流体轴承装置
阅读：392发布：2020-05-11
专利汇可以提供流体轴承装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 流体 轴承 装置。在壳体(7)的底部(7b)设置朝向轴向下方的突出部(7b3)，并将该突出部(7b3)的外周面(7b31)固定在托架(6)的内周面(6a)上。当壳体(7)的底部(7b)承担有推 力 载荷 时，该载荷的一部分经突出部(7b3)被托架(6) 支撑 。因此，壳体(7)的侧部(7a)与底部(7b)的交界部(P)的强度增加，从而能够防止因过大的推力载荷而引起的交界部(P)的断裂。另一方面，由于可以使底部(7b)的壁厚保持不变，所以能够抑制由于形成在底部(7b)的内端面(7b1)上的 推力轴承 面的成形收缩而引起的 变形 。，下面是流体轴承装置专利的具体信息内容。
1.一种流体轴承装置，该流体轴承装置包括：壳体，其一体地具有侧部和底部，并且侧部的一端开口而另一端被底部封闭起来；轴部件，其收纳在壳体的内部；径向轴承间隙，其面向轴部件的外周面；以及推力轴承间隙，其面向壳体底部的内端面，上述流体轴承装置的特征在于，
在壳体底部的外端面的外周，设置有在轴向上朝与上述开口部背离的方向突出的突出部，该突出部的外周面固定在托架的内周面上。
2.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，
上述突出部的径向壁厚比壳体侧部的壁厚要厚。
3.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，
在突出部上设置有加强部，该加强部在增加径向壁厚的同时到达壳体底部的外端面。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的流体轴承装置，其特征在于，
在壳体的侧部的内周面与底部的内端面的交界部设置有凹陷部。
流体轴承装置
技术领域
背景技术
[0002] 流体轴承装置由于其旋转精度高和静肃性而适合使用于信息设备(例如HDD等磁盘驱动装置，CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盘驱动装置，MD、MO等光磁盘驱动装置等)的主轴电动机、激光束打印机(LBP)的多边形扫描电动机、投影仪的色轮用电动机、或者用于冷却电气设备等的风扇电动机等小型电动机。
[0003] 作为这种流体轴承装置，例如专利文献1的图2所示的流体轴承装置包括：侧部和底部一体形成的杯状的壳体；固定在壳体内周面上的轴承套；以及插入在轴承套内周的轴部件，利用在轴承套的内周面与轴部件的外周面之间的径向轴承间隙中产生的润滑膜将轴体支撑成能够旋转。此外，通过将壳体的外周面固定在托架的内周面上，来将流体轴承装置组装到主轴电动机中(参照专利文献1的图1)。在该主轴电动机上搭载有多张(在图示示例中为两张)盘，从而实现了HDD等的大容量化。
[0004] 专利文献1：日本特开2006-118705号公报
[0005] 这样，当在主轴电动机上搭载多张盘时，电动机整体的重量增加，因此，由于冲击载荷等而会对轴承装置施加大的负担。在图7中，仅示出了流体轴承装置的托架6’以及固定在该托架6’内周的壳体7’。当例如层叠多张盘而重量增大的轴部件(图示省略)与该壳体7’的底部7b’抵接、从而施加有如箭头所示的冲击时，在壳体7’的侧部7a’和底部7b’之间的交界部P有可能产生断裂。
[0006] 这样的不良情况例如可以通过以下方式来避免：将壳体的底部形成得很厚，以提高底部的强度。但是，当使壳体的底部增厚时，会引起轴承装置的重量增大以及材料成本的增高，因而不是优选的。在利用树脂来形成壳体的情况下，成形收缩量由于底部增厚而增大，存在壳体底部的内端面的表面精度恶化的担心。特别是，在壳体底部的内端面面对推力轴承间隙的情况下，推力轴承间隙的宽度精度由于该内端面的表面精度的降低而恶化，存在引起推力方向的支撑力降低的担心。
