DE112006001324T5

DE112006001324T5 - Dynamische Fluidlagervorrichtung und Motor, der diese aufweist

Info

Publication number: DE112006001324T5
Application number: DE112006001324T
Authority: DE
Inventors: Kazutoyo Kuwana Murakami; Masaki Kuwana Egami
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2008-04-17
Also published as: JP4794907B2; CN101184928B; US9694567B2; JP2006329275A; US20090206708A1; US20150007937A1; CN101184928A; WO2006126337A1

Abstract

Dynamische Fluidlagervorrichtung mit einem Wellenelement, einer Halterung und einem Radiallagerbereich, der das Wellenelement durch einen in einem radialen Lagerspalt gebildeten Fluidfilm in radialer Richtung drehbar stützt, und mit einer Klebebefestigungsfläche, die klebend an der inneren Umfangsfläche der Halterung befestigt wird, wobei der Wert, den man erhält, indem man einen linearen Ausdehnungskoeffizienten des Bauteils mit der Klebebefestigungsfläche durch einen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halterung teilt, nicht niedriger ist als 0,5 und nicht höher als 2,0.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamische Fluidlagervorrichtung, die ein rotierendes Element durch eine in einem Lagerspalt gebildete Fluidmembran stützt, und einen Motor, der diese aufweist. Lagervorrichtungen dieser Art können in geeigneter Weise für Informationsgeräte verwendet werden, beispielsweise in Spindelmotoren für Magnetplatten-Laufwerkeinheiten, wie z.B. HDD, Laufwerkeinheiten für optische Platten (Optical Disks), wie z.B. CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM, Laufwerkeinheiten für magneto-optische Platten wie z.B. MD und MO, Polygonscannermotoren von Laserdruckern (LBP), Bundrädern für Projektoren, oder elektrischen Maschinen und Vorrichtungen, beispielsweise kleinen Motoren, wie z.B. Axiallüfter.
Beschreibung des Standes der Technik
Für die vorgenannten verschiedenen Arten von Motoren sind eine erhöhte Geschwindigkeit, die Reduzierung der Kosten, die Reduzierung von Lärm, etc., sowie eine hohe Drehgenauigkeit erforderlich. Eines der Bauteile, die diese erforderlichen Leistungen bestimmen, ist ein Lager, das Spindeln dieser Motoren trägt. In den letzten Jahren wurde die Verwendung eines dynamischen Fluidlagers mit ausgezeichneten Eigenschaften für die obengenannte erforderliche Leistung in Betracht gezogen oder tatsächlich verwirklicht.
Dynamische Fluidlager dieser Art werden grob unterteilt in: hydrodynamische Lager, die einen Bereich zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks aufweisen, um einen hydrodynamischen Druck in einem Schmierfluid in einem Lagerspalt zu erzeugen, und sogenannte zylindrische Lager (Lager, deren Lagerquerschnitt in perfekter Kreisform vorliegt) ohne einen Bereich zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks.
Bei einer dynamischen Fluidlagervorrichtung, die in einem Spindelmotor eines HDD oder ähnlichen Laufwerkeinheiten integriert ist, werden beispielsweise ein Radiallagerbereich, der ein Wellenelement in radialer Richtung stützt, und ein Axiallagerbereich, der das Wellenelement in axialer Richtung stützt, manchmal beide von hydrodynamischen Lager gebildet. Ein Beispiel für bekannte Radiallagerbereiche bei dynamischen Fluidlagervorrichtungen (hydrodynamischen Lagervorrichtungen) dieser Art besteht darin, dass hydrodynamische Nuten als Bereich zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks entweder auf der inneren Umfangsfläche eines Lagerelements (wenn das Lagerelement ein Gehäuse und eine Lagerbuchse aufweist, der inneren Umfangsfläche der Lagerbuchse) oder auf der äußeren Umfangsfläche eines diesem gegenüberliegenden Wellenelements ausgebildet sind, und dass ein radialer Lagerspalt zwischen den beiden Flächen gebildet wird (siehe hierzu beispielsweise ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-239951 ).
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn eine dynamische Fluidlagervorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Beschaffenheit verwendet wird, indem sie beispielsweise in einem Spindelmotor für Magnetplattenvorrichtungen, wie z. B. ein HDD, integriert wird, erfolgt das Anbringen der dynamischen Fluidlagervorrichtung an einem Motor normalerweise durch klebende Befestigung der äußeren Umfangsfläche des Gehäuses an der inneren Umfangsfläche einer Halterung, die einen Bereich zum Anbringen einer Statorspule aufweist. Obwohl kein Problem auftritt, wenn eine hohe Klebekraft zwischen dem Gehäuse und der Halterung gewährleistet werden kann, wird bei ungenügender Klebekraft eine Haftfläche durch den Stoß abgeschält, der durch das Fallenlassen eines Informationsgeräts, in dem eine Magnetplattenvorrichtung integriert ist, bewirkt wird, was zu einer schlechteren Funktion der dynamischen Fluidlagervorrichtung und somit der Magnetplattenvorrichtung führen kann. Daher ist eine hohe Klebekraft zwischen einem derartigen Gehäuse und einer derartigen Halterung erforderlich. Insbesondere in jüngster Zeit neigt als Reaktion auf eine Erhöhung der erforderlichen Plattenkapazitäten die Anzahl der Magnetplatten, die in der vorgenannten Plattenvorrichtung integriert sind, dazu, größer zu werden. Wenn das Gerät herabfällt, erhöht dies die Kraft des Stoßes umso mehr. Daher ist eine noch größere Klebekraft zwischen dem vorgenannten Gehäuse und der Halterung erforderlich.
Klebstoffe, die für die klebende Befestigung dieser Art verwendet werden, sind unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitbarkeit, der Entgasungseigenschaften und Ähnlichem häufig anaerobe Klebstoffe und Klebstoffe auf Epoxidbasis. Normalerweise gehört zum Aushärten dieser Klebstoffe ein Erwärmungsprozess nach dem Auftragen. Daher ändert sich ein diametraler Spalt (Klebespalt) zwischen dem Gehäuse und der Halterung, wo die Klebstoffe vorgesehen sind, aufgrund der Wärmeausdehnung der beiden Bauteile während des Aushärtens. Der Klebespalt dieser Art ist wünschenswerterweise so festgelegt, dass er je nach Anforderung eine vorherbestimmte Breite hat, doch wenn die Klebstoffe beim Erwärmen gehärtet werden, werden sie in einem Zustand gehärtet, in dem der Klebespalt zwischen den beiden Bauteilen sich während des Erwärmens ändert. Daher erfolgt das Kleben mit einer Breite des Klebespalts, die sich von der vor dem Erwärmen unterscheidet. Eine derartige Situation kann verhindern, dass eine ausreichende Klebekraft zwischen den beiden Bauteilen erzielt wird, selbst wenn die Breite des vorgenannten Klebespalts vorher in angemessener Weise festgelegt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine dynamische Fluidlagervorrichtung mit einer erhöhten Klebekraft zwischen einem Bauteil, das eine Klebebefestigungsfläche aufweist, und einer Halterung zu schaffen, indem ein Klebespalt in angemessener Weise kontrolliert wird.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung eine dynamische Fluidlagervorrichtung mit einem Wellenelement, einer Halterung, einem Radiallagerbereich, der das Wellenelement durch eine in einem radialen Lagerspalt gebildete Fluidmembran in radialer Richtung drehbar stützt, und mit einer Klebebefestigungsfläche, die klebend an der inneren Umfangsfläche der Halterung befestigt wird, wobei der Wert, den man erhält, indem man den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Bauteils mit der Klebebefestigungsfläche durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halterung teilt, nicht niedriger ist als 0,5 und nicht höher als 2,0.
Wie vorstehend erwähnt, wird die vorliegende Erfindung gemacht, indem man sich auf die Variation des Klebespalts konzentriert, die mit der Wärmeausdehnung des Bauteils, das die Klebebefestigungsfläche aufweist, und der Halterung zusammenhängt, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wert, den man erhält, indem man den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Bauteils mit der Klebebefestigungsfläche durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halterung teilt, nicht niedriger ist als 0,5 und nicht höher als 2,0. Mit einer derartigen Beschaffenheit wird die klebende Befestigung zwischen dem Bauteil, das die Klebebefestigungsfläche aufweist, und der Halterung in einem Zustand erreicht, in dem eine mit der Erwärmung zusammenhängende Variation des Klebespalts auf ein Minimum beschränkt wird, und zwar in einem solchen Maß, dass das Aushärten der Klebstoffe nicht beeinträchtigt wird. Selbst wenn ein Klebstoff verwendet wird, der durch Erwärmen gehärtet wird, kann somit eine hohe Klebekraft zwischen dem Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche und der Halterung erzielt werden, und dem Bedarf nach erhöhten Plattenkapazitäten der Plattenvorrichtungen kann entsprochen werden.
Der Grund, warum das Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Bauteile {(linearer Ausdehnungskoeffizient des Bauteils mit der Klebebefestigungsfläche)/(linearer Ausdehnungskoeffizient der Halterung)} so definiert ist, dass es in den oben genannten Bereich fällt, ist folgender: Wenn das obige Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten höher ist als 2,0, wird der Klebespalt während des Erwärmens des Klebstoffs zu schmal und wird in einigen Fällen zu einem negativen Spalt, wodurch nicht ausgehärteter Klebstoff aus dem Klebespalt herausgedrückt und der Klebstoff knapp werden kann. Wenn das obige Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten außerdem niedriger ist als 0,5 und der Klebespalt hierdurch zu breit wird, kann die Klebekraft abnehmen.
Als Klebstoffe, die zur klebenden Befestigung des Bauteils mit der Klebebefestigungsfläche und der Halterung verwendet werden, sind unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitbarkeit, insbesondere der Aushärtungsgeschwindigkeit und der Entgasungseigenschaften, anaerobe Klebstoffe, mit UV-Licht härtbarer Klebstoff und Klebstoffe auf Epoxidbasis geeignet.
Solange das Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten (nicht unter 0,5 und nicht über 2,0) in den vorgenannten Bereich fällt, können entweder nur das Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche bzw. die Halterung oder beide aus einem metallischen Material bestehen. Als Alternative können nur eines oder beide Bauteile auch aus einer Harzzusammensetzung bestehen.
In letzterem Fall zählt zu den Beispielen für Basisharze, die die Harzzusammensetzung bilden, Polyphenylensulfid (PPS), das ausgezeichnete Eigenschaften hat, die für das Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche erforderlich sind, wie z.B. Ölfestigkeit, Formbarkeit (Fließfähigkeit während des Formens), Entgasungseigenschaften und weitere Eigenschaften. Darüber hinaus können zusätzlich zu dem Basisharz entweder Kohlenstofffasern oder eine anorganische Verbindung oder beides der Harzzusammensetzung als Füllstoff beigemengt werden, wodurch der lineare Ausdehnungskoeffizient der Harzzusammensetzung kontrolliert werden kann.
