专利名称：烧结金属材料、烧结浸油轴承和流体润滑轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烧结金属材料，一种由这种金属材料形成的烧结浸油轴承(sintered oil-impregnated bearing)，和一种流体润滑轴承装置。
背景技术：
烧结金属材料应用在许多领域，包括上面提到的烧结浸油轴承领域。最重要的是，在烧结浸油轴承里，当它本身与要被支撑的轴之间进行相对旋转时，用于浸没的润滑流体渗出到轴承与轴之间的滑动部分以便形成润滑膜，并且以这种油膜为媒介，轴被旋转地支撑。这样的烧结浸油轴承适用于对轴承的性能和耐久性要求特别高的地方，例如，应用于自动轴承元件或信息设备的电机主轴。
关于以上提到的应用于信息设备的电机，流体润滑轴承正被考虑使用或者已经被实际使用，该流体润滑轴承(fluid lubrication bearing)展示了高旋转精度，高速旋转特性，低噪音特性和低成本。
这种类型的流体润滑轴承一般分为流体动压轴承(hydrodynamicpressure bearing)和所谓的滚柱轴承(该种轴承剖面结构非常圆)。流体润滑轴承配备有动压产生部，该动压产生部在轴承间隙的流体(例如润滑油)中产生流体动压，滚柱轴承则没有配备这样的动压产生部。
例如，在结合到用作盘片(disk)驱动装置如HDD的主轴电机里的流体润滑轴承装置中，在径向方向支撑轴构件的径向轴承部分和在推力方向支撑轴构件的推力轴承部分都由流体动压轴承形成。例如，在这种类型的流体动压轴承装置中已知的径向轴承部分中，作为动压产生部的流体动压槽形成在轴承套的内周表面或者与轴承套内周表面相对的轴构件的外部圆周表面中任一个上，在这两个面之间形成径向轴承间隙(请参见，例如，JP 2003-239951 A)。
有时候，为了使轴承部分旋转并为它提供润滑油，并且为了获得稳定的轴承刚度，烧结浸油轴承被用作构成上述轴承的轴承套。通过把主要成分是Cu粉、或Fe粉、或Cu粉和Fe粉两种的金属粉末压制成预定构型(有时候是一种圆柱构型)，然后进行烧结，从而形成这种轴承套(一种烧结浸油轴承)。这样的轴承套，其内部空隙被流体浸渍，这种流体如润滑油或者润滑油脂(请参见，例如，JP 11-182551 A)。
另外一方面，考虑到被旋转支撑的轴是在轴向压力载荷或者转矩载荷(moment load)的作用下被使用的，因此轴由高强度材料形成，例如不锈钢(SUS)。
在这种类型的烧结浸油轴承中，在它本身和轴之间的滑动摩擦是不可避免的，所以轴滑动所在的滑动表面(轴承表面)就需要令人满意的滑动特性和高耐磨性。
当直到相对于轴的滑动特性(适应性)被考虑时，烧结浸油轴承是令人满意的，然而，在耐磨性方面，它不总是令人满意的。尤其当关联的构件是由较高硬度(例如，SUS)的金属形成时，会有烧结浸油轴承过早磨损的担心。
进一步，考虑到由于流体润滑轴承装置使用环境的变化会导致轴承性能方面的变化，例如，流体润滑轴承装置被用在高温环境中，由于要取决于温度或使用润滑油种类，因此提供给轴承的润滑油的粘性可能降低，导致轴承刚度的不足。另一方面，在低温环境，润滑油的粘性会增加，在旋转(尤其在旋转开始)期间会有转矩损失的担心。
考虑到在轴向压力载荷或者转矩载荷作用下的使用，尤其当要被旋转地支撑的轴构件由高强度的材料，如上面提到的SUS形成时，形成轴承套的材料的线性膨胀系数大于形成轴构件的材料的线性膨胀系数，这是很平常的。在这种情况下，例如，在高温，径向轴承间隙变的相当大，就会担心轴承刚度进一步降低。另一方面，在低温，径向轴承间隙变得相当小，所以随着润滑油粘性的增加，就会担心在旋转期间转矩损失进一步加大。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种相对于要被支撑的关联滑动构件在滑动特性方面和耐磨性方面得到改善的烧结金属材料，和提供一种由这种金属材料形成的烧结浸油轴承。
本发明的第二个目的是提供一种流体润滑轴承装置，在该流体润滑轴承装置中，能够抑制温度变化引起的轴承刚度减小，并实现了旋转期间转矩损失减小的目的。
为了实现上面提到的第一个目的，本发明提供了一种烧结金属材料，该烧结金属材料通过压制含有Cu粉和SUS粉的混合金属粉，然后烧结混合金属粉的压块而获得。这里，术语Cu粉包括纯Cu粉、混合有其他金属的Cu合金粉、和在其他金属颗粒表面形成Cu覆盖层的镀铜金属粉。
进一步来说，为了实现第一个目的，本发明提供了一种由烧结金属材料形成的烧结浸油轴承，该烧结金属材料由上述混合金属粉构成，并且在该烧结浸油轴承的内周具有轴承表面，该轴承表面支撑由润滑油膜媒介支撑的轴的滑动表面。
因此，通过把SUS粉混入到材料中，由烧结材料形成的表面(烧结浸油轴承的轴承表面)的硬度就得到加强。另一方面，通过把Cu粉混入到材料中，可确保所形成的表面(轴承表面)相对于关联滑动构件(轴)具有令人满意的滑动特性(相容性)。这样，由包含这两种金属粉的混合金属粉形成的烧结金属材料，或者由这种烧结金属材料形成的烧结浸油轴承，相对于关联的滑动构件在耐磨性方面能够获得改进，而且相对于关联滑动构件还能够获得令人满意的滑动特性(摩擦小，转矩损失低)。
可以使用各种类型的SUS粉。首先，例如，优选使用含有不小于5wt％且不大于16wt％的Cr的SUS粉，更佳地，可使用含有不小于6wt％且不大于10wt％的Cr的SUS粉。这要归因于如下事实，即当Cr在合金状态的SUS粉中的含量超过16wt％，就会担心烧结金属的二次成型性(烧结后的成型性能)，或担心烧结金属的强度受到相反影响。另一方面，当Cr含量小于5wt％，与其混合的SUS粉的硬度是不够的，也就不能得到在耐磨性方面的改善。
作为包含Cu粉和SUS粉的混合金属粉，期望采用包含5wt％到95wt％的Cu粉和5wt％到95wt％的SUS粉的混合金属粉。当SUS粉的含量小于5wt％时，就会担心由于SUS粉的混合量不够导致耐磨性得不到改善。当Cu粉的含量小于5wt％时，可能得不到令人满意的滑动特性(相对于关联滑动构件的相容性)。
包含Cu粉和SUS粉的混合金属粉可以被混入其它成分，例如，混入一种低熔点的金属(该金属在不高于烧结温度的温度熔化)粉。采取这样的措施是考虑到这样的事实，即通过混入一种能在烧结温度熔化的金属粉，该烧结温度通常被设置低于Cu粉或SUS粉的熔点，熔化(液态)金属在Cu粉颗粒之间或Cu粉和SUS粉颗粒之间担当粘合剂。结果，可增强烧结后烧结金属材料的机械强度或烧结浸油轴承的机械强度。
