CN1135786A - 在轴承系统的部件上形成油屏蔽层的方法和装置及其制成品 - Google Patents

Abstract

在轴承系统的部件(5)上涂敷油屏蔽层(C)用的方法和装置。印模(3)从含包括固体特质和溶剂的屏蔽液体(21)的液槽(21)中升起，由此携带在印模(3)的印模面(13)上形成弯液面M1和/或M2的的屏蔽液体并由印模(3)以旋转对称形状转移在部件(5)上。在溶剂蒸发后，固体物质留在部件上起油屏蔽层作用。该固体物质具有表面张力，使得它不能或基本上不被润滑剂润滑。本发明能够以限定而重现的方式在机械化过程中的部件上形成油屏蔽层，而不存在固体物质到达不希望到达的部位如轴承表面(B)的危险。

Description

在轴承系统的部件上形成油屏蔽层的 方法和装置及其制成品

本发明涉及一种在轴承系统的部件上形成油屏蔽层的方法，由此一种包含固体物质和溶剂的屏蔽液体以旋转对称形式涂敷在部件的表面上，在溶剂蒸发后，上述固体物质以薄膜形式留在上述表面上并起油屏蔽层的作用。

在具有不需保养的轴承如自润滑多孔套筒轴承、液压螺旋槽轴承、滚珠轴承等的系统中限制或完全防止轴承损失润滑剂、脂或油是重要的。润滑剂损失可能以两种方式产生：通过渗漏和通过蒸发。离开轴承的润滑剂可能最终到达不希望到达的系统部件上，导致这些部件的污染。例如在一台装有不需维护的轴承的计算机硬盘驱动系统中，润滑剂可能由于渗漏和/或蒸发而最终到达硬盘上并污染该盘。术语“轴承系统”理解为包括任何可动的轴承，转动的和移动的轴承两者均包括在内。至于蒸发，蒸发率取决于润滑剂种类。例如在真空设备中利用全氟代聚醚作为低蒸发率的润滑剂。为了防止润滑剂通过渗漏从轴承泄漏，在轴承系统的各个部位上形成油屏蔽层，以隔绝轴承。这些油屏蔽层同时保持轴承系统的敏感部件免遭泄漏润滑剂的污染。

这样一种油屏蔽层(如石蜡油)包括一种其表面张力能使其不能或极难被润滑剂(油和脂)润湿的物质，它能防止润滑剂在油屏蔽层上渗漏。油屏蔽层以屏蔽液体的形式提供。此类屏蔽液体可以买到，它们包括0.1至2％的固体物质，而其余量为作为固体物质载体的溶剂。固体物质为共聚物而溶剂为氟混合物。在提供一定量的屏蔽液体和溶剂蒸发后，固体物质以薄膜形式留下来，形成油屏蔽层。

在开始段落中述及的方法在由美国马萨诸塞州新彼德福市的Nye润滑剂公司出版的小册子《产品公报：防止油迁移的K型NYEBAR》中是已知的。可以使用的商售屏蔽液体的准确成分也可从该出版物中知道。

按照已知方法，屏蔽液体可以以下述方法提供：将待处理部件浸入屏蔽液体，将屏蔽液体喷洒在部件上，或用毛刷涂敷屏蔽液体。这些提供屏蔽液体的方法取决于操作人员个人，不准确，不能重现。覆盖屏蔽液体的表面区域对每个部件并不相同。屏蔽液体可能涂敷在不希望涂敷的部位中，如轴承间隙、接触表面、滚珠滚道等。因此已知方法仅适合于在相当大的部件和表面上形成油屏蔽层。

通过喷洒工具的喷嘴提供屏蔽液体可以至少部分地避免上述缺点。但是，实践已经表明，喷嘴由于溶剂迅速蒸发而相当快地堵塞并变成失效。该方法不适用于处理机械化过程中的部件。

本发明的目的是消除上述缺点并提供一种能够以准确而重现的方式在轴承系统的部件上形成油屏蔽层的方法，该法特别适用于处理小部件。小部件在此处被理解为尺寸的数量级为几毫米的部件。

