WO2015137059A1 - 焼結軸受とこれを備えた流体動圧軸受装置及びモータ、並びに焼結軸受の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sintered bearing, a fluid dynamic bearing device and a motor including the same, and a method for manufacturing the sintered bearing.
- the fluid dynamic pressure bearing device supports the shaft member in a non-contact manner so as to be relatively rotatable by pressure generated in a fluid film (for example, an oil film) in a radial bearing gap between the outer peripheral surface of the shaft member and the inner peripheral surface of the bearing member. It is. Due to its high rotational accuracy and quietness, the fluid dynamic pressure bearing device is an information device (for example, a magnetic disk drive device such as an HDD, an optical disk such as a CD-ROM, CD-R / RW, DVD-ROM / RAM, Blu-ray disc).
- a magnetic disk drive device such as an HDD
- an optical disk such as a CD-ROM, CD-R / RW, DVD-ROM / RAM, Blu-ray disc
- Small size such as a spindle motor of a drive device, a magneto-optical disk drive device such as MD or MO, a polygon scanner motor of a laser beam printer (LBP), a color wheel of a projector, or a fan motor used for a cooling fan of an electric device. It can be suitably used for a motor.
- a sintered bearing made of a sintered metal may be used as a bearing member used in such a fluid dynamic pressure bearing device.
- Sintered bearings have very high dimensional accuracy by performing dimensional accuracy correction called sizing, so the radial bearing gap between the sintered bearing and the shaft member is set with high accuracy. High rotational accuracy can be obtained.
- a dynamic pressure groove is often formed on the inner peripheral surface of the sintered bearing in order to more positively increase the pressure of the oil film in the radial bearing gap (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below).
- a fluid dynamic pressure bearing device as shown in the following Patent Document 1 is a shaft member that is straight on the inner periphery of the sintered bearing after, for example, fixing the sintered bearing to the inner periphery of the housing and injecting oil. Can be assembled by inserting In this case, when the shaft member is inserted into the inner circumference of the sintered bearing, air may be mixed into the lubricating oil in the bearing device due to the shaft member entraining air. Further, when the fluid dynamic pressure bearing device is operated, a local negative pressure is generated in the lubricating oil in the bearing device, so that bubbles may be generated in the lubricating oil.
- a plurality of axial grooves may be formed on the outer peripheral surface of the sintered bearing of the fluid dynamic pressure bearing device (for example, see Patent Documents 1 and 2 below).
- the shaft member When the shaft member is inserted into the inner periphery of the sintered bearing after the oil is injected, air can be discharged to the outside through the axial groove.
- the space where the negative pressure inside the bearing device is likely to be generated can be communicated with the space near the opening of the bearing device via this axial groove, so that this space is brought close to atmospheric pressure. Generation of negative pressure can be prevented beforehand.
- sintered bearings are usually formed by compression molding raw material powder to form a green compact, sintering step of firing the green compact to form a sintered body, and recompression of the sintered body. And a sizing process for correcting the dimensional accuracy.
- the axial groove is deeper than the dynamic pressure groove and does not require such high dimensional accuracy, and is often formed in a forming process before sintering.
- the dynamic pressure groove is formed in a sizing process after sintering because the groove depth is extremely small (for example, 10 ⁇ m or less) and high dimensional accuracy is required to efficiently generate the dynamic pressure action. Often.
- a molding die having a shape corresponding to the dynamic pressure groove is provided on the outer peripheral surface of the core rod, and the core rod is inserted into the inner periphery of the sintered body, and these are pressed into the inner periphery of the die, thereby sintering.
- the body is pressed from the outer periphery, and the inner peripheral surface thereof is pressed against the molding die on the outer peripheral surface of the core rod, the shape of the molding die is transferred to the inner peripheral surface of the sintered body, and the dynamic pressure groove is formed.
- the sintered body is sintered when pressed into the inner periphery of the die.
- a space is formed between the axial groove of the body and the inner peripheral surface of the die.
- the compression force from the die is not applied to the sintered body in the axial groove formation region, and the stress distribution inside the sintered body becomes non-uniform, so the inner peripheral surface of the sintered body is uniform on the core rod.
- the dimensional accuracy of the inner peripheral surface of the sintered bearing may not be sufficiently increased.
- the problem to be solved by the present invention is that in the sintered bearing having the axial groove on the outer peripheral surface and the dynamic pressure groove on the inner peripheral surface, the variation in the groove depth of the dynamic pressure groove. It is to suppress and increase the bearing rigidity.
- the undulation of the inner peripheral surface 103 is exaggerated).
- the wave length T ′ of 103 undulations is twice the pitch t ′ of the dynamic pressure grooves 104.
- the dynamic pressure groove 104 (A) formed in the undulation peak portion and the dynamic pressure groove 104 (B) formed in the undulation valley portion are generated, variation in the groove depth of the dynamic pressure groove 104 is generated. Becomes larger.
- Such an effect is not limited to the case where the number of the axial grooves and the number of the dynamic pressure grooves are matched, but the number of the axial grooves is set to be twice, three times the number of the dynamic pressure grooves.
- the case is obtained in the same way. That is, the number of axial grooves may be an integral multiple of the number of dynamic pressure grooves.
- the sintered bearing according to the present invention has a plurality of axial grooves arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer circumferential surface, and a plurality of grooves arranged at equal intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface.
- the sintered bearing manufacturing method includes forming a green compact having a plurality of axial grooves arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface by compression molding raw material powder.
- the inner peripheral surface of the sintered body is pressed against a molding die on the outer peripheral surface of the core rod by pressing the outer periphery from the outer periphery, and a plurality of circumferentially spaced equal intervals are arranged on the inner peripheral surface of the sintered body.
- the radial depth of the axial grooves is preferably 20% or less of the radial thickness of the sintered bearing.
- the fluid dynamic pressure bearing device including the radial bearing portion that supports the shaft member in the radial direction has high bearing rigidity and can obtain excellent rotational accuracy.
- the fluid dynamic pressure bearing device as described above is preferably incorporated in a motor including a stator coil and a rotor magnet.
- variation in the groove depth of the dynamic pressure groove can be suppressed, so that the pressure of the fluid film in the radial bearing gap can be efficiently increased and the bearing rigidity can be increased.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the sintered bearing taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a bottom view of the sintered bearing. It is sectional drawing which shows the state before shaping
- FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line YY in FIG. It is sectional drawing of the axis orthogonal direction of the sintered compact after giving a sizing process. It is a figure which shows typically the wave
- the spindle motor shown in FIG. 1 is used, for example, in an HDD disk drive.
