流体轴承装置的制作方法

专利名称：流体轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体轴承装置，该装置经由形成在径向轴承间隙之内的润滑油薄膜以非接触的方式支承旋转部件；本发明还涉及一种动态轴承装置(流体动态轴承装置)，该装置借助产生于轴承间隙之内的润滑油的动态压力效果以非接触的方式支承旋转部件。这些轴承装置适用于信息处理设备中，上述设备包括如HDD和FDD等磁盘装置用的主轴马达；CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盘装置用的主轴马达；以及MD、MO等磁光盘装置用的主轴马达；激光打印机(LBP)中用的多边形扫描仪电机；或者如轴流风机等电气设备中用的小型电机。
背景技术：
在上述每种电机中，除了高旋转精度之外，其他理想性能因素包括较高的速度、较低的成本以及较低的噪音。就这些因素而言，确定该电机性能的结构部件之一就是支承马达的主轴的轴承。近年来，人们已经开发出在上述的性能参数方面显示出较好结果的流体轴承装置，且在一些场合中得到实际上的应用。
这些流体轴承装置可主要分为两种一种是所谓的动态轴承，该轴承设置有用于在位于该轴承间隙之内的润滑油内产生动态压力的动态压力产生装置；以及所谓的圆柱形轴承(即轴承的轴承表面为完整的圆形)，该轴承中不包含动态压力产生装置。
例如，对于设置在HDD等磁盘装置用的主轴马达或LBP中用的多边形扫描仪电机中的流体轴承装置中，人们已经知道这样一种结构，即其中轴承套与该壳体的内表面相连，而且轴部件设置在该轴承套的内部(公开号为NO.2002-061636的未审查的日本专利)。在该轴承装置中，该轴部件的旋转导致通过流体动态压力效果的作用在位于该轴承套的内表面和该轴部件的外表面之间形成的径向轴承间隙之内产生压力。
作为上述的流体轴承壳体，人们传统上使用由如黄铜或铜等车削加工而成的壳体。然而，车削的金属产品生产价格高，给人们想降低轴承造价的愿望造成障碍。
另外，在上述结构的流体轴承中，因为旋转中该轴部件和该壳体为润滑油所隔离，所以，如磁盘等旋转体和周围空气之间的摩擦所产生的静电不能消除，且易于导致该旋转体的带电。如果忽视上述带电现象，那么便存在产生一些问题的危险，上述危险包括磁盘和磁头之间的势差的产生或者通过该静电的释放导致周围设备的损坏。
值得注意的是，设于HDD等用的盘驱动器装置的主轴马达内的动态轴承装置设置有径向轴承部分，该径向轴承部分以非接触的方式沿着径向支承该轴部件；以及推力支承部分，该推力支承部分在推力方向上以非接触方式支承该轴部件。该径向轴承部分利用动态轴承，其中在该轴承套的内周面或该轴部件的外周面上设有用于产生动态压力的沟槽(动态-压力产生沟槽)。该推力支承部分利用动态轴承，其中动态-压力产生沟槽设置在该轴部件的凸缘部分的两端面上或与这些端面相反的表面上(例如该轴承套的端面或固定到该壳体上的推力部件的端面)。或者，也可利用这样的轴承作为推力支承部分，其中该轴部件的一个端面通过与推板相接触(所谓的枢轴承)而被支承。
通常，该轴承套固定在该壳体的内周面的预定位置上，且在该壳体的开口部分内经常设有一密封部件以防止用于填充壳体内部空间的润滑油向外泄漏。或者，该密封部分在该壳体的开口部分上也可形成为结合体。
另外，为了防止润滑油的泄漏，也可将抗油剂应用到该轴部件的外周面上、连接到该径向轴承间隙上的壳体的外表面上以及该密封部件的内周面上。
这种类型的动态轴承装置包括如下部件壳体，轴承套，轴部件，推力部件以及密封部件。且为了确保需要与信息处理设备的快速提高性能相并驾齐驱的轴承性能的高水平，需要付出艰巨的努力以提高每个上述部件的处理精度以及组装精度。另一方面，在降低信息处理设备的造价的趋势下，需要降低这些动态轴承设备的造价的需求也越来越强烈。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种成本降低且能够可靠地防止因静电引起带电的流体轴承装置。
另外，本发明的一个目的在于提供这样一种动态轴承装置，其中可降低用于这种类型的动态轴承装置中的壳体的制造成本，且也能够减少组件的数量以及简化处理步骤和组装步骤，进而进一步降低成本。
为了解决上述的问题，本发明的流体轴承装置包括壳体，设于该壳体内侧的轴承套，沿着该轴承套的内周面插入的轴部件，以及径向轴承部分，该径向轴承部分经由润滑油薄膜在径向方向上以非接触的方式支承着该轴部件，其中该润滑油薄膜产生在位于该轴承套的内周面和该轴部件的外周面之间的径向轴承间隙内。其中该流体轴承装置还包括能够使得该轴部件和该壳体之间进行导电的导电部件，该壳体是由导电树脂制成。
通过利用树脂以这种方式制成壳体，通过如塑料注射成型法等造型工艺可高精度地、且以较低的成本制成壳体。尤其如果该壳体通过树脂模制(插入模制)方式、且同时把轴承套作为插入部件而形成的话，那么组装该壳体和该轴承套的操作就变得不必要，可进一步降低组装成本。
然而，因为树脂通常为绝缘材料，所以如上所述的树脂制成的壳体将不能将所聚集的静电从壳体排出到地面，也就是说由静电导致的带电变成问题。作为一种解决上述问题的方案，如果在该轴部件和该壳体之间设置使得该轴部件和该壳体之间能够导电的导电部件，且壳体由具有导电特性(导电树脂成分)的树脂制成，那么在该轴部件和该轴承套之间发生相对旋转期间已经聚集在盘等上的静电可依次通过该轴部件、该导电部件以及壳体，上述静电在接地部件(如外壳6)处得以排出，这样能够可靠地防止因静电所引起的带电现象。
在这样的场合中，该壳体最好由体积电阻率为106Ω·cm或更低的导电树脂材料制成。如果该体积电阻率超过106Ω·cm，那么该壳体的导电率将变得不够，且即使该导电部件能够使得该轴部件和该壳体之间的实现导电，该静电仍然不能够被可靠地排出到地面。
该导电部件的具体例子包括使用导电的润滑油。用该润滑油拉填充该轴承间隙，因此静电可通过这样一个线路被排出到地面，该线路从该轴部件出发，依次通过该润滑油、该轴承套(通常由导电的粉末冶金合金或软金属制成)以及壳体。除了上述的线路，该静电也可从该轴部件出发，依次通过该润滑油以及壳体排出，而不通过该轴承套。
另外，也可用推力支承部分作为该导电部件，其中该推力支承部分在推力方向上以接触方式支承该轴部件。在这种场合中，静电主要通过这样一个线路被排出，该线路是从该轴部件出发，依次通过推力支承部分和壳体。另外，也可将导电的润滑油和推力支承部分相结合在一起来使用，在这种场合中，静电也通过这样一个线路被排出，该线路是从该轴部件出发，然后通过润滑油到壳体。
将金属粉末或碳纤维作为导电剂混合到树脂基体中也可考虑作为一种确保该壳体的导电性的方案。然而，这些导电剂通常具有较大的颗粒尺寸，颗粒直径或纤维直径为几十μm至几百μm，且加入的量很大、以确保足够的导电率。这样，树脂的流动性降低，被模制的产品的尺寸精度变差，且当该壳体相对于其他部件(例如当该轴承套压配合在壳体的内周表面内部时，或者当壳体组装有电机时)滑动时，存在这些导电剂从树脂基体中脱离的危险而导致污染。
相反，如果壳体由包含有下述任意一种导电剂的导电树脂制成，其中上述导电剂为重量比为8％或更少的、平均颗粒尺寸为1μm或更小的精细研磨的粉末状的导电剂、或者重量比为20％或更少的、平均纤维直径为10μm或更小、且平均纤维长度为500μm或更小的纤维导电剂(例如碳纤维)，那么因为导电剂的颗粒尺寸较小，所添加的数量也较少，在熔化状态下树脂可保持良好的流动性，而且该导电剂也不可能与树脂基体脱离，从而避免任何潜在的污染问题。
最好使用碳纳米材料作为导电剂。当与传统的诸如炭黑、石墨、碳纤维以及金属粉末等导电剂相比，碳纳米材料具有下述的特殊性能(1)高导电性，即利用较少的附加量就能够到达良好水平的导电率。
