JP2010065843A - Dynamic pressure bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用によって回転部材を非接触支持する動圧軸受装置(流体動圧軸受装置)に関する。この軸受装置は、情報機器、例えばHDD、FDD等の磁気ディスク装置、CD−ROM、CD−R/RW、DVD−ROM/RAM等の光ディスク装置、MD、MO等の光磁気ディスク装置など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、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用として好適である。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device (fluid hydrodynamic bearing device) that supports a rotating member in a non-contact manner by a hydrodynamic action of a lubricating fluid generated in a bearing gap. This bearing device is a spindle of information equipment such as magnetic disk devices such as HDD and FDD, optical disk devices such as CD-ROM, CD-R / RW and DVD-ROM / RAM, and magneto-optical disk devices such as MD and MO. It is suitable for a motor, a polygon scanner motor of a laser beam printer (LBP), or an electric device such as a small motor such as an axial fan.
上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する動圧軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。 In addition to high rotational accuracy, the various motors are required to have high speed, low cost, low noise, and the like. One of the components that determine the required performance is a bearing that supports the spindle of the motor, and in recent years, as this type of bearing, the use of a hydrodynamic bearing having characteristics excellent in the required performance has been studied. Or it is actually used.
例えば、HDD等のディスク駆動装置のスピンドルモータに組込まれる動圧軸受装置では、軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とが設けられ、ラジアル軸受部として、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に動圧発生用の溝(動圧溝)を設けた動圧軸受が用いられる。スラスト軸受部としては、例えば、軸部材のフランジ部の両端面、又は、これに対向する面(軸受スリーブの端面や、ハウジングに固定されるスラスト部材の端面等)に動圧溝を設けた動圧軸受が用いられる(例えば、特許文献1参照)。 For example, in a hydrodynamic bearing device incorporated in a spindle motor of a disk drive device such as an HDD, a radial bearing portion that supports a shaft member in a non-contact manner in the radial direction, and a thrust bearing portion that supports the shaft member in a non-contact manner in a thrust direction. As the radial bearing portion, a dynamic pressure bearing in which a groove for generating dynamic pressure (dynamic pressure groove) is provided on the inner peripheral surface of the bearing sleeve or the outer peripheral surface of the shaft member is used. As the thrust bearing portion, for example, a motion in which dynamic pressure grooves are provided on both end surfaces of the flange portion of the shaft member, or on the surfaces facing this (the end surface of the bearing sleeve, the end surface of the thrust member fixed to the housing, etc.). A pressure bearing is used (for example, refer to Patent Document 1).
通常、軸受スリーブは焼結金属や軟質金属等の金属材料で形成されるが、軸受スリーブに動圧溝を設ける場合、動圧溝の成形方法として転造、エッチング、プレス加工等が採用されている(例えば、特許文献2、3)。
Usually, the bearing sleeve is formed of a metal material such as sintered metal or soft metal. However, when a dynamic pressure groove is provided in the bearing sleeve, rolling, etching, pressing, or the like is adopted as a method of forming the dynamic pressure groove. (For example,
金属製の軸受スリーブの内周面に動圧溝を転造加工で成形する方法(特許文献2)は、複雑な設備を必要とするばかりでなく、動圧溝成形後の後加工が必要であり、製造コストの点で問題がある。また、動圧溝をエッチング加工で成形する方法は、処理工数が多く、製造コストの点で問題があると同時に、動圧溝の形状や寸法を精度良く仕上げるのが難しい。 The method of forming a dynamic pressure groove on the inner peripheral surface of a metal bearing sleeve by rolling (PTL 2) requires not only complicated equipment but also post-processing after forming the dynamic pressure groove. There is a problem in terms of manufacturing cost. In addition, the method of forming the dynamic pressure groove by etching has a large number of processing steps and has a problem in terms of manufacturing cost, and at the same time, it is difficult to finish the shape and dimensions of the dynamic pressure groove with high accuracy.
これに対して、動圧溝をプレス加工で成形する方法(特許文献3)は、上記のような不都合がなく、動圧溝を簡易な設備で、少ない工数で、かつ精度良く成形することができる。しかしながら、この成形方法では、動圧溝の成形後に、焼結金属製の軸受スリーブのスプリングバックを利用して、動圧溝の成形型を軸受スリーブの内周面から離型するため、この成形方法を適用するに際し、軸受スリーブの内径、肉厚、軸方向長さが制限される場合がある。 On the other hand, the method of forming the dynamic pressure groove by press working (Patent Document 3) does not have the disadvantages described above, and the dynamic pressure groove can be formed with a simple facility, with a small number of steps, and with high accuracy. it can. However, in this forming method, after forming the dynamic pressure groove, the dynamic pressure groove forming mold is released from the inner peripheral surface of the bearing sleeve by using the spring back of the sintered sleeve bearing sleeve. When applying the method, the inner diameter, thickness, and axial length of the bearing sleeve may be limited.
