JP4188288B2 - Manufacturing method of dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing - Google Patents
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Description
本発明は、焼結金属からなる多孔質体に潤滑油あるいは潤滑グリースを含浸させて自己潤滑機能を持たせると共に、軸受隙間に介在する油の動圧油膜によって軸の摺動面を浮上支持する動圧型多孔質含油軸受の製造方法に関する。本発明の製造方法によって製造された動圧型多孔質含油軸受は、例えば、レーザビームプリンタ(LBP)のポリゴンミラー用や磁気ディスクドライブ(HDD等)用のスピンドルモータなど、高速下で高回転精度が要求される機器や、DVD−ROM用のスピンドルモータのように、ディスクが載ることによって大きなアンバランス荷重が作用し高速で駆動する機器などに好適である。 In the present invention, a porous body made of sintered metal is impregnated with lubricating oil or lubricating grease to have a self-lubricating function, and the sliding surface of the shaft is levitated and supported by a dynamic oil film of oil interposed in the bearing gap. The present invention relates to a method for manufacturing a dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing. The dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing manufactured by the manufacturing method of the present invention has high rotational accuracy at high speed such as a spindle motor for a polygon mirror of a laser beam printer (LBP) or a magnetic disk drive (HDD, etc.). It is suitable for devices that are required and devices that are driven at a high speed by applying a large unbalance load when a disk is loaded, such as a spindle motor for DVD-ROM.
上記のような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と低コスト化が求められており、そのための手段として、スピンドルの軸受部を転がり軸受から多孔質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。そこで、軸受面にヘリングボーン形やスパイラル形などの動圧溝を設け、軸の回転に伴う動圧溝の作用によって軸受隙間に動圧油膜を発生させて軸を浮上支持することが従来より試みられている(動圧型多孔質含油軸受)。 In the above-mentioned small spindle motors related to information equipment, further improvement in rotational performance and cost reduction are required. As a means for that purpose, the spindle bearing is replaced from a rolling bearing to a porous oil-impregnated bearing. Is being considered. However, since the porous oil-impregnated bearing is a kind of a perfect circular bearing, unstable vibrations are likely to occur where the shaft is small in eccentricity, and so-called whirling that tends to swing at half the rotational speed is likely to occur. There are drawbacks. Therefore, it has been attempted to support the shaft by levitation by providing a dynamic pressure groove such as a herringbone or spiral shape on the bearing surface and generating a dynamic oil film in the bearing gap by the action of the dynamic pressure groove as the shaft rotates. (Dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing).
一方、この種の動圧型多孔質含油軸受は、軸振れの抑制に高い効果を有する反面、軸受隙間内の油が軸受面の表面開孔を介して軸受内部に逃げてしまうことによる、動圧作用の低減現象(動圧抜け)があり、期待する動圧効果が得られにくいという問題がある。従来、この動圧抜けの問題を解消する手段として、軸受面における動圧溝に表面目つぶし加工を施して、動圧溝の形成領域を封孔した構成が知られている(特許文献1)。
特許文献1の構成では以下の問題点が生じる。
The configuration of
(1)動圧溝の形成領域が完全に封孔されているので、その領域では多孔質含油軸受の最大の特徴である油の循環が阻害される。従って、一旦軸受隙間に滲み出した油は動圧溝の作用によって溝の屈曲部に押し込まれ、そこにとどまることになる。軸受隙間内では大きな剪断作用が働いているので、その剪断力と摩擦熱によって溝部にとどまった油は変性しやすく、また、温度上昇によって酸化劣化が早まる傾向にある。従って、軸受寿命が短くなる。 (1) Since the formation region of the dynamic pressure groove is completely sealed, the circulation of oil, which is the greatest feature of the porous oil-impregnated bearing, is inhibited in that region. Therefore, the oil that has once oozed into the bearing gap is pushed into the bent portion of the groove by the action of the dynamic pressure groove, and remains there. Since a large shearing action is acting in the bearing gap, the oil remaining in the groove is easily denatured by the shearing force and frictional heat, and oxidation deterioration tends to be accelerated due to temperature rise. Therefore, the bearing life is shortened.
(2)動圧溝の形成領域を完全に封孔処理することは極めて困難である。上記公報では塑性加工により封孔できるとしているが、通常、動圧溝の溝深さはμmオーダーのものであり、この程度の塑性加工で表面開孔が完全に封孔されることはない。 (2) It is extremely difficult to completely seal the formation region of the dynamic pressure groove. In the above publication, it can be said that the hole can be sealed by plastic working, but the groove depth of the dynamic pressure groove is usually of the order of μm, and the surface opening is not completely sealed by this degree of plastic working.
