JP2003227512A

JP2003227512A - 焼結含油軸受およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003227512A
Application number: JP2002028380A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 容敬伊藤; Yasuaki Maeda; 康明前田; Yoshinori Sato; 嘉則佐藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】油膜力の強化による軸受剛性の向上とトルク
変動の低減とを達成し、併せて製造コストの低廉化を目
的とする。【解決手段】含油焼結金属からなる軸受部材の端面に
治具１３，１４を押し当てて当該端面を仕上げるに際
し、治具１３，１４に弾性部材１８を介して硬質材料か
らなる加圧部材１７を取り付け、加圧部材１７を軸受部
材１の端面に押し当てる。これにより軸受部材の端面の
表面開孔率を１０％以下に規制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属に油を含
浸させた焼結含油軸受、およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】焼結含油軸受の中でも特に動圧発生用の
溝、すなわち動圧溝を有する軸受（溝付き動圧型焼結含
油軸受）は、高回転精度、高速回転、低騒音、低コスト
等の特徴を備えるものであり、近年ではこれらの特徴か
ら、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、
ＭＯ等の光磁気ディスクのスピンドルモータやレーザビ
ームプリンタのポリゴンスキャナモータ等におけるスピ
ンドル支持用の軸受としての使用が期待され、あるいは
実際に使用されている。

【０００３】この溝付き動圧型焼結含油軸受は、円筒状
の含油焼結金属からなる軸受部材に、サイジング→両端
面のバニシ仕上げ→動圧溝の加工、を順次施すことによ
り製造される。バニシ仕上げにより、軸受部材の端面
は、その表面開孔率（表面開孔とは、多孔質組織の細孔
が外表面に開口した部分をいい、表面開孔率とは、外表
面の単位面積内に占める表面開口の面積割合をいう）が
２０％以下となるまで表面細孔がつぶされる。

【０００４】従来、バニシ仕上げは、図５に示すよう
に、超硬合金やセラミック等の硬質材料からなる治具３
３，３４を焼結含油金属３１の軸方向両端に配し、両治
具３３，３４の端面に形成した突条の加圧部３７（図６
参照）をそれぞれ焼結含油金属３１の両端面に押し当て
た状態で、治具３３，３４を互いに逆回転させることに
よって行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記溝付き動圧型焼結
含油軸受では、軸受隙間での動圧を十分に確保するた
め、軸受部材の表面からの油の流出はできるだけ少なく
するのが好ましい。そのため、軸受部材端面のバニシ仕
上げにおいては、表面開孔率ができるだけ小さくかつ均
一となるような加工が望まれる。

【０００６】しかしながら、図５および図６に示す従来
方法では、均一に封孔することが難しく、封孔度合いの
ばらつきが大きい。そのため、仕上げ後の表面開孔率は
広い範囲で許容せざるを得ず、その上限は上記の通り２
０％が限度であった。また、軸受部材の端面にスラスト
方向の動圧を発生するための動圧溝を形成する場合に
は、相手面との接触によるトルク変動を避けるため、表
面粗さを小さくする必要があるが、従来方法では表面開
孔率の低減と表面粗さの向上を両立することは難しかっ
た。さらには、加圧部材の劣化が早く、早期に治具全体
の交換が必要となってコストアップを招く不具合も指摘
されている。

【０００７】そこで、本発明は、油膜力の強化による軸
受剛性の向上とトルク変動の低減とを達成できる焼結含
油軸受を提供し、併せてその製造コストを低廉化するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、含油焼結金属からなる軸受部材の少なくと
も一方の端面をバニシ仕上げしたものにおいて、当該端
面の表面開孔率を１０％以下に規制し、従来よりも表面
開孔率の上限を低くした。

【０００９】上記少なくとも一方の端面（表面開孔率１
０％以下の端面）の表面粗さは、０．０５Ra以上０．４
Ra以下に設定するのが望ましい。

【００１０】上記端面に、軸部材との相対回転時にスラ
スト方向の動圧を発生するための複数の溝を形成するこ
とにより、スラスト方向の動圧で軸部材を非接触支持す
る焼結含油軸受を提供できる。この場合、動圧溝を有す
るスラスト軸受面が良好な表面粗さを有することから、
軸部材との接触を回避し、トルク変動の少ない焼結含油
軸受を提供することが可能となる。

【００１１】以上の焼結含油軸受を製造するための方法
として、本発明では、含油焼結金属からなる軸受部材の
少なくとも一方の端面に治具を押し当てて当該端面を仕
上げるに際し、治具に弾性部材を介して硬質材料からな
る加圧部材を設け、この加圧部材を軸受部材の上記端面
に押し当てることとした。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図５に基づいて説明する。

