DE69731353T2

DE69731353T2 - Lagervorrichtung und ein mit der Lagervorrichtung vorgesehener Spindelmotor

Info

Publication number: DE69731353T2
Application number: DE69731353T
Authority: DE
Inventors: Kaoru Itami-shi MURABE; Hisao Itami-shi TAKEUCHI; Osamu Itami-shi KOMURA
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2017-04-29
Also published as: WO1997041362A1; EP0837257A1; EP0837257A4; DE69731353D1; EP0837257B1; US5944427A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lagervorrichtung unter Verwendung eines dynamischen-Drucklagers, bei dem ein Schmiermittel an der Lagerfläche abgedichtet ist und bezieht sich auch auf einen mit der Lagervorrichtung vorgesehenen Spindelmotor.
Bei den meisten Spindelmotoren, die in einer Informationsausrüstung verwendet werden, wurden Kugellager zum Tragen eines rotierenden Körpers eingesetzt. Jedoch weist das Kugellager hinsichtlich einer hoch präzisen Rotation und einer Hochgeschwindigkeitsrotation Begrenzungen auf und wurde zu einem Hindernis für den hoch präzisen und Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Informationsausrüstung. Wenn auf der anderen Seite ein rotierender Körper mittels eines Gleitlagers getragen wird, ist eine sehr hohe präzise Rotation möglich, da der rotierende Körper mittels eines Films des dynamischen Drucköls ohne Kontakt getragen werden kann und das gleitende Lager für eine Hochgeschwindigkeitsrotation geeignet ist.
Eine Lagervorrichtung, die das gleitende Lager aufnimmt, wird beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentpublikation Nr. 61-201916 offenbart, auf der der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 basiert. In dieser Veröffentlichung sind axiale und radiale Zwischenräume zwischen einem rotierenden Schaft und einem Gehäuse als ein Mittel zum Verhindern axialer und radialer Vibrationen vorgesehen, und ein magnetisches Fluid ist in den Zwischenräumen abgedichtet, so dass der rotierende Schaft rotierbar getragen werden kann. Zusätzlich sind Dichtvorrichtungen auf den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses vorgesehen und eine Kraft eines gestuft geformten Lagers, die eine Aufrechterhaltung der Rotationsgenauigkeit erzeugt, wird auch während der Hochgeschwindigkeitsrotation infolge des Einsatzes des dynamischen Druckgaslagers erwartet.
Beim vorher erwähnten radialen Gaslager ist ein keilförmiger Zwischenraum durch die Exzentrizität eines Schlusskörpers im Lagerkörper, im „Gaslager" von Shinichi Togo, Kyoritsu Shuppan (1989) beschrieben, ausgebildet. Der Druck wird erzeugt, da Luft kompressiert wird, wenn die Luft durch diesen keilförmigen Zwischenraum hindurch passiert. Somit ist es möglich, den Schaftkörper und den Lagerkörper in einer nicht kontaktierenden Weise zu tragen.
Eine konkrete Struktur solch eines dynamischen Druckgaslagers ist zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-21844 beschrieben. Die in diesem Amtsblatt beschriebene Struktur wird nun als eine konventionelle dynamische Druckgaslagerstruktur beschrieben.
Die 18 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils der konventionellen dynamischen Druckgaslagerstruktur. Mit Bezug zur 18 ist ein Schaftkörper 31 in einem hohlen Zylinder eines Lagerkörpers 32 angeordnet. Eine Querschnittsform dieses Schaftkörpers 31 weist in der radialen Richtung eine solche Form auf, bei der eine Vielzahl von Nuten 31b in der Form von im Wesentlichen L-geformten Kerben gleichmäßig verteilt sind und auf der äußeren Fläche eines ringförmigen Zylinders 31a vorgesehen sind, der einen Querschnitt eines im Wesentlichen vollständigen Kreises aufweist.
Bei dieser konventionellen dynamischen Druckgaslagerstruktur ist der Schaftkörper 31 so strukturiert, um mit Bezug zum Lagerkörper 32 zu rotieren. Wenn der Schaftkörper 31 rotiert, wird Luft in den Nuten 31b gefangen, die auf dem äußeren Umfang des Schaftkörpers 31 vorgesehen sind, und ein dynamischer Druck wird durch die Kombination einer starken Wirbelbewegung der gefangene Luft und einer Keilwirkung im Bezug zur inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 32 erzeugt. Infolge dieses dynamischen Drucks kommt es dazu, dass der Schaftkörper 31 und der Lagerkörper 32 in der radialen Richtung in einer nicht kontaktierenden Weise beim rotierenden Betrieb davon getragen werden.
Beim, in der 18 gezeigten, konventionellen dynamischen Druckgaslager kann jedoch der dynamische Druck nicht effizient zwischen dem Schaftkörper 31 und dem Lagerkörper 32 in einem niedrig drehenden Geschwindigkeitsbereich nach dem Rotieren/Starten des Schaftkörpers 31 erzeugt werden. Deshalb kann der Schaftkörper 31 und der Lagerkörper 32 nicht von einem kontaktierenden Zustand zu einem nicht kontaktierenden Zustand bei einer niedrig drehenden Frequenz gewechselt werden. Somit gibt es solch ein Problem, dass Verschleißpartikel aus dem kontinuierlichen Kontakt zwischen dem Schaftkörper 31 und dem Lagerkörper 32 bis zu einer hohen Rotationsfre quenz resultieren, die dann die Selben in einen nicht kontaktierenden Zustand wechselt, und ein Oberflächenscheuern zwischen dem Schaftkörper 31 und dem Lagerkörper 32 wird durch die Verschleißpartikel verursacht.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung besteht darin, eine dynamische Druckgaslagerstruktur vorzusehen, die den Verschleiß eines Schaftkörpers und eines Lagerkörpers verhindern kann, durch Wechseln des Schaftkörpers und des Lagerkörpers in einen nicht kontaktierenden Zustand bei einer niedrigen Rotationsfrequenz und ein Verfahren zur Herstellung der Selben, genauso wie ein Verfahren zur Verwendung der Selben vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung sieht eine dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß Anspruch 1 vor.
Bei der dynamischen Druckgaslagerstruktur, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist die Querschnittsform des Schaftkörpers rechtwinklig zu seiner Achse eine Vielzahl von Maximalpunkten und Minimalpunkten auf und die Nut ist auf ihrem äußeren Umfang ausgebildet, wodurch der Zwischenraum zwischen dem Schaftkörper und dem Lagerkörper entlang der Umfangsrichtung sich verändert. Namentlich wird der Zwischenraum zwischen dem Schaftkörper und dem Lagerkörper in den Bereichen der Maximalpunkte relativ verengt und in den Bereichen der Minimalpunkte relativ aufgeweitet und wird im mit der Nut vorgesehenen Bereich breiter.
Der mit der Nut vorgesehene Bereich weist keine dynamische Druckwirkung auf, sondern wird ein Druckzustand nahe zum atmosphärischen Druck. Das dynamische Druckgaslager beginnt das Rotieren mit einer Geschwindigkeit 0 und die Mittelpunkte des Schaftkörpers und des Lagerkörpers sind bemerkenswert dezentriert, bis der Schaftkörper und der Lagerkörper von einem kontaktierenden Zustand zu einem nicht kontaktierenden Zustand wechseln. Eine Verjüngung, bestehend aus dem Umfang zwischen einem Maximalpunkt betreffend einen Querschnitt des Schaftkörpers und einer Kante der Nut, bildet solch einen Bereich aus, dass ihr Zwischenraum allmählich zwischen den Selben und der inneren Fläche des Lagerkörpers mit Bezug auf die exzentrische Richtung allmählich reduziert ist. Wenn die Länge A der Verjüngung mit Bezug auf eine Luftflussrichtung im Lagerzwischenraum ausreichend ist, wird der Druck im Zwischenraum durch eine Wirkung des keilförmigen Zwischenraums erhöht, und der Lagerkörper kann in einem nicht kontaktierenden Zustand hinsichtlich des Schaftkörpers sogar bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit getragen werden.
Auf der anderen Seite gibt es solch ein Problem, dass die Wirkung des keilförmigen Zwischenraums bei einer niedrigen Geschwindigkeit nicht ausreichend erreicht werden kann und die Körper zum nicht kontaktierenden Zustand nur wechseln, wenn eine hohe Geschwindigkeit erreicht wird, wenn der Schaftkörper ein unvollständiger Kreis ist und die Verjüngung im Bezug zur rotierenden Richtung infolge der Bereitstellung der Nut verkürzt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine dynamische Druckwirkung durch den keilförmigen Zwischenraum mittels eines relativem Anstiegs der Länge A der Verjüngung mit Bezug zur Rotationsrichtung wirksam veranlasst werden. Deshalb ist es möglich, den Lagerkörper mit Bezug zum Schaftkörper bei einer niedrigen Rotationsfrequenz in Umlauf zu halten, um die Selben in einen nicht kontaktierenden Zustand zu versetzen.
Somit ist es möglich, die Erzeugung von Verschleißpartikeln, die durch einen direkten Kontakt des Schaftkörpers und des Lagerkörpers bei einer hohen Geschwindigkeit bei einem Rotationsstartzeitpunkt und einem Stopzeitpunkt verursacht werden, zu unterdrücken. Infolge dessen kann ein Ausfall, der durch den Verschleiß des Schaftkörpers und des Lagerkörpers verursacht wird, unterdrückt werden und es ist möglich, die Struktur in einer reinen Umgebung zu verwenden, die die Umgebung nicht kontaminiert, da das Auftreten von Pulver klein ist.
Die dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß dem vorher erwähnten einen Aspekt kann den beabsichtigten Gegenstand erreichen, dadurch dass sie verwendet wird, um die Luft in den Zwischenraum einzuführen, der definiert ist, wenn der Schaftkörper und der hohle zylindrische Lagerkörper vom ersten Maximalpunkt zum zweiten Maximalpunkt durch die Nut gegenüberliegend angeordnet sind und die Nut einen Bereich in Relation zur relativen Rotationsbewegung des Schaftkörpers und des Lagerkörpers ausbildet.
Es ist möglich, die Erzeugung von Verschleißpartikeln, die durch den direkten Kontakt zwischen dem Schaftkörper und dem Lagerkörper bei einer hohen Geschwindigkeit bei einem Rotationsstartzeitpunkt und einem Stopzeitpunkt verursacht wurden, zu unterdrücken. Infolge diesem kann ein Defekt, der durch den Verschleiß des Schaftkörpers und des Lagerkörpers veranlasst wird, unterdrückt werden, und es ist möglich, die Struktur in einer Reinstumgebung zu verwenden, die die Umgebung nicht kontaminiert, da das Auftreten von Partikeln klein ist.
