KR20110137347A

KR20110137347A - 소결 금속 베어링 및 이 베어링을 구비한 유체 동압 베어링 장치

Info

Publication number: KR20110137347A
Application number: KR1020117023658A
Authority: KR
Inventors: 후유키 이토; 카즈오 오카무라; 켄지 히비
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-12-22
Also published as: CN102356249A; WO2010106909A1; CN102356249B; KR101615147B1; US8992658B2; US20110317949A1

Abstract

본 발명에 따른 소결 금속 베어링은 Cu 분말과 SUS 분말 및 순 Fe 분말을 적어도 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고, 이어서, 이 압축 성형체를 소정의 온도에서 소결함으로써 얻어진다.

Description

소결 금속 베어링 및 이 베어링을 구비한 유체 동압 베어링 장치{SINTERED METALLIC BEARING AND FLUID DYNAMIC BEARING DEVICE EQUIPPED WITH THE BEARING}

본 발명은 금속 분말을 압축 성형한 후, 소결해서 얻어지는 소결 금속 베어링 및 이 베어링을 구비한 유체 동압 베어링 장치에 관한 것이다.

소결 금속 베어링은 예를 들면, 내부 기공에 윤활유 등을 함침시킨 소결 함유 베어링으로서 바람직하게 사용되는 것이고, 자동차용 베어링 부품이나 정보기기용의 모터 스핀들 등, 뛰어난 베어링 성능이나 내구성이 요구되는 개소에 사용되고 있다.

여기서, 소결 금속 베어링의 용도의 하나로 유체 동압 베어링 장치가 있다. 이 유체 동압 베어링 장치는 베어링 간극에 생기는 윤활유 등의 동압 작용으로 축부재를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 베어링 장치이다. 이 베어링 장치는 고속 회전, 고속 회전 정밀도, 저소음 등의 특징을 갖는 것이고, 최근에는 그 특징을 살려서 정보 기기를 비롯해 각종 전기 기기에 탑재되는 모터용의 베어링 장치로서, 보다 구체적으로는 HDD 등의 자기 디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등의 스핀들 모터, 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 팬 모터 등의 모터용 베어링 장치로서 바람직하게 사용되고 있다.

상기 각종 모터에는 고속 회전 정밀도의 향상이 요구된다. 이 요구 성능을 결정하는 구성 요소의 하나에 해당 모터의 스핀들을 지지하는 베어링이 있고, 최근에서는 상기 요구 성능이 우수한 특성을 갖는 유체 베어링의 사용이 검토되고, 또는 실제로 사용되고 있다.

이 종류의 유체 베어링은 베어링 간극내의 윤활유체에 동압을 발생시키기 위한 동압 발생부를 구비한 동압 베어링과 동압 발생부를 구비하지 않고 있는, 소위 진원 베어링(베어링 단면이 진원 형상인 베어링)으로 대별된다.

예를 들면, HDD 등의 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 조립되는 유체 동압 베어링 장치로는 축부재를 래디얼 방향(radial direction)으로 지지하는 래디얼 베어링부 및 스러스트 방향으로 지지하는 스러스트 베어링부의 쌍방을 동압 베어링으로 구성하는 경우가 있다. 이 종류의 유체 동압 베어링 장치(동압 베어링 장치)에 있어서의 래디얼 베어링부로서는 예를 들면, 소결 금속제의 슬리브의 내경면에 동압 발생부로서, 복수의 동압홈을 배열한 영역을 형성함과 아울러, 이 동압 발생부를 형성한 면과 이것에 대향하는 축부재의 외경면의 사이에 래디얼 베어링 간극을 형성하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 하기 특허문헌 1을 참조).

이렇게, 수많은 용도로 사용되는 소결 금속 베어링은 예를 들면, 하기 특허문헌 2에 개시된 바와 같이 Cu 분말 또는 Fe 분말, 또는 그 양자를 주성분으로 하는 금속 분말을 소정 형상(대부분은 원통상)으로 압축 성형한 후, 소결해서 얻어진 다공질체에 윤활유 또는 윤활 그리스 등의 유체를 함침시킴으로써 형성된다.

여기서, 하기 특허문헌 3에는 Cu 분말과 SUS 분말을 포함하는 혼합 금속 분말을 압축 성형한 후, 소결해서 얻어진 소결 함유 베어링이 개시되어 있다.

또는, 하기 특허문헌 4에는 Fe계를 주성분으로 하는 소결 금속 베어링의 일례가 개시되어 있다. 구체적으로는 Cu계 합금 분말과 Cu 분말과 탄소 분말과 Fe 분말로 이루어지는 Fe계 소결 슬라이딩 부재로서, Cu 성분 15∼25wt%, Si 성분 1∼5wt%, Sn 성분 1∼5wt%, 탄소 성분 3∼10wt%, 잔부 Fe 성분(55∼80wt%)으로 이루어지는 Fe계 소결 슬라이딩 부재가 제안되어 있다. 또한, 이 소결 슬라이딩 부재를 상기 중량비가 되도록 배합한 혼합 분말을 압축 성형하고, 이 압분체를 1100∼1150℃에서 소결함으로써 제조하는 의미가 개시되어 있다.

또한, 상기 유체 동압 베어링 장치에 조립되어 사용되는 소결 금속제의 베어링 슬리브(소결 금속 베어링)에 관해서도 Cu 분말 또는 Fe 분말, 또는 양자를 포함하는 금속 분말을 금형에서 소정 형상으로 압축 성형하고, 압축 성형체를 소결한 후, 이 소결 소재를 사이징함으로써 형성된다(하기 특허문헌 5, 하기 특허문헌 6을 참조).

도 29∼도 31은 사이징 장치의 개략 구조를 예시하고 있다. 이 장치는 소결 소재(311)의 외경면(311b)을 압입하는 원통상의 다이(313), 소결 소재(311)의 내경면(311a)을 성형하는 사이징 핀(312), 소결 소재(311)의 양단면을 상하 방향으로부터 누르는 상하의 펀치(314, 315)를 주요한 요소로 하고 있다. 사이징 핀(312)의 외주면에는 완성품의 베어링면의 형상에 대응한 요철상의 성형형(成形型)이 형성되어 있다. 성형형의 볼록부는 베어링면에 있어서의 동압홈의 영역을 성형하고, 오목부는 동압홈 이외의 영역을 성형한다.

사이징은 우선, 도 29에 나타내는 바와 같이 소결 소재(311)를 다이(313)의 상면에 위치 맞춤을 해서 배치한다. 이 경우, 소결 소재(311)의 외경면(311b)과 압입해야 할 다이(313)의 내경면과의 사이에는 소정의 압입 마진(D301)이 확보되고 있고, 다이(313)로의 압입 전의 상태에 있어서, 소결 소재(311)의 내경면(311a)과 사이징 핀(312)의 성형형(볼록부)의 사이에는 내경 간극(D302)이 있다.

그 후, 상 펀치(314) 및 사이징 핀(312)을 강하시켜, 소결 소재(311)를 다이(313)에 압입한다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 상 펀치(314)를 하사점까지 압입하고 소결 소재(311)를 하 펀치(315)의 상면에 압박하여 상하 방향으로부터 가압한다. 소결 소재(311)는 다이(313)와 상하 펀치(314, 315)로부터 압박력을 받아서 변형을 일으키고, 내경면(311a)이 사이징 핀(312)의 성형형에 가압된다. 내경면(311a)의 가압량은 압입 마진(D301)과 내경 간극(D302)차와 대략 같고, 내경면(311a)으로부터 소정 깊이까지의 표층 부분이 사이징 핀(312)의 성형형으로 가압되어, 소성 유동을 일으켜서 성형형에 부착된다. 이것에 의해 성형형의 형상이 소결 소재(311)의 내경면(311a)에 전사되어, 베어링면이 성형된다(동시에 소결 소재(311)의 외경면(311b)도 사이징 된다). 이 경우, 상 펀치(314)를 다이(313)에 삽입하고 나서, 상 펀치(314)가 하사점에 도달해서 소결 소재(311)를 압축하기 까지의 사이, 하 펀치(315)는 다이(313)의 내부에서 대기하고 있고, 그 위치를 유지하고 있다.

그 후, 도 31에 나타내는 바와 같이, 성형형과 소결 소재(311)의 위치 관계를 유지하면서, 사이징 핀(312)과 상하 펀치(314, 315)를 상승시키고, 소결 소재(311)를 다이(313)로부터 뺀다. 소결 소재(311)를 다이(313)로부터 빼면, 소결 소재(311)에 스프링백이 생기고, 그 내경 치수가 확대한다. 이것에 의해 동압 발생부의 형상을 손상시키지 않고 소결 소재를 사이징 핀으로부터 뺄 수 있다.

(선행 기술문헌)

(특허문헌 1)일본국특허공개 공보 2003-239951호

(특허문헌 2)일본국특허공개 공보 평11-182551호

(특허문헌 3)일본국특허공개 공보 2006-214003호

(특허문헌 4)일본국특허공개 공보 2001-123253호

(특허문헌 5)일본국특허공개 공보 2002-178089호

(특허문헌 6)일본국특허공개 공보 2002-206534호

그런데, 최근에는 예를 들면, HDD의 고용량화로 대표되는 바와 같이, 각종 정보기기용 모터에 있어서는 정보 처리량의 증대를 목적으로서 스핀들의 고속 회전화 또는 정보 기억 매체를 포함하는 스핀들의 중량이 증가하는 경향이 있다. 그 때문에, 이 종류의 정보기기용 모터에 조립되어 사용되는 상기 소결 금속 베어링에는 지금까지 이상으로 우수한 내마모성이 요구되고 있다. 이러한 관점으로부터는 상기 특허문헌 3에 개시되는 바와 같이, SUS 분말을 배합한 소결 금속 베어링이 유효한 것처럼 생각되지만, 그 한편으로는 SUS 분말은 타 금속 분말과의 소결성이 모자라기 때문에, 단지 SUS 분말을 배합하는 것만으로는 충분한 소결 강도를 얻을 수 없을 우려가 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 이 종류의 정보기기용 모터에 조립되어 사용되는 상기 소결 금속 베어링에는 지금까지 이상으로 우수한 내마모성이 요구되고 있는 한편, 코스트 다운의 요청에 따르기 위해서, 상기 베어링의 원료 분말에 관하여 비교적 고가인 Cu 분말로부터 비교적 저렴한 Fe 분말로의 치환이 검토되고 있다.

그러나, Fe 분말의 비율을 높여감에 따라서, 이하의 폐해가 생길 우려가 있다. 즉, 축과의 사이에서 양호한 슬라이딩성을 얻기 위해서는 Cu 성분이 불가결한 바, Fe 성분의 비율을 높이는 것으로 상대적으로 Cu 성분의 비율이 감소되고, 소기의 슬라이딩성을 확보하는 것이 어렵다. 또한, 양호한 슬라이딩성을 얻기 위해서는 상대재와의 슬라이딩면(베어링면)에도 높은 면정밀도가 필요하게 되지만, Fe 성분이 베어링의 대부분을 차지하게 되면, Cu 성분이 가지는 가공성의 장점이 반영되지 않아 소정의 면정밀도를 얻을 수 없을 우려가 있다.

또한, 상기 특허문헌 4에도 기재되어 있는 바와 같이, 통상 Fe계의 소결 금속 베어링에 있어서는 주성분이 되는 Fe의 융점에 비교적 가까운 온도(1100℃∼1150℃)를 소결 온도로 설정하기 위해서, Cu의 융점을 넘는 온도에서 소결하게 된다. 이것으로 Cu 분말이 녹아서 내부 기공으로 들어가버려, Fe 성분과 동등하게 베어링면을 구성하는 것은 어렵다. 따라서, 이 경우에는, Cu 성분이 가지는 슬라이딩성이나 가공성이 반영되기 어렵다.

또한, 소결 소재(소결 금속 베어링)의 상기 사이징에 의한 성형 정밀도에 대해서 생각하면, 상기한 바와 같은 방법에 의해 성형된 소결 소재(311)는 도 32에 나타내는 바와 같이, 소결 소재의 축방향 양단부(311c, 311d)에 있어서 내경 치수에 차가 생길 경우가 있다. 이것은 소결 소재(311)의 일단부(311c)의 압축량이 타단부(311d)의 압축량보다도 크게 되고 소결 소재(311)의 일단부(311c)의 밀도가 타단부(311d)의 밀도보다도 크게 되는 것 등의 영향에 의한 것이다. 즉, 소결 소재(311)의 일단부(311c)와 타단부(311d)에서 밀도차가 생기면, 스프링백량의 대소에 영향을 주는 등에 의해, 소결 소재의 축방향 양단부(311c, 311d)의 내경 치수에 차가 발생하는 하나의 원인이 된다.

이렇게 하여, 소결 소재(311)의 일단부(311c)에서는 내경 치수(d21)가 작아져, 타단부(311d)에서는 내경 치수(d22)가 커진다. 이것에 의해 소결 소재(311)의 내경면(311a)은 상 펀치(314)측으로부터 하 펀치(315)측을 향해서 직경이 확대되는 테이터 형상이 되어 회전 정밀도의 불량을 초래하게 된다.

이상의 사정을 감안하여, 본 명세서에서는 내마모성이 우수함과 아울러 높은 소결 강도를 나타낼 수 있는 소결 금속 베어링을 제공하는 것을 제 1 기술적 과제로 한다.

또한, 이상의 사정을 감안하여, 본 명세서에서는 저코스트로 제조 가능하면서도, 높은 내마모성 및 슬라이딩성을 발휘할 수 있는 소결 금속 베어링을 제공하는 것을 제 2 기술적 과제로 한다.

또한, 이상의 사정을 감안하여, 본 명세서에서는 소결 소재의 축방향 양단부에 있어서의 내경 치수 차를 저감해서 회전 정밀도를 향상시킬 수 있는 베어링 슬리브의 제조 방법 및 유체 베어링 장치를 제공하는 것을 제 3 기술적 과제로 한다.

상기 제 1 기술적 과제의 해결은 본원의 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링에 의해 달성된다. 즉, 이 소결 금속 베어링은 복수의 금속 분말을 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고, 소결해서 얻어진 것이고, 내부에 함유 가능한 다수의 기공을 갖는 소결 금속 베어링에 있어서, 원료 분말은 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말을 포함하는 점을 가져서 특징으로 한다. 또한, 여기서 말하는 「순 Fe 분말」은 공업상 사용되는 고순도의 철분을 말하고, 예를 들면 99%이상의 순도를 갖는 것이 포함된다.

이렇게, 슬라이딩 특성 및 가공성이 우수한 Cu 분말과 SUS 분말에 대하여, 순 Fe 분말을 더 배합함으로써 SUS 분말이 갖는 우수한 내마모성을 소결 후의 제품에 있어서 발현 가능하게 하면서도, SUS 분말과 타분말의 소결성의 결핍을 순 Fe 분말에 의해 보강하여 높은 소결 강도를 갖는 소결 금속 베어링을 얻을 수 있다. 특히, 이 종류의 베어링에 있어서는 내부에 함유(含油)를 위한 다수의 기공을 남기는 필요가 있기 때문에 압축 성형시의 밀도를 그 정도 높게 설정할 수 없는 사정이 있는 바, SUS 분말에 비해서 소결성 및 압축성이 우수한 순 Fe 분말을 배합함으로써 상당수의 내부 기공을 확보하면서도 소기의 소결 강도(예를 들면, 압환 강도로 나타내진다)를 얻을 수 있다.

이 경우, 상기 효과를 충분하게 얻기 위해서, 상기 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말 중 적어도 어느 하나가 원료 분말에 포함되는 분말 중에서 가장 높은 비율을 차지하는 분말이어도 좋다. 또한, 그 경우, 상기 3종의 금속 분말이 원료 분말 중에 차지하는 비율이 높은 상위 3종이어도 좋다. 구체적으로는 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말의 함유 비율이 각각 Cu 분말 : 15wt%이상 60wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 35wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하로 조정되어 있어도 된다.

또한, 원료 분말은 인화 Fe 분말을 더 포함하는 것이어도 좋다. 통상, 인화 Fe는 순 Fe에 비해서 취성이고, 회피되어야 한다고 생각되는 바, 순 Fe 분말과는 별개인 분말상으로 원료 분말에 배합되도록 하면, 소결체의 강도나 강성에 악영향을 주는 경우가 없고, 오히려, 베어링면의 내마모성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 이 경우, 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 및 인화 Fe 분말의 함유 비율이 각각, Cu 분말 : 15wt%이상 60wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 인화 Fe 분말 : 0.1wt%이상 2.0wt%이하로 조정되어 있어도 된다. 여기서, 인화 Fe 분말의 배합 비율(함유 비율)을 상기한 바와 같이 설정한 것은, 이하의 이유에 의한다. 즉, 인화 Fe 분말의 함유 비율이 0.1wt%를 하회하면, 상기 내마모성의 향상 효과가 충분하게 얻어지지 않고, 또한 2.0wt%을 상회하면, 소결체의 강도에 악영향을 미치게 하는 가능성이 생기기 때문이다.

원료 분말은 저융점 금속 분말을 더 포함하는 것이어도 된다. 여기서 밀하는 「저융점 금속」이란 소결시에는 용융하는 정도의 융점을 갖는 금속을 의미하고, 이러한 금속 분말은 소결시에 용융해서 액상화함으로써 Cu 분말, SUS 분말, 순 Fe 분말 중의 동종 분말간 또는 이종 분말간의 바인더로서 작용한다. 그 때문에 상기 분말간의 결합력을 보강하고, 소결 강도를 향상시킬 수 있다. 저융점 금속 분말로서는 예를 들면, Cu 분말의 소결 온도에서 확실하게 용융하는 금속 분말, 즉 Sn, Zn, Al, P 등의 금속 분말 또는 이들을 2종이상 포함하는 합금 분말이 사용 가능하고, 이 중에서도 소결 후의 경도를 생각하면 Sn 분말이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이, 저융점 금속 분말을 배합하는 것이라면, 주로 소결 작용에 기여하는 Cu 분말의 비율을 감하는 것도 가능해지기 때문에, 예를 들면 원료 분말에 차지하는 Cu 분말의 함유 비율을, SUS 분말과 순 Fe 분말의 함유 비율의 총 합계보다도 작게 하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 및 저융점 금속 분말의 함유 비율이 각각 Cu 분말 : 15wt%이상 45wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 저융점 금속 분말 : 0.5wt%이상 10wt%이하로 조정되어 있어도 된다.

