流体动压轴承装置的制作方法

1.本发明涉及一种流体动压轴承装置。


背景技术：

2.流体动压轴承装置利用在轴构件的外周面与轴承套筒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，以非接触的方式将轴构件支承为相对旋转自如。
3.流体动压轴承装置由于高旋转精度和安静性而组装于例如hdd等磁盘驱动装置的主轴电机、激光打印机(lbp)的多边形扫描仪电机、投影仪的色轮电机、电子设备的风扇电机等来使用。
4.例如，专利文献1公开的流体动压轴承装置具备：轴构件；轴承套筒，在其内周插入有轴构件；以及径向动压产生部，其凭借在轴构件的外周面与轴承套筒的内周面之间的径向轴承间隙产生的油膜的压力而以非接触的方式将轴构件支承为相对旋转自如。
5.在图16示出构成专利文献1的流体动压轴承装置的轴承套筒1。如图16所示，在轴承套筒1的内周面2上，在轴向上分离的两处形成有径向轴承面3。在径向轴承面3形成有径向动压产生部。图中的空心箭头示出润滑油的流动。
6.在该专利文献1的轴承套筒1中，作为径向动压产生部，形成有人字形状的动压槽4。动压槽4由丘部5(图中以散点示出的区域)与位于该丘部5之间的槽部6构成。换句话说，丘部5形成从槽部6向径向内侧鼓起的结构。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2011
‑
196544号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.然而，在专利文献1记载的流体动压轴承装置中，轴构件的旋转方向(参照图16的实线箭头)限定为一个方向。因此，组装轴承套筒1时，必须在适合轴构件的旋转方向的方向上组装轴承套筒1，组装作业变得繁琐，作业性降低。
12.另外，形成于轴承套筒1的内周面2的动压槽4为人字形状，因此轴承面积(动压槽4的丘部5)变小。因此，施加于轴承套筒1的径向轴承面3的面压变高，耐磨损性降低。
13.并且，在轴构件的旋转速度较低的区域，难以得到充分的动压效果，难以非接触地支承轴构件，轴构件可能会与轴承套筒1的径向轴承面3接触。
14.于是，本发明鉴于上述的课题而提出，其目的在于，提供一种流体动压轴承装置，其能够应对轴构件的旋转方向为正反方向中的任一方向，实现轴承面积的增大，即使在旋转速度较低的区域也能够得到充分的动压效果。
15.用于解决课题的方案
16.本发明的流体动压轴承装置具备：轴构件；轴承构件，在其内周插入有轴构件；以
及径向动压产生部，其凭借在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产生的流体膜的压力而以非接触的方式将轴构件支承为相对旋转自如。
17.作为用于实现上述目的的技术性手段，本发明的特征在于，本发明的径向动压产生部包括：多个多边形丘部，其图案化地配置于轴承构件的内周面与轴构件的外周面的任一方；以及多边形槽部，其以围绕所述多边形丘部的方式形成。
18.在本发明中，作为径向动压产生部，通过形成由多边形丘部与多边形槽部构成的动压槽，即使轴构件的旋转方向为正反方向的任一方都能够应对。另外，能够使轴承构件的轴承面积(动压槽的多边形丘部)增大。并且，即使在轴构件的旋转速度较低的区域，也能够得到充分的动压效果。
19.优选以下结构，在本发明的径向动压产生部中，多边形槽部的表面开孔率大于多边形丘部的表面开孔率。
20.若采用这样的结构，在以下点是有效的，能够高效地向轴承构件的径向轴承面供给润滑油。
21.优选以下结构，本发明的径向动压产生部在多边形丘部的中心形成有用于供给润滑油的槽部。
22.若采用这样的结构，在以下点是有效的，良好地向轴承构件的径向轴承面供给润滑油，因此实现润滑效率的提高。
