專利名稱：動壓軸承裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動壓軸承裝置(fluid dynamic bearing device)，該動壓軸承裝置利用軸承間隙中存在的流體(潤滑流體)的動壓效應(yīng)來相對地支撐軸構(gòu)件。這種軸承裝置具有高速旋轉(zhuǎn)、高旋轉(zhuǎn)精度和較低的噪聲等特征，并適合用作信息設(shè)備的小型電機用軸承設(shè)備，例如，HDD等磁盤設(shè)備，CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM等光盤設(shè)備，MD、MO等磁-光盤設(shè)備用主軸電機，激光打印機(LBP)的多面棱鏡掃描電機，投影儀的環(huán)輪電機(collar wheel motor)，軸流風機(axial fan)等電器機械和設(shè)備。
背景技術(shù)：
這種類型的動壓軸承可大概分成兩組壓力軸承，該壓力軸承包括在軸承間隙的潤滑流體中產(chǎn)生動壓的動壓產(chǎn)生部；和圓筒軸承(具有完全圓形軸承剖面的軸承)，該圓筒軸承(cylindrical bearing)不具有動壓產(chǎn)生部。
例如，在集成到HDD等磁盤設(shè)備用主軸電機中的動壓軸承裝置中，有時動壓軸承同時構(gòu)成有在徑向上支撐軸構(gòu)件的徑向軸承部分和在推力方向支撐軸構(gòu)件的推力軸承部分。使用于這種類型的動壓軸承裝置的公知實例是如下的軸承裝置，在該公知的軸承裝置中，軸承構(gòu)件由燒結(jié)金屬制成并且軸承構(gòu)件的內(nèi)部浸有潤滑油，使得軸承構(gòu)件能夠被用作浸油燒結(jié)軸承(例如，參見，JP2001-65577)。

發(fā)明內(nèi)容
隨著信息設(shè)備的性能的顯著改善，對于動壓軸承裝置的高速旋轉(zhuǎn)性能的需求日漸增加。今天，浸油燒結(jié)軸承廣泛使用，由于在軸承裝置運轉(zhuǎn)期間潤滑油流經(jīng)孔的內(nèi)部， 因此能夠獲得好的旋轉(zhuǎn)性能。然而，在JP2001-65577所公開的動壓軸承裝置中，燒結(jié)金屬制軸承構(gòu)件的外圓周表面暴露于空氣。因此，當軸承裝置運轉(zhuǎn)時，不能避免潤滑油從軸承構(gòu)件的外圓周表面泄漏出去。這種泄漏造成在裝配電機時降低了到支架的附著力，而且還會污染周圍環(huán)境。此外，油泄漏會降低旋轉(zhuǎn)性能，并會使軸承裝置中的潤滑油量降低。
因此，基于防止?jié)櫥托孤┑哪康模幸环N公知的軸承裝置，在該公知的軸承裝置中，軸承構(gòu)件被容納在與軸承構(gòu)件分離的殼體內(nèi)。然而，提供與軸承構(gòu)件分離的殼體不可避免地要增加部件數(shù)量，部件數(shù)量增加又導(dǎo)致成本增加，裝配人工增加，因此難以滿足近年來對降低動壓軸承裝置成本的需求。
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠防止?jié)櫥托孤┮鸬纳鲜龈鞣N問題、并具有成本低、旋轉(zhuǎn)性能良好的動壓軸承裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種動壓軸承裝置，包括軸構(gòu)件、軸承構(gòu)件和徑向軸承間隙，所述軸承構(gòu)件由燒結(jié)金屬制成并在其內(nèi)周處插入設(shè)置有軸構(gòu)件，所述徑向軸承間隙形成在軸構(gòu)件的外圓周面和與之相對的軸承構(gòu)件的內(nèi)圓周面之間并注入有潤滑流體，其中，通過硬化供應(yīng)在軸承構(gòu)件的外圓周面上的微量墨的集合體，形成用于密封表面孔隙的孔隙密封部分。
根據(jù)上述構(gòu)造，燒結(jié)金屬表面上的孔隙被密封。因此，可防止注入在軸承裝置內(nèi)的潤滑流體的泄漏。這可防止周圍環(huán)境污染、于支架的粘接性降低和旋轉(zhuǎn)性能降低等問題。此時，無需在軸承構(gòu)件的外圓周面上設(shè)置容納軸承構(gòu)件的構(gòu)件(例如，殼體)。所以，在不增加部件數(shù)量和裝配人工的同時，能夠提供低成本的動壓軸承裝置。
在形成孔隙密封部分中，可形成微量墨的集合體，例如，銅鼓所謂噴墨方法，在該方法中，以與軸承構(gòu)件的外圓周面不接觸的狀態(tài)墨從噴嘴供應(yīng)。以與軸承構(gòu)件不接觸的狀態(tài)供應(yīng)墨的方法不僅包括上述噴墨方法，而且也包括無噴嘴型噴墨方法，在無噴嘴型噴墨方法中，墨滴不是從噴嘴派出，而是從墨流體表面(無噴嘴噴墨方法)，還包括用電泳引導(dǎo)墨的方法，墨不是以微滴的形式排出而是用微管連續(xù)地排出的方法，通過減小到固定表面的距離來排墨并同時擊打固定表面的方法。
