专利名称：流体轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及需要高速且高精度旋转的旋转装置的主轴部用的流体轴承装置。
背景技术：
近年来，在使用磁盘等的旋转型记录装置中，随着其存储容量的增大，数据的传输速度正在高速化。因此，用于此类记录装置的盘片旋转装置需要高速且高精度的旋转，故旋转主轴部使用流体轴承装置。
以下，参照
图14至图18b对以往的流体轴承装置进行说明。在图14中，轴211可旋转地插入轴套212的轴承孔212A内。轴211具有与图中下端部一体构成的凸缘213。凸缘213收放在安装在基座217上的轴套212的台阶部内，构成与推力板214可相对旋转。固定有转子磁铁220的转子轮毂218安装在轴211上。与转子磁铁220相对的电机定子219安装在基座217上。在轴套212的轴承孔212A的内周面设有动压发生槽212B、212C。在凸缘213的与轴套212的台阶部的相对面上设有动压发生槽213A。凸缘213的与推力板214的相对面上设有动压发生槽213B。包含动压发生槽212B、212C、213A及213B的轴211及凸缘213与轴套212的间隙内充填了油。
利用图14至图18b对具有以上结构的以往的流体轴承装置的动作进行说明。在图14中，当对电机定子219通电，就会产生旋转磁场，转子磁铁220、转子轮毂218、轴211、凸缘213开始旋转。此时，通过动压发生槽212B、212C、213A、213B，在油中产生泵压，轴211上浮，与推力板213及轴承孔212A的内周面不接触地进行旋转。
上述传统的流体轴承装置中存在以下的问题。如图14所示，轴211边由充满轴套212的轴承孔212A内的油润滑边进行旋转。一般来说、油如图15所示，若温度低，则油粘度以指数函数增加。因为轴211旋转时的损失扭矩与油的粘度成比例地增加，故低温下轴211的旋转阻力增加，损失扭矩也增加，导致电机的消耗电流增加。有时会导致轴211无法旋转。相反，在高温下，存在油的粘度下降，故存在作为流体轴承装置的轴承的刚性下降、轴211的“轴摆动”(旋转中轴211在轴承孔212A内摆动的现象)增加的缺点。
图16是表示轴211的轴心与轴承孔212A的中心一致时的、轴211的外周面与轴套212的轴承孔212A的内周面之间的间隙即“半径间隙”随温度的变化。图中的线IAG表示公差的上限值，线JBH表示公差的下限值。这2根线的间隔相当于制造偏差或公差范围。
该以往的流体轴承装置中，轴211的材料使用马氏体系不锈钢(线膨胀系数为10.3×10-6)。另外，轴套212使用黄铜(线膨胀系数为20.5×10-6)。因此，轴套212的热膨胀比轴211的热膨胀大。比如，轴21的直径为3.2mm的场合，当温度从20℃变化至80℃，半径间隙扩大约1微米。同样，当温度从20℃变化至-40℃，半径间隙减小约1微米。其结果，如图17的曲线“a”所示，在高温下半径间隙扩大，导致轴承刚性下降，轴摆动增加，产生无法得到所需的性能的问题。另外，在低温下，相反地半径间隙减小，如曲线“b”所示，旋转的阻力增加，产生损失扭矩增大的问题。
轴承的刚性下降引起的轴摆动，理论上讲，当半径间隙增大时，与其3次方成正比地增大，损失扭矩，当半径间隙减小时，与其成反比地增大。
图18a是表示-40℃时的半径间隙与损失扭矩的关系的图，图18b是表示+80℃时的半径间隙与轴摆动量的关系的图。在各图中表示了要求性能的范围。图18a、图18b所示的例中，显示相对于半径间隙偏差的损失扭矩和轴摆动的范围不在满足要求性能的范围内。即，显示成为不合格品的情况。
发明内容