根据本发明，用下述方法可以基本上达到上述目的，就是利用一个印模提供屏蔽液体，该印模浸在液槽内的屏蔽液体中而后从含有屏蔽液体的液槽中升起，使得一定量的屏蔽液体在印模面上形成弯液面并由印模携带，随后印模的印模面压靠待涂层的部件的表面，由此最终至少将一部分携带的屏蔽液体从印模转移到上述表面上。

使用根据本发明的印模压印方法可以精确地限制形成的油屏蔽层，其形状和尺寸由旋转对称的印模面的形状和尺寸限定，印模面的形状和尺寸转过来又适合于待处理部件的形状和尺寸。由此对工艺的精确度和重现性产生正面影响。因为浸入的印模从液槽中升起，所以待转移到印模面上的屏蔽液体形成至少一个由印模面限定的弯液面，每次携带同样量的屏蔽液体，因而待供给的屏蔽液体的配送可以精确而重现，进一步改善了整个工艺的重现性。轴承系统受屏蔽液体污染的危险即屏蔽液体进入不希望它进入的部位的危险由于油屏蔽层的精确限制而实际上等于零。本发明的方法可以在单独一次步骤中在较短时间内在比较大的表面积上供应屏蔽液体，不存在由于在转移期间液滴掉落而损失屏蔽液体的危险，此外蒸发的溶剂量可以忽略。由于油屏蔽层的精确限制、屏蔽液体的配送可以重现和整个工艺的高度重现，本发明的方法特别适合于处理具有几毫米量级的较小部件的轴承系统部件。可以通过本发明的方法以确定而重现的方式在机械化过程中形成油屏蔽层。如果以本质上已知的方式在大约100℃的温度固化约15分钟，那么可以改善油屏蔽层的耐久性和使用寿命。

为了在轴承系统的圆柱形部件上形成环形油屏蔽层，必须沿径向提供屏蔽液体。在本发明方法的另一实施例中，为此目的使用一个盘状印模，在屏蔽液体转移期间该盘状印模的边缘压靠部件，而印模和部件被做成彼此相对转动。如果准备在圆柱形部件的环形槽中形成油屏蔽层，那么在相对转动期间将盘状印模的边缘压入部件的环形槽中，印模边缘适于配合槽的尺寸。

本发明也涉及一种实施该方法的装置。根据本发明，该装置的基本特征在于有液槽、可以沿垂直方向位移并具有旋转对称的印模面的印模、使印模发生位移用的驱动系统和轴承系统部件用的座架。利用这种比较简单的配置可以以精确、重现而可靠的方式实施本发明的方法。最好是，屏蔽液体液面的波动保持在窄的容差内。液槽最好用盖子封闭，以限制液槽中屏蔽液体的溶剂蒸发。

具有旋转对称印模面的印模的最简单实施例是一种具有环形平面端面的印模，端面上形成一个弯液面，弯液面在转移后在部件上留下一个盘状斑点。

在本发明装置的一种优选实施例中，印模在具有印模面的端部中有一个中心孔。由于该实施例的印模的环形印模面，屏蔽液体在印模面上形成至少一个环形弯液面，并在部件上同时得到环形的屏蔽液体分布。

本发明装置的另一优选实施例的特征在于，印模在印模面上有环形凸缘。该凸缘将印模面分为两个同心的支承面，因而屏蔽液体可在印模面上形成双弯液面。由于这一措施，可以将屏蔽液体供应在部件的两个互相垂直的表面上。

在本发明装置的又一优选实施例中，印模在印模面中有环形槽，因此印模可以将相当大量的屏蔽液体转移和涂敷在部件的可能分为两或三个互相垂直的表面的比较大的表面上。

为了在轴承系统的圆柱形部件上在部件的环形槽中形成一个环形油屏蔽层，使用了本发明装置的又一个优选实施例，其特征在于，该印模制成可转动的轮子，而部件用的座架是可以转动的，该装置还设置一个用于驱动座架的驱动系统。在将屏蔽液体涂敷到部件上期间，使轮子接触转动部件，因此轮子通过部件而产生转动。

一种通过本发明的方法形成至少一个油屏蔽层的轴承系统部件的特征在于具有厚度均匀的油屏蔽层、均匀的尺寸、清洁的外观和清楚的边界，特别是具有不会接触屏蔽液体的部分。为了避免轴承系统中润滑剂损失或受润滑剂污染，通常需要四个油屏蔽层，两个在轴承系统的运动部件上，两个在其静止部件上，在轴承间隙的每一端上有一对。油屏蔽层的厚度为约0.5μm。

