CN105190062B - 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

Abstract

一种流体动压轴承装置(1)，其具备：静止体(2B)、旋转体(2A)、设置于旋转体(2A)且在轴向两侧具有端面(22b、22c)的烧结金属制的轴承构件(22)(套筒部)、由轴承构件(22)的下端面(22c)形成且被润滑油(11)充满的推力轴承间隙、推力动压产生部(B)，伴随旋转体(2A)旋转，从而推力轴承间隙内的润滑油产生动压作用，在推力方向上的一方对旋转体(2A)进行非接触支承，相对于在旋转体(2A)旋转时沿着推力动压产生部(B)而流动的润滑油(11)的质量流量，轴承构件(22)具有4％以上15％以下的油渗透率。

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长。为了发挥这样的特长，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用的轴承装置，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的轴承装置、组装于PC等的风扇电动机用的轴承装置等而使用。

流体动压轴承装置具备用于相对于静止体在径向方向上支承旋转体的径向轴承部、以及用于相对于静止体在推力方向上支承旋转体的推力轴承部。近年来，经常由以非接触的方式支承旋转体的动压轴承来构成上述径向轴承部以及推力轴承部双方。

作为具有由动压轴承构成的径向轴承部以及推力轴承部的流体动压轴承装置，提出了各种装置。例如在专利文献1的图1、图6中记载了如下的流体动压轴承装置，所述流体动压轴承装置在设置于静止体的烧结金属制的套筒部(在该文献内的名称为“动压型轴承”)的内周面形成有径向轴承部的径向轴承间隙，并且在套筒部的轴向一侧的端面形成有推力轴承部的推力轴承间隙。在由动压轴承构成推力轴承部的情况下，在形成推力轴承间隙的对置两面的任一方设置推力动压产生部。推力动压产生部通常包括排列为人字形状、螺旋形状的多个动压槽和划分形成动压槽的凸状的突起部。在该情况下，随着旋转体旋转，推力轴承间隙内的润滑油沿着推力动压产生部而流动，通过将该润滑油压入到推力轴承间隙中的间隙宽度小的宽度狭窄部，从而提高推力轴承间隙内的润滑油的压力(在推力轴承间隙内的润滑油中产生动压作用)，由此形成有动压轴承构成的推力轴承部。

然而，如专利文献1所记载的流体动压轴承装置那样，在套筒部的轴向两侧形成有空间的情况下，随着轴承装置的运转，有时会使充满两空间的润滑油的压力平衡失衡。若放任这样的压力平衡的失衡，则推力方向上的旋转体的支承精度(轴承性能)不稳定化。

为了尽可能地防止这种问题发生，如专利文献1中记载的那样，设置用于连通套筒部的两端面(在套筒部的一端面形成的空间和在套筒部的另一端面形成的空间)的连通路是有效的。即，若设置这样的连通路，则即使在上述两个空间之间发生润滑油的压力平衡失衡的情况，通过使润滑油经由连通路从高压侧向低压侧流动，从而在早期消除压力平衡的失衡。因此，能够稳定地维持所希望的轴承性能(特别是，推力方向的轴承性能)。在专利文献1的结构中，通过在套筒部的外周面或与之对置的壳体的内周面上设置轴向槽从而形成连通路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-308921号公报

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，连通路能够稳定地维持流体动压轴承装置的轴承性能，在提高流体动压轴承装置的可靠性方面是有益的。然而，为了形成连通路，需要在套筒部的外周面或与之对置的内周面的至少一方追加设置轴向槽，在这方面上，多少会导致制造成本的增加。近年来，由于组装有流体动压轴承装置的电动机、以及搭载有该电动机的各种信息设备的低廉化迅速发展，因此要求使流体动压轴承装置进一步低成本化。

因此，本发明的目的在于提供一种可靠性高的流体动压轴承装置，该流体动压轴承装置能够省略连通路而实现进一步的成本降低，并且能够发挥·维持所希望的轴承性能。

用于解决课题的手段

本发明人进行认真研究发现，若烧结金属制的套筒部具有能够使规定量以上的润滑油流通这样的多孔质组织(无数的内部气孔连续而成的连续气孔)，则在省略连通路的情况下，即使发生压力平衡的失衡，也能够在早期消除压力平衡的失衡、即能够将套筒部的多孔质组织活用为代替连通路的构件。并且，发现若套筒部的油渗透率相对于在旋转体旋转时沿推力动压产生部流动的润滑油的质量流量的比例“＝(油渗透率/质量流量)×100”在恒定值以上(具体而言，4％以上)，则能够将套筒部的多孔质组织活用为代替连通路的构件，由此完成本发明。

需要说明的是，对于上述的“质量流量”，例如在由多个动压槽和用于划分形成该多个动压槽的凸状的突起部构成推力动压产生部的情况下，能够根据动压槽的槽深度、槽宽度以及个数等进行计算，其单位为“g/10min”。另外，上述的“油渗透率”是指，用于定量地表示烧结金属制的套筒部能够使多少润滑油经由其多孔质组织而流通的参数。通过在使负载了规定压力的润滑油向套筒部的轴孔(轴向的贯通孔)流动10分种的期间内，测定从向套筒部的外径面开口的表面开口渗出的润滑油的总重量，从而求出油渗透率，其单位与上述质量流量相同为“g/10min”。油渗透率的测定方法的详细内容在后文叙述。

