CN101243264B - 流体动力轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种流体动力轴承装置，通过利用树脂合成物构造该流体动力轴承装置的轮毂部件，可以提高抗磨性和导电性，所述树脂合成物包括作为基础树脂的聚苯硫醚(PPS)并掺入碳纤维。可选地，通过使用包括作为基础树脂的聚苯硫醚(PPS)的树脂合成物制造流体轴承装置的固定部件和转子的、通过轴承间隙彼此相对的任何部分，可以获得优异的抗磨性。

Description

流体动力轴承装置

技术领域

本发明涉及一种流体动力轴承装置。该流体动力轴承装置适用于用于包括如HDD和FDD的磁碟装置，CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光碟装置，MD、MO等磁-光碟装置的信息装置的主轴电动机，激光打印机(LBP)的多边形扫描仪电动机，以及投影仪的色轮或如轴流式风机的电装置的紧凑型电动机(或小型电动机)的轴承装置。

背景技术

对于以上所述的各种电动机，除高旋转精确性外，需要提速、降低成本、减少噪音等。决定这些性能要求的元件之一是支撑电动机的主轴的轴承装置。近年来，对于这类的轴承装置，使用对于上述性能要求具有优异的特性的流体动力轴承装置，已经受到关注，或者这样的流体动力轴承装置已经得到实际应用。

这种流体动力轴承装置大致分为设置有动压产生部件以在轴承缝隙中的润滑油上产生动压的轴承装置，和不设置有任何动压产生部件的轴承装置，如所谓的圆柱形轴承。

作为流体动力轴承装置的示例，例如，在专利文件1中描述了一种应用于诸如HDD的盘驱动装置的主轴电动机的流体动力轴承装置。该轴承装置包括封口圆柱外壳、固定在外壳的内周边上的轴承座套、和插在轴承座套中并具有延伸到径向外侧的凸缘部分的轴构件。当轴构件旋转时，在径向轴承缝隙和推力轴承缝隙中产生流体动压，这些缝隙形成在轴构件和固定构件(如轴承座套和外壳)之间，且轴构件通过流体动压以非接触方式被支撑。

此外，专利文件2描述的轴承装置包括具有圆柱形内周表面的外壳、固定在内周边上的轴承座套、插入轴承座套中的轴构件、和连接到轴构件上的盘轮毂。当轴构件旋转时，在形成在轴构件和轴承座套间的径向轴承缝隙和形成在盘轮毂和外壳间的推力轴承缝隙中产生流体动力压力，轴构件和盘轮毂通过流体动压以非接触方式支撑。

[专利文件1]日本公开待审的专利公开No.2000-291648

[专利文件2]日本公开待审的专利公开No.2005-188552

发明内容

本发明要解决的问题

上述流体动力轴承装置中，为了确保日渐复杂的信息装置要求的高轴承性能，人们已致力于提高每个元件的加工精度和组装精度。另一方面，随着信息装置的低价格的趋势，这些流体动力轴承装置的降低成本的要求更为强烈。

在最近的流体动力轴承装置中，为了达到上述要求，有人考虑将树脂用作轴承装置的固定体(例如，外壳)和旋转体(例如，轴构件和盘轮毂)的材料。另一方面，在流体动力轴承装置中，由于流体动力轴承装置的结构，通过轴承缝隙面对的旋转体与固定体之间的暂时的接触滑动是不可避免的，因此由树脂制成的元件容易磨损。

因此，本发明的目的是提供一种具有高耐久性并且制造成本低廉的流体动力轴承装置。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明提供一种流体动力轴承装置，其具有旋转体，所述旋转体由轴部件和一体地或者分离地连接到轴部件的轮毂部件构成；和固定体，轴部件插入所述固定体中，旋转体在其中被固定体和轮毂部件间的轴承缝隙内形成的油膜可旋转地支撑着的。该流体动力轴承装置的特征是，轮毂部件的至少面对轴承缝隙的部分由树脂合成物形成，在所述树脂合成物中聚苯硫醚(PPS)用作基础树脂，并掺入作为填充材料的碳纤维。

轮毂部件的至少面对轴承缝隙的部分由树脂合成物制成，从而相比于该部分由金属制成的情形能够降低成本和重量。而且，本发明人实施的验证揭示，由包含作为基础树脂的PPS的树脂合成物塑模形成的轮毂部件具有高的抗磨性。而且，通过掺入用作这种树脂材料的填充材料的碳纤维，可以进一步提高强度和抗磨性，此外，还可以使得该树脂材料具有导电性。通常，树脂是绝缘的材料。因此，如果每一个元件都是由上述的树脂形成，由于与空气摩擦在旋转体中产生的静电在旋转体上积累。因此，在磁盘和磁头之间可能产生电位差，静电放电可能对外围器件造成破坏。考虑到此，在树脂成分中加入作为填充剂的碳纤维，可以确保旋转侧与固定侧之间的电延续性，从而解决这样的问题。

优选的，碳纤维在树脂中的混合量设置在20至35vol％的范围内。这是因为，当碳纤维的混合量超过35vol％时，树脂材料在注塑成型时的流动性劣化，由此在元件塑模时产生困难。另外，当混合量低于20vol％时，不能达到轮毂部件的强度要求。

而且，本发明提供的流体动力轴承装置，具有旋转体，固定体，和形成在旋转体和固定体间的轴承缝隙中的油膜，油膜支撑旋转体使其能够自由地旋转。该流体动力轴承装置的特征在于，旋转体和固定体的至少通过轴承缝隙相互面对的部分由包含作为基础树脂的PPS的树脂合成物制成。

旋转体和固定体的至少通过轴承缝隙相互面对的部分由树脂合成物制成，由此相比于该部分由金属制成的情形能够降低成本和重量。而且，本发明人实施的验证揭示，由包含作为基础树脂的PPS的树脂合成物塑模形成相互接触-滑动的部分，可以获得高抗磨性。

