JP2019157918A - 焼結金属製動圧軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受を傷つけることなく現行レベルよりも大きな溝深さのラジアル動圧溝を形成することで、軸受剛性の確保と軸受トルクの低減化を共に達成可能とする。【解決手段】本発明に係る動圧軸受８は、焼結金属で形成され、内周にラジアル軸受面を備える。ラジアル軸受面には、被支持部２ａとの間のラジアル軸受隙間に潤滑流体の動圧作用を生じるラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２が型成形により形成される。上記構成の動圧軸受８のヤング率は７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上であって、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２は４μｍより大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、焼結金属製動圧軸受に関する。

焼結金属軸受は、例えばその内部気孔に潤滑油を含浸させて使用されるものであって、内周に挿入された軸部の相対回転に伴い内部気孔に含浸された潤滑油が軸部との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜を介して軸部を回転支持するものである。このような焼結金属軸受は、その優れた回転精度および静粛性から、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、ＨＤＤや、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク用のディスク駆動装置におけるスピンドルモータ軸受用途として、あるいは、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、ファンモータ等の軸受用途として好適に利用されている。

この種の焼結金属軸受においては、更なる静音性向上並びに高寿命化を狙って、当該軸受の内周面及び／又は軸方向端面に動圧発生部としての動圧溝（ラジアル動圧溝及び／又はスラスト動圧溝）を所定の態様で配列したものが知られている。この場合、動圧溝を成形する方法として、いわゆる動圧溝サイジングが提案されている。このサイジングでは、例えば軸受素材となる焼結体をダイの内周に圧入すると共に、上下パンチで焼結体を軸方向に圧迫することで、予め焼結体の内周に挿入しておいたサイジングピン外周の成形型に焼結体を食い付かせる。これにより、焼結体の内周面に成形型の形状、すなわちラジアル動圧溝に対応した形状が転写され、ラジアル動圧溝が所定の形状に成形される。また、この手段で形成されるラジアル動圧溝の溝深さは、通常、２〜４μｍである（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）。

特許第３６０７４９２号公報 特許第３６０２３１８号公報

近年、上述した各種モータの消費電力の低減化のため、軸受のトルク低減が求められている。軸受のトルクは、例えば回転支持すべき軸部との間のラジアル軸受隙間を大きくすることで、低減化することができるが、単にラジアル軸受隙間を大きくしただけでは、軸受剛性（ここでいう軸受剛性とは、回転支持すべき軸部のラジアル方向への振れにくさをいう。）の低下を招く。一方で、軸受剛性については、軸受内周面に設けた動圧溝（ラジアル動圧溝）の溝深さを、ラジアル軸受隙間の大きさに近づけるほど軸受剛性が高まるものと考えられる。この考えに則れば、軸受のトルク低減のためには、ラジアル軸受隙間を広げるだけでなく、ラジアル軸受隙間に面するラジアル動圧溝の溝深さをこれまで以上に大きくする必要がある。

ここで、特許文献２には、焼結金属軸受の真密度比と、溝成形後のスプリングバック量（直径量）との関係を実験的に求めた結果が記載されている（特許文献２の図８を参照）。ラジアル動圧溝を傷つけることなく軸受を成形金型から取り出すためには、スプリングバック量の半径量がラジアル動圧溝の溝深さよりも大きい必要があるが、スプリングバック量は、軸受の真密度比と相関関係にある。軸受の真密度比は、軸受自体の強度や焼結後の成形性に影響するため、現実的にとり得る範囲はある程度決まっている。よって、現実的にとり得る範囲内で軸受のスプリングバック量を設定した場合には、成形可能なラジアル動圧溝の溝深さは最大で４μｍ程度（軸受のサイズによってはそれ以下）となり、これ以上溝深さを大きくすることは困難であった。

以上の実情に鑑み、本発明では、軸受を傷つけることなく現行レベルよりも大きな溝深さのラジアル動圧溝を形成することで、軸受剛性の確保と軸受トルクの低減化を共に達成可能とすることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係る焼結金属製動圧軸受によって達成される。すなわち、この軸受は、焼結金属で形成され、内周にラジアル軸受面を備えた焼結金属製動圧軸受であって、ラジアル軸受面に、被支持部との間のラジアル軸受隙間に潤滑流体の動圧作用を生じるラジアル動圧溝が型成形により形成される焼結金属製動圧軸受において、ヤング率が７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上であって、ラジアル動圧溝の溝深さが４μｍより大きい点をもって特徴付けられる。

