动压轴承装置、其制造方法和使用该轴承装置的电机的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  4

专利名称:动压轴承装置、其制造方法和使用该轴承装置的电机的制作方法
技术领域
本发明涉及一种动压轴承装置及其制造方法和使用这种轴承装置的电机,该动压轴承装置通过在轴承间隙内产生的润滑油的动压作用以非接触的方式来可旋转地支撑轴元件。该轴承装置适合用在信息处理设备上,包括用于如HDD和FDD的磁盘装置、用于CD-ROM、CD-R/RM、DVD-ROM/RAM等的光盘装置以及用于MD、MO等的磁光盘装置的主轴电机,在激光束打印机(LBP)中的多面扫描仪电机,或者用于如轴流式风扇的电动设备的小型电机。
背景技术
在上述各种电机中,除了高旋转精度之外,还要求诸如高速、低成本和产生较低噪音的性能。决定这些性能要求的其中一个结构组件是支撑电机主轴的轴承。近年来,已经研究或者实际使用具备优良的上述性能的动压轴承来作为这种轴承。
例如,装在如HDD的磁盘驱动装置的主轴电机中的动压轴承装置设置有径向轴承部分和推力轴承部分,该径向轴承部分沿着径向以非接触方式可旋转地支撑轴元件,该推力轴承部分沿着推力方向以非接触方式可旋转地支撑轴元件。该径向轴承部分构造成具有动压轴承,其中在轴承套的内圆周表面或者轴元件的外圆周表面上设置用来产生动压的凹槽(动压产生槽)。该推力轴承部分例如构造成具有动压轴承,其中动压产生槽设置在轴元件的凸缘部分的两端面上或者设置在与这两端面相对的表面上(例如轴承套的端面,或者固定到轴承座上的推力元件的端面)(作为一个例子,参见日本专利公报No.2002-061641)。
通常,轴承套固定到轴承座的内圆周上,且推力元件固定到在轴承座一端的内圆周上。此外,为了防止填入轴承座中的内部空间里的润滑油泄漏,经常在轴承座的另一端设置密封部分。
在上述的动压轴承装置中,往往使用压装作为把推力元件固定到轴承座一端的内圆周上的方法。另外,压入推力元件之后,往往从轴承座的外面将粘结剂填入该压配合部分,从而用粘结剂密封该压配合部分。然而,伴随着该压装过程,轴承座的外圆周的预定区域要经受向外的膨胀变形,这将会带来下面的问题。
例如,当这种动压轴承装置用来旋转支撑上述的任一电机时,通常用粘结剂将该轴承座的外圆周紧密固定到支架(保持元件)的内圆周上,并且应当考虑能够获得的粘结强度来确定这两个元件的粘结部分的轴向尺寸和粘结剂填充的间隙的尺寸。然而,如果在推力元件的压装过程中,轴承座的外圆周的一部分粘结表面(固定表面)经受膨胀变形,那么当把该轴承装置固定到保持元件的内圆周时,粘结剂填充的间隙在轴向上变得不均匀,这将带来粘结强度的潜在下降以及潜在发生共振问题的担心。
另外,另一种可能是通过压装把轴承座的外圆周紧密地固定到支架(保持元件)的内圆周上,虽然与上面的方法相似,但是如果在推力元件的压装过程中,轴承座的外圆周的一部分压配合表面(固定表面)经受膨胀变形,那么当把该轴承装置压入保持元件的内圆周时,在它们之间的间隙沿着轴向将不再均匀,这将带来压配合强度的潜在下降以及潜在发生共振问题的担心。
此外,当采用压装作为固定推力元件的方法时,可能会产生下面的问题。
即,在加工之后清洗该动压轴承装置的每一个结构组件以去除任何细小的金属颗粒,例如在组件的加工期间产生的切屑,然而在推力元件的压装过程中,由于推力元件的外圆周和轴承座一端的内圆周部分之间的滑动摩擦,可能产生例如磨损颗粒这样的细小金属颗粒(下文称作“磨蚀微粒”)进入轴承座。进入轴承座中的任何磨蚀微粒将侵入在润滑油中的轴承部分,从而对轴承的性能或寿命造成不利的影响。
此外,在上述的动压轴承装置中,粘结经常用作将轴承套固定到轴承座上的方法。在这种情况下,例如预先把粘结剂涂覆到轴承座的内圆周表面上,然后把轴承套插入轴承座内并且定位在预定位置上,之后粘结剂硬化。然而,根据所涂覆的粘结剂的量,在轴承套插入轴承座内且轴承套移动到预定位置的过程中,随着轴承套的移动过量的粘结剂可以到处涂布到轴承套的前面,从而对轴承套的定位或者轴承的性能造成不利的影响。
例如,在日本专利公报No.2002-061641的文献公开的动压轴承装置中,通过使轴承套的一端面与设置在轴承座一端的密封部分(套环部分)的内侧表面相接触而实现轴承套相对于轴承座的定位,然而如果发生过量粘结剂的到处涂布,那么当轴承套移动到其终端位置时,粘结剂将集聚在轴承套的一端面和该密封部分的内侧表面之间,从而不能实现轴承套相对于轴承座的精确定位。
此外,本申请的申请人已经提出了一个有关动压轴承装置的申请(日本专利申请No.2002-117297),其中在轴承套的外圆周表面上形成纵向凹槽,并且在轴承套一端的端面内形成将该纵向凹槽与轴承套的内圆周表面连通的横向凹槽,从而形成填入轴承座的内部空间里的润滑油的流通通道。然而,在该动压轴承装置中,过量的粘结剂的到处涂布可能导致粘结剂阻塞横向凹槽。

发明内容
本发明的一个目的是解决由于轴承座的外圆周的固定表面的膨胀变形带来的上述问题,保证在轴承座和保持元件之间的固定状态的稳定,并且能够获得需要的固定强度。