Die dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß dem vorher erwähnten anderen Gegenstand kann den beabsichtigten Gegenstand erreichen, dadurch dass sie verwendet wird, um Luft in einem Zwischenraum zu zuführen, der definiert ist, wenn der Schaftkörper und der hohle zylindrische Lagerkörper von einem ersten Minimalpunkt zu einem zweiten Minimalpunkt durch die Nut gegenüberliegend angeordnet sind und die Nut einen Bereich in Relation zur relativen Roationsbewegung des Schaftkörpers und des Lagerkörpers ausbildet.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß Anspruch 4 bereit.
Der Zwischenraum zwischen dem Schaftkörper und dem Lagerkörper wird entlang der Nut geändert, wobei eine dynamische Druckwirkung wirksam verursacht werden kann und es ist möglich, den Lagerkörper mit Bezug zum Schaftkörper bei einer niedrigen Rotationsfrequenz in Umdrehung zu halten, um die Selben in einen nicht kontaktierenden Zustand zu bringen.
Somit ist es möglich, die Erzeugung von Verschleißpartikeln, die durch direkten Kontakt zwischen dem Schaftkörper und dem Lagerkörper bei einer hohen Geschwindigkeit bei einem Rotationsstartzeitpunkt und einem Stopzeitpunkt verursacht werden, zu unterdrücken. Infolge dessen kann ein Defekt, der durch Verschleiß des Schaftkörpers und des Lagerkörpers verursacht wird, unterdrückt werden und es ist möglich, die Struktur in einer Reinstumgebung, die die Umgebungen nicht kontaminiert, da das Auftreten von Partikeln gering ist, zu verwenden.
Die dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß dem vorher erwähnten noch anderen Aspekt kann den beabsichtigten Gegenstand erreichen, dadurch dass sie verwendet wird, um Luft in den Zwischenraum zu zuführen, der definiert ist, wenn der Schaftkörper und der hohle zylindrische Lagerkörper von der Seite des Randpunktes E₂ zur Seite des Randpunktes E₁ durch die Nut(en) in Relation zur relativen Rotationsbewegung des Schaftkörpers und des Lagerkörpers gegenüberliegend angeordnet sind.
Es ist auch möglich, einen magnetischen Kreis und einen Steuerkreis eines Motors auszubilden, in welchen die dynamischen Druckgaslagerstrukturen gemäß den vorher erwähnten drei Aspekten, die in dieser Weise verwendet wurden, eingebaut sind.
Die dynamische Druckwirkung in diesem Abschnitt der Nut kann durch sich verändernde Winkel der ersten und zweiten Seitenwände mit Bezug zu einer Bodenwand erreicht werden, das heißt durch Wiedergabe des Winkels der Verjüngung, die die Nut asymmetrisch ausbildet, wobei ein dynamischer Druck der dynamischen Druckwirkung durch die vorher erwähnte Verjüngung auf den äußeren Umfang gegenüberstehend erreicht werden kann. Sogar wenn die vorher erwähnte Relation nicht an der Verjüngung auf dem äußeren Umfang hält, ist es deshalb möglich, den Lagerkörper mit Bezug auf den Schaftkörper bei einer niedrigen Rotationsfrequenz in Umdrehung zu halten, um die Selben in den nicht kontaktierenden Zustand zu bringen.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer dynamischen Druckgaslagerstruktur gemäß Anspruch 6 bereit.
Gemäß dem Verfahren der Herstellung von dynamischen Druckgaslagerstrukturen gemäß den vorher erwähnten zwei Aspekten, ist es möglich, dynamische Druckgaslagerstrukturen zu erhalten, die einen dynamischen Druck durch Wirkungen von keilförmigen Zwischenräumen erzeugen, und das Auftreten einer Verschlechterung der Schaftkörper und der Lagerkörper unterdrücken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils, das eine erfindungsgemäße dynamische Druckgaslagerstruktur zeigt, die einen radialen Querschnitt eines Schaftkörpers umfasst.
Die 2 ist ein Diagramm, das die Versetzung von äußeren Umfangspositionen im Bezug zu den Rotationswinkeln bei einer Rotationszeit des Schaftkörpers um eine Achse in der, in der 1 gezeigten, dynamischen Druckgaslagerstruktur zeigt.
Die 3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Charakteristika, die mit der Bildung eines Schaftkörpers einer erfindungsgemäßen Struktur verbunden sind.
Die 4 ist eine Schnittansicht, die einen Schaftkörper, in dem Nuten zwischen benachbarten Maximalpunkten vorgesehen sind, bei einer erfindungsgemäßen, dynamischen Druckgaslagerstruktur zeigt.
Die 5 ist ein Diagramm, das die Versetzung von äußeren Umfangspositionen mit Bezug zu den Rotationswinkeln bei einer Rotationszeit eines Schaftkörpers um eine Achse in der in der 4 gezeigten dynamischen Druckgaslagerstruktur zeigt.
Die 6 ist eine Schnittansicht, die einen Schaftkörper, in dem Nuten bei Minimalpunkten vorgesehen sind, bei einer erfindungsgemäßen dynamischen Druckgaslagerstruktur zeigt.
Die 7 ist ein Diagramm, das die Versetzung von äußeren Umfangspositionen mit Bezug zu Rotationswinkeln bei einer Rotationszeit eines Schaftkörpers um eine Achse in einer in der 6 gezeigten dynamischen Druckgaslagerstruktur zeigt.
Die 8 ist eine Querschnittansicht eines Schaftkörpers, in dem Nuten bei Maximalpunkten vorgesehen sind, bei einer dynamischen Druckgaslagerstruktur der vorliegenden Erfindung.
Die 9 ist ein Diagramm, das die Versetzung von äußeren Umfangspositionen mit Bezug zu Rotationswinkeln bei einer Rotationszeit eines Schaftkörpers um eine Achse bei der in der 8 gezeigten Druckgaslagerstruktur zeigt.
Die 10 ist eine Schnittansicht eines Schaftkörpers, der Nutenformen aufweist, die durch vorher beschriebene Positionsvektoren bei einer erfindungsgemäßen Druckgaslagerstruktur definiert werden.
Die 11 ist ein Diagramm für einen Schaftkörper zum Definieren von Nuten, die verjüngte Formen in einer erfindungsgemäßen dynamischen Druckgaslagerstruktur aufweisen.
Die 12 ist ein Diagramm, das eine Versetzung der äußeren Umfangspositionen mit Bezug zu Rotationswinkeln bei einer Rotationszeit eines Schaftkörpers um eine Achse in solch einem Fall zeigt, dass Maximalpunkte und Minimalpunkte auf der äußeren Um fangsform des Schaftkörpers in kurzen Zyklen präsent sind und Nuten eine Vielzahl von Positionen einschließen, um die Maximalpunkte und die Minimalpunkte zu werden.
Die 13 ist ein Modelldiagramm, das ein Messverfahren einer sich in Umdrehungen haltender bzw. in Umdrehung haltender Rotationsfrequenz zeigt.
Die 14 ist ein Graph, der die Relation zwischen einem Vibrationssignal und einer Rotationsfrequenz zur Darstellung der Messung der sich in Umdrehungen haltenden Rotationsfrequenz zeigt.
Die 15 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Zusammenbaus eines dynamischen Drucklagers zeigt, an welchem die erfindungsgemäße dynamische Druckgaslagerstruktur angewendet wird.
Die 16 ist ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel eines Zusammenbaus eines dynamischen Druckgaslagers zeigt, an welchem die erfindungsgemäße dynamische Druckgaslagerstruktur angewendet wird.
Die 17 ist ein schematisches Diagramm, das einen Spindelmotor zeigt, dessen Rotornabe rotiert, an welchem die erfindungsgemäßen dynamische Druckgaslagerstruktur angewendet wird.
Die 18 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer dynamischen Druckgaslagerstruktur, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-21844 veröffentlicht ist.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Die 1 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer dynamischen Druckgaslagerstruktur in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die 2 ist ein Diagramm, das die Versetzung von äußeren Umfangspositionen mit Bezug zu Rotationswinkeln bei einer Rotationszeit eines Schaftkörpers um eine Achse in der Lagerstruktur aus 1 zeigt.
Mit Bezug zu den 1 und 2 umfasst die dynamische Druckgaslagerstruktur dieser Ausführung einen Schaftkörper 1 und einen hohlen zylindrischen Lagerkörper 2, der am Schaftkörper 1 mit einem Zwischenraum in der radialen Richtung gegenüberliegend an geordnet ist. Eine radiale Schnittform (d. h. eine Querschnittsform rechtwinklig zu einer Achse O) des Schaftkörpers 1 hat eine Form 1a, die durch eine geschlossene Krümmung definiert ist, und eine Vielzahl von Maximalpunkten M₁, M₂ und M₃ am nächsten zum Lagerkörper 2 aufweist, so dass ihre Abstände von dieser Achse O um die Achse O maximiert sind und eine Vielzahl von Minimalpunkten N₁, N₂ und N₃, deren Abstände von der Achse O minimiert sind. Zumindest eine Nut 1b₁ ist zumindest zwischen den benachbarten Maximalpunkten M₁ und M₂ ausgebildet.
Nur eine Nut 1b₁ ist zwischen den benachbarten Maximalpunkten M₁ und M₂ hier ausgebildet und daher wird nur ein Bereich mit dieser Nut 1b₁ ein Nutbereich.
Der Lagerkörper 2 wird so getragen, um relativ um die Achse O der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (CCW-Richtung) seitlich in der Figur mit Bezug zum Schaftkörper 1 zu rotieren. Unter der Annahme, dass a₁ die äußere Umfangslänge der Nut 1b₁ darstellt und genau genommen von einer Kante der Nut 1b₁ auf der Seite des Maximalpunkts M₂ zum Maximalpunkt M₂ verläuft, und b₁ die äußere Umfangslänge einer Kante der Nut 1b₁ auf der Seite des Maximalpunkts M₁ an der Seite des Maximalpunkts M₁ zum Maximalpunkt M₁ zu dieser Zeit darstellt, wird der Beziehung von a₁ ≥ b₁ genügt. Namentlich weist die äußere Umfangslänge a₁ in der Vorwärtsrotationsrichtung eine Abmessung auf, die die äußere Umfangslänge b₁ in der umgekehrten Drehrichtung überschreitet.
