JP2006214542A - Fluid bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受隙間に生じる流体（潤滑流体）の油膜で回転部材を非接触支持する流体軸受装置に関するものである。この軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ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等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、その他の小型モータ用として好適である。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device that supports a rotating member in a non-contact manner with an oil film of a fluid (lubricating fluid) generated in a bearing gap. This bearing device is a spindle motor such as an information device, for example, a magnetic disk device such as an HDD, an optical disk device such as a CD-ROM, CD-R / RW, DVD-ROM / RAM, or a magneto-optical disk device such as MD or MO, It is suitable for polygon scanner motors of laser beam printers (LBP) and other small motors.
上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化等が求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の１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、上記要求性能に優れた特性を有する流体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. In recent years, the use of a fluid bearing having characteristics excellent in the required performance has been studied or actually used. .
この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧発生手段を備えた動圧軸受と、動圧発生手段を備えていない、いわゆる真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）とに大別される。 This type of fluid dynamic bearing includes a dynamic pressure bearing having a dynamic pressure generating means for generating a dynamic pressure in the lubricating oil in the bearing gap, and a so-called perfect bearing having no dynamic pressure generating means (the bearing surface is a perfect circle). The bearings are roughly classified into shapes.
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み込まれる流体軸受装置では、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部およびスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧型の軸受（動圧軸受）で構成する場合がある。この種の流体軸受装置におけるラジアル軸受部としては、例えば軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に、動圧発生部としての動圧溝を形成すると共に、両面間にラジアル軸受隙間を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の流体軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材をはじめとする種々の部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い軸受性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立精度を高める努力がなされている。 This type of hydrodynamic bearing device is composed of various parts including a housing, a bearing sleeve, and a shaft member. In order to ensure the high bearing performance required as the performance of information equipment increases, Efforts are being made to increase the processing accuracy and assembly accuracy of parts.
この種の流体軸受装置の組立精度を高める上で重要なポイントの一つとなるのは、ハウジングと軸受スリーブとの組付け工程である。通常、ハウジングと軸受スリーブとは、接着剤を用いて固定する場合が多いが、軸受スリーブをハウジングの内周面に挿入する際、あるいは挿入後、接着剤を固化させるまでの間に、軸受スリーブとハウジングとの間の接着隙間に接着剤が偏在した状態となる場合がある。これでは、両部材間で十分な固定強度を得ることは難しく、また、軸受スリーブの位置決め精度が低下する可能性がある。 One of the important points in increasing the assembly accuracy of this type of hydrodynamic bearing device is the assembly process of the housing and the bearing sleeve. Usually, the housing and the bearing sleeve are often fixed using an adhesive, but the bearing sleeve is inserted when the bearing sleeve is inserted into the inner peripheral surface of the housing or after the insertion until the adhesive is solidified. In some cases, the adhesive is unevenly distributed in the adhesive gap between the housing and the housing. In this case, it is difficult to obtain a sufficient fixing strength between the two members, and the positioning accuracy of the bearing sleeve may be lowered.
一方、固定手段として圧入を採用することにより、上記の問題を解決することは可能ではあるが、圧入力によるハウジングの寸法精度の低下や、圧入時の部品同士の摺動による摩耗粉（パーティクル）の発生が懸念される。 On the other hand, it is possible to solve the above problems by adopting press-fitting as a fixing means. However, the dimensional accuracy of the housing is reduced by press-fitting, and wear particles (particles) are caused by sliding of parts during press-fitting. There is concern about the occurrence of
本発明の課題は、ハウジングと軸受スリーブとの間の固定強度および組付け後の寸法精度を確保して、高い組立精度を有する流体軸受装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrodynamic bearing device having high assembly accuracy by securing a fixing strength between a housing and a bearing sleeve and dimensional accuracy after assembly.
前記課題を解決するため、本発明に係る流体軸受装置は、ハウジングと、ハウジングの内部に配置された軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入され、ハウジングおよび軸受スリーブに対して相対回転する軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で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を備えたものにおいて、軸受スリーブがハウジングの内周面に超音波振動の作用下で圧入され、あるいは接着されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a hydrodynamic bearing device according to the present invention is inserted into a housing, a bearing sleeve disposed inside the housing, and an inner peripheral surface of the bearing sleeve, and rotates relative to the housing and the bearing sleeve. In a shaft member and a radial bearing portion that supports the shaft member in a radial direction in a radial direction by a lubricating oil film generated in a radial bearing gap between the inner peripheral surface of the bearing sleeve and the outer peripheral surface of the shaft member. The bearing sleeve is press-fitted or bonded to the inner peripheral surface of the housing under the action of ultrasonic vibration.
