CN101523065B

CN101523065B - 动压轴承装置

Info

Publication number: CN101523065B
Application number: CN200780036219.5A
Authority: CN
Inventors: 村田五雄; 添田雅也; 堀政治; 户田正明
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: US8016488B2; JP2008111448A; JP5154057B2; CN101523065A; US20090190869A1; WO2008050608A1

Abstract

本发明提供一种对力矩荷载的负荷能力高，轴承套筒的制造容易，且减少了零件个数及组装机工序的动压轴承装置。动压轴承装置(1)具备：壳体(2)；在轴方向上相互离开的位置固定在壳体(2)上的两个轴承套筒(3)、(4)；插入到轴承套筒(3)、(4)的内周的轴部件(5)。壳体(2)具备比固定轴承套筒(3)、(4)的内周面(2a)、(2b)更向内径侧突出的衬套部(2c)。在衬套部(2c)上设有轴方向的流体通路(2c1)，流体通路(2c1)与通过轴承套筒(3)、(4)的轴方向槽(3d1)、(4d1)形成的流体通路连通。

Description

动压轴承装置

技术区域

本发明涉及一种动压轴承装置。

背景技术

动压轴承装置是通过在轴承间隙间产生的流体的动压作用对轴部件非接触支承的装置。这种轴承装置具备高速旋转、高旋转精度、低噪音等特征，适合作为搭载于各种以信息设备为首的各种电气设备的电动机用轴承装置使用，更具体来说，适合作为HDD等磁盘装置，CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盘装置，MD、MO等光磁盘装置等上的主轴电动机用轴承装置使用，或者作为激光打印机(LBP)的多面镜扫描电动机、放映机的色轮电动机、风扇电动机等电动机用轴承装置使用。

例如在装入到HDD等盘驱动装置的主轴电动机的动压轴承装置中，有时在径向方向支承轴部件的径向轴承部及在推力方向支承轴部件的推力轴承部的双方都由动压轴承构成。作为这种动压轴承装置的径向轴承部，已知有，在例如轴承套筒的内周面和与之对向的轴部件的外周面的任意一方形成作为动压产生部的动压槽，同时在两面间形成径向轴承间隙。(例如参照专利文献1)。

然而，在组装了上述构成的动压轴承装置的信息设备例如HDD等盘驱动装置中，为了读取速度更高的高速化，要求更进一步的高速旋转化，该情况下，作用于旋转自由地支承主轴的轴承部的力矩荷载变大。因此，为了对应于该力矩荷载的增大，需要将径向轴承部在轴方向上离开设置在多处，同时需要增加径向轴承部间的间距。另外，目前采用将这些多个径向轴承部设在一个轴承套筒的内周侧的构成，但也有电动机的小型化、及随之带来的主轴及轴承套筒的小径化的要求，从而有时难以制造能够对应径向轴承部之间的间距增大的轴承套筒。

作为增大径向轴承部之间的间距且容易制造轴承套筒的装置，考虑设置多个轴承套筒且将这些套筒在轴方向离开配置在多处(例如，参照专利文献2)。但是，记载于专利文献2的动压轴承装置中，需要在轴方向离开配置的轴承套筒之间配置衬套部件，因此，存在零件个数和组装工序增多的问题。

专利文献1：(日本)特开2003-239951号公报

专利文献2：(日本)特开第3602707号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对力矩荷载的负荷能力高，轴承套筒的制造容易，且减少了零件个数及组装工序的动压轴承装置。

为了解决所述课题，本发明提供一种动压轴承装置，其具备：壳体、收容在该壳体内的轴承套筒、插入到轴承套筒内周的轴部件、通过在轴承套筒的内周面和轴部件的外周面之间的径向轴承间隙产生的润滑流体的动压作用将轴部件在径向方向非接触支承的径向轴承部，其中，轴承套筒在轴方向上离开地被配置多个，在轴方向上离开的轴承套筒之间设有比轴承套筒的外周面更向内径侧突出的衬套部，且衬套部与所述壳体形成为一体。

根据上述构成，由于轴承套筒设有多个且将它们在轴方向离开配置多处，因此，可以增大径向轴承部之间的间距，可提高对力矩荷载的负荷能力，同时，可以使轴承套筒的制造容易。另外，由于将设于在轴方向离开的轴承套筒间的衬套部与壳体形成为一体，因此，与配置其它分体的衬套部件的情况相比，可以使零件个数及组装工序减少。

