JP2013044395A - Fluid dynamic-pressure bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体動圧軸受装置に関する。 The present invention relates to a fluid dynamic bearing device.
流体動圧軸受装置は、その高回転精度および静粛性から、情報機器(例えばHDD)の磁気ディスク駆動装置や、CD、DVD、ブルーレイディスク等の光ディスク駆動装置、あるいはMD、MO等の光磁気ディスク駆動装置等のスピンドルモータ用として好適に使用されている。 Due to its high rotational accuracy and quietness, the fluid dynamic pressure bearing device is a magnetic disk drive device for information equipment (for example, HDD), an optical disk drive device such as CD, DVD, Blu-ray disc, or a magneto-optical disk such as MD, MO, etc. It is suitably used for spindle motors such as drive devices.
例えばHDDのディスク駆動装置は、HDDの大容量化に伴って、搭載されるディスクの枚数が増加する傾向にある。ディスクの搭載枚数が増えると重量が増大するため、ディスクを回転させたときの振れが大きくなり、ディスクの読み取り精度が低下する恐れがある。このため、HDDに組み込まれる流体動圧軸受装置は、より一層の高負荷容量が求められている。 For example, HDD disk drive devices tend to increase the number of installed disks as the capacity of the HDD increases. As the number of mounted discs increases, the weight increases, so that the shake when the disc is rotated increases, and the read accuracy of the disc may decrease. For this reason, the fluid dynamic pressure bearing device incorporated in the HDD is required to have a higher load capacity.
流体動圧軸受装置としては、軸受スリーブの内周に挿入した軸部材を回転させる軸回転タイプが一般的である。しかし、軸回転タイプの流体動圧軸受装置の場合、軸部材の端部に、ディスクを搭載したディスクハブが固定され、軸部材の中間部をラジアル軸受部(ラジアル軸受隙間の油膜)で片持ち支持するような状態になる。このため、ディスクハブに搭載されるディスクの枚数が増えて重量が増大すると、ディスクの振れが大きくなる恐れがある。 As a fluid dynamic pressure bearing device, a shaft rotation type that rotates a shaft member inserted in the inner periphery of a bearing sleeve is generally used. However, in the case of a shaft rotation type fluid dynamic pressure bearing device, a disk hub carrying a disk is fixed to the end of the shaft member, and the intermediate part of the shaft member is cantilevered by a radial bearing portion (oil film in the radial bearing gap) It becomes a state to support. For this reason, when the number of disks mounted on the disk hub increases and the weight increases, there is a risk that the deflection of the disk will increase.
これに対し、例えば特許文献1には、軸部材を固定側とし、軸受スリーブを回転側とした軸固定タイプの流体動圧軸受装置が示されている。この場合、回転側の部材(軸受スリーブ及びハウジング)とディスクハブとの固定部を、ラジアル軸受部の軸方向領域内に設けることができるため、ディスクの搭載枚数が増えた場合でもディスクハブを安定的に支持することができ、ディスクの振れが抑られる。
On the other hand, for example,
また、特許文献1に記載の流体動圧軸受装置では、軸受スリーブを焼結金属で形成している。これにより、焼結金属の内部気孔に含浸された潤滑油が軸受スリーブの表面開孔からラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に滲み出し、各軸受隙間における潤滑性が高められる。
Further, in the fluid dynamic pressure bearing device described in
しかし、回転側となる軸受スリーブを焼結金属製とすることで、以下のような不具合が生じる。 However, the following problems arise when the bearing sleeve on the rotating side is made of sintered metal.
(1)ラジアル軸受隙間の油が、焼結金属製の軸受スリーブの表面開孔から内部に抜けることにより、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力が低下する、いわゆる「動圧抜け」が生じる。特に、軸固定タイプの場合、焼結金属製の軸受スリーブが回転することで、焼結金属の内部に含浸された潤滑油が遠心力により外径側に移動するため、ラジアル軸受隙間の油が軸受スリーブの内部に抜けやすくなる。これを防止するために、軸受スリーブの表面に回転サイジングやコーティング等による封孔処理を施すと、工数増によるコスト高を招く。 (1) The oil in the radial bearing gap is released from the surface opening of the sintered metal bearing sleeve to the inside, so that the pressure of the oil film in the radial bearing gap decreases, so-called “dynamic pressure release” occurs. In particular, in the case of the fixed shaft type, the lubricating oil impregnated inside the sintered metal moves to the outer diameter side due to centrifugal force when the sintered metal bearing sleeve rotates, so that the oil in the radial bearing gap is removed. It becomes easy to come out inside the bearing sleeve. In order to prevent this, if the surface of the bearing sleeve is subjected to a sealing process such as rotation sizing or coating, the cost is increased due to an increase in the number of steps.