本発明の課題は、動圧溝を有する軸受スリーブの製造コストを低減して、より一層低コストな動圧軸受装置を提供することである。 An object of the present invention is to reduce the manufacturing cost of a bearing sleeve having a dynamic pressure groove, and to provide a dynamic pressure bearing device that is much lower in cost.
本発明の他の課題は、軸受スリーブの動圧溝を少ない工数で比較的精度良く成形することができ、しかも、軸受スリーブの内径、肉厚、軸方向長さの制限が少ない動圧軸受装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a hydrodynamic bearing device in which the hydrodynamic groove of the bearing sleeve can be formed with relatively few man-hours with relatively high accuracy, and the inner diameter, thickness, and axial length of the bearing sleeve are limited. Is to provide.
上記課題を解決するため、本発明は、ハウジングと、ハウジングの内部に設けられた軸受スリーブと、軸受スリーブに対して相対回転する回転部材と、軸受スリーブと回転部材との間のラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で回転部材を非接触支持するラジアル動圧軸受部及びスラスト動圧軸受部とを備え、ハウジングの内部空間に潤滑流体が充満された動圧軸受装置において、軸受スリーブはその母体が焼結金属で形成されていると共に、母体の内周面及び端面に潤滑流体を通過させない樹脂層を有し、母体の内周面に形成された樹脂層は、ラジアル軸受隙間に臨むラジアル軸受面を有し、母体の端面に形成された樹脂層は、スラスト軸受隙間に臨むスラスト軸受面を有し、樹脂層のラジアル軸受面とスラスト軸受面にそれぞれ動圧溝が形成されていると共に、ラジアル軸受面の動圧溝は潤滑流体をスラスト軸受部の側に流動させるように軸方向非対称に形成されている構成を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a housing, a bearing sleeve provided in the housing, a rotating member that rotates relative to the bearing sleeve, a radial bearing gap between the bearing sleeve and the rotating member, and In a hydrodynamic bearing device comprising a radial hydrodynamic bearing portion and a thrust hydrodynamic bearing portion that support a rotating member in a non-contact manner by the hydrodynamic action of a lubricating fluid generated in a thrust bearing gap , and the interior space of the housing is filled with the lubricating fluid The bearing sleeve has a base made of sintered metal, and has a resin layer that prevents the lubricating fluid from passing through the inner peripheral surface and end face of the base. The resin layer formed on the inner peripheral surface of the base The resin layer formed on the end face of the base body has a radial bearing surface that faces the bearing gap, and has a thrust bearing surface that faces the thrust bearing gap. With each dynamic pressure grooves on the bearing surface is formed, the dynamic pressure grooves of the radial bearing surface provides a structure that is formed asymmetrically in the axial direction so as to flow the lubricating fluid to the side of the thrust bearing portion.
ここで、上記の潤滑流体には、潤滑油や潤滑グリースの他、空気等の気体も含まれる。すなわち、本発明の動圧軸受には、いわゆる気体軸受も含まれる。 Here, the lubricating fluid includes gases such as air in addition to lubricating oil and lubricating grease. That is, the dynamic pressure bearing of the present invention includes a so-called gas bearing.