- the spindle motor includes a fluid dynamic pressure bearing device 1, a disk hub 3 fixed to the shaft member 2 of the fluid dynamic pressure bearing device 1, a stator coil 4 and a rotor magnet 5 that are opposed to each other via a radial gap,
- a bracket 6 is provided.
- the stator coil 4 is fixed to the bracket 6, and the rotor magnet 5 is fixed to the disk hub 3.
- a housing 7 of the fluid dynamic bearing device 1 is fixed to the inner peripheral surface of the bracket 6.
- the disc hub 3 holds a predetermined number (two in the illustrated example) of discs D.
- the stator coil 4 When the stator coil 4 is energized, the rotor magnet 5 rotates, and accordingly, the disk D held on the disk hub 3 rotates integrally with the shaft member 2.
- the fluid dynamic bearing device 1 includes a sintered bearing 8 according to an embodiment of the present invention, a shaft member 2 inserted into the inner periphery of the sintered bearing 8, and an inner peripheral surface.
- a bottomed cylindrical housing 7 to which the connecting bearing 8 is fixed, and a seal member 9 disposed in an opening of the housing 7 are provided.
- the opening side of the housing 7 in the axial direction is referred to as the upper side, and the opposite side is referred to as the lower side.
- the shaft member 2 is formed of a metal material such as stainless steel, for example, and includes a shaft portion 2a and a flange portion 2b provided at the lower end of the shaft portion 2a.
- the shaft portion 2a is formed with a cylindrical outer peripheral surface 2a1 and a tapered surface 2a2 that is gradually reduced in diameter upward.
- the outer diameter of the shaft portion 2a is, for example, about 1 to 4 mm.
- the sintered bearing 8 is formed of a sintered metal in a cylindrical shape, specifically, a copper-based, iron-based, or copper-iron-based sintered metal.
- a plurality of dynamic pressure grooves arranged at equal intervals in the circumferential direction are formed on the inner peripheral surface 8 a of the sintered bearing 8.
- radial bearing surfaces are provided at two locations separated vertically, and herringbone-shaped dynamic pressure grooves as shown in FIG. 3 are formed on each radial bearing surface.
- a plurality of dynamic pressure grooves 8a12 inclined to the other side with respect to the circumferential direction are arranged in parallel at equal intervals in the circumferential direction.
- a plurality of dynamic pressure grooves 8a21 inclined to one side with respect to the circumferential direction are formed in a region above the annular hill portion 8a4 provided in the axially central portion.
- a plurality of dynamic pressure grooves 8a22 inclined to the other side with respect to the circumferential direction are arranged in parallel at equal intervals in the circumferential direction. Is done.
- dynamic pressure grooves 8a11, 8a12, 8a21, 8a22 are formed (see FIG. 4).
- the circumferential pitches of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like match.
- the end portion on the downstream side in the fluid flow direction along each dynamic pressure groove 8a11, etc. is arranged at the same circumferential position. Is done.
- An inclined hill portion 8a3 extending in a direction inclined with respect to the circumferential direction is provided between the circumferential directions of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like.
- the inclined hill portion 8a3 and the annular hill portion 8a4 of each radial bearing surface are continuously provided, and the respective inner diameter surfaces are arranged on the same cylindrical surface.
- the dynamic pressure grooves 8a11 and 8a12 formed on the upper radial bearing surface are asymmetric in the axial direction.
- the axial dimension L1 of the dynamic pressure groove 8a11 is the axial dimension L2 of the dynamic pressure groove 8a12. Bigger than.
- the dynamic pressure grooves 8a21 and 8a22 formed on the lower radial bearing surface are symmetrical in the axial direction.
- the groove depth D1 of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like (the difference in diameter between the bottom of each dynamic pressure groove 8a11 and the inner diameter surface of the inclined hill portion 8a3, see FIG. 4) is, for example, 5 to 10 ⁇ m.
- a plurality of axial grooves 8 c 1 are provided on the outer peripheral surface 8 c of the sintered bearing 8 at equal intervals in the circumferential direction.
- the number of the plurality of axial grooves 8c1 is an integral multiple of the number of dynamic pressure grooves on the same circumference.
- the number of axial grooves 8c1 is six, and the number of dynamic pressure grooves on the same circumference (that is, the number of each of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like) is six (see FIG. 4). Therefore, the number of axial grooves 8c1 matches the number of dynamic pressure grooves on the same circumference.
- the axial groove 8c1 is formed over the entire axial length of the outer peripheral surface 8c.
- the axial groove 8c1 is formed in the radial direction region of the chamfered portion at the upper and lower ends of the outer peripheral surface 8c.
- the groove depth D2 of the axial groove 8c1 is 20% of the radial thickness W of the sintered bearing 8. It is as follows.
- a spiral-shaped dynamic pressure groove 8b1 as shown in FIG. 5 is formed on the lower end face 8b of the sintered bearing 8.
- the illustrated dynamic pressure groove 8b1 is a pump-in type that pushes the lubricating fluid into the inner diameter side.
- an annular groove 8d1 and a plurality of radial grooves 8d2 provided on the inner diameter side of the annular groove 8d1 are formed on the upper end surface 8d of the sintered bearing 8.
- the housing 7 has a cylindrical side portion 7a and a disk-shaped bottom portion 7b that closes an opening below the side portion 7a.
- the side portion 7a and the bottom portion 7b are integrally injection-molded with resin.
- a pump-in type spiral-shaped dynamic pressure groove is formed as a thrust dynamic pressure generating portion (not shown). This dynamic pressure groove can be formed simultaneously with the injection molding of the housing 7, for example.
- the seal member 9 is formed in an annular shape with resin or metal, and is fixed to the upper end portion of the inner peripheral surface 7a1 of the side portion 7a of the housing 7 (see FIG. 2).
- the lower end surface 9 b of the seal member 9 is in contact with the upper end surface 8 d of the sintered bearing 8.
- An inner peripheral surface 9a of the seal member 9 is opposed to a tapered surface 2a2 provided on the outer peripheral surface of the shaft portion 2a in the radial direction, and a wedge-shaped seal space in which the radial dimension is gradually reduced downward therebetween. S is formed.
- the seal space S functions as a capillary force seal and a centrifugal force seal, and prevents leakage of the lubricating oil filled in the housing 7 to the outside.
- Lubricating oil as a lubricating fluid is injected into the fluid dynamic bearing device 1 composed of the above components.
- the internal space of the fluid dynamic bearing device 1 including the internal holes of the sintered bearing 8 is filled with the lubricating oil, and the oil level is always maintained within the range of the seal space S.
- grease or magnetic fluid may be used as the lubricating fluid.
- a radial bearing gap is formed between the inner peripheral surface 8a of the sintered bearing 8 and the outer peripheral surface 2a1 of the shaft portion 2a. Then, the pressure of the oil film in the radial bearing gap is increased by the dynamic pressure grooves 8a11 formed on the inner peripheral surface 8a of the sintered bearing 8, and the dynamic pressure action allows the shaft member 2 to be rotatably supported in a non-contact manner.
