JP2014181750A - 流体動圧軸受装置およびこれを備えるモータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】静止体2Bと、静止体2Bに対して相対回転する回転体2Aと、回転体2Aに設けられ、軸方向両側に端面22b,22cを有する焼結金属製の軸受部材22(スリーブ部)と、軸受部材22の下端面22cで形成されるスラスト軸受隙間と、軸受部材22の内部気孔やスラスト軸受隙間を満たす潤滑油11と、スラスト動圧発生部Bとを備え、回転体2Aが回転するのに伴ってスラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用が発生し、回転体2Aがスラスト一方向に非接触支持される流体動圧軸受装置1において、軸受部材22は、回転体2Aの回転時にスラスト動圧発生部Bに沿って流動する潤滑油11の質量流量に対し4%以上15%以下の通油度を有する。
【選択図】図2
Description
この圧縮成形工程では、鉄系粉末および銅系粉末を含む原料粉末を圧縮成形することにより、軸受部材22に近似した形状の圧粉体を得る。本実施形態では、軸受部材22における鉄および銅の重量比が、鉄:銅≒7:3であることから、原料粉末としては、鉄系粉末および銅系粉末を、それぞれ、重量比で概ね70%および30%含むものが使用される。なお、原料粉末に含める鉄系粉末としては、その平均粒径が銅系粉末のそれよりも大きいものを使用する。
この加熱工程では、上記の圧縮成形工程で得られた圧粉体を加熱することにより、圧粉体を構成する金属粉末同士が焼結(ネック結合)してなる焼結体が形成される。圧粉体の焼結(加熱)温度は、好ましくは900℃以上1083℃(銅の融点)以下とされ、より好ましくは900℃以上1000℃以下とされる。その理由は以下の通りである。上記圧粉体の加熱温度を銅の融点に近づけると、銅が溶け出して鉄と銅との合金化が進むため、ラジアル軸受面(ラジアル動圧発生部A)およびスラスト軸受面(スラスト動圧発生部B)の耐摩耗性に優れた軸受部材22を形成することができる。一方、焼結温度を高め、鉄と銅との合金化を促進させると、圧粉体の段階で銅(銅系粉末)が存在していた箇所に気孔が形成されるため、軸受部材22の通油度を高めることはできるものの、軸受面の耐摩耗性、さらにはラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間における油膜形成性が低下する。従って、圧粉体の加熱温度は、900℃以上1083℃以下の範囲に設定するのが好ましく、例えば950℃に設定される。これにより、通油度、軸受面の耐摩耗性、および軸受隙間における油膜形成性が良好な焼結体、ひいては軸受部材22を得ることができる。なお、このようにして形成された焼結体の焼結密度は、6.1g/cm3以上7.0g/cm3以下である。
この溝形成工程では、焼結体に、例えばプレス加工や機械加工を施すことにより、焼結体にラジアル動圧発生部A、スラスト動圧発生部Bおよび押し込み部12(溝部13)が形成され、これにより図2等に示す軸受部材22が完成する。なお、ラジアル動圧発生部A、スラスト動圧発生部Bおよび押し込み部12は、圧縮成形工程で圧粉体を得るのと同時に型成形することもでき、その場合には、当該溝形成工程は不要となる。また、ラジアル動圧発生部A、スラスト動圧発生部Bおよび押し込み部12を対向面に設ける場合も、当該溝形成工程は不要である。
・軸受部材のサイズ:外径×内径×全長=4.7×1.8×2.2[mm]
・回転体の回転速度:8000[rpm]
・潤滑油:40℃における動粘度が45mm2/sで、100℃における動粘度が8mm2/sのエステル系潤滑油
また、従来例および実施例1,2に係る軸受部材の軸方向一方側の端面(図2における下端面22c)には、図3に示すようなスラスト動圧発生部Cを設けた。
[実施例1,2]
鉄系粉末および銅系粉末を、それぞれ、重量比で概ね70%および30%含む原料粉末を使用した。この原料粉末において、鉄系粉末としては、直径45μm以下の粒子を重量比で80%以上含む第1の鉄系粉末と、直径45μm以下の粒子を重量比で10〜25%含む第2の鉄系粉末とを混合してなり、かつ鉄系粉末全体に占める第1および第2の鉄系粉末の割合を、重量比でそれぞれ33%および67%としたものを使用し、また、銅系粉末としては、直径45μm以下の粒子を重量比で55〜75%含む第1の銅系粉末と、直径45μm以下の粒子を重量比で55〜90%含む第2の銅系粉末とを混合してなり、かつ銅系粉末全体に占める第1および第2の銅系粉末の割合を、重量比でそれぞれ71%および29%としたものを使用した。そして、上記の原料粉末を相対的に大きな成形圧で圧縮成形することにより作製した圧粉体を加熱・焼結して実施例1に係る軸受部材を得、相対的に小さな成形圧で圧縮成形することにより作製した圧粉体を加熱・焼結して実施例2に係る軸受部材を得た。
