JP4051552B2

JP4051552B2 - Hydrodynamic bearing device

Info

Publication number: JP4051552B2
Application number: JP2002372440A
Authority: JP
Inventors: 康雄高村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2004204890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受装置に関し、更に詳しくは、内部に封入される潤滑流体の外部への漏れの発生を抑えることのできる動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスクや光ディスクなどに用いられるスピンドルモータ等のような高速回転装置を支持するための軸受装置として、動圧軸受装置（あるいは流体軸受装置）が採用され始めている。動圧軸受装置は、一般に、軸（シャフト）と軸受（スリーブ）等、相対回転自在に配置された二つの部材における互いの対向面（軸受面）のいずれか一方に、複数条の動圧溝を形成するとともに、その対向面間に潤滑油剤、液体金属等の潤滑流体を充填した構成を採る。この構成により、動圧軸受装置は、二つの部材の相対回転時に、この動圧溝によるポンピング作用等によって潤滑流体に圧力（動圧）を発生させ、その圧力により二つの部材を非接触に支持する。
【０００３】
図４は、従来の動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。この例は、スラスト（アキシャル）方向の荷重を、軸部材先端に形成したピボット軸受で支承するラジアル動圧軸受を示している。このラジアル動圧軸受は、一方の開口が密閉された略筒状のスリーブ２と、このスリーブ２の他方の開口から挿入され、その内周に嵌合されるシャフト３１と、から構成されている。なお、図示上方（軸方向上部）をこの動圧軸受における密閉端側、図示下方（軸方向下部）をこの動圧軸受における開放端側として説明する。
【０００４】
スリーブ２は、筒状体２ａの密閉端側開口に蓋部材（スラスト板）２ｂを嵌め入れ、これら筒状体２ａと蓋部材２ｂとを、接着剤等を用いて一体として形成されている。また、シャフト３１は、スリーブ２の密閉端側の開口から挿入され、このスリーブ２の内周に僅かの間隙を開けて回転自在に嵌合されている。このシャフト３１のシャフト端部３１ａは、半球状に形成されているとともに、その先端が蓋部材２ａに接するように配置され、軸方向の荷重を支承するピボット軸受としての機能を果たす。
【０００５】
このスリーブ２の内周面２ｘには、軸方向に所定の距離をおいて隣接する位置に、それぞれ周方向にヘリングボーンまたはＶ字パターンの２つのラジアル動圧溝２ｖ，２ｖが形成されている。また、シャフト３１とスリーブ２との間のすき間（軸受すき間）には、潤滑流体（図示省略）が充填されるとともに、スリーブ２の開放端側の開口にはキャピラリーシール部が形成され、この潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【０００６】
このような動圧軸受装置に関し、本出願人らは既に、軸受面の平坦度（表面の粗さ）を比較的低コストで向上させる方法についての提案を行っている（特許文献１参照）。
【０００７】
図５は、従来のラジアル動圧軸受装置における軸受面の表面状態を模式的に示す説明図（図４のＧ部拡大図）である。上記の提案によれば、軸受面に沿って尖った形状の山部３１ｓと谷部３１ｔが交互に並んだ状態の旋削加工後のシャフト外周面３１ｙに、ラップ加工やバレル加工等の研磨加工を施し、この山部３１ｓ頂上の形状を台形状とすることによって、高コストとなる鏡面仕上げを行うことなく、動圧を有効に発生させることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１２１４６６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような動圧軸受装置において、スリーブの開口部から潤滑流体が漏れ出してしまうという問題があった。この潤滑流体の漏出は、スリーブの開放端付近において、潤滑流体の流れの乱れにより、エアが潤滑流体に巻き込まれることに起因して発生していると考えられる。
【００１０】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、スリーブ開口部からのエアの巻き込みが少なく、潤滑流体の外部への漏れを抑えることのできる動圧軸受装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、第１の発明は、軸方向に沿って配置されたシャフトと、どちらか一方の端部が密閉されたスリーブとからなり、これらシャフトとスリーブとを僅かのすき間を開けて対向配置するとともに、前記シャフトの外周面とスリーブの内周面の対向領域のどちらか一方に形成されたヘリングボーンまたはＶ字パターンのラジアル動圧溝により、これらシャフトとスリーブの相対回転時に、前記すき間に充填された潤滑流体に発生する動圧によって、これらシャフトとスリーブとの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方は、前記ラジアル動圧溝が形成された軸方向領域の表面における山部と谷部との高さの差である表面の粗さが、軸方向密閉端側から開口端側に向けて小さくなるように形成されていることを特徴とする。
また、前記シャフトの外周面とスリーブの内周面の対向領域のどちらか一方に、軸方向に距離を開けた２箇所のヘリングボーンまたはＶ字パターンのラジアル動圧溝が形成された動圧軸受装置の場合は、前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方が、前記２箇所のラジアル動圧溝が形成された部位とその間の部位からなる軸方向領域の表面における山部と谷部との高さの差である表面の粗さが、軸方向密閉端側から開口端側に向けて小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、内部に潤滑流体を封入した動圧軸受装置において、軸受面の表面粗さ（軸受面に沿って交互に並んだ山部と谷部との高さの差からなる平坦度）が潤滑流体へのエアの巻き込み量に関与していることに着目し、対向する軸受面の少なくとも一方側の表面粗さを軸方向に変化させることによって、所期の目的を達成しようとするものである。動圧軸受は、有効な動圧を発生させるために適度な軸受面の表面粗さが必要であるが、エアと接する軸受開放端においては、この表面の荒れによる潤滑流体の乱れがエアの巻き込みを起こしてしまう。しかしながら、本発明者らは鋭意研究の結果、この軸受面の表面粗さを密閉端側と開放端側で異なるものとすることによって、十分な動圧の発生とエアの巻き込み防止とを両立できる手段を見出した。