(2)高纵横比，能够在基体中迅速地分散。另外，也具有抗研磨摩擦性，同时因摩擦所引起的脱离最小。
(3)仅需要较少的附加量，并因此不会消弱该树脂的物理特性，即树脂在熔化状态下的流动性保持良好。
(4)含有最少的杂质，且与传统的导电剂(尤其是基于碳的导电剂)相比产生较少的脱气。
因此，如果该壳体是利用包含有碳纳米材料作为导电剂的导电树脂组合物形成，那么聚集在磁盘等上的静电可被可靠地排出到地面，同时可避免树脂流动性减小或污染的问题。特别地，如果被加入到导电树脂组合物中的碳纳米材料的重量比范围设为1-10％，那么可达到上述的体积电阻率(最大为106Ω·cm)。
碳纳米纤维和诸如C60这样的富勒稀(fullerenes)为碳纳米材料的很好的例子。在这些材料中，因为富勒稀(fullerenes)通常为绝缘材料，所以本发明最好使用具有良好导电性的碳纳米纤维。在本说明书中，术语碳纳米纤维包括直径为40-50nm或更小的所谓的“碳纳米管”。
这个碳纳米纤维的具体例子包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、杯式堆积型(cup-stacked)碳纳米纤维以及蒸汽增长碳纤维。在本发明中，可使用上述任意一种碳纳米纤维(除了使用上述的任意一种之外，也可使用两种或多种不同的碳纳米纤维的混合)。
这些碳纳米纤维可通过电弧放电方法、激光沉积方法或化学汽相外延方法制成。
在轴承的工作期间，该壳体的温度因产生的热量作用而升高，且如果最后的膨胀度较大，那么该轴承套存在变形的危险，同时动态压力产生沟槽的精度变差。为了防止出现这种情况，该壳体最好利用具有5×10-5/℃或更低的线性膨胀系数(尤其在径向上具有线性膨胀系数)的树脂组合物形成。
除了使用金属，该轴承套也可由体积电阻率为106Ω·cm或更低的上述任意一种导电树脂组合物制成。这使得该轴承套的导电性得以保持，且能够使得聚集在盘等上的静电经由导电壳体被可靠地排出到地面。
如上所述，利用本发明可降低轴承装置的成本。另外，因为利用本发明能够可靠地防止因静电所产生的带电现象，所以，能够提高包括有该轴承装置的信息处理设备的工作稳定性。
另外，本发明提供一种动态轴承装置，该装置包括壳体；固定在该壳体内部的轴承套；相对于与该壳体和该轴承套发生相对旋转的旋转部件；径向轴承部分，该径向轴承部分借助产生于径向轴承间隙之内的润滑油动态压力效果以非接触的方式沿着径向方向支承旋转部件，其中该径向轴承间隙位于该轴承套和该旋转部件之间；推力支承部分，该推力支承部分借助产生于推力支承间隙之内的润滑油动态压力效果以非接触的方式在推力方向上支承该旋转部件，其中该推力支承间隙位于该壳体和该旋转部件之间，其中，该壳体是通过模制树脂材料形成的，且包括构成该推力支承部分的推力支承表面、以及在壳体模制期间在该推力支承表面上形成的动态-压力产生沟槽。
通过树脂材料的模制(例如注射成型法)制成的壳体不仅比通过加工技术(如车削)制成的金属壳体成本低，而且与通过挤压作业制成的金属壳体相比，通过树脂材料的模制制成的壳体具有较高的精度。
另外，通过在壳体自身上设置推力支承表面，就不需要设置具有推力支承表面的单独部件，这样，减少了组件的数量以及组装所需的劳动。另外，通过在壳体模制期间在该壳体的该推力支承表面上形成动态-压力产生沟槽(通过在模制壳体的模具内形成模制动态-压力产生沟槽的模制图案)，不需要独立的步骤来形成动态-压力产生沟槽，这样，减少了在该步骤中所需的劳动，且与通过加工、蚀刻或电化学加工在金属组件内形成动态-压力产生沟槽的方法相比，本发明中能够在形状和沟槽深度等方面提高动态-压力产生沟槽的精度。
该推力支承表面可设置在该壳体的一端的内底面上或该壳体的另一端的端面上。
另外，通过在壳体内设置台阶部分，以便位于该轴承套的一端上的端面与该壳体的该台阶部分相接触，可容易地实现该轴承套相对于壳体在轴向上的定位。特别地，通过将该台阶部分设置在距离该壳体的内底面起在轴向上预定距离处，可精确且容易地设置该推力支承间隙。
对于用于形成壳体的树脂没有特殊的限制，如果使用热塑性树脂，合适的非晶质树脂的例子包括聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)，而合适的晶质树脂的例子包括液晶聚合体(LCP)、聚醚酮醚(PEEK)、聚对苯二酸亚丁酯(PBT)(polybutylene terephthalate)以及聚苯硫(PPS)。
另外，对于加入到上述树脂中的填料也没有特殊的限制，合适的填料包括诸如玻璃纤维的纤维填料，诸如钛酸钾的强化水晶(whisker)填料，以及诸如碳纤维、炭黑、石墨、碳纳米材料以及金属粉末等的纤维状或粉状导电性填料。这些填料可单独使用，也可将两种或两种以上的不同填料混合使用。
例如，在设于HDD等盘驱动器装置用的主轴马达内的动态轴承装置中，需要壳体具有一定的导电性以使得由诸如磁盘的盘和空气之间的摩擦所产生的静电被分散到地面。在这种场合中，通过将上述的导电填料加入到用于形成壳体的树脂中，从而使得壳体具有导电性。
从获得高导电率、树脂基体内良好的分散率、良好的抗磨损性以及低水平的脱气这些方面来看，优选碳纳米材料作为上述的导电填料。在可得到的碳纳米材料中，优选碳纳米纤维。这些碳纳米纤维包括直径40-50nm或更小的所谓的“碳纳米管”。
该碳纳米纤维的具体例子包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、杯式堆积型(cup-stacked)碳纳米纤维以及蒸汽增长碳纤维。在本发明中，可使用上述任意一种碳纳米纤维。另外，除了使用上述的任意一种之外，也可使用两种或多种不同的碳纳米纤维的混合物或碳纳米纤维与另一种填料的混合物。当使用碳纳米材料作为导电填料时，该混合物中最好包含2-8％(重量比)的碳纳米材料。
另外，如果该导电填料材料为平均纤维直径为10μm或更小的碳纤维时，特别是该导电填料材料为平均纤维直径为10μm或更小且平均纤维长度为500μm或更小的碳纤维时，由于该填料材料的微粒尺寸较小且被加入的量也较小，所以在树脂的熔化状态下仍能够保持良好的流动性，且该填料材料也不会与衬底树脂相分离，从而避免一些潜在的污染危险。当使用这种碳纤维作为导电的填料材料时，该混合物最好包含5-20％(重量比)。
根据本发明，可提供一种动态轴承装置，其中所使用的壳体的制造成本得以降低，同时该装置的组件数量得以减少且使得处理步骤和组装步骤简化，这样使得成本更低。
如上所述，可降低生产上述类型的流体轴承装置的成本的一个可能的技术涉及通过树脂材料的注射模制来形成壳体。然而，取决于该注射模制的配置，尤其是取决于供熔化的树脂注射进入内腔的门的形状和位置，不能得到理想的壳体模制精度。另外，通过树脂门部分的去除(通过机械工艺)而形成的门去除部分形成在需要抗油性的表面，其中树脂门部分的去除是在注射模制工艺之后，即使抗抗油剂(oil repellent)施加到该表面上，仍然难到达令人满意的抗油剂效果。
例如，在图14(a)所示的场合中，其中壳体7’包括圆柱形侧面部分7b’以及密封部分7a’，其中密封部分7a’与侧面部分7b’形成一个连续的整体，且从侧面部分7b’的一端向内径向地延伸。该壳体7’是通过对树脂材料的注射模制形成的。主要如图14(b)所示，利用这样一种方法，即磁盘门17a’设置在位于模具腔17’的一端的中央部分上，熔化的树脂P通过该磁盘门17a’被注入到该模具腔17’中。然而，在上述的造型法中，由模制成型的产品包括树脂门部分7d’，该树脂门部分7d’与该密封部分7a’的外侧表面7a2’的内周边缘相连，如图14(c)(A部分)。因此，模制后，紧接着进行去除工序(机械工序)、以沿着图14(c)中所示的线X或线Y去除该树脂门部分7d’。这样，如果进行沿着线X去除该树脂门部分7d’这一去除工序，那么在该密封部分7a’的外侧表面7a2’的内周边缘上形成门去除部分(机械处理过的表面)，而如果进行沿着线Y去除该树脂门部分7d’这一去除工序，那么在该密封部分7a’的整个外侧表面7a2’上形成门去除部分(机械处理过的表面)。
