JP6812113B2 - 焼結含油軸受及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結含油軸受に関し、特に、流体動圧軸受装置に組み込まれる焼結含油軸受に関する。

流体動圧軸受装置は、軸受部材とその内周に挿入された軸部材との相対回転により、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力を高め、この圧力（動圧作用）で軸部材を相対回転自在に非接触支持するものである。流体動圧軸受装置は、回転精度及び静粛性に優れるという特性から、ＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータ等に好適に使用される。

流体動圧軸受装置に組み込まれる軸受部材として、焼結体の内部気孔に油を含浸させてなる焼結含油軸受が用いられることがある。しかし、焼結含油軸受は、表面に無数の微小な開孔部を有するため、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高まると、焼結含油軸受の内周面の開孔部から内部気孔に潤滑油が浸入し、ラジアル軸受隙間の潤滑油の圧力（油膜強度）が低下する恐れがある。このような現象は「動圧抜け」と呼ばれ、焼結含油軸受を用いた流体動圧軸受装置において回避すべき課題とされる。

動圧抜けを防止する手段として、焼結体の内周面に回転サイジングを施して表面開孔を減じる方法が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開平１０−３０６８２７号公報

回転サイジングは、断面略多角形のサイジングピンを焼結体の内周面に圧入し、これを回転させることにより、内周面の表面開孔を押しつぶす加工方法である。この回転サイジングにより軸受面の表面開孔率を十分に小さくし、動圧軸受として必要な油膜強度を得るためには、焼結体の表層の材料を十分に圧延する必要がある。例えば、銅鉄系の焼結体により焼結含油動圧軸受を形成する場合、比較的柔らかく圧延されやすい銅の含有量を多くすることで、回転サイジングによる焼結体の表層の圧延性を高めることができる。

しかし、本発明者らの検証によると、銅粉の割合の高い（例えば５０質量％以上）原料粉末を用いて焼結体を作製し、その内周面（軸受面）に回転サイジングを施した場合でも、軸受面に粗大気孔が残存することがあり、動圧抜けによる油膜強度の低下を確実に防止できるとは言えなかった。

本発明は、焼結含油軸受の軸受面に粗大気孔が形成されることを防止し、動圧抜けによる油膜強度の低下を確実に防止することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、銅を４０質量％以上含む銅鉄系の焼結体の内部気孔に油を含浸させてなる焼結含油軸受であって、前記焼結体が、鉄粉の表面に粒径２０μｍ以下の銅粉が予め拡散接合された部分拡散合金粉の銅粉に由来する銅組織と、単体銅粉に由来する銅組織とを含むことを特徴とする焼結含油軸受を提供する。

上記の焼結含油軸受は、鉄粉の表面に粒径２０μｍ以下の銅粉が拡散接合された部分拡散合金粉と単体銅粉とを混合して原料粉末を作製する工程と、前記原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る工程と、前記圧粉体を焼結して焼結体を得る工程と、前記焼結体の内周面の表層の材料を圧延させることにより内周面に封孔処理を施す工程と、前記焼結体の内部気孔に油を含浸する工程とを経て製造することができる。

本発明者らが従来の銅鉄系の焼結含油軸受の組織を検証したところ、粗大気孔が、主に歪な形状を有する鉄粉の周辺に発生していた。そこで、本発明では、鉄粉の表面に微細な銅粉（具体的には、粒径２０μｍ以下の銅粉）を拡散接合した部分拡散合金粉を用いて焼結含油軸受を形成した。部分拡散合金粉は、鉄粉と銅粉とを混合した状態で加熱することにより製造されるが、このとき、歪な形状の鉄粉の凹部に微細な銅粉が入り込んだ状態で付着しやすいため、部分拡散合金粉全体として歪な形状が緩和され、歪な形状の鉄粉に起因する粗大気孔の形成が抑えられる。

ところで、原料粉末に歪な形状の鉄粉が含まれる場合でも、この鉄粉と混合される単体銅粉を微細化すれば、歪な形状の鉄粉の凹部に微細な単体銅粉が入り込んで、粗大気孔の形成を防止できるとも考えられる。しかし、上記の焼結体には多くの銅（４０質量％以上）が含まれているため、原料粉末に微細な単体銅粉が多量に含まれることとなり、原料粉末の流動性が低下し、圧縮成形（フォーミング）が困難となる恐れがある。これに対し、上記のように部分拡散合金粉を用いることで、微細な銅粉が予め鉄粉に付着した状態で原料粉末に配合されるため、原料粉末の流動性を低下させることがなく、圧縮成形に悪影響を及ぼすことはない。

