CN101184928B - 流体动力轴承装置和包括该装置的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过适当地控制粘结间隙以在具有粘结固定面的部件和支架之间具有增大的粘结强度的流体动力轴承装置。选择支架(6)和外壳(7)的材料，从而使得将固定到支架(6)的内围的外壳(7)的线性膨胀系数除以具有用于安装电机的定子线圈(4)的部分(6b)的支架(6)的线性膨胀系数所得到的值不小于0.5，且不大于2.0。形成在外壳(7)的外周上的粘结固定面(7e)利用厌氧性粘结剂或者环氧基粘结剂粘结固定到支架(6)的内圆周表面(6a)。

Description

流体动力轴承装置和包括该装置的电机
技术领域
本发明涉及一种通过形成在轴承间隙内的流体膜支撑旋转件的流体动力轴承装置，还涉及一种含有该装置的电机。该种类型的轴承装置适合应用于信息装置，例如磁盘驱动单元(例如HDD)、光盘驱动单元(例如CD-ROM，CD-R/RW，DVD-ROM/RAM)、磁光盘驱动单元(例如MD和MO)的主轴电机，激光印刷机(LBP)的多边扫描电机，投影仪的辊轮，或者电动机器和装置(例如轴流式风机的小电机)。
背景技术
上面各种类型的电机对更高的速度、更低的成本、更小的噪声等，以及转动精度等提出了要求。决定这些需求的性能的部件之一是支撑所述电机的主轴的轴承。近年来，对于上面所需的性能具有优异特性流体动力轴承的使用已经被人考虑到，或者实际上已经在使用。
该种类型的流体动力轴承大致可以分为：液动力轴承，其包括用于在轴承间隙中的润滑液内产生液动力压力的液动力压力产生部分；以及不具有液动力压力产生部分的所谓的圆柱轴承(轴承横截面为完美圆形形状的轴承)。
例如，在结合到HDD的主轴电机或者类似的盘驱动单元中的流体动力轴承装置内，在径向方向支撑轴件的径向轴承部和在轴向方向支撑轴件的轴向轴承部两者有时均由液动力轴承构成。该种类型的流体动力轴承装置(液动力轴承装置)内已知的径向轴承部的例子是这样的，液动力槽形成为在轴承件的内圆周表面上(当轴承件包括外壳和轴承套时，轴承套的内圆周表面)或者在与其相对的轴件的外圆周表面上的液动压力产生部分，且径向轴承间隙形成在两个面之间。(例如，参考日本未审专利公布No.2003-239951)。
发明内容
当将具有上面说明的构造的流体动力轴承装置通过结合到例如磁盘装置(例如HDD)的主轴电机内而被使用时，将流体动力轴承安装到电机上通常是通过将外壳的外圆周表面粘结固定在具有用于安装定子线圈的部分的支架的内周面上来实现的。尽管，当在外壳和支架之间的高粘结强度被保证时，不会产生问题，但是当粘结强度不是足够大时，由于结合磁盘装置的信息装置的下落而引起的冲击会使得粘结表面脱落，这会降低流体动力轴承装置的功能，并且因此会影响磁盘装置的功能。因此，在该外壳和支架之间需要高的粘结力。特别是近来，响应于所需的磁盘容量的增大，结合到上述盘装置中的磁盘数量具有增多的势头。这进一步增大了当下落时造成的冲击力。因此，在上面提到的外壳和支架之间需要甚至更大的粘结力。
从可加工性、除气特性等等来看，使用在该种类型粘结固定中的粘结剂一般是厌氧性粘结剂和环氧基粘结剂。正常地，这些粘结剂的固化涉及到涂敷后的加热处理。因此，在设置粘结剂的外壳和支架之间的直径间隙(粘结间隙)会由于在固化步骤中两部件的热膨胀而变化。该种类型的粘结间隙根据需要设置为具有预定的宽度，但是当粘结剂利用加热固化时，它们在两部件之间的粘结间隙在加热的过程中会改变的状态下固化。因此，在粘结间隙的宽度与加热前的宽度不同的情况下执行粘结。即使上述的粘结间隙的宽度预先被合理地设置，但该种情形会阻碍在两个部件之间获得足够的粘结强度。
本发明的目的是提供一种流体动力轴承装置，通过合理地控制粘结间隙，从而在具有粘结固定面的部件和支架之间具有增大的粘结强度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种流体动力轴承装置，包括轴部件，支架和径向轴承部，该径向轴承部通过在径向轴承间隙内形成的流体膜在径向方向可转动地支撑所述轴部件，以及粘结固定面，该粘结固定面粘结地固定到所述支架的内圆周表面，其中，将具有所述粘结固定面的部件的线性膨胀系数除以所述支架的线性膨胀系数所得值不小于0.5，且不大于2.0。
如上所述，通过关注具有粘结固定面的部件和支架的热膨胀系数相关的粘结间隙的变化，做出了本发明，其特征在于，将具有所述粘结固定面部件的线性膨胀系数除以所述支架的线性膨胀系数所得的值不小于0.5，且不大于2.0。该种构成在这样的状态下实现了具有粘结固定面的部件和支架之间的粘结固定，即，与加热有关的粘结间隙的变化被最小化到粘结剂的固化不会受到不利影响的程度。因此，即使当使用利用加热而固化的粘结剂时，在具有粘结固定面的部件和支架之间可以获得高粘结强度，可以满足磁盘装置的磁盘容量增大的需求。
这里，两个部件的线性膨胀系数的比率{(具有粘结固定面的部件的线性膨胀系数)/(支架的线性膨胀系数)}被限定在上述范围内的原因如下：当上述的线性膨胀系数的比率大于2.0时，在粘结剂的加热过程中，粘结间隙变窄，并且在一些情况下它变成负的间隙，由此未固化的粘结剂会从粘结间隙中挤压出来，粘结剂会不够。另外，如果上述的线性膨胀系数的比率小于0.5，粘结间隙由此会变得太宽，粘结强度会被降低。
