DE112015005381T5

DE112015005381T5 - Dynamisches Drucklager und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112015005381T5
Application number: DE112015005381.6T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kurimura
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-08-10
Also published as: CN107110209B; US10099287B2; JP6625321B2; WO2016084546A1; US20170266725A1; JP2016102553A; CN107110209A

Abstract

Dynamisches Drucklager (10), das Folgendes beinhaltet: einen grünen Pressling (10'), als Basismaterial, aus Rohmaterialpulver mit Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann; und dynamische Druckerzeugungsteile (A1 und A2), die durch Spritzgießen auf einer inneren peripheren Fläche (8a) ausgebildet sind, die einen Radiallagerspalt mit einer äußeren peripheren Fläche (2a1) einer zu lagernden Welle bildet, d. h. ein Wellenelement (2). Eine Oxidbeschichtung (11) wird zwischen Partikeln des Metallpulvers ausgebildet, indem der grüne Pressling (10') einer Dampfbehandlung unterzogen wird, und das dynamische Drucklager (10) hat eine radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dynamisches Drucklager sowie ein Verfahren zur Herstellung des dynamischen Drucklagers. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein dynamisches Drucklager, das einen grünen Pressling als Basismaterial umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung des dynamischen Drucklagers.
Technischer Hintergrund
Wie bekannt ist, hat ein dynamisches Drucklager einen dynamischen Druckerzeugungsteil, der so konfiguriert ist, dass er eine dynamische Druckwirkung in Schmierfluid wie Schmieröl bewirkt, das in einem Lagerspalt vorgesehen ist, der mit einer zu lagernden Welle ausgebildet ist. Als dynamisches Drucklager sind ein dynamisches Drucklager, das zum Lagern nur einer Radiallast konfiguriert ist, ein dynamisches Drucklager, das zum Lagern nur einer Axiallast konfiguriert ist, und ein dynamisches Drucklager bekannt, das zum Lagern sowohl der Radiallast als auch der Axiallast konfiguriert ist. Das zum Lagern der Radiallast konfigurierte dynamische Drucklager hat einen dynamischen Druckerzeugungsteil, insbesondere einen dynamischen Radialdruckerzeugungsteil auf einer inneren Umfangsfläche davon. Das zum Lagern der Axiallast konfigurierte dynamische Drucklager hat einen dynamischen Druckerzeugungsteil, insbesondere einen dynamischen Axialdruckerzeugungsteil auf einer Endfläche davon.
Zum Beispiel, in dem unten beschriebenen Patentdokument 1 wird ein Verfahren zur Herstellung des dynamischen Drucklagers offenbart, das zum Lagern der Radiallast unter den verschiedenen Typen von dynamischen Drucklagern konfiguriert ist. Insbesondere wird ein grüner Pressling aus Rohmaterialpulver, das Metallpulver als Hauptrohmaterial enthält, durch Pressformen ausgebildet, und gleichzeitig wird ein dynamischer Druckerzeugungsteil auf einer inneren Umfangsfläche des grünen Presslings durch Spritzgießen ausgebildet. Danach werden ein Sinterungsschritt zum Sintern des grünen Presslings, um einen gesinterten Pressling zu erhalten, und ein Maßkorrekturschritt zum Korrigieren eines Maßes des gesinterten Presslings durchgeführt. Bei dem oben erwähnten Verfahren besteht keine Notwendigkeit, eine separate Matrize bereitzustellen, die benötigt wird, wenn der dynamische Druckerzeugungsteil auf dem gesinterten Pressling durch Spritzgießen (zum Beispiel Patentdokument 2) in dem Maßkorrekturschritt (Formungsschritt) oder dergleichen gebildet wird, ohne den dynamischen Druckerzeugungsteil auf dem grünen Pressling durch Spritzgießen zu bilden. Somit besteht ein Vorteil darin, dass das dynamische Drucklager zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Das dynamische Drucklager, das zum Lagern der Axiallast konfiguriert ist, und das dynamische Drucklager, das zum Lagern sowohl der Radiallast als auch der Axiallast konfiguriert ist, können auch mit dem Verfahren ähnlich dem von Patentdokument 1 hergestellt werden.
Literaturliste

Patentdokument 1: JP 2000-65065 A
Patentdokument 2: JP 3607661 B2

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Übrigens, der Sinterungsschritt wird für den primären Zweck des Sicherstellens einer Festigkeit durchgeführt, die für den Gebrauch als dynamisches Drucklager erforderlich ist. In dem Sinterungsschritt wird der grüne Pressling typischerweise auf 800°C oder mehr erhitzt. Demgemäß wird in dem gesinterten Pressling, der durch den Sinterungsschritt erhalten wird, wahrscheinlich eine Minderung der Maßgenauigkeit von Teilen des gesinterten Presslings aufgrund einer thermischen Kompression oder dergleichen nach dem Sintern auftreten. Um also die Maßgenauigkeit von Teilen des gesinterten Presslings zu gewährleisten, die für den Gebrauch als dynamisches Drucklager erforderlich ist, ist es wichtig, eine Maßkorrekturverarbeitung (Formungsverarbeitung) wie Sizing an dem gesinterten Pressling durchzuführen. Umgekehrt, wenn eine Festigkeit des grünen Presslings, die für den direkten Gebrauch als dynamisches Drucklager ausreicht, sichergestellt werden kann, dann können der Sinterungsschritt und der nachfolgende Formungsschritt wegfallen, so dass die Herstellungskosten für das dynamische Drucklager erheblich reduziert werden können.
Wenn eine Druckkraft (Formdruck) eines Presswerkzeugs (Druckgusswerkzeug) erhöht wird, um das Rohmaterialpulver auf eine hohe Dichte zu komprimieren, dann kann die Festigkeit des grünen Presslings erhöht werden. Weiter, wenn der grüne Pressling direkt als dynamisches Drucklager benutzt wird, dann wird eine Minderung der Starrheit einer in dem Lagerspalt gebildeten Fluidbeschichtung (sogenannte Druckentlastung) weitestgehend verhindert, so dass die gewünschte Lagerleistung auf stabile Weise ausgeübt wird. Es ist jedoch nicht praktisch, sich nur auf die Kompression durch das Druckwerkzeug zu verlassen, um die Festigkeit des grünen Presslings auf ein Niveau zu erhöhen, das den Gebrauch des grünen Presslings als dynamisches Drucklager ermöglicht. Zunächst ist der grüne Pressling ein Produkt, das einfach durch Pressen und Härten des Rohmaterialpulvers erhalten wird. So ist es unter Berücksichtigung von Funktionsfähigkeit und Montierbarkeit an einem anderen Element selbst dann, wenn der grüne Pressling auf eine hohe Dichte geformt wird, schwierig, den grünen Pressling direkt als dynamisches Drucklager zu benutzen.
Im Hinblick auf die oben erwähnten tatsächlichen Umstände ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dynamisches Drucklager bereitzustellen, das zu relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann, eine ausreichende dauerhafte Festigkeit für den tatsächlichen Gebrauch hat und die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die zum Lösen der oben erwähnten Probleme entwickelt wurde, wird ein dynamisches Drucklager bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen grünen Pressling, als Basismaterial, aus Rohmaterialpulver mit Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann; und einen dynamischen Druckerzeugungsteil, der durch Spritzgießen auf einer Oberfläche gebildet ist, die einen Lagerspalt mit einer zu lagernden Welle bildet, wobei die Oxidbeschichtung zwischen Partikeln des Metallpulvers gebildet wird, indem der grüne Pressling einer Dampfbehandlung unterzogen wird, und das dynamische Drucklager eine radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr hat.
