JP2017166575A - 動圧軸受及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動圧軸受の内周面に、動圧溝を有する一対の軸受面及びその間の逃げ部を成形するにあたり、軸受面の端部のダレを抑え、軸受剛性を高める。
【解決手段】一対の成形型２０、及び、その間に設けられた第１円筒領域２１を外周面に有するコアロッド１１を、筒状の軸受素材８’の内周に挿入した状態で、軸受素材８’の外周面８ｄ’の軸方向に離隔した２つの領域を内径向きに圧迫する。これにより、軸受素材８’の内周面８ａ’の軸方向に離隔した２つの領域をコアロッド１１の成形型２０及び第１円筒領域２１に押し付けて、軸受素材８’の内周面８ａ’に、動圧溝Ｇ１，Ｇ２を有する一対の軸受面８ａ１，８ａ２と、各軸受面８ａ１，８ａ２と隣接する一対の第１平滑面８ａ４，８ａ５を成形すると共に、一対の第１平滑面８ａ４，８ａ５の間に、一対の軸受面８ａ１，８ａ２よりも大径な逃げ部８ａ３を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、内周面に動圧溝が形成された動圧軸受及びその製造方法に関する。

動圧軸受は、内周に挿入された軸との間の軸受隙間に生じる流体膜の動圧作用で、軸を相対回転自在に支持するものである。具体的には、動圧軸受と軸との相対回転に伴って、動圧軸受の内周面に形成された動圧溝により、動圧軸受の内周面と軸の外周面との間の軸受隙間の流体膜の圧力が高められ、これにより軸が非接触支持される。

特許文献１には、動圧軸受の内周面に、動圧溝を成形する方法が示されている。この方法では、外周面に成形型を有するコアロッドを軸受素材（焼結金属素材）の内周に挿入した状態で、軸受素材をダイの内周に圧入することにより軸受素材が内径向きに圧迫され、軸受素材の内周面がコアロッドの外周面の成形型に押し付けられる。これにより、軸受素材の内周面に成形型の形状が転写されて、動圧溝を有する軸受面が成形される。

また、動圧軸受では、内周面に設けられた一対の軸受面の間に軸受面よりも大径な逃げ部を設けることにより、軸の相対回転トルクの低減を図ることがある。例えば特許文献２には、一対の軸受面及びこれらの間に設けられた逃げ部を有する動圧軸受の製造方法が示されている。この製造方法では、円筒状の軸受素材（焼結体）の内周に、外周面に成形型を有するコアロッドを挿入した状態で、軸受素材をダイの内周に圧入し、軸受素材の外周面の軸方向に離隔した２つの領域を内径向きに圧迫する。これにより、軸受素材の内周面の軸方向に離隔した２つの領域をコアロッドの成形型に押し付けて、各領域に、動圧溝を有する軸受面を成形する。このとき、軸受素材の内周面の軸方向中央部は、内径向きの圧迫力を受けないため、軸受面よりも大径となり、この部分が逃げ部となる。

特開平１１−１９０３４４号公報 特許第３９５４６９５号公報

上記の特許文献２では、図１０に誇張して示すように、動圧軸受１０８の内周面に、動圧溝Ｇを有する一対の軸受面１０８ａと、一対の軸受面１０８ａの間に設けられた逃げ部１０８ｂとが隣接している。このように、軸受面１０８ａと逃げ部１０８ｂとが隣接することで、各軸受面１０８ａのうち、逃げ部１０８ｂ側の端部に、いわゆる「ダレ」が生じやすい（図１０のδ参照）。その理由は以下のとおりである。すなわち、軸受素材の内周面をコアロッドの成形型に押し付けて軸受面を成形した後、軸受素材に加わっていた内径向きの圧迫力を解放することにより、軸受面がスプリングバックにより拡径してコアロッドの成形型から剥離される。このとき、軸受面の拡径量は均一ではなく、逃げ部側の端部は逃げ部により外径側に引っ張られる。このため、各軸受面１０８ａの逃げ部１０８ｂ側の端部の拡径量が、各軸受面１０８ａの軸方向中央部の拡径量よりも僅かに大きくなり、これにより各軸受面１０８ａの逃げ部１０８ｂ側の端部にダレδが生じやすくなる。このように、軸受面の端部にダレが生じて軸受面の寸法精度（円筒度）が低下すると、油膜形成能力が低下し、軸受剛性の低下を招く。

そこで、本発明は、動圧溝を有する一対の軸受面及びその間に設けられた逃げ部を有する動圧軸受において、軸受面の端部のダレを抑え、軸受剛性を高めることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、軸方向に離隔した一対の成形型、及び、前記一対の成形型の間に設けられ、各成形型と隣接する第１円筒領域を外周面に有するコアロッドを、筒状の軸受素材の内周に挿入するステップと、前記軸受素材の外周面の軸方向に離隔した２つの領域を内径向きに圧迫することにより、前記軸受素材の内周面の軸方向に離隔した２つの領域を前記コアロッドの成形型及び第１円筒領域に押し付けて、前記軸受素材の内周面に、動圧溝を有する一対の軸受面、及び、前記一対の軸受面の間に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第１平滑面を成形すると共に、前記一対の第１平滑面の間に、前記一対の軸受面よりも大径な逃げ部を設けるステップとを有する動圧軸受の製造方法を提供する。