(3)表面目つぶし加工を施す他の手段としてコーティング等を挙げているが、コーティング被膜の厚さは溝深さよりも薄くする必要があり、数μmのコーティング被膜を動圧溝の形成領域にのみ施すのは極めて困難である。 (3) As other means for crushing the surface, coating or the like is mentioned, but the thickness of the coating film needs to be thinner than the groove depth, and a coating film of several μm is applied only to the formation area of the dynamic pressure groove It is extremely difficult to apply.
尚、動圧溝の形成領域を完全に封孔しなくても、表面開孔の面積比(表面開孔率)を調整することにより、軸受隙間から軸受内部への油の戻り量が減少するので、それなりの効果は期待できる。しかし、表面開孔率の調整では、油の流れに対する抵抗が小さいため、油の戻り量の調整に限界があり、近時のスピンドルモータの一層の高速回転化、高性能化の傾向を考えると、充分な動圧効果を得ることができない場合が多い。 Even if the formation area of the dynamic pressure groove is not completely sealed, the amount of oil returning from the bearing gap to the inside of the bearing is reduced by adjusting the surface hole area ratio (surface opening ratio). Therefore, a certain effect can be expected. However, since the resistance to the oil flow is small in the adjustment of the surface opening ratio, there is a limit to the adjustment of the oil return amount. Considering the recent trend of higher speed rotation and higher performance of the spindle motor In many cases, a sufficient dynamic pressure effect cannot be obtained.
そこで、本発明は、この種の動圧型多孔質含油軸受において、軸受本体の内部と軸受隙間との間の油の循環を確保しつつ、軸受隙間内における動圧抜けの問題を解消し、動圧溝による動圧効果を高めることにより、軸受機能、特に軸受剛性(軸受負荷容量)および軸受寿命のより一層の向上を図ることを目的とする。 Therefore, the present invention eliminates the problem of dynamic pressure loss in the bearing gap while ensuring oil circulation between the bearing body and the bearing gap in this type of hydrodynamic porous oil-impregnated bearing. An object is to further improve the bearing function, particularly the bearing rigidity (bearing load capacity) and the bearing life by enhancing the dynamic pressure effect by the pressure groove.
また、本発明は、軸受面における動圧溝を簡易にかつ精度良く形成することができる製造方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of easily and accurately forming a dynamic pressure groove on a bearing surface.
上記課題を解決するため、本発明は、焼結金属からなる多孔質の軸受本体の内周面に、動圧溝を有する軸受面が形成された動圧型多孔質含油軸受の製造方法であって、密度比α(%)が75≦α<85である円筒状の焼結金属素材を製作し、軸受面の形状に対応した凹凸状の成形型を形成したコアロッドを焼結金属素材の内周面に所定の内径すきまを設けて挿入し、焼結金属素材をコアロッドと伴に下降させて、焼結金属素材の外周面を所定の外径しめしろでダイに圧入すると共に、上パンチと下パンチによって上下方向から加圧して、焼結金属素材に圧迫力を加え、焼結金属素材の内周面を外径しめしろと内径すきまとの差に略等しい加圧量でコアロッドの成形型に加圧することにより、軸受面を塑性加工により成形する工程を含む構成を提供する。ここで、密度比α(%)は下記式で表わされるものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for producing a dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing in which a bearing surface having a dynamic pressure groove is formed on the inner peripheral surface of a porous bearing body made of sintered metal. A cylindrical sintered metal material having a density ratio α (%) of 75 ≦ α <85 is manufactured, and a core rod formed with an uneven mold corresponding to the shape of the bearing surface is used as the inner periphery of the sintered metal material. Insert the surface with a predetermined inner diameter clearance , lower the sintered metal material together with the core rod, press the outer peripheral surface of the sintered metal material into the die with the predetermined outer diameter interference, The punch is pressed from above and below to apply a pressing force to the sintered metal material, and the core rod mold is pressed with a pressure amount approximately equal to the difference between the inner diameter of the sintered metal material and the inner clearance. Providing a configuration that includes the step of forming the bearing surface by plastic working by applying pressure. Provide. Here, the density ratio α (%) is represented by the following formula.
密度比α(%)=(ρ1/ρ0)×100
ρ1:多孔質体の密度
ρ0:その多孔質体に細孔が無いと仮定した場合の密度
Density ratio α (%) = (ρ1 / ρ0) × 100
ρ1: Density of porous body ρ0: Density assuming that the porous body has no pores
図4は、多孔質体における密度比α(%)と細孔率(単位体積内に占める細孔の体積割合)(%)との関係を示している。細孔率は密度比αに線形比例し、密度比αが大きくなるに従って細孔率は低下する。例えば、密度比α=75%で細孔率は約25%、密度比α=80%で細孔率は約20%、密度比α=85%で細孔率は約15%、密度比α=90%で細孔率は約10%、密度比α=95%で細孔率は約5%になる。細孔率は、外表面においては、表面開孔率(外表面の単位面積内に占める表面開孔の面積割合)とほぼ同じになる(表面処理を施さない場合)。 FIG. 4 shows the relationship between the density ratio α (%) and the porosity (volume ratio of pores in a unit volume) (%) in the porous body. The porosity is linearly proportional to the density ratio α, and the porosity decreases as the density ratio α increases. For example, when the density ratio α = 75%, the porosity is about 25%, the density ratio α = 80%, the porosity is about 20%, the density ratio α = 85%, the porosity is about 15%, and the density ratio α. = 90%, the porosity is about 10%, and the density ratio α = 95%, the porosity is about 5%. On the outer surface, the porosity is substantially the same as the surface opening ratio (area ratio of surface opening in the unit area of the outer surface) (when no surface treatment is applied).
