CN101377214A - 流体轴承装置用套筒及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够降低用于适当地进行孔密封处理的成本的流体轴承装置用套筒、及具备该套筒的流体轴承装置、主轴电动机、信息记录再现处理装置及流体轴承装置用套筒的制造方法。流体轴承装置用套筒具备内层部和表层部。内层部通过对烧结用金属粉末进行烧结而形成。表层部形成于内层部的表面，且含有三氧化二铁(Fe2O3)。即，在作为多孔质的流体轴承装置用套筒的表面形成含有三氧化二铁(Fe2O3)层的表层部，进行孔密封处理。
Description
技术领域
本发明涉及在信息处理装置等中使用的流体轴承装置用套筒，尤其涉及烧结金属制套筒及具备其的流体轴承装置、主轴电动机、信息处理装置及流体轴承装置用套筒的制造方法。在此所述的信息处理装置是指驱动硬盘装置或光盘装置之类的记录介质的装置，另外，还包括具有CPU冷却风扇等的信息处理装置即个人计算机等。
背景技术
近年来，使用旋转的盘的记录再现装置等，其存储容量正在增大，且数据的传输速度也正在高速化，因此，使用于这些记录再现装置的轴承通常使盘负荷以高精度旋转，故要求高的性能和可靠性。因此，这些旋转装置中使用适合高速旋转的流体轴承装置。流体轴承装置在轴和套筒之间夹有作为润滑剂的例如油，利用动压产生槽，在旋转时产生泵压，由此使轴相对于套筒以非接触相对转动，因此，没有机械磨损，适合高速旋转。
还有，通常，流体轴承装置的套筒通过从铁合金或铜合金等金属材料利用切削加工等而制造，但作为进一步降低制造成本的目的，例如，提出了将铜合金等的金属粉末成形并烧结的烧结金属制套筒。但是，烧结金属是金属粉末的集聚体，因此为多孔质，在内部具有多个气孔(在金属粉末之间形成的小的空间)。另外，气孔有称为“组织气孔”的烧结体的内部的气孔、和称为“表面气孔”的在烧结体的表面开口的气孔，在通常的烧结金属中，表面气孔和组织气孔相连通。因此，润滑油通过气孔穿过烧结金属的内部，例如使在轴承部产生的支承压降低。
为了解决这样的问题，提出了将气孔封闭的各种技术。
例如，在专利文献1中，公开了通过在400～600℃的气氛温度下对烧结金属体的多孔原材料实施水蒸气处理(蒸气处理)，形成四氧化三铁(或还称为四三氧化铁)(Fe3O4)皮膜的流体动压轴承的制造方法。由此，能够对烧结金属体的表面适当地进行孔封闭处理。
【专利文献1】日本特开2007—57068号公报。
发明内容
然而，在上述以往的流体动压轴承的制造方法中，存在以下所示的问题。
即，在流体动压轴承的制造方法中，为了烧结金属体的表面形成四氧化三铁(Fe3O4)皮膜，需要严格管理水蒸气处理中的炉内的氧量、或水蒸气处理后的大气开放时的温度。因此，存在对工序管理的负担大，成本高的问题。以往认为覆盖铁的表面的氧化膜优选强度比三氧化二铁稳定的四氧化三铁。
本发明的目的在于提供解决上述以往的问题，能够降低用于适当地进行孔密封处理的成本的流体轴承装置用套筒、及具备其的流体轴承装置、主轴电动机、信息处理装置及流体轴承装置用套筒的制造方法。
第一发明的流体轴承装置用套筒具备内层部和表层部。内层部通过对烧结用金属粉末进行烧结而形成。表层部形成于内层部的表面，且含有Fe2O3。
在此，在由烧结用金属粉末形成的流体轴承装置用套筒的表面形成含有三氧化二铁(或也称为三二氧化铁)(Fe2O3)的表层部，进行孔密封处理。
在此，烧结烧结用金属粉末而成形的烧结金属是金属粉末的集聚体，因此为多孔质，在内部具有多个气孔。因此，会发生润滑油通过气孔而穿过烧结金属的内部，导致例如在轴承部产生的支承压降低的现象。因此，进行用于堵塞这样的气孔的孔密封处理。
以往，作为这样的孔密封处理，将烧结金属体置于400～600℃的气氛温度内实施水蒸气处理(蒸气处理)，在多孔的烧结金属体的表面形成四氧化三铁(四三氧化铁)(Fe3O4)层。然而，作为氧化铁的一种的四氧化三铁(Fe3O4)的化学性不稳定。因此，为了在烧结金属体的表面形成四氧化三铁(Fe3O4)，不得不将水蒸气处理中的炉内的氧量降低至极限，需要炉内的严密的开闭密封处理、炉内的真空减压处理、充分的氮净化处理。另外，为了在水蒸气处理后的大气开放中，也形成化学性不稳定的Fe3O4层，需要严格管理大气开放时的温度。因此，需要长时间放置水蒸气处理后的烧结金属体，直至炉内的温度降低至200℃以下。其结果，对工序管理的负担变大，成本变高。
因此，在本发明的流体轴承装置用套筒中，进行：在由烧结用金属粉末形成的流体轴承装置用套筒的表面，形成含有化学性比四氧化三铁(Fe3O4)稳定的三氧化二铁(Fe2O3)的表层部的孔密封处理。
由此，在表面形成含有三氧化二铁(Fe2O3)的表层部时，不需要像以往的对四氧化三铁(Fe3O4)进行的孔密封处理一样，将水蒸气处理中的炉内的氧量降低至极限，因此，能够减少对工序管理的负担。另外，能够将水蒸气处理后的大气开放温度设定为比对四氧化三铁(Fe3O4)进行的孔密封处理高的温度，因此，能够缩短水蒸气处理中的节奏。
其结果，能够减少用于对流体轴承装置用套筒的多孔表面适当地进行孔密封处理的成本。
