スリーブとの半径方向隙間をラジアル軸受隙間より大きくとることができ、その分のロストルクの低減化を図っている。
このように、低トルク化を目的としてヌスミ部は設けられるが、このヌスミ部を設けたが故に顕著となる問題もある。例えば、ヌスミ部を設けていない構成であれば、ロストルクは大きいものの、その分、高温時における潤滑油の粘度低下に対しても軸受剛性を確保することができる。これに対して、ヌスミ部を設けた構成では、その半径方向隙間が拡がるために、高温時、十分な大きさの軸受剛性を維持できなくなる可能性がある。このように、ロストルクと軸受剛性とは本来的に相反する関係にあるため、単にヌスミ部を設けただけでは双方の特性を満足することは難しい。 As described above, the nuisance portion is provided for the purpose of reducing the torque, but there is also a problem that becomes noticeable because the nuisance portion is provided. For example, if the structure is not provided, the loss torque is large, but the bearing rigidity can be ensured against the decrease in the viscosity of the lubricating oil at a high temperature. On the other hand, in the configuration provided with the Nusumi portion, since the radial gap is widened, there is a possibility that a sufficiently large bearing rigidity cannot be maintained at a high temperature. As described above, since the loss torque and the bearing rigidity are inherently contradictory to each other, it is difficult to satisfy both characteristics simply by providing a crushed portion.
あるいは、ヌスミ部を設けることで、軸受内部に保持される潤滑油の油量が増加することも新たな問題の温床となり得る。すなわち、この種の流体軸受装置では、非常に少量の潤滑油を精密に充填するようにしているため、潤滑油の充填空間となる軸受内部空間が僅かでも増加すると、その増加分に応じて高温時の膨張量が増す。そのため、所定のバッファ容量を超えて潤滑油が膨張することで油漏れを生じる恐れがある。 Alternatively, the provision of the Nusumi portion can increase the amount of lubricating oil retained inside the bearing, which can be a new problem hotbed. In other words, in this type of hydrodynamic bearing device, a very small amount of lubricating oil is precisely filled. Therefore, if the bearing internal space that becomes the lubricating oil filling space increases even slightly, the temperature increases according to the increase. The amount of expansion at the time increases. Therefore, there is a possibility that oil leakage may occur due to the expansion of the lubricating oil exceeding a predetermined buffer capacity.
以上の事情に鑑み、本発明では、低トルク化を図りつつも、使用時の温度変化に起因する軸受機能上の不具合を回避し得る流体軸受装置を提供することを技術的課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a hydrodynamic bearing device capable of avoiding problems in bearing function due to temperature change during use while reducing torque.
前記課題を解決するため、本発明は、互いに外径寸法の異なる大径部と小径部とを有する軸部と、大径部の外周面とこの外周面に向かい合う面との間に形成される軸受隙間と、軸受隙間を満たすと共に小径部と接する潤滑流体とを備え、軸受隙間に形成される潤滑流体の流体膜を介して軸部を相対回転自在に支持する流体軸受装置において、小径部の外周面を含む領域を、大径部とは線膨張係数の異なる材料で形成したことを特徴とする流体軸受装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is formed between a shaft portion having a large diameter portion and a small diameter portion having different outer diameter dimensions, and an outer peripheral surface of the large diameter portion and a surface facing the outer peripheral surface. In a hydrodynamic bearing device that includes a bearing gap and a lubricating fluid that fills the bearing gap and is in contact with the small diameter portion, and supports the shaft portion in a relatively rotatable manner through a fluid film of the lubricating fluid formed in the bearing gap. A hydrodynamic bearing device is provided in which a region including an outer peripheral surface is formed of a material having a linear expansion coefficient different from that of a large diameter portion.
上述のように、本発明では、軸部のうち、軸受隙間を形成する箇所(大径部)とは別に、軸受隙間を満たす潤滑流体と接する小径部を設けることで、この小径部の外周面と向かい合う面との間の半径方向隙間を軸受隙間より大きくとるようにした。これにより、小径部が面する半径方向隙間におけるロストルクを減じ、装置全体としての低トルク化を可能とした。併せて、本発明では、小径部の外周面を含む領域を大径部とは線膨張係数の異なる材料で形成することで、小径部が面する半径方向隙間の温度変動量(温度変化に応じて変動する量)を、軸受隙間の温度変動量とは異ならせた。これにより、例えば(1)小径部の外周面を含む領域を、大径部よりも線膨張係数の高い材料で形成した場合、高温時には、小径部の外周面は、大径部の外周面に比べて大きく外側に拡がる(膨張する)ことで、軸受隙間に比べて、小径部が面する半径方向隙間をより大きく詰めることができる。従って、上述の構成によれば、ロストルクを低減しつつも、軸受剛性の低下を極力小さく抑えることができる。また、低温時には、小径部が面する半径方向隙間の増大量が軸受隙間のそれに比べて大きくなるため、潤滑流体の粘度上昇に伴うロストルクの増加を抑制することが可能となる。 As described above, in the present invention, the outer peripheral surface of the small-diameter portion is provided by providing a small-diameter portion in contact with the lubricating fluid that fills the bearing clearance separately from the portion (large-diameter portion) that forms the bearing clearance in the shaft portion. The gap in the radial direction between the face and the face is set larger than the bearing gap. As a result, the loss torque in the radial gap facing the small diameter portion is reduced, and the torque of the entire apparatus can be reduced. In addition, in the present invention, the region including the outer peripheral surface of the small-diameter portion is formed of a material having a linear expansion coefficient different from that of the large-diameter portion, so that the temperature fluctuation amount of the radial gap that the small-diameter portion faces (according to the temperature change). The amount of fluctuation in temperature) was made different from the amount of temperature fluctuation in the bearing gap. Thus, for example, (1) when the region including the outer peripheral surface of the small diameter portion is formed of a material having a higher linear expansion coefficient than that of the large diameter portion, the outer peripheral surface of the small diameter portion becomes the outer peripheral surface of the large diameter portion at high temperatures. Compared to the bearing gap, the radial gap facing the small diameter portion can be made larger than that by expanding (expanding) to the outside. Therefore, according to the above-described configuration, it is possible to suppress the decrease in bearing rigidity as much as possible while reducing the loss torque. Further, at the time of low temperature, the increase amount of the radial clearance that the small diameter portion faces becomes larger than that of the bearing clearance, so that it is possible to suppress an increase in loss torque accompanying an increase in the viscosity of the lubricating fluid.
