JPH11336760A

JPH11336760A - 動圧型焼結含油軸受

Info

Publication number: JPH11336760A
Application number: JP14783798A
Authority: JP
Inventors: Natsuhiko Mori; 夏比古森; Katsumi Nagano; 克己長野; Yoshihiko Daijo; 義彦大條
Original assignee: NTN Corp; Nippon Steel Chemical Co Ltd; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-07
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: JP3782889B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ホワール等の不安定振動の抑制、耐久寿命の
向上【解決手段】軸受本体２ａの内周面には、軸方向に離
隔した２つの軸受面２ｂが形成され、２つの軸受面２ｂ
の双方にそれぞれ、軸方向に対して傾斜した複数の動圧
溝２ｃが形成される。軸受本体２ａは、銅、鉄、および
アルミニウの中から選択される１種以上の金属粉末を主
原料とし、必要に応じてニッケル、すず、亜鉛、鉛、黒
鉛の粉末又はこれらの合金粉末を混合し、焼結して得ら
れた焼結金属で形成され、望ましくは銅を２０〜９７重
量％配合し、密度が６．４〜７．２ｇ／ｃｍ³となるよ
うに成形される。また、軸受本体２ａに含浸する潤滑油
又は潤滑グリースの基油としては、ポリ−α−オレフィ
ン又はその水素化物とエステルとの混合物、あるいは、
エステルが使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属からなる
多孔質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、軸受面の動圧溝の動
圧効果により軸受隙間内に潤滑油膜を形成し、その潤滑
油膜によって回転軸の摺動面を非接触支持する動圧型焼
結含油軸受に関する。本発明の動圧型焼結含油軸受は、
情報機器のスピンドルモータに好適で、その中でも、レ
ーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモー
タや磁気ディスクドライブ装置（ＨＤＤ）用のスピンド
ルモータのように、高速下で高回転精度が要求される機
種や、ＤＶＤーＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの光ディス
ク装置あるいはＭＯなどの光磁気デイスク装置用のスピ
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加わる条件下で高速で駆動する
機種などに特に適している。

【０００２】

【従来の技術】情報機器は、大別して、データ処理及び
記憶を行う主記憶装置と、記憶のみを行う補助記憶装置
の２つに分けることができる。記憶部分にはディスクや
テープを使用するものと、全て電子部品からなる半導体
を使用するものとがあり、現在では、コストの点からデ
ィスクやテープが広く使用されている。ディスクやテー
プを使用する補助記憶装置としては、磁気ディスク装置
（ＨＤＤ、ＦＤＤ）、光ディスク装置（ＣＤ、ＤＶ
Ｄ）、光磁気ディスク装置（ＭＯ、ＯＤＤ）、ディジタ
ルオーディオテープレコーダ（ＤＡＴ）等がある。さら
に、情報機器にはレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、デ
ィジタルＦＡＸ、ディジタルＰＰＣ等も含まれる。

【０００３】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騒音化、
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、通常の焼結含
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（ホワール等の不安定振動が発生すると回転精
度が損なわれる）。そこで、軸受面にへリングボーン型
やスパイラル型などの動圧溝を設け、軸の回転に伴う動
圧溝の動圧効果によってラジアル剛性等の軸受機能を高
め、不安定振動による軸振れを抑制しようとする試みが
従来よりなされている（動圧型焼結含油軸受）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】動圧型焼結含油軸受
は、軸受本体の内部の細孔内に保有した油を軸受本体と
軸受隙間との間で循環させながら、動圧溝の作用（油の
引き込み作用）によって軸受隙間内に潤滑油膜を形成
し、その潤滑油膜によって回転軸を継続して非接触支持
する点に特徴を有するものである。そのような安定した
軸受機能を発揮させるためには、油の適切な循環と、軸
支持に必要な潤滑油膜の形成を確保する必要があり、そ
のための重要な要素の一つとして、軸受本体の内部に含
浸させる潤滑剤の選定がある。

【０００５】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）では、例えば、特開平７−５３９８４
号に開示されているようなポリ−α−オレフィンに各種
添加材を配合した潤滑油が使用されている。この潤滑油
は、使用中のスラッジの発生が少なく、使用温度範囲が
広く、潤滑性に優れ、低トルクで初期なじみが良く、耐
久性も良好であるなど、焼結含油軸受の専用潤滑油とし
て優れた特性を有するものであるが、これを動圧型焼結
含油軸受の含浸油として使用すると、僅かながらホワー
ルが発生する場合のあることが認められた。その原因に
ついては今のところ明確な解明はなされていないが、ポ
リ−α−オレフィンを含浸油として使用した場合、油中
に泡が発生しすい性質があることや、それとともに動圧
型焼結含油軸受に特有の油の引き込み作用と関係してい
るものと推測される。

【０００６】ホワールの発生は、特に、レーザビームプ
リンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータのように数
万回転の高速で駆動する場合や、非繰り返し精度（ＮＲ
ＲＯ）が要求される磁気ディスクモータ（ＨＤＤ）、高
容量フロッピーディスクモータ（Ｚｉｐ，ＨｉＦＤ）、
光ディスクモータ（ＤＶＤ−ＲＡＭ）などで問題とな
り、要求されるジッタ（ジッタとは、ポリゴンミラーか
らの反射光のパルス列におけるパルスの振幅や時間軸上
のパラメータの不規則な変動、またはその変動の値をい
う。）やＮＲＲＯ、面振れなどの精度を維持する上で致
命的となる。また、この種のスピンドルモータでは高速
回転性とともに低トルク性も要求されるため、含浸油と
して低粘度のものが使用されるが、ポリ−α−オレフィ
ンは蒸発量が多く、低粘度ではこの傾向が顕著になるた
め、高速・高温雰囲気下では長時間の耐久寿命を満足で
きない場合がある。

