CN1957184B - 流体动压轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高耐用性并能以低成本生产的流体动压轴承装置。在该流体动压轴承装置中，外壳(7)和盘毂(3)为树脂模制部分，而止推轴承间隙形成在外壳(7)的上端表面(7d)和盘毂(3)的下端表面(3e)之间。在此情况下，担当滑动部分(P)的表面(7d，3e)在轴承的操作期间临时地滑动接触彼此。树脂外壳(7)中作为增强纤维的混合PAN基碳纤维的直径为12μm或更小，并且混合量在5-20vol％的范围以内，从而可防止滑动部分(P)中破裂和磨损的发生。

Description

流体动压轴承装置

技术领域

本发明涉及一种流体动压轴承装置。该流体动压轴承装置作为轴承装置适合于使用在：信息设备的主轴电机中，例如，诸如HDD或FDD等的磁盘设备，诸如CD-ROM、CD-R/RW或DVD-ROM/RAM等的光盘设备，或诸如MD或MO等的磁光盘设备；用于激光打印机(LBP)的多边形扫描电机(polygon scanner motor)；用于投影仪的颜色轮盘电机(colorwheel motor)；或诸如轴流风扇等的用于电气设备的小型电机。

背景技术

除高旋转精度之外，上述各种电机还需要速度的加快、成本的降低和噪音的减少等。决定这些所需要的特性的因素之一是支持电机主轴的轴承。近来，正在考虑使用具有良好的上述所需特性的作为此类型的轴承的流体动压轴承，或者事实上这种流体动压轴承已经被投入实际使用中。

JP 2000-291648 A作为实例，披露了一种将使用在诸如HDD的盘驱动装置的主轴电机中的流体动压轴承装置。在该轴承装置中，轴承套固定于带底圆筒形式的外壳的内周，并且具有向外突出的凸缘部分的轴部件插入轴承套的内周中。流体动力压力产生于形成在旋转轴部件和固定部件(即轴承套、外壳等)之间的径向轴承间隙和轴向轴承间隙中，并且该流体动力压力以非接触的方式支持轴部件。

流体动压轴承包括诸如外壳、轴承套、轴部件、止推件和密封件的部件。为确保信息设备的执行所要求的高轴承性能日益提高，正在努力实现对于部件的加工精度以及装配精度的改进。另一方面，随着信息设备走向价格降低的趋势，对于这样的流体动压轴承装置降低成本的要求日益变得严格。

发明内容

本发明的目的是提供一种高耐用性并能以低成本生产的流体动压轴承装置。

在当今的流体动压轴承装置中，为满足上述要求，正在考虑由树脂形成轴承固定侧的固定件(即外壳)以及轴承的旋转侧的旋转件。另一方面，在流体动压轴承装置中，由于它的结构，通过轴承间隙的媒介作用彼此相对的旋转件和固定件之间的暂时滑动接触是不可避免的。当这样的滑动接触发生在由树脂形成的部件之间时，担心混合在一个树脂部件中的增强纤维使配合部件破裂或磨损。

由本发明者进行的检验显示：当混合在树脂中的增强纤维的直径过大时，增强纤维的刚度增大，其结果为在滑动期间引起配合树脂部件的破裂和磨损，并且过大的增强纤维的混合量导致增强纤维和配合树脂部件之间的接触频率增加，引起相似的问题。已经清楚，在前种情况下，当纤维直径超过12μm时此问题发生，而在后种情况下，当混合量超过20vol％时此问题发生。

根据本发明，一种流体动压轴承装置包括：旋转件；固定件；径向轴承部分，所述径向轴承部分利用所述旋转件和所述固定件之间的径向轴承间隙中所产生的流体的动压作用，以非接触方式在径向方向上保持所述旋转件和所述固定件；和止推轴承部分，所述止推轴承部分利用所述旋转件和所述固定件之间的止推轴承间隙或轴向轴承间隙中所产生的流体的动压作用，以非接触方式在轴向方向或止推方向上保持所述旋转件和所述固定件，其中面对所述止推轴承间隙的所述固定件和所述旋转件的至少部分都由树脂形成，并且其中至少一个树脂部分与作为填充物的纤维直径为1至12μm的增强纤维混合。

通过由此使增强纤维的直径为12μm或更小，增强纤维被软化，所以可防止配合树脂部件通过与增强纤维的接触而破裂，可实现止推轴承部分的抗磨损性方面的改进。

另外，利用将树脂中的增加纤维的混合量设置为5-20vol％，可减少增强纤维和配合树脂部件之间的接触频率，所以可实现止推轴承部分的抗磨损性的进一步改进。将增强纤维的混合量设定为5vol％或更多的原因在于：如果少于5vol％，增强效果被降低，导致抗磨损性的减弱。

利用如此由树脂形成通过止推轴承间隙的媒介作用彼此相对的固定件和旋转件，使得它们各自的在轴向方向上的线性膨胀系数值大致相同，所以如果温度改变，也可保持固定的止推轴承间隙，可实现旋转精度方面的进一步改进。另外，通过注塑成型可以低成本加工树脂模制部分，所以可实现轴承装置的生产成本的降低。另外，由树脂形成旋转件，与旋转件由金属形成的情况相比，可实现重量的减轻，由此可实现抗冲击性的改进。

除增强纤维之外，填充物可进一步包括导电介质。通常，树脂为绝缘材料，所以当部件如上述由树脂形成时，旋转件被带有通过旋转件和空气之间的摩擦产生的静电荷，担心在磁盘和磁头之间产生电势差，或者外围设备通过静电荷的放电被破坏。考虑到这点，当导电介质被包括在树脂部件的填充物中时，可确保旋转侧和固定侧之间的导电性，从而消除这样的问题。关于导电介质的种类没有特殊限制；可使用的导电介质的实例包括纤维或粉末形式的材料，例如碳纤维、碳黑(carbonblack)、石墨、碳纳米材料(carbon nanomaterial)和金属粉末。