Infolge einer solchen Positionierung der Maximalpunkte, der Minimalpunkte und der Nut weist die Struktur eine Verjüngung auf, die in der Rotationsrichtung mit Bezug zum minimalen Zwischenraum relativ lang ist, wenn der Lagerkörper mit Bezug zum Schaftkörper 1 exzentrisch ist. Wenn Luft in einen Zwischenraum fließt, der zwischen dem Schaftkörper 1 und dem Lagerkörper 2 definiert ist, wird deshalb ein dynamischer Druck durch die Verjüngung wirksam erzeugt, die mit Bezug zur Drehrichtung relativ lang ist. Somit kann der Schaftkörper 1 mit Bezug zum Lagerkörper 2 bei einer niedrigen Rotationsfrequenz in Umdrehung gehalten werden. Deshalb wird ein Oberflächenverschleiß des Schaftkörpers 1 und des Lagerkörpers 2 unterdrückt, der von Verschleißpartikeln resultiert, die durch einen Kontakt zwischen dem Schaftkörper 1 und dem Lagerkörper 2 bei einem Rotationsstartzeitpunkt und einem Stopzeitpunkt zum Beispiel verursacht werden.
Die jeweiligen Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ können so angeordnet sein, dass die Summe der Σa (= a₁ + a₂ + a₃) der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung die Summe Σb (= b₁ + b₂ + b₃) der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung überschreitet.
Soweit dieser Beziehung genügt wird, kann die äußere Umfangslänge a₂ der Nut 1b₂ in der Vorwärtsrotationsrichtung kleiner als die äußere Umfangslänge b₂ in der umgekehrten Rotationsrichtung sein. Ähnlich kann die äußere Umfangslänge a₃ in der Vorwärtsrotationsrichtung kleiner als die äußere Umfangslänge b₃ in der umgekehrten Rotationsrichtung sein.
Ein Querschnitt des Schaftkörpers 1, rechtwinklig zur Achse O vor der Bildung der Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ , ist in der 3 gezeigt.
Mit Bezug zur 3 wird die Querschnittsform dieses Schaftkörpers 1 durch δ und C definiert. Das δ repräsentiert den radialen Abstand zwischen zwei virtuellen konzentrischen Kreisen 4a und 4b bei solch einem Fall, so dass alle Punkte auf der geschlossenen Krümmung 1a, die die Außenlinie des Schaftkörpers 1 vor der Nutenbildung definiert, zwischen den zwei konzentrischen Kreisen 4a und 4b sind und der Unterschied des radialen Zwischenraums zwischen den zwei virtuellen konzentrischen Kreisen 4a und 4b minimiert ist. Das C repräsentiert den Hauptwert der Durchmesser der zwei virtuellen konzentrischen Kreisen 4a und 4b.
Wenn eine Vielzahl von Nuten 1b₁ und 1b₄ zwischen benachbarten Maximalpunkten M₁ und M₂, wie in der 4 und in der 5 gezeigt, vorgesehen sind, sind die äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung und der umgekehrten Rotationsrichtung wie folgt definiert:
Mit Bezug zur 4 und zur 5 wird die äußere Umfangslänge der Vorwärtsrotationsrichtung zum Abstand a₁ von einem Endabschnitt der Nut 1b₄ am nächsten zum Maximalpunkt M₂ bis zum Maximalpunkt M₂ entlang des äußeren Umfangs. Die äußere Umfangslänge in der umgekehrten Rotationsrichtung wird zum Abstand b₁ von einem Endabschnitt der Nut 1b₁ am nächsten Maximalpunkt M₁ bis zum Maximalpunkt M₁ entlang des äußeren Umfangs.
Wenn die Nut 1b₃ bei einem Abschnitt vorgesehen ist, der den Maximalpunkt M₃ ausbildet und die Nut 1b₂ zwischen dieser Nut 1b₃ und dem Maximalpunkt M₂ vorgesehen ist, wird die äußere Umfangslänge zum Abstand a₂ von einem Endabschnitt der Nut 1b₂ auf der Nut 1b₃ -Seite bis zu einem Endabschnitt der Nut 1b₃ auf der Seite der Nut 1b₂ entlang des äußeren Umfangs, und die äußere Umfangslänge wird zum Abstand b₂ in der umgekehrten Richtung von einem Endabschnitt der Nut 1b₂ auf der Seite des Maximalpunkts M₂ bis zum Maximalpunkt M₂ entlang des äußeren Umfangs.
Wenn die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ in Abschnitten gegenwärtig sind, die die Minimalpunkte N₁, N₂ und N₃, wie in den 6 und 7 gezeigt, ausbilden, wird die äußere Umfangslänge in der Vorwärtsrotationsrichtung der Abstand a₁ von einem Endabschnitt der Nut 1b₁ auf der Seite des Maximalpunkts M₂ bis zum Maximalpunkt M₂ zum Beispiel und die äußere Umfangslänge in der umgekehrten Rotationsrichtung wird der Abstand b₁ von einem Endabschnitt der Nut 1b₁ auf der Seite des Maximalpunkts M₁ bis zum Maximalpunkt M₁ entlang des äußeren Umfangs zum Beispiel.
Wenn die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ in Abschnitten gegenwärtig sind, die die Maximalpunkte M₁, M₂ und M₃, wie in den 8 und 9 gezeigt, ausbilden, wird die äußere Umfangslänge in der Vorwärtsrotationsrichtung zum Abstand a₁ von einem Endabschnitt der Nut 1b₁ auf der Seite des Minimalpunkts N₃ bis zum Minimalpunkt N₃ entlang des äußeren Umfangs, zum Beispiel, und die äußere Umfangslänge in der umgekehrten Richtung wird zum Abstand b₁ von einem Endabschnitt der Nut 1b₁ auf der Seite des Minimalpunkts N₁ bis zum Minimalpunkt N₁ entlang des äußeren Umfangs zum Beispiel.
Die vorher erwähnten Maximalpunkte und Minimalpunkte können Maximalpunkte und Minimalpunkte sein, die aus der äußeren Umfangsform (den 4, 6 und 8) des Schaftkörpers 1 nach der Nutteilbildung durch ein gekrümmtes Interpolationsverfahren abgeleitet sind, sowie durch zumindest ein quadratisches Verfahren oder ein Spline-Verfahren, zum Beispiel.
Wenn die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ bei den Abschnitten vorgesehen sind, die die Minimalpunkte N₁, N₂ beziehungsweise N₃, wie in der 6 und in der 7 gezeigt, vorsehen, ist es bevorzugt, dass die Beziehung zwischen der Summe der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung und die Summe der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung wie folgt ist: a1 + a2 + a3 ≥ b1 + b2 + b3
Es ist möglich, den Lagerkörper 2 mit Bezug zum Schaftkörper 1 bei einer niedrigen Rotationsfrequenz durch Vorsehen der Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ in den Abschnitten, die die Maximalpunkte M₁, M₂ und M₃, wie in den 8 und in der 9 gezeigt, bereitzustellen, in Umdrehung zu halten. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Beziehung zwischen der Summe der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung und die Summe der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung wie folgt ist: a1 + a2 + a3 ≥ b1 + b2 + b3
Die 10 ist eine Schnittansicht eines Schaftkörpers und eines einschließenden Lagerkörpers einer dynamischen Druckgaslagerstruktur gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform. Mit Bezug zur 10 umfasst die dynamische Druckgaslagerstruktur dieser Ausführungsform einen Schaftkörper 1 und einen hohlen zylindrischen Lagerkörper 2, der gegenüberliegend zum Schaftkörper 1 mit einem Zwischenraum in der radialen Richtung, ähnlich zur vorher erwähnten Ausführungsform, angeordnet ist. Die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ sind zumindest in einem Abschnitt ausgebildet, zum Beispiel in drei Abschnitten auf dem äußeren Umfang des Schaftkörpers 1 in einem radialen Querschnitt des Schaftkörpers 1.
Insbesondere mit Bezug zur 10 sind die Anzahl der Nuten und die Geometrie einer Mehrzahl von Nuten untereinander zusammenhängend. Für eine Nut, wie zum Beispiel die Nut 1b₁ , genügt ein Positionsvektor
von einem zentralen Punkt O bis zu einem Grenzpunkt bzw. Randpunkt E₁ (Randpunkt zwischen einem Ende der Nut 1b₁ und dem äußeren Umfang des Schaftkörpers 1) und ein Positionsvektor
vom Zentralpunkt O bis zu einem Randpunkt E₂ (Randpunkt zwischen einem anderen Ende der Nut 1b₁ und dem äußeren Umfang des Schaftkörpers 1) der folgenden Beziehung bei zumindest der Mehrzahl der Gesamtanzahl der Nuten, wobei der Mittelpunkt O die Achse im Querschnitt darstellt:
wobei k ein Wert größer als 1 ist, so dass der Luftdruck gegen die Seitenwand der oder jeder solcher Nuten ausgeübt werden kann, um Luft zu veranlassen, die gegen den Lagerkörper gerichtet ist, um den Lagerkörper in einer beabstandeten Beziehung zum Schaftkörper zu halten, wenn eine relative Rotation dazwischen auftritt.
Namentlich wenn es drei Nuten, wie in der Figur zum Beispiel gezeigt, gibt, ist die Anzahl von solchen Nuten, für welche der Positionsvektor
größer als der Positionsvektor
ist zumindest zwei.
Die Form von jeder, in der 10 gezeigten, Nut kann in einer in der 11 gezeigten Form sein.
Mit Bezug zu den 10 und 11 wird nun eine Beschreibung mit Bezug zur Nut 1b₁ gemacht.
Diese Nut 1b₁ ist zwischen den Maximalpunkten M₁ und M₂ ausgebildet und der Lagerkörper 2 wird so getragen, um in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW-Richtung: das heißt in die Richtung von (Positionsvektor
)–(Positionsvektor
)) relativ um die Achse O mit Bezug zum Schaftkörper 1 zu rotieren. Unter der Annahme, dass a₁ die äußere Umfangslänge von einem Endabschnitt (Randpunkt E₁) der Nut 1b₁ auf der Seite des Maximalpunkts M₁ bis zum Maximalpunkt M₁ repräsentiert und b₁ die äußere Umfangslänge von einem Endabschnitt (Randpunkt E₂) der Nut 1b₁ auf der Seite des Maximalpunkts M₂ bis zum Maximalpunkt M₂ zu dieser Zeit repräsentiert, wird a₁ < b₁ genügt. Namentlich hat die äußere Umfangslänge a₁ der Nut 1b₁ in der vorwärts rotierenden Richtung ein kleineres Maß als die äußere Umfangslänge b₂ in der umgekehrten Rotationsrichtung. Wenn die Formen der jeweiligen Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ der vorher erwähnten Relation genügen, kann die Relation zwischen der Summe Σa der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung und die Summe Σb der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung eine willkürliche Relation sein.
Die Form der Nut 1b₁ ist durch eine Bodenwand 1b_A und erste und zweite Seitenwände 1b_B und 1b_C definiert. Die erste Seitenwand 1b_B erreicht den Randpunkt E₂ von einem Ende der Bodenwand 1b_A und die zweite Seitenwand 1b_C erreicht den Randpunkt E₁ von einem anderen Ende der Bodenwand 1b_A . Diese Nut 1b₁ hat solch eine verjüngte Form, dass sich der Abstand (d. h. das Öffnungsmaß) zwischen den ersten und zweiten Seitenwänden 1b_B und 1b_C gegen die Bodenwand 1b_A von der äußeren Umfangsseite des Schaftkörpers 1 verringert.
