專利名稱：液體動壓軸承裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液體動壓軸承裝置。該液體動壓軸承裝置適宜用在供信息技術設備使用的馬達中，包括在磁盤裝置例如HDD和FDD、光盤裝置例如CD-ROM和DVD-ROM以及磁性光盤裝置例如MD和MO中使用的主軸馬達和在激光打印機(LBP)中使用的多邊形掃描馬達，該液體動壓軸承裝置還適宜用在供電子設備例如軸扇使用的小型馬達中。
背景技術：
如上所述的各類馬達要求高精確度、高速和低噪音旋轉以及低成本制造。支承馬達主軸的軸承是決定馬達所需性能的因素之一。為了獲得馬達的高性能，近幾年在實際應用中已經在開發使用或已經使用了液體動壓軸承裝置。
已公布的公開號為2002-61641的日本早期公開專利申請披露了一例液體動壓軸承裝置。該液體動壓軸承裝置包括帶有底部的筒形殼體、安裝在殼體內周的軸承部件、插入該軸承部件內周面的軸向部件，以及以非接觸方式旋轉支承軸向部件的徑向軸承部分和止推軸承部分。此非接觸方式是藉由軸向部件和軸承座套之間相對旋轉所產生的液體動壓作用。
在止推軸承部分中，油的液體動壓在止推軸承部分的間隙中、在彼此相對的凸緣部分一端面和殼體底面之間，以及在彼此相對的該凸緣部分其他端面和軸承座套端面之間產生壓力，從而以非接觸方式軸向支承軸向部件。
在上述的止推軸承部分中，必須在與止推軸承部分間隙(或者是凸緣部分的端面、殼體的底面，或者是軸承座套的端面)相對的任何面上形成用來產生液體動壓的槽(即液體動壓產生槽)。例如，舉一個在殼體底面形成液體動壓產生槽的實例，該液體動壓產生槽可以直接形成在殼體的底面內側，而該殼體的形狀為筒體且與底部一體形成。另外液體動壓產生槽還可以形成在與殼體不同的主體上的止推板端面上。在該例中，止推板裝在殼體的一個端口，形成該殼體的底面。
采用蝕刻或電解加工使得在止推板端面形成高精度的液體動壓產生槽成為可能。但是，蝕刻或電解加工的成本太高。所以，考慮通過壓力加工形成液體動壓產生槽。然而，如圖9A所示，當用沖壓模32沖壓薄的物體31例如止推板時，被沖壓出的物體31’往往會形成凸板且朝向沖壓模側的方向彎曲凸起，如圖9B所示。
從而被沖壓面的平整度變差，而且槽的深度也變得不均勻。使用非平面止推板往往會導致軸承性能因缺少必需的液體動壓而降低，并且由于和軸向部件頻繁接觸而縮短耐磨壽命。
發明內容
本發明的目的是提供一種以低成本在其止推軸承部分上形成高精度液體動壓產生槽的耐磨壽命長的液體動壓軸承裝置。
為了達到上述目的，本發明的液體動壓軸承裝置包括具有第一止推面和與該第一止推面軸向相對的第二止推面的軸向部件，在該軸向部件中，液體動壓形成槽區形成在該第一止推面和第二止推面的其中一個面上。液體動壓產生槽區有多個液體動壓產生槽。流體的液體動壓作用產生壓力在第一止推面和第二止推面之間的止推軸承間隙中從而以非接觸方式軸向支承軸向部件。在這個構造中，液體動壓產生槽區通過壓力加工形成，液體動壓槽區表面的內周脊高度減去其外周脊高度得到的高度差在0-+2μm之間或等于0或+2μm。
