TWI785213B

TWI785213B - 動態壓力軸承及其製造方法

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Publication number: TWI785213B
Application number: TW108107672A
Authority: TW
Inventors: 治
Original assignee: 日商Ｎｔｎ股份有限公司
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2022-12-01
Also published as: JP7253874B2; TW201940260A; CN111936755A; JP2019157924A; US20200408249A1; CN111936755B; WO2019172244A8; WO2019172244A1

Abstract

動態壓力軸承8包括：原料粉末M的壓粉體10，包含可形成氧化物皮膜12的金屬粉末作為主成分；動態壓力產生部A1、動態壓力產生部A2，設置於壓粉體10的表面中的與被支持部2a1之間形成軸承間隙的區域8a；以及氧化物皮膜12，形成於金屬粉末的粒子11間；且顯示150 MPa以上的徑向壓碎強度。此處，金屬粉末顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上，且累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈。

Description

動態壓力軸承及其製造方法

本發明是有關於一種動態壓力軸承及其製造方法，且特別是有關於一種將金屬粉末的壓粉體作為母體的動態壓力軸承及其製造方法。

如眾所周知般，動態壓力軸承具有用於使與軸的外周面等被支持部之間所形成的軸承間隙內的潤滑流體（例如潤滑油）產生動態壓力作用的動態壓力產生部。於此種動態壓力軸承中，存在由金屬的多孔體所形成者，於多孔體的內周面，例如形成有用於使與被支持部之間所形成的徑向軸承間隙產生動態壓力作用的徑向動態壓力產生部。亦存在形成有用於使與被支持部之間所形成的推力軸承間隙產生動態壓力作用的推力動態壓力產生部者。

所述多孔結構的動態壓力軸承通常藉由如下方式來製造：對將包含金屬粉末作為主成分的原料粉末壓縮成形所獲得的壓粉體進行燒結，於藉由燒結所獲得的燒結體的內周面，藉由模製成形來形成徑向動態壓力產生部（例如，參照專利文獻1）。或者，亦提出有如下的方法：將原料粉末壓縮來使壓粉體成形的同時，將徑向動態壓力產生部於壓粉體的內周面模製成形，然後對該壓粉體進行燒結，藉此製造多孔結構的動態壓力軸承（參照專利文獻2）。

如此，於自金屬粉末所製造的多孔結構的動態壓力軸承的製造步驟中，以確保作為動態壓力軸承所需要的強度為目的而設置有燒結步驟。但是，於燒結步驟中，在溫度非常高的環境下（通常為800℃以上）對壓粉體進行加熱，因此於燒結後的壓粉體（燒結體）中，因燒結後的熱收縮等而產生無法容許的程度的大小的尺寸變化。因此，為了確保作為動態壓力軸承所需要的尺寸精度或形狀精度，必須對燒結體實施校形（sizing）等尺寸矯正加工（整形加工），所述後加工成為成本上升的原因。

為了解決該問題，於專利文獻3中提出有一種不經過燒結步驟來製造的動態壓力軸承。即，該動態壓力軸承是將包含可形成氧化物皮膜的金屬粉末的原料粉末的壓粉體作為母體，藉由模製成形而於壓粉體表面中的成為軸承面的區域形成有動態壓力產生部的動態壓力軸承，且為於構成壓粉體的所述金屬粉末的粒子間形成氧化物皮膜，藉由壓粉體的水蒸氣處理來形成該氧化物皮膜者。

如此，藉由水蒸氣處理而形成於所述金屬粉末的粒子間的氧化物皮膜作為粒子彼此的結合媒體發揮功能，代替對壓粉體進行了燒結時所形成的頸縮（necking）的作用，因此可將壓粉體高強度化至可直接用作動態壓力軸承的水準，例如徑向壓碎強度（radial crushing strength）顯示150 MPa以上的水準為止。另外，於應對壓粉體實施的水蒸氣處理中，其處理溫度遠低於對壓粉體進行燒結時的加熱溫度，因此可減小處理後的壓粉體的尺寸變化量。因此，若為所述結構的動態壓力軸承，則可省略燒結步驟後的必須實施的校形等整形加工，而可實現製造成本的降低化。另外，若處理溫度低，則亦可削減處理時所需要的能量，因此亦可藉此而實現低成本化。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利第3607661號公報專利文獻2：日本專利特開2000-65065號公報專利文獻3：日本專利特開2016-102553號公報

[發明所欲解決之課題] 此外，於藉由專利文獻3中記載的方法來製造動態壓力軸承的情況下，有時例如分別混合作為可形成氧化物皮膜的金屬粉末的鐵粉末、作為用於提昇成形性或與軸的適應性（初期滑動性）的金屬粉末的銅粉末來使用。然而，已判明於自此種材料組成（包含與可形成氧化物皮膜的金屬粉末不同種類的金屬粉末的組成）的原料粉末使壓粉體成形，並對該壓粉體實施了水蒸氣處理的情況下，水蒸氣處理後的尺寸精度（或形狀精度）下降。此處，已判明若使用例如顯示粒徑整體小的分佈（20 μm～100 μm）的鐵粉末，則可避免尺寸精度的下降，但另一方面，因如所述般使用微細的粉末，而導致壓粉體的成形性下降，於壓粉體的外表面產生被稱為紋理（lamination）的裂紋。此種裂紋存在當被施加衝擊或振動時加深，甚至導致軸承的破損之虞。因此，紋理的產生是應避免的課題。

鑒於以上的實際情況，於本發明中，將以低成本提供一種避免紋理的產生，具備與可經受實際使用相應的強度，且可穩定地發揮所期望的軸承性能的動態壓力軸承作為應解決的技術課題。 [解決課題之手段]

