流體軸承裝置的製作方法

2023-11-09 22:17:17 1

專利名稱：流體軸承裝置的製作方法
技術領域：
本發明關於一種由軸承間隙形成的油膜支持旋轉部件的流體軸承裝置。該軸承裝置適用於信息機器的電動機類，例如HDD·FDD等磁碟裝置、CD-ROM·DVD-ROM等光碟裝置、MD·MO等光磁碟裝置等的主軸電動機，雷射束印表機(LBP)的多面形掃描電動機，或電氣機器例如軸流式風機等小型電動機。
這種流體軸承(fluid bearing)大致區分為具備有由軸承間隙內的潤滑油產生動壓的動壓發生手段(dynamic-pressure generating means)的所謂的動壓軸承(dynamic bearing)，和不具備有動壓發生手段的所謂的正圓軸承(軸承面為正圓形狀的軸承)(cylindrical bearing)。
例如，在HDD等磁碟裝置的主軸電動機和雷射束印表機(LBP)的多面形掃描電動機中裝入的流體軸承裝置，設有支持軸部件在徑向方向上旋轉自如(rotatably)的徑向軸承部和支持軸部件在推力軸向力方向上旋轉自如的推力軸承部，至少在徑向軸部件上用到在軸承面上具有動壓發生用溝(dynamic-pressure generating grooves)的動壓軸承。徑向軸承部的動壓溝形成於軸承套管的內周面或軸部件的外周面的其中的任一方。
通常，軸承套管利用壓入和粘接等手段被固定在罩殼的內周，另外為了防止在罩殼內部注入的潤滑油漏到外部，多在罩殼的開口部配設密封部件。
上述構成的流體軸承裝置由罩殼、軸承套管、軸部件及密封部件這些部件構成，為了確保伴隨信息機器益發的高性能化而成為必要的高軸承性能，要努力提高各部件的加工精確度和組裝精確度。另一方面，伴隨著信息機器的低價格化的傾向，對該種流體軸承裝置的降低成本的要求也變得更加緊迫。
本發明的目的就是謀求該種流體軸承裝置的成本降低。
本發明的其它目的是提高該種流體軸承裝置的罩殼的成形精確度及機能性。
本發明的另外目的是在該種流體軸承裝置中得到更安定的軸承性能的同時，使罩殼的加工精確度和組裝精確度提高。
本發明的另外目的是提供部品件數少、更低成本且信賴性高的流體軸承裝置。
在上述構成中，罩殼也可為熔敷多個部件而形成的樹脂製品。
樹脂制罩殼可將例如燒結金屬制等軸承套管作為鑲嵌部件，通過將樹脂模型成形而形成。此時使罩殼成為由密封部、主體部及底部構成的一體成形品，削減了部品件數且可同時進行罩殼的成形和軸承套管向罩殼的固定，所以在削減作業工時上是有利的。另一方面，在這種構成中，因為罩殼為由密封部、主體部及底部組成的複雜形狀，而且與燒結金屬制等軸承套管的接觸部分和非接觸部分在樹脂的收縮率上存在差別等理由，所以存在難以使樹脂的收縮率均一、難以確保罩殼的成形精確度的情況。而且儘管密封部、主體部及底部這些罩殼各部所要求的機能不一樣，但因為各部由同一樹脂組成物形成，所以有時難以用較高的水平使各部的要求機能得以滿足。
通過使罩殼為熔敷多個部件而形成的樹脂製品，可用具備有分別對應各部的要求機能的材質、組成、形狀等的樹脂組成物，使罩殼的各部成形。而且通過將單純形狀的罩殼各部分進行組合，可成形複雜形狀的罩殼，且對應與軸承套管的接觸的有無，也可使各部分為另外部件。因此，能夠使樹脂硬化時的收縮率在各部均勻化，能夠謀求罩殼的高精確度化。
這時，如果利用彼此不同的樹脂組成物形成多個部件，則可選擇使用對應要求機能的最適合的樹脂組成物，可謀求罩殼的機能性提高。這時，如果使不同的樹脂組成物的原料樹脂為共同的，則可在確保足夠的接合強度的同時，提高熔敷時的操作性。
罩殼可為具備有兩末端開口的筒狀的主體部、閉塞主體部的一末端的底部、設於主體部扣的另一末端，與軸部件的外周之間形成密封間隙的密封部的構成。通過這樣在罩殼設置密封部，與原來那樣將另外的密封部壓入·粘接於罩殼的另一末端內周的場合相比，能夠削減部品件數，同時可減少作業工時，且達成低成本化。
另外，罩殼可通過使主體部、密封部及底部分別為一部件，並將這些部件彼此熔敷，或通過將主體部和底部及密封部其中的任一方預先一體成形作為一部件，並將其與另一個熔敷以成形。
無論是何種情況，至少主體部可將軸承套管作為鑲嵌部件進行模成型。藉此可使軸承套管的固定作業與罩殼的成形作業同時進行，得以謀求作業工時的削減。
主體部、密封部及底部各個所要求的機能不同，所以成形各部的樹脂組成物較佳是選擇使用適合其要求機能。
例如，主體部需要能夠長時間維持精確度的高強度。因此，主體部較佳是由在作為原料樹脂的熱可塑性樹脂中摻合加強材料的樹脂組成物形成的。
底部被要求減輕與軸部件接觸時的摩擦和摩擦抵抗。因此，底部較佳是由在作為原料樹脂的熱可塑性樹脂中摻合固定潤滑劑的樹脂組成物形成的。
另外，密封部被期望可確實防止來自罩殼內的漏油和來自外部的水分等的侵入。因此，密封部較佳是由使用熱可塑性樹脂作為原料樹脂、對水的接觸角在80°以上的樹脂組成物形成的。
