JP3954695B2 - 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、特に高回転精度、低トルクが要求される小型モータ、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、レーザビームプリンタ、ハードディスク、フロッピーディスク、ジップ等のドライブモータ、あるいは軸流ファンモータ用の軸受として好適な動圧型多孔質含油軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器関連の小型スピンドルモータでは、低コスト化のために、軸受を転がり軸受から焼結含油軸受に置き換えることが検討されている。しかし、多孔質含油軸受は、真円軸受の一種であるため、軸の偏心が小さいところでは不安定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欠点がある。これらの対策としては、軸受面にへリングボーン形やスパイラル形などの動圧溝を設けることが挙げられる。この種の動圧軸受は、軸の回転により動圧溝に動圧を発生させて、この動圧で軸を支持するもので、軸振れの抑制に高い効果が認められる。
【０００３】
ところで、上記多孔質含油軸受は単体で用いられるのが一般的であるが、この他に、軸受ホルダに２個の多孔質含油軸受を圧入することによって軸の２箇所を支持するようにした構造も知られている。これは、個々の軸受の軸受面が小さくなること、および軸受幅が小さいほど軸受単体の精度が良好となることから、低トルクが求められる場合や温度上昇を嫌うような用途に有効である。
【０００４】
しかし、２つの軸受の同軸度を確保することが困難であることから軸受隙間を大きめにせざるを得ず（これは回転精度の低下を招く）、また、軸受面に動圧溝を形成した場合には、ハウジングへの挿入時に２つの軸受の動圧溝の向きを合わせなければならず、その際に動圧溝の向きを確認しづらいこと（動圧溝が軸受の内径面に形成されるため）等の問題がある。
【０００５】
これを解決するものとして、１つの軸受の両端部に軸受面を設け、軸受面間の内径を大きくして逃げを形成したものがあり、その製造方法として、例えば特公昭63-43611号公報や特開平2-8302号公報が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの製造方法では、軸受面に動圧溝を形成することはできず、従って軸振れ等の問題を解消することはできない。
【０００７】
また、特公昭63-43611号公報のものでは、焼結体の軸方向中央部の外周面にリング状の溝を設ける必要があり、特殊な成形プレス機を使用するかもしくは塑性加工が必要となってコスト高である。一方、特開平2-8302号のものでは、圧粉体の内径面に大径部と小径部が形成され、大径部と小径部とでサイジング時の矯正量（サイジングコアに当たるまでの距離）が異なるため、内径寸法や開孔部（気孔）の分布にばらつきを生じやすい。
【０００８】
そこで、本発明は、１つの軸受の両端部に動圧溝を有する軸受面を備え、かつ軸受面の間の領域の内径を大きくして逃げを形成した動圧型多孔質含油軸受を低コストに且つ精度よく製造することのできる方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明では、一端側に外径寸法が大径の大径部を、他端側に外径寸法がこれよりも小径の小径部を有する筒状の多孔質体を形成し、コアロッドの外周面に、軸方向に傾斜した動圧溝を有する軸受面を成形するための一対の成形部を軸方向に離隔形成し、多孔質体の内径部にコアロッドを配置し、小径部の内径面および大径部の内径面をそれぞれコアロッドの成形部と対向させてコアロッドに対する多孔質体の位置出しを行い、一方のパンチとコアロッドとを連動させることにより、この位置出し状態を保持して、当該多孔質体を前記大径部よりも小径の円筒部と前記小径部よりも小径に縮径する絞り部とを有する成形孔に圧入し、多孔質体を上下のパンチで軸方向両側から加圧してその軸方向幅を保持し、多孔質体の大径部を成形孔の円筒部で、小径部を絞り部でそれぞれ内径側に圧迫して小径部および大径部の内径面をコアロッドの成形部に加圧することにより、それぞれの内径面に成形部に対応した形状の前記軸受面を成形し、その後、上下のパンチおよびコアロッドを連動させることにより、動圧溝と成形部の凸部とを干渉させることなく、成形した多孔質体を成形孔から抜き出すこととした。
【００１０】
この手順においては、前記軸受面を成形した後、焼結金属体を成形孔から抜き取ることによる焼結金属体のスプリングバックを利用してコアロッドを焼結金属体の内径部から離型することができる。