所述課題的解決藉由本發明的動態壓力軸承來達成。即，該軸承是顯示150 MPa以上的徑向壓碎強度的動態壓力軸承，其包括：原料粉末的壓粉體，包含可形成氧化物皮膜的金屬粉末作為主成分；動態壓力產生部，設置於壓粉體的表面中的與被支持部之間形成軸承間隙的區域；以及氧化物皮膜，形成於金屬粉末的粒子間；所述動態壓力軸承於以下方面被賦予特徵：金屬粉末顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上，且累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈。

再者，本發明中所述的「累積50%粒徑」是指藉由將雷射繞射・散射法作為測定原理的粒度分佈測定裝置所測定的粒徑的值的累積分佈的中間值（亦稱為中值粒徑（median diameter））。另外，本發明中所述的「可形成氧化物皮膜的金屬粉末」換言之是指離子化傾向比氫大的金屬的粉末，例如為鐵、鋁、鎂、鉻等的粉末，或包含所述金屬的合金粉末。另外，本發明中所述的「包含作為主成分」是指當於原料粉末包含多個物質時，所述多個物質之中，所述金屬粉末於原料粉末整體所佔的比例最多。當於原料粉末僅包含單一的物質時，所述單一的物質相當於可形成氧化物皮膜的金屬粉末。另外，本發明中所述的「徑向壓碎強度」是指根據日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）Z 2507中規定的方法所算出的值。

如此，於本發明的動態壓力軸承中，作為可形成氧化物皮膜且為原料粉末的主成分的金屬粉末，使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上，且累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈的金屬粉末。如此，藉由使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上的粒度分佈的金屬粉末，可儘可能地避免由粒徑相對微細的粉末混在一起所引起的紋理的產生。另外，藉由使用除所述分佈以外，顯示累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈的金屬粉末，可避免因整體性地增大金屬粉末的粒徑而導致壓粉體的內部氣孔變得過大的事態。因此，例如於其後的利用熱處理來形成氧化物皮膜時，可藉由氧化物皮膜的形成來有效地對內部氣孔進行封孔或將內部氣孔縮小，並儘可能地防止動態壓力朝軸承內部的逃逸（形成於軸承間隙的流體膜的剛性下降），藉此可穩定地發揮所期望的軸承性能。

當然，若為本發明的動態壓力軸承，則形成於所述金屬粉末的粒子間的氧化物皮膜作為粒子彼此的結合媒體發揮功能，代替對壓粉體進行了燒結時所形成的頸縮的作用，藉此顯示150 MPa以上的徑向壓碎強度。因此，可不實施燒結等處理，而直接用作動態壓力軸承，藉此可簡化製造步驟來謀求製造成本的降低化。

另外，於本發明的動態壓力軸承中，金屬粉末亦可為還原粉。

還原粉通常形成比霧化粉歪曲的形狀（例如表面的凹凸大的形狀），因此藉由使用還原粉，還原粉的粒子彼此於壓粉成形時強烈地相互纏繞，可獲得高強度的壓粉體。再者，燒結時的尺寸變化顯示還原粉比藉由霧化法所製造的粉末（霧化粉）更收縮的傾向，但本發明的動態壓力軸承可不經過燒結步驟來製造，因此可不用特別在意燒結時的收縮。

另外，於本發明的動態壓力軸承中，金屬粉末亦可為鐵粉末。

鐵是離子化傾向高的金屬，因此藉由將鐵粉用於所述金屬粉末，可於壓粉體的鐵粉末粒子間有效地形成氧化物皮膜。另外，若為鐵粉末，則可廉價地獲得，因此於材料成本方面亦較佳。

另外，於本發明的動態壓力軸承中，金屬粉末於原料粉末整體所佔的比例亦可為95 wt%以上。

如此，將顯示所述粒度分佈的金屬粉末用作可形成氧化物皮膜的金屬粉末，並且將金屬粉末於原料粉末整體所佔的比例設為95 wt%以上，藉此可防止紋理的產生，並更有效地抑制用於形成皮膜的熱處理後的尺寸精度（或形狀精度）的下降。

另外，於本發明的動態壓力軸承中，該動態壓力軸承亦可為使潤滑油含浸於壓粉體的內部氣孔而成者。

於本發明中，藉由使用顯示所述粒度分佈的金屬粉末，可避免壓粉體的內部氣孔變得過大的事態，因此可於壓粉體以固定的比率殘留內部氣孔，並抑制各內部氣孔的大小。因此，可於壓粉體的內部氣孔僅保持所需量的潤滑油，並儘可能地防止動態壓力朝軸承內部的逃逸，藉此可長期穩定地發揮優異的軸承性能。

以上所說明的動態壓力軸承例如可作為包括該動態壓力軸承、及包含被支持部且相對於動態壓力軸承進行相對旋轉的軸構件的流體動態壓力軸承裝置而適宜地提供。

另外，所述結構的流體動態壓力軸承裝置例如可作為包括該流體動態壓力軸承裝置的馬達而適宜地提供。

另外，所述課題的解決亦藉由本發明的動態壓力軸承的製造方法來達成。即，該製造方法是製造顯示150 MPa以上的徑向壓碎強度的動態壓力軸承的方法，其包括：壓縮成形步驟，將包含可形成氧化物皮膜的金屬粉末作為主成分的原料粉末壓縮來使壓粉體成形，並且將動態壓力產生部於壓粉體的表面中的與被支持部之間形成軸承間隙的區域模製成形；以及皮膜形成步驟，對壓粉體實施規定的熱處理，於構成壓粉體的金屬粉末的粒子間形成氧化物皮膜；所述動態壓力軸承的製造方法於以下方面被賦予特徵：作為金屬粉末，使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上，且累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈的金屬粉末。

