CN1576623A - 液体动压轴承、主轴电机、转子组件的制造方法，记录盘驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一个实施例的液体动压轴承具有：轴，固定在轴上部的顶板，固定在轴下部的推力板，相对于轴旋转的轴套，将轴套保持在其内周部上且其下端部被封闭的轴承壳体。在构成液体动压轴承的轴及顶板、轴套之间，形成有连续的微小间隙，同时，该微小的间隙中充满着润滑流体。在轴的外周面与轴套的内周面之间形成设置有在轴或者轴套旋转时在润滑流体中诱发动压的动压发生槽的径向轴承部。在顶板的下表面与轴承壳体的上端面之间形成设置有在轴或者轴套旋转时在润滑流体中诱发动压的动压发生槽的上部推力轴承部。在轴套的下端面与推力板的上表面之间形成设置有在轴或者轴套旋转时在润滑流体中诱发动压的动压发生槽的下部推力轴承部。
Description
技术领域
本发明涉及液体动压轴承、具有该液体动压轴承的主轴电机、用于其主轴电机的转子组件的制造方法，以及具有该主轴电机的记录盘驱动装置。
背景技术
以往，在硬盘驱动装置、可拆卸磁盘驱动装置等中，作为驱动记录盘的电机轴承，采用了图6所示的在电机旋转时利用保持在轴102和轴套104之间的间隙中的油等润滑流体中产生动压的液体动压轴承，并提出了各种的方案。
这种以往的电机在轴102的外周面与轴套104的内周面之间的间隙中形成有在轴线方向分开设置的一对径向轴承部106，同时，在一体固定于轴102上的推力板108的上下端面和与之在轴线方向相面对的轴套104的下表面以及对面板110的上表面之间的间隙中，分别形成有上部及下部推力轴承部112、113。
此外，这种以往的电机在轴套104的内周面和轴102的外周面内，通过让轴102的外周面随着离开一对径向轴承部106而使其直径逐渐减小，而在轴102和轴102上部固定的转子轮毂114的嵌合部116与径向轴承部106之间形成了毛细管密封部118。毛细管密封部118按照保持在毛细管密封部118内的油的气液界面的形成位置而产生毛细管力的差异，在由径向轴承部106以及上部及下部推力轴承部112、113保持的油量减少的情况下，从毛细管密封部118向径向轴承部106以及上部及下部推力轴承部112、113供油。另外，毛细管密封部118由于随着电机的旋转而使主轴电机温度上升，在由径向轴承部106和上部及下部推力轴承部112、113内保持的油的体积增加的情况下，将其增加的部分收容起来。
这样，在由径向轴承部106和上部及下部推力轴承部112、113以及毛细管密封部118形成的微小间隙中，油被连续不间断地保持着(这种油的保持结构在下面描述为“完全填充结构”)。电机一旦旋转，在径向轴承部106和上部及下部推力轴承部112、113中就会产生动压，从而将轴套104以与轴102及转子轮毂114非接触的方式自由旋转地支撑。
近年来，计算机等机器中使用的记录盘驱动装置开始应用于更为小型的便携式信息终端中，对于主轴电机，除了要求以往的高速及高精度之外，还希望更加小型且薄型，而且电力耗费也要低。
然而，在主轴电机小型且薄型化的情况下，在上述结构中由于嵌合部116、毛细管密封部118、一对径向轴承部106和上部及下部推力轴承部112、113是在轴线方向并列构成的，因而很难让主轴电机小型且薄型化。
即，对应于主轴电机小型化且薄型化的要求，要确保一对径向轴承部106的轴承刚性，嵌合部116和上部及下部推力轴承部112、113的轴向尺寸就难以保证。嵌合部116的轴向尺寸一旦变短，轴102和转子轮毂114的连接强度就会减弱，电机旋转时就会丧失转子轮毂114的平行度，使轮子轮毂114偏转，从而无法获得稳定的旋转。
另一方面，若保证了嵌合部116的轴向尺寸，则一对径向轴承部106的轴向尺寸变短，使得轴承的刚性变弱，从而不能稳定地支撑轴102。轴102及转子轮毂114的旋转精度或者姿势的保持由于完全依赖于一对径向轴承部106，因而一对径向轴承部106轴线方向的间隔必须足够。这样，在上述的电机中，既维持需要的旋转精度又使主轴电机小型化且薄型化是非常困难的。
此外，要确保一对径向轴承部106和嵌合部116的轴向尺寸，则很难保证上部及下部推力轴承部112、113的轴承刚性。在上述电机中，轴102的端部一体固定着推力板108，通过该推力板108的上下端面上形成的上部及下部推力轴承部112、113所产生的轴线方向的负荷支撑力，限制轴102及转子轮毂114轴线方向的移动，从而使轴102及转子轮毂114稳定地抬起。
然而，要使上部及下部推力轴承部112、113薄型化，若是让推力板108的轴向尺寸变薄，就不能获得使上部及下部推力轴承部112、113稳定的轴线方向的负荷支撑力，由于上部及下部推力轴承部112、113的轴承刚性被降低，会产生轴102及转子轮毂114过度抬起的情况，从而难以对轴102及转子轮毂114进行稳定地支撑。
此外，近年来，记录盘驱动装置也开始装载在以汽车导航系统为代表的车载机器中。然而在车载机器的情况下，由于预计记录盘驱动装置会在各种各样的环境下使用，因而对于记录盘的驱动装置，要求在非常宽的温度范围内进行稳定的动作。例如对于记录盘驱动装置，甚至要求在温度差为100℃以上的环境下、这样一种以前从来没有过的严酷温度环境下也可以使用。