23.优选以下结构，本发明的径向动压产生部形成有阻止润滑油从多边形槽部流出的丘部。
24.若采用这样的结构，在以下点是有效的，能够阻止润滑油从多边形槽部流出，从而实现润滑效率的提高。
25.优选以下结构，本发明的径向动压产生部具有连结相邻的多边形槽部的连结槽部，且连结槽部的截面积大于多边形槽部的截面积。
26.若采用这样的结构，与在多边形槽部流动的润滑油量相比，在连结槽部流动的润滑油量较多，能够连续地向径向轴承间隙供给润滑油。
27.优选以下结构，本发明的连结槽部包括：第一连结槽部，其连结在轴向上上下配置的多边形槽部；以及第二连结槽部，其在周向连结多边形槽部连结，第一连结槽部的截面积大于第二连结槽部的截面积。
28.若采用这样的结构，即使旋转的轴构件的重心位置从设计点偏移，支承轴构件的动压力也能够在平滑化的范围内恒定，且具有稳健性(坚固性)。
29.发明效果
30.根据本发明，通过作为径向动压产生部，形成由多边形丘部和多边形槽部构成的动压槽，从而即使轴构件的旋转方向为正反方向的任一方向都能够应对。因此，轴承构件的组装作业简易化，实现作业性的提高。
31.另外，能够使轴承构件的轴承面积(动压槽的多边形丘部)增大。因此，施加于轴承构件的径向轴承面的面压变小，实现耐磨损性的提高。
32.并且，即使在轴构件的旋转速度较低的区域，也能够得到充分的动压效果。因此，能够可靠地以非接触方式支承轴构件，从而能够抑制轴构件与轴承构件的径向轴承面接触。
附图说明
33.图1是表示风扇电机的概要结构的剖视图。
34.图2是表示组装于风扇电机的流体动压轴承装置的剖视图。
35.图3是表示流体动压轴承装置的轴承套筒的一例的剖视图。
36.图4a是表示在图3的轴承套筒正转时的润滑油的流向的剖视图。
37.图4b是表示在图3的轴承套筒反转时的润滑油的流向的剖视图。
38.图5是表示轴承套筒的其他例的剖视图。
39.图6是表示轴承套筒的其他例的剖视图。
40.图7是表示轴承套筒的其他例的剖视图。
41.图8是表示轴承套筒的其他例的剖视图。
42.图9是用于说明连结槽部的截面积的表。
43.图10是用于说明动压槽的丘部的表面积的表。
44.图11是表示轴构件的一例的剖视图。
45.图12是表示轴构件的其他例的剖视图。
46.图13是表示轴构件的其他例的剖视图。
47.图14是表示轴构件的其他例的剖视图。
48.图15是表示轴构件的其他例的剖视图。
49.图16是表示以往的流体动压轴承装置的轴承套筒的剖视图。
具体实施方式
50.以下，基于附图对本发明的流体动压轴承装置的实施方式进行详述。需要说明的是，对流体动压轴承装置进行说明前，对组装有流体动压轴承装置的风扇电机进行说明。
51.图1示出组装于通信设备，例如手机、平板型终端等移动设备的冷却用的风扇电机的概要结构。
52.如图1所示，风扇电机的主要部分具备：实施方式的流体动压轴承装置11；电机基座13，其固定有该流体动压轴承装置11的壳体12；以及转子15，其固定有流体动压轴承装置11的轴构件14。
53.在电机基座13安装有定子线圈16。另外，在转子15安装有与定子线圈16隔着径向的间隙而对置的转子磁体17。
54.向定子线圈16通电时，在定子线圈16与转子磁体17之间产生的电磁力的作用下，转子15与轴构件14一体旋转，通过设置于转子15的叶片(未图示)产生轴向或径向的气流。
55.接下来，对组装于上述的风扇电机的流体动压轴承装置11，即实施方式的流体动压轴承装置11进行以下详述。
56.如图2所示，实施方式的流体动压轴承装置11包含轴构件14、作为轴承构件的轴承套筒18、有底筒状的壳体12以及密封构件19。在壳体12的内部空间填充有规定量的润滑油(未图示)。