基于上述见解，在本发明中，提供一种流体动压轴承装置，其具备：静止体；旋转体，其相对于静止体进行相对旋转；烧结金属制的套筒部，其设置于静止体或旋转体，且在轴向两侧具有端面；径向轴承间隙，其由套筒部的外周面形成；推力轴承间隙，其由套筒部的轴向一侧的端面形成；润滑油，其充满套筒部的内部气孔、径向轴承间隙以及推力轴承间隙；以及推力动压产生部，伴随旋转体旋转，推力轴承间隙内的润滑油沿着推力动压产生部流动，从而使推力轴承间隙内的润滑油产生动压作用，在推力方向上的一方对旋转体进行非接触支承，所述流体动压轴承装置的特征在于，相对于在旋转体旋转时沿着推力动压产生部流动的润滑油的质量流量，套筒部具有4％以上的油渗透率。

如上所述，若相对于在旋转体旋转时沿着推力动压产生部而流动的润滑油的质量流量，烧结金属制的套筒部具有4％以上的油渗透率，则即使随着旋转体的旋转，在由套筒部的一端面形成的空间(推力轴承间隙)中润滑油的压力升高，在推力轴承间隙和由套筒部的另一端面形成的空间之间发生压力平衡的失衡，在这种情况下，也能够通过经由套筒部的多孔质组织使轴承装置内的润滑油积极地流动循环(润滑油在推力轴承间隙与由套筒部的另一端面形成的空间之间往返)来消除上述压力平衡的失衡，因此能够避免推力方向上的轴承性能不稳定化这样的情况。因此，能够提供一种可靠性高的流体动压轴承装置，该流体动压轴承装置能够省略连通路从而实现成本降低，并且能够发挥·维持所希望的轴承性能。但是，由于油渗透率的大小与套筒部的密度(气孔率)、内部气孔的大小成比例，因此若油渗透率过高，则会对轴承面的耐磨损性、轴承间隙的油膜形成能力带来负面影响。因此，优选油渗透率为15％以下。

然而，对于烧结轴承，具有以铁为主要成分的铁系、以铜为主要成分的铜系、包含铁和铜并以铁为主要成分的铁铜系、包含铁和铜并以铜为主要成分的铜铁系等。对于铁系的烧结轴承，由于作为主要成分的铁比铜硬，因此轴承面(形成轴承间隙的面)的耐磨损性优异。另外，由于作为主要成分的铁为硬质，因此压缩成形性比铜系、铜铁系的烧结轴承差，因此，能够容易提高与气孔率、内部气孔的大小成比例(取决于气孔率、内部气孔的大小)的油渗透率。但是，由于油渗透率越高，则在旋转体旋转时轴承间隙内的润滑油越容易进入烧结轴承的内部气孔，产生所谓的压力散逸，因此形成于轴承间隙的油膜的刚性降低导致支承能力降低。另一方面，对于铜系以及铜铁系的烧结轴承，由于以与铁相比为软质的铜为主要成分，因此在轴承面的耐磨损性这一点上比铁系的烧结轴承差，但与能够高密度地压缩成形相应地，能够在轴承间隙形成高刚性的油膜，能够抑制因轴承面与对象构件的滑动接触而引起的轴承面的磨损。然而，若高密度地压缩成形，则难以获得具有所希望的油渗透率的烧结轴承。根据以上的研究，对于本发明的结构，优选为，套筒部通过对包含铁系粉末以及铜系粉末的原料粉末的压坯进行烧结而获得，并且铁的含量比铜的含量多(即，铁铜系的烧结轴承)。由此，能够可靠地获得具有所需的油渗透率、轴承面的耐磨损性高、并且油膜形成能力优异的套筒部。

在上述结构中，能够采用如下方式，即，套筒部通过对原料粉末的压坯进行烧结而形成，该原料粉末包含平均粒径相对较大的铁系粉末和平均粒径相对较小的铜系粉末。这样一来，由于容易形成直径大的内部气孔(粗大气孔)，因此容易使套筒部确保所需的油渗透率。

在获得上述结构的套筒部时，若使包含铁系粉末以及铜系粉末的原料粉末的压坯的加热温度(烧结温度)接近铜的熔点(1083℃)，则铜溶出促进铁与铜的合金化，因此能够获得轴承面的耐磨损性优异的套筒部。另一方面，若促进了铁与铜的合金化，则在存在有铜(铜系粉末)的部位形成气孔，因此，虽然套筒部的油渗透率提高，但轴承面的耐磨损性、轴承间隙的油膜的形成性(油膜刚性)降低。考虑到这种情况，套筒部优选通过以900℃以上1083℃以下的温度对上述压坯进行加热而形成，更优选为通过以900℃以上1000℃以下的温度对上述压坯进行加热而形成。

在上述结构中，为了形成具有所希望的油渗透率、轴承面的耐磨损性高、并且油膜形成性优异的套筒部，只要将其烧结密度设为7.0g/cm³以下即可。但是，若过度降低套筒部的烧结密度，则虽然能够提高油渗透率，但另一方面油膜形成性降低，因此烧结密度优选为6.1g/cm³以上。

为了能够在套筒部的内部气孔中顺畅地流通，并且能够在径向轴承间隙以及推力轴承间隙内形成具有所希望的刚性的油膜，作为润滑油，优选使用40℃的动粘度为40mm²/s以上、并且100℃的动粘度为6mm²/s以上的润滑油。

作为能够应用上述本发明的结构的流体动压轴承装置的具体方式，能够列举如下的流体动压轴承装置，其中，静止体具备：壳体，其呈具有筒部以及封闭该筒部的轴向一侧的底部的有底筒状，且在筒部的内周收容有套筒部；密封构件，其使套筒部的轴向另一侧经由密封间隙向大气开放，旋转体具备轴构件，所述轴构件在外周固定有套筒部，且在所述轴构件与密封构件之间形成有密封间隙，径向轴承间隙形成于套筒部的外周面和与其对置的壳体的内周面之间，并且推力轴承间隙形成在套筒部的轴向一侧的端面和与其对置的壳体的内底面之间，并且，在套筒部的轴向另一侧的端面和与其对置的密封构件的端面之间具有包含空气的轴向间隙。