第二发明的流体轴承装置用套筒在第一发明的流体轴承装置用套筒的基础上，表层部具有形成于所述内层部侧的Fe3O4层和形成于表面侧的Fe2O3层。
在此，在表层部中的内层部侧形成有Fe3O4层，在表面侧形成有Fe2O3层。
还有，在此所述的Fe3O4层是指大部分由四氧化三铁(Fe3O4)形成的层，可以不是仅由四氧化三铁(Fe3O4)(构成概率为100％)形成。另外，关于Fe2O3层也相同，可以不是仅由三氧化二铁(Fe2O3)形成。另外，也可以在内层部侧的Fe3O4层和表面侧的Fe2O3层之间例如有由Fe3O4和Fe2O3形成的混合层等。
在此，在作为氧化铁的一种的四氧化三铁(Fe3O4)和三氧化二铁(Fe2O3)中，三氧化二铁(Fe2O3)的化学性更稳定。
由此，能够防止将流体轴承装置用套筒作为流体轴承装置组装后的氧化。
第三发明的流体轴承装置用套筒在第二发明的流体轴承装置用套筒的基础上，Fe2O3层的厚度为所述表层部的厚度的50％以下。
在此，形成流体轴承装置用套筒的表面的Fe2O3层的厚度形成为表层部的厚度的50％以下。
在此，三氧化二铁(Fe2O3)通常具有脆的性质。因此，若层较厚，则一部分脱落，其粒子进而会促进磨损。
由此，消除三氧化二铁(Fe2O3)特有的脆性，能够确保流体轴承装置用套筒表面的耐磨损性。
第四发明的流体轴承装置用套筒在第二发明的流体轴承装置用套筒的基础上，Fe2O3层的厚度为2μm以下。
在此，形成流体轴承装置用套筒的表面的Fe2O3层的表层部的厚度形成为2μm以下。
在此，三氧化二铁(Fe2O3)通常具有脆的性质。因此，若层较厚，则一部分脱落，其粒子进而促进磨损。以往，由于该理由，考虑不形成三氧化二铁的层，但判明通过形成为适当的厚度，能够没有问题地用于实用。
由此，消除三氧化二铁(Fe2O3)特有的脆性，能够确保流体轴承装置用套筒表面的耐磨损性。
第五发明的流体轴承装置包含第一～第四发明中任一项所述的流体轴承装置用套筒。
在此，流体轴承装置具备能够减少用于适当地进行孔密封处理的成本的流体轴承装置用套筒。
在此，在为了减少成本而使用由烧结金属形成的流体轴承装置用套筒的情况下，若不实施适当的孔密封处理，则如上所述，会降低由轴承部产生的支承压。因此，不能满足流体轴承装置中要求的高性能和可靠性。
因此，在本发明的流体轴承装置中，使用上述流体轴承装置用套筒。
由此，即使在为了减少成本而使用由烧结金属形成的流体轴承装置用套筒的情况下，也能够提供具有高的性能和可靠性的流体轴承装置，进而能够减少制造所需的成本。
第六发明的主轴电动机具备第五发明的流体轴承装置。
在此，主轴电动机具备上述具有高的性能和可靠性的流体轴承装置。
由此，即使在为了减少成本而使用由烧结金属形成的流体轴承装置用套筒的情况下，也能够提供具有高的性能和可靠性的主轴电动机，进而能够减少制造所需的成本。
第七发明的信息处理装置具备第六发明的主轴电动机。
在此，信息处理装置具备上述具有高的性能和可靠性的主轴电动机。
由此，即使在为了减少成本而使用由烧结金属形成的流体轴承装置用套筒的情况下，也能够提供具有高的性能和可靠性的信息处理装置，进而能够减少制造所需的成本。
第八发明的流体轴承装置用套筒的制造方法包括第一工序和第二工序。在第一工序中，在炉内对将烧结用金属粉末成形并烧结的烧结成形体进行水蒸气处理。在第二工序中，在所述水蒸气处理后，控制炉内的氧分压及将炉内向含有氧的气体气氛中开放时的温度的至少一方。在此，包括：在通常的水蒸气处理即第一工序后，控制进行水蒸气处理的炉内的氧分压及将炉内向含有氧的气体气氛中开放时的温度的至少一方的第二工序。通常上述工序在炉内进行，但只要是能够将烧结成形体或其周围设定为上述条件的方法，就不限于炉内。
在此所述的温度是指在第一工序中被水蒸气处理的烧结成形体的温度，但也可以为了调节该烧结成形体的温度而控制炉内的温度，间接控制烧结成形体的温度。另外，在第二工序中开放炉内时，既可以向大气开放，也可以向控制了氧分压的气体(惰性气体等)开放。
在此，将烧结用金属粉末烧结而形成的烧结金属为金属粉末的集聚体，因此为多孔质，在内部具有多个气孔。因此，会发生润滑油通过气孔而穿过烧结金属的内部，导致例如由轴承部产生的支承压降低的现象。因此，在制造烧结金属制的流体轴承装置用套管时，进行用于堵塞这样的气孔的孔密封处理。
以往，在这样的流体轴承装置用套筒的制造方法中，作为孔密封处理的工序的一种，包括下述工序：在400～600℃的气氛温度内对烧结金属体实施水蒸气处理，由此形成四氧化三铁(Fe3O4)层。然而，作为氧化铁的一种的四氧化三铁(Fe3O4)的化学性不稳定。因此，不得不将水蒸气处理中的炉内的氧量降低至极限。因此，需要炉内的严密的开闭密封处理、炉内的真空减压处理、充分的氮净化处理工序。另外，需要严格管理水蒸气处理后的大气开放时的工序中的温度，需要长时间放置水蒸气处理后的烧结金属体，直至炉内的温度降低至200℃以下。因此，水蒸气处理中的节奏变长。其结果，对工序管理的负担变大，成本变高。
因此，在本发明的流体轴承装置用套筒的制造方法中，具备：在炉内对烧结的成形体进行水蒸气处理的第一工序之后，控制炉内的氧分压和温度、或将炉内向含有氧的气体气氛中开放时的氧分压和温度的至少一方。
