JP3602319B2 - 動圧型多孔質含油軸受の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結金属からなる軸受本体の内周面に、動圧溝を有する軸受面を成形するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ＲＡＭ）、ハードディスク、レーザビームプリンタ等の情報機器関連の小型スピンドルモータでは、回転性能のより一層の向上や低コスト化が求められており、そのための手段として、スピンドルの軸受を転がり軸受から上記焼結含油軸受に置き換えることが検討されている。
【０００３】
この種の焼結含油軸受としては、一般に真円軸受（軸受面の全領域が平坦な円筒面である焼結含油軸受）が用いられており、その製造工程においては、円筒状の軸受本体を焼結した後、所要の寸法を得るための二次加工（サイジング）が行われる。
【０００４】
図６に真円軸受におけるサイジング工程の一例を示す。サイジング装置は、軸状のコアロッド２１、ダイ２３、上下のパンチ２４・２５、上パンチ２４を加圧する上ラム２６、および下パンチ２５を駆動する駆動手段（図示せず）とで構成される。コアロッド２１の上端は上ラム２６に係止されており、そのためにコアロッド２１と上ラム２６とは一体となって移動可能である。焼結材２２は、先ずダイ２３上の所定位置に配置され（工程１）、次に上ラム２６の降下により内径部にコアロッド２１を挿入した上で（工程２）、上パンチ２６に加圧されてダイ２３の内部に圧入される（工程３、４）。ダイ２３に圧入された焼結材２２は、その軸方向両側を上下のパンチ２４、２５で拘束した状態で、その外周面がダイ２３により、その内周面がコアロッド２１によりそれぞれ成形（サイジング）される。サイジングの終了後は、先ず上ラム２６を上昇させてコアロッド２１を焼結材２２の内径部から抜き（工程５、６）、次に下パンチ２５で焼結材２２を押し上げてダイ２３から焼結材２２（軸受本体）を取り出すようにしている（工程７、８）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
真円軸受は、軸の偏心が小さいところでは不安定な振動が発生しやすく、回転速度の１／２の速度で振れ回るいわゆるホワールが発生しやすい。そのため、軸受本体内周面の軸受面にへリングボーン型やスパイラル型の動圧溝を設け、軸の回転に伴う動圧作用により軸受隙間に動圧油膜を形成して軸を浮上支持することにより、ホワール等の不安定振動の問題を解消する試みが従来よりなされている（動圧型多孔質含油軸受）。
【０００６】
この種の動圧型多孔質含油軸受における、動圧溝を有する軸受面の形成方法としては、圧縮成形が考えられる。すなわち、例えば上記サイジング工程において、コアロッド２１の外周面に、動圧溝を有する軸受面の形状に対応した凹凸形状の型を有する成形部を形成し、焼結材２２を、その内径側にコアロッド２１を配置した状態でダイ２３に圧入し、焼結材２２をダイ２３内で圧迫して焼結材２２の内周面をコアロッド２１の成形部に加圧し、当該内周面に成形部の形状を転写するのである。
【０００７】
しかし、従来のサイジング工程では、上述のように焼結材の脱型に際し、先ずコアロッド２１を抜き（この時、成形後の焼結材２２はダイ２３内に残っている）、その後下パンチ２４で焼結材をダイ２３外に押し出すようにしているため、脱型時に焼結材２２の内径部に形成された動圧溝がコアロッド２１の抜き取りと同時に崩れてしまう問題がある。
【０００８】
この場合、コアロッド２１の抜き（上昇）と同時に下パンチ２５を上昇させれば、焼結材とコアロッドの位置関係が保持され、動圧溝の崩れを防止することができるが、この時の上昇タイミングはコアロッド側と下パンチ側とで完全に一致させる必要があり、その実現は極めて難しく、仮にできたとしても機構的にかなり大型で複雑なものとなる。
【０００９】