軸受スリーブは、その母体が焼結金属で形成されているので、全体が樹脂材料で形成されたいわゆる樹脂軸受に比べて、吸水や温度変化による寸法変化が少なく、寸法安定性に優れている。そのため、軸受スリーブと回転部材との間の軸受隙間の変動が少なく、安定した動圧作用が得られる。また、軸受スリーブは、軸受隙間に臨む軸受面が樹脂層で構成されているので、例えば、動圧軸受装置の起動時や停止時など、軸受隙間内の潤滑流体の動圧作用が十分発現されない状態で軸受面と回転部材との直接接触が起こったとしても、軸受面やこれに対向する回転部材の表面に傷つきが生じにくく、長期にわたって安定した軸受機能が得られる。尚、軸受スリーブは、回転部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受面を少なくとも有し、これに加えて、回転部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受面を有していても良い。 Since the base of the bearing sleeve is formed of sintered metal, the dimensional change due to water absorption and temperature change is small and superior in dimensional stability compared to a so-called resin bearing formed entirely of a resin material. Therefore, there is little variation in the bearing gap between the bearing sleeve and the rotating member, and a stable dynamic pressure action can be obtained. Further, since the bearing surface of the bearing sleeve that faces the bearing gap is formed of a resin layer, the dynamic pressure action of the lubricating fluid in the bearing gap is not sufficiently exhibited, for example, when the dynamic pressure bearing device is started or stopped. Even if direct contact between the bearing surface and the rotating member occurs in the state, the bearing surface and the surface of the rotating member facing the bearing surface are hardly damaged, and a stable bearing function can be obtained over a long period of time. The bearing sleeve may have at least a radial bearing surface that supports the rotating member in a non-contact manner in the radial direction, and may further include a thrust bearing surface that supports the rotating member in a non-contact manner in the thrust direction.
また、軸受スリーブの内周面に軸受面(樹脂層)を設けた構成では、動圧溝の成形後に、樹脂層自身の弾性を利用して、動圧溝の成形型を軸受スリーブの内周面から離型することが可能となる。そのため、軸受スリーブの内径、肉厚、軸方向長さの制限が緩和され、設計や製造上の自由度が向上する。 Further, in the configuration in which the bearing surface (resin layer) is provided on the inner peripheral surface of the bearing sleeve, the dynamic pressure groove forming die is used by utilizing the elasticity of the resin layer itself after forming the dynamic pressure groove. It becomes possible to release from the surface. Therefore, restrictions on the inner diameter, thickness, and axial length of the bearing sleeve are relaxed, and the degree of freedom in design and manufacturing is improved.
軸受スリーブの母体は、例えば、銅、鉄、及びアルミニウムの中から選択される1種以上の金属粉末を主原料とし、必要に応じて、すず、亜鉛、鉛、黒鉛、二硫化モリブデン等の粉末又はこれらの合金粉末を混合し(成型性や離型性を高めるため、必要に応じて少量のバインダー等を添加しても良い。)、所定形状に成形し、焼成して得られた焼結体(焼結金属)に、必要に応じてサイジング等の後処理を施して形成することができる。このような母体の内部には焼結金属の多孔質組織による多数の内部細孔があり、また、母体の表面には内部細孔が外部に開口して形成された多数の表面開孔がある。母体の内部細孔には、例えば真空含浸等によって潤滑油や潤滑グリースを含浸させても良い。 The base of the bearing sleeve is made of, for example, one or more metal powders selected from copper, iron, and aluminum as the main raw material, and, if necessary, powders of tin, zinc, lead, graphite, molybdenum disulfide, etc. Alternatively, these alloy powders are mixed (a small amount of a binder may be added as necessary in order to improve moldability and releasability), formed into a predetermined shape, and sintered by firing. It can be formed by subjecting the body (sintered metal) to post-treatment such as sizing as necessary. In such a matrix, there are a large number of internal pores due to the porous structure of the sintered metal, and the surface of the matrix has a large number of surface openings formed by opening the internal pores to the outside. . The internal pores of the matrix may be impregnated with lubricating oil or lubricating grease, for example, by vacuum impregnation.
軸受面を構成する樹脂層の組織は、潤滑流体を通過させるものであっても良いし、潤滑流体を通過させないものであっても良い。前者の場合、樹脂層を介して、母体の内部と軸受隙間内との間で潤滑流体が循環する構成とすることができる。後者の場合、軸受隙間内の潤滑流体が樹脂層を介して母体の内部に逃げることがないので、軸受隙間内における潤滑流体の圧力損失がなく、高い軸受剛性が得られる。通常、焼結金属製の軸受スリーブを用いる場合、動圧溝の成形前に軸受面の封孔処理を行う場合が多いが、軸受面は完全に封孔されることはなく、所定割合(数%〜十数%)の表面開孔が残されている。このため、軸受隙間内において、若干の圧力損失が発生する傾向がある。後者の場合、軸受面の封孔処理が樹脂層の形成によって完全になされるので、上記のような圧力損失の問題が解消されると同時に、従来行われていた封孔処理工程をなくして、工程の簡略化を図ることができる(封孔処理後の洗浄工程も削減することができる)。軸受面が完全に封孔されている構成は、特に、気体軸受において有利である。 The structure of the resin layer constituting the bearing surface may be one that allows the lubricating fluid to pass therethrough or may not allow the lubricating fluid to pass. In the former case, the lubricating fluid can be configured to circulate between the inside of the matrix and the bearing gap via the resin layer. In the latter case, since the lubricating fluid in the bearing gap does not escape to the inside of the base via the resin layer, there is no pressure loss of the lubricating fluid in the bearing gap, and high bearing rigidity is obtained. Normally, when using a bearing sleeve made of sintered metal, the bearing surface is often sealed before forming the dynamic pressure groove, but the bearing surface is not completely sealed, and a predetermined ratio (several % To more than 10%) of surface openings are left. For this reason, some pressure loss tends to occur in the bearing gap. In the latter case, since the sealing treatment of the bearing surface is completely performed by the formation of the resin layer, the problem of pressure loss as described above is solved, and at the same time, the conventional sealing treatment process is eliminated, The process can be simplified (the cleaning process after the sealing process can also be reduced). The configuration in which the bearing surface is completely sealed is particularly advantageous in a gas bearing.
