專利名稱:用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件。此軸部件和使用所述軸部件的流體動(dòng)力軸承裝置適于使用在諸如磁盤裝置(諸如HDD)、光盤裝置(例如CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM/RAM)或者磁光盤裝置(例如MD或者M(jìn)O)的信息裝置的主軸電機(jī)、用于激光束打印機(jī)(LBP)的多邊形掃描儀電機(jī)、用于投影儀的彩色轉(zhuǎn)盤,或者用于電子裝置(例如軸流式風(fēng)扇)的小電機(jī)中。
背景技術(shù):
流體動(dòng)力軸承是以非接觸的方式通過在軸承間隙中所產(chǎn)生的流體動(dòng)力壓力可旋轉(zhuǎn)地支撐軸部件的軸承。使用這樣的流體動(dòng)力軸承的裝置(流體動(dòng)力軸承裝置)大致分為兩類具有如下結(jié)構(gòu)的接觸類型的動(dòng)力軸承裝置,其中徑向軸承部分由流體動(dòng)力軸承所構(gòu)成以及其中推力軸承部分由樞軸承所構(gòu)成;以及非接觸類型動(dòng)力軸承裝置,具有這樣的結(jié)構(gòu),其中徑向軸承部分和推力軸承部分都由流體動(dòng)力軸承所構(gòu)成,根據(jù)用途而適當(dāng)?shù)卦趦煞N類型之間進(jìn)行選擇。
作為非接觸類型的動(dòng)力軸承裝置的一個(gè)示例,公知一種具有這樣結(jié)構(gòu)的軸承,其中軸部分和形成軸部件的凸緣部分用金屬材料一體地形成,由此其可能實(shí)現(xiàn)成本的減小以及軸部件的角度的改良(請(qǐng)參考諸如JP2000-291648A)。
隨著近年來信息裝置的增加的改良的需要,較高的車加工角度和較高的組裝精度需要包括軸部件的流體動(dòng)力軸承裝置的部件以獲得較高的旋轉(zhuǎn)性能。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)非接觸類型的流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件的精度的進(jìn)一步改良和成本的進(jìn)一步降低。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的,根據(jù)本發(fā)明,一種用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件包括軸部分和從所述軸部分徑向向外凸起的凸緣部分,并具有由金屬材料和樹脂成分所形成的復(fù)合結(jié)構(gòu),其中樹脂成分包含Na含量不超過2,000ppm的聚苯硫醚(PPS)作為基礎(chǔ)樹脂。
當(dāng)軸部件這樣由金屬材料和樹脂成分所形成時(shí),獲得了這樣的結(jié)構(gòu)其中完全由金屬材料所形成的流體動(dòng)力軸承裝置軸部件(此后稱為軸部件)部分通過樹脂成分所替換,由此實(shí)現(xiàn)了軸部件的重量的減小。這樣,當(dāng)這樣的軸部件被用于流體動(dòng)力軸承裝置中時(shí),用于以非接觸方式在推力方向上支撐軸部件的流體的所需的動(dòng)壓力作用可以很小。結(jié)果,就可以減小形成推力軸承的表面的凸緣部分的端部表面,由此實(shí)現(xiàn)軸部件的尺寸的減小。此外,對(duì)于軸部件,通過樹脂成分所形成的樹脂部分可以通過注塑成形所形成,這樣與其中軸部件完全通過車加工所處理的情況相比較,就可以實(shí)現(xiàn)加工成本的減小和生產(chǎn)率的改良。
有利地,樹脂成分的基礎(chǔ)樹脂在機(jī)械強(qiáng)度、耐油性、抗吸水性、熱阻等之一中具有優(yōu)良的特性。優(yōu)選的基礎(chǔ)樹脂的示例包括聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPSF),以及聚酰胺酰亞胺(PAI)??傊?,考慮到熔化狀態(tài)中的流動(dòng)性,聚苯硫醚(PPS)尤其是優(yōu)選的。
順便提及的是,聚苯硫醚(PPS)通過對(duì)二氯苯(PDCB)和硫化鈉的聚合反應(yīng)所制造;在此工藝中,鹽(例如NaCl)作為副產(chǎn)品被產(chǎn)生,并與聚苯硫醚(PPS)混合。結(jié)果在軸部件的使用的過程中,當(dāng)Na離子從使用此樹脂作為基礎(chǔ)樹脂所形成的樹脂部分洗提至潤滑油中時(shí),將發(fā)生潤滑油的粘度的惡化和改變,這樣就擔(dān)心軸承性能的惡化。有鑒于此,在本發(fā)明中,具有Na含量2,000ppm或者更少的聚苯硫醚(PPS)被選擇作為樹脂成分的基礎(chǔ)樹脂。這有助于減小作為聚苯硫醚(PPS)副產(chǎn)品的NaCl等,并用于減小諸如聚苯硫醚(PPS)中的Na含量。結(jié)果,洗提至潤滑油中的Na離子量被抑制,并且軸承的內(nèi)部和外部的清潔性得到保持,由此避免軸承性能的惡化。為了將聚苯硫醚(PPS)中的Na含量抑制到上述的數(shù)值范圍(2,000ppm或者更少)的水平之內(nèi),清洗通過使用諸如具有較大的介電常數(shù)(至少10或者更大)的溶劑來執(zhí)行。此外,通過用酸清洗,就可以移除分子端基中的Na,這樣就可以進(jìn)一步減小Na含量。此外,對(duì)于不同的聚苯硫醚(PPS),具有最少的側(cè)鏈的線性類型聚苯硫醚(PPS)是優(yōu)選的,原因是其每單位體積具有較小數(shù)目的分子端基,以及較小的Na含量。