また、(2)小径部の外周面を含む領域を、大径部よりも線膨張係数の低い材料で形成した場合、高温時には、小径部の外周面は、大径部の外周面に比べて外側に拡がる(膨張する)量が小さい。そのため、小径部とこれに向かい合う面との間に形成される半径方向隙間をなるべく確保して、軸受内部空間に充填された潤滑流体の膨張をこの隙間で吸収(言い換えると、膨張分のスペースを確保)することができる。従って、バッファ容量の増大化を図ることなく、高温時の油漏れを可及的に回避することができる。 (2) When the region including the outer peripheral surface of the small diameter portion is formed of a material having a lower linear expansion coefficient than that of the large diameter portion, the outer peripheral surface of the small diameter portion is higher than the outer peripheral surface of the large diameter portion at high temperatures. The amount of outward expansion (expansion) is small. For this reason, a radial clearance formed between the small diameter portion and the surface facing this is ensured as much as possible, and the expansion of the lubricating fluid filled in the bearing internal space is absorbed by this clearance (in other words, the space for expansion is reduced). Secure). Therefore, oil leakage at high temperatures can be avoided as much as possible without increasing the buffer capacity.
また、情報機器の最近の小型化を受けて、これら情報機器に組み込む流体軸受装置にも小型化の要請が強まる中、バッファ容積の増加に伴う流体軸受装置の大型化は当然に回避すべき課題となるところ、本発明によれば、バッファ容量の増大を狙ってシール空間(を形成するシール部)の軸方向寸法を大きく取らずに済む。そのため、流体軸受装置の大型化、特に長尺化を回避することができ、これを組み込むべき情報機器の小型化にも対応することが可能となる。 In addition, with the recent downsizing of information equipment, the demand for downsizing of hydrodynamic bearing devices incorporated in these information equipment has increased, and naturally, the increase in size of hydrodynamic bearing devices due to the increase in buffer volume is a problem to be avoided. Thus, according to the present invention, it is not necessary to increase the axial dimension of the seal space (the seal portion forming the seal space) in order to increase the buffer capacity. For this reason, it is possible to avoid an increase in size of the hydrodynamic bearing device, in particular, an increase in length, and it is possible to cope with a reduction in size of an information device into which this is to be incorporated.
上記構成の小径部は、例えば、軸受隙間が軸方向に離隔して形成される構成において、各々の軸受隙間を形成する複数の大径部の間に形成することができる。このように、複数の軸受隙間を軸方向に離隔して形成することで、更なる軸受剛性の向上、特にモーメント荷重に対する軸受剛性の向上が図られると共に、必然的に生じる軸受隙間の間のスペースを、ロストルク低減のためのスペースとして有効に利用することができる。 The small-diameter portion having the above configuration can be formed, for example, between a plurality of large-diameter portions that form the respective bearing gaps in a configuration in which the bearing gaps are formed apart in the axial direction. Thus, by forming a plurality of bearing gaps apart in the axial direction, the bearing rigidity can be further improved, especially the bearing rigidity against moment load, and the space between the bearing gaps that is inevitably generated. Can be effectively used as a space for loss torque reduction.
小径部の外周面を含む領域は、大径部とは線膨張係数の異なる材料で形成されていればよく、目的に応じて、小径部および大径部の材料の組み合わせが任意に可能である。例えば、大径部を含む軸部本体を機械的強度、耐食性に比較的優れた金属材料で形成する場合、小径部の外周面を含む領域を樹脂で形成することが可能である。この場合、小径部の外周面を含む領域を、この領域を除く軸部本体をインサート部品とする樹脂の射出成形で形成すれば、双方の部分をそれぞれ別体に形成して一体化する場合と比べて工程数の削減につながるため好ましい。また、小径部の外径寸法と大径部の外径寸法との差を、樹脂の成形収縮でもって得るようにすれば、成形金型をシンプルな形状(例えば軸部を収容するキャビティは径一定のストレートな形状)とすることができ、コストの低減化につながる。また、この場合、軸部に予め設けておいた窪み(小径部よりも外径寸法は小さい)を樹脂で埋めるだけでよいので、小径部の軸方向の位置決めも効率よく行うことができる。 The region including the outer peripheral surface of the small diameter portion only needs to be formed of a material having a linear expansion coefficient different from that of the large diameter portion, and any combination of materials of the small diameter portion and the large diameter portion is possible depending on the purpose. . For example, when the shaft portion main body including the large diameter portion is formed of a metal material having relatively excellent mechanical strength and corrosion resistance, the region including the outer peripheral surface of the small diameter portion can be formed of resin. In this case, if the region including the outer peripheral surface of the small-diameter portion is formed by resin injection molding using the shaft main body excluding this region as an insert part, both portions are formed separately and integrated. This is preferable because it leads to a reduction in the number of processes. In addition, if the difference between the outer diameter of the small diameter part and the outer diameter of the large diameter part is obtained by molding shrinkage of the resin, the molding die can have a simple shape (for example, the cavity that accommodates the shaft part has a diameter). A certain straight shape), leading to cost reduction. Further, in this case, it is only necessary to fill a recess (an outer diameter smaller than that of the small diameter portion) provided in advance in the shaft portion with resin, so that the small diameter portion can be positioned in the axial direction efficiently.