또는 인화 Fe 분말을 더 포함하는 경우, 원료 분말에 차지하는 상기 각 금속 분말의 함유 비율이 각각 Cu 분말 : 15wt%이상 45wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 인화 Fe 분말 : 0.1wt%이상 2.0wt%이하, 저융점 금속 분말 : 0.5wt%이상 10wt%이하로 조정되어 있어도 된다.

원료 분말은 흑연을 더 포함하는 것이어도 좋다. 이 경우, 흑연은 고체 윤활제로서 작용하므로, 소결체의 슬라이딩면(베어링면) 또는 압축 성형시나 소결 후의 2차 가공시에 있어서의 금형과의 슬라이딩성을 향상시키는 작용을 갖는다.

또한, 상기 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링은 Cu의 융점 미만의 온도에서 소결해서 얻어진 것이어도 좋다. 이렇게 하여 얻어진 소결 금속 베어링이면, 압축 성형체 중의 Cu 분말이 녹지 않고 분말 상태인채로 남기 때문에 완성품 중의 Cu 조직이 분말 상태(입상) 조직으로서 잔존하고, 그 일부는 SUS 조직이나 순 Fe 조직 등과 함께 베어링면을 구성한다. 그 때문에 상대재(축등)와의 사이에서 양호한 슬라이딩성을 얻을 수 있다. 또한, 순 Fe 성분의 비율을 높이면서도 베어링면의 가공성을 확보해서 슬라이딩면의 면정밀도를 유지할 수 있다. 이러한 구성은 상기의 바와 같이 저융점 금속 분말을 배합해서 소결체의 강도를 보강하는 경우나 Cu 분말의 일부를 순 Fe 분말로 치환하고, 순 Fe 분말의 함유 비율을 더 높일 경우에 조합시키면 한층 유효하다.

또한, 상기 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링은 그 소결 밀도가 6.8g/cm³이상 7.3g/cm³이하의 범위내로 조정되어 있는 것이어도 좋다. 소결 밀도(겉보기 밀도)가 상기 범위내로 조정된 베어링이면, 상기 각 금속 분말에 의한 내마모성, 강도, 슬라이딩성, 가공성을 충족하면서도, 소결 함유 베어링으로서 사용가능한 정도의 수 내지 크기의 내부 기공을 확보하고, 특히 후술하는 유체 동압 베어링 장치용의 베어링 부품으로서 바람직하게 공급할 수 있다.

또한, 상기 구성에 관계되는 소결 금속 베어링은 회전 지지해야 할 축과의 사이에 유체의 동압 작용을 생기게 하기 위한 동압 발생부가 형성된 것이어도 좋다. 구체적으로는 베어링면이 되는 내주면이나 축방향 단면에 동압 발생부를 형성한 것이어도 좋다. 이 때, 상술한 바와 같이, Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말을 밸런스 좋게 배합한 구성을 선택함으로써, 예를 들면 동압홈 등의 요철 형상도 정밀도 좋게 성형할 수 있고, 또한 볼록 부분에 있어서의 슬라이딩성 내지 내마모성을 높일 수 있다.

이상의 구성에 관계되는 소결 금속 베어링은 상술한 바와 같이, 내마모성이나 강도, 슬라이딩성이 우수하기 때문에, 이 베어링을 구비한 유체 동압 베어링 장치로서 사용할 수 있고, 특히 HDD 등의 모터용 베어링 장치 등 지지해야 할 축의 회전 중량이 비교적 큰 스핀들에 바람직하게 사용할 수 있다.

또한 상기 제 1 기술적 과제의 해결은 복수의 금속 분말을 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고, 소결해서 얻어진 것이며, 내부에 함유 가능한 다수의 기공을 갖는 소결 금속 베어링을 제조하는 방법으로서, Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말을 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고 소결하는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링의 제조 방법에 의해서도 달성된다.

또한, 이 때, 예를 들면 순 Fe 분말과 Cu 분말의 상호의 분산성을 높이기 위해서, 순 Fe 분말과 Cu 분말을 부분적인 합금화에 의해 일체화한 상태에서 원료 분말에 공급하도록 해도 좋다. 이렇게 하면, 순 Fe 분말과 Cu 분말을 일체로 원료 분말에 공급시키기 위해서, 순 Fe 분말 또는 Cu 분말이 편석하는 사태를 막아 균질한 소결체를 얻을 수 있다.

또한, 상기 제 2 기술적 과제의 해결은 본원의 제 2 발명에 따른 소결 금속 베어링에 의해 달성된다. 즉, 이 소결 금속 베어링은 Fe계 조직 중에 Cu 조직이 분산된 소결 금속 베어링이며, Fe계 조직이 중량비로 Cu 조직의 10배이상 포함됨과 아울러 Cu 조직이 입상 조직으로서 남아있는 점을 갖고 특징으로 한다. 여기서,「Fe계 조직」에는 Fe만으로 이루어지는 조직이 포함되는 것 외, 예를 들면 SUS 등 Fe를 주성분으로 하는 조성을 이루는 것도 포함된다. 또한, Cu 조직에 관한 것으로서, 모두의 Cu 조직이 입상을 하고 있을 필요는 없고, 그 일부가 소결에 의해 비입상의 형상을 갖는 것이어도 상관없다.

이렇게, Fe계 조직의 비율을 Cu 조직에 비해서 대폭 높임으로써 내마모성의 향상과 함께 제조 코스트의 저감화가 도모된다. 게다가, Cu 조직을 입상 조직으로서 남김으로써 Cu 조직이 Fe계 조직과 함께 슬라이딩면을 포함하는 베어링 표면을 구성하게 되므로, 상대재(축 등)와의 사이에서 양호한 슬라이딩성을 얻을 수 있다. 또한, Fe 성분의 비율을 높이면서도 슬라이딩면의 가공성을 확보해서 슬라이딩면의 면정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 Fe계 조직과 Cu 조직의 함유 비율(10배)로 한 것은 그 비율로 Fe계 조직과 Cu 조직을 함유시킴으로써 내마모성, 슬라이딩성, 코스트면의 상기 3특성 모두를 만족한다라는 본 발명자들의 지견에 기초한다.

여기서, 구체적으로는 Fe계 조직의 함유 비율은 중량비로 90%이상으로 할 수 있다. 또한 이 경우, Fe계 조직의 함유 비율은 중량비로 최대 98%까지 높이는 것이 가능하다. Fe계 조직의 함유 비율이 상기 범위내에 있는 소결 금속 베어링이면, 내마모성과 슬라이딩성을 실시 레벨로 만족시키면서도 저코스트화의 실효를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, Fe계 조직은 예를 들면, Fe 조직과 SUS 조직의 한쪽 또는 양쪽으로 구성되는 것이어도 좋다. 이 경우, 강도 또는 코스트면을 중시하는 것이라면 Fe 조직이 바람직하고, 내식성을 중시하는 것이라면 SUS 조직이 바람직하다.

또한, 상기 구성에 관계되는 소결 금속 베어링은 회전 지지해야 할 축과의 사이에 유체의 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부를 설치한 것이어도 좋다. 구체적으로는 베어링면이 되는 내주면이나 축방향 단면에 동압 발생부를 설치한 것이어도 좋다. 본 발명에 따른 베어링은 Cu 조직을 입상 조직으로서 남기는 구성을 채용하고 있기 때문에 베어링면을 갖는 베어링 표층부에도 Cu 조직이 존재하고 있고, 예를 들면 동압홈 등의 요철 형상도 좋은 정밀도로 성형할 수 있다.

이상의 구성에 관계되는 소결 금속 베어링은 상술한 바와 같이, 내마모성이나 슬라이딩성이 우수하기 때문에 이 베어링을 구비한 유체 동압 베어링 장치로서 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 상기 과제의 해결은 Fe계 조직 중에 Cu 조직이 분산된 소결 금속 베어링을 제조하는 방법이며, Cu 분말과 중량비로 Cu 분말의 10배이상의 Fe계 분말을 적어도 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고, 그런 후, 이 압축 성형체를 Cu의 융점미만의 온도에서 소결하는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링의 제조 방법에 의해서도 달성된다.

이 방법에 의하면, 압축 성형체 중의 Cu 분말이 모두 녹는 경우 없이 입상인채로 남기 때문에 상기와 같이 슬라이딩성(상대재와의 융합성)이나 가공성을 고레벨로 확보할 수 있다. 또한, 소결시에 녹지 않고 종료되기 때문에, 새로운 내부 기공이 형성되는 것을 막을 수 있고, 또는 인접하는 내부 기공의 확대를 막을 수 있다. 어쨌든, 후술하는 윤활유의 유통이 가능한 정도의 크기를 갖는 내부 기공의 증가를 막을 수 있다.

Fe계 분말로서는 Fe 분말이나, SUS 분말 등의 Fe계 합금 분말이 사용가능하다. 또한, Fe계 분말과 Cu 분말의 상호 분산성을 높이기 위해서, Fe계 분말과 Cu 분말을 부분적인 합금화에 의해 일체화한 상태에서 원료 분말에 공급하도록 해도 좋다. 이렇게 하면, 원칙적으로 모든 Fe계 분말이 Cu 분말과 일체적으로 원료 분말에 공급되기 때문에, Fe계 분말 또는 Cu 분말이 편석하는 사태를 막아서 균질한 소결체를 얻을 수 있다.

또한, 상기 원료 분말의 하나로서 사용되는 Cu 분말이 Fe계 분말에 비해서 미세한 입경을 갖는 것이어도 좋다. 여기서, 「Cu 분말이 Fe계 분말에 비해서 미세한 입경을 갖는다」의 여부는 쌍방의 분말의 최대 입경, 평균 입경, 입경 중앙값 중 어느 하나로 비교 평가되어도 상관없다. 또는, 이들의 값 중 2개 이상의 평가 기준으로 나타낸 수치의 대소 관계를 가지고, 쌍방의 분말 입경의 대소 관계를 정하도록 해도 상관없다. 이렇게 Fe계 분말에 비해서 미세한 Cu 분말을 사용함으로써 예를 들면, Fe계 분말과 동등한 입경을 갖는 Cu 분말과 비교해서 Fe계 분말과의 접촉 면적(또는 접촉 개소)이 증가한다. 그 때문에 Fe 분말의 배합 비율을 대폭 높여도 (90wt%이상으로 하여도) 베어링의 강도를 확보할 수 있다. 또한, 분말이 미세해짐에 따라서 유동성의 저하가 염려되는 바, 본 발명이면, Fe계 분말의 배합 비율에 비해서 Cu 분말의 배합 비율이 낮게 억제되므로, 이 종류의 문제가 염려될 걱정도 없다.

또한, 상기 제 3 기술적 과제의 해결은 본원의 제 3 발명에 따른 베어링 슬리브의 제조 방법에 의해 달성된다. 즉, 이 제조 방법은 소결 공정에서 형성된 소결 소재를 다이 및 한 쌍의 펀치를 이용하여 사이징함으로써, 축부재에 외삽되고, 내주면이 축부재의 외주면의 사이에 래디얼 베어링 간극을 형성하는 원통상의 베어링 슬리브를 제조할 때, 사이징 공정에 있어서, 한쪽의 펀치로부터의 가압력으로 소결 소재를 다이로 압입한 후, 다른 쪽의 펀치를 한쪽의 펀치측으로 이동시킴으로써 소결 소재를 축방향으로 압축하는 것이다.

상기 제 3 발명에 따른 베어링 슬리브의 제조 방법에 의하면, 소결 소재의 전체 길이가 다이에 압입되어서 한쪽의 펀치로 소결 소재가 압축되는 상태에서 다른 쪽의 펀치를 밀어 올리기 때문에, 한쪽의 펀치가 하사점에 도달한 상태에서, 축방향 양단부에서 소결 소재를 가압할 수 있다. 이 때문에, 다른 쪽의 펀치 근방의 소결 소재도 다른 쪽의 펀치측에서 한쪽의 펀치측을 향해서 압력이 부여되어서 압축된다.

다른 쪽의 펀치를 소결 소재의 전체가 다이에 압입되고 나서, 다른 쪽의 펀치를 한쪽의 펀치측에 이동시킬 수 있다. 또한, 소결 소재를 다이에 압입하기까지의 사이, 다른 쪽의 펀치를 대기시키는 것이나, 소결 소재를 한쪽의 펀치와 다른 쪽의 펀치로 구속하면서 다이에 압입할 수 있다.

다른 쪽의 펀치의 한쪽의 펀치측으로의 이동량을 한쪽의 펀치로 다이에 압입했을 때에 발생하는 소결 소재의 축방향의 신장량보다도 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 소결 소재가 축방향으로 연장되기 전의 축방향 치수보다도 소결 소재를 압축할 수 있기 때문에, 확실하게 다른 쪽의 펀치 근방의 소결 소재를 압축할 수 있다.

상기 제 3 발명에 따른 유체 베어링 장치는 상기 제 3 발명에 따른 베어링 슬리브와 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부재와 베어링 슬리브의 내주면과 축부재의 외주면 사이에 형성된 래디얼 베어링 간극을 갖고, 래디얼 베어링 간극에 형성된 윤활유체의 막으로 축부재를 래디얼 방향으로 지지하는 래디얼 베어링을 갖는 것이다.

(발명의 효과)

이상과 같이, 본원의 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링 및 그 제조 방법 에 의하면, 내마모성이 우수함과 아울러 높은 소결 강도를 나타낼 수 있는 소결 금속 베어링을 제공할 수 있다.

또한, 이상과 같이 본원의 제 2 발명에 따른 소결 금속 베어링 및 그 제조 방법에 의하면, 높은 내마모성 및 슬라이딩성을 발휘할 수 있는 소결 금속 베어링을 저코스트로 제조할 수 있다.

또한, 이상과 같이, 본원의 제 3 발명에 따른 베어링 슬리브의 제조 방법에 의하면, 다른 쪽의 펀치 근방의 소결 소재도 다른 쪽의 펀치측에서 한쪽의 펀치측을 향해서 압박력이 부여되어서 압축되기 때문에, 축방향 양단의 밀도차를 작게 해서 소결 소재의 축방향 양단부에 있어서의 내경 치수차를 저감하고, 회전 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.

도 1은 본원의 제 1 발명의 일실시 형태에 따른 소결 금속 베어링을 조립된 유체 동압 베어링 장치, 및 이 유체 동압 베어링 장치를 구비한 스핀들 모터의 단면도이다.
도 2는 유체 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 3은 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링의 단면도이다.
도 4는 소결 금속 베어링의 일평면도다.
도 5는 제 1 발명의 다른 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 6은 제 1 발명의 다른 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 7은 본원의 제 2 발명의 일실시 형태에 따른 소결 금속 베어링을 조립한 유체 동압 베어링 장치, 및 이 유체 동압 베어링 장치를 구비한 스핀들 모터의 단면도이다.
도 8은 유체 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 소결 금속 베어링의 단면도이다.
도 10은 소결 금속 베어링의 일평면도이다.
도 11은 다른 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 12는 다른 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치의 단면도이다.
도 13은 일실시 형태에 따른 소결 금속 베어링의 단면 사진이다.
도 14는 다른 실시 형태에 따른 소결 금속 베어링의 단면 사진이다.
도 15는 다른 실시 형태에 따른 소결 금속 베어링의 단면 사진이다.
도 16은 마모 시험의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은 압환 시험의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은 투과 유량(油量)의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본원의 제 3 발명에 따른 유체 베어링 장치를 조립한 정보 기기용 스핀들 모터의 단면도이다.
도 20은 유체 베어링 장치의 종단면도이다.
도 21은 각각 베어링 슬리브의 (a)종단면도, (b)하단면이다.
도 22는 제 3 발명의 제 1 실시 형태의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 23은 제 3 발명의 제 1 실시 형태의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 24는 제 3 발명의 제 1 실시 형태의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 25는 제 3 발명의 제 1 실시 형태의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 26은 제 3 발명의 제 1 실시예의 베어링 슬리브의 제조 방법에 사용되는 상하 펀치의 위치 관계를 도시한 도면이다.
도 27은 제 3 발명의 제 2 실시 형태의 베어링 슬리브의 제조 방법에 사용되는 상하 펀치의 위치 관계를 도시한 도면이다.
도 28은 제 3 발명의 제 4 실시 형태∼제 5 실시 형태의 유체 베어링 장치의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 29는 종래의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 30은 종래의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 31은 종래의 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 슬리브의 사이징 공정의 일례를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 32는 종래의 베어링 슬리브의 제조 방법에 의해 제조한 소결 소재를 나타내는 확대 단면도이다.

이하, 본원의 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링의 실시 형태를 도 1∼도 6에 기초하여 설명한다.

본 발명에 따른 소결 금속 베어링은 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말로 또는 이들의 금속 분말을 주성분으로서 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고, 소결함으로써 형성된다. 여기서, Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말이 원료 분말 전체에 차지하는 비율이 Cu 분말 : 15wt%이상 60wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 35wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하가 되도록 각 금속 분말의 배합 비율이 조정된다.