【００１１】
なお、焼結金属体の形成後、これを成形孔に圧入する前に、焼結金属体の内径部に回転サイジングを施してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明方法の一実施形態を図１乃至図７に基づいて説明する。
【００１３】
本発明にかかる動圧型多孔質含油軸受は、圧粉成形、焼結、サイジング、洗浄、含油、検査等の工程を経て製品化される。
【００１４】
圧粉成形は図１に示す成形装置（Ａ）によって行われる。図示のように、この装置（Ａ）は、圧粉体（１）の内径面を成形するコア（２）、圧粉体（１）の外径面を成形するダイ（３）、原料粉を軸方向両側から加圧して圧粉体（１）の軸方向（図面上下方向）の寸法を決める上下のパンチ（4a）（4b）を具備する。コア（２）は、圧粉体（１）の内径が後述するサイジングコア（12）の外径よりも僅かに大きくなるような外径寸法とされる。ダイ（３）の内径面には、圧粉体（１）に大径部（1a）と小径部（1b）を形成するための段部（５）が設けられている。
【００１５】
この装置（Ａ）による圧粉成形は、ダイ（３）にコア（２）を挿入した状態で原料粉を充填し、上下パンチ（4a）（4b）を相対的に接近させて原料粉を圧迫することによってなされる。こうして得られた圧粉体（１）は、図２に示すように、一端部に外径寸法が大径の大径部（1a）を有し、他所をこれよりも小径の外径寸法である小径部（1b）とした略円筒状とされる。この時、大径部（1a）の軸方向幅（Ｌ）は、小径部（1b）の軸方向幅に比べてかなり短くしてある（具体的には、後述する軸受面（25ａ）の軸方向幅よりも僅かに大きい程度の幅とする）。
【００１６】
この圧粉体（１）を焼結することによって、多孔質の焼結体（11：圧粉体と同一の参照番号を付す。以下、「多孔質体」と称する）が得られる。この他、多孔質体（11）は、粉末冶金、鋳鉄、合成樹脂、セラミックスなどを焼結又は発泡成形等することによっても成形することができる。
【００１７】
サイジング工程は、図３に示すサイジング装置（Ｂ）によって行われる。この装置（Ｂ）は、多孔質体（11）の内径部に挿入されるコアロッド、例えばサイジング用のサイジングコア（12）と、多孔質体（11）の外径部を成形するダイ（13）と、多孔質体（11）を軸方向両側から加圧してその軸方向幅を決める上下のパンチ（14ａ）（14ｂ）とを具備する。
【００１８】
サイジングコア（12）の外周面２個所には、軸受面を成形するための成形部（20）が大径部（1a）および小径部（1b）に対応させて（大径部および小径部の位置に合致させて）、軸方向に離隔形成される。この成形部（20）は、図４に示すように、軸受面における動圧溝を形成する凸部（20ａ）と動圧溝間の背を形成する凹部（20ｂ）とで構成される。凸部（20ａ）は、軸受面の動圧溝パターンに対応して形成され、図面では、いわゆるへリングボーン型の動圧溝に対応させた場合を例示している。動圧溝の形状は、軸方向に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、凸部（20ａ）を当該溝形状に対応する形状に形成する。
【００１９】
サイジングコア（12）の外径寸法は、その外径側に配した多孔質体（11）との間に微少な隙間が形成されるように多孔質体（11）の内径寸法よりも僅かに小さくする。
【００２０】
ダイ（13）に設けられた成形孔（21）は、入口側に設けられた円筒部（21ａ）と、奥部側に設けられた絞り部（21ｂ）とで構成される。円筒部（21ａ）は、多孔質体（11）の小径部（11ｂ）がスムーズに挿入できるように小径部（11ｂ）の外径とほぼ同じか若しくはこれよりも僅かに大きく形成され、且つ大径部（11ａ）の外径よりも所定量だけ小さく形成される。絞り部（21ｂ）は、内径を徐々に小さくしたテーパ部（21b1）およびその奥部側に配置した円筒状のストレート部（21b2）とからなり、ストレート部（21b2）の内径は、多孔質体（11）の小径部（11ｂ）の外径よりも小さくされている。
【００２１】
この装置（Ｂ）によるサイジングは、以下の手順でなされる。先ず、図３に示すように、多孔質体（11）の小径部（11ｂ）をダイ（13）の円筒部（21ａ）に挿入すると共に、多孔質体（11）の内径部にサイジングコア（12）を挿入し、多孔質体（11）の上面（11ｃ）を上パンチ（14ａ）の下面に押し当てる。これにより、サイジングコア（12）に対する多孔質体（11）の位置出しがなされ、多孔質体（11）のうちの大径部（11ａ）の内径面、および小径部（11ｂ）の下端部内径面がそれぞれサイジングコア（12）の成形部（20）に対向する。この状態で上パンチ（14ａ）およびサイジングコア（12）を連動して降下させると、多孔質体（11）の大径部（11ａ）が円筒部（21ａ）に圧入され、その時の内径側への圧迫力によって大径部（11ａ）が内径側へ肉移動する。なお、大径部（11ａ）と小径部（11ｂ）の間の段差は数μｍであってごく小さいため、円筒部（21ａ）への圧入に伴って大径部（11ａ）が崩れることもない。
