JP6347929B2 - 焼結金属軸受 - Google Patents

Description

本発明は、焼結金属軸受、及びその製造方法に関する。

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。

また、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／又は端面に動圧溝などの動圧発生部を設け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、動圧溝が成形される（例えば、特許文献１を参照）。また、この際、上下パンチの端面にも動圧溝に対応した成形型を設けておくことで、焼結体の内周面に加えて両端面にも動圧溝が成形される。

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。その一方で、各種モータに要求される性能は変わらないことから、当該モータを情報機器に複数搭載したものも提案されている。例えば、パソコンなどの電子機器においては、所定の冷却性能を確保するために、冷却用のファンモータを２個搭載したものが提案されている。この場合、例えば冷却ムラの解消や、吸排気用の流路を左右対称に構成すること等を目的として、ファンの回転方向が互いに異なる（正回転と逆回転の）ファンモータを１個ずつ並べて搭載する仕様が存在する（例えば、特許文献２を参照）。

特許第３６０７４９２号公報 特開２００１−２９１９８３号公報

ここで、上記焼結金属軸受の両端面に、スピンドルの回転方向に対応した形状の動圧溝が形成されている場合には、例えばこの軸受を上下反転させてファンモータに組み込むことで、上下一方の端面を正回転用のスラスト軸受面、他方の端面を逆回転用のスラスト軸受面として使用することが期待できる。このような使用態様が可能であれば、正逆何れの回転用のモータにも一種類の焼結金属軸受で対応することができるので、生産効率の観点からも非常に望ましい。

しかしながら、実際の製造プロセスを考慮した場合、上述のように上下反転して正逆両回転モータ用の軸受として兼用可能な焼結金属軸受を量産することは困難である。すなわち、上述のように焼結金属軸受を上下反転して使用する場合においては、上下何れの端面を使用した場合であってもスラスト方向に同等の軸受剛性を発揮させる必要がある。ここで、スラスト方向の軸受剛性は、各端面に形成された動圧溝により発生する動圧の大きさに影響され、この動圧の大きさは、当該動圧溝の形状やサイズ（溝深さ、長さ）によって決定される。一方で、この種の焼結金属軸受においては、通常、軸部やハウジングとの組付け性を考慮して、その端面外周面及び内周縁に面取り部が設けられる（例えば、特許文献１を参照）。焼結金属軸受の外径寸法や内径寸法は、軸部やハウジングの径方向寸法との兼ね合いで変更することは難しいため、動圧溝の長さを大きくとろうとすれば、必然的に面取り部の径方向寸法を小さくせざるを得ない。

ところが、この面取り部は、焼結金属軸受をハウジングに接着固定する場合においては、一種の接着剤溜りとして機能する。そのため、あまりに面取り部の径方向寸法を小さくすると、ハウジングの内周面に接着剤を塗布して焼結金属軸受を軸方向一端側から導入した際、導入方向に押し出された接着剤が面取り部とハウジングの内周面との対向空間（接着剤溜り）に収まり切らず、焼結金属軸受の端面にまで回り込むおそれが生じる。以上の理由より、面取り部の径方向寸法として許容できる範囲は非常に狭い。

しかしながら、最終のプレス工程である動圧溝サイジング工程においては、焼結体の内周面に動圧溝を成形した後のサイジングピンの円滑な引抜きのために、径方向への相応のスプリングバックが必須となる。そのため、どうしても焼結体のダイへの圧入代を大きく取らざるを得ないが、径方向の圧入代を大きくとるほどスプリングバック量も大きくなるため、サイジング後の面取り部の径方向寸法が上端側と下端側とで大きくばらつき易い。これでは両端面で面取り部の径方向寸法に大きな差が生じ、スラスト軸受面積と接着剤の保持容量とを両立させる寸法設計が非常に困難になる。

