CN100376812C - 金属薄衬式动压轴颈轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能够很容易地设定微小的轴承间隙，同时制作及组装简单的金属薄衬式动压轴颈轴承。它通过在旋转轴2上经由轴承间隙5让两片薄板的两端部相接合，配置出闭环开关的金属薄衬4，在金属薄衬4与轴承保持部件3内侧的空隙中充填粘弹性体6，形成了结构简单的多圆弧轴承，由此让旋转轴2与金属薄衬4之间的轴承间隙5的形状形成容易产生流体压力的形状。另外，它组装容易、结构简单，特别适用于支撑小直径旋转轴2的情况。

Description

金属薄衬式动压轴颈轴承及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种由通过空隙围住旋转轴(日文：ジヤ一ナル軸)的外周的轴承保持部件，以及形成与配置于上述空隙中的上述旋转轴相面对的轴承滑动面的金属薄衬构成的，通过上述旋转轴与上述轴承滑动面之间的相对旋转形成的流体润滑膜来支撑作用于旋转轴上的负载的金属薄衬式动压轴颈轴承及其制造方法。

背景技术

对于高速旋转的燃汽轮机或压缩机等旋转轴的轴承，有不使用以往的油润滑轴承而是使用气体轴承的例子。在燃气轮机这样的使用温度高的场合，热膨胀或热变形很大，与旋转轴相面对的轴承面由高刚性部件构成的带有倾斜部分或者人字形槽的动压轴颈轴承在可靠性方面存在着很难实用化的问题。

为此，通过将轴承面用可弹性变形的金属薄衬来构成，开发并采用了能够吸收各部分的热变形、热膨胀、加工误差、组装误差等的金属薄衬式动压轴颈轴承。

金属薄衬式动压轴颈轴承由于在上述特征的基础上又通过弹性支撑旋转轴添加了衰减作用，因而高速旋转非常稳定。对于金属薄衬式动压气体轴承，例如在文献(TRIBOLOGY TRANSACTIONS Vol.43-4(2000)pp795～801)中记述了其发展过程。

因此，金属薄衬式动压轴颈轴承一般是由轴承滑动面与弹性支撑它的弹簧材料构成，通过提高轴承的挠性和衰减性来提高轴承性能。这种金属薄衬式动压轴颈轴承根据支撑的轴承滑动面的弹簧部件的结构主要分为薄板型和凸出型。

薄板型金属薄衬式动压轴颈轴承是以让绕着旋转轴隔着轴承间隙的多个薄板金属衬在轴承圆周上相互重叠一部分的方式配置的，利用将金属薄衬重叠而得到的非正圆轴承形状，通过轴的旋转而产生动压。另外，随着轴载荷的作用，薄板金属衬追随着旋转轴变形，通过这种变形由薄板金属衬相互作用引起的摩擦来提高轴承的衰减能力，从而可有望获得降低旋转振动的效果。

另一方面，凸出型金属薄衬式动压轴颈轴承是将绕着旋转轴相隔轴承间隙配置的大致圆形顶端金属衬通过相对于轴承保持部件(壳体)形成凹凸形状的凸出金属衬弹性支撑而构成的。在旋转轴上作用载荷的情况下，顶部金属衬随着旋转轴变形，由此对凸出金属衬上施加变形的同时，在凸出金属衬与轴承保持部件的接触面上产生滑移，通过摩擦对轴承施加衰减。除此之外，还提出了多重卷绕方式的金属薄衬式动压轴颈轴承的方案。

此外，为了改善旋转振动等的轴承性能，可以通过在金属薄衬与弹性支撑部件(例如凸出金属衬)之间再插入金属薄衬等方法，设置中间层(中间金属衬)做成多层结构，也可以在弹性支撑部件的形状或材质上下工夫，如此对刚性或衰减特性进行改良。然而，带有上述特征的金属薄衬式动压轴颈轴承部件的数目多，制造上需要精密加工，另外，在组装阶段的部件安装时，因难以处理而需要精细的作业，不适合于量产等问题。

另外，在润滑剂是气体的情况下，由于因轴承滑动面与旋转轴之间的旋转而形成的润滑膜小到了几个微米以下，由凸出金属衬形成的不连续的支撑会在轴承滑动面上产生微小的凹凸，因而难以形成构成润滑膜最基本的理想的楔形膜，其结果是降低了轴承的负载能力。

在此，如日本专利特开平9-14262号公报中记载的动压气体轴颈轴承那样，提出有在圆筒状金属薄衬与轴承保持部件(壳体)之间设置振动衰减材料(防振橡胶、高分子凝胶或者粉末等)的方案。

特许文献1：日本专利特开平9-14262号公报。

然而，在上述特许文献1记载的金属薄衬式动压轴颈轴承中，会有很难设定金属薄衬与旋转轴之间的微小轴承间隔的缺陷。另外，由于能够连续地支撑轴承滑动面即圆筒状金属薄衬，因而在滑动面上难以产生微小的凹凸状变形，这是很好的，然而由于带有加强筋部分的润滑膜有变薄的倾向，因而难以形成楔形的润滑膜，此外，由于轴承滑动面是圆筒面，因而会有滑动面产生的磨损粉末难以从滑动面上排出的缺陷。

发明内容

本发明鉴于上述的问题，其目的是提供一种容易形成构成润滑膜的基本的楔形润滑膜，同时，轴承承载能力大，并且具有起动或者停止时让旋转轴与轴承滑动面直接接触产生的磨损粉末很容易地从轴承滑动面排出的结构，另外，制造时能够很容易地设定微小的轴承间隙，同时制作及组装简单的金属薄衬式动压轴颈轴承，及其制造方法。

