CN104343821B - 套筒、流体动压轴承、主轴马达以及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种多孔质含油套筒、流体动压轴承、主轴马达以及电子设备，所述多孔质含油套筒应用在流体动压轴承中。多孔质含油套筒包括外侧面、内侧面、位于轴向上一侧的第一轴向端面、第一凹部以及第一动压产生槽。第一凹部为连接内侧面与第一轴向端面的连接面。第一动压产生槽位于第一轴向端面且朝向另一侧凹陷。在包含中心轴线的截面中，第一凹部相对于连接内侧面的一侧端部与第一轴向端面的内端部的线段位于另一侧。离线段的距离最大的第一凹部的底部的轴向位置位于比第一动压产生槽的底部靠另一侧的位置。

Description

套筒、流体动压轴承、主轴马达以及电子设备

技术领域

在硬盘装置等电子设备中装设有使盘片旋转的主轴马达。主轴马达包括固定在电子设备的机壳的静止部和支承盘片并旋转的旋转部。

背景技术

主轴马达的静止部与旋转部通过动压轴承装置而连接。以往的动压轴承装置例如具有轴部件、套筒以及容纳套筒的机壳。例如，在日本专利公开第2004-176816号公报中公开了以往的动压轴承装置以及具有动压轴承装置的主轴马达。

在日本专利公开第2004-176816号公报中，在轴承套筒的上侧端面形成有圆周槽。例如，如果通过冲压成型而在轴承套筒的上侧端面形成圆周槽的话，则会在冲压成型时导致轴承套筒的内周面朝向径向内侧突出的问题。在这种情况下，轴部件的外周面与轴承套筒的内周面之间的间隔不均等，从而在主轴马达旋转时，轴部件的外周面与轴承套筒的内周面接触。

发明内容

本发明的目的是抑制轴承套筒的内周面朝向径向内侧突出。

本发明所例示的第一方面为应用在流体动压轴承中的多孔质含油套筒。在多孔质含油套筒的内部存在有润滑剂。多孔质含油套筒围绕中心轴线扩展。多孔质含油套筒包括外侧面、内侧面、位于轴向上一侧的第一轴向端面、第一凹部以及第一动压产生槽。第一凹部为连接内侧面与第一轴向端面的连接面。第一动压产生槽位于第一轴向端面且朝向另一侧凹陷。在包含中心轴线的截面中，第一凹部相对于连接内侧面的一侧端部与第一轴向端面的内端部的线段位于另一侧的位置。离线段的距离最大的第一凹部的底部的轴向位置位于比第一动压产生槽的底部靠另一侧的位置。

根据本发明所例示的第一方面，抑制了套筒的内侧面朝向径向内侧突出。

参照附图，通过以下的本发明优选实施方式的详细说明，可以更清楚地理解本发明的上述及其他要素、特征、步骤、特点和优点。

附图说明

图1为盘片驱动装置的示意剖视图。

图2为主轴马达的示意剖视图。

图3为放大表示图2的一部分的剖视图。

图4为放大表示图3的一部分的剖视图。

图5为表示变形例的剖视图。

图6为表示另一变形例的剖视图。

图7为表示另一变形例的剖视图。

具体实施方式

在本说明书中，将马达的中心轴线方向上的上侧简称为“上侧”，将马达的中心轴线方向上的下侧简称为“下侧”。另外，上下方向并不表示被组装到实际设备时的位置关系和方向。并且，将与中心轴线J1平行的方向或大致平行的方向称为“轴向”，将以中心轴线J1为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线为中心的周向简称为“周向”。

图1为表示包括本发明优选的实施方式所涉及的电动式主轴马达1(下称“马达1”)的盘片驱动装置60的内部结构的剖视图。以盘片驱动装置作为电子设备的一个例子来进行说明。盘片驱动装置60例如为硬盘驱动装置。盘片驱动装置60包括记录信息的圆板状的记录盘62、存取部63、电动式马达1以及机壳61。存取部63对记录盘62进行信息的写入以及(或者)读取。马达1保持记录盘62并旋转。机壳61将记录盘62、存取部63以及马达1收纳在内部空间110中。

如图1所示，机壳61包括第一机壳部件611和第二机壳部件612。第一机壳部件611在上部具有开口，并且，在第一机壳部件611的底面安装有马达1以及存取部63。第二机壳部件612通过覆盖第一机壳部件611的开口而与第一机壳部件611一同形成内部空间110。