能夠精確控制上述供墨方法的供墨量。因此，通過預(yù)先程序設(shè)定和根據(jù)程序控制供墨部(例如，噴嘴)位置和墨的供應(yīng)和中止，孔隙密封部分能夠以期望的方式精確地形成。所以，能夠低成本地形成孔隙密封部分，而無需在不需要供墨的部分進行掩蓋等過程。此外，由于可精確控制墨的輸出速率，孔隙密封部分可被形成為具有期望厚度，防止了過量墨的使用。
硬化墨的方法不是最重要的，可加熱硬化，例如，通過電子束、光束等照射硬化。鑒于成本和工作環(huán)境的原因，優(yōu)選光硬化墨，該墨可用光束照射硬化?？墒褂霉庥不梢允强梢姽庥不?，和紫外線硬化型、紅外硬化型等。但優(yōu)選紫外線型硬化墨，因為其硬化成本低，周期短。
如上所述，由于燒結(jié)金屬是多孔體，當燒結(jié)金屬制軸承構(gòu)件提供有墨時，期望的孔隙密封部分可不形成，墨會通過孔滲透到軸承構(gòu)件中。所以，期望在預(yù)處理之后形成孔隙密封部分，以便墨不會滲透到軸承中。作為預(yù)處理，可選擇注入過程等，但是優(yōu)選耦合劑涂層，其可無需特殊設(shè)備低成本處理(耦合處理過程)。耦合劑是所謂的表面改性劑(modifier)，會惡化可濕性，換言之，增加墨的表面張力。所以，可防止提供的墨滲透到軸承中。
所述孔隙密封部分上的涂層和耦合劑可以任何方式形成，只要形成在除具有與軸承構(gòu)件的外圓周面配合的其他元件的配合部分以外部分?！捌渌钡氖纠芊廨S承構(gòu)件的一端處的開口的蓋子構(gòu)件和密封軸承構(gòu)件的另一端處的開口的密封構(gòu)件。由于蓋子構(gòu)件和密封構(gòu)件通常是非多孔體形成的。用作配合部分的軸承構(gòu)件的外圓周面上的孔隙被這些元件所密封。如果在成本合裝配其他元件的工時方面無問題，可在具有其他元件的配合部分形成孔隙密封部分和涂層。
根據(jù)本發(fā)明的動壓軸承裝置，第一軸承部分包括在徑向軸承間隙中產(chǎn)生動壓作用的動壓產(chǎn)生部，第二軸承部分具有徑向軸承間隙，第二軸承部分的徑向軸承間隙的寬度小于第一軸承部分的徑向軸承間隙的寬度。根據(jù)這種構(gòu)造，例如，當軸承裝置啟動和停止時，在軸承間隙大于第一軸承部分的第二軸承部分中優(yōu)先出現(xiàn)軸構(gòu)件與相對元件(橫過徑向軸承間隙、與軸構(gòu)件相對的元件)接觸。因此，第一軸承部分的動壓產(chǎn)生部不與相對元件接觸，因此避免動壓產(chǎn)生部的磨損，使得能夠穩(wěn)定地和長時間地維持動壓產(chǎn)生部的功能。此時，圓筒軸承(cylindrical bearing)構(gòu)成了第二軸承部分。
本發(fā)明中使用的徑向軸承間隙的寬度是橫過徑向軸承間隙、彼此相對的兩個面之間的距離。例如，在第一軸承部分，當動壓產(chǎn)生部形成在軸部的外圓周面上時，動壓產(chǎn)生部的表面和相對元件的內(nèi)圓周面之間的最小距離是“徑向軸承間隙的寬度”。
例如，第二軸承部分的徑向軸承間隙可形成在密封軸承構(gòu)件另一端處開口的密封構(gòu)件的內(nèi)圓周面和軸構(gòu)件的外圓周面之間。在第二軸承部分中，如上所述，優(yōu)先發(fā)生與軸構(gòu)件的外圓周面的滑動接觸。因此，期望密封構(gòu)件由具有高耐磨的金屬材料形成。此時，如果形成軸構(gòu)件的金屬材料與形成密封構(gòu)件的金屬材料相同，在滑動接觸期間容易發(fā)生燃燒。所以，如果兩者都由金屬材料形成，那么期望它們由不同的金屬材料形成。
動壓產(chǎn)生部可以任意形式形成，只要能通過徑向軸承間隙中的流體動壓效應(yīng)產(chǎn)生壓力即可。這些形式的實例包括具有多個槽(可是人字形或螺旋形)和上升的分界部分(它位于槽之間并劃分出這些槽)的形式；具有多個弧形面的形式，該弧形面使軸承間隙在一個或兩個圓周方向上收縮層楔形；以及其它形式。
構(gòu)成第一軸承部分的動壓產(chǎn)生部可形成在軸構(gòu)件的外圓周面上或形成在橫過徑向軸承間隙、相對的軸承構(gòu)件的內(nèi)圓周面上。例如，形成動壓產(chǎn)生部的廣泛公知的方法有輥壓過程和切削過程。然而，精確形成幾微米精度等級的動壓產(chǎn)生部是很困難的，而且在公知的方法過程中，還不可避免地會產(chǎn)生切削粉。如果軸承裝置投入使用而切削粉還留在其中，作為污染物的切削粉會降低軸承的性能。所以，有必要設(shè)置額外的清洗步驟等，以便仔細地清楚這些切削粉，這又導(dǎo)致成本增加。
相反，在本發(fā)明中，通過硬化微量墨的集合體形成動壓產(chǎn)生部。因此，克服了上述問題，并且能夠高精度地形成動壓產(chǎn)生部。此時，由于軸構(gòu)件的外圓周面和軸承構(gòu)件的內(nèi)圓周面的表面構(gòu)造可以平滑表面的形式形成，因此能夠容易地執(zhí)行軸構(gòu)件和軸承構(gòu)件的成型，實現(xiàn)了簡單的成型。此外，由于可用形成上述孔隙密封部分的相同印刷設(shè)備來形成這種動壓產(chǎn)生部，因此降低了設(shè)備投資。