このように、本発明は、基本的に被支持部（軸部など）と非接触の状態で使用されるが故に、これまであまり考慮されることのなかった焼結金属製動圧軸受のヤング率に着目し、ヤング率とラジアル動圧溝の溝深さとが所定の関係を満たす場合に、当該軸受を傷つけることなく従来よりも深いラジアル動圧溝を得ることができる、との知見に基づいて成されたものである。すなわち、ヤング率を所定の範囲内に調整し、型成形により形成されるラジアル動圧溝の溝深さを４μｍより大きくした焼結金属製の動圧軸受であれば、ラジアル動圧溝を精度よく成形でき、かつ溝深さが４μｍを超える場合であっても、ラジアル動圧溝をなるべく傷付けることなく、動圧軸受を成形金型から取り出すことができる。以上より、本発明に係る焼結金属製動圧軸受によれば、軸受を傷つけることなく現行レベルよりも大きな溝深さのラジアル動圧溝を形成することができるので、ラジアル軸受隙間を現行レベルよりも広げて、軸受トルクの低減化を図りつつも、ラジアル軸受隙間の拡張に伴う軸受剛性の低下を、ラジアル動圧溝深さの増大化により補うことができる。従って、軸受剛性の確保と軸受トルクの低減化を共に達成することが可能になる。

また、本発明に係る焼結金属製動圧軸受においては、ラジアル動圧溝の溝深さが５μｍ以上であってもよい。

本発明のように、ヤング率が７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上を示す焼結金属製動圧軸受であれば、溝深さが５μｍ以上のラジアル動圧溝であっても、ラジアル動圧溝をなるべく傷つけることなく、動圧軸受を成形金型から取り出すことができる。よって、ラジアル動圧溝の溝深さを５μｍ以上にすることで、その分、ラジアル軸受隙間を現行レベルよりも広げることができ、これにより軸受トルクの更なる低減化を図ることが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属製動圧軸受においては、ラジアル動圧溝の溝深さに対するラジアル軸受隙間の大きさの比が、０．７以上でかつ１．３以下であってもよい。

このようにラジアル軸受隙間の大きさを、ラジアル動圧溝の溝深さに応じて所定の幅をもたせて設定することにより、例えば量産品におけるラジアル動圧溝の溝深さのばらつきを踏まえつつ、軸受トルクの低減化と、ラジアル軸受隙間の拡張に伴う軸受剛性の低下抑制を効果的に図ることが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属製動圧軸受においては、真密度比が８０％以上でかつ９５％以下であってもよい。ここでいう「真密度比」とは、焼結金属製動圧軸受をなす多孔質体の密度を、その多孔質体に気孔がないとした仮定した場合の密度で除した値（百分率）を意味する。

焼結金属製動圧軸受の真密度比を８０％以上にすることで、当該軸受の強度を高めることができると共に、軸受の寸法（特に内径寸法）の変動を抑えることができる。また、真密度比を９５％以下に留めることで、焼結後の成形性を確保すると共に、内部気孔が独立気孔となる事態を可及的に防止して、内部気孔に所要量の潤滑油を含浸させることができる。また、真密度比を上記範囲内に設定することで、軸受を傷つけることなく４μｍを超える溝深さのラジアル動圧溝を成形可能なだけのスプリングバック量を確保することが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属製動圧軸受においては、軸方向端面に、被支持部との間のスラスト軸受隙間に潤滑流体の動圧作用を生じるスラスト動圧溝が型成形により形成されてもよい。

本発明のように、ヤング率が７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上を示す焼結金属製動圧軸受であれば、ラジアル動圧溝だけでなく、スラスト動圧溝についても精度よく型成形で形成することができる。よって、ラジアル軸受性能とスラスト軸受性能の双方に優れた動圧軸受を得ることが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属製動圧軸受においては、銅と鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属で形成されていてもよい。