由設於罩殼的底部的推力軸承部在推力方向上支持軸部件的下側末端面的構成的流體軸承裝置，在推力軸承部周邊的潤滑流體的壓力提高，有時會產生與密封周邊的潤滑流體的壓力差。由於該壓力差，在罩殼的內部空間內的潤滑流體中產生局部負壓，在潤滑流體中生成氣泡，有時成為起因於此的潤滑流體的漏出和振動的發生等的原因。而且通過推力軸承部周邊的潤滑流體的壓力提高，有時會產生軸部件上浮。通過設置使推力軸承部和密封部連通的連通溝，可解決這種問題。即，當在推力軸承部周邊的潤滑流體的壓力提高時，通過流通溝產生從推力軸承部周邊向密封部周邊的潤滑流體的流動，藉此使推力軸承部周邊和密封部周邊的潤滑流體的壓力保持等壓。
該流通溝可由例如設於罩殼的底部和軸承套管的一末端末端面之間的第一半徑方向溝、設於罩殼的內周面和軸承套管的外周面之間的軸方向溝、設於密封部的內側面和軸承套管的另一末端面之間的第二半徑方向溝構成。
而且，本發明為了達成該目的，提供一種將流體軸承裝置中的罩殼由結晶度為20％以上的結晶性樹脂組成物形成的構成，該流體軸承裝置包括在與應支持的軸部件的外周之間形成徑向軸承間隙的燒結金屬制的軸承套管、使軸承套管被固定於內周的罩殼，在軸部件和軸承套管的相對旋轉時，通過在徑向軸承間隙形成的油膜於徑向方向上非接觸支持軸部件和軸承套管。
通過利用有20％以上的結晶度的樹脂組成物形成罩殼，則作為潤滑流體的潤滑油難以被罩殼吸入。因此可安定維持供給罩殼的潤滑油的量，可保持長期的高軸承性能。
成為軸承套管原料的燒結金屬，可將多孔性的金屬的金屬粉末混合、成形、燒結得到之。該種燒結金屬在內部具有多個氣孔(作為多孔性體組織的氣孔)的同時，這些氣孔具備有通過外表面形成的多個開孔。作為該金屬粉末，可從例如銅、鐵及鋁中選擇一種以上的粉末作原料，根據需要添加錫、鋅、石墨、二硫化鉬等粉末或它們的合金粉末。該燒結金屬制的軸承套管在用油浸漬的狀態下使用。
該樹脂組成物的吸水率較佳是在0.5％以下。
該樹脂組成物的線膨脹係數較佳是在5×10-5/℃以下。
如果對該樹脂組成物的100重量部，摻合10～80重量部的加強材料，則可提高罩殼的強度，迴避通過罩殼的變形的動壓溝精確度的低下。
另外，為了在推力方向支持軸部件，也可利用在推力軸承間隙形成的油膜於推力方向非接觸支持軸部件，或利用罩殼的底部在推力方向接觸支持軸部件。
當利用罩殼的底部在推力方向接觸支持軸部件時，為了減輕在接觸部的摩擦力，較佳是對該結晶性樹脂組成物的100重量部，摻合5～30重量部的固體潤滑劑。
上述各罩殼可通過將軸承套管作為鑲嵌部件模成形來進行成形。
而且，本發明為了達成目的提供一種流體軸承裝置，該裝置包括在一末端側有底部的樹脂制的罩殼、設於罩殼的內部的金屬制的軸承套管、插入軸承套管的內周面的軸部件、設於軸承套管的內周面和軸部件的外周面之間，由軸承間隙產生的潤滑油的油膜在徑向方向非接觸支持軸部件的徑向軸承部、設於罩殼的底部，在推力方向支持軸部件的一末端末端面的推力軸承部；罩殼將軸承套管作為鑲嵌部件，使樹脂模成型形成，軸承套管至少在內周一末端側部分有倒角部，且在該倒角部施加防止與構成罩殼的樹脂的剝離的防剝離手段。
通過將軸承套管作為鑲嵌部件使樹脂模成型而形成罩殼，與利用金屬材料形成罩殼的情況相比，能夠降低罩殼的製造成本。而且，推力軸承部可採用由罩殼的底部直接支持軸部件的一末端末端面的構造，所以不需要原來那種設於流體軸承裝置的止推板，可謀求部品件數的削減。另外，因為不需要對罩殼的軸承套管的組裝作業，所以組裝成本也降低。
通常在軸承套管的內周兩末端(角部)設有倒角部，但特別是軸承套管的內周一末端(罩殼底部的角部)的倒角部，當將罩殼和軸承套管鑲嵌成形時，兼具有確保在軸承套管的內周一末端和安裝於軸承套管內周面的內型之間所需的空間容積，防止充填於該縫隙部的樹脂部分呈微細的毛刺的作用。另一方面，伴隨熔融樹脂在成形模的陰模內固化時的樹脂收縮，在構成罩殼的底部之樹脂部分產生向內徑側之內部應力，該內部應力在從軸承套管的內周一末端的倒角部向剝離樹脂的方向作用。有鑑於此，本發明通過在軸承套管的內周一末端的倒角部，施加防止與構成罩殼的樹脂的剝離的剝離防止手段，可迴避樹脂從該倒角部剝離而在軸承性能上產生不令人滿意的影響的事態，提高流體軸承裝置的信賴性。
該剝離防止手段例如是可通過在用燒結金屬形成軸承套管的同時，使其內周一末端的倒角部的開孔率大於內周面的開孔率來構成。
作為該燒結金屬，可用從例如銅、鐵及鋁中選擇1種以上的金屬粉末或銅被覆鐵粉等施以被覆處理的金屬粉末和合金粉末作為主原料，根據需要混合錫、鋅、石墨、二硫化鉬等粉末或它們的合金粉末，並進行成形、燒結得到。這種燒結金屬具有在內部的多個氣孔(作為多孔性體組織的氣孔)的同時，還具有這些氣孔與外表面相通形成的多個開孔(多孔性體)。
將燒結金屬制的軸承套管作為鑲嵌部件使罩殼由樹脂模成型後，熔融樹脂從面對成形模的陰模內的軸承套管的表面的開孔向表層部的氣孔內侵入並固化，伴隨一種錨式固定效果使樹脂被牢固地粘合於該表面上。接著，通過使該倒角部的開孔率大於內周面的開孔率，可更加提高該倒角部的上述的錨式固定效果，有效防止樹脂從該倒角部的剝離。另外，這種開孔率的設定不僅適用於該倒角部，也適用於樹脂粘合的軸承套管的其它表面，例如外表面和末端面。