如此，於本發明的動態壓力軸承的製造方法中，作為可形成氧化物皮膜且為原料粉末的主成分的金屬粉末，亦使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上的粒度分佈的金屬粉末，因此可儘可能地避免由粒徑相對微細的粉末混在一起所引起的紋理的產生。另外，由於使用除所述分佈以外，顯示累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈的金屬粉末，因此可避免因整體性地增大金屬粉末的粒徑而導致壓粉體的內部氣孔變得過大的事態。因此，於其後的利用熱處理來形成氧化物皮膜時，可藉由氧化物皮膜的形成來有效地對內部氣孔進行封孔，並儘可能地防止動態壓力朝軸承內部的逃逸（形成於軸承間隙的流體膜的剛性下降），藉此可穩定地發揮所期望的軸承性能。

另外，於本發明的動態壓力軸承的製造方法中，於皮膜形成步驟中，作為規定的熱處理，亦可於大氣環境下對壓粉體實施低溫加熱處理。另外，於此情況下，亦可將低溫加熱處理的處理溫度設定成350℃以上、且600℃以下。

如此，作為規定的熱處理，於大氣環境下實施低溫加熱處理，藉此可使皮膜形成步驟時的處理溫度比對壓粉體進行燒結時的加熱溫度大幅度地下降。因此，可減小熱處理後的壓粉體的尺寸變化量，而可省略校形等整形加工。 [發明的效果]

基於以上所述，根據本發明，能夠以低成本提供一種避免紋理的產生，具備與可經受實際使用相應的強度，且可穩定地發揮所期望的軸承性能的動態壓力軸承。

以下，根據圖式對本發明的一實施方式進行說明。

圖1表示本發明的一實施方式的流體動態壓力軸承裝置1的剖面圖。該流體動態壓力軸承裝置1包括：動態壓力軸承8；軸構件2，插入動態壓力軸承8的內周，相對於動態壓力軸承8進行旋轉；有底筒狀的殼體7，於內周保持動態壓力軸承8；以及密封構件9，將殼體7的開口部密封。於殼體7的內部空間填充有作為潤滑流體的潤滑油（由密集的散布影線表示）。於以下的說明中，為了便於說明，將設置有密封構件9之側設為上側，將其軸方向相反側設為下側。

殼體7形成一體地具有圓筒狀的筒部7a與堵塞筒部7a的下端開口的底部7b的有底筒狀。於筒部7a與底部7b的邊界部設置有台階部7c，使動態壓力軸承8的下端面8b抵接於該台階部7c的上端面，藉此設定相對於殼體7的動態壓力軸承8的軸方向位置。

於底部7b的內底面7b1，設置有與相向的軸構件2的凸緣部2b的下端面2b2之間形成推力軸承部T2的推力軸承間隙的圓環狀的推力軸承面。於該推力軸承面，設置有用於使推力軸承部T2的推力軸承間隙內的潤滑油產生動態壓力作用的動態壓力產生部（推力動態壓力產生部）。雖然省略圖示，但該推力動態壓力產生部與後述的推力動態壓力產生部B同樣地，例如於圓周方向交替地配置螺旋形狀的動態壓力槽與對該動態壓力槽進行劃分的凸狀的山崗部來構成。

密封構件9形成為圓環狀，例如藉由適宜的方法而固定於殼體7的筒部7a的內周面7a1。密封構件9的內周面9a形成為朝下方逐漸縮徑的錐面狀，與相向的軸構件2的外周面2a1之間形成使徑向尺寸朝下方逐漸縮小的密封空間S。密封空間S具有吸收伴隨已被填充至殼體7的內部空間的潤滑油的溫度變化的容積變化量的緩衝功能，於所設想的溫度變化的範圍內將潤滑油的油面始終保持於密封空間S的軸方向範圍內。

軸構件2包括軸部2a、及與軸部2a的下端一體或分體地設置的凸緣部2b。軸部2a的外周面2a1之中，與動態壓力軸承8的內周面8a相向的部分除設置有相對小徑的圓筒面狀的中間逃逸部2c這一點以外，形成為無凹凸的平滑的圓筒面。另外，凸緣部2b的上端面2b1及下端面2b2形成為平滑的平坦面。

於本實施方式中，動態壓力軸承8形成圓筒狀，藉由適宜的方法而固定於殼體7的內周面。於動態壓力軸承8的內周面8a，與相向的軸部2a的外周面2a1之間形成徑向軸承部R1、徑向軸承部R2的徑向軸承間隙的圓筒狀的徑向軸承面在軸方向的兩個部位分離來設置。於兩個徑向軸承面，如圖2所示，分別形成有用於使徑向軸承間隙內的潤滑油產生動態壓力作用的徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2。徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2分別包含相對於軸方向傾斜的多個上側動態壓力槽Aa1，朝與上側動態壓力槽Aa1相反的方向傾斜的多個下側動態壓力槽Aa2，及對動態壓力槽Aa1、動態壓力槽Aa2進行劃分的凸狀的山崗部，動態壓力槽Aa1、動態壓力槽Aa2作為整體排列成人字形。山崗部包含設置於在圓周方向鄰接的動態壓力槽間的傾斜山崗部Ab，及設置於上下的動態壓力槽Aa1、動態壓力槽Aa2間，與傾斜山崗部Ab大致同徑的環狀山崗部Ac。

於動態壓力軸承8的下端面8b，設置有與相向的凸緣部2b的上端面2b1之間形成推力軸承部T1的推力軸承間隙的圓環狀的推力軸承面。於該推力軸承面，如圖3所示，形成有用於使推力軸承部T1的推力軸承間隙內的潤滑油產生動態壓力作用的動態壓力產生部（推力動態壓力產生部）B。圖示例的推力動態壓力產生部B是於圓周方向交替地配置螺旋形狀的動態壓力槽Ba與對動態壓力槽Ba進行劃分的凸狀的山崗部Bb來構成。

