JP2007100803A - 含油焼結軸受の製造方法およびこの方法に使用されるサイジングピン - Google Patents

Abstract

【課題】内周面の表面開孔率を低コストに調整可能な含油焼結軸受の製造方法およびこの方法に使用されるサイジングピンを提供する。
【解決手段】サイジングピン１２の外周面に、焼結体１１の内周面１１ａをサイジングするサイジング面（大径面１３ａ）と、大径面１３ａより小径の小径面１４ａと、大径面１３ａと小径面１４ａとをつなげる段差部１５とを設け、かかる構成のサイジングピン１２を、小径面１４ａを有する小径部１４の側から焼結体１１の内周面１１ａに圧入する。
【選択図】図３

Description

本発明は、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤（潤滑油又は潤滑グリース）を含浸させた含油焼結軸受の製造方法に関するものである。

含油焼結軸受は、支持すべき軸との相対回転に伴い、内部に含浸された潤滑油等が軸との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜によって軸を支持するものである。

通常、この種の含油焼結軸受は、金属粉末を圧縮成形し、この圧粉成形体を焼結することで焼結体を形成し、さらにこの焼結体をサイジングピン等で所定寸法にサイジングすることで得られる（例えば、特許文献１を参照）。

また、この種の含油焼結軸受を、例えばＨＤＤ等の情報機器用のスピンドルモータに組込んで使用する場合には、より一層の回転精度を得るため、含油焼結軸受の内周面に動圧発生手段としての動圧溝が形成される。この場合には、焼結体に寸法サイジングを施した後、さらに回転サイジングを施すことで、ラジアル軸受面となる内周面の表面開孔率を調整する場合が多い（例えば、特許文献２を参照）。
特公平０７−８８５２１号公報 特開平１１−１８２５５１号公報

通常の寸法サイジングでは、サイジングピンを焼結体の内周面に圧入することで、内周面を押し広げると共に、その外周面で焼結体の内周面を擦ることで表面の開孔部分を封孔している。そのため、上述のように、内周面の表面開孔率を低く抑える必要がある場合、一度の寸法サイジングでは、内周面の表面開孔率を所定の割合まで小さくすることが難しい。

また、特許文献２に示すように、通常の寸法サイジングに加えて回転サイジングを施せば、内周面の表面開孔率を小さくすることはできるが、これでは、作業工程の増加を招くため、コストの高騰が避けられない。

本発明の課題は、内周面の表面開孔率を低コストに調整可能な含油焼結軸受の製造方法およびこの方法に使用されるサイジングピンを提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、金属粉末の圧縮成形体を焼結して得られる焼結体の内周面にサイジングピンを圧入して、内周面を所定寸法にサイジングすることで形成される含油焼結軸受の製造方法において、サイジングピンの外周面に、内周面をサイジングするサイジング面と、サイジング面より小径の小径面と、サイジング面と小径面とをつなげる段差部とを設け、サイジングピンを、小径面の側から焼結体の内周に圧入することを特徴とすることを特徴とする含油焼結軸受の製造方法を提供する。

また、前記課題を解決するため、本発明は、金属粉末の圧縮成形体を焼結して得られる焼結体の内周面に圧入することで、内周面を所定寸法にサイジングするためのサイジングピンであって、外周面に、内周面をサイジングするサイジング面と、サイジング面より小径の小径面と、サイジング面と小径面とをつなげる段差部とが設けられ、かつ段差部の大径側角部が焼結体の内周面を圧入可能な外径寸法を有することを特徴とするサイジングピンを提供する。

