TW201812190A - 流體動壓軸承裝置及具備該軸承裝置的馬達 - Google Patents

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Abstract

本發明的流體動壓軸承裝置，係於使用溫度範圍內調整潤滑油(11)朝殼體(7)的內部空間的填充量，以使得潤滑油(11)的油面較設置在軸承構件(8)之上端內周緣部的倒角部(8f)的上端部更位於下側，並且，軸承構件(8)，一體具有：外徑尺寸相對較小的小徑圓筒部(81)，及外徑尺寸相對較大的大徑圓筒部(82)。軸承構件(8)是以小徑圓筒部(81)的上端面(8c)露出於大氣的狀態，以環狀構件(9)及殼體(7)的底部(7b)從軸向兩側夾持大徑圓筒部(82)，藉此固定於殼體(7)的內周圍。

Description

流體動壓軸承裝置及具備該軸承裝置的馬達
本發明是關於流體動壓軸承裝置及具備該軸承裝置的馬達。
如習知，流體動壓軸承裝置具有高速旋轉，高旋轉精度及低噪音等的特長。為此，流體動壓軸承裝置適當作為搭載於種種電力機器的各種馬達，例如組裝於HDD等的圓盤驅動裝置的主軸馬達用；組裝於PC等的風扇馬達用；或組裝於雷射印表機的多角掃描馬達用的軸承裝置等使用。
例如，下述的專利文獻1中，揭示有流體動壓軸承裝置，具備：配置在有底筒狀之殼體內周圍的軸承構件；以形成在應支撐軸(***軸承構件內周圍的軸構件)的外圍面與軸承構件的內周圍面之間的徑向軸承間隙潤滑油的油膜徑向支撐軸構件的徑向軸承部；推力方向支撐軸構件的推力軸承部；及配置在殼體的開口部內周圍之環狀的密封構件。
專利文獻1的流體動壓軸承裝置是以在潤滑油充滿殼體的內部空間全區域，即全滿狀態使用，在彼此相 對的密封構件的內周圍面與軸構件的外圍面之間，設有保持潤滑油的油面的密封空間以盡可能防止潤滑油的外部洩漏等。採用如以上全滿構造的流體動壓軸承裝置具有可穩定發揮高軸承性能之優點的相反面，在裝置組裝後，使用所謂真空浸漬等繁雜的手法以潤滑油填滿殼體的內部空間全區域(軸承構件由燒結金屬等的多孔質體構成的場合，也包括軸承構件的內部氣孔)，且在潤滑油的油面位置有進行微調必要的關係上，會有製造成本低廉化困難的問題。
針對如以上的問題，例如在下述的專利文獻2中，提出一種流體動壓軸承裝置，採用在殼體的內部空間部份裝填潤滑油(在殼體的內部空間混合空氣與潤滑油)，即部份填充構造。該部份填充構造是以在軸承裝置的運轉中將可充滿徑向軸承部的徑向軸承間隙及推力軸承部之周邊區域的程度量的潤滑油裝填於殼體的內部空間為基本構造，因此在潤滑油的填充時無須採用真空浸漬等的繁雜手法，並且，也無高精密管理潤滑油之填充量的必要性。因此，可簡略化潤滑油的填充作業，通過此具有可降低流體動壓軸承裝置之製造成本的優點。
又，專利文獻1中，也提出以製造成本的進一步降低為目的，藉著以環狀構件與殼體的底部從軸向兩側夾持軸承構件並固定於殼體的內周圍。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開2003-307212號公報
專利文獻2：日本特開2014-59014號公報
但是，近年來，有以ULTRABOOK(商標登記)為代表之超薄型且輕量的筆記型PC的需求提高的傾向。該種的筆記型PC為框體薄，因此搭載於此的風扇馬達當然也有薄型化的必要。另一方面，即使是搭載於超薄型的筆記型PC的風扇馬達，至少仍尋求與以往維持同等的冷卻能力，依場合，並尋求冷卻能力的提升。為因應如以上的要求，雖有將具備安裝於軸構件之送風用的風扇(葉片)的轉子大型化的必要，但轉子越是大型化，在旋轉體的旋轉中作用於軸承裝置的徑向負載(徑向軸承部所支撐的負載)越是變大。
雖可考慮在用於提升徑向負載的負荷能力(軸承剛性)的手段之一中，擴大與徑向軸承間隙的形成直接相關之軸承構件的徑向尺寸，但採取以上的對策時，使裝置整體薄型化變得困難。
有鑒於以上的情況，本發明的課題為以低成本提供一種不但軸向小型，且徑向負載的負荷能力(徑向軸承部的軸承剛性)優異的流體動壓軸承裝置。
為了達成上述課題所研創之本發明的流體動壓軸承裝置，具備：軸向一方側的端部開口且軸向另一方側的端部封閉的有底筒狀的殼體；配置在殼體的內周圍，軸向一方側的內周緣部具有倒角部的多孔質的軸承構件；及以形成在軸承構件的內周圍面與***軸承構件的內周圍的軸承構件的外圍面之間的徑向軸承間隙的潤滑油的油膜徑向支撐軸構件的徑向軸承部，以殼體的內底面推力方向支撐軸構件，在使用溫度範圍內調整潤滑油朝殼體的內部空間的填充量使得潤滑油的油面較上述倒角部的軸向一方側的端部更位於軸向另一方側，其特徵為：軸承構件，一體具有：配置在軸向一方側，外徑尺寸相對較小的小徑圓筒部，及配置在軸向另一方側，外徑尺寸相對較大的大徑圓筒部，並且，在小徑圓筒部的軸向一方側的端面露出於大氣的狀態，以配置在小徑圓筒部與殼體的筒部之間的環狀構件及殼體的底部從軸向兩側夾持大徑圓筒部，藉此固定於殼體的內周圍。