Die Menge von Na, die in der Harzzusammensetzung mit der oben genannten Beschaffenheit enthalten ist, beträgt vorzugsweise 2000 ppm oder weniger. Hierdurch kann demzufolge die Menge der Na-Ionenelution in das Schmieröl verringert werden, und die Sauberkeit der Innenseite und der Außenseite des Lagers kann auf einem hohen Niveau gehalten werden. Darüber hinaus ist von den Polyphenylensulfiden (PPS) lineares Polyphenylensulfid (PPS) mit der kleinsten Anzahl von Seitenketten insofern zu bevorzugen, als hier die Anzahl der molekularen Endgruppen je Volumeneinheit geringer ist und die Menge des enthaltenen Na geringer ist.
Als Kohlenstofffasern werden diejenigen mit einer Zugfestigkeit von 3000 MPa oder mehr bevorzugt. Zu den Beispielen für diese Kohlenstofffasern mit einer hohen Leitfähigkeit und einer hohen Festigkeit zählen Kohlenstofffasern auf PAN-Basis (Polyacrylnitrilbasis).
Die Verstärkungswirkung, die Wirkung der Dimensionsstabilisierung, die Wirkung der Beseitigung elektrostatischer Ladung und andere Wirkungen, die durch die Zugabe dieser Kohlenstofffasern zu der Harzzusammensetzung erzeugt werden, können noch deutlicher demonstriert werden, indem das Längenverhältnis der Kohlenstofffasern in Betracht gezogen wird. Das heißt, je größer die Faserlänge der Kohlenstofffasern ist, desto höher ist die Verstärkungswirkung und die Wirkung der Beseitigung elektrostatischer Ladung, und je kleiner der Faserdurchmesser ist, desto höher ist die Verschleißfestigkeit, und desto geringer ist insbesondere die Beschädigung des Gleitkontaktmaterials. Unter diesen Gesichtspunkten ist das Längenverhältnis der Kohlenstofffasern vorzugsweise 6,5 oder in speziellen Fällen auch höher.
Darüber hinaus beträgt die Menge der Kohlenstofffasern, die in der Harzzusammensetzung enthalten sind, vorzugsweise 10 bis 35 Vol.%, damit die zusätzlichen Wirkungen (Verstärkungswirkung, verbesserte Leitfähigkeit, verbesserte Dimensionsstabilität), die durch das Hinzufügen der vorgenannten Kohlenstofffasern erzeugt werden, deutlich genug demonstriert werden können und gleichzeitig die Fließfähigkeit (geringe Schmelzviskosität) als Harzzusammensetzung gewährleistet werden kann.
Als anorganische Verbindung zum Füllen der vorgenannten Harzzusammensetzung können anorganische Verbindungen mit einer geringen Menge an Ionenelution in geeigneter Weise verwendet werden. Anorganische Verbindungen dieser Art können die Ionenelution in das Schmieröl, die gefährlich sein kann, bis zu einem niedrigen Wert unterdrücken, und daher können die Rückbildung, Verschlechterung und eine Abnahme der Viskosität des Schmieröls vermieden werden, wodurch die Lagerleistung auf einem hohen Niveau gehalten wird. Alternativ kann die Situation, dass die vorgenannten Ionen sich auf der Lagervorrichtung und deren Umgebung ablagern, vermieden werden, und die Sauberkeit der Innenseite des Lagers oder des Bereichs um die Lagervorrichtung herum kann gewährleistet werden.
Zu speziellen Beispielen für anorganische Verbindungen, die der vorgenannten Bedingung genügen, zählen Aluminiumboratverbindungen, Titanoxide, Zinkoxide und Ähnliches. Von diesen ist die Verwendung von Aluminiumboratverbindungen besonders zu bevorzugen. Darüber hinaus sind einige dieser anorganischen Verbindungen faserartig oder pulverig, und angesichts der Verstärkungswirkung für das Gehäuse werden faserartige, insbesondere whiskerartige Verbindungen bevorzugt.
Eine weitere mögliche dynamische Fluidlagervorrichtung mit der oben beschriebenen Beschaffenheit ist so ausgebildet, dass sie zusätzlich zu dem Wellenelement und der Halterung eine Lagerbuchse aufweist, deren innere Umfangsfläche einen radialen Lagerspalt zwischen sich selbst und der äußeren Umfangsfläche des Wellenelements bildet, sowie ein Gehäuse, in dem die Lagerbuchse an dessen Innenumfang befestigt ist und an dessen Außenumfang eine Klebebefestigungsfläche ausgebildet ist. In diesem Fall entspricht das vorgenannte Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche dem Gehäuse.
Alternativ ist eine weitere mögliche Lagervorrichtung so ausgebildet, dass sie zusätzlich zu dem Wellenelement und der Halterung ein Lagerelement aufweist, dessen innere Umfangsfläche einen radialen Lagerspalt zwischen sich selbst und der äußeren Umfangsfläche des Wellenelements bildet, wobei an dessen äußerer Umfangsfläche eine Klebebefestigungsfläche ausgebildet ist. In diesem Fall entspricht das vorgenannte Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche dem Lagerelement.
Die dynamische Fluidlagervorrichtung mit der oben beschriebenen Beschaffenheit kann in geeigneter Weise als Motor vorgesehen sein, der diese dynamische Fluidlagervorrichtung aufweist, eine Statorspule und einen Rotormagneten, der eine Erregung zwischen sich selbst und der Statorspule erzeugt.
Wie oben erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine dynamische Fluidlagervorrichtung mit einer erhöhten Klebekraft zwischen einem Bauteil mit einer Klebebefestigungsfläche und einer Halterung geschaffen werden, indem der Klebespalt in angemessener Weise kontrolliert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Spindelmotor, in dem die dynamische Fluidlagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ist;
2 einen Querschnitt durch die dynamische Fluidlagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 einen Querschnitt durch die Lagerbuchse;
4 die obere Endfläche des Gehäuses;
5 einen Querschnitt durch die dynamische Fluidlagervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen Querschnitt durch die dynamische Fluidlagervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 einen Querschnitt durch die dynamische Fluidlagervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Tabelle, die das jeweilige Verhältnis der Bestandteile der für die Produktbeispiele und die Vergleichsprodukte verwendeten Materialien zeigt;
9 eine Tabelle, die die Testergebnisse der Produktbeispiele zeigt; und
10 eine Tabelle, die die Testergebnisse der Vergleichsprodukte zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Spindelmotors für Informationsgeräte, in dem eine dynamische Fluidlagervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ist. Der Spindelmotor dient zur Verwendung in Disketten- bzw. Plattenlaufwerken, wie z.B. einem HDD, und weist die dynamische Fluidlagervorrichtung (hydrodynamische Lagervorrichtung) 1 auf, die ein eine Welle 2 aufweisendes Rotationselement 3 drehbar und berührungslos stützt, Statorspulen 4, die einander gegenüberliegen, beispielsweise über einen Spalt in radialer Richtung, und einen Rotormagneten. Die Statorspulen 4 sind an Statorbefestigungsbereichen 6b einer später beschriebenen Halterung 6 angebracht, und der Rotormagnet 5 ist am Außenumfang des Rotationselements 3 angebracht. Ein Gehäuse 7 der dynamischen Fluidlagervorrichtung 1 ist am Innenumfang der Halterung 6 befestigt. Obwohl es hier nicht dargestellt ist, werden ein oder mehrere plattenförmige Informationsaufzeichnungsmedien (nachfolgend einfach als Platten bezeichnet), wie z.B. Magnetplatten, auf dem Rotationselement 3 gehalten. Wenn in dem so beschaffenen Spindelmotor die Statorspulen 4 mit Strom versorgt werden, wird der Rotormagnet 5 durch die zwischen den Statorspulen 4 und dem Rotormagneten 5 erzeugte Erregung in Drehung versetzt, wodurch das Rotationselement 3 und die auf dem Rotationselement 3 gehaltenen Platten mit der Welle 2 rotieren.
2 zeigt die dynamische Fluidlagervorrichtung 1. Diese dynamische Fluidlagervorrichtung 1 weist hauptsächlich die Halterung 6, das am Innenumfang der Halterung 6 befestigte Gehäuse 7, eine an dem Gehäuse 7 befestigte Lagerbuchse 8 und das Rotationselement 3, das relativ zum Gehäuse 7 und der Lagerbuchse 8 rotiert, auf. Bei dieser Ausführungsform entspricht das Rotationselement 3 dem Wellenelement. Zum Zweck der Erläuterung wird von den Öffnungsbereichen des Gehäuses 7, die an beiden seiner axialen Enden ausgebildet sind, die Seite, die mit dem Deckelelement 10 abgedichtet ist, als untere Seite bezeichnet, während die Seite gegenüber der abgedichteten Seite in der folgenden Beschreibung als Oberseite bezeichnet wird.
Das Rotationselement 3 weist beispielsweise einen Nabenbereich 9 auf, der an der Öffnungsseite des Gehäuses 7 angeordnet ist, und die Welle 2, die am Innenumfang der Lagerbuchse 8 eingesetzt ist.
Der Nabenbereich 9 besteht aus einem Metall oder einem Harz und setzt sich zusammen aus einem Plattenbereich 9a, der die Öffnungsseite des Gehäuses 7 (Oberseite) abdeckt, einem zylindrischen Bereich 9b, der sich vom Außenumfang des Plattenbereichs 9a in axialer Richtung nach unten erstreckt, und einer Plattenladefläche 9c und einem Bord 9d, die am Außenumfang des zylindrischen Bereichs 9b vorgesehen sind. Die (nicht dargestellten) Platten werden am Außenumfang des Plattenbereichs 9a befestigt und auf der Plattenladeflä che 9c angebracht. Die Platten werden durch ein geeignetes Haltemittel (beispielsweise ein Klemmelement), das nicht dargestellt ist, auf dem Nabenbereich 9 gehalten.
Die Welle 2 ist bei dieser Ausführungsform einstückig mit dem Nabenbereich 9 ausgebildet und weist an ihrem unteren Ende separat einen Flanschbereich 2b zum Schutz vor Abrutschen auf. Der Flanschbereich 2b besteht aus einem Metall und ist beispielsweise durch eine Schraubverbindung an der Welle 2 befestigt.
Die Lagerbuchse 8 kann beispielsweise aus einem Metall bestehen, zu dem eine Kupferlegierung, wie z.B. Messing, und eine Aluminiumlegierung zählen, und kann auch aus einem porösen Körper, der aus einem Sintermetall besteht, gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird sie aus einem porösen Körper aus einem Sintermetall zylindrisch geformt, der Kupfer als Hauptbestandteil enthält.
Ein Bereich, in dem eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten angeordnet sind, ist auf dem gesamten zylindrischen Bereich oder einem Teil des zylindrischen Bereichs der inneren Umfangsfläche 8a der Lagerbuchse 8 als radialer Teil zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind beispielsweise, wie in 3 dargestellt, zwei Bereiche, in denen eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten 8a1, 8a2 in Fischgrätenform angeordnet sind, separat in axialer Richtung ausgebildet.
Auf dem gesamten ringförmigen Bereich oder einem Teil des ringförmigen Bereichs der unteren Endfläche 8c der Lagerbuchse 8 ist beispielsweise ein Bereich, in dem eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten in einer Spiralform angeordnet sind, als axialer Teil zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks ausgebildet, obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist. Dieser Bereich, in dem hydrodynamische Nuten ausgebildet sind, liegt der oberen Endfläche 2b1 des Flanschbereichs 2b als Axiallagerfläche gegenüber und bildet bei der Rotation der Welle 2 (Rotationselement 3) einen Axiallagerspalt eines zweiten Axiallagerbereichs T2 zwischen sich selbst und der oberen Endfläche 2b1 (siehe 2).