【００２２】
圧入に伴って、大径部（11ａ）の内径面が内径側に変位し、サイジングコア（12）の上段の成形部（20）に加圧されて当該内径面に成形部（20）の凸部（20ａ）に対応する形状の動圧溝（23）が転写される。同時に成形部（20）の凹部（20ｂ）によって、動圧溝（23）間の背の部分（24）が成形される。
【００２３】
さらに上パンチ（14ａ）およびサイジングコア（12）を連動して降下させると、図５に示すように、小径部（11ｂ）の端部が絞り部（21ｂ）のテーパ部（21b1）に達し、内径側に圧迫力を受ける。これによって小径部（11ｂ）の端部が内径側に肉移動し、その内径面がサイジングコア（12）の下段の成形部（20）に加圧される。そして、成形部（20）の凸部（20ａ）で所定形状の動圧溝（23）が、凹部（20ｂ）で背の部分（24）がそれぞれ形成される。また、小径部（11ｂ）の端部はテーパ部（21b1）で内径側に絞られて、その外径面が縮径する。
【００２４】
その後、上下のパンチ（14ａ）（14ｂ）およびサイジングコア（12）を連動して上昇させ、成形した多孔質体（11）を上昇させてダイ（13）から抜き出す。多孔質体（11）は、ダイ（13）から抜き出されると同時にスプリングバックし、その内径面がわずかに拡径するので、その後、多孔質体（11）をサイジングコア（12）から引き抜いても動圧溝（23）が成形部（20）の凸部（20ａ）と干渉して崩れることはない。
【００２５】
サイジングコア（12）からの多孔質体（11）の抜き取りは、上述のように多孔質体（11）のスプリングバックを利用する他、拡縮径可能に製作したサイジングコア（12）を多孔質体（11）の内径部に挿入し、このサイジングコアを拡径した状態で多孔質体（11）に圧迫力を付与して動圧溝を形成した後、サイジングコアを適宜の方法で縮径させることによっても行なうことができる。
【００２６】
こうして得られた多孔質体（11）は、洗浄後、潤滑油や潤滑グリースを含浸させることによって図６に示す多孔質含油軸受（11’）となる。この多孔質含油軸受（11’）の内径面には、その両端部に、内径側に突出し且つ動圧溝（23）を有する軸受面（25ａ）（25ｂ）が形成されると共に、軸受面（25ａ）（25ｂ）間の領域に軸受面（25ａ）（25ｂ）よりも大きい内径を有する逃げ部（26）が形成される。逃げ部（26）の断面形状は、軸に対して非接触であれば形状は限定されず、図６のように直線状とする他、曲線状としたり、あるいは曲線と直線の組合わせとしてもよい。
【００２７】
この多孔質含油軸受（11’）は、軸受面（25ａ）（25ｂ）の面積が小さく、個々の軸受面（25ａ）（25ｂ）精度も高いので、その軸方向全長を一つの軸受面とする軸受に比べて、低トルク性に優れ、温度上昇も少なくすることができる。また、一本のサイジングコア（12）でサイジングしているので、２つの軸受面（25ａ）（25ｂ）間の同軸度も良好である。ハウジングの内周に軸受を圧入する際にも、２つの軸受を使用する場合のように動圧溝の向きを確認する必要がなく、取付け作業が煩雑化することもない。また、軸受面（25ａ）（25ｂ）に動圧溝（23）を形成しているので、軸振れの抑制にも高い効果が認められる。さらには、圧粉体（１）の外径面に大径部（1a）と小径部（1b）が形成されているので、サイジングの際の方向整列も容易である。
【００２８】
従来方法と比べると、特公昭63-43611号公報のように、圧粉体（１）の成形に際して特殊な成形プレスや塑性加工を施す必要もないので、低コストに加工することができ、また、圧粉体（１）の内径面がストレートな円筒面であるから、特開平2-8302号公報のように矯正量の偏りによる軸受面（25ａ）（25ｂ）の寸法精度や開孔部の分布のばらつきを招きにくい、という利点が得られる。
【００２９】
また、上述のように、多孔質含油軸受の一端部が絞られて小径化されているため、この軸受を図７に示す態様でハウジング（27）の内周に圧入固定する場合においても、当該絞り部分（11ｄ）の内径部にある一方の軸受面（25ｂ）の圧入力による変形を防止し又は緩和することができ、精度が出し易くなる。この絞り部分（11ｄ）の外径面と他の部分の外径面との寸法差（D4−D3）（圧入前の寸法差）は、ハウジング（27）との圧入締め代を考慮し、絞り部（11ｄ）の外径面がハウジング（27）の内周と非接触になるか、軸受精度に影響しない程度の締め代となるように設定する。
