JP2018091369A

JP2018091369A - 動圧軸受及びその製造方法

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Publication number: JP2018091369A
Application number: JP2016233426A
Authority: JP
Inventors: 慎治小松原; Shinji Komatsubara
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: JP6890405B2

Abstract

【課題】酸化処理が施された圧粉体（酸化圧粉体）からなる動圧軸受の寸法精度を高める。【解決手段】動圧軸受（軸受スリーブ８）は、内周面８ａに動圧溝Ｇ１，Ｇ２を有し、金属粉末の粒子（鉄粒子１１）の表面に形成された酸化物被膜１２を介して粒子同士が結合された酸化圧粉体８”からなる。酸化圧粉体８”に含まれる金属粉末の９９ｗｔ％以上が、単一種の金属粉末（鉄粉）で構成される。【選択図】図５

Description

本発明は、動圧軸受及びその製造方法に関する。

動圧軸受は、相対回転する軸との間の軸受隙間に生じる流体圧力で、軸を非接触支持するものである。動圧軸受の内周面には、軸受隙間に満たされた油（又はグリース、以下同様）等の潤滑流体に動圧を発生させるラジアル動圧発生部（例えば動圧溝）が形成される。

動圧軸受の内周面と軸の外周面との間には、数μｍ程度の軸受隙間が形成されるため、動圧軸受の内周面は高精度に成形する必要がある。また、動圧軸受の内周面には、軸受隙間の幅と同程度の深さの動圧溝が成形されるが、この動圧溝の寸法精度が崩れると、軸受隙間の流体圧が十分に高まらず、負荷容量や軸受剛性の低下を招く。このため、動圧軸受の内周面及び動圧溝は、高い寸法精度が要求される。

動圧溝は、例えば、軸受素材に金型を押し付けることにより型成形される。例えば特許文献１では、圧粉体を焼結して焼結体を形成した後、サイジングを施す際に、焼結体の内周面に動圧溝を型成形している。具体的には、動圧溝の形状に対応した成形型を有するコアロッドを焼結体の内周に挿入し、この状態で焼結体およびコアロッドをダイに圧入することにより焼結体の内周面をコアロッドの成形型に押し付けて動圧溝を成形する。その後、焼結体およびコアロッドを上昇させてダイから排出することにより、ダイによる圧迫力が解放されて焼結体がスプリングバックにより拡径し、コアロッドから焼結体の内周面が離型される。

上記のように動圧軸受を焼結金属で形成する場合、圧粉体に対し高温（鉄系材料の場合、８００〜１３００℃）での焼結処理が施されるが、これにより寸法精度が大きく崩れてしまう。このため、焼結前の圧粉体に動圧溝を成形することはできず、焼結後に、焼結体の寸法矯正及び動圧溝の形成を目的とした上記のサイジングを施すことが必要となるため、コスト高を招く。

例えば、上記特許文献２では、動圧溝を型成形した圧粉体を水蒸気雰囲気中で加熱することにより、圧粉体を構成する金属粉末の粒子の表面に酸化物被膜を形成し、この酸化物被膜により前記粒子同士を結合することで、強度向上を図っている。このように酸化処理が施された圧粉体は、焼結体と比べると強度は劣るが、粒子同士が酸化物被膜で結合されているため、ある程度の強度を有する。この水蒸気処理時の加熱温度は４００〜５５０℃程度であり、従来の焼結温度よりも格段に低いため、圧粉体、ひいては動圧溝の寸法変化が抑えられ、サイジングを施さなくても、要求される寸法精度を満足することができる。

特許第３６０７６６１号公報特開２０１６−１０２５５３号公報

上記特許文献２では、銅粉と鉄粉とを混合した原料粉末により圧粉体が形成されている。しかし、本発明者の検証によれば、複数種の金属粉末を含む圧粉体に酸化処理を施すと、金属の種類によって酸化物被膜の形成状態に差異が生じるため、金属粉末の粒子表面に形成される酸化物被膜の厚さや、酸化物被膜と粒子との密着性が不均一となり、その結果、圧粉体の寸法精度が悪化することが明らかになった。

そこで、本発明は、酸化処理が施された圧粉体（以下、「酸化圧粉体」と言う）からなる動圧軸受の寸法精度を高めることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、内周面にラジアル動圧発生部を有し、金属粉末の粒子の表面に形成された酸化物被膜を介して前記粒子同士が結合された酸化圧粉体からなる動圧軸受において、前記酸化圧粉体に含まれる金属粉末の９９ｗｔ％以上が、単一種の金属粉末で構成されたことを特徴とする。

