CN100400913C - 流体轴承装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种流体轴承装置，包括：罩壳；设置在罩壳内的轴承套；沿轴承套的内圆周表面插入的轴部件；以及径向轴承部分，径向轴承部分经在轴承套的内圆周表面和轴部件的外圆周表面之间的径向轴承间隙内产生的润滑油膜、以非接触的方式径向支承所述轴部件。其中罩壳是通过树脂材料喷射模塑的方法形成的，且罩壳包括圆柱形的侧部和密封部分，密封部分与侧部形成连续的整体并从侧部的一端径向地向内延伸；密封部分包括内圆周表面和外表面，内圆周表面与相对的轴部件的外圆周表面一起形成密封空间，外表面与所述内圆周表面相邻设置；以及外表面的外圆周边缘，外表面的外圆周边缘包括通过去除树脂浇口部分而形成的浇口去除部分。本发明还提供一种流体轴承装置的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体轴承装置及其制造这种流体轴承装置的方法，该流体轴承装置通过在径向轴承间隙内产生的润滑油膜，以非接触方式支撑旋转部件。该轴承装置最适合用在信息处理设备中，包括诸如HDD、FDD等磁盘装置，CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盘装置，和MD、MO等光-磁盘装置所用的主轴电动机，激光束打印机(LBP)中所用的多面形扫描设备电动机，或电气设备，如轴流式风扇的小型电动机。
背景技术
上述各种电动机除了要求高的旋转精度外，还要求高速度、低成本、低噪声等性能因素。在这些因素中，决定电动机性能的结构部件之一是支撑电动机主轴的轴承。近年来，已研究出具有优异的显示性能要求的流体轴承，或在某些情况下已实际使用。
这种流体轴承大体被分为动压轴承和所谓的圆柱轴承(轴承面为完全圆形的轴承)，动压轴承具有使轴承间隙内的润滑油产生动压的动压发生装置；而圆柱轴承则不具有动压发生装置。
例如，装在HDD等盘驱动装置的主轴电动机中的流体轴承装置设有径向轴承部分和止推轴承部分，其中径向轴承部分以非接触的方式径向支承轴部件，以使得轴能够自由旋转；而止推轴承部分则沿推力的方向以非接触的方式支承轴部件，以使得轴能够自由旋转。径向轴承部分使用动压轴承，其中产生动压所用的槽(动压产生槽)形成于轴承套的内周面或轴部件的外周面的中的任何一个上。止推轴承部分使用动压轴承，其中，例如.动压产生槽设置于轴部件的突出部的两端面或者与这两端面相对的面(如，轴承套端面，装配在罩壳上的或者罩壳底部的内底面上的止推轴承的端面)(如，见日本专利公开JP2002-61637和JP2002-61641)中的任何一个上。另外，其中轴部件的一端表面通过与推力板接触来支承的轴承(所谓的立式止推轴承)也可以用作为止推轴承部分(例如，见日本专利公开JP1999-191943)。
通常，轴承套被固定在罩壳内圆周的预定位置，并且罩壳的开口内常常配设密封部件，以防止用于充满罩壳内部空间的润滑油泄漏到外部(日本专利公开JP2002-61637)。可供选择地，密封部件还可以与罩壳的开口部形成为一个整体部件(日本专利公开JP 2002-61641)
此外，为了防止润滑油泄漏，还可以在轴部件的外圆周表面、与轴承径向间隙连通的罩壳外表面以及密封部件的内圆周表面涂上疏油剂(见日本实用新型公开JP1994-35660和日本专利公开JP1996-49723)。
