专利名称：动压流体轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用流体的动压的动压流体轴承装置。
背景技术：
近年来，使用了磁盘等旋转的记录媒体的记录装置，在其存储容量增加的同时，数据的传送速度也在高速化。为此，对这种记录装置上使用的光盘等的轴承装置就要求高速并高精度地旋转。为此，作为轴承装置使用了动压流体轴承装置(例如参照专利文献1)。
下面，参照图8到图12，对以往的动压流体轴承装置进行说明。
图8是表示包含动压流体轴承装置的主轴电动机的典型的以往例的剖面图。在中央部，图示有动压流体轴承装置，在两端部图示有主轴电动机部。在图8中，轴111可旋转地插在套筒112的轴承孔112a中。轴111具有在图8中的下端部一体地构成的凸缘113。凸缘113被收容在安装于底座117上的套筒112的阶梯部中，与推力板114相对向并能够旋转。在轴111上安装有固定了旋转磁铁120的旋转轮毂118。在底座117上安装有与旋转磁铁120对向的电动机定子119。在套筒112的轴承孔112a的内周面上设置有在本领域所熟知的箭尾形状(Herringbone Pattern)的2组动压产生槽112b。在凸缘113的与套筒112的阶梯部对向的面上设置有同样所熟知的动压产生槽113a，在凸缘113的、与推力板114对向的面上设置有动压产生槽113b。在包含动压产生槽112b、113a、113b的、轴111及凸缘113和套筒112之间的间隙中填充有油130。
下面，对具有上述结构的以往的动压流体轴承装置的工作进行以下的说明。
在图8中，如果给电动机定子119通电，则产生旋转磁场，且旋转磁铁120、旋转轮毂118、轴111和凸缘113开始向规定的方向旋转。此时，由动压产生槽112b、113a、113b向油130产生泵吸压力，且轴111及凸缘113上浮，以非接触状态在推力板114及轴承孔112a的内周面旋转。
轴111通过填满到套筒112的轴承孔112a内的油130润滑而旋转。一般来说，油的粘度，如图9所示，如果温度降低，则以指函数方式增加。轴111旋转时受到的旋转阻力与油的粘度成正比，因此，在低温下轴111的旋转阻力增加，损失力矩增加，电动机的消耗电力增加。相反，在高温下，油的粘度降低，旋转阻力减少，但是与油的粘度成正比的动压流体轴承装置的轴承刚性降低，轴振动(轴111在旋转过程中在轴承孔112a中摇动的现象)增加。由套筒112的轴承孔112a的半径与轴111的半径的差所定义的“半径间隙”，在理论上与轴承刚性的3次方成反比，并且与损失力矩成反比。轴承孔112a和轴111的半径间隙，由于在低温下会降低随着油粘度的增加的损失力矩的增加，因此希望加大半径间隙。另外，由于在高温下会降低随着油粘度的降低的轴承刚性的降低，因此希望缩小半径间隙。为了满足这样的条件，从线膨胀系数的观点出发，最好这样选择套筒112和轴111的各材料。即，套筒112尽量用线膨胀系数小的材料做成，轴111尽量用线膨胀系数大的材料做成。
具体举例来说，作为具有适合于套筒112的线膨胀系数的一般的工业材料，有铁和其合金、铁素体类不锈钢、及马氏体类不锈钢，线膨胀系数在10×10-6～12×10-6的范围内。另外，作为适合于轴111的材料，有奥氏体不锈钢，线膨胀系数大约为17×10-6。作为所述套筒112的材料所列举的3种材料，任何一个都是切削性极差的材料，因此，一般使用添加了各种易切削元素或其合金的所谓的铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢或马氏体类不锈钢的易切削钢。作为易切削元素，有铅、硫磺、碲、硒等，作为易切削的合金，有硫化锰等。一般的易切削钢是为了最大限度地改善切削性而在成为基体的铁或铁素体类不锈钢、马氏体类不锈钢中尽量多添加这些易切削元素或合金使含量增加，且使易切削元素或其合金的结晶的大小尽可能大地制造。
