轴承单元、以及具有该轴承单元的电机和电子设备 【技术领域】
本发明涉及可旋转地支撑旋转轴或将旋转体可旋转地支撑到轴上的轴承单元、以及装有该轴承单元的电机和电子设备。
背景技术
传统地，作为可旋转地支撑旋转轴的轴承单元，如图1所示的结构是已知的。
图1中所示的轴承单元100可旋转地支撑旋转轴101，并具有径向轴承104、空间形成构件120以及容纳径向轴承104和空间形成构件120的壳体105，径向轴承104在绕旋转轴101的周旋方向上支撑旋转轴101，在空间形成构件120上形成有止推轴承110，该止推轴承110在止推方向上支撑旋转轴101的端部。
在轴承单元100中，径向轴承104与作为粘性流体填充在壳体105中的润滑油一起构成流体动压轴承。在其中插入旋转轴101的内周表面上形成用于产生动压的动压产生槽111。
设置在旋转轴101沿止推方向的一端侧的空间形成构件120被形成为围绕旋转轴101的下部，即围绕其在封闭侧的端部，如图1所示。例如，空间形成构件120由合成树脂制成。在空间形成构件120内部，在旋转轴101的轴承支撑部分102周围填充液压油。
沿止推方向可旋转地支撑轴承支撑部分102地止推轴承110被一体地形成在空间形成构件120的底部的内表面侧的中心部分中，其中所述轴承支撑部分102被设置在由径向轴承104支撑的旋转轴101的一端侧。止推轴承110是由树脂一体制成的空间形成构件120的一部分。止推轴承110被形成为枢轴承，该枢轴承在一点上支撑旋转轴101被形成为类似弧形或者锥形形状的轴承支撑部分102。
如图1所示，容纳径向轴承104和空间形成构件120的壳体105具有包含并围绕圆筒状的径向轴承104的形状。壳体105是通过一体成型合成树脂而形成的构件。
壳体105由以下组成：圆筒状的壳体主体106；底部密封部分107，构成与壳体主体106一体形成的端部，以封闭壳体主体106的一端侧；以及上部密封部分108，其与壳体主体106一体形成并构成壳体主体106的另一端侧。轴承插孔109被设置在上部密封部分108的中心部分，由容纳在壳体106中的径向轴承104可旋转地支撑的旋转轴101被插入到所述插孔109中。
在这样构造的壳体105中，对合成树脂材料进行嵌件成型(outsertmolding)，以围绕圆筒形的径向轴承104和空间形成构件120。这样，一体地形成设置在壳体主体106的内周侧的径向轴承104。
旋转轴101在其一端侧上被轴承支撑部分102和止推轴承110支撑。轴主体103的外周表面由径向轴承104支撑。旋转轴101设置在另一端侧上的安装部分侧从轴插孔109中突出，轴插孔109设置在壳体主体106的上部密封部分108中。于是，旋转轴101被支撑在壳体105上。
旋转轴101还设置有用于对轴进行限位的槽部分116，槽部分116设置在轴承支撑部分102和轴主体103之间。空间形成构件120设置有环形垫圈115作为轴限位构件，以与作为轴限位器的槽部分116相对应。垫圈115防止旋转轴101从壳体105拔出。
如图2到图4所示，垫圈115被安装到旋转轴101的槽部分116。就是说，如图2所示，旋转轴101被插入具有径向轴承104、空间形成构件120和垫圈115的壳体105中。接着，如图3所示，设置在空间形成构件中的垫圈115被旋转轴101的轴承支撑部分102压靠，并且沿止推方向变形。这样，轴承支撑部分102被插入。然后，如图4所示，旋转轴101被安装在壳体中的这样的位置上，其中轴承支撑部分102穿过垫圈115并且轴限位槽部分116位于垫圈115内部。此时，垫圈115不再发生变形而是具有正常的形状，并且被设置在旋转轴101的轴限位槽部分116上。安装到旋转轴101的垫圈115防止旋转轴101从壳体105拔出。
同时，轴插孔109被形成为具有比轴主体103的外径稍大的内径，以使得插入轴插孔109的旋转轴101不会在轴插孔109的内周表面上滑动。此时，轴插孔109被形成为具有足以防止液压油113从壳体105里面泄漏出来的间隔x5的间隙112，其中液压油113被填充在轴主体的外周表面和圆周表面之间。
在旋转轴101与轴插孔109的内周表面相对的外周表面上设置锥形部分114。锥形部分114以这样的方式倾斜，即向着壳体105的外面增大在旋转轴101的外周表面和轴插孔109的内周表面之间形成的间隙112的方式。该锥形部分114在旋转轴101的外周表面和轴插孔109的内周表面之间形成的间隙112中产生压力梯度，并产生将壳体105中填充的液压油113拉入壳体105里面的力。当旋转轴101旋转时，液压油113被拉入壳体105里面，所以液压油113稳定地进入构成流体动压轴承的径向轴承104的动压产生槽111，由此产生动压。于是，旋转轴101被稳定地支撑，并且可以防止填充在壳体105中的液压油113的泄漏。
在如图1所示构成的轴承单元100中，仅在轴插孔109侧的一端处露出旋转轴101。通过壳体构件无缝地覆盖旋转轴101除了轴插孔109之外的其他部分。因此，轴承单元100可以防止液压油113泄漏到壳体105的外面。此外，因为与外面连通的部分只有轴插孔109的间隙，所以可以防止由于冲击所导致的液压油的飞散。另外，由于垫圈115，所以轴承单元100可以防止旋转轴101从壳体105拔出。
但是在上述轴承单元100中，当旋转轴101被插入壳体并且垫圈115被安装到旋转轴101时，垫圈115需要被弯曲。在径向轴承104和垫圈115之间需要设置间隙x3，在垫圈115和旋转轴101之间需要设置间隙x4。