发明内容
[0007] 本发明的课题在于：提高壳体底部的强度，而不会引起轴承装置的重量增大、材料成本的增高以及壳体尺寸精度的降低。
[0008] 为了解决上述问题，本发明是一种流体轴承装置，该流体轴承装置包括：壳体，其一体地具有侧部和底部，并且侧部的一端开口而另一端被底部封闭起来；轴部件，其收纳在壳体的内部；径向轴承间隙，其面向轴部件的外周面；以及推力轴承间隙，其面向壳体底部的内端面，上述流体轴承装置的特征在于，在壳体底部的外端面的外周，设置有在轴向上朝与上述开口部背离的方向突出的突出部，该突出部固定在托架的内周面上。
[0009] 这样，本发明的流体轴承装置将设置于壳体底部的突出部固定在托架上。当壳体的底部承担有推力载荷时，该载荷的一部分经突出部被托架支撑。因此，壳体的侧部与底部的交界部的强度增加，从而能够防止因过大的推力载荷而引起的交界部的断裂。另一方面，由于可以使底部的壁厚保持不变，所以能够抑制由于形成推力轴承间隙的底部内端面(推力轴承面)的成形收缩而引起的变形。
[0010] 多数情况下，对于推力载荷，侧部的内周面与底部的内端面的交界部是最脆弱的部分，容易以该脆弱部为起点产生断裂。当使突出部的径向壁厚比壳体侧部要大时，由于上述脆弱部处的轴向壁厚增加，所以能够防止以上述脆弱部为起点的轴向断裂。
[0011] 通过在突出部上设置加强部，并且该加强部在径向壁厚增加的同时延伸至壳体底部的外端面，能够缓和突出部的内周面与底部的外端面之间的压力集中。另一方面，由于该加强部的轴向壁厚向内径侧逐渐减小，所以能够将由于底部的成形收缩而引起的推力轴承面的变形抑制成最小限度。
[0012] 此外，通过在壳体的侧部的内周面与底部的内端面的交界部设置凹陷部，能够缓和该部分处的应力集中，从而进一步提高了壳体的抗断裂强度。此时，通过在壳体底部设置突出部，则即使形成有凹陷部也能够确保壳体具有足够的壁厚，因此不会使壳体的强度降低。
[0013] 如上所述，根据本发明，能够在将重量的增大和材料成本的增高抑制成最小限度的同时提高壳体底部的强度。此外，即使壳体由树脂制成，也能够抑制成形收缩量的增大，维持壳体的尺寸精度，并防止轴承性能的下降。附图说明
[0014] 图1是组装有本发明所述的流体轴承装置的HDD用主轴电动机的剖视图。
[0015] 图2是本发明所述的流体轴承装置的剖视图。
[0016] 图3是轴承套(bearing sleeve)的剖视图。
[0017] 图4是密封部件的沿A-A线(参照图7)的剖视图。
[0018] 图5是从B方向(参照图6)观察到的密封部件的俯视图。
[0019] 图6是表示本发明所述的流体轴承装置的另一实施方式的剖视图。
[0020] 图7是表示现有壳体的剖视图。
[0021] 标号说明
[0022] 1：动压轴承装置；2：轴部件；3：盘毂(disk hub)；4：定子线圈；5：转子磁铁；6：托架；7：壳体；7a：侧部；7b：底部；7b3：突出部；7b4：加强部；7c：凹陷部；8：轴承套；9：密封部件；R1、R2：径向轴承部；T1、T2：推力轴承部(thrust bearing)；S1、S2：密封空间。
具体实施方式
[0023] 下面，根据图1～图5对本发明的实施方式进行说明。
[0024] 图1示意性地表示组装有作为流体轴承装置中的一种的动压轴承装置(流体动压轴承装置)1的信息设备用主轴电动机结构的一个例子。该信息设备用主轴电动机使用在HDD等盘驱动装置上，并且包括：动压轴承装置1；盘毂3，其安装在动压轴承装置1的轴部件2上；定子线圈4和转子磁铁5，它们例如在半径方向上隔着间隙对置；以及托架6。定子线圈4安装在托架6的例如外周面上，转子磁铁5安装在盘毂3的内周。盘毂3在其外周保持一张或多张磁盘等盘D。当对定子线圈4通电时，转子磁铁5借助于在定子线圈4和转子磁铁5之间产生的电磁力而旋转，与此相伴，盘毂3和轴部件2一体地旋转。
