1310433 .九、發明說明： *>【發明所屬之技術領域】 ”本發明涉及轴承裝置及其製造方法，特別涉及一種動 壓軸承、轉軸及其製造方法。 【先前技術】 目前，軸承廣泛應用於各種設備中，尤其係動壓軸承 在電子裝置中使用得更加普遍，如硬碟驅動器（HDD)、光碟 #驅動器（CD-ROM)、數位化視頻光碟機（DVD)、微型光碟機 (MlniDlsc)、磁光碟機（M〇)及散熱風扇等領域，該等裝置中 馬達之軸承尺寸小，對軸承之回轉精度及壽命要求高。 動壓軸承係在轉轴與軸承之間之微小間隙内形成一層 流體（可為氣體或液體）潤滑油膜，潤滑流體藉由流經不同斷 面積之剪力作用而產生一動壓效果，使得該轴承以高剛性 對轉軸進行支承及㈣，從岐得轉軸與軸承不直接接 籲觸’可減少磨損，延長轉軸及轴承之使用壽命。而在動壓 輛承中#承載油膜之形成方式有幾何形狀楔效應、擠壓 "表面伸縮效應、密度楔效應、黏度楔效應及膨脹效 應L目前最主要以幾何形狀楔效應為主。所謂“楔效應” 二才曰疋里粘性之潤滑流體由大斷面積流至小斷面積時所產 生之動壓力效應’以此壓力來支撐轉軸運轉之穩定性。如 圖1所不，習知技術中動壓軸承係在動壓轉軸（圖未示）外周 面或動壓轴承100a内周面刻上複數“人，，字形動壓溝槽 5 1310433 140a ’每一溝槽140a包括二分叉流道142a，在轉軸（圖未 示）帶動下’該二分叉流道142a中一部分潤滑流體沿〇x方 .向流動產生楔效應，另一部分流體沿YO方向流向該“人” 字形尖端，即二分叉流道142a之相交處。在該相交處二分 又流道142a流體匯合後被推擠到該轉軸與轴承之間隙中而 產生楔效應。該動壓軸承中軸承與轉軸間壓力很大，如箭 頭50、60所示，一部分潤滑流體在產生動壓效果時易朝轉 籲軸或軸承兩端流動而造成洩露。 在製造該動壓軸承l〇〇a時，一般為先製造中空之軸 承，再利用化學蝕刻或電解放電加工或機械加工或轉印等 方法’在中空軸承内壁表面刻劃出所需之動壓溝槽14〇a。 同樣也可在轉軸上刻劃出所需之動壓溝槽以實現動壓效 果。然而由於軸承140a之微型化趨勢使得軸承1〇〇a内徑 相對地縮小，使得在成型此動壓溝槽14〇a時非常困難，難 Φ以提尚產品之量產性及穩定性。 【發明内容】 有鑒於此，有必要提供一種可防止潤滑流體洩露之動 壓軸承及轉#，且量產性及穩定性好之動壓抽承製造方法。 :種動壓軸承，該動壓軸承内周面開設有複數動壓溝 槽，母-動摩溝槽包括二分叉流道，該動麼溝槽中相對 側分叉流道之螺旋角大於相對内側分又流道之螺旋角。 種轉軸，該轉軸外周面開設有複數動壓溝槽，每一 1310433 動屋溝槽包括-八π & 流道之㈣槽巾相對相之分又 ^之螺㈣大於相對内側分又流道之螺旋角。 =屋軸承製造方法，包括如下步驟：提供 充體表面突出設有複數“人，，字形凸起，每—凸 -部，其中—相對外側分又部之螺旋角大於另 :對：側分叉部之螺旋角；將該填充體置於一中空軸承 ::“立置，並以射出成型方式將金屬或陶瓷粉末與 …黏結劑之混合物注射人軸承模具中空腔體以形成動壓 車承胚體，藉由催化脫脂方式將填充體從動壓軸承胚體中 移除；去除該動壓軸承胚體中黏結劑；燒結動壓轴承胚體。 