在用这些易切削钢制造套筒112时，首先将易切削的原材料经冷轧轧制为具有比套筒112的最大外径大稍许的直径的圆棒。其次，将该圆棒用车床进行切削加工而制作套筒112。动压产生槽112b是在车床加工后通过另外的工序形成。
专利文献1特开H05-312212号公报在如上所述地制造的以往的动压流体轴承装置中，存在以下的问题。
第1个问题是在由车床加工切削的轴承孔112a(此时还未加工动压产生槽)的表面出现易切削元素或其合金的结晶。
图10是由在日本工业标准协会(JIS)中标准化的相当于SUM24的低碳钢类易切削钢的原材料制造了套筒112时的轴承孔112a的表面的放大照片。该照片是将表面用大约250倍的数字显微镜放大的照片。图10中的左右方向为轴承孔112a的轴方向，箭头145的方向为加工轴承孔112a时的套筒112的旋转方向。
在左右方向上较长地延伸的颜色稍重的区域132、133、134、135表示易切削元素硫磺和锰以所谓的硫化锰的合金的形态析出在表面的部分。区域132～135在轴方向(左右方向)上的长度为0.07～0.15mm，在与轴垂直的方向(箭头145)上的长度为0.01mm左右。区域132～135的形状为左右细长的原因是在将原材料如上所述地冷轧轧制为圆棒形状时，硫化锰的结晶也被拉伸。硫化锰的结晶的大小与轴111和轴承孔112a之间的半径间隙的尺寸0.002～0.003mm相比极大。易切削钢的特征是一般易切削合金的金属结晶较大，金属结晶越大越提高易切削性。在硫化锰的结晶析出的区域132～135中，存在轴承孔112a(图8)的表面粗糙度增加、在作为动压流体轴承而组装后硫化锰的结晶脱落、旋转时烧熔在轴承孔112a的内面上而陷入不能旋转的危险。
在图10中，轴承孔112a的面是由通过车床的箭头145的方向的刀具(省略图示)加工而成。刀具(cutting tool)对作为基体材料的低碳钢的区域137和作为易切削合金的硫化锰结晶的区域132交替切削。低碳钢与硫化锰结晶相比，强度和韧性高。即，硫化锰结晶与低碳钢相比，强度低且发脆。从而，如果用刀具切削加工低碳钢的区域137，则在用刀具切削加工后，产生例如140所示的上下方向上连续的切削痕，但是在硫化锰结晶的区域132中，几乎不产生切削痕而成为断裂面。因而，刀具的切削阻力在低碳钢的区域137中较大，而在硫化锰结晶的区域132～135中较小。其结果，刀具振动而且低碳钢的区域137表面的粗糙度也增大。
图11是在作为套筒112的材料而使用SUM24并将套筒112的轴承孔112a用车床加工时的表面粗糙度的测定例。图11的横轴表示轴承孔112a的轴方向(2个箭头间为0.1mm)，纵轴表示显示粗糙度的凹凸的大小(2个箭头间为0.0002mm)。图11表示的是使用テ一ラ一ホブソン公司制的ホ一ムタリサ一フ2型测定器进行测定的结果。
一般来说，轴111和轴承孔112a之间的半径间隙为0.002～0.003mm。如果欲保持在将粗糙度设为零时的轴承刚性、和在考虑了粗糙度时的轴承刚性相同，则半径间隙将成为具有凹凸的表面的平均位置和轴111的外周之间的间隙。在图11的情况下，凹凸的最大幅度是0.001左右。轴承孔112a和轴111之间的实质上最小的半径间隙是只小了凹凸的最大幅度0.001mm的1/2的0.0015～0.0025mm。在这种状态下，轴111和轴承孔112a在凹凸的峰部接触，从而烧熔的可能性极高。以往的套筒112的轴承孔112a在车床上加工后，为了减小粗糙度(凹凸)，而需要进行研磨等后期加工或后期处理，因而，存在成本变高的问题。