かかる構成によれば、軸受スリーブとハウジングとを接着固定する場合、軸受スリーブは超音波振動の作用下で、すなわち、ハウジングの内周面又は軸受スリーブの外周面に塗布された接着剤に超音波振動を加えながら、ハウジングの内周面に挿入され、接着される。このように、接着剤に超音波振動を加えることで、軸受スリーブとハウジングとの間の接着隙間に接着剤が偏在するといった事態が回避され、接着剤が接着隙間に均一に充填される。従って、両部材間で高い固定強度を得ることができ、また接着固定後の位置決め精度を確保することができる。 According to such a configuration, when the bearing sleeve and the housing are bonded and fixed, the bearing sleeve is ultrasonically applied to the adhesive applied to the inner peripheral surface of the housing or the outer peripheral surface of the bearing sleeve under the action of ultrasonic vibration. It is inserted and bonded to the inner peripheral surface of the housing while applying vibration. In this way, by applying ultrasonic vibration to the adhesive, a situation in which the adhesive is unevenly distributed in the adhesive gap between the bearing sleeve and the housing is avoided, and the adhesive is uniformly filled in the adhesive gap. Therefore, high fixing strength can be obtained between both members, and positioning accuracy after adhesive fixing can be secured.
接着剤への超音波振動の印加期間は、軸受スリーブの挿入作業の開始時から終了までの間でよく、挿入開始時から接着剤の固化終了時までの間であってもよい。あるいは、挿入終了時点から接着剤の固化終了時までの間であってもよい。何れの場合にしても、接着剤は上記接着隙間に均一に充填される。 The application period of the ultrasonic vibration to the adhesive may be from the start to the end of the insertion operation of the bearing sleeve, or may be from the start of insertion to the end of solidification of the adhesive. Alternatively, it may be between the end of insertion and the end of solidification of the adhesive. In any case, the adhesive is uniformly filled in the adhesive gap.
また、軸受スリーブとハウジングとを圧入固定する場合、軸受スリーブは超音波振動の作用下で、すなわち、ハウジング又は／及び軸受スリーブに超音波振動を加えながら、ハウジングの内周面に圧入される。圧入時、ハウジングの内周面の軸受スリーブと接触する領域は超音波振動の作用によって軟化するので、圧入のみによる場合（超音波振動を加えないで圧入する場合）に比べて、圧入時の圧入力を大幅に低減することができる。これにより、圧入に伴うハウジングの外径寸法や軸受スリーブの内径寸法の変動を抑制して、良好な寸法精度を維持することができる。また、圧入時の圧入力を低減することにより、ハウジングと軸受スリーブとの摺動部分からの摩耗粉の発生が低減され、軸受装置内部へのコンタミの混入が抑制される。 When the bearing sleeve and the housing are press-fitted and fixed, the bearing sleeve is pressed into the inner peripheral surface of the housing under the action of ultrasonic vibration, that is, while applying ultrasonic vibration to the housing or / and the bearing sleeve. When press-fitting, the area in contact with the bearing sleeve on the inner peripheral surface of the housing is softened by the action of ultrasonic vibration, so the pressure at the time of press-fitting is higher than when only press-fitting (press-fitting without applying ultrasonic vibration). Input can be greatly reduced. Thereby, the fluctuation | variation of the outer diameter dimension of the housing accompanying the press fit and the inner diameter dimension of a bearing sleeve can be suppressed, and favorable dimensional accuracy can be maintained. Further, by reducing the pressure input at the time of press-fitting, the generation of wear powder from the sliding portion between the housing and the bearing sleeve is reduced, and contamination is prevented from entering the bearing device.
また、超音波振動の強さ（振幅や周波数など）によっては、上記圧入時、ハウジングの内周面を溶融させて、軸受スリーブをハウジングの内周面に超音波溶着することも可能である。何れの場合にしても、超音波振動の印加期間は、軸受スリーブの圧入作業の開始時から終了までの間でよい。あるいは、圧入終了後、さらに所定時間継続して超音波振動を加えても構わない。 Further, depending on the strength (amplitude, frequency, etc.) of the ultrasonic vibration, it is possible to melt the inner peripheral surface of the housing during the press-fitting and to ultrasonically weld the bearing sleeve to the inner peripheral surface of the housing. In any case, the application period of the ultrasonic vibration may be from the start to the end of the bearing sleeve press-fitting operation. Alternatively, ultrasonic vibration may be applied continuously for a predetermined time after the press-fitting.