从耐油性和成型性能的观点出发，面对止推轴承间隙的固定件和旋转件的树脂部分之一需要以LCP形成。从相似观点看，面对止推轴承间隙的固定件和旋转件的树脂部分之一可由PPS形成。

当树脂中的填充物的总量(包括导电介质(如果包含一些导电介质))超过30vol％时，当另一部件通过超声波熔接连接于树脂部件时熔接强度显著地减弱。为防止此发生，理想的方式是树脂中的填充物的总量为30vol％或更少。

作为增强纤维，可使用强度和弹性模量优良的PAN基碳纤维。

通过由基础树脂(base resin)相互不同的树脂形成面对止推轴承间隙的固定件和旋转件的树脂部分，可防止在滑动期间固定件和旋转件的粘合。

更具体而言，旋转件的树脂部分的实例包括设置在轴部件上的凸缘部分，和具有转子磁铁安装部分的旋转件。

此处，称为旋转件的实例包括设置在诸如HDD的盘装置中的盘毂(disk hub)和转盘(turnable)，和用于连接LBP的多角镜(polygonmirror)的转子部分。

根据本发明，固定件和旋转件的至少一部分由树脂形成，由此可实现成本的降低、通过重量的减轻而减小冲击载荷以及实现高耐用性。另外，也可实现止推轴承部分的抗磨损性方面的改进。

如上所述，为了实现重量的减轻和生产成本的降低等，正在考虑由树脂形成外壳。要考虑的问题之一是当由树脂形成外壳时如何确保树脂外壳和诸如电机支架的保持外壳的金属部件之间的必需的固定力。尤其是，使用在便携式信息设备中的流体动压轴承装置需要高抗冲击性特性，所以需要固定力方面的进一步改进。

粘合是获得高固定力的方法的实例。在此情况下，为加强金属材料和树脂材料之间的粘合力，可在树脂模制表面执行诸如碱蚀刻、等离子蚀刻或紫外线处理的表面处理。然而在这此方法中，在树脂材料的外壳模制之后，必须在粘合/固定表面上单独地执行表面处理，导致加工步骤的数量增加，这导致生产成本的增加。

相应地本发明的目的是实现该类型的流体动压轴承装置的外壳生产成本的降低，并实现外壳和由金属形成的其它部件之间的固定强度的增加。

为实现上述目的，根据本发明，流体动压轴承装置包括：

外壳；轴承套，所述轴承套固定在所述外壳内的合适位置中；旋转件，所述旋转件产生相对于所述轴承套和所述外壳的相对旋转；径向轴承部分，所述径向轴承部分利用所述旋转件和所述轴承套之间的径向轴承间隙中所产生的润滑油的动压作用，以非接触方式在径向方向上支持所述旋转件；和止推轴承部分，所述止推轴承部分利用所述旋转件和所述外壳之间的止推轴承间隙中所产生的润滑油的动压作用，以非接触方式在轴向方向或止推方向上支持所述旋转件，其中所述外壳构成止推轴承部分并且所述外壳具有止推轴承表面和固定表面，动压槽被形成在所述止推轴承表面中，另一金属件被固定于所述固定表面，并且该流体动压轴承装置的特征在于所述外壳具有包括所述止推轴承表面并由树脂材料形成的部分，以及包括由金属材料形成的固定表面的部分。

此处，“由金属形成的其它部件”并不限于流体动压轴承装置的部件，也包括所有固定于外壳的部件。例如，当轴承套由金属材料形成并被固定于外壳的内周表面时，所述轴承套对应于由金属形成的其它部件。另外，固定于流体动压轴承装置的外壳的外周表面的金属电机支架也对应于由金属形成的其它部件。

通常，当金属部件彼此固定时，它们之间可容易地获得高固定力。利用这一事实，在本发明中，包括固定表面的部分由金属材料形成，其中由金属形成的其它部件固定于所述固定表面，由此能够可靠地将外壳与由金属形成的其它部件彼此固定。尤其是，当外壳与由金属形成的其它部件的固定通过粘合实现时，可增加外壳的固定表面和固定表面上的由金属形成的其它部件之间的粘合强度。另外，在包括外壳的固定表面的部分由树脂材料模制之后，可省略单独在模制的固定表面上执行表面处理的步骤，由此可实现生产成本的降低。

另外，在本发明中，包括止推轴承表面的外壳的一部分由树脂材料形成，所述可与包括止推轴承表面的部分同时模制树脂材料的动压槽。因此，与包括止推轴承表面的部分由金属材料形成的情况相比，可省略单独地加工动压槽的步骤。以此方式，形成动压槽的步骤可被简化，可实现成本的进一步减少。

如上所述，在本发明的流体动压轴承装置中，外壳具有如上述的金属部分和树脂部分构成的混合结构，所以可为外壳和由金属形成的其它部件之间的粘合确保充分的粘合力，同时实现外壳重量的减轻及生产成本的减少。

通过注塑成型并且包括由金属材料形成的固定表面的部分的树脂材料作为插入部分或嵌入部分(insert part)，可容易地制造上述结构的外壳。

外壳例如可具有圆柱形侧部、位于所述侧部的一端的开口和位于所述侧部的另一端的底部，同时止推轴承表面设置在所述开口侧。

可选择地，外壳也可具有圆柱形侧部、位于所述侧部的一端的开口，和位于所述侧部的另一端的底部，同时止推轴承表面设置在所述底部侧。

如上所述，根据本发明，可获得外壳和由金属形成的其它部件之间的高固定强度以提供能够使用在例如便携式信息设备中的高抗冲击性，同时实现该类型的流体动压轴承装置的外壳的重量的减轻及生产成本的减少。