【０００７】本発明は、動圧型焼結含油軸受に含浸する
潤滑剤を最適調整し、動圧型焼結含油軸受が本来有する
安定した軸受機能を発揮させることにより、特にこの種
のスピンドルモータにおける最大の問題であるホワール
等の不安定振動の発生を防止し、かつ、軸受寿命の増大
を図ることをその目的とする。

【０００８】

【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、支持すべき回転軸の摺動面と軸受隙間を
介して対向する軸受面を有し、その軸受面に軸方向に対
して傾斜した動圧溝が設けられた焼結金属からなる多孔
質の軸受本体と、軸受本体の内部の細孔内に含浸された
潤滑油又は潤滑グリースとを備え、潤滑油又は潤滑グリ
ースの基油が、（ａ）ポリ−α−オレフィン又はその水
素化物とエステルとの混合物、（ｂ）エステルの中から
選択される１の潤滑油である構成を提供する。

【０００９】図３は、本発明の傾斜状の動圧溝２ｃが形
成された軸受面２ｂを有する動圧型焼結含油軸受２で回
転軸４を支持する際における、軸方向断面での油の流れ
を示している。回転軸４の回転に伴い、軸受本体２ａの
内部の細孔内（本明細書において「細孔」とは、多孔質
体が組織として有する孔をいう。）に保有された油が軸
受面２ｂの軸方向両側（及びチャンファー部周辺）から
軸受隙間に滲み出し、さらに動圧溝２ｃによって軸受隙
間の軸方向中央に向けて引き込まれる。その油の引き込
み作用（動圧作用）によって軸受隙間に介在する油の圧
力が高められ、潤滑油膜が形成される。この軸受隙間に
形成される潤滑油膜によって、回転軸４はホワール等の
不安定振動を生じることなく、軸受面２ｂに対して非接
触支持される。軸受隙間に滲み出した油は、回転軸４の
回転に伴う発生圧力により、軸受面２ｂの表面開孔（本
明細書において「表面開孔」とは、多孔質体組織の細孔
が外表面に開口した部分をいう。）から軸受本体２ａの
内部に戻り、軸受本体２ａの内部を循環して、再び軸受
面２ｂ（及びチャンファー部周辺）から軸受隙間に滲み
出す。尚、ここでいう「油」は、軸受本体２ａに含浸さ
れた潤滑油、又は、軸受本体２ａに含浸された潤滑グリ
ースの基油（潤滑油）である。後者の場合、通常は、基
油がごく微小な増稠剤成分を含みながら軸受本体２ａと
軸受隙間との間を循環する。

【００１０】動圧型焼結含油軸受に含浸する潤滑油又は
潤滑グリースの基油として、ポリ−α−オレフィン又は
その水素化物にエステルを配合した合成潤滑油を使用す
ることにより｛上記（ａ）の構成｝、上記のような動圧
型焼結含油軸受の安定した軸受機能を長期にわたって維
持することができる。これは、エステルの配合により、
ポリ−α−オレフィンのからの泡の発生が抑制され、あ
るいは、泡が発生してもすぐに消滅してしまうためと考
えられる。

【００１１】ポリ−α−オレフィン又はその水素化物に
対するエステルの配合割合は、重量比で５％以上とする
のが好ましい。エステルの配合量が５％未満であると、
ホワール等の不安定振動を完全に防止することができな
い。一方、エステルの配合割合の上限はなく、１００重
量％であっても良い｛上記（ｂ）の構成｝。

【００１２】本発明で使用するポリ−α−オレフィン
（以下、「ＰＡＯ」と略記する。）は、平均分子量２０
０〜１６００、好ましくは４００〜８００のものであ
り、デセン−１、イソブデン等をルイス酸コンプレック
ス又は酸化アルミニウム触媒等で重合したものが適当で
ある。ＰＡＯの水素化物（以下、「ＰＡＯＨ」と略記す
る。）は、ＰＡＯを水素化触媒の存在下で水素化するこ
とにより得られる。ＰＡＯ又はＰＡＯＨを潤滑油又は潤
滑グリースの基油の一成分として使用することにより、
耐熱性を向上させ、かつ、油から生じるスラッジの量を
極端に抑えることができる。

【００１３】本発明で使用するエステルは、モノエステ
ル（１価アルコールと１価脂肪酸のエステル）、ジエス
テル（１価アルコールと２価脂肪酸のエステル）、ポリ
オールエステル（ネオペンチル骨格を有するアルコール
と１価脂肪酸のエステル等）、コンプレックスエステル
（ポリオールエステルを原料に多価脂肪酸を加え、ポリ
オールを架橋したオリゴマーエステル）の何れでも良い
が、相溶性と低粘度で蒸発特性に優れたポリオールエス
テルが好ましい。エステルをＰＡＯ（又はＰＡＯＨ）に
配合することにより、あるいは、エステルを単独で使用
することにより、ポリオレフィン類の欠点である溶解性
を克服でき、さらに蒸発特性、潤滑性を改善することが
できる。また、エステルは一種の耐摩耗剤としても機能
する。

【００１４】本発明で使用する潤滑油又は潤滑グリース
には、下記一般式（１）で表されるリン酸エステルを配
合することが好適である。このリン酸エステルとして
は、例えばリン酸トリオクチルやリン酸トリクレジル等
のリン酸トリエステルやリン酸モノオクチルエステル、
リン酸ジオクチルエステル等の酸性リン酸エステルやア
ルキルリン酸エステルアミン塩（一部アミン塩）などを
挙げることができるが、その中でもリン酸トリエステル
が好ましい。リン酸エステルを使用することで、油膜形
成能力を増大させることができる。尚、下記一般式
（１）中、Ｒ１〜Ｒ３は、水素原子、炭素数１〜１２の
アルキル基、アルキレン基若しくはアルコキシ置換アル
キル基、炭素数６〜１２のアリール基若しくはアルキル
置換アリール基の中から選択されるものであり、相互に
同一であっても異なっても良い。少なくとも１つは水素
原子以外の基をもつ。

