JP2004125070A - Bearing device, and method for manufacturing the same - Google Patents
Bearing device, and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004125070A JP2004125070A JP2002290639A JP2002290639A JP2004125070A JP 2004125070 A JP2004125070 A JP 2004125070A JP 2002290639 A JP2002290639 A JP 2002290639A JP 2002290639 A JP2002290639 A JP 2002290639A JP 2004125070 A JP2004125070 A JP 2004125070A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bearing
- sintered body
- bearing member
- bearing device
- fluororesin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 12
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims abstract description 8
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 28
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 19
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 11
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 9
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 235000019589 hardness Nutrition 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RIRXDDRGHVUXNJ-UHFFFAOYSA-N [Cu].[P] Chemical compound [Cu].[P] RIRXDDRGHVUXNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸部材を相対回転可能に支承する銅系金属の焼結体からなる軸受部材に固体潤滑剤が用いられた軸受装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、金属粉の焼結体からなる軸受部材を採用した軸受装置が広く知られている。例えば、空気の動圧を利用したエア動圧軸受装置の場合には、耐摩耗性を向上させつつ良好な動圧力を得るために、金属粉の焼結体から形成した軸受部材の軸受面に、二硫化モリブデン、グラファイト、BNなどからなる固体潤滑剤を電着工法などによって層状に形成するようにしている。このような構成を有する軸受装置によれば、特に回転の起動・停止時における軸受面の摩耗を、簡易で低コストな構成により低減することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような焼結体からなる軸受部材に固体潤滑剤を用いた軸受装置においても、未だ以下のような問題がある。
すなわち、軸受部材に対して軸部材の移着が生じ易くなっており、軸受部材と軸部材との間に焼き付きやカジリが発生したり、特に回転の開始時及び停止時に両部材どうしが大きな音で接触する場合もあるなど、軸受部材と軸部材との間の焼摩擦抵抗が大きくなってしまう場合がある。また、焼結体に銅系金属を用いた場合などにおいては、錆が発生し易く耐食性に劣ることもある。
【0004】
また、動圧軸受装置の場合には、焼結体の内周側に設けられた軸受面に対してサイジング工程を施すことによって、いわゆる目潰しを行っているが、焼結体の気孔(ポーラス)を完全になくすことができないため、そこに潤滑流体の動圧力が逃げてしまい、動圧力が効率的に得られないおそれもある。
【0005】
そこで本発明は、簡易かつ低廉な構成によって、耐摩耗性などの軸受特性を長期にわたって良好に維持することができるようにした軸受装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1にかかる軸受装置では、軸受部材の焼結体を構成する銅系金属として、リンの添加量が0.4重量%〜2.0重量%の範囲内に設定されたリン青銅が用いられているとともに、固体潤滑剤として、上記焼結体内に樹脂含浸されたフッ素樹脂が用いられている。
このような構成を有する請求項1にかかる軸受装置によれば、リンの添加量が通常(0.1〜0.3重量%程度)より多い高リン含有状態で焼結体の焼成が行われているため、粉体どうしの結合力が増大して軸受部材として良好な粘り性が付与されて耐摩耗性や耐食性が向上されているとともに、リンの溶融による液相焼結によって焼結体に比較的大きな気孔(ポーラス)が形成されることとなり、その大きな気孔(ポーラス)内にフッ素樹脂が十分な量だけ充填された状態となる。その結果、軸受部材の軸受面には十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層が形成され、軸部材との間の移着が大幅に低減され、一層良好な耐摩耗性が得られるとともに、動圧軸受装置の場合には良好な動圧力が得られ、しかもフッ素樹脂による耐食性が良好に得られるようになっている。
【0007】
また、本発明の請求項2にかかる軸受装置では、上記請求項1における受部材が640℃〜750℃の範囲の温度で焼成されたの焼結体からなる。
このような構成を有する請求項2における軸受装置によれば、リンが溶融して液状になる温度で焼成されることから、上述した作用が確実に得られるようになっている。
【0008】
また、本発明の請求項3にかかる軸受装置では、上記請求項1における軸受部材の焼結体内に含浸されたフッ素樹脂は、焼結体の焼成工程の後に樹脂含浸されたものからなる。
このような構成を有する請求項3にかかる軸受装置によれば、フッ素樹脂が、焼成時の高温によって損傷を受けることなく焼結体の気孔(ポーラス)内に確実に深い層まで充填されるようになっている。
【0009】