以上の事情に鑑み、上下反転することで各端面をスラスト軸受面として使用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、本発明に係る焼結金属軸受により達成される。すなわち、この軸受は、原料粉末を圧縮成形したものを焼結することで形成され、両端面の少なくとも外周縁に面取り部を設けると共に、内周面にサイジングによる動圧発生部を設けた焼結金属軸受において、外周面と両端面を何れもサイジング面とし、面取り部の軸方向寸法を径方向寸法よりも大きくすると共に、軸方向一端側と他端側との間での面取り部の軸方向寸法の差を０．０５ｍｍ以上でかつ０．１ｍｍ以下とし、面取り部の径方向寸法の差を０．０２ｍｍ以下とし、これにより上下反転することで前記両端面の各端面をスラスト軸受面として使用可能とした点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「面取り部の軸方向寸法」とは、焼結金属軸受のうち面取り部が形成された領域の軸方向一端から他端までの軸方向の離間距離を意味し、「面取り部の径方向寸法」とは、上記面取り部が形成された領域の径方向外径端から内径端までの径方向の離間距離を意味する。

本発明では、従来、あまり考慮されることのなかった端面外周縁の面取り部に着目し、その形状及びサイズを、スラスト軸受面積と接着剤の保持容積との観点から最適化した。すなわち、従来、径方向寸法と軸方向寸法とが同じであった（傾斜角４５°の）面取り部について、その軸方向寸法を径方向寸法よりも大きくした。また、動圧発生部をサイジングで成形する際のスプリングバックで不可避的に生じる軸方向一端側と他端側との間での面取り部の軸方向寸法の差を相対的に大きくすることで、径方向寸法の差を相対的に小さくした。このように面取り部の軸方向寸法を工夫してその形状を設定することにより、面取り部の径方向寸法を小さくすると共にその上下端側での差を極力小さくすることができる。これにより、面取り部の内径側に位置する両端面の面積を相対的に大きくとって、スラスト軸受面積を確保することができる。また、この種の軸受にあっては、径方向に比べて軸方向の寸法（許容範囲）に比較的設計上の余裕があるので、軸方向寸法を比較的大きめにとったとしても接着強度の面で問題は生じない。従って、本発明によれば、上述したスラスト軸受性能及びラジアル軸受性能と、ハウジングとの接着強度を共に満たす面取り部の設計が成立可能となる。

また、本発明に係る焼結金属軸受は、面取り部の軸方向寸法の差を０．０５ｍｍ以上でかつ０．１ｍｍ以下とし、面取り部の径方向寸法の差を０．０２ｍｍ以下としたものであってもよい。この範囲に設定することで、後述するように内周面及び両端面に動圧発生部としての動圧溝をサイジングで成形する場合においても、必要十分なラジアル軸受剛性及びスラスト軸受剛性を発揮することができ、かつ必要十分な接着強度を発揮することができる。

以上の説明に係る焼結金属軸受は、例えば上記焼結金属軸受と、この焼結金属軸受の内周に挿通される軸部と、軸部と一体的に回転し、焼結金属軸受の何れかの端面と対向する端面対向部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、焼結金属軸受は、その一方の端面を端面対向部と対向配置した際に軸部の正回転に対応する形状の動圧発生部を一方の端面に有すると共に、他方の端面を端面対向部と対向配置した際に軸部の逆回転に対応する形状の動圧発生部を他方の端面に有するものであってもよい。

また、この場合、本発明に係る流体動圧軸受装置は、内周面に焼結金属軸受が接着剤で固定されるハウジングをさらに備え、ハウジングの内周面と面取り部との間に接着剤が保持されるものであってもよい。

また、以上の説明に係る流体動圧軸受装置は、上下何れの端面もスラスト軸受面として好適に使用可能な焼結金属軸受を備えていることから、こ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として好適に提供することも可能である。

また、以上の説明に係るファンモータは、上述した理由から、当該ファンモータとして、ファンの回転方向が異なる２種類のファンモータを搭載した情報機器として好適に提供することも可能である。

また、前記課題の解決は、本発明に係る焼結金属軸受の製造方法によっても達成される。すなわち、この製造方法は、原料粉末を圧縮成形して圧粉成形体を得る工程と、圧粉成形体を焼結して焼結体を得る工程と、焼結体にサイジングを施して焼結体の内周面に動圧発生部を成形する工程とを備えた焼結金属軸受の製造方法において、原料粉末を圧縮成形する工程において、圧粉成形体の両端面の少なくとも外周縁に面取り部を成形すると共に、焼結体をサイジングする工程において、面取り部における軸方向のサイジング代を径方向のサイジング代で除した値が、０．２５以上でかつ１．５以下となるようにした点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「軸方向のサイジング代」とは、サイジング前後での各面取り部の軸方向寸法の変化量を意味し、「径方向のサイジング代」とは、サイジング前後での各面取り部の径方向寸法の変化量を意味する。