通常、寸法サイジングに使用されるサイジングピンは、その先端に、サイジングピンを焼結体の内周に位置を合わせて導入するための案内面を設けている。そのため、サイジングピンの圧入時、焼結体の内周面に先ず案内面が緩やかに当り、徐々に押し広げられた後、外周面との摺動摩擦によって内周面の表面開孔が封孔される。これに対して、本発明では、外周面に、焼結体の内周面をサイジングするサイジング面と、サイジング面より小径の小径面と、サイジング面と小径面とをつなげる段差部を設けたサイジングピンを、小径面の側から焼結体の内周面に圧入するようにした。これにより、焼結体の内周面に対する当り角を高めた状態で角部を押し当てることができ、サイジング面による摩擦力に加えて角部による高い摩擦力を内周面に付与することができる。そのため、同径でかつ段差部のないサイジングピンを使用する場合と比べて、サイジングを施した面の表面開孔率を小さくすることができる。従って、通常の寸法サイジングの後、回転サイジングを施すことなく内周面の表面開孔率を小さくした含油焼結軸受を得ることができ、製造コストの低減化が図られる。

サイジングピンの外周面に設けられた段差部の大径側角部は、例えばＲ断面形状をなすように形成することができる。かかる構成によれば、焼結体の内周面に対するサイジングピンの角部（Ｒ面部）の当り角が内径側で最も高く、外径側に向かうにつれて、徐々に小さくなっていくので、焼結体内周面への当り角は高めに保ちつつ、ピンの押込み抵抗を緩和して、容易かつ高精度にピンの圧入（サイジング）を行うことができる。

このように、本発明によれば、内周面の表面開孔率を低コストに調整可能な含油焼結軸受の製造方法およびこの方法に使用されるサイジングピンを提供することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る含油焼結軸受を示している。この含油焼結軸受１は円筒状をなす金属製の多孔質体であって、その内部に潤滑油を含浸している。含油焼結軸受１の内周には、支持すべき軸２（図中一点鎖線）の外周面（摺動面）２ａと摺動する軸受面１ａが設けられる。そして、軸２の回転時、軸２の外周面２ａと摺動する軸受面１ａの表面開孔を介して軸受内部から潤滑油が滲み出す。これにより、軸２と含油焼結軸受１との摺動部には、高い油膜圧を有する油膜が形成され、かかる油膜を介して軸２が回転自在に支持される。

この含油焼結軸受１は、例えばＣｕ粉末やＣｕ合金粉末、Ｆｅ粉末、Ｃｕで被覆Ｆｅ粉末等の金属粉末を円筒状に圧縮成形する圧粉成形工程と、圧粉成形工程で得られた圧粉成形体を所定の焼結温度で焼結する焼結工程と、焼結工程で得られた焼結体に圧迫力を加えて所定寸法にサイジングを行う寸法サイジング工程とを経て製造される。以下、寸法サイジング工程を中心に説明する。

図２は、寸法サイジングを施す前の未含油の焼結金属軸受（以下、単に焼結体という。）１１を所定寸法にサイジングする工程に用いる加工装置を概念的に示している。この実施形態における加工装置は、円筒形状の焼結体１１の内周面１１ａを圧入するサイジングピン１２と、焼結体１１の外周面１１ｂを圧入するダイ１６と、焼結体１１の軸方向両端面を上下方向（軸方向）から拘束する第一パンチ１７（上パンチ）および第二パンチ１８（下パンチ）とを主要な要素として構成される。

サイジングピン１２の外周には上パンチ１７が上下方向に摺動自在に外挿されている。サイジングピン１２および上パンチ１７は、それぞれ独立の駆動源で昇降運動を行う。この実施形態では、サイジングピン１２は、上パンチ１７と同期して下降するようになっている。ダイ１６は、図示されていない駆動手段によって、サイジングピン１２および上パンチ１７とは独立して昇降駆動される。下パンチ１８は、この実施形態では、当該装置の静止部材（例えば台座等）に固定されている。