並且，本發明的所謂「在殼體的內底面推力方向支撐軸構件」是包括軸構件接觸支撐於推力方向的場合，及軸構件非接觸支撐於推力方向的場合雙方的概念。又，「殼體的內部空間」不僅是在該流體動壓軸承裝置的構成構件(殼體、軸承構件、環狀構件及軸構件)的相對兩面所形成的間隙(空間)，也包括多孔質的軸承構件的內部氣孔。
上述本發明的構成是在專利文獻1、2所揭示的流體動壓軸承裝置中，相當於省略配置在殼體的軸向一方側(開口側)的端部內周圍，在與軸構件的外圍面之間形成保持潤滑油的油面的密封空間之環狀密封構件的構成。為此，即使不使軸承構件的軸向尺寸乃至徑向軸承部的軸承剛性變化，至少可僅以密封構件的軸向尺寸量縮短殼體的軸向尺寸，可通過此使得裝置整體在軸向小型化。又，在軸承構件一體設置外徑尺寸彼此不同的小徑圓筒部與大徑圓筒部，可以配置在小徑圓筒部與殼體的筒部之間的環狀構件與殼體的底部從軸向兩側夾持大徑圓筒部將軸承構件固定於殼體的內周圍，因此可簡化組裝步驟，並通過此降低流體動壓軸承裝置的製造成本。
相對於殼體筒部之大徑圓筒部的配合，及相對於環狀構件之小徑圓筒部的配合皆是以鬆動配合為佳。藉此，可盡可能防止殼體的筒部及相對於環狀構件之大徑圓筒部及小徑圓筒部的配合為靜配合的場合所憂慮之起因於軸承構件的內周圍面變形之徑向軸承間隙的間隙寬精度的降低，乃至於徑向軸承部的軸承性能的降低。並且，在此所謂「鬆動配合」的定義是以日本工業規格JIS B 0401-1為依據。
多孔質的軸承構件可以是燒結金屬的多孔質體。此時，將軸承構件的內周圍面模擬精壓核的外圍面所成形的成形面時，可以低成本將軸承構件的內周圍面精加工成預定形狀、精度。但是，在形成一體具有軸承構件為 小徑圓筒部及大徑圓筒部的帶階段圓筒狀的本發明的構成上，兩圓筒部的徑向的壁厚差過大時，對燒結體(燒結金屬製的軸承原材)施以精壓時，在兩圓筒部間，容易產生徑向之壓縮量或壓縮釋放後的回彈量大的差，因而有不能將軸承構件的內周圍面精加工成預定形狀、精度的可能性。因此，以在兩圓筒部的徑向的壁厚差設有限制為佳，具體而言，以設相對於大徑圓筒部的徑向的壁厚(t2)之小徑圓筒部的徑向壁厚(t1)的比(t2/t1)小於2.5為佳，設2以下為更佳。並且，上述的壁厚(t1,t2)是意味著最小值。
可以在小徑圓筒部的外圍面設置從軸向另一方側(殼體的底部側)朝著軸向一方側(殼體的開口側)逐漸縮徑的斜錐面。如此一來，在將軸承構件(軸承原材)導入精壓模的模時(另外，從精壓模進行軸承構件脫模時)，可盡可能降低在軸承構件的小徑圓筒部的外圍面產生傷痕或脫皮等缺陷的可能性。軸承構件的小徑圓筒部的外圍面也可以上述的斜錐面構成其全區域，也可以直徑一定的圓筒面與上述的斜錐面構成。採用後述的構成的場合，圓筒面可設置在斜錐面與小徑圓筒部的軸向一方側的端面之間。
可在軸承構件的內周圍面設置對徑向軸承間隙內的潤滑油產生流體動壓的動壓產生部。如此一來，可以動壓軸承構成徑向軸承部，因此可更為提升徑向軸承部的軸承剛性。
軸構件是可相對於軸承構件自由***脫離。此時，可以任意的時機將軸構件***軸承構件，因此例如 在內周圍將軸構件***於填充有預定量之潤滑油的軸承構件時，伴隨軸構件的***，可以使潤滑油遍及軸承構件的內周圍面與軸構件的外圍面之間的徑向間隙(徑向軸承間隙)或推力軸承部的周邊區域。
對於軸構件具有可將軸構件朝軸向另一方側彈推的外力作用。在軸構件相對於軸承構件自由***脫離的場合採用上述構成時，有利於盡可能防止軸構件的意外的脫離。上述外力可例如為磁力。該磁力是藉著例如軸向偏位配置設於馬達之靜止側的定子線圈與設置在馬達的旋轉側的轉子磁鐵所賦予。組裝有該種流體動壓軸承裝置的各種馬達是通常具備轉子磁鐵與定子線圈作為必需的構成構件，因此不會產生除上述外力作用於軸構件之外的成本增加。
以上表示之本發明相關的流體動壓軸承裝置組裝於PC用的風扇馬達或LBP用的多角掃描馬達等的各種馬達可適當使用。並且，組裝於風扇馬達的流體動壓軸承裝置是在軸構件設置具有送風用的葉片的轉子，組裝於多角掃描馬達的流體動壓軸承裝置是在軸構件設有多角掃描器。
