JP6199675B2 - 焼結金属軸受、及びこの軸受を備えた流体動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼結金属軸受、及びこの軸受を備えた流体動圧軸受装置に関する。

焼結金属軸受は、内部気孔に潤滑油を含浸させて使用されるものであって、内周に挿入された軸の相対回転に伴い内部に含浸された潤滑油が軸との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜を介して軸を回転支持するものである。このような焼結金属軸受は、その優れた回転精度および静粛性から、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、ＨＤＤや、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク用のディスク駆動装置におけるスピンドルモータ軸受用途として、あるいは、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、ファンモータ等の軸受用途として好適に利用されている。

この種の焼結金属軸受においては、更なる静音性向上並びに高寿命化を狙って、当該軸受の内周面及び／又は端面に動圧発生部としての動圧溝を所定の態様で配列したものが知られている。この場合、動圧溝を成形する方法として、いわゆる動圧溝サイジングが提案されている。このサイジングは、例えば焼結体をダイの内周に圧入すると共に、上下パンチで軸方向に圧迫することで、予め焼結体の内周に挿入しておいたサイジングピン外周の成形型に焼結体を食い付かせる。これにより、焼結体の内周面に成形型の形状、すなわち動圧溝に対応した形状が転写され、動圧溝が所定の形状に成形される（例えば、特許文献１を参照）。

上述した動圧溝の配列態様としては、例えば、複数の動圧溝を配列した領域を軸方向に離隔して軸受内周面の２ヶ所に設けたものがある。この動圧溝配列領域においては、各動圧溝配列領域の軸方向中央に向けて潤滑油の引き込みを生じる向きに動圧溝が配列されているため、配列領域間での負圧の発生を防止する目的で、内周面又はこれに対向する軸の外周面に潤滑油溜りとしての凹部（軸受側なら大径部、軸側なら小径部）を設けたものが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特許第３６０７４９２号公報 特許第４００６８１０号公報

ところで、最近では、情報機器の小型化、薄肉化に伴い、情報機器に搭載される各種モータに対しても小型化が求められている。例えばノートパソコンなどに使用される冷却用ファンモータは薄型化しており、このモータに使用される軸受装置も薄型化が要求されている。その一方で、冷却性能は従来と同等のレベルが要求されるため、インペラ（ファン）のサイズを大きくする等して対応する必要がある。ところが、このようにファンを巨大化すると、その分回転体重量が増すため、軸受に作用する負荷はむしろ増加する。負荷の増加に対応するには、軸受剛性を高めるのがよく、そのためには例えば動圧溝の長さ（長手方向寸法）を増加させる方法が考えられる。

しかしながら、特許文献２に記載のように、動圧溝配列領域を内周面の２ヶ所に設けた焼結金属軸受では、動圧溝の長さを増加させようとしても、モータ及びこれに組み込まれる流体動圧軸受装置に対しても薄肉化の要請があるため、焼結金属軸受の軸方向寸法自体はむしろ縮小の方向にある。そのため、動圧溝の長さを容易に伸ばすことは難しい。これを無理に伸ばすとなると、必然的に配列領域間の領域（例えば軸受内周面に設けた潤滑油溜りとしての凹部）の軸方向寸法を縮小することになるため、この凹部で保持できる潤滑油の体積も減少する。これでは、当該領域に負圧が発生することで気泡が発生し、軸受すき間への侵入による軸受性能の低下や、気泡の膨張による潤滑油のバッファ容積の減少が懸念される。

以上の事情に鑑み、流体動圧軸受装置の小型化を図りつつも、軸受内部空間での負圧の発生を防止して、必要十分な軸受剛性を発揮することのできる焼結金属軸受を提供することを、本発明により解決すべき技術的課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係る焼結含油軸受により達成される。すなわち、この軸受は、原料粉末を軸方向に圧縮成形したものを焼結することで形成された筒状の多孔質体であって、内周面に動圧発生部が設けられると共に、内部気孔に潤滑油が充填されている焼結含油軸受において、動圧発生部として、円周方向に対して傾斜させた複数の動圧溝を配列してなる動圧溝配列領域が軸方向に連続して形成され、表面を含む表層部の気孔は封止剤で封止されることなく開孔しており、軸方向寸法が６ｍｍ以下とされると共に、軸受全体の密度比が８０％以上でかつ９５％以下であって、かつ軸受内部における表層部と芯部との間での密度比のばらつき、又は軸方向一方側と軸方向他方側との間での密度比のばらつきが何れも３%以下に抑えられている点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「密度比」とは、焼結含油軸受をなす多孔質体の密度を、その多孔質体に気孔がないとした仮定した場合の密度で除した値（百分率）を意味する。

