JPH11190344A

JPH11190344A - 動圧型焼結含油軸受の製造方法

Info

Publication number: JPH11190344A
Application number: JP9360562A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shiranami; 誠白波; Kazuo Okamura; 一男岡村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JP3602320B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受面の成形加工を簡易な設備で、少ない工
数で、かつ、精度良く行うことができる製造方法を提供
する。【解決手段】ラム６を下降させて、コアロッド３を焼
結金属素材１’の内周面に挿入し、さらに上パンチ４を
コアロッド３と伴に下降させて、焼結金属素材１’の上
端面に押し当て、焼結金属素材１’を上パンチ４と下パ
ンチ５によって上下方向から加圧して拘束する。その
後、焼結金属素材１’の上下方向の拘束状態を保持しな
がらダイ２を上昇させて、焼結金属素材１’の外周面を
ダイ２の成形孔に圧入する。焼結金属素材１’はダイ２
と上下パンチ４、５から圧迫力を受けて変形を起こし、
内周面がコアロッド３の成形型に加圧される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属製の軸受
本体に潤滑油又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
によって軸の外周面を浮上支持する動圧型焼結含油軸受
の製造方法に関する。本発明の製造方法によって製造さ
れた動圧型焼結含油軸受は、特に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。

【０００２】

【従来の技術】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焼結含油軸受に置き換える
ことが検討されている。しかし、焼結含油軸受は、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（非接触
支持）することが従来より試みられている（動圧型焼結
含油軸受）。

【０００３】従来、軸受面における動圧溝の成形方法と
して、軸受素材よりも硬質の複数個のボールを円周等間
隔に配列保持した軸状の治具を軸受素材の内周面に挿入
し、治具の回転と送りによってボールに螺旋運動を与え
ながら、ボールを素材内周面に加圧して動圧溝の形成領
域を塑性加工する方法が知られている（特許第２５４１
２０８号）。この方法では、成形時に動圧溝に隣接する
領域で素材隆起が起こるので、これを旋盤やリーマで除
去加工する必要がある（特開平８−２３２９５８号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法では、治
具の回転駆動機構と送り機構が必要であるため、製造設
備が複雑になる。また、軸受面における動圧溝に隣接す
る領域の後加工が必要であるため、製造工数が多くな
る。

【０００５】本発明は、傾斜状の動圧溝を有する軸受面
の成形加工を簡易な設備で、少ない工数で、かつ、精度
良く行うことができる製造方法を提供することを主目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、軸受面の動圧溝の形成領域を成形するた
めの第１成形部と動圧溝の形成領域以外の領域を成形す
るための第２成形部を有する成形型を円筒状の焼結金属
素材の内周面に挿入し、焼結金属素材を第１パンチと第
２パンチとで軸方向両側から拘束した状態で、焼結金属
素材の外周面をダイに圧入して圧迫力を加え、その内周
面を成形型に加圧して塑性変形させることにより、軸受
面の動圧溝の形成領域とそれ以外の領域とを同時成形す
る構成を採用した。

【０００７】焼結金属素材は、一種類以上の金属粉を混
合して圧粉成形した後、焼成して所定の円筒形状の多孔
質体としたものである。この焼結金属素材は銅又は鉄、
あるいは、その両者を主成分としたものが望ましい。