一种具有如上所述的流体动压轴承装置、转子磁铁和定子线圈的电机，具有优良的抗磨损性，并提供耐用性和旋转精度优良的特性。

附图说明

图1是横截面图，显示了其中合并有根据本发明的流体动压轴承装置的信息设备主轴电机；

图2是流体动压轴承装置的横截面视图；

图3是用于流体动压轴承装置中的轴承套的横截面视图；

图4是从图2的箭头B方向所看见的外壳的俯视图；

图5是根据另一实施例的流体动压轴承装置的横截面视图；

图6是在图5的流体动压轴承装置中所使用的轴部件的横截面视图；

图7是根据另一实施例的流体动压轴承装置的横截面视图；

图8A至图8C是根据另一实施例的径向轴承部分的横截面视图；

图9是其中合并有根据本发明的流体动压轴承装置的信息设备主轴电机的横截面视图；

图10是流体动压轴承装置的横截面视图；

图11A是轴承套的横截面视图，图11B是轴承套的仰视图(从图11A的箭头A方向所见)；

图12是如图10的箭头B方向所见的外壳的俯视图；和

图13是根据本发明的另一实施例的流体动压轴承装置的横截面视图。

具体实施方式

以下将参照图1至图13说明本发明的实施例。

图1显示了信息设备主轴电机的结构实例，其中合并有根据本发明的实施例的流体动压轴承装置1。主轴电机使用在诸如HDD的盘驱动装置中，并且所述主轴电机装备有：流体动压轴承装置1，所述流体动压轴承  装置1以非接触的方式可旋转地支持轴部件2；连接于所述轴部件2的盘毂(disk hub)3；以及定子线圈4和转子磁铁5，定子线圈4和转子磁铁5通过例如径向间隙的中间媒介作用彼此相对。用于保持一个或多个诸如磁盘的盘的盘毂(disk hub)3，具有连接于盘毂3的内周的转子磁铁5。定子线圈4被安装于支架6的外周，所述支架6固定于流体动压轴承装置1的外壳7的外周。当定子线圈4通电时，转子磁铁5被定子线圈4和转子磁铁5之间的电磁力所旋转，从而盘毂3和轴部件2作为一个部件(旋转件)整体地旋转。

盘毂3是杯形树脂模制部分。图1和图2显示盘毂3的实例，所述盘毂3具有凸缘状基部3a，形成在基部3a的内直径侧的第一圆筒形突出部分3b，和形成在基部3a的外直径侧的第二圆筒形部分3c。如图1中所示，在与电机定子4相对的第二突出部分3c的内周中，设置有用于安装转子磁铁5的安装部分3d。转子磁铁5通过粘合等安装于安装部分3d。

图2是流体动压轴承装置1的放大视图。流体动压轴承装置1包括外壳7、固定于外壳7的内周的轴承套8，和插入轴承套8的内周中的轴部件2。

在轴承套8的内周表面8a和轴部件2的外周表面2c之间，设置有彼此轴向地隔开的第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2。另外，止推轴承部分T被形成在外壳7的开口侧端表面(上端表面)7d和固定于轴部件2的盘毂3的下端表面(基部3a的第一突出部分3b的内直径侧的下端表面)之间。在以下说明中，为方便起见，外壳7的底部7c侧被称为下侧，而与底部7c轴向相对侧被称为上侧。

轴部件2作为固定直径的轴由例如不锈钢的金属材料形成。

本发明的外壳7是带底的圆筒形式的树脂模制部件。图中所示实例的外壳装备有圆筒形侧部7b，和设置在侧部7b的下端的底部7c，并且底部7c与侧部7b整体地模制而成。

以此方式，外壳7和盘毂3被形成为树脂模制部件。用于这些部件的材料的实例包括：热塑性树脂如无定形树脂如聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPSU)和聚醚酰亚胺(PEI)和结晶树脂如液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚苯硫醚(PPS)等。首要的是，耐油性和尺寸稳定性优良的LCP和PPS尤其适合作为外壳7的材料。

关于这一点，通过对于外壳7和盘毂3使用不同基础树脂，可防止外壳7和盘毂3在滑动期间粘合。例如，可使用LCP作为外壳7的基础树脂，而使用PPS作为盘毂3的基础树脂。

由增强纤维、导电媒介等构成的填充物被混合入这些基础树脂中，并且通过利用由此获得的树脂合成物，外壳7和盘毂3通过注塑成型被单独地形成。所需的被选择并被使用的填充物的实例包括例如玻璃纤维和碳纤维的纤维填料，诸如钛酸钾的须状填充物，诸如云母的鳞状填充物，和诸如碳黑(carbon black)、石墨、碳纳米材料(carbonnanomeaterial)和金属粉末的纤维性的或粉末的导电填充物。经由实例，在此实施例中，强度和弹性模量等优良的聚丙烯腈合成纤维(PAN)基碳纤维被用作增强纤维，而有助于以小混合量确保高导电性的碳纳米管(nanotube)被用作导电介质。

盘毂3通过合适的方法被固定于轴部件2。关于这一点，通过注塑成型形成上述树脂合成物的盘毂3，使用作为插入部分的轴部件2(夹物模压)，可以单个步骤执行盘毂3的模制以及将轴部件2组装于盘毂3，能够以低成本和高精度将轴部件3和盘毂3形成整体。通过彼此成整体的轴部件2和盘毂3形成旋转件。