除了上述的必要的特征之外,隨著近年來讓電子裝置便攜的趨勢(shì),較高的強(qiáng)度和沖擊阻力特性對(duì)軸部件用于動(dòng)態(tài)軸承裝置是需要的。此外,根據(jù)電子裝置的尺寸減小,從控制徑向軸承間隙和推力軸承間隙具有較高的精度的角度來講需要較高的尺寸穩(wěn)定性。有鑒于此,在本發(fā)明中,作為填料的碳纖維與作為基礎(chǔ)樹脂的聚苯硫醚(PPS)混合。由于此布置,實(shí)現(xiàn)了軸部件的強(qiáng)度的增加,并且顯然實(shí)現(xiàn)了碳纖維的較低熱尺寸改變屬性,這樣抑制了隨著樹脂部分的溫度變化而產(chǎn)生的尺寸改變。結(jié)果,就可以用很高的精度來控制使用中的徑向軸承間隙和推力軸承間隙,從而保證了軸承性能。此外,碳纖維具有導(dǎo)電性;這樣,通過將它們與作為填料的基礎(chǔ)樹脂混合,就可以賦予軸部件以較高的導(dǎo)電性。結(jié)果,就可以通過軸部件發(fā)散靜電到接地側(cè)部件,旋轉(zhuǎn)部件(即盤轂)側(cè)在使用中充以靜電。
對(duì)于上述的必要的特征,軸部件尤其需要顯示較高的強(qiáng)度,這樣有利地碳纖維具有3000MPa或者更大的拉伸強(qiáng)度。此外,作為具有較高導(dǎo)電性和較高強(qiáng)度的碳纖維的示例,PAN類型(聚丙烯腈類型)碳纖維可能被提及。
強(qiáng)化效果、尺寸穩(wěn)定效果、靜電移除效果等可以通過考慮碳纖維的縱橫比來更為顯著地施加。即,碳纖維的纖維強(qiáng)度越大,強(qiáng)化效果和靜電移除效果越得到改良,以及纖維直徑越小,磨損阻力得以提高,并且就更可能抑制,尤其是滑動(dòng)在其上有效的相關(guān)的部件的損壞。從這些角度,特別地,有利的是碳纖維的縱橫比是6.5或者更大。
有利地,作為填料的碳纖維的填充量相對(duì)基礎(chǔ)樹脂是10-35體積%。例如當(dāng)填充量小于10體積%,由于碳纖維的填充,強(qiáng)化效果和靜電移除效果不能施加到充分的程度,當(dāng)填充量超過35體積%,保證軸部件的成形性比較困難(特別是樹脂部分)。
樹脂部分可以通過使用通過金屬材料所形成的金屬部分作為插入部件的插入成形(包括外插成形)所形成;在此過程中,就必須考慮注射到模具中的熔化樹脂(樹脂成分)的熔化粘性。特別地,隨著用于硬盤等的記錄磁盤驅(qū)動(dòng)裝置的尺寸的減小,動(dòng)態(tài)軸承裝置和并入這樣的驅(qū)動(dòng)裝置中的軸部件尺寸減小。這樣,樹脂成分在其供給到模具(腔)時(shí)需要較低熔化粘性。從這些角度,有利地,樹脂成分的熔化粘性在溫度310度以及剪切速率是1,000s-1時(shí)為500Pa·s或者更小。此處,310度的溫度對(duì)于注塑機(jī)的熔化氣缸中的被熔化樹脂的溫度。對(duì)于此結(jié)構(gòu),就可以以較高的精度用熔化的樹脂填充對(duì)應(yīng)樹脂部分的腔中的區(qū)域,這樣保證樹脂部分的成形性。
至少凸緣部分被包括在這樣的形成的樹脂部分中。此外,軸部分也可以由具有軸部分的外周表面外軸部分和安置在外軸部分的內(nèi)周內(nèi)的內(nèi)軸部分所構(gòu)成,外軸部分由金屬材料所形成,內(nèi)軸部分由與凸緣部分一體形成的樹脂成分所形成。可選地,就可以形成單獨(dú)由金屬材料的軸部分。通過這樣形成包括至少金屬材料的軸部分的外周表面的部分,就可以保證軸部分具有必須的強(qiáng)度和剛度;此外,就可以保證軸部件相對(duì)安置在軸部件的外周側(cè)上的金屬軸承套筒的滑動(dòng)的軸部件的耐磨性。
上述的軸部件可以提供作為設(shè)置有此軸部件的動(dòng)力軸承裝置,徑向軸承部分可旋轉(zhuǎn)地以非接觸的方式在徑向方向上通過流體的動(dòng)壓力作用支撐所述軸部件,以及可旋轉(zhuǎn)地以非接觸的方式在推力方向上通過流體的動(dòng)壓力作用支撐軸部件的推力軸承部分。對(duì)于此動(dòng)力軸承裝置,有利地可以提供作為具有動(dòng)力軸承裝置的電機(jī),以及在其自身和用于在上述的信息裝置中所使用的轉(zhuǎn)子磁鐵之間產(chǎn)生磁力線的定子線圈;特別地,其使用在用于硬盤(HDD)的磁盤驅(qū)動(dòng)裝置中是適當(dāng)?shù)摹?br>