Ferner wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die zum Lösen der oben erwähnten Probleme entwickelt wurde, ein Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Drucklagers bereitgestellt, das einen dynamischen Druckerzeugungsteil auf einer Oberfläche hat, die einen Lagerspalt mit einer zu lagernden Welle bildet und eine radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr hat, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: einen Pressformschritt des Komprimierens von Rohmaterialpulver einschließlich Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, um einen grünen Pressling zu erhalten, dessen dynamischer Druckerzeugungsteil durch Spritzgießen auf der Oberfläche ausgebildet ist, die den Lagerspalt mit der zu lagernden Welle bildet; und einen Dampfbehandlungsschritt, bei dem der grüne Pressling einer Dampfbehandlung unterzogen wird, um eine Oxidbeschichtung zwischen Partikeln des Metallpulvers zu bilden, das den grünen Pressling bildet.
Das „Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann“ gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit anderen Worten Pulver aus Metall mit einer hohen Ionisierungstendenz. Zum Beispiel können Pulver aus Eisen, Aluminium, Magnesium oder Chrom, oder Legierungspulver einschließlich des oben erwähnten Metalls eingesetzt werden. Das Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, kann allein oder in Kombination davon verwendet werden. Ferner ist der „Lagerspalt“ eine Sache, die den Radiallagerspalt und/oder den Axiallagerspalt beinhaltet. So ist die vorliegende Erfindung auf ein beliebiges aus einem dynamischen Drucklager, das zum Lagern der Radiallast konfiguriert ist, einem dynamischen Drucklager, das zum Lagern der Axiallast konfiguriert ist, und einem dynamischen Drucklager anwendbar, das zum Lagern sowohl der Radiallast als auch der Axiallast konfiguriert ist. Ferner kann der „dynamische Druckerzeugungsteil“ ein beliebiger dynamischer Druckerzeugungsteil sein, der die dynamische Druckwirkung im Schmierfluid wie zum Beispiel dem im Lagerspalt befindlichen Schmieröl bewirken kann. Zum Beispiel, der dynamische Druckerzeugungsteil kann mehrere dynamische Druckerzeugungsnuten beinhalten, die in einem Fischgrätenmuster oder in einem Spiralmuster angeordnet sind. Ferner ist die „radiale Bruchfestigkeit“ ein Wert, der auf der Basis eines in JIS Z 2507 definierten Verfahrens berechnet wird.
Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Dampfbehandlung ist eine Behandlung, die bewirkt, dass der grüne Pressling aus dem Rohmaterialpulver, das das Metallpulver beinhaltet, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, mit Wasserdampf reagiert, während der grüne Pressling auf eine vorbestimmte Temperatur beispielsweise in einem Bereich von 400°C bis 550°C in einer Oxidationsatmosphäre erhitzt wird, um dadurch die Oxidbeschichtung zwischen Partikeln des Metallpulvers, das heißt auf Oberflächen der Partikel des Metallpulvers zu bilden oder zu erzeugen. Wenn Eisenpulver als das oben erwähnte Metallpulver verwendet wird, dann ist die Oxidbeschichtung eine Beschichtung aus Eisen (II, III)-oxid (Fe₃O₄). Die zwischen den Partikeln des Metallpulvers gebildete Oxidbeschichtung dient als Kopplungsmedium für die Partikel, um die Einschnürungsrolle zu ersetzen, die entsteht, wenn der grüne Pressling gesintert wird. So kann die Festigkeit des grünen Presslings auf ein Niveau erhöht werden, das den direkten Gebrauch des grünen Presslings als dynamisches Drucklager ermöglicht, spezifisch auf ein Niveau mit einer radialen Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr. Ferner reduziert die zwischen den Partikeln des Metallpulvers gebildete Oxidbeschichtung die Größen von inneren Poren des grünen Presslings, um dadurch die Porosität des grünen Presslings zu reduzieren. So wird eine Minderung der Starrheit eines in dem Lagerspalt gebildeten Fluidfilms weitestgehend verhindert, so dass das dynamische Drucklager erzielt werden kann, das die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann.
Ferner beinhaltet die auf den grünen Pressling anzuwendende Dampfbehandlung eine Behandlungstemperatur, die merklich niedriger ist als eine Erhitzungstemperatur für das Sintern des grünen Presslings, so dass die Menge an Maßänderung eines Werkstücks nach der Behandlung reduziert werden kann. So kann die Formungsverarbeitung wie Sizing, die nach dem Sinterungsschritt wesentlich ist, wenn der grüne Pressling gesintert wird, wegfallen. Ferner kann, wenn der Maßänderungsbetrag reduziert werden kann, eine Spritzdüse für den grünen Pressling leicht konzipiert werden. Ferner kann, wenn die Behandlungstemperatur niedrig ist, die zur Behandlungszeit benötigte Energie reduziert werden, um Behandlungskosten zu reduzieren. Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung zu niedrigen Kosten ein dynamisches Drucklager bereitgestellt werden, das eine ausreichende dauerhafte Festigkeit für den tatsächlichen Gebrauch hat und die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann.
In dem dynamischen Drucklager gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, wenn eine relative Dichte des grünen Presslings als Basismaterial des dynamischen Drucklagers zu hoch ist, schwierig, während der Dampfbehandlung Wasserdampf in einen Kernteil des grünen Presslings eintreten zu lassen. So besteht die Besorgnis, dass es schwierig wird, die Oxidbeschichtung zu bilden, die zur Verbesserung der Festigkeit des grünen Presslings im Kernteil des grünen Presslings beiträgt. Ferner besteht auch die Besorgnis, dass eine erhebliche Maßänderung zusammen mit der Dampfbehandlung auftritt und dass die Menge an Schmieröl, die in den inneren Poren des dynamischen Drucklagers zurückgehalten werden kann, das heißt eine Ölhaltemenge des dynamischen Drucklagers, reduziert wird. Umgekehrt, wenn die relative Dichte des grünen Presslings zu gering ist, dann besteht die Besorgnis, dass die Funktionsfähigkeit des grünen Presslings gemindert wird und dass eine Zwischenpartikeldistanz des Metallpulvers erhöht wird, was Schwierigkeiten bei der Bildung der Oxidbeschichtung in einer vorbestimmten Form verursacht. So wird bevorzugt, dass die relative Dichte des grünen Presslings 80 % oder mehr und 88 % oder weniger beträgt. Der hierin verwendete Begriff „relative Dichte“ wird auch als „Reindichteverhältnis“ bezeichnet und wird mit dem folgenden Vergleichsausdruck berechnet: relative Dichte = (Dichte von gesamtem grünem Pressling/Reindichte) × 100[%] Die „Reindichte“ in dem obigen Ausdruck entspricht einer theoretischen Dichte eines Materials, das keine Pore in einem Material hat, wie zum Beispiel ein Ingot-Material. Die „Dichte des gesamten grünen Presslings“ kann beispielsweise mit einem in JIS Z2501 definierten Verfahren gemessen werden.
Es wird bevorzugt, dass der grüne Pressling ein grüner Pressling aus Rohmaterialpulver ist, der durch Mischen von Kupferpulver und Eisenpulver als Metallpulver erhalten wird, das eine Oxidbeschichtung bilden kann. Wenn der grüne Pressling Kupferpulver beinhaltet, dann kann die Gleiteigenschaft der den Lagerspalt bildenden Oberfläche, das heißt einer Lagerfläche, verbessert werden. Dabei können durch Verwenden des weniger teuren und hoch verfügbaren Eisenpulvers als Metallpulver die Kosten für das dynamische Drucklager niedrig gehalten werden. In diesem Fall kann, zum Beispiel dann, wenn Kosten und Festigkeit wichtiger sind, ein Mischungsverhältnis des Eisenpulvers höher eingestellt werden als das des Kupferpulvers. Wenn mehr Wert auf die Gleiteigenschaft der Lagerfläche gelegt wird, dann kann das Mischungsverhältnis des Kupferpulvers höher eingestellt werden als das des Eisenpulvers.
