JP2021001629A - 軸受部材およびこれを備えた流体動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度でラジアル軸受面の寸法精度に優れた焼結金属製の軸受部材を提供する。【解決手段】円筒状の焼結体からなり、内周面８ａの軸方向に離間した二箇所にサイジングにより成形されたラジアル軸受面Ａを有する軸受部材８であって、焼結体は、それぞれがラジアル軸受面Ａを有する一対の第１円筒部８１と、両第１円筒部８１と軸方向に接触した状態で両第１円筒部８１と共に焼結された第２円筒部８２とを備える。両円筒部８１，８２は、２０〜６０質量％の銅を含有し、かつ鉄組織が、銅と錫の合金組織を介して結合された銅鉄系の焼結金属からなり、第２円筒部８２に占める銅の質量比を第１円筒部８１に占める銅の質量比よりも低くすると共に、第２円筒部８２に占める錫の質量比を第１円筒部８１に占める錫の質量比よりも高くした。【選択図】 図３

Description

本発明は、軸受部材およびこれを備えた流体動圧軸受装置に関する。

ＨＤＤ等のディスク駆動装置に組み込まれるスピンドルモータ、ＰＣ等に組み込まれるファンモータ、あるいはレーザビームプリンタに組み込まれるポリゴンスキャナモータなどの小型モータ用の軸受装置として重用されている流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受隙間に形成される油膜で支持すべき軸をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部を備える。このラジアル軸受部は、流体動圧軸受装置（モータ）のトルク上昇を抑えつつ、高い荷重負荷能力（特にモーメント荷重に対する負荷能力）を確保するため、流体動圧軸受装置の軸方向に離間した二箇所に設けられる場合が多い。

ラジアル軸受部が形成されるラジアル軸受隙間は、通常、円筒状の軸受部材に設けられたラジアル軸受面によって形成される。そのため、ラジアル軸受部を軸方向に離間した二箇所に設ける場合、軸受部材の軸方向に離間した二箇所にラジアル軸受面が設けられる。

軸受部材としては、加工性（量産性）やラジアル軸受隙間での油膜形成能力に優れた金属焼結体からなる、いわゆる焼結軸受が重用されている。但し、例えば、支持すべき軸が長寸であるが故に、軸受部材を軸方向に長寸化する必要があるような場合には、所定の密度や機械的強度等を有する焼結体（の基材である圧粉体）を容易にかつ安定的に得るために、複数の焼結体が結合一体化された軸受部材を採用する場合がある。例えば、下記の特許文献１には、それぞれがラジアル軸受面を有する二つの焼結体を結合一体化してなる軸受部材や、それぞれがラジアル軸受面を有する二つの焼結体と、これら二つの焼結体の間に配置されたラジアル軸受面を有さない円筒体とを備え、これら三つの部材を結合一体化してなる軸受部材が開示されている。

特開２０１６−１８０４２７号公報

特許文献１では、軸方向に連ねて同軸配置した複数の焼結体に対してまとめてサイジングを施すことにより、ラジアル軸受面を軸方向に離間した二箇所に成形するのと同時に、隣り合う二つの部材同士を結合一体化するようにしている。しかしながら、所望の寸法・形状精度を有するラジアル軸受面と、所望の結合強度を有する結合部とをサイジングによって同時に得るのは容易ではない。そのため、所望のラジアル軸受面の寸法精度や部材同士の結合強度（軸受部材全体としての強度）を確保することができず、支持すべき軸を安定的に支持することができないおそれがある。

そこで、本発明の目的は、軸方向に離間した二箇所にラジアル軸受面が設けられる焼結金属製の軸受部材において、これを軸方向に長寸化（二つのラジアル軸受面の離間距離を拡大）した場合であっても、必要とされる強度や各ラジアル軸受面の寸法・形状精度を確保可能とし、もって支持すべき軸を精度良く支持可能な軸受部材を提供することにある。

上記の目的を達成するために創案された本発明に係る軸受部材は、円筒状の焼結体からなり、内周面の軸方向に離間した二箇所にサイジングにより成形されたラジアル軸受面を有する軸受部材であって、上記焼結体は、それぞれがラジアル軸受面を有する一対の第１円筒部と、両第１円筒部の間に介在し、両第１円筒部と軸方向に接触した状態で両第１円筒部と共に焼結された第２円筒部とを備え、第１円筒部および第２円筒部は、何れも、２０〜６０質量％の銅を含有し、かつ鉄組織が銅および銅よりも低融点の物質の合金組織を介して結合された銅鉄系の焼結金属からなり、第２円筒部に占める銅の質量比を第１円筒部に占める銅の質量比よりも低くすると共に、第２円筒部に占める低融点物質の質量比を第１円筒部に占める低融点物質の質量比よりも高くしたことを特徴とする。なお、ここでいう「ラジアル軸受面」とは、支持すべき軸の外周面との間にラジアル軸受隙間を形成する面を意味し、この面に動圧溝等の動圧発生部が形成されているか否かは問わない。