部分拡散合金粉を製造する際、鉄粉の表面に付着させることができる銅粉の量には限界があるため、通常、部分拡散合金粉中の銅粉の割合は１５〜３０質量％程度となる。このため、焼結体中の銅の割合を４０質量％以上まで高めるためには、単体銅粉を多めに（例えば焼結体全体の３５質量％以上）配合することが好ましい。この場合、単体銅粉の粒径が大きすぎると、粗大気孔が形成されやすくなるため、粒径が小さめ（具体的には６３μｍ以下）の単体銅粉を用いることが好ましく、４５μｍ以下のものがより一層好ましい。

単体銅粉としては、電解銅粉を用いることが好ましい。電解銅粉は、各粒子が樹枝形状を成しているため、圧縮成形したときに粉末同士が絡みやすくなる。この状態で焼結することで、焼結が進みやすくなるため、焼結体の強度が向上すると共に、焼結体の内部気孔を微細化することができる。

上記の焼結体の内周面や端面に、軸受隙間に満たされた潤滑油に積極的に動圧作用を発生させる動圧発生部（例えば動圧溝）を形成してもよい。この場合、軸受隙間の潤滑油の圧力がより一層高められるため、上記のように粗大気孔の形成を抑えて動圧抜けを防止することが特に有効となる。

上記の焼結含油軸受と、焼結含油軸受の内周に挿入された軸部材と、焼結含油軸受の内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力により軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置は、油膜強度が高いため、優れた回転精度を有する。

以上のように、本発明によれば、歪な形状の鉄粉に起因する粗大気孔が軸受面に形成されることを防止できるため、動圧抜けによる油膜強度の低下を確実に防止することができる。

スピンドルモータの断面図である。 流体動圧軸受装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る焼結含油軸受の断面図である。 上記焼結含油軸受の下面図である。 （ａ）（ｂ）は、部分拡散合金粉を模式的に示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は、圧縮成形工程を示す断面図である。 圧粉体の組織を模式的に示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は、溝成形工程（溝サイジング工程）を示す断面図である。

図１に、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータを示す。このスピンドルモータは、流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の軸部材２に固定されたディスクハブ３と、半径方向隙間を介して対向させたステータコイル４およびロータマグネット５と、ブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット６に固定され、ロータマグネット５はディスクハブ３に固定される。ブラケット６の内周面には、流体動圧軸受装置１のハウジング７が固定される。ディスクハブ３には、所定枚数（図示例では２枚）のディスクＤが保持される。ステータコイル４に通電すると、ロータマグネット５が回転し、これに伴って、ディスクハブ３に保持されたディスクＤが軸部材２と一体に回転する。

流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受８と、焼結含油軸受８の内周に挿入された軸部材２と、内周面に焼結含油軸受８が固定された有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に配設されるシール部材９とを備える。尚、以下の流体動圧軸受装置１の説明では、便宜上、軸方向でハウジング７の開口側を上方、その反対側を下方という。

軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。軸部２ａの外周面２ａ１は円筒面状とされ、その軸方向中間部には、他の領域よりも小径な逃げ部２ａ２が形成される。軸部２ａの外径は、例えば０．５〜４ｍｍ程度とされる。

焼結含油軸受８は、銅及び鉄を主成分として含む銅鉄系の焼結体からなる。焼結含油軸受８は円筒状を成し、その内周面８ａにラジアル軸受面が形成される。本実施形態では、図３に示すように、焼結含油軸受８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面が形成され、各ラジアル軸受面に、動圧発生部としてへリングボーン形状に配列された動圧溝８ａ１，８ａ２が設けられる。図中クロスハッチングで示す領域は、内径側に盛り上がった丘部を示している。上側の動圧溝８ａ１は軸方向で非対称な形状を成し、下側の動圧溝８ａ２は軸方向で対称な形状を成している。軸部材２の回転時には、軸方向非対称形状の上側の動圧溝８ａ１によりラジアル軸受隙間の潤滑油が軸方向に押し込まれ、これによりハウジング７の内部で潤滑油が強制的に循環される。尚、上下の動圧溝８ａ１，８ａ２の双方を軸方向対称形状としてもよい。また、上下の動圧溝８ａ１，８ａ２を軸方向で連続させたり、上下の動圧溝８ａ１，８ａ２の一方あるいは双方を省略したりしてもよい。