また、前記課題を解決するために、本発明は、単一種の金属粉末が９５ｗｔ％以上を占める原料粉末を圧縮して圧粉体を成形すると同時に、該圧粉体の内周面にラジアル動圧発生部を成形する工程と、前記圧粉体を加熱して、前記圧粉体を構成する金属粉末の粒子の表面に酸化物被膜を形成し、この酸化物被膜を介して前記粒子同士を結合して酸化圧粉体を得る工程とを有する。

上記のように、本発明では、酸化圧粉体に含まれる金属粉末の９９ｗｔ％以上を単一種の金属粉末で構成し、あるいは、圧粉体の原料粉末の９５ｗｔ％以上を単一種の金属粉末で構成した。このように、圧粉体を、実質的に単一種の金属粉末で形成することにより、金属粉末の粒子表面に酸化物被膜を均一に形成することができるため、複数種の金属粉末を含む場合と比べて、加熱処理による圧粉体の寸法変化が抑えられ、動圧軸受（酸化圧粉体）の寸法精度、特に内周面及びラジアル動圧発生部（例えば動圧溝）の寸法精度が高められる。

尚、本発明で言う「単一種の金属粉末」とは、鉄粉や銅粉等の単一金属からなる粉末の他、例えば、各粒子が複数種の金属成分を有するプレアロイ粉からなる単一種の合金粉を含む。

動圧軸受の耐久性（耐摩耗性）や強度、酸化物被膜の形成のしやすさ等を考慮すると、上記の圧粉体を構成する単一種の金属粉末としては、鉄粉を用いることが好ましい。

一般的に、金属粉末の種類としては、還元粉、電解粉、アトマイズ粉などがある。電解粉は、粒子が樹枝形状であるため、粒子同士の絡み合いが多く、動圧軸受として必要な強度を得やすいが、樹枝形状の粒子表面に酸化物被膜を均一に形成することは困難である。アトマイズ粉は、粒子が略球状を成しているため、粒子表面に酸化物被膜が均一に形成されやすいが、粒子同士の絡み合いが少なく、動圧軸受として必要な強度を得ることが難しい。還元粉は、粒子内部に空隙を有しているため、圧縮成形により粒子同士が絡み合いやすく、強度を高めやすい。また、還元粉の粒子の形状は、比較的球形に近いため、粒子表面に酸化物被膜が均一に形成されやすい。以上より、上記の圧粉体を構成する単一種の金属粉末としては、還元粉を用いることが好ましい。

上記の動圧軸受と、動圧軸受の内周に挿入された軸部材と、動圧軸受の内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で軸部材を相対回転自在に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置は、動圧軸受の寸法精度が高いことにより、高い負荷容量及び軸受剛性を有する。

上記の流体動圧軸受装置と、前記ハウジングおよび前記軸部材のうち、回転側に設けられたロータマグネットと、前記ハウジングおよび前記軸部材のうち、固定側に設けられたステータコイルとを備えたモータは、高回転精度を有する。

前記圧粉体を空気雰囲気中で加熱することにより、水蒸気雰囲気中で加熱する場合と比べて、圧粉体の表面に酸化物被膜がマイルドに形成されるため、酸化圧粉体の表面の粗さやうねりが抑えられる。例えば、実質的に鉄粉のみからなる圧粉体を空気雰囲気中で加熱した場合、前記酸化物被膜は、例えばＦｅ_３Ｏ_４又はＦｅ_２Ｏ_３、あるいはこれらの混合体で形成される。

以上のように、本発明によれば、酸化圧粉体からなる動圧軸受の寸法精度を高めることができる。

スピンドルモータの断面図である。流体動圧軸受装置の断面図である。本発明の一実施形態に係る動圧軸受（軸受スリーブ）の断面図である。上記動圧軸受の下面図である。上記動圧軸受の軸受面付近における断面図である。圧粉工程を行うフォーミング金型の断面図である（成形前）。圧粉工程を行うフォーミング金型の断面図である（成形完了時）。圧粉工程を行うフォーミング金型の断面図である（離型時）。左図は加熱処理前の圧粉体の断面組織図、中央図は脱脂後の圧粉体の断面組織図、右図は酸化処理後の圧粉体（酸化圧粉体）の断面組織図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すスピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるものであり、軸部材２を回転自在に非接触支持する流体動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３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４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル４はケーシング６に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３に取付けられる。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、ケーシング６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが所定枚数保持される。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間の電磁力でロータマグネット５が回転し、それによって、ディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。