【００１５】

【化１】

【００１６】このリン酸エステルの潤滑油又は基油に対
する配合割合は、０．１〜１０重量％、好ましくは０．
５〜３重量％である。リン酸エステルの配合割合が、
０．１重量％より少ないと耐摩耗性を改善することがで
きず、１０重量％を超えて添加しても大幅な耐摩耗性能
力の向上は認められない。

【００１７】本発明で使用する潤滑油又は潤滑グリース
には、粘度指数向上剤又はグリースの構造安定剤とし
て、エチレン・α−オレフィン共重合体若しくはその水
素化物、あるいは、ポリメタクリレート系やポリブテン
（ポリイソブチレン）系の添加材などを配合しても良
い。エチレン・α−オレフィン共重合体は、例えばエチ
レンと１−デセン、イソブテン等をルイス酸等の触媒の
存在下に重合して得られる。その水素化物は、エチレン
・α−オレフィン共重合体を水素化触媒の存在下に水素
化することにより得られる。これらは、数平均分子量が
２００〜４０００程度のものであり、数平均分子量１４
５０のものが好ましい。ポリメタクリレート系の数平均
分子量は２００００〜１５０００００程度である。せん
断安定性との関係から数平均分子量は２００００〜５０
０００のものが好ましい。また、ポリブテン系の平均分
子量は５０００〜３０００００程度がよい。これら添加
材の配合割合は、潤滑油又は潤滑グリースの基油に対し
て１〜３０重量％、好ましくは１〜５重量％の範囲とす
るのが良い。粘度指数向上剤又はグリースの構造安定剤
として機能するこれら添加物を配合することで、潤滑油
又は潤滑グリースの温度特性が改善され、軸受隙間にお
ける潤滑油膜の粘性低下が抑制されるので、軸振れの防
止などに効果的である。

【００１８】本発明で使用する潤滑グリースの増稠剤
は、基油中に分散し、ミセル構造をとって半固体状を呈
する役割を担うものであり、ナトリウム石ケン、リチウ
ム石ケン、カルシウム石けん、カルシウムコンプレック
ス石ケン、アルミニウムコンプレックス石ケン、リチウ
ムコンプレックス石ケン等の石ケン系や、ベントン、シ
リカエアロゲル、ナトリウムテレフタラメート、ウレ
ア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンパウダ
ーなどのワックス類、窒化ホウ素等の非石ケン系を用い
ることができる。その中でも、特に高温・高遠心力下で
も耐分離性に優れる点でウレア系のものが好ましく、特
にジウレア等の増稠剤が好適である。

【００１９】また、本発明で使用する潤滑油又は潤滑グ
リースには、金属不活性剤を配合することができる。金
属不活性剤としては、ベンゾトリアゾール及びその誘導
体が代表的であるが、その他にイミダゾリン、ピリジン
誘導体を用いても良い。これらは、少なくともＮ−Ｃ−
Ｎ結合を有する化合物中に効果のあるものが多く、金属
表面に不活性被膜を形成する作用と酸化防止作用とを有
する。これ以外では、Ｎ−Ｃ−Ｓ結合を有する化合物も
あるが、潤滑油に対する溶解性、及び揮発性等の点か
ら、ベンゾトリアゾール誘導体などが有効である。金属
不活性剤の配合割合は、潤滑油又は潤滑グリースの基油
に対して０．０５〜５重量％の範囲とするのが良い。

【００２０】さらに、本発明で使用する潤滑油又は潤滑
グリースには、酸化防止剤を配合することができる。酸
化防止剤としては、遊離基連鎖反応停止剤として働くフ
ェノール系、アミン系、及び過酸化物分解剤として働く
硫黄系酸化防止剤の中から選択される１種以上の酸化防
止剤を単独で又は混合して用いることができるが、アミ
ン系とフェノール系を混合して用いるのが好適である。
フェノール系酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ−
ｔ−ブチルフェノール、４，４’−メチレンビス（２，
６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）、２，６−ジ−ｔ−ブ
チル−４−エチルフェノール、２，６−ジ−ｔ−４−ｎ
−ブチルフェノールが挙げられる。蒸発特性及び潤滑油
との相溶性の点からは、４，４’−メチレンビス（２，
６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）が好適である。また、
アミン系酸化防止剤としては、ジオクチルジフェニール
アミンやフェニル−α−ナフチルアミンが挙げられる。
尚、蒸発特性及び潤滑油との相溶性の点からは、ジオク
チルジフェニールアミンが好適である。その配合量は、
潤滑油に対する溶解性を考慮して、潤滑油又は潤滑グリ
ースの基油に対してアミン系酸化防止剤０．１〜１０重
量％、フェノール系酸化防止剤０．１〜１０重量％が好
ましい。単独使用の場合は、アミン系酸化防止剤０．１
〜１０重量％が好適である。フェノール系酸化防止剤は
アミン系と併用する場合に効果がある。

【００２１】さらに、本発明で使用する潤滑油又は潤滑
グリースには、本発明の目的及び効果が損なわれない範
囲で、必要に応じて、防錆剤、流動点降下剤、無灰系分
散剤、金属系清浄剤、界面活性剤、摩擦調整剤などを配
合することができる。