そこで、本発明は、簡単な構造で、動圧溝成形後の軸受本体（焼結金属素材）を、動圧溝を崩すことなくスムーズに脱型することのできる動圧型多孔質含油軸受の製造方法および製造装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、焼結金属からなる円筒状の軸受本体の内周面に傾斜状の動圧溝を有する軸受面を形成し、この軸受本体に潤滑油または潤滑グリースを含浸させてなる動圧型多孔質含油軸受の製造方法であって、
上記軸受面の形状に対応した形状の成形部を有するコアロッドを円筒状の焼結金属素材の内周面に挿入し、焼結金属素材を、その軸方向両側を一対のパンチで拘束してコアロッドの成形部との位置関係を保持しながらダイに圧入して圧迫し、この時の圧迫力で焼結金属素材の内周面をコアロッドの成形部に加圧して、当該内周面にコアロッドの成形部に対応した形状の動圧溝を有する軸受面を成形した後、焼結金属素材を、コアロッドとの位置関係を保持しながら当該コアロッドと共にダイから取り出すようにしたものである。
【００１１】
この場合、焼結金属素材の内周面に軸受面を成形した後、一方のパンチを駆動してダイから抜くと共に、コアロッドおよび他方のパンチを同期駆動し、他方のパンチで焼結金属素材を押し込んで当該焼結金属素材をダイから取り出すようにする。
【００１２】
この時、コアロッドを駆動する駆動装置に対するコアロッドの軸方向の遅れを所定範囲内で許容しつつ、その範囲内で駆動装置と他方のパンチとを同期駆動することにより、焼結金属素材をダイから取り出すようにするのがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図５に基いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明を適用した成形装置（サイジング装置）を示すものである。この装置は、図６に示す従来装置と同様に、軸受本体２の内周面を成形するコアロッド１と、軸受本体２の外周面を成形するダイ３と、軸受本体２の軸方向両側を拘束する一対のパンチ４、５と、コアロッド１および上パンチ４を駆動する駆動装置となる上ラム６とを具備する。
【００１５】
コアロッド１の外周面１ａの軸方向２箇所には、動圧型多孔質含油軸受の軸受本体２（図５参照）の内周面２ａに軸受面２ｂを形成するための成形部１ｂが軸方向に離隔して形成される。この成形部１ｂは、図２に示すように、軸受面２ｂにおける動圧溝２ｂ１の形成領域を成形する第１領域１ｂ１と、軸受面２ｂにおける動圧溝２ｂ１以外の領域、すなわち動圧溝２ｂ１間の背の部分２ｂ２および軸受面２ｂの軸方向中間部の環状平滑部２ｂ３を成形する第２領域１ｂ２とで構成される。第１領域１ｂ１は、軸受面２ｂの動圧溝パターンに対応させて形成され、図面ではいわゆるへリングボーン型の動圧溝２ｂ１に対応させた場合を例示している。第２領域１ｂ２は、第１領域１ｂ１に対して所定量だけ凹み、その凹み量は動圧溝２ｂ１の深さにほぼ等しく、例えば２〜４μｍである。動圧溝２ｂ１の形状は、軸方向に対して傾斜したものである限り任意であり、スパイラル型等の他の傾斜溝とする場合には、第１領域１ｂ１を当該溝形状に対応した形状に形成する。コアロッド１に設ける成形部１ｂの数は図示のような２つに限定されず、軸受本体２に形成する軸受面２ｂの数に合わせて１つもしくは３つ以上とすることができる。なお、図２では成形部１ｂの凹凸をかなり誇張して描いている。
【００１６】
上ラム６には、軸方向長さを軸受本体２のそれよりも長くした空間６ａ（収容部）が形成される。この収容部６ａには、コアロッド１の上端に形成されたフランジ部１ｃが軸方向に摺動自在に収容され、これによってコアロッド１と上ラム６との間に軸方向の相対変位が許容されている。フランジ部１ｃの下面と収容部６ａの下面との間には、コイルスプリング等の弾性部材７が圧縮状態で介装され、コアロッド１は弾性部材７によって図面上方、すなわちダイ３から離隔する方向に常時弾圧されている。軸受本体２の成形前の待機時（図４の工程１）には、弾性部材７の弾圧力によりフランジ部１ｃが収容部６ａの上面に当接するので、コアロッド１の位置出しがなされる。