図２に示すように、流体動圧軸受装置１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受としての軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８の内周に挿入された軸部材２と、軸受スリーブ８を内周に保持する有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の軸方向一端の開口部に設けられたシール部９とを有する。図示例では、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとが別体に形成され、ハウジング７の側部７ａとシール部９とが一体に形成されている。尚、以下の説明では、便宜上、軸方向でハウジング７の閉塞側を下側、ハウジング７の開口側を上側と言うが、これは流体動圧軸受装置１の使用態様を限定する趣旨ではない。

軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備える。軸部材２は、例えば金属で形成され、本実施形態では、軸部２ａおよびフランジ部２ｂを含む軸部材２全体がステンレス鋼で一体に形成される。

軸受スリーブ８は円筒状をなし、内周面８ａに、軸部材２の外周面２ａ１と対向するラジアル軸受面が設けられる。図示例では、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａが形成される。各ラジアル軸受面Ａには、ラジアル動圧発生部としての動圧溝が形成され、本実施形態では、図３に示すように、各ラジアル軸受面Ａにへリングボーン形状に配列された動圧溝Ｇ１，Ｇ２が設けられる。図中クロスハッチングで示す領域は、内径側に盛り上がった丘部を示している（図４においても同様）。上側の動圧溝Ｇ１は軸方向で非対称な形状を成し、下側の動圧溝Ｇ２は軸方向で対称な形状を成している。軸方向非対称形状の上側の動圧溝Ｇ１により、ラジアル軸受隙間の油が軸方向に押し込まれ、ハウジング７の内部で油が強制的に循環される。尚、上下の動圧溝Ｇ１，Ｇ２の双方を軸方向対称形状としてもよい。また、上下の動圧溝Ｇ１，Ｇ２を軸方向で連続させたり、上下の動圧溝Ｇ１，Ｇ２の一方あるいは双方を省略したりしてもよい。また、ラジアル軸受面に、スパイラル形状の動圧溝や軸方向に延びる動圧溝を形成してもよい。

軸受スリーブ８の下側端面８ｂには、軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と対向するスラスト軸受面Ｂが設けられる。スラスト軸受面Ｂには、スラスト動圧発生部として、図４に示すようなポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝Ｇ３が形成される。尚、動圧溝の形状として、ヘリングボーン形状や放射溝形状等を採用しても良い。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｂ（スラスト軸受面Ｂ）を平坦面として、軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に動圧溝を形成してもよい。

軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、環状溝８ｃ１と、環状溝８ｃ１の内径側に設けられた複数の半径方向溝８ｃ２とが形成される（図３参照）。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、複数の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に設けられる。これらの軸方向溝８ｄ１、環状溝８ｃ１、及び半径方向溝８ｃ２等を介して、軸部材２のフランジ部２ｂの外径側の空間がシール空間Ｓと連通することで、この空間における負圧の発生が防止される。尚、軸受スリーブ８の上側端面８ｃを平坦面とし、この面と当接するシール部９の下面に半径方向溝を設けてもよい。

軸受スリーブ８は、酸化処理が施された圧粉体、すなわち、金属粉末の粒子同士が酸化物被膜を介して結合された圧粉体（酸化圧粉体）の内部気孔に油を含浸させた多孔質含油軸受である。本実施形態の軸受スリーブ８は、実質的に単一種の金属粉末からなる酸化圧粉体で構成され、具体的には、酸化圧粉体を構成する金属粉末の９９ｗｔ％以上が、単一種の金属粉末（粒子表面の酸化物被膜を含む）で構成される。本実施形態では、軸受スリーブ８が、金属粉末として鉄粉（特に還元鉄粉）のみからなる酸化圧粉体で構成される。具体的に、軸受スリーブ８は、図５に示すように、鉄粒子１１と、鉄粒子１１の表面に形成された酸化物被膜１２とからなる酸化圧粉体で構成される。鉄粒子１１は、酸化物被膜１２により互いに結合されている。詳しくは、各鉄粒子１１の表面に形成された酸化物被膜１２が、鉄粒子１１間に行き渡ってネットワークを形成することにより、軸受スリーブ８の強度が確保されている。

