專利名稱：軸承單元、以及裝有該軸承單元的電機和電子設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可旋轉地支撐旋轉軸或將旋轉體可旋轉地支撐到軸上的軸承單元、以及裝有該軸承單元的電機和電子設備。
背景技術：
作為可旋轉地支撐旋轉軸的軸承單元，傳統(tǒng)地已知如圖19所示地構成的軸承單元。
圖19中所示的軸承單元100可旋轉地支撐旋轉軸101，并裝有徑向軸承104和容納該徑向軸承104的殼體105，該徑向軸承104用于在其周旋方向上支撐旋轉軸101。
在軸承單元100中，徑向軸承104與作為粘性流體填充在殼體105中的潤滑油一起構成流體動壓軸承，并且在其中插入旋轉軸101的內周表面上形成用于產生動壓的動壓產生槽111。
如圖19所示，其中容納有支撐旋轉軸101的徑向軸承104的殼體105具有以圍繞徑向軸承104的方式容納圓筒狀的徑向軸承104的形狀，并且殼體105是通過一體成型合成樹脂而形成的構件。
殼體105由圓筒狀的殼體主體106和構成一個端側部分的底部密封部分107組成，該底部密封部分107與殼體主體106一體形成并用于密封殼體主體106的端側。在殼體主體106的另一開口端側，設置上部密封部分108。殼體105和上部密封部分108通過例如熱焊接或超聲焊接的方法成為一體。
在上部密封部分108的中央部分形成軸插孔109，由在殼體105中所容納的徑向軸承104可旋轉地支撐的旋轉軸101穿過該軸插孔109而被插入。在底部密封部分107的內表面?zhèn)鹊闹醒氩糠忠惑w形成用于可旋轉地支撐軸承支撐部分102的止推軸承110。沿止推方向在由徑向軸承104所支撐的旋轉軸101的一端形成軸承支撐部分102。
止推軸承110被形成為樞軸承，其在一點處支撐旋轉軸101的軸承支撐部分102。軸承支撐部分102被形成為弧形或錐形頂端。
在軸承支撐部分102和軸主體103之間設置例如墊圈的防滑出構件115。防滑出構件115防止旋轉軸101滑出殼體105。防滑出構件115由聚甲醛(POM)、石墨尼龍(polyslider)、尼龍等制成。
現(xiàn)在，軸插孔109被形成為具有在某種程度上比軸主體103的外形更大的內徑，以使得插入軸插孔109的旋轉軸101可以在不接觸軸插孔109的內周表面的情況下可滑動地旋轉。在此情況下，軸插孔109被形成為具有足以防止?jié)櫥?13從殼體105里面泄漏出來的間隔x5的間隙112，其中潤滑油113被填充在軸插孔109的內周表面和軸主體103的外周表面之間的殼中。
在旋轉軸101與軸插孔109的內周表面相對的外周表面上形成錐形部分114。錐形部分114以這樣的方式傾斜，即向著殼體105的外面增大在旋轉軸101的外周表面和軸插孔109的內周表面之間形成的間隙112的方式。錐形部分114在旋轉軸101的外周表面和軸插孔109的內周表面之間形成的間隙112中形成壓力梯度，并形成將殼體105中填充的潤滑油113拉入殼體105里面的力。因為潤滑油113隨著旋轉軸101的旋轉而被拉入殼體105里面，所以潤滑油113就可靠地遍及被制成流體動壓軸承的徑向軸承104的動壓產生槽111以產生動壓。由此，實現(xiàn)了對旋轉軸101的穩(wěn)定支撐，并且可以防止填充在殼體105中的潤滑油113的泄漏。
如圖19所示構成的軸承單元100僅在軸插孔109側的一端處露出旋轉軸101，并通過殼體構件無縫地覆蓋除了軸插孔109的小間隙之外的整個軸承單元100。結果，軸承單元100可以防止?jié)櫥?13泄漏到殼體105的外面。而且，因為與外面的連通部分只有軸插孔109的間隙，所以可以防止由于沖擊所導致的潤滑油的飛散。另外，軸承單元100可以通過防滑出構件115來防止旋轉軸101從殼體105上脫落。
但是，因為上述軸承單元100被構造成通過殼體105和上部密封部分108兩部分來圍繞軸承主體的周邊，所以有可能潤滑油從殼體105和上部密封部分108的結合部滲出。
另一種情況下，已知一種軸承單元，其中其殼體通過合成樹脂的成型體而一體形成，用于防止?jié)櫥蛷臍んw的結合部滲出。
如圖20所示，旋轉軸101被插入徑向軸承104，并且防滑出構件115被安裝到該軸承單元中所插入旋轉軸101的軸承支撐部分102這一側。然后，空間形成構件116被安裝到徑向軸承104的軸承支撐部分102這一側，由此就暫時裝配好了軸承單元。
接著，暫時裝配好的旋轉軸101、徑向軸承104和空間形成構件116被安裝到模具上。然后，如圖21所示，將上述合成樹脂中的任一種注塑成型到暫時裝配好的旋轉軸101、徑向軸承104和空間形成構件116的外周上以形成殼體117。
在殼體117形成之后，將潤滑油113填充到殼體117中以形成圖22中所示的軸承單元120。
但是，在上述軸承單元120中，模具的密封部分形成構件118的厚度如圖21所示地受限。也就是說有這樣的可能，即通過模具形成的軸承單元120的間隙112的間隔x5變得太大，潤滑油113從間隙112泄漏而使得不可能獲得好的旋轉性能。
而且，在如圖21所示注塑成型殼體117時模具的溫度是60-100℃，而樹脂的溫度是200℃。成型溫度的熱通過徑向軸承104和空間形成構件116傳導到防滑出構件115，結果使防滑出構件115的溫度上升到約120℃。有這樣的可能，即防滑出構件115由于溫度的升高而熱變形。
確定防滑出構件115的尺寸，以形成空間形成構件116和防滑出構件115之間的間隙x3以及防滑出構件115和軸110之間的間隙x4，來保持軸的旋轉性能。在上述由于溫度升高而變形的防滑出構件115中，為保持旋轉性能而設置的間隙x3和x4被改變，由于防滑出構件115與旋轉軸的接觸而導致旋轉中的缺陷。因此，有可能無法獲得好的旋轉性能。