【００１３】
すなわち、請求項１または請求項２に係る発明によれば、動圧軸受装置のスリーブ開口近傍におけるシャフトの軸受面およびスリーブの軸受面の少なくとも一方側を、平坦度の高い滑らかな状態とすることにより、この部位における潤滑流体の流れの乱れが抑えられ、潤滑流体へのエアの巻き込みを防止することができる。また、スリーブ密閉端側の軸受面は、比較的荒れた表面状態であることから、この部位は強い流体保持力を発揮し、十分な動圧を発生することができる。従って、本発明の動圧軸受装置は、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することが可能となる。なお、動圧軸受の具体的な構成例として、前記ラジアル動圧溝が形成された領域の更に軸方向密閉端側に、スラスト動圧軸受が形成されている構成を好適に採用することができる（請求項３）。
【００１４】
また、同じ目的を達成するために、請求項４に係る発明は、軸方向に沿って配置されたシャフトと、両端部が開口したスリーブとからなり、これらシャフトとスリーブとを僅かのすき間を開けて対向配置するとともに、前記シャフトの外周面とスリーブの内周面の対向領域のどちらか一方に、軸方向に距離を開けて形成された２箇所のヘリングボーンまたはＶ字パターンのラジアル動圧溝により、これらシャフトとスリーブの相対回転時に、前記すき間に充填された潤滑流体に発生する動圧によって、これらシャフトとスリーブとの相対回転を非接触に支持する動圧軸受装置において、前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方は、前記ラジアル動圧溝が形成された軸方向の各領域の表面における山部と谷部との高さの差である表面の粗さが、それぞれ軸方向中央側から両端開口側に向けて小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、この発明によれば、スリーブの両端が開口した動圧軸受装置においても、第１の発明同様、シャフトの軸受面およびスリーブの軸受面の少なくとも一方の表面粗さを、両端の開口部位において滑らかな状態とすることにより、潤滑流体へのエアの巻き込みが防止される。また、軸方向中央部においては、軸受面の表面が比較的荒れた表面状態であることから、この部位は強い流体保持力を発揮し、十分な動圧を発生させることが可能である。従って、本発明の動圧軸受装置も、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。なお、動圧軸受の具体的な構成例として、前記ラジアル動圧溝が形成された軸方向の各領域どうしの間に、スラスト動圧軸受が形成されている構成を好適に採用することができる（請求項５）。
【００１６】
また、本発明において部材の表面粗さを軸方向に変化させる方法については特に限定されず、ラップ加工やバレル加工等を用いて軸方向に表面状態を徐々に変化させても良いし、サンドブラストや電解研磨等により軸方向に表面状態を段階的に変化させても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、この動圧軸受装置におけるシャフト１の表面状態を模式的に示す説明図である。なお、本実施の形態における動圧軸受装置の基本構成も、図４に示す従来例と同様であることから、構造に関する詳細な説明は省略する。
【００１８】
この実施の形態における動圧軸受装置も、スラスト（アキシャル）方向の荷重を、軸部材先端に形成したピボット軸受で支承するラジアル動圧軸受であり、一方の開口が密閉された略筒状のスリーブ２と、このスリーブ２の他方の開口から挿入され、その内周に嵌合されるシャフト１と、から構成されている。
【００１９】
本実施の形態における動圧軸受装置の特徴は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、シャフト１の外周面１ｙの粗さが、軸方向密閉端側（図示上方）から開口端側（図示下方）に向けて、徐々に小さくなるように形成されている点である。
【００２０】
このように軸方向に粗さが異なる表面状態は、このシャフト１の外周面１ｙにバレル加工等の研磨を施すことにより得ることができる。また、この研磨によって、図１（ｂ）に示すような表面粗さ（山部１ｓと谷部１ｔの高さの差）が約０．４〜０．８μｍの部位と、図１（ｃ）に示すような表面粗さが０．１μｍ以下の部位とを、同一の表面上に一度の加工で作り出すことが可能である。
【００２１】
以上の構成により、この動圧軸受装置は、スリーブ２の密閉端側の軸受面における強い流体保持力（すなわち、十分な動圧の発生）と、スリーブ２の開放端側軸受面におけるスムーズな潤滑流体の流れを両立することができる。従って、本実施の形態における動圧軸受装置は、スリーブ開口近傍における潤滑流体の流れの乱れが少なく、潤滑流体へのエアの巻き込み量も抑えられることから、この潤滑流体の外部への漏れを未然に防ぐことが可能になる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、この動圧軸受装置におけるシャフト１１の表面状態を模式的に示す説明図である。この動圧軸受装置は、第１の実施の形態と同様のラジアル動圧軸受に加え、シャフト１１の一端に、軸方向の荷重を支承するスラスト動圧軸受が形成されている。
【００２３】
この第２の実施の形態において使用されるシャフト１１は、円柱状のシャフト軸部１１ａの一端に、円板状のフランジ部１１ｂが設けられている。スリーブ１２は、筒状体１２ａの密閉端（図示上方）側開口に、シャフト１１のフランジ部１１ｂを嵌め入れることのできる円周段部１２ｃが形成されており、このシャフト１１を嵌合した状態で、その開口に蓋部材（スラスト板）１２ｂを嵌め合わせて密閉され、接着剤等を用いて一体とされている。なお、このシャフト１１のフランジ部１１ｂとスリーブ１２との相対回転は、シャフト１１のフランジ部１１ｂの両端面と、スラスト動圧溝１２ｗ，１２ｗが形成されたスリーブ１２の円周段部１２ｃ端面および蓋部材１２ｂ端面との間に発生するスラスト方向の動圧によって、非接触に支持されることとなる。