低熔点金属是一种在不高于预定的烧结温度(烧结浸油轴承的烧结温度通常从750到1000℃)的温度熔化的金属。使用这种金属是可能的，举例来说，这种金属如Sn，Zn，Al，或者P，或者含有这些金属中两种或多种的合金。首先，Sn是特别适合的，因为在液态熔入Cu的Sn增强了烧结金属材料的成型表面(烧结浸油轴承的轴承表面)的硬度。
当进一步往包含Cu粉和SUS粉的金属粉材料中混入低熔点金属粉，更合适的混合比例如下Cu粉不小于5wt％且不大于94.8wt％，SUS粉不小于5wt％且不大于94.8wt％，和低熔点金属粉不小于0.2wt％且不大于10wt％。
为了进一步增强滑动表面的滑动特性，把一种固体润滑剂例如石墨混入上面的混合金属粉中也是可能的。然而，石墨相对于金属粉如Cu粉在烧结时结合性非常差。所以当混入石墨时，就有烧结体强度降低的担心。因而，关于石墨的混入量必须多加小心。
从上面的观点来看，石墨混入量的上限值是2.5wt％。通过将石墨的混入量保持在这个范围内，可使烧结金属材料的强度降低和通过烧结这种材料获得的烧结浸油轴承的强度降低最小。另一方面，考虑这样的事实，即混入比别的金属相对硬的SUS粉，会导致在成形时相对于模子的侵蚀性(aggressiveness)增加，因此对于石墨混入量的下限值不小于0.5wt％是合适的。这有助于在成形时相对于模子在滑动特性方面取得改善，当模子被经常使用时可减少破坏。
在这种情况下，较佳地，整个混合比例如下Cu粉不小于5wt％且不大于94.5wt％，SUS粉不小于5wt％且不大于94.5wt％，和石墨不小于0.5wt％且不大于2.5wt％。当进一步混入低熔点金属粉时，较佳地，整体混合比例如下Cu粉不小于5wt％且不大于94.3wt％，SUS粉不小于5wt％且不大于94.3wt％，石墨不小于0.5wt％且不大于2.5wt％，和低熔点金属粉不小于0.2wt％且不大于10wt％。
在上述成分的烧结金属材料形成的烧结浸油轴承中，可在该烧结浸油轴承的内部圆周上设置的轴承表面形成动压产生部。在这种情况下，通过在轴承和要支撑的轴之间的间隙中产生的流体动压作用，烧结浸油轴承以非接触的方式旋转地支撑轴。
上述烧结浸油轴承可以提供给，举例来说，如具有烧结浸油轴承的流体润滑轴承装置。进一步来说，该流体润滑轴承装置可以提供给如配备了流体润滑轴承装置的电机。
为了达到上面提到的第二个目的，本发明提供了一种包括轴构件和轴承套的流体润滑轴承装置，其中轴承套用来旋转地支撑轴构件，突出的特色在于轴承套是通过压制包含Cu粉和线性膨胀系数为8.0×10-6/℃的金属粉，然后在混合金属粉的压块上执行烧结获得。
通过这种材料形成的轴承套，该材料可以通过混合Cu和低线性膨胀系数(等于8.0×10-6/℃)金属粉获得，该轴承套的线性膨胀系数变得小于含常规成分(Cu和Fe)的轴承套的线性膨胀系数。因而，例如，当在高的温度下润滑油粘性降低时，可尽可能地抑制径向轴承间隙的膨胀。当在低的温度下润滑油的粘性增加时，可尽可能地抑制径向轴承间隙的缩小。因而，即使在高/低的温度环境或在温度显著变化的环境中，可尽可能地抑制轴承刚度的减小，减少了旋转时的转矩损失。
具有上述线性膨胀系数的金属的实例包括单一金属(unitary metal)，如Mo和W，和含有不小于25wt％且不大于50wt％的Ni的Fe-Ni合金。优选的是，可使用含有不小于30wt％且不大于45wt％的Ni的Fe-Ni合金。这种材料的具体例子包括Invar型(Fe-36Ni)合金粉、Super-Invar型(Fe-32Ni-4Co，Fe-31Ni-5Co)合金粉、和Kovar型合金粉。这些合金粉都具有非常小的线性膨胀系数，构成的材料特别适合使用。
作为包含Cu粉和低线性膨胀金属粉的混合金属粉，较为适合地，可包含不小于30wt％且不大于90wt％的Cu粉、和不小于10wt％且不大于70wt％的低线性膨胀金属粉。这要归因于如下事实。当低线性膨胀金属粉的含量小于10wt％时，就会担心低线性膨胀金属粉相当缺乏会导致线性膨胀系数降低的现象。当Cu粉的含量小于30wt％，就有轴承套的成型性能(可使用性)恶化的担心，因而不可能确保所需尺寸精度，或者使模子的耐磨性恶化。
进一步来说，为了实现轴承套的强化效果，可进一步地向包含Cu粉和Fe-Ni合金粉的混合金属粉中混入SUS粉。这样不仅有助于加强轴承套，而且改善了轴承套的耐磨性。
作为包含SUS粉的混合金属粉，使用不小于30wt％且不大于80wt％的Cu粉，不小于10wt％且不大于65wt％的低线性膨胀金属粉，和不小于5wt％且不大于60wt％的SUS粉是理想的。通过按上述范围内的比例混合金属粉，可将轴承套的低线性膨胀特性和耐磨性保持在高水平。
这样，混合金属粉形成了轴承套。该混合金属粉由Cu粉，作为低线性膨胀金属粉的Fe-Ni合金粉，或Cu粉和Fe-Ni合金粉组成，或者该轴承套由进一步包含了SUS粉的混合金属粉形成。也可把低熔点的金属，如Sn或Zn混入这样的混合金属粉。这种低熔点金属在烧结的时候熔化(变成液态)，对于Cu粉和低线性膨胀金属粉来说，其功能是作为一种粘合剂。这里，低熔点的金属指在一定温度下熔化的金属，该温度不高于在混合金属粉被压制后低熔点金属被烧结(烧结温度)的温度。
含有上述成分的混合金属粉形成的轴承套，在它的内部圆周表面有动压产生部。在这种情况下，在构成了轴承套的径向轴承的流体动压产生区域和要被支撑的轴构件(并且轴构件以非接触方式被旋转地支撑)的外部圆周表面之间的径向轴承间隙产生了流体动压作用。
配备了上述轴承套的流体润滑轴承装置可能被提供，例如，结合了这种流体润滑轴承装置的盘片驱动主轴电机。
如上所述，根据本发明，可提供一种相对于要被支撑的轴在耐磨性和滑动特性方面得到改善的烧结金属材料和一种由这种金属材料形成的烧结浸油轴承。
进一步来说，根据本发明，可提供一种流体润滑轴承装置，在该流体润滑轴承装置中，抑制了由于温度变化导致的轴承刚度的降低，并且降低了旋转期间的转矩损耗。
图1是信息设备主轴电动机的剖视图，在该主轴电动机中结合有本发明第一实施例的流体润滑轴承设备；图2是流体润滑轴承设备的剖视图；图3A是轴承套的纵向剖视图；图3B显示轴承套的下端面；图4是信息设备主轴电机的剖视图，在该信息设备主轴电机中结合了本发明第二个实施例的流体润滑轴承装置。