在上述构成中，可以在衬套部上设置在其轴方向两侧开口的流体通路。进而可以将衬套部的流体通路和设在壳体的内周面和轴承套筒的外周面之间的轴方向的流体通路连通。这些流体通路构成用于在壳体内部使润滑流体流动循环的循环通路。通过润滑流体经由该循环路进行流动循环，充填在包含轴承间隙的壳体内部空间内的润滑流体的压力平衡被确保，同时，可以消除伴随局部的负压的发生产生气泡、气泡的产生引起的润滑流体的泄漏及振动的发生等问题。另外，由于循环路的局部面临在大气开放侧，从而即使在因任何理由而在润滑流体中混入了气泡的情况下，气泡在伴随润滑流体循环时被排向大气开放侧，因此，更进一步有效地防止气泡的不良影响。

另外，在上述构成中，在轴部件上设有突出到外径侧的突出部，在突出部的端面和轴承套筒的端面之间也可以设置通过在推力轴承间隙产生的润滑流体的动压将轴部件在推力方向非接触支承的推力轴承部。突出部可以与轴部件形成为一体，也可以固定在轴部件上。另外，推力轴承部的动压产生装置(动压槽等)只要在突出部的端面及轴承套筒的端面的其中一方形成即可。

另外，也可以在轴部件的突出部的外周侧形成有密封空间。该密封空间具有吸收充填在壳体的内部空间的润滑流体的温度变化引起的容积变化(膨胀·收缩)的功能，即所谓的缓冲功能。

在上述构成中，壳体可以为熔融材料的模成形品。壳体的材质可以为树脂、金属的任一种。在用树脂制壳体的情况下，例如可以采用热塑性树脂等的注射成形。另外，在用金属制壳体的情况下，可以采用例如铝合金、镁合金、不锈钢等的模铸成形、注射成形(所谓MIM法、触变模压法)。

本发明的动压轴承装置适合于装入到HDD、特别是服务器用HDD等盘驱动装置的电动机。

根据本发明可以提供一种对力矩荷载的负荷能力高，轴承套筒的制造容易，且减少了零件个数及组装机工序的动压轴承装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式的动压轴承装置的剖面图；

图2是表示轴承套筒固定在壳体上的状态的俯视图{图2(a)}、剖面图{图2(b)}、仰视图{图2(a)}；

图3是表示壳体的上方部分的放大剖面图；

图4是表示第一实施方式的动压轴承装置的剖面图。

符号说明

1动压轴承装置

11动压轴承装置

2壳体

2c衬套部

2c1流体通路

3轴承套筒

4轴承套筒

5轴部件

6密封部件

7密封部件

R1第一径向轴承部

R2第二径向轴承部

T1第一推力轴承部

T2第二推力轴承部

S1密封空间

S2密封空间

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示第一实施方式的动压轴承装置(流体动压轴承装置)1。该动压轴承装置1是在装入例如HDD、特别是服务器用HDD的电动机中支承盘毂的旋转的装置。该动压轴承装置1以壳体2、在向轴方向相互离开的位置固定在壳体2上的多个例如两个轴承套筒3、4、插入轴承套筒3、4的内周的轴部件5为主要构成零件构成。

如后述那样，在轴承套筒3的内周面3a和轴部件5的外周面5a之间设有第一径向轴承部R1，在轴承套筒4的内周面4a和轴部件5的外周面5a之间设有第二径向轴承部R2。进而，在该实施方式中，在轴承套筒3的上侧端面3b和密封部件6的下侧端面6b之间设有第一推力轴承部T1，在轴承套筒4的下端面4b和密封部件7的上侧端面7b之间设有第二推力轴承部T2。另外，为便于说明，以轴部件5的端部从壳体2突出的一侧(纸面上侧)为上侧，以其相对侧为下侧进行说明。

壳体2例如具备：将树脂材料注射成形而形成为一体且固定轴承套筒3、4的内周面2a、2b；比内周面2a、2b更向内径侧突出的衬套部2c。内周面2a、2b与轴承套筒3、4的配置位置对应，位于在轴方向上相互离开的位置，内周面2a、2b之间的区域构成为衬套部2c。另外，内周面2a和2b直径相同。另外，在本实施方式中，在衬套部2c上设有轴方向的流体通路2c1，流体通路2c1在衬套部2c的上侧端面2c2和下侧端面2c3分别开口。流体通路2c1形成有多个例如三个，被圆周等间隔地进行排列。进而，在壳体2的两端部设有大径部2d、2e，大径部2d、2e经由台阶面2f、2g分别连接于内周面2a、2b。