軸受スリーブの樹脂層は、例えばインサート成形によって母体の所定表面に形成され、回転部材との間の軸受隙間に臨む軸受面を有する。樹脂層の成形時、樹脂層を形成する溶融樹脂が母体の所定表面の表面開孔から表層部の内部細孔に入り込んで固化するため、樹脂層は一種のアンカー固化によって母体表面に強固に密着する。そのため、母体表面からの樹脂層の剥離、脱落が生じにくく、高い耐久性が得られる。 The resin layer of the bearing sleeve is formed on a predetermined surface of the base body by, for example, insert molding, and has a bearing surface facing a bearing gap between the rotating member. When the resin layer is molded, the molten resin that forms the resin layer enters the internal pores of the surface layer portion from the surface openings on the surface of the base material and solidifies, so the resin layer adheres firmly to the surface of the base material by a kind of anchor solidification To do. For this reason, the resin layer is hardly peeled off or detached from the surface of the base material, and high durability is obtained.
樹脂層の動圧溝は、例えば、樹脂層を成形する金型の所要部位(軸受面を成形する部位)に動圧溝を成形する溝型を加工しておき、樹脂層の成形時に、上記溝型の形状を樹脂層の軸受面に転写することによって形成することができる。このように、樹脂層の動圧溝を、樹脂層の成形と同時に成形することにより、軸受スリーブの動圧溝を少ない工数で比較的精度良く成形することができる。 The dynamic pressure groove of the resin layer is obtained by, for example, processing a groove mold for forming the dynamic pressure groove in a required portion of the mold for molding the resin layer (portion for forming the bearing surface). It can be formed by transferring the groove shape onto the bearing surface of the resin layer. In this way, by forming the dynamic pressure groove of the resin layer simultaneously with the molding of the resin layer, the dynamic pressure groove of the bearing sleeve can be formed with a relatively high accuracy with a small number of man-hours.
樹脂層は、摺動特性に優れた樹脂材料で形成することが好ましく、必要に応じて油や固体潤滑剤を配合しても良い。樹脂層を形成する樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。 The resin layer is preferably formed of a resin material having excellent sliding characteristics, and oil or a solid lubricant may be blended as necessary. The resin material that forms the resin layer includes polyethylene, polyamide, polyacetal, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, polyetherimide, polyamideimide, polyetheretherketone, thermoplastic polyimide, heat Examples thereof include curable polyimide, epoxy resin, and phenol resin.
上記の固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、二硫化タングステン等が挙げられ、また、上記の油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、炭化水素、エステル、ポリグリコール、シリコーン油、フッ素油等の合成油など、一般に使用されている潤滑油等が挙げられる。 Examples of the solid lubricant include polytetrafluoroethylene, graphite, molybdenum disulfide, boron nitride, tungsten disulfide and the like, and examples of the oil include spindle oil, refrigerator oil, turbine oil, machine oil, Commonly used lubricating oils such as mineral oils such as dynamo oil, synthetic oils such as hydrocarbons, esters, polyglycols, silicone oils, fluorine oils and the like can be mentioned.