焼結含油軸受８の下側端面８ｂにはスラスト軸受面が形成され、このスラスト軸受面に、動圧発生部として、図４に示すようなスパイラル形状の動圧溝８ｂ１が形成される。図示例の動圧溝８ｂ１は、軸部材２の回転に伴って潤滑油を内径側に押し込むポンプインタイプである。焼結含油軸受８の上側端面８ｄには、図３に示すように、環状溝８ｄ１と、環状溝８ｄ１の内径側に設けられた複数の半径方向溝８ｄ２とが形成される。焼結含油軸受８の外周面８ｃには、複数の軸方向溝８ｃ１が円周方向等間隔に設けられる。これらの軸方向溝８ｃ１、環状溝８ｄ１、及び半径方向溝８ｄ２等を介して、軸部材２のフランジ部２ｂの外径側の空間がシール空間Ｓと連通することで、この空間における負圧の発生が防止される。

ハウジング７は、円筒状の側部７ａと、側部７ａの下方の開口部を閉塞する円盤状の底部７ｂとを有する（図２参照）。ハウジング７は樹脂あるいは金属で形成され、図示例では、側部７ａと底部７ｂとが樹脂で一体に射出成形される。底部７ｂの上側端面７ｂ１には、スラスト動圧発生部として、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝が形成される（図示省略）。この動圧溝は、例えばハウジング７の射出成形と同時に成形することができる。尚、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂを別体に形成してもよい。

シール部材９は、樹脂あるいは金属で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１の上端部に固定される（図２参照）。シール部材９の下側端面９ｂは、焼結含油軸受８の上側端面８ｄに当接している。シール部材９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ形状を成している。シール部材９の内周面９ａは、軸部２ａの外周面２ａ１と半径方向で対向し、これらの間に下方へ向けて半径方向寸法を漸次縮小させた楔状のシール空間Ｓが形成される。軸部材２の回転時には、シール空間Ｓが毛細管力シールとして機能し、ハウジング７の内部に満たされた潤滑油の外部への漏れ出しを防止する。

上記の構成部品からなる流体動圧軸受装置１の内部に、潤滑油が注入される。これにより、焼結含油軸受８の内部気孔を含む流体動圧軸受装置１の内部空間が潤滑油で満たされ、油面は常にシール空間Ｓの範囲内に維持される。

軸部材２が回転すると、焼結含油軸受８の内周面８ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、焼結含油軸受８の内周面８ａに形成された動圧溝８ａ１，８ａ２によりラジアル軸受隙間の油膜の圧力が高められ、この動圧作用によって、軸部材２を回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１及び第２ラジアル軸受部Ｒ２が構成される。

これと同時に、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と焼結含油軸受８の下側端面８ｂとの間、及び、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成される。そして、焼結含油軸受８の下側端面８ｂに形成された動圧溝８ｂ１、及びハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１に形成された動圧溝により、各スラスト軸受隙間の油膜の圧力が高められ、軸部材２を両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１及び第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される。

以下、上記の焼結含油軸受８の製造方法を説明する。焼結含油軸受８は、主に（Ａ）原料粉末混合工程、（Ｂ）成形工程、（Ｃ）焼結工程、（Ｄ）封孔処理工程、及び（Ｅ）動圧溝形成工程を順に経て製造される。以下、各工程について詳細に説明する。

（Ａ）原料粉末混合工程
この工程では、後述する複数種の粉末を混合することにより、焼結含油軸受８の原料粉末を作製する。本実施形態で使用する原料粉末は、部分拡散合金粉と、単体銅粉と、低融点金属粉とからなる。この原料粉末には、必要に応じて、各種成形潤滑剤（例えば、離型性向上のための潤滑剤）や固体潤滑剤（例えば黒鉛粉）等を添加しても良い。以下、上記の各粉末について詳細に述べる。