該動壓轴承或轉轴上之動壓溝槽一侧分叉流道之螺旋 角大於另一側分叉流道之螺旋角，使得潤滑流體在壓力差 作用下保持在疋區域，從而有效改善潤滑流體之茂漏問 題；同時，藉由填充體和射出成型製程一體成型該動壓轴 承和動壓溝槽，有利於提高產品之量產性及穩定性。 【實施方式】 請參閱圖2 ’本發明實施例一動壓軸承3〇〇内周面設有 兩排“人”字形溝槽34、35,該排溝槽34與溝槽35沿軸向 相互間隔。該動壓轴承300與一轉轴（圖未示）配合工作。每 一溝槽34包括二分又流道342、344，每一溝槽35包括二分 叉流道352、354，該等分叉流道342、344、352及354在圓 周面之延伸方向（即YO方向）與水平圓周方向（即OX方向）成 一定傾斜角度。其中，該二分叉流道342、352分別位於動 1310433 壓溝槽34、35之相向内側，二分叉流道344、354分別位於 動壓溝槽34、35之相向外側。該等分叉流道342、344、352、 354各具有一螺旋角，該對應螺旋角可看作各分叉流道 342、344、352、354之延伸方向（即YO方向）與該水平圓周 方向（即OX方向）夾角之對應銳角。 請參閱圖3，對一動壓溝槽34之分叉流道342、344所產 生作用力進行分析，假設該動壓溝槽34中靠外侧之螺旋角 為/9 1，即分叉流道344與OX方向之夾角；該動壓溝槽34中 >靠内侧螺旋角為万2,即分叉流道342與OX方向之夾角。當 該轉軸運轉時，其沿OX方向作用力為F，假設F1為潤滑流 體沿分叉流道344產生之作用力，F3為潤滑流體沿分叉流道 342產生之作用力，同時，由於該二分叉流道342、344沿圓 周面延伸，因此FI、F3係潤滑流體沿對應圓周面切線產生 之作用力，並作以下假定： 1)轉軸沒有變形； _ 2)轉軸表面各點圓周切線方向之速率相同。 由上述假定可以知道各分叉流道在OX方向之作力有 如下關係：
Flxcos β l=F=F3xcos β 2 (1) 當 90°>；5 1 >/3 2 >0°，則有 cos β 1 < cos β 2 所以 FI > F3 (2) 另外假設F2、F4分別為分叉流道344、342中潤滑流體 8 1310433 沿該動壓軸承300轴向（即ZO或OZ方向）產生之作用分力，其 中有： F2= Flxsin/3 1 ? F4=F3xsin/3 2； (3) 當90°>β 1 >召2 >0°，則有 sin β 1 > sin β 2 (4) 由式（2)、（3)、（4)可知 F2 > F4 (5) φ 由式（5)可知，當螺旋角/3 1比螺旋角/3 2大時，即該溝 槽34外側分叉流道344中之潤滑流體沿該動壓軸承300軸向 (即ΖΟ方向）產生之作用力F2大於溝槽34内侧分叉流道342 中之潤滑流體沿該動壓軸承300轴向（即ΟΖ方向）產生之作 用力F4，因此，該溝槽34中之潤滑流體在壓力差之作用下 便傾向朝螺旋角較小之分又流道342 —側方向流動，如箭頭 70所示，從而有效阻止溝槽34中之流體向該溝槽34外側方 向流動。將該溝槽34之分叉流道342設置於與該動壓轴承 鲁300封閉端相對一側，而分叉流道344設置於與該動壓轴承 300開放端相對一側，可有效將潤滑流體保持在靠近該動壓 軸承300封閉端之一侧。需要注意的是，理論上螺旋角/3 1 等於螺旋角/32, F2等於F4時將使得溝槽34附近流體在轴向 達到動平衡，但該轉軸與動壓軸承300在實際運轉時由於杲 汲作用及磁浮問題，將導致F4大於F2，使得潤滑流體沿ΟΖ 方向流動並造成洩漏，同時造成轉軸運轉不平穩。在本實 施例中螺旋角/5 1比螺旋角/3 2大時，可使得潤滑流體克服 1310433