因此，轴承单元100具有这样的结构，其中旋转轴101在相当于间隙x3和间隙x4的范围内可垂直地移动。在轴承单元100中，当旋转轴101从壳体被提升等于间隙x3和x4的距离时，液压油113的液面下降旋转轴从液压油的液面移动的距离。此时，空气从轴插孔109进入到轴承单元中，驱赶走径向轴承104和旋转轴101的轴主体103之间的间隙中的液压油113。这可能阻碍轴承单元的旋转性能。或者，之前进入的空气可能由于来自温度和空气压力的影响而膨胀，并且液压油可能泄漏到单元外部。
为了防止这样的问题，壳体105的上端表面的尺寸x6可以被从径向轴承104的上端表面延长，以保证足够量的液压油。于是，轴承单元的高度尺寸不得不变大。可以想到的另一个措施是轴插孔109和旋转轴101的外部形状之间的间隙x5可以被加宽，以保证液压油的量。但是，当单元被侧向放置来使用或者受到振动冲击时，间隙x5的加宽可能导致液压油的泄漏。
本申请要求2004年2月6日递交的日本专利申请No.2004-030987的优先权，这里通过引用包括了其整个内容。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种轴承单元以及分别都具有该轴承单元的电机和电子设备，在所述轴承单元中，防止轴承单元的轴从壳体中拔出，并且即使当从壳体向外拔出轴时，也防止了填充在壳体中的润滑油的液面降低而空气混入径向轴承和轴之间的润滑油中，因此可以获得优异的润滑。
为了实现上述目的，根据本发明的轴承单元包括：轴；径向轴承，在所述轴的圆周方向上支撑所述轴；止推轴承，在所述轴的止推方向上支撑所述轴的一端；壳体，所述壳体具有除轴插孔外都封闭的结构，所述轴插入所述轴插孔，所述径向轴承和所述止推轴承设置在所述壳体内；限位构件，所述限位构件设置在所述径向轴承的设有所述止推轴承的端侧上，用于防止所述轴从所述径向轴承中拔出；以及填充在所述壳体中的粘性流体，其中，所述限位构件由弹性构件制成，当所述轴被插入所述壳体时，所述弹性构件仅仅在所述轴的所述径向上弹性变形，并在所述轴向上几乎不变形。
如上所述，在根据本发明的轴承单元中，当轴被插入时，限位构件通过轴的插入侧的端部而沿轴的径向弹性变形。因此，限位构件不会阻碍轴的插入。一旦轴被插入，限位构件起到防止轴从壳体脱落或者拔出的限位器的作用，因为限位构件几乎不在轴向上变形。这样的结果是，轴沿轴向的移动被限位构件控制，于是防止了轴从壳体中拔出。
此外，限位构件不具有这样的结构，即如在现有技术中所示的，当轴被插入时，限位构件沿轴向被弯曲以允许轴被插入。因此，不必提供当安装限位构件时允许限位构件沿轴向弯曲的额外间隙。结果，防止了轴移动与允许限位构件弯曲的额外间隙相对应的距离，并且相应地防止了轴被拔出。
因此，根据本轴承单元，壳体中的润滑油的液面不会因为轴的提升而下降。此外，空气不会通过这样的液面下降而混入径向轴承和轴之间的润滑油中。此外，润滑油不会被这样的空气挤出而导致泄漏。
为了实现上述目的，根据本发明的电机是具有这样的轴承单元的电机，所述轴承单元相对于定子可旋转地支撑转子。此电机中所使用的轴承单元如上所述。
为了实现上述目的，根据本发明的电子设备具有电机，所述电机具有轴承单元，所述轴承单元相对于定子可旋转地支撑转子。此电机中所使用的轴承单元如上所述。
根据本发明，提供了一种由弹性构件制成的限位构件，其中当轴被插入时，所述弹性构件仅仅在轴的径向上弹性变形，而在所述轴向上几乎不变形。因此，可以极大地减小径向轴承和限位构件之间的间隙的尺寸，其中该间隙允许轴沿轴向移动，并且极大地减小了限位构件和壳体之间的间隙的尺寸。因此，防止了轴从壳体中拔出，于是防止了润滑油的液面由于轴的拔出而下降。结果，防止了空气混入填充在径向轴承和轴之间的润滑油中，因此润滑油可以被稳定地保持在径向轴承和轴之间。
同样根据本发明，径向轴承和轴之间的润滑油可以被长时间地稳定保持。可以保持优异的润滑和优异的旋转性能。
【附图说明】
图1是示出传统上所使用的轴承单元的横截面图；
图2是示出将轴插入传统上所使用的轴承单元的壳体中的视图；
图3是示出当将轴插入传统上所使用的轴承单元的壳体中时限位构件沿轴向的弯曲的视图；
图4是示出轴被插入传统上所使用的轴承单元的壳体中的状态的视图；
图5是示出应用了本发明的信息处理设备的立体图；
图6是示出沿图5中的线III-III所取的横截面的横截面图；
图7是示出使用应用了本发明的电机的散热器的立体图；
图8是示出应用了本发明的电机的结构的横截面图；
图9是示出应用了本发明的轴承单元的横截面图；
图10是示出形成在径向轴承的内周表面中的动压产生槽的立体图；
图11是示出应用本发明的轴承单元的空间形成构件的平面图；
图12是沿图11中所示的A-A’剖开的应用了本发明的轴承单元的空间形成构件的横截面图；
图13是示出轴限位构件被安装到应用了本发明的轴承单元的旋转轴上的状态的横截面图；
图14是示出当应用了本发明的轴承单元的旋转轴被插入时，轴限位构件的移动方向控制部分沿轴的径向弹性变形的状态的视图；
图15是示出轴限位构件和应用了本发明的轴承单元的径向轴承之间的间隙以及轴限位构件和轴限位槽部分之间的间隙的视图；
图16是示出根据另一个示例的轴限位构件被安装到应用了本发明的轴承单元的旋转轴上的状态的横截面图；
图17是示出当应用了本发明的轴承单元的旋转轴被插入时，根据另一个示例的轴限位构件的移动方向控制部分沿轴的径向弹性变形的状态的视图；
图18是示出由旋转轴的外周表面和设置在壳体中的轴插孔所形成的间隙的横截面图；
图19是描绘了在制造应用了本发明的轴承单元的过程中的暂时组装步骤的视图；
图20是描绘了在制造应用了本发明的轴承单元的过程中的通过嵌件成型的壳体成型步骤的视图；以及
图21是描绘了在制造应用了本发明的轴承单元的过程中的将旋转轴插入壳体中的步骤的视图。
【具体实施方式】
下面将参照附图来描述应用了本发明的信息处理设备(电子设备)。