如图4中所示，在构成止推轴承部分T的止推轴承表面的上端表面7d中，形成有例如螺旋结构的动压槽7d1。注塑成型形成外壳7时动压槽7d1被形成。也就是说，在用于模制外壳7的模具的规定位置(模制上端表面7d的位置)，用于模制动压槽7d1的模(matrixes)被预先加工，并且在注塑成型形成外壳7的时候槽模的结构被转化到外壳7的上端表面7d，由此可在模制外壳7的同时形成动压槽7d1。通过相同方法，动压槽可被形成在盘毂3的下端表面3e中而不是形成在外壳7的上端表面7d中。

另外，外壳7在它的上部分的外周具有锥形外壁7e，所述锥形外壁7e的直径向上逐渐地增大。在锥形外壁7e和设置在盘毂3上的圆筒形突出部分3b的内壁之间，形成有锥形密封空间S，所述锥形密封空间S向上逐渐地变小。在轴部件2和盘毂3旋转期间，密封空间S与止推轴承部分T的止推轴承间隙的外直径侧连通。

轴部件2作为固定直径的轴由诸如不锈钢的金属材料形成。

轴承套8作为圆筒由多孔材料形成，所述多孔材料由例如烧结金属构成，特别是，多孔材料由主要成分为铜的烧结金属构成。通过例如超声波熔化连接，轴承套8被固定于外壳7的内周表面的预定位置，由此外壳7和轴承套8形成固定部件。轴承套8也可由诸如像铜这样的软质金属的金属材料形成。

在由烧结金属形成的轴承套8的内周表面8a上，设置有轴向分开的上下两个区域，所述两个区域构成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的各自的径向轴承表面。在这两个区域中，分别地形成有例如如图3中所示的人字形结构(或螺旋结构)的动压槽8a1和8a2。上动压槽8a1相对于轴向中心m(上倾斜槽和下倾斜槽之间的区域的轴向中心)轴向不对称地被形成，并且轴向中心m的上侧的区域的轴向尺寸X1大于轴向中心m下侧的区域的轴向尺寸X2。另外，在轴承套8的外周表面8d中，形成有一个或多个轴向槽8d1，所述轴向槽8d1在轴承套的整个轴向长度上延伸。

轴部件2被插入轴承套8的内周表面8a所限定的孔中。当轴部件2和盘毂3静止时，轴部件2的下端表面2d和外壳7的内底表面7c1之间，以及在轴承套8的下端表面8c和外壳7的内底表面7c1之间存在微小的间隙。

外壳7的内部空间等注有润滑油。也就是说，润滑油注满轴承套8的内部空间、轴承套8的内周表面8a和轴部件2的外周表面2c之间的间隙部分、轴承套8的下端表面8c和轴部件2的下端表面2d与外壳7的内底表面7c1之间的间隙部分，和轴承套8的轴向槽8d1，轴承套8的上端表面8b和盘毂3的下端表面3e之间的间隙部分、止推部分T，和密封空间S。

在由轴部件2和盘毂3构成的旋转部件的旋转期间，构成轴承套8的内周表面8a的径向轴承表面的区域(上下两区域)通过径向轴承间隙的中间媒介作用与轴部件2的外周表面2c相对。另外，构成止推轴承表面的外壳7的上端表面7d的区域通过止推轴承间隙的中间媒介作用与盘毂3的下端表面3e相对。当轴部件2和盘毂3旋转时，润滑油的动压产生于径向轴承间隙之中，并且形成在径向轴承间隙中的润滑油膜以非接触的方式径向地并可旋转地支持轴部件2。结果，形成有第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2，所述第一径向轴承部分R1和所述第二径向轴承部分R2以非接触的方式径向地并可旋转地支持轴部件2和盘毂3。同时，润滑油的动压产生于止推轴承间隙中，并且形成在止推轴承间隙中的润滑油膜以非接触的方式在轴向或止推方向可旋转地支持盘毂3。结果，形成有止推轴承部分T，所述止推轴承部分T在轴向方向以非接触的方式可旋转地支持轴部件2和盘毂3。

如上所述，第一径向轴承部分R1的动压槽8a1相对于轴向中心m轴向不对称地被形成，同时轴向中心的上侧的区域X1的轴向尺寸大于轴向中心以下的区域的轴向尺寸X2。因而，在轴部件2和盘毂3的旋转期间，动压槽8a1的润滑油抽力(吸力)在上区域大于在下区域的润滑油抽力。由于抽力的压差，在重新被抽入第一径向轴承部分R1的径向轴承间隙中之前，注满轴承套8的内周表面8a和轴部件2的外周表面2c之间的间隙的润滑油向下流动并通过以下路径循环：轴承套8的下端表面8c和外壳7的内底表面7c1之间的间隙，轴向槽8d1，和盘毂3的下端表面3e和轴承套8的上端表面8b之间的间隙。以此方式，润滑油通过间隙部分流动并循环，由此可防止以下现象：在外壳7的内部空间中的润滑油压力和在止推轴承部分T的止推轴承间隙中的润滑油压力局部地变为负压；从而可消除诸如由于负压的产生而产生泡沫，由于泡沫的产生而引起的润滑油的泄漏和振动的产生等问题。

利用密封空间S的毛细力和止推轴承部分T的动压槽7d1的润滑油抽力(吸力)，可更有效地防止润滑油泄漏于外部。

在本发明中，通过止推轴承间隙的中间媒介作用彼此相对的外壳7和盘毂3两者均由树脂形成，所以它们各自的线性膨胀系数大致相同。因此，可使由于温度改变而引起的轴向上的膨胀量在固定侧和旋转侧大致相同，由此抑制了因温度改变而引起的止推轴承间隙的宽度的波动，从而可获得稳定的轴承性能。