(2)焼結金属の内部気孔に油が含浸されることで油量が増え、温度変化に伴う油の体積変化量が大きくなる。このため、油の体積変化を吸収するシール空間を増大させる必要が生じ、流体動圧軸受装置の大型化を招く。特に、ハウジングの軸方向両端を開口し、両端部にそれぞれシール空間を形成した場合、シール空間に保持された油面が重力の影響を受けて変動する。このため、シール空間の幅を狭めて毛細管力を高めることでシール性を向上させる必要がある。しかし、シール空間の幅を狭めることでシール空間の容積が小さくなるため、シール空間の軸方向寸法をさらに拡大する必要があり、流体動圧軸受装置のさらなる大型化を招く。これを回避するために、シール空間を増大させた分だけラジアル軸受部の軸受スパンを短縮すると、ラジアル軸受部の軸受剛性が低下する。 (2) The amount of oil increases by impregnating the internal pores of the sintered metal with oil, and the volume change of the oil accompanying a temperature change increases. For this reason, it is necessary to increase the seal space that absorbs the volume change of the oil, leading to an increase in the size of the fluid dynamic bearing device. In particular, when both ends in the axial direction of the housing are opened and seal spaces are formed at both ends, the oil level held in the seal space varies under the influence of gravity. For this reason, it is necessary to improve the sealing performance by increasing the capillary force by narrowing the width of the seal space. However, since the volume of the seal space is reduced by narrowing the width of the seal space, it is necessary to further increase the axial dimension of the seal space, leading to further increase in size of the fluid dynamic bearing device. In order to avoid this, if the bearing span of the radial bearing portion is shortened by an amount corresponding to the increase in the seal space, the bearing rigidity of the radial bearing portion is reduced.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、焼結金属製の軸受スリーブを有する軸固定型の流体動圧軸受装置において、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力低下を抑制すると共に、油量を減じてシール空間の容積を縮小することを解決すべき課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a shaft-fixed fluid dynamic pressure bearing device having a sintered metal bearing sleeve, while suppressing the pressure drop of the oil film in the radial bearing gap. It is an object to be solved to reduce the volume of the seal space by reducing the amount of oil.
前記課題を解決するためになされた本発明は、固定側となる軸部材と、内周に軸部材が挿入され、回転側となる焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブの外周面が固定され、軸方向両端を開口した筒状のハウジングと、軸部材の外周面から外径に突出して設けられ、軸受スリーブの軸方向両側に配された第1シール部及び第2シール部と、軸部材の外周面に設けられたラジアル軸受面と軸受スリーブの内周面に設けられたラジアル軸受面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で、軸受スリーブをラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸受スリーブの一方の端面に設けられたスラスト軸受面と第1シール部の端面に設けられたスラスト軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で、軸受スリーブをスラスト方向一方に支持する第1スラスト軸受部と、軸受スリーブの他方の端面に設けられたスラスト軸受面と第2シール部の端面に設けられたスラスト軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で、軸受スリーブをスラスト方向他方に支持する第2スラスト軸受部と、第1シール部の外周面とハウジングの内周面との間に形成された第1シール空間と、第2シール部の外周面とハウジングの内周面との間に形成された第2シール空間とを備え、第1シール空間と第2シール空間との間に潤滑油が満たされ、第1シール空間及び第2シール空間に油面が保持された軸固定型の流体動圧軸受装置であって、軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を、ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率よりも小さくしたことを特徴とする。 The present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, includes a shaft member on the fixed side, a bearing member made of sintered metal on the inner periphery, the shaft member inserted on the inner periphery, and a bearing sleeve on the inner periphery. A cylindrical housing having an outer peripheral surface fixed and opening at both ends in the axial direction, and a first seal portion and a second seal provided to protrude from the outer peripheral surface of the shaft member to the outer diameter and disposed on both axial sides of the bearing sleeve The bearing sleeve is moved in the radial direction by the dynamic pressure action of the oil film generated in the radial bearing gap between the radial bearing surface provided on the outer peripheral surface of the shaft portion and the radial bearing surface provided on the inner peripheral surface of the bearing sleeve. And a dynamic bearing action of an oil film generated in a thrust bearing gap between a radial bearing portion supported on the shaft, a thrust bearing surface provided on one end surface of the bearing sleeve, and a thrust bearing surface provided on the end surface of the first seal portion. , Bearing sleeve Oil film generated in a thrust bearing gap between a first thrust bearing portion supported in one thrust direction, a thrust bearing surface provided on the other end surface of the bearing sleeve, and a thrust bearing surface provided on an end surface of the second seal portion A second thrust bearing portion that supports the bearing sleeve in the other thrust direction, a first seal space formed between the outer peripheral surface of the first seal portion and the inner peripheral surface of the housing; A second seal space formed between the outer peripheral surface of the seal portion and the inner peripheral surface of the housing, and the lubricating oil is filled between the first seal space and the second seal space, A shaft-fixed type fluid dynamic pressure bearing device in which an oil surface is held in a second seal space, wherein the porosity in the axial region of the radial bearing surface of the bearing sleeve is determined in the axial region other than the radial bearing surface. Porosity Wherein the remote made smaller.
焼結金属製の軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を小さくすることで、ラジアル軸受面の表面開孔率が小さくなり、且つ、軸受スリーブの内部における油の流動性を抑えることができる。このため、ラジアル軸受隙間の油が軸受スリーブの内部に抜けにくくなり、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力の低下を抑えることができる。この場合、ラジアル軸受面の封孔処理を軽減あるいは省略することができるため、加工コストの低減が図られる。また、軸受スリーブの気孔率を小さくすることで、軸受スリーブの内部に含浸される油量を減じられる。これにより、油の体積変化が小さくなるため、シール空間の容積、ひいてはシール部の軸方向寸法を縮小することができ、流体動圧軸受装置の小型化、あるいは、軸受スパンの拡大を図ることができる。 By reducing the porosity in the axial direction region of the radial bearing surface among the bearing sleeves made of sintered metal, the surface open area ratio of the radial bearing surface is reduced and the fluidity of the oil inside the bearing sleeve is reduced. Can be suppressed. For this reason, it is difficult for oil in the radial bearing gap to escape into the bearing sleeve, and a decrease in the pressure of the oil film in the radial bearing gap can be suppressed. In this case, since the sealing process of the radial bearing surface can be reduced or omitted, the machining cost can be reduced. Further, by reducing the porosity of the bearing sleeve, the amount of oil impregnated in the bearing sleeve can be reduced. As a result, the volume change of the oil is reduced, so that the volume of the seal space and thus the axial dimension of the seal portion can be reduced, and the fluid dynamic pressure bearing device can be downsized or the bearing span can be increased. it can.