於具有以上的結構的流體動態壓力軸承裝置1中，於軸構件2與動態壓力軸承8的相對旋轉開始前，處於在設置於動態壓力軸承8的內周面8a的兩個徑向軸承面和與該些徑向軸承面相向的軸部2a的外周面2a1之間分別形成有徑向軸承間隙的狀態。而且，伴隨軸構件2與動態壓力軸承8的相對旋轉開始，藉由徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2（動態壓力槽Aa1、動態壓力槽Aa2）的動態壓力作用來提高形成於兩徑向軸承間隙的油膜的壓力，其結果，於徑向相對旋轉自如地非接觸支持軸構件2的徑向軸承部R1、徑向軸承部R2在軸方向形成於分離的兩個部位。此時，藉由在軸部2a的外周面2a1設置有中間逃逸部2c，而於兩個徑向軸承間隙間形成圓筒狀的潤滑油積存處。因此，可儘可能地防止徑向軸承間隙的油膜破裂，即徑向軸承部R1、徑向軸承部R2的軸承性能下降。

於軸構件2與動態壓力軸承8的相對旋轉開始前，處於在設置於動態壓力軸承8的下端面8b的推力軸承面和與推力軸承面相向的凸緣部2b的上端面2b1之間、及殼體7的底部7b的內底面7b1和與內底面7b1相向的凸緣部2b的下端面2b2之間分別形成有推力軸承間隙的狀態。而且，伴隨軸構件2的相對旋轉開始，藉由下端面8b的推力動態壓力產生部B（動態壓力槽Ba）與內底面7b1的推力動態壓力產生部的動態壓力作用來分別提高形成於兩推力軸承間隙的油膜的壓力，其結果，形成於推力一方向及另一方向相對旋轉自如地非接觸支持軸構件2的推力軸承部T1、推力軸承部T2。

雖然省略圖示，但以上所說明的流體動態壓力軸承裝置1例如可用作（1）以硬磁碟驅動機（Hard Disk Drive，HDD）為首的磁碟裝置用的主軸馬達、（2）雷射束列印機（Laser Beam Printer，LBP）用的多邊形掃描儀馬達、或（3）個人電腦（Personal Computer，PC）用的風扇馬達等的馬達用軸承裝置。於（1）的情況下，例如於軸構件2一體或分體地設置具有磁碟搭載面的磁碟集線器，於（2）的情況下，例如於軸構件2一體或分體地設置多邊形鏡。另外，於（3）的情況下，例如於軸構件2一體或分體地設置具有葉片的風扇。

於以上所說明的流體動態壓力軸承裝置1，動態壓力軸承8具有特徵性的結構。以下，對本發明的一例的動態壓力軸承8的結構及製造方法進行詳細說明。

動態壓力軸承8是包括包含可形成氧化物皮膜的金屬粉末（此處為鐵粉末）作為主成分的原料粉末的壓粉體10作為母體者，於本實施方式中，進而包括設置於內周面8a的徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2，及設置於下端面8b的推力動態壓力產生部B。壓粉體10的相對密度例如設定成80%以上。此處，動態壓力軸承8如於作為其主要部分放大剖面圖的圖4中示意性地表示般，具有形成於可形成氧化物皮膜12的金屬粉末的粒子11（例如鐵粉末的粒子）間的氧化物皮膜12（更詳細而言，於各金屬粉末的粒子11的表面生成，將相互鄰接的粒子11彼此結合的氧化物皮膜12），顯示與可組裝入流體動態壓力軸承裝置1來使用相應的強度，具體而言，顯示150 MPa以上的徑向壓碎強度。所述結構的動態壓力軸承8例如依次經過壓縮成形步驟、皮膜形成步驟、及含油步驟來製造。以下，對各步驟進行詳細說明。

[壓縮成形步驟] 於壓縮成形步驟中，將包含可形成氧化物皮膜的金屬粉末作為主成分的原料粉末壓縮，藉此獲得壓粉體10，所述壓粉體10將徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2在與作為被支持部的軸部2a的外周面2a1之間形成軸承間隙的內周面10a模製成形、且將推力動態壓力產生部B在與作為被支持部的凸緣部2b的上端面2b1之間形成軸承間隙的下端面10b模製成形。此處，壓粉體10的內周面10a對應於動態壓力軸承8的內周面8a，壓粉體10的下端面10b對應於動態壓力軸承8的下端面8b。另外，後述的壓粉體10的外周面10d對應於動態壓力軸承8的外周面8d，壓粉體10的上端面10c對應於動態壓力軸承8的上端面8c。所述結構的壓粉體10例如可藉由單軸加壓成形法來成形，具體而言，可使用如圖5A及圖5B所示般的成形模具裝置20來獲得壓粉體10。該成形模具裝置20包括：圓筒狀的沖模21，使壓粉體10的外周面10d成形；芯銷22，配置於沖模21的內周，使壓粉體10的內周面10a成形；以及一對下沖頭23及上沖頭24，使壓粉體10的下端面10b及上端面10c成形；芯銷22、下沖頭23及上沖頭24可相對於沖模21於軸方向（上下）相對移動。於芯銷22的外周面，與應設置於壓粉體10的內周面10a的徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2的形狀對應的凹凸狀的模部25、25上下分離來設置，於下沖頭23的上端面，設置有與應設置於壓粉體10的下端面10b的推力動態壓力產生部B的形狀對應的凹凸狀的模部26。再者，模部25、模部26的凹部與凸部間的高低差實際上為幾μm～十幾μm左右，但於圖5A及圖5B中誇張描繪。

於具有以上的結構的成形模具裝置20中，首先，如圖5A所示，於已將芯銷22配置於沖模21的內周的狀態下使下沖頭23下降，藉由沖模21的內周面、芯銷22的外周面及下沖頭23的上端面來形成模腔27後，將原料粉末M填充至模腔27。

