流体动压力轴承、具有该流体动压力轴承的主轴马达和存储磁盘驱动设备及其制造方法技术

一种流动动力轴承具有相对彼此可旋转地支撑的轴和轴承套筒。轴和轴承套筒中的至少一个由包括以下重量百分比成分的钢或不锈钢制成：Ｃ：０．６－１．２０％；Ｓｉ：１．０％或更少；Ｍｎ：１．０％或更少；Ｃｒ：１０．５－１８．０％；Ｍｏ：１．０％或更少；Ｓ：０．０３％或更少；和Ｆｅ。动压力轴承表面由位于通过电化学加工形成的多个动压力槽之间的脊部构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于存储磁盘驱动设备中的主轴马达中使用的流体动压力轴承(也一般称为“流体动力轴承”)。本专利技术还涉及这些流体动力轴承的制造方法。更具体地，本专利技术涉及钢或不锈钢材质的流体动力轴承的动压力性能的技术改进。另外，本专利技术涉及精确且高精度流体动力轴承的轴承表面结构的显著改进。此外，本专利技术涉及使用改进流体动力轴承的主轴马达和存储磁盘驱动设备。
技术介绍
图17示出了现有流体动力轴承的一个例子。该图中所示的流体动压力轴承设备具有可旋转地支撑在轴承套筒1的圆柱形通孔内的旋转轴2。轴承套筒1的圆柱形通孔的底部开口由反板3封闭从而将旋转轴封闭在轴承套筒内。盘片形止推板4固定在旋转轴2的底端。多个弓形螺旋状或人字状动压力槽(图中未示出)形成于止推板4上与反板3相对的下表面上。而且，多个动压力槽(图中未示出)类似地形成在形成于轴承套筒内且高于止推板的台阶的下表面上。而且，多个螺旋状或人字状动压力槽18形成于轴承套筒1的内周面上。形成于连同反板的固定轴承套筒和连同止推板的旋转轴之间的轴承缝隙中填充有润滑油。近年来，已经急剧要求硬盘驱动器(典型的磁盘驱动存储设备)小型化、重量减轻并且轮廓更薄的趋势。与此同时，由于硬盘存储容量已经增大，对于增大表面密度有着增大的要求。因此，对广泛使用的流体动力轴承已经进行了大量的研究，这使得流体动力轴承在硬盘驱动器中的主轴马达中的应用显著增多。研究集中于形成更准确和高精度的动压力槽这方面以便准确且有效地产生动压力。电化学加工目前已知为用于形成动压力槽的方法。然而，在这种方法用于由具有良好加工性质的含硫易切削合金钢制成的轴承套筒时，难以使用电化学加工来分解(dissolve)和形成多个动压力槽。还难以在动压力槽之间留下的脊部的形状方面获得希望程度的准确度和高精度。图3A示出了，当在横截面上观察每个动压力槽的表面时，连接每个脊部的顶部22和倾斜壁23的角部24是圆化的。这是电化学加工期间包含易切削成分的硫化物夹杂(包含在含硫易切削合金钢中)的分解特点和Fe(其是金属的主要成分)的分解特点之间的不均匀性所导致的结果。另外，角部的圆化是暴露在电化学加工出的表面上的硫化物夹杂脱落(dislodging)和破裂的结果。重要的是优化动压力效率(动压力/轴向损失)，以便更准确和有效地形成动压力。在图3B中，优选地脊部-槽比率如下(1)(动压力槽宽度，Bv)/(顶部宽度，B1)＝1.0～1.3另外，还优选地槽深度比率如下(2)(从与动压力槽相对的表面至槽底部的距离，h0)/(槽深度，hg)＝2.1～2.3然而由于上述原因难以在批量生产中实现(1)和(2)。由于硫化物夹杂的不可解性和脱落还导致了其它问题。通过研磨而修整的表面和通过电化学加工而修整的表面由于脱落和不可解性而存在着不规则表面的问题，因而恶化了表面粗糙度。当暴露于加工表面上或者从表面上脱落的硫化物夹杂形成并卡在轴体和轴承部件之间时，还导致了其它问题。由于存在着这些问题，流体动力轴承中的轴承刚度降低并且轴向转矩损失增大以致于用于存储磁盘驱动设备的主轴马达的旋转精度和使用寿命下降、动力消耗和启动时间增大，导致了存储磁盘驱动设备的显著问题，尤其是在其小型化和更薄轮廓的趋势下。已经利用例如日本专利公开说明书2001-298899和日本专利公开说明书2002-119584中所公开的方法来防止硫化物夹杂的脱落。上述文献建议在加工部件之后利用酸和碱去除硫化物夹杂。然而，这些去除方法不利于制造成本的降低，因为增加了制造工艺的复杂性。酸和碱的处理是危险的并且给环境带来危害。另外，所公开的方法没有在流体动力轴承表面结构准确度和高精度的改进方面提供任何解决方案。此外，使用酸和碱来去除硫化物夹杂还最终分解了基体，并且还具有圆化脊部的角部的缺陷。
