CN1957516B - 流体动力轴承设备和使用其的电动机 - Google Patents
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Abstract
公开了一种流体动力轴承装置(1)和使用所述轴承装置的电动机，使得电动机的组装精度增加，成本降低。所述轴承装置包括：作为固定侧部件(2)形式的壳体(7)和轴承套筒(8)；和旋转侧部件(3)形式的轴部件(9)和圆盘轮毂(10)，旋转侧部件(3)具有用于安装转子磁铁(5)的部分(3c)。当轴部件(9)旋转时，在彼此非接触的状态下，轴承套筒(8)在径向方向上、通过在轴承套筒(8)的内圆周表面(8a)与轴部件的外圆周表面(9a)之间的径向轴承间隙内产生的润滑油的动压力作用支撑轴部件(9)。同样，所述轴承装置包括固定到轴部件(9)上、并具有用于安装转子磁铁(5)的部分(3c)的圆盘轮毂(10)，圆盘轮毂(10)以插入部分的形式、通过插入模制轴部件(9)而以树脂模制形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体动力轴承设备，所述流动动力轴承装置通过流体的流体动力效应以非接触的方式支撑轴部件，所述流体动力效应产生在径向轴承间隙中。
背景技术
此流体动力轴承设备使用在用于磁盘(或圆盘)装置的主轴电动机内、用于激光打印机(LBP)的多面镜扫描器(polygon scanner)电动机内和其它小电动机内。这些电动机需要提高速度、降低成本、减少噪音等，以及很高的旋转准确度。决定这些所需的性能的构件中的一个是支撑所述电动机的主轴的轴承。近年来已经研究或开始实际使用在上述所需性能方面具有优异特性的流体动力轴承。
例如，流体动力轴承设备用于诸如HDD的磁盘驱动单元的主轴电动机：所述流体动力轴承设备包括径向轴承部分和推力轴承部分，所述径向轴承部分在径向方向上以非接触的方式支撑轴部件，所述推力轴承部分在推力方向上以非接触的方式支撑轴部件。此时，流体动力凹槽被设置在形成径向轴承部分的轴承套筒的内圆周表面上或轴部件的外圆周表面上作为流体动压力产生装置。此外，所述流体动力凹槽也被设置在轴部件的形成推力轴承部分的凸缘部分的两端面上、或与这些端面(轴承套筒的端面、固定在壳体上的推力盘的端面等)相对的面上(例如，参照未审查日本专利公开No.2000-291648)。
发明内容
上述主轴电动机由这种流体动力轴承设备和例如定子线圈、转子磁铁、圆盘轮毂的很多其他部分构成。为保证更高性能的信息设备所需的高旋转性能，已经做出了提高每一部分的加工精度和组装精度的努力。同时，对于此类型电动机成本节省的要求日益增加。
因此，本发明的目的是提高电动机的组装精度，以及实现进一步的成本降低。
为解决上述目的，根据本发明的流体动力轴承设备包括固定侧部件和旋转侧部件，所述旋转侧部件在径向方向上以非接触的方式通过流体的流体动力效应被支撑，所述流体动力效应在固定侧部件与旋转侧部件之间的环形径向轴承间隙中产生，且所述旋转侧部件具有用于安装转子磁铁的部分，并所述旋转侧部件是使用金属部分作为插入件的树脂注射模制品，所述金属部分是芯部和面向径向轴承间隙的轴部件，在轴部件的上端部形成肩部，芯部通过肩部与轴部件在轴向结合，该芯部作为插入件，用于安装转子磁铁的部分由树脂制成。此处，所述旋转侧部件包括至少具有用于安装转子磁铁的部分的部件和金属部分。所述用于安装转子磁铁的部分可以由金属部分构成。所述金属部分可以具有任何形状或功能，并包括对于其支承功能必需的部分，或被添加以提高其支承功能的部分。所述“具有用于安装转子磁铁的部分的元件”的示例尤其包括：用于支撑磁盘等圆盘的圆盘轮毂和转盘、以及用于连接光学多面体(或多面镜)的转子构件。
用树脂材料形成旋转侧部件，与通过机械加工等手段由金属形成旋转侧部件相比，能够在重量上进一步减少，并允许以更低的成本进行生产。特别地，旋转侧部件重量的减少允许电动机的快速起动和停止。此外，通过使用金属部分作为插入件来注射模制旋转侧部件，在后面的工艺步骤中可以省去额外安装圆盘轮毂等部件和金属部分的麻烦。由此可以降低电动机的组装成本。此外，圆盘轮毂等部件与金属部分之间的安装精度可以得到提高，且在它们之间也可以保证充分的固定力。通常，旋转侧部件的不精确会极大地影响轴承性能，例如，其可以是轴偏摆(shaft runout)或其它问题的原因。根据本发明可以避免安装不精确导致的轴承性能降低。
