CN1616839A - 轴承单元、以及装有该轴承单元的电机和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴承单元、以及装有该轴承单元的电机和电子设备。该轴承单元包括：轴；径向轴承，用于在所述轴的周旋方向上支撑所述轴；止推轴承，在所述轴的止推方向上支撑所述轴的一端；由合成树脂的成型体制成的壳体，在所述壳体内设置有所述径向轴承和所述止推轴承，所述壳体具有除轴插孔外都密封的构造，所述轴通过所述轴插孔而被插入；被设置在所述径向轴承的设有所述止推轴承的端部这一侧的防滑出构件，所述防滑出构件用于防止所述轴从所述径向轴承中滑出；和填充在所述壳体中的粘性流体。所述防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在所述壳体成型时加到所述防滑出构件上的温度更高的热变形温度。

Description

轴承单元、以及装有该轴承单元的电机和电子设备

技术领域

本发明涉及可旋转地支撑旋转轴或将旋转体可旋转地支撑到轴上的轴承单元、以及装有该轴承单元的电机和电子设备。

背景技术

作为可旋转地支撑旋转轴的轴承单元，传统地已知如图19所示地构成的轴承单元。

图19中所示的轴承单元100可旋转地支撑旋转轴101，并装有径向轴承104和容纳该径向轴承104的壳体105，该径向轴承104用于在其周旋方向上支撑旋转轴101。

在轴承单元100中，径向轴承104与作为粘性流体填充在壳体105中的润滑油一起构成流体动压轴承，并且在其中插入旋转轴101的内周表面上形成用于产生动压的动压产生槽111。

如图19所示，其中容纳有支撑旋转轴101的径向轴承104的壳体105具有以围绕径向轴承104的方式容纳圆筒状的径向轴承104的形状，并且壳体105是通过一体成型合成树脂而形成的构件。

壳体105由圆筒状的壳体主体106和构成一个端侧部分的底部密封部分107组成，该底部密封部分107与壳体主体106一体形成并用于密封壳体主体106的端侧。在壳体主体106的另一开口端侧，设置上部密封部分108。壳体105和上部密封部分108通过例如热焊接或超声焊接的方法成为一体。

在上部密封部分108的中央部分形成轴插孔109，由在壳体105中所容纳的径向轴承104可旋转地支撑的旋转轴101穿过该轴插孔109而被插入。在底部密封部分107的内表面侧的中央部分一体形成用于可旋转地支撑轴承支撑部分102的止推轴承110。沿止推方向在由径向轴承104所支撑的旋转轴101的一端形成轴承支撑部分102。

止推轴承110被形成为枢轴承，其在一点处支撑旋转轴101的轴承支撑部分102。轴承支撑部分102被形成为弧形或锥形顶端。

在轴承支撑部分102和轴主体103之间设置例如垫圈的防滑出构件115。防滑出构件115防止旋转轴101滑出壳体105。防滑出构件115由聚甲醛(POM)、石墨尼龙(polyslider)、尼龙等制成。

现在，轴插孔109被形成为具有在某种程度上比轴主体103的外形更大的内径，以使得插入轴插孔109的旋转轴101可以在不接触轴插孔109的内周表面的情况下可滑动地旋转。在此情况下，轴插孔109被形成为具有足以防止润滑油113从壳体105里面泄漏出来的间隔x5的间隙112，其中润滑油113被填充在轴插孔109的内周表面和轴主体103的外周表面之间的壳中。

在旋转轴101与轴插孔109的内周表面相对的外周表面上形成锥形部分114。锥形部分114以这样的方式倾斜，即向着壳体105的外面增大在旋转轴101的外周表面和轴插孔109的内周表面之间形成的间隙112的方式。锥形部分114在旋转轴101的外周表面和轴插孔109的内周表面之间形成的间隙112中形成压力梯度，并形成将壳体105中填充的润滑油113拉入壳体105里面的力。因为润滑油113随着旋转轴101的旋转而被拉入壳体105里面，所以润滑油113就可靠地遍及被制成流体动压轴承的径向轴承104的动压产生槽111以产生动压。由此，实现了对旋转轴101的稳定支撑，并且可以防止填充在壳体105中的润滑油113的泄漏。

如图19所示构成的轴承单元100仅在轴插孔109侧的一端处露出旋转轴101，并通过壳体构件无缝地覆盖除了轴插孔109的小间隙之外的整个轴承单元100。结果，轴承单元100可以防止润滑油113泄漏到壳体105的外面。而且，因为与外面的连通部分只有轴插孔109的间隙，所以可以防止由于冲击所导致的润滑油的飞散。另外，轴承单元100可以通过防滑出构件115来防止旋转轴101从壳体105上脱落。

但是，因为上述轴承单元100被构造成通过壳体105和上部密封部分108两部分来围绕轴承主体的周边，所以有可能润滑油从壳体105和上部密封部分108的结合部渗出。

另一种情况下，已知一种轴承单元，其中其壳体通过合成树脂的成型体而一体形成，用于防止润滑油从壳体的结合部渗出。

如图20所示，旋转轴101被插入径向轴承104，并且防滑出构件115被安装到该轴承单元中所插入旋转轴101的轴承支撑部分102这一侧。然后，空间形成构件116被安装到径向轴承104的轴承支撑部分102这一侧，由此就暂时装配好了轴承单元。