本发明的另一目的是防止上述的磨蚀微粒的钻入。
本发明的再一目的是防止过量粘接剂的到处涂布,从而避免由于过量粘接剂的到处涂布带来的影响。
为了达到上述的目的,本发明提供了一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到轴承座一端的推力元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力元件以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中该推力元件以预定过盈量压装在设置于轴承座一端的压配合部分的内圆周里面,该轴承座的外圆周具有固定表面,该固定表面沿着轴向具有预定长度并且紧密地固定到保持元件的内圆周上,该固定表面具有在推力元件的压入过程中径向向外变形预定量的变形区域,并且随着推力元件处于压配合状态,该固定表面沿着该固定表面的整个轴向长度在轴向上呈基本笔直的形状。
在说明书中,“在轴向上基本笔直的形状”的表述不但指该固定表面沿着其整个轴向长度具有相同直径的形状(完全笔直的形状),而且还指该固定表面的整个变形区域或一部分变形区域的半径相对于除了该变形区域之外的其他区域的半径的差值落入例如从-30μm到+5μm的范围内(接近笔直的形状)。
根据该结构,当推力元件在轴承座的压配合部分内处于压装状态时,轴承座的固定表面沿着该固定表面的整个轴向长度在轴向上呈基本笔直的形状,从而当该固定表面紧密地固定在保持元件的内圆周上时,这种固定状态是稳定的,并且可以获得需要的固定强度。
此外,为了达到上述目的,本发明也提供了一种制造动压轴承装置的方法,该动压轴承装置包括轴承座;固定到轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到轴承座一端的推力元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力元件以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,该方法包括步骤在该轴承座的一端形成压配合部分,该推力元件以预定过盈量压入该压配合部分内;在该轴承座的外圆周上形成固定表面,该固定表面沿着轴向具有预定长度且紧密地固定在保持元件的内圆周上;使该固定表面的变形区域相对于固定表面的其他区域沿着径向向内缩减一定量,该变形区域在推力元件的压装过程中径向向外变形预定的量,该变形区域的缩减量等于其向外变形量,并且将该推力元件压装且固定到轴承座的压配合部分的内圆周里面。
通过使该轴承座的固定表面的变形区域相对于该固定表面的其他区域径向向内缩减一定的量,该缩减量等于在推力元件的压装过程中其向外变形的量,当该推力元件处于压配合状态时,该轴承座的固定表面沿着其整个轴向长度在轴向上呈基本笔直的形状,从而当该固定表面紧密地固定在保持元件的内圆周上时,这种固定状态是稳定的,并且可以获得需要的固定强度。
根据上述结构,作为把轴承座的外圆周的固定表面固定到保持元件的内圆周里面的方法,可以采用用粘结剂固定、通过压配合固定或者使用其他一些合适方法来固定。另外,在轴承座的压配合部分的另一端附近可以设置轴承座的固定表面的变形区域,而且该变形区域可以形成为其直径朝轴承座一端逐渐减小的锥形。
另外,为了达到上述目的,本发明也提供了一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到轴承座一端的内圆周部分的推力元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力元件以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中使用布置在它们之间的粘结剂把该推力元件压装且固定到在轴承座一端的内圆周部分上。
根据该结构,即使在推力元件的压装过程中产生磨蚀微粒,那么磨蚀微粒也会被粘结剂收集,从而当粘结剂硬化时将其密封在粘结剂里面。结果,可以防止伴随推力元件的压装过程而发生磨蚀微粒的钻入。此外,在该推力元件的压装过程中,粘结剂也发挥润滑剂的作用,这意味着不但可以抑制压装过程中磨蚀微粒的产生,而且也使压装操作变得更容易。
当该推力元件进行压配合时,会发生粘结剂沿着压入的方向到处涂布在推力元件前面的现象。如果粘结剂的到处涂布十分显著,那么粘结剂可以远达围绕轴元件附近的地方,从而妨碍该轴元件的平稳旋转。为了避免发生这种现象,保留粘结剂的内部锥形空间最好设置在推力元件的外圆周部分和在轴承座一端的内圆周部分之间,并邻近推力元件的压配合部分。通过该内部锥形空间的毛细作用,沿着压入方向到处涂布在推力元件前面的粘结剂保持在该压配合部分内,从而防止粘结剂流到轴元件上。另外,作为改善粘结剂的保持力效果的结果,也可以改善用粘结剂捕获和密封磨蚀微粒的效果。
通过在推力元件的外圆周部分和在轴承座一端的内圆周部分中的至少一个上设置锥面可以形成该内部锥形空间。优选在推力元件的外圆周部分上设置该锥面。