上記構成の軸受部材（円筒状の焼結体）は、個別に作製した両円筒部の基材である圧粉体を軸方向に連ねて配置したアセンブリを加熱・焼結することにより得られ、ラジアル軸受面は、この焼結体にサイジング加工（寸法矯正加工）を施すことによって得られる。この場合、軸受部材の強度（第１円筒部と第２円筒部の結合強度）およびラジアル軸受面の寸法・形状精度は、それぞれ、焼結処理の処理条件およびサイジング加工の加工条件に大きく依存することになるので、ラジアル軸受面の成形と部材同士の結合とをサイジング加工でまとめて行っていた従来構成に比べ、必要とされる強度やラジアル軸受面の寸法精度を容易にかつ安定的に確保することができる。

また、第１円筒部および第２円筒部を、何れも、２０〜６０質量％の銅を含有し、かつ鉄組織が銅および銅よりも低融点の物質の合金組織を介して結合された銅鉄系の焼結金属で構成し、さらには、第２円筒部に占める銅の質量比を第１円筒部に占める銅の質量比よりも低くすると共に、第２円筒部に占める低融点物質の質量比を第１円筒部に占める低融点物質の質量比よりも高くしている。この場合、第１円筒部と第２円筒部とを対比すると、第２円筒部においては、低融点物質の含有率が第１円筒部のそれよりも高い銅−低融点物質の合金組織、つまり高強度の金属組織を介して鉄組織同士を結合することができるので、一対の第１円筒部を、第１円筒部よりも高強度の第２円筒部を介して結合することができる。このため、軸受部材全体としての強度を高めることができる。その一方、第１円筒部を銅の質量比率が比較的大きい銅鉄系の焼結金属で形成し、かつ第１円筒部に占める銅の質量比を第２円筒部に占める銅の質量比よりも高く、また、第１円筒部に占める錫の質量比を第２円筒部に占める錫の質量比よりも低くしているので、第１円筒部の金属組織は、第２円筒部の金属組織よりも軟質でかつ摺動性に優れた銅リッチの金属組織となる。これにより、変形容易性を高めて高精度のラジアル軸受面を容易に成形することができる他、支持すべき軸との摺動性に優れたラジアル軸受面を得ることができるので、支持すべき軸を精度良く支持することができる。

上記の低融点物質としては、例えば、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、リン（Ｐ）等を使用することができ、この中でも銅との相性（銅に対する濡れ性）や取り扱い性に優れた錫を使用するのが好ましい。このとき、第２円筒部、ひいては軸受部材全体の高強度化を図る観点から言えば、第２円筒部には、銅に対して１５質量％以上の錫を含めるのが好ましい。但し、銅に対する錫の質量比率をあまりに高めると、銅−錫合金の強度・硬度が却って低下する懸念がある。そのため、銅に対する錫の質量比の上限は２０％程度とするのが好ましい。

上記構成において、第２円筒部の気孔率を第１円筒部の気孔率よりも高くする（換言すると、第２円筒部を第１円筒部よりも低密度にする）ことができる。このようにすれば、軸受部材をいわゆる含油軸受として使用する場合、第２円筒部の多孔質組織内で多くの潤滑油を保持することができるので、ラジアル軸受隙間における油量不足（ラジアル軸受隙間での油膜切れ）に起因した軸受性能の低下を防止する上で有利となる。

第１円筒部の内部気孔と第２円筒部の内部気孔とを互いに連通させておけば、軸受部材をいわゆる含油軸受として使用する場合、両円筒部間で潤滑油を行き来させることができる。この場合、ラジアル軸受隙間における油量不足や潤滑油の特性変化等に起因した軸受性能の低下を防止する上で有利となる。

第２円筒部の内径寸法は、第１円筒部の内径寸法（第１円筒部に設けられるラジアル軸受面）の内径寸法よりも大きくすることができる。このようにすれば、第２円筒部と支持すべき軸との間に、いわゆる中逃げ部を形成することができるので、軸受部材と支持すべき軸とが相対回転する際の回転トルクを低減することができる。このとき、第２円筒部の外径寸法と第１円筒部の外径寸法とを同寸にしておけば、第１および第２円筒部の外周面を基準として両円筒部間での芯出しがなされた軸受部材を得ることができる。

また、第２円筒部の外径寸法は、第１円筒部の外径寸法よりも小さくすることができる。このようにすれば、例えば軸受部材の外周面を流体動圧軸受装置のハウジングに固定すると、第２円筒部とハウジングとの間に円筒状空間を画成することができる。この円筒状空間は、例えば潤滑油を貯留する潤滑油溜りとして活用することができる。このとき、第２円筒部の内径寸法と第１円筒部（に設けられるラジアル軸受面）の内径寸法とを同寸にしておけば、第１および第２円筒部の内周面を基準として両円筒部間での芯出しがなされた軸受部材を得ることができる。

以上で説明した本発明に係る軸受部材と、この軸受部材を内周に保持したハウジングとを備えた流体動圧軸受装置は、本発明に係る軸受部材が上述したような作用効果を奏し得るものであることから、支持すべき軸が長寸であっても、これを精度良く支持することができる。