本発明は、焼結金属軸受の軸方向寸法を６ｍｍ以下とし、かつ軸受全体の密度比を８０％以上でかつ９５％以下の範囲に設定した場合に、当該密度比が従来に比べて均一化される点に鑑みて成されたものである。すなわち、この種の軸受の圧粉成形工程では成形型に充填された原料粉末を、成形すべき圧粉成形体の軸方向に沿って加圧することで所定の形状（通常は筒状）に成形するのが一般的である。そのため、従来のように６ｍｍを超える軸方向寸法に原料粉末を圧縮成形する場合、直接の加圧側（例えば軸方向上側）あるいは直接成形型と接触する表層部が密となり易く、加圧側や成形型から遠く離れた側（例えば軸方向下側や圧粉成形体の芯部）ほど疎となり易い。一方で、本発明のように、６ｍｍ以下にまで軸方向寸法を縮小し、かつその密度比が８０％以上でかつ９５％以下となるように設定（例えば原料粉末の軸方向の圧縮量を調整）することで、表層側と芯側、軸方向一方側と他方側とで密度比の差が非常に小さくなることが判明した。これにより、動圧溝配列領域を軸方向に連続して例えば特許文献２に記載の如き凹部を省略しても、軸受面（動圧溝配列領域）を介して軸受内部と軸受すき間との間で適度な潤滑流体の流通を図ることができる。よって、潤滑流体溜り（凹部）がなくても動圧溝配列領域間の領域に負圧が発生する事態を可及的に回避できつつ、十分な動圧作用を発揮させて高い軸受剛性を得ることが可能となる。また、軸方向寸法との兼ね合いによっては、動圧溝配列領域間の領域を省略した分、動圧溝を従来に比べて長く取ることができるので、更なる動圧作用の向上を図ることができる。

また、本発明に係る焼結金属軸受は、軸受内部における密度比のばらつきが３％以下に抑えられているものであってもよい。軸受全体の密度比を上述した範囲に設定すると共に軸受内部における密度比のばらつきを上記範囲に収めるようにすることで、表層部の密度比を、軸受表面からの動圧の逃げを防ぎつつも軸受すき間への潤滑油等の滲み出しを適切に行い得る程度に設定することができる。また、表層部を除く領域（表層部よりも内側の領域）の密度比を、当該内側領域による潤滑油等の含浸量が適量となるように設定することが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属軸受は、軸方向で連続する動圧溝配列領域が何れもヘリングボーン形状をなし、各動圧溝配列領域を構成する動圧溝がその軸方向中央側で連続しているものであってもよい。

また、本発明に係る焼結金属軸受は、内径寸法が３ｍｍ以下で、かつ外径寸法が６ｍｍ以下とされるものであってもよい。本発明では、軸方向寸法とその密度比で軸受剛性対策を可能としたので、径方向についてはその寸法を従来と同等のレベルに維持できる。具体的には、内径寸法及び外径寸法が上記範囲に収まっていれば、径方向への相応のスプリングバック量を得ることができる。よって、所定深さ（数μｍレベル）の動圧溝を成形でき、所要の動圧効果が期待できる。

以上の説明に係る焼結金属軸受は、例えばこの焼結金属軸受と、焼結金属軸受の内周に挿通される軸部と、焼結金属軸受を含む固定側と軸部を含む回転側との間に形成されるシール空間と、焼結金属軸受の内部を含む軸受内部空間に充填される潤滑油とを備えた流体動圧軸受装置として好適に提供することも可能である。

また、この場合、本発明に係る流体動圧軸受装置は、潤滑油が、４０℃での動粘度が２０ｃＳｔ以上でかつ１７０ｃＳｔ以下を示し、１００℃での動粘度が２ｃＳｔ以上でかつ５０ｃＳｔ以下を示すものであるものであってもよい。このように、焼結金属軸受の密度比を調整してその内部構造の最適化を図ると共に、潤滑油についても用途に応じて比較的高粘度のものを使用することで、軸受性能の更なる向上に寄与し、かつ潤滑油の劣化を抑えることができる。よって、薄型化を図った場合にあっても、高性能かつ信頼性の高い流体動圧軸受装置を提供することが可能となる。