衬套部2c的流体通路2c1也可以在成形了壳体2后通过施加孔加工而形成，但为了实现加工工序的削减及以此带来的制造成本的降低，优选在壳体2成形的同时进行成形。这可以通过在成形为壳体2的成形模上设置对应于流体通路2c1的形状的成形销而进行实施。另外，流体通路2c1的横截面形状不限于圆形状，也可为非圆形状(椭圆形状及多角形状)。另外，流体通路2c1的横截面积无需在轴方向上一定，例如横截面积也可以有相对较大的部分和相对较小的部分。

形成壳体2的树脂主要是热塑性树脂，例如，作为非结晶性树脂可以使用聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯基砜(PPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等，作为结晶性树脂，可以使用液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)等。另外，充填于上述树脂的充填材料的种类也没有特别限制。例如作为充填材料，可以使用玻璃纤维等纤维状充填材料，钛酸钾等丝状充填材料，云母等鳞片状充填材料，碳纤维、炭黑、石墨、碳纳米、金属粉末等纤维状或粉末状的导电性充填材料。这些充填材料可以单独使用，也可以两种以上混合使用。在该实施方式中，作为形成壳体2的材料，使用在作为结晶性树脂的液晶聚合物(LCP)中配合2～8wt％的作为导电性充填材料的碳纤维或碳纳米管的树脂材料。

轴部件5由不锈钢等金属材料形成，作为整体构成为大致同径的轴状。另外，在该实施方式中，环状的密封部件6、7通过适当的固定方法例如粘着或挤压粘着(挤压和粘着并用)固定在轴部件5上。这些密封部件6、7成为从轴部件5的外周面5a突出到外径侧的形态，分别被收容在壳体2的大径部2d、2e。另外，为了提高粘接剂的固定强度，在密封部件6、7的固定位置即轴部件5的外周面5a设置成为粘接剂贮存部的圆周槽5a1、5a2。另外，密封部件6、7可以由黄铜(黄铜)等软质金属材料及其它金属材料形成，也可以由树脂材料形成。另外，密封部件6、7中的一方可以与轴部件5形成为一体。该情况烯，轴部件5和一密封部件构成的组件也可以由金属和树脂的复合体构成。作为一例，考虑由金属制作轴部件5，同时将一密封部件通过树脂嵌入成形。

密封部件6的外周面6a与壳体2的大径部2d之间形成具有一定容积的密封空间S1，密封部件7的外周面7a与壳体2的大径部2e之间形成具有一定容积的密封空间S2。在该实施方式中，密封部件6的外周面6a及密封部件7的外周面7a分别形成为朝向壳体2的外侧部逐渐缩径的圆锥面状。因此，密封空间S1、S2朝向壳体2的内部侧呈逐渐缩小的圆锥形状。

轴承套筒3、4例如通过由烧结金属构成的多孔质体、特别是以铜为主要成分的烧结金属的多孔质体形成为圆筒状，分别通过压入、粘着或压入粘着等方法被固定在壳体2的内周面2a、2b。另外，轴承套筒3、4也可以由烧结金属以外的铜合金等金属材料形成。

如图2所示，轴承套筒3在成为第一径向轴承部R1的径向轴承面的内周面3a形成人字形的动压槽3a1，在成为第一推力轴承部T1的推力轴承面的上侧端面3b形成人字形的动压槽3b1，进而，在外周面3d上形成有轴方向槽3d1。轴方向槽3d1形成由多个例如3个，被圆周等间隔地排列。利用该轴方向槽3d1，在与壳体2的内周面2a之间形成轴方向的流体通路。同样，轴承套筒4在成为第二径向轴承部R2的径向轴承面的内周面4a形成人字形的动压槽4a1，在成为第二推力轴承部T2的推力轴承面的下侧端面4b形成人字形的动压槽4b1，进而，在外周面4d形成有轴方向槽4d1。轴方向槽4d1形成有多个例如3个，被圆周等间隔地排列。利用该轴方向槽4d1，在与壳体2的内周面2b之间形成轴方向的流体通路。另外，省略图示，可以在轴承套筒3的下侧端面3c形成一或多个半径方向槽。该半径方向槽的两端在轴承套筒3的内周面3a和外周面3d上分别开口。也可以在轴承套筒的上侧端面4c上同样形成半径方向槽。