このように、本発明に係る製造方法では、動圧発生部のサイジング工程において、従来、ほとんど零か、あっても径方向のサイジング代に比べて極めて小さかった軸方向のサイジング代を積極的に大きくとるようにした。本願ではこのことを径方向のサイジング代に対する割合で規定した。このように軸方向のサイジング代を従来よりも大きくすることで、サイジング後の面取り部の軸方向寸法が上下端の間でそれなりの差を生じたとしても、その分径方向寸法の差を極力小さくすることができる。これにより、内周面に十分な大きさ（深さ）の動圧発生部を設けつつも、面取り部の上下端の間における径方向寸法のばらつきを小さくでき、径方向寸法自体を従来に比べて小さく設計することができる。よって、何れの端面にも十分な大きさのスラスト軸受面積を付与することができ、何れの端面をスラスト軸受面として使用した場合にあっても、所要のスラスト軸受剛性を発揮させることが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属軸受の製造方法は、面取り部における軸方向のサイジング代を径方向のサイジング代で除した値が、０．５以上でかつ１．０以下となるようにしたものであってもよい。この範囲に設定することで、後述するように内周面及び両端面に動圧発生部としての動圧溝をサイジングで成形する場合においても、必要十分なラジアル軸受剛性及びスラスト軸受剛性を発揮することができる。

また、本発明に係る焼結金属軸受の製造方法は、原料粉末を圧縮成形する工程において、圧粉成形体における面取り部の軸方向寸法が径方向寸法よりも大きくなるように、面取り部を成形するものであってもよい。

以上のように、本発明によれば、上述したスラスト軸受性能及びラジアル軸受性能と、ハウジングとの接着強度を共に満たすように面取り部を設計することができるので、上下反転することで各端面をスラスト軸受面として使用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を搭載した情報機器の概念図である。 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。 焼結金属軸受の原料粉末を圧縮成形し、焼結して得られる焼結体の断面図である。 図５に示す焼結体のサイジング工程を説明するための図で、（ａ）はサインジングピンを挿入する前、（ｂ）焼結体のダイへの圧入開始時における断面図である。 図５に示す焼結体のサイジング工程を説明するための図で、（ａ）は焼結体への圧入動作が完了した時点、（ｂ）は焼結体をダイから脱型した時点における断面図である。 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。本実施形態では、回転方向が互いに異なる２種類のファンモータ２，２’がそれぞれ１個ずつ、合計で２個搭載されている。

このうち、一方のファンモータ２（以後、一方のファンモータ２が正回転、他方のファンモータ２’がこれとは逆の回転を行うものとする。）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。よって、本実施形態では、円盤部１０ａが端面対向部に相当する。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のスラスト軸受隙間の外径側と連通しており、各軸受隙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。

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８ａ１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、軸方向に離隔して２箇所に形成される。この場合、上側の動圧溝８ａ１配列領域と、下側の動圧溝８ａ１配列領域はともに、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の正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８ｂ１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のスラスト軸受隙間を形成する。

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、この焼結金属軸受８を上下反転させて下端面８ｃをハブ部１０の下端面と対向させた状態（図１のファンモータ２’を参照）で、回転部材９の逆回転に対応した向きに設定される。従って、図２に示す設置態様では、回転部材９のフランジ部１２の正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。上記構成の動圧溝８ｃ１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のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。

スラスト軸受隙間は、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隙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の両端面８ｂ，８ｃの外周縁及び内周縁には、それぞれ所定形状の外側面取り部８ｅ（８ｅ’）と内側面取り部８ｆ（８ｆ’）が形成されており、上端面８ｂと外周面８ｄ、及び下端面８ｃと外周面８ｄとが外側面取り部８ｅ，８ｅ’でつながると共に、上端面８ｂと内周面８ａ、及び下端面８ｃと内周面８ａとが内側面取り部８ｆ，８ｆ’でつながっている。