而且，作為上述軸承單元120的變化，有這樣一種方法，在暫時裝配的步驟處不插入軸就進行殼體的注塑成型，然后在成型后插入旋轉軸。在此軸承單元中，可以將間隙112的間隔x5調整到合適的大小，但是產生了這樣的缺陷，其中旋轉軸由于注塑成型的溫度所引起的防滑出構件115的變形而無法插入，由此無法以合適的狀態(tài)裝配軸承單元等等。
日本專利申請公開(KOKAI)No.2003-130043。
本文件基于2003年11月14日遞交到日本專利局的日本優(yōu)先權文件JP 2003-385547，這里通過引用包括了其整個內容。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是防止由成型殼體時產生的熱所引起的防滑出構件的熱變形。
而且，本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種軸承單元以及包括該軸承單元的電機和電子設備，該軸承單元防止由防滑出構件由于防滑出構件的熱變形而與旋轉軸的接觸所引起的旋轉性能的惡化。
而且，本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種軸承單元以及包括該軸承單元的電機和電子設備，該軸承單元防止在殼體成型之后插入軸時，由于防滑出構件的變形而無法在合適的狀態(tài)下將軸和防滑出構件裝配起來。
為了實現(xiàn)這些目的，根據(jù)本發(fā)明的軸承單元由以下形成軸；徑向軸承，用于在所述軸的周旋方向上支撐所述軸；止推軸承，在所述軸的止推方向上支撐所述軸的一端；由合成樹脂的成型體制成的殼體，在所述殼體內設置有所述徑向軸承和所述止推軸承，所述殼體具有除軸插孔外都密封的構造，所述軸通過所述軸插孔而被插入；被設置在所述徑向軸承的設有所述止推軸承的端部這一側的防滑出構件，所述防滑出構件用于防止所述軸從所述徑向軸承中滑出；和填充在所述殼體中的粘性流體，其中，所述防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在所述殼體成型時加到所述防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的軸承單元中，因為防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在殼體成型時加到該防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度，所以防止了防滑出構件由于熱引起的變形，并且可以防止防滑出構件由于防滑出構件的熱變形而與軸接觸所引起的旋轉缺陷的發(fā)生。而且，根據(jù)本發(fā)明的軸承單元可以防止這樣的缺陷的產生，例如由于防滑出構件的熱變形而不可能在殼體成型之后將軸插入殼體時，在合適的狀態(tài)下將軸和防滑出構件裝配起來。
用于實現(xiàn)上述目的的根據(jù)本發(fā)明的電機是裝有相對于定子可旋轉地支撐轉子的軸承單元的電機，并且該電機使用上述軸承單元作為用于該電機的軸承單元。
用于實現(xiàn)上述目的的根據(jù)本發(fā)明的電子設備是裝有相對于定子可旋轉地支撐轉子的軸承單元的電子設備，并且該電子設備使用上述軸承單元作為用于該電子設備的軸承單元。
根據(jù)本發(fā)明，可以防止防滑出構件由于在殼體成型時所產生的熱而導致的變形。
而且，因為本發(fā)明防止防滑出構件由于防滑出構件的熱變形而與旋轉軸接觸，所以可以得到好的旋轉性能。
而且，本發(fā)明可以防止這樣的缺陷的產生，即由于防滑出構件的熱變形而不可能在殼體成型之后插入軸時，在合適的狀態(tài)下將軸和防滑出構件裝配起來等。
而且，因為本發(fā)明可以解決在傳統(tǒng)軸承單元中通過注塑成型來進行殼體的整體成型可能產生的缺陷，所以本發(fā)明允許對殼體的注塑成型，并且可以防止例如潤滑油的粘性粒子從通過用注塑成型的整體成型所得到殼體的結合部滲出。
應用本發(fā)明的軸承單元不僅可以用作散熱器電機和盤驅動器的主軸電機的軸承，而且還可以用作各種電機的軸承。
而且，應用本發(fā)明的軸承單元的應用并不限于電機，而是可以廣泛地用于裝有旋轉軸的機構和用于支撐旋轉部件的機構。


圖1是示出應用了本發(fā)明的信息處理裝置的透視圖；圖2是示出沿圖1中的線II-II所取的橫截面的剖視圖；圖3是示出使用應用了本發(fā)明的電機的散熱器的透視圖；圖4是示出應用了本發(fā)明的電機的構造的剖視圖；
圖5是示出應用了本發(fā)明的軸承單元的剖視圖；圖6是示出在徑向軸承的內周表面上形成的動壓產生槽的透視圖；圖7是示出由旋轉軸的外周表面和殼體中形成的軸插孔的內周表面所形成的間隙的剖視圖；圖8是用于說明流體毛細現(xiàn)象的視圖；圖9是示出潤滑油遍及在旋轉軸的外周表面和軸插孔的內周表面之間所形成的間隙的狀態(tài)的橫剖圖；圖10是示出旋轉軸的外周表面和軸插孔的內周表面之間所形成的間隙的縱剖圖，該圖用于描述在旋轉軸上形成的錐形部分的不同直徑部分處吸引壓力的不同；圖11是示出這樣的狀態(tài)的縱剖圖，其中空氣進入了遍及旋轉軸的外周表面和軸插孔的內周表面之間所形成的間隙的潤滑油中；圖12是示出這樣的狀態(tài)的橫剖圖，其中遍及旋轉軸的外周表面和軸插孔的內周表面之間所形成的間隙的潤滑油被切斷了；圖13是示出這樣的狀態(tài)的縱剖圖，其中旋轉軸相對于在殼體中形成的軸插孔傾斜；圖14的剖視圖示出了當旋轉軸相對于在殼體中形成的軸插孔傾斜時遍及間隙中的潤滑油的狀態(tài)；圖15是示出應用本發(fā)明的軸承單元的另一示例的剖視圖，其中在形成于殼體中的軸插孔這一側上形成錐形部分；圖16是用于說明制造應用本發(fā)明的軸承單元的過程中暫時裝配過程的視圖；圖17是用于說明制造應用本發(fā)明的軸承單元的過程中殼體注塑成型過程的視圖；圖18是用于說明制造應用本發(fā)明的軸承單元的過程中將旋轉軸插入殼體的過程的視圖；圖19是示出傳統(tǒng)上己使用的一種軸承單元的剖視圖；圖20是用于說明制造傳統(tǒng)上已使用的軸承單元的過程中暫時裝配過程的視圖；
