JP2023144590A - Sintered oil-containing bearing, and fluid dynamic bearing device comprising the same - Google Patents
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Abstract
【課題】軸受装置の大型化を避けつつも動圧溝による潤滑油の軸受中央側への引き込み力を確保して、軸受外部への潤滑油の漏れ出しを防止することのできる焼結含油軸受の量産を可能にする。【解決手段】焼結含油軸受8の内周面8aにラジアル動圧発生部11が形成される。ラジアル動圧発生部11は、内周面8aの円周方向に対して傾斜した複数の傾斜動圧溝11aと、傾斜動圧溝11aの間に設けられる複数の丘部11bとを有する。丘部11bには、丘部11bの内径寸法が内周面8aの軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて減少する縮径部13が設けられている。【選択図】図4[Problem] A sintered oil-impregnated bearing that can prevent lubricating oil from leaking to the outside of the bearing by ensuring the drawing force of lubricating oil toward the center of the bearing through dynamic pressure grooves, while avoiding increasing the size of the bearing device. enables mass production. A radial dynamic pressure generating part 11 is formed on an inner peripheral surface 8a of a sintered oil-impregnated bearing 8. The radial dynamic pressure generating section 11 includes a plurality of inclined dynamic pressure grooves 11a that are inclined with respect to the circumferential direction of the inner circumferential surface 8a, and a plurality of hill portions 11b provided between the inclined dynamic pressure grooves 11a. The hill portion 11b is provided with a reduced diameter portion 13 in which the inner diameter of the hill portion 11b decreases from the axial center side to the axial end side of the inner circumferential surface 8a. [Selection diagram] Figure 4
Description
本発明は、焼結含油軸受とこの軸受を備えた流体動圧軸受装置に関し、特にラジアル動圧発生部を有する焼結含油軸受とこの軸受を備えた流体動圧軸受装置に関する。 The present invention relates to a sintered oil-impregnated bearing and a fluid dynamic bearing device equipped with this bearing, and more particularly to a sintered oil-impregnated bearing having a radial dynamic pressure generating section and a fluid dynamic pressure bearing device equipped with this bearing.
焼結含油軸受は、焼結金属で形成される軸受であって、多孔質体の内部空孔に潤滑油を含浸させた状態で使用される。具体的には、この軸受は、焼結含油軸受の内周に挿入された軸部の相対回転に伴い内部空孔に含浸させた潤滑油が軸部との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜を介して軸部を回転支持する。このような軸受は、その優れた回転精度及び静粛性から、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、HDDや、CD、DVD、ブルーレイディスク用のディスク駆動装置におけるスピンドルモータ用、これらディスク駆動装置やPC等に組み込まれるファンモータ用、あるいは、レーザビームプリンタ(LBP)に組み込まれるポリゴンスキャナモータ用の軸受装置として好適に使用されている。 A sintered oil-impregnated bearing is a bearing formed of sintered metal, and is used in a state in which the internal pores of a porous body are impregnated with lubricating oil. Specifically, in this bearing, as the shaft inserted into the inner periphery of the sintered oil-impregnated bearing rotates relative to each other, lubricating oil impregnated into the internal hole oozes out onto the sliding part with the shaft, forming an oil film. The shaft is rotatably supported via this oil film. Due to its excellent rotational precision and quietness, such bearings are used as bearing devices for motors installed in various electrical devices including information equipment, and more specifically, in HDDs, CDs, DVDs, and Blu-ray discs. It is suitably used as a bearing device for a spindle motor in a disk drive device, a fan motor built into these disk drive devices, a PC, etc., or a polygon scanner motor built into a laser beam printer (LBP).
また、焼結含油軸受の内周面には、更なる静音性向上並びに高寿命化を狙って、動圧溝などの動圧発生部(ラジアル動圧発生部)を形成することがある。ラジアル動圧発生部としては、例えば軸受内周面の円周方向に対して互いに異なる向きに傾斜した複数の動圧溝を配列してなる、いわゆるへリングボーン形状と呼ばれるものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。また、ラジアル動圧発生部が上述の如き構成をとる場合、例えば一方の傾斜動圧溝の長手方向寸法を、他方の傾斜動圧溝の長手方向寸法よりも大きくすることで、各傾斜動圧溝による潤滑油の引き込み力の差圧を発生させると共に、相対的に長手方向寸法の大きな一方の傾斜動圧溝を流体動圧軸受装置の外部連通側(ハウジングの軸方向開口側)に配置することで、上記引き込み力の差圧により、全体としてハウジングの軸方向開口側から閉塞側に向かう潤滑油の流れを発生させ、潤滑油の漏れ出しを防止することを狙った流体動圧軸受装置が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。 Furthermore, a dynamic pressure generating section (radial dynamic pressure generating section) such as a dynamic pressure groove may be formed on the inner circumferential surface of the sintered oil-impregnated bearing with the aim of further improving quietness and extending the service life. As a radial dynamic pressure generating section, for example, a so-called herringbone shape is known, which is formed by arranging a plurality of dynamic pressure grooves that are inclined in different directions with respect to the circumferential direction of the inner circumferential surface of the bearing. (For example, see Patent Document 1). In addition, when the radial dynamic pressure generating section has the above-described configuration, for example, by making the longitudinal dimension of one inclined dynamic pressure groove larger than the longitudinal dimension of the other inclined dynamic pressure groove, each inclined dynamic pressure In addition to generating a differential pressure in the lubricating oil drawing force between the grooves, one inclined dynamic pressure groove with a relatively large longitudinal dimension is arranged on the external communication side of the fluid dynamic pressure bearing device (the axial opening side of the housing). As a result, the fluid dynamic pressure bearing device aims to generate a flow of lubricating oil from the axially open side of the housing toward the closed side by the differential pressure of the above-mentioned pulling force, and to prevent lubricating oil from leaking. It has been proposed (for example, see Patent Document 2).
特許文献1に記載の流体動圧軸受装置では、傾斜動圧溝の長手方向寸法を異ならせることにより発生する差圧により、潤滑油の漏れ出し防止を図っている。一方で、この種の軸受装置において、上記差圧の大きさは、傾斜動圧溝の長手方向寸法だけでなく、傾斜動圧溝の溝深さのばらつきや、軸受内周面の形状精度(真直度など)、軸部外周面の形状精度(真直度など)、あるいは軸受内周面と軸部外周面との間の軸受隙間の寸法精度(軸方向でのばらつきなど)など、量産品にとって避けることが難しい寸法、形状のばらつきによっても左右される。
In the fluid dynamic pressure bearing device described in
また、ハウジングの軸方向開口側に位置する傾斜動圧溝の長手方向寸法と、ハウジングの軸方向閉塞側に位置する傾斜動圧溝の長手方向寸法との差が大きいほど、潤滑油の引き込み力は大きくなるが、傾斜動圧溝の長手方向寸法を大きくするほど、焼結含油軸受ひいては流体動圧軸受装置の軸方向寸法が増大する。また、この種の軸受装置を搭載したスピンドルモータにおいては、回転体の重心が相対的に上方に位置することが多いため、焼結含油軸受の上方部位が摩耗し易い。焼結含油軸受の摩耗と共に軸受隙間が大きくなり、上記差圧が低下した結果、ハウジングの軸方向中央側に向けた潤滑油の引き込み力を満足に得ることが難しくなり、潤滑油の漏れ出しを招くおそれが高まる。 Furthermore, the larger the difference between the longitudinal dimension of the inclined dynamic pressure groove located on the axially open side of the housing and the longitudinal dimension of the inclined dynamic pressure groove located on the axially closed side of the housing, the greater the lubricating oil drawing force. However, as the longitudinal dimension of the inclined dynamic pressure groove is increased, the axial dimension of the sintered oil-impregnated bearing and thus of the fluid dynamic pressure bearing device increases. Furthermore, in a spindle motor equipped with this type of bearing device, the center of gravity of the rotating body is often located relatively upward, so that the upper portion of the sintered oil-impregnated bearing is likely to wear out. As the sintered oil-impregnated bearing wears, the bearing gap increases and the above differential pressure decreases, making it difficult to obtain a satisfactory lubricating oil drawing force toward the axial center of the housing, which prevents lubricating oil from leaking. There is an increased risk of inviting
以上の実情に鑑み、本発明により解決すべき技術課題は、軸受装置の大型化を避けつつも動圧溝による潤滑油の軸受中央側への引き込み力を確保して、軸受外部への潤滑油の漏れ出しを防止することのできる焼結含油軸受の量産を可能にすることである。 In view of the above circumstances, the technical problem to be solved by the present invention is to avoid increasing the size of the bearing device while ensuring the drawing force of the lubricating oil to the center of the bearing by the dynamic pressure groove, so that the lubricating oil does not flow to the outside of the bearing. The purpose of the present invention is to enable mass production of sintered oil-impregnated bearings that can prevent oil leakage.