このうち、上端面８ｂ及び下端面８ｃの外周縁に位置する外側面取り部８ｅ（８ｅ‘）は何れも、その軸方向寸法ａ１（ａ１’）が径方向寸法ｂ１（ｂ１’）よりも大きく形成されている（図３）。また、上端面８ｂと下端面８ｃとの間での外側面取り部８ｅ，８ｅ’の軸方向寸法の差ａ１−ａ１’（絶対値）が、径方向寸法の差ｂ１−ｂ１’（絶対値）よりも大きくなっている。具体的には、例えば軸方向寸法の差ａ１−ａ１’が０．０５ｍｍ以上でかつ０．１０ｍｍ以下となるように上下双方の外側面取り部８ｅ，８ｅ’が形成されている。また、径方向寸法の差ｂ１−ｂ１’が０．０２ｍｍ以下となるように上下双方の外側面取り部８ｅ，８ｅ’が形成されている。このような寸法関係を有するため、外側面取り部８ｅ，８ｅ’は何れも、上端面８ｂ又は下端面８ｃに対して４５度を超える角度で傾斜している。

このように、焼結金属軸受８の両端面８ｂ，８ｃ（特に上端面８ｂ）の外周縁には、外側面取り部８ｅ，８ｅ’が設けられるため、例えばこの焼結金属軸受８をハウジング７の内周に接着固定した際、この外側面取り部８ｅ（８ｅ‘）とハウジング７の内周面７ａとの間の空間は、一種の接着剤溜りとして機能する。すなわち、焼結金属軸受８のハウジング７への接着固定は、通常、ハウジング７の内周面７ａに予め所定量の接着剤１４を塗布し、然る後、ハウジング７の軸方向一方側（例えば、下端側）から焼結金属軸受８を導入することで行われる。この際、ハウジング７の内周面７ａに塗布しておいた接着剤１４は焼結金属軸受８によってその導入方向前方側へ押出される一方、上端面８ｂの外側面取り部８ｅとハウジング７の内周面７ａとの間に形成される空間により接着剤１４が保持される。よって、この空間が接着剤１４の押出し量に比べて、当該接着剤１４を保持するのに十分な大きさを有していれば、押出された接着剤１４が焼結金属軸受８の上端面８ｂに侵入する事態を回避することができる。

一方、上端面８ｂ及び下端面８ｃの内周縁に位置する内側面取り部８ｆ，８ｆ‘は何れも、その軸方向寸法ａ２と径方向寸法ｂ２とが等しくなるように形成されている（図３）。また、本実施形態では、少なくとも内側面取り部８ｆ（８ｆ’）の軸方向寸法ａ２（ａ２‘）が、外側面取り部８ｅ（８ｅ’）の軸方向寸法ａ１（ａ１‘）よりも小さくなるよう形成されている。

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８ａ１配列領域）は、軸部１１の外周面とラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部１１の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１配列領域の軸方向中心側に押し込まれ、軸方向中心側の領域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配列領域）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隙間に、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配列領域）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隙間に、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。

以下、上述した焼結金属軸受８の製造方法の一例を主に図５〜図７に基づき説明する。

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８’を得る焼結工程（Ｓ２）と、焼結体８’にサイジングを施して、焼結体８’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８’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８’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。

また、この際、図示は省略するが、上パンチの下端面及び下パンチの上端面の外周縁及び内周縁に、成形すべき外側面取り部８ｅ，８ｅ’及び内側面取り部８ｆ，８ｆ’に対応する形状の成形型を設けておき、上述のように原料粉末を圧縮成形することで、最終製品に準じた形状（筒状）の圧粉成形体が成形されると共に、当該圧粉成形体の対応箇所に外側面取り部８ｅ，８ｅ’及び内側面取り部８ｆ，８ｆ’が成形される。

（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８’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８’に対して寸法サイジングを施して、焼結体８’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８’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（図５）。同様に、図示は省略するが、焼結体８’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。そのため、寸法サイジング時、及び回転サイジング時には、上下方向の区別なく、成形金型に焼結体８’を投入することが可能となる。