상기 원료 분말에 포함되는 금속 분말 중, Cu 분말의 조성이나 형상은 특별하게 한정되지 않는다. 따라서, 순 Cu 분말 외, 일부 또는 전체에 걸쳐 다른 금속과 합금화한 Cu 분말을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 그 제조 방법에 관해서도 특별히 상관없이 환원법이나 애토마이즈법, 또는 전해법 등 각종 방법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다. Cu 분말 사이즈에 관해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 SUS 분말 또는 순 Fe 분말에 비해서 미세한 입경을 갖는 것을 사용할 경우에는 그 배합 비율을 감소시킬 수 있다. Cu 분말이 미세할수록 SUS 분말이나 순 Fe 분말의 접촉 영역이 증가함으로써 비교적 소량으로도 베어링의 강도를 확보할 수 있다라는 이유에 의한다. 또한, SUS 분말이나 순 Fe 분말과 동 사이즈의 Cu 분말을 사용하는 경우와 비교해서, 완성품의 베어링면 등에 노출되는 Cu 조직의 비율도 증대하기 때문에, Cu 분말의 배합 비율이 적어도 슬라이딩성을 확보하기 쉽다라는 이유에 의한다.

또한, 상기 원료 분말에 포함되는 SUS 분말에 관하여, 그 종류(조직)나 형상 등에 관해서는 특별하게 한정되는 것은 아니고, 오스테나이트계, 오스테나이트·페라이트계, 페라이트계, 마텐자이트계 중 어느 쪽의 조직 형태를 갖는 SUS 분말을 사용하는 것도 가능하다. 이 중, 특히 기계적 강도나 내마모성이 우수한 것으로서 마텐자이트계 SUS 분말을 사용할 수 있다. 이 스테인레스 강의 대표예로서, 예를 들면 SUS410(11.5Cr∼13.5Cr)을 들 수 있다.

순 Fe 분말에 관해서도 그 종류, 형상 등에 관해서는 특별하게 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 환원 Fe 분말, 애토마이즈 Fe 분말, 전해 Fe 분말 등 그 제조 방법에 상관없이 각종 순 Fe 분말을 사용할 수 있다.

또한, 이상의 금속 분말에 더해서, 다른 분말이 함유되어 있어도 되고, 그 일례로서 인화 Fe 분말(Fe₃P 분말)을 열거할 수 있다. 이 경우, 인화 Fe 분말은 소결체의 내마모성 향상을 꾀하는 목적에서 배합되고, 그 배합 비율은 내마모성의 향상 효과가 확인되는 정도로 그 하한치가 정해지고, 또한 소결체의 기계적 특성에 악영향을 미치게 하지 않는 정도로 그 상한치가 정해진다. 구체적으로는, 상기의 비율로 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말이 원료 분말에 포함되는 경우, 인화 Fe 분말의 배합 비율은 원료 분말 전체에 대하여 0.1wt%이상 2.0wt%이하의 범위내에서 조정된다.

또는, 이상의 분말에 더해서, Cu 보다도 융점이 낮은 금속으로 이루어지는 분말, 예를 들면 Sn 분말이 더 포함되어 있어도 좋다. 즉, 상기 원료 분말은 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 인화 Fe 분말, 및 저융점 금속 분말로서의 Sn 분말을 포함하는 것이어도 좋다. 이 종류의 금속 분말은 소결시에는 용융(액상화)하고, 상기 동종의 금속 분말 간 또는 이종 금속 분말 간의 바인더로서 작용하고, 소결체(소결 금속 베어링)의 강도 향상에 기여한다. 그 때문에 관계되는 경우에는 주로 소결 작용에 기여하는 Cu 분말의 비율을 감할 수도 있다. 구체적으로는 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 인화 Fe 분말, 및 저융점 금속 분말(Sn 분말)의 함유 비율이 Cu 분말 : 15wt%이상 45wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 인화 Fe 분말 : 0.1wt%이상 2.0wt%이하, Sn 분말 : 0.5wt%이상 10wt%이하로 조정되어 있어도 좋고, 보다 바람직하게는 Cu 분말 : 30wt%이상 45wt%이하, SUS 분말 : 15wt%이상 25wt%이하, 순 Fe 분말 : 30wt%이상 50wt%이하, 인화 Fe 분말 : 0.2wt%이상 1.0wt%이하, Sn 분말 : 1.0wt%이상 4.0wt%이하로 조정되어 있어도 좋다.

또한, 압축 성형시의 성형성이나 이탈성, 또는 완성품의 슬라이딩 특성을 개선할 목적으로 상기 원료 분말에, 흑연(그래파이트) 분말이 더 함유되어 있어도 된다. 이 경우, 상기 원료 분말은 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 인화 Fe 분말, 저융점 금속 분말(Sn 분말), 및 흑연 분말을 포함하는 것이어도 좋다. 또한 이 경우, 원료 분말에 차지하는 각 분말의 함유 비율은 Cu 분말 : 15wt%이상 45wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 인화 Fe 분말 : 0.1wt%이상 2.0wt%이하, Sn 분말 : 0.5wt%이상 10wt%이하, 흑연 분말 : 0.5wt%이상 2.5wt%이하로 조정되어 있어도 된다.

이상의 원료 분말 조성에 관계되는 소결 금속 베어링은 예를 들면, 이하에 나타내는 방법으로 제조된다. 즉, 상기 원료 분말을 소정의 형상으로 압축 성형하는 공정(a), 압분 성형체를 소결하는 공정(b), 소결체에 대하여 사이징을 실시하는 공정(c)의 적어도 3공정을 통해서 제조된다.

우선, 압분 성형 공정(a)에 관하여, V형 혼합기 등으로 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말을 혼합한 원료 분말을 작성한다. 필요에 따라서, 인화 Fe 분말이나 저융점 금속 분말, 흑연 등의 각종 분말을 더 혼합한 원료 분말을 작성해도 좋다. 여기서, 각 분말의 혼합 비율은 상기한 원료 분말 전체에 차지하는 각 분말의 함유 비율에 따라서 설정된다.

또한, 인화 Fe 분말을 혼합하는 경우에는, 상기 인화 Fe 분말의 분산성을 향상시키기 위해서, 미리 순 Fe 분말에 인화 Fe 분말을 혼합한 것을 준비해 두고, 이 혼합분 (Fe+Fe₃P 혼합분)을 Cu 분말이나 SUS 분말에 혼합하여도 좋다. 또는, 동일한 목적으로 미리 순 Fe 분말의 표면에 Cu 분말을 부분적으로 접촉시키고, 이 접촉 부분을 합금화한 것(순 Fe 분말과 Cu 분말의 일부 합금체)을 SUS 분말에 혼합해서 원료 분말로서 사용하는 것도 가능하다. 이러한 수법은 특히, 분산성이 결핍된 미세 Cu 분말(예를 들면 상기 예시의 입경을 갖는 Cu 분말)을 사용하는 경우에 유효하다.

다음에 완성품에 준한 형상(예를 들면, 도 3에 나타내는 원통 형상)의 분말 충전 공간을 갖는 성형 금형을 준비하고, 이 금형내에 상기 원료 분말을 충전하고, 소정 압력으로 프레스함으로써 상기 금형에 대응하는 형상의 압분 성형체를 얻는다. 이 때, 압분 성형체의 밀도가 예를 들면, 6.5g/cm³이상 7.0g/cm³이하가 되도록 프레스 조건이 설정된다.

다음에 상기 압분 성형체를 소정의 소결 온도, 여기에서는 Cu의 융점(1083℃)미만의 온도에서 소정 시간 가열한다. 이것에 의해, 적어도 Cu 분말과 순 Fe 분말이 서로 소결되고, 이것에 의해 Cu 조직과, SUS 조직, 및 순 Fe 조직을 적어도 갖는 소결 금속 조직으로 이루어지는 소결체를 얻을 수 있다(소결 공정(b)). 여기서, 소결 온도에 관하여 소결 온도가 Cu의 융점에 너무 가까우면, 용융하는 Cu 분말의 비율이 증가하고, 용융된 Cu 조직이 베어링 내부에 들어가기 때문에, 베어링 표면에 Cu 조직을 유지하는 것이 어렵게 된다. 또한 Cu의 융점으로부터 떨어진 낮은 온도에서 소결을 행하면, 충분한 소결 작용을 그다지 기대할 수 없다. 이러한 관점으로부터, 소결 온도는 예를 들면 750℃이상 1060℃이하의 범위내에 설정하는 것이 좋다.

이렇게 하여 얻어진 소결체의 치수 내지 형상을 교정할 목적으로 소결체에 대하여 사이징을 실시함으로써 (사이징 공정(c)), 소결 금속 베어링이 완성된다. 이 사이징에 의해, 소결체가 완성품에 준한 치수 내지 형상으로 정형됨과 아울러, 베어링 표면의 표면 개공율이 소정 크기로 조정된다. 또한, 내주면에 있어서의 표면 개구의 개수나 개개의 개구 면적을 작게 하는 목적에서, 상기 사이징과 아울러 또는 상기 사이징 대신에 회전 사이징을 실시하는 것도 가능하다. 이 사이징에 의하면, 내주면의 표면 개공률이 더욱 작게(예를 들면 10%이하) 조정된다. 그 때문에 후술하는 유체 동압 베어링 장치에 조립되어 사용하는 경우라도 베어링면 상에 소정막 두께의 유막을 형성하기 쉬워진다.

또한, 상기 소결 금속 베어링을 소결 함유 베어링으로서 사용할 경우에는 이 후에 함유 공정(d)을 설치해도 된다. 즉, 진공 함침법 등을 이용해서 소결 금속 베어링의 내부 기공에 윤활유 등의 윤활제를 함침시킨 후, 적당히 표면의 윤활유를 제거함으로써 소결 함유 베어링을 제조하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 소결 금속 베어링의 체적율(100-기공율[%])은 실제의 용도에 따라서 설정하는 것이 좋고, 예를 들면 75%이상 95%이하(기공율로 말하면, 5%이상 25%이하)의 범위에서 설정된다. 예를 들면, 후술하는 유체 동압 베어링 장치에 조립해서 사용할 경우와 같이, 내부 기공에 윤활유를 함침시켜서 사용할 경우에는 베어링면(베어링 간극)으로의 윤활유의 공급이 막힘없이 행해지도록, 또한 온도 변화 에 따라 유량이 감소했을 경우에도 베어링 간극에 윤활유를 공급할 수 있는 정도의 양의 윤활유를 내부 기공에 유지할 수 있도록 비교적 크게(기공율로 말하면 8%이상 18%이하) 설정하는 것이 좋다. 또한, 여기서, 「기공율」이란 소결 금속 베어링의 단위 체적당에 차지하는 각 내부 기공의 용적의 총 합계의 비율을 말하고, 구체적으로는 이하의 식에 의해 산출된다.

기공율[%]=100-밀도비[%]={1-(ρ1/ρ0)}×100

ρ1: 소결 금속 베어링의 소결 밀도(측정 방법은 JISZ 2501 건조 밀도란을 참조)

ρ0: 소결 금속 베어링과 동일한 조성의 물질의 진밀도

기공율은 밀도비의 증가에 따라 거의 선형적으로 저하하는 것이 확인되고 있고, 따라서 밀도비를 구하는 것으로 기공율을 얻을 수 있다.

표면 개공율에 관해서도 실제의 용도에 따라서 설정하면 되고, 예를 들면 유체 동압 베어링 장치 용도의 경우이면, 2%이상 15%이하로 설정하는 것이 좋다. 특히, 후술하는 바와 같이, 소결 금속 베어링의 내주면 등에 윤활유의 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부(도 3에서는 동압홈(8a1, 8a2)의 배열 영역)를 설치할 경우에는 유압의 방출을 방지할 목적으로 상기 내주면의 표면 개공율은 비교적 조금 작게(예를 들면 2%이상 10%이하) 설정하는 것이 좋다. 여기서, 「표면 개공」이란 다공질 조직인 소결 금속 베어링 중에 포함되는 기공이 외측 표면에 개구된 부분을 말한다. 또한, 「표면 개공율」이란 외측 표면의 단위 면적에 차지하는 표면 개공의 면적 비율을 말하고, 이하의 조건으로 측정, 평가되는 것을 말한다.

[측정 기구]

금속 현미경: Nikon ECLIPSS ME600

디지탈 카메라: Nikon DXM1200

사진 촬영 소프트: Nikon ACT-1 ver.1

화상 처리 소프트: INNOTECH CORPORATION 제작 QUICK GRAIN

[측정 조건]

사진 촬영: 셔터 스피드 0.5초

2진수 한계값: 235

이상의 설명에 관계되는 소결 금속 베어링은 내마모성이나 강도, 슬라이딩성 이 우수하기 때문에, 예를 들면 HDD 등의 자기디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등에 있어서의 스핀들 모터용의 베어링 장치로서, 또는 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 프로젝터의 컬러 휠 모터, 팬 모터 등의 모터용 베어링 장치로서 바람직하게 사용된다.

도 1은 상기 용도의 일례를 나타내는 것이고, 본 발명에 따른 소결 금속 베어링(8)을 조립한 유체 동압 베어링 장치(1)의 단면도, 또는 이 유체 동압 베어링 장치(1)를 구비한 HDD의 디스크 구동용 모터의 요부 단면도를 나타낸다. 이 모터는 허브(3)를 장착했던 축부재(2)를 회전 지지하는 유체 동압 베어링 장치(1)와 반경 방향의 갭을 개재시켜 대향시킨 스테이터 코일(4)및 로터 마그네트(5)와 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)에 고정되고, 로터 마그네트(5)는 허브(3)에 고정된다. 유체 동압 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 브래킷(6)의 내주에 고정된다. 또한, 동 도면에 나타내는 바와 같이 허브(3)에는 하나 또는 복수장의 디스크(D)(도 1에서는 2장)가 유지된다. 이렇게 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(4)에 통전하면, 스테이터 코일(4)과 로터 마그네트(5) 사이에 발생하는 여자력으로 로터 마그네트(5)가 회전하고, 이것에 따라서, 허브(3)에 유지된 디스크(D)가 축부재(2)와 일체로 회전한다.

도 2는 유체 동압 베어링 장치(1)의 종단면도를 나타내고 있다. 이 유체 동압 베어링 장치(1)는 축부재(2)와 하우징(7)과 하우징(7)에 고정되고, 내주에 축부재(2)를 설치한 소결 금속 베어링(8)과 하우징(7)의 일단을 폐쇄하는 뚜껑 부재(9)와 하우징의 타단 개구측에 설치되는 밀봉 부재(10)를 구비한다.

축부재(2)는 축부(2a)와 축부(2a)의 하단에 일체 또는 별체로 형성된 플랜지부(2b)로 구성된다. 축부(2a)의 외주에는 후술하는 소결 금속 베어링(8)의 내주면(8a)에 형성된 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역과 래디얼 방향으로 대향하는 래디얼 베어링면(2a1)이 형성된다. 이 실시 형태에서는 래디얼 베어링면(2a1)은 축방향으로 격리해서 2개소에 설치되어 있고, 축부(2a)를 소결 금속 베어링(8)의 내주에 삽통한 상태에서는 래디얼 베어링면(2a1, 2a1)과 내주면(8a)의 사이에 후술하는 래디얼 베어링부(R1, R2)의 래디얼 베어링 간극을 형성한다(도 2를 참조). 상기 구조의 축부재(2)는 각종 금속 재료로 형성가능하고, 예를 들면 강도나 강성, 내마모성 등을 고려해서 스테인레스 강 등의 철강 재료로 형성된다.

하우징(7)은 예를 들면 황동 등의 금속 재료나 수지 재료로 대략 통상으로 형성되고, 그 축방향 양단을 개구한 형태를 이룬다. 하우징(7)의 내주면(7a)에는 소결 금속 베어링(8)의 외주면(8d)이 예를 들면, 접착(루즈 접착이나 압입 접착을 포함한다), 압입, 용착(초음파 용착이나 레이저 용착을 포함한다) 등 적당한 수단으로 고정된다. 또한, 내주면(7a)의 하단측에는 내주면(7a) 보다도 큰 직경이고, 후술하는 뚜껑 부재(9)를 고정하기 위한 고정면(7b)이 형성된다. 또한, 수지 재료로 하우징(7)을 형성하는 경우, 열가소성 수지와 열경화성 수지 모두가 사용가능하고, 예를 들면, 열가소성 수지이면, 액정 폴리머(LCP), 폴리페닐렌술파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아세탈(POM), 폴리아미드(PA) 등으로 대표되는 결정성 수지나 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아미드이미드(PAI) 등으로 대표되는 비결정성 수지가 사용 가능하다. 이들 수지 재료는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합한 상태라도 사용 가능하다.

또한, 상기 수지 재료에는 필요에 따라, 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 섬유상충전재, 티탄산 칼륨 등의 위스커상 충전재, 마이카 등의 인편상 충전재, 카본 블랙, 흑연, 금속 분말, 유기 분말 등의 분말상 충전재 등을 1종 또는 복수종 혼합해서 충전(첨가)할 수도 있다. 물론, 하우징(7)의 재질은 수지로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 동계 합금 등을 비롯한 금속이나 다른 재질을 채용할 수 있다. 또한, 그 형성 방법도 특별히 상관없이, 예를 들면 절삭 가공 외, 단조나 프레스 등의 소성 가공, 또는 MIM 등의 금속 사출 성형을 채용할 수 있다.

소결 금속 베어링(8)은 이 실시 형태에서는 다공질 구조를 갖는 원통 형상을 하고, 그 내주면(8a)의 전면 또는 일부에는, 래디얼 동압 발생부로서 복수의 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 실시 형태에서는 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이 서로 경사각이 다른 복수의 동압홈(8a1, 8a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 격리되어 2개소로 형성된다. 또한, 이 실시 형태에서는 베어링내부에 있어서의 윤활유의 순환을 의도적으로 만들어 낼 목적으로 한쪽측(여기서는 상측)의 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역을 축방향 비대칭으로 형성하고 있다. 도 3에 예시된 형태로 설명하면 축방향에 인접하는 동압홈(8a1, 8a2) 사이의 영역(소위 밴드부(8a3))의 축방향 중심(m)보다 상측(밀봉 부재(10) 측)의 동압홈(8a1) 배열 영역의 축방향 치수(X₁)가 하측의 동압홈(8a2) 배열 영역의 축방향 치수(X₂)보다도 커지도록 형성되어 있다. 또한, 내주면(8a)의 하측(후술하는 스러스트 베어링 간극에 가까운 측)에 위치하는 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역은 축방향 중앙의 밴드부(8a3)를 경계로 축방향 대칭으로 형성되어 있다.

