JP3483780B2 - メタル軸受およびその製造方法 - Google Patents

メタル軸受およびその製造方法

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    • Y10T29/49639—Fluid bearing

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転型用モー
タのメタル軸受およびその製造方法に関し、特に軸受の
内径面に構成する各種の軸受特性改良のための溝の形成
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＯＡ・ＶＡなどのデジタルディス
クを媒体とした音響映像装置や、コンピュータメモリ装
置のディスク駆動に用いられる高速回転型用モータの軸
受として要求される性能として、低振動，高剛性，低摩
擦で長寿命、の要求を低価格で可能にするものが求めら
れてきた。そのため、中心にメタル軸受を持つモータで
回転軸と微少空間を持ち、対向するメタル軸受の内径面
との間に介在する潤滑油が、軸の回転に伴って周方向に
発生する流れを、径方向の流れに変換させ、回転軸の剛
性向上を図った軸受、所謂動圧軸受が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の動圧軸
受の製法は、軸やメタル軸受のどちらか片方にエッチン
グや切削加工により溝を構成するため、加工が複雑にな
り高価なものとなり、軸受性能は良くても低価格なモー
タには使用出来なかった。
【０００４】本発明は、このような問題に鑑みなされた
もので、低振動・低騒音・高回転精度で滑らかな動きを
する制御性の良い高品質の軸受を、安定して短時間でし
かも低価格で、提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のメタル軸受の溝形成方法は、中心にメタル
軸受を持つ回転電動機で、回転軸と微少空間を持ち対向
するメタル軸受の内径面との間に介在する潤滑油が、軸
の回転に伴って周方向に発生する流れを、径方向の流れ
に変換させ、回転軸の剛性向上を図った動圧軸受におい
て、動圧発生用溝を該メタル軸受の内径面に形成するた
め、所望の溝形状を外形に設けたマンドレルを該メタル
軸受の内径に挿入し、該メタル軸受の外径を絞り、該メ
タルの内径面に凸状または凹状の前記動圧発生用溝を形
成したことを特徴とする。
【０００６】また、本発明の方法は軸受の溝形成加工に
おいて、軸受の外径をＤ、軸受の内径をｄ、絞り用治具
の内径をＡ、軸受の内径に挿入するマンドレルの径をＢ
としたとき、夫々の関系をＤ＞Ａ，ｄ＞Ｂとして、（Ｄ
−Ａ）／Ｄ＝０．００５〜０．０３５，（ｄ−Ｂ）／ｄ
≦０．００５に設定したことを特徴とする。
【０００７】また、本発明の方法は軸受の外径をＤ、軸
受を保持するハウジング内径をＣとしたとき、夫々の関
系をＣ＜Ｄとして、（Ｄ−Ｃ）／Ｄ＝０．００５〜０．
０３５の範囲に設定しメタル軸受の内径には該マンドレ
ルを挿入して、メタル軸受のハウジング挿入と同時に絞
り加工を行ない、メタル軸受の内径面に前記動圧発生用
溝を設けた事を特徴とする。
【０００８】また、本発明の方法はメタル軸受の内径に
設けた凸部の高さを０．００１〜０．００５ｍｍの範囲
としたことを特徴とする。
【０００９】また、本発明の方法は前記軸受の内径面加
工に用いる前記マンドレルを、径方向には固定しないで
フリーとし、軸方向のみの固定としたことを特徴とす
る。
【００１０】また、本発明は上記方法により形成された
メタル軸受であり、該メタル軸受を２個用いるか２個を
一体化し、前記動圧発生用溝を２段以上とする軸受にお
いて、夫々の溝を持つ軸受内径に０．０１ｍｍ以上の違
いを持たせたことを特徴とし、また前記軸受の材質を焼
結合金としたことを特徴とし、また前記軸受の内径面に
構成する動圧発生用溝形状を１段乃至複数段としたこと
を特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明はメタル軸受の内径より若
干小さな外径寸法としたマンドレルの外径面に所望形状
（へリングボーン状、縦状、スパイラル状等）の溝を設
け、それをメタル軸受の内径に挿入し、メタル軸受の外
径より若干小さくした内径を持つ絞り用治具又はハウジ