樹脂層を形成する樹脂材料には、摩擦・摩耗特性を改善したり、線膨張係数を小さくしたりするために、適当な充填材を添加することができる。例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ポリエステル繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、金属繊維、アスベスト、石炭ウール等の繊維類や、これらを布状に編んだもの、炭酸カルシウムやタルク、シリカ、クレー、マイカ等の鉱物類、硼酸アルミニウム、ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー等の無機ウィスカー類、カーボンブラック、黒鉛、ポリイミド樹脂やポリベンゾイミダゾール等の各種耐熱性樹脂等が挙げられる。さらに、樹脂層の熱伝導性を向上させる目的で、カーボン繊維、金属繊維、黒鉛粉末、酸化亜鉛等の添加しても良い。また、炭酸リチウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩、リン酸リチウム、リン酸カルシウム等のリン酸塩等を配合しても良い。 An appropriate filler can be added to the resin material forming the resin layer in order to improve the friction / wear characteristics and to reduce the linear expansion coefficient. For example, glass fiber, carbon fiber, pitch carbon fiber, PAN carbon fiber, aramid fiber, alumina fiber, polyester fiber, boron fiber, silicon carbide fiber, boron nitride fiber, silicon nitride fiber, metal fiber, asbestos, coal wool, etc. Fibers, knitted fabrics, minerals such as calcium carbonate, talc, silica, clay, mica, inorganic whiskers such as aluminum borate, whiskers, potassium titanate whiskers, carbon black, graphite, polyimide Various heat resistant resins such as resin and polybenzimidazole can be used. Furthermore, carbon fiber, metal fiber, graphite powder, zinc oxide, or the like may be added for the purpose of improving the thermal conductivity of the resin layer. Further, carbonates such as lithium carbonate and calcium carbonate, phosphates such as lithium phosphate and calcium phosphate, and the like may be blended.
尚、この発明の効果を阻害しない範囲内で、一般合成樹脂に広く適用しうる添加剤を併用しても良い。例えば、離型剤、難燃剤、帯電防止剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、着色剤等の工業用添加剤を適宜添加しても良い。また、樹脂層の潤滑性を損なわない範囲内で、中間製品または最終製品の形態において、別途、アニール処理等の化学的又は物理的な処理によって性質改善のための変性が可能である。 In addition, an additive that can be widely applied to general synthetic resins may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, industrial additives such as mold release agents, flame retardants, antistatic agents, weather resistance improvers, antioxidants, and colorants may be added as appropriate. Further, within the range that does not impair the lubricity of the resin layer, in the form of the intermediate product or the final product, modification for improving properties can be performed separately by chemical or physical treatment such as annealing treatment.
樹脂層における{樹脂材料の線膨張係数(°C-1)}×{樹脂層の肉厚(μm)}は、0.15以下であることが好ましく、より好ましくは0.13以下、さらに好ましくは0.10以下であるのが良い。上記の値が0.15より大きいと、吸水や温度変化に伴う樹脂層の寸法変化によって、軸受隙間が比較的大きく変動して、トルク変動や回転精度の低下につながりやすい。一方、成形可能な樹脂層の厚みは50μm程度であり、これより薄いと成形が困難となる。従って、上記の値は0.003以上であることが好ましく、より好ましくは0.01以上、さらに好ましくは0.015以上であるのが良い。 {Linear expansion coefficient of resin material (° C −1 )} × {Resin layer thickness (μm)} in the resin layer is preferably 0.15 or less, more preferably 0.13 or less, and still more preferably. Is preferably 0.10 or less. If the above value is greater than 0.15, the bearing gap will fluctuate relatively greatly due to the dimensional change of the resin layer due to water absorption or temperature change, which tends to lead to torque fluctuation or reduction in rotational accuracy. On the other hand, the moldable resin layer has a thickness of about 50 μm, and if it is thinner than this, molding becomes difficult. Therefore, the above value is preferably 0.003 or more, more preferably 0.01 or more, and still more preferably 0.015 or more.
以上説明したように、本発明によれば、動圧溝を有する軸受スリーブの製造コストを低減して、より一層低コストな動圧軸受装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the manufacturing cost of the bearing sleeve having the dynamic pressure grooves, and to provide a further low cost dynamic pressure bearing device.