根据本发明的一个方面，一种金属薄板式动压轴颈轴承，由通过空隙围住旋转轴的外周的轴承保持部件、配置于上述空隙中并构成与上述旋转轴相面对的轴承滑动面的金属薄衬来构成，通过上述旋转轴与上述轴承滑动面之间的相对旋转形成的流体润滑膜来支撑作用于旋转轴上的负载，上述金属薄衬由闭环构成，闭环具有与旋转轴之间形成间隙部的一个或者多个顶点部和与该顶点部的个数相对应的突出状圆弧面，在金属薄衬与轴承保持构件的空隙中充填有粘弹性体(或者弹性体)。

根据本发明，由于金属薄衬由带有一个或者多个顶点部的闭环构成，而金属薄板与旋转轴之间的轴承间隙的形状又是这样构成，即从顶点部附近的间隙朝着突出状圆弧面大致中央位置附近的间隙形成连续的间隙变窄的楔形间隙，因而旋转轴一旦旋转，顶点部附近间隙旁的流体(含有气体)便被吸入，由于间隙的形状是末端变窄，因而朝着间隙产生流体压力，当达到某一转速以后形成了完整的流体润滑膜，便会将旋转轴抬起，从而能够提高支撑作用于旋转轴上的旋转机器的重量的负载能力。另外，形成轴承滑动面的金属薄衬由于在金属薄衬的顶点部有所松动，因而能够缓和与旋转轴的轻微接触，使轴承间隙的误差允许度增大，从而能够很容易地进行轴承间隙的设定。另外，随着旋转而带来的不平衡等的振动负荷，通过轴承间隙产生的流体润滑膜与粘弹性体(或者弹性体)的回复力和衰减力来支撑、衰减，因而有助于实现振动小、稳定的旋转。而且，在旋转起动时或者停止时，通过旋转轴与轴承滑动面直接接触会在轴承滑动面上产生磨损粉末，而由于具有很容易地排到顶点附近很宽的间隙部中的结构，因而能够长时间的维持稳定的轴承性能。

根据本发明的一个具体实施例，上述金属薄衬的顶点部与上述轴承保持部件的内周面并不直接接触(形成有“间隙”)，将上述金属薄衬配置在上述空隙中，并且充填上述粘弹性体(或者弹性体)。

根据该实施例，由于上述金属薄衬的顶点部与上述轴承保持部件的内周面以不直接接触的方式形成间隙，包括金属薄衬顶点部以及突出状圆弧面的整个外周面都由具有弹性效果的粘弹性体(或者弹性体)来支撑，从而提高了针对旋转振动的回复力或衰减力的特性，因而能使轴承性能进一步提高。

另外，根据本发明的另一个具体实施例，在上述轴承保持部件上形成切口，将上述金属薄衬顶点部插入到上述切口中，同时，上述顶点部与上述切口的底面并不直接接触(形成有“间隙”)，将上述金属薄衬配置在上述空隙中，并且充填上述粘弹性体(或者弹性体)。

根据该实施例，由于在轴承保持部件上形成切口，将金属薄衬顶点部插入到切口中，同时，以让顶点部与切口的底面并不直接接触的方式形成间隙，除了金属薄衬顶点部之外的整个外周面均由具有弹性效果的粘弹性体(或者弹性体)支撑，同时，顶点部也因间隙而能够弹性变形，因而提高了针对旋转振动的回复力或衰减力的特性，从而能使轴承性能进一步提高。

另外，根据本发明再一个具体实施例，在上述金属薄衬的外周面上施加提高与上述粘弹性体(或者弹性体)的粘合性的前处理。

根据该实施例，通过在金属薄衬的外周面上施加提高与粘弹性体(或者弹性体)粘合性的前处理，能够防止发生高速旋转时产生金属薄衬本身膜振动为原因的旋转轴的不稳定振动，或者旋转轴与金属薄衬高速旋转状态下的烧结。

另外，根据本发明再一个具体实施例，在上述轴承保持部件的内周面上施加提高与上述粘弹性体(或者弹性体)的粘合性的前处理。

根据该实施例，由于在轴承保持部件的内周面上施加提高与粘弹性体(或者弹性体)粘合性的前处理，因而能够防止旋转轴与金属薄衬及粘弹性体(或者弹性体)的所谓一齐旋转的问题。

另外，根据本发明再一个具体实施例，在上述金属薄衬的内周面或者上述旋转轴的任何一方或者两者之上，将润滑剂形成涂层或者形成硬质薄膜或软质薄膜。

根据该实施例，由于在金属薄衬的内周面或者上述旋转轴的任何一方或者两者上让润滑剂形成涂层或者形成硬质薄膜或软质薄膜，因而能够降低旋转轴起动时或停止时和低速旋转时与金属薄衬之间的摩擦力或者磨损。

另外，根据本发明再一个具体实施例，由位于将形成上述流体润滑膜的流体引入到上述旋转轴与上述轴承滑动面之间的间隙中用的流体入口(顶点部附近的间隙)一侧的上述粘弹性体(或者弹性体)形成的弹性部(低弹性部)的弹性系数比由位于排出引入的上述流体的流体出口(间隙形状形成末端变窄的间隙)一侧的上述粘弹性体(或者弹性体)形成的弹性部(高弹性部)的弹性系数要小。