このように軸受を、銅と鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属で形成することによって、銅（純銅組織又は銅合金組織）が有する成形性の良さと、鉄（純鉄組織又は鉄合金組織）が有する高い硬度を上記軸受に付与することができる。よって、ラジアル動圧溝を型成形により精度よく形成しつつ、ラジアル動圧溝を含むラジアル軸受面の耐摩耗性を高めることが可能となる。

また、本発明に係る焼結金属製動圧軸受においては、潤滑流体としての潤滑油が内部気孔に含浸されてなるものであってもよい。

このように、内部空孔に潤滑油を含浸させた構造とすれば、上記軸受の表面開孔からの潤滑油の滲み出しにより、ラジアル軸受隙間及びその周辺を潤沢な潤滑油で満たすことができる。よって、ラジアル軸受性能を安定的に維持することが可能となる。

以上の説明に係る焼結金属製動圧軸受は、上述のように、軸受剛性の確保と軸受トルクの低減化を共に達成可能であるから、例えば上記焼結金属製動圧軸受と、焼結金属製動圧軸受の内部に挿入される被支持部としての軸部とを備えた流体動圧軸受装置として、さらにはこの流体動圧軸受装置を備えたモータとして、好適に提供可能である。

以上より、本発明によれば、軸受を傷つけることなく現行レベルよりも大きな溝深さのラジアル動圧溝を形成することで、軸受剛性の確保と軸受トルクの低減化を共に達成可能とすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るモータの断面図である。 図１に示す流体動圧軸受装置の断面図である。 図２に示す動圧軸受の断面図である。 図３のＸ−Ｘ断面図である。 図３に示す動圧軸受の軸方向端面図である。 図３に示すラジアル動圧溝を型成形する工程を説明するための図で、（ａ）はサインジングピンを挿入する前、（ｂ）は焼結体のダイへの圧入開始時における焼結体の断面図である。 図３に示すラジアル動圧溝を型成形する工程を説明するための図で、（ａ）は焼結体への圧入動作が完了した時点、（ｂ）は焼結体をダイから脱型した時点における断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態に係るスピンドルモータの一構成例を示している。このスピンドルモータは、例えばＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるもので、流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の軸部材２に固定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しているステータコイル４ａ及びロータマグネット４ｂとからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４ａはブラケット５に固定され、ロータマグネット４ｂはディスクハブ３に固定される。流体動圧軸受装置１は、ブラケット５の内周に固定される。ディスクハブ３には、所定枚数（図１では２枚）のディスク６が保持される。ステータコイル４ａに通電すると、ロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ディスクハブ３に保持されたディスク６が軸部材２と一体に回転する。

図２は、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１の断面図を示している。この流体動圧軸受装置１は、焼結金属製の動圧軸受８と、動圧軸受８の内周に挿入され、動圧軸受８に対して回転する軸部材２と、動圧軸受８を内周に保持した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部をシールするシール部材９とを備える。ハウジング７の内部空間には、潤滑流体としての潤滑油（密な散点ハッチングで示す）が充填されている。以下の説明においては、便宜上、シール部材９が設けられた側を下側、その軸方向反対側を下側とする。

ハウジング７は、円筒状の筒部７ａと、筒部７ａの下端開口を閉塞する底部７ｂとを一体に有する有底筒状をなしている。筒部７ａと底部７ｂの境界部には段部７ｃが設けられており、この段部７ｃの上端面に動圧軸受８の下端面８ｂを当接させることにより、ハウジング７に対する動圧軸受８の軸方向位置が設定される。

底部７ｂの内底面７ｂ１には、対向する軸部材２のフランジ部２ｂの下端面２ｂ２との間にスラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する円環状のスラスト軸受面が設けられている。このスラスト軸受面には、スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるための動圧発生部（スラスト動圧発生部）が設けられている。図示は省略するが、このスラスト動圧発生部は、後述するスラスト動圧発生部Ｂと同様に、例えば、スパイラル形状の動圧溝と、この動圧溝を区画する凸状の丘部とを円周方向に交互に配して構成される（図５を参照）。