以上より、本発明によれば、軸方向に離間した二箇所にラジアル軸受面が設けられる焼結金属製の軸受部材において、これを軸方向に長寸化（二つのラジアル軸受面の離間距離を拡大）した場合であっても、必要とされる強度や各ラジアル軸受面の寸法・形状精度を確保することができる。これにより、支持すべき軸を精度良く支持することが可能となる。

スピンドルモータの一例を概念的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る軸受部材を備えた流体動圧軸受装置の概略断面図である。 図２に示す軸受部材の断面図である。 図２に示す軸受部材を得るために焼結工程に供されるアセンブリの概略図である。 図４に示すアセンブリの変形例の概略斜視図である。 図２に示す軸受部材の製造工程に含まれるサイジング工程を模式的に示す図であって、（ａ）図は同サイジング工程の初期段階を示す図、（ｂ）図は同サイジング工程の途中段階を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る軸受部材の概略断面図である。 図７に示す軸受部材を得るために焼結工程に供されるアセンブリの概略図である。 本発明の他の実施形態に係る軸受部材の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、スピンドルモータの一例を概念的に示す。同図に示す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あって、流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の軸部材２に固定されたディスクハブ３と、径方向隙間を介して対向するステータコイル４およびロータマグネット５と、内周に流体動圧軸受装置１のハウジング７を固定したモータベース６とを備える。ロータマグネット５はディスクハブ３に固定され、ステータコイル４はモータベース６に固定されている。ディスクハブ３には、所定枚数（図示例では２枚）のディスクＤが保持されている。このような構成を有する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との間の電磁力でロータマグネット５が回転し、これに伴って軸部材２、ディスクハブ３およびディスクＤが一体的に回転する。

図２に、本発明の一実施形態に係る軸受部材を備えた流体動圧軸受装置１の一例を示す。以下では、説明の便宜上、図２の紙面下側を「下側」、図２の紙面上側を「上側」と言うが、流体動圧軸受装置１の使用態様を限定するものではない。図２に示す流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定的に保持された円筒状の軸受部材８と、ハウジング７の下端開口部を閉塞する蓋部材９とを備える。ハウジング７の内部空間には、流体としての潤滑油（密な散点ハッチングで示す）が充填されている。

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とを有する。軸部２ａは、軸受部材８の内周に挿入され、フランジ部２ｂは、ハウジング７、軸受部材８および蓋部材９の間に画成される空間内に配置される。

ハウジング７は、金属材料又は樹脂材料で形成され、円筒状の筒部７ａと、筒部７ａの上側に配置され、筒部７ａよりも径方向内側に突出した短円筒状のシール部７ｂとを一体に有する。

シール部７ｂの内周面７ｂ１は、下方に向けて漸次縮径したテーパ面状に形成されており、対向する軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１との間に、下方に向けて漸次縮径したくさび状のシール空間Ｓを形成している。シール空間Ｓは、ハウジング７の内部空間に充填された潤滑油の温度変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内で潤滑油の油面を常にシール空間Ｓの軸方向範囲内に保持する。図示は省略するが、くさび状のシール空間Ｓは、径一定の円筒面状に形成されたシール部７ｂの内周面７ｂ１と、上方に向けて漸次縮径するテーパ面状に形成された軸部２ａの外周面２ａ１とで形成することもできる。

軸受部材８は、焼結金属の多孔質体からなり、本実施形態ではその上端面をシール部７ｂの下端に当接させた状態でハウジング７の筒部７ａの内周面に適宜の手段で固定されている。この軸受部材８の内部気孔には、ハウジング７の内部空間に充填した潤滑油と同種の潤滑油が含浸している。

図３に示すように、軸受部材８の内周面８ａには、対向する軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面Ａが上下に離間した二箇所に設けられている。二つのラジアル軸受面Ａのそれぞれには、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるための動圧発生部（ラジアル動圧発生部）が設けられている。図示例のラジアル動圧発生部は、軸方向に対して傾斜し、周方向に離間して設けられた複数の上側動圧溝Ａａ１と、上側動圧溝Ａａ１とは反対方向に傾斜し、周方向に離間して設けられた複数の下側動圧溝Ａａ２と、両動圧溝Ａａ１，Ａａ２を区画する凸状の丘部（図中クロスハッチングで示す）とで構成され、丘部は全体としてヘリングボーン形状に形成されている。すなわち、凸状の丘部は、周方向で隣り合う動圧溝間に設けられた傾斜丘部Ａｂと、上下の動圧溝Ａａ１，Ａａ２間に設けられた環状丘部Ａｃとからなる。

軸受部材８の下端面８ｂには、対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１との間にスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する円環状のスラスト軸受面Ｂが設けられており、このスラスト軸受面Ｂには、スラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部が設けられている。図示は省略するが、スラスト動圧発生部は、例えばスパイラル形状の動圧溝と、動圧溝を区画する凸状の丘部とを周方向に交互に配して構成される。詳細は後述するが、ラジアル軸受面Ａおよびスラスト軸受面Ｂは、軸受部材８（軸受素材８’：図６（ａ）参照）にサイジングを施すのと同時に型成形されている。従って、ラジアル軸受面Ａおよびスラスト軸受面Ｂは、サイジングにより成形された成形面とされる。

