專利名稱：液體分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體分配方法，由此在低壓環(huán)境下將預(yù)定量的液體注入到機械和其它裝置的特定區(qū)域中。具體地說，本發(fā)明涉及將潤滑液體分配到用在信號記錄/再現(xiàn)裝置例如硬盤驅(qū)動器中的動壓軸承裝置中的方法。
背景技術(shù)：
為了將少量液體定量注入到目標(biāo)位置中，目前已經(jīng)采用了微型分配器。最簡單的微型分配器由小直徑噴嘴和用于將液體送入到該噴嘴中的機構(gòu)構(gòu)成。構(gòu)成工業(yè)用的微型分配器的組成部件包括噴嘴部分、向液體施加輸送壓力的機構(gòu)、用于控制液體流出的閥機構(gòu)以及控制一系列分配器動作的機構(gòu)。
雖然如此，但是當(dāng)處于真空狀態(tài)下時，利用微型分配器來精確地使預(yù)定量潤滑液體流進組成部件或機械裝置中并不是一件簡單的事情。其困難之處在于，與在大氣壓下進行分配的情況不同，在減壓環(huán)境下，盡管切斷了閥門以停止注入，但是流動不會馬上停止。不會馬上停止的原因是，與其中當(dāng)閥門切斷時液體在大氣壓的作用下停止進一步流出的處于大氣壓的情況相反，在減壓環(huán)境下，約束力減弱，從而使液體在慣性作用下繼續(xù)流出。除了使作用在流出液體上的背壓減弱之外，減壓環(huán)境還加快了液體的流出速度，從而該液體有力地沖擊注入目標(biāo)主體，因此液體產(chǎn)生飛濺，從而帶來這樣的問題，如注入體積不足并且液體粘附在不期望有液體附著的區(qū)域上。
為了消除這些麻煩，需要足夠緩慢地分配潤滑油。這個要求延長了單次分配循環(huán)所需要的時間，因此降低了生產(chǎn)率。
因此，目前還沒有一種能夠精確地注入預(yù)定量液體而不會污染環(huán)境，并且由此生產(chǎn)率較高的注入方法。

發(fā)明內(nèi)容
在作為本申請主體的本發(fā)明的注入方法中，采用具有恒定內(nèi)徑的圓柱形毛細(xì)管作為噴嘴，并且將噴嘴的輸送壓力和可選尺寸選擇為遵照以下數(shù)值表達式。
2σa>ρ(PLa28η)2-Pa]]>表達式1ρ(PLa28η)2-Pa>0]]>表達式2從圓柱形毛細(xì)管中流出的液體由于在管子的頂端部分中的表面張力而受到制動。表達式1給出制動力超過液體的動量的條件。當(dāng)滿足表達式1時，從毛細(xì)管頂端流出的液體將處于那些條件下，并且喪失了其在頂端處的速度，這使液體停止過度沖擊目標(biāo)位置并且四處飛濺。而且，因為液體流出在給毛細(xì)管供應(yīng)液體停止的同時停止，從而便于控制液體流出體積并且使該流出體積的精度較高。當(dāng)不滿足表達式1時，盡管已經(jīng)停止液體供應(yīng)，但是留在毛細(xì)管內(nèi)的液體仍然由于慣性繼續(xù)流動，這不利于控制流出體積。
雖然本發(fā)明以圓柱形毛細(xì)管的頂端部分和注入過程的對象處于減壓環(huán)境中為前提，但是其中的壓力不為零。注入作業(yè)在大約100Pa或在更低的壓力環(huán)境下進行。因此，如果對于這個壓力而言潤滑液體的流出速度足夠慢，則可以只通過該壓力使流出停止。但是，這些條件相當(dāng)于這種情況，即注入速度如此緩慢以致于降低了生產(chǎn)率。
表達式2為從這方面給予表達式1的右邊下限的關(guān)系式。該限制為大于零。換句話說，表達式2給出了這樣的條件，在這些條件下如果不存在任何由于表面張力而導(dǎo)致的制動，則該液體將以比液體流出能被停止的速度更快的速度供應(yīng)。
在本發(fā)明的分配方法中，為了讓液體只是流出預(yù)定時間，可以采用一閥機構(gòu)。因為用來切斷流道的閥機構(gòu)的部分位于圓柱形毛細(xì)管的基部附近，所以在從閥機構(gòu)切斷部分到毛細(xì)管頂端的間隔中沒有任何浪費的空間。因此在注入過程中液體流出的開始/切斷更加可靠地響應(yīng)于由閥機構(gòu)進行的開/關(guān)操作。而且，因為沒有任何浪費的空間，所以沿著從閥機構(gòu)到達毛細(xì)管頂端的路線沒有任何存在有氣泡的區(qū)域。這個特征還有助于可靠地控制注入操作。
在本發(fā)明的注入方法中，可以通過向液體施加大氣壓來進行注入作業(yè)。大氣壓為能夠廉價地從中得到相對穩(wěn)定的壓力的壓力源的這個事實使得能夠進行高精度的液體注入作業(yè)，同時降低了設(shè)備成本。