接着，暂时装配好的旋转轴101、径向轴承104和空间形成构件116被安装到模具上。然后，如图21所示，将上述合成树脂中的任一种注塑成型到暂时装配好的旋转轴101、径向轴承104和空间形成构件116的外周上以形成壳体117。

在壳体117形成之后，将润滑油113填充到壳体117中以形成图22中所示的轴承单元120。

但是，在上述轴承单元120中，模具的密封部分形成构件118的厚度如图21所示地受限。也就是说有这样的可能，即通过模具形成的轴承单元120的间隙112的间隔x5变得太大，润滑油113从间隙112泄漏而使得不可能获得好的旋转性能。

而且，在如图21所示注塑成型壳体117时模具的温度是60-100℃，而树脂的温度是200℃。成型温度的热通过径向轴承104和空间形成构件116传导到防滑出构件115，结果使防滑出构件115的温度上升到约120℃。有这样的可能，即防滑出构件115由于温度的升高而热变形。

确定防滑出构件115的尺寸，以形成空间形成构件116和防滑出构件115之间的间隙x3以及防滑出构件115和轴110之间的间隙x4，来保持轴的旋转性能。在上述由于温度升高而变形的防滑出构件115中，为保持旋转性能而设置的间隙x3和x4被改变，由于防滑出构件115与旋转轴的接触而导致旋转中的缺陷。因此，有可能无法获得好的旋转性能。

而且，作为上述轴承单元120的变化，有这样一种方法，在暂时装配的步骤处不插入轴就进行壳体的注塑成型，然后在成型后插入旋转轴。在此轴承单元中，可以将间隙112的间隔x5调整到合适的大小，但是产生了这样的缺陷，其中旋转轴由于注塑成型的温度所引起的防滑出构件115的变形而无法插入，由此无法以合适的状态装配轴承单元等等。

[专利文献1]日本专利申请公开(KOKAI)No.2003-130043。

本文件基于2003年11月14日递交到日本专利局的日本优先权文件JP 2003-385547，这里通过引用包括了其整个内容。

发明内容

本发明的一个目的是防止由成型壳体时产生的热所引起的防滑出构件的热变形。

而且，本发明的另一个目的是提供这样一种轴承单元以及包括该轴承单元的电机和电子设备，该轴承单元防止由防滑出构件由于防滑出构件的热变形而与旋转轴的接触所引起的旋转性能的恶化。

而且，本发明的另一个目的是提供这样一种轴承单元以及包括该轴承单元的电机和电子设备，该轴承单元防止在壳体成型之后插入轴时，由于防滑出构件的变形而无法在合适的状态下将轴和防滑出构件装配起来。

为了实现这些目的，根据本发明的轴承单元由以下形成：轴；径向轴承，用于在所述轴的周旋方向上支撑所述轴；止推轴承，在所述轴的止推方向上支撑所述轴的一端；由合成树脂的成型体制成的壳体，在所述壳体内设置有所述径向轴承和所述止推轴承，所述壳体具有除轴插孔外都密封的构造，所述轴通过所述轴插孔而被插入；被设置在所述径向轴承的设有所述止推轴承的端部这一侧的防滑出构件，所述防滑出构件用于防止所述轴从所述径向轴承中滑出；和填充在所述壳体中的粘性流体，其中，所述防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在所述壳体成型时加到所述防滑出构件上的温度更高的热变形温度。

如上所述，在根据本发明的轴承单元中，因为防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在壳体成型时加到该防滑出构件上的温度更高的热变形温度，所以防止了防滑出构件由于热引起的变形，并且可以防止防滑出构件由于防滑出构件的热变形而与轴接触所引起的旋转缺陷的发生。而且，根据本发明的轴承单元可以防止这样的缺陷的产生，例如由于防滑出构件的热变形而不可能在壳体成型之后将轴插入壳体时，在合适的状态下将轴和防滑出构件装配起来。

用于实现上述目的的根据本发明的电机是装有相对于定子可旋转地支撑转子的轴承单元的电机，并且该电机使用上述轴承单元作为用于该电机的轴承单元。

用于实现上述目的的根据本发明的电子设备是装有相对于定子可旋转地支撑转子的轴承单元的电子设备，并且该电子设备使用上述轴承单元作为用于该电子设备的轴承单元。

根据本发明，可以防止防滑出构件由于在壳体成型时所产生的热而导致的变形。

而且，因为本发明防止防滑出构件由于防滑出构件的热变形而与旋转轴接触，所以可以得到好的旋转性能。

而且，本发明可以防止这样的缺陷的产生，即由于防滑出构件的热变形而不可能在壳体成型之后插入轴时，在合适的状态下将轴和防滑出构件装配起来等。

而且，因为本发明可以解决在传统轴承单元中通过注塑成型来进行壳体的整体成型可能产生的缺陷，所以本发明允许对壳体的注塑成型，并且可以防止例如润滑油的粘性粒子从通过用注塑成型的整体成型所得到壳体的结合部渗出。