【００２２】傾斜状の動圧溝を備えた軸受面は、軸受面
に対応した形状の成形型によって、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によって形成する
ことができる。そのための手段として、例えば、軸受面
の形状に対応した凹凸状の成形型をコアロッドの外周面
に形成し、このコアロッドの成形型に焼結金属素材を供
給して圧迫力を加え、焼結金属素材の内周面をコアロッ
ドの成形型に加圧して塑性変形させる手段を採用するこ
とができる。軸受面の成形後、圧迫力を解除することに
よる多孔質体素材のスプリングバックを利用して、コア
ロッドの成形型を多孔質体素材から離型することができ
る。

【００２３】軸受本体の材質としては、銅、鉄、及びア
ルミニウムの中から選択される１種以上の金属粉末を主
原料とし、必要に応じて、すず、亜鉛、鉛、黒鉛の粉末
又はこれらの合金粉末を混合し、焼結して得られた焼結
金属とすることができる。軸受本体の材質としてこのよ
うな焼結金属を用いると、上記のような圧縮成形法によ
り、高精度かつ安価に軸受本体を製造することができ
る。

【００２４】軸受面の数は１個の軸受に対して単数、複
数を問わないが、軸受本体の内周面に複数の軸受面を軸
方向に相互に離隔して形成すると共に、軸受面間の領域
の内径寸法を、軸受面の動圧溝以外の領域の内径寸法よ
りも大きくした構成とすることができる。１個の軸受に
複数の軸受面を形成することにより、複数個の軸受を組
み込む場合における軸受面相互間の同軸度の問題を解消
することができる。軸の回転精度を確保するため、通
常、軸受は複数個、例えば２個を組合わせて使用され
る。また、軸受はハウジングに圧入して使用される場合
が多い。そのため、従来は、２個の軸受の同軸度を確保
するために、矯正ピンをハウジングに挿入した後、２個
の軸受を同時に圧入する方法を採用していた。しかしな
がら、軸受面に傾斜状の動圧溝を設けた本発明の構成で
は、矯正ピンを用いて強制的に矯正すると、矯正ピンの
食い付きによって軸受面の動圧溝が潰れてしまい、安定
した動圧効果が得られなくなる。この場合、上記のよう
に１個の軸受に複数の軸受面を形成することで、軸受面
相互間の同軸度の問題を解消することができ、従来のよ
うに矯正ピンで同軸度を確保する必要がなくなる。従っ
て、軸受面の動圧溝が潰れてしまうという不都合も発生
しなくなる。また、複数個の軸受を配置する場合に比
べ、部品点数、組立工数の削減になる。さらに、軸受面
間の領域の内径寸法を、軸受面の動圧溝以外の領域の内
径寸法よりも大きくすることにより、トルク上昇を抑え
ることができる。

【００２５】

【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。

【００２６】図１は、情報機器の一種であるレーザビー
ムプリンタ（ＬＢＰ）に装備されるスピンドルモータを
例示している（一般にポリゴミラーモータ又はポリゴン
スキャナモータ等と呼ばれる。）。このスピンドルモー
タは、鉛直配置された回転軸４を回転自在に支持する軸
受ユニットＡと、回転軸４の上端にロータハブ５を介し
て装着されたポリゴンミラー６と、例えばアキシャルギ
ャップを介して対向させたステータ７及びロータマグネ
ット８を有するモータ部Ｂとを主要な構成要素とする。
ステータ７は、軸受ユニットＡを構成するハウジング１
にベース９を介して固定され、ロータマグネット８は、
ロータハブ５に固定される。また、ポリゴンミラー６は
予圧ばね１０によってロータハブ５に弾性的に押し付け
られる。ステータ７に通電すると、ロータマグネット８
と一体になったロータハブ５、ポリゴンミラー６、及び
回転軸４が回転する。図示されていないレーザ光源から
所定の光学系を経てポリゴンミラー６に入射したレーザ
光は、高速回転するポリゴンミラー６で反射されて感光
ドラム面を走査する。

【００２７】軸受ユニットＡは、筒状のハウジング１
と、ハウジング１の内周面に圧入または接着固定され、
回転軸４の外周面をラジアル方向に支持する動圧型焼結
含油軸受２と、ハウジング１の下端開口部に固定され、
回転軸４の下軸端面をスラスト方向に支持するスラスト
軸受３とで構成される。この実施形態において、スラス
ト軸受３は、円板状の樹脂製スラストワッシャ３ａとこ
れを支持する裏金３ｂとからなり、樹脂スラストワッシ
ャ３ａの上面で回転軸４の凸球状になった下軸端面をス
ラスト方向に接触支持する構成になっている。尚、樹脂
製スラストワッシャ３ａは、回転軸４の下軸端面と接触
するように、裏金３ｂの中心部分に埋設しても良い。

【００２８】図２に示すように、動圧型焼結含油軸受２
は、焼結金属からなる多孔質の軸受本体２ａ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た
ものである。軸受本体２ａは、銅、鉄、およびアルミニ
ウの中から選択される１種以上の金属粉末を主原料と
し、必要に応じてニッケル、すず、亜鉛、鉛、黒鉛の粉
末又はこれらの合金粉末を混合し、焼結して得られた焼
結金属で形成され、望ましくは銅を２０〜９７重量％配
合し、密度が６．４〜７．２ｇ／ｃｍ³となるように成
形される。また、軸受本体２ａに含浸する潤滑油又は潤
滑グリースの基油としては、ポリ−α−オレフィン又は
その水素化物とエステルとの混合物、あるいは、エステ
ルが使用される。