第1发明的流体轴承装置，其特征在于，包括由含有铁的材料构成、表面上至少由含有镍及磷的材料实施了电镀的、具有轴承孔的轴套；可相对旋转地插入所述轴套的轴承孔内、由高锰铬钢及奥氏体系不锈钢中的至少一种材料构成的轴；以及固定于所述轴的一端、一方的面与轴套的端面相对、另一方的面与设置成对包含所述轴套的所述端面在内的区域进行密闭的推力板相对的大致圆板状的凸缘，在所述轴套的内周面及轴的外周面的至少一方，沿所述轴的轴心方向排列设置第1及第2动压发生槽，在所述凸缘与推力板的相对面的任何一方设置第3动压发生槽，包括所述第1及第2动压发生槽在内的所述轴套的轴承孔与轴的间隙以及推力板与凸缘的间隙用润滑剂充满，所述轴套或轴的任何一方安装在具有电机的定子的固定基座上，另一方安装在具有所述电机的转子磁铁的旋转体上。
根据本发明，流体轴承装置的半径间隙在高温下小，在低温下增大，故通过润滑剂的粘度随温度的变化，可防止流体轴承装置的特性发生变化。另外，轴承的耐磨损性和轴套的加工性及动压发生槽的加工性好，故能得到高精度的流体轴承装置。
第2发明的流体轴承装置，其特征在于，包括由含有铁的材料构成、表面上至少由含有镍及磷的材料实施了电镀的、具有轴承孔的轴套；可相对旋转地插入所述轴套的轴承孔内、由高锰铬钢及奥氏体系不锈钢中的至少一种材料构成、在一方的端部具有与轴心垂直的面即轴端面部的轴；以及与所述轴端面部相对、构成推力轴承的推力板，在所述轴套的内周面及轴的外周面的至少一方，沿所述轴的轴心方向排列设置第1及第2动压发生槽，在所述轴端面部与推力板的各个相对面的至少一方设置第3动压发生槽，包括所述第1、第2及第3动压发生槽在内的所述轴套的轴承孔与轴的间隙以及所述轴端面部与推力板的间隙用润滑剂充满，所述轴套或轴的任何一方安装在具有电机的定子的固定基座上，另一方安装在具有所述电机的转子磁铁的旋转体上。
根据本发明，流体轴承装置的半径间隙在高温下小，在低温下增大，故通过润滑剂的粘度随温度的变化，可防止流体轴承装置的特性发生变化。另外，轴承的耐磨损性和轴套的加工性及动压发生槽的加工性好，故能得到高精度的流体轴承装置。另外，所述第3动压发生槽设置在所述轴端面部与推力板的至少一方上，由此形成推力轴承部，故推力轴承部的面积与轴的端部面积大致相同。因此，推力轴承部的面积小于所述第1发明的凸缘，故可使旋转阻力小，能将损失扭矩抑制成较小。
附图的简单说明图1是表示本发明的实施例1的流体轴承装置的剖视图。
图2是表示本发明的实施例1的轴套的剖视图。
图3是表示轴及轴套的使用材料的线膨胀系数的比较图。
图4是表示本发明的实施例1的温度与半径间隙的关系的图。
图5a是表示本实施例的半径间隙与损失扭矩的关系的图。
图5b是表示本实施例的半径间隙与轴摆动的关系的图。
图6是表示本实施例的温度与损失扭矩及轴摆动的关系的图。
图7是表示本实施例的轴及轴套的各材料的成分表。
图8是表示本实施例及传统例的使用材料的特性比较表。
图9是本实施例的使用材料的特性比较图。
图10是表示本发明的实施例2的流体轴承装置的剖视图。
图11是表示本发明的实施例2的流体轴承装置与传统例的流体轴承装置的损失扭矩的比较的图。
图12是表示本发明的实施例2的轴套102的剖视图。
图13是表示本发明的实施例2的轴101的主要部分的剖视图。
图14是表示传统的流体轴承装置的剖视图。
图15是表示温度与油粘度的关系的图。
图16是表示传统的流体轴承装置的温度与半径间隙的关系的图。
图17是表示传统的流体轴承装置的温度与轴摆动及损失扭矩的关系的图。
图18a是表示传统的流体轴承装置的半径间隙与损失扭矩的关系的图。
图18b是表示传统的流体轴承装置的半径间隙与轴摆动的关系的图。
具体实施例方式
以下，参照附图1至图13对本发明的流体轴承装置的较佳实施例进行说明。
