KR20120022518A - 유체 동압 베어링의 제조 방법 - Google Patents

유체 동압 베어링의 제조 방법 Download PDF

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시게유키 타나베
시노부 아소
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포라이트 가부시키가이샤
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Abstract

베어링 소재 표면에 대한 사산화삼철(Fe3O4) 피막의 형성을 용이하게 하는 것을 목적으로 한 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 분말 소결금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의 제조 방법에 있어서, 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 압분 성형, 소결한 소결 금속 소재에 동압 발생 홈을 형성한 후 수증기 처리를 실시해서 다공질 표면에 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 형성하는 것에 의하여 분말 소결 베어링 소재의 원료 분말의 입자 지름이 거의 균일하고 세세하기 때문에 입자간의 간극이 작아져 균일하고 작은 기공이 되는 결과 수증기 처리에 의한 표면 봉공(封孔)이 용이해져서 동압이 누설하지 않게 된다.

Description

유체 동압 베어링의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING FLUID DYNAMIC PRESSURE BEARING}
본 발명은 비접촉으로 회전축을 지지하는 유체 동압 베어링의 제조 방법에 관한 것으로, 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 소결 금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의, 특히 내주 표면 및 단면(端面)에 대한 사산화삼철(Fe3O4) 피막 형성에 의한 봉공(封孔) 효과를 충분히 높이고, 또한 치수 정밀도 및 동압 효과를 더 한층 향상시킴과 동시에, 소결 강도의 향상을 도모하고, 이것에 의해 모터의 내구성 및 회전 정밀도의 향상 및 저노이즈화를 도모하는 것을 목적으로 한다.
최근, AV기기나 OA기기류 등의 고정밀도화에 따라, 특히 하드 디스크 드라이브, DVD 및 CD, 더 나아가서는 블루레이 디스크 등으로 대표되는 광학 디스크 드라이브용의 스핀들 모터, 프로젝터(projector)에 사용되는 칼라 휠 모터, LBP 폴리곤 미러 스캐너 모터, 혹은 팬 모터 등의 모터의 회전 정밀도 향상과 저노이즈화의 요청이 현저하게 높아지고 있고, 이러한 요청에 응하기 위해 비접촉으로 모터축을 지지하는 유체 동압형의 베어링이 주목받고 있다.
유체 동압형 베어링은 베어링 내주면 또는 단면(端面)에 홈을 형성하고, 홈에 윤활 오일을 충전하는 것에 의해 동압을 발생시켜, 비접촉으로 모터축을 지지하는 것을 가능하게 한다. 이와 같은 유체 동압형 베어링의 제법으로서, 그 대부분은 놋쇠나 스텐인리스강 등의 용제재(溶製材)를 중심으로 한 소재 블랭크(blank)를 베어링 형에 절삭가공한 후, 그 내주면에 절삭이나 전조(轉造) 등에 의해 홈을 형성하는 것이 행하여지고 있다.
유체 동압형 베어링의 소재로서 일반적으로 놋쇠를 선택했을 경우에는, 절삭성은 뛰어나지만 모터 기동?정지시, 외적 부하?진동 등에 의한 순간적인 모터축과의 접촉에 의해 내구성이 뒤떨어질 뿐만 아니라, 스테인리스제 모터축과의 열팽창계수의 차이때문에 환경 온도 변화에 의한 적정 클리어런스(clearance)의 유지가 어렵고, 그 때문에 모터의 사용 환경 온도 범위가 좁은 것이 지적된다. 베어링의 소재로서 스테인리스강을 선택했을 경우에는, 회전축과의 접촉에 의한 내구성이 뛰어나고 열팽창계수의 차이가 적은 것에 의한 적정 클리어런스(clearance)의 유지가 가능하지만, 절삭성에 다소 문제가 있다.
어느 쪽의 재료에 있어서도, 소재 블랭크(blank)를 베어링 형상으로 절삭 가공할 경우에는, NC선반, 머시닝센터 등에 의한 극히 고정밀도인 가공이 필요하여 대량 생산 및 저비용화에 어려움이 있기 때문에, 베어링 형상의 니어넷셰이프(near-net-shape)화가 도모되어서, 대량 생산 및 저비용화가 가능한 분말 소결 금속을 소재로 한 유체 동압 베어링이 검토되게 되었다.