前記課題の解決は、本発明に係る焼結含油軸受によって達成される。すなわち、この軸受は、金属粉末を筒状に圧縮成形して圧粉体を形成し、形成した圧粉体を焼結して得られる焼結金属製の軸受であって、内部空孔に潤滑油が含浸され、内周面にラジアル動圧発生部が形成される焼結含油軸受において、ラジアル動圧発生部は、内周面の円周方向に対して傾斜した複数の傾斜動圧溝と、傾斜動圧溝の間に設けられる複数の丘部とを有し、丘部には、丘部の内径寸法が内周面の軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて減少する縮径部が設けられている点をもって特徴付けられる。 The above problems are achieved by the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention. In other words, this bearing is a sintered metal bearing obtained by compression-molding metal powder into a cylindrical shape to form a compact, and then sintering the formed compact, and the internal cavity is lubricated. In a sintered oil-impregnated bearing that is impregnated with oil and has a radial dynamic pressure generating section formed on its inner circumferential surface, the radial dynamic pressure generating section has a plurality of inclined dynamic pressure grooves that are inclined with respect to the circumferential direction of the inner circumferential surface. , a plurality of ridges provided between the inclined dynamic pressure grooves, and the ridges have a contraction whose inner diameter decreases from the axial center of the inner circumferential surface toward the axial end. It is characterized by the fact that it has a diameter section.
本発明者は、従来、内径寸法が軸方向で一定であることが前提であった傾斜動圧溝間の丘部の形状に着目し、丘部の内径寸法が軸受内周面の軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて減少する形態をなす場合に、丘部の間の傾斜動圧溝による潤滑油の引き込み力が向上することを見出した。本発明は上記知見に基づきなされたもので、上述した縮径部を傾斜動圧溝間の丘部に設けることによって、丘部の間の傾斜動圧溝による潤滑油の引き込み力を高めることができる。そのため、上述した精度上の理由で潤滑油の軸受中央側への引き込み力が不足する場合、もしくは軸受の損耗に伴い上記引き込み力が低下する場合においても、軸受中央側に向けた潤滑油の引き込み作用を担う傾斜動圧溝間の丘部に縮径部を設けることで、上記引き込み力の不足分又は低下分を補って、必要な大きさの引き込み力を得ることが可能となる。従って、本発明の如き焼結含油軸受を量産して使用する場合に、潤滑油の軸受外部への漏れ出しを長期にわたって防止することが可能となる。 The present inventor focused on the shape of the hill between the inclined dynamic pressure grooves, which was conventionally assumed to have a constant inner diameter in the axial direction, and discovered that the inner diameter of the hill is at the axial center of the inner peripheral surface of the bearing. It has been found that the drawing force of lubricating oil by the inclined dynamic pressure grooves between the hill portions is improved when the pressure decreases from the side toward the end in the axial direction. The present invention has been made based on the above findings, and by providing the above-mentioned reduced diameter portion in the hill portion between the inclined dynamic pressure grooves, it is possible to increase the drawing force of lubricating oil by the inclined dynamic pressure groove between the hill portions. can. Therefore, even if the force to draw the lubricating oil toward the center of the bearing is insufficient due to the accuracy reasons mentioned above, or if the force to draw the lubricant decreases due to wear and tear on the bearing, the lubricant will still be drawn toward the center of the bearing. By providing a diameter-reduced portion in the hill portion between the inclined dynamic pressure grooves that play a role, it is possible to compensate for the shortage or decrease in the pulling force and obtain the necessary amount of pulling force. Therefore, when the sintered oil-impregnated bearing of the present invention is mass-produced and used, it is possible to prevent lubricating oil from leaking out of the bearing for a long period of time.
また、本発明に係る焼結含油軸受において、縮径部の軸方向中央側の第一端部における内径寸法から、軸方向端部側の第二端部における内径寸法を減じた値が、0μmを超えかつ1.5μm以下であってもよい。 Further, in the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention, the value obtained by subtracting the inner diameter dimension at the second end portion on the axial end side from the inner diameter dimension at the first end portion on the axial center side of the reduced diameter portion is 0 μm. It may be more than 1.5 μm or less.
このように、丘部に設けた縮径部の軸方向両端部間での内径寸法差を最大で1.5μm以下とすることで、軸部外周面と軸受内周面との間に形成され、通常数μmの幅で管理される軸受隙間(ラジアル軸受隙間)の軸方向の変動を許容範囲内に収めることができる。これより、縮径部を設けたことが軸受隙間に及ぼす悪影響を最小限に抑えつつ、上記引き込み力を増大させることができるので、十分な大きさの引き込み力を安定的に発揮させることが可能となる。 In this way, by setting the inner diameter dimension difference between both axial ends of the reduced diameter section provided on the hill to a maximum of 1.5 μm or less, the diameter difference formed between the outer circumferential surface of the shaft and the inner circumferential surface of the bearing is reduced. , it is possible to keep fluctuations in the axial direction of the bearing clearance (radial bearing clearance), which is normally controlled to a width of several μm, within an allowable range. This makes it possible to increase the above-mentioned pulling force while minimizing the negative effect that the provision of the reduced diameter part has on the bearing clearance, making it possible to stably exert a sufficient pulling force. becomes.
また、本発明に係る焼結含油軸受において、縮径部の内径寸法が、軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれてテーパ状に減少していてもよい。 Further, in the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention, the inner diameter dimension of the reduced diameter portion may be tapered from the axial center side toward the axial end side.
このように、縮径部の形状をテーパ状にすることによっても、縮径部を設けたことがラジアル軸受隙間に及ぼす悪影響を抑えることができる。よって、本構成によっても、十分な大きさの引き込み力を安定的に発揮させることが可能となる。 In this way, by tapering the shape of the reduced diameter portion, it is possible to suppress the adverse effect that the provision of the reduced diameter portion has on the radial bearing clearance. Therefore, this configuration also makes it possible to stably exert a sufficient pulling force.
また、本発明に係る焼結含油軸受において、傾斜動圧溝の溝深さが、軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて増大していてもよい。 Further, in the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention, the groove depth of the inclined dynamic pressure groove may increase from the axial center side toward the axial end side.
このように、傾斜動圧溝の溝深さを変化させることで、軸受の継続使用により丘部が摩耗した場合であっても、初期の溝深さが十分な大きさを有しているため、摩耗後も必要な溝深さを維持することができる。従って、長期にわたって所要の動圧作用ひいては軸受性能を発揮することが可能となる。 In this way, by changing the groove depth of the inclined dynamic pressure groove, even if the hill portion wears out due to continued use of the bearing, the initial groove depth is large enough. , the required groove depth can be maintained even after wear. Therefore, it becomes possible to exhibit the required dynamic pressure action and thus the bearing performance over a long period of time.
また、本発明に係る焼結含油軸受において、傾斜動圧溝の内径寸法が軸方向で一定であってもよい。 Further, in the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention, the inner diameter dimension of the inclined dynamic pressure groove may be constant in the axial direction.
傾斜動圧溝の内径寸法を軸方向で一定とした場合でも、丘部の内径寸法を軸方向端部側に向けて縮小させることにより(縮径部を設けることにより)、傾斜動圧溝の溝深さを、軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて増大させることができる。また、上述のように傾斜動圧溝の内径寸法を軸方向で一定にすることにより、傾斜動圧溝の成形性が安定する。傾斜動圧溝の成形性が安定すれば、特に成形型を軸受内周面に食い込ませて丘部を内径側に膨出変形させる成形態様をとる場合、丘部の成形性についても安定するので、寸法のばらつきの少ない高精度なラジアル動圧発生部を安定的に形成することが可能となる。 Even if the inner diameter of the inclined dynamic pressure groove is constant in the axial direction, by reducing the inner diameter of the hill portion toward the end in the axial direction (by providing a reduced diameter portion), the diameter of the inclined dynamic pressure groove can be reduced. The groove depth can be increased from the axial center side toward the axial end sides. Furthermore, by making the inner diameter of the inclined dynamic pressure groove constant in the axial direction as described above, the formability of the inclined dynamic pressure groove is stabilized. If the formability of the inclined dynamic pressure groove is stable, the formability of the hill part will also be stable, especially when the forming mold bites into the inner circumferential surface of the bearing and the hill part bulges and deforms inward. , it becomes possible to stably form a highly accurate radial dynamic pressure generating section with little variation in dimensions.