【００３０】
ところで、多孔質含油軸受は、軸受隙間と軸受内部との間で油を循環させる構造であるから、軸受全体の内径面において、油の出入口となる開孔部の分布が不均一であると、上記油の循環が部分的に停滞する等の弊害を招く。従って、内径面の全面で開孔部の分布を均一化させておくのが望ましい。
【００３１】
そのためには、動圧溝の形成前に予め多孔質体（11）の内径面の全面に回転サイジングを施しておくのが有効である。具体的には、例えば、多孔質体（11）の成形後、動圧溝の形成前に成形部等の凹凸のない軸状（断面形状は例えば正方形とする）のコアを多孔質体（11）の内径部に挿入し、このコアを回転させてその外周面で多孔質体の内径面をサイジングするのである。その後は、コアを抜き取り、成形部（20）を有するサイジングコア（12）を挿入して同様の手順で動圧溝を形成すればよい。
【００３２】
なお、本実施形態では、サイジングコア（12）として断面円形のものを用いているが、サイジングコアは軸方向で均一な形状である限り、任意の断面形状にすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の多孔質含油軸受の製造工程をほとんど変更することなく、両端部に動圧溝を有する軸受面を備え、軸受面の間の領域の内径を大きくして逃げを形成した多孔質含油軸受を効率よく製造することができる。この時、従来方法のように、プレス加工や塑性加工は不要であるから低コストであり、内径面をストレートとした圧粉体から製造できるので、軸受面精度や開孔部の分布のばらつきを防止することができる。
【００３４】
軸受面を成形した後、多孔質体を成形孔から抜き取ることによる多孔質体のスプリングバックを利用してコアロッドを多孔質体の内径部から離型すれば、特別の機構を付加することなくコアロッドの成形部との干渉による動圧溝の崩れを防止することができる。
【００３５】
多孔質体の形成後、これを成形孔に圧入する前に、多孔質体の内径部に回転サイジングを施せば、多孔質体の内径面の開孔部の分布を容易にコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法における圧粉装置の縦断面図である。
【図２】圧粉体の縦断面図である。
【図３】サイジング装置の縦断面図である。
【図４】サイジングコアに設けた成形部の拡大正面図である。
【図５】サイジング終了後の状態を示す縦断面図である。
【図６】本発明方法で製作された多孔質含油軸受の縦断面図である。
【図７】ハウジングに圧入した多孔質含油軸受の縦断面図である。
【符号の説明】
11 多孔質体
11ａ 大径部
11ｂ 小径部
12 コアロッド
20 成形部
21 成形孔
21ａ 円筒部
21ｂ 絞り部
24 動圧溝

Claims (3)

1. 一端側に外径寸法が大径の大径部を、他端側に外径寸法がこれよりも小径の小径部を有する筒状の多孔質体を形成し、
   コアロッドの外周面に、軸方向に傾斜した動圧溝を有する軸受面を成形するための一対の成形部を軸方向に離隔形成し、
   多孔質体の内径部にコアロッドを配置し、小径部の内径面および大径部の内径面をそれぞれコアロッドの成形部と対向させてコアロッドに対する多孔質体の位置出しを行い、一方のパンチとコアロッドとを連動させることにより、この位置出し状態を保持して、当該多孔質体を前記大径部よりも小径の円筒部と前記小径部よりも小径に縮径する絞り部とを有する成形孔に圧入し、
   多孔質体を上下のパンチで軸方向両側から加圧してその軸方向幅を保持し、多孔質体の大径部を成形孔の円筒部で、小径部を絞り部でそれぞれ内径側に圧迫して小径部および大径部の内径面をコアロッドの成形部に加圧することにより、それぞれの内径面に成形部に対応した形状の前記軸受面を成形し、
   その後、上下のパンチおよびコアロッドを連動させることにより、動圧溝と成形部の凸部とを干渉させることなく、成形した多孔質体を成形孔から抜き出す
   ことを特徴とする動圧型多孔質含油軸受の製造方法。
2. 軸受面を成形した後、多孔質体を成形孔から抜き取ることによる多孔質体のスプリングバックを利用してコアロッドを多孔質体の内径部から離型することを特徴とする請求項１記載の動圧側多孔質含油軸受の製造方法。
3. 多孔質体の形成後、これを成形孔に圧入する前に、多孔質体の内径部に回転サイジングを施すことを特徴とする請求項１又は２記載の動圧型多孔質含油軸受の製造方法。

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