记录盘62安装于马达1。存取部63包括头631、臂632以及头移动机构633。头631与记录盘62接近并进行信息的磁读取以及磁写入。臂632支承头631。头移动机构633通过使臂632移动而改变头631与记录盘62的相对位置。通过这些结构，头631访问记录盘62的所需位置，并进行信息的写入以及读取。另外，头631只要对记录盘62进行信息的写入以及读取中的至少一方即可。

图2为表示本发明优选的实施方式所涉及的马达1的剖视图。

马达1包括静止部2和转子部3。转子部3通过利用由润滑剂46形成的流体动压的流体动压轴承4围绕中心轴线J1旋转。在以下的说明中，为了方便起见，沿中心轴线J1以转子部3侧为上侧，以静止部2侧为下侧来进行说明，但中心轴线J1不必一定与重力方向一致。润滑剂46例如为酯类油。另外，在本说明书中，轴向上的一侧表示上侧，轴向上的另一侧表示下侧。

转子部3包括轴311、转子轮毂31以及转子磁铁32。转子轮毂31与轴311连接。轴311与转子轮毂31也可由一个部件形成。轴311与转子轮毂31也可为各自分开的部件。转子磁铁32安装于转子轮毂31且配置在中心轴线J1的周围。

转子轮毂31包括圆板状的圆板部312和圆筒部313。圆板部312从轴311的上端部相对于中心轴线J1大致垂直地扩展。圆筒部313从圆板部312向下侧延伸。在轴311的下端部安装有大致圆板状的推力板33。另外，轴311与圆板部312由一个部件形成，但不限于此，轴311与圆板部312也可由各自分开的部件形成。

静止部2包括基底板21、套筒单元22以及定子24。在套筒单元22中***有转子部3的轴311。定子24在套筒单元22的周围被安装于基底板21。基底板21只要构成第一机壳部件的至少一部分即可。基底板21与第一机壳部件611也可由一个部件形成。并且，基底板21与第一机壳部件611也可由分开的部件形成。

在定子24与配置在轴311的周围的转子磁铁32之间产生以中心轴线J1为中心的旋转力(转矩)。也就是说，定子24以及转子磁铁32为相对于静止部2使转子部3旋转的驱动机构。

在基底板21的中央部设有套筒安装部211。套筒安装部211以中心轴线J1为中心从基底板21向上侧突出。套筒单元22包括多孔质含油套筒221(以下记为套筒221)、套筒壳222以及密封帽223。套筒221围绕中心轴线J1形成为大致圆筒状。并且，套筒221包括***有轴311的内侧面2212。套筒221被压入或***到套筒壳222中。并且，也可在套筒221与套筒壳222之间存在有粘接剂。套筒壳222形成为大致圆筒形状，且配置于套筒221的外侧面2211。密封帽223形成为大致圆板形状，且封闭套筒壳222的下侧的开口。而且，套筒单元22安装于套筒安装部211。另外，套筒221与套筒壳222也可由一个部件形成。并且，套筒壳222与密封帽223也可由一个部件形成。

套筒221由多孔质烧结体成型而成。在套筒的内部存在有润滑剂46。套筒221以各种金属粉末、金属化合物粉末或非金属粉末为原料成型、烧结而成。优选Fe-Cu、Cu-Sn、Cu-Sn-Pb、Fe-C等作为套筒221的原料。套筒221优选具有12.9x10^-6/℃左右的热膨胀系数。

在马达1中设有上部间隙41、径向间隙42、第一下部间隙43、第二下部间隙44、密封间隙45。上部间隙41位于转子轮毂31的圆板部312的下表面与套筒221的上表面之间。径向间隙42位于套筒221的内侧面与轴311的外侧面之间。第一下部间隙43位于套筒221的下表面与推力板33的上表面之间。第二下部间隙44位于推力板33的下表面与密封帽223的上表面之间。并且，在套筒壳222的外侧面与转子轮毂31的圆筒部313的内侧面之间设有密封间隙45。

上部间隙41、径向间隙42、第一下部间隙43、第二下部间隙44以及密封间隙45由润滑剂46填满。在套筒壳222的外侧面设有套筒壳222的外径随着朝向下侧而逐渐减小的套筒壳倾斜面。并且，在与倾斜面对置的圆筒部313的内侧面设有内径随着朝向下侧而逐渐减小的圆筒部倾斜面。密封间隙45中的润滑剂46的界面因毛细管现象以及表面张力而形成为曲面状。