このとき、軸受スリーブ全体の気孔率を小さくすると、軸受スリーブの内部全域において油の流動性が低下するため、軸受スリーブの内部と外部との間を行き来する油の循環が妨げられ、油の早期の劣化を招く恐れがある。そこで、軸受スリーブに気孔率の大きい領域を設ければ、この領域における油の流動性が高められて、油の早期の劣化を防止することができる。特に、上記のように軸受スリーブに遠心力が加わることで、気孔率の大きい領域の内部に含浸された油が外径側に移動することで、この領域の内周面から軸受スリーブの内部に油が引き込まれやすくなるため、油の循環が促される。 At this time, if the porosity of the entire bearing sleeve is reduced, the fluidity of the oil decreases in the entire area inside the bearing sleeve, so that the circulation of the oil flowing back and forth between the inside and the outside of the bearing sleeve is hindered. There is a risk of causing deterioration. Therefore, if a region having a high porosity is provided in the bearing sleeve, the fluidity of the oil in this region can be improved, and early deterioration of the oil can be prevented. In particular, when centrifugal force is applied to the bearing sleeve as described above, the oil impregnated in the region with a large porosity moves to the outer diameter side, so that the inner peripheral surface of this region moves into the bearing sleeve. Since the oil is easily drawn, circulation of the oil is promoted.
従って、軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を小さくすると共に、ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率を相対的に大きくすれば、上記のような効果を奏することができる。すなわち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を、ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率よりも小さくすればよい。 Therefore, if the porosity in the axial region of the radial bearing surface of the bearing sleeve is reduced and the porosity in the axial region other than the radial bearing surface is relatively increased, the above effects can be obtained. it can. That is, the porosity in the axial region of the radial bearing surface may be made smaller than the porosity in the axial region other than the radial bearing surface.
本発明者らの鋭意検討により、焼結金属製の軸受スリーブのうち、少なくともラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を11%以下とすれば、中実の金属からなる軸受スリーブと同程度の油膜の圧力が得られることが明らかとなった。尚、「気孔率」は下記の式で表される。ここで、焼結密度とは、焼結体の内部気孔を含めた見かけ体積の単位量あたりの重さである。また、真密度とは、焼結体の組成における気孔が無い場合の密度、すなわち、焼結体の内部気孔を含まない実体積の単位量あたりの重さであり、焼結体の組成及び各元素の密度から求められる。
気孔率=[(真密度−焼結密度)/真密度]×100
(焼結密度=重量/見かけ体積、真密度=重量/実体積)
As a result of intensive studies by the present inventors, if the porosity in the axial direction region of the radial bearing surface is at most 11% among the sintered sleeves made of sintered metal, it is about the same as a bearing sleeve made of solid metal. It became clear that the oil film pressure was obtained. “Porosity” is expressed by the following formula. Here, the sintered density is the weight per unit amount of the apparent volume including the internal pores of the sintered body. In addition, the true density is the density when there is no pore in the composition of the sintered body, that is, the weight per unit amount of the actual volume not including the internal pores of the sintered body. Calculated from element density.
Porosity = [(true density−sintered density) / true density] × 100
(Sintering density = weight / apparent volume, true density = weight / actual volume)
例えば、軸受スリーブが、銅を60%以上含む焼結金属からなる場合、ラジアル軸受面の軸方向領域における密度を7.4g/cm3以上とすれば、この領域の気孔率を11%以下にすることができる。また、軸受スリーブが、鉄を60%以上含む焼結金属からなる場合、ラジアル軸受面の軸方向領域における密度を7.1g/cm3以上とすれば、この領域の気孔率を11%以下にすることができる。 For example, when the bearing sleeve is made of a sintered metal containing 60% or more of copper, if the density in the axial region of the radial bearing surface is 7.4 g / cm 3 or more, the porosity of this region is 11% or less. can do. Further, when the bearing sleeve is made of a sintered metal containing 60% or more of iron, if the density in the axial region of the radial bearing surface is 7.1 g / cm 3 or more, the porosity of this region is 11% or less. can do.
上記の流体動圧軸受装置では、第1及び第2スラスト軸受部のスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸受面の一方に、スラスト軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を形成することができる。また、上記の流体動圧軸受装置では、ラジアル軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面の一方に、ラジアル軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を形成することができる。 In the fluid dynamic pressure bearing device described above, a thrust dynamic pressure generating portion that generates a dynamic pressure action on the oil film of the thrust bearing gap on one of the thrust bearing surfaces facing each other through the thrust bearing gap of the first and second thrust bearing portions. Can be formed. Further, in the fluid dynamic pressure bearing device described above, a radial dynamic pressure generating portion that generates a dynamic pressure action on the oil film of the radial bearing gap can be formed on one of the radial bearing surfaces facing each other through the radial bearing gap.
上記の流体動圧軸受装置において、軸受スリーブを回転させると、第1及び第2スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の油が外径側に流動する。このため、スラスト軸受隙間の内径端と連通するラジアル軸受隙間の油がスラスト軸受隙間に流動し、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力がさらに低下する恐れがある。そこで、スラスト動圧発生部を、スラスト軸受隙間の潤滑油を内径側に流動させるポンプインタイプとすれば、第1及び第2スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の油が内径側に流動し、この油がラジアル軸受隙間に流入するため、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力を維持することができる。 In the above fluid dynamic bearing device, when the bearing sleeve is rotated, the oil in the thrust bearing gaps of the first and second thrust bearing portions flows to the outer diameter side. For this reason, the oil in the radial bearing gap communicating with the inner diameter end of the thrust bearing gap may flow into the thrust bearing gap, and the oil film pressure in the radial bearing gap may further decrease. Therefore, if the thrust dynamic pressure generating part is a pump-in type in which the lubricating oil in the thrust bearing gap flows to the inner diameter side, the oil in the thrust bearing gap of the first and second thrust bearing parts flows to the inner diameter side. Since oil flows into the radial bearing gap, the pressure of the oil film in the radial bearing gap can be maintained.