因硫化锰结晶而引起的其次的问题点在于在将轴111插入到套筒112的轴承孔112a中而作为动压流体轴承组装的成品的动作中，时有硫化锰结晶的一部分脱落、动压流体轴承烧熔发生。如参照上述图10进行的说明，在区域132～135的硫化锰上几乎没有刀具的切削痕，它表示硫化锰结晶被刀具断裂而被除去。即，硫化锰结晶被刀具剧烈地冲撞而产生裂痕(龟裂)并脱落和被除去。假设对于1个硫化锰结晶132，为只产生了残留在低碳钢的区域137中的刀具的切削痕的数量的裂痕，通过产生裂痕的碎片的脱落，进行切削加工。因而，存在以下所述的隐患，即，在大的硫化锰结晶的表面存在由于裂痕而变成孤立状态的微小的硫化锰结晶，而且这些在组装完毕后的动作中会有脱落的危险。
根据发明人等的各种试验可知，如果使用这样的套筒112制作动压流体轴承装置，则在动作中微小的硫化锰会脱落并进入轴承的间隙，从而导致轴承烧熔的概率极高。在该以往例中使用的SUM24材是铁类，所以，出于改进防锈或耐磨损性的目的，有时实施0.002～0.005mm左右厚度的无电解镍的镀层。可以通过该镀层某种程度上防止微小的硫化锰结晶的脱落，并减少烧熔的概率，但不能彻底防止。在切削加工含有硫化锰结晶的材料时，存在脱落的可能性的硫化锰结晶因其尺寸也大，所以用薄的镀层是不能在强度上得到充分的防止脱落效果。在上述的以往例中，对在套筒材料上使用所谓SUM24的低碳钢类易切削钢的情况进行了说明，但是在铁素体类不锈钢的易切削钢或马氏体类不锈钢的易切削钢情况下，通常也存在硫化锰结晶，因此，产生同样的问题。
其次，对第2个问题点进行以下的说明。图12表示在如图8所示的套筒112的轴承孔112a的内周面上加工动压产生槽112b的方法。在图12中，套筒112表示为剖面。用于塑性加工动压产生槽112b的已知的槽滚轧工具122是由杆123、多个滚轧球124、和用于固定滚轧球124和杆123的固定器125构成。多个滚轧球124的对角尺寸L被设定为比套筒112的轴承孔112a的内径只大相当于动压产生槽112b的深度的长度。在加工动压产生槽112b时，将槽滚轧工具122相对于套筒112向箭头A方向旋转，同时向箭头Z方向插入套筒112内。由此对动压产生槽112b的倾斜部142a进行加工。连接在动压产生槽112b的顶点的倾斜部142b，是将槽滚轧工具122以与箭头A的方向相反的方向边旋转边进一步向箭头Z方向插入而形成的。由该动作产生动压产生槽112b的1个V字形槽。同样，也可以加工第2个以后的V字形槽。在将槽滚轧工具122从套筒112拔出时，可以按原来插入时的轨迹拔出，也可以以通过插入时加工的槽的中间部的方法，加工出滚轧球124的2倍数的动压产生槽112b。
滚轧球124在加工动压产生槽112b时通常与套筒112的轴承孔112a的内壁面发生摩擦，因此，不可避免磨损。如果滚轧球124磨损，则动压产生槽112b的深度变浅，因此，动压流体轴承的性能下降。为了防止磨损，滚轧球124的材料是从轴承钢或一般称作超硬的金属材料、陶瓷等特殊材料之中选择最优的材料。但是在套筒112的材料为SUM24的情况下，槽滚轧工具122的滚轧球124的寿命是能够加工大约5000个套筒112的程度。因而，存在动压产生槽112b的加工成本高的问题。滚轧球124的寿命短的原因是套筒112的原材料的硬度高。铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢通常含有0.1～0.5％的碳。该马氏体类不锈钢的易切削钢的80％左右是铁。通过这样使铁含有碳，能够变成强度及硬度高的珠光体组织。但是因为硬度高，所以对滚轧球124的磨损不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本且可靠性高的动压流体轴承装置及使用该装置的主轴电动机。
本发明的动压流体轴承装置，具有套筒及能够相对旋转地插入在所述套筒的轴承孔中的轴，并在所述轴的外周面或所述套筒的内周面的至少一个上设置有具有动压产生槽的径向轴承面，在所述轴和所述套筒的轴承孔之间填充了作为工作流体的润滑剂。所述套筒由下述材料制成从铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢中选择的至少1种材料，在所述各易切削钢中所含有的易切削元素和含有易切削元素的合金的各结晶的所述套筒的轴承孔的轴方向上的尺寸(长度)为不到0.03mm、且与所述轴方向垂直的方向上的尺寸(宽度)为不到0.005mm。