在本發(fā)明的注入方法中，可以采用對注入速度的響應(yīng)速度相當(dāng)快的閥機構(gòu)。這樣做更加能夠降低伴隨著注入開始/切斷出現(xiàn)的注入體積誤差。
在本發(fā)明的注入方法中，將潤滑液體注入到動壓軸承裝置中。因為本發(fā)明因此能夠在減壓環(huán)境下進行高精度的注入過程，所以可以有效地進行將潤滑液體分配到動壓軸承裝置中。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從下面的詳細(xì)說明并且結(jié)合附圖將更加了解本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點。


圖1為涉及本發(fā)明的潤滑液體注入設(shè)備的示意圖；圖2(A)和圖2(B)為分配裝置和液體容器的示意圖；圖3(A)和圖3(B)為分配裝置的關(guān)鍵部分的放大圖；圖4(A)和圖4(B)為用于說明潤滑液體注入設(shè)備如何操作的示意圖；圖5為動壓軸承裝置的密封部分的放大圖；圖6為動壓軸承裝置密封部分的第二視圖；圖7為用于說明檢測空氣侵入的過程的示意圖；圖8為用于說明潤滑液體脫氣過程的示意圖；圖9為用于說明將潤滑液體以滴入方式供給到液體容器中的過程的示意圖；和圖10(A)和圖10(B)為裝配有液體動壓軸承的主軸馬達的視圖。
圖11為圓柱形毛細(xì)管的頂端的放大圖。
具體實施方案(1)潤滑液體注入設(shè)備(1-1)裝置概述參照圖1，顯示出用于實施根據(jù)本發(fā)明的潤滑液體注入方法的潤滑液體注入設(shè)備1。該潤滑液體注入設(shè)備1包括真空腔室2、分配器3、潤滑液體容器4以及用于將這些部件的內(nèi)部抽空的抽真空裝置和導(dǎo)氣機構(gòu)R以及它們的連接供應(yīng)管線。
在該實施方式中，采用一般的旋轉(zhuǎn)泵P作為抽真空裝置。導(dǎo)氣機構(gòu)R將周圍空氣導(dǎo)入到供應(yīng)管線中，該導(dǎo)氣機構(gòu)包括流量控制閥W和用于防止灰塵侵入到該機構(gòu)中的過濾器F。為了進一步確保防止灰塵的侵入，調(diào)節(jié)流量控制閥W，從而使得空氣流入速度不會過分增長。附圖標(biāo)記GB1和GB2表示潘寧真空計(Penning gauge)，它們能夠監(jiān)測真空腔室2和液體容器4的內(nèi)壓。
分配器3包括閥機構(gòu)30(在圖3中示出)和安裝在該閥機構(gòu)的頂端中的圓柱形毛細(xì)管32。分配器3通過供應(yīng)管道42與液體容器4的底部連接。動壓軸承裝置5設(shè)置在真空腔室2的內(nèi)部，并且被分配有通過毛細(xì)管32的頂端供應(yīng)的潤滑液體。
真空腔室2具有帶蓋的圓柱形形式的玻璃構(gòu)造，它沿著底面端部開口；因此，可以從外面觀察該腔室內(nèi)的狀態(tài)。如圖1中所示，該腔室沿著其底面的開口端部分由基座21切斷。通過未示出的由橡膠制成的O形環(huán)來使這個封閉不透氣。真空腔室2通過通風(fēng)閥V和W與旋轉(zhuǎn)泵P和導(dǎo)氣機構(gòu)R連接。
圖2示出了液體容器4和分配器3。如圖2A中所示，在容器4的上部中留有空閑空間45，并且通過抽空該空間，可以降低溶解在潤滑液體中的氣體濃度。與所述操作相關(guān)的是與容器4的這個區(qū)域連接的管道42b，通過該管道來降低/升高空閑空間45的壓力。在抽真空期間，操作一攪拌機構(gòu)以促使溶解在潤滑液體中的氣體濃度降低。該攪拌機構(gòu)包括裝配有磁鐵的桿44和同樣裝配有磁鐵的攪拌器43，其中轉(zhuǎn)動桿44以使攪拌器43在液體容器4內(nèi)部轉(zhuǎn)動。液體容器4內(nèi)部通過輸送管道42與分配器3連接，又通過安裝在分配器3的頂端中的毛細(xì)管32與外部連接。
為了將潤滑液體分配到動壓軸承裝置中，伴隨著將潤滑液體送入到該分配器3中必須有足夠大的穩(wěn)定的噴射壓力。否則，尤其在大規(guī)模生產(chǎn)軸承裝置的情況下，液體分配體積將隨著每次分配操作而變化，這不能確保一致的產(chǎn)品質(zhì)量。