また、以上の説明に係る流体動圧軸受装置は、回転体の重量増加によっても長期にわたって適度かつ安定した軸受剛性を発揮し得ることから、上記流体動圧軸受装置と、前記軸部に取付けられるファンとを備えたファンモータとして好適に提供することも可能である。

以上のように、本発明によれば、流体動圧軸受装置の小型化を図りつつも、軸受内部空間での負圧の発生を防止して、必要十分な軸受剛性を発揮することのできる焼結金属軸受を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るファンモータの概念図である。 図１のモータを構成する流体動圧軸受装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る焼結金属軸受の断面図である。 図３に示す焼結金属軸受を軸方向から見た図で、（ａ）は上側端面を軸方向上側から見た図、（ｂ）は下側端面を軸方向下側から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る焼結金属軸受の断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、焼結金属軸受から見て、ハブ部の円盤部の側を「上側」、蓋部材の側を「下側」として取り扱う。もちろん、この上下方向は、実際の製品の設置態様、使用態様を限定するものではない。

図１は、本発明に係る流体動圧軸受装置１を備えたファンモータ２、及びこのファンモータ２を搭載した情報機器３の概略断面図を示している。このファンモータ２は、いわゆる遠心タイプのファンモータ２であって、冷却すべき部品（情報機器３）のベース４に取付けられる。

このファンモータ２は、流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の回転部材９に設けられた複数枚のファン５と、これらファン５を回転部材９と一体に回転させるための駆動部６とを備える。駆動部６は、例えば半径方向のギャップを介して対向させたコイル６ａ及びマグネット６ｂからなり、本実施形態では、コイル６ａが固定側（ベース４）に、マグネット６ｂが回転側（回転部材９を構成するハブ部１０）にそれぞれ固定される。

コイル６ａに通電すると、コイル６ａとマグネット６ｂとの間の励磁力でマグネット６ｂが回転し、それによって、回転部材９（本実施形態ではハブ部１０）の外周縁に立設された複数枚のファン５が回転部材９と一体に回転する。この回転により、各ファン５は外径方向外側への気流を生じ、この気流に引き込まれる形で、ファンモータ２の軸方向上側に設けたベース４の穴４ａから吸気流が軸方向下側に向けて生じる。このようにして情報機器３の内部に気流を発生させることで、情報機器３の内部に発生した熱を外部に放出（冷却）可能としている。

図２は、ファンモータ２に組み込まれた流体動圧軸受装置１の断面図を示している。この流体動圧軸受装置１は、主にハウジング７と、ハウジング７の内周に固定される焼結金属軸受８、および、焼結金属軸受８に対して相対回転する回転部材９とを備えている。

回転部材９は、ハウジング７の上端開口側に配置されるハブ部１０と、焼結金属軸受８の内周に挿入される軸部１１とを有する。

ハブ部１０は、ハウジング７の上端開口側を覆う円盤部１０ａと、円盤部１０ａから軸方向下側に伸びる第１筒状部１０ｂと、第１筒状部１０ｂよりも外径側に位置し、円盤部１０ａから軸方向下側に伸びる第２筒状部１０ｃと、第２筒状部１０ｃの軸方向下端からさらに外径側に伸びる鍔部１０ｄとで構成される。円盤部１０ａは、ハウジング７の内周に固定された焼結金属軸受８の一方の端面（上端面８ｂ）と対向している。また、複数枚のファン５は、鍔部１０ｄの外周縁から立設する形でハブ部１０と一体的に設けられている。

軸部１１は、この実施形態ではハブ部１０と一体に形成され、その下端にフランジ部１２を別体に有する。この場合、フランジ部１２の上端面１２ａは焼結金属軸受８の他方の端面（下端面８ｃ）と対向する。もちろん、軸部１１をハブ部１０と別体に形成することもでき、その際には、軸部１１の上端をハブ部１０の中央に設けた孔に圧入、接着等の手段により固定することも可能である。あるいは、異材料で形成される軸部１１とハブ部１０の一方をインサート部品として他方を金属や樹脂の射出成形で形成することもできる。

ハウジング７は、その軸方向両端を開口した筒状をなし、その下端開口側を蓋部材１３で封口している。また、ハウジング７の内周面７ａは焼結金属軸受８に固定されると共に、その外周面７ｂは情報機器３のベース４に固定されている。ハウジング７の上端面７ｃと、ハブ部１０の円盤部１０ａの下端面１０ａ１との軸方向の対向間隔は、焼結金属軸受８の上端面８ｂと円盤部１０ａの下端面１０ａ１との対向間隔より大きく、ここでは、回転駆動時のロストルク増加に実質的に影響しないとみなせる程度の大きさに設定されている。