また、ハウジングを形成する材料は、特に限定されず、例えば樹脂材料や金属材料を使用することができる。 Moreover, the material which forms a housing is not specifically limited, For example, a resin material and a metal material can be used.
上記構成の流体軸受装置は、例えば流体軸受装置を備えたディスク装置のスピンドルモータとして提供することが可能である。 The hydrodynamic bearing device having the above-described configuration can be provided as a spindle motor of a disk device including the hydrodynamic bearing device, for example.
以上より、本発明によれば、ハウジングと軸受スリーブとの間の固定強度および組付け後の寸法精度を確保し、高い組立精度を有する流体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 provide a hydrodynamic bearing device that secures the fixing strength between the housing and the bearing sleeve and the dimensional accuracy after assembly and has high assembly accuracy.
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体軸受装置（動圧軸受装置）１を組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、軸部材２を回転自在に非接触支持する流体軸受装置１と、軸部材２に装着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させたステータコイル４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル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ている。ディスクハブ３は、その外周に磁気ディスク等のディスク状情報記憶媒体（以下、単にディスクという。）Ｄを一枚または複数枚保持している。このように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する電磁力でロータマグネット５が回転し、これに伴って、ディスクハブ３およびディスクハブ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。
FIG. 1 conceptually shows one configuration example of a spindle motor for information equipment incorporating a fluid dynamic bearing device (dynamic pressure bearing device) 1 according to a first embodiment of the present invention. This spindle motor is used in a disk drive device such as an HDD, and includes a hydrodynamic bearing device 1 that rotatably supports a
図２は、流体軸受装置１を示している。この流体軸受装置１は、軸部材２と、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とを主な構成要素として構成されている。なお、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以下説明する。
FIG. 2 shows the hydrodynamic bearing device 1. The hydrodynamic bearing device 1 includes a
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、あるいは、金属材料と樹脂材料とのハイブリッド構造とされ、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体または別体に設けられたフランジ部２ｂを備えている。なお、ハイブリッド構造をなす軸部材２としては、軸部２ａの芯部あるいはフランジ部２ｂ、もしくはその双方を樹脂材料で形成したものが使用可能である。
The
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２〜８ｗｔ％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。底部７ｂの上端面７ｂ１の一部環状領域または全面には、スラスト動圧発生部として、例えば図３に示すスパイラル形状の動圧溝７ｂ２が形成される。この動圧溝７ｂ２形成領域は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部材２の回転時には、動圧溝７ｂ２形成領域と下端面２ｂ２の間に第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。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を成形する成形型の所要部位（上端面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の上端面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、上端面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が一体に形成されている。
The
軸受スリーブ８は、例えば、黄銅やアルミ（アルミ合金）等の軟質金属材料、あるいは焼結金属材料で形成されている。この実施形態において、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焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面７ｃの所定位置に固定される。なお、軸受スリーブ８の外径は、ハウジング７の内径に比べて、後述する軸受スリーブ８の外周面８ｄとハウジング７の内周面７ｃとの接着剤の充填隙間（接着隙間）の分だけ小さくなっている。
The
軸受スリーブ８の内周面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部としての動圧溝が形成される。この実施形態では、例えば図４（ａ）に示すへリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２が軸方向に離隔して２箇所形成される。上側の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、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。
A dynamic pressure groove as a radial dynamic pressure generating portion is formed on the entire
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が軸方向全長に亘って形成される。この図示例では、例えば図４（ｃ）に示すように、３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に形成されている。
One or more axial grooves 8d1 are formed on the outer
軸受スリーブ８の下端面８ｃの全面または一部の環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図４（ｂ）に示すように、スパイラル形状の動圧溝８ｃ１が形成される。
For example, as shown in FIG. 4B, a spiral dynamic pressure groove 8c1 is formed as a thrust dynamic pressure generating portion on the entire
軸受スリーブ８の上端面８ｂは、図４（ｃ）に示すように、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。この図示例では、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. 4C, the
シール部材９は、例えば樹脂材料又は金属材料で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの上端部内周に配設される。シール部材９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Ｓ１を介して対向する。なお、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の回転時には毛細管力シールおよび遠心力シールとしても機能する。また、シール部材９の下端面９ｂの外径側領域９ｂ１は、内径側領域よりも僅かに軸方向上方に後退させた状態で形成されている。
The
この実施形態の流体軸受装置１は、例えば、次のような工程で組立てる。 The hydrodynamic bearing device 1 of this embodiment is assembled in the following process, for example.