如上述结构的流体动压轴承装置那样，在径向轴承间隙以及推力轴承间隙被润滑油充满的状况下，若在套筒部的轴向另一侧的端面和与其对置的密封构件的端面之间存在有包含空气的轴向间隙，则能够使填充于壳体的内部空间的润滑油量比壳体的内部空间的容积小。由此，在该轴承装置组装后，通过执行使用适当的供油工具(例如微型移液管)向壳体的内部空间注油这样的简单的作业，便能够在壳体的内部空间中存在有所需量的润滑油。因此，在轴承装置组装后，不需要使用所谓的真空浸入等繁琐的方法通过润滑油充满壳体的内部空间，并且不需要高精度地管理润滑油的油面这种繁琐的作业。由此，能够实现廉价的流体动压轴承装置。

在上述结构中，若通过使向轴向一侧按压的外力作用于套筒部，而在推力方面另一方对旋转体进行支承，则在推力方向双方对旋转体进行支承。因此，能够尽可能地避免如下情况，即，推力轴承部的推力方向一方的负载支承能力过大，伴随于此，推力方向上的旋转体的支承精度不稳定化。上述外力例如能够通过磁力来给予。该磁力例如能够通过以在轴向上错开的方式配置设置于静止体的定子线圈和设置于旋转体的转子磁体而给予。作为必需的构成构件，组装有这种流体动压轴承装置的各种电动机具备转子磁体和定子线圈。因此，若通过磁力来给予上述外力，则能够廉价地获得推力方向上的支承能力优异的流体动压轴承装置。

在上述结构中，所述流体动压轴承装置还可以具有压入部，该压入部在旋转体旋转时，将轴向间隙内的润滑油向沿径向离开密封间隙的方向压入。这样一来，能够尽可能地防止在旋转体的旋转过程中经由密封间隙的润滑油泄漏、以及由此引起的轴承性能的降低。压入部例如能够由形成在形成轴向间隙的对置二面的至少一方的多个槽部构成，但鉴于由烧结金属形成的套筒部的良好的加工性，优选由形成于套筒部的轴向另一侧的端面的多个槽部构成。

优选为，构成压入部的各槽部的槽宽度随着朝向沿径向离开密封间隙的方向而逐渐减小。这是由于，通过毛细管吸引力，容易在沿径向离开密封间隙的位置处保持轴向间隙内的润滑油，因此在防止经由密封间隙的润滑油泄漏方面是有利的。另外，优选为，构成压入部的各槽部形成为随着朝向槽底侧而使槽宽度逐渐减小的剖面形状。这是由于，通过毛细管吸引力，能够将轴向间隙内的润滑油向各槽部的槽底侧(沿轴向离开密封间隙的一侧)导入，因此在防止经由密封间隙的润滑油泄漏方面更加有利。

如上述那样，在密封间隙形成在将套筒部固定于外周的轴构件的外周面、一体或独立地设置于壳体的密封构件的内周面之间的情况下，能够将径向轴承间隙形成在比密封间隙靠外径侧的位置。因此，若由多个槽部构成压入部，并且使各槽部的槽宽度随着朝向沿径向离开密封间隙的方向而逐渐减小，则在包括套筒部的旋转体停止时以及旋转时，均容易将存在于轴向间隙的润滑油向径向轴承间隙导入。由此，能够用足够的润滑油充满径向轴承间隙，从而使径向方向上的旋转精度稳定化。

以上示出的本发明的流体动压轴承装置具有如上所述的各种特征，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

由此，根据本发明，能够提供一种可靠性高的流体动压轴承装置，该流体动压轴承装置能够省略连通路而实现进一步的成本降低，并且能够发挥·维持所希望的轴承性能。

附图说明

图1是示意性地表示风扇电动机的一构成例的剖视图。

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是表示图2所示的轴承构件的下端面的俯视图。

图4是表示图2所示的轴承构件的上端面的俯视图。

图5A是图4中的X1-X1向视剖视图，是表示设置于轴承构件的上端面的槽部的一例的图。

图5B是表示上述槽部的变形例的图。

图5C是表示上述槽部的变形例的图。

图6是用于测定油渗透率的试验装置的简要图。

图7是表示变形例的轴承构件的上端面的俯视图。

图8是表示比较试验的试验结果的图。

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。

在图1中示意性地示出组装有本发明的流体动压轴承装置1的风扇电动机的一构成例。该图所示的风扇电动机具备：流体动压轴承装置1、电动机基座6、固定于电动机基座6的定子线圈5、具有叶片(省略图示)的转子3、固定于转子3并隔着径向的间隙与定子线圈5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的轴构件21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，旋转体2A相对于静止体2B旋转，所述旋转体2A具备轴构件21、固定于轴构件21的转子3、以及固定于转子3的转子磁体4等，所述静止体2B具备定子线圈5及壳体7、以及固定该定子线圈5及壳体7的电动机基座6等。

需要说明的是，当旋转体2A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下方送风。因此，在旋转体2A的旋转过程中，作为该送风作用的反作用力，在流体动压轴承装置1的轴构件21以及固定于其外周的作为套筒部的轴承构件22上作用有朝向图中下方或上方的推力。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上的磁力(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。例如通过在轴向上错开配置定子线圈5和转子磁体4，从而能够产生上述抵消推力的方向上的磁力(详细情形省略图示)。另外，在旋转体2A旋转时，在流体动压轴承装置1的轴构件21以及轴承构件22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R支承。