このように、本発明では、軸受素材の外周面を内径向きに圧迫することで、軸受素材の内周面を、コアロッドの成形型だけでなく、成形型と隣接する第１円筒領域に押し付けて、軸受面の成形と同時に、軸受面に隣接する第１平滑面を成形するようにした。すなわち、各軸受面に隣接した領域に第１平滑面が積極的に成形される程度まで、軸受素材の外周面の圧迫領域を一対の成形型よりも軸方向内側に広げた。このように、各軸受面と逃げ部とを隣接させるのではなく、これらの間に第１平滑面を設けることで、圧迫力の解放時に逃げ部の影響で大径化しやすい領域が第１平滑面となるため、軸受面には逃げ部の影響がほとんど及ばなくなり、一対の軸受面の軸方向内側（逃げ部側）の端部のダレを抑えることができる。

ところで、軸受素材の外周面及び内周面の軸方向両端部には、通常、面取り部が設けられるが、上記のように軸受素材を内径向きに圧迫して軸受面を成形する際には、面取り部は圧迫されないことが多い。このとき、軸受面と面取り部とが隣接していると、軸受素材を圧迫したときに、軸受面の軸方向外側（面取り部側）の端部に加わる圧力が面取り部に逃げてしまうため、この部分がコアロッドの成形型に十分に押し付けられず、一対の軸受面の軸方向外側の端部の成形精度が低下する恐れがある。

そこで、前記コアロッドの外周面のうち、前記一対の成形型の軸方向外側に、各成形型と隣接する一対の第２円筒領域を設け、前記軸受素材の外周面の軸方向に離隔した２つの領域を圧迫する際に、前記軸受素材の内周面の軸方向に離隔した２つの領域を、さらに前記コアロッドの前記一対の第２円筒領域にも押し付けて、前記軸受素材の内周面に、前記一対の軸受面の軸方向外側に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第２平滑面を成形することが好ましい。このように、一対の軸受面の軸方向外側に隣接する第２平滑面を設けることで、各軸受面が内周面の軸方向端部（面取り部）から離隔される。これにより、圧迫力の解放時に面取り部の影響を受けやすい領域が第２平滑面となるため、軸受面には面取り部の影響がほとんど及ばなくなり、一対の軸受面の軸方向外側の端部の成形精度を高めることができる。

大きなモーメント荷重を支持する動圧軸受では、モーメント剛性を高めるために軸受スパン（一対の軸受面による最大圧力発生部同士の軸方向間隔）を大きくすることがある。このような動圧軸受では、大きなモーメント剛性を得るため、軸受面を軸方向端部まで高精度に成形して、油膜圧力を十分に高める必要がある。このため、軸受スパンの大きな動圧軸受（具体的には、軸方向長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上である動圧軸受）は、上記のような製造方法を適用することが特に有効となる。また、軸受スパン大きな動圧軸受は、一対の軸受面の間の非圧縮領域が十分に大きい。これにより、軸受スパンの大きな動圧軸受に上記の製造方法を適用し、各軸受面に隣接した一対の第１平滑面を設けた場合でも、一対の第１平滑面の間に設けられる逃げ部の軸方向長さを十分に確保することができるため、逃げ部を十分に大径化しやすい。従って、軸受スパンの大きな動圧軸受に上記の製造方法を適用することで、逃げ部の小径化による回転トルクの上昇を回避しつつ、高精度な軸受面を成形してモーメント剛性を高めることができる。

上記の製造方法によれば、軸方向に離隔した２つの領域に設けられ、それぞれ動圧溝を有する一対の軸受面と、前記一対の軸受面の間に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第１平滑面と、前記一対の第１平滑面の間に設けられ、前記一対の軸受面よりも大径な逃げ部とを有する内周面と、前記一対の軸受面及び前記一対の第１平滑面の軸方向領域全域に設けられた圧迫痕を有する外周面とを備えた動圧軸受を得ることができる。この動圧軸受は、軸受面の端部のダレが少ないため、高い油膜形成能力を有する。

上記の動圧軸受の第１平滑面は、コアロッドの第１円筒領域に押し付けられて成形されるため、略円筒面状を成している。しかし、軸受面及び第１平滑面を成形した後、動圧軸受に対する内径向きの圧迫力を解放し、動圧軸受の軸受面及び第１平滑面がスプリングバックにより拡径するとき、第１平滑面の逃げ部側の端部は、逃げ部により外径側に引っ張られるため、拡径量が他の領域よりも若干大きくなる。このため、第１平滑面は、厳密な円筒面ではなく、逃げ部側へ向けて徐々に大径化し、軸方向に対して僅かに傾斜した傾斜面（略テーパ面）となっている。

上記の動圧軸受において、第１平滑面及び第２平滑面の径方向位置は特に限定されない。例えば、第１平滑面及び第２平滑面の一方あるいは双方を、隣接する軸受面の動圧溝と連続して設ければ、軸受面の丘部と連続して設ける場合と比べて、第１平滑面及び第２平滑面と軸との間の隙間が大きくなるため、軸の相対回転トルクを低減することができる。

上記の動圧軸受において、軸受面の端部のダレを確実に防止するためには、第１円筒面の軸方向寸法をある程度大きくすることが望ましい。具体的には、動圧軸受の軸方向一方の端面と、この端面に近い方の前記第１円筒面の前記逃げ部側の端部との軸方向距離Ｌ１’を、前記軸方向一方の端面と、この端面に近い方の前記軸受面の前記逃げ部側の端部との軸方向距離Ｌ１の１．２５倍以上とすることが好ましい。

以上のように、動圧軸受の内周面に一対の軸受面を成形する際に、各軸受面に隣接する領域に第１平滑面を成形することにより、一対の軸受面の軸方向内側の端部におけるダレが抑えられるため、軸受面の油膜形成能力、ひいては軸受剛性が高められる。