聚汲作用及磁浮問題，使得溝槽34附近之流體達 動平衡。 V 請參閱圖4，假設該動壓溝槽35靠外側螺旋角為点*， ==流道354與〇χ方向之失角；該動壓溝槽_内側螺 紋角為/3 3’即分叉流道352與似方向之夹角，當跔大於 ^時，該溝槽35中潤滑流體在壓力差之作用下便傾向朝螺 紅角較小之分又流道352-側方向流動，如箭獅所示，從 而有效阻止該溝槽35中流體向該溝槽35外側方向流動。碎 上所述’溝槽34、35配和構成之㈣軸承細工作時可將潤 保持在該二動壓溝槽34、35之中間區域，從而該動 堡軸承300中之潤滑流體在不增加裂置前提下，僅使溝槽 I4、:35中之外侧分叉流道354、344之螺旋角大於内側分叉 心352、342之螺旋角，便可有效改善濁滑流體茂漏問題。 以上所述㈣㈣34、35同樣可開設在錢轉轴上， 同樣可達到良好的保油效果。 籲請參閱圖5至圖8,由所述動麼溝槽34、35構成之動壓 軸承製造方法包括以τ步驟··首先，提供—填充體ι〇， ==表出設有複數凸起14、15 ;其次，將該填 ，體Κ)置於-中空軸承模具（圖未示）之中心位置，並以注射 、土方式將金屬粉體或m體材料充填人該軸承模具之 中空腔體，以形成該動壓轴承胚體2〇;再次 脂方式將該填充體10從該動壓軸承胚體2〇中料 :壓,承胚體20:壁表面便形成了動壓溝槽別之紋路；接 者，措由脫脂或萃取方法將該動廢轴承胚體20之黏結劑去 1310433 除；然後，高溫燒結該動壓軸承胚體20 ;最後，以機械加 工方式修整該動壓軸承胚體20之孔徑以得到所需要之動壓 車由承300。 在該填充體10之結構設計中：該填充體1〇之結構形狀 需根據該動壓軸承300内壁表面之動壓溝槽34之形狀來設 。十即該填充體表面結構形狀和該動壓轴承3〇〇内壁及動 壓溝槽34能夠對應互補，該填充體1〇包括一圓柱形本體 _ 12所述人予开> 凸起14、15間隔分佈在該本體12圓周 表面上，該等凸起14、15分別由二分叉部142、144及152、 154組成，該填充體1〇之外表面與欲成型之動壓軸承之 内表面對應，該等凸起14、15用以成型該動壓軸承3〇〇之動 壓溝槽34、35。同時，該等凸起14、15相向外側分叉部144、 154之螺旋角分別大於内側分叉部142、152之螺旋角。 在選擇該填充體1 〇之材料時，除了需要考慮到成型工 藝、成本及量產性外，還要考慮到後續製程工藝對該填充 •體10材料性能之要求，比如後續製程中注射成型該轴承胚 體20時，該填充體1〇材料熔點應比注射成型料射出時溫度 高，即該填充體10之材料熔點比該注射成型料中黏結劑之 熔點溫度高，以避免該填充體1〇在與注射成型料接觸時發 生融熔變形；同時，後續製程中脫脂過程要求該填充體10 之材料易於脫脂，且不會導致該動壓軸承胚體2〇產生變 开/ ^曲或破裂等缺陷。