除了上述的内部锥形空间外,为了保留粘结剂,也可以在推力元件的外圆周部分和在轴承座一端的内圆周部分之间设置外部的锥形空间,它邻近在轴承座外侧的推力元件的压配合部分。在压入该推力元件之后,可以使用通过外部的锥形空间的毛细作用而保持的粘结剂来密封该压配合部分。如果在轴承座一端的内圆周部分内设置台阶部分,该台阶部分位于外部锥形空间内,并且面向轴承座的外侧,那么在推力元件压入之后保留在该外部锥形空间内的粘结剂的量将增加,从而能够进一步改善压配合的密封效果。
通过在推力元件的外圆周部分和在轴承座一端的内圆周部分中的至少一个上设置锥面,可以形成该外部锥形空间。优选在推力元件的外圆周部分设置锥面。
另外,为了达到上述目的,本发明也提供了一种制造上述动压轴承的方法,它包括步骤将粘结剂涂覆到在轴承座一端的内圆周部分上;和将推力元件压入位于已经涂覆了粘结剂的轴承座一端的内圆周部分里面。
另外,为了达到上述目的,本发明也提供了一种动压轴承装置,其包括轴承座;通过粘结剂固定到轴承座的内圆周上的轴承套;轴元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴元件之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分,其中在轴承座的内圆周表面和轴承套的外圆周表面之间设置凹陷的粘结剂储存器。
根据该结构,即使由于使用过量粘结剂而引起过剩的粘结剂,该过剩的粘结剂会被收集在凹陷的粘结剂储存器中,从而能够防止到处涂布的粘结剂对轴承套的定位和轴承的性能造成不利的影响。
该粘结剂储存器可以形成在轴承座的内圆周表面或者轴承套的外圆周表面内。作为替换实施方式,可以在与该轴承座的内圆周表面和轴承套的外圆周表面对应的位置上形成相对的凹陷部分,由该两部分形成的凹陷空间用作粘结剂储存器。优选在轴承座的内圆周表面内形成粘结剂储存器。粘结剂储存器也可以设置在多个位置上。
虽然优选粘结剂储存器为在两个轴向方向上逐渐变窄的形状,但是对于粘结剂储存器的形状来讲没有特别的限制。当轴承套插入到轴承座的内圆周表面内时,该粘结剂储存器有时可以收集比实际过剩的粘结剂多的大量粘结剂。然而在这种情况下,在完成轴承套的定位和粘结剂硬化之间的时间段内,在毛细作用之下收集在粘结剂储存器内的任何过剩的粘结剂会沿着轴向流向该储存器的更窄部分内,并且填充目标固定区域(在轴承套的外圆周表面和轴承座的内圆周表面之间的空间)。因此,能够避免在该固定区域内粘结剂过量或不足的问题,能够获得稳定的固定状态。
另外,本发明也提供了一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到轴承座的内圆周表面上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;设置在轴承座一端的密封部分;设置在轴承座另一端的推力部分;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力部分以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中润滑油填充在轴承座的内部空间里面,并且该密封部分的内侧表面在其内径侧区域部分地接触在轴承套一端的端面的内径侧区域,并且该密封部分的内侧表面在其外径侧区域,从在轴承套一端的端面开始缩减,从而形成凹陷部分。
根据该结构,填入轴承座内部空间里面的润滑油能够在该内部空间里面循环,并且作为其结果,可以防止发生该内部空间里的润滑油压力在局部区域为负压的现象,能够解决相关的问题,例如伴随负压的产生而产生的气泡,以及由于产生气泡而引起的润滑油泄漏或者振动。
另外,在用粘结剂将轴承套固定到轴承座的内圆周表面上的情况下,即使发生粘结剂的到处涂布,那么由于在该密封部分的内侧表面的外径侧区域和在轴承套末端的端面之间设置有具有需要容量的凹陷部分,所以粘结剂不大可能沿着径向凹槽的方向流动。结果,可以有效地避免径向槽被粘结剂阻塞的情形发生。


图1是使用本发明的动压轴承装置的信息处理设备的主轴电机的剖面图。
图2是根据本发明一实施例的动压轴承装置的剖面图。
图3(a)是轴承套的剖面图,图3(b)是表示轴承套的下端面的视图,图3(c)是表示轴承套的上端面的视图。
图4(a)是表示推力元件的上端面的视图,图4(b)是该推力元件的剖面图。
图5是表示轴承座的压配合部分附近和固定表面的变形区域附近(在该推力元件压入之前)的部分放大的剖面图。
图6是表示轴承座的压配合部分附近和固定表面的变形区域附近(在该推力元件压入之后)的部分放大的剖面图。
图7和图8表示通过布置在推力元件与轴承座底端的内圆周部分之间的粘接剂将推力元件压入该内圆周部分的情况,其中图7是表示将粘接剂涂覆到轴承座底端的内圆周部分上之后的状态的部分放大剖面图,图8是表示该推力元件压入轴承座底端的内圆周中之后的状态的部分放大的剖面图。
图9是表示根据另一实施例的动压轴承装置的剖面图。
具体实施例方式
本发明的实施例的描述如下。