作为用于将具有粘结固定面的部件和支架粘结固定的粘结剂，考虑到可加工性，特别是固化速度和除气特性方面，厌氧性粘结剂、紫外线固化粘结剂和环氧基粘结剂是适合的。
只要线性膨胀系数的比率(不小于0.5且不大于2.0)落在上述范围内，具有粘结固定面的部件和支架中的任一个或者两者都可以由金属材料制作。可选择地，两个部件中的任一个或者两者也都可以是由树脂合成物构成。
在是后者的情况下，构成树脂合成物的基础树脂的示例包括聚苯硫醚(PPS)，其具有粘结固定面所需的优异特性，例如抗油性，模制性(模制过程中的流动性)，除气特性和其它特性。另外，除了基础树脂之外，碳纤维和无机化合物中的任一个或者两者可以作为填充剂添加进树脂合成物中，由此可以控制树脂合成物的线性膨胀系数。
具有上述构成的包含在树脂合成物中的Na的量优选是2000ppm或者更小。这因此会降低Na洗提(洗脱)进润滑油的量，因此，轴承内外的清洁度可以保持在较高的水平。另外，在聚苯硫醚(PPS)中，由于，每个单位体积的分子端基的数量越少则含有的Na的量越少，因此具有最小数量的支链的聚苯硫醚(PPS)是优选的。
对于碳纤维，具有抗张强度为3000MPa或者更高的那些是优选的。具有高的导电性以及高强度的那些的实例包括PAN基(聚丙烯腈基)的碳纤维。
在考虑到碳纤维的纵横比时，通过将这些碳纤维添加到树脂合成物中所产生的强度效应，尺寸稳定效应，静电去除效应和其它效应被证明是更加显著的。也就是，碳纤维的纤维长度越长，加强效应和静电去除效应越大，而纤维直径越小，抗磨损性能越大，尤其是，滑动接触材料的损害越小。从这些角度来看，碳纤维的纵横比优选是6.5或者特别地更高。
另外，包含在树脂合成物中的碳纤维的量优选是10至35vol.％，从而使得由添加上面碳纤维所产生的附加效应(加强效应、增加的导电性、增加的尺寸稳定性)可以被充分地证明，并且同时可以保证作为树脂合成物的流动性(低熔融粘度)。
作为用于填充上述的树脂合成物的无机化合物，具有少量的离子洗提的无机化合物是适合使用的。该种类型的无机化合物可以抑制进入到润滑油中的有害的离子洗提到较低的水平，由此润滑油粘度的降级、劣化和下降可以避免，保持轴承性能处于较高的水平。可选择地，上面提到的离子在轴承装置及其周围沉积的情形可以避免，轴承内或者轴承装置周围的清洁度可以保证。
满足上面条件的无机化合物的具体例子包括硼酸铝化合物，氧化钛，氧化锌等等。这些当中，硼酸铝化合物特别优选地使用。另外，这些无机化合物中的一些是纤维状的或者粉末装的，并且考虑对外壳的强化效应，纤维状的特别是须状的那些是优选的。
另一种具有上面构造的可能的流体动力轴承装置，除了轴部件和支架之外，还包括轴承套和外壳，该轴承套的内圆周表面在自身和所述轴部件的外圆周表面之间形成径向轴承间隙，所述轴承套固定在所述外壳的内周上，在该外壳的外围形成粘结固定面。在这种情况下，上述具有粘结固定表面的部件与外壳相对应。
可选择地，另一种可能的轴承装置，除了轴部件和支架之外，还包括轴承件，该轴承件的内圆周表面在其自身和所述轴部件的外圆周表面之间形成径向轴承间隙，并且在其外圆周表面上形成有粘结固定面。在这种情况下，上述具有粘结固定表面的部件与轴承件相对应。
具有上面构造的流体动力轴承装置可以适当地设置为电机，该电机包括该种流体动力轴承装置，定子线圈和转子磁铁，该转子磁铁在自身和定子线圈之间产生激励。
如上所述，根据本发明，提供了一种通过适当地控制粘结间隙以在具有粘结固定面的部件和支架之间具有增大的粘结强度的流体动力轴承装置。
附图说明
图1是结合了根据本发明的第一实施例的流体动力轴承装置的主轴电机的横截面视图。
图2是根据第一实施例的流体动力轴承装置的横截面图。
图3是轴承套的横截面图。
图4示出了外壳的上端面。
图5是根据本发明的第二实施例的流体动力轴承装置的横截面图。
图6是根据本发明的第三实施例的流体动力轴承装置的横截面图。
图7是根据本发明的第四实施例的流体动力轴承装置的横截面图。
图8是显示用于示例产品和对比产品的材料构成比率的表。
图9是显示示例产品的测试结果表。
图10是显示对比产品的测试结果表。
具体实施方式
参考图1-4，下面对本发明的第一实施例进行说明。
图1概括显示了用于结合了根据本发明的第一实施例的流体动力轴承装置1的信息设备的主轴电机的构成示例。该主轴电机用于盘驱动单元(例如HDD)，并且包括流体动力轴承装置(液动力轴承装置)1，该装置以非接触的方式可转动地支撑包括轴2的转动件3，例如横跨径向方向上的间隙彼此相对的定子线圈4，和转子磁铁。定子线圈4连接到支架6的线圈安装部6b，后面将说明，转子磁铁5连接到转动件3的外周。流体动力轴承装置1的外壳7固定到支架6的内周。尽管未显示，一个或多个盘形信息记录介质(后面简称为盘)(例如磁盘)保持在转动件3上。在由此构成的主轴电机内，当定子线圈4被供能时，转子磁铁5通过在定子线圈4和转子磁铁5之间形成的励磁作用下旋转，由此转动件3和保持在转动件3上的磁盘随同轴2一起旋转。