シール部材９は円環状に形成され、例えばハウジング７の筒部７ａの内周面７ａ１に適宜の手段で固定される。シール部材９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ面状に形成され、対向する軸部材２の外周面２ａ１との間に下方に向けて径方向寸法を漸次縮小させたシール空間Ｓを形成する。シール空間Ｓは、ハウジング７の内部空間に充填された潤滑油の温度変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内で潤滑油の油面を常にシール空間Ｓの軸方向範囲内に保持する。

軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備える。軸部２ａの外周面２ａ１のうち、動圧軸受８の内周面８ａと対向する部分は、相対的に小径な円筒面状の中逃げ部２ｃが設けられている点を除いて凹凸のない平滑な円筒面に形成されている。また、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１及び下端面２ｂ２は平滑な平坦面状に形成されている。

動圧軸受８は、焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。この多孔質体を構成する金属組織は、後述するヤング率の規定を満たす限りにおいて、任意に採用可能であり、例えば、純銅（工業用純銅を含む）又は銅合金の金属組織と、純鉄（工業用純鉄を含む）又はステンレス鋼などの鉄合金の金属組織とを主に含む金属組織が採用可能である。また、動圧軸受８の内部気孔には、潤滑油が含浸されていてもよい。

動圧軸受８の内周面８ａには、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面が軸方向の二箇所に離間して設けられている。２つのラジアル軸受面には、図３に示すように、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるためのラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２がそれぞれ形成されている。ラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２はそれぞれ、軸方向に対して傾斜した複数の上側動圧溝Ａａ１と、上側動圧溝Ａａ１とは反対方向に傾斜した複数の下側動圧溝Ａａ２と、これらラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を区画する凸状の丘部とで構成され、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２は全体としてヘリングボーン形状に配列されている。丘部は、周方向で隣り合う動圧溝間に設けられた傾斜丘部Ａｂと、上下のラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２間に設けられ、傾斜丘部Ａｂと略同径の環状丘部Ａｃとからなる。

ここで、図４に示すように、動圧軸受８の内周面８ａ（ラジアル軸受面）に設けられたラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２はともに４μｍより大きい。また、図４中の二点鎖線で示す軸部２ａの外周面２ａ１との間のラジアル軸受隙間の大きさＧ（半径量）は、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２を１としたとき、０．７以上でかつ１．３以下に設定され、好ましくは０．８以上でかつ１．２以下に設定される。なお、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２は、例えば真円度測定機を用いて内周面８ａの真円度形状（閉ループ状の曲線）を測定した後、測定した真円度形状を内周面８ａが平担面となるように展開し、互いに隣り合う傾斜丘部Ａｂとラジアル動圧溝Ａａ１（Ａａ２）との高低差を溝深さｄ１（ｄ２）として読み取ることにより取得することができる。

動圧軸受８の下端面８ｂには、対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１との間にスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する円環状のスラスト軸受面が設けられている。このスラスト軸受面には、図５に示すように、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間内の潤滑油に動圧作用を発生させるための動圧発生部（スラスト動圧発生部）Ｂが形成されている。図示例のスラスト動圧発生部Ｂは、スパイラル形状のスラスト動圧溝Ｂａと、スラスト動圧溝Ｂａを区画する凸状の丘部Ｂｂとを円周方向に交互に配列することで構成される。

上記構成の動圧軸受８は、ヤング率が７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上となるように作製される。ここで、ヤング率は、ＪＰＭＡ Ｍ １０−１９９７ に規定される方法で測定することができる。また、真密度比は、８０％以上でかつ９５％以下となるように作製される。以下、上記構成の動圧軸受８の製造方法の一例を説明する。

本発明に係る動圧軸受８は、原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉成形工程（Ｓ１）と、圧粉体を焼結して焼結体８’を得る焼結工程（Ｓ２）と、焼結体８’にサイジングを施して、焼結体８’の少なくとも内周面８ａに動圧発生部としてのラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を成形する動圧溝サイジング工程（Ｓ３）とを主に備える。必要に応じて、焼結工程（Ｓ２）の後で動圧溝サイジング工程（Ｓ３）の前に、焼結体８’に寸法サイジングを施す寸法サイジング工程と、焼結体８’の内周面８ａに回転サイジングを施す回転サイジング工程とを設けてもよい。