根据本发明可知，通过将含在套筒的材料、即各易切削钢中的易切削元素及含有易切削元素的合金的各个结晶在轴承孔的轴方向上的长度设为不到0.03mm，宽度设为不到0.005mm，可在将套筒的轴承孔的内周面用车床切削时几乎不产生断裂面。因而，可以使切削后的表面的粗糙度(凹凸)变小，得到良好的切削加工面。其结果，不存在因在动压流体轴承的动作中易切削元素及易切削合金的结晶脱落而导致使动压流体轴承装置不能旋转之患。
本发明的其他的观点的动压流体轴承装置，具有套筒及能够相对旋转地插入在所述套筒的轴承孔中的轴，并在所述轴的外周面或所述套筒的内周面的至少一个上设置有具有动压产生槽的径向轴承面，在所述轴和所述套筒的轴承孔之间填充了工作流体。所述套筒由下述材料制成从铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢中选择的至少1种材料，所述各易切削钢的含碳量的重量百分比分别不到0.1％，且由这些材料成形的原材料的硬度的维氏硬度Hv不到230。
根据本发明可知，通过将作为套筒的材料的各切削钢的含碳量设为不到0.1％，可使由碳引起的维氏硬度Hv为500以上的高硬度的珠光体组织大幅度减少，从而变得几乎不存在。因而，在套筒的轴承孔上用塑性加工形成动压产生槽的滚轧球的磨损可大幅度降低。
(发明效果)根据本发明可知，通过缩小含在作为套筒的原材料的、易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢或马氏体类不锈钢的易切削钢中的易切削元素及其合金的结晶的大小，可减小套筒的轴承孔的表面粗糙度。从而，不需要用于减小表面粗糙度的后加工工序，能够实现低成本化。另外，因为表面粗糙度小，因此，可减少在组装完毕动压流体轴承装置后的动作中容易发生的易切削元素的结晶脱落的危险性，而且能够实现可靠性高的动压流体轴承装置。
另外，通过将含在所述易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢、马氏体类不锈钢的易切削钢的含碳量设为不到0.1％，将这些材料的棒材中的维氏硬度设为Hv230以下，能够大幅度延长滚轧工具的寿命，因此，能够降低制造成本，且实现低成本的动压流体轴承装置。
图1是本发明的第1实施例的具有动压流体轴承装置的主轴电动机的剖面图。
图2是本发明的第1实施例的套筒的轴承表面的放大照片。
图3是表示本发明的第1实施例的套筒的轴承孔表面的粗糙度的测定结果的图。
图4是表示易切削元素的结晶的长度和作为表面粗糙度的凹凸的尺寸的关系的图表。
图5是表示本发明的第2实施例的动压产生槽的加工工序的加工装置的侧视图。
图6是表示套筒的材料的含碳量和滚轧球的对角尺寸L的变化量之间的关系的曲线图。
图7是表示套筒的轴承孔的表面硬度和对角尺寸L的变化量之间的关系的曲线图。
图8是具有以往的动压流体轴承装置的主轴电动机的剖面图。
图9是表示温度和油的粘度之间的关系的曲线图。
图10是以往例的套筒的轴承孔表面的放大照片。
图11是表示以往例的套筒的轴承孔表面的粗糙度的测定结果的图。
图12是用于说明以往例的塑性加工动压产生槽的加工装置的侧视图。
图中11、111-轴，12、112-套筒，12a、112a-轴承孔，12b、112b-动压产生槽，12c、132～135-硫化锰结晶，12d、137-低碳钢，12e、140-切削痕，13、113-凸缘，14、114-推力板，17、117-底座，18、118-旋转轮毂，19、119-电动机定子，20、120-旋转磁铁，22、122-槽滚轧工具，23、123-杆，24、124-滚轧球，25、125-固定器。