ファンモータの断面図である。 流体動圧軸受装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る動圧軸受の断面図である。 図３の動圧軸受の内周面の形状を誇張して示す断面図である。 図３の動圧軸受の前駆体となる軸受素材の断面図である。 軸受素材にサイジング工程を施す様子を示す断面図であり、軸受素材をダイの内周に圧入する前の状態を示す。 コアロッドに設けられた成形型の正面図である。 軸受素材にサイジング工程を施す様子を示す断面図であり、軸受素材をダイの内周に圧入した状態を示す。 第１円筒面の好ましい軸方向寸法を確認するための試験の結果を示すグラフである。 動圧軸受の軸受面にダレが生じた様子を示す断面図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すファンモータは、流体動圧軸受装置１と、モータベース６と、モータベース６に固定されたステータコイル５と、羽根３ａを有するロータ３と、ロータ３に固定され、ステータコイル５と半径方向のギャップを介して対向するロータマグネット４とを備える。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、モータベース６の内周に固定され、ロータ３は、流体動圧軸受装置１の軸２の一端に固定されている。このように構成されたファンモータにおいて、ステータコイル５に通電すると、ステータコイル５とロータマグネット４との間の電磁力でロータマグネット４が回転し、これに伴って軸２、ロータ３、およびロータマグネット４が回転し、ロータ３に設けられた羽根３ａにより例えば軸方向の気流が発生する。

流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、本発明の一実施形態に係る動圧軸受８と、動圧軸受８の内周に挿入された軸２と、内周に動圧軸受８が固定された有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に配設されるシール部材９とを備える。尚、以下の流体動圧軸受装置１の説明では、軸方向でハウジング７の開口側を上方、その反対側を下方というが、これは流体動圧軸受装置１の使用態様を限定する趣旨ではない。

軸２は、ステンレス鋼等の金属材料で形成される。軸２は、平滑な円筒面状の外周面２ａと、下端に設けられた球面状の凸部２ｂとを備える。軸２の外径は、例えば１〜４ｍｍ程度とされる。

ハウジング７は、円筒状の側部７ａと、側部７ａの下端を閉塞する底部７ｂとを備える。ハウジング７は金属あるいは樹脂で形成され、本実施形態では、側部７ａ及び底部７ｂが金属で一体に形成される。底部７ｂの上側端面７ｂ１の外径端には、中央部よりも上方に位置する肩面７ｂ２が設けられ、この肩面７ｂ２に動圧軸受８の下側端面８ｂが当接する。肩面７ｂ２には、半径方向溝７ｂ３が形成される。底部７ｂの上側端面７ｂ１の中央部には、樹脂製のスラスト受け１０が配される。

動圧軸受８は、円筒状を成し、ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１に接着、圧入、接着剤介在下での圧入等の適宜の手段で固定される。動圧軸受８は、金属あるいは樹脂で形成される。金属としては、例えば溶製材（銅合金、鉄合金等）や焼結金属を使用することができる。本実施形態の動圧軸受８は、銅系、鉄系、あるいは銅鉄系の焼結金属で形成される。

図３に示すように、動圧軸受８の内周面のうち、軸方向に離隔した２箇所の領域には、軸受面８ａ１，８ａ２が設けられる。各軸受面８ａ１，８ａ２には、それぞれ動圧溝が形成され、図示例ではヘリングボーン形状の動圧溝Ｇ１，Ｇ２が形成される。図中にクロスハッチングで示す領域は内径側に盛り上がった丘部を表し、この丘部で区画された領域が動圧溝Ｇ１，Ｇ２となる。図示例では、動圧溝Ｇ１，Ｇ２が何れも軸方向対称形状とされる。

動圧軸受８の内周面の軸受面８ａ１，８ａ２の軸方向間には、逃げ部８ａ３が設けられる。逃げ部８ａ３は、軸受面８ａ１，８ａ２（詳しくは、動圧溝Ｇ１，Ｇ２）よりも大径である。逃げ部８ａ３は、図４に誇張して示すように、軸方向両端を除く大部分を占める略円筒領域８ａ３１と、略円筒領域８ａ３１と第１平滑面８ａ４，８ａ５とを連続する傾斜領域８ａ３２とを有する。

動圧軸受８の内周面のうち、一対の軸受面８ａ１，８ａ２の軸方向内側（逃げ部８ａ３側）には、それぞれ第１平滑面８ａ４，８ａ５が設けられる。上側の第１平滑面８ａ４は、上側の軸受面８ａ１及び逃げ部８ａ３と隣接し、下側の第１平滑面８ａ５は、下側の軸受面８ａ２及び逃げ部８ａ３と隣接している。図示例では、第１平滑面８ａ４，８ａ５が、それぞれ軸受面８ａ１，８ａ２の動圧溝Ｇ１，Ｇ２と連続して設けられる。第１平滑面８ａ４，８ａ５は、略円筒面状を成している。ただし、図４に誇張して示すように、第１平滑面８ａ４，８ａ５は厳密な円筒面ではなく、それぞれ逃げ部８ａ３側（動圧軸受８の軸方向中央側）へ向けて徐々に拡径し、軸方向に対して僅かに傾斜した傾斜面（略テーパ面）となっている。第１平滑面８ａ４，８ａ５の軸方向に対する傾斜率は、例えば１％未満とされる。