ングにメタル軸受を挿入してメタル軸受の外径を絞り込
む事により、メタルを塑性変形させてメタル軸受の内径
面に所望の溝を得る。ここで各部品の寸法関系は、軸受
の外径をＤ、軸受の内径をｄ、絞り用治具の内径並びに
ハウジングの内径をＡ、軸受の内径に挿入するマンドレ
ルの径をＢとした時、夫々の関系をＤ＞Ａ，ｄ＞Ｂとし
て、（Ｄ−Ａ）／Ｄ＝０．００５〜０．０３５，（ｄ−
Ｂ）／ｄ≦０．００５の範囲に設定する。以上の方法に
より軸受の高性化の為の溝が簡単に安定して形成する事
が出来、結果として高性能な軸受を安価に提供する事が
出来ることとなる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
【００１３】図１は本発明に係わるＣＤ−ＲＯＭ用アウ
ターロータ型ブラシレスＤＣモータの断面図である。
【００１４】図中１はモータのベースを兼ねた回路板を
示す。２は軟磁性鋼板を積層して構成した外周に突極を
有するステータヨークを示す。３はステータヨーク２に
マグネットワイヤーを巻回して構成した駆動コイルを示
し、図示していないが周方向で複数個が存在する。２３
はステータヨーク２の突極と空隙をもって対向するロー
タ磁石を示し、ロータ磁石２３はカップ状のロータヨー
ク２２に固定されている。又、ロータヨーク２２のカッ
プ面には光ディスクを受けるためのクランプ用吸着マグ
ネット２１を持つターンテーブル４が固定され、その中
心には回転中心となるシャフト５が配されている。１０
は内径面に動圧発生用のへリングボーン状の溝を持つメ
タル軸受を示し、６は２つのメタル軸受１０の間隔を決
めると同時に潤滑油を保持するカラーを示す。７はメタ
ル軸受１０を保持するハウジングを示す。８はターンテ
ーブルの抜けを防止するワッシャーを示し、９はターン
テーブルを軸方向で保持するための樹脂板を示す。
【００１５】図２はメタル軸受の軸方向断面図であり、
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ変形例を示す。図２
（ａ）は図１に使用されるメタル軸受１０を示し、図２
（ｂ）はメタル軸受の変形例で図１で使用したメタル軸
受１０を２個一体化し１つにまとめた物であり、溝の形
成は、マンドレル１２がメタル１０の上下から入り、メ
タル外径を絞り加工した後夫々出たところに戻る。この
ように一度にメタル１０の溝形成を行なう為、同軸度が
高精度に維持出来軸受の安定化に繋がる。
【００１６】図２（ｃ）はメタル軸受１０の溝形成後マ
ンドレル１２の引抜きで、形成した溝を傷つける事が無
いように、軸径を長さ方向で違えて、溝形成をマンドレ
ル１２の一回の挿入、絞り加工で行なえるようにしたも
のである。そのため、マンドレル１２の出し入れが一方
向からだけで行なえることとなり、絞り装置の簡素化が
図れ、精度の維持が容易となり、メタル軸受１０の同軸
度が更に向上する結果となる。又、同時に作業効率も向
上する。
【００１７】図３は円筒型焼結合金でできたメタル軸受
１０の内周面に溝を形成させるためのマンドレル１２で
あり、その外周面に各種形状の溝２５を備えている。図
３（ａ）はへリングボーン状マンドレル、図３（ｂ）は
２段式マンドレル、図３（ｃ）は縦状マンドレル、図３
（ｄ）はスパイラル状マンドレルを示す。
【００１８】図４はメタル軸受１０の内径面に溝を形成
するための加工概念図である。左半分にメタル１０のセ
ット状態を示し、右半分にメタル軸受１０絞り加工状態
を示す。
【００１９】ここで、メタル軸受１０への溝形成方法を
凸形状のへリングボーン溝を例にし説明する。メタル軸
受１０をマンドレル１２を中心に持つ軸受ガイド１６に
セットし、案内用のテーパ部を持った絞り用リング１７
に、初めにマンドレル１２を挿入し、次に軸受ガイド１
６を挿入して行くと、メタル軸受１０の外径が絞られて
内径面がマンドレル１２と接すると同時に溝と対向する
部分は溝に入り込み動圧発生用の凸形状のへリングボー
ン溝１９を形成する。
【００２０】次に溝の形成完了後はメタル軸受１０がノ
ックアウト用ガイド１５により絞り用リング１７から押
し出される。するとメタル軸受の外径からの絞り圧が開
放され、内径も若干広がりマンドレル１２がスムースに
抜ける。
【００２１】ここで、マンドレル１２に設ける溝２５
は、放電加工、切削加工並びにエッチング等の加工方法
で加工しその深さは、溝の仕上げ寸法より大きければ深