具体实施例方式
下面，对本发明的动压流体轴承装置的优选实施例参照图1至图7进行说明。
(第1实施例)对本发明的第1实施例的动压流体轴承装置参照图1至图4进行说明。本发明主要涉及动压流体轴承的套筒的材质。图1是除了各要素的符号不同之外，具有与如图8所示的所述以往例的动压流体轴承装置实质上相同的结构。在图1中，轴11可旋转地插入在套筒12的轴承孔12a中。轴11具有一体地构成在图1中的下端部的凸缘13。凸缘13被收容在安装在底座17上的套筒12的阶梯部中，且与推力板14相对向并能够旋转。在轴11上安装有固定了旋转磁铁20的旋转轮毂18，与旋转磁铁20相对向的电动机定子19被安装在底座17上。在套筒12的轴承孔12a的内周面上设置有动压产生槽12b。在凸缘13的、与套筒12的阶梯部对向的面上设置有动压产生槽13a，在凸缘13的、与推力板14对向的面上设置有动压产生槽13b。在包含动压产生槽12b、13a、13b的、轴11及凸缘13和套筒12之间的间隙中填充有作为动作流体的油30。
具有如上所述的结构的动压流体轴承装置的动作与以往例完全相同，但使用图1进行说明。在图1中，如果对电动机定子19通电，则产生旋转磁场，旋转磁铁20、旋转轮毂18、轴11及凸缘13开始旋转。此时，通过动压产生槽12b、13a、13b使油30产生泵吸压力，轴11及凸缘113上浮，在推力板14及轴承孔12a的内周面上以非接触状态旋转。
轴11是通过被填满在套筒12的轴承孔12内的油30润滑而旋转。一般，油的粘度，如上述的图9的曲线图所示，如果温度降低，则以指函数增加。轴11在旋转时受到的旋转阻力与油粘度成正比，故在低温下，轴11的旋转阻力变大，损失力矩增加，从而电动机的消耗电力增加。相反，在高温下，油的粘度降低，旋转阻力减少，但是与油的粘度成正比的动压流体轴承装置的轴承的刚性降低，轴振动(轴11在旋转中在轴承孔12a内摇动的现象)增加。以套筒12的轴承孔12a的半径和轴11的半径之差所定义的“半径间隙”，在理论上与轴承刚性的3次方成反比，且与损失力矩成反比。
在低温下，为了防止伴随油的粘度增加的力矩损失的增大，优选加大半径间隙。另外，在高温下，为了防止伴随油粘度的降低的轴承刚性的降低，优选缩小半径间隙。为了满足这样的条件，希望尽量用线膨胀系数小的材料制造套筒12，尽量用线膨胀系数大的材料制造轴11。作为具有适合套筒12的线膨胀系数的材料，有铁和其合金、铁素体类不锈钢、马氏体类不锈钢，线膨胀系数在10×10-6～12×10-6的范围。另外，作为适合轴11的材料，有奥氏体类不锈钢，线膨胀系数是17×10-6。在作为套筒12的材料列举的3种材料中，添加作为易切削元素的铅、硫磺、锰等。进而，也可以向作为易切削合金、即铅和硫磺、在铅和硫磺中添加了碲或硒等的易切削元素的合金。其结果，得到了铁类易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢。
作为本实施例的套筒12的材料，在例如铁类易切削钢的情况下，可使用在与JIS规格的钢材、即SUM24大致相同的组成的材料中添加了重量百分比为1％以下的微量的铌的材料。如果添加铌，则铌将均匀分布在铁类易切削钢中，并且生成将该铌抑制到核大小的硫化锰的结晶。可认为对于钛也以相同的形式添加，并可起到相同的作用效果。还有，在铁类易切削钢中添加铌或钛是在本领域中周知的技术。本发明的涉及点在于使用易切削元素或其合金的结晶尺寸小的易切削钢，作为得到这样的易切削钢的手法不只限于添加铌或钛。对这些易切削钢的原材料，为了能够在短时间内加工成套筒12的形状，而预先通过冷轧轧制成形为具有比套筒12的最大外径稍大的直径的圆棒。用车床切削加工该圆棒而制作套筒12。动压产生槽12b是在车床的切削加工后形成。