(实施例1)参照图1至图9对本发明的实施例1的流体轴承装置进行说明。图1是本发明的实施例1的流体轴承装置的剖视图，图2是轴套2的放大剖视图。图1中，轴套2具有轴承孔2A，轴1可旋转地插入该轴承孔2A内。在轴1的外周面或轴套2的轴承孔2A的内周面的至少一方形成由人字形图形的浅槽构成的动压发生槽2C、2D，从而形成径向轴承部。图1的例中，动压发生槽2C、2D形成于轴承孔2A的内周面上。动压发生槽2C、2D都具有鱼骨状(人字形状)，图1中，动压发生槽2C及2D的至少一方，做成弯曲部下侧的槽的长度比弯曲部上侧的槽的长度短。具有转子磁铁10的转子轮毂8安装在轴1的图1的上端。轴1的图1的下端具有与轴1的轴心成直角的面，与其一体地设有具有比轴1大的直径的凸缘3。凸缘3的下面的推力轴承面与固定在轴套2上的推力板4相对。凸缘3的下面或推力板4的上面的任何一方(图1中是凸缘3的下面)形成螺旋状或鱼骨状(人字形)图形的动压发生槽3B，从而形成推力轴承部。动压发生槽3A形成于凸缘3的上面的外周部或与上述上面的外周部相对的轴套2的端面2E的任何一方(图1中为凸缘3的上面)。轴套2固定于安装有电机定子9的基座7上。轴1和轴套2之间的间隙及凸缘3与推力板4之间的间隙充满了油等的润滑剂5。润滑剂具有一定程度的粘性，故有时轴1与轴承孔2A之间会产生气泡13。
本实施例中，轴1由含有锰7～9重量％和铬13～15重量％的高锰铬钢、或奥氏体系不锈钢(含有镍8～10重量％和铬17～19重量％)的坯材经切削加工等制成。另外，轴套2由硫易切钢切削加工等制成。对切削加工后的轴套2的表面实施以镍和磷为主要成分的材料的电镀，如图2所示形成均匀的厚度的电镀层2B。电镀层2B的厚度，在图2中没有画剖面线，而是画得厚一些，在1～20微米的范围内进行适宜的选择。
利用图1至图9对具有以上结构的流体轴承装置的动作进行说明。在图1中，当未图示的电源对电机定子9通电，就会产生旋转磁场，安装有转子磁铁10的转子轮毂8与轴1一起开始旋转。当旋转速度增加到一定程度后，通过动压发生槽2C、2D、3A及3B，在油等润滑剂中产生泵压，使径向轴承部及推力轴承部的压力上升。其结果，轴1上浮，与推力板4及轴套2不接触地进行高精度旋转。
图3是对适合作为轴1及轴套2的材料的各种金属材料的线膨胀系数进行实测得到的图。框内的数值表示线膨胀系数。高锰铬钢、奥氏体系不锈钢及马氏体系不锈钢的3种是轴1可使用的材料。黄铜、硫易切钢、铁素体系不锈钢的3种是轴套2可使用的材料。本实施例中，轴1的材料使用线膨胀系数大的高锰铬钢(线膨胀系数为17～18×10-6)或奥氏体系不锈钢(线膨胀系数为17.3×10-6)。另外，轴套2的材料使用线膨胀系数小且加工性优良的硫易切钢(线膨胀系数为10～11.5×10-6)。黄铜的线膨胀系数太大，不适合使用。
图4是表示轴1的中心轴与轴套2的轴承孔2A的中心轴一致时的、轴1与轴承孔2A之间的间隙即“半径间隙”随温度的变化。线EAC表示公差的上限值，线FBD表示公差的下限值，这2根线的间隔相当于公差幅度。公差幅度是对本实施例的多个流体轴承装置进行测量求得的结果。
本实施例中，由于轴1由线膨胀系数大的材料制作、轴套2由比轴1的材料线膨胀系数小的材料制作，在流体轴承装置的温度低时半径间隙增大、温度高时半径间隙减小。图4是轴1的直径为3.2mm的场合的本实施例的流体轴承装置的实测数据。如图4所示，当温度从20℃变化至80℃时，半径间隙减小约0.65微米。当温度从20℃变化至-40℃时，半径间隙增大约0.65微米。通过半径间隙对应于温度发生上述那样的变化，能得到以下的效果。在高温下润滑剂的粘度下降，但因轴1与轴套2的热膨胀的差异，半径间隙减小(变窄)。因此，即使润滑剂的粘度下降，也可减轻作为流体轴承装置的轴承的刚性下降，并得到防止轴摆动的效果。相反，在低温下，润滑剂的粘度增大，但半径间隙扩大。因此，能抑制因粘度上升引起损失扭矩的增加，可防止轴承的旋转阻力的增加。轴承的刚性或轴摆动，理论上讲，能与半径间隙的3次方成正比地增大。另一方面，轴承的损失扭矩与半径间隙成反比地减小。