[0025] 图2是例示出使用于上述主轴电动机中的动压轴承装置1的一个实施方式的图。该动压轴承装置1以下述各部件作为主要结构部件而构成：轴部件2；杯状的壳体7；收纳在壳体7内周的轴承套8；以及对壳体7的一端开口部进行密封的密封部件9。另外，在下面，为了便于说明，以壳体7的开口侧作为上侧、以其闭口侧作为下侧进行说明。
[0026] 轴部件2由不锈钢等金属材料形成，并且包括：轴部2a；以及一体或独立地设置在轴部2a下端的凸缘部2b。除了利用金属形成轴部件2整体之外，也可以通过利用树脂构成例如凸缘部2b整体或其一部分(例如两端面)，来形成金属和树脂的混合结构。
[0027] 关于壳体7，侧部7a和底部7b形成为一体，侧部7a的一端开口，并且另一端被底部7b封闭起来。壳体7通过例如树脂的注射成形而形成，形成壳体7的树脂主要是热塑性树脂，例如，作为非结晶性树脂，可以使用聚砜(PSF：polysulfone)树脂、聚醚砜(PES：polyether sulfone)树脂、聚亚苯基砜(PPSU：polyphenyl sulfone)树脂、以及聚醚酰亚胺(PEI：polyether imide)树脂等，作为结晶性树脂，可以使用液晶聚合物(LCP：liquid crystal polymer)树脂、聚醚醚酮(PEEK：polyetheretherketone)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT：polybutylene terephthalate)树脂、以及聚苯硫醚(PPS：polyphenylene sulfide)树脂等。此外，对填充到上述树脂中的填充材料的种类也没有特别进行限定，例如，作为填充材料，可以使用玻璃纤维等纤维状填充材料、钛酸钾等晶须状填充材料、云母等鳞片状填充材料、以及碳纤维、炭黑、石墨、碳纳米材料、金属粉末等纤维状或粉末状的导电性填充材料。这些填充材料可以单独使用，或者也可以将两种以上的填充材料混合起来进行使用。壳体7的注射材料并不限于上述材料，例如，可以使用镁合金或铝合金等低熔点金属材料。此外，也可以通过所谓的MIM成形(即、在利用金属粉末和粘结剂进行注射成形后进行脱脂或烧结)、或者金属材料(例如黄铜等软质金属)的冲压成形来形成壳体7。
[0028] 壳体7的侧部7a由圆筒状的小径部7a1、和配置在小径部7a1的一端侧的大径部7a2构成。大径部7a2的外周面7a21(大径外周面)的直径形成为比小径部7a1的外周面
7a11(小径外周面)的直径要大，同样地大径部7a2的内周面7a22的直径也形成为比小径部7a1的内周面7a12的直径要大。两内周面7a12、7a22的交界面7a3形成为沿着与轴向正交的方向的平坦面状。在底部7b的内端面7b1上，形成有作为推力轴承面的动压槽区域(在图2中涂黑表示)，在该区域内，作为动压产生部，形成有例如呈螺旋状排列的多个动压槽(未图示)。在内端面7b1与侧部7a的小径内周面7a12的交界部形成有凹陷部7c，通过该凹陷部7c，上述交界部形成为无角部的曲面状。
7a11(小径外周面)的直径要大，同样地大径部7a2的内周面7a22的直径也形成为比小径部7a1的内周面7a12的直径要大。两内周面7a12、7a22的交界面7a3形成为沿着与轴向正交的方向的平坦面状。在底部7b的内端面7b1上，形成有作为推力轴承面的动压槽区域(在图2中涂黑表示)，在该区域内，作为动压产生部，形成有例如呈螺旋状排列的多个动压槽(未图示)。在内端面7b1与侧部7a的小径内周面7a12的交界部形成有凹陷部7c，通过该凹陷部7c，上述交界部形成为无角部的曲面状。
