CN1807908A - 流体润滑轴承装置 - Google Patents

Abstract

利用成型模具(11)注塑树脂外壳(7)。此外，在注塑外壳(7)的同时，利用树脂在注塑时的缩痕在外壳的内周面(7e)上形成凹形的粘合剂储存腔(10)。因此，可以避免粘合剂溢出，同时也避免因过量粘合剂的溢出所导致的不利影响。还可以避免外壳模塑精度下降，并且能通过省略加工步骤、降低成本。

Description

流体润滑轴承装置

技术领域

本发明涉及一种流体润滑轴承装置，其通过轴承间隙处的流体润滑膜支撑转动件。

背景技术

近些年，此类的流体润滑轴承装置被用作信息设备(例如，诸如HDD等磁盘装置，诸如CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盘装置，诸如MD及MO等磁光盘装置)的主轴电动机，激光束印刷机(LBP)的多边形扫描器电动机，以及用于其它装置的小型电动机；所利用的是这类流体润滑轴承装置的出色的旋转准确性、高转速、无声以及其他性能。

例如，在磁盘驱动器单元(例如硬盘驱动器)的主轴电动机所集成的流体润滑轴承装置内，沿径向支撑轴件的向心轴承部以及沿推力方向支撑轴件的止推轴承部有时均由流体动力轴承组成。此类流体润滑轴承装置中的径向轴承部的己知实例包括：在轴承套筒的内周面和与之相对的轴件的外周面之一上形成作为流体动压力产生部的流体动压力沟槽，并且在上述两个表面之间形成径向轴承间隙处(例如，可参照日本未审定专利公开文本JP2003-239951)。

构成上述轴承的轴承套筒固定在外壳内周面的预定位置处。将轴承套筒固定在外壳内周面的常用手段是利用粘合剂粘合。这种手段的步骤包括：例如，预先向外壳的内周面施加粘合剂，向外壳的内周面插入轴承套筒，将轴承套筒定位在预定位置处，随后固化该粘合剂。

此时，如果施加了过量的粘合剂，当轴承套筒插入外壳的内周面之后正移向预定位置时，多余的粘合剂可能沿移动方向由轴承套筒的前部溢出，这可能对轴承套筒的定位及轴承性能产生不利的影响。为了防止粘合剂溢出，有时在外壳的内周面设置凹形的粘合剂储存腔(例如，可参照日本未审定专利公开文本JP200-176816)。

发明概述

与此同时，信息设备的低成本趋势对降低流体润滑轴承装置的成本的要求越来越高。为了满足这种要求，已有人考虑提供树脂结构部件构成流体润滑轴承装置，例如，提供树脂外壳。在这种情况下，可以预先在用于注塑外壳的成型模具上设置形状与凹形粘合剂储存腔相对应的成型表面，由此在注塑外壳的同时，在外壳内周面上形成该粘合剂储存腔。或者，对应外壳内周面的成型表面也可为平面，然后在使用具有该平面的成型模具注塑外壳后，对外壳内周面进行诸如切削的机械加工，由此形成粘合剂储存腔。

然而，在前一方法中，具有对应外壳内周面的成型表面的成型模具(例如，模销)需要部分地增大直径，也就是说，需要增大与粘合剂储存腔相对应的那部分的直径。因此，在模塑后需要强制从外壳的内部移除模销，这可能对外壳的模塑精度产生不利的影响。此外，在后一方法中，切削会不可避免地产生切削粉末。因此该方法需要额外的清理步骤，这可能导致成本增加。

本发明的目的之一是防止粘合剂溢出，由此避免因过量的粘合剂的溢出所产生的不利影响。

本发明的另一目的是防止外壳模塑精度下降，并且能通过省略加工步骤来降低成本。

为了实现上述目的，根据本发明的流体润滑轴承装置包括：外壳；粘结到外壳内周面上的轴承套筒；插入轴承套筒内的轴件；通过径向轴承间隙处的流体润滑膜以非接触方式沿径向支承轴件的径向轴承部，该外壳通过注塑树脂而被制成并且在其内周面具有凹形的粘合剂储存腔，该粘合剂储存腔是在模塑过程中通过树脂的缩痕而被形成的。