图2显示了流体动力轴承装置1。该流体动力装置1主要包括支架6、固定到支架6的内周的外壳7、固定到外壳7上的轴承套8和相对于外壳7和轴承套8旋转的转动件3。在该实施例中，转动件3与轴部件相对应。为了说明方便，在其两轴向端上形成的外壳7的开口部之间，在下面的说明中，利用盖部件10密封的一侧称为下侧，而与密封侧相对的一侧被称为上侧。
转动件3包括，例如设置在外壳7的开口侧上的毂部9，和插在轴承套8的内周处的轴2。
毂部9是由金属或者树脂构成，并由覆盖外壳7的开口侧(项侧)的盘形部9a、从盘形部9a的外圆周沿轴向方向向下延伸的圆筒部9b，以及设置在圆筒部9b的外周上的盘安装面9c和边缘(brim)9d构成。盘(未显示)配合在盘形部9a的外围，并且安装在盘安装面9c上。盘通过合适的保持装置(例如夹子)(未显示)保持在毂部9上。
轴2在本实施例中与毂部9形成为一体，并且包括在其下端处独立地用作防止脱落(防止性的)的凸缘部2b。凸缘部2b是由金属制作，通过例如螺钉连接的装置固定到轴2。
轴承套8可以由例如包括铜合金(例如黄铜)和铝合金的金属制成，也可以由包括烧结金属的多孔体形成。在本实施例中，是由包括铜作为主要成份的烧结金属的多孔体圆筒形地成型。
设置多个液动力槽的区域形成在轴承套8的内圆周表面8a的整个或者部分圆柱区域内，用作径向液动压力产生部。在本实施例中，例如如图3所示，多个液动力槽8a1、8a2呈箭尾形状设置在其中的两个区域在轴向方向上单独地形成。
在轴承套8的下端面8c的整个或者部分的环形区域上，例如在多个液动力槽以螺旋形状设置在其中的区域形成了轴向液动压力产生部，但是图中并未显示出。液动力槽形成在其中的该区域与凸缘部2b的作为轴向轴承面的上端面2b1相对，并且在轴2(转动件3)的旋转过程中，在自身和上端面2b1之间形成了第二轴向轴承部T2的轴向轴承间隙(参考图2)。
外壳是由树脂圆筒形地成型。在本实施例中，外壳7具有这样的构造，其两轴向端均开口，另一轴向端侧由盖部件10密封。轴向轴承面7a设置在一端侧的端面(上端面)的整个或者部分环形区域上。在本实施例中，例如，如图4所示，多个液动力槽7a1以螺旋形状设置在其中的区域形成在轴向轴承面7a上，作为轴向液动压力形成部。该轴向轴承面7a(液动力槽7a1形成的区域)与毂部9的盘形部9a的下端面9a1相对，并且在转动件3处于旋转时，在其自身和下端面9a1之间形成第一轴向轴承部T1(后面将说明)的轴向轴承间隙(参考图2)。
密封外壳7的另一端侧的盖部件10是由金属或者树脂形成，并且固定到在外壳7的另一端处设置在内周侧的台肩(shoulder)7b。这里，对固定方式进行特别地限定，例如根据材料、所需的安装强度、密封性能和其它条件的结合，可以适当地选择固定方式，例如粘结(包括松粘结、压配合粘结)，压配合，沉积(例如，超声波沉积)，焊接(例如，激光焊接)等。
在外壳7的内圆周表面7c上，轴承套8的外圆周表面8b可以通过合适的方法固定，例如粘结(包括松粘结或者压配合粘结)，压配合，沉积(deposition)等。
其直径朝着顶部逐渐增大的锥形密封面7d形成在外壳7的外周。该锥形密封面7d形成了环形密封空间S，该环形密封空间的径向尺寸从外壳7的密封侧(底侧)朝向开口侧(项侧)在自身和圆筒部9b的内圆周表面9b1之间逐渐减小。当轴2和毂部9处于旋转时，该密封空间S与第一轴向轴承部T1的轴向轴承间隙的外直径侧连通。
粘结固定面7e形成在外壳7的外周的下端处。在本实施例中，粘结固定面7e具有恒定直径的圆柱形状，并且利用粘结剂固定到支架6的内圆周表面6a(参考图2)。
此时，考虑到可加工性、特别是固化速度和除气特性，在内圆周表面6a和粘结固定面7e之间的粘结固定中，使用例如紫外线可固化粘结剂，厌氧性粘结剂或者环氧基粘结剂。紫外线可固化粘结剂的特别例子包括由Three Bond有限公司制造的3000系列。环氧基粘结剂包括也是由ThreeBond有限公司制造的2200系列。另外，形成外壳7和支架6的材料选择为，使得通过把外壳7的线膨胀系数除以支架6的线膨胀系数得到的值不小于0.5，但是不大于2.0。
以这样的方式，通过将两个部件6、7的线性膨胀系数的比率{(外壳7的线性膨胀系数)/(支架6的线性膨胀系数)}落在上面的范围内，外壳7和支架6之间的粘结固定可以在这样的状态下实现，即，在内圆周表面6a和粘结固定面7e之间的直径间隙(粘结间隙)在加热过程中被抑制到不会不利地影响粘结剂固化的这样的范围内。因此，如上所述，即使使用热固化的粘结剂时，外壳7和支架6之间可以得到高的粘结强度。
当使用上述的粘结剂、例如使用厌氧性粘结剂时，加热前在两个部件6、7之间的粘结间隙的值在直径间隙内为大致10μm到100μm。考虑到固化后两部件6、7之间的固定精确度的提高和粘结剂强度的稳定，上面的粘结间隙在直径间隙内适合为20μm到40μm。
只要线性膨胀系数的比率落在上面的范围内，支架6和外壳7的材料可以选择性地选择，并且可以形成例如金属(如不锈钢)的支架6，包括结晶树脂(例如LCP，PPS和PEEK)作为基础树脂的树脂合成物的外壳7.