また、本発明に係る焼結含油軸受において、ラジアル動圧発生部は、円周方向に対して互いに異なる向きに傾斜しかつ軸方向で隣接する傾斜動圧溝としての複数の第一傾斜動圧溝と第二傾斜動圧溝とを有し、第一傾斜動圧溝の間及び第二傾斜動圧溝の間に丘部がそれぞれ設けられてもよい。また、この場合、第一傾斜動圧溝間の丘部に縮径部が設けられ、第一傾斜動圧溝は軸方向端部側に位置し、第二傾斜動圧溝は軸方向中央側に位置し、かつ 第一傾斜動圧溝の長手方向寸法が、第二傾斜動圧溝の長手方向寸法よりも大きくてもよい。 Further, in the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention, the radial dynamic pressure generating section includes a plurality of first inclined dynamic pressure grooves which are inclined in different directions with respect to the circumferential direction and which are adjacent in the axial direction. It may have a groove and a second inclined dynamic pressure groove, and a hill portion may be provided between the first inclined dynamic pressure groove and between the second inclined dynamic pressure groove. Additionally, in this case, a diameter-reduced portion is provided in the hill between the first inclined dynamic pressure grooves, the first inclined dynamic pressure grooves are located on the axial end side, and the second inclined dynamic pressure grooves are located on the axial center side. and the longitudinal dimension of the first inclined dynamic pressure groove may be larger than the longitudinal dimension of the second inclined dynamic pressure groove.
このように、軸方向端部側に位置する傾斜動圧溝(第一傾斜動圧溝)の長手方向寸法を相対的に大きくすることによって、軸方向端部側から軸方向中央側に向かう潤滑油の引き込み力が優勢となり、当該方向への引き込み力の差圧を大きくすることができる。加えて本構成では、相対的に長手方向寸法の大きな第一傾斜動圧溝間の丘部に縮径部を設けたので、上述した方向への引き込み力をさらに高めることができる。よって、寸法精度や形状精度のばらつき等、種々の要因により各方向への引き込み力に変動が生じた場合であっても、軸方向端部側から中央側に向かう潤滑油の引き込み(流れ)を安定的に発生させて、軸受外部への漏れ出しをより確実に防止することが可能となる。 In this way, by relatively increasing the longitudinal dimension of the inclined dynamic pressure groove (the first inclined dynamic pressure groove) located on the axial end side, lubrication from the axial end side to the axial center side can be increased. The drawing force of oil becomes dominant, and the differential pressure of the drawing force in this direction can be increased. In addition, in this configuration, since the reduced diameter portion is provided in the hill portion between the first inclined dynamic pressure grooves having a relatively large longitudinal dimension, it is possible to further increase the pulling force in the above-mentioned direction. Therefore, even if the pulling force in each direction varies due to various factors such as variations in dimensional accuracy and shape accuracy, the lubricating oil can be drawn (flow) from the axial end toward the center. It is possible to generate this stably and more reliably prevent leakage to the outside of the bearing.
また、以上の説明に係る焼結含油軸受は、例えば当該焼結含油軸受と、軸方向一端側が開口し他端側が閉塞された形態をなし焼結含油軸受が内周に固定されるハウジングと、焼結含油軸受の内周に挿入される軸部を有する回転体と、ラジアル動圧発生部の動圧作用により、焼結含油軸受の内周面と軸部の外周面との間のラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の膜で軸部をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置として好適に提供可能である。 Further, the sintered oil-impregnated bearing according to the above description includes, for example, the sintered oil-impregnated bearing, a housing having a configuration in which one axial end is open and the other end is closed, and the sintered oil-impregnated bearing is fixed to the inner periphery. A radial bearing is formed between the inner circumferential surface of the sintered oil-impregnated bearing and the outer circumferential surface of the shaft by the dynamic pressure action of the rotating body, which has a shaft inserted into the inner circumference of the sintered oil-impregnated bearing, and the radial dynamic pressure generating section. The present invention can suitably be provided as a fluid dynamic pressure bearing device including a radial bearing portion that supports the shaft portion in a radial direction in a non-contact manner with a film of lubricating oil formed in the gap.
また、本発明に係る流体動圧軸受装置において、焼結含油軸受の内周面のうち軸方向に離れた二ヶ所にラジアル動圧発生部が設けられ、各ラジアル動圧発生部は、円周方向に対して互いに異なる向きに傾斜しかつ軸方向で隣接する傾斜動圧溝としての複数の第一傾斜動圧溝と第二傾斜動圧溝とを有し、第一傾斜動圧溝の間及び第二傾斜動圧溝の間には複数の丘部がそれぞれ設けられてもよい。また、この場合、二つのラジアル動圧軸受部のうちハウジングの軸方向開口側に位置する一方のラジアル動圧発生部において、第一傾斜動圧溝は軸方向端部側に位置し、第二傾斜動圧溝は軸方向中央側に位置すると共に、第一傾斜動圧溝間の丘部に縮径部が設けられていてもよい。 Further, in the fluid dynamic pressure bearing device according to the present invention, the radial dynamic pressure generating portions are provided at two locations separated in the axial direction on the inner circumferential surface of the sintered oil-impregnated bearing, and each radial dynamic pressure generating portion is a plurality of first inclined dynamic pressure grooves and second inclined dynamic pressure grooves which are inclined in different directions with respect to the direction and which are adjacent in the axial direction, and between the first inclined dynamic pressure grooves; A plurality of hill portions may be provided between the second inclined dynamic pressure groove and the second inclined dynamic pressure groove. Further, in this case, in one of the two radial dynamic pressure bearing parts, which is located on the axial opening side of the housing, the first inclined dynamic pressure groove is located on the axial end side, and the second radial dynamic pressure groove is located on the axial end side. The inclined dynamic pressure grooves may be located on the central side in the axial direction, and a reduced diameter portion may be provided at the hill portion between the first inclined dynamic pressure grooves.
このように、各一組の傾斜動圧溝と丘部とを有するラジアル動圧発生部を軸方向に離れた二ヶ所に設けて、かつ最もハウジングの開口側に近い位置に配置された傾斜動圧溝間の丘部に縮径部を設けることによって、潤滑油の動圧を軸方向に離れた二ヶ所で高めつつ、潤滑油の引き込み力を高めることができる。従って、例えば第一傾斜動圧溝と第二傾斜動圧溝とで長手方向寸法を同じ大きさとした場合であっても、ハウジング開口側から閉塞側に向かう潤滑油の流れを作り出すことができる。よって、この場合には焼結含油軸受の軸方向寸法を小さくすることができ、ひいては流体動圧軸受装置の小型化を図ることが可能となる。 In this way, the radial dynamic pressure generating parts each having a set of inclined dynamic pressure grooves and a hill part are provided at two locations separated in the axial direction, and the inclined dynamic pressure generating part is arranged at the position closest to the opening side of the housing. By providing a diameter-reduced portion in the hill portion between the pressure grooves, the dynamic pressure of the lubricating oil can be increased at two locations separated in the axial direction, and the drawing force of the lubricating oil can be increased. Therefore, for example, even if the first inclined dynamic pressure groove and the second inclined dynamic pressure groove have the same longitudinal dimension, it is possible to create a flow of lubricating oil from the housing opening side to the closed side. Therefore, in this case, it is possible to reduce the axial dimension of the sintered oil-impregnated bearing, which in turn makes it possible to downsize the fluid dynamic bearing device.
以上の説明に係る流体動圧軸受装置は、上述のように、軸受装置の大型化を避けつつも動圧溝による潤滑油の引き込み力を確保して、軸受外部への潤滑油の漏れ出しを防止可能とするものであるから、例えばこの流体動圧軸受装置を備えたモータとして好適に提供可能である。 As mentioned above, the fluid dynamic pressure bearing device according to the above explanation secures the lubricating oil drawing force by the dynamic pressure groove while avoiding the increase in the size of the bearing device, and prevents the lubricating oil from leaking to the outside of the bearing. Since this can be prevented, it can be suitably provided, for example, as a motor equipped with this fluid dynamic pressure bearing device.