根据该实施例，由位于将流体引入到旋转轴与轴承滑动面之间的间隙中的流体入口(间隙)一侧的粘弹性体(或者弹性体)形成的弹性部(低弹性部)的弹性系数比由位于排出引入的流体的流体出口(间隙)一侧的粘弹性体(或者弹性体)形成的弹性部(高弹性部)的弹性系数要小，因而低弹性部容易变形，高弹性部不易变形。由此，提高了低弹性部的挠性，从流体入口一侧至流体出口一侧的间隙形状形成末端变窄的形状，从而可以促进楔形润滑膜的生成。

另外，根据本发明再一个具体实施例，在金属薄衬式动压轴颈轴承中，于上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的个数的顶部金属衬，该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

根据该实施例，由于在金属薄衬与旋转轴之间将一端固定同时另一端成为自由端的顶部金属衬配置成以旋转轴的旋转方向卷绕于旋转轴上。这样，顶部金属衬就会让一侧的端部成为自由端而提高挠性，在旋转轴旋转时，由于顶部金属衬随着该旋转轴的旋转而变形，因而间隙呈末端变窄的形状，从而可以促进楔形润滑膜的生成。另外，由旋转轴旋转产生的振动能量被转换成顶部金属衬与金属薄衬之间引起的库仑摩擦能量，从而能够衰减由旋转轴旋转产生的振动。

另外，根据本发明再一个具体实施例，在与上述旋转轴的上述轴承滑动面相面对的表面上沿圆周方向形成一根或者多根轴槽，该一根或者多根轴槽通过形成于上述顶点部附近的间隙与外界空气相连通。

根据该实施例，在与旋转轴的轴承滑动面相面对的表面上沿圆周方向形成轴槽，该轴槽通过形成于顶点部附近的间隙与外界空气相连通。由此，即使在让形成该轴槽的旋转轴由一个金属薄衬式动压轴颈轴承支撑的情况下，旋转轴发生倾斜，由于通过间隙让轴槽与外界空气相连通，产生的压力会由轴槽分割开，从而形成与金属薄衬式动压轴颈轴承端部相同的压力，形成尤如采用了多个金属薄衬式动压轴颈轴承那样的压力分布。由此，由自轴承中心的距离与压力分布的乘积求得的轴承力矩负荷变大，从而能够抑制旋转轴的倾斜。

另外，根据本发明再一个具体实施例，它作为磁盘驱动电机或者多角镜扫描仪电机或者背投电视彩色转盘电机的轴颈轴承使用。

根据该实施例，在将本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承作为磁盘驱动电机或者多角镜扫描仪电机或者背投电视彩色转盘电机的轴颈轴承使用时，在以往油润滑轴承出现问题的转速为10000rpm以上的高速旋转中，能够解决出现润滑油的泄漏或雾化，随着产生气蚀而不规则振动，轴承损失(耗费动力)增大等问题。

根据本发明的另一个方面，一种制造金属薄衬式动压轴颈轴承的方法，其中包括以下步骤，

制造将一个或者多个平坦的薄板相重叠的端部边缘相接合、并带有一个或者多个顶点部和与该顶点部的个数相对应的个数的面的闭环的上述金属薄衬的第1工序，

在形成与上述轴承保持部件的外形尺寸相一致的定位(凹部)部的基座中央直立设置模仿上述旋转轴的轴向柱，采用这种组装工具让由上述第1工序制作出的闭环状金属薄衬内部环形空间穿过上述轴向柱，形成突出状的圆弧面的第2工序，

在上述组装工具的基座凹部中嵌入上述轴承保持部件的第3工序，

在上述金属薄衬与上述轴承保持部的空隙中充填粘弹性体(或者弹性体)并进行干燥的第4工序，

从上述组装工具上将金属薄衬式动压轴颈轴承取下的第5工序。

根据本发明，只要将一个或者多个平坦的薄板相重叠的端部边缘相接合，将带有一个或者多个顶点部和与该顶点部的个数相对应的个数的面的闭环金属薄衬以及轴承保持部件安装到组装工具上，在金属薄衬与轴承保持部件的空隙中充填粘弹性体(或者弹性体)而后干燥，只要将金属薄衬式动压轴颈轴承从组装工具上取下，就能够制造出本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承，除了能够简单地进行金属薄衬的制造和组装之外，还能够制造出极高精度的金属薄衬式动压轴承，并能够提供适合于量产的制造方法。

附图说明

图1是第1实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图2是图1的围成方形的部分A的放大图。

图3是第1实施例变形例的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图4是在粘弹性体的流体入口一侧形成空孔的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图，在粘弹性体的流体出口一侧插入固体物的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图，以及让流体入口一侧粘弹性体的充填量比流体出口一侧的粘弹性体充填量要多的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图5是在金属薄衬与旋转轴之间设置顶部金属衬的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图6是第2实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图7是第2实施例变形例的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图8是第3实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图9是第3实施例变形例的金属薄衬式动压轴颈轴承的剖视图。

图10是说明制造金属薄衬式动压轴颈轴承的方法的说明图。

图11是表示从旋转轴所受到的应力使金属薄衬式动压轴颈轴承产生的压力分布的简图。

符号说明

1是金属薄衬式动压轴颈轴承，2是旋转轴，3轴承保持部件，4是金属薄衬，4a是顶点部，4b突出状圆弧面，5是轴承间隙，6是粘弹性体(或者弹性体)，7是切口，10是组装工具，11是基座，12是轴向柱，13凹部(定位部)。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的最佳实施例。首先，参照图1至图3对第1实施例进行说明。图1是第1实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图，图2是图1的围成方形的部分A的放大图，图3是第1实施例的变形例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图。

