轴承装置以及使用该轴承装置的电机 【技术领域】
本发明涉及能够应用于微处理器用冷却风扇电机、硬盘、光盘旋转装置等需要非接触支撑的各种旋转装置的轴承装置以及使用该轴承装置的电机。
背景技术
用了动压的流体轴承装置除了高的旋转精度之外，还通过非接触支撑而具有寿命长、安静、耐振动性高的优点。对此，参照图12A来说明原有的用了动压的流体轴承装置的一个例子。
轴承装置101具备：轴套103a；支撑轴套103a的外壳103b；被固定在外壳103b内侧底部的止推板106。以轴套103a和外壳103b构成轴承部件。旋转轴102通过轴套103a以及止推板106而在径向以及推动方向受到支撑。油被供给到轴套103a和旋转轴102之间。在旋转轴102的外周面或轴套103a的内周面形成动压槽131。通过该动压槽131和油的作用产生动压。
一旦使旋转轴102旋转，动压槽131将泵送(ポンピング)给与油。结果，旋转轴102利用该泵送而被支撑，不与轴套103a接触而旋转。
在图12A所示的原有的轴承装置中，通过旋转轴102给与油地旋转力，油的一部分105有时会四处溢出，或沿旋转轴102的外周面流出。发生这种油的溢出或流出的话会使得非接触支撑变得困难。
对此，为了防止油从轴套和旋转轴的空隙泄漏，在轴套侧或旋转轴侧设置开口的部分并形成油滞留部，利用该油滞留部形成压紧结构(例如，特开平11-82487号公报)。参照图12B来说明该油滞留部的一个例子。在该例中，通过使旋转轴的与轴套103a的上端部对向的部分107的直径向上变细，在与轴套103a的上端部之间形成向上方敞开的油滞留部。于是，该油滞留部防止油从那里因离心力的作用溢出并传到旋转轴102的表面而溅散。
但是，这种通过在轴套和旋转轴之间形成油滞留空间来构成压紧部的原有技术由于在油滞留部滞留大量的油并且大量的油可能从油滞留部溢出，所以难以充分提高防止油的溅散的效果。
图13是在实开平2-94922号公报里所公布的将风扇116安装在外周的转子111固定在旋转轴102上来构成风扇电机的例子。并且，通过将设在转子111上的磁铁112和设在轴套103a侧的线圈113在旋转轴102的轴心方向以一定间隔而配置，产生使旋转轴102朝向下方的磁吸引力。该磁吸引力对于旋转轴102防止其从轴套103a脱出。
但是，在振动或冲击等力施加到轴承装置101上或轴承装置101的姿势倾斜的场合，仅以上述磁吸引力难以防止旋转轴102的脱出。因此，通过在旋转轴102的下端安装凸缘105，来防止旋转轴102从轴套103a脱出。即，旋转轴102因外力而向上方移动时，由于被固定在旋转轴102上的凸缘105与轴套103a的一部分接触，所以阻挡了旋转轴102进一步向上方移动。
在上面的原有的例子中，假如提高磁吸引力来防止旋转轴的脱出的话，就会在旋转轴的旋轴(ピボット)端和旋轴承受部之间施加很大的压力，旋轴部分的摩擦增大，除发生动摩擦以外，还会有旋转轴的旋转易于产生不平衡的问题。另外，凸缘接触到轴套时，对旋转轴的旋转给与急剧的制动，除了会因摩擦而导致凸缘或轴承部件发热以外，还会使凸缘或轴承部件破损。
另外，在特开平9-37513号公报和特开平9-32850号公报中公开了为了防止旋转轴的脱出，在旋转轴上设置推力动压轴。用图14来说明该原有的技术。在图14中，在旋转轴102的所定高度位置设置凸缘105。在该凸缘105的上面以及下面分别形成动压用槽105a、105b。将该凸缘105配置在形成于轴套103a的空间，并且在该空间内充满油。然后，一旦使旋转轴102旋转的话，就对旋转轴102的轴心方向产生上下两个方向的推力动压。旋转轴102通过该推力动压而被支撑着。