众所周知，在高温环境下由于油的粘性降低，其产生的动压也会降低，其结果是很难获得预定的轴承刚性。如果为了避免这种油的粘性降低而使用高粘度的油，在低温环境下粘性就会过高，使电机的旋转负荷增大，从而使得电机消耗的电力增大。因此，为了能够在宽的温度范围内适用采用了液体动压轴承的电机，必须同时解决低温环境下抑制电机消耗电力的增加以及高温环境下防止轴承刚性的降低这两个矛盾的问题。另外，在高温环境下，在油粘性降低的同时还会因热膨胀使油的体积增加。为此，保持在各液体动压轴承部中的油其体积增加的部分从各液体动压轴承部挤出到毛细管密封部118。此时，由于所谓电机小型化且薄型化的尺寸上的限制，在毛细管密封部118轴线方向的尺寸受到限制不能保证有足够容积的情况下，便不能收容流入到毛细管密封部118内的油，会出现油流出到毛细管密封部118外的情况。流出的油一旦附着在驱动装置一侧的硬盘或者配置得离它很近的磁头上，便成为引起读/写错误的原因。
对此，一旦确保了毛细管密封部118轴线方向的尺寸，保持住上述体积增加部分的油，便制约了与毛细管密封部118在轴线方向并列配置的一对径向轴承部106的轴线方向的尺寸，从而很难保证径向轴承部106的轴承刚性。此外，同样也很难保证与毛细管密封部118在轴线方向并列配置的轴102和转子轮毂114的嵌合部116的轴线方向尺寸。
此外，在小型且薄型的主轴电机的情况下，构成电机的各种部件当然也要小型且薄型化，其各种部件的构成强度被降低，部件之间的压入或者粘接工艺中产生的应力对部件表面精度或者歪斜等的影响变大。
例如在相对于转子轮毂114粘接固定转子磁铁120的情况下，由于转子磁铁120本身就是强度不高的部件，两者固定时转子磁铁120的外径尺寸比转子轮毂114的内径尺寸大一些，不能将转子磁铁120嵌合到转子轮毂114的内径中。
因此，在转子轮毂114的内周面上粘接固定转子磁铁的外周面，即在所谓的外置转子型的主轴电机的情况下，转子轮毂114内周面的内径与转子磁铁120外周面的外径之间一般设计成形成有几μm的间隙。然而，由于形成有这几μm的间隙，很难使粘合剂的涂布量在整个外周达到均匀。因而如果是轴线方向和/或半径方向的尺寸短的转子轮毂114的话，粘合剂的硬化及收缩产生的应力就会在圆周方向不均匀，从而发生歪斜，由于很难使记录盘的记录面相对于主轴电机的轴线大致垂直地搭载到记录盘转子轮毂114上，因而RRO(重复性偏差成分)恶化。
发明内容
本发明的目的是保证径向轴承部以及推力轴承部的轴承刚性，轴和转子轮毂的垂直度等精度以及毛细管密封部轴线方向的尺寸，并且实现具有液体动压轴承的主轴电机小型且薄型化。
本发明的另一个目的是与使用环境变化无关，让具有液体动压轴承的主轴电机在耗电量不增加的情况下稳定运转，确保了轴承的刚性，并且在高温环境下防止了油流出到主轴电机的外部，提高了可靠性和耐久性。
本发明的再一个目的是即使在小型且薄型的主轴电机的情况下，在组装步骤中排除了转子轮毂的应力变形，提高了可靠性。
为了解决上述问题，本发明一个实施例的液体动压轴承具有：轴；固定在轴上部的顶板；固定在轴下部的推力板；相对于轴旋转的轴套；将轴套保持在内周部上、下端部封住的轴承壳体。在轴及顶板、轴套之间，形成有连续的微小间隙，同时，该微小的间隙充满着润滑流体。
在轴的外周面与轴套的内周面之间形成设置有在轴或者轴套旋转时在润滑流体中诱发动压的动压发生槽的径向轴承部。在顶板的下表面与轴承壳体的上端面之间形成设置有在轴或者轴套旋转时在润滑流体中诱发动压的动压发生槽的上部推力轴承部。在轴套的下端面与推力板的上表面之间形成设置有在轴或者轴套旋转时在润滑流体中诱发动压的动压发生槽的下部推力轴承部。
在本发明一个实施例的液体动压轴承中，废止了以往的形成于推力板下表面与对面板的上表面之间的推力轴承部。这样，新的是在轴承壳体上端面与顶板的下表面之间形成推力轴承部。由此，推力板轴线方向的尺寸便可以是具有形成下部推力轴承部所必须的轴承刚性的尺寸。因此，推力板轴线方向上厚度可以做得比以往要薄，此外对面板轴线方向的厚度也可以做薄。由此，可以使具有液体动压轴承的主轴电机小型、薄型化。
附图说明
图1是表示本发明一个实施例的纵向剖视图。
图2是表示本发明一个实施例的主要部分放大纵向剖视图。
图3是表示本发明轴套及轴承壳体和轴的上端面的剖视图。
图4是表示本发明第一实施例焊接步骤的剖视图。
图5是表示本发明记录盘驱动装置的纵向剖视图。
图6是表示以往主轴电机的纵向剖视图。
具体实施方式
下面，对本发明的液体动压轴承、具有这种液体动压轴承的主轴电机、以及具有该主轴电机的记录盘驱动装置参照图1至图5进行说明。此外，在说明本发明的实施例中为了方便起见将各图中的上下方向称为“上下方向”，而实际安装状态中的方向并不受此限定。
如图1所示，本实施例的主轴电机基本上由托架2、固定在其上的轴承壳体10、固定在该轴承壳体10内周部上的轴套12、通过该轴套12可自由旋转地支撑住的转子6构成。
