流体动压轴承装置与使用于该装置的轴承构件以及轴构件的制作方法

本发明涉及流体动压轴承装置与使用于该流体动压轴承装置的轴承构件以及轴构件。

背景技术：

流体动压轴承装置通过由轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的径向轴承间隙的流体膜(例如油膜)产生的压力，将轴构件非接触支承为相对旋转自如。流体动压轴承装置因其高旋转精度以及静肃性，而适用于信息设备(例如，HDD等磁盘驱动装置、CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM、蓝光光盘等光盘驱动装置、MD、MO等光磁盘驱动装置)的主轴电动机、激光打印机(LBP)的多边形扫描仪电动机、投影仪的色轮、或者电气设备的冷却风扇等所使用的风扇电动机等小型电动机用。

流体动压轴承装置大体分为在轴承构件的内周面或者轴构件的外周面设置有使径向轴承间隙的流体膜积极地产生动压的径向动压产生部的类型(所谓的动压轴承)、将轴承构件的内周面以及轴构件的外周面均设为圆筒面并通过轴构件的振摆回转而产生动压的类型(所谓的圆筒形轴承)。例如在下述的专利文献1中示出动压轴承的一例。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3954695号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

例如笔记本电脑、平板型终端等的便携式信息设备(所谓的便携式设备)的轻薄化发展，因此组装于上述设备的风扇电动机也谋求轻薄化(轴向尺寸的缩小)。另一方面，谋求维持风扇电动机的冷却特性，因此安装于旋转轴的叶轮存在变大的趋势。因此，对支承风扇电动机的旋转轴的流体动压轴承装置施加的负荷变大。特别是，上述那样的便携式设备在各种环境、姿态使用，因此由于移动时的振动等而使施加于流体动压轴承装置的负荷进一步变大，存在旋转轴的旋转精度降低的可能性。

根据以上这样的情况，流体动压轴承装置谋求负荷容量(特别是径向上的负荷容量)的进一步提高。例如，若进一步缩小径向轴承间隙，则能够提高流体动压轴承装置的径向上的负荷容量。但是，径向轴承间隙的大小取决于轴构件以及轴承构件的加工精度，特别是径向动压产生部的加工精度，因此若继续减小径向轴承间隙，则需要非常高精度的加工因此导致加工成本提高。

另外，若提高径向轴承间隙中充满的流体(例如油)的粘度，则能够提高流体动压轴承装置的负荷容量。但是，在该情况下，轴构件的旋转转矩增大。

鉴于以上的情况，本发明所要解决的课题在于，在不导致加工成本提高、旋转转矩增加的情况下，提高流体动压轴承装置的径向上的负荷容量，从而提高旋转精度。

用于解决课题的手段

在使流体动压轴承装置以正常姿态运转时，在能够得到径向动压产生部产生的压力提高效果的动压轴承的情况下，与不具有径向动压产生部的圆筒形轴承相比，轴的旋转精度高。另一方面，在使流体动压轴承装置以非正常状态(例如摆动状态)运转的情况下，当轴相对于轴承构件大幅偏心时，在圆筒形轴承的情况下，与动压轴承相比大多负荷容量变大。认为这是由于以下的理由造成的。即，在轴偏心的状态下，径向轴承间隙极小，径向轴承间隙的流体压力非常高。在动压轴承的情况下，在轴承面形成有具有凹凸的径向动压产生部，因此在凹部(槽部)的形成区域不形成上述这样的极小的径向轴承间隙。这样，动压轴承与圆筒形轴承相比，支承面积变小形成有凹部的量，因此轴偏心时的负荷容量也与圆筒形轴承相比变小。

本发明是着眼于上述点而完成的。具体地说，本发明涉及一种流体动压轴承装置，其具备：轴承构件；插入所述轴承构件的内周的轴构件；以及设置于所述轴承构件的内周面或者所述轴构件的外周面的径向动压产生部，所述径向动压产生部具有：沿周向延伸的环状丘部；从所述环状丘部向轴向两侧延伸的多个倾斜丘部；以及设置于所述多个倾斜丘部的周向之间的多个倾斜槽部，其中，各倾斜丘部的周向宽度W1与各倾斜槽部的周向宽度W2之比W1/W2为1.2以上，并且，在所述轴承构件的内径设为D时，各倾斜槽部的周向宽度W2满足0.2D≤W2≤0.4D。

