CN1910377A - 动压轴承装置 - Google Patents

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CN1910377A
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Abstract

一种动压轴承装置，所述动压轴承装置能够防止其组装精度的降低、强度降低也能够降低成本。当盘毂(3)被压力配合到轴部件(2)上时用作引导件的引导表面(2c)形成在轴部件上。然后，引导表面(2c)、与引导表面(2c)相邻的轴部件(2)的外周表面(2a3)以及引导表面(2c)和外周表面(2a3)之间的边界部分被同时研磨以在边界部分处形成具有半径(r)的钝化部(2d)。因为引导表面(2c)和外周表面(2a3)之间的边缘得以消除，可以减小当盘毂挤压配合到轴部件(2)的轴端上所产生的压配合阻力。

Description

动压轴承装置
技术领域
本发明涉及通过径向轴承间隙之内产生的润滑油的动压的作用而以非接触的方式自由可旋转地支撑轴部件的流体动力轴承装置。该流体动力轴承装置适于用在包括诸如磁盘装置(诸如HDD或者FDD)、光盘装置(诸如CD-ROM驱动器、CD-R/RW驱动器，和DVD-ROM/RAM驱动器)、以及例如MD驱动器或者MO驱动器的磁光盘装置的信息设备的主轴电动机、激光束打印机(LBP)的多边形扫描仪(polygon scanner)电动机、投影仪的色轮或者诸如轴流式风扇的电子设备的小电动机中。
背景技术
对于前述的各种电动机，需要旋转精度的提高、操作速度的增加、成本的降低、噪音的降低等。确定这些性能要求的一个部件是支撑电动机的主轴的轴承。近来，正在研究与上述性能要求相关的优越特性的流体动力轴承装置的使用，或这种流体动力轴承装置已经实际上被使用。
该类型的流体动力轴承装置包括用于支撑轴部件以沿着径向方向可自由旋转的径向支撑部分以及在推力方向上以可自由旋转地支撑轴部件的推力支撑部分。径向支撑部分在形成于轴承套筒的内周表面和轴部件的外周表面之间的径向轴承间隙内通过轴部件和轴承套筒之间的相对旋转而产生的动压作用而产生油膜，从而在径向方向上以非接触的方式支撑轴部件。作为推力支撑部分，例如径向支撑部分的通过动压的作用在轴承间隙(推力轴承间隙)中形成油膜从而以非接触的方式支撑轴部件的类型(该类型称为流体动力轴承)和以接触的方式通过推力板支撑轴部件的端部的类型(该类型称为枢转轴承)是公知的。
根据传统的技术，用于该类型的流体动压力轴承装置中的轴部件通过车削工艺对金属材料粗成形，此后对需要较高的制造精度的被成形的金属材料等的外周表面进行研磨(参看日本专利公开出版物No.2002-310159)。
在并入例如HDD的盘装置的主轴电动机中的流体动力轴承装置中，用于支撑盘例如盘毂的部件挤压配合并固定在轴部件的尖端处。当盘毂在倾斜时而被挤压配合时，轴向方向上的轴运动增加。因此，在组装了流体动力轴承之后，必须在轴的运动被测量时校正倾斜。该倾斜的校正增加了流体动力轴承的成本。此外，当盘毂倾斜时，挤压配合力变得过分大。这样，较大的载荷施加到轴承装置的各部分，这样可能导致精度的降低、被粘合部分的强度的降低等。
发明内容
因此，本发明的目的是当流体动力轴承被组装时防止精度的下降和强度的降低并减小流体动力轴承的成本。
作为用于抑制盘毂(disc hub)的倾斜的手段的一个示例，考虑在轴部件的端部(盘毂被插入的端部)处形成带锥形的引导表面。该引导表面没有直接影响轴承等的旋转精度。这样，没有必要将引导表面抛光较高的精度。因此，在轴部件的研磨期间，如图4所示，只有轴部件20的外周表面21在研磨石30上研磨且引导表面22被保留在其中其通过车削(turning)切割而不是被研磨的状态就已经足够。