图3为放大表示图2的一部分的剖视图。在套筒221的上表面2213设有在转子部3旋转时在润滑剂46引起流体动压的第一动压产生槽2213x。第一动压产生槽2213x为沿周向排列的多个槽的集合。并且，在套筒221的下表面2214设有在转子部3旋转时在润滑剂46引起流体动压的第二动压产生槽2214x。第二动压产生槽2214x为沿周向排列的多个槽的集合。而且，在上部间隙41构成有上部推力动压轴承部，在第一下部间隙43构成有下部推力动压轴承部。上表面2213表示第一轴向端面，下表面2214表示第二轴向端面。

另外，也可在套筒221的内侧面2212设置在径向间隙42的润滑剂46引起流体动压的径向动压产生槽。通过这种结构，在径向间隙42构成向心动压轴承部。径向动压产生槽为沿周向排列的多个槽的集合。优选径向动压产生槽为鱼骨形状，但也可不限于此而是圆弧状等。

并且，第一动压产生槽2213x也可设置在圆板部312的下表面而不是设置在套筒221的上表面2213。并且，第二动压产生槽2214x也可设置在推力板33的上表面而不是设置在套筒221的下表面2214。并且，流体动压轴承既可具有第一动压产生槽2213x以及第二动压产生槽2214x中的一方，也可具有两方。并且，在向心动压轴承部中，径向动压产生槽也可设置在轴的外侧面。并且，也可不在流体动压轴承中设置向心动压轴承部，而只设置推力动压轴承部。

优选第一动压产生槽2213x为螺旋形状，优选第二动压产生槽2214x为螺旋形状。另外，也可第一动压产生槽2213x以及第二动压产生槽2214x的一方为鱼骨形状，而另一方为螺旋形状。并且，也可第一动压产生槽2213x以及第二动压产生槽2214x两方都为鱼骨形状。通过第一动压产生槽2213x以及第二动压产生槽2214x，在旋转时润滑剂46朝向半径方向内侧流动。

像这样，通过将第一动压产生槽2213x设置在套筒221的上表面2213，能够将上部推力动压轴承部形成为小径，因此能够实现低电流化。另外，也可将第一动压产生槽2213x设置在套筒壳222的上表面。

图4为放大表示图3的一部分的剖视图。如图4所示，在套筒221的上表面2213与内侧面2212之间设有第一凹部2215。优选第一凹部2215为连接上表面2213与内侧面2212的连接面。在包含中心轴线J1的截面中，第一凹部2215相对于连接内侧面2212的上端部2212a与上表面2213的内端部2213y的线段50位于下侧的位置。第一凹部2215的底部2219离线段50的距离最大。底部2219的在轴向上的位置位于比第一动压产生槽2213x的底部靠下侧的位置。另外，第一动压产生槽2213x的底部只要是第一动压产生槽2213x的整个底的至少一部分即可，优选第一动压产生槽2213x的底部为位于整个槽底中最下侧的部位。

通过将第一凹部2215设置于套筒221，在形成第一动压产生槽2213x时，抑制了套筒221的内侧面2212朝向径向内侧突出。尤其抑制了内侧面2212的上部朝向径向内侧突出。因此，当马达旋转时，均等地保持径向间隙42，并抑制了轴311的外侧面与套筒221的内侧面2212接触。

第一凹部2215包括第一倾斜面2221和第二倾斜面2223。第一倾斜面2221为与内侧面2212接触的环状面，在包含中心轴线J1的截面中，以第一角度θ1相对于内侧面2212倾斜。第二倾斜面2223为位于第一倾斜面2221的径向外侧的环状面，且在包含中心轴线J1的截面中，以第二角度θ2相对于内侧面2212倾斜。而且，第一角度θ1比第二角度θ2大。

通过将第一倾斜面2221和第二倾斜面2223设置于第一凹部2215，能够将上表面2213的内端部2213y朝向径向内侧配置。因此，能够扩大上表面2213中的第一动压产生槽2213x的面积。所以，能够提高由第一动压产生槽2213x产生的压力。并且，由于第一角度θ1比第二角度θ2大，因此在形成套筒221时，抑制了内侧面2212的上部变形。尤其抑制了在端部2212a的附近产生毛刺。