这种类型的流体轴承装置由包括罩壳、轴承套、推力部件及密封部件的组件构成，为了确保轴承具有信息处理设备性能的飞速发展所要求的较高的性能，就需要努力提高各部件的加工精确度和组装精度。另一方面，伴随着信息处理设备低成本化的趋势，降低这种类型的流体轴承装置成本的要求也变得更加紧迫。
使上述类型的流体轴承装置成本降低的一种可能技术是通过树脂材料喷射模塑法形成罩壳。但是，根据注模的结构，尤其是浇口的形状和位置，熔融树脂通过浇口注入内腔，很难达到罩壳所要求的注模精度。而且，通过去除(通过机加工)注模工艺过程后产生的树脂浇口部分形成浇口去除部分，该浇口去除部分的表面上需要使用疏油剂，但即使该表面上使用有疏油剂，仍然不能达到令人满意的疏油效果。
例如，在图4(a)所示的情况下，其中罩壳7`包括圆柱形侧部7b`和密封部7a`，密封部7a`与侧部7b`形成为单个的、连续的整体部件，并且密封部7a`从通过树脂材料注模法形成的侧部7b`的一端径向向里延伸，通常，图4(b)示出了一种将圆盘形浇口17a`设在成型模腔17`一端的中心部，然后将熔融的树脂P通过该盘的浇口17a`注入腔17`所采用的方法。但是，在这种喷射模塑的方法中，通过注模生产的模塑产品包括树脂浇口部分7d`，该树脂浇口部分7d`与密封部分7a`的外表面7a2`的内周缘相连，如图4(c)(A截面)所示。因而，注模之后，就进行去除工艺过程(机加工)，以沿着图4(c)所示的线X或者线Y去除树脂浇口部分7d`。最终，如果进行的去除工艺使得沿线X去除树脂浇口部分7d`，那么在密封部分7a`的外表面7a2`的内圆周上形成浇口去除部分(机加工表面)，然而，如果去除工艺是在沿线Y去除的树脂浇口部分7d`中执行的，那么在密封部分7a`的整个外表面7a2`上形成浇口去除部分(机加工表面)。
通常的，其上应用有疏油剂的基底材料的表面状态对疏油剂的疏油性有很大的影响，并且机加工树脂表面的疏油性能要比模塑表面的疏油性能要差。另一方面，密封部分7a`的外表面7a2`区域最需要疏油剂，该区域是距离形成密封表面的内圆周表面7a1`最近的内圆周部分。然而，在上述注模方法中，不论是沿线X还是沿线Y进行去除加工，通过去除树脂浇口部分7d`而形成的浇口去除部分都会形成在外表面7a2`的内圆周上，结果，即便外表面7a2`上使用有疏油剂，其疏油性能也经常达不到令人满意的水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种流体轴承装置，其能够降低生产用在这种类型的流体轴承装置中的罩壳的成本，并且这种流体轴承装置还能够使装配过程效率更高，从而使生产罩壳的成本更低。
本发明的另一目的是提高通过树脂喷射模塑法生产罩壳时的模塑精度。
本发明的又一目的是解决树脂喷射模塑法生产的罩壳内浇口去除部分的疏油性降低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种流体轴承装置，其包括：罩壳；设置在所述罩壳内的轴承套；沿所述轴承套的内圆周表面插入的轴部件；以及径向轴承部分，所述径向轴承部分经在所述轴承套的内圆周表面和所述轴部件的外圆周表面之间的径向轴承间隙内产生的润滑油膜、以非接触的方式径向支承所述轴部件。其中所述罩壳是通过树脂材料喷射模塑的方法形成的，且所述罩壳包括圆柱形的侧部和密封部分，所述密封部分与所述侧部形成连续的整体并从所述侧部的一端径向地向内延伸；所述密封部分包括内圆周表面和外表面，所述内圆周表面与相对的所述轴部件的外圆周表面一起形成密封空间，所述外表面与所述内圆周表面相邻设置；以及外表面的外圆周边缘，所述外表面的外圆周边缘包括通过去除树脂浇口部分而形成的浇口去除部分。