【００２４】
また、この動圧軸受装置におけるラジアル動圧軸受部位の構造も、第１の実施の形態と同様であり、スリーブ１２の内周面１２ｘには、軸方向に所定の距離をおいて隣接する位置に、それぞれ周方向にヘリングボーンまたはＶ字パターンの２つのラジアル動圧溝１２ｖ，１２ｖが形成されている。シャフト１１とスリーブ１２との間のすき間（軸受すき間）には、潤滑流体（図示省略）が充填されているとともに、スリーブ１２の開放端側の開口にはキャピラリーシール部が形成されており、この潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【００２５】
この動圧軸受装置のシャフト軸部１１ａの直径は、バレル加工等の研磨により、軸方向開口部側が密閉端側に比べて若干小径となるように形成されている。すなわち、この研磨加工によって、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、このシャフト軸部１１ａの外周面１１ｙの粗さが、軸方向密閉端側から開口端側にかけて次第に滑らかとなっているのである。この構成により、本実施の形態における動圧軸受も、スリーブ開口近傍における潤滑流体の流れの乱れが少なく、潤滑流体へのエアの巻き込み量が抑えられる。従って、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。
【００２６】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、この動圧軸受装置におけるシャフト２１の表面状態を模式的に示す説明図である。この動圧軸受装置は、第１の実施の形態と同様のラジアル動圧軸受に加え、シャフト２１の軸方向略中央に、軸方向の荷重を支承するスラスト動圧軸受が形成されている。
【００２７】
この第３の実施の形態において使用されるシャフト２１は、円柱状のシャフト軸部２１ａの軸方向略中央に、円板状のフランジ部２１ｂが設けられている。また、スリーブ２２は、軸方向の略中央にこのフランジ部２１ｂを嵌め入れることのできる大径部２２ａが形成されているとともに、その両端の開口部は密閉されず開放端とされている。なお、このシャフト２１のフランジ部２１ｂとスリーブ２２との相対回転は、第２の実施の形態と同様、スラスト動圧溝２１ｗ，２１ｗが形成されたフランジ部２１ｂの両端面と、それぞれに対向するスリーブ大径部２２ａの両端面との間に発生するスラスト方向の動圧によって、非接触に支持される。
【００２８】
この動圧軸受装置におけるラジアル動圧軸受部位の構造も、第１，第２の実施の形態と同様であり、スリーブ２２の内周面２２ｘには、大径部２２ａを挟んで軸方向に対称となる位置に、それぞれ周方向にヘリングボーンまたはＶ字パターンの２つのラジアル動圧溝２２ｖ，２２ｖが形成されている。シャフト２１とスリーブ２２との間のすき間（軸受すき間）には、潤滑流体（図示省略）が充填されているとともに、スリーブ２２の両開放端側の開口にはそれぞれキャピラリーシール部が形成されており、この潤滑流体の外部への漏出防止が図られている。
【００２９】
また、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、この動圧軸受装置も、シャフト軸部２１ａの外周面２１ｙにバレル加工等の研磨を施すことにより、シャフト軸部２１ａの直径が、軸方向中央（フランジ部２１ｂ）側から両開口端側にかけて徐々に小径となるように形成されている。すなわち、このシャフト軸部２１ａも、その外周面２１ｙの粗さが、軸方向中央側から開口端側にかけて次第に滑らかとなるように研磨されている。この構成により、本実施の形態における動圧軸受も、スリーブの両端開口近傍における潤滑流体の流れの乱れが少なく、潤滑流体へのエアの巻き込み量が抑えられる。従って、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することが可能となる。
【００３０】
なお、以上３つの実施の形態においては、ラジアル動圧溝をスリーブ側に設け、対向するシャフト軸部の表面状態を軸方向に変化させた例を示したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。この動圧溝は、スリーブ側表面あるいはシャフト側表面のどちら側に設けても良く、また、表面状態を軸方向に変化させる面も、動圧溝の形成の有無に関わらず、どちらか一方の面あるいは両方の面に加工しても良い。
【００３１】
また、これらの実施の形態おける表面状態の軸方向変化は、ラップ加工等により開放端に向けて連続的に変化させた例を示したが、その他の研磨方法を用いることにより、軸方向の一定範囲毎に段階的に変化させても同様の効果を奏することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の動圧軸受装置によれば、スリーブ開口近傍におけるシャフトの軸受面およびスリーブの軸受面の少なくとも一方側を平坦度の高い滑らかな状態とすることにより、この部位における潤滑流体の流れの乱れが抑えられ、潤滑流体へのエアの巻き込みを防止することができる。従って、この動圧軸受装置は、動圧軸受としての十分な性能を維持しつつ、潤滑流体の外部への漏れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図であり、（ｂ）はＡ部拡大図、（ｃ）はＢ部拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図であり、（ｂ）はＣ部拡大図、（ｃ）はＤ部拡大図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第３の実施の形態における動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図であり、（ｂ）はＥ部拡大図、（ｃ）はＦ部拡大図である。
【図４】従来の動圧軸受装置の構造を示す模式的断面図である。
【図５】従来の動圧軸受装置におけるシャフト３１軸受面の表面状態を模式的に示す図４のＧ部拡大図である。
【符号の説明】
１，３１シャフト
