JP4680973B2 - 軸受けの製造方法、軸受けユニット及び回転機器並びに摺動部材の製造方法 - Google Patents

軸受けの製造方法、軸受けユニット及び回転機器並びに摺動部材の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、軸受けの製造方法、軸受けユニット及び回転機器並びに摺動部材の製造方法に関する。
従来、軸受けと、軸受けの軸受け面で回転自在に支持されたシャフトとを備える軸受けユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
図１４は、従来の軸受けユニット９１０を説明するために示す図である。従来の軸受けユニット９１０は、図１４に示すように、軸受け面９３２を有する軸受け９３０と、軸受け面９６２を有する軸受け９６０と、軸受け９３０の軸受け面９３２及び軸受け９６０の軸受け面９６２で回転自在に支持されたシャフト９２０とを備える。
軸受け９３０は、軸受け面９３２として、ラジアル軸受け面９３４及びスラスト軸受け面９３６を有する。シャフト９２０は、軸受け９３０のスラスト軸受け面９３６及び軸受け９６０の軸受け面９６２に挟持された位置に位置するスラストプレート９２２を有し、軸受け９３０のラジアル軸受け面９３４及びスラスト軸受け面９３６並びに軸受け９６０のスラスト軸受け面９６２で回転自在に支持されている。軸受け９３０の軸受け面９３２とシャフト９２０との間隙及び軸受け９６０の軸受け面９６２とシャフト９２０との間隙には、潤滑剤（図示せず。）が充填されている。
このため、従来の軸受けユニット９１０によれば、軸受け９３０の軸受け面９３２とシャフト９２０との間隙及び軸受け９６０の軸受け面９６２とシャフト９２０との間隙に潤滑剤が存在するため、軸受けユニットの軸受け性能を高くすることが可能となる。
特開２００４−１７６８１６号公報
ところで、軸受けユニットは、高速回転や高荷重回転等の過酷な環境においても使用されることがあるが、これらの過酷な環境においては軸受け９３０の軸受け面９３２とシャフト９２０との間隙及び軸受け９６０の軸受け面９６２とシャフト９２０との間隙から潤滑剤が消失し易くなるため、軸受けユニットの軸受け性能が低下し易くなり、所定の軸受け性能を長期間にわたって維持することが困難となる場合がある。このため、これらの過酷な環境においても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けが要求されている。
なお、このような要求は、軸受けの場合にのみ存在するわけではなく、一般に被摺動部材との間の回転運動、往復運動その他の摺動運動を受ける広い意味の摺動部材の場合全般に存在する。すなわち、これらの摺動部材の場合全般においても、過酷な環境においては摺動部材と被摺動部材との間隙から潤滑剤が消失し易くなるため、摺動部材の摺動性能が低下し易くなり、所定の摺動性能を長期間にわたって維持することが困難となる場合がある。このため、これらの過酷な環境においても、摺動性能を長期間にわたって維持することが可能な摺動部材が要求されている。
そこで、本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このような軸受けの製造方法により製造された軸受けを備える軸受けユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、このような優れた軸受けユニットを備える回転機器を提供することを目的とする。さらにまた、本発明は、摺動性能を長期間にわたって維持することが可能な摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の発明者は、上記目的を達成するため鋭意努力を重ねた結果、軸受けの軸受け面とシャフトとの間隙又は摺動部材の摺動面と被摺動部材との間隙から潤滑剤が消失し難くくなるような構造を実現することで、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
（１）本発明の軸受け部材の製造方法は、５重量％〜４０重量％のＳｉを含有するＡｌＳｉ合金からなる軸受け用部材を準備する軸受け用部材準備工程と、前記軸受け用部材の軸受け面を陽極酸化処理することにより前記軸受け面に酸化アルミニウム皮膜を形成する酸化アルミニウム皮膜形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
ＡｌＳｉ合金は、Ａｌ相に数μｍ〜数十μｍサイズのＳｉ相が島状に分布した組織構造を有する。このため、本発明の軸受けの製造方法においては、ＡｌＳｉ合金を陽極酸化処理すると、Ａｌ相が露出する部分は酸化アルミニウム皮膜が形成されて盛り上がった状態となり、Ｓｉ相が露出する部分は酸化アルミニウム皮膜が形成されずに多数の窪み（以下、ディンプルという。）が形成された状態となる。すなわち、軸受けの軸受け面には、多数のディンプルを有する酸化アルミニウム皮膜が形成されるのである。このとき、ディンプルのサイズはＳｉ相のサイズ（数μｍ〜数十μｍ）と同程度のサイズとなるため、毛細管現象により、潤滑剤が軸受けの軸受け面とシャフトとの間隙から消失し難くくなる。その結果、本発明の軸受けの製造方法によれば、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けを製造することが可能となる。
また、軸受け及びシャフトがそれぞれ金属からなる場合には、軸受けとシャフトとの間の電位差により「電蝕」と呼ばれる現象が発生して、軸受けやシャフトが腐食し易くなることがある。これに対して、本発明の軸受けの製造方法によれば、軸受けの軸受け面には高い絶縁性を有する酸化アルミニウム皮膜が存在することとなるため、軸受けやシャフトが腐食するのを抑制することが可能となり、このことによっても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けを製造することが可能となる。