图1表示装有根据本实施例的动压轴承装置1的信息处理设备的主轴电机结构的一个例子。该主轴电机用在例如HDD的盘驱动装置上,并且包括用作转子的磁盘中心(disk hub)3,用来支承磁盘中心3旋转的动压轴承装置1,作为止推元件用来保持动压轴承装置1的支架6,以及定子4和转子磁铁5,它们设置在磁盘中心3和支架6之间且通过设置在它们之间的预定间隙彼此相对。在该实施例中,磁盘中心3装在动压轴承装置1的轴元件2上。定子4附加到支架6的外圆周上,转子磁铁5附加到磁盘中心3的内圆周上,并且定子4和转子磁铁5通过所述的间隙在径向上彼此相对。例如,用粘结剂将动压轴承装置1的轴承座7固定到支架6的内圆周上。由磁盘中心3来保持例如磁盘的一个或者多个盘D。当定子4接通电源时,转子磁铁5和定子4彼此相互作用产生旋转磁场,从而磁盘中心3和轴元件2一起旋转。
图2表示动压轴承装置1。该动压轴承装置1包括轴承座7,固定到轴承座7上的轴承套8和推力元件10,以及作为结构组件的轴元件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的内圆周面8a和轴元件2的轴部分2a的外圆周面2a1之间,并且沿着轴向彼此分离。另外,第一推力轴承部分S1设置在轴承套8的下端面8c和轴元件2的凸缘部分2b的上端面2b1之间,并且第二推力轴承部分S2设置在推力元件10的上端面10a和凸缘部分2b的下端面2b2之间。为了易于描述,把推力元件10的一侧称作下侧,并且把推力元件10的相对侧称作上侧。
例如,由例如黄铜的软金属或者例如热塑性树脂的树脂材料形成轴承座7,并且该轴承座包括圆柱形侧边部分7b以及从该侧边部分7b的上端一体地径向向内延伸的圆环密封部分7a。该密封部分7a的内圆周面7a1通过预定密封空间S与设置在轴部分2a的外圆周上的锥面2a2相对。另外,其中压装有推力元件10的压配合部分7b1形成在侧边部分7b的下端。该压配合部分7b1的内圆周具有比其中固定有轴承套8的内圆周面7c更大的直径,并且该压配合部分7b1的壁厚比侧边部分7b的主要部分的厚度要薄。此外,沿着轴向具有预定长度L的固定表面7d形成在轴承座7的外圆周上。
如在图6的放大视图中所示,该固定表面7d位于压配合部分7b1之上,并且通过台阶部分7e与该压配合部分的外圆周连接。另外,该固定表面7d沿着其整个轴向区域L基本是直的。
图5表示将该推力元件10压装进入压配合部分7b1之前的状态。固定表面7d包括变形区域7d2和其他区域7d1(在推力元件10的压配合过程中没有经受膨胀变形的区域),当该推力元件10经受压配合时变形区域7d2径向向外变形一预定量。在该实施例中,变形区域7d2具有朝着向下方向直径逐渐减小的锥形形状,并且通过台阶部分7e与该压配合部分7b1的外圆周连接。另外,该变形部分7d2相对于其他区域7d1径向向内缩减,其缩减量等于在推力元件10的压配合期间其向外变形的量。在图5的右边放大图中示出的虚线表示在变形之后该变形区域7d2的位置,并且该变形区域7d2的最大凹陷量等于最大变形量δ(在径向上的值)。通常,因为该变形区域7d2的最大变形量δ等于或者非常接近在压配合过程中推力元件10需要的过盈量(在径向上的值),所以该变形区域7d2的最大凹陷量可以设计成等于在压配合过程中推力元件10需要的过盈量(在径向上的值)。
例如,由诸如不锈钢之类的金属材料来形成轴元件2,并且该轴元件包括轴部分2a以及一体地或者分开地设置在轴部分2a的下端的凸缘部分2b。轴部分2a的锥面2a2在直径上向上(朝轴承座7的外面)逐渐减小,并且在轴元件2旋转条件下作为离心密封件。
例如,轴承套8形成为圆柱形,并且由烧结金属形成的多孔体制成,尤其是由铜作为主要元素的烧结金属多孔体制成。轴承套8固定到轴承座7的内圆周表面上的预定位置处。
作为第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2的径向轴承表面的上下两区域设置在由烧结金属形成的轴承套8的内圆周表面8a上,并且例如在图3(a)中示出的人字形的动压产生槽8a1、8a2形成在这两个区域内。上部动压产生槽8a1在轴向上相对于轴向中心m(在上下倾斜槽之间沿着轴向的中心)非对称形成,从而相对于轴向中心m,上部区域的轴向尺寸X1大于下部区域的轴向尺寸X2。另外,在轴承套8的外圆周面8d上沿着其整个轴向长度形成一个或者多个轴向槽8d1。在这一例子中,三个轴向槽8d1环绕该轴承套等间隔地形成。此外,腔室8e、8f分别形成在上端面8b和下端面8c的外圆周角部。
在用作第一推力轴承部分S1的推力轴承表面的轴承套8的下端面8c上形成有动压产生槽8c1,其例如为图3(b)中所示的螺旋形状。另外,可以使用人字形或者放射槽形状或者类似形状作为动压产生槽的形状。
如图3(c)所示,由设置在沿径向接近中点位置的具有V形横截面的环形槽8b1将轴承套8的上端面8b分成内径侧区域8b2和外径侧区域8b3,并且一个或多个径向凹槽8b21形成在内径侧区域8b2上。在本实施例中,三个径向凹槽8b21围绕圆周等间距地形成。
如图2的圆圈内的放大图所示,密封部分7a的内表面7a2的内径侧区域7a21与轴承套8的上端面8b的内径侧区域8b2部分地接触,而内表面7a2的外径侧区域7a22形成为斜面或曲面,从而从轴承套8的上端面8b开始缩减。结果,在内表面7a2的外径侧区域7a22和上端面8b(包括腔室8e)之间形成所需容量的凹陷部分P。该凹陷部分P的内径侧与环形槽8b1相互连接,并且外径侧与轴向槽8d1相互连接。