為此，在圖2A的情況中，通過在大氣壓下將空氣引入到空閑空間45中以向潤滑液體施加噴射壓力。同時，圖2B中所表示的是一種不同的方法，其中通過將鉛錘48放置到裝配到缸體46中的柱塞47上來向存儲在缸體46內(nèi)的潤滑液體施加噴射壓力。圖2B方法的一個優(yōu)點在于，可以在不使?jié)櫥后w暴露于空氣的情況下向它施加壓力。但是，因為潤滑液體一旦已經(jīng)被送入到液體容器4中就不能再脫氣，所以必須提前調(diào)節(jié)該液體以充分降低溶解在液體中的氣體濃度。選擇這兩種方法中的哪一種最好由技術(shù)人員考慮其它因素來確定。
(1-2)閥機構(gòu)如稍后將描述，在該潤滑液體注入設(shè)備1中，通過使液體容器4的內(nèi)部處于減壓狀態(tài)以便使?jié)櫥后w脫氣，使得毛細(xì)管32頂端處于暴露在大氣壓的狀況中。在這些情況下，外部氣體試圖進入，從而朝著液體容器4前進。相反，當(dāng)注入設(shè)備1分配潤滑液體時，一方面，毛細(xì)管32的頂端處于減壓下；另一方面，使空閑空間45處于大氣壓下，從而向潤滑液體施加分配壓力。在這些情況下，潤滑液體試圖流出，從而朝著外面前進。在任一種情況下，必須利用閥機構(gòu)使流動停止。因此，在選擇用于該分配器3的閥機構(gòu)中所想到的是，閥必須不僅在內(nèi)壓處于較高狀態(tài)中時而且還要在外壓也處于較高狀態(tài)中時不會出現(xiàn)泄漏?？梢圆捎镁哂袌D3中所示結(jié)構(gòu)的閥機構(gòu)30作為這種閥。
現(xiàn)在將參照圖3進行說明，該圖為顯示分配器3的關(guān)鍵特征的剖視圖。從安裝在分配器3的頂端中的圓柱形毛細(xì)管32的端部，將液體分配到動壓軸承裝置中。入口34通過輸送管道42與液體容器4連接，通過該入口來供應(yīng)受到輸送壓力的潤滑液體。在形成于閥座部分(valve basepart)31中的供應(yīng)孔35中，容納有塞桿33，其在驅(qū)動機構(gòu)38的作用下被來回擠壓。當(dāng)該塞桿33通過驅(qū)動機構(gòu)38在圖中被向下擠壓時，它將封閉孔37關(guān)閉，從而形成切斷部分(圖3A)。相反，當(dāng)該桿在圖中被向上拉時，封閉孔37打開，從而允許潤滑液體通過(圖3B)。驅(qū)動機構(gòu)38可以為只簡單地具有使塞桿33來回移動的能力的裝置，并且例如可以由彈簧和電磁鐵構(gòu)成。因此，僅僅通過電接通/切斷的切換來高速驅(qū)動該塞桿33。
在如此構(gòu)成的閥機構(gòu)30中，由塞桿33和封閉孔37形成的封閉，其位置非常靠近毛細(xì)管32的基部端(噴嘴)；而且，在該封閉部位的前面沒有任何可滯留氣泡等的多余空腔。從該封閉部位向前延伸的在分配器30中的潤滑液體流道幾乎專門由在圓柱形毛細(xì)管32內(nèi)部中的空腔構(gòu)成。
(2)注入過程(2-1)注入方法首先使真空腔室2上升進入如圖4A所示的其打開狀態(tài)，并且將動壓軸承裝置5設(shè)置在基座21頂上的預(yù)定位置處。為了提高將軸承裝置設(shè)置到適當(dāng)位置處的精度，可以采用專門的夾具或可精確移動的工作臺(precision-movable stage)。
在該狀態(tài)中，真空腔室2的內(nèi)部處于大氣壓下，而在液體容器4中的空閑空間45被連續(xù)抽真空，其中將該空間抽空至10Pa的壓力(第一壓力)。同時，通過使裝有磁鐵的桿44轉(zhuǎn)動，而使插入到液體容器4中的攪拌器43轉(zhuǎn)動，因此攪拌潤滑液體。通過分配器3來保持在液體容器4和真空腔室2之間的氣密性。通過使?jié)櫥后w暴露在壓力為10Pa的大氣中，繼續(xù)抽真空和攪拌。在這些情況下，可以認(rèn)為溶解在潤滑液體中的氣體濃度處于與壓力為10Pa的大氣的濃度大致相等。
接下來，使真空腔室2下降以使其開口端側(cè)關(guān)閉并抵靠在基座21上，并且對內(nèi)部進行抽真空。分配器3和液體容器4與真空腔室2一起下降，從而移動到一較低位置。因此，毛細(xì)管32的頂端被設(shè)置到形成在動壓軸承裝置5的軸承間隙的開口部分中的密封部分53(圖5)中。同時，由于液體容器4已經(jīng)向下移動，所以桿44的相對位置的變化使得其磁力不起作用，因此攪拌器43停止轉(zhuǎn)動，從而中止了攪拌作用。
然后，調(diào)節(jié)真空腔室2的抽空程度(壓力調(diào)節(jié)步驟)，從而使該真空腔室2的內(nèi)壓將達到稍高于第一壓力的壓力(第二壓力)。