第1实施例示出了顶点部4a及突出状圆弧面4b分别带有两个金属薄衬4的金属薄衬式动压轴颈轴承1。然而，图1中的金属薄衬式动压轴颈轴承1由通过空隙围住旋转轴2的外周的轴承保持部件3，配置于空隙中并构成与旋转轴2相面对的轴承滑动面的金属薄衬4，以及充填到轴承保持部件3和金属薄衬4的空隙中的粘弹性体6来构成。

金属薄衬4由带有两个顶点部4a和两个突出状圆弧面4b的闭环构成。即，金属薄衬4让两片平坦的方形薄板相重叠，将其两端边缘通过点焊、缝焊、激光焊等焊接方法或者粘合剂、钎焊、扩散连接等方法接合起来，通过后述的组装工具10构成带有两个顶点部4a(接合部构成顶点部)和两个突出状圆弧面4b的闭环。因而在这种情况下，在从旋转轴2中心看最远位置上的金属薄衬4顶点部4a与轴承保持部件3之间存在着间隙C1(数百μm)，在该间隙C1中也充填着粘弹性体6。换句话说，金属薄衬4成为不受轴承保持部件3限制的状态。再有，金属薄衬4使用了不锈钢、磷青铜、黄铜、铜、铝等金属薄板或者PTFE(聚四氟乙烯)等树脂薄板，其厚度为10～100μm。再有，在制造实施例1的金属薄衬4时，不使用两片薄板，而是将一片薄板弯曲，通过将其弯曲的部分与端部边缘分别接合来构成带有两个顶点部4a和两个突出状圆弧面4b的闭环，这样也是可以的。这里，在粘弹性体或者弹性体中，作为粘弹性体使用了硅系或者丙烯系等橡胶材料或高分子凝胶，作为弹性体则使用了弹簧或者波纹金属薄衬。在这种情况下，也可以采用这些粘弹性体与弹性体相组合的复合体。

另外，在金属薄衬式动压轴颈轴承1上支撑旋转轴2时，在旋转轴2与金属薄衬4之间设置有预定的轴承间隙5(一般为数μm)，该间隙5的分布如图2所示，顶点部4a附近部分的间隙5a最大，两个顶点的大致中间部分的间隙5b最小。再有，静止时，在中间部分的间隙5b位置上旋转轴2与金属薄衬4相接触。另外，轴承间隙5在最小部分的间隙5b处一般设计成旋转轴2直径的大约3/1000以下。

另外，要减小旋转轴2的旋转振动，最好将轴承间隙5设定得小。在本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，在静止时轴承间隙5几乎没有的状态下，通过金属薄衬4以及支撑它的弹性体6的弹性效果，在某一转速以上时形成流体润滑膜，从而能够将旋转轴2抬起来。此外，为了看清而将图1～图9中的金属薄衬4的厚度以及轴承间隙5夸张显示。实际的轴承间隙5最大也在10μm以下。

下面，对上述结构的金属薄衬式动压轴颈轴承1的作用进行说明，旋转轴2一旦旋转，就会从顶点部4a附近的间隙5a旁边吸入流体，由于间隙的形状是末端变窄，因而朝着间隙5b产生流体压力，从而支撑住作用于旋转轴2上的旋转机器的负荷。随着旋转而带来的不平衡等的振动负荷通过间隙5产生的流体润滑膜与粘弹性体6的回复力和衰减力来支撑、衰减，从而能实现振动小的稳定旋转。另外，由于金属薄衬4的顶点部4a与轴承保持部件3的内周面以不直接接触的方式形成间隙C1，包括金属薄衬4顶点部4a以及突出状圆弧面4b的整个外周面都由具有弹性效果的粘弹性体6来支撑，因而提高了针对旋转振动的回复力或衰减力的特性，从而能使轴承性能进一步提高。

另外，本实施例的特征是金属薄衬4由具有多个顶点构成的顶点部4a的闭环构成。顶点部4a由于板厚很厚，因而强度高，在动负荷作用于作为轴承滑动面的突出圆弧面4b上时，即使该方向的轴承滑动面变位，金属薄衬4也会通过突出圆弧面4b大致中央部以及顶点部4a中间位置即圆弧面4c附近的弯曲拉伸效果而变形。此时，由于其它突出圆弧面4b上几乎不受影响，因而能够确保金属薄衬式动压轴颈轴承1的刚性。因此由于上述的特征，在本实施例中，旋转轴2与金属薄衬4之间的轴承间隙5的形状形成容易产生流体压力的、在旋转方向上末端变窄的楔形。

下面对形成更好的楔形的方法参照图4及图5进行说明。图4(A)是在粘弹性体6的流体入口(间隙5a)一侧形成空孔22的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图，图4(B)是在粘弹性体6的流体出口(间隙5b)一侧插入固体物23的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图，图4(C)是让流体入口(间隙5a)一侧的粘弹性体6的充填量大于流体出口(间隙5b)一侧的粘弹性体6的充填量的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图，图5是在金属薄衬4与旋转轴2之间设置顶部金属衬30的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图。

