JP2007040527A - Fluid bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体軸受装置に関するものである。流体軸受装置は、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用、レーザビームプリンタ(LBP)のポリゴンスキャナモータ用、プロジェクタのカラーホイールモータ用、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の軸受装置として好適である。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device. Fluid bearing devices are used for spindle motors of information equipment such as magnetic disk devices such as HDD, optical disk devices such as CD-ROM, CD-R / RW, DVD-ROM / RAM, and magneto-optical disk devices such as MD and MO. It is suitable as a bearing device for a polygon scanner motor of a laser beam printer (LBP), a color wheel motor of a projector, or a small motor such as an electric device 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付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流体軸受装置の使用が検討され、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 these required performances is a bearing that supports the spindle of the motor. In recent years, as this type of bearing, the use of a hydrodynamic bearing device having characteristics excellent in the required performance has been studied. Or actually used.
この種の流体軸受装置は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させるための動圧発生部を備えた動圧軸受と、動圧発生部を備えていない、いわゆる真円軸受(軸受断面が真円形状である軸受)とに大別される。 This type of hydrodynamic bearing device includes a hydrodynamic bearing provided with a dynamic pressure generating portion for generating dynamic pressure in the lubricating oil in the bearing clearance, and a so-called perfect bearing (bearing cross section) provided with no dynamic pressure generating portion. Are roughly divided into bearings having a perfect circle shape.
例えば、HDD等のディスク装置用のスピンドルモータに組み込まれる流体軸受装置では、ラジアル方向およびスラスト方向の双方で軸部材を回転自在に非接触支持する動圧軸受が用いられる。この他、スラスト軸受部としては、軸部材を接触支持するピボット軸受が用いられる場合もある。これらの軸受装置では、内部に供給した潤滑油で軸受隙間が満たされる。HDD等のディスク装置では製品の性質上、油(潤滑油)による汚染を極度に嫌うので、通常は、軸受隙間からの潤滑油の漏れ出しを防止するため、軸受部材の開口部にシール部材を設け、当該シール部材の内周面と軸部材の外周面との間に、毛細管力を利用して潤滑油を保持するシール空間を形成している(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1に示す発明においては、潤滑油の漏れ出しを確実に防止するため、シール部材の端面等にフッ素樹脂等の撥油剤を塗布して撥油膜を形成している。この種の撥油剤は一般に濡れ性が良好であるため、固化後の撥油膜の膜厚は薄くなり易く、撥油剤成分である高分子の数層分(0.01μm程度)の極薄膜となる場合もある。
In the invention shown in
このような極端に薄い撥油膜では、母材と被膜との密着強度が低下し、界面に油が浸透しやすくなって被膜の親油性が増す。また、母材には表面粗さが存在することから、母材表面を完全に撥油膜で被覆することが難しくなる。したがって、単に撥油膜を形成するだけでは、撥油効果が十分とは言えず、軸受装置の使用条件や設計仕様等によっては、油漏れを招くおそれがある。 In such an extremely thin oil-repellent film, the adhesion strength between the base material and the coating film decreases, and the oil easily penetrates into the interface, thereby increasing the lipophilicity of the coating film. Further, since the base material has surface roughness, it is difficult to completely cover the surface of the base material with the oil repellent film. Therefore, simply forming the oil-repellent film does not provide a sufficient oil-repellent effect, and there is a risk of oil leakage depending on the use conditions and design specifications of the bearing device.
また、極端に薄い撥油膜では、検査工程等において撥油膜の存在の有無を目視で識別することも難しくなる。識別性を改善するため、蛍光剤を含む撥油剤で撥油膜を形成し、その後の検査工程でUV光を照射して撥油膜の有無を目視確認する手法も提案されているが、極薄膜であるが故に視認性が不十分で現状では必ずしも有効な判別方法とはいえない。 In addition, with an extremely thin oil repellent film, it is difficult to visually identify the presence or absence of the oil repellent film in an inspection process or the like. In order to improve discrimination, a method has been proposed in which an oil repellent film is formed with an oil repellent containing a fluorescent agent, and UV light is irradiated in the subsequent inspection process to visually check the presence or absence of the oil repellent film. Therefore, the visibility is insufficient and it is not always an effective discrimination method at present.
そこで、本発明は、油漏れを確実に防止することを第1の目的とする。また、撥油剤の存在の有無を容易に判別可能とすることを第2の目的とする。 Therefore, a first object of the present invention is to reliably prevent oil leakage. A second object is to make it possible to easily determine the presence or absence of an oil repellent.
前記課題を解決するため、本発明にかかる流体軸受装置は、軸部材と、ラジアル軸受隙間に形成した油膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、外気に開放され、一対のシール面を対向させて形成されたシール空間と、一方のシール面を有する第1シール部と、他方のシール面を有する第2シール部とを備えたものであって、第1シール部および第2シール部のうち、少なくとも何れか一方の表面に凹部と撥油膜とを形成し、かつ凹部で撥油膜を他所より厚く形成したことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a hydrodynamic bearing device according to the present invention includes a shaft member, a radial bearing portion that supports the shaft member in a radial direction with an oil film formed in a radial bearing gap, and a pair of seal surfaces that are open to the outside air. And a first seal portion having one seal surface, and a second seal portion having the other seal surface, wherein the first seal portion and the second seal are provided. A recess and an oil repellent film are formed on at least one of the surfaces, and the oil repellent film is formed thicker than the other portions in the recess.