まず、軸部材２を軸受スリーブ８に装着する。そして、ハウジング７の内周面７ｃに塗布された接着剤に超音波振動を加えながら、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入する。このように、接着剤に超音波振動を加えることで、ハウジング７の内周面７ｃと軸受スリーブ８の外周面８ｄとの間の接着隙間に接着剤が偏在するといった事態が回避され、上記接着隙間に接着剤が均一に充填される。従って、両部材７、８間で強固かつ一定の固定状態が得られる。なお、この実施形態では、ハウジング７の内周面７ｃに予め接着剤を塗布した場合を説明したが、軸受スリーブ８の外周面８ｄに接着剤を塗布しておいてから挿入しても構わない。
First, the
また、軸受スリーブ８が多孔質の焼結金属で形成されているので、接着時、超音波振動を受けた接着剤が軸受スリーブ８の外周面８ｄの表面開孔（焼結金属の多孔質組織の内部気孔が表面に開孔して形成される部位）から内部気孔内に侵入して固化する。そして、内部気孔内で固化した部分が一種のアンカー効果によって、ハウジング７と軸受スリーブ８とを強固に密着させるので、両者間の相対的な位置ずれが抑えられ、両部材７、８の固定強度がより一層高められる。
Further, since the
つぎに、シール部材９を、例えば軸受スリーブ８と同様の手段で、ハウジング７の側部７ａの上端部内周に固定する。この状態で、シール部材９の下端面９ｂの内径側領域は軸受スリーブ８の上端面８ｂの内径側領域８ｂ２と当接する。なお、シール部材９の固定手段は、特に上記方法に限られたものではなく、例えば超音波振動を伴わない接着、圧入、あるいは溶接（レーザー溶接を含む）などの固定手段を用いることもできる。
Next, the
上述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の下端面８ｃとハウジング７の上端面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の内部気孔を含め、潤滑油で充満される。潤滑油の油面は、シール空間Ｓ１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、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。そして、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１（８ａ２）の軸方向中心ｍ側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝の動圧作用によって、軸部２ａを非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２がそれぞれ構成される。
When the
同時に、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１とこれに対向する軸受スリーブ８の下端面８ｃ（動圧溝８ｃ１形成領域）との間のスラスト軸受隙間、およびフランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向するハウジング７の上端面７ｂ１（動圧溝７ｂ２形成領域）との間のスラスト軸受隙間に、動圧溝８ｃ１、７ｂ２の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、フランジ部２ｂを両スラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２が構成される。第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間（δ１とする。）と第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間（δ２とする。）は、ハウジング底部７ｂの上端面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。
At the same time, the thrust bearing gap between the upper end surface 2b1 of the
前述したように、第一ラジアル軸受部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、第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間→軸方向溝８ｄ１→シール部材９の下端面９ｂの外径側領域９ｂ１と軸受スリーブ８の上端面８ｂの外径側領域８ｂ３との間の環状隙間→軸受スリーブ８の上端面８ｂの円周溝８ｂ１→軸受スリーブ８の上端面８ｂの半径方向溝８ｂ２１という経路を循環して、第一ラジアル軸受部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Ｓ１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、第１実施形態に係る流体軸受装置１の他の構成例を示している。この図示例における流体軸受装置２１が図２に示す流体軸受装置１と実質的に異なる点は、ハウジング７にシール部７ｅを一体に形成した点、ハウジング７の底部を別体のスラスト部材１０によって形成した点にある。
FIG. 5 shows another configuration example of the hydrodynamic bearing device 1 according to the first embodiment. The
シール部７ｅは、円筒状の側部７ａの上端から内径側に一体に延び、その内周面７ｅ１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Ｓ１を介して対向する。
The
スラスト部材１０は、例えば、樹脂材料又は黄銅等の金属材料で形成され、ハウジング７の内周面７ｃの下端部に固定される。スラスト部材１０の端面１０ａには、図３に示す動圧溝７ｂ２と同様の動圧溝が形成される。また、この実施形態において、スラスト部材１０は、端面１０ａの外周縁部から上方に延びた環状の当接部１０ｂを一体に備えている。当接部１０ｂの上側端面は軸受スリーブ８の下端面８ｃと当接し、当接部１０ｂの内周面はフランジ部２ｂの外周面と径方向の隙間を介して対向する。
The
この形態の流体軸受装置１は、例えば、次のような工程で組立てる。 The hydrodynamic bearing device 1 in this form is assembled by the following process, for example.