焼結金属素材の密度比α(%)を75≦α<85の範囲内に設定した理由は次のとおりである。すなわち、焼結金属素材の密度比αが75%未満であると、細孔率が大きくなりすぎ、軸受面を成形する際、動圧溝の形状を精度良く仕上げることができない。逆に、焼結金属素材の密度比αが85%以上であると、細孔率が小さくなりすぎ、油の保有量が減少する。従って、動圧溝の成形精度を確保すると同時に、軸受本体の油保有量を確保する観点から、焼結金属素材の密度比α(%)を75≦α<85の範囲内とするのが良い。 The reason why the density ratio α (%) of the sintered metal material is set in the range of 75 ≦ α <85 is as follows. That is, when the density ratio α of the sintered metal material is less than 75%, the porosity becomes too large, and the shape of the dynamic pressure groove cannot be finished with high accuracy when the bearing surface is formed. On the other hand, when the density ratio α of the sintered metal material is 85% or more, the porosity becomes too small, and the amount of oil retained decreases. Therefore, the density ratio α (%) of the sintered metal material should be in the range of 75 ≦ α <85 from the viewpoint of securing the precision of forming the dynamic pressure grooves and at the same time securing the oil holding amount of the bearing body. .
また、焼結金属素材の内周面がコアロッドの成形型に加圧されることにより、製造後の動圧型多孔質含油軸受の少なくとも軸受面には、密度比αが上記の焼結金属素材の密度比αよりも高い表層部分が形成される。 Further, when the inner peripheral surface of the sintered metal material is pressurized to the core rod mold, at least the bearing surface of the hydrodynamic porous oil-impregnated bearing after manufacture has a density ratio α of the sintered metal material described above. A surface layer portion higher than the density ratio α is formed.
動圧型多孔質含油軸受は、軸受本体の内部の細孔内に保有した油を軸受本体と軸受隙間との間で循環させながら、動圧溝の動圧作用によって軸受隙間内に動圧油膜を形成し、その動圧油膜によって軸を継続して浮上支持する点に特徴を有するものであり、そのような安定した軸受機能を発揮させるためには、油の適切な循環と、軸支持に必要な動圧油膜の形成を確保する必要がある。特に、油の循環は、油の劣化を抑制して軸受寿命を高める働きをもつ他、動圧油膜の形成に対して相互補完的に働き、また相反的にも働くので、油の循環を如何に適切ならしめるかは、この種の動圧型多孔質含油軸受における極めて重要な課題である。すなわち、軸受隙間内に充分な動圧力と油膜厚さをもった動圧油膜を常時形成するためには、新鮮な適量の油が軸受本体から軸受隙間へ常時滲み出して、動圧油膜を形成し、さらに軸受隙間から軸受本体へ戻るという油の循環サイクルが適切に働くことが不可欠である。油の循環量が過小であると、軸受隙間への油の滲み出しが不足して、動圧油膜の形成が不充分になると同時に、軸受隙間内に油が滞留し、温度上昇により酸化劣化をきたす。一方、油の循環量が過大であると、軸受隙間から軸受本体への油の戻りが過度となり、前述したような動圧抜けの問題が起こる。 A hydrodynamic porous oil-impregnated bearing circulates oil retained in the pores inside the bearing body between the bearing body and the bearing gap, and creates a hydrodynamic oil film in the bearing gap by the dynamic pressure action of the dynamic pressure groove. It is characterized by the fact that it is formed and the shaft is continuously levitated and supported by its hydrodynamic oil film. In order to exert such a stable bearing function, it is necessary for proper circulation of the oil and shaft support It is necessary to ensure the formation of an appropriate dynamic pressure oil film. In particular, the oil circulation has the function of suppressing the deterioration of the oil and extending the bearing life, and also works complementarily and reciprocally for the formation of the hydrodynamic oil film. It is a very important issue in this kind of dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing. In other words, in order to always form a dynamic pressure oil film with sufficient dynamic pressure and oil film thickness in the bearing gap, a fresh and appropriate amount of oil always oozes out from the bearing body into the bearing gap to form a dynamic pressure oil film. In addition, it is essential that the oil circulation cycle of returning from the bearing gap to the bearing body works properly. If the amount of circulating oil is too small, oil oozes out into the bearing gap, resulting in insufficient formation of the hydrodynamic oil film, and at the same time, the oil stays in the bearing gap, causing oxidative degradation due to temperature rise. Come on. On the other hand, if the amount of circulating oil is excessive, the return of oil from the bearing gap to the bearing body becomes excessive, and the above-described problem of dynamic pressure loss occurs.