在上述结构中，当电机启动或静止时，或由于轴部件2的急转等，通过止推轴承间隙的中间媒介作用彼此相对的外壳7的上端表面7d和盘毂3的下端表面3e暂时彼此滑动接触。由两部件的滑动接触所引起的问题是在滑动部分P处树脂部件在彼此上的滑动。

由本发明者所进行的检验使以下内容变得清楚：当作为增强纤维混合的碳纤维的平均纤维直径超过12μm时，盘毂3和外壳7之间滑动部分P处的磨损量显著地增大。认为这是由以下事实引起的：由于纤维直径的增大而变得刚性的碳纤维破坏配合部件在滑动部分P处的软质树脂材料，并且由于配合部件的树脂材料上的因此而变粗糙的树脂表面的滑动，磨损不断发生。另一方面，当碳纤维的平均纤维直径小于1μm时，碳纤维的所预期的增强效果变得相当不足，这是不合适的。因此，满意的方式是作为填充物的碳纤维的平均纤维直径被设定为1μm到12μm的范围(更优为5至10μm)。

当增强纤维太长时，由于当再使用过剩树脂材料时纤维被切短，所述增强纤维的再循环特性受到损害。另外，当模制动压槽时转化特性也被削弱。从此观点，增强纤维的平均纤维长度优选为500μm或更小(更优选，300μm或更小)。

另外，由本发明者所进行的检验也使以下内容变得清楚：同样当碳纤维的混合率超过20vol％时，由于树脂部件在彼此上滑动，滑动部分P处的磨损量显著地增大。认为这是由于以下事实而引起的：作为碳纤维的混合量增加的结果，碳纤维与配合树脂部件的接触频率增大。另一方面，当碳纤维的混合率小于5％时，相当难以获得所需要的机械强度，并且难以确保树脂部件的抗磨损性。因此，碳纤维的混合量优选在5到20vol％的范围中。

另一方面，即使增强纤维的纤维直径和混合率在上述范围以内，如果诸如导电介质的其它填充物的混合量太大，那么当外壳7通过超声波熔接固定于另一部件(例如，轴承套8)时，熔接强度减小。由本发明者所进行的检验显示：当包括增强纤维和导电介质的填充物的总量(金属填充物或无机填充物的总量)超过30vol％时，熔接部分的强度的减小变得相当显著，从而导致强度方面的问题。因此，总填充物的量优选为30vol％或更少。

尽管在上述轴承装置1中，外壳7和盘毂3之间存在有旋转侧和固定侧之间的滑动部分P，但是本发明的应用范围并不仅限于此。本发明也可应用于另一结构的流体动压轴承装置，其中外壳7和旋转件通过止推轴承间隙的中间媒介作用彼此相对，并且其中相对的部分构成树脂部件之间的滑动部分。例如，在图5中所示的流体动压轴承装置中，作为旋转件的轴部件2由轴部分2a和凸缘部分2b构成，并且止推轴承间隙被形成在凸缘部分2b的上端表面2b1和轴承套8的下端表面8c之间，以及在凸缘部分2b的下端表面2b2和外壳底部7c的内底表面7c1之间，由此形成止推轴承部分T1和T2，所述止推轴承部分T1和T2用于利用产生在止推间隙中的润滑油的动压作用以非接触的方式在止推方向上支持轴部件2。

如图6中所示，在流体动压轴承装置的轴部件2中，轴部分2a的外周由圆筒形金属部件22形成，并且整个凸缘部分2b和轴部分2b的芯部分由树脂材料21形成。在此情况下，树脂外壳7的内底表面7c1和凸缘部分2b的下端表面2b2构成树脂部件之间的滑动部分P，所以，通过采取与图1至图4所示结构相同的结构，可获得相同的效果。

在该类型的流体动压轴承中，不仅轴承套8，而且树脂部件也可通过超声波熔接固定于外壳7的侧部7b，其中所述树脂部件为例如用于密封径向轴承间隙的密封件10和外壳底部7c(止推板(thrust plate))，所述外壳底部7c独立于外壳7的侧部7b。

在图7中所示的流体动压轴承装置中，止推轴承部分T布置在外壳7的开口7a侧，并且轴部件2以非接触的方式相对于轴承部件8在一个止推方向上被支持。凸缘部分2b设置在轴部件2的下端的上方，止推轴承部分T的止推轴承间隙形成在凸缘部分2b的下端表面2b2和轴承部件8的上端表面8b之间。密封件13连接于外壳7的开口的内周，而密封空间S形成在密封件13的内周表面13a和轴部件2的轴部分2a的外周表面之间。密封件13的下端表面1 3b通过轴向间隙的中间媒介作用与凸缘部分2b的上端表面2b1相对，并且当轴部件2向上位移时，凸缘部分2b的上端表面2b1与密封件13的下端表面13b接合，从而防止轴部件2的分离。

在此情况下，当凸缘部分2b由树脂形成并且轴承套8本身由树脂形成时，或者当轴承套8的上端表面8b以树脂覆盖时，凸缘部分2b的下端表面2b和轴承套8的上端表面8b构成在彼此上滑动的树脂部分，所以，通过采用与如图1到图4所示的结构相同的结构，可获得相同的效果。

径向轴承部分R1和R2也可由多拱的轴承构成。图8A显示了这样的结构的实例，其中图5中所示的流体动压轴承装置1的径向轴承部分R1和R2由多拱的轴承(也称作“锥形轴承”)形成。在此情况下，多个拱形表面8a1被形成在构成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的径向轴承表面的轴承套8的内周表面8a的区域中。拱形表面8a1是偏心拱形表面，它们的圆心以相同距离偏离旋转中心O并且所述偏心拱形表面以相等圆周间距被形成。轴向分割槽8a2形成在偏心拱形表面8a1之间。

