CN101311568A - 动态轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种动态轴承装置，其中，一轴承套被挤压装入一轴承盖，然后轴向部件的轴向部分被插入轴承套的内周表面，紧接着，止推部件附连于轴承盖的内周表面的下端，利用超声波焊接把该止推部件固定在预先确定的位置上。轴承盖的下端压靠在止推部件的外周表面，利用超声波震动焊接技术，把轴承盖的融化接合表面固定在止推部件上。

Description

动态轴承装置

本申请是原申请申请号03820842.3(国际申请号PCT/JP2003/011531)，申请日2003年09月09日，发明名称为“动态轴承装置”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在于轴承间隙产生的润滑油动态压力作用下以非接触方式转动支撑轴向部件的动态轴承装置。该轴承装置最适合用于信息处理设备，包括磁盘装置(例如硬盘驱动器HDD、软盘驱动器FDD，光盘只读存贮器CD-ROM、光盘读/读写装置CD-R/RW和数字化视频光盘只读存贮器/随机存贮器DVD-ROM/RAM等的光盘装置，以及MD、MO的永磁式光盘装置)的锭子(spindle)马达、激光束打印机(LBP)(laser beam printer)的多边形扫描仪(polygon scanner)马达，或诸如轴流风扇(axial flow fan)类电气装置的微型马达。

背景技术

各种类型的以上所述马达必须低噪音、高速度和高精确度地旋转，并且制造成本低廉。支撑该类马达锭子的轴承是决定这些所必须的性能的主要因素之一，所以近年来具有如上所需性能的优越特征的动态压力轴承已被考虑使用或业已使用。

动态轴承装置，安装于诸如硬盘驱动器HDD的磁盘装置的马达锭子上，例如包括以非接触方式径向支撑轴向部件的径向轴承部分和以非接触方式在推力方向上支撑该轴向部件的止推轴承部分。该径向轴承部分利用轴承套内周表面或轴向部件的外周表面上的动态压力产生槽以产生动态压力，而止推轴承部分则利用例如一动态止推轴承，其上的动态压力产生槽，位于轴向部件的凸缘部分两端面上，或相对的端面(固定在轴承盖内的轴承套的端面、止推部件的端面)上(参照公开发行号为2000-291648的日本专利)。

一般地，轴承套固定在轴承盖内周预先确定的位置上，在绝大多数情况下，密封件置放在轴承盖的开槽内防止业已注入轴承盖内的润滑油外泄。

为了确保与信息处理设备不断提高的性能相适应所必须的轴承性能，具有以上结构，包括轴承盖、轴承套、轴向部件、止推部件和密封件的动态轴承装置，其部件制造和装配精度正在努力提高，另一方面，要求降低该类装置的制造成本以适应信息处理设备价格下降趋势。

提高装配方法的效率是降低该类动态轴承装置成本的关键因素之一。换言之，一般地，轴承盖和轴承套，轴承盖和止推部件，轴承盖和密封件用粘合剂相互牢靠黏结，但是使用粘合剂是降低装配效率的一个原因，因为粘合剂的涂敷和凝固需要相对较长的时间。恐怕还会发生粘合剂释气和粘附力日久退化现像。

由此可见，上述现有的动态轴承装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决动态轴承装置存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的动态轴承装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的动态轴承装置，能够改进一般现有的动态轴承装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的动态轴承装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的动态轴承装置，所要解决的技术问题是使其能够提高其装配方法的效率以降低制造成本，从而更加适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种动态轴承装置，所要解决的技术问题是使其能够降低部件之间固定部分的释气和粘附力日久退化现像，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为了达到上述发明目的，依据本发明的动态轴承装置，包括轴承盖、固定于轴承盖内周表面的轴承套、具有轴向部分和凸缘部分的轴向部件、与轴承盖一端相附连的止推部件、在润滑油于径向轴承间隙产生的动态压力作用下以非接触方式径向支撑轴向部分的位于轴承套和轴向部分之间的径向轴承部分、在润滑油于止推轴承间隙产生的动态压力作用下以非接触方式在推力方向支撑凸缘部分的位于轴承套与凸缘部分之间和止推部件与凸缘部分之间的止推轴承部分。为达到以上本发明的目的，轴承盖为树脂材料，这也是本发明动态轴承装置的特征。