如图5所示，应用了本发明的信息处理设备是笔记本式个人计算机，其具有用于显示信息处理结果的显示单元2、和包括有信息处理单元的计算机主体3，该信息处理单元用于进行对各种信息的计算处理。在计算机主体3的上表面侧设置用于输入计算机1的操作指令或用于输入各种信息的键盘5。在主体3内设置散热器4。散热器4将设置在计算机主体3内的例如CPU的信息处理电路或盘设备等所产生的热散发到外部。散热器4也充当用于冷却计算机主体3内部的冷却设备。
如图6所示，计算机主体3中所包括的散热器4被容纳在构成计算机主体一部分的壳体6中。如图7所示，散热器4具有金属基座7、安装到基座7上的电机10、由电机10转动的风扇8、容纳风扇8的风扇壳9和散热片11。
如图7所示，基座7大致为L形。在L形的基座7的一端侧的表面7a上安装通电生热的生热元件12，例如CPU(中央处理单元)。
电机10以及容纳由电机10转动的风扇8的风扇壳9被安装在基座7的一个表面7a的大致中央部分。生热元件12通过传热密封12a被安装到基座7的一个表面7a。风扇壳9具有环形进气口13，该环形进气口13在与由电机10转动的风扇8的中央部分相应的位置开口。在壳体6的底面侧上与风扇壳9中设置的进气口13相对的位置处形成开口14，来与进气口13连通。而且，风扇壳9具有排气口15，用于将通过进气口13吸入的空气排到外面。
散热片11被固定在基座7的另一端侧的表面7c上。散热片11是波形或鳍状的散热片，并由散热性能优异的金属制成，例如铝。理想的，基座7和风扇壳9应该由作为散热性能优异的金属的铝和铁来制造。
安装了生热元件12、散热器4和散热片11的基座7具有多个安装孔7b，当将基座7组装到壳体6上时螺钉被插入这些孔中。散热器4和散热片11散发由生热元件12产生的热。如图6所示，通过将插入安装孔7b的固定螺钉固定到设置在壳体6内的凸台16，来将基座7安装到壳体6上。
如图6和7所示，当基座7被组装到壳体6中时，散热片11被设置在与形成于壳体6的侧表面上的通孔17相对的位置处。
当电机10被驱动并且风扇8沿图7中的箭头方向R1旋转时，如上所述构造的散热器4将空气从设备外部经由壳体6中所形成的开口14沿图6和7中的箭头方向D1吸入。进而，散热器4经由进气口13将空气吸入风扇壳9内。通过风扇8的旋转被吸入风扇壳9的空气沿图6和7中的箭头方向D2流动，再沿图7中的箭头方向D3流动穿过散热片11。然后，空气经由通孔17被排出到壳体6的外部。
同时，由安装到基座7的被驱动的生热元件12所产生的热通过由散热性能优异的金属制成的基座7而被传递到安装到基座7的散热片11。此时，通过用电机10使散热器4的风扇8旋转，将空气从壳体6的外部吸入。空气流动穿过散热片11的多个鳍片，由此吸收被传递到散热片11的热。于是，经由通孔17将热散发到壳体6之外。
如图8所示，应用了本发明的用于散热器的电机10具有转子18和定子19。
定子19与电机10一起被一体形成在风扇壳9的上表面板9a上，所述风扇壳9容纳由电机10转动的风扇8。定子19具有定子轭20、应用本发明的轴承单元30、线圈21和线圈21绕在其上的铁芯22。定子轭20可以与风扇壳9的上表面板9a一体形成，即可以形成为风扇壳9的一部分，或者可以独立地形成。定子轭20例如由铁形成。轴承单元30被压入和/或接合到在定子轭20的中央部分形成为圆筒形的座23。
注意，轴承单元30被压入其中的座23是与定子轭20一体形成为圆筒形。
如图8所示，提供有驱动电流的线圈21绕在其上的铁芯22被安装到与定子轭20一体形成的座23的外周上。
与定子19一起构成电机10的转子18被安装到由轴承单元30可旋转地支撑的旋转轴31上。转子18与旋转轴31一体旋转。转子18包括转子轭24和风扇8，风扇8包括与转子轭24一起旋转的多个叶片25。风扇8的叶片25被嵌件成型在转子轭24的外周表面上，从而与转子轭24一体形成。
环形转子磁体26被设置在转子轭24的圆筒形部分24a的内周表面上，以使得磁体26朝向定子19的线圈21。磁体26是塑性磁体并且被磁化，使得S极和N极在圆周方向上交替出现。用粘结剂将磁体26固定在转子轭24的内周表面上。
转子轭24以这样的方式被安装从而可与旋转轴31一体地旋转，使得设置在由轴承单元30支撑的旋转轴31的顶端侧上的安装部分32被压入其中设置有通孔27a的凸台部分27中，所述通孔27a设置在平板部分24b的中央部分。
在具有上述结构的电机10中，当根据预定的通电模式从位于电机10之外的驱动电路部分向定子19这一侧的线圈21供应驱动电流时，由于线圈21所产生的磁场和转子18这一侧的转子磁体26所产生另一磁场的影响，转子18与旋转轴31一体旋转。当转子18这样旋转时，具有安装到转子18上的多个叶片25的风扇8也与转子18一体旋转。因为风扇8这样旋转，所以设备外部的空气沿着图6和7中的箭头方向D1通过位于壳体6中的开口14被吸入。空气进一步沿箭头方向D2流动穿过散热片11，然后经由通孔17被排到壳体6之外。由此，由生热元件12产生的热被散发到计算机主体3之外，于是计算机主体3就被冷却了。
如图8和9所示，可旋转地支撑电机10的旋转轴31的轴承单元30具有：径向轴承33，在圆周方向上支撑旋转轴31；空间形成构件35，沿止推方向支撑旋转轴31的一端的止推轴承34与其一体形成；以及容纳径向轴承33和空间形成构件35的壳体37。
径向轴承33由烧结金属形成为圆筒形。径向轴承33与作为粘性流体填充在壳体37中的润滑油38一起构成流体动压轴承。在通过其插入旋转轴31的内周表面上形成动压产生槽39。
通过在径向轴承33的内周表面上形成一对V形槽39a并且由连接槽39b在圆周方向上连续地相连，而形成动压产生槽39。动压产生槽39被形成，以使得该对V形槽39a的顶端侧定向在旋转轴31的旋转方向R2。在本实施例中，这对动压产生槽39被形成为平行地垂直布置在圆筒形的径向轴承33的轴向上。根据径向轴承33的尺寸和长度来合适地选择在径向轴承33上设置的动压产生槽的数量和尺寸。注意，径向轴承33可以由铜、不锈钢或高分子材料制成。