また、本発明によれば、軸受スリーブの動圧溝を少ない工数で比較的精度良く成形することができ、しかも、軸受スリーブの内径、肉厚、軸方向長さの制限が少なく、設計や製造上の自由度が高い動圧軸受装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, the dynamic pressure groove of the bearing sleeve can be formed with relatively little man-hours with relatively high accuracy, and there are few restrictions on the inner diameter, thickness, and axial length of the bearing sleeve. A hydrodynamic bearing device with a high degree of freedom can be provided.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1は、この実施形態に係る動圧軸受装置(流体動圧軸受装置)1を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。このスピンドルモータは、HDD等のディスク駆動装置に用いられるもので、回転部材としての軸部材2を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置1と、軸部材2に装着されたロータ(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させたステータ4およびロータマグネット5とを備えている。ステータ4はブラケット6の外周に取付けられ、ロータマグネット5はディスクハブ3の内周に取付けられる。動圧軸受装置1のハウジング7は、ブラケット6の内周に装着される。ディスクハブ3には、磁気ディスク等のディスクDが一又は複数枚保持される。ステータ4に通電すると、ステータ4とロータマグネット5との間の電磁力でロータマグネット5が回転し、それによって、ディスクハブ3および軸部材2が一体となって回転する。
FIG. 1 conceptually shows one configuration example of a spindle motor for information equipment incorporating a fluid dynamic bearing device (fluid fluid dynamic bearing device) 1 according to this embodiment. This spindle motor is used in a disk drive device such as an HDD, and includes a dynamic
図2は、動圧軸受装置1を示している。この動圧軸受装置1は、ハウジング7と、ハウジング7に固定された軸受スリーブ8およびシール部材9と、軸部材2とを構成部品して構成される。
FIG. 2 shows the
軸受スリーブ8の内周面8aと軸部材2の軸部2aの外周面2a1との間に第1ラジアル軸受部R1と第2ラジアル軸受部R2とが軸方向に離隔して設けられる。また、軸受スリーブ8の下側端面8cと軸部材2のフランジ部2bの上側端面2b1との間に第1スラスト軸受部T1が設けられ、ハウジング7の底部7bの内底面7b1とフランジ部2bの下側端面2b2との間に第2スラスト軸受部T2が設けられる。尚、説明の便宜上、ハウジング7の底部7bの側を下側、底部7bと反対の側を上側として説明を進める。
Between the inner
ハウジング7は、例えば、結晶性樹脂としての液晶ポリマー(LCP)に、導電性充填材としてのカーボンナノチューブを3〜8wt%配合した樹脂材料を射出成形して有底筒状に形成され、円筒状の側部7aと、側部7aの下端に一体に設けられた底部7bとを備えている。図3に示すように、第2スラスト軸受部T2のスラスト軸受面となる、底部7bの内底面7b1には、例えばスパイラル形状の動圧溝7b2が形成される。この動圧溝7b2は、ハウジング7の射出成形時に成形されたものである。すなわち、ハウジング7を成形する金型の所要部位(内底面7b1を成形する部位)に、動圧溝7b2を成形する溝型を加工しておき、ハウジング7の射出成形時に上記溝型の形状をハウジング7の内底面7b1に転写することにより、動圧溝7b2をハウジング7の成形と同時成形することができる。また、内底面7b1から軸方向上方に所定寸法xだけ離れた位置に段部7dが形成されている。
For example, the
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の下端に一体又は別体に設けられたフランジ部2bとを備えている。
The
軸受スリーブ8は、焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする燒結金属の多孔質体で円筒状に形成された母体81と、母体81の所定表面に形成された樹脂層82とで構成される。この実施形態において、樹脂層82は母体81の内周面から下側端面にかけて形成されており、軸受スリーブ8の内周面8a及び下側端面8cは樹脂層82で構成される。
The
軸受スリーブ8の樹脂層82は、例えばインサート成形(射出成形)によって母体81の内周面から下側端面にかけて形成される。樹脂層82の成形時、樹脂層82を形成する溶融樹脂が母体81の表面の表面開孔から表層部の内部細孔に入り込んで固化するため、樹脂層82は一種のアンカー固化によって母体81の表面に強固に密着する。樹脂層82における{樹脂材料の線膨張係数(°C-1)}×{樹脂層の肉厚(μm)}は、0.15以下である。
The