また、本発明の請求項4にかかる軸受装置の製造方法では、軸受部材の焼結体を構成する銅系金属としてリンの添加量を0.4重量%〜2.0重量%の範囲内に設定したリン青銅を用い、そのリン青銅の粉体を焼成して前記軸受部材の焼結体を形成し、その後に、上記軸受部材の焼結体に対して、フッ素樹脂からなる固体潤滑剤を樹脂含浸し、その樹脂含浸したフッ素樹脂を、樹脂硬化させることによって軸受部材を形成するようにしている。
このような構成を有する請求項4にかかる軸受装置の製造方法によれば、リンの添加量が通常(0.1〜0.3重量%程度)より多い高リン含有状態で焼結体の焼成が行われているため、粉体どうしの結合力が増大して軸受部材として良好な粘り性が付与されて耐摩耗性や耐食性が向上されるとともに、リンの溶融による液相焼結によって焼結体に比較的大きな気孔(ポーラス)が形成されることとなり、その大きな気孔(ポーラス)内にフッ素樹脂が十分な量だけ充填された状態となる。その結果、軸受部材の軸受面には十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層が形成され、一層良好な耐摩耗性が得られるとともに、動圧軸受装置の場合には良好な動圧力が得られるようになっている。
【0010】
また、本発明の請求項5にかかる軸受装置の製造方法では、請求項4における焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を、真密度の70%〜80%に設定している。
このような構成を有する請求項5にかかる軸受装置の製造方法によれば、焼結体に十分な剛性を付与しつつ、十分な量のフッ素樹脂が軸受面に確保されるようになっている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、それに先立って、本発明を適用した光偏向装置におけるポリゴンミラー駆動用モータの構造例を説明しておく。
【0012】
図1に示されているように、プリント基板を兼用するモータ基板1の略中央部分には、略中空円筒状をなす軸受ホルダー2が略垂直に立設するようにして取り付けられており、その軸受ホルダー2の内周壁面側に、空気動圧を利用した動圧軸受部材としての軸受スリーブ3が、圧入又は焼嵌めなどの締嵌めによって接合されている。この軸受スリーブ3は、銅系金属粉を用いた焼結体からなるものであるが、詳細な構造については後述する。また、その軸受スリーブ3に貫通形成された中心孔内には、ロータ部を構成している中空円筒状のステンレス材からなる回転軸4が回転自在に挿入されている。
【0013】
上記軸受スリーブ3の内周壁部に形成された動圧面は、前記回転軸4の外周壁面に形成された動圧面に対して半径方向に微小隙間を介して対向するように配置されており、その微小隙間部分にラジアル動圧軸受部RBが構成されている。すなわち、上記ラジアル動圧軸受部RBにおける軸受スリーブ3側の動圧面と、回転軸4側の動圧面とは、数μmの微少隙間を介して周状に対向配置されており、その微少隙間からなる軸受空間内に潤滑流体としての空気(エアー)が介在されている。
【0014】
また、上記軸受スリーブ3及び回転軸4の両動圧面のうちの少なくとも一方側には、ラジアル動圧発生手段が設けられている。このときのラジアル動圧発生としては、例えば図2に示されているように、周方向に略円弧状をなして延在する湾曲テーパ状の動圧面3aと、軸方向に延在する断面凹状の逃げ溝3bとを、周方向に沿って交互に形成したものや、図示を省略したヘリングボーン形状などの適宜の溝形状からなるラジアル動圧発生用溝が環状に並列されるようにして凹設されたものなどが採用される。そして、回転時に、それらのラジアル動圧発生手段のポンピング作用により潤滑流体としての空気(エアー)が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体としての空気(エアー)の動圧によって、上記回転軸4とともに後述するロータケース7が、上記軸受スリーブ3に対してラジアル方向に非接触状態で軸支持される構成になされている。
【0015】
一方、上述した軸受ホルダー2が前記モータ基板1から図示上方側に向かって突出している部位には、電磁鋼板の積層体からなる円環状のステータコア5が、上記軸受ホルダー2の外周壁面に形成された取付面に対して軸方向に嵌着されているとともに、そのステータコア5の中心側から半径方向外方側に向かって放射状に突出するように設けられた複数個の各突極部に、コイル巻線6がそれぞれ巻回されている。
【0016】
さらに、上記回転軸4が前記軸受スリーブ3から図示上方側に向かって突出した出力部分には、アルミニウム合金から形成されたロータケース7の中心ボス部7aが、上記回転軸4に対して圧入または焼き嵌めなどの締嵌め工程を通して固着されている。また、上記中心ボス部7aの図示下端側部分には、略皿形状に形成されたロータケース本体部7bが、半径方向外方側に向かって張り出すように一体的に連設されている。そして、そのロータケース本体部7bの外周側部分に設けられたフランジ状立壁の内周壁面には、リング状のロータマグネット8が環状に装着されている。このロータマグネット8の内周壁面は、上述したステータコア5の各突極部の外端面に対して、半径方向に近接対向するように配置されている。
【0017】
一方、前述したロータケース7の中心ボス部7aの外周側壁面には、光情報の偏向走査を行うための偏向ポリゴンミラー11が軸方向に挿通されている。この偏向ポリゴンミラー11は、前記ロータケース7の中心ボス部7aの外周側に取り付けられた略円盤状の押え部材12によって軸方向に押え込まれており、その押え部材12と、上述したロータケース本体部7bとの間に軸方向に挟み込まれるようにして固定されている。
【0018】
さらにまた、上記回転軸4の図示下端側に設けられた開口部には、当該開口部を閉塞するようにして、合成樹脂材から形成された封止キャップ部材(スラスト回転部)4aが嵌合されている。この封止キャップ部材4aの図示下端面は、円形の平坦面をなすように形成されている。
【0019】
一方、前述した軸受ホルダー2の図示下端側の開口部分には、スラスト受ホルダー13が閉塞するように螺着されているとともに、そのスラスト受ホルダー13の図示上端部分に、略半球状の表面形状をなして図示上方側へ向かって突出するステンレス(SUS)材から形成されたスラスト板(スラスト軸受部材)14が螺着されている。そして、このスラスト板14の図示上端面に形成された略半球状の表面形状の頂部が、上述した平板円盤状の合成樹脂材から形成された封止キャップ部材4aの図示下端側の平坦面に当接することによって、ピボット状のスラスト軸受部SBが構成されている。
【0020】