通常在注塑树脂时，设置用于向成型模具的型腔内注入熔融树脂的浇口，熔融树脂通过该浇口注入型腔。当型腔中的熔融树脂冷却并固化后，打开成型模具以取出模制工件(外壳)。此时，由于模具的表面部分和内部在冷却和固化时的收缩率不同，因此模制工件的一部分在模塑时会收缩，有时会在模制工件的表面上形成凹痕，所述凹痕被称作缩痕。凹痕(缩痕)的形成位置及尺寸因模制工件的形状、材料以及模塑条件(模塑温度、注入速度等)的不同而不同。

本发明重点集中在缩痕，其在上述模塑过程中形成在外壳的内周面上，本发明的特点在于，在注塑时由缩痕形成凹形的粘合剂储存腔。通过在外壳的内周面上形成凹形的粘合剂储存腔，将过量的粘合剂捕获在粘合剂储存腔中，从而可以防止粘合剂沿轴承套筒的移动方向朝其前方溢出。不仅如此，在注塑时通过树脂的缩痕形成粘合剂储存腔，这样可以不必在用于模塑外壳的模销的外周面上设置其形状与粘合剂储存腔相对应的凸起。因此，可以避免因用力去除模制工件而导致的对模塑精度的不利影响。此外，由于粘合剂储存腔可以在注塑外壳的同时被形成，因此无需在模塑后切削外壳内周面上与粘合剂储存腔相对应的那部分。这种情况下，可以省略去除切削粉末的清理步骤。

由于粘合剂储存腔是由树脂注塑时的缩痕所形成的，因此，该储存腔的外形沿轴向与邻近的外壳内周面平滑相接，其轴向两端的直径沿彼此远离的方向逐渐减小。因此，当轴承套筒插入外壳之内时，在粘合剂储存腔的两个轴向端部形成了轴向尺寸沿彼此远离的方向逐渐减小的空间。这些空间通过每个空间的毛细作用力将储存在粘合剂储存腔内两轴向端部空间内的粘合剂吸入初始固定位置(在外壳的内周面和轴承套筒的外周面之间的粘合剂填入间隙)。这使得合适量的粘合剂均匀填入粘合间隙，由此在两个部件之间获得了足够的固定力。

优选以这种方式设置上述粘合剂储存腔：即使其最深部分偏离形成有径向轴承部分的轴向位置。用于粘结固定轴承套筒的粘合剂可以在使用轴承的同时响应温度变化而膨胀或收缩。粘合剂储存腔中粘合剂储存量大于其他部分的那部分中，响应上述温度变化的体积变化也就更大。因此，如果粘合剂储存腔设置成交叠所形成的径向轴承部分的轴向位置，则轴承套筒的内周面中朝向径向轴承间隙的区域受上述粘合剂体积变化的影响而沿径向移动，这可能对径向轴承的性能产生不利影响。在本发明中，可以通过至少将形成粘合剂储存腔的轴向位置的最深部分移离所形成的径向轴承部的轴向位置，来避免发生上述情况。

如果在轴向分隔开的多个位置处形成径向轴承部，则优选在与轴向相邻的径向轴承部之间的区域对应的位置处设置粘合剂储存腔。

在上述构造中，径向轴承部可以是设有形状为诸如人字形或螺旋形等轴向倾斜形状的流体动压力沟槽的流体动力轴承，也可以是具有多个沿周向以预定间隔设置的形状为轴向沟槽的流体动压力沟槽的流体动力轴承，或者是其径向轴承表面由多瓣表面构成的流体动力轴承(多瓣轴承)。

上述的流体润滑轴承装置可以用于磁盘装置的主轴电动机上。

因此，根据本发明，通过在外壳的内周面上设置粘合剂储存腔，可以防止粘合剂溢出，因此也可以避免过量粘合剂的溢出所导致的不利影响。此外，通过由树脂在注塑过程中产生的缩痕来形成粘合剂储存腔，可以避免外壳模塑精度下降，并且可以省略粘合剂储存腔的加工步骤而降低成本。