在托架2的中央部上，在嵌合固定轴承壳体10的中心孔周围设置着环状的凸起部2a，在该凸起部2a的外周上形成通过压入和/或粘接等方式来固定定子8的圆筒部2b。
在该凸起部2a的内周上通过压入和/或粘接固定着轴承壳体。
中空圆筒状的轴承壳体10具有封闭住轴承壳体10轴线方向下方的板状对面板14。轴承壳体10由比后面将要详细描述的转子轮毂18热膨胀系数小的部件构成。更具体地说，是SUS303(热膨胀系数为17.3×10-6/℃)，SUS304(热膨胀系数为16.3×10-6/℃)，及SUS420J2(热膨胀系数为10.4×10-6/℃)，树脂制部件等。轴承壳体10的内周面上通过粘接等方式固定了具有贯通中心部轴线方向的轴承孔的圆筒状轴套12。该轴套12由浸有油的多孔质烧结体构成，其材质在此没有特别的限定，可采用将各种金属粉末或金属化合物粉末、非金属粉末作为原料成型、烧结来制成。作为原料，含有Fe-Cu、Cu-Sn、Cu-Sn-Pb、Fe-C等，同时，具有12.9×10-6/℃左右的热膨胀系数。此外，这种轴承壳体10及轴套12最好是由比后面将要详细描述的转子轮毂18热膨胀系数小的部件构成，例如可以由铜或者铜合金等构成。
作为旋转部件的转子6由与轴套12内周面在直径方向具有间隔的相面对的轴16，与该轴16形成一体的大致帽状的转子轮毂18构成。这样，通过将轴16和转子轮毂18形成一体，就能够防止因轴16与转子轮毂18的嵌合部的连接强度不足而引起的轴102相对于转子轮毂18的垂直精度等组装精度降低，或者轴102从转子轮毂18上脱落等的发生。另外，由于能够获得很强的转子轮毂18和轴16的连接强度，因而可以实现小型且薄型化。
转子轮毂18具有：与轴承壳体10及轴套12的上端面在轴线方向相面对的上壁部18a；从上壁部18a的外周部沿轴线方向垂直向下的周壁部18b；位于周壁部18b的下方且比周壁部18b的外周面还要沿直径方向朝外伸出的凸缘部18c。在周壁部18b的外周面及凸缘部18c上，接触地安置着硬盘(图5中由符号46表示)，另外，周壁部18b的内周面上通过粘接固定着将转子磁铁20由粘合剂等固定到内周部上并且由强磁性材料不锈钢构成的环状轭铁21。这种转子轮毂18可由比轴套12热膨胀系数大的部件构成，更具体地说，由A6061(热膨胀系统为23.6×10-6/℃)等铝或者铝合金制成。
这样，在轴16的轴线方向下端部上固定着形成环状部件的推力板22。推力板22其上下端面分别通过轴线方向的间隙与轴套12的下端面及对面板14的上端面相面对，其外周面通过径向的间隙与轴承壳体10的内周面相面对。此外，推力板22可以根据需要的机械强度或尺寸稳定性进行适宜的选择，而由于固定在轴16的端部，与轴16一体旋转，因而最好是具有与轴16相同程度的热膨胀系数的材质。
在这样的结构中，转子轮毂18的上壁部18a的下面与轴承壳体10及轴套12的上端面之间的间隙，轴套12的内周面与轴16的外周面之间的间隙，轴套12的下端面及对面板14的上端面与推力板22的上下端面之间的间隙均是连续的，在这些连续的间隙中，不间断地保持着作为润滑流体的油，形成完全填充的结构。
在轴承壳体10上部的外周面上形成有让外径从上端面在轴线方向上缩小的倾斜面，在与之在径向相面对的部位上形成有从转子轮毂18的上壁部18a垂下的圆周状突起18d。在轴承壳体10的上部外周面以及上壁部18a的圆周状突起18d在径向上规定出的间隙尺寸，随着从上壁部18a离开轴线方向的向下方向(托架2一侧)而逐渐增大，也就是说，轴承壳体10的上部外周面与上壁部18a的圆周状突起18d协同动作来构成毛细管密封部34。这样，保持在上述各轴承部间隙中的油处于该毛细管密封部34中，油的表面张力与外界气压达到平衡，油与外界空气的界面形成弯月面状(meniscus)。
通过在轴套12及轴承壳体10的径向外侧形成毛细管密封部34，不会使后面要详细描述的轴套12的内周面与轴16的外周面之间的微小间隙中形成的上部及下部径向轴承部24、26的轴承刚性降低，从而足以确保毛细管密封部34轴线方向的尺寸及容积。因此，可以防止油流出到电机的外部，从而提供一种可靠性及耐久性优异的液体动压轴承，以及具有这种液体动压轴承的主轴电机。
下面参照图2及图3说明轴承的结构。
如图2所示，在轴套12的内周面与轴16的外周面之间半径方向上的间隙中，以在轴线方向相分离的方式设置着上部径向轴承24及下部径向轴承26。上部径向轴承部24以及下部径向轴承部26由轴套12的内周面、轴16的外周面、保持在半径方向相面对的两部件之间的间隙的油来构成。
如图3(b)所示，在构成轴套12内周面上部的径向轴承24的部位上形成有将油从上部径向轴承24轴线方向的两端引到大致中央，并且在轴线方向上具有不对称形状(R1＞R2)的人字形槽12a。这样，转子6一旦旋转，油就会引起朝着轴线方向下方(下部径向轴承26一侧)的移动压力。也就是说，油是朝着上部径向轴承24的中央部引出的，而由于人字形槽12a形成轴线方向不对称的形状，因而在比上部径向轴承24的中央稍稍靠下方位置形成最大压力来支撑转子6，同时，其不对称的部分，则促使油朝着轴线方向下方一侧流动。
