JP2000120688A - 焼結含油軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 支持する回転軸が比較的高速で回転し、かつ
その回転軸から受ける負荷が軸方向に偏っている場合で
あっても、含油による潤滑作用が十分に行われて高い軸
受性能を発揮する軸受を提供する。 【解決手段】 軸孔１０の内周面の軸方向両端部に回転
軸５が摺動する軸受部１２を形成し、これら軸受部１２
の間に回転軸５と接触しない中膨らみ部１３を形成す
る。軸受部１２から中膨らみ部１３にわたる複数の溝１
４を、周方向に配列する。中膨らみ部１３から溝１４を
経て軸受部１２に潤滑油を多く供給させ、合わせて動圧
発生を図る。溝１４の軸受部１２に形成された部分の長
さを軸受部１２の長さの１０〜８０％として溝１４から
の潤滑油の漏出を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドルモータ
用軸受等の比較的高速で回転する軸を高精度で支持する
際に用いて好適な焼結含油軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼結含油軸受は、含有された潤滑油が回
転軸との摺動面である軸孔の内周面にしみ出して油膜が
形成されることにより、摩擦抵抗が低減して騒音や振動
が抑えられるといった特性を有する。また、振動や騒音
の抑制効果をさらに高めた焼結含油軸受として、軸孔の
内周面の軸方向中央に、回転軸が接触しない逃げの隙間
（以下、中膨らみ部と称する）を形成して回転軸が摺動
する部分を両端部に限定し、摩擦抵抗の低減を向上させ
たものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＤ−ＲＯ
Ｍドライバ用等の、回転軸が立つ状態とされるスピンド
ルモータの軸受においては、通常、回転軸の荷重が、回
転軸を横向きにした場合と異なり周方向１個所に偏らな
いので、潤滑油の圧力上昇によって発生する動圧効果は
期待されず、しかも、１００００／ｒｐｍ程度の高速回
転なので、上記のような中膨らみ部を有する軸受であっ
ても、十分な潤滑作用を得ることは困難であった。例え
ば、運転時間の経過に伴って摩擦抵抗が増加したり回転
数が変動したりする現象が起こり、そのような軸受の中
膨らみ部には、特に負荷が大きい軸方向一端側に、スラ
ッジ状の物質が観察される場合があった。これは、摺動
面への潤滑油の供給が不十分であったり、軸受の発熱に
より潤滑油が変質したりすることが原因と想定された。

【０００４】したがって本発明は、支持する回転軸が比
較的高速で回転し、かつその回転軸から受ける負荷が軸
方向に偏っている場合であっても、含油による潤滑作用
が十分に行われて高い軸受性能を発揮する焼結含油軸受
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸孔の内周面
の軸方向両端部に、回転軸が摺動する軸受部が形成さ
れ、これら軸受部の間に、回転軸と接触しない中膨らみ
部が形成された焼結含油軸受において、少なくとも一方
の軸受部から中膨らみ部にわたって、複数の溝が周方向
に配列されていることを特徴としている。

【０００６】本発明によれば、軸受中の潤滑油が、回転
軸と中膨らみ部との間の隙間から溝を経て軸受部に多く
流入し、さらに軸受部における溝と溝の間に動圧効果が
惹起されることにより、軸受性能が向上する。

【０００７】上記溝が軸受部を貫通して端面に開口して
いると、潤滑油が漏出して潤滑油の循環作用が確保され
ない。したがって本発明では、軸受部に形成する溝の長
さを軸受部の長さの１０〜８０％とすることを好ましい
態様としている。また、軸方向両端部の軸受部にかかる
回転軸の負荷に差異がある場合、すなわち負荷が軸方向
に偏っている場合は、負荷が大きい方の軸受部側に溝を
形成して対処すればよい。しかしながら、これは本発明
の最も簡素な構成であり、軸方向両端部の軸受部から中
膨らみ部にわたって溝をそれぞれ形成することが望まし
い。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。（１）一実施形態 図１は、本発明の一実施形態に係る円柱状の焼結含油軸
受（以下、軸受と略記する）１０が適用されたＣＤ−Ｒ
ＯＭドライバ用のスピンドルモータ１を示している。こ
のモータ１は、ハウジング２、駆動コイル３およびマグ
ネットロータ４を備えたアウタロータ型であり、マグネ
ットロータ４は、１００００／ｒｐｍ程度で高速回転す
る。軸受１０はハウジング２の芯２ａに圧入され、この
軸受１０に回転軸５が回転自在に挿入されている。モー
タ１は、マグネットロータ４が上側に配され、回転軸５
が立つ状態で機器に組み込まれる。回転軸５のスラスト
荷重は、ハウジング２の底部に固定された受け板６によ
り支持され、ラジアル荷重が軸受１０により支持され
る。回転軸５は軸受１０から上方に突出し、その突出端
がマグネットロータ４のボス４ａに圧入されている。マ
グネットロータ４のボス４ａには、図示せぬＣＤ−ＲＯ
Ｍをマグネットロータ４に着脱させるディスクチャック
７が装着されている。軸受１０は、金属粉を圧縮成形し
て焼結した多孔質焼結体で、潤滑油への浸漬を経て含油
焼結軸受とされたものである。