图5是流体润滑轴承装置的剖视图。
图6A是轴承套的纵向剖视图；图6B显示轴承套的下端面；图7是轴承套内部显微照片；图8是径向轴承部分的另一结构范例的剖视图；图9是径向轴承部分的另一结构范例的剖视图；图10是径向轴承部分的另一结构范例的剖视图；图11是显示实例1的测试样品材料的成分表；图12A到12E是一些表格，每个表格都显示实例1中的粉末粒度分布(power particle size)；图13是显示实例1的耐磨试验结果表；图14是显示实例2的测试样品材料的成分表；图15A到15F是一些表格，每个表格都显示实例2的粉末粒度分布；图16是显示实例2的线性膨胀系数测量试验结果表；图17是显示实例2的耐磨试验结果表。
具体实施例方式
以下将参考图1到3来描述本发明的第一实施例。
图1是显示流体润滑轴承装置(流体动压轴承装置)1的结构的示意图。该流体润滑轴承设备1配备有依照本发明实施例的烧结浸油轴承，并且在信息设备主轴电机中结合有流体润滑轴承装置1。这种主轴电机应用于盘片驱动装置，如HDD，其配备了流体润滑轴承装置1，该流体润滑轴承装置支撑一个以非接触方式旋转的轴构件2，一个附接到轴构件2的盘片毂(disk hub)3，一个定子线圈4和一个转子磁铁5，4和5以径向间隙为媒介互相对立。定子线圈4附接到支架(bracket)6的外部圆周，转子磁铁5附接到盘片毂3的内部圆周。盘片毂3在它的外部圆周保留有一个或多个(图1中有两个)象盘片一样的信息存储介质，如磁性盘片(以下简称为磁盘)D。在主轴电机内，如上面描述构造，当定子线圈4被通电，在定子线圈4和转子磁铁5之间就产生电磁力使转子磁铁5旋转，盘片毂3和被盘片毂3支撑的磁盘D与轴构件2随着转子磁铁5旋转而整体地旋转。
图2显示了流体润滑轴承装置1。流体润滑轴承装置1主要由轴构件2，外壳(hoursing)7，固定于外壳7的轴承套8，密封构件9组成。为了便于说明，外壳7侧面的底部部分7b将被称作下侧，同时，相对于底部部分7b的它的一侧被称作上侧。
轴构件2由金属材料形成，如不锈钢，且轴构件2配备了轴部分2a和可以整体或单独提供的在轴部分2a下端的凸缘部分2b。轴构件2可以是由金属材料和树脂材料形成的混合结构的轴构件。在这种情况下，至少包括轴部分2a的外部圆周表面2a1的套子部分(sheath portion)是由金属材料形成，剩余部分(例如，轴部分2a的中心部分和凸缘部分2b)是由树脂形成。
外壳7是由树脂合成物通过喷射造型法形成的，该树脂合成物的基础树脂是LCP，PPS，PEEK等基础树脂，例如，与图2中所示，外壳7由圆柱部分7a和在圆柱部分7a下端的整体地形成的底部部分7b组成。根据目的，形成外壳7的树脂合成物，允许以下物质按适量混合，例如，玻璃纤维等纤维填料，钛酸钾等纤维状填料，如云母等鳞状填料，纤维或粉末传导性填料如碳化纤维、黑烟末、石墨、碳纳米材料或者各种各样的金属粉。
例如，尽管未显示，在底部部分7b的上端表面7b1的全部或者部分环形区域内形成了这样的区域，即，在该区域内以螺旋状布置有多个作为推力动压产生部的流体动压槽。相对于凸缘部分2b的下端表面2b2的这个流体动压产生区域，在轴构件2旋转期间，在它和下端表面2b2之间形成第二个推力轴承部分T2(参看图2)的推力轴承间隙。这些流体动压槽通过机械加工能够与外壳7同时形成，这些流体动压槽位于用来模制外壳7的模子(mold)的预定位置处(即形成上端表面7b1的位置)，用来形成流体动压槽的槽就形成了。此外，在轴向上从上端表面7b1按预定尺寸向上隔开的位置上，有整体形成的台阶部分7d(step portion)，该台阶部分7d将与轴承套8的下端表面8c接合以便实现轴向上的定位。
轴承套8由多孔材料以圆柱形构型形成，并被固定于外壳7的内周表面，该多孔材料由主要成分是Cu(或Cu合金)和SUS的烧结材料构成。如下描述，轴承套8的内部的空隙充满了润滑油从而形成了烧结浸油轴承。在轴承套8的内周表面8a的全部或者部分圆柱形区域内，形成了作为径向动压产生部的流体动压槽。例如，如图3A所示，在这个实施例中，形成了两个区域，这两个区域在轴向的方向上彼此间隔，多个流体动压槽8a1和8a2以人字形(herringbone-like fashion)布置在这两个区域内。在上部区域内，即形成流体动压槽8a1的地方，形成了相对于轴心m(上部倾斜槽和下部倾斜槽之间的区域的轴中心)轴向不对称的流体动压槽8a1，而且轴心m上侧区域的轴向尺寸X1大于轴心m下侧区域的轴向尺寸X2。
如图3B所示，在轴承套8的下端表面8c的全部或者部分环形区域内，形成了以人字形布置的多个流体动压槽8c1的区域。
轴承套8可以这样获得，即把含有Cu(或者Cu合金)粉、SUS粉和作为低熔点金属粉的Sn粉的混合金属粉压制成圆柱形构型，并在预定的烧结温度烧结。进一步，在这个实施例中，在内周表面上的旋转校准(rotation sizing)和槽校准(groove sizing)会受到影响(effect)，因此流体动压槽8a1，8c1及其它形成在烧结体的外表面。在旋转校准和槽校准之前，就实现了尺寸校准(dimensional sizing)，因此在高精度的后加工处理中执行每个校准操作是可能的。进一步的，通过把Sn粉镀在Cu粉颗粒的表面(例如，使用镀SnCu粉)，这样就可以简化金属粉的处理，进而在烧结的时候，Sn就被均匀地分散到Cu粉颗粒中，从而有可能去进一步增强粘合结合效果。
用作轴承套8材料的Cu粉的尺寸等于或小于SUS粉的尺寸是期望的。进一步来说，在这个实施例中，Cu粉，SUS粉和Sn粉的理想混合比例如下Cu粉不小于40wt％且不大于94.5wt％；SUS粉不小于5wt％且不大于50wt％；Sn粉不小0.5wt％且不大于10wt％。当SUS粉的混合量小于5wt％，归功于SUS粉的耐磨性改善效果是不够的。另一方面，当它超过50wt％，烧结后校准，尤其是上述流体动压槽8a1，8c1的成型就会变得困难。
进一步来说，为了改善在压制时的成型性能或者成品(finished product)的滑动性，可通过把滑动润滑剂如石墨混合到上面提到的混合金属粉中来达到该目的。在这种情况下，当混合石墨的量太大时，石墨可能阻碍金属粉颗粒之间的烧结作用，并且会担心烧结体强度降低。进而当轴承套8(流动润滑轴承装置1)被使用时，一部分石墨由于没有连接到其它金属粉颗粒而可能从轴承套8中分离出来成为污染物，并混入到润滑油中。考虑到这些情况，石墨混合量的上限值为2.5wt％是理想的。
