CN104641131B - 流体动压轴承装置以及具备该流体动压轴承装置的电动机 - Google Patents

流体动压轴承装置以及具备该流体动压轴承装置的电动机 Download PDF

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Abstract

一种流体动压轴承装置(1)，其具备：轴承套筒(8)，其固定于壳体(7)内周；轴部件(2)，其以能够插拔的方式插入轴承套筒(8)的内周；环状部件(9)，其具有在与轴部件(2)的外周面(2a)之间形成有径向间隙(Ga)的内周面(9a)；径向轴承部(R1、R2)以及推力轴承部(T)，它们对轴部件(2)进行支承，至少径向轴承部(R1、R2)的径向轴承间隙(Gr)以及收容推力轴承部(T)的底隙(Gb)被润滑油(11)充满，其中，在壳体(7)的内部空间内具有空隙部，在将径向轴承间隙(Gr)的间隙宽度设为d1，将径向间隙(Ga)的间隙宽度设为d2时，满足30d1≤d2≤250d1的关系式。

Description

流体动压轴承装置以及具备该流体动压轴承装置的电动机
技术领域
本发明涉及一种流体动压轴承装置以及具备该流体动压轴承装置的电动机。
背景技术
众所周知，流体动压轴承装置具有高速旋转、高旋转精度以及低噪声等特点。因此，流体动压轴承装置适合作为搭载于以信息设备为代表的各种电气设备的电动机而使用，具体而言，适合作为组装于HDD等碟盘驱动装置的主轴电动机用、组装于PC等的风扇电动机用、或组装于激光打印机(LBP)的多边形扫描仪电动机用的轴承装置等而使用。
在下述的专利文献1中记载了流体动压轴承装置的一个例子。该流体动压轴承装置具备：有底筒状(杯状)的壳体；轴承套筒，其固定于壳体的内周；轴部件，其插拔自如地插入轴承套筒的内周；径向轴承部，其通过形成于径向轴承间隙的润滑油的油膜在径向上对轴部件进行支承；推力轴承部，其在推力方向上对轴部件进行支承；底隙，其收容推力轴承部；环状部件(密封部件)，其固定于壳体的开口部内周。
在该流体动压轴承装置中，环状部件以在轴向上与轴承套筒卡合的状态(在轴承套筒的脱出方向上与轴承套筒卡合的状态)固定于壳体的开口部内周。因此，轴承套筒相对于壳体的固定力(轴承套筒的脱出力)提高，从而稳定地维持轴向上的壳体与轴承套筒的相对位置，进而维持所需的轴承性能。另外，该流体动压轴承装置在由润滑油充满壳体的整个内部空间的、所谓的注满(ful fill)状态下使用，在环状部件的内周面与轴部件的外周面之间设置有密封空间(与径向轴承间隙相比间隙宽度大的径向间隙)。密封空间具有吸收随着润滑油的温度变化而产生的容积变化量的缓冲功能，并且设计为，在设定的温度变化的范围内能够将润滑油的油面始终保持在密封空间的范围内。因此，尽可能地防止因润滑油的外部泄漏而引起的轴承性能的降低、周边环境的污染。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-307212号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，如上所述，如果采用由润滑油充满壳体的整个内部空间的所谓的注满结构，则在流体动压轴承装置的组装后，需要使用所谓的真空含浸等繁琐的方法利用润滑油充满壳体的内部空间，并且需要对润滑油的油面位置高精度地进行管理(对润滑油的填充量进行微调节)。因此，存在难以应对对于流体动压轴承装置的进一步低成本化的要求。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够以低成本制造并且能够发挥所需的轴承性能的流体动压轴承装置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的而完成的本发明为一种流体动压轴承装置，其具备：有底筒状的壳体，其轴向的一端开口且另一端封闭；轴承套筒，其固定于壳体的内周；轴部件，其以能够插拔的方式插入轴承套筒的内周；环状部件，其具有在与轴部件的外周面之间形成有径向间隙的内周面，且以在轴向上与轴承套筒卡合的状态固定于壳体的一端内周；径向轴承部，其利用形成于轴承套筒的内周面与轴部件的外周面之间的径向轴承间隙的润滑油的油膜在径向上对轴部件进行支承；推力轴承部，其在推力方向上对轴部件进行支承；底隙，其收容推力轴承部，且被润滑油充满，所述流体动压轴承装置的特征在于，在壳体的内部空间设置有空隙部，在将径向轴承间隙的间隙宽度设为d1，将径向间隙的间隙宽度设为d2时，满足30d1≤d2≤250d1的关系式。需要说明的是，这里所说的“推力轴承部”既可以为对轴部件进行接触支承的枢轴轴承，也可以为对轴部件进行非接触支承的动压轴承。