油の循環量を制御するための手段として、表面開孔率の調整、油の動粘度の調整が挙げられる。しかし、表面開孔率の調整では油の流れに対する抵抗が小さいため、循環量調整に限界がある。また、油の動粘度の調整を過度に行うと、トルク上昇の要因となる。従って、これらの手段では不充分となる場合がある。 Examples of means for controlling the amount of oil circulation include adjustment of the surface porosity and adjustment of the kinematic viscosity of the oil. However, since the resistance to the oil flow is small in the adjustment of the surface opening ratio, there is a limit to the adjustment of the circulation rate. Moreover, excessive adjustment of the kinematic viscosity of the oil causes a torque increase. Therefore, these means may be insufficient.
上述のように、本発明によれば、動圧型多孔質含油軸受の少なくとも軸受面に密度比αの高い表層部分が形成されるため、油が上記表層部分の細孔を通過する際の抵抗が適度に大きくなり、軸受本体から軸受隙間への油の滲み出し、軸受隙間から軸受本体への油の戻りが適切量に調整される。そのため、動圧溝による動圧油膜の形成作用が高められ、軸受剛性(軸受負荷容量)が向上すると同時に、油の適切な循環が確保され、軸受寿命が向上する。 As described above, according to the present invention, since the surface layer portion having a high density ratio α is formed on at least the bearing surface of the dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing, the resistance when oil passes through the pores of the surface layer portion is reduced. The oil becomes moderately large, and oil oozes out from the bearing body into the bearing gap, and the return of oil from the bearing gap to the bearing body is adjusted to an appropriate amount. Therefore, the action of forming a dynamic pressure oil film by the dynamic pressure grooves is enhanced, the bearing rigidity (bearing load capacity) is improved, and at the same time, proper circulation of the oil is ensured, and the bearing life is improved.
上記の表層部分の密度比α(%)は85≦α≦95の範囲内であることが好ましい。表層部分の密度比αが85%未満であると、油の流れに対する抵抗が小さくなりすぎて、動圧抜けが起こり、充分な動圧効果が期待できない。逆に、表層部分の密度比αが95%を超えると、油の流れに対する抵抗が大きくなりすぎて、油の適切な循環が阻害される。本発明によって製造される動圧型多孔質含油軸受では、軸受面の表面から所定深さまでの表層部分の細孔によって油の流れに抵抗を与えるので、表面開孔率を調整する構成に比べて、油の滲み出し・戻り量の調整効果が高い。 The surface layer portion preferably has a density ratio α (%) in a range of 85 ≦ α ≦ 95. If the density ratio α of the surface layer portion is less than 85%, the resistance to oil flow becomes too small, and the dynamic pressure loss occurs, so that a sufficient dynamic pressure effect cannot be expected. On the other hand, when the density ratio α of the surface layer portion exceeds 95%, the resistance to the oil flow becomes too large, and proper circulation of the oil is hindered. In the dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing produced according to the present invention, resistance is given to the flow of oil by the pores of the surface layer portion from the surface of the bearing surface to a predetermined depth, so compared to the configuration for adjusting the surface open area ratio, The effect of adjusting oil oozing and return is high.
上記表層部分の深さの平均値(t)(以下「平均深さt」とする。)と軸受面の内径寸法(D1)との比(t/D1)は1/60≦t/D1≦1/15の範囲内とすることが好ましい。t/D1が1/60未満であると、油の流れに対する抵抗が小さくなりすぎ、逆に、t/D1が1/15を超えると、油の流れに対する抵抗が大きくなりすぎ、上記と同様の現象が起こる。 The ratio (t / D1) between the average depth (t) of the surface layer portion (hereinafter referred to as “average depth t”) and the inner diameter dimension (D1) of the bearing surface is 1/60 ≦ t / D1 ≦. It is preferable to be within a range of 1/15. When t / D1 is less than 1/60, the resistance to oil flow becomes too small. Conversely, when t / D1 exceeds 1/15, the resistance to oil flow becomes too large, the same as above. A phenomenon occurs.