应用本发明的轴承单元不仅可以用作散热器电机和盘驱动器的主轴电机的轴承，而且还可以用作各种电机的轴承。

而且，应用本发明的轴承单元的应用并不限于电机，而是可以广泛地用于装有旋转轴的机构和用于支撑旋转部件的机构。

附图说明

图1是示出应用了本发明的信息处理装置的透视图；

图2是示出沿图1中的线II-II所取的横截面的剖视图；

图3是示出使用应用了本发明的电机的散热器的透视图；

图4是示出应用了本发明的电机的构造的剖视图；

图5是示出应用了本发明的轴承单元的剖视图；

图6是示出在径向轴承的内周表面上形成的动压产生槽的透视图；

图7是示出由旋转轴的外周表面和壳体中形成的轴插孔的内周表面所形成的间隙的剖视图；

图8是用于说明流体毛细现象的视图；

图9是示出润滑油遍及在旋转轴的外周表面和轴插孔的内周表面之间所形成的间隙的状态的横剖图；

图10是示出旋转轴的外周表面和轴插孔的内周表面之间所形成的间隙的纵剖图，该图用于描述在旋转轴上形成的锥形部分的不同直径部分处吸引压力的不同；

图11是示出这样的状态的纵剖图，其中空气进入了遍及旋转轴的外周表面和轴插孔的内周表面之间所形成的间隙的润滑油中；

图12是示出这样的状态的横剖图，其中遍及旋转轴的外周表面和轴插孔的内周表面之间所形成的间隙的润滑油被切断了；

图13是示出这样的状态的纵剖图，其中旋转轴相对于在壳体中形成的轴插孔倾斜；

图14的剖视图示出了当旋转轴相对于在壳体中形成的轴插孔倾斜时遍及间隙中的润滑油的状态；

图15是示出应用本发明的轴承单元的另一示例的剖视图，其中在形成于壳体中的轴插孔这一侧上形成锥形部分；

图16是用于说明制造应用本发明的轴承单元的过程中暂时装配过程的视图；

图17是用于说明制造应用本发明的轴承单元的过程中壳体注塑成型过程的视图；

图18是用于说明制造应用本发明的轴承单元的过程中将旋转轴插入壳体的过程的视图；

图19是示出传统上己使用的一种轴承单元的剖视图；

图20是用于说明制造传统上已使用的轴承单元的过程中暂时装配过程的视图；

图21是用于说明制造传统上已使用的轴承单元的过程中壳体注塑成型过程的视图；和

图22是示出制造传统上已使用的轴承单元的过程中完成壳体注塑成型的状态的视图。

具体实施方式

下面参照附图来描述应用本发明的信息处理装置。

如图1所示，应用本发明的信息处理装置是笔记本式个人计算机，其包括用于显示信息处理的结果等等的显示单元2、和内置有信息处理单元的计算机主体3，该信息处理单元用于进行对各种信息的算术处理。在计算机主体3的上表面侧设置用于输入计算机1的操作指令或用于输入各种信息的键盘5，并在主体3内设置散热器4。散热器4将设置在计算机主体3内的例如CPU的信息处理电路或盘单元等所产生的热散发到计算机主体3之外，从而也作为用于冷却计算机主体3内部的冷却设备。

如图2所示，计算机主体3中内置的散热器4被容纳在构成计算机主体3的壳体6中。如图3所示，散热器4包括金属基座7、安装到基座7上的电机10、由电机10操作来旋转的风扇8、将风扇8容纳在其中的风扇壳9和散热片11。

如图3所示，基座7被形成为几乎呈字母L形。在形成为几乎呈字母L形的基座7的一端侧的一个表面7a上安装生热元件12，例如在通过通电被驱动时产生热的中央处理单元(CPU)。生热元件12被安装到基座7的一侧的表面7a侧，在其间放置传热密封12a。

电机10被安装在基座7的一侧的表面7a侧的差不多中央部分，并且还在表面7a上安装在其中容纳由电机10操作来旋转的风扇8的风扇壳9。在风扇壳9中形成将与由电机10转动的风扇8的中央部分相应的位置开口的环形进气口13。在壳体6的底表面侧上与风扇壳9中形成的进气口13相对的位置处形成开口14来与进气口13连通。而且，在风扇壳9中形成将通过进气口13吸入的空气排出的排气口15。

散热片11被固定在基座7的另一端侧的一侧的表面7a上。散热片11是波形或鳍状的散热片，并由散热性能优异的金属制成，例如铝。理想的是也用作为散热优异的金属的铝或铁来制造基座7和风扇壳9。

在安装了生热元件12并安装了用于散发从生热元件12产生的热的散热器4和散热片11的基座7中形成多个安装孔7b，用于将基座7安装到壳体6中的螺钉通过这些孔被插入。如图2所示，通过将插入安装孔7b的固定螺钉固定到位于壳体6内设置的凸台16，来将基座7安装到壳体6内。

如图2和3所示，当基座7被安装到壳体6中时，散热片11被设置在与形成于壳体6的侧面上的穿透孔17相对的位置处。

当电机10被驱动并且电机10使风扇8沿图3中的箭头R₁的方向旋转时，如上所述构成的散热器4将装置外的空气通过壳体6中所形成的开口14吸入图2和3中的箭头D₁的方向，进而散热器4通过进气口13将空气吸入风扇壳9内。通过风扇8的旋转被吸入风扇壳9的空气流通到图2和3中的箭头D₂的方向，另外空气还流通到图3中箭头D₃的方向而流入散热片11。然后，空气通过穿透孔17被排出壳体6。

现在，由生热元件12的驱动所产生的热通过由散热优异的金属形成的基座7而被传递到散热片11。此时，通过用电机10使散热器4的风扇8旋转而使从壳体6外面引入的空气在散热片11的多个鳍片中流通，空气吸收了被传递到散热片11的热，并通过穿透孔17将热散发到壳体6外面。