【００２９】この実施形態において、軸受本体２ａの内
周面には、軸方向に離隔した２つの軸受面２ｂが形成さ
れ、２つの軸受面２ｂの双方にそれぞれ、軸方向に対し
て傾斜した複数の動圧溝２ｃが形成される。各軸受面２
ｂは、軸方向に対して一方に傾斜した複数の動圧溝２ｃ
を円周方向に配列形成した第１領域ｍ１と、第１領域ｍ
１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２ｃを円周方向に配列形成した第２領域ｍ
２と、第１領域ｍ１と第２領域ｍ２との間に位置する環
状の平滑領域ｎとを備えている。第１領域ｍ１の動圧溝
２ｃと第２領域ｍ２の動圧溝２ｃは、平滑領域ｎで区画
されて相互に非連続になっている。第１領域ｍ１の背２
ｄ（動圧溝２ｃ間の領域）と第２領域ｍ２の背２ｄ（動
圧溝２ｃ間の領域）は、平滑領域ｎと同一レベルにあ
る。軸受面２ｂには、動圧溝２ｃ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。

【００３０】軸受本体２ａと軸４との間に相対回転が生
じると、第１領域ｍ１と第２領域ｍ２にそれぞれ逆向き
に傾斜形成された動圧溝２ｃによって、軸受隙間内の油
が平滑領域ｎに向けて引き込まれ、油が平滑領域ｎに集
められるため、平滑領域ｎにおける油膜圧力が高められ
る。そのため、高い軸受剛性が得られる。

【００３１】動圧溝２ｃの傾斜角度は、任意の角度に設
定すれば良いが、好ましくは軸方向と直交する方向との
角度βが１５〜４０°、より好ましくは１５〜２５°に
なるように設定するのが良い。また、動圧溝２ｃと背２
ｄとの幅比は０．８〜１．５、好ましくは１．０〜１．
２の範囲内に設定するのが良い。さらに、平滑領域ｎの
軸方向幅の比率Ｒは、各軸受面２ｂの軸方向幅を１とし
て、Ｒ＝０．１〜０．６、好ましくはＲ＝０．２〜０．
４の範囲内に設定するのが良い。Ｒが０．１未満では、
平滑領域ｎを設けたことによる軸受剛性の増加効果が顕
著に表れず、逆にＲが０．６を超えると、第１領域ｍ１
および第２領域ｍ２の軸方向幅が小さくなり、動圧溝２
ｃによる動圧効果が有効に発揮されない。

【００３２】動圧溝２ｃの溝深さｈ（図４参照）と軸受
半径すきまｃ（軸受面２ｂの背２ｄの部分の半径と回転
軸４の外周面の半径との差）との比には最適な範囲があ
り、この範囲外では充分な動圧効果が得られない。この
最適範囲を明らかにすべく、図１に示すポリゴンスキャ
ナモータを用いてジッタを測定したところ、ｃ／ｈが
０．５〜２．０の範囲内であればジッタを実用上充分な
レベルに抑制できることが確認された。例えば、溝深さ
ｈが２〜４μｍの場合は、軸受半径すきまｃは２〜４μ
ｍの範囲内に設定すると良い。

【００３３】また、軸受本体２ａにおける軸受面２ｂ間
の領域の内径寸法は、軸受面２ｂの背２ｄの部分の内径
寸法よりも大きく設定される。

【００３４】尚、各軸受面２ｂの形状は図２（ａ）に示
すものに限定されず、例えば、軸方向に対して一方に傾
斜した動圧溝と他方に傾斜した動圧溝とを対にして軸方
向にＶ字状に連続させたものでも良い（この場合、環状
の平滑領域ｎは存在しない。）。回転体に殆どアンバラ
ンスがなく、軸受剛性が重要な要素とならないような使
用条件等では、動圧溝が軸方向に連続した形状の軸受面
の方が負圧が発生しにくく、むしろ好ましい場合もあ
る。さらに、軸受面の動圧溝は軸方向に対して傾斜した
形状であれば足り、この条件を満たす限り、任意の形状
とすることができる。例えば、動圧溝はスパイラル状で
あっても良い。

【００３５】軸受本体２ａに含浸する潤滑グリースの基
油としては、４０°Ｃでの動粘度が５〜６０ｃＳｔに設
定されたものを使用することができる。ただし、ポリゴ
ンスキャナモータでは、数万ｒｐｍという高速回転時で
の低トルク性が要求されるので、動粘度が上記範囲の下
限に近い５〜２０ｃＳｔのものが好ましい。軸受本体２
ａに潤滑グリースを含浸すると、せん断力を受ける軸受
隙間内以外では見かけの粘度が潤滑油に比べて大きくな
るので、含浸油の周囲への流失を防ぐ上で有効である。
その場合、基油中に分散させる増稠剤の配合割合は０．
１〜５．０重量％とするのが良い。増稠剤の配合割合が
５．０重量％を超えると見かけの粘度が高くなり過ぎ
て、含浸工程での作業が複雑になる。すなわち、軸受が
瞬時にグリース中に沈まなかったり、また、含浸後、軸
受表面に付着したグリースの除去作業に手間取る。一
方、増稠剤の配合割合が０．１重量％未満では潤滑グリ
ースを含浸させることによる上記効果が得られない。

【００３６】回転軸４を動圧型焼結含油軸受２の内周面
に挿入してスピンドルモータを組立てる際、軸受本体２
ａに含浸された潤滑油又は潤滑グリースの基油と同じ
（あるいは同種の）潤滑油を、含浸油とは別に、スラス
ト軸受３の軸受面が油で濡れ、かつ、動圧型焼結含油軸
受２の軸受隙間が油で満たされるように注油すると良
い。この動圧型焼結含油軸受２では、回転軸４の回転に
伴う発生圧力と温度上昇による油の熱膨張によって、軸
受本体２ａの内部に含浸された潤滑油又は潤滑グリース
の基油が軸受本体２ａの表面から滲み出し（潤滑グリー
スの基油はごく微小な増稠剤成分を含みながら滲み出
す。）、動圧溝２ｃの作用によって軸受隙間内に引き込
まれる。駆動初期に動圧型焼結含油軸受２の軸受隙間内
が油で満たされていると、空気の巻き込みがなく、良好
な潤滑油膜が形成され、安定した軸受機能が得られる。
また、スラスト軸受３の軸受面が駆動初期時から油で濡
れ、良好な潤滑状態になる。