之后，為了向該潤滑液體施加輸送壓力，將周圍空氣導(dǎo)入該空閑空間45中，從而使之升高到大氣壓。周圍空氣可有利地用作用來提供恒定壓力的最便于得到的來源。不過，并不一定要使該空間45到達大氣壓，而是根據(jù)要求使用適當(dāng)?shù)难b置自由地選擇低于大氣壓或高于大氣壓。
接著，將閥機構(gòu)30打開預(yù)定時間，以輸送動壓軸承裝置5將要容納的適當(dāng)量的潤滑液體。這時，雖然在液體容器4內(nèi)部中的潤滑液體已經(jīng)暴露于處在大氣壓下的空氣，但是因為攪拌已經(jīng)停止，所以尤其是從液體容器4的下部抽出的潤滑液體將處于與第一壓力大致相等的狀態(tài)中。
噴射出的潤滑液體從毛細(xì)管32的頂端流出。在那個位置處，從毛細(xì)管32的頂端流出的潤滑液體將不會起泡，這是因為真空腔室2的內(nèi)壓已經(jīng)到達大于第一壓力的30Pa(第二壓力)。因此，可以省去將由于起泡而濺射并且變得附著在動壓軸承裝置上的潤滑液體擦去的過程。另外，消除了由于起泡而導(dǎo)致的損失，這降低了分配體積誤差，從而使得分配體積更加精確。
應(yīng)該注意，在壓力調(diào)節(jié)步驟之前，必要時可以暫時將真空腔室2的內(nèi)部抽真空至低于第二壓力的壓力(第五壓力)。例如，可以將腔室內(nèi)部抽真空至與第一壓力相同的10Pa水平。這樣使得能夠更加徹底地將軸承抽空。但是，在液體分配之前，必須將腔室加壓至高于第一壓力的壓力(第二壓力)以防止液體發(fā)泡。
(2-2)密封部分的狀態(tài)圖5顯示出動壓軸承裝置5的密封部分53附近在分配有液體之后的放大圖。
密封部分53形成在位于軸51和套筒52之間的、在圖中用附圖標(biāo)記54表示的軸承間隙的開口端中。將圓柱形毛細(xì)管32的頂端移動到密封件53附近，到達正好尚未接觸其壁面的位置處，在該狀態(tài)下分配潤滑液體。軸51構(gòu)成了軸承裝置旋轉(zhuǎn)部件，并且套筒52構(gòu)成了軸承裝置固定部件。通過使密封部分53形成在軸承間隙的開口部分中，它包圍該旋轉(zhuǎn)部件。
由于潤滑液體對密封部分壁面的親和力，所以已經(jīng)分配的潤滑液體分散在整個密封部分周圍，但是不會到達軸承間隙54的深處。在該階段，圖5中用附圖標(biāo)記6表示的潤滑液體不必填充整個密封部分，但是必須占據(jù)間隙的密封區(qū)域的整個回路。而且，通過已經(jīng)事先被抽真空至30Pa的軸承裝置環(huán)境，該軸承間隙將被抽真空至接近該壓力的壓力，因此潤滑液體將處于這樣的狀態(tài)下，其中由于其對壁面的親和力，所以它易于進入到軸承間隙的深處。圖5的右手側(cè)示意性地顯示出緊接著液體分配后的狀態(tài)。緊接著分配之后，潤滑液體6聚集在軸承裝置的開口部分中，但是由于其對壁面的親和力，所以該液體立刻轉(zhuǎn)變成在該圖左手側(cè)示出的狀態(tài)。在該圖的左手側(cè)，潤滑液體已經(jīng)部分滑入到軸承間隙54的深處，從而相應(yīng)地降低了在密封部分53的潤滑液體的液面。
根據(jù)該密封部分53的結(jié)構(gòu)以及該軸承將要容納的潤滑液體量，在一些情況中，在一次操作中不能分配所需的潤滑液體量。在這些情況中，可以將該液體分配工作分成兩個或多個循環(huán)。在第一循環(huán)液體分配工作之后，通過估計潤滑液體分散在整個密封部分53周圍并且其液面充分下降的時間來進行第二和隨后的液體分配操作。
在完成液體分配操作之后，重新給真空腔室2內(nèi)部加壓(第三壓力)。重新加壓使得在潤滑液體6內(nèi)部/外部之間產(chǎn)生壓力差，從而迫使?jié)櫥后w6進入到軸承間隙54的深處并且完成該潤滑液體分配工作。雖然最簡單的是重新加壓至大氣壓，但是重新加壓至低于大氣壓的壓力不會妨礙分配過程，只要該壓力足以迫使?jié)櫥后w一直進入到軸承間隙中。另外，一旦已經(jīng)迫使?jié)櫥后w進入到該間隙中并且已經(jīng)確保了在密封部分53中的足夠空間，則可以再次將真空腔室2抽空，并且再次進行液體分配過程。
現(xiàn)在參照圖6，該圖與圖5類似，為軸承裝置密封部分的放大圖，在該情況中，在動壓軸承裝置5’中，套筒的上端面具有斜面60。在該斜面和軸表面上形成有不透液薄膜。在其中動壓軸承裝置如此構(gòu)成的實施方式中，所分配的潤滑液體填充在斜面上(該圖的右半部)，并且隨后在毛細(xì)管作用下一直滲透到軸承間隙中(該圖的左半部)。具有斜面60的益處不僅在于可以一次分配大量的潤滑液體，而且還在于潤滑液體不會留在套筒上端表面上。