这样，通过增大丘部的面积的比例(具体地说，将各倾斜丘部的周向宽度W1与各倾斜槽部的周向宽度W2之比W1/W2设为1.2以上)，从而在轴偏心时发挥接近圆筒形轴承的效果，负荷容量提高。此时，通过将各倾斜槽部的周向宽度W2设定为处于规定范围内(0.2D≤W2≤0.4D)，从而能够得到由径向动压产生部产生的适当的动压效果，与如上述那样增大丘部的比例的效果相结合，在轴偏心时能够得到比圆筒形轴承高的负荷容量。

如上述那样，为了发挥接近圆筒形轴承的效果，并且发挥作为动压轴承的效果，优选的是，所述倾斜丘部以及所述倾斜槽部相对于周向的角度设为处于10°～30°的范围内。

在所述轴承构件为烧结金属的情况下，在摆动时形成的极小的径向轴承间隙的润滑流体从轴承构件的表面开孔向内部穿过，因此径向轴承间隙的流体膜的压力降低。在该情况下，如上述那样，有效地增大丘部的面积比率，增大极小的径向轴承间隙的形成区域。

上述这样的流体动压轴承装置优选组装于例如风扇电动机。

发明效果

如以上那样，根据本发明，能够在不导致加工成本提高、旋转转矩增加的情况下，提高流体动压轴承装置的径向上的负荷容量，从而提高旋转精度。

附图说明

图1是风扇电动机的剖视图。

图2是组装于上述风扇电动机的流体动压轴承装置的剖视图。

图3是上述流体动压轴承装置的轴承构件的剖视图。

图4是另一实施方式所涉及的流体动压轴承装置的轴构件的侧视图。

图5是摆动试验装置的侧视图。

具体实施方式

在图1中示出组装于信息设备特别是便携式电话、平板型终端等便携式设备的冷却用的风扇电动机。该风扇电动机具备：本发明的一实施方式所涉及的流体动压轴承装置1、安装于流体动压轴承装置1的轴构件2的转子3、安装于转子3的外径端的叶片4、在径向上隔着间隙而对置的定子线圈6a以及转子磁体6b、以及收容上述构件的外壳5。定子线圈6a安装于流体动压轴承装置1的外周，转子磁体6b安装于转子3的内周。通过向定子线圈6a通电，转子3、叶片4、以及轴构件2一体地旋转，由此产生轴向或者外径方向上的气流。

如图2所示，流体动压轴承装置1具备：轴构件2、壳体7、作为轴承构件的轴承套筒8、密封构件9、以及推力承受件10。需要说明的是，以下，为了便于说明，在轴向(图2的上下方向)上将壳体7的开口侧称作上侧，将壳体7的底部7b侧称作下侧。

轴部件2由不锈钢等金属材料形成为圆柱状。轴构件2具有：圆筒面状的外周面2a、以及设置于下端的球面状的凸部2b。

壳体7具有：大致圆筒状的侧部7a、以及闭塞侧部7a的下方的开口部的底部7b。在图示例中，侧部7a与底部7b由树脂一体地注射成形。在侧部7a的外周面7a2固定有外壳5以及定子线圈6a。在侧部7a的内周面7a1固定有轴承套筒8。在底部7b的上侧端面7b1的外径端设置有位于比内径部靠上方的位置的肩面7b2，轴承套筒8的下侧端面8c与该肩面7b2抵接。在肩面7b2形成有径向槽7b3。在底部7b的上侧端面7b1的中央部配置有树脂制的推力承受件10。需要说明的是，也可以代替在壳体7的肩面7b2设置有径向槽7b3(或者在此基础上)，在轴承套筒8的下侧端面8c形成有径向槽。

轴承套筒8呈圆筒状，通过间隙粘合、压入、压入粘合(在夹有粘合剂的基础下的压入)等适当的手段而固定于壳体7的侧部7a的内周面7a1。在本实施方式中，轴承套筒8的内径设为以下，外径设为以下，轴向尺寸设为6mm以下。轴承套筒8例如由金属构成，具体地说是由烧结金属，特别是含有铜以及铁作为主要成分的铜铁系烧结金属构成。

在成为径向轴承面的轴承套筒8的内周面8a形成有径向动压产生部G。在本实施方式中，作为径向动压产生部G，形成有图3所示的人字形状的动压槽。具体地说，径向动压产生部G具有：沿周向延伸的环状丘部G1、从环状丘部G1向轴向两侧延伸的多个倾斜丘部G2、以及设置在多个倾斜丘部G2的周向之间的多个倾斜槽部G3(在图3中，对环状丘部G1以及倾斜丘部G2标注剖面线而示出)。在图示例中，径向动压产生部G形成在内周面8a的沿轴向邻接的两个位置的区域。上下的径向动压产生部G呈相同形状。环状丘部G1以及倾斜丘部G2的内径面以在同一筒面上连续的方式设置。各径向动压产生部G呈在轴向上对称的形状。需要说明的是，也可以将上下的径向动压产生部G的一方或者双方形成为在轴向上非对称的形状。在该情况下，通过轴向非对称形状的径向动压产生部，沿轴向压入径向轴承间隙的润滑流体，强制地使润滑流体在壳体7的内部循环。