この流体軸受装置の具体的な構成例として、上記構成要素に加えて、
(1)内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材に固定されたシール部材とを備え、軸部材で第1シール部を構成すると共に、シール部材で第2シール部を構成したもの:
(2)内周に軸部材を挿入した軸受部材を備え、軸部材で第1シール部を構成すると共に、軸受部材で第2シール部を構成したもの:
(3)軸部材に設けられた半径方向の突出部と、内周に軸部材を挿入した軸受部材とを備え、軸部材の突出部で第1シール部を構成すると共に、軸受部材で第2シール部を構成したもの:を挙げることができる。
As a specific configuration example of the hydrodynamic bearing device, in addition to the above components,
(1) A bearing member in which a shaft member is inserted on the inner periphery and a seal member fixed to the bearing member. The shaft member constitutes the first seal portion, and the seal member constitutes the second seal portion. :
(2) A bearing member in which a shaft member is inserted on the inner periphery, the shaft member constituting the first seal portion, and the bearing member constituting the second seal portion:
(3) A projecting portion in the radial direction provided on the shaft member and a bearing member having a shaft member inserted on the inner periphery thereof, and the projecting portion of the shaft member constitutes the first seal portion, and the bearing member is the second. What comprised the seal | sticker part: can be mentioned.
(1)の構成では、第1シール部となる軸部材の外周面、あるいは第2シール部となるシール部材の内周面や端面に撥油膜が形成され、(2)の構成では、第1シール部となる軸部材の外周面、あるいは第2シール部となる軸受部材の端面や内周面に撥油膜が形成され、(3)の構成では、第1シール部となる突出部の端面や内・外周面、あるいは第2シール部となる軸受部材の端面や内・外周面に撥油膜が形成される。なお、何れの構成においても、「軸受部材」は、それ自身が一体成形されている場合のみならず、二以上の部材を組み合わせた複合品である場合、例えば内周に軸部材を挿入した軸受スリーブと、軸受スリーブを収容したハウジングとで構成されている場合も含む概念である。 In the configuration of (1), an oil repellent film is formed on the outer peripheral surface of the shaft member serving as the first seal portion or the inner peripheral surface and the end surface of the seal member serving as the second seal portion, and in the configuration of (2), the first An oil repellent film is formed on the outer peripheral surface of the shaft member serving as the seal portion, or the end surface or inner peripheral surface of the bearing member serving as the second seal portion, and in the configuration of (3), the end surface of the projecting portion serving as the first seal portion An oil repellent film is formed on the inner and outer peripheral surfaces, or on the end surfaces and inner and outer peripheral surfaces of the bearing member to be the second seal portion. Note that, in any configuration, the “bearing member” is not only a case where the bearing member itself is integrally molded, but also a composite product in which two or more members are combined, for example, a bearing in which a shaft member is inserted on the inner periphery. It is a concept that includes a case in which a sleeve and a housing that houses a bearing sleeve are included.
このように、本発明では、第1シール部あるいは第2シール部の何れか一方または双方の表面に凹部を形成し、この凹部でフッ素樹脂等からなる撥油膜を他所よりも厚く形成している。そのため、撥油膜の厚い部分では接触面積の増大により母材に対する撥油膜の密着力を高めることができ、従って、界面への潤滑油の浸透を防止することが可能となる。また、少なくとも撥油膜の厚い部分では母材表面を完全に被膜で被覆することができる。以上の理由から、撥油膜の撥油性を高め、ラジアル軸受隙間からの油漏れを確実に防止することが可能となる。 Thus, in the present invention, a recess is formed on the surface of one or both of the first seal portion and the second seal portion, and an oil repellent film made of a fluororesin or the like is formed thicker than the other portions in the recess. . For this reason, in the thick part of the oil repellent film, the contact area can be increased to increase the adhesion of the oil repellent film to the base material, and therefore it is possible to prevent the penetration of the lubricating oil to the interface. Further, at least in the thick part of the oil repellent film, the surface of the base material can be completely covered with the film. For the above reasons, it is possible to improve the oil repellency of the oil repellent film and reliably prevent oil leakage from the radial bearing gap.
また、本発明のように撥油膜を部分的に厚くした場合、撥油膜の有無をより確認し易くなる。特に、撥油剤に蛍光剤を含有させると、厚い部分で蛍光作用が強まるため、検査工程等で母材表面にUV光等を照射した際、撥油膜の有無を容易に目視確認することが可能となる。 Further, when the oil repellent film is partially thickened as in the present invention, it becomes easier to confirm the presence or absence of the oil repellent film. In particular, when a fluorescent agent is included in the oil repellent, the fluorescent action is enhanced at the thick part. Therefore, when the surface of the base material is irradiated with UV light or the like in the inspection process, the presence or absence of the oil repellent film can be easily visually confirmed. It becomes.