在上述原有的例子中，难以在轴套中以很高的精度形成收放凸缘的空间。另外，由于因凸缘而一直产生上下两个方向的动压，所以有动力的损失大的问题。
支撑旋转轴自由旋转的轴套被固定在外壳上。例如，在特开2000-352414号公报中公开了对将该轴套固定到外壳上采用了压紧外壳的一部分并使之塑性变形的技术。用图15A-15C来说明该技术。
外壳103b具有将轴套103a收放在内部的收放孔108。外壳103b的上端部103b1绕全圆周形成薄壁。将轴套103a收放在收放孔108后(图15B)，将外壳103b的上端部103b1向内侧压紧(图15C)，以其塑性变形后的上端部103b1按压轴套103a的上端面。
利用该压紧的轴套103a的固定由于是通过使外壳103b的上端部103b1绕全周向内侧塑性变形来进行的，所以伴随着该外壳103b的上端部103b1的塑性变形，如图15C的圆所示那样，有时外壳103b的上端部103b1以外的部分也会变形。外壳103b的变形会导致轴套103a的变形，另外，会引起旋转轴102和轴套103a的缝隙间隔变得不一样的结果。发明内容
本发明的目的是提供减少液态流体(油)的溅散，可靠地防止旋转轴的脱出，抑制轴套压紧固定到外壳上时的变形的轴承装置、以及使用该轴承装置的电机。
为了达成上述目的，本发明的轴承装置由用于介由径向轴间隙支撑旋转轴的轴套和形成有用于收放该轴套的收放孔的外壳构成，收放在上述外壳的收放孔里的上述轴套通过对在从该收放孔的上端向下一定距离的位置的外壳内壁的一部分进行压紧处理而被固定在外壳上。
本发明的轴承装置采取以下的实施方式。
构成上述收放孔的外壳的内壁配置有：具有与上述轴套的外径几乎相等的内径的第1内周面，具有比该第1内周面更大的内径的第2内周面，使第1内周面在上述收放孔的底部，第2内周面在收放孔的入口侧，并且，通过对形成于上述第1内周面和第2内周面的边界区域的台阶部的一部分进行压紧处理，使上述轴套固定在外壳上。
上述第1内周面的一部分和上述第2内周面的一部分在上述边界区域沿径向重叠，对该重叠的部分的至少一部分进行压紧处理。
上述重叠部分向上方变薄。
上述轴套在其外周部分形成平行于径向的上端面，使外壳内壁的一部分朝向该上端面进行压紧处理。
上述轴套的中央部分比上述外周部分更高，在该中央部分和外周部分之间形成倾斜面。
在上述外壳的底部形成收放液状流体的底部空间，该底部空间内的油通过毛细管现象而被送入上述径向轴间隙。
在上述外壳和上述轴套的至少一个上设置一端向大气敞开、另一端与上述底部空间连通的连通孔，使从径向轴间隙的上端溢出的液状流体经过该连通孔返回上述底部空间。
上述连通孔的一端在上述轴套外周部分的上端面敞开。
上述底部空间通过具有比上述第1内周面的直径更小的内径，而在第1内周面和该底部空间的内周面之间形成台阶，通过使上述轴套的下端面放置在该台阶上来决定轴套在外壳收放孔内的位置。
将旋转轴支撑在上述轴套上，并且将凸缘固定在该旋转轴上，将该凸缘配置在形成于上述外壳底部的底部空间。
将旋转轴支撑在上述轴套上，并且将风扇固定在该旋转轴上。另外，使用该轴承装置构成马达。
在具有旋转轴和轴套的轴承装置中，其中，该轴套有介由用于支撑该旋转轴的至少径向荷重的上述旋转轴的外周面和盛满液状流体的径向轴间隙而对向的径向轴承面，上述旋转轴通过在从上述径向轴间隙向上方伸出的部分的一定高度位置的上方比下方更细在上述高度位置形成台阶部。
上述旋转轴从上述台阶部直到下端直径一定。