軸受スリーブ８は、酸化物被膜１２により鉄粒子１１間の隙間（内部気孔）が減じられることで、含油率が４ｖｏｌ％以下、好ましくは２ｖｏｌ％以下とされる。軸受スリーブ８の表面、特にラジアル軸受面Ａおよびスラスト軸受面Ｂには、内部気孔１３ｂと連通していない多数の微小凹部１３ａや、内部気孔１３ｂと連通した開口部１３ｃが形成される。尚、軸受スリーブ８の含油率は、ＪＩＳＺ２５０１：２０００に記載された開放気孔率の測定方法により測定される。

軸受スリーブ８の表面は、動圧溝Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の溝底面や、丘部の頂面および側面を含め、全域が型成形された面となっている。軸受スリーブ８には、サイジングが施されておらず、表面に摺動痕は形成されていない。

ハウジング７は、円筒状の側部７ａと、側部７ａの下端の開口部を閉塞する底部７ｂとを備える（図２参照）。本実施形態では、側部７ａと底部７ｂとが別体に形成されている。側部７ａは、樹脂あるいは金属で円筒状に形成される。側部７ａの内周面７ａ１には、軸受スリーブ８の外周面８ｄが、接着や圧入等の適宜の手段で固定される。底部７ｂは、例えば、樹脂あるいは金属で円盤状に形成され、側部７ａの下端部に、圧入、接着等の適宜の手段で固定される。底部７ｂの上側端面７ｂ１にはスラスト軸受面Ｃが形成される。スラスト軸受面Ｃには、スラスト動圧発生部として、例えばポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝が形成される（図示省略）。尚、動圧溝の形状として、ヘリングボーン形状や放射溝形状等を採用しても良い。また、底部７ｂの上側端面７ｂ１（スラスト軸受面Ｃ）を平坦面として、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に動圧溝を形成してもよい。また、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとを一体に形成してもよい。

シール部９は、ハウジング７の側部７ａの上端から内径側に突出している。本実施形態では、シール部９がハウジング７の側部７ａと一体に形成される。シール部９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ状を成す。シール部９の内周面９ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間には、下方に向けて半径方向幅を徐々に狭めた断面楔状のシール空間Ｓが形成される。この他、シール部９の内周面を円筒面とする一方で、軸部２ａの外周面に上方に向けて漸次縮径するテーパ面を設けたり、シール部９の内周面及び軸部２ａの外周面の双方にテーパ面を設けたりしてもよい。また、シール部９を、ハウジング７の側部７ａと別体に形成し、側部７ａの上端開口部に固定してもよい。

上記の構成の流体動圧軸受装置１の内部に、油が注入される。本実施形態では、ハウジング７の内周の空間が、軸受スリーブ８の内部気孔を含めて油で満たされ、シール空間Ｓ内に油面が保持される。

軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面Ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成され、ラジアル軸受面Ａに設けられた動圧溝Ｇ１，Ｇ２によりラジアル軸受隙間の油膜の圧力が高められることで、軸部材２をラジアル方向に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１及び第２ラジアル軸受部Ｒ２が構成される。これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｂ（スラスト軸受面Ｂ）とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び、ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１（スラスト軸受面Ｃ）とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間にそれぞれスラスト軸受隙間が形成され、各スラスト軸受面Ｂ、Ｃに設けられた動圧溝により各スラスト軸受隙間の油膜の圧力が高められることで、軸部材２を両スラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１及び第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される。

本実施形態では、軸受スリーブ８の軸受面Ａ、Ｂに、多数の微小凹部１３ａが設けられている（図５参照）。この微小凹部１３ａは、酸化物被膜１２により内部気孔１３ｂとの連通が遮断されており、油を保持する油溜まりとなる。軸部材２の回転時には、微小凹部１３ａに保持された油が軸受隙間に供給されることで、軸受隙間における油膜切れを防止して、軸受スリーブ８と軸部材２との摺動性を確保することができる。

