JP2009275291A - 焼結金属材およびこの金属材で形成された焼結含油軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】支持すべき摺動相手材に対する摺動性および耐摩耗性を向上させると共に、加工性を向上させた焼結金属材、およびこの金属材で形成された焼結含油軸受を提供する。
【解決手段】５ｗｔ％以上９４．３ｗｔ％以下のＣｕ粉末と、５ｗｔ％以上９４．３ｗｔ％以下のＳＵＳ粉末と、０．２ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下のＳｎ粉末と、０．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の黒鉛とからなる混合金属粉末を圧縮成形した後、１０００℃以下の温度で焼結することで軸受スリーブ８を形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、金属粉末を圧縮成形した後、焼結して得られる焼結金属材、およびこの金属材で形成された焼結含油軸受に関する。

焼結金属材は上記焼結含油軸受をはじめ、その他多くの分野に用いられている。その中でも、焼結含油軸受は、支持すべき軸との相対回転に伴い、内部に含浸された潤滑流体が軸との摺動部に滲み出して潤滑膜を形成し、この油膜を介して軸を回転支持するものであり、自動車用軸受部品や情報機器用のモータスピンドル等、特に高い軸受性能や耐久性が要求される箇所に好ましく利用されている。

通常、この種の焼結含油軸受は、Ｃｕ粉末又はＦｅ粉末、あるいはその両者を主成分とする金属粉末を所定の形状（多くは円筒状）に圧縮成形した後、焼結して得られた多孔質体に、潤滑油又は潤滑グリース等の流体を含浸させることで形成される（例えば、特許文献１を参照）。

その一方で、回転支持される軸は、軸方向の圧縮荷重作用下で、あるいはモーメント荷重作用下で使用する場合を考慮して、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などの高強度材で形成される。

特開平１１−１８２５５１号公報

この種の焼結含油軸受においては、支持すべき軸との間で摺動摩擦が避けられないことから、軸との摺動面（軸受面）には、良好な摺動性および高い耐摩耗性が要求される。

しかしながら、上記材料（Ｃｕ、Ｆｅ粉末）で形成された焼結含油軸受では、軸との摺動性（なじみ性）に関しては良好な結果を示すものの、耐摩耗性に関しては常に良好であるとは限らない。特に、相手材がより硬度の高い材料（例えばＳＵＳなど）で形成されている場合には、焼結含油軸受の摩耗が早期に進行する恐れがある。一方で、この種の軸受においては、その内周に設けた真円状の軸受面や、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための動圧発生部を設けた軸受面の成形精度が軸受性能に大きく影響するため、軸受面の加工性を確保する必要がある。

本発明の課題は、支持すべき摺動相手材に対する摺動性および耐摩耗性を向上させると共に、摺動面の加工性を向上させた焼結金属材、およびこの金属材で形成された焼結含油軸受を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、Ｃｕ粉末と、ＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末を圧縮成形した後、１０００℃以下の温度で焼結して得られた焼結金属材を提供する。なお、ここでいうＣｕ粉末は、純Ｃｕ粉末の他、他金属とのＣｕ合金粉末、あるいは他の金属粒子の表層部にＣｕの被覆層が形成されたＣｕ被覆金属粉末などを含む。

また、前記課題を解決するため、本発明は、上記混合金属粉末からなる焼結金属材で形成され、その内周に、支持すべき軸の摺動面を流体の潤滑膜を介して支持する軸受面が設けられた焼結含油軸受を提供する。

このように、ＳＵＳ粉末を配合することで、焼結金属材の成形表面（焼結含油軸受の軸受面）の硬度が向上する。その一方で、Ｃｕ粉末を配合することで、成形表面（軸受面）の摺動相手材（軸）に対する良好な摺動性（なじみ性）が確保される。従って、この両粉末を含む混合金属粉末で焼結金属材を形成し、あるいはこの焼結金属材で焼結含油軸受を形成することにより、摺動相手材に対する耐摩耗性を改善することができると共に、摺動相手材に対する良好な摺動特性（低摩擦性、低ロストルク性）を得ることができる。加えて、上記混合粉末の圧縮成形体を１０００℃以下の温度で焼結するようにしたので、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末何れの融点よりも低い温度で焼結される。そのため、相対的に硬度の低いＣｕ粉末を溶かすことなく残しておくことができ、焼結後の加工性を確保することができる。