具有上述構(gòu)造的動壓軸承裝置能夠以低成本制造，并具有高旋轉(zhuǎn)精度和耐用性，因此可適用于具有轉(zhuǎn)子磁鐵和定子線圈的電機，例如，HDD用主軸電機等。
從上面的說明可清楚地看出，潤滑油泄漏引起的各種問題被防止了，并且通過使用本發(fā)明的構(gòu)造，能夠以低成本制造具有高旋轉(zhuǎn)性能的動壓軸承裝置。


圖1是顯示集成動壓軸承裝置的電機示例的示意圖；圖2是顯示動壓軸承裝置的示例的剖視圖；圖3是顯示用于形成孔隙密封部分的噴墨方法的印刷設(shè)備的示例的示意圖；圖4是顯示用于形成動壓產(chǎn)生部的噴墨方法的印刷設(shè)備的示例的示意圖；圖5是顯示用于形成動壓產(chǎn)生部的噴墨方法的另一種形式的印刷設(shè)備的示例的示意圖；圖6是顯示另一種形式的動壓產(chǎn)生部的剖視圖；圖7是顯示另一種形式的動壓產(chǎn)生部的剖視圖；圖8是顯示另一種形式的動壓產(chǎn)生部的剖視圖。
附圖符號說明1動壓軸承裝置2軸構(gòu)件2a’ 材料8軸承構(gòu)件8’ 材料8b2 第一外圓周面8a2 第二外圓周面14 第一軸承部分15 第二軸承部分17 孔隙密封部分
18 涂層20 噴頭21 硬化構(gòu)件22 墨A 徑向軸承面B，C推力軸承面Aa 分界部分Ab 動壓槽P 配合部分Q 配合部分R1，R2 徑向軸承部分T1，T2 推力軸承部分S 密封空間具體實施方式
下面將參考附圖來說明本發(fā)明的實施例。
圖1概要地顯示了信息設(shè)備用主軸電機的構(gòu)造示例。信息設(shè)備用主軸電機用于HDD等磁盤驅(qū)動單元，并包括動壓軸承裝置1、安裝在動壓軸承裝置1的軸構(gòu)件2上的磁盤轂3、橫過間隙在徑向上彼此相對的定子線圈4和轉(zhuǎn)子磁鐵5、和支架6。定子線圈4安裝在支架6的外圓周上，轉(zhuǎn)子磁鐵5安裝在磁盤轂3的內(nèi)圓周上。磁盤轂3在其外圓周上保持一個和多個磁盤等盤片D。動壓軸承裝置1安裝在支架6的內(nèi)圓周的內(nèi)部。當啟動定子線圈4時，在定子線圈4和轉(zhuǎn)磁鐵5之間產(chǎn)生的電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子磁鐵5被轉(zhuǎn)動，磁盤轂3和軸構(gòu)件2也相應(yīng)旋轉(zhuǎn)。
圖2顯示上述主軸電機用動壓軸承裝置的示例。動壓軸承裝置1包括作為主體元件的位于旋轉(zhuǎn)中心的軸構(gòu)件2，該軸構(gòu)件2具有軸部2a；軸承構(gòu)件8，該軸承構(gòu)件具有套狀部分，軸部2a可插入到該套狀部分的內(nèi)圓周；蓋子構(gòu)件7，該蓋子構(gòu)件密封動壓軸承裝置一端處的開口；和密封構(gòu)件9，該密封構(gòu)件密封與蓋子構(gòu)件7相對一端的開口。在一下說明中，為了便于說明，密封構(gòu)件9所密封的一側(cè)被稱作上側(cè)，軸向相對側(cè)則被稱為下側(cè)。
例如，軸承構(gòu)件8由燒結(jié)金屬形成，通過壓縮包含以銅為主要成分的金屬粉并燒結(jié)該壓縮塊而獲得。軸承構(gòu)件8整體地包括圓筒套構(gòu)件8a和凸起8b，軸部2a可插入圓筒套構(gòu)件8a的內(nèi)圓周，凸起8b從套構(gòu)件8a朝外直徑側(cè)凸出并同樣具有圓筒狀。軸承構(gòu)件8(套構(gòu)件8a)的內(nèi)圓周面8a1形成為完美的圓形圓筒表面，沒有任何凸出和凹陷。凸起8b的外圓周表面構(gòu)成第一外圓周面8b2，第一外圓周面8b2是動壓軸承裝置1暴露于空氣的表面。套構(gòu)件8a的外圓周面通過軸向區(qū)域被分成下部第二外圓周面8a2和上部第三外圓周面8a3，凸起8b形成在前述軸向區(qū)域中。第二外圓周面8a2和第三外圓周面8a3形成為其直徑小于第一外圓周面8b2的直徑。此外，在本實施例中，第二外圓周面8a2用作具有蓋子構(gòu)件8的配合部分P，第三外圓周面8a3用作具有密封構(gòu)件9的配合部分Q。
此外，盡管未圖示，在用作推力軸承部分T1的推力軸承面B的下端面8a4的環(huán)形區(qū)域的部分中布置有多個動壓槽，例如螺旋形形成的動壓槽，在形成軸承構(gòu)件8的同時模制形成該動壓槽。