ハウジング７の外周上側には、上方に向かうにつれて外径寸法が増加するテーパ状のシール面７ｄが形成される。このテーパ状のシール面７ｄは、第１筒状部１０ｂの内周面１０ｂ１との間に、ハウジング７の閉塞側（下方）から開口側（上方）に向けて半径方向寸法を漸次縮小させた環状のシール空間Ｓを形成する。このシール空間Ｓは、軸部１１およびハブ部１０の回転時、後述する第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受すき間の外径側と連通しており、各軸受すき間を含む軸受内部空間との間で潤滑油の流通を可能としている。また、潤滑油を軸受内部空間に充填した状態では、潤滑油の油面（気液界面）は、常にシール空間Ｓ内に維持されるよう、潤滑油の充填量が調整される（図２を参照）。

焼結金属軸受８は、例えば銅（純銅だけでなく銅合金を含む）や鉄（純鉄だけでなくステンレスなどの鉄合金を含む）などの金属を主成分とする原料粉末を圧縮成形し、焼結してなる焼結金属の多孔質体であり、概して円筒形状をなす。焼結金属軸受８の内周面８ａの全面又は一部には、動圧発生部として複数の動圧溝８ａ１を配列した領域が形成される。本実施形態では、この動圧溝配列領域は、図３に示すように、円周方向に対して所定角傾斜させた複数の動圧溝８ａ１と、これら動圧溝８ａ１を円周方向に区画する傾斜丘部８ａ２と、円周方向に伸びて各動圧溝８ａ１を軸方向で区画する帯部８ａ３（傾斜丘部８ａ２、帯部８ａ３ともに図３でクロスハッチングを付した部分）とをヘリングボーン形状に配列してなるもので、軸方向に連続して２箇所に形成される。この場合、上側の動圧溝配列領域Ａ１と、下側の動圧溝配列領域Ａ２はともに、軸方向中心線（帯部８ａ３の軸方向中央を円周方向につなぐ仮想線）に対して軸方向対称に形成されており、その軸方向寸法は互いに等しい。

焼結金属軸受８の上端面８ｂの全面又は一部には、動圧発生部としての複数の動圧溝８ｂ１を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図４（ａ）に示すように、スパイラル状に伸びる複数の動圧溝８ｂ１を円周方向に並べて配列した領域が形成されている。この際、動圧溝８ｂ１のスパイラルの向きは、回転部材９の回転方向に対応した向きに設定される。上記構成の動圧溝配列領域は、図２に示す流体動圧軸受装置１を回転駆動させた状態では、対向するハブ部１０の円盤部１０ａの下端面１０ａ１との間に後述する第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受すき間を形成する。

また、焼結金属軸受８の下端面８ｃの全面又は一部には、動圧発生部としての複数の動圧溝８ｃ１を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図４（ｂ）に示すように、スパイラル状に伸びる複数の動圧溝８ｃ１を円周方向に並べて配列した領域が形成されている。この際、動圧溝８ｃ１のスパイラルの向きは、回転部材９の回転方向に対応した向きに設定される。すなわち、図２に示す設置態様では、回転部材９のフランジ部１２の回転方向に対応した向き（フランジ部１２との間に動圧を発生可能な向き）となる。よって、上記構成の動圧溝配列領域は、図２に示す流体動圧軸受装置１を回転駆動させた状態では、対向するフランジ部１２の上端面１２ａとの間に後述する第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受すき間を形成する（図２を参照）。

スラスト軸受すき間は、流体動圧軸受装置１を組立てた時点で自動的に設定される。すなわち、流体動圧軸受装置１を図２の如く組立てた状態では、ハウジング７に固定した焼結金属軸受８を軸方向に挟む位置に、フランジ部１２とハブ部１０の円盤部１０ａとが配置される。よって、ハブ部１０の下端面１０ａ１とフランジ部１２の上端面１２ａとの対向間隔から、焼結金属軸受８の軸方向寸法を減じた値が双方のスラスト軸受すき間の総和に設定される。

焼結金属軸受８の外周面８ｄには、１又は複数本（本実施形態では３本）の軸方向溝８ｄ１が形成される。この軸方向溝８ｄ１は、ハウジング７に焼結金属軸受８を固定した状態では、ハウジング７の内周面７ａとの間に潤滑油の流路を形成する（図２を参照）。

