(57)【要約】【課題】簡易かつ低廉な構成によって、良好な軸受特性を長期にわたって維持することを可能とする。【解決手段】焼結体からなる軸受部材３を構成する銅系金属として、リンの添加量を０．４重量％〜２．０重量％の範囲内に設定したリン青銅を用いるとともに、軸受部材３の軸受面に対する固体潤滑剤として、焼結体内に含浸したフッ素樹脂を用いており、リンの添加量が通常（０．１〜０．３重量％程度）より多い高リン含有状態で焼結体を焼成させることによって耐摩耗性や耐食性を向上させるとともに、焼結体に形成された比較的大きな気孔（ポーラス）内にフッ素樹脂を十分な量だけ充填し、軸受部材の軸受面に十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層を形成するようにしたもの。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、その軸部材を相対回転可能に支承する銅系金属の焼結体からなる軸受部材とを有し、上記軸部材側の軸受面に対向する軸受部材側の軸受面に対して固体潤滑剤が用いられた軸受装置において、
上記軸受部材の焼結体を構成する銅系金属として、リンの添加量が０．４重量％〜２．０重量％の範囲内に設定されたリン青銅が用いられているとともに、
前記固体潤滑剤として、上記焼結体内に樹脂含浸されたフッ素樹脂が用いられていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記軸受部材が、６４０℃〜７５０℃の範囲の温度で焼成されたの焼結体からなることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
【請求項３】
前記軸受部材の焼結体内に含浸されたフッ素樹脂は、焼結体の焼成工程の後に樹脂含浸されたものであることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
【請求項４】
軸部材を相対回転可能に支承する軸受部材を銅系金属の焼結体から形成し、その軸受部材の軸受面に対して固体潤滑剤を設けるようにした軸受装置の製造方法において、
上記軸受部材の焼結体を構成する銅系金属として、リンの添加量を０．４重量％〜２．０重量％の範囲内に設定したリン青銅を用い、
そのリン青銅の粉体を焼成して前記軸受部材の焼結体を形成し、
その後に、上記軸受部材の焼結体に対して、フッ素樹脂からなる固体潤滑剤を樹脂含浸し、
その樹脂含浸したフッ素樹脂を、樹脂硬化させることによって軸受部材を形成するようにしたことを特徴とする軸受装置の製造方法。
【請求項５】
前記焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を、真密度の７０％〜８０％に設定していることを特徴とする請求項４記載の軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸部材を相対回転可能に支承する銅系金属の焼結体からなる軸受部材に固体潤滑剤が用いられた軸受装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属粉の焼結体からなる軸受部材を採用した軸受装置が広く知られている。例えば、空気の動圧を利用したエア動圧軸受装置の場合には、耐摩耗性を向上させつつ良好な動圧力を得るために、金属粉の焼結体から形成した軸受部材の軸受面に、二硫化モリブデン、グラファイト、ＢＮなどからなる固体潤滑剤を電着工法などによって層状に形成するようにしている。このような構成を有する軸受装置によれば、特に回転の起動・停止時における軸受面の摩耗を、簡易で低コストな構成により低減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような焼結体からなる軸受部材に固体潤滑剤を用いた軸受装置においても、未だ以下のような問題がある。
すなわち、軸受部材に対して軸部材の移着が生じ易くなっており、軸受部材と軸部材との間に焼き付きやカジリが発生したり、特に回転の開始時及び停止時に両部材どうしが大きな音で接触する場合もあるなど、軸受部材と軸部材との間の焼摩擦抵抗が大きくなってしまう場合がある。また、焼結体に銅系金属を用いた場合などにおいては、錆が発生し易く耐食性に劣ることもある。
【０００４】
また、動圧軸受装置の場合には、焼結体の内周側に設けられた軸受面に対してサイジング工程を施すことによって、いわゆる目潰しを行っているが、焼結体の気孔（ポーラス）を完全になくすことができないため、そこに潤滑流体の動圧力が逃げてしまい、動圧力が効率的に得られないおそれもある。
