(57)【要約】  【課題】再圧工程後の寸法変化を起こりにくくし、さらに錆びの発生や軸受の変色、潤滑油の劣化を抑えることにより、焼結軸受の寸法精度を向上させるとともに、安定した回転特性を確保する。  【解決手段】素材の焼結軸受を再圧して寸法を調整し、さらに再圧して動圧溝を形成する。再圧工程が終わってから気孔に樹脂を含浸させて封孔し、次いで磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨によって全面を研磨する。バレル研磨工程が終わった焼結軸受の表面に、Ｎｉ−Ｐ鍍金を施し鍍金層を形成する。  【選択図】図４
2008106797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
８〜２０vol％の気孔率を有する焼結軸受を素材とし、
この焼結軸受を再圧して、全長、外径および内径のうちの少なくとも一つの寸法を調整する寸法調整工程と、
前記焼結軸受を再圧して、該焼結軸受の軸受面に塑性加工によって動圧発生用の動圧溝を設ける動圧溝形成工程と、
前記焼結軸受の、少なくとも前記軸受面に表出する気孔に樹脂を含浸させて該気孔を封孔する樹脂含浸工程と、
前記焼結軸受に対し、磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨を施して該焼結軸受の全面を研磨するバレル研磨工程と、
前記焼結軸受の表面に鍍金層を形成する鍍金工程とを順次行うことを特徴とする焼結動圧軸受の製造方法。
【請求項２】
８〜２０vol％の気孔率を有する焼結軸受を素材とし、
この焼結軸受を再圧して、全長、外径および内径のうちの少なくとも一つの寸法を調整する寸法調整工程と、
前記焼結軸受の、少なくとも前記軸受面に表出する気孔に樹脂を含浸させて該気孔を封孔する樹脂含浸工程と、
前記焼結軸受に対し、磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨を施して該焼結軸受の全面を研磨するバレル研磨工程と、
前記焼結軸受の表面に鍍金層を形成する鍍金工程と、
前記焼結軸受を再圧して、該焼結軸受の軸受面に塑性加工によって動圧発生用の動圧溝を設ける動圧溝形成工程とを順次行うことを特徴とする焼結動圧軸受の製造方法。
【請求項３】
前記鍍金工程で前記焼結軸受の表面に形成する前記鍍金層は、無電解Ｎｉ−Ｐの鍍金層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焼結動圧軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体からなる動圧焼結軸受の製造方法に係わり、特に磁気ディスク装置や光ディスクの読み書きを行うディスク駆動装置の駆動源やレーザプリンターのポリゴンミラーモータ等の各種情報機器の駆動用小型モータに好適に用いられる焼結動圧軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の情報機器用小型モータは、高速性や高精度の回転性能のほかに高い量産性や低コスト化、さらには低騒音化が求められており、これらの特性の優劣は、シャフトを支持する軸受によるところが大きい。上記した焼結動圧軸受は、このような要求に対応できる要素を持っており、近年では種々の工夫が施されて採用されている。
【０００３】
この焼結動圧軸受は、シャフトとの間の微小な隙間に供給された潤滑油を油膜に形成し、その油膜を、回転軸が回転することにより、高圧化させてシャフトを高剛性で支持する非接触の軸受として知られている。発生する動圧は、シャフトが摺動する軸受面（内周面や端面）に動圧発生用の溝すなわち動圧溝を形成して効果的に得るようにしており、動圧溝は、ヘリングボーン状やスパイラル状に形成される場合が多い。
【０００４】