動圧軸受８の下側端面８ｂと下側の第１平滑面８ａ５の上端との軸方向距離Ｌ１’は、下側端面８ｂと下側の軸受面８ａ２の上端との軸方向距離Ｌ１の１．２５倍以上、好ましくは１．３５倍以上とされる。同様に、動圧軸受８の上側端面８ｃと上側の第１平滑面８ａ４の下端との軸方向距離Ｌ２’は、上側端面８ｃと上側の軸受面８ａ１の下端との軸方向距離Ｌ２の１．２５倍以上、好ましくは１．３５倍以上とされる。

動圧軸受８の内周面のうち、一対の軸受面８ａ１，８ａ２の軸方向外側（逃げ部８ａ３と反対側）には、それぞれ第２平滑面８ａ６，８ａ７が設けられる。各第２平滑面８ａ６，８ａ７は、それぞれ軸受面８ａ１，８ａ２と隣接している。図示例では、第２平滑面８ａ６，８ａ７が、動圧溝Ｇ１，Ｇ２と連続して設けられる。各第２平滑面８ａ６，８ａ７は、それぞれ内周面８ａの上端及び下端まで達しており、内周面８ａの上端及び下端に設けられた面取り部８ｆと隣接している。第２平滑面８ａ６，８ａ７は略円筒面状を成しており、本実施形態では、図４に示すように、ほぼ厳密な円筒面である。ただし、第２平滑面８ａ６，８ａ７も、第１平滑面８ａ４，８ａ５と同様に、軸方向に対して僅かに傾斜した傾斜面となることがある。この場合、第２平滑面８ａ６，８ａ７は、逃げ部８ａ３と反対側（動圧軸受８の軸方向端部側）へ向けて徐々に拡径する。ただし、第２平滑面８ａ６，８ａ７の軸方向に対する傾斜角度は、第１平滑面８ａ４，８ａ５の軸方向に対する傾斜角度よりも小さくなる。

動圧軸受８の内周面８ａのうち、軸受面８ａ１，８ａ２（動圧溝Ｇ１，Ｇ２及び丘部）、第１平滑面８ａ４，８ａ５、及び第２平滑面８ａ６，８ａ７は、後述するサイジング工程による成形が施された面である。一方、動圧軸受８の内周面８ａの逃げ部８ａ３、及び、内周面８ａの上下端に設けられた面取り部８ｆは、後述するサイジング工程による成形が施されていない。このため、逃げ部８ａ３及び面取り部８ｆは、軸受面８ａ１，８ａ２、第１平滑面８ａ４，８ａ５及び第２平滑面８ａ６，８ａ７よりも表面粗さが粗く、且つ、表面開口率が大きい。

動圧軸受８の外周面８ｄには軸方向溝８ｄ１が設けられる。軸方向溝８ｄ１は、動圧軸受８の外周面８ｄの軸方向全長にわたって設けられ、軸方向溝８ｄ１の軸方向両端が、動圧軸受８の外周面８ｄの上端及び下端に設けられた面取り部８ｅに達している。動圧軸受８の外周面８ｄは、大径部８ｄ２と、大径部８ｄ２の下方に設けられた小径部８ｄ３と、これらを連続するテーパ部８ｄ４とからなる。小径部８ｄ３とテーパ部８ｄ４との境界の軸方向位置は、内周面８ａに設けられた下側の第１平滑面８ａ５の上端の軸方向位置と略一致している。

動圧軸受８の外周面８ｄのうち、軸方向に離隔した２つの領域には、圧迫痕Ｐ１，Ｐ２が設けられる（図３に太線で示す）。上側の圧迫痕Ｐ１は、動圧軸受８の外周面８ｄのうち、内周面８ａに設けられた上側の軸受面８ａ１、第１平滑面８ａ４、及び第２平滑面８ａ６の軸方向領域全域に設けられる。図示例では、上側の圧迫痕Ｐ１が、動圧軸受８の外周面８ｄのうち、第１平滑面８ａ４の下端の軸方向位置から外周面８ｄの上端の面取り部８ｅに至る軸方向領域に設けられる。下側の圧迫痕Ｐ２は、動圧軸受の外周面８ｄのうち、内周面８ａに設けられた下側の軸受面８ａ２、第１平滑面８ａ５、及び第２平滑面８ａ７の軸方向領域全域に設けられる。図示例では、下側の圧迫痕Ｐ２が、動圧軸受８の外周面８ｄのうち、第１平滑面８ａ５の上端の軸方向位置から外周面８ｄの下端の面取り部８ｅに至る軸方向領域（すなわち、小径部８ｄ３の全域）に設けられる。本実施形態では、動圧軸受８の外周面８ｄのテーパ部８ｄ４にも圧迫痕Ｐ２’が設けられる。動圧軸受８の外周面８ｄのうち、圧迫痕Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２’を除く領域（すなわち、逃げ部８ａ３の軸方向領域のうち、圧迫痕Ｐ２’以外の領域）、及び上下の面取り部８ｅには、圧迫痕は設けられていない。

本実施形態の動圧軸受８は、軸方向に長大であり、具体的には軸方向長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上となっている（図３参照）。この場合、軸受面８ａ１，８ａ２の軸方向中央部同士の間隔（軸受スパン）を大きくすることができ、具体的には、各軸受面８ａ１，８ａ２の丘部の軸方向中央に設けられた環状部分同士の軸方向間隔Ａと、動圧軸受８の内径Ｄとの比Ａ／Ｄを４以上とすることができる。このように動圧軸受８の軸受スパンを大きくすることで、軸２に加わるモーメント荷重に対する軸受剛性が向上する。