通过树脂材料喷射模塑法形成的罩壳，其生产成本不仅比通过机加工如车削生产的金属罩壳更低，而且其精度也比模压操作生产的金属罩壳高。此外，通过将密封部形成为罩壳的一体部分，部件的数量和组装步骤都比将单独的密封部分固定在罩壳内的情况要少。
而且，罩壳还包括通过去除密封部分的外表面的外圆周边缘上的树脂浇口部分而形成的浇口去除部分。换句话说，除了浇口去除部分所在的外圆周边缘之外，密封部分的外表面是一个模塑表面，并且通过在这种表面状态的外表面上涂上疏油剂，就可以达到令人满意的疏油效果，从而能够有效的防止润滑油从罩壳内部泄漏。
根据模塑模中浇口的形状不同，密封部分外表面的外圆周边缘处浇口去除部分可能看上去是一个单点、多点或者环形。但是，从确保熔融树脂能够均匀的注入模腔并提高罩壳的模塑精度的角度来看，浇口最好为环形，这意味着该浇口去除部分看上去也是一个环形。因而，该浇口去除部分优选是环形。
对形成罩壳的所用的树脂没有特别的要求，可以是热塑性树脂，例如也可以是其它合适的非结晶树脂，包括聚砜树脂(PSF)、聚醚砜树脂(PES)、聚苯砜树脂(PPSF)、聚醚酰亚胺树脂(PEI)。此外，也可以是适合的结晶树脂，如液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二酸酯(polybutylene terephuthalate)(PBT)，和聚苯硫醚(polyphenylenesulfides)(PPS)。
此外，对于加入到上述树脂中的填料也没有特别的限制，其它合适的填料包括如玻璃纤维的纤维填料、如钛酸钾的晶须填料、如云母的鳞状填料，以及纤维或者粉末状导电的填料，如碳纤维、碳黑、石墨、碳纳米材料(carbon nanomaterial)和金属粉末。
例如，结合在用于驱动HDD等磁盘驱动装置的主轴电动机内的流体轴承装置中，罩壳需要具有一定水平的导电性，以便能使盘如磁盘与空气之间的摩擦所产生的静电能传到大地。在这种情况下，通过向形成壳体的树脂中加入上述导电性填料，从而使壳体能够导电。
从达到高水平的导电性、树脂基质的可分散性、理想的摩擦阻力以及低水平的脱气性的角度来看，上述导电填料最好是碳纳米材料。可用的碳纳米材料中，碳微纤维是优选的。这些碳微纤维包括直径是40-50纳米或更小的所谓的“碳纳米管“。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种制造流体轴承的方法，其中该流体轴承包括：罩壳、设置在所述罩壳内的轴承套、沿所述轴承套的内圆周表面插入的轴部件、以及径向轴承部分，所述径向轴承部分经在所述轴承套的内圆周表面和所述轴部件的外圆周表面之间的径向轴承间隙内产生的润滑油膜、以非接触的方式径向支承所述轴部件。所述方法包括通过树脂材料喷射模塑的方法模塑所述罩壳的罩壳模塑步骤，所述罩壳具有包括圆柱形侧部和密封部分的形状，且所述密封部分与所述侧部形成连续的整体，且所述密封部分从所述侧部的一端径向地向内延伸。其中所述密封部分包括内圆周表面和外表面，所述内圆周表面与相对的所述轴部件的外圆周表面一起形成密封空间，所述外表面与所述内圆周表面相邻设置，以及在罩壳模塑步骤中，在与所述密封部分的外表面的外圆周边缘相对应的位置设置环状膜浇口，且熔融树脂通过所述膜浇口注入模塑所述罩壳所用的腔中。