与旋转侧部件一体插入模制的金属部分的示例包括面向径向轴承间隙的轴部件。据此，通常是电动机的构件的圆盘轮毂、转盘、转子部件等部分可以与轴部件一起结合到流体动力轴承设备内，以形成作为流体动力轴承设备的组件。因此，在电动机组装步骤中，将这些构件安装在轴部件上的操作可以被省却，且可以降低电动机的组装成本。作为金属部分的轴部件不必然完全由金属形成。例如，在插入模制期间，圆柱形金属材料的中空部分可以被树脂填充，由此轴部件可以是金属和树脂的复合品。
此外，与旋转侧部件一体插入模制的金属部分的另一示例是芯部。
如上所述，当旋转侧部件由树脂材料模制时，部件的厚度越大，在使用期间因温度变化引起的收缩量和尺寸变化越大。因为在本发明中，旋转侧部件通过使用由金属制成的芯部作为插入件由树脂材料注射模制而成，并且树脂部分的一部分被芯部代替，所以可以实现减少旋转侧部件重量以及降低生产成本，同时在模制期间和使用期间的尺寸改变可以减小，以增加旋转侧部件的尺寸精度。所述芯部可以在整个旋转侧部件上安装，或其可以部分地仅安装在树脂的尺寸变化量很大的区域内。从使尺寸变化量最小化的观点看，最好是芯部埋入旋转侧部件内。然而，在不引起任何问题的情况下，其一部分可以在旋转侧部件上暴露。
芯部可以由例如磁性物质形成。据此，通过旋转侧部件可以防止定子线圈与转子磁铁之间产生的磁通泄漏。
例如，芯部也可以由诸如烧结金属的多孔体形成。据此，多孔体表面开口内的产生的锚定效应使覆盖芯部的树脂部分很好地夹持在芯部和树脂部分上，并增加芯部的粘合强度。
此外，为解决上述问题，根据本发明的流体动力轴承设备包括轴部件；固定侧部件，所述固定侧部件可自由旋转地支撑轴部件；连接到轴部件上并具有用于安装转子磁铁的部分的部件，所述轴部件在径向方向上以非接触的方式被流体的流体动力效应支撑，所述流体动力效应在固定侧部件与轴部件之间的环形径向轴承间隙中产生，所述具有用于安装转子磁铁的部分的部件由树脂形成，且在该部件中具有用于安装转子磁铁的部分；磁屏蔽部件，所述磁屏蔽部件包括磁性物质，其截面大致L型，所述磁性物质被设置在具有用于安装转子磁铁的部分的部件内，同时该磁屏蔽部件具有：沿轴向延伸、转子磁铁固定在其外周的轴向方向部分；和，从轴向方向部分的上端部向外径侧延伸的径向方向部分。
模制具有用于安装树脂材料的转子磁铁的部分的部件，与通过机械加工或其它手段用金属模制的构件中相比，能够更大地减少重量，且能够以很低的成本生产。特别地，具有用于安装转子磁铁的部分的部件的重量的减少允许快速起动和停止电动机。当具有用于安装转子磁铁的部分的部件如上所述由树脂制成时，定子线圈与转子磁铁之间产生的磁通可以通过具有安装部分的部件泄漏，从而引起磁力损失。然而，在具有用于安装转子磁铁的部分的部件中，至少在与转子磁铁相对的部分内包括磁性物质的磁屏蔽部件可以被设置以防止这种磁通泄漏并提高电动机的旋转性能。
通过使具有用于安装转子磁铁的部分的部件成为使用磁屏蔽部件作为插入件的树脂注射模制品，可以省却在后面工艺步骤中额外地安装圆盘轮毂等部件和磁屏蔽部件的麻烦，并可以降低电动机的组装成本。具有用于安装转子磁铁的部分的部件也可以通过使用磁屏蔽部件和轴部件作为插入件由树脂材料注射模制而成，由此可以实现组装成本的进一步降低。
在插入模制中，最好是磁屏蔽部件至少部分地埋入具有用于安装转子磁铁的部分的部件内。这使得覆盖磁屏蔽部件的埋入部分的树脂部分内的、彼此相对的区域、在固化时在夹紧磁屏蔽部件的方向上收缩。因此，树脂部分与磁屏蔽部件之间的固定力可以进一步增加。
各种物质只要其展示磁性，就可用作上述磁屏蔽部件的材料。例如，可以适当地使用包括不锈钢及其氧化物、陶瓷等磁性材料。此外，当磁屏蔽部件由上述金属形成时，这些磁屏蔽部件最好通过例如挤压加工等塑性加工形成，由此与磁屏蔽部件通过切割等手段形成的情况相比，这些磁屏蔽部件可更加经济地形成。
上述流体动力轴承设备可以设置有推力轴承部分，所述推力轴承部分在推力方向上自由可旋转地支撑轴部件。各种结构可以用于这种推力轴承部分。例如，当固定侧部件具有：轴承套筒，所述轴承套筒具有插入其内周边的轴部件；和壳体，所述壳体包括固定在其内的轴承套筒、一端侧上的开口部分和另一端侧上的一体或单独的底部时，可以考虑这样的结构：其中推力轴承间隙设置在壳体的开口部分与旋转侧部件(所述部件具有用于安装转子磁铁的部分)之间，且轴部件在推力方向上以非接触的方式被在该推力轴承间隙内中产生的、流体的流体动力效应支撑(参见图2、5、6和7)。
