CN1711429A

CN1711429A - 液体动压轴承装置

Info

Publication number: CN1711429A
Application number: CNA2003801032654A
Authority: CN
Inventors: 林达也; 楠清尚
Original assignee: NTN Corp; Nidec Corp
Current assignee: NTN Corp; Nidec Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: US7946770B2; AU2003271137A1; CN100360818C; KR20050083798A; WO2004038240A1; JP2004144205A; US20060098907A1; KR100955664B1; JP4245897B2

Abstract

本发明提出了一种低成本、轴承性能优良且耐磨寿命长的液体动压轴承装置。该液体动压轴承装置的止推轴承部分具有第二止推面。在第二止推面上，至少在其一部分上径向形成具有多个液体动压产生槽的液体动压产生槽区。润滑油的液体动压作用增加了轴向部件凸缘部分一端和第二止推面之间止推轴承间隙中的压力，以非接触方式轴向支承轴向部件。第二止推面的液体动压产生槽区通过压力加工形成。液体动压产生槽区表面的内外脊之间的高度差，即内周脊高度减去外周脊高度，控制为0或2μm或者在这两个数值之间。

Description

液体动压轴承装置

技术领域

本发明涉及一种液体动压轴承装置。该液体动压轴承装置适宜用在供信息技术设备使用的马达中，包括在磁盘装置例如HDD和FDD、光盘装置例如CD-ROM和DVD-ROM以及磁性光盘装置例如MD和MO中使用的主轴马达和在激光打印机(LBP)中使用的多边形扫描马达，该液体动压轴承装置还适宜用在供电子设备例如轴扇使用的小型马达中。

背景技术

如上所述的各类马达要求高精确度、高速和低噪音旋转以及低成本制造。支承马达主轴的轴承是决定马达所需性能的因素之一。为了获得马达的高性能，近几年在实际应用中已经在开发使用或已经使用了液体动压轴承装置。

已公布的公开号为2002-61641的日本早期公开专利申请披露了一例液体动压轴承装置。该液体动压轴承装置包括带有底部的筒形壳体、安装在壳体内周的轴承部件、插入该轴承部件内周面的轴向部件，以及以非接触方式旋转支承轴向部件的径向轴承部分和止推轴承部分。此非接触方式是藉由轴向部件和轴承座套之间相对旋转所产生的液体动压作用。

在止推轴承部分中，油的液体动压在止推轴承部分的间隙中、在彼此相对的凸缘部分一端面和壳体底面之间，以及在彼此相对的该凸缘部分其他端面和轴承座套端面之间产生压力，从而以非接触方式轴向支承轴向部件。

在上述的止推轴承部分中，必须在与止推轴承部分间隙(或者是凸缘部分的端面、壳体的底面，或者是轴承座套的端面)相对的任何面上形成用来产生液体动压的槽(即液体动压产生槽)。例如，举一个在壳体底面形成液体动压产生槽的实例，该液体动压产生槽可以直接形成在壳体的底面内侧，而该壳体的形状为筒体且与底部一体形成。另外液体动压产生槽还可以形成在与壳体不同的主体上的止推板端面上。在该例中，止推板装在壳体的一个端口，形成该壳体的底面。

采用蚀刻或电解加工使得在止推板端面形成高精度的液体动压产生槽成为可能。但是，蚀刻或电解加工的成本太高。所以，考虑通过压力加工形成液体动压产生槽。然而，如图9A所示，当用冲压模32冲压薄的物体31例如止推板时，被冲压出的物体31’往往会形成凸板且朝向冲压模侧的方向弯曲凸起，如图9B所示。

从而被冲压面的平整度变差，而且槽的深度也变得不均匀。使用非平面止推板往往会导致轴承性能因缺少必需的液体动压而降低，并且由于和轴向部件频繁接触而缩短耐磨寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种以低成本在其止推轴承部分上形成高精度液体动压产生槽的耐磨寿命长的液体动压轴承装置。

为了达到上述目的，本发明的液体动压轴承装置包括具有第一止推面和与该第一止推面轴向相对的第二止推面的轴向部件，在该轴向部件中，液体动压形成槽区形成在该第一止推面和第二止推面的其中一个面上。液体动压产生槽区有多个液体动压产生槽。流体的液体动压作用产生压力在第一止推面和第二止推面之间的止推轴承间隙中从而以非接触方式轴向支承轴向部件。在这个构造中，液体动压产生槽区通过压力加工形成，液体动压槽区表面的内周脊高度减去其外周脊高度得到的高度差在0-+2μm之间或等于0或+2μm。