- 1 radial bearing part R1 and 2nd radial bearing part R2 are comprised.
- a thrust bearing gap is formed between the upper end surface 2b1 of the flange portion 2b and the lower end surface 8b of the sintered bearing 8, and the lower end surface 2b2 of the flange portion 2b and the upper portion of the bottom portion 7b of the housing 7 are also formed.
- a thrust bearing gap is formed between the end surface 7b1.
- the pressure of the oil film in each thrust bearing gap is increased by the dynamic pressure groove 8b1 formed on the lower end surface 8b of the sintered bearing 8 and the dynamic pressure groove formed on the upper end surface 7b1 of the bottom 7b of the housing 7.
- the first thrust bearing portion T1 and the second thrust bearing portion T2 are configured to support the shaft member 2 in a non-contact manner so as to be rotatable in both thrust directions.
- the dynamic pressure groove 8b1 formed on the lower end surface 8b of the sintered bearing 8 and the dynamic pressure groove formed on the upper end surface 7b1 of the bottom portion 7b of the housing 7 are both pump-in types.
- the lubricating oil filled in the space on the outer diameter side of the thrust bearing gap of the first and second thrust bearing portions T1 (the space between the outer peripheral surface of the flange portion 2b and the inner peripheral surface 7a1 of the housing 7) Be drawn into.
- this space communicates with the seal space S via the axial groove 8c1 of the outer peripheral surface 8c of the sintered bearing 8 and the annular groove 8d1 and the radial groove 8d2 of the upper end surface 8d.
- the dynamic pressure grooves 8a11 and 8a12 formed in the upper region of the inner peripheral surface 8a of the sintered bearing 8 are asymmetric in the axial direction, so that the radial bearing gap is increased as the shaft member 2 rotates. A pumping force that pushes the lubricant downward is generated. As a result, the lubricating oil circulates in the path of the radial bearing gap ⁇ the thrust bearing gap of the first thrust bearing portion T1 ⁇ the axial groove 8c1 ⁇ the annular groove 8d1 and the radial groove 8d2 ⁇ the radial bearing gap. It is possible to reliably prevent local negative pressure from being generated in the filled lubricating oil.
- the sintered bearing 8 is performed through a forming process, a sintering process, and a sizing process.
- a green compact is obtained by compressing a raw material powder obtained by mixing various metal powders into a cylindrical shape.
- the raw material powder includes, for example, copper powder, iron powder, tin powder, and graphite powder.
- FIG. 6A an image is formed on the inner peripheral surface 11 a of the die 11, the outer peripheral surface 12 a of the core rod 12, and the upper end surface 13 a of the lower punch 13.
- the raw material powder M is poured into the formed cavity.
- a molding die 11b having a shape corresponding to the axial groove 8c1 is provided on the inner peripheral surface 11a of the die 11 (see FIG. 6C).
- the upper punch 14 is lowered, and the raw powder M is compressed from above, whereby the cylindrical green compact 18 is formed.
- six axial grooves 8c1 arranged at equal intervals in the circumferential direction are formed on the outer peripheral surface 18c of the green compact 18 by the molding die 11b on the inner peripheral surface 11a of the die 11 ⁇ FIG. (C) Reference ⁇ .
- a molding die (not shown) having a shape corresponding to the annular groove 8d1 and the radial groove 8d2 is provided on the lower end surface 14a of the upper punch 14, and one of the green compacts 18 is pressed by pressing the molding die.
- An annular groove 8d1 and a radial groove 8d2 are formed on the end face 18b.
- the inner peripheral surface 18a of the green compact 18 is formed into a smooth cylindrical surface.
- the other end surface 18d of the green compact 18 is formed into a smooth flat surface. Tapered chamfered portions are formed at corners of the green compact 18 (upper and lower ends of the inner peripheral surface 18a and the outer peripheral surface 18c). Thereafter, the green compact 18 is pushed up by the lower punch 13 and the green compact 18 is taken out from the inner periphery of the die 11 (not shown).
- the compact 18 is formed by firing the green compact 18 at a predetermined sintering temperature.
- the sintering temperature is, for example, 850 to 900 ° C., and in this embodiment, 870 ° C.
- the sintered body 28 is corrected to a predetermined dimensional accuracy by the sizing die 20 and a dynamic pressure groove is formed on the inner peripheral surface 28 a of the sintered body 28.
- the core rod 21 is inserted into the inner periphery of the sintered body 28.
- the sintered body 28 is moved to the upper punch 23 as shown in FIG. And then press-fitted into the inner periphery of the die 24.
- the sintered body 28 is pressed from the outer periphery, the inner peripheral surface 28a of the sintered body 28 is pressed against the molding die 21a formed on the outer peripheral surface of the core rod 21, and the inner peripheral surface 28a of the sintered body 28 is pressed.
- the shape of the molding die 21a is transferred, and the dynamic pressure grooves 8a11 and the like are molded on the inner peripheral surface 28a.
- a dynamic pressure groove 8b1 is formed on the end surface 28b by pressing a mold (not shown) provided on the lower surface 23a of the upper punch 23 against the end surface 28b of the sintered body 28.
- the sintered body 28 is formed in a state where the sintered body 28 is turned upside down with respect to the bearing sleeve 8 shown in FIGS. 2 and 3, and the dynamic pressure groove 8b1 is formed on the upper end surface 28b of the sintered body 28 in the drawing. Molded. Thereafter, by removing the sintered body 28 and the core rod 21 from the inner periphery of the die 24, the inner peripheral surface 28 a of the sintered body 28 is expanded by a spring back and peeled off from the outer peripheral surface of the core rod 21. Then, the core rod 21 is pulled out from the inner periphery of the sintered body 28.
- the sintered bearing 8 is completed. If necessary, the inner peripheral surface of the sintered body before the sizing step may be subjected to sealing treatment such as rotational sizing or shot blasting.
- a plurality of axial grooves 8 c 1 formed in the forming process are formed on the outer peripheral surface 28 c of the sintered body 28 carried into the sizing mold 20. Therefore, when the sintered body 28 is press-fitted into the inner periphery of the die 24 in the sizing process, as shown in FIG. 7C, the axial groove 8c1 of the outer peripheral surface 28c of the sintered body 28 and the cylindrical surface shape of the die 24 are formed.
- a space P is formed between the inner circumferential surface 24a and the inner circumferential surface 24a.
- the number of axial grooves 8c1 formed in the green compact 18 in the forming process is the same as the number of dynamic pressure grooves (dynamic movement) on the same circumference formed in the sintered body 28 in the sizing process.