［部分拡散合金粉］
部分拡散合金粉１１としては、鉄粉１２の表面に銅粉１３を拡散接合したＦｅ−Ｃｕ部分拡散合金粉が使用される。特に、本実施形態では、図５（ａ）（ｂ）に模式的に示すように、鉄粉１２の表面に、鉄粉１２よりも平均粒径が小さい多数の銅粉１３を拡散接合したＦｅ−Ｃｕ部分拡散合金粉が使用される。部分拡散合金粉１１の鉄粉１２と銅粉１３との境界付近では、鉄に銅が拡散してＦｅ−Ｃｕ合金が形成されている。部分拡散合金粉１１は、鉄粉１２と銅粉１３の混合粉を加熱してこれらを拡散接合させた後、粉砕することにより形成される。このとき、例えば図５（ｂ）に示すような歪な形状を有する鉄粉１２には、その凹部１２ａに微細な銅粉１３が嵌まり込みやすく、この状態で両者が拡散接合される。これにより、鉄粉１２の凹部１２ａが微細な銅粉１３で埋められた状態となり、歪な形状がある程度解消される。

部分拡散合金粉１１の粒径が大きすぎると、部分拡散合金粉１１の粒子間に粗大気孔が形成される恐れがある。このため、部分拡散合金粉１１としては、粒径１０６μｍ以下のものを使用することが好ましい。また、原料粉末の流動性を確保する観点から、部分拡散合金粉１１は、粒径４５μｍ以下の粒子を２５質量％以上含まないものを使用するのが望ましい。

上記の部分拡散合金粉１１を構成する鉄粉１２としては、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉等、公知の鉄粉を使用することができるが、本実施形態では還元鉄粉を使用する。還元鉄粉は、球形に近似した不規則形状で、かつ内部気孔を有する海綿状（多孔質状）であるから、海綿鉄粉とも称される。使用する鉄粉１２は、粒径２０μｍ〜１０６μｍのものが好ましく、粒径３８μｍ〜７５μｍのものが一層好ましい。

また、部分拡散合金粉１１を構成する銅粉１３としては、汎用されている不規則形状や樹枝状の銅粉が広く使用可能であり、例えば、電解銅粉、アトマイズ銅粉等が用いられる。本実施形態では、表面に多数の凹凸を有すると共に、粒子全体として球形に近似した不規則形状をなし、成形性に優れたアトマイズ銅粉を使用している。一方、電解銅粉は焼結性に優れているため、電解銅粉を使用すれば鉄粉１２との結合をより高めることができる。使用する銅粉１３は、鉄粉１２よりも小粒径のものが使用され、具体的には粒径２０μｍ以下のものが使用される。また、鉄粉１２への付着量を確保するためには、銅粉１３はある程度の大きさを有することが望ましく、例えば粒径５μｍ以上のものが使用される。なお、部分拡散合金粉１１におけるＣｕの割合は１０〜３０質量％（好ましくは２２〜２６質量％）である。

［単体銅粉］
単体銅粉としては、電解銅粉およびアトマイズ銅粉のどちらも使用可能であるが、特に、電解銅粉を使用することが好ましい。電解銅粉は、各粒子が樹枝形状を成しているため、粒子同士が絡みやすく、内部気孔を微細化することができるからである。また、単体銅粉は、粒径が６３μｍ以下であることが好ましく、４５μｍ以下のものがより一層好ましい。これにより、粒子間に形成される気孔がさらに微細化されるからである。また、原料粉末の流動性を確保する観点から、単体銅粉は、粒径２０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含まないものを使用するのが望ましい。

［低融点金属粉］
低融点金属粉としては、融点が７００℃以下の金属粉、例えば錫、亜鉛、リン等を含む粉末が使用される。本実施形態では、これらの中でも銅と鉄に拡散し易く、単独粉で使用できる錫粉、特にアトマイズ錫粉を使用する。錫粉（アトマイズ錫粉）としては、粒径６３μｍ以下のものが好ましく使用され、粒径４５μｍ以下の粒子が９０質量％以上含むものが一層好ましく使用される。