Die Relation zwischen einem Winkel (Verjüngungswinkel) θ₁, der durch eine virtuelle Ebene 1b_D ausgebildet ist, die sich von einem anderen Ende der Bodenwand 1b_A ent lang der Bodenwand 1b_A und der ersten Seitenwand 1b_B und einem Winkel (Verjüngungswinkel) θ₂ erstreckt, der durch eine zweite virtuelle Ebene 1b_E ausgebildet ist, die sich von einem anderen Ende der Bodenwand 1b_A entlang der Bodenwand 1b_A und der zweiten Wand 1b_C erstreckt, ist wie folgt: θ1 > θ2 wobeiθ1 = tan–1(d/w1) θ2 = tan–1(d/w2) d = (d1 + d2)/2
Im Fall von relativ kurzen Verjüngungen mit Bezug zur Rotationsrichtung, wie hierin oben beschrieben mit Relation zur Struktur, die die Relation zwischen den Maximalpunkten, den Minimalpunkten und den Nuten in dieser Weise aufweist, kann der dynamische Druck aus einer geringen Rotationsfrequenz wirksam erzeugt werden, sogar wenn Luft im Zwischenraum fließt, der zwischen dem Schaftkörper 1 und dem Lagerkörper 2 ausgebildet ist und es gibt die Möglichkeit, Verschleißpartikeln infolge eines Kontakts zwischen dem Schaftkörper 1 und dem Lagerkörper 2 bei einem Rotationsstartzeitpunkt und einem Stopzeitpunkt zum Beispiel zu verursachen.
Infolge der Bildung der Nut 1b₁ , die die Verjüngungsform in der vorher erwähnten Weise aufweist, fördert ein Abschnitt der Nut 1b₁ , die einen großen Verjüngungswinkel aufweist, wirkungsvoll Luft in den Lagerzwischenraum infolge einer Verbindung mit dem Äußeren des Lagerkörpers, und ein Abschnitt, der einen kleinen Verjüngungswinkel aufweist, erzeugt einen dynamischen Druck durch eine Wirkung eines keilförmigen Zwischenraums mit einer Luft, die vom Äußeren durch die Verjüngung zugeführt wird.
Es ist vorstellbar, dass wenn Verjüngungen auf beiden Seiten der Nut 1b₁ zueinander gleich sind, eine Ableitung der Funktion der vorher erwähnten Nut nicht ausreichend ausgeführt wird und diese mit dem Auftreten von Turbulenz im Luftfluss, der mit der Luft außerhalb und mit dem Luftfluss in Verbindung steht, der durch die dynamische Drukkerzeugung in der Nut verursacht wird, nicht effektiv wirkt.
Wenn die Relation zwischen den Verjüngungswinkeln umgekehrt ist, wird kein dynamischer Druck im Nutenteil erzeugt, da die Richtung, in der der keilförmige Zwischenraum in der Nut sich verengt und die Richtung, in der die Luft fließt, umgekehrt ist und das vorher erwähnte Problem von einem Nicht-in-Umdrehung-halten bei einer niedrigen Ro tationsfrequenz auftritt, da die Erzeugung von dynamischem Druck im verjüngten Abschnitt auf dem äußeren Umfang als dem Nutteil weitaus dominanter ist.
Wenn die Formen der jeweiligen Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ der vorher erwähnten Relation genügen, kann die Relation zwischen der Summe Σa der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung und die Summe Σb der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung in einer willkürlichen Richtung sein.
Wenn Maximalpunkte M und Minimalpunkte N auf der äußeren Umfangsform des Schaftkörpers 1 in kurzen Zyklen bzw. Umläufen gegenwärtig sind und eine Nut 1b deshalb über eine Vielzahl von Abschnitten ausgebildet ist, um die Maximalpunkte M und die Minimalpunkte N, wie in der 12 gezeigt, zu werden, wird die äußere Umfangslänge in der Vorwärtsrotationsrichtung zum Abstand zwischen einer Kante E und dem Maximalpunkt M im Fall des Einschließens keines Minimalpunkts N zwischen benachbarten Maximalpunkten M mit Bezug zur Kante E der Nut und sie wird zum Abstand zwischen dem Minimalpunkt N und dem Maximalpunkt M, wenn jeder Minimalpunkt N gegenwärtig ist.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden auf der Basis der Zeichnungen nun beschrieben.
Beispiel 1
Bei einem dynamischen Druckgaslager, das einen zylindrischen ringförmigen Schaftkörper und einen hohlen zylindrischen Lagerkörper aufweist, wurde ein Zylinder im Wesentlichen ringförmig im Querschnitt von seinem Profil, der Maximalpunkte, wie in der 1 und in der 2 gezeigt, aufweist, durch Anwenden eines mittelpunktslosen Schleifers hergestellt. Es wurde hier angenommen, dass m = 3 ist, und das Verhältnis von δ/C, das die Form des ringförmigen Zylinderprofils definiert, die mit Bezug zur 3 beschrieben wurde, wurde auf 1 × 10^–4 gesetzt. Die Silikonnitrit-basierten Keramiken wurden für den Schaftkörper 1 und den Lagerkörper 2 verwendet. Die Silikonnitrit-basierten Keramiken wurden wie folgt vorbereitet:
Werkstoffpulver von Si₃M₄, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 0,3 μm, eine Partikelgrößenverteilung von 3σ = 0,20 μm, ein α Kristallisationsverhältnis von 96,5% und einen Sauerstoffgehalt von 1,4 Gewichts-% aufweist, wurde hergestellt. Ein feuchtes Vermischen mit einem Verhältnis von 90 Gewichts-% dieses Werkstoffpulvers von Si₃N₄, 4 Gewichts-% von Y₂O₃ Pulver, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 0,8 μm aufweist, 3 Gewichts-% von Al₂O₃ Pulver, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 0,5 μm aufweist, 1 Gewichts-% von AlN Pulver, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 1,0 μm aufweist und 2 Gewichts-% von MgO Pulver, das einen Partikeldurchmesser von 0,5 μm aufweist, wurde in Ethanol für 100 Stunden durch eine Kugelmühle unter Verwendung einer Nylonkugel durchgeführt. Danach wurde das gemischte Pulver, das durch Trocknung erhalten wurde, mit einem Druck von 3000 kgf/cm² durch CIP (Kaltisostatisches Pressen) ausgebildet. Das erhaltene verdichtete Teil wurde in einer Stickstoffgasatmosphäre von 1 atmosphärischen Druck bei einer Temperatur von 1450°C für 6 Stunden gehalten. Ferner wurde das verdichtete Teil hauptsächlich bei einer Temperatur von 1550°C für 3 Stunden gesintert. Der erhaltene gesinterte Körper wurde sekundär bei einer Temperatur von 1600°C bei einer Stickstoffgasatmosphäre von 1000 atmosphärischen Drücken für 1 Stunde gesintert.
Der Silikonnitrit-basierende gesinterte Körper, der in dieser Weise erhalten wurde, enthielt kristallisierte Körner, dessen lineare Dichte pro Länge von 30 μm zumindest 35 war und das Volumenverhältnis von der Kornrandphase war nicht größer als 15 Volumen-%. Ferner enthielt der Silikonnitrit-basierende gesinterte Körper Poren, deren Maximaldurchmesser nicht mehr als 20 μm waren, und der Gehalt dieser Poren war nicht mehr als 3%.
Mit Bezug zur erhaltenen, im Wesentlichen runden Form wurden die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ in den vorher beschriebenen Positionen durch spanende Bearbeitung zur Vorbereitung des Schaftkörpers 1 hergestellt. Die Nut, die auf dieser Fläche arbeitet, wurde wie folgt ausgeführt: Während der Fall der vertikalen Verwendung des Lagerkörpers 2, der Schaftkörper 1 und der Lagerkörper 2 einen fixierten Schaft und einen Rotor wiedergeben, und die Rotationsrichtung auf der CCW-Richtungsseite hier wiedergeben, wird dies auch auf den Fall der umgekehrten Verwendung des Lagerkörpers angewendet und die Positionen der Nutbearbeitung können aus diesem Beispiel umgekehrt werden, im Fall der Verwendung des Lagerkörpers, während der Selbe in die Richtung im Uhrzeigersinn (CW-Richtung) in der Figur rotiert.
Das Markieren zeigt eine Meßstartposition an, die auf einer Position auf einer oberen Endfläche des Kreiszylinders durchgeführt wurde, der den Schaftkörper 1 zu einer Seitenfläche geschlossen ausbildet, der Kreiszylinder zur Messung eines Profils eines Teil abschnitts wurde rotiert und das in der 2 gezeigte Profil wurde zum Beispiel erhalten. Jedoch wurden die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ noch nicht jetzt bei diesem Zeitpunkt ausgebildet und das Querschnittsprofil wird ein Profil mit keiner Versetzung der Positionen durch die Nuten in der 2.
Die Achse der Abszisse zeigt Rotationswinkel zu Rotationszeiten des kreisförmigen Zylinders von der markierenden Position beim in der 2 gezeigten Profil und die Achse der Ordinate zeigt die Versetzung der Positionen mit Bezug zu den Selben. Die Positionen der Nuten wurden so bestimmt, dass die Richtung, in der der Winkel sich erhöht, zur Rotationsrichtung des Schaftkörpers 1 wurde und dass die Nuten auf Seiten der größeren Winkel als die Maximalpunkte mit Bezug zur Rotationsrichtung waren. Namentlich wurden die jeweiligen Nuten so bestimmt, dass die Nut 1b₁ , die Nut 1b₂ und die Nut 1b₃ auf den Seiten der größeren Winkel als der Maximalpunkt M₁, der Maximalpunkt M₂ bzw. der Maximalpunkt M₃ waren. Die Nutbearbeitung wurde mit Bezug zur markierten Position durchgeführt, die auf dem kreisförmigen Zylinder zum Vorbereiten des Schaftkörpers hergestellt wurde. Während diese Nutbildung durch ein Schneidwerkzeug ausgeführt wurde, ist das gegenwärtige Arbeitsverfahren nicht besonders wichtig.
Diese Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ wurden so angeordnet, dass die Summe (a₁ + a₂ + a₃) der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung in einem Übermaß der Summe (b₁ + b₂ + b₃) der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung bestanden, wenn das Lager 2 relativ in der CCW-Richtungsseite im entgegengesetzten Uhrzeigersinn mit Bezug zum Schaftkörper 1 rotierte, wie hierin oben beschrieben wurde. Das umlaufende bzw. aktuelle Verhältnis der Tiefe zum Durchmesser der Nuten wurde auf 0,01 gesetzt.