藉以上，根據本發明，可低成本提供一種流體動壓軸承裝置，一邊在軸向小型化，並具優異之徑向軸承部的軸承剛性。
1‧‧‧流體動壓軸承裝置
2‧‧‧軸構件
3‧‧‧轉子
7‧‧‧殼體
7a‧‧‧筒部
7b‧‧‧底部
8‧‧‧軸承構件
8d11‧‧‧斜錐面
8d12‧‧‧圓筒面
8f‧‧‧倒角部
9‧‧‧環狀構件
11‧‧‧潤滑油
12‧‧‧徑向間隙
13‧‧‧徑向間隙
81‧‧‧小徑圓筒部
82‧‧‧大徑圓筒部
A1、A2‧‧‧徑向動壓產生部
Gb‧‧‧底間隙
Gr‧‧‧徑向軸承間隙
R1、R2‧‧‧徑向軸承部
T‧‧‧推力軸承部
t1‧‧‧小徑圓筒部的徑向的壁厚
t2‧‧‧大徑圓筒部的徑向的壁厚
第1圖為概念性表示風扇馬達之一構成例的剖視圖。
第2圖表示本發明的實施形態之流體動壓軸承裝置的剖視圖。
第3圖為軸承構件的縱剖視圖。
第4A圖為運轉中之流體動壓軸承裝置的部份放大剖視圖。
第4B圖為運轉中之流體動壓軸承裝置的部份放大剖視圖。
第5A圖為模式表示對軸承原材施以精壓加工的狀態的圖。
第5B圖為模式表示相對於軸承原材之精壓加工的結束階段的圖。
第6A圖表示流體動壓軸承裝置之組裝步驟的注油階段的圖。
第6B圖表示流體動壓軸承裝置之組裝步驟的軸構件的***階段的圖。
第7圖表示本發明的其他實施形態之流體動壓軸承裝置的剖視圖。
第8A圖為變形例之軸承構件的縱剖視圖。
第8B圖為變形例之軸承構件的縱剖視圖。
第9A圖為模式表示最終對第8A圖表示成為軸承構件 之軸承原材施以精壓加工的狀態的圖。
第9B圖為模式表示相對於軸承原材之精壓加工的結束階段的圖。
第10A圖為變形例之流體動壓軸承裝置的部份放大剖視圖。
第10B圖為變形例之流體動壓軸承裝置的部份放大剖視圖。
以下，根據圖示說明本發明的實施形態。
在第1圖概念性表示風扇馬達之一構成例。同圖表示的風扇馬達，具備：流體動壓軸承裝置1；構成馬達的靜止側的馬達底座6；安裝於馬達底座6的定子線圈5；具有送風用的葉片(省略圖示)，構成馬達旋轉側的轉子3；及安裝於轉子3，透過定子線圈5與半徑方向的間隙成相對的轉子磁鐵4。流體動壓軸承裝置1的殼體7是固定在馬達底座6的內周圍，轉子3被裝設於流體動壓軸承裝置1的軸構件2的一端。如以上所構成的風扇馬達中，一旦朝定子線圈5通電時，轉子磁鐵4以定子線圈5及轉子磁鐵4之間的電磁力旋轉，軸構件2及裝設於軸構件2的轉子3伴隨此一體旋轉。
並且，轉子3一旦旋轉時，對應設置於轉子3之葉片的形態朝圖中向上或向下送風。因此，在轉子3的旋轉中作為此送風作用的反向力，對流體動壓軸承裝置1 的軸構件2有著朝圖中向下或向上的推力作用。在定子線圈5與轉子磁鐵4之間，使抵銷此推力之方向的磁力(斥力)作用，以流體動壓軸承裝置1的推力軸承部T支撐上述推力與磁力大小的差產生的推力負載。抵銷上述推力的方向的磁力是例如可軸向偏位配置定子線圈5與轉子磁鐵4來產生(省略詳細圖示)。又，在轉子3旋轉時，流體動壓軸承裝置1的軸承構件8有徑向負載作用。該徑向負載是以流體動壓軸承裝置1的徑向軸承部R1、R2支撐。
第2圖表示本發明的實施形態的流體動壓軸承裝置1。該流體動壓軸承裝置1具備軸構件2、軸承構件8、環狀構件9及有底筒狀的殼體7，該殼體7的內部空間填充有潤滑油11(以密緻的批式散點表示)。並且，以下是為說明的方便起見，設配置環狀構件9的一側為上側，其軸向相反側為下側，但不限定流體動壓軸承裝置1的使用樣態。
殼體7是形成圓筒狀的筒部7a，及具有封閉筒部7a之下端開口的底部7b的有底筒狀，在此筒部7a與底部7b是以黃銅等的金屬材料一體形成。筒部7a與底部7b的邊界部內周圍與筒部7a及底部7b一體設有圓環形的階段部7c。本實施形態雖是在殼體7的底部7b上載放樹脂製的推力板10，以推力板10的上端面10a構成殼體7的內底面7b1，但此推力板10並非有設置的必要，也可以省略。
軸構件2是以不鏽鋼為代表的高剛性的金屬材料所形成，其外圍面2a形成為不具凹凸之直徑一定的圓筒 面。軸構件2的外徑尺寸是比軸承構件8的內徑尺寸小徑，因此，軸構件2可相對於軸承構件8自由***脫離。軸構件2的下端面2b是形成凸球形，與推力板10的上端面10a接觸。
軸承構件8是形成一體具有：配置在上側，具有相對較小徑之外圍面8d1的小徑圓筒部81，及配置在下側，具有相對較大徑之外圍面8d2的大徑圓筒部82之帶階段的圓筒狀。本實施形態的小徑圓筒部81的外圍面8d1及大徑圓筒部82的外圍面8d2皆是形成為直徑一定的圓筒面。在軸承構件8(小徑圓筒部81)的上端內周緣部及上端外周緣部分別設有倒角部8f、8g。在軸承構件8(大徑圓筒部82)的下端面8b設有在設置於軸承構件8的下端內周緣部及下端外周緣部之倒角部開口的一或複數的徑向槽8b1。具有以上構成的軸承構件8是將上端面(小徑圓筒部81的上端面)8c露出於大氣，並以下端面8b抵接於殼體7的階段部7c之上端面7c1的狀態固定於殼體7的內周圍。因此，在軸承構件8的下端面8b與推力板10的上端面10a之間形成有底間隙Gb。