Wenn der grüne Pressling der Dampfbehandlung 20 Minuten lang oder länger ausgesetzt wird, dann kann die benötigte Festigkeit für das dynamische Drucklager, das heißt die radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr sichergestellt werden. Eine längere Dampfbehandlungszeit des grünen Presslings bewirkt jedoch nicht unbedingt immer eine Entwicklung bei der Erzeugung der Oxidbeschichtung, um die Festigkeit des grünen Presslings zu verbessern. Wenn eine vorbestimmte Behandlungszeit verstreicht, dann stoppt die Erzeugung der Oxidbeschichtung und der Effekt des Verbesserns der Festigkeit des grünen Presslings wird gesättigt. Ferner nehmen bei zunehmender Dampfbehandlungszeit nicht nur die für die Dampfbehandlung benötigten Kosten zu, sondern auch die Herstellungskosten für das dynamische Drucklager steigen. So wird bevorzugt, dass die Behandlungszeit für die Dampfbehandlung auf 20 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger eingestellt wird.
Das dynamische Drucklager gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Zustand des Imprägnierens mit dem Schmieröl benutzt werden, das heißt es kann als ölimprägniertes dynamisches Drucklager benutzt werden.
Ferner kann das dynamische Drucklager gemäß der vorliegenden Erfindung zu niedrigen Kosten hergestellt werden, es hat eine ausreichende dauerhafte Festigkeit für den tatsächlichen Gebrauch und kann die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben. So können das dynamische Drucklager und ein Wellenelement, das relativ zu dem dynamischen Drucklager rotiert, ein fluiddynamisches Drucklager bilden, das zum Lagern des Wellenelements konfiguriert ist, so dass es auf kontaktlose Weise relativ zu dem dynamischen Drucklager rotieren kann. Die fluiddynamische Drucklagervorrichtung kann auf geeignete Weise durch Einbauen in verschiedene Motoren wie einen Gebläsemotor für einen PC und einen Spindelmotor für ein Plattenlaufwerk benutzt werden und kann zur Reduzierung der Kosten für verschiedene Motoren beitragen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das dynamische Drucklager bereitzustellen, das zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann, die ausreichende dauerhafte Festigkeit für den tatsächlichen Gebrauch hat und die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht zum Illustrieren eines Beispiels für eine fluiddynamische Drucklagervorrichtung, die ein dynamisches Drucklager gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als Komponente beinhaltet.
2 ist eine Schnittansicht des in 1 illustrierten dynamischen Drucklagers.
3 ist ein Grundriss zum Illustrieren einer unteren Endfläche des in 1 illustrierten dynamischen Drucklagers.
4A ist eine Ansicht zum schematischen Illustrieren eines Pressformschrittes für einen grünen Pressling und ist eine Ansicht zum Illustrieren einer Anfangsstufe des Pressformschrittes.
4B ist eine Ansicht zum Illustrieren einer Zwischenstufe des Pressformschrittes für den grünen Pressling.
5 ist eine Graphik zum Zeigen einer Korrelation zwischen einer relativen Dichte und einer radialen Bruchfestigkeit des dynamischen Drucklagers gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Graphik zum Zeigen einer Korrelation zwischen einer relativen Dichte und einer Durchlässigkeit des dynamischen Drucklagers gemäß der vorliegenden Erfindung und eines aus einem gesinterten Pressling gebildeten dynamischen Drucklagers.
7 ist eine Ansicht zum schematischen Illustrieren einer Vorrichtung zum Messen einer Öldurchlässigkeit.
Beschreibung von Ausgestaltungen
Es wird nun eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Ansicht zum Illustrieren eines Beispiels für eine fluiddynamische Drucklagervorrichtung, die ein dynamisches Drucklager 10 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als Komponente hat, das heißt das dynamische Drucklager 10 als Lagerhülse 8 benutzt. Die in 1 illustrierte fluiddynamische Drucklagervorrichtung 1 umfasst die Lagerhülse 8 (dynamisches Drucklager 10), ein Wellenelement 2, das entlang einer inneren Peripherie der Lagerhülse 8 eingeführt wird und relativ zu der Lagerhülse 8 rotiert, ein Gehäuse 7, das die Lagerhülse 8 entlang einer inneren Peripherie davon hält und eine zylindrische Form mit Boden hat, und ein Dichtungselement 9, das zum Abdichten einer Öffnung des Gehäuses 7 konfiguriert ist. Ein Innenraum des Gehäuses 7 ist mit Schmieröl, illustriert mit einer dichten Punktschraffierung, als Schmierfluid gefüllt. Es werden nachfolgend, zur Verdeutlichung, die folgenden Definitionen von Seiten beschrieben. Das heißt, eine Seite, auf der das Dichtungselement 9 angeordnet ist, ist eine untere Seite, und eine gegenüberliegende Seite in einer axialen Richtung ist eine untere Seite.
Das Gehäuse 7 hat eine zylindrische Form mit Boden, die einstückig einen zylindrischen Abschnitt 7a mit einer zylindrischen Form und einen Bodenabschnitt 7b aufweist, der eine untere Endöffnung des zylindrischen Abschnitts 7a verschließt. Ein Stufenabschnitt 7c ist in einem Begrenzungsabschnitt zwischen dem zylindrischen Abschnitt 7a und dem Bodenabschnitt 7b ausgebildet. Eine untere Endfläche 8b der Lagerhülse 8 wird gegen eine obere Endfläche des Stufenabschnitts 7c so in Anlage gebracht, dass eine relative Position der Lagerhülse 8 mit Bezug auf das Gehäuse 7 in der axialen Richtung bestimmt wird.
An einer inneren Bodenfläche 7b1 des Bodenabschnitts 7b ist eine Axiallagerfläche mit einer Ringform vorgesehen, die bei einer relativen Rotation des Wellenelements 2 und der Lagerhülse 8 einen Axiallagerspalt eines Axiallagerabschnitts T2 mit einer unteren Endfläche 2b2 eines Flanschabschnitts 2b des gegenüberliegenden Wellenelements 2 bildet. In dieser Axiallagerfläche ist ein dynamischer Druckerzeugungsteil ausgebildet, speziell ein dynamischer Axialdruckerzeugungsteil, der so konfiguriert ist, dass er eine dynamische Druckwirkung in dem Schmieröl in dem Axiallagerspalt des Axiallagerabschnitts T2 bewirkt. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist der dynamische Axialdruckerzeugungsteil so konstruiert, dass, ähnlich wie bei einem später beschriebenen dynamischen Axialdruckerzeugungsteil B, zum Beispiel dynamische Druckerzeugungsnuten mit einer Spiralform und vorstehenden Gratabschnitten, die die dynamischen Druckerzeugungsnuten unterteilen, abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.