典型地，抗油剂的抗油性受被施加的基底材料的表面状态影响很大，在机械处理过的表面上的抗油性要次于在模制表面上观察到的抗油性。另一方面，最需要抗油性的该密封部分7a’的外侧表面7a2’的区域为最靠近形成密封表面的内周面7a1’的内周区域。然而，在上述的模制方法中，通过去除树脂门部分7d’而形成的门去除部分形成在外侧表面7a2’的内周区域上，而与是否沿着线X或线Y实施去除工序无关，这样，即使抗油剂被施加到该外侧表面7a2’上，也常常难以得到令人满意的抗油性水平。
为了解决上述问题，本发明提供一种流体轴承装置，该装置包括壳体；设于该壳体内部的轴承套；沿着该轴承套的内周面插设的轴部件；径向轴承部分，该径向轴承部分借助产生于径向轴承间隙之内的润滑油薄膜以非接触的方式沿着径向方向支承轴部件，其中该径向轴承间隙位于该轴承套的内周表面和该旋转部件为周表面之间，壳体是通过注射模制树脂材料而形成的，且包括圆柱形侧面部分和密封部分，其中，密封部分与侧面部分形成一个连续的整体，且从侧面部分的一端向内径向地延伸。该密封部分包括内周表面和外侧表面，其中该内周表面与相对的该轴部件的外周表面形成一密封空间，该外侧表面毗邻该内周表面设置。该外侧表面的外周缘包括通过去除树脂门部分而形成的门去除部分。
通过注射模制树脂材料形成壳体，不仅壳体能够以比通过机械方法(如车削)制得的金属壳体的成本较低的成本生产，而且与通过挤压作业得到的金属壳体相比，本发明的壳体的具有较高的精度。另外，通过将该密封部分形成为该壳体的整体部分，与将独立密封部件固定在壳体内部相比，可减少组件数量和组装步骤。
另外，该壳体还包括门去除部分，该门去除部分是在该密封部分的外侧表面的外周缘上通过去除树脂门部分而形成的。换句话说，除了该门去除部分所在的外周缘之外，该密封部件的外侧表面为模制的表面，通过将抗油剂施加到具有这种表面状态的外侧表面上，可获得令人满意的抗油性效果，能够有效地防止润滑油从壳体内部向外泄漏。
取决于模具中的门的形状，该门去除部分在该密封部分的外侧表面的外周缘上可呈一单独点、多个点或者呈环状。然而，从确保用熔化树脂均匀地填充模具腔和提高壳体的模制精度的角度出发，该门最好形成为环形。即门去除部分也呈环形。因此，门去除部分最好呈环形。
对于形成壳体所使用的树脂没有特殊的限制，只要使用热塑性树脂即可。合适的非晶质树脂的例子包括聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)。而合适的晶质树脂的例子包括液晶聚合体(LCP)、聚醚酮醚(PEEK)、聚对苯二酸亚丁酯(PBT)(polybutyleneterephthalate)以及聚苯硫(PPS)。
另外，对于加入到上述树脂中的填料也没有特殊的限制，合适的填料包括如玻璃纤维的纤维填料，如钛酸钾的强化水晶填料，如云母的鳞状填料以及诸如碳纤维、炭黑、石墨、碳纳米材料以及金属粉末等的纤维状或粉状导电性填料。
例如，在设于HDD等盘驱动器装置用的主轴马达内的动态轴承装置中，需要壳体具有一定的导电性以使得由诸如磁盘的盘和空气之间的摩擦所产生的静电被分散到地面。在这种场合中，通过将上述的导电填料加入到用于形成壳体的树脂中，从而使得壳体具有导电性。
从获得高导电率、树脂基体内良好的分散率、良好的抗磨损性以及低水平的脱气这些方面来看，优选碳纳米材料作为上述的导电填料。在可得到的碳纳米材料中，优选碳纳米纤维。这些碳纳米纤维包括直径40-50nm或更小的所谓的“碳纳米管”。
另外，为了解决上述问题，本发明也提供一种制造流体轴承装置的方法，其中该装置包括壳体；设于该壳体内部的轴承套；沿着该轴承套的内周面插设的轴部件；径向轴承部分，该径向轴承部分借助产生于径向轴承间隙之内的润滑油薄膜以非接触的方式沿着径向方向支承旋转部件，其中该径向轴承间隙位于该轴承套的内周表面和该旋转部件的外周表面之间。此处，该方法包括通过树脂材料的注射模制来模制壳体的壳体模制步骤，其中该壳体包括圆柱形侧面部分和密封部分，其中，密封部分与侧面部分形成一个连续的整体，且从侧面部分的一端向内径向地延伸。该密封部分包括内周表面和外侧表面，其中该内周表面与相对的该轴部件的的外周表面形成密封空间，该外侧表面毗邻该内周表面设置。在壳体模制步骤中，环形膜状浇口设置在与该密封部分的外侧表面的外周缘相对应的位置上，通过该膜状浇口将熔化后的树脂注入到供模制壳体用的腔室内。
在壳体模制步骤中，通过在与该密封部分的外侧表面的外周缘相对应的位置上设置环形膜状浇口以及通过该膜状浇口将熔化后的树脂注入到供模制壳体用的腔室内，熔化的树脂沿着圆周方向和轴向均匀地填充腔室中，从而使得制成的壳体具有较高水平的尺寸精度。
在本说明书中，该膜状浇口是指具有狭窄的门宽度的门，尽管门的宽度根据注入树脂材料的物理特性和注塑模制条件等因素有所变化，但是典型尺寸为0.2-0.8mm。因为这种类型的门设置在与该密封部分的外侧表面的外周缘相对应的位置上，所以设置模制后获得的模制产品的形状、以保证薄膜状(薄)树脂门部分与该密封部分的外侧表面的外周缘以环形方式相连。在许多场合，该薄膜状树脂门部分在打开模具的操作中自动分段，以便当被模制的产品从模具中取出时，该树脂门部分的分段部分保持在该密封部分的外侧表面的外周缘上。通过去除这种类型的剩余的树脂门部分而形成的门去除部分在该密封部分的外侧表面的外周缘上呈狭窄的环状。
根据本发明，可提供这样一种流体轴承装置，该装置的壳体的制造成本较低且可有效地组装该装置，因而可进一步降低成本。另外，根据本发明，由树脂注射模制所生产的壳体的模制精度得以提高。另外，根据本发明，可解决在由树脂注射模制所生产的壳体的门去除部分处的抗油性减少的问题。


图1所示的横截面图示出根据本发明的流体轴承装置的一个实施例；图2所示的横截面图示出根据本发明的流体轴承装置的另一个实施例；图3所示的横截面图表示其中结合有上述的流体轴承装置的主轴马达；图4所示的横截面图表示其中结合有根据本发明的实施例中的动态轴承装置的信息处理设备用主轴马达；图5所示的横截面图表示根据本发明的实施例中的动态轴承装置；图6用于表示从图5中的方向A观察到的壳体；图7a为轴承套的截面图；图7b为轴承套的下端面视图；图7c为轴承套的上端面视图；图8所示的横截面图表示其中结合有根据本发明的另一实施例中的动态轴承装置的信息处理设备用主轴马达；图9所示的横截面图表示本发明的另一实施例中的动态轴承装置；图10用于表示从图9中的方向B观察到的壳体；图11所示的横截面图表示其中采用根据本发明的流体轴承装置的信息处理设备用主轴马达；图12所示的横截面图表示根据本发明的流体轴承装置的实施例；图13a和13b所示的横截面图用于示意性地说明壳体的模制步骤；
图14a、14b、14c所示的横截面图用于示意性地说明传统的壳体的模制步骤。
具体实施例方式
下面，根据图1-3对本发明的最佳实施例予以说明。
图3表示出信息处理设备用主轴马达的一种可能性结构，该马达中结合有根据本实施例所述的流体轴承装置1。该主轴马达用在HDD等用盘驱动装置中，且包括流体轴承装置1，该流体轴承装置1以自由可旋转地不接触的方式支承轴部件2；利用压配合等方式安装到轴部件2上的盘毂3；以及电机定子4和电机转子5，该定子和转子在径向上形成通过一个间隙而彼此相对置。定子4与外壳6的外周缘相连，转子5与盘毂3的内周缘相连。流体轴承装置用的壳体7安装在外壳6的内周缘上。一个或多个诸如磁盘之类的盘D由盘毂3所支承。当电流流经该定子4时，因定子4和转子5之间的所产生的激励作用而导致转子5开始旋转，因而致使盘毂3和轴部件2也以统一的方式旋转。
