流体动压轴承装置以及具备该流体动压轴承装置的电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流体动压轴承装置以及具备该流体动压轴承装置的电动机。
【背景技术】
[0002]众所周知，流体动压轴承装置具有高速旋转、高旋转精度以及低噪声等特点。因此，流体动压轴承装置适合作为搭载于以信息设备为代表的各种电气设备的电动机而使用，具体而言，适合作为组装于HDD等碟盘驱动装置的主轴电动机用、组装于PC等的风扇电动机用、或组装于激光打印机(LBP)的多边形扫描仪电动机用的轴承装置等而使用。
[0003]在下述的专利文献I中记载了流体动压轴承装置的一个例子。该流体动压轴承装置具备:有底筒状(杯状)的壳体；轴承套筒，其固定于壳体的内周；轴部件，其插拔自如地插入轴承套筒的内周；径向轴承部，其通过形成于径向轴承间隙的润滑油的油膜在径向上对轴部件进行支承；推力轴承部，其在推力方向上对轴部件进行支承；底隙，其收容推力轴承部；环状部件(密封部件)，其固定于壳体的开口部内周。
[0004]在该流体动压轴承装置中，环状部件以在轴向上与轴承套筒卡合的状态(在轴承套筒的脱出方向上与轴承套筒卡合的状态)固定于壳体的开口部内周。因此，轴承套筒相对于壳体的固定力(轴承套筒的脱出力)提高，从而稳定地维持轴向上的壳体与轴承套筒的相对位置，进而维持所需的轴承性能。另外，该流体动压轴承装置在由润滑油充满壳体的整个内部空间的、所谓的注满(ful fill)状态下使用，在环状部件的内周面与轴部件的外周面之间设置有密封空间(与径向轴承间隙相比间隙宽度大的径向间隙)。密封空间具有吸收随着润滑油的温度变化而产生的容积变化量的缓冲功能，并且设计为，在设定的温度变化的范围内能够将润滑油的油面始终保持在密封空间的范围内。因此，尽可能地防止因润滑油的外部泄漏而引起的轴承性能的降低、周边环境的污染。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2003-307212号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]然而，如上所述，如果采用由润滑油充满壳体的整个内部空间的所谓的注满结构，则在流体动压轴承装置的组装后，需要使用所谓的真空含浸等繁琐的方法利用润滑油充满壳体的内部空间，并且需要对润滑油的油面位置高精度地进行管理(对润滑油的填充量进行微调节)。因此，存在难以应对对于流体动压轴承装置的进一步低成本化的要求。
[0010]因此，本发明的目的在于，提供一种能够以低成本制造并且能够发挥所需的轴承性能的流体动压轴承装置。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]为了实现上述目的而完成的本发明为一种流体动压轴承装置，其具备:有底筒状的壳体，其轴向的一端开口且另一端封闭；轴承套筒，其固定于壳体的内周；轴部件，其以能够插拔的方式插入轴承套筒的内周；环状部件，其具有在与轴部件的外周面之间形成有径向间隙的内周面，且以在轴向上与轴承套筒卡合的状态固定于壳体的一端内周；径向轴承部，其利用形成于轴承套筒的内周面与轴部件的外周面之间的径向轴承间隙的润滑油的油膜在径向上对轴部件进行支承；推力轴承部，其在推力方向上对轴部件进行支承；底隙，其收容推力轴承部，且被润滑油充满，所述流体动压轴承装置的特征在于，在壳体的内部空间设置有空隙部，在将径向轴承间隙的间隙宽度设为Cl1，将径向间隙的间隙宽度设为d2时，满足304$ d2^ 2501的关系式。需要说明的是，这里所说的“推力轴承部”既可以为对轴部件进行接触支承的枢轴轴承，也可以为对轴部件进行非接触支承的动压轴承。
[0013]在本发明的流体动压轴承装置中，在径向轴承部的径向轴承间隙、收容推力轴承部的底隙被润滑油充满的状况下，在壳体的内部空间(以下，有时也简称为“内部空间”)内设置有空隙部。即，表示使向壳体的内部空间填充的润滑油量比上述内部空间的容积小，在上述内部空间内设置有未被润滑油充满的区域。在本发明的流体动压轴承装置中，轴部件相对于轴承套筒插拔自如。根据上述结构，例如，即使在将轴承套筒以及环状部件固定于壳体的内周之后、且轴部件向轴承套筒内周插入之前，通过适当的供油工具(例如，微量移液管)向内部空间注入润滑油，也能够在内部空间内存在有所需量的润滑油。因此，不需要用于注油的大型的设备、高精密的油面的调节?管理作业，由此能够使轴承装置的制造成本低廉化。
[0014]如上所述，对于本发明的流体动压轴承装置的结构，能够在将轴承套筒以及环状部件固定于壳体的内周之后、且轴部件向轴承套筒内周的插入之前执行向内部空间注油的注油作业。在该情况下，与在将轴部件插入到轴承套筒的内周之后向内部空间注油的情况相比，能够便捷并且适当地执行注油作业。但是，如果不采用任何对策，则随着轴部件向注油后的轴承套筒内周的插入而容易产生润滑油泄漏。参照图7A、图7B对该润滑油泄漏的产生机构进行说明。