例如,推力元件10由例如铜的金属材料制成,并且压配合且固定到轴承座7的压配合部分7b1的内圆周内。如图4所示,在作为第二推力轴承部分S2的推力轴承表面的推力元件10的上端面10a上,形成有例如人字形的动压产生槽10a1。另外,螺旋形或者放射槽形状或者类似形状可以用作动压产生槽的形状。
推力元件10的外圆周部分10c包括压配合表面10c1,其压配合装入轴承座7的压配合部分7b1的内圆周里面;锥面10c2,其从压配合表面10c1上边缘沿着向内倾斜的方向延伸到上端面10a;以及锥面10c3,其从压配合表面10c1下边缘沿着向内倾斜的方向延伸到下端面10b。压配合表面10c1平行于轴向。
通过下面的步骤组装本实施例的动压轴承装置1。
首先,把轴承套8塞入轴承座7的内圆周表面7c,直到其上端面8b接触密封部分7a的内表面7a2。从而该轴承套8相对于轴承座7定位。通过压配合、胶粘、压配合和胶粘结合或者其他合适的固定方法可以将轴承套8固定到轴承座7的内圆周表面7c。
接着将轴元件2插入轴承套8中。通过测量轴承套8在固定轴承座7内之后的内径尺寸,然后与轴部分2a的外径尺寸(已经事先测量过)进行尺寸匹配,从而能够高精度地确定径向轴承间隙。
其次,使推力元件10压配合进入轴承座7的压配合部分7b1的内圆周,直到固定在预定位置。因为轴承座7的固定表面7d的变形区域7d2相对于其他区域7d1径向向内缩减,其缩减量等于在推力元件10的压配合期间其产生的向外变形量(见图5),所以当压装推力元件10时,轴承座7的固定表面7d沿着整个轴向区域L在轴向上呈基本笔直的形状(见图6)。因此当轴承座7的固定表面7d固定到支架6的内圆周上时,该固定状态是稳定的,并且可以获得需要的固定强度。
完成组装时,轴元件2的轴部分2a插入轴承套8的内圆周表面8a内,并且凸缘部分2b容纳在轴承套8的下端面8c和推力元件10的上端面10a之间的空间内。随后,轴承座7的内部空间由密封部分7a密封且包括轴承套8的多个孔道,该内部空间被润滑油充满。润滑油的油面保持在密封空间S内。
在轴元件2旋转期间,作为轴承套8的内圆周表面8a的径向轴承表面的区域(上和下区域)的每一个区域通过径向轴承间隙与轴部分2a的外圆周表面2a1相对。另外,用作轴承套8的下端面8c的推力轴承表面的区域通过推力轴承间隙与凸缘部分2b的上端面2b1相对,并且用作推力元件10的上端面10a的推力轴承表面的区域通过推力轴承间隙与凸缘部分2b的下端面2b2相对。当轴元件2旋转时,在径向轴承间隙内产生润滑油的动压,从而通过形成在径向轴承间隙内的润滑油油膜在径向上以非接触的方式来可旋转地支撑轴元件2的轴部分2a。因此,形成第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2,它们在径向上以非接触的方式可旋转地支撑轴元件2。同时,在推力轴承间隙内产生润滑油的动压,从而通过在上述推力轴承间隙内形成的润滑油油膜沿着推力方向以非接触的方式可旋转地支撑轴元件2的凸缘部分2b。因此,形成第一推力轴承部分S1和第二推力轴承部分S2,它们沿着推力方向以非接触的方式可旋转地支撑轴元件2。
如上所述,第一径向轴承部分R1的动压产生槽8a1相对于轴向中心m沿着轴向非对称地形成,从而,相对于轴向中心m,上部区域的轴向尺寸X1大于下部区域的轴向尺寸X2(见图3(a))。结果,在轴元件2的旋转期间,在上部区域内由动压产生槽8a1产生的润滑油的回缩力(抽吸力)大于下部区域。作为这种回缩力压差的结果,在轴承套8的内圆周表面8a和轴部分2a的外圆周表面2a1之间间隙内填充的润滑油液向下流动,并且跟随循环路线经过第一推力轴承部分S1的推力轴承间隙、轴向凹槽8d1、凹陷部分P、环形槽8b1、径向凹槽8b21,然后返回到轴承套8的内圆周表面8a和轴部分2a的外圆周表面2a1之间的间隙,从而再一次流到第一径向轴承部分R1的径向轴承间隙内。通过采用润滑油在轴承座7的内部空间里面按照这种方式循环的结构,能够防止这种现象,即在该内部空间内的润滑油压力在局部区域为负压,从而能够使相关的问题得以解决,例如伴随负压的产生而产生气泡,以及由于产生气泡而发生的润滑油的泄漏或者振动。另外,即使由于某一原因气泡被收集在润滑油中,那么气泡也会随着润滑油循环,并且通过密封空间S内的润滑油的油面(气液界面)向外排出,从而能够更有效地防止出现与气泡相关的问题。
也可以在设置在推力元件10与轴承座7的压配合部分7b1的内圆周之间的粘结剂的作用下把推力元件10压装并且固定到该内圆周上。具体说来,如图7的放大视图所示,将粘结剂T涂覆到压配合部分7b1的内圆周部分7c1的下端,然后将推力元件10压装进入内圆周部分7c1直到预定位置。在推力元件10的压装过程中,粘结剂T也起到润滑剂的作用,这就意味着不仅减少了压装过程中磨蚀微粒的产生,而且压装操作也变得更容易。面朝轴承座7的外面的台阶部分7c11形成在内圆周部分7c1上,并且在该实施例中,台阶部分7c11是向下直径逐渐增加的斜面。