【０００９】軸受１０は、図２（ａ）に示すように、軸
芯に、回転軸５が回転自在に挿入される軸孔１１が形成
されているが、この軸孔１１の内径は全長にわたって均
一ではない。すなわち、その内周面の軸方向両端部に、
回転軸５を実質的に支持する軸受部１２が形成され、こ
れら軸受部１２の間に、軸受部１２よりも大径で回転軸
５が接触しない中膨らみ部１３が、軸受部１２と同軸的
に形成されている。各軸受部１２の開口端縁および軸受
部１２から中膨らみ部１３に移行する各段部１２ａ，１
３ａは、面取り加工されてテーパ状に形成されている。

【００１０】軸孔１１の内周面には、一方（図２（ａ）
で上側）の軸受部１２から中膨らみ部１３にわたって、
複数（例えば３つ）の溝１４が、周方向に等間隔に配列
されている。これら溝１４は、図２（ｂ）に示すように
半楕円状であって、中膨らみ部１３の端縁から軸受部１
２にわたって形成されており、その底面は、段部１３ａ
よりもなだらかなテーパ面となっている。溝１４の軸受
部１２に形成された部分の長さは、軸受部１２の長さの
１０〜８０％の範囲である。この軸受１２は、図１で示
したモータ１のハウジング２に、溝１４が形成された方
の軸受部１２が上側に配されて圧入されている。

【００１１】次に、上記軸受１０の製造方法の一例を説
明する。まず、図３（ａ）に示すように、ダイ２０の型
孔に下パンチ２１ｂおよびコアロッド２２を挿入し、こ
れらによって形成されるキャビティ２３に原料粉末Ｐを
充填する。コアロッド２２は、図４に示すように、軸受
部１２を形成するロッド２２ａの途中に、中膨らみ部１
３および溝１４を形成するための大径部２２ｂおよび突
起２２ｃが形成されたものを用いる。次いで、図３
（ｂ）に示すように、上下のパンチ２１ａ，２１ｂによ
り粉末Ｐを圧縮成形し、この後、図３（ｃ）に示すよう
に、コアロッド２２と下パンチ２１ｂを上方に移動させ
て圧粉体Ｐ１をダイ２０から抜き出し、圧粉体Ｐ１にス
プリングバッグを生じせしめてコアロッド２２から取り
出す。次いで、圧粉体Ｐ１を焼結し、その焼結体を、図
５（ａ）に示すように、軸孔に円柱状のコアロッド３２
を通してダイ３０内にセットし、上下のパンチ３１ａ，
３１ｂにより焼結体を圧縮してサイジングを施し、中膨
らみ部１３および溝１４を拡張させ、軸受１０を成形す
る。このサイジングでは、図５（ｂ）に示すように、段
差形状の型孔を有する上下のダイ３０ａ，３０ｂを用い
て焼結体の中央部を膨出させ、中膨らみ部１３および溝
１４が拡張しやすくなる手段を採ることもできる。

【００１２】上記軸受１０にあっては、モータ１の運転
時に、含浸された潤滑油が回転軸５と中膨らみ部１３と
の間の隙間から溝１４に流入することにより、上側の軸
受部１２への潤滑油の供給量が特に増加する。また、上
側の軸受部１２においては、周方向に隣り合う溝１４と
溝１４との間に潤滑油による動圧効果が発生する。ここ
で、回転軸５から軸受１０にかかる負荷（ラジアル荷
重）は、マグネットロータ４側である上側の軸受部１２
に大きくかかるので、この上側の軸受部１２への潤滑油
の供給ならびに軸支持のための剛性が重要となってくる
が、本実施形態では、上記溝１４の作用によって上側の
軸受部１２の潤滑性と動圧発生による軸支持のための剛
性が向上し、よって軸受性能が大幅に向上する。また、
溝１４は軸受部１２を貫通して端面に開口しておらず、
軸受部１２における長さが軸受部１２の１０〜８０％の
範囲とされているので、溝１４からの潤滑油の漏出が防
止され、潤滑油の循環作用が確保される。