在軸承構(gòu)件8的第一外圓周面8b2上形成有孔隙密封部分17，該孔隙密封部分17通過硬化微量墨(樹脂化合物)的集合體而獲得，通過形成孔隙密封部分17，從而密封了軸承構(gòu)件8的第一外圓周面8b2上的孔隙。孔隙密封部分17通過這樣的步驟形成，該步驟包括在構(gòu)成軸承構(gòu)件8的材料8’的第一外圓周面8b2上形成偶合劑(coupling agent)涂層18的第一步驟，向第一步驟中形成的涂層18的表面供應(yīng)墨的第二步驟，和硬化所供應(yīng)的墨的電三步驟。
在第一步驟中，如圖2的下部右側(cè)的局部放大圖所示，偶合劑涂層18形成在構(gòu)成軸承構(gòu)件8的材料8’的第一外圓周面上(結(jié)合過程)。涂層18僅形成在材料8’的在隨后的第二步驟中至少要被供應(yīng)墨的外圓周面上，特別地，除了與外圓周面的其他元件配合的配合部分P、Q以外，涂層18僅形成在第一外圓周面8b2上。但是，涂層18不僅可形成在第一外圓周面8b2上，而且也可形成其他外圓周面8a2、8a3上，甚至形成在端面上。
用異丙醇、丙酮等溶劑將耦合劑稀釋成0.5wt％的稀釋耦合劑，并通過公知方法，噴灑和干燥該稀釋的耦合劑而形成耦合劑(coupling agent)涂層18。在形成涂層18的部分，濕度降低，換言之，表面張力增加。因此，能夠防止當在第二步驟供應(yīng)墨時墨滲透到軸承構(gòu)件中。
作為形成涂層18的耦合劑，可使用鈦酸鹽基、硅烷基、鋁基和鋯酸鹽基耦合劑?？紤]到工業(yè)穩(wěn)定性和墨的兼容性等，優(yōu)選鈦酸鹽基耦合劑。可使用的鈦酸鹽基耦合劑包括KR41B和KR9SA(兩者都由Ajinomoto-Fine-Techno有限公司制造)等一烷氧(monoalkoxy)基類型，KR138S和KR238S(兩者都由Ajinomoto-Fine-Techno有限公司制造)等螯化物型，一烷氧焦磷酸鹽型，配位型(coordination type)和等同型(coordinate type)。
在上述第一步驟的形成涂層18之后，通過在涂層18表面供應(yīng)墨的第二步驟和硬化墨的第三步驟來形成孔隙密封部分17。作為供應(yīng)墨的第二步驟的示例，本實施例采用流體墨以微滴狀態(tài)從噴嘴噴出的噴墨方法，并擊打涂層18的要被固定墨的表面，使得孔隙密封部分17被印刷并被硬化。
圖3顯示了噴墨印刷設(shè)備的概要，該噴墨印刷設(shè)備執(zhí)行孔隙密封部分17的印刷和硬化。該印刷設(shè)備包括一個和多個噴頭20，噴頭與構(gòu)成軸承構(gòu)件8的材料8’的外圓周面(特別是第一外圓周面8b2)相對，軸承構(gòu)件8被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；和硬化構(gòu)件21，硬化構(gòu)件21和噴頭20在圓周方向上設(shè)置在不同的位置。排出微滴墨22的多個噴嘴24沿軸向設(shè)置在噴頭20上。硬化構(gòu)件21是發(fā)射光來硬化墨22的光源，例如，紫外線燈。
例如，墨22包括光硬化樹脂，優(yōu)選紫外線硬化樹脂作為基礎(chǔ)樹脂，如果必要，并添加光聚合引發(fā)劑，如果還有必要，添加有機溶劑。
基礎(chǔ)樹脂的示例包括可自由基聚合單體，可自由基聚合低聚物，可陽離子聚合單體，還包括酰亞胺和硫醇-烯化合物如環(huán)狀多烯化合物和聚硫醇化合物。其中，優(yōu)選使用可自由基聚合單體，可自由基聚合低聚物和可陽離子聚合單體。此外，作為添加到這些基礎(chǔ)樹脂的光聚合引發(fā)劑，優(yōu)選可自由基光聚合引發(fā)劑，可陽離子聚合引發(fā)劑等。這些光聚合引發(fā)劑不僅可單獨使用，也可兩種以上組合使用。
通過將不銹鋼制固定件25插入軸向通孔并通過制成構(gòu)件23將固定件25固定在其兩端，材料8’被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。此時，固定件25的外圓周面和材料8’的內(nèi)圓周面被設(shè)定成以這樣程度的配合，即以材料8’能與固定件25同步旋轉(zhuǎn)的程度。否則，這些表面就配合得更松，以便直接旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動軸承構(gòu)件8。一個和多個材料8’在串聯(lián)連接的狀態(tài)下被支撐。為了有效執(zhí)行印刷，作為示例，期望多個材料8’在串聯(lián)連接的狀態(tài)下被支撐。當多個材料8’串聯(lián)連接時，通過使用固定件25連接材料8’而保證了每個材料8’之間的同軸性，因此能夠防止供墨22精度的變化，在每個材料8’上形成高精度的孔隙密封部分17。