当上述树脂材料包含用作填充材料的碳纤维时，强度和抗磨性得到提高，还可以使得该树脂材料具有导电性。

在此情况下，优选的，碳纤维在树脂中的混合量被设置在10-35vol％的范围内。当碳纤维的混合量超过35vol％时，树脂材料在注塑成型时的流动性劣化，由此在元件塑模时产生困难。另外，当混合量低于10vol％时，不能达到混合碳纤维所要达到的效果。

作为上述掺入树脂合成物中的碳纤维，可以应用具有优良的强度和弹性模数特性的聚丙烯腈基炭纤维(PAN-based carbon fibers)。

而且，当使用纵横比为6.5或更大的碳纤维作为上述掺入树脂合成物中的碳纤维时，可以获得更显著的加强效果、传导效果等。

具有上述流体动力轴承装置转子磁铁、和定子线圈的电动机具有优良的抗磨性和耐久性及旋转精度方面的优良特性。

本发明的效果

根据本发明，可以获得具有高耐久性和低制造成本的流体动力轴承装置。

具体实施方式

以下将参考图1-4描述本发明的实施例1。

图1概念性地图示了用于信息装置中的主轴电动机的结构，在所述主轴电动机中装入了根据本发明的实施例1的流体动力轴承装置1。该主轴电动机应用在如HDD的盘驱动装置中。该主轴电动机具有：流体动力轴承装置1，其中，具有轴部件2的旋转体3以非接触的方式被旋转地支撑；例如，在径向方向上通过缝隙彼此面对的定子线圈4a和转子磁铁4b；和电动机托架5。定子线圈4a连接到电动机托架5的径向外侧，转子磁铁4b连接到旋转体3的外周边。流体动力轴承装置1的外壳7固定在电动机托架5的内周边。一个或多个圆盘形信息记录媒介(以下简称为圆盘)，如磁盘，被保持在旋转体3上，但没有图示出。在如上配置的主轴电动机中，当定子线圈4a被供给能量(或通电)时，转子磁铁4b被定子线圈4a和转子磁铁4b间产生的电磁力转动。旋转体3和被保持在旋转体3中的盘也与其一起整体地旋转。

图2图示流体动力轴承装置1。流体动力轴承装置1由固定体6和相对固定体6旋转的旋转体3构成。固定体6具有外壳7和固定在外壳7上的轴承套座8，旋转体3具有轴部件2和安装在外壳7的开口侧的轮毂部件9。以下为了方便说明，在外壳7的两个轴向末端形成的开口中，由盖子构件10密封的一端称为下端，该密封端的相对端称为上端。

在单独形成的轴部件2插入后，树脂材料注射塑模形成轮毂部件9。轮毂部件9由以下部件构成：覆盖外壳7的开口端(上端)的盘部件9a、从盘部件9a的外周边沿轴向向下延伸的圆柱形部件9b、设置在圆柱形部件9b的外周边内的盘安装表面9c和肋条部件9d。盘(未图示)外装配到盘部件9a的外周边并放置在盘安装表面9c上。通过图中未示出的适当的保持装置(如夹持器)将盘夹持在轮毂部件9上。

轴部件2由诸如不锈钢的金属材料制成。在轴部件2的外周表面2a上，连接至轮毂部件9的部分中形成环形沟槽2c。环形沟槽2c的作用是防止轴部件2从轮毂部件9脱开。凸缘部分20，例如由金属材料形成的，通过诸如螺丝连接的方法固定到轴部件2的下端。

轴承座套8可以由金属材料制成，如铝合金或诸如黄铜的铜合金，或者由烧结金属形成的多孔体制成。在本实施例中，轴承座套8由铜为主要成分的烧结金属多孔体制成，并形成为圆柱形。

在轴承座套8的内周边表面8a的部分或全部圆柱形区域中，形成一区域，用作径向动压产生部件的多个动压产生沟槽形成在该区域中。在本实施例中，例如，如图3所示，两个区域，其中多个动压产生沟槽8a1和8a2分别被布置为鱼脊形，形成在沿轴向方向分离的各自的位置。这些动压产生沟槽形成区域用作径向轴承表面，并面对轴部件2的外周边表面2a。当旋转体3旋转时，第一和第二径向轴承部件R1和R2的径向轴承缝隙分别形成在动压产生沟槽的形成区域与轴部件2的外周边表面2a之间(参见图2)。

在轴承座套8的下端表面8c的部分或全部环形区域，其中，例如，用作推压力产生部件的多个动压产生沟槽被形成为螺旋形，但这些沟槽图中未示出。该动压产生沟槽的形成区域用作推力轴承表面，并面对凸缘部件20的上端表面20a。当轴部件2(旋转体3)旋转时，第二推力轴承部件T2的推力轴承缝隙形成在动压产生沟槽形成区域与凸缘部件20的上端表面20a之间(参见图2)。

外壳7由金属材料制成，并形成在两轴向端具有开口的圆柱形内，其下端开口由盖子部件10密封。在外壳7的上端表面7a的部分或全部环形区域，形成一区域，其中，例如，用作推压力产生部件的多个动压产生沟槽7a1被形成为螺旋形，如图4所示。形成该动压产生沟槽7a1的区域面对轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1，并用作推力轴承表面。当旋转体3旋转时，后面将描述的第一推力轴承部件T1的推力轴承缝隙形成在下端表面9a1和该区域之间(参见图2)。

密封外壳7的一端的盖子部件10由金属材料或树脂材料形成，固定在外壳7下端内周边的台阶部件7b上。固定的方法没有特别的限制。例如，连接(包括松连接和压配合连接)、压配合、焊接(例如，超声焊接)、或其他焊接(例如，激光焊接)，根据材料的结合、要求的安装强度、密封性等做适当的选择。