图4(A)所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，旋转轴2如图所示的方向旋转时，位于流体吸入间隙5a(流体入口)一侧的由粘弹性体6形成的低弹性部20的内部形成有多个(图中单侧有10个)空孔22。为此，低弹性部20的弹性系数比位于排出流体间隙5b(流体出口)一侧的由粘弹性体6形成的高弹性部21的弹性系数要小。此外，在制造图4(A)所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1时，在与后述组装工具10的基座11上的空孔22相对应的位置上直立设置销钉，将金属薄衬式动压轴颈轴承1从组装工具10上取出时，就会在低弹性部20的粘弹性体6上形成空孔22。

另外，在图4(B)所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，在高弹性部21的粘弹性体6内部插入有多个(图中单侧有6个)固体物23。该固体物23由比粘弹性体6的硬度还要高的材料形成。为此，与上述相同，低弹性部20的弹性系数比高弹性部21的弹性系数要小。此外，在制造图4(B)所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1时，通过在轴承保持部件3与金属薄衬4的空隙中充填高弹性部21的粘弹性体6，在其上插入固体物23，从而形成高弹性部21。

另外，在图4(C)所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，低弹性部20的弹性体6比高弹性部21的粘弹性体6的充填量要多，同时，在金属薄衬式动压轴颈轴承1半径方向上的厚度尺寸也形成得较大。为此，与上述相同，低弹性部20的粘弹性体6的弹性系数比高弹性部21的粘弹性体6的弹性系数要小。此外，在这种情况下，低弹性部20及高弹性部21由于与图4(A)及图4(B)所示的不同，因粘弹性体6的充填量不同，更严格地说，不是低弹性部20与高弹性部21的弹性系数不同，而是低弹性部20与高弹性部21的弹性变形量不同。

如上所述，图4(A)～(C)中任意一个的低弹性部20的弹性系数(图4(C)情况下的弹性变形量)比高弹性部21的弹性系数(图4(C)情况下的弹性变形量)要小，因而在吸入流体时流体入口一侧的低弹性部20容易变形，流体出口一侧的高弹性部21难以变形。由此，为了提高低弹性部20的挠性，将从流体入口一侧至流体出口一侧的间隙形状形成末端窄的形状，从而可以促进楔形润滑膜的生成。

此外，作为改变低弹性部20的弹性系数和高弹性部21的弹性系数的方法，除了上述之外，例如还可以在粘弹性体6中混入金属粉等，让其混合率在低弹性部20较低，在高弹性部21较高。

下面，对图5所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1进行说明，图5所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，在金属薄衬4与旋转轴2之间配置两个顶部金属衬30。该顶部金属衬30以与旋转轴2的旋转方向同向地卷绕在该旋转轴2上，其一端部作为固定于金属薄衬4顶点部4a的固定端30b，同时，另一端形成为不固定的自由端30a。

这样，顶部金属衬30因一侧的端部成为自由端而提高挠性，在旋转轴2旋转时，由于顶部金属衬30随着该旋转轴2的旋转而变形，因而从间隙5a至间隙5b的间隙形成末端窄的形状，从而可以促进楔形润滑膜的生成。另外，由旋转轴2旋转产生的振动能量由于转换成顶部金属衬30与金属薄衬4之间引起的库仑摩擦能量，从而能够衰减由旋转轴2旋转产生的振动。

此外，在制造图5所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1时，让重叠的两片顶部金属衬30夹住两片金属薄衬4重合，在将其两端通过上述的方法接合后，采用后述的组装工具10来形成。

这时，顶部金属衬30比金属薄衬4的长度销短，同时，仅让其一端与两片金属薄衬4相夹接合。因此两片顶部金属衬30让其反向对应的一端与两片金属薄衬4相夹接合。因此，重叠的是两片顶部金属衬30和两片金属薄衬4共计四片，而在两端的接合部，则是一片顶部金属衬30和两片金属薄衬4共计三片相接合。

在上述图1、图2、图4、以及图5所示的实施例中，示出了金属薄衬4的顶点部4a与轴承保持部件3的内周面带有间隙C1的结构，但如图3所示，预先在轴承保持部件3上设置切口7，通过将金属薄衬4的顶点部4a安装在该切口7中便可有效地进行定位。在这种情况下，最好通过在金属薄衬4的顶点部4a与切口7的底面之间形成间隙C2，就能够让金属薄衬4不受轴承保持部件3的限制。此外，图3所示的实施例也可以说是第1实施例的变形例，带有两个顶点部4a和两个突出状圆弧面4b，如上所述，只是顶点部4a嵌插到形成于轴承保持部件3上的切口7中这一点不同，其作用与第1实施例相同。另外，在该变形例中也可以在将顶点部4a通过焊接或者粘合剂接合的状态下嵌插到切口7中，或者，不将金属薄衬4的端部边缘接合，而直接嵌插到切口7中。另外，在金属薄衬4的顶点部4a与切口7的底面之间的间隙C2中不充填粘弹性体6也可以。

另外，在上述图1～图5所示的实施例中，说明的是顶点部4a及突出状圆弧面4b分别带有两个金属薄衬4的金属薄衬式动压轴颈轴承1，但也可如图6及图7所示，顶点部4a及突出状圆弧面4b分别带有三个金属薄衬4的金属薄衬式动压轴颈轴承1(以下称为“第2实施例”)。图6是第2实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图，图7是第2实施例的变形例的剖视图。下面对第2实施例进行简单说明。此外，与第1实施例相同的部件添加了相同的符号进行说明。

第2实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1也由通过空隙围住旋转轴2的外周的轴承保持部件3，配置于空隙中并构成与旋转轴2相面对的轴承滑动面的金属薄衬4，以及充填到轴承保持部件3和金属薄衬4的空隙中的粘弹性体6来构成。