구체적으로 말하면, 분말 야금법에 의해 제작한 소결 금속을 소재로 했을 경우에는 금속 재료의 선택 자유도가 높기 때문에, 스테인리스제 모터축과의 열팽창계수 차이가 적은 철계 재료를 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 니어넷셰이프(near-net-shape)화를 도모할 수 있기 때문에, 난절삭재인 소재 블랭크를 베어링 형상으로 절삭 가공하는 공정이 생략될 수 있게 되어 대량 생산과 저비용화에 크게 기여하는 것이 가능하다.
그러나, 다른 한편으로 분말소결 금속 소재는 금속 분말을 원료로 한 다공질체이기 때문에 이것을 유체 동압 베어링으로서 사용했을 경우에, 베어링 내주면에 작용하는 동압이 리크해 버리는 점과, 모터축과 베어링 내주면의 간극에 규정량 주입하는 오일이 다공질체내로 빨려 들어가서 안정한 동압 발생에 필요한 오일면이 내려가 버리는 점 등의 치명적이라고 할 수 있는 난점이 있다.
즉, 통상의 공정에서는, 분말 소결 금속 소재를 구성하는 금속 입자간의 공극에 의한 연통구멍의 존재를 완전히 없애는 것이 불가능하므로, 베어링 내주 표면에서 발생한 동압이 상기 연통구멍을 통해 누설되는 것에 의해 베어링 강성이 저하하고, 회전 정밀도와 모터 수명에 악영향을 미치기 쉽고, 또 유량의 관리가 매우 어렵다고 하는 큰 문제가 있다.
그래서, 분말 소결 금속 소재에 수지를 함침시켜 기공을 봉공(封孔)하도록 한 동압 베어링이 이미 제안되어 있다 (일본공개특허공보 평8-221897호 참조). 또한, 순철에서는 분말 소결 금속 소재에 수지를 함침시켜 기공을 봉공(封孔)한 후에 표면 경도(硬度) 부족을 보충하기 위해서 도금을 실시하는 것도 행해지고 있다. 또, 분말 소결 금속 소재에 수지 혹은 금속, 유리 등의 물질을 함침시켜서 기공을 봉공(封孔)한 후에 베어링 표면에 금속 입자나 수지 입자를 이용한 숏 블라스트(shot blast)를 행하는 것에 의하여 기공 개구부를 축소시키는 것도 고려되고 있다.
또한, 분말 소결 금속 소재에 수증기 처리를 실시하여 표면을 봉공(封孔)하는 것에 의해서, 표면 조도의 개선 및 내식성이나 내마모성을 개선하도록 한 유체 동압 베어링도 제안되고 있다(일본공개특허공보 2007-57068호 참조).
그러나, 놋쇠나 스테인리스강등의 용제재(溶製材)를 중심으로 한 소재 블랭크(blank)를 베어링 형상으로 절삭가공한 후, 그 내주면에 절삭이나 전조 등에 의해 홈가공을 형성하는 경우에는, NC선반 등에 의해 극히 고정밀도로 실시할 필요가 있기 때문에 필연적으로 고비용이 드는 것을 피할 수 없다. 또한, 분말 소결 금속 소재에 수지를 함침시키는 경우에는, 통상의 공정에 있어서 수지 함침재가 베어링재 표면에 잔류하기 쉽다.
베어링재 표면에 수지 함침재가 잔류하면 치수 정밀도에 악영향을 미치기 쉽고, 또 수지 표면에는 도금이 되기 어려우며, 수지 함침전의 공공(空孔)이 큰 경우에는 후처리로서의 도금 처리가 불완전하게 되는 경향이라는 것, 또한 순철에서는 표면 경도(硬度) 부족을 보충할 필요 때문에 베어링재 표면에 도금 처리를 실시하지만, 공공(空孔)내의 도금액의 완전 제거가 곤란하기 때문에, 잔류 도금액에 의한 금속 부식을 초래하기 쉽다는 등의 새로운 과제가 남는다.