技术实现思路
考虑到上述现有技术的问题，本专利技术的一个目标是提供一种流体动力轴承，其通过具有很小表面粗糙度的准确且高精度表面结构来优化动压力效率。本专利技术的另一目标是防止硫化物夹杂的脱落，使得在长时间之后能一直维持高的轴承刚度和小的轴向转矩损失，同时无需制造中的复杂步骤，避免了处理酸和碱的危险，并且减少了对于环境的危害。在其一个主要方面，本专利技术是一种流动动力轴承，其具有相对彼此可旋转地支撑的轴和轴承套筒。根据本专利技术，轴和轴承套筒中的至少一个由包括以下重量百分比成分的钢或不锈钢制成C0.6-1.20％；Si1.0％或更少；Mn1.0％或更少；Cr10.5-18.0％；Mo1.0％或更少；S0.03％或更少；和Fe。保留在通过电化学加工形成的多个动压力槽之间的脊部包括动压力轴承表面。由于在本专利技术中具有动压力槽的部件的材料中的硫含量保持在0.03％或更少并且硫化物夹杂非常少，通过研磨修整的表面或通过电化学加工而修整的表面中就没有不平度。因此，不仅可以改善表面粗糙度且易于高精度地准确成形动压力轴承表面，而且还提供了长时间使用之后维持稳定性和高轴承刚度的流体动压力轴承以及维持低的轴向转矩损失。另外，无需涉及使用酸或碱的复杂、有害且环境上不健康的工作以清洁具有动压力轴承表面的部件，从而有利于制造。此外，本专利技术不存在着现有技术中移除硫化物夹杂时使用酸或碱所导致的基体分解从而圆化脊部的角部的问题。以上方面、优点和特点仅仅是代表性实施例的。应当理解到，它们并不视为是对由权利要求所限定的本专利技术的限制。在下面的描述、附图以及权利要求中，本专利技术的其它特点和优点将会变得很明显。附图说明本专利技术借助于非限制性的例子示出，在附图中同样的附图标记标识同样或相应的部件，并且其中图1示出了根据本专利技术的流体动力轴承的一个实施例的横截视图。图2示出了用于图1所示实施例中的端板13的平面图。图3A和3B示出了动压力产生槽的局部横截视图。图4A示出了根据本专利技术第一实施例制造的动压力产生槽的轮廓。图4B示出了根据本专利技术第二实施例制造的动压力产生槽的轮廓。图4C示出了根据对照例制造的动压力产生槽的轮廓。图5A示出了根据本专利技术第一实施例制造的动压力产生槽的照片。图5B示出了根据本专利技术第二实施例制造的动压力产生槽的照片。图5C示出了根据对照例制造的动压力产生槽的照片。图6A和6B示出了本专利技术第一实施例的动压力产生槽的放大照片。图7A和7B示出了本专利技术第二实施例的动压力产生槽的放大照片。图8A和8B示出了对照例的动压力产生槽的放大照片。图9A和9B分别示出了对照例和本专利技术第二实施例的动压力产生槽的顶面脊部的电子显微照片。图10示出了电化学加工中硫化物和铅成分情况的示意图。图11示出了根据本专利技术一个实施例构造的主轴马达的横截视图。图12示出了根据本专利技术构造的硬盘驱动设备的横截视图。图13示出了根据本专利技术另一实施例构造的主轴马达的横截视图。图14示出了根据本专利技术第三实施例电化学加工之前试样表面状况的照片。具体地，(从照片左上角开始顺时针)其中示出了DD材料回火之前的照片、DD材料回火之后的照片、SF20T材料(原材料)的照片、和DHS-1材料(原材料)的照片。图15A示出了利用DD材料的第三实施例的动压力产生槽的轮廓。图15B示出了利用SF20T材料的动压力产生槽的轮廓(对照例)。图15C示出了利用DHS-1材料的动压力产生槽的轮廓(对照例)。图16A示出了位于根据第三实施例用D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体动力轴承，包括：轴部件；和轴承套筒部件，所述轴承套筒部件和所述轴部件相对彼此可旋转地支撑；其中至少一个所述部件由包括以下重量百分比成分的钢制成：Ｃ：０．