根据本发明，由于面向止推轴承间隙的液体动压产生槽区通过压力加工形成，因此低成本模制液体动压产生槽成为可能。液体动压产生槽区的内外径向部分的高度差被调节如上，所以具有低周速的内径向部分在启动和停止马达等时与轴向部件发生接触。因此，可以防止轴向部件和液体动压产生槽区之间接触部分的磨损，从而增加轴承装置的耐磨寿命成为可能。为了形成液体动压产生槽区的高度差，被冲压的材料具有其与液体动压产生槽区相对应的部位向径向内侧锥形倾斜的结构。

在与轴向垂直的方向形成第一和第二止推面。在轴向部件具有凸缘部分的情况下，第一止推面可以形成在面向第二止推面的凸缘部分的端面上。第一止推面也可以形成在条形轴向部件的端面上。

即使液体动压产生槽区通过高精度压力加工模压制成，液体动压产生槽区P的糙面仍难以满足上述对高度差的要求。但是，如果液体动压产生槽区的表面糙度不大于0.6Ra，就可能满足上述要求。“Ra”是指由日本工业标准(JIS B0601)规定的中心线平均糙度。

液体动压产生槽区的至少一个脊需要进行抛光工艺来达到≤0.6Ra的表面糙度。液体动压产生槽区的“脊”是指相邻的液体动压产生槽之间的凸出部分。最好是采用去除精微凸起的工艺方法，例如磨光(lapping)、化学抛光(chemical polishing)以及其他类似抛光工艺。另外，液体动压产生槽区可以在进行第一次冲压后再次冲压(冲压两次)来作为抛光工艺从而获得近似的表面糙度。

液体动压轴承装置可以进一步包括壳体，该壳体有一个开口端以及用止推板密封的另一端。在本实施例中，液体动压产生槽区可以形成在该止推板的端面上。如果提供的轴向部件带有凸缘部分，液体动压产生槽区可以形成在凸缘部分的第一止推面上。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的液体动压轴承装置的剖面图。

图2是第二止推面的平面图(止推板的上端面)。

图3是本发明的第二止推面(止推板的上端面)的放大剖面图。

图4是表示用于模制第二止推面的冲压装置的基本结构的剖面图。

图5是表示冲压前止推板材料形状的剖面图。

图6是普通液体动压轴承装置的止推轴承间隙相关变化的测量结果图表。

图7是本发明液体动压轴承装置的止推轴承间隙的相关变化的测量结果图表。

图8是本发明另一实施例的剖面图。

图9A和9B分别是压力加工前后的薄材的剖面图。

具体实施方式

下面将对本发明的实施例作出说明。

图1所示为本发明的液体动压轴承装置1。该液体动压轴承装置1包括带一个底部、一端有一开口7a的筒形壳体7、固定在壳体7内周面的筒形轴承座套8、轴向部件2以及与壳体7的开口7a紧固在一起的密封部件10。为方便起见，在下文中，止推轴承部分T的一侧指的是下侧，而与止推轴承部分T相对的一侧指的是上侧。

带底部的筒形壳体7具有侧部7b和底部7c。在本实施例中，底部7c由一块薄盘形止推板制成，该止推板厚度基本相同，是与侧部7b不同的部件。止推板7c与侧部7b的下侧面开口粘合或压合在一起或同时粘合并压合在一起，从而形成一端密封的壳体7。

作为止推轴承部分T的止推轴承面之一的环形区P(液体动压产生槽区)形成在止推板7c的上表面7c1(第二止推面)。在该区P中，如图2所示，多个液体动压产生槽P1和液体动压产生槽P1之间的凸出部分——脊P2为旋转形。液体动压产生槽区P通过下述的压力加工形成。为了改善液体动压产生槽P的加工性，止推板7c最好由屈服应力低的软金属制成，例如铜合金(黄铜、炮铜、铅青铜、磷青铜等)或者铝合金(由JIS规定的A2至7类型)。液体动压产生槽能够制成任何形状，例如人字形。环形液体动压产生槽区P一般径向形成于上表面7c1的一部分。液体动压产生槽区P可以在与图2所示不同的部位形成(例如，比图2所示部位更靠内的径向侧)。

由金属例如不锈钢(例如JIS规定的SUS420J2)等制成的轴向部件2具有轴向部分2a和凸缘部分2b，该凸缘部分2b与该轴向部分2a下端一体形成或与该轴向部分2a分别形成。凸缘部分2b的上端面2b1通过止推轴承间隙与轴承座套8的下端面8c相对。凸缘部分2b的下端面2b2(第一止推面)通过止推轴承间隙与止推板7c的上端面7c1(第二止推面)相对。