以上のように、本発明によれば、低トルク化を図りつつも、使用時の温度変化に起因する軸受機能上の不具合を回避し得る流体軸受装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hydrodynamic bearing device capable of avoiding problems in bearing function due to temperature change during use while reducing torque.
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の一実施形態に係る流体軸受装置(動圧軸受装置)1を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。このスピンドルモータは、例えばHDD等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部2を回転自在に支持する流体軸受装置1と、軸部2に固定されたハブ3と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル4aおよびロータマグネット4bとからなる駆動部4と、ブラケット5とを備えている。ステータコイル4aはブラケット5の側に取付けられ、ロータマグネット4bはハブ3の側に取付けられる。流体軸受装置1はブラケット5の内側に固定される。ハブ3には、情報記憶媒体としてのディスクDが1又は複数枚(図1では2枚)保持される。上述のように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル4aに通電すると、ステータコイル4aとロータマグネット4bとの間に発生する励磁力でロータマグネット4bが回転し、それによってハブ3と、ハブ3に保持されたディスクDとが軸部2と一体に回転する。
FIG. 1 conceptually shows one configuration example of a spindle motor for information equipment incorporating a fluid dynamic bearing device (dynamic pressure bearing device) 1 according to an embodiment of the present invention. This spindle motor is used in a disk drive device such as an HDD, for example, and has a hydrodynamic bearing
図2は、流体軸受装置1を示している。この流体軸受装置1は、軸受部材6と、軸受部材6の内周に位置し、軸受部材6に対して相対回転する軸部2と、軸受部材6を一部挟む形で軸部2の両端側に固定され、軸受部材6の双方の端面との間にそれぞれスラスト軸受隙間を形成するフランジ部9、10とを備える。なお、以下の説明では、便宜上、流体軸受装置1から軸部2のハブ3側に突出する側を上側、軸部2の突出側と反対の側を下側としているが、これにより、モータや流体軸受装置の設置方向や使用態様等が特定されるわけではない。
FIG. 2 shows the hydrodynamic bearing
軸受部材6は、ハウジング部7と、ハウジング部7の内周に一体又は別体に配設されるスリーブ部8とで構成される。
The bearing
ハウジング部7は両端開口の筒状をなし、例えば真ちゅう等の金属で、あるいはLCP、PPS、PEEK等の結晶性樹脂をベースとする樹脂組成物の射出成形で形成される。もちろん、ハウジング部7の内部に充填される潤滑油に対して十分な耐浸透性(耐油性)を有するのであれば、PPSU、PES、PEI等の非晶性樹脂をベースとする樹脂組成物を射出成形することでハウジング部7を形成することもできる。この実施形態では、ハウジング部7の内周面7aは径一定の円筒面形状をなし、その軸方向中間位置にスリーブ部8を固定している。
The
スリーブ部8は、例えば金属製の非孔質体あるいは焼結金属からなる多孔質体で円筒状に形成される。この実施形態では、スリーブ部8は、Cuを主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング部7の内周面7aに、例えば接着(ルーズ接着を含む)、圧入(圧入接着を含む)、溶着(超音波溶着を含む)等、適宜の手段で固定される。もちろん、スリーブ部8を樹脂やセラミック等、金属以外の材料で形成することも可能である。また、焼結金属等の多孔質体以外にも、内部空孔を持たない、あるいは潤滑油の出入りができない程度の大きさの空孔を有する構造の材料で形成することもできる。
The
スリーブ部8の内周面8aの全面又は一部領域には、ラジアル動圧発生部として複数の動圧溝を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図3(a)に示すように、複数の動圧溝8a1、8a2をヘリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して2箇所形成される。これら動圧溝8a1、8a2の形成領域はそれぞれラジアル軸受面として軸部2の大径部2aと対向し、軸部2の回転時には、大径部2aとの間に後述する第1、第2ラジアル軸受部R1、R2のラジアル軸受隙間をそれぞれ形成する(図2を参照)。
A region where a plurality of dynamic pressure grooves are arranged as a radial dynamic pressure generating portion is formed on the entire or partial region of the inner
スリーブ部8の上端面8bの全面又は一部領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図3(b)に示すように、複数の動圧溝8b1をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝8b1形成領域はスラスト軸受面として、第1フランジ部9の下端面9aと対向し、軸部2の回転時には、下端面9aとの間に後述する第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間を形成する(図2を参照)。
As shown in FIG. 3B, for example, as shown in FIG. 3B, a region where a plurality of dynamic pressure grooves 8b1 are arranged in a spiral shape is formed on the entire