Das Gehäuse wird aus einem Harz zylindrisch geformt. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 7 so ausgebildet, dass beide seiner axialen Enden offen sind und die andere axiale Endseite mit einem Deckelelement 10 abgedichtet ist. Eine Axiallagerfläche 7a ist an dem gesamten ringförmigen Bereich oder einem Teil des ringförmigen Bereichs der Endfläche (obere Endfläche) einer Endseite vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist beispielsweise, wie in 4 dargestellt, ein Bereich, in dem eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten 7a1 in Spiralform angeordnet sind, an der Axiallagerfläche 7a als axialer Teil zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks ausgebildet. Diese Axiallagerfläche 7a (Bereich, in dem hydrodynamische Nuten 7a1 ausgebildet sind), liegt einer unteren Endfläche 9a1 des Plattenbereichs 9a des Nabenbereichs 9 gegenüber und bildet, während das Rotationselement 3 sich dreht, einen Axiallagerspalt des später beschriebenen ersten Axiallagerbereichs T1 zwischen sich selbst und der unteren Endfläche 9a1 (siehe 2).
Das Deckelelement 10, das die andere Endseite des Gehäuses 7 abdichtet, besteht aus einem Metall oder einem Harz und ist an einer Schulter 7b befestigt, die an der Innenumfangsseite am anderen Ende des Gehäuses vorgesehen ist. Hierbei ist das Befestigungsmittel besonders eingeschränkt, und es können beispielsweise Mittel wie Adhäsion (einschließlich lockerer Adhäsion, Adhäsion durch Presspassung), Presspassung, Fügen (z.B. Ultraschall-Fügen), Schweißen (beispielsweise Laserschweißen) abhängig von der Kombination der Materialien, der erforderlichen Befestigungsstärke, der Dichtleistung und anderen Bedingungen in geeigneter Weise ausgewählt werden.
An der inneren Umfangsfläche 7c des Gehäuses 7 ist die äußere Umfangsfläche 8b der Lagerbuchse durch ein geeignetes Mittel befestigt, beispielsweise durch Adhäsion (einschließlich lockerer Adhäsion und Adhäsion durch Presspassung), Presspassung, Fügen und Ähnliches.
Eine konisch zulaufende Dichtungsfläche 7d, deren Durchmesser zur Oberseite hin allmählich zunimmt, ist am Außenumfang des Gehäuses 7 ausgebildet. Diese konisch zulaufende Dichtungsfläche 7d bildet einen ringförmigen Dichtungsraum S, dessen radiale Größe von der abgedichteten Seite (der Unterseite) des Gehäuses 7 zur Öffnungsseite (Oberseite) allmählich abnimmt, zwischen sich selbst und der inneren Umfangsfläche 9b1 des zylindrischen Bereichs 9b. Dieser Dichtungsraum S steht mit der Außendurchmesserseite des Axi allagerspalts des ersten Axiallagerbereichs T1 in Verbindung, während die Welle 2 und der Nabenbereich 9 sich drehen.
Eine Klebebefestigungsfläche 7e ist am unteren Ende des Außenumfangs des Gehäuses 7 ausgebildet. Die Klebebefestigungsfläche 7e hat bei dieser Ausführungsform eine zylindrische Form mit einem konstanten Durchmesser und ist durch einen Klebstoff an der inneren Umfangsfläche 6a der Halterung 6 befestigt (siehe 2).
Zu diesem Zeitpunkt werden bei der klebenden Befestigung zwischen der inneren Umfangsfläche 6a und der Klebebefestigungsfläche 7e unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitbarkeit, insbesondere der Aushärtungsgeschwindigkeit und der Entgasungseigenschaften, beispielsweise durch UV-Licht härtbare Klebstoffe, anaerobe Klebstoffe oder Klebstoffe auf Epoxidbasis verwendet. Zu den speziellen Beispielen für mit UV-Licht härtbare Klebstoffe gehört die Serie 3000, hergestellt von der Firma Three Bond Co., Ltd. Zu den Beispielen für anaerobe Klebstoffe zählt die Serie 1300, ebenfalls hergestellt von der Firma Three Bond Co., Ltd. Zu den Beispielen für Klebstoffe auf Epoxidbasis zählt die ebenfalls von der Firma Three Bond Co., Ltd. hergestellte Serie 2200. Darüber hinaus werden die Materialien zur Bildung des Gehäuses 7 und der Halterung 6 so ausgewählt, dass der Wert, den man erhält, wenn man den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 7 durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halterung 6 teilt, nicht niedriger als 0,5 und nicht höher als 2,0 ist.
Dadurch, dass das Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Bauteile 6, 7 {(linearer Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses 7)/(linearer Ausdehnungskoeffizient der Halterung 6)} so festgelegt ist, dass es in den oben genannten Bereich fällt, kann auf diese Weise die klebende Befestigung des Gehäuses 7 und der Halterung 6 in einem Zustand erfolgen, bei dem die Änderung des diametralen Spalts (Klebespalts) zwischen der inneren Umfangsfläche 6a und der Klebebefestigungsfläche 7e während des Erwärmens auf einen solchen Bereich unterdrückt wird, dass sie das Aushärten des Klebstoffs nicht negativ beeinflusst. Wie oben erwähnt, kann daher selbst bei der Verwendung eines Klebstoffs, der durch Erwärmen gehärtet wird, eine hohe Klebekraft zwischen dem Gehäuse 7 und der Halterung 6 erzielt werden.
Wenn die oben angegebenen Klebstoffe verwendet werden, beispielsweise anaerobe Klebstoffe, beträgt der Wert des Klebespalts zwischen den beiden Bauteilen 6, 7 in dem diametralen Spalt vor dem Erwärmen im Allgemeinen 10 μm bis 100 μm. Unter Berücksichtigung der Verbesserung der Genauigkeit der Befestigung zwischen den beiden Bauteilen 6, 7 nach dem Aushärten und der Stabilisierung der Klebekraft beträgt der vorgenannte Klebespalt in dem diametralen Spalt geeigneterweise 20 μm bis 40 μm.
Solange das Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten in den vorgenannten Bereich fällt, können die Materialien für die Halterung 6 und das Gehäuse 7 nach Wunsch ausgewählt werden, und es ist beispielsweise möglich, die Halterung 6 aus einem Metall, wie z.B. rostfreiem Stahl, und das Gehäuse 7 aus einer Harzzusammensetzung mit einem kristallinen Harz, wie z.B. LCP, PPS und PEEK als Basisharz zu bilden.
Unter diesen ist für Materialien für das Gehäuse 7 bei der Verwendung eine hohe Ölfestigkeit (geringe Ölabsorptionseigenschaft) gegen das vorgenannte Schmieröl auf Esterbasis erforderlich. Es ist außerdem notwendig, während der Verwendung die Menge der erzeugten Entgasung und die Menge des absorbierten Wassers zu unterdrücken. Unter Berücksichtigung einer Temperaturänderung in der Umgebung des Einsatzgebiets ist auch eine hohe Hitzebeständigkeit erforderlich.
Solange die oben als Beispiele angeführten Basisharze (kristalline Harze wie LCP, PPS, PEEK) verwendet werden, kann ein Gehäuse 7 gebildet werden, das sowohl in Bezug auf die Ölfestigkeit als auch in Bezug auf die Entgasungseigenschaften, die Wasserabsorptionseigenschaften und die Hitzebeständigkeit, wie sie vorstehend erwähnt wurden, ausgezeichnet ist. Darüber hinaus ist von den obigen kristallinen Harzen Polyphenylensulfid (PPS) im Vergleich zu anderen Harzen kostengünstiger zu erhalten und hat eine ausgezeichnete Fließfähigkeit während der Formgebung (Schmelzviskosität). Daher ist es als Basisharz für das Gehäuse 7 dieser Art besonders geeignet.
Polyphenylensulfid (PPS) wird im Allgemeinen durch die Polykondensationsreaktion von Natriumsulfid und p-Dichlorbenzen erzeugt und enthält gleichzeitig ein Nebenprodukt, nämlich Natriumchlorid. Folglich ist es notwendig, ein geeignetes Lösungsmittel zu verwenden, um Polyphenylensulfid (PPS) zu reinigen. Für die Reinigung kann jegliches Lösungsmittel verwendet werden, solange es eine relative Dielektrizitätskonstante von 10 oder mehr, vorzugsweise 20 oder mehr hat, wobei 50 oder mehr noch mehr zu bevorzugen wäre. Zieht man Umweltaspekte in Betracht, so ist beispielsweise Wasser (relative Dielektrizitätskonstante: etwa 80) zu bevorzugen, und hochreines Wasser ist besonders zu bevorzugen. Na in den Endgruppen in Polyphenylensulfid (PPS) wird hauptsächlich durch die Durchführung einer Reinigung mit einem derartigen Lösungsmittel entfernt. Daher kann die Menge des in Polyphenylensulfid (PPS) enthaltenen Na reduziert werden (beispielsweise 2000 ppm oder weniger), wodurch Polyphenylensulfid (PPS) als Harzmaterial zum Formen des Gehäuses 7 verwendbar wird. Darüber hinaus hat das Entfernen von Na in den Endgruppen auch den Vorteil, dass die Kristallisationsgeschwindigkeit erhöht wird.
Polyphenylensulfid (PPS) wird grob in drei Gruppen unterteilt: vernetztes Polyphenylensulfid (PPS), semilineares Polyphenylensulfid (PPS) mit weniger Seitenketten und lineares Polyphenylensulfid (PPS) mit weniger Seitenketten. Von diesen wird lineares Polyphenylensulfid (PPS) mit weniger Seitenketten insofern bevorzugt, als es weniger molekulare Endgruppen pro Molekül hat und daher die Menge des darin enthaltenen Na geringer ist. Außerdem ist lineares Polyphenylensulfid (PPS) auch zu bevorzugen, weil es einfacher zu reinigen ist als andere Arten von Polyphenylensulfid (PPS), oder weil es fast unnötig ist, die Menge des enthaltenen Na durch Reinigen zu reduzieren. Im Speziellen entsprechen die Polyphenylensulfide, bei welchen Na in einer Menge von 2000 ppm oder weniger, vorzugsweise 1000 ppm und noch besser 500 ppm, enthalten ist, dem linearen Polyphenylensulfid (PPS). Demzufolge kann die Menge der Na-Ionenelution in das Schmieröl unterdrückt werden und die Na-Ablagerung auf den Platten, die auf der dynamischen Fluidlagervorrichtung 1 gehalten werden, und auf dem Rotationselement 3 oder der Oberfläche eines (nicht dargestellten) Plattenkopfes verhindert werden.
Eine Kohlenstofffaser oder eine anorganische Verbindung oder beides können dem vorgenannten Basisharz als Füllstoff beigemengt werden. Der Füllstoff hat die Funktion, den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 7, das mit diesen Basisharzen und den Füllstoffe enthaltenen Harzzusammensetzungen geformt wird, einzustellen, indem Menge, die zu dem Basisharz hinzugefügt wird, verändert wird.
Darüber hinaus kann durch das Hinzufügen von Kohlenstofffasern als Füllstoff das Gehäuse 7 deutlich verfestigt werden und die Änderung der Abmessungen, die mit einer Temperaturänderung des Gehäuses 7 einhergeht, unterdrückt werden, so dass eine hohe Dimensionsstabilität erzielt werden kann. Hierdurch wird ermöglicht, dass die hydrodynamische Nut 7a1 der Axiallagerfläche 7a mit hoher Genauigkeit geformt werden kann, und dass der Axiallagerspalt des ersten Axiallagerbereichs T1 während des Gebrauchs mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden kann. Außerdem zeigt die Kohlenstofffaser durch das Hinzufügen der Kohlenstofffaser zu dem Basisharz eine hohe Leitfähigkeit, und daher kann dem Gehäuse 7 eine ausreichende Leitfähigkeit (beispielsweise ein spezifischer Volumenwiderstand von 1,0 × 10⁶Ω·cm oder weniger) verliehen werden. Folglich kann die statische Elektrizität, die sich in den Platten während der Verwendung angesammelt hat, über das Rotationselement 3 und das Gehäuse 7 (und in einigen Fällen auch über die Lagerbuchse 8) zu geerdeten Seitenelementen (Halterung 6 etc.) abgeleitet werden.
Als Kohlenstofffaser sind beispielsweise Kohlenstofffasern auf PAN-Basis, Kohlenstofffasern auf Pechbasis und verschiedene andere Kohlenstofffasern verwendbar. Unter dem Gesichtspunkt der Verstärkungswirkung und der Fähigkeit zum Absorbieren von Stößen sind Kohlenstofffasern zu bevorzugen, die eine relativ hohe Zugfestigkeit (vorzugsweise 3000 MPa oder mehr) haben, und Kohlenstofffasern auf PAN-Basis sind insofern zu bevorzugen, als sie auch eine besonders hohe Leitfähigkeit haben.
Als die oben genannten Kohlenstofffasern können jene verwendet werden, die im nachfolgend beschriebenen Dimensionsbereich liegen.