在本发明的流体动压轴承装置中，在径向轴承部的径向轴承间隙、收容推力轴承部的底隙被润滑油充满的状况下，在壳体的内部空间(以下，有时也简称为“内部空间”)内设置有空隙部。即，表示使向壳体的内部空间填充的润滑油量比上述内部空间的容积小，在上述内部空间内设置有未被润滑油充满的区域。在本发明的流体动压轴承装置中，轴部件相对于轴承套筒插拔自如。根据上述结构，例如，即使在将轴承套筒以及环状部件固定于壳体的内周之后、且轴部件向轴承套筒内周插入之前，通过适当的供油工具(例如，微量移液管)向内部空间注入润滑油，也能够在内部空间内存在有所需量的润滑油。因此，不需要用于注油的大型的设备、高精密的油面的调节·管理作业，由此能够使轴承装置的制造成本低廉化。
如上所述，对于本发明的流体动压轴承装置的结构，能够在将轴承套筒以及环状部件固定于壳体的内周之后、且轴部件向轴承套筒内周的插入之前执行向内部空间注油的注油作业。在该情况下，与在将轴部件插入到轴承套筒的内周之后向内部空间注油的情况相比，能够便捷并且适当地执行注油作业。但是，如果不采用任何对策，则随着轴部件向注油后的轴承套筒内周的插入而容易产生润滑油泄漏。参照图7A、图7B对该润滑油泄漏的产生机构进行说明。
首先，如图7A所示，以在壳体107的底部与轴承套筒108之间形成有底隙105的方式，将轴承套筒108以及环状部件109固定于壳体107的内周，之后，向壳体107的内部空间注入润滑油110。接着，如图7B所示，将轴部件102插入到环状部件109以及轴承套筒108的内周。当轴部件102与预先注入的润滑油110接触时，润滑油110由于毛细管力，通过形成于轴部件102(的外周面)与轴承套筒108(的内周面)之间的微小的间隙宽度的径向间隙(径向轴承间隙)朝向壳体107的开口部流动，附着于轴部件102的外周面，并且还附着于环状部件109的内周面。然而，随着继续进行轴部件102的插入，存在于壳体107的内部空间(轴部件102与壳体107之间)的空气被压缩，其结果是，在存在于轴部件102与轴承套筒108以及环状部件109之间的润滑油110上，作用有将该润滑油110向轴承外部侧按压的方向的作用力。由此，润滑油110经由形成于轴部件102的外周面与环状部件109的内周面之间的径向间隙(密封空间)103而向轴承外部泄漏。在该情况下，无法在径向轴承间隙以及底隙105双方中存在有足够量的润滑油，从而难以稳定地确保所需的轴承性能。
本申请发明人进行了认真研究，其结果是，发现在将径向间隙的间隙宽度设为d2时，如果该d2的值超过规定值，则能够尽可能地防止伴随于轴部件的插入而产生的润滑油向环状部件的内周面附着，从而尽可能地防止上述方式中的润滑油泄漏。具体而言，发现在将径向轴承间隙的间隙宽度设为d1，将径向间隙的间隙宽度设为d2时，通过以满足30d1≤d2的关系式的方式设定径向间隙的间隙宽度d2能够消除上述问题。由此，能够便捷地执行轴承装置的组装以及向轴承装置的注油，从而能够使流体动压轴承装置的制造成本低廉化。但是，当将径向间隙的间隙宽度d2设定得过大时，轴承套筒与环状部件的接触面积变得过小，因此存在难以确保所需的轴承套筒的脱出力的可能性。因此，优选为d2≤250d1。
在上述结构的轴承装置中，还可以设置使径向间隙与底隙连通的连通路。这样一来，即使在向内部空间注入润滑油之后，将轴部件插入到轴承套筒的内周的情况下，也能够将随着轴部件的插入而向底隙侧压入的空气经由连通路向大气排出，因此能够更有效地防止随着轴部件的插入而产生的润滑油的外部泄漏。需要说明的是，该连通路的至少一部分作为上述的空隙部而被应用。
上述的连通路可以由第一通路和第二通路构成，所述第一通路形成在壳体与轴承套筒之间，且一端向底隙开口，所述第二通路形成在轴承套筒与环状部件之间，且一端向径向间隙开口而另一端与第一通路的另一端相连。
轴承套筒例如能够通过压入(特别是，具有较大过盈量的压入。以下相同。)、粘接、压入粘接(并用压入和粘接)等而固定于壳体的内周。然而，对于压入而言，存在随着压入而产生的轴承套筒的变形波及轴承套筒的内周面、对径向轴承间隙的宽度精度造成负面影响的可能性。另外，对于粘接而言，在到涂覆的粘接剂固化为止的期间，除需要相对定位保持壳体和轴承套筒以外，有时需要用于使粘接剂固化的其他工序，两部件的固定需要劳力和时间。因此，通过环状部件和壳体的底部从轴向两侧夹持轴承套筒，从而将该轴承套筒固定于壳体的内周。这样一来，能够减少组装所需的劳力和时间。并且，能够尽可能地防止对径向轴承部的轴承性能造成负面影响。