在軸承構件8的內周圍面8a設有在與分別相對的軸構件2的外圍面2a之間形成徑向軸承部R1、R2的徑向軸承間隙Gr(參閱第4A圖)的兩個徑向軸承面。如第3圖表示，在兩個徑向軸承面分別形成有用於徑向軸承間隙Gr內的潤滑油11產生動壓作用的動壓產生部(徑向動壓產生部)A1、A2。
上側的徑向動壓產生部A1係以：複數上側動壓槽Aa1，相對於軸向傾斜，並在周圍方向彼此分離而設置；複數下側動壓槽Aa2，朝著與上側動壓槽Aa1相反方向傾斜，並在周圍方向彼此分離而設置；及凸狀的丘部，區隔兩動壓槽Aa1、Aa2所構成，丘部是整體形成為人字形狀。亦即，凸狀的丘部是由設置在周圍方向相鄰的動壓槽間的傾斜丘部Ab，及設置在上下動壓槽Aa1、Aa2間的環狀丘部Ac所構成。圖示例中，雖是將構成徑向動壓產生部A1的上側動壓槽Aa1與下側動壓槽Aa2的軸向尺寸設定為相同，但是也可設定使上側動壓槽Aa1的軸向尺寸大於下側動壓槽Aa2的軸向尺寸。
下側的徑向動壓產生部A2與上側的徑向動壓產生部A1的基本構造相同，但是本實施形態中，構成徑向動壓產生部A2的兩動壓槽Aa1、Aa2的軸向尺寸是比構成徑向動壓產生部A1的兩動壓槽Aa1、Aa2的軸向尺寸更短尺寸。不限於此，構成徑向動壓產生部A2的兩動壓槽Aa1、Aa2的軸向尺寸也可與構成徑向動壓產生部A1的兩動壓槽Aa1、Aa2的軸向尺寸相同。
本實施形態中，連結有徑向動壓產生部A1的下側端部與徑向動壓產生部A2的上側端部。亦即，本實施形態是在軸向連續設置兩個徑向動壓產生部A1、A2。不限於此，也可以在軸向分開設置兩個徑向動壓產生部A1、A2。
具有以上構成的軸承構件8為多孔質體，在此 是以銅或鐵為主成份的燒結金屬的多孔質體所形成，以在其內部氣孔含浸潤滑油11的狀態使用。如上述，以燒結金屬的多孔質體形成軸承構件8的場合，動壓產生部A1、A2是如第5A圖模式表示，對燒結體所構成的軸承原材8’施以精壓加工(尺寸矯正加工)的同時進行模壓成形。因此，本實施形態的軸承構件8的內周圍面8a是藉精壓模所成形的成形面。又，軸承構件8的外圍面8d1、8d2也是藉精壓模所成形的成形面。並且，設置在軸承構件8的下端面8b的徑向槽8b1是與將軸承原材8’之基材的壓粉體壓縮成形的同時進行模成形。以下，軸承構件8的製造工程之中，針對精壓工程一邊參閱第5A圖及第5B圖並詳細說明。
第5A圖表示的精壓模30具有同軸配置的精壓核31、模具32、下沖模33及上沖模34，精壓核31、下沖模33及上沖模34可藉著未圖示的驅動機構升降移動。在精壓核31的外圍面設有對應(構成)徑向動壓產生部A1、A2(的動壓槽Aa1、Aa2)的形狀之凸狀的模部35(同圖中以批式交叉表示)。供精壓模30的軸承原材8’是形成一體具有分別與構成軸承構件8的小徑圓筒部81及大徑圓筒部82對應(最終成為小徑圓筒部81及大徑圓筒部82)的第1圓筒部81’及第2圓筒部82’的帶階段圓筒狀。兩圓筒部81’、82’的內周圍面是形成為不具凹凸之直徑一定的圓筒面。
具有以上的構成的精壓模30中，首先，將第1圓筒部81’配置在下側的軸承原材8’載放於下沖模33的上端面之後，使精壓核31下降，朝軸承原材8’的內周圍*** 精壓核31。接著，使上沖模34下降移動，在軸向以兩沖模33、34夾持軸承原材8’之後，使精壓核31、上沖模34及下沖模33一體下降後朝著模具32的內周圍***(壓入)軸承原材8’。朝模具32的內周圍壓入軸承原材8’之後，上沖模34進一步下降時，使軸承原材8’朝著徑向膨脹變形，將軸承原材8’的內周圍面及外圍面分別強制推壓於精壓核31的外圍面及模具32的內周圍面。藉此，軸承原材8’的內周圍面模擬具有模部35的精壓核31的外圍面變形，在軸承原材8’的內周圍面模成形有徑向動壓產生部A1、A2，並且軸承原材8’的外圍面模擬模具32的內周圍面變形(以上，參閱第5B圖)。
之後，使精壓核31、上沖模34及下沖模33一體上升並將軸承原材8’從模具32排出之後，使上沖模34進一步上升。藉此，將所有賦予軸承原材8’的壓縮力釋放在軸承原材8’產生回彈，解除軸承原材8’的內周圍面與精壓核31之模部35的凹凸嵌合狀態。隨後，使精壓核31上升而脫模時，如第5B圖表示，獲得內周圍面模成形後的徑向動壓產生部A1、A2的軸承構件8。