소결 금속 베어링(8)의 하단면(8b)의 전면 또는 일부의 영역에는 도 4에 나타내는 바와 같이 스러스트 동압 발생부로서, 복수의 동압홈(8b1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈(8b1) 배열 영역은 완성품의 상태에서는 플랜지부(2b)의 상단면(2b1)과 대향하고, 축부재(2)의 회전시, 상단면(2b1)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다 (도 2를 참조).

소결 금속 베어링(8)의 상단면(8c)의 반경 방향 중앙 위치에는 도 3에 나타내는 바와 같이 단면 쐐기상의 환상홈(8c1)이 형성된다. 또한, 상단면(8c)의 환상홈(8c1)보다 내주측에는 환상홈(8c1)과 내주면(8a)을 연결시키는 반경 방향홈(8c2)이 원주 방향 복수 개소에 형성된다. 이들 환상홈(8c1)이나 반경 방향홈(8c2)은 후술의 축방향홈(8d1)과 더불어 베어링 내부 공간에 있어서의 윤활유의 순환로를 형성하고, 이것에 의해 원활한 윤활유의 공급 상태가 확보된다.

소결 금속 베어링(8)의 외주면(8d)에는 축방향으로 연장된 복수개(예를 들면, 3개)의 축방향홈(8d1)이 형성된다. 이들 축방향홈(8d1)은 서로 원주 방향으로 등간격씩 떨어진 위치에 형성되어 있다.

이렇게, 내주면(8a)의 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역은 상술의 사이징 공정(c)에서 실시되는 치수 사이징, 회전 사이징에 이어서 홈 사이징 가공을 더 행함으로써 소결체(소결 금속 베어링(8))의 내주면(8a)에 성형된다. 구체적으로는 원통상의 소결체를 직경 방향으로 압박하고, 그 내주면에 동압홈(8a1, 8a2)에 대응하는 복수의 볼록부를 갖는 성형형(성형 로드)의 외주면을 압박하여 내주면을 상기 형에 따라서 소성 변형시킴으로써, 동압홈(8a1, 8a2)이 전사 성형된다. 이 때, Cu의 융점이하의 온도로 소결하고 있으면, 소결체의 내주면에는 Cu의 입상 조직이 다수 남아있는 것이 되고, 홈 사이징 가공의 성형성이 양호하게 확보된다. 그 때문에 상기 동압홈(8a1, 8a2) 또는 이 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역을 고정밀도로 성형할 수 있다. 특히, 도 3에 나타내는 형상의 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역은 사이징전의 소결체의 내주면 중, 원주 방향을 따라 배열되는 동압홈(8a1, 8a1) 사이의 영역과 축방향으로 배열되는 동압홈(8a1, 8a2) 사이의 영역인 밴드부(8a3)(모든 도 3 중 크로스 해칭으로 나타내는 영역)를 주위에 대하여 상대적으로 상승시킴으로써 동압홈(8a1, 8a2)을 성형하는 것이다. 그 때문에 소결체의 내주면에 Cu 조직이 남아있는 구조는 동압홈(8a1, 8a2)의 성형성 또는 성형 정밀도에 대하여 유효하게 작용한다. 또한, 동일한 방법으로 하단면(8b)의 동압홈(8b1) 배열 영역도 상기 홈 사이징 가공시에또는 치수 사이징시에 성형가능하다.

하우징(7)의 하단측을 폐쇄하는 뚜껑 부재(9)는 예를 들면, 금속 재료 또는 수지 재료로 형성되고, 하우징(7)의 내주 하단에 설치된 고정면(7b)에 고정된다. 이 때, 뚜껑 부재(9)의 고정에는 접착, 압입, 용착, 용접 등 기지의 고정 수단을 사용할 수 있다. 물론, 뚜껑 부재(9)의 고정 형태는 도면에 나타내는 형태로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 외주연으로부터 상단면(9a) 측에 원통상으로 돌출하는 부분을 설치하고, 이 돌출부의 외주면과 하우징(7)의 내주측의 고정면(7b)을 고정해도 좋고, 상기 돌출부의 내주면과 하우징(7)의 하단측의 외주면을 고정하도록 하여도 좋다.

뚜껑 부재(9)의 상단면(9a)의 전면 또는 일부의 영역에는, 예를 들면 도 4와 동일한 배열 형태(스파이럴의 방향은 반대)를 이루는 동압 홈배열 영역이 형성된다. 이 동압홈 배열 영역, 완성품의 상태에서는 플랜지부(2b)의 하단면(2b2)과 대향하고, 축부재(2)의 회전시, 하단면(2b2)과의 사이에 후술하는 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2를 참조).

밀봉 수단으로서의 밀봉 부재(10)는 이 실시 형태에서는 하우징(7)과 별체로 형성되고, 하우징(7)의 상단내주에 압입, 접착, 용착, 용접 등 임의의 수단으로 고정된다. 여기에서는 밀봉 부재(10)의 하단면을 소결 금속 베어링(8)의 상단면(8c)에 당접시킨 상태에서 하우징(7)에 고정된다. 또한, 밀봉 부재(10)의 재질은 특별히 상관없이 다공질재와 같이 누유(oil leak)가 발생할 우려가 있는 재료가 아닌 한, 각종 금속 재료 또는 수지 재료 등을 사용할 수 있다. 또는, 다공질재이어도 외기와 접촉하는 표면을 코팅 등에 의해 밀봉해 둠으로써 밀봉 부재(10)로서 사용할 수 있다. 물론, 밀봉 부재(10) 및 뚜껑 부재(9)의 어느 한쪽을 하우징(7)과 동 재료로 일체로 형성하는 것도 가능하다.

밀봉 부재(10)의 내주에는 테이퍼 형상을 이루는 밀봉면(10a)이 형성되고 있고, 이 밀봉면(10a)과 축부(2a)의 상부 외주면의 사이에 밀봉 공간(S)이 형성된다. 윤활유를 유체 동압 베어링 장치(1)의 내부에 충전한 상태에서는 윤활유의 오일면은 항상 밀봉 공간(S)의 내부에 유지된다.

상술의 구성 부품을 소정의 순서 및 도 2에 준하는 형태로 조립한 후, 베어링 내부 공간(도 2 중, 산점(散点) 모양으로 나타내는 영역)에 윤활유를 충전함으로써 소결 금속 베어링(8)의 내부 기공에 윤활유가 함침됨과 아울러 그 밖의 공간(래디얼 베어링 간극 등)에 윤활유가 채워진다. 이것에 의해 완성품으로서의 유체 동압 베어링 장치(1)를 얻는다. 유체 동압 베어링 장치(1)의 내부에 충만되는 윤활유로서는 각종 오일이 사용 가능하지만, HDD 등의 디스크 구동 장치용의 유체 동압 베어링 장치(1)에 제공되는 윤활유에는 그 사용시 또는 수송시에 있어서의 온도 변화를 고려하여 저증발률 및 저점도성이 우수한 에스테르계 윤활유, 예를 들면 디옥틸세바케이트(DOS), 디옥틸아젤레이트(DOZ) 등이 바람직하게 사용가능하다.

상기 구성의 유체 동압 베어링 장치(1)에 있어서, 축부재(2)의 회전시, 소결 금속 베어링(8)의 쌍방의 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역은 축부(2a)의 래디얼 베어링면(2a1, 2a1)과 래디얼 베어링 간극을 개재해서 대향한다. 그리고, 축부재(2)의 회전에 따라서, 상하 어느 하나의 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역에 있어서도 윤활유가 동압홈(8a1, 8a2)의 축방향 중심을 향해서 압입되어, 그 압력이 상승한다. 이러한 동압홈(8a1, 8a2)의 동압 작용에 의해, 축부재(2)를 회전 가능하게 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 래디얼 베어링부(R1)와 제 2 래디얼 베어링부(R2)가 각각 축방향으로 격리되어 2개소에 구성된다(모두 도 2를 참조).

또한, 소결 금속 베어링(8)의 하단면(8b)에 설치한 동압홈(8b1) 배열 영역과 이것에 대향하는 플랜지부(2b)의 상단면(2b1)의 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 뚜껑 부재(9)의 상단면(9a)에 설치한 동압홈 배열 영역과 이것에 대향하는 플랜지부(2b)의 하단면(2b2) 사이의 스러스트 베어링 간극에, 동압홈의 동압 작용에 의해 윤활유의 오일막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 오일막의 압력에 의해, 축부재(2)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 각각 구성된다(모두 도 2를 참조).

이 경우, 소결 금속 베어링(8)은 SUS 조직과 순 Fe 조직을 많이 포함하는 조직 구조를 갖기 때문에, 래디얼 베어링면이 되는 내주면(8a)의 경도도 비교적 높다. 그 때문에 예를 들면. SUS제의 축부재(2)의 회전 개시직후, 또는 회전 정지직전에 축부(2a)의 외주면(2a1)과 이것에 대향하는 소결 금속 베어링(8)의 내주면(8a)의 사이에서 접촉 슬라이딩이 발생한 경우라도, 양면(2a1, 8a) 사이의 경도차는 작게 완료되어, 소결 금속 베어링(8)과 축부(2a) 사이의 마모를 억제할 수 있다. 특히, 이 실시 형태와 같이 축부재(2)의 상부에 허브(3) 및 복수장의 디스크(D)를 장착한 상태에서는 축부재(2)를 포함하는 회전체의 중심이 상측으로 이동하고, 또한 모멘트 하중도 커지기 때문에, 축부재(2)와 소결 금속 베어링(8)이 베어링 상부에서 접촉 슬라이딩하기 쉽지만, 상술한 바와 같이 양쪽 부재(2a, 8)의 경도차(양쪽 슬라이딩면(2a1, 8a)의 경도차)를 작게 함으로써 이러한 슬라이딩 마모를 최대한 누를 수 있다.

또한, 소결 금속 베어링(8)의 내주면(8a)에 설치한 상측의 동압 홈(8a1, 8a2) 배열 영역은, 그 밴드부(8a3)의 축방향 중심에 대하여 축방향 비대칭으로 형성되어 있고, 축방향 중심보다 상측 영역의 축방향 치수(X₁)는 하측 영역의 축방향 치수 (X₂)보다도 크다. 그 때문에 축부재(2)의 회전시, 상측 영역에 있어서의 윤활유의 인입력(drawing force)(펌핑력)은 하측 영역에 있어서의 그것에 비교해서 상대적으로 커진다. 그리고, 이 인입력의 차에 의해, 래디얼 베어링 간극으로부터 그 하방을 향해서 유출된 윤활유는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극으로부터 그 외경측에 위치하는 소결 금속 베어링(8)의 축방향홈(8d1), 그리고 상단면(8c)과 밀봉 부재(10)의 하단면의 축방향 간극으로부터 환상홈(8c1) 및 반경 방향홈(8c2)이라는 경로를 순환하고, 제 1 래디얼 베어링부(R1)의 래디얼 베어링 간극에 다시 인입된다.

이와 같이, 윤활유가 래디얼 베어링 간극을 포함하는 베어링 내부 공간을 유동 순환하도록 구성함으로써 그 내부 공간내의 윤활유의 압력이 국부적으로 부압이 되는 현상을 방지하고, 부압 발생에 따르는 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 베어링 성능의 열화, 진동의 발생 등의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 어떠한 이유에서 윤활유 중에 기포가 혼입했을 경우, 기포가 윤활유에 따라 상기 순환 경로내를 순환할 때에 밀봉 공간(S) 내의 윤활유의 오일면(기액 계면)으로부터 외기로 배출되므로, 기포에 의한 악영향이 효과적으로 방지된다.

이상, 제 1 발명에 따른 소결 금속 베어링(8)의 일용도예에 대해서 설명했지만, 이 베어링을 적용가능한 유체 동압 베어링 장치(1)가 이 예만으로 한정되지 않는 것은 물론이다.

예를 들면, 소결 금속 베어링(8)을 구비한 유체 동압 베어링 장치로서, 상기 용도예에서는 축부(2a)의 일단에 설치한 플랜지부(2b)의 양단면(2b1, 2b2)측에 스러스트 베어링부(T1, T2)를 형성한 형태를 갖는 경우를 설명했지만, 이들 스러스트 베어링부(T1, T2)의 축방향 이간 거리를 다르게 하는 것도 가능하다. 도 5는 그 일 예를 나타내는 것으로, 동 도면에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(11)는 주로 하우징(17)의 양단에 2개의 밀봉 공간(S1, S2)을 배치한 점, 및 스러스트 베어링부(T1, T2)를 소결 금속 베어링(18)의 양단에 형성한 점에서 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(1)와 다른 형태를 갖는다.

이 도면에 나타내는 예에서는 본 발명에 따른 소결 금속 베어링(18)은 그 하단면(18b)뿐만 아니라 상단면(18c)에도 도 4에 나타내는 형상의 동압 홈 배열 영역(스파이럴의 방향은 도 3과 반대)을 갖는다. 그 때문에 제 1 스러스트 베어링부(T1)는 제 1 밀봉 부재(19)의 하단면(19a)과 소결 금속 베어링(18)의 상단면(18c)의 사이에 형성되고, 제 2 스러스트 베어링부(T2)는 제 2 밀봉 부재(20)의 상단면(20a)과 소결 금속 베어링(18)의 하단면(18b)의 사이에 형성된다. 또한, 제 1 밀봉 공간(S1)은 축부재(12)에 고정된 제 1 밀봉 부재(19)의 외주면(19b)과 이면을 서로 향하는 하우징(17) 상단의 내주면(17a)의 사이에 형성됨과 아울러 제 2 밀봉 공간(S2)은 제 2 밀봉 부재(20)의 외주면(20b)과 이면을 서로 향하는 하우징(17) 하단의 내주면(17a)의 사이에 형성된다. 또한, 래디얼 베어링부(R1, R2)가 도 3에 예시된 래디얼 동압 발생부를 설치한 내주면(18a)과 내주면(18a)과 대향하는 축부재(12)의 외주면(12a)의 사이에 각각 형성되는 점은 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(1)의 경우와 같다.

본 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치(11)는 도 2에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(1)와 비교하여 양쪽 스러스트 베어링부(T1, T2) 사이의 이간 거리가 커지고 있기 때문에, 베어링 전체로서의 모멘트 하중에 대한 부하 능력을 향상시킬 수 있다. 그 때문에 HDD를 비롯한 정보기기의 고용량화에 따라, 디스크 매수의 증가 등 회전체 중량이 증가했을 경우라도, 축부재(2)와의 접촉에 의한 소결 금속 베어링(8)의 슬라이딩 마모를 저감(억제)할 수 있다.

도 6은 또 다른 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치(21)의 단면도를 나타낸다. 동 도면에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(21)에서는 소결 금속 베어링(8)을 축방향으로 2개 중첩해서 설치하고 있고, 이들 소결 금속 베어링(8, 8)이 통부(27a)와 바닥(27b)으로 이루어지는 밑면을 구비하는 통상의 하우징(27)의 내주면(27a1)에 고정된다. 축방향으로 중첩되어 설치된 2개의 소결 금속 베어링(8) 중 상측의 소결 금속 베어링(8)에는 밀봉 부재(10)의 측에만 도 3에서 예시한 비대칭 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역이 형성되고, 하측의 소결 금속 베어링(8)에는 플랜지부(2b)측에만 도 3에서 예시된 대칭한 동압홈(8a1, 8a2) 배열 영역이 형성된다.그 때문에 쌍방의 소결 금속 베어링(8, 8)사이로 가장 축방향으로 격리된 위치에서 래디얼 베어링부(R1, R2)가 형성된다.

이렇게, 도 6에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(21)는 도 2나 도 5에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(1, 11)에 비해서 래디얼 베어링부(R1, R2) 사이의 이간 거리를 크게 함으로써 베어링 전체로서의 모멘트 하중에 대한 부하 능력을 향상시키고 있다. 그 때문에 회전체 중량의 증가나 회전 속도의 증가에 대해서도 소결 금속 베어링(8, 8)의 슬라이딩 마모를 저감하고, 장기에 걸쳐 뛰어난 베어링 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서는 래디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T1, T2)로서, 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압홈에 의해 윤활유의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명을 적용 가능한 구성은 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 래디얼 베어링부(R1, R2)로서, 도면에서는 생략하지만, 축방향의 홈을 원주 방향의 복수 개소에 형성한 소위, 스텝상의 동압 발생부 또는 원주 방향으로 복수의 원호면을 배열하고, 대향하는 축부재(2, 12)의 외주면(2a1, 12a)과의 사이에, 쐐기상의 반경 방향 간극(베어링 간극)을 형성한, 소위 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

또는, 래디얼 베어링면이 되는 소결 금속 베어링(8, 18)의 내주면(8a, 18a)을 동압 발생부로서의 동압홈이나 원호면 등을 형성하지 않는 진원상 내주면으로 하고, 이 내주면과 대향하는 진원상의 외주면으로, 소위 진원 베어링을 구성할 수 있다.

또한, 스러스트 베어링부(T1, T2)의 한쪽 또는 양쪽은 동일하게 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 스러스트 베어링면이 되는 영역에 복수의 반경 방향 홈형상의 동압홈을 원주 방향 소정 간격으로 설치한, 소위 스텝 베어링 또는 파형 베어링(단면이 조화 파형 등의 파형이 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는 동압 발생부를 모두 고정측(하우징(27)이나 소결 금속 베어링(8), 뚜껑 부재(9) 등)에 설치했을 경우를 설명했지만, 그 일부 또는 모두를 회전측(축부재(2, 12)나 플랜지부(2b), 밀봉 부재(19, 20) 등)에 설치하는 것도 가능하다. 구체적으로는 축부재(2, 12)의 외주면(2a1, 12a)이나 플랜지부(2b)의 양단면(2b1, 2b2) 또는 밀봉 부재(19, 20)의 하단면(19a)이나 상단면(20a) 중, 1개소 이상에 상술의 동압 발생부를 설치하는 것이 가능하다.