在图2中示出本发明的第一实施方式的流体动压轴承装置1。该流体动压轴承装置1主要具备：轴构件21以及固定于轴构件21的外周的轴承构件22、呈轴向一侧被封闭的有底筒状且内周收容有轴构件21以及轴承构件22的壳体7、固定于壳体7的内周的密封构件9。在壳体7的内部空间填充有润滑油11(用密集的散布剖面线表示)，在图2所示的状态下，至少烧结金属制的轴承构件22的内部气孔、径向轴承部R的径向轴承间隙以及推力轴承部T的推力轴承间隙被润滑油11充满。需要说明的是，以下，为了便于说明，将配置有密封构件9的一侧设为上侧，将其轴向相反侧设为下侧。

壳体7呈具有圆筒状的筒部7a和封闭筒部7a的下端开口的底部7b的有底筒状，这里，筒部7a和底部7b由金属或树脂一体地形成。筒部7a的内周面具有大径内周面7a1和小径内周面7a2，在大径内周面7a1上固定有密封构件9。小径内周面7a2在与固定于轴构件21的轴承构件22的外周面22a之间具有形成径向轴承间隙的圆筒状区域，该圆筒状区域形成为不存在凹凸的平滑面。另外，底部7b的内底面7b1在与轴承构件22的下端面22c之间具有形成推力轴承间隙的圆环状区域，该圆环状区域形成为不存在凹凸的平滑面。

密封构件9由金属或树脂形成为圆环状，并通过粘接、压入、压入粘接等适当的方法固定于固定壳体7的大径内周面7a1。在密封构件9的内周面9a和与其对置的轴构件21的外周面21a之间形成有密封间隙(迷宫式密封)S，轴承构件22的上侧经由密封间隙S向大气开放。

轴构件21由不锈钢等金属材料形成，其外周面21a形成为平滑的圆筒面。在轴构件21的上端外周固定有具有叶片的转子3。

作为套筒部的轴承构件22由烧结金属的多孔质体形成为圆筒状，下端面22c以位于比轴构件21的下端面21b靠轴向外侧(下侧)的位置的方式，通过压入、粘接、压入粘接(同时使用压入和粘接)、焊接等适当的方法固定于轴部21的外周面21a。

在轴承构件22的外周面22a上设置有圆筒状的径向轴承面，该径向轴承面在与对置的壳体7的小径内周面7a2之间形成径向轴承部R的径向轴承间隙。在径向轴承面上形成有用于使径向轴承间隙内的润滑油11产生动压作用的径向动压产生部A。径向动压产生部A包括排列为人字形状的多个动压槽Aa1、Ab1、划分形成动压槽Aa1、Ab1的凸状的突起部。即，动压槽Aa1、Ab1以相互向相反方向倾斜且在轴向上分离的方式设置。在本实施方式中，上侧的动压槽Aa1的轴向尺寸与下侧的动压槽Ab1的轴向尺寸相等。这是为了避免如下情况，即，在旋转体2A旋转时，径向轴承间隙内的润滑油11被朝向下方侧(推力轴承部T的推力轴承间隙侧)压入，伴随于此，推力轴承间隙内的润滑油11的压力过度升高。需要说明的是，径向动压产生部A也可以包括在圆周方向上以规定间隔配置的螺旋形状的动压槽、划分形成该动压槽的凸状的突起部。

如图3所示，在轴承构件22的下端面22c上设置有环状的推力轴承面，在该推力轴承面与对置的壳体7的内底面7b1之间形成推力轴承部T的推力轴承间隙。在该推力轴承面上形成有推力动压产生部B，该推力动压产生部B用于随着旋转体2A旋转而使推力轴承间隙内的润滑油11产生动压作用。推力动压产生部B通过在周向上交替配置螺旋形状的动压槽Ba、划分形成动压槽Ba的凸状的突起部而构成。动压槽Ba也可以排列为人字形状。

在轴承构件22的上端面22b和与其对置的密封构件9的下端面9b之间设置有包含空气的轴向间隙(环状空间)10。与推力轴承部T的推力轴承间隙的间隙宽度相比该轴向间隙10的间隙宽度十分大。在以图2所示的姿态配置流体动压轴承装置1的状态(将密封间隙S配置于上侧的状态)下，填充于壳体7的内部空间的润滑油11的油面保持在轴向间隙10的范围内。

因此，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。

在轴承构件22的上端面22b上设置有压入部12，该压入部12在旋转体2A旋转时，将轴向间隙10内的润滑油11向沿径向离开密封间隙S的方向(在本实施方式中朝向径向外侧)压入。如图4所示，压入部12由在周向上以规定间隔配置的多个槽部13构成，这里，各槽部13由沿径向延伸的放射槽构成。各槽部13呈其槽宽度随着朝向径向外侧而逐渐减小的形态，并且具有其槽宽度随着朝向槽底侧而逐渐减小的剖面形状。需要说明的是，作为各槽部13的剖面形状，除例如如图5A所示的剖面三角形状以外，还可以采用如图5B所示的剖面梯形状、或如图5C所示的剖面半圆形状。

各槽部13的外径端部以及内径端部分别在轴承构件22的上端外周倒棱22e以及上端内周倒棱22f开口，槽部13的槽深度设定为比上端外周倒棱22e的倒角量小。这是由于，若槽部13的槽深度比上端外周倒棱22e的倒角量大，则存在形成于轴承构件22的外周面22a的径向动压产生部A(特别是上侧的动压槽Aa1)的形状被破坏，对径向轴承部R的支承能力带来负面影响的可能性。