但是，当只有外周表面21被研磨时，外周表面21和轴部件20的引导表面22之间的边界变成称为销角(pin angle)的边。当盘毂朝向轴部件的端部压配合且固定在那个端部上时，该边用作阻碍。为了移除所述边，在外周表面的研磨之后考虑轴部件的滚磨(barreling)。但是，滚磨可能让研磨面变得粗糙且可能让研磨面留下疤痕。因此，滚磨从轴承的功能角度不是优选的。
基于上述考虑，根据本发明，一种流体动力轴承包括：轴部件；和径向支撑部分，所述径向支撑部分围绕轴部件的外周形成有径向轴承间隙，并沿着径向方向以非接触的方式通过在径向轴承间隙中产生的流体的动压作用而支撑所述轴，其中轴部件具有当另外的部件压配合到轴部件中时用作引导件的引导表面；和钝化部，所述钝化部形成在引导表面和与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面之间，所述钝化部具有其中所述边被钝化的形状。
从其功能的角度，所述引导表面被形成为其中其直径小于轴部件的相邻外周表面的形状，例如具有直径向上变得更小的锥化形状。尽管引导表面可以安置在轴部件上的任何位置处，通常其被安置在上端处。将被压配合到轴部件中的另外的部件的一个示例是用于保持所述盘的盘毂(dischub)。
通过提供当另外的部件以前述的方式压配合到轴部件中时用作引导件的引导表面，另外的部件在压配合到轴部件中时通过轴部件的锥形引导表面所引导。这样在压配合期间另外的部件的倾斜可以被抑制。此外，由于其中边被钝化的钝化部设置在引导表面和与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面之间，引导表面和相邻的外周表面可以连续光滑，其间没有边。这样，当另外的部件被压配合时的压配合阻力可以被抑制，且可以实现没有倾斜的另外的部件的平滑压配合。因此，可以实现电动机的精度的提高以及其成本的降低。此外，可以防止轴承装置的各部分的损坏以及通过施加过分大的压配合力而减小被粘合部分的强度。
引导表面、与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面以及钝化部可以通过研磨形成。在这种情况下，不仅轴部件的外周表面而且钝化部用很高的精度抛光。由此，压配合阻力可以进一步地减小。
考虑到加工效率，引导表面、轴部件的外周表面以及钝化部同时被研磨形成是有利的。
为了减小压配合阻力，优选地让引导表面、与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面以及钝化部的母线(generating lines)尽可能地保持光滑。为了容易地实现这样的连续，形成钝化部以具有弯曲的表面是有利的。
通过前述的流体动力轴承装置、转子磁体和定子线圈来形成电动机，可以提供适于前述信息设备(主轴电动机、多边形扫描仪电动机、和其他小电动机)的电动机。
根据本发明的流体动力轴承装置具有：轴部件；和径向支撑部分，所述径向支撑部分围绕轴部件的外周形成有径向轴承间隙，并沿着径向方向通过在径向轴承间隙中产生的流体的动压作用而以非接触的方式支撑所述轴，所述流体动力轴承装置可以通过如下来形成：当另外的部件压配合到轴部件中时在轴部件上形成用作引导件的引导表面，且此后同时研磨引导表面、与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面和它们之间的边界部分。
根据本发明，当流体动力轴承装置被组装时防止精度下降以及强度下降是可能的。此外，可以减小流体动力轴承装置的成本。
附图说明
图1是包括此处本发明的流体动力轴承装置的主轴电动机的垂直横截面图；
图2是上面的流体动力轴承装置的垂直横截面视图；
图3是其中用于研磨根据本发明的轴部件的过程被放大的横截面视图；