【００１３】図１に示すように、本実施形態における動
圧型焼結含油軸受においては、円筒状の含油焼結金属か
らなる軸受部材１の内周に、複数の動圧発生用の溝３
（動圧溝）を有するラジアル軸受面５が形成される。図
示例では、軸方向に離隔させて二つのラジアル軸受面５
を形成した場合を例示しているが、ラジアル軸受面５の
数は、二つに限られず、一つあるいは三つ以上とするこ
ともできる。ラジアル軸受面５の動圧溝形状としては、
図示のようなヘリングボーン形の他、スパイラル形を選
択することもできる。この他、ステップ型や調和波形等
の非真円形状のラジアル軸受面を使用することも可能で
ある。

【００１４】軸受部材１に非接触支持される軸部材７
は、ストレート状の軸部７ａと軸部７ａの端部に設けら
れたフランジ部７ｂとで構成される。軸部７ａとフラン
ジ部７ｂは、圧入した別部品で形成する他、鍛造等の手
段で一体成形することもできる。

【００１５】軸受部材１は、有底円筒状のハウジング９
の内周に圧入や接着等の手段で固定される。この時、軸
受部材１の内周に軸部材７の軸部７ａが配置され、ハウ
ジング９の底部９ａと軸受部材の端面１ａとの間の空間
にフランジ部７ｂが配置される。ハウジング底部９ａ
は、図示のように筒状のハウジング本体９ｂと一体成形
する他、ハウジング本体９ｂとは別部品で形成し、これ
らを嵌合・接着することにより組み立てることもでき
る。ハウジング本体９ｂの開口部は、油の流出を防止す
るため、シール部材１０によって密封されている。

【００１６】フランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２
は、軸受部材１の一方の端面１ａ、およびハウジング底
部９ａのスラスト受け面９ａ１とそれぞれ対向してい
る。フランジ部７ｂと対向する軸受部材１の端面１ａお
よびスラスト受け面９ａ１には、複数の動圧溝（図示省
略）を備えたスラスト軸受面１１ａ，１１ｂがそれぞれ
形成される。スラスト軸受面１１ａ，１１ｂの動圧溝形
状は任意であり、ラジアル軸受面５と同様にヘリングボ
ーン形やスパイラル形の動圧溝を形成する他、ステップ
形に形成することもできる。この動圧溝は、軸受部材端
面１ａやスラスト受け面９ａ１に代えてフランジ部７ｂ
の両端面７ｂ１，７ｂ２に形成することもでき、この場
合には、フランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２に上記
スラスト軸受面が形成される。

【００１７】軸受部材１は、焼結金属に潤滑油あるいは
潤滑グリースを含浸させて細孔内に油を保有させた含油
焼結金属で形成される。焼結金属としては、例えば銅系
あるいは鉄系、またはその双方を主成分とするものが使
用でき、望ましくは銅を２０〜９５％使用して成形され
る。この軸受部材１は、従来と同様に、圧粉成形→焼結
→サイジング→含油→両端面のバニシ仕上げ→動圧溝加
工、の各工程を経て製造される。なお、上記各工程は、
バニシ仕上げ工程を除き、従来と同様の方法・装置で行
うことができる。バニシ仕上げ工程の詳細は後述する。

【００１８】ラジアル軸受面５と軸部７ａの外周面との
間の微小隙間（ラジアル軸受隙間）、およびスラスト軸
受面１１ａ，１１ｂとこれに対向する面（図示例ではフ
ランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２）との間の微小隙
間（スラスト軸受隙間）には、それぞれ潤滑流体として
の油が満たされている。軸部材７と軸受部材１の相対回
転時（本実施形態では軸部材７の回転時）には、各軸受
面５，１１ａ，１１ｂに設けられた動圧溝の作用によ
り、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に油の動
圧が生じ、軸部材７がラジアル方向およびスラスト両方
向で軸受部材１に対して非接触支持される。

【００１９】軸受運転中は、各軸受隙間に生じた正圧に
より、油は軸受面５，１１ａ，１１ｂの表面に開口した
孔から軸受部材１の内部に還流する。その一方で動圧溝
の作用によって新たな油が次々と各軸受隙間に押し込ま
れ続けるので、油膜力や軸受剛性は高い状態で維持され
る。

