JPWO2005124171A1 - 焼結軸受及びその製造方法、並びに焼結軸受を備えたモータ - Google Patents

Abstract

要約課題 低コストで高性能な焼結軸受及び焼結軸受を備えたモータを得ることを可能とする。解決手段 軸受粉体材料の軸受基材粉体に混合される固体潤滑粉体の分散濃度分布を、軸方向または径方向に連続的または段階的に変化させて、高負荷がかかる部位などのような必要部位に個体潤滑剤を高密度で偏析させることによって、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図るように構成し、比較的高価な固体潤滑剤の添加量を増大することなく軸受機能を高めることを可能としたもの。選択図 図２

Description

本発明は、軸受基材粉体に固体潤滑粉体を混合した軸受粉体材料を焼結加工によって軸受本体を形成するようにした焼結軸受及びその製造方法、並びに焼結軸受を備えたモータに関する。

一般に、固体潤滑剤を含有する焼結軸受の軸受本体は、軸受基材粉体に固体潤滑粉体を混合した軸受粉体材料をダイス内に充填し、そのダイス内に充填した軸受粉体材料を焼結加工によって略円筒状に成形している。そのときに用いられる軸受粉体材料の軸受基材粉体としては、鉄、鉄銅、鉄青銅、鉄黄銅、青銅、リン青銅、またはそれらの混合物などが採用され、また固体潤滑粉体としては、グラファイト、二硫化モリブデン、ＢＮ、二硫化タングステンの他、これらを金属銅などでメッキした銅メッキ粉などが採用されている。

そして、このような軸受基材粉体に固体潤滑粉体を混合した軸受粉体材料の焼結加工では、その軸受粉体材料が加圧されて所定の形状に成型された後、加熱されて焼成され、固体潤滑剤を含む軸受粉体材料の焼成体にサイジング工程が施されてから含油が行われるようになっている。

このように軸受基材内において固体潤滑粉体から生成された固体潤滑剤は、軸受基材をマトリクスとした軸受本体内でなるべく均一に分散した状態で含有されるように配慮されている。例えば、固体潤滑粉体と軸受基材粉体との比重差による偏析を防止するために、焼成前の固体潤滑粉体に対して銅メッキを施すなどにより両者粉体の比重を合わせる等の対策がとられている。

しかしながら、このように軸受基材をマトリクスとした軸受本体内で固体潤滑剤が均一分散されていると、比較的高価な材料である固体潤滑剤が軸受として機能していない部分にまで配置されることになり、特に、軸受性能を高めるために固体潤滑剤の添加量を多くした場合には、焼結軸受の全体が非常に高価なものになってしまう。

また、固体潤滑剤の添加量を多くすると、軸受材料全体の流動性が低下して良好な成型性が得られなくなって軸受の寸法精度が悪くなる上に、軸受強度が低下するという問題がある。さらにはマトリクスとしての軸受基材から脱落した固体潤滑剤が増大するので、軸受摩擦の変動や焼き付き、あるいは固体潤滑剤による汚染などの問題を招来する。

そこで本発明は、固体潤滑剤の添加量を増大することなく軸受機能を高めることができるようにした焼結軸受およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項１にかかる焼結軸受の製造方法では、ダイス内に充填する軸受粉体材料の軸受基材粉体に混合される固体潤滑粉体は、その比重が軸受基材粉体の比重よりも小さいものを採用し、これら両粉体を混合することにより軸受粉体材料を製造するようにしている。この製造方法によれば、上記両粉体の比重差を利用して固体潤滑粉体を必要な部位、例えば高負荷がかかる部位に偏析させることが可能となる。そのため、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図ることができる。

また、本発明の請求項２にかかる焼結軸受の製造方法では、上記請求項１における軸受粉体材料をダイス内に充填する際、そのダイス内部の成型キャビティーを負圧状態として当該成型キャビティー内に軸受粉体材料を吸い込んで充填を行うようにしている。このことより、軸受粉体材料がダイス内に吸い込まれていく際に、固体潤滑粉体が軸受粉体材料との比重差を利用して必要な部位に偏析させることができる。