该动压轴承装置1例如可通过如下的工序组装。

首先，在壳体2的内周面2a、2b以图2所示的状态固定轴承套筒3、4。

另外，如图3放大所示，按照轴承3的上侧端面3b与壳体2的上侧的台阶面2f为同一面、或为从台阶面2f突出大致的尺寸δ2的状态的方式，调节轴承套筒3的轴方向位置并将轴承套筒3固定在内周面2a上。如同图所示，使轴承套筒3的上侧端面3b从台阶面2f突出了尺寸δ2的情况下，密封部件6的下侧端面6b和台阶面2f之间的轴方向尺寸比第一推力轴承部T1的推力轴承间隙δ1大，另外，图示省略，轴承套筒4也被进行与轴承套筒3同样的位置调节而固定在壳体2的内周面2b上。

在上述状态下调节轴承套筒3、4的轴方向位置且固定在壳体2的内周面2a、2b的结果是，如图1及图2所示，有时可以在轴承套筒3的下侧端面3c和衬套部2c的上侧端面2c2之间、轴承套筒4的上侧端面4c和衬套部2c的下侧端面2c3之间存在微小的间隙。通过该间隙，衬套部2c的流体通路2c1与轴承套筒3的轴方向槽3d1及轴承套筒4的轴方向槽4d1分别连通，且流体通路2c1的上下两端与衬套部2c的内周面2c4和轴部件5的外周面5a之间的间隙分别连通。另外，根据轴承套筒3、4和内周面2a、2b的轴方向尺寸，有时上述间隙只在轴承套筒3、4中的一侧存在。或有时轴承套筒3、4的双方都抵接于衬套部2c。这样，在轴承套筒3、4的任意一方抵接于衬套部2c的情况下，通过设在轴支套筒的端面的外周倒角及半径方向槽及半径方向槽也能够确保上述的连通状态。例如使轴承套筒3在抵接于衬套部2c的情况下，经由轴承套筒3的下侧端面3c的外周倒角将流体通路2c1和轴方向槽3d1连通，经由设在轴承套筒3的下侧端面3c的半径方向槽，流体通路2c1的上端与衬套部2c的内周面2c4和轴部件5的外周面5a之间的间隙分别连通。

接下来，将轴部件5插入轴承套筒3、4的内周面3a、4a及衬套部2c的内周面2c4，且将密封部件6、7固定在轴部件5的规定的位置。另外，密封部件6、7中的一方可以在插入前预先固定在轴部件5上，也可以与轴部件5形成为一体。

经过上述的工序完成组装之后，在由密封部件6、7密封的壳体2的内部也包含轴承套筒4、5的内部气孔(多孔质体组织的内部气孔)的空间内，充填例如润滑油作为润滑流体。润滑油的充填可以在将例如完成组装后的动压轴承装置1在真空槽内浸渍于润滑油之后，通过对大气压开放而进行。

轴部件5旋转时，轴承套筒3的内周面3a及轴承套筒4的内周面4a分别经由径向轴承间隙与轴部件5的外周面5a对向。衬套部2c的内周面2c4与轴部件5的外周面5a之间的间隙比上述的径向轴承间隙大。另外，轴承套筒3的上侧端面3b经由推力轴承间隙与密封材料6的下侧端面6b对向，轴承套筒轴承套筒4的下侧端面4b经由推力轴承间隙与密封部件7的上侧端面7b对向。而且，伴随轴部件5的旋转，在上述径向轴承间隙内润滑油产生动压，通过形成在上述径向轴承间隙内的润滑油的油膜，将轴部件5在径向方向旋转自如地非接触支承。由此，构成在径向方向旋转自如地非接触支承轴部件5的第一径向轴承部R1和第二径向轴承部R2。同时，在上述推力轴承间隙之间润滑油产生动压，通过形成在上述推力轴承间隙内的润滑油的油膜，将固定在轴部件5的密封部件6、7在径向方向旋转自如地非接触支承。由此，构成在径向方向旋转自如地非接触支承轴部件5的第一推力轴承部T1和第二推力轴承部T2。

另外，如上所述，形成于密封部件6的外周面6a侧和密封部件7的外周面7a侧的密封空间S1、S2朝向壳体2的内部侧呈逐渐缩小的锥形形状，因此，两密封空间S1、S2内的润滑油受到毛细管力的吸引作用、和旋转时离心力的吸引作用，被吸向密封空间变窄的方向即壳体2的内部侧。由此，可以有效地防止润滑油从壳体2的内部泄漏。另外，密封空间S1、S2具有吸收伴随充填在壳体2的内部空间的润滑油的温度变化的容积变化量的缓冲功能，在规定的温度变化的范围内，润滑油的油面总是位于密封空间S1、S2内。