【００２０】この場合、軸受面５，１１ａ，１１ｂに開
口した細孔をつぶして表面開孔率を小さくすれば、軸受
部材１内部への油の還流を少なくすることができ、油膜
力を高めて軸受剛性のさらなる向上を図ることができ
る。これを達成するため、本発明では、スラスト軸受面
１１ａを有する軸受部材１の端面１ａを、その表面開孔
率が１０％（望ましくは７％）を上限としてこれ以下の
範囲に規制されるようバニシ仕上げにて封孔処理を行っ
た。この上限値以下の表面開孔率であれば、スラスト軸
受面１１ａから軸受部材１内部へ還流する油の量を効果
的に抑制することができる。一方、２％以下の表面開孔
率を常時得ようとすれば、バニシ仕上げに際しての治具
（後述する）の加圧力が著しく増すため、加工コストが
高騰する。従って、端面１ａの表面開孔率は、２％以上
で１０％以下（望ましくは７％以下）の範囲に設定とす
る。

【００２１】この場合、軸受部材１の端面１ａに形成さ
れたスラスト軸受面１１ａの表面粗さは０．０５Ra〜
０．４Raの範囲内に設定する。この表面粗さが０．４Ra
よりも大きいと表面の凹凸が増えるために、軸受の運転
中にスラスト軸受面１１ａがこれに対向する面（フラン
ジ部端面７ｂ１）と接触してトルク変動等を生じる要因
となる。一方、表面粗さが０．０５Raよりも小さい場合
は、後述するバニシ仕上げで高い加圧力が必要となり、
かつ加工時間も長くなるので、加工コストの増大を招
く。

【００２２】なお、ラジアル軸受面５の表面開孔率は、
５％〜１５％程度に設定するのが望ましい。この範囲の
表面開孔率は、軸受部材１のサイジングに際してその内
周面を内型（コアロッド等）に押し付ける際の押し付け
力を調整することによって得ることができる。

【００２３】軸受部材１の両端面１ａ，１ｂのバニシ仕
上げは、図５に示す従来方法と同様に、軸受部材１の軸
方向両側に治具１３，１４を配置することによって行わ
れる。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、治具１３，１
４には、超硬合金やセラミック等の硬質材料からなる加
圧部材１７が弾性部材１８を介して取り付けられてい
る。弾性部材１８は、ウレタンゴム等の弾性材料からな
り、厚肉円盤状のクッション部１８ａと、クッション部
１８ａの背面に突設した連結部１８ｂとを有する。クッ
ション部１８ａの端面１８ａ１には、断面円形の棒状を
なす加圧部材１７がその一部周面を端面１８ａ１から突
出させてその直径方向に沿って埋め込まれ、接着等の固
定手段で弾性部材１８に固定されている。弾性部材１８
の連結部１８ｂは、鋼等の金属製のベース１９に設けた
取り付け孔に挿入され、さらに止めねじ２０等の着脱手
段によってベース１９に対して着脱可能に取り付けられ
ている。着脱手段により、弾性部材１８と加圧部材１７
は、ベース１９に対して着脱可能となり、加圧部材１７
が劣化した場合でもこれら早期に交換することが可能と
なる。

【００２４】ベース１９、弾性部材１８、および加圧部
材１７からなる治具１３，１４は、軸受部材１の軸方向
両側に、軸受部材１の両端面１ａ、１ｂに加圧部材１７
を押し当てた状態で配置される。両治具１３，１４を所
定の加圧力で接近方向に加圧しながら互いに逆回転させ
ることにより、軸受部材１の両端面１ａ，１ｂが加圧部
材１７に擦られて仕上げられる。そのため、良好な表面
粗さと、低い表面開孔率とを有する端面１ａ，１ｂを形
成することができる。

【００２５】上述のように本発明では、加圧部材１７と
ベース１９の間に弾性部材１８を介在させているため、
弾性部材１８のクッション機能により、加圧部材１７は
ワークとなる軸受部材１の端面形状にならいながら端面
１ａ，１ｂを摺動する。従って、図６に示す従来の治具
３３，３４に比べ、表面開孔率をそのバラツキを抑えて
より小さく、かつ表面精度をより高めてこれらを両立す
ることができ、上述した１０％（望ましくは７％）を上
限とする表面開孔率や、０．０５Ra〜０．４Ra程度の表
面粗さも容易に得ることが可能となる。

【００２６】また、加圧部材１７が弾性的に取り付けら
れているためにその劣化も従来より遅く、摩耗劣化した
場合でも、弾性部材１８および加圧部材１７をユニット
として交換することができるので、治具の全体を早期に
交換せざるを得なかった従来方法（図６参照）に比べ、
製造コストを低廉化することができる。