在作为本实施例的动压流体轴承装置的套筒12的材料的铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢、马氏体类不锈钢的易切削钢中，其特征在于，将易切削元素或其合金的结晶的大小设为比添加了所述铌或钛等以往的结晶小。图2所示的照片是在用车床切削加工了本实施例的套筒时的套筒12的轴承孔12a表面的放大照片，所述本实施例中的套筒，使用的是添加了铌或钛等的碳钢类的易切削钢(SUM材)。在图2中，图的左右方向为轴承孔12a的轴方向，箭头40的方向为刀具的移动方向。用黑点12c表示的横幅长的浓度稍重的区域为硫化锰的结晶。用黑点12d表示的浓度低处是成为基体的低碳钢。黑点12e是表示刀具的切削痕。在硫化锰的区域12c，长度大约为0.01～0.03mm，宽度大约不到0.005mm。如果将区域12c与图10所示的以往例中的套筒112的轴承孔112a的表面放大照片的区域132比较，则区域12c远小于区域132。
在图2中，轴承孔12a的面被在箭头40的方向上移动的刀具(省略图示)切削。刀具对作为基体的低碳钢的区域12d和作为易切削钢合金的硫化锰的区域12c交替进行切削。低碳钢的区域12d与硫化锰的区域12c相比，强度和韧性高，相反，硫化锰的区域12c与低碳钢的区域12d相比，强度低且发脆。因而，如果用刀具切削低碳钢的区域12d，则出现上下方向上延伸的切削痕12e。根据发明人的仔细的观察可知，在硫化锰的区域12c中，存在切削痕12e从低碳钢的区域12d连续地连接在硫化锰的区域12c的地方，而且没有发现如以往例中所观测到的清晰的断裂面的形状。从以上事实可知，在本实施例中，在刀具切削低碳钢的区域、和在断裂硫化锰的区域12c时，刀具所受到的各自的阻力的差极小，且刀具的振动也降低。
图3是表示将套筒12的轴承孔12a的内周面的表面粗糙度(凹凸)使用与图11中的情况相同的测定器进行测定的结果的图。从图3可知，可以将凹凸降低到0.0005mm左右。这是如图10所示的以往例中的凹凸的大约1/2。
图4是使用易切削元素的结晶的长度不同的4种类的材料制造套筒12并在切削了轴承孔12a的表面时对表面粗糙度进行测定的结果的图表，横轴是易切削元素的结晶的长度，纵轴是表示加工后的表面的粗糙度的凹凸的尺寸。椭圆A表示以往例的使用了硫化锰结晶的长度为70～150μm的范围的SUM材时的表面粗糙度的分布，并且凹凸的尺寸在0.7μm到1.3μm的范围。同样，椭圆B表示使用经过规定的热处理将硫化锰结晶的长度设为50μm左右的相当于SUM材时的表面粗糙度的分布，而且凹凸的尺寸是在0.7μm左右。椭圆C是表示使用了本实施例的套筒12的材料，即，易切削元素的结晶的长度为20μm左右的相当于SUM材时的表面粗糙度，而且凹凸的尺寸在0.4μm到0.6μm范围内。另外，椭圆D是表示使用了只含有铅而不含有硫化锰且易切削元素的长度为3μm左右的铅易切削钢时的表面粗糙度。各椭圆的大小表示易切削元素或合金的结晶的大小的不均匀度的范围以及表面粗糙度的不均匀度的范围。从图4可知，无论易切削元素的种类如何，只要将易切削元素或其合金的结晶的长度设为不到30μm，则表示表面粗糙度的凹凸可为0.6μm以下，能够得到良好的切削加工面。由此，不需要在切削加工后改进粗糙度的工序，并能够减少套筒12的加工成本。
其次，对伴随作为动压流体轴承组装完毕后的动作中产生的、硫化锰结晶12c的脱落而动压流体轴承的烧熔进行说明。在本实施例的套筒12中，从图2可知，硫化锰结晶12c的宽度(图的上下方向的尺寸)只有0.005mm左右。在该宽度的硫化锰的结晶12c中，其两侧被低碳钢的结晶12d稳定地支撑着。从而，在切削加工中难以出现因施加刀具的冲击而产生的裂痕，大幅度降低了硫化锰结晶12c脱落的概率。即使硫化锰结晶12c万一脱落，其大小比半径间隙0.02～0.03mm大的概率也小。