ところで、軸部材の外周面と軸受スリーブとの間の空間(ラジアル軸受隙間を含む空間)における負圧の発生を防止するために、ラジアル動圧発生部として、一方の傾斜溝を延ばして軸方向非対称としたヘリングボーン形状の動圧溝を設ける場合がある。この場合、一方の傾斜溝を延ばした分だけ、軸受スパンの縮小を招く恐れがある。そこで、上記のようにスラスト動圧発生部をポンプインタイプとすれば、スラスト軸受隙間から、軸部材の外周面と軸受スリーブとの間の空間に油が送り込まれるため、この空間における負圧の発生が防止できる。これにより、ラジアル動圧発生部としてのヘリングボーン形状の動圧溝を軸方向対称な形状とすることができるため、軸受スパンの縮小を回避することができる。 By the way, in order to prevent the generation of negative pressure in the space between the outer peripheral surface of the shaft member and the bearing sleeve (the space including the radial bearing gap), one of the inclined grooves is extended as the radial dynamic pressure generating portion in the axial direction. An asymmetric herringbone-shaped dynamic pressure groove may be provided. In this case, the bearing span may be reduced as much as one of the inclined grooves is extended. Therefore, if the thrust dynamic pressure generating portion is a pump-in type as described above, oil is sent from the thrust bearing gap into the space between the outer peripheral surface of the shaft member and the bearing sleeve. Occurrence can be prevented. Thereby, since the herringbone-shaped dynamic pressure groove as the radial dynamic pressure generating portion can be formed in an axially symmetric shape, the reduction of the bearing span can be avoided.
スラスト動圧発生部は、例えば軸受スリーブの両端面にプレス加工により形成することができる。あるいは、スラスト動圧発生部を、第1シール部及び第2シール部の端面にプレス加工により形成することもできる。 The thrust dynamic pressure generating portion can be formed, for example, by pressing on both end faces of the bearing sleeve. Alternatively, the thrust dynamic pressure generating portion can be formed on the end surfaces of the first seal portion and the second seal portion by pressing.
ラジアル動圧発生部は、例えば軸受スリーブの内周面にプレス加工により形成することができる。あるいは、ラジアル動圧発生部を、軸部材の外周面に転造加工により形成することもできる。 The radial dynamic pressure generating portion can be formed, for example, by pressing on the inner peripheral surface of the bearing sleeve. Alternatively, the radial dynamic pressure generating portion can be formed on the outer peripheral surface of the shaft member by rolling.
以上のように、本発明に係る軸固定型の流体動圧軸受装置によれば、焼結金属製の軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を小さくすることで、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力低下を抑制してラジアル方向の支持力の低下を防止できると共に、油量を減じてシール空間の容積を縮小し、流体動圧軸受装置の小型化、あるいは、軸受スパンの拡大を図ることができる。 As described above, according to the shaft-fixed fluid dynamic bearing device according to the present invention, the radial bearing is reduced by reducing the porosity in the axial region of the radial bearing surface in the sintered sleeve made of sintered metal. The pressure drop in the oil film in the gap can be suppressed to prevent the radial bearing force from decreasing, and the volume of the seal space can be reduced by reducing the amount of oil, reducing the size of the hydrodynamic bearing device or expanding the bearing span. Can be achieved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る流体動圧軸受装置1を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図を示す。このスピンドルモータは、例えばHDDのディスク駆動装置に用いられるもので、固定側(ベース6a)に設けられたステータコイル4と、回転側(ディスクハブ3)に設けられたロータマグネット5とを備える。流体動圧軸受装置1は、軸部材2を固定側とし、ハウジング7及び軸受スリーブ8を回転側とした、いわゆる軸固定タイプである。本実施形態では、軸部材2の軸方向両端部が固定され、図示例では軸部材2の下端部がベース6aに、上端部がカバー6bにそれぞれ固定される。ハウジング7の外周面にはディスクハブ3が固定される。ディスクハブ3には所定枚数(図示例では2枚)のディスクDが搭載される。ディスクハブ3とハウジング7との固定部は、ラジアル軸受部R1、R2の外径側に設けられる。具体的には、ディスクハブ3とハウジング7との固定部の軸方向領域が、ラジアル軸受部R1、R2の軸方向領域の少なくとも一部と径方向で重なり、図示例ではラジアル軸受部R1、R2の軸方向全域と径方向で重なっている。こ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4に通電するとロータマグネット5が回転し、これに伴ってディスクハブ3、ディスクD、ハウジング7、及び軸受スリーブ8が一体に回転する。