サイジングピン１２は、大径部１３と、大径部１３の先端側に設けられた小径部１４とを主に備える。大径部１３と小径部１４との間には段差部１５が設けられ、サイジングピン１２の外周面を大径面１３ａと小径面１４ａとに区画している。このうち、サイジング面となる大径部１３の外周面（大径面）１３ａ、および段差部１５の大径側角部１５ａの外径寸法は、共に焼結体１１の内周面１１ａの内径寸法よりも大きい。この実施形態では、大径部１３の大径面１３ａの外径寸法ｄ１から、サイジング前の焼結体１１の内径寸法ｄ２を減じた値が、サイジング時の圧入代ｄ１−ｄ２となる。また、大径側の角部１５ａはＲ断面形状をなし、この断面Ｒ曲面を介して、段差部１５の端面と大径面１３ａとが滑らかにつながっている。なお、小径部１４の先端には、円錐状の案内部１４ｂが設けられている。

まず、図２に示すように、被加工物である焼結体１１は下パンチ１８の上端面上に配置される。ダイ１６は、焼結体１１の外周面１１ｂ全体を内部に収容しかつ外周面１１ｂとの間に若干の隙間を残した状態で焼結体１１の外径側に配置される。サイジングピン１２および上パンチ１７は、焼結体１１に対して軸方向上方に配置される。

上述の状態から、図３に示すように、サイジングピン１２を下降させ、サイジングピン１２を焼結体１１の内周に圧入する。この際、焼結体１１の外周面１１ｂはダイ１６によって外径方向への変位を拘束されるため、サイジングピン１２の圧入により、焼結体１１の内周面１１ａおよびその表層部分が圧迫力を受けて外径方向に変位する。これにより、焼結体１１の内周面１１ａが所定の内径寸法（ここではサイジングピン１２の外径寸法ｄ１）にサイジングされる。

この際、焼結体１１の内周面１１ａには、図３に示すように、サイジングピン１２の大径面（サイジング面）１３ａよりも先に、段差部１５の大径側角部１５ａが押し当てられる。そのため、内周面１１ａに対する角部１５ａの当り角を、従来のサイジングピンに比べて高めた状態で、内周面１１ａが外径方向に押し広げられると共に、角部１５ａにより焼結体１１の内周面１１ａが擦られる。これにより、焼結体１１の内周面１１ａは、大径部１３の大径面１３ａからの摩擦力に加えて角部１５ａからの高い摩擦力を受ける。従って、内周面１１ａの表面開孔をより多く封孔することができ、寸法サイジング後の表面開孔率を低く抑えることができる。

また、この実施形態では、段差部１５の大径側角部１５ａを、Ｒ断面形状をなすように形成したサイジングピン１２でサイジングしているので、焼結体１１の内周面１１ａに対するサイジングピン１２の大径側角部１５ａ（Ｒ面部）の当り角は内径側で最も高く、外径側に向かうにつれて、徐々に小さくなっていく。そのため、角部１５ａによる焼結体内周面１１ａへの高い摩擦効果を得ると共に、サイジングピン１２の押込み時の抵抗を緩和して、容易かつ高精度に寸法サイジングを行うことができる。また、角部１５ａを丸めることで、焼結体１１あるいはサイジングピン１２双方の損傷を低減することができる。特に継続使用されるサイジングピン１２の寿命を延ばすことが可能となる。

なお、内周面１１ａの表面開孔率は、サイジングピンによる圧入代ｄ１−ｄ２や、大径側角部１５ａのＲ面部の大きさ（Ｒ径）などによって適宜調整が可能である。

上述のようにしてサイジングピン１２を焼結体１１の内周に圧入していき、図４に示すように、焼結体１１の内周面１１ａの全面を大径側角部１５ａおよび大径面１３ａでサイジングする。また、サイジングピン１２と共に上パンチ１７を下降させ、上パンチ１７を焼結体１１の上端面に押し当てる。これにより、焼結体１１が上下パンチ１７、１８によって軸方向両側から拘束され、焼結体１１が所定の軸方向寸法にサイジングされる。なお、サイジングピン１２による内周面１１ａのサイジングに先立って、焼結体１１を上下パンチ１７、１８で拘束しておいてもよい。