Das Dichtungselement 9 ist zu einer Ringform ausgebildet und mit einem geeigneten Element an einer inneren peripheren Fläche 7a1 des zylindrischen Abschnitts 7a des Gehäuses 7 befestigt. Eine innere periphere Fläche 9a des Dichtungselements 9 ist zu einer konischen Oberflächenform ausgebildet, deren Durchmesser nach unten allmählich abnimmt, um so einen Dichtungsraum S mit einer gegenüberliegenden äußeren peripheren Fläche 2a1 des Wellenelements 2 zu bilden, die radial nach unten allmählich abnimmt. Der Dichtungsraum S hat eine Pufferfunktion des Absorbierens der Menge an temperaturänderungsbedingter Volumenänderung des Schmieröls, mit dem der Innenraum des Gehäuses 7 ausgefüllt ist, und ist so konfiguriert, dass er immer einen Ölstand des Schmieröls in einem Bereich des Dichtungsraums S in der axialen Richtung in einem erwarteten Temperaturänderungsbereich hält.
Das Wellenelement 2 umfasst einen Wellenabschnitt 2a und den Flanschabschnitt 2b, der einstückig mit oder separat von einem unteren Ende des Wellenabschnitts 2a ausgebildet ist. Ein Abschnitt der äußeren peripheren Fläche 2a1 des Wellenabschnitts 2a, der einer inneren peripheren Fläche 8a der Lagerhülse 8 gegenüberliegt, ist zu einer glatten zylindrischen Fläche ohne Erhöhung oder Vertiefung, mit Ausnahme eines inneren Vertiefungsabschnitts 2c ausgebildet, der einen relativ kleinen Durchmesser und eine zylindrische Oberflächenform hat. Ferner sind eine obere Endfläche 2b1 und eine untere Endfläche 2b2 des Flanschabschnitts 2b zu glatten flachen Oberflächen ausgebildet.
Die Lagerhülse 8 hat eine zylindrische Form und ist mit einem geeigneten Element an einer inneren peripheren Fläche des Gehäuses 7 befestigt. Die innere periphere Fläche 8a der Lagerhülse 8 hat zylindrische radiale Lagerflächen, die einen Radiallagerspalt der Radiallagerabschnitte R1 und R2 mit der gegenüberliegenden äußeren peripheren Fläche 2a1 des Wellenabschnitts 2a während der relativen Rotation des Wellenelements 2 und der Lagerhülse 8 bilden und an zwei Stellen in einer axialen Richtung beabstandet angeordnet sind. Wie in 2 illustriert, haben die beiden radialen Lagerflächen dynamische Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2, die so konfiguriert sind, dass sie die dynamische Druckwirkung in dem Schmieröl jeweils in dem Radiallagerspalt bewirken. Jeder der dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2 des illustrierten Beispiels hat mehrere obere dynamische Druckerzeugungsnuten Aa1, die mit Bezug auf die axiale Richtung geneigt sind, mehrere untere dynamische Druckerzeugungsnuten Aa2, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der oberen dynamischen Druckerzeugungsnut Aa1 geneigt sind, und einen vorstehenden Gratabschnitt, der die dynamischen Druckerzeugungsnuten Aa1 und Aa2 unterteilt. Die dynamischen Druckerzeugungsnuten Aa1 und Aa2 sind insgesamt zu einem Fischgrätenmuster ausgebildet. Der Gratabschnitt beinhaltet geneigte Gratabschnitte Ab und einen ringförmigen Gratabschnitt Ac. Jeder der geneigten Gratabschnitte Ab ist zwischen dynamischen Druckerzeugungsnuten ausgebildet, die einander in einer Umfangsrichtung benachbart sind. Der ringförmige Gratabschnitt Ac ist zwischen der oberen und unteren dynamischen Druckerzeugungsnut Aa1 und Aa2 ausgebildet und hat einen Durchmesser, der dem des geneigten Gratabschnitts Ab im Wesentlichen gleich ist.
Die untere Endfläche 8b der Lagerhülse 8 hat eine ringförmige Axiallagerfläche, die einen Axiallagerspalt des Axiallagerabschnitts T1 mit der gegenüberliegenden oberen Endfläche 2b1 des Flanschabschnitts 2b während der relativen Rotation des Wellenelements 2 und der Lagerhülse 8 bildet. Wie in 3 illustriert, hat die Axiallagerfläche den dynamischen Druckerzeugungsteil (dynamischer Axialdruckerzeugungsteil) B, der so konfiguriert ist, dass er die dynamische Druckwirkung im Schmieröl im Axiallagerspalt des Axiallagerabschnitts T1 bewirkt. In dem dynamischen Axialdruckerzeugungsteil B des illustrierten Beispiels sind dynamische Druckerzeugungsnuten Ba mit einer Spiralform und vorstehenden Gratabschnitten Bb, die die dynamischen Druckerzeugungsnuten Ba unterteilen, abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet.
In der fluiddynamischen Drucklagervorrichtung 1 mit der oben erwähnten Konfiguration sind, wenn das Wellenelement 2 und die Lagerhülse 8 relativ zueinander gedreht werden, die Radiallagerspalten zwischen den beiden Radiallagerflächen ausgebildet, die auf der inneren peripheren Fläche 8a der Lagerhülse 8 und der äußeren peripheren Fläche 2a1 des gegenüberliegenden Wellenabschnitts 2a ausgebildet sind. Zusammen mit der relativen Rotation des Wellenelements 2 und der Lagerhülse 8 wird ein Druck von in beiden Radiallagerspalten gebildeten Ölfilmen durch die dynamische Druckwirkung der dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2, speziell die dynamische Druckwirkung der dynamischen Druckerzeugungsnuten Aa1 und Aa2 erhöht. Folglich sind die Radiallagerabschnitte R1 und R2, die so konfiguriert sind, dass sie das Wellenelement 2 in der radialen Richtung lagern, so dass sie auf kontaktlose Weise relativ drehbar sind, an zwei Stellen in axialer Richtung beabstandet ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt bildet der in der äußeren peripheren Fläche 2a1 des Wellenabschnitts 2a ausgebildete innere Vertiefungsabschnitt 2c ein Schmierölreservoir mit einer zylindrischen Form zwischen den beiden Radiallagerspalten. So kann ein Mangel an Ölfilm im Radiallagerspalt, das heißt eine Minderung der Lagerleistung der Radiallagerabschnitte R1 und R2, weitestgehend verhindert werden.
Bei der relativen Rotation des Wellenelements 2 und der Lagerhülse 8 werden die Radiallagerspalte der Radiallagerabschnitte R1 und R2 ausgebildet, und gleichzeitig werden Axiallagerspalte zwischen der in der unteren Endfläche 8b der Lagerhülse 8 ausgebildeten Axiallagerfläche B und der gegenüberliegenden oberen Endfläche 2b1 des Flanschabschnitts 2b sowie zwischen der inneren Bodenfläche 7b1 des Bodenabschnitts 7b des Gehäuses 7 und der gegenüberliegenden unteren Endfläche 2b2 des Flanschabschnitts 2b ausgebildet. Bei der relativen Rotation des Wellenelements 2 und der Lagerhülse 8 wird der Druck der in beiden Axiallagerspalten ausgebildeten Ölfilme durch die dynamischen Druckwirkungen der dynamischen Axialdruckerzeugungsteile B und C erhöht. Folglich sind die Axiallagerabschnitte T1 und T2 zum Lagern des Wellenelements 2 in einer Axialrichtung und einer anderen Axialrichtung konfiguriert, so dass sie auf kontaktlose Weise relativ zueinander drehbar sind.
Obwohl die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, wird die oben beschriebene fluiddynamische Drucklagervorrichtung 1 als Lagervorrichtung für Motoren wie (1) einen Spindelmotor für eine Festplatte, (2) einen Polygon-Scanner-Motor für einen Laserstrahldrucker (LBP) oder (3) einen Gebläsemotor für einen PC benutzt. Im Fall von Punkt (1), zum Beispiel, wird eine Plattennabe mit einer Plattenmontagefläche einstückig mit oder separat von dem Wellenelement 2 bereitgestellt. Im Fall von Punkt (2), zum Beispiel, wird ein Polygonspiegel einstückig mit oder separat von dem Wellenelement 2 bereitgestellt. Im Fall von Punkt (3), zum Beispiel, wird ein Gebläse mit Flügeln einstückig mit oder separat von dem Wellenelement 2 bereitgestellt.