樹脂層82で構成された軸受スリーブ8の内周面8aには、第1ラジアル軸受部R1と第2ラジアル軸受部R2のラジアル軸受面となる上下2つの領域が軸方向に離隔して設けられ、該2つの領域には、例えば図4(a)に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝8a1、8a2がそれぞれ形成される。上側の動圧溝8a1は、軸方向中心m(上下の傾斜溝間領域の軸方向中央)に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心mより上側領域の軸方向寸法X1が下側領域の軸方向寸法X2よりも大きくなっている。また、樹脂層82で構成された軸受スリーブ8の下側端面8cには、第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受面となる領域が設けられ、該領域には、例えば図4(b)に示すようなスパイラル形状の動圧溝8c1が形成される。樹脂層82で構成される軸受面の動圧溝8a1、8a2、8c1は、樹脂層82を成形する金型の所要部位(軸受面を成形する部位)に動圧溝8a1、8a2、8c1を成形する溝型を加工しておき、樹脂層82の成形時に、上記溝型の形状を樹脂層82の軸受面に転写することによって形成することができる。このように、樹脂層82の軸受面の動圧溝8a1、8a2、8c1を、樹脂層82の成形と同時に成形することにより、軸受スリーブ8を少ない工数で比較的精度良く成形することができる。また、樹脂層82の成形後、樹脂層82自身の弾性変形を利用して、動圧溝8a1、8a2を崩すことなく、金型を軸受スリーブ8の内周面8aから離型することができる。
On the inner
また、母体81で構成された軸受スリーブ8の外周面8dには、1又は複数本の軸方向溝8d1が軸方向全長に亙って形成される。この例では、3本の軸方向溝8d1を円周方向等間隔に形成している。
In addition, one or a plurality of axial grooves 8d1 are formed over the entire length in the axial direction on the outer
図4(c)に示すように、母体81で構成された軸受スリーブ8の上側端面8bは、半径方向の略中央部に設けられた円周溝8b1により、内径側領域8b2と外径側領域8b3に区画され、内径側領域8b2には、1又は複数本の半径方向溝8b21が形成される。この例では、3本の半径方向溝8b21が円周等間隔に形成されている。
As shown in FIG. 4 (c), the
上記のような軸受スリーブ8は、ハウジング7の内周面7cの所定位置に固定される。
The
シール部材9は、例えば、ハウジング7の側部7aの上端部内周に固定され、その内周面9aは、軸部2aの外周に設けられたテーパ面2a2と所定のシール空間Sを介して対向する。尚、軸部2aのテーパ面2a2は上側(ハウジング7に対して外部側)に向かって漸次縮径し、軸部材2の回転により遠心力シールとしても機能する。また、シール部材9の下側端面9bの外径側領域9b1は内径側領域よりも僅かに大径に形成されている。
For example, the
この実施形態の動圧軸受装置1は、例えば、次のような工程で組立てる。
The
まず、軸部材2を軸受スリーブ8に装着する。そして、軸受スリーブ8を軸部材2と伴にハウジング7の側部7aの内周面7cに挿入し、その下側端面8cをハウジング7の段部7dに当接させる。これにより、ハウジング7に対する軸受スリーブ8の軸方向位置が決まる。そして、この状態で、軸受スリーブ8を適宜の手段、例えば超音波溶着によってハウジング7に固定する。
First, the
つぎに、シール部材9をハウジング7の側部7aの上端部内周に挿入し、その下側端面9bの内径側領域を軸受スリーブ8の上側端面8bの内径側領域8b2に当接させる。そして、この状態で、シール部材9を適宜の手段、例えば超音波溶着によってハウジング7に固定する。尚、シール部材9の外周面に凸状のリブ9cを設けておくと、溶着による固定力を高める上で効果的である。
Next, the
上記のようにして組立が完了すると、軸部材2の軸部2aは軸受スリーブ8の内周面8aに挿入され、フランジ部2bは軸受スリーブ8の下側端面8cとハウジング7の内底面7b1との間の空間部に収容された状態となる。その後、シール部材9で密封されたハウジング7の内部空間は、軸受スリーブ8の内部細孔を含め、潤滑流体、例えば潤滑油で充満される。潤滑油の油面は、シール空間Sの範囲内に維持される。
When the assembly is completed as described above, the
軸部材2の回転時、軸受スリーブ8の内周面8aのラジアル軸受面となる領域(上下2箇所の領域)は、それぞれ、軸部2aの外周面2a1とラジアル軸受隙間を介して対向する。また、軸受スリーブ8の下側端面8cのスラスト軸受面となる領域はフランジ部2bの上側端面2b1とスラスト軸受隙間を介して対向し、ハウジング7の内底面7b1のスラスト軸受面となる領域はフランジ部2bの下側端面2b2とスラスト軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材2の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材2の軸部2aが上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によってラジアル方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材2をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第1ラジアル軸受部R1と第2ラジアル軸受部R2とが構成される。同時に、上記スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材2のフランジ部2bが上記スラスト軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって両スラスト方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材2を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T2と第2スラスト軸受部T2とが構成される。尚、第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間(δ1とする。)と第2スラスト軸受部T2のスラスト軸受隙間(δ2とする。)は、ハウジング7の内底面7b1から段部7dまでの軸方向寸法xと、軸部材2のフランジ部2bの軸方向寸法(wとする。)とにより、x−w=δ1+δ2として精度良く管理することができる。
When the