すぎても問題はない。これは、メタル軸受１０への溝１
９の形成方法が体積移動による方法のため、各部品の設
定条件がメタル軸受１０の外径をＤ、内径をｄ、絞り用
リング１７の内径をＡ、メタル軸受１０の内径に挿入す
るマンドレル１２の外径をＢとした時、夫々の関系をＤ
＞Ａ，ｄ＞Ｂとして、（Ｄ−Ａ）／Ｄ＝０．００５〜
０．０３５，（ｄ−Ｂ）／ｄ≦０．００５の範囲に設定
されていればよい。又、絞りリング１７をハウジング７
に置換えれば、軸受の組立と同時に動圧発生用溝１９を
構成でき、作業性を向上できる。
【００２２】こうする事により形成された溝の高さは、
０．００１〜０．００５ｍｍの範囲に入り、動圧軸受と
しての機能を発揮する。尚、メタル軸受を２個用いる
か、２個を一体化して、２段（２列）以上の溝を持つ場
合には、夫々の溝を持つ軸受の径を溝の高さ以上（０．
０１０ｍｍ以上）違えておけば、一方向からの作業に出
来同軸度と作業性が更に向上する。
【００２３】図５はメタル軸受１０の内径面に溝を形成
した後の斜視図で、内周面にへリングボーン状の凸状の
動圧発生用溝１９が見える。
【００２４】図６は、メタル軸受１０の溝深さとモータ
の電流値の関係を示すグラフで、溝深さ１μｍ〜５μｍ
の範囲が電流が少なくなって、効率が良いことが解る。
【００２５】図７は、外周のしめしろ即ち、（ｄ−Ｂ）
／ｄ≦０．００５の範囲としてしめしろ比率即ち（Ｄ−
Ａ）／Ｄの値とメタル軸受１０の溝深さとの関係を示す
クラフである。
【００２６】図６で、電流値の少なくなる溝深さ１μｍ
〜５μｍの範囲がしめしろ比率即ち（Ｄ−Ａ）／Ｄ＝
０．００５〜０．０３５の範囲に入る事が解る。このよ
うにすれば簡単に効率の良い軸受を構成することが可能
となる。
【００２７】
【発明の効果】本発明のメタル軸受の溝形成方法は、動
圧発生用溝をメタル軸受の内径面に形成するため、所望
の溝形状を外形に設けたマンドレルを該メタル軸受の内
径に挿入し、該メタル軸受の外径を絞り、該メタルの内
径面に凸状または凹状の前記動圧発生用溝を形成するよ
うにしたので、次のような極めて優れた効果が得られ
る。
【００２８】従来の動圧流体軸受の製造方法では、エッ
チングや切削加工により溝を円筒型焼結合金へ直接成形
する為に高価な製造設備が必要であり、又軸受を製造す
る工程数が多く低価格な軸受が提供できなかったが、本
発明によれば、短時間でしかも低価格、低振動・低騒音
・高回転精度で滑らかな動きのをする制御性の良い、高
品質の軸受を提供出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＣＤ−ＲＯＭ用アウターロータ
型ブラシレスＤＣモータの断面図である。
【図２】メタル軸受の軸方向断面図であり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ変形例を示す。
【図３】円筒型焼結合金の内周面に溝を形成させるため
のマンドレルであり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
はそれぞれ変形例を示す。
【図４】メタル軸受の内径面に溝を形成するための加工
概念図である。
【図５】メタル軸受の内径面に溝を形成した後の斜視図
である。
【図６】メタル軸受の溝深さとモータの電流値の関係を
示すグラフである。
【図７】外周しめしろ比率（（Ｄ−Ａ）／Ｄ）と溝深さ
との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 回路板 ２ ステータヨーク ３ 駆動コイル ４ ターンテーブル ５ シャフト ６ カラー ７ ハウジング ８ ワッシャー ９ 樹脂板 １０ メタル軸受 １２ マンドレル １５ ノックアウト用ガイド １７ 絞り用リング １８ 受台 １９ 溝 ２１ 吸着マグネット ２２ ロータヨーク ２３ ロータ磁石 ２５ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 7/08 Ｈ０２Ｋ 7/08 Ａ (56)参考文献 特開 平10−306827（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−294458（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−218123（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2322915（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00 F16C 17/00 - 17/26 F16C 33/00 - 33/28