推力轴承部分另一可能示例为其中推力轴承间隙设置在壳体的底部与轴部件之间，且轴部件在推力方向上以非接触的方式被在该推力轴承间隙内中产生的流体的、流体动力效应支撑(参见图8)。
再一可能的推力轴承部分为其中轴部件被壳体接触地支撑。在该情况下，轴部件接触壳体的底部或构成壳体的底部的其它部件(例如推力板等)(参见图9)。
产生一系列这些效应的流体动力轴承设备可以适当地被设置为这样的电动机，所述电动机由此流体动力轴承设备、转子磁铁、定子线圈(在其自身与转子磁铁之间产生励磁)构成。
如上所述，根据本发明的流体动力轴承设备，因为旋转侧部件是树脂模制品，所以可以降低旋转侧部件的重量和成本。另外，旋转侧部件与金属部分插入模制，从而可以在一个步骤内实施旋转侧部件的模制和组装。因此，可以降低电动机的生产成本，同时可以增加旋转侧部件的模制精度和组装精度。此外，通过设置磁屏蔽部件，磁通的泄漏可以得到抑制，且电动机的旋转性能得到提高。
附图说明
图1是用于信息设备的主轴电动机的横截面视图，所述主轴电动机集成有根据本发明第一实施例的流体动力轴承设备。
图2是根据第一实施例的流体动力轴承设备的横截面视图。
图3是从图2中的A方向看的壳体的视图。
图4是轴承套筒的横截面视图。
图5是显示根据第一实施例的流体动力轴承设备的一个变化示例的横截面视图。
图6是显示根据第一实施例的流体动力轴承设备的一个变化示例的横截面视图。
图7是用于信息设备的主轴电动机的放大的截面视图，所述主轴电动机集成有根据本发明的第二实施例的、用于信息设备的流体动力轴承设备。
图8是用于信息设备的主轴电动机的放大的截面视图，所述主轴电动机集成有根据本发明第三实施例的流体动力轴承设备。
图9是多边形扫描器电动机的放大截面视图，所述电动机集成有根据本发明第四实施例的流体动力轴承设备。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。
图1显示了用于信息设备的主轴电动机的结构示例，所述主轴电动机装有根据本发明第一实施例的流体动力轴承设备1。用于信息设备的此主轴电动机使用在例如HHD的磁盘驱动单元内，并包括流体动力轴承设备1，所述流体动力轴承设备1具有固定侧部件2并具有相对于固定侧部件2可自由旋转的旋转侧部件3；以及例如越过径向方向上的间隙、彼此相对的定子线圈4和转子磁铁5；以及托架6。所述定子线圈4连接到托架6的内侧面6a上，且所述转子磁铁5连接在旋转侧部件3的外周边上，更具体地连接在圆盘轮毂10的外周边上，所述圆盘轮毂10可以将例如磁盘的一个或多个圆盘形信息记录介质保持在其外周边上。流体动力轴承设备1的壳体7连接在托架6的内周边上。当定子线圈4通电时，转子磁铁5被定子线圈4与转子磁铁5之间产生的励磁旋转，并且因此旋转侧部件3旋转。
流体动力轴承设备1包括固定侧部件2和旋转侧部件3。例如，如图2中所示，固定侧部件2主要由壳体7和轴承套筒8构成，且旋转侧部件3主要由轴部件9和圆盘轮毂10构成。
轴部件9例如通过切割或锻造例如不锈钢的金属材料形成，并插入轴承套筒8的内周边。在该轴部件9插入轴承套筒8的内周边并旋转的状态下，在轴承套筒8的内圆周表面8a与轴部件9的外圆周表面9a之间，第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2在轴向方向上单独地形成。此外，推力轴承部分T1形成在壳体7的开口部分的端面7a与圆盘轮毂10的下端面上的端面10a1之间。应该注意的是，在下面的说明中，为解释起见，壳体7的开口部分的端面7a侧指的是上侧，而开口部分的端面7a的相对侧指的是下侧。
壳体7包括圆柱形侧面部分7b、和底部7c，所述底部7c位于侧面部分7b的下端并一体形成到壳体7内或与壳体7分离。此实施例中的底部7c与侧面部分7b一体形成，并且例如将以诸如液晶聚合物、PPS、PEEK等结晶树脂为基础的树脂合成物注射模制成有底的圆柱形形状。例如如图3中所示，具有螺旋形形状的多个流体动力凹槽7a1，形成在用作推力轴承部分T1的推力轴承面的、开口部分的端面7a上。此流体动力凹槽7a1在模制壳体时形成。即，用于形成流体动力凹槽7a1的凹槽图案在形成壳体7的模具的、用于形成开口部分的端面7a的部分内被预先加工，并且，当模制壳体时，上述凹槽图案的形状转移到壳体7的开口部分的端面7a上，由此流体动力凹槽7a1可以与模制壳体7同时形成。壳体7包括锥形外壁7d，所述锥形外壁7d的直径到侧面部分7b的上外周边上的顶部逐渐增加。应该注意的是，此处，在该实施例中，例如，底部7c通过注射模制上述树脂材料可以与侧面部分7b一体形成，但是，底部7c也可以与侧面部分7b分开形成，并在后来连接到侧面部分7b。在该情况下，如图6中所示，例如，轴部件9的下端设置有凸缘部分9b，且在推力方向上以非接触的方式支撑轴部件9的推力轴承部分T2可以形成在凸轮部分9b的上端面9b1与轴承套筒8的下端面8c之间。