【０００５】
そこで本発明は、簡易かつ低廉な構成によって、耐摩耗性などの軸受特性を長期にわたって良好に維持することができるようにした軸受装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる軸受装置では、軸受部材の焼結体を構成する銅系金属として、リンの添加量が０．４重量％〜２．０重量％の範囲内に設定されたリン青銅が用いられているとともに、固体潤滑剤として、上記焼結体内に樹脂含浸されたフッ素樹脂が用いられている。
このような構成を有する請求項１にかかる軸受装置によれば、リンの添加量が通常（０．１〜０．３重量％程度）より多い高リン含有状態で焼結体の焼成が行われているため、粉体どうしの結合力が増大して軸受部材として良好な粘り性が付与されて耐摩耗性や耐食性が向上されているとともに、リンの溶融による液相焼結によって焼結体に比較的大きな気孔（ポーラス）が形成されることとなり、その大きな気孔（ポーラス）内にフッ素樹脂が十分な量だけ充填された状態となる。その結果、軸受部材の軸受面には十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層が形成され、軸部材との間の移着が大幅に低減され、一層良好な耐摩耗性が得られるとともに、動圧軸受装置の場合には良好な動圧力が得られ、しかもフッ素樹脂による耐食性が良好に得られるようになっている。
【０００７】
また、本発明の請求項２にかかる軸受装置では、上記請求項１における受部材が６４０℃〜７５０℃の範囲の温度で焼成されたの焼結体からなる。
このような構成を有する請求項２における軸受装置によれば、リンが溶融して液状になる温度で焼成されることから、上述した作用が確実に得られるようになっている。
【０００８】
また、本発明の請求項３にかかる軸受装置では、上記請求項１における軸受部材の焼結体内に含浸されたフッ素樹脂は、焼結体の焼成工程の後に樹脂含浸されたものからなる。
このような構成を有する請求項３にかかる軸受装置によれば、フッ素樹脂が、焼成時の高温によって損傷を受けることなく焼結体の気孔（ポーラス）内に確実に深い層まで充填されるようになっている。
【０００９】
また、本発明の請求項４にかかる軸受装置の製造方法では、軸受部材の焼結体を構成する銅系金属としてリンの添加量を０．４重量％〜２．０重量％の範囲内に設定したリン青銅を用い、そのリン青銅の粉体を焼成して前記軸受部材の焼結体を形成し、その後に、上記軸受部材の焼結体に対して、フッ素樹脂からなる固体潤滑剤を樹脂含浸し、その樹脂含浸したフッ素樹脂を、樹脂硬化させることによって軸受部材を形成するようにしている。
このような構成を有する請求項４にかかる軸受装置の製造方法によれば、リンの添加量が通常（０．１〜０．３重量％程度）より多い高リン含有状態で焼結体の焼成が行われているため、粉体どうしの結合力が増大して軸受部材として良好な粘り性が付与されて耐摩耗性や耐食性が向上されるとともに、リンの溶融による液相焼結によって焼結体に比較的大きな気孔（ポーラス）が形成されることとなり、その大きな気孔（ポーラス）内にフッ素樹脂が十分な量だけ充填された状態となる。その結果、軸受部材の軸受面には十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層が形成され、一層良好な耐摩耗性が得られるとともに、動圧軸受装置の場合には良好な動圧力が得られるようになっている。
【００１０】
また、本発明の請求項５にかかる軸受装置の製造方法では、請求項４における焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を、真密度の７０％〜８０％に設定している。
このような構成を有する請求項５にかかる軸受装置の製造方法によれば、焼結体に十分な剛性を付与しつつ、十分な量のフッ素樹脂が軸受面に確保されるようになっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、それに先立って、本発明を適用した光偏向装置におけるポリゴンミラー駆動用モータの構造例を説明しておく。
【００１２】
図１に示されているように、プリント基板を兼用するモータ基板１の略中央部分には、略中空円筒状をなす軸受ホルダー２が略垂直に立設するようにして取り付けられており、その軸受ホルダー２の内周壁面側に、空気動圧を利用した動圧軸受部材としての軸受スリーブ３が、圧入又は焼嵌めなどの締嵌めによって接合されている。この軸受スリーブ３は、銅系金属粉を用いた焼結体からなるものであるが、詳細な構造については後述する。また、その軸受スリーブ３に貫通形成された中心孔内には、ロータ部を構成している中空円筒状のステンレス材からなる回転軸４が回転自在に挿入されている。