このピボット軸受状のスラスト軸受部SBを構成している回転軸4側の封止キャップ部材(スラスト回転部)4aと、ステータ部材側のスラスト板(スラスト軸受部材)14とは、これら両部材における当接部位の表面硬度が互いに異なる部材により構成されており、高硬度の表面硬度を有するスラスト板(スラスト軸受部材)14が、軸方向に凸状に張り出す突面を有するように形成されているとともに、低硬度の表面硬度を有する封止キャップ部材(スラスト回転部)4aが、平坦面を有するように形成されていることから、凸状に張り出す突面を有するスラスト板(スラスト軸受部材)14の摩耗が良好に低減され、凝着現象や焼き付きなどの発生を防止して耐久性が向上されるとともに、摩耗粉の発生を抑制して清浄性が高められるようになっている。
【0021】
一方、上述した軸受部材としての軸受スリーブ3の焼結体は、各種銅系金属のうちのリン青銅の粉体を適宜の形状に成型した後に、焼成して軸受部材に形成されたものであるが、形状成型時の成型密度を、本実施形態では、気孔のない状態における真密度の70%〜80%としているとともに、リン青銅におけるリンの添加量を、0.4重量%〜2.0重量%の範囲内に設定している。
【0022】
より具体的には、リン青銅を構成している銅錫及び銅リンの原材粉を、錫10重量%、リン0.4重量%〜2.0重量%となるように配合した上で混合を行っている。このときのリンの添加量は、耐摩耗性や耐カジリ性に影響し、潤滑油がなく金属接触が起こりやすい空気動圧軸受装置では、耐摩耗性や耐カジリ性に対してはリンの添加量が多いほどよいが、リンが多過ぎると、焼結による収縮率が高くなってしまう。また、このときのリン青銅には、焼結のマトリクスとしてセラミックスの微細粉を添加することもできる。例えば、粒子径が数ミクロンのSiCを2重量%〜3重量%添加することによって耐摩耗性及び耐カジリ性を向上させることができる。
【0023】
そして、このような高リン含有状態となるように混合されたリン青銅の粉体を焼成する際の焼成温度は、リンのみが溶融し得るように640℃〜750℃の範囲に設定されており、例えば、アンモニア分解ガスの雰囲気中で焼成工程を行うようにしている。焼成温度は、リンの含有量に対応しており、リンが0.4重量%のときには750℃の焼成温度とし、リンが2.0重量%のときには640℃の焼成温度とする。
【0024】
次に、このような焼成工程によって得られた上記軸受スリーブ3の焼結体に対して、PTFEなどのフッ素樹脂からなる固体潤滑剤を樹脂含浸する。そのときの樹脂含浸は、まず最初に真空状態での含浸を行った後に、加圧状態での含浸を行うようにしている。このような樹脂含浸工程によって軸受スリーブ3の焼結体に樹脂含浸したフッ素樹脂は、樹脂硬化させて密着性を向上させる。
【0025】
なお、このときのフッ素樹脂には、摺動性が良好なポリアミド、ポリアセタールなどの樹脂材を混合して用いることができる。このようにすれば、樹脂材料を低廉化することが可能になるとともに、樹脂の流動性が高められることから軸受面内の表面粗さが向上して摩擦抵抗が低減されることとなる。
【0026】
さらに、得られた軸受スリーブ3の素材の軸受面に相当する内周面に、金型を用いたサイジング工程を施して、前述した動圧発生手段などを形成し、最終的な軸受スリーブ3を得る。このサイジング工程後における軸受スリーブ3の軸受面におけるフッ素樹脂の量は、軸受面の信頼性にとって重要であり、本実施形態では、全軸受面積に対する面積比で40%程度、最低でも20%以上を確保している。この軸受面におけるフッ素樹脂の量は、上述したサイジング工程における潰し代の他に、上述した形状成型時の成型密度に直接関係するものであり、本実施形態のように、成型密度を真密度の70%〜80%に設定することによって、フッ素樹脂の量を、全軸受面積の30%〜40%程度に確保することができる。
【0027】
なお、上述した最終のサイジング工程によって成形された軸受スリーブ3の全体に対して防錆油等を含浸させることとすれば、軸受スリーブ3の耐食性をさらに向上させることができる。
【0028】
このように本実施形態では、軸受スリーブ3の焼結体が、リンの添加量が通常(0.1〜0.3重量%程度)より多い高リン含有状態で焼成されていることから、粉体どうしの結合力が増大して軸受スリーブ3に良好な粘り性が付与されることとなり、耐摩耗性や耐食性が向上されるとともに、焼結体に比較的大きな気孔(ポーラス)が形成されることとなって、その大きな気孔(ポーラス)内にフッ素樹脂が十分な量だけ充填された状態となる。その結果、軸受スリーブ3の軸受面には十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層が形成され、一層良好な耐摩耗性が得られるとともに、動圧流体である空気(エア)の逃げが防止されて良好な動圧力が得られるようになっている。
【0029】
また、本実施形態では、上述した軸受スリーブ3の焼結体の焼成温度が640℃〜750℃の範囲の温度に設定されていて、リンが溶融して液相になる温度で焼成が行われることから、上述したような作用は確実に得られるようになっている。このとき、焼成温度を低くし過ぎると強度が低下するとともに、気孔(ポーラス)も小さくなってしまい、樹脂含浸が良好に行われなくなってしまう。
【0030】
さらに、本実施形態における焼結体内に含浸されたフッ素樹脂は、焼結体の焼成工程の後に含浸されることから、焼成時の高温によってフッ素樹脂が損傷を受けることなく、焼結体の気孔(ポーラス)内に確実に深い層まで充填されるようになっている。
【0031】
さらにまた、本実施形態では、焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を真密度の70%〜80%に設定していることから、焼結体に十分な剛性を付与しつつ十分な量のフッ素樹脂が確保されるようになっている。
【0032】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのは言うまでもない。
【0033】
例えば、上述した実施形態は、エア動圧軸受装置を有するポリゴンミラー駆動用モータに対して本発明を適用したものであるが、エア動圧軸受装置以外のオイル動圧軸受装置にも同様に適用することができる。この場合、オイルを軸受部材に含浸させることとなるが、フッ素樹脂が固体潤滑剤として多量に含まれることから、油膜破断時等における金属接触が良好に回避されることとなる。
【0034】