轴承套筒8可以由例如黄铜等铜合金以及铝合金等金属形成，或可以由包括烧结金属的多孔体形成。在该实施例中，轴承套筒8由烧结金属多孔体形成为圆柱形形状，所述烧结金属包括作为主要成分的黄铜，并且轴承套筒8被固定在壳体7的内圆周表面的预定位置内。
在轴承套筒8的内圆周表面8a上，用作第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的径向轴承面的上区域和下区域在轴向方向上分开地设置。如图4中所示，在这两个区域中，例如，多个流体动力凹槽8a1、8a2每一个布置成人字形形状。上流体动力凹槽8a1相对于轴向中心m(上倾斜凹槽与下倾斜凹槽之间的区域的轴向中心)轴向不对称地形成，且轴向中心m上面区域的轴向尺寸X1大于轴向中心m下面区域的轴向尺寸X2。此外，在轴的整个轴向长度上，一个或多个轴向凹槽8b1形成在轴承套筒8的外圆周表面8b上。在该实施例中，三个轴向凹槽8b1以规则间距形成在圆周方向上。
圆盘轮毂10包括：大致圆盘形的基部10a；周边壁部分10b，所述周边壁部分10b在轴向方向上从基部10a的外圆周10a2向下延伸；边缘10c，所述边缘10c设置在周边壁部分10b的外周边上；和圆盘加载面10d。此处，实施例中用于连接转子磁铁5的安装部分3c由圆盘轮毂10的周边壁部分10b的外圆周表面10b1和边缘10c的下端面10c1构成。例如，通过粘附等手段，转子磁铁5被固定在外圆周表面10b1和下端面10c1上，从而转子磁铁5与连接在托架6的内侧面6a上的定子线圈4在径向方向上相对(参见图1)。此外，周边壁部分10b的内圆周表面10b2形成环形密封空间S，所述密封空间S的尺寸从壳体7的底部7c侧到内圆周表面10b2与壳体7的锥形外壁7d之间的顶部在径向方向上逐渐减小。当轴部件9和圆盘轮毂10旋转时，此密封空间S与推力轴承部分T1的推力轴承间隙的外径侧连通。防脱落部件(slip-off prevention member)11被固定在周边壁部分10b的内圆周表面10b2上。此防脱落部件11在轴向方向上与形成在壳体7的外周边上的肩部7f接合，由此防止轴部件9和圆盘轮毂10向上拉出。
上面结构的圆盘轮毂10，使用先前通过切割、锻造加工等形成的金属的轴部件9作为插入件，通过注射模制树脂材料形成。通过此插入模制，圆盘轮毂10和轴部件9在轴部件9的上端埋入圆盘轮毂10的基部10a的中心的状态下一体形成。
通过以这种方式插入模制将圆盘轮毂10与轴部件9一体形成，圆盘轮毂10的模制和将圆盘轮毂10安装到轴部件9的过程可以同时执行。因此，可以省却上述安装过程，且可以减小电动机的组装成本。此外，当圆盘轮毂10和轴部件9一体模制时，使用高精度模具来增加轴部件的定位准确度使得在圆盘轮毂10与轴部件9之间容易获得很高的安装精度。此外，模制品的偏摆精度或同轴性可以维持在高的水平。此外，由于轴部件9部分地埋入圆盘轮毂10的状态下、在圆盘轮毂10结合所以和轴部件9通过粘合、压入配合等手段被固定的情形相比，可以获得相同或更高的固定力。
除了轴部件9以外，转子磁铁5也可以用作用于插入模制圆盘轮毂10的插入件。这可以省却将转子磁铁5安装到圆盘轮毂10上的过程并获得更大的成本节省。此外，在该实施例中，流体动力凹槽7a1形成在壳体7的开口部分的端面7a上。然而，例如，对应于流体动力凹槽7a1的凹槽图案可以被加工到形成模具的、对应于圆盘轮毂10的推力轴承面的部分内，从而在模制圆盘轮毂10同时在圆盘轮毂10上形成流体动力凹槽。在该情况下，因为推力轴承面的流体动力凹槽不需要分开(或分别)形成，所以能够进一步降低成本。