FIG. 1 is a sectional view of a spindle motor for information equipment incorporating a fluid
流体動圧軸受装置1は、図2に示すように、固定側となる軸部材2と、内周に軸部材2が挿入され、回転側となる軸受スリーブ8と、内周面7aに軸受スリーブ8が固定され、軸方向両端を開口した筒状のハウジング7と、軸部材2の外周面2aから外径側に突出して設けられ、軸受スリーブの軸方向両側に配された第1シール部10及び第2シール部11とを備える。尚、以下では、説明の便宜上、軸方向において、ハウジング7から軸部材2が大きく突出している側を下側、その反対側を上側とする。
As shown in FIG. 2, the fluid
軸部材2は、例えばステンレス鋼で略円柱状に形成される。例えば2.5インチHDDのディスク駆動装置のスピンドルモータに適用される場合は、軸部材2の直径が2〜4mmの範囲とされる。軸部材2の下端部には、ハウジング7の下側開口部から下方に突出し、他の領域よりも若干小径な圧入部2bが一体に設けられ、この圧入部2bがベース6aの固定穴6a1に圧入固定される。軸部材2の上端部には軸方向のねじ穴2cが形成され、このねじ穴2cに、カバー6bに設けられた固定穴6b1を介してボルト等(図示省略)を固定することにより、軸部材2の上端部がカバー6bに固定される。
The
軸部材2の外周面2aには、ラジアル軸受面が形成され、図示例では軸方向に離隔した2箇所にラジアル軸受面2a1、2a2が形成される。ラジアル軸受面2a1、2a2には、それぞれラジアル動圧発生部が形成される。本実施形態では、ラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状の動圧溝G1、G2が形成される。図示例では、動圧溝G1、G2がそれぞれ軸方向対称な形状を成している。動圧溝G1、G2の溝深さは、例えば2.5〜5μmの範囲に設定される。動圧溝G1、G2は、例えば転造加工により形成される。具体的には、成形型を押し付けることにより、軸部材2の外周面2aの一部を凹ませて動圧溝G1、G2が形成され、各動圧溝G1、G2の円周方向間領域が丘部G1’G2’となる。
A radial bearing surface is formed on the outer
軸部材2の外周面2aのうち、ラジアル軸受面2a1、2a2の軸端側には、円筒面2a3、2a4が形成される。円筒面2a3、2a4は、丘部G1’、G2’と同一円筒面上に連続して設けられる。円筒面2a3、2a4は、第1シール部10及び第2シール部11が固定される固定面として機能する。軸部材2の外周面2aのラジアル軸受面2a1、2a2の軸方向間には、ラジアル軸受面2a1、2a2(動圧溝G1、G2)よりも若干小径に形成された逃げ部2a5が形成される。逃げ部2a5の上下両端部は、傾斜面を介してラジアル軸受面2a1、2a2と連続している。
Of the outer
軸受スリーブ8は焼結金属で略円筒状に形成され、例えば、銅を主成分とする銅系の焼結金属や、鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属、あるいは、銅及び鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属で形成され、本実施形態では銅鉄系の焼結金属で形成される。軸受スリーブ8の内周面8aには、軸部材2のラジアル軸受面2a1、2a2とラジアル軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面が設けられる。図示例では、軸受スリーブ8の内周面8aが凹凸の無い平滑な円筒面とされ、この円筒面状の内周面8aがラジアル軸受面として機能する。軸受スリーブの上側端面8b及び下側端面8cには、第1シール部10及び第2シール部11のスラスト軸受面とスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸受面が設けられる。図示例では、軸受スリーブの上側端面8b及び下側端面8cが凹凸の無い平坦面とされ、この上側端面8b及び下側端面8cがスラスト軸受面として機能する。
The
軸受スリーブ8のうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率は11%以下に設定される。具体的には、軸受スリーブ8のうち、上側のラジアル軸受面の下端よりも上方の軸方向領域(第1領域H1)、及び、下側のラジアル軸受面の上端よりも下方の軸方向領域(第2領域H2)における気孔率がそれぞれ11%以下に設定される。例えば、軸受スリーブ8が、銅を60%以上含む銅鉄系の焼結金属からなる場合、第1領域H1及び第2領域H2における密度が7.4g/cm3以上に設定される。また、軸受スリーブが、鉄を60%以上含む銅鉄系の焼結金属からなる場合、第1領域H1及び第2領域H2における密度が7.1g/cm3以上に設定される。尚、第1領域H1及び第2領域H2における気孔率は、なるべく小さい方が好ましいが、焼結金属を成形する成形金型の強度等を考慮すると9%程度が下限値となる。
Of the
軸受スリーブ8のうち、第1領域H1と第2領域H2との軸方向間領域(第3領域H3)における気孔率は、第1領域H1及び第2領域H2における気孔率よりも大きく設定され、例えば11%より大きく設定される。尚、第3領域H3における気孔率は、なるべく大きい方が好ましいが、焼結金属の成形性等を考慮すると15%程度が上限値となる。
Of the
軸受スリーブ8の外周面8dとハウジング7の内周面7aとの間には、後述する第1シール空間S1と第2シール空間S2とを連通する連通路12が設けられる。本実施形態では、軸受スリーブ8の外周面8dに軸方向に延びる所定本数の軸方向溝8d1が形成され、例えば3本の軸方向溝8d1が円周方向等間隔位置に形成される。流体動圧軸受装置1を組み立てた状態では、図2に示すように、軸受スリーブ8の軸方向溝8d1とハウジング7の内周面7aとで連通路12が形成され、この連通路12により、ハウジング7の両端開口部に形成された両シール空間S1、S2が連通される。尚、本実施形態では、ラジアル動圧発生部が軸方向対称形状に形成されているが、動圧溝G1、G2を完全に軸方向対称形状に形成することはできず、加工誤差により若干アンバランスに形成される。このため、ラジアル軸受隙間の油が軸方向一方(上方あるいは下方)に押し込まれ、油が押し込まれる側の一方のシール空間から油が漏れ出す恐れがある。従って、上記のように両シール空間S1、S2を連通する連通路12を設けることで、一方のシール空間に油が偏在する事態を回避し、油漏れを防止できる。
A