該「開孔率」是指在每單位面積上各開孔的面積的總和(總面積)所佔的比率，用以下條件進行測定。
金屬顯微鏡Nikon ECLIPSS ME600數位相機Nikon DXM1200攝像攝影軟體Nikon ACT-1ver.1圖像處理軟體ENOTECK制QUICK GRAIN[測定條件]攝像攝影快門速度0.5秒二值化閾值235或者，該剝離防止手段可通過在用通常的金屬材料(無組織性氣孔的金屬材料或雖然有組織性氣孔但氣孔率小的金屬材料)形成軸承套管的同時，使其內周一末端的倒角部的面粗糙度大於內周面的面粗糙度來構成。作為該金屬材料，可使用例如不鏽鋼、銅合金、黃銅等。
通過使該倒角部的表面粗糙度大於內周面的表面粗糙度，在罩殼成形時，熔融樹脂侵入表面粗糙度內的微小凹部並固化，伴隨一種錨式固定效果使樹脂牢固地粘合於該倒角部的表面。藉此可有效防止樹脂從該倒角部的剝離。另外，這種表面粗糙度的設定不僅適用於該倒角部，也適用於樹脂粘合的軸承套管的其它表面，例如外表面和末端面。
為了更加提高該剝離防止效果，可以在該倒角部設置凹部。該凹部可以為例如溝狀、缺口狀、凹坑狀。通過在該倒角部設置凹部，使對該倒角部的樹脂的粘合面積增大，結果該剝離防止效果進一步提高。而且有時根據凹部的形態，在上述的基礎上凹部和樹脂的結合力也有助於上述的剝離防止。
而且本發明為了達成上述目的，提供一種流體軸承裝置，該裝置包括在一末端側有底部的樹脂制的罩殼、設於罩殼的內部的金屬制的軸承套管、插入軸承套管的內周面的軸部件、設於軸承套管的內周面和軸部件的外周面之間，由軸承間隙產生的潤滑油的油膜在徑向方向非接觸支持軸部件的徑向軸承部、設於罩殼的底部，在推力方向支持軸部件的一末端末端面的推力軸承部；罩殼將軸承套管作為鑲嵌部件，使樹脂模成型形成。
在罩殼成形時，軸承套管的內周一末端和安裝於軸承套管內周面的內型之間的間隙部利用底部件進行閉塞，所以熔融樹脂並不充填於該間隙部。因此，軸承套管的內周一末端不與樹脂接觸，並不發生從該部分的樹脂剝離的問題。
在以上的構成中，軸承部可為使軸承間隙內的潤滑油產生動壓的動壓軸承。而且，為了防止在罩殼的內部空間注入的潤滑油漏到外部，在罩殼的另一末端，將與軸部件的外周面間形成密封間隙的密封部形成一體為較佳。
圖2所示為本發明的第1個實施例的斷面圖。
圖3所示為本發明的第2個實施例的斷面圖。
圖4所示為本發明的第3個實施例的斷面圖。
圖5所示為本發明的第4個實施例的斷面圖。
圖6所示為本發明的第5個實施例的斷面圖。
圖7所示為本發明的第6個實施例的斷面圖。
圖8所示為本發明的第7個實施例的斷面圖。
圖9所示為在概念上用於成形罩殼的注入成型裝置的斷面圖。


圖10所示為關於本發明的第8個實施例的軸承套管的倒角部周邊之斷面圖。
圖11所示為關於本發明的第9個實施例的軸承套管的倒角部周邊的斷面圖。
圖12所示為關於本發明的第10個實施例的軸承套管的倒角部周邊的斷面圖。
圖13所示為本發明的第11個實施例的斷面圖。
圖14所示為本發明的第12個實施例的斷面圖。
圖15所示為本發明的第13個實施例的斷面圖。
圖1所示為裝入關於實施例的流體軸承裝置1的信息機器用主軸電動機的一構成例。該主軸電動機用於HDD等磁碟驅動裝置，具備有旋轉自如地非接觸支持軸部件2的流體軸承裝置1、安裝於軸部件2的磁碟輪轂3、通過半徑方向的間隙而對向的電動機定子4及電動機轉子5。定子4安裝於套管6的外周，轉子5安裝於磁碟輪轂3的內周。流體軸承裝置1的罩殼7安裝於套管6的內周。磁碟輪轂3中保持有一片或多片磁碟等碟片D。向定子4通電後，由定子4和轉子5間的激磁力使轉子5旋轉，藉此使磁碟輪轂3及軸部件2成一體旋轉。作為流體軸承裝置1可使用以下說明的任一實施例的軸承裝置。
圖1所示為第1個實施例。該實施例的流體軸承裝置1是利用動壓溝使軸承間隙內產生潤滑油的動壓以支持軸部件的動壓流體軸承裝置(fluiddynamic bearing)。
該動壓軸承裝置1以一末端開口，另一末端閉塞的有底筒狀的罩殼7、圓筒狀的軸承套管8、軸部件2為主要構成部件構成。
在軸承套管8的內周面8a和軸部件2的外周面2a之間，第一徑向軸承部R1和第2徑向軸承部R2沿軸方向隔離設置。而且，在軸部件2的下側末端面2b和罩殼7的底部7c的內周面7c1之間設有推力軸承部T。另外，為了說明的便利，以推力軸承部T側為下側，以和推力T相反之側為上側展開說明。
軸部件2由例如不鏽鋼等金屬材料形成。軸部件2的下側末端面2b形成凸球狀，通過用罩殼7的底部7c的內底面7c1接觸支持下側末端面2b，構成樞軸型的推力軸承部T。在同圖所示的方式中，使軸部件2的下側末端面2b直接接觸罩殼7的內底面7c1，但是也可在罩殼7的底部7c配置由適當材料(低摩擦性的材料等)構成的止推板，使下側末端面2b與其接觸。
軸承套管8配設於罩殼7的內周面，更詳細的說是主體部7b的內周面7b1的所定位置。軸承套管8由例如燒結金屬構成的多孔性體，特別是以銅為主成分的燒結金屬的多孔性體形成。該燒結金屬構成的軸承套管8的內部氣孔(多孔性組織的氣孔)，由潤滑流體例如潤滑油浸漬。