In der oben beschriebenen fluiddynamischen Drucklagervorrichtung 1 hat das als Lagerhülse 8 benutzte dynamische Drucklager 10 eine charakteristische Konfiguration. Es werden nachfolgend eine Struktur des dynamischen Drucklagers 10 und ein Verfahren zur Herstellung des dynamischen Drucklagers 10 gemäß dieser Ausgestaltung ausführlich beschrieben.
Das dynamische Drucklager 10 umfasst einen grünen Pressling als Basismaterial aus einem Rohmaterialpulver einschließlich Metallpulver, das hierin Eisenpulver ist, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, und Kupferpulver, und die relative Dichte des grünen Presslings wird auf 80 % oder mehr und 88 % oder weniger eingestellt. Wie in der vergrößerten Ansicht von 2 schematisch dargestellt ist, hat das dynamische Drucklager 10, das einen solchen grünen Pressling als Basismaterial umfasst, eine Oxidbeschichtung 11, die zwischen Partikeln des Eisenpulvers, das heißt zwischen Fe-Partikeln, ausgebildet ist. Spezieller, die Oxidbeschichtung 11 ist auf einer Oberfläche jedes Fe-Partikels ausgebildet und benachbarte Fe-Partikel sind miteinander verbunden. Das dynamische Drucklager 10 hat eine Festigkeit, die für den Einbau in die und die Benutzung in der fluiddynamische(n) Drucklagervorrichtung 1 ausreicht. Speziell, das dynamische Drucklager 10 hat eine radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr. Das dynamische Drucklager 10 mit einer solchen Konfiguration wird hauptsächlich mit einem Pressformschritt, einem Dampfbehandlungsschritt und einem Ölimprägnierungsschritt in der angegebenen Reihenfolge hergestellt. Nachfolgend wird jeder Schritt ausführlich beschrieben.
[Pressformschritt]
Im Pressformschritt wird ein Rohmaterialpulver mit dem Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, komprimiert, um einen grünen Pressling 10' mit den dynamischen Druckerzeugungsteilen zu erhalten. Die dynamischen Druckerzeugungsteile werden durch Spritzgießen auf Oberflächen gebildet, die eine innere periphere Fläche und eine Endfläche darin sind, die Lagerspalte mit einer zu lagernden Welle bilden, das heißt dem Wellenelement 2. Der grüne Pressling 10' kann beispielsweise mit einem uniaxialen Pressformverfahren geformt werden. Speziell, der grüne Pressling 10' kann durch Verwenden einer Spritzgussvorrichtung 20 wie in den 4A und 4B illustriert erhalten werden. Die Spritzgussvorrichtung 20 umfasst eine Matrize 21, einen Kernstift 22 und ein Paar aus Werkzeugunterteil 23 und Werkzeugoberteil 24. Die Matrize 21 hat eine zylindrische Form und ist zum Formen einer äußeren peripheren Fläche des grünen Presslings 10' konfiguriert. Der Kernstift 22 ist entlang einer inneren Peripherie der Matrize 21 angeordnet und zum Formen einer inneren peripheren Oberfläche des grünen Presslings 10' konfiguriert. Das Paar aus Werkzeugunterteil 23 und Werkzeugoberteil 24 ist zum Formen von einer Endfläche (untere Endfläche) und einer anderen Endfläche (obere Endfläche) des grünen Presslings 10' konfiguriert. Der Kernstift 22, das Werkzeugunterteil 23 und das Werkzeugoberteil 24 sind relativ zueinander mit Bezug auf die Matrize 21 in der axialen Richtung, das heißt in einer Auf- und Abwärtsrichtung beweglich. Eine äußere periphere Fläche des Kernstifts 22 hat Erhebung-und-Vertiefung-Matrizenabschnitte 25 und 25, die den Formen der dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2 entsprechen, die auf der inneren peripheren Fläche des grünen Presslings 10' auszubilden sind, in der Auf- und Abwärtsrichtung voneinander beabstandet. Eine obere Endfläche des Werkzeugunterteils 23 hat einen Erhebung-und-Vertiefung-Matrizenabschnitt 26, der der Form des dynamischen Axialdruckerzeugungsteils B entspricht, der auf der unteren Endfläche des grünen Presslings 10' auszubilden ist. Tatsächlich beträgt ein Höhenunterschied zwischen der Erhöhung und der Vertiefung in jedem der Matrizenabschnitte 25 und 26 mehrere Mikrometer bis zu einigen zehn Mikrometern. Dies ist in den 4A und 4B jedoch übertrieben dargestellt.
In der Spritzgussvorrichtung 20 mit der oben erwähnten Konfiguration wie in 4A illustriert wird das Werkzeugunterteil 23 zunächst unter einen Zustand abgesenkt, in dem der Kernstift 22 entlang einer inneren Peripherie der Matrize 21 angeordnet ist, um einen Hohlraum 27 mit der inneren peripheren Fläche der Matrize 21, der äußeren peripheren Fläche des Kernstifts 22 und der oberen Endfläche des Werkzeugunterteils 23 zu definieren. Dann wird ein Rohmaterialpulver M in den Hohlraum 27 gefüllt. Das Rohmaterialpulver M dieser Ausgestaltung hierin ist gemischtes Pulver, das durch Mischen des Eisenpulvers als Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, Kupferpulver und beispielsweise festes Schmiermittelpulver auf Amid-Wachs-Basis erhalten wird. Wenn das feste Schmiermittelpulver in dem Rohmaterialpulver M enthalten ist, dann können Reibung von Pulverpartikeln und Reibung zwischen dem Pulver und der Matrize reduziert werden, um dadurch die Formbarkeit des grünen Presslings 10' zu verbessern.
Als das Rohmaterialpulver M bildendes Eisenpulver kann beispielsweise reduziertes Eisenpulver oder zerstäubtes Eisenpulver verwendet werden. Hierin wird das reduzierte Eisenpulver, das porös ist und ausgezeichnete Ölimprägnierungseigenschaften hat, verwendet. Ferner kann als Kupferpulver elektrolytisches Kupferpulver, zerstäubtes Kupferpulver oder dergleichen verwendet werden. In Anbetracht der Fließfähigkeit in der Matrize und der Pressformbarkeit wird hierin ein Gemisch aus dem elektrolytischen Kupferpulver und dem zerstäubten Kupferpulver verwendet. Das Mischungsverhältnis des Eisenpulvers und des Kupferpulvers in dem Rohmaterialpulver M kann auf geeignete Weise je nach den benötigten Eigenschaften eingestellt werden. So kann beispielsweise das Mischungsverhältnis auf 40 Masse-% Eisenpulver und 60 Masse-% Kupferpulver eingestellt werden. Wenn das Mischungsverhältnis des Kupferpulvers höher eingestellt wird als das des Eisenpulvers, dann kann die Gleitfähigkeit der Radiallagerfläche und der Axiallagerfläche des dynamischen Drucklagers 10 ausreichend erhöht werden. Um jedoch die Festigkeit sicherzustellen, die für das dynamische Drucklager 10 benötigt wird, müssen benachbarte Partikel mittels der Oxidbeschichtung 11 miteinander gekoppelt werden, die eine Beschichtung aus Eisen (II, III)-oxid ist, die zwischen Fe-Partikeln, das heißt auf den Fe-Partikeloberflächen, ausgebildet ist. Daher wird bevorzugt, dass das Eisenpulver mit einem Massenanteil von wenigstens 30 % oder mehr an der Mischung vorliegt.