圖21是用于說明制造傳統(tǒng)上已使用的軸承單元的過程中殼體注塑成型過程的視圖；和圖22是示出制造傳統(tǒng)上已使用的軸承單元的過程中完成殼體注塑成型的狀態(tài)的視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來描述應用本發(fā)明的信息處理裝置。
如圖1所示，應用本發(fā)明的信息處理裝置是筆記本式個人計算機，其包括用于顯示信息處理的結果等等的顯示單元2、和內置有信息處理單元的計算機主體3，該信息處理單元用于進行對各種信息的算術處理。在計算機主體3的上表面?zhèn)仍O置用于輸入計算機1的操作指令或用于輸入各種信息的鍵盤5，并在主體3內設置散熱器4。散熱器4將設置在計算機主體3內的例如CPU的信息處理電路或盤單元等所產生的熱散發(fā)到計算機主體3之外，從而也作為用于冷卻計算機主體3內部的冷卻設備。
如圖2所示，計算機主體3中內置的散熱器4被容納在構成計算機主體3的殼體6中。如圖3所示，散熱器4包括金屬基座7、安裝到基座7上的電機10、由電機10操作來旋轉的風扇8、將風扇8容納在其中的風扇殼9和散熱片11。
如圖3所示，基座7被形成為幾乎呈字母L形。在形成為幾乎呈字母L形的基座7的一端側的一個表面7a上安裝生熱元件12，例如在通過通電被驅動時產生熱的中央處理單元(CPU)。生熱元件12被安裝到基座7的一側的表面7a側，在其間放置傳熱密封12a。
電機10被安裝在基座7的一側的表面7a側的差不多中央部分，并且還在表面7a上安裝在其中容納由電機10操作來旋轉的風扇8的風扇殼9。在風扇殼9中形成將與由電機10轉動的風扇8的中央部分相應的位置開口的環(huán)形進氣口13。在殼體6的底表面?zhèn)壬吓c風扇殼9中形成的進氣口13相對的位置處形成開口14來與進氣口13連通。而且，在風扇殼9中形成將通過進氣口13吸入的空氣排出的排氣口15。
散熱片11被固定在基座7的另一端側的一側的表面7a上。散熱片11是波形或鰭狀的散熱片，并由散熱性能優(yōu)異的金屬制成，例如鋁。理想的是也用作為散熱優(yōu)異的金屬的鋁或鐵來制造基座7和風扇殼9。
在安裝了生熱元件12并安裝了用于散發(fā)從生熱元件12產生的熱的散熱器4和散熱片11的基座7中形成多個安裝孔7b，用于將基座7安裝到殼體6中的螺釘通過這些孔被插入。如圖2所示，通過將插入安裝孔7b的固定螺釘固定到位于殼體6內設置的凸臺16，來將基座7安裝到殼體6內。
如圖2和3所示，當基座7被安裝到殼體6中時，散熱片11被設置在與形成于殼體6的側面上的穿透孔17相對的位置處。
當電機10被驅動并且電機10使風扇8沿圖3中的箭頭R1的方向旋轉時，如上所述構成的散熱器4將裝置外的空氣通過殼體6中所形成的開口14吸入圖2和3中的箭頭D1的方向，進而散熱器4通過進氣口13將空氣吸入風扇殼9內。通過風扇8的旋轉被吸入風扇殼9的空氣流通到圖2和3中的箭頭D2的方向，另外空氣還流通到圖3中箭頭D3的方向而流入散熱片11。然后，空氣通過穿透孔17被排出殼體6。
現(xiàn)在，由生熱元件12的驅動所產生的熱通過由散熱優(yōu)異的金屬形成的基座7而被傳遞到散熱片11。此時，通過用電機10使散熱器4的風扇8旋轉而使從殼體6外面引入的空氣在散熱片11的多個鰭片中流通，空氣吸收了被傳遞到散熱片11的熱，并通過穿透孔17將熱散發(fā)到殼體6外面。
如圖4所示，應用本發(fā)明并用于散熱器的電機10設有轉子18和定子19。
定子19一體形成在風扇殼9的上表面板9a這一側，風扇殼9在其中容納電機10以及由電機10轉動的風扇8。定子19裝有定子軛20、應用本發(fā)明的軸承單元30、線圈21和線圈21繞在其上的鐵芯22。定子軛20可以是與風扇殼9的上表面板9a一體形成，即被制成風扇殼9的一部分，或者可以獨立于風扇殼9而形成。定子軛20例如由鐵形成。通過壓配合、粘合或通過壓配合和粘合兩者來將軸承單元30固定到在定子軛20的中央部分形成為圓筒形的座23中。
另外，通過壓配合將軸承單元30插入其中的座23與定子軛20一體形成為圓筒形。
如圖4所示，提供有驅動電流的線圈21繞在其上的鐵芯22被安裝到與定子軛20一體形成的座23的外周部分上。
與定子19一起構成電機10的轉子18被安裝到由軸承單元30可旋轉地支撐的旋轉軸31，并與旋轉軸31一體旋轉。轉子18包括轉子軛24和風扇8，風扇8與轉子軛24一體旋轉并包括多個風扇葉片25。風扇8的風扇葉片25通過對轉子軛24的外周表面注塑成型而與轉子軛24一體形成。
環(huán)形轉子磁體26以與定子19的線圈21相對的方式被設于轉子軛24的圓筒形部分24a的內周表面上。磁體26是塑性磁體，其中S極和N極在其周旋方向上被交替磁化。用粘結劑將磁體26固定在轉子軛24的內周表面上。