(2-3)侵入氣體檢測然后，使其上已經(jīng)完成了分配過程的動壓軸承裝置5進行用于檢測是否存在氣體侵入的過程。雖然本發(fā)明的軸承裝置注入方法的可靠性非常高，但是仍然會出現(xiàn)錯誤分配。因此，要進行檢測以排除這種廢品。
圖7為用來解釋該過程的示意圖。使經(jīng)過分配過程的軸承裝置5處于大氣壓下。至于該過程所涉及的壓力環(huán)境，只要該壓力大于后面所述的第四壓力，則原則上就可以進行檢測，但是最好是非常容易實現(xiàn)的大氣壓。
將動壓軸承裝置5設(shè)置在裝配有抽空機構(gòu)的真空箱91內(nèi)，并且用適當(dāng)?shù)膴A具緊固。在那種情況下，測量出在已經(jīng)施加大氣壓的狀態(tài)中的潤滑液體的高度(level)。使用激光位移傳感器93來進行該測量，該傳感器的光束穿過在真空箱91上的玻璃蓋92。
接下來操作真空泵P和排氣閥，以將真空箱91的內(nèi)壓降至1000Pa，這是第四壓力。在該狀態(tài)中，再次測量液面高度，并且將其與在降低壓力之前的液面高度進行比較。如果在這個第二次測量時液面升高的量超過預(yù)定值，則將該裝置作為廢品排除；否則就認(rèn)為該裝置為合格品。
當(dāng)通過空運來運輸該動壓軸承裝置時，飛機將在同溫層下部區(qū)域中飛行，同溫層的最大高度接近海拔14km。在那個高度處，大氣壓處于140hPa級，這明顯大于1000Pa(10hPa)。因此，如果動壓軸承裝置已經(jīng)經(jīng)過了在1000Pa下的減壓測試，則即使該裝置在絲毫沒有加壓的貨艙中輸送的情況下，也可以認(rèn)為出現(xiàn)液體泄漏的可能性非常小。
(2-4)預(yù)先對潤滑液體進行脫氣處理并且將其送入到注入設(shè)備中事先對送入到潤滑液體注入設(shè)備1中的潤滑液體進行專門的脫氣處理，這縮短了在液體容器4內(nèi)進行脫氣處理所需的時間。在本發(fā)明的注入方法中，可以一開始在單獨的真空腔室中更可靠地將因為液體容器4的內(nèi)部反復(fù)暴露于空氣而沒有充分脫氣的潤滑液體脫氣。
圖8顯示出用于這些目的的脫氣裝置的結(jié)構(gòu)。真空箱9放置在磁性攪拌器驅(qū)動機構(gòu)8的頂部，并且在位于該箱子9內(nèi)部的潤滑液體容器7中容納有潤滑液體6。
通過真空泵P將真空箱9內(nèi)部抽真空至低于第一壓力的壓力。優(yōu)選地抽真空至10Pa或更小，以繼續(xù)進一步將該箱子抽空。在那種狀態(tài)中繼續(xù)長時間攪拌，從而降低溶解氣體直到其程度與該壓力環(huán)境相稱。
除了該預(yù)先脫氣處理之外，可以設(shè)計用來在將潤滑液體送入到液體容器4中時產(chǎn)生脫氣效果的裝置。圖9顯示出將潤滑液體滴入地供給到液體容器4中的方法。
具體地，將潤滑液體送入漏斗100中，并且通過微流閥101將該液體一滴滴地滴入到液體容器4中。將液體容器4內(nèi)部抽空至10Pa左右。由于這些液滴的單位體積的表面積較大，所以脫氣迅速地進行。并且由于這些液滴在它們撞擊液體容器的內(nèi)表面和液面時受到?jīng)_擊，所以進一步促進了脫氣。
將未示出的加熱器安裝在真空箱9和液體容器4上，以便用于進行預(yù)脫氣處理。通過加熱器將潤滑液體加熱至60度來使之脫氣。因為一般來說氣體在液體中的溶解度隨著液體溫度升高而下降，所以脫氣迅速進行。
(3)最佳注入?yún)?shù)的選擇(3-1)推導(dǎo)公式1&2
公式1導(dǎo)出這樣的條件，在這些條件下在圓柱形毛細(xì)管的頂部中潤滑液體的表面張力和在管子頂端處的周圍壓力超過液體的動量。下面將對在那個推導(dǎo)中的步驟進行說明。
假設(shè)毛細(xì)管孔的半徑為a(m)，毛細(xì)管的長度為L(m)，在毛細(xì)管端部之間的壓力為P(Pa)，潤滑液體粘性系數(shù)為η(Pa·s)，潤滑液體密度為ρ(kg/m3)，潤滑液體表面張力為σ(N/m)，并且在毛細(xì)管的頂端部分處的環(huán)境壓力為Pm(Pa)。然后如圖11所示，將其中潤滑液體將要從毛細(xì)管的開口端流出的時刻概念化。