具有以上结构的轴承构件22由以铁及铜为主要成分的烧结金属，更详细而言，由铁的含量比铜多(铁的重量比比铜大)的铁铜系的烧结金属构成，并且，在旋转体2A旋转时，相对于沿着推力动压产生部B(动压槽Ba)而流动的润滑油11的质量流量，具有4％以上的油渗透率。对于轴承构件22中的铁以及铜之比率，在重量比的情况下分别为60％以上以及40％以下，这里大体为70％以及30％。

这里，油渗透率是指，用于定量地表示烧结金属制的轴承构件22能够使多少油(润滑油)经由其多孔质组织而流通的参数“单位：g/10min”，并能够使用图6所示的试验装置100进行测定。该图所示的试验装置100具备：从轴向两侧夹持固定圆筒状的试料W(这里为烧结金属制的轴承构件)的筒状的保持部101、102、存积油的箱103、用于将存积于箱103内的油向保持部101供给的配管104。试料W的轴向两端部与保持部101、102之间通过未图示的密封体(例如橡胶垫)密封。在以上的结构中，向在室温(26～27℃)环境下存积于箱103内的油(与填充于流体动压轴承装置1的内部空间的润滑油相同种系的润滑油)施加0.4MPa的加压力，将润滑油经由配管104的内部流路以及保持部101的内部流路105向试料W的轴向贯通孔持续供给10分钟。在试料W的下方配置有吸油体(例如，纸、布)106，在上述方式中，在向试料W供给润滑油时通过吸油体106获取从在试料W的外径面开口的表面开口渗出滴下的油。并且，通过试验前后的吸油体106的重量差来计算油渗透率。

具备以上的结构的轴承构件22大体能够通过依次经过压缩成形工序、加热工序、槽形成工序而获得。以下，对上述的各工序进行详细说明。

[压缩成形工序]

在该压缩成形工序中，通过对包括铁系粉末以及铜系粉末的原料粉末进行压缩成形，而获得近似于轴承构件22的形状的压坯。在本实施方式中，轴承构件22中的铁和铜的重量比为铁∶铜≈7∶3，因此作为原料粉末，使用包含重量比大致为70％和30％的铁系粉末和铜系粉末的原料粉末。需要说明的是，作为原料粉末所包含的铁系粉末，使用其平均粒径比铜系粉末大的铁系粉末。

作为上述原料粉末所包含的铁系粉末，例如使用如下的铁系粉末，该铁系粉末通过混合包含重量比为80％以上的直径(最大径)45μm以下的粒子的第一铁系粉末、包含重量比为10～25％的直径45μm以下的粒子的第二铁系粉末而成，并且将第一以及第二铁系粉末占铁系粉末整体的比例分别设为重量比33％以及67％。另外，作为上述原料粉末所包含的铜系粉末，例如使用如下的铜系粉末，该铜系粉末通过混合包含重量比为55～75％的直径45μm以下的粒子的第一铜系粉末、包含重量比为55～90％的直径45μm以下的粒子的第二铜系粉末而成，并且将第一以及第二铜系粉末占铜系粉末整体的比例分别设为重量比71％以及29％。

这样，使用与铜系粉末相比含有更多的铁系粉末并且包含平均粒径比铜系粉末大的铁系粉末的原料粉末而获得压坯，从而容易获得径向轴承面以及推力轴承面的耐磨损性提高、具备所需的油渗透率并且径向轴承间隙以及推力轴承间隙的油膜的形成性优异的烧结金属制的轴承构件22。

[加热工序]

在该加热工序中，对通过上述的压缩成形工序而获得的压坯进行加热，由此形成了构成压坯的金属粉末彼此烧结(网状结合)而成的烧结体。压坯的烧结(加热)温度优选为900℃以上1083℃(铜的熔点)以下，更优选为900℃以上1000℃以下。其理由如下所述。若使上述压坯的加热温度接近铜的熔点，则铜溶出促进铁与铜的合金化，因此能够形成径向轴承面(径向动压产生部A)以及推力轴承面(推力动压产生部B)的耐磨损性优异的轴承构件22。另一方面，当提高烧结温度，从而促进铁与铜的合金化时，由于在压坯的阶段在存在有铜(铜系粉末)的部位形成有气孔，因此虽然能够提高轴承构件22的油渗透率，但轴承面的耐磨损性、以及径向轴承间隙以及推力轴承间隙的油膜形成性降低。因此，优选压坯的加热温度设定为900℃以上1083℃以下的范围，例如设定为950℃。由此，能够获得油渗透率、轴承面的耐磨损性以及轴承间隙的油膜形成性良好的烧结体、以及轴承构件22。需要说明的是，这样形成的烧结体的烧结密度为6.1g/cm³以上7.0g/cm³以下。

[槽形成工序]

在该槽形成工序中，通过对烧结体实施例如冲压加工、机械加工，从而在烧结体上形成径向动压产生部A、推力动压产生部B以及压入部12(槽部13)，由此完成图2等所示的轴承构件22。需要说明的是，径向动压产生部A、推力动压产生部B以及压入部12也可以通过压缩成形工序在获得压坯的同时模成形，在该情况下，不需要该槽形成工序。另外，在将径向动压产生部A、推力动压产生部B以及压入部12设置于对置面的情况下，也不需要该槽形成工序。

本实施方式的流体动压轴承装置1具有以上的结构，并通过如下方式而完成，即，例如在将轴构件21以及固定于轴构件21的外周的轴承构件22插入壳体7的内周，将密封构件9固定于壳体7的大径内周面7a1后，使用微型移液管等供油工具经由密封间隙S向壳体7的内部空间填充(注油)润滑油11。作为润滑油11，使用40℃的动粘度为40mm²/s以上并且100℃的动粘度为6mm²/s以上的酯类润滑油。