另外，在构成轴套12内周面下部的径向轴承26的部位上形成有将油从下部径向轴承26轴线方向的两端引到大致中央部，并且在轴线方向上具有大致对称形状(R3＝R4)的人字形槽12b。转子6一旦旋转，就会引起油从下部径向轴承26轴线方向的两端朝着大致中央的压力。即，油是朝着下部径向轴承26的中央部引起的，而由于人字形槽12b形成轴线方向对称的形状，因而在下部径向轴承26的大致中央形成最大压力，来支撑转子10。
另外，轴承壳体10的上端面和转子轮毂18的上壁部18a的下表面通过轴线方向上的微小间隙可相互面对，在该间隙中设置上部推力轴承28。上部推力轴承28由轴承壳体10的上端面、转子轮毂18的上壁部18a的下表面、保持在轴线方向相面对的两部件之间的间隙中的油来构成。
这样，如图3(a)所示，在轴承壳体10的上端面上，当电机旋转时，将油引向半径方向的内侧(轴16的上部外周面一侧)，形成螺旋形槽10a。转子6一旦旋转，上部推力轴承28中就会因螺旋形槽10a引发朝着半径方向内侧的动压。由此，在转子6抬起的同时，还由此提高了内侧的油的内压。通过这样将油的压力保持在始终相对于外界气体要高的状态，防止了溶入油内的空气产生气泡。
另外，在轴套12的下端面与推力板22的上表面的轴线方向的间隙中形成有下部推力轴承30。这样，在轴套的下端面上，电机旋转时，将油引到半径方向的内侧(轴16的下部外周面一侧)，形成螺旋形槽12c。转子6一旦旋转，下部推力轴承30中就会因螺旋形槽12c引发朝着径向内侧的动压。
因此，通过上部推力轴承28对于转子的抬起作用，以及下部推力轴承30对推力板22的压下作用，将转子6在上下方向上推压。这样，这些动压力使对称位置上的转子6的旋转抬起位置稳定。通过形成上部及下部推力轴承部28、30，使上部及下部推力轴承部28、30产生的轴向支撑力从与轴线方向相对的方向产生形成协调动作的作用，从而能够让转子18的旋转稳定支撑。
此外，在上部及下部推力轴承部28、30中，每个都形成有螺旋形的槽，但并不限于此，在上部及下部推力轴承部28、30的任何一方或者两方上均形成人字形槽也是可以的。在这种情况下，上部推力轴承28上形成的人字形槽可以是由产生的动压将油朝着半径方向向内，不对称的人字形槽。通过朝着该半径方向内侧的油的动压，便得半径方向更靠近该不对称的人字形槽内侧的油的整体内压提高，通过防止负压，从而防止了气泡的产生。
这些上部及下部径向轴承24、26，下部推力轴承30上所设的人字形槽12a、12b、以及螺旋形槽12c可以在烧结材料制的轴承12冲压成型时形成一样的。由此，可以廉价地制造轴套12。
本实施例中，废止了以往的形成于推力板下表面与对面板的上表面之间的推力轴承。这样，新的是在轴承壳体上端面与转子轮毂18的上壁部18a下表面之间形成推力轴承。由此，推力板22的轴线方向的厚度便可以是足够具有形成下部推力轴承30所必须的轴承刚性的尺寸。因此，推力板22轴线方向上的尺寸可以做得比以往的要薄。另外，对面板14的上表面轴线方向上尺寸也可以做薄。由此可将主轴电机小型化、薄型化。
另外，以往，在轴及轴套两者的表面上都不进行处理的情况下，轴与轴套一旦接触，轴和轴套的一方或者两者就会被磨损，从而显著地降低轴及轴套的耐久性。为了防止这种耐久性的降低，另外也为了确保支撑转子的机械强度，要在构成以往轴承面的轴的外周面或者轴套的内周面等上进行氮化处理等硬化处理。
然而，本实施例中，作为轴套材料，采用了浸有油的多孔质烧结材料。一旦使用了烧结材料的轴套，电机旋转时构成轴承面的轴套内周面上就会渗出油，由于在旋转的轴的外周面与轴套的内周面之间始终形成有一定的油膜，因而在轴与轴套之间能够获得高的滑动性能。因此，即使不对轴的外周面进行氮化等硬化处理，也能够获得稳定的旋转性能。由于不对轴的外周面进行硬化处理，因而可以廉价地制造液体动压轴承，并能制造廉价的电机。
此外，轴的外周面的算术平均粗糙度Ra在大于等于0.1μm，小于等于1.6μm，最好在在大于等于0.3μm，小于等于0.8μm。由此能让轴获得更高的滑动性能，从而能够获得稳定的旋转性能。
图2及图3所示，在轴套12外周面上具有贯通轴套12轴线方向端部的轴向槽，形成大致矩形截面的形状，或者形成半圆状，通过冲压加工或者切削加工形成。轴套12一旦安装在轴承壳体10的内周面上，该轴向槽便处在轴承壳体10的内周面之间，构成从轴套12轴线方向上端部到轴线方向下端部贯通的连通孔32。连通孔32内注满了油，该油的内压与各轴承部中保持的油的内压相等。
在没有该油的连通孔32的轴承的情况下，由于部件加工误差的影响，推力板22外周部的油压与大气压相比要低，产生了所谓的负压。即，在轴套12的内周面和轴16的外周面内之间形成的微小间隙内，一旦轴线方向上部一侧的微小间隙的宽度尺寸形成得比下部一侧宽度尺寸要宽，下部径向轴承26一侧产生的动压就会超过上部径向轴承24产生的动压，产生从轴线方向下方一侧朝着上方一侧的油的流动，便会产生推力板22外周部和/或推力板22下端面与对面板14的上端面之间的间隙中保持的油的内压变为负压的担心。