まず、上述した実施形態と同様に、ハウジング７の内周面７ｃに塗布された接着剤に超音波振動を加えながら、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入する。このとき、軸受スリーブ８を、その上端面８ｂがシール部７ｅの内側面７ｅ２に当接する位置まで挿入することにより、ハウジング７に対する軸受スリーブ８の軸方向位置を正確に決めることができる。
First, as in the above-described embodiment, the
つぎに、軸部材２を軸受スリーブ８に装着し、その後、スラスト部材１０を、例えば上述した軸受スリーブ８と同様の手段で、ハウジング７の内周面７ｃの下端部に固定する。このとき、スラスト部材１０の当接部１０ｂの上側端面を軸受スリーブ８の下端面８ｃに当接させることにより、軸受スリーブ８に対するスラスト部材１０の軸方向の位置決めが正確になされる。したがって、当接部１０ｂとフランジ部２ｂの軸方向寸法を管理することにより、第一スラスト軸受部Ｔ１と第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を精度良く設定することができる。
Next, the
当接部１０ｂは、スラスト部材と一体に形成される必要はなく、例えば図示は省略するが、スペーサなどの環状部材としてスラスト部材１０と別体に設け、これをスラスト部材１０と軸受スリーブ８との間に介在させるようにしてもよい。あるいは、他の位置決め手段により、スラスト部材１０の軸方向位置決めを行うことで、当接部１０ｂやスペーサなどの位置決め部材を省略することもできる。上記何れの場合においても、スラスト部材１０の固定手段は、上記手段に限定されず、例えば超音波振動を伴わない接着、圧入、あるいは溶接（レーザー溶接を含む）などの固定手段を用いることもできる。
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の下端面８ｃとスラスト部材１０の端面１０ａ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７ｅ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の内部気孔を含め、潤滑油で充満される。潤滑油の油面は、シール空間Ｓ１の範囲内に維持される。
When the assembly is completed as described above, the
その他の事項は、上述した実施形態に準じるので、重複する説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiment, a duplicate description is omitted.
なお、上記図１〜図５に示す形態の流体軸受装置について、上記形態の軸受以外に、いわゆるピボット軸受でスラスト軸受部を構成することもできる。また、ラジアル軸受部として、いわゆる真円軸受でラジアル軸受部を構成することもできる。 In addition, about the hydrodynamic bearing apparatus of the form shown in the said FIGS. 1-5, a thrust bearing part can also be comprised with what is called a pivot bearing other than the bearing of the said form. Further, as the radial bearing portion, a so-called perfect circle bearing can be used to constitute the radial bearing portion.
以下、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と共通の事項については、以下説明を省略する。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about a matter common with 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted below.
図６は、本発明の第２実施形態に係る流体軸受装置３１を組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も、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、ディスクハブ３３が固定された軸部材３２を回転自在に非接触支持する流体軸受装置３１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コイル３４およびロータマグネット３５と、流体軸受装置３１のハウジング３７外周に固定されるブラケット３６を備えている。
FIG. 6 conceptually shows a configuration example of a spindle motor for information equipment incorporating a
図７は、流体軸受装置３１を示している。この流体軸受装置３１は、軸部材３２と、ハウジング３７と、ハウジング３７に固定された軸受スリーブ３８、およびシール部材３９とを主な構成要素として構成されている。以下では、説明の便宜上、ハウジング３７の開口部３７ａの側を上側、開口部３７ａと反対の側を下側として説明する。
FIG. 7 shows the
軸部材３２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部３２ａと、円盤状のフランジ部３２ｂとを備えている。フランジ部３２ｂは軸部３２ａの下端よりも上方に設けられ、軸部３２ａと一体または別体をなす。
The
ハウジング３７は、一端に開口部３７ａを有すると共に、他端を閉じた有底円筒状に形成され、円筒状の側部３７ｂと、側部３７ｂの他端側に一体に連続した底部３７ｃとを備えている。ハウジング３７は樹脂材料で形成され、例えばこの実施形態では、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２〜８ｗｔ％配合した樹脂材料を射出成形することで形成される。