（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８’に対して所定の動圧溝サイジングを施すことで、焼結体８’の内周面８ａに動圧溝８ａ１配列領域を成形する。ここで使用する成形装置は、図６に示すように、焼結体８’の圧入穴２１ａを有するダイ２１と、ダイ２１の圧入穴２１ａに挿入可能に配置されるサイジングピン２２と、ダイ２１とサイジングピン２２との間に配設され、ダイ２１に対して相対的に昇降可能に構成された下パンチ２３、および、ダイ２１と下パンチ２３の何れに対しても昇降可能に構成された上パンチ２４とを有する。この場合、ダイ２１の圧入穴２１ａの内径寸法は、サイジングすべき焼結体８’の圧入代に応じて適宜設定される。また、サイジングピン２２の外周面には、成形すべき内周面８ａの動圧溝８ａ１配列領域に対応する形状の第１成形型が設けられると共に（図６）、上パンチ２４の下端面２４ａ、及び下パンチ２３の上端面２３ａ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配列領域に対応する形状の第２成形型及び第３成形型が設けられる（図示は省略）。なお、上パンチ２４の下端面２４ａは、焼結体８’の上端面８ｂよりも外径側に大きく形成されており、上パンチ２４の下降による上端面８ｂの加圧動作により、上端面８ｂの外周縁に位置する外側面取り部８ｅを押圧可能としている。下パンチ２３の上端面２３ａについても、上パンチ２４と同様、焼結体８’の下端面８ｃよりも外径側に大きく形成されており、下端面８ｃの加圧時、下端面８ｃの外周縁に位置する外側面取り部８ｅ’を押圧可能としている。

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、図６（ａ）に示すように、ダイ２１の上端面２１ｂに焼結体８’を配置した状態で、その上方から上パンチ２４とサイジングピン２２を下降させる。これにより、焼結体８’の内周にサイジングピン２２を挿入し、サイジングピン２２の外周に設けておいた第１成形型２２ａを内周面８ａと半径方向で対向させる。そして、第１成形型２２ａが内周面８ａの軸方向所定位置にまで到達したら、上パンチ２４のみを引き続き下降させて焼結体８’の上端面８ｂを押圧する（図６（ｂ））。これにより、焼結体８’がダイ２１の圧入穴２１ａに押込まれ、焼結体８’の外周面８ｄ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２２の第１成形型２２ａに内周面８ａが食い付く。また、この状態から、さらに上パンチ２４を下降させて、焼結体８’を上パンチ２４と下パンチ２３とで挟持し、外径方向への変形をダイ２１により拘束された状態の焼結体８’を軸方向に圧迫することで、さらに内周面８ａが第１成形型２２ａに食い付く（図７（ａ））。このようにして、第１成形型２２ａの形状が内周面８ａに転写され、動圧溝８ａ１配列領域が成形される。また、この際、上パンチ２４の下端面２４ａ及び下パンチ２３の上端面２３ａに設けた第２成形型及び第３成形型がそれぞれ焼結体８’の上端面８ｂ及び下端面８ｃに食い込むことで、上端面８ｂと下端面８ｃとに第２成形型と第３成形型の形状が転写され、対応する動圧溝８ｂ１，８ｃ１配列領域が成形される。

このようにして焼結体８’の内周面８ａ及び両端面８ｂ，８ｃに所定の動圧溝８ａ１〜８ｃ１配列領域を成形した後、ダイ２１を下パンチ２３に対して相対的に下降させて、ダイ２１による焼結体８’の拘束状態を解除する（図７（ｂ））。これにより、焼結体８’は外径方向へのスプリングバックを生じ、外周面８ｄ及び外側面取り部８ｅ，８ｅ’の外径寸法が増加する。また、上パンチ２４を上昇させて、上パンチ２４と下パンチ２３とによる焼結体８’の軸方向の拘束状態を解除することで（図７（ｂ））、焼結体８’は軸方向へのスプリングバックを生じ、外周面８ｄ及び外側面取り部８ｅの軸方向寸法が増加する。また、この際、外側面取り部８ｅ，８ｅ’における軸方向のサイジング代（動圧溝サイジングの前後における外側面取り部８ｅ，８ｅ’の軸方向寸法の変化量ａ１−ａ０１，ａ１’−ａ０１’）を径方向のサイジング代（動圧溝サイジングの前後における外側面取り部８ｅ，８ｅ’の径方向寸法の変化量ｂ１−ｂ０１，ｂ１’−ｂ０１’）で除した値が、０．２５以上でかつ１．５以下となるように、より好ましくは０．５以上でかつ１．０以下となるように、ダイ２１の圧入穴２１ａの内径寸法、上パンチ２４の下端面２４ａと下パンチ２３の上端面２３ａとの最大近接距離、焼結体８’の外側面取り部８ｅ，８ｅ’の寸法等を設定する。ここで、上記の値（比率）は、同一の外側面取り部８ｅ（８ｅ’）における軸方向のサイジング代ａ１−ａ０１（ａ１’−ａ０１’）と径方向のサイジング代ｂ１−ｂ０１（ｂ１’−ｂ０１’）とに基づき算出される。また、上端側と下端側、何れの外側面取り部８ｅ，８ｅ’においても上記の値が上記範囲に収まるように設定される。これにより得られた焼結体８’は、最終製品と同一の形状、サイズをなし、上端側と下端側との間での外側面取り部８ｅ，８ｅ’の軸方向寸法の差ａ１−ａ１’が、上述の如く０．０５ｍｍ以上でかつ０．１０ｍｍ以下に収まる。また、径方向寸法の差ｂ１−ｂ１’が、上述の如く０．０２ｍｍ以下に収まる。