在形成为流体动压轴承的径向轴承33中，当被插入径向轴承33的旋转轴31沿图10中的箭头方向R2绕中心轴CL连续旋转时，填充在壳体37中的液压油38就在动压产生槽39中流通，并在旋转轴31的外周表面和径向轴承33的内周表面之间产生动压来支撑旋转轴31。此时所产生的动压极大地降低了旋转轴31和径向轴承33之间的摩擦系数，以实现旋转轴31的平滑旋转。
如图9、11和12所示，设置在旋转轴31止推方向的一端侧上的空间形成构件35被形成为围绕旋转轴31的下部，即封闭侧的端部。例如，空间形成构件35由合成树脂制成。在空间形成构件35之内，液压油38被填充在旋转轴31的轴承支撑部分31a的周围。
在空间形成构件35内底表面的中央部分处，一体形成止推轴承34，止推轴承34可旋转地支撑设置在旋转轴31的止推方向的一端侧上的轴承支撑部分31a，旋转轴31由径向轴承33支撑。止推轴承34是树脂制成的空间形成构件35的一部分。止推轴承34被形成为枢轴承，其在一点处支撑旋转轴31的轴承支撑部分31a，轴承支撑部分31a被形成为弧形或锥形。
如图11和12所示，在空间形成构件35的底部内表面的中央部分的稍外侧形成台阶部分51，台阶部分51从底部内表面的中央部分开始形成台阶。用于设置后面所述的轴限位构件46的空间52被形成在台阶部分51和设置径向轴承33的止推轴承34的端部侧33a，即下端部部分之间。空间形成构件35的台阶部分51控制轴限位构件46绕所述轴沿圆周方向的旋转，并且设置有控制凸起53，所述控制凸起53控制限位构件46在壳体37中的位置。
在空间形成构件35的上部沿圆周向地设置的是多个爪形的控制部分35a，用于固定上表面部分，即与径向轴承33的一端侧33a相反的另一端侧33b。爪形控制部分35a适于与容纳在空间形成构件35内部的径向轴承33、后面所描述的限位构件46等暂时组装起来。此外，切除部分35b被设置在空间形成构件35的侧表面中，以便当径向轴承33被容纳时使得径向轴承33的外周表面暴露到外部。该切除部分35b适于在与容纳在空间形成构件35中的径向轴承33暂时组装起来之后对壳体主体42一体成型的过程中，使径向轴承33、空间形成构件35以及壳体37成为一体。
虽然在前面的描述中空间形成构件35由树脂制成，但该构件也可由金属或树脂和金属的组合制成。因此，空间形成构件35的材料并不受限。例如，用于空间形成构件的树脂材料可以是例如聚酰亚胺、聚酰胺或聚缩醛之类的含氟合成树脂，例如聚四氟乙烯(Teflon(注册商标))或尼龙的之类的合成树脂，以及例如PC(聚碳酸酯)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)之类的合成树脂。
如图9所示，容纳径向轴承33和空间形成构件35的壳体37具有容纳和包围径向轴承33和空间形成构件35的形状，并且是通过用合成树脂整体成型而形成的单个构件。
如图9所示，壳体37由以下组成：圆筒形壳体主体42；底部密封部分43，形成与壳体主体42一体形成的端侧部分的一部分，以封闭壳体主体42的一端侧；和上部密封部分44，与壳体主体42一体形成并形成壳体主体42的另一端侧。在上部密封部分44的中央部分设置轴插孔45，由容纳在壳体37中的径向轴承33可旋转地支撑的旋转轴31通过该轴插孔45被插入。
在如上所述所构造的壳体37的情况下，对合成树脂材料进行嵌件成型，使其包围径向轴承33和空间形成构件35。通过这种方式，壳体37与设置在壳体主体42的内周侧的径向轴承33和空间形成构件35一体形成。
对形成壳体37的合成树脂材料没有特别的限制。但是，理想的是使用增大对润滑油38的接触角的材料，填充在壳体37中的润滑油38在所述接触角下被排斥。而且，具有优异润滑性的合成树脂材料应被用作壳体37。例如，壳体37由POM(聚甲醛)制成。或者，壳体37可以由例如聚酰亚胺、聚酰胺或聚缩醛之类的含氟合成树脂，或者例如聚四氟乙烯(Teflon(注册商标))或尼龙之类的合成树脂来形成。或者，可以使用例如PC(聚碳酸酯)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的合成树脂。或者，壳体37可以由能够以极高精确度成型的液晶聚合物制成。尤其是在用液晶聚合物作为壳体37的情况下，润滑油被保持，因而具有优异的抗磨损性。
形成由止推轴承34可旋转地支撑的旋转轴31，使得轴主体31b的由止推轴承34支撑的轴承支撑部分31a具有圆弧或锥状顶端，其中所述止推轴承34与设置在壳体37中的径向轴承33和壳体37一体地形成。例如电机10的转子18安装到其上的安装部分32被设置在旋转轴31的另一侧。
旋转轴31以如下方式被支撑在壳体37上。如图9所示，在旋转轴31的一端侧上的轴承支撑部分31a被止推轴承34支撑。轴主体31b的外周表面被径向轴承33支撑。位于另一端侧的安装部分32从位于壳体主体42的上部密封部分44中的轴插孔45伸出。
如图9所示，旋转轴31在径向轴承33设置径向轴承33的止推轴承34处的一端侧33a，即在轴承支撑部分31a和轴主体31b之间，设置有防止轴被拔出的槽部分31c。在对应于轴限位槽部分31c的位置上，空间形成构件35设置有作为限位器机构的轴限位构件46，该限位器机构防止旋转轴31被拔出径向轴承33和壳体37。轴限位构件46由这样的材料制成，该材料可沿旋转轴31的径向弹性变形而沿轴向几乎不可变形。