The
軸受スリーブ３８は、焼結金属からなる多孔質体、例えば銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング３７の内周面３７ｄの所定位置に固定される。
The bearing
軸受スリーブ３８の内周面３８ａの上下に離隔した領域には、図８に示すように、第一ラジアル軸受部Ｒ１１および第二ラジアル軸受部Ｒ１２のラジアル軸受面となる複数の円弧面３８ａ１がそれぞれ形成される。各円弧面３８ａ１は、回転軸心Ｏからそれぞれ等距離オフセットした点を中心とする偏心円弧面であり、円周方向で等間隔に形成される。各偏心円弧面３８ａ１の間には軸方向の分離溝３８ａ２が形成される。
As shown in FIG. 8, a plurality of arcuate surfaces 38a1 serving as the radial bearing surfaces of the first radial bearing portion R11 and the second radial bearing portion R12 are respectively provided in regions spaced apart from each other on the inner
軸受スリーブ３８の内周面３８ａに軸部材３２の軸部３２ａを挿入することにより、軸受スリーブ３８の偏心円弧面３８ａ１および分離溝３８ａ２と、軸部３２ａの真円状外周面３２ａ１との間に、第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の各ラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。ラジアル軸受隙間のうち、偏心円弧面３８ａ１と真円状外周面３２ａ１とで形成される領域は、隙間幅を円周方向の一方で漸次縮小させたくさび状隙間３８ａ３となる。くさび状隙間３８ａ３の縮小方向は軸部材３２の回転方向に一致している。
By inserting the
軸受スリーブ３８の上端面３８ｂの全面または一部の環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図４（ｂ）に示す動圧溝８ｃ１と同様（スパイラル方向は逆）の動圧溝が形成される。この上端面３８ｂの動圧溝形成領域は、フランジ部３２ｂの下端面３２ｂ２と対向し、軸部材３２の回転時には、両面３８ｂ、３２ｂ２の間にスラスト軸受部Ｔ１１のスラスト軸受隙間が形成される（図７を参照）。その一方、軸受スリーブ３８の下端面３８ｃは動圧溝のない平滑な面となる。
For example, a dynamic pressure groove similar to the dynamic pressure groove 8c1 shown in FIG. 4B (the reverse of the spiral direction) is provided as a thrust dynamic pressure generating portion on the entire
シール部材３９は、例えば、上記組成の樹脂材料又は金属材料で環状に形成され、ハウジング３７の開口部３７ａ内周に固定される。シール部材３９の円筒状の内周面３９ａは、ハウジング３７の開口部３７ａ内周に固定された状態（図７を参照）では、対向する軸部３２ａの外周面３２ａ１との間に所定のシール空間Ｓ２を形成する。
For example, the
シール部材３９の下端面３９ｂは、フランジ部３２ｂの上端面３２ｂ１と所定の軸方向隙間を介して対向している。軸部材３２が上方へ相対変位すると、フランジ部３２ｂの上端面３２ｂ１がシール部材３９の下端面３９ｂと軸方向で係合し、軸部材３２が係止される。このように、シール部材３９は、シール機能と抜け止めの機能を併せ持つ。
The
この実施形態の流体軸受装置３１は、例えば、次のような工程で組立てる。
The
まず、軸部材３２を軸受スリーブ３８に装着する。そして、ハウジング３７又は／及び軸受スリーブ３８に超音波振動を加えながら、軸受スリーブ３８の外周面３８ｄをハウジング３７の内周面３７ｄに所定の締代で圧入し、固定する。圧入時、ハウジング３７の内周面３７ｄの軸受スリーブ３８と接触する領域は超音波振動の作用によって軟化するので、圧入のみによる場合（超音波振動を加えないで圧入する場合）に比べて、圧入時の圧入力を大幅に低減することができる。下端面３８ｃがハウジング３７の底部３７ｃに当接する位置まで軸受スリーブ３８を圧入することにより、ハウジング３７に対する軸受スリーブ３８の軸方向の位置決めが正確に行われる。なお、ハウジング３７、軸受スリーブ３８に加える超音波振動の強さ（振幅、周波数）などを適宜調整することで、軸受スリーブ３８をハウジング３７に溶着固定（超音波溶着）することもでき、この場合にも、上記と同様に圧入力の低減効果を得ることができる。
First, the
次に、シール部材３９をハウジング３７の開口部３７ａ内周に配し、シール部材３９の下端面３９ｂと軸受スリーブ３８の上端面３８ｂとの間にフランジ部３２ｂを収容した状態で、例えば軸受スリーブ３８と同様の手段によりハウジング３７に固定する。これにより、図７に示す流体軸受装置３１が完成する。この際、シール部材３９で密封されたハウジング３７の内部空間は、軸受スリーブ３８の内部気孔を含め、潤滑油で充満されると共に、潤滑油の油面はシール空間Ｓ２の範囲内に維持される。なお、上記手段以外のシール部材３９の固定手段としては、例えば超音波振動を伴わない接着、圧入、あるいは溶接などの固定手段が採用可能である。
Next, the
上記構成の流体軸受装置３１において、軸部材３２の回転時、軸受スリーブ３８の内周面３８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、軸部３２ａの外周面３２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向し、それぞれ多円弧軸受（テーパ軸受とも称される）を構成する。軸部材３２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間３８ａ３の縮小側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような動圧作用によって、軸部３２ａを非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１１と第二ラジアル軸受部Ｒ１２がそれぞれ構成される。