また、本発明の軸受けの製造方法によれば、軸受けの軸受け面には高い硬度を有する酸化アルミニウム皮膜が存在することとなるため、軸受けの軸受け面における耐摩耗性を高くすることが可能となり、このことによっても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けを製造することが可能となる。
さらにまた、本発明の軸受けの製造方法によれば、酸化アルミニウム皮膜が、軸受け面上に細かく分散して形成されることとなるため、高荷重回転時においても酸化アルミニウム皮膜にひび割れが発生しにくくなり、このことによっても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けを製造することが可能となる。
なお、本発明において、「軸受け」には、シャフトの外周面を受けるラジアル軸受け、シャフトの端面を受けるスラスト軸受け、シャフトの外周面及び端面を受けるラジアル／スラスト軸受けなどが含まれる。
また、本発明において、「ＡｌＳｉ合金」には、Ａｌ及びＳｉのみを含有するＡｌＳｉ合金のみならず、Ａｌ及びＳｉに加えて、Ａｌ及びＳｉ以外の元素（例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇなど。）を含有するＡｌＳｉ合金も含まれる。
本発明の軸受けの製造方法においては、前記軸受け用部材準備工程は、アトマイズ法を用いてＡｌＳｉ合金微粉末を製造するＡｌＳｉ合金微粉末製造工程と、前記ＡｌＳｉ合金微粉末を用いて軸受け用部材を製造する軸受け用部材製造工程とをこの順序で含むことが好ましい。
アトマイズ法は溶融金属を噴霧して金属微粉末を製造する方法であるため、このような方法とすることにより、Ａｌ相に微細なＳｉ相が均一に分散した組織構造を有する軸受け用部材を製造することが可能となる。
（２）本発明の軸受けの製造方法においては、前記酸化アルミニウム皮膜の厚さは、０．３μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
酸化アルミニウム皮膜の厚さをこのような範囲にしたのは、酸化アルミニウム皮膜の厚さが０．３μｍ未満となると、酸化アルミニウム皮膜の絶縁性が低下して軸受けやシャフトが腐食するのを抑制することが困難になる場合があるからである。また、酸化アルミニウム皮膜の厚さが１０μｍを超えると、軸受け面の表面粗さが大きくなり軸受けの軸受け性能が低下する場合があるからである。
このような観点から言えば、酸化アルミニウム皮膜の厚さは、０．５μｍ〜３μｍであることがより好ましい。
（３）本発明の軸受けの製造方法においては、前記軸受け用部材準備工程と前記酸化アルミニウム皮膜形成工程との間に、前記軸受け面をサイジングすることにより、前記軸受け面の最大山高さＲｐを小さくするサイジング工程をさらに含むことが好ましい。
このような方法とすることにより、軸受け面に存在する凸部の山高さを小さくすることにより、シャフトの表面が傷つくのを抑制することが可能となるため、軸受け性能をさらに長期間にわたって維持することが可能な軸受けを製造することが可能となる。
なお、本発明の軸受けの製造方法においては、サイジングとして、押圧サイジング及び化学サイジングのいずれを使用することも可能であるが、押圧サイジングがより好ましい。
なお、本発明において、「押圧サイジング」とは、軸受けの軸受け面を押圧することにより、軸受け面の表面における凸部を塑性変形させて軸受け面の最大山高さＲｐを小さくすることをいう。「押圧サイジング」することにより、軸受けの軸受け面を整形すること（例えば、真円度を高くすること。）も可能である。
また、本発明において、「化学サイジング」とは、軸受けの軸受け面を化学研磨することにより、軸受け面の表面における凸部を選択的にエッチングして軸受け面の最大山高さＲｐを小さくすることをいう。
なお、本発明において、押圧サイジングする場合には、ＡｌＳｉ合金はスプリングバック率（塑性変形する力を受けた後に元の形状に戻る割合）が小さいため、押圧サイジングした後に軸受け面の最大山高さＲｐが元の値に回復しないようにすることは比較的容易である。
（４）本発明の軸受けの製造方法においては、前記酸化アルミニウム皮膜形成工程の後に、前記酸化アルミニウム皮膜の表面にフッ素樹脂からなる潤滑皮膜を形成する潤滑皮膜形成工程をさらに含むことが好ましい。
このような方法とすることにより、軸受け面の最表面には、優れた潤滑性を有するフッ素樹脂からなる潤滑皮膜が存在することとなるため、軸受けの軸受け面とシャフトとの間の潤滑性を高くすることが可能となり、軸受けの軸受け性能をさらに高くすることが可能となる。
（５）本発明の軸受けの製造方法においては、前記軸受け用部材の前記軸受け面には、動圧溝が形成されていることが好ましい。
このような方法とすることにより、軸受けとシャフトとの間に動圧を発生させて軸受けとシャフトとを非接触状態にすることが可能となるため、軸受けの軸受け性能をさらに高くすることが可能となる。
なお、このように動圧溝が形成された場合であっても、激しい振動が加わったときなどには、軸受けとシャフトとが接触状態となる場合があるため、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能となるという本発明の効果は動圧溝が形成されていない場合と同様に重要である。
（６）本発明の軸受けユニットは、本発明の軸受けの製造方法により製造された軸受けと、前記軸受けの軸受け面で回転自在に支持されたシャフトとを備えることを特徴とする。
このため、本発明の軸受けユニットによれば、上記したように軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けを備えるため、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けユニットとなる。
なお、本発明において、「回転」には、シャフトが一方方向に円運動する場合と、シャフトが正逆方向に円運動する場合とが含まれる。
また、本発明において、「回転」には、固定された軸受けに対してシャフトが回転する場合と、固定されたシャフトに対して軸受けが回転する場合と、シャフトと軸受けとがともに回転する場合とが含まれる。