(1) Wenn ein schmelzflüssiges Harz geknetet und durch Spritzgießen geformt wird, werden die Kohlenstofffasern durchtrennt und ihre Faserlänge verkürzt sich. Wenn die Verkürzung der Faserlänge fortschreitet, nehmen die Festigkeit, die Leitfähigkeit und andere Eigenschaften merklich ab, und es wird schwierig, diesen erforderlichen charakteristischen Eigenschaften zu genügen. Daher sind die zu dem Harz hinzugefügten Kohlenstofffasern vor zugsweise eher lange Fasern, um dem Faserbruch während der Formgebung zuvorzukommen; wünschenswerterweise werden speziell Kohlenstofffasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 100 μm oder mehr, vorzugsweise 1 mm oder mehr, verwendet. (2) Im Gegensatz hierzu wird bei dem Schritt des Spritzgießens das in der Form ausgehärtete Harz manchmal entnommen, erneut zum Schmelzen gebracht und mit einer frisch hergestellten Harzzusammensetzung verknetet, um wieder verwendet (recycelt) zu werden. Da in diesem Fall ein Teil der Fasern wiederholt recycelt wird, werden die Fasern, wenn die anfängliche Faserlänge zu lang ist, aufgrund des mit dem Recycling einhergehenden Durchtrennens deutlich kürzer als die ursprüngliche Faserlänge, und Veränderungen der charakteristischen Eigenschaften der Harzzusammensetzung (verringerte Schmelzviskosität, etc.) werden wahrnehmbar. Um derartige Veränderungen der charakteristischen Eigenschaften auf ein Minimum zu beschränken, gilt: je kürzer die Faserlänge, desto besser. Genauer ausgedrückt, ist es wünschenswert, die durchschnittliche Faserlänge auf 500 μm oder weniger (vorzugsweise 300 μm oder weniger) festzulegen.