また、この場合、焼結温度の下限値は７５０℃とするのがよい。これは、焼結温度が７５０℃未満だと、各粉末間の焼結作用が十分でないことから焼結体の強度が低下し、例えば圧入等による他部品への組付け時における寸法変化が大きくなるためである。

また、本発明に係る焼結金属材は、その密度は７．０ｇ／ｃｍ³以上７．４ｇ／ｃｍ³以下に調整されているものであってもよい。これは、上記密度範囲を下回ると、配合材料（Ｃｕ、ＳＵＳ）の密度との関係から内部空孔の割合が高まり、強度低下につながるためである。また、上記密度範囲を上回ると、焼結後の加工性、特に動圧溝の加工性を確保することが難しくなるためである。

上記ＳＵＳ粉末としては、種々のものが使用できるが、その中でも、例えばＣｒを５ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下含むＳＵＳ粉末が好ましく使用可能であり、Ｃｒを６ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むＳＵＳ粉末がより好ましく使用可能である。これは、ＳＵＳ粉末中に合金化された状態で存在するＣｒの含有量が１６ｗｔ％を超えると、焼結材の二次成形性（焼結後の成形性）、あるいは焼結材強度に悪影響を及ぼす恐れがあるためである。また、Ｃｒ含有量が５ｗｔ％未満だと、これを配合してなるＳＵＳ粉末の硬度が不十分となり、耐摩耗性の改善効果が得られない可能性があるためである。

これらＣｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末としては、Ｃｕ粉末を５ｗｔ％〜９５ｗｔ％、ＳＵＳ粉末を５ｗｔ％〜９５ｗｔ％含むものが好ましい。これは、ＳＵＳ粉末の含有量が５ｗｔ％未満だと、ＳＵＳ粉末を配合したことによる耐摩耗性の改善効果が不十分となる恐れがあるためである。また、Ｃｕ粉末の含有量が５ｗｔ％未満だと、Ｃｕ粉末による良好な摺動性（摺動相手材に対するなじみ性）が確保できない恐れがあるためである。

また、Ｃｕ粉末のサイズは、ＳＵＳ粉末と同等、あるいはそれ以下であってもよい。このような寸法関係を有するＣｕ粉末およびＳＵＳ粉末を使用することで、ＳＵＳ粉末との接触面積が増える。そのため、他金属との焼結性に乏しいＳＵＳ粉末を配合した場合でも軸受の強度を確保することができる。

Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末に、さらに配合可能なものとして、例えば低融点金属（焼結温度以下の温度で溶融する金属。合金を含む。）の粉末がある。これは、通常Ｃｕ粉末あるいはＳＵＳ粉末の融点未満に設定される焼結温度下で溶融可能な金属粉末を配合することで、溶融（液相化）した金属がＣｕ粉末間、あるいはＣｕ、ＳＵＳ粉末間のバインダとして作用することを狙ったものである。これにより、焼結後の焼結金属材、あるいは焼結含油軸受の機械的強度を高めることが可能になる。

低融点金属としては、所定の焼結温度（焼結含油軸受の焼結温度は、通常７５０〜１０００℃）以下の温度で溶融する金属であればよく、例えばＳｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐ等の金属が、あるいはこれらを２種以上含む合金が使用可能である。その中でも、Ｓｎは、液相状態でＣｕと合金化して、焼結金属材の成形品表面（焼結含油軸受の軸受面）の硬度を高める作用があるため、特に好ましい。

Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む原料金属粉末に、さらに低融点金属の粉末を配合する場合、その配合比率は、Ｃｕ粉末：５ｗｔ％以上９４．８ｗｔ％以下、ＳＵＳ粉末：５ｗｔ％以上９４．８ｗｔ％以下、低融点金属粉末：０．２ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、とするのがよい。また、Ｃｕ粉末：５ｗｔ％以上９４．５ｗｔ％以下、ＳＵＳ粉末：５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下、低融点金属粉末：０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、とするのがさらによい。ＳＵＳ粉末の配合割合を５０ｗｔ％以下に抑えることで、焼結後のサイジング加工、特に動圧溝等の成形性を確保することができる。

また、摺動面における摺動特性をより高めるために、上記混合金属粉末に、さらに黒鉛（グラファイト）などの固体潤滑剤を配合することもできる。しかしながら、黒鉛は、Ｃｕ等の金属粉末に対する焼結時の結合性に非常に乏しいため、黒鉛を配合することで焼結体の強度低下を招く恐れがある。従って、その配合量には留意する必要がある。

上述の観点から、黒鉛の配合量の上限値を２．５ｗｔ％とした。この範囲内に黒鉛の配合量を抑えることで、これらを焼結して得られる焼結金属材や焼結含油軸受の強度低下を最小限に留めることができる。一方で、他金属に比べて硬いＳＵＳ粉末を配合することにより、成形時の金型への攻撃性が高まる点を考慮すると、黒鉛の配合量の下限値を０．５ｗｔ％以上とするのが好ましい。これにより、成形時の金型に対する摺動性を改善して、成形金型の継続使用に伴う損傷を低減することができる。

この場合、全体の配合比率は、Ｃｕ粉末：５ｗｔ％以上９４．５ｗｔ％以下、ＳＵＳ粉末：５ｗｔ％以上９４．５ｗｔ％以下、黒鉛：０．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下、とするのがよい。さらに、低融点金属粉末も配合する場合には、その配合比率を、Ｃｕ粉末：５ｗｔ％以上９４．３ｗｔ％以下、ＳＵＳ粉末：５ｗｔ％以上９４．３ｗｔ％以下、黒鉛：０．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下、低融点金属粉末：０．２ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、とするのがよい。

上記組成の焼結金属材で形成された焼結含油軸受は、その内周に設けられた軸受面に、動圧発生部を形成した構成とすることもできる。この場合、焼結含油軸受は、支持すべき軸との軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸を回転自在に非接触支持する。

上記の焼結含油軸受は、例えば焼結含油軸受を有する流体軸受装置として提供することができる。また、この流体軸受装置は、流体軸受装置を備えたモータとしても提供可能である。

以上より、本発明によれば、支持すべき軸に対する耐摩耗性および摺動性を向上させると共に、摺動面の加工性を向上させた焼結金属材、およびこの金属材で形成された焼結含油軸受を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る流体軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図である。 流体軸受装置の断面図である。 それぞれ軸受スリーブの（ａ）縦断面図、（ｂ）下端面である。 ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。 試験片材料の組成を示す図である。 粉末の粒度分布を示す図である。 摩耗試験結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受を備えた流体軸受装置（動圧軸受装置）１、およびこの流体軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。このスピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触支持する流体軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取付けられている。ディスクハブ３は、その外周に磁気ディスク等のディスク状情報記憶媒体（以下、単にディスクという。）Ｄを一枚または複数枚（図１では２枚）保持している。このように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する励磁力でロータマグネット５が回転し、これに伴って、ディスクハブ３およびディスクハブ３に保持されたディスクＤが軸部材２と一体に回転する。

図２は、流体軸受装置１を示している。この流体軸受装置１は、軸部材２と、ハウジング７と、ハウジング７に固定された軸受スリーブ８、およびシール部材９とを主な構成要素として構成されている。なお、説明の便宜上、ハウジング７の底部７ｂの側を下側、底部７ｂと反対の側を上側として以下説明する。

軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。なお、軸部材２は、金属材料と樹脂材料とのハイブリッド構造とすることもでき、その場合、軸部２ａの少なくとも外周面２ａ１を含む鞘部が上記金属で形成され、残りの箇所（例えば軸部２ａの芯部やフランジ部２ｂ）が樹脂で形成される。