また、本発明の請求項３にかかる焼結軸受の製造方法では、上記請求項１における焼結加工の工程を構成する加圧圧縮成型工程において、前記軸受粉体材料の圧縮比を２以上としており、圧縮比を２以上とすることで、充填深さが大きくなって軸方向で濃度差が出やすくなる。

また、本発明の請求項４にかかる焼結軸受の製造方法では、上記請求項１における固体潤滑粉体として、金属メッキが施されていないものを採用するので、固体潤滑粉体に金属メッキをしない分だけ比重が小さくなっている。また、金属メッキの工程が省略されて生産性が向上する。

また、本発明の請求項５にかかる焼結軸受の製造方法では、上記請求項１または請求項２における固体潤滑粉体がグラファイト粉体を含むものであり、通常よく用いられる固体潤滑粉体によって焼結軸受が容易に製造される。

また、本発明の請求項６にかかる焼結軸受では、請求項１記載の製造方法を用いて軸受本体が成形された焼結軸受であって、前記軸受本体が、軸受基材粉体の焼結体内に固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有するように形成されている。さらに、その軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が軸受本体内において軸方向に変化している。このため、固体潤滑粉体が高負荷がかかる部位に偏析させることができ、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図ることができる。

また、本発明の請求項７にかかる焼結軸受では、軸受基材粉体の焼結体内に固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有する軸受本体を備えた焼結軸受において、前記軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が軸受本体内において軸方向に変化している。このことから、固体潤滑粉体が高負荷がかかる部位に偏析させることができる。さらに、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図ることができる。

また、本発明の請求項８にかかる焼結軸受では、請求項６または請求項７における固体潤滑粉体の分散濃度分布が軸受本体の軸方向における一端側部分から他端側部分に向かって連続的に増加または減少していることから、固体潤滑粉体が軸方向の一端側または他端側の必要な部位、例えば高負荷がかかる部位に偏析させることができる。そのため、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図ることができる。

また、本発明の請求項９にかかる焼結軸受では、請求項１記載の製造方法を用いて軸受本体が成形された焼結軸受であって、前記軸受本体が、前記軸受基材粉体の焼結体内に前記固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有するように形成され、その軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が軸受本体内において径方向に変化している。

また本発明の請求項１０にかかる焼結軸受では、軸受基材粉体の焼結体内に固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有する軸受本体を備えた焼結軸受において、前記軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が軸受本体内において径方向に変化している。

例えば本発明の請求項１１にかかる焼結軸受では、請求項９または請求項１０における固体潤滑剤の分散濃度分布が軸受本体の内周壁部分において多くなるように構成されている。このことから、固体潤滑粉体が径方向において負荷がかかる内周側の部位に偏析させることができ、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図ることができる。

さらに、本発明の請求項１２にかかるモータは、高負荷がかかる部位に偏析させることができる焼結軸受を備えているので、低コストで軸受機能を高めることができる。

以上述べたように、本発明にかかる焼結軸受およびその製造方法は、軸受基材粉体に混合される固体潤滑粉体は、その比重が軸受基材粉体の比重よりも小さいものを採用し、これら両粉体を混合することにより軸受粉体材料を製造するようにしている。この製造方法によれば、軸受粉体材料の軸受基材粉体に混合される固体潤滑粉体を必要な部位、例えば高負荷がかかる部位に偏析させることができる。また、偏析させることで、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上を図ることができる。さらに、比較的高価な固体潤滑剤の添加量を増大することなく軸受機能を高めることができ、低コストで高性能な焼結軸受及び焼結軸受を備えたモータを得ることができる。

以下、本発明をＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭなどのような各種メディアディスクの回転駆動装置に用いられるスピンドルモータに対して本発明を適用した場合における実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

まず、図１に示されているように、メディアディスク回転駆動装置に用いられるスピンドルモータの全体構造は、固定部材としてのステータ組１０と、そのステータ組１０に対して相対回転可能に組み付けられた回転部材としてのロータ組２０とから構成されている。このうちステータ組１０においては、固定基板（ベースプレート）１１の略中央部分に固定された軸受ホルダー１２の内部側に、焼結軸受からなる軸受スリーブ１３が、圧入または焼バメなどの締り嵌め、あるいは接着等により接合されている。