通过将轴部件2的轴部分2a插入由轴承套8的内周表面8a限定的孔中，第一和第二径向轴承部分R1和R2各自的径向轴承间隙形成在轴承套8的偏心拱形表面8a1和轴部分2a的圆柱形外周表面2a之间，以及轴承套8的分割槽8a2和轴部分2a的圆柱形外周表面2a之间。面对偏心拱形表面8a1的径向轴承间隙的区域为楔形间隙8a3，其宽度在一个圆周方向逐渐地减小。楔形间隙8a3的减小方向与轴部件2的旋转方向重合。

图8B和8C显示了构成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的多弧形(多弧形)轴承的其它实施例。

在图8B所示的实施例中，具有图8A中所示的结构，偏心拱形表面8a1的最小间隙侧的预定区域θ由圆心为旋转中心O的同圆心圆弧形成。因此，在预定区域θ中，径向轴承间隙(最小间隙)被固定。这样的结构的多拱形轴承有时也被称为锥形/平轴承。

在图8C中，轴承套8的内周表面8a的区域由三个拱形表面8a1形成，并且三个拱形表面8a1的圆心以相同距离偏离旋转中心O。在由三个偏心拱形表面8a1限定的区域中，径向轴承间隙在两个圆周方向上均逐渐地减小。

尽管在所有上述多拱形轴承中第一和第二径向轴承部分R1和R2都为三拱形的轴承，但是它们不应当限制性地解释。也可采纳所谓的四拱形轴承、五拱形轴承或由六个或更多拱形表面形成的多拱轴承。另外，除两个径向轴承部分与径向轴承R1和R2的情况一样彼此轴向隔开的结构之外，也可采用以下结构：设置单一的径向轴承部分，所述径向轴承部分在轴承套8的内周表面的垂直区域延伸。

另外，尽管在上述实施例中多拱形轴承被采用为径向轴承部分，也可利用其它类型的轴承形成径向轴承部分。例如，虽然未显示，也可使用阶式止推轴承(step bearing)，其中多个轴向凹槽形式的动压槽被形成在构成径向轴承表面的轴承套8的内周表面8a的区域中。

以下，将参照附图说明本发明的实施例。

图9是显示了用于信息设备的主轴电机的结构实例的概要图，其中合并有根据本发明的实施例的流体动压轴承装置1。用于信息设备的该主轴电机使用在诸如HDD的盘驱动装置中，并且所述主轴电机装备有：以非接触方式可旋转地支持旋转件3的流体动压轴承装置1，所述旋转件3装备有轴部分2；定子线圈4和转子磁铁5；和由金属形成的电机支架6，所述定子线圈4和转子磁铁5通过例如径向间隙的中间媒介作用而彼此相对。定子线圈4安装于电机支架6的内周，并且转子磁铁5安装于旋转件3的外周。流体动压轴承装置1的外壳7通过粘合等固定于电机支架6的内周。旋转件3保持诸如磁盘的一个或多个盘状信息记录介质。当定子线圈4被通电时，转子磁铁5被产生于定子线圈4和转子磁铁5之间的电磁力所旋转，由此旋转件3和轴部分2整体地旋转。

例如图10中所示，流体动压轴承装置1装备有外壳7、轴承套8和旋转件3，其中所述外壳7具有在一端的开口7a和在另一端的底部7c，所述轴承套8固定在外壳7内适当位置，所述旋转件3适合于相对于外壳7和轴承套8产生相对旋转。在以下说明中，为方便起见，外壳7的开口7a侧将被称为上侧，而外壳7的底部7c侧将被称为下侧。

旋转件3例如由毂部分9和轴部分2构成，其中所述毂部分9覆盖外壳7的开口侧7a，所述轴部分2将被插入轴承套8的内周中。

毂部分9装备有圆盘状基部9a、圆筒形部分9b，盘安装表面9c和凸缘部分9d，其中所述圆盘状基部9a覆盖外壳7的开口7a侧，所述圆筒形部分9b从基部9a的外周部分轴向地向下延伸，所述盘安装表面9c和凸缘部分9d设置在圆筒形部分9b的外周中。圆盘状信息记录介质(未显示)被安装到基部9a的外周上，并且被放置在盘安装表面9c上。圆盘状信息记录介质被合适的保持装置(未显示)保持在毂部分9上。

在此实施例中，轴部分2与毂部分9整体地形成，并且所述轴部分2在它的下端具有单独的凸缘部分10。凸缘部分10通过螺钉等固定于轴部分2。

轴承套8被形成为多孔材料的圆筒，所述材料由例如烧结金属形成，尤其由主要成分为铜的烧结金属形成。    

如图10中所示，在轴承套8的内周表面8a上，设置有构成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的各自的径向轴承表面的轴向分开的上下两个区域。在那两个区域中，例如如图11A中所示，分别地形成有人字形结构的动压槽8a1和8a2。上动压槽8a1相对于轴向中心m(上下倾斜槽之间的区域的轴向中心)轴向不对称地被形成，并且轴向中心m的上侧的区域的轴向尺寸X1大于轴向中心m的下侧的区域的轴向尺寸X2。另外，在轴承套8的外周表面8d中，形成有一个或多个在轴承套的整个轴向长度延伸的轴向槽8d1。在此实施例中，三个轴向槽8d1以相等圆周间距被形成。