轴承座套8的外周边表面8b通过适当的方法，如连接(包括松连接和压配合连接)、压配合、或焊接，固定到外壳7的内周边表面7c。

具有向上端逐渐增大的直径的锥形密封表面7d形成在外壳7的外周边。该锥形密封表面7d和圆柱形部件9b的内周边表面9b1在其间形成一环形密封空间S，其径向尺寸从外壳7的下端至上端逐渐减小。当旋转体3旋转时，该密封空间S与第一推力轴承部件T1的推力轴承缝隙的径向外端连通。

在流体动力轴承装置1中填充润滑油，润滑油的油位总是保持在密封空间S中。各种润滑油均可使用。特殊的，诸如HDD的盘驱动装置的流体轴承装置使用的润滑油需要具备低蒸发率和低粘度特性。例如，酯基润滑油，如癸二酸二辛酯(DOS)和壬二酸二辛酯(DOZ)，适于该要求。

如上所述，轮毂部件9由树脂材料塑模形成，轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1通过第一推力轴承部件T1的推力轴承缝隙面对外壳7的上端表面7a的推力轴承表面。由于通过轴承缝隙相互面对的这些表面间在启动、停止电动机时或其他情况下会发生接触滑动，这些滑动的表面间的摩擦是不可避免的。特别是，当在本实施例中外壳7由金属制成时，树脂制成的轮毂部件9的磨损造成推力轴承部件T1的推力轴承缝隙的缝隙宽度过大，因此，轴承的推力轴承部件T1的支撑力可能被降低。因此，必须选用具有高抗磨性的树脂材料做轮毂部件9。

而且，轮毂部件9的树脂材料必须针对润滑油具有抗油性，并且在使用期间树脂材料中的排气产生量和吸水量必须抑制在低水平。另外，考虑到使用期间的环境的温度的变化，还要求高抗热性。

如果形成轮毂部件9的树脂合成物的基础树脂是诸如聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合体(LCP)、或聚醚醚甲酮(PEEK)的结晶树脂，以上条件(抗磨损、抗油、低排气特性、低吸水性、和抗热性)得到满足。在这些材料中，PPS相比于其他结晶树脂可以以低成本获得，并且在塑模期间具有良好的流动性(熔解粘度)。因此，PPS特别适于做轮毂部件9的基础树脂。

通常，PPS通过硫化钠与对二氯苯间的缩聚作用产生，因此同时包含作为副产物的氯化钠。当氯化钠溶解到填充在轴承内的润滑液(例如，润滑油)中时，溶解的氯化钠造成润滑油劣化，和粘度变化，因此轴承的性能有可能下降。而且，当该轴承用于HDD时，该金属元素沉淀到硬盘头上而造成硬盘损坏。

为了避免上面提到的问题，PPS必须经过适当的溶剂的清洗。任何具有最少为10或更大、优选为20或更大的相对介电常数的溶剂可以用作该清洗溶剂。相对介电常数为50或更大的溶剂更优选。而且，考虑到环境因素，例如，优选水(相对介电常数：80)，特别是超纯水。通过用这样的溶剂清洗，在PPS端基中的Na基本上被清除。因此，PPS中的Na含量降低(例如，降至2000ppm或更低)，并且可以防止Na溶解到润滑油中。另外，通过除去端基中的Na，可以获得增强结晶率的效果。

该PPS可以根据其结构大致分为交联型PPS、半线性型PPS和线性型PPS。任何PPS，只要其Na含量为2000ppm或更低，优选为1000ppm或更低，最好为500ppm或更低，就可以作为轮毂部件9的树脂合成物的基础树脂。其中，许多线性型PPS满足该条件。通过使用这种树脂合成物，可以抑制溶解到润滑油中的Na的量，并且更可靠地防止Na沉淀到流体动力轴承装置1的表面上、旋转体3支撑的盘上、或者磁盘头(未示出)上。

当增强填充剂(例如碳纤维或玻璃纤维)掺入应用上述PPS作为基本聚合物的树脂合成物中时，可以提高轮毂部件9的强度，抑制轮毂部件9随着温度变化而发生尺寸变化，从而获得很高的尺寸稳定性。因此，使用过程中的轴承缝隙可以被高精度地控制。在增强填充剂中，由于碳纤维具有以下特性而成为最优选的增强填充剂：

(1)纤维本身的拉伸强度高；

(2)与基础材料的粘结性高，树脂合成物的强度可以通过添加少量的纤维得到有效的加强。

(3)由于比重低且强度高，可以降低轮毂部件9的重量。

(4)由于不会发生离子溶解，不会发生上述离子溶解造成的问题(例如，由于玻璃纤维(与碳纤维类似的纤维状增强剂)是一种硅化合物，可能会溶解痕量硅)。

(5)碳纤维具有高传导性，因此足够的传导性(例如，体电阻为1.0×10⁶Ω·cm或更低)可以施加给轮毂部件9。通过这种方式，在使用期间积聚在盘中的静电可以通过旋转体3和固定体6消耗到接地端(如电动机托架5)。

各种碳纤维，如聚丙烯腈基炭纤维、沥青基碳纤维、和气相沉淀的碳纤维，可以用作该碳纤维。然而，具有相对高的拉伸强度(优选3000MPa或更多)的碳纤维具有更好的增强效果。特别是，由于碳纤维还具有高的传导性，优选使用聚丙烯腈基炭纤维。

作为聚丙烯腈基炭纤维，可以使用具有下述尺寸范围的碳纤维。

(1)在搅拌熔融的树脂并注射塑模时，切割碳纤维，使纤维的长度减短。由于纤维长度减短，强度、传导性等特性显著降低，因而难以满足所要求的特性。因此，在树脂中掺入碳纤维时，优选使用相对长的纤维，以允许纤维在塑模期间断裂。具体的，最好使用平均纤维长度为100μm或更长(优选1mm或更长)的碳纤维。