또한, 이상의 실시형태에서는 축부재(2, 12)가 회전하고, 그것을 소결 금속 베어링(8, 18)으로 지지하는 구성을 설명했지만, 이것과는 반대로 소결 금속 베어링(8, 18) 측이 회전하고, 그것을 축부재(2, 12) 측으로 지지하는 구성에 대해서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이 경우, 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 소결 금속 베어링(8, 18)은 그 외측에 설치되는 부재에 접착 고정되고, 그 외측 부재와 일체로 회전하고, 고정측의 축부에 의해 지지된다.

또한, 이상의 실시 형태에서는 유체 동압 베어링 장치(1, 11, 21)의 내부에 충만하고, 래디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극에 유체막을 형성하기 위한 유체로서 윤활유를 예시했지만, 이외에도 유체막을 형성 가능한 유체, 예를 들면 공기 등의 기체나, 자성 유체 등의 유동성을 갖는 윤활제, 또는 윤활 그리스 등을 사용할 수도 있다. 물론, 본 발명에 따른 소결 금속 베어링은 내마모성이 우수하기 때문에, 어떠한 윤활유체를 사용하는 경우없이 통상의 미끄럼 베어링으로서 사용하는 것도 가능하다.

[실시예 1]

본원의 제 1 발명의 효과를 실증하기 위해서, Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe계 분말을 소정의 비율로 포함하는 원료 분말로 형성된 소결 금속 베어링(실시예 1)과 종래 조성의 원료 분말로 형성된 소결 금속 베어링(비교예 1 및 2)에 대해서, 각각 압환 시험 및 마모량 측정 시험을 행하고, 각 특성에 대해서 비교 평가를 행했다.

여기서 시험 재료에는, Cu 분말로서 FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co., LTD. 제작의 CE-15을 SUS 분말로서 Daido Steel Co., Ltd. 제작의 DAP410L을, 또한 순 Fe 분말로서 Hoganas AB 제작의 NC 100.24, 인화 Fe 분말로서, Hoganas AB 제작의 PNC60을 각각 사용했다. 또한, 이 실험에서는 저융점 금속으로서의 Sn 분말 및 흑연 분말을 원료 분말에 사용하고, Sn 분말에는 FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co., LTD. 제작의 Sn-At-W350을, 흑연 분말에는 Nippon Graphite Industries, ltd. 제작의 ECB-250을 각각 사용했다. 압분 성형체의 밀도가 6.5∼7.0[g/cm³]이 되도록 성형 조건(프레스력)을 설정했다. 실시예의 소결 온도는 1050℃, 비교예의 소결 온도는 870℃로 했다. 실시예와 비교예, 각각의 원료 분말의 배합 조성은 하기의 표 1에 나타내는 바와 같다. 완성품으로서의 시험편(소결 금속 베어링)의 완성품 치수는 실시예, 비교예 모두 φ(내경) 4mm×φ(외경) 7.5mm×t(축방향폭) 12.4mm로 했다. 또한, 시험편의 수는 각 실시예, 비교예 모두 5로 했다.

압환 강도의 측정 시험은 상기 시험편을 이용하여 실시예, 비교예 모두 JIS Z 2507에 준거하여 행했다.

마모량 측정 시험은 동일한 상기 시험편을 이용하여 실시예, 비교예 모두 사반(savan)형 마모 시험기에 의해 행했다. 그 때의 시험 조건은 하기에 나타내는 바와 같다.

상대재 재질: SUS420J2

주속: 50m/min

면압: 1.3MPa

윤활제: 에스테르유(12mm²/s)

시험 시간: 3hrs

하기의 표 2에 압환 시험의 측정 결과 및 마모 시험의 측정 결과를 각각 나타낸다. 모든 값은 비교예 1을 기준으로 하여(비교예 1의 측정값을 1로 함) 상대 값으로서 나타내고 있다.

우선, 내마모성에 관해서 말하면, 원료 분말에 SUS 분말 및 순 Fe 분말을 포함하는 소결 금속 베어링(실시예 1)의 경우에는, SUS 분말만을 포함하는 소결 금속 베어링(비교예 2)과 거의 동등의 마모량(마모 깊이, 마모 흔적 면적)을 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 압환 강도에 관해서 말하면, Cu 분말과 Fe 분말만을 주로 해서 SUS 분말을 포함하지 않는 소결 금속 베어링(비교예 1)과 동등 또는 그 이상의 높은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 또는, 선팽창 계수에 관해서도 실시예 1에 관해서는 소결 금속 베어링이 가장 작은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 소결 금속 베어링이면, 내마모성이 우수함과 아울러 높은 소결 강도를 나타낼 수 있는 것이 확인되었다.

이하, 본원의 제 2 발명에 따른 소결 금속 베어링의 실시 형태를 도 7∼도 1 8에 기초하여 설명한다.

본 발명에 따른 소결 금속 베어링은 Fe계 조직과 Fe계 조직 중에 분산된 Cu 조직으로, 또는 이들의 조직을 주로서 구성된다. 여기서, Fe계 조직이 전체에 차지하는 비율은 중량비로 Cu 조직의 10배이상이고, 예를 들면 Fe계 조직이 90wt%이상 포함될 경우, Cu 조직이 9wt%이하 포함되도록 베어링 중에 있어서의 Fe계 조직과 Cu 조직 각각의 함유 비율이 설정된다. 여기에서는 예를 들면 SEM으로서 Hitachi High-Technologies Corporation 제작의 X3000, 및 EDS로서 HORIBA, Ltd.제작의 EMAX7021H를 사용하고, 원소 분석에 의해 Fe 및 Cu의 정량 분석을 행하고, 질량 농도의 비율로 판단했다.

Fe계 조직은 Fe 조직 또는 SUS 등의 Fe계 합금 조직 중 어느 것이라도 좋고, 또한 양자를 모두 포함하는 것이어도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이, Fe계 조직의 전체에 차지하는 비율을 대폭 높일 경우(예를 들면, 90wt%이상으로 하는 경우)에는 SUS 등에 비해서 비교적 융점의 낮은 Fe로 Fe계 조직을 구성하는 것이 좋다. 소결시, 원료 분말간(예를 들면, Fe 분말과 Cu 분말의 사이)에서 충분한 소결 작용을 얻을 수 있어 소결 강도를 확보하기 쉽기 때문이다.

Fe계 조직과 함께 소결 금속 조직을 구성하는 Cu 조직은 주로 입상을 하고 있다. 여기서, 각각의 Cu 조직의 사이즈(입상 조직의 길이방향 폭 또는 면적 등)은 Fe계 조직의 그것과 비교해서 전체적으로 작은 것이어도 된다. 이러한 조직은 예를 들면, Fe계 분말에 비해서 미세한 입경을 갖는 Cu 분말을 원료 분말의 하나로 사용하는 것으로 얻을 수 있다. 이렇게 Fe계 조직에 비해서 미세한 Cu 조직이 포함됨으로써 Fe계 조직과의 접촉 면적(또는 접촉 개소)이 증가한다. 그 때문에 Fe 분말의 배합 비율을 대폭 높여도(90wt%이상으로 해도) 베어링의 강도를 확보할 수 있다. 또한, Fe계 조직과 동 사이즈의 Cu 조직을 갖는 것과 비교하여 베어링면 등 베어링 표면에 노출하는 Cu 조직의 비율(면적 또는 노출 개소)도 증대하기 때문에, 동 조직의 비율이 적어도 슬라이딩성을 확보하기 쉽다.

또한, 베어링면의 슬라이딩성을 높이고, 또는 소결체의 가공성을 확보하는 관점으로부터는 Cu 조직의 전체에 차지하는 비율은 되도록이면 높은 것을 넘는 경우는 없지만, 상술한 바와 같이, Cu 조직이 Fe계 조직에 비해서 소사이즈일 경우에는 비교적 작게 설정하는 것도 가능하다. 구체적으로는 Cu 조직의 전체에서 차지하는 비율을 1.0wt%이상 9.0wt%이하로 설정하는 것도 가능하다. Cu 조직의 함유 비율이 1.0wt%미만이면 베어링면 상에 Cu 조직을 노출시키는 경우가 어렵고, 또한 가령 노출되었어도 상대재와의 사이에서 양호한 슬라이딩성(혼화성)을 충분하게 발휘하는 것이 어렵기 때문이다. 또한, 9.0wt%을 초과해서 Cu 조직을 함유시켰을 경우에는, Fe계 조직의 전체에 차지하는 비율을 Cu 조직의 10배(90wt%)이상으로 유지하는 것이 어렵다. 통상, 이 종류의 베어링에는 후술하는 바와 같이, 주가 되는 Fe계 조직이나 Cu 조직 이외에도 Sn 조직이나 흑연 등, 다른 조직이 소정량 포함되는 것이 되기 때문이다.

또한, 이상의 조직에 더해서, 다른 조직이 포함되어도 좋고, 예를 들면 Cu 조직보다도 융점의 낮은 금속조직(예를 들면, Sn 등의 저융점 금속으로 이루어지는 조직)이 더 포함되어 있어도 된다. 즉, 상기 소결 금속 베어링은 Fe계 조직과 Cu 조직, 및 저융점 금속 조직으로 이루어지는 것이어도 좋다. 이러한 금속 조직은 소결시에는 용융(액상화)하고, Fe계 분말간 또는 Cu 분말과 Fe계 분말간의 바인더로서 작용한다. 그 때문에 Fe계 분말간의 소결 작용이 불충분할 경우이여도 그 분말간의 결합력을 보강하고, 소결체(소결 금속 베어링)의 강도를 향상시킬 수 있다. 저융점 금속으로서는 소정의 소결 온도(여기에서는, Cu의 융점 미만의 온도)에서 용융하는 금속이면 좋고, 예를 들면 Sn, Zn, Al, P 등의 금속 또는 이들을 2종이상 포함하는 합금이 사용가능하다.

또한, 압축 성형시의 성형성이나 이형성 또는 완성품의 슬라이딩 특성을 개선할 목적에서, 상기 금속 조직에 흑연(그래파이트) 조직이 더 함유되어 있어도 된다. 이 경우, 상기 소결 금속 베어링은 Fe계 조직과 Cu 조직과 저융점 금속 조직, 및 흑연 조직으로 구성된다.

상기 구성의 조직으로 이루어지는 소결 금속 베어링의 부피율(100-기공율 [%])은 실제의 용도에 따라서 설정하는 것이 좋고, 예를 들면 75%이상 95%이하(기공율로 말하면, 5%이상 25%이하)의 범위에서 설정된다. 예를 들면, 후술하는 유체 동압 베어링 장치에 조립해서 사용하는 경우와 같이 , 내부 기공에 윤활유를 함침시켜서 사용하는 경우에는 베어링면(베어링 간극)으로의 윤활유의 공급이 막힘없이 행해지도록 또한 온도 변화에 따라 오일량이 감소했을 경우에도 베어링 간극에 윤활유를 공급할 수 있는 정도의 양의 윤활유를 내부 기공에 유지할 수 있도록 비교적 크게(예를 들면 15%이상 25%이하) 설정하는 것이 좋다. 또한, 여기서, 「기공율 」이란, 소결 금속 베어링의 단위 체적당에 차지하는 각 내부 중공의 용적의 총 합계의 비율을 말하고, 구체적으로는 이하의 식에 의해 산출된다.

기공율[%]=100-밀도비[%]=[1-(ρ1/ρ0)]×100

ρ1: 소결 금속 베어링의 밀도(측정 방법은, JIS Z 2501 건조 밀도란을 참조)

ρ0: 소결 금속 베어링과 동일한 조성의 물질의 진밀도

기공율은 밀도비의 증가에 따라 거의 선형적으로 저하하는 것이 확인되고, 따라서, 밀도비를 구함으로써 기공율을 얻을 수 있다.

표면 개공율에 관해서도 실제의 용도에 따라서 설정하면 되고, 예를 들면 유체 동압 베어링 장치 용도의 경우이면, 2%이상 15%이하로 설정하는 것이 좋다. 특히, 후술하는 바와 같이, 소결 금속 베어링의 내주면 등에 윤활유의 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부(도 9에서는 동압홈(108a1,108a2)의 배열 영역)를 설치하는 경우에는 유압의 방출을 막는 목적에서, 상기 내주면의 표면 개공율은 비교적 작게(예를 들면 2%이상 10%이하) 설정하는 것이 좋다. 여기서,「표면 개공」이란 다공질 조직인 소결 금속 베어링 중에 포함되는 기공이 외표면에 개구된 부분을 말한다. 또한, 「표면 개공율」이란 외표면의 단위 면적에 차지하는 표면 개구의 면적 비율을 말하고, 이하의 조건으로 측정, 평가되는 것을 말한다.

[측정 기구]

금속 현미경: Nikon ECLIPSS ME600

디지탈 카메라: Nikon DXM1200

사진 촬영 소프트: Nikon ACT-1 ver.1

화상 처리 소프트: INNOTECH CORPORATION 제작 QUICK GRAIN

[측정 조건]

사진 촬영: 슈터 스피드 0.5초

이진수 한계값: 235

이상의 조직 형태에 따른 소결 금속 베어링은 예를 들면 이하에 나타내는 방법으로 제조된다. 즉, Fe계 분말과 Cu 분말을 포함하는 원료 분말을 소정의 형상으로 압축 성형하는 공정(a), 압분 성형체를 소결하는 공정(b), 소결체에 대하여 사이징을 실시하는 공정(c) 중 적어도 3공정을 거쳐서 제조된다.

우선, 압분 성형 공정(a)에 관하여, V형 혼합기 등으로 Fe계 분말(예를 들면, Fe 분말)에 Cu 분말을 혼합한 원료 분말을 작성한다. 여기에서는 예를 들면, Fe 분말로서 평균 입경 150㎛이하의 것이, Cu 분말로서 평균 입경 75㎛이하의 것이 각각 사용된다. 또한, 상기 분말 혼합시에, 각 분말의 혼합 비율은 상술한 완성품에 있어서의 각 조직의 함유 비율에 따라서 설정된다. 예를 들면, Fe계 분말(복수 종류의 Fe계 분말이 혼합되는 경우에는 그들의 총량)이 중량비로 Cu 분말의 10배이상이 되도록 각 분말을 혼합한다. 물론, 필요에 따라서 Sn 분말이나 흑연 분말 등 다른 종류의 분말을 상기 금속 분말에 더 혼합한 것을 원료 분말로서 사용해도 상관없다.

또한, 이 때, Cu 분말의 분산성을 높이기 위해서, 미리 Fe 분말의 표면에 Cu 분말을 부분적으로 접촉시키고, 이 접촉 부분을 합금화한 것(Fe 분말과 Cu 분말의 일부 합금체)을 원료 분말로서 사용하는 것도 가능하다. 이러한 수법은 특히 분산성이 결핍된 미세 Cu 분말(예를 들면, 상기 예시의 입경을 갖는 Cu 분말)을 사용하는 경우에 유효하다.

다음에 완성품에 준한 형상(예를 들면, 원통 형상)의 분말 충전 공간을 갖는 성형용 금형을 준비하고, 이 금형내의 충전 공간에 상기 원료 분말을 공급하고, 소정 압력으로 프레스함으로써 상기 금형에 대응하는 형상의 압분 성형체를 얻는다. 이 때, 압분 성형체의 밀도가 예를 들면 6.0g/cm³이상 6.8g/cm³이하가 되도록 프레스 조건이 설정된다.

다음에 상기 압분 성형체를 Cu의 융점(1083℃) 미만의 온도에서 소정 시간가열한다. 이것에 의해 적어도 Cu 분말과 Fe계 분말이 서로 소결되고, 이것에 의해 Fe계 조직과 Cu 조직을 갖는 소결 금속 조직으로 이루어지는 소결체를 얻을 수 있다 (소결 공정(b)). 여기서, 소결 온도에 관하여, 너무 Cu의 융점에 가까운 온도에서 소결을 행하면, 실제로는 용융하는 Cu 분말의 비율이 증가하고 완성품에 있어서 Cu의 입상 조직을 유지하는 것이 곤란하게 된다. 또한, 너무 Cu의 융점으로부터 떨어진(낮은) 온도에서 소결을 행하면, 충분한 소결 작용을 그다지 기대할 수 없다. 이러한 관점으로부터, 소결 온도는 예를 들면 850℃이상 1050℃이하의 범위내에 설정하는 것이 좋다.

이렇게 하여 얻어진 소결체의 치수 또는 형상을 교정하는 목적에서 소결체에 대하여 사이징을 실시함으로써(사이징 공정(c)), 소결 금속 베어링이 완성된다. 이 사이징에 의해, 소결체가 완성품에 준한 치수 내지 형상으로 정형됨과 아울러 베어링 표면의 표면 개공율이 소정의 크기로 조정된다. 또한, 내주면에 있어서의 표면 개공의 개수나 각각의 통로 면적을 작게 하는 목적에서, 상기 사이징과 아울러, 또는 상기 사이징 대신에 회전 사이징을 실시하는 것도 가능하다. 이 사이징에 의하면, 내주면의 표면 개공율이 더욱 작게(예를 들면 10%이하로) 조정된다. 그 때문에 후술하는 유체 동압 베어링 장치에 조립해서 사용하는 경우이어도 베어링면 상에 소정막 두께의 오일막을 형성하는 것이 가능해진다.