使用油屏蔽层在不需维护的轴承系统中特别有效和有利，这些系统必须满足非常高的要求，尤其是它们的寿命。这样的轴承系统使用在(例如)录像机用的扫描器电动机中。考虑到部件尺寸比较大，例如转子主轴的直径为大约6mm，这些电动机的轴承系统部件上油屏蔽层的形成可以用常规方法实现。但是，当使用本发明的方法时，油屏蔽层的涂敷可以作为工艺的一部分，其具有上面说明的优点。

本发明可以以非常有效且有利的方式应用于为驱动计算机硬盘而设计的电动机，这些电动机包括转子部件和定子部件，转子部件和定子部件形成轴承系统并利用动态有槽轴承彼此相对地成为轴颈。这些电动机设计非常紧凑，具有比较小的尺寸，特别是待处理的部件。在一种实用的实施例中，轴承主轴具有约2.5mm的直径。如上所述，本发明的方法特别适用于处理几毫米量级的尺寸较小的部件，就是也适用于在上述动态有槽轴承的部件上涂敷油屏蔽层。尽管尺寸比较小，利用本发明方法涂敷的油屏蔽层却具有厚度均匀和比例清晰限定的特征。

下面参照附图更详细地说明本发明，附图中：

图1示意地表示一种实施本发明方法的装置；

图2、3和4表示各种实施例中图1的印模；

图5表示一种具有转动印模的装置的实施例；

图6表示计算机硬盘驱动器用的电动机，其轴承系统具有利用本发明的方法和装置涂敷的油屏蔽层。

附图中可以对照的部件具有相同的参照编号。

图1中示意表示的装置1主要包括印模3，印模3可沿双箭头A所示的垂直方向往复运动，它由一个常规的驱动系统驱动(未示出)。图示一个具有孔7的待处理的管状部件5，也就是一个其上面必须形成用粗实线表示的油屏蔽层C的轴承系统的部件。孔7的内周面上的虚线B表示一个轴承表面，例如螺旋槽轴承的螺旋槽。参照编号9表示部件5的座架。印模3也是管状，至少图示的端部是管状，并形成一个孔11。印模3的端面形成一个旋转对称的印模面13，此处为环形的印模面。印模面13上形成一个环状凸缘15，由此，环状印模面13分为两个同心的环状面17和19。H是凸缘15的高度，D3是凸缘15的直径，而D1和D2是印模3的外径和内径。符号d1和d2表示部件5的外径和内径。液槽21包含屏蔽液体L，后者在本质上是已知的，其成分在上面已经讨论过。如早先也提到过的，液槽21可以有一个盖(未示出)，以便尽可能防止溶剂从屏蔽液体蒸发。印模3的内径D2大于部件5的内径d2。凸缘15的直径D3大于部件的外径d1。

装置操作如下：在装置1的空闲位置中，印模3完全浸入液槽21的屏蔽液体L中，低于液面N。为了将一定量的屏蔽液体涂敷到部件5的某些区域中，印模3升入操作位置，印模面13的同心环状面17与部件5的待涂敷的部分接触。

在这种移动中，印模3携带一定量的屏蔽液体L，屏蔽液体在印模面13上形成两个弯液面：环状面17上的弯液面M1和环状面19上的弯液面M2。在印模面13的同心环状面17即印模面上的屏蔽液体接触部件5的底部时，由于表面张力，一部分即大约一半携带的屏蔽液体将涂布在用实线C表示的区域上。在印模3返回空闲位置而溶剂在几分钟内蒸发后，在部件5上留下固体物质的无色透明薄膜，形成厚约0.5μm的油屏蔽层C。如上所述，如果需要，该薄膜可以固化。

转移的屏蔽液体量取决于许多因素，如：印模和待涂敷表面的几何形状，印模的空闲位置和操作位置之间的输运时间，印模和部件之间的接触时间，屏蔽液体的流动性能和润湿特性，印模和待涂敷表面的可能污染程度，等等。也应当考虑到，液体本身在内部角度上比在外部角度上更易分布。通常，最好使用一种其表面张力低于常用润滑剂的表面张力的固体物质。一种建议是表面张力低于18mN.m^-1的物质。