また、軸受ホルダー１２の外周側壁面に設けられたコア取付面には、電磁鋼板の積層体等からなるステータコア１４が嵌着されている。このステータコア１４に設けられた放射状の各突極部には駆動コイル１５がそれぞれ巻回されている。

さらに、軸受スリーブ１３の中心軸に沿って貫通形成された軸受孔内には、上述したロータ組２を構成する回転軸２１が回転自在に挿入されている。本実施形態における回転軸２１は、ステンレス鋼から形成されている。

このとき、軸受スリーブ１３は、略中空円筒状の金属焼結体からなる焼結軸受により構成されているが、特に図２に示されているように、いわゆる中逃げ軸受構造になされている。つまり、軸受スリーブ１３に形成された軸受孔１３ａの内周面には、軸方向（図示上下方向）の両端部分に、半径方向の内方側に向かって突出する凸状の軸受面１３ｂ，１３ｃがそれぞれ環状をなすように形成されているとともに、それらの両軸受面１３ｂ，１３ｃどうしの軸方向の間部分には、軸受孔１３ａの内周面の内径を拡大した逃げ凹面１３ｄが段差状に窪むように形成されている。このような軸受スリーブ１３の詳細構造およびその製造方法については、本願発明の要部として後段で詳細に説明することとする。

このとき、軸受面１３ｂ，１３ｃは、回転軸２１の外周面に形成された円筒面状の軸受面に対して半径方向に対面するように配置されており、それら両軸受面どうしの間の微小な軸受隙間空間に、ラジアル軸受部ＲＢ１，ＲＢ２がそれぞれ形成されている。これらの各ラジアル軸受部ＲＢ１，ＲＢ２における軸受スリーブ１３側の軸受面１３ｂ，１３ｃと、回転軸２１側の軸受面とは、例えば、数μｍ程度の微少隙間を介して周状に対向可能となるように配置されており、その微少隙間からなる軸受隙間空間内に、潤滑オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑油が介在されている。

さらに、軸受スリーブ１３側の軸受面１３ｂ，１３ｃには、回転軸２１とともに後述するロータハブ２２の軸支持が行われる構成になされている。

一方、回転軸２１の図示下端部分には、球面の一部をなすピボット部２１ａが設けられているとともに、軸受ホルダー１２における図示下端側の開口部には、スラスト板１６が取り付けられている。また、そのスラスト板１６の内部側には円盤状のスラスト受部材１７が装着されている。そして、スラスト受部材１７の図示上側表面に対して、上述した回転軸２１の図示下端側のピボット部２１ａが点接触するように配置されており、それによって、回転軸２１の全体がスラスト方向に支承されるようになっている。

また、回転軸２１の上方突出部分には、薄底の皿形状をなすアウターロータ型のロータハブ２２のボス部２２ａが固定されている。そのボス部２２ａから半径方向外方に向かって延出するロータハブ２２の最外周部分には、環状をなす円筒状立壁２２ｂが設けられており、その円筒状立壁２２ｂの内周面に、同じく環状に形成された駆動マグネット（永久磁石）２３が取り付けられている。この環状の駆動マグネット２３における内外の両周面に沿って形成された駆動着磁面が、前述したステータコア１４の各突極部に対して半径方向外方側から近接するように配置されている。

さらに、上述したロータハブ２２の図示上面側には、ディスク載置部としてのハブ台２４が設けられている。このハブ台２４は、前記ロータハブ２２のボス部２２ａの外側に挿入されるようにして固定されており、ハブ台２４に対して、図示を省略した記録メディアディスクの装着孔が挿通されることにより、当該記録メディアディスク全体が径方向に位置決めされた状態で装着されるようになっている。

一方、前述した軸受スリーブ１３は、多数の空孔を有する多孔質の焼結軸受により構成されているが、その焼結軸受の多孔質内部には、上述した潤滑油が含浸されている。そして、このような軸受スリーブ１３には、図３および図４にも示されているように、軸受スリーブ１３の外周面における軸方向略中央部分に、半径方向外方に突出する大径形状になされた固定部１３ｅが環状をなすように設けられている。その固定部１３ｅが、前述した軸受ホルダー１２の内周面側に圧入などにより固定され、軸受スリーブ１３の全体が保持される構成になされている。