（７）本発明の軸受けユニットにおいては、前記軸受けは、前記軸受け面として、ラジアル軸受け面及びスラスト軸受け面を有し、前記シャフトは、前記スラスト軸受け面に対向して位置するスラストプレートを有し、前記シャフトは、前記ラジアル軸受け面及び前記スラスト軸受け面で回転自在に支持されていることが好ましい。
このように構成することにより、シャフトはラジアル軸受け面及びスラスト軸受け面で回転自在に支持された軸受けユニットとなる。
（８）本発明の軸受けユニットにおいては、前記シャフトに挿通され、互いに近づく向きに加圧された一対の球状摺動体をさらに備え、前記軸受けは、前記軸受け面として、前記球状摺動体に対応する形状の軸受け面を有し、前記シャフトは、前記球状摺動体を介して前記軸受け面で回転自在に支持されていることが好ましい。
このように構成することにより、軸受けとシャフトとは互いに近づく向きに加圧された球状摺動体によって保持されたるため、バックラッシュが小さい状態でシャフトが軸受け面に回転自在に支持された軸受けユニットとなる。
（９）本発明の回転機器は、本発明の軸受けユニットを備えることを特徴とする。
このため、本発明の回転機器によれば、上記したように、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けユニットを備えるため、長期間にわたって高い信頼性を維持することが可能な回転機器となる。
回転機器としては、スピンドルモータ、ハードディスクのピボット軸受け、モータやエンジンなどの回転力伝達機器等を例示することができる。
（１０）本発明の摺動部材の製造方法は、５重量％〜４０重量％のＳｉを含有するＡｌＳｉ合金からなる摺動用部材を準備する摺動用部材準備工程と、前記摺動用部材の摺動面を陽極酸化処理することにより前記摺動面に酸化アルミニウム皮膜を形成する酸化アルミニウム皮膜形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
このため、本発明の摺動部材の製造方法によれば、上記した本発明の軸受けの製造方法の場合と同様の理由によって、摺動性能を長期間にわたって維持することが可能な摺動部材を製造することが可能となる。
なお、本発明の本発明の摺動部材の製造方法においても、上記した本発明の軸受けの製造方法における好適な特徴を有することが好ましい。
すなわち、本発明の摺動部材の製造方法においては、前記摺動用部材準備工程は、アトマイズ法を用いてＡｌＳｉ合金微粉末を製造するＡｌＳｉ合金微粉末製造工程と、前記ＡｌＳｉ合金微粉末を用いて摺動用部材を製造する摺動用部材製造工程とをこの順序で含むことが好ましい。
また、本発明の摺動部材の製造方法においては、前記酸化アルミニウム皮膜の厚さは、０．３μｍ〜１０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜３μｍであることがより好ましい。
また、本発明の摺動部材の製造方法においては、前記摺動用部材準備工程と前記酸化アルミニウム皮膜形成工程との間に、前記摺動面をサイジングすることにより、前記摺動面の最大山高さＲｐを小さくするサイジング工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明の摺動部材の製造方法においては、前記酸化アルミニウム皮膜形成工程の後に、前記酸化アルミニウム皮膜の表面にフッ素樹脂からなる潤滑皮膜を形成する潤滑皮膜形成工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明の摺動部材の製造方法においては、前記摺動用部材の前記摺動面には、動圧溝が形成されていることが好ましい。
なお、「摺動部材」には、軸受けはもちろんのこと、軸受けが受けるシャフトや、エンジンのライナーその他の摺動部材なども含まれる。
実施形態１に係る軸受けユニット１１０を説明するために示す断面図である。 軸受け面１３２の表面状態を説明するために示す拡大断面図である。 実施形態１に係る軸受けの製造方法を説明するために示すフローチャートである。 軸受け用部材準備工程Ｓ１０を説明するために示すフローチャートである。 軸受け用部材準備工程Ｓ１０を説明するために示す図である。 押圧サイジング工程Ｓ２０を説明するために示すフローチャートである。 押圧サイジング工程Ｓ２０を説明するために示す図である。 酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０を説明するために示す図である。 実施形態１に係るスピンドルモータ１００を説明するために示す図である。 実施形態２に係る軸受けの製造方法を説明するために示すフローチャートである。 潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０を説明するために示す図である。 実施形態３に係る軸受けユニット３１０を説明するために示す断面図である。 実施形態４に係る軸受け４３０を説明するために示す図である。 従来の軸受けユニット９１０を説明するために示す図である。
以下、本発明の軸受けの製造方法、軸受けユニット及び回転機器について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る軸受けユニット１１０を説明するために示す断面図である。図２は、軸受け面１３２の表面状態を説明するために示す拡大断面図である。図２（ａ）は図１における領域Ａの拡大断面図であり、図２（ｂ）は図１における領域Ｂの拡大断面図である。なお、図１においては、紙面上側を軸受けユニット１１０における上側とし、紙面下側を軸受けユニット１１０における下側とする。
実施形態１に係る軸受けユニット１１０は、図１に示すように、軸受け（又は軸受けスリーブ）１３０と、軸受け１３０の軸受け面１３２で回転自在に支持されたシャフト１２０とを備える。
軸受け１３０は、ＡｌＳｉ合金からなる。軸受け１３０は、軸受け面１３２として、ラジアル軸受け面１３４及びスラスト軸受け面１３６を有する。
シャフト１２０は、スレンレス鋼からなる。シャフト１２０は、軸受け１３０のスラスト軸受け面１３６に対向して位置するスラストプレート１２２を有する。シャフト１２０は、軸受け１３０のラジアル軸受け面１３４及びスラスト軸受け面１３６で回転自在に支持されている。