さらに、凹部は、表面に撥油剤を塗布して撥油膜を形成する際、余剰の撥油剤を堰き止める効果も有する。従って、凹部の形成位置を適宜定めることで、流動性に富む撥油剤の塗布した際、これが広がる範囲を規制し、意図しない箇所での撥油膜の形成を防止することができる。例えば、塗布した余剰の撥油剤が他部材との接着箇所に流れ込めば接着強度の低下を招くし、シール空間の油溜り部分に流れ込めば、その撥油性から油溜りに空気が進入し、これが潤滑油中に気泡として混入して軸受性能を低下させる恐れがあるが、凹部の形成位置を適切に設定することで、これらの不具合を防止することが可能となる。 Further, the recess has an effect of blocking excess oil repellent when an oil repellent is applied to the surface to form an oil repellent film. Therefore, by appropriately determining the formation position of the recesses, when an oil repellent with high fluidity is applied, the range in which the oil spreads can be restricted, and the formation of an oil repellent film at an unintended location can be prevented. For example, if the applied excess oil repellant flows into the adhesion area with other members, the adhesive strength is reduced, and if it flows into the oil reservoir portion of the seal space, air enters the oil reservoir from its oil repellency, Although this may be mixed as bubbles in the lubricating oil and deteriorate the bearing performance, it is possible to prevent these problems by appropriately setting the recess formation position.
本願発明者の検証によれば、以上の作用効果を得るためには、凹部の深さが3μm以上必要であることが判明した。従って、凹部の深さは、3μm以上、望ましくは15μm以上に設定するのが望ましい。上記の効果を奏する上で凹部の深さに上限はないが、凹部が深すぎると撥油剤の使用量が増して不経済となり、また、凹部を形成した部材の強度にも悪影響を与える可能性があるので、かかる観点からは、凹部の深さを1mm以下とするのが望ましい。 According to the verification by the present inventor, it has been found that the depth of the concave portion is required to be 3 μm or more in order to obtain the above-described effects. Therefore, it is desirable that the depth of the recess is set to 3 μm or more, preferably 15 μm or more. There is no upper limit to the depth of the recess for achieving the above effect, but if the recess is too deep, the amount of the oil repellent used is increased and it is uneconomical, and the strength of the member having the recess may be adversely affected. Therefore, from such a viewpoint, it is desirable that the depth of the recess is 1 mm or less.
以上のように、本発明によれば、簡易な手段で撥油膜の撥油効果を高めることができ、油漏れを確実に防止することが可能となる。また、撥油膜の有無を容易に判別可能となり、製造ラインにおける検査工程を簡略化することができる。 As described above, according to the present invention, the oil repellent effect of the oil repellent film can be enhanced by simple means, and oil leakage can be reliably prevented. In addition, the presence or absence of the oil repellent film can be easily discriminated, and the inspection process in the production line can be simplified.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る流体軸受装置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。この情報機器用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、流体軸受装置(動圧軸受装置)1と、流体軸受装置1の軸部材2に取り付けられたディスクハブ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、流体軸受装置1をモータに固定するためのブラケット6とを備えている。ステータコイル4はブラケット6の外周に取り付けられ、ロータマグネット5は、ディスクハブ3の内周に取り付けられている。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Dを一枚または複数枚保持する。ブラケット6の内周に流体軸受装置1のハウジング7が装着されている。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、そ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 a configuration example of a spindle motor for information equipment incorporating a hydrodynamic bearing device according to an embodiment of the present invention. This spindle motor for information equipment is used in a disk drive device such as an HDD, and includes a fluid dynamic bearing device (dynamic pressure bearing device) 1, a
図2に示すように、本実施形態にかかる流体軸受装置1は、軸受部材17と、軸受部材17の内周に挿入された軸部材2と、軸受部材17に固定され、軸受部材17の一端開口をシールするシール部材9と、軸受部材17の他端開口を封口する蓋部材10とを主要な構成部材として備える。なお、本実施形態において軸受部材17は、内周に軸部材2を挿入した軸受スリーブ8と、当該軸受スリーブ8を収容したハウジング7とで構成されている。また、以下では、説明の便宜上、シール部材9の側を上側、これと軸方向反対側を下側として説明を行う。