如上所述,根據(jù)本發(fā)明,可以較低的成本制造更小尺寸的軸部件。此外,通過抑制從樹脂部分的離子洗提,流體動(dòng)力軸承裝置的清潔性得以維持,由此就可以以穩(wěn)定的方式施加所需的軸承性能較長的時(shí)間周期。
在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的軸部件的橫截面視圖;圖2a是凸緣部分的平面圖(從圖1中的箭頭a的方向所取);圖2b是凸緣部分的仰視圖(在圖1中的箭頭b的方向上所取);圖3是主軸電機(jī)的橫截面視圖,設(shè)有此軸部件的流體動(dòng)力軸承裝置被并入其中;圖4是流體動(dòng)力軸承裝置的橫截面視圖;圖5是軸承套筒的橫截面視圖;圖6是使用在用于比較實(shí)驗(yàn)的試樣中的碳纖維的示例的表;圖7a和7b顯示了用于比較實(shí)驗(yàn)的試樣的組成的表;以及圖8a、8b是顯示了關(guān)于必須的軸部件特征的評(píng)估結(jié)果的表。
具體實(shí)施例方式
此后,將參照
本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3示意顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于具有流體動(dòng)力支撐裝置1的用于信息裝置的主軸電機(jī)的結(jié)構(gòu)的示例。此用于信息裝置的主軸電機(jī)被使用在盤驅(qū)動(dòng)裝置中,諸如HDD,并包含以非接觸的方式可旋轉(zhuǎn)地支撐軸部件2的流體動(dòng)力軸承裝置1、安裝到軸部件2上的盤轂3、通過徑向方向上的徑向間隙的中介作用而彼此相對(duì)的定子線圈4和轉(zhuǎn)子磁鐵5、以及殼體6。定子線圈4被安裝到殼體6的外周上,轉(zhuǎn)子磁鐵5被安裝到盤轂3的內(nèi)周上。流體動(dòng)力軸承裝置1具有作為其部件的外殼7,外殼7固定到殼體6的內(nèi)周上。盤轂3包含一個(gè)或者多個(gè)盤狀信息記錄介質(zhì)D,例如磁盤。當(dāng)定子線圈4被激勵(lì)時(shí),轉(zhuǎn)子磁鐵5通過定子線圈4和轉(zhuǎn)子磁鐵5之間所產(chǎn)生的磁力所旋轉(zhuǎn),由此盤轂3和軸部件2一體旋轉(zhuǎn)。
如圖所示,例如在圖4中,流體動(dòng)力軸承裝置1包括作為主要部件的外殼7,所述外殼7在一端上具有開口7a、在另外一端上具有底部7c、固定到外殼7的內(nèi)周表面7d的圓柱形軸承套筒8、由軸部分2a和凸緣部分2b所構(gòu)成的軸部件2以及固定到外殼7的開口7a的密封部件9。在下述中,為了示出的方便,外殼7的開口7a側(cè)將稱為上側(cè),外殼7的底部7c側(cè)將被稱為下側(cè)。
外殼7由較軟的金屬所形成,例如黃銅或者樹脂,并設(shè)有圓柱形側(cè)部分7b和盤狀底部7c作為單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。在外殼7的內(nèi)周表面7d的下端上,形成大直徑部分7e,其直徑比其它部分大;蓋部件,構(gòu)成底部7c的所述蓋部件通過諸如卷邊、粘結(jié)或者擠壓配合被固定到大直徑部分7e。側(cè)部部分7b和外殼7的底部7c也可以由金屬材料或者樹脂材料一體形成。
軸承套筒8通過使用諸如由燒結(jié)金屬的帶孔材料、尤其是主要成本是銅的燒結(jié)金屬所組成的帶孔材料所形成的圓柱形結(jié)構(gòu)。如圖4所示,在軸承套筒8的內(nèi)周表面8a上,設(shè)有兩個(gè)構(gòu)成第一徑向軸承部分R1和第二徑向軸承部分R2的徑向軸承表面的上和下區(qū)域,兩個(gè)區(qū)域彼此軸向分開。
分別形成在上述的兩個(gè)區(qū)域的是人字形動(dòng)壓力槽8a1和8a2,例如如圖5所示。上動(dòng)壓力槽8a1相對(duì)軸向中心m(上下傾斜槽之間的區(qū)域的軸向中心)軸向不對(duì)稱地形成,軸向中心m之上的區(qū)域的軸向尺寸X1大于軸向中心m之下的區(qū)域的軸向尺寸X2。上徑向軸承表面的軸向長度(從上端到動(dòng)壓力槽8a1的下端的距離)大于下徑向軸承表面的軸向長度(從動(dòng)壓力槽8a2的上端到下端的距離)。
如圖4所示,作為密封裝置的密封部件9是環(huán)形的,并通過諸如壓力配合或者粘合固定到外殼7的開口7a的內(nèi)周表面。在此實(shí)施例中,密封部件9的內(nèi)周表面9a被形成為圓柱形結(jié)構(gòu),并且密封部件9的下端表面9b鄰接軸承套筒8的上端表面8b。