（Ｓ１）圧粉成形工程
まず、最終的な製品となる動圧軸受８の材料となる原料粉末を用意し、これを金型プレス成形により所定の形状に圧縮成形する。具体的には、図示は省略するが、ダイと、ダイの孔内に挿入配置されるコアピンと、ダイとコアピンとの間に配設され、ダイに対して昇降可能に構成された下パンチ、および、ダイと下パンチの何れに対しても相対変位（昇降）可能に構成された上パンチとで構成される成形金型を用いて原料粉末の圧縮成形を行う。この場合、ダイの内周面とコアピンの外周面、および、下パンチの上端面とで区画形成される空間に原料粉末を充填し、然る後、下パンチを固定した状態で上パンチを下降させ、充填状態の原料粉末を軸方向に加圧する。そして、加圧しながら所定の位置まで上パンチを下降させ、原料粉末を所定の軸方向寸法にまで圧縮することで、圧粉体が成形される。

ここで、原料粉末には、任意の金属粉末を一種類又は二種類以上含むものが使用される。本実施形態では、純銅粉末と、鉄合金粉末としてのステンレス鋼粉末とを主に含む原料粉末が使用される。もちろん、ステンレス鋼粉末に代えて純鉄粉末を使用してもよいし、ステンレス鋼以外の鉄合金粉末を使用してもよい。あるいは、ステンレス鋼粉末等の鉄合金粉末と純鉄粉末との混合粉末を、純銅粉末に加えたものを原料粉末として使用してもよい。また、上述した金属粉末の配合比は、動圧軸受８のヤング率が、本発明に規定の数値範囲（７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上）内である限りにおいて任意に設定可能である。例えば、原料粉末が、純銅粉末と、ステンレス鋼粉末とを含む場合、純銅粉末：３０〜８５ｗｔ％、ステンレス鋼粉末：１５〜７０ｗｔ％となるように配合比を定めるのがよい。あるいは、原料粉末が、純銅粉末と、ステンレス鋼粉末、及び純鉄粉末とを含む場合、純銅粉末＋純鉄粉末：３０〜８５ｗｔ％、ステンレス鋼粉末：１５〜７０ｗｔ％となるように配合比を定めるのがよい。もちろん、原料粉末には、上述した金属粉末以外の物質を配合することもでき、例えば黒鉛や、アミドワックス系の固体潤滑剤粉末などを配合してもよい。

（Ｓ２）焼結工程
上述のようにして、圧粉体を得た後、この圧粉体を原料粉末、特に原料粉末に含まれる金属粉末の組成に応じた温度で焼結することにより、焼結体８’を得る（図６を参照）。例えば、上述のように原料粉末が純銅粉末を含む場合、焼結時の温度は７５０℃以上でかつ銅の融点未満の温度に設定される。

（Ｓ３）動圧溝サイジング工程
上記工程Ｓ１，Ｓ２を経て得られた焼結体８’に対して所定の型成形（動圧溝サイジング）を施すことで、焼結体８’の内周面８ａにラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２をなすラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２配列領域を形成する。ここで使用する成形装置２０は、図６に示すように、焼結体８’の圧入穴２１ａを有するダイ２１と、ダイ２１の圧入穴２１ａに挿入可能に配置されるサイジングピン２２と、ダイ２１とサイジングピン２２との間に配設され、ダイ２１に対して相対的に昇降可能に構成された下パンチ２３、および、ダイ２１と下パンチ２３の何れに対しても昇降可能に構成された上パンチ２４とを有する。この場合、ダイ２１の圧入穴２１ａの内径寸法は、サイジングすべき焼結体８’の圧入代に応じて適宜設定される。また、サイジングピン２２の外周面には、成形すべき内周面８ａのラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２配列領域に対応する形状の第１成形型２２ａが設けられると共に（図６を参照）、下パンチ２３の上端面２３ａには、成形すべき下端面８ｂのスラスト動圧溝Ｂａ配列領域に対応する形状の第２成形型が設けられる（図示は省略）。ここで、第１成形型２２ａは、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を型成形する凸状成形部２２ａ１と、傾斜丘部Ａｂ及び環状丘部Ａｃを型成形する凹状成形部２２ａ２とで構成される。この場合、凸状成形部２２ａ１の外径寸法と、サイジングピン２２の外周面のうち第１成形型２２ａ以外の領域の外径寸法とは同一に設定される。また、凸状成形部２２ａ１と凹状成形部２２ａ２の外径寸法差の半分の値が、例えば成形すべきラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２の狙い値（例えば５〜７μｍ）よりも大きくなるように、凸状成形部２２ａ１の外径寸法と凹状成形部２２ａ２の外径寸法をそれぞれ設定するのがよい。