在軸承套管的內周面8a上，作為第一徑向軸承部R1及第二徑向軸承部R2的各徑向軸承面的二個區域在軸方向上隔離設置，這兩個區域上分別形成有例如人字形狀的動壓溝。另外，作為動壓溝的形狀，也可採用螺旋形和軸方向溝形等。在軸承套管8的上側末端面8b上，呈環狀形成有用於識別軸承套管8的方向性的溝8e。
罩殼7由樹脂組成物形成，將例如燒結金屬構成的軸承套管8作為鑲嵌部件，使樹脂注入成形而形成之。罩殼7具備有圓筒狀的主體部7b、從主體部7b的上末端向內徑側延伸的密封部7a、閉塞主體部7b的下末端的底部7c。圖示方式的罩殼7是使主體部7b和底部7c形成一體為一部件，並將其和密封部7a熔敷在一起。具體來說，將軸承套管8作為鑲嵌部件，使主體部7b和底部7c成一體模成形後，在主體部7b的上末端內周，安裝另外製作的密封部7a，通過用超音波熔敷等熔敷手段使兩者熔敷實現一體化。
密封部7a的內周面7a1及主體部7b的內周面7b1在軸方向上直線延伸，密封部7a的內周面7a1與在軸部件2形成之錐形的外周面通過所定寬度的錐形密封間隙S相對。在罩殼7內，密封部7a的內側面7a2和軸承套管8的上側末端面8b、主體部7b的內周面7b1和軸承套管8的外周面8g、底部7c的內底面7c1和軸承套管8的下側末端面8c分別粘合在一起。
另外，在軸承套管8的上側末端面8b的內周形成的倒角部8d，不被樹脂覆蓋。因此，如果在該倒角部8d上形成例如呈環狀之該溝8e，則在罩殼7成形後也能從外部判別軸承套管8的方向性。此外，即使在上側末端面8b形成溝8e的場合，將罩殼7中的至少密封部7a由透明樹脂形成也可取得同樣的效果。
軸部件2被插入軸承套管8的內周面8a，使下側末端面2ba接觸罩殼的底部7c的內底面7c1。由密封部7a密封的罩殼7的內部空間，包括軸承套管8的內部氣孔在內，都充滿潤滑油。潤滑油的油麵維持於密封間隙S內。
當軸部件2和軸承套管8相對旋轉時(在本實施例中是軸部件2旋轉)，作為軸承套管8的內周面8a的徑向軸承面的區域(上下二處區域)，與各個軸部件2的外周面2a通過徑向軸承間隙對向。接著，伴隨軸部件2的旋轉，在徑向軸承間隙形成潤滑油的油膜，由其動壓使軸部件2在徑向方向上被旋轉自如地非接觸支持。藉此，在徑向方向上旋轉自如地非接觸支持軸部件2的第一徑向軸承部R1和第2徑向軸承部R2被構成。另一方面，軸部件2利用樞軸型的推力軸承部T在推力方向上被旋轉自如地支持。
如上所述，該實施例將主體部7b和底部7c構成的杯狀部件預先作為一部件成形，然後通過在該部件上熔敷作為其它部件的密封部7a，形成罩殼7。藉此，各部件的形狀被簡略化，所以可使罩殼7的各部7a～7c高精確度成形，可謀求罩殼7的高精確度化。而且，密封部7a可由符合其機能(密封機能)的特性的樹脂組成物形成，所以可提高密封性，長期安定地防止從罩殼7內的油的漏出和從外部的異物(水等)的侵入。
作為富於密封性的樹脂組成物，可為具有非粘附性的樹脂組成物。這是對水的接觸角在80°以上的樹脂組成物，滿足該條件的樹脂組成物不僅富於防水性也富於防油性，所以可長期確實地防止從外部的水分的浸入和油的漏出。作為該樹脂組成物，可為例如PFA等熔融氟化乙烯樹脂、PE等聚烯烴樹脂。此外，通過將PTFE、該熔融氟化乙烯樹脂、該聚烯烴樹脂的任一種(或二種以上)摻合作為原料樹脂的熱可塑性樹脂(特別是工程塑料)，可得到具有同樣特性的非粘附性樹脂組成物。另外，作為此時的原料樹脂可使用聚醯胺樹脂、PPS(聚苯硫化物樹脂)、LCP(液晶聚合樹脂)等。
圖3所示的第2個實施例與第1個實施例不同，是將密封部7a和主體部7b構成的杯狀部件作為一部件預先一體成形的。鑲嵌成形後，在主體部7b的下側末端面，通過用超音波熔敷等手段熔敷另外製作的其它部件(底部7c)，形成罩殼。
此時，可用耐摩耗性和自潤滑性優良的樹脂組成物形成底部7c，藉此可減少推力軸承部T的摩擦，減少對底部7c的摩擦，同時可謀求低轉距化。作為這種樹脂組成物可為將PTFE、石墨、二硫化鉬等固體潤滑劑與熱可塑性樹脂(特別是工程塑料)的摻合。作為這種場合的熱可塑性樹脂使用PPS、LCP等最為理想。
圖4所示的第3個實施例將罩殼7的密封部7a、主體部7b及底部7c的各部分別作為一部件成形，通過將它們彼此熔敷，使罩殼7成形。將軸承套管8作為鑲嵌部件使主體部7b鑲嵌成形後，通過在其上下側末端面通過超音波熔敷等分別熔敷另外製作的密封部7a及底部7c，使罩殼7成形。
此時，可利用有高尺寸精確度的樹脂組成物形成主體部7b，藉此提高罩殼7(特別是主體部7b)的精確度，抑制基於罩殼7的誤差的軸承8的變形，可維持動壓溝精確度。作為該樹脂組成物，可為將加強材料例如纖維狀加強材料(玻璃纖維等)、須晶狀加強材料(鈦酸鉀等)或鱗片狀加強材料(雲母等)與熱可塑性樹脂(特別是工程塑料)的摻合。作為熱可塑性樹脂使用PPS、LCP等最為理想。