ところで、焼結軸受は銅や鉄あるいは銅と鉄を混合した金属粉を主成分として成形して焼結する。したがって、この種の軸受は錆びの発生が避けられないので防錆が必要である。また、焼結軸受は軸受体に気孔を有しており、例えば小型モータ用のものは１５vol％前後の気孔を有しているものが用いられているが、気孔が軸受面に存在すると、その気孔から軸受中に潤滑油が入り込んで油膜の圧力が抜け、動圧効果の低下を招くことになる。そこで少なくとも軸受面の気孔を塞ぐ封孔処理を施して液密性を保持し、動圧の低下を抑えることが望ましく、そのための手段として気孔に樹脂を含浸させたり、特許文献１に記載されているように焼結軸受本体の表面に鍍金を施した後、動圧溝を設ける製造方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１００８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、気孔に樹脂を含浸させるとほぼ封孔でき、動圧抜けは防止できるが、樹脂含浸後に行う表面の樹脂被膜の除去は、水洗浄では不十分で表面の樹脂残りが避けられず、軸受寸法精度が下がってしまうという不都合な面がある。また、樹脂含浸後に再圧（サイジング）による塑性加工を行って動圧溝を形成すると、サイジングコアの雄型に樹脂が凝着して軸受面から剥離することにより、寸法精度が低下することがあった。
【０００７】
また、鉄系の焼結軸受の場合では、長期の保管時に焼結軸受に錆びが発生し、一方、銅系の焼結軸受の場合では、潤滑油によっては銅が触媒となって潤滑油と反応し劣化することがある。そのため、特許文献１では、焼結軸受表面を錫鍍金等で覆うことによって錆の発生を防止している。しかしながら、金属鍍金によって焼結軸受表面を覆う場合、焼結軸受は気孔を有するので、軸受の気孔に鍍金液が含浸されてしまう。この状態で鍍金すると、含浸された鍍金液が軸受表面に染み出て均一な鍍金ができないおそれがある。また、軸受の気孔は大半が連続気孔になっており、鍍金に亀裂が入った場合、軸受面に発生する動圧によって気孔内の鍍金液が徐々に排出され、潤滑油に鍍金液が混在してしまう。潤滑油に鍍金液が混在してしまうと、軸受の変色や潤滑油を劣化させるおそれがある。
【０００８】
よって本発明は、寸法精度の低下が抑えられるとともに、防錆効果に優れ、なおかつ軸受の変色や潤滑油の劣化が抑えられ、これらの結果、高速・高精度の回転性能や低騒音性等の軸受性能をより向上させることができる焼結動圧軸受の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、８〜２０vol％の気孔率を有する焼結軸受を素材とし、この焼結軸受を再圧して、全長、外径および内径のうちの少なくとも一つの寸法を調整する寸法調整工程と、この寸法調整工程を経た焼結軸受を再圧して、該焼結軸受の軸受面に塑性加工によって動圧発生用の動圧溝を設ける動圧溝形成工程と、この動圧溝形成工程を経た焼結軸受の、少なくとも前記軸受面に表出する気孔に樹脂を含浸させて該気孔を封孔する樹脂含浸工程と、この樹脂含浸を経た焼結軸受に対し、磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨を施して該焼結軸受の全面を研磨するバレル研磨工程と、このバレル研磨工程を経た焼結軸受の表面に鍍金層を形成する鍍金工程とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、全体的な焼結軸受の寸法調整と、軸受面への動圧溝の形成を、いずれも再圧することにより行った後、軸受面に表出する気孔を樹脂含浸によって封孔し、磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨を施し、最後に鍍金を行うといった順序で、焼結動圧軸受を得る方法である。この方法によれば、樹脂含浸によって軸受表面の気孔の封孔処理を行い、その後バレル研磨を施して機械的打撃で封孔を行うため、軸受表面の気孔がほぼ完全に封孔され、動圧の低下が起こらない。
【００１１】