ここで、上記の軸受スリーブ８の製造方法を説明する。軸受スリーブ８は、圧粉工程、脱脂工程、酸化工程、及び含油工程を経て製造される。以下、各工程を詳しく説明する。

（１）圧粉工程
圧粉工程は、原料粉末を金型に供給し、圧縮成形することで、円筒状の圧粉体を得る工程である。原料粉末は、粒子表面に酸化物被膜の形成が可能な金属粉末（イオン化傾向の大きな金属）を含む。原料粉末に含まれる金属粉末は、実質的に単一種の金属粉末からなる。具体的には、原料粉末に含まれる金属粉末の９９ｗｔ％以上（あるいは、金属以外の成分を含む原料粉末全体の９５ｗｔ％以上）が、単一種の金属粉末からなる。金属粉末としては、例えば鉄粉や銅粉等のように単一金属からなる粉末や、合金粉（例えば、予合金化したプレアロイ粉）を使用することができる。

原料粉末に含まれる金属粉末としては、還元粉、アトマイズ粉、電解粉等を使用できるが、還元粉を用いることが好ましい。本実施形態では、原料粉末に含まれる金属粉末が、還元粉（特に、還元鉄粉）のみで構成される。

原料粉末には、後の圧粉工程における原料粉末と金型との潤滑、あるいは原料粉末同士の潤滑を担保するべく、成形用潤滑剤が添加される。成形用潤滑剤としては、金属セッケンやアミドワックスなどが使用できる。成形用潤滑剤は、粉末として原料粉末に混合する他、上記に挙げた成形用潤滑剤を溶剤に分散させた溶液を、金属粉末に噴霧又は浸漬させ、溶剤成分を揮発・除去することで、成形用潤滑剤を金属粉末の表面に被覆させてもよい。

本実施形態では、原料粉末が、鉄粉（還元鉄粉）および成形用潤滑剤のみからなる。原料粉末中の成形用潤滑剤は、例えば０．１〜１ｗｔ％、好ましくは０．３〜０．６ｗｔ％とされる。

圧粉工程は、図６に示すフォーミング金型を用いて行われる。フォーミング金型は、ダイ２１、コアロッド２２、上パンチ２３および下パンチ２４を備える。コアロッド２２の外周面には、動圧溝Ｇ１、Ｇ２に対応した形状の成形型２２ａ、２２ｂが設けられる。下パンチ２４の上面には、動圧溝Ｇ３に対応した形状の成形型２４ａが設けられる。この他、図示は省略するが、ダイ２１の内周面には、軸方向溝８ｄ１に対応した形状の成形型が設けられ、上パンチ２３の下面には、環状溝８ｃ１および半径方向溝８ｃ２に対応した形状の成形型が設けられる。

まず、図６に示すように、ダイ２１、コアロッド２２、および下パンチ２４で区画されたキャビティに、原料粉末Ｍを充填する。次に、図７に示すように、上パンチ２３を降下させて原料粉末Ｍを圧縮し、圧粉体８’を成形する。これと同時に、コアロッド２２の成形型２２ａ、２２ｂにより、圧粉体８’の内周面に動圧溝Ｇ１、Ｇ２が成形されると共に、下パンチ２４の成形型２４ａにより、圧粉体８’の下側端面に動圧溝Ｇ３が成形される。尚、圧粉体８’の下側端面の動圧溝Ｇ３は、別工程で形成してもよい。

その後、図８に示すように、圧粉体８’をダイ２１の内周から排出することにより、圧粉体８’に加わっていた内径向きの力が解放され、圧粉体８’にスプリングバックが生じる。これにより、圧粉体８’の内周面が拡径し、圧粉体８’がコアロッド２２の成形型２２ａ、２２ｂから離型される。

通常、焼結部品においては密度が高い方が強度は向上する。しかし、本実施形態のように、圧粉体に酸化処理を施すことで高強度化を図る場合は、圧粉密度が高すぎると、圧粉体内部まで空気等の酸化性ガスが侵入できず、酸化物被膜の形成が圧粉体のごく表層に限られるため、強度が向上しにくくなる。この点に鑑み、圧粉密度は、７．２ｇ／ｃｍ^３以下（真密度比９１％以下）、好ましくは７．０ｇ／ｃｍ^３以下（真密度比８９％以下）とするのがよい。