圖5所示的第4個實施例與第3個實施例在主體部7b的上下側末端面分別熔敷密封部7a及底部7c相對，是在主體部的上下側內周面熔敷密封部7a及底部7c的。除了此點以外與第3個實施例相同，所以省略重複說明。
圖6所示的第5個實施例也可以說是第3個實施例和第4個實施例的複合型，是在密封部7a、底部7c、主體部7b的上側末端及下側末端分別形成段7a3、7c3、7b3、7b4，以使密封部7a的段部7a3粘合於主體部7b的上側末端的段部7b3，同時使底部7c的段部7c3粘合於主體部7b的下側末端的段部7b4的狀態，使這些部件彼此熔敷的。另外，密封部7a及底部7c其中的一方也可在與第3個實施例和第4個實施例同樣的形態下進行熔敷。
當這樣熔敷罩殼的各部7a、7b、7c時，通過先以和原料樹脂相同的樹脂組成物形成熔敷的各個部件，使牢固的熔敷成為可能，而且也能提高熔敷時的操作性。例如當在主體部7b使用以LCP作為原料樹脂的樹脂組成物時，密封部7a和底部7c也可用以LCP作為原料樹脂的樹脂組成物形成。
另外，LCP有液晶性加強效果(自加強性)且在硬化後有降低摩擦效果，所以即使不摻合加強材料和固體潤滑劑，其自身也具有優良的耐摩擦性和高精確度性的特性。因此，也可只由LCP形成罩殼各部7a～7c，由單一種類的樹脂組成物成形罩殼7也成為可能。而且，LCP具有低除氣性，所以如由LCP形成罩殼7，則作為忌諱該除氣性發生的HDD裝置用的主軸電動機用軸承變得更加合適。
圖7所示的第6個實施例是利用連通溝10使推力軸承部T和密封部7a的密封間隙S連通的。在該實施例中，連通溝10由在軸承套管8的下側末端面8c形成的第一半徑方向溝10a、在軸承套管8的外周面形成的軸方向溝10b、在軸承套管8的上側末端面8b形成的第二半徑方向溝10c構成。另外，第一半徑方向溝10a也可形成於罩殼7的底部7c的內底面7c1，軸方向溝10b也可形成於罩殼7的主體部7b的內周面7b1，第二半徑方向溝10c也可形成於密封部7a的內側面7a2。
罩殼7可按照例如圖2所示的第1個實施例，由樹脂組成物形成，但該實施例將主體部7b和底部7c形成一體作為一部件，並將軸承套管8由粘結、壓入、超音波熔敷等適當手段固定於主體部7b的內周后，在主體部7b的內周安裝另外製作的密封部7a並用超音波熔敷等熔敷手段進行熔敷。這是因為與第1個實施例一樣，將軸承套管8作為鑲嵌部件，由樹脂注入成形罩殼7後，在軸承套管8上形成的第一半徑方向溝10a和軸方向溝10b利用成形時的熔融樹脂被填滿。
在軸部件2旋轉時，當推力軸承部T的周邊的潤滑油的壓力增大後，通過連通溝10，產生從推力軸承部T的周邊向密封間隙S的周邊的潤滑油的流動，藉此使推力軸承部T的周邊和密封間隙S的周邊之潤滑油的壓力保持等壓。因此，可防止伴隨潤滑油局部負壓的產生而生成氣泡，並以此為起因的潤滑流體的漏出和振動的發生。而且，通過使在推力軸承部T的周邊的潤滑油的壓力提高，也可防止軸部件2的上浮。
圖8是表示關於第7個實施例的流體軸承裝置11。該流體軸承裝置11將罩殼7、軸承套管8、軸部件2作為構成部件構成。
在軸承套管8的內周面8a和軸部件2的外周面2a之間，第一徑向軸承部R1和第2徑向軸承部R2沿軸方向隔離設置。而且，在軸部件2的下側末端面2b和罩殼7的底部7c的內底面7c1間設有推力軸承部T。另外，為了說明上的便利，以推力軸承部T側為下側，以和推力T相反之側為上側展開說明。
軸部件2由例如不鏽鋼等金屬材料形成，其下側末端面2b形成凸球狀。
軸承套管8由例如燒結金屬構成的多孔性體，特別是以為銅為主成分的燒結金屬的多孔質體形成為圓筒狀。在由該燒結金屬形成的軸承套管8的內周面8a，作為第一徑向軸承部R1和第2徑向軸承部R2的徑向軸承面之上下二個區域在軸方向上隔離設置，這二個區域分別形成有例如魚骨形的動壓溝。作為動壓溝的形狀，也可採用螺旋形和軸向溝形等。而且，在軸承套管8的上側末端面8b形成有用於識別軸承套管8的上下方向的標記8e(在同圖所示例中為圓周溝)。另外，在軸承套管8的內周上末端形成有倒角部8d，在內周下末端形成有倒角部8f。
在該實施例中，軸承套管8的內周面8a的開孔率設定為例如0.5～10％，較佳為1～5％範圍內的值，內周下末端的倒角部8f的設定大於內周面8a的開孔率，設定為例如3％以上，較佳為5～30％範圍內的值。上側末端面8b、下側末端面8c及外周面8g其中至少一個表面的開孔率也為與倒角部8f同樣的值為較佳，該實施例將這些所有的表面開孔率設定為與倒角部8f同樣的值。內周上末端的倒角部8d的開孔率也可設定為與內周面8a同樣的值，或者設定為與倒角部8f同樣的值。
罩殼7將燒結金屬構成和軸承套管8作為鑲嵌部件，使樹脂注入成形(鑲嵌成形)形成，包括圓筒狀的主體部7b、從主體部7b的上末端向內徑側一體延長和環狀的密封部7』a、和主體部7b的下末端連續為一體和底部7c。密封部7』a的內周面7』a1和軸部件2的外周面2a通過所定的密封間隙S對向。另外，該實施例使與密封部7』a的內周面7』a1對向形成密封間隙S之軸部件2的外周面2a，形成向上方(罩殼7的外方向)逐漸縮小半徑之錐形。在軸部件2的旋轉時，錐形的外周面2 a也可發揮作為所謂的離心力密封的作用。