Ferner wird in Anbetracht von Kosten und Formbarkeit des grünen Presslings 10' bevorzugt, Eisenpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 20 μm oder mehr und 100 μm oder weniger zu benutzen. Ferner wird in Anbetracht der Fließfähigkeit in der Matrize und der Pressformbarkeit bevorzugt, Kupferpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 45 μm oder weniger zu benutzen.
Wenn das Werkzeugoberteil 24 wie in 4B illustriert abgesenkt wird, um das in den Hohlraum 27 gefüllte Rohmaterialpulver M in axialer Richtung zu komprimieren, dann wird der grüne Pressling 10' mit einer zylindrischen Gestalt geformt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gestalt des Matrizenabschnitts 25 auf die innere periphere Fläche des grünen Presslings 10' übertragen und die Gestalt des Matrizenabschnitts 26 wird auf die eine Endfläche des grünen Presslings 10' übertragen. Somit wird der grüne Pressling 10' mit einer zylindrischen Gestalt durch Pressformen ausgebildet. Gleichzeitig werden die dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2 auf der inneren peripheren Oberfläche des grünen Presslings 10' gebildet und der dynamische Axialdruckerzeugungsteil B wird auf der einen Endfläche des grünen Presslings 10' durch Spritzgießen ausgebildet. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, werden das Werkzeugoberteil 24, das Werkzeugunterteil 23 und der Kernstift 22 nach dem Formen des grünen Presslings 10' angehoben, um den grünen Pressling 10' aus der Matrize 21 zu entfernen. Nach dem Entfernen des grünen Presslings 10' aus der Matrize 21 werden die innere periphere Oberfläche und die äußere periphere Oberfläche des grünen Presslings 10' in ihrem Durchmesser durch sogenanntes Zurückfedern vergrößert. So wird der Eingriffszustand durch die Erhöhungen und Vertiefungen in axialer Richtung zwischen der inneren peripheren Fläche des grünen Presslings 10' und dem auf der äußeren peripheren Fläche des Kernstifts 22 bereitgestellten Matrizenabschnitt 25 gelöst. Damit kann der Kernstift 22 von der inneren Peripherie des grünen Presslings 10' abgezogen werden, ohne die Gestalt der dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2 zu stören, die durch Spritzgießen auf der inneren peripheren Fläche des grünen Presslings 10' ausgebildet wurden.
Es wurde gefunden, dass, wenn die relative Dichte des grünen Presslings 10' als Basismaterial des dynamischen Drucklagers 10 80 % oder mehr beträgt, die für das dynamische Drucklager 10 benötigte Festigkeit, das heißt die radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr, sichergestellt werden kann (siehe 5). Daher kann selbst mit dem in dieser Ausgestaltung eingesetzten uniaxialen Pressformverfahren der grüne Pressling 10' mit einer relativen Dichte von 80 % oder mehr zuverlässig erhalten werden. Das uniaxiale Pressformverfahren hat einen Vorteil dahingehend, dass der grüne Pressling 10' zu geringeren Kosten als mit anderen Pressformverfahren wie Formen mit Hilfe einer multiaxialen CNC-Presse, einem kaltisostatischen Pressverfahren und einem heißisostatischen Pressverfahren erhalten werden kann, die zum Erhalten des grünen Presslings 10' eingesetzt werden können. Es versteht sich von selbst, dass das Formen mit einer multiaxialen CNC-Presse, das kaltisostatische Pressverfahren, das heißisostatische Pressverfahren und dergleichen anstelle des uniaxialen Pressformverfahrens zum Formen des grünen Presslings 10' eingesetzt werden können.
[Dampfbehandlungsschritt]
In dem Dampfbehandlungsschritt wird bewirkt, dass der grüne Pressling 10' während des Erhitzens für eine vorbestimmte Zeitperiode innerhalb eines Temperaturbereichs von 400°C bis 550°C in einer oxidierenden Atmosphäre mit Wasserdampf reagiert. Dabei wird allmählich die Beschichtung aus Eisen(II, III)-oxid (Fe₃O₄) als Oxidbeschichtung 11 auf den Oberflächen der den grünen Pressling 10' bildenden Fe-Partikel ausgebildet. Zusammen mit dem Wachstum des Films kann das dynamische Drucklager 10 mit benachbarten Partikeln, die durch die Oxidbeschichtung 11 verbunden werden, erhalten werden. Die Behandlungszeit für die Dampfbehandlung wird auf 20 Minuten oder mehr eingestellt. Der Grund ist, dass, wenn die Dampfbehandlung 20 Minuten oder länger durchgeführt wird, die Oxidbeschichtung 11, die die für das dynamische Drucklager 10 benötigte Festigkeit sicherstellen kann, in dem grünen Pressling 10' gebildet werden kann. Eine längere Dampfbehandlungszeit verbessert die Festigkeit des grünen Presslings 10' (dynamisches Drucklager 10) nicht immer. Wenn eine vorbestimmte Behandlungszeit verstreicht, dann stoppt das Wachstum der Oxidbeschichtung 11 und der Effekt des Verbesserns der Festigkeit des grünen Presslings 10' wird gesättigt. Ferner nehmen mit zunehmender Dampfbehandlungszeit die Kosten für die Dampfbehandlung zu. So wird die Dampfbehandlungszeit auf 20 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger eingestellt.
In dieser Ausgestaltung wird das Rohmaterialpulver M mit dem festen Schmiermittelpulver als Pulver zum Formen des grünen Presslings 10' benutzt. So wird bevorzugt, dass eine Entfettungsbehandlung vor der Dampfbehandlung durchgeführt wird, um das in dem grünen Pressling 10' enthaltene feste Schmiermittelpulver zu entfernen. Dies dient dem Zweck des Förderns des Wachstums der Oxidbeschichtung 11 und des zuverlässigen Erhaltens der für das dynamische Drucklager 10 benötigten Festigkeit, das heißt der radialen Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr.
[Ölimprägnierungsschritt]
In diesem Ölimprägnierungsschritt werden innere Poren des grünen Presslings 10' mit der Oxidbeschichtung 11, das heißt die zwischen benachbarten Partikeln gebildete Beschichtung aus Eisen(II, III)-oxid, mit einem Verfahren wie sogenannte Vakuumimprägnation mit dem Schmieröl imprägniert. Der Ölimprägnierungsschritt ist nicht immer erforderlich und kann auch nur dann durchgeführt werden, wenn der grüne Pressling 10' als sogenanntes ölimprägniertes dynamisches Drucklager eingesetzt wird.
Wie oben beschrieben, umfasst das dynamische Drucklager 10 gemäß der vorliegenden Ausgestaltung den grünen Pressling 10' als Basismaterial, und der grüne Pressling 10' wird der Dampfbehandlung unterzogen, um die Beschichtung aus Eisen(II, III)-oxid als Oxidbeschichtung 11 zu erhalten, die zwischen Fe-Partikeln sowie zwischen Fe-Partikeln und Cu-Partikeln gebildet wird. Diese Beschichtung dient als Verbindungsmedium für die den grünen Pressling 10' bildenden Partikeln zum Ersetzen einer Einschnürungsrolle, die entsteht, wenn der grüne Pressling gesintert wird. So kann die Festigkeit des grünen Presslings 10' auf das Niveau erhöht werden, bei dem eine direkte Benutzung des grünen Presslings 10' als dynamisches Drucklager 10 (Lagerhülse 8) ermöglicht wird, speziell auf ein Niveau mit der radialen Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr.