여기서, 도 13∼도 15는 본 발명의 일례에 관계되는 소결 금속 베어링의 단면 사진이다. 이들의 단면 사진은 모두 KEYENCE CORPORATION 제작의 VE9800을 사용해서 촬영했다. 관찰 배율은 200배로 했다. 또한, 상기 소결 금속 베어링을 축방향으로 절단하고, 절단면에 랩처리를 행한 것을 촬영 대상으로서 관찰했다. 도 13이 Fe 조직: 70wt%의 경우, 도 8이 Fe 조직: 80wt%의 경우, 그리고 도 15가 Fe 조직: 90wt%의 경우의 단면 사진을 각각 나타내고 있다. 각 도면 중, 가장 밝은 회색이 「Cu 조직」을 나타내고 있고, 중간 정도의 회색이「Fe 조직」을, 그리고 가장 어두운 회색(흑에 가까운 색)이 「내부 기공」을 각각 나타내고 있다. 이들의 도면(사진)으로부터, Fe 조직: 70wt%의 경우에는 그 정도 명확하지는 않지만, Fe 조직: 90wt%의 경우에는 Cu 조직이 입상 조직으로서 적절하게 분산되어서 남아있는 모양이 확인된다. 또한, 모든 도면으로부터, 각 금속 조직에 비교해서 미세한 기공이 비교적 많이 존재하고 있는 것이 확인된다.

이상의 설명에 관계되는 소결 금속 베어링은 내마모성이나 슬라이딩성이 우수하기 때문에, 예를 들면 HDD 등의 자기디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등에 있어서의 스핀들 모터용의 베어링 장치로서, 또는 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 프로젝터의 컬러 휠 모터, 팬 모터 등의 모터용 베어링 장치로서 바람직하게 사용된다.

도 7은 상기 용도의 일례를 나타내는 것으로, 본 발명에 따른 소결 금속 베어링(108)을 조립한 유체 동압 베어링 장치(101)의 단면도, 또는 이 유체 동압 베어링 장치(101)를 구비한 HDD의 디스크 구동용 모터의 요부 단면도를 나타낸다. 이 모터는 허브(103)를 장착했던 축부재(102)를 회전 지지하는 유체 동압 베어링 장치(101)와 반경 방향의 갭을 개재해서 대향시킨 스테이터 코일(104) 및 로터 마그네트(105)와 브래킷(106)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(104)은 브래킷(106)에 고정되고, 로터 마그네트(105)는 허브(103)에 고정된다. 유체 동압 베어링 장치(101)의 하우징(7)은 브래킷(106)의 내주에 고정된다. 또한, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 허브(103)에는 하나 또는 복수장의 디스크(D)(도 1에서는 2장)가 유지된다. 이렇게 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(104)에 통전하면, 스테이터 코일(104)과 로터 마그네트(105)의 사이에 발생하는 여자력으로 로터 마그네트(105)가 회전하고, 이것에 따라, 허브(103)에 유지된 디스크(D)가 축부재(102)와 일체로 회전한다.

도 8은 유체 동압 베어링 장치(101)의 종단면도를 나타내고 있다. 이 유체 동압 베어링 장치(101)는 축부재(102)와 하우징(107)과 하우징(107)에 고정되고, 내주에 축부재(102)를 설치한 소결 금속 베어링(108)과 하우징(107)의 일단을 폐쇄하는 뚜껑 부재(109)와 하우징의 타단 개구측에 설치되는 밀봉 부재(110)를 구비한다.

축부재(102)는 축부(102a)와 축부(102a)의 하단에 일체 또는 별체로 형성된 플랜지부(102b)로 구성된다. 축부(102a)의 외주에는 후술하는 소결 금속 베어링(108)의 내주면(108a)에 형성된 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역과 래디얼 방향으로 대향하는 래디얼 베어링면(102a1)이 형성된다. 이 실시형태에서는 래디얼 베어링면(102a1)은 축방향으로 격리해서 2개소에 설치되어 있고, 축부(102a)를 소결 금속 베어링(108)의 내주에 삽입한 상태에서는, 래디얼 베어링면(102a1, 102a1)과 내주면(108a)의 사이에 후술하는 래디얼 베어링부(R11, R12)의 래디얼 베어링 간극을 형성한다(도 8을 참조). 상기 구조의 축부재(102)는 각종 금속 재료로 형성가능하고, 예를 들면 강도나 강성, 내마모성 등을 고려해서 스테인레스강 등의 철강 재료로 형성된다.

하우징(107)은 예를 들면 황동 등의 금속 재료나 수지 재료에서 대략 통상으로 형성되고, 그 축방향 양단을 개구한 형태를 이룬다. 하우징(107)의 내주면(107a)에는 소결 금속 베어링(108)의 외주면(108d)이 예를 들면 접착(루즈 접착이나 압입 접착을 포함한다), 압입, 용착(초음파 용착이나 레이저 용착을 포함한다)등 적당한 수단으로 고정된다. 또한, 내주면(107a)의 하단측에는 내주면(107a)보다도 큰 직경이고, 후술하는 뚜껑 부재(109)를 고정하기 위한 고정면(107b)이 형성된다. 또한, 수지 재료로 하우징(107)을 형성하는 경우, 열가소성 수지와 열경화성 수지 중 모두가 사용 가능하고, 예를 들면 열가소성 수지이면, 액정 폴리머(LCP), 폴리페닐렌술파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아세탈(POM), 폴리아미드(PA) 등으로 대표되는 결정성 수지나 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아미드이미드(PAI) 등으로 대표되는 비결정성 수지가 사용 가능하다. 이들 수지 재료는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합한 상태에서도 사용가능하다.

또한, 상기 수지 재료에는 필요에 따라서, 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 섬유상 충전재, 티탄산 칼륨 등의 위스커상 충전재, 마이카 등의 인편상 충전재, 카본블랙, 흑연, 금속 분말, 유기 분말 등의 분말상 충전재 등을 1종 또는 복수종 혼합해서 충전(첨가)할 수도 있다. 물론, 하우징(107)의 재질은 수지로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 동계 합금 등을 비롯한 금속이나 다른 재질을 채용할 수 있다. 또한, 그 형성 방법도 특별히 상관없고, 예를 들면 절삭 가공 외, 단조나 프레스 등의 소성 가공, 또는 MIM 등의 금속 사출 성형을 채용할 수 있다.

소결 금속 베어링(108)은 이 실시 형태에서는 다공질 구조를 갖는 원통 형상을 하고, 그 내주면(108a)의 전면 또는 일부에는 래디얼 동압 발생부로서 복수의 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 실시 형태에서는 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 서로 경사각이 다른 복수의 동압홈(108a1, 108a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 격리되어 2개소에 형성된다. 또한, 이 실시 형태에서는 베어링 내부에 있어서의 윤활유의 순환을 의도적으로 만들어 내는 목적으로, 한쪽 (여기에서는 상측)의 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역을 축방향 비대칭으로 형성하고 있다. 도 9에 예시된 형태로 설명하면 축방향으로 인접하는 동압홈(108a1, 108a2)사이의 영역(소위 밴드부(108a3))의 축방향 중심(m)보다 상측(밀봉 부재(110)의 측)의 동압홈(108a1) 배열 영역의 축방향 치수(X11)가 하측의 동압홈(108a2) 배열 영역의 축방향 치수(X12)보다도 크게 형성되어 있다. 또한, 내주면(108a)의 하측(후술하는 스러스트 베어링 간극에 가까운 측)에 위치하는 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역은 축방향 중앙의 밴드부(108a3)를 경계로 축방향 대칭으로 형성되어 있다.

소결 금속 베어링(108)의 하단면(108b)의 전체면 또는 일부의 영역에는 도 10에 나타내는 바와 같이 스러스트 동압 발생부로서, 복수의 동압홈(108b1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈(108b1) 배열 영역은 완성품의 상태에서는 플랜지부(102b)의 상단면(102b1)과 대향하고, 축부재(102)의 회전시, 상단면(102b1)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T11)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 8을 참조).

소결 금속 베어링(108)의 상단면(108c)의 반경 방향 중앙 위치에는 도 9에 나타내는 바와 같이 단면 쐐기상의 환상홈(108c1)이 형성된다. 또한, 상단면(108c)의 환상홈(108c1) 보다 내주측에는 환상홈(108c1)과 내주면(108a)을 연결하는 반경 방향홈(108c2)이 원주 방향 복수 개소에 형성된다. 이들 환상홈(108c1)이나 반경 방향홈(108c2)은 후술의 축방향홈(108d1)과 더불어 베어링 내부 공간에 있어서의 윤활유의 순환로를 형성하고, 이것에 의해 원활한 윤활유의 공급 상태가 확보된다.

소결 금속 베어링(108)의 외주면(108d)에는 축방향으로 연장되는 복수개(예를 들면, 3개)의 축방향홈(108d1)이 형성된다. 이들 축방향홈(108d1)은 서로 원주방향에서 등간격씩 떨어진 위치에 형성되어 있다.

이렇게, 내주면(108a)의 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역은 상술의 사이징 공정(c)으로 치수 사이징, 회전 사이징에 이어서 홈 사이징 가공을 행함으로써 소결체(소결 금속 베어링(108))의 내주면(108a)에 성형된다. 구체적으로는 원통상의 소결체를 직경 방향으로 압박하고, 그 내주면에 동압홈(108a1, 108a2)에 대응하는 복수의 볼록부를 갖는 성형형(성형 로드)의 외주면을 압박하여 내주면을 그 형에 따라서 소성 변형시킴으로써 동압홈(108a1, 108a2)이 전사 성형된다. 이 경우, 소결체의 내주면에는 Cu의 입상 조직이 다수 남아있기 때문에 홈 사이징 가공의 성형성도 양호하고, 상기 동압홈(108a1, 108a2) 또는 이 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역을 고정밀도로 성형할 수 있다. 특히, 도 9에 나타내는 형상의 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역은 사이징전의 소결체의 내주면 중, 원주 방향을 따라 배열되는 동압홈(108a1, 108a1) 사이의 영역과 축방향으로 배열되는 동압홈(108a1, 108a2) 사이의 영역인 밴드부(108a3)(모두 도 9중 크로스 해칭으로 나타내는 영역)을 주위에 대하여 상대적으로 상승시킴으로써 동압홈(108a1, 108a2)을 성형하는 것이다. 그 때문에 소결체의 내주면에 Cu의 입상 조직이 남아있는 구조는 동압홈(108a1, 108a2)의 성형성 또는 성형 정밀도에 대하여 유효하게 작용한다. 또한, 동일한 방법으로, 하단면(108b)의 동압홈(108b1) 배열 영역도 상기 홈 사이징 가공시에 또는 치수 사이징 시에 성형 가능하다.

하우징(107)의 하단측을 폐쇄하는 뚜껑 부재(109)는 예를 들면, 금속 재료 또는 수지 재료로 형성되고, 하우징(107)의 내주 하단에 형성된 고정면(107b)에 고정된다. 이 때, 뚜껑 부재(109)의 고정에는 접착, 압입, 용착, 용접 등 공지의 고정 수단을 사용할 수 있다.

뚜껑 부재(109)의 상단면(109a)의 전면 또는 일부의 영역에는 예를 들면, 도 (10)과 동일한 형태의 배열 형태(스파이럴의 방향은 반대)를 이루는 동압 홈배열 영역이 형성된다. 이 동압 홈배열 영역, 완성품의 상태에서는 플랜지부(102b)의 하단면(102b2)과 대향하고, 축부재(102)의 회전시, 하단면(102b2)과의 사이에 후술하는 제 2 스러스트 베어링부(T12)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 8을 참조).

밀봉 수단으로서의 밀봉 부재(110)는 이 실시 형태에서는 하우징(107)과 별체로 형성되고, 하우징(107)의 상단내주에 압입, 접착, 용착, 용접 등 임의의 수단으로 고정된다. 여기에서는 밀봉 부재(110)의 하단면을 소결 금속 베어링(108)의 상단면(108c)에 접촉시킨 상태에서 하우징(107)에 고정된다. 또한, 밀봉 부재(110)의 재질은 특별히 문제되지 않고, 다공질재와 같이 누유가 발생할 우려가 있는 재료가 아닌 한, 각종 금속 재료 또는 수지 재료 등을 사용할 수 있다. 또는, 다공질재이어도 외기와 접촉하는 표면을 코팅 등에 의해 밀봉해둠으로써 밀봉 부재(110)로서 사용할 수 있다. 물론, 밀봉 부재(110) 및 뚜껑 부재(109) 중 어느 한쪽을 하우징(107)과 동 재료로 일체로 형성하는 것도 가능하다.

밀봉 부재(110)의 내주에는 테이퍼 형상을 하는 밀봉 면(110a)이 형성되고 있고, 이 밀봉 면(110a)과 축부(102a)의 상부 외주면의 사이에 밀봉 공간(S)이 형성된다. 윤활유를 유체 동압 베어링 장치(101)의 내부에 충전한 상태에서는 윤활유의 오일면은 항상 밀봉 공간(S)의 내부에 유지된다.

상술의 구성 부품을 소정의 순서 및 도 8에 준하는 형태로 조립한 후, 베어링 내부 공간(도 8 중, 산점 모양으로 나타내는 영역)에 윤활유를 충전함으로써 소결 금속 베어링(108)의 내부 기공에 윤활유가 함침됨과 아울러 그 밖의 공간(래디얼 베어링 간극 등)에 윤활유가 채워진다. 이것에 의해 완성품으로서의 유체 동압 베어링 장치(101)를 얻는다. 유체 동압 베어링 장치(101)의 내부에 충만되는 윤활유로서는 각종 오일이 사용가능하지만, HDD 등의 디스크 구동 장치용의 유체 동압 베어링 장치(101)에 제공되는 윤활유에는 그 사용시 또는 수송시에 있어서의 온도변화를 고려하여 저증발율 및 저점도성이 우수한 에스테르계 윤활유, 예를 들면 디옥틸세바케이트(DOS), 디옥틸아젤레이트(DOZ) 등이 바람직하게 사용 가능하다.

상기 구성의 유체 동압 베어링 장치(101)에 있어서, 축부재(102)의 회전시, 소결 금속 베어링(108)의 쌍방의 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역은 축부(102a)의 래디얼 베어링면(102a1, 102a1)과 래디얼 베어링 간극을 개재해서 대향한다. 그리고, 축부재(102)의 회전에 따라서, 상하 어느 하나의 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역에 있어서도 윤활유가 동압홈(108a1, 108a2)의 축방향 중심을 향해서 압입되고, 그 압력이 상승한다. 이러한 동압홈(108a1, 108a2)의 동압 작용에 의해, 축부재(102)를 회전 가능하게 래디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 래디얼 베어링부(R11)과 제 2 래디얼 베어링부(R12)가 각각 축방향으로 격리되어 2개소로 구성된다(모두 도 8을 참조).

또한, 소결 금속 베어링(108)의 하단면(108b)에 형성한 동압홈(108b1) 배열 영역과 이것에 대향하는 플랜지부(102b)의 상단면(102b1)의 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 뚜껑 부재(109)의 상단면(109a)에 설치한 동압홈 배열 영역과 이것에 대향하는 플랜지부(102b)의 하단면(102b2) 사이의 스러스트 베어링 간극에, 동압홈의 동압 작용에 의해 윤활유의 오일막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 오일막의 압력에 의해, 축부재(102)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T11)와 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 각각 구성된다(모두 도 8을 참조).

이 경우, 소결 금속 베어링(108)은 Fe계 조직을 매우 많이 포함하는 조직 구조를 갖기 때문에, 래디얼 베어링면이 되는 내주면(108a)의 경도가 높아진다. 그 때문에 예를 들면, SUS제의 축부재(102)의 회전 개시직후, 또는 회전 정지직전에, 축부(102a)의 외주면(102a1)과 이것에 대향하는 소결 금속 베어링(108)의 내주면(108a) 사이에서 접촉 슬라이딩이 생긴 경우에도, 양면(102a1, 108a) 사이의 경도차는 작게 완료되고, 소결 금속 베어링(108)과 축부(102a)의 사이의 마모를 억제할 수 있다. 특히, 이 실시 형태와 같이 축부재(102)의 상부에 허브(103) 및 복수장의 디스크(D)를 장착한 상태에서는 축부재(102)를 포함하는 회전체의 중심이 상측으로 이동하고, 또한 모멘트 하중도 커지기 때문에, 축부재(102)와 소결 금속 베어링(108)이 베어링 상부에서 접촉 슬라이딩하기 쉽지만, 상술한 바와 같이 양쪽부재(102a, 108)의 경도차(양쪽 슬라이딩면(102a1, 108a)의 경도차)를 작게 함으로써 이러한 슬라이딩 마모를 극력 작게 억제할 수 있다.

또한, 소결 금속 베어링(108)의 내주면(108a)에 설치한 상측의 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역은 그 밴드부(108a3)의 축방향 중심에 대하여 축방향 비대칭으로 형성되어 있고, 축방향 중심 보다 상측 영역의 축방향 치수(X₁₁)는 하측 영역의 축방향 치수(X₁₂)보다도 크다. 그 때문에 축부재(102)의 회전시, 상측 영역에 있어서의 윤활유의 인입력(펌핑력)은 하측 영역에 있어서의 그것에 비교해서 상대적으로 커진다. 그리고, 이 인입력의 차에 의해, 래디얼 베어링 간극으로부터 그 하방을 향해서 유출된 윤활유는 제 1 스러스트 베어링부(T11)의 스러스트 베어링 간극으로부터 그 외경측에 위치하는 소결 금속 베어링(108)의 축방향홈(108d1) 그리고, 상단면(108c)과 밀봉 부재(110)의 하단면의 축방향 간극으로부터 환상홈(108c1) 및 반경 방향홈(108c2)이라고 하는 경로를 순환하고, 제 1 래디얼 베어링부(R11)의 래디얼 베어링 간극으로 다시 인입된다.

이와 같이, 윤활유가 래디얼 베어링 간극을 포함하는 베어링 내부 공간을 유동 순환하도록 구성함으로써 그 내부 공간내의 윤활유의 압력이 국부적으로 부압이 되는 현상을 방지하고, 부압 발생에 따르는 기포의 생성, 기포의 생성에 기인하는 윤활유의 누설이나 베어링 성능의 열화, 진동의 발생 등의 문제를 해소할 수 있다.또한, 어떠한 이유에서 윤활유 중에 기포가 혼입했을 경우, 기포가 윤활유에 따라 상기 순환 경로내를 순환할 때에 밀봉 공간(S)내의 윤활유의 오일면(기액계면)으로부터 외기로 배출되므로, 기포에 의한 악영향이 효과적으로 방지된다.