スリーブ部8の下端面8cの全面又は一部領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図3(c)に示すように、複数の動圧溝8c1をスパイラル状に配列した領域が形成される。この動圧溝8c1形成領域はスラスト軸受面として、第2フランジ部10の上端面10aと対向し、軸部2の回転時には、上端面10aとの間に後述する第2スラスト軸受部T2のスラスト軸受隙間を形成する(図2を参照)。
As shown in FIG. 3C, for example, as shown in FIG. 3C, a region where a plurality of dynamic pressure grooves 8c1 are arranged in a spiral shape is formed on the entire
軸部2は、例えばSUS鋼等の金属材料で形成され、スリーブ部8の内周に挿入される。軸部2は主に大径部2aと小径部2bとからなる。この実施形態では、大径部2aは軸方向に離隔して形成されると共に、各大径部2a、2aの間に小径部2bが形成されている。
The
上側の大径部2aの外周面2a1は、この実施形態では、部分的にスリーブ部8の動圧溝8a1形成領域とラジアル方向に対向し、これら対向面間に、後述する第1ラジアル軸受部R1のラジアル軸受隙間を形成する(後述の図4を参照)。同様に、下側の大径部2aの外周面2a1は、部分的にスリーブ部8の動圧溝8a2形成領域とラジアル方向に対向し、これら対向面間に、後述する第2ラジアル軸受部R2のラジアル軸受隙間を形成する。これら外周面2a1、2a1のうち、スリーブ部8の内周面8aとの間にラジアル軸受隙間を形成しない箇所には第1フランジ部9および第2フランジ部10が固定される。
In this embodiment, the outer peripheral surface 2a1 of the upper large-
小径部2bは、図2に示すように、軸部2の大径部2aと一体に形成される小径部本体11と、小径部本体11の周囲に形成され、外周面2b1を含む異材部12とからなる。ここで、異材部12は、大径部2aとは線膨張係数の異なる材料で形成されており、小径部2bの外周面2b1は、スリーブ部8の動圧溝8a1形成領域と動圧溝8a2形成領域との間の領域と向かい合うようになっている。この実施形態では、異材部12は、大径部2aに比べて線膨張係数の高い材料(樹脂材料など)で全周にわたって形成される。一例として、軸部2本体にSUS鋼( 線膨張係数:10.4×10−6)、小径部2bの外周面2b1を形成する異材部12にLCP( 線膨張係数:3×10−5)をそれぞれ使用する組み合わせを挙げることができる。
As shown in FIG. 2, the small-
異材部12は、例えば異材部12を除く軸部2本体(大径部2aや小径部本体11を含む)をインサート部品とする樹脂の射出成形で形成することができる。この場合、異材部12の半径方向厚みは、所望する温度変動量に応じて設定すればよい。また、異材部12の半径方向厚みや材料によって小径部2bの外周面2b1の内側への成形収縮量が異なるので、逆にこのことを利用して小径部2bの外径寸法(大径部2aの外径寸法から小径部2bの外径寸法を引いた値)を所望の値に設定することもできる。
The
第1フランジ部9および第2フランジ部10は共に環状をなすもので、例えば何れも真ちゅう等の金属材料や樹脂材料で形成される。第1フランジ部9は、その下端面9aをスリーブ部8の上端面8bと対向させた状態で軸部2の大径部2a外周に固定される。同様に、第2フランジ部10は、その上端面10aをスリーブ部8の下端面8cと対向させた状態で軸部2の大径部2a外周に固定される。なお、この実施形態では、双方のフランジ部9、10と軸部2(大径部2a)との接着強度向上を図るため、接着剤溜りとしての環状溝2c、2cがそれぞれ大径部2a、2aの接着固定領域中に形成されている。
Both the
第1フランジ部9の外周面9bは、上方(スリーブ部8から離れる向き)に向けて漸次縮径するテーパ形状をなす。従い、第1フランジ部9を軸部2に固定した状態では、外周面9bと、外周面9bに向かい合うハウジング部7の上端内周面7a1との間に、半径方向寸法が下方に向けて漸次縮小するテーパ状の第1シール空間S1が形成される。
The outer
同様に、第2フランジ部10の外周面10bは、下方(スリーブ部8から離れる向き)に向けて漸次縮径するテーパ形状をなす。従い、第2フランジ部10を軸部2に固定した状態では、外周面10bと、外周面10bに向かい合うハウジング部7の下端内周面7a2との間に、半径方向寸法が上方に向けて漸次縮小するテーパ状の第2シール空間S2が形成される。
Similarly, the outer
上記構成の流体軸受装置1において、軸部2の回転時、スリーブ部8の内周面8aのラジアル軸受面となる領域(上下2箇所の動圧溝8a1、8a2形成領域)は、軸部2の大径部2aの外周面2a1とラジアル軸受隙間を介して向かい合う。そして、軸部2の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝8a1、8a2の軸方向中心側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝8a1、8a2の動圧作用によって、軸部2を回転自在にラジアル方向に非接触支持する第1ラジアル軸受部R1と第2ラジアル軸受部R2とがそれぞれ構成される。
In the
これと同時に、スリーブ部8の上端面8b(動圧溝8b1形成領域)とこれに向かい合う第1フランジ部9の下端面9aとの間のスラスト軸受隙間、およびスリーブ部8の下端面8c(動圧溝8c1形成領域)とこれに向かい合う第2フランジ部10の上端面10aとの間のスラスト軸受隙間に、動圧溝8b1、8c2の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、軸部2をスラスト方向に非接触支持する第1スラスト軸受部T1と第2スラスト軸受部T2とがそれぞれ構成される。
At the same time, the thrust bearing gap between the
ここで、図4に示すように、小径部2bの外周面2b1と、外周面2b1に向かい合うスリーブ部8の内周面8aとの間の第1環状隙間の半径隙間寸法G1は、大径部2aの外周面2a1と内周面8aとの間のラジアル軸受隙間(第2環状隙間)の半径隙間寸法G2よりも大きく設定されている。そのため、軸部2の回転時、第1環状隙間の隙間寸法G1から第2環状隙間の隙間寸法G2を減じた分、ロストルクの低減化が可能となる。
Here, as shown in FIG. 4, the radial gap dimension G1 of the first annular gap between the outer peripheral surface 2b1 of the