以上で述べた各粉末を、所定の割合で混合する。原料粉末における銅の割合が少なすぎると、焼結含油軸受８の軸受面における銅の割合が不足し、後述する封孔処理時の表層の圧延性が不足する恐れがある。従って、原料粉末に含まれる銅（部分拡散合金粉の銅粉と単体銅粉との合計）は、４０質量％以上（好ましくは５０質量％以上）とされる。一方、コストの観点から、原料粉末中の銅の割合は７５質量％以下（好ましくは６５質量％以下）とされる。また、原料粉末中の鉄の割合は、少なすぎると焼結含油軸受８の強度不足を招き、多すぎると銅の割合が低下して上記の不具合を招く。従って、原料粉末中の鉄（部分拡散合金粉の鉄粉）の配合割合は、２５質量％以上（好ましくは３８質量％以上）、５０質量％以下（好ましくは４２質量％以下）とされる。本実施形態において、部分拡散合金粉の配合割合は、原料粉末全体に対する鉄粉１２の割合が２５〜５０質量％となるように設定される。一方、単体銅粉の配合割合は３５〜６０質量％とされる。

低融点金属粉は、少なすぎると液相焼結の進行が不十分となるために強度低下を招き、多すぎると粗大気孔が増える問題があるため、原料粉末中の配合割合は１〜３質量％とされる。

尚、粉末の粒径は、粒子群にレーザ光を照射し、そこから発せられる回折散乱光の強度分布パターンから計算によって粒度分布、さらには粒径を求めるレーザ回折散乱法（例えば株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ３１０００を用いる）や、画像解析（例えば株式会社セイシン企業のＰＩＴＡ−３）により測定することができる。また、本明細書で言う「粒径Ｘμｍ以下」とは、粒径がＸμｍを超える粒子を実質的に含まない（３質量％以上含まない）ことを意味し、例えば目開きＸμｍの篩を通過可能な粉末を意味する。同様に、「粒径Ｙμｍ以上」とは、粒径がＹμｍ未満の粒子を実質的に含まない（３質量％以上含まない）ことを意味し、例えば目開きＹμｍの篩を通過せず、その篩の上に残る粉末を意味する。

（Ｂ）成形工程
成形工程では、図６（ａ）（ｂ）に示すような成形金型２０を使用して上記の原料粉末１０を圧縮することにより、図３に示す焼結含油軸受８に近似した形状（略完成品形状）の圧粉体１８を得る。成形金型２０は、主要な構成として、同軸配置されたコア２１、上下パンチ２２，２３およびダイ２４を有する。成形金型２０は、例えばカム式成形プレス機のダイセットにセットされる。

まず、コア２１、下パンチ２３およびダイ２４で画成されるキャビティ内に原料粉末１０を充填する（図６（ａ）参照）。その後、上パンチ２２を降下させ、原料粉末１０を圧縮することにより、圧粉体１８が成形される（図６（ｂ）参照）。そして、上パンチ２２及び下パンチ２３を上昇させ、圧粉体１８をキャビティ外に抜き出す。

こうして形成された圧粉体１８の組織を図７に示す。この組織では、部分拡散合金粉１１を構成する鉄粉１２及び銅粉１３、単体銅粉１４、及び錫粉１５が均一に分散している。本実施形態で使用される部分拡散合金粉１１は、歪な形状の鉄粉１２を含んでいるが、その鉄粉１２の凹部１２ａに、予め微細な銅粉１３が入り込んで接合されているため、全体として歪な形状がある程度解消されている（図６（ｂ）参照）。従って、歪な形状の鉄粉１２に起因した粗大気孔の形成を抑制することができる。また、粒径２０μｍ以下の微細な銅粉１３が、鉄粉１２に接合された状態で原料粉末に混合されるため、微細な銅粉１３が原料粉末の流動性を低下させたり、原料粉末中で偏析したりすることはない。

また、本実施形態では、原料粉末に、鉄粉１２と比べて柔らかい銅粉１３，１４が比較的多く（４０質量％以上）含まれていることで、圧縮成形時の銅粉１３，１４の塑性流動により粒子間の気孔を埋めることができる。また、本実施形態では、単体銅粉として、粒径が小さめ（６３μｍ以下）の電解銅粉を使用しているため、粒子間の気孔を微細化することができる。

（Ｃ）焼結工程
焼結工程では、圧粉体１８を焼結し、焼結体を得る。具体的に、圧粉体１８を８００℃以上９００℃以下で加熱する（低温焼結）。原料粉末に流体潤滑剤等の各種成形潤滑剤を含めていた場合、成形潤滑剤は、焼結に伴って揮散する。尚、本実施形態の焼結体の密度は、６．３〜７．６ｇ／ｃｍ^３（相対密度７４〜９０％）とされる。