由此，在由烧结用金属粉末成形的成形体的表面能够形成含有三氧化二铁(Fe2O3)的表层部。还有，在这种情况下，在第一工序中不需要使表面不含有三氧化二铁(Fe2O3)的上述工序(炉内的严密的开闭密封处理、炉内的真空减压处理、充分的氮净化处理)。因此，即使新追加第二工序，与在第一工序中严格管理的负担相比，也能够减少工序管理所需的负担。另外，在第一工序之后，例如，向大气开放的情况下，能够将水蒸气处理的烧结成形体的温度设定为比形成四氧化三铁(Fe3O4)层的孔密封处理高的温度。因此，能够缩短将被水蒸气处理的烧结成形体冷却至规定的温度为止的全部时间，因此，能够缩短流体轴承装置用套筒的制造中的节奏。
其结果，能够减少对流体轴承装置用套筒适当地进行孔密封处理所需的成本。
第九发明的流体轴承装置用套筒的制造方法在第八发明的流体轴承装置用套筒的制造方法的基础上，在第二工序中的氧分压的控制中，基于规定的条件，进行将氧与其他气体置换的净化。还有，在此所述的净化是指将一部分氧与其他气体置换的净化，例如，有将氧与氮置换的氮净化等。另外，规定的条件是指例如在约550℃下水蒸气处理后，使水蒸气处理炉内的氧分压不小于1×10-14的条件等。
在此，例如，在约550℃下水蒸气处理后，为了使水蒸气处理炉内的氧分压不小于1×10-14而调节氮净化的流量、时间、温度等。
由此，将四氧化三铁(Fe3O4)的表面部分可靠地变化为三氧化二铁(Fe2O3)的层，能够可靠地形成三氧化二铁(Fe2O3)的层。
第十发明的流体轴承装置用套筒的制造方法在第八发明的流体轴承装置用套筒的制造方法的基础上，在第二工序中，将炉内向含有氧的气体气氛中开放时的烧结成形体的温度为300℃以上。
在此，在第二工序中，控制开放炉内时的被水蒸气处理的烧结成形体的温度，使其成为300℃以上。
在此，在开放炉内时，若被水蒸气处理的成形体的温度为200℃以上，则理论上，能够在四氧化三铁(Fe3O4)的表面形成三氧化二铁(Fe2O3)的层。
在本发明中，通过在开放炉内时将被水蒸气处理的成形体的温度控制在300℃以上，能够将四氧化三铁(Fe3O4)的表面部分更切实有效地变化为三氧化二铁(Fe2O3)的层，能够可靠地形成三氧化二铁(Fe2O3)的层。
第十一发明的流体轴承装置用套筒的制造方法在第八的发明的任一项所述的流体轴承装置用套筒的制造方法的基础上，还包括：第三工序，其在第二工序中的炉内的开放后，控制炉内或烧结成形体的温度和冷却时间
在此，还具备控制炉内或烧结成形体的温度和冷却时间的第三工序。
由此，在四氧化三铁(Fe3O4)的表面能够稳定地形成各种表层厚度的三氧化二铁(Fe2O3)的层。
根据本发明的流体轴承装置用套筒及流体轴承装置用套筒的制造方法可知，能够减少用于对流体轴承装置用套筒适当地进行孔密封处理的成本。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的包含套筒的主轴电动机的剖面图。
图2是含于图1的主轴电动机的流体轴承装置的放大剖面图。
图3是含于图2的流体轴承装置的套筒的剖面图。
图4是表示本发明的一实施方式的套筒的制造方法的流程图。
图5中的(a)是表示本发明的一实施方式中的套筒的制造方法中的各步骤的温度和时间的关系的图表，(b)是表示以往的套筒的制造方法中的各步骤的温度和时间的关系的图表。
图6中的(a)是用于确认本发明的一实施方式的套筒的耐磨损性的试验概要图，(b)是表示Fe2O3层的层厚和Fe2O3层的磨损量的关系的图表。
图7是表示本发明的其他实施方式的套筒的制造方法的流程图。
图8是表示本发明的其他实施方式的套筒的制造方法的流程图。
图9是本发明的其他实施方式的包含套筒的主轴电动机的剖面图。
图10是示出本发明的其他实施方式的包含流体轴承装置的信息记录再现处理装置的结构的剖面图。
图中∶1—主轴电动机；2—底盘；3—转子；4—流体轴承装置；21—托座部；21a—筒状部；22—定子；31—转子毂；32—盘载置部；33—后轭；34—转子磁体；41—轴；41a—凹部；42—套筒；42a—套筒主体；42b—筒状突出部；42d—固定部；42e—密封部；43—止推凸缘；44—止推板；46—润滑油；50—内层部；51—表层部；51a—Fe3O4层；51b—Fe2O3层；71—向心轴承部；71a—第一动压产生用槽；72—主止推轴承部；72a—第二动压产生用槽；73—子止推轴承部；73a—第三动压产生用槽；80—试片；81—轴；100—流体轴承装置；101—轴；102—凸缘；102A—动压产生槽；103—套筒；103A—轴承孔；103B—动压产生槽；103C—套筒下表面；104—润滑油；105—上罩；106—下罩；107—转子；108—基底；109—盘；200—信息记录再现处理装置(信息处理装置)；200a—记录头；201—记录盘。
具体实施方式
使用图1～图6，对本发明的一实施方式的包含流体轴承装置用套筒(以下，表示为套筒)42的主轴电动机1说明如下。
[主轴电动机1整体的结构]
图1表示作为本实施方式的具备采用了套筒42的流体轴承装置4的主轴电动机1的纵剖面示意图。图1所示的O—O是主轴电动机1的旋转轴线。在本实施方式的说明中，为了便于说明，将附图的上下方向描述为“轴向上侧”、“轴向下侧”等，但不是用于限定主轴电动机1的实际的安装状态。