また、本発明は、メタル軸受装置などの動圧軸受装置を用いていないモータ、或いは多種多様な回転体を回転駆動するモータに対しても、本発明は同様に適用することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項1にかかる軸受装置及び請求項4にかかる軸受装置の製造方法は、焼結体からなる軸受部材を構成する銅系金属として、リンの添加量を0.4重量%〜2.0重量%の範囲に設定したリン青銅を用いるとともに、焼結体からなる軸受部材の固体潤滑剤として、焼結体内に含浸したフッ素樹脂を用いており、リンの添加量が通常より多い高リン含有状態で焼結体を焼成させることによって、耐摩耗性や耐食性を向上させるとともに、焼結体に形成した比較的大きな気孔(ポーラス)内にフッ素樹脂を十分な量だけ充填し、軸受部材の軸受面に十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層を形成するようにしたものであるから、簡易かつ低廉な構成によって、軸部材との間の移着を大幅に低減するとともに、フッ素樹脂による耐食性が得られるため、良好な軸受特性を長期にわたって維持することができ、軸受装置の信頼性を高めることができる。
【0036】
また、本発明の請求項2にかかる軸受装置は、上記請求項1における焼結体を640℃〜750℃の範囲の温度で焼成することで、リンが溶融して液相になる温度で焼成させるようにしたものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【0037】
また、本発明の請求項3にかかる軸受装置は、上記請求項1における焼結体内に含浸したフッ素樹脂を焼結体の焼成後に含浸することにより焼結体の気孔(ポーラス)内にフッ素樹脂が深い層まで確実に含浸されて充填されるようにしたものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【0038】
また、本発明の請求項5にかかる軸受装置の製造方法は、上記請求項4における焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を、真密度の70%〜80%に設定して、焼結体に十分な剛性を付与しつつ十分な量のフッ素樹脂を軸受面に確保するようにしたものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した光偏向装置のポリゴンミラー駆動用モータ全体構造を表した縦断面説明図である。
【図2】図1に示されたポリゴンミラー駆動用モータに用いられている軸受部材の一例を拡大して表した部分平面説明図である。
【符号の説明】
3 軸受スリーブ(動圧軸受部材)
4 回転軸
5 ステータコア
7 ロータケース
8 ロータマグネット
RB ラジアル動圧軸受部
SB スラスト軸受部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing device in which a solid lubricant is used for a bearing member made of a copper-based metal sintered body that supports a shaft member so as to be relatively rotatable, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the bearing apparatus which employ | adopted the bearing member which consists of a sintered body of a metal powder is widely known. For example, in the case of an air dynamic pressure bearing device using the dynamic pressure of air, in order to obtain good dynamic pressure while improving wear resistance, the bearing surface of a bearing member formed from a sintered body of metal powder is used. , A solid lubricant composed of molybdenum disulfide, graphite, BN, or the like is formed in a layer by an electrodeposition method or the like. According to the bearing device having such a configuration, it is possible to reduce wear of the bearing surface particularly when starting and stopping rotation by a simple and low-cost configuration.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, a bearing device using a solid lubricant for a bearing member made of a sintered body as described above still has the following problems.
In other words, the transfer of the shaft member to the bearing member is likely to occur, and seizure and galling occur between the bearing member and the shaft member. In some cases, for example, the frictional resistance between the bearing member and the shaft member increases. Further, when a copper-based metal is used for the sintered body, rust easily occurs and the corrosion resistance may be poor.
[0004]