【００１３】
上記軸受スリーブ３の内周壁部に形成された動圧面は、前記回転軸４の外周壁面に形成された動圧面に対して半径方向に微小隙間を介して対向するように配置されており、その微小隙間部分にラジアル動圧軸受部ＲＢが構成されている。すなわち、上記ラジアル動圧軸受部ＲＢにおける軸受スリーブ３側の動圧面と、回転軸４側の動圧面とは、数μｍの微少隙間を介して周状に対向配置されており、その微少隙間からなる軸受空間内に潤滑流体としての空気（エアー）が介在されている。
【００１４】
また、上記軸受スリーブ３及び回転軸４の両動圧面のうちの少なくとも一方側には、ラジアル動圧発生手段が設けられている。このときのラジアル動圧発生としては、例えば図２に示されているように、周方向に略円弧状をなして延在する湾曲テーパ状の動圧面３ａと、軸方向に延在する断面凹状の逃げ溝３ｂとを、周方向に沿って交互に形成したものや、図示を省略したヘリングボーン形状などの適宜の溝形状からなるラジアル動圧発生用溝が環状に並列されるようにして凹設されたものなどが採用される。そして、回転時に、それらのラジアル動圧発生手段のポンピング作用により潤滑流体としての空気（エアー）が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体としての空気（エアー）の動圧によって、上記回転軸４とともに後述するロータケース７が、上記軸受スリーブ３に対してラジアル方向に非接触状態で軸支持される構成になされている。
【００１５】
一方、上述した軸受ホルダー２が前記モータ基板１から図示上方側に向かって突出している部位には、電磁鋼板の積層体からなる円環状のステータコア５が、上記軸受ホルダー２の外周壁面に形成された取付面に対して軸方向に嵌着されているとともに、そのステータコア５の中心側から半径方向外方側に向かって放射状に突出するように設けられた複数個の各突極部に、コイル巻線６がそれぞれ巻回されている。
【００１６】
さらに、上記回転軸４が前記軸受スリーブ３から図示上方側に向かって突出した出力部分には、アルミニウム合金から形成されたロータケース７の中心ボス部７ａが、上記回転軸４に対して圧入または焼き嵌めなどの締嵌め工程を通して固着されている。また、上記中心ボス部７ａの図示下端側部分には、略皿形状に形成されたロータケース本体部７ｂが、半径方向外方側に向かって張り出すように一体的に連設されている。そして、そのロータケース本体部７ｂの外周側部分に設けられたフランジ状立壁の内周壁面には、リング状のロータマグネット８が環状に装着されている。このロータマグネット８の内周壁面は、上述したステータコア５の各突極部の外端面に対して、半径方向に近接対向するように配置されている。
【００１７】
一方、前述したロータケース７の中心ボス部７ａの外周側壁面には、光情報の偏向走査を行うための偏向ポリゴンミラー１１が軸方向に挿通されている。この偏向ポリゴンミラー１１は、前記ロータケース７の中心ボス部７ａの外周側に取り付けられた略円盤状の押え部材１２によって軸方向に押え込まれており、その押え部材１２と、上述したロータケース本体部７ｂとの間に軸方向に挟み込まれるようにして固定されている。
【００１８】
さらにまた、上記回転軸４の図示下端側に設けられた開口部には、当該開口部を閉塞するようにして、合成樹脂材から形成された封止キャップ部材（スラスト回転部）４ａが嵌合されている。この封止キャップ部材４ａの図示下端面は、円形の平坦面をなすように形成されている。
【００１９】
一方、前述した軸受ホルダー２の図示下端側の開口部分には、スラスト受ホルダー１３が閉塞するように螺着されているとともに、そのスラスト受ホルダー１３の図示上端部分に、略半球状の表面形状をなして図示上方側へ向かって突出するステンレス（ＳＵＳ）材から形成されたスラスト板（スラスト軸受部材）１４が螺着されている。そして、このスラスト板１４の図示上端面に形成された略半球状の表面形状の頂部が、上述した平板円盤状の合成樹脂材から形成された封止キャップ部材４ａの図示下端側の平坦面に当接することによって、ピボット状のスラスト軸受部ＳＢが構成されている。
【００２０】