[0029] 在壳体7的底部7b上设置有突出部7b3，该突出部7b3从外端面7b2沿轴向朝与壳体7的开口部背离的方向、即朝轴向下方突出。在本实施方式中，突出部7b3形成为环状。突出部7b3的外周面7b31与侧部7a的小径外周面7a11连续地形成且形成为相同的直径，突出部7b3的内周面7b32的直径形成为比侧部7a的小径内周面7a12的直径要小。因此，突出部7b3的径向壁厚形成为比侧部7a的小径部7a1的壁厚要厚。此外，在突出部7b3上形成有加强部7b4，该加强部7b4在径向壁厚增加的同时延伸至壳体7的底部7b的外端面
7b2。
7b2。
[0030] 壳体7的外周面例如通过粘接而固定在托架6的内周面6a上。此时，不仅壳体7的小径外周面7a11粘接固定在托架6上，突出部7b3的外周面7b31也粘接固定在托架6上。在壳体7的底部7b上承担有如图7所示的推力载荷的情况下，该载荷的一部分经突出部7b3被支承在托架6上。由此，壳体7的侧部7a与底部7b的交界部(在图2中以虚线P表示)的强度增加，从而能够防止该部分处的断裂。因此，本发明适合应用在像图1所示的搭载有多张盘的盘驱动装置那样、用于对壳体7施加大的负担载荷而被使用的流体轴承装置上。另一方面，由于即使设置有突出部7b3也可以使底部7b的壁厚保持不变，所以能够抑制由于形成在底部7b的内端面7b1上的推力轴承面的成形收缩而引起的变形。
[0031] 此外，如上所述，通过使突出部7b3的径向壁厚比侧部7a大，作为通常最脆弱的部分的、侧部7a的小径内周面7a12与底部7b的内端面7b1的交界部处的轴向的壁厚增加，因此能够防止以该部分为起点的轴向断裂。
[0032] 此外，通过在突出部7b3上设置加强部7b4，能够缓和突出部7b3的内周面7b32与底部7b的外端面7b2之间的应力集中。另一方面，由于该加强部7b4的轴向的壁厚朝向内径侧逐渐减小，所以能够将由于底部7b的成形收缩而引起的推力轴承面的变形抑制成最小限度。此外，该加强部7b4并不限于图2所示的锥状，例如也可以形成为圆弧状。
[0033] 另外，通过在壳体7的侧部7a的小径内周面7a12与底部7b的内端面7b1的交界部设置凹陷部7c，缓和了该部分处的应力集中，进一步提高了壳体7的抗断裂强度。此时，通过在突出部7b3上设置加强部7b4，能够充分确保底部7b的壁厚，由此能够防止由于设置凹陷部7c而引起的底部7b的强度降低。
[0034] 轴承套8通过由烧结合金构成的多孔体、例如以铜为主要成分的烧结金属而形成为圆筒状。在烧结金属中浸渍有润滑油。此外，也可以通过实心的金属材料、例如黄铜等软质金属来形成轴承套8。
[0035] 在轴承套8的内周面8a上，在轴向上分离地设置有作为径向轴承面的上下两个动压槽区域(在图2中涂黑表示)。在这两个区域内，如图3所示，作为动压产生部，分别形成有例如呈箭尾形状排列的多个动压槽G。上侧区域的动压槽G在轴向上非对称地形成，在该区域内，上侧动压槽的轴向长度X1比下侧动压槽的轴向长度X2稍大(X1＞X2)。另一方面，下侧区域的动压槽G在轴向上对称地形成，在该区域内，上下动压槽G的轴向长度各自相等。具有动压槽G的作为径向轴承面的区域也可以形成在轴部件2的轴部2a的外周面上。
[0036] 在轴承套8的下侧端面8b上，形成有作为推力轴承面的动压槽区域(在图2中涂黑表示)。在该区域内，作为动压产生部，形成有例如呈螺旋状排列的多个动压槽(未图示)。
[0037] 在轴承套8的外周面8d的一处或者沿圆周方向等分的多处，沿轴向形成有用于使润滑油循环的循环槽8d1。循环槽8d1的两端在轴承套8的两端面8b、8c上开口。