根據本發明，由于面向止推軸承間隙的液體動壓產生槽區通過壓力加工形成，因此低成本模制液體動壓產生槽成為可能。液體動壓產生槽區的內外徑向部分的高度差被調節如上，所以具有低周速的內徑向部分在啟動和停止馬達等時與軸向部件發生接觸。因此，可以防止軸向部件和液體動壓產生槽區之間接觸部分的磨損，從而增加軸承裝置的耐磨壽命成為可能。為了形成液體動壓產生槽區的高度差，被沖壓的材料具有其與液體動壓產生槽區相對應的部位向徑向內側錐形傾斜的結構。
在與軸向垂直的方向形成第一和第二止推面。在軸向部件具有凸緣部分的情況下，第一止推面可以形成在面向第二止推面的凸緣部分的端面上。第一止推面也可以形成在條形軸向部件的端面上。
即使液體動壓產生槽區通過高精度壓力加工模壓制成，液體動壓產生槽區P的糙面仍難以滿足上述對高度差的要求。但是，如果液體動壓產生槽區的表面糙度不大于0.6Ra，就可能滿足上述要求。“Ra”是指由日本工業標準(JIS B0601)規定的中心線平均糙度。
液體動壓產生槽區的至少一個脊需要進行拋光工藝來達到≤0.6Ra的表面糙度。液體動壓產生槽區的“脊”是指相鄰的液體動壓產生槽之間的凸出部分。最好是采用去除精微凸起的工藝方法，例如磨光(lapping)、化學拋光(chemical polishing)以及其他類似拋光工藝。另外，液體動壓產生槽區可以在進行第一次沖壓后再次沖壓(沖壓兩次)來作為拋光工藝從而獲得近似的表面糙度。
液體動壓軸承裝置可以進一步包括殼體，該殼體有一個開口端以及用止推板密封的另一端。在本實施例中，液體動壓產生槽區可以形成在該止推板的端面上。如果提供的軸向部件帶有凸緣部分，液體動壓產生槽區可以形成在凸緣部分的第一止推面上。
圖1是本發明的一個實施例的液體動壓軸承裝置的剖面圖。
圖2是第二止推面的平面圖(止推板的上端面)。
圖3是本發明的第二止推面(止推板的上端面)的放大剖面圖。
圖4是表示用于模制第二止推面的沖壓裝置的基本結構的剖面圖。
圖5是表示沖壓前止推板材料形狀的剖面圖。
圖6是普通液體動壓軸承裝置的止推軸承間隙相關變化的測量結果圖表。
圖7是本發明液體動壓軸承裝置的止推軸承間隙的相關變化的測量結果圖表。
圖8是本發明另一實施例的剖面圖。
圖9A和9B分別是壓力加工前后的薄材的剖面圖。
具體實施例方式
下面將對本發明的實施例作出說明。
圖1所示為本發明的液體動壓軸承裝置1。該液體動壓軸承裝置1包括帶一個底部、一端有一開口7a的筒形殼體7、固定在殼體7內周面的筒形軸承座套8、軸向部件2以及與殼體7的開口7a緊固在一起的密封部件10。為方便起見，在下文中，止推軸承部分T的一側指的是下側，而與止推軸承部分T相對的一側指的是上側。
帶底部的筒形殼體7具有側部7b和底部7c。在本實施例中，底部7c由一塊薄盤形止推板制成，該止推板厚度基本相同，是與側部7b不同的部件。止推板7c與側部7b的下側面開口粘合或壓合在一起或同時粘合并壓合在一起，從而形成一端密封的殼體7。
作為止推軸承部分T的止推軸承面之一的環形區P(液體動壓產生槽區)形成在止推板7c的上表面7c1(第二止推面)。在該區P中，如圖2所示，多個液體動壓產生槽P1和液體動壓產生槽P1之間的凸出部分——脊P2為旋轉形。液體動壓產生槽區P通過下述的壓力加工形成。為了改善液體動壓產生槽P的加工性，止推板7c最好由屈服應力低的軟金屬制成，例如銅合金(黃銅、炮銅、鉛青銅、磷青銅等)或者鋁合金(由JIS規定的A2至7類型)。液體動壓產生槽能夠制成任何形狀，例如人字形。環形液體動壓產生槽區P一般徑向形成于上表面7c1的一部分。液體動壓產生槽區P可以在與圖2所示不同的部位形成(例如，比圖2所示部位更靠內的徑向側)。