シール部材９は、樹脂あるいは金属で環状に形成され、ハウジング７の内周面７ａ１の上端部に固定される（図２参照）。シール部材９の下側端面９ｂは、動圧軸受８の上側端面８ｃに当接している。シール部材９の下側端面９ｂには、半径方向溝９ｂ１が設けられる。シール部材９の内周面９ａは、軸２の外周面２ａと半径方向で対向し、これらの間にシール空間Ｓが形成される。

上記の構成部品からなる流体動圧軸受装置１の内部に、潤滑流体としての潤滑油が注入され、ラジアル軸受隙間（動圧軸受８の軸受面８ａ１，８ａ２と軸２の外周面２ａとの間の隙間）が潤滑油で満たされる。尚、潤滑流体として、潤滑油の他、グリースや磁性流体を使用してもよい。

軸２が回転すると、動圧軸受８の軸受面８ａ１，８ａ２と軸２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、軸受面８ａ１，８ａ２に形成された動圧溝Ｇ１，Ｇ２によりラジアル軸受隙間の油膜の圧力が高められ、軸２を回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１及び第２ラジアル軸受部Ｒ２が構成される。また、軸２の下端の球面状凸部２ｂとスラスト受け１０の上側端面１０ａとが摺動することで、軸２を回転自在に接触支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。

本実施形態では、軸２の下端が面する空間とシール空間Ｓとが、ハウジング７の肩面７ｂ２の半径方向溝７ｂ３、動圧軸受８の外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１、及びシール部材９の下側端面９ｂの半径方向溝９ｂ１を介して連通している。これにより、軸２の下端が面する空間が常に大気圧に近い状態とされ、この空間における負圧の発生を防止できる。尚、動圧軸受８の内周面８ａに形成された動圧溝Ｇ１，Ｇ２の一方あるいは双方を軸方向非対称形状し、軸２の回転に伴ってラジアル軸受隙間の潤滑油を下向きに押し込むポンピング力を発生させてもよい。

以下、動圧軸受８の製造方法を説明する。

まず、図５に示す軸受素材８’を形成する。本実施形態の軸受素材８’は焼結金属で形成される。軸受素材８’は略円筒状を成し、その内周面８ａ’は全域が平滑な円筒面である。軸受素材８’の外周面８ｄ’は、大径部８ｄ２’と、大径部８ｄ２’の下方に設けられた小径部８ｄ３’とからなる。軸受素材８’の外周面８ｄ’には、全長にわたって軸方向溝８ｄ１’が設けられる。軸受素材８’の内周面８ａ’及び外周面８ｄ’の上端及び下端には、それぞれ面取り部８ｆ’，８ｅ’が設けられる。軸受素材８’の内径は、図３に示す動圧軸受８の逃げ部８ａ３（略円筒領域８ａ３１）の内径と略同一である。軸受素材８’の外周面８ｄ’の小径部８ｄ３’の外径は、動圧軸受８の外周面８ｄの大径部８ｄ２の外径と略同一である。

具体的に、軸受素材８’は以下の手順で製造される。まず、各種粉末を混合して原料粉末を作製する（混合工程）。例えば、銅系金属粉末、鉄系金属粉末等の主成分金属粉と、錫粉、亜鉛粉、リン合金粉等の低融点金属粉と、黒鉛粉等の固体潤滑剤粉とを混合して、原料粉末が作製される。原料粉末には、必要に応じて各種成形潤滑剤（例えば、離型性向上のための潤滑剤）を添加しても良い。また、特に必要が無ければ、低融点金属粉や固体潤滑剤粉を省略してもよい。上記の原料粉末を、図示しないフォーミング金型で圧縮成形することにより、図５に示す軸受素材８’と略同形状の圧粉体が得られる（圧粉工程）。その後、圧粉体を所定の焼結温度で焼結することで、焼結金属からなる軸受素材８’が得られる（焼結工程）。

次に、軸受素材８’を図６に示すサイジング金型を用いて成形し、軸受素材８’の内周面８ａ’に、動圧溝Ｇ１，Ｇ２を有する軸受面８ａ１，８ａ２を成形する（サイジング工程）。

サイジング金型は、コアロッド１１、ダイ１２、上パンチ１３、及び下パンチ１４からなる。コアロッド１１の外周面の軸方向に離隔した２つの領域には、成形型２０が設けられる。各成形型２０は、図７に示すように、動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形するための凸部２０ａと、丘部を成形するための凹部２０ｂとからなる（図７は、上側の成形型２０を示す）。コアロッド１１の外周面のうち、成形型２０を除く領域は、平滑な円筒面とされる。具体的に、一対の成形型２０の間には第１円筒領域２１が設けられ、一対の成形型２０の軸方向外側には、それぞれ第２円筒領域２２が設けられる。図示例では、各円筒領域２１，２２が、隣接する成形型２０の凸部２０ａと同一円筒面上で連続している。ダイ１２の内周面には、大径部１２ａと、大径部１２ａの下方に設けられた小径部１２ｂと、これらを連続するテーパ部１２ｃとが設けられる。上パンチ１３は、コアロッド１１と一体に昇降可能とされる。