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中心にメタル軸受を有する回転電動機の
    メタル軸受であって、回転軸と微小空間を持ち、前記回
    転軸と対向するメタル軸受の内径面との間に介在する潤
    滑油が、軸の回転に伴って周方向に発生する流れを径方
    向の流れに変換させ、回転軸の剛性向上を図る動圧発生
    用溝を有する動圧軸受において、前記動圧発生用溝を該
    メタル軸受の内径面に形成するため、所望の溝形状を外
    形に設けたマンドレルを該メタル軸受の内径の所定位置
    に挿入した後に、該メタル軸受を、テーパ部を有する絞
    り用治具の内面を移動させることによって該メタル軸受
    の外径を絞り、該メタル軸受の内径面に凸状の前記動圧
    発生用溝を形成することを特徴とするメタル軸受の溝形
    成方法。
  2. 【請求項２】 前記絞り用治具の内径をＡ、軸受の内径
    に挿入するマンドレルの外径をＢ、軸受の外径をＤ、軸
    受の内径をｄとしたとき、それぞれの関係を、Ｄ＞Ａ、
    ｄ＞Ｂとして、（Ｄ−Ａ）／Ｄ＝０．００５〜０．０３
    ５、（ｄ−Ｂ）／ｄ＜＝０．００５に設定したことを特
    徴とする請求項１に記載のメタル軸受の溝形成方法。
  3. 【請求項３】 軸受の外径をＤ、軸受を保持するハウジ
    ング内径をＣとしたとき、夫々の関係をＣ＜Ｄとして、
    （Ｄ−Ｃ）／Ｄ＝０．００５〜０．０３５の範囲に設定
    しメタル軸受の内径には該マンドレルを挿入して、メタ
    ル軸受のハウジング挿入と同時に絞り加工を行ない、メ
    タル軸受の内径面に前記動圧発生用溝を設けたことを特
    徴とする請求項１に記載のメタル軸受の溝形成方法。
  4. 【請求項４】 メタル軸受の内径に設けた凸部の高さを
    ０．００１〜０．００５ｍｍの範囲としたことを特徴と
    する請求項１に記載のメタル軸受の溝形成方法。
  5. 【請求項５】 中心にメタル軸受を持つ回転電動機のメ
    タル軸受であって、回転軸と微小空間を持ち、前記回転
    軸と対向するメタル軸受の内径面との間に介在する潤滑
    油が、軸の回転に伴って周方向に発生する流れを径方向
    の流れに変換させ、回転軸の剛性向上を図る動圧発生用
    溝を有する動圧軸受において、前記動圧発生用溝を該メ
    タル軸受の内径面に形成するため、所望の溝形状を外形
    に設けたマンドレルを該メタル軸受の内径の所定位置に
    挿入した後に、該メタル軸受を 、テーパ部を有する絞り
    用治具の内面を移動させることによって該メタル軸受の
    外径を絞り、該メタル軸受の内径面に凹状の前記動圧発
    生用溝を形成することを特徴とするメタル軸受の溝形成
    方法。
  6. 【請求項６】 前記軸受の内径面加工に用いる前記マン
    ドレルを、径方向には固定しないでフリーとして、軸方
    向のみの固定としたことを特徴とする請求項１〜５のい
    ずれか１項に記載のメタル軸受の溝形成方法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方
    法により形成されたことを特徴とするメタル軸受。
  8. 【請求項８】 該メタル軸受を２個用いるか２個を一体
    化し、前記動圧発生用溝を２段以上とする軸受におい
    て、夫々の溝を持つ軸受内径で０．０１ｍｍ以上の違い
    を持たせたことを特徴とする請求項７に記載のメタル軸
    受。
  9. 【請求項９】 前記軸受の材質を燒結合金としたことを
    特徴とする請求項７に記載のメタル軸受。
  10. 【請求項１０】 前記軸受の内径面に構成する動圧発生
    用溝形状を１段乃至複数段としたことを特徴とする請求
    項７に記載のメタル軸受。
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