在此，兩圓筒部81、82(81’、82’)之徑向的壁厚差過大時，以上述樣態對軸承原材8’施以精壓加工時，在兩圓筒部81’、82’的徑向的變形量(更詳細而言，相對於軸承原材8’釋放所有壓縮力時的回彈量)會產生大的差量，因此將軸承原材8’的內周圍面(徑向軸承面)加工成預定形狀、精度，在此有不能進行預定形狀、精度之徑向動 壓產生部A1、A2模成形的可能性。為此，將兩圓筒部81、82(81’、82’)形成為相對於大徑圓筒部82的徑向的壁厚(t2：參閱第3圖)之小徑圓筒部81的徑向的壁厚(t1：參閱第3圖)的比(t2/t1)小於2.5，並以成為2以下為佳。
上述的比(t2/t1)是藉本發明人的驗證測試所導出的數值。亦即，本發明人以相同的材料及條件製作僅上述的比彼此不同的第1~第3的測試體(燒結體)，並準備對應各測試體之形狀的三種類的精壓模(更詳細而言，對應各測試體的外圍形狀的三種類的模具、上下沖模)。接著，使用各測試體所準備的精壓模對各測試體以相同壓力施以精壓加工在各測試體的內周圍面進行複數動壓槽模成形，根據動壓槽的成形精度評估良否。評估基準是如以下，並且，將各測試體的比及測試結果(評估)表示於下述的表1。
〔評估基準〕
合格(○)：動壓槽之槽深的不均勻為2μm以下
不合格(×)：動壓槽之槽深的不均勻超過2μm
具有以上的構成的軸承構件8是以介於小徑圓筒部81與殼體7的筒部7a之間的環狀構件9與殼體7的底部7b(的外徑端設置的階段部7c)從軸向兩側夾持大徑圓筒部82，藉此固定於殼體7的內周圍。環狀構件9是以樹脂或金屬等的非多孔質材料所形成，例如以壓入、接著或壓入接著(壓入與接著的併用)等的手段固定於殼體7的筒部7a。環狀構件9的上端面9c是與軸承構件8的上端面8c及殼體7的筒部7a的上端面位在同一位準。
相對於環狀構件9的軸承構件8之小徑圓筒部81的嵌合度，及相對於殼體7的筒部7a之大徑圓筒部82的配合，皆為鬆動配合。因此，如第2圖中的放大圖表示，在軸承構件8固定於殼體7的內周圍的狀態下，在環狀構件9的內周圍面9b與小徑圓筒部81的外圍面8d1之間，及殼體7的筒部7a的內周圍面7a1與大徑圓筒部82的外圍面8d2之間，分別存在有徑向間隙12、13。藉此，可盡可能防止相對於環狀構件9及殼體7之筒部7a的兩圓筒部81、82的配合為靜配合的場合所憂慮之起因於軸承構件8的內周圍面8a變形之徑向軸承間隙Gr的間隙寬精度的降低，乃至於徑向軸承部R1、R2的軸承性能的降低。
具有以上構成的流體動壓軸承裝置1是例如以下的順序組裝。首先，如第6A圖表示，在殼體7的內周圍製作以上述樣態固定軸承構件8(詳細而言，在內部氣孔浸漬潤滑油11的軸承構件8)及環狀構件9的組合之後，朝軸承構件8的內周圍填充預定量的潤滑油11。接著，如第6B 圖表示，將軸構件2***軸承構件8的內周圍。此時，伴隨軸構件2的***，預先填充於軸承構件8的內周圍的潤滑油11被以軸構件2的下端面2b壓入底間隙Gb側，並沿著軸構件2的外圍面2a填充至軸構件2的外圍面2a與軸承構件8的內周圍面8a之間的徑向間隙(徑向軸承間隙Gr)。
伴隨軸構件2的***，壓縮介於殼體7的內部空間的空氣，但此壓縮空氣是透過：設置在軸承構件8的下端面8b的徑向槽8b1所形成的徑向的通氣路；形成於殼體7的筒部7a的內周圍面7a1與大徑圓筒部82的外圍面8d2之間的徑向間隙13(參閱第2圖)；設置在環狀構件9的下端面9a的徑向槽9a1所形成的徑向的通氣路；及形成於環狀構件9的內周圍面9b與小徑圓筒部81的外圍面8d1之間的徑向間隙12(參閱第2圖)開放至大氣。因此，伴隨著軸構件2的***提高殼體7的內部氣壓，藉此盡可能防止潤滑油11被擠出至裝置外部側的情況。
雖省略圖示，但為提升排氣性，也可以在形成徑向間隙12、13的相對兩面的其中一方或雙方設置軸向槽。或者，朝上述徑向延伸的通氣路也可以在殼體7的階段部7c的上端面7c1或軸承構件8的階差面8e設置徑向槽所構成。