在上述结构中，径向轴承间隙可以设置在轴向的二个位置，在该情况下，使径向轴承间隙内的润滑油产生动压作用的径向动压产生部也设置在轴向的二个位置。这样一来，能够降低转矩损失，并且提高对于力矩负载的负载能力(力矩刚性)。此时，优选为，一方的径向动压产生部形成为将存在于一方的径向轴承间隙的润滑油向另一方的径向轴承间隙压入的形状，另一方的径向动压产生部形成为将存在于另一方的径向轴承间隙的润滑油朝向一方的径向轴承间隙压入的形状。这样一来，能够尽可能地防止因各径向轴承间隙的油膜破裂而引起的径向轴承部的轴承性能的降低，并且尽可能地防止存在于径向轴承间隙的润滑油朝向上述的径向间隙流动，进而尽可能地防止润滑油向外部泄漏。
在上述结构中，可以在轴部件上作用有将轴部件向壳体的内底面按压的外力。这样一来，除能够在推力方向双方对轴部件进行支承从而推力方向的支承精度提高以外，有利于防止以能够插拔的方式插入轴承套筒的轴部件的意料之外的插拔。例如能够通过磁力来给予上述外力。例如，能够通过将设置在将壳体保持于内周的保持部件(电动机基座)的定子线圈、与设置于轴部件的转子磁体在轴向上错开配置，而给予该磁力。组装有这种流体动压轴承装置的各种电动机通常具备转子磁体和定子线圈作为必需的结构部件。因此，根据上述结构，能够在不带来较大的成本增加的情况下廉价地提供上述外力。
优选为，轴承套筒由多孔质体构成，所述多孔质体的内部空孔中含浸有所述润滑油。这样一来，通过来自轴承套筒的表面开孔的润滑油的渗出，能够通过滑润的润滑油充满径向轴承间隙以及底隙双方，有利于稳定地维持径向轴承部以及推力轴承部的轴承性能。
优选为，本发明的轴承装置中所使用的润滑油为40℃的动粘度为20～90mm2/s且20℃的表面张力为29～31mN/m的酯类或PAO类润滑油。
以上示出的本发明的流体动压轴承装置具有以上示出的各种特征，因此能够组装于例如PC用的风扇电动机、碟盘驱动装置用的主轴电动机等各种电动机而适当使用，并且能够有助于各种电动机的低成本化。
发明效果
通过以上内容，根据本发明，能够提供一种能够以低成本制造并且能够发挥所需的轴承性能的流体动压轴承装置。
附图说明
图1是示意性地表示风扇电动机的一结构例的剖视图。
图2是表示本发明的第一实施方式的流体动压轴承装置的剖视图。
图3是图2所示的轴承套筒的剖视图。
图4是图2所示的流体动压轴承装置的主要部分放大剖视图。
图5A是表示图2所示的流体动压轴承装置的组装工序的初始阶段的图。
图5B是表示图2所示的流体动压轴承装置的组装工序的中间阶段的图。
图6是表示本发明的第二实施方式的流体动压轴承装置的剖视图。
图7A是表示以往的流体动压轴承装置的组装工序的初始阶段的图。
图7B是表示以往的流体动压轴承装置的组装工序的中间阶段的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1中示意性地示出了安装有本发明的流体动压轴承装置1的风扇电动机的一结构例。该图所示的风扇电动机具备：流体动压轴承装置1、构成电动机的静止侧的保持部件的电动机基座6、安装于电动机基座6的定子线圈5、具有叶片(省略图示)的作为旋转部件的转子3、安装于转子3且与定子线圈5隔着半径方向上的缝隙对置的转子磁体4。流体动压轴承装置1的壳体7固定于电动机基座6的内周，转子3固定于流体动压轴承装置1的轴部件2的一端。在这样构成的风扇电动机中，当向定子线圈5通电时，通过定子线圈5与转子磁体4之间的电磁力使转子磁体4旋转，伴随于此，轴部件2以及固定于轴部件2的转子3一体旋转。
需要说明的是，当转子3旋转时，根据设置于转子3的叶片的形态而朝向图中上方或者下方鼓风。因此，在转子3的旋转过程中，作为该鼓风作用的反作用力，在流体动压轴承装置1的轴部件2上作用有朝向图中下方或者上方的推力。在定子线圈5与转子磁体4之间作用有抵消该推力的方向的磁力(斥力)，因上述推力与磁力的大小之差而产生的推力负载由流体动压轴承装置1的推力轴承部T支承。抵消上述推力的方向的磁力例如能够通过将定子线圈5与转子磁体4在轴向上错开配置而产生(省略详细的图示)。另外，在转子3旋转时，在流体动压轴承装置1的轴部件2上作用有径向负载。该径向负载由流体动压轴承装置1的径向轴承部R1、R2支承。