In the
同時に、フランジ部３２ｂの下端面３２ｂ２とこれに対向する軸受スリーブ３８の上端面３８ｂとの間のスラスト軸受隙間にも、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜が形成され、この油膜の圧力によって、フランジ部３２ｂをスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１１が構成される。
At the same time, an oil film of lubricating oil is also formed in the thrust bearing gap between the lower end surface 32b2 of the
なお、上記図示例では、シール部材３９をハウジング３７とは別体に形成し、これを後付けでハウジング３７に固定した場合を説明したが、例えばシール部材３９をハウジング３７と一体に樹脂材料で形成することもできる（図示は省略）。その場合には、ハウジング３７の底部３７ｃをハウジング３７とは別体に形成すればよい。
In the illustrated example, the case where the
また、上記図示例では、シール空間Ｓ２を、シール部材３９の円筒状の内周面３９ａと、これに対向する軸部３２ａの外周面３２ａ１との間に形成した場合を説明したが、本発明は、これ以外の形態に適用することも可能である。例えば図９は、ハウジング３７外部側（図９では上側）に向けて径方向隙間幅を漸次拡大させたテーパ状のシール空間Ｓ３を形成した場合を例示したものである。
In the illustrated example, the case where the seal space S2 is formed between the cylindrical inner
また、図１０には、ハウジング３７の軸方向寸法を縮小して、流体軸受装置３１の小サイズ化を図るため、シール部材３９の内周面３９ａと、フランジ部３２ｂの外周面３２ｂ３とを対向させ、この対向面間にテーパ状のシール空間Ｓ４を形成したものが例示されている。
Further, in FIG. 10, in order to reduce the axial dimension of the
さらに、軸部材３２の抜止めを考慮したものとして、例えば図１１に示すような構成を挙げることができる。同図におけるシール空間Ｓ５は、フランジ部３２ｂに設けられた軸方向の段差によって区画形成された外周面のうち、上側の外周面３２ｂ３と、これに対向するシール部材３９の内周面３９ａとの間に形成される。また、段によって区画形成された上端面３２ｂ１のうち外径側の端面３２ｂ４は、シール部材３９の下端面３９ｂと軸方向に対向する。
Furthermore, as an example of taking the
このような構成とすることで、シール空間Ｓ５には、遠心力および毛細間力によるシール作用が生じ、潤滑油の外部への漏れ出しが防止される。また、軸部材３２の上方への相対変位時、フランジ部３２ｂの外径側端面３２ｂ４がシール部材３９の下端面３９ｂと軸方向で係合することで、軸部材３２の抜止めがなされる。
With such a configuration, the sealing space S5 has a sealing action due to centrifugal force and intercapillary force, and leakage of lubricating oil to the outside is prevented. Further, when the
また、この図示例では、シール部材３９は、その下端面３９ｂの、外径側端面３２ｂ４と対向しない箇所を下方に向けて突出させた形態をなす。そのため、シール部材３９の下方突出部３９ｃを軸受スリーブ３８の上端面３８ｂに当接させることで、シール部材３９の軸方向の位置決めが容易になされる。
In the illustrated example, the sealing
図１２は、第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２を構成する多円弧軸受の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、図８に示す構成において、各偏心円弧面３８ａ１の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ回転軸心Ｏを中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定となる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。 FIG. 12 shows another embodiment of the multi-arc bearing constituting the first and second radial bearing portions R11, R12. In this embodiment, in the configuration shown in FIG. 8, the predetermined region θ on the minimum gap side of each eccentric arc surface 38a1 is configured by a concentric arc centering on the rotation axis O. Therefore, in each predetermined area θ, the radial bearing gap (minimum gap) is constant. The multi-arc bearing having such a configuration may be referred to as a tapered flat bearing.