６－１．２０％；Ｓｉ：１．０％或更少；Ｍｎ：１．０％或更 少；Ｃｒ：１０．５－１８．０％；Ｍｏ：１．０％或更少；Ｓ：０．０３％或更少；和Ｆｅ，并且其中所述的至少一个所述部件还包括流体动力轴承表面，该流体动力轴承表面具有多个电化学加工出的流体动压力产生槽，并且在所述槽之间存在着升高的顶面脊部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-5-20 151109/20041.一种流体动力轴承，包括轴部件；和轴承套筒部件，所述轴承套筒部件和所述轴部件相对彼此可旋转地支撑；其中至少一个所述部件由包括以下重量百分比成分的钢制成C0.6-1.20％；Si1.0％或更少；Mn1.0％或更少；Cr10.5-18.0％；Mo1.0％或更少；S0.03％或更少；和Fe，并且其中所述的至少一个所述部件还包括流体动力轴承表面，该流体动力轴承表面具有多个电化学加工出的流体动压力产生槽，并且在所述槽之间存在着升高的顶面脊部。2.根据权利要求1的流体动力轴承，其中所述钢是不锈钢。3.根据权利要求1的流体动力轴承，其中在所述流体动压力产生槽的电化学加工之前，对所述钢进行热处理。4.根据权利要求3的流体动力轴承，其中在所述流体动压力产生槽的电化学加工之前，对所述钢进行磨光。5.根据权利要求1的流体动力轴承，其中在垂直的横截面上看，所述流体动力轴承表面还包括基本上平直的顶面脊部、基本上平直的倾斜壁和底部。6.根据权利要求5的流体动力轴承，其中所述基本上平直的顶面脊部通过基本上弓形的部分连接至所述基本上平直的倾斜壁，并且其中每个所述基本上弓形的部分在与所述基本上平直的顶面脊部平行的方向上的长度为20μm或更小，并且每个所述基本上弓形的部分在与所述基本上平直的倾斜壁平行的方向上的长度为1.0μm或更小。7.根据权利要求5的流体动力轴承，其中每个所述基本上平直的倾斜壁具有一个长度，所述长度为一个与所述基本上平直的倾斜壁相切的线段长度的75％-90％，该线段由与所述基本上平直的顶面脊部相切的直线以及与相应槽的最低点相切的直线所切割。8.根据权利要求1的流体动力轴承，其中所述升高的顶面脊部的表面粗糙度为Ra 0.1μm或更小。9.根据权利要求1的流体动力轴承，其中所述压力产生槽的深度变化为0.4μm或更小。10.根据权利要求1的流体动力轴承，其中所述钢还包括重量百分比为0.001％或更少的Pb，作为不可避免的杂质。11.一种具有流体动力轴承的主轴马达，所述主轴马达包括马达基部；固定地紧固至所述马达基部的轴承套筒；紧固至所述马达基部的定子；旋转轴，所述旋转轴相对于所述轴承套筒可旋转地支撑；安装在所述旋转轴上的转子毂；和紧固至所述转子毂的转子磁体，所述转子磁体与所述定子一起产生旋转磁场；其中所述旋转轴和所述轴承套筒中的至少一个由包括以下重量百分比成分的钢制成C0.6-1.20％；Si1.0％或更少；Mn1.0％或更少；Cr10.5-18.0％；Mo1.0％或更少；S0.03％或更少；和Fe，并且其中所述旋转轴和所述轴承套筒中的所述至少一个还包括流体动力轴承表面，该流体动力轴承表面具有多个电化学加工出的流体动压力产生槽，并且在所述槽之间存在着升高的顶面脊部。12.根据权利要求11的主轴马达，其中所述钢是不锈钢。13.根据权利要求11的主轴马达，其中在所述流体动压力产生槽的电化学加工之前，对所述钢进行热处理。14.根据权利要求13的主轴马达，其中在所述流体动压力产生槽的电化学加工之前，对所述钢进行磨光。15.根据权利要求11的主轴马达，其中在垂直的横截面上看，所述流体动力轴承表面还包括基本上平直的顶面脊部、基本上平直的倾斜壁和底部。16.根据权利要求15的主轴马达，其中所述基本上平直的顶面脊部通过基本上弓形的部分连接至所述基本上平直的倾斜壁，并且其中与所述基本上平直的倾斜壁相切的线段由与所述基本上平直的顶面脊部相切的直线以及与相应槽的最低点相切的直线所切割。17.