由于树脂轴承盖为模制成型，例如注入模制成型等，与车床等加工的轴承盖相比其制造成本低廉；与应用冲压工艺制造的轴承盖相比，也能确保相对较高的精度。

在以上所述结构中，止推部件可焊接固定于树脂轴承盖的一端。与传统粘接方法相比，焊接固定轴承盖和止推部件的方法能够提高工作效率，阻止或降低部件之间固定部分的释气和粘附力日久退化现像。

“焊接”，这里指要被连接的两部分的一个或两个连接表面融化固定为一体的现像。根据被焊接的材料、焊接条件和其它不同条件，适当选择应用焊接方法，例如超声波焊接、震动焊接、高频感应加热焊接、热盘焊接等。一般地，在超声波焊接中，与超声波震动连同使用，在树脂产品内产生很强的摩擦热，利用焊接压力融化和焊接连接表面。在震动焊接中，欲被焊接的两部分在所施加的焊接压力下沿预定的方向震动，融化和焊接接合表面。在高频感应加热焊接中，高频磁场施加于被焊接的一部分，通过过流损失效应产生的热能融化焊接结合表面。在热盘焊接中，高温热源(热盘)与树脂产品的一接合表面接触，融化和焊接接合表面。在这些焊接方法中，超声波焊接由于其设备简单以及焊接时间短而最为可取。

与以上所述结构不同，止推部件可附连于树脂轴承盖的一端，并且密封件焊接安装在轴承盖的该端。

利用以上描述的焊接方法将轴承套固定于树脂轴承盖内。这种情况下，如果轴承套的材料为烧结金属，轴承盖接合表面所融化的树脂通过轴承套接合表面上的气孔(由烧结金属孔状结构的内孔形成的开放于接合表面的部分)进入内部孔络凝固。该内部孔络中的凝固部分使轴承套与轴承盖之间因锚定效应紧密配合无相对位移，以确保连接牢靠。

当轴承盖的另一端装有密封部分时，该密封部分整体形成于轴承盖的另一端，或在轴承盖的另一端安装独立的密封部件。在后者的情形下，可采用如上所描述的焊接方法，将密封件固定在树脂轴承盖上。

构成轴承盖的树脂最好为热塑性树脂，另外，在轴承套压装于轴承盖内的情形下，其线性膨胀率最好等于或小于8.0×10^-5/℃。换言之，轴承套压装于轴承盖中，所需要的压装固定力需能够承受轴承套自身重量和冲击试验的标准加速度的乘积。为确保这类动态轴承装置在工作温度范围0～80℃内所必须的压装固定力，构成轴承盖的树脂的线性膨胀率最好为或小于8.0×10^-5/℃。轴承盖中轴承套的压装面积的增加使得压装力的增加成为可能。但当例如轴承盖的厚度很薄比如2mm或更薄时，树脂轴承盖中轴承套最大压装面积为100um，而大约50um为最好。如果压装面积大于该值，由于轴承盖外径精度减少，当将动态轴承装置安装在锭子马达等装置上时可能会发生问题，并且可能发生由于压装力过大导致轴承盖破裂现像。

另外比较特别地，例如以LCP或PES为主要成分的树脂可用来制作轴承盖。

轴承套的材料可以是烧结金属，轴承盖的材料也可以是制造轴承套用的同类金属，可以通过焊接方法将轴承套固定在轴承盖内周。这里“同类”是指主要成分(金属基)相同。例如，轴承套的材料是以铜为主要成分的烧结金属，轴承盖的材料也为铜基金属，比如黄铜。像这样的类似结构，通过超声波焊接等方法，可以使轴承套紧密安装在轴承盖里。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由上述可知，本发明是有关于一种动态轴承装置，其中，一轴承套8被挤压装入一轴承盖7，然后轴向部件2的轴向部分2a被插入轴承套8的内周表面8a，紧接着，止推部件10附连于轴承盖7的内周表面7c的下端，利用超声波焊接把该止推部件10固定在预先确定的位置上。轴承盖7的下端压靠在止推部件10的外周表面，利用超声波震动焊接技术，把轴承盖7的融化接合表面固定在止推部件10上。