对附图的简要说明

图1是用于信息设置的主轴电动机的剖视图，该信息装置包含根据本发明一个实例的整体式的流体润滑轴承装置。

图2是流体润滑轴承装置的剖视图。

图3A是轴承套筒的纵向剖视图；图3B是轴承套筒的下端视图。

图4是表示外壳上的粘合剂储存腔附近的放大剖视图。

图5是概念性地表示外壳模塑步骤的剖视图。

图6是表示径向轴承部另一构造实例的剖视图。

图7是表示径向轴承部另一构造实例的剖视图。

图8是表示径向轴承部另一构造实例的剖视图。

图9是表示径向轴承部另一构造实例的剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的实例予以说明。

图1概念地示出了用于信息设备的主轴电动机的构成实例，该信息设备包含根据本发明一个实例的整体式流体润滑轴承装置1。该用于信息设备的主轴电动机用在磁盘驱动器单元，例如硬盘驱动器中，该电动机包括以非接触的方式可旋转地支承轴件2的流体润滑轴承装置1、固定在轴件2上的盘毂3、在径向间隙两侧彼此对峙的定子线圈4和转子磁铁5、以及支架6。该定子线圈4安装在支架6的外周上，转子磁铁5安装在盘毂3的内周上。此外，该支架6具有附接到其内周上的流体润滑轴承装置1。该盘毂3在其外周上保持一个或多个盘片D。在如此构成的用于信息设备的主轴电动机中，当定子线圈4被激励时，定子线圈4和转子磁铁5之间的电磁力驱动转子磁铁5转动，由此导致盘毂3以及保持在盘毂3上的盘片D随着轴件2转动。

图2表示流体润滑轴承装置1。该流体润滑轴承装置1包括外壳7，所述外壳7整体地具有圆柱部7a及底部7b、固定在外壳7内周上的轴承套筒8、以及插入到轴承套筒8内周并作为主要构件的轴件2。为了表述方便，下文中将外壳7的底部7b一侧称为下侧，与底部7b相对的一侧称为上侧。

例如，该轴件2可以由金属材料，如不锈钢制成，或者具有金属材料和树脂材料的混合结构。该轴件2包括轴部2a和凸缘部2b，凸缘部2b整体地或独立地设置在轴部2a的下端。

该轴承套筒8由软金属材料，例如黄铜和铝(铝合金)，或烧结金属材料制成。在本实施例中，轴承套筒8是以烧结金属的多孔体制成的圆柱体，特别是以铜作为主要成分的烧结金属的多孔体，且固定在外壳7内圆周表面的预定位置处，下文将介绍外壳7。

贯穿轴承套筒8的内圆周表面8a或者在其部分圆柱区域内，形成有流体动压力沟槽作为流体动压力生成部。例如图3A所示，在该例子中，在两个沿轴向分隔开的位置处分别形成有包含以人字形布置的多个流体动压力沟槽8a1、8a2的区域。

例如3B所示，包含多个以螺旋形布置的作为流体动压力生成部的流体动压力沟槽8c1的区域形成在轴承套筒8的整个下端面8c上，或者形成在套筒8的环形区域中。

该外壳7是利用以结晶树脂(例如LCP、PPS、PEEK)为基础的树脂合成物而被注塑成型的；并且，例如由圆柱部7a和一体地形成在圆柱部7a下端处的底部7b构成，如图2所示。组成外壳7的上述树脂合成物可以根据不同目的适量地附加包含有例如诸如玻璃纤维等纤维填充物，诸如钛酸钾等晶须类填充物，诸如云母、碳纤维、炭黑、石墨、炭纳米材料等鳞片状填充物，以及诸如各种金属粉末等纤维或粉末状导电填充物。

尽管在附图中未示出，例如，在底部7b的上端面7c的环形区域中形成有包含多个以螺旋状布置的流体动压力沟槽的区域，其被用作止推流体动压力生成部。接合部7d形成在上端面7c的上方，与轴承套筒8的下端面8c相接合，用于沿轴向定位。邻接轴承套筒8下端面8c的邻接面7d1通过底部7b的上端面7c以及预定的轴向台阶形成在接合部7d的上端。

在外壳7内圆周面7e的与轴承套筒8的外周表面8b相对的区域内，形成有凹形的粘合剂储存腔10。在本例中，粘合剂储存腔10所在的位置对应于这些径向轴承部R1、R2之间的区域，因此粘合剂储存腔10的最深部并不与形成径向轴承部R1、R2的轴向位置相重叠，如图2所示。下文中将对径向轴承部R1、R2有所说明。