軸受スリーブ8は、フォーミング工程、焼結工程、及びサイジング工程を経て製造される。まず、フォーミング工程において、銅系金属粉末及び鉄系金属粉末を含む混合金属粉末を圧縮成形して略円筒状の圧粉体が形成される。具体的には、フォーミング金型(図示省略)のキャビティに充填された混合金属粉末を、上パンチ及び下パンチで上下両側から加圧することにより、圧粉体を成形する。次に、焼結工程において、圧粉体を所定の焼結温度で焼結することで、金属粉末同士が結合して焼結体が形成される。そして、サイジング工程では、焼結体をさらに圧縮成形することで寸法精度を高める。具体的には、サイジング金型(図示省略)の内部に配置した焼結体を上パンチ及び下パンチで上下両側から加圧することにより、圧粉体を所定寸法に整形する。以上により、軸受スリーブ8が完成する。尚、本実施形態では、サイジング工程後に回転サイジング等の封孔処理は施されない。すなわち、軸受スリーブ8の表面は、サイジング工程で成形されたままの状態となっている。
The
上記のフォーミング工程では、圧粉体の上下端面は上下パンチで直接加圧されるため、その付近の密度は他の領域よりも高くなる。また、上記のサイジング工程では、焼結体の上下端面は上下パンチで直接加圧されるため、その付近の密度は他の領域よりも高くなる。従って、軸受スリーブ8の上下端面付近の密度が他の領域の密度よりも相対的に高くなり、第1領域H1及び第2領域H2の気孔率が第3領域H3の気孔率よりも小さくなる。また、軸受スリーブ8の第1領域H1及び第2領域H2における気孔率を小さくするために、具体的には気孔率を11%以下に設定するために、フォーミング工程及びサイジング工程の一方又は双方における圧縮率を通常より高めに設定する必要がある。この場合、フォーミング金型と圧粉体、あるいはサイジング金型と焼結体との食いつきが強くなり離型が困難となる恐れがあるが、上記のように軸受スリーブ8の内周面8aを凹凸の無い円筒面状とすることで、成形品を金型から容易に取り出すことができる。
In the above forming process, the upper and lower end surfaces of the green compact are directly pressed by the upper and lower punches, so that the density in the vicinity thereof is higher than in other regions. In the above sizing process, the upper and lower end surfaces of the sintered body are directly pressed by the upper and lower punches, so that the density in the vicinity thereof is higher than in other regions. Accordingly, the density in the vicinity of the upper and lower end surfaces of the
ハウジング7は、金属材料や樹脂材料で筒状に形成され、本実施形態では、真ちゅうにより軸方向両端を開口した円筒状に形成される(図2参照)。ハウジング7の内周面7aには、軸受スリーブ8の外周面8dが、例えば隙間接着により固定される。ハウジング7と軸受スリーブ8との固定方法はこれに限らず、例えば圧入、接着剤介在下での圧入、あるいは溶着(超音波溶着やレーザ溶着を含む)などの手段も採用可能である。
The
第1シール部10及び第2シール部11は、金属材料あるいは樹脂材料で環状に形成され、例えば金属板のプレス加工により形成される。第1シール部10及び第2シール部11は、軸部材2の外周面2aの円筒面2a3、2a4に圧入、接着、溶着、溶接、加締めなど任意の手段で固定される。第1シール部10の外周面10a及び第2シール部11の外周面11aは、軸方向中心側に向けて徐々に拡径したテーパ面状をなす。第1シール部10の外周面10a及び第2シール部11の外周面11aと、ハウジング7の円筒面状内周面7aとの間には、軸方向中心側に向けて径方向幅を徐々に小さくした楔形の第1シール空間S1及び第2シール空間S2が形成される。
The
第1シール部10の下側端面10b及び第2シール部11の上側端面11bは、それぞれスラスト軸受面として機能する。各スラスト軸受面にはスラスト動圧発生部が形成される。本実施形態では、スラスト軸受隙間の油を内径側に流動させるポンプインタイプのスラスト動圧発生部が形成され、図示例ではポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝G3、G4が形成される(図3及び図4参照)。動圧溝G3、G4の円周方向間には、スパイラル形状の丘部G3’、G4’が形成される。図示例では、丘部G3’、G4’の内径端が、環状の平坦部で連結されている。スラスト動圧発生部は、例えばプレス加工により形成され、本実施形態では第1シール部10及び第2シール部11のプレス加工と同時にスラスト動圧発生部が成形される。
The
上記の構成部品からなる流体動圧軸受装置1は、以下のようにして組み立てられる。まず、軸受スリーブ8の内周に軸部材2を挿入すると共に、軸部材2の軸方向両端から第1シール部10及び第2シール部11を嵌合させる。そして、第1シール部10の端面10bと軸受スリーブ8の上側端面8bとの間のスラスト軸受隙間、及び、第2シール部11の端面11bと軸受スリーブ8の下側端面8cとの間のスラスト軸受隙間を所定量に設定した状態で、第1シール部10及び第2シール部11を軸部材2に固定する。このとき、軸受スリーブ8及びシール部10、11の外周がハウジング7で覆われていないため、外周からスラスト軸受隙間の大きさを確認することができ、スラスト軸受隙間の設定を簡単かつ正確に行うことができる。そして、軸部材2、軸受スリーブ8、第1シール部10、及び第2シール部11からなるサブアッシを、ハウジング7の内周に挿入し、ハウジング7の内周面7aと軸受スリーブ8の外周面8dとを固定する。
The fluid
そして、固定側の部材(軸部材2、第1シール部10、及び第2シール部11)と回転側の部材(軸受スリーブ8及びハウジング7)との間の空間に潤滑油を注入することにより、流体動圧軸受装置1が完成する。具体的には、第1シール空間S1と第2シール空間S2との間の空間に、軸受スリーブ8の内部気孔を含めて潤滑油が途切れなく満たされ、油面は常に第1シール空間S1及び第2シール空間S2の内部に保持される。
Then, by injecting lubricating oil into the space between the fixed side members (the
このとき、軸受スリーブ8の一部(本実施形態では、第1領域H1及び第2領域H2)における気孔率を小さくすることで、軸受スリーブ8の内部気孔に含浸される油量を減じることができる。これにより、流体動圧軸受装置1に注入された油の体積変化が抑えられるため、第1シール空間S1及び第2シール空間S2の容積を縮小することができる。従って、第1シール部10及び第2シール部11の大きさ(特に軸方向寸法)を縮小することができるため、流体動圧軸受装置1の小型化を図ることができ、あるいは、軸受スリーブ8を軸方向に延ばして軸受スパンを拡大し、軸受剛性の向上を図ることができる。