ハウジング７は、ＬＣＰやＰＰＳ、ＰＥＥＫ等をベース樹脂とする樹脂組成物で射出成形され、例えば図２に示すように、筒部７ａと、筒部７ａの下端に一体に形成された底部７ｂとで構成される。ハウジング７を構成する上記樹脂組成物には、例えば、ガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカ状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボン繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、各種金属粉等の繊維状または粉末状の導電性充填材を、目的に応じて適量配合することができる。

底部７ｂの上端面７ｂ１の全面又は一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図示は省略するが、複数の動圧溝をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝形成領域は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部材２の回転時には、下端面２ｂ２との間に第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。この動圧溝は、ハウジング７を成形する成形型の所要部位（上端面７ｂ１を成形する部位）に、動圧溝を成形する溝型を加工しておくことで、ハウジング７と同時成形することができる。また、上端面７ｂ１から軸方向上方に所定寸法だけ離れた位置には、軸受スリーブ８の下端面８ｃと係合して軸方向の位置決めを行う段部７ｄが一体に形成される。

軸受スリーブ８は、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）およびＳＵＳを主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面７ｃに固定される。この軸受スリーブ８は、後述のように内部空孔に潤滑油を充填することで焼結含油軸受を構成する。

軸受スリーブ８の内周面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部としての動圧溝が形成される。この実施形態では、例えば図３（ａ）に示すように、複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をへリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して２箇所形成される。上側の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ₁が下側領域の軸方向寸法Ｘ₂よりも大きくなっている。

軸受スリーブ８の下端面８ｃの全面または一部の環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図３（ｂ）に示すように、複数の動圧溝８ｃ１をスパイラル形状に配列した領域が形成される。

この軸受スリーブ８は、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）粉末、ＳＵＳ粉末、さらに低融点金属粉末としてＳｎ粉末を含む混合金属粉末を円筒状に圧縮成形し、これを所定の焼結温度、具体的には１０００℃以下の温度で焼結することで得られる。この実施形態では、さらに内周面８ａの回転サイジングと、溝サイジング加工が施され、これにより焼結体の外表面に動圧溝８ａ１、８ｃ１等が形成される。なお、回転サイジングや溝サイジングの前に寸法サイジングを施しておくことで、後工程の上記各サイジング加工を高精度に行うことができる。また、Ｓｎ粉末は、例えばＣｕ粉末の表面に被覆させることで（Ｓｎ被覆Ｃｕ粉末を使用することで）、粉末の混合工程を簡略化でき、かつ焼結時には、Ｃｕ粉末間に均一に分散した状態となるのでバインダ効果をより一層高めることができる。

軸受スリーブ８の材料として使用するＣｕ粉末のサイズは、ＳＵＳ粉末と同等、あるいはそれ以下であることが好ましい。また、この実施形態におけるＣｕ粉末とＳＵＳ粉末、およびＳｎ粉末との配合比率は、Ｃｕ粉末：４０ｗｔ％以上９４．５ｗｔ％以下、ＳＵＳ粉末：５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下、Ｓｎ粉末：０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、であることが好ましい。これは、ＳＵＳ粉末の配合量が５ｗｔ％未満だと、ＳＵＳ粉末による耐摩耗性改善効果が十分ではなく、５０ｗｔ％を超えると、焼結後のサイジング加工、特に上記動圧溝８ａ１、８ｃ１等の溝成形が困難になるためである。

また、圧縮成形時の成形性、あるいは完成品の摺動特性を改善する目的で、上記混合金属粉末に、さらに黒鉛（グラファイト）などの固体潤滑剤を配合することもできる。この場合、あまりに黒鉛の配合量が多いと、黒鉛が各金属粉末間の焼結作用を阻害し、これにより焼結体の強度が低下する恐れがある。また、軸受スリーブ８（流体軸受装置１）の使用時、他の金属粉末と未結合の黒鉛が軸受スリーブ８から遊離し、コンタミとして潤滑油に混入する恐れがある。これらの点を考慮すると、黒鉛の配合量の上限値を２．５ｗｔ％とするのが好ましい。