上記の工程を経て製造された焼結体は、鉄組織及び銅組織を主体として構成される。銅組織は、部分拡散合金粉１１の銅粉１３に由来する銅組織と、単体銅粉１４に由来する銅組織とからなる。これらの銅組織を構成する銅の合計量が、焼結体全体の４０質量％以上となっている。このうち、単体銅粉１４に由来する銅組織は、焼結体全体の３５質量％以上含まれる。

尚、焼結体の鉄組織の周辺を囲む銅組織に粗大気孔が形成されていなければ、原料粉末がＦｅ−Ｃｕ部分拡散合金粉を含んでいると推定できる。また、比較的離れた鉄組織の間に銅組織が存在していれば、原料粉末が単体銅粉を含んでいると推定できる。従って、焼結体の断面を観察して、鉄組織の周囲の銅組織に粗大気孔が形成されておらず、且つ、比較的離れた鉄組織の間に銅組織が存在していれば、その焼結体の銅組織が、部分拡散合金粉１１の銅粉１３に由来するもの、及び単体銅粉１４に由来するものの双方を含んでいると判断することができる。

（Ｄ）封孔処理工程（回転サイジング工程）
この工程では、断面略多角形のサイジングピンを焼結体の内周面に圧入し、この状態でサイジングピンを回転させる（図示省略）。サイジングピンのうち、焼結体の内周面と接触する角部は、断面略円弧状に丸められている。この回転サイジングにより、焼結体の内周面の表層の材料がサイジングピンで圧延され、内周面の開孔部が押しつぶされ、内周面の表面開孔率が低減される。特に、焼結体が比較的多くの銅を含むため、焼結体の内周面の表層の圧延性が高く、内周面の開孔部が押しつぶされやすい。これにより、焼結体の内周面の開孔率を１２％以下、好ましくは１０％以下まで抑えることができる。一方、焼結体の内周面の開孔率は０．１％以上とすることが望ましい。

上記のような回転サイジング等の封孔処理により、焼結体の内周面の開孔率は、内部の気孔率（≒焼結体全体の気孔率＝１００％−相対密度）よりも小さくなっている。換言すると、焼結体の内周面の開孔率が内部の気孔率以下となっていれば、内周面に封孔処理が施されたと推定することができる。尚、焼結体の内周面の開孔率は、例えば焼結体の内周面の撮影画像を解析して開孔部の面積比率を算出することにより求めることができる。

（Ｅ）動圧溝形成工程（溝サイジング工程）
この工程では、図８に示すサイジング金型３０により焼結体２８を所定の寸法精度に矯正すると共に、焼結体２８の内周面２８ａに動圧溝を型成形する。具体的には、図８（ａ）に示すように、焼結体２８の内周にコアロッド３１を隙間を介して挿入すると共に、焼結体２８の軸方向幅を上下パンチ３２，３３で拘束する。この状態を維持しながら、図８（ｂ）に示すように、焼結体２８をダイ３４の内周に圧入する。これにより、焼結体２８が外周から圧迫され、焼結体２８の内周面２８ａが、コアロッド３１の外周面に形成された成形型３１ａに押し付けられ、焼結体２８の内周面２８ａに成形型３１ａの形状が転写されて動圧溝８ａ１，８ａ２が成形される。その後、焼結体２８、コアロッド３１、及び上下パンチ３２，３３を上昇させ、ダイ３４の内周から焼結体２８及びコアロッド３１を取り出す。このとき、焼結体２８の内周面２８ａがスプリングバックにより拡径し、コアロッド３１の外周面の成形型３１ａから剥離する。そして、焼結体２８の内周からコアロッド３１を引き抜く。

こうして形成された焼結体２８の内部気孔に真空含浸等の手法で潤滑油を含浸させると、図１に示す焼結含油軸受８が完成する。

以上、本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受について説明を行ったが、本発明の実施の形態は上述のものに限られない。

例えば、圧縮成形工程において、成形金型２０および原料粉末１０の少なくとも一方を加熱した状態で圧粉体１８を圧縮成形する、いわゆる温間成形法や、成形金型２０の成形面（キャビティの画成面）に潤滑剤を塗布した状態で圧粉体１８を圧縮成形する金型潤滑成形法を採用しても良い。このような方法を採用すれば、圧粉体１８を一層精度良く成形することができる。