図１３では、軸受スリーブ３８の内周面３８ａのラジアル軸受面となる領域が３つの円弧面３８ａ１で形成されると共に、３つの円弧面３８ａ１の中心は、回転軸心Ｏから等距離オフセットされている。３つの偏心円弧面３８ａ１で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対してそれぞれ漸次縮小した形状を有している。
In FIG. 13, a region that is a radial bearing surface of the inner
以上説明した第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２の多円弧軸受は、何れもいわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらには６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用してもよい。また、ラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２のように、２つのラジアル軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とするほか、軸受スリーブ３８の内周面の上下領域に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成としてもよい。
The multi-arc bearings of the first and second radial bearing portions R11 and R12 described above are all so-called three-arc bearings, but are not limited thereto, so-called four-arc bearings, five-arc bearings, and more than six arcs. You may employ | adopt the multi-arc bearing comprised by the several circular arc surface. Further, as in the radial bearing portions R11 and R12, two radial bearing portions are provided apart from each other in the axial direction, and one radial bearing portion is provided over the upper and lower regions of the inner peripheral surface of the bearing
また、以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２として、多円弧軸受を採用した場合を例示しているが、これ以外の軸受で構成することも可能である。ラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２を構成可能な軸受としては、例えば図示は省略するが、軸受スリーブ３８の内周面３８ａのラジアル軸受隙間に面する領域（ラジアル軸受面となる領域）に、複数の軸方向溝形状の動圧溝を形成したステップ軸受が挙げられる。なお、以上説明した多円弧軸受等の軸受は、第１実施形態のラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２にも、もちろん採用することができる。
Moreover, although the case where a multi-arc bearing is employ | adopted as radial bearing part R11, R12 is illustrated in the above description, it can also be comprised with bearings other than this. As bearings that can constitute the radial bearing portions R11 and R12, for example, although not shown, a plurality of shafts are provided in a region facing the radial bearing gap (region serving as a radial bearing surface) on the inner
以上、本発明の第１実施形態では、軸受スリーブ８をハウジング７に接着固定する場合を、第２実施形態では、軸受スリーブ３８をハウジング３７に圧入固定する場合をそれぞれ説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the case where the
すなわち、第１実施形態に示す流体軸受装置１（２１）に対して、超音波振動作用下での圧入固定手段を適用することは可能であるし、逆に、第２実施形態に示す流体軸受装置３１に対して、接着固定手段を適用することも可能である。
That is, it is possible to apply the press-fitting and fixing means under the action of ultrasonic vibration to the hydrodynamic bearing device 1 (21) shown in the first embodiment, and conversely, the hydrodynamic bearing shown in the second embodiment. It is also possible to apply an adhesive fixing means to the
また、ハウジング７（３７）として、上記実施形態では樹脂材料からなるものを例示したが、本発明に係る接着（あるいは圧入）固定手段は、金属製のハウジング７（３７）に対しても同様に適用することができる。 In the above embodiment, the housing 7 (37) is made of a resin material. However, the bonding (or press-fitting) fixing means according to the present invention is similarly applied to the metal housing 7 (37). Can be applied.
また、以上の第１、第２実施形態では、流体軸受装置１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間や、スラスト軸受隙間に動圧作用を生じる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受隙間に動圧作用を生じ得る流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。 In the first and second embodiments described above, the lubricating oil is exemplified as the fluid that fills the inside of the hydrodynamic bearing device 1 and generates a dynamic pressure action in the radial bearing gap and the thrust bearing gap. Alternatively, a fluid capable of causing a dynamic pressure action in each bearing gap, for example, a gas such as air, a fluid lubricant such as a magnetic fluid, or lubricating grease may be used.
１、２１ 流体軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
７ａ 側部
７ｂ 底部
７ｂ２ 動圧溝
７ｃ 内周面
７ｅ シール部
８ 軸受スリーブ
８ａ１ 動圧溝
８ｃ１ 動圧溝
９ シール部材
１０ スラスト部材
３１ 流体軸受装置
３２ 軸部材
３２ｂ フランジ部
３７ ハウジング
３７ａ 開口部
３７ｂ 側部
３７ｃ 底部
３７ｄ 内周面
３８ 軸受スリーブ
３８ａ１ 偏心円弧面
３８ａ３ くさび状隙間
３９ シール部材
Ｄ ディスク
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５ シール空間
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１ スラスト軸受部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記軸受スリーブが前記ハウジングの内周面に超音波振動の作用下で圧入され、あるいは接着されていることを特徴とする流体軸受装置。 A housing, a bearing sleeve disposed inside the housing, a shaft member inserted into an inner peripheral surface of the bearing sleeve and rotating relative to the housing and the bearing sleeve, and an inner peripheral surface of the bearing sleeve; In a hydrodynamic bearing device comprising a radial bearing portion that non-contact supports the shaft member in a radial direction with an oil film of lubricating oil generated in a radial bearing gap between the outer peripheral surface of the shaft member,
The hydrodynamic bearing device, wherein the bearing sleeve is press-fitted or bonded to the inner peripheral surface of the housing under the action of ultrasonic vibration.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005029066A JP2006214542A (en) | 2005-02-04 | 2005-02-04 | Fluid bearing device |
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| JP2015115242A (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Method of manufacturing membrane electrode assembly with frame and method of manufacturing fuel cell |
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2005
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