이상, 본원의 제 2 발명에 따른 소결 금속 베어링의 일용도예에 대해서 설명했지만, 이 베어링을 적용 가능한 유체 동압 베어링 장치(101)가 이 예만으로 한정되지 않는 것은 물론이다.

예를 들면, 소결 금속 베어링(108)을 구비한 유체 동압 베어링 장치로서, 상기 용도예에서는 축부(102a)의 일단에 설치한 플랜지부(102b)의 양단면(102b1, 102b2)측에 스러스트 베어링부(T11, T12)를 형성한 형태를 가질 경우를 설명했지만, 이들 스러스트 베어링부(T11, T12)의 축방향 이간 거리를 다르게 하는 것도 가능하다. 도 11은 그 일예를 게시하는 것으로, 동 도면에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(111)는 주로 하우징(117)의 양단에 2개의 밀봉 공간(S11, S12)을 배치한 점, 및 스러스트 베어링부(T11, T12)를 소결 금속 베어링(118)의 양단에 형성한 점에서 도 8에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(101)와 다른 형태를 갖는다.

이 도면에 나타내는 예에서는, 본 발명에 따른 소결 금속 베어링(118)은 그 하단면(118b) 뿐만 아니라 상단면(118b)에도 도 10에 나타내는 형상의 동압홈 배열 영역(스파이럴의 방향은 도 9과 반대)을 갖는다. 그 때문에 제 1 스러스트 베어링부(T11)는 제 1 밀봉 부재(119)의 하단면(119a)과 소결 금속 베어링(118)의 상단면(118b)의 사이에 형성되고, 제 2 스러스트 베어링부(T12)는 제 2 밀봉 부재(120)의 상단면(120a)과 소결 금속 베어링(118)의 하단면(118b)의 사이에 형성된다. 또한, 제 1 밀봉 공간(S11)은 축부재(112)에 고정된 제 1 밀봉 부재(119)의 외주면 (119b)과 이면을 서로 향하는 하우징(117) 상단의 내주면(117a)의 사이에 형성됨과 아울러 제 2 밀봉 공간(S12)은 제 2 밀봉 부재(120)의 외주면(120b)과 이 면을 향하는 하우징(117) 하단의 내주면(117a)과의 사이에 형성된다. 또한, 래디얼 베어링부(R11, R12)가 도 9에 예시된 래디얼 동압 발생부를 설치한 내주면(118a)과 내주면(118a)과 대향하는 축부재(112)의 외주면(112a) 사이에 각각 형성되는 점은 도 8에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(101)의 경우와 같다.

본 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치(111)는 도 8에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(101)와 비교하고, 양 스러스트 베어링부(T11, T12) 사이의 이간 거리가 커지고 있기 때문에, 베어링 전체로서의 모멘트 하중에 대한 부하 능력을 향상시킬 수 있다. 그 때문에 HDD를 비롯한 정보 기기의 고용량화에 따라서, 디스크 매수의 증가 등 회전체 중량이 증가했을 경우라도 축부재(102)와의 접촉에 의한 소결 금속 베어링(118)의 슬라이딩 마모를 저감(억제)할 수 있다.

도 12는 또 다른 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치(121)의 단면도를 나타낸다. 동 도면에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(121)에서는 소결 금속 베어링(108)을 축방향으로 2개 중첩해서 설치하고 있고, 이들 소결 금속 베어링(108, 108)이 통부(127a)와 바닥(127b)으로 이루어지는 밑면을 구비하는 통상의 하우징(127)의 내주면(27a1)에 고정된다. 축방향으로 중첩해서 설치된 2개의 소결 금속 베어링(108) 중 상측의 소결 금속 베어링(108)에는 밀봉 부재(110)의 측에만 도 9에서 예시된 비대칭 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역이 형성되고, 하측의 소결 금속 베어링(108)에는 플랜지부(102b)의 측에만 도 9에서 예시된 대칭한 동압홈(108a1, 108a2) 배열 영역이 형성된다. 그 때문에 쌍방의 소결 금속 베어링(108, 108) 사이로 가장 축방향으로 격리된 위치에서 래디얼 베어링부(R11, R12)가 형성된다.

이렇게, 도 12에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(121)는 도 8이나 도 11에 나타내는 유체 동압 베어링 장치(101, 111)와 비교해서 래디얼 베어링부(R11, R12)사이의 이간 거리를 크게 함으로써 베어링 전체로서의 모멘트 하중에 대한 부하 능력을 향상시키고 있다. 그 때문에 회전체 중량의 증가나 회전 속도의 증가에 대하여도 소결 금속 베어링(108, 108)의 슬라이딩 마모를 저감하고, 장기에 걸쳐 뛰어난 베어링 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서는, 래디얼 베어링부(R11, R12) 및 스러스트 베어링부(T11, T12)로서, 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압홈에 의해 윤활유의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명을 적용 가능한 구성은 이것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 래디얼 베어링부(R11, R12)로서, 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 축방향의 홈을 원주 방향의 복수장소에 형성한, 소위 스텝상의 동압 발생부 또는 원주 방향으로 복수의 원호면을 배열하고, 대향하는 축부재(102, 112)의 외주면(102a1, 112a)과의 사이에, 쐐기상의 반경 방향 간극(베어링 간극)을 형성한, 소위 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

또는 래디얼 베어링면이 되는 소결 금속 베어링(108, 118)의 내주면(108a, 118a)을 동압 발생부로서의 동압홈이나 원호면 등을 설치하지 않는 진원상 내주면으로 하고, 이 내주면과 대향하는 진원상의 외주면으로 소위, 진원 베어링을 구성할 수 있다.

또한, 스러스트 베어링부(T11, T12)의 한쪽 또는 양쪽은 동일한 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 스러스트 베어링면이 되는 영역에 복수의 반경 방향 홈형상의 동압홈을 원주 방향 소정 간격으로 설치한, 소위 스텝 베어링 또는 파형 베어링(단면이 조화 파형 등의 파형이 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.

또한, 이상의 실시 형태에서는 동압 발생부를 모두 고정측(하우징(127)이나 소결 금속 베어링(108), 뚜껑 부재(109) 등)에 설치했을 경우를 설명했지만, 그 일부 또는 모두를 회전측(축부재(102, 112)나 플랜지부(102b), 밀봉 부재(119, 120) 등)에 설치하는 것도 가능하다. 구체적으로는 축부재(102, 112)의 외주면(102a1, 112a)이나 플랜지부(102b)의 양단면(102b1, 102b2) 또는 밀봉 부재(119, 120)의 하단면(119a)이나 상단면(120a) 중 1개소 이상에 상술의 동압 발생부를 설치하는 것이 가능하다.

또한, 이상의 실시 형태에서는 축부재(102, 112)가 회전하고, 그것을 소결 금속 베어링(108, 118)으로 지지하는 구성을 설명했지만, 이것과는 반대로 소결 금속 베어링(108, 118) 측이 회전하고, 그것을 축부재(102, 112) 측에서 지지하는 구성에 대해서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이 경우, 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 소결 금속 베어링(108, 118)은 그 외측에 설치되는 부재에 접착 고정되고, 그 외측 부재와 일체로 회전하고, 고정측의 축부에 의해 지지된다.

또한, 이상의 실시 형태에서는 유체 동압 베어링 장치(101, 111, 121)의 내부에 충만하고, 래디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극에 유체막을 형성하기 위한 유체로서 윤활유를 예시했지만, 이외에도 유체막을 형성가능한 유체, 예를 들면 공기 등의 기체나 자성 유체 등의 유동성을 갖는 윤활제 또는 윤활 그리스 등을 사용할 수도 있다. 물론, 본 발명에 따른 소결 금속 베어링은 내마모성이 우수하기 때문에, 아무런 윤활유체를 사용하지 않고 통상의 미끄럼 베어링으로서 사용하는 것도 가능하다.

[실시예 2]

본원의 제 2 발명의 효과를 실증하기 위해서, Fe계 분말과 Cu 분말을 소정의 비율로 포함하는 원료 분말로 형성된 소결 금속 베어링(실시예 2)과 종래 조성의 원료 분말로 형성된 소결 금속 베어링(비교예 3)에 대해서, 각각 마모 시험, 압환시험, 및 투과 유량 측정 시험을 행하고, 각 특성에 대해서 비교 평가를 행했다.

여기서, 시험 재료에는 Fe 분말로서 Hoganas AB 제작의 NC 100.24을, Cu 분말로서 FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co., LTD. 제작의 CE-15을, 또한 SUS 분말로서 Daido Steel Co., LTD. 제작의 DAP410L을 각각 사용했다. 또한, 이 실험에서는 저융점 금속으로서의 Sn 분말 및 흑연 분말을 원료 분말에 사용하고, Sn 분말에는 FUKUDA METAL FOIL & POWDER Co., LTD. 제작의 Sn-At-W350을 흑연분말에는 Nippon Graphite Industries, ltd. 제작의 ECB-250을 각각 사용했다. 압분 성형체의 밀도가 6.5∼6.9[g/cm³]이 되도록 성형 조건을 설정해졌다. 실시예 2의 소결 온도는 1050℃, 비교예 3의 소결 온도는 870℃로 했다. 비교예 3과 실시예 2, 각각의 원료 분말의 조성은 표 3에 나타내는 바와 같다. 또한, 각 분말의 입도 분포는 표 4∼표 8에 나타내는 바와 같다.

완성품으로서의 시험편의 완성품 치수는 후술하는 마모 시험의 경우, 실시예 2, 비교예 3 모두 φ(외경) 7.5mm×t(축방향폭) 10mm로 했다. 또한 압환 시험 및 투과 유량의 측정 시험의 경우, 실시예 2, 비교예 3 모두 φ(외경) 7.5mm×φ(내경) 4mm×t(축방향폭) 10mm로 했다. 또한, 시험편의 수는 실시예 2, 비교예 3 모두 5로 했다.

여기서, 마모 시험은 상기 시험편을 이용하여 이하의 시험 조건으로 행했다.

상대 시험편

재질: SUS420J2

치수: φ(외경) 40mm×t(축방향폭) 4mm

주속: 50m/min

면압: 1.3MPa

윤활유: 에스테르유(점도: 12mm²/s)

시험 시간: 3hrs

압환 강도의 측정 시험은 상기 시험편을 이용하여 실시예 2, 비교예 3 모두 JIS Z 2507에 준거해 행했다.

투과 유량의 측정 시험은 윤활유를 함침시키지 않고 있는 상태의 시험편(소결 금속 베어링)의 내주에 탱크로부터 윤활유를 공급함과 아울러, 시험편의 내주에 적당한 에어압을 소정 시간 부여해서(4기압, 10분간), 시험편의 외주면으로부터 외부로 누출된 윤활유의 양을 측정하는 것으로 행했다. 또한, 윤활유에는 에스테르계유(12mm²/s)를 사용했다.

도 16에 마모 시험의 측정 결과를, 도 17에 압환 시험의 측정 결과를, 도 1 8에 투과 유량의 측정 결과를 각각 나타낸다. 도 16에 나타내는 바와 같이 Fe계 조직이 전체에 차지하는 비율을, 중량비로 Cu 조직의 10배이상으로 했을 경우(실시예 2), 종전의 조성(비교예 3)과 비교해서 마모량의 대폭적인 감소 효과가 보여졌다. 또한, 도 17에 나타내는 결과로부터, Fe계 조직의 비율을 Cu 조직의 그것에 비해서 대폭 증가했을 경우(실시예 2)라도 종전의 조성(비교예 3)과 동등 레벨의 압환 강도를 나타내는 것이 확인된다. 또한, 도 18에 나타내는 결과로부터, 상기한 바와 같이 내마모성, 압환 강도가 우수한 조성(실시예 2)이면서, 투과 유량(윤활유의 투과성)에 관해서도, 종전의 조성(비교예 3)과 동등 레벨의 성능을 발휘하는 것이 확인된다.

이하, 본원의 제 3 발명에 따른 베어링 슬리브의 제조 방법 및 유체 베어링 장치의 실시예를 도 19∼도 28에 기초하여 설명한다.

도 19는 본 발명에 따른 베어링 슬리브의 제조 방법에 의해 제조한 슬리브를 갖는 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)(201)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동장치에 사용되는 것이고, 축부재(202)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 유체 동압 베어링 장치(201)와 축부재(202)에 장착된 디스크 허브(203)와 예를 들면 반경 방향의 갭을 개재해서 대향시킨 스테이터 코일(204) 및 로터 마그네트(205)를 구비하고 있다. 스테이터 코일(204)은 브래킷(206)의 외주에 설치되고, 로터 마그네트(205)는 디스크 허브(203)의 내주에 설치되어 있다. 또한, 유체 동압 베어링 장치(201)의 하우징(207)의 외주면은 브래킷(206)의 내주면에 접착 또는 압입 등의 수단으로 고정된다. 디스크 허브(203)는 그 외주에 자기디스크 등의 디스크형 정보기억매체(이하, 단지 디스크라고 한다.)(D)를 한장 또는 복수장 유지하고 있다. 이렇게 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(204)에 통전하면, 스테이터 코일(204)과 로터 마그네트(205)의 사이에 발생하는 전자력으로 로터 마그네트(205)가 회전하고, 이것에 따라서, 디스크 허브(203) 및 디스크 허브(203)에 유지된 디스크(D)가 축부재(202)와 일체로 회전한다.

도 20은 유체 동압 베어링 장치(201)를 나타내고 있다. 이 유체 동압 베어링 장치(201)는 축부재(202)와 하우징(207)과 하우징(207)에 고정된 슬리브(208) 및 스러스트 부재(210)와 밀봉 부재(209)를 주된 구성 요소로 하여 구성되어 있다. 또, 설명의 편의상, 하우징(207)의 스러스트 부재(210) 고정측을 하측, 스러스트 부재(210)의 고정측과 반대인 측을 상측으로서 이하 설명한다.

축부재(202)는 예를 들면, 스테인레스 강 등의 금속 재료로 형성되고, 또는 금속 재료와 수지 재료의 하이브리드 구조로 하고, 축부(202a)와 축부(202a)의 하단에 일체 또는 별체로 설치된 플랜지부(202b)를 구비하고 있다. 또한, 하이브리드 구조를 이루는 축부재(202)로서는 축부(202a)의 심부 혹은 플랜지부(202b) 또는 그 쌍방을 수지 재료로 형성한 것이 사용가능하다.

슬리브(208)는 소결 금속으로 이루어지는 다공질체, 예를 들면 동을 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통상으로 형성된다. 이 슬리브(208)는 스러스트 부재(210)의 접촉부(210b)에 접촉시킨 상태에서, 하우징(207)의 내주면(207a)의 소정 위치에 압입 고정된다. 또한, 슬리브(208)의 외경은 하우징(207)의 내경에 비교하여 후술하는 슬리브(208)의 외주면(208d)의 하우징(207)의 내주면(207a)에 대한 소정의 압입 마진 만큼만 큰 직경으로 형성되고 있다.

슬리브(208)의 내주면(208a)의 전체면 또는 일부 원통 영역에는 래디얼 동압 발생부로서의 동압홈이 형성된다. 이 실시 형태에서는 예를 들면, 도 21(a)에 나타내는 바와 같이 복수의 동압홈(208a1, 208a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 격리되어 2개소 형성된다. 상측의 동압홈(208a1)의 형성 영역에서는 동압홈(208a1)이 축방향 중심(m)(상하의 경사 홈간 영역의 축방향 중앙)에 대하여 축방향 비대칭으로 형성되고 있고, 축방향 중심(m)보다 상측 영역의 축방향 치수(X₂₁)가 하측 영역의 축방향 치수(X₂₂)보다도 커지고 있다.

슬리브(208)의 외주면(208d)에는 하나 또는 복수개의 축방향홈(208d1)이 축방향 전체 길이에 걸쳐서 형성된다. 이 실시 형태에서는 3개의 축방향홈(208d1)이 원주 방향 등간격으로 형성되어 있다.

슬리브(208)의 하단면(208c)의 전면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면, 도 21(b)에 나타내는 바와 같이 복수의 동압홈(208c1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다.

밀봉 부재(209)는 예를 들면, 수지 재료 또는 연질 금속 재료로 환상으로 형성되고, 하우징(207)의 내주면(207a) 상단에 설치된다. 밀봉 부재(209)의 내주면(209a)은 축부(202a)의 외주에 설치된 테이퍼면(202a2)과 소정의 밀봉 공간(S21)을 개재해서 대향한다. 또한, 축부(202a)의 테이퍼면(202a2)은 상측(하우징(207)에 대하여 외부측)을 향해서 점차 축경하고, 축부재(202)의 회전시에는 모세관력 밀봉 및 원심력 밀봉으로서 기능한다. 또한, 밀봉 부재(209)의 하단면(209b)은 그 외경측 영역(209b1)을 내경측 영역에 비교해서 축방향 상방으로 후퇴시킨 형태를 이룬다.

스러스트 부재(210)는 예를 들면, 수지 재료 또는 금속 재료로 형성되고, 하우징(207)의 내주면(207a) 하단에 설치된다. 스러스트 부재(210)의 단면(210a)의 일부 환상 영역 또는 전체면에는 스러스트 동압 발생부로서, 예를 들면 도 21(b)에 나타내는 동압홈(208c1)과 동일한 형태의 동압홈을 스파이럴 형상으로 복수 배열(스파이럴의 회전 방향은 반대)한 영역이 형성된다. 이 동압홈 형성 영역은 플랜지부(202b)의 하단면(202b2)과 대향하고 축부재(202)의 회전 시에는 동압홈 형성 영역과 하단면(202b2)의 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T22)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 20을 참조). 또한, 이 실시 형태에 있어서, 스러스트 부재(210)는 단면(210a)의 외주연부로부터 상방으로 연장된 환상의 접촉부(210b)를 일체로 구비하고 있다. 접촉부(210b)의 상측 단면은 슬리브(208)의 하단면(208c)과 접촉하고, 접촉부(210b)의 내주면은 플랜지부(202b)의 외주면과 지름 방향의 간극 을 개재하여 대향한다.