如图4所示，应用本发明并用于散热器的电机10设有转子18和定子19。

定子19一体形成在风扇壳9的上表面板9a这一侧，风扇壳9在其中容纳电机10以及由电机10转动的风扇8。定子19装有定子轭20、应用本发明的轴承单元30、线圈21和线圈21绕在其上的铁芯22。定子轭20可以是与风扇壳9的上表面板9a一体形成，即被制成风扇壳9的一部分，或者可以独立于风扇壳9而形成。定子轭20例如由铁形成。通过压配合、粘合或通过压配合和粘合两者来将轴承单元30固定到在定子轭20的中央部分形成为圆筒形的座23中。

另外，通过压配合将轴承单元30插入其中的座23与定子轭20一体形成为圆筒形。

如图4所示，提供有驱动电流的线圈21绕在其上的铁芯22被安装到与定子轭20一体形成的座23的外周部分上。

与定子19一起构成电机10的转子18被安装到由轴承单元30可旋转地支撑的旋转轴31，并与旋转轴31一体旋转。转子18包括转子轭24和风扇8，风扇8与转子轭24一体旋转并包括多个风扇叶片25。风扇8的风扇叶片25通过对转子轭24的外周表面注塑成型而与转子轭24一体形成。

环形转子磁体26以与定子19的线圈21相对的方式被设于转子轭24的圆筒形部分24a的内周表面上。磁体26是塑性磁体，其中S极和N极在其周旋方向上被交替磁化。用粘结剂将磁体26固定在转子轭24的内周表面上。

通过将凸台部分27压配合到在由轴承单元30支撑的旋转轴31的顶端侧形成的安装部分32，将转子轭24可旋转地与旋转轴31一体安装，其中在凸台部分27处设有形成于平板部分24b的中央部分的通孔27a。

在具有上述构造的电机10中，当以预定的激励模式从位于电机10之外的驱动电路单元向定子19这一侧的线圈21供应驱动电流时，在产生于线圈21中产生的磁场和来自转子18这一侧的转子磁体26的磁场的影响下，转子18与旋转轴31一体旋转。通过转子18的旋转，包括多个风扇叶片25并安装到转子18上的风扇8也与转子18一体旋转。通过风扇8的旋转，在装置外的空气沿着图2和3中箭头D₁的方向通过形成于壳体6中的开口14被吸入，并流通到箭头D₂的方向中。当进一步在散热片11中流通时，空气通过穿透孔17被排到壳体6之外。由此，由生热元件12产生的热被散发到计算机主体3之外，于是计算机主体3的里面就被冷却了。

如图4和5所示，可旋转地支撑上述电机10的旋转轴31的轴承单元30装有：在其周旋方向上支撑旋转轴31的径向轴承33；空间形成构件35，沿止推方向支撑旋转轴31的一端的止推轴承34与其一体形成；和在其中容纳径向轴承33和空间形成构件35的壳体37。

径向轴承33被形成为由烧结金属制成的圆筒。径向轴承33与作为粘性流体填充在壳体37中的润滑油38一起构成流体动压轴承，并且在其中插入旋转轴31的径向轴承33的内周表面上形成动压产生槽39。

如图6所示，通过在径向轴承33的内周表面上形成一对V形槽39a在周旋方向上与连接槽39b相连，而分别构成动压产生槽39。动压产生槽39被分别形成，以使得该对V形槽39a的顶端侧可以朝向旋转轴31的旋转方向R₂。在本实施例中，将该对动压产生槽39形成为彼此平行地布置在呈圆筒形的径向轴承33的轴向上的上部位置和下部位置处。根据径向轴承33的尺寸、长度等来合适地选择在径向轴承33上形成的动压产生槽的数量和尺寸。另外，径向轴承33可以由铜、不锈钢或聚合物材料制成。

当被插入径向轴承33的旋转轴31沿图6中的箭头R₂的方向(旋转方向)绕中心轴CL(未示出)连续旋转时，填充在壳体37中的润滑油38就在动压产生槽39中流通，并且形成为流体动压轴承的径向轴承33就在旋转轴31的外周表面和径向轴承33的内周表面之间产生动压来支撑旋转轴31。此时所产生的动压极大地降低了旋转轴31和径向轴承33之间的摩擦系数，以实现旋转轴31的平滑旋转。

如图5所示，位于旋转轴31止推方向上的一端侧处的空间形成构件35被形成为包住旋转轴31的下部，即包住要被密封的端部。空间形成构件35例如由合成树脂制成。在空间形成构件35之内，润滑油38被填充在旋转轴31的轴承支撑部分31a的周边。

在空间形成构件35底表面的内表面侧的中央部分处，一体形成止推轴承34。止推轴承34可旋转地支撑在旋转轴31的止推方向的端部侧形成的轴承支撑部分31a。旋转轴31由径向轴承33支撑。空间形成构件35由与止推轴承34共用的树脂制成。止推轴承34被形成为枢轴承，其在一点处支撑旋转轴31的轴承支撑部分31a，轴承支撑部分31a被形成为弧形或锥形。

注意尽管空间形成构件35由树脂制成，但空间形成构件35也可由金属或树脂和金属的组合制成。空间形成构件35的材料并不受限。例如，作为用于空间形成构件的树脂材料，可以使用例如聚酰亚胺、聚酰胺和聚缩醛的含氟系列合成树脂，例如聚四氟乙烯(铁氟龙(注册商标))和尼龙的合成树脂，以及例如聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的合成树脂。