图5a是表示-40℃时的半径间隙与损失扭矩的关系的图。图5b是表示+80℃时的半径间隙与轴摆动的关系的图。图5a及图5b是表示对多个本实施例的流体轴承装置进行测量得到的半径间隙的公差。流体轴承装置的温度为-40℃时的半径间隙如图5a所示，在大约3μm至4μm的范围内，+80℃时的半径间隙如图5b所示，在大约2μm至3μm的范围内。如图5a所示，由于-40℃时的半径间隙在3μm至4μm之间，故损失扭矩在10g·cm以下，为较小，能满足性能要求。另外，如图5b所示，由于+80℃时的半径间隙在2μm至3μm之间，故轴摆动在足够小的范围内，能满足性能要求。因此，发现只要在流体轴承装置设计时，在-40℃时将半径间隙的下限设定为3μm、在+80℃时将半径间隙的上限设定为3μm即可。如上所述，本发明的流体轴承装置，即使半径间隙存在一定的公差的场合，也可使产品全部满足性能要求。即，可使生产量的100％成为合格品，产品合格率可达到100％。
图6是本发明的流体轴承装置与图14所示的传统例的流体轴承装置在各温度下的特性的对比图。图中，实线表示本实施例的流体轴承装置的各特性，虚线表示传统例的流体轴承装置的各特性。从图6可见，本实施例的流体轴承装置，低温下的损失扭矩比传统的装置小。另外，高温下的轴摆动也比传统的装置小。
图7是本实施例的流体轴承装置中轴1和轴套2所使用的材料的成分表，各数值表示重量％。
图8是传统例的流体轴承装置与本实施例的流体轴承装置的、轴1和轴套2所使用的金属材料的组合、以及对该组合情况下轴1与轴套2的耐磨损性进行比较试验的评价结果的表。本实施例的流体轴承装置中，因为在轴套2的轴承孔2A的表面实施了以镍和磷为主要成分的材料的电镀，故耐磨损性能非常优秀，流体轴承装置的长期可靠性很高。
图9是表示对本实施例的轴套2用的金属材料的切削加工时的切削阻力进行测量的结果和对加工性进行评价的图。各数值以黄铜为“100”进行了标准化。图中，黄铜的切削阻力小，为100，故加工性好，但如图3所示，线膨胀系数太大而不适合。铁素体系不锈钢，切削阻力大，为300且加工性差，在轴套2的轴承孔的加工中，无法进行使表面平滑的加工，存在表面粗糙度粗糙的缺点。因此，不适合用作轴套2的材料。本实施例中，轴套2用硫易切钢制作，表面通过实施以镍和磷为主要成分的材料电镀，能在温度特性、加工性、耐磨损性的所有方面得到最佳的结果。
如图2所示，为了在轴套2的轴承孔2A的内周面高精度地形成动压发生槽2C、2D，本实施例中，使用了球滚压法(日文ボ一ル転造法)这种塑性加工方法。作为动压发生槽2C、2D的其他加工方法，有电解蚀刻加工法。但是，当节距间隔狭窄时，则该方法有时使至槽以外的轴承孔2A的内面的平滑面为止受到蚀刻，导致轴承孔2A的精度恶化。本实施例中，通过使用塑性加工性较好、适合塑性加工法的硫易切钢，可高精度地加工流体轴承装置中最为重要的动压发生槽2C、2D。作为轴套2的材料比如也可使用铁素体系不锈钢。但是，铁素体系不锈钢的塑性加工性太差，故无法用塑性加工法高精度地加工动压发生槽2C、2D，无法得到高性能的流体轴承装置。
图1所示的本实施例中，对轴1旋转、轴套2固定的形式的流体轴承装置进行了说明，但本发明也可适用于轴套与转子轮毂一起旋转、轴固定在基座上的形式(未图示)的轴固定形式的流体轴承装置。
根据本实施例，流体轴承装置的半径间隙在高温下减小，在低温下增大，故通过润滑剂粘度随温度的变化，可防止流体轴承装置特性的变化。另外，轴承的耐磨损性和轴套的加工性及动压发生槽的加工性良好，故可得到高精度的流体轴承装置。
(实施例2)参照图10至图13对本发明的实施例2的流体轴承装置进行说明。图10是本发明的实施例2的流体轴承装置的剖视图。图中，轴101可旋转地插入轴套102的轴承孔102A内。本实施例的轴101，如图13的主要部分的放大剖视图所示，轴101的本体101D与小直径部101E之间形成围住小直径部101E的槽101A。槽101A的深度在小直径部101E处最深，朝本体101D的外周部渐渐变浅。