【０００８】焼結金属素材を第１パンチと第２パンチと
で軸方向両側から拘束した状態でダイに圧入する構成と
したのは次の理由による。一般の真円軸受（軸受面に動
圧溝を有しない焼結含油軸受）の製造において、焼結金
属素材の外周面をダイに圧入してサイジングする外径サ
イジングと呼ばれる工程があり、この工程では、通常、
焼結金属素材の内周面にサイジングピンを挿入した状態
で、素材を上パンチで加圧して押し下げてダイに圧入し
ている。その際、下パンチをダイの成形孔の下方部で待
機させ、素材を成形孔内である程度降下させて下パンチ
に当接させるか、あるいは、下パンチをダイの成形孔の
入口部で待機させ、素材を受けた状態で上パンチに連動
させて降下させて、素材を成形孔に圧入する方法が採ら
れている。前者の方法では、圧入初期時、下パンチは素
材に当接しておらず、素材は軸方向（上下方向）には上
パンチによってのみ拘束（加圧）される。後者の方法で
は、下パンチは圧入初期から素材に当接するが、通常、
下パンチはエアーシリンダによって昇降駆動されている
場合が多く、シリンダロッドが素材の塑性流動圧を受け
て押し戻される現象があるため、下パンチによる素材の
拘束は充分にはなされない。いずれにしても、ダイへの
圧入時、素材を主に上パンチによって軸方向の片側（上
側）で拘束するものである。

【０００９】しかしながら、素材の内周面を成形型に加
圧して動圧溝を有する軸受面を成形する場合は、上記の
ような真円軸受の外径サイジングに比べてダイへの圧入
代を大きくする必要があり、そのため、素材に対する軸
方向拘束力が不充分であると、素材の塑性流動によって
軸方向の伸びが生じ、軸受面の位置がずれる場合があ
る。例えば、図７に示すように、下パンチ１５を上パン
チ１４と連動させて、素材１１をダイ１２の成形孔に圧
入する方法を採用した場合、素材１１の塑性流動圧を受
けた下パンチ１５（エアーシリンダ駆動）の戻り変位に
よって素材１１の下端面側に伸びが生じ｛図７
（ｂ）｝、コアロッド１３の成形型１３ａによって成形
される軸受面の位置が伸びの分だけ内側にずれてしま
う。

【００１０】そこで、本発明では、ダイへの圧入に伴う
素材の軸方向の伸びを抑制し、軸受面の位置ずれを防止
するため、素材を第１パンチと第２パンチとで軸方向両
側から拘束した状態でダイに圧入する構成を採用した。

【００１１】素材のダイへの圧入動作は、ダイを固定と
し、成形型と、第１パンチ及び第２パンチとを連動させ
て行うこともできるが（第１パンチ及び第２パンチは素
材を軸方向に拘束し得るものでなければならない）、成
形型と第１パンチ及び第２パンチとによる素材の拘束位
置を保持し、ダイを素材に対して軸方向移動させること
により行うのが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１３】図１は、この実施形態の製造方法により製
造された動圧型焼結含油軸受の一形態を例示している。
この焼結含油軸受１は、例えばレーザビームプリンタの
スキャナモータ等において、ロータとステータとの間の
例磁力によって高速回転するスピンドル軸をハウジング
に対して回転自在に浮上支持（非接触支持）するもので
ある。

【００１４】焼結含油軸受１は、例えば銅又は鉄、ある
いは、その両者を主成分とする焼結金属からなる軸受本
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。

【００１５】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。この実施形態では、２つの軸受面１ｂが軸方向に
離間して形成されている。また、各軸受面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領域と、第１領域から軸方向に離隔
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領域と、第１領域と第２領
域との間に位置する環状の平滑領域１ｄとを備えてい
る。第１領域および第２領域の背（動圧溝１ｃ間の領
域）１ｅは、それぞれ平滑領域１ｄ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１
ａと軸との間に相対回転が生じると、第１領域と第２領
域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１ｄに向けて引き込まれ
て動圧油膜を形成し、その動圧油膜によって軸の外周面
が軸受面１ｂに対して浮上支持（非接触支持）される。

【００１６】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２に示す円筒形状の焼結金属
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。

【００１７】サイジング工程は、焼結金属素材１’の外
周面と内周面のサイジングを行う工程で、焼結金属素材
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（直径量）、内周面に
ついて１０μｍ以下（直径量）で行われる。

【００１８】回転サイジング工程は、多角形のサイジン
グピンを焼結金属素材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、例えば５μｍ程度（直径量）で行われ
る。