图1为上述的流体轴承装置1的放大截面图。如图所示，该流体轴承装置1包括作为主要组件的壳体7、圆筒形轴承套8以及轴部件2。在下述说明中，壳体的敞开端(被密封端)描述成上部，壳体的封闭端(被密封端)描述成底部。
轴部件2由导电性的金属材料(如不锈钢)制成。轴部件2的轴端部分(图中的底端)形成为球形表面，通过以接触的方式支撑在壳体7的底部7e上的该轴端部分2d，形成有在上冲方向上支撑轴部件2的枢轴型推力支承部分T。如下所述，该推力支承部分T的接触部分也用作确保轴部件2和壳体7之间导电的导电部件。如图中所示的场合，轴部件2的轴端部分2d直接接触底部7e的内底面7e1，也可将由合适的低摩擦材料(例如树脂)制成的推力板放置在底部7e上，轴端部分2d与该推力板呈滑动接触。
利用诸如压配合这样的技术，将轴承套8固定在壳体7的内周面上，或更具体地设置在侧部7b的内周表面7c上的预定位置处。对将轴承套8固定到壳体的内周面上的方法没有特别的限制，只要上述两个组件之间能够导电即可，依靠该两个组件之间的局部粘附的固定方法也是可以的。
轴承套8由烧结金属制成的多孔坯体形成为圆筒形。烧结金属的例子包括利用从下述组中选择的一种或多种金属粉末生产的材料，其中该组是由铜、铁、以及铝，或被覆金属粉末或以诸如镀铜的铁粉的合金粉末作为主要原料，其中加入粉末状的锡、锌、铅、石墨、二硫化钼或其合金粉末(如果必要)，然后，进行模制和烧结操作。这些烧结后的金属包含多个内孔(用作内部结构的组成部分的孔)以及多个表面开口，该开口是当这些孔与外表面相连通时形成的。通过使烧结金属浸透润滑油或润滑脂，这些烧结金属被用作浸油烧结金属。除了烧结金属，该轴承套8也可采用诸如软金属的其它金属形成，尽管这属于很少见的情形。该轴承套最好采用导电金属材料形成。
第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2设置在轴承套8的内周表面8a和轴部件2的外周表面2c之间，同时该两个轴承部分沿着轴向分离。径向轴承表面即第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2设置成位于轴承套8的内周表面8a上的上和下两个区域，且该两个区域沿着轴向分离。作为动态-压力产生部件即鱼骨形的动态-压力产生沟槽形成在该两个区域内。该动态-压力产生部件也可形成为螺旋状沟槽或沿着轴向延伸的沟槽，或通过形成具有非圆形(例如多个弧)的径向轴承表面。另外，该径向轴承表面区域也可形成在轴部件2的外周表面2c上。
壳体7通过注射模制(插入模制)诸如66尼龙、LCP或PES这样的树脂材料同时上述的轴承套8作为插入组件而形成的。以这种方式形成的壳体7为具有封闭底部的圆筒形，以便一端敞开而另一端封闭，该壳体包括侧部7b；环形密封部分7a，该密封部分7a与侧部7b形成一个整体且从侧部7b的上端径向向内延伸；底部7e，该底部7e为从侧部7b的底端延续的部分。密封部分7a的内周表面7a1与轴部件2的外周表面2c相距预定密封空间S而相对置。在本实施例中，轴部件2的外周表面2c与密封部分7a的内周表面7a1相对置以形成该密封空间S，该轴部件2的外周表面2c形成为向顶部(壳体7的外部)逐渐变狭窄的锥形。当轴部件2和轴承套8发生相对旋转时(在本实施例中轴部件2发生旋转时)，该锥形的外周表面2a充当所谓的离心的密封。除了该种锥形空间，该密封空间S也可形成为沿着轴向具有相同直径的圆柱体。
如果树脂壳体7的线性膨胀系数较大，那么就存在轴承运行期间所产生的热量导致壳体7被加热且发生膨胀，导致轴承套8的变形，因而，降低形成在内周表面8a上的动态-压力产生沟槽的精度。为了防止这种情形发生，壳体7最好由在径向上线性膨胀系数为5×10-5/℃或更低的树脂组合物。
将轴部件2插入到轴承套8的内周表面8a内部直至轴端部分2d接触底部7e的内底面7e1。壳体7内的内部空间是由密封部分7a所密封的，该空间填充有润滑油，第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的径向轴承间隙之间填充有润滑油。
当轴部件2旋转时，用作轴承套8的内周表面8a的径向轴承表面的每个区域与轴部件2的外周面通过径向轴承间隙而相对置。当轴部件2旋转时，该径向轴承间隙内形成润滑油薄膜，该润滑油薄膜的动态压力沿着径向以自由可旋转、非接触方式支承着该轴。因此，第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2得以形成，该第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2沿着径向以非接触方式支承着该轴，以保证能够自由旋转的方式。另一方面，通过枢轴形的推力支承部分T，将轴部件2沿着推力方向以自由可旋转方式支承。
在本发明中，壳体7由如上所述的树脂制成，且通过在熔化的树脂材料中混合有导电剂而使得该树脂壳体7具有导电性。该导电率的大小可以壳体7的体积电阻率来估算。在本发明中，需要加入足够的导电剂以保证体积电阻率在106Ω·cm或更低。在本说明书中，体积电阻率是指当电流流经尺寸大小为1cm×1cm×1cm的物体时的电阻，且被定义成具有单位长度侧边的立方体中的相对面之间的电阻。
在轴部件2的轴端部分2d与推力板相接触的场合中，该推力板也可由包含有导电剂的树脂或导电金属制成。
该导电剂可采用粉末状材料或纤维状材料。如果该导电剂的颗粒尺寸过大或所加入的量太大，那么树脂在注射模制期间的熔化流动性变差，被模制的产品的尺寸精度降低，当壳体7被压配合在外壳6内部时，存在这样一个危险，即所产生的滑动摩擦将导致导电剂从树脂基体中分离出来而产生污染。本发明人的研究结果显示，通过结合有8％重量比或更少(最好为5％重量比或更少)的平均颗粒尺寸为1μm或更小的精细研磨的粉末状的导电剂、或者20％重量比或更少(最好为15％重量比或更少)的平均纤维直径为10μm或更小且平均纤维长度为500μm或更小的纤维导电剂，那么就可避免上述问题。
满足上述条件的导电剂的例子为碳纳米材料(特别是碳纳米纤维)。通过将1-10％重量比(最好为2-7％重量比)的导电剂混合到树脂基体中，利用最少量的导电剂可使得壳体7具有较高水平的导电率(106Ω·cm或更低)。
合适的碳纳米纤维的例子包括单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管(MWCNT)、杯式堆积型(cup-stacked)碳纳米纤维以及蒸汽增长碳纤维。SWCNT的外径为0.4-5nm，长度为1-几十μm，MWCNT的外径为10-50nm(内径为3-10nm)，长度为1-几十μm，杯式堆积型碳纳米纤维的外径为0.1-几百μm，最大长度为30cm。
轴部件2的旋转期间，与周围气孔之间的摩擦导致磁盘D上的静电的聚积。如上所述，在本发明中，该壳体7具有导电特性，因此该静电经过盘毂3、轴部件2、轴端部分2d和底部7e之间的接触部分以及壳体7直至到达外壳6，然后被排出到地面。这样，能够可靠地防止磁盘D的带电，也就是说，既可防止磁盘D和磁头之间的势差的发生，也可防止因去除聚积静电所导致的对设备的损坏。
如果除了利用上述的推力支承部分T之外也可利用导电性的润滑油作为导电部件，那么轴部件2和壳体7之间的导电不仅发生在轴端部分2d和底部7e之间的接触部分，而且经由润滑油或润滑油和轴承套8的结合，那么可进一步地提高静电防止效果。