另一方面，当石墨的混合量太少，就担心对成型性能有不利影响。这种对成型性能的不利影响归因于混合的SUS粉没有被覆盖。也就是说，归因于混合的SUS粉相对于其它金属具有差的烧结特性，造型(烧结体)本身变得相当易碎，所以在二次成型时，如校准时，烧结体的碎裂很容易发生，这要归因于在释放造型的时候，例如造型从模子中抽出的抽出力。尤其在槽校准的时候，由于烧结体的弹性回复，在用于形成流体动压槽8a1，8a2的芯棒通过内部圆周表面8a的放大部被拔出时，所以或多或少阻塞是不可避免的。然而，当烧结体在滑动性方面差时，会有一个巨大的抽出力(阻力)被施加在流体动压槽8a1和8a2或者它们圆周的区域。因而，当烧结体是脆的时候，碎裂就很容易发生。这样，就会担心流体动压槽8a1和8a2的成型精确度远远不够和没有施加足够的流体动压。
从上面观点来看，对于石墨混合量的下限值为0.5wt％是合适的。这有助于改善造型时有关模子的滑动特性并且减少对模子的损害。进而在槽校准释放的时候，芯棒的抽出是平滑顺利的，由此作用于烧结体尤其作用于流体动压槽8a1和8a2和它们圆周的区域的抽出力最小，从而可改善流体动压槽8a1和8a2的成型精确度。详细来说，在这个实施例中，在轴承套8中设置了流体动压槽8a1和8a2，石墨进入通过烧结形成的彼此颈状相连(neck-connected)的金属粉颗粒之间的间隙(空隙)，由此可减少在流体动压槽8a1和8a2中产生的流体动压的卸荷(relief)。这样，可进一步增强轴承性能(轴承刚度)。
在这种情况下，较佳地，整体的混合比例如下Cu粉不小于40wt％且不大于94wt％；SUS粉不小于5wt％且不大于50wt％；Sn粉不小于0.5wt％且不大于10wt％；石墨不小于0.5wt％且不大于2.5wt％。
烧结时的温度(烧结温度)不低于750℃且不高于1000℃为宜，更适宜的温度范围是不低于800℃且不高于950℃。这是由于这样的事实，当烧结温度低于750℃时，在粉状颗粒之间的烧结作用是不充分的，导致烧结体强度降低。另一方面，当烧结温度超过1000℃时，如上述相同的原因，会担心恶化校准时槽的成型性能。
因此，通过形成烧结体，校准后，就能够高精度地形成环状的内部圆周表面和烧结体的外部圆周表面，和流体动压槽8a1和8c1的槽的深度。最后，用润滑油浸渍烧结体(通常在固定到外壳7以后)，由此完成作为烧结浸油轴承的轴承套8。例如，作为成品的轴承套8的密度是7.0到7.4[g/cm3]，作为成品的轴承套8的内部圆周表面的表面孔面积比是2到10[vol％]。这样，通过使用按预定比例的含有Cu粉和SUS粉的混合金属粉，就有可能得到在滑动特性，轴承表面硬度，主体机械强度和可使用性上出众的轴承套(烧结浸油轴承)8。
在这个实施例中，作为被包含在混合金属粉中的SUS粉，可以这样使用，例如，SUS粉中含有不小于5wt％且不大于16wt％的Cr。通过使用熔合有该范围内的Cr的SUS粉，就有可能获得一种在耐磨性方面得到改善，在烧结后具有高水平的成型性能(流体动压槽8a1和8c1的可校准性和成型性能)和高水平的烧结体强度的轴承套8。进一步来说，如在这个实施例中，当要形成具有流体动压槽8a1和8a2的轴承套8时，在包含有上述范围的Cr的SUS粉中，较佳地，SUS粉包含不小于6wt％且不大于10wt％的Cr(例如，含Cr量8wt％的SUS粉)。通过使用熔合有该范围的Cr的SUS粉，当要使轴承套8的轴承表面有合适的硬度时，通过旋转校准(rotation sizing)，表面孔面积比的调整就容易实现，可进一步增强流体动压槽8a1和8a2的校准的可使用性(成型性能)。
例如，密封构件9由树脂材料或金属材料制成环形构型，并且被安置在外壳7的圆柱部分7a的上端部分的内部圆周里面。密封构件9的内部圆周表面9a相对于以预定的密封空间S为媒介的轴部分2a的外部圆周提供的锥形表面2a2。轴部分2a的锥形表面2a2朝着上侧(相对于外壳7的外侧)在直径上逐渐减小，在功能上相当于轴构件2旋转期间的毛细力密封(capillary force seal)和离心力密封(centrifugal force seal)。
轴构件2和轴承套8被插入到外壳7的内部圆周，并且轴承套8在轴向上的位置受台阶部分(step portion)7d的作用。于是，轴承套8通过如附接，压配，焊接等方法被固定到外壳7的内部圆周表面。接着，密封构件9的下端表面9b就开始与轴承套8的上端表面8b相接触，然后密封构件9就被固定到外壳7的内部圆周表面7c。经过这样后，(再在)外壳7的内部空间装满润滑油，由此流体润滑轴承装置1就装配完成了。在这时，密封构件9密封的、外壳7内部空间填充的润滑油的油面(包括轴承套8的内部空隙)被保持在密封空间S的范围内。
在轴构件2的旋转期间，构成径向轴承表面的轴承套8的内部圆周表面8a的区域(形成流体动压槽8a1和8a2的上下两个区域)相对于以径向轴承间隙为媒介的轴部分2a的外部圆周表面2a1。随着轴构件2的旋转，在径向轴承间隙的润滑油被迫流向流体动压槽8a1和8a2的轴心m，并且经受着压力的增大。通过流体动压槽的这种流体动压作用，就形成了以非接触方式支撑轴部分2a的第一径向轴承部分R1和第二径向轴承部分R2。同时，在凸缘部分2b的上端表面2b1和与之相对的轴承套8的下端表面8c之间的推力轴承间隙内(流体动压槽8c1形成的区域)，和在凸缘部分2b的下端表面2b2和底部部分7b的上端表面7b1之间的推力轴承间隙内(流体动压槽形成的地方)，通过流体动压槽的流体动压作用分别形成了润滑油膜。通过油膜的压力，就形成了一个推力轴承部分T1和一个支撑凸缘部分2b在两个推力方向上非接触旋转的推力轴承部分T2。