また、焼結金属軸受８の各種寸法について述べると、その軸方向寸法Ｌ（両端面８ｂ，８ｃの軸方向離間距離）は、６ｍｍ以下に設定される。内径寸法Ｄ１（正確には、内周面８ａのうち傾斜丘部８ａ２と共に最小径部となる帯部８ａ３の内径寸法）は３ｍｍ以下、外径寸法Ｄ２は６ｍｍ以下にそれぞれ設定される。

次に、焼結金属軸受８の密度比について述べる。この焼結金属軸受８は、その軸受全体の密度比（焼結金属軸受８をなす多孔質体の密度／当該多孔質体に気孔がないとした仮定した場合の密度）が８０％以上でかつ９５％となるように設定される。また、この焼結金属軸受８においては、軸受内部における密度比のばらつきが従来に比べて小さくなって（均一化されて）いる。具体的には、当該軸受内部における密度比のばらつきが３％以下に抑えられていることが好ましい。なお、この際の密度比のばらつきは、密度比と一定の相間が認められる細孔率を用いて評価することができる。ここで細孔率とは、当該軸受の単位体積当りに占める細孔の体積割合（百分率）で表され、経験則上、密度比とはほぼ負の相間（−１の相関係数）を示す。

また、内周面８ａ、特にラジアル軸受面となる傾斜丘部８ａ２及び帯部８ａ３の内周面の表面開孔率は、例えば２％以上かつ１５％以下に調整される。

上記構成の焼結金属軸受８は、例えば以下に示す工程を経て製造される。

すなわち、上記構成の焼結金属軸受８は、原料粉末を圧縮成形して圧粉成形体を得る圧粉成形工程（Ｓ１）と、圧粉成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程（Ｓ２）と、焼結体にサイジングを施して、焼結体の少なくとも内周面８ａに動圧発生部としての動圧溝８ａ１を成形する動圧溝サイジング工程（Ｓ３）とを主に備える。本実施形態では、焼結工程（Ｓ２）の後で動圧溝サイジング工程（Ｓ３）の前に、焼結体に寸法サイジングを施す寸法サイジング工程（Ｓ０３１）と、焼結体の内周面８ａに回転サイジングを施す回転サイジング工程（Ｓ０３２）とをさらに備える。動圧溝サイジング工程（Ｓ３）を中心に各工程（Ｓ１）〜（Ｓ３）を説明する。

（Ｓ１）圧粉成形工程
まず、最終的な製品となる焼結金属軸受８の材料となる原料粉末を用意し、これを金型プレス成形により所定の形状に圧縮成形する。具体的には、図示は省略するが、ダイと、ダイの孔内に挿入配置されるコアピンと、ダイとコアピンとの間に配設され、ダイに対して昇降可能に構成された下パンチ、および、ダイと下パンチの何れに対しても相対変位（昇降）可能に構成された上パンチとで構成される成形金型を用いて原料粉末の圧縮成形を行う。この場合、ダイの内周面とコアピンの外周面、および、下パンチの上端面とで区画形成される空間に原料粉末を充填し、然る後、下パンチを固定した状態で上パンチを下降させ、充填状態の原料粉末を軸方向に加圧する。そして、加圧しながら所定の位置まで上パンチを下降させ、原料粉末を所定の軸方向寸法にまで圧縮することで、圧粉成形体が成形される。この際、圧粉成形体の軸方向寸法は、上パンチの下端面と、下パンチの上端面との距離、より具体的には上パンチの下死点を、目標とすべき軸方向寸法（この後の焼結、各種サイジングによる寸法変化を考慮して設定）に応じて制御することで、適切な範囲に設定可能となる。

（Ｓ２）焼結工程
上述のようにして、圧粉成形体を得た後、この圧粉成形体を原料粉末に応じた温度で焼結することにより、焼結体を得る。

（Ｓ０３１）寸法サイジング工程、及び（Ｓ０３２）回転サイジング工程
そして、焼結体に対して寸法サイジングを施して、焼結体の外径寸法や内径寸法、及び軸方向寸法を最終製品に準じた寸法に矯正すると共に、内周面８ａの表面開孔率を、動圧軸受として好適な割合に調整する。この段階では、焼結体の内周面８ａに所定の動圧溝８ａ１配列領域は未だ形成されてない。同様に、図示は省略するが、焼結体の両端面８ｂ，８ｃに所定の動圧溝８ｂ１，８ｃ１配列領域は未だ形成されていない。