根據以上要求，本發明之一實施 例中之填充體採用聚縮經樹脂，英文名為 Polyoxymethylene(簡稱Ρ〇Μ)，作為其成型材料。聚縮醛樹 11 1310433 脂為乳白色不透明結晶性線性熱塑性樹脂’聚縮醛樹脂具 有良好之綜合性能和著色性，具有較高之彈性模量，很高 之剛性和硬度，比強度（材料強度與材料密度之比值）和比剛 性(材料剛度與材料密度之比值）接近於金屬，素有金屬塑勝 之稱。聚縮醛樹脂之尺寸穩定性好，表面光澤好；除了強 酸、紛類和有機鹵化物外，對其他化學品穩定，财油；機 ^生月b X溫度影響小，具有較高之熱變形溫度。聚縮盤樹 月面旨之吸水率大於0.2%，成型前應預乾燥，聚縮賴脂溶融 溫度與分解溫度才目近。採用聚縮酸樹脂成型之製品可藉由 注射、擠出、吹塑、滾塑、焊接、粘接、塗膜、印刷、g電 ’又機加工#中/主射成型係主要方法，因聚縮藤樹月旨成 型收縮率大’模具溫度宜高些，或進行退火處理，或加入 增強材料（如無域玻璃纖維），注射成型使用之主要設備係 柱塞式或螺桿式往復注射機。該注射成型過程大致可分 為.溶解-注射-冷卻等三個階段，其具體過程是：塑化 _好之㈣靠柱塞或螺桿之推力注人閉合之模腔內，經冷卻 固化定型、，開模得到所需之製品。應根據填充體10之表面 =狀设計注射模具（圖未示）’對該注射模具之設計應著重考 慮到製品收縮率之補償及淹口之流暢；該注射模具主要功 此有·、接受溶體和分配溶體、成型製品、保壓冷卻、頂出 庄射成扣、承受鎖模和注射壓力、傳遞機械運動和 具内各部件之運動。 ^模 =該動>1軸承胚體2G之成型過程中：用於成型動愿轴 承胚體20之中空轴承模具結構，需根據該㈣軸承結構 12 1310433 尺寸並結合該填充體1〇之結構尺寸來設計；針對不同之填 充體ίο之材料，可選用不同之成型方式來成型該動壓軸承 = 20。本發明一實施例中之填充體1〇採用聚縮醛樹脂作 、成型材料’可選用粉末射出成型方式（P〇wderInjecti〇n 〇ldl，ng，簡稱PIM)來成型該動壓軸承胚體20,在黏結劑選 上應選用熔點較填充體1〇熔點低，且宜用脫腊或 除，，比如以聚乙綱為主之黏結劑，= >出㈣、ft ^用熱脫脂之方式錯。該動壓軸承胚體20射 過程是：首先將金屬或陶餘末與黏結劑在高溫下 -口’使混合物具有類似塑膠流變行丨，錢將塑化 、:合物經射出成型機加熱、加壓射入中空軸承 用成=胚體2〇。該粉末射出成型過程所用設備可採 t㈣之注射機’ 承胚體20採 广：你A方式成型時，應對螺桿式注射機之螺桿進行熱 1右^、具有高耐磨性。藉由粉末射出成形得到之製品 ^零形狀自由度’能夠最大限度得到接近最終形狀 成型方;3效減少後續加工量’且射出成型相對於其他 易容利於製造向熔點、高強度、複雜形狀之零件， 易實現自動化、大批量生產。 