軸受け１３０のラジアル軸受け面１３４には、図２（ａ）に示すように、多数のディンプル３８を有する酸化アルミニウム皮膜３６が形成されている。軸受け１３０のスラスト軸受け面１３６にも、図２（ｂ）に示すように、多数のディンプル３８を有する酸化アルミニウム皮膜３６が形成されている。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、符号３２はＡｌ相を示し、符号３４はＳｉ相を示す。
軸受け１３０のラジアル軸受け面１３４とシャフト１２０との間隙には、潤滑剤４０が充填されている（図２（ａ）参照。）。軸受け１３０のスラスト軸受け面１３６とスラストプレート１２２との間隙にも、潤滑剤４０が充填されている（図２（ｂ）参照。）。
なお、実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、切削加工により軸受け面１３２を形成している。このため、切削工具を所定のピッチで送りながら軸受け面１３２を形成することとなるため、軸受け面１３２には所定ピッチの切削痕が現れる。
軸受けユニット１１０の軸受け１３０は、以下のような軸受けの製造方法（実施形態１に係る軸受けの製造方法）で製造することができる。
図３は、実施形態１に係る軸受けの製造方法を説明するために示すフローチャートである。図４は、軸受け用部材準備工程Ｓ１０を説明するために示すフローチャートである。図５は、軸受け用部材準備工程Ｓ１０を説明するために示す図である。図５（ａ）〜図５（ｅ）は軸受け用部材準備工程Ｓ１０における各工程図である。
図６は、押圧サイジング工程Ｓ２０を説明するために示すフローチャートである。図７は、押圧サイジング工程Ｓ２０を説明するために示す図である。図７（ａ１）〜図７（ｅ１）、図７（ａ２）〜図７（ｅ２）及び図７（ａ３）〜図７（ｅ３）は押圧サイジング工程Ｓ２０における各工程図である。なお、図７（ａ２）〜図７（ｅ２）は図７（ａ１）〜図７（ｅ１）における領域Ａの拡大断面図であり、図７（ａ３）〜図７（ｅ３）は図７（ａ１）〜図７（ｅ１）における領域Ｂの拡大断面図である。
図８は、酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０を説明するために示す図である。図８（ａ１）は酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０実施前の軸受け用部材Ｗの断面図であり、図８（ａ２）は図８（ａ１）における領域Ａの拡大断面図であり、図８（ｂ１）は酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０実施後の軸受け１３０の断面図であり、図８（ｂ２）は図８（ｂ１）における領域Ａの拡大断面図である。
実施形態１に係る軸受けの製造方法は、図３に示すように、軸受け用部材準備工程Ｓ１０と、押圧サイジング工程Ｓ２０と、酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０とをこの順序で含む軸受けの製造方法である。
１．軸受け用部材準備工程Ｓ１０
軸受け用部材準備工程Ｓ１０は、図４に示すように、ＡｌＳｉ合金微粉末製造工程Ｓ１１と、加圧成形工程Ｓ１２と、焼結工程Ｓ１３と、軸受け用部材製造工程Ｓ１４とをこの順序で含む。
（ＡｌＳｉ合金微粉末製造工程Ｓ１１）
まず、アトマイズ法を用いて２０重量％のＳｉ（平均粒径１０μｍ）を含有するＡｌＳｉ合金微粉末Ｐを製造する（図５（ａ）参照。）。
（加圧成形工程Ｓ１２）
次に、成形型Ｔ１及び成形型Ｔ２を用いてＡｌＳｉ合金微粉末Ｐを加圧成形し（図５（ｂ）参照。）、成形体Ｃを製造する（図５（ｃ）参照。）。
（焼結工程Ｓ１３）
次に、真空中で成形体Ｃを焼結することにより、焼結体Ｓを製造する（図５（ｄ）参照。）。
（軸受け用部材製造工程Ｓ１４）
次に、焼結体Ｓを切削加工（軸受け面１３２以外の部分の切削加工、ラジアル軸受け面１３４の切削加工及びスラスト軸受け面１３６の切削加工）して、軸受け用部材Ｗを製造する（図５（ｅ）参照。）。
２．押圧サイジング工程Ｓ２０
サイジング工程としての押圧サイジング工程Ｓ２０は、図６に示すように、ラジアル軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２１と、スラスト軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２２とをこの順序で含む。
押圧サイジング工程Ｓ２０実施前においては、軸受け用部材Ｗのラジアル軸受け面１３４及びスラスト軸受け面１３６のいずれにおいても、最大山高さＲｐが大きい表面状態となっている（図７（ａ２）及び図７（ａ３）参照。）。
（ラジアル軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２１）
まず、柱形状の押圧サイジング治具Ｔ３を、軸受け用部材Ｗのラジアル軸受け面１３４に対して圧入することにより、ラジアル軸受け面１３４を押圧サイジングする（図７（ｂ１）及び図７（ｂ２）参照。）。ラジアル軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２１実施後においては、ラジアル軸受け面１３４の最大山高さＲｐは小さくなっている（図７（ｃ２）参照。）。
（スラスト軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２２）
次に、円柱形状の押圧サイジング治具Ｔ４を、軸受け用部材Ｗのスラスト軸受け面１３６に対して押圧することにより、スラスト軸受け面１３６を押圧サイジングする（図７（ｄ１）及び図７（ｄ３）参照。）。スラスト軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２２実施後においては、スラスト軸受け面１３６の最大山高さＲｐも小さくなっている（図７（ｅ３）参照。）。
３．酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０
酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０は、押圧サイジング工程Ｓ２０実施後の軸受け用部材Ｗ（図８（ａ１）及び図８（ａ２）参照。）を陽極酸化処理することにより、軸受け面１３２に酸化アルミニウム皮膜３６を形成する（図８（ｂ１）及び図８（ｂ２）参照。）工程である。軸受け用部材Ｗを電解液（例えば、硫酸。）に浸漬した状態で軸受け用部材Ｗを陽極として電気分解することにより実施する。形成する酸化アルミニウム皮膜３６の厚さは、１μｍである。
軸受け用部材Ｗを構成するＡｌＳｉ合金は、Ａｌ相３２に平均粒径が１０μｍのＳｉ相３４が島状に分布した組織構造を有する（図８（ａ２）参照。）。酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ３０を実施すると、Ａｌ相３２が露出する部分は酸化アルミニウム皮膜３６が形成されて盛り上がった状態となり、Ｓｉ相３４が露出する部分は酸化アルミニウム皮膜３６が形成されずに多数のディンプル３８が形成された状態となる（図８（ｂ２）参照。）。すなわち、軸受け１３０の軸受け面１３２には、多数のディンプル３８を有する酸化アルミニウム皮膜３６が形成されるのである。
以上の工程を実施することにより、実施形態１に係る軸受け１３０を製造することができる。また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によって製造された軸受け１３０に、シャフト１２０を挿通させることにより、シャフト１２０はラジアル方向においてはラジアル軸受け面１３４で、スラスト方向においてはスラスト軸受け面１３６で回転自在に支持された構造の軸受けユニット１１０を製造することができる。
以上説明した実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、軸受け１３０の軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）には、多数の微細なディンプル３８を有する酸化アルミニウム皮膜３６が形成されるため、毛細管現象により潤滑剤４０がディンプル３８に留まり易くなる。その結果、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け１３０を製造することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、軸受け１３０の軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）には高い絶縁性を有する酸化アルミニウム皮膜３６が存在することとなるため、軸受け１３０やシャフト１２０が腐食するのを抑制することが可能となり、このことによっても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け１３０を製造することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、軸受け１３０の軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）には高い硬度を有する酸化アルミニウム皮膜３６が存在することとなるため、軸受け１３０の軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）における耐摩耗性を高くすることが可能となり、このことによっても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け１３０を製造することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、酸化アルミニウム皮膜３６が、軸受け面１３２上に細かく分散して形成されることとなるため、高荷重回転時においても酸化アルミニウム皮膜３６にひび割れが発生しにくくなり、このことによっても、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け１３０を製造することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、溶融金属Ｍを噴霧して金属微粉末を製造するアトマイズ法を用いてＡｌＳｉ合金微粉末製造工程Ｓ１１を実施することとしているため、Ａｌ相３２に微細なＳｉ相３４が均一に分散した組織構造を有する軸受け用部材Ｗを製造することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、焼結工程Ｓ１３を真空中で行うこととしているため、酸素等の活性ガスの存在に起因して軸受け１３０の品質が低下してしまうのを抑制することが可能となる。また、密度の高い緻密な軸受け１３０を製造することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、酸化アルミニウム皮膜３６の厚さが０．３μｍ〜１０μｍであるため、酸化アルミニウム皮膜３６の絶縁性を確保して軸受け１３０やシャフト１２０が腐食するのを抑制することが可能となり、軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）の表面粗さを小さいものとして軸受け１３０の軸受け性能が低下するのを抑制することが可能となる。
また、実施形態１に係る軸受けの製造方法によれば、押圧サイジング工程Ｓ２０で軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）に存在する凸部の最大山高さＲｐを小さくすることにより、シャフト１２０の表面が傷つくのを抑制することが可能となるため、軸受け性能をさらに長期間にわたって維持することが可能な軸受け１３０を製造することが可能となる。
一方、実施形態１に係る軸受けユニット１１０は、上記したように軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け１３０を備えるため、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けユニットとなる。