以上より、本発明によれば、軸受装置の大型化を避けつつも動圧溝による軸受中央側への潤滑油の引き込み力を確保して、軸受外部への潤滑油の漏れ出しを防止可能な焼結含油軸受を量産することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the leakage of lubricating oil to the outside of the bearing by ensuring the drawing force of the lubricating oil to the center side of the bearing by the dynamic pressure groove while avoiding an increase in the size of the bearing device. It becomes possible to mass produce sintered oil-impregnated bearings.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図1は、本実施形態に係るスピンドルモータの一構成例を示している。このスピンドルモータMは、例えばHDDのディスク駆動装置に用いられるもので、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、例えば半径方向のギャップを介して対向しているステータコイル4a及びロータマグネット4bとからなる駆動部4と、ブラケット5とを備えている。ステータコイル4aはブラケット5に固定され、ロータマグネット4bはディスクハブ3に固定される。流体動圧軸受装置1は、ブラケット5の内周に固定される。ディスクハブ3には、所定枚数(図1では2枚)のディスク6が保持される。ステータコイル4aに通電すると、ロータマグネット4b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6が軸部材2と一体に回転する。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a spindle motor according to this embodiment. This spindle motor M is used, for example, in a disk drive device of an HDD, and is connected to a fluid dynamic
図2は、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置1の断面図を示している。この流体動圧軸受装置1は、ハウジング7と、ハウジング7の内周に配設される焼結含油軸受8と、焼結含油軸受8の内周に挿入される軸部材2と、ハウジング7の軸方向一端側をシールするシール部材9と、ハウジング7の軸方向他端側を閉塞する蓋部材10とを備える。ハウジング7の内部空間には、潤滑油が充填されている。以下の説明においては、便宜上、シール部材9が設けられた側を上側、その軸方向反対側を下側として説明を行う。もちろん、この上下方向は、実際の流体動圧軸受装置1の製造態様及び使用態様を何ら限定しない。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a fluid
ハウジング7は、全体として円筒状をなし、少なくとも軸方向一端側を開口した形態をなす。本実施形態では、ハウジング7は軸方向両端側を開口した形態をなし、ハウジング7の軸方向上端側にシール部材9が配設されると共に、軸方向下端側に蓋部材10が配設されている。
The
ハウジング7の内周には、所定の内径寸法を有する第一内周面7aが設けられる。本実施形態では、第一内周面7aは、ハウジング7の軸方向中央側に配設されている。第一内周面7aの内径寸法は軸方向で一定である。この第一内周面7aには焼結含油軸受8の外周面8dが適宜の手段で固定される。
A first inner
ハウジング7の内周上端側には、シール部材9との間に後述する第二シール空間S2を形成するための第二内周面7bが設けられる。第二内周面7bの内径寸法は、第一内周面7aの内径寸法よりも大きい。また、本実施形態では、第二内周面7bは、軸方向下端側から軸方向上端側に向かうにつれて内径寸法が増大するテーパ形状をなしている。
A second inner
ハウジング7の内周下端側には、蓋部材10を固定するための第三内周面7cが設けられる。本実施形態では、第三内周面7cの内径寸法は、第一内周面7aの内径寸法よりも大きい。
A third inner
シール部材9は、本実施形態では、筒状部9aと、筒状部9aの軸方向上端から半径方向内側に延びる内鍔部9bとを一体に有する。この場合、例えば内鍔部9bの下端面が焼結含油軸受8の上端面8cに当接し、筒状部9aの内周面が焼結含油軸受8の外周面8dに当接した状態で、シール部材9が焼結含油軸受8に固定される。なお、シール部材9と焼結含油軸受8との固定手段は任意であり、例えば接着によりシール部材9が焼結含油軸受8に固定される。
In this embodiment, the
シール部材9の内周面9c(内鍔部9bの内周面)は、内径寸法が軸方向下端側から上端側に向かうにつれて増大するテーパ形状をなし、対向する軸部2aの外周面2a1との間に、軸方向上端側から下端側に向かうにつれて径方向隙間が縮小する第一シール空間S1を形成する(図2を参照)。第一シール空間S1は、軸方向上端側から下端側に向けて潤滑油の引き込み作用を奏し、これにより潤滑油の油面を常に第一シール空間S1の軸方向範囲内に保持し得る。
The inner
また、シール部材9の外周面9d(筒状部9aの外周面)は、外径寸法が軸方向で一定となるように形成され、対向するハウジング7の第二内周面7bとの間に、軸方向上端側から下端側に向かうにつれて径方向隙間の大きさが縮小する第二シール空間S2を形成する(図2を参照)。第二シール空間S2は、第一シール空間S1に比べて軸方向寸法が大きいことから、ハウジング7の内部空間に充填された潤滑油の温度変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内で潤滑油の油面を常に第二シール空間S2の軸方向範囲内に保持し得る。
Further, the outer
軸部材2は、軸部2aと、軸部2aの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部2bとを備える。軸部2aの外周面2a1のうち、焼結含油軸受8の内周面8aと対向する部分は、相対的に小径な円筒面状の中逃げ部2cが設けられている点を除いて凹凸のない平滑な円筒面に形成されている。また、フランジ部2bの上端面2b1及び下端面2b2は平滑な平坦面状に形成されている。
The
蓋部材10はハウジング7の第三内周面7cに適宜の手段で固定される。蓋部材10の上端面10aには、対向する軸部材2のフランジ部2bの下端面2b2との間にスラスト軸受部T2のスラスト軸受隙間を形成する円環状のスラスト軸受面が設けられている。このスラスト軸受面には、スラスト軸受部T2のスラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるための動圧発生部(スラスト動圧発生部)が設けられている。図示は省略するが、このスラスト動圧発生部は、後述する焼結含油軸受8のスラスト動圧発生部14と同様に、例えば、スパイラル形状の動圧溝と、この動圧溝を区画する凸状の丘部とを円周方向に交互に配置することで構成される(図5を参照)。
The
焼結含油軸受8は、焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。この多孔質体を構成する金属組織は、原則として任意であり、例えば、純銅(工業用純銅を含む)又は銅合金の金属組織と、純鉄(工業用純鉄を含む)又はステンレス鋼などの鉄合金の金属組織のうち少なくとも一方を主に含む金属組織が採用可能である。また、焼結含油軸受8の内部空孔には、潤滑油が含浸される。
The sintered oil-impregnated
焼結含油軸受8の内周面8aには、対向する軸部2aの外周面2a1との間にラジアル軸受部R1,R2のラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面が軸方向の二箇所に離間して設けられている。2つのラジアル軸受面には、図3に示すように、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるためのラジアル動圧発生部11,12がそれぞれ形成されている。
The inner
ここで、内周面8aの軸方向上側に位置する第一ラジアル動圧発生部11は、内周面8aの円周方向に沿って配列される複数の第一傾斜動圧溝11aと、第一傾斜動圧溝11aの間に形成される複数の第一丘部11bとを有する。第一傾斜動圧溝11aは、内周面8aの円周方向に対して所定角度傾斜しており、後述する軸部材2の回転時、軸部材2と焼結含油軸受8との間の潤滑油を軸受中央側に向けて引き込んで動圧を高める作用(図2中、矢印F1で示す向きの引き込み力を発生させる作用)を奏する。
Here, the first radial dynamic
また、本実施形態では、第一ラジアル動圧発生部11は、第一傾斜動圧溝11aと第一丘部11bとに加えて、複数の第二傾斜動圧溝11cと、複数の第二丘部11dとを有する。この場合、複数の第一傾斜動圧溝11a及び複数の第二傾斜動圧溝11cはへリングボーン形状に配列されている。すなわち、第二傾斜動圧溝11cは、内周面8aの円周方向に対して第一傾斜動圧溝11aとは逆向きにかつ同じ角度だけ傾斜しており、後述する軸部材2の回転時、軸部材2と焼結含油軸受8との間の潤滑油を軸受端部側に向けて引き込んで動圧を高める作用(図2中、矢印F2で示す向きの引き込み力を発生させる作用)を奏する。
Further, in the present embodiment, the first radial dynamic
本実施形態では、第一傾斜動圧溝11aの長手方向寸法は、第二傾斜動圧溝11cの長手方向寸法よりも大きい。ここで、第一傾斜動圧溝11aと第二傾斜動圧溝11cの傾斜角度の大きさは等しいため、第一傾斜動圧溝11aの長手方向寸法が第二傾斜動圧溝11cの長手方向寸法より大きい場合、第一傾斜動圧溝11aの軸方向寸法L1は、第二傾斜動圧溝11cの軸方向寸法L2よりも大きくなる(図3を参照)。また、内周面8aの最も上端側に位置する第一傾斜動圧溝11aは、内周面8aの上端部にまで形成されている(内周面8aと上端面8cとの間の面取り部に第一傾斜動圧溝11aの上端部が開口している)。一方、第二ラジアル動圧発生部12を構成する傾斜動圧溝12a,12cのうち、内周面8aの軸方向端部側(最も下端側)に位置する第一傾斜動圧溝12aの下端部は、内周面8aの下端部よりも軸方向中央側に位置している(図3を参照)。
In this embodiment, the longitudinal dimension of the first inclined
第一傾斜動圧溝11aと第二傾斜動圧溝11cとの間には、内周面8aの円周方向に沿って延びる真円形状の帯部11eが設けられている。この帯部11eによって、第一傾斜動圧溝11aと第二傾斜動圧溝11cとが区画されている。また、第一丘部11bの軸方向下端と帯部11eとは連続しており、かつ、第二丘部11dの軸方向上端と帯部11eとは連続している。ここで、第一丘部11bの軸方向下端における内径寸法と、帯部11eの内径寸法とは等しい。また、第二丘部11dの軸方向上端における内径寸法と、帯部11eの内径寸法とは等しい。
A perfectly