- the number of the pressure grooves 8a11, 8a12, 8a21, 8a22 6).
- the influences of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like from the undulation are approximately equal, and variations in the groove depth of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like are suppressed.
- the groove depth of the dynamic pressure groove 8a11 and the like uniform, the effect of improving the oil film pressure (dynamic pressure action) in the radial bearing gap by the dynamic pressure groove 8a11 and the like is enhanced, and the bearing rigidity in the radial direction is increased.
- the rotational accuracy of the shaft member 2 is increased.
- the groove depth D2 of the axial groove 8c1 is 20% or less of the wall thickness W of the sintered bearing 8, as described above, the undulation of the inner peripheral surface 28a of the sintered body 28 itself.
- the groove depth of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like can be made even more uniform.
- the number of the axial grooves 8c1 formed on the outer peripheral surface 8c of the sintered bearing 8 is the same as the number of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like on the same circumference of the inner peripheral surface 8a is shown.
- the present invention is not limited to this, and the number of axial grooves 8c1 may be an integral multiple of the number of dynamic pressure grooves 8a11 and the like on the same circumference.
- the number of axial grooves 8c1 is twice the number of dynamic pressure grooves 8a11 on the same circumference.
- the former is 12 and the latter is There are six. In this case, as shown in FIG.
- the pitch t of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like is twice the wave length T, and the dynamic pressure grooves 8a11 and the like are formed at the same position with respect to the waves.
- the influences of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like from the swell are approximately equal, and variations in the groove depth of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like are suppressed.
- the number of the axial grooves 8c1 is three times, four times the number of the dynamic pressure grooves 8a11 and the like on the same circumference, the same effect as described above can be obtained.
- the axial groove 8c1 it is preferable to form the axial groove 8c1 so that the area with respect to the outer peripheral surface 8c of the sintered bearing 8 is 20% or less.
- the herringbone-shaped dynamic pressure groove 8a11 or the like is formed on the inner peripheral surface 8a of the sintered bearing 8 is shown, but the present invention is not limited to this, and the spiral-shaped dynamic pressure groove or shaft A step-shaped dynamic pressure groove extending along the direction may be formed. Any of the dynamic pressure grooves is formed by sizing on the cylindrical inner peripheral surface of the sintered body. Further, in the above embodiment, the dynamic pressure grooves 8a11 and the like are formed in two locations separated in the axial direction of the inner peripheral surface 8a of the sintered bearing 8, but these may be continuous in the axial direction, or Only one set of herringbone-shaped dynamic pressure grooves may be formed.
- the spiral dynamic pressure groove 8b1 is formed on the lower end surface 8b of the sintered bearing 8.
- the present invention is not limited to this, and other shapes such as a herringbone shape and a step shape are used.
- the dynamic pressure groove may be formed.
- the lower end surface 8b of the sintered bearing 8 may be a flat surface, and a dynamic pressure groove may be formed on the upper end surface 2b1 of the flange portion 2b of the shaft member 2 facing the sintered end.