在图2中示出了本发明的实施方式的流体动压轴承装置1。该流体动压轴承装置1作为主要的构成部件而具备：有底筒状的壳体7、固定于壳体7的内周的轴承套筒8、插入到轴承套筒8的内周的轴部件2、在与轴承套筒8相比靠壳体7的开口侧固定于壳体7的内周的环状部件9。在壳体7的内部空间填充有规定量的润滑油11(用密集的散布剖面线表示)，至少在径向上支承轴部件2的径向轴承部R1、R2的径向轴承间隙Gr(参照图4)、以及收容有在推力方向上支承轴部件2的推力轴承部T的底隙Gb被润滑油11充满。需要说明的是，以下，为了便于说明，将配置有环状部件9的一侧设为上侧，将其轴向相反侧设为下侧，但是并不限定使用时的流体动压轴承装置1的姿势。
壳体7呈具有圆筒状的筒部7a以及封闭筒部7a的下端开口的底部7b的有底筒状，这里筒部7a与底部7b由金属一体地形成。在筒部7a与底部7b的边界部内周，筒部7a以及底部7b一体地形成阶梯部7c，轴承套筒8的下端面8b(的外径侧区域)与阶梯部7c的上端面7c1抵接。在本实施方式中，在成为壳体7的内底面7b1的推力轴承面的区域，配置例如树脂制的推力板10。其中，该推力板10无需一定设置，也可以省略。该壳体7可以采用树脂的注射模塑成形品。
轴部件2由以不锈钢为代表的高刚性的金属材料形成，其外周面2a形成为平滑的圆筒面，并且在全长的范围内形成为恒定直径。轴部件2的外径尺寸与轴承套筒8以及环状部件9的内径尺寸相比为小径。因此，轴部件2相对于轴承套筒8以及环状部件9插脱自如。轴部件2的下端面2b形成为凸球面，并与壳体7的内底面7b1(推力板10的上端面)接触。在轴部件2的上端固定有具有叶片的转子3(参照图1)。
轴承套筒8由多孔质体、这里由以铜粉末(包含铜类合金粉末)或铁粉末(包含铁类合金粉末)为主要成分的烧结金属的多孔质体形成为圆筒状，在其内部空孔中含浸有上述的润滑油11。轴承套筒8能够由烧结金属以外的多孔质体、例如多孔质树脂形成。该轴承套筒8以使其下端面8b与壳体7的阶梯部7c的上端面7c1抵接的状态固定于壳体7的内周。由此，进行壳体7与轴承套筒8的轴向上的相对定位，并且在轴承套筒8的下端面8b与壳体7的内底面7b1(推力板10的上端面)之间形成有规定容积的底隙Gb。
轴承套筒8能够通过压入(具有较大过盈量的压入)、粘接、压入粘接(并用压入和粘接)等适当的方法固定于壳体7的内周，但在本实施方式中，通过利用环状部件9与壳体7的底部7b(的外径端上所设置的阶梯部7c)从轴承套筒8的轴向两侧夹持该轴承套筒8，由此将轴承套筒8固定于壳体7的内周。这样，能够在将环状部件9固定于壳体7的同时，将轴承套筒8固定于壳体7，因此能够减少部件彼此的组装所需的劳力和时间。另外，如果以较大的过盈量将轴承套筒8压入设为金属制的本实施方式的壳体7的内周，则随着压入而产生的轴承套筒8的变形可能会波及轴承套筒8的内周面8a，对径向轴承间隙Gr的宽度精度造成负面影响，进而对径向轴承部R1、R2的轴承性能造成负面影响，但在上述的固定方法中能够尽可能地防止这样的问题。
在轴承套筒8的内周面8a的轴向上的两个部位设置有圆筒状的径向轴承面，该圆筒状的径向轴承面在与对置的轴部件2的外周面2a之间形成有径向轴承间隙Gr(参照图4)。如图3所示，在各径向轴承面分别形成有用于使径向轴承间隙内的润滑油11产生动压作用的动压产生部(径向动压产生部)A1、A2。本实施方式的径向动压产生部A1、A2分别具有：相互向相反方向倾斜并且在轴向上间隔设置的多个上侧动压槽Aa1以及下侧动压槽Aa2、划分两动压槽Aa1、Aa2的凸状的丘部，并且作为全体呈人字形状。本实施方式的丘部由设置在周向上相邻的动压槽之间的倾斜丘部Ab、设置在上下的动压槽Aa1、Aa2之间并与倾斜丘部Ab为大致相同直径的环状丘部Ac构成。
在上侧的径向动压产生部A1中，上侧的动压槽Aa1的轴向尺寸比下侧的动压槽Aa2的轴向尺寸大。另一方面，在下侧的径向动压产生部A2中，下侧的动压槽Aa2的轴向尺寸比上侧的动压槽Aa1的轴向尺寸大。并且，构成径向动压产生部A1的上侧的动压槽Aa1的轴向尺寸与构成径向动压产生部A2的下侧的动压槽Aa2的轴向尺寸相等，另外，构成径向动压产生部A1的下侧的动压槽Aa2的轴向尺寸与构成径向动压产生部A2的上侧的动压槽Aa1的轴向尺寸相等。因此，在轴部件2旋转时，上侧(径向轴承部R1)以及下侧(径向轴承部R2)的径向轴承间隙Gr内的润滑油11分别朝向下侧以及上侧的径向轴承间隙压入。
需要说明的是，径向动压产生部A1、A2例如可以在成形出轴承套筒8的同时(详细而言，在通过对金属粉末进行压粉·烧结而成的轴承材料实施精压加工而成形出精加工尺寸的轴承套筒8的同时)模成形，鉴于烧结金属的良好的加工性，也可以通过对内周面成形为平滑的圆筒面的轴承材料实施滚轧等塑性加工而形成。另外，径向动压产生部A1、A2(各动压槽)的方式并不限定于此。例如，径向动压产生部A1、A2的任一方或者双方可以设为，在圆周方向上排列有多个螺旋形状的动压槽。径向动压产生部A1、A2的任一方或者双方也可以形成于对置的轴部件2的外周面2a。