这些当中，对于外壳7的材料，在使用中需要对于上述酯基础的润滑油具有高抗油性(低吸油特性)。在使用中还需要抑制产生的除气量和吸收的水量。另外，考虑到在使用环境中的温度的变化，还需要高的抗热性。
只要使用在上面例子中所示的基础树脂(例如LCP，PPS，PEEK的结晶树脂)，可以形成对于上面提到的抗油性、除气特性、水吸收特性和抗热性方面都具有优异表现的外壳7。另外，在上面的结晶树脂中，聚苯硫醚(PPS)比其它的树脂成本更低，在模制过程中在流动性(融化粘性)上表现卓越。因此，对于该种类型的外壳7特别适合做基础树脂。
聚苯硫醚(PPS)通常是通过硫化钠和对二氯苯的缩聚反应制成，同时包含副产物，氯化钠。因此，需要利用合适的溶剂对聚苯硫醚(PPS)进行除杂。只要具有10或者更高的相对介电常数的任何溶剂都可以用于除杂(cleaning)，优选20或者更高，更优选的50或者更高。考虑到环境方面的问题，例如，水(相对介电常数：大约80)是优选的，并且特别超纯的水是优选的。在聚苯硫醚(PPS)的端基的Na主要是通过利用这样的溶剂进行去除。因此，包含在聚苯硫醚(PPS)的Na的量可以被减小(例如，2000ppm或者更小)，这使得聚苯硫醚(PPS)可以用作用于形成外壳7的树脂材料。另外去除端基中的Na有利的是提高结晶的速度。
聚苯硫醚(PPS)大体可以分类为三组：交叉连接的聚苯硫醚(PPS)；具有较少支链的半线性聚苯硫醚(PPS)；以及具有较少支链的线性聚苯硫醚(PPS)。这些当中，由于每个分子具有较少的分子端基，并且因此Na的含量更少，因此具有较少支链的线性聚苯硫醚(PPS)是优选的。另外，还由于，与其它类型的聚苯硫醚(PPS)相比易于除杂，或者几乎不需要通过除杂减少含有的Na量，因此线性聚苯硫(PPS)是优选的。具体地，含有的Na量为2000ppm或者更少，更优选1000ppm，甚至更优选的500ppm或者更小的那些与线性聚苯硫醚(PPS)相对应。根据此，洗提进润滑油的Na离子的量可以被抑制，可以防止Na沉积在流体动力轴承装置1和转动件3上所保持的盘上或者盘头(未显示)的表面上。
碳纤维或者无机化合物中的一种或者两种可以作为填充剂添加到上面的基础树脂。添加物起到通过改变添加到基础树脂中的量来调节利用这些基础树脂和包含填充剂的树脂合成物所形成的外壳7的线性膨胀系数的作用。
另外，作为填充剂的碳纤维的添加可以极大地加强外壳7，并且抑制外壳7随着温度变化的径向尺寸的变化，从而获得高的尺寸稳定性。这可以实现精确地形成轴向轴承面7a的液动力槽7a1，并且在使用过程中高精度地控制第一轴向轴承部T1的轴向轴承间隙。另外，通过将碳纤维添加到基础树脂，碳纤维显现出高导电性，因此这使得外壳7具有足够的导电性(例如，体积电阻率：1.0×106Ω·cm或者更小)。因此，在使用过程中在盘内积累的静电荷可以通过转动件3和外壳7(在一些情况还通过轴承套8)分散到地面侧元件(支架6等)。
对于碳纤维，例如可以使用PAN基，沥清(pitch-based)基和其它各种碳纤维。从强度效果和冲击吸收能力的角度来看，优选的是那些具有相对高的抗张强度的(优选3000MPa或者更高)，由于还具有特别高的导电性，因此基于PAN的碳纤维是优选的。
在下面说明的尺寸范围内的那些可用作上面提到的碳纤维。
(1)当熔化的树脂被揉合和注模时，碳纤维被切割并且它们的纤维长度变得更短。当纤维长度变短进行时，强度、导电性和其它特性会变得明显，并且满足这些所需的特性变得困难。因此，考虑到在模制的过程中的断开，添加到树脂的碳纤维优选是相当长的纤维，特别地，具有平均长度为100μm或者更大、更优选是1mm或者更大的碳纤维期望被使用。(2)相反，在注模步骤中，在模子内固化的树脂有时被收回，重新熔化，然后与新的树脂合成物揉合，进行再利用(再循环)。在这种情况下，由于纤维的部分被反复循环利用，当初始纤维长度太长时，由于再循环相关的切割作用，因此纤维比它们的初始纤维长度变得明显更短，树脂合成物的特性(降低的熔融粘度等)变化变得明显。为了使该种特性变化最小化，纤维长度越小越好。更具体地，期望的是设置平均纤维长度为500μm或者更小(优选是300μm或者更小)。
上面提到的碳纤维的纤维长度的选择可以通过在真正模注步骤中使用的树脂合成物历史的种类来确定。例如，当仅仅使用新的树脂合成物时，或者当使用新树脂合成物和再循环的树脂合成物而新树脂合成物的比例大时，从防止在强度、导电性和其它特性方面的角度考虑，优选使用在上面(1)中提到的尺寸范围内的碳纤维。相反地，当再循环的树脂合成物的比例较大时，从防止再循环有关的树脂合成物特性的改变的角度考虑，期望的是使用在上面(2)中提到的尺寸范围内的碳纤维。
无论是使用(1)还是(2)中的碳纤维，碳纤维的直径越小，碳纤维使用的数量越多，这对于使得产品品质均匀化是有效的。另外，它的纵横比越高，由于纤维的加强的强化效果越大。因此，碳纤维的纵横比越高越好。更特别的，纵横比优选的是6.5或者更高。另外，考虑到可加工性和可利用性，其平均纤维直径合适的是5到20μm。
为了充分论证上面所述的由碳纤维产生的强化效应和磨损减小效应，静电去除和其它的效果，添加到基础树脂内的碳纤维的量期望的是10到35vol.％，更优选的是15到25vol.％。这是因为，如果添加的碳纤维的量小于10vol.％的话，则由碳纤维所产生的强化效应和静电去除效应不能充分地显现，并且靠着(相对于)毂部9滑动的外壳7部分的抗磨损性能不能保证，特别是外壳7所靠着滑动的毂部9的抗磨损性不能被确保。另一方面，如果添加的量超过35vol.％的话，外壳7的模制能力下降，很难获得较高的尺寸精度。