As shown in FIG. 2, the hydrodynamic bearing
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た軸部2aと、軸部2aの外径側に張り出し、軸部2aと一体又は別体のフランジ部2bとで構成される。また、軸部材2は金属部分と樹脂部分からなるハイブリッド構造とすることもできる(例えば、軸部2aを金属材料で形成し、フランジ部2bの全体又はその両端面2b1、2b2のみを樹脂材料で形成する)。軸部2aの外周面2a1は、動圧発生部としての動圧溝等を有さない真円状に形成される。また、フランジ部2bの両端面2b1、2b2は、動圧発生部としての動圧溝等を有さない平滑な平坦面に形成されている。
The
ハウジング7は、樹脂材料あるいは金属材料で両端を開口させた略円筒状に形成される。
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焼結金属に潤滑油(または潤滑グリース)を含浸させた含油焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。この他、中実の金属材料、例えば黄銅等の軟質金属で軸受スリーブ8を形成することもできる。軸受スリーブ8の内周面8aには、図3(a)に示すように、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Aとなる上下2つの領域が軸方向に離隔して設けられている。上記2つの離隔した領域には、動圧発生部として、例えばヘリングボーン状に配列された動圧溝8a1、8a2がそれぞれ形成され、各動圧溝8a1、8a2の間に背部(図中クロスハッチングで示す)が形成されている。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。そのため、軸部材2の回転時、上側の動圧溝8a1による潤滑油の引き込み力(ポンピング力)は下側の対称形の動圧溝8a2に比べ相対的に大きくなる。
The
また、軸受スリーブ8の下側端面8bの一部環状領域は、第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受面Bとなり、このスラスト軸受面Bには、例えば図3(b)に示すようにスパイラル状に配列された複数の動圧溝8b1が形成される。各動圧溝8b1の間には背部(図中クロスハッチングで示す)が形成され、この背部の内径端は環状につながっている。なお、動圧溝形状としては、スパイラル状の他、ヘリングボーン状、あるいは放射状等にすることもできる。また、スラスト軸受面Bは、軸受スリーブ8の下側端面8bとスラスト軸受隙間を介して対向するフランジ部2bの上側端面2b1に形成してもよい。
Further, a partial annular region of the
そして、ハウジング7の内周に軸受スリーブ8を接着、圧入等適宜の手段で固定することにより軸受部材17が形成される。
The bearing
軸受部材17(ハウジング7)の下端開口には金属製の蓋部材10が配置され、この蓋部材10によってハウジング7の下端側開口が封口される。この蓋部材10は、円筒状の側部10bと、側部10bの下端開口を封口する底部10aとを一体に備えた有底円筒状に形成される。底部10aの上側端面10a1の一部環状領域は、第2スラスト軸受部T2のスラスト軸受面Cとなり、このスラスト軸受面Cには、図示は省略するが、例えばスパイラル状に配列された複数の動圧溝が形成される。もちろん、動圧溝形状はスパイラル状の他、上記のスラスト軸受面Bと同様にヘリングボーン状、あるいは放射状等にすることもできる。なお、スラスト軸受面Cは、蓋部材10の上側端面10a1とスラスト軸受隙間を介して対向するフランジ部2bの下側端面2b2に形成してもよい。
A
上記構成の蓋部材10は、ハウジング7の下端内周面に接着等の適宜の手段で固定される。このとき、軸部材2のフランジ部2bは、軸受スリーブ8の下側端面8bと蓋部材10の底部10aの上側端面10a1との間に形成された空間に収容される。蓋部材10の側部10bの上側端面10b1を軸受スリーブ8の下側端面8bに当接させることで、スラスト軸受隙間幅が高精度に管理される。
The
ハウジング7の上端開口部7aには、金属材料や樹脂材料で形成された環状のシール部材9が配置され、例えば接着等の手段でハウジング7の内周に固定される。
An
以上に述べた流体軸受装置1の内部空間は、微小幅のシール空間Sを介して外気に開放されている。流体軸受装置の組立完了後、その内部空間にシール空間Sを介して潤滑油が充満される。シール空間Sは、第1シール部14に形成された一方のシール面と、第2シール部15に形成された他方のシール面とを対向させることで形成される。図2に示す例では、軸部材2で第1シール部14を構成し、軸部2aに形成されたテーパ面2a2が一方のシール面となる。また、シール部材9で第2シール部15を構成し、その内周面9aが他方のシール面となる。
The internal space of the
第1シール部14を構成する軸部材2の軸部2aの外周面には、上方を縮径させたテーパ面2a2が形成され、これによりシール空間Sには下方側を漸次縮径させたテーパ状の部分が形成される。このシール空間Sが奏する毛細管力で潤滑油がハウジング7の内部側に引き込まれ、外部への油の漏れ出しが防止される。図示のように、テーパ面2a2を回転側の軸部2aに設けることで、このシール空間Sを、遠心力により潤滑油をハウジング7の内部側に押し込む遠心力シールとして機能させることもできる。遠心力シールとしての機能が不要である場合、テーパ面はシール部材9の内周面に形成してもよい。シール空間Sは、温度変化による潤滑油の容積変化量を吸収する機能(バッファ機能)をも有しており、そのため油面は軸受装置の運転状態(停止中もしくは回転中)を問わず、常時シール空間Sの範囲内に維持される。
On the outer peripheral surface of the
上記構成の流体軸受装置1において、軸受部材17と軸部材2とが相対回転すると(本実施形態では、軸部材2が回転する)、軸受スリーブ8の内周面8aに形成されたラジアル軸受面Aとなる上下2つの領域は、それぞれ軸部材2の外周面2a1とラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材2の回転に伴い、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油の動圧が発生し、ラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によって軸部材2が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とが形成される。
In the
また、軸部材2が回転すると、軸受スリーブ8の下側端面8bに形成されたスラスト軸受面B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する。軸部材2の回転に伴い、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油の動圧が発生し、スラスト軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によって軸部材2が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をスラスト方向に非接触支持する第1スラスト軸受部T1が形成される。同様に、蓋部材10の底部10aの上側端面10a1に形成されたスラスト軸受面C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。軸部材2の回転に伴い、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油の動圧が発生し、スラスト軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によって軸部材2が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2スラスト軸受部T2が形成される。