另外，由于上述加工误差，例如在轴套12的内周面和轴16的外周面内之间形成的微小间隙内，一旦轴线方向上部一侧的微小间隙的宽度尺寸形成得比下部一侧尺寸窄，上部径向轴承24上所设的人字形槽12a产生的动压就会到预定压力以上，就会出现对面板22的下端面与对面板22上端面之间的间隙中产生负压的担心。
而在这种轴承中，通过设置这种连通孔32，使推力板22外周部的油压与推力轴承28内周部强制达到相同的压力级。使该内周部的油压在电机旋转时始终让推力轴承28的图3(a)所示的螺旋形槽产生的动压部分比大气压要高。这样即使由于加工误差及其他原因使推力板22外周部的油压降低，由此也基本上没有低于大气压以下的可能性。由此防止了推力板22外周部的油产生负压。
另外，由于上述加工误差，在油从轴线方向上部一侧朝下部一侧流动的情况下，推力板22的下表面与对面板14的上表面的间隙中的油的内压到达了高于所需的压力，就会有转子6过度抬起的担心。
对此，通过设置连通孔32，即使在轴套12的内周面与轴16的外周面内之间形成的微小间隙的轴向上部一侧与下部一侧产生了油的内压压差，由于通过连通孔32产生了从内压高的一侧朝低的一侧的油的流动，因而各轴承部中保持的油的内压会平衡，从而防止出现负压或者过度抬起。
另外，通过让上部径向轴承24上所设的动压发生槽作为非对称的人字形槽12a，对油朝轴线方向的下方一侧挤压，引起动压，从而使上部径向轴承24与下部径向轴承26之间区域的压力保证为大气压以上的正压，从而防止了产生负压。另外，通过人字形槽12a产生的挤压力，油始终经过下部径向轴承26、轴套12的下端面与推力板14的上端面之间的连通孔32，再经过在轴承壳体12的上端面与转子轮毂18的上壁部18a下表面之间，朝轴16外周面以及轴套12内周面的轴线方向上侧流动，另外还朝上部径向轴承24以环流的方式加压，形成一连串的油循环路径。
由此让轴承内的油始终朝一定的方向流动，由于实现的压力的均衡，因而防止了因负压产生的气泡或者转子6的过度抬起。此外，由于还特别扩大的加工误差的允许范围，成品率得到了改善。
另外，通过将连通孔32的一端配置成开口于比上部推力轴承28还要靠直径方向的内侧，在比大气压力要高的区域中保持了稳定的油的压力。
由此在电机稳定旋转时，在轴承部产生预定动压的情况下获得了足够的轴承刚性，因而发生轴承部接触或者滑动的可能性降低。
另外，通过让轴16及转子轮毂18用比轴承壳体10及轴套12的热膨胀系数高的部件构成，在高温环境下，因热膨胀系数的关系使轴16及转子轮毂18的热膨胀量超过轴承壳体10及轴套12的热膨胀量。为此，在各轴承部中，轴16及转子轮毂18相面对的轴承壳体10及轴套12的间隙尺寸变小，即使因热膨胀使油的粘性降低，也可以防止轴承刚性的降低。因此，在不增大电机的耗电量的情况下可以确保预定的轴承刚性。
此外，即使在高温环境下，油在因热膨胀而降低粘性的同时还会增加体积。因而体积增加的那部分油会朝毛细管密封部34流入，同时，如果不确保毛细管密封部34可以有足够的容量，油就会泄漏到电机的外部。然而，在本发明的轴承中，将毛细管密封部34形成于轴承壳体10的外周部一侧，朝着轴线方向的下方开口。由此与图6的以往轴承相比能够确保密封部有足够的容积。此外，由于与转子轮毂18形成一体的圆周状突起18d的热膨胀系数比该圆周状突起18d直径方向位置上的轴承壳体10的热膨胀系数要大，因而毛细管密封部34半径方向的间隙尺寸变大。因此，可以增加高温环境下毛细管密封部34的可以保持的油的容量，从而可足以将体积增加部分的油保持在毛细管密封部34内。
下面，对转子的制造方法进行说明。首先，将从铝等棒状材料切出形成的圆板状部件通过例如冲压加工、锻造等形成轴16及转子轮毂18的形状。而后将具有粘接固定在内周面上的转子磁铁20的轭铁21压入和/或通过粘合剂固定到转子轮毂18圆周壁部18b的内周面上。这样，在轴16的中央部上通过攻丝加工形成贯通孔及螺纹孔。最后在轴承16的外周面及转子轮毂18的上壁部18a下表面这样的动压轴承构成面上，以及转子轮毂18的周壁部18b的凸缘部18c的磁盘安装面上进行切削加工，高精度地加工这些面。
这里，一旦将转子6通过铝等材料锻造成型，与能够廉价制造转子轮毂相反，由于转子18半径方向及轴线方向的尺寸变薄，降低了转子轮毂18的刚性。根据上面所述，一旦将转子磁铁压入固定到周壁部上，由于存在转子磁铁不足的情况，因而在一般的转子磁铁与周壁部的固定中，采用粘合剂进行粘接固定。然而，用强度比较高的例如马氏体系或者奥氏体系不锈钢来形成转子轮毂，在该转子周壁部的内周面上粘接固定转子磁铁的情况下，由于粘合剂在圆周方向涂布不均匀引起的粘合剂硬化及收缩会使应力不均，从而会作用在固定转子磁铁的转子凸缘部上。为此，会使转子轮毂的凸缘部变形。凸缘部一旦变形，载置于该凸缘部上的硬盘的平等度就会丧失，RRO便会恶化。通过这种RRO的恶化，会出现硬盘的记录面与接近其配置的磁头相接触、所谓磁头破碎的情况。