除了通过插入模制方法生产之外，该壳体7也可通过注射模制上述的树脂材料而形成(没有插入组件)。图2表示出这样的例子，其中至少壳体7的侧部7b通过注射模制树脂形成为圆柱形，在此情况下，壳体7的底部10形成为一单独部件，该部件由树脂或其他材料(如金属)制成。通过利用诸如压配合、粘接或焊接这样的技术将底部10固定在位于侧部7b的一端上的开口内。另外，通过将密封部件9固定在位于侧部7b的另一端上的开口内，在底部10的内周表面9a和轴部件2的外周面之间形成密封空间S。
即使对于这种结构，通过将上述的导电剂加入到用于形成壳体7的树脂材料中，使得壳体7具有导电性，同时具有较强的带电防止效果。
在图1所示的实施例中，以接触的方式支承轴部件2的端部的枢轴轴承为推力支承部分T的一个例子。但是也可采用动态轴承，其中以与第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2相类似的方式，通过利用诸如动态-压力产生沟槽等动态-压力产生部件产生于轴承间隙内的润滑油的动压作用而产生压力，然后利用该压力以非接触的方式在推力方向上支承该轴部件2。
图2表示包括动态轴承的推力支承部分T的一个例子，其中轴部件2包括轴部2a和凸缘部2b。轴承套8的端面8c和凸缘部2b的凸缘部上端面2b1之间、以及壳体底部10的内部表面10a和凸缘部2b的下端面2b2之间分别形成有推力支承间隙。用作动态压力产生部件的动态压力产生沟槽可被形成在轴承套端面8c或凸缘部上端面2b1上、以及壳体底部10的内端面10a或凸缘部分的下端面2b2上。
在这种场合中，在轴部件2的旋转期间，该轴部件2相对于壳体7和轴承套均呈非接触状态，但是通过利用导电性的润滑油作为导电部件，在轴部件2和壳体7之间仍然具有导电性。换句话说，轴部件2上的静电流经用于填充该轴承间隙(不仅是径向轴承间隙，而且包括推力支承间隙)的润滑油，然后流经轴承套8而进入到壳体7或经由润滑油直接流入壳体7。因此，可获得与图1中所示的实施例中的效果相类似的带电防止效果。
本发明也可以相似的方式应用到流体轴承装置中，在该装置中第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2之一或者第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2二者均为所谓的柱形轴承。
另外，上述说明描述出由诸如烧结金属或软金属等金属材料制成的轴承套8这样的例子，但是即使该轴承套是由体积电阻率为106Ω·cm或更小的导电性的树脂组合物制成，也可获得相似的效果。
下面对本发明的一个实施例予以说明。
图4所示的示意图表示出其中结合有根据本实施例中的动态轴承装置1(流体动态轴承装置)的信息处理设备用主轴马达的一种可能性结构。该主轴马达用在HDD等用的盘驱动装置中，且包括动态轴承装置1，该动态轴承装置1以可自由旋转地、非接触的方式支承着该轴部件2；设置在该轴部件2上的转子3(盘毂)；以及定子4和转子磁体5，该定子4和转子磁体5例如在径向上彼此通过一个间隙而相对置。该定子4与外壳6的外周边相连。动态轴承装置1用的壳体7被固定到外壳6的内缘。诸如磁盘的之类的一个盘D或多个盘D由盘毂3所支承。当电流流经定子4时，该转子磁体5因定子4和转子磁体5之间所产生的电磁力作用而发生旋转，因而导致盘毂3和轴部件2也以统一的方式旋转。
图5表示出动态轴承装置1。该动态轴承装置1主要包括壳体7；轴承套8和密封部件9，该轴承套8和密封部件9均固定在壳体7上；以及轴部件2。
第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2设置在轴承套8的内周表面8a和轴部件2的轴部2a的外周表面2a1之间，且该两个轴承部分沿着轴向上分离。另外，轴承套8的下端面8c和轴部件2的凸缘部2b的凸缘部上端面2b1之间设有第一推力支承部分T1，壳体7的底部7e的内底面7e1和凸缘部2b的下端面2b2之间设有第二推力支承部分T2。为便于描述，壳体7的底部7e侧被定义为下侧，与底部7e相反的一侧定义为上侧。
例如通过注射模制树脂材料而将壳体7形成为具有封闭底部的柱体形，其中该树脂材料是由2-8％重量比的作为导电填料的碳纳米管和作为结晶树脂的液晶聚合物(LCP)组成，该壳体7包括圆柱形侧部7b以及设置在侧部7b的底端且与侧部7b形成为一体的底部7e。如图6所示，螺旋状的动态-压力产生沟槽7e2形成在用作第二推力支承部分T2的推力支承表面的底部7e的内底面7e1上。在壳体7的注射模制期间形成这些动态-压力产生沟槽7e2。换句话说，通过在用于模制壳体7的模具内的需要的位置(内底面7e1被模制的位置)上形成产生动态-压力产生沟槽7e2的沟槽图形，以及通过在壳体7的注射模制期间将该沟槽图形的形状转印到壳体7的内底面7e1上，便可在形成壳体7的同时形成动态-压力产生沟槽7e2。另外，在内底面7e1(该推力支承表面)上方沿着轴向延伸一预定距离X的位置处形成有作为壳体7的整体部分的台阶部分7g。
该轴部件2是由诸如不锈钢这样的材料形成，且包括轴部2a和凸缘部2b，其中凸缘部2b设置在轴部2a的底端，且也可作为该轴部件的整体部分或者作为单独物体。
轴承套8呈圆柱形，且由烧结金属(特别是含有以铜作为主要成分的烧结金属)形成的多孔体形成。该轴承套8固定在壳体7的内周表面7c上的预定位置处。
径向轴承表面即第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2作为上、下区域设置在由烧结金属形成的轴承套8的内周表面8a上。同时，该上述两个区域沿着轴向分离。如图7(a)所示，鱼骨形动态-压力产生沟槽8a1和动态-压力产生沟槽8a2分别形成在上述两个区域内。上动态-压力产生沟槽8a1不对称地形成在相对轴心m(位于上和下倾斜沟槽之间轴向的中心)的轴向上，以便从轴心m起到该区域的上端之间轴向尺寸X1大于从轴心m起到该区域的底之间轴向尺寸X2。另外，沿着该套筒的整个轴向长度上在轴承套8的外周表面8d上形成有一个或多个轴向沟槽8d1。在本例子中，绕着该轴套圆周以相同的间隔形成有三个轴向沟槽8d1。
例如图7(b)中所示的螺旋形动态-压力产生沟槽8c1形成在轴承套8的下端面8c中，其中下端面8c形成该第一推力支承部分T1的推力支承表面。
如图7(c)所示，轴承套8的上端表面8b由大约设置在径向上的端面中心的圆周沟槽8b1分成内径区8b2和外径区8b3，在内径区8b2上形成一个径向沟槽或多个径向沟槽。在本例子中，绕着该轴套圆周以相同的间隔形成有三个径向沟槽8b21。
该密封部件9固定导壳体7的侧部7b的上端部分的内缘，且具有内周表面9a，该内周表面9a与设置在轴部2a的外缘上的锥形面2a2通过预定密封空间S而相对置。该轴部2a的锥形面2a2向顶部(向着壳体7的外部)逐渐变窄，且用作轴部件2旋转时的离心密封。另外，形成密封部件9的下端表面9b的外径区9b1，以便具有比内径区域稍微大的直径。
本实施例中的动态轴承装置1通过下述方法来组装。
首先，将该轴部件2安装到轴承套8上。将轴承套8和轴部件2一起向壳体7的侧部7b的内周表面7c的内部插入、直至下端面8c接触壳体7的台阶部分7g。这就在轴向上固定了轴承套8和壳体7的相对位置。在这种状态下，利用诸如超声焊接这样的技术将轴承套8固定到壳体7上。
下面，将密封部件9插入到壳体7的侧部7b的上端部分的内缘内部、直至下端表面9b的内径区域接触轴承套8的上端表面8b的内径区8b2。在这种状态下，利用诸如超声焊接这样合适的技术将密封部件9固定到壳体7上。在密封部件9的外周面上设置凸肋9c是提高焊接紧密度的有效方法。