蓋部材９は、金属材料又は樹脂材料で円板状に形成され、ハウジング７の筒部７ａの内周面に適宜の手段で固定される。蓋部材９の上端面９ａは円環状のスラスト軸受面Ｃを有し、このスラスト軸受面Ｃには、スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部が形成されている。図示は省略するが、このスラスト動圧発生部は、例えば、スラスト軸受面Ｂに設けられるスラスト動圧発生部と同様に、スパイラル形状の動圧溝と、動圧溝を区画する凸状の丘部とを周方向に交互に配して構成される。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受部材８の内周面８ａに設けられたラジアル軸受面Ａ，Ａと、これに対向する軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。また、軸部材２が回転すると、軸部材２の回転に伴う圧力（負圧）の発生と昇温による潤滑油の熱膨張により、軸受部材８の内部気孔に含浸させた潤滑油が軸受部材８の表面開孔を介して軸受部材８の外部に次々と滲み出す。軸受部材８から滲み出た潤滑油は、ラジアル軸受隙間に引き込まれて油膜を形成し、この油膜の圧力がラジアル動圧発生部の動圧作用によって高められる。これにより、軸部材２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が軸方向の二箇所に離間して形成される。

これと同時に、軸受部材８の下端面８ｂに設けたスラスト軸受面Ｂとこれに対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１との間、および蓋部材９の上端面９ａとこれに対向するフランジ部２ｂの下端面２ｂ２との間にスラスト軸受隙間がそれぞれ形成される。そして、軸部材２の回転に伴い、両スラスト軸受隙間に形成される油膜の圧力がスラスト動圧発生部の動圧作用によって高められる。これにより、軸部材２を両スラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２が形成される。

以下、上記の流体動圧軸受装置１で採用している本発明の一実施形態に係る軸受部材８について詳細に説明する。

軸受部材８は、それぞれが上記のラジアル軸受面Ａを有する一対の第１円筒部８１，８１と、両第１円筒部８１，８１の間に介在し、内周面が凹凸のない平滑な円筒面に形成された第２円筒部８２とを備える。本実施形態において、第１円筒部８１（に設けたラジアル軸受面Ａ）の内径寸法と第２円筒部８２の内径寸法は同寸であり、また、第１円筒部８２の外径寸法と第２円筒部８２の外径寸法は同寸である。

第２円筒部８２は、両第１円筒部８１，８１と軸方向に接触した状態で両第１円筒部８１，８１と共に焼結されている。要するに、軸方向に離間して配置された一対の第１円筒部８１，８１は、これらと共に焼結された第２円筒部８２を介して結合一体化している。そのため、一対の第１円筒部８１の内部気孔と第２円筒部８２の内部気孔は連通している。

以上の構成を有する軸受部材８において、第１円筒部８１は、鉄（Ｆｅ）組織と、鉄組織同士を結合した銅（Ｃｕ）と銅よりも低融点の物質（ここでは、錫（Ｓｎ））の合金組織とを備えた銅鉄系の焼結金属からなり、金属組織中には遊離黒鉛が点在している。第１円筒部８１における各金属の含有率は、銅が２０〜６０質量％、錫が１〜３質量％、残りが鉄であり、ここでは、鉄を４０質量％、銅を５８質量％、錫を２質量％としている。第１円筒部８１中の錫は、その大半が銅−錫合金の金属組織として存在しており、錫単体の金属組織は殆ど存在しない。また、第１円筒部８１中の銅は、銅−錫合金の金属組織および銅単体の金属組織として存在している。

第２円筒部８２は、第１円筒部８１と同様に、鉄（Ｆｅ）組織と、鉄組織同士を結合した銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）の合金組織とを備えた銅鉄系の焼結金属からなり、金属組織中には遊離黒鉛が点在している。第２円筒部８２における各金属の含有率は、銅が２０〜６０質量％、錫が３〜１２質量％、残りが鉄であり、ここでは、第２円筒部８２における銅および錫の含有率を第１円筒部８１のそれとは意図的に異ならせている。具体的には、第２円筒部８２に占める銅の質量比を第１円筒部８１に占める銅の質量比よりも低くすると共に、第２円筒部８２に占める錫の質量比を第１円筒部８１に占める錫の質量比よりも高くしており、さらに、銅に対する錫の質量比を１５％以上にしている。ここでは、鉄を４０質量％、銅を５２質量％、錫を８質量％としている。第２円筒部８２中の錫は、その大半が銅−錫合金の金属組織として存在しており、錫単体の金属組織は殆ど存在しない。また、第２円筒部８２中の銅は、銅−錫合金の金属組織および銅単体の金属組織として存在しているが、銅単体の金属組織は、第１円筒部８１を構成する銅単体の金属組織よりも少ない。

以上の構成を有する軸受部材８は、圧縮成形工程、焼結工程、サイジング工程および含油工程を順に経ることで製造される。以下、各工程の実施態様について詳細に述べる。

［圧縮成形工程］
圧縮成形工程は、軸受部材８を構成する第１円筒部８１および第２円筒部８２の基材である円筒状の圧粉体を得る工程であり、ここでは、図４および図５に示すような、第１円筒部８１の基材である第１圧粉体Ｍ１と、第２円筒部８２の基材である第２圧粉体Ｍ２とが個別に作製される。