【００２７】図３は、従来品（Ａ）と本発明品（Ｂ）と
におけるバニシ後の表面顕微鏡写真を示すもので、図中
の黒部分が表面開孔部分を表している。図示からも明ら
かなように、本発明品の方が従来品よりも黒塗り部分が
少なく、表面開孔率がより小さくなっていることが理解
できる。

【００２８】図４は、従来品（Ａ）と本発明品（Ｂ）と
におけるバニシ後の断面曲線の測定結果を示すものであ
る。何れも触針速度を０．５［ｍｍ／ｓ］、カットオフ
値を０．８［ｍｍ］、基準長さを３．２０［ｍｍ］、極
性をノーマルとして測定している。この条件下で表面粗
さを測定したところ、中心線平均粗さＲａ、十点平均粗
さＲｙ、最大高さＲｚは、従来品でＲａ＝０．４８７５［μｍ］Ｒｙ＝５．６２２［μｍ］Ｒｍａｘ＝１０．３０［μｍ］となり、本発明品でＲａ＝０．１７５０［μｍ］Ｒｙ＝１．８３８［μｍ］Ｒｍａｘ＝２．７００［μｍ］となったので、何れの規格値においても本発明品の表面
粗さの方が小さくなることが確認された。

【００２９】以上の説明では、軸受部材１の両端面１
ａ，１ｂの仕上げに図２に示す治具１３，１４を使用し
ているが、特に表面粗さや表面開孔率が問題とならない
のであれば、何れか一方の端面（特にフランジ部７ｂと
の対向側と反対側の端面１ｂ）の仕上げは、従来と同様
の治具（図６参照）を使用して行うこともできる。

【００３０】なお、上述した焼結含油軸受には、例えば
真円軸受のように軸受部材の端面に動圧溝を有しないも
のも含まれ、そのような軸受であっても同様に本発明を
適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、軸受部材
端面の表面開孔率のバラツキを抑えてその許容範囲の上
限値をより小さく規制することができる。従って、油膜
力を強化して軸受剛性を高めることができ、また、軸受
部材の端面に形成されたスラスト軸受面と軸部材との接
触を回避してトルク変動を低減することができる。さら
には、製造コストの低廉化も達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる焼結含油軸受を使用した軸受装
置の断面図である。

【図２】本発明方法で使用する治具を示すもので、
（Ａ）図は（Ｂ）図中のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）図は
（Ａ）図中のＢ矢視図、（Ｃ）図は（Ｂ）図中のＣ−Ｃ
断面図である。

【図３】バニシ後における軸受部材端面の顕微鏡写真
で、（Ａ）図は従来品を、（Ｂ）図は本発明品を表す。

【図４】バニシ後における軸受部材端面の断面曲線を示
す図で、（Ａ）図は従来品を、（Ｂ）図は本発明品を表
す。

【図５】軸受部材端面のバニシ工程を示す側面図であ
る。

【図６】従来方法で使用する治具を示すもので、（Ａ）
図は（Ｂ）図中のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中
のＢ矢視図である。

【符号の説明】

１軸受部材１ａ軸受部材端面１ｂ軸受部材端面３溝（動圧溝）５ラジアル軸受面７軸部材７ａ軸部７ｂフランジ部９ハウジング９ａハウジング底部９ａ１スラスト受け面９ｂハウジング本体１０シール部材１１ａスラスト軸受面１１ｂスラスト軸受面１３治具１７加圧部材１８弾性部材１９ベース２０止めねじ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前田康明愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字勝田場 101番地エヌティエヌ特殊合金株式会社内 (72)発明者佐藤嘉則愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字勝田場 101番地エヌティエヌ特殊合金株式会社内Ｆターム(参考） 3C058 AA09 CA01 CB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含油焼結金属からなる軸受部材の少なく
とも一方の端面をバニシ仕上げしたものにおいて、当該
端面の表面開孔率を１０％以下に規制したことを特徴と
する焼結含油軸受。
【請求項２】上記少なくとも一方の端面の表面粗さを
０．０５Ra以上０．４Ra以下にした請求項１記載の焼結
含油軸受。
【請求項３】上記端面に、軸部材との相対回転時にス
ラスト方向の動圧を発生するための複数の溝を形成した
請求項２記載の焼結含油軸受。
【請求項４】含油焼結金属からなる軸受部材の少なく
とも一方の端面に治具を押し当てて当該端面を仕上げる
に際し、治具に弾性部材を介して硬質材料からなる加圧
部材を設け、この加圧部材を軸受部材の上記端面に押し
当てることを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。