- the sintered bearing 8 is not limited to a shaft rotation type fluid dynamic pressure bearing device that supports the rotation of the shaft member, but is a shaft fixed type fluid dynamic pressure bearing in which the shaft member is fixed and the sintered bearing rotates.
- the present invention can also be applied to a fluid dynamic pressure bearing device in which both the device and the shaft member and the sintered bearing rotate.
- the fluid dynamic pressure bearing device described above is not limited to a spindle motor of an HDD, but may be applied to a spindle motor of another information device, a polygon scanner motor of a laser beam printer, a color wheel of a projector, or a fan motor of an electric device. Can do.
- the variation in the groove depth of the dynamic pressure groove when the groove depth of the axial groove was varied was measured.
- the groove depth of the axial groove increases in the radial direction of the sintered bearing.
- the variation in the dynamic pressure groove depth increases rapidly. From this, it became clear that the groove depth of the axial groove is preferably 20% or less of the radial thickness of the sintered bearing.
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Abstract
本発明に係る焼結軸受8は、外周面8cに、円周方向等間隔に配された複数の軸方向溝8c1を有すると共に、内周面8aに、円周方向等間隔に配された複数の動圧溝8a11等を有する。この焼結軸受8では、複数の軸方向溝8c1の本数を、同一円周上における複数の動圧溝8a11等の本数の整数倍とした。
Description
本発明は、焼結軸受と、これを備えた流体動圧軸受装置及びモータ、並びに焼結軸受の製造方法に関する。
流体動圧軸受装置は、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間の流体膜(例えば油膜)に生じる圧力により、軸部材を相対回転自在に非接触支持するものである。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等の磁気ディスク駆動装置、CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM、ブルーレイディスク等の光ディスク駆動装置、MD、MO等の光磁気ディスク駆動装置)のスピンドルモータ、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、あるいは電気機器の冷却ファン等に使用されるファンモータなどの小型モータ用として好適に使用可能である。
このような流体動圧軸受装置に用いられる軸受部材として、焼結金属からなる焼結軸受が使用されることがある。焼結軸受は、サイジングと呼ばれる寸法精度矯正加工を行うことによって、非常に高精度な寸法精度を有しているため、焼結軸受と軸部材との間のラジアル軸受隙間が高精度に設定され、高い回転精度を得ることができる。焼結軸受の内周面には、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力をより積極的に高めるために、動圧溝が形成されることが多い(例えば、下記の特許文献1及び2参照)。
下記の特許文献1に示されているような流体動圧軸受装置は、例えば、ハウジングの内周に焼結軸受を固定し、油を注入した後、焼結軸受の内周にストレートな軸部材を挿入することで組み立てることができる。この場合、焼結軸受の内周に軸部材を挿入する際、軸部材が空気を巻き込むことで、軸受装置内の潤滑油に気泡が混入することがある。また、流体動圧軸受装置の運転時に、軸受装置内の潤滑油に局部的な負圧が発生することで、潤滑油に気泡が生じることもある。軸受装置内の潤滑油、特にラジアル軸受隙間の油膜に気泡が生じると、油膜の圧力が低下するため、軸部材の十分な回転精度が得られないばかりか、焼結軸受の内周面が軸部材の外周面との接触により損傷し、耐久性が低下する恐れがある。
このような不具合を回避するために、流体動圧軸受装置の焼結軸受の外周面には、複数の軸方向溝を形成することがある(例えば、下記の特許文献1及び2参照)。油を注入した後に焼結軸受の内周に軸部材を挿入する際には、この軸方向溝を介して空気を外部へ排出することができる。また、この軸方向溝を介して、軸受装置の内部の負圧が発生しやすい空間を、軸受装置の開口部付近の空間と連通することができるため、この空間を大気圧に近い状態にして負圧の発生を未然に防止することができる。
ところで、焼結軸受は、通常、原料粉末を圧縮成形して圧粉体を形成するフォーミング工程と、圧粉体を焼成して焼結体を形成する焼結工程と、焼結体を再圧縮して寸法精度を矯正するサイジング工程とを経て製造される。上記の軸方向溝は、動圧溝と比べて溝深さが深く、且つ、それ程高い寸法精度が要求されないため、焼結前のフォーミング工程で成形されることが多い。一方、動圧溝は、溝深さが極めて小さく(例えば10μm以下)、且つ、動圧作用を効率的に発生させるために高い寸法精度が要求されるため、焼結後のサイジング工程で成形されることが多い。具体的には、コアロッドの外周面に動圧溝に対応した形状の成形型を設け、焼結体の内周にコアロッドを挿入した状態でこれらをダイの内周に圧入することにより、焼結体を外周から圧迫してその内周面をコアロッドの外周面の成形型に押し付けて、焼結体の内周面に成形型の形状を転写し、動圧溝が成形される。
上記の場合、サイジング工程が施される焼結体の外周面には、フォーミング工程で成形された軸方向溝が既に形成されているため、焼結体をダイの内周に圧入すると、焼結体の軸方向溝とダイの内周面との間に空間が形成される。この場合、軸方向溝の形成領域にはダイからの圧迫力が焼結体に加わらず、焼結体の内部の応力分布が不均一となるため、焼結体の内周面がコアロッドに均一に押し付けられず、焼結軸受の内周面の寸法精度が十分に高められない恐れがある。特に、サイジング工程において焼結体の内周面に動圧溝を型成形する場合、焼結体の内周面が成形型に均一に押し付けられないと、動圧溝の溝深のバラつきが大きくなり、ラジアル軸受隙間の流体膜の圧力を高める効果が低減され、軸受剛性の低下を招く恐れがある。
以上のような事情から、本発明が解決すべき課題は、外周面に軸方向溝を有し、内周面に動圧溝を有する焼結軸受において、動圧溝の溝深さのばらつきを抑えて軸受剛性を高めることにある。
上述のように、外周面に複数の軸方向溝を有する焼結体にサイジングを施すと、軸方向溝の形成領域に圧迫力が加わらず、焼結体の内部の応力分布が不均一となるため、焼結体の内周面に円周方向のうねりが生じる。例えば、図14に示すように、焼結体100の外周面101に3本の軸方向溝102を円周方向等間隔に形成すると、各軸方向溝102の円周方向位置で圧迫力が低くなるため、この円周方向位置において焼結体100の内周面103が大径となり、内周面103にうねりが生じる(図14では、内周面103のうねりを誇張して示している)。このようなうねりが生じた焼結体100の内周面103に、6本の動圧溝104を同一円周上で等間隔に成形すると、図15に模式的に示すように、内周面103のうねりの波長T’が、動圧溝104のピッチt’の2倍となる。この場合、うねりの山部に成形される動圧溝104(A)と、うねりの谷部に成形される動圧溝104(B)とが生じるため、動圧溝104の溝深さのばらつきが大きくなる。