At this time, the amount of oil impregnated in the internal pores of the
以上の構成からなる流体動圧軸受装置1において、ディスクハブ3、ハウジング7、及び軸受スリーブ8が一体に回転すると、軸受スリーブ8の内周面8a(ラジアル軸受面)と軸部材2の外周面2aのラジアル軸受面2a1、2a2との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、動圧溝G1、G2によってラジアル軸受隙間の油膜の圧力が高められ、この動圧作用により軸受スリーブ8を含む回転側の部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部R1、R2が軸方向に離隔した2箇所に形成される。
In the fluid dynamic
これと同時に、軸受スリーブ8の上側端面8b(スラスト軸受面)と第1シール部10の下側端面10b(スラスト軸受面)との間、及び、軸受スリーブ8の下側端面8c(スラスト軸受面)と第2シール部11の上側端面11b(スラスト軸受面)との間に、それぞれスラスト軸受隙間が形成される。そして、動圧溝G3、G4によって両スラスト軸受隙間の油膜の圧力が高められ、この動圧作用により軸受スリーブ8を含む回転側の部材を両スラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部T1、T2が形成される。
At the same time, between the
このとき、上記のように軸受スリーブ8の第1領域H1及び第2領域H2の気孔率が小さいことで、この第1領域H1及び第2領域H2に形成されるラジアル軸受面及びスラスト軸受面における表面開孔率が小さくなっているため、これらの軸受面から軸受スリーブ8の内部への油の浸入を抑えることができる。また、軸受スリーブ8が回転することで、軸受スリーブ8の内部に含浸された油に遠心力が加わるが、第1領域H1及び第2領域H2の気孔率が小さいことでこれらの領域に含浸された油の外径側への流動を抑制できる。以上により、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間の油が軸受スリーブ8の内部に抜けにくくなり、各軸受隙間に生じる油膜の圧力の低下を防止することができる。
At this time, since the porosity of the first region H1 and the second region H2 of the
また、スラスト動圧発生部がポンプインタイプであることで、スラスト軸受隙間の油が内径側に押し込まれ、軸部材2の外周面2aと軸受スリーブ8の内周面8aとの間の空間(ラジアル軸受隙間を含む空間)に軸方向両側から油が流入する。これにより、第1ラジアル軸受部R1と第2ラジアル軸受部R2の軸方向間領域(逃げ部2a5が面する空間)に油が供給され、この領域における負圧の発生を防止できる。従って、ラジアル動圧発生部を軸方向非対称形状とする必要はなく、図2に示すように軸方向対称な形状とすることができ、軸受スパンの縮小を回避することができる。
Further, since the thrust dynamic pressure generating portion is a pump-in type, the oil in the thrust bearing gap is pushed into the inner diameter side, and the space between the outer
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記実施形態と同一の構成及び機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。 The present invention is not limited to the above embodiment. Hereinafter, although other embodiment of this invention is described, the same code | symbol is attached | subjected to the location which has the same structure and function as the said embodiment, and duplication description is abbreviate | omitted.
例えば、上記の実施形態では、ラジアル動圧発生部として、図2に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝G1、G2が示されているが、これに限られない。例えば、図5に示すように、動圧溝G1、G2の軸方向中央部に環状の平滑部G5を設けてもよい。この平滑部G5は、丘部G1’、G2’と同一円筒面上で連続している。 For example, in the above embodiment, herringbone-shaped dynamic pressure grooves G1 and G2 as shown in FIG. 2 are shown as the radial dynamic pressure generating portion, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, an annular smooth portion G5 may be provided in the center portion in the axial direction of the dynamic pressure grooves G1 and G2. The smooth portion G5 is continuous on the same cylindrical surface as the hill portions G1 'and G2'.
また、ラジアル動圧発生部は、ヘリングボーン形状の動圧溝に限らず、スパイラル形状の動圧溝や、円周方向でステップ形状や波形形状をなした軸方向溝で構成することができる。あるいは、複数の円弧を組み合わせた多円弧面で、ラジアル動圧発生部を構成することもできる。 Further, the radial dynamic pressure generating portion is not limited to the herringbone-shaped dynamic pressure groove, but can be configured by a spiral-shaped dynamic pressure groove or an axial groove having a step shape or a wave shape in the circumferential direction. Alternatively, the radial dynamic pressure generating unit can be configured by a multi-arc surface obtained by combining a plurality of arcs.