此處，於原料粉末M中使用包含可形成氧化物皮膜的金屬粉末作為主成分的粉末。作為該金屬粉末，較佳為離子化傾向比氫高的金屬的粉末，例如適宜的是鐵粉末。另外，只要成為原料粉末的主成分，則該金屬粉末的調配比任意，例如宜為以金屬粉末於原料粉末整體所佔的比例變成95 wt%以上的方式設定原料粉末M的組成。當然，於原料粉末M中，亦可調配可形成氧化物皮膜的金屬粉末以外的物質，例如亦可調配銅粉末等壓縮成形性優異的金屬粉末、或醯胺蠟系的固體潤滑劑粉末。藉由在原料粉末M包含固體潤滑劑粉末，可減少壓縮成形時的粉末的粒子彼此的摩擦，進而減少粉末與模具間的摩擦來提高壓粉體10的成形性。

另外，金屬粉末的形態亦無特別限定，例如可使用形成多孔狀的金屬粉末。例如於金屬粉末為鐵粉末的情況下，可使用藉由還原法所獲得的鐵粉末（還原鐵粉）。

另外，就粒度分佈的觀點而言，於本發明中，使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上，且累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈的金屬粉末。因此，壓粉體10甚至動態壓力軸承8中的金屬粉末作為整體顯示所述粒度分佈。此處，圖6表示藉由頻度分佈表示來概念地描繪所述金屬粉末的粒度分佈的圖表，圖7表示藉由累積分佈表示來概念地描繪所述金屬粉末的粒度分佈的圖表。首先，如圖6所示，當藉由頻度分佈來表示所述金屬粉末的粒度分佈時，粒徑為100 μm以上的金屬粉末的集合R相當於將粒徑100 μm作為邊界附加了圖6中的斜線的部分。於此情況下，粒徑為100 μm以上的金屬粉末於該金屬粉末整體所佔的比例相當於附加了所述斜線的部分R的面積對於圖6中的由曲線C與橫軸包圍的部分的面積的比，因此附加了所述斜線的部分R的面積的比變成30%以上。另外，如圖7所示，當藉由累積分佈來表示所述金屬粉末的粒度分佈時，於圖7中將累積50%粒徑表示成d50，將粒徑d50作為界線，具有粒徑d50以下的粒徑的金屬粉末的累積量%與具有粒徑d50以上的粒徑的金屬粉末的累積量%變成相同（各50%）。因此，根據本發明的金屬粉末的粒度分佈，圖7中所示的粒徑d50處於50 μm以上、且100 μm以下的範圍內。

於已將包含所述組成的金屬粉末的原料粉末M填充至模腔27的狀態下，如圖5B所示般使上沖頭24下降，將原料粉末M於軸方向壓縮，藉此使圓筒狀的壓粉體10成形。此時，模部25的形狀被轉印至壓粉體10的內周面10a，模部26的形狀被轉印至壓粉體10的下端面10b。藉此，將圓筒狀的壓粉體10壓縮成形的同時，將徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2於壓粉體10的內周面10a模製成形，將推力動態壓力產生部B於下端面10b模製成形。若於如所述般使壓粉體10成形後，自沖模21排出壓粉體10，則壓粉體10的內周面10a及外周面10d藉由所謂的回彈（spring back）而擴徑，壓粉體10的內周面10a與設置於芯銷22的外周面的模部25的於軸方向的凹凸卡合狀態被解除。藉此，可不使已於壓粉體10的內周面10a模製成形的徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2的形狀崩潰，而自壓粉體10的內周抽出芯銷22。

成為動態壓力軸承8的母體的壓粉體10若其相對密度有80%以上，則最終可確保於動態壓力軸承8所需要的強度（徑向壓碎強度為150 MPa以上）。因此，當採用本實施方式中所採用的單軸加壓成形法時，宜為以相對密度變成80%以上的方式調整模腔27的軸方向尺寸（原料粉末M的填充高度）、及單軸方向的壓縮量。若為單軸加壓成形法，則與可於獲得壓粉體10時利用的其他加壓成形法（例如使用多軸電腦數值控制（Computer Numerical Control，CNC）壓力機的成形、冷均壓（cold isostatic pressing）法、熱均壓（hot isostatic pressing）法等）相比，具有可低成本地獲得壓粉體10這一優點。當然，若於成本方面無問題，則亦可利用使用多軸CNC壓力機的成形、冷均壓法、熱均壓法等來代替單軸加壓成形法使壓粉體10成形。

[皮膜形成步驟] 於皮膜形成步驟中，對壓粉體10實施規定的熱處理，藉此於構成壓粉體10的金屬粉末的粒子11的表面形成氧化物皮膜12（均參照圖4）。於本實施方式中，一面於大氣環境下以比較低的溫度（比燒結溫度低的溫度，例如350℃以上、且600℃以下）對壓粉體10進行加熱，一面於規定時間的期間內使壓粉體10與大氣進行反應（低溫加熱處理）。藉由如所述般於大氣環境下對壓粉體10實施低溫的加熱處理，而於構成壓粉體10的金屬粉末的粒子11（此處為鐵粉末的粒子）的表面逐漸地形成作為氧化物皮膜12的四氧化三鐵（Fe₃ O₄ ）的皮膜，伴隨該氧化物皮膜12成長，可獲得鄰接的粒子11彼此經由氧化物皮膜12而結合的狀態的壓粉體10（實質上為動態壓力軸承8）。此處，低溫加熱處理的處理時間宜為設為1分鐘以上。藉由實施1分鐘以上的低溫加熱處理，可於壓粉體10形成與可確保於動態壓力軸承8所需要的強度相應的氧化物皮膜12。但是，就氧化物皮膜12的成長極限的觀點而言，宜為對處理時間設置上限，例如宜為設定成60分鐘以下。