錐形表面被形成在與密封部件9的內(nèi)周表面9a相對(duì)的軸部分2a的外周表面2a1上,以及在此錐形表面和密封部件9的內(nèi)周表面9a之間,形成密封空間S,所述密封空間S具有環(huán)形形狀,并且其徑向尺寸逐漸從底部7c側(cè)朝向外殼7的開口7a側(cè)增加。潤滑油被傾倒到通過密封部件9所密封的外殼7的內(nèi)空間中,并且外殼7的內(nèi)部填充潤滑油。在此狀態(tài)中,潤滑油的油的水平被保持在密封空間S的范圍之內(nèi)保持。
如圖1所示,軸部件2設(shè)有軸部分2a和凸緣部分2b。此外,軸部件2具有由樹脂成分和金屬材料所形成的復(fù)合結(jié)構(gòu),并由樹脂成分所形成的樹脂部分21以及由金屬材料所形成的金屬部分22所形成。在此實(shí)施例中,樹脂部分21由軸向延伸的內(nèi)軸部分21a和從內(nèi)軸部分21a向外徑向凸起的凸緣部分2b,兩個(gè)部分用樹脂成分一體形成。在此實(shí)施例中,金屬部分22是覆蓋樹脂內(nèi)軸部分21a的外周的外軸部分22a,并形成為金屬材料的中空?qǐng)A柱形。這樣,軸部分2a具有復(fù)合結(jié)構(gòu),其中金屬外軸部分22a被安置在外周內(nèi)并且其中樹脂內(nèi)軸部分21a被安置在內(nèi)周內(nèi)。
為了防止金屬外軸部分22a從樹脂內(nèi)軸部分21a和凸緣部分2b移除,外軸部分22a的下端部分22b被植入凸緣部分2b中。外軸部分22a的上端上,外軸部分22a和內(nèi)軸部分21a通過內(nèi)軸部分21a和錐形表面22c等所形成接合部分的中介彼此軸向接合。盡管未示出,能周向與凸緣部分2b接合的滾花接合部分可以通過外圍中或者植入凸緣部分2b中的外軸部分22a的邊沿上的滾花等所形成。
對(duì)于形成外軸部分22a的金屬部分22,考慮到強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性使用了金屬材料,例如不銹鋼。對(duì)于形成內(nèi)軸部分21a和凸緣部分2b的樹脂部分21而言,考慮到耐油性、抗吸水性、熱阻等,就可以使用聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPSF),以及聚酰胺酰亞胺(PAI)作為基礎(chǔ)樹脂。
總之,尤其是從成本和模制過程中的流動(dòng)性(粘性)的角度,聚苯硫醚(PPS)是優(yōu)選的。順便提及的是,通常通過硫化鈉和對(duì)二氯苯的濃縮聚合反應(yīng)所制造聚苯硫醚(PPS)的同時(shí)包括作為副產(chǎn)品的氯化鈉。這樣通過使用諸如適當(dāng)?shù)娜軇?,聚苯硫?PPS)被洗滌。只在這種情況下是必須的用于洗滌聚苯硫醚(PPS)的溶劑具有介電常數(shù)至少為10或者更多,更為優(yōu)選地是20或者更多,最為優(yōu)選地,是50或者更多。此外,將環(huán)境因素也考慮進(jìn)去,使用諸如水(介電常數(shù)為80),特別是超純水是有利的。通過用這樣的溶劑來有效洗滌,就可以減小聚苯硫醚(PPS)的Na含量,使得其可能使用其作為用于形成軸部件2的樹脂部分21的樹脂材料。適于用于上述樹脂材料的標(biāo)準(zhǔn)Na含量是2,000ppm或者更小,更為優(yōu)選地,是1,000ppm或者更小,最為優(yōu)選地,是500ppm或者更小。此外,通過用酸洗滌聚苯硫醚(PPS),主要是聚苯硫醚(PPS)的端基的Na被移除,這樣Na含量的進(jìn)一步減小是可能的。此外,通過移除分子端基的Na,有利地就可以方便聚苯硫醚(PPS)的結(jié)晶。
聚苯硫醚(PPS)可以大致分為交聯(lián)聚苯硫醚(PPS);半線性類型聚苯硫醚(PPS),具有較少的側(cè)鏈;直鏈類型(線性類型)聚苯硫醚(PPS),具有更少的側(cè)鏈。對(duì)于這些,具有最少側(cè)鏈的線性類型聚苯硫醚(PPS)是更為優(yōu)選的,因?yàn)槠涿繂挝惑w積具有較少數(shù)目的分子端基和較少的Na含量。此外,與其它類型的聚苯硫醚(PPS)相比,線性類型聚苯硫醚(PPS)是優(yōu)選的,因?yàn)槠淙菀紫礈旎蛘咂浜苋菀自试S通過洗滌減小Na含量。關(guān)于Na含量,具有Na含量2,000ppm或者更小的一種,更為優(yōu)選地,是具有Na含量為1,000ppm或者更少的一種,最為優(yōu)選地,是具有500ppm或者更少的一種對(duì)于上述的線性類型的聚苯硫醚(PPS)。通過使用此種類型的聚苯硫醚(PPS),就可以抑制洗提至潤滑油中的Na離子量,這樣就可以防止Na離子沉積到流體動(dòng)力軸承裝置1上,盤狀信息記錄介質(zhì)D通過盤轂3所保持,護(hù)著盤頭的表面(未示出)。