【００１７】
以下、上記成形装置における動圧溝の成形工程を図４に基いて説明する。
【００１８】
先ず、ダイ３上に、予め厚肉円筒状に成形された焼結材２’（図３参照）をコアロッド１、および上下のパンチ４、５と同軸にして配置する（工程１）。この時、コアロッド１、上パンチ４、およびラム６は上位置（待機位置）にある。一方、下パンチ５はダイ３に摺動自在に挿入され、ダイ３の成形孔の上端で待機して焼結金属素材２’の下面を受ける。
【００１９】
この時、焼結材２’の外径は、ダイ２３の内径よりも圧入代分だけ大きく、内径はコアロッド１の内径よりも僅かに大きくする。図面では、内周面２ａおよび外周面２ｃをストレート面とした焼結材２’を例示しているが、外周面２ｃは一部に大径部を有する段違い面としてもよい。焼結材２’は、銅系あるいは鉄系、またはその双方を主成分とする焼結金属で、望ましくは銅を２０〜９５ｗｔ％使用して形成される。
【００２０】
次に、油圧機構等よりなる駆動装置を起動して上ラム６を前進（降下）させる。これにより、先ずコアロッド１の先端部が焼結材２’の内径部に挿入され（工程２）、これに遅れて上ラム６に加圧された上パンチ４が降下し、焼結材２’の上面に当接する（工程３）。上ラム６がさらに降下すると、焼結材２’は上下のパンチで軸方向両側から拘束された状態でダイ３に圧入される（工程４）。この時、下パンチ５は上ラム６と同期して降下する。ダイ３への圧入に伴って、焼結材２’はダイ３および上下のパンチ４、５から圧迫力を受け、その上下端部が内径側に肉移動してそれぞれ対向する成形部１ｂに押付けられる。これにより、成形部１ｂの形状が焼結材２’の内周面の上下端部に転写され、成形部１ｂの第１領域１ｂ１で動圧溝２ｂ１が、第２領域１ｂ２で背の部分２ｂ２および平滑部２ｂ３が同時形成される。
【００２１】
次いで、上ラム６を後退（上昇）させる（工程５）。この時、上パンチ４は適当な追従手段によって上ラム６の上昇動に追従させる。コアロッド１は弾性部材７を介してラム６に弾性支持されており、上ラム６の上昇に伴って弾性部材７が圧縮されるため、コアロッド１は上ラム６に追従することなく、前工程（工程４）の位置で静止して焼結材２’との間の位置関係を保持する。この時、弾性部材７の弾性率が大きすぎると、弾性部材７が圧縮されず、コアロッド１が上ラム６に追従上昇して動圧溝を崩すことになり、一方弾性係数が小さすぎると待機状態（工程１）においてコアロッド１の位置出しが不正確となるので、弾性部材７の弾性率はこれらを勘案して決定される。
【００２２】
上ラム６の上昇と同期させて、例えばカム機構等よりなる駆動装置により下パンチ５を前進（上昇）させ、焼結材２’をダイ３から押し出す（工程６）。この時、仮に下パンチ５の上昇が上ラム６の上昇に遅れて開始されても、上ラム６に対するコアロッド１の遅れが許容される間、すなわち弾性部材７が圧縮限界に達するより以前であれば、その時間差が弾性部材７によって吸収されるため、動圧溝が崩れることはない。また、下パンチ５の前進速度と上ラム６の後退速度とに多少のずれがある場合でも、弾性部材７の弾性変形によってその速度差が吸収されるので、上記速度差に基く動圧溝の崩れも防止することができる。
【００２３】
焼結材２’がダイ３から押し出された後、上パンチ４の上ラム６に対する追従関係を切り、上ラム６を継続して上昇させつつ上パンチ４を停止させると、焼結材２’の上端が上パンチ４の下端に当接する（工程７）。その後、さらに上ラム６を上昇させれば、焼結材２’がコアロッド１から抜け落ちて図５に示す軸受本体２が取り出される（工程８）。焼結材２’は、ダイ３の外部に押し出されると同時にスプリングバックし、その内径が僅かに拡大しているので、コアロッド１から抜き取られる際に、動圧溝が成形部１ｂの第１領域１ｂ１と干渉して崩れることはない。なお、図面では、ダイ３から押し出された焼結材２’がコアロッド１との間の摩擦力によってコアロッド１と共に上昇する場合を例示しているが、焼結材２’のスプリングバック量が動圧溝深さよりもかなり大きい場合は、焼結材２’はダイ３外に押し出されると同時にコアロッド１から滑り落ちて脱落する。