その一方で、あまりに黒鉛の配合量が少ないと、ＳＵＳ粉末の配合による成形性への悪影響をカバーすることができない恐れがある。すなわち、他金属との焼結性に乏しいＳＵＳ粉末を配合することで成形体（焼結体）自体が脆くなるため、サイジング等の二次成形時、例えば離型時に生じる金型からの抜け力等により焼結体の欠損が生じ易くなる。特に、溝サイジング時には、焼結体のスプリングバックによる内周面８ａの拡径により動圧溝８ａ１、８ａ２を成形するコアロッドを引抜くため、多少の引っかかりは避けようがないが、この際、焼結体が摺動性に乏しいと、動圧溝８ａ１、８ａ２あるいはその周囲領域に多大な抜け力（抵抗力）が作用する。そのため、焼結体が脆い場合には容易に欠損を生じる。これでは、動圧溝８ａ１、８ａ２の成形精度が不足し、十分な動圧作用を発揮することができない恐れがある。

上述の観点から、黒鉛の配合量の下限値は０．５ｗｔ％以上とするのが好ましい。これにより、成形時の金型に対する摺動性を改善して、金型の損傷を低減することができる。また、溝サイジング加工における離型時、コアロッドの抜けを滑らかにすることで、焼結体、特に動圧溝８ａ１、８ａ２やその周囲領域に作用する抜け力（抵抗力）を小さく抑えて、かかる動圧溝８ａ１、８ａ２の成形精度を向上することができる。特に、この実施形態のように、軸受スリーブ８に動圧溝８ａ１、８ａ２を設ける場合、焼結により互いにネック結合した金属粉末間の隙間（空孔）に黒鉛が入り込むことで、動圧溝８ａ１、８ａ２に生じる動圧の逃げを低減することができる。従って、軸受性能（軸受剛性）をさらに高めることができる。

この場合、全体の配合比率は、Ｃｕ粉末：４０ｗｔ％以上９４ｗｔ％以下、ＳＵＳ粉末：５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下、Ｓｎ粉末：０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下、黒鉛：０．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下、とするのがよい。

焼結時の温度（焼結温度）は、７５０℃以上１０００℃以下であることが好ましく、８００℃以上９５０℃以下であればより好ましい。これは、焼結温度が７５０℃未満だと各粉末間の焼結作用が十分でないことから焼結体の強度が低下し、１０００℃を超えると、上記と同様の理由で、つまりサイジング加工時の溝成形性に支障を来す恐れがあるためである。

このようにして焼結体を形成することにより、サイジング後の焼結体における内周面および外周面の真円度、あるいは動圧溝８ａ１、８ｃ１の溝深さ等が、高精度に仕上げられる。最後に、この焼結体に潤滑油を含浸させることで（通常はハウジング７に固定した後）、焼結含油軸受としての軸受スリーブ８が完成する。完成品としての軸受スリーブ８の密度は例えば７．０〜７．４［ｇ／ｃｍ³］、内周面の表面開孔率は２〜１０［ｖｏｌ％］である。このように、所定割合のＣｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末を使用することで、軸受面の摺動性や硬度、あるいは本体の機械的強度、加工性に優れた軸受スリーブ（焼結含油軸受）８を得ることができる。