当轴构件2的旋转被启动或停止时，即使在轴构件2的轴部分外部圆周表面2a1和与之相对的轴承套8的内部圆周表面8a之间发生接触滑动(contact sliding)(例如，其中的径向轴承表面)，由于通过含Cu粉和SUS粉的混合金属粉形成轴承套8，因此构成滑动表面的径向轴承表面的硬度也会得到增强。结果，在2a1和8a两个表面之间的硬度上的差别减少了，所以，尽可能的去防止轴承套8和轴构件2的轴部分2a一个或两个(oneor both)在互相滑动接触中产生的磨损是可能的。如在这个实施例中，尤其是在盘片毂3和磁盘D都被连接到轴构件2的上部的情形下，力矩载荷被施加到轴构件2上，并且轴构件2和轴承套8很容易在轴承的上部开始互相接触滑动。然而，如上所述，通过减少2a和8两个构件在硬度上的差别(2a1和8a两个滑动表面的硬度差别)尽可能的抑制在它们之间的滑动磨损是可能的。
虽然在上述的第一个实施例中的外壳7包含圆柱部分7a和底部部分7b，这两部分由树脂整体形成，例如，尽管未显示，由树脂分别形成圆柱部分7a和底部部分7b也是可能的。在这种情况下，例如，由树脂整体形成密封构件9和圆柱部分7a也是可能的，由此通过使轴承套8的上端表面8b接触与圆柱部分7a整体形成的密封部分的下端表面来实现轴承套8在轴向上的定位。
进一步来说，虽然在上面描述的第一个实施例中在外壳7的底部部分7b的侧面提供了推力轴承部分，例如，在底部部分7b的对面的一侧(外壳7开口侧)提供推力轴承部分也是可能的。在这种情况下，例如，尽管未显示，由金属(例如，不锈钢)形成的凸缘部分2b形成在轴部分2a下端之上，并且凸缘部分2b的下端表面2b2与轴承套8的上端表面8b相对。进而，在上端表面8b的全部或部分的环形区域内形成了类似于流体动压槽8c1的流体动压槽(只是反向地导向)。结果，推力轴承间隙在8b和2b2两个面之间形成了。
当轴构件2的旋转被启动或停止，在凸缘部分2b的下端表面2b2和与之相对的轴承套8的上端表面8b之间(在其中构成推力轴承表面的区域)接触滑动发生了。在这种情况下，通过形成含Cu粉和SUS粉的混合金属粉的轴承套8，包括推力轴承表面的上端表面8b的硬度也被增强。结果，在2b2和8b两个表面之间的硬度上的差别减少了，尽可能的去防止轴承套8和轴构件2的凸缘部分2b中的一个或两个被磨损是可能的。下面本发明的第二个实施例将参考图4到7来描述。
图4是显示结合了流体润滑轴承装置11(流体动压轴承装置)的信息设备主轴电机的结构实例的示意图。这种主轴电机被用于盘片驱动装置，如HDD，且配备了支撑轴构件12按非接触方式旋转的流体润滑轴承装置11，附接到轴构件12盘片毂13，且定子线圈14和转子磁铁15以径向间隙为媒介彼此相对。定子线圈14附接到支架16的外部圆周，且转子磁铁15附接到盘片毂13的内部圆周，盘片毂13在它的外部圆周保留有一个或多个(图4中有两个)磁盘D。在主轴电机内，如上面描述构造，当定子线圈14被通电，在定子线圈4和转子磁铁5之间就产生电磁力使转子磁铁15旋转，盘片毂13和被盘片毂13支撑的磁盘D与轴构件12就随着转子磁铁15的旋转而整体地旋转。
图5显示了流体润滑轴承装置11。流体润滑轴承装置11主要由轴构件12，外壳17，固定到外壳17的轴承套18，密封构件19组成。为了便于说明，外壳17的底部部分17b侧将被称作下侧，同时，相对于底部部分7b的一侧被称作上侧。
轴构件12由金属材料形成，如不锈钢，该轴构件12配备了轴部分12a和凸缘部分12b，凸缘部分12b可以整体或单独设置在轴部分12a的下端。轴构件12可具有由金属材料和树脂材料形成的混合结构。在这种情况下，至少包括轴部分12a的外部圆周表面12a1的套子部分是由金属材料形成，剩余部分(例如，轴部分12a和凸缘部分12b的中心部分)是由树脂形成。为了保证凸缘部分12b所要求的硬度，可形成如由树脂和金属组成的混合结构的凸缘部分12b，凸缘部分12b的金属中心部分与轴部分12a的套子部分一起形成。
外壳17是由树脂合成物通过喷射造型法形成的，该树脂合成物的基础树脂是LCP，PPS，PEEK或者等基础树脂，例如，与图5中所示，外壳17由圆柱部分17a和在圆柱部分17a下端的整体形成的底部部分17b组成。根据目的，与形成外壳17的树脂合成物一样，使用通过混合适量上述基础树脂得到的树脂合成物是可能的，例如，纤维填料如玻璃纤维，纤维状结晶类似的填料如钛酸钾，状鳞填料如云母，纤维或粉末传导性填料如碳化纤维、黑烟末、石墨、碳纳米材料或者各种各样的金属粉。
例如，尽管未显示，在底部部分17b的上端表面17b1的全部或者部分环形区域内形成了这样的区域，即，在该区域内以螺旋状布置有多个作为推力动压产生部的流体动压槽。相对于凸缘部分12b的下端表面12b2的这个流体动压产生区域，在轴构件12旋转期间，在它和下端表面12b2之间形成第二个推力轴承部分T12(参看图5)的推力轴承间隙。这些流体动压槽通过机械加工能够与外壳17同时形成，这些流体动压槽位于用来模制外壳17的模子(mold)的预定位置处(即形成上端表面17b1的位置)，用来形成流体动压槽的槽就形成了。此外，在轴向上从上端表面17b1按预定尺寸向上隔开的位置上，有整体形成的台阶部分17d(step portion)，该台阶部分17d将与轴承套18的下端表面18c接合以便实现轴向上的定位。
多孔材料形成圆柱形构型的轴承套18，被固定到外壳17的内部圆周表面，该多孔材料由主要成分是Cu和低线性膨胀金属的烧结材料构成。
在轴承套18的内部圆周表面18a的全部或者部分圆柱形区域内，形成了作为径向动压产生部的流体动压槽。例如，如图6A所示，在这个实施例中，形成了两个区域，这两个区域在向轴的方向彼此间隔，多个流体动压槽18a1和18a2如鲱鱼鱼骨方式排列在这两个区域内。在向上的区域内，即流体动压槽18a1形成的地方，形成了相对于轴心m(上部和下部倾斜的槽之间区域的轴中心)轴向不对称的流体动压槽18a1，而且在轴心m上侧区域的轴向尺寸X1大于在轴心m下侧区域的轴向尺寸X2。
如图6B所示，在轴承套18的下端表面18c的全部或者部分环形区域内，形成了一个以螺旋状排列的多个流体动压槽18c1的区域。
轴承套18可以通过把混合金属粉压制成圆柱体，并在预定的烧结温度烧结获得，举例来说，混合金属粉包含纯Cu粉、作为低线性膨胀金属粉的Super-Invar型合金粉(以下简称为S.Invar)和SUS粉(进一步来说，有时候，Sn粉和P粉，或者它们的合金粉作为低熔点金属粉)。在这个实施例中，相继执行尺寸校准，旋转校准和槽校准，从而实现对烧结体的预定尺寸的校准，并且形成了流体动压槽18a1，18c1及其它。在烧结体的表面，为了改善在压制时的成型性能和成品的滑动特性，进而混合一种固定润滑剂如石墨到上述混合金属粉内也是可能的。在这种情况下，考虑到由于石墨的混入使烧结体强度降低，因此期望的石墨混合量的上限值为2.5wt％。进一步从改善在模制时相对于模子的滑动特性的观点来看，期望的石墨混合量的下限值为0.5wt％。