图4是其中用于轴部件的研磨过程的比较示例被放大的垂直横截面视图；
图5是根据本发明的另外的实施例的流体动力轴承装置中的径向支撑部分的横截面视图。
具体实施方式
现在将在下面说明本发明的优选实施例。
作为包含有此处流体动力轴承装置的典型电动机，图1显示了用在磁盘驱动装置如硬盘驱动器(HDD)中的主轴电动机。此电动机包括：以非接触的方式而可自由旋转地支撑轴部件2的流体动力轴承装置1、连接到轴部件2上的旋转部件3(盘毂)、定子线圈4和转子磁体5以及托架6，所述定子线圈4和转子磁体5例如彼此相对，其间设有径向间隙。定子线圈4连接到托架6的外周，转子磁体5安装到磁盘轮毂3的内周。盘毂3能够在其外周部分内保持如磁盘的一个或者更多个盘D。当定子线圈4流经电流时，转子磁体5通过定子线圈4和转子磁体5之间的激励力(exciting force)旋转。随着转子5的旋转，盘毂3和轴部件2作为一个单元旋转。
图2显示了流体动力轴承装置1的第一实施例。根据该实施例的流体动力轴承装置1包括：壳体7、被固定到壳体7的轴承套筒8和推力部件10和插入轴承套筒的轴部件2。
第一径向支撑部分R1和第二径向支撑部分R2设置在轴承套筒8的内周表面8a和轴部件2的轴部分2a的外周表面2a1之间。第一和第二径向支撑部分R1、R2被安置以彼此轴向分开。此外，第一推力支撑部分T1设置在轴承套筒8的下端表面8c和轴部件2的凸缘部分2b的上端表面2b1之间，而第二推力支撑部分T2设置在推力部件10的端面10a和凸缘部分2b的下端面2b2之间。为了说明的方便，推力部件10的侧面作为下侧，且相对的侧面作为上侧。
壳体7由例如黄铜的软金属材料、或者例如热塑材料的树脂材料形成。在所示的示例中，壳体7包括圆柱形侧部分7b和与侧部分7b一体形成且沿着径向方向从侧部分7b的上端向内延伸的环形密封部分7a。密封部分7a的内周表面7a1与轴部分2a的外周上设置的锥形表面2a2相对，其间设置预定的密封空间S。轴部分2a的锥形表面2a2具有向上(相对壳体7朝向外部)逐渐减小的直径，并通过轴部件2的旋转用作锥形密封件。
轴部件2通过车削或者锻造不锈钢的金属材料的粗成形来形成，然后例如研磨被成形的金属材料。所示的示例中的轴部件2包括轴部分2a和设置在轴部分2a的下端上的凸缘部分2b。轴部分2a和凸缘部分2b被一体形成和成形。可选地，轴部分2a和凸缘部分2b被形成作为单独的部件。在这种情况下，轴部件2通过将凸缘部分2b压配合到轴部分2a而形成。
如图3所示，在轴部分2a的上端处形成锥形引导表面2c。引导表面2c的锥角θ(相对轴的中心的倾斜角度)被设置落入从大约5度至约20度的范围之内。在引导表面2c和与引导表面2c相邻的轴部件2的外周表面2a3(此后，简单称为“相邻外周表面”)之间的边界部分内，没有保留边。相反，具有其中边变钝的形状的钝化部2d被形成在引导表面2c和相邻的外周表面2a3之间。在本实施例中，钝化部2d具有半径r的弯曲表面，并光滑地与引导表面2c以及相邻的外周表面2a3连接。
在本实施例中，钝化部2d通过同时研磨前述的边界部分、引导表面2c以及相邻的外周表面2a3来形成和成形。该同时研磨通过使用具有对应相邻的外周表面2a3的直部分11a、对应引导表面2c的锥形部分11b以及对应钝化部2d的弯曲部分11c的研磨石11来执行。研磨石11的弯曲部分11c被形成在R0.1-R0.5的范围内。研磨石11的直部分11 a和锥形部分11b被安置以通过弯曲部分11c光滑连续。通过在前述的研磨石11上研磨轴部件2的外周，引导表面2c、钝化部2d和相邻的外周表面2a3形成没有边的连续的平面。
轴承套筒8从例如烧结材料形成的多孔材料、尤其从主要包含铜的烧结金属的多孔材料而被形成为圆柱形。轴承套筒8被固定在壳体7的内周表面7c上的预定位置处。