通過將凸臺部分27壓配合到在由軸承單元30支撐的旋轉軸31的頂端側形成的安裝部分32，將轉子軛24可旋轉地與旋轉軸31一體安裝，其中在凸臺部分27處設有形成于平板部分24b的中央部分的通孔27a。
在具有上述構造的電機10中，當以預定的激勵模式從位于電機10之外的驅動電路單元向定子19這一側的線圈21供應驅動電流時，在產生于線圈21中產生的磁場和來自轉子18這一側的轉子磁體26的磁場的影響下，轉子18與旋轉軸31一體旋轉。通過轉子18的旋轉，包括多個風扇葉片25并安裝到轉子18上的風扇8也與轉子18一體旋轉。通過風扇8的旋轉，在裝置外的空氣沿著圖2和3中箭頭D1的方向通過形成于殼體6中的開口14被吸入，并流通到箭頭D2的方向中。當進一步在散熱片11中流通時，空氣通過穿透孔17被排到殼體6之外。由此，由生熱元件12產生的熱被散發(fā)到計算機主體3之外，于是計算機主體3的里面就被冷卻了。
如圖4和5所示，可旋轉地支撐上述電機10的旋轉軸31的軸承單元30裝有在其周旋方向上支撐旋轉軸31的徑向軸承33；空間形成構件35，沿止推方向支撐旋轉軸31的一端的止推軸承34與其一體形成；和在其中容納徑向軸承33和空間形成構件35的殼體37。
徑向軸承33被形成為由燒結金屬制成的圓筒。徑向軸承33與作為粘性流體填充在殼體37中的潤滑油38一起構成流體動壓軸承，并且在其中插入旋轉軸31的徑向軸承33的內周表面上形成動壓產生槽39。
如圖6所示，通過在徑向軸承33的內周表面上形成一對V形槽39a在周旋方向上與連接槽39b相連，而分別構成動壓產生槽39。動壓產生槽39被分別形成，以使得該對V形槽39a的頂端側可以朝向旋轉軸31的旋轉方向R2。在本實施例中，將該對動壓產生槽39形成為彼此平行地布置在呈圓筒形的徑向軸承33的軸向上的上部位置和下部位置處。根據(jù)徑向軸承33的尺寸、長度等來合適地選擇在徑向軸承33上形成的動壓產生槽的數(shù)量和尺寸。另外，徑向軸承33可以由銅、不銹鋼或聚合物材料制成。
當被插入徑向軸承33的旋轉軸31沿圖6中的箭頭R2的方向(旋轉方向)繞中心軸CL(未示出)連續(xù)旋轉時，填充在殼體37中的潤滑油38就在動壓產生槽39中流通，并且形成為流體動壓軸承的徑向軸承33就在旋轉軸31的外周表面和徑向軸承33的內周表面之間產生動壓來支撐旋轉軸31。此時所產生的動壓極大地降低了旋轉軸31和徑向軸承33之間的摩擦系數(shù)，以實現(xiàn)旋轉軸31的平滑旋轉。
如圖5所示，位于旋轉軸31止推方向上的一端側處的空間形成構件35被形成為包住旋轉軸31的下部，即包住要被密封的端部?？臻g形成構件35例如由合成樹脂制成。在空間形成構件35之內，潤滑油38被填充在旋轉軸31的軸承支撐部分31a的周邊。
在空間形成構件35底表面的內表面?zhèn)鹊闹醒氩糠痔?，一體形成止推軸承34。止推軸承34可旋轉地支撐在旋轉軸31的止推方向的端部側形成的軸承支撐部分31a。旋轉軸31由徑向軸承33支撐?？臻g形成構件35由與止推軸承34共用的樹脂制成。止推軸承34被形成為樞軸承，其在一點處支撐旋轉軸31的軸承支撐部分31a，軸承支撐部分31a被形成為弧形或錐形。
注意盡管空間形成構件35由樹脂制成，但空間形成構件35也可由金屬或樹脂和金屬的組合制成?？臻g形成構件35的材料并不受限。例如，作為用于空間形成構件的樹脂材料，可以使用例如聚酰亞胺、聚酰胺和聚縮醛的含氟系列合成樹脂，例如聚四氟乙烯(鐵氟龍(注冊商標))和尼龍的合成樹脂，以及例如聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的合成樹脂。
如圖5所示，其中容納徑向軸承33和空間形成構件35的殼體37具有容納和包住徑向軸承33和空間形成構件35的形狀，并且是通過用合成樹脂整體成型而形成的構件。
如圖5所示，殼體37由以下組成圓筒形殼體主體42；構成殼體主體42的一個端側部分的底部密封部分43，該端側與殼體主體42一體形成來密封殼體主體42的一端側；和上部密封部分44，其與殼體主體42一體形成來構成殼體主體42的另一端側。在上部密封部分44的中央部分形成軸插孔45，由容納在殼體37中的徑向軸承33可旋轉地支撐的旋轉軸31通過該軸插孔45被插入。
在如上所述構造的殼體37中，以包住徑向軸承33和空間形成構件35的方式用合成樹脂材料注塑成型允許這樣的結構，其中徑向軸承33和空間形成構件35被一體布置在殼體主體42的內周側。
構成殼體37的合成樹脂材料并不特別受限，但理想的是使用增大對潤滑油38的接觸角的材料，接觸角增大表明排斥填充在殼體37中的潤滑油38。而且，優(yōu)選地使用具有優(yōu)異潤滑性的合成樹脂材料作為殼體37。例如，殼體37由聚甲醛(POM)制成，但可以使用例如聚酰亞胺、聚酰胺和聚縮醛的含氟系列合成樹脂，以及例如聚四氟乙烯(鐵氟龍(注冊商標))和尼龍的合成樹脂來形成。而且，可以使用例如聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的合成樹脂。另外，殼體37可以由液晶聚合物制成，這樣可以進行極其精確的成型。具體而言，在用液晶聚合物作為殼體37的情況下，殼體37保存潤滑油并具有優(yōu)異的抗磨損性。
在由位于殼體37中的徑向軸承33以及與殼體37一體設置的止推軸承34可旋轉地支撐的旋轉軸31中，軸主體31b的由止推軸承34支撐的軸承支撐部分31a被形成為圓弧或錐狀頂端，并且例如電機10的作為旋轉體的轉子18安裝到其上的安裝部分32被形成在旋轉軸31的另一端側上。這里注意軸主體31b和安裝部分32被形成為具有相同的直徑。