また、実施形態１に係る軸受けユニット１１０によれば、シャフト１２０はラジアル方向においてはラジアル軸受け面１３４で、スラスト方向においてはスラスト軸受け面１３６で回転自在に支持された軸受けユニットとなる。
図９は、実施形態１に係るスピンドルモータ１００を説明するために示す図である。なお、図９において、図１で説明した部材と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図９において、紙面上側をスピンドルモータ１００における上側とし、紙面下側をスピンドルモータ１００における下側とする。
実施形態１に係るスピンドルモータは１００は、本発明の回転機器に相当するものであって、図９に示すように、ロータ磁石１４２が取り付けられたロータ１４０と、ステータコイル１５２が取り付けられたステータ１５０と、ステータ１５０に固定されロータ１４０を回転自在に支持する軸受けユニット１１０とを備える。
実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、ステータコイル１５２の磁気中心はロータ磁石１４２の磁気中心よりも下方に偏倚している。このため、ロータ１４０（及びスラストプレート１２２）には下方向の力が働き、軸受け１３０のスラスト軸受け面１３６にはスラスト荷重がかかった状態となる。
このため、実施形態１に係るスピンドルモータ１００によれば、上記したように、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けユニット１１０を備えるため、長期間にわたって高い信頼性を維持することが可能なスピンドルモータとなる。
〔実施形態２〕
図１０は、実施形態２に係る軸受けの製造方法を説明するために示すフローチャートである。図１１は、潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０を説明するために示す図である。図１１（ａ１）は潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０実施前の軸受け用部材Ｗの断面図であり、図１１（ａ２）は図１１（ａ１）における領域Ａの拡大断面図であり、図１１（ｂ１）は潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０実施後の軸受け用部材Ｗの断面図であり、図１１（ｂ２）は図１１（ｂ１）における領域Ａの拡大断面図である。なお、図１１において、実施形態１で説明した部材と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
実施形態２に係る軸受けの製造方法は、基本的には実施形態１に係る軸受けの製造方法と同様の工程を含むが、潤滑皮膜形成工程をさらに含む点で、実施形態１に係る軸受けの製造方法の場合とは異なる。すわなち、実施形態２に係る軸受けの製造方法は、図１０に示すように、酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ２３０の後に潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０をさらに含む。
潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０は、酸化アルミニウム皮膜形成工程Ｓ２３０実施後の軸受け用部材Ｗ（図１１（ａ１）及び図１１（ａ２）参照。）の表面にフッ素樹脂からなる潤滑皮膜５２を形成する（図１１（ｂ１）及び図１１（ｂ２）参照。）工程である。フッ素樹脂からなる潤滑皮膜５２を形成する方法としては、例えば、有機溶媒中にフッ素樹脂が分散した溶液に軸受け用部材を浸漬する方法を用いることができる。
潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０実施前のラジアル軸受け面２３４には、多数の微細なディンプル３８を有する酸化アルミニウム皮膜３６が形成されている（図１１（ｂ１）参照。）。このため、潤滑皮膜形成工程Ｓ２４０を実施すると、酸化アルミニウム皮膜３６の表面には潤滑皮膜５２が形成され、ディンプル３８の部分には潤滑皮膜５２が形成されない状態となる（図１１（ｂ２）参照。）。
その結果、実施形態２に係る軸受けの製造方法によれば、ラジアル軸受け面２３４及びスラスト軸受け面２３６の最表面には、優れた潤滑性を有するフッ素樹脂からなる潤滑皮膜５２が存在することとなるため、軸受け２３０におけるラジアル軸受け面２３４及びスラスト軸受け面２３６とシャフトとの間の潤滑性を高くすることが可能となり、軸受け２３０の軸受け性能をさらに高くすることが可能となる。
なお、実施形態２に係る軸受けの製造方法は、潤滑皮膜形成工程をさらに含む点以外の点では、実施形態１に係る軸受けの製造方法と同様の工程を含むため、実施形態１に係る軸受けの製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。
〔実施形態３〕
実施形態３は、本発明の軸受けユニットを、ハードディスク装置のピボット軸受けに適用した場合について説明する実施形態である。
図１２は、実施形態３に係る軸受けユニット３１０を説明するために示す断面図である。なお、図１２においては、紙面上側を軸受けユニット３１０における上側とし、紙面下側を軸受けユニット３１０における下側とする。
実施形態３に係る軸受けユニット３１０は、図１２に示すように、軸受け３３０と、球状摺動体３６２を介して軸受け３３０の軸受け面３３２で回転自在に支持されたシャフト３２０とを備える。
軸受け３３０は、球状摺動体３６２（後述する。）に対応する形状の軸受け面３３２を有する。軸受け３３０の軸受け面３３２には多数のディンプル３８（図示せず。）を有する酸化アルミニウム皮膜３６（図示せず。）が形成されている。軸受け３３０は、実施形態１に係る軸受けの製造方法と同様の製造方法を用いて製造することができる。シャフト３２０は、スレンレス鋼からなる。シャフト３２０は、スプリング３２６によって互いに近づく向きに加圧された一対の球状摺動体３６２と一体となって回転するように構成されている。また、シャフト３２０は、スペーサ３２４を介してベース３５０に固定されている。軸受け３３０の外周には、キャリッジアーム３７０が取り付けられている。