油の循環量を制御するパラメータの一つに、油の動粘度がある。油の動粘度が高くなれば油は動きにくくなり、逆に、油の動粘度が低くなれば油は動きやすくなる。以上説明した構成に油の動粘度調整を付加すると、より良い効果が得られる。ただ、軸受面における表層部分の密度比α(%)と油の動粘度との間には、油の適切な循環と動圧油膜の形成を確保し得る最適範囲が存在すると考えられるので、その最適範囲において油の動粘度を選定すべきである。例えば、油の動粘度は、40°Cにおいて、5cSt〜60cSt、望ましくは、8cSt〜40cStにするのが良い。この範囲で油の動粘度を選定することにより、軸を浮上支持するために充分な動圧油膜が形成されると同時に、油の適切な循環が確保されるので、高回転精度、長寿命を達成することができる。 One parameter that controls the amount of oil circulation is the kinematic viscosity of the oil. If the kinematic viscosity of the oil becomes high, the oil becomes difficult to move. Conversely, if the kinematic viscosity of the oil becomes low, the oil becomes easy to move. When the kinematic viscosity adjustment of oil is added to the configuration described above, a better effect can be obtained. However, it is considered that there is an optimum range that can ensure proper circulation of the oil and formation of a dynamic pressure oil film between the density ratio α (%) of the surface layer portion on the bearing surface and the kinematic viscosity of the oil. The kinematic viscosity of the oil should be selected within the optimum range. For example, the kinematic viscosity of the oil is 5 cSt to 60 cSt, preferably 8 cSt to 40 cSt at 40 ° C. By selecting the kinematic viscosity of the oil within this range, a sufficient dynamic pressure oil film is formed to support the shaft to float, and at the same time, proper circulation of the oil is ensured, resulting in high rotation accuracy and long life. Can be achieved.
尚、軸受面における表層部分の密度比αを85%〜95%の範囲内にした場合、軸受面における表面開孔率(面積率)は略5%〜15%になるが、表面処理加工を追加して、表面開孔率をさらに小さく、例えば2%〜5%程度にしても良い。 When the density ratio α of the surface layer portion on the bearing surface is in the range of 85% to 95%, the surface area ratio (area ratio) on the bearing surface is about 5% to 15%. In addition, the surface area ratio may be further reduced, for example, about 2% to 5%.
本発明は以下の効果を有する。 The present invention has the following effects.
(1)本発明の製造方法によって製造された動圧型多孔質含油軸受は、軸受面の表層部分の細孔を介して、保有した油を軸受本体の内部と軸受隙間との間で循環させる構成になるので、軸受本体から軸受隙間への油の滲み出し、軸受隙間から軸受本体への油の戻りが適切量に調整される。そのため、動圧溝による動圧油膜の形成作用が高められ、軸受剛性(軸受負荷容量)が向上すると同時に、油の適切な循環が確保され、軸受寿命が向上する。 (1) The dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing manufactured by the manufacturing method of the present invention is configured to circulate the retained oil between the inside of the bearing body and the bearing gap through the pores of the surface layer portion of the bearing surface. Therefore, oil oozes out from the bearing body to the bearing gap, and the return of oil from the bearing gap to the bearing body is adjusted to an appropriate amount. Therefore, the action of forming a dynamic pressure oil film by the dynamic pressure grooves is enhanced, the bearing rigidity (bearing load capacity) is improved, and at the same time, proper circulation of the oil is ensured, and the bearing life is improved.
(2)焼結金属素材の密度比α(%)を75≦α<85の範囲内に設定することにより、軸受面(特に動圧溝)を簡易にかつ精度良く成形することができると同時に、軸受本体の適切な油保有量を確保することができる。 (2) By setting the density ratio α (%) of the sintered metal material within the range of 75 ≦ α <85, the bearing surface (especially the dynamic pressure groove) can be easily and accurately formed. Therefore, an appropriate oil holding amount of the bearing body can be ensured.