碳纖維可以與上述基礎(chǔ)樹脂相混合作為填充物。這使得提高軸部件2的強(qiáng)度,并抑制由于軸部件2的溫度的改變產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)尺寸改變,以由此獲得較高的尺寸穩(wěn)定性。結(jié)果,在使用中就可以用較高的精度控制徑向軸承間隙以及推力軸承間隙,這樣使得就可以保證必要的軸承性能。此外,通過將碳纖維和基礎(chǔ)樹脂混合,碳纖維具有較高的傳導(dǎo)性,使得其可以賦予樹脂部分21充分的傳導(dǎo)性(例如,就體積電阻而言,107Ω·cm或者更少)。結(jié)果,就可以通過軸部件2將靜電發(fā)送到接地側(cè)部件(殼體6等),旋轉(zhuǎn)部件(即,盤狀信息記錄介質(zhì)D)側(cè)在使用中充以靜電。
盡管諸如PAN類型或者Pich類型的碳纖維不同類型可以被使用,從強(qiáng)化效果(用于模制的必要的抗拉強(qiáng)度是120MPa)以及沖擊吸收屬性而言,具有相對(duì)較高抗拉強(qiáng)度的碳纖維(優(yōu)選是3000MPa等)是優(yōu)選的;特別地,由于碳纖維也具有較高的傳導(dǎo)性,PAN類型碳纖維是優(yōu)選的。此外,為了充分地賦予強(qiáng)化效果,尺寸穩(wěn)定效果、靜電移除效果等,由于碳纖維與基礎(chǔ)樹脂(PPS)的混合的緣故,碳纖維的縱橫比是6.5或者更多是有利的。纖維直徑越小,只要操作性沒有受到損害,這就是優(yōu)選的;也考慮到可獲得性,纖維直徑從3到10μm是優(yōu)選的。如通過其中混合的碳纖維量相同的不同的樹脂示例的比較所示,隨著纖維直徑的變化,包含具有較小纖維直徑的碳纖維的樹脂包含更大數(shù)目的纖維,這樣,其很容易提供均勻的成形。此外,為了將碳纖維的較高強(qiáng)度施加到充分的程度,有利地使用具有100μm或者更多的纖維長度的碳纖維。特別地,考慮到當(dāng)執(zhí)行用于循環(huán)的熔化捏合的事實(shí)時(shí),碳纖維被打碎或者變短,1mm或者更大的纖維長度是更為優(yōu)選的。
由于上述的碳纖維為了施加強(qiáng)化效果、靜電移除效果等發(fā)揮到充分的程度,碳纖維的填充量相對(duì)基礎(chǔ)樹脂是10-35體積%是有利的,更為優(yōu)選地是15-25體積%。當(dāng)碳纖維的填充量小于10體積%,由于碳纖維的強(qiáng)化效果、靜電移除效果等可以發(fā)揮到充分的程度;此外,在另外的部件上滑動(dòng)的軸部件2的部分的必要的耐磨性沒有保證,當(dāng)填充量超過35體積%,軸部件2的成形性,特別是樹脂部分21惡化,使得其不可能獲得較高的尺寸精度(盡管其依賴于軸承尺寸,諸如凸緣部分2a的厚度尺寸公差是0.7±0.0015mm)。
由于腔以很高的精度填充熔化的樹脂,對(duì)于構(gòu)成與填充物混合的基礎(chǔ)樹脂的樹脂成分諸如碳纖維的熔化粘性在溫度310度、剪切速率1,000s-1上被限制到不大于500Pa·s的水平。這樣,也從補(bǔ)償由于填充填充物所導(dǎo)致的粘性的減小的角度,基礎(chǔ)樹脂的熔化粘性在溫度310度、剪切速率1,000s-1上不大于100Pa·s是優(yōu)選的。
這樣,當(dāng)具有Na含量是2,000ppm或者更小的聚苯硫醚(PPS)被用作樹脂部分21的基礎(chǔ)樹脂使用時(shí),就可以形成具有較高的耐油性、較低的離子洗提特性、較低的水吸收特性以及較高的熱阻的軸部件2,這樣就可以對(duì)于流體動(dòng)力軸承裝置1和其中并入流體動(dòng)力軸承裝置1的盤驅(qū)動(dòng)裝置維持較高的清潔性。此外,通過將混合適當(dāng)量的PAN類型等的碳纖維量的樹脂成分使用諸如金屬部分22作為插入部件注射到模具中,以由此形成樹脂部分21,就可以獲得強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、靜電移除屬性以及成形性優(yōu)良的軸部件2。
盡管完成的軸部件2可以被使用而不管其尺寸,軸部分2a具有諸如6mm或者更小的直徑以及軸向程度(整個(gè)軸向程度)不大于20mm的軸部件2可以在其中軸部件2被并入流體動(dòng)力軸承裝置1的狀態(tài)中適當(dāng)?shù)赜米鞔疟P驅(qū)動(dòng)裝置,例如硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)。
凸緣部分2b的端部表面2b1、2b2具有構(gòu)成用于產(chǎn)生動(dòng)壓力的推力軸承表面的動(dòng)壓力區(qū)域。如圖所示,例如,在圖2a、2b中,多個(gè)螺旋動(dòng)壓力槽23、24被形成在推力軸承表面中,并且這些動(dòng)壓力區(qū)域與凸緣部分的插入成形同時(shí)模制。
軸部件2的軸部分2a被插入到軸承套筒8的內(nèi)周中,凸緣部分2b容納在軸承套筒8的下端表面8c和外殼7的內(nèi)底表面7c1之間。軸承套筒8的內(nèi)周表面8a的兩個(gè)上、下徑向軸承表面通過徑向軸承間隙的中間與軸部分2a的外周表面2a1(外軸部分22a的外周表面)相對(duì),這樣形成徑向軸承部分R1和徑向軸承部分R2。形成在凸緣部分2b的上端表面2b1上的推力軸承表面通過推力軸承間隙的中間與軸承套筒8的下端表面8c相對(duì),這樣形成了推力軸承部分T1。此外,凸緣部分2b的下端表面2b2上所形成的推力軸承表面通過推力軸承間隙的中間與外殼7的底部7c的內(nèi)底表面7c1相對(duì),由此推力軸承部分T2被形成。