また、軸受スリーブ１３の固定部１３ｅを軸方向に挟んだ両側部分には、軸受スリーブ１３の外周面（軸受ホルダー１２と対向する面）を固定部１３ｅよりも小径とした小径形状部分１３ｆ，１３ｇが設けられ、固定部１３ｅとの境界部分に段差が形成されている。
これらの小径形状部分１３ｆ，１３ｇは、その内周面に、前述したラジアル軸受部ＲＢ１，ＲＢ２の軸受面１３ｂ，１３ｃにそれぞれ対応した位置に設けられている。

また、小径形状部分１３ｆ，１３ｇと、軸受ホルダー１２の内周面との間には、環状の隙間が形成されており、形成された環状の隙間によって、２つの油溜部１３ｈ，１３ｉがそれぞれ画成されている。これら２つの油溜部１３ｈ，１３ｉ内には、特に図４に示されているように、上述した潤滑油が注入されて蓄えられている。

一方、このような軸受スリーブ１３の軸受本体を構成している金属焼結軸受は、後述するようにダイス内に軸受粉体材料を充填して略円筒状に成型し、その成型品を焼結加工によって焼結体としたものからなる。そのような焼結体からなる軸受スリーブ１３の軸受本体のマトリクス内部には、グラファイトや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤が分散状態で含有されている。

そして本実施形態では、その固体潤滑剤の含有量で決まる分散濃度分布が、上述した軸受本体の内部において軸方向に変化して、固体潤滑剤は偏析状態になされている。例えば図２において、図示上側に配置されているラジアル軸受部ＲＢ１には、固体潤滑剤の含有量が増大されて高濃度分布状態になされているとともに、図示下側に配置されているラジアル軸受部ＲＢ２においては、固体潤滑剤の含有量が減少されて低濃度分布状態になされている。すなわち、軸受本体における図示下側の端部から図示上側の端部に向かって上記固体潤滑剤の含有量が連続的に増大された分散濃度分布になっている。

これは、図１のようなスピンドルモータの構造においては、図示上側に配置されたロータ部分の偏荷重によって図示上側に配置されたラジアル軸受部ＲＢ１の軸受面１３ｂに対して大きな負荷がかかる構造となっている。このことから、その負荷加重が大きい図示上側のラジアル軸受部ＲＢ１の軸受機能を高めるように固体潤滑剤の含有量が増大されて高濃度分布状態になされているものである。

例えば、図示上側のラジアル軸受部ＲＢ１に対する負荷荷重が図示下側のラジアル軸受部ＲＢ２における負荷荷重の「２倍」であるときには、それに対応して、図示上側のラジアル軸受部ＲＢ１における固体潤滑剤の含有量が図示下側のラジアル軸受部ＲＢ２における固体潤滑剤の含有量の「２倍」となるように設定されている。

このような固体潤滑剤の偏析状態は、軸受粉体材料に比重差を設定することによって実現されている。より具体的には、まず本実施形態における軸受粉体材料として、鉄銅錫や鉄銅系などの軸受基材粉体をマトリクスとして、グラファイト等からなる固体潤滑粉体を１〜２重量％だけ添加して混合したものが用いられている。

このとき本実施形態では、通常、固体潤滑粉体に対して施されている金属メッキとしての銅メッキを省略・廃止することによって、当該固体潤滑粉体の比重を軸受基材粉体の比重よりも、例えば、１／２以下、好ましくは１／３以下に小さく設定されている。そして、その比重が小さい固体潤滑粉体を、比重が大きい軸受基材粉体をマトリクスとして混合することにより軸受粉体材料を製造するようにしている。さらに、その混合を行う際には、固体潤滑粉体の偏析を防止するための油等を使用しないこととする。

そして、このようにして得られた軸受粉体材料をダイス内に充填する際に、上述した比重差を利用して固体潤滑粉体を偏析させることができ、焼成時にその固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を軸方向に偏析させることができるようにしている。この点を、軸受スリーブ１３の製造工程とともに次に説明する。

つぎに、図５、図６（Ａ）〜（Ｆ）を参照しつつ、軸受スリーブ１３の製造方法及び製造装置について説明する。図５は、軸受スリーブの製造方法及び製造装置の概略を示す一工程図である。図６は、軸受スリーブの製造方法及び製造装置の概略を示す工程図である。