上述旋转轴从上述径向轴间隙向上方伸出的部分的一部分收缩或扩大而在该上部形成上述台阶部。
上述台阶部的上面为垂直于旋转轴轴心的平面。
上述台阶部的上面为倾斜于旋转轴轴心的平面。
上述台阶部的上面为曲面。
上述曲面分别与旋转轴的上述台阶部的下方以及上方的外周面连续。
【附图说明】
图1是用于说明本发明的轴承装置的概况的截面图。
图2是说明本发明的轴承装置中将旋转轴以台阶部为边界构成大直径的下方部分和小直径的上方部分的图。
图3-图5是分别表示备有与设在图2的旋转轴的台阶部不同的形状的台阶部的旋转轴的图。
图6以及图7是分别表示以与图2不同的形式形成本发明的轴承装置中旋转轴的台阶部的例子的图。
图8A以及图8B是表示形成于轴套和外壳之间用于使油返回下方的底部空间的连通孔的一个例子的俯视图以及截面图。
图9A以及图9B是表示上述连通孔的其它例子的俯视图以及截面图。
图10A以及图10B是说明本发明的轴承装置的由推力动压来保持旋转轴的保持机构的图。
图11A以及图11C是说明本发明的轴承装置中通过对轴套进行压紧处理而固定到外壳上的形式的截面图。
图12A是说明原有的利用了动压的轴承装置中油从轴套和旋转轴的间隙飞散的截面图。
图12B是说明为了防止上述油的泄漏而在旋转轴侧形成油滞留部的原有例子的截面图。
图13是用于说明在旋转轴上设有防止旋转轴的拔出用的凸缘的原有的轴承装置的一个例子的截面图。
图14是用于说明设有防止旋转轴的脱出用的推力动压轴的原有的轴承装置的一个例子的截面图。
图15A-图15C是说明根据原有技术通过压紧处理将轴套固定在外壳上的形式的截面图。
【具体实施方式】
(轴承装置的整体构成)
首先，参照图1来说明将本发明的轴承装置应用于风扇电机的例子。
轴承装置1备有旋转轴2、支撑该旋转轴2自由旋转的轴承部件3。轴承部件3包括非接触式支撑旋转轴2的轴套3a和固定该轴套3a的外壳3b。通过以固定螺丝15将安装了风扇16的转子11固定在该旋转轴2上而构成风扇电机。
以安装在转子11上的磁铁12、安装在外壳3b的固定部分上的线圈以及磁芯13、以及对流向线圈的驱动电流进行控制的基板14来构成风扇电机驱动机构。
收放旋转轴2的收放孔贯穿轴套3a。将旋转轴2收放在该收放孔后，在轴套3a的收放孔的内周面(径向动压承受面)与收放在该收放孔内的旋转轴2的外周面之间形成径向轴间隙21。并且，通过将油等液体(以下，称为油)供给该径向轴间隙21，就能够使旋转轴2相对于轴套3a以非接触式旋转。
在夹住径向轴间隙21并对向的旋转轴2的外周面和轴套3a的旋转轴收放孔的内周面之一或两个上形成人字形槽等产生动压用的动压槽31。在图1的例子中在旋转轴2的外周面形成动压槽31。并且，在用油充满径向轴间隙21的状态使旋转轴2旋转的话，因动压槽31和油的作用产生动压，旋转轴2就被该动压非接触地支撑。
外壳3b在底部配备有滞留供给径向间隙21的油的空间22。该底部空间22与轴套3a的旋转轴收放孔连通。再有，在该底部空间22内配置有旋转轴2的下端部分和固定在该下端部分的凸缘5。在底部空间22的底面上放置了点支撑旋转轴2下端的旋轴部7的止推板6。
滞留在外壳3b底部空间22的油利用毛细管现象被送入径向轴间隙21内。在连通径向轴间隙21和底部空间22的部分，通过使底部空间22的容量比径向轴间隙21的容量大足够多，就能够利用毛细管现象产生把油送入径向轴间隙21内的送入力。
再有，在轴套3a和外壳3b之间形成连通孔23。当油在径向轴间隙21上升而从径向轴间隙21的上端溢出时，通过该连通孔23而返回到底部空间22。