第一角度θ1为锐角，第二角度θ2也为锐角。优选第一角度θ1的范围在50度到89度之间。并且，优选第二角度θ2的范围在1度到40度之间。

并且，套筒221的第一动压产生槽2213x的内端部向第一凹部2215开口。即，第一动压产生槽2213x与第一凹部2215连通，且介于第一动压产生槽2213x的润滑剂46与介于第一凹部2215的润滑剂46也连通。更为具体地说，第一动压产生槽2213x的内端部与第二倾斜面2223连接。由于第一动压产生槽2213x的内端部朝向第一凹部2215开口，因此能够进一步扩大上表面2213中的第一动压产生槽2213x的面积。

如图4所示，在轴311的外侧面与圆板部312的下表面之间配置有环状的槽部314。优选槽部314为连接轴311的外侧面与圆板部312的下表面的连接面。槽部314隔着间隙与第一凹部2215对置。优选第一凹部2215的面积比槽部314的面积大。

如图3所示，在套筒221的下表面2214与套筒221的内侧面2212之间设有第二凹部2225。优选第二凹部2225为与第一凹部2215大致相同的形状。第二凹部2225为连接下表面2214与内侧面2212的连接面。在包含中心轴线J1的截面中，第二凹部2225相对于连接内侧面2212的下端部与下表面2214的内端部的线段位于上侧的位置。第二凹部2225的底部离线段的距离最大。第二凹部2225的底部的轴向上的位置位于比第二动压产生槽2214x的底部靠上侧的位置。另外，第二动压产生槽2214x的底部只要为第二动压产生槽2214x的整个底的至少一部分即可，优选第二动压产生槽2214x的底部为位于整个槽底中最上侧的部位。

图5为表示优选实施方式的变形例的剖视图。变形例的基本结构与优选实施方式的马达相同。如图5所示，套筒221a的第一凹部2215a包括第一倾斜面2221a和第二倾斜面2223a。第一倾斜面2221a为与内侧面2212a连接的环状面，在包含中心轴线J1的截面中，以第一角度θ1a相对于内侧面2221a倾斜。第二倾斜面2223a为位于第一倾斜面2221a的径向外侧的环状面，且在包含中心轴线J1的截面中，以第二角度θ2a相对于内侧面2212a倾斜。而且，第一角度θ1a比第二角度θ2a大。

在变形例中，第一角度θ1a为钝角，第二角度θ2a为锐角。优选第一角度θ1a的范围在91度到145度之间。并且，优选第二角度θ2a的范围在30度到60度之间。

在变形例中，通过将第一倾斜面2221a与第二倾斜面2223a设置于第一凹部2215a，能够获得与优选实施方式相同的效果。

图6为表示优选实施方式的另一变形例的剖视图。另一变形例的基本结构与优选实施方式的马达相同。如图6所示，相对于线段50b靠下侧的第一凹部2215b包括第一倾斜面2221b和第二倾斜面2223b。在套筒221b的上表面2213b的内侧设有上端倾斜面2227。

第一倾斜面2221b为与内侧面2212b连接的环状面，在包含中心轴线J1的截面中，以第一角度θ1b相对于内侧面2212b倾斜。第二倾斜面2223b为位于第一倾斜面2221b的径向外侧的环状面，在包含中心轴线J1的截面中，以第二角度θ2b相对于内侧面2212b倾斜。而且，第一角度θ1b比第二角度θ2b大。上端倾斜面2227为位于第二倾斜面2223b的径向外侧的环状面，在包含中心轴线J1的截面中，以第三角度θ3相对于内侧面2212b倾斜。

在另一变形例中，优选第三角度θ3为锐角。并且，第三角度θ3优选比第二角度θ2b大。例如，优选第三角度θ3的范围在30度到60度之间。更加优选第三角度θ3为40度到50之间。在实际设备中优选为大致45度。

并且，优选第一动压产生槽2213b的内端部与第二倾斜面2223b以及上端倾斜面2227连接。通过这种结构能够获得与优选实施方式相同的效果。

通过将上端倾斜面2227设置于套筒221b，抑制了在形成套筒221b时第二倾斜面2223b的上部变形。尤其抑制了在第二倾斜面2223b的上端部的附近产生毛刺。

图7为表示优选实施方式的另一变形例的剖视图。另一变形例的基本结构与优选实施方式的马达相同。如图7所示，套筒221c的第一凹部2215c为与内侧面2212c和上表面2213c连接的连接面。优选连接面为曲面。在另一变形例中，能够获得与优选实施方式相同的效果。