一方、圧粉密度が低すぎると、取扱い時に欠けや割れが発生してしまう（ラトラ値が大きい）、粒子間距離が長過ぎて酸化物被膜が粒子間にわたって形成されない、といった懸念がある。この点に鑑み、圧粉密度は、５．８ｇ／ｃｍ³以上（真密度比７４％以上）、好ましくは６．０ｇ／ｃｍ³以上（真密度比７６％以上）とするのがよい。特に、軸受スリーブ８の含油率を４ｖｏｌ％以下とするためには、圧粉密度を高めに設定することが好ましく、具体的には、圧粉密度を６．３ｇ／ｃｍ³以上（真密度比８０％以上）、好ましくは６．７ｇ／ｃｍ³以上（真密度比８５％以上）とするのがよい。尚、圧粉密度の測定は、寸法測定法による。また、圧粉体の密度は、後の脱脂工程および酸化工程を経てもほとんど変わらない。

（２）脱脂工程
脱脂工程は、圧粉体を加熱して、圧粉体に含まれる成形用潤滑剤を除去（脱ろう）する工程である。脱脂工程は、成形用潤滑剤の分解温度より高く、後述の酸化工程よりも低い温度で行われ、例えば３００〜５００℃で３０〜１２０分間加熱される。脱脂前の圧粉体８’は、図９の左図に示すように、鉄粒子１１の間の隙間に成形用潤滑剤１４が配されているが、脱脂工程を施すことにより、図９の中央図に示すように、成形用潤滑剤１４が消失し、鉄粒子１１のみからなる圧粉体８’が得られる。

従来の焼結軸受の製造工程では、焼結工程において圧粉体が高温で保持されるため、圧粉体に含まれる潤滑剤成分は分解し、焼結後の製品中には含まれない。しかし、本発明を適用した場合、圧粉体の密度や酸化処理温度、保持時間によっては潤滑剤成分が残存し得る。そのため、酸化処理に先立ち、あらかじめ潤滑剤成分を分解・除去するための脱脂工程を設け、脱脂工程後に連続して同じ雰囲気で酸化処理をする、といった手法を取ることが望ましい。ただし、脱脂工程を設けずに、成形用潤滑剤を含有したまま酸化処理をしても、高強度化が図られることは確認済みである。また、脱脂工程を、別途の加熱装置を用いて、酸化工程とは異なる雰囲気（例えば、不活性ガスや還元性ガス、真空中など）で実施してもよい。

（３）酸化工程
酸化工程では、圧粉体を酸化性雰囲気中で加熱する。これにより、図９の右図に示すように金属粉末（鉄粉）の各粒子１１の表面に酸化物被膜１２を生成させ、この酸化物被膜１２を介して粒子１１同士を結合することで強度が高められ、酸化圧粉体８”が得られる。具体的には、酸化工程により、金属粉末の各粒子の表面に生成される酸化物被膜が、鉄粒子１１間に行き渡ってネットワークを形成することで、従来のような高温での焼結による結合力を代替し、酸化圧粉体８”が高強度化される。また、本実施形態では、主成分となる鉄粉の全粒子が酸化物被膜を介して接合されているわけではなく、一部の粒子同士が酸化物被膜を介することなく直接接触して融着している。

酸化物被膜１２の生成により、酸化圧粉体８”の内部気孔が減じられる（図５参照）。具体的には、酸化圧粉体８”の内部気孔の一部が酸化物被膜１２で埋められたり、表面に開口した連通気孔が酸化物被膜１２で塞がれて独立気孔となったりする。これにより、油が浸入可能な気孔が減じられ、含油率が低減される。本実施形態では、酸化物被膜１２を生成することで、酸化圧粉体８”の含油率が４ｖｏｌ％以下となる。

上記の酸化処理の処理条件（加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気）は、酸化圧粉体８”に、動圧軸受として要求される強度が付与され、且つ、酸化物被膜１２により、酸化圧粉体８”の含油率が４ｖｏｌ％以下となるように設定される。具体的に、本実施形態の酸化工程における加熱温度は、３５０℃以上、好ましくは４００℃以上に設定される。また、加熱温度が高すぎると、圧粉体の寸法変化が大きくなるため、加熱温度は６００℃以下、好ましくは５５０℃以下に設定される。加熱時間は、５分〜２時間の範囲で、適宜設定され、例えば１０〜２０分とされる。酸化圧粉体８”は、軸受スリーブ８に必要とされる強度、具体的には圧環強さ１２０ＭＰａ以上、好ましくは１５０ＭＰａ以上を有する。