在壳体7的内周面7a1的上端部，通过粘接、压入、压入粘接等适当的方法固定有由金属或者树脂形成为圆环状的环状部件9。在环状部件9的内周面9a、与其对置的轴部件2的外周面2a之间形成有径向间隙Ga，轴承套筒8的上侧经由该径向间隙Ga向大气开放。
如在图4中放大表示地那样，径向间隙Ga的间隙宽度d2设定为与径向轴承部R1、R2(在图4中径向轴承部R2未图示)的径向轴承间隙Gr的间隙宽度d1相比宽度较宽。具体而言，将环状部件9的内径尺寸调节为，满足30d1≤d2的关系式。需要说明的是，径向轴承间隙Gr的间隙宽度d1根据所需的轴承性能来设定，通常多设定为几μm左右，更具体而言设定为2～10μm(在图4中，夸张地描绘了径向轴承间隙Gr的间隙宽度d1)。因此，例如在将径向轴承间隙Gr的间隙宽度d1设定为10μm的情况下，径向间隙Ga的间隙宽度d2设定为300μm(0.30mm)以上
另一方面，如上所述，环状部件9还具有作为用于将轴承套筒8固定于壳体7的固定部件的功能，因此如果将径向间隙Ga的间隙宽度d2设定得过大，则会导致轴承套筒8相对于壳体7的固定力降低。因此，以还满足d2≤250d1的关系式的方式设定径向间隙Ga的间隙宽度d2。需要说明的是，如果从其他观点出发，在将轴承套筒8的径向的厚度设为d3时，以还满足d2≤d3/2的关系式的方式设定。例如，作为轴承套筒8，在使用径向的厚度d3＝0.8mm的构件的情况下，径向间隙Ga的间隙宽度d2设定为0.4mm以下。
该流体动压轴承装置1具有用于使上述的径向间隙Ga与底隙Gb连通的连通路12。连通路12由第一通路12a和第二通路12b构成，所述第一通路12a形成在壳体7与轴承套筒8之间，且一端向底隙Gb开口的第一通路12a，所述第二通路12b形成于轴承套筒8与环状部件9之间，且一端向径向间隙Ga开口并且另一端与第一通路12a的另一端相连。这里，由轴向的流体通路以及径向的流体通路构成上述的第一通路12a，所述轴向的流体通路由形成于轴承套筒8的外周面8d的一个或多个轴向槽8d1与壳体7(筒部7a)的内周面7a1形成，所述径向的流体通路由形成于轴承套筒8的下端面8b的一个或多个径向槽8b1与壳体7的阶梯部上端面7c1形成。另外，通过形成于轴承套筒8的上端面8c的一个或多个径向槽8c1和环状部件9的下端面9b而形成的径向的流体通路，构成上述的第二通路12b。
在以图2所示的姿势配置具有以上结构的流体动压轴承装置1的状态下，壳体7的内部空间的、至少径向轴承部R1、R2的径向轴承间隙Gr(轴部件2的外周面2a与轴承套筒8的内周面8a之间的径向间隙)以及收容推力轴承部T的底隙Gb被润滑油11充满。在本实施方式中，进而，形成于轴承套筒8的下端面8c的径向槽8c1、由轴承套筒8的下端外周倒棱形成的环状空间、以及形成于轴承套筒8的上端内周倒棱与轴部件2的外周面2a之间的径向间隙(环状空间)也被润滑油11充满(参照图2)。另一方面，连通路12的一部未被润滑油11充满。具体而言，形成于轴承套筒8的外周面8d的轴向槽8d1(第一通路12a的一部分)、由轴承套筒8的上端外周倒棱形成的环状空间、以及形成于轴承套筒8的上端面8c的径向槽8c1(第二通路12b)未被润滑油11充满。
根据以上内容，在该流体动压轴承装置1中，填充于壳体7的内部空间的润滑油11的量(体积)比壳体7的内部空间的容积小，因此，在该流体动压轴承装置1(壳体7)的内部空间设置有不存在润滑油11的空隙部。在本实施方式中，由连通路12的一部分构成空隙部。
这里，作为润滑油11，考虑到流体动压轴承装置1的使用时、输送时的温度变化等，优选使用酯类或PAO类润滑油。特别是，在该流体动压轴承装置1中，设置于壳体7的开口部的径向间隙Ga的间隙宽度d2比以往的流体动压轴承装置(例如，上述专利文献1中记载的流体动压轴承装置)大，与以往品相比存在容易产生经由径向间隙Ga泄漏润滑油的可能性，因此优选使用在40℃下的动粘度为20～90mm2/s并且20℃下的表面张力为29～31mN/m的酯类或PAO类润滑油。
具有以上结构的流体动压轴承装置1按照如下的步骤进行组装。