１ａ，３１ａ端部
１ｙ，３１ｙ外周面
１ｓ，３１ｓ山部
１ｔ，３１ｔ谷部
１１，２１シャフト
１１ａ，２１ａ軸部
１１ｂ，２１ｂフランジ部
１１ｙ，２１ｙ外周面
１１ｓ，２１ｓ山部
１１ｔ，２１ｔ谷部
２１ｗスラスト動圧溝
２，１２スリーブ
２ａ，１２ａ筒状体
２ｂ，１２ｂ蓋部材
１２ｃ円周段部
１２ｗスラスト動圧溝
２ｖ，１２ｖラジアル動圧溝
２ｘ，１２ｘ内周面
２２スリーブ
２２ａ大径部
２２ｖラジアル動圧溝
２２ｘ内周面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrodynamic bearing device, and more particularly, to a hydrodynamic bearing device capable of suppressing the occurrence of leakage of a lubricating fluid sealed inside.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a dynamic pressure bearing device (or a fluid bearing device) has begun to be adopted as a bearing device for supporting a high-speed rotating device such as a spindle motor used for a magnetic disk or an optical disk. In general, a hydrodynamic bearing device is composed of a plurality of hydrodynamic grooves on either one of mutually opposing surfaces (bearing surfaces) of two members, such as a shaft (shaft) and a bearing (sleeve), which are arranged to be relatively rotatable. And a configuration in which a lubricating fluid such as a lubricant or liquid metal is filled between the opposing surfaces. With this configuration, the hydrodynamic bearing device generates pressure (dynamic pressure) in the lubricating fluid by a pumping action or the like by the hydrodynamic groove during relative rotation of the two members, and supports the two members in a non-contact manner by the pressure. To do.
[0003]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional hydrodynamic bearing device. This example shows a radial dynamic pressure bearing in which a thrust (axial) load is supported by a pivot bearing formed at the tip of a shaft member. This radial dynamic pressure bearing is constituted by a substantially cylindrical sleeve 2 whose one opening is sealed, and a shaft 31 which is inserted from the other opening of the sleeve 2 and fitted to the inner periphery thereof. . The upper part in the figure (the upper part in the axial direction) will be described as the sealed end side in the dynamic pressure bearing, and the lower part in the figure (the lower part in the axial direction) will be described as the open end side in the dynamic pressure bearing.
[0004]
The sleeve 2 is formed by fitting a lid member (thrust plate) 2b into the sealed end side opening of the cylindrical body 2a, and integrally forming the cylindrical body 2a and the lid member 2b using an adhesive or the like. Further, the shaft 31 is inserted from the opening on the sealed end side of the sleeve 2, and is fitted to the inner periphery of the sleeve 2 so as to be rotatable with a slight gap. The shaft end portion 31a of the shaft 31 is formed in a hemispherical shape, and is arranged so that the tip thereof is in contact with the lid member 2a, and functions as a pivot bearing that supports an axial load.