加熱雰囲気は、積極的な酸化を促すために酸化性雰囲気とされる。ただし、水蒸気雰囲気は、酸化物被膜の生成速度が速すぎるため、水蒸気雰囲気よりも酸化物被膜の生成速度が遅い酸化性雰囲気とすることが好ましい。具体的には、空気又は酸素、あるいはこれらに窒素やアルゴンなどの不活性ガスを混合した酸化性ガスの何れかの雰囲気中で加熱することが好ましく、空気雰囲気中で加熱することが最も好ましい。空気雰囲気で酸化処理を行うことで、酸化圧粉体の表面に形成される酸化物被膜が抑えられるため、酸化圧粉体の表面粗さの低下を抑えることができる。また、軸受スリーブ８として使用に耐える強度（例えば圧環強さ１２０ＭＰａ以上）を得るためには、加熱雰囲気中の酸素分率を２ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。

鉄粉の表面に形成される鉄酸化物被膜は、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＦｅＯ等からなる。これらの酸化物被膜の比率は、材料および処理条件によって異なる。例えば、圧粉体を水蒸気雰囲気中で加熱した場合、酸化物被膜はほぼＦｅ_３Ｏ_４のみからなる単一相となる。一方、圧粉体を空気雰囲気中で加熱した場合、酸化物被膜は、Ｆｅ_３Ｏ_４又はＦｅ_２Ｏ_３あるいはこれらの混相となる。従って、酸化圧粉体に形成された酸化物被膜の組成を分析し、酸化物被膜にＦｅ_２Ｏ_３が含まれていれば、圧粉体の酸化処理が空気雰囲気中で行われたと推定することができる。

上記の酸化工程は、従来の高温での焼結工程と比べて処理温度が低いため、酸化処理による圧粉体の寸法変化が抑えられる。また、上記のように、圧粉体を構成する金属粉末を、実質的に単一種の金属粉末（鉄粉）で構成することにより、金属粉末の粒子表面に酸化物被膜を均一に形成することができるため、酸化処理による圧粉体の寸法変化がさらに抑えられる。また、本実施形態では、圧粉体の酸化処理を空気雰囲気で行うことで、圧粉体の表面に酸化物被膜がマイルドに形成されるため、酸化処理により圧粉体の表面性状が粗くなることを防止できる。

以上のように、酸化処理による圧粉体の寸法精度や表面精度の悪化が抑えられることで、金型で高精度に成形された圧粉体の寸法精度が維持される。特に、本実施形態のように、圧粉工程において圧粉体の成形と同時に動圧溝を成形した場合、その後の酸化工程による圧粉体の寸法変化が抑えられることで、圧粉体の内周面及び動圧溝の寸法精度（溝深さ等）が維持される。これにより、酸化工程後のサイジング工程を省略することができるため、軸受の製造工程が短縮され、コストが低減できると共に、軸受及びフォーミング金型の設計が容易になる。

上記の酸化工程は、圧粉体の形状や寸法によらず適用可能である。また、酸化圧粉体の表面は酸化物被膜で覆われるため、防錆効果が高く、場合によっては防錆処理が不要となる。

（４）含油工程
含油工程では、酸化圧粉体の内部気孔に、油が含浸される。具体的には、減圧環境下で酸化圧粉体を油中に浸漬した後、大気圧に戻すことにより、酸化圧粉体の表面の開口部から内部気孔に油が入り込む。以上により、多孔質含油軸受としての軸受スリーブ８が完成する。尚、含油工程を省略し、内部に油が含浸されていない酸化圧粉体を用いて、流体動圧軸受装置１を組み立ててもよい。この場合、流体動圧軸受装置１の内部に真空含浸等により油を充填する際に、ドライ状態の酸化圧粉体の内部気孔に油が含浸されることで、多孔質含油軸受としての軸受スリーブ８が得られる。

本発明の実施形態は上記に限られない。例えば、上記の実施形態では、軸受スリーブ８の下側端面８ｂにスラスト動圧発生部（動圧溝Ｇ３）が形成された場合を示したが、これに限らず、例えば、軸受スリーブ８の両端面にスラスト動圧発生部を形成してもよい。あるいは、軸受スリーブ８の何れの端面にもスラスト動圧発生部を設けない構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８（動圧軸受）が多孔質含油軸受であり、内部が油で満たされたフルフィルタイプの流体動圧軸受装置１に組み込まれた場合を示したが、これに限られない。例えば、軸受スリーブ８を、内部に空気と油が混在するパーシャルフィルタイプの流体動圧軸受装置に組み込んでもよい。この場合、軸受スリーブ８は、内部気孔に含浸される油量が上記実施形態よりも低い状態、あるいは内部気孔に積極的に油を含浸させない状態で使用することができる。