第１圧粉体Ｍ１の成形用粉末、および第２圧粉体Ｍ２の成形用粉末は、何れも、金属粉末としての鉄粉、銅粉および錫粉を混合した混合粉末とされ、さらに微量の黒鉛粉末が添加されている。第１圧粉体Ｍ１の成形用粉末における各金属粉末の配合割合は、第１円筒部８１を構成する金属の質量比に倣って、鉄粉：４０質量％、銅粉：５８質量％、錫粉：２質量％としている。また、第２圧粉体Ｍ２の成形用粉末における各金属粉末の配合割合は、第２円筒部８２を構成する金属の質量比に倣って、鉄粉：４０質量％、銅粉：５２質量％、錫粉：８質量％としている。両成形用粉末には、圧粉体の成形性や離型性を高めるための成形助剤（例えば、ステアリン酸亜鉛等の固体潤滑剤）を添加しても良い。

鉄粉としては、還元鉄粉やアトマイズ鉄粉等の公知の鉄粉を使用することができるが、軸受部材８が上記のように含油焼結軸受として使用されることを考慮すると、多孔質（海綿状）で含油性に優れた還元鉄粉を使用するのが好ましい。銅粉としては、焼結金属用として汎用されている銅粉、例えば電解銅粉やアトマイズ銅粉等を使用することができる。また、錫粉としては、アトマイズ錫粉等の公知のものが使用される。

詳細な図示は省略するが、第１圧粉体Ｍ１は、その外周面を成形する円筒状のダイ、その内周面を成形する軸状のコア、およびその両端面を成形する一対の上下パンチを有する成形金型に画成されるキャビティに上記の成形用粉末を充填した後、上下パンチを相対的に接近移動させて成形用粉末を軸方向に圧縮することによって圧縮成形される。但し、第１圧粉体Ｍ１の内周面は凹凸のない平滑な円筒面に成形され、また、第１圧粉体Ｍ１の端面は凹凸のない平滑な平坦面に成形される。要するに、この圧縮成形工程では、ラジアル動圧発生部およびスラスト動圧発生部は型成形されない。

また、第２圧粉体Ｍ２も、その外周面を成形する円筒状のダイ、その内周面を成形する軸状のコア、およびその両端面を成形する一対の上下パンチを有する成形金型に画成されるキャビティに上記の成形用粉末を充填した後、上下パンチを相対的に接近移動させて成形用粉末を軸方向に圧縮することによって圧縮成形される。第２圧粉体Ｍ２の内周面は凹凸のない平滑な円筒面に成形され、第２圧粉体Ｍ２の端面は凹凸のない平滑な平坦面に成形される。第２圧粉体Ｍ２の密度は第１圧粉体Ｍ１の密度と同程度としても構わないが、本実施形態では第２圧粉体Ｍ２を第１圧粉体Ｍ１よりも低密度に成形している。

［焼結工程］
この焼結工程では、まず、図４に示すように、対向二面を接触（圧接）させた状態で第２圧粉体Ｍ２の軸方向両側に第１圧粉体Ｍ１が配置されたアセンブリ１１を作製する。このアセンブリ１１は、三つの圧粉体（第２圧粉体Ｍ２およびその軸方向両側に配置される一対の第１圧粉体Ｍ１。以下同じ。）を上記態様で保持する治具を含む。この治具は、三つの圧粉体を三つの圧粉体の内周に挿入される支持ピン１２と、三つの圧粉体を下方側から支持する支持部材１３と、支持部材１３と協働して三つの圧粉体を互いに圧接させる重錘部材１４とを備える。支持ピン１２の外径寸法は、三つの圧粉体の内周面を拘束可能な寸法（例えば三つの圧粉体の内径寸法と同寸、あるいは僅かに大きい寸法）に設定されている。そのため、三つの圧粉体の内周に支持ピン１２を挿入すると、三つの圧粉体の間での芯出しが行われる。そして、支持ピン１２に外嵌された状態で支持部材１３によって下方側から支持された三つの圧粉体の上側に重錘部材１４を載置するようにして、重錘部材１４を支持ピン１２に固定する。これにより、図４に示すアセンブリ１１が得られる。

なお、アセンブリ１１を構成する治具は、図５に示すように、複数の支持ピン１２が立設された支持部材１３と、支持ピン１２の嵌合孔が複数設けられた重錘部材１４とを備えたもので構成することも可能である。このようにすれば、複数の焼結体を一度に得ることが可能となるので、焼結処理を簡略化することができる。

詳細な図示は省略するが、焼結処理は、上記のアセンブリ１１の状態で焼結炉に投入された圧粉体Ｍ１，Ｍ２を所定条件で加熱することにより行われる。焼結温度は、圧粉体Ｍ１，Ｍ２に含まれる錫の融点（２３１℃）よりも高く、かつ銅の融点（１０８５℃）よりも低くなるように設定され、例えば７５０℃〜９５０℃、好ましくは８００℃〜９００℃に設定される。この温度（温度範囲）は、溶融した錫が銅と接触して合金状態で液相化する温度であり、鉄系焼結体を得る際の一般的な焼結温度（１１００〜１３００℃程度）よりも格段に低い。