如图5所示，其中容纳径向轴承33和空间形成构件35的壳体37具有容纳和包住径向轴承33和空间形成构件35的形状，并且是通过用合成树脂整体成型而形成的构件。

如图5所示，壳体37由以下组成：圆筒形壳体主体42；构成壳体主体42的一个端侧部分的底部密封部分43，该端侧与壳体主体42一体形成来密封壳体主体42的一端侧；和上部密封部分44，其与壳体主体42一体形成来构成壳体主体42的另一端侧。在上部密封部分44的中央部分形成轴插孔45，由容纳在壳体37中的径向轴承33可旋转地支撑的旋转轴31通过该轴插孔45被插入。

在如上所述构造的壳体37中，以包住径向轴承33和空间形成构件35的方式用合成树脂材料注塑成型允许这样的结构，其中径向轴承33和空间形成构件35被一体布置在壳体主体42的内周侧。

构成壳体37的合成树脂材料并不特别受限，但理想的是使用增大对润滑油38的接触角的材料，接触角增大表明排斥填充在壳体37中的润滑油38。而且，优选地使用具有优异润滑性的合成树脂材料作为壳体37。例如，壳体37由聚甲醛(POM)制成，但可以使用例如聚酰亚胺、聚酰胺和聚缩醛的含氟系列合成树脂，以及例如聚四氟乙烯(铁氟龙(注册商标))和尼龙的合成树脂来形成。而且，可以使用例如聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的合成树脂。另外，壳体37可以由液晶聚合物制成，这样可以进行极其精确的成型。具体而言，在用液晶聚合物作为壳体37的情况下，壳体37保存润滑油并具有优异的抗磨损性。

在由位于壳体37中的径向轴承33以及与壳体37一体设置的止推轴承34可旋转地支撑的旋转轴31中，轴主体31b的由止推轴承34支撑的轴承支撑部分31a被形成为圆弧或锥状顶端，并且例如电机10的作为旋转体的转子18安装到其上的安装部分32被形成在旋转轴31的另一端侧上。这里注意轴主体31b和安装部分32被形成为具有相同的直径。

如图5所示，旋转轴31以这样的方式被壳体37所支撑，使得：在其一端侧的轴承支撑部分31a被止推轴承34支撑；轴主体31b的外周表面被径向轴承33支撑；并且位于另一端侧的安装部分32从形成在壳体主体42的上部密封部分44中的轴插孔45伸出。

而且，在旋转轴31中，在轴承支撑部分31a和轴主体31b之间形成用于防止轴滑出的槽部分31c。对应于用于防止轴滑出的槽部分31c，对空间形成构件35设置作为轴的防滑出构件的垫圈46。通过用于防止轴滑出的槽部分31c和垫圈46的啮合，改善了装配时的操纵。

作为防滑出构件的垫圈46由这样的材料制成，其具有比在用合成树脂一体成型壳体时加到垫圈46的温度更高的热变形温度。该材料例如是聚醚醚酮(PEEK)或聚酰亚胺(PI)。而且，确定垫圈46的尺寸，以使得能够形成空间形成构件35和垫圈46之间的间隙x1以及垫圈46和旋转轴31之间的间隙x2，来保持旋转轴31的旋转性能。

现在，轴插孔45被形成为具有比轴主体31b的外径稍大的内径，以使得插入轴插孔45的旋转轴31可以在不滑动接触轴插孔45的内周表面的情况下旋转。在此情况下，轴插孔45被形成为包括足以防止润滑油38从壳体37里面泄漏出来的间隔c的间隙47，其中润滑油38被填充在壳体37中轴插孔45的内周表面和轴主体31b的外周表面之间。上部密封部分44构成油密封部分，在该上部密封部分44中形成轴插孔45来形成间隙47，以防止填充在壳体37中轴插孔45和旋转轴31之间的润滑油38的泄漏。

因为与壳体37一体形成的上部密封部分44由例如聚酰亚胺、聚酰胺或尼龙的合成树脂制成，所以可以保证轴插孔45的内周表面对润滑油38的接触角为约60度。应用本发明的轴承单元30包括构成油密封部分的轴插孔45的内周表面，并且可以在不在上部密封部分44上涂覆任何表面活性剂涂的情况下增大润滑油38对上部密封部分44的接触角。因此，可以防止润滑油38在由旋转轴31的旋转所产生的离心力下通过轴插孔45移动到壳体37之外。

而且，在旋转轴31与轴插孔45的内周表面相对的外周表面上形成锥形部分48。锥形部分48倾斜以向着壳体37的外面增大在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47。锥形部分48在由旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面形成的间隙47中形成压力梯度。因此，产生了将壳体37中填充的润滑油38拉入壳体37里面的力。因为润滑油38在旋转轴31旋转时被拉入壳体37里面，所以润滑油38就可靠地遍及构成流体动压轴承的径向轴承33的动压产生槽39以产生动压。于是，实现了对旋转轴31的稳定支撑，并且可以防止填充在壳体37中的润滑油38的泄漏。

在应用本发明的轴承单元30中，遍及位于构成流体动压轴承的径向轴承33中的动压产生槽39并产生动压的润滑油38，被填充来从壳体37的里面朝向间隙47，该间隙47由形成于旋转轴31上的锥形部分48和轴插孔45的内周表面形成，如图5和7所示。也就是说，润滑油38被填充在壳体37的间隙中，并充满由烧结金属制成的径向轴承33。