首先，将轴承套筒8轻轻压入壳体7的内周或将使轴承套筒8与壳体7的内周缝隙配合，直至轴承套筒8的下端面8b与壳体7的阶梯部7c的上端面7c1抵接。接着，在使环状部件9的下端面9b与轴承套筒8的上端面8c抵接的状态下，将该环状部件9固定于壳体7的内周面7a1的上端部。由此，轴承套筒8以被环状部件9与壳体7的底部7b(阶梯部7c)从轴向两侧夹持的方式固定于壳体7的内周。接着，在上述状态下，向壳体7的内部空间(例如，轴承套筒8的内周)填充润滑油11，以使得壳体7的内部空间的各个位置被润滑油11充满(以上，参照图5(a))。然后，如图5(b)所示，当将轴部件2插入环状部件9以及轴承套筒8的内周时，完成图2所示的流体动压轴承装置1。
在由以上结构构成的流体动压轴承装置1中，当轴部件2旋转时，在设置于轴承套筒8的内周面8a的上下两个部位的径向轴承面、和与其对置的轴部件2的外周面2a之间分别形成有径向轴承间隙Gr、Gr。并且，随着轴部件2的旋转，形成于两径向轴承间隙Gr、Gr的油膜的压力因径向动压产生部A1、A2的动压作用而提高，在轴向的两个部位形成沿径向对轴部件2进行非接触支承的径向轴承部R1、R2。与此同时，由壳体7的内底面7b1(推力板10的上端面)形成向推力方向一方对轴部件2进行接触支承的推力轴承部T。需要说明的是，如参照图1所说明地那样，在轴部件2上作用有作为将它们向下方(壳体7的底部7b侧)按压的外力的磁力。因此，能够尽可能地防止随着轴部件2旋转而使轴部件2过度上浮的情况，进而能够尽可能地防止从轴承套筒8的内周脱出的情况。
如以上所说明地那样，在本发明的流体动压轴承装置1中，在径向轴承间隙Gr以及底隙Gb被润滑油11充满的状况下(图2)下，在壳体7的内部空间内设置有空隙部。即，表示能够使填充于内部空间的润滑油11的量比内部空间的容积小。在本发明的流体动压轴承装置1中，轴部件2相对于轴承套筒8(以及环状部件9)插拔自如，因此如上所述，在将轴承套筒8以及环状部件9固定于壳体7的内周之后、且轴部件2向轴承套筒8内周的插入前，仅提高使用适当的供油工具向壳体7的内部空间填充润滑油11，便能够在壳体7的内部空间内存在所需量的润滑油11。因此，无需用于注油的大型的设备、高精密的油面的调节·管理作业，由此能够使流体动压轴承装置1的制造成本低廉化。
如果通过上述步骤向壳体7的内部空间注油，则与在将轴部件2插入到轴承套筒8的内周之后向壳体7的内部空间注油的情况相比，能够便捷且可靠地执行注油作业。然而，在不实施任何对策的情况下，如参照图7(a)(b)所说明地那样，在之后的轴部件2向轴承套筒8内周的插入时，润滑油11容易经由环状部件9的内周面9a形成的径向间隙Ga而向装置外部泄漏。
对于这样的问题，在将径向轴承间隙Gr的间隙宽度设为d1，将径向间隙Ga的间隙宽度设为d2时，通过以满足30d1≤d2的关系式的方式设定径向间隙Ga的间隙宽度d2能够消除该问题。即，这样一来，如图5(a)所示，能够有效地防止随着轴部件2向轴承套筒8内周的插入而产生的润滑油11向环状部件9的内周面9a的附着，因此能够尽可能地防止向壳体7外部泄漏润滑油。此外，在本实施方式中，设置有使径向间隙Ga与底隙Gb连通的连通路12，因此即使在向壳体7的内部空间注入润滑油11之后，将轴部件2插入轴承套筒8的内周的情况下，也能够将随着轴部件2的插入而向壳体7的底部7b侧压入的空气经由连通路12向大气排出。因此，能够更有效地防止随着轴部件2的插入而产生的润滑油11向外部的泄漏。
根据以上内容，能够便捷地执行流体动压轴承装置1的组装以及向壳体7的内部空间的注油作业，由此能够使流体动压轴承装置1的制造成本低廉化。但是，当将径向间隙Ga的间隙宽度d2设定得过大时，轴承套筒8的上端面8c与环状部件9的下端面9b的接触面积变小，因此难以确保所需的轴承套筒8的脱出力。因此，如上所述，以还满足d2≤250d1的关系式的方式，设定径向间隙Ga的间隙宽度d2的上限值。
另外，在轴部件2上作用有将轴部件2向壳体7的底部7b侧按压(向推力方向另一方支承)的外力。这样一来，能够沿推力方向双方支承轴部件2，因此能够提高推力方向的支承精度(旋转精度)。在本实施方式中，通过磁力给予上述外力，并且通过将设置在将壳体7保持于内周的电动机基座6的定子线圈5、与设置于转子3的转子磁体4在轴向上错开配置，由此来给予该磁力。组装有这种流体动压轴承装置1的各种电动机具备转子磁体4和定子线圈5以作为必需的构成部件。因此，如果采用上述结构，能够在不带来较大的成本增加的情况下廉价地提供上述外力。