【００１３】（２）軸受の形態 次いで、軸受の様々な形態について例示する。 図６に示すように、両端部の軸受部１２から中膨らみ
部１３にわたって、上記一実施形態に示した溝１４が、
上下対称の状態に形成されている。 図７に示すように、一端側に軸受部１２が、また他端
側に軸受部１２よりも大径の膨らみ部１３Ａが形成され
た軸受分割体１０Ａが、膨らみ部１３Ａどうしを向かい
合わせてハウジング１５内に圧入され、各膨らみ部１３
Ａの合体により中膨らみ部１３が形成されている。各軸
受分割体１０Ａには、軸受部１２から膨らみ部１３Ａに
わたって、複数の溝１４が形成されている。 図８（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向に並ぶ一対
の溝１４をつなぐ直線状の溝１４ａが、中膨らみ部１３
の内周面に形成されている。 図９に示すように、溝１４と、軸受部１２および中膨
らみ部１３との境界が面取り加工されて画然としていな
い。図９における軸方向に延びる多数の線Ｌは、溝１４
の形状を明らかにするための等幅線であり、実際には存
在しない。

【００１４】（３）溝の形状の形態 次いで、軸受部１２と中膨らみ部１３との間に形成され
る溝１４の形状の様々な形態について例示する。 図１０（ａ）に示すように、半楕円状であって、底面
に段差がある。 図１０（ｂ）に示すように、矩形状である。 図１０（ｃ）に示すように、直角三角形状である。 図１０（ｄ）に示すように、二等辺三角形状である。

【００１５】（４）溝の側面視形状の形態 次いで、軸受部１２と中膨らみ部１３との間に形成され
る溝１４の側面視形状の様々な形態について例示する。 図１１（ａ）に示すように、三角形状である。 図１１（ｂ）に示すように、平行四辺形状である。 図１１（ｃ）に示すように、底面がなだらかな三角形
状である。

【００１６】（５）軸受の製造方法の形態 次に、軸受１０の製造方法の様々な形態について例示す
る。 図１２（ａ）に示すように、ダイ２０、上下のパンチ
２１ａ，２１ｂおよびコアロッド４０により粉末Ｐを圧
縮する。軸孔を形成するコアロッド４０は、図１２
（ｂ）に示すように、三角柱状である。粉末Ｐが圧縮成
形された圧粉体の軸孔は、コアロッドに応じた断面三角
形状となり、３つの角部がそれぞれ溝となる。圧粉体を
成形、焼結後、焼結体を軸方向に圧縮してサイジングを
行い、このサイジングにより、溝の中央部を拡張させて
中膨らみ部を形成するとともに、溝の端面側の開口端を
閉塞する。

【００１７】軸孔形成用のコアロッドを円柱状として
圧粉体を単純な円筒状とし、この圧粉体を焼結後、図３
（ｂ）に示したように、中膨らみ部１３および溝１４を
形成するコアロッド２２を用いてサイジングし、スプリ
ングバックにより取り出す。圧粉体の軸孔は、コアロッ
ド２２の大径部２２ｂが挿入可能な径とする。

【００１８】単純な円筒状の焼結体の軸孔に、図１２
（ｂ）で示した三角柱状のコアロッド４０を圧入し、軸
孔の内周面に３つの溝をコイニングにより形成する。次
いで、図５（ａ）に示した方法で焼結体をサイジングす
る。

【００１９】図１３（ａ）に示すように、ダイ２０、
上下のパンチ２１ａ，２１ｂおよびコアロッド５０によ
り粉末Ｐを圧縮成形する。軸孔を形成するコアロッド５
０は、中膨らみ部１３を形成する大径部５０ａの一端
に、軸受部１２を形成する小径部５０ｂが形成された円
柱状のもので、大径部５０ａおよび大径部５０ａから小
径部５０ｂにわたる部分の外周面には、突条５１が形成
されている。粉末Ｐが圧縮成形された圧粉体の軸孔の内
周面には、突条５１に応じた溝１４が形成される。圧粉
体を成形、焼結後、図１３（ｂ）に示すように、段差形
状の型孔を有するダイ６０、上下のパンチ６１ａ，６１
ｂおよびコアロッド５０よりも細い円柱状のコアロッド
６２により、焼結体を軸方向に圧縮してサイジングを行
い、このサイジングにより、中央部を拡張させて中膨ら
み部１３を拡張形成するとともに、溝１４の両端を閉塞
して軸受１０を成形する。図１３（ａ）は粉末を圧縮成
形する圧粉体の成形工程として示したが、円筒状の焼結
体の軸孔にコアロッド５０を圧入して溝１４をコイニン
グにより形成し、図１３（ｂ）のサイジングに移行して
もよい。