对此，在本发明中，准备了不锈钢制成的轭铁21，在其内周面上粘接固定转子磁铁20。而后在将轭铁21压入接合到转子6的周壁部18b的内周面上，然后通过切削转子凸缘部18c进行精加工。因此，粘合剂硬化及收缩不均匀引起的应力由于被轭铁21吸收，因而避免了对周壁部18b的恶劣影响。此外，通过将轭铁21固定到转子轮毂18的周壁部18b的内周面上，可以提高半径方向尺寸薄的转子轮毂周壁部18b的刚性。因此，电机旋转时即使周壁部18b上施加离心力等过度的力，可以防止该力使周壁部18b发生弯曲及变形。另外，由于轴16及转子轮毂18是由铝等成型的，加工性高，可以很容易地进行高精度的加工，因此能够降低加工成本。此外，在进行了上述的转子6的制造方法之后，还可以对轴承壳体16的外周面或转子轮毂18的上壁部18a下表面进行镀敷处理，或者进行氮化处理等硬化处理。
下面，对本发明的电机组装方法参照图2、图3及图4理进行说明。
首先，在轴承壳体10内周面的沿圆周方向形成的粘接槽10b中涂布粘合剂。然后，将轴套12从轴承壳体10的轴线方向的下方向下方插入固定。这时，粘合剂通过轴套12滑动，收容到粘接槽10b内，即使例如粘合剂涂布的位置、涂布量等不均匀，也能够通过粘接槽10b防止轴线方向上的移动。
另外，通过设置粘接槽10b，可以坚固轴承壳体10与轴套12的连接强度，从而可以获得对抗来自外部的冲击等的强度。因此，即使电机小型化、薄型化，也可以牢固地固定轴承壳体10与轴套12。
此外，将粘合剂涂布在轴套12的外周面上也可以，另外，涂布在轴套12外周面以及轴承壳体10的内周面两者之上也可以。另外，粘接槽10b也可以形成于轴承壳体10的内周面的多处。此外，粘接槽10b也可以由轴套12内周面上沿轴线方向延伸的纵向槽构成。
之后，在设置于轴16的中央部的贯通孔中插入推力板22，通过粘合剂固定。然后，将对面板14嵌入到轴承壳体10中，封闭住轴承壳体10的下部。此外，这时轴承壳体10的下端面10c与对面板14的下表面14a配置在同一个平面上。
接着，用工具(图中未示)保持住转子轮毂18，在该状态下让工具以一定的速度低速旋转。然后，在工具旋转的状态下，在与轴承壳体10和对面板14的外周面相接触的部位40上，从在该接触部40轴线方向上方具有照射口50的激光装置照射出具有方向性能量束的激光，将接触部40在圆周方向上焊接住。这种激光焊接与其他焊接，例如电弧焊接或电阻焊接相比，至少施加的能量高，可以获得高的连接强度。此外不需要真空装置，因此操作容易，而且由于光束的良好的方向性可以在很窄的范围内进行牢固的焊接。
通过这种将对面板14由激光照射焊接固定到轴承壳体10上，与用粘合剂等固定方式相比，可以获得部件之间的高的连接强度，因而能够更牢固地固定。因此，可让推力板14的轴向尺寸形成得更薄，从而能够将主轴电机整体的厚度更进一步小型、薄型化。
另外，通过采用激光焊接，让轴承壳体10与对面板14由热膨胀系数不同的部件构成，能够获得稳定的连接强度。另外，通过用激光对接触部40在圆周方向上进行照射焊接，可以防止油从接触部40飞散。
另外，在轴承壳体10下部的内周面上形成从下部内周面凹入到半径方向外侧的凹部10d。凹部10d与推力板22在半径方向上相面对。由于激光焊接时产生的歪斜被凹部10d吸收，激光焊接使轴承壳体10下端部的内周面由焊接时的热量引起变形，从而防止了与推力板22的外周部相接触。因此，提高了轴承壳体10与对面板14的连接步骤的效率。
此外，由于焊接伴随着施加高温能量，因而在焊接时供给作为焊接部件冷却手段的冷却用流体，即冷却气体进行冷却。该冷却了的流体是与对面板14等金属表面反应性低的物质，优选是气态。作为冷却用流体，可以使用冷却效率高的氦气或氮气等。另外，这里是让转子轮毂18旋转，而让照射口50在圆周方向上旋转来进行激光焊接也是可以的。
接着，将油通过毛细管密封部34充填到构成轴承部的一连串微小的间隙中。然后，固定定子8，将托架固定到轴承壳体10上。
下面，对一般硬盘驱动装置40的内部结构参照图5进行说明。
硬盘驱动装置40由矩形的壳体42构成，壳体42的内部形成尘土、尘埃等极少的清洁空间，在其内部配置着安装有记录信息用的圆板状硬盘46的主轴电机44。
另外，在壳体42的内部配置着对硬盘46的信息进行读取及书写的磁头移动机构54，该磁头移动机构54是对硬盘46上的信息进行读取和书写的磁力磁头52，它由支撑该磁头52的壁50以及将磁头52及壁50移动到硬盘46上的需要位置的执行部48构成。
对于这种硬盘驱动装置40的主轴电机44，通过使用图1至图4所示的主轴电机，在确保足够性能的基础上，还能够实现主轴电机驱动装置的小型且薄型化，同时，还可提供一种可靠性及耐久性高的硬盘驱动装置。
以上是对根据本发明的主轴电机、适用于该主轴电机中的转子制造方法、以及具有该主轴电机的硬盘驱动装置的一个实施例的说明，本发明并不限定于该实施例，它可以在本发明的范围内作出各种各样的变更及修正。
例如并不限定于图中所示实施例的动压轴承结构，槽的形状或个数、位置、以及润滑流体的种类也可以与上述实施例不同。另外，也可以将主轴电机的托架与磁盘驱动装置的壳体形成一体。
Claims (28)
1、一种液体动压轴承，具有：
轴；
固定在上述轴上部的顶板；
固定在上述轴下部的推力板；
相对于上述轴旋转的圆筒状轴套；以及
大致呈帽状的轴承壳体，其将上述轴套保持在其内周部上，且其下端部被封闭；