なお、この実施形態では、上記混合金属粉末に含まれるＳＵＳ粉末として、例えばＣｒを５ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下含むものが使用される。この範囲内でＣｒを合金化したＳＵＳ粉末を用いることで、耐摩耗性の向上と焼結後の成形性（サイジング加工性、動圧溝８ａ１、８ｃ１の成形性）、さらには焼結体強度とをより高レベルに兼ね備えた軸受スリーブ８が形成される。さらに、この実施形態のように、動圧溝８ａ１、８ａ２を有する軸受スリーブ８を成形する場合、上記範囲内でＣｒを含有するＳＵＳ粉末の中でも、特にＣｒを６ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むＳＵＳ粉末（例えばＣｒを８ｗｔ％含むＳＵＳ粉末）が好適である。この範囲内でＣｒを合金化したＳＵＳ粉末を用いることで、適度な硬度を軸受スリーブ８の軸受面に適度な硬度を付与しつつも、回転サイジングによる表面開孔率の調整を容易にし、かつ動圧溝８ａ１、８ａ２サイジングの加工性（成形性）をより高めることができる。

シール部材９は、例えば樹脂材料又は金属材料で環状に形成され、ハウジング７の筒部７ａの上端部内周に配設される。シール部材９の内周面９ａは、軸部２ａの外周に設けられたテーパ面２ａ２と所定のシール空間Ｓを介して対向する。なお、軸部２ａのテーパ面２ａ２は上側（ハウジング７に対して外部側）に向かって漸次縮径し、軸部材２の回転時には毛細管力シールおよび遠心力シールとしても機能する。

ハウジング７の内周に、軸部材２および軸受スリーブ８を挿入し、段部７ｄにより軸受スリーブ８の軸方向の位置決めを行った上で、軸受スリーブ８をハウジング７の内周面７ｃに、例えば接着、圧入、溶着等の手段により固定する。そして、シール部材９を、その下端面９ｂを軸受スリーブ８の上端面８ｂに当接させた上で、ハウジング７の内周面７ｃに固定する。その後、ハウジング７の内部空間に潤滑油を充満させることで、流体軸受装置１の組立が完了する。このとき、シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間（軸受スリーブ８の内部空孔を含む）に充満した潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。

軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域）は、軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心ｍ側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝の動圧作用によって、軸部２ａを非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２がそれぞれ構成される。

これと同時に、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１とこれに対向する軸受スリーブ８の下端面８ｃ（動圧溝８ｃ１形成領域）との間のスラスト軸受隙間、およびフランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向する底部７ｂの上端面７ｂ１（動圧溝形成領域）との間のスラスト軸受隙間に、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、フランジ部２ｂを両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第一スラスト軸受部Ｔ１と、第二スラスト軸受部Ｔ２が構成される。

軸部材２の回転開始時、あるいは回転停止時に、軸部材２の軸部外周面２ａ１とこれに対向する軸受スリーブ８の内周面８ａ（のラジアル軸受面）との間で接触摺動が生じた場合でも、軸受スリーブ８を、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末で形成することで、摺動面となるラジアル軸受面の硬度が高められる。これにより、両面２ａ１、８ａ間の硬度差が小さくなり、互いに接触摺動する軸受スリーブ８と軸部材２の軸部２ａのうち、何れか一方、あるいは双方が摩耗するといった事態を可及的に防ぐことができる。特に、この実施形態のように、軸部材２の上部にディスクハブ３およびディスクＤを装着した状態では、軸部材２にモーメント荷重が作用し、軸部材２と軸受スリーブ８とが軸受上端で接触摺動し易いが、上述のように両部材２ａ、８の硬度差（両摺動面２ａ１、８ａの硬度差）を小さくすることで、両者間の摺動摩耗を極力抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

以上の実施形態では、ハウジング７として筒部７ａおよび底部７ｂを樹脂で一体成形したものを説明したが、これ以外にも、例えば図示は省略するが、筒部７ａを底部７ｂとは別体に樹脂で成形することもできる。この場合には、例えばシール部材９を筒部７ａと一体に樹脂で成形することもでき、これによれば、軸受スリーブ８の軸方向位置決めを、筒部７ａと一体に成形したシール部の下端面に軸受スリーブ８の上端面８ｂを当接させることで行うことができる。