When the
流体軸受装置1の運転中に、内部空間に満たされた潤滑油がその一部領域で負圧になると、気泡の発生や潤滑油の漏れ、あるいは振動の発生等の要因となる。かかる局所的な負圧の発生を防止するため、本発明では、上述のように上側のラジアル軸受面Aの動圧溝形状を軸方向非対称として、軸部2aの外周面2a1と軸受スリーブ8の内周面8aとの間の半径方向隙間(ラジアル軸受隙間)を満たす潤滑油に軸方向下向きのポンピング能力を付与すると共に、下側に押し込まれた潤滑油を前記半径方向隙間の上端に戻す循環路12を設け、潤滑油を流体軸受装置1の内部で強制的に循環させる構成を採用している。
During the operation of the
図2に例示する循環路12は、ハウジング7の内周面と軸受スリーブ8の外周面8dとの間に形成された軸方向流路12aと、シール部材9の下側端面9bと軸受スリーブ8の上側端面8cとの間に形成された第1の半径方向流路12bと、蓋部材10の上側端面10b1と軸受スリーブ8の下側端面8bとの間に形成された第2の半径方向流路12cとで構成されている。図示例では、軸方向流路12aを軸受スリーブ8の外周面8d、第1の半径方向流路12bをシール部材9の下側端面9b、第2の半径方向流路12cを蓋部材10の上側端面10b1に形成した場合をそれぞれ例示しているが、これらの流路12a〜12cは、その対向面(ハウジング7の内周面7b、軸受スリーブの上下端面8c、8b)に形成しても構わない。
The
このように、循環路12を設けることで、流体軸受装置1の運転中には、スラスト軸受隙間→第2の半径方向流路12c→軸方向流路12a→第1の半径方向流路12b→半径方向隙間の上端、という経路を経て軸受装置内部を潤滑油が循環する。これにより、軸受装置の内部空間における潤滑油の局所的な負圧発生を防止することができる。
Thus, by providing the
本実施形態において、第1シール部14および第2シール部15のうち、何れか一方の表面、例えば第2シール部15を構成するシール部材9の上側端面9cには、凹部13および撥油膜11が形成される。このうち、凹部13は例えば矩形状の断面形状をなし、上側端面9cの全周にわたって環状に形成されている。撥油膜11は、予め凹部13を形成した上側端面9cに、例えばスプレー塗布等の手段で撥油剤を塗布した後、これを固化させることにより帯状に形成される。図示のように上側端面9cの全面を撥油膜11で被覆する他、少なくとも凹部13を含む半径方向の一部環状領域のみを撥油膜11で被服してもよい。凹部13の形成方法は任意であり、例えばシール部材9の成形後に機械加工やプレス加工で凹部13を形成し、あるいはシール部材9を樹脂等で射出成形する際には、その射出成形と同時に凹部13を形成することもできる。
In the present embodiment, the
撥油膜11を形成する際、上側端面9cに塗布した撥油剤は、その表面張力で半径方向中央部が盛り上がり、その内径側および外径側ほど薄くなった形態をとる。これがそのまま固化することにより、図2の拡大図に示す撥油膜11が形成される(図2は理解の容易化のため、撥油膜11の厚さの相違を誇張して描いている)。凹部13は、撥油膜11の幅方向(半径方向)中央部の最も盛り上がった部分の直下に形成されている。
When the
撥油膜11を形成する撥油剤は、例えば撥油性を有する樹脂材料を主成分とし、これを有機溶媒に溶解させて生成される。撥油性を有する樹脂材料としては例えばフッ素系樹脂あるいはシリコーン系樹脂を使用することができる。フッ素系樹脂としては、例えばパーフルオロアクリレートを主成分とする重合体や非晶質パーフルオロ樹脂(例えば、旭硝子(株)社製 サイトップ(登録商標))等を、シリコーン系樹脂としては、例えば、シロキサンやアルコキシシラン等を使用することができる。なお、本実施形態で用いる撥油剤には蛍光剤を含有させている。蛍光剤としては、例えばUV光を照射すると発光するタイプのもの等を使用することができる。
The oil repellent agent for forming the
本発明では、上記のように第2シール部15を構成するシール部材9の上側端面9cに凹部13を形成し、当該凹部13を満たす形で撥油膜11を形成しているので、少なくとも凹部13では撥油膜11が他所よりも厚くなる。そのため、当該凹部13が形成された部分では、撥油膜11との接触面積が増大するため、シール部材9に対する撥油膜11の密着力を高めることができ、従って、界面への潤滑油の浸透を防止することができる。また、少なくとも凹部13が形成された部分では、上側端面9cの表面粗さの影響を受けることなく、表面を完全に撥油膜11で被覆することができる。以上の理由から、本発明によれば、撥油膜11の撥油性能を高め、シール空間Sからの潤滑油の漏れ出しを確実に防止することができる。
In the present invention, the
また、本発明によれば、例えば検査工程でUV光を照射して撥油膜11の存在有無を目視確認する場合でも、撥油膜11の厚さは凹部13が形成された幅方向領域で部分的に厚くなり、当該部分では蛍光作用が強まるので、撥油膜11の有無を容易に目視確認することができる。
Also, according to the present invention, for example, even when UV light is irradiated in the inspection process to visually check the presence or absence of the
これに加えて、本実施形態では、帯状に形成された撥油膜11の幅方向中央部に凹部13を形成することにより、撥油膜11の盛り上がりが最大となる部分と凹部13とを半径方向で一致した位置に形成しているので、より厚い膜厚を得ることができ、上記効果がより一層顕著に得られる。
In addition, in this embodiment, by forming the
ところで、本願発明者の検証によれば、凹部13の深さが浅すぎる場合、例えば3μm未満であると、上記作用効果を得られなかった。一方、凹部13の深さが深すぎる場合、例えば1mmよりも深いと、撥油剤の使用量が増して不経済となり、また、シール部材9の強度にも悪影響を与える可能性があることが判明した。したがって、凹部13の深さは3μm以上1mm以下、望ましくは15μm以上1mm以下に設定するのが望ましい。
By the way, according to the verification by the inventors of the present application, when the depth of the
なお、図2では、凹部13および撥油膜11(以下、「撥油膜等」という)を、シール部材9の上側端面9cに形成した場合を例示しているが、これ以外の箇所、例えばシール部材9の内周面9aに撥油膜等を形成することもできる。また、第2シール部15を構成するシール部材9のみならず、第1シール部14を構成する軸部材2の軸部2aにも撥油膜等を形成してもよい。この場合、撥油膜等は、図4に示すように、軸部2aの外周面2a1のうち、例えばテーパ面2a2の上方に隣接した円筒状の隣接外周面2a3に形成することができる。このように第1シール部14と第2シール部15の双方に撥油膜等を形成することにより、さらに油漏れ防止効果が高まる。もちろん第1シール部14を構成する軸部2aの外周面2a1にのみ撥油膜等を形成しても構わない。
2 illustrates the case where the
凹部13の形状として、断面矩形状を例示したが、凹部13の断面形状は任意であり、これ以外にも例えば三角形状とすることもできる。また、図2では凹部13を上側端面9cの一箇所にのみ形成する場合を例示しているが、母材表面を粗面化する等の手段で、上側端面9cに多数の凹部13を分散状態で形成することもできる。