对于本发明的流体动压轴承装置1的结构，例如在以与图2所示的方式上下翻转反转的姿势使用该轴承装置1的情况下，存在润滑油11经由径向间隙Ga向外部泄漏导致轴承性能降低的可能性。对于这样的问题，通过如下措施能够有效地防止，即，(1)设置在轴向上与径向间隙Ga邻接且与径向间隙Ga的间隙宽度相比间隙宽度较小的径向轴承间隙Gr(径向轴承部R1的径向轴承间隙Gr)；(2)在轴向上的两个部位设置径向轴承间隙Gr以及在径向轴承间隙Gr产生流体动压的径向动压产生部A1、A2，将上侧的径向动压产生部A1形成为，朝向下侧的径向轴承间隙Gr压入充满上侧的径向轴承间隙Gr的润滑油11的形状，并且将下侧的径向动压产生部A2形成为，朝向上侧的径向轴承间隙Gr压入充满下侧的径向轴承间隙Gr的润滑油11的形状；(3)作为润滑油11，选择使用较高粘度的润滑油等。即，特别是，根据上述(1)的结构，能够通过毛细管力而将润滑油11导入至轴承内部侧，根据上述(2)的结构，能够尽可能地防止夹设于径向轴承间隙Gr(特别是上侧的径向轴承间隙Gr)的润滑油11朝向径向间隙Ga流动。因此，能够尽可能地防止因润滑油11的外部泄漏而引起的轴承性能的降低，从而稳定地维持所需的轴承性能。
需要说明的是，虽然省略图示，但为了更有效地防止经由径向间隙Ga的润滑油泄漏，也可以在与径向间隙Ga相邻并与大气相接的轴部件2的外周面2a、环状部件9的上端面上形成防油膜。
以上，对本发明的实施方式的流体动压轴承装置1进行了说明，然而能够对流体动压轴承装置1的各部在不脱离本发明的主旨的范围内实施各种变更。
例如，向推力方向(一方)支承轴部件2的推力轴承部T能够由所谓的动压轴承构成。图6示出了由动压轴承构成推力轴承部T的情况的一个例子，在该情况下，轴部件2的下端面2b形成在与轴线正交的方向上延伸的平坦面。虽然省略图示，但在轴部件2的下端面2b以及与其对置的壳体7的底部7b的内底面7b1的任一方形成有动压槽等动压产生部(推力动压产生部)。
另外，在以上示出的实施方式中，将独立于电动机基座6而设置的壳体7固定于电动机基座6的内周，然而也可以将相当于电动机基座6的部位与壳体7一体设置。
另外，径向轴承部R1、R2的任一方或者双方还可以由所谓的多圆弧轴承、阶式轴承以及波型轴承等公知的其他动压轴承构成。另外，在由动压轴承构成推力轴承部T的情况下(图6)，该动压轴承也可以由所谓的阶式轴承、波型轴承等公知的其他动压轴承构成。
另外，在以上示出的实施方式中，通过将转子磁体4和定子线圈5在轴向上错开配置，从而在轴部件2上作用有用于将轴部件2向壳体7的底部7b侧按压的外力，然而用于使这样的外力作用于轴部件2的机构并不限定于上述方式。虽然省略图示，但例如通过将能够安装转子磁体4的磁性部件与转子磁体4在轴向上对置配置，也能够使上述磁力作用于转子3。另外，在作为鼓风作用的反作用力的推力足够大，仅通过该推力便能够将轴部件2向下方按压的情况下，也可以省略作为用于将轴部件2向下方按压的外力的磁力(磁吸引力)。
另外，以上，对将本发明应用于作为旋转部件而在轴部件2上固定有具有叶片的转子3的流体动压轴承装置1的情况进行了说明，然而本发明也可以适当应用于作为旋转部件而在轴部件2上固定有具有碟盘安装面的盘毂、或多面镜的流体动压轴承装置1。即，本发明不仅能够应用于图1所示的风扇电动机，还能够适当应用于组装在碟盘装置用的主轴电动机、激光打印机(LBP)用的多边形扫描仪电动机等、其他电气设备的流体动压轴承装置1。
【实施例】
为了证实本发明的有用性，首先，准备具备本发明的结构实施例的试验体、和不具备本发明的结构的比较例的试验体，并且向各试验体的内部空间填充规定量(3mg)的润滑油，之后，确认在轴部件插入时是否发生润滑油的外部泄漏。在该确认试验中使用的(A)实施例的试验体、(B)比较例的试验体、以及(C)润滑油的详细内容如下所述。
(A)实施例的试验体
实施例的试验体为，内径φ1.5mm×外径φ3.0mm且能够在与轴部件之间形成间隙宽度5μm的径向轴承间隙的轴承套筒、能够在与轴部件之间形成间隙宽度0.3mm的径向间隙(Ga)的环状部件、以及能够以图2所示的方式固定上述轴承套筒与环状部件的壳体的组装件。即，实施例的试验体为，径向间隙(Ga)的间隙宽度在设计上设定为径向轴承间隙的间隙宽度的60倍的上述各部件的组装件。
(B)比较例的试验体
比较例的实验体除使用能够在与轴部件之间形成间隙宽度0.03mm的径向间隙(Ga)的环状部件以外，与实施例的试验体相同。即，比较例的实验体为径向间隙(Ga)的间隙宽度在设计上设定为径向轴承间隙的间隙宽度的6倍的上述各部件的组装件。
(C)润滑油
润滑油为，20℃、40℃以及100℃的动粘度分别为120、45以及8mm2/s的酯类或PAO类润滑油。
(D)备考
润滑油的填充量3mg为，在上述各试验体中，能够大体实现图2所示的状态、即径向轴承间隙(Gr)以及底隙(Gb)被润滑油充满的状态的量。