また、上記の実施形態では、ラジアル動圧発生部が軸部材2のラジアル軸受面2a1、2a2に形成されているが、これに限らず、ラジアル動圧発生部を軸受スリーブ8の内周面8aに設けられたラジアル軸受面に形成してもよい。この場合、ラジアル動圧発生部は、例えばプレス加工により形成することができ、特に、軸受スリーブ8のサイジング工程と同時にプレス成形することができる。あるいは、軸受スリーブ8の内周面8aのラジアル軸受面、及び、軸部材2の外周面2aのラジアル軸受面2a1、2a2の双方を円筒面状とした、いわゆる真円軸受を構成してもよい。この場合、動圧作用を積極的に発生させる動圧発生部は形成されないが、軸受スリーブ8の僅かな振れ回りにより動圧作用が発生する。
Further, in the above embodiment, the radial dynamic pressure generating portion is formed on the radial bearing surfaces 2 a 1 and 2 a 2 of the
また、上記の実施形態では、スラスト動圧発生部が第1シール部10の端面10b及び第2シール部11の端面11bに形成されているが、これに限らず、スラスト動圧発生部を軸受スリーブ8の上下端面8b、8cに設けられたスラスト軸受面に形成してもよい。この場合、スラスト動圧発生部は、例えばプレス加工により形成することができ、特に、軸受スリーブ8のサイジング工程と同時にプレス成形することができる。
In the above embodiment, the thrust dynamic pressure generating portion is formed on the
また、上記の実施形態では、スラスト動圧発生部として、図3及び図4に示すようなポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝G3、G4が示されているが、これに限られない。例えば、図示は省略するが、ヘリングボーン形状の動圧溝や、円周方向でステップ形状や波形形状をなした半径方向溝でスラスト動圧発生部を構成することもできる。 In the above embodiment, pump-in type spiral-shaped dynamic pressure grooves G3 and G4 as shown in FIGS. 3 and 4 are shown as the thrust dynamic pressure generating portion. However, the present invention is not limited to this. For example, although not shown in the drawing, the thrust dynamic pressure generating portion can be configured by a herringbone-shaped dynamic pressure groove or a radial groove having a step shape or a wave shape in the circumferential direction.
また、上記の実施形態では、第1シール部10及び第2シール部11を何れも軸部材2と別体に形成した場合を示したが、これに限らず、例えば一方のシール部を軸部材2と一体形成してもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上記の実施形態では、軸受スリーブ8に封孔処理を施さない場合を示したが、これに限らず、サイジング工程の後に回転サイジング等の封孔処理を施してもよい。この場合でも、軸受スリーブ8の気孔率を小さくしていることで表面開孔率が小さくなっているため、封孔処理の負担を軽減して加工コストの低減を図ることができる。
In the above embodiment, the case where the
また、上記の実施形態では、本発明に係る流体動圧軸受装置をHDDのディスク駆動装置のスピンドルモータに組み込んだ例を示しているが、これに限らず、他のディスク駆動装置のスピンドルモータや、レーザビームプリンタ(LBP)のポリゴンスキャナモータ、あるいはプロジェクタのカラーホイールモータ等に適用することもできる。 In the above embodiment, an example in which the fluid dynamic pressure bearing device according to the present invention is incorporated in a spindle motor of an HDD disk drive device is shown. It can also be applied to a polygon scanner motor of a laser beam printer (LBP) or a color wheel motor of a projector.
1 流体動圧軸受装置
2 軸部材
7 ハウジング
8 軸受スリーブ
10 第1シール部
11 第2シール部
12 連通路
D ディスク
G1、G2 動圧溝(ラジアル動圧発生部)
G3、G4 動圧溝(スラスト動圧発生部)
H1 第1領域(ラジアル軸受面の軸方向領域)
H2 第2領域(ラジアル軸受面の軸方向領域)
H3 第3領域(ラジアル軸受面以外の軸方向領域)
R1 第1ラジアル軸受部
R2 第2ラジアル軸受部
T1 第1スラスト軸受部
T2 第2スラスト軸受部
S1 第1シール空間
S2 第2シール空間
DESCRIPTION OF
G3, G4 Dynamic pressure groove (Thrust dynamic pressure generator)
H1 1st region (Axial direction region of radial bearing surface)
H2 2nd area (Axial direction area of radial bearing surface)
H3 3rd region (Axial region other than radial bearing surface)
R1 1st radial bearing part R2 2nd radial bearing part T1 1st thrust bearing part T2 2nd thrust bearing part S1 1st seal space S2 2nd seal space
Claims (12)
前記軸受スリーブのうち、前記ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を、前記ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率よりも小さくしたことを特徴とする流体動圧軸受装置。 The shaft member on the fixed side, the shaft member is inserted on the inner periphery, the sintered metal bearing sleeve on the rotation side, the outer peripheral surface of the bearing sleeve is fixed on the inner peripheral surface, and both ends in the axial direction are open A cylindrical housing, a first seal portion and a second seal portion which are provided to protrude from the outer peripheral surface of the shaft member to the outer diameter, and are arranged on both axial sides of the bearing sleeve, and the outer peripheral surface of the shaft member A radial bearing portion that supports the bearing sleeve in a radial direction by a dynamic pressure action of an oil film generated in a radial bearing gap between a radial bearing surface provided on the inner surface of the bearing sleeve and a radial bearing surface provided on the inner peripheral surface of the bearing sleeve; The bearing sleeve is thrust by the dynamic pressure action of the oil film generated in the thrust bearing gap between the thrust bearing surface provided on one end surface of the bearing sleeve and the thrust bearing surface provided on the end surface of the first seal portion. A thrust bearing gap between a first thrust bearing portion that is supported in one direction and a thrust bearing surface provided on the other end surface of the bearing sleeve and a thrust bearing surface provided on an end surface of the second seal portion. A first seal space formed between a second thrust bearing portion that supports the bearing sleeve in the other thrust direction by the dynamic pressure action of the generated oil film, and an outer peripheral surface of the first seal portion and an inner peripheral surface of the housing. And a second seal space formed between the outer peripheral surface of the second seal portion and the inner peripheral surface of the housing, and lubricates the space between the first seal space and the second seal space. A shaft-fixed type fluid dynamic bearing device that is filled with oil and has an oil level held in the first seal space and the second seal space,
The fluid dynamic bearing device according to claim 1, wherein a porosity in an axial region of the radial bearing surface of the bearing sleeve is smaller than a porosity in an axial region other than the radial bearing surface.
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