在那個狀態(tài)中，如圖所示一樣，表面張力作用在毛細(xì)管口和已經(jīng)從口中伸出的潤滑液之間。在其中潤滑液體具有的動量完全被該表面張力和環(huán)境壓力抵消的情況下，該潤滑液體不會從開口端沖出，而是被俘獲在毛細(xì)管口中。為了實現(xiàn)精確的液體分配操作，必須在流體失去其動量的情況下將它提供給軸承間隙開口部分。這種條件可以這樣獲得，即通過計算出由于表面張力和環(huán)境壓力而導(dǎo)致作用在每單位體積的流出潤滑液體上的沖量并且找出動量不會超過這個沖量的條件。
從圖11中可以看出，在其中潤滑液體開始從毛細(xì)管的開口端流出的時刻，潤滑液體的表面與管子的縱向軸線大致平行地延伸，并且鄰接著開口端的邊緣。這意味著，使流出潤滑液體制動所需要的力將為液體中的表面張力乘以毛細(xì)管的開口端的周長的數(shù)值。因此，如下計算出所設(shè)想的條件。
沿著毛細(xì)管頂端口作用的表面張力2πaσ 表達式3；在時間增量Δt期間作用在潤滑液體上的沖量2πaσΔt 表達式4；在時間增量Δt期間流出的潤滑液體的動量mu=πa2uΔtρu=πa2ρ(PLa28η)2Δt]]>表達式5(其中u為在毛細(xì)管內(nèi)流動的潤滑液體的速度)；并且由于液體表面張力和環(huán)境壓力導(dǎo)致的沖量必須超過流體動量
(2πaσ+πa2Pm)Δt>πa2ρ(PLa28η)2Δt]]>表達式6。
將上面的關(guān)系簡化得出表達式1。要理解的是，直接從表達式1中得出作為表達式1滿足表面張力σ為零的條件的表達式2。將表達式6對L求解得出L>a5P2ρ64η2(2σ+Pma)]]>表達式7利用表達式7便于限定圓柱形毛細(xì)管的合適長度的下限，如在下面表1中所給出的一樣。同樣，上限為a4P2ρ64η2Pm>L]]>表達式8應(yīng)該指出的是，可以使用韋伯?dāng)?shù)來書寫表達式1，這是作用在液體界面上的慣量與界面表面張力的比例2>We-Pmaσ]]>表達式9其中We=ρau2σ]]>表達式10(3-2)注入工作的結(jié)果在改變表面張力和粘性系數(shù)的情況下，進行液體分配工作以評估出各個尺寸的圓柱形毛細(xì)管。表1中給出了工作參數(shù)。所采用的毛細(xì)管為由美國的EFD公司制造的產(chǎn)品，并且由不銹鋼制成。在表中的“規(guī)格”欄中的“27G”、“30G”和“32G”為制造商在其產(chǎn)品上所使用的針對針孔的規(guī)格。因為每個孔都有尺寸公差因此帶來內(nèi)徑變化，所以對于在表中的內(nèi)徑數(shù)值而言，內(nèi)徑因產(chǎn)品而不同，顯示出由制造商給出的上限和下限。
所采用的潤滑液體為多元醇酯類，并且在條件A至G中在20℃下進行測試，并且在H至J中在40℃下進行測試。條件H至J的不同之處還在于，改變了粘度和表面張力以使液體強烈地受到溫度影響，并且不同之處還在于在液體分配工作期間的真空腔室內(nèi)壓設(shè)定為30Pa。在所有條件A至J中，對來自相互不同的五個制造批次的圓柱形毛細(xì)管進行試驗。
表1

表2

表2給出了從表達式1的左邊、表達式2的左邊(它等于表達式1的右邊)以及表達式7和8得出的毛細(xì)管長度的上限和下限，并且還給出了如何給實際分配工作評級。在“分配工作評級”欄中，“差”表示潤滑液體不能穩(wěn)定地分配。對于條件J，“部分差”表示由于在該制造批次的一些毛細(xì)管中出現(xiàn)的分配體積波動，所以液體不能穩(wěn)定地分配。
與毛細(xì)管內(nèi)徑存在波動這個事實對應(yīng)，該波動用來表示表達式1的左邊和表達式2的左邊的數(shù)值。在其中表達式2左邊的數(shù)值范圍完全落入在表達式1左邊的數(shù)值范圍之下的情況下，分配工作結(jié)果是令人滿意的。另一方面，在這些數(shù)值部分重疊的情況下，分配工作結(jié)果部分差或者差。
在“長度上限”欄中，輸入了在對變量作出公差時的最小值；同樣，在“長度下限”欄中，輸入了在對變量作出公差時的最大值。當(dāng)圓柱形毛細(xì)管的實際長度超過下限值時，分配工作結(jié)果是令人滿意的。但是對于條件H，毛細(xì)管長度大于上限。這表示選擇的毛細(xì)管過長。雖然在這種條件下可以進行液體分配工作，但為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)該采用更短的管長。