在构成止推轴承部分T2的止推轴承表面的轴承套8的下端表面8c的区域中，形成有例如图11B中所示的动压槽8c1。

外壳7装备有侧部7b，开口7a和底部7c，所述开口7a位于侧部7b的一端，所述底部7c位于侧部7b的另一端。侧部7b由圆筒形金属部分7b1和树脂部分7b2构成，其中所述树脂部分7b2设置在所述金属部分7b1的上部分的外周中。金属部分7b1的外周的下部分构成固定表面7f1，所述固定表面7f1通过粘合等固定于图1中所示的电机支架6的内周表面6a。在此实施例中，金属部分7b1的内周表面构成固定表面7f2，金属轴承套8通过粘合等被固定于所述固定表面7f2。

树脂部分7b2的上端越过外壳侧部7b的外周表面向内地延伸，并且外壳侧部7b的上端表面的外部分覆盖有延伸部分7b1b。外壳7的开口7a由树脂部分7b2的上端和金属部分7b1的上端形成。例如如图12中所示的动压槽7b11形成在构成止推轴承T1的止推轴承表面的树脂部分7b2的上端表面7b1a的区域中。在此，树脂部分7b2的向内扩展部分7b1b也可构成形成动压槽7b11的区域。

金属部分7b1由诸如黄铜的软质金属材料或者一些其它金属材料形成，而树脂部分7b2由诸如液晶聚合物或液晶高分子(LCP)或PPS的树脂材料形成。在此实施例中，金属部分7b1和树脂部分7b2通过树脂材料的注塑并且使用金属部分7b1作为插入部件或嵌件(insert part)被整体地形成。在形成树脂部分7b2的动压槽7b11中，动压槽7b11模预先形成在用于模制树脂部分7b2的模的表面中，并且当模制树脂部分7b2时模的结构被转化到树脂部分7b2的上端表面7b1a，由此动压槽与树脂部分7b2同时地形成。

与侧部7b分开形成的底部7c被改型为侧部7b的下部分。底部7c由金属材料或树脂材料形成。在前种情况中，底部7c通过粘合等固定于侧部7b；在后种情况中，底部7c通过超声波熔接等固定于侧部7b。

在树脂部分7b2的外周中，形成有锥形外壁7e，其直径向上逐渐地增大。在锥形外壁7e和圆筒形部分9b的内周表面9b1之间，形成有密封空间S，密封空间S的径向尺寸从外壳7的底部7c侧向上逐渐地减小。在轴部分2和毂部分9的旋转期间，密封空间S与止推轴承部分T1的止推轴承间隙的外部分连通。

流体动压轴承装置1的内部，包括轴承套8的内部空隙(多孔结构的空隙)，注满润滑油。润滑油的油平面始终保持在密封空间S内。

当流体动压轴承装置1的旋转件3(轴部分2)旋转时，构成径向轴承表面的轴承套8的内周表面8a的上下两区域通过径向轴承间隙的中间媒介作用与轴部分2的外周表面2a相对。当轴部分2旋转时，注入径向轴承间隙的润滑油产生动压作用，利用所述动压作用的压力以非接触的方式径向地并可旋转地支持轴部分2。结果，形成有以非接触方式径向地并可旋转地支持旋转件的第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2。另外，止推轴承间隙形成在外壳7的树脂部分7b2的上端表面7b1a和毂部分9的下端表面9a1之间，所述毂部分9与轴部分2整体地形成；当旋转件3旋转时，注入止推轴承间隙的润滑油产生动压作用，利用所述动压作用的压力旋转件3被以非接触方式可旋转地在止推方向上被支持。结果，形成有止推轴承部分T1，所述止推轴承部分T1以非接触方式在止推方向上可旋转地支持旋转件3。以相同方式，止推轴承间隙形成在轴承套8的下端表面8c和轴部分2的凸缘部分10的上端表面10a之间，并且润滑油的动压作用产生在止推轴承间隙中，由此形成有第二止推轴承部分T2，所述止推轴承部分T2以非接触方式在止推方向上支持旋转件3。

以此方式，在该实施例中，包括固定表面7f1和7f2的外壳7的部分由金属部分7b1形成，其中诸如电机支架6和轴承套8的金属部件固定于所述固定表面7f1和7f2，而包括止推轴承表面的部分由树脂部分7b2形成，其中在所述止推轴承表面处形成动压槽7b11。利用此结构，可增强由金属形成的外壳7和轴承套8、电机支架6等之间的固定强度，从而可赋予流体动压轴承装置1对例如便携式信息设备所要求的高抗冲击特性。当然，当通过粘合将它们彼此固定时，可获得高粘合强度，以及后处理(post-processing)，诸如用于确保粘合力的固定表面7f1和7f2的表面处理，和动压槽7b11的电解处理，从而充分地减少外壳7的生产成本。

本发明并不仅限于上述第一实施例。

尽管在上述第一实施例中具有动压槽7b11的止推轴承表面设置在形成外壳7的开口7a的树脂部分7b2的上端表面7b1a上(止推部分T1)，并且具有动压槽8c1的止推轴承表面设置在轴承套8的下端表面8c上(止推部分T2)，本发明也可应用于仅装备有止推部分T1的流体动压轴承装置。在此情况下，如图2中所示，轴部分2具有无凸缘部分10的直结构。因此，外壳7可被形成为带底的圆筒，其中底部7c和侧部7b彼此成整体。

另外，尽管在以上实施例中轴承套8通过粘合被固定于外壳7的侧部7b的固定表面7f2，但是当轴承套8和外壳7之间可通过粘合之外的诸如压配合或超声波熔接的固定方法获得充分的固定力时，并不特别必须形成包括金属材料的外壳7的固定表面7f2的部分。