[0015]首先，如图7A所示，以在壳体107的底部与轴承套筒108之间形成有底隙105的方式，将轴承套筒108以及环状部件109固定于壳体107的内周，之后，向壳体107的内部空间注入润滑油110。接着，如图7B所示，将轴部件102插入到环状部件109以及轴承套筒108的内周。当轴部件102与预先注入的润滑油110接触时，润滑油110由于毛细管力，通过形成于轴部件102(的外周面)与轴承套筒108(的内周面)之间的微小的间隙宽度的径向间隙(径向轴承间隙)朝向壳体107的开口部流动，附着于轴部件102的外周面，并且还附着于环状部件109的内周面。然而，随着继续进行轴部件102的插入，存在于壳体107的内部空间(轴部件102与壳体107之间)的空气被压缩，其结果是，在存在于轴部件102与轴承套筒108以及环状部件109之间的润滑油110上，作用有将该润滑油110向轴承外部侧按压的方向的作用力。由此，润滑油110经由形成于轴部件102的外周面与环状部件109的内周面之间的径向间隙(密封空间)103而向轴承外部泄漏。在该情况下，无法在径向轴承间隙以及底隙105双方中存在有足够量的润滑油，从而难以稳定地确保所需的轴承性能。
[0016]本申请发明人进行了认真研宄，其结果是，发现在将径向间隙的间隙宽度设为(12时，如果该(12的值超过规定值，则能够尽可能地防止伴随于轴部件的插入而产生的润滑油向环状部件的内周面附着，从而尽可能地防止上述方式中的润滑油泄漏。具体而言，发现在将径向轴承间隙的间隙宽度设为Cl1，将径向间隙的间隙宽度设为(12时，通过以满足30(1^ d2的关系式的方式设定径向间隙的间隙宽度d2能够消除上述问题。由此，能够便捷地执行轴承装置的组装以及向轴承装置的注油，从而能够使流体动压轴承装置的制造成本低廉化。但是，当将径向间隙的间隙宽度d2设定得过大时，轴承套筒与环状部件的接触面积变得过小，因此存在难以确保所需的轴承套筒的脱出力的可能性。因此，优选为(12< 2501。
[0017]在上述结构的轴承装置中，还可以设置使径向间隙与底隙连通的连通路。这样一来，即使在向内部空间注入润滑油之后，将轴部件插入到轴承套筒的内周的情况下，也能够将随着轴部件的插入而向底隙侧压入的空气经由连通路向大气排出，因此能够更有效地防止随着轴部件的插入而产生的润滑油的外部泄漏。需要说明的是，该连通路的至少一部分作为上述的空隙部而被应用。
[0018]上述的连通路可以由第一通路和第二通路构成，所述第一通路形成在壳体与轴承套筒之间，且一端向底隙开口，所述第二通路形成在轴承套筒与环状部件之间，且一端向径向间隙开口而另一端与第一通路的另一端相连。
[0019]轴承套筒例如能够通过压入(特别是，具有较大过盈量的压入。以下相同。)、粘接、压入粘接(并用压入和粘接)等而固定于壳体的内周。然而，对于压入而言，存在随着压入而产生的轴承套筒的变形波及轴承套筒的内周面、对径向轴承间隙的宽度精度造成负面影响的可能性。另外，对于粘接而言，在到涂覆的粘接剂固化为止的期间，除需要相对定位保持壳体和轴承套筒以外，有时需要用于使粘接剂固化的其他工序，两部件的固定需要劳力和时间。因此，通过环状部件和壳体的底部从轴向两侧夹持轴承套筒，从而将该轴承套筒固定于壳体的内周。这样一来，能够减少组装所需的劳力和时间。并且，能够尽可能地防止对径向轴承部的轴承性能造成负面影响。
[0020]在上述结构中，径向轴承间隙可以设置在轴向的二个位置，在该情况下，使径向轴承间隙内的润滑油产生动压作用的径向动压产生部也设置在轴向的二个位置。这样一来，能够降低转矩损失，并且提高对于力矩负载的负载能力(力矩刚性)。此时，优选为，一方的径向动压产生部形成为将存在于一方的径向轴承间隙的润滑油向另一方的径向轴承间隙压入的形状，另一方的径向动压产生部形成为将存在于另一方的径向轴承间隙的润滑油朝向一方的径向轴承间隙压入的形状。这样一来，能够尽可能地防止因各径向轴承间隙的油膜破裂而引起的径向轴承部的轴承性能的降低，并且尽可能地防止存在于径向轴承间隙的润滑油朝向上述的径向间隙流动，进而尽可能地防止润滑油向外部泄漏。
[0021]在上述结构中，可以在轴部件上作用有将轴部件向壳体的内底面按压的外力。这样一来，除能够在推力方向双方对轴部件进行支承从而推力方向的支承精度提高以外，有利于防止以能够插拔的方式插入轴承套筒的轴部件的意料之外的插拔。例如能够通过磁力来给予上述外力。例如，能够通过将设置在将壳体保持于内周的保持部件(电动机基座)的定子线圈、与设置于轴部件的转子磁体在轴向上错开配置，而给予该磁力。组装有这种流体动压轴承装置的各种电动机通常具备转子磁体和定子线圈作为必需的结构部件。因此