例如通过粘附(包括宽松粘附、压入配合粘附)、压入配合、焊接(包括超声波焊接)等固定手段，将轴承套筒8固定在壳体7的内圆周表面7e的预定位置内。轴部件9插入被固定在壳体7上的轴承套筒8的内周边处，且如上所述、与轴部件9一体形成的圆盘轮毂10结合到固定侧部件2内。防脱落部件11然后通过压入配合、粘附等手段被固定在圆盘轮毂10的周边壁部分10b的内圆周表面10b2上，所述圆盘轮毂10连接在轴承套筒8上。
在上述结构的流体动力轴承设备1中，当轴部件9(旋转侧部件3)旋转时，用作轴承套筒8的内圆周表面8a的径向轴承面的区域(其中形成上和下流体动力凹槽8a1、8a2的区域)横过径向轴承间隙与轴部件9的外圆周表面9a相对。当轴部件9旋转时，上述径向轴承间隙的润滑油被推到流体动力凹槽8a1、8a2的轴向中心m，且其压力增加。在径向方向上以非接触方式支撑轴部件9(旋转侧部件3)的第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2，通过流体动力凹槽8a1、8a2的这种流体动力效应而构成。
类似地，在壳体7的开口部分的端面7a(其中形成流体动力凹槽7a1的区域)与相对圆盘轮毂10的下侧上的端面10a1之间的推力轴承间隙内，通过流体动力凹槽的流体动力效应形成润滑油油膜。以非接触方式在推力方向上支撑轴部件9(旋转侧部件3)的第一推力轴承部分T1通过此油膜的压力构成。
上面描述了本发明的第一实施例，但是本发明不限于此实施例。下面将描述流体动力轴承设备的另一结构示例。应该注意的是，在下面所示的附图中，具有与第一实施例中相同的结构和功能的部分和构件用相同的标号表示，且将省略对它们的重复描述。
图5显示了根据第一实施例的变化示例的流体动力轴承设备1。与第一实施例中不同，此流体动力轴承设备1中的圆盘轮毂13是树脂模制品，在所述树脂模制品中，除了轴部件15，金属制成的芯部(或芯体)12进一步地在其中集成。更具体地，芯部12具有如此形状，即环形周边壁部分12b从大致圆盘形的基部12a的外径侧边缘12a1以及圆盘轮毂13在轴向方向上向下延伸，并且具有遍及它的整个主体几乎不变的厚度。此芯部12的前面和后面以及周边壁部分12b的顶部覆盖有树脂部分14。例如，圆盘轮毂13使用先前形成的轴部件15和芯部12作为插入件，通过注射模制树脂材料插入模制而成。通过此插入模制，圆盘轮毂13和轴部件15在轴部件15的上端部15a埋入基部12a的中心、且芯部12完全埋入整个圆盘轮毂13的状态下集成。
通过用树脂材料以此方式形成圆盘轮毂13，且所述圆盘轮毂13具有埋入在整个圆盘轮毂13内的芯部12，可以降低圆盘轮毂13的重量和生产成本，同时可以降低模制期间和使用期间的尺寸变化，并且可以增加圆盘轮毂13的模制尺寸的准确度并由此增加旋转侧部件3的模制尺寸的准确度。在圆盘轮毂13中，最好是，在特别需要精度的部分内，即图示示例中转子磁铁5的安装部分内，树脂部分14的厚度在芯部12的前侧和后侧相同。
此外，在该实施例中，肩部15a1形成在轴部件15的上端部15a内，所述上端部15a埋入轴部件15的圆盘轮毂13内，在圆盘轮毂13的内径部分内露出的芯部12、轴部件15在轴向方向上在肩部15a1处接合。因此，可以增加芯部12相对于轴部件15的定位准确度，并因此可以增加圆盘轮毂13安装到轴部件15的安装准确度。
例如芯部12可以由诸如不锈钢的磁性物质形成。据此，可以从转子磁铁5通过圆盘轮毂13传递到内径侧的磁通被芯部12阻挡住。因此，可以防止定子线圈4与转子磁铁5之间产生的磁通的泄漏。应该注意的是，例如，通过挤压加工等塑性加工，芯部12可以用模具形成，从而能够以更低的成本生产。
另外，例如芯部12可以由诸如烧结金属的多孔体形成。据此，因为围绕芯部12的树脂部分14在其咬入多孔体表面上的细孔的状态下固化，所以对芯部12产生了一种锚定效应，且进一步增加了树脂部分14与芯部12之间的粘合强度。
图5显示了其中芯部12和轴部件15都是插入件的示例，但是也可能只有芯部12是插入件用于通过插入模制构成圆盘轮毂13。在该情况下，轴部件15通过例如粘附和压入配合的适当手段固定到已经模制的圆盘轮毂13上。
图7从概念上并部分地显示了根据本发明第二实施例的流体动力轴承设备21的、以及用于信息设备的装有此流体动力轴承设备21的主轴电动机的结构示例。此用于信息设备的主轴电动机用于例如HDD的磁盘驱动单元，并包括：流体动力轴承设备21，其通过固定侧部件2可自由旋转地支撑轴部件29；定子线圈4和转子磁铁5，所述定子线圈4和转子磁铁5例如在径向方向上横过间隙彼此相对(参见图1)；和托架6。定子磁铁5连接到圆盘轮毂30的外周边上，作为具有用于安装转子磁铁5的部分3c的部件。此圆盘轮毂30将一个或多个磁盘等圆盘形的信息记录介质保持在其外周边上。流体动力轴承设备21的壳体7连接在托架6的内周边上。当定子线圈4通电时，转子磁铁5被定子线圈4与转子磁铁5之间产生的励磁旋转，因此作为固定侧部件2的壳体7、和圆盘轮毂30相对于轴承套筒8旋转，由此轴部件29相对于轴承套筒8旋转。