Although the cross-sectional rectangular shape was illustrated as a shape of the recessed
また、凹部13は、余剰の撥油剤を堰き止める効果も有する。従って、凹部13の形成位置を適宜定めることで、流動性に富む撥油剤を塗布した際、これが広がる範囲を規制し、意図しない箇所での撥油膜の形成を防止することができる。例えば、塗布した余剰の撥油剤がシール部材9の外周まで達し、ハウジング7の内周面7bとの接着箇所に流れ込めば、接着強度の低下を招く。あるいは、撥油剤がシール部材9の内周面9aまで達し、シール空間Sを形成するシール面に撥油膜が形成されれば、その撥油性からシール空間Sの油溜り部分に空気が侵入し、これが潤滑油中に気泡として混入し、軸受性能を低下させる恐れがある。図5に示すように、シール部材9の上側端面9cの内径側および外径側に環状の凹部13(図中にクロスハッチングで示す)を形成すると、この凹部13で撥油剤が堰き止められ、上記のような不具合を防止することができる。尚、このシール部材9の上側端面9cの内径側および外径側に形成された環状の凹部13のうち、何れか一方のみを形成することもできる。
Moreover, the recessed
また、シール部材9の上側端面9cの内径側および外径側に形成された環状の凹部13の両方に跨るように撥油剤を塗布しておけば、両凹部13で撥油膜の存在を確認することにより、撥油膜が凹部13で挟まれた領域、すなわちシール部材9の上側端面9cのほぼ全面に形成されているか否かが判別可能となる。同様の効果は、図6に示すように、端面に放射状の凹部13を形成した場合、図7に示すように、端面に螺旋状の凹部13を形成した場合、図8に示すように、複数のスパイラル状の凹部13を形成した場合にも得られる。
Further, if an oil repellent agent is applied so as to straddle both of the
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、以下示すような流体軸受装置1においても好ましく用いることができる。なお、以下の説明では、図2に示す実施形態と同一機能を有する部材および要素には共通の参照番号を付して重複説明を省略する。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this Embodiment, It can use preferably also in the
図9に示す流体軸受装置1は、図2に示す流体軸受装置1において、ハウジング7および軸受スリーブ8を一体化して軸受部材17を構成したものである。この場合、ラジアル軸受部R1、R2のラジアル軸受面Aは、例えば軸受部材17の内周面17aに形成され、第1スラスト軸受部T1のスラスト軸受面Bは、例えば軸受部材17の下側端面17bに形成される。この軸受部材17は、樹脂材料や金属材料の射出成形、あるいは金属材料(焼結金属も含む)の塑性加工によって形成することができる。
A
図9に示す流体軸受装置1では、軸受部材17のうち、ハウジング7に相当する部分の上端開口部に第2シール部15を構成するシール部材9が固定される。この第2シール部15としてのシール部材9の内周面9a(他方のシール面)と、第1シール部を構成する軸部材2の軸部2aのテーパ面2a2(一方のシール面)との間にシール空間Sが形成される。この場合も、第1シール部の表面(例えば軸部2aの外周面)と第2シール部の表面(例えばシール部材9の内周面9aや上側端面9c)の何れか一方または双方に上記撥油膜等を形成することにより、図2に示す実施形態と同様に、撥油効果を高め、さらには撥油膜11の有無の視認性向上を図ることができる。
In the
図10に示す流体軸受装置1は、図9に示す流体軸受装置1において、さらにシール部材9を軸受部材17に一体化したものである。この流体軸受装置1では、軸受部材17のうち、シール部材9に相当する部分が第2シール部15を構成する。この第2シール部15のテーパ状の内周面15a(他方のシール面)と、第1シール部14を構成する軸部材2の軸部2aの外周面2a1(一方のシール面)との間にシール空間Sが形成されている。この場合も、第1シール部14の表面(例えば軸部2aの外周面)と、第2シール部15の表面(例えば軸受部材17のシール部材に相当する部分の内周面や上側端面17c)の何れか一方または双方に上記撥油膜等を形成することにより、同様の効果を得ることができる。この他、図2に示す流体軸受装置1において、軸受スリーブ8とシール部材9に相当する部分のみを一体化して軸受部材17を構成した場合(ハウジング7に相当する部分を軸受部材17とは別体に構成した場合)にも、第1シール部14の表面(例えば軸部2aの外周面)と、軸受部材17のうち、第2シール部15の表面(例えばシール部材9に相当する部分の内周面)とに撥油膜等を形成することができる。
The
図11に示す流体軸受装置1は、軸部材2に、フランジ状の突出部19、20を軸方向に離隔させて設けている。突出部19の下側端面19bおよび突出部20の上側端面20cは、それぞれ軸受スリーブ8の上下端面8c、8bと対向し、第1および第2のスラスト軸受部T1、T2の各スラスト軸受隙間を形成する。例えば軸受スリーブ8の上下端面8c、8bに、第1および第2スラスト軸受部T1、T2の各スラスト軸受面B、Cが形成される。
In the
図11に示す流体軸受装置1では、突出部19、20が第1シール部14を構成し、ハウジング7のうち、突出部19と対向する上下の端部が第2シール部15を構成する。突出部19、20の外周面19a、20a(一方のシール面)とハウジング7の内周面7b(他方のシール面)との間に、それぞれシール空間S1、S2が形成される。この場合も、第1シール部14の表面、例えば突出部19の外周面19a、20aや外気開放側の端面19c、20bと、第2シール部15の表面、例えばハウジング7の内周面7bや上下の端面7c、7dの何れか一方または双方に上記撥油膜等を形成することにより、上記と同様の効果を得ることができる。この実施形態では、軸部材2に軸方向に離隔する二つの突出部19、20を設けることにより、軸受装置1の軸方向両端にシール空間Sを形成した場合を例示しているが、一方の突出部で軸方向の一端部にのみシール空間Sを形成すると共に、他端部では、図2に示す実施形態と同様にハウジング7の開口部を蓋部材10で封口した軸受装置においても同様の構成を採用することができる。また、図9に示す実施形態と同様に、ハウジング7と軸受スリーブ8を一体化して軸受部材17を構成することもできる。
In the
図12に示す流体軸受装置1は、軸部材2に設けられた突出部としてのディスクハブ3が回転側の第1シール部14を、また、ハウジング7が固定側の第2シール部15を構成する。ディスクハブ3は、ハウジング7の上側開口部を覆う円盤部3a及び円盤部3aの外径端から下方へ延びた円筒部3bを有する。第1シール部14としてのディスクハブ3の円筒部3bの内周面3b1(一方のシール面)と、第2シール部15としてのハウジング7の外周面に形成されたテーパ面7d(他方のシール面)との間にシール空間Sを形成する。この場合も、第1シール部14の表面、例えばディスクハブ3の円筒部3bの内周面と、第2シール部15の表面、例えばハウジング7の外周面のテーパ面7dの何れか一方または双方に上記撥油膜等を形成することにより、上記と同様の効果を得ることができる。なお、この実施形態では、第2のスラスト軸受部T2が、ディスクハブ3を構成する円盤部3aの下側端面3a1と、ハウジング7の上側端面7cとの間に形成される。また、図5に示す実施形態と同様に、ハウジング7と軸受スリーブ8を一体化して軸受部材17を構成することもできる。
In the