根据发明人进行的各种实验可知，如果使用硫化锰结晶12c的长度为不到0.03mm、宽度不到0.005mm的原材料，则轴承的烧熔的概率为以往的材料时的1/10以下。进而，如果实施目的在于提高防锈或耐磨损性的无电解镍镀层，当然则能够进一步有效地抑制硫化锰结晶12c的脱落。在本实施例中，对在各种易切削元素或其合金中，其结晶的大小为最大的硫化锰结晶12c进行了说明，但是即使使用了其他的易切削元素或其合金的易切削钢也能够得到相同的效果。除了上述说明中使用的铁类易切削钢以外，在马氏体类不锈钢的易切削钢或铁素体类不锈钢的易切削钢中一般也含有硫化锰类的合金，因此，能够得到与本实施例相同的效果。
从以上的说明明显可知，根据本发明，在作为套筒的原材料使用铁类的易切削钢或铁素体类不锈钢的易切削钢或马氏体类不锈钢的易切削钢等时，使用将易切削元素及其合金的结晶的长度设为0.03mm以下、宽度设为不到0.005mm的材料，以此，能够低成本实现可靠性高的动压流体轴承装置。
(第2实施例)对本发明的第2实施例的动压流体轴承装置参照从图5到图7进行说明。第2实施例涉及套筒12的材料，尤其涉及材料的硬度。
在所述第1实施例的套筒12的轴承孔12a的内周面上形成动压产生槽12b的工序，是通过使用具有与“背景技术”中说明的图12所示的装置实质上相同的构成的图5中所示的装置进行。在图5中，用于塑性加工动压产生槽12b的已知的滚轧工具22是由杆23、多个滚轧球24、和将滚轧球24支持在杆23的固定器25构成。多个滚轧球24的对角尺寸L被设定为比套筒12的轴承孔12a的内径只大了相当于动压产生槽12b的深度的长度。在加工动压产生槽12b时，将滚轧工具22相对套筒12向箭头A方向边旋转边向箭头Z方向移动而插入到轴承孔12a中。由此加工动压产生槽12b的倾斜部42a。把压产生槽12b的顶点夹在中间的倾斜部42b，是通过将滚轧工具22向箭头A相反的方向边旋转边向箭头Z方向插入而形成的。通过该动作，形成动压产生槽12b的1个V字形槽。同样，能够加工第2个以后的多个V字形槽。在将滚轧工具22从套筒12中拔出时，可按插入时的轨迹拔出，也可以通过插入时加工的槽的中间部，由此加工滚轧球24的2倍数的动压产生槽12b。
滚轧球24，在加工动压产生槽12b时总与套筒12的轴承孔12a的内周面发生摩擦，因此，不可避免磨损。如果滚轧球24磨损，则动压产生槽12b的深度变浅，因此动压流体轴承的性能下降。为了防止磨损，滚轧球24的材料是从轴承钢或超硬、陶瓷等特殊材料中选定最优之物。在本实施例中，为了防止滚轧球24的磨损而将套筒12进可能由柔软的材料构成。
铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢，如果将其含碳量的重量百分比设为不到0.1％，则变软，并大幅度降低由碳引起的珠光体组织，或几乎不存在。因为维氏硬度Hv为500以上的珠光体组织不存在，因此，大幅度降低了滚轧球24的磨损。本发明人使用了3种材料，即，以往例中所示的大约含碳0.14％的SUM材料(材料1)、大约含碳0.1％的相当于SUM的材料(材料2)及含碳0.02％的纯铁类易切削钢(材料3)，分别制造套筒12，并对所制造的套筒12，使用如图5所示的滚轧工具22分别加工10000个的套筒12的槽进行了试验。
图6是表示对加工了10000个的套筒12的槽之后的滚轧球24的对角尺寸L的变化量进行了测定的结果。图6中的横轴是含碳量，黑点A是材料1，黑点B是材料2，黑点C是材料3。从图6可知，含碳量越低对角尺寸L的变化量越小，且滚轧24的磨损越小。如果将含碳量设为不到0.1％，则可以确认对角尺寸L的变化量为1.5μm以下，滚轧球24实际上具有足够的寿命。作为套筒12的材料的铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢的原材料，是为了能够在短时间内加工套筒12的形状，预先通过冷轧轧制加工，加工成具有比套筒12的最大外径稍大的直径的圆棒。由于该冷轧轧制加工，原材料自身引起加工硬化。例如，纯铁的维氏硬度Hv是100左右，但是如果对这些材料进行冷轧轧制，则维氏硬度变为Hv200～Hv300左右。经对用所述材料1、材料2、材料3的3种材料制造的套筒12的轴承孔12a表面的硬度的测定，维氏硬度Hv分别为280、230、200。