まず、軸受スリーブ１３を製造する製造装置の概略は、図５に示すように、軸受スリーブ１３の内径とほぼ同じ外径を有するコアロッド１０４と、このコアロッド１０４の外周に配置されたダイス１００と、コアロッド１０４とダイス１００との間に収納された軸受粉体材料を圧縮する上パンチ１０３と下パンチ１０１と、軸受粉体材料を供給するフィーダカップ１０２とを主として構成されている。

また、図５において、成形キャビティー１００ａは、コアロッド１０４とダイス１００との間で形成された空間であり、換言すれば、軸受粉体材料が充填される充填空間を示している。

次に、軸受スリーブ１３の製造方法について、図６（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。
まず、軸受スリーブ１３の製造工程の全体は、概略、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示されている「粉体充填工程」と、図６（Ｄ）、（Ｅ）に示されている「加圧圧縮成形工程」と、図６（Ｆ）に示されている「抜き出し工程」と、その後の図示を省略した「加熱処理工程」および「加圧サイジング成形工程」とから構成されている。

「粉体充填工程」について、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いて説明する。初期状態は、図６（Ａ）に示すように、ダイス１００の上端面と下パンチ１０１及びコアロッド１０４の上端面が同じ面位置となるように配置されている。さらに、ダイス１００上には、上パンチ１０３が待機した状態になっている。

次に、フィーダカップ１０２がダイス１００に向かって移動し、図６（Ｂ）に示すようにダイス１００上で停止する。

この状態で、前述した比重が大きい軸受基材粉体と、比重が小さい固体潤滑粉体を混合した軸受粉体材料を、フィーダカップ１０２を通してダイス１００の成形キャビティー１００ａ内に供給されるようになっている。

ついで、図６（Ｃ）に示すように、上述したダイス１００が、コアロッド１０４とともに図示上方側に向かって適宜の量だけ上昇する。上昇することによって成形キャビティー１００ａ内が負圧状態となる。負圧状態となったダイス１００内に軸受粉体材料が吸い込まれていき、いわゆる「吸い込み充填」が行われる。すなわち、上述したように、フィーダカップ１０２から軸受粉体材料が供給され、所定の充填空間内に満量となるように充填して「粉体充填工程」を完了する。

この軸受粉体材料の「吸い込み充填」時において、軸受基材粉体と固体潤滑粉体との比重差から、比重の大きい軸受基材粉体が軸方向下方に向かって多量に落下していくとともに、比重の小さい固体潤滑粉体が軸方向に落下していく量は少なくなり、その結果、上述したように軸方向上方側に固体潤滑粉体が偏析した状態となる。

「吸い込み充填」後、図６（Ｄ）に示されているように、フィーダカップ１０２が退避位置に移動し、上方側から上パンチ１０３が下降してダイス１００の成形キャビティー１００ａ内に挿入される。それと同時に、本実施の形態ではダイス１００自体もやや下降する。

その結果、図６（Ｅ）に示すように、ダイス１００の成形キャビティー１００ａ内の軸受粉体材料は、上下の両方向から加圧され、加圧中間成形体の形状に圧縮成形され、「加圧圧縮成形工程」を完了する。

なお、成型時の圧縮比εを、例えば２以上となるように大きくすれば、充填深さが大きくなって軸方向で濃度差が出やすくなるという利点がある。

ここで、圧縮比は、成形キャビティー１００ａ内に充填された軸受粉体材料の体積を、それが圧縮成形されて加圧中間成形体（圧粉体）となったときの体積で除した値を示している。なお、体積比の代わりに充填高さを加圧中間成形体（圧粉体）高さで除した値を用いる場合もある。本実施の形態では、体積比が２以上となるように設計されている。

ついで、図６（Ｅ）に示されているように、上パンチ１０３が元の待機位置まで上昇し、またダイス１００及びコアロッド１０４が、初期状態（Ａ）の位置まで下降する。これらの動作により、圧縮成型された軸受スリーブ１３の加圧中間成形体が取り出され、「抜き出し工程」を完了する。