さらに、軸受表面が封孔されているので、鍍金層を形成する際に鍍金液が軸受内に浸透せず、鍍金液による潤滑油の劣化や軸受の変色などが起こらない。また、樹脂含浸で気孔を封孔した場合、樹脂の水洗浄後の樹脂残りが寸法精度の低下を招いていたが、本発明では樹脂含浸後にバレル研磨を行って表面全面を研磨するため、残った樹脂はバレル研磨で除去され、寸法精度が維持される。
【００１２】
本発明では、寸法調整工程を経た焼結軸受に樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、この樹脂を含浸した焼結軸受にバレル研磨を施すバレル研磨工程と、このバレル研磨工程を経た焼結軸受に鍍金層を形成する鍍金工程と、この鍍金層を形成した焼結軸受に動圧発生用の溝を形成する動圧溝形成工程とを順次に行うことにより、焼結動圧軸受を得る方法であってもよい。この方法で焼結動圧軸受を得るとき、形成する鍍金層が厚くなる場合には、動圧溝の深さのばらつきが大きくなることがある。したがって、鍍金層の厚さは数μｍ程度とすることが寸法精度の点で好ましい。
【００１３】
好適な鍍金方法として、電解溶液中で品物を陰極として通電し、表面にメッキ金属（Ｃｕ、Ｓｎ  Ａｇなど）を析出させる電気鍍金や、溶液中での還元反応を利用して品物の表面にメッキ金属（Ｎｉ−Ｐメッキなど）を析出させる無電解鍍金と、亜鉛や錫、アルミなどの金属を溶融した中に品物を入れ、それぞれの金属を付着させる溶融鍍金がある。なかでも、無電解鍍金は、ミクロンオーダの鍍金の厚みが得られるので動圧溝の寸法精度を維持することができる。さらに、無電解鍍金の中でもＮｉ−Ｐメッキは、防錆効果に優れているため、本発明には好適な鍍金層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、再圧による寸法調整と動圧溝形成の工程を行った後に、気孔に樹脂含浸して封孔処理し、次いで、磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨を施し、最後に鍍金層を形成するといった工程順を採ることにより、気孔が十分に封孔されて動圧低下が効果的に防止されるとともに、再圧工程後の寸法変化が起こりにくくなる。さらに、軸受表面に密着性のよい鍍金層を形成することができ、潤滑油の劣化や錆びの発生を抑えるため、寸法精度が向上して高精度の回転性能や低騒音性等の軸受性能をより向上させることができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、一実施形態の製造方法で製造された円筒状の焼結動圧軸受１（以下、軸受と略称する）の縦断面図を示しており、図２はこの軸受の平面図、図３は横断面図である。この軸受１は、磁気記録ディスク駆動装置のスピンドルモータ用として好適に用いられる小型のものであり、寸法例としては、外径がφ５ｍｍ前後〜６ｍｍ前後、内径すなわち軸孔１１の直径がφ２ｍｍ前後〜３ｍｍ前後である。軸受１は、原料の金属粉末を圧縮成形した成形体を焼結した焼結体からなるもので、気孔率が８〜２０vol％であり、使用時にはその気孔に樹脂を含浸し、軸受表面全体を鍍金した焼結含油軸受とされる。
【００１６】
軸受１は、軸孔２に挿入されるシャフト３（図３に示す）を回転自在に支持する。この場合のシャフト３は、軸孔２に挿入される軸本体にフランジが形成されたもので、図１において上方から軸本体が軸孔２に挿入され、フランジが上端面（軸受面）４に対向させられる。シャフト３のラジアル荷重は軸受１の内周面（軸受面）５で支持され、スラスト荷重は軸受１の上端面４で支持される。
【００１７】
図２に示すように、軸受１の上端面４には、シャフト３の回転方向Ｒに向かうにしたがって内周側に湾曲しながら延びる複数のスパイラル溝（動圧溝）６が、周方向に等間隔をおいて形成されている（図２では上端面４と区別するため斜線を描いてある）。これらスパイラル溝６の外周側の端部は外周面に開口しているが、内周側の端部は内周面５に開口しておらず閉塞している。スパイラル溝６は１０本前後形成され（図２では１２本）、また、最大深さは１０〜２０μｍ程度とされる。
【００１８】