57.在轴构件14安装有转子15(参照图1)。在轴承套筒18的内周插入有轴构件14。壳体12在轴向端部具有开口部，在内周保持轴承套筒18。密封构件19安装于壳体12的轴向端部而堵塞壳体12的开口部。
58.轴构件14为例如不锈钢等金属制成，呈圆柱状。轴构件14的外径设为小于轴承套筒18和密封构件19的内径。在轴构件14的下端设置有凸部20。在轴构件14的上端固定有转子15(参照图1)。
59.壳体12为将圆筒状的侧部21与底部22一体形成的金属制或树脂制的构件。在壳体12的底部22配置有树脂制的承接构件23。承接构件23的上表面作为接触支承轴构件14的凸部20的推力轴承面发挥作用。需要说明的是，也可以省略承接构件23。该情况下，壳体12的底面作为推力轴承面发挥作用。
60.轴承套筒18呈圆筒状，通过压入等适当的手段固定于壳体12的侧部21的内周面。轴承套筒18为多孔质体，所述多孔质体由例如以铜和铁为主成分的铜铁系的烧结金属构成。在轴承套筒18的内部空孔含浸有润滑油。轴承套筒18的材质除烧结金属以外，也可以为由例如黄铜等软质金属、树脂构成的多孔质体。
61.在作为径向轴承面的轴承套筒18的内周面24形成有径向动压产生部。径向动压产生部凭借在轴构件14的外周面25与轴承套筒18的内周面24之间的径向轴承间隙产生的流体膜(油膜)的压力而以非接触的方式将轴构件14支承为相对旋转自如。
62.在该实施方式中，如图3所示，作为径向动压产生部，形成有多边形例如八边形的动压槽26。在此，虽然例示八边形的动压槽26，但也可以为八边形以外的多边形的动压槽。
63.动压槽26包含图案化地配置于轴承套筒18的内周面24的多个八边形丘部27和以围绕该八边形丘部27的方式形成的八边形槽部28。八边形丘部27具有从八边形槽部28(图中的以散点示出的区域)向径向内侧鼓起的结构。
64.图3示出的八边形丘部27和八边形槽部28的数量及大小为一个例示，在将油膜形成于轴构件14的外周面25与轴承套筒18的内周面24之间的径向轴承间隙的基础上进行适当设定即可。
65.动压槽26为相对于轴承套筒18的轴中心而对称的形状。通过将多个八边形丘部27和八边形槽部28图案化地配置于轴承套筒18的内周面24，从而八边形槽部28的一部分，相对于轴构件14的旋转方向倾斜的槽被配置为相对于轴中心而左右对称。
66.密封构件19为环状构件，由例如黄铜等软质金属、其他的金属或树脂构成。密封构件19以从轴承套筒18的上端面分离开的状态固定于壳体12的上端部(参照图2)。
67.如图2所示，密封构件19的内周面29接近轴构件14的外周面25从而构成非接触密封(迷宫式密封)。该密封构件19的形状、结构可以为图2示出的结构以外的结构，其结构任意。
68.在以上说明的流体动压轴承装置11中，轴构件14旋转时，在轴承套筒18的内周面24与轴构件14的外周面25之间形成有径向轴承间隙。轴承套筒18的动压槽26使径向轴承间隙的润滑油产生动压作用。
69.轴构件14高速旋转时，在轴承套筒18的内周面24与轴构件14的外周面25之间的径向轴承间隙形成有在动压槽26的动压作用下提高压力的油膜。通过该油膜形成非接触地支承轴构件14的径向轴承部。轴构件14所负载的推力载荷由作为推力轴承部的承接构件23的上表面接触支承。
70.换句话说，径向轴承间隙的润滑油沿着动压槽26的八边形槽部28而集合于八边形丘部27侧，在八边形丘部27与轴构件14的外周面25之间压力变得最大。由此，构成了非接触
地支承轴构件14的径向轴承部。通过轴构件14的凸部20与承接构件23的滑动，从而构成接触支承轴构件14的推力轴承部。