在罩壳成型步骤中，通过在与所述密封部分的外表面的外圆周边缘相对应的位置设置环状膜浇口，且熔融树脂通过所述膜浇口注入成型所述罩壳所用的腔中，熔融树脂能够沿圆周方向和轴向均匀的充入腔中，使得生产的壳体具有较高的尺寸精度。
在本说明书中，膜浇口指的是浇口宽度窄的浇口，且尽管浇口宽度随着树脂材料的物理性能、喷射模塑条件等因素的改变而改变，但其宽度通常为0.2至0.8毫米。由于这种类型的膜浇口设在与密封部分外表面的外圆周边缘相相应的位置，模塑产品随着注模而定形，使得膜状(薄)树脂浇口部分以环形的方式连接到密封部分外表面的外圆周边缘上。在多种情况下，这种膜状树脂部分在打开注模的操作中会自动断开，以便当从注模上移去模塑产品时，树脂浇口部分的断裂部分能保留在密封部分外表面的外圆周边缘。通过去除这种类型的剩留的树脂浇口部分形成的浇口去除部分在密封部分外表面的外圆周边缘处呈现为窄的环状。
根据本发明，设置流体轴承装置能够降低罩壳的生产成本，还能够提高组装过程的效率，从而使生产成本更低。
此外，根据本发明，通过树脂喷射模塑的方法生产的罩壳的模塑精度得到了提高。
而且，根据本发明，解决了在通过树脂喷射模塑生产的罩壳的浇口去除部分处的疏油性降低的问题。
附图说明
图1是使用根据本发明流体轴承装置的、用于信息处理设备的主轴电动机的剖视图；
图2是根据本发明流体轴承装置的实施例的剖视图；
图3(a)和3(b)是剖视图，其简要的示出了形成罩壳的注模步骤；以及
图4(a)、4(b)和4(c)是一组剖视图，它们简要的示出了形成传统罩壳的注模步骤。
优选实施方式
以下是本发明的具体实施例的详细描述。
图1是示意图，其示出了一种结合有根据本实施例的流体轴承装置(流体动压轴承装置)1的信息处理设备所用的主轴电动机的可能构造。该主轴电动机用在用于驱动HDD等的磁盘驱动装置中，且其包括流体轴承装置1、转子(磁盘套)3、定子4和转子磁铁5，其中流体轴承装置1以自由转动的、非接触的方式支承轴部件2，转子3安装在轴部分2上，定子4和转子磁铁5彼此相对地径向间隔设置。定子4固定到托架6的外圆周上，且转子磁铁5固定到盘套3的内圆周上。用于流体轴承装置1的罩壳7安装在托架6的内圆周上。磁盘套3可以支承一个或者多个盘D，如磁盘。当电流通过定子4时，由于定子4和转子磁体5之间产生的电磁力的作用，转子磁铁5就开始旋转，从而致使磁盘套3和轴部件2也以相同的方式转动。
图2示出了流体轴承装置1。该流体轴承装置1包括罩壳7，轴承套8和固定在罩壳7上的止推部件10，以及作为基本结构元件的轴部件2。
第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2设置在轴承套8的内表面和轴部件2的轴部分2a的外圆周表面之间，两个轴承部分沿轴向分离。而且，第一止推轴承部分T1设置在轴承套8的下端面8c和轴部件2的凸缘部分2b的上端面2b1之间，第二止推轴承部分T2设置在止推部件10的端面10a和凸缘部分2b的下表面2部之间。为了便于描述，设置有止推部件10的侧面被称为下面，而与止推部件10相对的侧面被称为上面。
例如，通过树脂材料注模法形成罩壳7，其中通过将2-30vol％的导电填充剂，如碳纳米管(carbon nanotube)或导电石墨与结晶树脂，如液晶聚合物(LCP)相混合来形成树脂材料，且罩壳7包括一个环状圆柱形侧面部分7b和一个环形密封部分7a，其中环形密封部分7a是单个的、与侧面部分7b形成为连续的整体，并且环形密封部分7a从侧面部分7b的顶端径向向里延伸。密封部分7a的内圆周表面7a1和相对的轴部分2a外圆周表面2a1，例如形成在外圆周表面2a1上的锥形表面2a2，形成预定的密封空间S。轴部分2a的锥形表面2a2向顶部逐渐变窄(向罩壳的外部)，且在轴部分2旋转时，该部分起到离心密封的作用。