现在，描述在形成于旋转轴31上的锥形部分48和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47。间隙47的最小间隔对应于在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隔c。优选地间隔c从20μm到200μm，更优选地是约100μm。如果间隔c小于20μm，那就难以在通过整体成型用合成树脂制造壳体37时保证轴承单元30的壳体37的成型精度。如果间隙47的间隔c大于200μm，那么轴承单元30的抗冲击性能就会降低。抗冲击性能指这样的性能，即当向轴承单元30加冲击时防止填充在壳体37中的润滑油38飞散到壳体37之外的性能。

用下式(1)来表示抗冲击性能G，其表明在冲击下防止填充在壳体37中的润滑油38飞散到壳体37之外的性能：

G＝(12γcosβ/2ρc²)/g    …(1)

其中γ表示润滑油的表面张力，β表示润滑油的接触角，ρ表示润滑油的密度，c表示旋转轴和轴插孔45之间的间隔，g表示自由落体加速度。

如式(1)所示，抗冲击性能G反比于间隙47的间隔c的平方。

而且，用下式(2)表示由热膨胀所引起的油面上升量h：

h＝VαΔt/2πRc            ...(2)

其中V表示润滑油的填充量，α表示热膨胀系数，Δt表示温度变化量，R表示轴的半径。

如式(2)所示，因为油面上升量h反比于间隔c的大小，所以通过使间隔c变窄来提高抗冲击性能G。但是，由温度升高所引起的润滑油38的油面高度h的上升变得陡峭，从而轴插孔45在轴向上的厚度必须变厚。

作为计算的结果，当在旋转轴31和轴插孔45之间形成的间隙47的间隔c为约100μm时，并且当轴插孔45的高度H1即壳体37的上部密封部分44的厚度为约1mm时，在包括轴直径从2mm到3mm的旋转轴31的轴承单元30中，轴承单元30的抗冲击性能为1000G或更大，并且轴承单元30的耐温性为80℃。因此，可以构造高可靠性的轴承单元30，其防止填充在壳体37中的润滑油38飞散。

而且，因为在应用本发明的轴承单元30中设置了倾斜的锥形部分48，以向着壳体37的外面增大在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47的间隔c，所以在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的间隔c中形成压力梯度，并且通过在旋转轴31旋转时所产生的离心力而产生了将壳体37中填充的润滑油38拉入壳体37里面的力。

也就是说，在应用本发明的轴承单元30中，在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47通过表面张力密封防止了润滑油38的飞散。

现在，描述表面张力密封。表面张力密封是一种利用流体的毛细现象的密封方法。可以如下得到液体通过如图8所示的毛细管的上升高度h1。

2πrγcosθ＝mg           ...(3)

其中m由下式(4)表示。

m＝πr²hρ                ...(4)

其中m表示管中范围h内的流体质量，r表示毛细管半径，γ表示粘性流体的表面张力，θ表示粘性流体的接触角，ρ表示粘性流体的密度，g表示重力加速度。

从式(3)和(4)导出下式(5)。

h＝2γcosθ/rρg          ...(5)

一般而言，由下式(6)来表示压力P和流体高度之间的关系。

P＝ρgh              ...(6)

这里，从式(5)和(6)可以如式(7)得到压力P。

P＝2γcosθ/r        ...(7)

在式(7)中，压力P指拉动流体的拉动压力。从式(7)可知，毛细管越细，拉动压力P越大。

上述描述涉及毛细管的横截面形状是圆形的情况。但是，在应用本发明的轴承单元30中，遍及旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的润滑油38，形为如图9所示的圆环形。润滑油38在此情况下作为液体的上升高度h1可以如下式(8)得到。

2π(R+r)γcosθ＝mg       ...(8)

其中m由下式(9)表示。

m＝π(R²-r²)hρ           ...(9)

从式(8)和(9)得到下式(10)。

h1＝(2γcosθ)/((R-r)ρg)    ...(10)

假定(R-r)是在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的间隔c，将式(10)修改成式(11)。

h＝(2γcosθ)/(cρg)    ...(11)

因此，在润滑油38的横截面的形状是圆环形的情况下，拉动压力由式(12)来表示。

P＝2γcosθ/c         ...(12)

现在，示出具体的计算例子。

假定在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的间隔c是0.02cm(0.2mm)，粘性流体的表面张力γ是30dyn/cm²，并且润滑油38的接触角θ是15°，那么由式(13)拉动压力是2.86×10^-3大气压。

P＝2×30×cos15°/0.05＝3.00dyn/cm²

 ＝2.86×10^-3(atm)       ...(13)

从式(12)，间隙47的间隔c越窄，拉动压力P就越大。因此，在旋转轴31上形成锥形部分48使得作为粘性流体的润滑油38可以被拉到间隙47的间隔c的变窄方向中，即被拉到壳体37的内侧方向中。

例如，如图10所示，在形成于旋转轴31上的锥形部分48的直径彼此不同的部分t1和t2处拉动压力P1和P2之间的关系由式(12)是P1＞P2，因为在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间在t1部分处的间隔c1，与在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间在t2部分处的间隔c2之间的关系是c1＜c2。因此，可以知道当在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的间隔c更窄时，将润滑油38拉入壳体37内的拉动压力P增大。