Die oben erwähnte Auswahl der Faserlänge der Kohlenstofffasern kann durch die Art des Bearbeitungsvorgangs der Harzzusammensetzung bestimmt werden, die bei dem eigentlichen Schritt des Spritzgießens verwendet wird. Wenn zum Beispiel nur die frisch hergestellte Harzzusammensetzung verwendet wird, oder wenn eine Mischung aus der frisch hergestellten Harzzusammensetzung und recycelten Harzzusammensetzungen verwendet wird und der Anteil der frisch hergestellten Harzzusammensetzung groß ist, ist es unter dem Gesichtspunkt, dass eine Abnahme der Festigkeit, der Leitfähigkeit und anderer Eigenschaften verhindert werden soll, zu bevorzugen, dass Kohlenstofffasern verwendet werden, die im Dimensionsbereich liegen, wie er vorstehend unter Punkt (1) erwähnt wurde. Wenn im Gegensatz dazu der Anteil der recycelten Harzzusammensetzungen groß ist, ist es unter dem Gesichtspunkt, dass mit dem Recycling einhergehende Veränderungen der charakteristischen Eigenschaften der Harzzusammensetzung verhindert werden sollen, wünschenswert, Kohlenstofffasern zu verwenden, die in dem Dimensionsbereich liegen, wie er vorstehend unter Punkt (2) erwähnt wurde.
Unabhängig davon, ob Kohlenstofffasern (1) oder (2) verwendet werden, gilt: Je kleiner der Faserdurchmesser der Kohlenstoffasern ist, desto größer ist die Anzahl der verwendeten Fasern, was den Effekt hat, die Produktqualität gleichförmig zu machen. Je höher außerdem das Längenverhältnis ist, desto höher ist der Verstärkungseffekt aufgrund der Faserverstärkung. Daher ist es umso besser, je höher das Längenverhältnis der Kohlenstofffasern ist. Im Besonderen wird ein Längenverhältnis von 6,5 oder mehr bevorzugt. Zieht man die Bearbeitbarkeit und die Verfügbarkeit in Betracht, so beträgt der durchschnittliche Faserdurchmesser geeigneterweise 5 bis 20 μm.
Um die oben genannte Verstärkungswirkung und die Wirkung eines verringerten Abriebs sowie das Entfernen einer elektrostatischen Ladung und andere Wirkungen, die durch die Kohlenstofffasern erzeugt werden, ausreichend zu demonstrieren, beträgt die Menge der Kohlenstofffasern, die dem Basisharz beigemengt werden, wünschenswerterweise 10 bis 35 Vol.%, wobei 15 bis 25 Vol.% noch mehr zu bevorzugen sind. Denn wenn die Menge der beigemengten Kohlenstofffasern unter 10 Vol.% liegt, zeigen sich die durch die Kohlenstofffasern erzeugte Verstärkungswirkung und die Wirkung des Entfernens der elektrostatischen Ladung nicht in ausreichendem Maß, und die Verschleißfestigkeit des Bereichs des Gehäuses 7, der an dem Nabenbereich 9 gleitet, insbesondere die Verschleißfestigkeit des Nabenbereichs 9, an dem das Gehäuse 7 gleitet, ist nicht gewährleistet. Liegt andererseits die hinzugefügte Menge über 35 Vol.%, so wird die Formbarkeit des Gehäuses 7 verringert, und es wird schwierig, eine hohe Maßgenauigkeit zu erzielen.
Als anorganische Verbindungen können verschiedene Substanzen verwendet werden. Von diesen werden anorganische Verbindungen mit einem kleinen Betrag der Ionenelution besonders bevorzugt. Solange die verwendeten anorganischen Verbindungen von dieser Art sind, kann die Ionenelution in das Schmieröl, die eine gefährliche Substanz sein kann, unterdrückt werden, und die Lagerleistung kann auf einem hohen Wert gehalten werden. Alternativ kann die Situation, dass die vorgenannten Ionen sich auf der Lagervorrichtung und der Umgebung ablagern, vermieden werden, so dass die Sauberkeit im Inneren des Lagers oder um die Lagervorrichtung herum gewährleistet werden kann.
Zu den speziellen Beispielen für anorganische Verbindungen, die den vorgenannten Bedingungen entsprechen, zählen Aluminiumboratverbindungen, Titanoxide, Zinkoxide und Ähnliches. Von diesen wird die Verwendung von Aluminiumboratverbindungen besonders be vorzugt. Einige dieser anorganischen Verbindungen sind faserartig oder pulverig. Von diesen sind faserartige, insbesondere whiskerartige, unter Berücksichtigung der Verstärkungswirkung für das Gehäuse zu bevorzugen, während pulverige unter Berücksichtigung der Formbarkeit (Einfüllbarkeit des Harzes) bevorzugt werden.
Die Schmelzviskosität der Harzzusammensetzung, die Füllstoffe wie Kohlenstofffasern und anorganische Verbindungen aufweist, welche dem oben genannten Basisharz beigemengt werden, wird vorzugsweise auf einen Wert von 500 Pa·s oder weniger bei einer Temperatur von 310°C und einer Schergeschwindigkeit von 1000 s^–1 unterdrückt, um das Innere des Hohlraums äußerst genau mit dem schmelzflüssigen Harz auszufüllen. Daher beträgt die Schmelzviskosität des Basisharzes (PPS) bei einer Temperatur von 310°C und einer Schergeschwindigkeit von 1000 s^–1 vorzugsweise 100 Pa·s oder weniger, um einen Anstieg der Viskosität der Harzzusammensetzung auszugleichen.
Wie bereits ausgeführt, kann dadurch, dass die Materialien für die Halterung 6 und das Gehäuse 7 so ausgewählt werden, dass das Verhältnis ihrer linearen Ausdehnungskoeffizienten in den vorgenannten Bereich fällt, insbesondere dadurch, dass das Gehäuse 7 aus der oben genannten Harzzusammensetzung geformt wird, das Gehäuse 7 mit einer hohen Klebekraft relativ zur Halterung 6, mit einer hohen Ölfestigkeit, geringen Entgasungseigenschaften, einer hohen Fließfähigkeit während der Formgebung, geringen Wasserabsorptionseigenschaften und einer hohen Hitzebeständigkeit erzielt werden. Daher kann die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit der dynamischen Fluidlagervorrichtung 1 und der Plattenlaufwerkeinheit, in der diese Lagervorrichtung integriert ist, erhöht werden.
Das Innere der dynamischen Fluidlagervorrichtung 1, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, ist mit dem Schmieröl gefüllt, und der Ölstand des Schmieröls wird innerhalb des Dichtungsraums S immer aufrechterhalten. Als Schmieröl können verschiedene Substanzen verwendet werden. Speziell für das Schmieröl, das für dynamische Fluidlagervorrichtungen für Plattenlaufwerkeinheiten wie ein HDD vorgesehen ist, sind eine niedrige Verdampfungsgeschwindigkeit und eine geringe Viskosität erforderlich. So sind beispielsweise Dioctylsebacat (DOS) und Dioctylazelat (DOZ) und ähnliche Schmieröle auf Esterbasis geeignet.
Bei der dynamischen Fluidlagervorrichtung 1, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, liegen während der Rotation der Welle 2 (Rotationselement 3) zwei Bereiche (oberer und unterer Bereich, wo die hydrodynamischen Nuten 8a1, 8a2 ausgebildet sind), die als radiale Lagerflächen der inneren Umfangsfläche 8a der Lagerbuchse 8 dienen, einander über die äußere Umfangsfläche 2a der Welle 2 und den radialen Lagerspalt gegenüber. Wenn die Welle 2 sich dreht, wird das Schmieröl des obigen radialen Lagerspalts zur Seite der axialen Mitte der hydrodynamischen Nuten 8a1, 8a2 gedrückt, und sein Druck wird erhöht. Der erste radiale Lagerbereich R1 und der zweite radiale Lagerbereich R2, die die Welle 2 in radialer Richtung berührungslos stützen, werden durch einen derartigen hydrodynamischen Effekt der hydrodynamischen Nuten 8a1, 8a2 gebildet.
In ähnlicher Weise wird ein Ölfilm aus dem Schmieröl durch den hydrodynamischen Effekt der hydrodynamischen Nuten jeweils in dem Axiallagerspalt zwischen der Axiallagerfläche 7a des Gehäuses 7 (Bereich, in dem hydrodynamische Nuten 7a1 ausgebildet sind) und der dieser gegenüberliegenden unteren Endfläche 9a1 des Nabenbereichs 9 (Plattenbereich 9a) und in dem Axiallagerspalt zwischen der unteren Endfläche 8c der Lagerbuchse 8 (Bereich, in dem hydrodynamische Nuten ausgebildet sind) und der dieser gegenüberliegenden oberen Endfläche 2b1 des Flanschbereichs 2b gebildet. Darüber hinaus werden der erste Axiallagerbereich T1 und der zweite Axiallagerbereich T2, die das Rotationselement 3 in axialer Richtung berührungslos stützen, durch den Druck dieser Ölfilme gebildet.
Vorstehend wurde die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern es sind auch andere Ausbildungen anwendbar. Weitere Ausführungsbeispiele der dynamischen Fluidlagervorrichtung werden nachfolgend beschrieben. Es ist anzumerken, dass in den nachfolgend dargestellten Zeichnungen die Bereiche und Bauteile, die genauso ausgeführt sind und die gleiche Funktion haben, wie in der ersten Ausführungsform, mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und auf eine wiederholte Erläuterung wird verzichtet.
Bei der vorgenannten ersten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, in dem eine Axiallagerfläche 7a, bei der eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten 7a1 an der oberen Endfläche des Gehäuses 7 angeordnet sind, vorgesehen ist (erster Axiallagerbereich T1) und eine Axiallagerfläche, bei der eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten an der unteren Endfläche 8c der Lagerbuchse 8 angeordnet sind, vorgesehen ist (zweiter Axiallagerbereich T2), doch die vorliegende Erfindung kann auch bei einer dynamischen Fluidlagervorrichtung Anwendung finden, die nur mit dem ersten Axiallagerbereich T1 versehen ist. In diesem Fall ist die Welle 2, obwohl dies nicht dargestellt ist, gerade ausgebildet und weist keinen Flanschbereich 2b auf. Daher kann das Gehäuse 7 so geformt sein, dass es eine mit einem Boden versehene zylindrische Form hat, indem ein Deckelelement 10 als einstückig aus einem Harzmaterial gebildeter Boden verwendet wird. Außerdem können die Welle 2 und der Nabenbereich 9 einstückig aus einem Metall oder einem Harz geformt sein, oder die Welle 2 kann separat von dem Nabenbereich 9 ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Welle 2 aus einem Metall bestehen, und das Rotationselement 3 kann einstückig mit dem Nabenbereich 9 aus einem Harz geformt sein, wobei die aus einem Metall bestehende Welle 2 als Einsatzstück verwendet wird.