應(yīng)該理解的是，對于其中出現(xiàn)令人滿意的結(jié)果的A、C、D、E、F、G和I條件而言，通過阻斷閥門來使?jié)櫥后w停止流出。對于證實較差的條件，在停止流出的時刻方面存在不一致性。
另外，上面的說明假設(shè)圓柱形毛細(xì)管的頂端其橫截面(與管子長度方向垂直)為圓形，但是即使其橫截面為橢圓形，相同的參數(shù)-毛細(xì)管孔的半徑a、毛細(xì)管長度L、在毛細(xì)管端部之間的壓力P、潤滑液體粘性系數(shù)η、潤滑液體密度ρ、潤滑液體表面張力σ以及在毛細(xì)管頂端部分處的環(huán)境壓力Pm將受到控制。但是除了這些參數(shù)之外，橢圓的長軸或者毛細(xì)管頂端相對于長度方向范圍切出的角度θ也具有影響。
如果θ較小，則認(rèn)為能夠適用與在表達式1大致相同的關(guān)系。較大數(shù)值的θ不能使用基礎(chǔ)計算來找到與表達式1類似的關(guān)系式。并且表面張力的方向相對于潤滑液體運動的方向傾斜的相當(dāng)大的角度增加了潤滑液體在毛細(xì)管頂端中運動的復(fù)雜性。然而，即使在這些情況中，潤滑液體的動量和由于液體表面張力導(dǎo)致的沖量之間的關(guān)系決定了在潤滑液體中出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此表達式1證實為用于判斷的有效準(zhǔn)則。
在前面說明的用于實施本發(fā)明的最佳模式不限于在這里所給出的內(nèi)容。例如，對于其中分配有潤滑液體的動壓軸承裝置，已經(jīng)描述了軸旋轉(zhuǎn)類型，但是本發(fā)明在應(yīng)用于軸固定類型的動壓軸承裝置時效果不會變化。
本發(fā)明同樣適用于這些場合中，其中采用具有更高粘性系數(shù)的潤滑液體以及具有更大或更小表面張力的液體。同理，所述液體不限于潤滑劑；通過在減壓環(huán)境中在注入工作中使用任意液體都可獲得本發(fā)明的效果。
權(quán)利要求
1.一種注入方法，用于在減壓環(huán)境下使用圓柱形毛細(xì)管形式的噴嘴使預(yù)定量液體流入到作為目標(biāo)的部件中，該注入方法包括壓力調(diào)節(jié)步驟，使目標(biāo)部件和毛細(xì)管頂端部分處于減壓環(huán)境中；以及注入步驟，通過用于輸送液體的壓力向圓柱形毛細(xì)管提供已經(jīng)施加了比在減壓環(huán)境下的壓力更高的壓力的液體，并且僅在一預(yù)定時間內(nèi)使液體從毛細(xì)管朝著目標(biāo)部件的頂端流出；其中在SI系統(tǒng)單元中，假設(shè)字母a為毛細(xì)管孔的半徑，L為毛細(xì)管的長度，η為液體粘性系數(shù)，σ為液體表面張力，ρ為液體密度，P為液體輸送壓力，并且Pa為減壓環(huán)境的壓力，則滿足以下公式2σa>ρ(PLa28η)2-Pa.]]>
2.如權(quán)利要求1所述的注入方法，其特征在于，還滿足以下公式ρ(PLa28η)2-Pa>0.]]>
3.如權(quán)利要求1所述的注入方法，其特征在于在所述注入步驟中，從液體供應(yīng)機構(gòu)將液體提供給圓柱形毛細(xì)管；在所述液體供應(yīng)機構(gòu)和圓柱形毛細(xì)管之間插設(shè)一閥機構(gòu)；該閥機構(gòu)在圓柱形毛細(xì)管的基底部分附近具有一切斷部分；并且該切斷部分用于阻斷以及隨后打開貫穿閥機構(gòu)和圓柱形毛細(xì)管的液體流道。
4.如權(quán)利要求2所述的注入方法，其特征在于在所述注入步驟中，從液體供應(yīng)機構(gòu)將液體提供給圓柱形毛細(xì)管；在所述液體供應(yīng)機構(gòu)和圓柱形毛細(xì)管之間插入一閥機構(gòu)；該閥機構(gòu)在圓柱形毛細(xì)管的基底部分附近具有一切斷部分；并且該切斷部分用于阻斷以及隨后打開貫穿閥機構(gòu)和圓柱形毛細(xì)管的液體流道。
5.如權(quán)利要求3所述的注入方法，其特征在于，利用大氣壓作為向液體施加輸送壓力的壓力源。
6.如權(quán)利要求4所述的注入方法，其特征在于，利用大氣壓作為向液體施加輸送壓力的壓力源。
7.如權(quán)利要求3所述的注入方法，其特征在于在閥機構(gòu)從斷開流道切換至打開流道所需的時間內(nèi)或者在閥機構(gòu)從打開流道切換至斷開流道所需的時間內(nèi)從圓柱形毛細(xì)管中流出的液體量與意欲注入到目標(biāo)部件中的液體注入量相比小得可以忽略不計；并且在所述注入步驟中，通過調(diào)節(jié)閥機構(gòu)打開的時間長度來控制注入量。