また、封孔処理工程は、焼結体の表層を圧延（塑性変形）させて表面開孔を減じる方法であればよく、回転サイジングの他、ショットブラスト、サンドブラスト、バレル研磨、タンブラー処理等を採用することもできる。

また、焼結含油軸受８の内周面８ａに、ヘリングボーン形状以外の形状の動圧溝を形成してもよい。また、焼結含油軸受８の内周面８ａを円筒面とする一方で、軸部材２の外周面２ａ１に動圧溝を形成してもよい。また、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａ１の双方を円筒面とし、軸部材２の振れ回りで動圧を発生させる、いわゆる真円軸受を構成してもよい。

また、軸部材２のスラスト方向の支持は、上記のような動圧軸受（スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２）による非接触支持に限らず、ピボット軸受等の接触支持で行ってもよい。この場合、焼結含油軸受８の端面にはスラスト軸受面は形成されない。

また、上記の実施形態では、焼結含油軸受８が固定され、軸部材２が回転する場合を示したが、これに限らず、軸部材２を固定して焼結含油軸受８を回転させる構成、あるいは、軸部材２及び焼結含油軸受８の双方を回転させる構成を採用することもできる。

また、本発明に係る焼結含油軸受８が組み込まれた流体動圧軸受装置は、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータに限らず、他の情報機器に組み込まれるスピンドルモータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは冷却用のファンモータ等、他の小型モータにも広く使用することができる。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
８ 焼結含油軸受
９ シール部材
１０ 原料粉末
１１ 部分拡散合金粉
１２ 鉄粉
１３ 銅粉
１４ 単体銅粉
１５ 錫粉
１８ 圧粉体
２８ 焼結体
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 (11)

1. 銅を４０質量％以上含む銅鉄系の焼結体の内部気孔に油を含浸させてなる焼結含油軸受であって、
   前記焼結体が、鉄粉の表面に粒径２０μｍ以下の銅粉が予め拡散接合された部分拡散合金粉の前記銅粉に由来する銅組織と、粒径４５μｍを超える粒子を３質量％以上含まない単体銅粉に由来する３５質量％以上の銅組織とを含み、
   前記部分拡散合金粉が、粒径４５μｍ以下の粒子を２５質量％以上含まない焼結含油軸受。
2. 前記部分拡散合金粉が、前記鉄粉の表面の凹部に前記銅粉が入り込んだ状態で拡散接合されたものを含む請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 前記単体銅粉が電解銅粉である請求項１又は２に記載の焼結含油軸受。
4. 前記焼結体の内周面に動圧発生部が形成された請求項１〜３の何れかに記載の焼結含油軸受。
5. 前記焼結体の端面に動圧発生部が形成された請求項１〜４の何れかに記載の焼結含油軸受。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の焼結含油軸受と、前記焼結含油軸受の内周に挿入された軸部材と、前記焼結含油軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力により前記軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
7. 請求項６に記載の流体動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ。
8. 銅を４０質量％以上含む銅鉄系の焼結体からなる焼結含油軸受の製造方法であって、
   鉄粉の表面に粒径２０μｍ以下の銅粉が拡散接合され、粒径４５μｍ以下の粒子を２５質量％以上含まない部分拡散合金粉と、粒径４５μｍを超える粒子を３質量％以上含まない単体銅粉とを混合して前記単体銅粉を３５質量％以上含む原料粉末を作製する工程と、
   前記原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る工程と、
   前記圧粉体を焼結して焼結体を得る工程と、
   前記焼結体の内周面の表層の材料を圧延させることにより内周面に封孔処理を施す工程と、
   前記焼結体の内部気孔に油を含浸する工程とを有する焼結含油軸受の製造方法。
9. 前記部分拡散合金粉が、前記鉄粉の表面の凹部に前記銅粉が入り込んだ状態で拡散接合されたものを含む請求項８に記載の焼結含油軸受の製造方法。
10. 前記封孔処理が回転サイジングである請求項８又は９記載の焼結含油軸受の製造方法。
11. 前記単体銅粉が電解銅粉である請求項８〜１０の何れかに記載の焼結含油軸受の製造方法。

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