在由以上的结构构成的流体动压轴承装置1中，当具有轴构件21以及轴承构件22的旋转体2A旋转时，在设置于轴承构件22的外周面22a的径向轴承面和与其对置的壳体7的小径内周面7a2之间形成有径向轴承间隙。并且，随着旋转体2A的旋转，径向轴承间隙内的润滑油的油膜压力由于径向动压产生部A的动压作用而提高，形成在径向方向上对旋转体2A进行非接触支承的径向轴承部R。与此同时，在设置于轴承构件22的下端面22c的推力轴承面和与其对置的壳体7的内底面7b1之间形成有推力轴承间隙。并且，随着旋转体2A的旋转，推力轴承间隙的油膜压力由于推力动压产生部B的动压作用而提高，形成在推力方向一方对旋转体2A进行非接触支承(向上方浮起支承)的推力轴承部T。

在本发明的流体动压轴承装置1中，当旋转体2A旋转，使推力轴承间隙内的润滑油11产生动压作用时，推力轴承间隙内的润滑油集中于推力轴承间隙的部分区域而产生正压，在该正压部分润滑油11向烧结金属制的轴承构件22内回流。此时，轴承构件22相对于沿推力动压产生部B(动压槽Ba)流动的推力轴承间隙内的润滑油11的质量流量，具有4％以上的油渗透率，在上述正压部分处润滑油11积极地向轴承构件22内回流。因此，有效地抑制了推力轴承间隙中的润滑油的压力过大，旋转体2A过度上浮(向上方移动)这样的情况。此外，在本实施方式中，如参照图1进行说明那样，在具有轴构件21以及轴承构件22的旋转体2A上，作用有将该旋转体2A向下方按压的作为外力的磁力，因此更加有效地抑制了旋转体2A的过度上浮。因此，能够尽可能地防止如下情况，即，因推力轴承间隙所产生的润滑油11的动压作用导致推力方向一方的负载支承能力过大，伴随于此，推力方向的支承精度(旋转精度)不稳定化。

需要说明的是，在上述方式中，在润滑油11向轴承构件22的内部回流的同时，润滑油11逐渐从轴承构件22的下端面22c向推力轴承间隙渗出。另外，当旋转体2A旋转，使径向轴承间隙内的润滑油11产生动压作用时，与上述相同，径向轴承间隙内的润滑油集中于径向轴承间隙的部分区域而产生正压，在该正压部分处润滑油11向轴承构件22内回流。与此同时，润滑油11逐渐从轴承构件22的外周面22a向径向轴承间隙渗出。因此，能够通过充足的润滑油11充满径向轴承间隙以及推力轴承间隙，从而长期且稳定地发挥径向轴承部R以及推力轴承部T的轴承性能。

另外，在本实施方式的流体动压轴承装置1中，在径向轴承间隙以及推力轴承间隙被润滑油11充满的状况下(图2)，在轴承构件22的上端面22b和与其对置的密封构件9的下端面9b之间，存在有包含空气的轴向间隙10。即，这表示在上述状况下能够在轴向间隙10的范围内保持润滑油11的油面，在该情况下，能够使填充于壳体7的内部空间的润滑油11的量比壳体7的内部空间的容积小。由此，在该轴承装置1组装后，通过执行使用例如微型移液管等供油工具从密封间隙S向壳体7的内部空间注油这样的简单作业，便能够在壳体7的内部空间中存在有所需量的润滑油11，由此不需要高精密的油面管理。需要说明的是，通过在轴向间隙10内保持润滑油11的油面，从而也可以在将密封构件9固定于壳体7之前进行向壳体7的内部空间注油的注油作业。这样一来，与在密封构件9固定后向壳体7的内部空间填充润滑油11的情况相比，还能够简化注油作业。

对于本实施方式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的姿态使用该轴承装置1的情况下，润滑油11经由密封间隙S向外部漏出的可能性会略有提高。对于这种问题，如上所述，通过如下措施能够有效地防止，即，(1)设置压入部12，该压入部12在轴构件21以及轴承构件22的旋转时，将轴向间隙10内的润滑油11向沿径向离开密封间隙S的方向(在本实施方式中为径向外侧)压入；(2)由设置于轴承构件22的上端面22a的多个槽部13构成压入部12，并且使各槽部13的槽宽度随着朝向沿径向离开密封间隙S的方向而逐渐减小；以及(3)将构成压入部12的各槽部13形成为使槽宽度随着朝向槽底侧而逐渐减小的剖面形状。即，若采用上述(2)，则通过毛细管吸引力，能够容易地在沿径向离开密封间隙S的位置处保持轴向间隙10内的润滑油11，另外若采用上述(3)，则通过毛细管吸引力，能够将轴向间隙10内的润滑油向各槽部13的槽底侧(沿轴向离开密封间隙S的一侧)导入。

虽然省略图示，但为了更加有效地防止经由密封间隙S的润滑油泄漏，也可以在与密封间隙S相邻且与大气接触的轴部21的外周面21a、密封构件9的上端面形成吸油膜。

另外，若如本实施方式那样，将密封间隙S形成在轴构件21的外周面21a和固定于壳体7的密封构件9的内周面9a之间，将径向轴承间隙形成在固定于轴构件21的外周的轴承构件22的外周面22a和与其对置的壳体7的小径内周面7a2之间，则能够将径向轴承间隙形成在比密封间隙S靠外径侧的位置。并且，通过将上述方式的由多个槽部13构成的压入部12设置于轴承构件22的上端面22b，在具有轴构件2以及轴承构件22的旋转体2A停止时以及旋转时，均易于将存在于轴向间隙10的润滑油11向径向轴承部R的径向轴承间隙导入。由此，能够使径向轴承间隙始终被足够的润滑油11充满，从而实现径向方向上的旋转精度的稳定化。