（Ｓ３）動圧溝サイジング工程
上記一連の工程を経て得られた焼結体に対して所定の動圧溝サイジングを施すことで、焼結体の内周面８ａに動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２を成形する。ここで使用する成形装置は、図示は省略するが、焼結体の圧入穴を有するダイと、ダイの圧入穴に挿入可能に配置されるサイジングピンと、ダイとサイジングピンとの間に配設され、ダイに対して相対的に昇降可能に構成された下パンチ、および、ダイと下パンチの何れに対しても昇降可能に構成された上パンチとを有する。この場合、ダイの圧入穴の内径寸法は、サイジングすべき焼結体の圧入代に応じて適宜設定される。また、サイジングピンの外周面には、成形すべき内周面８ａの動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２（図３）に対応する形状の成形型が設けられると共に、上パンチの下端面、及び下パンチの上端面にはそれぞれ、成形すべき上端面８ｂの動圧溝８ｂ１配列領域、下端面８ｃの動圧溝８ｃ１配列領域（図４（ａ）（ｂ））に対応する形状の成形型がそれぞれ設けられる。

次に、上記成形装置を用いた動圧溝サイジングの一態様を説明する。まず、ダイ２１の上端面２１ｂに焼結体を配置した状態で、その上方から上パンチとサイジングピンを下降させる。これにより、焼結体の内周にサイジングピンを挿入し、サイジングピンの外周に設けておいた成形型を焼結体の内周面と半径方向で対向させる。そして、この成形型が内周面の軸方向所定位置にまで到達したら、上パンチのみを引き続き下降させて焼結体の上端面を押圧する。これにより、焼結体がダイの圧入穴に押込まれ、焼結体の外周面が圧迫されると共に、予め内周に挿入したサイジングピンの成形型に焼結体の内周面が食い付く。また、この状態から、さらに上パンチを下降させて、焼結体を上パンチと下パンチとで挟持し、外径方向への変形をダイにより拘束された状態の焼結体を軸方向に圧迫することで、さらに内周面が成形型に食い付く。このようにして、成形型の形状が焼結体の内周面に転写され、この内周面に動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２が成形される。また、この際、上パンチの下端面及び下パンチの上端面に設けた成形型がそれぞれ焼結体の上端面及び下端面に食い込むことで、これら上端面と下端面とに各成形型の形状が転写され、対応する動圧溝８ｂ１，８ｃ１の配列領域が成形される。

このようにして焼結体の内周面及び両端面に所定の動圧溝８ａ１〜８ｃ１配列領域を成形した後、ダイを下パンチに対して相対的に下降させて、ダイによる焼結体の拘束状態を解除する。これにより、焼結体は外径方向へのスプリングバックを生じ、サイジングピンから焼結体を取り外すことが可能となる。この際、要求されるスプリングバック量は、サイジングピンに設けた成形型がサイジング後の焼結体内周面（特に動圧溝配列領域）と軸方向で引っ掛かりを生じない程度の大きさになるため、成形すべき動圧溝８ａ１の溝深さ（数μｍ）を考慮して、焼結体の肉厚、すなわち完成品としての焼結金属軸受８の肉厚（外径寸法Ｄ２−内径寸法Ｄ１）が設定される。本実施形態では、内径寸法Ｄ１を３ｍｍ以下、外径寸法Ｄ２を６ｍｍ以下とすることで、必要な深さの動圧溝８ａ１を成形しつつ、成形に供したサイジングピンをサイジング後の焼結体から引っ掛かりなく引抜くことができる。

上記構成の流体動圧軸受装置１の内部（軸受内部空間）には潤滑流体としての潤滑油が充填される。ここで、潤滑油としては、種々のものが使用可能であり、例えば、蒸発率が小さく、かつ低温時の粘度低下が少ないエステル系の潤滑油や、エステル系よりも耐性に優れたフッ素系の潤滑油などが好適に使用される。また、動粘度の観点からは、例えば４０℃での動粘度が２０ｃＳｔ以上でかつ１７０ｃＳｔ以下を示し、１００℃での動粘度が２ｃＳｔ以上でかつ５０ｃＳｔ以下を示す潤滑油が好適に使用される。