完成上述的组装过程后，将轴部件2的轴部2a插入到轴承套8的内周表面8a内，以便该凸缘部2b被容纳在轴承套8的下端面8c和壳体7的内底面7e1内部之间的空间内。随后，由密封部件9所密封的壳体7内的内部空间(包括轴承套8的内孔)填充有润滑油。该润滑油的表面被保持在该密封空间S内。
当轴部件2旋转时，位于轴承套8的内周表面8a上的用作径向轴承表面的每个区域(即上和下区域)与轴部2a的外周表面2a1通过径向轴承间隙而对置。另外，在轴承套8的下端面8c上形成推力支承表面的区域与凸缘部2b的凸缘部上端面2b1通过推力支承间隙而对置。在壳体7的内底面7e1内形成推力支承表面的区域与凸缘部2b的下端面2b2通过推力支承间隙而对置。然后，当轴部件2旋转时，在上述的径向轴承表面内产生润滑油动态压力，通过形成在该径向轴承间隙内的润滑油薄膜的作用沿着径向方向以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件2的轴部2a。因此，便形成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2，其中沿着径向方向以非接触且保证自由可旋转的方式支承该轴部件2。同时，在上述推力支承间隙内也产生润滑油动态压力，通过形成在这些推力支承间隙内的润滑油薄膜的作用沿着推力方向以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件2的凸缘部2b。因此，便形成第一推力支承部分T1和推力支承部分T2，其沿着推力方向以非接触且保证自由可旋转的方式支承该轴部件2。第一推力支承部分T1的推力支承间隙(定义为δ1)和第二推力支承部分T2的推力支承间隙(定义为δ2)可根据从壳体7的内底面7e1内侧到台阶部分7g之间的轴向尺寸X以及轴部件2的凸缘部2b的轴向尺寸(定义为W)、且通过公式X-W＝δ1+δ2保持良好的精度。
如上所述，第一径向轴承部分R1的动态-压力产生沟槽8a1不对称地形成在相对轴心m的轴向上，以便从轴心m起到该区域的上端之间轴向尺寸X1大于从轴心m起到该区域的底之间轴向尺寸X2(见图07(a))。这样，在轴部件2旋转期间，在上部区域由动态-压力产生沟槽8a1所产生的润滑油的回缩力(抽吸力)要大于在下部区域由动态-压力产生沟槽8a1所产生的润滑油的回缩力(抽吸力)。在该回缩力压力差的作用下，轴承套8的内周表面8a和轴部2a的外周表面2a1之间的间隙内的润滑油向下流动，且通过第一推力支承部分T1的推力支承间隙、轴向沟槽8d1、位于密封部件9的下端表面9b的外径区9b1和轴承套8的上端表面8b的外径区8b3之间的环形间隙、位于轴承套8的上端表面8b上圆周沟槽8b1、然后轴承套8的上端表面8b上径向沟槽8b21，直至再次流入到该第一径向轴承部分R1的径向轴承间隙内而形成一个循环回路。通过利用这样的结构，即润滑油在壳体7内的内部空间内以这种方式循环，便可防止内部空间内的润滑油的压力在局部区域出现负压，也可解决诸如伴随着负压出现而产生气泡现象以及润滑油泄漏或因该气泡的产生而出现的振动现象等相关问题。另外，即使气泡因某种原因被截留在润滑油内，该气泡与润滑油一起循环，通过密封空间S内的润滑油的表面(气液分界面)向外排出，使得与气泡相关的问题得以更加有效地防止。
图8所示的示意图表示出其中结合有根据另一实施例中的动态轴承装置11(流体动态轴承装置)的信息处理设备用主轴马达的一种结构。该主轴马达用于HDD等用的盘驱动装置中，且包括动态轴承装置11，该动态轴承装置11以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件12；设置在轴部件12上的转子(盘毂)13；以及定子14和转子磁体15，该定子14和转子磁体15沿着轴向上通过一个间隙而彼此对置。该定子14设置在支架16的外缘上，该转子磁体15设置在盘毂13的内周边上。动态轴承装置11用的壳体17设置在支架16的内缘上。盘毂13支承着一个或多个诸如磁盘的盘。当电流流经定子14时，转子磁体15因定子14和转子磁体15之间的电磁力作用而发生旋转，因而导致盘毂13和轴部件12也以统一方式旋转。
图9表示出该动态轴承装置11。该动态轴承装置11主要包括壳体17、固定在该壳体17上的轴承套18以及轴部件12。
第一径向轴承部分R11和第一径向轴承部分R12设置在轴承套18的内周表面18a和轴部件12的外周表面12a之间，且该两个轴承部分沿着轴向分离。另外，壳体17的上端表面17f和固定在轴部件12上的盘毂13(转子)的下端表面13a之间形成有推力支承部分T11。为便于描述，壳体17的底部17e侧被定义为下侧，与底部17e相反的一侧定义为上侧。
例如通过注射模制上述的树脂材料而将壳体17形成为具有封闭底部的柱体形，该壳体17包括圆柱形侧部17b以及设置在侧部17b的底端且与侧部17b形成为一体的底部17e。如图10所示，螺旋状的动态压力产生沟槽17f1例如形成在用作推力支承部分T11的推力支承表面的上端表面17f上。在壳体17的注射模制期间形成这些动态压力产生沟槽17f1。换句话说，通过在用于模制壳体17的模具内的需要的位置(上端表面17f被模制的位置)上形成产生动态压力产生沟槽17f1的沟槽图形，以及通过在壳体17的注射模制期间将该沟槽图形的形状转印到壳体17的上端表面17f上，便可在形成壳体17的同时形成动态压力产生沟槽17f1。另外，在壳体17的外缘的上部，该壳体17包括向顶部逐渐变宽的锥形外壁17h，且与设置在盘毂13上的轴环13b的内壁13b1一起，该锥形外壁17h形成向顶部逐渐变窄的锥形密封空间S’。在该轴部件12和盘毂13旋转期间，该密封空间S’与推力支承部分T11的推力支承间隙的外径侧相连通。
该轴部件12是由诸如不锈钢这样的材料形成，而且轴承套8呈例如圆柱形，且由烧结金属(特别是含有以铜作为主要成分的烧结金属)形成的多孔体形成。该轴部件12被插入到轴承套18的内周表面18a的内部，且该轴承套18通过诸如超声焊接这样合适的技术固定在壳体17的内周表面17c上的预定位置处。当图9中所示的轴部件12和盘毂13静止时，在轴部件12的下端面12b和壳体17的内底面17e1之间，以及轴承套18的下端表面18c和壳体17的内底面17e1之间存在微小的间隙。
径向轴承表面即第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2作为上、下区域设置在由烧结金属形成的轴承套18的内周表面18a 。同时，该上述两个区域沿着轴向分离，并且，与例如如图07(a)所示的沟槽相似的鱼骨形动态压力沟槽形成在上述两个区域内。另外，绕着该轴套圆周沿着轴承套18的外周表面18d的整个轴向长度以相同的间隔形成有三个轴向沟槽18d1。
完整地组装该动态轴承装置11之后，壳体17的内部空间等充满润滑油。换句话说，在下述的间隙内均充满润滑油(包括轴承套18的内部孔)，该间隙包括轴承套18的内周表面18a和轴部件12的外周表面12a之间的间隙；轴承套18和轴部件12的下端表面18c和下端面12b分别与壳体17的内底面17e1和轴承套18的轴向沟槽18d1之间的间隙；轴承套18的上端表面18b和盘毂13的下端表面13a之间的间隙、推力支承部分T11以及该密封空间S’。