[0005]
On the inner peripheral surface 2x of the sleeve 2, two radial dynamic pressure grooves 2v and 2v each having a herringbone or V-shaped pattern are formed in the circumferential direction at positions adjacent to each other at a predetermined distance in the axial direction. . In addition, a gap (bearing gap) between the shaft 31 and the sleeve 2 is filled with a lubricating fluid (not shown), and a capillary seal portion is formed in the opening on the open end side of the sleeve 2. Prevention of leakage of fluid to the outside is achieved.
[0006]
With regard to such a hydrodynamic bearing device, the applicants have already proposed a method for improving the flatness (surface roughness) of the bearing surface at a relatively low cost (see Patent Document 1).
[0007]
FIG. 5 is an explanatory diagram (G part enlarged view of FIG. 4) schematically showing the surface state of the bearing surface in the conventional radial dynamic pressure bearing device. According to said proposal, grinding | polishing processes, such as a lapping process and a barrel process, are carried out to the shaft outer peripheral surface 31y after the turning process of the state where the peak part 31s and trough part 31t of the sharp shape along the bearing surface were located in a line. By applying the trapezoidal shape to the top of the peak portion 31s, dynamic pressure can be effectively generated without performing high-cost mirror finish.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-121466
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above hydrodynamic bearing device, there has been a problem that the lubricating fluid leaks from the opening of the sleeve. This leakage of the lubricating fluid is considered to have occurred near the open end of the sleeve due to air being entrained in the lubricating fluid due to a disturbance in the flow of the lubricating fluid.
[0010]
The present invention has been made in order to address the above-described problems, and provides a fluid dynamic bearing device capable of suppressing the leakage of the lubricating fluid to the outside with less air entrainment from the sleeve opening. It is aimed.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the first invention comprises a shaft disposed along the axial direction and a sleeve sealed at either end, and the shaft and the sleeve are slightly spaced. The shaft and the sleeve are rotated relative to each other by a herringbone or a V-shaped radial dynamic pressure groove formed in one of the opposed regions of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve. Sometimes, in the hydrodynamic bearing device that supports the relative rotation between the shaft and the sleeve in a non-contact manner by the dynamic pressure generated in the lubricating fluid filled in the gap, the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve at least one of the roughness of the radial dynamic pressure groove is the difference crests and valleys of the height in the surface of the axial region formed surface is axially Characterized in that it is formed to be smaller toward the opening end side from the closed end side.
Also, a hydrodynamic bearing in which two herringbones or V-shaped radial dynamic pressure grooves spaced apart in the axial direction are formed in either one of the opposing regions of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve. In the case of the device, at least one of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve has a peak portion on the surface of the axial region composed of a portion where the two radial dynamic pressure grooves are formed and a portion therebetween. The surface roughness, which is the difference in height from the valley, is formed so as to decrease from the axially sealed end side toward the open end side.
[0012]
The present invention provides a hydrodynamic bearing device in which a lubricating fluid is enclosed, and the surface roughness of the bearing surface (the flatness formed by the difference in height between peaks and valleys alternately arranged along the bearing surface). Focusing on the involvement of air in the lubricating fluid, it is intended to achieve the intended purpose by changing the surface roughness of at least one of the opposing bearing surfaces in the axial direction. is there. In order to generate effective dynamic pressure, the dynamic pressure bearing requires an appropriate surface roughness of the bearing surface.However, at the open end of the bearing in contact with air, the disturbance of the lubricating fluid due to the rough surface causes the air to be entrained. Will be caused. However, as a result of diligent research, the inventors of the present invention can achieve both sufficient generation of dynamic pressure and prevention of air entrainment by making the surface roughness of the bearing surface different between the closed end side and the open end side. Found a means.
[0013]
That is, according to the first or second aspect of the invention, at least one of the bearing surface of the shaft and the bearing surface of the sleeve in the vicinity of the sleeve opening of the hydrodynamic bearing device is in a smooth state with high flatness. Thus, the disturbance of the flow of the lubricating fluid at this portion can be suppressed, and the entrainment of air into the lubricating fluid can be prevented. Further, since the bearing surface on the sleeve sealing end side is in a relatively rough surface state, this portion exhibits a strong fluid holding force and can generate a sufficient dynamic pressure. Therefore, the hydrodynamic bearing device of the present invention can prevent leakage of the lubricating fluid to the outside while maintaining sufficient performance as the hydrodynamic bearing. As a specific configuration example of the dynamic pressure bearing, a configuration in which a thrust dynamic pressure bearing is formed on the axially sealed end side of the region where the radial dynamic pressure groove is formed can be suitably employed. (Claim 3).