由金屬例如不銹鋼(例如JIS規定的SUS420J2)等制成的軸向部件2具有軸向部分2a和凸緣部分2b，該凸緣部分2b與該軸向部分2a下端一體形成或與該軸向部分2a分別形成。凸緣部分2b的上端面2b1通過止推軸承間隙與軸承座套8的下端面8c相對。凸緣部分2b的下端面2b2(第一止推面)通過止推軸承間隙與止推板7c的上端面7c1(第二止推面)相對。
筒形軸承座套8由多孔材料制成，例如為主要由銅構成的燒結金屬中充滿潤滑油或潤滑油脂的油浸燒結金屬(oil-impregnated sinteredmetal)。軸承座套8的內周面8a上，分別軸向提供了第一和第二徑向軸承部分R1和R2的第一和第二徑向軸承面。例如，呈人字形的液體動壓產生槽形成在第一和第二徑向軸承面的每一面上。液體動壓產生槽的形狀可以是螺旋形、軸向延伸的窄槽等。液體動壓產生槽可以形成在軸向部件2的軸向部分2a外周面上，該外周面通過徑向軸承間隙與軸承座套8內周面8a相對。軸承座套8可以由非多孔材料的軟金屬例如黃銅、銅合金等制成。
軸承座套8的下端面8c上，止推軸承部分T的其他止推軸承面(液體動壓產生槽區)形成環形。螺旋形的液體動壓產生槽(圖中未示)形成于液體動壓產生槽區中。液體動壓產生槽可以形成任何形狀，例如人字形。
如圖1所示，環形密封部件10通過壓合或粘合等方式固定于殼體7的開口7a的內周面。在本實施例中，密封部件10的內周面10a形成筒形。密封部件10的下端面和軸承座套8的上端面8b接觸。
軸向部件2的軸向部分2a插入軸承座套8的內周面8a。凸緣部分2b被容置在軸承座套8的下端面8c和止推板7c的上端面7c1之間的空間內。由于軸向部分2a的錐形面2a1通過預設的間隙與密封部件10的內周面10a相對，因此在這兩個面中間形成了朝殼體7外部逐漸擴大的錐形密封空間S(在圖1中為向上方向)。當軸向部件2旋轉時，軸向部分2a的錐形面2a1起到所謂離心密封的作用。被密封部件10密封的殼體7內部(包括軸承座套8內的孔)充滿潤滑劑(潤滑油)，潤滑劑的油面位于密封空間S中。密封空間S可以是軸向等半徑的筒形而非錐形。
當軸向部件2與殼體7相對旋轉時(在本實施例中軸向部件2旋轉時)，潤滑油的液體動壓作用增加了徑向軸承間隙的壓力。徑向軸承間隙的上部和下部形成的油膜以非接觸方式徑向旋轉支承軸向部件2的軸向部分2a。從而，第一和第二徑向軸承部分R1和R2以非接觸方式徑向旋轉支承軸向部件2。同時，由于潤滑油的液體動壓作用增加了兩個上部和下部的止推軸承間隙的壓力，因此止推軸承間隙中形成的油膜以非接觸方式在任一軸向旋轉支承軸向部件2的凸緣部分2b。從而，止推軸承部分T以非接觸方式軸向旋轉支承軸向部件2。
液體動壓產生槽區P通過壓力加工所引起的塑性變形而形成于止推板7c的上端面7c1，換句話說，是通過沖模25的上、下沖頭21和23沖壓設置于該沖模25上的止推板7c的材料7c’。沖頭21和23的其中一個，例如，上沖頭21配置與液體動壓產生槽區P對應的沖模23。材料7c’外徑限定在沖模25內周中，并將沖模23向材料7c’的方向沖壓，液體動壓產生槽區P通過塑性變形而形成于材料7c’的端面上。