5 zeigt eine dynamische Fluidlagervorrichtung 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist das Wellenelement 12 einen Flanschbereich 12b auf, der an dessen unterem Ende entweder einstückig mit diesem oder separat ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Gehäuse 17 einen zylindrischen Seitenbereich 17a und einen Boden 17b auf, der separat von dem Seitenbereich 17a ausgebildet ist und am unteren Endbereich des Seitenbereichs 17a positioniert ist. Ein Dichtungsbereich 13, der zur inneren Umfangsseite ragt, ist am oberen Endbereich des Seitenbereichs 17a des Gehäuses 17 einstückig mit dem Gehäuse 17 ausgebildet. An der oberen Endfläche 17b1 des Bodens 17b des Gehäuses 17 ist beispielsweise – obwohl nicht dargestellt – ein Bereich ausgebildet, in dem eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten spiralförmig angeordnet sind. Darüber hinaus wird während der Rotation des Wellenelements 12 ein erster Axiallagerbereich T11 zwischen der unteren Endfläche 8c der Lagerbuchse 8 und der oberen Endfläche 12b1 des Flanschbereichs 12b des Wellenelements 12 gebildet, während ein zweiter Axiallagerbereich T12 zwischen der oberen Endfläche 17b1 des Bodens 17b des Gehäuses 17 und einer unteren Endfläche 12b2 des Flanschbereichs 12b gebildet wird.
Bei dieser Ausführungsform dient die äußere Umfangsfläche 17c des Gehäuses 17 als Klebebefestigungsfläche, die klebend an der inneren Umfangsfläche der Halterung befestigt wird (nicht dargestellt). Wenn daher Materialien, bei welchen das Verhältnis ihrer linearen Ausdehnungskoeffizienten nicht niedriger als 0,5 und nicht höher als 2,0 ist, als Materialien zur Bildung des Gehäuses 17 und der Halterung ausgewählt werden, wie bei der obigen ersten Ausführungsform, kann ein Gehäuse 17 erzielt werden, das in der Klebekraft relativ zu der Halterung, in der Ölfestigkeit, der Verschleißfestigkeit, der Sauberkeit, der Formbarkeit und anderen Eigenschaften ausgezeichnet ist.
6 zeigt eine dynamische Fluidlagervorrichtung 21 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Dichtungsbereich 23 separat von einem Seitenbereich 27a des Gehäuses 27 ausgebildet und ist durch Kleben, Presspassung, Fügen oder andere Mittel am Innenumfang des oberen Endbereichs des Gehäuses 27 befestigt. Außerdem ist ein Boden 27b des Gehäuses 27 einstückig mit dem Seitenbereich 27a des Gehäuses 27 ausgebildet und hat die Form eines mit einem Boden versehenen Zylinders. Da alle anderen Ausbildungen als die oben erwähnten der zweiten Ausführungsform ähneln, wird auf eine Beschreibung derselben verzichtet.
Auch bei dieser Ausführungsform dient die äußere Umfangsfläche 27c des Gehäuses 27 als Klebebefestigungsfläche, die klebend an der inneren Umfangsfläche der Halterung befestigt wird (ebenfalls nicht dargestellt). Daher werden Materialkombinationen, die dem Verhältnis ihrer linearen Ausdehnungskoeffizienten entsprechen, wie bei der obigen ersten Ausführungsform, als Materialien zur Bildung des Gehäuses 27 und der Halterung ausgewählt, wodurch ein Gehäuse 27 erzielt werden kann, das in der Klebekraft relativ zu der Halterung, in der Ölfestigkeit, der Verschleißfestigkeit, der Sauberkeit, der Formbarkeit und anderen Eigenschaften ausgezeichnet ist.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen (erste bis dritte Ausführungsform) wird der Fall beschrieben, bei dem die Klebebefestigungsfläche 7e an dem Gehäuse 7 vorgesehen ist und ein radialer Lagerspalt zwischen der inneren Umfangsfläche 8a der Lagerbuchse 8 und der äußeren Umfangsfläche 2a der Welle 2 gebildet wird, doch sie können auch als einstückiger Gegenstand vorliegen, der aus einem einzigen Material hergestellt wird (ein Integrieren ist auch in den Ausführungsformen gemäß 5 und 6 möglich). 7 zeigt eine dynamische Fluidlagervorrichtung 31 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die Vorrichtung ist insofern anders ausgebildet als die dynamischen Fluidlagervorrichtungen gemäß den obigen ersten bis dritten Ausführungsformen, als sie ein Lagerelement 37 als einen integrierten Gegenstand aufweist. In diesem Fall bildet das Lagerelement 37 einen radialen Lagerspalt zwischen seiner inneren Umfangsfläche 37a und der äußeren Umfangsfläche 2a der Welle 2 und weist eine Klebebefestigungsfläche 37e zur Befestigung an der Halterung 6 an seinem Außenumfang auf. Außerdem ist an der inneren Umfangsfläche 37a, die dem radialen Lagerspalt gegenüberliegt, beispielsweise ein Bereich (Radiallagerfläche) ausgebildet, in dem die hydrodynamischen Nuten 8a1, 8a2 ausgebildet sind, wie in 3 dargestellt. In ähnlicher Weise entsprechen die Endflächen 37b, 37c des Lagerelements 37 in ihrer Ausführung jeweils den Axiallagerflächen 7a, 8c, wie sie in der ersten Ausführungsform dargestellt sind. Da alle anderen Ausbildungen als die oben erwähnten der ersten Ausführungsform ähneln, wird auf eine Beschreibung derselben verzichtet.
Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung nicht nur für die oben beschriebene Form Anwendung finden, sondern auch für andere Bauteile, solange sie die Klebebefestigungsfläche 7e für die Halterung 6 aufweisen. In ähnlicher Weise kann die vorliegende Erfindung für die Halterung 6 angewendet werden, solange sie ein Bauteil aufweist, das die Klebebefestigungsfläche 7c aufweist, wie das Gehäuse 7, das klebend an deren Innenumfang befestigt ist und ein Bauteil zur Befestigung der dynamischen Fluidlagervorrichtung 1 an einem Motor ist. Demzufolge weist die Halterung 6 nicht unbedingt den Bereich 6b zum Anbringen der Statorspule 4 auf, und die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auch Anwendung finden, indem die Halterung 6 separat von dem Grundbauteil des Motors hergestellt und klebend an der Klebebefestigungsfläche 7e befestigt wird, wenn die dynamische Fluidlagervorrichtung 1 an dem Motor befestigt wird.
Wenn bei den oben beschriebenen Ausführungsformen (erste bis vierte Ausführungsform) das Gehäuse 7 aus einer Harzzusammensetzung besteht, wird der Fall beschrieben, bei dem Füllstoffe, wie z.B. Kohlenstofffasern und anorganische Verbindungen, einer einzigen Art eines Basisharzes (Polyphenylensulfid) beigemengt werden. Es können jedoch auch andere kristalline Harze und nichtkristalline Harze, Gummibestandteile und ähnliche organische Substanzen beigemengt werden, solange sie die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht herabsetzen. Außerdem können zusätzlich zu den Kohlenstofffasern auch Metallfasern, Glasfasern, Whisker und ähnliche anorganische Substanzen hinzugefügt werden. So kann beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) als Formtrennmittel mit hoher Ölfestigkeit hinzugefügt werden, und Ruß kann als leitendes Mittel beigemengt werden.
Vorstehend wird hauptsächlich der Fall beschrieben, bei dem das Gehäuse 7 aus einer Harzzusammensetzung und die Halterung 6 aus einem Metall gebildet wird, doch wie bereits erwähnt, sind auch andere Kombinationen möglich, solange das Verhältnis ihrer linearen Ausdehnungskoeffizienten in den oben genannten Bereich fällt (nicht niedriger als 0,5 und nicht höher als 2,0; dies gilt auch für die Kombination des Lagerelements 37 und der Halterung 6). So können beispielsweise das Gehäuse 7 und die Halterung 6 beide aus Harzzusammensetzungen geformt werden, und die beiden Bauteile 6 und 7 können auch beide aus einem Metall bestehen. Alternativ ist es auch möglich, das Gehäuse 7 aus einem Metall und die Halterung 6 aus einer Harzzusammensetzung zu bilden. Wenn das Gehäuse 7 aus einem Metall gebildet wird, zählen zu den verwendbaren metallischen Materialien beispielsweise SUS420, SUJ2SUS304 und ähnlicher rostfreier Stahl, sogenannter Rotguss und ähnliche Kupferlegierungen (Bronze, Messing, etc.) sowie Aluminiummaterialien (A5056 etc.).
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Ausbildung, bei der der hydrodynamische Effekt des Schmieröls durch die hydrodynamischen Nuten in Fischgrätenform und in Spiralform erzeugt wird, als Beispiel in Form der Radiallagerbereiche R1, R2 und der Axiallagerbereiche T1, T2 dargestellt, doch die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt.
So können beispielsweise als Radiallagerbereiche R1, R2, obwohl dies nicht dargestellt ist, ein sogenannter abgestufter Bereich zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks, bei dem Nuten in axialer Richtung an mehreren Bereichen in Umfangsrichtung ausgebildet sind, oder ein sogenanntes Mehrflächenlager (multilobe bearing), bei dem eine Vielzahl von bogenförmigen Flächen in Umfangsrichtung angeordnet sind und zwischen den bogenförmigen Flächen und der äußeren Umfangsfläche 2a der gegenüberliegenden Welle 2 (bzw. des Wellenelements 12) ein keilförmiger radialer Spalt (Lagerspalt) gebildet wird, eingesetzt werden.
Alternativ kann ein sogenanntes Rundlager geschaffen werden, indem die innere Umfangsfläche 8a der Lagerbuchse 8, die als Radiallagerfläche dient, zu einer inneren Umfangsfläche in Form eines perfekten Kreises gemacht wird, ohne dass hydrodynamische Nuten als Bereich zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks oder bogenförmige Flächen vorgesehen sind, und indem diese innere Umfangsfläche und die gegen-überliegende äußere Umfangsfläche 2a der Welle 2 in perfekter Kreisform verwendet werden.