(在旋转轴上形成台阶部)
如图2所示的旋转轴2从轴套3a上方伸出部分的某高度位置使上方比下方更细。即，旋转轴2以台阶部2a为边界，由大直径的下方部分2b和小直径的上方部分2c组成。旋转轴2的下方部分2b的一部分与外壳3b对向，剩下的部分从外壳3b的上端向上方伸出。形成台阶部2a的面(台阶面2d)是在相对于图2中点划线所示的旋转轴2的轴心垂直的面内。
轴套3a的内周面的上端部呈倾斜面3b，在与旋转轴2之间形成向上方敞开的空间(油滞留部10)。利用毛细管现象而被供给径向间隙21内的油在径向间隙21上升并滞留在油滞留部10。滞留在油滞留部10的油进一步在旋转的旋转轴2的外周面上上升而到达台阶部2a。
因该旋转轴2的旋转导致的离心力作用在旋转轴2的外周面上的油上，而使离开旋转轴2的轴心方向的力发生作用。因此，即使油在旋转轴2的外周面上上升而到达台阶部2a，该油也不会流向与台阶面2d上离心力作用方向相反方向。即，抑制了油进到台阶面2d上而到达旋转轴2的上方部分2c的下端。
图3至图7所示的是形成于旋转轴2上的台阶部2a的其他的形式。
图3所示的台阶部2a的台阶面2d不是相对于旋转轴2的轴心(以点划线表示)垂直的面，而是向下方倾斜的平面。
图4所示的台阶部2a的台阶面2d不是相对于旋转轴2的轴心(以点划线表示)垂直的面，而是向上方倾斜的平面。
图5所示的台阶部2a通过做成以其台阶面2d代替图3的平面的曲面，介由其台阶部2a从使外径变大的下方部分2b平缓过渡到使外径变小的上方部分2c。
图6所示的旋转轴2由与轴套的内周面对向的下端部分2b、与其下方部分2b的上方相连并使外径比下方部分2b稍大的中央部分2f、以及介由台阶部2a和该中央部分2f连接起来的、使外径比中央部分2f更小的上方部分2c组成。
如图7所示的旋转轴2由与轴套的内周面对向的下端部分2b、与其下方部分2b的上方相连使外径比下方部分2b稍小的中央部分2g、以及介由台阶部2a和该中央部分2f连接起来的、使外径比中央部分2f更小的上方部分2c组成。
以上，图2至图7所示的例子都通过在从轴套3a露出的旋转轴2的任意位置使其外径在上下形成不同的台阶部2a，利用旋转的旋转轴2的离心力的作用来抑制油进到该台阶部2a的台阶面2d上而到达比旋转轴2的台阶部2a更上方的部分2c。
(把油供给径向轴间隙)
如图8B所示那样，外壳3b由在内部收放轴套3a的外壳筒部3b1和形成于该外壳筒部3b1底部的外壳底部3b2组成。
通过在外壳筒部3b1的下端内侧形成肩部3b3，轴套3a的下端面与其肩部3b3接触，轴套3a相对于外壳3b的收放位置就被确定。以该肩部3b3的内周面、和以该肩部3b3定位的轴套3a的底面、以及外壳筒部3b1的底面划分出将供给径向轴间隙21的油滞留在底部空间22。
通过使油在该底部空间22内一直满到比径向轴间隙21的下端开口部更高的位置，油就通过毛细管现象被吸入径向轴间隙21内。
如图8A以及图8B所示，用于使径向轴间隙21上方溢出的油返回底部空间22的连通孔23(参照图1)在外壳筒部4b的内周壁形成槽24，或者如图9A以及图9B所示，通过在轴套3a的外周壁形成槽25，就能够形成。构成该连通孔23的槽24和槽25都具有不会通过毛细管现象将底部空间22内的油吸上程度的足够大的内径。
(推力动压的发生)
如图1所示，通过在旋转轴2的轴心方向以一定间隔配置磁铁12和线圈以及磁芯13，就产生使旋转轴2拉向下方的磁吸引力。在图10A中用箭头A表示该磁吸引力。在该状态下，旋转轴2下端的旋轴部7与止推板6接触。止推板6由低摩擦材料形成，点支撑旋转轴2的旋轴部7。