【００２０】図１４（ａ）に示すように、ダイ２０、
上下のパンチ２１ａ，２１ｂおよびコアロッド７０によ
り、粉末Ｐを圧縮成形する。軸孔を形成するコアロッド
７０は、中膨らみ部１３を形成する大径部７０ａの一端
に軸受部１２を形成する小径部７０ｂが形成された円柱
状のもので、大径部７０ａから小径部７０ｂにわたる部
分の外周面に、溝１４を形成するための複数の突起７０
ｃが形成されている。粉末Ｐが圧縮成形された圧粉体の
軸孔の内周面には、突起７０ｃに応じた溝１４が形成さ
れる。圧粉体を成形、焼結後、図１３（ｂ）と同様のダ
イ６０、上下のパンチ６１ａ，６１ｂおよび円柱状のコ
アロッド６２により、焼結体を軸方向に圧縮してサイジ
ングを行い、このサイジングにより、中膨らみ部１３お
よび溝１４を拡張形成して軸受１０を成形する。図１４
（ａ）は粉末を圧縮成形する圧粉体の成形工程として示
したが、円筒状の焼結体の軸孔にコアロッド７０を圧入
して溝１４をコイニングにより形成し、図１４（ｂ）の
サイジングに移行してもよい。

【００２１】図１５（ａ）に示すように、一端側に軸
受部１２、他端側に膨らみ部１３Ａを有する焼結体を得
た後、この焼結体を、図１５（ｂ）に示すように、ダイ
６０、上下のパンチ６１ａ，６１ｂおよび溝１４を形成
するための複数の突起８０を備えたコアロッド８１によ
りサイジングして溝１４を有する軸受分割体１０Ａを得
る。この軸受分割体１０Ａを、図７に示すようにハウジ
ング１５内に２つ組み込んで、軸受を構成する。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
含浸された潤滑油が回転軸と中膨らみ部との間の隙間か
ら溝に流入することにより、軸受部への潤滑油の供給量
が増加するとともに、周方向に隣り合う溝と溝との間に
潤滑油による動圧効果が発生するので、軸受部の潤滑性
ならびに軸支持のための剛性が向上し、軸受性能が大幅
に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る軸受が適用された
スピンドルモータの断面図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る軸受の（ａ）縦断
面図、（ｂ）内周面の一部斜視図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る軸受の製造方法の
一例を示す図であって、粉末圧縮工程を（ａ）〜（ｃ）
の順に示す断面図である。

【図４】 同工程で用いるコアロッドの一部斜視図であ
る。

【図５】 本発明の一実施形態に係る軸受の製造方法の
一例であって、焼結体のサイジング工程を（ａ），
（ｂ）の順に示す断面図である。

【図６】 本発明に係る軸受の形態例を示す縦断面図で
ある。

【図７】 本発明に係る軸受の形態例を示す縦断面図で
ある。

【図８】 本発明に係る軸受の形態例を示す（ａ）縦断
面図、（ｂ）内周面の一部斜視図である。

【図９】 本発明に係る軸受の形態例を示す内周面の一
部斜視図である。

【図１０】 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係る軸受の形状
の形態例を示す正面図である。

【図１１】 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係る軸受の側面
視形状の形態例を示す断面図である。

【図１２】 本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示
す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）
は同工程で用いるコアロッドの一部斜視図である。

【図１３】 本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示
す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）
は焼結体のサイジング工程の断面図である。

【図１４】 本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示
す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）
は焼結体のサイジング工程の断面図である。

【図１５】 本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示
す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）
は焼結体のサイジング工程の断面図である。

【符号の説明】

５…回転軸、１０…焼結含油軸受、１１…軸孔、１２…
軸受部、１３…中膨らみ部、１４…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮坂 元博 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内 (72)発明者 富樫 俊一 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA07 BA02 BA10 CA01 CA02 DA02 JA02 KA02 KA03 LA01 MA03 4K018 HA01 KA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸孔の内周面の軸方向両端部に、回転軸
   が摺動する軸受部が形成され、これら軸受部の間に、回
   転軸と接触しない中膨らみ部が形成された焼結含油軸受
   において、 少なくとも一方の前記軸受部から前記中膨らみ部にわた
   って、複数の溝が周方向に配列されていることを特徴と
   する焼結含油軸受。
2. 【請求項２】 前記溝の前記軸受部に形成された部分の
   長さが、該軸受部の長さの１０〜８０％であることを特
   徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 【請求項３】 前記各軸受部にかかる前記回転軸の負荷
   に差異があり、負荷が大きい軸受部側に、前記溝が形成
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   焼結含油軸受。