金属薄衬4构成带有三个顶点部4a和三个突出状圆弧面4b的闭环。即，金属薄衬4让三片平坦的方形薄板的各端边缘相重叠，将各端边缘通过点焊、缝焊、激光焊等焊接方法或者粘合剂、钎焊、扩散接合等方法相接合，形成带有凹状曲面的三角柱状，通过后述的组装工具10构成带有三个顶点部4a(接合部构成顶点部)和三个突出状圆弧面4b的闭环。因此在这种情况下，在从旋转轴2中心看最远位置上的金属薄衬4顶点部4a与轴承保持部件3之间存在着间隙C1(数百μm)，在该间隙C1中也充填有粘弹性体6。换句话说，金属薄衬4为不受轴承保持部件3限制的状态。此外，金属薄衬4以及粘弹性体6的材料与第1实施例相同。这样，上述结构的第2实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的作用与第1实施例相同。

另外，图7所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1也可以说是第2实施例的变形例，带有三个顶点部4a和三个突出状圆弧面4b，只是顶点部4a嵌插到形成于轴承保持部件3上的切口7中这一点不同，其作用与第2实施例相同。另外，在该变形例中也可以在将顶点部4a通过焊接或者粘合剂接合的状态下嵌插到切口7中，或者，不将金属薄衬4的端部边缘接合，而直接嵌插到切口7中。

此外，与图1～图5的第1实施例、图6及图7的第2实施例不同，如图8及图9所示，将顶点部4a及突出状圆弧面4b分别带有一个金属薄衬4的金属薄衬式动压轴颈轴承1(以下称为“第3实施例”)也是可以的。图8是第3实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的剖视图，图9是第3实施例的变形例的剖视图。下面对第3实施例进行简单说明。此外，与第1实施例相同的部件添加了相同的符号进行说明。

图8的第3实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1也由通过空隙围住旋转轴2的外周的轴承保持部件3，配置于空隙中并构成与旋转轴2相面对的轴承滑动面的金属薄衬4，以及充填到轴承保持部件3和金属薄衬4的空隙中的粘弹性体6来构成。

金属薄衬4构成带有一个顶点部4a和一个突出状圆弧面4b的闭环。即，金属薄衬4让一片平坦的方形薄板的两个端部边缘相重叠，通过点焊、缝焊、激光焊等焊接方法或者粘合剂、钎焊、扩散连接等方法相接合形成泪滴状，通过后述的组装工具10构成带有一个顶点部4a(接合部构成顶点部)和一个突出状圆弧面4b的闭环。这样，在这种情况下，在从旋转轴2中心看最远位置上的金属薄衬4顶点部4a与轴承保持部件3之间存在着间隙C1(数百μm)，在该间隙C1中也充填有粘弹性体6。换句话说，金属薄衬4为不受轴承保持部件3限制的状态。此外，金属薄衬4以及粘弹性体6的材料与第1实施例相同。这样，上述结构的第3实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的作用与第1实施例相同。

另外，图9所示的金属薄衬式动压轴颈轴承1也可以说是第3实施例的变形例，带有一个顶点部4a和一个突出状圆弧面4b，只是顶点部4a嵌插到形成于轴承保持部件3上的切口7中这一点不同，其作用与第3实施例相同。另外，在该变形例中也可以在将顶点部4a通过焊接或者粘合剂接合的状态下嵌插到切口7中，或者，不将金属薄衬4的端部边缘接合，而直接嵌插到切口7中。

此外，如图4所示，位于间隙5a一侧的低弹性部20的弹性系数比位于间隙5b一侧的高弹性部21的弹性系数要小，并且如图5所示，在金属薄衬4与旋转轴2之间配置两个顶部金属衬30的结构，对于由图6～图9分别示出的第2实施例及第3实施例也都能够适用。

下面，对本实施例的金属薄衬式动压轴颈轴承1的制造方法参照图10进行说明。图10中是对制造第1实施例及第2实施例的轴颈轴承1的情况进行说明的。图10(A)、(B)示出了第1实施例及第2实施例的金属薄衬4，各突出状圆弧面为两个、三个的情况。在图10(A)的两个圆弧面的情况下，让两个金属薄衬4的端面相接合形成闭环金属薄衬4。接合是通过点焊、激光焊等焊接或者粘合剂来接合的。金属薄衬的长度L由适合的旋转机器的轴径、预定的间隙、接合部的长度等来确定。在两个圆弧面的情况下接合后的状态是将两个平面在两端面紧密贴合的状态。图10(B)示出了三个圆弧面的情况，三个金属薄衬4的各端边缘接合后的状态成为形成了三个顶点部4a，以及从轴一侧看的凹状圆弧面4b的闭环。

上述结构的闭环金属薄衬4通过图10(C)所示的组装工具10组装到轴承保持部件3中，从而制成金属薄衬式动压轴颈轴承1。组装工具10通过形成与轴承保持部件3的外形尺寸相一致的定位凹部13，在基座11中央直立设置模仿旋转轴2的轴向柱12来构成。

首先，在轴向柱12上形成贯通闭环金属薄衬4的内部环形空间的突出状圆弧面4b形成。模仿该旋转轴2的轴向柱12的直径与适用的旋转轴2的直径大致相同，最好是能够形成预定轴承间隙5的直径。接着，如图10(C)～(E)所示，在将轴承保持部件3安装到基座11的凹部13中之后，在金属薄衬4与轴承保持部件3的空隙中充填粘弹性体6(或者弹性体)而后干燥。干燥后通过从组装工具10上取出就能够完成金属薄衬式动压轴颈轴承1。