在轴承套筒8的内周表面8a上，两个区域，即分别用作第一径向支撑部分R1和第二径向支撑部分R2的径向支撑表面的上区域和下区域被设置以彼此轴向分开。在两个区域的每一个中，例如形成安置为人字形图案的多个动压产生槽。在轴承套筒8的外周表面8d上，一个或者多个轴向槽8d1被形成以在整个轴向长度之上延伸。轴承套筒8的上端表面8b沿着径向方向在其内区域中与密封部分7a的内侧表面7a2接触。
在轴承套筒8的下端表面8c上(或者凸缘部分2b的上端表面2b1)，形成例如螺旋安置的多个动压产生槽，所述下端表面8c用作第一推力支撑部分T1的推力支撑表面。动压产生槽例如可以安置为人字形图案或者径向图案。
推力部件10由例如黄铜的金属材料或者例如树脂材料形成，并固定在壳体7的内周表面7c的下端上。在用作第二推力支撑部分T2的推力支撑表面的推力部件10(或者凸缘部分2b的下端表面2b2)的端部表面10a上，例如形成以人字形图案安置的多个动压产生槽。这些动压产生槽例如可以被螺旋地或者径向地安置。
在本实施例的流体动力轴承装置1的组装中，首先，轴承套筒8被固定在壳体7的内周上，轴部件2的轴部分2a被插入轴承套筒8的内周边。然后，壳体7的底部被关闭并用推力部件10密封，此后包括轴承套筒8的内孔的、用密封部分7a密封的壳体7的内空间用润滑油填充。润滑油的表面水平被保持在密封空间S的范围之内。
当轴部件2被旋转时，轴承套筒8的内周表面8a的区域(上区域和下区域)用作径向支撑表面，并通过径向轴承间隙与轴部分2a的外周表面2a1相对。此外，轴承套筒8的下端表面8c的区域用作推力支撑表面，并通过推力轴承间隙与凸缘部分2b的上端表面2b1相对，同时推力部件10的端面10a的区域用作推力支撑表面，并通过推力轴承间隙与凸缘部分2b的下端表面2b2相对。随着轴部件2的旋转，润滑油的动压在径向轴承间隙中产生，这样轴部件2的轴部分2a被支撑以通过形成在径向轴承间隙中的润滑油膜以非接触的方式沿着径向方向可自由旋转。这样，形成支撑轴部件2以通过非接触的方式沿着径向方向可自由旋转的第一径向支撑部分R1和第二径向支撑部分R2。同时，润滑油的动压也在推力轴承间隙中产生，这样轴部件2的凸缘部分2b用非接触的方式沿着两个推力方向通过形成在推力轴承间隙中的润滑油膜被支撑以自由可旋转。这样，形成支撑轴部件2以通过非接触的方式沿着推力方向可自由旋转的第一推力支撑部分T1和第二推力支撑部分T2。
在完成前述的流体动力轴承装置1的组装之后，当电机被组装时，盘毂3压配合到轴部件2，从而固定在轴部件2的轴部分2a的上端处。在压配合过程中，设置在轴部分2的上端上的引导表面2c用作被压配合的盘毂3的引导件。这样，盘毂3通过锥形引导表面2c引导，这样在压配合期间的盘毂3的倾斜可以被抑制。此外，由于具有R形状的钝化部设置在引导表面2c和相邻的外周表面2a3之间，压配合阻力可以被减小。这样，就可以平滑地压配合盘毂3而不用将其倾斜。这可以改进流体动力轴承装置1的精度并减小电机的成本。此外，流体动力轴承装置的不同部分的损坏以及由于施加多余的压配合力所导致的被粘合部的强度的减小可得以防止。
在上述的实施例中，推力支撑部分T1和T2(参看图2)通过非接触流体动力轴承形成。但是，本发明也可以应用到另外的流体动力轴承装置(未示出)：其中径向支撑部分R1、R2通过流体动力轴承形成而推力轴承部分通过枢转轴承形成。
径向支撑部分R1、R2也可以通过连拱轴承(multi-arc bearing)形成。图5A显示了其一个实例，其中多个弓形表面8a1形成在轴承套筒8的内周表面8a的区域内，其构成第一径向支撑部分R1和第二径向支撑部分R2(也称作“锥形轴承”)的各自径向支撑表面。弓形表面8a1是偏心的弓形表面，其中心与旋转轴O偏移相同的距离，并且在周向方向上等间距形成。在偏心弓形表面8a1之间，形成有轴向分离槽8a2。