焼結工程における焼結時には、まず、第１圧粉体Ｍ１および第２圧粉体Ｍ２に含まれる錫粉が溶融する。錫の融液が銅粉を濡らすと、銅粉の一部が溶融する。また、錫の融液は、鉄粉末の間に入り込んで鉄粉末同士を結合する他、鉄粉末と銅粉末を結合する。以上のような金属粉末の結合は、個々の圧粉体Ｍ１，Ｍ２のうち、隣り合う圧粉体との接触部から離れた領域で生じる他、第１圧粉体Ｍ１と第２圧粉体Ｍ２の接触部でも生じる。これにより、圧粉体Ｍ１，Ｍ２の焼結体である上記の円筒部８１，８２が形成されるのと同時に、円筒部８１，８２同士を結合（焼結結合）してなる結合部が形成される。以上により、一対の第１円筒部８１，８１と、両第１円筒部８１，８１間に介在する第２円筒部８２とが一体的に設けられた軸受素材８’［図６（ａ）参照］が形成される。

なお、軸受素材８’（を構成する第１円筒部８１および第２円筒部８２）のうち、圧粉体Ｍ１，Ｍ２の段階で錫粉が介在していた部分には、錫粉が溶融するのに伴って気孔（比較的径の大きい気孔）が形成される。これにより、多孔質組織内での潤滑油の流通性に優れた軸受部材８を得ることができる。

［サイジング工程］
サイジング工程では、焼結工程で得られた上記の軸受素材８’に対して、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すようなサイジング金型２０を用いてサイジング加工が施される。サイジング金型２０は、同軸に配置されたコア２１、円筒状のダイ２２、および一対の上下パンチ２３，２４を備える。図示は省略しているが、コア２１の外周面２１ａの上下に離間した二箇所には、ラジアル動圧発生部を有するラジアル軸受面Ａの形状に対応した型部が設けられており、また、下パンチ２４の上端面２４ａには、スラスト動圧発生部を有するスラスト軸受面Ｂの形状に対応した型部が設けられている。

上記の構成において、まず、図６（ａ）に示すように、ダイ２２の上端面２２ａに軸受素材８’を起立姿勢で載置してから、コア２１および上パンチ２３を下降させて軸受素材８’の内周にコア２１を挿入する。次いで、図６（ｂ）に示すように、コア２１および上パンチ２３を一体的に下降させることにより、軸受素材８’をダイ２２の内周に圧入（軸受素材８’の外周面を拘束）してから、コア２１および上パンチ２３をさらに下降させ、上パンチ２３および下パンチ２４で軸受素材８’を軸方向に圧縮すると、軸受素材８’が径方向に膨張変形し、軸受素材８’の外周面および内周面がダイ２２の内周面２２ｂおよびコア２１の外周面２１ａにそれぞれ押し付けられる。これにより、軸受素材８’の外周面および内周面が、ダイ２２の内周面２２ｂおよびコア２１の外周面２１ａに倣って変形し、一対の第１円筒部８１の内周面（小径内周面）のそれぞれに、ラジアル動圧発生部を有するラジアル軸受面Ａが成形される。また、軸受素材８’を上下パンチ２３，２４で軸方向に圧縮した際には、軸受素材８’の下端面（下側の第１円筒部８１の下端面）に、スラスト動圧発生部を有するスラスト軸受面Ｂが成形される。以上により、サイジングによって内周面、外周面および両端面が完成品形状に仕上げられた軸受素材８’（軸受部材８）、すなわちサイジングにより成形されたラジアル軸受面Ａおよびスラスト軸受面Ｂを有する軸受部材８が得られる。

［含油工程］
含油工程では、サイジング工程を経て得られた軸受部材８の内部気孔に、例えば真空含浸等の公知の手法により潤滑油を含浸させる。これにより、図２および図３に示す軸受部材８が得られる。

以上で説明したように、本発明の実施形態に係る軸受部材８は、個別に作製した第１円筒部８１の基材である第１圧粉体Ｍ１と第２円筒部８２の基材である第２圧粉体Ｍ２とを軸方向に連ねて配置したアセンブリ１１を加熱・焼結することにより得られ、ラジアル軸受面Ａは、焼結体からなる第１円筒部８１にサイジング加工を施すことによって得られる。この場合、軸受部材８の強度（第１円筒部８１と第２円筒部８２の結合強度）およびラジアル軸受面Ａの寸法・形状精度は、それぞれ、焼結処理の処理条件およびサイジング加工の加工条件に大きく依存することになるので、ラジアル軸受面の成形と部材同士の結合とをサイジング加工でまとめて行っていた従来構成に比べ、必要とされる強度やラジアル軸受面Ａの寸法精度を容易にかつ安定的に確保することができる。

