(57)【要約】【課題】  油膜力の強化による軸受剛性の向上とトルク変動の低減とを達成する。【解決手段】軸受部材１の内周にラジアル軸受面５が形成され、軸受部材１の一方の端面１ａに動圧溝が形成されている。軸受部材１の一方の端面１ａの表面開孔率は１０％を上限値としてそれ以下の値となるように規制されており、他方の表面１ｂの表面開孔率は２０％を上限値としてそれ以下の値となるように規制されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含油焼結金属からなる軸受部材を備え、該軸受部材の内周に非真円形状のラジアル軸受面を有し、該軸受部材の両端面のうち一方に動圧溝を有する焼結含油軸受において、
前記軸受部材の一方の端面の表面開孔率が１０％を上限値としてそれ以下の値となるように規制されていると共に、他方の端面の表面開孔率が２０％を上限値としてそれ以下の値となるように規制されていることを特徴とする焼結含油軸受。
【請求項２】
前記一方の端面の表面粗さが０．０５Ra以上、０．４Ra以下であることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属に油を含浸させた焼結含油軸受、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼結含油軸受の中でも特に動圧発生用の溝、すなわち動圧溝を有する軸受（溝付き動圧型焼結含油軸受）は、高回転精度、高速回転、低騒音、低コスト等の特徴を備えるものであり、近年ではこれらの特徴から、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスクのスピンドルモータやレーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等におけるスピンドル支持用の軸受としての使用が期待され、あるいは実際に使用されている。
【０００３】
この溝付き動圧型焼結含油軸受は、円筒状の含油焼結金属からなる軸受部材に、サイジング→両端面のバニシ仕上げ→動圧溝の加工、を順次施すことにより製造される。バニシ仕上げにより、軸受部材の端面は、その表面開孔率（表面開孔とは、多孔質組織の細孔が外表面に開口した部分をいい、表面開孔率とは、外表面の単位面積内に占める表面開口の面積割合をいう）が２０％以下となるまで表面細孔がつぶされる。
【０００４】
従来、バニシ仕上げは、図５に示すように、超硬合金やセラミック等の硬質材料からなる治具３３，３４を焼結含油金属３１の軸方向両端に配し、両治具３３，３４の端面に形成した突条の加圧部３７（図６参照）をそれぞれ焼結含油金属３１の両端面に押し当てた状態で、治具３３，３４を互いに逆回転させることによって行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記溝付き動圧型焼結含油軸受では、軸受隙間での動圧を十分に確保するため、軸受部材の表面からの油の流出はできるだけ少なくするのが好ましい。そのため、軸受部材端面のバニシ仕上げにおいては、表面開孔率ができるだけ小さくかつ均一となるような加工が望まれる。
【０００６】
しかしながら、図５および図６に示す従来方法では、均一に封孔することが難しく、封孔度合いのばらつきが大きい。そのため、仕上げ後の表面開孔率は広い範囲で許容せざるを得ず、その上限は上記の通り２０％が限度であった。また、軸受部材の端面にスラスト方向の動圧を発生するための動圧溝を形成する場合には、相手面との接触によるトルク変動を避けるため、表面粗さを小さくする必要があるが、従来方法では表面開孔率の低減と表面粗さの向上を両立することは難しかった。さらには、加圧部材の劣化が早く、早期に治具全体の交換が必要となってコストアップを招く不具合も指摘されている。
【０００７】
そこで、本発明は、油膜力の強化による軸受剛性の向上を達成することができ、また、トルク変動の低減を達成することができる焼結含油軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的の達成のため、本発明では、含油焼結金属からなる軸受部材を備え、軸受部材の内周に非真円形状のラジアル軸受面を有し、軸受部材の両端面のうち一方に動圧溝を有する焼結含油軸受において、軸受部材の一方の端面の表面開孔率が１０％を上限値としてそれ以下の値となるように規制されていると共に、他方の端面の表面開孔率が２０％を上限値としてそれ以下の値となるように規制され構成を提供する。
【０００９】
上記一方の端面の表面粗さは、０．０５Ra以上０．４Ra以下に設定するのが望ましい。
【００１０】