次に、上記構成の成形装置２０を用いた動圧溝サイジングの一態様を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、ダイ２１の上端面２１ｂに焼結体８’を配置した状態で、その上方から上パンチ２４とサイジングピン２２を下降させる。これにより、焼結体８’の内周にサイジングピン２２を挿入し、サイジングピン２２の外周に設けておいた第１成形型２２ａを内周面８ａと半径方向で対向させる。そして、第１成形型２２ａが内周面８ａの軸方向所定位置にまで到達したら、上パンチ２４のみを引き続き下降させて焼結体８’の上端面８ｃを押圧する（図６（ｂ）を参照）。これにより、焼結体８’がダイ２１の圧入穴２１ａに押込まれ、焼結体８’の外周面８ｄが圧迫されると共に、予め内周に挿入したサイジングピン２２の第１成形型２２ａに内周面８ａが食い付く。また、この状態から、さらに上パンチ２４を下降させて、焼結体８’を上パンチ２４と下パンチ２３とで挟持し、外径方向への変形をダイ２１により拘束された状態の焼結体８’を軸方向に圧迫することで、さらに内周面８ａが第１成形型２２ａに食い付く（図７（ａ）を参照）。なお、サイジングピン２２は第１成形型２２ａに焼結体８’の内周面８ａが食い付くことで、焼結体８’の下降に伴って下降する。このようにして、第１成形型２２ａの形状、具体的には凸状成形部２２ａ１と凹状成形部２２ａ２の形状がそれぞれ内周面８ａに転写されることで、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２と各丘部Ａｂ，Ａｃが成形される（図７（ｂ）を参照）。また、この際、下パンチ２３の上端面２３ａに設けた第２成形型が焼結体８’の下端面８ｂに食い込むことで、下端面８ｂに第２成形型の形状が転写され、対応するスラスト動圧溝Ｂａと丘部Ｂｂとが成形される。

このようにして焼結体８’の内周面８ａ及び下端面８ｂに所定のラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２配列領域とスラスト動圧溝Ｂａ配列領域を成形した後、ダイ２１を下パンチ２３に対して相対的に下降させて、ダイ２１による焼結体８’の拘束状態を解除する（図７（ｂ））。これにより、焼結体８’は外径方向へのスプリングバックを生じ、外周面８ｄの外径寸法及び内周面８ａの内径寸法が増加する。また、上パンチ２４を上昇させて、上パンチ２４と下パンチ２３とによる焼結体８’の軸方向の拘束状態を解除することで（図７（ｂ））、焼結体８’は軸方向へのスプリングバックを生じ、外周面８ｄ及び内周面８ａの軸方向寸法が増加する。このように、ダイ２１の下降後、焼結体８’が外径方向へのスプリングバックを生じることで、内周面８ａが拡径するので、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２との干渉を可及的に回避して、サイジングピン２２を焼結体８’から抜き取ることができる。これにより、内周面８ａにラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２が形成された焼結体８’、すなわち、図３〜図５に示す形態の動圧軸受８を得ることができる。なお、上記サイジングを経て製造される動圧軸受８の内径寸法は例えば１〜５ｍｍ、外径寸法は３〜８ｍｍ、軸方向寸法は２〜１５ｍｍである。