併せて、小径部2bの外周面2b1を含む領域を大径部2aよりも線膨張係数の高い材料で形成することで、小径部2bが面する第1環状隙間の温度変動量を、ラジアル軸受隙間の温度変動量より大きくした。これにより、例えば高温時、小径部2bの外周面2b1を大きく外側に変位させて、第1環状隙間の隙間寸法G1をラジアル軸受隙間の隙間寸法G2に比べて大きく詰めることができる。従って、ロストルクの低減化を図りつつも、高温時、流体軸受装置1全体での軸受剛性を極力確保することができる。また、低温時には、小径部2bの外周面2b1を大きく内側に変位させて、ラジアル軸受隙間の隙間寸法G2に比べて第1環状隙間の隙間寸法G1を大きく拡げることができる。そのため、潤滑油の粘度上昇に伴うロストルクの増加を抑えて、小径部2bを設けたことによるメリット(ロストルクの低減作用)をより生かすことができる。
In addition, by forming the region including the outer peripheral surface 2b1 of the
また、この実施形態のように、焼結金属製のスリーブ部8の内周面8aに動圧溝8a1、8a2を形成する場合には、軸部2の側に小径部2bを設け、かつ小径部2bの外周部を異材部12で形成することで、隙間寸法G1の調整を行うようにするのが望ましい。焼結金属製のスリーブ部8であれば、通常、動圧溝サイジングと呼ばれる方法で動圧溝8a1、8a2を圧迫成形することが可能だが、この際、動圧溝8a1、8a2の成形性を確保するためには、溝成形前のスリーブ部8の内周面8aはなるべく径一定の円筒面形状であることが望ましいためである。
Further, when the dynamic pressure grooves 8a1 and 8a2 are formed in the inner
また、この実施形態のように、ラジアル軸受部R1、R2が軸方向に離隔して形成される場合には、必然的に軸方向中間部に、ラジアル軸受部R1、R2に直接関与しない領域が形成される。そのため、かかる領域をロストルク低減のためのスペースとして有効に利用しつつも、ラジアル軸受部R1、R2を軸方向に離隔して設けることで、更なる軸受剛性の向上、特にモーメント荷重に対する軸受剛性の向上を図ることができる。特に、この実施形態のように、へリングボーン形状に配列された動圧溝8a1、8a2形成領域を軸方向に離隔して形成する場合、小径部2bが面する第1環状隙間は、油を軸方向両側に引き込むための油の貯留部として機能する。そのため、隙間寸法G1の温度変化に伴う変動量を大きくとることは、特に低温時、油不足を招くことなく動圧溝8a1、8a2による動圧作用を安定して発揮させるのに非常に有効に作用する。なお、内周面8aのうちラジアル軸受部R1、R2に直接関与しない領域の内径寸法を、ラジアル軸受部R1、R2に関与する領域よりもわずかに大きく形成することにより、さらにこの効果を高めることもできる。例えば、この実施形態のように、各動圧溝8a1、8a2間を区分する領域(図3中クロスハッチングで示す領域)が実質的に軸受面として機能し、かつ、この軸受面として機能する領域と、この領域を除く内周面8aとの間に動圧溝8a1、8a2の溝深さ分の径差を設けた構成は、上述の『わずかに大きく形成する』構成に含まれる。
Further, when the radial bearing portions R1 and R2 are formed apart from each other in the axial direction as in this embodiment, an area that is not directly related to the radial bearing portions R1 and R2 is necessarily formed in the axially intermediate portion. It is formed. Therefore, while effectively using such a region as a space for reducing the loss torque, the radial bearing portions R1 and R2 are provided apart from each other in the axial direction, thereby further improving the bearing rigidity, particularly the bearing rigidity against moment load. Improvements can be made. In particular, when the dynamic pressure grooves 8a1 and 8a2 forming regions arranged in a herringbone shape are formed apart in the axial direction as in this embodiment, the first annular gap facing the
また、この実施形態のように、小径部2bの外周面2b1を含む領域(異材部12)を、この領域を除く軸部2本体をインサート部品とする樹脂の射出成形で形成すれば、双方の部材をそれぞれ別体に形成して一体化する場合と比べて工程数の削減につながるため好ましい。特に、この実施形態のように、複数の大径部2aを軸方向に離隔して形成し、その間に小径部2b、およびその外周部に異材部12を設ける場合には、異材部12を軸部2本体と別体に形成し、一体化する(組み込む)ことは困難であるので、上述のインサート成形は有効である。また、この際、大径部2aの外径寸法から小径部2bの外径寸法を減じた値(外周面2b1の、外周面2a1からの内側への後退量)を、樹脂の成形収縮で得るようにすれば、成形金型をシンプルな形状(軸部2を収容するキャビティは径一定のストレートな形状)とすることができ、金型を低コストに製作可能となる。
Further, as in this embodiment, if the region including the outer peripheral surface 2b1 of the small-
以上、本発明の第1実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。以下、本発明に係る他の実施形態を説明する。ここで、既述の構成要素と同一の構成、作用を有するものについては、同一の符号を付して当該要素に係る説明を省略する。 The first embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this embodiment. Hereinafter, other embodiments according to the present invention will be described. Here, components having the same configuration and function as the above-described components are denoted by the same reference numerals, and description of the components is omitted.