附图说明

图1为使用本发明的动态轴承装置的信息处理设备的锭子马达的剖面图；

图2是显示本发明动态轴承装置一实施例的剖面图；

图3是轴承套的剖面图(图3(a))，俯视图，(图3(b))与仰视图(图3(c))；

图4为止推部件一端面的平面视图；

图5是本发明另一实施例的剖面图；

图6为密封件的剖面图；

图7是本发明又一实施例的剖面图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的动态轴承装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

描述本发明一实施例如下：

图1显示的是装有本发明动态轴承装置的信息处理设备的锭子马达的一个例子。锭子马达作为圆盘驱动装置例如硬盘驱动器等，包括一动态轴承装置1，以非接触方式旋转支撑一轴向部件2；一圆盘毂3，固定在轴向部件2上；以及通过例如径向间隙相对的马达定子4和转子5。定子4固连于外壳6的外周，转子5固连于圆盘毂3的内周。动态轴承装置1的轴承盖7装配于外壳6的内周。圆盘毂3装有一个或多个圆盘D例如磁盘等。一旦给予定子4电压，定子4和转子5之间的电磁力使转子5旋转，带动圆盘毂3和轴向部件2一起旋转。

图2显示动态轴承装置1。动态轴承装置1包括轴承盖7、轴承套8、固定于轴承盖7的止推部件10以及轴向部件2。

第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2分别位于轴承套8的内周8a和轴向部件2的轴向部分2a的外周2a1之间，第一止推轴承部分s1位于轴承套8的下端面8c和轴向部件2的凸缘部分2b的上端面2b1之间。第二止推轴承部分s2位于止推部件10的端面10a和轴向部件2的凸缘部分2b的下端面2b2之间。为了以下解释方便，定义止推部件10的一边为下边，相对的另一边为上边。

例如由热塑树脂模制注入成型的轴承盖7，具有一圆柱侧面部分7b和从侧面部分7b的上端向内部径向方向延伸与7b为一整体的环型密封部分7a。密封部分7a的内周表面7a1通过预先确定的密封空间S相对于在轴向部分2a的外周形成的锥型表面2a2。轴向部分2a的锥型表面2a2的直径朝着向上(朝着轴承盖的外部)方向逐渐缩小，并且轴向部分2a凭借轴向部件2的旋转而具有离心密封的功能。

轴向部件2由例如像不锈钢等金属材料制作而成，其具有轴向部分2a和位于轴向部分2a的下端与之为一体或独立配置的凸缘部分2b。

例如由多孔烧结金属材料，特别是主要组成部分为铜的多孔烧结金属，所制成的原柱形状的轴承套8，固定于轴承盖7的内周表面7c上预先确定的位置。在材料为烧结金属的轴承套8的内周表面8a里，在轴向方向上分别存在上、下两个区域，作为第一、第二径向轴承部分R1、R2的径向轴承表面，而且，形状为例如图3(a)所示的人字形的动态压力产生槽8a1和8a2分别形成在该两区域里，上部动态压力产生槽8a1非对称于轴心线m(上、下两倾斜的沟槽之间的区域的轴向中心线)，上部区域相对于轴心线m的轴向长度X1比下部区域的轴向长度X2长。一或多个轴向沟槽8d1沿轴向长度贯穿于轴承套8的外周表面8d。该实施例中，3个轴向沟槽8d1沿圆周等间隔分布。

形状为例如图3(b)所示螺旋的动态压力产生槽8c1形成在轴承套8的下端面8c--即第一止推轴承部分S1的止推轴承表面里。动态压力产生槽可以是人字状或与径向放射状。

参照图3(c)，轴承套8的上端面8b被约略位于径向中央位置的圆周槽8b1分为内部直径区域8b2和外部直径区域8b3，一或多个径向沟槽8b21形成在内部直径区域8b2内。该实施例中，三个径向沟槽8b21沿圆周等间隔分布。

止推部件10，由例如诸如黄铜等材料构成，固定在轴承盖7的内周表面7c的下端。形状如人字形的动态压力产生槽10a1，形成在止推部件10的端面10a，端面10a即第二止推轴承部分S2的止推轴承表面，如图4所示。动态压力产生槽可以是螺旋状或径向放射状。