そこで、焼結軸受の外周面に形成される軸方向溝の本数を、焼結軸受の内周面の同一円周上に形成される動圧溝の本数と一致させることで、焼結体の内周面のうねりの波長Tと動圧溝のピッチtとが一致するため、各うねりの同じ個所に動圧溝が成形される(図9参照)。これにより、各動圧溝がうねりから受ける影響が同等になり、動圧溝の溝深さのばらつきが抑えられる。このような効果は、軸方向溝の本数と動圧溝の本数とを一致させた場合に限らず、軸方向溝の本数を、動圧溝の本数の2倍、3倍・・・とした場合にも同様に得られる。すなわち、軸方向溝の本数を、動圧溝の本数の整数倍とすればよい。
本発明は、上記の着想に基づいてなされたものである。具体的に、本発明に係る焼結軸受は、外周面に、円周方向等間隔に配された複数の軸方向溝を有すると共に、内周面に、円周方向等間隔に配された複数の動圧溝を有する焼結軸受であって、前記複数の軸方向溝の本数が、同一円周上における前記複数の動圧溝の本数の整数倍であることを特徴とする。
また、本発明に係る焼結軸受の製造方法は、原料粉末を圧縮成形することにより、外周面に、円周方向等間隔に配された複数の軸方向溝を有する圧粉体を成形するフォーミング工程と、前記圧粉体を焼成して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体の内周に、外周面に成形型を有するコアロッドを挿入し、この状態で前記焼結体を外周から圧迫することにより、前記焼結体の内周面を前記コアロッドの外周面の成形型に押し付けて、前記焼結体の内周面に、円周方向等間隔に配された複数の動圧溝を成形するサイジング工程とを有する焼結軸受の製造方法であって、前記複数の軸方向溝の本数が、同一円周上における前記複数の動圧溝の本数の整数倍であることを特徴とする。
また、サイジング時に焼結体の内部の応力分布が不均一となる要因として、上述の軸方向溝の溝本数以外に、軸方向溝の半径方向の深さがある。軸方向溝の半径方向深さが深すぎると、焼結体の内周面のうねりが大きくなり、動圧溝の溝深さのばらつきが大きくなる。本発明者らの検証によれば、特に、軸方向溝の半径方向深さが、焼結軸受の半径方向の肉厚の20%を超えると、動圧溝の溝深さのばらつきが急激に大きくなることが明らかとなった。従って、軸方向溝の半径方向深さは、焼結軸受の半径方向の肉厚の20%以下とすることが好ましい。
上記の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入された軸部材と、前記焼結軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜の圧力で前記軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置は、軸受剛性が高く、優れた回転精度を得ることができる。
上記のような流体動圧軸受装置は、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えたモータに好適に組み込まれる。
以上のように、本発明の焼結軸受によれば、動圧溝の溝深さのばらつきが抑えられるため、ラジアル軸受隙間の流体膜の圧力を効率良く高めて、軸受剛性を高めることができる。
図1に示す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ある。このスピンドルモータは、流体動圧軸受装置1と、流体動圧軸受装置1の軸部材2に固定されたディスクハブ3と、半径方向隙間を介して対向させたステータコイル4およびロータマグネット5と、ブラケット6とを備えている。ステータコイル4はブラケット6に固定され、ロータマグネット5はディスクハブ3に固定される。ブラケット6の内周面には、流体動圧軸受装置1のハウジング7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が保持される。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に保持されたディスクDが軸部材2と一体に回転する。
流体動圧軸受装置1は、図2に示すように、本発明の一実施形態に係る焼結軸受8と、焼結軸受8の内周に挿入された軸部材2と、内周面に焼結軸受8が固定された有底筒状のハウジング7と、ハウジング7の開口部に配設されるシール部材9とを備える。尚、以下の流体動圧軸受装置1の説明では、便宜上、軸方向でハウジング7の開口側を上方、その反対側を下方という。
軸部材2は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部2aと、軸部2aの下端に設けられたフランジ部2bとを備えている。軸部2aには、円筒状の外周面2a1と、上方へ向けて漸次縮径したテーパ面2a2とが形成される。軸部2aの外径は、例えば1~4mm程度とされる。
焼結軸受8は、焼結金属で円筒状に形成され、具体的には、銅系、鉄系、あるいは銅鉄系の焼結金属で形成される。焼結軸受8の内周面8aには、円周方向等間隔に配された複数の動圧溝が形成される。本実施形態では、上下に離隔した2箇所にラジアル軸受面が設けられ、各ラジアル軸受面に、図3に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝が形成される。具体的に、上側のラジアル軸受面のうち、軸方向略中央部に設けられた環状丘部8a4よりも上側の領域には、円周方向に対して一方側に傾斜した複数の動圧溝8a11が、円周方向等間隔に平行に並べて配置される。上側のラジアル軸受面のうち、環状丘部8a4よりも下側の領域には、円周方向に対して他方に傾斜した複数の動圧溝8a12が、円周方向等間隔に平行に並べて配置される。同様に、下側のラジアル軸受面のうち、軸方向中央部に設けられた環状丘部8a4よりも上側の領域には、円周方向に対して一方側に傾斜した複数の動圧溝8a21が、円周方向等間隔に平行に並べて配置される。下側のラジアル軸受面のうち、環状丘部8a4よりも下側の領域には、円周方向に対して他方に傾斜した複数の動圧溝8a22が、円周方向等間隔に平行に並べて配置される。
本実施形態では、動圧溝8a11,8a12,8a21,8a22(以下、「動圧溝8a11等」と言う。)が、それぞれ6本ずつ形成される(図4参照)。図示例では、動圧溝8a11等の円周方向のピッチが一致している。また、動圧溝8a11等のうち、各動圧溝8a11等に沿った流体流れ方向下流側の端部(各ラジアル軸受面の軸方向中央側の端部)は、同じ円周方向位置に配される。各動圧溝8a11等の円周方向間には、円周方向に対して傾斜した方向に延びる傾斜丘部8a3が設けられる。図示例では、各ラジアル軸受面の傾斜丘部8a3と環状丘部8a4とが連続して設けられ、それぞれの内径面が同一円筒面上に配される。図示例では、上側のラジアル軸受面に形成された動圧溝8a11,8a12は軸方向非対称形状とされ、具体的に、動圧溝8a11の軸方向寸法L1が動圧溝8a12の軸方向寸法L2よりも大きい。一方、下側のラジアル軸受面に形成された動圧溝8a21,8a22は軸方向対称形状とされる。動圧溝8a11等の溝深さD1(各動圧溝8a11等の溝底と傾斜丘部8a3の内径面との径差。図4参照。)は、例えば5~10μmとされる。
焼結軸受8の外周面8cには、複数の軸方向溝8c1が円周方向等間隔に設けられる。複数の軸方向溝8c1の本数は、同一円周上における動圧溝の本数の整数倍とされる。本実施形態では、軸方向溝8c1の本数が6本であり、同一円周上における動圧溝の本数(すなわち、各動圧溝8a11等のそれぞれの本数)が何れも6本である(図4参照)。従って、軸方向溝8c1の本数が、同一円周上における動圧溝の本数と一致している。軸方向溝8c1は、外周面8cの軸方向全長にわたって形成される。軸方向溝8c1は、外周面8cの上下両端の面取り部の半径方向領域内に形成される。軸方向溝8c1の溝深さD2(外周面8cの円筒面領域と軸方向溝8c1の溝底との径差。図4参照。)は、焼結軸受8の半径方向肉厚Wの20%以下とされる。