主轴电动机1主要具备底盘2、转子3、流体轴承装置4。
底盘2构成主轴电动机1的静止侧的一部分，例如，固定于记录盘装置的壳体(未图示)，或构成壳体。底盘2具有托座部21，并装配有定子22。该底盘2由非磁性体的铝系金属材料(例如，ADC12等)或磁性体的铁系金属材料(例如，SPCC、SPCD等)形成。托座部21在内周侧具有向轴向上侧延伸的筒状部21a。定子22用于构成磁回路，固定于筒状部21a的外周侧。在筒状部21a的内周侧固定有后述的流体轴承装置4。
转子3是利用由磁回路部产生的旋转力旋转驱动的部分，具有转子毂31、盘载置部32、后轭33、转子磁体34。转子毂31是构成转子3的主要部的部分，与后述的轴41紧固。转子毂31由作为铁系金属材料的不锈钢(例如，DHS1等)或铝系金属材料(例如，A6061等)形成。盘载置部32用于载置记录盘(未图示)，配置于转子毂31的外周侧及轴向下侧。在本实施方式中，转子毂31和盘载置部32一体地形成。
后轭33是固定于转子毂31的轴向下侧及盘载置部32的内周侧的筒状部件。后轭33由磁性体的铁系金属材料(例如，SPCC、SPCD等)形成。转子磁体34固定于后轭33的内周侧，在径向上与所述定子22对置配置。转子磁体34使用将钕—铁—硼用树脂等粘合剂结合的粘结磁铁，周向被磁化为多极。在小型电动机中转子毂为磁性体的情况下，多种情况下一体地形成后轭。通过转子磁体34和定子22，构成用于旋转驱动转子的磁回路部。即，通过对定子22的线圈依次通电，产生旋转磁场，由此对转子磁体34产生旋转力，将转子3旋转驱动。转子3通过流体轴承装置4旋转自如地支承在底盘2上。
[流体轴承装置4的结构]
图2表示流体轴承装置4的纵剖面示意图。流体轴承装置4用于将转子3旋转自如地支承于底盘2，具有套筒42、轴41、止推板44、固定于或一体地形成于轴41的止推凸缘43。轴41由作为铁系金属材料的不锈钢(例如，SUS420、SUS303等)形成。止推板44由作为铁系金属材料的不锈钢(例如，SUS420等)或超硬合金钢(例如，FB10等)形成。止推凸缘43由作为铁系金属材料的不锈钢(例如，SUS303等)形成。
套筒42是流体轴承装置4的静止侧的部件，是插入嵌合于底盘2的筒状部21a(参照图1)的内周侧的筒状烧结金属制部件。在此，使用铁系烧结金属。套筒42还具有：套筒主体42a、至少一个(在此为多个)第一动压产生用槽71a、71b、筒状突出部42b、固定部42d、密封部42e。套筒主体42a是构成套筒42的主要部的筒状部分。第一动压产生用槽71a、71b是形成于套筒主体42a的内周面且在圆周方向上均等地配置的槽，例如，具有人字形状。筒状突出部42b是从套筒主体42a的端部沿轴向突出的环状的部分。固定部42d是从筒状突出部42b的端部进而沿轴向突出的环状部分。固定部42d例如通过环氧系粘接剂等粘接或铆接加工于后述的止推板44的外周部。密封部42e是形成于套筒主体42a的轴向上侧端部的内周侧的毛细密封部。
轴41是流体轴承装置4的旋转侧的部件，是配置于套筒42的内周侧的圆柱状部件。另外，轴41具有凹部41a。凹部41a是形成于轴41的外周面的环状凹部，配置在相当于所述第一动压产生用槽71a、71b的轴向间的位置。凹部41a还有时形成于套筒42侧。
止推凸缘43是流体轴承装置4的旋转侧的部件，固定于轴41的端部。止推凸缘43配置于套筒42的筒状突出部42b的内周侧(止推凸缘43还有时与轴41一体地加工)。具体来说，止推凸缘43经由微小间隙配置于套筒42和止推板44之间形成的空间中。止推凸缘43在轴向上与止推板44对置的面上具有第二动压产生用槽72a。另外，止推凸缘43在轴向上与套筒主体42a对置的面上具有第三动压产生用槽73a。还有，第二动压产生用槽72a也可形成于止推板44，第三动压产生用槽73a也可形成于套筒42的端部。
如上所述，在该流体轴承装置4中，通过具有第一动压产生用槽71a、71b的套筒42、轴41及夹在其间的作为工作流体的润滑油46，构成在径向上支承转子3的向心轴承部71。在此，作为工作流体，除了润滑油之外，还可以使用高流动性润滑脂或离子性液体。另外，通过具有第二动压产生用槽72a的止推凸缘43、止推板44及夹在其间的润滑油46，构成在轴向上支承转子3的主止推轴承部72。进而，通过具有第三动压产生用槽73a的止推凸缘43、套筒42及夹在其间的润滑油46，构成子止推轴承部73。还有，通过使各部件相对旋转，在各轴承部产生轴41的径向及轴向的支承力。从而，可以说套筒42是对流体轴承装置4非常重要的部件。
[套筒42的详细情况]
如上所述，本发明的一实施方式中的套筒42是烧结金属制。烧结金属制套筒出于制造成本的减少的目的，通过粉体成形、烧结等制造，以代替由金属材料母材的切削加工等。在此，对于烧结金属的特性进一步详细说明。