このピボット軸受状のスラスト軸受部ＳＢを構成している回転軸４側の封止キャップ部材（スラスト回転部）４ａと、ステータ部材側のスラスト板（スラスト軸受部材）１４とは、これら両部材における当接部位の表面硬度が互いに異なる部材により構成されており、高硬度の表面硬度を有するスラスト板（スラスト軸受部材）１４が、軸方向に凸状に張り出す突面を有するように形成されているとともに、低硬度の表面硬度を有する封止キャップ部材（スラスト回転部）４ａが、平坦面を有するように形成されていることから、凸状に張り出す突面を有するスラスト板（スラスト軸受部材）１４の摩耗が良好に低減され、凝着現象や焼き付きなどの発生を防止して耐久性が向上されるとともに、摩耗粉の発生を抑制して清浄性が高められるようになっている。
【００２１】
一方、上述した軸受部材としての軸受スリーブ３の焼結体は、各種銅系金属のうちのリン青銅の粉体を適宜の形状に成型した後に、焼成して軸受部材に形成されたものであるが、形状成型時の成型密度を、本実施形態では、気孔のない状態における真密度の７０％〜８０％としているとともに、リン青銅におけるリンの添加量を、０．４重量％〜２．０重量％の範囲内に設定している。
【００２２】
より具体的には、リン青銅を構成している銅錫及び銅リンの原材粉を、錫１０重量％、リン０．４重量％〜２．０重量％となるように配合した上で混合を行っている。このときのリンの添加量は、耐摩耗性や耐カジリ性に影響し、潤滑油がなく金属接触が起こりやすい空気動圧軸受装置では、耐摩耗性や耐カジリ性に対してはリンの添加量が多いほどよいが、リンが多過ぎると、焼結による収縮率が高くなってしまう。また、このときのリン青銅には、焼結のマトリクスとしてセラミックスの微細粉を添加することもできる。例えば、粒子径が数ミクロンのＳｉＣを２重量％〜３重量％添加することによって耐摩耗性及び耐カジリ性を向上させることができる。
【００２３】
そして、このような高リン含有状態となるように混合されたリン青銅の粉体を焼成する際の焼成温度は、リンのみが溶融し得るように６４０℃〜７５０℃の範囲に設定されており、例えば、アンモニア分解ガスの雰囲気中で焼成工程を行うようにしている。焼成温度は、リンの含有量に対応しており、リンが０．４重量％のときには７５０℃の焼成温度とし、リンが２．０重量％のときには６４０℃の焼成温度とする。
【００２４】
次に、このような焼成工程によって得られた上記軸受スリーブ３の焼結体に対して、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなる固体潤滑剤を樹脂含浸する。そのときの樹脂含浸は、まず最初に真空状態での含浸を行った後に、加圧状態での含浸を行うようにしている。このような樹脂含浸工程によって軸受スリーブ３の焼結体に樹脂含浸したフッ素樹脂は、樹脂硬化させて密着性を向上させる。
【００２５】
なお、このときのフッ素樹脂には、摺動性が良好なポリアミド、ポリアセタールなどの樹脂材を混合して用いることができる。このようにすれば、樹脂材料を低廉化することが可能になるとともに、樹脂の流動性が高められることから軸受面内の表面粗さが向上して摩擦抵抗が低減されることとなる。
【００２６】
さらに、得られた軸受スリーブ３の素材の軸受面に相当する内周面に、金型を用いたサイジング工程を施して、前述した動圧発生手段などを形成し、最終的な軸受スリーブ３を得る。このサイジング工程後における軸受スリーブ３の軸受面におけるフッ素樹脂の量は、軸受面の信頼性にとって重要であり、本実施形態では、全軸受面積に対する面積比で４０％程度、最低でも２０％以上を確保している。この軸受面におけるフッ素樹脂の量は、上述したサイジング工程における潰し代の他に、上述した形状成型時の成型密度に直接関係するものであり、本実施形態のように、成型密度を真密度の７０％〜８０％に設定することによって、フッ素樹脂の量を、全軸受面積の３０％〜４０％程度に確保することができる。
【００２７】
なお、上述した最終のサイジング工程によって成形された軸受スリーブ３の全体に対して防錆油等を含浸させることとすれば、軸受スリーブ３の耐食性をさらに向上させることができる。
【００２８】
このように本実施形態では、軸受スリーブ３の焼結体が、リンの添加量が通常（０．１〜０．３重量％程度）より多い高リン含有状態で焼成されていることから、粉体どうしの結合力が増大して軸受スリーブ３に良好な粘り性が付与されることとなり、耐摩耗性や耐食性が向上されるとともに、焼結体に比較的大きな気孔（ポーラス）が形成されることとなって、その大きな気孔（ポーラス）内にフッ素樹脂が十分な量だけ充填された状態となる。その結果、軸受スリーブ３の軸受面には十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層が形成され、一層良好な耐摩耗性が得られるとともに、動圧流体である空気（エア）の逃げが防止されて良好な動圧力が得られるようになっている。