在如上所述的構(gòu)造中，在固定件25(材料8’)旋轉(zhuǎn)時，通過從噴頭20的噴嘴24噴墨來執(zhí)行印刷。因此，微滴墨22落在涂層18的表面上，通過這些微滴墨的集合體而形成具有預(yù)定厚度的孔隙密封部分17。這里的“預(yù)定厚度”不限于某具體厚度，只要能夠防止?jié)櫥托孤┘纯伞＠?，其厚度可為幾微米到幾十微米的范圍，并可通過本印刷方法形成。材料8’的旋轉(zhuǎn)使孔隙密封部分17到達與硬化構(gòu)件21(硬化墨的第三步驟)相對區(qū)域，隨后墨22將經(jīng)紫外線照射，發(fā)生聚合反應(yīng)而被硬化。當材料8’旋轉(zhuǎn)一次即可完成這些印刷和硬化，也可旋轉(zhuǎn)兩次到幾十次逐漸進行這些印刷和硬化。此時，在印刷孔隙密封部分17期間噴頭20可設(shè)置在固定位置，和在印刷期間可沿軸向滑動。
在上述噴墨法的印刷方法中，由于供應(yīng)墨22的第二步驟(印刷)和硬化所供應(yīng)的墨22的第三步驟無時間延遲地連續(xù)執(zhí)行，所以能更有效地形成孔隙密封部分17。此外，在噴墨法的印刷方法中，通過預(yù)先的程序設(shè)定可精確控制印刷范圍和印刷形式。因此，無需在不需要印刷的部分上進行掩蓋。進一步地，能夠防止過量使用墨，因此可降低成本。
軸構(gòu)件2由軸部2a和凸緣部2b構(gòu)成，軸部2a由不銹鋼等金屬材料形成，凸緣部2b也由不銹鋼等金屬材料形成，并整體地或獨立地設(shè)置在軸部2a的一端。在軸部2a的外圓周面2a1上具有作為動壓產(chǎn)生部的區(qū)域，例如，包括動壓槽Ab和分界部分Aa的區(qū)域(徑向軸承面A)，動壓槽Ab以人字形布置，分界部分Aa分界并形成動壓槽Ab，徑向軸承面A在軸向上形成兩個分離的區(qū)域。在上部徑向軸承面A上，動壓槽Ab相對于軸心m非對稱地形成，軸心m的上部區(qū)域的鐘祥尺寸X1大于上述軸心m的下方區(qū)域的軸向尺寸X2。因此，當軸構(gòu)件2轉(zhuǎn)動時，上部徑向軸承面A的潤滑油的拖動力(泵驅(qū)動力)大于下部對稱的徑向軸承面A的潤滑油的拖動力。在本實施例中，兩個軸部2a和凸緣2b都由金屬材料形成，但是，也可軸部2a由金屬材料形成而凸緣2b由樹脂形成。
在這個實施例中，通過從噴嘴將微滴流體墨噴到構(gòu)成軸部2a的材料2a’的表面上，并使落在構(gòu)成軸部2a的材料2a’的表面上的墨被硬化，使得動壓槽圖案被印刷和硬化，從而形成用作徑向軸承面A的區(qū)域(動壓槽圖案)，該區(qū)域作為上述孔隙密封部分17?？墒褂门c上述形成孔隙密封部分相同的噴墨印刷設(shè)備17來執(zhí)行動壓槽圖案的印刷。圖4示例了該設(shè)備。
在構(gòu)成軸部2a的材料2a’在兩端處被支撐構(gòu)件23支撐并旋轉(zhuǎn)時，利用從噴頭20的噴嘴24噴出墨來執(zhí)行動壓槽圖案的印刷，如圖4所示。因此，墨的微滴擊打材料2a’的外圓周面2a1的預(yù)定位置。通過聚集大量的微滴，在材料2a’的外圓周面2a1上形成作為動壓產(chǎn)生部的動壓槽圖案(用作徑向軸承面A的區(qū)域)，該動壓槽圖案具有多個例如以人字形布置的動壓槽Ab和上升的分界部分Aa，該分界部分Aa分界并形成動壓槽Ab。
此外，如圖5所示，也可通過串聯(lián)連接多個材料2a’和在軸向上滑動一個或多個噴頭20，在多個材料2a’同時旋轉(zhuǎn)時同時執(zhí)行多個材料2a’的動壓槽圖案的印刷。在這種情況下，通過將軸的一端的凸起2a2插入另一端設(shè)置的凹陷，從而確保各個材料2a’之間的同軸性。
通過經(jīng)歷噴墨法印刷和硬化，一種方式形成的動壓槽圖案可用作徑向軸承面A，而無需經(jīng)歷切削后的清洗等后續(xù)步驟。
軸承構(gòu)件8的下部開口由金屬或樹脂材料制蓋子構(gòu)件7密封。蓋子構(gòu)件7呈底部圓筒形，并包括底部7b和圓筒側(cè)部7a，該圓筒側(cè)部7a從底部7b的外直徑側(cè)的上部沿軸向向上凸起。通過壓配、壓配粘接等，側(cè)部7a的內(nèi)圓周面7a2適配地固定在用作配合部分P的軸承構(gòu)件8的第二外圓周面8a2上。此外，例如，通過壓制處理過程(未顯示)，在底部7b的上端面7b1的圓環(huán)區(qū)域的部分上形成第二推力軸承面C，該第二推力軸承面C具有多個以螺旋形布置的動壓槽。
當具有如上所述結(jié)構(gòu)的蓋子構(gòu)件7被固定在軸承構(gòu)件8上時，推力軸承間隙的寬度可容易地設(shè)定成恒定值。即，如果軸承構(gòu)件8的第二外圓周面8b2的軸向尺寸L1與推力軸承間隙和凸緣2b的軸向尺寸L2的總和被設(shè)定成與蓋子構(gòu)件7的側(cè)部7a的軸向尺寸L相同(L＝L1+L2)，在固定蓋子構(gòu)件7時，可容易地將推力軸承間隙的寬度設(shè)定成均勻一致的數(shù)值。