在图1所示的实施例中，印模3的几何特性即形状和尺寸是这样适配于部件5的几何形状的，即一定量转移的屏蔽液体既分布在部件的端面上也分布在一部分外周面上，同时应当绝对防止屏蔽液体进入孔7和带螺旋槽的轴承表面B。

为了给出实际中出现的大小尺寸的概念，实际应用的尺寸列举如下：待处理部件5的内径d2为2.5mm而外径d1为3.8mm。印模3的内径D2为3mm，外径D1为6mm。凸缘15的直径D3为4mm而其高度H为0.5mm。转移的屏蔽液体的体积为约0.5mm³。印模用可以淬硬的不锈钢制成，而部件用轴承青铜制造。

图2表示一个没有孔的实施例中的印模3，其中印模面13由高度为H而直径为D3的凸缘15分为下沉的中心圆面23和外径为D1的环形面25，因而在印模面上形成一个中心室。

该实施例中的部件5由一个具有直径d和高度h的轴端29的轴27形成。屏蔽液体涂布在用实线C表示的轴端部分上，而轴27的外周面起轴承表面B的作用并应当避免屏蔽液体。待转移的屏蔽液体在印模面13上形成两个弯液面，一个在中心圆面23上而另一个在环形面25上，两者已经流在一起形成双弯液面M。凸缘的直径D3大于待涂层的轴端29的直径d。

在图3中所示的实施例中，外径为D1的印模3具有直径为D2的孔11。在印模3的印模面13中有一个深度为G的环形槽31，该槽由两个与印模面13的夹角为α的倾斜圈状表面33和35形成。具有孔7的待处理管状部件5具有外径d1和内径d2。待处理部件的端部有一个套环37，因此部件的自由端部成台阶状。套环37具有内径d3和高度K。印模3的内径D2大于部件5的内径d2而小于套环37的内径d3。印模3和部件5的外径基本上相同。在印模面13上形成弯液面M的屏蔽液体涂敷在部件5的套环37上用折线C表示的三个互相垂直的表面上。不会有屏蔽液体接触孔7的内周面，该内周面形成轴承表面B。

在图4所示的实施例中，印模3的印模面13由直径为D3的凸缘15分为具有高度H的凸起圆形中心平台39和具有直径D1的环形面41。部件5为盘形，具有直径为d2的孔7、轴承表面45和外径为d3的环形端面47。部件5具有沿轴向的长度L。屏蔽液体在印模表面13上形成两个弯液面，即平台39上的弯液面M1和环形面41上的弯液面M2。平台39的直径D3小于孔7的直径d2。环形面41的直径D1小于部件5上端面47的直径d3。屏蔽液体供应在部件5的端面47上和孔7中，并在孔7中进一步向上蠕升。印模的印模面的合适几何形状阻止屏蔽液体蠕升太高而到达轴承表面45。

图5表示一种特定实施例中的装置1，用于在轴承系统的圆柱形部件上(如部件5的槽51中)形成环状油屏蔽层。为此，装置的印模3制成可以转动的轮子53的形状，其外缘适配于待形成的油屏蔽层的所需外形即适配于槽51的外形。轮子53可以转动地安装在轴承55中，并可以借助于带电动机61的驱动系统59在空闲位置和操作位置之间往复移动。部件5定中和固定在座架9中，座架可以制造成借助于驱动轴63和电动机65而转动。驱动轴63的轴承的参照编号为67，液槽21填充屏蔽液体到液面N。液槽21用盖子69部分关闭。装置框架的编号为71。

在空闲位置中，轮子53位于液槽21中，低于屏蔽液体液面N。在其移向操作位置期间，轮子53携带一定量的屏蔽液体。在操作位置中，轮子的外缘接触部件5，部件5同时产生转动。轮子也通过接触转动的部件而转动，于是由轮子携带的屏蔽液体从轮子53转移到部件5上即部件的槽51中。