なお、図示しないが、その取り出された軸受スリーブ１３の加圧中間成形体は、焼成され、さらに、加圧成形工程により加圧サイジング成形工程が施され、図２、３に示すような焼結軸受としての軸受スリーブ１３が成形される。

このように本実施形態にかかる焼結軸受およびその製造方法によれば、ダイス１００内に充填する軸受粉体材料の軸受基材粉体と、その軸受基材粉体に混合される固体潤滑粉体との比重差を利用して、固体潤滑粉体を高負荷がかかる部位に偏析させることができ、固体潤滑粉体の量をあまり増大させることなく軸受機能の向上が図られている。

なお、上述した実施形態のように固体潤滑剤の含有量、つまり濃度分布を軸方向に連続的に変化させている場合には、焼結軸受の内径ｄおよび軸方向の全長Ｌについて、Ｌ／ｄ＞１が成立することが上述した作用を得るための条件となる。

また、このような固体潤滑粉体の偏析状態は、特に軸方向に長尺をなす焼結軸受において良好に得られるものであるが、軸受本体の外径Ｄに対する全長Ｌの比であるＬ／Ｄが、特定の値以上となるように設定されていることによって、固体潤滑粉体の軸方向における偏析が確実に得られる。

つぎに、本実施の形態における焼結軸受の固体潤滑粉体（グラファイト）の含有量を、測定した結果を図７（ａ）、（ｂ）及び図８を用いて説明する。
なお、本実施の形態では、軸受本体は、略円筒状したものであるので、固体潤滑粉体の偏析状態は、軸受本体の肉厚に影響してくると考えており、ここでは、内径ｄと外径Ｄとの関係を示す肉厚Ｔ（＝（Ｄ−ｄ）／２）をパラメータとしている。

例えば図７（ａ）には、焼結軸受の外径Ｄを６ｍｍ、内径ｄを３ｍｍ、肉厚Ｔ１．５ｍｍとし、全長Ｌを６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍに変化させて、焼結軸受における軸方向の図示上端面の位置を０％、図示下端面の位置を１００％としたときに、０％位置に相当する図示上端面から軸方向下方に向かう各位置における固体潤滑粉体（グラファイト）の含有量を、上述したＬ／Ｔをパラメータとして測定した結果が表されている。

また、図７（ｂ）には、（ａ）に示す横軸において、焼結軸受の外径Ｄを６ｍｍ、内径ｄを３ｍｍとし、全長Ｌを６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍに変化させて、０％位置に相当する上端面から軸方向下方の９０％に相当する位置（例えば、全長Ｌが６ｍｍの時は、上端面から５．４ｍｍの位置）における固体潤滑粉体（グラファイト）の含有量を「１」として、各位置における偏析の程度を求めたものである。

図８は、Ｌ／Ｔと偏析との関係を示すグラフとなっている。これは、図８（ａ）及び（ｂ）に基づき、縦軸に偏析の度合いをとり、横軸に上端面の位置からの位置を示している。

この測定結果から、Ｌ／Ｔが４以上であれば、焼結軸受の軸受本体が、軸受基材粉体の焼結体内に固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有するように形成され、さらに、その軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が軸受本体内において軸方向に変化していることがわかる。

さらに、図８に示すグラフから明らかなように、軸受本体の肉厚Ｔおよび全長Ｌの比であるＬ／Ｔが「８以上」となるように設定されていれば、焼結軸受の上端面から下端面に向かって、徐々に固体潤滑剤の偏析の度合いが減少していることがわかる。そのため、上述した製造工程において、Ｌ／Ｔが８以上となるように焼結軸受の寸法を決定することで、焼結軸受の軸方向における固体潤滑剤の偏析の度合いを適切に制御することができ、固体潤滑粉体の軸方向における偏析を確実に得ることができる。

このとき、特に本実施形態では、ダイス１００内に軸受粉体材料を充填する際、ダイス１００の内部の成型キャビティー１００ａを負圧状態とする「吸い込み充填」を行うようにしている。このため、軸受粉体材料がダイス１００内に吸い込まれていく際に、固体潤滑粉体が軸受基材粉体との比重差を利用して確実に偏析させることができるようになっている。すなわち、比重の重い軸受基材粉体が先に成型キャビティー１００ａ内に充填され、比重の軽い固体潤滑粉体が遅れて成型キャビティー１００ａ内に充填されるため、焼結軸受において固体潤滑剤を確実に偏析させることができる。