上侧的径向动压产生部G的下侧的倾斜丘部G2与下侧的径向动压产生部G的上侧的倾斜丘部G2连续。同样地，上侧的径向动压产生部G的下侧的倾斜槽部G3与下侧的径向动压产生部G的上侧的倾斜槽部G3连续。另外，上侧的径向动压产生部G的上侧的倾斜槽部G3到达轴承套筒8的内周面8a的上端，下侧的径向动压产生部G的下侧的倾斜槽部G3到达轴承套筒8的内周面8a的下端。需要说明的是，也可以将上下的径向动压产生部G形成为在轴向上分离。在该情况下，在上下的径向动压产生部G的轴向之间，设置有与倾斜槽部G3相同直径且与倾斜槽部G3连续的圆筒面。

各倾斜丘部G2的周向宽度W1与各倾斜槽部G3的周向宽度W2之比W1/W2设为1.2以上。在将轴承套筒8的内径设为D时，各倾斜槽部G3的周向宽度W2设为0.2D≤W2≤0.4D。例如，在轴承套筒8的内径为1.5mm的情况下，各倾斜槽G3的周向宽度W2设为0.3mm以上且0.6mm以下。因此，需要将配置在同一圆周上的倾斜槽部G3的个数设为4～8个。在本实施方式中，丘槽比W1/W2为1.4，倾斜槽部G3为五个，其结果是，各倾斜槽部G3的周向宽度W2约为0.39mm。在图示例中，各倾斜槽部G3的周向宽度W2在轴向整个区域恒定。

倾斜丘部G2以及倾斜槽部G3相对于环状丘部G1的倾斜角度θ处于10°～30°的范围内，例如设为20°。环状丘部G1的轴向尺寸L1与环状丘部G1的轴向一侧的倾斜丘部G2以及倾斜槽部G3的轴向尺寸L2之比L2/L1设为1.2～2.5左右。在本实施方式中，它们之比L2/L1设为1.6。

在轴承套筒8的外周面形成有轴向槽8d1。轴向槽8d1的数量是任意的，例如形成在圆周方向等间隔的三个位置。

密封构件9由树脂或者金属形成为环状，固定于壳体7的侧部7a的内周面7a1的上端部。密封构件9与轴承套筒8的上侧端面8b抵接。密封构件9的内周面9a与轴构件2的外周面2a在径向上对置，在它们之间形成有密封空间S。在轴构件2旋转时，通过密封空间S，防止轴承内部的润滑油向外部泄漏。在密封构件9的下侧端面9b形成有径向槽9b1。需要说明的是，也可以代替在密封构件9的下侧端面9b形成有径向槽9b1(或者在此基础上)，在轴承套筒8的上侧端面8b形成有径向槽。

上述的流体动压轴承装置1通过以下这样的步骤而组装。首先，将推力承受件10固定于壳体7的底部7b的上侧端面7b1。然后，将预先在内部气孔含浸有润滑油的轴承套筒8插入壳体7的侧部7a的内周，以使轴承套筒8的下侧端面8c与底部7b的肩面7b2抵接的状态，将轴承套筒8的外周面8d固定于侧部7a的内周面7a1。之后，将密封构件9固定于壳体7的侧部7a的内周面7a1的上端。此时，将密封构件9压入壳体7的侧部7a，通过密封构件9与壳体7的底部7b的肩面7b2从轴向两侧夹持轴承套筒8，从而能够在轴向上约束轴承套筒8。之后，向轴承套筒8的内周滴入润滑油，并插入轴构件2，从而流体动压轴承装置1的组装结束。此时，在被密封构件9密封的壳体7的内部空间(包括轴承套筒8的内部空孔)充满有润滑油，油面维持在密封空间S的范围内。

在上述结构的流体动压轴承装置1中，当轴构件2旋转时，在轴承套筒8的内周面8a与轴构件2的外周面2a之间形成径向轴承间隙。并且，形成于轴承套筒8的内周面8a的径向动压产生部G使径向轴承间隙的润滑油产生动压作用。详细地说，径向轴承间隙的润滑油沿着各径向动压产生部G的倾斜槽部G3向环状丘部G1侧汇集，在该环状丘部G1与轴构件2的外周面之间压力最大。由此，构成在径向上支承轴构件2的第一径向轴承部R1和第二径向轴承部R2。另外，通过轴构件2的下端的凸部2b与推力承受件10接触滑动，从而构成在推力方向上支承轴构件2的推力轴承部T。此时，经由密封构件9的下侧端面9b的径向槽9b1、轴承套筒8的外周面8d的轴向槽8d1、以及壳体7的肩面7b2的径向槽7b3，将壳体7的闭塞侧的空间P与密封空间S连通，因此能够防止空间P产生负压。