【００２４】
このようにして取り出された軸受本体２を、洗浄・乾燥した後、これに潤滑油や潤滑グリースを含浸させれば、内周面に動圧溝を有する動圧型焼結含油軸受が製造される。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明方法によれば、焼結金属素材を、コアロッドとの位置関係を保持しながら当該コアロッドと共にダイから取り出すようにしているので、焼結金属素材とコアロッドとを同期させ、両者間の位置ずれを防止して動圧溝の崩れを確実に回避することができる。
【００２６】
また、焼結金属素材の内周面に軸受面を成形した後、一方のパンチを駆動してダイから抜くと共に、コアロッドおよび他方のパンチを同期駆動し、他方のパンチで焼結金属素材を押し込んで当該焼結金属素材をダイから取り出すようにし、さらに、コアロッドを駆動する駆動装置に対するコアロッドの軸方向の遅れを所定範囲内で許容しつつ、その範囲内で駆動装置と他方のパンチとを同期駆動しているので、コアロッドと他方のパンチとの同期にずれ（駆動開始タイミングや駆動速度等）がある場合でも、焼結金属素材をコアロッドとの位置関係を保持しながら当該コアロッドと共にダイから取り出すことができ、動圧溝の崩れを確実に回避することができる。しかも構造を簡素化することができ、従来の成形装置（サイジング装置等）からの転用も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる製造装置の断面図である。
【図２】コアロッドの部分拡大側面図である。
【図３】焼結体の断面図である。
【図４】本発明にかかるサイジング工程を示す断面図である。
【図５】動圧溝の形成後の軸受本体の断面図である。
【図６】従来のサイジング工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ コアロッド
１ａ 外周面
１ｂ 成形部
２ 軸受本体
２’ 焼結金属素材（焼結材）
２ａ 内周面
２ｂ 軸受面
２ｂ１ 動圧溝
３ ダイ
４ 一方のパンチ（上パンチ）
５ 他方のパンチ（下パンチ）
６ 駆動装置（上ラム）

Claims (3)

1. 焼結金属からなる円筒状の軸受本体の内周面に傾斜状の動圧溝を有する軸受面を形成し、この軸受本体に潤滑油または潤滑グリースを含浸させてなる動圧型多孔質含油軸受の製造方法であって、
   上記軸受面の形状に対応した形状の成形部を有するコアロッドを円筒状の焼結金属素材の内周面に挿入し、焼結金属素材を、その軸方向両側を一対のパンチで拘束してコアロッドの成形部との位置関係を保持しながらダイに圧入して圧迫し、この時の圧迫力で焼結金属素材の内周面をコアロッドの成形部に加圧して、当該内周面にコアロッドの成形部に対応した形状の動圧溝を有する軸受面を成形した後、焼結金属素材を、コアロッドとの位置関係を保持しながら当該コアロッドと共にダイから取り出すようにした動圧型多孔質含油軸受の製造方法。
2. 焼結金属素材の内周面に軸受面を形成した後、一方のパンチを駆動してダイから抜くと共に、コアロットおよび他方のパンチを同期駆動し、他方のパンチで焼結金属素材を押し込んで当該焼結金属素材をダイから取り出すようにした請求項１記載の動圧型多孔質含油軸受の製造方法。
3. コアロッドを駆動する駆動装置に対するコアロッドの軸方向の遅れを所定範囲で許容しつつ、その範囲内で駆動装置と他方のパンチとを同期駆動することにより、焼結金属素材をダイから取り出すようにした請求項２記載の動圧型多孔質含油軸受の製造方法。

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