如上所述，根據本發明，止推板7c由屈服應力低的軟材料7c’制成，這樣即使壓力加工的壓力低，液體動壓產生槽仍然能以高精度形成。
如圖3所示，止推板7c的液體動壓產生槽區P構造中，其表面內外脊高度差，即內脊高度減去外脊高度，等于0或+2μm或在這兩個數值之間。當高度差為0時，液體動壓產生槽區P表面是與徑向成直角的平面。當高度差大于0時，液體動壓產生槽區P表面向外徑側傾斜。圖3中該表面呈線性傾斜，但也可以是呈曲線傾斜。附帶提一句，為易于理解的目的，圖3中液體動壓產生槽區P表面的傾斜度有所夸大。
如上所述，由于液體動壓產生槽區P表面是平面或向其外徑側傾斜，因此液體動壓產生槽區P的整個表面或內周部分正好在馬達啟動后或停止前與凸緣部分2b的下端面2b2發生接觸。所以液體動壓產生槽區P僅僅靠其具有高周速的外周部分不會發生接觸，就有可能防止凸緣部分2b和止推板7c因在馬達起動后或停止前的瞬間發生接觸所引起的不對稱磨損。所以軸承的使用壽命增加。
當高度差是小于0的負數時，液體動壓產生槽區P表面向其內徑側傾斜。因而如上所述，存在液體動壓產生槽區P通過其具有高周速的外周部分與凸緣部分2b接觸的問題。當高度差大于2μm時，相反會存在接觸部位加速磨損的問題。
參照圖5，止推板7c由材料7c’制成，材料7c’上與液體動壓產生槽區P對應的區域Q向下逐漸錐形傾斜，所以其內徑側高度比外徑側高度低H2。如圖4所示，沖壓裝置沖壓材料7c’便模制成止推板7c。如圖9A和9B所示，沖壓導致材料7c’彎曲。但由于因沖壓引起的變形消除了區域Q的錐度，因此經沖壓后有可能把止推板7c模制成其液體動壓產生槽區P的高度差處于預設范圍內(0≤H1≤2μm)的結構。
如果止推板7c的液體動壓產生槽區P的表面粗糙，即使如圖4所示通過沖壓以高精度模制成止推板7c時仍難以滿足公式H1≤2μm。因此，最好是使液體動壓產生槽區P表面的糙度盡可能平滑。基于上述情況，液體動壓產生槽區P的表面糙度(特別是脊P2的表面糙度)最好在0-0.6Ra的范圍之間。沖壓后，液體動壓產生槽區P的脊P2(或者是液體動壓產生槽P1和脊P2二者)需要進行拋光工藝以獲得目標表面糙度。考慮到工藝成本，最好采用磨光、化學拋光、再沖壓(沖壓兩次)等拋光工藝。
圖6和圖7分別為對帶采取了上述措施的本發明的帶止推板7c的軸承裝置和帶未采取上述措施的模壓止推板的普通軸承裝置分別進行反復啟動和停止后所顯示出的止推軸承間隙相應變化的圖表。圖6和圖7中，橫軸代表測試(循環)數量，縱軸代表磨損量(μm)。從圖6和7顯然可知，與普通的軸承裝置相比，本發明的軸承裝置的磨損量大幅減少，因此該軸承裝置的耐磨壽命顯著增加。
上述實施例中，液體動壓產生槽區P形成在未與殼體7一體的止推板7c上。然而本發明也適用于止推板與殼體7一體的情況。換句話說，殼體7可以制成帶底部的筒形，然后可以通過壓力加工在底部表面的內表面上形成液體動壓產生槽區P。
參照圖8，液體動壓產生槽區P可以通過以上述同樣的方式沖壓凸緣部分2b材料，而形成在凸緣部分2b的端面2b1和2b2中的一個或兩個面上。(圖8中液體動壓產生槽區P形成在兩個端面上。)本構造特別適用于軸向部件2的軸向部分2a和凸緣部分2b間具有不同結構的情況。