也可在图1至图7中的任意一个优选实施方式以及变形例中，套筒的内侧面包含多个倾斜面。例如，也可在套筒的内侧面的上部设置上部倾斜面，且上部倾斜面与第一凹部连接。

并且，在图4至图6中，第一凹部包含两个倾斜面，但不限于此，第一凹部也可包含三个以上的倾斜面。

并且，在流体动压轴承中，也可不构成向心动压轴承部而只构成至少一方的推力动压轴承部。

主轴马达可以使用轴旋转型和轴固定型中的任意类型。并且，主轴马达可以使用外转子型和内转子型中的任意类型。

并且，主轴马达不限于应用在盘片驱动装置，还可应用在风扇等各种电子设备中。

上述优选实施方式以及变形例中的特征只要不发生矛盾可以适当地进行组合。

上文对本发明的优选实施方式进行了说明，但应当理解，对本领域技术人员而言，不超出本发明的范围和精神的变形和变更是明显的。因此，本发明的范围唯一地由权利要求书决定。

Claims (13)

1.一种多孔质含油套筒，其应用在流体动压轴承中且围绕中心轴线扩展，其特征在于，

所述多孔质含油套筒包括外侧面、内侧面、位于轴向上一侧的第一轴向端面、作为连接所述内侧面与所述第一轴向端面的连接面的第一凹部、位于所述第一轴向端面且朝向另一侧凹陷的第一动压产生槽，

在所述多孔质含油套筒的内部存在有润滑剂，

在包含所述中心轴线的截面中，所述第一凹部相对于连接所述内侧面的一侧端部与所述第一轴向端面的内端部的线段位于另一侧，

离所述线段的距离最大的所述第一凹部的底部的轴向位置位于比所述第一动压产生槽的底部靠另一侧的位置。

2.根据权利要求1所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述第一凹部具有：

第一倾斜面，其为与所述内侧面连接的环状面，并在包含所述中心轴线的截面中以第一角度相对于所述内侧面倾斜；以及

第二倾斜面，其为位于所述第一倾斜面的外侧的环状面，并在包含所述中心轴线的截面中以第二角度相对于所述内侧面倾斜，

所述第一角度比所述第二角度大。

3.根据权利要求2所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述第一角度为锐角。

4.根据权利要求2所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述第一角度为锐角，所述第二角度为钝角。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述第一凹部的底部位于比所述内侧面的一侧端部靠一侧的位置。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述第一凹部的底部位于比所述内侧面的一侧端部靠另一侧的位置。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述连接面为曲面。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的多孔质含油套筒，其特征在于，

所述多孔质含油套筒还包括：

第二轴向端面，其位于另一侧；

第二凹部，其位于所述内侧面与所述第二轴向端面之间；以及

第二动压产生槽，其位于所述第二轴向端面，

所述第二凹部相对于连接所述内侧面的另一侧端部与所述第二轴向端面的内端部的线段位于一侧，

离所述线段的距离最大的所述第二凹部的底部的轴向位置位于比所述第二动压产生槽的底部靠一侧的位置。

9.一种流体动压轴承，其特征在于，

该流体动压轴承包括：

权利要求1所述的多孔质含油套筒；

轴，其与所述多孔质含油套筒的内侧面对置；以及

圆板部，其从所述轴的外周面朝向径向外侧扩展，且与所述多孔质含油套筒的第一轴向端面对置，

所述润滑剂存在于所述轴的外侧面与所述多孔质含油套筒的内侧面之间的径向间隙以及所述多孔质含油套筒的第一轴向端面与所述圆板部之间的上部间隙，

所述第一动压产生槽为将存在于所述轴向间隙的润滑剂引向半径方向内侧的形状。

10.根据权利要求9所述的流体动压轴承，其特征在于，

所述第一动压产生槽的内端部向所述第一凹部开口。

11.根据权利要求9或10所述的流体动压轴承，其特征在于，

在所述轴与所述圆板部之间设有环状的槽部，

所述第一凹部的面积比所述槽部的面积大。

12.一种主轴马达，其特征在于，该主轴马达包括权利要求9所述的流体动压轴承。

13.一种电子设备，其特征在于，该电子设备包括权利要求12所述的主轴马达。