通过这样形成锥形部分48，在位于旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47中的润滑油38中产生压力梯度，其中通过该锥形部分48，在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的、并构成用于防止填充在壳体37中的润滑油38泄漏到壳体37之外的密封部分的间隙47的间隔c，向着壳体37的里面变得越来越小。也就是说，对润滑油38的压力梯度向着壳体37的里面增加，此时间隙47的间隔c变得越来越小。通过在润滑油38中产生压力梯度，向着壳体37的里面拉入润滑油38的压力P总是对润滑油38起作用。因此，即使在旋转轴31旋转的情况下，空气也不会进入存在于间隙47中的润滑油38。

在未形成上述锥形部分48的情况下，即在如图11所示旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的间隔c在轴插孔45的高度方向上不变的情况下，在遍及旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的润滑油38中不产生压力梯度。因此，润滑油38一致地存在于间隙47中。也就是说，通过使旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间的间隔c变窄，遍及间隙47并作为密封部分的润滑油38在旋转轴31旋转时有时会在间隙47中移动而让空气E进入。如果空气E如上所述地进入润滑油38，空气由于温度变化、大气压变化等而膨胀，并且膨胀的空气将润滑油38从构成密封部分的间隙47飞散到壳体37之外。

相反，像应用本发明的轴承单元30一样，通过形成锥形部分48，在遍及间隙47中的润滑油38中产生使得压力越向壳体37里面就越大的压力梯度，其中在该锥形部分48处，在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47的间隔c向着壳体37的里面变得越来越小。因此，可以防止在旋转轴31旋转时空气E进入润滑油38。

而且，形成如上所述的锥形部分48不仅可以防止在旋转轴31对形成于壳体37中的轴插孔45偏心时，遍及旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的润滑油38飞散到壳体37之外，而且可以使润滑油38遍及旋转轴31的整个周缘，并且可以防止在旋转轴31的周缘中润滑油38的耗尽以确保旋转轴31的稳定旋转。

在未形成上述锥形部分48的情况下，当旋转轴31相对于壳体37中设置的轴插孔45倾斜时，润滑油38集中到旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间的间隔c的较窄部分，并且润滑油38被切断而在间隔c相对侧的较宽部分处进入了空气E，如图12所示。当空气E进入润滑油38时，空气E由于温度变化、大气压变化等而膨胀，并且使润滑油38从构成密封部分的间隙47飞散到壳体37之外。

相反，像应用本发明的轴承单元30一样通过在旋转轴31上形成锥形部分48，即使当旋转轴31相对于形成于壳体37中的轴插孔45倾斜时，在倾斜的旋转轴31沿其旋转的椭圆轨道上总存在相同间隔c的间隙47，如图13所示，并且如图14所示，在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47在椭圆轨道上的间隔c在旋转轴31的整个周缘上是不变的。因此，不会出现润滑油38集中到间隔c的较窄侧的现象，从而变得可以防止润滑油38从间隙47排出，并最终防止润滑油38从壳体37排出。

虽然在上述轴承单元30中在旋转轴31侧形成锥形部分48，但是如图15所示，锥形部分48可以形成在壳体37侧的轴插孔45的内周表面上。

描述用于制造如上构造并应用本发明的轴承单元30的过程。

为制造应用本发明的轴承单元30，空间形成构件35被安装到径向轴承33外的一端侧，以暂时装配空间形成构件35和径向轴承33。在暂时装配空间形成构件35和径向轴承33的时候，将作为旋转轴31的防止轴滑出装置的垫圈46安装到旋转轴31，如图16所示。接着，将空间形成构件35安装到作为流体动压轴承的径向轴承33。

接着，将已暂时装配好的径向轴承33和空间形成构件35安装到模具。如图17所示，在其外周用上述合成树脂中的任一种对暂时装配好的径向轴承33和空间形成构件35进行注塑成型以形成壳体37。此时，径向轴承33和空间形成构件35在壳体37内成为一体，并由上部密封部分44和底部密封部分43夹住而被固定，上部密封部分44和底部密封部分43一体形成在圆筒形壳体主体42的上部位置和下部位置处，用于在进行对壳体37的注塑成型时固定径向轴承33和空间形成构件35的安装位置。

在此情况下，由于空间形成构件35的拦截，在壳体37注塑成型时合成树脂就不会流入空间形成构件35和径向轴承33之间的空间。

在壳体37由聚甲醛(POM)制成的情况下，在壳体37注塑成型时模具温度为60到100℃，树脂温度为200℃。在成型时产生的热通过径向轴承33和空间形成构件35传导到垫圈46，垫圈46的温度变成约120℃。由此，因为垫圈46由这样的材料制成，其具有比成型温度加到垫圈46的温度120℃更高的热变形温度，即聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)等，所以垫圈46不会热变形。

接着，如图18所示，旋转轴31被插入形成于上部密封部分44中的轴插孔45，以将旋转轴31插入壳体37中。此时，在轴承支撑部分31a紧靠止推轴承34的情况下，旋转轴31被插入径向轴承33以插入壳体37。由止推轴承34和径向轴承33支撑的旋转轴31被可旋转地支撑在壳体37中。当旋转轴31被插入壳体37中时，设于空间形成构件35中的垫圈46被推到轴承支撑部分31a而沿止推方向弯曲，由此垫圈使得轴承支撑部分31a被插入。当轴承支撑部分31a已被插入垫圈46中并且用于防止轴滑出的槽部分31c已位于垫圈46之内时，旋转轴31就被安装到壳体37之内了。此时，消除垫圈46的弯曲，并且垫圈46变成其正常的形状。垫圈46作为防滑出构件，用于防止旋转轴31滑出壳体里面。而且，因为垫圈46在上述注塑成型时不热变形，所以旋转轴31在被插入时可以以合适的状态被装配。