以上，对本发明的实施方式所涉及的流体动压轴承装置1进行了说明，然而在不脱离本发明的主旨的范围内可以对流体动压轴承装置1的各部分实施各种变更。

例如，压入部12可以通过设置多个如图7所示的螺旋形状的槽部13而构成。如果是螺旋形状的槽部13，则与图4所示的放射状的槽部13相比，能够增大每个槽部13的剖面积(容积)。因此，能够在轴向间隙10中保持更多的润滑油11，在实现轴承性能提高方面有利。

另外，虽然省略图示，但也可以在轴向上的两处分离地设置用于在径向方向上对具有轴构件21以及轴承构件22的旋转体2A进行支承的径向轴承部。这样一来，能够同时实现低转矩化和径向方向的支承能力(特别是力矩刚性)的提高。

另外，在以上说明的实施方式中，使用一体地设置有筒部7a和封闭该筒部7a的下端开口的底部7b的壳体7，通过固定于壳体7的内周面的密封构件9的内周面9a来形成对壳体7的上端开口进行密封的密封间隙S，但壳体7也可以使用独立地设置有筒部7a和封闭该筒部7a的下端开口的底部7b的构件。在该情况下，在与轴部21的外周面21a之间形成密封间隙S的密封构件能够与筒部7a一体设置(省略图示)。

另外，在以上所示的实施方式中，将与电动机基座6独立设置的壳体7固定于电动机基座6的内周，但也可以在壳体7上一体地设置相当于电动机基座6的部位(省略图示)。

另外，在以上所示的实施方式中，鉴于烧结金属制的轴承部件22的良好的加工性，在轴承部件22的外周面22a形成有径向动压产生部A，然而径向动压产生部A也可以形成于对置的壳体7的内周面7a2。另外，径向轴承部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。同样地，推力动压产生部B也可以不形成在轴承部件22的下端面22c上，而是形成在与其对置的壳体7的内底面7b1上。另外，推力轴承部T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，在以上所示的实施方式中，通过沿轴向错开地配置转子磁体4和定子线圈5，从而在包括轴承部件22等在内的旋转体2上作用有用于将轴承部件22以及轴部件21向下方按压(由推力方向另一方进行支承)的外力(磁力)，用于将这种外力作用于旋转体2A的机构并不限定于上述方式。虽然省略图示，但例如可以通过将磁性部件与转子磁体4在轴向上对置配置，从而使上述磁力作用于旋转体2A。另外，在作为鼓风作用的反作用力的推力非常大，仅通过该推力便能够将具有轴承部件22的旋转体2A向下方按压的情况下，也可以省略作为用于将旋转体2A向下方按压的外力的磁力(磁吸引力)。

另外，在本发明中，如以上说明那样，不仅能够应用于轴构件21以及轴承构件22设置于旋转体2A一侧并且壳体7设置于静止体2B一侧的流体动压轴承装置1，还能够适当应用于轴构件21以及轴承构件22设置于静止体2B一侧并且壳体7设置于旋转体2A一侧的流体动压轴承装置1。总之，只要是仅在烧结金属制的轴承构件22的轴向一侧形成有由动压轴承构成的推力轴承部的推力轴承间隙、在形成于轴承构件22的轴向一侧空间(推力轴承间隙)和形成于轴向另一侧的空间之间润滑油的压力平衡容易失衡的结构的轴承装置，则本发明能够适当应用于任意结构。

另外，以上，对将本发明应用于在轴部件21上固定有具有叶片的转子3的流体动压轴承装置1中的情况进行了说明，然而本发明也能够优选应用于在轴部件21上固定有具有碟盘安装面的盘毂、或多面反射镜的流体动压轴承装置1中。即，本发明不仅能够应用于图1所示的这种风扇电动机中，还能够优选适用于组装在碟盘装置用的主轴电动机、激光打印机用的多边形扫描仪电动机等、其他电气设备用电动机中的流体动压轴承装置1中。

【实施例】

为了证实本发明的有用性，在图2所示的流体动压轴承装置1中，在使用不具备本发明的结构的烧结金属制的轴承构件(由铜铁系的烧结金属构成的轴承构件)的情况(以往例)、和具备本发明的结构的烧结金属制的轴承构件(由铁铜系的烧结金属构成的轴承构件)的情况(实施例1、2)下，对旋转体2A的上浮量会产生何种程度的差异进行了比较验证。对于在该比较试验中使用的轴承构件的尺寸、旋转体的转速以及所使用的润滑油，在以往例以及实施例均如下所述。

·轴承构件的尺寸：外径×内径×全长＝4.7×1.8×2.2[mm]

·旋转体的转速：8000[rpm]

·润滑油：40℃的动粘度为45mm²/s、100℃的动粘度为8mm²/s的酯类润滑油

另外，在以往例以及实施例1、2的轴承构件的轴向一侧的端面(图2的下端面22c)上设置有图3所示的推力动压产生部C。

实施例1、2以及以往例的烧结金属制的轴承构件以如下方式制成。

[实施例1、2]