如圖5所示，旋轉軸31以這樣的方式被殼體37所支撐，使得在其一端側的軸承支撐部分31a被止推軸承34支撐；軸主體31b的外周表面被徑向軸承33支撐；并且位于另一端側的安裝部分32從形成在殼體主體42的上部密封部分44中的軸插孔45伸出。
而且，在旋轉軸31中，在軸承支撐部分31a和軸主體31b之間形成用于防止軸滑出的槽部分31c。對應于用于防止軸滑出的槽部分31c，對空間形成構件35設置作為軸的防滑出構件的墊圈46。通過用于防止軸滑出的槽部分31c和墊圈46的嚙合，改善了裝配時的操縱。
作為防滑出構件的墊圈46由這樣的材料制成，其具有比在用合成樹脂一體成型殼體時加到墊圈46的溫度更高的熱變形溫度。該材料例如是聚醚醚酮(PEEK)或聚酰亞胺(PI)。而且，確定墊圈46的尺寸，以使得能夠形成空間形成構件35和墊圈46之間的間隙x1以及墊圈46和旋轉軸31之間的間隙x2，來保持旋轉軸31的旋轉性能。
現(xiàn)在，軸插孔45被形成為具有比軸主體31b的外徑稍大的內徑，以使得插入軸插孔45的旋轉軸31可以在不滑動接觸軸插孔45的內周表面的情況下旋轉。在此情況下，軸插孔45被形成為包括足以防止?jié)櫥?8從殼體37里面泄漏出來的間隔c的間隙47，其中潤滑油38被填充在殼體37中軸插孔45的內周表面和軸主體31b的外周表面之間。上部密封部分44構成油密封部分，在該上部密封部分44中形成軸插孔45來形成間隙47，以防止填充在殼體37中軸插孔45和旋轉軸31之間的潤滑油38的泄漏。
因為與殼體37一體形成的上部密封部分44由例如聚酰亞胺、聚酰胺或尼龍的合成樹脂制成，所以可以保證軸插孔45的內周表面對潤滑油38的接觸角為約60度。應用本發(fā)明的軸承單元30包括構成油密封部分的軸插孔45的內周表面，并且可以在不在上部密封部分44上涂覆任何表面活性劑涂的情況下增大潤滑油38對上部密封部分44的接觸角。因此，可以防止?jié)櫥?8在由旋轉軸31的旋轉所產生的離心力下通過軸插孔45移動到殼體37之外。
而且，在旋轉軸31與軸插孔45的內周表面相對的外周表面上形成錐形部分48。錐形部分48傾斜以向著殼體37的外面增大在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間形成的間隙47。錐形部分48在由旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面形成的間隙47中形成壓力梯度。因此，產生了將殼體37中填充的潤滑油38拉入殼體37里面的力。因為潤滑油38在旋轉軸31旋轉時被拉入殼體37里面，所以潤滑油38就可靠地遍及構成流體動壓軸承的徑向軸承33的動壓產生槽39以產生動壓。于是，實現(xiàn)了對旋轉軸31的穩(wěn)定支撐，并且可以防止填充在殼體37中的潤滑油38的泄漏。
在應用本發(fā)明的軸承單元30中，遍及位于構成流體動壓軸承的徑向軸承33中的動壓產生槽39并產生動壓的潤滑油38，被填充來從殼體37的里面朝向間隙47，該間隙47由形成于旋轉軸31上的錐形部分48和軸插孔45的內周表面形成，如圖5和7所示。也就是說，潤滑油38被填充在殼體37的間隙中，并充滿由燒結金屬制成的徑向軸承33。
現(xiàn)在，描述在形成于旋轉軸31上的錐形部分48和軸插孔45的內周表面之間形成的間隙47。間隙47的最小間隔對應于在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隔c。優(yōu)選地間隔c從20μm到200μm，更優(yōu)選地是約100μm。如果間隔c小于20μm，那就難以在通過整體成型用合成樹脂制造殼體37時保證軸承單元30的殼體37的成型精度。如果間隙47的間隔c大于200μm，那么軸承單元30的抗沖擊性能就會降低?？箾_擊性能指這樣的性能，即當向軸承單元30加沖擊時防止填充在殼體37中的潤滑油38飛散到殼體37之外的性能。
用下式(1)來表示抗沖擊性能G，其表明在沖擊下防止填充在殼體37中的潤滑油38飛散到殼體37之外的性能G＝(12γcosβ/2ρc2)/g…(1)其中γ表示潤滑油的表面張力，β表示潤滑油的接觸角，ρ表示潤滑油的密度，c表示旋轉軸和軸插孔45之間的間隔，g表示自由落體加速度。
如式(1)所示，抗沖擊性能G反比于間隙47的間隔c的平方。
而且，用下式(2)表示由熱膨脹所引起的油面上升量hh＝VαΔt/2πRc...(2)其中V表示潤滑油的填充量，α表示熱膨脹系數(shù)，Δt表示溫度變化量，R表示軸的半徑。
如式(2)所示，因為油面上升量h反比于間隔c的大小，所以通過使間隔c變窄來提高抗沖擊性能G。但是，由溫度升高所引起的潤滑油38的油面高度h的上升變得陡峭，從而軸插孔45在軸向上的厚度必須變厚。
作為計算的結果，當在旋轉軸31和軸插孔45之間形成的間隙47的間隔c為約100μm時，并且當軸插孔45的高度H1即殼體37的上部密封部分44的厚度為約1mm時，在包括軸直徑從2mm到3mm的旋轉軸31的軸承單元30中，軸承單元30的抗沖擊性能為1000G或更大，并且軸承單元30的耐溫性為80℃。因此，可以構造高可靠性的軸承單元30，其防止填充在殼體37中的潤滑油38飛散。