圖9所示為在概念上的用於成形罩殼7的注入成形裝置。該注入成型裝置具備有內模10和外模20，以兩金屬鑄模其中的任一個(例如內模10)為可動模，另一個(例如外模20)為固定模。
內模10具有圓形斷面的軸部11。軸部11具有嵌合於軸承套管8的內周面8a的嵌合部12、成形罩殼7的密封部7』a的內周面7』a1的密封成形部13，密封成形部13的外徑尺寸大於嵌合部12的外形尺寸。在嵌合部12和密封成形部13的交界處形成有錐形的接觸部14。該接觸部14通過與形成於軸承套管8的內周上末端之倒角部8d接觸，進行位於陰模30內的軸承套管8的定位。外模20有中空圓筒狀的成形部21，通過一面維持與內模10的同軸狀態一面使其對接面22與內模的對接面15對接，在軸承套管8的周圍形成陰模30。從位於該陰模30的閥門31注入熔融樹脂填充於陰模31，之後如在樹脂硬化時使內模10和外模20開模，則得到將軸承套管8由樹脂鑄型的罩殼7。
罩殼7和軸承8利用上述的鑲嵌成形，無需經過特別的固定工程而被相互固定。如圖8所示，在罩殼7的內部，密封部7』a的內側面7』a2和軸承套管8的上側末端面8b、主體部7b的內周面7b1和軸承套管8的外周面8g、底部7c的內底面7c1和軸承套管8的下側末端面8c及內周下末端的倒角部8f分別粘合。另外，軸承套管8的內周面8a和內周上末端的倒角部8d不被樹脂覆蓋。
軸承套管8由多孔性的燒結金屬形成，而且內周下末端的倒角部8f、上側末端8b、下側端末8c及外周面8g的開孔率如上述進行設定，所以利用該錨式固定效果，使罩殼7和軸承套管8牢固地粘合，得到兩者的安定的固定狀態。特別是在易產生樹脂的剝離的倒角部8f，通過確保樹脂的牢固的粘合性，使流體軸承裝置的信賴性較原來更加提高。
另外，在注入成形時，預先將軸承套管8加熱到模溫(100℃左右)以上的溫度(例如150℃以上)，更佳的是熔融樹脂的融點以上為較佳。這樣在注入成型時預先加溫軸承套管8，使熔融樹脂變得易於從軸承套管8的表面開孔向表層部的氣孔內侵入，可進一步提高該錨式固定效果。
該實施形態的動壓軸承裝置11可通過對利用該鑲嵌成形之相互固定的罩殼7及軸承套管8安裝軸部件2進行組裝。即，將軸部件2插入軸承套管8的內周面8a，使其下末端接觸罩殼7的內底面7c1。接著，在由密封部7』a密封之罩殼7的內部空間注入潤滑油。
在軸部件2旋轉時，作為軸承套管8的內周面8a的徑向軸承面的區域(上下2處區域)，分別和軸部件2的外周面2a通過徑向軸承間隙對向。接著，伴隨軸部件2的旋轉，在該徑向軸承間隙產生潤滑油的動壓，軸部件2利用形成於上述徑向軸承間隙內的潤滑油的油膜，在徑向方向上被旋轉自如地非接觸支持。藉此，在徑向方向上旋轉自如地非接觸支持軸部件2的第一徑向軸承部R1和第2徑向軸承部R2被構成。同時，軸部件2的下側末端面2b通過罩殼7的內底面7c1被接觸支持。藉此，在推力方向上旋轉自如地支持軸部件2的推力軸承部T被構成。
如圖10～圖12所示的實施例，為了進一步提高在軸承套管8的倒角部8f的樹脂的剝離效果，在倒角部8f分別設置凹狀部。圖10所示的第8個實施例，是在通過倒角部8f的下側末端面8c的區域設置圓周溝8f1作為凹狀部。另外，圖12所示的第10個實施例，是在下側末端面8c到倒角部8f設置半徑方向溝8f3作為凹狀部。該半徑方向溝8f3可為單數，也可設於圓周方向的多個位置。
圖13所示的第11個實施例是在罩殼7的底部7c埋設金屬制等底部件9。底部件9包括設於中心部的貫通孔9a、從外周緣向上側一體延長的軸環9b，其末端面貼於軸承套管8的下側末端面8c，軸環9b的內面貼於軸承套管8的外周面8g。貫通孔9a填充有構成罩殼7的樹脂，軸部件2的下側末端面2b與利用填充於貫通孔9a的樹脂構成的內底面7c1接觸，不與底部件9接觸。而且，底部件9的內周緣比軸承套管8的內周面8a稍向內徑側延長，藉此成軸承部件8的倒角部8f通過底部件9從下側被覆蓋的狀態。
該實施例的罩殼7可利用例如圖9所示的注入成形裝置，通過將軸承部件8及底部件9作為鑲嵌部件使樹脂模成型來形成。在罩殼7的成形時，軸承套管8的倒角部8f和內模10之間的間隙部通過底部材料9被閉塞，所以熔融樹脂並不填充於該間隙部。因此，軸承套管8的倒角部8f不與樹脂接觸，不存在從倒角部8f的樹脂剝離的問題。
另外，如圖14的第12個實施例所示，底部件9也可為在中心部無貫通孔的形狀。
而且，以上的實施例以燒結金屬形成軸承套管8，但是也可用不鏽鋼、銅合金、黃銅等金屬材料形成同樣形態的軸承套管。屆時作為樹脂的剝離防止手段，進行表面粗糙度的設定來代替該氣孔率的設定。即，使軸承套管的內周下側部的倒角部(對應於倒角部8f)之表面粗糙度大於內周面之表面粗糙度。例如，使軸承套管的內周面的表面粗糙度不足Ra0.5，內周下側部的倒角部的表面粗糙度在Ra0.5以上。軸承套管的上側末端面、下側末端面及外周面其中至少一個表面的表面粗糙度，也與內周下側部的倒角部取同樣的值為較佳。