密封開口的密封構(gòu)件9形成在軸承構(gòu)件8的上端開口上。密封構(gòu)件9包括磁盤部分9a和圓筒側(cè)部9b，磁盤部分9a呈磁盤形并具有比軸承構(gòu)件8的內(nèi)圓周面8a1更朝內(nèi)側(cè)直徑側(cè)凸出的部分，筒側(cè)側(cè)部9b從磁盤部分9a的外直徑側(cè)沿軸向朝下地凸出。形成密封構(gòu)件9的金屬材料可為不銹鋼、黃銅、鋁和其他可用的金屬材料。然而，當使用相同的材料時，由于與軸構(gòu)件2滑動接觸，可能會出現(xiàn)燃燒風險。因此，期望形成密封構(gòu)件9的材料不同于軸構(gòu)件2的材料。
密封構(gòu)件9的磁盤部分9a的內(nèi)圓周面包括第一內(nèi)圓周面9a1和錐形的第二內(nèi)圓周面9a2，第一內(nèi)圓周面9a1形成為完美的圓形圓筒面，沒有任何凸出和凹陷。錐形的第二內(nèi)圓周面9a2的直徑從第一內(nèi)圓周面9a1的上端沿軸向向上地逐漸變大。第二內(nèi)圓周面9a2橫過具有預(yù)定容量的密封空間S與軸部2a的外圓周面2a1相對。通過壓配、壓配粘接等，側(cè)部9b的內(nèi)圓周面9b1固定在軸承構(gòu)件8的用作配合部分Q的第三外圓周面8a3上，側(cè)部9b的下端面9b2與軸承構(gòu)件8的凸起8b的上端面8b1接觸。此外，磁盤部分9a的下端面9a3的徑向區(qū)域部分與軸承構(gòu)件8的套子構(gòu)件8a的上端面8a5接觸。在動壓軸承裝置1裝配后，由密封構(gòu)架9所密封的動壓軸承裝置1的內(nèi)部空間注入有作為潤滑流體的潤滑油。在這種狀態(tài)下，潤滑油的油面保持在密封空間S的范圍內(nèi)。
當以上述方式將密封構(gòu)件9固定在軸承構(gòu)件8上時，在密封構(gòu)件9的磁盤部分9a的第一內(nèi)圓周面9a1與軸承構(gòu)件8的內(nèi)圓周面8a1之間形成徑向臺階部分16。為了便于理解，臺階部分16在圖中放大表示，但臺階部分16的尺寸只有2微米到20微米。此外，蓋子構(gòu)件7的外圓周面、密封構(gòu)件9的外圓周面和形成在軸構(gòu)件8上的孔隙密封部分17的外圓周面以在同一直線上的方式形成。
在具有如上所述結(jié)構(gòu)的動壓軸承裝置1中，當軸構(gòu)件2旋轉(zhuǎn)時，形成在軸部2a的外圓周面2a1上的兩個徑向軸承面A橫過徑向軸承間隙、分別與軸承構(gòu)件8的內(nèi)圓周面8a1相對。軸構(gòu)件2的旋轉(zhuǎn)在每個徑向軸承間隙中注入的潤滑油中產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)，通過壓力軸構(gòu)件2以非接觸的方式在徑向上被自由轉(zhuǎn)動地支撐。因此，形成以非接觸的方式在徑向上旋轉(zhuǎn)支撐軸構(gòu)件2的徑向軸承部分R1、R2。這些徑向軸承部分R1、R2構(gòu)成第一軸承部分14，該第一軸承部分14包括軸向上彼此分離的兩個動壓軸承。
同時，在密封構(gòu)件9的第一內(nèi)圓周面9a1和與之相對的軸部2a的外圓周面2a1之間的間隙內(nèi)形成潤滑油膜，通過該潤滑油膜，軸構(gòu)件2以非接觸的方式在徑向上被旋轉(zhuǎn)支撐。因此，形成了構(gòu)成圓筒軸承(cylindricalbearing)的第二軸承部分15。由于無論密封構(gòu)件9的第一內(nèi)圓周面9a1與軸部2a的外圓周面2a1的相對區(qū)域如何，軸部2a的外圓周面2a1具有恒定的直徑，因此，第二軸承部分15的徑向軸承間隙W2的寬度小于第一軸承部分14的徑向軸承間隙W1的寬度(上升的分界部分的外圓周面Aa和大直徑內(nèi)圓周面8a1之間的距離)(W2＜W1)，這是由于上述臺階部分16存在的緣故。
此外，形成在軸承構(gòu)件8的套子構(gòu)件8a的下端面8a4上的推力軸承面B橫過推力軸承間隙、與凸緣部2b的上端面2b1相對；形成在蓋子構(gòu)件7的底部7b的上端面7b1上推力軸承面C橫過推力軸承間隙、與凸緣部2b的上端面2b2相對。軸構(gòu)件2的旋轉(zhuǎn)在注入在每個推力軸承間隙中的潤滑油中產(chǎn)生動壓效應(yīng)，因此軸構(gòu)件2在壓力的作用下以非接觸的方式在推力方向上被自由旋轉(zhuǎn)地支撐。因此，形成了以非接觸方式在推力方向上自由旋轉(zhuǎn)地支撐軸構(gòu)件2的推力軸承部分T1、T2。
在本發(fā)明中，通過硬化燒結(jié)金屬制軸承構(gòu)件8的第一外圓周面2b2上的微量墨的集合體來形成孔隙密封部分17，即，除了用作具有蓋子構(gòu)件7和密封構(gòu)件9的外圓周面8a2、8a3以外的外圓周面，因此軸承構(gòu)件8的表面孔隙被密封。這防止了潤滑油從軸承裝置流出。所以，這不僅防止了當軸承裝置集成到電機時粘接劑的額外，而且也防止了電機元件的污染。此外，也能防止由于軸承裝置內(nèi)的潤滑油量減少引起的軸構(gòu)件2和軸承構(gòu)件8的燃燒，所以可實現(xiàn)預(yù)期的旋轉(zhuǎn)精度。進一步地，現(xiàn)有技術(shù)中的用于包含軸承構(gòu)件8的元件(例如，殼體)可被省略，這減少了部件數(shù)量，節(jié)省了裝配人工，因此降低了動壓軸承裝置1的成本。