而且，因為在應用本發(fā)明的軸承單元30中設置了傾斜的錐形部分48，以向著殼體37的外面增大在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間形成的間隙47的間隔c，所以在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的間隔c中形成壓力梯度，并且通過在旋轉軸31旋轉時所產生的離心力而產生了將殼體37中填充的潤滑油38拉入殼體37里面的力。
也就是說，在應用本發(fā)明的軸承單元30中，在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間形成的間隙47通過表面張力密封防止了潤滑油38的飛散。
現(xiàn)在，描述表面張力密封。表面張力密封是一種利用流體的毛細現(xiàn)象的密封方法。可以如下得到液體通過如圖8所示的毛細管的上升高度h1。
2πrγcosθ＝mg ...(3)其中m由下式(4)表示。
m＝πr2hρ...(4)其中m表示管中范圍h內的流體質量，r表示毛細管半徑，γ表示粘性流體的表面張力，θ表示粘性流體的接觸角，ρ表示粘性流體的密度，g表示重力加速度。
從式(3)和(4)導出下式(5)。
h＝2γcosθ/rρg ...(5)
一般而言，由下式(6)來表示壓力P和流體高度之間的關系。
P＝ρgh ...(6)這里，從式(5)和(6)可以如式(7)得到壓力P。
P＝2γcosθ/r...(7)在式(7)中，壓力P指拉動流體的拉動壓力。從式(7)可知，毛細管越細，拉動壓力P越大。
上述描述涉及毛細管的橫截面形狀是圓形的情況。但是，在應用本發(fā)明的軸承單元30中，遍及旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的潤滑油38，形為如圖9所示的圓環(huán)形。潤滑油38在此情況下作為液體的上升高度h1可以如下式(8)得到。
2π(R+r)γcosθ＝mg ...(8)其中m由下式(9)表示。
m＝π(R2-r2)hρ ...(9)從式(8)和(9)得到下式(10)。
h1＝(2γcosθ)/((R-r)ρg)...(10)假定(R-r)是在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的間隔c，將式(10)修改成式(11)。
h＝(2γcosθ)/(cρg)...(11)因此，在潤滑油38的橫截面的形狀是圓環(huán)形的情況下，拉動壓力由式(12)來表示。
P＝2γcosθ/c ...(12)現(xiàn)在，示出具體的計算例子。
假定在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的間隔c是0.02cm(0.2mm)，粘性流體的表面張力γ是30dyn/cm2，并且潤滑油38的接觸角θ是15°，那么由式(13)拉動壓力是2.86×10-3大氣壓。
P＝2×30×cos15°/0.05＝3.00dyn/cm2＝2.86×10-3(atm) ...(13)從式(12)，間隙47的間隔c越窄，拉動壓力P就越大。因此，在旋轉軸31上形成錐形部分48使得作為粘性流體的潤滑油38可以被拉到間隙47的間隔c的變窄方向中，即被拉到殼體37的內側方向中。
例如，如圖10所示，在形成于旋轉軸31上的錐形部分48的直徑彼此不同的部分t1和t2處拉動壓力P1和P2之間的關系由式(12)是P1＞P2，因為在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間在t1部分處的間隔c1，與在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間在t2部分處的間隔c2之間的關系是c1＜c2。因此，可以知道當在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的間隔c更窄時，將潤滑油38拉入殼體37內的拉動壓力P增大。
通過這樣形成錐形部分48，在位于旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47中的潤滑油38中產生壓力梯度，其中通過該錐形部分48，在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間形成的、并構成用于防止填充在殼體37中的潤滑油38泄漏到殼體37之外的密封部分的間隙47的間隔c，向著殼體37的里面變得越來越小。也就是說，對潤滑油38的壓力梯度向著殼體37的里面增加，此時間隙47的間隔c變得越來越小。通過在潤滑油38中產生壓力梯度，向著殼體37的里面拉入潤滑油38的壓力P總是對潤滑油38起作用。因此，即使在旋轉軸31旋轉的情況下，空氣也不會進入存在于間隙47中的潤滑油38。
在未形成上述錐形部分48的情況下，即在如圖11所示旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的間隔c在軸插孔45的高度方向上不變的情況下，在遍及旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的潤滑油38中不產生壓力梯度。因此，潤滑油38一致地存在于間隙47中。也就是說，通過使旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間的間隔c變窄，遍及間隙47并作為密封部分的潤滑油38在旋轉軸31旋轉時有時會在間隙47中移動而讓空氣E進入。如果空氣E如上所述地進入潤滑油38，空氣由于溫度變化、大氣壓變化等而膨脹，并且膨脹的空氣將潤滑油38從構成密封部分的間隙47飛散到殼體37之外。