In the case of a hydrodynamic bearing device, so-called crushing is performed by performing a sizing process on a bearing surface provided on the inner peripheral side of the sintered body. Cannot be completely eliminated, the dynamic pressure of the lubricating fluid escapes there, and the dynamic pressure may not be efficiently obtained.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a bearing device and a method for manufacturing the same, which are capable of maintaining good bearing characteristics such as wear resistance over a long period of time with a simple and inexpensive configuration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the bearing device according to claim 1 of the present invention, as a copper-based metal constituting the sintered body of the bearing member, the amount of phosphorus added is 0.4% by weight to 2.0% by weight. Is used, and a fluorocarbon resin impregnated in the sintered body is used as a solid lubricant.
According to the bearing device according to claim 1 having such a configuration, the sintered body is fired in a high phosphorus content state in which the amount of phosphorus added is more than usual (about 0.1 to 0.3% by weight). Because of this, the bonding force between the powders increases, and good toughness is imparted as a bearing member to improve wear resistance and corrosion resistance.At the same time, the sintered body is formed by liquid phase sintering by melting phosphorus. Relatively large pores (porous) are formed, and the large pores (porous) are filled with a sufficient amount of fluororesin. As a result, a layer of a good solid lubricant composed of a sufficient amount is formed on the bearing surface of the bearing member, transfer between the bearing member and the shaft member is greatly reduced, and better wear resistance is obtained. In the case of a hydrodynamic bearing device, a good dynamic pressure can be obtained, and the corrosion resistance of the fluorine resin can be obtained well.
[0007]
Further, in the bearing device according to
According to the bearing device of
[0008]
Further, in the bearing device according to claim 3 of the present invention, the fluororesin impregnated in the sintered body of the bearing member in claim 1 is formed by impregnating the resin after the firing step of the sintered body.
According to the bearing device according to the third aspect having such a configuration, the fluorine resin is surely filled to the deep layer into the pores (porous) of the sintered body without being damaged by the high temperature during firing. It has become.
[0009]
Further, in the method for manufacturing a bearing device according to claim 4 of the present invention, the amount of phosphorus added as a copper-based metal constituting the sintered body of the bearing member is set within a range of 0.4% by weight to 2.0% by weight. Using the set phosphor bronze, the phosphor bronze powder is fired to form a sintered body of the bearing member, and thereafter, a solid lubricant made of a fluororesin is applied to the sintered body of the bearing member. A bearing member is formed by impregnating a resin and curing the resin-impregnated fluororesin.