[0014]
In order to achieve the same object, the invention according to claim 4 includes a shaft arranged along the axial direction and a sleeve having both ends opened, and the shaft and the sleeve are opened with a slight gap. Two herringbones or V-shaped radial dynamic pressure grooves formed at a distance in the axial direction in either one of the opposed regions of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve Therefore, in the hydrodynamic bearing device that supports the relative rotation between the shaft and the sleeve in a non-contact manner by the dynamic pressure generated in the lubricating fluid filled in the gap during the relative rotation between the shaft and the sleeve, the outer periphery of the shaft at least one of the inner peripheral surface of the surface and the sleeve, the high mountain portion and the valley of the radial dynamic pressure groove surface of each region in the axial direction is formed The difference is that the surface roughness of, characterized in that it is formed to be smaller toward the both end opening side from the axial direction of the center side.
[0015]
That is, according to this invention, even in the dynamic pressure bearing device opposite open ends of the sleeve, the first invention is similarly, at least one of the surface roughness of the bearing surface and the bearing surface of the sleeve of the shaft, the opening portion at both ends In this case, the air is prevented from being caught in the lubricating fluid. In addition, since the surface of the bearing surface is relatively rough at the central portion in the axial direction, this portion exhibits a strong fluid holding force and can generate a sufficient dynamic pressure. Therefore, the hydrodynamic bearing device of the present invention can also prevent leakage of the lubricating fluid to the outside while maintaining sufficient performance as the hydrodynamic bearing. As a specific configuration example of the hydrodynamic bearing, a configuration in which a thrust hydrodynamic bearing is formed between the axial regions where the radial hydrodynamic grooves are formed can be suitably employed. (Claim 5).
[0016]
In the present invention, the method for changing the surface roughness of the member in the axial direction is not particularly limited, and the surface state may be gradually changed in the axial direction using lapping, barrel processing, etc. The surface state may be changed stepwise in the axial direction by electrolytic polishing or the like.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hydrodynamic bearing device according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 1B and 1C show the hydrodynamic bearing device. It is explanatory drawing which shows typically the surface state of the shaft 1 in. Since the basic configuration of the hydrodynamic bearing device in the present embodiment is also the same as that of the conventional example shown in FIG. 4, detailed description regarding the structure is omitted.
[0018]
The hydrodynamic bearing device in this embodiment is also a radial hydrodynamic bearing that supports a thrust (axial) load by a pivot bearing formed at the tip of a shaft member, and has a substantially cylindrical sleeve whose one opening is sealed. 2 and a shaft 1 which is inserted from the other opening of the sleeve 2 and is fitted to the inner periphery thereof.
[0019]
As shown in FIGS. 1B and 1C, the hydrodynamic bearing device according to the present embodiment is characterized in that the roughness of the outer peripheral surface 1y of the shaft 1 is from the axially sealed end side (the upper side in the drawing). It is a point formed so that it may become small gradually toward the opening end side (illustration downward).
[0020]
Such surface states having different roughness in the axial direction can be obtained by subjecting the outer peripheral surface 1y of the shaft 1 to polishing such as barrel processing. In addition, by this polishing, the surface roughness (the difference in height between the peak 1s and the valley 1t) as shown in FIG. 1B is about 0.4 to 0.8 μm, and FIG. It is possible to create a part having a surface roughness of 0.1 μm or less as shown in FIG.
[0021]
With the above configuration, this hydrodynamic bearing device has a strong fluid holding force (that is, sufficient dynamic pressure is generated) on the bearing surface on the sealed end side of the sleeve 2 and smooth lubrication on the open end side bearing surface of the sleeve 2. It is possible to achieve both fluid flows. Therefore, the hydrodynamic bearing device according to the present embodiment has less disturbance in the flow of the lubricating fluid in the vicinity of the opening of the sleeve, and can suppress the amount of air entrained in the lubricating fluid. It becomes possible to prevent.
[0022]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing the structure of the hydrodynamic bearing device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 2B and 2C show the hydrodynamic bearing device. It is explanatory drawing which shows typically the surface state of the shaft 11 in. In this dynamic pressure bearing device, a thrust dynamic pressure bearing that supports an axial load is formed at one end of the shaft 11 in addition to the same radial dynamic pressure bearing as that in the first embodiment.
[0023]
The shaft 11 used in the second embodiment is provided with a disc-shaped flange portion 11b at one end of a cylindrical shaft shaft portion 11a. In the sleeve 12, a circumferential step portion 12 c into which the flange portion 11 b of the shaft 11 can be fitted is formed in the opening on the closed end (upper side in the drawing) side of the cylindrical body 12 a, and the shaft 11 is fitted. Then, a lid member (thrust plate) 12b is fitted into the opening and sealed, and integrated with an adhesive or the like. The relative rotation between the flange portion 11b of the shaft 11 and the sleeve 12 is such that both end surfaces of the flange portion 11b of the shaft 11, the end surface of the circumferential step portion 12c of the sleeve 12 in which the thrust dynamic pressure grooves 12w and 12w are formed, and It is supported in a non-contact manner by the dynamic pressure in the thrust direction generated between the end surface of the lid member 12b.