また、以上の実施形態では、スラスト軸受部を、ハウジング７の底部７ｂ側に設けた場合を説明したが、例えば底部７ｂとは反対の側（ハウジング７の開口側）に設けることも可能である。この場合、例えば図示は省略するが、金属製（例えばステンレス鋼）のフランジ部２ｂを軸部２ａの下端よりも上方に形成し、軸受スリーブ８の上端面８ｂにフランジ部２ｂの下端面２ｂ２を対向させると共に、上端面８ｂの全面又は一部環状領域に動圧溝８ｃ１と同様の動圧溝（向きは逆）を形成する。これにより、両面８ｂ、２ｂ２間にスラスト軸受隙間が形成される。

軸部材２の回転開始時、あるいは回転停止時に、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向する軸受スリーブ８の上端面８ｂ（のスラスト軸受面となる領域）との間で接触摺動が生じるが、この場合も、軸受スリーブ８をＣｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末で形成することで、スラスト軸受面を含む上端面８ｂの硬度が高められる。これにより、両面２ｂ２、８ｂ間の硬度差が小さくなり、互いに接触摺動する軸受スリーブ８と軸部材２のフランジ部２ｂのうち、何れか一方、あるいは双方が摩耗するといった事態を可及的に防ぐことができる。

また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により潤滑流体の動圧作用を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、いわゆるステップ軸受や多円弧軸受を採用してもよい。

図４は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の一例を示している。同図において、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域は、複数の円弧面８ａ３（この図では３円弧面）で構成されている。各円弧面８ａ３は、回転軸心Ｏからそれぞれ等距離オフセットした点を中心とする偏心円弧面であり、円周方向で等間隔に形成される。各偏心円弧面８ａ３の間には軸方向の分離溝８ａ４がそれぞれ形成される。

軸受スリーブ８の内周面８ａに軸部材２の軸部２ａを挿入することにより、軸受スリーブ８の偏心円弧面８ａ３および分離溝８ａ４と、軸部２ａの真円状外周面２ａ１との間に、第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の各ラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。ラジアル軸受隙間のうち、偏心円弧面８ａ３と真円状外周面２ａ１とで形成される領域は、隙間幅を円周方向の一方で漸次縮小させたくさび状隙間８ａ５となる。くさび状隙間８ａ５の縮小方向は軸部材２の回転方向に一致している。

図５は、第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を構成する多円弧軸受の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、図４に示す構成において、各偏心円弧面８ａ３の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ回転軸心Ｏを中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおけるラジアル軸受隙間（最小隙間）８ａ６は一定となる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。

図６では、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域が３つの円弧面８ａ７で形成されると共に、３つの円弧面８ａ７の中心は、回転軸心Ｏから等距離オフセットされている。３つの偏心円弧面８ａ７で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間８ａ８は、円周方向の両方向に対してそれぞれ漸次縮小した形状を有している。

以上説明した第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の多円弧軸受は、何れもいわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらには６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用してもよい。また、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のように、２つのラジアル軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とするほか、軸受スリーブ８の内周面８ａの上下領域に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成としてもよい。

また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の一方又は双方は、例えば図示は省略するが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、いわゆる波型軸受（ステップ型が波型になったもの）等で構成することもできる。

また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２やスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を動圧軸受で構成した場合を説明したが、これ以外の軸受で構成することもできる。例えば、ラジアル軸受面となる軸受スリーブ８の内周面８ａを、動圧発生部としての動圧溝８ａ１や円弧面８ａ３を設けない真円内周面とし、この内周面と対向する軸部２ａの真円状外周面２ａ１とで、いわゆる真円軸受を構成することができる。

真円軸受の場合、好ましいＣｕ粉末の配合割合は３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下となる。ここで、下限値を３０ｗｔ％としたのは、動圧発生部としての動圧溝８ａ１を内周面に形成した軸受スリーブ８に比べて、真円状内周面は接触摺動時の摺動面積が大きく、回転開始（停止時）のロストルクが増加することによる。