在此，以上述的順序組裝流體動壓軸承裝置1時填充於軸承構件8內周圍的潤滑油11的量在以第2圖表示的姿勢配置流體動壓軸承裝置1的狀態下，至少是以潤滑油11充滿軸構件2的外圍面2a與軸承構件8的內周圍面8a之 間的徑向間隙(徑向軸承部R1、R2的徑向軸承間隙Gr)及底隙間Gb的程度，並且，調整、設定使得潤滑油11的油面，在流體動壓軸承裝置1的運轉時等，即使伴隨溫度上升的潤滑油11的體積膨脹產生的場合，仍可位在比設置於軸承構件8的上端內周緣部之倒角部8f的上端部更下方側(參閱第4A圖)，及徑向間隙12的軸向範圍內(參閱第4B圖)。亦即，本實施形態的流體動壓軸承裝置1不採用以潤滑油11充滿殼體7之內部空間全區域的全滿構造，而是採用在殼體7的內部空間的一部份區域填充潤滑油11的部份填充構造。作為潤滑油11，考慮流體動壓軸承裝置1的使用時或輸送時的溫度變化等，適當使用酯系、PAO系或含氟潤滑油。
以上構成的流體動壓軸承裝置1中，軸構件2旋轉時，在設置於軸承構件8的內周圍面8a的上下兩個徑向軸承面及與此相對的軸構件2的外圍面2a之間分別形成有徑向軸承間隙Gr、Gr。並且伴隨軸構件2的旋轉，形成在兩徑向軸承間隙Gr、Gr的油膜的壓力藉著徑向動壓產生部A1、A2的動壓作用而上升，將在徑向非接觸支撐軸構件2的徑向軸承部R1、R2形成於軸向的兩處。
本實施形態是如上述，將構成徑向動壓產生部A1的動壓槽Aa1、Aa2的軸向尺寸設定成比構成徑向動壓產生部A2之動壓槽Aa1、Aa2的軸向尺寸大，藉此伴隨著軸構件2的旋轉使得分別形成在徑向軸承部R1、R2的徑向軸承間隙Gr的油膜的剛性，即徑向軸承部R1、R2的軸 承剛性，徑向軸承部R1的一方成為比徑向軸承部R2高。這是由於以軸構件2及裝設在其上端的轉子3等構成馬達的旋轉側(旋轉體)，旋轉體的重心G是如第2圖表示，除存在於較軸構件2的軸向中央部更上升至上側位置的關係上，相對地提升上側之徑向軸承部R1的軸承剛性，在盡可能防止旋轉體的振擺上極為有利。
又，軸構件2旋轉時，形成有徑向軸承R1、R2的同時，並形成有以殼體7的內底面7b1(推力板10的上端面10a)在推力方向接觸支撐軸構件2的推力軸承部T。並且，如一邊參照第1圖所說明，在軸構件2有將軸構件2向下方側彈推之外力的磁力作用。因此，可盡可能防止軸構件2在軸構件2的旋轉時過度上浮，而從軸承構件8的內周圍脫落。
如以上說明，本發明的流體動壓軸承裝置1中，軸承構件8是以使其上端面8c露出至大氣的狀態固定於殼體7的內周圍。相關的構成在專利文獻1、2揭示的流體動壓軸承裝置中，相當於省略配置在殼體的開口側的端部內周圍之環狀的密封構件的構成。因此，即使不使軸承構件8的軸向尺寸，乃至於徑向軸承部R1、R2的軸承剛性變化，但至少可僅以密封構件的軸向尺寸量縮短殼體7的軸向尺寸，可藉以使流體動壓軸承裝置1整體在軸向成小型化。
並且，在軸承構件8一體設置外徑尺寸彼此不同的小徑圓筒部81與大徑圓筒部82，藉著以環狀構件9及 殼體7的底部7b(一體設置的階段部7c)從軸向兩側夾持大徑圓筒部82將軸承構件8固定在殼體7的內周圍，因此可簡化組裝步驟，並降低流體動壓軸承裝置1的製造成本。
又，本發明相關的流體動壓軸承裝置1中，軸構件2的相對於軸承構件8自由***脫離，並且，採用以潤滑油11未充滿殼體7之內部空間全區域的部份填充構造，因此如上述，在殼體7的內周圍固定軸承構件8及環狀構件9之後在軸構件2朝軸承構件8內周圍的***前，即使僅使用適當的供油具將潤滑油11填充於殼體7的內部空間(軸承構件8的內周圍)，仍可對殼體7的內部空間填充必要量的潤滑油11。因此，不需要注油用的大規模的設備(例如，真空浸漬裝置)或高精密之油面的調整、管理作業，通過此可進一步降低流體動壓軸承裝置1的製造成本。
本發明相關的流體動壓軸承裝置1是以上述樣態配置環狀構件9，藉此省略保持設置在專利文獻1等的流體動壓軸承裝置之潤滑油的油面的密封空間，因此使得產生起因於潤滑油11的外部洩漏之軸承性能的降低問題的可能性也會增加。但是，(1)調整潤滑油11朝殼體7的內部空間的填充量，使潤滑油11的油面在流體動壓軸承裝置1的使用溫度範圍內比設置在軸承構件8的上端內周緣部之倒角部8f的上端部更位於下方側[參閱第4(a)圖]，(2)軸承構件8是以燒結金屬的多孔質體形成，(3)以軸承構件8的倒角部8f及與軸向鄰接的軸向構件8的內周圍面8a形成徑向軸承部R1、R2的徑向軸承間隙Gr等，藉此可有效降低 滑油11之外部洩漏的可能性。
亦即，尤其根據上述(2)的構成，填充於徑向軸承部R1、R2的徑向軸承間隙Gr之潤滑油11的壓力伴隨著軸構件2的旋轉而上升的場合，將潤滑油11導入相對形成低壓軸承構件8的內部氣孔，又，根據上述(3)的構成，由於徑向軸承間隙Gr的間隙寬通常是設定成數μm程度的微小寬，因此即使潤滑油11的油面上升至位於倒角部8f的軸向範圍內的程度為止，潤滑油11仍會被以毛細管力朝向軸承內部側(徑向軸承間隙Gr)導入。