また、以上の説明では、ラジアル軸受部R1、R2を構成する軸受として、へリングボーン状やスパイラル状に配列された複数の動圧溝からなる動圧発生部を有する軸受を例示しているが、動圧発生部の構成はこれに限定されるものではない。 Moreover, in the above description, the bearing having the dynamic pressure generating portion including a plurality of dynamic pressure grooves arranged in a herringbone shape or a spiral shape is illustrated as a bearing constituting the radial bearing portions R1 and R2. The configuration of the dynamic pressure generator is not limited to this.
例えば、ラジアル軸受部R1、R2として、円周方向複数箇所でラジアル軸受隙間を円周方向の一方又は双方にくさび状に縮小させた形状とした、いわゆる多円弧軸受や非真円軸受の他、軸方向に延びる動圧溝を円周方向等間隔に配した、いわゆるステップ軸受を採用しても良い。 For example, as radial bearing portions R1, R2, in addition to so-called multi-arc bearings and non-circular bearings in which radial bearing gaps are reduced in a wedge shape in one or both directions in the circumferential direction at multiple locations in the circumferential direction, A so-called step bearing in which dynamic pressure grooves extending in the axial direction are arranged at equal intervals in the circumferential direction may be employed.
図13は、ラジアル軸受部R1、R2の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、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が、3つの円弧面8a3、8a4、8a5で構成されている(いわゆる3円弧軸受)。3つの円弧面8a3、8a4、8a5の曲率中心は、それぞれ、軸受スリーブ8の軸中心Oから等距離オフセットされている。3つの円弧面8a3、8a4、8a5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、それぞれ楔状に漸次縮小した形状を有している。そのため、軸受スリーブ8と軸部2aとが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、ラジアル軸受隙間内の潤滑流体が楔状に縮小した最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑流体の動圧作用によって、軸受スリーブ8と軸部2aとが非接触支持される。尚、3つの円弧面8a3、8a4、8a5の相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝を形成しても良い。
FIG. 13 shows an example of a case where one or both of the radial bearing portions R1 and R2 are configured by multi-arc bearings. In this example, the region that becomes the radial bearing surface of the inner
図14は、ラジアル軸受部R1、R2の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例においても、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が、3つの円弧面8a6、8a7、8a8で構成されているが(いわゆる3円弧軸受)、3つの円弧面8a6、8a7、8a8で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小した形状を有している。このような構成の多円弧軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、3つの円弧面8a6、8a7、8a8の相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝8a9、8a10、8a11が形成されている。そのため、軸受スリーブ8と軸部2aとが所定方向に相対回転すると、ラジアル軸受隙間内の潤滑流体が楔状に縮小した最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑流体の動圧作用によって、軸受スリーブ8と軸部2aとが非接触支持される。
FIG. 14 shows another example in the case where one or both of the radial bearing portions R1 and R2 are constituted by multi-arc bearings. In this example as well, the region that becomes the radial bearing surface of the inner
図15は、ラジアル軸受部R1、R2の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例では、図14に示す構成において、3つの円弧面8a6、8a7、8a8の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、軸受スリーブ8の軸中心Oを曲率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)は一定になる。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. 15 shows another example in the case where one or both of the radial bearing portions R1 and R2 are configured by multi-arc bearings. In this example, in the configuration shown in FIG. 14, the predetermined regions θ on the minimum gap side of the three circular arc surfaces 8 a 6, 8 a 7, 8 a 8 are each configured by concentric arcs with the axis O of the
以上の各例における多円弧軸受は、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良い。 The multi-arc bearings in the above examples are so-called three-arc bearings, but are not limited to this, and so-called four-arc bearings, five-arc bearings, and multi-arc bearings composed of more than six arc surfaces are adopted. You may do it.