[0038] 密封部件9利用圆盘状的第一密封部9a和圆筒状的第二密封部9b以截面为倒L字形的方式一体形成，上述第二密封部9b从第一密封部9a的一个端面9a1沿轴向突出。第二密封部9b的外周面9b1和内周面9b2均形成为圆筒面状，第一密封部9a的内周面9a2形成为直径向上方扩大的锥面状。如图4和图5所示，在上述一个端面9a1上，形成有用于使润滑油循环的沿着半径方向的循环槽10。该循环槽10截断端面9a1地形成在一处或沿圆周方向等分的多处(在图5中为三处)。密封部件9例如由树脂的注射成形件形成，可使用的基材树脂和填充材料以壳体7中使用的材料示例为标准，因而省略说明。
[0039] 动压轴承装置1的组装如下进行：在将轴部件2收纳到壳体7内之后，将轴承套8固定在壳体7的内周面上，进而将密封部件9固定在轴承套8的外周面上端。然后，在壳体7的内部空间中充满润滑油，从而得到图2所示的动压轴承装置1。壳体7与轴承套8之间的固定、以及轴承套8与密封部件9之间的固定可以通过压入或粘接、甚至压入粘接(在夹有粘接剂的状态下压入)来进行。在组装后，构成密封部件9的第一密封部9a的端面9a1与轴承套8的上侧端面8c抵接，第二密封部9b的下侧端面与壳体7的内周的交界面7a3隔着轴向间隙11对置。此外，密封部件9配置在壳体7的大径部7a2的内径侧。
[0040] 在轴部件2旋转时，轴承套8的内周面8a中的作为径向轴承面的上下两处动压槽区域隔着径向轴承间隙分别与轴部2a的外周面对置。此外，轴承套8的下侧端面8b的作为推力轴承面的动压槽区域隔着推力轴承间隙与凸缘部2b的上侧端面2b1对置，壳体7的内端面7b1的作为推力轴承面的动压槽区域隔着推力轴承间隙与凸缘部2b的下侧端面2b2对置。另外，伴随着轴部件2的旋转，在上述径向轴承间隙内产生润滑油的动压，从而轴部件2通过形成在径向轴承间隙内的润滑油的油膜而在径向上以非接触方式被支撑成能够自由旋转。由此，构成了在径向上以非接触方式旋转自如地支撑轴部件2的第一径向轴承部R1和第二径向轴承部R2。同时，在上述推力轴承间隙内产生润滑油的动压，从而轴部件2通过形成在两个推力轴承间隙内的润滑油的油膜而在推力方向上以非接触方式被支撑成能够自由旋转。由此，构成了在推力方向上以非接触方式旋转自如地支撑轴部件2的第一推力轴承部T1和第二推力轴承部T2。
[0041] 在第一密封部9a的内周面9a2与轴部2a的外周面之间，形成有具有预定容积的第一密封空间S1。在该实施方式中，第一密封部9a的内周面9a2形成为直径朝向上方逐渐扩大的锥面状，因此第一密封空间S1形成为朝向下方逐渐缩小的锥形。此外，在第二密封部9b的外周面9b1与壳体7的大径内周面7a22之间，形成有具有预定容积的第二密封空间S2。在该实施方式中，壳体7的大径内周面7a22形成为直径朝向上方逐渐扩大的锥面状，由此第一和第二密封空间S1、S2形成为朝向下方逐渐缩小的锥形。因此，通过由毛细管力产生的吸入作用，密封空间S1、S2内的润滑油朝向密封空间S1、S2变窄的方向被吸入，由此壳体7的上端开口部被密封起来。密封空间S1、S2还具有吸收与充满壳体7的内部空间内的润滑油的温度变化和压力变化相伴的容积变化量的缓冲作用，并且油面始终位于密封空间S1、S2内。第一密封空间S1与第二密封空间S2相比，第一密封空间S 1更小。
[0042] 另外，也可以一方面使第一密封部9a的内周面9a2形成为圆筒面，另一方面使与其对置的轴部2a的外周面形成为锥面状，该情况下，由于还能够使第一密封空间S1具有作为离心力密封的功能，因而进一步提高了密封效果。
[0043] 如上所述，第一径向轴承部R1的动压槽G在轴向上非对称地形成，上侧区域的轴向尺寸X1比下侧区域的轴向尺寸X2要大(X1＞X2)。因此，在轴部件2旋转时，关于因动压槽G而产生的润滑油的吸入力(泵送力)，上侧区域与下侧区域相比要大。另外，通过该吸入力的压差，充满轴承套8的内周面8a与轴部2a的外周面之间的间隙内的润滑油向下方流动，并沿着第一推力轴承部T1的推力轴承间隙→轴向的循环槽8d1→半径方向的循环槽10的路径进行循环，从而再次被吸入到第一径向轴承部R1的径向轴承间隙内。