图10中，在轴套102的上端安装有用于防止轴101从轴套102脱落的环状的防脱件103。防脱件103如图13的放大图所示，其内径设定为大致覆盖上述槽101A的一半。在轴101的外周面或轴套102的内周面的至少一方形成由人字形图形的浅槽构成的动压发生槽102C、102D，从而构成径向轴承部。具有转子磁铁110的转子轮毂108安装在轴101的上端部。轴101的另一端(图1中为下端部)具有与轴101的轴心成直角的面即轴端面部101B。轴端面部101B与固定在轴套102上的推力板104相对。轴端面部101B与推力板104的各相对面的任何一方的面(图10中是推力板104)上设置螺旋状或鱼骨状(人字形)图形的动压发生槽104A，从而构成推力轴承部。轴套102固定于具有电机定子109的基座106上。轴101和轴套102之间的间隙及轴端面部101B与推力板104之间的间隙充满了油等润滑剂105。
轴101由含有锰7～9重量％、铬13～15重量％的高锰铬钢、或奥氏体系不锈钢(含有镍8～10重量％和铬17～19重量％)制成。轴套102由图7所示的硫易切钢的A或B、或软铁(杂质少，接近纯铁)制成。硫易切钢A含有硫0.2～0.4重量％、碲0.02～0.07重量％，硫易切钢B进一步含有铋0.05～0.2重量％。图12表示轴套102的剖视图。图中，人字形的动压发生槽102C及102D沿轴套102的轴心(与构成流体轴承装置时的轴101的轴心相同)方向排列设置在轴套102的内周面。动压发生槽102D的弯折部102F的上部的槽102L的长度(图中与L对应的长度)比下部的槽102M的长度(图中与M对应的长度)长。轴套102的外表面以均匀的厚度实施了以镍和磷为主要成分的材料的电镀102B。电镀的厚度在1～20微米的范围内适宜地设定。
以下对具有以上结构的本实施例的流体轴承装置的动作进行说明。在图10中，当对电机定子9通电时，就会产生旋转磁场，转子磁铁110、转子轮毂108与轴101开始旋转。通过轴101旋转，动压发生槽102C、102D、104A的油等润滑剂中产生泵压，使径向轴承部及推力轴承部的油的压力上升。其结果，轴101上浮，与推力板104 轴套102不接触地进行高精度旋转。
图11是表示本实施例的流体轴承装置以规定的转速旋转时的损失扭矩的内容的图，将本实施例的流体轴承装置与图14所示的传统例的流体轴承装置进行了比较。图中，对于径向轴承部的损失扭矩来说，本实施例与传统例几乎相同。对于推力轴承部的损失扭矩来说，本实施例的流体轴承装置比传统例的装置大幅减少。传统例的流体轴承装置中具有比轴211直径大的凸缘213，而本实施例的流体轴承装置中没有凸缘，与轴101相同直径的轴端面部101B起到与凸缘相同的功能。这是因为轴端面部101B的直径比凸缘213小，故旋转阻力小的缘故。如上所述，本实施例的流体轴承装置的总的损失扭矩比传统例的装置小。因此，尤其是可防止低温下的电机的电流增加。
本实施例的流体轴承装置，在轴套112上设有轴101的防脱件103，故异常的加速度朝流体轴承装置101的轴心方向施加的场合等，可防止轴101从轴套102脱落。
作为防脱件103的其他作用，如图13所示，当将防脱件103与轴101的上端面的间隙103A做成大于根据油等润滑剂105的表面张力确定的尺寸时，则可防止流体轴承装置旋转中润滑剂105从轴101的上端部泄漏。这是利用润滑剂105因其表面张力而不会从规定的尺寸以上的间隙泄漏这样的特性。因此，将防脱件103的内周部的下面及轴101的本体101D的小直径部101E附近至少一方形成为大致圆锥面(cone)。本实施例中，如图13所示，在本体101D的小直径部101E附近设有形成圆锥面的槽101A。因此，防脱件103与轴101的间隙在其内周侧宽大，在外周侧狭小。润滑剂105具有因表面张力而仅保持在间隙狭窄的部分的性质，故润滑剂105主要保持在间隙狭窄的外周部，不保持在内周部。即，润滑剂105不从流体轴承的开口部、即防脱件103与轴101之间的间隙宽大的部分流出。当将具有圆锥面的槽101A与防脱件103的前端部的间隙做成上述规定的尺寸，则润滑剂105不流出，故防脱件103起到防止润滑剂105泄漏的功能。因槽101A倾斜，故即使轴101的上下位置有所移动，防脱件103与槽101A的间隙也有成为上述规定尺寸的位置，故润滑剂105不会泄漏。