焼結軸受8の下側端面8bには、図5に示すようなスパイラル形状の動圧溝8b1が形成される。図示例の動圧溝8b1は、潤滑流体を内径側に押し込むポンプインタイプである。焼結軸受8の上側端面8dには、図3に示すように、環状溝8d1と、環状溝8d1の内径側に設けられた複数の半径方向溝8d2とが形成される。
ハウジング7は、円筒状の側部7aと、側部7aの下方の開口部を閉塞する円盤状の底部7bとを有する。図示例では、側部7aと底部7bとが樹脂で一体に射出成形される。底部7bの上側端面7b1には、スラスト動圧発生部として、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝が形成される(図示省略)。この動圧溝は、例えばハウジング7の射出成形と同時に成形することができる。
シール部材9は、樹脂あるいは金属で環状に形成され、ハウジング7の側部7aの内周面7a1の上端部に固定される(図2参照)。シール部材9の下側端面9bは、焼結軸受8の上側端面8dに当接している。シール部材9の内周面9aは、軸部2aの外周面に設けられたテーパ面2a2と半径方向で対向し、これらの間に下方へ向けて半径方向寸法を漸次縮小させた楔状のシール空間Sが形成される。軸部材2の回転時には、シール空間Sが毛細管力シールおよび遠心力シールとして機能し、ハウジング7の内部に満たされた潤滑油の外部への漏れ出しを防止する。
上記の構成部品からなる流体動圧軸受装置1の内部に、潤滑流体としての潤滑油が注入される。これにより、焼結軸受8の内部空孔を含む流体動圧軸受装置1の内部空間が潤滑油で満たされ、油面は常にシール空間Sの範囲内に維持される。尚、潤滑流体として、潤滑油の他、グリースや磁性流体を使用してもよい。
軸部材2が回転すると、焼結軸受8の内周面8aと軸部2aの外周面2a1との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、焼結軸受8の内周面8aに形成された動圧溝8a11等によりラジアル軸受隙間の油膜の圧力が高められ、この動圧作用によって、軸部材2を回転自在に非接触支持する第1ラジアル軸受部R1及び第2ラジアル軸受部R2が構成される。
これと同時に、フランジ部2bの上側端面2b1と焼結軸受8の下側端面8bとの間にスラスト軸受隙間が形成されると共に、フランジ部2bの下側端面2b2とハウジング7の底部7bの上側端面7b1との間にスラスト軸受隙間が形成される。そして、焼結軸受8の下側端面8bに形成された動圧溝8b1、及びハウジング7の底部7bの上側端面7b1に形成された動圧溝により、各スラスト軸受隙間の油膜の圧力が高められ、軸部材2を両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第1スラスト軸受部T1及び第2スラスト軸受部T2が構成される。
このとき、焼結軸受8の下側端面8bに形成される動圧溝8b1、及び、ハウジング7の底部7bの上側端面7b1に形成される動圧溝が、何れもポンプインタイプであるため、第1及び第2スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間の外径側の空間(フランジ部2bの外周面とハウジング7の内周面7a1との間の空間)に満たされた潤滑油は、内径側に引き込まれる。本実施形態では、この空間が、焼結軸受8の外周面8cの軸方向溝8c1及び上側端面8dの環状溝8d1及び半径方向溝8d2を介して、シール空間Sと連通していることにより、上記の空間が常に大気圧に近い状態とされ、この空間における負圧の発生を防止できる。特に、本実施形態では、焼結軸受8の内周面8aの上側領域に形成された動圧溝8a11,8a12が軸方向非対称形状であるため、軸部材2の回転に伴ってラジアル軸受隙間の潤滑油を下向きに押し込むポンピング力が発生する。これにより、ラジアル軸受隙間→第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間→軸方向溝8c1→環状溝8d1及び半径方向溝8d2→ラジアル軸受隙間という経路を潤滑油が循環するため、ハウジング7の内部に満たされた潤滑油に局部的な負圧が発生することを確実に防止できる。
以下、上記の焼結軸受8の製造方法を説明する。焼結軸受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行われる。
フォーミング工程では、各種金属粉末を混合してなる原料粉末を、円筒状に圧縮成形することにより、圧粉体を得る。原料粉末は、例えば、銅粉末、鉄粉末、錫粉末、及び黒鉛粉末を含む。具体的に、フォーミング工程では、まず、図6(a)に示すように、フォーミング金型10のダイ11の内周面11a、コアロッド12の外周面12a、及び下パンチ13の上端面13aで画成されたキャビティ内に、原料粉末Mを流し入れる。ダイ11の内周面11aには、軸方向溝8c1に対応した形状の成形型11bが設けられる{図6(c)参照}。
そして、図6(b)に示すように、上パンチ14を下降させ、原料粉末Mを上方から圧縮することで、円筒状の圧粉体18が成形される。このとき、ダイ11の内周面11aの成形型11bにより、圧粉体18の外周面18cには、円周方向等間隔に配された6本の軸方向溝8c1が成形される{図6(c)参照}。また、上パンチ14の下端面14aには、環状溝8d1及び半径方向溝8d2に対応した形状の成形型(図示省略)が設けられ、この成形型を押し付けることにより、圧粉体18の一方の端面18bに環状溝8d1及び半径方向溝8d2が成形される。圧粉体18の内周面18aは、平滑な円筒面状に成形される。圧粉体18の他方の端面18dは、平滑な平坦面状に成形される。圧粉体18の角部(内周面18a及び外周面18cの上下両端)には、テーパ状の面取り部が成形される。その後、下パンチ13で圧粉体18を押し上げて、ダイ11の内周から圧粉体18が取り出される(図示省略)。
焼結工程では、圧粉体18を所定の焼結温度で焼成することで、焼結体28が形成される。焼結温度は、例えば850~900℃とされ、本実施形態では870℃とされる。
サイジング工程では、サイジング金型20により焼結体28を所定の寸法精度に矯正すると共に、焼結体28の内周面28aに動圧溝を型成形する。具体的には、図7(a)に示すように、焼結体28の内周にコアロッド21を挿入する。そして、下パンチ22で焼結体28を下方から支持して焼結体28とコアロッド21との相対位置を維持しながら、図7(b)に示すように、焼結体28を上パンチ23で下方に押し込んでダイ24の内周に圧入する。これにより、焼結体28が外周から圧迫され、焼結体28の内周面28aが、コアロッド21の外周面に形成された成形型21aに押し付けられ、焼結体28の内周面28aに成形型21aの形状が転写されて、この内周面28aに動圧溝8a11等が成形される。これと同時に、上パンチ23の下面23aに設けられた成形型(図示省略)を、焼結体28の端面28bに押し付けることにより、この端面28bに動圧溝8b1が成形される。尚、このサイジング工程では、焼結体28が、図2及び3に示す軸受スリーブ8とは上下反転させた状態で成形され、焼結体28の図中上側の端面28bに動圧溝8b1が成形される。その後、ダイ24の内周から焼結体28及びコアロッド21を取り出すことにより、焼結体28の内周面28aをスプリングバックにより拡径させてコアロッド21の外周面から剥離する。そして、焼結体28の内周からコアロッド21が引き抜かれる。
以上により、焼結軸受8が完成する。尚、必要に応じて、サイジング工程を施す前の焼結体の内周面に、回転サイジングやショットブラスト等の封孔処理を施しても良い。
上記の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。すなわち、サイジング金型20に搬入される焼結体28の外周面28cには、フォーミング工程で成形された複数の軸方向溝8c1が形成されている。このため、サイジング工程において焼結体28をダイ24の内周に圧入すると、図7(c)に示すように、焼結体28の外周面28cの軸方向溝8c1とダイ24の円筒面状の内周面24aとの間に空間Pが形成される。この場合、軸方向溝8c1の形成領域では、焼結体28がダイ24により圧迫されないため、焼結体28に加わる圧迫力が円周方向で不均一となり、焼結体28の内周面28aがコアロッド21の外周面に押し付けられる力が円周方向で不均一となる。従って、サイジング金型から取り出した焼結体28の内周面28aには、図8に誇張して示すような円周方向のうねりが生じる。このうねりに起因して、動圧溝8a11等の溝深さのばらつきが大きくなることが懸念される。