本实施例的动态轴承装置1例如按下列方法装配。首先，轴承套8挤压装入轴承盖7的内周表面7c，其上端面8b紧靠着密封部分7a的内表面7a2。因此轴承套8固定在轴承盖7正确的位置上。

密封部分7a的内表面7a2倾斜或弯曲可导致该外部直径区域离开轴承套8的上端面8b，结果密封部分7a的内表面7a2与轴承套8的上端面8b的内部直径区域8b2部分接触，在密封部分7a的内表面7a2与上端面8b的内部直径区域8b2之间产生间隙。

然后，将轴向部件2附连于轴承套8。为了准确调整径向轴承间隙，在轴承套8挤压装入轴承盖7的条件下，测量轴承套8的内径，使其与轴向部分2a的外径(预先测定)的尺寸匹配。如果轴承盖7的内周表面7c的横截面为多边形(例如20边形)或非规则形，使其与轴承套8的外周表面8d部分接触，当压装轴承套8时，内周表面8a的变形受到抑制，所以可确保径向轴承间隙。

然后，止推部件10被附连于轴承盖7内周表面7c的下端，被调整到合适的位置后，用例如超声波焊接的方法固定。当轴承盖7的下端压靠于止推部件10的外周表面时，利用超声波融化轴承盖7的接合表面，使轴承盖7牢靠连接于止推部件10。在止推部件10的外周表面形成的形状为滚花、螺旋等突出和凹入可有效保证将轴承盖7焊接固定到止推部件10上。

在完成如上所述的装配过程中，轴向部件2的轴向部分2a插入轴承套8的内周表面8a，凸缘部分2b被限制在轴承套8的下端面8c和止推部件10的端面10a之间的空间内。于是，轴承盖7被密封部分7a密封的内部空间，包括轴承套8的内部孔络，充满润滑油。润滑油的水平面维持在密封空间S的范围内。

作为将轴承套8固定在轴承盖7内的方法，焊接，例如超声波焊接可被用来代替如上所述的压装工艺。为了阻止轴承盖7的接合面的融化树脂流向密封部分7a，一或多个容积几乎等于融化树脂的体积的轴向沟槽例如被配置于轴承盖7的内周表面7c。

当轴向部分2旋转时，其上、下两区域的每一区域，作为轴承套8的内周表面8a的径向轴承表面，与轴向部分2a的外周表面2a1相互面对于径向轴承间隙。轴承套8的下端面8c，作为止推轴承表面，通过止推轴承间隙与凸缘部分2b的上端面2b1相对，而止推部件10的端面10a，作为止推轴承表面，通过止推轴承间隙与凸缘部分2b的下端面2b2相对。轴向部件2的旋转使位于以上径向轴承间隙的润滑油产生动态压力并形成油膜，以非接触方式，径向转动支撑轴向部件2的轴向部分2a。第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2以非接触方式径向转动支撑轴向部件2，其构成与此相同。同时，润滑油在以上止推轴承间隙产生动态压力，形成油膜，以非接触方式，在两推力方向上转动支撑轴向部件2的凸缘部分2b。结果形成了第一止推轴承部分S1和第二止推轴承部分S2，以非接触方式，于推力方向转动支撑轴向部件2。

如上所述，第一径向轴承部分R1的动态压力产生槽8a1相对于轴向中心m是非对称的，且中心线m以上区域的轴向长度X1大于中心线m以下区域的轴向长度X2，如图3(a)所示。因此，当轴向部件2旋转时，在上区域中由于动态压力产生槽8a1而产生的润滑油的缩进力(抽吸力)会相对大于下部区域的缩进力(抽吸力)，使润滑油流动，向下填充轴承套8的内周表面8a和轴向部分2a的外周表面2a1之间的间隙，循环通过第一止推轴承部分S1的止推轴承间隙，轴向沟槽8d1，密封件2a的内表面2a2与轴承套8的上端面8b的外部直径区域8b3之间的空隙，轴承套8的上端面8b的周向沟槽8b1以及轴承套8的上端面8b的径向沟槽8b21，又回到第一径向轴承部分R1的径向轴承间隙。如上所述，由于润滑油在轴承盖7的内部空间循环流动，阻止了在部分内部空间中形成润滑油负压，因此可以解决诸如由于负压而产生的气泡、润滑油泄露和气泡的产生引起的振动等问题。即使由于某种原因气泡进入润滑油，当气泡与润滑油一起循环时，通过密封空间S内润滑油的分接口(气-液分界面)，气泡能够被释放出去，所以，有效地阻止了因气泡产生的不利影响