Ferner reduziert die Anwesenheit der Oxidbeschichtung 11 die Größen der inneren Poren in dem grünen Pressling 10', um dadurch die Porosität des grünen Presslings 10' zu reduzieren. Wenn also der grüne Pressling 10' als dynamisches Drucklager 10 verwendet wird, dann wird die Minderung der Starrheit des im Radiallagerspalt und im Axiallagerspalt gebildeten Ölfilms weitestgehend verhindert, ohne irrelevante Zunahme der Dichte oder relativen Dichte des grünen Presslings 10' oder ohne separate Dichtungsbehandlung. Folglich kann eine fluiddynamische Drucklagervorrichtung 1 erzielt werden, die die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann.
Ferner beinhaltet die auf den grünen Pressling 10' zum Bilden der Oxidbeschichtung 11 anzuwendende Dampfbehandlung eine Behandlungstemperatur, die bemerkenswert niedriger ist als eine Erhitzungstemperatur für den Fall des Sinterns des grünen Presslings 10', so dass die Menge an Maßveränderung des grünen Presslings 10' nach der Behandlung reduziert werden kann. Speziell, im Falle eines grünen Presslings 10' mit der in der vorliegenden Ausgestaltung eingesetzten Materialzusammensetzung, das heißt einem grünen Pressling 10' mit 40 Masse-% Cu und 60 Masse-% Fe, kann die Menge an Maßveränderung, die hier das Maß an Kontraktion ist, von etwa 0,5 %, die nach dem Sintern auftreten kann, durch die Dampfbehandlung auf etwa 0,3 % reduziert werden. So kann die Formungsverarbeitung wie Sizing, die nach dem Sinterschritt wesentlich ist, wenn der grünen Pressling 10' gesintert wird, wegfallen. Ferner kann, wenn die Menge an Maßveränderung reduziert werden kann, die zum Formen des grünen Presslings 10' konfigurierte Spritzgussvorrichtung 20 leicht konzipiert werden. Ferner kann, wenn die Behandlungstemperatur niedrig ist, die bei der Behandlung benötigte Energie reduziert werden, so dass die Behandlungskosten reduziert werden können. Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung zu niedrigen Kosten das dynamische Drucklager 10 mit einer ausreichenden dauerhaften Festigkeit für den tatsächlichen Gebrauch bereitgestellt werden, das die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann.
Es erfolgt nun eine ausführliche Beschreibung von Verifikationstests, die durchgeführt wurden, um zu verifizieren, dass das dynamische Drucklager 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine gewünschte radiale Bruchfestigkeit hat und die gewünschte Lagerleistung stabil ausüben kann. Vor dem Durchführen der Verifikationstests wurden fünf Typen von grünen Presslingen 10' mit unterschiedlichen relativen Dichten durch Einstellen einer Druckkraft oder einer Formkraft der Spritzgussvorrichtung 20 hergestellt. Speziell, die grünen Presslinge 10' wurden hergestellt, indem das Rohmaterialpulver M mit einem Mischungsverhältnis von 40 Masse-% Eisenpulver und 60 Masse-% Kupferpulver dem Pressformvorgang unterzogen wurde, so dass die relativen Dichten davon auf etwa 80 %, 82,3 %, 84,7 %, 87 % und 89,5 % eingestellt wurden. Danach wurden die grünen Presslinge 10' der Dampfbehandlung unter Bedingungen von 510°C für 40 Minuten ausgesetzt, um dadurch die dynamischen Drucklager 10 zu erhalten. Zunächst wurden die radialen Bruchfestigkeiten der fünf Typen von dynamischen Drucklagern 10 gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in 5 dargestellt. Wie aus 5 ersichtlich ist, wenn der grüne Pressling 10' mit einer relativen Dichte von 80 % oder mehr der Dampfbehandlung unterzogen wird, dann kann die für das dynamische Drucklager 10 erforderliche radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr sichergestellt werden.
Ferner wurde zum Beurteilen der Ölfilmbildungsleistung, das heißt der Lagerleistung des dynamischen Drucklagers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die Öldurchlässigkeit für jeden der oben erwähnten fünf Typen von dynamischen Drucklagern 10, die experimentell hergestellt wurden, gemessen und berechnet. Ferner wurde, um einen Grad an Differenz der Ölfilmbildungsleistung zwischen dem dynamischen Drucklager 10 gemäß der vorliegenden Erfindung und einem aus einem gesinterten Pressling gebildeten allgemeinen dynamischen Drucklager zu klären, die Öldurchlässigkeit für jedes der dynamischen Drucklager, das heißt die aus dem gesinterten Pressling gebildeten dynamischen Drucklager, die durch Sintern der oben erwähnten fünf Typen von grünen Presslingen 10' erhalten wurden, ebenfalls gemessen und berechnet. Ein Wert der Öldurchlässigkeit hängt von der Größe eines Prüflings ab. So wurde die berechnete Öldurchlässigkeit zum Berechnen einer Durchlässigkeit benutzt, die als Basis zum Bestimmen der Ölfilmbildungsleistung nicht in Abhängigkeit von der Größe des Prüflings benutzt werden kann.
Die oben erwähnte „Öldurchlässigkeit“ ist ein Parameter [Einheit: g/10min], der quantitativ anzeigt, wie viel Schmierölfluss ein poröses Werkstück durch seine poröse Struktur zulässt. Die Öldurchlässigkeit kann mit einem Prüfgerät 100 wie in 7 illustriert gemessen werden. Das in 7 illustrierte Prüfgerät 100 umfasst Halteabschnitte 101 und 102 jeweils mit einer zylindrischen Form, einen Tank 103 und ein Rohr 104. Die Halteabschnitte 101 und 102 sind so konfiguriert, dass sie einen Prüfling W mit einer zylindrischen Form, der hierin das oben erwähnte dynamische Drucklager 10 oder ein gesinterter Pressling des grünen Presslings 10' ist, sandwichartig von beiden Seiten in axialer Richtung einschließen und fixieren. Der Tank 103 ist zum Speichern des Öls konfiguriert. Das Rohr 104 ist zum Speisen des im Tank 103 gespeicherten Öls zum Halteabschnitt 101 konfiguriert. Endabschnitte des Prüflings W in der axialen Richtung und die Halteabschnitte 101 und 102 werden mit einem Dichtungselement (nicht gezeigt) abgedichtet. In der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Druckkraft von 0,4 MPa auf das in dem Tank 103 gespeicherte Öl unter einer Umgebung einer Raumtemperatur von 26°C bis 27°C aufgebracht, das Schmieröl derselben Art ist wie das Schmieröl, mit dem der Innenraum der fluiddynamischen Drucklagervorrichtung 1 ausgefüllt ist, und dann wird das Schmieröl kontinuierlich 10 Minuten lang durch ein Durchgangsloch des Prüflings W in axialer Richtung durch einen internen Strömungskanal des Rohrs 104 und einen internen Strömungskanal 105 des Halteabschnitts 101 gespeist. Ein Ölabsorptionselement 106 aus Papier oder Tuch ist unterhalb des Prüflings W angeordnet. Wenn das Schmieröl dem Prüfling W in dem oben erwähnten Modus zugeführt wird, dann fängt das Ölabsorptionselement 106 Öl auf, das durchsickert und von einer Oberflächenöffnung tropft, die in einer radial äußeren Fläche des Prüflings W ausgebildet ist. Dann wird die Öldurchlässigkeit auf der Basis einer Gewichtsdifferenz des Ölabsorptionselements 106 vor und nach der Prüfung berechnet.