多种物质可以用作无机化合物。这些当中，具有少量的洗提离子(ionelution)的无机化合物是特别的优选的。只要使用的无机化合物是这种类型的，进入润滑油成为有害物质的洗提离子可以被抑制，轴承的性能可以维持在较高的水平。可选择地，上面所述的离子在轴承装置及其周围沉积的情形可以避免，从而可以保证轴承内及轴承装置周围的清洁。
满足上面条件的无机化合物的特定实例包括硼酸铝化合物，氧化钛，氧化锌等等。这些当中，硼酸铝是特别优选的。这些无机化合物中的一些是纤维状的或者粉末状的。这些当中，考虑到外壳上的强化效应，纤维状的、特别是须状的那些是优选的，而考虑到外壳的可模制性(树脂填充能力)，粉末状的那些是优选的。
在310℃的温度和剪切率为1000s-1时，包含诸如碳纤维和添加到上述基础树脂的无机化合物的树脂合成物的熔融粘度优选地抑制到500Pa·s或者更低，从而高精度地利用融化的树脂填充空腔的内部。因此，基础树脂(PPS)的熔融粘度在310℃的温度和剪切率为1000s-1时抑制在100Pa·s或者更低，用于补偿树脂合成物的粘性的增大。
如前所示，通过选择支架6和外壳7的材料，从而使得它们的线性膨胀率落在上面提到的范围内，特别地通过由上面提到的树脂合成物形成外壳7，可以获得具有与支架6具有高粘度强度，高抗油性，低除气特性，模制时的高流动性，低的吸水特性和高的热阻性的外壳7。因此，流体动力轴承装置1和结合该轴承装置的盘驱动单元的耐久性和可靠性可以增大。
具有上面构成的流体动力轴承装置1的内部填充有润滑油，并且润滑油的油平面总是保持在密封空间S内。多种物质可以用作润滑油。低蒸发率和低粘度是必须的，特别是对于供给到诸如HDD的盘驱动单元的流体动力轴承装置的润滑油。例如，癸二酸二辛酯(DOS)，壬二酸二辛酯(DOZ)和类似的酯基润滑油是适合的。
在具有上面构成的流体动力轴承装置1内，在轴2(转动件3)的旋转过程中，用作轴承套8的内圆周表面8a的径向轴承面的两个区域(液动力槽8a1、8a2形成的上区和下区)越过轴2的外圆周表面2a和径向轴承间隙相互相对。随着轴2旋转，以上径向轴承间隙的润滑油被推到液动力槽8a1、8a2的轴中心侧，并且其压力增大。在径向方向以非接触方式支撑轴2的第一径向轴承部R1和第二径向轴承部R2由液动力槽8a1、8a2的液动力效应构成。
同时，润滑油的油膜通过液动力槽的液动力效应分别形成在外壳7的轴向轴承面7a(液动力槽7a1形成的区域)和与之相对的毂部9(盘形部9a)的下端面9a1之间的轴向轴承间隙内、以及轴承套8的下端面8c(液动力槽形成的区域)和与之相对的凸缘部2b的下端面2b1之间的轴向轴承间隙内。另外，在轴向方向以非接触的方式支撑转动件3的第一轴向轴承部T1和第二轴向轴承部T2通过这些油膜构成。
上面已经说明了本发明的第一实施例，但是本发明并不限制于该实施例，也可以使用其它的构成。流体动力轴承装置的其它构成示例在下面将进行说明。应该注意的是，下面显示的图中，具有与第一实施例具有相同的构成和功能的部分和零件用相同的附图标记来表示，重复的说明将会省略掉。
在上面的第一实施例中，描述了设置其中多个液动力槽7a1布置在外壳7的上端面上的轴向轴承面7a(第一轴向轴承部T1)和其中多个液动力槽布置在轴向轴承套8的下端面8c上的轴向轴承面(第二轴向轴承部T2)的情况，但是本发明也可以适用于仅设置第一轴向轴承部T1的流体动力轴承装置。在这种情况下，尽管未显示，轴2具有没有凸缘部2b的直线构造。因此，通过使用盖部件10作为底部，外壳7可以由树脂材料整体地形成为带底部的圆筒形状。另外，轴2和毂部9可以由金属或者树脂通过整体模制的方式形成，或者轴2可以与毂部9分开地形成。在这种情况下，轴2可以由金属制作，而通过将由金属制成的轴2用作插入件，转动件3可以由树脂与毂部9整体形成。
图5显示了根据本发明的第二实施例的流体动力轴承装置11。在该实施例中，轴部件12包括在下端整体或者分开设置的凸缘部12b。另外，外壳17包括圆柱形侧部17a，和具有与侧部17a分开的结构并且定位在侧部17a的下端部的底部17b。伸向内周侧的密封部13在外壳17的侧部17a的上端部处与外壳17整体形成。在外壳17的底部17b的上端面17b1上，尽管未显示，例如，多个液动力槽以螺旋形式设置在其中的区域被形成。另外，在轴部件12的旋转过程中，第一轴向轴承部T11形成在轴承套8的下端面8c和轴部件12的凸缘部12b的上端面12b1之间，而第二轴向轴承部T12形成在外壳17的底部17b的上端面17b1和凸缘部12b的下端面12b2之间。
在该实施例中，外壳17的外圆周表面17c用作粘结固定到支架(未显示)的内圆周表面的粘结固定面。因此，如果线性膨胀系数的比率不小于0.5且不大于2.0的这样的材料被选择作为用于形成如上面第一实施例的外壳17和支架的材料，可以获得与支架的粘结强度，抗油性，抗磨损性，清洁性，模制性和其它的特性优异的外壳17。
图6显示了根据本发明的第三实施例的液体动力轴承装置21。在该实施例中，密封部23与外壳27的侧部27a分离地形成，并且通过粘结、压配合、沉积或者其它的方法固定到外壳27的上端部的内周。另外，外壳27的底部27b可以与外壳27的侧部27a整体形成，并且形状是带底部的圆筒体。由于除了提到的构造之外的其它的构造与第二实施例中的相似，因此省略对其的说明。
也在本实施例中，外壳27的外圆周表面27c用作粘结固定到支架的内圆周表面的粘结固定表面(也未显示)。因此，满足如在上面的第一实施例的线性膨胀系数的比率的材料的组合被选择作为用于形成外壳27和支架的材料，由此可以获得与支架的粘结强度，抗油性，抗磨损性，清洁性，模制性和其它的特性优异的外壳27。