再者，於如本實施方式般，將固體潤滑劑粉末調配至壓粉體10的原料粉末M的情況下，較佳為於實施規定的熱處理（低溫加熱處理）前，實施用於去除壓粉體10所含有的固體潤滑劑粉末的脫脂處理。藉此，可促進氧化物皮膜12的成長，並確實地獲得於動態壓力軸承8所需要的強度（徑向壓碎強度為150 MPa以上）。再者，只要可達成目的（去除固體潤滑劑），則脫脂處理的溫度可任意地設定，例如設定成300℃以上。另外，就抑制由熱處理所引起的壓粉體10的尺寸變化的觀點而言，設定成800℃以下。於此情況下，皮膜形成步驟後的壓粉體10（動態壓力軸承8）實質上僅包含形成有氧化物皮膜12的金屬粉末。

[含油步驟] 於該含油步驟中，藉由所謂的真空含浸等方法，使作為潤滑流體的潤滑油含浸於在鄰接的粒子11間形成有氧化物皮膜12（四氧化三鐵的皮膜）的壓粉體10的內部氣孔。再者，該含油步驟未必需要實施，只要僅於將動態壓力軸承8用作所謂的含油動態壓力軸承的情況下實施即可。

如以上所說明般，於本發明的動態壓力軸承8，作為可形成氧化物皮膜12且為原料粉末M的主成分的金屬粉末，使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上，且累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈的金屬粉末。如此，藉由使用顯示100 μm以上的金屬粉末於金屬粉末整體所佔的比例為30 wt%以上的粒度分佈（參照圖6）的金屬粉末，可儘可能地避免由粒徑相對微細的粉末混在一起所引起的紋理的產生。另外，藉由使用除所述分佈以外，顯示累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下的粒度分佈（參照圖7）的金屬粉末，可避免因整體性地增大金屬粉末的粒徑而導致壓粉體10的內部氣孔13（參照圖4）變得過大的事態。因此，例如於其後的利用熱處理來形成氧化物皮膜12時，可藉由氧化物皮膜12的形成來有效地對內部氣孔13進行封孔或將內部氣孔13縮小（參照圖4），並儘可能地防止動態壓力朝動態壓力軸承8內部的逃逸（作為形成於軸承間隙的流體膜的潤滑油膜的剛性下降），藉此可穩定地發揮所期望的軸承性能。

另外，氧化物皮膜12形成於構成壓粉體10的金屬粉末的粒子11的表面，藉此壓粉體10的內部氣孔13變小且壓粉體10整體的氣孔率下降。因此，根據本發明的動態壓力軸承8，可實現不過度地提高壓粉體10的密度（相對密度），且不實施另外的封孔處理等，而儘可能地防止形成於徑向軸承間隙及推力軸承間隙的油膜的剛性下降，並可穩定地發揮所期望的軸承性能的流體動態壓力軸承裝置1。

當然，若為本發明的動態壓力軸承8，則形成於所述金屬粉末的粒子11間的氧化物皮膜12作為粒子11彼此的結合媒體發揮功能，代替對壓粉體10進行了燒結時所形成的頸縮的作用，藉此顯示150 MPa以上的徑向壓碎強度。因此，可不實施燒結等處理，而直接用作動態壓力軸承8，藉此可簡化製造步驟來謀求製造成本的降低化。

另外，於本實施方式中，作為成為原料粉末M的主成分的金屬粉末，使用還原鐵粉。還原粉通常形成比霧化粉歪曲的形狀（例如表面的凹凸大的形狀），因此藉由使用還原粉，作為還原粉的金屬粉末的粒子11彼此於壓粉成形時強烈地相互纏繞，可獲得高強度的壓粉體10。另外，鐵是離子化傾向高的金屬，因此藉由將鐵末粉用於原料粉末M，可於鐵粉末的粒子11間有效地形成氧化物皮膜12。另外，若為鐵粉末，則可廉價地獲得，因此於材料成本方面亦較佳。

另外，於本實施方式中，將顯示所述粒度分佈的金屬粉末用作可形成氧化物皮膜12的金屬粉末，並且將金屬粉末於原料粉末M整體所佔的比例設為95 wt%以上，藉此可防止紋理的產生，並更有效地抑制用於形成皮膜的熱處理後的尺寸精度（或形狀精度）的下降。

另外，於本實施方式中，作為用於形成氧化物皮膜12的規定的熱處理，採用低溫加熱處理。如此，藉由對壓粉體10實施低溫加熱處理，可於顯示所述粒度分佈的金屬粉末的粒子11間有效地形成氧化物皮膜12，並使此時的處理溫度比對壓粉體10進行燒結時的加熱溫度（通常為750℃～1050℃）大幅度地下降。因此，可減小熱處理後的壓粉體10的尺寸變化量，而可省略校形等整形加工。當然，若處理溫度低，則亦可削減處理時所需要的能量，因此亦有助於低成本化。

以上，對本發明的一實施方式進行了說明，但本發明的流體動態壓力軸承裝置1及其製造方法並不限定於所述例示的形態，可於本發明的範圍內採用任意的形態。

於所述實施方式中，對使用包含一種金屬粉末（例如鐵粉末）作為可形成氧化物皮膜12的金屬粉末的原料粉末M的情況進行了說明，但本發明的原料粉末M當然亦可為包含兩種以上的可形成氧化物皮膜12的金屬粉末者。另外，此時只要將至少一種金屬粉末作為主成分包含於原料粉末M即可，其他種類的金屬粉末的調配比任意。