또한, 수지 함침 처리를 실시했을 경우에는, 각각의 베어링재에 대해서 세정 작업을 행할 필요가 있지만, 이것들을 모아서 행하면 베어링재끼리 부딪혀서 타흔(打痕)이 생기기 때문에, 타흔(打痕)을 회피하고자 하는 경우에는 각 베어링재를 개별 세정할 필요가 있기 때문에 비용의 현저한 상승과 연결되고, 또 함침시킨 수지가 유체 동압 베어링 유닛에 이용되는 윤활유 등의 유체와 반응해 팽윤이나 수축을 일으키는 경우가 있어 품질?정밀도상의 불안정재료로 되는 경향이 있다.
또, 분말 소결 금속 소재에 수지 또는 그 외의 물질을 함침시켜 기공을 봉공(封孔)한 후에 베어링 표면에 숏 블라스트(shot blast)를 실시하는 경우에는, 일반적으로 베어링의 표면 조도가 악화되어, 유체 동압용 베어링으로서는 부적합하게 될 뿐만 아니라, 치수 정밀도도 악화되어 제품의 불균일을 일으키는 것 외에, 베어링재에 잔류하는 숏(shot) 분말 제거를 위한 세정 공정을 별도 필요로 하기 때문에 오히려 고비용이 되는 등의 문제도 있다.
또, 분말 소결 금속 소재에 수증기 처리를 실시하는 것에 의해 베어링 표면을 봉공(封孔)해 표면 조도의 개선, 내식성이나 내마모성을 개선하도록 한 유체 동압 베어링의 경우에 있어서도, 일반적으로는 분말 소결 금속 소재의 표면 및 내부의 기공 지름에는 분포가 있기 때문에, 봉공(封孔) 효과에도 현저한 불균일이 있어 안정된 동압의 유지가 어려워서, 동압 베어링으로서 반드시 충분한 기능을 발휘할 수 있는 것이 아니다.
그래서 본 발명은, 상기한 종래 기술에서는 불충분했던 분말 소결 금속 소재에 수증기 처리를 실시하는 것에 의해 얻을 수 있는 유체 동압 베어링의 과제를 해결하고, 내주 표면 및 단면(端面)에 대한 사산화삼철(Fe3O4) 피막의 형성에 의한 봉공(封孔) 효과를 더 한층 충분히 높이고, 또 동압 발생 홈의 형성에 적합한 유체 동압 베어링의 제조를 가능하게 하기 위한 것이다.
구체적으로는, 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 분말 소결 금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의 제조 방법으로, 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 압분(壓粉) 성형, 소결한 분말 소결 금속 소재에 동압 발생 홈을 형성한 후, 수증기 처리를 실시해서 다공질 표면에 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 형성하도록 한 유체 동압 베어링의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 분말 소결 금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의 제조 방법으로, 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함하는 금속 분말을 압분 성형, 소결한 소결 금속 소재에 동압 발생 홈을 형성한 후, 수증기 처리를 실시해서 다공질표면에 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 형성하도록 했기 때문에, 종래와 같은 단순히 분말 소결 금속 소재에 수증기 처리만을 실시했을 경우에 비하여, 봉공(封孔)을 보다 완전하게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 베어링 표면 성상(性狀)이 극히 양호하게 개선되어 내식성이나 내마모성의 향상을 도마할 수 있다.
이 경우에는, 분말 소결 금속 소재를 구성하는 원료 분말의 입자 지름이 거의 균일하고 세세하기 때문에 입자 간의 간극이 작아져서, 균일하고 작은 기공이 되는 결과, 수증기 처리에 의한 표면 봉공(封孔)이 용이해져서, 베어링 내주면에 작용하는 동압의 누설을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 오일이 다공질체 내로 빨려 들여가지 않게 되므로, 모터축과 베어링 내주면의 간극에 규정량 주입한 유량의 안정된 관리가 가능하게 된다.
또한, 일반적으로 철계 재료는, 700℃?1300℃의 범위에서 소결을 행하지만, 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함하는 금속 분말을 이용하여 압분 성형하도록 한 경우에는 금속 분말의 입자 지름이 평균적으로 작기 때문에 소결성이 향상하여서, 유체 동압 베어링 재료로서 높은 소결 강도를 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 수증기 처리 후에 있어서 베어링 내주 표면의 성상(性狀)을 나타낸 부분 확대도로서, (A)는 본 발명품, (B)는 종래품을 나타내고 있다.