Bei dieser in der 1 gezeigten Lagerkörperstruktur wurde das Rotieren des Lagerkörpers 2 in der CCW-Richtungsseite mit Bezug zum Schaftkörper als ein erfinderisches Beispiel betrachtet und der Selbe drehend in der CW-Richtungsseite wurde als vergleichendes Beispiel 1 zur Messung von in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen betrachtet.
Die in der 18 gezeigte Lagerkörperstruktur wurde auch ähnlich vorbereitet und das Rotieren des Lagerkörpers 32 relativ in der CCW-Richtungsseite mit Bezug zum Schaftkörper 31 wurde als vergleichendes Beispiel 2 betrachtet, während das Rotieren des Selben in der CW-Richtungsseite als vergleichendes Beispiel 3 zur Messung der sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen betrachtet wurde. Für diese sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenz wurde eine Messung mit einer Meßvorrichtung zur sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz, die in der 13 gezeigt ist, in der folgenden Weise gemacht.
Mit Bezug zur 13 wurde der Lagerkörper 2 zuerst bei einigen 1000 UpM mit Bezug zum Schaftkörper 1 rotiert. Danach wurde die Vibration und eine Rotationsfrequenz bis zu einer Zeit, wenn der Lagerkörper 2 natürlich stoppte, durch einen Vibrationssensor 9 bzw. einen Rotationsgeschwindigkeitssensor 5 erfasst und die Informationen davon wurden mittels eines Oszilloskops 7 durch Verstärker 6 und 8 angezeigt. Eine Rotationsgeschwindigkeit (Rotationsfrequenz) R zu einer Zeit, als eine in Umdrehung haltende Tragwirkung durch den dynamischen Druck verschwand und das Niveau eines Vibrationssignals infolge eines Kontaktes zwischen dem Lagerkörper 2 und dem Schaftkörper 1 schnell anstieg, wurde als die, wie in der 14 gezeigte, in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz betrachtet. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Zuerst wurde bewiesen, dass die sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz beim erfinderischen Beispiel, das den Lagerkörper 2 in der CCW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1 rotierte, verglichen mit dem vergleichenden Beispiel 1, das den Lagerkörper 2 in der CW-Richtung rotierte, bemerkenswert reduziert war. Es wurde ferner bewiesen, dass die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz beim erfinderischen Beispiel auch im Vergleich mit den in der 18 gezeigten vergleichenden Beispielen 2 und 3 bemerkenswert reduziert war. Dies wird wie folgt beschrieben:
Bei der Lagerstruktur der in der 18 gezeigten vergleichenden Beispiele 2 und 3 weist der Schaftkörper 31 eine Struktur auf, die kaum die Nuten 31b mit Bezug zur äußeren Umfangsform des im Wesentlichen vollständigen Kreises 31a anordnet. Der zwischen dem Schaftkörper 31 und dem Lagerkörper 32 bei einer niedrigen Rotationsgeschwin digkeit verursachte dynamische Druck ist nicht ausreichend erzeugt, da der Luftfluss infolge der Unregelmäßigkeit durch die Nuten 31b auf der Oberfläche des Schaftkörpers 31 gestört wird.
Beim erfinderischen Beispiel weist, auf der anderen Seite, nicht nur die äußere Umfangsform die Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ auf, sondern auch die Maximalpunkte M₁, M₂ und M₃ und die Minimalpunkte N₁, N₂ und N₃, wie in der 1 gezeigt. Die Verjüngungen, die durch die Maximalpunkte ausgebildet sind, und die Nuten sind relativ lang auf den Rotationsrichtungsseiten entlang der Maximalpunkte. Es ist vorstellbar möglich, den Schaftkörper mit Bezug zum Lagerkörper bei einer niedrigen Rotationsfrequenz dadurch in Umdrehung zu halten, um den gleichen in einen Nichtkontaktzustand zu bringen.
Ferner wurden die Positionen zum Arbeiten der Nuten in der 1 geändert, das Verhältnis der äußeren Umfangslänge a₁ in der Vorwärtsrotationsrichtung zur äußeren Umfangslänge b₁ in der umgekehrten Rotationsrichtung wurde geändert und die in Umdrehung befindlichen Rotationsfrequenzen, wie im Fall von a₁/b₁ ≥ 1 und im Fall von a₁/b₁ < 1 wurde gemessen. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Aus den Ergebnissen der Tabelle 2 kann gesehen werden, dass die sich in Umdrehung befindliche Rotationsfrequenz niedrig war und ein Ergebnis der Start/Stopbeständigkeit war auch beim erfinderischen Beispiel von a₁/b₁ ≥ 1 verglichen mit dem vergleichenden Beispiel von a₁/b₁ < 1 ausgezeichnet. Beim vergleichenden Beispiel von a₁/b₁ < 1 wurde, auf der anderen Seite, ein ausreichend dynamischer Druck, der notwendig zum in-Umdrehung-halten ist, bei einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich nicht erreicht und es ist vorstellbar, dass der Schaftkörper 1 und der Lagerkörper 2 bis zu einer hohen Geschwindigkeit direkt aufeinander gleiten, und einen Reibverschleiß als Ergebnis verursachen.
Beispiel 2
Dann wurden bei der in der 1 gezeigten Lagerkörperstruktur die in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen im Fall des sich verändernden Verhältnisses der Summe Σa (= a₁ + a₂ + a₃) der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung zur Summe Σb (= b₁ + b₂ + b₃) der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung gemessen. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Aus den Ergebnissen der Tabelle 3 wurde bewiesen, dass die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz bemerkenswert reduziert war und ein Start/Stop-Beständigkeitstest beim erfinderischen Beispiel von Σa/Σb ≥ 1 verglichen mit dem vergleichenden Beispiel von Σa/Σb < 1 auch ausgezeichnet war.
Beispiel 3
Bei einem Schaftkörper 1, der einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit zumindest vier Maximalpunkten aufweist, wurden Nuten in drei Abschnitten gemäß den vorher erwähnten Beispielen 1 und 2 ausgebildet und die sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurden gemessen.
Dies wurde durch Bestimmen der Positionen der Nuten vorbereitet, so dass die Summe Σa der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung größer als die Summe Σb von den äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung war und die durchführende Arbeit in Relation zum Rotationsbestandteil des Umfangs, wie er oben definiert wurde, wurde als ein erfinderisches Beispiel betrachtet. Auf der anderen Seite wurde dies durch Bestimmen der Positionen der Nuten vorbereitet, so dass die Summe Σa der äußeren Umfangslängen in der Vorwärtsrotationsrichtung kleiner als die Summe Σb der äußeren Umfangslängen in der umgekehrten Rotationsrichtung war und die durchführende Arbeit als vergleichendes Beispiel betrachtet wurde. Die jeweiligen sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurden im Fall von festgelegten Anzahlen von Maximalpunkten bei 5, 9 und 23 zu diesem erfinderischen Beispiel bzw. vergleichenden Beispiel gemessen. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Aus den Ergebnissen der Tabelle 4 wurde es als möglich bewiesen, die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz gemäß der vorliegenden Erfindung sogar, wenn die Anzahl der Maximalpunkte ansteigt, zu senken.
Beispiel 4
Untersuchungen wurden auf die sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen gemacht, wie im Fall vom Setzen von δ/C, dass die Beziehung zum äußeren Umfang des Schaftkörpers 1 mit Bezug zur 3 bei 1 × 10^–5 und 4 × 10^–5 definiert. Die Lagerstrukturen, die die Schaftkörper 1 aufweisen, die mit diesem jeweiligen δ/C bereitgestellt wurden und die einer Nutbearbeitung gemäß den erfinderischen Beispielen der vorher erwähnten Beispiele 1 und 2 ausgesetzt waren, wurden als erfinderische Beispiele betrachtet. Ferner wurden die Lagerstrukturen, die Schaftkörper 1 aufweisen, die mit dem jeweiligen δ/C vorgesehen wurden und der Bearbeitung von Nuten wahllos ausgesetzt wurden, als vergleichende Beispiele betrachtet. Als Messung der sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurden 100 Beispiele für jede Lagerstruktur vorbereitet, die Schaftkörper 2 bzw. 1 von jeder Lagerstruktur wurden in der CCW-Richtung mit Bezug zu den Schaftkörpern 1 rotiert und das Verhältnis von diesen, die sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen von nicht mehr als 2000 UpM aufweisen, wurde erhalten. Eine sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz von nicht mehr als 2000 UpM ist eine Rotationsfrequenz, die keinen Verschleiß durch Kontakt verursacht, bis der Lagerkörper 2 mit Bezug zum Schaftkörper 1 sich in Umdrehung hält. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Aus den Ergebnissen der Tabelle 5 kann gesehen werden, dass 80% der Beispiele in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen mit niedrigen Werten zeigen, wenn die Rundheit des kreisförmigen Zylinders ausgezeichnet (1 × 10^–5) ist, während das Verhältnis 50% wird, wenn die Rundheit geringwertiger (4 × 10^–5) ist. Bei den erfinderischen Beispielen ist es, auf der anderen Seite möglich, die sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen bei niedrigen Werten von nicht mehr als 2000 UpM über 100% zu steuern. Aus diesen Ergebnissen wird verstanden, dass, wenn die Nutbearbeitung gemäß den erfinderischen Beispielen von den Beispielen 1 und 2 durchgeführt wird, die in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen mit Bezug zu spezifischen Richtungen reduziert werden kann, sogar wenn die Bearbeitungsgenauigkeit der Schaftkörper 1 niedrig ist und daher es industriell auch nützlich ist.
Beispiel 5
Wie in den 8 und 9 gezeigt, wurde ein Zylinder mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vorbereitet, der Maximalpunkte aufweist. Jede Kombination eines Schaftkörpers 1 und eines Lagerkörpers 2 in diesem Fall wurde aus Silikonnitritkeramiken hergestellt, und die Silikonnitritkeramiken wurden angenommen, wie folgt zusammengesetzt zu sein:
Diese Silikonnitritkeramiken wurden durch Ausbilden von gemischtem Pulver erhalten, das durch Hinzufügen von 0,02 Gewichts-% von Fe, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 1,0 m aufweist, zu gemischtem Pulver von 91 Gewichts-% von kommerziell verfügbaren Si₃N₄-Pulver (α-Kristallisationsverhältnis: 95%, Hauptpartikeldurchmesser: 0,5 μm), 4,5 Gewichts-% von Y₂O₃-Pulver, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 0,6 μm und 4,5 Gewichts-% von Al₂O₃-Pulver, das einen Hauptpartikeldurchmesser von 0,7 μm aufweist, (Mischvolumenverhältnis von einem gesinterten Hilfsmittel in diesem Fall wird 7,0 Volumen-%, unter der Annahme, dass die theoretischen Dichten von Si₃N₄, Y₂O₃ und Al₂O₃ 3,4 g/cm³, 5,0 g/cm³ bzw. 4,0 g/cm³ sind) vorbereitet wurde, und durch Durchfüh ren einer Wärmebehandlung für zwei Stunden unter solchen Bedingungen, dass der Druck von N₂ 380 torr war und die Temperatur 1200°C war, und danach wurde das Sintern unter Stickstoffnormaldruck bei 1700°C für drei Stunden durchgeführt.