71.在此，流体动压轴承装置11大致分为动压轴承与正圆轴承。动压轴承为在轴承套筒18的内周面24设置有使径向轴承间隙的油膜积极地产生动压的动压槽26的轴承。正圆轴承为将轴承套筒18的内周面24设为圆筒面，并利用轴构件14的摆动产生动压的轴承。
72.在具有该流体动压轴承装置11的风扇电机中，以正常姿态使用时，在作为动压轴承的动压槽26引起的压力提高效果的作用下，轴构件14、以及转子15、叶片以较高的旋转精度旋转，不易产生轴构件14与轴承套筒18的接触引起的异响的发生等。
73.另外，即使以非正常状态使用该风扇电机(例如，轴构件14的摆动引起的摇摆状态)，轴构件14相对于轴承套筒18较大偏心的情况下，动压槽26的八边形丘部27相对于八边形槽部28的比例也较大，因此能够发挥接近正圆轴承的支承力。
74.在以上说明的实施方式的流体动压轴承装置11中，作为径向动压产生部，通过形成由八边形丘部27和八边形槽部28构成的动压槽26，从而如图4a和图4b所示那样无论轴构件14的旋转方向为正方向与反方向(参照图中的实线箭头)中的任一方向都能够应对。
75.换句话说，轴构件14的旋转方向为正方向的情况下，润滑油的流动为图4a的空心箭头示出的方向。另外，轴构件14的旋转方向为反方向的情况下，润滑油的流动为图4b的空心箭头示出的方向。
76.由此，组装轴承套筒18时，对轴构件14的旋转方向没有限制，因此能够不限定轴承套筒18的组装方向地进行组装。另外，也能够在轴构件14的旋转方向变化的用途中使用。其结果是，轴承套筒18的组装作业简易化，实现作业性的提高。
77.另外，能够使轴承套筒18的轴承面积(动压槽26的八边形丘部27)增大。因此，施加于轴承套筒18的径向轴承面的面压变小，能够实现耐磨损性的提高。其结果是，能够实现流体动压轴承装置11的长寿命化。
78.并且，即使在轴构件14的旋转速度较低的区域也能够得到充分的动压效果。特别是，起动停止和低速旋转时，八边形槽部28作为贮油部而发挥作用。由此，能够可靠地以非接触方式支承轴构件14，因此能够抑制轴构件14与轴承套筒18的径向轴承面接触。
79.该实施方式的轴承套筒18为多孔质体，且八边形丘部27中的表面开孔率为20％以下，优选设为2～10％。并且，与八边形丘部27中的表面开孔率相比，将八边形槽部28的表面开孔率设为较大。
80.通过采用这样的结构，能够有效地向轴承套筒18的径向轴承面供给润滑油。
81.如图5所示，可以在轴承套筒18的内周面24，在八边形丘部27的中心形成用于供给润滑油的槽部30(油槽)。图5的空心箭头示出从槽部30的润滑油的流动。
82.如图5的空心箭头所示，通过采用这样的结构，由于能够向轴承套筒18的径向轴承面良好地供给润滑油，因此能够实现润滑效率的提高。
83.如图6所示，可以在轴承套筒18的内周面24，在轴承套筒18的内周面24的轴向两端形成阻止润滑油从八边形槽部28流出的丘部31。
84.能够通过采用这样的结构，能够阻止润滑油从八边形槽部28向轴承套筒18的外部流出，因此能够实现润滑效率的提高。
85.在图3、图5以及图6示出的实施方式的轴承套筒18的内周面24形成有将相邻的八
边形槽部28连结的连结槽部32。在动压槽26中，连结槽部32的截面积比八边形槽部28的截面积大。作为前提条件，设为连结槽部32的截面积比八边形槽部28的截面积的2倍大。
86.例如，以图9的槽条数为3条且内径为的方式进行例示，将八边形槽部28的深度设为0.003mm，将其宽度w1设为0.1607mm的情况下，八边形槽部28的截面积为0.003mm
×
0.1607mm＝0.0004821mm2。与之相对，将连结槽部32的深度设为0.003mm，将其宽度w2设为0.5315mm，将连结槽部32的截面积设为0.003mm
×