相反，像應用本發(fā)明的軸承單元30一樣，通過形成錐形部分48，在遍及間隙47中的潤滑油38中產生使得壓力越向殼體37里面就越大的壓力梯度，其中在該錐形部分48處，在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間形成的間隙47的間隔c向著殼體37的里面變得越來越小。因此，可以防止在旋轉軸31旋轉時空氣E進入潤滑油38。
而且，形成如上所述的錐形部分48不僅可以防止在旋轉軸31對形成于殼體37中的軸插孔45偏心時，遍及旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間所形成的間隙47的潤滑油38飛散到殼體37之外，而且可以使?jié)櫥?8遍及旋轉軸31的整個周緣，并且可以防止在旋轉軸31的周緣中潤滑油38的耗盡以確保旋轉軸31的穩(wěn)定旋轉。
在未形成上述錐形部分48的情況下，當旋轉軸31相對于殼體37中設置的軸插孔45傾斜時，潤滑油38集中到旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間的間隔c的較窄部分，并且潤滑油38被切斷而在間隔c相對側的較寬部分處進入了空氣E，如圖12所示。當空氣E進入潤滑油38時，空氣E由于溫度變化、大氣壓變化等而膨脹，并且使?jié)櫥?8從構成密封部分的間隙47飛散到殼體37之外。
相反，像應用本發(fā)明的軸承單元30一樣通過在旋轉軸31上形成錐形部分48，即使當旋轉軸31相對于形成于殼體37中的軸插孔45傾斜時，在傾斜的旋轉軸31沿其旋轉的橢圓軌道上總存在相同間隔c的間隙47，如圖13所示，并且如圖14所示，在旋轉軸31的外周表面和軸插孔45的內周表面之間形成的間隙47在橢圓軌道上的間隔c在旋轉軸31的整個周緣上是不變的。因此，不會出現(xiàn)潤滑油38集中到間隔c的較窄側的現(xiàn)象，從而變得可以防止?jié)櫥?8從間隙47排出，并最終防止?jié)櫥?8從殼體37排出。
雖然在上述軸承單元30中在旋轉軸31側形成錐形部分48，但是如圖15所示，錐形部分48可以形成在殼體37側的軸插孔45的內周表面上。
描述用于制造如上構造并應用本發(fā)明的軸承單元30的過程。
為制造應用本發(fā)明的軸承單元30，空間形成構件35被安裝到徑向軸承33外的一端側，以暫時裝配空間形成構件35和徑向軸承33。在暫時裝配空間形成構件35和徑向軸承33的時候，將作為旋轉軸31的防止軸滑出裝置的墊圈46安裝到旋轉軸31，如圖16所示。接著，將空間形成構件35安裝到作為流體動壓軸承的徑向軸承33。
接著，將已暫時裝配好的徑向軸承33和空間形成構件35安裝到模具。如圖17所示，在其外周用上述合成樹脂中的任一種對暫時裝配好的徑向軸承33和空間形成構件35進行注塑成型以形成殼體37。此時，徑向軸承33和空間形成構件35在殼體37內成為一體，并由上部密封部分44和底部密封部分43夾住而被固定，上部密封部分44和底部密封部分43一體形成在圓筒形殼體主體42的上部位置和下部位置處，用于在進行對殼體37的注塑成型時固定徑向軸承33和空間形成構件35的安裝位置。
在此情況下，由于空間形成構件35的攔截，在殼體37注塑成型時合成樹脂就不會流入空間形成構件35和徑向軸承33之間的空間。
在殼體37由聚甲醛(POM)制成的情況下，在殼體37注塑成型時模具溫度為60到100℃，樹脂溫度為200℃。在成型時產生的熱通過徑向軸承33和空間形成構件35傳導到墊圈46，墊圈46的溫度變成約120℃。由此，因為墊圈46由這樣的材料制成，其具有比成型溫度加到墊圈46的溫度120℃更高的熱變形溫度，即聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亞胺(PI)等，所以墊圈46不會熱變形。
接著，如圖18所示，旋轉軸31被插入形成于上部密封部分44中的軸插孔45，以將旋轉軸31插入殼體37中。此時，在軸承支撐部分31a緊靠止推軸承34的情況下，旋轉軸31被插入徑向軸承33以插入殼體37。由止推軸承34和徑向軸承33支撐的旋轉軸31被可旋轉地支撐在殼體37中。當旋轉軸31被插入殼體37中時，設于空間形成構件35中的墊圈46被推到軸承支撐部分31a而沿止推方向彎曲，由此墊圈使得軸承支撐部分31a被插入。當軸承支撐部分31a已被插入墊圈46中并且用于防止軸滑出的槽部分31c已位于墊圈46之內時，旋轉軸31就被安裝到殼體37之內了。此時，消除墊圈46的彎曲，并且墊圈46變成其正常的形狀。墊圈46作為防滑出構件，用于防止旋轉軸31滑出殼體里面。而且，因為墊圈46在上述注塑成型時不熱變形，所以旋轉軸31在被插入時可以以合適的狀態(tài)被裝配。
當旋轉軸31已被插入殼體37中時，潤滑油38被填充到殼體37中。通過將其中插入了旋轉軸31的殼體37投入含有潤滑油的未示出的填充室，來進行潤滑油38的填充。接著，殼體被投入其中的填充室被真空裝置吸成真空。之后，通過將已被吸成真空的填充室取出到空氣中，殼體37就填充了潤滑油38。
此時，潤滑油38被填充，以使得當潤滑油38由于溫度變化而膨脹時潤滑油38不會從軸插孔45里面泄漏到殼體37之外，或者使得當潤滑油38由于溫度變化而收縮時不會出現(xiàn)填充到在旋轉軸31和軸插孔45之間所形成的間隙47中的潤滑油38的短缺。也就是說，潤滑油38由于溫度變化的油面高度的變化被設定在軸插孔45之內的范圍內。