図5は、レーザビームプリンタ(LBP)のスピンドルモータの一構成例を概念的に示している。このスピンドルモータは、軸2と、軸2に設けられたロータ(ロータハブ)8と、軸2及びロータ8の回転を支持する動圧型多孔質含油軸受1とを備えている。この実施形態において、動圧型多孔質含油軸受1はハウジング7の内部に固定される。また、軸2は動圧型多孔質含油軸受1の内周に挿通され、その軸端をスラスト受け9によってスラスト方向に支持される。ロータ側に設けられたマグネット(ロータマグネット)とステータコイルとの間に発生する電磁力によって軸2及びロータ8が高速回転し、その回転が動圧型多孔質含油軸受1によって浮上支持(非接触支持)される。
FIG. 5 conceptually shows a configuration example of a spindle motor of a laser beam printer (LBP). This spindle motor includes a
図1は、上記の動圧型多孔質含油軸受1の一構成例を示している。この多孔質含油軸受1は、多孔質体例えば銅又は鉄、あるいはその両者を主成分とする焼結合金からなる軸受本体1aと、潤滑油又は潤滑グリースの含浸によって軸受本体1aの細孔内に保有された油(潤滑油又は潤滑グリースの基油)とで構成される。
FIG. 1 shows a configuration example of the above-described dynamic pressure type porous oil-impregnated
軸受本体1aの内周には、支持すべき軸の外周面と軸受隙間を介して対向する軸受面1bが形成され、その軸受面1bに傾斜状の動圧溝1cが形成されている。この実施形態における軸受面1bは、軸方向に対して一方に傾斜した複数の動圧溝1cを円周方向に配列形成した第1領域m1と、第1領域m1から軸方向に離隔し、軸方向に対して他方に傾斜した複数の動圧溝1cを円周方向に配列形成した第2領域m2と、第1領域m1と第2領域m2との間に位置する環状の平滑領域nとで構成される。第1領域m1の背(動圧溝1c間の領域)1dと第2領域m2の背(動圧溝1c間の領域)1dは、それぞれ平滑領域nに連続している。軸受面1bには、動圧溝1cの形成領域を含む全領域にわたって表面開孔がほぼ均一に分布している。軸受本体1aと軸との間に相対回転が生じると、第1領域m1と第2領域m2にそれぞれ逆向きに傾斜形成された動圧溝1cによって、軸受隙間内の油が平滑領域nに向けて引き込まれ、油が平滑領域nに集められるため、平滑領域nにおける油膜圧力が高められる。そのため、動圧油膜の形成効果が高い。
A bearing
尚、軸受面1bの形状は同図に示すものに限定されず、例えば、軸方向に対して一方に傾斜した動圧溝と他方に傾斜した動圧溝とを対にしてV字状に連続させても良い(この場合、環状の平滑領域nは存在しない。)。また、1つの軸受本体の内周面に複数例えば2つの軸受面を軸方向に離間させて形成しても良い。これにより、軸受面相互間の同軸度を精度良く確保することができる。
The shape of the bearing
図2は、傾斜状の動圧溝が形成された軸受面1bを有する動圧型多孔質含油軸受1で軸2を支持する際における、軸方向断面での油の流れを示している。軸2の回転に伴い、軸受本体1aの内部の細孔内に保有された油が軸受面1bの軸方向両側(及びチャンファー部)から軸受隙間4に滲み出し、さらに動圧溝によって軸受隙間4の軸方向中央に向けて引き込まれる。その油の引き込み作用(動圧作用)によって軸受隙間4に介在する油膜の圧力が高められ、動圧油膜が形成される。この軸受隙間4に形成される動圧油膜によって、軸2はホワール等の不安定振動を生じることなく、軸受面1bに対して浮上支持(非接触支持)される。軸受隙間4に滲み出した油は、軸2の回転に伴う発生圧力により、軸受面1bの表面開孔(「表面開孔」とは、多孔質体組織の細孔が外表面に開口した部分をいう。)から軸受本体1aの内部に戻り、軸受本体1aの内部を循環して、再び軸受面1b(及びチャンファー部)から軸受隙間4に滲み出す。
FIG. 2 shows the flow of oil in the axial cross section when the
図3は、軸受本体1aの縦断面における密度分布を模式的に示している。軸受本体1aは、その外表面から平均深さtまでの表層部分1a1の密度が高く、表層部分1a1より内部側の内部側部分1a2の密度が低くなっている。表層部分1a1の密度は密度比α(%)に換算して85≦α≦95の範囲内であり、内部側部分1a2の密度は密度比α(%)に換算して75≦α<85の範囲内である。軸受本体1aの軸受面1bの内径寸法D1(動圧溝1cの形成領域以外の領域を基準とする。)はφ3mm、外径寸法D2はφ6mm、動圧溝1cの深さhは2〜4μmである。軸受面1bにおける表層部分1a1の平均深さtは、軸受面1bの内径寸法D1に対して1/60≦t/D1≦1/15の範囲内であり、この実施形態では内径寸法D1の1/60で50μmである。軸受本体1aの外周面、両端面における表層部分1a1の平均深さtも概ね軸受面1bのそれと同程度であり、この実施形態では50μm程度である。図面では、動圧溝1cの深さh、表層部分1a1の平均深さtがかなり誇張して図示されている。また、深さhと平均深さtの寸法比も実際とは異なる比率で図示されている。尚、軸受本体1aの外周面や両端面の表層部分1a1は軸受本体1aの内部に保有された油が外周面や端面から外部に流失することを防止するために形成されるものであり、その密度(密度比α)や平均深さtは軸受面1bの表層部分1a1に比べて多少ラフに管理しても良い。例えば、密度比αは100%近く(細孔が殆ど無い状態)にしても良いし、平均深さtは軸受面1bの表層部分1a1よりも大きくても良いし小さくても良い。また、外周面や両端面の表層部分1a1はなくても良い。
FIG. 3 schematically shows the density distribution in the longitudinal section of the bearing