Beim somit erhaltenen Silikonnitrit-basierten gesinterten Körper war die Porosität 2,1%, während der Maximaldurchmesser der Poren 30 μm war und die Korngrenzphase 7 Volumen-% war. Wenn die Bereiche von allen Silikonnitritkristallkörnern gemessen wurden, die in einem willkürlichen zweidimensionalen Abschnitt gegenwärtig waren, war der Gesamtbereich, der durch die Silikonnitritkristallkörner in einem Bereich von 0,1 bis 10 μm² besetzt war, 77% des Silikonnitritkristallkorngesamtbereichs, und das Zahlenverhältnis war 35%, das durch die Silikonnitritkristallkörner, die Aspektverhältnisse von 2 bis 10 bei allen Silikonnitritkristallkörnern aufweisen, besetzt wurde.
Mit Bezug zum erhaltenen kreisförmigen Zylinder wurden Nuten durch spanende Bearbeitung ausgebildet. Das Verhältnis der Tiefe von jeder Nut zum Durchmesser (in der 3 mit C definiert) wurde zu dieser Zeit auf 0,01 gesetzt, und die Anzahl der Nuten wurde auf 3 gesetzt. Die jeweiligen Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ sind in Positionen von dem Schaftkörper 1 ausgebildet, um Maximalpunkte M₁, M₂ und M₃ zu werden. Diese Maximalpunkte M₁, M₂ und M₃ können Maximalpunkte M₁, M₂ und M₃ sein, die die äußere Umfangsform des Schaftkörpers 1 bestimmen, anders als die Nut, die den Bereich durch das kleinste Vierkantverfahren ausbildet. Zur Messung der jeweiligen in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurde dieses Rotieren des Lagerkörpers 2 in der CCW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1 bei der in der 8 gezeigten Lagerstruktur als erfinderische Beispiele betrachtet und das Rotieren des Lagerkörpers 2 in der CW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1, bei der in der 1 gezeigten Lagerstruktur, wurde als ein vergleichendes Beispiel betrachtet. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 6 gezeigt. Die Nr. 1 ist die einer verjüngten Länge Σa = Σb und die Nr. 2 ist die von Σa > Σb.
Tabelle 6
Aus den Ergebnissen der Tabelle 6 wurde bewiesen, dass die in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen bei den erfinderischen Beispielen verglichen mit dem vergleichenden Beispiel bemerkenswert niedrig erhalten werden können. Aus diesem ist es verständlich, dass die Verjüngungen von den Minimalpunkten zu den Nutkanten ausreichend lang sind und ein dynamischer Druck bei den erfinderischen Beispielen wirksam erzeugt wird, während beim vergleichenden Beispiel kein ausreichend dynamischer Druck erzeugt wurde und die Kontaktrotationsfrequenz sich erhöhte, da die Verjüngung kurz war, die die Erzeugung des dynamischem Drucks verteilte.
Auf der anderen Seite wurde das Rotieren des Lagerkörpers 2 in der CW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1 bei der in der 8 gezeigten Lagerstruktur als ein erfinderisches Beispiel betrachtet und seine in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz wurde gemessen. Vergleichende Beispiele wurden aus dem vergleichenden Beispiel von Tabelle 6 und Nr. 2 vorbereitet. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 7
Aus den Ergebnissen der Tabelle 7 wurde bewiesen, dass eine niedrige sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz erzielt wird, in derjenigen eine in die CCW-Richtung und in die CW-Richtung den Lagerkörper 2 mit Bezug zum Schaftkörper 1 rotiert, wenn die Struktur die in der 8 gezeigten Lagerstruktur ist und die Verjüngungslängen Σa und Σb auf dem Umfang aufgrund der Nuten Σa = Σb genügen. Dies ist vorstellbar, da die dynamische Druckerzeugung durch eine Wirkung eines keilförmigen Zwischenraums wirksam durchgeführt wird, da die verjüngten Längen mit Bezug zu jeder Rotationsrichtung von CW und CCW im erfinderischen Beispiel ausreichend sind.
Beispiel 6
Eine Untersuchung hinsichtlich der in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen im Fall des Setzens δ/C wurde gemacht, das in der Relation zum Schaftkörper 1 mit Bezug zur 3 bei 1 × 10^–5 und 4 × 10^–5 definiert ist. Diejenigen, die das jeweilige δ/C-Verhältnis aufweisen und den Lagerkörper 2 mit Bezug zum Schaftkörper 1 in der CCW-Richtung in der in 8 gezeigten Lagerstruktur rotieren, wurden als erfinderische Beispiele betrachtet. Ferner diejenigen, die das jeweilige δ/C-Verhältnis aufweisen und Schaftkörper mit arbeitenden Nuten wahlweise aufweisen, wurden als vergleichende Beispiele betrachtet. Zur Messung der in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurden 100 Beispiele für jede Lagerstruktur vorbereitet, die Lagerkörper 2 von jeder Lagerstruktur wurden rotiert und das Verhältnis von diesen, die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen von nicht mehr als 2000 UpM aufweisen, wurde erhalten. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 8 gezeigt.
Tabelle 8
Aus den Ergebnissen der Tabelle 8 war es möglich, in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen von nicht mehr als 2000 UpM bei allen Lagerstrukturen in den erfinderischen Beispielen im Bezug zu jedem δ/C zu erhalten.
Somit wurde bewiesen, dass die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz bei der in der 8 gezeigten Lagerstruktur reduziert sein kann, sogar, wenn die arbeitende Genauigkeit des Lagerkörpers 1 niedrig ist, und es auch industriell nützlich ist.
Beispiel 7
Bei einem dynamischen Drucklager einer Kombination eines kreisförmigen zylindrischen Schaftkörpers 1 und eines hohlen zylindrischen Lagerkörpers 2 wurde ein kreisförmiger Zylinder eines im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitts, der Maximalpunkte aufweist, wie in der 6 vorbereitet.
Mit Bezug zum erhaltenen kreisförmigen Zylinder, wurden Nuten durch spanende Bearbeitung ausgebildet. Das Verhältnis der Tiefe dieser Nuten zum Durchmesser (in der 3 als C definiert) wurde zu dieser Zeit auf 0,01 gesetzt, und die Anzahl der Nuten wurde auf drei gesetzt. Bei erfinderischen Beispielen sind die jeweiligen Nuten 1b₁ , 1b₂ und 1b₃ in Positionen ausgebildet, um Minimalpunkte N₁, N₂ und N₃ zu definieren. Die Minimal punkte N₁, N₂ und N₃ fallen mit den Minimalpunkten zusammen, die als Ergebnis einer Kurveninterpolation einer äußeren Umfangsform erhalten wurden, anders als die Nuten mit dem kleinsten Vierkantverfahren. Bei dieser Form sind die Nuten so ausgebildet, dass die Summe Σa der äußeren Umfangslängen a₁, a₂ und a₃ in der Vorwärtsrotationsrichtung und die Summe Σb der äußeren Umfangslängen b₁, b₂ und b₃ in der umgekehrten Rotationsrichtung Σa = Σb (Nr. 1) oder Σa > Σb (Nr. 2) sind. Zur Messung der in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurden diejenigen, die den Lagerkörper 2 in der CCW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 2 in der in der 6 gezeigten Lagerstruktur rotieren, als erfinderische Beispiele betrachtet und dasjenige, das den Lagerkörper 2 in der CW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1 in der in der 1 gezeigten Lagerstruktur rotiert, wurde als vergleichendes Beispiel betrachtet. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 9 gezeigt.
Tabelle 9
Aus den Ergebnissen von Tabelle 9 wurde bewiesen, dass die erfinderischen Beispiele niedrige in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen verglichen mit dem vergleichenden Beispiel zeigen. Dies ist vorstellbar, da der dynamische Druck wirksam erzeugt wird, da Verjüngungen von den Nutkanten zu den Maximalpunkten in den erfinderischen Beispielen ausreichend lang sind, während beim vergleichenden Beispiel ein ausreichend dynamischer Druck nicht erzeugt wurde, sondern die Kontaktrotationsfrequenz sich erhöhte, da die Verjüngungen kurz waren, die zur Erzeugung eines dynamischen Drucks verteilt waren.
Auf der anderen Seite dasjenige Beispiel, das den Lagerkörper 2 in der CW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1 bei der in der 6 gezeigten Lagerstruktur rotierte, wurde als ein erfinderisches Beispiel betrachtet und seine in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz wurde gemessen. Vergleichende Beispiele wurden aus dem vergleichenden Beispiel von Tabelle 6 in Nr. 2 vorbereitet. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 10 gezeigt.
Tabelle 10
Aus den Ergebnissen der Tabelle 10 wurde bewiesen, dass die in der 6 gezeigte Lagerstruktur, in der die Verjüngungslängen auf dem äußeren Umfang Σa = Σb sind, eine niedrige in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz erhalten kann, wobei der Lagerkörper 2 in der CCW-Richtung und in der CW-Richtung mit Bezug zum Schaftkörper 1 rotiert wird.
Dies ist vorstellbar, da die dynamische Druckerzeugung durch eine Wirkung eines keilförmigen Zwischenraums wirksam ausgeführt wird, da die Längen der Verjüngungen mit Bezug zu jeder Rotationsrichtung von CW und CCW im erfinderischen Beispiel ausreichend sind.
Beispiel 8
Eine Untersuchung wurde hinsichtlich der sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen im Fall des Setzens von δ/C gemacht, die in der Beziehung zum Schaftkörper 1 mit Bezug mit Hinweis zur 3 bei 1 × 10^–5 und 4 × 10^–5 definiert sind. Diejenigen, die das jeweilige δ/C-Verhältnis aufweisen und die Schaftkörper 1 aufweisen, die einer wie in der 6 gezeigten Nutbearbeitung ausgesetzt waren, wurden als erfinderische Beispiele betrachtet. Ferner diejenigen, die das jeweilige δ/C-Verhältnis aufweisen und Schaftkörper 1 mit arbeitenden Nuten willkürlich verteilt aufweisen, wurden als vergleichende Beispiele betrachtet. Zur Messung der in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen wurden 100 Beispiele für jede Lagerstruktur vorbereitet, die Lagerkörper 2 jeder Lagerstruktur wurden mit Bezug zu den Schaftkörpern 1 rotiert und das Verhältnis von denjenigen wurde erhalten, die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen von nicht mehr als 2000 UpM aufweisen. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden, Tabelle 11 gezeigt.