由于上述結(jié)構(gòu),在軸部件2的旋轉(zhuǎn)過程中,潤滑油的動(dòng)壓力在徑向軸承部分R1、R2的徑向軸承間隙中通過如上所述的動(dòng)壓力槽8a1、8a2的作用而產(chǎn)生,軸部件2的軸部分2a通過形成在徑向軸承間隙中的潤滑油薄膜在徑向方向上以非接觸的方式可旋轉(zhuǎn)地被支撐。同時(shí),通過形成在凸緣部分2b的端表面2b1、2b2中的動(dòng)壓力槽的作用,潤滑油的動(dòng)壓力在推力軸承部分T1、T2的軸承間隙中產(chǎn)生,軸部件2的凸緣部分2b通過形成在徑向軸承間隙中的潤滑油薄膜在推力方向上以接觸的方式可旋轉(zhuǎn)地被支撐。
本發(fā)明的實(shí)施例如上進(jìn)行了說明,但是上述的本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)被理解為限制性的。
本發(fā)明可應(yīng)用到所有的設(shè)有具有軸部分2a、凸緣部分2b的軸部件2的類型的流體動(dòng)力軸承裝置。即,盡管在上述的實(shí)施例中,軸部件2a通過金屬外軸部分22a和樹脂內(nèi)軸部分21a所形成,這不應(yīng)被理解為限制性的;也可以形成金屬材料的整個(gè)軸部分2a。此外,盡管在上述的實(shí)施例中,動(dòng)壓力槽23、24被形成在凸緣部分的兩個(gè)單表面2b1、2b2內(nèi),這也可以在與端部表面2b1、2b2相對(duì)的表面中形成動(dòng)壓力槽(例如,軸承套筒8的下端表面和外殼7的底部7c的內(nèi)底表面7c1)。此外,形成在上述的實(shí)施例中的下部中的推力軸承部分T2也可以形成在特定的其它部分中,例如,外殼7的開口7a的端部表面和與其相對(duì)的旋轉(zhuǎn)部件的端部表面之間(盤轂3等)。
盡管在上述的實(shí)施例中,碳纖維與一種類型的基礎(chǔ)樹脂(PPS)相混合,也可以添加其它的熱塑樹脂或者熱固樹脂,或者諸如橡膠成分的有機(jī)物質(zhì),只要本發(fā)明的效果沒有受到損害;此外,除了碳纖維之外,也可以添加無機(jī)物質(zhì),諸如金屬纖維、玻璃纖維或者須狀晶體。例如就可以添加聚四氟乙烯(PTFE)作為釋放媒介,以及作為傳導(dǎo)性傳遞媒介的碳黑。
為了澄清本發(fā)明的有效性,在軸部件2的必要的特征方面對(duì)多個(gè)不同復(fù)合物的樹脂成分進(jìn)行了評(píng)估。作為基礎(chǔ)樹脂,三種類型的聚苯硫醚(PPS)之一(一種線性類型的樹脂和兩種交聯(lián)類型的樹脂)被使用。作為與基礎(chǔ)樹脂混合的填充物,纖維直徑和纖維長度(縱橫比不同)的五種類型的碳纖維之一(三種類型的PAN類型纖維和兩種類型的Pich類型樹脂)被使用,如圖6中所示。圖7a、7B顯示了這些基礎(chǔ)樹脂和填充物(碳纖維)的組合和混合比率的示例。
在這些示例中,作為線性類型的聚苯硫醚(PPS),由DAINIPPON INKAND CHEMICALS,INC.所制造的LC-5G被使用;作為兩種類型的交聯(lián)聚苯硫醚(交聯(lián)PPS No.1和No.2),分別使用DAINIPPON INK ANDCHEMICALS,INC.所制造的T-4以及通過DAINIPPON INK ANDCHEMICALS,INC.所制造的MB-600;作為聚醚砜(PES),使用Sumitomo Chemical公司的4100G;以及作為聚碳酸酯(PC),使用Mitsubishi Engineering-Plastics公司所制造的S-2,000。作為三種類型的PAN類型碳纖維(No.1,No.2,以及No.3),分別使用Toho Tenax公司所制造的HM35-C6S,Toray Industries公司所制造的MLD-1000以及TorayIndustries公司所制造的MLD-30,以及作為兩種類型的Pich類型碳纖維(No.1和No.2),分別使用Mitsubishi Chemical公司所制造的K223NM,以及Mitsubishi Chemical公司所制造的K223QM。此外,在這些示例中,聚四氟乙烯(PTFE)被用作釋放媒介;具體而言,使用Kitamura公司所制造的KT-620。
試樣的項(xiàng)目評(píng)估有(1)Na含量[ppm],(2)Na離子洗提量[μg/cm2],(3)體積電阻[Ω·cm],(4)抗拉強(qiáng)度[MPa],(5)試樣的磨損深度[μm],(6)其上發(fā)生滑動(dòng)的相關(guān)部件的磨損深度[μm],以及(7)插入成形性。上述的項(xiàng)目的評(píng)估方法(測(cè)量評(píng)估項(xiàng)目值的方法)如下所述。