【００１９】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金属素材１’の内周面に、完成品１
ａ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（平滑領域１ｄ、背１ｅ）とを同時成形する工
程である。この工程は、図３〜図５に示す工程（ａ）〜
（ｅ）からなる。

【００２０】この実施形態の軸受面成形工程で使用する
成形装置は、焼結金属素材１’の外周面を圧入する円筒
状のダイ２、焼結金属素材１’の内周面を成形するコア
ロッド３、焼結金属素材１’の両端面を上下方向（軸方
向）から押さえる上パンチ４及び下パンチ５を主要な要
素として構成される。６は、コアロッド３及び上パンチ
４を駆動するラム（油圧ラム等）である。コアロッド３
はラム６に連結されており、ラム６と一体となって昇降
動作を行う。上パンチ４はラム６に連結されておらず、
ラム６がある程度下降した後、ラム６に押されて下降動
作を行う。下パンチ５は固定である。ダイ２は、図示さ
れていない駆動手段によって昇降駆動される。

【００２１】図５に拡大して示すように｛図３における
工程（ｃ）、（ｅ）｝、コアロッド３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２つの成形
型３ａが軸方向に離間して形成されている。図６に示す
ように、成形型３ａの凸状になった第１成形部３ａ１は
軸受面１ｂにおける動圧溝１ｃの領域を成形し、凹状に
なった第２成形部３ａ２は動圧溝１ｃ以外の領域（環状
の平滑領域１ｄ、背１ｅ）を成形するものである。成形
型３ａにおける第１成形部３ａ１と第２成形部３ａ２と
の段差（深さ）は、軸受面１ｂにおける動圧溝１ｃの深
さと同じ２〜４μｍ程度であるが、図６ではかなり誇張
して図示されている。

【００２２】図３（ａ）に示す初期状態において、ダイ
２は下位置にあり、コアロッド３、上パンチ４、及びラ
ム６は上位置にある。ダイ２は下パンチ５に摺動自在に
外挿され、下パンチ５はダイ２の成形孔の上端入口部で
待機して焼結金属素材１’の下端面を受ける。コアロッ
ド３は、上パンチ４に摺動自在に挿入されている。

【００２３】上記の初期状態（ａ）から、ラム６を下降
させて、コアロッド３を焼結金属素材１’の内周面に挿
入する｛図３（ｂ）｝。この時、焼結金属素材１’の内
周面とコアロッド３の成形型３ａ（第１成形部３ａ１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、例えば５０μｍ（直径量）である。

【００２４】そして、ラム６をさらに下降させて、上パ
ンチ４に当て、上パンチ４をコアロッド３と伴に下降さ
せて、焼結金属素材１’の上端面に押し当て、焼結金属
素材１’を上パンチ４と下パンチ５によって上下方向か
ら加圧して拘束する｛図３（ｃ）、図５（ｃ）｝。

【００２５】その後、焼結金属素材１’の上下方向の拘
束状態を保持しながらダイ２を上昇させて、焼結金属素
材１’の外周面をダイ２の成形孔に圧入する｛図３
（ｄ）、（ｅ）、図５（ｅ）｝。この時の圧入代Ｓは、
例えば１５０μｍ（直径量）である。

【００２６】焼結金属素材１’はダイ２と上下パンチ
４、５から圧迫力を受けて変形を起こし、内周面がコア
ロッド３の成形型３ａに加圧される。内周面の加圧量
は、圧入代Ｓ（直径量１５０μｍ）と内径すきまＴ（直
径量５０μｍ）との差１００μｍ（直径量）に略等し
く、内周面から深さ５０μｍ（半径量）までの表層部分
がコアロッド３の成形型３ａに加圧され、塑性流動を起
こして成形型３ａに食い付く。これにより、成形型３ａ
の形状が焼結金属素材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。