前述したように、第1ラジアル軸受部R1の動圧溝8a1は、軸方向中心mに対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心mより上側領域の軸方向寸法X1が下側領域の軸方向寸法X2よりも大きくなっている{図4(a)}。そのため、軸部材2の回転時、動圧溝8a1による潤滑油の引き込み力(ポンピング力)は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。そして、この引き込み力の差圧によって、軸受スリーブ8の内周面8aと軸部2aの外周面2a1との間の隙間に満たされた潤滑油が下方に流動し、第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受隙間→軸方向溝8d1→シール部材9の下側端面9bの外径側領域9b1と軸受スリーブ8の上側端面8bの外径側領域8b3との間の環状隙間→軸受スリーブ8の上側端面8bの円周溝8b1→軸受スリーブ8の上側端面8bの半径方向溝8b21という経路を循環して、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。このように、潤滑油がハウジング7の内部空間を流動循環するように構成することで、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振動の発生等の問題を解消することができる。また、何らかの理由で潤滑油中に気泡が混入した場合でも、気泡が潤滑油に伴って循環する際にシール空間S内の潤滑油の油面(気液界面)から外気に排出されるので、気泡による悪影響はより一層効果的に防止される。
As described above, the dynamic pressure groove 8a1 of the first radial bearing portion R1 is formed to be axially asymmetric with respect to the axial center m, and the axial dimension X1 of the upper region from the axial center m is the lower region. It is larger than the axial dimension X2 of {Fig. 4 (a)}. Therefore, when the
図5は、他の実施形態に係る軸受スリーブ8を示している。この実施形態では、軸受スリーブ8の内周面8aのうち、第1ラジアル軸受部R1と第2ラジアル軸受部R2のラジアル軸受面となる上下2つの領域のみを樹脂層82で構成し、上下の樹脂層82の間を母体81の表面で構成している。軸部材2の回転時、母体81の内部細孔内に充満(含浸)された潤滑油が、上下の樹脂層82の間に位置する母体81の表面の表面開孔を介して、軸受スリーブ8の内周面8aと軸部2aの外周面2a1との間の隙間に滲み出すことにより、ハウジング7の内部空間内の潤滑油圧力が局部的に負圧になる現象がより一層効果的に防止される。
FIG. 5 shows a
1 動圧軸受装置
2 軸部材
7 ハウジング
8 軸受スリーブ
81 母体
82 樹脂層
8a1、8a2、8c1 動圧溝
R1、R2 ラジアル軸受部
T1、T2 スラスト軸受部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記軸受スリーブはその母体が焼結金属で形成されていると共に、該母体の内周面及び端面に潤滑流体を通過させない樹脂層を有し、
前記母体の内周面に形成された樹脂層は、前記ラジアル軸受隙間に臨むラジアル軸受面を有し、前記母体の端面に形成された樹脂層は、前記スラスト軸受隙間に臨むスラスト軸受面を有し、
前記樹脂層のラジアル軸受面とスラスト軸受面にそれぞれ動圧溝が形成されていると共に、前記ラジアル軸受面の動圧溝は潤滑流体を前記スラスト軸受部の側に流動させるように軸方向非対称に形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。 Lubricating fluid generated in a housing, a bearing sleeve provided in the housing, a rotating member that rotates relative to the bearing sleeve, and a radial bearing gap and a thrust bearing gap between the bearing sleeve and the rotating member In the hydrodynamic bearing device comprising a radial hydrodynamic bearing portion and a thrust hydrodynamic bearing portion that support the rotating member in a non-contact manner by the hydrodynamic action, and the interior space of the housing is filled with a lubricating fluid ,
The bearing sleeve has a resin layer that prevents the lubricating fluid from passing through the inner peripheral surface and the end surface of the mother body, and the mother body is formed of a sintered metal .
The resin layer formed on the inner peripheral surface of the base body has a radial bearing surface facing the radial bearing gap, and the resin layer formed on the end face of the base body has a thrust bearing surface facing the thrust bearing gap. And
A dynamic pressure groove is formed on each of the radial bearing surface and the thrust bearing surface of the resin layer, and the dynamic pressure groove on the radial bearing surface is asymmetric in the axial direction so that lubricating fluid flows to the thrust bearing portion side. A hydrodynamic bearing device characterized by being formed.
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