烧结金属由于将金属粉末成形并烧结而制造，因此，在内部具有多个气孔(形成于金属粉末间的小的空间)。气孔有称为“组织气孔”的烧结体的内部的气孔、和称为“表面气孔”的在烧结体的表面开口的气孔，在通常的烧结金属制套筒中，表面气孔和组织气孔相连通，因此，润滑油可以通过这些气孔穿过烧结金属的内部。因此，在将如图1、2所示的流体轴承装置4的套筒42形成为烧结金属制的情况下，若为原来状态，则润滑油46渗入套筒42的内部。然后，润滑油46通过气孔而穿过套筒42内部，在向心轴承部71产生的支承压向套筒42的外周侧泄漏。其结果，例如，由向心轴承部71产生的支承压降低，向心轴承部71的刚性降低。
因此，在本发明的套筒42中，为了减少润滑油46的渗入量，对烧结金属实施密封气孔的孔密封处理。
因此，使用图3所示的套筒42的纵剖示意图(左半部分)，说明孔密封处理的内容。
套筒42主要包括：内层部50和表层部51。
内层部50是将烧结用金属粉末成形并烧成的筒状部分。
表层部51是致密且稳定的氧化皮膜，覆盖内层部50的表面。另外，表层部51在内层部50的很近的表面具有由四氧化三铁(Fe3O4)形成的Fe3O4层51a(含有四氧化三铁(Fe3O4)50％以上的层)，在Fe3O4层51a的表面即套筒42的表面具有由三氧化二铁(Fe2O3)形成的Fe2O3层51b(含有三氧化二铁(Fe2O3)50％以上的层)。还有，在Fe3O4层51a和Fe2O3层51b之间有时还形成四氧化三铁(Fe3O4)和三氧化二铁(Fe2O3)两者混合的混合层。另外，在Fe3O4层51a的下层还有时形成基于氧化铁(FeO)的FeO层。还有，表层部51适当地密封多孔质的烧结制套筒42的空孔。在本实施方式的套筒42中，表层部51的厚度为1.0μm，其详细情况如下，Fe3O4层51a为约0.7μm，Fe2O3层51b为约0.3μm。
由此，能够适当地密封套筒42的表面，能够防止向心轴承部71的支承压通过上述气孔泄漏，并且，不需要覆盖套筒42的外周的部件等，因此，能够更可靠地降低制造成本。
[套筒42的制造方法]
以下，对本发明的一实施方式的套筒42及其制造方法的详细情况进行说明。图4中示出了作为本实施方式的套筒42的制造方法的流程图。如图4所示，本制造方法包括步骤S1～步骤S7。步骤S1～步骤S4概略表示烧结成形体的制作，也可以通过以下所示的以外的方法制作烧结成形体。
在步骤S1中，例如，将含有铁的金属粉末填充于成形用模中。
在步骤S2中，例如，使用成形用上模和下模，压缩在步骤S1中填充的金属粉末材料，成形成形体。
在步骤S3中，在高温下烧结在步骤S2中压缩的成形体。
在步骤S4中，将成形体冷挤压加工(精压加工(sizing))，改善成形体的表面气孔。由此，能够减小由在后工序中形成的氧化皮膜不能密封孔的大小的表面气孔，因此，能够更可靠地进行表面孔密封处理。
对这样制作的对金属粉末成形并烧结而成的成形体的套筒实施本申请发明的一实施方式的孔密封处理。
在步骤S5(第一工序)中，对在步骤S3中烧结的成形体实施水蒸气处理(蒸气处理)。具体来说，在水蒸气处理炉内载置成形体，例如，与约500℃的高温水蒸气接触30分钟到2小时左右，使成形体的表面高温氧化。由此，如下述反应式(1)所示，从成形体的表面侧依次氧化，能够在成形体的表面形成含有四氧化三铁(Fe3O4)的表层部51。
3Fe+4H2O—>Fe3O4+4H2……(1)
在步骤S6(第二工序)中，将在步骤S5中水蒸气处理的成形体冷却至第一规定的温度，然后开放大气。此时，管理水蒸气处理炉内的成形体的温度，使其不低于300℃。由此，能够使含有四氧化三铁(Fe3O4)的表层部51和大气中的氧产生新的反应，在表层部51的表面如下述反应式(2)所示地形成三氧化二铁(Fe2O3)的Fe2O3层。
4Fe3O4+O2—>6Fe2O3……(2)
其结果，在步骤S5中形成的四氧化三铁(Fe3O4)的Fe3O4层51a的表面部分发生变化，形成新被氧化的三氧化二铁(Fe2O3)的Fe2O3层。在本实施方式中，将开放的气氛设为大气，但除此之外的例如含有氧的气体(氮等惰性气体)也可。
在步骤S7(第三工序)中，控制步骤S6的大气开放后的水蒸气处理炉内的成形体的温度成为第二规定的温度(约200℃)为止的冷却时间。由此，能够形成稳定的Fe2O3层。在本实施方式中，将第二规定的温度设为200℃，但不限定于此。另外，未必需要将成形体设置于水蒸气处理炉内，也可以置于水蒸气处理炉外，控制成形体的温度。还有，该时间为1～5分钟左右，但不限定于此。还有，不使用第三工序，仅使用第二工序，也可以形成三氧化二铁(Fe2O3)层，但形成相同的层厚需要花费时间。
通过在如上所述的条件下制造套筒42，能够在套筒42的表面形成由层厚为约0.7μm的Fe3O4层51a和层厚为约0.3μm的Fe2O3层51b构成的表层部51。
在此，分别使用图5(a)及图5(b)，比较本实施方式的水蒸气处理和形成以往的仅由四氧化三铁(Fe3O4)形成的Fe3O4层的水蒸气处理(以下，表示为以往的水蒸气处理)。
在进行水蒸气处理时，首先最初，在接触水蒸气之前，通过氮净化(将炉内的氧置换为氮)降低氧分压。由此，防止加热时成形体的表面氧化为必要以上。该处理是共用于本实施方式中的水蒸气处理和以往的水蒸气处理的两个制造方法的处理。净化处理还可以代替氮而使用其他惰性气体。
然后，对水蒸气处理炉内充分地加热(在本实施方式中为约500℃)，使成形体与高温水蒸气接触约30分钟到2小时左右。由此，能够在高温的状态下，将成形体的表面氧化(参照下述反应式(1))。