另外，通过由轴承套筒3的轴方向槽3d1形成的流体通路、由轴承套筒4的轴方向槽4d形成的流体通路、衬套部2c的流体通路2c1、各轴承间隙(第一径向轴承部R1及第二径向轴承部R2的径向轴承间隙、第一推力轴承部T1及第二推力轴承部T2的推力轴承间隙)、及衬套部2c的内周面2c4和轴部件5的外周面5a之间的间隙，在壳体2的内部形成一连串的循环通路。而且，由于充填于壳体2内部空间的润滑油经由该循环通路进行流动循环，从而润滑油的压力平衡被保持，同时，可以防止伴随局部的负压的产生而生产气泡、气泡的生成引起的润滑油的泄漏及振动的发生等。另外，通过轴承套筒3的轴方向槽3d1形成的流体通路的一端、和通过轴承套筒4的轴方向槽4d1形成的流体通路的一端分别通向成为大气开放侧的密封空间S1、S2。因此，在无论任何理由在润滑油中混入了气泡的情况下，气泡都能够在伴随润滑油循环时向大气开放侧排出，因此，更进一步有效地防止气泡的不良影响。

图4表示第二实施方式的动压轴承装置11。该动压轴承装置11与上述的第一实施方式的动压轴承装置1的不同点在于，壳体2的内周面2a、2b分别以均一的直径延伸至壳体2的端面；随之密封部件6、7成为比较小的直径。与第一实施方式的动压轴承装置1相比，具有可以使机壳2的形状简化且小径化这一优点。另外，在该实施方式中，轴承套筒3的下侧面3c和衬套部2c的上侧端面2c2抵接，轴承套筒4的上侧面4c和衬套部2c的下侧端面2c3抵接。其它的事项以第一实施方式为基准，因此，实质上相同的部件及部位标注相同的符号，省略重复的说明。

在以上的说明中，作为径向轴承部R1、R2及推力轴承部T1、T2的动压产生装置，示例了人字形形状的动压槽，但也可为螺旋形状及其它的形状。或者，作为动压产生装置也可以采用所谓的阶梯轴承及多圆弧轴承。

Claims

1.一种动压轴承装置，其具备：壳体、收容在该壳体内的轴承套筒、插入到该轴承套筒的内周的轴部件、通过在所述轴承套筒的内周面和所述轴部件的外周面之间的径向轴承间隙产生的润滑流体的动压作用将所述轴部件在径向上非接触支承的径向轴承部，所述动压轴承装置的特征在于，

所述轴承套筒在轴方向上离开地配置有多个，

在所述轴方向上离开的轴承套筒之间设有比该轴承套筒的外周面更向内径侧突出的衬套部，并且该衬套部与所述壳体形成为一体，

所述壳体在两端部具有大径部，

所述轴部件在两端部具有突出到外径侧的突出部，各所述突出部分别收容在所述壳体的大径部内，并且在各所述突出部的端面和与该突出部的端面对置的所述轴承套筒的端面之间分别设有推力轴承部，该推力轴承部通过在推力轴承间隙产生的润滑流体的动压作用将所述轴部件在推力方向上非接触支承，并且在各所述突出部的外周侧分别形成密封空间，

所述衬套部具有在轴方向两侧开口的流体通路，该衬套部的流体通路经由该衬套部的端面和与该衬套部的端面对置的所述轴承套筒的端面之间的间隙，与设在所述壳体的内周面和所述轴承套筒的外周面之间的轴方向的流体通路连通，并且与所述衬套部的内周面和所述轴部件的外周面之间的间隙连通，

利用所述衬套部的流体通路、所述衬套部的端面和与该衬套部的端面对置的所述轴承套筒的端面之间的间隙、所述壳体的内周面与所述轴承套筒的外周面之间的流体通路、所述径向轴承间隙及推力轴承间隙以及所述衬套部的内周面与所述轴部件的外周面之间的间隙，在所述壳体的内部形成润滑流体的一连串的循环通路，

与所述轴部件的突出部的端面对置的所述轴承套筒的端面从所述壳体的大径部的台阶面突出规定尺寸，由此，在所述轴部件的突出部的端面与所述壳体的大径部的台阶面之间形成比所述推力轴承间隙大的间隙。

2.如权利要求1所述的动压轴承装置，其特征在于，所述壳体为将熔融材料模成形而形成的部件。