以上，針對本發明的實施形態的流體動壓軸承裝置1已進行說明，但可對於流體動壓軸承裝置1的各部，在不脫離本發明的主旨範圍內施以種種的變更。
例如，支撐軸構件2的推力軸承部T是可以所謂動壓軸承構成。第7圖是表示以動力軸承構成推力軸承部T之流體動壓軸承裝置1的一例，此時，軸構件2的下端面2b形成為與軸線正交的方向的平坦面。圖示雖然省略，但是在軸構件2的下端面2b及與此相對的殼體7之內底面7b1的其中一方，形成有動壓槽等的動壓產生部(推力動壓產生部)。
並且，在以上說明的實施形態雖是將構成軸承構件8的小徑圓筒部81及大徑圓筒部82的外圍面8d1、8d2形成直徑一定的圓筒面，但是也可以在小徑圓筒部81的外圍面8d1，如第8A圖及第8B圖表示，設置從殼體7的底部7b側(下側)朝向開口側(上側)逐漸縮徑的斜錐面 8d11。第8A圖是以上述的斜錐面8d11構成小徑圓筒部81之外圍面8d1全區域的場合的一例，第8B圖是以上述的斜錐面8d11，及較斜錐面8d11更設置於上側之直徑一定的圓筒面8d12構成小徑圓筒部81之外圍面8d1的場合的一例。第8B圖表示的構成中，圓筒面8d12的下端是與斜錐面8d11的上端連結，圓筒面8d12的上端則是透過倒角部8g與上端面8c連結。
以下，第8A圖及第8B圖表示的軸承構件8之中，針對第8A圖表示的軸承構件8的原材(燒結體所構成的軸承原材8’)施以精壓加工的精壓工程，一邊參閱第9A圖及第9B圖並詳細說明。
第9A圖及第9B圖表示的精壓模30A是相當於第5A圖及第5B圖表示的精壓模30之中，將模具32置換成具有不同構成之模具32A的構成，對於精壓核31及上下沖模33、34，採用具有與第5A圖及第5B圖表示之精壓模30實質相同的構成。模具32A是在其內壁面之中，將與軸承原材8’的第1圓筒部81’的外圍面相對的部份(將第1圓筒部81’的外圍面成形的部份)形成在對應斜錐面8d11之斜錐面32Aa的點中，與第5A圖表示的模具32在構成不同。又，雖省略詳細的圖示，但是供精壓模30A的軸承原材8’之中，第1圓筒部81’的外圍面是形成大致模擬小徑圓筒部81之斜錐面8d11的斜錐面8d11’，如以上的斜錐面8d11’是在軸承原材8’之基材的壓粉體的成形時進行模成形。
如第9A圖及第9B圖表示，藉精壓模30A進行 的精壓加工是與一邊參閱第5A圖及第5B圖一邊說明的精壓模30進行的精壓加工同樣地進行。此時，藉著在精壓模30A的模具32A之內周圍面設置上述斜錐面32Aa，及在***(壓入)斜錐面32Aa的軸承原材8’的第1圓筒部81’的外圍面設置斜錐面8d11’，除了可將軸承原材8’的第1圓筒部81’順利壓入模具32A的內周圍面之外，並可將精壓完成後的軸承原材8’順利脫模。為此，在對軸承原材8’施以精壓加工時，可有效降低在第1圓筒部81’的外圍面(斜錐面8d11’)產生脫皮或傷痕等缺陷的可能性。因此，具有斜錐面8d11的(以斜錐面8d11構成的)小徑圓筒部81的外圍面8d1和以直徑一定的圓筒面構成小徑圓筒部81的外圍面8d1全區域的場合比較，可形成高精度加工(成形)的面。
並且，設置在軸承構件8的外圍面8d1的斜錐面8d11的傾斜角(斜錐面8d11與軸向延伸的直線所成的直角)α，更詳細為設置在精壓模30A之模具32A的斜錐面32Aa的傾斜角是以設定在3°以上為佳，以設定在4°以上更佳。這是由於上述的傾斜角α小於3°時，不能有效獲得設置斜錐面所能實現的上述的作用效果。另一方面，上述的傾斜角α過大時，軸承原材8’之中，在斜錐面8d11’的上端部的精壓量與斜錐面8d11’的下端部的精壓量之間會產生大的差量，而有對軸承構件8之內周圍面8a(徑向動壓產生部A1)的成形精度等產生不良影響的可能性。因此，上述的傾斜角α的上限值以設定在10°以下為佳。
以上說明的實施形態是在馬達座6的內周圍固 定與馬達座6另體設置的殼體7，但也可以在殼體7一體設置相當於馬達座6的部位。
又，徑向軸承部R1、R2的其中任一方或雙方除了可以所謂多圓弧軸承、階式軸承及波形軸承等、習知的其他的動壓軸承構成之外，也可在透過徑向軸承間隙Gr相對的兩面的任一面不設置徑向動壓產生部，而是以將上述兩面的雙方形成圓筒面的正圓軸承構成。
另外，以上表示的實施形態是以在軸向偏位配置轉子磁鐵4與定子線圈5，藉此對軸構件2有將軸構件2向下方側彈推用的外力作用，但是將如以上的外力作用於軸構件2的手段不限於上述的手段。雖省略圖示，但例如也可將吸引轉子磁鐵4的磁性構件與轉子磁鐵4在軸向相對配置，藉此將上述磁力作用於轉子3乃至軸構件2。又，作為送風作用的反向力的推力足夠大，並可僅以此推力將軸構件2朝下方側彈推的場合，沒有作為外力之磁力(磁引力)作用於軸構件2的必要。