上記工程が完了した後、図示は省略するが、ダイ１６および上下パンチ１７、１８による拘束状態を維持した状態でダイ１６を下降させ、焼結体１１の内径方向への圧迫力を解除する。次に、サイジングピン１２を上昇させ、焼結体１１の外径方向への圧迫力を解除する。最後に、上パンチ１７を上昇させ、当該加工装置からサイジングピン１２に固定された焼結体１１を取り出す。この後、必要に応じて、洗浄等の後工程を施し、最後に潤滑油を含浸させることで、完成品としての含油焼結軸受１が得られる。

また、上記実施形態では、ダイ１６の内径を焼結体１１の外径寸法より若干大きくした状態で内周面１１ａのサイジングを行う場合を説明したが、これに限らず、例えば内周面１１ａのサイジングに先立って、外周面１１ｂをダイ１６の内周面１６ａで圧入して、焼結体１１の外径を所定寸法にサイジングすることも可能である。

以上説明した含油焼結軸受は、例えば情報機器用のモータに組み込んで使用可能である。以下、含油焼結軸受を上記モータ用の軸受に適用した構成例を、図５および図６に基づいて説明する。

図５は、流体軸受装置１０１を組み込んだモータ１００の断面図を示している。このモータ１００は、例えばＨＤＤ等のディスク駆動装置用のスピンドルモータとして使用されるものであって、軸１０２を回転自在に非接触支持する流体軸受装置１０１と、軸１０２に装着されたロータ（ディスクハブ）１０３と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル１０４およびロータマグネット１０５とを備えている。ステータコイル１０４は、ブラケット１０６の外周に取付けられ、ロータマグネット１０５はディスクハブ１０３の内周に取付けられている。ディスクハブ１０３には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚保持されている。ステータコイル１０４に通電すると、ステータコイル１０４とロータマグネット１０５との間の電磁力でロータマグネット１０５が回転し、それによって、ディスクハブ１０３及びディスクハブ１０３に保持されたディスクＤが軸１０２と一体に回転する。

この実施形態において、含油焼結軸受１０７は、軸１０２、ハウジング１０８、シール部材１０９と共に流体軸受装置１０１を構成し、その内周に軸１０２を挿入すると共に、ハウジング１０８の内周に固定されている。含油焼結軸受１０７の下端面１０７ｂと、対向するハウジング１０８の底部１０８ｂの上端面１０８ｂ１との間には、軸１０２の下端に設けられたフランジ部１０２ｂが収容される。

含油焼結軸受１０７の内周面１０７ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部として複数の動圧溝を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図６に示すように、複数の動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２をヘリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して２箇所形成される。

含油焼結軸受１０７の下端面１０７ｂの全面又は一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、図示は省略するが、例えば複数の動圧溝をスパイラル状に配列した領域が形成される。

上記構成の流体軸受装置１０１において、軸１０２の回転時、含油焼結軸受１０７の内周面１０７ａに形成された動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２形成領域は、対向する軸１０２の外周面１０２ａとの間にラジアル軸受隙間を形成する。そして、軸１０２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２の軸方向中心側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このように、動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２によって生じる潤滑油の動圧作用によって、軸１０２をラジアル方向に非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２とがそれぞれ構成される。

これと同時に、含油焼結軸受１０７の下端面１０７ｂ（動圧溝形成領域）とこれに対向するフランジ部１０２ｂの上端面との間のスラスト軸受隙間、およびハウジング１０８の底部１０８ｂの上端面１０８ｂ１（動圧溝形成領域）とこれに対向するフランジ部１０２ｂの下端面との間のスラスト軸受隙間に形成される潤滑油膜の圧力が、動圧溝の動圧作用により高められる。そして、これら油膜の圧力によって、フランジ部１０２ｂ（軸１０２）をスラスト方向に非接触支持する第一スラスト軸受部Ｔ１と第二スラスト軸受部Ｔ２とがそれぞれ構成される。