[0044] 这样，通过构成为润滑油在壳体7的内部进行流动循环，防止了充满壳体7内部的润滑油的压力在局部成为负压的现象，能够消除与负压的产生相伴的气泡的生成、以及因气泡的生成而产生的润滑油的泄漏和振动等问题。由于该润滑油的循环路径与第一密封空间S1连通，并经由轴向间隙11与第二密封空间S2连通，所以即使在由于某些原因而在润滑油中混入了气泡的情况下，也能够将气泡在伴随润滑油进行循环时从这些密封空间S1、S2内的润滑油的油面(气液分界面)排出到外气中，从而进一步有效地防止了因气泡而产生的不良影响。
[0045] 另外，只要不产生负压，则动压槽G的轴向尺寸的关系也可以与上述相反(X1＜X2)。或者，也可以在无需这样使润滑油在径向轴承间隙内流动时，将动压槽G的形状形成为在轴向上相对于环状平滑部对称。此外，轴向的循环槽8d1也可以形成在壳体7的内周面上，半径方向的循环槽10也可以形成在轴承套8的上侧端面8c上。
[0046] 本发明的实施方式并不限定于上述方式。图6表示本发明的另一实施方式所述的流体轴承装置21。该流体轴承装置21在密封空间S仅设置于一处这一点上与上述实施方式不同。该流体轴承装置21的壳体27由底部27b和圆筒形状的侧部27a构成，在壳体27的侧部27a的内周面27a2上固定有密封部件29。在该密封部件29的内周面29a与轴部2a的外周面2a1之间形成有密封空间S。由于在密封部件29的内周面29a上形成有直径朝向下方逐渐缩小的锥面，所以密封空间S形成为间隙宽度朝向下方变窄的楔形。此外，在轴承套8的上端端面8c上形成有径向槽8c1，通过该径向槽8c1与形成在轴承套8的外周面8d上的轴向槽8d1，来将第一推力轴承部T1的推力轴承间隙与密封空间S连通。壳体
27的其它结构、即突出部27b3、加强部27b4以及凹陷部27c，与上述实施方式的壳体7中的突出部7b3、加强部7b4以及凹陷部7c对应。流体轴承装置21的其它结构与上述实施方式相同，因而省略说明。
27的其它结构、即突出部27b3、加强部27b4以及凹陷部27c，与上述实施方式的壳体7中的突出部7b3、加强部7b4以及凹陷部7c对应。流体轴承装置21的其它结构与上述实施方式相同，因而省略说明。
[0047] 在以上的实施方式中，径向轴承部R1、R2以及推力轴承部T1、T2的动压产生部分别形成在轴承套8的内周面8a、下侧端面8b以及壳体7的内端面7b1上，但是也可以形成在与这些面隔着轴承间隙对置的面、即轴部2a的外周面2a1、凸缘部2b的上侧端面2b1以及下侧端面2b2上。
[0048] 此外，在以上的实施方式中，作为径向轴承部R1、R2以及推力轴承部T1、T2，例示了通过箭尾形状或螺旋形状的动压槽来产生润滑油的动压作用的结构，但是作为径向轴承部R1、R2，也可以采用所谓的阶式止推轴承(step bearing)、梳状轴承或者多圆弧轴承，作为推力轴承部T1、T2，也可以采用阶式止推轴承或者梳状轴承。另外，作为径向轴承部R1、R2，也可以采用不具有动压产生部的所谓圆柱轴承，作为推力轴承部T1、T2，也可以采用以接触方式支撑轴部件端部的枢轴承(pivot bearing)。
[0049] 此外，在以上的实施方式中，径向轴承部R1、R2设置成在轴向上分离，但是也可以在轴向上连续地设置这些径向轴承部。或者，仅设置其中一方。
[0051] 此外，本发明的动压轴承装置并不限定于使用在如上所述的HDD等盘驱动装置所采用的主轴电动机中，该动压轴承装置也适合用于对在高速旋转状态下使用的信息设备用小型电动机(例如用于驱动光盘或光磁盘的主轴电动机等)、或激光束打印机的多边形扫描电动机中的旋转轴进行支撑，或者适合使用于电气设备的冷却用风扇电动机。
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