まず、図６に示すように、軸受素材８’の下端をダイ１２の内周に挿入し、軸受素材８’の外周面８ｄ’の小径部８ｄ３’とダイ１２の内周面の大径部１２ａとを半径方向隙間を介して嵌合させる。これと共に、軸受素材８’の内周にコアロッド１１を挿入し、軸受素材８’の内周面８ａ’とコアロッド１１の外周面とを半径方向の隙間を介して嵌合させる。そして、軸受素材８’の外周面８ｄ’の大径部８ｄ２’の下端をダイ１２に当接させると共に、上パンチ１３を軸受素材８’の上側端面８ｃ’に当接させる。このとき、軸受素材８’の内周面８ａ’のうち、軸受面８ａ１，８ａ２の形成予定領域と、コアロッド１１の外周面の成形型２０とが半径方向で対向している。

そして、軸受素材８’とコアロッド１１との相対位置関係を維持しながら、上パンチ１３で軸受素材８’の上側端面８ｃ’を下方に押し込む。これにより、軸受素材８’の外周面８ｄ’の大径部８ｄ２’がダイ１２の大径部１２ａに圧入され、この領域が内径向きに圧迫される。これにより、軸受素材８’の内周面８ａ’の上方領域がコアロッド１１の上側の成形型２０に押し付けられ、動圧溝Ｇ１を有する軸受面８ａ１が成形される（図８参照）。これと同時に、軸受素材８’の内周面８ａ’のうち、軸受面８ａ１の形成予定領域の軸方向両側の領域が、コアロッド１１の上側の成形型２０に隣接する第１円筒領域２１及び第２円筒領域２２に押し付けられ、軸受面８ａ１の軸方向両側に隣接する第１平滑面８ａ４及び第２平滑面８ａ６が成形される。このとき、軸受素材８’の外周面８ｄ’の大径部８ｄ２’は、ダイ１２の大径部１２ａに圧入されることで縮径して小径部８ｄ３’と略同径となり、これにより、動圧軸受８の外周面８ｄにストレートな円筒面状の大径部８ｄ２が形成される。大径部８ｄ２のうち、軸受素材８’の外周面８ｄ’の大径部８ｄ２’が存在していた領域に、圧迫痕Ｐ１が形成される（図３参照）。

さらに上パンチ１３で軸受素材８’を下方に押し込むことにより、軸受素材８’の外周面８ｄ’の小径部８ｄ３’の下端が、ダイ１２の内周面のテーパ部１２ｃを介して小径部１２ｂに圧入され、この領域が内径向きに圧迫される。これにより、軸受素材８’の内周面８ａ’の下方領域がコアロッド１１の下側の成形型２０に押し付けられ動圧溝Ｇ２を有する軸受面８ａ２が成形される（図８参照）。これと同時に、軸受素材８’の内周面８ａ’のうち、軸受面８ａ２の形成予定領域の軸方向両側の領域が、コアロッド１１の下側の成形型２０に隣接する第１円筒領域２１及び第２円筒領域２２に押し付けられ、軸受面８ａ２の軸方向両側に隣接する第１平滑面８ａ５及び第２平滑面８ａ７が成形される。このとき、軸受素材８’の外周面８ｄ’の小径部８ｄ３’の下端は、ダイ１２の小径部１２ｂ及びテーパ部１２ｃに圧入されることで縮径し、これにより、動圧軸受８の外周面８ｄに小径部８ｄ３及びテーパ部８ｄ４が形成され、この領域に圧迫痕Ｐ２，Ｐ２’が形成される（図３参照）。

こうして、軸受素材８’のうち、軸方向に離隔した２つの領域が内径向きに圧迫されて縮径することにより、軸受面８ａ１，８ａ２等が成形される。一方、軸受素材８’の軸方向中央領域は内径向きの圧迫力を受けないため、この領域の内周面は縮径しない。その結果、軸受素材８’の内周面８ａ’の軸方向中央領域が、軸受面８ａ１，８ａ２よりも大径となり、この領域が逃げ部８ａ３となる。以上により、軸受面８ａ１，８ａ２及び逃げ部８ａ３等を有する動圧軸受８が形成される。

その後、コアロッド１１及び動圧軸受８を上昇させ、ダイ１２の内周から排出する。これにより、動圧軸受８に加わっていた内径向きの圧迫力が解放され、内周面８ａの軸方向に離隔した２つの領域がスプリングバックにより拡径し、コアロッド１１の成形型２０から剥離する。これにより、動圧軸受８の動圧溝Ｇ１，Ｇ２とコアロッド１１の成形型２０とが干渉することなく、動圧軸受８の内周からコアロッド１１を引き抜くことができる。

このとき、動圧軸受８の内周面８ａのうち、コアロッド１１に押し付けられて成形された領域（軸受面８ａ１，８ａ２、第１平滑面８ａ４，８ａ５、及び第２平滑面８ａ６，８ａ７）の拡径量は、均一ではない。特に、上記領域のうち、逃げ部８ａ３に隣接する部分は、逃げ部８ａ３により外径側に引っ張られるため、この部分の拡径量が若干大きくなる。本実施形態では、この部分に第１平滑面８ａ４，８ａ５を設けているため、第１平滑面８ａ４，８ａ５が、逃げ部８ａ３側へ向けて僅かに大径となった傾斜面となる。このように、軸受面８ａ１，８ａ２と逃げ部８ａ３とを隣接させるのではなく、これらの間に第１平滑面８ａ４，８ａ５を設けることにより、逃げ部８ａ３による影響が軸受面８ａ１，８ａ２に及ぶ事態を回避することができるため、軸受面８ａ１，８ａ２の逃げ部８ａ３側の端部におけるダレを抑えることができる。