筒形轴承座套8由多孔材料制成，例如为主要由铜构成的烧结金属中充满润滑油或润滑油脂的油浸烧结金属(oil-impregnated sinteredmetal)。轴承座套8的内周面8a上，分别轴向提供了第一和第二径向轴承部分R1和R2的第一和第二径向轴承面。例如，呈人字形的液体动压产生槽形成在第一和第二径向轴承面的每一面上。液体动压产生槽的形状可以是螺旋形、轴向延伸的窄槽等。液体动压产生槽可以形成在轴向部件2的轴向部分2a外周面上，该外周面通过径向轴承间隙与轴承座套8内周面8a相对。轴承座套8可以由非多孔材料的软金属例如黄铜、铜合金等制成。

轴承座套8的下端面8c上，止推轴承部分T的其他止推轴承面(液体动压产生槽区)形成环形。螺旋形的液体动压产生槽(图中未示)形成于液体动压产生槽区中。液体动压产生槽可以形成任何形状，例如人字形。

如图1所示，环形密封部件10通过压合或粘合等方式固定于壳体7的开口7a的内周面。在本实施例中，密封部件10的内周面10a形成筒形。密封部件10的下端面和轴承座套8的上端面8b接触。

轴向部件2的轴向部分2a插入轴承座套8的内周面8a。凸缘部分2b被容置在轴承座套8的下端面8c和止推板7c的上端面7c1之间的空间内。由于轴向部分2a的锥形面2a1通过预设的间隙与密封部件10的内周面10a相对，因此在这两个面中间形成了朝壳体7外部逐渐扩大的锥形密封空间S(在图1中为向上方向)。当轴向部件2旋转时，轴向部分2a的锥形面2a1起到所谓离心密封的作用。被密封部件10密封的壳体7内部(包括轴承座套8内的孔)充满润滑剂(润滑油)，润滑剂的油面位于密封空间S中。密封空间S可以是轴向等半径的筒形而非锥形。

当轴向部件2与壳体7相对旋转时(在本实施例中轴向部件2旋转时)，润滑油的液体动压作用增加了径向轴承间隙的压力。径向轴承间隙的上部和下部形成的油膜以非接触方式径向旋转支承轴向部件2的轴向部分2a。从而，第一和第二径向轴承部分R1和R2以非接触方式径向旋转支承轴向部件2。同时，由于润滑油的液体动压作用增加了两个上部和下部的止推轴承间隙的压力，因此止推轴承间隙中形成的油膜以非接触方式在任一轴向旋转支承轴向部件2的凸缘部分2b。从而，止推轴承部分T以非接触方式轴向旋转支承轴向部件2。

液体动压产生槽区P通过压力加工所引起的塑性变形而形成于止推板7c的上端面7c1，换句话说，是通过冲模25的上、下冲头21和23冲压设置于该冲模25上的止推板7c的材料7c’。冲头21和23的其中一个，例如，上冲头21配置与液体动压产生槽区P对应的冲模23。材料7c’外径限定在冲模25内周中，并将冲模23向材料7c’的方向冲压，液体动压产生槽区P通过塑性变形而形成于材料7c’的端面上。

如上所述，根据本发明，止推板7c由屈服应力低的软材料7c’制成，这样即使压力加工的压力低，液体动压产生槽仍然能以高精度形成。

如图3所示，止推板7c的液体动压产生槽区P构造中，其表面内外脊高度差，即内脊高度减去外脊高度，等于0或+2μm或在这两个数值之间。当高度差为0时，液体动压产生槽区P表面是与径向成直角的平面。当高度差大于0时，液体动压产生槽区P表面向外径侧倾斜。图3中该表面呈线性倾斜，但也可以是呈曲线倾斜。附带提一句，为易于理解的目的，图3中液体动压产生槽区P表面的倾斜度有所夸大。

如上所述，由于液体动压产生槽区P表面是平面或向其外径侧倾斜，因此液体动压产生槽区P的整个表面或内周部分正好在马达启动后或停止前与凸缘部分2b的下端面2b2发生接触。所以液体动压产生槽区P仅仅靠其具有高周速的外周部分不会发生接触，就有可能防止凸缘部分2b和止推板7c因在马达起动后或停止前的瞬间发生接触所引起的不对称磨损。所以轴承的使用寿命增加。

当高度差是小于0的负数时，液体动压产生槽区P表面向其内径侧倾斜。因而如上所述，存在液体动压产生槽区P通过其具有高周速的外周部分与凸缘部分2b接触的问题。当高度差大于2μm时，相反会存在接触部位加速磨损的问题。