使用包含重量比大致为70％和30％的铁系粉末和铜系粉末的原料粉末。在该原料粉末中，作为铁系粉末，使用了如下的铁粉粉末，该铁粉材料通过混合包含重量比为80％以上的直径45μm以下的粒子的第一铁系粉末、包含重量比为10～25％的直径45μm以下的粒子的第二铁系粉末而成，并且第一以及第二铁系粉末占铁系粉末整体的比例分别为重量比33％和67％，另外，作为铜系粉末，使用了如下的铜系粉末，该铜系粉末通过混合包含重量比为55～75％的直径45μm以下的粒子的第一铜系粉末、包含重量比为55～90％的直径45μm以下的粒子的第二铜系粉末而成，并且第一以及第二铜系粉末占铜系粉末整体的比例分别为重量比71％和29％。并且，以相对较大的成形压力对上述的原料粉末进行压缩成形，并对由此制成的压坯进行加热·烧结，从而获得实施例1的轴承构件，以相对较小的成形压力进行压缩成形，并对由此制成的压坯进行加热·烧结，从而获得实施例2的轴承构件。

[以往例]

使用了包含重量比大致为40％和60％的铁系粉末和铜系粉末的原料粉末。在该原料粉末中，作为铁系粉末，使用了如下的铁系粉末，该铁系粉末通过混合上述第一铁系粉末和上述第二铁系粉末而成，并且上述第一以及第二铁系粉末占铁系粉末整体的比例分别为重量比33％和67％，另外，作为铜系粉末，使用了如下的铜系粉末，该铜系粉末通过混合上述第一铜系粉末和上述第二铜系粉末而成，并且第一以及第二铜系粉末占铜系粉末整体的比例分别为重量比71％和29％。并且，对上述的原料粉末进行压缩成形，并对由此制成的压坯进行加热·烧结，从而获得以往例的轴承构件。

接着，使用图6所示的试验装置来测定以往例以及实施例1、2的轴承构件的油渗透率。在将以往例的轴承构件的油渗透率定义为“1”时，如图8所示，实施例1以及实施例2的轴承构件的油渗透率分别是“46”和“102”。此时，如图8所示，对于轴承构件的油渗透率与旋转体旋转时沿推力动压产生部而流动的润滑油的质量流量之比(油渗透率与质量流量的比率)而言，在以往例的轴承构件中是0.1％，在实施例1以及实施例2的轴承构件中分别是4.52％和10.14％。并且，在以上述转速使旋转体旋转时，在以往例中旋转体的上浮量过大，相对于此，在实施例1、2中，旋转体的上浮量均维持在适当的范围内。

根据以上的比较试验结果，证实了本发明的有用性。

附图标记说明

1 流体动压轴承装置

2A 旋转体

2B 静止体

3 转子

4 转子磁体

5 定子线圈

6 电动机基座

7 壳体

9 密封构件

10 轴向间隙

11 润滑油

12 压入部

13 槽部

21 轴构件

22 轴承构件(套筒部)

22b 上端面(轴向另一侧的端面)

22c 下端面(轴向一侧的端面)

100 油渗透率的试验装置

A 径向动压产生部

B 推力动压产生部

S 密封间隙

R 径向轴承部

T 推力轴承部

Claims (10)

1.一种流体动压轴承装置，其具备：

静止体；

旋转体，其相对于静止体进行相对旋转；

烧结金属制的套筒部，其设置于静止体或旋转体，且在轴向两侧具有端面；

径向轴承间隙，其由套筒部的外周面形成；

推力轴承间隙，其由套筒部的轴向一侧的端面形成；

润滑油，其充满套筒部的内部气孔、径向轴承间隙以及推力轴承间隙；以及

推力动压产生部，

伴随旋转体旋转，推力轴承间隙内的润滑油沿着推力动压产生部流动，从而使推力轴承间隙内的润滑油产生动压作用，在推力方向上的一方对旋转体进行非接触支承，

所述流体动压轴承装置的特征在于，

不具有连通套筒部的两端面的连通路，

套筒部的油渗透率除以在旋转体旋转时沿着推力动压产生部流动的润滑油的质量流量而算出的值以百分比计为4％以上。

2.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

套筒部通过对包含铁系粉末以及铜系粉末的原料粉末的压坯进行烧结而形成，并且铁的含量比铜的含量多。

3.根据权利要求2所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

作为铁系粉末使用平均粒径相对较大的粉末，作为铜系粉末使用平均粒径相对较小的粉末。

4.根据权利要求2或3所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

套筒部通过以900℃以上1000℃以下的温度对所述压坯进行加热而形成。

5.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

套筒部的烧结密度为7.0g/cm³以下。

6.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

作为润滑油，使用40℃的动粘度为40mm²/s以上且100℃的动粘度为6mm²/s以上的润滑油。

7.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

静止体具备：壳体，其呈具有筒部以及封闭该筒部的轴向一侧的底部的有底筒状，且在筒部的内周收容有套筒部；密封构件，其使套筒部的轴向另一侧经由密封间隙向大气开放，

旋转体具备轴构件，所述轴构件在外周固定有套筒部，且在所述轴构件与密封构件之间形成有密封间隙，

径向轴承间隙形成于套筒部的外周面和与其对置的壳体的内周面之间，并且推力轴承间隙形成在套筒部的轴向一侧的端面和与其对置的壳体的内底面之间，

并且，在套筒部的轴向另一侧的端面和与其对置的密封构件的端面之间具有保持润滑油的油面的轴向间隙。

8.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

通过将套筒部向轴向一侧按压的外力作用于套筒部，从而在推力方向上的另一方对旋转体进行非接触支承。

9.根据权利要求7或8所述的流体动压轴承装置，其特征在于，

所述流体动压轴承装置还具有压入部，该压入部在旋转体旋转时，将轴向间隙内的润滑油向沿径向离开密封间隙的方向压入。

10.一种电动机，其具备权利要求1至9中任一项所述的流体动压轴承装置。