通過使用真空裝置的吸真空來將潤滑油38填充到殼體37中，殼體37內的壓力處于低于殼體37之外的狀態(tài)。結果，可以容易地防止?jié)櫥?8從殼體37泄漏。
因為在應用本發(fā)明的軸承單元30中徑向軸承33由燒結金屬制成，所以潤滑油38被填充在徑向軸承33中，并且潤滑油38還被填充在由于旋轉軸31的旋轉而產生動壓的動壓產生槽39中。也就是說，潤滑油38被填充在殼體37的所有間隙中。
雖然上述軸承單元將殼體形成為由合成樹脂制成的成型體，但是軸承單元的材料并不限于合成樹脂。其中混有能夠用模具組件成型的金屬材料的合成樹脂或者其他成型材料可以被用來形成軸承單元。另外，有一種情況，即當殼體由除合成樹脂之外的材料制成時，填充在殼體中的潤滑油相對于軸插孔的內周表面的接觸角無法被充分維持。在潤滑油的接觸角可能無法維持較大的這樣一種情況下，可以通過在軸插孔的內周表面上，或者在包括軸插孔的內周表面在內的上部密封部分的外周表面上涂覆表面活性劑涂，來增大接觸角。
因為在如上所述構造的軸承單元30中，防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在殼體成型時加到該防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度，所以可以防止防滑出構件熱變形。因此，軸承單元30可以防止防滑出構件由于防滑出構件的熱變形而與旋轉軸接觸，并且可以得到好的旋轉性能。而且，軸承單元30可以防止這樣的缺陷的產生，即不可能在合適的狀態(tài)下將熱變形的防滑出構件和要在殼體成型之后插入的軸裝配起來。如上所述，當殼體通過注塑成型來一體形成時，軸承單元30可以通過注塑成型來維持好的潤滑性能而不會滲出潤滑油。而且，因為防止了防滑出構件由注塑成型所引起的熱變形，所以可以得到好的旋轉性。
權利要求
1.一種軸承單元，包括軸；徑向軸承，用于在所述軸的周旋方向上支撐所述軸；止推軸承，在所述軸的止推方向上支撐所述軸的一端；由合成樹脂的成型體制成的殼體，在所述殼體內設置有所述徑向軸承和所述止推軸承，所述殼體具有除軸插孔外都密封的構造，所述軸通過所述軸插孔而被插入；被設置在所述徑向軸承的設有所述止推軸承的端部這一側的防滑出構件，所述防滑出構件用于防止所述軸從所述徑向軸承中滑出；和填充在所述殼體中的粘性流體，其中所述防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在所述殼體成型時加到所述防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度。
2.如權利要求1所述的軸承單元，其中所述殼體由聚甲醛構成，并且所述防滑出構件由聚醚醚酮或聚酰亞胺構成。
3.一種裝有相對于定子可旋轉地支撐轉子的軸承單元的電機，其中所述軸承單元包括軸；徑向軸承，用于在所述軸的周旋方向上支撐所述軸；止推軸承，在所述軸的止推方向上支撐所述軸的一端；由合成樹脂的成型體制成的殼體，在所述殼體內設置有所述徑向軸承和所述止推軸承，所述殼體具有除軸插孔外都密封的構造，所述軸通過所述軸插孔而被插入；被設置在所述徑向軸承的設有所述止推軸承的端部這一側的防滑出構件，所述防滑出構件用于防止所述軸從所述徑向軸承中滑出；和填充在所述殼體中的粘性流體，其中所述防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在所述殼體成型時加到所述防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度。
4.一種裝有一個或多個電機的電子設備，所述電機具有相對于定子可旋轉地支撐轉子的軸承單元，其中所述軸承單元包括軸；徑向軸承，用于在所述軸的周旋方向上支撐所述軸；止推軸承，在所述軸的止推方向上支撐所述軸的一端；由合成樹脂的成型體制成的殼體，在所述殼體內設置有所述徑向軸承和所述止推軸承，所述殼體具有除軸插孔外都密封的構造，所述軸通過所述軸插孔而被插入；被設置在所述徑向軸承的設有所述止推軸承的端部這一側的防滑出構件，所述防滑出構件用于防止所述軸從所述徑向軸承中滑出；和填充在所述殼體中的粘性流體，其中所述防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在所述殼體成型時加到所述防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種軸承單元、以及裝有該軸承單元的電機和電子設備。該軸承單元包括軸；徑向軸承，用于在所述軸的周旋方向上支撐所述軸；止推軸承，在所述軸的止推方向上支撐所述軸的一端；由合成樹脂的成型體制成的殼體，在所述殼體內設置有所述徑向軸承和所述止推軸承，所述殼體具有除軸插孔外都密封的構造，所述軸通過所述軸插孔而被插入；被設置在所述徑向軸承的設有所述止推軸承的端部這一側的防滑出構件，所述防滑出構件用于防止所述軸從所述徑向軸承中滑出；和填充在所述殼體中的粘性流體。所述防滑出構件由這樣的材料制成，所述材料具有比在所述殼體成型時加到所述防滑出構件上的溫度更高的熱變形溫度。
文檔編號F16D31/00GK1616839SQ200410090790
公開日2005年5月18日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權日2003年11月14日
發(fā)明者矢澤健一郎, 金子猛, 高田清幸, 柿沼義昭, 佐藤弘史, 宍戶祐司 申請人:索尼株式會社