轴部件2由如不锈钢之类的金属材料制成，且轴部件2包括轴部分2a和凸缘部分2b，凸缘部分2b设置在轴部分2a的底端，作为轴部件一体的部件或者作为一个分离的部分。
轴承套8形成为圆环形，并且由烧结的金属构成的多孔体形成，尤其是烧结的金属包含作为基本成分的铜，轴承套8固定在罩壳7的内圆周表面7c的预定位置上。
径向轴承表面，也就是第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2是由烧结的金属形成的轴承套8的内圆周表面8a上的上部区域和下部区域，这两个区域沿轴向隔开，且这两个区域中形成有人字形的动压产生槽。
在轴承套8的下端面8c上还形成有螺旋形或人字形的动压产生槽，其作为第一止推轴承部分T1的止推轴承表面。
止推部件10是由树脂材料或者金属材料，如黄铜制成，且止推部件10固定到罩壳7的内圆周表面7c的下端。在该实施例中，止推部件10还包括一体的、环形的接触部分10b，该环形接触部分10b从端面10a的外圆周边缘向上延伸。该接触部分10b的上端面与轴承套8的下端面8c接触，且该接触部分10b的内圆周表面与凸缘部分2b的外圆周表面跨过一个间隙相对。在止推部件10的端面10a上也形成有人字形或者螺旋形动压产生槽，其作为第二止推轴承部分T2的止推轴承表面。通过控制止推部件10的两接触部分10b和凸缘部分2b的轴向尺寸，就可以良好的精度设定第一止推轴承部分T1和第二止推轴承部分T2的止推轴承间隙。
由密封部分7a密封的罩壳7内的内部空间包括轴承套8内的内部空隙，在内部空间中充满润滑油。密封空间S内保持有润滑油表面。而且，在邻近密封部分7a的内圆周表面7a1的外表面7a2上施加有疏油剂F。此外，疏油剂F还被施加在延伸穿过密封部分7a，且突出到罩壳7的外部的轴部件2的外圆周表面2a3上。
当轴部件2转动时，区域(也就是上部和下部区域)作为用于轴承套8的内圆周表面8a的径向轴承表面与每个轴部分2a的外圆周表面2a1跨过一个径向轴承间隙相对。而且，在轴承套8的下端面8c上形成止推轴承表面的区域与凸缘部分2b的上端面2b1跨过一个间隙相对，并且止推部件10的端面10a上形成止推轴承表面的区域与凸缘部分2b下端面2b2跨过一个间隙相对。然后，由于轴部件2的旋转，在以上径向轴承间隙内产生润滑油动压，并且通过形成在径向轴承间隙内的润滑油膜来以自由转动的、非接触的方式沿径向支承轴部件2的轴部分2a。因而，形成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2，它们以能自由转动的、非接触的方式沿径向支承轴部件2。同时，在以上止推轴承间隙内也产生润滑油动压，并且通过形成在这些止推轴承间隙内的润滑油膜来以能自由转动的、非接触的方式沿两推力方向支承轴部件2的凸缘部分2b。因而，形成第一止推轴承部分T1和第二止推轴承部分T2，其以能自由旋转的、非接触的方式沿推力方向支承轴部件2。
图3是用于上述流体轴承装置1中罩壳7的注模步骤的示意图。包括静模和动模的成型模设有浇口17b，膜浇口17a和腔17。膜浇口17a呈环形，设在对应于密封部分7a的外表面7a2的外圆周边缘的位置上，例如，将浇口宽度δ设定为0.3mm。