【００２９】
また、本実施形態では、上述した軸受スリーブ３の焼結体の焼成温度が６４０℃〜７５０℃の範囲の温度に設定されていて、リンが溶融して液相になる温度で焼成が行われることから、上述したような作用は確実に得られるようになっている。このとき、焼成温度を低くし過ぎると強度が低下するとともに、気孔（ポーラス）も小さくなってしまい、樹脂含浸が良好に行われなくなってしまう。
【００３０】
さらに、本実施形態における焼結体内に含浸されたフッ素樹脂は、焼結体の焼成工程の後に含浸されることから、焼成時の高温によってフッ素樹脂が損傷を受けることなく、焼結体の気孔（ポーラス）内に確実に深い層まで充填されるようになっている。
【００３１】
さらにまた、本実施形態では、焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を真密度の７０％〜８０％に設定していることから、焼結体に十分な剛性を付与しつつ十分な量のフッ素樹脂が確保されるようになっている。
【００３２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのは言うまでもない。
【００３３】
例えば、上述した実施形態は、エア動圧軸受装置を有するポリゴンミラー駆動用モータに対して本発明を適用したものであるが、エア動圧軸受装置以外のオイル動圧軸受装置にも同様に適用することができる。この場合、オイルを軸受部材に含浸させることとなるが、フッ素樹脂が固体潤滑剤として多量に含まれることから、油膜破断時等における金属接触が良好に回避されることとなる。
【００３４】
また、本発明は、メタル軸受装置などの動圧軸受装置を用いていないモータ、或いは多種多様な回転体を回転駆動するモータに対しても、本発明は同様に適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１にかかる軸受装置及び請求項４にかかる軸受装置の製造方法は、焼結体からなる軸受部材を構成する銅系金属として、リンの添加量を０．４重量％〜２．０重量％の範囲に設定したリン青銅を用いるとともに、焼結体からなる軸受部材の固体潤滑剤として、焼結体内に含浸したフッ素樹脂を用いており、リンの添加量が通常より多い高リン含有状態で焼結体を焼成させることによって、耐摩耗性や耐食性を向上させるとともに、焼結体に形成した比較的大きな気孔（ポーラス）内にフッ素樹脂を十分な量だけ充填し、軸受部材の軸受面に十分な量からなる良好な固体潤滑剤の層を形成するようにしたものであるから、簡易かつ低廉な構成によって、軸部材との間の移着を大幅に低減するとともに、フッ素樹脂による耐食性が得られるため、良好な軸受特性を長期にわたって維持することができ、軸受装置の信頼性を高めることができる。
【００３６】
また、本発明の請求項２にかかる軸受装置は、上記請求項１における焼結体を６４０℃〜７５０℃の範囲の温度で焼成することで、リンが溶融して液相になる温度で焼成させるようにしたものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【００３７】
また、本発明の請求項３にかかる軸受装置は、上記請求項１における焼結体内に含浸したフッ素樹脂を焼結体の焼成後に含浸することにより焼結体の気孔（ポーラス）内にフッ素樹脂が深い層まで確実に含浸されて充填されるようにしたものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【００３８】
また、本発明の請求項５にかかる軸受装置の製造方法は、上記請求項４における焼結体の焼成工程前において行うリン青銅粉体の成型時における成型密度を、真密度の７０％〜８０％に設定して、焼結体に十分な剛性を付与しつつ十分な量のフッ素樹脂を軸受面に確保するようにしたものであるから、上述した効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光偏向装置のポリゴンミラー駆動用モータ全体構造を表した縦断面説明図である。
【図２】図１に示されたポリゴンミラー駆動用モータに用いられている軸受部材の一例を拡大して表した部分平面説明図である。
【符号の説明】
３　軸受スリーブ（動圧軸受部材）
４　回転軸
５　ステータコア
７　ロータケース
８　ロータマグネット
ＲＢ　ラジアル動圧軸受部
ＳＢ　スラスト軸受部
【図１】
2004125070.tif 000003
【図２】
2004125070.tif 000004