ここで、焼結含油軸受8の軸方向端部側に位置する第一丘部11bには、図4(a)に示すように、第一丘部11bの内径寸法が内周面8aの軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて減少する縮径部13が設けられている。この縮径部13は、第一丘部11bの少なくとも長手方向の一部に設けられている。本実施形態では、縮径部13は、第一丘部11bの全域にわたって設けられている。また、この縮径部13は、テーパ状に内径寸法が縮小する形態をなしている。第一丘部11bの軸方向中央側の第一端部11b1における内径寸法D1は、第一丘部11bの軸方向端部側の第二端部11b2における内径寸法D2よりも大きく、その差D1-D2は、例えば1.5μm以下に設定される。一方、第二丘部11dの内径寸法は全域にわたって一定である(図3及び図4(a)を参照)。
Here, in the
第一傾斜動圧溝11aの溝深さは、軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて増大している。本実施形態では、第一傾斜動圧溝11aの内径寸法は一定であるから(図4(a)を参照)、溝深さの増大量は第一丘部11bの内径寸法の増大量(ここでは内径寸法差D1-D2)に等しい。一例として、第一傾斜動圧溝11aの軸方向中央側の第一端部11a1における溝深さd1は、2.5μm以上でかつ5.0μm以下である。また、第一傾斜動圧溝11aの軸方向端部側の第二端部11a2における溝深さd2は、2.5μmを超えかつ6.5μm以下である。一方、第二傾斜動圧溝11cの溝深さは全域にわたって一定である(図3及び図4(a)を参照)。
The groove depth of the first inclined
内周面8aの軸方向下側に位置する第二ラジアル動圧発生部12は、第一ラジアル動圧発生部11と同様、複数の第一傾斜動圧溝12aと、複数の第一丘部12bと、複数の第二傾斜動圧溝12cと、複数の第二丘部12dと、帯部12eとを有する。ここで、第一傾斜動圧溝12aの長手方向寸法と、第二傾斜動圧溝12cの長手方向寸法とは等しい。本実施形態では、第一傾斜動圧溝12aと第二傾斜動圧溝12cの傾斜角度の大きさは等しいため、第一傾斜動圧溝12aの長手方向寸法が第二傾斜動圧溝12cの長手方向寸法と等しい場合、第一傾斜動圧溝12aの軸方向寸法L3は、第二傾斜動圧溝12cの軸方向寸法L4に等しくなる(図3を参照)。各傾斜動圧溝12a,12cの溝深さは全域にわたって一定である。第一丘部12b及び第二丘部12dの内径寸法はともに全域にわたって一定である(図4(b)を参照)。すなわち、第二ラジアル動圧発生部12の丘部12b,12dには縮径部13は設けられていない。もちろん、上述した各傾斜動圧溝12a,12c及び各丘部12b,12dの寸法関係は一例に過ぎない。例えば、内周面8aの最も下端側に位置する第一傾斜動圧溝12aの内径寸法が軸方向で変動(例えば下端側に向かうにつれて減少)してもよい。第一傾斜動圧溝12aの溝深さについても同様に軸方向で変動(下端側に向かうにつれて減少)してもよい。
Like the first radial dynamic
この場合、第一ラジアル動圧発生部11における軸部2aと焼結含油軸受8との間のラジアル軸受隙間G1は、図4(a)に示すように、軸方向下端から軸方向中央(厳密には第一丘部11bの第一端部11b1)まで一定で、軸方向中央から軸方向上端(第一丘部11bの第二端部11b2)に向かうにつれて減少する。一方、第二ラジアル動圧発生部12におけるラジアル軸受隙間G2は、図4(b)に示すように、その軸方向全域にわたって一定である。なお、縮径部13におけるラジアル軸受隙間G1は、上述した内径寸法差D1-D2(最大で1.5μm)以上であることが望ましい。
In this case, as shown in FIG. It is constant up to the first end 11b1 of the
焼結含油軸受8の下端面8bには、対向するフランジ部2bの上端面2b1との間にスラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間を形成する円環状のスラスト軸受面が設けられている。このスラスト軸受面には、図5に示すように、スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるための動圧発生部(スラスト動圧発生部)14が形成されている。図示例のスラスト動圧発生部14は、スパイラル形状のスラスト動圧溝14aと、スラスト動圧溝14aを区画する凸状の丘部14bとを円周方向に交互に配列することで構成される。丘部14bの高さ寸法は全域にわたって一定である。また、上端面2b1とスラスト動圧溝14aの溝底面とは同一平面上にある。
The
焼結含油軸受 8の上端面8cの半径方向中間位置には、図3に示すように、断面楔状の環状溝8c1が形成される。また、上端面8cの環状溝8c1より半径方向内側には、環状溝8c1と内周面8aとをつなぐ半径方向溝8c2が円周方向複数箇所に形成される。
As shown in FIG. 3, an annular groove 8c1 having a wedge-shaped cross section is formed at a radially intermediate position on the
焼結含油軸受8の外周面8dには、軸方向に伸びる複数本(例えば3本)の軸方向溝8d1が形成される。本実施形態では、複数の軸方向溝8d1は、相互に円周方向で等間隔だけ離れた位置に形成されている。これら軸方向溝8d1は、上述した環状溝8c1及び半径方向溝8c2と共に軸受内部空間における潤滑油の循環路を形成し、これにより円滑な潤滑油の供給状態を確保可能としている(詳細は後述する)。
A plurality of (for example, three) axial grooves 8d1 extending in the axial direction are formed on the outer
以下、上記構成の焼結含油軸受8の製造方法の一例を説明する。
An example of a method for manufacturing the sintered oil-impregnated
本発明に係る焼結含油軸受8は、原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉成形工程(s1)と、圧粉体を焼結して焼結体8Sを得る焼結工程(s2)と、焼結体8Sにサイジングを施して、焼結体8Sの少なくとも内周面8Saにラジアル動圧発生部11,12をなす傾斜動圧溝11a,11c,12a,12cを成形する動圧溝サイジング工程(s3)とを主に備える。必要に応じて、焼結工程(s2)の後で動圧溝サイジング工程(s3)の前に、焼結体8Sに寸法サイジングを施す寸法サイジング工程と、焼結体8Sの内周面8Saに回転サイジングを施す回転サイジング工程とを設けてもよい。
The sintered oil-impregnated
(s1)圧粉成形工程
まず、最終的な製品となる焼結含油軸受8の材料となる原料粉末を用意し、これを金型プレス成形により所定の形状に圧縮成形する。具体的には、図示は省略するが、ダイと、ダイの孔内に挿入配置されるコアピンと、ダイとコアピンとの間に配設され、ダイに対して昇降可能に構成された下パンチ、および、ダイと下パンチの何れに対しても相対変位(昇降)可能に構成された上パンチとで構成される成形金型を用いて原料粉末の圧縮成形を行う。この場合、ダイの内周面とコアピンの外周面、および、下パンチの上端面とで区画形成される空間に原料粉末を充填し、然る後、下パンチを固定した状態で上パンチを下降させ、充填状態の原料粉末を軸方向に加圧する。そして、加圧しながら所定の位置まで上パンチを下降させ、原料粉末を所定の軸方向寸法にまで圧縮することで、圧粉体が成形される。
(s1) Powder compacting process First, a raw material powder that will become the material of the sintered oil-impregnated
ここで、原料粉末には、任意の金属粉末を一種類又は二種類以上含むものが使用される。本実施形態では、純銅粉末と、鉄合金粉末としてのステンレス鋼粉末とを主に含む原料粉末が使用される。もちろん、ステンレス鋼粉末に代えて純鉄粉末を使用してもよいし、ステンレス鋼以外の鉄合金粉末を使用してもよい。あるいは、ステンレス鋼粉末等の鉄合金粉末と純鉄粉末との混合粉末を、純銅粉末に加えたものを原料粉末として使用してもよい。要は、焼結して得らえる焼結含油軸受8が上述した金属組織を有するように原料粉末の組成を設定すればよい。もちろん、原料粉末には、上述した金属粉末以外の物質を配合することもでき、例えば黒鉛や、アミドワックス系の固体潤滑剤粉末などを配合してもよい。
Here, the raw material powder used includes one or more kinds of arbitrary metal powders. In this embodiment, a raw material powder mainly containing pure copper powder and stainless steel powder as an iron alloy powder is used. Of course, pure iron powder may be used instead of stainless steel powder, or iron alloy powder other than stainless steel may be used. Alternatively, a mixed powder of iron alloy powder such as stainless steel powder and pure iron powder may be added to pure copper powder and used as the raw material powder. In short, the composition of the raw material powder may be set so that the sintered oil-impregnated
(s2)焼結工程
上述のようにして、圧粉体を得た後、この圧粉体を原料粉末、特に原料粉末に含まれる金属粉末の組成に応じた温度で焼結することにより、焼結体8Sを得る(図6を参照)。例えば、上述のように原料粉末が純銅粉末を含む場合、焼結時の温度は750℃以上でかつ銅の融点未満の温度に設定される。
(s2) Sintering process After obtaining the green compact as described above, the green compact is sintered at a temperature that corresponds to the composition of the raw powder, especially the metal powder contained in the raw powder. A solid 8S is obtained (see Figure 6). For example, when the raw material powder contains pure copper powder as described above, the temperature during sintering is set to 750° C. or higher and lower than the melting point of copper.