如图12所示，动压发生槽102D中槽102L比槽102M长(L＞M)，故在图10的构成中，轴101在轴套102内旋转时，油被压入轴端面部101B与推力板104之间。因此，轴端面部101B的压力上升，在推力方向产生大的上浮力。图12中，将因动压发生槽102D产生的推力方向的压力用Pr表示，将因动压发生槽4A产生的推力方向的压力用Pt表示，则在推力方向上、压力Pr与压力Pt之和(Pr+Pt)的压力起作用。曲线N1表示上述压力(Pr+Pt)的分布。另外，曲线N2表示动压发生槽102D引起的径向的压力分布。
对本实施例的轴101及轴套102可使用的各种金属的线膨胀系数进行实测得到的数据如图3所示。本实施例中，也与上述实施例1相同，高锰铬钢、奥氏体系不锈钢及马氏体系不锈钢的3种材料可用作轴101的材料。黄铜、硫易切钢及铁素体系不锈钢的3种材料可用于轴套102。本实施例中，轴101使用线膨胀系数大的高锰铬钢(线膨胀系数为17～18×10-6)或奥氏体系不锈钢(线膨胀系数为17.3×10-6)。另外，轴套102使用线膨胀系数小且加工性优良的硫易切钢(线膨胀系数为10～11.5×10-6)或软铁。以下，利用与上述实施例1共用的各图进行说明。
图4表示轴101与轴套102的轴承孔102A的半径间隙随温度的变化。曲线EAC表示公差的上限值，曲线FBD表示公差的下限值，这2根线的间隔相当于公差范围。本实施例中，轴101和轴套102使用上述材料，故低温时半径间隙增大，高温时半径间隙减小。轴101的直径为3.2mm的场合如图4所示，当温度从20℃变化至80℃，半径间隙减小约0.65微米。当温度从20℃变化至-40℃，半径间隙增大约0.65微米。通过轴承间隙发生如此的变化，如图5b所示，能得到以下的效果。即，即使高温下润滑剂的粘度下降，但因半径间隙变窄，可减轻轴承的刚性下降。在低温下，如图5a所示，通过半径间隙扩大，能抑制损失扭矩的增加，可防止轴承的旋转阻力的增加。轴承的刚性或轴摆动，从理论上讲，能与半径间隙的3次方成正比地增大。另一方面，轴承的损失扭矩与半径间隙成反比地减小。
图5a表示-40℃时半径间隙扩大，减轻了损失扭矩的增加。图5b表示+80℃时半径间隙减小，抑制了轴摆动数值的增加。各图中表示了要求性能的范围，但本实施例中，如半径间隙在图4的公差范围内，则即使半径间隙存在偏差，也可使所有的轴承满足性能要求。即，可使生产量的100％全部成为合格品。
图6是本实施例的流体轴承装置与图14所示的传统例的流体轴承装置在各温度下的性能的比较图。本实施例的流体轴承装置，低温下的损失扭矩小。另外，高温下的轴摆动也小。
图7是本实施例的轴101和轴套102所使用的材料的成分表，各数值表示重量％。
对传统的流体轴承装置与本实施例的流体轴承装置的、轴101和轴套102所使用的金属材料进行组合的场合的流体轴承装置的耐磨损性进行比较试验得到的结果如图8所示。本实施例中，如图12所示，因为在轴套102的表面实施了以镍和磷为主要成分的电镀102B，故耐磨损性能非常优秀，轴承装置的长期可靠性很高。
图9是表示对轴套102可用的金属材料的切削阻力进行测量的结果。黄铜的切削阻力小，故加工性好，但如图3所示，线膨胀系数太大而不适合。另一方面，铁素体系不锈钢切削阻力大，故加工性差，对轴套102的轴承孔102A的表面进行加工的场合，无法进行平滑加工，存在表面粗糙度粗糙的缺点。本实施例中，轴套102用硫易切钢制作，表面通过实施以镍和磷为主要成分的电镀这样的组合所产生的效果，能在温度特性、加工性、耐磨损性的所有方面得到最佳的结果。