(2)另一方面，在一些情况下，在注射塑模步骤中，固化在金属模具中的树脂被去除，并通过与纯树脂合成物搅拌，再次熔解以再次使用(循环使用)。在这种情况下，部分纤维被重复地循环使用。因此，当纤维的原始长度过长时，由于与循环关联的切割，纤维的长度比原始纤维长度明显缩短，造成树脂合成物的特性显著变化(如熔融粘性降低)。特别是，熔融粘性的降低是影响产品的尺寸精度的一个重要特性。为了减小该特性的变化，优选纤维具有短于某一特定长度的长度。具体的，理想的平均纤维长度为500μm或更短(优选300μm或更短)。

如上所述，碳纤维的纤维长度的选择，可以根据实际的注射塑模步骤中使用的树脂合成物的种类来确定。例如，当仅使用纯树脂合成物时，或当混合循环树脂合成物且纯树脂合成物的比率很高时，根据抑制强度、传导性等降低，以及减少碳纤维的混合量的能力，优选使用具有(1)中所描述的尺寸范围的碳纤维。另一方面，当使用循环树脂合成物的比率很高时，理想的是使用具有(2)中描述的尺寸范围的碳纤维，以抑制与循环关联的树脂合成物的特性的变化。

对于(1)和(2)任一个的碳纤维，纤维的长度越长，纤维中的连接性越好，因此增强效果更强，并且传导效果也增强。而且，纤维的直径越小，则混合的数量越多。因此，可以更有效地使产品的质量得到统一。因此，碳纤维的纵横比越大，则更优选。具体的，理想的纵横比为6.5或更大。而且，如果考虑到易加工性和可获得性，平均直径为5至20μm的碳纤维为宜。

为了全面地取得增强效果、静电消除效果等上述碳纤维带来的效果，优选的碳纤维填充到基础树脂中的量为20至35vol％。这是因为，当碳纤维的填充量低于20vol％时，不能获得在轮毂部件9上安装盘所需的强度，特别是拉伸强度。当填充量超过35vol％时，轮毂部件9的模压加工性劣化，因此难于获得高尺寸精度。

优选的，为了用熔融的树脂高精度地填充空穴，由碳纤维和上述基础树脂(PPS)混合形成的树脂合成物的熔融粘性，在分配率(share rate)为1000s^-1且在树脂注射塑模时的树脂温度下，被抑制在500Pa·s或更低。因此，优选的，为了补偿由于加入诸如碳纤维的各种填充物带来的粘性增加，理想的，基础树脂(PPS)的熔融粘性低于上述粘性，更理想的，在上述条件下为300Pa·s或更低。

如上所述，通过用树脂合成物形成轮毂部件9，相比于轮毂部件由金属材料制成的情形降低了生产成本，并且由于重量降低可以提高抗冲击性。而且，通过使用PPS作为树脂合成物的基础树脂，抗磨性提高，而且启动和停止轴承装置时或其他情况下与固定体6(外壳7的上端表面7a的推力轴承表面)的接触滑动造成的磨损可以被抑制。而且，通过与预期的应用一致混合适量的碳纤维，可以获得机械强度、静电消除特性、和尺寸稳定性优良的轮毂部件9。

在本实施例中，在金属制成的轴部件2插入轮毂部件9之后，用树脂整体塑模形成旋转体3。在轴承的实际使用中，树脂材料随着环境温度的上升和下降膨胀或收缩。此时，当插入部件(轴部件2)与树脂部件(轮毂部件9)之间的线性膨胀系数差别过大时，在插入部件和树脂部件间的结合表面可能发生剥落和错位。

而且，盘外配合到轮毂部件9的盘部件9a的外周边上，并被安装在盘安装表面9c上。当轮毂部件9与盘间的线性膨胀系数差别过大时，在轴承使用期间由于温度的变化，盘的孔与轮毂部件9的盘部件9a的外周边间的缝隙变成负缝隙。因此，由于不必要的压力施加在盘上，可能发生畸变。

为避免上述问题，必须选择轮毂部件中使用的树脂材料，使得该线性膨胀系数在以上两限制(因插入部件的限制和因盘的限制)的范围内。

在具有上述结构的流体动力轴承装置1中，当轴部件2(旋转体3)旋转时，用作轴承座套8的内周边表面8a的径向轴承表面的两区域(上和下区域，其中动压产生沟槽8a1和8a2分别形成在其上)通过径向轴承缝隙面对轴部件2的外周边表面2a。随着轴部件2的旋转，上述径向轴承缝隙中的润滑油被挤压到动压产生沟槽8a1和8a2的轴中心部分，以增加其中的压力。第一径向轴承部件R1和第二径向轴承部件R2中的每一个通过动压产生沟槽8a1和8a2的动压作用形成，并以非接触方式径向支撑该旋转体3。

同时，通过动压产生沟槽的动压作用，润滑油的油膜形成在用作外壳7的上端表面7a的推力轴承表面的区域(动压产生沟槽7a1和7a2形成在其内的区域)与面对上述区域的轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1之间的推力轴承缝隙中。另外，润滑油的油膜也形成在轴承座套8的下端表面8c(动力沟槽形成区域)与面对该下端表面8c的凸缘部件20的上端表面20a之间的推力轴承缝隙中。第一推力轴承部件T1和第二推力轴承部件T2中的每一个通过油膜的压力形成，并且在推力方向以非接触的方式支撑旋转体3。