(s3)動圧溝サイジング工程
上記工程s1,s2を経て得られた焼結体8Sに対して所定の型成形(動圧溝サイジング)を施すことで、焼結体8Sの内周面8Saにラジアル動圧発生部11,12をなす傾斜動圧溝11a,11c,12a,12cを形成する。ここで使用する成形装置20は、図6(a)に示すように、焼結体8Sの圧入穴21aを有するダイ21と、ダイ21の圧入穴21aに挿入可能に配置されるサイジングピン22と、ダイ21とサイジングピン22との間に配設され、ダイ21に対して相対的に昇降可能に構成された下パンチ23、および、ダイ21と下パンチ23の何れに対しても昇降可能に構成された上パンチ24とを有する。この場合、ダイ21の圧入穴21aの内径寸法は、サイジングすべき焼結体8Sの圧入代に応じて適宜設定される。また、サイジングピン22の外周面には、成形すべき動圧溝11a,11c,12a,12cに対応する形状の第1成形型22aが設けられると共に(図6(a)を参照)、上パンチ24の上端面24aには、成形すべき下端面8bのスラスト動圧溝14aに対応する形状の第2成形型が設けられる(図示は省略)。
(s3) Dynamic pressure groove sizing process By performing predetermined mold forming (dynamic pressure groove sizing) on the
ここで、第1成形型22aは、第一傾斜動圧溝11a,12a及び第二傾斜動圧溝11c,12cを型成形する凸状成形部22a1と、第一丘部11b,12bと第二丘部11d,12d、及び帯部11e,12eを型成形する凹状成形部22a2とで構成される。
Here, the
この場合、凹状成形部22a2のうち第一ラジアル動圧発生部11の第一丘部11bに対応する部分(縮径部成形部22a3)を除き、凸状成形部22a1の外径寸法と、サイジングピン22の外周面のうち第1成形型22a以外の領域の外径寸法とは同一に設定される。また、縮径部成形部22a3の軸方向寸法H1は、成形すべき縮径部13(第一丘部11b)の軸方向寸法H2よりも大きく設定されている(後述する図7(a)及び(b)を参照)。
In this case, the outer diameter dimension and sizing of the convex molded part 22a1 are excluded from the concave molded part 22a2, except for the part corresponding to the
また、凸状成形部22a1と凹状成形部22a2の外径寸法差の半分の値が、例えば成形すべき傾斜動圧溝11a,11c,12a,12cの溝深さの狙い値よりも大きくなるように、凸状成形部22a1の外径寸法と凹状成形部22a2の外径寸法がそれぞれ設定される。
Also, half of the difference in outer diameter between the convex molded part 22a1 and the concave molded part 22a2 is set to be larger than the target value of the groove depth of the inclined
次に、上記構成の成形装置20を用いた動圧溝サイジングの一態様を説明する。まず、図6(a)に示すように、ダイ21の上端面21bに焼結体8Sを配置した状態で、その上方から上パンチ24とサイジングピン22を下降させる。これにより、焼結体8Sの内周にサイジングピン22を挿入し、サイジングピン22の外周に設けておいた第1成形型22aを内周面8Saと半径方向で対向させる。この時点で、第1成形型22aの縮径部成形部22a3の上端部と、成形すべき縮径部13(第一丘部11b)の上端部とが同一の軸方向位置となるように、第一成形型22aが配置される(図6(b)を参照)。
Next, one aspect of dynamic pressure groove sizing using the
そして、図6(b)に示す状態から、上パンチ24のみを引き続き下降させて焼結体8Sの上端面8Scを押圧する。これにより、焼結体8Sがダイ21の圧入穴21aに押込まれ、焼結体8Sの外周面8Sdが圧迫されると共に、予め内周に挿入したサイジングピン22の第1成形型22aに内周面8Saが食い付く。また、この状態から、さらに上パンチ24を下降させて、焼結体8Sを上パンチ24と下パンチ23とで挟持し、外径方向への変形をダイ21により拘束された状態の焼結体8Sを軸方向に圧迫することで、さらに内周面8Saが第1成形型22aに食い付く(図7(a)を参照)。なお、サイジングピン22は第1成形型22aに焼結体8Sの内周面8Saが食い付くことで、焼結体8Sの下降に伴って下降する。このようにして、第1成形型22aの形状、具体的には凸状成形部22a1と凹状成形部22a2、及び縮径部成形部22a3の形状がそれぞれ内周面8Saに転写されることで、第一傾斜動圧溝11a,12aと第二傾斜動圧溝11c,12c、第一丘部11b,12bと第二丘部11d,12d、帯部11e,12e、及び縮径部13が成形される(図7(b)を参照)。また、この際、上パンチ24の下端面24aに設けた第2成形型が焼結体8Sの下端面8Sbに食い込むことで、下端面8Sbに第2成形型の形状が転写され、対応するスラスト動圧溝14aと丘部14bとが成形される。
Then, from the state shown in FIG. 6(b), only the
このようにして焼結体8Sの内周面8Sa及び下端面8Sbに所定のラジアル動圧発生部11,12とスラスト動圧発生部を成形した後、ダイ21を下パンチ23に対して相対的に下降させて、ダイ21による焼結体8Sの拘束状態を解除する(図7(b)を参照)。これにより、焼結体8Sは外径方向へのスプリングバックを生じ、外周面8Sdの外径寸法及び内周面8Saの内径寸法が増加する。また、上パンチ24を上昇させて、上パンチ24と下パンチ23とによる焼結体8Sの軸方向の拘束状態を解除することで(図7(b)を参照)、焼結体8Sは軸方向へのスプリングバックを生じ、外周面8Sd及び内周面8Saの軸方向寸法が増加する。このように、ダイ21の下降後、焼結体8Sが外径方向へのスプリングバックを生じることで、内周面8Saが拡径するので、内径側に突出して成形される丘部11b,11d,12b,12dと凸状成形部22a1との干渉を可及的に回避して、サイジングピン22を焼結体8Sから抜き取ることができる。また、この際、スプリングバックの量を調整することで、第一丘部11bに設けられる縮径部13と凸状成形部22a1との干渉についても可及的に回避して、サイジングピン22を焼結体8Sから抜き取ることができる。これにより、内周面8aにラジアル動圧発生部11,12、及び縮径部13が形成された焼結体8S、すなわち、図3~図5に示す形態の焼結含油軸受8を得ることができる。なお、上記サイジングを経て製造される焼結含油軸受8の内径寸法は例えば1~5mm、外径寸法は3~8mm、軸方向寸法は2~15mmである。
After forming the predetermined radial dynamic
然る後、潤滑油を内部空孔に含浸させることで、焼結含油軸受8が完成する。なお、焼結含油軸受8をハウジング7に組付けた後に、焼結含油軸受8に潤滑油を含浸させてもよい。要は、図2に示す流体動圧軸受装置1が完成した時点で、焼結含油軸受8の内部空孔を含む軸受内部空間が潤滑油で満たされた状態であれば、含浸手段やそのタイミングは任意である。また、潤滑油としては、種々の油が使用可能であるが、HDD等のディスク駆動装置用に提供される場合、その使用時あるいは輸送時における温度変化を考慮して、低蒸発率及び低粘度性に優れたエステル系潤滑油、例えばジオクチルセバケート(DOS)、ジオクチルアゼレート(DOZ)等が好適に使用可能である。