图7是表示轴承孔12a的表面的维氏硬度Hv和对角尺寸L的变化量之间的关系的曲线图。黑点A表示的是材料1，黑点B表示的是材料2，黑点C表示的是材料3。从图7可知，如果轴承孔12a的表面硬度低，则对角尺寸L的变化量也小，滚轧球24的磨损量也小。从图7可知，如果将含碳量为不到0.1％的材料成形为圆棒形状，并用维氏硬度Hv为230以下的原材料制造套筒12，则能够抑制加工轴承孔12a的动压产生槽时滚轧球24(图5)的磨损，并能够使加工10000个套筒12的槽之后的所述对角尺寸L的减少在1.5μm以下。即，与以往例中的使用含碳量为0.14％、维氏硬度为Hv280的SUM24材(材料1)的情况相比，能够将滚轧球24的寿命延长2倍以上。
根据如上所述的本实施例可知，将铁类的易切削钢或铁素体类不锈钢的易切削钢、马氏体类不锈钢的易切削钢的含碳量设为不到0.1％，且将用这些材料制作的圆棒形状的套筒12的原材料的维氏硬度设为Hv230以下，能够降低动压产生槽的加工费，甚至实现低成本的动压流体轴承装置。
(产业上的可利用性)本发明的动压流体轴承装置具有高度可靠性和低成本，可以利用在需要高度可靠性的装置上。
权利要求
1.一种动压流体轴承装置，具有套筒及能够相对旋转地插入在所述套筒的轴承孔中的轴，并在所述轴的外周面或所述套筒的内周面的至少一个上设置有具有动压产生槽的径向轴承面，在所述轴和所述套筒的轴承孔之间填充了作为工作流体的润滑剂，其特征在于所述套筒由下述材料制成从铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢中选择的至少1种材料，在所述各易切削钢中所含有的易切削元素和含有易切削元素的合金的各结晶的所述套筒的轴承孔的轴方向上的尺寸(长度)为不到0.03mm、且与所述轴方向垂直的方向上的尺寸(宽度)为不到0.005mm。
2.一种动压流体轴承装置，具有套筒及能够相对旋转地插入在所述套筒的轴承孔中的轴，并在所述轴的外周面或所述套筒的内周面的至少一个上设置有具有动压产生槽的径向轴承面，在所述轴和所述套筒的轴承孔之间填充了工作流体，其特征在于，所述套筒由下述材料制成从铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢及马氏体类不锈钢的易切削钢中选择的至少1种材料，所述各易切削钢的含碳量的重量百分比分别不到0.1％，且由这些材料成形的原材料的硬度的维氏硬度Hv不到230；在所述套筒的轴承孔中具有用塑性加工法形成的动压产生槽。
全文摘要
一种动压流体轴承装置，将添加在铁类的易切削钢、铁素体类不锈钢的易切削钢等中的易切削元素及易切削合金的粒子细小化为0.1～0.5μm左右。由此，尤其能够使位于易切削钢的套筒的轴承孔的内周面的易切削合金的硫化锰的结晶变小，并使套筒的内周面光滑。另外，通过将易切削钢的含碳量设为0.1％以下，可降低原材料的硬度，从而延长动压产生槽的加工工具的寿命。因此，可防止在作为套筒的原材料而使用切削性好的铁素体类不锈钢的易切削钢等时，由于易切削元素的结晶大而导致平面性变差的情况。另外，还能抑制易切削元素的结晶在使用中脱落。
文档编号F16C17/02GK1719049SQ20051008355
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月11日 优先权日2004年7月9日
发明者浜田力, 浅田隆文 申请人:松下电器产业株式会社