上記のラジアル軸受部R1、R2の一方又は双方は、ステップ軸受で構成することもできる(図示省略)。ステップ軸受は、例えば軸受スリーブ8の内周面8aのラジアル軸受面Aとなる領域に、複数の軸方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けたものである。
One or both of the radial bearing portions R1 and R2 may be configured by step bearings (not shown). In the step bearing, for example, a plurality of axial groove-shaped dynamic pressure grooves are provided at predetermined intervals in the circumferential direction in a region that becomes the radial bearing surface A of the inner
なお、以上の説明では、ラジアル軸受部を、ラジアル軸受部R1、R2のように、軸方向2箇所に離隔して設けた構成を例示しているが、軸方向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良い。また、ラジアル軸受部を軸方向3箇所以上に離隔して設けることもできる。 In the above description, a configuration in which the radial bearing portion is provided separately in two axial directions as in the radial bearing portions R1 and R2 is illustrated. However, one radial bearing portion is provided over the upper and lower regions in the axial direction. It is good also as a structure which provided the radial bearing part. Further, the radial bearing portions can be provided apart from each other in three or more axial directions.
また、図示は省略するが、スラスト軸受部T1およびT2のうち何れか一方又は双方は、例えば、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、いわゆる波型軸受(ステップ型が波型になったもの)等で構成することもできる。 Although illustration is omitted, either one or both of the thrust bearing portions T1 and T2 has, for example, a plurality of radial groove-shaped dynamic pressure grooves at predetermined intervals in the circumferential direction in the region that becomes the thrust bearing surface. It can also be configured by a so-called step bearing provided, a so-called corrugated bearing (the step type is a corrugated type), or the like.
また、以上の説明では、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるための動圧発生部を、軸受スリーブ8の内周面8a(軸受部材17の内周面17a)に形成する形態を例示したが、動圧発生部はラジアル軸受隙間を介して対向する軸部2aの外周面2a1に、例えば切削加工、プレス加工、印刷等の手段を用いて形成することもできる。
Moreover, in the above description, the form which forms the dynamic-pressure generation | occurrence | production part for generating fluid dynamic pressure in a radial bearing clearance in the internal
また、以上の説明では、ラジアル軸受部R1、R2を動圧軸受で構成した場合を例示したが、これ以外の軸受で構成することもできる。例えば図示は省略するが、軸受スリーブ8の内周面8aを動圧溝や円弧面を有さない真円状内周面に形成すると共に、この内周面とラジアル軸受隙間を介して対向する軸部2aの外周面2a1を真円状外周面とすることで、いわゆる真円軸受を構成することもできる。
Moreover, although the case where radial bearing part R1, R2 was comprised with the dynamic pressure bearing was illustrated in the above description, it can also comprise with bearings other than this. For example, although not shown, the inner
また、以上の説明では、スラスト軸受部を動圧軸受で構成した場合を例示したが、スラスト軸受部を、いわゆるピボット軸受で構成することもできる。 Moreover, although the case where the thrust bearing part was comprised with the dynamic pressure bearing was illustrated in the above description, a thrust bearing part can also be comprised with what is called a pivot bearing.
1 流体軸受装置
2 軸部材
2a 軸部
3 ディスクハブ
7 ハウジング
8 軸受スリーブ
9 シール部材
11 撥油膜
12 循環路
13 凹部
14 第1シール部
15 第2シール部
17 軸受部材
S シール空間
R1、R2 ラジアル軸受部
T1、T2 スラスト軸受部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第1シール部および第2シール部のうち、少なくとも何れか一方の表面に凹部と撥油膜とを形成し、かつ凹部で撥油膜を他所より厚く形成したことを特徴とする流体軸受装置。 A shaft member, a radial bearing portion that supports the shaft member in the radial direction with an oil film formed in a radial bearing gap, a seal space that is open to the outside air and is formed by facing a pair of seal surfaces, and one seal surface A hydrodynamic bearing device comprising a first seal portion having a second seal portion having the other seal surface,
A hydrodynamic bearing device, wherein a recess and an oil repellent film are formed on at least one surface of the first seal part and the second seal part, and the oil repellent film is formed thicker than the other part by the recess.
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Cited By (2)
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JP2012225386A (en) * | 2011-04-18 | 2012-11-15 | Ntn Corp | Fluid dynamic pressure bearing device |
JP2017082767A (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | 株式会社島津製作所 | Vacuum pump |
-
2006
- 2006-06-21 JP JP2006171628A patent/JP2007040527A/en not_active Withdrawn
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