図5は、本発明の第2実施形態に係る流体軸受装置21を示している。この実施形態では、ハウジング部7の上端内周にシール部25が固定され、その内周面25aと、内周面25aに向かい合う軸部22のテーパ面22cとの間に、シール空間S3が形成されている。ハウジング部7の下端内周には蓋部材26が固定され、これによりハウジング部7の下端側を閉塞している。また、軸部22の下端には別体に設けたフランジ部27が固定され、その上端面27aと、この面に向かい合うスリーブ部8の下端面8cとの間に第1スラスト軸受部T11のスラスト軸受隙間が形成される。また、フランジ部27の下端面27bと、この面に向かい合う蓋部材26の上端面26aとの間に第2スラスト軸受部T12のスラスト軸受隙間が形成されている。
FIG. 5 shows a
軸部22は、大径部22aと小径部22b、およびシール部22cとを主として構成される。大径部22aは軸方向に離隔して形成されると共に、各大径部22a、22aの間に小径部22bが形成されている。このうち、小径部22bは、図5に示すように、軸部22の大径部22aと一体に形成される小径部本体23と、小径部本体23の周囲に形成され、外周面22b1を含む異材部24とからなる。ここで、異材部24は、大径部22aに比べて線膨張係数の高い材料で全周にわたって形成されており、小径部22bの外周面22b1は、スリーブ部8の動圧溝8a1形成領域と動圧溝8a2形成領域との間の領域と向かい合うようになっている。なお、図5中、ラジアル軸受部R11、R12はそれぞれ第1実施形態におけるラジアル軸受部R1、R2に対応している。これ以外の構成は、第1実施形態に準じるので説明を省略する。
The shaft portion 22 mainly includes a
この実施形態においても、(1)軸部22に、向かい合うスリーブ部8との間にラジアル軸受隙間を形成する大径部22aと、大径部22aに比べて外径寸法を小さくした小径部22bとを設け、小径部22bとスリーブ部8との間の第1環状隙間をラジアル軸受隙間(第2環状隙間)より大きく設定した。また、併せて、(2)小径部22bの外周面22b1を含む領域を大径部22aよりも線膨張係数の高い材料で形成することで、小径部22bが面する第1環状隙間の温度変動量を、ラジアル軸受隙間の変動量より大きくした。従い、前者の構成(1)によれば、軸部22の回転時、第1環状隙間の隙間寸法からラジアル軸受隙間の隙間寸法を減じた分、ロストルクの低減化が可能となる。また、後者の構成(2)によれば、例えば高温時、異材部24をなるべく大きく外側に変位させて第1環状隙間を減少させることにより、流体軸受装置21全体での軸受剛性を高めることができる。また、低温時には、小径部22bの外周面22b1をなるべく大きく内側に変位させて、ラジアル軸受隙間の隙間寸法に比べて第1環状隙間の隙間寸法を大きく拡げることができる。そのため、潤滑油の粘度上昇に伴うロストルクの増加を抑えることができる。
Also in this embodiment, (1) a large-
図6は、本発明の第3実施形態に係る流体軸受装置31を示している。この実施形態において、軸部32の上端(フランジ部37とは反対側)にはハブ部35が一体あるいは別体に設けられる。ここで、ハブ部35は、ハウジング部7の開口側(上側)を覆う円盤部35aと、円盤部35aの外周部から軸方向下方に延びた筒状部35bとを主に有する。また、この実施形態では、ハウジング部7の上端に、例えば図3(b)に示す配列態様をなす動圧溝形成領域7bが設けられ、スラスト方向に向かい合うハブ部35の円盤部35aの下端面35a1との間に第1スラスト軸受部T21のスラスト軸受隙間を形成する。また、ハウジング部7の外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状のシール面7cが形成される。このテーパ状のシール面7cは、筒状部35bの内周面35b1との間に、ハウジング部7の閉塞側(下方)から開口側(上方)に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間S4を形成する。
FIG. 6 shows a
軸部32は、大径部32aと小径部32bとを有し、その下端に大径部32aおよび小径部32bとは別体に形成したフランジ部37をねじ止め等で固定してなる。大径部32aは軸方向に離隔して形成されると共に、各大径部32a、32aの間に小径部32bが形成されている。このうち、小径部32bは、図6に示すように、軸部32の大径部32aと一体に形成される小径部本体33と、小径部本体33の周囲に形成され、外周面32b1を含む異材部34とからなる。ここで、異材部34は、大径部32aに比べて線膨張係数の高い材料(樹脂材料)で全周にわたって形成されており、小径部32bの外周面32b1は、スリーブ部8の動圧溝8a1形成領域と動圧溝8a2形成領域との間の領域と向かい合うようになっている。また、蓋部材36とフランジ部37との間には、スリーブ部8とフランジ部37との間に比べて十分な大きさの軸方向隙間が設けられている。なお、図6中、ラジアル軸受部R21、R22、第2スラスト軸受部T22、フランジ部37はそれぞれ第2実施形態におけるラジアル軸受部R11、R12、第1スラスト軸受部T11に対応している。これ以外の構成は、第1、第2実施形態に準じるので説明を省略する。
The
この実施形態においても、(1)軸部32に、向かい合うスリーブ部8との間にラジアル軸受隙間を形成する大径部32aと、大径部32aに比べて外径寸法を小さくした小径部32bとを設け、小径部32bとスリーブ部8との間の第1環状隙間をラジアル軸受隙間(第2環状隙間)より大きく設定した。また、併せて、(2)小径部32bの外周面32b1を含む領域を大径部32aよりも線膨張係数の高い材料で形成することで、小径部32bが面する第1環状隙間の温度変動量を、ラジアル軸受隙間の変動量より大きくした。従い、前者の構成(1)によれば、軸部32の回転時、第1環状隙間の隙間寸法からラジアル軸受隙間の隙間寸法を減じた分、ロストルクの低減化が可能となる。また、後者の構成(2)によれば、例えば高温時、異材部34を大きく外側に変位させて第1環状隙間を減少させることにより、流体軸受装置31全体での軸受剛性を高めることができる。また、低温時には、小径部32bの外周面32b1を大きく内側に変位させて、ラジアル軸受隙間の隙間寸法に比べて第1環状隙間の隙間寸法を大きく拡げることができる。そのため、潤滑油の粘度上昇に伴うロストルクの増加を抑えることができる。
Also in this embodiment, (1) a
なお、第3実施形態では、ハウジング部7の上端面に複数の動圧溝を配列した領域7bを設けると共に、スリーブ部8の下端面8cに複数の動圧溝8c1を配列した領域を設けた場合を説明したが、本発明は、同実施形態に係る構成において第1スラスト軸受部T1のみを設けた流体軸受装置にも同様に適用することができる。この場合、軸部32を、フランジ部37を有しない形状とし、かつハウジング部7を、蓋部材36を底部として一体に形成することで有底円筒形とした形状にすることができる。