また、軸受素材８’の面取り部８ｅ’，８ｆ’（図５参照）は、何れもサイジング工程において金型と接触せず、成形されない。この場合、軸受素材８’を内径向きに圧迫したとき、軸受素材８’の内周面８ａ’の上端及び下端、すなわち面取り部８ｆ’に隣接した領域に加わる圧迫力が、面取り部８ｆ’に逃げやすいため、これらの領域がコアロッド１１の外周面に十分に押し付けられない恐れがある。本実施形態では、軸受面８ａ１，８ａ２と面取り部８ｆ’とを隣接させるのではなく、これらの間に第２平滑面８ａ６，８ａ７を設けているため、面取り部８ｆ’による影響が軸受面８ａ１，８ａ２に及び難くなり、軸受面８ａ１，８ａ２の成形精度の低下を防止できる。

以上のように、本実施形態では、各軸受面８ａ１，８ａ２に隣接した領域に設けた第１平滑面８ａ４，８ａ５及び第２平滑面８ａ６，８ａ７が、逃げ部８ａ３や面取り部８ｆの影響による面精度（例えば円筒度）の悪化を吸収する機能を果たすため、軸受面８ａ１，８ａ２を高精度に成形することができる。これにより、軸受面８ａ１，８ａ２による油膜形成能力が高められるため、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受剛性を高めることができる。

特に、本実施形態のように、動圧軸受８の軸受スパンを大きくすることで、軸２に加わるモーメント荷重を支持する力が高められる。このように軸受スパンの大きい動圧軸受８の内周面８ａ１に、軸受面８ａ１，８ａ２に隣接する第１平滑面８ａ４，８ａ５及び第２平滑面８ａ６，８ａ７を設けることで、軸受面８ａ１，８ａ２の成形精度が高められ、支持力のさらなる向上が図られる。

また、サイジング工程において軸受素材８’の外周面８ｄ’の軸方向両端を内径向きに圧迫したとき、この圧迫領域に隣接する領域も若干縮径してしまうため、逃げ部８ａ３の軸方向両端に若干小径な領域が設けられる。本実施形態の動圧軸受８は、軸受面８ａ１，８ａ２の軸方向間隔が大きいため、軸受面８ａ１，８ａ２に隣接する第１平滑面８ａ４，８ａ５を設けても、逃げ部８ａ３の軸方向寸法を十分に確保することができる。従って、逃げ部８ａ３の軸方向両端に小径領域が設けられた場合でも、軸方向中央の大径領域を十分に確保することができるため、軸２の回転トルクの増大を防止することができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については、説明を省略する。

第１平滑面８ａ４，８ａ５及び第２平滑面８ａ６，８ａ７の径方向位置は上記に限られない。例えば、第１平滑面８ａ４，８ａ５又は第２平滑面８ａ６，８ａ７あるいはこれらの双方を、軸受面８ａ１，８ａ２の丘部と連続させてもよい。ただし、軸２の回転トルクを低減するためには、第１平滑面８ａ４，８ａ５及び第２平滑面８ａ６，８ａ７をなるべく大径化することが好ましいため、上記の実施形態のように動圧溝Ｇ１，Ｇ２と連続して設けることが望ましい。

動圧溝Ｇ１，Ｇ２の形状は上記に限られない。例えば、各軸受面８ａ１，８ａ２の丘部の軸方向中央に設けられた環状領域を省略し、動圧溝Ｇ１，Ｇ２をそれぞれ軸方向で連続させてもよい。また、シール部材９の下側端面９ｂ及びハウジング７の肩面７ｂ２に設けられた半径方向溝９ｂ１，７ｂ３を、それぞれ動圧軸受８の上側端面８ｃ及び下側端面８ｂに設けてもよい。

スラスト軸受部Ｔは、上記のように接触支持するものに限らず、流体膜の動圧作用で非接触支持するものであってもよい。例えば、軸２の下端にフランジ部を設け、このフランジ部の上側端面と動圧軸受８の下側端面８ｂとの間、及び、フランジ部の下端とハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との間にそれぞれスラスト軸受隙間を形成し、両スラスト軸受隙間に生じる動圧作用で、軸２を両スラスト方向に支持してもよい。この場合、フランジ部の両端面、あるいは動圧軸受の下側端面及びハウジング７の底部７ｂの上側端面に、動圧溝を形成することが望ましい。また、この場合、流体動圧軸受装置１の内部空間を、動圧軸受８の内部空孔を含めて、潤滑油で満たすことが好ましい。このとき、シール部材９の内周面９ａ又は軸２の外周面２ａ、あるいはこれらの双方にテーパ面を設け、下方に向けて半径方向幅を漸次縮小した楔状のシール空間を形成する。油面は、常にシール空間内に保持される。

本発明は、軸受スパンの大きい（具体的には、軸方向長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上である）動圧軸受に限らず、通常の軸受スパン（例えばＬ／Ｄが４以下）の動圧軸受に適用してもよい。

上記の流体動圧軸受装置は、動圧軸受８が固定され、軸２が回転するものに限らず、軸２が固定され、動圧軸受８が回転するものや、軸２及び動圧軸受８の双方が回転するものであってもよい。

また、上記の流体動圧軸受装置は、ファンモータに限らず、情報機器のスピンドルモータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール等、他の小型モータにも広く使用することができる。