また、第１円筒部８１および第２円筒部８２の双方を、２０〜６０質量％の銅を含有し、かつ鉄組織が銅−錫合金の金属組織を介して結合された銅鉄系の焼結金属で構成し、さらには、第２円筒部８２に占める銅の質量比を第１円筒部８１に占める銅の質量比よりも低くすると共に、第２円筒部に占める錫の質量比を第１円筒部８１に占める錫の質量比よりも高くしている。この場合、第１円筒部８１と第２円筒部８２とを対比すると、第２円筒部８２においては、錫の含有率が第１円筒部８１のそれよりも高い銅−錫合金の金属組織、つまり高強度の金属組織を介して鉄組織同士を結合することができるので、一対の第１円筒部８１を、第１円筒部８１よりも高強度の第２円筒部８２を介して結合することができる。このため、軸受部材８全体の強度が高まる。特に、本実施形態では、第２円筒部８２を、銅に対して１５質量％以上の錫を含む焼結金属で形成しているので、第２円筒部８２自体の強度、さらには第１円筒部８１同士の結合強度（軸受部材８全体の強度）を十分に高めることができる。但し、銅に対する錫の質量比率をあまりに高めると、銅−錫合金の強度・硬度が却って低下する懸念がある。そのため、銅に対する錫の質量比の上限は２０％程度とするのが好ましい。

その一方、第１円筒部８１を銅の質量比率が比較的大きい銅鉄系の焼結金属で形成し、かつ第１円筒部８１に占める銅の質量比を第２円筒部８２に占める銅の質量比よりも高く、また、第１円筒部８１に占める錫の質量比を第２円筒部８２に占める錫の質量比よりも低くしているので、第１円筒部８１の金属組織は、第２円筒部８２の金属組織よりも軟質でかつ摺動性に優れた銅リッチの金属組織となる。これにより、変形容易性を高めて高精度のラジアル軸受面Ａを容易に成形することができる他、支持すべき軸（軸部材２）との摺動性に優れたラジアル軸受面Ａを得ることができるので、軸部材２を精度良く支持することができる。

また、本実施形態では、第２円筒部８２を第１円筒部８１よりも低密度に形成しているので、第２円筒部８２の気孔率が第１円筒部８１の気孔率よりも高くなっている。そのため、本実施形態のように軸受部材８を含油軸受として使用する場合には、第２円筒部８２で多くの潤滑油を保持することができる。また、第１円筒部８１の内部気孔と第２円筒部８２の内部気孔は互いに連通しているので、軸受部材８の内部気孔に含浸させた潤滑油を第１円筒部８１と第２円筒部８２の間で行き来させることが（第２円筒部８２の内部気孔で保持した潤滑油を第１円筒部８１に補充することが）できる。従って、流体動圧軸受装置１の運転時（軸部材２の回転時）にラジアル軸受隙間で必要とされる潤滑油の量が不足することに起因する軸受性能の低下や、潤滑油の特性変化に起因した軸受性能の低下を効果的に防止することができる。

以上で説明したような作用効果が相俟って、本発明に係る軸受部材８であれば、これを軸方向に長寸化（二つのラジアル軸受面Ａの離間距離を拡大）する必要がある場合でも、必要とされる強度や各ラジアル軸受面Ａの寸法・形状精度を確保することができる。従って、軸部材２を長期間に亘って精度良く支持することができる流体動圧軸受装置１を実現することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る軸受部材８、およびこれを備えた流体動圧軸受装置１について説明を行ったが、軸受部材８には本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。

例えば、以上で説明した軸受部材８は、第１円筒部８１と第２円筒部８２の内径寸法が同寸であると共に、第１円筒部８１と第２円筒部８２の外径寸法が同寸であるが、図７に示すように、第２円筒部８２の内径寸法を第１円筒部８１の内径寸法よりも大きくしても良い。このような軸受部材８を図２に示す流体動圧軸受装置１に組み込んだ場合には、軸受部材８の第２円筒部８２の内周面と軸部材２の外周面２ａ１との間にいわゆる中逃げ部を形成することができるので、軸部材２の回転トルク、ひいてはモータの消費電力を低減することができる。係る構成の軸受部材８を採用する場合、第１円筒部８１と第２円筒部８２の間で必要とされる同軸度を確保する観点から、第１円筒部８１の外径寸法と第２円筒部８２の外径寸法は同寸に設定する。このようにすれば、両円筒部８１，８２の外周面を基準として両円筒部８１，８２間での芯出しがなされた軸受部材８を得ることができる。

図７に示す軸受部材８の製造過程に含まれる焼結工程では、図８に示すように、第１円筒部８１の基材である第１圧粉体Ｍ１の外周面と、第２円筒部８２の基材である第２圧粉体Ｍ２の外周面とをまとめて拘束し得るようなアセンブリ１１を作製する。つまり、このアセンブリ１１を得るための治具は、図４に示すものに加えて、両圧粉体Ｍ１，Ｍ２の外周面をまとめて拘束可能な外周拘束部材１５を備えている。これにより、第１圧粉体Ｍ１および第２圧粉体Ｍ２の外周面を基準として両圧粉体Ｍ１，Ｍ２間での芯出しがなされた状態で両圧粉体Ｍ１，Ｍ２を焼結することができるので、第１円筒部８１と第２円筒部８２の間に必要とされる同軸度に大きな狂いが生じるのを防止することができる。