如图13所示，轴限位构件46具有移动方向控制部分46b和支撑部分46a，该移动方向控制部分46b控制旋转轴31沿轴向的移动以及轴限位构件46沿圆周方向的旋转，该支撑部分46a支撑移动方向控制部分46b并且控制轴限位构件46在壳体37中的位置。该轴限位构件46被形成，使得支撑部分46a具有大体弧形的形状，并且移动方向控制部分46b是弹性的且被形成为线型的并与支撑部分46a的一端延续。换句话说，轴限位构件46是D形的。
该支撑部分46a与控制凸起53配合，并且沿方向Y1与其接触，所述控制凸起53设置在与壳体一体形成的空间形成构件35中。这样，在空间形成构件35中轴限位构件46的位置被控制，并且在轴限位槽部分31c和轴限位构件46的移动方向控制部分46b之间保持适当的位置关系。
同样，如图13所示，移动方向控制部分46b沿方向Y2接触控制凸起53。因此，由旋转轴31的旋转所产生的粘性流体的流动使得移动方向控制部分46b朝向轴弹性地位移。因此，防止了移动方向控制部分46b和旋转轴31相互接触，于是防止了轴承单元的旋转性能的下降。
例如，通过将诸如具有环形横截面的弹性圆钢之类的钢材料弯曲成连续的环形形状，来形成轴限位构件46的支撑部分46a和移动方向控制部分46b。因为轴承限位构件46的横截面形状是圆的，所以该构件能够在轴承支撑部分31a上平滑稳定地滑动。轴承限位构件46的横截面形状只需要具有这样的结构，其中当可滑动地接触轴承支撑部分31a时可以进行平滑和稳定的可滑动接触。或者，该横截面形状可以是椭圆的。即使横截面形状是矩形的，也不会有问题，只要角部被适当地倒圆角以可以进行平滑的可滑动接触。在此情况下，轴限位构件46具有圆形横截面形状。因此，该构件与轴承支撑部分31a平滑稳定地可滑动接触，方便了处理。
在轴限位构件46中，当旋转轴31被插入壳体37中时，如图14所示，移动方向控制部分46b与旋转轴31的轴承支撑部分31a可滑动地接触，并且沿着轴的径向朝向外侧弹性变形。在旋转轴31被插入壳体37中之后，移动方向控制部分46b回到初始位置，以防止旋转轴31沿轴向移动并被从壳体37拔出。因为如上所述轴限位构件46的横截面形状是圆形的，所以轴限位构件46平滑稳定地接触轴承支撑部分31a的大体弧形的部分，并在其上滑动。轴承限位构件46因此被稳定地沿轴的径向向外弹性变形。
轴限位构件46不具有类似现有技术的结构，即其中构件沿将插入旋转轴31的轴向被弯曲。因此，如上所述的空间形成构件35的台阶部分51的高度和径向轴承33的一端侧33a的空间52的高度，在轴向上与允许移动方向控制部分46b当可滑动地接触轴承支撑部分31a时仅仅被打开/闭合的距离一样小。因此，这些高度可以被设定为与轴限位构件46在轴向上的厚度几乎相同的尺寸。同时，在轴承单元30中，如果旋转轴31在组装期间被提升或者旋转轴31受到一定的冲击而被提升，则力有时会沿从壳体37拔出旋转轴31的方向作用在旋转轴31上。
在使用可能沿轴向被弯曲的传统轴限位构件的情况下，当将旋转轴31从壳体37中的润滑油38提升时，润滑油38的液面下降。就是说，润滑油38流到在旋转轴31被移动之前旋转轴31浸渍在润滑油38中的部分中。润滑油38的液面相应地降低。在传统的轴承单元中，当旋转轴31在壳体中提升时，润滑油的液面下移到旋转轴和径向轴承的轴承表面或者低于轴承表面。另外，当润滑油的液面下降时，因为空气被混入旋转轴和径向轴承的轴承表面之间而发生问题。或者，有无法表现流体动压轴承的性能的问题。可能还有这样的问题，例如，混入到旋转轴和径向轴承的轴承表面之间的空气可能在工作期间膨胀，并且可能压出润滑油。
相反，在轴限位构件46中，如图15所示，可以使空间52中沿高度方向的间隙，即轴限位构件46和径向轴承33之间的间隙x1以及轴限位构件46和轴限位槽部分31c之间的间隙x2最小。因此，当一定的力作用在从壳体37拔出旋转轴31的方向上时，旋转轴31与轴限位构件46配合并且防止了被拔出。结果，防止了润滑油在旋转轴31和径向轴承33的轴承表面之间消失，并且防止了空气混入轴承表面周围的润滑油中。
虽然此轴承单元30使用D形的轴限位构件，其中该轴限位构件如图9所示由支撑部分46a和一个移动方向控制部分46b构成，但是轴限位构件46的形状可以是如图16所示的由支撑部分和两个移动方向控制部分所构成的U形形状。
如图16所示的轴限位构件61具有移动方向控制部分61b和61c以及支撑部分61a，所述移动方向控制部分61b和61c控制旋转轴31沿轴向的移动并且还控制轴限位构件61不沿轴的圆周方向旋转，所述支撑部分61a将移动方向控制部分61b和61c彼此连接并且支撑这些部分，由此来控制轴限位构件61在壳体37中的位置。在轴限位构件61中，支撑部分61a被形成为基本类似于圆弧，并且移动方向控制部分61b和61c是弹性的，并且作为一对被形成为与支撑部分61a的两端连续。在所谓的U形形状中，该对移动方向控制部分61b和61c在彼此面对的位置上被形成为直线形，同时旋转轴31的轴限位槽部分31c被置于其间。
类似于支撑部分46a，支撑部分61a与控制凸起53配合并且沿方向Y3与控制凸起53接触，其中所述控制凸起53设置在与壳体一体形成的空间形成构件35上。因此，支撑部分61a控制轴限位构件61在空间形成构件35中的位置，并且维持轴限位槽部分31c与轴限位构件61的移动方向控制部分61b和61c之间的适当的位置关系。移动方向控制部分61b和61c沿方向Y4接触控制凸起53。结果，在由旋转轴31的旋转所产生的粘性流体的流动的影响下，防止了移动方向控制部分61b和61c朝向轴发生弹性位移，并且防止了其与旋转轴31接触。因此，防止了轴承单元的旋转性能劣化。在该轴限位构件61的情况下，例如，诸如具有环形横截面的圆钢之类的弹性钢材料被弯曲，以形成支撑部分61a和移动方向控制部分61b和61c。
当旋转轴31被插入壳体37中时，轴限位构件61的移动方向控制部分61b和61c只沿轴的径向发生弹性变形，如图17所示。在旋转轴31被插入壳体37之后，移动方向控制部分61b和61c回到初始位置，因此旋转轴31沿轴向移动，并且被防止从壳体37拔出。