用作轴承套18材料的纯Cu粉的粒度(grain size)等于或小于S.Invar粉和SUS粉的粒度是理想的。进一步来说，在这个实施例中，纯Cu粉，S.Invar粉和SUS粉更适宜的混合比例如下纯Cu粉不小于30wt％且不大于80wt％；S.Invar粉不小10wt％且不大于65wt％；和SUS粉不小于5wt％且不大于60wt％。当SUS粉的混合量小于5wt％，由于SUS粉不够，就会担心在强化效果和耐磨性方面难以得到改善。纯Cu粉在延展性方面是出众的，并且是一种适合改善烧结体的成型性能的金属，在烧结后，尤其是校准的可使用性上。当纯Cu粉的混合比减少时，就会担心在烧结后的校准，尤其是流体动压槽18a1，18c1等的槽校准变得困难。从这个观点来看，纯Cu粉的混合比为30wt％或更多是理想的。
在烧结时的温度(烧结温度)不低于750℃且不高于1000℃为宜，更适宜的温度范围是不低于800℃且不高于950℃。这是由于这样的事实，当烧结温度低于750℃，粉状颗粒之间的烧结作用是不充分的，导致烧结体强度降低。另一方面，当烧结温度超过1000℃时，如上述相同的原因，就会担心校准时槽成型性恶化。
当把Sn粉混入到混合金属粉中，它相对于总的混合金属粉的混合比以不小于0.2wt％且不大于10wt％为宜。在这个比率的范围内，Sn粉在上述烧结温度熔化(液化)，其功能是作为其它金属(纯Cu粉，S.Invar粉及其它)的粘合剂。进一步来说，通过使上述混合比率范围内的Sn与纯Cu粉熔合，在改善烧结体耐磨性的同时，可将纯Cu的固有的出众的可加工性(尤其是可塑性)维持到合适的程度。
这样，通过使用包含纯Cu粉、低线性膨胀金属粉(S.Invar粉)、SUS粉和预定比例的Sn粉的混合金属粉，就有可能获得不仅具有低线性膨胀系数，还具有高机械强度，并且在轴承表面的滑动特性(耐磨性，相容性)和尺寸精度方面较好的轴承套18。例如，作为成品的轴承套18的密度是7.0到7.4[g/cm3]，作为成品的轴承套18的表面孔面积比是2到10[vol％]。作为例子，图7是显微照片，显示了由包含了纯Cu粉、S.Invar粉、SUS粉和Sn粉的混合金属粉形成的轴承套18的内部。
例如，密封构件19由树脂材料或金属材料以环形构型的形式形成，并且布置在外壳17的圆柱部分17a的上端部分的内部圆周内。密封构件19的内部圆周表面19a相对于以预定的密封空间S为媒介的轴部分12a的外部圆周提供的锥形表面12a2。轴部分12a的锥形表面12a2朝着上侧(相对于外壳17的外侧)在直径上逐渐减小，在功能上相当于在轴构件12旋转期间毛细力密封和离心力密封。
轴构件12和轴承套18被插入到外壳17的内部圆周，并且轴承套18在轴向上的位置受台阶部分(step portion)17d的作用。于是，轴承套18通过如附接，压配，焊接等方法被固定到外壳17的内部圆周表面。接着，密封构件19的下端表面19b就开始与轴承套18的上端表面18b相接触，然后密封构件19就被固定到外壳17的内部圆周表面17c。经过这样后，(再在)外壳17的内部空间装满润滑油，由此流体润滑轴承装置11就装配完成了。在这时，密封构件19密封的、外壳17内部空间填充的润滑油的油面(包括轴承套18的内部空隙)被保持在密封空间S的范围内。
在轴构件12的旋转期间，构成径向轴承表面的轴承套18的内部圆周表面18a的区域(形成流体动压槽18a1和18a2的上下两个区域)相对于以径向轴承间隙为媒介的轴部分12a的外部圆周表面12a1。随着轴构件12的旋转，在径向轴承间隙的润滑油被迫流向流体动压槽18a1和18a2的轴心m，并且压力增大。通过流体动压槽18a1和18a2的这种流体动压作用，就形成了以非接触式支撑轴部分12a的第一径向轴承部分R11和第二径向轴承部分R12(参考图5)。
同时，在凸缘部分12b的上端表面12b1和与之相对的轴承套18的下端表面18c之间的推力轴承间隙内(流体动压槽18c1形成的区域)，和在凸缘部分12b的下端表面12b2和将成为底部部分1 7b的上端表面1 7b1的推力轴承表面之间的推力轴承间隙内(流体动压槽形成的区域)，通过流体动压槽的流体动压作用分别形成了润滑油膜。通过那些油膜的压力，就形成了在两个推力方向上以非接触的方式旋转地支撑凸缘部分12b的第一推力轴承部分T11和第二推力轴承部分T12。
当在高温环境中使用时，轴构件12和轴承套18都膨胀，并且轴部分12a的外部圆周表面12a1和包括径向轴承表面的轴承套18的内部圆周表面18a向外移动。这里，轴承套18由含S.Invar粉的混合金属粉形成，温度上升引起的轴承套18的内部圆周表面18a的位移量实际上等于或小于轴部分12a的外部圆周表面12a1的位移量。结果，与温度升高前的径向轴承间隙相比，可将内部圆周表面18a的径向轴承表面和与之相对的外部圆周表面12a1之间的径向轴承间隙维持在至少相同的水平上。这样，即使在由于温度升高使润滑油粘性降低的情况下，可尽可能抑制轴承刚度的减少。进一步来说，在温度降低时，与温度降低前的径向轴承间隙相比，可将内部圆周表面18a和与之相对的外部圆周表面12a1之间的径向轴承间隙维持在至少相同的水平上。这样，即使在由于温度降低使润滑油粘性升高的情况下，尽可能减少在旋转时(尤其在旋转开始时)的扭矩损耗是可能的。
进一步来说，除S.Invar粉之外，通过把SUS粉混入到混合金属粉中，(构成)径向轴承表面的内部圆周表面18a区域(流体动压槽18a1和18a2形成的区域)的硬度得到增强。结果，在12a1和18a两个相对表面之间的硬度差别减少了，即使当轴承套18和轴部分12a彼此相对接触滑动时(例如，在旋转开始时)，可尽可能地防止轴承套18和轴部分12a中的一个或两个的磨损。
在上述第二个实施例中，外壳17包含圆柱部分17a和底部部分17b，这两部分是由树脂整体形成。尽管未显示，除上面方法之外，例如由树脂分别形成圆柱部分17a和底部部分17b也是可能的。在这种情况下，例如，由树脂整体形成密封构件19和圆柱部分17a也是可能的。在这种结构中，可通过使轴承套18的上端表面18b接触与圆柱部分17a整体形成的密封部分的上端表面来进行轴承套18的轴向定位。进一步来说，外壳17不限于树脂材料的铸模产物。例如，它可能是金属材料的车削品或压制品。