According to the method of manufacturing a bearing device according to claim 4 having such a configuration, the sintered body is fired in a high phosphorus-containing state in which the amount of phosphorus added is more than usual (about 0.1 to 0.3% by weight). Is performed, the bonding force between the powders is increased and good toughness is imparted as a bearing member to improve wear resistance and corrosion resistance, and sintering is performed by liquid phase sintering due to melting of phosphorus. Relatively large pores (porous) are formed in the body, and the large pores (porous) are filled with a sufficient amount of fluororesin. As a result, a sufficient amount of a good solid lubricant layer is formed on the bearing surface of the bearing member, and a better wear resistance is obtained. In the case of a hydrodynamic bearing device, a good dynamic pressure is obtained. You can get it.
[0010]
Further, in the method of manufacturing a bearing device according to
According to the method of manufacturing a bearing device according to
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to that, an example of the structure of a polygon mirror driving motor in an optical deflection device to which the present invention is applied will be described.
[0012]
As shown in FIG. 1, a substantially hollow
[0013]
A dynamic pressure surface formed on the inner peripheral wall portion of the bearing sleeve 3 is disposed so as to face a dynamic pressure surface formed on the outer peripheral wall surface of the rotary shaft 4 via a minute gap in a radial direction. A radial dynamic pressure bearing portion RB is formed in the minute gap. That is, in the radial dynamic pressure bearing portion RB, the dynamic pressure surface on the bearing sleeve 3 side and the dynamic pressure surface on the rotary shaft 4 side are circumferentially opposed to each other with a small gap of several μm therebetween. Air as a lubricating fluid is interposed in the bearing space.
[0014]
A radial dynamic pressure generating means is provided on at least one of the two dynamic pressure surfaces of the bearing sleeve 3 and the rotary shaft 4. At this time, the radial dynamic pressure is generated by, for example, as shown in FIG. 2, a curved tapered
[0015]
On the other hand, an
[0016]
Further, a
[0017]
On the other hand, a deflecting
[0018]
Further, a sealing cap member (thrust rotating portion) 4a made of a synthetic resin material is fitted into an opening provided on the lower end side of the rotating shaft 4 in the drawing so as to close the opening. Have been. The illustrated lower end surface of the sealing
[0019]
On the other hand, a
[0020]
The sealing cap member (thrust rotating portion) 4a on the rotating shaft 4 side and the thrust plate (thrust bearing member) 14 on the stator member side, which constitute the pivot bearing-shaped thrust bearing portion SB, are formed by these two members. The contact portions are formed of members having different surface hardnesses, and a thrust plate (thrust bearing member) 14 having a high surface hardness is formed so as to have a protruding surface that protrudes in the axial direction. In addition, since the sealing cap member (thrust rotating portion) 4a having a low hardness surface hardness is formed to have a flat surface, a thrust plate (thrust bearing member) having a protruding projecting surface is formed. 14) The abrasion of No. 14 is satisfactorily reduced, the occurrence of adhesion phenomenon and seizure are prevented, the durability is improved, and the generation of abrasion powder is suppressed to improve the cleanliness. It has become the jar.
[0021]
On the other hand, the sintered body of the bearing sleeve 3 as the above-described bearing member is formed by molding a phosphor bronze powder of various copper-based metals into an appropriate shape, and then firing it to form the bearing member. However, in the present embodiment, the molding density at the time of shape molding is set to 70% to 80% of the true density in a state without pores, and the addition amount of phosphorus in phosphor bronze is set to 0.4% by weight to 2.0%. It is set within the range of weight%.
[0022]
More specifically, the raw material powder of copper tin and copper phosphorus constituting the phosphor bronze is blended so as to be 10% by weight of tin and 0.4% by weight to 2.0% by weight of phosphorus, and then mixed. It is carried out. The amount of phosphorus added at this time affects the wear resistance and galling resistance. In an air dynamic pressure bearing device that does not have lubricating oil and metal contact is likely to occur, phosphorus is added to the wear resistance and galling resistance. The larger the amount, the better, but too much phosphorus will increase the shrinkage due to sintering. Further, fine powder of ceramics can be added to the phosphor bronze at this time as a sintering matrix. For example, wear resistance and galling resistance can be improved by adding 2 to 3% by weight of SiC having a particle diameter of several microns.
[0023]
The firing temperature at the time of firing the phosphor bronze powder mixed to have such a high phosphorus content is set in the range of 640 ° C. to 750 ° C. so that only phosphorus can be melted. For example, the firing step is performed in an atmosphere of ammonia decomposition gas. The firing temperature corresponds to the phosphorus content. When the phosphorus content is 0.4% by weight, the firing temperature is 750 ° C., and when the phosphorus content is 2.0% by weight, the firing temperature is 640 ° C.
[0024]
Next, the sintered body of the bearing sleeve 3 obtained by such a firing step is impregnated with a solid lubricant made of a fluororesin such as PTFE. In the resin impregnation at that time, first, impregnation in a vacuum state is performed, and then impregnation in a pressurized state is performed. The fluororesin in which the sintered body of the bearing sleeve 3 has been impregnated with the resin by such a resin impregnation step is cured with a resin to improve the adhesion.