通过将轴部件2的轴部分2a插入到由轴承套筒8的内周表面8a限定的孔中，第一径向支撑部分R1和第二径向支撑部分R2的径向轴承间隙形成在轴承套筒8的偏心弓形表面8a1和分离槽8a2与轴部分2a的环形外周表面2a1之间。对于这些径向轴承间隙，与偏心弓形表面8a1相对的区域构成沿着一个周向方向间隙宽度逐渐减小的楔形间隙8a3。楔形间隙8a3的宽度减小方向与轴部件2的旋转方向重合。
图5B、5C显示了形成第一和第二径向支撑部分R1、R2的多拱轴承的其他实施例。
对于这些，在如图5B所示的实施例中，如图5A中所示的结构被修改，这样偏心弓形表面8a1的最小间隙侧上的预定的区域θ通过具有旋转轴线O作为它们的中心的偏心弧所构成。这样，在各预定区域θ中，径向轴承间隙(最小间隙)被固定。这样构造的多拱轴承也称为锥形平轴承(tapedflat bearing)。
在图5C中，构成径向支撑表面的轴承套筒8的内周表面8a的区域通过三个弓形表面8a1形成，所述三个弓形表面8a1的中心与旋转轴O偏移相同的距离。在由三个偏心弓形表面8a1限定的每一个区域中，径向轴承间隙被构造从而在两个周向上逐渐减小。
虽然第一和第二径向支撑部分R1和R2的连拱轴承都是三拱轴承(three-arc bearing)，但这不应该限制地解释；也可以采用所谓的四拱轴承、五拱轴承，或进一步地，具有六个拱或更多拱的连拱轴承。而且，除了两个径向支撑部分如径向支撑部分R1和R2情形下在轴向彼此分隔开的结构以外，也可以采用单个径向支撑部分设置成在轴承套筒8的内周表面的上部区域和下部区域之上延伸的结构。
而且，尽管在上面实施例中，采用连拱轴承作为径向支撑部分R1和R2，也可以采用特定其他类型的轴承。例如，尽管没有示出，在构成径向支撑表面的轴承套筒8的内周表面8a的区域内，也可以使用立式止推轴承，在所述立式止推轴承内以多个轴向槽的形式形成有动压槽。

Claims (7)

1.一种流体动力轴承装置，包括：轴部件；和径向支撑部分，所述径向支撑部分围绕轴部件的外周形成有径向轴承间隙，并沿着径向方向通过在径向轴承间隙中产生的流体的动压作用而以非接触的方式支撑所述轴部件，其中
轴部件具有当另外的部件压配合到轴部件中时用作引导件的引导表面；和钝化部，所述钝化部形成在引导表面和与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面之间，所述钝化部具有其中所述边被钝化的形状。
2.根据权利要求1所述的流体动力轴承装置，其中：
引导表面、与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面以及钝化部通过研磨形成。
3.根据权利要求2所述的流体动力轴承装置，其中：
引导表面、轴部件的外周表面以及钝化部同时通过研磨形成。
4.根据权利要求1-3任一所述的流体动力轴承装置，其中：
所述钝化部被形成以具有弯曲的表面。
5.根据权利要求1-4任一所述的流体动力轴承装置，其中：
将被压配合到轴部件内的另外的部件是用于保持盘的盘毂。
6.一种电动机，包括如权利要求1-5中任一所述的流体动力轴承装置、转子磁体和定子线圈。
7.一种用于制造流体动力轴承装置的方法，所述流体动力轴承具有：轴部件；和径向支撑部分，所述径向支撑部分围绕轴部件的外周形成有径向轴承间隙，并沿着径向方向通过在径向轴承间隙中产生的流体的动压作用而以非接触的方式支撑所述轴部件，所述方法的特征在于，当另外的部件压配合到轴部件中时，在轴部件上形成用作引导件的引导表面，且此后同时研磨引导表面、与所述引导表面相邻的轴部件的外周表面和它们之间的边界部分。
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