この種のサイジング工程においては、焼結体８’の内周面８ａに動圧溝８ａ１を成形した後のサイジングピン２２の円滑な引抜きのために、径方向への相応のスプリングバックが必須となるが、その性質上、スプリングバック量を厳密に管理することは難しい。また、上述のように、焼結体８’に対して上下一方の側から（本実施形態では上パンチ２４により）焼結体８’を押圧することで、どうしても焼結体８’への押圧態様が上下で不均一となり易い。これに対して、本発明では、軸方向のサイジング代を従来に比べて積極的に大きくとるようにした。具体的には、外側面取り部８ｅ（８ｅ’）の軸方向のサイジング代ａ１−ａ０１（ａ１’−ａ０１’）を径方向のサイジング代ｂ１−ｂ０１（ｂ１’−ｂ０１’）で除した値を０．２５以上でかつ１．５以下とした（従来は０．２５未満）。これにより、サイジング後の外側面取り部８ｅ（８ｅ’）の軸方向寸法ａ１（ａ１’）が上下端の間で相応の差を生じたとしても、その分径方向寸法の差ｂ１−ｂ１’を極力小さく（０．０２ｍｍ以下）することができる。これにより、内周面８ａに十分な大きさ（深さ）の動圧溝８ａ１を設けつつも、外側面取り部８ｅ，８ｅ’の上下端の間における径方向寸法ｂ１，ｂ１’のばらつきを小さくでき、径方向寸法ｂ１，ｂ１’自体を従来に比べて小さく設計することができる。よって、何れの端面８ｂ，８ｃにも十分な大きさのスラスト軸受面積を付与することができ、何れの端面８ｂ（８ｃ）をスラスト軸受面として使用した場合（図１に示す左右何れかのファンモータ２，２’）にあっても、所要のスラスト軸受剛性を発揮させることが可能となる。

また、本発明では、外側面取り部８ｅ（８ｅ’）の軸方向寸法ａ１（ａ１’）を径方向寸法ｂ１（ｂ１’）よりも大きくすると共に、軸方向一端側と他端側との間での外側面取り部８ｅ，８ｅ’の軸方向寸法の差ａ１−ａ１’を、径方向寸法の差ｂ１−ｂ１’よりも大きくした。このように外側面取り部８ｅ，８ｅ’の軸方向寸法ａ１，ａ１’を工夫してその形状を設定することにより、外側面取り部８ｅ，８ｅ’の径方向寸法ｂ１，ｂ１’を小さくすると共にその上下端側での差を極力小さくすることができる。これにより、外側面取り部８ｅ，８ｅ’の内径側に位置する両端面８ｂ，８ｃの面積を相対的に大きくとって、スラスト軸受面積を確保することができる。また、この種の軸受８にあっては、径方向に比べて軸方向の寸法（許容範囲）に比較的設計上の余裕があるので、軸方向寸法ａ１（ａ１’）を比較的大きめにとったとしても接着強度の面で問題は生じない。従って、本発明によれば、上述したスラスト軸受性能及びラジアル軸受性能と、ハウジング７との接着強度を共に満たす外側面取り部８ｅ，８ｅ’の設計が成立可能となる。