在此轴限位构件61中，类似于前面的轴限位构件46，空间52沿高度方向的间隙，即轴限位构件61和径向轴承33之间的间隙以及轴限位构件61和轴限位槽部分31c之间的间隙可以被最小化。因此，当一定的力作用在从壳体37拔出旋转轴31的方向上时，旋转轴31与轴限位构件61配合并由此防止了被拔出。结果，防止了润滑油从旋转轴31和径向轴承33的轴承表面之间移出，并且防止了空气混入轴承表面周围的润滑油中。
此外，因为U形轴限位构件61在两个位置上具有移动方向控制部分61b和61c，所以与前面的其中移动方向控制部分被设置在一个位置的D形轴限位构件相比，当由于某种冲击而将载荷沿轴向施加到旋转轴31上时，可以减少变形和断裂。
但是，轴限位构件不限于上述的U形或者D形。例如，轴限位构件可以具有作为U形的改进形式的直角U形，其中U形轴限位构件61的弧形支撑部分61a被形成为直线形。作为改进形式的直角U形轴限位构件，这样的轴限位构件可以获得类似于U形轴限位构件61的那些优点。此外，可以在形成支撑部分和移动方向控制部分的过程中省略用于形成弧形形状的处理步骤。当使用该轴限位构件时，控制凸起53的形状可以被修改，以与支撑部分的形状相对应。于是，轴限位构件在空间形成构件中的位置被控制，并且在轴限位槽部分、轴限位构件的移动方向控制部分以及旋转控制部分之间维持适当的位置关系。
此外，轴限位构件可以是V形的，使得该构件在仅仅一个位置上被弯曲。V形轴限位构件由V形支撑部分和一对被形成为与支撑部分的两端连续的直线形移动方向控制部分。V形轴限位构件获得了与上述的U形轴限位构件61类似的优点。此外，用于形成支撑部分和移动方向控制部分的处理步骤可以被缩短。当使用此轴限位构件时，控制凸起53的形状可以被修改，以与支撑部分的形状相对应。于是，防止了空间形成构件中的轴限位构件沿轴的圆周方向旋转。
这样，在应用本发明的轴承单元中，轴限位构件的形状只受下面条件的限制。即，轴限位构件包括：移动方向控制部分，其控制旋转轴沿轴向的移动和轴限位构件沿轴的圆周方向的旋转；以及支撑部分，其支撑移动方向控制部分，并且控制轴限位构件在壳体中的位置。
同时，壳体37的轴插孔45被形成为具有比轴主体31b的外径稍大的内径，使得插入在轴插孔45中的旋转轴31在不接触轴插孔45的内周表面的情况下旋转。此时，轴插孔45形成有间隙47，该间隙47具有在轴主体31b的外周表面和所述内周表面之间所维持的间隔c，以使该间隙足以防止填充在壳体37中的润滑油38从壳体37内泄漏出。这样，上部密封部分44具有油密封部分，而轴插孔45被形成在上部密封部分中，并具有到旋转轴31的间隙47，形成所述间隙47来防止填充在壳体37中的润滑油38的泄漏。
因为与壳体37一体形成的上部密封部分44由例如聚酰亚胺、聚酰胺或尼龙之类的合成树脂制成，所以可以保证轴插孔45的内周表面对润滑油38的接触角为约60度。在应用本发明的轴承单元30中，可以在不在上部密封部分44上涂覆表面活性剂的情况下增大润滑油38对上部密封部分44的接触角，其中上部密封部分44包括形成油密封部分的一部分的轴插孔45的内周表面。因此，可以防止润滑油38由于由旋转轴31的旋转所产生的离心力而通过轴插孔45流到壳体37之外。
而且，在旋转轴31与轴插孔45的内周表面相对的外周表面上形成锥形部分48。锥形部分48被倾斜以向外增大在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47。此锥形部分48对于由旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面形成的间隙47产生压力梯度，并产生了将壳体37中填充的润滑油38吸入壳体37里面的力。当旋转轴31旋转时，润滑油38被吸入壳体37里面，使得润滑油38稳定地进入构造在流体动压轴承中的径向轴承33的动压产生槽39中。结果，旋转轴31被稳定地支撑，并且可以防止填充在壳体37中的润滑油38的泄漏。
如图9和18所示，在应用本发明的轴承单元30中，进入动压产生槽39中以产生动压的润滑油38被填充成面向间隙47，其中动压产生槽39设置在形成动压流体轴承的一部分的径向轴承33中，间隙47由从壳体37内部形成于旋转轴31上的锥形部分48以及轴插孔45的内周表面形成。具体来说，润滑油38被填充在壳体37的间隙中，并且由烧结金属制成的径向轴承33被浸在其中。
现在将描述在形成于旋转轴31上的锥形部分48和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47。间隙47的最小尺寸对应于在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的距离c。优选地，该距离c应该从20μm到200μm，最优选地是约100μm。如果距离c小于20μm，那就难以在通过整体成型而用合成树脂形成轴承单元30的壳体37时保证成型精度。另外，如果间隙47的距离c大于200μm，那么当轴承单元30受到冲击时由填充在壳体37中的润滑油38的飞散而得到的抗冲击性能就会降低。
由填充在壳体37中的润滑油38的飞散而得到的抗振动性能与间隙47的距离c的平方成反比。由于热膨胀造成的油面的上升与距离c的大小成反比。因此，抗振动性能随着距离c的减小而提高。但是，由于温度升高造成的润滑油38的油面高度的升高变得如此大和突然，使得轴插孔45不得不在轴向上更厚。