图5显示另一实施例的动态轴承装置1’。它与图2所示的装置1的主要差别是：当止推部件10’被附连到轴承盖7的内周表面7c的下端后，密封件11被焊接在该下端上。

止推部件10’由例如诸如黄铜等金属材料制成，形状例如为人字形的动态压力产生槽形成在端面10a’，即第二止推轴承部分S2的止推轴承表面上。止推部件10’带有与其一体的从端面10a’的外缘向上伸展的环状接触部分10b’，接触部分10b’的上端面与轴承套8的下端面8c接触，其内周表面通过一间隙相对于凸缘部分2b的外周表面。

密封件11，由例如树脂制成，其形状以如图6所示的为最好。图6所示的密封件11包括在其外周表面上的焊接肋板11b(其厚度比整体厚度薄)，以及位于该外周表面的下端的凹形树脂储留池11c。密封件11的上表面11a与止推部件10’的下表面相接触。

当轴承套8和轴向部件2按以上所述完成与轴承盖7的装配后，止推部件10’被插入轴承盖7的内周表面的下端，接触部分10b’与轴承套8的下端表面8c相接触。于是，止推部件10’相对于轴承套8的轴向位置被确定。控制接触部分10b’和凸缘部分2b的轴向尺寸，有可能精确确定第一止推轴承部分S1和第二止推轴承部分S2的止推轴承间隙。

之后，密封件11附连于内周表面7c，其上表面11a与止推部件10’的下表面接触，轴承盖7的下端压靠于密封件11的焊接肋板11b，利用超声波震动(超声波焊接)将融化的焊接肋板11b固定在轴承盖7的接合面上(根据焊接条件，轴承盖7的接合面也能融化)。焊接中，融化的焊接肋板的液态树脂流进树脂储留池11c，所以，焊接后很少产生树脂毛刺。

图7显示另一实施例中的动态轴承装置1”。它与图2中的装置1的主要差别是密封部分。其密封部分，由一独立的密封部件12组成，焊接固定在轴承盖7的内周表面7c的上端。密封件12，其材料例如是树脂，利用超声波焊接固定于轴承盖7的接合面。密封件12的内周表面12a通过预定的密封空间S与位于轴向部分2a的外周的锥体表面2a2相对。

如上实施例中，轴承盖7的材料为树脂，但也可以是轴承套8的相同类型的金属材料，例如黄铜。轴承盖7和轴承套8通过焊接例如超声波焊接成为一体。

如上所述，本发明的装配方法是高效率的，所以可以更低的成本制造动态轴承装置，并降低部件之间固定部分释气的产生和粘合力日久退化现像。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1、一种动态轴承装置，其特征在于其包括：

一轴承盖；

一轴承套，固定于该轴承盖内周表面；

一轴向部件，包括一轴向部分和一凸缘部分；

一止推部件，附连于该轴承盖的一端；

一径向轴承部分，位于该轴承套和该轴向部分之间，在产生于径向轴承间隙的润滑油动态压力作用下，以非接触方式径向支撑该轴向部分；以及

一止推轴承部分，位于轴承套与凸缘部分之间和止推部件与凸缘部分之间，在产生于止推轴承间隙的润滑油动态压力作用下以非接触方式在推力方向支撑凸缘部分，

该动态轴承装置的特征是：

该轴承盖由树脂制作，该止推部件附连在该轴承盖的一端，一密封件焊接固定在该轴承盖的一端；

所述止推部件具有：在由所述止推轴承部分的止推轴承表面所形成的区域上设置的端面，并且，所述止推部件具有接触部分，所述接触部分从所述端面开始、在所述轴承盖的两端部侧于轴方向进行伸展，并且，

所述轴承套具有：在所述止推轴承部分的止推轴承表面所形成的区域上设置的端面，

所述止推部件的所述接触部分的端面与所述轴承套的所述端面抵接，且所述接触部分的内周收容有所述凸缘部分。

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