Als Nächstes kann die oben erwähnte „Durchlässigkeit“ auch als Permeationsmenge [Einheit: m²] bezeichnet werden und wird mit dem folgenden Vergleichsausdruck berechnet: [Ausdruck 1]
In dem obigen Vergleichsausdruck repräsentiert k die 2Durchlässigkeit [m ], μ repräsentiert die absolute Viskosität [Pa ·s] von Schmieröl, L repräsentiert ein Axialmaß [m] eines Prüflings, r₁ repräsentiert ein Innendurchmessermaß [m] des Prüflings, r₂ repräsentiert ein Außendurchmessermaß [m] des Prüflings, Δp repräsentiert eine Druckdifferenz [Pa] und q repräsentiert eine Volumendurchflussrate [m³/s]. Die Druckdifferenz Δp ist Δp = 0,4MPa(0,4 × 10⁶Pa) gemäß den Schritten des Messens der oben erwähnten „Öldurchlässigkeit“. Die Volumendurchflussrate q wird durch Umwandeln der mit Hilfe des oben erwähnten Prüfgeräts 100 berechneten Öldurchlässigkeit erhalten.
6 zeigt die Durchlässigkeit der oben erwähnten fünf Typen von dynamischen Drucklagern 10 und der gesinterten Presslinge, erhalten durch Sintern der oben erwähnten fünf Typen von grünen Presslingen 10'. Das dynamische Drucklager 10 mit dem grünen Pressling 10' mit einer relativen Dichte von 89,5 % als Basismaterial wurde in 6 weggelassen, weil eine berechnete Durchlässigkeit davon geringer als 1E^–18 [m²] war. Aus 6 geht hervor, dass mit dem dynamischen Drucklager 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, das durch Unterziehen des grünen Presslings 10' der Dampfbehandlung erhalten wird, eine Ölfilmbildungsleistung (Lagerleistung) erzielt werden kann, die äquivalent mit der des Falles ist, in dem der grüne Pressling 10' eine relative Dichte hat, die um etwa 5 % geringer ist als die des allgemeinen dynamischen Drucklagers, das durch Sintern des grünen Presslings 10' erhalten wird.
Ferner können, wenn der grüne Pressling 10' mit einer relativen Dichte von 80 % oder mehr als Basismaterial verwendet wird und der grüne Pressling 10' der Dampfbehandlung unterzogen wird, die für das dynamische Drucklager 10 benötigte Festigkeit und Ölfilmbildungsleistung sichergestellt werden. Wenn jedoch die relative Dichte des grünen Presslings 10' auf einen Grad von mehr als 88 % erhöht wird, dann ist es schwierig, den Wasserdampf während der Dampfbehandlung in den Kernabschnitt des grünen Presslings eintreten zu lassen. Folglich können die folgenden Nachteile entstehen. Das heißt, es wird schwieriger, die Oxidbeschichtung, die zur Verbesserung der Festigkeit des grünen Presslings beiträgt, im Kernabschnitt des grünen Presslings zu bilden. Zusammen mit der Dampfbehandlung kann es zu einer erheblichen Maßveränderung kommen. Ferner kann die Menge des Schmieröls, die in den inneren Poren des dynamischen Drucklagers gehalten werden kann, das heißt die Ölhaltemenge des dynamischen Drucklagers, abnehmen. Somit wird bevorzugt, dass die relative Dichte des grünen Presslings 10' auf 80 % oder mehr und 88 % oder weniger eingestellt wird.
In der obigen Beschreibung wird die vorliegende Erfindung auf das dynamische Drucklager 10 angewendet, das zum Lagern der Radiallast und der Axiallast konfiguriert ist (in einem strengen Sinne die Last in einer Axialrichtung). Die vorliegende Erfindung kann jedoch geeigneterweise auf ein dynamisches Drucklager 10 angewendet werden, das zum Lagern nur der Radiallast konfiguriert ist, oder auf ein dynamisches Drucklager 10, das zum Lagern nur der Axiallast konfiguriert ist. Ferner ist der Modus der dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2 nicht besonders kritisch, solange die dynamische Druckwirkung im Schmieröl im Radiallagerspalt bewirkt wird. Zum Beispiel, die dynamischen Radialdruckerzeugungsteile A1 und A2 können mit einer Mehrfachlichtbogenfläche konstruiert werden.
Ferner ist natürlich die fluiddynamische Drucklagervorrichtung, die das dynamische Drucklager 10 gemäß der vorliegenden Erfindung als Komponente benutzt, nicht auf die in 1 illustrierte fluiddynamische Drucklagervorrichtung 1 begrenzt.
Bezugszeichenliste

1: Fluiddynamische Drucklagervorrichtung
2: Wellenelement (zu lagernde Welle)
2a: Wellenabschnitt
2b: Flanschabschnitt
8: Lagerhülse
8a: Innere periphere Fläche
8b: Untere Endfläche
9: Dichtungselement
10: Dynamisches Drucklager
11: Oxidbeschichtung
20: Spritzgussvorrichtung
A1, A2: Dynamischer Radialdruckerzeugungsteil (Druckerzeugungsteil)
B: Dynamischer Axialdruckerzeugungsteil (Druckerzeugungsteil)
R1, R2: Radiallagerabschnitt
T1, T2: Axiallagerabschnitt

Claims

Dynamisches Drucklager, das Folgendes umfasst: einen grünen Pressling, als Basismaterial, aus Rohmaterialpulver mit Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann; und einen dynamischen Druckerzeugungsteil, der durch Spritzgießen auf einer Oberfläche gebildet ist, die einen Lagerspalt mit einer zu lagernden Welle bildet, wobei die Oxidbeschichtung zwischen Partikeln des Metallpulvers gebildet wird, indem der grüne Pressling einer Dampfbehandlung unterzogen wird, und das dynamische Drucklager eine radiale Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr hat.
Dynamisches Drucklager nach Anspruch 1, wobei eine relative Dichte des grünen Presslings 80 % oder mehr und 88 % oder weniger beträgt.
Dynamisches Drucklager nach Anspruch 1 oder 2, wobei der grüne Pressling einen grünen Pressling aus Rohmaterialpulver umfasst, erhalten durch Mischen von Kupferpulver und Eisenpulver, die das Metallpulver sind.
Dynamisches Drucklager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei innere Poren des grünen Presslings mit Schmieröl imprägniert sind.
Fluiddynamische Drucklagervorrichtung, die Folgendes umfasst: das dynamische Drucklager nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und ein Wellenelement, das relativ zu dem dynamischen Drucklager rotiert.
Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Drucklagers mit einer radialen Bruchfestigkeit von 150 MPa oder mehr, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: einen Pressformschritt des Komprimierens von Rohmaterialpulver einschließlich Metallpulver, das eine Oxidbeschichtung bilden kann, um einen grünen Pressling zu erhalten, dessen dynamischer Druckerzeugungsteil durch Spritzgießen auf eine Oberfläche ausgebildet ist, die einen Lagerspalt mit einer zu lagernden Welle bildet; und einen Dampfbehandlungsschritt, bei dem der grüne Pressling einer Dampfbehandlung unterzogen wird, um eine Oxidbeschichtung zwischen Partikeln des Metallpulvers zu bilden, das den grünen Pressling bildet.
Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Drucklagers nach Anspruch 6, wobei eine Behandlungstemperatur der Dampfbehandlung auf 400°C oder mehr und 550°C oder weniger eingestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Drucklagers nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Behandlungszeit für die Dampfbehandlung auf 20 Minuten oder mehr und 60 Minuten oder weniger eingestellt wird.