8.如權(quán)利要求4所述的注入方法，其特征在于在閥機構(gòu)從斷開流道切換至打開流道所需的時間內(nèi)或者在閥機構(gòu)從打開流道切換至斷開流道所需的時間內(nèi)從圓柱形毛細(xì)管中流出的液體量與注入到目標(biāo)部件中的目標(biāo)液體注入量相比小得可以忽略不計；并且在所述注入步驟中，通過調(diào)節(jié)閥機構(gòu)打開的時間長度來控制注入量。
9.如權(quán)利要求5所述的注入方法，其特征在于在閥機構(gòu)從斷開流道切換至打開流道所需的時間內(nèi)或者在閥機構(gòu)從打開流道切換至斷開流道所需的時間內(nèi)從圓柱形毛細(xì)管中流出的液體量與注入到目標(biāo)部件中的目標(biāo)液體注入量相比小得可以忽略不計；并且在所述注入步驟中，通過調(diào)節(jié)閥機構(gòu)打開的時間長度來控制注入量。
10.如權(quán)利要求6所述的注入方法，其特征在于在閥機構(gòu)從斷開流道切換至打開流道所需的時間內(nèi)或者在閥機構(gòu)從打開流道切換至斷開流道所需的時間內(nèi)從圓柱形毛細(xì)管中流出的液體量與注入到目標(biāo)部件中的目標(biāo)液體注入量相比小得可以忽略不計；并且在所述注入步驟中，通過調(diào)節(jié)閥機構(gòu)打開的時間長度來控制注入量。
11.如權(quán)利要求1所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
12.如權(quán)利要求2所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
13.如權(quán)利要求3所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
14.如權(quán)利要求4所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
15.如權(quán)利要求5所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
16.如權(quán)利要求6所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
17.如權(quán)利要求7所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
18.如權(quán)利要求8所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
19.如權(quán)利要求9所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
20.如權(quán)利要求10所述的注入方法，其特征在于所述目標(biāo)部件為動壓軸承裝置中的軸承裝置開口部分，該動壓軸承裝置具有旋轉(zhuǎn)部件和支撐著該旋轉(zhuǎn)部件的固定部件，使旋轉(zhuǎn)部件相對于固定部件轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間保持一軸承間隙，并且在軸承間隙的一個端部中形成有至少一個所述開口部分，并且該開口部分包圍著旋轉(zhuǎn)部件并且面對著周圍外部大氣；并且所述液體為所述動壓軸承裝置所保存的潤滑液體。
全文摘要
在減壓環(huán)境中，證實難以隨意使從噴嘴頂端流出的液體停止或者以不會產(chǎn)生濺射的能量大小分配液體。為了解決這些困難，如此選擇包括噴嘴孔以及液體的表面張力、粘性和其上的輸送壓力在內(nèi)的參數(shù)，以使液體從噴嘴頂端流出時作用在其上的表面張力大于液體的動量。通過在這些條件下分配液體，從而可以可靠地控制液體流出，并且實現(xiàn)迅速的注入作業(yè)。
文檔編號G01F11/00GK1661249SQ20051005249
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者見須勛, 內(nèi)山雅昭, 吉田達也, 一之瀨威 申請人:日本電產(chǎn)株式會社