0.9517mm＝0.0028551mm2。
87.在此，连结槽部32的截面积过大时，动压可能会降低，因此优选连结槽部32的截面积为0.0028551mm2以下。因此，优选在决定八边形槽部28的截面积的基础上，设定连结槽部32的截面积。另外，优选八边形槽部28和连结槽部32的深度为与径向轴承间隙相同的尺寸。
88.如上所述，通过将连结槽部32的截面积设为大于八边形槽部28的截面积，从而与在八边形槽部28流动的润滑油量相比，在连结槽部32流动的润滑油量较多，能够连续地向径向轴承间隙供给润滑油。其结果是，能够在动压槽26中使径向轴承间隙的润滑油有效地产生动压作用。
89.需要说明的是，连结槽部32的截面积小于八边形槽部28的截面积时，与在八边形槽部28流动的润滑油量相比，在连结槽部32流动的润滑油量较少，在八边形槽部28的入口附近产生负压，难以得到充分的动压效果。
90.如图7所示，以上说明的连结槽部32(以下，称为第一连结槽部)连结沿轴承套筒18的轴向上下配置而相邻的两个八边形槽部28。另外，形成有将上下配置的八边形槽部28分别在周向上连结的连结槽部33(以下，称为第二连结槽部)。
91.第一连结槽部32具有抑制八边形槽部28与第二连结槽部33的润滑油不足的贮油功能。八边形槽部28产生动压作用，且具有抑制在第二连结槽部33产生的压力引起的逆流的功能。
92.第二连结槽部33使动压的压力峰值平滑化，且具有抑制因轴构件14的重心位置偏移引起的偏心的功能。换句话说，即使轴构件14的重心位置从设计点偏移，支承轴构件14的动压力也能够在平滑化的范围内恒定，且具有稳健性(坚固性)。
93.在此，从积存润滑油来说，优选第一连结槽部32的截面积较大这方，但第一连结槽部32的截面积过大时，八边形槽部28的流路长度变短，难以最大限地产生动压。
94.需要说明的是，作为不使八边形槽部28的流路长度变短且使第一连结槽部32的截面积变大的结构，由于不能变更第一连结槽部32的轴向长度，因此如图8所示那样形成使第一连结槽部32在周向上扩张的凹陷部34这点是有效的。
95.另一方面，虽然能够通过使八边形槽部28的流路长度变长而提高动压的产生，但八边形槽部28的流路长度过长时，第一连结槽部32与第二连结槽部33的截面积变小，使第一连结槽部32与第二连结槽部33的功能降低。
96.另外，从使动压的压力峰值平滑化，且抑制轴构件14的重心位置偏移引起的偏心来说，第二连结槽部33优选具有较大截面积的结构，但第二连结槽部33的截面积过大时，与第一连结槽部32同样地，八边形槽部28的流路长度变短，难以使动压最大限地产生。
97.于是，如下那样规定第一连结槽部32、八边形槽部28以及第二连结槽部33的各截面积。将第一连结槽部32的截面积设为a，将八边形槽部28的截面积设为b，将第二连结槽部33的截面积设为c时，规定为a＞c≥2b(参照图9)。
98.第一连结槽部32、八边形槽部28以及第二连结槽部33的深度相同，因此在图9中，第一连结槽部32、八边形槽部28以及第二连结槽部33的各截面积由各截面宽度表示。需要说明的是，图中的“条数”是指以在轴承套筒18的轴向上、上下配置的两个八边形丘部27为一条，而沿轴承套筒18的周向配置的条数。
99.如图9所示，优选第一连结槽部32与八边形槽部28的截面积比a/2b为2.96以上，并且为8.26以下。该截面积比小于2.96时，在八边形槽部28与第二连结槽部33发生润滑油不足，动压降低。另外，截面积比大于8.26时，难以确保八边形槽部28的流路长度，动压降低。