Einer oder beide der Axiallagerbereiche T1, T2 können auch, obwohl dies nicht dargestellt ist, als sogenanntes Stufenlager, in dem eine Vielzahl von hydrodynamischen Nuten in Form von radialen Nuten in dem Bereich, der als Axiallagerfläche dient, in vorherbestimmten Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen sind, als Wellenlager (bei dem die Stufen Wellen sind) oder als andere Lager vorliegen.
Außerdem wird bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall beschrieben, in dem die Radiallagerfläche auf der Seite der Lagerbuchse 8 und des Lagerelements 37 ausgebildet ist und die Axiallagerflächen 7a, 37b, 37c auf der Seite des Gehäuses 7 und des Lagerelements 37 ausgebildet sind, doch diese Lagerflächen, auf welchen die Bereiche zur Erzeugung eines hydrodynamischen Drucks ausgebildet sind, sind nicht auf die Bauteile auf der festen Seite beschränkt. Sie können beispielsweise auch auf der Seite der Welle 2, des Flanschbereichs 2b und des diesen gegenüberliegenden Nabenbereichs 9 (Rotationsseite) vorgesehen sein.
Beispiel
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu offenbaren, wurden Gehäusenachbildungen als Probestücke und Halterungsnachbildungen als Probestücke aus einer Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten vorbereitet, und die charakteristischen Eigenschaften, die für das Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen erforderlich sind, wozu auch die Klebekraft zwischen dem Gehäuse und der Halterung zählt, wurden ausgewertet. Als Materialien für die oben genannten Probestücke wurden fünf Arten von metallischen Materialien und drei Arten von Harzzusammensetzungen verwendet. Als Basisharz für alle Harzzusammensetzungen wurde lineares Polyphenylensulfid (PPS) verwendet. Darüber hinaus wurden eine Kohlenstofffaser und eine anorganische Verbindung als Füllstoffe verwendet. Das Zusammensetzungsverhältnis und das Mischungsverhältnis der vorgenannten Materialien sind aus 8 ersichtlich.
Bei diesem Beispiel wurden zwei Arten von rostfreiem Stahl (SUS420, SUS304), Messing (CAC301), Aluminiumdruckguss (ADC12) und Aluminium (A5056) als die fünf Arten von metallischen Materialien verwendet (all diese Metalle sind Produkte, die der japanischen Industrienorm JIS entsprechen). Darüber hinaus wurde LC-5G, hergestellt von der Firma Dainippon Ink and Chemicals, Incorporated, als lineares Polyphenylensulfid (PPS) verwendet, HM35-C6S (Faserdurchmesser: 7 μm, durchschnittliche Faserlänge: 6mm, Zugfestigkeit: 3240 MPa), hergestellt von Toho Tenax Co., Ltd., wurde als Kohlenstofffaser (auf PAN-Basis) verwendet, und Alborex (Sorte: Y, Hauptbestandteil: Aluminiumborat, durchschnittlicher Durchmesser: 0,5 bis 1,0 μm, durchschnittliche Faserlänge: 10 bis 30 μm, Form: Whisker), hergestellt von der Shikoku Chemicals Corporation, wurde als anorganische Verbindung verwendet. Außerdem wurde bei diesem Beispiel Ruß als Zusatzstoff beigemengt. Im Besonderen wurde Carbon Black (Sorte: #3350B, durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 24 nm), hergestellt von der Mitsubishi Chemical Corporation, verwendet.
Darüber hinaus wurden von den Verhältnissen der Bestandteile gemäß 8 drei Arten von Harzzusammensetzungen vorbereitet, indem sie durch das nachfolgend beschriebene Verfahren vorübergehend zu Pellets geformt wurden und indem später noch beschriebene Probestücke unter Verwendung derartiger Pellets hergestellt wurden. Das Verfahren zum Formen der Pellets wird nachfolgend gezeigt. Das vorgenannte Basisharz und der vorgenannte Füllstoff, aus welchen gemäß dem in Fig. dargestellten Mischungsverhältnis eine Trockenmischung hergestellt wird, wurden einem biaxialen Extruder (L/D-Verhältnis der Schnecke: etwa 30) mit Seitenzufuhr zugeführt und wurden mit einer Schneckenrotationsgeschwindigkeit von 150 U/min und bei einer Temperatur von 300 bis 330°C geschmolzen und geknetet. Nach dem Kneten wurde der schmelzflüssige Strang durch die Löcher einer Düse mit einem Durchmesser von jeweils 4 mm gezogen und abgekühlt, wodurch Pellets der Harzzusammensetzung in Reiskorngröße entstehen. Um das Brechen der Kohlenstofffasern während des Schmelzens und Knetens so weit wie möglich zu vermeiden, wurde die oben genannte Mischung mit vorherbestimmter Geschwindigkeit von dem seitlichen Zufuhrbereich des biaxialen Extruders bereitgestellt.
Die Auswertung erfolgt gemäß den folgenden sechs Punkten: (0) Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten, (1) Unlöslichkeit der Ionen der Probestücke für die Gehäusenachbildung, (2) spezifischer Volumenwiderstand [Ω·cm], (3) Ringabriebtiefe [μm], (4) Abriebtiefe des Gleitkontaktmaterials [μm] und (5) Klebekraft [N]. Von diesen wurde der Auswertungstest von (0), dem Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten, und (5), der Klebekraft, sowohl bei den Probestücken für die Gehäusenachbildung als auch bei den Probestücken für die Nachbildung der Halterung durchgeführt, während die Auswertungstests von (1), der Unlöslichkeit der Ionen, bis (4), der Abriebtiefe des Gleitkontaktmaterials, bei den Probestücken für die Gehäusenachbildung durchgeführt wurden. Die Auswertungsmethode jedes Auswertungspunktes (Verfahren zur Messung des Werts des Auswertungspunktes) und die Kriterien zur Beurteilung, ob der Wert annehmbar ist oder nicht, sind nachfolgend dargelegt.
(0) Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten
Die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien mit den Verhältnissen der Bestandteile gemäß 8 wurden unter Verwendung eines TMA (thermomechanisches Analysegerät) bestimmt. Ein spezielles Verfahren ist nachfolgend dargestellt. (a) Napfförmige Probestücke in Form eines mit einem Boden versehenen Zylinders (∅10 mm × ∅8 mm × 15 mm, Dicke des Bodens: 2 mm) wurden unter Verwendung von Materialien mit den Verhältnissen der Bestandteile gemäß 8 vorbereitet. Wenn das Material ein Metall war, wurden die Probestücke in der obigen Ausführung durch ein Drehverfahren aus einer Rundstange geformt. Wenn das Material eine Harzzusammensetzung war, wurde an der Außenumfangsseite des Grundplattenbereichs ein Eingusselement angeordnet, um Probestücke in der oben genanten Ausführung durch Spritzgießen herzustellen. (b) Die napfförmigen Probestücke wurden in das TMA gesetzt. Von den Probestücken, die schwer einzusetzen waren, wurden die beiden axialen Enden abgeschnitten, so dass sie die Form eines Rings hatten. Um den Betrag der Wärmeausdehnung der Probestücke in radialer Richtung korrekt zu messen, wurde die Messrichtung einer Messsonde mit der radialen Richtung der Probestücke zusammengelegt. (c) Der Betrag der Wärmeausdehnung in radialer Richtung wurde unter folgenden Bedingungen bestimmt: Messlast: 0,05 N, Messtemperaturbereich: 23°C bis 100°C, Programmierrate: 5°C/min und Atmosphärengas: Stickstoff. Es ist anzumerken, dass der obere Grenzwert des Messtemperaturbereichs festgelegt wurde, indem die Wärmehärtungsbedingung (90°C × 1 h) des Klebstoffs, der später noch beschrieben wird, in Betracht gezogen wird. (d) Der lineare Ausdehnungskoeffizient jedes Materials (Verhältnis der chemischen Bestandteile Nr. 1 bis 8), den man bei dem vorgenannten Verfahren erhält, ist in 8 dargestellt. Darüber hinaus wurden auf der Basis dieser Ergebnisse die Verhältnisse der linearen Ausdehungskoeffizienten jedes Produktbeispiels und jedes Vergleichsprodukts gemäß den 9 und 10 durch die nachfolgend gezeigte Formel berechnet: Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten [dimensionslos] (linearer Ausdehnungskoeffizient des Probestücks für die Gehäusenachbildung)/(linearer Ausdehnungskoeffizient des Probestücks für die Halterungsnachbildung)
(1) Unlöslichkeit der Ionen
Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Elution von verschiedenen Arten von Ionen (einschließlich Na-Ionen) aus den napfförmigen Probestücken, welche aus Materialien mit den Verhältnissen der Bestandteile gemäß 8 bestehen, wurde unter Anwendung der Ionenchromatographie bestätigt. Das spezielle Verfahren ist nachfolgend dargestellt. (a) Eine vorherbestimmte Menge hochreinen Wassers wird in ein leeres Becherglas gegossen, und das oben genannte Probestück, dessen Oberfläche vorher mit hochreinem Wasser ausreichend gereinigt wurde, wird in dem Becherglas platziert. (b) Das vorgenannte Becherglas wird eine Stunde lang in einen Ofen mit gleichbleibender Temperatur, der auf 80° erwärmt wurde, gestellt, und die in der Oberfläche und dem Inneren des Probestücks enthaltenen Ionen werden in das hochreine Wasser herausgewaschen. Als Kontrast wird ein Becherglas, in dem kein Probestück platziert wird und in das nur reines Wasser gegossen wird, in ähnlicher Weise eine Stunde lang in einen Ofen mit gleichbleibender Temperatur gestellt, welcher auf 80°C erwärmt wird, und wird als Vergleichsprobe verwendet. (c) Die Menge der Ionen, die in dem hochreinen Wasser enthalten sind, in dem das auf die oben beschriebene Weise erhaltene Probestück platziert wird, wird durch Ionenchromatographie bestimmt (Messwert A). Die Menge der Ionen, die in der Vergleichsprobe enthalten sind, wird separat in ähnli cher Weise bestimmt (Messwert B). (d) Der Messwert B wird von dem Messwert A subtrahiert, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Ionenelution zu bestätigen.
Als Kriterien zur Beurteilung, ob ein Wert annehmbar ist oder nicht, wurden die Ionen, die mit der allgemein in der Ionenchromatographie verwendeten Säule analysiert werden können, als nachweisbare Ionen verwendet (siehe Tabelle 1 unten). Ein Probestück wurde als annehmbar beurteilt, wenn das in der Tabelle beschriebene Ion nicht nachgewiesen wurde (gut), während es als nicht annehmbar beurteilt wurde, wenn ein derartiges Ion nachgewiesen wurde (schlecht) [Tabelle 1] Liste der nachzuweisenden Ionen