如图10A所示，在旋转轴2的从轴套3a的下端面向下方(即，向底部空间22内)伸出的部分安装凸缘5。在该凸缘5的上面形成推力动压槽5a。如图10A所示，旋转轴2通过上述箭头A方向的磁作用力的作用而下降到下端的旋轴部7与止推板6接触时，由于轴套3a的下端面3a2与凸缘5的上面之间的间隔d2变大，在被油充满的底部空间22内凸缘5相对于轴套3a旋转也不会产生动压。
另一方面，通过在轴承装置1上施加振动或冲击使轴承装置1的姿势变化，外力施加到轴承装置1上，如图10B所示，与磁吸引力方向相反方向(箭头B的方向)的力作用到旋转轴2上，使旋转轴2相对于轴套3a上升而从轴承装置1脱离。并且，一旦旋转轴2上升，由于轴套3a的下端面3a2和凸缘5的上面之间的间隔的变小，在被油充满的底部空间22内凸缘5相对于轴套3旋转而产生动压。该产生的动压把凸缘5按向下方(即，如图10B的箭头C所示的方向)。
一旦凸缘5(以及旋转轴2)被动压按向下方，轴套3a的下端面3a2和凸缘5的上面之间的间隔就变大。轴套3a的下端面3a2和凸缘5的上面之间的间隔这样变大的话，动压就降低。结果，凸缘5稳定在施加到轴承装置1的外力和磁吸引力的和(使旋转轴2上升的力的合力)与动压(使旋转轴2下降的力)平衡的位置。
去掉施加到轴承装置1上的外力的话，仅磁吸引力(箭头A的方向)作用在旋转轴2上，凸缘5返回到图10A的位置。
(轴套固定到外壳上)
如图11A所示，在外壳3b的3b1的内壁上，形成放入轴套3a并与该轴套3a的外周面对向的第1内周面3b11、与第1内周面3b11的上方相连并使内径比第1内周面4a更大的第2内周面3b12。并且，如图11A中圆A所示，在使第2内周面3b12的下端部和第1内周面3b11的上端部在半径方向重叠的状态，在第1内周面3b11和第2内周面3b12之间形成向外壳3b的轴心方向斜向上方突出的突起部3b13。
并且，如图11B所示，将轴套3a收放在外壳3b内，使轴套3a的下端面与形成于外壳3b下端内侧的肩部3b3接触的话，该轴套3a与外壳内壁第1内周面3b11并进一步与和它相连的突起部3b13的基部对向。但是，轴套3a的外周部的上面3a3不碰到形成于外壳内壁面的突起部3b13的前端部分。即，如图11中圆B所示，突起部3b13之中至少前端部分不与轴套3a对向。在此，如图11C所示，通过使突起部3b13的前端部分朝向轴套3a的外周部上面3a3压紧并塑性变形(参照圆C)，就能够把轴套3a固定在外壳3b内。即，轴套3a通过其下端面在肩部3b3，或者其外周部上面3a3因塑性变形的突起部3b13的前端部分分别被定位，就相对于外壳3b被固定。
被压紧的突起部3b13的前端部分由于朝向前端边缘变薄，压紧作业变得容易。并且，该突起部3b13形成在外壳3b的内壁且其高度方向的中间部。因此，在压紧突起部3b13的前端部分时，由于不用担心会使外壳3b中其它地方也变形，所以利用该压紧处理能够防止轴套3a和旋转轴2之间的间隙的间隔产生偏差的现象。
还有，如图11B以及图11C所示，突起部3b13的前端部分被压紧而接触轴套3a的形成得比中央部分更低的外周部的上面3a3。贯穿轴套3a的中央部分形成收放旋转轴2的收放孔3a4。通过使轴套3a具有该构造，就能够使压紧的突起部3b31与轴套3a接触的部位(外周面上面3a3)比轴套3a的收放孔3a4的上端更下方。
该突起部3b13可以形成环绕外壳3b的内壁全周的环状，也可以仅在外壳3b的内壁周围的一部分形成。