如上所述，在本发明的制造方法中，只要将平坦的薄板4相重叠的端部边缘通过焊接或者粘合剂相接合，将带有一个或者多个顶点部4a和与该顶点部4a的个数相对应的个数的面4b的闭环金属薄衬4以及轴承保持部件3安装到组装工具10上，在金属薄衬4与轴承保持部件3的空隙中充填粘弹性体6(或者弹性体)而后干燥，再将金属薄衬式动压轴颈轴承1从上述组装工具10上取下，就能够制造出金属薄衬式动压轴颈轴承1，除了能够简单地进行金属薄衬4的制造和组装之外，还能够制造出极高精度的金属薄衬式动压轴承，提供了一种可以适合于量产的制造方法。

此外，旋转轴2的转速一旦达到例如每分钟5万转以上的高速度，金属薄衬4的质量太小，有时其自身便开始振动。其结果是在旋转轴2上产生不稳定的振动，或旋转轴2与金属薄衬4在调整旋转的状态下相接触，从而会引起烧结的情况。为了防止这种金属薄衬4的膜振动，金属薄衬4施加了与充填的粘弹性体6(或者弹性体)相粘接或者在接合状态下相紧贴的处理。更具体地说，粘弹性体6(或者弹性体)与金属薄衬4不会剥离，在充填粘弹性体6(或者弹性体)之前预先在金属薄衬4的外周面上施加了提高粘弹性体6(或者弹性体)与金属薄衬4接合性能的前处理，使得金属薄衬4不会从粘弹性体6(或者弹性体)上剥离。

另外，充填在旋转轴与金属薄衬4以及轴承保持部件3的空隙中的粘弹性体6(GE东芝Silicone制造的TSE系列)为了防止所谓的一齐转动的问题，必须提高轴承保持部件3与粘弹性体6之间的接合性能。因此，与上述相同，在充填粘弹性体6之前预先在轴承保持部件3的内周面上施加了提高粘弹性体6与轴承保持部件3接合性能的前处理。作为前处理，例如是在将粘弹性体6(GE东芝Silicone制造的TSE系列)充填到金属薄衬4与轴承保持部件3的空隙中之前，将称为底漆的前处理剂(GE东芝Silicone制造的ME121)涂布到轴承保持部件3上并进行干燥，就可提高粘弹性体6(GE东芝Silicone制造的TSE系列)相对于轴承保持部件3的接合性的处理等。

此外，旋转轴2为了在起动或停止或者低速旋转时与金属薄衬4的表面固体接触，必须降低金属薄衬4与旋转轴2之间的摩擦和磨损。为此，最好在旋转轴2外周面与金属薄衬4内周面的至少一方上镀覆耐磨特性优异的铬或者涂布DLC(像金刚石一样的碳)的硬质膜或PTFE(聚四氟乙烯)、MoS2(二硫化钼)等固定润滑剂的涂层。作为其它的硬质膜可以用WS2膜，作为固体润滑剂，可由上述PTFE与MoS2的混合物或者带有润滑特性的涂料来代用。另外，作为润滑剂，将PFPE(全氟聚醚)油等涂布数纳米厚也很有效。

此外，通常旋转轴2会因不平衡的负荷偏离轴的中心，同时，在力矩负荷的作用下因轴中心的倾斜而引起摆动运动，而如图11(A)所示，在让旋转轴2由一个金属薄衬式动压轴颈轴承1支撑的情况下，旋转轴2发生倾斜时，由于金属薄衬式动压轴颈轴承1的轴线方向中心部附近产生了很大的压力，金属薄衬式动压轴颈轴承1的压力分布P2就会如图11(A)所示，由此，由自轴承中心的距离与压力分布的乘积求得的轴承力矩负荷变小，因而不能抑制旋转轴2的倾斜。

对此，如图11(B)所示，将金属薄衬式动压轴颈轴承1分割成两个，在让旋转轴2由多列金属薄衬式动压轴颈轴承1支撑的情况下，旋转轴2发生倾斜时，各金属薄衬式动压轴颈轴承1上产生的压力由于远离金属薄衬式动压轴颈轴承1轴线方向的中心部，因而金属薄衬式动压轴颈轴承1的压力分布P1就会如图11(B)所示，由此，由自轴承中心的距离与压力分布的乘积求得的轴承力矩负荷变大，从而能够抑制旋转轴2的倾斜。

为此，在本实施例中，在与旋转轴2的轴承滑动面相面对的表面上通过在圆周方向上形成让顶点部4a附近的间隙5a与外界空气相连通的轴槽31，如图11(C)所示，即使在让形成该轴槽31的旋转轴2由一个金属薄衬式动压轴颈轴承1支撑的情况下，旋转轴2发生倾斜，由于通过间隙5a让轴槽31与外界空气相连通，因而产生的压力会由轴槽31分割开，从而形成与金属薄衬式动压轴颈轴承1的端部相同的压力，形成尤如采用了多个金属薄衬式动压轴颈轴承1那样的压力分布P1。由此，由自轴承中心的距离与压力分布的乘积求得的轴承力矩负荷变大，从而能够抑制旋转轴2的倾斜。