此外，在本發(fā)明中，構(gòu)成圓筒軸承(cylindrical bearing)的第二軸承部分15的徑向軸承間隙W2的寬度小于構(gòu)成上述動壓軸承的第一軸承部分14的徑向軸承間隙W1的寬度。因此，在軸承裝置運轉(zhuǎn)期間，當軸承裝置開始或停止時，或當軸構(gòu)件2停止(runout)時，與軸構(gòu)件2的滑動接觸優(yōu)先出現(xiàn)在具有小軸承間隙寬度的第二軸承部分15，因此避免了第一軸承部分14的元件之間的滑動接觸。因此，避免了形成在第一軸承部分14的徑向軸承面A上的樹脂制分界部分Aa的磨損，所以防止徑向軸承面A上的動壓效應(yīng)的降低，能夠長時間保持期望的軸承性能。此外，密封構(gòu)件9和第二軸承部分15內(nèi)的軸構(gòu)件2的滑動是金屬接觸，因此，防止接觸面的早期磨損。
此外，如果程序和其他部分地改變時，可仍用同樣的設(shè)備進行孔隙密封部分17和徑向軸承面A(動壓槽圖案)的形成。因此，投資成本很低，降低了動壓軸承裝置1的生產(chǎn)成本。
基于上述功能，本發(fā)明低成本地提供了能夠防止油泄漏的動壓軸承裝置1，該動壓軸承裝置1與電機之間具有良好的裝配性，具有優(yōu)異的清潔性。而且，該動壓軸承裝置1具有高旋轉(zhuǎn)精度和耐用性。
在上述說明中，在徑向軸承面A設(shè)置在軸部2a的軸向的兩個位置的情況下，上部的徑向軸承面A上的動壓槽Ab相對軸心m軸向非對稱地形成。然而，當使用具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的動壓軸承裝置1時，例如，在風扇電機、激光打印機用多面棱鏡掃描電機，槽可軸向?qū)ΨQ地布置，如同下部設(shè)置的在軸向上對稱的下部徑向軸承面A。
在上述說明中，徑向軸承面A形成在軸部2a的外圓周面2a1上的情況是一個示例，但是，徑向軸承面A也可形成在軸承構(gòu)件8的內(nèi)圓周面8a1上。此外，推力軸承面B形成在軸承構(gòu)件8的下端面8a4上和推力軸承面C形成在蓋子構(gòu)件7的上端面7b1上是個示例。然而，這些推力軸承面B、C可分別形成在凸緣部2b的上端面2b1和下端面2b2上，上端面2b1和下端面2b2橫過推力軸承間隙、彼此相對。此外，僅徑向軸承面A通過噴墨方法印刷形成是個示例，但是，推力軸承面B和C也可使用噴墨方法印刷形成。
此外，在上面說明的動壓軸承裝置中，推力軸承部分由動壓軸承構(gòu)成，但是推力軸承部分也可由所謂的樞軸承(pivot bearing未顯示)構(gòu)成。
這樣，上述形成在徑向軸承面A上的動壓產(chǎn)生部的構(gòu)造僅是個示例，與動壓槽的其他任何構(gòu)造(例如，螺旋形)對應(yīng)的動壓槽圖案可被形成作為動壓產(chǎn)生部，只要它能通過噴墨方法印刷即可。在徑向軸承面A上，也可以相似方法形成所謂的多弧動壓產(chǎn)生部(multi-arc dynamic pressuregenerating portion)和所謂的階梯形動壓產(chǎn)生部(stepped dynamic pressuregenerating portion)。在所謂的多弧動壓產(chǎn)生部中，在圓周方向上形成多個弧形面；在所謂的階梯形動壓產(chǎn)生部中，動壓槽在軸向上形成在圓周方向的多個位置上。
此外，在上述說明中，徑向軸承面A在軸向上分離地形成在兩個位置上僅為一個示例，但是，徑向軸承面A的數(shù)量是可選擇的，徑向軸承面A可形成在軸向的一個位置或三個以上位置處。
如6和圖8顯示了第一軸承部分14的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，多弧動壓產(chǎn)生部形成在徑向軸承面A上。在圖6所示實施例中，通過上述在軸部2a的外圓周面2a1上的噴墨印刷步驟和對印刷表面的硬化步驟，形成了多個軸向弧形面2a3和分離槽2a4。每個弧形面2a3是偏心弧形面，其中心以相同距離偏離旋轉(zhuǎn)中心O，并在圓周方向上以規(guī)則的間隔形成。通過將軸部2a插入在軸承構(gòu)件8的內(nèi)圓周面8a1處，在軸部2a的偏心弧形面2a3和分離槽2a4之間分別形成徑向軸承部分R1、R2的徑向軸承間隙。徑向軸承間隙的與偏心弧形面2a3相對的區(qū)域是楔形的，其寬度在一個圓周方向上逐漸增大。該軸承也被稱作錐軸承。當軸構(gòu)件2減小楔形間隙的方向上旋轉(zhuǎn)時，推向楔形間隙收縮側(cè)的潤滑油的壓力增加。因此，構(gòu)成動壓軸承的徑向軸承部分R1、R2通過這種動壓效應(yīng)而形成。