Thereafter, the internal pores are impregnated with lubricating oil, thereby completing the sintered oil-impregnated
以上の構成を有する流体動圧軸受装置1において、軸部材2と焼結含油軸受8との相対回転開始前、焼結含油軸受8の内周面8aに設けた二つのラジアル軸受面と、これらに対向する軸部2aの外周面2a1との間にはラジアル軸受隙間G1,G2がそれぞれ形成された状態にある(図4(a)及び(b)を参照)。そして軸部材2と焼結含油軸受8の相対回転が開始されるのに伴い、両ラジアル軸受隙間G1,G2に形成される油膜の圧力がラジアル動圧発生部11,12(傾斜動圧溝11a,11c,12a,12c)の動圧作用によって高められ、その結果、軸部材2をラジアル方向に相対回転自在に非接触支持するラジアル軸受部R1,R2が軸方向に離間した二箇所に形成される(図2を参照)。このとき、軸部2aの外周面2a1に中逃げ部2cを設けたことにより、二つのラジアル軸受隙間G1,G2間には円筒状の潤滑油溜りが形成される。そのため、各ラジアル軸受隙間G1,G2における油膜切れ、すなわちラジアル軸受部R1,R2の軸受性能低下を可及的に防止することができる。
In the fluid
また、軸部材2と焼結含油軸受8の相対回転時、下端面8bに設けたスラスト動圧発生部14の動圧作用により、焼結含油軸受8の下端面8bと、スラスト軸受面に対向するフランジ部2bの上端面2b1との間に潤滑油膜が形成され、当該油膜の圧力が高められる。また、蓋部材10の上端面10aに設けられたスラスト動圧発生部の動圧作用により、蓋部材10の上端面10aと、上端面10aに対向するフランジ部2bの下端面2b2との間に潤滑油膜が形成され(スラスト軸受隙間が形成され)、当該油膜の圧力が高められる。この結果、軸部材2をスラスト一方向及び他方向に相対回転自在に非接触支持するスラスト軸受部T1,T2が形成される。
In addition, when the
また、焼結含油軸受8の内周面8aに設けられた第一ラジアル動圧発生部11をなす第一傾斜動圧溝11aの長手方向寸法L1は、第二傾斜動圧溝11cの長手方向寸法L2よりも大きい(図3を参照)。そのため、軸部材2の回転時、第一傾斜動圧溝11aによる潤滑油の軸受中心側への引き込み力F1が、第二傾斜動圧溝11cによる潤滑油の軸受端部側への引き込み力F2を上回る。この引き込み力の差により、ラジアル軸受隙間G1に満たされた潤滑油は、全体として焼結含油軸受8の軸方向下側に向けた流れを生じ、第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間から、軸方向溝8d1、シール部材9の内鍔部9bの下端面と焼結含油軸受8の上端面8cとの隙間、環状溝8c1、半径方向溝8c2という経路15を辿って、第1ラジアル軸受部R1のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。すなわち、軸受内部空間に、ラジアル軸受隙間G1,G2を含む潤滑油の循環路15が形成される。これにより、軸受内部空間内の潤滑油の圧力が局部的に負圧になる現象を防止して、負圧発生に伴う気泡の生成、気泡の生成に起因する潤滑油の漏れや軸受性能の劣化、振動の発生等の問題が回避される。また、何らかの理由で潤滑油中に気泡が混入した場合、気泡が潤滑油に伴って循環する際に各シール空間S1,S2内の潤滑油の油面(気液界面)から外気に排出されるので、気泡による悪影響が効果的に防止される。
Further, the longitudinal dimension L1 of the first inclined
一方、上述した寸法精度ないし形状精度上の問題により、あるいは継続使用に伴って第一ラジアル動圧発生部11の第一丘部11bが上端部において損耗することにより、ラジアル軸受隙間G1が軸受端部側で広がるおそれがある。ラジアル軸受隙間G1が広がると、第一傾斜動圧溝11aによる潤滑油の動圧作用が低下するので、第一傾斜動圧溝11aによる引き込み力F1に比べて第二傾斜動圧溝11cによる引き込み力F2が優勢となり、場合によっては、内周面8aの軸方向中央側から軸方向上端側に潤滑油が逆流する事態が懸念される。
On the other hand, due to the above-mentioned problems with dimensional accuracy or shape accuracy, or due to wear and tear of the
本実施形態に係る焼結含油軸受8では、内径寸法が内周面8aの軸方向中央側から軸方向上端部側に向かうにつれて減少する形態をなす縮径部13を第一傾斜動圧溝11a間の第一丘部11bに設けた(図4(a)を参照)。これにより、第一丘部11bの間の第一傾斜動圧溝11aによるラジアル軸受隙間G1に発生する潤滑油の軸方向中央側への引き込み力F1を高めることができる。そのため、上述した寸法精度上の理由で潤滑油の軸受軸方向中央側への引き込み力F1が不足する場合、もしくは焼結含油軸受8の損耗に伴い上記引き込み力F1が低下する場合においても、上記引き込み力F1の不足分又は低下分を補って、必要な大きさの引き込み力F1を得ることが可能となる。従って、本実施形態に記載の焼結含油軸受8を量産して使用する場合においても、潤滑油の軸受外部への漏れ出し、本実施形態では各シール空間S1,S2を通じた流体動圧軸受装置1外への漏れ出しを長期にわたって防止することが可能となる。
In the sintered oil-impregnated
また、本実施形態のように、潤滑油の軸方向中央側への引き込み力F1を高めて、潤滑油の流体動圧軸受け装置1外への漏れ出しを防止できるのであれば、ラジアル軸受隙間G1に直結する第一シール空間S1の軸方向寸法を縮小できる。この場合、第一シール空間S1よりも半径方向外側に第二シール空間S2を設けることで、潤滑油のバッファ機能を確保しつつ、所要のシール性能を維持することが可能となる。また、図2に示す形態のシール部材9であれば、シール部材9を設けることによる流体動圧軸受装置1の軸方向寸法の増加を、実質的に内鍔部9bの軸方向寸法分に抑えることができるので、流体動圧軸受装置1の薄肉化(小型化)にも寄与し得る。
Furthermore, as in the present embodiment, if it is possible to prevent the lubricating oil from leaking out of the fluid
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る焼結含油軸受及びこの軸受を備えた流体動圧軸受装置は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得る。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention and the fluid dynamic pressure bearing device equipped with this bearing are not limited to the above-mentioned exemplary embodiments, and can be used within the scope of the present invention. It can take any form.