また、上述した実施形態では、金属メッキされていない固体潤滑粉体を採用しているので、固体潤滑粉体に金属メッキをしない分だけ比重が小さくなり、充填工程において、軸受基材粉体と固体潤滑粉体との充填速度に差異を設けることができる。また、金属メッキの工程が省略される分だけ生産性の向上を図ることができるようになっている。

また本実施形態のように、固体潤滑粉体としてグラファイト粉体や二硫化モリブデンなどを用いれば、これらは日常的に容易に入手される固体潤滑粉体であるので、本発明にかかる軸受粉体材料が容易に製造される。

以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。

例えば、図３に示すように、外径形状を真円から縦方向溝付き形状にすることで、肉厚の厚い部分と薄い部分とを形成している。これにより、肉厚の薄い部分は固定潤滑剤がより偏析し易くなり、角度方向にて固定潤滑剤の濃い部分と薄い部分とが形成されている。これにより、濃い部分に軸の荷重が高い（側圧がかかる）側となるように配置すれば、より効果的に固定潤滑剤を使用することができる。

さらに、軸受外径に段差を設けたことで、外径が大きい側と小さい側とで肉厚が異なり、肉厚が薄い側を荷重の高い側となるように配置すれば、個体潤滑剤がより多く偏析するようになっている。

また、側圧荷重のかかるキャプスタンモータやギヤードモータのように、中逃げ構造を有しない焼結軸受においても本発明を適用することは可能である。この場合にも、負荷荷重が大きい部分に固体潤滑剤が多く分布されるように偏析させてやれば良い。

また、固体潤滑剤の含有量の偏析は、上述した実施形態のような濃度分布に限られるものではなく、例えば、固体潤滑剤の粒径を替えて、粒径の大きな固体潤滑剤を荷重の大きな部位に集めるように配置しても良い。固体潤滑剤は、一般に結合力が弱くマトリクスからの脱落を生じやすいが、大きな粒径のものほど脱落し難くなるため、その点からの作用・効果が得られる。この場合においても、上述した製造工程を用いることで、粒径の大きな固体潤滑剤を荷重の大きな部位に集めることが可能となる。すなわち、粒径の大きな固体潤滑剤ほど、充填工程での充填抵抗が大きく、充填速度が低下するため、焼結軸受の軸方向で固体潤滑剤の粒径の大きさが徐々に大きくなる、あるいは徐々に小さくなるように偏析させることができる。

さらに、固体潤滑剤の含有量の偏析は、固体潤滑剤の形状を変更することによっても可能である。例えば、荷重の大きな部位に扁平形状の固体潤滑剤を集めるように配置することによって、軸受機能が高められる。この場合においても、扁平な固体潤滑剤ほど、充填工程での充填抵抗が大きく、充填速度が低下するため、上述した製造工程を用いることで、扁平形状の固体潤滑剤を荷重の大きな部位に集めることが可能となる。

さらにまた、固体潤滑剤の含有量の偏析は、径方向に行わせることも可能である。例えば、大きな荷重が直接的に負荷される軸受面の内周側に固体潤滑剤を集めるように配置することによって、摺動性が向上されることとなる。この場合にも、上述した製造工程を用いることができる。すなわち、成型キャビティーの壁面に近い部分ほど、充填工程における充填抵抗が大きくなるため、比重の軽い固体潤滑粉体を焼結軸受の内周面あるいは外周面により多く充填することができる。

一方、このような固体潤滑剤の含有量を偏析するにあたって、２色成型を用いることも可能である。すなわち、２色成型によって２種類の軸受粉体材料をダイスに順次充填していけば、固体潤滑剤の含有量が軸方向に変化させることとなる。

さらに、上述した実施形態では、軸受粉体材料を「吸い込み充填」としているが、通常の「落とし込み充填」により製造することも可能である。

さらに、上述した実施形態は、ＤＶＤ，ＣＤ−ＲＯＭディスク駆動装置用のスピンドルモータに対して本発明を適用したものであるが、本発明は、それに限定されるものではなく、ハードディスク、フレキシブルディスクなどのような各種メディアディスクを回転駆動させるモータや、その他の多種多様な装置に用いられる焼結軸受に対しても同様に適用することができるものである。