以上説明した実施形態３に係る軸受けユニット３１０によれば、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け３３０を備えるため、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受けユニットとなる。
また、実施形態３に係る軸受けユニット３１０によれば、軸受け３３０とシャフト３２０とは互いに近づく向きに加圧された球状摺動体３６２によって保持されたるため、バックラッシュが小さい状態でシャフト３２０が軸受け面３３２に回転自在に支持された軸受けユニットとなる。
〔実施形態４〕
図１３は、実施形態４に係る軸受け４３０を説明するために示す図である。
実施形態４に係る軸受け４３０は、ロータ磁石４４２が取り付けられたロータ４４０と、ステータコイル４５２が取り付けられたステータ４５０と、ステータ４５０に固定されロータ４４０を回転自在に支持する軸受けユニット４１０とを備えるスピンドルモータ４００における軸受けとして用いられている。実施形態４に係る軸受け４３０は、基本的には実施形態１に係る軸受け１３０と同様の構成を有するが、軸受け面に動圧溝が形成されている点で実施形態１に係る軸受け１３０とは異なる。すなわち、実施形態４に係る軸受け４３０は、図１３に示すように、軸受け面４３２（ラジアル軸受け面４３４及びスラスト軸受け面４３６）にそれぞれ動圧溝４８０，４８２が形成されている点で実施形態１に係る軸受け１３０とは異なる。
このため、実施形態４に係る軸受け４３０は、軸受け面４３２に動圧溝４８０，４８２が形成されているため、軸受け４３０とシャフト４２０との間に動圧を発生させて軸受け４３０とシャフト４２０とを非接触状態とすることが可能となり、軸受け４３０の軸受け性能をさらに高くすることが可能となる。
なお、このように動圧溝４８０，４８２が形成された場合であっても、激しい振動が加わったときなどには、軸受け４３０とシャフト４２０とが接触状態となることがある。しかしながら、このような場合であっても、実施形態４に係る軸受け４３０は、実施形態１に係る軸受け１１０と同様に、ＡｌＳｉ合金からなる軸受け用部材の軸受け面を陽極酸化処理することにより軸受け面４３２に酸化アルミニウム皮膜３６（図示せず。）が形成された軸受けであるため、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能となる。
このため、スピンドルモータ４００は、上記したように、軸受け性能を長期間にわたって維持することが可能な軸受け４３０を備えるため、長期間にわたって高い信頼性を維持することが可能なスピンドルモータとなる。
なお、実施形態４に係る軸受け４３０は、軸受け面に動圧溝が形成されている点以外の点については、実施形態１に係る軸受け１３０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る軸受け１３０が有する効果のうち該当する効果を有する。
以上、本発明の軸受けの製造方法、軸受けユニット及び回転機器を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
（１）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、焼結体Ｓを切削加工して軸受け用部材Ｗを製造することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、焼結体Ｓを射出成形して軸受け用部材を製造することとしてもよいし、焼結体Ｓを鍛造加工して軸受け用部材を製造することとしてもよい。
（２）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、押圧サイジング治具Ｔ３，Ｔ４を用いて軸受け面１３２（ラジアル軸受け面１３４、スラスト軸受け面１３６）を押圧サイジングすることしているが、本発明においては、このとき、超音波振動を付与しながら押圧サイジングすることもできるし、押圧サイジング治具を回転させながら押圧サイジングすることもできる。
（３）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、スラスト軸受け面押圧サイジング工程Ｓ２２を実施することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スラスト軸受け面押圧サイジング工程を省略することもできる。
（４）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、サイジング工程として押圧サイジング工程を実施しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、サイジング工程として化学サイジング工程を実施してもよい。
（５）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、押圧サイジング工程を実施した後に酸化アルミニウム皮膜形成工程を実施しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、酸化アルミニウム皮膜形成工程を実施した後に押圧サイジング工程を実施してもよい。
（６）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、ＡｌＳｉ合金微粉末Ｐを加圧成形後、真空中で焼結することにより得られる焼結体Ｓを用いて軸受けを製造しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＡｌＳｉ合金微粉末Ｐを加圧成形後、押し出し成形することにより得られる成型体を用いて軸受けを製造してもよい。
（７）実施形態１に係る軸受けの製造方法においては、軸受け面として、ラジアル軸受け面１３４及びスラスト軸受け面１３６を有する軸受け１３０を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１４に示す従来の軸受けユニット９１０における軸受け９６０（スラスト軸受け面９６２のみを有するフラット形状の軸受け９６０）に本発明を適用してもよい。