图8表示完成推力元件10的压配合之后的状态。该推力元件10的外圆周部分10c的压配合表面10c1已经以预定压配合公差压装进入轴承座7的压配合部分7b1的内圆周部分7c1内。内部锥形空间Q1与轴承座7内的压配合部分邻接,并且外部锥形空间Q2与轴承座7外侧的压配合部分邻接。内部锥形空间Q1形成在外圆周部分10c上侧的锥面10c2和内圆周部分7c1之间,并且具有朝着压配合部分逐渐变窄的形状。外部锥形空间Q2形成在外圆周部分10c下侧的锥面10c3和内圆周部分7c1之间,并且具有朝着压配合部分逐渐变窄的形状。
当推力元件10经受压配合时,通过内部锥形空间Q1的毛细作用而保持沿着压入方向到处涂布在推力元件10前面的粘结剂T。由在该内部锥形空间Q1内的粘结剂T来捕获在推力元件10压装期间产生的磨蚀微粒M,然后当粘结剂T变硬时将这些磨蚀微粒密封在粘结剂T里面。作为内部锥形空间Q1产生的粘结保持力的结果,能够阻止粘结剂T流向轴元件2,并且能够进一步增加粘结剂T对磨蚀微粒M的捕获和密封作用。
此外,借助外部锥形空间Q2的毛细作用也可以保持住粘结剂T,且该保持的粘结剂T密封推力元件10的压配合部分。如该实施例这样,如果将台阶部分7c11设置在轴承座7的压配合部分7b1的内圆周部分7c1里面,因为在推力元件10压入之后保留在外部锥形空间Q2内的粘结剂T的量较大,所以可以进一步增加在压配合部分上的密封作用。
图9表示根据另一实施例的动压轴承装置11。在该实施例中,凹形的粘结剂储存器U形成在轴承座7的内圆周表面7c内。例如,该粘结剂储存器U形成为环绕轴承座7的内圆周表面7c的环形槽形状,沿着轴向在其两侧区域分别形成有锥面U1。相应地,该粘结剂储存器U在这两个轴向上尺寸逐渐减小。
为了把轴承套8固定在轴承座7内,首先将预定量的粘结剂涂覆到轴承座7的内圆周表面7c上。然后,将轴承套8插入到轴承座7的内圆周表面7c内,直到上端面8b接触密封部分7a的内侧表面7a2。从而相对于轴承座7定位轴承套8。当粘结剂变硬且同时保持这种状态时,能够相对于轴承座7把轴承套8固定在需要的位置上。
在该实施例中,因为粘结剂U布置在轴承座7的内圆周表面7c上,所以即使由于过量涂覆而出现过剩的粘结剂T(见图9的圆圈内的放大图),那么该过剩的粘结剂T也会被收集在凹形的粘结剂储存器U内,因此能够防止到处涂布的粘结剂T对轴承套8的定位或者轴承的性能产生不利的影响。另外,因为锥面U1使粘结剂储存器U在两个轴向方向上尺寸逐渐减小,所以在轴承套8的定位完成与粘结剂T硬化之间的这段时间内,收集在粘结剂储存器U内的过剩粘结剂T将在毛细作用下朝着更窄的两个轴向方向流动,填充目标固定区域(在轴承套8的外圆周表面8d和轴承座7的内圆周表面7c之间的空间)。结果,可以避免在轴承套8的固定区域内存在过多粘结剂或者缺少粘结剂的问题,能够获得稳定的固定状态。
另外,因为具有需要容量的凹陷部分P设置在密封部分7a的内侧表面7a2的外径侧区域7a22和轴承套8(包括腔室8e)的上端面8b之间,所以即使粘结剂到处涂布,粘结剂T也极小可能流向径向凹槽8b21。特别是在该实施例的情况下,因为锥形空间(形成在内侧表面7a2和腔室8e之间)设置在凹陷部分P的外径侧边上,所以通过该锥形空间的毛细作用将在凹陷部分P内的粘结剂T朝上述的固定区域(在轴承套8的外圆周表面8d和轴承座7的内圆周表面7c之间的间隙)被吸引,从而能够更加有效地防止粘结剂T朝径向凹槽8b21流动。相应地,能够有效地避免发生粘结剂T阻塞这些径向凹槽8b21的情形。
其他技术内容与上述的第一实施例相同,因此在此省略它们的描述。
权利要求
1.一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到该轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到该轴承座一端的推力元件;径向轴承部分,其设置在该轴承套和该轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在该轴承套和该推力元件以及该凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中,该推力元件以预定过盈量压入设置于该轴承座一端的压配合部分的内圆周里面,该轴承座的外圆周具有固定表面,该固定表面沿着轴向具有预定长度并且紧密地固定到保持元件的内圆周上,以及该固定表面具有在推力元件压入过程中径向向外变形预定量的变形区域,并且随着推力元件处于压配合状态,该固定表面沿着其整个轴向长度在轴向上呈基本笔直的形状。
2.根据权利要求1所述的动压轴承装置,其特征在于,该固定表面的变形区域与该轴承座的压配合部分的另一端邻接。
3.根据权利要求1所述的动压轴承装置,其特征在于,在该推力元件压入之前,该固定表面的变形区域包括直径朝该轴承座的一端逐渐减小的锥形。