当轴部件12和盘毂13旋转时，位于轴承套18的内周表面18a上的用作径向轴承表面的每个区域(即上和下区域)与轴部件12的外周表面12a通过径向轴承间隙而对置。另外，位于壳体17的上端表面17f上的形成推力支承表面的区域与盘毂13的下端表面13a通过推力支承间隙而对置。然后，当轴部件12和盘毂13旋转时，在上述的径向轴承间隙内产生润滑油动态压力，通过形成在该径向轴承间隙内的润滑油薄膜的作用沿着径向方向以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件12。因此，便形成第一径向轴承部分R11和第一径向轴承部分R12，其沿着径向方向以非接触且保证自由可旋转的方式支承该轴部件12和盘毂13。同时，在上述推力支承间隙内也产生润滑油动态压力，通过形成在这些推力支承间隙内的润滑油薄膜的作用沿着推力方向以自由可旋转、非接触方式支承该盘毂13。因此，便形成推力支承部分T11，其沿着推力方向以非接触且保证自由可旋转的方式支承该轴部件12和盘毂13。
另外，在第一径向轴承部分R11处由动态压力产生沟槽所产生的润滑油的回缩力(抽吸力)和在第二径向轴承部分R12处由动态压力产生沟槽所产生的润滑油的回缩力(抽吸力)之间的压差作用下，导致位于轴承套18的内周表面18a和轴部件12的外周表面12a之间间隙内的润滑油向下流动，且通过位于轴承套18的下端表面18c和壳体17的内底面17e1之间的间隙、轴向沟槽8d1、位于盘毂13的下端表面13a和轴承套18的上端表面18b之间的间隙、直至再次流入到该第一径向轴承部分R1的径向轴承间隙内而形成循环回路。因此，通过利用这样的结构，即润滑油在所有的间隙内循环，便可防止壳体17和推力支承部分T11的推力支承间隙的内部空间内的润滑油的压力在局部区域出现负压，也可解决诸如伴随着负压出现而产生气泡现象、以及润滑油泄漏或因该气泡的产生而出现的振动现象等相关问题。另外，利用密封空间S’的毛细作用以及由推力支承部分T11的动态压力产生沟槽17f1所产生的润滑油的回缩力(抽吸力)作用可更有效地防止润滑油的外漏。
下面对本发明的一个实施例予以说明。
图11所示的示意图表示其中结合有根据本实施例中的流体轴承装置1(流体动态轴承装置)的信息处理设备用主轴马达的一种结构。该主轴马达用于HDD等用的盘驱动装置中，且包括流体轴承装置1，该流体轴承装置1以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件2；设置在轴部件2上的盘毂3；以及定子4和转子磁体5，该定子4和转子磁体5沿着轴向上通过一个间隙而彼此对置。该定子4设置在外壳6的外缘上，该转子磁体5设置在盘毂3的内缘上。流体轴承装置1用的7设置在外壳6的内缘上。盘毂3支承着一个或多个诸如磁盘的盘D。当电流流经定子4时，转子磁体5因定子4和转子磁体5之间的电磁力作用而发生旋转，因而导致盘毂3和轴部件2也以统一方式旋转。
图12示出该流体轴承装置1。该流体轴承装置1主要包括壳体7；固定在该壳体7上的轴承套8和推力部件10；以及该轴部件2。
第一径向轴承部分R1和第一径向轴承部分R2设置在轴承套8的内周表面8a和轴部件2的轴部2a之间，且该两个轴承部分沿着轴向上分离。另外，轴承套8的下端面8c和轴部件2的凸缘部2b的凸缘部上端面2b1之间设有第一推力支承部分T1，推力部件10的端表面10a和凸缘部2b的下端面2b2之间设有第二推力支承部分T2。为便于描述，推力部件10所在的一侧被定义为下侧，与推力部件10相反的一侧定义为上侧。
例如通过注射模制树脂材料形成壳体7，其中该树脂材料是由2-30vol％的诸如碳纳米管或具有如液晶聚合物(LCP)的结晶树脂的导电性碳这样的导电填料组成，该壳体7包括圆柱形侧部7b、以及与侧部7b形成为单个连续整体单元且从侧部7b的顶端径向向内延伸的环形密封部分7a。密封部分7a的内周表面7a1与相对置的轴部2a的外周表面2a1(例如形成在外周表面2a1上的锥形面2a2)之间形成预定密封间隙S。轴部2a的锥形面2a2向顶部(向壳体7的外部)逐渐变窄，且在轴部件2旋转时起到离心密封的作用。
该轴部件2是由诸如不锈钢这样的材料形成的，且包括轴部2a和凸缘部2b，其中凸缘部2b设置在轴部2a的底端，且或者作为该轴部件的整体部分或者作为单独物体。
轴承套8呈圆柱形，且由烧结金属(特别是含有以铜作为主要成分的烧结金属)形成的多孔体形成，该轴承套8固定在壳体7的内周表面7c上的预定位置处。
径向轴承表面即第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2作为上、下区域设置在由烧结金属形成的轴承套8的内周表面8a上，同时，该上述两个区域沿着轴向分离，而且鱼骨形动态压力产生沟槽形成在上述两个区域内。
螺旋形或鱼骨形的动态压力产生沟槽也形成在轴承套8的下端面8c上，其中下端面8c用作该第一推力支承部分T1的推力支承表面。
推力部件10是由树脂材料或诸如黄铜的金属材料制成，且固定到壳体7的内周表面7c的下端。在本实施例中，推力部件10也包括整体的环形的接触部分10b，该接触部分10b从内端面10a的外周缘向上延伸。接触部分10b的上端表面接触轴承套8的下端面8c，且接触部分10b的内周面与凸缘部2b的外周面通过间隙而对置。螺旋形或鱼骨形的动态压力产生沟槽也形成在推力部件10的内端面10a上，其中内端面10a用作该第二推力支承部分T2的推力支承表面。通过控制推力部件10的接触部分10b和凸缘部2b的轴向尺寸，第一推力支承部分T1和第二推力支承部分T2的推力支承间隙可以良好的精度设置。
由密封部分7a所密封的壳体7内的内部空间(包括轴承套18的内部孔)充满润滑油。润滑油表面保持在该密封空间S内。另外，将抗油剂F施加到毗邻密封部分7a的内周表面7a1的外侧面7a2。另外，也将抗油剂F施加到轴部件2的外周表面2a3，其中轴部件2通过密封部分7a延伸且突出到壳体7的外侧。
当轴部件2旋转时，位于轴承套8的内周表面8a上的用作径向轴承表面的每个区域(即上和下区域)与轴部2a的外周表面2a1通过径向轴承间隙而对置。另外，在轴承套8的下端面8c上形成推力支承表面的区域与凸缘部2b的凸缘部上端面2b1通过推力支承间隙而对置。在推力部件10的内端面10a上形成推力支承表面的区域与凸缘部2b的下端面2b2通过推力支承间隙而对置。然后，当轴部件2旋转时，在上述的径向轴承间隙内产生润滑油动态压力，通过形成在该径向轴承间隙内的润滑油薄膜的作用沿着径向方向以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件2的轴部2a。因此，便形成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2，其中沿着径向方向以非接触且保证自由可旋转的方式支承该轴部件2。同时，在上述推力支承间隙内也产生润滑油动态压力，通过形成在这些推力支承间隙内的润滑油薄膜的作用沿着推力方向以自由可旋转、非接触方式支承该轴部件2的凸缘部2b。因此，便形成第一推力支承部分T1和第二推力支承部分T2，其沿着推力方向以非接触且保证自由可旋转的方式支承该轴部件2。
图13所示的示意图用于说明上述的流体轴承装置1中的壳体7的模制步骤。包括定模和动模的模具上设有浇道17b、膜状浇口17a以及壳体17。该膜状浇口17a在与密封部分7a的外侧表面7a2相对应的位置上形成为环形，且浇口的宽度δ设为0.3mm。
从注射模制装置(图中未示)的喷嘴喷出的熔化的树脂P流经模具的浇道17b和膜状浇口17a，且填充到壳体17的内部。通过设置在与密封部分7a的外侧表面7a2的外周边缘相对应的位置上的环形膜状浇口17a，以下述方式将熔化的树脂P填充到壳体17中，熔化的树脂P沿着圆周向和轴向均匀地填充，从而保证生产出具有高尺寸精度的壳体7。