上記構成の動圧軸受８は、例えば圧入、接着等によりハウジング７の内周（筒部７ａの内周面）に固定される。もちろん、これ以外の手段を採用してもよく、例えば図示は省略するが、シール部材９をハウジング７に圧入しながら動圧軸受８を軸方向に押込み、ハウジング７の段部７ｃとシール部材９とで動圧軸受８を軸方向に挟持することによっても、動圧軸受８をハウジング７の内周に保持することができる。なお、この際、動圧軸受８の外周面８ｄとハウジング７の内周面との間に所定の半径方向隙間を設けてもよい。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１において、軸部材２と動圧軸受８との相対回転開始前、動圧軸受８の内周面８ａに設けた二つのラジアル軸受面と、これらに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間にはラジアル軸受隙間がそれぞれ形成された状態にある。そして軸部材２と動圧軸受８の相対回転が開始されるのに伴い、両ラジアル軸受隙間に形成される油膜の圧力がラジアル動圧発生部Ａ１，Ａ２（動圧溝Ａａ１，Ａａ２）の動圧作用によって高められ、その結果、軸部材２をラジアル方向に相対回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が軸方向に離間した二箇所に形成される。このとき、軸部２ａの外周面２ａ１に中逃げ部２ｃを設けたことにより、二つのラジアル軸受隙間間には円筒状の潤滑油溜りが形成される。そのため、ラジアル軸受隙間における油膜切れ、すなわちラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受性能低下を可及的に防止することができる。

また、軸部材２と動圧軸受８の相対回転前、動圧軸受８の下端面８ｂに設けたスラスト軸受面と、スラスト軸受面に対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１との間、及び、ハウジング７の底部７ｂの内底面７ｂ１と、内底面７ｂ１に対向するフランジ部２ｂの下端面２ｂ２との間にはスラスト軸受隙間がそれぞれ形成された状態にある。そして、軸部材２の相対回転が開始されるのに伴い、両スラスト軸受隙間に形成される油膜の圧力が下端面８ｂのスラスト動圧発生部Ｂ（動圧溝Ｂａ）と内底面７ｂ１のスラスト動圧発生部の動圧作用によってそれぞれ高められ、その結果、軸部材２をスラスト一方向及び他方向に相対回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２が形成される。

以上述べたように、本発明に係る焼結金属製の動圧軸受８によれば、すなわち、ヤング率が７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上となるように調整し、かつ型成形により形成されるラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２を４μｍより大きくした焼結金属製の動圧軸受８であれば、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を精度よく成形でき、かつ溝深さｄ１，ｄ２が４μｍを超える場合であっても、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２をなるべく傷付けることなく、動圧軸受８を成形金型（本実施形態でいえばダイ２１、サイジングピン２２）から取り出すことができる。以上より、本発明に係る動圧軸受８によれば、軸受を傷つけることなく現行レベルよりも大きな溝深さのラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を形成することができるので、ラジアル軸受隙間Ｇを現行レベルよりも広げて、軸受トルクの低減化を図りつつも、ラジアル軸受隙間Ｇの拡張に伴う軸受剛性の低下を、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２の増大化により補うことができる。従って、軸受剛性の確保と軸受トルクの低減化、ひいてはモータの低消費電力化を共に達成することが可能になる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る焼結金属製動圧軸受は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得る。

例えば、上記実施形態では、互いに逆向きに傾斜しヘリングボーン形状をなす一対のラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を内周面８ａに設けた場合を例示したが、もちろんこれ以外の形状をなすラジアル動圧溝を型成形で内周面８ａに設ける場合も本発明を適用することは可能である。

また、以上の説明に係る流体動圧軸受装置１は、図１に示す用途（ＨＤＤをはじめとしたディスク装置用）に限らず、他の用途にも適用可能である。例えば図示は省略するが、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）用のポリゴンスキャナモータや、ＰＣ用のファンモータなどのモータに流体動圧軸受装置１を組み込んで使用することができる。なお、ポリゴンスキャナモータに組み込んで使用する場合、例えば、軸部材２にポリゴンミラーが一体又は別体に設けられ、ファンモータに組み込んで使用する場合、例えば、軸部材２に羽根を有するファンが一体又は別体に設けられる。