虽然在上述的实施例中(第一个实施例和第二个实施例)形成了径向轴承部分R1，R2，R11和R12，还有推力轴承部分T1，T2，T11和T12，其中，鲱鱼鱼骨构型和螺旋构型的流体动压槽产生了润滑流体的流体动压作用，但本发明并不限于该种结构。
采用所谓的阶式止推轴承(step bearing)或多叶轴承(multi-lobedbearing)作为径向轴承部分R11和R12也是可能的。下面说明在第一个实施例的流体轴承装置1中采用阶式止推轴承或多叶轴承的示例。当然，在第二个实施例的流体轴承装置11中采用相似的结构也是可能的。
图8显示了径向轴承部分R1和R2中一个或两个由多叶轴承形成的范例。在图中，构成径向轴承表面的轴承套8的内部圆周表面的区域由多个(在这个图中有3个)弧形表面8a3形成。弧形表面8a3是偏心弧形表面，该偏心弧形表面的这些中心点按相同的距离偏离旋转中心O，并且这些偏心弧形表面按相同的圆周间隔排列。在这些偏心弧形表面8a3之间，形成了轴向分离槽(axial separation groove)8a4。
通过把轴构件2的轴部分2a插进轴承套8的内周，在偏心弧形表面8a3、轴承套8的分离槽8a4和轴部分2a的完美圆柱形外部圆周表面2a1之间分别形成第一和第二径向轴承部分R1、R2的径向轴承间隙。由偏心弧形表面8a3和完美的圆柱形外部圆周表面2a1形成的径向轴承间隙区域是间隙宽度在一个圆周方向上逐渐减小的楔形间隙8a5。楔形间隙8a5减小的方向与轴构件2的旋转方向一致。
图9显示了形成第一和第二径向轴承部分R1和R2的多叶轴承的另一个范例。在这个实施例中，在图8显示的结构中，偏心弧形表面8a3的最小间隙侧的预定区域θ由同心弧形成，该同心弧的中心是旋转中心O。这种结构的多叶轴承有时被称作锥形/扁平轴承。
在图10中，构成径向轴承表面的轴承套8的内部圆周表面的区域由三个弧形表面8a7形成，并且这三个弧形表面8a7都以相同的距离偏离旋转中心O。在由三个弧形表面8a7形成轮廓的区域，在两个圆周方向上径向轴承间隙8a8逐渐减小。
在上面提到的第一和第二径向轴承部分R1和R2的这些多叶轴承都称为三弧轴承，这里并不是一种严格的构造，也可采用所谓的四弧轴承，五弧轴承或者由6个或更多弧形成的多叶轴承。进一步来说，除这种结构之外，即在该种结构中，两个径向轴承部分被轴向间隔彼此分离就如径向轴承部分R1和R2这种情况，采用另一种结构也是可能的，即在这种结构中，形成一个遍布轴承套8的内部圆周表面8a的垂直区域的单径向轴承。
进一步来说，尽管未显示，例如，对于推力轴承部分T1和T2中的一个或两个所在的区域，构成了所谓的阶式止推轴承、所谓的梳形轴承(corrugated bearing)(它的阶梯形式是波形的)等推力轴承表面。在推力轴承表面上，以预定圆周间隔设置有径向槽形的多个流体动压槽。当然，在这种情况下，也可在第二个实施例的流体润滑轴承装置11中采用上述推力轴承部分T1和T2的结构。
进一步来说，虽然在第一和第二实施例中径向轴承部分R1和R2以及推力轴承部分T1和T2都是由流体动压轴承形成的，但通过其它类型的轴承来形成它们也是可能的。例如，在第一个实施例的流体润滑轴承装置1的情况中，可将构成径向轴承表面的轴承套8的内部圆周表面8a形成为没有配备流体动压槽8a1的完美圆柱形内部圆周表面或弧形表面8a3，并且通过这个内部圆周表面和与之相对的轴部分2a的完美的圆柱形外部圆周表面2a1形成所谓的滚柱轴承(cylindrical bearing)。
因此，当在第一个实施例的流体润滑轴承装置1中采用滚柱轴承时，Cu粉的优选混合比率是不小于30wt％且不大于80wt％。这里，设定下限值30wt％的原因是，与作为动压产生部的流体动压槽8a1形成在内部圆周表面的轴承套8相比较，完美的圆柱形外部圆周表面在接触滑动期间具有更大的滑动面积，并在旋转开始(停止)时的转矩损耗增加。
上述滚柱轴承不仅可应用于流体润滑轴承装置1，而且可应用于其它方面，例如小电机或办公设备的轴承元件。
进一步来说，并不局限于如上述的滚柱轴承，本发明的流体润滑轴承装置1，11适合用作信息设备主轴电机的轴承，例如，磁性盘片装置，如HDD，光学盘片装置，如CD-ROM，CD-R/RW，或DVD-ROM/RAM，磁光盘片设备，如MD或MO，用作激光束印刷机(LBP)的多边形扫描仪电机的轴承，和其它类型小电机的轴承。
进一步来说，虽然在第一个和第二个实施例中，润滑油被用作填充流体润滑轴承装置1，11内部的流体，用作在径向轴承间隙和推力轴承间隙形成润滑油膜的流体，但是，也可用一些其它的能够在每个轴承间隙形成润滑油膜的润滑油，例如，一种气体，如空气，一种流动性润滑剂，如电磁流体，或者一种润滑油脂。
为了证明本发明的效果，对由包含Cu粉和SUS粉的混合金属粉形成的烧结金属材料(实例1)和由传统成分(由Cu粉和Fe粉组成的混合金属粉)的金属粉形成的烧结金属材料(用作比较的实例1)进行了磨损试验，用于评价和比较两者的耐磨性。
作为纯Cu粉，使用FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co.，Ltd.公司制造的CE-15。作为SUS粉，使用Daido Steel Co.，Ltd.公司制造的DAP410L。作为Fe粉，使用HOGANAS JAPAN Co.，Ltd.公司制造的NC100.24。进一步来说，作为低熔点金属的Sn粉，使用FUKUDA METALFOIL & POWDER Co.，Ltd.公司制造的Sn-At-W350。作为固体润滑剂的石墨，使用Nippon Graphite Industry Co.，Ltd.公司制造的ECB-250。对于实例和用作比较的实例，样品(烧结金属材料)的烧结温度都是870℃。形成实例和用作比较的实例的烧结金属材料的混合金属粉的成分如图11所示。这些粉末的相应粒度分布如图12A到12E所示。
在实例和用作比较的实例中，磨损试验在以下条件下实施样品尺寸 外径7.5mm×轴向宽度10mm关联样品材料SUS420J2尺寸外径40mm×轴向宽度4mm圆周速度50m/min.