Kation Anion

Li⁺ Mg²⁺ F^– No^3–

Na⁺ Ca²⁺ Cl^– PO₄ ^3–

K⁺ Sr²⁺ NO^2– SO₄ ^2–

Rb⁺ Ba²⁺ Br^–

Cs⁺ NH⁴⁺ SO₃ ^2–
(2) Spezifischer Volumenwiderstand [Ω·cm]
Die Messung wurde mit dem Vierpunkt-Messverfahren gemäß der japanischen Industrienorm JIS K7194 unter Verwendung der Probestücke durchgeführt, welche aus Materialien bestehen, die die in 8 dargestellten Verhältnisse der Bestandteile aufweisen. Als Kriterium zur Beurteilung, ob ein Wert annehmbar ist oder nicht, wurde ein Wert von 1,0 × 10⁶Ω·cm oder weniger als annehmbar (gut) beurteilt, während ein Wert über 1,0 × 10⁶Ω·cm als nicht annehmbar (schlecht) beurteilt wurde.
(3) Ringabriebtiefe [μm] und
(4) Abriebtiefe des Gleitkontaktmaterials [μm]
Die Messung wurde durch den Ring-Scheibe-Test durchgeführt, bei dem die Scheibenseiten der ringförmigen Probestücke, welche aus Materialien bestehen, die die in 8 dargestellten Verhältnisse der Bestandteile aufweisen, in einem Zustand in Drehung versetzt wurden, in dem die Probestücke in dem Schmieröl mit einer vorherbestimmten Last gegen ein scheibenförmiges Gleitkontaktmaterial gedrückt wurden. Im Besonderen wurden ringförmige Probestücke mit Abmessungen von ∅21 mm (Außendurchmesser) × ∅17 mm (Innendurchmesser) × 3 mm (Dicke) verwendet. Außerdem wurde als Gleitkontaktmaterial ein mit SUS420 hergestelltes Scheibenmaterial verwendet, das eine Rautiefe Ra von 0,04 μm und die Größe von ∅30 mm (Durchmesser) × 5 mm (Dicke) hat. Das Schmieröl, das als Diesteröl verwendet wurde, war Di(2-ethylhexyl)azelat. Die dynamische Viskosität dieses Schmieröls bei 40°C beträgt 10,7 mm²/s. Während des Ring-Scheibe-Tests betrugt der Kontaktdruck des Gleitkontaktmaterials gegen die Probestücke 0,25 MPa, die Drehgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) betrug 1,4 m/min, die Testzeit betrug 14 Stunden und die Öltemperatur betrug 80°C. Die Kriterien zur Beurteilung, ob der Wert annehmbar ist oder nicht, waren wie folgt: Was die Ringabriebtiefe betrifft, so wurde ein Wert von 3 μm oder weniger als annehmbar (gut) beurteilt, während ein Wert von mehr als 3 μm als nicht annehmbar (schlecht) beurteilt wurde. Was die Abriebtiefe des Gleitkontaktmaterials betrifft, so wurde ein Wert von 2 μm oder weniger als annehmbar (gut) beurteilt, während ein Wert von mehr als 2 μm als nicht annehmbar (schlecht) beurteilt wurde.
(5) Klebekraft [N]
Napfförmige Probestücke <1>, die das Gehäuse nachbilden, wurden unter Verwendung der Materialien mit den Verhältnissen der Bestandteile gemäß 8 vorbereitet. In der Ausführung und der Größe entsprechen sie den napfförmigen Probestücken, die für den Test (0) des Verhältnisses der linearen Ausdehnungskoeffizienten vorbereitet wurden. Buchsen aus Rotguss wurden durch Presspassung in den Innenumfang der Probestücke zur Nachbildung des Gehäuses <1> gedrückt, um zu verhindern, dass die Probestücke <1> beim Abziehen verformt werden, was nachfolgend noch beschrieben wird. Inzwischen wurden auch Probestücke zur Nachbildung der Halterung <2> mit Abmessungen von ∅20 mm × ∅10 mm × 10 mm aus den in 8 dargestellten Materialien vorbereitet, und ein Loch, dessen Innendurchmesser so bestimmt wurde, dass der Klebespalt zwischen den Probestücken <2> und den Probestücken <1> in dem diametralen Spalt 25 um betrug, wurde in die Mitte jedes dieser Probestücke <2> gebohrt. Die Probestücke <1> und <2> wurden in ausreichendem Maß entfettet. Was die Probestücke <1> gemäß den Verhältnissen der Bestandteile Nr. 6 bis 8 in 8 betrifft, so wurde eine Grundierung auf ihre Klebeflächen (die äußeren Umfangsflächen der Probestücke <1>) aufgetragen. Darüber hinaus wurde ein anaerober Klebstoff auf die Klebeflächen aller Probestücke <2> aufgetragen (die Flächen der Probestücke <2>, die den Probestücken <1> gegenüberliegen, wenn die Probestücke <1> in die Probestücke <2> eingesetzt werden). Dann wurden die Probestücke <1> in die Probestücke <2> eingesetzt und unter Wärmeeinwirkung bei 90°C eine Stunde lang gehärtet. „TB1359D", hergestellt von der Firma Three Bond Co., Ltd., wurde als anaerober Klebstoff verwendet, und „TB1390F", hergestellt von der Firma Three Bond Co., Ltd., wurde als Grundierung verwendet. Außerdem betrug die Menge des aufgetragenen anaeroben Klebstoffs etwa 10 mg, und die Menge der aufgetragenen Grundierung betrug etwa 1 mg (bestimmt als Erhöhung des Gewichts des geformten Produkts, nachdem ein Lösungsmittelanteil verdampft worden ist). Dann wurden die Probestücke <1> von den Probestücken <2> abgezogen, und die Maximalbelastung zum Abziehen wurde als Klebekraft angesehen. Als Kriterium zur Beurteilung, was als annehmbar gilt, wurde ein Probestück mit einer Klebekraft von mehr als 1000 N als annehmbar (gut) beurteilt, während ein Probestück mit einer Klebekraft von 1000 N oder weniger als nicht annehmbar (schlecht) beurteilt wurde.
In den 9 und 10 sind die Auswertungsergebnisse betreffend die Auswertungspunkte (0) bis (5) jedes Produktbeispiels und Vergleichsprodukts dargestellt. Wenn das Verhältnis des linearen Ausdehnungskoeffizienten des Probestücks für die Nachbildung des Gehäuses zu dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Probestücks für die Nachbildung der Halterung zu klein ist (unter 0,5), wie bei den Vergleichsprodukten 1 und 2, kann keine ausreichende Klebekraft erzielt werden. Wenn darüber hinaus das vorgenannte Verhältnis der linearen Ausdehnungskoeffizienten zu hoch ist, wie bei den Vergleichsprodukten 3 und 4 (höher als 2,0), kann eine ausreichende Klebekraft ebenso wenig erzielt werden. Andererseits zeigten die Produktbeispiele 1 bis 8 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Ergebnisse in allen Aspekten einschließlich der Klebekraft, der Verschleißfestigkeit (Ab riebtiefe des Rings und des Kontaktmaterials), der Sauberkeit (Unlöslichkeit der Ionen) und der Möglichkeit, die elektrostatische Ladung zu beseitigen (spezifischer Volumenwiderstand).
Zusammenfassung
Es wird eine dynamische Fluidlagervorrichtung mit erhöhter Klebekraft zwischen einem Bauteil, das eine Klebebefestigungsfläche aufweist, und einer Halterung geschaffen, indem der Klebespalt in angemessener Weise kontrolliert wird.
Die Materialien für eine Halterung 6 und ein Gehäuse 7 werden so ausgewählt, dass der Wert, den man erhält, indem man den linearen Ausdehnungskoeffizienten des am Innenumfang der Halterung 6 befestigten Gehäuses 7 durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halterung 6 mit einem Bereich 6b zum Anbringen einer Statorspule 4 eines Motors teilt, nicht niedriger ist als 0,5 und nicht höher als 2,0. Eine Klebebefestigungsfläche 7e, die am Außenumfang des Gehäuses 7 ausgebildet ist, wird mit einem anaeroben Klebstoff oder einem Klebstoff auf Epoxidbasis klebend an der inneren Umfangsfläche 6a der Halterung 6 befestigt.

Claims

Dynamische Fluidlagervorrichtung mit einem Wellenelement, einer Halterung und einem Radiallagerbereich, der das Wellenelement durch einen in einem radialen Lagerspalt gebildeten Fluidfilm in radialer Richtung drehbar stützt, und mit einer Klebebefestigungsfläche, die klebend an der inneren Umfangsfläche der Halterung befestigt wird, wobei der Wert, den man erhält, indem man einen linearen Ausdehnungskoeffizienten des Bauteils mit der Klebebefestigungsfläche durch einen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halterung teilt, nicht niedriger ist als 0,5 und nicht höher als 2,0.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem eine Lagerbuchse aufweist, deren innere Umfangsfläche einen radialen Lagerspalt zwischen sich selbst und der äußeren Umfangsfläche des Wellenelements bildet, und ein Gehäuse, in dem die Lagerbuchse an dessen Innenumfang befestigt ist und bei dem eine Klebebefestigungsfläche an dessen Außenumfang ausgebildet ist.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem ein Lagerelement aufweist, dessen innere Umfangsfläche einen radialen Lagerspalt zwischen sich selbst und der äußeren Umfangsfläche des Wellenelements bildet, und bei dem eine Klebebefestigungsfläche an dessen äußerer Umfangsfläche ausgebildet ist.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Klebstoff, der für die klebende Befestigung zwischen dem Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche und der Halterung verwendet wird, ein anaerober Klebstoff oder ein Klebstoff auf Epoxidbasis ist.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, bei der entweder das Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche oder die Halterung oder beide aus einem metallischen Material bestehen.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 1, bei der entweder das Bauteil mit der Klebebefestigungsfläche oder die Halterung oder beide aus einer Harzzusammensetzung bestehen.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 6, bei der Polyphenylensulfid (PPS) als Basisharz in der Harzzusammensetzung enthalten ist.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der Kohlenstofffasern als Füllstoff in der Harzzusammensetzung enthalten sind.
Dynamische Fluidlagervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der eine anorganische Verbindung als Füllstoff in der Harzzusammensetzung enthalten ist.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 6 oder 7, das als Harzzusammensetzung vorliegt, bei der die Menge des enthaltenen Na 2000 ppm oder weniger beträgt.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 7, bei dem das Polyphenylensulfid (PPS) ein lineares Polyphenylensulfid ist.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 8, bei dem die Zugfestigkeit der Kohlenstofffasern 3000 MPa oder mehr beträgt.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 8, bei dem die Kohlenstofffaser eine Faser auf PAN-Basis ist.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 8, bei dem das Längenverhältnis der Kohlenstofffasern 6,5 oder höher ist.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 8, bei dem die Kohlenstofffaser in der Harzzusammensetzung in einer Menge von nicht weniger als 10 Vol.% und nicht mehr als 35 Vol.% enthalten ist.
Gehäuse für dynamische Fluidlagervorrichtungen nach Anspruch 9, bei dem die anorganische Verbindung ein Aluminiumboratwhisker ist.
Motor, der eine dynamische Fluidlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, eine Statorspule und einen Rotormagneten aufweist, welcher eine Erregung zwischen sich selbst und der Statorspule erzeugt.