도 2는 수증기 처리 전이며, 소결 후의 베어링 소재의 금속 단면(端面) 부분 확대도로서, (A)는 본 발명품, (B)는 종래품을 나타내고 있다.
도 3은 금속 분말 중의 직경 45㎛ 이하의 입자량과, 레이저광 회절방식 입도분포계에 의해 측정되는 누적 50％ 지름(D50)과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 금속 분말 중의 45㎛ 이하의 입자량과, 압분 성형체의 라틀러(rattler) 값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 금속 분말 중의 45㎛ 이하의 입자량과, 소결 후의 베어링 소재의 압환 강도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 금속 분말 중의 45㎛ 이하의 입자량과, 수증기 처리 후의 베어링의 통기성과의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 본 발명은 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 분말 소결 금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의 제조 방법이다.
여기서 이용되는 금속 분말에 대해서 바람직하게는 모터의 회전축과의 열선팽창 계수차를 작게 하기 위해서, 철성분: 98(중량)％ 이상의 순철분 또는 스테인리스강분말이 좋지만, 철을 주체로 한 재료이며, 수증기 처리에 의해서 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 형성해 봉공(封孔) 효과를 얻을 수 있는 재료이면, 이것에 한정되지는 않는다.
또한, 여기서 이용되는 금속 분말로서는, 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상, 보다 바람직하게는 80(중량)％ 이상 포함할 필요가 있다. 이 경우에 45㎛ 이하의 입자가 70(중량)％ 미만이면, 소결체의 기공 지름이 너무 커지기 때문에, 그 후에 수증기 처리를 실시해도 베어링 표면의 봉공(封孔)이 불충분하거나 거의 달성할 수가 없다.
이 경우에 금속 분말의 보다 상세한 입도에 대해서는, 레이저광 회절방식 입도분포계에 의해서 측정되는 누적 50％ 지름(D50)이 20㎛를 하회하면, 분말 유동성이 극단적으로 저하하여서, 압분 성형시 금형 내로의 분말 충전이 곤란하게 될 뿐만 아니라, 압분체 강도의 저하에 의해 소결 공정에 이르기까지의 핸들링이 악화되어 베어링 소재에 크랙이나 칩이 생길 우려가 있다.
또 반대로 레이저광 회절방식 입도분포계에 의해서 측정되는 누적 50％ 지름(D50)이 60㎛를 초과하면, 소결체의 기공 지름이 너무 커져서 수증기 처리에 의한 표면 봉공(封孔)을 달성할 수 없게 된다. 따라서, 레이저광 회절방식 입도분포계에 의해서 측정되는 누적 50％ 지름(D50)에 대해서는 20 ~ 60㎛의 범위내일 것이 필요하다.
상기한 45㎛ 이하의 입자량과 레이저광 회절방식 입도분포계에 의해서 측정되는 누적 50％ 지름(D50)과의 관계에 관해서는 도 3에 나타나고 있듯이 "45㎛ 이하의 입자가 70(중량)％ 이상"과, "레이저광 회절방식 입도분포계에 의해서 측정되는 누적 50％ 지름(D50)이 20 ~ 60㎛"가 서로 대응하고 있음을 알 수 있다.
이 경우에, 금속 분말 중의 45㎛ 이하의 입자량과, 압분 성형체의 라틀러값과의 관계에 대해서 도 4에 나타낸다. 도 4에 의해 이해할 수 있듯이 입자 지름이 작아지면 라틀러값이 높게 되어서, 압분체 강도가 낮아지는 경향을 나타낸다. 이 때문에 45㎛ 이하의 입자가 100(중량)％ 일 때(즉 누적 50％ 지름(D50)이 20㎛ 때)에 안정한 제조를 위해서 필요최저한의 압분체 강도가 된다. 이 경우에 누적 50％ 지름(D50)이 20㎛를 하회하면 압분체의 크랙이나 칩을 발생할 염려가 있다.