上記構成の含油焼結軸受１０７は、上記第１実施形態と同様に、圧粉成形工程、焼結工程、寸法サイジング工程の後、動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２の成形工程を経て形成される。この場合、図示は省略するが、動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２形成領域に対応した凹凸状の成形型（成形面）をコアロッドの外周面に形成し、このコアロッドで含油焼結軸受１０７の断面真円状の内周面１０７ａを圧迫し、かかる内周面１０７ａをコアロッドの成形型に加圧して塑性変形させることで、図６に示す動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２形成領域を成形することができる。

この場合、含油焼結軸受１０７は、第１実施形態と同様の寸法サイジングを施して形成されるから、ラジアル軸受面となる内周面１０７ａ（例えば動圧溝１０７ａ１、１０７ａ２の底面）の表面開孔率が低く抑えられる。これにより、上記ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２で生じる油膜圧力を、軸受面の表面開孔から逃がすことなく、高い油膜剛性（軸受剛性）を得ることができる。

本発明の含油焼結軸受１、１０７は、以上の例示に限らず、各種情報機器や事務機の回転軸支持用として広く適用可能であるが、特にその中でも、上記の通り、軸受面となる内周面の表面開孔率を低く抑えたものが要求される、動圧軸受装置用の含油焼結軸受として好適に使用可能である。具体的には、上記ＨＤＤ等の磁気ディスク駆動用のスピンドルモータをはじめ、高回転精度が要求される情報機器用の小型モータ、例えば光ディスクの光磁気ディスク駆動用のスピンドルモータ、あるいはレーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等における回転軸支持用として好適に使用することができる。

本発明の一実施形態に係る含油焼結軸受の縦断面図である。 焼結体の寸法サイジング工程の一例を概念的に示す断面図である。 焼結体の寸法サイジング工程の一例を概念的に示す拡大断面図である。 焼結体の寸法サイジング工程の一例を概念的に示す断面図である。 含油焼結軸受を組込んだ動圧軸受装置の一構成例を示す断面図である。 含油焼結軸受の含軸断面図である。

符号の説明

１ 含油焼結軸受
２ 軸
１１ 焼結体
１１ａ 内周面
１１ｂ 外周面
１２ サイジングピン
１３ 大径部
１３ａ 大径面
１４ 小径部
１４ａ 小径面
１５ 段差部
１５ａ 大径側角部
１６ ダイ
１７ 上パンチ
１８ 下パンチ
１００ モータ
１０１ 流体軸受装置
１０２ 軸
１０３ ディスクハブ
１０４ ステータコイル
１０５ ロータマグネット
１０６ ブラケット
１０７ 含油焼結軸受
１０７ａ 内周面
１０７ａ１、１０７ａ２ 動圧溝
１０８ ハウジング
１０９ シール部材
Ｄ ディスク
ｄ１ 外径寸法（サイジングピン）
ｄ２ 内径寸法（焼結体）
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (3)

1. 金属粉末の圧縮成形体を焼結して得られる焼結体の内周面にサイジングピンを圧入して、該内周面を所定寸法にサイジングすることで形成される含油焼結軸受の製造方法において、
   前記サイジングピンの外周面に、前記内周面をサイジングするサイジング面と、該サイジング面より小径の小径面と、前記サイジング面と前記小径面とをつなげる段差部とを設け、
   前記サイジングピンを、前記小径面の側から前記焼結体の内周に圧入することを特徴とすることを特徴とする含油焼結軸受の製造方法。
2. 金属粉末の圧縮成形体を焼結して得られる焼結体の内周面に圧入することで、該内周面を所定寸法にサイジングするためのサイジングピンであって、
   外周面に、前記内周面をサイジングするサイジング面と、該サイジング面より小径の小径面と、前記サイジング面と前記小径面とをつなげる段差部とが設けられ、かつ前記段差部の大径側角部が焼結体の内周面を圧入可能な外径寸法を有することを特徴とするサイジングピン。
3. 前記大径側角部がＲ断面形状をなす請求項２記載のサイジングピン。

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