当旋转轴31已被插入壳体37中时，润滑油38被填充到壳体37中。通过将其中插入了旋转轴31的壳体37投入含有润滑油的未示出的填充室，来进行润滑油38的填充。接着，壳体被投入其中的填充室被真空装置吸成真空。之后，通过将已被吸成真空的填充室取出到空气中，壳体37就填充了润滑油38。

此时，润滑油38被填充，以使得当润滑油38由于温度变化而膨胀时润滑油38不会从轴插孔45里面泄漏到壳体37之外，或者使得当润滑油38由于温度变化而收缩时不会出现填充到在旋转轴31和轴插孔45之间所形成的间隙47中的润滑油38的短缺。也就是说，润滑油38由于温度变化的油面高度的变化被设定在轴插孔45之内的范围内。

通过使用真空装置的吸真空来将润滑油38填充到壳体37中，壳体37内的压力处于低于壳体37之外的状态。结果，可以容易地防止润滑油38从壳体37泄漏。

因为在应用本发明的轴承单元30中径向轴承33由烧结金属制成，所以润滑油38被填充在径向轴承33中，并且润滑油38还被填充在由于旋转轴31的旋转而产生动压的动压产生槽39中。也就是说，润滑油38被填充在壳体37的所有间隙中。

虽然上述轴承单元将壳体形成为由合成树脂制成的成型体，但是轴承单元的材料并不限于合成树脂。其中混有能够用模具组件成型的金属材料的合成树脂或者其他成型材料可以被用来形成轴承单元。另外，有一种情况，即当壳体由除合成树脂之外的材料制成时，填充在壳体中的润滑油相对于轴插孔的内周表面的接触角无法被充分维持。在润滑油的接触角可能无法维持较大的这样一种情况下，可以通过在轴插孔的内周表面上，或者在包括轴插孔的内周表面在内的上部密封部分的外周表面上涂覆表面活性剂涂，来增大接触角。

因为在如上所述构造的轴承单元30中，防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在壳体成型时加到该防滑出构件上的温度更高的热变形温度，所以可以防止防滑出构件热变形。因此，轴承单元30可以防止防滑出构件由于防滑出构件的热变形而与旋转轴接触，并且可以得到好的旋转性能。而且，轴承单元30可以防止这样的缺陷的产生，即不可能在合适的状态下将热变形的防滑出构件和要在壳体成型之后插入的轴装配起来。如上所述，当壳体通过注塑成型来一体形成时，轴承单元30可以通过注塑成型来维持好的润滑性能而不会渗出润滑油。而且，因为防止了防滑出构件由注塑成型所引起的热变形，所以可以得到好的旋转性。

Claims (4)

1.一种轴承单元，包括：

轴；

径向轴承，用于在所述轴的周旋方向上支撑所述轴；

止推轴承，在所述轴的止推方向上支撑所述轴的一端；

由合成树脂的成型体制成的壳体，在所述壳体内设置有所述径向轴承和所述止推轴承，所述壳体具有除轴插孔外都密封的构造，所述轴通过所述轴插孔而被插入；

被设置在所述径向轴承的设有所述止推轴承的端部这一侧的防滑出构件，所述防滑出构件用于防止所述轴从所述径向轴承中滑出；和

填充在所述壳体中的粘性流体，其中：

所述防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在所述壳体成型时加到所述防滑出构件上的温度更高的热变形温度。

2.如权利要求1所述的轴承单元，其中：

所述壳体由聚甲醛构成，并且

所述防滑出构件由聚醚醚酮或聚酰亚胺构成。

3.一种装有相对于定子可旋转地支撑转子的轴承单元的电机，其中所述轴承单元包括：

轴；

径向轴承，用于在所述轴的周旋方向上支撑所述轴；

止推轴承，在所述轴的止推方向上支撑所述轴的一端；

由合成树脂的成型体制成的壳体，在所述壳体内设置有所述径向轴承和所述止推轴承，所述壳体具有除轴插孔外都密封的构造，所述轴通过所述轴插孔而被插入；

被设置在所述径向轴承的设有所述止推轴承的端部这一侧的防滑出构件，所述防滑出构件用于防止所述轴从所述径向轴承中滑出；和

填充在所述壳体中的粘性流体，其中：

所述防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在所述壳体成型时加到所述防滑出构件上的温度更高的热变形温度。

4.一种装有一个或多个电机的电子设备，所述电机具有相对于定子可旋转地支撑转子的轴承单元，其中所述轴承单元包括：

轴；

径向轴承，用于在所述轴的周旋方向上支撑所述轴；

止推轴承，在所述轴的止推方向上支撑所述轴的一端；

由合成树脂的成型体制成的壳体，在所述壳体内设置有所述径向轴承和所述止推轴承，所述壳体具有除轴插孔外都密封的构造，所述轴通过所述轴插孔而被插入；

被设置在所述径向轴承的设有所述止推轴承的端部这一侧的防滑出构件，所述防滑出构件用于防止所述轴从所述径向轴承中滑出；和

填充在所述壳体中的粘性流体，其中：

所述防滑出构件由这样的材料制成，所述材料具有比在所述壳体成型时加到所述防滑出构件上的温度更高的热变形温度。

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