상기 금속 분말은, 스테아린산 아연이나 지방산 아미드계 왁스로 대표되는 분말상 윤활제를 혼합한 후에 압분 성형하고, 그 후 소결을 행한다. 또 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상, 보다 바람직하게는 80(중량)％ 이상 포함하며, 레이저광 회절방식 입도분포계에 의해서 측정되는 누적 50％ 지름(D50)이 20 ~ 60㎛의 범위내인 금속 분말을 조립(造粒)하여, 입도 조정을 해서 분말 유동성을 향상시킨 후에 압분성형하는 것이 바람직하다.
상기에서 제작한 압분 성형체는, 예를 들면 메쉬 벨트(mesh-belt)식 소결로나 배치(batch)식 소결로 등을 이용하여, 진공 및 환원 분위기 또는 불활성 분위기 등의 분위기중, 700℃ ~ 1300℃의 범위내에서 10~60분간 소결을 행한다. 소결로, 소결 온도, 분위기, 소결 시간은, 소결 후의 베어링 소재의 치수 정밀도에 주는 영향을 극력 억제하도록, 사용하는 금속 재료에 따라 적절하게 선택하는 것이 바람직하지만, 이러한 조건들에 한정되는 것은 아니다.
또한 이 경우에, 금속 분말중의 45㎛ 이하의 입자량과, 소결 후의 베어링 소재의 압환 강도와의 관계에 대한 실험 결과를 도 5에 나타낸다. 이 경우 입자 지름이 작아지면 소결성이 향상되고, 소결체의 압환 강도가 높아지는 것이 명확하게 되었다.
또 분말 소결 금속 소재는 다공질이며, 이것을 유체 동압 베어링으로서 이용하는 경우에는 동압 누설에 의한 압력 저하가 일어나기 쉽기 때문에, 소결체 내부 및 표면의 기공량 삭감 및 기공 지름 축소를 위해서, 재압축(sizing)을 실시하는 것에 의해 상대 밀도를 80％ 이상, 더 바람직하게는 85％ 이상으로 고밀도화하는 것이 바람직하다. 재압축에 의해 치수 정밀도 교정, 소재 표면 조도의 개선, 표면 기공의 억제를 동시에 달성할 수 있다.
상기에 의해 제작된 분말 소결 금속으로 이루어지는 베어링 소재에 대해, 그 내주면의 모터축과 미끄럼 접촉하는 부분에 동압 발생 홈을 가공 형성한다. 동압 발생 홈의 형성에는 절삭이나 전조 등의 가공 수단이 이용된다.
또한, 동압 발생 홈 형성 후의 베어링 소재에 대해, 다공질 표면의 봉공(封孔)을 위해서 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 형성한다. 사산화삼철 피막의 형성에는 수증기 처리가 실시된다. 이 경우, 수증기 처리 조건 등에 대해서는 앞의 특허문헌(일본공개특허공보 2007-57068호)에 기재된 것 등이 적용 가능하다.
또, 이 경우에 종래의 일반적인 소결 금속 소재의 표면에 대해서 단순히 수증기 처리만 실시하여 사산화삼철 피막을 형성했다고 하더라도, 분말 소결 금속 소재의 표면이 충분히 봉공(封孔)되기 어렵고, 개방 기공이 잔존해 버리기 때문에 베어링 내주면에 작용하는 동압이 누설해 버리는 것 이외에 오일이 다공질 체내로 빨려 들여가는 것에 의해 모터축과 베어링 내주면의 틈새에 규정량으로 주입한 유량의 관리가 곤란하게 된다는 점 등의 불편을 일으키기 쉽다.
그러나 본 발명과 같이, 45㎛ 이하의 입자량을 적어도 70(중량)％ 이상, 더 바람직하게는 80(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 이용할 경우에 있어서는, 압분 성형?소결을 거친 분말 소결 금속 소재의 금속 입자간의 간극이 균질하고 극히 작아지므로 수증기 처리를 실시하여 다공질 표면에 5㎛ 정도의 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 피복 형성했을 경우에, 봉공(封孔)효과가 극히 높아지는 것에 의해, 소결체 내로의 오일의 빨려 들어감이나 모터축 회전시의 동압의 누설이 없어지고, 동압 발생 홈의 형성이 용이하게 되며, 또한 홈 치수 정밀도가 현저하게 향상된다.