在這種情況下，通過使第二軸承部分15(參考圖2)的徑向軸承間隙W2的寬度小于楔形間隙的最小寬度，可實現(xiàn)圖2所示實施例的相同效果。
在圖7中，偏心弧形面2a3的最小間隙側(cè)上的預(yù)定區(qū)域θ由同心弧過程，該同心弧的中心為旋轉(zhuǎn)中心O。這樣的軸承有時被稱為尖扁軸承(taperflat bearing)。在這種情況下，由于每個區(qū)域θ的徑向軸承間隙的寬度是恒定的，第二軸承部分15的軸承間隙的寬度W2可制得小于前述恒定的寬度，以便實現(xiàn)圖2所示實施例的相同效果。
在圖8中，軸部2a的外圓周面上的徑向軸承面由多個弧形面2a3形成。每個弧形面2a3的中心以相同距離偏離旋轉(zhuǎn)中心O。在這種情況下，徑向軸承間隙具有在兩個圓周方向上逐漸收縮的構(gòu)造。同樣，在該情況下，第二軸承部分15的軸承間隙的寬度W2可制得小于楔形間隙的最小寬度，以便實現(xiàn)圖2所示實施例的相同效果。
此外，形成在推力軸承面B、C上的動壓產(chǎn)生部可以是具有以螺旋形或上述其他形狀布置的動壓槽的動壓產(chǎn)生部，例如階梯形動壓產(chǎn)生部，即所謂的波形(階梯形屬于波形)。
此外，盡管上面的說明討論了使用潤滑油作為潤滑流體注入動壓軸承裝置1的示例，能夠在每個軸承間隙中產(chǎn)生動壓的其他流體也可是使用，例如，磁流體和空氣等氣體。
權(quán)利要求
1.一種動壓軸承裝置，包括軸構(gòu)件、軸承構(gòu)件和徑向軸承間隙，所述軸承構(gòu)件由燒結(jié)金屬制成并包括插入在其內(nèi)周處的軸構(gòu)件，所述徑向軸承間隙形成在軸構(gòu)件的外圓周面和與之相對的軸承構(gòu)件的內(nèi)圓周面之間并注入有潤滑流體，其特征在于通過硬化供應(yīng)在軸承構(gòu)件的外圓周面上的微量墨的集合體，形成用于密封表面孔隙的孔隙密封部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動壓軸承裝置，其中，在軸承構(gòu)件的外圓周面上設(shè)置有耦合劑涂層，然后孔隙密封部分被形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動壓軸承裝置，其中，除具有與軸承構(gòu)件的外圓周面配合的另一元件的配合部分以外，形成有孔隙密封部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動壓軸承裝置，其中，所述另一元件是蓋子構(gòu)件，所述蓋子構(gòu)件密封軸承構(gòu)件的一端處的開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動壓軸承裝置，其中，所述另一元件是密封構(gòu)件，所述密封構(gòu)件密封軸承構(gòu)件的另一端處的開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動壓軸承裝置，其中，包括具有在徑向軸承間隙中產(chǎn)生動壓作用的動壓產(chǎn)生部的第一軸承部分和具有徑向軸承間隙的第二軸承部分，所述第二軸承部分的徑向軸承間隙的寬度小于第一軸承部分的徑向軸承間隙的寬度，第二軸承部分構(gòu)成圓筒軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動壓軸承裝置，其中，第二軸承部分的徑向軸承間隙形成在密封軸承構(gòu)件的另一端處的開口的密封構(gòu)件的內(nèi)圓周面和軸構(gòu)件的外圓周面之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動壓軸承裝置，其中，通過硬化微量墨的集合體形成第一軸承部分的動壓產(chǎn)生部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的動壓軸承裝置，其中，墨是光硬化性的。
10.一種電機，具有權(quán)利要求1-9中任一項所述的動壓軸承裝置、定子線圈和轉(zhuǎn)子磁鐵。
全文摘要
一種防止?jié)櫥托孤┑牡统杀緞訅狠S承裝置。微量墨供應(yīng)在燒結(jié)金屬制軸承構(gòu)件(8)的第一外圓周面(8b2)上，微量墨的集合體構(gòu)成的孔隙密封部分(17)形成動壓軸承裝置1的軸承構(gòu)件(8)的暴露于空氣的密封部分。
文檔編號F16C33/10GK101091068SQ20068000153
公開日2007年12月19日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者中島達雄, 栗村哲彌 申請人:Ntn株式會社