此图中的流体动力轴承设备21包括固定侧部件2、相对于固定侧部件2旋转的轴部件29、圆盘轮毂30和磁屏蔽部件28。在该实施例中，下面将主要描述旋转侧上的部分(轴部件29、圆盘轮毂30、磁屏蔽部件28)。
作为具有用于安装转子磁铁5的部分3c的部件的圆盘轮毂30通过注射模制如上所述的以液晶聚合物、PPS、PEEK等结晶树脂为基础的树脂合成物形成。此实施例的圆盘轮毂30包括大致圆盘形的基部30a、从基部30a的外圆周30a2在轴向方向上向下延伸的周边壁部分30b以及设置在周边壁部分30b的外周边上的圆盘加载面30c。圆盘形信息记录介质(没有示出)安装在圆盘加载面30c上并通过适当的保持装置(没有示出)保持在圆盘轮毂30上。磁屏蔽部件28连接到周边壁部分30b的下端部，所述周边壁部分30b与圆盘轮毂30一体形成。
磁屏蔽固件28例如通过塑性加工(冲压加工等)金属盘而被模制，所述金属板包括例如马氏体为基础的不锈钢或铁素体为基础的不锈钢的铁磁性物质。在该实施例中的磁屏蔽部件28具有大致L形的横截面，并包括在轴向方向上沿周边壁部分30b延伸的轴向方向部分28a和从轴向方向部分28a的上端延伸到外径侧的径向方向部分28b。当然，除了上述的不锈钢材料的金属材料，这些金属的氧化物、陶瓷和其它材料只要它们是磁性材料就可以用作用于磁屏蔽部件的材料。
如上所述，转子磁铁5通过粘附等手段连接到圆盘轮毂30的安装部分3c。在该实施例中，磁屏蔽部分28的设置在圆盘轮毂30的周边壁部分30b内的外周边(轴向方向部分28a的外周边)用作安装部分3c，且转子磁铁5通过粘附直接固定到此安装部分3c上以实现金属粘附并提高固定力。
通过使用先前模制的轴部件29、和磁屏蔽部件28作为插入件注射模制树脂材料(插入模制)模制上述结构的圆盘轮毂30。通过此插入模制，圆盘轮毂30和轴部件29在轴部件29的上端埋入圆盘轮毂30的基部30a的中心的状态下形成，且圆盘轮毂30和磁屏蔽部件28在磁屏蔽部件28埋入圆盘轮毂30的周边壁部分30b的外周边的状态下集成。在轴部件29的上端部内，凹槽29b在径向方向上形成为用于圆盘轮毂30在轴向方向上的防脱落件。
圆盘轮毂30与轴部件29和磁屏蔽部件28通过此方式的插入模制被模制为一体，由此圆盘轮毂30的模制和圆盘轮毂30、轴部件29和磁屏蔽部件28的安装过程可以同时实施，且电动机的组装可以减少。此外，在插入模制中，轴部件29和磁屏蔽部件28的定位准确度通过使用高精度的模具得到提高，从而容易获得很高的安装准确度和将偏摆精度和同轴性维持在很高的水平。除了轴部件29和磁屏蔽部件28用于插入模制圆盘轮毂30以外，转子磁铁5可以被另外用作插入件。
此外，在本发明中起磁屏蔽作用的磁屏蔽部件28被设置在圆盘轮毂30内与转子磁铁5相对的位置内。在转子磁铁5与定子线圈4之间的磁通的泄漏的发生通过圆盘轮毂30可以得到防止。因此，可以增加转子磁铁5与和转子磁铁5相对的定子线圈4之间的磁通密度，并可以增加旋转性能。
为了防止磁通泄漏，最好是，除了转子磁铁5的与定子线圈4相对的部分以外的所有区域被磁屏蔽部分28覆盖，但是在该实施例中，考虑到磁屏蔽部件28的可加工性和其它特性，磁屏蔽部件28设置有轴向方向部分28a和径向方向部分28b以便主要在转子磁铁5的内径侧和上侧屏蔽磁性。当然，磁屏蔽部件28的形状可以被适当地改变以便屏蔽另一侧(例如，下侧)的磁性，或以便限制磁屏蔽的方向(例如，磁性仅在内径侧被屏蔽)。
此外，在该实施例中，如图7中所示，磁屏蔽部件28和圆盘轮毂30以下面的方式一体模制：将磁屏蔽部件28粘附到圆盘轮毂30的外周边上，并且露出磁屏蔽部件28的外圆周表面。然而，部分或全部的磁屏蔽部件28可以埋入圆盘轮毂30的部分内。在该情况下，因为磁屏蔽部件28的埋入树脂部分内的部分被当熔融的树脂从两侧固化时引起的收缩所限制，所以可以增加磁屏蔽部件28的粘合强度。