이와 관련하여, 도 1에는 수증기 처리 후에 있어서의 베어링 내주 표면의 일부를 확대해 나타낸 개념도가 도시되어 있으며, (A)는 본 발명에 의한 베어링, (B)는 종래의 베어링을 나타내고 있다. 이 경우에 금속부(1)내에는 다수의 기공(3)이 존재하지만 종래의 베어링(B)에서는 금속 분말끼리의 공극이 크기 때문에, 소결체 내부 및 표면의 기공(3)의 지름이 커진다.
그 결과, 각 기공(3)의 크기에 불균일이 있으며, 또한 그 내주면에 수증기 처리에 의해 형성한 사산화삼철층(4)을 형성해도 표면에 노출된 개구 기공(2)은 충분히 봉공(封孔)되지 않기 때문에 베어링 내부의 기공(3)과 연통하게 된다. 이에 비하여, 본 발명에 의한 베어링(A)에서는 금속 분말끼리의 공극이 작기 때문에, 각 기공(3)이 전부 작게됨과 아울러, 베어링 내주 표면에 노출한 개방 기공은 수증기 처리에 의해 형성한 사산화삼철층(4)에 의해서 용이하게 봉공(封孔)하는 것이 가능하게 되어서, 완전하게 봉공(封孔)되어 베어링 내부의 기공(3)과의 연통을 방지할 수 있다.
또, 도 2에는 소결 후의 베어링 소재의 금속 단면(端面)의 부분 확대 사진이 도시되어 있으며, (A)는 본 발명의 베어링 소재, (B)는 종래의 베어링 소재를 나타내고 있다. 이것에 의해, 본 발명의 베어링 소재(A)쪽이 금속 입자가 작고 미세하며 균일한 기공을 가지고 있다는 것을 이해할 수 있다.
45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상, 더 바람직하게는 80(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 이용했을 경우에 있어서, 수증기 처리의 유효성에 대한 실험 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 의해 명백한 바와 같이, 금속 분말의 입자 지름이 작아지면, 수증기 처리에 의한 베어링 소재 표면의 봉공(封孔)이 용이하게 되어 베어링 내부의 기공과의 연통을 방지하여 통기성이 하강하는 것이 증명되었다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상, 더 바람직하게는 80(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 이용하기 때문에, 특히 내주 표면 및 단면(端面)에 대한 사산화삼철(Fe3O4) 피막의 형성에 의한 봉공(封孔) 효과를 충분히 높이고, 치수 정밀도 및 동압 효과를 보다 한층 향상시키는 것과 동시에, 소결 강도의 향상을 도모하므로, 이것에 의해 모터의 내구성 및 회전 정밀도의 향상, 및 저노이즈화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
[실시 예]
〔금속분말〕
직경 150㎛이하, 철성분 98％ 이상의 순철분이며, 45㎛ 이하의 입자가 각각 60, 70, 80, 90, 100(중량)％가 되는 복수 종의 금속 분말을 조정하고, 이것들에 스테아린산아연을 0.75(중량)％ 혼합했다.
〔압분성형〕
압분성형은 금형 중에 있어서, 250 ~ 350 ㎫의 가압력으로 실시되고, 상대 밀도가 80％ 이상의 압분 밀도가 되도록 적절하게 조정을 했다.
〔소결〕
소결은 메쉬 벨트 타입의 소결로를 이용하여 수소와 질소와의 혼합 기류 중에서 온도 1000℃의 분위기 온도로 20분간 실시했다.
〔사이징〕
소결 후의 베어링 소재에 대하여, 상대 밀도가 85％ 이상이 되도록 금형 내에서 재압축을 행하였다.
〔홈 가공〕
사이징 후의 베어링 소재에 대하여, 내주면의 모터축과 미끄럼 접촉하는 표면 부분에 동압 발생 홈을 가공 형성했다.
〔수증기처리〕
홈 가공 후의 베어링 소재에 대하여, 온도 400 ~ 600℃로 25 ~ 80분간의 범위 내에서 수증기 처리를 실시했다.