上記のような軸受本体1aは、銅又は鉄、あるいはその両者を主成分とする金属粉を圧粉成形し、さらに焼成して得られた図6に示すような円筒形状の焼結合金素材1’に対して、例えばサイジング→回転サイジング→軸受面成形加工を施して製造することができる。焼結合金素材1’の密度比α(%)は75≦α<85の範囲内に設定される。
The bearing
サイジング工程は、焼結合金素材1’の外周面と内周面のサイジングを行う工程で、焼結合金素材1’の外周面を円筒状のダイに圧入すると共に、内周面にサイジングピンを圧入する。サイジング代は、例えば、外周面について20μm以下(半径量10μm以下)、内周面について10μm以下(半径量5μm以下)で行われる。
The sizing step is a step of sizing the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the
回転サイジング工程は、多角形のサイジングピンを焼結合金素材1’の内周面に圧入し、これを回転させながら内周面のサイジングを行う工程である。サイジング代は5μm程度(半径量2.5μm程度)で行われる。
The rotational sizing process is a process in which a polygonal sizing pin is press-fitted into the inner peripheral surface of the
軸受面成形工程は、上記のようなサイジング加工を施した焼結合金素材1’の内周面に、完成品1aの軸受面1bに対応した形状の成形型を加圧することによって、軸受面1bの動圧溝1cの形成領域とそれ以外の領域(背1d、平滑領域n)とを同時成形する工程である。この工程は、例えば以下のようなものである。
In the bearing surface molding step, the bearing
図8は、軸受面成形工程で使用する成形装置の概略構造を例示している。この装置は、焼結合金素材1’の外周面を圧入する円筒状のダイ20、焼結合金素材1’の内周面を成形するコアロッド21、焼結合金素材1’の両端面を上下方向から押さえる上下のパンチ22、23を主要な要素として構成される。同図(b)に示すように、コアロッド21の外周面には、完成品の軸受面1bの形状に対応した凹凸状の成形型21aが設けられている。成形型21aの凸部分21a1は軸受面1bにおける動圧溝1cの領域を成形し、凹部分21a2は動圧溝1c以外の領域(背1d、環状の平滑領域n)を成形するものである。成形型21aにおける凸部分21a1と凹部分21a2との段差(深さH)は、軸受面1bにおける動圧溝1cの深さhと同じ2〜4μmであるが、図面ではかなり誇張して図示されている。
FIG. 8 illustrates a schematic structure of a molding apparatus used in the bearing surface molding process. This apparatus includes a
ダイ20への圧入前の状態において、焼結合金素材1’の内周面とコアロッド21の成形型21a(凸部分21a1を基準)との間には内径すきまTがある。内径すきまTの大きさは25μm(半径すきま)である。焼結合金素材1’の外周面のダイ20に対する圧入代(外径しめしろS)は75μm(半径代)である。
In a state before press-fitting into the
焼結合金素材1’をダイ20の上面に位置合わせして配置した後、図9に示すように、上パンチ22およびコアロッド21を降下させ、焼結合金素材1’をダイ20に圧入し、さらに下パンチ23に押し付けて上下方向から加圧する。
After the
焼結合金素材1’はダイ20と上下パンチ22・23から圧迫力を受けて変形を起こし、内周面がコアロッド21の成形型21aに加圧される。内周面の加圧量は、外径しめしろS(半径量75μm)と内径すきまT(半径量25μm)との差50μm(半径量)に略等しく、内周面から深さ50μmまでの表層部分がコアロッド21の成形型21aに加圧され、塑性流動を起こして成形型21aに食い付く。これにより、成形型21aの形状が焼結合金素材1’の内周面に転写され、軸受面1bが図1に示す形状に成形される。成形時、焼結合金素材1’の外周面はダイ20によって、両端面は上下パンチ22・23によってそれぞれ加圧される。外周面の加圧量は50μm、両端面の加圧量は片側50μm程度である。
The
軸受面1bの成形が完了した後、図11に示すように、焼結合金素材1’にコアロッド21を挿入したままの状態で下パンチ23とコアロッド21を連動して上昇させ(2の状態)、焼結合金素材1’をダイ20から抜く(3の状態)。焼結合金素材1’をダイ20から抜くと、焼結合金素材1’にスプリングバックが生じ、その内径寸法が拡大するので(図10参照)、動圧溝1cを崩すことなく、焼結合金素材1’の内周面からコアロッド21を抜き取ることができる(4の状態)。これにより、軸受本体1aが完成する。
After the molding of the bearing
上述した軸受面1bの成形工程において、密度比α(%)が75≦α<85の範囲内に設定された焼結合金素材1’の内周面が50μmの加圧量でコアロッド21の成形型21aに加圧されることにより、その表層部分の密度が高められ、軸受本体1aとして完成された状態で、図3に示すように、軸受面1bの表面から平均深さ50μmまでの領域に密度比α(%)が85≦α≦95の表層部分1a1ができる。同時に、焼結合金素材1’の外周面および両端面がそれぞれ50μmの加圧量でダイ20、上下パンチ22・23に加圧されることにより、それらの表面から平均深さ50μmまでの領域に密度比α(%)が85≦α≦95の表層部分1a1ができる。軸受本体1aの内部側部分1a2は成形時の影響を殆ど受けないので、その密度比α(%)は焼結合金素材1’の密度比α(%)である75≦α<85の範囲内に維持される。
In the above-described forming process of the bearing
焼結合金素材1’の密度比α(%)は、上記のような軸受面成形工程において、コアロッド21を抜き取る際の素材1’のスプリングバック量と密接な関係を有する。
The density ratio α (%) of the