In the third embodiment, a
また、第2、第3実施形態では、軸部22、32とフランジ部27、37とをそれぞれ別体に形成した後、一体化(固定)する構成を採っていたが、最初からフランジ部27、37を軸部22、32と一体に形成したものに対して本発明を適用しても構わない(第3実施形態においては、ハブ部35が、フランジ部37および軸部32と別体構造になる)。また、異材部12、24、34を射出成形可能な材料(例えば樹脂)で形成するのであれば、一部を金属で、異材部12、24、34を含む残部を樹脂で形成してなる軸部を形成することも可能である。
In the second and third embodiments, the
図7はその一例を示すもので、軸部の外周を構成する筒部42と、筒部42の一端から半径方向に延び、筒部42と一体に形成される鍔部43とからなる金属部41をインサート部品として、フランジ部および異材部を一体に備えた軸部を射出成形する工程を概念的に示している。ここで、筒部42の外周には環状の凹部44が設けられ、この凹部44と筒部42の内周とを連通する連通孔45が円周方向等間隔に複数設けられている。この場合、上記構成をなす金属部41を例えば図7に示すように完成品に倣った形状のキャビティ46を有する金型47、48内に供給配置する。そして、例えば金型48のフランジ部底面中央に対応する位置に設けたゲート49より溶融樹脂をキャビティ46内に充填し、これを固化することで、樹脂製の異材部を一体に有し、かつ鞘部を金属、芯部を樹脂とするハイブリッド構造の軸部を容易に形成することができる。この場合、ゲート49より供給された溶融樹脂は連通孔45を介して環状凹部44に供給されることで、ピンゲートのような単純な機構で異材部への樹脂の充填を容易に行うことができる。もちろん、樹脂の成形態様はこれに限定されず、完成品としての大径部2aよりも外側に突出しなければ、(異材部12形成箇所となる)凹部44の外側に1もしくは複数の点ゲートを設ける構成、あるいは点以外の任意形状のゲートを設ける構成を採ることもできる。
FIG. 7 shows an example of this, and a metal part comprising a
また、以上の実施形態(第1〜第3実施形態)では、軸受部材6を構成するハウジング部7とスリーブ部8とを別体に形成した場合を説明したが、これに限る必要はなく、ハウジング部7とスリーブ部8とを樹脂又は金属で一体に形成することも可能である。あるいは、ハウジング部7とスリーブ部8との一体化に限らず、ハウジング部7とシール部25、ハウジング部7と蓋部材26など、既述の構成部品同士を一体化(同一材料で一体に形成)することも可能である。
Moreover, although the above embodiment (1st-3rd embodiment) demonstrated the case where the
また、第1実施形態では、大径部2aをSUS鋼等の金属製とし、小径部2bの外周面2b1を含む異材部12をLCP等の樹脂製とした場合を例示したが、もちろんこれに限る必要はない。異材部12が、大径部2aよりも線膨張係数の高い材料で形成されている限り、種々の材料およびその組み合わせが選択可能である(第2、第3実施形態についても同様)。例えば、異材部12を、樹脂に代えてCuなどの金属材料などで形成することもできる。また、形成方法についてもめっき(Cu、Niなど)、インクジェット方式など任意の方法が選択できる。また、樹脂等に添加する添加剤の種類、添加量によっても膨張・収縮量(あるいは成形収縮量など)を調整することが可能である。
In the first embodiment, the case where the large-
また、第1実施形態では、小径部2bの外周面2b1を含む領域を大径部2aよりも線膨張係数の高い材料で形成した場合を説明したが、逆に、小径部2bの外周面2b1を含む領域を大径部2aよりも線膨張係数の低い材料で形成することによっても、低トルク化を図りつつ、使用時の温度変化に起因する軸受機能上の不具合を回避することが可能である。すなわち、小径部2bの外周面2b1を含む領域を、大径部2aよりも線膨張係数の低い材料で形成した場合、高温時には、大径部2aの外周面2a1の外側への変位量が、小径部2bの外周面2b1のそれに比べて大きくなる。そのため、小径部2bの外周面2b1と、外周面2b1に向かい合う内周面8aとの間に形成される第1環状隙間の隙間寸法G1が大きくなり、潤滑油の膨張を第1環状隙間に形成される空間で吸収することができる。従って、シール空間におけるバッファ容量の増大化を抑え、高温時の油漏れを可及的に回避することができる。第2、第3実施形態についても同様のことがいえる。例えば大径部2a等にSUS鋼などの金属材料を、異材部12にセラミックスなどを適用すればこの構成を採ることができる。なお、形成方法としては溶射など任意の方法が適用可能である。
Moreover, although 1st Embodiment demonstrated the case where the area | region containing the outer peripheral surface 2b1 of the
特に、第1、第2実施形態に係る流体軸受装置1、21であれば、バッファ容量の増大を狙ってシール空間S1〜S3(を形成するフランジ部9、10、およびシール部25)の軸方向寸法を大きく取らずに済む。そのため、流体軸受装置1、21の大型化、特に厚肉化を回避することができ、これを組み込むべき情報機器の小型化にも対応することができる。
In particular, in the
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部R1〜R22およびスラスト軸受部T1〜T22として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により流体の動圧作用を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。 Moreover, in the above embodiment, although the radial bearing part R1-R22 and the thrust bearing part T1-T22 have illustrated the structure which generate | occur | produces the dynamic pressure action of the fluid by a herringbone shape or a spiral-shaped dynamic pressure groove. However, the present invention is not limited to this.