100.另外，优选第二连结槽部33与八边形槽部28的截面积比c/2b为2.18以上，并且为6.07以下。该截面积比小于2.18时，难以通过第二连结槽部33使动压的最大峰值平滑化，难以抑制轴构件14的重心偏移引起的偏心。另外，截面积比大于6.07时，难以确保八边形槽部28的流路长度而动压降低，并且难以抑制朝向第一连结槽部32的润滑油的逆流而转矩变高。
101.在该流体动压轴承装置11中，作为径向动压产生部，能够通过形成由八边形丘部27与八边形槽部28构成的动压槽26，使轴承套筒18的轴承面积，换句话说，丘部总和表面积增大，由此发挥接近正圆轴承的支承力。另外，能够通过使动压槽26的八边形丘部27的表面积增大，从而即使在轴构件14的旋转速度较低的区域，也能够得到充分的动压效果，发挥接近正圆轴承的支承力。并且，对于在八边形槽部28的作用下产生的动压效果，轴构件14与轴承套筒18的间隙在圆周上存在偏移、倾斜时，相比轴构件14与轴承套筒18间的间隙较大这方，轴构件14与轴承套筒18间的间隙较小这方的动压较大，由此抑制轴构件14的偏心。
102.如图10所示，将轴承套筒18的内周面24的整体表面积设为d，将该整体表面积d中的丘部所占的表面积的总和(丘部总和表面积)设为e时，将丘部总和表面积e相对整体表面积d之比e/d设为76～78％。因此，优选使动压槽26的丘部总和表面积e增大。
103.需要说明的是，虽然轴承套筒18的内周面24根据沿着轴向的槽部的条数而变化，但将每个八边形丘部27的表面积设为f时，轴承套筒18与每个八边形丘部27的表面积比f/d为2～6％。
104.该表面积比f/d小于2％时，每个八边形丘部27的动压发生力降低，表面积比f/d大于6％时，第一连结槽部32与第二连结槽部33的尺寸变小，从而动压降低。
105.另外，在该实施方式中，八边形槽部28相对于轴承套筒18的周向的角度为15
°
～45
°
左右即可。图10示出的八边形槽部28的角度θ为40
°
(参照图7)。
106.如图7所示，在该实施方式中，位于轴向中央的八边形丘部27的轴向尺寸l1比位于轴向上下的八边形丘部27的轴向尺寸l2长(l1＞l2)。
107.由此，润滑油流入第一连结槽部32及第二连结槽部33的八边形槽部28的中心线与润滑油流出第一连结槽部32及第二连结槽部33的八边形槽部28的中心线不为同一直线状，使该中心线延伸时，直至与位于轴向中央的八边形丘部27抵接，两方的中心线不相交(参照图7的单点划线)。
108.通过这样的结构，能够防止在第一连结槽部32与第二连结槽部33的润滑油的停滞，由此抑制动压丢失，能够使在八边形槽部28的压力稳定化。
109.虽然在以上的实施方式中，例示了将动压槽26设置于轴承套筒18的内周面24的情况，但也可以如图11～图15所示那样将轴承套筒18的内周面24设为平滑的圆筒面，在对置
的轴构件14的外周面25形成动压槽26。
110.需要说明的是，图11示出的实施方式与图3示出的实施方式对应。图12示出的实施方式与图5示出的实施方式对应。图13示出的实施方式与图6示出的实施方式对应。图14示出的实施方式与图7示出的实施方式对应。图15示出的实施方式与图8示出的实施方式对应。
111.虽然在以上的实施方式中，例示了推力轴承部的承接构件23接触支承轴构件14的凸部20(参照图2)，但推力轴承部也可以与实施方式的径向轴承部相同地，利用油膜的压力非接触地支承轴构件14。
112.另外，虽然在实施方式中，例示了固定轴承套筒18而使轴构件14旋转的、所谓的轴旋转型的流体动压轴承装置11，但不限于此，对于固定轴构件14而使轴承套筒18旋转的、所谓的轴固定型的流体动压轴承装置，也可以适用本发明。
113.本发明不受上述的实施方式的任何限定，当然还可以在不脱离本发明的主旨的范围内实施各种方式，本发明的范围由权利请求的范围示出，还包含与权利请求的范围的记载等同的含义以及范围内的全部变更。