接触压力1.3MPa润滑油酯油(12mm2/s)测试时间3小时图13显示了磨损结果。如图所示，在不含SUS粉的烧结金属材料(用作比较的实例1)上可以观察到显著的磨损。相反的是，在由包含SUS粉的金属粉形成的烧结金属材料(实例1)上，同常规合成的产物(用作比较的实例1)相比，磨损量(磨损深度和磨损痕迹面积)非常小。从这些来看，证实本发明具有极大地减小了磨损量的效果。
为了证明本发明的效果，对由包含Cu粉和低膨胀金属粉的混合金属粉形成的样品(实例2到5)和由常规成分(由Cu粉和Fe粉组成的混合金属粉)的金属粉形成的样品(用作比较的实例2)进行了线性膨胀系数测量试验，用于评价和比较它们(样品)的膨胀系数。更进一步地，对由除包含Cu粉和低膨胀金属粉(实例3到5)外还包含SUS粉的混合金属粉形成的样品(实例2到5)和常规产品进行了磨损试验，用于评价和比较两者的耐磨性。
作为纯Cu粉，使用FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co.，Ltd.公司制造的CE-15。作为低线性膨胀金属粉的S.Invar粉，使用EPSON ATMIXCORPORATION公司制造的SUPER INVAR。作为SUS粉，使用Daido SteelCo.，Ltd.公司制造的DAP410L。作为Fe粉，使用Calderys Japan Co.，Ltd.公司制造的NC100.24。进一步来说，作为低熔点金属的Sn粉，使用FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co.，Ltd.公司制造的Sn-At-W350。作为固体润滑剂的石墨，使用Nippon Graphite Industry Co.，Ltd.公司制造的ECB-250。对于比较实例2和实例2到5，样品(烧结金属材料)的烧结温度都是870℃。，形成实例和用作比较的实例中的烧结金属材料的混合金属粉的成分如图14所示。这些粉末的相应粒度分布如图15A到15F所示。
在这些实例和用作比较的实例中，线性膨胀系数测量试验在以下条件下实施样品外径7.5mm×轴向宽度10mm测量温度-40℃到120℃温度上升速度5℃/min.
负载10gf氮气流速200ml/min.在实例和用作比较的实例中，磨损试验在以下条件下实施样品外径7.5mm×轴向宽度10mm关联样品材料SUS420J2尺寸外径40mm×轴向宽度4mm圆周速度50m/min.
接触压力1.3MPa润滑油酯油(12mm2/s)
测试时间3小时图16显示了线性膨胀系数测量试验的结果。如图所示，不包含S.Invar粉的样品(用作比较的实例2)表现出大的线性膨胀系数。相反的是，包含S.Invar粉的样品(实例2到5)，线性膨胀系数的值较小。
图17显示了磨损试验的结果。如图所示，在不含SUS粉的样品(用作比较的实例2)上可以观察到显著的磨损。相反的是，在由包含SUS粉的金属粉形成的样品(实例3到5)上，同常规成分的样品(用作比较的实例2)相比，磨损量(磨损深度和磨损痕迹面积)非常小。
权利要求
1.一种烧结金属材料，该烧结金属材料是通过压缩含有Cu粉和SUS粉的混合金属粉、然后在该混合金属粉的压块上执行烧结获得。
2.根据权利要求1所述的烧结金属材料，其中，所述混合金属粉包含等于或大于5wt％且等于或小于95wt％的Cu粉，和等于或大于5wt％且等于或小于95wt％的SUS粉。
3.根据权利要求1所述的烧结金属材料，其中，所述混合金属粉还混合有低熔点金属粉。
4.根据权利要求3所述的烧结金属材料，其中，所述混合金属粉包含等于或大于5wt％且等于或小于94.8wt％的Cu粉、等于或大于5wt％且等于或小于94.8wt％的SUS粉、和等于或大于0.2wt％且等于或小于10wt％的低熔点金属粉。
5.根据权利要求1所述的烧结金属材料，其中，所述混合金属粉还混合有固体润滑剂。
6.根据权利要求5所述的烧结金属材料，其中，所述固体润滑剂是石墨。
7.根据权利要求6所述的烧结金属材料，其中，所述石墨混合量的上限值是2.5wt％。
8.根据权利要求6或7所述的烧结金属材料，其中，所述石墨混合量的下限值是0.5wt％。
9.根据权利要求1所述的烧结金属材料，其中，所述SUS粉包含等于或大于5wt％且等于或小于16wt％的Cr。
10.一种烧结浸油轴承，该烧结浸油轴承由权利要求1到9中任何一项所述的烧结金属材料形成，且在该烧结浸油轴承的内周上具有轴承表面，前述轴承表面用于支撑由流体润滑油膜媒介支撑的轴的滑动表面。
11.根据权利要求10所述的烧结浸油轴承，其中，轴承表面包括在轴承表面上形成的动压产生部。
12.一种流体润滑轴承装置，该流体润滑轴承装置包括权利要求10或11所述的烧结浸油轴承。
13.一种电机，该电机包括权利要求12所述的流体润滑轴承装置。
14.一种流体润滑轴承装置，包括轴构件和旋转支撑轴构件的轴承套，其中通过压缩包含Cu粉和线性膨胀系数为8.0×10-6/℃的金属粉的混合金属粉、然后在该混合金属粉的压块上执行烧结获得轴承套。
15.根据权利要求14所述的流体润滑轴承装置，其中，所述混合金属粉包含等于或大于30wt％且等于或小于90wt％的Cu粉，和等于或大于10wt％且等于或小于70wt％的低线性膨胀金属粉。
16.根据权利要求14所述的流体润滑轴承装置，其中，所述混合金属粉还混合有SUS粉。
17.根据权利要求16所述的流体润滑轴承装置，其中，所述混合金属粉包含等于或大于30wt％且等于或小于80wt％的Cu粉、等于或大于10wt％且等于或小于65wt％的低线性膨胀金属粉、和等于或大于5wt％且等于或小于60wt％的SUS粉。
18.根据权利要求14所述的流体润滑轴承装置，其中，所述低线性膨胀金属粉是Fe-Ni合金粉，该Fe-Ni合金粉包含等于或大于25wt％且等于或小于50wt％的Ni。
19.根据权利要求18所述的流体润滑轴承装置，其中，所述Fe-Ni合金粉是Invar型合金粉或Super-Invar型合金粉。
20.根据权利要求14所述的流体润滑轴承装置，其中，所述轴承套包括设置在轴承套的内周表面的动压产生部。
21.一种电机，包括权利要求14到20中任何一项所述的流体润滑轴承装置。
全文摘要
公开了一种烧结金属材料，相对于要被支撑的关联滑动构件，该烧结金属材料在滑动性和耐磨性方面得到改善；和公开了一种由这种金属材料形成的烧结浸油轴承。通过压缩由不小于5wt％且不大于94.3wt％的Cu粉、不小于5wt％且不大于94.3wt％的SUS粉、不小于0.2wt％且不大于10wt％的Sn粉、和不小于0.5wt％且不大于2.5wt％的石墨组成的混合金属粉，然后在该混合金属粉的压块上执行烧结获得轴承套。
文档编号C22C1/04GK101087669SQ20058004422
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年1月5日
发明者伊藤冬木, 冈村一男, 田中敏彦 申请人:Ntn株式会社