本実施形態では、上記のように、フォーミング工程において圧粉体18に成形する軸方向溝8c1の本数を、サイジング工程において焼結体28に成形する同一円周上の動圧溝の本数(動圧溝8a11、8a12、8a21、8a22のそれぞれの本数=6本)と一致させた。これにより、図9に示すように、焼結体28の内周面28aに生じるうねりの波長Tと、動圧溝8a11等のピッチtとが一致するため、各うねりの同じ個所に各動圧溝8a11等が成形される。従って、各動圧溝8a11等がうねりから受ける影響がおおよそ等しくなり、動圧溝8a11等の溝深さのばらつきが抑えられる。このように、動圧溝8a11等の溝深さが均一化されることで、動圧溝8a11等によるラジアル軸受隙間の油膜の圧力向上効果(動圧作用)が高められ、ラジアル方向の軸受剛性、ひいては軸部材2の回転精度が高められる。特に、本実施形態では、上記のように軸方向溝8c1の溝深さD2が焼結軸受8の肉厚Wの20%以下であるため、焼結体28の内周面28aのうねり自体が抑えられ、動圧溝8a11等の溝深さをより一層均一にすることができる。
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、上記の実施形態と同様の機能を有する部位には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
上記の実施形態では、焼結軸受8の外周面8cに形成される軸方向溝8c1の本数が、内周面8aの同一円周上における動圧溝8a11等の本数と同じである場合を示したが、これに限らず、軸方向溝8c1の本数が同一円周上における動圧溝8a11等の本数の整数倍であればよい。例えば図10に示されている焼結軸受8は、軸方向溝8c1の本数が同一円周上の動圧溝8a11の本数の2倍であり、具体的には、前者が12本、後者が6本である。この場合、図11に示すように、動圧溝8a11等のピッチtがうねりの波長Tの2倍となり、各動圧溝8a11等がうねりに対して同じ位置に形成される。このため、上記の実施形態と同様に、各動圧溝8a11等がうねりから受ける影響がおおよそ等しくなり、動圧溝8a11等の溝深さのばらつきが抑えられる。軸方向溝8c1の本数を、同一円周上の動圧溝8a11等の本数の3倍、4倍、・・・とした場合も、上記と同様の効果を得ることができる。ただし、軸方向溝8c1の本数が多すぎると、焼結軸受8の外周面8cの円筒面領域が少なくなり、ハウジング7との固定力が不足する恐れがある。このため、軸方向溝8c1は、焼結軸受8の外周面8cに対する面積が20%以下となるように形成することが好ましい。
また、上記の実施形態では、焼結軸受8の内周面8aにヘリングボーン形状の動圧溝8a11等を形成した場合を示したが、これに限らず、スパイラル形状の動圧溝や、軸方向に沿って延びるステップ形状の動圧溝を形成してもよい。何れの動圧溝も、焼結体の円筒面状の内周面にサイジングにより成形される。また、上記の実施形態では、焼結軸受8の内周面8aの軸方向に離隔した2箇所に動圧溝8a11等を形成したが、これらを軸方向に連続させてもよいし、あるいは、へリングボーン形状の動圧溝を一組のみ形成してもよい。
また、上記の実施形態では、焼結軸受8の下側端面8bにスパイラル形状の動圧溝8b1を形成した場合を示したが、これに限らず、ヘリングボーン形状やステップ形状等の他の形状の動圧溝を形成してもよい。また、焼結軸受8の下側端面8bを平坦面とし、これに対向する軸部材2のフランジ部2bの上側端面2b1に動圧溝を形成してもよい。
また、上記の焼結軸受8は、軸部材の回転を支持する軸回転型の流体動圧軸受装置に限らず、軸部材が固定され、焼結軸受が回転する軸固定型の流体動圧軸受装置や、軸部材及び焼結軸受の双方が回転する流体動圧軸受装置に適用することもできる。
また、上記の流体動圧軸受装置は、HDDのスピンドルモータに限らず、他の情報機器のスピンドルモータ、レーザビームプリンタ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、あるいは電気機器のファンモータに適用することができる。
本発明の効果を確認するために、内周面に、図3に示すような動圧溝8a11等が形成された焼結軸受に対し、外周面に6本の軸方向溝を円周方向等間隔に形成した実施品と、外周面に3本の軸方向溝を円周方向等間隔に形成した比較品を製作した。これらの実施品及び比較品において、同一円周上の動圧溝の溝深さのばらつき測定した。具体的には、実施品及び比較品の所定の軸方向位置(例えば、図3のIV-IV線)における内周面の真円度波形を測定し、この波形から、焼結軸受の軸心に対する各動圧溝の溝底の半径方向位置の差を算出する。その結果、図12に示すように、実施品は、比較品と比べて、同一円周上の動圧溝の溝深さのばらつきが明らかに小さい(1/4以下)。このことから、軸方向溝の本数を同一円周上の動圧溝の本数と同数にすることで、動圧溝の溝深さのばらつきが抑えられることが明らかとなった。
また、上記の比較品において、軸方向溝の溝深さを異ならせたときの、動圧溝の溝深さのばらつきを測定した。その結果、図13に示すように、軸方向溝の溝深さが大きくなるほど、動圧溝の溝深さのばらつきが大きくなり、特に、軸方向溝の溝深さが焼結軸受の半径方向肉厚の20%を超えると、動圧溝深さのばらつきが急激に大きくなっている。このことから、軸方向溝の溝深さは、焼結軸受の半径方向肉厚の20%以下とすることが好ましいことが明らかとなった。
1 流体動圧軸受装置
2 軸部材
7 ハウジング
8 焼結軸受
8a11,8a12,8a21,8a22 動圧溝
8c1 軸方向溝
9 シール部材
10 フォーミング金型
11 ダイ
12 コアロッド
13 下パンチ
14 上パンチ
18 圧粉体
20 サイジング金型
21 コアロッド
22 下パンチ
23 上パンチ
24 ダイ
28 焼結体
R1,R2 ラジアル軸受部
T1,T2 スラスト軸受部
S シール空間
2 軸部材
7 ハウジング
8 焼結軸受
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8c1 軸方向溝
9 シール部材
10 フォーミング金型
11 ダイ
12 コアロッド
13 下パンチ
14 上パンチ
18 圧粉体
20 サイジング金型
21 コアロッド
22 下パンチ
23 上パンチ
24 ダイ
28 焼結体
R1,R2 ラジアル軸受部
T1,T2 スラスト軸受部
S シール空間
Claims (6)
- 外周面に、円周方向等間隔に配された複数の軸方向溝を有すると共に、内周面に、円周方向等間隔に配された複数の動圧溝を有する焼結軸受であって、
前記複数の軸方向溝の本数が、同一円周上における前記複数の動圧溝の本数の整数倍であることを特徴とする焼結軸受。 - 前記軸方向溝の半径方向深さが、前記焼結軸受の半径方向の肉厚の20%以下である請求項1記載の焼結軸受。
- 請求項1又は2に記載の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入された軸部材と、前記焼結軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜の圧力で前記軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
- 請求項3に記載の流体動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えたモータ。
- 原料粉末を圧縮成形することにより、外周面に、円周方向等間隔に配された複数の軸方向溝を有する圧粉体を成形するフォーミング工程と、前記圧粉体を焼成して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体の内周に、外周面に成形型を有するコアロッドを挿入し、この状態で前記焼結体を外周から圧迫することにより、前記焼結体の内周面を前記コアロッドの外周面の成形型に押し付けて、前記焼結体の内周面に、円周方向等間隔に配された複数の動圧溝を成形するサイジング工程とを有する焼結軸受の製造方法であって、
前記複数の軸方向溝の本数が、同一円周上における前記複数の動圧溝の本数の整数倍であることを特徴とする焼結軸受の製造方法。 - 前記複数の軸方向溝の半径方向深さが、前記焼結軸受の半径方向の肉厚の20%以下である請求項1記載の焼結軸受の製造方法。
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