また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８を固定し、軸部材２を回転させる、軸回転タイプの流体動圧軸受装置１を示したが、これとは逆に、軸部材２を固定し、軸受スリーブ８を回転させる、軸固定タイプの流体動圧軸受装置に本発明を適用してもよい。また、本発明に係る流体動圧軸受装置は、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用のスピンドルモータのみならず、冷却ファン用のファンモータやレーザビームプリンタ用のポリゴンスキャナモータなどに組み込んで使用することもできる。

本発明の効果を確認するために、以下の試験を行った。

原料粉末が異なる３種類の圧粉体を成形し、各圧粉体を空気雰囲気下で加熱することにより、金属粉末の粒子同士が酸化物被膜で結合された３種の酸化圧粉体（試験片）を作製した。これらの試験片のうち、還元鉄粉のみからなる試験片を実施例１、アトマイズ鉄粉のみからなる試験片を実施例２、銅粉及び４０％還元鉄粉からなる試験片を比較例とした。各試験片の圧環強さ及び寸法変化率の評価基準を下記の表１及び表２に示し、試験結果を下記の表３に示す。尚、圧環強さは、ＪＩＳＺ２５０７：２０００に記載の方法で測定した。また、寸法変化率は、酸化処理前後の寸法変化の割合であり、以下の式に基づいて算出した。
寸法変化率（％）＝｛（酸化処理後寸法−酸化処理前寸法）／酸化処理前寸法｝×１００

表３に示す試験結果から、単一種の金属粉末からなる実施例１及び２は、複数種の金属粉末からなる比較例よりも、寸法変化率が小さいことが確認された。また、実施例の中でも、還元鉄粉のみからなる実施例１は、アトマイズ鉄粉のみからなる実施例２よりも、圧環強さが高いことが確認された。

１流体動圧軸受装置
２軸部材
７ハウジング
８軸受スリーブ
８’ 圧粉体
８” 酸化圧粉体
９シール部
１１鉄粒子
１２酸化物被膜
１４成形用潤滑剤
Ａラジアル軸受面
Ｂ，Ｃスラスト軸受面
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３動圧溝
Ｒ１，Ｒ２ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２スラスト軸受部
Ｓシール空間

Claims

内周面にラジアル動圧発生部が形成され、金属粉末の粒子の表面に形成された酸化物被膜を介して前記粒子同士が結合された酸化圧粉体からなる動圧軸受において、
前記酸化圧粉体に含まれる金属粉末の９９ｗｔ％以上が、単一種の金属粉末で構成されたことを特徴とする動圧軸受。
前記単一種の金属粉末が鉄粉である請求項１に記載の動圧軸受。
前記単一種の金属粉末が還元粉である請求項１又は２に記載の動圧軸受。
前記酸化物被膜が、Ｆｅ_３Ｏ_４又はＦｅ_２Ｏ_３、あるいはこれらの混合体である請求項２に記載の動圧軸受。
少なくとも一方の端面にスラスト動圧発生部が形成された請求項１〜４の何れか１項に記載の動圧軸受。
請求項１〜５の何れか１項に記載の動圧軸受と、前記動圧軸受の内周に挿入された軸部材と、前記動圧軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で前記軸部材を相対回転自在に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
請求項６に記載の流体動圧軸受装置と、前記動圧軸受および前記軸部材のうち、回転側に設けられたロータマグネットと、前記動圧軸受および前記軸部材のうち、固定側に設けられたステータコイルとを備えたモータ。
単一種の金属粉末が９５ｗｔ％以上を占める原料粉末を圧縮して圧粉体を成形すると同時に、該圧粉体の内周面にラジアル動圧発生部を成形する工程と、前記圧粉体を加熱して、前記圧粉体を構成する金属粉末の粒子の表面に酸化物被膜を形成し、この酸化物被膜を介して前記粒子同士を結合して酸化圧粉体を得る工程とを有する動圧軸受の製造方法。
前記圧粉体を空気雰囲気中で加熱することにより、前記酸化物被膜を形成する請求項８に記載の動圧軸受の製造方法。