在本发明中，润滑油被填充入每个径向轴承缝隙、第二推力轴承部件T2的推力轴承缝隙、轴承座套8的上端表面8d与轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1之间的缝隙、和循环沟槽11中。在此情形下，当润滑油可以循环以连续地经过每一个缝隙(包括循环沟槽11)时，防止了在每个缝隙中的压力平衡的破坏，从而可以尽可能地防止负压的发生。在图3中，作为产生循环流动的装置，以一结构举例说明，在用作第一径向轴承部件R1的动压产生部件的动压产生沟槽8a1中，上区域的轴向直径X比下区域的轴向直径Y大。以此方式，在上区域与下区域间产生泵抽力差别。这样，润滑油可以按以下顺序循环：径向轴承缝隙、第二推力轴承部件T2的推力轴承缝隙、循环沟槽11、和轴承座套8的上端表面8d与轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1之间的缝隙。润滑油的循环方向可以与上述方向相反。而且，如果不是特别必要，不必在上、下区域间提供泵抽力差别。

以上描述了本发明的实施例，但本发明并不限于此实施例。

图5显示本发明的第二实施例的流体动力轴承装置101。该流体动力轴承装置101与上述第一实施例的区别在于，轴部件2与轮毂部件9由树脂整体塑模形成，并且外壳107由树脂制成。按照这种结构，在第一推力轴承部件T1的通过推力轴承缝隙互相面对的各表面由树脂制成。也就是说，外壳107的上端表面107a以及轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1都是由树脂制成。由于在电动机的启动和停止时以及其他情况下这些表面间发生接触滑动，这些表面必须由具有高抗磨性的树脂形成。

鉴于以上所述，根据随后描述的发明人获得的验证结果，由聚苯硫醚(PPS)作为基础树脂的树脂合成物制成的外壳107和轮毂部件9可以获得足够的抗接触滑动的抗磨性。掺入该树脂合成物中的碳纤维的填充量为10至35vol％，优选为15至25vol％。这是因为，当碳纤维的填充量低于10vol％时，碳纤维的增强效果和静电消除效果不能满意地发挥，并且外壳107和轮毂部件9的滑动部件的抗磨性不能得到保证。另外，当填充量超过35vol％时，外壳107和轮毂部件9的模压性能劣化，从而难于获得高尺寸精度。树脂合成物的其他条件与上述流体动力轴承装置1的轮毂部件9的相同，因此省略相关的描述。

图6显示根据本发明的第三实施例的流体动力轴承装置201。在本实施例中，用作旋转体3的轴部件202具有复合结构，该复合结构由金属材料制成的轴部件202a，和形成在轴部件202a下端、由树脂材料制成的凸缘部件202b构成。固定体6由外壳207、安装在外壳207内周边的轴承座套208、和密封外壳207下端开口的盖子构件210构成。在外壳207的上端部，一体地形成向内周边突出的密封部件213。在盖子构件210的上端面210a，形成一个区域，在其中多个沟槽以鱼脊性安排。另外，在轴承座套208的下端表面208c，形成一个区域，在其中多个沟槽以与上相同的形状安排。在此，这些区域未图示。当轴部件202旋转时，第一推力轴承部件T11形成在轴承座套208的下端表面208c与轴部件202的凸缘部件202b的上端表面202b1之间，并且第二推力轴承部件T12形成在盖子210的上端表面210a与凸缘部件202b的下端表面202b2之间。在此，凸缘部件202b可以仅由树脂形成，也可以是在核心金属上覆盖树脂的复合结构。

在本实施例中，轴部件202的凸缘部件202b和盖子构件210由用PPS作为基础树脂的合成树脂形成。这样，可以降低流体动力轴承装置201的成本和重量。而且，通过第二推力轴承部件T12中的推力轴承缝隙互相面对的盖子构件210和凸缘部件202b具有良好的抗磨性，从而可以抑制这两部件之间在电动机启动和停止时或其他情形下的接触滑动造成的磨损。

图7显示根据本发明的第四实施例的流体动力轴承装置301。在本实施例中，外壳307和构成固定体6的密封部件313单独形成。密封部件313通过诸如连接、压配合、或焊接的方法固定到外壳307的上端的内周边。而且，盖子构件310由树脂材料与外壳307一体塑模成型。盖子构件310和轴部件302的凸缘部件302b都是由用PPS作为基础树脂的树脂合成物制成。由于本实施例的效果和除上述描述之外的结构与第三实施例的近似，因此省略相关的描述。

在上面的实施例中，已描述了外壳7与外壳7内的轴承座套8单独形成的情形。然而，外壳7和轴承座套8也可以由树脂一体地形成(同样可以应用到外壳107、207、307)。图8显示根据本发明的第五实施例的流体动力轴承装置401。流体动力轴承装置401的结构与以上实施例的流体动力轴承装置的区别在于，轴承座套408和外壳407一体成形，并且该整体构成了固定体6。这样，径向轴承缝隙形成在轴承座套408的内周边表面408a与轴部件2的外周边表面2a之间。而且，第一推力轴承缝隙形成在外壳407的上端表面407a与轮毂部件9的盘部件9a的下端表面9a1之间。另外，第二推力轴承缝隙形成在轴承座套408的下端表面408b与轴部件2的凸缘部件20的上端表面20a之间。而且，环形缝隙11包括穿过轴承座套408并在上端表面408d和下端表面408b具有开口的通孔。由于其除了以上所描述之外的结构与第一实施例的近似，因此省略相关的描述。

在本实施例中，外壳407和轮毂部件9都由PPS作为基础树脂的树脂合成物形成，可以降低成本和重量。另外，由于通过第一推力轴承缝隙和径向轴承缝隙相面对的部件具有良好的抗磨性，可以抑制接触滑动造成的部件的磨损。

在上述实施例中，已经描述过掺入用作填充剂的碳纤维的示例。然而，除碳纤维外，无机材料，如金属纤维、玻璃纤维、和纤维状结晶，只要能够满足应用的特性需求，也可以掺入。例如，可以掺入聚四氟乙烯(PTFE)，用作具有良好抗油性的分离剂，以及可以掺入炭黑，用作导电剂。