도 22∼도 25, 및 도 28은 압분 성형 후, 소결 공정을 경과한 단계의 슬리브(이후, 소결 소재(211)라고 한다.)을 사이징하는 공정에 사용하는 가공 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 이 가공 장치는 원통 형상의 소결 소재(211)의 내경면 (211a)을 성형하는 사이징 핀(212)과 소결 소재(211)의 외경면(21lb)을 성형하는 다이(213)와 소결 소재(211)의 축방향 양단면을 상하 방향(축방향)으로부터 구속하는 제 1 펀치(상 펀치)(214) 및 제 1 펀치(하 펀치)(215)를 주요한 요소로 하여 구성된다.

사이징 핀(212)의 외주에는 상 펀치(214)가 사이징 핀(212)에 대하여 상하 방향으로 슬라이딩하도록 외삽되어있다. 사이징 핀(212) 및 상 펀치(214)는 각각 독립의 구동원으로 승강 운동을 행한다.

사이징 핀(212)의 외주면에는 완성품의 베어링면의 형상에 대응한 요철상의 성형형이 형성되어 있다. 성형형의 볼록부는 베어링면에 있어서의 동압홈의 영역을 성형하고, 오목부는 동압홈 이외의 영역을 성형한다.

도 22에 나타내는 바와 같이, 다이(213)로의 압입 전의 상태에 있어서, 소결 소재(211)의 내경면(211a)과 사이징 핀(212)의 외경면의 사이에는 내경 간극(D22)이 있다. 내경 간극(D22)의 크기는 예를 들면 60㎛이다. 소결 소재(211)의 외경면(21lb)의 다이(213)에 대한 압입 마진(D21)은, 예를 들면 200㎛이다.

다음에, 이 제 3 발명의 제 1 실시예에 관계되는 유체 동압 베어링 장치(201)의 제조 방법, 즉 슬리브를 성형하는 방법을 도 22∼도 26에 기초하여 설명한다. 도 26은 상 펀치(214)와 하 펀치(215)의 각각 압면의 상하 이동의 상황을 나타내고, 횡축이 시간을 나타내고, 종축이 상하 이동량을 나타내고 있다. 도 26에 있어서의 (A)의 범위는 초기 상태, 즉, 상 펀치(214) 및 하 펀치(215)가 도 22로 나타내어지는 상태이고, 소결 공정을 통한 소결 소재(211)는 다이(213)의 상단면에 배치된다. 사이징 핀(212) 및 상 펀치(214)는 소결 소재(211)에 대하여 축방향 상방에 배치된다. 이 도면에 나타낸 예에서는 사이징 핀(212)과 함께 상 펀치(214)를 하강시켜, 상 펀치(214)를 소결 소재(211)의 상단면에 압박한다. 하 펀치(215)는 다이(213)의 내부로 대기하고 있다.

상술의 초기 상태로부터, 도 26의 범위(B)에서 나타내는 바와 같이, 상 펀치(214) 및 사이징 핀(212)를 하강시켜, 상 펀치(214)로 소결 소재(211)의 일단부( 211c)(상 펀치 근방의 소결 소재)를 압박해서 소결 소재(211)를 다이(213)에 압입한다. 이 경우, 소결 소재(211)는 다이(213)에 압입됨으로써, 도 23에 나타내는 바와 같이 축방향으로 연장된다. 이 신장량을 X라고 한다. 또한, 도 23의 가상선은 다이(213)에 압입하기 전의 소결 소재(211)의 타단면을 나타낸다.

도 26의 범위(C)에 나타내는 바와 같이, 상 펀치(214)를 하사점까지 압입(도 24(a)참조)한다. 소결 소재(211)의 전체 길이가 다이(213)에 압입(상 펀치(214)이 하사점에 도달)된 상태에서, 도 26의 범위(D)에 나타내는 바와 같이 도 24(b)의 화살표 방향으로 하 펀치(215)를 밀어 올린다. 그리고, 도 26의 범위(E)로 나타내는 바와 같이, 소결 소재(211)를 하 펀치(215)측으로부터 가압한다.즉, 소결 소재(211)의 타단부(211d)를 하 펀치(215)의 상면에 압박하고, 소결 소재(211)를 상하 방향으로부터 가압한다. 이것에 의해, 도 24(c)에 나타내는 바와 같이, 하 펀치(215)의 상 펀치측으로의 이동량은 P21이 되고, 소결 소재(211)의 타단부(211d)는 P21만 압축된다.

이 때, 소결 소재(211)는 다이(213)와 상하 펀치(214, 215)로부터 압박력을 받아서 변형을 일으키고, 내경면(211a)이 사이징 핀(212)의 성형형으로 가압된다. 내경면(211a)의 가압량은 압입 마진(외경 간섭)(D21)(반경량 100㎛)과 내경 간극(D22)(반경량 30㎛)의 차 70㎛(반경량)로 대략 동일하고, 내경면(211a)으로부터 깊이 5㎛까지의 표층 부분이 사이징 핀(212)의 성형형으로 가압되어, 소성 유동을 일으켜서 성형형에 부착된다. 이것에 의해 성형형의 형상이 소결 소재(211)의 내경면(211a)에 전사되어, 베어링면이 성형된다. 성형시, 소결 소재(211)의 외경면(21lb)은 다이(213)에 의해, 소결 소재(211)의 양단면은 상하 펀치(214, 215)에 의해 각각 가압된다. 외경면의 가압량은 200㎛, 양단면의 가압량은 편측 200㎛정도다.

그런데, 하 펀치(215)의 상 펀치측으로의 이동량(P21)을 한쪽의 펀치에서 다이로 압입했을 때에 발생되는 소결 소재(211)의 축방향의 신장량(X)보다도 크게 하고 있다. 이것에 의해, 소결 소재(211)가 축방향으로 연장되기 전의 축방향 치수 (즉, 초기 상태에 있어서의 소결 소재(211)의 축방향 치수) 보다도 소결 소재(211)을 압축하게 된다.

상기 공정이 완료된 후, 도 26의 범위(F)로 나타내는 바와 같이, 상 펀치(214) 및 사이징 핀(212)을 일체로 상승시킴과 아울러, 하 펀치(215)로부터 소결 소재(211)를 가압해서 다이(213)의 상단면과 동일한 높이가 되는 위치까지 상승시킨다(도 25참조). 이것에 의해, 소결 소재(211)의 내경 방향으로의 압박력을 해제해서 소결 소재(211)를 다이(213)로부터 뺄 수 있다. 소결 소재(211)를 다이(213)로부터 빼면, 소결 소재(211)에 스프링백이 발생하고, 그 내경 치수가 확대한다. 이것에 의해, 동압 발생부의 형상을 붕괴시킴 없이 소결 소재를 사이징 핀으로부터 뽑을 수 있다.

이렇게 본 발명에서는 소결 소재(211)의 전체 길이가 다이(213)에 압입되어서 소결 소재(211)이 압축되는 상태에서 하 펀치(215)를 밀어 올리기 때문에, 상 펀치(214)가 하사점에 도달한 상태에서, 축방향 양단부로부터 소결 소재(211)를 가압한다. 이 때문에 소결 소재(211)의 타단부(211d)도, 하 펀치측으로부터 상 펀치측을 향해서 압력이 부여되어서 압축된다. 이것에 의해 소결 소재(211)의 축방향 양단부 (211c, 211d)에 있어서의 내경 치수차를 저감할 수 있다.

하 펀치(215)의 상 펀치측으로의 이동량(P21)을 상 펀치(214)로 다이(213)에 압입했을 때에 발생되는 소결 소재(211)의 축방향의 신장량(X)보다도 크게 하고 있다. 이것에 의해 소결 소재(211)가 축방향으로 연장되기 전의 축방향 치수보다도 소결 소재(211)를 압축할 수 있기 때문에, 확실하게 하 펀치 근방의 소결 소재(211)를 압축할 수 있다.

다음에 제 3 발명의 제 2 실시 형태에 따른 유체 동압 베어링 장치(201)의 제조 방법에 관하여 설명한다. 이 경우, 하 펀치(215)를 상 펀치(214)가 하사점에 도달하는 것 보다 전에, 상 펀치측으로 이동시키고 있다. 즉, 도 27의 범위(A)의 초기 상태로부터, 도 27의 범위(B)에서 나타내는 바와 같이, 상 펀치(214) 및 사이징 핀(212)을 강하시켜, 상 펀치(214)로 소결 소재(211)의 일단부(211c)(상 펀치 근방의 소결 소재)를 가압해서 소결 소재(211)를 다이(213)에 압입한다. 그리고, 도 27의 범위(D')에 있어서, 상 펀치(214)가 하사점에 도달하는 것 보다 전의 상태에서, 하 펀치(215)를 밀어 올려서 소결 소재(211)를 하 펀치측으로부터 가압한다.이하, 상기 제 1 실시 형태와 동일한 방법에 의해, 소결 소재(211)를 다이(213)로부터 뽑는다.

제 3 실시 형태로서, 하 펀치(215)를 상 펀치(214)가 하사점에 도달하는 것과 거의 동시에 상 펀치측으로 이동시킬 수도 있다.

제 4 실시 형태로서, 소결 소재(211)를 다이(213)에 압입할 때, 소결 소재(211)를 상 펀치(214)와 하 펀치(215)로 구속하면서 다이(213)에 압입할 수 있다. 이 경우, 도 28(a)에 나타내는 바와 같이, 사이징 핀(212) 및 상 펀치(214)는 소결 소재(211)에 대하여 축방향 상방에 배치되는 동시에, 하 펀치(215)는 다이(213)의 성형 구멍의 상단에서 대기해서 소결 소재(211)의 하면을 받는다. 이 상태로부터 도 28(b)에 나타내는 바와 같이, 상 펀치(214) 및 사이징 핀(212)을 강하시켜서, 상 펀치(214)가 소결 소재(211)의 일단부(211c)에 접촉하고, 소결 소재(211)가 상하의 펀치로 축방향 양측으로부터 구속된 상태에서 다이(213)에 압입된다. 상 펀치(214)를 하사점까지 압입하면, 도 28(c)의 화살표의 방향에 하 펀치(215)를 밀어 올려서 소결 소재(211)를 하 펀치측으로부터 가압한다. 즉, 소결 소재(211)의 타단부(211d)를 하 펀치(215)의 상면에 압박하여, 소결 소재(211)을 상하 방향으로부터 가압한다. 이 경우, 도 28(d)에 나타내는 바와 같이, 하 펀치(215) 상 펀치측으로의 이동량은 P21이 되고, 소결 소재(211)의 타단부(211d)는 P21만 압축된다.

상기 공정이 완료된 후, 상 펀치(214) 및 사이징 핀(212)을 일체로 상승시킴과 아울러 하 펀치(215)로부터 소결 소재(211)를 가압해서 다이(213)의 상단면과 동일한 높이가 되는 위치까지 상승시킨다(도 25 참조). 그 후, 상기 제 1 실시 형태∼제 3 실시 형태와 같은 방법으로 소결 소재(211)를 다이(213)로부터 뺀다.

제 5 실시 형태로서, 상기 제 4 실시 형태와 동일한 방법으로 소결 소재(211)를 다이(213)에 압입하고, 상 펀치(214)가 하사점에 도달하는 것 보다 전의 상태에서, 하 펀치(215)을 밀어 올려서 소결 소재(211)를 하 펀치측으로부터 가압한다.

제 6 실시 형태로서, 상기 제 4 실시 형태나 제 5 실시 형태와 동일한 방법으로 소결 소재(211)를 다이(213)에 압입하고, 하 펀치(215)를 상 펀치(214)가 하사점에 도달하는 것과 거의 동시에 상 펀치측으로 이동시킬 수도 있다.

또한, 도 28에 나타내는 베어링 슬리브의 제조 방법에 있어서, 도 19∼도 27에 나타내는 베어링 슬리브의 제조 방법과 동일한 구성에 대해서는 도 19∼도 27과 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

이상, 제 3 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고 각종 변형이 가능하고, 슬리브가 되는 소결 소재(211)에 스러스트 동압 발생부를 형성할 수도 있다. 그 경우, 예를 들면 상 펀치(214)의 하단면, 또는 하 펀치(215)의 상단면에 스러스트 동압 발생부에 대응한 형상의 형을 미리 설치해 두고, 이것에 의해, 소결 소재(211)를 축방향 양측으로부터 구속함으로써 축방향의 사이징과 동시에 스러스트 동압 발생부를 형성할 수 있다. 또한, 가압후에 있어서의 소결 소재(211)의 취출에 있어서, 하 펀치(215)의 상승과 상 펀치(214)의 상승을 동시에 행하지 않아도 좋고, 상 펀치(214)를 상승시킨 후에 하 펀치(215)을 상승시켜도 좋다.

또한, 이상의 실시 형태에서는 슬리브(208)의 내경면(208a)에 복수의 동압홈(208a1, 208a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역을 형성했을 경우를 설명했지만, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않고 타 구성의 동압 발생부에 대하여도 마찬가지로 적용할 수 있다.

1, 11, 21 : 유체 동압 베어링 장치 2, 12 : 축부재
2a : 축부 2a1, 12a : 외주면
2b : 플랜지부 2b1 : 상단면
2b2 : 하단면 3 : 허브
4 : 스테이터 코일 5 : 로터 마그네트
6 : 브래킷 7, 17 : 하우징
27 : 하우징 7a, 17a, 27a1 : 내주면
7b : 고정면 8, 18 : 소결 금속 베어링
8a, 18a : 내주면 8a1,8a2 : 동압홈
8a3 : 밴드부 8b, 18b : 하단면
8b1 : 동압홈 8c, 18c : 상단면
8c1 : 환상홈 8c2 : 반경 방향홈
8d : 외주면 8d1 : 축방향홈
9 : 뚜껑 부재 9a : 상단면
10, 19, 20 : 밀봉 부재 10a : 밀봉면
19a : 하단면 19b, 20b : 외주면
20a : 상단면 27a : 통부
27b : 바닥 101, 111, 121 : 유체 동압 베어링 장치
102, 112 : 축부재 102a : 축부
102a1, 112a : 외주면 102b : 플랜지부
102b1 : 상단면 102b2 : 하단면
103 : 허브 104 : 스테이터 코일
105 : 로터 마그네트 106 : 브래킷
107, 117, 127 : 하우징 107a, 117a : 내주면
107b : 고정면 108, 118 : 소결 금속 베어링
108a, 118a : 내주면 108a1, 108a2 : 동압홈
108a3 : 밴드부 108b,118b 하단면
108b1 : 동압홈 108c, 118c : 상단면
108c1 : 환상홈 108c2 : 반경 방향홈
108d : 외주면 108d1 : 축방향홈
109 : 뚜껑 부재 109a : 상단면
110, 119, 120 : 밀봉 부재 110a : 밀봉면
119a : 하단면 119b, 120b : 외주면
120a : 상단면 127a : 통부
127b : 바닥 201 : 유체 동압 베어링 장치
202 : 축부재 202a : 축부
202a2 : 테이퍼면 202b : 플랜지부
202b2 : 하단면 203 : 디스크 허브
204 : 스테이터 코일 205 : 로터 마그네트
206 : 브래킷 207 : 하우징
207a : 내주면 208 : 슬리브
208a : 내주면 208a1 : 동압홈
208c : 하단면 208c1 : 동압홈
208d : 외주면 208d1 : 축방향홈
209 : 밀봉 부재 209a : 내주면
209b : 하단면 209b1 : 외경측 영역
210 : 스러스트 부재 210a : 단면
210b : 접촉부 211, 311 : 소결 소재
211a ,311a : 내경면 21lb, 311b : 외경면
211c, 311b : 일단부 211d, 311d : 타단부
212, 312 : 사이징 핀 213, 313 : 다이
214, 314 : 상 펀치 215, 315 : 하 펀치
P21 : 이동량
R1, R2, R11, R12, R21, R22 : 래디얼 베어링부
T1, T2, T11, T12, T21, T22 : 스러스트 베어링부
S, S1, S2, S11, S12, S21 : 밀봉 공간
d21, d22 : 내경치수 D21, D301 : 압입 마진
D22,D302 : 내경 간극 X : 신장량
X1, X2, X11, X12, X21, X22 : 축방향 치수

Claims

복수의 금속 분말을 포함하는 원료 분말을 압축 성형하고 소결해서 얻어진 것이고, 내부에 함유 가능한 다수의 기공을 갖는 소결 금속 베어링에 있어서:
상기 원료 분말은 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 및 순 Fe 분말의 함유 비율은 각각 Cu 분말 : 15wt%이상 60wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 35wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원료 분말은 인화 Fe 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 3 항에 있어서,
상기 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 및 인화 Fe 분말의 함유 비율은 각각 Cu 분말 : 15wt%이상 60wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 인화 Fe 분말 : 0.1wt%이상 2.0wt%이하로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 분말은 저융점 금속 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 5 항에 있어서,
상기 저융점 금속 분말은 Sn 분말인 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 원료 분말에 차지하는 Cu 분말과 SUS 분말, 순 Fe 분말, 및 저융점 금속 분말의 함유 비율은 각각 Cu 분말 : 15wt%이상 45wt%이하, SUS 분말 : 10wt%이상 30wt%이하, 순 Fe 분말 : 20wt%이상 60wt%이하, 저융점 금속 분말 : 0.5wt%이상 10wt%이하로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 분말은 흑연을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu의 융점 미만의 온도에서 소결해서 얻어진 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
소결 밀도는 6.8g/cm³이상 7.3g/cm³이하의 범위내로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
회전 지지해야 할 축과의 사이에 유체의 동압 작용을 발생시키기 위한 동압 발생부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 금속 베어링.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 소결 금속 베어링을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링 장치.