【００３７】また、通常、回転軸４はハウジング１の下
端開口部にスラスト軸受３を装着した状態で、動圧型多
孔質含油軸受２の内周面に挿入される。この挿入時に
は、軸受２と回転軸４との間の軸受隙間から空気が外部
に逃げることになるが、軸受隙間は数μｍ程度しかない
ため、空気がハウジング１の下方空間に閉じ込められ、
回転軸４の挿入作業が難しくなる場合がある。また、モ
ータ回転時の発熱によって、ハウジング１の下方空間に
閉じ込められた空気が膨張し、回転軸４を押し上げて軸
受機能を不安定化させる可能性もある。この場合、図１
及び図２に示すように、軸受２の外周面とハウジング１
の内周面との間に、軸受本体２ａの軸方向両端に開口す
る空気通路Ｓを設けることにより、この空気通路Ｓを介
して、ハウジング１の下方空間の空気を外部に逃がすよ
うにすると良い。尚、この実施形態では、空気通路Ｓを
軸受本体２ａの外周面に形成しているが、空気通路Ｓは
ハウジング１の内周面に形成しても良い。また、空気通
路Ｓは１本でも良いし、円周方向に複数本形成しても良
い。

【００３８】動圧型焼結含油軸受２の軸受隙間内に正圧
が発生すると、軸受面２ｂに表面開孔があるので、油は
軸受面２ｂの表面開孔を介して軸受本体２ａの内部に還
流する。その際、軸受面２ｂの表面開孔や、軸受面２ｂ
から所定深さの表層部分の細孔の大きさに大小がある
と、軸受隙間内の油が大きな孔を通って軸受本体２ａの
内部に還流しやすくなる。そのため、軸受隙間内の圧力
分布が不均一になり（局部的な圧力降下が生じる。）、
回転精度に影響を及ぼす場合がある。この場合、軸受本
体２ａに含浸させる潤滑剤として潤滑グリースを用いる
と、潤滑グリースの増稠剤が軸受本体２ａの大きな細孔
に選択的に埋設され、表面開孔や細孔の大きさが見かけ
上平均化されるので、軸受本体２ａの内部と軸受隙間と
の間の油の適切な循環が確保される。これにより、上記
のような圧力分布の不均一化（局部的な圧力降下）の問
題が解消され、また、動圧溝２ｃの動圧作用で次々と新
たな油が軸受隙間に押し込まれつ続けるので、潤滑油膜
の油膜力およびラジアル剛性が高い状態で維持される。
この結果、回転軸４がホワール等の不安定振動を生じる
ことなく動圧型焼結含油軸受２によって継続して非接触
支持され、軸振れやＮＲＲＯ、ジッタなどが低減され
る。

【００３９】上記のような傾斜状の動圧溝２ｃを有する
軸受面２ｂは、圧縮成形により形成することができる。
例えば、焼結含油軸受の加工に用いられるサイジングピ
ンなどのコアロッドの外周面に軸受面２ｂの形状に対応
した成形型を形成し、コアロッドの外周面に軸受本体２
ａの素材である円筒状の焼結金属素材を供給し、焼結金
属素材に圧迫力を加えてその内周面をコアロッドの成形
型に加圧し、成形型の形状を焼結金属素材の内周面に転
写する。この時、軸受面２ｂにおける動圧溝２ｃの形成
領域と、それ以外の領域（背２ｄおよび平滑領域ｎ）と
を同時成形することができる。この場合、コアロッドの
成形型を精度良く仕上げておけば、軸受面２ｂの成形精
度も良くなる。コアロッドの成形型を必要とされる精
度、例えば真円度１μｍ、円筒度２μｍ以内に仕上げる
ことは比較的容易である。軸受面２ｂの成形後は、焼結
金属素材のスプリングバックを利用して、さらには加熱
によるコアロッドと焼結金属素材との熱膨張差をスプリ
ングバックに付加して、動圧溝２ｃの形状を崩すことな
く、コアロッドを焼結金属素材の内周面から離型するこ
とができる。

【００４０】以上の軸受面成形を行う前に、焼結金属素
材の内周面に例えば回転サイジングを施し、内周面の表
面開孔率（本明細書において「表面開孔率」とは、単位
面積内に占める表面開孔の面積割合をいう。）を予め調
整しておくのが好ましい。完成品としての軸受本体２ａ
の軸受面２ｂの表面開孔率は、動圧溝を有しない一般的
な焼結含油軸受の軸受面の表面開孔率（通常２０〜３０
％程度）よりも小さくするのが良い。例えば、軸受面２
ｂの表面開孔率を３〜１５％に設定すると、充分な油膜
形成を維持しつつ、適切な油の循環を確保することがで
き、油の変性、劣化を最小限に抑える上で有利である。
表面開孔率は、駆動条件によって変わる潤滑油の粘度と
の関係で、例えば、低粘度のものを使用する場合は油が
動きやすくなるので５％前後に、高粘度のものを使用す
る場合は油は動きにくくなるので１０％前後に調整すれ
ば良い。ただし、表面開孔率を３％未満にすると、たと
え低粘度の油を用いても、油の適切な循環が阻害され、
油の変性、劣化が進行しやすくなる。一方、表面開孔率
が１５％を超えると、軸受隙間から軸受本体の内部に還
流する油の量が多くなりすぎて、潤滑油膜の圧力が低下
するので好ましくない。尚、表面開孔率の調整は上記の
ような回転サイジングによる他、軸受本体２ａの密度設
定により、あるいは表面処理と密度設定とを併用するこ
とにより行うこともできる。