在根据第一实施例的流体动力轴承装置1(参见图2)、根据第二实施例的流体动力轴承装置101(参见图5)、根据第五实施例的流体动力轴承装置401(参见图8)中，已经给出了配备通过在外壳(第一推力轴承部件T1)的上端表面上布置多个动压沟槽形成的推力轴承表面的情形，以及配备通过在轴承座套(第二推力轴承部件T2)的下端表面上布置多个动压沟槽形成的推力轴承表面的情形。然而，本发明也可以类似地应用到仅配备有第一推力轴承部件T1的流体动力轴承装置。在这种情形中，轴部件2可以形成为没有凸缘部件20的直线形。另外，通过将外壳7与用作底部的盖子部件10用树脂材料一体成形，外壳7形成为闭口圆柱形。

在上面的实施例中，已经举例说明了通过鱼脊形或螺旋形且用作径向轴承部件R1和R2或推力轴承部件T1和T2的动压产生沟槽产生润滑液的动压作用的结构。然而，本发明不限于这些结构。

例如，所谓的多叶轴承(multilobe bearing)(未图示)可以用作径向轴承部件R1和R2。在多叶轴承中，通过在沿圆周方向的多个位置上形成轴向沟槽，形成所谓的台阶状动压产生部件。可选地，多个弧形表面沿着圆周方向排列，以在弧形表面与轴部件2的面对相应的弧形表面的外周边表面2a之间形成楔形轴向缝隙。

可选地，用作径向轴承表面的轴承套座8的内周边表面8a可以形成在没有设置动压产生沟槽和用作动压产生部件的弧形表面的完整圆周内周边表面。这样，所谓的圆柱形轴承可以由该内周边表面和面对内周边表面的轴部件2的完整圆周外周边表面2a构成。

而且，推力轴承部件T1和T2之一或二者可以由所谓的台阶轴承(stepbearing)、波形轴承(其中台阶形由波形替代)等构成，这些也未图示。在台阶轴承中，具有径向沟槽形的多个动压产生沟槽，沿圆周方向规则间隔地配置在用作推力轴承表面的区域。

而且，在上面的实施例中，已经描述了径向轴承表面和推力轴承表面形成在固定体的一侧的情形。然而，形成这些动压产生部件的轴承表面并不限制在固定体一侧的表面上，并可以配置在面对固定体的旋转体上。

例1

为了阐明本发明的有效性，利用具有不同成分的多种树脂合成物制备的轮毂部件模拟测试零件，评定流体动力轴承装置的轮毂部件(旋转体)所需的特性。树脂合成物的材料成分如图9和10所示。

树脂合成物使用的原材料如下。

(a)基础树脂的类型和熔融粘性

线性型PPS：DAINIPPON INK AND CHEMICALS，INCORPORATED的产品，级别；LC-5G，(熔融温度：310℃，分配率为10³s^-1时熔融粘度为：280Pa·s)

交联型PPS(1)：DAINIPPON INK AND CHEMICALS，INCORPORATED的产品，级别；T-4(熔融温度：310℃，分配率为10³S^-1时熔融粘度为：100Pa·s)

交联型PPS(2)：DAINIPPON INK AND CHEMICALS，INCORPORATED的产品，级别；MB-600(熔融温度：310℃，分配率为10³s^-1时熔融粘度为：70Pa·s)

聚醚砜(PES)：Sumitomo Chemical Co.Ltd.的产品，级别；4100G

聚碳酸酯(PC)：Mitsubishi Engineering-Plastic Corporation的产品，级别；S-2000

(b)填充物(碳纤维)

聚丙烯腈基炭纤维：TOHO TENAX Co.Ltd.的产品，级别；HM35-C6S(纤维直径：7μm，平均纤维长度：6mm，纵横比：857，拉伸强度：3240MPa)

沥青基碳纤维：Mitsubishi Chemical Corporation的产品，级别；K223NM(纤维直径：10μm，平均纤维长度：6mm，纵横比：600，拉伸强度：2400MPa)

(c)填充物(导电剂)

炭黑：Mitsubishi Chemical Corporation的产品，级别；#3350B(粒子直径：24nm)

Ketjenblack：LION AKZO Co.Ltd.的产品，级别；EC600JD(粒子直径：34nm)

(d)填充物(无机材料)

ALBOREX：SHIKOKU CHAMICALS CORPORATION的产品，级别；Y(主要成分：硼酸铝，平均直径：0.5到1μm，平均纤维长度：10到30μm，纵横比：10到60)

TISMO：OTSUKA Chemical Co.Ltd.的产品，级别；N(主要成分：钛酸钾，平均直径：0.3到0.6μm，平均纤维长度：10到20μm，纵横比：16到66)

(e)填充物(分离剂)

PTFE：KITAMURA Ltd.的产品，级别；KTL-620

旋转体模拟测试零件按照以下6个评估项目评定：(1)抗磨性，(2)导电性，(3)离子的非溶解特性，(4)拉伸强度，(5)平坦性，和(6)线性膨胀系数。每一评估项目的评定的方法以及接受/拒绝标准如下。