具有该流体动压轴承装置1的风扇电动机在以正常姿态使用时，通过由径向动压产生部G产生的压力提高效果，轴构件2以及转子3和叶片4以高旋转精度旋转，不易产生因轴构件2与轴承套筒8的接触而产生异响等。另外，在以非正常状态(例如摆动状态)使用该风扇电动机，轴构件2相对于轴承套筒8大幅偏心的情况下，径向动压产生部G的各倾斜丘部G2的比例大(W1/W2≥1.2)，从而能够发挥接近圆筒形轴承的支承力。另外，通过将径向动压产生部G的各倾斜槽部G3的周向宽度W2设为0.2D≤W2≤0.4D，从而能够在不大幅阻碍上述的接近圆筒形轴承的效果的范围内，得到由径向动压产生部G产生的适当的动压效果。以上这样的作用相结合，该流体动压轴承装置1在轴构件2偏心时，发挥比圆筒形轴承高的支承力，能够尽可能地防止轴构件2与轴承套筒8的接触。

本发明不限定于上述的实施方式。例如，也可以如图4所示，在轴构件2的外周面2a形成径向动压产生部G，将轴承套筒8的内周面8a设为圆筒面。在该情况下，与上述的实施方式同样地，将径向动压产生部G的各倾斜丘部G2的周向宽度W1与各倾斜槽部G3的周向宽度W2之比W1/W2设为1.2以上。另外，在将轴构件2的外径设为D’时，径向动压产生部G的各倾斜槽部G3的周向宽度W2处于0.2D’≤W2≤0.4D’的范围内。其他的流体动压轴承装置1的结构、径向动压产生部G的详细情况与上述的实施方式相同，因此省略重复说明。

另外，在上述的实施方式中，推力轴承部T对轴构件2进行接触支承，但不限于此，也可以将推力轴承部设为，与上述实施方式的径向轴承部同样地，通过油膜的压力对轴构件进行非接触支承。具体地说，例如，可以在轴构件的下端设置有凸缘部，在该凸缘部的上侧端面与轴承套筒的下侧端面之间、以及凸缘部的下侧端面与壳体的端面之间分别设置推力轴承间隙。在该情况下，也可以在隔着推力轴承间隙对置的面的一方设置推力动压产生部。

另外，在上述的实施方式中，示出了将轴承构件固定而使轴构件旋转的、所谓的轴旋转类型的流体动压轴承装置，但不限于此，也可以将本发明应用于将轴构件固定而使轴承构件旋转的、所谓的轴固定类型的流体动压轴承装置。

另外，本发明的流体动压轴承装置不限于风扇电动机，也可以用于信息设备(例如，HDD)的主轴电动机、激光打印机的多边形扫描仪电动机、或者投影仪的色轮。

[实施例]

为了确认本发明的效果，进行了以下的试验。首先，制作具有与图3所示的轴承套筒8大致同样的形状，且径向动压产生部的诸要素(参照表1)不同的实施例以及比较例1～3所涉及的试验片。各试验片的尺寸均是内径为1.5mm，外径为3.0mm，轴向宽度为2.5mm。

[表1]

将上述的各试验片组装于图1所示的风扇电动机进行摆动试验，检查此时有无发生异响。具体地说，如图5所示，使风扇电动机一边以2000r/min旋转，一边在轴构件2相对于水平方向在上侧成45°的状态(图5的上图)与在下侧成45°的状态(图5的下图)之间以旋转轴10为中心而旋转(摆动)。其结果是，在比较例1～3中均产生异响，在实施例中未产生异响。根据该结果可知，根据径向动压产生部的丘槽比W1/W2为1.2以上、且各倾斜槽部的周向宽度W2为0.2D≤W2≤0.4D(在上述尺寸的试验片的情况下为0.3mm～0.6mm)的实施例，使流体动压轴承装置摆动时的负荷容量高，不易产生轴与轴承的接触。

附图标记说明

1 流体动压轴承装置

2 轴构件

7 壳体

8 轴承套筒

9 密封构件

G 径向动压产生部

G1 环状丘部

G2 倾斜丘部

G3 倾斜槽部

R1、R2 径向轴承部

S 密封空间

T 推力轴承部