图12所示的轴套102的轴承孔102A的内周面的动压发生槽202C、202D，为了高精度地以规定的节距间隔加工大量细微的槽，与上述实施例1相同采用球滚压法。如将动压发生槽202C、202D的节距间隔做得狭窄时，则以往的电解蚀刻加工法，使在槽以外的至轴承孔2A的内面的平滑面为止受到蚀刻。由此导致轴承面的精度恶化。本实施例的轴套102的材料的硫易切钢的塑性加工性较好，可高精度地加工动压流体轴承中尤其重要的动压发生槽202C、202D。若使用塑性加工性差的铁素体系不锈钢加工轴套202时，则无法高精度地加工动压发生槽202C、202D，导致流体轴承装置的性能下降。
本实施例中，对轴套102为固定、轴101旋转的构成进行了说明，但轴套102与转子轮毂108一起旋转、轴101固定在基座107上的轴固定型的构成也可得到与本实施例相同的作用效果。
本实施例中，推力轴承由轴101的端面和推力板104构成，故可将推力轴承的直径抑制在轴101的直径以下。另外，径向轴承的半径间隙在高温下减小，在低温下增大，故通过油的粘度变化，可防止流体轴承装置特性的变化。另外，如上所述，通过使用加工性好的材料，就能使批量生产上的课题、即轴套的加工性及动压发生槽的加工性最佳，且能得到耐磨损性优良的流体轴承装置。
产业上利用的可能性本发明的流体轴承可作为需要高速且高精度旋转的旋转体的轴承加以利用。
权利要求
1.一种流体轴承装置，其特征在于，包括由含有铁的材料构成的、具有轴承孔的轴套；可相对旋转地插入所述轴套的轴承孔内、由高锰铬钢及奥氏体系不锈钢中的至少一种材料构成的轴；以及固定于所述轴的一端、一方的面与轴套的端面相对、另一方的面与设置成对包含所述轴套的所述端面在内的区域进行密闭的推力板相对的大致圆板状的凸缘，在所述轴套的内周面及轴的外周面的至少一方，沿所述轴的轴心方向排列设置第1及第2动压发生槽，在所述凸缘与推力板的相对面的任何一方设置第3动压发生槽，包括所述第1及第2动压发生槽在内的所述轴套的轴承孔与轴的间隙以及推力板与凸缘的间隙用润滑剂充满，所述轴套或轴的任何一方安装在具有电机的定子的固定基座上，另一方安装在具有所述电机的转子磁铁的旋转体上。
2.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，所述第1及第2动压发生槽中，与所述凸缘近的动压发生槽以规定的角度形成弯曲的线状，从弯曲部朝向所述凸缘的槽的长度比从所述弯曲部朝向所述凸缘的相反方向的槽的长度短。
3.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，构成所述轴套的含有铁的材料是含有硫0.2～0.4重量％、碲0.02～0.07重量％的硫易切钢。
4.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，构成所述轴的高锰铬钢，含有锰7～9重量％、铬13～15重量％。
5.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，构成所述轴套的硫易切钢，含有硫0.2～0.4重量％、碲0.02～0.07重量％及铋0.05～0.2重量％。
6.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，所述第1及第2动压发生槽为人字形的图形，所述第3动压发生槽为螺旋状图形或人字形图形。
7.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，所述第1及第2动压发生槽中，与所述轴端面部近的动压发生槽以规定的角度形成弯曲的线状，从弯曲部朝向所述轴端面部的槽的长度比从所述弯曲部朝向所述轴端面部的相反方向的槽的长度短。