(1)抗磨性

由具有图9和10所示成分的不同材料制成的环形测试样品，按照环在盘上(ring-on-disk)测试进行测量。在环在盘上中，环形样品以预定的负荷被按压在润滑油中滑动的盘形配合材料(partner material)上，且盘部分旋转的同时保持上面的状态。具体的，Φ21mm(外径)×Φ17mm(内径)×3mm(厚度)的环形树脂塑模体用作测试样品。而且，盘材料(表面粗糙度Ra：0.04μm，Φ30mm(直径)×5mm(厚度)，由SUS420制成)用作滑动的配合材料。合成双酯润滑油(双(2-乙基己基)壬二酸盐)用作润滑油。这种润滑油的动力粘度在40℃时为10.7mm²/s。在环在盘上测试中，滑动的配合材料对测试样品的接触压力是0.25MPa，旋转速度(圆周速度)是1.4mm/min。并且，测试时间是14小时，油温为80℃。在接受/拒绝标准中，对于环的磨损深度，当该深度为3μm或更小时，该测试样品评定为可接受(好)，当该深度超过3μm时则为不接受(失败)。另外，对于滑动的配合材料的磨损深度，当该深度为2μm或更小时则该配合材料评定为可接受(好)，而当该深度超过2μm时则为不接受(失败)。

(2)导电性

使用由具有图9和10所示的成分的不同材料形成的测试样品，通过JIS K 7194的四点探针方法测量电阻率值。在接受/拒绝标准中，当电阻率值为1.0×10⁶Ω·cm或更低时，则该测试零件评定为可接受(好)，而当电阻率值超过1.0×10⁶Ω·cm时则为不接受(失败)。

(3)离子的非溶解特性

评定有或者没有离子从树脂溶解到溶剂中。在评定方法中，使用离子色谱法，确定有或者没有各种离子从分别由具有图9和10所示成分的不同材料形成的测试零件溶解。具体程序如下。

(i)将预定量的超纯水倒入空烧杯中，将上述测试零件放入其中。测试零件的表面已经事先用超纯水充分清洗过。

(ii)将上述烧杯放入80℃的恒温槽中一个小时，使样品零件表面和内部所含的离子可以溶解到超纯水中。另一方面，仅盛有超纯水而没有放置测试零件的另一烧杯也同样放到80℃的恒温槽中一个小时，该超纯水用作参照物(blank)。

(iii)使用离子色谱法，测量上述准备的其中放置有测试零件的超纯水中的离子含量(测量值A)。同上单独测量参照物中的离子含量(测量值B)。

(iv)通过将测量值B从测量值A中减去，确定有或者没有溶解离子。

在接受/拒绝标准中，通过离子色谱法中通常使用的柱层(column)对检测目标离子进行离子分析。

如果没有检测到下列离子，该样品评定为可接受(好)，如果检测到该离子则为不接受(失败)。

检测目标离子：

阳离子：Li⁺，Mg²⁺，Na⁺，Ca²⁺，K⁺，Sr²⁺，Rb⁺，Ba²⁺，Cs⁺，NH₄ ⁺

阴离子：F^-，NO^3-，Cl^-，PO₄ ^3-，NO^2-，SO₄ ^2-，Br^-，SO₃ ^2-

(4)拉伸强度

通过使用按照JIS K7113的规定并由具有图9和10所示成分的不同材料形成的哑铃No.1，在应力速度为10mm/min时评定拉伸强度。在接受/拒绝标准中，当拉伸强度为100MPa或更多时，则评定为可接受(好)，当拉伸强度少于100MPa时则不接受(失败)。

(5)平坦性

在以上实施例所示的树脂形成的轮毂部件9中，如果塑模表面，特别是盘安装表面9c的平坦性低，则在安装的盘中产生不必要的弯曲应力，且盘表面的平滑性劣化。这可能对读-写特性产生不利的影响。因此，形成轮毂部件9的树脂合成物塑模成型，必须具有高平坦性。

评定方法如下。钻过孔的盘形塑模体，其具有配置在侧表面部件内的直径为1mm的侧门，尺寸为Φ10mm(外径)×Φ7mm(内径)×2mm(厚度)，由具有图9和10所示成分的不同材料注射塑模形成。这些塑模体用作平坦性测试的测试零件。每一测试零件放置在TALYROND转台(Taylor HobsonLtd.的产品)上，旋转测试零件360°，且探针在直径为8mm的测量圆上接触所述测试零件，以测量样品零件的平坦性。在接受/拒绝标准中，当其平坦性为10μm或更小时，该测试零件被评定为可接受(好)，当平坦性超过10μm时则为不接受(失败)。

(6)线性膨胀系数

利用TMA(热-机械性能分析仪)测量树脂合成物的线性膨胀系数。评定方法如下。

(i)切割平坦性评定(5)中塑模形成的测试零件的门部件，用#2000钢砂纸抛光切割的部分。

(ii)将测试零件放置在TMA中。为了测量环形测试零件在直径方向的热膨胀量，设置测量零件，使得测量探针的测量方向沿测试零件的直径方向。

(iii)在测量负载为0.05N、测量温度在25℃至90℃的范围、且在氮气气氛下温度上升速率为5℃/min时，测量设置的测试零件的热膨胀量，由此计算线性膨胀系数。在该测试中，在两个方向，也就是，平行于塑模测试零件时树脂的流向的直径方向(MD)以及垂直于该流向的直径方向(TD)测量线性膨胀系数。

接收/拒绝标准按插入部件施加的限制(A)和盘施加的限制(B)设置。在该评定测试中，插入部件(轴部件)的原材料是SUS420(线性膨胀系数在25℃至90℃时为：1.05×10^-5℃^-1)，盘的原材料是玻璃(线性膨胀系数在25℃至90℃时为：0.65×10^-6℃^-1)。另外，轮毂部件与盘之间的直径缝隙在冷态下为0.010mm，轮毂部件的外径在冷态下为5mm。而且，温度范围为25℃至90℃。

(A)插入部件施加的限制

如果树脂部件的线性膨胀系数设置为插入部件的线性膨胀系数的4倍或更少，可以避免轮毂部件与插入部件之间的连接表面的剥落和错位。因此，由于插入部件施加的限制，树脂合成物的线性膨胀系数的上限设置为4.2×10^-5℃^-1。