在上述轴及上述顶板、上述轴套之间，形成有连续的微小间隙，同时，上述微小的间隙充满着润滑流体，
在上述轴的外周面与上述轴套的内周面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的径向轴承部，
在上述顶板的下表面与上述轴承壳体的上端面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的上部推力轴承部，
在上述轴套的下端面与上述推力板的上表面之间形成设置有在上述轴或者轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的下部推力轴承部。
2、根据权利要求1所述的液体动压轴承，其特征在于：
在上述轴套的外周面与上述轴承壳体的内周面之间形成有连通孔，其一侧开口于比上述上部推力轴承部更靠半径方向的内侧，同时与上述下部推力轴承部的外周部附近相连通。
3、根据权利要求2所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述连通孔由形成于上述轴套外周面上的轴线方向的槽和上述壳体的内周面构成。
4、根据权利要求2所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述径向轴承部形成于上述轴的外周面与上述轴套的内周面之间，由轴线方向上离开的一对径向轴承构成，在至少一侧的径向轴承上，设置着作为上述动压发生槽的、在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发从轴线方向上方作用于轴线方向下方的动压的不对称人字形槽，
在上述上部推力轴承以及上述下部推力轴承上，设置着作为上述动压发生槽的、在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发朝着半径方向内侧的动压的螺旋形槽。
5、根据权利要求4所述的液体动压轴承，其特征在于，
在上述顶板上形成有从上述顶板延伸到轴线方向下方，同时与上述轴承壳体外周面在半径方向上隔开间隙而相面对的圆周状的突起，
上述间隙在半径方向上的尺寸按照从上述顶板朝着轴线方向下方扩径，
在上述间隙中保持着作为上述润滑流体的油，上述的油在上述间隙内形成气液界面。
6、根据权利要求5所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述轴套由浸有油的多孔质烧结金属构成。
7、根据权利要求6所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述轴的外周面的表面粗糙度Ra大于等于0.1μm，小于等于1.6μm。
8、根据如权利要求6所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述轴的外周面的表面粗糙度Ra大于等于0.3μm，小于等于0.8μm。
9、根据权利要求6所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述轴套通过粘合剂固定到上述轴承壳体的内周部上，
在与上述轴套及上述壳体相接触的上述轴套外周面和/或上述轴承壳体的内周面上形成半径方向凹入的粘接槽，在上述粘接槽中保持有粘合剂。
10、根据权利要求6所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述轴承壳体由具有保持上述轴套的内周部的圆筒状部件、封闭住上述圆筒状部件下端部的对面板构成，
上述对面板与上述轴承壳体是通过焊接固定的。
11、根据权利要求6所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述轴与上述顶板形成一体。
12、根据权利要求10所述的液体动压轴承，其特征在于，
上述对面板与上述轴承壳体的焊接部位处在比上述轴承壳体内周部更靠直径方向外侧的位置，
在上述轴承壳体的内周部上，以与上述推力板的外周部在半径方向上相面对的方式形成有吸收上述焊接带来的轴承壳体变形的凹部。
13、一种主轴电机，具有：
轴；
固定在上述轴上部的顶板；
固定在上述轴下部的推力板；
相对于上述轴旋转的圆筒状轴套；
大致呈帽状的轴承壳体，其将上述轴套保持在其内周部上，且其下端部被封闭；
.将上述轴承壳体保持在内周部上的托架；
固定在上述托架上的定子；
保持在上述顶板上，与上述定子协同动作以产生旋转磁场的磁铁；以及
让上述轴相对于上述轴套自由旋转地支撑的液体动压轴承；
在上述液体动压轴承上，
在上述轴及上述顶板、上述轴套之间，形成有连续的微小间隙，同时，上述微小的间隙充满着润滑流体，
在上述轴的外周面与上述轴套的内周面之间形成设置有上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的径向轴承部，
在上述顶板的下表面与上述轴承壳体的上端面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的上部推力轴承部，