(1)Na含量[ppm]試樣(樹脂大塊體)通過硫磺酸燒結(jié)方法所焚燒,然后溶解在稀釋的鹽酸中以通過原子吸收光譜光度計(jì)測(cè)量Na離子濃度。特定的過程如下<1>0.10克的試樣被準(zhǔn)確稱量,0.3克的未稀釋硫磺酸被收集在鉑板上。<2>在繪圖機(jī)(drafter)中,試樣被加熱并在電加熱陶瓷板上被加熱和炭化,并且隔焰(muffle)被放置在其上以加熱直到?jīng)]有煙冒出來。<3>鉑板被傳輸?shù)?00度(較高溫度爐)的隔焰電爐,并進(jìn)一步加熱40分鐘以完全焚燒所述試樣。<4>在煅燒之后,10cc的1.2N鹽酸被添加到被冷卻的試樣以溶解灰成分。<5>這傳輸?shù)骄垡蚁y(cè)量燒瓶并通過添加離子交換水所溶解(以獲得所制備的溶液)。<6>其中Na標(biāo)準(zhǔn)溶液被稀釋到預(yù)定的量的輔助標(biāo)準(zhǔn)溶液,并基于此被制備的標(biāo)準(zhǔn)溶液,Na離子濃度系數(shù)通過原子吸收光譜光度計(jì)(包括數(shù)據(jù)處理裝置)所獲得。<7>試樣的Na離子含量濃度基于處理<5>中被制備的溶液通過使用原子吸收光譜光度計(jì)測(cè)量。<8>測(cè)量對(duì)不同的試樣被執(zhí)行三次以獲得平均值。
(2)Na離子洗提量[μg/cm2]在插入成形之后試樣(軸部件)的Na離子洗提量通過色譜法所測(cè)量。特定的過程如下所述。<1>預(yù)定量的超純水被放入到空的燒杯中,并且表面區(qū)域被預(yù)先計(jì)算的試樣被放入其中。<2>燒杯被設(shè)置在超聲清洗機(jī)中預(yù)定的時(shí)間以導(dǎo)致容納在所述表面中的離子和試樣的內(nèi)部被洗提至超純水中。除此之外,只容納純水以及其中沒有放入試樣的燒杯也設(shè)置在超聲清洗機(jī)中以制備空白。有利地,對(duì)于此處所使用的超聲清洗機(jī)的頻率范圍是從30-50kHz,并且輸出量大約是100-150W。<3>如上制備的容納在其中放入試樣的超純水中的Na離子量通過色譜法(測(cè)量值A(chǔ))所測(cè)量。除此之外,容納在空白中的Na離子量也以相似的方式來測(cè)量(測(cè)量值B)。<4>通過將測(cè)量值B減去測(cè)量值A(chǔ)所獲得的數(shù)值視作包含試樣的超純水的每1ml的Na離子濃度,并且此值乘以使用在離子洗提中的超純水量,并通過試樣表面區(qū)域分開以獲得每單位表面區(qū)域的Na離子量[μg/cm2]Na含量不大于2,000ppm并且Na離子洗提量小于0.01μg/cm2的試樣通過符號(hào)O所指示。
(3)體積電阻[Ω·cm]測(cè)量根據(jù)JIS 7194的四點(diǎn)探針方法所執(zhí)行。體積電阻小于107Ω·cm的試樣通過符號(hào)O所指示。
(4)抗拉強(qiáng)度[MPa]測(cè)量通過JIS K7113所執(zhí)行(啞鈴No.1)??估瓘?qiáng)度不小于120MPa的試樣通過符號(hào)O所指示。
(5)試樣的磨損深度[μm],以及(6)滑動(dòng)在其上有效的相關(guān)部件的磨損深度[μm]。
測(cè)量通過盤上環(huán)(ring-on-disc)測(cè)試來進(jìn)行,其中環(huán)狀試樣在潤滑油中以預(yù)定的載荷擠壓盤狀相關(guān)滑動(dòng)部件,并且在此狀態(tài)中,試樣側(cè)被旋轉(zhuǎn)。具體而言,Φ21mm(外徑)×Φ17mm(內(nèi)徑)×3mm(厚度)的環(huán)狀樹脂模具被用作所述試樣。此外,作為相關(guān)的滑動(dòng)部件,具有表面粗糙度Ra 0.04μm以及尺寸為Φ30mm(直徑)×5mm(厚度)的A5056盤部件被使用。所使用的潤滑油是二(2-乙基己基)壬二酸酯作為雙脂類合成潤滑油。此潤滑油在40度上的動(dòng)粘度是10.7mm2/s。在盤上環(huán)測(cè)試中,相關(guān)的滑動(dòng)部件相對(duì)試樣的表面壓力是0.25MPa,旋轉(zhuǎn)速度(周向速度)是1.4m/min.,測(cè)試時(shí)間是14小時(shí),油溫是80度。其中環(huán)狀試樣、和相關(guān)的滑動(dòng)部件的磨損深度不大于4μm以及其中試樣的磨損濕度和相關(guān)的部件的磨損深度的總和不大于5μm的試樣通過符號(hào)O所指示。
(7)插入成形性試樣的插入成形使用如圖1所示的結(jié)構(gòu)的金屬部分22作為插入部件來執(zhí)行,評(píng)估在凸緣部分的固化時(shí)由于收縮量的緣故試樣的可移動(dòng)性以及收縮量(當(dāng)其是2μm或者更少時(shí)通過符號(hào)O所指示)。