[0025]
In this case, the fluororesin may be mixed with a resin material having good slidability, such as polyamide and polyacetal. In this case, the cost of the resin material can be reduced, and the fluidity of the resin is increased, so that the surface roughness in the bearing surface is improved and the frictional resistance is reduced.
[0026]
Further, a sizing process using a mold is performed on the inner peripheral surface corresponding to the bearing surface of the obtained bearing sleeve 3 material to form the above-described dynamic pressure generating means and the like. obtain. The amount of the fluororesin on the bearing surface of the bearing sleeve 3 after the sizing step is important for the reliability of the bearing surface. In the present embodiment, the area ratio to the total bearing area is about 40%, and at least 20% or more. Have secured. The amount of the fluororesin on the bearing surface is directly related to the molding density at the time of the above-mentioned shape molding, in addition to the crushing allowance in the above-mentioned sizing step, and as in the present embodiment, the molding density is the true density. By setting the amount to 70% to 80%, the amount of the fluororesin can be secured to about 30% to 40% of the total bearing area.
[0027]
The corrosion resistance of the bearing sleeve 3 can be further improved by impregnating the entire bearing sleeve 3 formed by the final sizing step described above with rust preventive oil or the like.
[0028]
As described above, in the present embodiment, since the sintered body of the bearing sleeve 3 is fired in a high phosphorus content state in which the added amount of phosphorus is larger than usual (about 0.1 to 0.3% by weight), As a result, the bearing sleeve 3 is provided with good toughness due to an increase in the bonding force between the bodies, thereby improving wear resistance and corrosion resistance and forming relatively large pores (porous) in the sintered body. In other words, the large pores (porous) are filled with a sufficient amount of fluororesin. As a result, a sufficient amount of a good solid lubricant layer is formed on the bearing surface of the bearing sleeve 3, so that better wear resistance is obtained and escape of air (air), which is a dynamic pressure fluid, is achieved. It is prevented so that a good dynamic pressure can be obtained.
[0029]
Further, in the present embodiment, the firing temperature of the sintered body of the bearing sleeve 3 described above is set to a temperature in the range of 640 ° C. to 750 ° C., and the firing is performed at a temperature at which phosphorus melts and becomes a liquid phase. Therefore, the above-described operation can be surely obtained. At this time, if the firing temperature is too low, the strength is reduced, and the pores (porous) are also reduced, so that the resin impregnation cannot be performed well.
[0030]
Furthermore, since the fluororesin impregnated in the sintered body in this embodiment is impregnated after the firing step of the sintered body, the fluororesin is not damaged by the high temperature during firing, and the pores of the sintered body are not damaged. (Porous) is surely filled to a deep layer.
[0031]
Furthermore, in the present embodiment, since the molding density at the time of molding the phosphor bronze powder performed before the sintering step of the sintered body is set to 70% to 80% of the true density, it is sufficient for the sintered body. A sufficient amount of fluororesin is secured while providing rigidity.
[0032]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
[0033]
For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a polygon mirror driving motor having an air dynamic pressure bearing device, but is similarly applied to an oil dynamic pressure bearing device other than the air dynamic pressure bearing device. can do. In this case, the bearing member is impregnated with oil, but since the fluororesin is contained in a large amount as a solid lubricant, metal contact at the time of oil film rupture or the like is favorably avoided.
[0034]
Further, the present invention can be similarly applied to a motor that does not use a hydrodynamic bearing device such as a metal bearing device, or a motor that rotationally drives a variety of rotating bodies.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the bearing device according to claim 1 of the present invention and the method for manufacturing the bearing device according to claim 4, the addition amount of phosphorus is set to 0 as a copper-based metal constituting a bearing member made of a sintered body. Phosphor bronze set in the range of 0.4% to 2.0% by weight is used, and a fluororesin impregnated in the sintered body is used as a solid lubricant for the bearing member made of the sintered body. By sintering the sintered body with a higher phosphorus content than usual, the wear resistance and corrosion resistance are improved, and a sufficient amount of fluororesin is filled in the relatively large pores (porous) formed in the sintered body. Only, and a sufficient amount of solid lubricant layer is formed on the bearing surface of the bearing member. And fluorine Since the corrosion resistance fat is obtained, can be maintained for a long time good bearing characteristics, it is possible to improve the reliability of the bearing device.
[0036]
The bearing device according to
[0037]
The bearing device according to claim 3 of the present invention is characterized in that the fluororesin impregnated in the sintered body according to claim 1 is impregnated after firing the sintered body, so that the pores (porous) of the sintered body are impregnated with the fluororesin. Is soaked and filled to a deep layer, so that the above-mentioned effects can be obtained reliably.