在上述结构的流体动力轴承设备1中，当轴部件29(圆盘轮毂30)旋转时，轴承套筒8内圆周表面的用作径向轴承面的区域(其中形成上流体动力凹槽8a1和下流体动力凹槽8a2的区域)与横过径向轴承间隙的轴部件29的外圆周表面29a相对。当轴部件29旋转时，上述径向轴承间隙中的润滑油被推向流体动力凹槽8a1、8a2的轴向中心m(参见图4)，且其压力增加。通过流体动力凹槽8a1、8a2的这种流体动力效应，分别构成在径向方向上以非接触方式支撑轴部件29(圆盘轮毂30)的第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2。
类似地，在壳体7的开口部分的端面7a(其中形成流体动力凹槽7a1的区域)与相对圆盘轮毂30的下端面30a1之间的推力轴承间隙内，通过流体动力凹槽的流体动力效应形成润滑油的油膜。通过此油膜压力，构成以非接触方式在推力方向上支撑轴部件29(圆盘轮毂30)的第一推力轴承部分T1。
图7(图1)显示了电动机，其中作为示例定子线圈4被设置在内径侧上而转子磁铁5被设置在外径侧上，但是相反地，本发明也可以应用到下面的电动机上，其中转子磁铁5被设置在内径侧上而定子线圈4被设置在外径侧上。此外，此图显示了一种径向间隙电动机，其中在径向方向上的间隙被设置在定子线圈4与转子磁铁5之间，但是本发明也可以应用到轴向间隙电动机上：其中间隙在轴向方向上被类似地设置在定子线圈4与转子磁铁5之间。
图8是用于信息设备的主轴电动机的放大的截面视图，所述主轴电动机装有根据本发明第三实施例的流体动力轴承设备31。在第一和第二实施例中推力轴承间隙形成在壳体7与圆盘轮毂10(30)之间，然而相反地，在该实施例中，推力轴承间隙分别形成在壳体37与轴部件39之间和轴承套筒8与轴部件39之间。此实施例与上述实施例的不同在于此项。具体地，轴部件39包括凸缘部分39b，所述凸缘部分39b一体地或分开地设置在轴部件39的下端。此外，位于壳体37的下端部内的底部37b与壳体37的侧面部分37a分开形成，并改型到所述侧面部分37a。尽管没有示出，在该底部37b的内部底面37b1上，形成了例如具有与图3中的流体动力凹槽相同形状的流体动力凹槽，且在轴承套筒8的下端面28c上形成了具有类似形状(具有相反的螺旋方向)的流体动力凹槽。在上述轴部件39插入轴承套筒8的内圆周并旋转的状态下，推力轴承间隙形成在轴承套筒8的下端面8c与轴部件39的凸缘部分39b的上端面39b1之间，且在该推力轴承间隙中产生了润滑油的流体动力效应，从而形成在推力方向上以非接触方式支撑轴部件39的第一推力轴承部分T11。同时，推力轴承间隙也形成在连接到壳体37下端部的底部37b的内部底面37b1与凸缘部分39b的下端面3962之间。在此推力轴承间隙中由润滑油产生的流体动力效应形成第二推力轴承部分T12，所述第二推力轴承部分T12在推力方向上以非接触的方式支撑轴部件39。
在该实施例中，通过使用先前通过锻造或其它手段形成的轴部件39作为插入件(且尽管没有示出，上述磁屏蔽部件也作为插入件)注射模制树脂材料，插入模制保持磁盘等圆盘的圆盘轮毂40。在该情况下，尽管没有示出任何一个，转子磁铁连接到圆盘轮毂40的转子磁铁的安装部分，且磁屏蔽部件安装在圆盘轮毂40内与转子磁铁相对的位置。通过此插入模制，圆盘轮毂40、轴部件39和磁屏蔽部件在轴部件39穿过圆盘轮毂40的中心的状态下集成。
如上所述，也在第三实施例中，圆盘轮毂40通过插入模制与轴部件39一体模制，由此可以省却将圆盘轮毂40安装到轴部件39的过程，并可以降低组装电动机的成本。此外，在圆盘轮毂30与轴部件29之间可以获得很高的安装精度，从而在它们之间可以保证足够的固定力。此外，磁屏蔽部件设置在圆盘轮毂40内与转子磁铁相对的位置，由此可以抑制转子磁铁的磁通泄漏。此外，圆盘轮毂40可以与芯部插入模制，如在图5中所示的变化示例中以及也在该实施例中，因此，可以增加圆盘轮毂40的模制尺寸准确度。
图9是多边形扫描器电动机的放大的截面视图，所述电动机装有根据本发明第四实施例的流体动力轴承设备41。此实施例与第一至第三实施例的不同在于推力轴承部分T21不是非接触式流体动力轴承，而是接触式枢转轴承。具体地，轴部件49具有没有凸缘部分的轴状形状，且其下端49b形成为凸起的球形。轴部件49被接触地支撑且其下端49b与推力垫圈47c的内部底面47c1枢转接触，所述推力垫圈47c在推力方向上被固定在壳体47上。