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２１に焼結体８’を圧入すると共に、上パンチ２４及び下パンチ２３で焼結体８’を軸方向に圧縮することで内周面８ａへの動圧溝８ａ１配列領域の成形を行う場合を例示したが、可能であれば、ダイ２１への圧入なしで軸方向への圧入のみで焼結体８’の内周面８ａに動圧溝８ａ１配列領域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２４及び下パンチ２３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２４を下降させて下パンチ２３との間で焼結体８’を軸方向にある程度圧縮した状態から下パンチ２３を上昇させてさらに焼結体８’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、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とをヘリングボーン形状に配列してなるものを例示したが、もちろんこれ以外の形状をなす動圧溝８ａ１配列領域に対しても本願発明を適用することは可能である。例えば図８に示すように、帯部８ａ３を省略して、動圧溝８ａ１と傾斜丘部８ａ２をそれぞれ軸方向に連続させた形態を取ることも可能である。また、上端面８ｂ又は下端面８ｃの動圧発生部についても同様で、スパイラル形状をなす動圧溝８ｂ１，８ｃ１配列領域に限らず、他の形状をなす動圧溝８ｂ１，８ｃ１配列領域を形成しても構わない。

また、上記実施形態では、焼結金属軸受８の内周面８ａの動圧溝８ａ１が、外側面取り部８ｅ（８ｅ’）と連続する内周面８ａ、及び上端面８ｂ（又は下端面８ｃ）と同一平面レベルに存在する場合（この場合、動圧溝８ａ１配列領域間の領域が動圧溝８ａ１と同一平面レベルに存在する）を例示したが、動圧溝８ａ１の区画部（傾斜丘部８ａ２、帯部８ａ３など）が内周面８ａ、上端面８ｂ又は下端面８ｃと同一平面レベルに存在するよう、動圧溝８ａ１及びその区画部を成形するようにしてもよい。

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。この際、上下反転して使用する以外の用途にも本発明を適用可能であることはもちろんである。

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
８’ 焼結体
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）
８ｅ，８ｅ’ 外側面取り部
８ｆ，８ｆ’ 内側面取り部
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
１４ 接着剤
２１ ダイ
２１ａ 圧入穴
２２ サイジングピン
２２ａ 第１成形型
２３ 下パンチ
２４ 上パンチ
ａ１，ａ１’，ａ０１，ａ０１’ 軸方向寸法（外側面取り部）
ａ２，ａ２’ 軸方向寸法（内側面取り部）
ｂ１，ｂ１’，ｂ０１，ｂ０１’ 径向寸法（外側面取り部）
ｂ２，ｂ２’ 径方向寸法（内側面取り部）
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 (5)

1. 原料粉末を圧縮成形したものを焼結することで形成され、両端面の少なくとも外周縁に面取り部を設けると共に、内周面にサイジングによる動圧発生部を設けた焼結金属軸受において、
   外周面と前記両端面を何れもサイジング面とし、
   前記面取り部の軸方向寸法を径方向寸法よりも大きくすると共に、軸方向一端側と他端側との間での前記面取り部の軸方向寸法の差を０．０５ｍｍ以上でかつ０．１ｍｍ以下とし、前記面取り部の径方向寸法の差を０．０２ｍｍ以下とし、これにより上下反転することで前記両端面の各端面をスラスト軸受面として使用可能としたことを特徴とする焼結金属軸受。
2. 請求項１に記載の焼結金属軸受と、この焼結金属軸受の内周に挿通される軸部と、該軸部と一体的に回転し、前記焼結金属軸受の何れかの端面と対向する端面対向部とを備えた流体動圧軸受装置であって、
   前記焼結金属軸受は、前記両端面の一方の端面を前記端面対向部と対向配置した際に前記軸部の正回転に対応する形状の動圧発生部を前記一方の端面に有すると共に、前記両端面の他方の端面を前記端面対向部と対向配置した際に前記軸部の逆回転に対応する形状の動圧発生部を前記他方の端面に有する流体動圧軸受装置。
3. 内周面に前記焼結金属軸受が接着剤で固定されるハウジングをさらに備え、該ハウジングの内周面と前記面取り部との間に前記接着剤が保持される請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 請求項２又は３に記載の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。
5. 請求項４に記載のファンモータとして、前記ファンの回転方向が異なる２種類のファンモータを搭載した情報機器。

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