具有上述粘合剂储存腔10的外壳7是通过例如成型模具11制成的，如图4所示。该成型模具11由静模12和动模13组成，并且包括浇道11a、点状浇口11b以及型腔11c。除此之外，该动模13具有成型表面13a1，其形成外壳7的内周表面7e并且在定位在外壳7内周侧的销13a的外周上。在本例中，成型表面13a1上至少与外壳7内周面7e上的粘合剂储存腔10相对应的区域是轴向平直的。应该指出，点状浇口11b位于型腔11c内对应外壳底部7b下端面轴线的位置处，并且根据熔融树脂的粘度和注入速度设计合适的浇口尺寸。

熔融树脂从注塑机(未示出)的喷嘴喷出，经成型模具11的浇道11a和点状浇口11b注入型腔11c。因此，从点状浇口11b(沿图4的箭头方向)向型腔11c注入熔融树脂使得熔融树脂可沿型腔11c的径向(主要是对应底部7b的区域)和轴向(主要是对应圆柱部7a的区域)均匀地注入。当注入型腔11c的熔融树脂固化后，打开成型模具并取出已成型的外壳7。这样可以避免焊接，由此可以获得尺寸精度高的外壳7。

在上述的注塑中，在对应外壳7内周面7e的区域产生缩痕。该缩痕与外壳7邻近粘合剂储存腔10两端部的内周面7e相连通，即在形成如图4所示的凹形粘合剂储存腔10，且其轴向端部10a、10b沿二者彼此远离的方向直径逐渐缩小。因此，由于在注塑外壳7的过程中通过在对应其内周面7e的位置处发生缩痕而形成粘合剂储存腔10，因此，无需在销13a的成型表面13a1中对应粘合剂储存腔10的部分上形成凸起，其中销13a的成型表面13a1对应外壳7的内周面7e。因此，也无须在注塑后用力打开模具以取出销13a，这样可以防止对外壳7的模塑精度产生不利的影响。此外，由于粘合剂储存腔10能够在模塑外壳7时同时被形成，因此不需要在模塑后对外壳7的内周面7e进行其他加工，从而简化了加工步骤。

以下述过程实施把轴承套筒8固定到如上所述获得的外壳7上的固定操作。

首先，向外壳7的内周面7e施加预定量的粘合剂。其次，内部已经插入轴件2的轴承套筒8装配到外壳7的开口部7f，并且将该轴承套筒8向下压到轴承套筒8下端面8c邻接接合部7d邻接面7d1的位置。此时，如图4所示，在粘合剂储存腔10的两个轴向端部10a、10b和轴承套筒8的与上述两个轴向端部10a、10b分别相对的外周面8b之间形成径向尺寸逐渐缩小的空间C1、C2。该粘合剂储存腔10通过空间C1、C2与轴承套筒8和外壳7之间的粘合剂填入间隙C3相连通。

在插入轴承套筒8时，如果涂到内周面7e的粘合剂M过量，则多余的粘合剂M从粘合剂M的填入间隙C3被压出并流向粘合剂储存腔10，从而保存在粘合剂储存腔10内。这防止粘合剂M沿轴承套筒8的压入方向向前溢出，从而防止粘合剂M进入下端面8c和与之邻接的邻接面7d1之间。结果，轴承套筒8相对于外壳7的轴向位置可以精确地确定。此外，如本例所示，即使在轴承套筒8的下端面8c上形成有流体动压力沟槽8c1，由于多余的粘合剂M被粘合剂储存腔10所容纳而不会覆盖流体动压力沟槽8c1，因此可以获得稳定的沿止推方向的支承力。

如果填入间隙C3的粘合剂M的量不足，则粘合剂储存腔10两端的空间C1、C2内的粘合剂M会由于毛细作用沿彼此相分离的方向分别被吸入初始固定位置(粘合剂M的填入间隙C3)。这允许粘合剂M通过填入间隙C3的周边均匀地填入间隙C3，由此可以获得外壳7和轴承套筒8之间所需的固定力。