此时，例如，作为具有连接到其上的光学多面体镜、和用于安装转子磁铁的部分的部件的转子部件50、使用先前模制作为插入件的轴部件49，和尽管没有示出的、作为插入件的上述磁屏蔽部件，通过插入模制树脂材料等手段而被插入模制。在该情况下，尽管也没有示出任何一个，转子磁铁连接到转子部件50内用于安装转子磁铁的部分上，且磁屏蔽部件被安装在转子部件50内与转子磁铁相对的位置内。通过此插入模制，转子部件50、轴部件49和磁屏蔽部件在轴部件49穿过转子部件50的中心的状态下集成。
如上所述，也在第四实施例中，如同第一至第三实施例，转子部件50通过插入模制与轴部件49一体形成，由此可以省却将转子部件50安装到轴部件49上的过程，并可以减少组装电动机的成本。此外，通过将磁屏蔽部件设置在转子部件50内与转子磁铁相对的位置内，可以抑制磁通从转子磁铁泄漏。当然，在该实施例中，转子部件50可以与芯部一体插入模制，从而如上面第一至第三实施例中，可以增加转子部件50的模制尺寸的准确度。
上述的第一至第四实施例描述了下面的情形：多个流体动力凹槽8a1、8a2被设置为用于产生径向轴承部分R1、R2的径向轴承间隙内流体的流体动力效应的装置，但是也可以采用其它形式。例如，尽管没有示出，可以采用所谓的分级流体动压力产生部分，所述分级流体动压力产生部分具有在轴向方向上的凹槽，所述凹槽形成在圆周方向上的多个位置内；或可以采用所谓的多叶片轴承，在所述多叶片轴承中多个弓形面布置在圆周方向上，且具有楔形形状的径向方向间隙(轴承间隙)形成在这些弓形面与轴部件9的相对的外圆周表面9a之间。
此外，推力轴承部分T1、T2(T11、T12)中的一个或两个可以由所谓的阶梯轴承(或立式止推轴承)构成，在所述阶梯轴承中，径向凹槽形状的多个流体动力凹槽在圆周方向上以预定间隔被设置在用作推力轴承面的区域内；或尽管也没有示出，可以由波形轴承(具有代替阶梯的波浪形状)等轴承构成。
此外，上面的实施例描述了下面的情形：所述径向轴承面形成在轴承套筒8的侧面上，同时所述流体动压力产生部分形成在壳体7、37的侧面上。然而，这些流体动压力产生部分的形成面不限于固定侧上的部分的那些面，例如可以是轴部件9的侧面和与这些部分相对的凸缘部分9b、39b，或者在圆盘轮毂10、13、30的侧面(旋转侧)上。
工业应用性
本流体动力轴承设备适于用于信息设备(例如HDD等磁盘装置，CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盘装置，MD、MO等磁光盘装置)的主轴电动机，激光打印机(LBP)的多边形扫描器电动机或用于轴流风扇等的小电动机。
Claims (8)
1.一种流体动力轴承设备，包括固定侧部件和旋转侧部件，所述旋转侧部件在径向方向上以非接触的方式通过流体的流体动力效应支撑，所述流体动力效应在固定侧部件与旋转侧部件之间的环形径向轴承间隙中产生，且
所述旋转侧部件具有用于安装转子磁铁的部分，并且所述旋转侧部件是使用金属部分作为插入件的树脂注射模制品，
所述金属部分是芯部和面向径向轴承间隙的轴部件，
在轴部件的上端部形成肩部，芯部通过肩部与轴部件在轴向结合，该芯部作为插入件，用于安装转子磁铁的部分由树脂制成。
2.根据权利要求1所述的流体动力轴承设备，其中所述芯部由磁性物质形成。
3.根据权利要求1所述的流体动力轴承设备，其中所述芯部由多孔体形成。
4.根据权利要求1所述的流体动力轴承设备，其中所述固定侧部件具有轴承套筒和壳体，所述轴部件能够插入在所述轴承套筒的内周边处，所述壳体使轴承套筒固定在其中、并且所述壳体包括在一端侧上的开口部分和在另一端侧上的一体的或单独的底部。
5.根据权利要求4所述的流体动力轴承设备，其中推力轴承间隙设置在壳体的开口部分与旋转侧部件之间，且所述轴部件在推力方向上以非接触的方式被流体在推力轴承间隙内产生的流体动力效应支撑。
6.根据权利要求4所述的流体动力轴承设备，其中推力轴承间隙设置在壳体的底部与旋转侧部件之间，且所述轴部件在推力方向上以非接触的方式被流体在推力轴承间隙内产生的流体动力效应支撑。
7.根据权利要求4所述的流体动力轴承设备，其中所述轴部件接触性地被壳体支撑。
8.一种电动机，所述电动机具有根据权利要求1-7中任一项所述的流体动力轴承设备、转子磁铁和定子线圈，所述定子线圈在其本身与转子磁铁之间产生励磁。
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