例えば、ラジアル軸受部R1、R2として、図示は省略するが、軸方向の溝を円周方向の複数箇所に形成した、いわゆるステップ状の動圧発生部、あるいは、円周方向に複数の円弧面を配列し、向かい合う軸部2の大径部2aとの間に、くさび状の径方向隙間(軸受隙間)を形成した、いわゆる多円弧軸受を採用してもよい。
For example, although not shown as radial bearing portions R1 and R2, a so-called step-like dynamic pressure generating portion in which axial grooves are formed at a plurality of locations in the circumferential direction, or a plurality of circular arc surfaces in the circumferential direction. A so-called multi-arc bearing in which a wedge-shaped radial clearance (bearing clearance) is formed between the
あるいは、ラジアル軸受面となるスリーブ部8の内周面8aを、動圧発生部としての動圧溝や円弧面等を設けない真円状内周面とし、この内周面と向かい合う大径部2aの真円状外周面2a1とで、いわゆる真円軸受を構成することができる。もちろん、同様の構成は、他の実施形態に係るラジアル軸受部R11、R12、R21、R22にも採用可能である。
Alternatively, the inner
また、スラスト軸受部T1、T2の一方又は双方は、同じく図示は省略するが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、あるいは波型軸受(端面が調和波形などの波型になったもの)等で構成することもできる。もちろん、他のスラスト軸受部T11〜T22についても同様に構成することができる。 One or both of the thrust bearing portions T1 and T2 are also not shown in the figure, but a plurality of radial groove-shaped dynamic pressure grooves are provided at predetermined intervals in the circumferential direction in a region that becomes a thrust bearing surface. It can also be configured by a step bearing or a corrugated bearing (having a corrugated waveform such as an end face). Of course, the other thrust bearing portions T11 to T22 can be similarly configured.
また、以上の説明では、動圧発生部を何れも固定体(ハウジング部7やスリーブ部8など)の側に設けた場合を説明したが、その一部あるいは全てを回転体(軸部2やフランジ部9、10など)の側に設けることも可能である。
In the above description, the case where all of the dynamic pressure generating portions are provided on the side of the fixed body (such as the
また、以上の説明では、流体軸受装置1、21、31の内部に充満し、ラジアル軸受隙間に流体膜を形成可能な潤滑流体として潤滑油を例示したが、それ以外にも当該軸受隙間に流体膜を発生可能な潤滑流体、例えば空気等の気体や、液体、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
In the above description, the lubricating oil is exemplified as the lubricating fluid that fills the
1、21、31 流体軸受装置
2、22、32 軸部
2a、22a、32a 大径部
2b、22b、32b 小径部
2b1、22b1、32b1 外周面
8 スリーブ部
8a 内周面
8a1、8a2 動圧溝
11、23、33 小径部本体
12、24、34 異材部
G1 半径隙間寸法
G2 半径隙間寸法
R1、R2、R11、R12、R21、R22 ラジアル軸受部
T1、T2、T11、T12、T21、T22 スラスト軸受部
S1、S2、S3、S4 シール空間
1, 21, 31
Claims (4)
大径部の外周面とこの外周面に向かい合う面との間に形成される軸受隙間と、
軸受隙間を満たすと共に小径部と接する潤滑流体とを備え、軸受隙間に形成される潤滑流体の流体膜を介して軸部を相対回転自在に支持する流体軸受装置において、
小径部の外周面を含む領域を、大径部とは線膨張係数の異なる材料で形成したことを特徴とする流体軸受装置。 A shaft portion having a large diameter portion and a small diameter portion having different outer diameter dimensions, and
A bearing gap formed between the outer peripheral surface of the large-diameter portion and the surface facing the outer peripheral surface;
In a hydrodynamic bearing device that includes a lubricating fluid that fills the bearing gap and is in contact with the small diameter portion, and that supports the shaft portion so as to be relatively rotatable via a fluid film of the lubricating fluid formed in the bearing gap.
A hydrodynamic bearing device characterized in that a region including an outer peripheral surface of a small diameter portion is formed of a material having a linear expansion coefficient different from that of a large diameter portion.
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WO2019159787A1 (en) * | 2018-02-19 | 2019-08-22 | Ntn株式会社 | Fluid dynamic pressure bearing device and motor provided with same |
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- 2006-12-05 JP JP2006328468A patent/JP2008138846A/en not_active Withdrawn
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