此外，在图11(C)中示出的是形成有一根轴槽31的情况，但并不限于此，形成多道轴槽31也是可以的。

另外，在本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，具有能高精度很小地设定轴承间隙5、以及即使对于轴径为10mm程度以下的轴承也量产性优良的特征。由于这种特征而在润滑流体中使用空气等气体的话，就能解决油润滑轴承在高速旋转区域中的问题、即润滑油的泄漏或雾化，产生气蚀而不规则振动，轴承损失(耗费动力)增大等缺陷。由此，能够实现高精度旋转以及环境的整洁，因而本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承1适于作为硬盘驱动电机或多角镜扫描仪电机或者背投电视彩色转盘电机的轴承使用。此外，在本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，其是针对润滑流体主要是气体的情况记述的，本发明也可适用于润滑流体为水系或油系液体的情况。另外，轴径最好是10mm以下的轴承，当然10mm以上的轴径(例如，50mm)的轴承也是适用的。

此外，在上面说明的实施例中，是对旋转轴2旋转，作为轴承滑动面的金属薄衬4以及粘弹性体6(或者弹性体)、轴承保持部件3为静止的情况进行说明的，但在本发明的金属薄衬式动压轴颈轴承1中，让旋转轴2静止，金属薄衬4、粘弹性体6(或者弹性体)以及轴承保持部件3旋转的情况也是适用的。

Claims (14)

1.一种金属薄衬式动压轴颈轴承，由通过空隙围住旋转轴的外周的轴承保持部件，以及形成与配置于上述空隙中的上述旋转轴相面对的轴承滑动面的金属薄衬构成，通过上述旋转轴与上述轴承滑动面之间的相对旋转形成的流体润滑膜来支撑作用于旋转轴上的负载，在这种金属薄衬式动压轴颈轴承中，其特征在于：

上述金属薄衬由闭环构成，上述闭环具有与上述旋转轴之间形成间隙部的一个或者多个顶点部和与该顶点部的个数相对应的突出状圆弧面，

在上述金属薄衬与上述轴承保持部的空隙中充填有粘弹性体或者弹性体。

2.如权利要求1记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：上述金属薄衬的顶点部与上述轴承保持部件的内周面不直接接触，将上述金属薄衬配置在上述空隙中，并且充填上述粘弹性体或者弹性体。

3.如权利要求1记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述轴承保持部件上形成切口，将上述金属薄衬顶点部插入到上述切口中，同时，上述顶点部与上述切口的底面不直接接触，将上述金属薄衬配置在上述空隙中，并且充填上述粘弹性体或者弹性体。

4.如权利要求1记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：流体入口侧的弹性部的弹性系数小于流体出口侧的弹性部的弹性系数，其中，所述弹性部由粘弹性体或者弹性体形成，流体入口侧用于将形成流体润滑膜的流体引入到旋转轴与轴承滑动面之间的间隙，流入出口侧用于排出所入的流体。

5.如权利要求2记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：流体入口侧的弹性部的弹性系数小于流体出口侧的弹性部的弹性系数，其中，所述弹性部由粘弹性体或者弹性体形成，流体入口侧用于将形成流体润滑膜的流体引入到旋转轴与轴承滑动面之间的间隙，流入出口侧用于排出所入的流体。

6.如权利要求3记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：流体入口侧的弹性部的弹性系数小于流体出口侧的弹性部的弹性系数，其中，所述弹性部由粘弹性体或者弹性体形成，流体入口侧用于将形成流体润滑膜的流体引入到旋转轴与轴承滑动面之间的间隙，流入出口侧用于排出所入的流体。

7.如权利要求1记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的顶部金属衬，

该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

8.如权利要求2记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的顶部金属衬，

该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

9.如权利要求3记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的顶部金属衬，

该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

10.如权利要求4记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的顶部金属衬，

该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

11.如权利要求5记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的顶部金属衬，

该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

12.如权利要求6记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在上述金属薄衬与上述旋转轴之间配置与上述顶点部的个数相对应的顶部金属衬，

该顶部金属衬与上述旋转轴旋转方向同向卷绕在该旋转轴上，其一端部作为固定于上述金属薄衬顶点部的固定端，同时，另一端形成不固定的自由端。

13.如权利要求1至12中任意一项记载的金属薄衬式动压轴颈轴承，其特征在于：在与上述旋转轴的轴承滑动面相面对的表面上沿圆周方向形成一根或者多根轴槽，

该一根或者多根轴槽通过形成于上述顶点部附近的间隙与外界空气相连通。

14.一种金属薄衬式动压轴颈轴承的制造方法，该轴承由通过空隙围住旋转轴的外周的轴承保持部件，以及形成与配置于上述空隙中的上述旋转轴相面对的轴承滑动面的金属薄衬来构成，通过上述旋转轴与上述轴承滑动面之间的相对旋转形成的流体润滑膜来支撑作用于旋转轴上的负载，在这种金属薄衬式动压轴颈轴承的制造方法中，其特征在于它包括：

制造上述闭环金属薄衬的第1工序，它将一个或者多个平坦的薄板相重叠的端部边缘相接合，并带有一个或者多个顶点部和与该顶点部的个数相对应的面，

在形成与上述轴承保持部件的外形尺寸相一致的定位部的基座中央直立设置与上述旋转轴相近似的轴向柱，采用这种组装工具让由上述第1工序制作出的闭环状金属薄衬内部环形空间穿过上述轴向柱，形成突出状的圆弧面的第2工序，

在上述组装工具的基座定位部中嵌入上述轴承保持部件的第3工序，

在上述金属薄衬与上述轴承保持部的空隙中充填粘弹性体或者弹性体并干燥的第4工序，

从上述组装工具上将金属薄衬式动压轴颈轴承取下的第5工序。

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