Tabelle 11
Aus den Ergebnissen der Tabelle 11 war es möglich, in Umdrehung haltende Rotationsfrequenzen von nicht mehr als 2000 UpM bei allen Lagerstrukturen in Relation zu irgendeinem δ/C-Verhältnis bei den erfinderischen Beispielen zu erhalten. Somit wurde bewiesen, dass die sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen mit Bezug zu spezifischen Richtungen reduziert sein können, sogar wenn die arbeitende Genauigkeit der Schaftkörper 1 bei den erfinderischen Beispielen niedrig ist und diese auch industriell nützlich sind.
Beispiel 9
In Relation zum Silikonnitritschaftkörper und dem in Beispiel 5 vorbereiteten Lagerkörper, wurden arbeitende Nuten ausgeführt, so dass die Abstände (OE₁ und OE₂) von einer Achse O des Schaftkörpers 1 zu den jeweiligen Kanten E₁ und E₂ der Nuten OE₁ < OE₂ in solch einem Fall waren, dass Luft in einem Lagerzwischenraum, der ausgebildet wurde, wenn der Schaftkörper 1 und der Lagerkörper 2, wie in der 10 gezeigt, gegenüberliegend angeordnet waren, in der Richtung von der Kante E₂ zur Kante E₁ floss. Die Nuten wurden herausgearbeitet, um die in der 10 gezeigten Formen aufzuweisen, durch Ausbilden der Nuten in der longitudinalen Richtung der Achse mittels Schneiden und Schleifen einer umfänglichen Oberfläche einschließlich der Kantenabschnitte auf einzelnen Seiten der Nuten mit freien Verschleißkörnern oder Ähnlichem zum Beispiel.
Die erfinderischen Beispiele wurden aus diesen vorbereitet, die den vorher erwähnten Bedingungen genügen und die Nuten in Positionen ausbilden, die zum vergleichenden Beispiel des Beispiels 2 entsprechenden, und die Rundheit der Schaftkörper wurde auf 1 × 10^–5 und 4 × 10^–5 gesetzt.
Die vergleichenden Beispiele 1 von Beispiel 1 wurde als vergleichende Beispiele eingesetzt.
Tabelle 12
Aus den Ergebnissen der Tabelle 12 kann gesehen werden, dass die sich in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen bei den erfinderischen Beispielen, die die Formen der Nuten OE₁ > OE₂ wiedergeben, verglichen mit den vergleichenden Beispielen 1 bemerkenswert niedrig sind, bei welchen Verjüngungswinkel der Nuten symmetrisch sind. Somit wurde bewiesen, dass die sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz durch die Herstellung der wie oben beschriebenen Nutformen reduziert sein kann, sogar, wenn die Nutpositionen die schlechtesten in Beispiel 2 sind, ungeachtet der Ausbildung der Positionen der Nuten.
Beispiel 10
In Relation zum Silikonnitritschaftkörper und dem in Beispiel 5 vorbereiteten Lagerkörper wurden Nuten auf dem Schaftkörper 1 ausgebildet, die die in der 11 gezeigte verjüngte Form aufweisen. Die Nuten waren so ausgebildet, dass die Verjüngungswinkel θ₁ und θ₂ in solch einem Fall θ₁ > θ₂ waren, dass Luft in einem Lagerzwischenraum, der ausgebildet wurde, wenn der Schaftkörper 1 und der Lagerkörper 2 gegenüberliegend angeordnet waren, von dem Maximalpunkt M₂ zur Maximalpunktseite M₁ durch die Nut 1b₁ floss, und dies wurde eingesetzt, um die erfinderischen Beispiele vorzubereiten. Ferner wurden vergleichende Beispiele aus denjenigen durch Ausbilden von solchen Nuten vorbereitet, so dass die Verjüngungswinkel der Nuten θ₁ ≤ θ₂ waren.
Sowohl bei den erfinderischen Beispielen und den vergleichenden Beispielen wurden die Nuten in Positionen entsprechend zu den vergleichenden Beispielen von Beispiel 2 ausgebildet, die Rundheit der Schaftkörper wurde auf 1 × 10^–5 und 4 × 10^–5 gesetzt und die Verjüngungswinkel θ₁ und θ₂ wurden, wie in der Tabelle 13, zur Messung der in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenzen verändert. Die Ergebnisse davon sind in der folgenden Tabelle 14 gezeigt.
Tabelle 13
Tabelle 14
Aus den Ergebnissen der Tabelle 14 kann gesehen werden, dass die rotierenden Rotationsfrequenzen bei den erfinderischen Beispielen, die die Verjüngungsformen der Nuten θ₁ > θ₂ wiedergeben, verglichen mit der Nr. 5 des vergleichenden Beispiels, bei dem die Verjüngungswinkel der Nuten symmetrisch waren, bemerkenswert niedrig waren, und es wurde bewiesen, dass die sich in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz durch die Herstellung der wie oben beschriebenen Nutenformen reduziert sein kann, sogar, wenn die Nutpositionen am schlechtesten in Beispiel 2, ungeachtet der auszubildenden Positionen der Nuten, sind.
Beispiel 11
Verfahren unter Verwendung von dynamischen Druckgaslagerstrukturen gemäß erfinderischen Beispielen werden nun mit Bezugnahme zu den 15 und 16 beschrieben.
Bei jeder der in den 15 und 16 gezeigten dynamischen Druckgaslagerstrukturen bestehen radiale Träger aus einem Schaftkörper 1 und einem Lagerkörper 2, die die erfinderische dynamische Druckgaslagerstruktur ausbilden. Ein Ende ist so fixiert, dass der Schaftkörper 1 rechtwinklig zu einer Basis 106 angeordnet ist und der Lagerkörper 2 rotierbar auf den Schaftkörper 1 gesetzt ist.
Bei der in der 15 gezeigten dynamischen Druckgaslagerstruktur ist ein Axialkraftträger durch eine Endfläche des Lagerkörpers 2 und eines dynamischen Druckaxiallagers 103 ausgebildet, das eine Spiralnut 103a gegenüberliegend davon angeordnet aufweist.
Bei der in der 16 gezeigten dynamischen Druckgaslagerstruktur ist ein Axialkraftträger durch einen ringförmigen Permanentmagneten 104, der an einer Endfläche des Lagerkörpers 2 fixiert ist, und einen ringförmigen Permanentmagneten 105 ausgebildet, der an einer Basis 106 fixiert ist, um koaxial mit dem Schaftkörper 1 entgegengesetzt zu diesem ringförmigen Permanentmagneten 104 zu sein. Beide von diesen ringförmigen Permanentmagneten 104 und 105 werden in der axialen Richtung magnetisiert und sind so angeordnet, dass die magnetischen Pole davon in abstoßenden Richtungen zueinander sind.
Wenn die vorher erwähnte dynamische Druckgaslagerstruktur der vorliegenden Erfindung nur in der CCW-Richtung verwendet wird, wird der Schaftkörper 1 so gesetzt, dass die Relationen zwischen den äußeren Umfangsverjüngungen der Nuten und der Schaftkörper und die Formen der Nuten diese in den 1, 6, 8, 10 und 11 sind, wie sie von einer Endfläche entgegengesetzt zum fixierten Ende gesehen werden. Bei dieser Einstellung, kann die Struktur in einer regulären Richtung mit dem Schaftkörper 1 fixiert sein, der einer Nutbearbeitung ausgesetzt ist, während sie vorher die Rotationsrichtung durch das bisher im Detail beschriebene Verfahren definiert, oder die Nuten können ausgebildet sein, während sie eine Reversibilität zum Schaftkörper 1 vorsehen, das heißt, so dass die Nuten in gleitenden Teilen mit dem Lagerkörper 2 gegenwärtig sind, deren Endabschnitt des Schaftkörpers 1 zum Bestätigen der Formen vor dem Setzen des Schaftkörpers und Bestimmen der fixierenden Richtung fixiert ist.
Es ist möglich, den Schaftkörper 1 und den Lagerkörper 2 in einer nicht kontaktierenden Weise aus einer Niedriggeschwindigkeitsrotation durch Bestimmen der fixierenden Richtung des Schaftkörpers 1 in dieser Weise und durch Rotation/Verwendung des Schaftkörpers 1 und des Lagerkörpers 2 in einer vorgeschriebenen Rotationsrichtung zu halten, und die Zeit und die Geschwindigkeit für ein direktes Kontaktgleiten des Schaftkörpers 1 und des Lagerkörpers 2 kann reduziert werden, das dem Starten/Stoppen der dynamischen Druckgaslagerstruktur folgt. Folglich ist es möglich, eine Beschädigung der Lagerstruktur, die durch Verschleiß verursacht wird, zu verhindern.
Beispiel 12
Die 17 ist ein Diagramm, das schematisch einen Spindelmotor zeigt, dessen Rotornabe rotiert. Mit Bezug zur 17 wird ein Motor durch einen Motorrotormagneten 108 ausgebildet, der auf einer inneren Umfangsseite einer Nabe 107 vorgesehen ist, die auf einer Rotationsseite und einer Statorspule 109 auf einer fixierten Seite vorgesehen ist, so dass die Nabe 107 bei einer hohen Geschwindigkeit rotiert werden kann. Die Statorspule 109 ist an einer Basis 110 fixiert, und ein Schaftkörper 1 ist ähnlich, wie ein koaxial mit der Statorspule 109 befestigter Schaft, befestigt.
Ein Lagerkörper 2 ist an der Nabe 107 entweder durch ein Verfahren der Schrumpfpassung oder durch eine Klebung befestigt. Der Schaftkörper 1 und der Lagerkörper 2 bilden ein Radiallager aus. Die Nuten 1b sind auf dem Schaftkörper 1 in einer longitudinalen Richtung von seinen Achsen ausgebildet, wobei eine dynamische Druckwirkung als Ergebnis der Interaktion der äußeren Umfangsverjüngungen des Schaftkörpers 1 und der Nut 1b-Abschnitte erzielt wird, und der Lagerkörper 2 in einer nicht kontaktierenden Weise in der radialen Richtung bei einer Rotationsfrequenz bei einem Überschreiten einer in Umdrehung haltenden Rotationsfrequenz rotiert/getragen wird. Während ein Axiallager, das eine Last in einer axialen Richtung trägt, in ein Ende des Nabe 107 unter den Lagerkörper 2 zusammengebaut wird, sind ringförmige Permanentmagneten 104 und 105 auf einem unteren Ende des Lagerkörpers 2 und der Basis vorgesehen, um sich abstoßend zueinander mit einem hinreichenden Zwischenraum in diesem Beispiel zu tragen.