〔실시 결과〕
상기와 같이 제조한 베어링은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 금속 분말 중에 45㎛ 이하의 입자량이 60(중량)％의 경우, 사산화삼철(Fe3O4) 피막의 형성에 의한 봉공(封孔) 효과가 불충분하여 통기량이 최대 8㎤로 많았지만, 45㎛ 이하의 입자량이 70(중량)％를 넘으면, 표면 기공이 균일하여 미세하게 되는 것에 의해 사산화삼철(Fe3O4) 피막의 형성에 의한 봉공(封孔) 효과가 높아져서, 통기량이 3㎤ 이하로 극단적으로 감소했다.
또한, 소재 표면 조도에 대해서는, 45㎛ 이하의 입자량이 70(중량)％를 넘으면, 60(중량)％의 경우에 비하여 현저하게 향상되었기 때문에, 동압 발생 홈 형성의 용이함, 치수 정밀도에도 기여하는 것을 알 수 있었다. 더욱이 도 5로부터 알 수 있듯이, 금속 분말 중에서 45㎛ 이하의 입자량이 증가함에 따라, 베어링 소재의 압환 강도(kgf/㎟)가 높아지기 때문에, 베어링 조립시의 신뢰성을 향상시킨다는 것도 발견하였다.
이상에 의해, 본 발명은 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 소결 금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의, 특히 내주 표면 및 단면(端面)에 대한 사산화삼철(Fe3O4) 피막의 형성에 의한 봉공(封孔) 효과를 충분히 높이고, 또한 치수 정밀도 및 동압 효과를 더 한층 향상시키는 동시에, 소결 강도의 향상을 도모하고, 이것에 의해 모터의 내구성 및 회전 정밀도 향상, 및 저노이즈화를 도모할 수 있다고 하는 점에서 극히 양호한 유체 동압 베어링을 얻을 수 있었다.

Claims (32)

  1. 베어링 내주면에 동압 발생 홈을 형성한 분말 소결 금속으로 이루어지는 유체 동압 베어링의 제조 방법에 있어서,
    45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함하는 금속 분말을 압분 성형하여 베어링 소재를 얻는 공정,
    상기 베어링 소재를 소결하는 공정,
    소결된 베어링 소재에 동압 발생 홈을 형성하는 공정, 및
    홈이 형성된 베어링 소재에 수증기 처리를 실시하고, 베어링 내주면 또는 내주면 및 단면 양쪽의 다공질 표면에 사산화삼철(Fe3O4) 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 금속 분말을 압분 성형하여 베어링 소재를 얻는 공정은 45㎛ 이하의 입자를 적어도 80(중량)％ 이상 포함하는 금속 분말을 사용하여 압분 성형하는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 레이저광 회절방식 입도분포계로 측정되는 금속 분말의 누적 50％ 지름(D50)이 20~60㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 레이저광 회절방식 입도분포계로 측정되는 금속 분말의 누적 50％ 지름(D50)이 20~60㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 베어링 소재를 얻는 공정은 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 조립(granulation) 공정에 의해 입도 조정을 한 후에 압분 성형하여 베어링 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 베어링 소재를 얻는 공정은 45㎛ 이하의 입자를 적어도 80(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 조립(granulation) 공정에 의해 입도 조정을 한 후에 압분 성형하여 베어링 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 베어링 소재를 얻는 공정은 45㎛ 이하의 입자를 적어도 70(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 조립(granulation) 공정에 의해 입도 조정을 한 후에 압분 성형하여 베어링 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 베어링 소재를 얻는 공정은 45㎛ 이하의 입자를 적어도 80(중량)％ 이상 포함한 금속 분말을 조립(granulation) 공정에 의해 입도 조정을 한 후에 압분 성형하여 베어링 소재를 얻는 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  10. 제 2 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  11. 제 3 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  12. 제 4 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  13. 제 5 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  15. 제 7 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  16. 제 8 항에 있어서, 금속 분말은 철성분: 98(중량)％ 이상의 철분 또는 스테인리스강분인 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  18. 제 2 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  19. 제 3 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  20. 제 4 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  21. 제 5 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  22. 제 6 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  23. 제 7 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  24. 제 8 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  25. 제 9 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  26. 제 10 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  27. 제 11 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  28. 제 12 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  29. 제 13 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  30. 제 14 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  31. 제 15 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
  32. 제 16 항에 있어서, 상기 소결 베어링 소재에 대하여 재압축 공정을 행한 후에, 동압 발생 홈을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 동압 베어링의 제조 방법.
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