[0024]
Further, the structure of the radial dynamic pressure bearing portion in this dynamic pressure bearing device is also the same as that of the first embodiment, and a position adjacent to the inner peripheral surface 12x of the sleeve 12 at a predetermined distance in the axial direction. In addition, two radial dynamic pressure grooves 12v, 12v each having a herringbone or V-shaped pattern are formed in the circumferential direction. A gap (bearing gap) between the shaft 11 and the sleeve 12 is filled with a lubricating fluid (not shown), and a capillary seal portion is formed in the opening on the open end side of the sleeve 12. Prevention of leakage of the lubricating fluid to the outside is achieved.
[0025]
The diameter of the shaft shaft portion 11a of the hydrodynamic bearing device is formed such that the axial opening side is slightly smaller than the sealed end side by polishing such as barrel processing. That is, by this polishing process, as shown in FIGS. 2B and 2C, the roughness of the outer peripheral surface 11y of the shaft shaft portion 11a becomes gradually smooth from the axially sealed end side to the open end side. It has become. With this configuration, the hydrodynamic bearing in the present embodiment also has less disturbance in the flow of the lubricating fluid in the vicinity of the sleeve opening, and the amount of air entrained in the lubricating fluid can be suppressed. Therefore, leakage of the lubricating fluid to the outside can be prevented while maintaining sufficient performance as a dynamic pressure bearing.
[0026]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the structure of the hydrodynamic bearing device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 3B and 3C show the hydrodynamic bearing device. It is explanatory drawing which shows typically the surface state of the shaft 21 in. In this dynamic pressure bearing device, in addition to the radial dynamic pressure bearing similar to that of the first embodiment, a thrust dynamic pressure bearing that supports an axial load is formed at the substantially axial center of the shaft 21.
[0027]
The shaft 21 used in the third embodiment is provided with a disk-like flange portion 21b substantially at the center in the axial direction of a columnar shaft shaft portion 21a. The sleeve 22 has a large-diameter portion 22a into which the flange portion 21b can be fitted at substantially the center in the axial direction, and the opening portions at both ends thereof are not sealed but are open ends. The relative rotation between the flange portion 21b of the shaft 21 and the sleeve 22 is opposite to both end surfaces of the flange portion 21b in which the thrust dynamic pressure grooves 21w and 21w are formed, as in the second embodiment. It is supported in a non-contact manner by dynamic pressure in the thrust direction generated between both end faces of the sleeve large diameter portion 22a.
[0028]
The structure of the radial dynamic pressure bearing portion in this dynamic pressure bearing device is also the same as in the first and second embodiments, and the inner peripheral surface 22x of the sleeve 22 is symmetrical in the axial direction with the large diameter portion 22a interposed therebetween. Two radial dynamic pressure grooves 22v and 22v each having a herringbone or V-shaped pattern are formed in the circumferential direction. A gap (bearing gap) between the shaft 21 and the sleeve 22 is filled with a lubricating fluid (not shown), and capillary seal portions are formed in the openings on both open ends of the sleeve 22. The leakage of the lubricating fluid to the outside is prevented.
[0029]
Further, as shown in FIGS. 3B and 3C, this hydrodynamic bearing device also has a diameter of the shaft shaft portion 21a by polishing the outer peripheral surface 21y of the shaft shaft portion 21a by barrel processing or the like. However, it is formed so that it may become a small diameter gradually from the axial direction center (flange part 21b) side to both opening end sides. That is, the shaft shaft portion 21a is also ground so that the roughness of the outer peripheral surface 21y becomes gradually smooth from the axial center side to the opening end side. With this configuration, the hydrodynamic bearing in the present embodiment also has less disturbance in the flow of the lubricating fluid in the vicinity of the opening at both ends of the sleeve, and the amount of air entrained in the lubricating fluid can be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent the lubricating fluid from leaking to the outside while maintaining sufficient performance as the hydrodynamic bearing.
[0030]
In the above three embodiments, the radial dynamic pressure groove is provided on the sleeve side and the surface state of the opposed shaft shaft portion is changed in the axial direction. However, the present invention is limited to these examples. Is not to be done. This dynamic pressure groove may be provided on either the sleeve side surface or the shaft side surface, and the surface that changes the surface state in the axial direction is either one of the surfaces regardless of the presence or absence of the dynamic pressure groove. You may process into the surface or both surfaces.
[0031]
Moreover, although the axial direction change of the surface state in these embodiments is shown as an example in which the surface state is continuously changed toward the open end by lapping or the like, the axial direction can be kept constant by using other polishing methods. Even if it is changed stepwise for each range, the same effect can be obtained.