本発明の好ましい条件を確認するために、以下の試験を行った。まず、図３に示す動圧軸受８と同様の構成を成し、第１平滑面８ａ４の軸方向寸法の異なる複数種の試験片を作製した。具体的には、動圧軸受８の下側端面８ｂと、下側の第１平滑面８ａ５の上端（逃げ部８ａ３の下端）との軸方向距離Ｌ１’（≒圧迫痕Ｐ２の軸方向寸法）と、動圧軸受８の下側端面８ｂと、下側の軸受面８ａ２の上端との軸方向距離Ｌ１との比Ｌ１’／Ｌ１の異なる複数の試験片を作製した。そして、各試験片の軸受面８ａ２の逃げ部８ａ３側の端部におけるダレδ（図１０参照）の大きさと、動圧溝Ｇ１の深さＤｐとを測定し、これらの比δ／Ｄｐを算出した。

図９は、各試験片のＬ１’／Ｌ１の値とδ／Ｄｐの値との関係を示すグラフである。このグラフから、Ｌ１’／Ｌ１の値が大きくなるにつれてδ／Ｄｐの値が小さくなり、Ｌ１’／Ｌ１の値が１．２５を超えるとδ／Ｄｐの値が０．１５以下となり、Ｌ１’／Ｌ１の値が１．３５を超えるとδ／Ｄｐの値がほぼ０．１で一定となっていることが分かる。この結果から、Ｌ１’／Ｌ１の値を１．２５以上、好ましくは１．３５以上とすれば、軸受面のダレδが十分に抑えられることが確認された。また、Ｌ１’／Ｌ１の値をむやみに大きくしても、軸受面のダレδを抑える効果は高まらず、むしろ、第１平滑面８ａ５の面積が過大となり、軸２の回転トルクの上昇を招く。このため、Ｌ１’／Ｌ１の値は２以下、好ましくは１．５以下とすることが望ましい。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸
７ ハウジング
８ 動圧軸受
８’ 軸受素材
８ａ 内周面
８ａ１，８ａ２ 軸受面
８ａ３ 逃げ部
８ａ４，８ａ５ 第１平滑面
８ａ６，８ａ７ 第２平滑面
９ シール部材
１０ スラスト受け
１１ コアロッド
１２ ダイ
１３ 上パンチ
１４ 下パンチ
２０ 成形型
２１ 第１円筒領域
２２ 第２円筒領域
Ｇ１，Ｇ２ 動圧溝
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２’ 圧迫痕
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部
Ｓ シール空間

Claims (13)

1. 軸方向に離隔した２つの領域に設けられ、それぞれ動圧溝を有する一対の軸受面と、前記一対の軸受面の間に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第１平滑面と、前記一対の第１平滑面の間に設けられ、前記一対の軸受面よりも大径な逃げ部とを有する内周面と、
   前記一対の軸受面及び前記一対の第１平滑面の軸方向領域全域に設けられた圧迫痕を有する外周面とを備えた動圧軸受。
2. 各第１平滑面が、前記逃げ部側へ向けて徐々に大径となっている請求項１に記載の動圧軸受。
3. 各第１平滑面が、隣接する前記軸受面の動圧溝と連続して設けられた請求項１又は２に記載の動圧軸受。
4. 前記一対の軸受面の軸方向外側に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第２平滑面を有する請求項１〜３の何れか１項に記載の動圧軸受。
5. 各第２平滑面が、隣接する前記軸受面の動圧溝と連続して設けられた請求項４に記載の動圧軸受。
6. 軸方向長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上である請求項１〜５の何れか１項に記載の動圧軸受。
7. 軸方向一方の端面と、この端面に近い方の前記第１円筒面の前記逃げ部側の端部との軸方向距離を、前記軸方向一方の端面と、この端面に近い方の前記軸受面の前記逃げ部側の端部との軸方向距離の１．２５倍以上とした請求項１〜６の何れか１項に記載の動圧軸受。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の動圧軸受と、前記動圧軸受の内周に挿入された軸と、前記動圧軸受の一対の軸受面と前記軸の外周面との間のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体の圧力で前記軸を非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
9. 請求項８に記載の流体動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えたモータ。
10. 軸方向に離隔した一対の成形型、及び、前記一対の成形型の間に設けられ、各成形型と隣接する第１円筒領域を外周面に有するコアロッドを、筒状の軸受素材の内周に挿入するステップと、
    前記軸受素材の外周面の軸方向に離隔した２つの領域を内径向きに圧迫することにより、前記軸受素材の内周面の軸方向に離隔した２つの領域を前記コアロッドの成形型及び第１円筒領域に押し付けて、前記軸受素材の内周面に、動圧溝を有する一対の軸受面、及び、前記一対の軸受面の間に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第１平滑面を成形すると共に、前記一対の第１平滑面の間に、前記一対の軸受面よりも大径な逃げ部を設けるステップとを有する動圧軸受の製造方法。
11. 前記コアロッドの外周面のうち、前記一対の成形型の軸方向外側に、各成形型と隣接する一対の第２円筒領域を設け、
    前記軸受素材の外周面の軸方向に離隔した２つの領域を圧迫する際に、前記軸受素材の内周面の軸方向に離隔した２つの領域を、さらに前記コアロッドの前記一対の第２円筒領域にも押し付けて、前記軸受素材の内周面に、前記一対の軸受面の軸方向外側に設けられ、各軸受面と隣接する一対の第２平滑面を成形する請求項１０に記載の動圧軸受の製造方法。
12. 前記動圧軸受の軸方向長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上である請求項１０又は１１に記載の動圧軸受の製造方法。
13. 前記動圧軸受の軸方向一方の端面と、この端面に近い方の前記第１円筒面の前記逃げ部側の端部との軸方向距離を、前記動圧軸受の軸方向一方の端面と、この端面に近い方の前記軸受面の前記逃げ部側の端部との軸方向距離の１．２５倍以上とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の動圧軸受の製造方法。

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