圖15所示為關於第13個實施例的流體軸承裝置21。在該實施例中，軸承套管8不由罩殼7被鑄型。軸承套管8以粘接、壓入等手段被固定於另外成形的有底筒狀的樹脂制罩殼7的內周。
而且，密封部通過與罩殼7區別的密封部件10形成。密封部件10既可由如上述的樹脂組成物形成，也可由金屬材料形成。
本發明者對以上實施例中樹脂制的罩殼7所求的特性及滿足其特性的最適合條件進行銳意研究後，結果發現以下的見識。[低吸油性]作為構成罩殼7的樹脂組成物的特性，首先被要求的是低吸油性。因為罩殼7具有多個與作為潤滑流體的潤滑油接觸的位置，所以一旦吸油率大則罩殼內的潤滑油不足，難以使軸承間隙產生足夠的動壓。
為了滿足該低吸油性，罩殼7以具有一定以上的結晶度的結晶性的樹脂組成物(使分子鏈規則正確排列的結晶區域的量的比率在一定以上)形成為較佳。如結晶度在一定以上，則樹脂組織變得細密，所以潤滑油變得難以被吸收入組織內。如通過詳細的研究可明確，如為具有20％以上的結晶度的樹脂組成物，則能滿足罩殼7所求的吸油性。該結晶度從利用差示掃描熱量測定(DSCDifferential Scanning Calorimetry)而測定的融解熱求得，該測定條件為，對樹脂的融解溫度在-100℃到+30℃的溫度範圍，升溫速度5～10℃/min。將由該測定結果求得之融解熱ΔHm和結晶度100％時的融解熱ΔH0代入下式，可求該結晶度Xc(％)。
Xc(％)＝ΔHm/ΔH0×100作為ΔH0可使用文獻(例如《高分子手冊·基礎編》高分子學會編，1996，培風館、或「Thermal Analysis」B.Wunderlich，1990，AcademicPress)所述之值，例如尼龍66為46，尼龍11為41.5，PET為26.9(單位都為[KJ/mol])。另外，結晶度也可利用DSC以外的比重和X線衍射求得。[低吸水性]其次作為構成罩殼7的樹脂組成物的特性，被要求的是低吸水性。一旦吸水率過大，就會存在缺乏尺寸安定性，向罩殼的發動機的安裝變得困難，或轉距變大等不合適的情況。因此，吸水率應儘可能小為較佳，具體來說，吸水率為0.5％以下，最理想為0.1％以下。另外該吸水率意味著依據JIS K7209或ASTMD570的試驗，在23℃的水中放置24小時時的吸水率(試驗前後的重量變化率)。[低線膨脹性]其次作為構成罩殼7的樹脂組成物的特性，被要求的是線膨脹係數小。罩殼7會通過軸承運動中產生的熱量而升溫，但一旦屆時的膨脹量大，則有招致軸承套管8的變形，使動壓溝的精確度低下之虞。為了防止這種事態，罩殼7通過線膨脹係數低的樹脂組成物，具體來說是線膨脹係數在5×10-5/℃以下的樹脂組成物而形成最為理想。[高剛性]關於罩殼7，需要提高其強度而確保精確度。從這一點出發，構成罩殼7之樹脂組成物摻合玻璃纖維、碳纖維、鈦酸鉀等加強材料為較佳。為了提高強度，加強材料的量越多越理想，但一旦過多就會使熔融狀態的樹脂的流動性低下，且樹脂鑄模工程中的操作性低下。而且，通過加強材料的摻合量，上述的線膨脹係數也會受到影響。從這些觀點出發，增強材料對樹脂組成物的100重量部，摻合10～80的重量部，最理想為15～40的重量部最為理想。[低滑動性]如上所述在罩殼7的底部7c，軸部件2的下側末端面2a直接滑動，所以作為罩殼7的特性，滑動摩擦低為較佳。從這個觀點出發，構成罩殼7的樹脂組成物，對其100重量部摻合5～30重量部，最理想為5～20重量部的固體潤滑材料，例如石墨、PTFE或二硫化鉬最為理想。
另外，作為滿足以上特性的樹脂組成物，可為例如尼龍66。例如罩殼7對該尼龍66的100重量部，可通過摻合例如玻璃纖維的30重量部及PTFE之10重量部而成形。
本發明可適用於通過樹脂組成物成形罩殼的所有的動壓軸承裝置，罩殼形狀和軸承的構造並不限定於圖示例。例如通過推力軸承間隙產生的流體動壓進行非接觸支持的動壓軸承來構成推力軸承部的裝置也同樣可適用本發明。
而且，本發明也同樣可適用於通過所謂的正圓軸承(軸承面為正圓形狀之軸承)構成徑向軸承部的流體軸承裝置。
權利要求
1.一種流體軸承裝置，包括在和應支持的軸部件的外圍間形成徑向軸承間隙的一軸承套管、使該軸承套管被固定於內周的一罩殼，在該軸承部件和該軸承套管的相對旋轉時，通過形成於徑向軸承間隙的油膜在徑向方向上非接觸支持該軸部件和軸承套管，其特徵在於該罩殼為樹脂製品。
2.如權利要求1所述的流體軸承裝置，其特徵在於該罩殼為熔敷多個部件形成的樹脂製品。
3.如權利要求2所述的流體軸承裝置，其特徵在於該多個部件由彼此不同的樹脂組成物形成。
4.如權利要求3所述的流體軸承裝置，其特徵在於該不同的樹脂組成物的原料樹脂是共同的。
5.如權利要求1所述的流體軸承裝置，其特徵在於該罩殼包括兩末端開口的筒狀的主體部、閉塞該主體部的一末端的底部、設於該主體部的另一末端，在與該軸部件的外周間形成密封間隙的密封部。
6.如權利要求5所述的流體軸承裝置，其特徵在於使該主體部、該密封部、該底部分別為一部件，並將這些部件部件相互熔敷形成該罩殼。