3Fe+4H2O—>Fe3O4+4H2……(1)
该处理也是共用于所述两个制造方法的处理。
然后，管理使高温蒸气与成形体接触后的残留氧。具体来说，通过以规定时间、规定流量进行氮净化，控制水蒸气处理炉内的氧分压。
然后，将水蒸气处理炉向大气开放。在此，在以往的套筒的制造方法中，需要将水蒸气处理炉内的温度例如充分地降低至200℃等后向大气开放，以免与大气中的氧产生新的氧化反应。因此，使高温蒸气与成形体接触后，需要充分的时间的经过，在如图5(b)所示的对应于D的部位(第二规定温度)之前不能向大气开放。另一方面，在本发明的实施方式的制造方法中，为了使形成于成形体的表面的含有四氧化三铁(Fe3O4)的表层部和大气中的氧可靠地进行新的氧化反应(参照下述反应式(2))，将炉内的氧分压增大为比以往大，然后，将水蒸气处理炉内的温度设为例如300℃等的温度(第一规定温度)而向大气开放。
4Fe3O4+O2—>6Fe2O3……(2)
由此，含有四氧化三铁(Fe3O4)的表层部51和大气中的氧反应，在表层部51的表面部分的Fe3O4层重新氧化而形成Fe2O3层。其结果，使高温蒸气与成形体接触后，能够在如图5(a)所示的对应于C的部位(第一规定温度)向大气开放，与以往的制造方法相比，能够缩短其处理时间。
如上所述，与以往的制造方法相比，能够大幅度缩短将水蒸气处理炉向大气开放之前的时间，能够缩短水蒸气处理中的节奏。其结果，能够降低用于对套筒42适当地进行孔密封处理的成本。
(实施例1)
在此，进行用于确认形成有Fe2O3层51b的套筒42的耐磨损性的实验。具体来说，如图6(a)所示，将形成有Fe2O3层的V剖面形状的试片80压紧于旋转的轴81上，测量该情况下的Fe2O3层的磨损量(磨损深度/宽度)。
其结果，能够得到表示Fe2O3层51b的层厚和Fe2O3层的磨损量的关系的图6(b)的结果。由此能够确认，若形成套筒42的表面的Fe2O3层的层厚比2μm厚，则磨损量急剧增加。
Fe2O3层的层厚厚于2μm就磨损量急剧增加的原因推测如下。
第一，Fe2O3层通常具有脆的性质，因此，从Fe2O3层的层厚超过2μm的程度开始发生剥离/脱落，该剥离/脱落的碎片与Fe2O3层接触，导致Fe2O3层的磨损进一步增大。
第二，Fe2O3层通常具有增加其层厚的情况下表面粗糙度变得粗糙的性质，因此，试片的表面以点接触即应力大的状态接触，故Fe2O3层变得容易磨损。还有，产生的磨损粉与Fe2O3层接触，增大Fe2O3层的磨损。
因此，形成于套筒42的表面的Fe2O3层的层厚优选2μm以下。还有，在本实施方式的套筒42的制造方法中，形成膜厚为0.3μm的Fe2O3层，因此，能够确认具有充分的耐磨损性。
[主轴电动机1的特征]
(1)
在本实施方式的主轴电动机1中，在套筒42的表面形成含有三氧化二铁(Fe2O3)的表层部51，进行孔密封处理。
由此，与仅形成四氧化三铁(Fe3O4)的孔密封处理相比，能够提高设定水蒸气处理后的大气开放温度，因此，能够缩短水蒸气处理中的节奏。其结果，能够减少用于对套筒42适当地进行孔密封处理的成本。
(2)
在本实施方式的主轴电动机1中，表层部51包含：在内层部50侧由四氧化三铁(Fe3O4)形成的Fe3O4层51a和在表面侧由三氧化二铁(Fe2O3)形成的Fe2O3层51b至少两层。
由此，适当地密封套筒42的多孔表面的孔，能够形成为更稳定的表面。另外，能够防止将套筒42作为流体轴承装置4组装后的氧化。
(3)
在本实施方式的主轴电动机1中，表层部51的厚度为1.0μm，其详细如下，Fe3O4层51a为约0.7μm，Fe2O3层51b为约0.3μm。因此，Fe2O3层51b的厚度为表层部51的厚度的50％以下。
由此，消除三氧化二铁(Fe2O3)特有的脆性，能够确保套筒42表面的耐磨损性。
(4)
在本实施方式的主轴电动机1中，Fe3O4层51a为2.0μm以下。
由此，消除三氧化二铁(Fe2O3)特有的脆性，能够确保套筒42表面的耐磨损性。
[套筒42的制造方法的特征]
(1)
在本实施方式的套筒42的制造方法中，如图4所示，具备：在步骤S5的水蒸气处理后，控制向大气开放水蒸气处理炉的温度的步骤S6。
由此，在由烧结用金属粉末成形的成形体的表面能够形成含有三氧化二铁(Fe2O3)的Fe2O3层51b的表层部51。在这种情况下，与仅由四氧化三铁(Fe3O4)的Fe3O4层形成表层部51的情况相比，能够将步骤S5后的大气开放温度设定为高温，因此，能够缩短步骤S5～步骤S7中的节奏。其结果，能够降低对套筒42适当地进行孔密封处理的成本。
(2)
在本实施方式的套筒42的制造方法中，在步骤S6中开放水蒸气处理炉时，将水蒸气处理炉内的成形体的温度设为300℃以上。
由此，在四氧化三铁(Fe3O4)的Fe3O4层51a的表面能够更有效地形成三氧化二铁(Fe2O3)的Fe2O3层51b。
(3)
在本实施方式的套筒42的制造方法中，如图4所示，还具备：在步骤S6的水蒸气处理炉的开放后，控制水蒸气处理炉内的成形体的温度成为第二规定温度之前的冷却时间的步骤S7。