圖8a、8b顯示了關(guān)于評(píng)估項(xiàng)目(1)-(7)的評(píng)估結(jié)果。如在比較示例5中,其中交聯(lián)聚苯硫醚(PPS)被用作基礎(chǔ)樹脂,就潤滑油上的反面效果而言檢測(cè)到洗提的Na離子量達(dá)到了不可忽略的程度。如在比較示例3、4中,當(dāng)容納在此試樣中的碳纖維的縱橫比較小(<6.5),不能獲得充分的強(qiáng)化效果。如在比較示例1中,當(dāng)碳纖維的混合比率較小(<10體積%),不僅試樣的體積電阻不充分,而且不可能保證試樣的必要耐磨性特征。如在比較示例2中,當(dāng)碳纖維的混合比率較大時(shí)(>35體積%),不可能避免相關(guān)的滑動(dòng)部件的磨損,同時(shí)可以抑制試樣的磨損。相比較而言,在本發(fā)明的混合示例1-4中,就可以獲得比比較示例中在所有的方面優(yōu)越的結(jié)果,諸如清潔性(Na離子洗提量)、靜電移除屬性(體積電阻)、強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度),以及磨損電阻特征(試樣的磨損深度和相關(guān)的部件)。
權(quán)利要求
1.一種用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,包括軸部分和從所述軸部分徑向向外凸起的凸緣部分,所述軸部件具有由金屬材料和樹脂成分構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu),其中所述樹脂成分包含Na含量不超過2,000ppm的聚苯硫醚(PPS)作為基礎(chǔ)樹脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述聚苯硫醚(PPS)是線性類型的聚苯硫醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述樹脂成分包含碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述碳纖維具有3000MPa或者更大的抗拉強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述碳纖維是PAN類型的碳纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述碳纖維具有6.5或者更大的縱橫比。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述碳纖維在樹脂成分中包含的量是10-35體積%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,至少所述凸緣部分由樹脂成分所形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其特征在于,所述軸部分包括由金屬材料所形成的外軸部分,以及安置在外軸部分的內(nèi)周中并與樹脂成分的凸緣部分一體形成的內(nèi)軸部分。
10.一種流體動(dòng)力軸承裝置,包括根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件;用于通過流體的動(dòng)壓力作用以非接觸的方式在徑向方向上支撐所述用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件的徑向軸承部分;以及推力軸承部分,所述推力軸承部分通過流體的動(dòng)壓力作用在推力方向上以非接觸方式支撐用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件。
11.一種電機(jī),包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體動(dòng)力軸承裝置;轉(zhuǎn)子磁鐵;定子線圈,在所述定子線圈與轉(zhuǎn)子磁鐵之間產(chǎn)生磁力。
全文摘要
公開了一種用于流體動(dòng)力軸承裝置的軸部件,其允許以較低的成本制造更小尺寸的軸部件并抑制從樹脂部分的離子洗提,由此在流體動(dòng)力軸承裝置中保持清潔性并使得其可以施加所需的軸承性能。軸部件2設(shè)有軸部分2a和從軸部分2a徑向向外凸起的凸緣部分2b,并具有由金屬材料和樹脂成分構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu),其中樹脂部分21通過注模包含Na含量不大于2,000ppm的聚苯硫醚(PPS)作為基礎(chǔ)樹脂并包含PAN類型碳纖維作為填充物的樹脂成分所形成。
文檔編號(hào)F16C17/10GK1743689SQ20051009770
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者島津英一郎, 江上正樹 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社