一旦已经填充到壳体17的内部的熔化的树脂P冷却而变硬，可移动模移动而打开模具。因为膜状浇口17a设置在与密封部分7a的外侧表面7a2的外周边缘相对应的位置上，所以，被模制的产品在打开该模具之前被定形以保证薄膜状(薄)树脂浇口部分与密封部分7a的外侧表面7a2的外周边缘以环形方式相连，但是该树脂浇口部分在打开模具期间会自动发生断裂，以便当将被模制的产品从模具上移开时，树脂浇口部分7d的断裂部分保留在密封部分7a的外侧表面7a2的外周边缘上，如图13(b)所示。通过随后沿着图中的线z移动该树脂浇口部分7d，便制成该壳体7。
在制作完毕的壳体7中，通过移开树脂浇口部分7d而形成的浇口去除部分7d1呈位于密封部分7a的外侧表面7a2的外周边缘上的狭窄环形。因此，除了浇口去除部分7d1所处的外周边缘，密封部分7a的外侧表面7a2就象其原来那样为被模制的表面。通过将抗油剂F施加到具有这种状态的外侧表面7a2上，可获得令人满意的抗油性效果，且能够有效防止润滑油从壳体7内泄漏。
本发明既可适用于利用所谓枢轴轴承作为推力支承部分的流体轴承装置，也可适用于利用所谓圆柱形轴承作为径向轴承部分的流体轴承装置。
权利要求
1.一种流体轴承装置，包括壳体；设于该壳体内部的轴承套；沿着该轴承套的内周面插入的轴部件；以及径向轴承部分，该径向轴承部分经由润滑油薄膜在径向方向上以非接触的方式支承该轴部件，其中该润滑油薄膜是在位于该轴承套的内周面和该轴部件的外周面之间的径向轴承间隙内产生的，其中，该流体轴承装置还包括能够使得该轴部件和该壳体之间进行导电的导电部件，该壳体是由导电树脂制成。
2.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其中该壳体由体积电阻率为106Ω·cm或更低的导电树脂组合物制成。
3.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其中该壳体由下述导电树脂组合物制成，上述导电树脂组合物包含重量比为8％或更少的、平均颗粒尺寸为1μm或更小的精细的粉末状导电剂。
4.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其中该壳体由下述导电树脂组合物制成，上述导电树脂组合物包含重量比为20％或更少的、平均纤维直径为10μm或更小的、且平均纤维长度为500μm或更小的纤维导电剂。
5.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其中该壳体由包含有以碳纳米材料作为导电剂的导电树脂组合物制成。
6.根据权利要求5所述的流体轴承装置，其中所加入到其中的碳纳米材料的数量范围设定为1-10wt％。
7.根据权利要求5所述的流体轴承装置，其中该碳纳米材料为从由下述材料组成的组中选择的至少一种上述材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、杯式堆积型碳纳米纤维以及蒸汽增长碳纤维。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的流体轴承装置，其中该壳体在径向上的线性膨胀系数为5×10-5/℃或更低。
9.根据权利要求1所述的流体轴承装置，包括用作导电部件的导电性润滑油。
10.根据权利要求1所述的流体轴承装置，包括用作导电部件的推力支承部分，该支承部分在推力方向上以接触方式支承该轴部件。
11.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其中该轴承套由体积电阻率为106Ω·cm或更低的金属或导电树脂组合物制成。
12.一种动态轴承装置，该装置包括壳体；固定在该壳体内部的轴承套；相对于该壳体和该轴承套发生相对旋转的旋转部件；径向轴承部分，该径向轴承部分借助产生于径向轴承间隙之内的润滑油动态压力效果以非接触的方式沿着径向方向支承该旋转部件，其中该径向轴承间隙位于该轴承套和该旋转部件之间；推力支承部分，该推力支承部分借助产生于推力支承间隙之内的润滑油动态压力效果以非接触的方式在推力方向上支承该旋转部件，其中该推力支承间隙位于该壳体和该旋转部件之间，其中，该壳体是通过模制树脂材料而形成的，且包括构成该推力支承部分的推力支承表面、以及在壳体模制期间在该推力支承表面上形成的动态-压力产生沟槽。
13.根据权利要求12所述的动态轴承装置，其中该推力支承表面设置在位于该壳体的一端上的内底面上。
14.根据权利要求13所述的动态轴承装置，其中该壳体具有台阶部分，该台阶部分在该轴承套的一端于端面相接触。
15.根据权利要求14所述的动态轴承装置，其中该台阶部分设置在从壳体的内底面起在轴向上的预定距离处。
16.根据权利要求12所述的动态轴承装置，其中该推力支承表面设置在该壳体的端面上。
17.根据权利要求12-16中所述的任一动态轴承装置，其中用于形成壳体的树脂材料包含导电填料。
18.根据权利要求17所述的动态轴承装置，其中该导电填料为从由下述材料组成的组中选择的一种或多种上述材料为碳纤维、炭黑、石墨、碳纳米材料以及金属粉末。
19.一种流体轴承装置，该装置包括壳体；设于该壳体内部的轴承套；沿着该轴承套的内周面插入的轴部件；径向轴承部分，该径向轴承部分借助产生于径向轴承间隙之内的润滑油动态压力效果以非接触的方式沿着径向方向支承轴部件，其中该径向轴承间隙位于该轴承套的内周表面和该轴部件的外周表面之间的，其中壳体是通过注射模制树脂材料而形成的，且包括圆柱形侧面部分和密封部分，其中，密封部分与侧面部分形成一个连续的整体单元，且从侧面部分的一端向内径向地延伸，该密封部分包括内周表面和外侧表面，其中该内周表面利用相对的该轴部件的外周表面形成密封空间，该外侧表面毗邻该内周表面设置，该外侧表面的外周缘包括通过去除树脂门部分而形成的门去除部分。
20.根据权利要求19所述的流体轴承装置，其中该门去除部分呈环形。
21.根据权利要求19或20所述的流体轴承装置，其中该密封部分的外侧面上施加有抗油剂。
22.一种制造流体轴承装置的方法，其中该装置包括壳体，设于该壳体内部的轴承套，沿着该轴承套的内周面插入的轴部件，以及径向轴承部分，该径向轴承部分借助产生于径向轴承间隙之内的润滑油动态压力效果以非接触的方式沿着径向方向支承轴部件，其中该径向轴承间隙位于该轴承套的内周表面和该旋转部件的外周表面之间，该方法包括通过对树脂材料的注射模制来模制壳体的壳体模制步骤，其中该壳体包括圆柱形侧面部分和密封部分，其中，密封部分与侧面部分形成一个连续的整体，且从侧面部分的一端向内径向地延伸，其中该密封部分包括内周表面和外侧表面，其中该内周表面利用相对的该轴部件的外周表面形成密封空间，该外侧表面毗邻该内周表面设置，以及在壳体模制步骤中，环形膜状浇口设置在与该密封部分的外侧表面的外周缘相对应的位置上，并通过该膜状浇口将熔化后的树脂注入到供模制壳体用的腔室内。
23.一种用在信息处理设备中的马达，包括如权利要求1、12或19中所述的轴承装置。
全文摘要
本发明涉及一种流体轴承装置，利用该装置可实现成本降低且防止自身通过静电而带电。轴承套设置在壳体的内部，且轴部件插入到该轴承套中。通过润滑油的动压作用在轴承套的内表面和轴部件的外周面之间的轴承间隙上产生压力，以便以与该轴承套呈非接触的状态径向地支承该轴部件。该轴部件的轴端与壳体的底部相接触以便通电，该壳体是由混合有碳纳纤维的导电性树脂化合物形成，且其体积电阻率设定为10
文档编号F16C33/10GK1764792SQ200480007769
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月30日 优先权日2003年3月31日
发明者里路文规, 伊藤健二, 柴原克夫 申请人:Ntn株式会社