【００２７】軸受面１ｂの成形が完了した後、焼結金属
素材１’の上下方向の拘束状態を保持した状態でダイ２
を下降させて｛図４（ｆ）｝、焼結金属素材１’をダイ
２から抜き｛図４（ｇ）｝、その後、ラム６の上昇によ
り、コアロッド３および上パンチ４を上昇させて（上パ
ンチ４の上昇は図示されていない駆動手段又は復帰手段
によってなされる）、コアロッド３を焼結金属素材１’
の内周面から抜く｛図４（ｇ）、（ｈ）｝。焼結金属素
材１’をダイ２から抜くと、焼結金属素材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、軸受
面１ｂの動圧溝１ｃを崩すことなく、焼結金属素材１’
の内周面からコアロッド３の成形型３ａを抜き取ること
ができる。これにより、軸受本体１ａが完成する。尚、
焼結金属素材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３ａを焼結金
属素材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、焼結金属素材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３ａが
焼結金属素材１’の内周面に多少干渉する場合であって
も、焼結金属素材１’の材料弾性による拡径量（半径
量）を付加して、軸受面１ｂの形状を崩すことなく成形
型３ａを離型できれば良い。

【００２８】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に示す動圧型焼結含油軸受１が完成
する。尚、軸受面の形状は同図に示すものに限らず、例
えばＶ字形状やスパイラル状の動圧溝を形成したもので
も良い。また、軸受本体に１つの軸受面を形成したもの
でも良い。これらは、コアロッドの成形型の形状、個数
を変えることによって対応することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以下の効果を有する。

【００３０】（１）焼結金属素材を第１パンチと第２パ
ンチとで軸方向両側から拘束した状態でダイに圧入する
ので、圧入時における素材の軸方向の伸びが抑制され、
軸受面の成形位置が正確に決まる。

【００３１】（２）ダイを軸方向に移動させて焼結金属
素材の圧入を行う構成とすることにより、第１パンチと
第２パンチとを同期して連動させる機構が不要となる。
そのため、製造装置が簡略になり、また、同期のタイミ
ングのずれ等による成形精度の低下の心配もない。

【００３２】（３）従来方法のような治具の回転駆動機
構を必要としないので、製造装置を簡素にすることがで
きる。

【００３３】（４）軸受面の全領域を同時成形するの
で、従来方法に比べ、軸受面の後加工を不要にして、加
工工数を削減することができる。また、軸受面の成形精
度も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動圧型焼結含油軸受の一形態を
示す断面図である。

【図２】軸受本体の素材となる焼結金属素材を示す断面
図である。

【図３】軸受面の成形工程を概念的に示す断面図であ
る。

【図４】軸受面の成形工程を概念的に示す断面図であ
る。

【図５】図３における工程（ｃ）、工程（ｅ）を示す要
部拡大断面図である。

【図６】軸受面を成形するコアロッドの成形型を示す図
である。

【図７】軸受面の成形工程の比較例を示す図である。

【符号の説明】

１動圧型焼結含油軸受１ａ軸受本来１ｂ軸受面１ｃ動圧溝１’ 焼結金属素材２ダイ３ａ成形型４上パンチ５下パンチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の焼結金属素材の内周面に傾斜状
の動圧溝を有する軸受面を成形して軸受本体を形成し、
その軸受本体の内部の細孔内に潤滑油又は潤滑グリース
の含浸によって油を保有させる動圧型焼結含油軸受の製
造方法であって、上記軸受面の動圧溝の形成領域を成形するための第１成
形部と動圧溝の形成領域以外の領域を成形するための第
２成形部を有する成形型を上記焼結金属素材の内周面に
挿入し、上記焼結金属素材を第１パンチと第２パンチと
で軸方向両側から拘束した状態で、上記焼結金属素材の
外周面をダイに圧入して圧迫力を加え、その内周面を上
記成形型に加圧して塑性変形させることにより、上記軸
受面の動圧溝の形成領域とそれ以外の領域とを同時成形
することを特徴とする動圧型焼結含油軸受の製造方法。
【請求項２】上記焼結金属素材のダイへの圧入を、ダ
イの焼結金属素材に対する軸方向移動により行う請求項
１記載の動圧型焼結含油軸受の製造方法。