由此，在四氧化三铁(Fe3O4)的Fe3O4层51a的表面能够稳定地形成三氧化二铁(Fe2O3)的Fe2O3层51b。
[其他实施方式]
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，可以在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种变更。
(A)
在上述实施方式的套筒42的制造方法中，举出在步骤S5的水蒸气处理后，控制水蒸气处理炉向大气开放时的成形体的温度的例子进行了说明。但是，本发明不限定于此。
例如，作为步骤S5中的水蒸气处理后的步骤S6，控制水蒸气处理炉的氧分压(残留氧)，也能够得到与上述实施方式的套筒42的制造方法相同的效果。
具体来说，例如，在约550℃下进行水蒸气处理后，控制水蒸气处理炉内的氧分压，使其不小于1×10-14。由此，在成形体的表面能够形成含有作为氧化铁的一种的三氧化二铁(Fe2O3)的表层部51。
在此，与以往的形成仅由四氧化三铁(Fe3O4)形成的Fe3O4层的水蒸气处理进行比较。
步骤S6中的水蒸气处理炉的氧分压控制在本实施方式中相当于图5(a)所示的A，在以往的制造方法中相当于图5(b)所示的B。具体来说，氧分压的控制是在水蒸气处理炉内进行规定时间、规定流量的氮净化。在此，在以往的套筒的制造方法中，为了极力减少残留氧，需要在图5(b)的对应于B的部位，充分地进行氮净化，严格管理氧分压(残留氧量)。具体来说，严格管理氧分压，使其小于1×10-14。还有，在实现这些环境时，需要严格的密封处理或利用真空泵等的减压处理。另一方面，在本发明的实施方式中的制造方法中，在图5(a)的对应于A的部位，可以管理氧分压使其不小于1×10-14。在通常的水蒸气处理炉内，即使不进行针对残留氧的严格的管理，也能够满足其环境。这样，本发明的制造方法与以往的制造方法相比，能够大幅度减少水蒸气处理后的水蒸气处理炉内的残留氧的管理负担。
在此，对在步骤S6中，成形体的温度为约550℃时，控制水蒸气处理炉的氧分压，使其大于1×10-14的妥当性进行验证。
图7是氧化物的自由能温度图，俗称为依岭汉图(Ellingham diagram)。该图是横轴取温度，纵轴取生成吉布斯能，对各种氧化物，将各温度下的标准生成能图表化的图表。从该图可知，为了将金属氧化物还原为金属，需要使何种还原剂在何种程度的温度下发生作用。另外可知，在某氧分压下，金属是否能够不氧化而存在。
在步骤S5中，如上所述，在约550℃下进行水蒸气处理，因此，若确认4Fe3O4+O2＝6Fe2O3的反应中的约550℃的状态，则如图7所示，能够确认以氧分压1×10-14为阈值，反应是向Fe3O4的方向(还原)容易进行，还是向Fe2O3的方向(氧化)容易进行。由此能够确认，约550℃的状态下的4Fe3O4+O2＝6Fe2O3的反应只要是氧分压在1×10-14以上，就容易向生成Fe2O3的方向进行。其结果，能够确认为了形成Fe2O3的Fe2O3层51b，在步骤S6中，在成形体的温度为约550℃的状态下控制水蒸气处理炉的氧分压，使其大于1×10-14是妥当的。
还有，根据图7所示的依岭汉图可知，在成形体的温度低于约550℃时，需要控制的氧分压为小于1×10-14的值，在成形体的温度高于550度时，需要控制的氧分压为大于1×10-14的值。
(B)
在上述实施方式的套筒42的制造方法中，举出在步骤S5的水蒸气处理中，在500℃气氛温度内与高温水蒸气接触约30分钟到2小时左右的例子进行了说明。但是本发明不限定于此。
例如，在580℃气氛温度内与高温水蒸气接触2小时也可。在这种情况下，在套筒的表面能够形成由层厚为5.0μm的Fe3O4层构成的表层部。即，通过控制水蒸气处理的温度和时间，能够形成各种表层厚度的表层部。
这样，本实施方式的制造方法不限定水蒸气处理炉内的气氛温度和水蒸气处理时间。通过控制水蒸气处理炉内的气氛温度和水蒸气处理时间，改变Fe3O4层的层厚。
(C)
在上述实施方式的套筒42的制造方法中，举出在步骤S5的水蒸气处理后，控制将水蒸气处理炉向大气开放时的成形体的温度的例子进行了说明。但是，本发明不限定于此。
例如，也可以在步骤S5中的水蒸气处理后，控制水蒸气处理炉的氧分压(残留氧)，进而控制将水蒸气处理炉向大气开放时的成形体的温度。
在这种情况下，在套筒表面形成作为氧化皮膜的表层部的工序如图8所示，依次进行如下所述的步骤，即：将金属粉末向成形用模填充的步骤(步骤S101)、压缩金属粉末并成形的步骤(步骤S102)、将成形体在高温下烧结的步骤(步骤S103)、基于冷压加工的表面气孔的改善步骤(步骤S104)、使成形体与高温水蒸气接触的步骤(步骤S105)、控制水蒸气处理炉的氧分压的步骤(步骤S106)、在第一规定的温度下将水蒸气处理炉向大气开放的步骤(步骤S107)、控制大气开放后的温度和冷却时间的步骤(步骤S108)。从耐磨损性的观点来说，在这样得到的Fe3O4层的表面上进一步形成的Fe2O3层的层厚优选为2.0μm以下或表层部整体的50％以下。
(D)
在上述实施方式的套筒42的制造方法中，在步骤S7中，举出控制大气开放后的成形体的温度和冷却时间的例子进行了说明。但是，本发明不限定于此。