例如，在具有其直径为2到3mm的旋转轴31的轴承单元30中，形成在旋转轴31和轴插孔45之间的间隙47的距离c为约100μm。轴插孔45的高度H1，即壳体37的上部密封部分44的厚度为约1mm。于是，抗振动性能为1000G或者更高，并且耐热性能显示出到达80℃的耐热性。因此，可以构造高可靠性的轴承单元30，其防止填充在壳体37中的润滑油38发生飞散。
而且，在应用本发明的轴承单元30中设置了锥形部分48，该锥形部分48使在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47的距离c倾斜，使得该距离c向着壳体37的外部增大。因此，相对于由旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面所限定出的间隙47的距离c，产生压力梯度。相应地，通过在旋转轴31旋转时所产生的离心力而产生了将壳体37中填充的润滑油38吸入壳体37中的力。
也就是说，在应用本发明的轴承单元30中，在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47通过表面张力密封防止了润滑油38的飞散。
现在将描述表面张力密封。表面张力密封是一种利用流体的毛细现象的密封方法。通常可知，根据基于毛细现象的关于液体上升高度的表达式，以及关于压力和流体高度的关系式，抽吸压力随着毛细管变窄而增大。在应用本发明的轴承单元30中，进入旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的润滑油38，具有环形形状。在此情况下，类似地，抽吸压力随着在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的距离c的减小而增大。具体的计算如下。假定在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的距离c是0.02cm(0.2mm)，粘性流体的表面张力γ是30dyn/cm2，并且润滑油38的接触角θ是15°，那么抽吸压力是2.86×10-3大气压。抽吸压力随着间隙47的距离c的减小而增大。因此，在旋转轴31上设置的锥形部分48使得作为粘性流体的润滑油38可以沿间隙47的距离c的减小方向，即朝向壳体37内侧的方向被抽吸。
这样，设置锥形部分48，使得在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的距离c形成为防止填充在壳体37中的润滑油38泄漏到壳体37之外的密封部分的一部分。结果，对位于在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47中的润滑油38产生压力梯度。也就是说，作用在润滑油38上的压力梯度向着其中间隙47的距离c变得越来越小的壳体37的里面增加。因为这样的压力梯度被施加到润滑油38，所以向着壳体37的里面抽吸润滑油38的压力持续地作用于润滑油38。因此，即使在旋转轴31旋转时，空气也不会混入存在于间隙47中的润滑油38中。
如果未设置上述锥形部分48，即如果在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的距离c沿轴插孔45的高度方向保持不变，则没有压力梯度会施加到进入旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的润滑油38上。因此，润滑油38均匀地存在于间隙47中。也就是说，进入间隙47中的润滑油38随着旋转轴31的旋转可能在间隙47中移动并且混入空气，其中，所述间隙47通过使旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间的距离c变窄来起到密封部分的作用。因此，如果空气混入润滑油38中，空气由于温度变化、气压变化等而膨胀，并且使润滑油38从形成密封部分的一部分的间隙47中飞散到壳体37之外。
相反，像在应用本发明的轴承单元30中，设置锥形部分48，通过该锥形部分48，在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47的距离c向着壳体37的里面变得越来越小。这样，压力梯度被施加到进入间隙47中的润滑油38上，使得压力朝向壳体37里面增大。因此，可以防止在旋转轴31旋转时空气混入润滑油38。
而且，设置如上所述的锥形部分48不仅防止进入旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间所形成的间隙47的润滑油38飞散到壳体37之外，而且使润滑油38填充到旋转轴31的整个周缘，即使是在旋转轴31对位于壳体37中的轴插孔45偏心的时候。因此，可以防止润滑油38绕旋转轴31的短缺，于是可以确保旋转轴31的稳定旋转。
如果当旋转轴31相对于壳体37中设置的轴插孔45偏心时未设置锥形部分48，则润滑油38集中到旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间的距离c较小的区域。在距离c较大的相反区域中，润滑油38被耗尽而混进空气。如果空气混入润滑油38，则空气由于温度变化、气压变化等而膨胀，使得润滑油38从形成密封部分的一部分的间隙47飞散到壳体37之外。
相反，如果像应用本发明的轴承单元30在旋转轴31上设置有锥形部分48，那么即使当旋转轴31相对于位于壳体37中的轴插孔45偏心时，在偏心的旋转轴31沿其旋转的椭圆轨道上也总存在具有相同距离c的间隙47。在旋转轴31的外周表面和轴插孔45的内周表面之间形成的间隙47的距离c在旋转轴31的整个圆周上是不变的。因此，不会出现润滑油38集中到距离c较小的区域上的现象。结果，防止了润滑油38从间隙47以及壳体37流出。在上述轴承单元30中，锥形部分48被设置在旋转轴31侧。但是，锥形部分48也可以被设置在壳体37侧的轴插孔45的内周表面上。