7.如權利要求5所述的流體軸承裝置，其特徵在於使該主體部和該底部及該密封部其中的任一個預先一體成形作為一部件，並將其與另一個熔敷形成該罩殼。
8.如權利要求5所述的流體軸承裝置，其特徵在於至少該主體部是將該軸承套管作為鑲嵌部件被模成形。
9.如權利要求5所述的流體軸承裝置，其特徵在於該主體部通過在作為原料樹脂的熱可塑性樹脂中摻合加強材料的樹脂組成物而成形。
10.如權利要求5所述的流體軸承裝置，其特徵在於該底部通過在作為原料樹脂的熱可塑性樹脂中摻合固體潤滑劑的樹脂組成物而形成。
11.如權利要求5所述的流體軸承裝置，其特徵在於該密封部通過使用作為原料樹脂的熱可塑性樹脂、對水的接觸角在80°以上的樹脂組成物形成。
12.如權利要求1所述的流體軸承裝置，該罩殼包括筒狀的主體部、閉塞該主體部的一末端的底部、設於該主體部的另一末端，在與該軸部件的外周間形成密封間隙的密封部；在該罩殼的底部設有在推力方向支持該軸部件的下側末端面的推力軸承部；其特徵在於具備有連通該推力軸承部和該密封部的連通溝。
13.如權利要求12所述的流體軸承裝置，其特徵在於該連通溝通過設於該罩殼的底部和該軸承套管的一末端端面之間的第一半徑方向溝、設於該罩殼的內周面和該軸承套管的外周面之間的軸方向溝、設於該密封部的內側面和該軸承套管的另一末端端面之間的第二半徑方向溝構成。
14.一種流體軸承裝置，包括在與應支持的軸部件的外周間形成徑向軸承間隙的燒結金屬制的軸承套管、將該軸承套管固定於內周的罩殼，在該軸部件和該軸承套管的相對旋轉時，通過形成於徑向軸承間隙的油膜在徑向方向上非接觸支持該軸部件和該軸承套管，其特徵在於該罩殼通過結晶度在20％以上的結晶性的樹脂組成物形成。
15.如權利要求14所述的流體軸承裝置，其特徵在於該樹脂組成物的吸水率在0.5％以下。
16.如權利要求14所述的流體軸承裝置，其特徵在於該樹脂組成物的線膨脹係數在5×10-5/℃以下。
17.如權利要求14所述的流體軸承裝置，其特徵在於對該樹脂組成物的100重量部，摻合加強材料10～80重量部。
18.如權利要求14所述的流體軸承裝置，其特徵在於將該軸部件另外通過形成於推力軸承間隙的油膜在推力方向上非接觸支持。
19.如權利要求14所述的流體軸承裝置，其特徵在於將該軸部件另外通過該罩殼的底部在推力方向上接觸支持。
20.如權利要求19所述的流體軸承裝置，其特徵在於對該結晶性樹脂組成物的100重量部，摻合固體潤滑劑5～30重量部。
21.如權利要求14所述的流體軸承裝置，其特徵在於將該軸承套管作為鑲嵌部件使該罩殼模成形。
22.一種流體軸承裝置，包括在一末端有底部的樹脂制的罩殼、設於該罩殼的內部的金屬制的軸承套管、插入該軸承套管的內周面的軸部件、設於該軸承套管的內周面和該軸部件的外周面之間，通過軸承間隙產生的潤滑油的油膜在徑向方向上非接觸支持該軸部件的徑向軸承部、設於該罩殼的底部，在推力方向上支持該軸部件的一末端端面的推力軸承部，其特徵在於該罩殼將該軸承套管作為鑲嵌部件使樹脂模成形而形成；該軸承套管至少在內周一末端有倒角部，且在該倒角部施加防止與構成罩殼的樹脂的剝離的剝離防止手段。
23.如權利要求22所述的流體軸承裝置，其特徵在於該剝離防止手段通過在利用燒結金屬形成該軸承套管的同時使該倒角部的開孔率大於該內周面的開孔率而構成。
24.如權利要求22所述的流體軸承裝置，其特徵在於該剝離防止手段通過使該倒角部的表面粗糙度大於該內周面的表面粗糙度而構成。
25.如權利要求22所述的流體軸承裝置，其特徵在於在該倒角部設有凹狀部。
26.一種流體軸承裝置，包括在一末端有底部的樹脂制的罩殼、設於該罩殼的內部的金屬制的軸承套管、插入該軸承套管的內周面的軸部件、設於該軸承套管的內周面和該軸部件的外周面之間，通過軸承間隙產生的潤滑油的油膜在徑向方向上非接觸支持該軸部件的徑向軸承部、設於該罩殼的底部，在推力方向上支持該軸部件的一末端端面的推力軸承部、設於該罩殼的底部，覆蓋該軸承套管的內周一末端的底部件，其特徵在於該罩殼將該軸承套管及該底部件作為鑲嵌部件使樹脂模成形而形成。
27.如權利要求22或26所述的流體軸承裝置，其特徵在於該徑向軸承部為通過該軸承間隙內的潤滑油產生動壓的動壓軸承。
28.如權利要求22或26所述的流體軸承裝置，其特徵在於該罩殼在其它末端側具有在與該軸部件的外周面間形成密封間隙的密封部。
全文摘要
本發明提供了一種流體軸承裝置，罩殼由樹脂組成物形成，將燒結金屬構成的軸承套管作為鑲嵌部件，使樹脂注入成形而形成。罩殼包括圓筒狀的主體部、從主體部的上末端向內徑側延長的密封部、閉塞主體部的下末端的底部。罩殼將主體部和底部形成一體作為一部件，並使其和密封部熔敷。
文檔編號H02K5/167GK1453481SQ0312291
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月21日 優先權日2002年4月23日
發明者古森功, 清水政次, 堀政治, 裡路文規, 伊藤健二 申請人:Ntn株式會社