图6是为计算机的硬盘驱动器设计的一种电动机81的强烈放大(比例10∶1)的示意图，其中许多部件利用本发明的方法和装置形成油屏蔽层。电动机81主要包括定子部件83和转子部件85，它们形成一个轴承系统。待驱动的硬盘用87示意表示。定子部件83大体上包括基板89、固定配置的定子主轴91和线圈93。这些部件通过适当的方法如焊接、加压、粘接而固定地相互连接。转子部件85包括轮毂部分94、外壳95、铁圈96和封闭板97。转子部件的这些部分同样固定地相互连接。定子主轴91起整个电动机的中心支承的作用并设有环形槽51、法兰98和主轴端99。基板89、定子主轴91、轮毂部分94和封闭板97涂有用粗线C表示的油屏蔽层，这些屏蔽层用本发明的方法和装置涂布。因此基板89上的油屏蔽层用图3的印模涂布。定子主轴91的主轴端99用图2中所示的印模处理，而槽51中的油屏蔽层C用图5的装置形成。图1中所示的印模用于处理轮毂部分94，而封闭板97用图4的印模处理。轴承系统包括一个沿虚线B走向的连续轴承间隙。定子主轴91的法兰98设有在两个轴向表面上的螺旋槽B，并与封闭板97和轮毂部分94上相应的轴向轴承表面一起起轴向轴承的作用。定子主轴91的从法兰98到槽51的周面与轮毂部分94的内周面上的螺旋槽花纹B一起起径向轴承的作用。该轴承系统的轴承间隙受两侧上每次两个油屏蔽层的限制，这两侧即主轴端99的一侧和定子主轴91上槽51的一侧，一个在转子部件上，一个在定子部件上。定子主轴的槽51中的油屏蔽层可以被看作为附加的安全措施。

利用电视摄像机记录弯液面的液面高度，可以检验涂布的屏蔽液体量对实施本方法的过程中的额定量的偏离情况。

其次，可以在屏蔽液体中加一种物质，使得可以利用紫外线灯检验部件上是否存在屏蔽液体。

Claims (10)

1.一种在轴承系统的部件上形成油屏蔽层的方法，由此将包括固体物质和溶剂的屏蔽液体涂敷在旋转对称形式的部件的表面上，在溶剂蒸发后上述固体物质以薄膜形式留在该表面上并起油屏蔽层的作用。其特征在于，该屏蔽液体是利用印模供给的，该印模浸在液槽的屏蔽液体中而后从包含屏蔽液体的液槽中升起，使一定量的屏蔽液体在印模面上形成弯液面并被印模携带，随后推压印模，使印模面对着待涂布的部件的表面，由此最终将至少一部分携带的屏蔽液体从印模转移到上述表面上。

2.一种如权利要求1中所述的方法，用于在轴承系统的圆柱形部件上形成环形油屏蔽层，其特征在于，使用盘形印模，在转移屏蔽液体期间该盘形印模的边缘压靠在部件上，而印模和部件做成彼此相对转动。

3.一种用于实施权利要求1和2中所述方法的装置，其基本特征在于有液槽、可以沿垂直方向位移并具有旋转对称的印模面的印模、使印模发生位移用的驱动系统和轴承系统的部件用的座架。

4.一种如权利要求3中所述的装置，其特征在于，该印模在具有印模面的端部中设有中心孔。

5.一种如权利要求3或4中所述的装置，其特征在于，该印模在印模面上具有环形凸缘。

6.一种如权利要求3、4或5中所述的装置，其特征在于，该印模在印模面中具有环形槽。

7.一种如权利要求3至6中任何一项所述的装置，其特征在于，该印模制成可以转动的轮子，而部件用的座架是可以转动的，该装置还具有驱动该座架用的驱动系统。

8.一种形成至少一个油屏蔽层的轴承系统部件，该油屏蔽层是用权利要求1或2中所述的方法形成的。

9.一种具有彼此可以相对运动的部件的轴承系统，这些部件每个至少具有一个油屏蔽层，这些油屏蔽层是用权利要求1或2中所述的方法形成的。

10.一种电动机，特别是为计算机的硬盘驱动器设计的，包括一个转子部件和一个定子部件，其中转子部件和定子部件形成轴承系统并利用动态有槽轴承彼此相对成为轴颈，其特征在于，转子部件上和定子部件上和动态有槽轴承的任一侧上具有油屏蔽层，这些油屏蔽层是用权利要求1或2中所述的方法形成的。

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