【００４１】

【実施例】［実施例１〜３］図１に示すポリゴンスキャ
ナモータを用いてホワールの発生状況を比較試験した。
動圧型焼結含油軸受２には下記に示す各種の潤滑油を含
浸させ、また、回転軸４は上端から突出するような長い
ものに替え、非接触変位計で軸の挙動を測定できるよう
にした。

【００４２】実施例１：ＰＡＯＨ（１）９５重量％＋エ
ステル重量５％動粘度２３．９ｃＳｔ（４０℃）実施例２：ＰＡＯＨ（２）重量９０％＋エステル重量１
０％動粘度２３．６ＣｓＴ（４０℃）実施例３：エステル１００重量％動粘度１９ｃＳｔ（４０℃）比較例１：ＰＡＯＨ（１）１００重量％動粘度２４ｃＳｔ（４０℃）比較例２：ＰＡＯＨ（２）１００重量％動粘度１７ｃＳｔ（４０℃）（＊上記の重量％はＰＡＯＨとエステルとの配合割合を
示している。）ＰＡＯＨ（１）：ポリーα−オレフィン水素化物（新日
鐵化学製：シンフルード５０１炭素数３０：９６重量
％、炭素数４０：４重量％）ＰＡＯＨ（２）：ポリーα−オレフィン水素化物（新日
鐵化学製：シンフルード４０１炭素数２０：０．２重量
％、３０：８０−９０重量％炭素数４０：１９．８−
９．８重量％）エステル：ポリオールエステル（ＨＡＴＣＯ社製：Ｈ２
９３７）試験は、回転数２００００ｒｐｍ、回転体のアンバラン
ス１０ｍｇ・ｃｍ以下、常温常湿雰囲気下で実施した。
その結果を表１にまとめて示す。試験台数は各５台で、
表１は５台中何台においてホワールが発生したかを示し
ている。

【００４３】

【表１】

【００４４】ＰＡＯＨが１００重量％である比較例１、
２ではホワールの発生が頻繁に認められたが、エステル
を所定の重量％で配合した実施例１、２、エステルが１
００重量％である（ＰＡＯＨを含まない）実施例３では
ホワールの発生が極度に減少することが認められた。こ
の試験結果から、エステルのＰＡＯＨに対する配合割合
が５重量％以上であれば、ホワールの発生防止に充分な
効果があることが分かる。また、ＰＡＯＨを配合せず、
エステルを主成分（１００重量％）としても、ホワール
の発生防止に同様の効果があることが分かる。ただし、
エステルの場合、周囲に樹脂、特にポリカーボネートな
どがあると膨潤しやすく、クラックの発生要因となるの
で注意を要する。周囲に樹脂、特にポリカーボネートな
どがある場合は、エステルの配合割合を４０重量％以下
とした方が良い。

【００４５】［実施例４〜８］また、図１に示すポリゴ
ンスキャナモータを用いて３０００時間の耐久試験を行
い、軸振れと電流値の変化を評価した。焼結含油軸受に
は、表２に略号で表示する各種成分を配合した潤滑油又
は潤滑グリースを含浸させた。表２に略号で表示する各
成分は下記の通りであり、配合割合は重量％で示してい
る。実施例７及び実施例８は潤滑グリース、その他は全
て潤滑油である。尚、表２中の「Ｂａｌ」は、全体を１
００として、数値表示した成分の配合割合の合計量を差
し引いた残部という意味である。また、軸受種類の「Ｓ
Ｇ」は軸受面に傾斜状の動圧溝を有する動圧型焼結含油
軸受（図２に示す形態）、「ＮＳＧ」は軸受面に傾斜状
の動圧溝を有しない焼結含油軸受（真円軸受）を示して
いる。「ＳＧ」と「ＮＳＧ」は、動圧溝の有無を除い
て、その他の仕様は同じである。

【００４６】ＰＡＯＨ（１）：ポリーα−オレフィン水
素化物（新日鐵化学製：シンフルード５０１炭素数３
０：９６重量％、炭素数４０：４重量％）ＰＡＯＨ（２）：ポリーα−オレフィン水素化物（新日
鐵化学製：シンフルード４０１炭素数２０：０．２重量
％、３０：８０−９０重量％炭素数４０：１９．８−
９．８重量％）ＰＯＥ：ポリオールエステル（ＨＡＴＣＯ社製：Ｈ２９
３７）ＰＭＭＡ：ポリメタクリレート（１００℃動粘度：１５
５０ｃＳｔ）ＴＰ：リン酸トリオクチルＬ５７：ジオクチルジフェニールアミンＢＴＡ：金属不活性剤（ベンゾトリアゾール誘導体）ＣＥ：アミノコハク酸エステル（防錆剤）ＵＲＥ：ジウレア増稠剤ＬＴ：ステアリン酸リチウム石けん

【００４７】

【表２】

【００４８】試験は、回転数２００００ｒｐｍ、回転体
のアンバランス１０ｍｇ・ｃｍ以下、軸受隙間８μｍ、
雰囲気温度５０℃の条件下で実施した。その結果を表３
にまとめて示す。表３の数値は、電流値及び軸振れを測
定し、電流値が初期値の±２０％を超えるか、軸振れが
初期値の＋４０％を超えるかした時点を耐久寿命とし、
その時間を示している。尚、試験は３０００時間を目標
として行い、３０００時間経過した時点で問題なく駆動
した場合、その時点で試験を終了した。この場合、試験
結果は「３０００↑」と表示した。また、測定は２００
時間ごとに行い、上記の基準を満足できなくなった時間
を寿命時間ｈとして記載している。一般的に、ポリゴン
スキャナモータには２０００時間以上の耐久寿命が求め
られるので、２０００時間以上の耐久寿命がある場合
は、実用可能と判断される。