图13显示了根据另一实施例的流体动压轴承装置1’。在此实施例中，轴部分12在它的下端处整体地或单独地设置有凸缘部分20。外壳17装备有圆筒形侧部17b和底部件17c，所述底部件17c固定于侧部17b的下端部分。密封件13固定于外壳17的侧部17b的上端部分的内周。虽然未显示，但是例如螺旋结构的动压槽形成在外壳17的底部件17c的内底表面17c1中，并且相似结构的动压槽也形成在轴承套18的下端表面18c中。止推轴承部分T11形成在轴承套18的下端表面18c和轴部分12的凸缘部分20的上端表面20a之间，并且止推轴承部分T12形成在外壳17的底部件17c的内底表面17c1和凸缘部分20的下端表面20b之间。

在此实施例中，外壳17的侧部17b形成为金属材料的圆筒形结构，并且所述侧部17b在侧部17b的外周和内周分别地具有固定表面17f1和固定表面17f2。虽然未显示，金属电机支架通过粘合、压配合等固定于固定表面17f1，并且金属轴承套18通过粘合等固定于固定表面17f2。具有动压槽的底部件17c由树脂材料模制而成，并且所述底部件17c通过超声波熔接等固定于侧部17b的下端部分。密封件13由金属材料或树脂材料形成。在前种情况下，密封件13通过粘合等固定于侧部17b；在后种情况下，密封件13通过超声波熔接固定于侧部17b。在其他方面，该实施例与第一实施例大致相同，而它的冗余描述将省略。

在图10和图13中所示的所有实施例中，径向轴承部分R1和R2可由图8A至图8C中所示的多拱形轴承形成或者由阶式止推轴承形成。

Claims (15)

1.一种流体动压轴承装置，包括：

旋转件；

固定件；

径向轴承部分，所述径向轴承部分利用所述旋转件和所述固定件之间的径向轴承间隙中所产生的流体的动压作用，以非接触方式在径向方向上保持所述旋转件和所述固定件；和

止推轴承部分，所述止推轴承部分利用所述旋转件和所述固定件之间的止推轴承间隙中所产生的流体的动压作用，以非接触方式在止推方向上保持所述旋转件和所述固定件，

其中：

面对所述止推轴承间隙的所述固定件和所述旋转件的至少部分都由树脂形成，

其中所述固定件和所述旋转件的树脂部分中的每个与作为填充物的纤维直径为1至12μm的增强纤维混合，

所述增强纤维为PAN基碳纤维，

面对止推轴承间隙的固定件和旋转件的树脂部分，在旋转件旋转时不接触，并且在旋转件启动时和停止时，暂时滑动接触。

2.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

所述增强纤维以5-20vol％的量混合于树脂中。

3.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

所述填充物进一步含有导电介质。

4.根据权利要求1到3中的任意一项所述的流体动压轴承装置，其中：

所述填充物以30vol％或比30vol％更少的总量混合于树脂中。

5.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

面对所述止推轴承间隙的所述固定件和所述旋转件的树脂部分由不同的基础树脂的树脂材料形成。

6.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

面对所述止推轴承间隙的所述固定件和所述旋转件的树脂部分之一由液晶聚合物LCP形成。

7.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

面对所述止推轴承间隙的所述固定件和所述旋转件的树脂部分之一由聚苯硫醚PPS形成。

8.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

所述旋转件的树脂部分为轴部件的凸缘部分。

9.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，其中：

所述旋转件的树脂部分为具有用于转子磁铁的安装部分的旋转件。

10.根据权利要求1所述的流体动压轴承装置，包括：

轴部件，所述轴部件设置为旋转件；

轴承套，所述轴部件被插入所述轴承套的内周中；和

外壳，其中所述轴承套被固定于所述外壳内的合适位置中，

所述轴承套和所述外壳设置为固定件，

所述外壳具有面对所述止推轴承间隙的部分。

11.一种流体动压轴承装置，包括：

外壳；

轴承套，所述轴承套固定在所述外壳内的合适位置中；

旋转件，所述旋转件产生相对于所述轴承套和所述外壳的相对旋转；

径向轴承部分，所述径向轴承部分利用所述旋转件和所述轴承套之间的径向轴承间隙中所产生的润滑油的动压作用，以非接触方式在径向方向上支持所述旋转件；和

止推轴承部分，所述止推轴承部分利用所述旋转件和所述外壳之间的止推轴承间隙中所产生的润滑油的动压作用，以非接触方式在止推方向上支持所述旋转件，

其中：

所述外壳构成止推轴承部分并且所述外壳具有止推轴承表面和固定表面，其中动压槽被形成在所述止推轴承表面中，另一金属件被固定于所述固定表面，并且

其中：

所述外壳具有包括所述止推轴承表面并由树脂材料形成的树脂部分，包括所述固定表面并由金属材料形成的圆筒形金属部分，以及封闭所述金属部分的一端部的底部，并且其中所述金属部分的另一端设置有所述树脂部分。

12.根据权利要求11所述的流体动压轴承装置，其中：

所述外壳通过将包括由金属材料形成的固定表面的部分用作插入部件或嵌件、注塑成型树脂材料而形成。

13.根据权利要求11所述的流体动压轴承装置，其中：

所述外壳具有圆筒形侧部、位于所述侧部的一端的开口和位于所述侧部的另一端的底部，同时止推轴承表面设置在所述开口侧。

14.根据权利要求11所述的流体动压轴承装置，其中：

所述外壳具有圆筒形侧部、位于所述侧部的一端的开口，和位于所述侧部的另一端的底部，同时止推轴承表面设置在所述底部侧。

15.一种电机，包括：

根据权利要求1或11的流体动压轴承装置；

转子磁铁；和

定子线圈。

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