上記構成の流体動圧軸受装置１において、軸部１１（回転部材９）の回転時、焼結金属軸受８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２ヶ所の動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２）は、軸部１１の外周面とラジアル軸受すき間を介して対向する。そして、軸部１１の回転に伴い、上記ラジアル軸受すき間の潤滑油が各動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２の軸方向中心側に押し込まれ、軸方向中心側の領域（ここでは帯部８ａ３）において潤滑油の圧力が上昇する。このような動圧溝８ａ１の動圧作用によって、軸部１１をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔してそれぞれ構成される。

また、焼結金属軸受８の上端面８ｂ（動圧溝８ｂ１を配列した領域）とこれに対向するハブ部１０の下端面１０ａ１との間のスラスト軸受すき間に、動圧溝８ｂ１の動圧作用により潤滑油の油膜が形成される。また、焼結金属軸受８の下端面８ｃ（動圧溝８ｃ１を配列した領域）とこれに対向するフランジ部１２の上端面１２ａとの間のスラスト軸受すき間に、動圧溝８ｃ１の動圧作用により潤滑油の油膜が形成される。そして、これらの油膜の圧力によって、回転部材９をスラスト双方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１および第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される。

このように、本発明では、焼結金属軸受８の軸方向寸法を６ｍｍ以下とし、かつ軸受全体の密度比を８０％以上でかつ９５％以下の範囲に設定したので、表層部の側と芯部の側、軸方向上側と下側とで密度比の差が非常に小さくすることができる。これにより、動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２を軸方向に連続した構成とした場合にあっても、動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２（特に動圧溝８ａ１の底面）を介して焼結金属軸受８の内部と軸受すき間との間で適度な潤滑油の流通を図ることができる。よって、特許文献１の如き潤滑流体溜り（凹部）がなくても動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２間の領域に負圧が発生する事態を可及的に回避しつつも、十分な動圧作用を発揮させて高い軸受剛性を得ることが可能となる。

また、この際、焼結金属軸受８の内部における密度比のばらつきが３％以下となるように、サイズや成形条件を調整することで、焼結金属軸受８の表層部の密度比を、軸受表面からの動圧の逃げを防ぎつつも軸受すき間への潤滑油等の滲み出しを適切に行い得る程度に設定することができる。また、表層部を除く領域（表層部よりも芯部に近い内側の領域）の密度比を、当該内側領域による潤滑油等の含浸量が適量となるように設定することが可能となる。これにより、温度変化によるバッファ性能を考慮したシール空間Ｓの設計が成立する。

また、本実施形態では、焼結金属軸受８の内部気孔を含む軸受内部空間に含浸させる潤滑油として、４０℃での動粘度が２０ｃＳｔ以上でかつ１７０ｃＳｔ以下を示し、１００℃での動粘度が２ｃＳｔ以上でかつ５０ｃＳｔ以下を示すものを用いた。このように、焼結金属軸受８の密度比を調整してその内部構造の最適化を図ると共に、潤滑油についても用途に応じて比較的高粘度のものを使用することで、軸受性能の更なる向上に寄与し、かつ潤滑油の劣化を抑えることができる。よって、薄型化を図った場合にあっても、高性能かつ信頼性の高い流体動圧軸受装置１を提供することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る焼結金属軸受８及びその製造方法は上記形態には限られることなく、本発明の範囲内において種々の変形、変更が可能なことはもちろんである。

例えば、上記実施形態では、動圧溝サイジング工程において、ダイに焼結体を圧入すると共に、上パンチ及び下パンチで焼結体を軸方向に圧縮することで焼結体内周面への動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２の成形を行う場合を例示したが、可能であれば、ダイへの圧入なしで軸方向への圧入のみで焼結体の内周面に動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２を形成しても構わない。また、軸方向圧縮に際しての上パンチ及び下パンチの移動態様についても上記例示の形態には限られない。例えば、上パンチを下降させて下パンチとの間で焼結体を軸方向にある程度圧縮した状態から下パンチを上昇させてさらに焼結体を圧縮する等、他の押圧態様を採用することも可能である。

また、上記実施形態では、内周面８ａの動圧発生部として、ヘリングボーン形状をなす動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２を形成する場合を例示したが、もちろんこれ以外の形状をなす動圧溝配列領域を形成することも可能である。例えば図５に示すように、動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２において、各動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２中の帯部８ａ３をなくし、帯部８ａ３を介して上下に配置されていた動圧溝８ａ１と傾斜丘部８ａ２とをそれぞれ連続させた形態をとることも可能である。また、各動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２につき、その軸方向中央位置を境として必ずしも対称的な形状をなすものであっても無くてもよい。また、軸方向に連続する動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２についても、その境界に対して対称的な形状をなすものであっても無くてもよい。要は、各動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２が、その軸方向中央側に向けて潤滑油の引き込みを生じる向きに動圧溝が配列されている限りにおいてその形状は任意である。もっといえば、動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２の境界位置からそれぞれ各端面８ｂ，８ｃ側に遠ざかる向きに潤滑油の引き込みを生じる形態をなす限りにおいて任意の形態をとることが可能である。