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the hydrodynamic bearing device of the present invention, at least one side of the bearing surface of the shaft and the bearing surface of the sleeve in the vicinity of the sleeve opening is brought into a smooth state with high flatness. Disturbances in the flow of the lubricating fluid in can be suppressed, and air entrainment in the lubricating fluid can be prevented. Therefore, this dynamic pressure bearing device can prevent leakage of the lubricating fluid to the outside while maintaining sufficient performance as the dynamic pressure bearing.
[Brief description of the drawings]
1A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hydrodynamic bearing device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is an enlarged view of part A, and FIG. 1C is an enlarged view of part B; FIG.
2A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hydrodynamic bearing device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 2B is an enlarged view of a C portion, and FIG. 2C is an enlarged view of a D portion; FIG.
3A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hydrodynamic bearing device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 3B is an enlarged view of an E portion, and FIG. 3C is an enlarged view of an F portion; FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional hydrodynamic bearing device.
5 is an enlarged view of a portion G in FIG. 4 schematically showing a surface state of a bearing surface of a shaft 31 in a conventional hydrodynamic bearing device.
[Explanation of symbols]
1, 31 Shafts 1a, 31a Ends 1y, 31y Outer peripheral surfaces 1s, 31s Peaks 1t, 31t Valleys 11, 21 Shafts 11a, 21a Shafts 11b, 21b Flanges 11y, 21y Outer peripheral surfaces 11s, 21s Peaks 11t, 21t Valley portion 21w Thrust dynamic pressure groove 2, 12 Sleeve 2a, 12a Tubular body 2b, 12b Lid member 12c Circumferential step portion 12w Thrust dynamic pressure groove 2v, 12v Radial dynamic pressure groove 2x, 12x Inner peripheral surface 22 Sleeve 22a Large Diameter 22v Radial dynamic pressure groove 22x Inner peripheral surface

Claims

The shaft is arranged along the axial direction, and the sleeve is sealed at one of the ends. The shaft and the sleeve are arranged to face each other with a slight gap, and the outer peripheral surface of the shaft and the sleeve The dynamic pressure generated in the lubricating fluid filled in the gap when the shaft and the sleeve rotate relative to each other by the herringbone or the V-shaped radial dynamic pressure groove formed in one of the opposing regions of the inner peripheral surface of the shaft. In the hydrodynamic bearing device that supports the relative rotation between the shaft and the sleeve in a non-contact manner,
At least one of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve has a surface roughness that is a difference in height between a crest and a trough in the surface of the axial region where the radial dynamic pressure groove is formed. The hydrodynamic bearing device is formed so as to become smaller from the axially sealed end side toward the open end side.

The shaft is arranged along the axial direction, and the sleeve is sealed at one of the ends. The shaft and the sleeve are arranged to face each other with a slight gap, and the outer peripheral surface of the shaft and the sleeve When the shaft and the sleeve rotate relative to each other, the clearance between the shaft and the sleeve is reduced by two herringbones or V-shaped radial dynamic pressure grooves formed at a distance in the axial direction in either of the opposing regions of the inner peripheral surface of the shaft. In the hydrodynamic bearing device that supports the relative rotation of the shaft and the sleeve in a non-contact manner by the dynamic pressure generated in the lubricating fluid filled in
At least one of the inner peripheral surface of the outer peripheral surface and the sleeve of the shaft, the high mountain portion and valleys on the surface of the axial region two positions of the radial dynamic pressure grooves consisting of formed parts and between the parts A hydrodynamic bearing device , wherein the surface roughness, which is a difference in thickness, is formed so as to decrease from the axially sealed end side toward the open end side.

The dynamic pressure bearing device according to claim 1, wherein a thrust dynamic pressure bearing is formed further on the axially sealed end side of the region in which the radial dynamic pressure groove is formed .

The shaft is arranged along the axial direction, and the sleeve is open at both ends. The shaft and the sleeve are arranged to face each other with a slight gap therebetween, and the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve are arranged. Lubricant filled in the gap at the time of relative rotation of the shaft and sleeve by two herringbones or V-shaped radial dynamic pressure grooves formed at a distance in the axial direction in either one of the opposed regions In the hydrodynamic bearing device that supports the relative rotation between the shaft and the sleeve in a non-contact manner by the dynamic pressure generated in the fluid,
At least one of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve has a surface roughness that is a difference in height between a crest and a trough in the surface of each axial region where the radial dynamic pressure groove is formed. The hydrodynamic bearing device is characterized in that each is formed so as to become smaller from the axially central side toward both end opening sides.

The dynamic pressure bearing device according to claim 4, wherein a thrust dynamic pressure bearing is formed between the axial regions where the radial dynamic pressure grooves are formed.