[従来例]
鉄系粉末および銅系粉末を、それぞれ、重量比で概ね40%および60%含む原料粉末を使用した。この原料粉末において、鉄系粉末としては、上記第1の鉄系粉末と上記第2の鉄系粉末とを混合してなり、かつ鉄系粉末全体に占める上記第1および第2の鉄系粉末の割合を、重量比でそれぞれ33%および67%としたものを使用し、また、銅系粉末としては、上記第1の銅系粉末と上記第2の銅系粉末とを混合してなり、かつ銅系粉末全体に占める第1および第2の銅系粉末の割合を、重量比でそれぞれ71%および29%としたものを使用した。そして、上記の原料粉末を圧縮成形することで作製した圧粉体を加熱・焼結して従来例に係る軸受部材を得た。
2A 回転体
2B 静止体
3 ロータ
4 ロータマグネット
5 ステータコイル
6 モータベース
7 ハウジング
9 シール部材
10 軸方向隙間
11 潤滑油
12 押し込み部
13 溝部
21 軸部材
22 軸受部材(スリーブ部)
22b 上端面(軸方向他方側の端面)
22c 下端面(軸方向一方側の端面)
100 通油度の試験装置
A ラジアル動圧発生部
B スラスト動圧発生部
S シール隙間
R ラジアル軸受部
T スラスト軸受部
Claims (10)
- 静止体と、静止体に対して相対回転する回転体と、静止体又は回転体に設けられ、軸方向両側に端面を有する焼結金属製のスリーブ部と、スリーブ部の外周面で形成されるラジアル軸受隙間と、スリーブ部の軸方向一方側の端面で形成されるスラスト軸受隙間と、スリーブ部の内部気孔、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間を満たす潤滑油と、スラスト動圧発生部とを備え、回転体が回転するのに伴ってスラスト軸受隙間内の潤滑油がスラスト動圧発生部に沿って流動することにより、スラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用が発生し、回転体がスラスト一方向に非接触支持される流体動圧軸受装置において、
回転体の回転時にスラスト動圧発生部に沿って流動する潤滑油の質量流量に対し、スリーブ部が、4%以上の通油度を有することを特徴とする流体動圧軸受装置。 - スリーブ部は、鉄系粉末および銅系粉末を含む原料粉末の圧粉体を焼結することで形成されたものであり、かつ鉄の含有量が銅の含有量よりも多いことを特徴とする請求項1記載の流体動圧軸受装置。
- 鉄系粉末として平均粒径が相対的に大きいものを用い、銅系粉末として平均粒径が相対的に小さいものを用いた請求項2記載の流体動圧軸受装置。
- スリーブ部は、前記圧粉体を900℃以上1000℃以下で加熱することにより形成されたものである請求項2又は3記載の流体動圧軸受装置。
- スリーブ部の焼結密度が7.0g/cm3以下である請求項1〜4の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
- 潤滑油として、40℃における動粘度が40mm2/s以上であると共に、100℃における動粘度が6mm2/s以上のものを使用する請求項1〜5の何れか一方に記載の流体動圧軸受装置。
- 静止体は、筒部およびその軸方向一方側を閉塞する底部を有する有底筒状をなし、筒部の内周にスリーブ部を収容したハウジングと、シール隙間を介してスリーブ部の軸方向他方側を大気に開放するシール部材とを備え、
回転体は、外周にスリーブ部が固定されると共に、シール部材との間にシール隙間を形成する軸部材を備え、
ラジアル軸受隙間が、スリーブ部の外周面とこれに対向するハウジングの内周面との間に形成されると共に、スラスト軸受隙間が、スリーブ部の軸方向一方側の端面とこれに対向するハウジングの内底面との間に形成され、
かつ、スリーブ部の軸方向他方側の端面とこれに対向するシール部材の端面との間に空気を含む軸方向隙間を有する、請求項1〜6の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。 - スリーブ部に、スリーブ部を軸方向一方側に押し付ける外力を作用させることにより、回転体がスラスト他方向に非接触支持される請求項1〜7の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
- 回転体の回転時、軸方向隙間内の潤滑油をシール隙間から径方向に離反する方向に押し込む押し込み部をさらに有する請求項7又は8に記載の流体動圧軸受装置。
- 請求項1〜9の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。
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