当定位并固定轴承套筒8之后，通过粘合和类似手段将密封部9固定到外壳7的开口部7f的内周上，使其下端面9b邻接轴承套筒8的上端面8d。最后，向外壳7的内部空间注入润滑油，从而完成流体润滑轴承装置1。此时，注入由外壳7的密封部9所密封的内部空间内的润滑油油面保持在密封空间S内，该密封空间S形成于密封部9内周上的锥面9a和与锥面9a相对的轴部2a的外周面2a1之间。

在如上构造的流体润滑轴承装置1中，当轴件2旋转时，通过径向轴承间隙内的润滑油的流体动力作用产生压力，该径向轴承间隙位于轴承套筒8的内周面8a(用作径向轴承表面)上形成有流体动压力沟槽8a1、8a2的区域(上和下位置)和分别与之相对的轴部2a的外周面2a1之间，因此轴件2的轴部2a沿径向以非接触的方式被可旋转地支承。相应地，形成了沿径向以非接触的方式可旋转地支承轴件2的第一径向轴承部R1和第二径向轴承部R2。此外，在止推轴承间隙也产生了压力，所述间隙位于轴承套筒8的下端面8c(用作止推轴承表面)上形成流体动压力沟槽8c1的区域和与之相对的凸缘部2b的上端面2b1之间，以及位于底部7b(未示出)的上端面7c(用作止推轴承表面)上形成流体动压力沟槽的区域和与之相对的凸缘部2b的下端面2b2之间，并且轴件2的凸缘部2通过润滑油的流体动力作用以非接触的方式被可旋转地支承在两个推力方向。相应地，形成了沿止推方向以非接触方式可旋转地支承轴件2的第一止推轴承部T1和第二止推轴承部T2。

如图2所示，本例中的粘合剂储存腔10形成在与位于径向轴承部R1、R2之间的区域相对应的轴向位置处，因此粘合剂储存腔10的最深部分并不与形成径向轴承部R1、R2的轴向位置相重叠。相应地，即使粘合剂储存腔10中的粘合剂M在轴承被使用时响应温度变化而膨胀或收缩，其体积变化也不会影响到轴承套筒8的内周面8a，特别是面向径向轴承间隙的区域(形成流体动压力沟槽8a1、8a2的区域)。结果，可以防止轴部2a的外周面2a1和轴承套筒8的内周面8a之间的径向轴承间隙发生变化，从而沿径向稳定地支承轴件2。

尽管上文只描述了本发明的一个实例，但本发明并不局限于该实例。

在上述实例中，所述的外壳7包括圆柱部7a以及底部7b，它们由树脂整体形成。但是，尽管在图中未示出，圆柱部7a也可以由树脂与底部7b分开地被制造。这种情况下，密封部9可用树脂与圆柱部7a整体制造。这样，轴承套筒8沿轴向的定位可以通过使轴承套筒8的上端面8d邻接密封部9的下端面9b来实现。

在上述实例中，由人字形或螺旋形布置的流体动压力沟槽产生流体动力作用，以此构造作为径向轴承部R1、R2和止推轴承部T1、T2的实例，但本发明并不局限于这种构造。

例如，所谓的阶式轴承和多瓣轴承也可以用作径向轴承部R1、R2。

图6示出了径向轴承部R1、R2其中之一或两个都由阶式轴承构成的实例。在该例中，多个流体动压力沟槽采用轴向沟槽8a3的形状，并且按照预定周向间隔设置在面向轴承套筒8内周面8a的径向轴承间隙的区域(用作径向轴承表面的区域)。

图7示出了径向轴承部R1、R2其中之一或两个都由多瓣轴承构成的实例。在本例中，作为轴承套筒8内周面8a的径向轴承表面的区域是由三段弧形表面8a4、8a5、8a6组成(称为三弧形轴承)。三段弧形表面8a4、8a5、8a6的曲率中心距轴承套筒8(轴部2a)的轴心O偏移相等的距离。在由三个弧形表面8a4、8a5、8a6所划分的区域中，径向轴承间隙呈相对两个周向其直径逐渐缩小的楔形。因此，当轴承套筒8相对于轴部2a转动时，径向轴承间隙内的润滑流体被推向最小间隙一侧，其尺寸以楔形减小而压力则依据其相对转动方向增加。该轴承套筒8和轴部2a由润滑流体的流体动力作用以非接触方式被支撑。应该指出，可以在三段弧形表面8a4、8a5、8a6之间的边界部形成位于较深层的轴向沟槽，其被称为分隔槽。