又，為防止填充於軸承構件8的內周圍面8a及軸構件2的外圍面2a之間的徑向間隙(徑向軸承間隙Gr)，或軸承構件8的外圍面8d1及環狀構件9的內周圍面9b之間的徑向間隙12(參閱第2圖及第4B圖)之潤滑油11的外部洩漏，如第10A圖表示，也可在露出於大氣的軸承構件8的上端面8c、環狀構件9的上端面9c及軸構件2的外圍面2a等設置撥油膜15。並且，為防止浸漬於軸承構件8之內部氣孔的潤滑油11透過軸承構件8的上端面8c的表面開孔而滲出 到裝置外部，也可在軸承構件8如第10B圖表示，形成可實質消滅包括其上端面8c的表層部之多孔質組織的封孔部16。封孔部16也可藉所謂填縫處理所形成，也可藉著將樹脂等的封孔材浸漬、硬化所形成。第10A圖及第10B圖表示的構成也可採用僅其中一方，或併用兩者。
並且，以上是針對本發明運用在軸構件2設置具有送風用的葉片的轉子3之流體動壓軸承裝置1的場合已進行說明，但本發明也可適當運用於將具有圓盤搭載面的圓盤輪轂，或多面反射鏡設置在軸構件2的流體動壓軸承裝置1。亦即，不僅是如第1圖表示的風扇馬達，也可適當使用在組裝於圓盤裝置用的旋轉馬達或雷射印表機(LBP)用的多角掃描馬達等，其他的電子設備用馬達的流體動壓軸承裝置1。

Claims (13)

  1. 一種流體動壓軸承裝置，具備：有底筒狀的殼體，軸向一方側的端部開口且軸向另一方側的端部封閉；多孔質的軸承構件，配置在殼體的內周圍，軸向一方側的內周緣部具有倒角部；及徑向軸承部，以形成在軸承構件的內周圍面與***軸承構件的內周圍的軸承構件的外圍面之間的徑向軸承間隙的潤滑油的油膜徑向支撐上述軸構件，以殼體的內底面在推力方向支撐上述軸構件，在使用溫度範圍內調整潤滑油朝殼體的內部空間的填充量使得潤滑油的油面較上述倒角部的軸向一方側的端部更位於軸向另一方側，其特徵為：軸承構件，一體具有：配置在軸向一方側，外徑尺寸相對較小的小徑圓筒部，及配置在軸向另一方側，外徑尺寸相對較大的大徑圓筒部，並且，在上述小徑圓筒部的軸向一方側的端面露出於大氣的狀態，以配置在上述小徑圓筒部與殼體的筒部之間的環狀構件及殼體的底部從軸向兩側夾持上述大徑圓筒部，藉此固定於殼體的內周圍。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的流體動壓軸承裝置，其中，相對於殼體筒部之上述大徑圓筒部的配合，及相對於環狀構件之上述小徑圓筒部的配合皆是以鬆動配合。
  3. 如申請專利範圍第1項記載的流體動壓軸承裝置，其 中，軸承構件為燒結金屬的多孔質體所構成，軸承構件的內周圍面是模擬精壓核的外圍面所成形的成形面。
  4. 如申請專利範圍第2項記載的流體動壓軸承裝置，其中，軸承構件為燒結金屬的多孔質體所構成，軸承構件的內周圍面是模擬精壓核的外圍面所成形的成形面。
  5. 如申請專利範圍第3項記載的流體動壓軸承裝置，其中，設相對於上述大徑圓筒部的徑向的壁厚(t2)之上述小徑圓筒部的徑向壁厚(t1)的比(t2/t1)小於2.5。
  6. 如申請專利範圍第4項記載的流體動壓軸承裝置，其中，設相對於上述大徑圓筒部的徑向的壁厚(t2)之上述小徑圓筒部的徑向壁厚(t1)的比(t2/t1)小於2.5。
  7. 如申請專利範圍第3~6項中任一項記載的流體動壓軸承裝置，其中，在上述小徑圓筒部的外圍面設置從軸向另一方側朝著軸向一方側逐漸縮徑的斜錐面。
  8. 如申請專利範圍第7項記載的流體動壓軸承裝置，其中，在上述小徑圓筒部的外圍面設有直徑一定的圓筒面，該圓筒面是設置在上述斜錐面與上述小徑圓筒部的軸向一方側的端面之間。
  9. 如申請專利範圍第1~6項中任一項記載的流體動壓軸承裝置，其中，在軸承構件的內周圍面設置對徑向軸承間隙內的潤滑油產生流體動壓的動壓產生部。
  10. 如申請專利範圍第1~6項中任一項記載的流體動壓軸承裝置，其中，上述軸構件是可相對於軸承構件自由***脫離。
  11. 如申請專利範圍第1~6項中任一項記載的流體動壓軸承裝置，其中，對於上述軸構件可將上述軸構件朝軸向另一方側彈推的外力作用。
  12. 如申請專利範圍第1~6項中任一項記載的流體動壓軸承裝置，其中，在上述軸構件設置具有送風用的葉片的轉子。
  13. 一種馬達，具備：申請專利範圍第1~12項中任一項記載的流體動壓軸承裝置。
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