参照图5，止推板7c由材料7c’制成，材料7c’上与液体动压产生槽区P对应的区域Q向下逐渐锥形倾斜，所以其内径侧高度比外径侧高度低H2。如图4所示，冲压装置冲压材料7c’便模制成止推板7c。如图9A和9B所示，冲压导致材料7c’弯曲。但由于因冲压引起的变形消除了区域Q的锥度，因此经冲压后有可能把止推板7c模制成其液体动压产生槽区P的高度差处于预设范围内(0≤H1≤2μm)的结构。

如果止推板7c的液体动压产生槽区P的表面粗糙，即使如图4所示通过冲压以高精度模制成止推板7c时仍难以满足公式H1≤2μm。因此，最好是使液体动压产生槽区P表面的糙度尽可能平滑。基于上述情况，液体动压产生槽区P的表面糙度(特别是脊P2的表面糙度)最好在0-0.6Ra的范围之间。冲压后，液体动压产生槽区P的脊P2(或者是液体动压产生槽P1和脊P2二者)需要进行抛光工艺以获得目标表面糙度。考虑到工艺成本，最好采用磨光、化学抛光、再冲压(冲压两次)等抛光工艺。

图6和图7分别为对带采取了上述措施的本发明的带止推板7c的轴承装置和带未采取上述措施的模压止推板的普通轴承装置分别进行反复启动和停止后所显示出的止推轴承间隙相应变化的图表。图6和图7中，横轴代表测试(循环)数量，纵轴代表磨损量(μm)。从图6和7显然可知，与普通的轴承装置相比，本发明的轴承装置的磨损量大幅减少，因此该轴承装置的耐磨寿命显著增加。

上述实施例中，液体动压产生槽区P形成在未与壳体7一体的止推板7c上。然而本发明也适用于止推板与壳体7一体的情况。换句话说，壳体7可以制成带底部的筒形，然后可以通过压力加工在底部表面的内表面上形成液体动压产生槽区P。

参照图8，液体动压产生槽区P可以通过以上述同样的方式冲压凸缘部分2b材料，而形成在凸缘部分2b的端面2b1和2b2中的一个或两个面上。(图8中液体动压产生槽区P形成在两个端面上。)本构造特别适用于轴向部件2的轴向部分2a和凸缘部分2b间具有不同结构的情况。

图8所示的实施例中，止推部件11将轴承套座8的一个端口密封住，并且止推部件11上端面起着第二止推面7c1’的作用，该第二止推面7c1’与凸缘部分2b下端面相对。然而，如图1所示的实施例，第二止推面7c1可以形成在组成壳体7底面的止推板7c的上端面中。

在上述实施例中，具有液体动压产生槽的液体动压轴承被用作径向轴承部分R1和R2。但是不同的轴承也都可用作径向轴承部分R1和R2，只要径向轴承间隙中形成的润滑油油膜以非接触方式径向支承轴向部件2。例如径向轴承面可以是不含有液体动压产生槽、剖面为闭合环的形状(闭合环轴承)。

根据本发明，有可能通过压力加工以高精度模制成止推轴承部分上的液体动压产生槽区，因此有可能提供低成本、轴承性能优良且耐磨寿命长的液体动压轴承装置。

Claims

1.一种液体动压轴承装置，包括：

具有第一止推面的轴向部件；以及

与轴向部件的第一止推面轴向相对的第二止推面，形成在第一止推面和第二止推面的其中一个面上的液体动压产生槽区，该液体动压产生槽区具有多个液体动压产生槽，流体液体动压作用产生压力在第一止推面和第二止推面之间的止推轴承间隙中从而以非接触方式轴向支承轴向部件，

其特征是上述液体动压产生槽区通过压力加工形成，该液体动压产生槽区的内周脊高度减去外周脊高度获得的高度差等于0或+2μm或在这两个数值之间。

2.根据权利要求1所述的液体动压轴承装置，其特征是轴向部件带有凸缘部分，并且第一止推面在与第二止推面相对的凸缘部分的端面上。

3.根据权利要求1所述的液体动压轴承装置，其特征是液体动压产生槽区的表面糙度小于或等于0.6Ra。

4.根据权利要求3所述的液体动压轴承装置，其特征是液体动压产生槽区的至少一个脊进行抛光工艺。

5.根据权利要求1所述的液体动压轴承装置，其特征是液体动压产生槽区通过冲压材料形成，该材料具有其对应液体动压产生槽区的部位向径向内侧呈锥形倾斜的结构。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的液体动压轴承装置，其特征是进一步包括壳体，壳体一端带有开口，壳体另一端被止推板密封，液体动压产生槽区形成在止推板的端面上。

7.根据权利要求2所述的液体动压轴承装置，其特征是液体动压产生槽区形成在凸缘部分的第一止推面上。