并且，在将轴部件插入实施例的试验体的情况下，从插入开始～插入结束时均未产生润滑油向环状部件的内周面的附着，因此即使在轴部件的插入结束的时刻也未发生经由径向间隙(Ga)泄漏润滑油。另一方面，当将轴部件插入比较例的试验体时，在轴部件插入规定量的时刻，润滑油附着于环状部件的内周面，之后当进一步插入轴部件时，润滑油经由径向间隙(Ga)向试验体外部泄漏。因此，根据本发明的结构，能够有效地防止轴部件插入时润滑油向外部泄漏。
并且，除上述的确认试验以外，将轴部件插入实施例的试验体构成流体动压轴承装置，确认在使该轴承装置以倒立姿势(图2所示的姿势)连续运转1hr时，是否发生润滑油的外部泄漏。其结果是，即使在这样的连续运转时，在将轴部件插入到实施例的试验体而成的流体动压轴承装置中，未发生润滑油的外部泄漏。因此，根据本发明的结构，能够有效地防止因运转过程中润滑油向外部泄漏而引起的轴承性能的降低。
符号说明
1 流体动压轴承装置
2 轴部件
3 转子(旋转部件)
4 转子磁体
5 定子线圈
6 电动机基座
7 壳体
7a 筒部
7b 底部
7c 阶梯部
8 轴承套筒
9 环状部件
10 推力板
11 润滑油
12 连通路
12a 第一通路
12b 第二通路
A1、A2 径向动压产生部
Ga 径向间隙
Gb 底隙
Gr 径向轴承间隙
R1、R2 径向轴承部
T 推力轴承部
d1 径向轴承间隙的间隙宽度
d2 径向间隙的间隙宽度

Claims (9)

1.一种流体动压轴承装置，其具备：
有底筒状的壳体，其轴向的一端开口且另一端封闭；
轴承套筒，其固定于壳体的内周；
轴部件，其以能够插拔的方式插入轴承套筒的内周；
环状部件，其具有在与轴部件的外周面之间形成有径向间隙的内周面，且以在轴向上与轴承套筒卡合的状态固定于壳体的一端内周；
径向轴承部，其利用形成于轴承套筒的内周面与轴部件的外周面之间的径向轴承间隙的润滑油的油膜在径向上对轴部件进行支承；
推力轴承部，其在推力方向上对轴部件进行支承；
底隙，其收容推力轴承部，且被润滑油充满，
所述流体动压轴承装置的特征在于，
在壳体的内部空间设置有不存在润滑油的空隙部，
在将径向轴承间隙的间隙宽度设为d1，将所述径向间隙的间隙宽度设为d2时，满足30d1≤d2≤250d1的关系式，
在壳体的一端及另一端分别配置于铅直方向上侧及下侧的立起姿势的状态下，润滑油的油面由设于所述轴承套筒的一端内周缘部的倒棱和轴部件的外周面所形成的环状空间保持。
2.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中，
还具有使所述径向间隙与所述底隙连通的连通路，由该连通路的至少一部分构成所述空隙部。
3.根据权利要求2所述的流体动压轴承装置，其中，
通过第一通路和第二通路构成所述连通路，所述第一通路形成在壳体与轴承套筒之间，且一端向底隙开口，所述第二通路形成在轴承套筒与环状部件之间，且一端向所述径向间隙开口而另一端与所述第一通路的另一端相连。
4.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中，
利用环状部件和壳体的底部从轴向两侧夹持轴承套筒，而将该轴承套筒固定于壳体的内周。
5.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中，
在轴向上的两个部位设置径向轴承间隙和使径向轴承间隙内的润滑油产生动压作用的径向动压产生部，
一方的径向动压产生部形成为将存在于一方的径向轴承间隙的润滑油向另一方的径向轴承间隙压入的形状，另一方的径向动压产生部形成为将存在于另一方的径向轴承间隙的润滑油朝向一方的径向轴承间隙压入的形状。
6.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中，
在轴部件上作用有将轴部件向壳体的内底面按压的外力。
7.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中，
轴承套筒由多孔质体构成，所述多孔质体的内部空孔中含浸有所述润滑油。
8.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中，
所述润滑油为40℃的动粘度为20～90mm2/s且20℃的表面张力为29～31mN/m的酯类或PAO类润滑油。
9.一种电动机，其具备权利要求1至8中任一项所述的流体动压轴承装置。
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