根据权利要求15的主轴马达，其中每个所述基本上平直的倾斜壁具有一个长度，所述长度为一个与所述基本上平直的倾斜壁相切的线段长度的75％-90％，该线段由与所述基本上平直的顶面脊部相切的直线以及与相应槽的最低点相切的直线所切割。18.根据权利要求11的主轴马达，其中所述升高的顶面脊部的表面粗糙度为Ra 0.1μm或更小。19.根据权利要求11的主轴马达，其中所述动压力产生槽的深度变化为0.4μm或更小。20.根据权利要求11的主轴马达，其中所述钢还包括重量百分比为0.001％或更少的Pb，作为不可避免的杂质。21.一种具有流体动力轴承的主轴马达，所述主轴马达包括马达基部；安装在所述马达基部上的固定轴；紧固至所述马达基部的定子；旋转轴承套筒，所述旋转轴承套筒相对于所述固定轴可旋转地支撑；安装在所述旋转轴承套筒上的转子毂；和紧固至所述转子毂的转子磁体，所述转子磁体与所述定子一起产生旋转磁场，其中所述固定轴和所述旋转轴承套筒中的至少一个由包括以下重量百分比成分的钢制成C0.6-1.20％；Si1.0％或更少；Mn1.0％或更少；Cr10.5-18.0％；Mo1.0％或更少；S0.03％或更少；和Fe，并且其中所述固定轴和所述旋转轴承套筒中的所述至少一个还包括流体动力轴承表面，该流体动力轴承表面具有多个电化学加工出的流体动压力产生槽，并且在所述槽之间存在着升高的顶面脊部。22.根据权利要求21的主轴马达，其中所述钢是不锈钢。23.根据权利要求21的主轴马达，其中在所述流体动压力产生槽的电化学加工之前，对所述钢进行热处理。24.根据权利要求23的主轴马达，其中在所述流体动压力产生槽的电化学加工之前，对所述钢进行磨光。25.根据权利要求21的主轴马达，其中在垂直的横截面上看，所述流体动力轴承表面还包括基本上平直的顶面脊部、基本上平直的倾斜壁和底部。26.根据权利要求25的主轴马达，其中所述基本上平直的顶面脊部通过基本上弓形的部分连接至所述基本上平直的倾斜壁，并且其中与所述基本上平直的倾斜壁相切的线段由与所述基本上平直的顶面脊部相切的直线以及与相应槽的最低点相切的直线所切割。27.根据权利要求25的主轴马达，其中每个所述基本上平直的倾斜壁具有一个长度，所述长度为与所述基本上平直的倾斜壁相切的线段长度的75％-90％，该线段由与所述基本上平直的顶面脊部相切的直线以及与相应槽的最低点相切的直线所切割。28.根据权利要求21的主轴马达，其中所述升高的顶面脊部的表面粗糙度为Ra 0.1μm或更小。29.根据权利要求21的主轴马达，其中所述压力产生槽的深度变化为0.4μm或更小。30.根据权利要求21的主轴马达，其中所述钢还包括重量百分比为0.001％或更少的Pb，作为不可避免的杂质。31.一种磁盘驱动存储设备，包括具有流体动力轴承的主轴马达，所述主轴马达包括马达基部；安装在所述马达基部上的固定轴；紧固至所述马达基部的定子；旋转轴承套筒，所述旋转轴承套筒相对于所述固定轴可旋转地支撑；安装在所述旋转轴承套筒上的转子毂；和紧固至所述转子毂的转子磁体，所述转子磁体与所述定子一起产生旋转磁场；安装来在所述主轴马达的所述转子毂上旋转的储存磁盘；和在所述存储磁盘上进行读/写操作的数据头，其中所述固定轴和所述旋转轴承套筒中的至少一个由包括以下重量百分比成分的钢制成C0.6-1.20％；Si1.0％或更少；Mn1.0％或更少；Cr10.5-18.0％；Mo1.0％或更少；S0.03％或更少；和Fe，并且其中所述固定轴和所述旋转轴承套筒中的所述至少一个还包括流体动力轴承表面，该流体动力轴承表面具有多个电化学加工出的流体动压力产生槽，并且在所述槽之间存在着升高的顶面脊部。32.一种磁盘驱动存储设备，包括具有流体动力轴承的主轴马达，所述主轴马达包括马达基部；固定地紧固至所述马达基部的轴承套筒；紧固至所述马达基部的定子；旋转轴，所述旋转轴相...

【专利技术属性】
技术研发人员：小原陆郎，吉川浩，
申请(专利权)人：美蓓亚株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]