圖8所示的實施例中，止推部件11將軸承套座8的一個端口密封住，并且止推部件11上端面起著第二止推面7c1’的作用，該第二止推面7c1’與凸緣部分2b下端面相對。然而，如圖1所示的實施例，第二止推面7c1可以形成在組成殼體7底面的止推板7c的上端面中。
在上述實施例中，具有液體動壓產生槽的液體動壓軸承被用作徑向軸承部分R1和R2。但是不同的軸承也都可用作徑向軸承部分R1和R2，只要徑向軸承間隙中形成的潤滑油油膜以非接觸方式徑向支承軸向部件2。例如徑向軸承面可以是不含有液體動壓產生槽、剖面為閉合環的形狀(閉合環軸承)。
根據本發明，有可能通過壓力加工以高精度模制成止推軸承部分上的液體動壓產生槽區，因此有可能提供低成本、軸承性能優良且耐磨壽命長的液體動壓軸承裝置。
權利要求
1.一種液體動壓軸承裝置，包括具有第一止推面的軸向部件；以及與軸向部件的第一止推面軸向相對的第二止推面，形成在第一止推面和第二止推面的其中一個面上的液體動壓產生槽區，該液體動壓產生槽區具有多個液體動壓產生槽，流體液體動壓作用產生壓力在第一止推面和第二止推面之間的止推軸承間隙中從而以非接觸方式軸向支承軸向部件，其特征是上述液體動壓產生槽區通過壓力加工形成，該液體動壓產生槽區的內周脊高度減去外周脊高度獲得的高度差等于0或+2μm或在這兩個數值之間。
2.根據權利要求1所述的液體動壓軸承裝置，其特征是軸向部件帶有凸緣部分，并且第一止推面在與第二止推面相對的凸緣部分的端面上。
3.根據權利要求1所述的液體動壓軸承裝置，其特征是液體動壓產生槽區的表面糙度小于或等于0.6Ra。
4.根據權利要求3所述的液體動壓軸承裝置，其特征是液體動壓產生槽區的至少一個脊進行拋光工藝。
5.根據權利要求1所述的液體動壓軸承裝置，其特征是液體動壓產生槽區通過沖壓材料形成，該材料具有其對應液體動壓產生槽區的部位向徑向內側呈錐形傾斜的結構。
6.根據權利要求1至5中的一項所述的液體動壓軸承裝置，其特征是進一步包括殼體，殼體一端帶有開口，殼體另一端被止推板密封，液體動壓產生槽區形成在止推板的端面上。
7.根據權利要求2所述的液體動壓軸承裝置，其特征是液體動壓產生槽區形成在凸緣部分的第一止推面上。
全文摘要
本發明提出了一種低成本、軸承性能優良且耐磨壽命長的液體動壓軸承裝置。該液體動壓軸承裝置的止推軸承部分具有第二止推面。在第二止推面上，至少在其一部分上徑向形成具有多個液體動壓產生槽的液體動壓產生槽區。潤滑油的液體動壓作用增加了軸向部件凸緣部分一端和第二止推面之間止推軸承間隙中的壓力，以非接觸方式軸向支承軸向部件。第二止推面的液體動壓產生槽區通過壓力加工形成。液體動壓產生槽區表面的內外脊之間的高度差，即內周脊高度減去外周脊高度，控制為0或2μm或者在這兩個數值之間。
文檔編號F16C17/04GK1711429SQ20038010326
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月9日 優先權日2002年10月24日
發明者林達也, 楠清尚 申請人:Ntn株式會社, 日本電產株式會社