また、図３に示すように、軸受１の軸孔２の内周面５には、断面が半円弧状で、両端面間にわたり軸方向に沿って真っ直ぐに延びる複数の分離溝７が、周方向に等間隔をおいて形成されている。そして、内周面５の各分離溝７の間には、軸受１の外径の軸心Ｐに対して偏心し、シャフト３の回転方向Ｒに向かうにしたがって内周側に縮径していく断面形状の偏心溝（動圧溝）８が形成されている。この場合、図示例では分離溝７および偏心溝８はそれぞれ５つ形成されているが、これらは３〜６が好適な数とされる。
【００１９】
偏心溝８の内面とシャフト３の外周面との間の微小隙間は、シャフト３の回転方向に向かうにしたがってしだいに狭小となる断面クサビ状となっている。分離溝７の幅は、図３に示す軸受１の軸心Ｐを中心とした周方向への角度θで８〜２０°に相当する長さとされ、また、その最大深さは０．１０ｍｍ前後とされる。
【００２０】
軸受１の内周面５と軸孔２に挿入されるシャフト３の軸本体の外周面との間はラジアル側の軸受隙間とされ、軸受１の上端面４とシャフトのフランジとの間はスラスト側の軸受隙間とされ、これらの隙間には潤滑油が供給される。例えば、ラジアル側の軸受隙間は１〜３μｍ程度に設定され、スラスト側の軸受隙間は５〜１０μｍに設定される。
【００２１】
上記軸受１によると、軸孔２に挿入されたシャフト３が、図２および図３に示す矢印Ｒ方向に回転すると、内周面５の各分離溝７にしみ出して貯留する潤滑油が、効率よくシャフト３に巻き込まれて偏心溝８とシャフト３との間のクサビ状の微小隙間に侵入し、油膜を形成する。この微小隙間に入っていく潤滑油は、微小隙間の狭小側に流動することにより、クサビ効果が生じて高圧となり、高いラジアル動圧が発生する。このように油膜が高圧化する部分は、偏心溝８に応じて周方向に等間隔をおいて発生し、これによってシャフト３のラジアル荷重は、バランスよく、かつ高い剛性をもって支持される。
【００２２】
一方、潤滑油は、軸受１の上端面４に形成されたスパイラル溝６内にもしみ出して貯留され、この潤滑油の一部は、シャフト３の回転によってスパイラル溝６内から出て、上端面４とフランジとの間に油膜を形成する。また、スパイラル溝６内に保持される潤滑油は、スパイラル溝６内の外周側から内周側に向かって流動し、内周側の端部で最も高圧化するスラスト動圧が発生する。そして、そのスラスト動圧をフランジが受けることによってシャフト３が僅かに浮上した状態となり、これによってスラスト荷重がバランスよく、かつ高い剛性をもって支持される。
【００２３】
次に、一実施形態に係る上記軸受１の製造方法を説明する。なお、図４はその製造方法を工程順に示すフロー図である。
[１]圧粉体の成形〜焼結
まず、金属粉からなる原料粉末を圧縮成形し、軸受１に相当するニアネットシェイプの圧粉体を得る。この圧粉体を焼結炉に装入して焼結し、気孔率が８〜２０vol％の焼結軸受を素材として得る。
【００２４】
[２]再圧による寸法調整〜動圧溝形成
次に、得られた焼結軸受を所定の寸法形状の金型内にセットして再圧し、外径、内径および軸方向長さ（高さ）を、必要な寸法精度に仕上げる。続いて、上記スパイラル溝２に応じた凸部を有するコアを用いて、寸法調整した焼結軸受の一方の端面（上記上端面７）にスパイラル溝６を転写して形成する。次に、上記分離溝７および偏心溝８に応じた凸部を有するサイジングコアを用いて、焼結軸受の内周面５に分離溝７および偏心溝８を転写して形成する。なお、分離溝７および偏心溝８は、圧粉体の成形時に予め形成しておいてもよい。
【００２５】
[３]樹脂含浸
一方の端面にスパイラル溝６が形成され、内周面５に分離溝７および偏心溝８が形成された焼結軸受を真空中で樹脂溶液に浸漬してから大気に開放し、真空と大気圧との圧力差で焼結軸受の気孔に樹脂溶液を含浸させる。含浸させる樹脂としては、ポリグルコールジメタクリレートを主成分とする嫌気性接着剤が好ましく用いられる。この樹脂は、焼結軸受に含浸された後、加熱して硬化させられる。含浸させた樹脂は焼結軸受の全面を覆うように付着するので、樹脂が硬化する前に内周面５を含む表面全面の樹脂を水洗で除去する。
【００２６】
[４]バレル研磨