[0038]
Further, in the method of manufacturing a bearing device according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view showing the entire structure of a polygon mirror driving motor of an optical deflector to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged partial plan view showing an example of a bearing member used in the polygon mirror driving motor shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
3 Bearing sleeve (dynamic pressure bearing member)
4
Claims (5)
上記軸受部材の焼結体を構成する銅系金属として、リンの添加量が0.4重量%〜2.0重量%の範囲内に設定されたリン青銅が用いられているとともに、
前記固体潤滑剤として、上記焼結体内に樹脂含浸されたフッ素樹脂が用いられていることを特徴とする軸受装置。A shaft member, and a bearing member made of a sintered body of a copper-based metal that supports the shaft member so as to be relatively rotatable, and is solid with respect to the bearing surface of the bearing member facing the bearing surface of the shaft member. In bearing devices using lubricants,
As a copper-based metal constituting the sintered body of the bearing member, phosphor bronze in which the amount of phosphorus added is set in a range of 0.4% by weight to 2.0% by weight is used,
A bearing device, wherein a fluorine resin impregnated with resin in the sintered body is used as the solid lubricant.
上記軸受部材の焼結体を構成する銅系金属として、リンの添加量を0.4重量%〜2.0重量%の範囲内に設定したリン青銅を用い、
そのリン青銅の粉体を焼成して前記軸受部材の焼結体を形成し、
その後に、上記軸受部材の焼結体に対して、フッ素樹脂からなる固体潤滑剤を樹脂含浸し、
その樹脂含浸したフッ素樹脂を、樹脂硬化させることによって軸受部材を形成するようにしたことを特徴とする軸受装置の製造方法。In a method of manufacturing a bearing device, a bearing member that supports a shaft member so as to be relatively rotatable is formed from a sintered body of a copper-based metal, and a solid lubricant is provided on a bearing surface of the bearing member.
As the copper-based metal constituting the sintered body of the bearing member, phosphor bronze in which the amount of phosphorus added is set in a range of 0.4% by weight to 2.0% by weight is used.
Sintering the phosphor bronze powder to form a sintered body of the bearing member,
Thereafter, the sintered body of the bearing member is impregnated with a solid lubricant made of a fluororesin,
A method for manufacturing a bearing device, characterized in that a bearing member is formed by hardening the resin impregnated fluororesin.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002290639A JP2004125070A (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Bearing device, and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002290639A JP2004125070A (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Bearing device, and method for manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004125070A true JP2004125070A (en) | 2004-04-22 |
Family
ID=32282438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002290639A Withdrawn JP2004125070A (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Bearing device, and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004125070A (en) |
-
2002
- 2002-10-03 JP JP2002290639A patent/JP2004125070A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7147376B2 (en) | Dynamic bearing device | |
US9316253B2 (en) | Sintered bearing | |
JP5085035B2 (en) | Sintered metal material, sintered oil-impregnated bearing, fluid bearing device, and motor | |
EP0631060B1 (en) | A sheet metal bearing for an electric motor | |
JP2005147394A (en) | Dynamic-pressure bearing device and disc driving device | |
JP2004263863A (en) | Dynamic bearing device | |
JP2004036649A (en) | Shaft, bearing, and motor | |
JP4865015B2 (en) | Hydrodynamic bearing device | |
JP2007263311A (en) | Dynamic pressure bearing device | |
JP2004308698A (en) | Bearing device and its manufacturing method, and motor equipped with bearing device and its manufacturing method | |
JP2004125070A (en) | Bearing device, and method for manufacturing the same | |
JPH11280755A (en) | Fluid bearing device and spindle motor using the same | |
WO2010050326A1 (en) | Sintered bearing | |
JP4686353B2 (en) | Motor with gas dynamic pressure bearing | |
JP2004132403A (en) | Fluid bearing device | |
JP2009228873A (en) | Fluid bearing device | |
JP2004190791A (en) | Dynamic-pressure bearing and fan motor using the same | |
JP6999259B2 (en) | Plain bearing | |
JP4794966B2 (en) | Bearing device, motor provided with the same, and method for manufacturing bearing device | |
JP3334574B2 (en) | Thrust bearing device | |
JP6313683B2 (en) | Swash plate compressor hemispherical shoe and swash plate compressor | |
JPH11190340A (en) | Dynamic pressure type bearing device | |
US11959513B2 (en) | Fluid dynamic bearing device | |
JP2000192960A (en) | Bearing device | |
JP2010091004A (en) | Hydrodynamic pressure bearing device and manufacturing method therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050527 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070723 |