本発明を適用した軸受装置を備えたＤＶＤ，ＣＤ−ＲＯＭ駆動用モータの構造例を表した縦断面説明図である。 図１に示されたモータに用いられている軸受装置の軸受部分の構造を表した縦断面説明図である。 図２に示された焼結軸受からなる軸受スリーブの軸受本体の形状を表した外観斜視説明図である。 焼結軸受の軸受部分を拡大して表した半縦断面図である。 本発明を適用した軸受装置の製造方法及び製造装置の概略を示す一工程図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は本発明を適用した軸受装置の製造方法及び製造装置の概略を示す工程図である。 本発明にかかる焼結軸受における固体潤滑粉体（グラファイト）の含有量の測定結果の一例を示した表である。 本発明にかかる焼結軸受における固体潤滑粉体（グラファイト）の含有量の測定結果の一例を示した線図である。

符号の説明

１２ 軸受ホルダー
１３ 軸受スリーブ（軸受本体）
１３ａ 軸受孔
ＲＢ１，ＲＢ２ ラジアル軸受部
２１ 回転軸
１００ ダイス
１００ａ 成形キャビティー
１０１ 下パンチ
１０２ フィーダカップ
１０３ 上パンチ

Claims (12)

1. 軸受基材粉体に固体潤滑粉体を混合した軸受粉体材料をダイス内に充填し、そのダイスに充填した軸受粉体材料を焼結加工によって軸受本体を形成するようにした焼結軸受の製造方法において、
   前記軸受基材粉体に、この軸受基材粉体よりも小さい比重の前記固体潤滑粉体を混合することにより前記軸受粉体材料を製造するようにしたことを特徴とする焼結軸受の製造方法。
2. 前記軸受粉体材料を前記ダイス内に充填するにあたって、そのダイス内部の成型キャビティーを負圧状態として当該成型キャビティー内に前記軸受粉体材料を吸い込んで充填を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の焼結軸受の製造方法。
3. 前記焼結加工の工程を構成する加圧圧縮成型工程における前記軸受粉体材料の圧縮比を２以上としたことを特徴とする請求項１記載の焼結軸受の製造方法。
4. 前記固体潤滑粉体として、金属メッキが施されていないものを採用するようにしたことを特徴とする請求項１記載の焼結軸受の製造方法。
5. 前記固体潤滑粉体が、グラファイト粉体を含むものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の焼結軸受の製造方法。
6. 請求項１記載の製造方法を用いて前記軸受本体が成形された焼結軸受であって、前記軸受本体が、前記軸受基材粉体の焼結体内に前記固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有するように形成され、その軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が、前記軸受本体内において軸方向に変化していることを特徴とする焼結軸受。
7. 軸受基材粉体の焼結体内に固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有する軸受本体を備えた焼結軸受において、
   前記軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が、前記軸受本体内において軸方向に変化していることを特徴とする焼結軸受。
8. 前記固体潤滑粉体の分散濃度分布が、前記軸受本体の軸方向における一端側部分から他端側部分に向かって連続的に増加または減少していることを特徴とする請求項６または請求項７記載の焼結軸受。
9. 請求項１記載の製造方法を用いて前記軸受本体が成形された焼結軸受であって、前記軸受本体が、前記軸受基材粉体の焼結体内に前記固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有するように形成され、その軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が、前記軸受本体内において径方向に変化していることを特徴とする焼結軸受。
10. 軸受基材粉体の焼結体内に固体潤滑粉体から生成される固体潤滑剤を分散状態にて含有する軸受本体を備えた焼結軸受において、前記軸受本体内における固体潤滑剤の分散濃度分布が、前記軸受本体内において径方向に変化していることを特徴とする焼結軸受。
11. 前記固体潤滑剤の含有量が、前記軸受本体の内周壁部分に多くなるように構成されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の焼結軸受。
12. 請求項６から請求項１１のいずれかに記載の焼結軸受を備えたことを特徴とするモータ。
    

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