樹脂含浸により気孔を封孔した焼結軸受を、磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨に供する。バレル研磨に用いるメディアは、φ０．５ｍｍ前後の微細なステンレスピンが好適とされ、多数のメディアが磁気バレル研磨もしくは電磁バレル研磨によって焼結軸受の表面を打撃する。その結果、焼結軸受の、スパイラル溝６が形成された端面、分離溝７および偏心溝８が形成された内周面５を含む焼結軸受の全面がメディアで研磨され、表面に付着して水洗で除去し切れなかった樹脂が完全に除去されて表面が清浄となる。
【００２７】
また、含浸した樹脂が上記嫌気性接着剤であった場合には、加熱硬化させる段階で樹脂の体積が膨張して表面に滲み出て硬化し、若干表面に残る場合がある。また、気孔を樹脂で満たしても、硬化後に常温まで冷却すると樹脂の堆積が収縮して僅かに気孔が残る場合がある。このように、樹脂が表面に残ったり、あるいは逆に気孔が残ったりしても、バレル研磨によって焼結軸受の表面が研磨されることにより、残った樹脂は除去され、また、残った気孔は目潰しされて軸受表面全体の気孔が封孔される。
【００２８】
[５]鍍金
バレル研磨した焼結軸受を電気鍍金や無電解鍍金、あるいは溶解鍍金によって表面を１０μｍ以下の厚さの金属皮膜で覆う。これらの鍍金方法の中でも、無電解鍍金は均一な鍍金層を形成するのに優れており、数μｍ単位の厚さの管理が可能である。また、錆びの発生を抑える観点から、無電解鍍金の中でも防錆効果に優れているＮｉ−Ｐ鍍金を使用することが好ましい。
【００２９】
以上による本実施形態の焼結動圧軸受の製造方法は、全体的な焼結軸受の寸法調整を再圧で行い、次に、上端面４にスパイラル溝６、内周面５に分離溝７および偏心溝８を同じく再圧で形成し、この後、樹脂含浸による気孔の封孔、バレル研磨（磁気か電磁）、鍍金といった工程順で焼結動圧軸受を得ている。
【００３０】
この方法によれば、樹脂含浸およびバレル研磨によって気孔が十分に塞がれているため、動圧の低下は起こらない。また、樹脂含浸後に軸受表面に残る樹脂を、バレル研磨によって除去することができるので、樹脂の剥離による不具合を抑え、寸法精度を維持することがない。そして、鍍金層を形成しても鍍金液が軸受内へは浸透せず、軸受の変色や潤滑油の劣化が抑えられる。また、軸表面が滑らかになっているので、均一な鍍金層を得ることができる。鉄系の焼結軸受で問題とされていた錆びに対しては、Ｎｉ−Ｐ鍍金のような防錆効果に優れた鍍金を施すことにより、錆びの発生を抑えることができる。
【００３１】
なお、図５は、先の実施形態とは異なり、動圧溝再圧工程を鍍金工程の後に設けている工程順を示すフロー図である。図５に示す工程順でも、先の実施形態と同様の効果が得られる。しかしながら、図５に示す工程順で焼結軸受を得るとき、形成する鍍金層が厚くなる場合には、動圧溝の深さのばらつきが先の実施形態に比べ、大きくなることがある。したがって、図５で示す工程順で得る焼結軸受の鍍金層の厚さは数μｍ程度とすることが寸法精度の点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態で製造された焼結動圧軸受の縦断面図である。
【図２】図１に示した焼結含油軸受の平面図である。
【図３】同軸受の横断面図である。
【図４】一実施形態の製造方法の工程順を示す図である。
【図５】図４に示した実施形態の製造方法の工程順とは異なる工程順を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…焼結動圧軸受
３…シャフト
４…上端面（軸受面）
５…内周面（軸受面）
６…スパイラル溝（動圧溝）
８…偏心溝（動圧溝）
【図１】
2008106797.tif 000003
【図２】
2008106797.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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