图8表示另一实例，其中，两个径向轴承部R1、R2中的一个由多瓣轴承构成。在本例中，作为轴承套筒8内周面8a的径向轴承表面的区域是由三段弧形表面8a7、8a8、8a9组成(称为三弧形轴承)。在三段弧形表面8a7、8a8、8a9所划定的区域中，径向轴承间隙呈相对一个周向其尺寸逐渐缩小的楔形。如此构造的多瓣轴承有时也被称为锥形轴承。此外，在每个三段弧形表面8a7、8a8、8a9之间的分界部处形成位于较深层的轴向沟槽8a10、8a11、8a12，其被称为分隔槽。因此，当轴承套筒8相对于轴部2a沿预定方向转动时，径向轴承间隙内的润滑流体被推向最小间隙一侧，其尺寸以楔形减小而其压力增加。该轴承套筒8和轴部2a由润滑流体的流体动力作用以非接触方式被支撑。

图9表示另一实例，其中，两个径向轴承部R1、R2之一或两个都由多瓣轴承构成。在本例中，在如图8所示的构造中，在三段弧形表面8a7、8a8、8a9的最小间隙一侧上的预定区域θ由这样的圆弧构成：所述圆弧与轴承套筒8(轴部2a)的轴心O同心，以该轴心O作为曲率中心并具有相同的半径。因此，在预定区域θ内，该径向轴承间隙(最小间隙)不变。如此构造的多瓣轴承有时也被称作锥形平轴承。

上述实例中的多瓣轴承即是所谓的三弧形轴承，但多瓣轴承并不局限于此，其也可以使用所谓的四弧形轴承、五弧形轴承、或由六个或更多个弧形面构成的多瓣轴承。此外，如果径向轴承部是由阶式轴承或多瓣轴承所构成，其结构可以是像径向轴承部R1、R2那样沿径向分隔设置的两个径向轴承部，或者在轴承套筒8的内周面8a从上到下整个区域设置一个径向轴承部。

止推轴承部T1、T2之一或全部可以由所谓阶式轴承、所谓的波形轴承(成形为波形的阶式轴承)或者具有流体动压力沟槽的类似轴承构成，其中所述沟槽是以预定周向间隔设置在用作止推轴承表面的区域内的多个径向沟槽。

该径向轴承部R1、R2以及止推轴承部T1、T2可以是流体动压力轴承之外的其他轴承。例如，枢轴轴承及盘状轴承可以分别用作止推轴承部和径向轴承部。

在上述这些实例中，所提及的润滑油是流体的一个例子，用于充填流体润滑轴承装置1内部、轴承套筒8和轴件2之间的径向轴承间隙，并在轴承套筒8或外壳7和轴件2之间的止推轴承间隙处形成润滑膜。然而，其他能够在轴承间隙处形成润滑膜的流体，例如，诸如空气等气体、具有流动性的诸如磁性流体、润滑油脂以及类似的润滑剂也可以被使用。

Claims (4)

1.一种流体润滑轴承装置，包括：外壳；粘结在外壳内周面上的轴承套筒；插入轴承套筒内部并且相对于外壳和轴承套筒旋转的轴件；以及通过径向轴承间隙内的流体润滑膜以非接触方式沿径向支承轴件的径向轴承部，

该外壳通过注塑树脂而被制成，并且在其内周面具有凹形的粘合剂储存腔，该粘合剂储存腔是通过树脂在注塑时的缩痕形成的。

2.如权利要求1所述的流体润滑轴承装置，其中粘合剂储存腔的最深部分偏离形成径向轴承部的轴向位置。

3.如权利要求2所述的流体润滑轴承装置，其中径向轴承部设置在沿轴向分隔开的多个位置，而粘合剂储存腔设置在与沿轴向相邻的径向轴承部之间的区域相对应的位置处。

4.一种磁盘装置的主轴电动机，其包含根据权利要求1-3任意一个所述的流体润滑轴承装置。

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