また、軸受部材８は、図９に示すように、第２円筒部８２の外径寸法が第１円筒部８１の外径寸法よりも小さく設定されたものとすることもできる。このような軸受部材８を図２に示す流体動圧軸受装置１に組み込んだ場合には、軸受部材８の第２円筒部８２の外周面とハウジング７の筒部７ａの内周面２ａ１との間に、油溜りとして機能する円筒状空間を画成することができる。このようにすれば、流体動圧軸受装置１の内部空間により多くの潤滑油を介在させることができるので、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間や、スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２のスラスト軸受隙間での油量不足に起因した軸受性能の低下を防止する上で有利となる。

なお、図９に示す軸受部材８は、図３等に示す軸受部材８と同様に、第１円筒部８１（に設けられるラジアル軸受面Ａ）の内径寸法と第２円筒部８２の内径寸法とを同寸にしている。これにより、両円筒部８１，８２の内周面を基準として両円筒部８１，８２間での芯出しを行うことができる。

以上で説明した実施形態では、軸受部材８を構成する第１円筒部８１および第２円筒部８２に含めるべき低融点物質として錫を採用したが、ラジアル軸受面Ａを精度良く成形可能としつつ、軸受部材８の高強度化を達成するという本発明による作用効果は、上記低融点物質として亜鉛（Ｚｎ）やリン（Ｐ）を採用した場合にも同様に享受することができる。但し、銅との相性（銅に対する濡れ性）や単体での取り扱い性を考慮すると、上述した錫の方が好ましい。

また、以上で説明した軸受部材８においては、ラジアル軸受面Ａにラジアル動圧発生部を設けているが、本発明は、ラジアル軸受面Ａが平滑な円筒面に形成された軸受部材８、すなわちラジアル動圧発生部を有さない軸受部材８にも適用可能である。また、以上で説明した軸受部材８は、その下端面（下側の第１円筒部８１の下端面）８ｂにスラスト軸受面Ｂを有しているが、軸受部材８の下端面８ｂにはスラスト軸受面Ｂが設けられない場合もある。つまり、流体動圧軸受装置１のスラスト軸受部が、軸部材２を接触支持する、いわゆるピボット軸受で構成される場合には、軸受部材８にスラスト軸受面Ｂは設けられない。

また、以上で説明した流体動圧軸受装置１においては軸受部材８を静止側としたが、軸受部材８は、流体動圧軸受装置１の回転側を構成する場合もある。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材（支持すべき軸）
７ ハウジング
８ 軸受部材
２０ サイジング金型
２１ コア
８１ 第１円筒部
８２ 第２円筒部
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ スラスト軸受面
Ｍ１ 第１圧粉体
Ｍ２ 第２圧粉体
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (8)

1. 円筒状の焼結体からなり、内周面の軸方向に離間した二箇所にサイジングにより成形されたラジアル軸受面を有する軸受部材であって、
   前記焼結体は、それぞれが前記ラジアル軸受面を有する一対の第１円筒部と、両第１円筒部の間に介在し、両第１円筒部と軸方向に接触した状態で両第１円筒部と共に焼結された第２円筒部とを備え、
   前記第１円筒部および前記第２円筒部は、何れも、２０〜６０質量％の銅を含有し、かつ鉄組織が、銅および銅よりも低融点の物質の合金組織を介して結合された銅鉄系の焼結金属からなり、
   前記第２円筒部に占める銅の質量比を前記第１円筒部に占める銅の質量比よりも低くすると共に、前記第２円筒部に占める前記低融点物質の質量比を前記第１円筒部に占める前記低融点物質の質量比よりも高くしたことを特徴とする軸受部材。
2. 前記低融点物質が錫であり、前記第２円筒部は、銅に対して１５質量％以上の錫を含んでいる請求項１に記載の軸受部材。
3. 前記第２円筒部の気孔率を前記第１円筒部の気孔率よりも高くした請求項１又は２に記載の軸受部材。
4. 前記第１円筒部の内部気孔と前記第２円筒部の内部気孔が互いに連通している請求項１〜３の何れか一項に記載の軸受部材。
5. 前記第２円筒部の内径寸法を前記第１円筒部の内径寸法よりも大きくし、前記第２円筒部の外径寸法と前記第１円筒部の外径寸法とを同寸にした請求項１〜４の何れか一項に記載の軸受部材。
6. 前記第２円筒部の外径寸法を前記第１円筒部の外径寸法よりも小さくし、前記第２円筒部の内径寸法と前記第１円筒部の内径寸法とを同寸にした請求項１〜４の何れか一項に記載の軸受部材。
7. 前記第１円筒部および前記第２円筒部の内部気孔に潤滑油を含浸させてなる請求項１〜６の何れか一項に記載の軸受部材。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の軸受部材と、該軸受部材を内周に保持したハウジングとを備える流体動圧軸受装置。

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