在说明的实施例中(第一到第三实施例)，粘结固定面7e设置在外壳7上且径向轴承间隙形成在轴承套8的内圆周表面8a和轴2的外圆周表面2a之间的情况，但是这些可以是由单一材料形成的整体件(在显示在图5和6中所示的实施例中整合也是可能的)。图7显示了根据本发明的第四实施例的液体动力轴承装置31，该装置具有与根据上面的第一到第三实施例的流体动力轴承装置不同的构成，不同在于其包括作为整体件的轴承件37。在这种情况下，轴承件37形成了在其内圆周表面37a和轴2的外圆周表面2a之间的径向轴承间隙，并且在其外圆周上具有与支架6的粘结固定面37e。另外，在面向径向轴承间隙的内圆周表面37a上，例如，如图3所示，形成了形成液动力槽8a1、8a2的区域(径向轴承面)。类似地，轴承件37的端面37b、37c具有分别对应于第一实施例所示的轴向轴承面7a、8c的构造。由于除了上面提到的这些构造外，其它的构造与第一实施例相似，省略对其的说明。
当然，本发明不仅应用于上面说明的形式，而且只要它们具有与支架6的粘结固定面7e，还适用于其它的部件。类似地，只要支架具有诸如外壳7的有粘结固定面7e的部件，该部件粘性固定到其内周并且是用于将流体动力轴承装置1固定到电机的部件，本发明可以应用于支架6。因此，支架6不需要具有用于安装定子线圈4的部分6b，当流体动力轴承装置1被固定到电机时通过独立于电机的基础部件形成支架6并且将其粘性固定到粘结固定面7e，本发明也可以应用。
在上面说明的实施例中(第一到第四实施例)，当外壳7是由树脂合成物形成时，说明了诸如碳纤维和无机化合物的填充剂被加入到单个种类的基础树脂(聚苯硫醚)的情况。然而，其它的结晶树脂和非结晶树脂，橡胶成分和类似的有机物可以被添加，除非它们会降低本发明的效果。另外，除了碳纤维，金属纤维、玻璃纤维、须状物或者类似的无机物质可以被添加。例如，聚四氟乙烯可以作为模制防粘剂添加，具有高的抗油性，碳黑可以作为导电性介质添加。
上面主要说明的是外壳7由树脂合成物构成而支架6是由金属形成的情况，但是如前所示，其它的组合也是可能的，只要它们的线性膨胀系数的比率落在了上面的范围内(不小于0.5但是不大于2.0)(也适用于轴承件37和支架6的组合)。例如，外壳7和支架6可以两者都由树脂合成物形成，两个部件6和7可以都由金属形成。可选择的，由金属形成外壳7，由树脂合成物形成支架6也是可能的。当外壳7是由金属形成时，可用的金属材料的例子包括SUS420，SUJ2SUS304和类似的不锈钢，所谓的炮铜和类似的铜合金(青铜，黄铜等)和铝材料(A5056等)。
在上面说明的实施例中，润滑流体的液动力效应是由箭尾形的和螺旋形状的液动力槽产生的构造作为径向轴承部R1、R2和轴向轴承部T1、T2的例子而被显示，但是本发明不限制于此。
例如，作为径向轴承部R1、R2，尽管未显示，可以使用所谓的阶梯液动力压力产生部，其中轴向方向的槽形成在圆周方向上的多个部分内，或者可以使用所谓的多叶轴承(multilobe bearing)，其中在圆周方向上设置多个弓形面且在弓形面和相对轴2(或者轴部件12)的外圆周表面2a之间形成楔形径向间隙(轴承间隙)。
可选择地，通过使得用作径向轴承面的轴承套8的内圆周表面8a为完美(完全)圆形形状的内圆周表面，而不设置作为液动力压力产生部的液动力槽或者设置的弓形面，并且利用该内圆周表面和轴2的相对的完美(完全)圆形的外圆周表面2a，可以构成所谓的圆形轴承。
轴向轴承部T1、T2中的一个或者两个，尽管未显示，也可以由所谓的阶梯轴承构成，其中多个径向槽形式的液动力槽在圆周方向上以预定的间隔设置在用作轴向轴承面的区域内，轴向轴承部T1、T2中的一个或两个也可以由波轴承(其中台阶为波形)或者其它轴承构成。
另外，在上面说明的实施例中，说明了径向轴承面形成在轴承套8和轴承件37侧部上，并且轴向轴承面7a、37b、37c形成在外壳7和轴承件37的侧部上的情况，但是这些其上形成有液动力压力生成部的轴承面并不限于固定侧上的部件。例如，它们可以设置在与这些相对的轴2、凸缘部2b和毂部9的侧部(旋转侧)。
示例
为了揭示本发明的优点，外壳模拟测试件和支架模拟测试件由多种具有不同线性膨胀系数制备，并且执行对于用于液体动力轴承装置的外壳所需特性(包括在外壳和支架之间的粘结强度)的评估。五种类型的金属材料和三种类型的树脂材料被用于上面测试件的材料。线性聚苯硫醚(PPS)被用作所有的树脂合成物的基础树脂。另外，碳纤维和无机化合物被用作过填充剂。上述材料的构成比率和化合比率(配比)如在图8中显示。
在该示例中，两种不锈钢(SUS420，SUS304)，黄铜(CAC301)，铝压铸件(ADC12)和铝(A5056)被用作五种金属材料(所有这些产品符合JIS标准)。另外，由Dainippon InkAnd Chemicals公司制造的LC-5G被用作线性聚苯硫醚(PPS)；由Toho Tenax有限公司制造的HM35-C6S(纤维直径：7μm，平均纤维长度：6mm，抗张强度：3240Mpa)被用作碳纤维(基于PAN)；以及由Shikoku Chemicals Corporation化学公司制造的Alborex(等级：Y，主成分：硼酸铝，平均直径：0.5至1.0μm，平均纤维长度：10至30μm，形式：须状)。另外，碳黑(carbon black)在该示例中作为添加剂。更具体地，使用由Mitsubishi Chemical Corporation化学公司制造的碳黑(等级：#3350B，平均粒子直径：24nm)。
另外，在图8显示的构成比中，通过利用下面的方法暂时将它们形成为小球并且利用这些小球来制造后面描述的测试件，来制备三种类型的树脂合成物。小球的模制方法下面进行说明。根据图8中所示的混合比干混合的上述的基础树脂和填充剂通过侧进料被供给到双轴挤压机(螺纹L/D比：大约30)，并且在150rpm的螺旋转速和300到330℃下被融化和揉合。在揉合之后，融化的线股通过每个具有4mm的直径的模孔被抽出并且冷却，由此产生了米粒大小的树脂合成物小球。为了在融化-揉合的过程中尽量避免碳纤维断裂，上面的混合是从双轴挤压机的侧进料部以预定的速度提供。