【００４９】

【表３】

【００５０】表３に示す試験結果より、実施例４〜９は
いずれも２０００時間以上の耐久寿命を示し、実用可能
なレベルにあることが確認された。特に、エステルの配
合量を多くした場合（実施例４、実施例５、実施例７、
実施例８、実施例９）、潤滑グリースを含浸させた場合
（実施例７、実施例８）に良好な結果が得られている。
一方、エステルを配合していない比較例４は、動圧型焼
結含油軸受でも比較的寿命が短く、２０００時間に達し
ないうちに寿命に至った。また、実施例９は、エステル
配合量を５％より少なくしているため、他の実施例に比
べて寿命がやや短くなっている。尚、真円軸受を用いた
比較例５では、ＰＡＯＨにエステルを１０重量％配合し
ているが、最初の測定時間である２００時間で異音を発
生し、寿命に至った。

【００５１】

【発明の効果】軸受面に傾斜状の動圧溝を有する動圧型
焼結含油軸受において、軸受本体に含浸する潤滑油又は
潤滑グリースの基油として、ＰＡＯ（又はＰＡＯＨ）に
エステルを５重量％以上配合した潤滑油を使用すること
で、ホワール等の不安定振動の発生を防止することがで
き、かつ、高温下での蒸発特性を改善して長寿命化を図
ることができる。

【００５２】また、軸受本体の内周面に複数の軸受面を
軸方向に離隔形成することにより、軸受面相互間の同軸
度を精度良く確保することができる。また、複数の軸受
を配置する場合に比べ、部品点数、組立工数を減少する
ことができる。

【００５３】上記のような動圧型焼結含油軸受で回転軸
を回転自在に非接触支持する本発明の情報機器用スピン
ドルモータは、軸振れ、ＮＲＲＯ、ジッタ等、搭載装置
の高速・高性能化に伴って厳しさが増す諸要求特性を満
足でき、情報機器の機能向上、高寿命化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】情報機器としてのポリゴンスキャナモータを例
示する断面図である。

【図２】動圧型焼結含油軸受の縦断面図（図ａ）、正面
図（図ｂ：図ａにおけるｂ方向矢視図）である。

【図３】動圧型焼結含油軸受で回転軸を非接触支持する
際の、軸方向断面での油の流れを模式的に示す図であ
る。

【図４】動圧型焼結含油軸受における軸受面の動圧溝の
深さｈと軸受隙間ｃとの関係を模式的に示す図である。

【符号の説明】

２動圧型焼結含油軸受２ａ軸受本体２ｂ軸受面２ｃ動圧溝４回転軸７ステータ８ロータマグネット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大條義彦東京都中央区新川２丁目31番１号新日鐵化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持すべき回転軸の摺動面と軸受隙間を
介して対向する軸受面を有し、その軸受面に軸方向に対
して傾斜した動圧溝が設けられた焼結金属からなる多孔
質の軸受本体と、軸受本体の内部の細孔内に含浸された
潤滑油又は潤滑グリースとを備え、上記潤滑油又は上記潤滑グリースの基油が、（ａ）ポリ
−α−オレフィン又はその水素化物とエステルとの混合
物、及び、（ｂ）エステルの中から選択される１の潤滑
油であることを特徴とする動圧型焼結含油軸受。
【請求項２】ポリ−α−オレフィン又はその水素化物
と、エステルとの配合割合が重量比で（９５：５）〜
（０：１００）である請求項１記載の動圧型焼結含油軸
受。
【請求項３】上記エステルがポリオールエステルであ
る請求項１又は２記載の動圧型焼結含油軸受。
【請求項４】上記焼結金属が、銅、鉄、及びアルミニ
ウムの中から選択される１種以上の材料を主成分とする
請求項１記載の動圧型焼結含油軸受。
【請求項５】上記軸受本体の内周面に複数の軸受面を
軸方向に相互に離隔して形成すると共に、軸受面間の領
域の内径寸法を、軸受面における動圧溝以外の領域の内
径寸法よりも大きくした請求項１記載の動圧型焼結含油
軸受。
【請求項６】情報機器の回転要素と共に回転する回転
軸と、この回転軸を支持する軸受と、所定のギャプを介
して相対向配置されたロータ及びステータとを有する情
報機器のスピンドルモータにおいて、上記軸受が、回転軸の摺動面と軸受隙間を介して対向す
る軸受面を有し、その軸受面に軸方向に対して傾斜した
動圧溝が設けられた焼結金属からなる多孔質の軸受本体
と、軸受本体の内部の細孔内に含浸された潤滑油又は潤
滑グリースとを備え、上記潤滑油又は上記潤滑グリース
の基油が、（ａ）ポリ−α−オレフィン又はその水素化
物とエステルとの混合物、及び、（ｂ）エステルの中か
ら選択される１の潤滑油であることを特徴とする情報機
器のスピンドルモータ。
【請求項７】ポリ−α−オレフィン又はその水素化物
と、エステルとの配合割合が重量比で（９５：５）〜
（０：１００）である請求項６記載の情報機器のスピン
ドルモータ。
【請求項８】上記エステルがポリオールエステルであ
る請求項６又は７記載の情報機器のスピンドルモータ。
【請求項９】上記焼結金属が、銅、鉄、及びアルミニ
ウムの中から選択される１種以上の材料を主成分とする
請求項６記載の情報機器のスピンドルモータ。
【請求項１０】上記軸受本体の内周面に複数の軸受面
を軸方向に相互に離隔して形成すると共に、軸受面間の
領域の内径寸法を、軸受面における動圧溝以外の領域の
内径寸法よりも大きくした請求項６記載の情報機器のス
ピンドルモータ。