步骤S7是用于形成任意层厚的工序，不是必须的工序。省略步骤S7，也能够在内层部的很近的表面形成四氧化三铁(Fe3O4)的Fe3O4层，在Fe3O4层的表面形成三氧化二铁(Fe2O3)的Fe2O3层。
(E)
在上述实施方式的套筒42的制造方法中，举出在步骤S6及步骤S7中直接控制成形体的温度的例子进行了说明。但是，本发明不限定于此。
例如，也可以控制水蒸气处理炉内的温度，间接控制成形体的温度。
(F)
在上述实施方式的主轴电动机1中，举出为了形成氧化膜而进行水蒸气处理(蒸气处理)的例子进行了说明。但是本发明不限定于此。
例如，也可以使用二氧化碳气来形成四氧化三铁(Fe3O4)皮膜。在通过该方法形成的四氧化三铁(Fe3O4)皮膜的表层上形成三氧化二铁(Fe2O3)皮膜的方法可以使用本发明第八方面所示的方法。另外，若使用二氧化碳气，则由于不需要水配管或水专用加热装置，因此，设备变得便宜，另外，通过使用纯二氧化碳气，能够形成没有异物附着的干净的氧化膜。
(G)
在上述实施方式的主轴电动机1中，举出在图1所示的流体轴承装置4中适用本发明的一实施方式的套筒42的例子进行了说明。但是本发明不限定于此。
例如，在图9所示的流体轴承装置100中适用本发明的一实施方式的套筒103，也能够得到与上述实施方式的主轴电动机1相同的效果。以下，说明流体轴承装置100。
流体轴承装置100如图9所示，具备：轴101、凸缘102、套筒103、油104、上罩105、下罩106、转子107、和基底108。
轴101一体地具有凸缘102。轴101相对于套筒103的轴承孔103A旋转自如地插入其中。凸缘102对置配置于套筒103的下表面。在轴101的外周面或套筒103的内周面的至少一方设置有动压产生槽103B。另外，在套筒下表面103C或凸缘102的与套筒下表面103C的对置面的至少一方设置有动压产生槽102A。上罩105和下罩106固定于套筒103或转子107。各动压产生槽103B、102A的附近的轴承间隙至少被润滑油104填满。在转子107上固定有盘109。在基底108上固定有轴101。在转子107上安装有未图示的转子磁体。在基底108的与转子磁体对置的位置固定有未图示的电动机定子。主轴电动机是使用于旋转驱动盘状记录介质的装置中的电动机，但也可以安装风扇而作为风扇电动机来使用。实际上，也可以作为用于个人计算机的CPU冷却风扇使用。
(H)
在上述实施方式中，举出将本发明的一实施方式的套筒42适用于主轴电动机1的例子进行了说明。但是本发明不限定于此。
例如，如图10所示，本发明也可以适用于信息记录再现处理装置(信息处理装置)200，该信息记录再现处理装置200搭载具有上述结构的主轴电动机1，利用记录头200a再现记录于记录盘201的信息，或对记录盘201进行信息记录。
由此，即使在为了降低成本而使用由烧结金属成形的套筒42的情况下，也能够提供具有高性能和可靠性的信息记录再现处理装置200，进而能够降低制造所花费的成本。
产业上的可利用性
根据本发明的流体轴承装置用套筒及流体轴承装置用套筒的制造方法可知，能够减少用于制造适当地进行孔密封处理的流体轴承装置用套筒所需的成本，另外，能够防止轴承刚性的降低，因此，尤其在要求高性能和可靠性的主轴电动机、信息记录再现处理装置中的适用方面有用。
Claims (11)
1.一种流体轴承装置用套筒，其中，具备：
内层部，通过对烧结用金属粉末进行烧结而形成；
表层部，形成于所述内层部的表面，且包含Fe2O3。
2.根据权利要求1所述的流体轴承装置用套筒，其中，
所述表层部具有形成于所述内层部侧的Fe3O4层和形成于表面侧的Fe2O3层。
3.根据权利要求2所述的流体轴承装置用套筒，其中，
所述Fe2O3层的厚度为所述表层部的厚度的50％以下。
4.根据权利要求2所述的流体轴承装置用套筒，其中，
所述Fe2O3层的厚度为2μm以下。
5.一种流体轴承装置，其中，
包含权利要求1～4中任一项所述的流体轴承装置用套筒。
6.一种主轴电动机，其中，
具备权利要求5所述的流体轴承装置。
7.一种信息处理装置，其中，
具备权利要求6所述的主轴电动机。
8.一种流体轴承装置用套筒的制造方法，其中，包括：
第一工序，对将烧结金属粉末成形并烧结而成的烧结成形体进行水蒸气处理，形成Fe3O4层；
第二工序，在所述第一工序后，控制所述烧结成形体周围的氧分压和温度、或将所述烧结成形体向含有氧的气体气氛中开放时的氧分压和温度的至少一方，在所述Fe3O4层表层上形成Fe2O3层。
9.根据权利要求8所述的流体轴承装置用套筒的制造方法，其中，
在所述第二工序中的氧分压的控制中，基于规定的条件，进行将氧与其他气体置换的净化。
10.根据权利要求8所述的流体轴承装置用套筒的制造方法，其中，
在所述第二工序中，将所述烧结成形体向含有氧的气体气氛中开放时的所述烧结成形体的温度为300℃以上。
11.根据权利要求8所述的流体轴承装置用套筒的制造方法，其中，
还包括第三工序，在所述第二工序中的所述烧结成形体的开放之后，控制所述烧结成形体的温度和冷却时间。
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