另外，於所述實施方式中，對將本發明應用於在徑向及推力方向（嚴格而言為推力一方向）支持軸構件2的動態壓力軸承8的情況進行了說明，但本發明亦可應用於僅在徑向支持軸構件2的動態壓力軸承8、或僅在推力方向支持軸構件2的動態壓力軸承8。另外，徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2只要是可使徑向軸承間隙內的潤滑油產生動態壓力作用者，則其形態無特別限定，例如可採用多圓弧面、階梯面、波型面等公知的形態。當然，推力動態壓力產生部B亦可採用階梯面或波型面等公知的形態。

另外，於所述實施方式中，例示了將動態壓力軸承8固定於殼體7的內周面的形態的流體動態壓力軸承裝置1，但本發明的動態壓力軸承8當然亦可應用於形成所述以外的形態的流體動態壓力軸承裝置1。例如雖然省略圖示，但亦可藉由密封構件9與殼體7而於軸方向夾持動態壓力軸承8，並將密封構件9固定於殼體7的內周，藉此將動態壓力軸承8固定於殼體7。 [實施例]

以下，對用於驗證本發明的作用效果的實施例（驗證試驗）進行詳述。於該驗證試驗中，使用圖5A及圖5B中所示的成形模具裝置20來使壓粉體10成形。另外，作為此時使用的可形成氧化物皮膜12的金屬粉末，使用累積50%粒徑相互不同的四種還原鐵粉（實施例1、實施例2、比較例1、比較例2）。於累積50%粒徑（粒度分佈）的測定中，使用雷射繞射・散射式粒度分佈測定裝置（清新（Seishin）企業（股份有限公司）製造的LMS-300）。將各種還原鐵粉的累積50%粒徑的值示於表1中。再者，當藉由頻度分佈表示來觀察該些還原鐵粉的粒度分佈時，關於實施例1、實施例2、及比較例2，均使用顯示粒徑為100 μm以上的還原鐵粉的比例為30 wt%以上的粒度分佈的還原鐵粉，關於比較例1，使用顯示粒徑為100 μm以上的還原鐵粉的比例為23 wt%的粒度分佈的還原鐵粉。相對於原料粉末M整體，將各種還原鐵粉的調配比均設為95 wt%以上，將剩餘設為固體潤滑劑粉末。製作將所述組成的四種原料粉末M均以相對密度變成85%的方式壓縮成形而成的壓粉體10，然後，以350℃～600℃（較佳為450℃～600℃）×1分鐘～60分鐘（較佳為1分鐘～30分鐘）的條件對各壓粉體10實施大氣環境下的低溫加熱處理，而於還原鐵粉的粒子表面及粒子間形成氧化物皮膜12，藉此獲得動態壓力軸承8。將此時的試驗片（各實施例或比較例的動態壓力軸承8）的尺寸設為內徑1.5 mm×外徑3 mm×軸方向尺寸3.3 mm。另外，於壓縮成形時，與壓粉體10的成形同時，將徑向動態壓力產生部A1、徑向動態壓力產生部A2（參照圖2）於內周面10a模製成形。 [表1]

針對如所述般製作的四種試驗片（動態壓力軸承8），首先確認各試驗片的表面有無紋理。另外，對所述四種試驗片（動態壓力軸承8）分別測定・算出通油度。再者，通油度的值受到試驗體的尺寸影響，因此使用已算出的通油度，算出不受試驗體的尺寸影響而可用作油膜形成能力的判斷材料的透過率。

此處，所述「通油度」是用於定量地表示形成多孔結構的物體（動態壓力軸承8）可使多大程度的潤滑油經由其多孔組織而流通的參數[單位：g/10 min]，可使用如圖8所示般的試驗裝置100進行測定。圖8中所示的試驗裝置100包括：自軸方向兩側夾持固定圓筒狀的試驗體W（此處為所述動態壓力軸承8）的筒狀的保持部101、保持部102，儲存油的罐103，以及用於將罐103內所儲存的油供給至保持部101的配管104。試驗體W的軸方向兩端部與保持部101、保持部102之間藉由未圖示的密封體來密封。於以上的結構中，於室溫（26℃～27℃）環境下對罐103內所儲存的油（與被填充至流體動態壓力軸承裝置1的內部空間的潤滑油相同種類的潤滑油）施加0.4 MPa的加壓力，將潤滑油經由配管104的內部流路及保持部101的內部流路105而朝試驗體W的軸方向貫穿孔持續供給10分鐘。於試驗體W的下方配置有紙製或布製的吸油體106，於所述形態中，當潤滑油已被供給至試驗體W時，藉由吸油體106來收集已自於試驗體W的外徑面開口的表面開口滲出並滴下的油。而且，根據試驗前後的吸油體106的重量差來算出通油度。

繼而，所述「透過率」亦可稱為透過量[單位：m² ]，根據下述數學式1來算出。 [數1]

於數學式1中，k：透過率[m² ]，μ：潤滑油的絕對黏度[Pa・s]，L：試驗體W的軸方向尺寸[m]，r₁ ：試驗體W的內徑尺寸[m]，r₂ ：試驗體W的外徑尺寸[m]，Δp：壓力差[Pa]，q：體積流量[m³ /s]。但是，此處所述的壓力差Δp仿效所述「通油度」的測定程序，Δp＝0.4 MPa，另外，體積流量q是對使用所述試驗裝置100所算出的「通油度」進行換算而獲得。此處，將藉由所述程序所獲得的通油度的值小於0.01 g/10 min的情況設為○（良好），將所述通油度的值為0.01 g/10 min以上的情況設為×（不良）。