催㈣··可供選擇之脫脂方法比如有熱脫脂或 中移除時採用催二η將填充體10從軸承胚體20 其具趙脫脂過程如脫脂又名為觸酶脫脂， 胚體20置於^ 讀出成型後之動壓轴承 脫月曰爐内’在⑽^啊溫度下對該脫脂爐 13 1310433 内之動壓軸承胚體2G施以硝酸蒸汽，聚縮搭樹脂係一檀對 n氣氛非常敏感之高分子聚合物，它在酸性氣氛下可以 $速發±拉鏈式，，之解聚反應，而在反應受熱過程中很 T易刀解出曱I氣體小分子’因此在此種确酸蒸汽形成之 酸性催化劑環境下，聚縮_脂將連續被分裂成曱酸氣 ^ ’即該動壓軸承胚體2G内之填充體1G與硝酸蒸汽反應分 生成曱駿而被脫除；接著，在該脫脂爐内藉由氮氣回流 _聖力將刀解生成之甲搭輸送自高溫燃燒區燃燒成二氧化碳 =氧化氮等無害氣體’從而有效地將該填充體職序自 軸承胚體20内排除。當批量生產動壓軸承300時，熱脫 脂雖然具有工藝和設備簡單之特點，但其耗時、高成本、 二:複：，催化脫脂利用氣固界面反應，克服了熱脫脂速 二因好f生缺陷之不足，從而可有效避免該動壓軸承胚 缺陷因脹係數不—同所產生之變形、f曲或破裂等 生麼物不Ιΐ軸承3GG量隸和尺寸精度，且脫脂後所產 _生尾物不會〉可染環境， 使用草酸以形成酸性氣氛。另外，_酸外，還可 壓軸==脫除後’接著可藉由熱脫脂之方法將該動 厘軸承胚體20中之黏結劑脫除。 在脫脂過程後，由於黏結劑 承胚體20往往比5戶斤仔到之動屢軸 :使其料更緻密化，以得到高密度 丁二 據不同之轴承胚體20材料，可選擇在直空、 氛圍下進行高溫燒肖。 -1虱或虱軋# 14 1310433 ^結後，該動壓軸承胚㈣將會發生㈣變形，可採 '古夕力卫方式對該胚體2G進行尺寸修整。常用機加工方 工^種，比如拉刀修整，鑽頭修整，研磨，數控等等， 不化學㈣或電解放電方式，但其成本較高，一般 不推薦使用。 样之：i所述方法同樣可用來製作具有“人，，字形動壓溝 :人ί:不同之處在於，應將填充體製作成内周面具有 藝面雍凸起之中空圓柱形之軸承形狀，該填充體内周 =欲成型之轉轴外周面㈣應，接著藉由射出成型成 整等工Z，然後再經脫脂、去除黏結劑、燒結、機加修 整荨工序製得所需轉軸。 丁上所述’本發明之動壓軸承細中動壓溝槽Μ、％ J刀又机道354、344之螺旋角大於内側分又流道352、 之螺旋角’使得潤滑流體在壓力差之作用下保持在 =從而有效改善潤滑流體之_題；同時， § 34、=射出成型f程—體成型該動壓軸承和動屋溝槽 ，有利於提高產品之量產性及穩定性。 曰 ^上所述’本發”合發明㈣要件，—法提 朵本ΐ技Γ以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡孰 ;化2之人士，在爰依本發明精神所作之等效修•或、 釔化，白應涵蓋於以下之申請專利範圍内。 一 【圖式簡單說明】 圖1係習知技術_ 一動麼軸承沿水平圓周方向展開示 15 1310433 意圖。 圖2係本發明實施例一之動壓溝槽沿水平圓周方 開圖。 σ展 圖3係圖2中一排動壓溝槽沿水平圓周方向展開圖。 圖4係圖2中另一排動壓溝槽沿水平圓周方向展開圖。 圖5係本發明動壓軸承製造方法之流程圖。 圖6係圖5中填充體之立體圖。 圖7係圖5中動壓軸承胚體和填充體之立體組合圖。 圖8係圖5中動壓軸承之一立體剖視圖。 【主要元件符號說明】 [習知] 動壓軸承 分又流道 100a 142a 溝槽 140a [本發明] 填充體 10 動壓轴承 300 本體 12 凸起 14,15 溝槽 34, 35 分叉部 142,144,152,154 分又流道 軸承胚體 342,344,352,354 20 16