図7は、焼結合金素材1’の密度比α(%)とスプリングバック量(μm:直径量)との関係を実験的に求めた結果を示している。素材1’の密度比αが高くなるに従って,スプリングバック量は減少している。軸受面1bにおける動圧溝1cの深さhが2〜4μmの場合、焼結合金素材1’の密度比αが85%を超えると、スプリングバック量が3μm未満(直径量)となり、コアロッド21を抜き取る際に軸受面1bの動圧溝1cを崩してしまう可能性が有る。一方、焼結合金素材1’の密度比αが75%未満であると、スプリングバック量は5μm(直径量)より大きくなるが、動圧溝1cの成形精度が低下する。したがって、動圧溝1cを崩すことなくコアロッド21の抜き取りを可能にし、かつ、動圧溝1cの成形精度を確保し得る観点から、焼結合金素材1’の密度比α(%)は75≦α<85の範囲内に設定する必要がある。尚、素材1’のスプリングバック量の半径量が動圧溝1cの深さよりも大きい場合は、成形型21aを素材1’の内周面に干渉させることなく離型することができるが、素材1’のスプリングバック量の半径量が動圧溝1cの深さよりも小さく、成形型21aが素材1’の内周面に多少干渉する場合であっても、素材1’の材料弾性による拡径量(半径量)を付加して、動圧溝1cを崩すことなく成形型21aを素材1’の内周面から離型できれば良い。
FIG. 7 shows the result of experimental determination of the relationship between the density ratio α (%) of the
以上のような工程を経て軸受本体1aを製造し、これに潤滑油又は潤滑グリースを含浸させて油を保有させると、図1、図3に示すこの実施形態の動圧型多孔質含油軸受1が完成する。
When the bearing
1 動圧型多孔質含油軸受
1a 軸受本来
1a1 表層部分
1a2 内部側部分
1b 軸受面
1c 動圧溝
DESCRIPTION OF
Claims (2)
下記式で表される密度比α(%)が75≦α<85である円筒状の焼結金属素材を製作し、
前記軸受面の形状に対応した凹凸状の成形型を形成したコアロッドを前記焼結金属素材の内周面に所定の内径すきまを設けて挿入し、
前記焼結金属素材を前記コアロッドと伴に下降させて、前記焼結金属素材の外周面を所定の外径しめしろでダイに圧入すると共に、上パンチと下パンチによって上下方向から加圧して、前記焼結金属素材に圧迫力を加え、前記焼結金属素材の内周面を前記外径しめしろと内径すきまとの差に略等しい加圧量で前記コアロッドの成形型に加圧することにより、前記軸受面を塑性加工により成形する工程を含むことを特徴とする動圧型多孔質含油軸受の製造方法。
密度比α(%)=(ρ1/ρ0)×100
ρ1:多孔質体の密度
ρ0:その多孔質体に細孔が無いと仮定した場合の密度 A method for producing a dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing in which a bearing surface having a dynamic pressure groove is formed on an inner peripheral surface of a porous bearing body made of sintered metal,
A cylindrical sintered metal material having a density ratio α (%) represented by the following formula of 75 ≦ α <85 is manufactured,
Inserting a core rod formed with a concave and convex mold corresponding to the shape of the bearing surface with a predetermined inner diameter clearance on the inner peripheral surface of the sintered metal material,
The sintered metal material is lowered together with the core rod, and the outer peripheral surface of the sintered metal material is press-fitted into the die with a predetermined outer diameter, and pressed from above and below by the upper punch and the lower punch, the compressive force applied to the sintered metal material by pressurizing the mold of the core rod substantially equal amount of pressure to the inner peripheral surface of the sintered metal material on a difference between the outer diameter tightening allowance with inner diameter gap, A method for producing a dynamic pressure type porous oil-impregnated bearing, comprising a step of forming the bearing surface by plastic working.
Density ratio α (%) = (ρ1 / ρ0) × 100
ρ1: Density of porous body ρ0: Density assuming that the porous body has no pores
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