评估项为下面的六个：(0)线性膨胀系数的比率，(1)外壳模拟测试件的离子的不溶解性，(2)体积电阻率[Ω·cm]，(3)环磨损深度[μm]，(4)滑动接触材料的磨损深度[μm]，和(5)粘结强度[N]。这些当中，对外壳模拟测试件和支架模拟测试件都进行(0)线性膨胀系数的比率和(5)粘结强度的评估，而对外壳模拟测试件进行(1)离子的不溶解性到(4)滑动接触材料的磨损深度的评估。每个评估项目的评估方法(测量评估项目值的方法)和用于判断是否可以接受的标准在下面显示。
(0)线性膨胀系数的比率
显示在图8中的构成比率的材料的线性膨胀系数是通过利用TMA(热机械分析仪)来确定的。具体的程序显示如下：(a)带底圆筒体形式的杯形测试件(
Figure 2006800184795_0
10mm×
Figure 2006800184795_1
8mm×15mm，底部的厚度：2mm)是通过具有图8所示的成分比的材料制作的。当材料是金属时，具有上面构造的测试件由车床车削加工的圆杆形成。当材料是树脂合成物时，细孔料口(pin gate)设置在基板部分的外表面侧上，用于通过注模制备具有上面构造的测试件。(b)杯形测试件设置在TMA内。设置困难的测试件将两轴端切除以具有环形的形状来使用。为了正确测量测试件在径向方向的热膨胀量，测量探针的测量方向与测试件的径向方向一致。(c)在径向方向的热膨胀量在下面的条件下确定：测量载荷：0.05N，测量温度范围：23℃到100℃，编程率(或进程速率)(programming rate)5℃/min，气体氛围：氮气。应该注意的是，测量温度范围的上限值是考虑粘结剂(后面将描述的)热固化条件(90℃×1h)设定的。(d)由上面的程序获取的每种材料(No.1至8的化学成分比)的线性膨胀系数显示在图8中。另外，基于这些结果，显示在图9和10中的每个样品产品和对比产品的线性膨胀系数的比率是通过下面显示的公式计算得到。
线性膨胀系数的比率[无量纲]＝(外壳模拟测试件的线性膨胀系数)/(支架模拟测试件的线性膨胀系数)
(1)离子的不溶解性
从由具有如图8中所示的成分比的材料形成的杯形测试件中的各种离子的洗提的存在或者缺失通过离子色谱法来确定。具体的程序显示如下。(a)预定量的超纯水注入到空的烧杯，且表面预先被超纯水充分清洗的上述测试件被放进烧杯内。(b)上面的烧杯被设置在加热到80℃的恒定温度的烤箱内一个小时，包含在表面和测试件内部的离子被洗提进超纯水内。相比之下，没有测试件放置并且只有纯水倒入的烧杯被类似地被设置在加热到80℃的恒定温度的烤箱内一个小时，并用作坯件。(c)放有在上面获取的测试件的超纯水内所包含的离子量由离子色谱法确定(测量值A)。包含在坯件中的离子量用类似的方法单独确定(测量值B)。(d)测量值B从测量值A中减去，以确定离子洗提的存在或缺失。
对于判断是否可以接受的标准，离子可以利用通常用在离子色谱法中的列(column)来分析，该离子被用作可检测的离子(参考下面的表1)。如果下表中列出的离子没有检测到，测试件认为是可以接受的(良好)，如果检测到这种离子，测试件认为是不可以接受的(差)。
[表1]
要检测的离子表
阳离子 阴离子
Li<sup>+</sup>Mg<sup>2+</sup> F<sup>-</sup>No<sup>3-</sup>
Na<sup>+</sup>Ca<sup>2+</sup> Cl<sup>-</sup>PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>
K<sup>+</sup>Sr<sup>2+</sup> NO<sup>2-</sup>SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>
Rb<sup>+</sup>Ba<sup>2+</sup> Br<sup>-</sup>
Cs<sup>+</sup>NH<sup>4+</sup> SO<sub>3</sub><sup>2-</sup>
(2)体积电阻率[Ω·cm]
测量是根据JIS K7194通过四探针方法利用由具有图8中所示的成分比的材料形成的测试件来执行的。作为用于判断是否可接受的标准，1.0×106Ω·cm或者更小被认为是可接受的(良好)，而大于1.0×106Ω·cm的值判断为不可接受的(差)。
(3)环磨损深度[μm]，以及
(4)滑动接触材料的磨损深度[μm]
通过环置盘上测试(ring-on-disk test)来执行测量，其中由具有图8中所示的成分比的材料所形成的环形测试件的盘侧在测试件以预定的载荷推靠在润滑油内的盘形滑动接触材料的状态下旋转。具体地，使用的环形测试件大小为21mm(外径)×
Figure 2006800184795_3
17mm(内径)×3mm(厚度)。另外，由SUS420制造的具有表面粗糙度Ra为0.04μm，大小为
Figure 2006800184795_4
33mm(直径)×5mm(厚度)的盘材料作为滑动接触材料。用作合成双酯润滑油(diesteroil)的润滑油为壬二酸二-2-乙基己酯(di(2-ethylhexyl)azelate)。该润滑油的动态粘性在40℃时为10.7mm2/s。在环置盘上测试过程中，滑动接触材料靠在测试件的接触压力为0.25MPa，转速(圆周速度)为1.4m/min，测试时间是14小时，并且油温为80℃。用于判断是否可以接受的标准如下：对于环磨损深度，3μm或者更小的值判定为可以接受的(良好)，而比3μm大的值判定为不可以接受的(差)。对于滑动接触材料的磨损深度，2μm或者更小的值判定为可以接受的(良好)，而比2μm高的值判定为不可以接受的(差)。