在上述轴套的下端面与推力板的上表面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的下部推力轴承部。
14、根据权利要求13所述的主轴电机，其特征在于，
在上述轴套的外周面与上述轴承壳体的内周面之间形成有连通孔，其一侧开口于比上述上部推力轴承部更靠半径方向的内侧，同时与上述下部推力轴承部的外周部附近相连通。
15、根据权利要求14所述的主轴电机，其特征在于：
上述连通孔由形成于上述轴套外周面的轴线方向的槽和上述壳体的内周面构成。
16、根据权利要求14所述的主轴电机，其特征在于，
上述径向轴承部形成于上述轴的外周面与上述轴套的内周面之间，由轴线方向上离开的一对径向轴承构成，在至少一侧的径向轴承上，设置着作为上述动压发生槽的、在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发从轴线方向上方作用于轴线方向下方的动压的不对称人字形槽，
在上述上部推力轴承以及上述下部推力轴承上，设置着作为上述动压发生槽的、在上述轴或者轴套旋转时在上述润滑流体中诱发朝着半径方向内侧的动压的螺旋形槽。
17、根据权利要求16所述的主轴电机，其特征在于，
在上述顶板上形成有从上述顶板延伸到轴线方向下方，同时，与上述轴套外周面在半径方向上隔开间隙而相面对的圆周状的突起，
上述间隙在半径方向上的尺寸按照从上述顶板朝着轴线方向下方扩径，
在上述间隙中保持着作为上述润滑流体的油，上述的油在上述间隙内形成气液界面。
18、根据权利要求17所述的主轴电机，其特征在于，
上述轴套由浸有油的多孔质烧结金属构成。
19、根据权利要求18所述的主轴电机，其特征在于，
上述轴的外周面的表面粗糙度Ra大于等于0.1μm，小于等于1.6μm。
20、根据权利要求18所述的主轴电机，其特征在于，
上述轴的外周面的表面粗糙度Ra大于等于0.3μm，小于等于0.8μm。
21、根据权利要求18所述的主轴电机，其特征在于，
上述轴套通过粘合剂固定到上述轴承壳体的内周部上，
与上述轴套及壳体相接触的上述轴套外周面和/或上述轴承壳体的内周面上形成半径方向凹入的粘接槽，在上述粘接槽中保持有粘合剂。
22、根据权利要求18所述的主轴电机，其特征在于，
上述轴承壳体由具有保持上述轴套的内周部的圆筒状部件和封闭住上述圆筒状部件下端部的对面板构成，
上述对面板与上述轴承壳体是通过焊接固定的。
23、根据权利要求18所述的主轴电机，其特征在于，
上述轴与上述顶板形成一体。
24、根据权利要求22所述的主轴电机，其特征在于，
上述对面板与上述轴承壳体的焊接部位处在比上述轴承壳体内周部更靠直径方向外侧的位置，
在上述轴承壳体的内周部上以与上述推力板的外周部在半径方向上相面对的方式形成有吸收上述焊接带来的轴承壳体变形的凹部。
25、一种在外周部保持记录盘的主轴电机的转子组件的制造方法，该主轴电机的转子组件具有：
轴；
顶板，其一体形成于上述轴的上部，并具有：圆板状上壁部、从上述上壁部的外周部垂下的周壁部、从上述周壁部伸到半径方向的外侧以承载记录盘的凸缘部；
固定在上述周壁部的内周面或者外周面上，在内周面或者外周面上固定磁铁的强磁性材料轭铁；
所述方法包括：
对上述顶板进行塑性加工的成型步骤；
在上述轭铁内周面或者外周面上通过粘合剂固定磁铁的步骤；
对上述轴的外周面、上述顶板的上壁部下表面、上述周壁部的内周面或者外周面、上述凸缘部的上述记录盘载置面进行切削加工的步骤。
26、根据权利要求25所述的转子组件制造方法，其特征在于，
上述顶板是通过锻造加工成型的。
27、根据权利要求25所述的转子组件制造方法，其特征在于，
上述顶板是由铝或者铝合金成型的。
28、一种安装有能够记录信息的圆板状记录介质的记录盘驱动装置，它具有：
壳体；
固定在上述壳体内部，使上述记录介质旋转的主轴电机；
将信息写入上述记录介质的需要位置或者从其中读出的机构；
上述主轴电机具有：
轴；
固定在上述轴上部的顶板；
固定在上述轴下部的推力板；
相对于上述轴旋转的圆筒状轴套；
大致呈帽状的轴承壳体，其将上述轴套保持在其内周部上，且其下端部被封闭；
将上述轴承壳体保持在内周部上的托架；
固定在上述托架上的定子；
保持在上述顶板上，与上述定子协同动作以产生旋转磁场的磁铁；以及
使上述轴相对于上述轴套自由旋转地支撑的液体动压轴承，
在上述液体动压轴承上，
于上述轴及上述顶板、上述轴套之间，形成有连续的微小间隙，同时，上述微小的间隙充满着润滑流体，
在上述轴的外周面与上述轴套的内周面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的径向轴承部，
在上述顶板的下表面与上述轴承壳体的上端面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的上部推力轴承部，
在上述轴套的下端面与上述推力板的上表面之间形成设置有在上述轴或者上述轴套旋转时在上述润滑流体中诱发动压的动压发生槽的下部推力轴承部。
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