以下、本発明の作用効果を検証するための実験（実施例）について詳述する。

この実験では、ヤング率が相互に異なる五種類の焼結金属製動圧軸受８を作製し、各動圧軸受８について図６に示す共通の成形装置２０を用いてラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２（図３を参照）の型成形を施した際に、各軸受の内周面８ａに実際に形成されたラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２（図４を参照）の大きさを測定した。ここで、各動圧軸受８の真密度比は８６〜８８％となるように調整した。各動圧軸受８のサイズは何れも内径寸法：４ｍｍ、外径寸法：７．５ｍｍ、軸方向寸法：９．２ｍｍとした。また、何れの動圧軸受８（実施例１，２、比較例１〜３）についても、サイジングピン２２の溝深さ（すなわち凸状成形部２２ａ１と凹状成形部２２ａ２の外径寸法差の半分の値）が８μｍである成形装置２０を用いて、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の型成形を行った。表１に、ヤング率の測定結果と、ラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２の測定結果を示す。なお、表１におけるラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２の溝深さｄ１，ｄ２の値は、ｎ＝１０の測定結果の平均値を示している。

表１に示すように、ヤング率が７５ＧＰａ以下を示す動圧軸受８（実施例１，２）に動圧溝サイジングを施した場合、成形型の溝深さ（８μｍ）に近いサイズ、具体的には５．５〜６．７μｍの溝深さｄ１，ｄ２のラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２を得ることができた。これに対して、ヤング率が７５ＧＰａを超える動圧軸受８（比較例１〜３）に動圧溝サイジングを施した場合、成形型の溝深さ（８μｍ）に近いとはいえないサイズ、具体的は３．５〜５．１μｍの溝深さｄ１，ｄ２のラジアル動圧溝Ａａ１，Ａａ２しか得ることができなかった。なお、銅（Ｃｕ）粉末の比率が増えてもヤング率がほとんど変わらず、ステンレス鋼（ＳＵＳ）粉末の配合比が増えるほどヤング率は低くなる理由として、例えば、ステンレス鋼粉末の表面には酸化被膜が存在するため、銅の一般的な焼結温度では、銅粉末や鉄（Ｆｅ）粉末に比べると焼結が進行しにくいことがその一因として考えられる。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３ ディスクハブ
４ａ ステータコイル
４ｂ ロータマグネット
５ ブラケット
６ ディスク
７ ハウジング
７ａ 筒部
７ｂ 底部
７ｃ 段部
８ 動圧軸受
８’ 焼結体
８ａ 内周面
９ シール部材
２０ 成形装置
２１ ダイ
２２ サイジングピン
２２ａ 成形型
２２ａ１ 凸状成形部
２２ａ２ 凹状成形部
Ａ１，Ａ２ ラジアル動圧発生部
Ａａ１，Ａａ２ ラジアル動圧溝
Ｂ スラスト動圧発生部
Ｂａ スラスト動圧溝
Ｇ ラジアル軸受隙間の大きさ（半径量）
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 (9)

1. 焼結金属で形成され、内周にラジアル軸受面を備えた焼結金属製動圧軸受であって、前記ラジアル軸受面に、被支持部との間のラジアル軸受隙間に潤滑流体の動圧作用を生じるラジアル動圧溝が型成形により形成される焼結金属製動圧軸受において、
   ヤング率が７５ＧＰａ以下でかつ４０ＧＰａ以上であって、前記ラジアル動圧溝の溝深さが４μｍより大きいことを特徴とする焼結金属製動圧軸受。
2. 前記ラジアル動圧溝の溝深さが５μｍ以上である請求項１に記載の焼結金属製動圧軸受。
3. 前記ラジアル動圧溝の溝深さに対する前記ラジアル軸受隙間の大きさの比が、０．７以上でかつ１．３以下である請求項１又は２に記載の焼結金属製動圧軸受。
4. 真密度比が８０％以上でかつ９５％以下である請求項１〜３の何れか一項に記載の焼結金属製動圧軸受。
5. 軸方向端面に、前記被支持部との間のスラスト軸受隙間に前記潤滑流体の動圧作用を生じるスラスト動圧溝が型成形により形成される請求項１〜４の何れか一項に記載の焼結金属製動圧軸受。
6. 銅と鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属で形成される請求項１〜５の何れか一項に記載の焼結金属製動圧軸受。
7. 前記潤滑流体としての潤滑油が内部気孔に含浸されてなる請求項１〜６の何れか一項に記載の焼結金属製動圧軸受。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の焼結金属製動圧軸受と、前記焼結金属製動圧軸受の内周に挿入される前記被支持部としての軸部とを備えた流体動圧軸受装置。
9. 請求項８に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。

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