(5)粘结强度[N]
模拟外壳的杯形测试件<1>通过利用如图8所示的成分比的材料配制。结构和尺寸与为测试(0)线性膨胀系数的比率而制备的杯形测试件一样。由炮铜制作的衬套压配合到外壳模拟测试件<1>的内周上，以防止当被抽出(下面将进行说明)时，测试件<1>变形。同时，尺寸为
Figure 2006800184795_5
20mm×
Figure 2006800184795_6
10mm×10mm的支架模拟测试件<2>由图8所示的材料制作，在每个这些测试件<2>的中心钻孔，该孔的内径大小被确定为使得在测试件<2>和测试件<1>之间的粘结间隙在直径间隙中为25μm。测试件<1>和<2>充分地去除油污。对于根据图8中的成分比No.6至8的测试件<1>，在它们的粘结表面(测试件<1>的外圆周表面)上涂覆底层涂料(primer)。另外，厌氧性的粘结剂应用(涂敷)在所有测试件<2>的粘结表面(当测时间<1>被插进测试件<2>时，测试件<2>的面向测试件<1>的表面)。测试件<1>然后被插入测试件<2>，并且在90℃的温度加热一个小时而固化。由Three Bond有限公司制造的“TB1359D”用作厌氧性粘结剂，而由Three Bond有限公司生产的“TB1390F”用作底层涂料。另外，厌氧性粘结剂的施加量大约为10mg，施加的底层涂料的量大约为1mg(在溶剂成分挥发之后，确定为模制产品的重量的增加)。测试件<1>然后从测试件<2>抽出，抽出的最大载荷认为是粘结强度。作为用于判断是否可以接受的标准，粘结强度比1000N高的测试件认为是可以接受的(良好)，而粘结强度为1000N或者更低的测试件，认为是不可以接受的(差)。
图9和10中，显示了对于每个样本产品和对比产品的评估项(0)到(5)的评估结果。如果外壳模拟测试件的线性膨胀系数与支架模拟测试件的线性膨胀系数的比率太小(低于0.5)，如对比产品1和2，不能够获得足够的粘结强度。另外，如果上述线性膨胀系数的比率太大(大于2)，如对比产品3和4，也不能获得足够的粘结强度。另一方面，根据本发明的样本产品1至8在所有的方面均显示了优异的结果，包括粘结强度，抗磨损性(环和接触材料的磨损深度)，清洁度(离子的不溶解性)和静电去除能力(体积电阻率)。

Claims (16)

1.一种流体动力轴承装置，包括轴部件，支架和径向轴承部，该径向轴承部利用在径向轴承间隙内形成的流体膜在径向方向上可转动地支撑所述轴部件，以及粘结固定面，该粘结固定面粘结地固定到所述支架的内圆周表面，
其中，用线性膨胀系数互不相同的材料形成具有所述粘结固定面的部件和支架，并且其中一个由树脂合成物形成，
树脂合成物包括基础树脂和填充物，并且
将具有所述粘结固定面的部件的线性膨胀系数除以所述支架的线性膨胀系数所获得的值不低于0.5，且不高于2.0的方式，调整基础树脂中的填充物的配合量。
2.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，进一步包括：轴承套，该轴承套的内圆周表面在自身和所述轴部件的外圆周表面之间形成径向轴承间隙；和外壳，其中所述轴承套固定在所述外壳的内周上而粘结固定面形成在外壳的外周上。
3.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，进一步包括轴承件，该轴承件的内圆周表面在其自身和所述轴部件的外圆周表面之间形成径向轴承间隙，并且其中粘结固定面形成在其外圆周表面上。
4.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中，在具有粘结固定面的部件和所述支架之间的粘结固定中所使用的粘结剂是厌氧性粘结剂或者环氧基粘结剂。
5.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中，所述具有粘结固定面的部件和所述支架中的一个由金属材料形成。
6.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中，聚苯硫醚(PPS)被包含在所述树脂合成物内，作为基础树脂。
7.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中，碳纤维被包含在所述树脂合成物内，作为填充物。
8.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中，无机化合物被包含在所述树脂合成物内，作为填充物。
9.如权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中，所述树脂合成物含有的Na的量为2000ppm或者更低。
10.如权利要求6所述的流体动力轴承装置，其中，聚苯硫醚(PPS)是线型的。
11.如权利要求7所述的流体动力轴承装置，其中，所述碳纤维的拉拔强度或拉伸强度为3000MPa或者更高。
12.如权利要求7所述的流体动力轴承装置，其中，所述碳纤维是PAN基的纤维。
13.如权利要求7所述的流体动力轴承装置，其中，所述碳纤维的高径比为6.5或者更高。
14.如权利要求7所述的流体动力轴承装置，其中，碳纤维以不小于10vol.％且不大于35vol.％的量包含在树脂合成物中。
15.如权利要求8所述的流体动力轴承装置，其中，所述无机化合物是硼酸铝须。
16.一种电机，包括如权利要求1至15中任一项所述的流体动力轴承装置，定子线圈和转子磁铁，该转子磁铁在自身和定子线圈之间产生激励。
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