4.一种制造动压轴承装置的方法,该动压轴承装置包括轴承座;固定到轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到轴承座一端的推力元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力元件以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,该方法包括步骤在该轴承座的一端形成压配合部分,该推力元件以预定的过盈量压入该压配合部分内;在该轴承座的外圆周上形成固定表面,该固定表面沿着轴向具有预定长度且紧密地固定在保持元件的内圆周上;使该固定表面的变形区域相对于固定表面的其他区域沿着径向向内缩减一定量,该变形区域在推力元件的压装过程中径向向外变形预定的量,该变形区域的缩减量等于其向外变形量;和将该推力元件压装且固定到轴承座的压配合部分的内圆周内。
5.根据权利要求4所述的制造动压轴承装置的方法,其特征在于,设置该固定表面的变形区域与该轴承座的压配合部分的另一端邻接。
6.根据权利要求5所述的制造动压轴承装置的方法,其特征在于,该固定表面的变形区域形成为直径朝该轴承座的一端逐渐减小的锥形。
7.一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到轴承座一端内圆周部分的推力元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力元件以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中,该推力元件通过布置在其与轴承座一端的内圆周部分之间的粘结剂压入且固定到该内圆周部分上。
8.根据权利要求7所述的动压轴承装置,其特征在于,在该推力元件的外圆周部分和该轴承座一端的内圆周部分之间设置有内部锥形空间,以便于保持住粘结剂,且该内部锥形空间邻近位于该轴承座内的推力元件的压配合部分。
9.根据权利要求8所述的动压轴承装置,其特征在于,该推力元件的外圆周部分包括用来形成所述的内部锥形空间的锥面。
10.根据权利要求8所述的动压轴承装置,其特征在于,在推力元件的外圆周部分和该轴承座一端的内圆周部分之间也设置有外部锥形空间,以便于保持住粘结剂,该外部锥形空间邻近位于轴承座外侧的推力元件的压配合部分。
11.根据权利要求10所述的动压轴承装置,其特征在于,该推力元件的外圆周部分包括用来形成外部锥形空间的锥面。
12.根据权利要求10所述的动压轴承装置,其特征在于,位于该轴承座一端的内圆周部分包括台阶部分,该台阶部分位于外部锥形空间内,并且面向轴承座的外面。
13.一种制造动压轴承的方法,该动压轴承包括轴承座;固定到轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;固定到轴承座一端的内圆周部分的推力元件;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力元件以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,该方法包括下列步骤将粘结剂涂覆到轴承座一端的内圆周部分上,并将该推力元件压入位于已经涂覆了粘结剂的轴承座一端的内圆周部分里面。
14.一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到轴承座的内圆周表面上的轴承套;轴元件;和径向轴承部分,其设置在轴承套和轴元件之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴元件;其中,该轴承套通过粘结剂固定到该轴承座的内圆周表面上,并且在轴承座的内圆周表面和轴承套的外圆周表面之间设置凹陷的粘结剂储存器。
15.根据权利要求14所述的动压轴承装置,其特征在于,该粘结剂储存器设置在该轴承座的内圆周表面内。
16.根据权利要求14所述的动压轴承装置,其特征在于,该粘结剂储存器具有沿着两个轴向方向尺寸逐渐减小的形状。
17.一种动压轴承装置,其包括轴承座;固定到轴承座的内圆周表面上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件;设置在轴承座一端的密封部分;设置在轴承座的另一端的推力部分;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力部分以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中润滑油填充在轴承座的内部空间里面,且其中,该密封部分的内侧表面在其内径侧区域与在轴承套一端的端面的内径侧区域部分地接触,并且该密封部分的内侧表面在其外径侧区域从在轴承套一端端面开始缩减,从而形成凹陷部分。
18.根据权利要求17所述的动压轴承装置,其特征在于,该轴承套通过粘结剂固定到轴承座的内圆周表面上。