熔融的树脂P从注模装置的喷嘴(图中未示出)中喷出，穿过成型膜的浇口17b和膜浇口17a，接着注入腔17的内部。通过以这种方式将熔融的树脂P穿过设在与密封部分7a外表面7a2的外圆周边缘相应的位置中的环形膜浇口17a注入腔17中，熔融的树脂沿圆周方向和径向均匀的充入腔中，使得制成的罩壳7具有较高的尺寸精度。
一旦充满腔17内部的熔融树脂冷却变硬，就移去动模，并打开成型膜。由于膜浇口17a设置在与密封部分7a外表面7a2的外圆周边缘对应的位置上，在打开膜之前，模塑产品就已经成形了，从而膜状(薄)树脂浇口部分以环状的方式连接到密封部分7a外表面7a2的外圆周边缘上，但是，在打开注模的过程中，这种树脂浇口部分会自动断成碎片，以使得当从注模上移去模塑产品时，树脂浇口部分7d的碎片部分能保留在密封部分7a外表面7a2的外圆周边缘上，如图3(b)所示。随后沿着图示的线Z移去(机加工)该剩余的树脂浇口部分，就制成了罩壳7。
在制成的罩壳7内，在密封部分7a外表面7a2的外圆周边缘处，通过去除树脂浇口部分7d而形成的浇口去除部分7d1看起来为窄的环状。因而，除了浇口去除部分7d1所在的外圆周边缘外，密封部分7a的外表面7a2都是模塑表面，由于这种类型的表面情况，通过在施加疏油剂F到该外表面7a2上，就可以达到令人满意的疏油效果，从而有效的防止润滑油从罩壳7内部泄漏。
本发明可以应用到采用所谓的立式止推轴承作为止推轴承部分的流体轴承装置中，也可以应用的采用所谓的圆柱轴承作为径向轴承部分的流体轴承装置中。
Claims (4)
1.一种流体轴承装置，其包括：
罩壳；
设置在所述罩壳内的轴承套；
沿所述轴承套的内圆周表面插入的轴部件；以及
径向轴承部分，所述径向轴承部分经在所述轴承套的内圆周表面和所述轴部件的外圆周表面之间的径向轴承间隙内产生的润滑油膜、以非接触的方式径向支承所述轴部件，其中
所述罩壳是通过树脂材料喷射模塑的方法形成的，且所述罩壳包括圆柱形的侧部和密封部分，所述密封部分与所述侧部形成连续的整体并从所述侧部的一端径向地向内延伸，
所述密封部分包括内圆周表面和外表面，所述内圆周表面与相对的所述轴部件的外圆周表面一起形成密封空间，所述外表面与所述内圆周表面相邻设置，以及
外表面的外圆周边缘，所述外表面的外圆周边缘包括通过去除树脂浇口部分而形成的浇口去除部分。
2.如权利要求1所述的流体轴承装置，其中所述浇口去除部分形成为环状。
3.如权利要求1或2所述的流体轴承装置，其中所述密封部分的外表面施加有疏油剂。
4.一种制造流体轴承装置的方法，该流体轴承装置包括：罩壳、设置在所述罩壳内的轴承套、沿所述轴承套的内圆周表面插入的轴部件、以及径向轴承部分，所述径向轴承部分经在所述轴承套的内圆周表面和所述轴部件的外圆周表面之间的径向轴承间隙内产生的润滑油膜、以非接触的方式径向支承所述轴部件，
所述方法包括通过树脂材料喷射模塑的方法模塑所述罩壳的罩壳模塑步骤，所述罩壳具有包括圆柱形侧部和密封部分的形状，且所述密封部分与所述侧部形成连续的整体，且所述密封部分从所述侧部的一端径向地向内延伸，其中
所述密封部分包括内圆周表面和外表面，所述内圆周表面与相对的所述轴部件的外圆周表面一起形成密封空间，所述外表面与所述内圆周表面相邻设置，以及
在罩壳模塑步骤中，在与所述密封部分的外表面的外圆周边缘相对应的位置设置环状膜浇口，且熔融树脂通过所述膜浇口注入模塑所述罩壳所用的腔中。
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