Beim Motor dieser Struktur findet keine 1/2-Wirbelung sogar bei einer Hochgeschwindigkeitsrotation von mindestens 30.000 UpM infolge einer aerodynamischen Wirkung der Nuten 1b statt.
Wenn eine Steuerschaltung oder etwas ähnliches so eingestellt ist, dass dieser Motor nur in der CCW-Richtung rotiert, ist der Schaftkörper 1, wie in den 1, 6, 8, 10 und 11 gezeigt, wie von einer Endfläche entgegengesetzt zu seiner fixierten Seite gesehen, ausgebildet.
Deshalb kann die in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz gesteuert niedrig sein, sogar, wenn ein Starten/Stoppen der Rotation dieses Motors wiederholt wird, wobei es möglich ist, einen Motor zu erhalten, der eine hohen Geschwindigkeitsrotation in einer einfachen Struktur ausführen kann, eine hohe Rotationsgenauigkeit aufweist und keine Verschleißbeschädigung veranlasst.
Bei den Nuten in allen Ausführungsformen und Beispielen der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurden, ist es vorzuziehen, dass zumindest einzelne Enden mit der Außenseitenluft in Verbindung stehen. Dieses ist deshalb wichtig, da zumindest einzelne Enden der Nuten mit der Außenseitenluft in Verbindung stehen müssen, um einen axialen Luftfluss zu veranlassen.
Die äußeren Umfangsverjüngungen des Schaftkörpers, die durch die Kanten der Nuten und der Längen bis zu den Maximalpunkten benachbart dazu definiert sind, werden durch die Längen der Minimalpunkte und der Maximalpunkte definiert, wenn die Minimalpunkte dazwischen gegenwärtig sind. Dies ist ein vereinheitlichtes Konzept in dieser Beschreibung, ungeachtet der Anzahlen der Nuten und der Anzahl der Maximalwerte der den Schaft bildenden geschlossenen Kurve.
Die zu dieser Zeit offenbarten Beispiele und Ausführungsformen müssen als illustrativ in allen Punkten und nicht beschränkend betrachtet werden. Der Schutzbereich der Erfindung wird nicht durch den Schutzbereich im oben Beschriebenen, sondern durch die Ansprüche aufgezeigt, und es ist beabsichtigt, dass alle Veränderungen innerhalb der Bedeutung und des Schutzbereichs, die den Ansprüchen gleichen, mit eingeschlossen sind.
Wie hierin oben beschrieben, kann eine niedrige in Umdrehung haltende Rotationsfrequenz bei der erfindungsgemäßen dynamischen Druckgaslagerstruktur implementiert sein und daher das Auftreten eines Oberflächenscheuerns des Schaftkörpers und des Lagerkörpers unterdrückt werden, auch wenn das Gleiche für ein HDD oder ähnliches Beispiel eingesetzt wird.
Industrielle Verfügbarkeit
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dynamische Druckgaslagerstruktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben, genauso wie auf ein Verfahren zur Verwendung desselben und ist vorteilhafterweise insbesondere anwendbar auf eine dynamische Druckgaslagerstruktur, die einen kreisförmigen zylindrischen Schaftkörper, der eine Nut auf seinem äußeren Umfang aufweist, und einen hohlen zylindrischen Lagerkörper umfasst, der zum Schaftkörper mit einem Zwischenraum in der radialen Richtung gegenüberliegend angeordnet ist.

Claims

Dynamische Druckgaslagerstruktur umfassend, einen genuteten Schaftkörper (1), der eine Achse (O) aufweist und zumindest eine axial sich erstreckende Nut darin ausgebildet aufweist, einen hohlen zylindrischen Lagerkörper (2) gegensätzlich zum Schaftkörper (1) mit einem ringförmigen Zwischenraum dort dazwischen, wobei die Struktur gekennzeichnet ist, durch den Schaftkörper (1), der, wo keine Nut ausgebildet ist, eine im Wesentlichen zylindrische äußere Fläche mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt eines nicht gleichmäßig allmählich wechselndem Radius rechtwinklig zur Achse (O) aufweist, den Querschnitt des Schaftkörpers (1), der Maximalpunkte (M) aufweist, bei welchen Abstände der Schaftkörperfläche von der Schaftachse (O) maximiert sind, und Minimalpunkte (N), bei welchen Abstände der Schaftkörperfläche von der Schaftachse (O) minimiert sind, wobei die minimalen Punkte (N) zwischen den maximalen Punkten (M) gesetzt sind, die zumindest eine Nut, die (a) zwischen benachbarten, ersten und zweiten Maximalpunkten bei einem Flächenabstand A, gemessen von einem benachbarten Maximalpunkt zu einem benachbarten Rand der Nut und bei einem Abstand B ausgebildet ist, gemessen von dem anderen benachbarten Maximalpunkt zum anderen Rand der Nut, wobei A ≥ B ist, oder (b) bei einem jeweiligen Maximalpunkt ausgebildet ist, oder (c) bei einem jeweiligen Minimalpunkt ausgebildet ist, wobei zwei Maximalpunkte auf der Fläche ausgebildet sind, wo keine Nut ist, so dass die Nut zwischen den Maximalpunkten liegt.
Dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß Anspruch 1, wobei die Fläche vier Maximalpunkte aufweist, die dritte und vierte Maximalpunkte (M) benachbart zueinander aufweisen und die Fläche eine zweite Nut (1b) zwischen den dritten und vierten Maximalpunkten (M) aufweist, und A + A₁ ≥ B + B₁ genügt ist, wobei A₁ den Abstand von der zweiten Nut (1b) zu dem vierten Maximalpunkt (M) entlang der geschlossenen Kurve repräsentiert und B₁ den Abstand von der zweiten Nut (1b) zu dem dritten Maximalpunkt (M) entlang der geschlossenen Kurve repräsentiert.
Dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß Anspruch 4, die zumindest zwei Minimalpunkte (M) aufweist, die mit der zumindest einen Nut (1b) dort dazwischen angeordnet sind, so dass der Beziehung a ≥ b genügt wird, wobei a den Abstand von der Nut (1b) zum ersten Minimalpunkt (N), entlang der geschlossenen Kurve dadurch repräsentiert, um einen Teil der Fläche zur Luft darzustellen, die in den ringförmigen Zwischenraum eingeführt wird, um eine Trennung des Schaftkörpers (1) vom Lagerkörper (2) zu bewirken, wenn eine relative Rotation dort dazwischen auftritt, wenn die Struktur in Gebrauch ist.
Dynamische Druckgaslagerstruktur umfassend einen genuteten Schaftkörper (1), der eine Achse (O) aufweist, und eine Vielzahl von axial sich erstreckenden Nuten darin ausgebildet aufweist, die Nuten von einem Querschnitt sind, der eine Bodenwand und erste und zweite gegenüberliegende Wände aufweist, die Kanten E₁ und E₂ definieren, wobei jede der ersten und zweiten gegenüberliegenden Wände die äußere Fläche des Schaftkörpers durchschneidet, einen hohlen zylindrischen Lagerkörper (2), der zu dem Schaftkörper (1) mit einem ringförmigen Zwischenraum dort dazwischen gegenüberliegend ist, wobei die Struktur gekennzeichnet durch den Schaftkörper (1) ist, der eine im Wesentlichen zylindrische äußere Fläche mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt eines nicht gleichmäßigen allmählich wechselnden Radius rechtwinklig zur Achse (O) aufweist, wobei keine Nut ausgebildet ist und für eine Mehrheit von der Vielzahl von Nuten die radiale Abmessung von jeder Wand derartig ist, dass jede der Kanten E₁ und E₂ einen Positionsvektor r1, r2 bzw. relativ zur Achse des Schaftkörpers aufweisen, der der Gleichung |r2| = k × |r1| genügt, wobei k > 1 ist.
Dynamische Druckgaslagerstruktur gemäß Anspruch 4, wobei die oder jede Nut (1b) im Querschnitt eine spitz zulaufende Form aufweist, so dass der Abstand zwischen den ersten und zweiten Seitenwänden gegen die Bodenwand von der Außenfläche des Schaftkörpers sich reduziert, und ein Winkel, der durch eine erste virtuelle Ebene ausgebildet wird, die sich von einem Ende der Bodenwand entlang der Bodenwand und der ersten Wand erstreckt, ist größer als ein Winkel, der von einer zweiten virtuellen Ebene ausgebildet wird, die sich von einem anderen Ende der Bodenwand entlang der Bodenwand und der zweiten Seitenwand erstreckt.
Verfahren zur Herstellung einer dynamischen Druckgaslagerstruktur umfassend einen genuteten Schaftkörper (1), der eine Achse (O) und eine geschlossene äußere Fläche aufweist und einen hohlen zylindrischen Lagerkörper (2), der zum Schaftkörper (1) mit einem im Wesentlichen ringförmigen Zwischenraum dort dazwischen gegenüberliegend ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch: Ausbilden des Schaftkörpers (1), um die äußere Fläche zu formen, um einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufzuweisen, rechtwinklig zu der Achse, wobei der Querschnitt einen ungleichförmig allmählich wechselnden Radius aufweist und dadurch Bereitstellen einer Vielzahl von Maximalpunkten (M), dessen Abstände von der Achse maximiert sind und eine Vielzahl von Minimalpunkten (N), dessen Abstände von der Achse minimiert sind; und Ausbilden von zumindest einer Nut (1b) in dem äußeren Umfang des Schaftkörpers (1) (a) zwischen einem der Vielzahl der Maximalpunkte (M) benachbart, wobei der Schaftkörper (1) derartig ausgebildet ist, dass der Abstand A von einer Kante von der oder jeder Nut benachbart von einem Maximalpunkt (M) zum einen Maximalpunkt (M) zumindest gleich dem Abstand B von einem gegenüberliegenden Rand der zumindest einen Nut zu einem anderen benachbarten Maximalpunkt (M) ist, so dass A ≥ B ist, oder (b) die oder jede Nut bei einem jeweiligen Maximalpunkt angeordnet ist, oder (c) bei einem jeweiligen Minimalpunkt ausgebildet ist, wobei zwei Maximalpunkte (M) auf der Fläche ausgebildet sind, wo keine Nut ausgebildet ist, so dass die Nut zwischen zwei Maximalpunkten liegt.
Verfahren zur Verwendung der dynamischen Druckgaslagerstruktur nach jedem der Ansprüche 1–5, wobei das Verfahren das Einführen von Luft unter Druck in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Schaftkörper (1) und dem hohlen zylindrischen Lagerkörper (2) in die gewünschte Richtung der relativen Rotation umfasst, um eine Trennung des Schaftkörpers (1) und des Lagerkörpers (2) während der relativen Rotation davon zu bewirken.