8.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，所述轴套由含有铁的材料构成，对表面实施了含有镍及磷的电镀。
9.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，在所述轴套的开放端设有防止轴脱落的防脱件。
10.如权利要求9所述的流体轴承装置，其特征在于，所述轴的与所述防脱件相对的面具有朝着轴心深度变深的环状槽。
11.一种流体轴承装置，其特征在于，包括由含有铁的材料构成的、具有轴承孔的轴套；可相对旋转地插入所述轴套的轴承孔内、由高锰铬钢及奥氏体系不锈钢中的至少一种材料构成、在一方的端部具有与轴心垂直的面、即轴端面部的轴；以及与所述轴端面部相对、构成推力轴承的推力板，在所述轴套的内周面及轴的外周面的至少一方，沿所述轴的轴心方向排列设置第1及第2动压发生槽，在所述轴端面部与推力板的各个相对面的至少一方设置第3动压发生槽，包括所述第1、第2及第3动压发生槽在内的所述轴套的轴承孔与轴的间隙以及所述轴端面部与推力板的间隙用润滑剂充满，所述轴套或轴的任何一方安装在具有电机的定子的固定基座上，另一方安装在具有所述电机的转子磁铁的旋转体上。
12.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，构成所述轴套的含有铁的材料，是含有硫0.2～0.4重量％、碲0.02～0.07重量％的硫易切钢。
13.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，构成所述轴的高锰铬钢，含有锰7～9重量％、铬13～15重量％。
14.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，构成所述轴套的硫易切钢，含有硫0.2～0.4重量％、碲0.02～0.07重量％及铋0.05～0.2重量％。
15.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，所述第1及第2动压发生槽为人字形的图形，所述第3动压发生槽为螺旋状图形或人字形图形。
16.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，所述第1及第2动压发生槽中，与所述轴端面部近的动压发生槽以规定的角度形成弯曲的线状，从弯曲部朝向所述轴端面部的槽的长度比从所述弯曲部朝向所述轴端面部的相反方向的槽的长度短。
17.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，所述轴套由含有铁的材料构成，对表面实施了含有镍及磷的电镀。
18.如权利要求11所述的流体轴承装置，其特征在于，在所述轴套的开放端设有防止轴脱落的防脱件。
19.如权利要求18所述的流体轴承装置，其特征在于，所述轴的与所述防脱件相对的面具有朝着轴心深度变深的环状槽。
全文摘要
一种流体轴承装置，为了在低温下抑制损失扭矩的增加和在高温下抑制轴摆动的增加，同时改善轴套的加工性，轴的材料使用高锰铬钢或奥氏体系不锈钢，轴套的材料使用硫易切钢，在其表面实施以镍和磷为主要成分的电镀。采用本发明，能防止因温度变化引起润滑剂粘度变化而导致轴承的性能变化，同时使轴套和动压发生槽的加工性和轴承的耐磨损性最佳。
文档编号F16C33/04GK1697939SQ20048000022
公开日2005年11月16日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年3月13日
发明者浅田隆文, 滨田力, 大野英明, 日下圭吾 申请人:松下电器产业株式会社