將試驗結果示於表1中。如表1所示，於使用顯示累積50%粒徑未滿50 μm（比較例1：48 μm）的粒度分佈的還原鐵粉的情況下，於試驗片（動態壓力軸承8）的表面確認到紋理的存在。相對於此，於分別使用顯示累積50%粒徑為50 μm以上、且100 μm以下（實施例1：92 μm，實施例2：83 μm）的粒度分佈的還原鐵粉的情況下，於試驗片（動態壓力軸承8）的表面未確認到紋理的存在。另外，關於通油度，於粒徑整體過大的情況（比較例2）下，殘存相當數量的藉由氧化物皮膜12的形成亦不充分地進行封孔或不縮小的內部氣孔13，作為結果，無法獲得所需的通油度。相對於此，於使用顯示適當的尺寸的粒度分佈的還原鐵粉（實施例1、實施例2）的情況下，藉由氧化物皮膜12的形成而有效且充分地對內部氣孔13進行封孔或將內部氣孔13縮小，因此可獲得所需的通油度。

1‧‧‧流體動態壓力軸承裝置2‧‧‧軸構件2a‧‧‧軸部2a1‧‧‧外周面/被支持部2b‧‧‧凸緣部2b1、8c、10c‧‧‧上端面2b2、8b、10b‧‧‧下端面2c‧‧‧中間逃逸部7‧‧‧殼體7a‧‧‧筒部7a1、9a、10a‧‧‧內周面7b‧‧‧底部7b1‧‧‧內底面7c‧‧‧台階部8‧‧‧動態壓力軸承8a‧‧‧內周面/區域8d、10d‧‧‧外周面9‧‧‧密封構件10‧‧‧壓粉體11‧‧‧粒子12‧‧‧氧化物皮膜13‧‧‧內部氣孔20‧‧‧成形模具裝置21‧‧‧圓筒狀的沖模22‧‧‧芯銷23‧‧‧下沖頭24‧‧‧上沖頭25、26‧‧‧模部27‧‧‧模腔100‧‧‧試驗裝置101、102‧‧‧保持部103‧‧‧罐104‧‧‧配管105‧‧‧內部流路106‧‧‧吸油體A1、A2‧‧‧動態壓力產生部/徑向動態壓力產生部Aa1‧‧‧上側動態壓力槽Aa2‧‧‧下側動態壓力槽Ab‧‧‧傾斜山崗部Ac‧‧‧環狀山崗部B‧‧‧推力動態壓力產生部Ba‧‧‧動態壓力槽Bb‧‧‧山崗部C‧‧‧曲線M‧‧‧原料粉末R‧‧‧集合R1、R2‧‧‧徑向軸承部S‧‧‧密封空間T1、T2‧‧‧推力軸承部W‧‧‧試驗體

圖1是本發明的一實施方式的流體動態壓力軸承裝置的剖面圖。圖2是圖1中所示的動態壓力軸承的剖面圖。圖3是表示圖1中所示的動態壓力軸承的下端面的平面圖。圖4是圖1中所示的動態壓力軸承的主要部分放大剖面圖。圖5A是表示成為動態壓力軸承的母體的壓粉體的壓縮成形步驟的初期階段的圖。圖5B是表示成為動態壓力軸承的母體的壓粉體的壓縮成形步驟的中途階段的圖。圖6是藉由頻度分佈來概念地表示本發明的金屬粉末的粒度分佈的圖表。圖7是藉由累積分佈來概念地表示本發明的金屬粉末的粒度分佈的圖表。圖8是概念地表示通油度的測定裝置的圖。

Claims

一種動態壓力軸承，其是顯示150MPa以上的徑向壓碎強度的動態壓力軸承，其包括：原料粉末的壓粉體，包含能夠形成氧化物皮膜的金屬粉末作為主成分；動態壓力產生部，設置於所述壓粉體的表面中的與被支持部之間形成軸承間隙的區域；以及氧化物皮膜，形成於所述金屬粉末的粒子間；所述動態壓力軸承的特徵在於，所述金屬粉末顯示100μm以上的金屬粉末於所述金屬粉末整體所佔的比例為30wt%以上，且累積50%粒徑為50μm以上、且100μm以下的粒度分佈。
如申請專利範圍第1項所述的動態壓力軸承，其中所述金屬粉末為還原粉。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的動態壓力軸承，其中所述金屬粉末為鐵粉末。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的動態壓力軸承，其中所述金屬粉末於所述原料粉末整體所佔的比例為95wt%以上。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的動態壓力軸承，其是使潤滑油含浸於所述壓粉體的內部氣孔而形成。
一種流體動態壓力軸承裝置，其包括如申請專利範圍第 1項至第5項中任一項所述的動態壓力軸承、及包含所述被支持部且相對於所述動態壓力軸承進行相對旋轉的軸構件。
一種馬達，其包括如申請專利範圍第6項所述的流體動態壓力軸承裝置。
一種動態壓力軸承的製造方法，其是製造顯示150MPa以上的徑向壓碎強度的動態壓力軸承的方法，其包括：壓縮成形步驟，將包含能夠形成氧化物皮膜的金屬粉末作為主成分的原料粉末壓縮來使壓粉體成形，並且將動態壓力產生部於所述壓粉體的表面中的與被支持部之間形成軸承間隙的區域模製成形；以及皮膜形成步驟，對所述壓粉體實施規定的熱處理，於構成所述壓粉體的所述金屬粉末的粒子間形成所述氧化物皮膜；所述動態壓力軸承的製造方法的特徵在於，作為所述金屬粉末，使用顯示100μm以上的金屬粉末於所述金屬粉末整體所佔的比例為30wt%以上，且累積50%粒徑為50μm以上、且100μm以下的粒度分佈的金屬粉末。
如申請專利範圍第8項所述的動態壓力軸承的製造方法，其中於所述皮膜形成步驟中，作為所述規定的熱處理，於大氣環境下對所述壓粉體實施低溫加熱處理。
如申請專利範圍第9項所述的動態壓力軸承的製造方法，其中將所述低溫加熱處理的處理溫度設定成350℃以上、且600℃以下。