19.一种电机,其包括转子;用来支撑转子旋转的动压轴承装置;用来保持该动压轴承装置的保持元件;以及定子和转子磁铁,它们设置在该转子和该保持元件之间,并且通过设置在它们之间的预定间隙彼此相对,其中,该动压轴承装置包括由该保持元件保持的轴承座;固定到该轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件,它与转子一起旋转;固定到该轴承座一端的推力元件;径向轴承部分,其设置在该轴承套和该轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在该轴承套和该推力元件以及该凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中该推力元件以预定的过盈量压入设置于该轴承座一端的压配合部分的内圆周里面,该轴承座的外圆周具有固定表面,该固定表面沿着轴向具有预定长度并且紧密地固定在保持元件的内圆周内,该固定表面具有在推力元件的压入过程中径向向外变形预定量的变形区域,并且推力元件处于压配合状态,该固定表面沿着该固定表面的整个轴向区域在轴向上呈基本笔直的形状,和该固定表面的变形区域包括锥形,其与该轴承座的压配合部分的另一端邻接,并且在该推力元件压入之前,该锥形直径朝该轴承座的一端逐渐减小。
20.一种电机,其包括转子;用来支撑转子旋转的动压轴承装置;用来保持该动压轴承装置的保持元件;以及定子和转子磁铁,它们设置在该转子和该保持元件之间,并且通过设置在它们之间的预定间隙彼此相对,其中,该动压轴承装置包括由该保持元件保持的轴承座;固定到该轴承座的内圆周上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件,它与转子一起旋转;固定到该轴承座一端的内圆周部分的推力元件;径向轴承部分,其设置在该轴承套和该轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在该轴承套和该推力元件以及该凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中,该推力元件通过布置在其与轴承座一端的内圆周部分之间的粘结剂压入且固定到该内圆周部分上,和在该推力元件的外圆周部分和在该轴承座一端的内圆周部分之间设置有内部锥形空间,以便于保持住粘结剂,该内部锥形空间邻近该轴承座内的推力元件的压配合部分。
21.一种电机,其包括转子;用来支撑转子旋转的动压轴承装置;用来保持该动压轴承装置的保持元件;以及定子和转子磁铁,它们设置在该转子和该保持元件之间,并且通过设置在它们之间的预定间隙彼此相对,其中,该动压轴承装置包括由该保持元件保持的轴承座;固定到该轴承座的内圆周上的轴承套;与转子一起旋转的轴元件;以及径向轴承部分,其设置在该轴承套和该轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;其中,该轴承套通过粘结剂固定到该轴承座的内圆周表面上,在轴承座的内圆周表面和轴承套的外圆周表面之间设置凹陷的粘结剂储存器,和该粘结剂储存器具有沿着两个轴向方向尺寸逐渐减小的形状。
22.一种电机,其包括转子;用来支撑转子旋转的动压轴承装置;用来保持该动压轴承装置的保持元件;以及定子和转子磁铁,它们设置在该转子和该保持元件之间,并且通过设置在它们之间的预定间隙彼此相对,其中,该动压轴承装置包括由该保持元件保持的轴承座;固定到该轴承座的内圆周表面上的轴承套;具有轴部分和凸缘部分的轴元件,它与转子一起旋转;设置在轴承座一端的密封部分;设置在轴承座另一端的推力部分;径向轴承部分,其设置在轴承套和轴部分之间、并且通过在径向轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着径向以非接触的方式支撑该轴部分;以及推力轴承部分,其设置在轴承套和推力部分以及凸缘部分之间、并且通过在推力轴承间隙内产生的润滑油的动压作用沿着推力方向以非接触的方式支撑该凸缘部分,其中润滑油填充轴承座的内部空间里面,以及其中,该密封部分的内侧表面在其内径侧区域与在轴承套一端的端面的内径侧区域部分地接触,并且该密封部分的内侧表面在其外径侧区域,从轴承套一端的端面开始缩减,从而形成凹陷部分,和该轴承套通过粘结剂固定到该轴承座的内圆周表面上。
全文摘要
本发明公开了一种动压轴承装置及其制造方法和使用这种轴承装置的电机。轴承座的固定表面包括变形区域和其他区域,该变形区域在推力元件的压入过程中径向向外变形预定的量。该变形区域具有沿着向下的方向直径逐渐减小的锥形,并且相对于该固定表面的其他区域径向向内缩减,该缩减量等于压装过程中其向外变形的量。当所述推力元件压入轴承座的压配合部分的内圆周时,轴承座的固定表面沿着其整个轴向区域(L)变得基本笔直。
文档编号F16C17/04GK1502828SQ200310115470
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年11月26日
发明者玉冈健人, 中岛良一, 栗村哲弥, 一, 弥 申请人:日本电产株式会社, Ntn株式会社

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