现在将描述用于制造如上构造的应用本发明的轴承单元30的过程。
为制造应用本发明的轴承单元30，通过将空间形成构件35安装到径向轴承33外的一端侧，来实现暂时组装。在暂时组装空间形成构件35和径向轴承33的时候，将作为旋转轴31的轴限位器装置的轴限位构件46安装到空间形成构件35的台阶部分51上，如图19所示。接着，将空间形成构件35安装到作为流体动压轴承的径向轴承33上。此时，空间形成构件35的爪形控制部分35a与径向轴承33的端部33b配合。因此，使径向轴承33和空间形成构件35稳定地保持成一体。此外，轴限位构件46的支撑部分46a被定位，以与空间形成构件35的控制凸起53配合。
接着，将这样暂时组装好的径向轴承33和空间形成构件35安装到金属模具上。如图20所示，然后通过嵌件成型，在暂时组装好的径向轴承33和空间形成构件35周围用上述合成树脂中的任一种形成壳体37。此时，即当通过嵌件成型来成型壳体37时，径向轴承33和空间形成构件35通过空间形成构件35的切除部分35b暴露到外部。因此，径向轴承33和空间形成构件35与壳体37内部成为一体，并在上部密封部分44和底部密封部分43之间被夹住，上部密封部分44和底部密封部分43一体形成在圆筒形壳体主体42的上下部分处。
此时，在通过嵌件成型来成型壳体37时，合成树脂就不会流入形成构件35和径向轴承33之间的空间，因为空间形成构件35截断了此空间。
接着，如图21所示，将旋转轴31通过设置于上部密封部分44中的轴插孔45插入壳体37中。此时，在轴承支撑部分31a接触止推轴承34以及旋转轴31插入了径向轴承33的情况下，旋转轴31被插入壳体37。由止推轴承34和径向轴承33支撑的旋转轴31被可旋转地支撑在壳体37中。当旋转轴31被插入壳体37中时，设于空间形成构件35中的轴限位构件46的移动方向控制部分46b沿着旋转轴31的径向弹性变形，如图14所示，由此允许轴承支撑部分31a被插入。此时，轴限位构件46的移动方向控制部分46b具有环形横截面形状，所以轴限位构件46稳定平滑地接触轴承支撑部分31a，并且沿轴的径向向外平滑地弹性变形。
旋转轴31被安装在壳体中轴承支撑部分31a穿透轴限位构件46位置处以及轴限位槽部分31c被定位在轴限位构件46内的位置处。此外，轴限位构件46通过抵抗轴限位构件46的移动方向控制部分46b的沿轴的径向的弹性变形的回复力，恢复其本身的正常形状。就是说，移动方向控制部分46b恢复到其自身的初始位置，并且因此可以防止轴被拔出。轴限位构件46起到防止旋转轴31从壳体拔出的轴限位器的作用。
在旋转轴31被插入壳体37之后，润滑油38被填充到壳体37中。通过将其中插入了旋转轴31的壳体37浸入未示出但含有润滑油38的填充室，来进行润滑油38的填充。接着，对壳体被浸入其中的填充室抽真空。之后，将已被抽真空的填充室取出到空气中。这样，润滑油38就被填充到壳体37中。
此时，润滑油38以如下方式被填充。即，防止润滑油38通过轴插孔45泄漏到外部，即使当润滑油38由于温度变化而膨胀时。而且，填充在旋转轴31和轴插孔45之间所形成的间隙47中的润滑油38不会短缺，即使当润滑油38由于温度变化而收缩时。更具体地，由于温度变化导致的润滑油38的油面高度的变化被设定在轴插孔45的范围内。
因为通过使用真空装置的抽真空来将润滑油38填充到壳体37中，所以壳体37内的压力低于壳体37外的。结果，可以容易地防止润滑油38从壳体37泄漏。
在应用本发明的轴承单元30中，径向轴承33由烧结金属制成。因此，润滑油38被填充在径向轴承33中。此外，润滑油38还被填充在由于旋转轴31的旋转而产生动压的动压产生槽39中。也就是说，润滑油38被填充在壳体37的所有间隙中。
在上述轴承单元中，壳体由合成树脂制成的成型体形成。但是，所述材料并不限于合成树脂，而是轴承单元可以由其中混有金属材料的可用金属模具成型的合成树脂来形成，或者可以由其他成型材料来形成。当壳体由除合成树脂之外的材料形成时，存在这样的情况，即填充在壳体中的润滑油相对于轴插孔的内周表面的接触角无法被维持足够大。如果存在不能维持足够大的润滑油接触角的可能性，则可以通过在轴插孔的内周表面上，或者在包括轴插孔的内周表面在内的上部密封部分的外周表面上涂覆表面活性剂，来增大接触角。
如上所述的轴承单元形成有止推轴承作为壳体的一部分。但是，设置有止推轴承的底部密封部分或者上部密封部分可以独立于壳体主体来形成。顶部密封部分或者上部密封部分可以通过热焊接或者超声焊接与壳体主体成为一体。
在如上所述被构造的轴承单元30中，当轴被插入时，限位构件的移动方向控制部分仅仅沿轴的径向发生弹性变形。因此，不必像现有技术那样提供用于设置限位构件的特定空间。换句话说，在径向轴承和轴承限位构件之间以及在空间形成构件和轴限位构件之间无需提供用于弯曲限位构件的额外间隙。因此，轴承单元30可以使设置限位构件的空间最小化，于是可以控制旋转轴从壳体的上升。因此，可以防止壳体中的润滑油液面由于旋转轴的上升而下降。还可以防止旋转轴和径向轴承的轴承表面周围的润滑油短缺，并且防止了空气混入轴承表面周围的润滑油中。结果，轴承单元30解决了传统轴承单元中的问题，并且可以长时间保持优异的润滑性能。
如上所述的轴承单元使用润滑油作为填充在壳体中的粘性流体。但是，可以适当地选择各种粘性流体中的任一种，只要该粘性液体具有一定的粘度和一定的表面张力。
应用了本发明的轴承单元被用作轴承，该轴承不仅用于散热器设备中的电机或者盘驱动器中的主轴电机，而且还用于任何各种电机。
此外，应用了本发明的轴承单元不限于用于电机，而是可以用于广泛的目的，例如，用于具有旋转轴的机构、其中可旋转部件由轴支撑的机构。