図8は、本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置31の断面図を示している。図8に示すように、本実施形態における流体動圧軸受装置31は、第一シール空間S1のみを有する点で、図2に示す流体動圧軸受装置1と相違する。詳述すると、本実施形態に係る流体動圧軸受装置31において、シール部材32は、ハウジング7の上端部と一体化されており、シール部材32の内周面32aと、この内周面32aに対向する軸部2aの外周面2a1との間に、第一シール空間S1が形成される。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of a fluid
流体動圧軸受装置31が上記構成をなす場合、図2に示す流体動圧軸受装置1に比べて、ラジアル軸受隙間G1に隣接する第一シール空間S1の軸方向寸法を大きくとることができる。そのため、流体動圧軸受装置31の焼結含油軸受33にも、図4(a)と同様の縮径部13を設けることで、潤滑油の軸受中央側への引き込み力を大きくして、軸方向上側のラジアル軸受隙間G1から軸方向下側のラジアル軸受隙間G2への潤滑油の流れを作り出すことができる。このように構成することで、流体動圧軸受装置31に十分な潤滑油の漏れ出し防止効果を付与することができるので、例えば図3に示す焼結含油軸受8の場合と同様に、焼結含油軸受33の軸方向上側の第一ラジアル動圧発生部34における第一傾斜動圧溝の長手方向寸法を、第二傾斜動圧溝の長手方向寸法と同じ大きさにすることができる。よって、焼結含油軸受33の軸方向寸法を図2に示す焼結含油軸受8よりも小さくすることが可能となる。
When the fluid dynamic
また、以上の説明では、ディスクハブ3が固定された軸部材2(回転体)を備えた流体動圧軸受装置1,31に本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は、ファン、あるいはポリゴンミラーが固定された軸部材2(回転体)を備えた流体動圧軸受装置にも好ましく適用することができる。すなわち、本発明は、図1に示すようなディスク駆動用のスピンドルモータMのみならず、ファンモータや、レーザビームプリンタ(LBP)用のポリゴンスキャナモータ等、その他の電気機器に組み込まれる流体動圧軸受装置にも好ましく適用することが可能である。
Furthermore, in the above description, the present invention is applied to the fluid
1 流体動圧軸受装置
2 軸部材
2a 軸部
2a1 外周面
2b フランジ部
2c 中逃げ部
3 ディスクハブ
4 駆動部
4a ステータコイル
4b ロータマグネット
5 ブラケット
6 ディスク
7 ハウジング
7a 第一内周面
7b 第二内周面
7c 第三内周面
8 焼結含油軸受
8S 焼結体
8a,8Sa 内周面
8b,8Sb 下端面
8c,8Sc 上端面
8c1 環状溝
8c2 半径方向溝
8d,8Sd 外周面
8d1 軸方向溝
9 シール部材
9a 筒状部
9b 内鍔部
9c 内周面
9d 外周面
10 蓋部材
10a 上端面
11 第一ラジアル動圧発生部
11a 第一傾斜動圧溝
11b 第一丘部
11c 第二傾斜動圧溝
11d 第二丘部
11e 帯部
12 第二ラジアル動圧発生部
12a,12c 傾斜動圧溝
12b,12d 丘部
12e 帯部
13 縮径部
14 スラスト動圧発生部
14a スラスト動圧溝
14b 丘部
15 循環路
20 成形装置
21 ダイ
22 サイジングピン
22a 第一成形型
22a1 凸状成形部
22a2 凹状成形部
22a3 縮径部成形部
23 下パンチ
24 上パンチ
31 流体動圧軸受装置
32 シール部材
32a 内周面
33 焼結含油軸受
34 第一ラジアル動圧発生部
D1,D2 内径寸法
F1 引き込み力(軸受中央側)
F2 引き込み力(軸受端部側)
G1,G2 ラジアル軸受隙間
H1 軸方向寸法(縮径部成形部)
H2 軸方向寸法(縮径部)
L1,L2,L3,L4 軸方向寸法(傾斜動圧溝)
M スピンドルモータ
R1,R2 ラジアル軸受部
S1 第一シール空間
S2 第二シール空間
T1,T2 スラスト軸受部
1 Fluid dynamic pressure bearing device 2 Shaft member 2a Shaft portion 2a1 Outer peripheral surface 2b Flange portion 2c Center relief portion 3 Disc hub 4 Drive portion 4a Stator coil 4b Rotor magnet 5 Bracket 6 Disk 7 Housing 7a First inner peripheral surface 7b Second inner surface Circumferential surface 7c Third inner circumferential surface 8 Sintered oil-impregnated bearing 8S Sintered body 8a, 8Sa Inner circumferential surface 8b, 8Sb Lower end surface 8c, 8Sc Upper end surface 8c1 Annular groove 8c2 Radial groove 8d, 8Sd Outer circumferential surface 8d1 Axial groove 9 Seal member 9a Cylindrical portion 9b Inner flange portion 9c Inner circumferential surface 9d Outer circumferential surface 10 Lid member 10a Upper end surface 11 First radial dynamic pressure generating portion 11a First inclined dynamic pressure groove 11b First hill portion 11c Second inclined dynamic pressure groove 11d Second hill portion 11e Band portion 12 Second radial dynamic pressure generating portions 12a, 12c Inclined dynamic pressure grooves 12b, 12d Hill portion 12e Band portion 13 Reduced diameter portion 14 Thrust dynamic pressure generating portion 14a Thrust dynamic pressure groove 14b Hill portion 15 Circulation path 20 Molding device 21 Die 22 Sizing pin 22a First mold 22a1 Convex molded portion 22a2 Concave molded portion 22a3 Reduced diameter portion molded portion 23 Lower punch 24 Upper punch 31 Fluid dynamic pressure bearing device 32 Seal member 32a Inner peripheral surface 33 Sintered oil-impregnated bearing 34 First radial dynamic pressure generating portion D1, D2 Inner diameter dimension F1 Pulling force (bearing center side)
F2 Retraction force (bearing end side)
G1, G2 Radial bearing clearance H1 Axial dimension (reduced diameter part molded part)
H2 Axial dimension (reduced diameter part)
L1, L2, L3, L4 Axial dimension (inclined dynamic pressure groove)
M Spindle motor R1, R2 Radial bearing part S1 First seal space S2 Second seal space T1, T2 Thrust bearing part
Claims (9)
前記ラジアル動圧発生部は、前記内周面の円周方向に対して傾斜した複数の傾斜動圧溝と、前記傾斜動圧溝の間に設けられる複数の丘部とを有し、
前記丘部には、前記丘部の内径寸法が前記内周面の軸方向中央側から軸方向端部側に向かうにつれて減少する縮径部が設けられていることを特徴とする焼結含油軸受。 A sintered metal bearing obtained by compression-molding metal powder into a cylindrical shape to form a compact, and sintering the formed compact, the internal cavity being impregnated with lubricating oil, In sintered oil-impregnated bearings in which a radial dynamic pressure generating section is formed on the inner peripheral surface,
The radial dynamic pressure generating section has a plurality of inclined dynamic pressure grooves inclined with respect to the circumferential direction of the inner peripheral surface, and a plurality of hill portions provided between the inclined dynamic pressure grooves,
A sintered oil-impregnated bearing characterized in that the hill portion is provided with a reduced diameter portion in which the inner diameter dimension of the hill portion decreases from the axial center side of the inner circumferential surface toward the axial end side. .
前記第一傾斜動圧溝の間及び第二傾斜動圧溝の間には前記丘部がそれぞれ設けられ、前記第二傾斜動圧溝間の丘部には前記縮径部が設けられ、
前記第一傾斜動圧溝は前記軸方向中央側に位置し、前記第二傾斜動圧溝は前記軸方向端部側に位置し、かつ
前記第二傾斜動圧溝の長手方向寸法が、前記第一傾斜動圧溝の長手方向寸法よりも大きい請求項1~5の何れか一項に記載の焼結含油軸受。 The radial dynamic pressure generating section includes a plurality of first inclined dynamic pressure grooves and second inclined dynamic pressure grooves, which are inclined in different directions with respect to the circumferential direction and are adjacent to each other in the axial direction. and has
The hill portions are provided between the first inclined dynamic pressure grooves and the second inclined dynamic pressure grooves, and the reduced diameter portion is provided in the hill portion between the second inclined dynamic pressure grooves,
The first inclined dynamic pressure groove is located on the central side in the axial direction, the second inclined dynamic pressure groove is located on the end side in the axial direction, and the longitudinal dimension of the second inclined dynamic pressure groove is The sintered oil-impregnated bearing according to claim 1, which is larger than the longitudinal dimension of the first inclined dynamic pressure groove.
前記二つのラジアル動圧軸受部のうち前記ハウジングの軸方向開口側に位置する一方のラジアル動圧発生部において、前記第一傾斜動圧溝は前記軸方向中央側に位置し、前記第二傾斜動圧溝は前記軸方向端部側に位置すると共に、前記第二傾斜動圧溝間の丘部に前記縮径部が設けられている請求項7に記載の流体動圧軸受装置。 The radial dynamic pressure generating portions are provided at two locations separated in the axial direction on the inner peripheral surface of the sintered oil-impregnated bearing, and each of the radial dynamic pressure generating portions is inclined in different directions with respect to the circumferential direction. and a plurality of first inclined dynamic pressure grooves and second inclined dynamic pressure grooves adjacent to each other in the axial direction, and between the first inclined dynamic pressure grooves and the second inclined dynamic pressure groove. Each of the plurality of hill portions is provided between the grooves,
In one of the two radial dynamic pressure bearing sections located on the axial opening side of the housing, the first inclined dynamic pressure groove is located on the axial center side, and the second inclined dynamic pressure groove is located on the axial center side. 8. The fluid dynamic bearing device according to claim 7, wherein the dynamic pressure groove is located on the axial end side, and the reduced diameter portion is provided on a hill between the second inclined dynamic pressure grooves.
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2023
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