また、上記実施形態では、上端面８ｂと下端面８ｃとに動圧溝８ｂ１，８ｃ１をそれぞれ形成した場合を例示したが、上端面８ｂと下端面８ｃの一方のみに動圧溝を成形しても良く、あるいは何れの端面８ｂ，８ｃにも動圧溝を設けずにおく構成をとっても構わない。

また、上記実施形態では、焼結金属軸受８をハウジング７に固定してから（流体動圧軸受装置１を組立ててから）焼結金属軸受８の内部気孔を含めた軸受内部空間に潤滑油を含浸させる方法を例示したが、もちろん軸受完成時点（組込み前の時点）で焼結金属軸受８に潤滑油を含浸させても構わない。

また、以上の説明に係る焼結金属軸受８は、上記例示の如き薄型タイプ（シール空間Ｓをラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の外径側に配した形態）の流体動圧軸受装置１だけでなく、他タイプの流体動圧軸受装置にも適用可能なことはもちろんである。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置１は、上記例示の如き遠心タイプのファンモータ２だけでなく、軸流タイプなど他のタイプのファンモータ２にも適用可能である。もちろん、ファンモータ２に限ることなく、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータや、光ディスクの光磁気ディスク駆動用のスピンドルモータ等、高速回転下で使用される情報機器３用の小型モータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等、種々のモータ駆動用軸受装置として好適に使用することが可能である。

１ 流体動圧軸受装置
２ ファンモータ
３ 情報機器
４ ベース
５ ファン
６ 駆動部
７ ハウジング
７ａ 内周面
８ 焼結金属軸受
８ａ 内周面
８ａ１ 動圧溝（内周面）
８ａ２ 傾斜丘部
８ａ３ 帯部
８ｂ 上端面
８ｂ１ 動圧溝（上端面）
８ｃ 下端面
８ｃ１ 動圧溝（下端面）
９ 回転部材
１０ ハブ部
１０ａ 円盤部
１０ａ１ 下端面
１２ フランジ部
１３ 蓋部材
Ａ１，Ａ２ 動圧溝配列領域
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間

Claims (6)

1. 原料粉末を軸方向に圧縮成形したものを焼結することで形成された筒状の多孔質体であって、内周面に動圧発生部が設けられると共に、内部気孔に潤滑油が充填されている焼結含油軸受において、
   動圧発生部として、円周方向に対して傾斜させた複数の動圧溝を配列してなる動圧溝配列領域が軸方向に連続して形成され、
   表面を含む表層部の気孔は封止剤で封止されることなく開孔しており、
   軸方向寸法が６ｍｍ以下とされると共に、軸受全体の密度比が８０％以上でかつ９５％以下であって、かつ
   軸受内部における表層部と芯部との間での密度比のばらつき、又は軸方向一方側と軸方向他方側との間での密度比のばらつきが何れも３%以下に抑えられていることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 軸方向で連続する動圧溝配列領域は何れもヘリングボーン形状をなし、各動圧溝配列領域を構成する動圧溝がその軸方向中央側で連続している請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 内径寸法が３ｍｍ以下で、かつ外径寸法が６ｍｍ以下とされる請求項１に記載の焼結含油軸受。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の焼結含油軸受と、焼結含油軸受の内周に挿通される軸部と、焼結含油軸受の内周面と軸部の外周面との間に形成されるラジアル軸受隙間とを備え、少なくとも焼結含油軸受の内部空孔と、ラジアル軸受隙間に潤滑油が充填されている流体動圧軸受装置。
5. 潤滑油は、４０℃での動粘度が２０ｃＳｔ以上でかつ１７０ｃＳｔ以下を示し、１００℃での動粘度が２ｃＳｔ以上でかつ５０ｃＳｔ以下を示すものである請求項４に記載の流体動圧軸受装置。
6. 請求項４又は５に記載の流体動圧軸受装置と、軸部に取付けられるファンとを備えたファンモータ。

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