(B)盘施加的限制

为了防止在使用环境的温度达到评定测试条件下的最大值时，盘和轮毂部件之间的缝隙变成负缝隙，树脂合成物的线性膨胀系数的上限设置为3.7×10^-5℃^-1。

在以上两限制下，设置接受/拒绝标准，当其线性膨胀系数为3.7×10^-5℃^-1或更低时，测试零件被评定为可接受(好)，当其线性膨胀系数超过3.7×10^-5℃^-1时，则评定为不接受(失败)。

图11中总结了以上测试的接受/拒绝标准。而且，测试结果如图12和13所示。如测试结果所示，PPS(溶解离子量少)作为基础树脂且掺入适量碳纤维的树脂合成物样品满足所有的评估标准。因此，这些树脂合成物适于作为形成轮毂部件的原材料。

[例2]

为了阐明本发明的有效性，对多个具有不同成分的树脂合成物进行树脂合成物间的接触滑动磨损量评估测试。线性型聚苯硫醚(PPS)、交联型聚苯硫醚(PPS)、或液晶聚合体(LCP)用作基础树脂。4种填充物适于掺入这些基础树脂，形成图14所示的参考例1-7的树脂合成物。

树脂合成物使用的原材料如下。

线性型聚苯硫醚(PPS)：DAINIPPON INK AND CHEMICALS，INCORPORATED的产品，LC-5G，(熔融温度：310℃，分配率为10³S^-1时熔融粘度为：280Pa·s)

交联型聚苯硫醚(PPS)：DAINIPPON INK AND CHEMICALS，INCORPORATED的产品，T-4(熔融温度：310℃，分配率为10³s^-1时熔融粘度为：100Pa·s)

液晶聚合体(LCP)：Polyplastics Co.Ltd.的产品，A590(熔融温度：310℃，分配率为10³s^-1时熔融粘度为：40Pa·s)

碳纤维(聚丙烯腈基)：TOHO TENAX Co.Ltd.的产品，HM35-C6S(纤维直径：7μm，平均纤维长度：6mm，拉伸强度：3240MPa)

导电剂：炭黑，Mitsubishi Chemical Corporation的产品，(级别；#3350B，平均粒子直径：24nm)

无机材料：ALBOREX，SHIKOKU CHAMICALS CORPORATION的产品(级别：Y，主要成分：硼酸铝，平均直径：0.5到1μm，平均纤维长度：10到30μm，形态：纤维状结晶)

分离剂：聚四氟乙烯，KITAMURA Ltd.的产品(PTFE)(KTL-620)

用作固定侧部件的盘形测试样品和用作旋转侧部件的环形测试样品，由具有图14所示的混合率的不同树脂合成物形成。利用环在盘上测试方法测量每一样品的接触滑动磨损量。在环在盘上测试中，环形样品以预定的负荷被按压在盘形测试样品上，环形测试样品在预定的条件下旋转，润滑油介入测试样品之间。然后，每一测量测试样品的磨损深度。由于其他测试条件和接受/拒绝标准与上述例1中的相同，省略相关的描述。

测试结果如图15和16所示。如图16所示的比较例1-4，当形成环形测试样品和盘形测试样品的树脂合成物的基础树脂都是LCP时，或者当其中一个基础树脂是LCP而另一个是PPS时，每一样品的磨损深度都超过了参考值。因此，对于这两种情形，滑动磨损的抗磨性不足。另一方面，如图15所示的示例1-5，当形成环形测试样品和盘形测试样品的树脂合成物的基础树脂都是PPS时，每一构件的磨损深度都低于参考值。因此，当为相对滑动的测试样品选择使用PPS作为基础树脂的树脂合成物时，可以获得满意的抗磨性。

附图说明

图1是装有根据本发明的一个实施例的流体动力轴承装置1的主轴电动机的截面图。

图2是流体动力轴承装置1的截面图。

图3是轴承座套8的截面图。

图4是外壳7的上端视图。

图5是流体动力轴承装置101的截面图。

图6是流体动力轴承装置201的截面图。

图7是流体动力轴承装置301的截面图。

图8是流体动力轴承装置401的截面图。

图9是显示例1的各示例使用的树脂合成物的材料成分的图表。

图10是显示例1的各比较示例使用的树脂合成物的材料成分的图表。

图11是显示例1的各评估测试的接受/拒绝标准的图表。

图12是显示例1的各示例的测试结果的图表。

图13是显示例1的各比较例的测试结果的图表。

图14是显示例2的各参考例的材料成分的图表。

图15是显示例2的各示例的比较测试结果的图表。

图16是显示例2的比较例的比较测试结果的图表。

附图标记说明

1   流体动力轴承装置

2   轴部件

3   旋转体

4a  定子线圈

4b  转子磁铁

5   电动机托架

6   固定体

7   外壳

8   轴承座套

9   轮毂部件

10  盖子构件

11  循环沟槽

R1，R2  径向轴承部件

T1，T2  推力轴承部件

S  密封空间

Claims (6)

1.一种流体动力轴承装置，包括旋转体，固定体，以及形成在旋转体与固定体之间的轴承缝隙中并支撑旋转体使其可以自由旋转的油膜，其中，

旋转体和固定体的至少通过轴承缝隙相互面对的部分由包含作为基础树脂的PPS的树脂合成物形成。

2.根据权利要求1的流体动力轴承装置，其中树脂合成物含有碳纤维。

3.根据权利要求2的流体动力轴承装置，其中碳纤维在树脂合成物中的含量为10至35vol％。

4.根据权利要求2的流体动力轴承装置，其中碳纤维是聚丙烯腈基炭纤维。

5.根据权利要求2的流体动力轴承装置，其中碳纤维具有6.5或更大的纵横比。

6.一种电动机，具有根据权利要求1至5中任一项所述的流体动力轴承装置，转子磁铁，和定子线圈。

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