（８）実施形態１〜４においては、軸受けを例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の摺動部材の製造方法を、軸受けが受けるシャフトの製造方法に適用することもできる。この場合、ＡｌＳｉ合金を用いてシャフトを形成し、当該シャフトの摺動面（スラストプレートがある場合にはスラストプレートにおける摺動面も含む）を陽極酸化処理することにより摺動面に酸化アルミニウム皮膜を形成して、シャフトを製造することができる。この場合、シャフトが、本発明の摺動部材に該当する。また、本発明の摺動部材の製造方法を、エンジンのライナーの製造方法に適用することもできる。この場合、ＡｌＳｉ合金を用いてエンジンのライナーを形成し、当該エンジンのライナーにおける内面（ピストンリングとの摺動面）を陽極酸化処理することにより摺動面に酸化アルミニウム皮膜を形成して、エンジンのライナーを製造することができる。この場合、エンジンのライナーが、本発明の摺動部材に該当する。
符号の説明
３２…Ａｌ相、３４…Ｓｉ相、３６…酸化アルミニウム皮膜、３８…ディンプル、４０…潤滑剤、５２…潤滑皮膜、１００，４００…スピンドルモータ、１１０，３１０，４１０，９１０…軸受けユニット、１２０，３２０，４２０，９２０…シャフト、１２２，９２２…スラストプレート、１３０，２３０，３３０，４３０，４７０，９３０…軸受け、１３２，３３２，４３２，９６２…軸受け面、１３４，２３４，４３４，９３４…ラジアル軸受け面、１３６，２３６，４３６，９３６…スラスト軸受け面、１４０，４４０…ロータ、１４２，４４２…ロータ磁石、１５０，４５０…ステータ、１５２，４５２…ステータコイル、３２４…スペーサ、３２６…スプリング、３５０…ベース、３６２…球状摺動体、３７０…キャリッジアーム、４８０，４８２，４８４…動圧溝、９５０…筐体、Ｃ…成形体、Ｍ…溶融金属、Ｐ…ＡｌＳｉ合金微粉末、Ｓ…焼結体、Ｔ１，Ｔ２…成形型、Ｔ３，Ｔ４…押圧サイジング治具 Ｗ…軸受け用部材

Claims (9)

  1. アトマイズ法を用いて製造されたＡｌＳｉ合金微粉末を用いて製造され、５重量％〜４０重量％のＳｉを含有しＡｌ相にＳｉ相が島状に分布した組織構造を有するＡｌＳｉ合金からなる軸受け用部材を準備する軸受け用部材準備工程と、
    前記軸受け用部材の軸受け面を押圧することにより前記軸受け面の表面における凸部を塑性変形させて前記軸受け面の最大山高さＲｐを小さくする押圧サイジング工程と、
    前記軸受け用部材の前記軸受け面を陽極酸化処理することにより前記軸受け面に厚さ０．３μｍ〜１０μｍの酸化アルミニウム皮膜を形成する工程であって、当該酸化アルミニウム皮膜を形成する際には、前記Ａｌ相の露出部分が盛り上がることにより前記Ｓｉ相の露出部分にディンプルが形成され、結果として前記軸受け面に多数のディンプルを有する酸化アルミニウム皮膜が形成される酸化アルミニウム皮膜形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする軸受けの製造方法。
  2. 請求項１に記載の軸受けの製造方法において、
    前記酸化アルミニウム皮膜形成工程の後に、前記酸化アルミニウム皮膜の表面にフッ素樹脂からなる潤滑皮膜を形成する潤滑皮膜形成工程をさらに含むことを特徴とする軸受けの製造方法。
  3. 請求項２に記載の軸受けの製造方法において、
    前記潤滑皮膜形成工程においては、前記ディンプルの部分に潤滑皮膜が形成されない状態で前記酸化アルミニウム皮膜の表面に前記潤滑皮膜を形成することを特徴とする軸受けの製造方法。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の軸受けの製造方法において、
    前記軸受け用部材の前記軸受け面には、動圧溝が形成されていることを特徴とする軸受けの製造方法。
  5. 請求項１〜４のいずれかに記載の軸受けの製造方法により製造された軸受けと、
    前記軸受けの軸受け面で回転自在に支持されたシャフトとを備えることを特徴とする軸受けユニット。
  6. 請求項５に記載の軸受けユニットにおいて、
    前記軸受けは、前記軸受け面として、ラジアル軸受け面及びスラスト軸受け面を有し、
    前記シャフトは、前記スラスト軸受け面に対向して位置するスラストプレートを有し、
    前記シャフトは、前記ラジアル軸受け面及び前記スラスト軸受け面で回転自在に支持されていることを特徴とする軸受けユニット。
  7. 請求項５に記載の軸受けユニットにおいて、
    前記シャフトに挿通され、互いに近づく向きに加圧された一対の球状摺動体をさらに備え、
    前記軸受けは、前記軸受け面として、前記球状摺動体に対応する形状の軸受け面を有し、
    前記シャフトは、前記球状摺動体を介して前記軸受け面で回転自在に支持されていることを特徴とする軸受けユニット。
  8. 請求項５〜７のいずれかに記載の軸受けユニットを備えることを特徴とする回転機器。
  9. アトマイズ法を用いて製造されたＡｌＳｉ合金微粉末を用いて製造され、５重量％〜４０重量％のＳｉを含有しＡｌ相にＳｉ相が島状に分布した組織構造を有するＡｌＳｉ合金からなる摺動用部材を準備する摺動用部材準備工程と、
    前記摺動用部材の摺動面を押圧することにより前記摺動面の表面における凸部を塑性変形させて前記摺動面の最大山高さＲｐを小さくする押圧サイジング工程と、
    前記摺動用部材の前記摺動面を陽極酸化処理することにより前記摺動面に厚さ０．３μｍ〜１０μｍの酸化アルミニウム皮膜を形成する工程であって、当該酸化アルミニウム皮膜を形成する際には、前記Ａｌ相の露出部分が盛り上がることにより前記Ｓｉ相の露出部分にディンプルが形成され、結果として前記摺動面に多数のディンプルを有する酸化アルミニウム皮膜が形成される酸化アルミニウム皮膜形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
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