上記真円軸受は、流体軸受装置１に限らず、例えば小型モータや、事務機用の軸受部品としても使用することができる。

また、以上の実施形態では、流体軸受装置１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間や、スラスト軸受隙間に潤滑膜を形成する流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受隙間に潤滑膜を形成可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の効果を実証するため、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末で形成された焼結金属材（実施品）と、従来組成の金属粉末（Ｃｕ粉末とＦｅ粉末との混合粉末）で形成された焼結金属材（比較品）とについて、それぞれ摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価比較した。

試験材料には、Ｃｕ粉末として福田金属箔粉工業（株）製のＣＥ−１５を、ＳＵＳ粉末として大同特殊鋼（株）製のＤＡＰ４１０Ｌを、また、Ｆｅ粉末としてヘガネス（株）製のＮＣ１００．２４をそれぞれ用いた。また、低融点金属粉末としてのＳｎ粉末には福田金属箔粉工業（株）製のＳｎ-Ａｔ-Ｗ３５０を、固体潤滑剤としての黒鉛には日本黒鉛工業（株）製のＥＣＢ−２５０をそれぞれ用いた。試験片（焼結金属材）の焼結温度は、比較品、実施品共に８７０℃とした。比較品と実施品、各々の混合金属粉末の組成は図７に示す通りである。また、各粉末の粒度分布は図８に示す通りである。

摩耗試験は、比較品、実施品共に以下の条件で行った。
試験片寸法；外径７．５ｍｍ×軸方向幅１０ｍｍ
相手試験片
材質；ＳＵＳ４２０Ｊ２
寸法；外径４０ｍｍ×軸方向幅４ｍｍ
周速 ；５０ｍ／ｍｉｎ
面圧 ；１．３ＭＰａ
潤滑油 ；エステル油（１２ｍｍ²／ｓ）
試験時間 ；３ｈｒｓ

図９に摩耗試験結果を示す。同図に示すように、ＳＵＳ粉末を含まない焼結金属材（比較品）では顕著な摩耗が確認された。これに対して、ＳＵＳ粉末を含む金属粉末で形成された焼結金属材（実施品）における摩耗量（摩耗深さ、摩耗痕面積）は、従来組成品（比較品）に比べて非常に小さいものであった。このことから、本発明に係る焼結金属材では大幅な摩耗量の低減効果が確認された。

１ 流体軸受装置
２ 軸部材
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ（焼結含油軸受）
８ａ１、８ａ２ 動圧溝
８ｃ１ 動圧溝
９ シール部材
Ｓ シール空間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (12)

1. Ｃｕ粉末と、ＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末を圧縮成形した後、１０００℃以下の温度で焼結して得られた焼結金属材。
2. ７５０℃以上の温度で焼結して得られた請求項１記載の焼結金属材。
3. 密度が７．０ｇ／ｃｍ³以上７．４ｇ／ｃｍ³以下に調整されている請求項１記載の焼結金属材。
4. 前記混合金属粉末は、５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下の前記Ｃｕ粉末と、５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下の前記ＳＵＳ粉末とを含む請求項１記載の焼結金属材。
5. Ｃｕ粉末のサイズが、ＳＵＳ粉末と同等、あるいはそれ以下である請求項１記載の焼結金属材。
6. 前記混合金属粉末に、さらに低融点金属の粉末を配合した請求項１記載の焼結金属材。
7. 前記混合金属粉末は、５ｗｔ％以上９４．５ｗｔ％以下の前記Ｃｕ粉末と、５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の前記ＳＵＳ粉末と、０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の前記低融点金属粉末とを含む請求項６記載の焼結金属材。
8. 前記混合金属粉末に、さらに固体潤滑剤として黒鉛を配合した請求項１記載の焼結金属材。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の焼結金属材で形成され、その内周に、支持すべき軸の摺動面を流体の潤滑膜を介して支持する軸受面が設けられた焼結含油軸受。
10. 前記軸受面に動圧発生部が形成された請求項９記載の焼結含油軸受。
11. 請求項９又は１０に記載の焼結含油軸受を有する流体軸受装置。
12. 請求項１１に記載の流体軸受装置を備えたモータ。

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