軸受部材の一方の端面に、軸部材との相対回転時にスラスト方向の動圧を発生するための動圧溝を形成することにより、スラスト方向の動圧で軸部材を非接触支持する焼結含油軸受を提供できる。この場合、上記一方の端面の表面粗さを０．０５Ra以上０．４Ra以下に設定することにより、軸部材との接触を回避し、トルク変動の少ない焼結含油軸受を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸受部材の一方の端面の表面開孔率のバラツキを抑えてその許容範囲の上限値をより小さく規制することができる。従って、油膜力を強化して軸受剛性を高めることができ、また、軸受部材の端面に形成されたスラスト軸受面と軸部材との接触を回避してトルク変動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態における動圧型焼結含油軸受においては、円筒状の含油焼結金属からなる軸受部材１の内周に、複数の動圧発生用の溝３（動圧溝）を有するラジアル軸受面５が形成される。図示例では、軸方向に離隔させて二つのラジアル軸受面５を形成した場合を例示しているが、ラジアル軸受面５の数は、二つに限られず、一つあるいは三つ以上とすることもできる。ラジアル軸受面５の動圧溝形状としては、図示のようなヘリングボーン形の他、スパイラル形を選択することもできる。この他、ステップ型や調和波形等の非真円形状のラジアル軸受面を使用することも可能である。
【００１４】
軸受部材１に非接触支持される軸部材７は、ストレート状の軸部７ａと軸部７ａの端部に設けられたフランジ部７ｂとで構成される。軸部７ａとフランジ部７ｂは、圧入した別部品で形成する他、鍛造等の手段で一体成形することもできる。
【００１５】
軸受部材１は、有底円筒状のハウジング９の内周に圧入や接着等の手段で固定される。この時、軸受部材１の内周に軸部材７の軸部７ａが配置され、ハウジング９の底部９ａと軸受部材の端面１ａとの間の空間にフランジ部７ｂが配置される。ハウジング底部９ａは、図示のように筒状のハウジング本体９ｂと一体成形する他、ハウジング本体９ｂとは別部品で形成し、これらを嵌合・接着することにより組み立てることもできる。ハウジング本体９ｂの開口部は、油の流出を防止するため、シール部材１０によって密封されている。
【００１６】
フランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２は、軸受部材１の一方の端面１ａ、およびハウジング底部９ａのスラスト受け面９ａ１とそれぞれ対向している。フランジ部７ｂと対向する軸受部材１の端面１ａおよびスラスト受け面９ａ１には、複数の動圧溝（図示省略）を備えたスラスト軸受面１１ａ，１１ｂがそれぞれ形成される。スラスト軸受面１１ａ，１１ｂの動圧溝形状は任意であり、ラジアル軸受面５と同様にヘリングボーン形やスパイラル形の動圧溝を形成する他、ステップ形に形成することもできる。この動圧溝は、軸受部材端面１ａやスラスト受け面９ａ１に代えてフランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２に形成することもでき、この場合には、フランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２に上記スラスト軸受面が形成される。
【００１７】
軸受部材１は、焼結金属に潤滑油あるいは潤滑グリースを含浸させて細孔内に油を保有させた含油焼結金属で形成される。焼結金属としては、例えば銅系あるいは鉄系、またはその双方を主成分とするものが使用でき、望ましくは銅を２０〜９５％使用して成形される。この軸受部材１は、従来と同様に、圧粉成形→焼結→サイジング→含油→両端面のバニシ仕上げ→動圧溝加工、の各工程を経て製造される。なお、上記各工程は、バニシ仕上げ工程を除き、従来と同様の方法・装置で行うことができる。バニシ仕上げ工程の詳細は後述する。
【００１８】
ラジアル軸受面５と軸部７ａの外周面との間の微小隙間（ラジアル軸受隙間）、およびスラスト軸受面１１ａ，１１ｂとこれに対向する面（図示例ではフランジ部７ｂの両端面７ｂ１，７ｂ２）との間の微小隙間（スラスト軸受隙間）には、それぞれ潤滑流体としての油が満たされている。軸部材７と軸受部材１の相対回転時（本実施形態では軸部材７の回転時）には、各軸受面５，１１ａ，１１ｂに設けられた動圧溝の作用により、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に油の動圧が生じ、軸部材７がラジアル方向およびスラスト両方向で軸受部材１に対して非接触支持される。
【００１９】
軸受運転中は、各軸受隙間に生じた正圧により、油は軸受面５，１１ａ，１１ｂの表面に開口した孔から軸受部材１の内部に還流する。その一方で動圧溝の作用によって新たな油が次々と各軸受隙間に押し込まれ続けるので、油膜力や軸受剛性は高い状態で維持される。
【００２０】
この場合、軸受面５，１１ａ，１１ｂに開口した細孔をつぶして表面開孔率を小さくすれば、軸受部材１内部への油の還流を少なくすることができ、油膜力を高めて軸受剛性のさらなる向上を図ることができる。これを達成するため、本発明では、スラスト軸受面１１ａを有する軸受部材１の端面１ａを、その表面開孔率が１０％（望ましくは７％）を上限としてこれ以下の範囲に規制されるようバニシ仕上げにて封孔処理を行った。この上限値以下の表面開孔率であれば、スラスト軸受面１１ａから軸受部材１内部へ還流する油の量を効果的に抑制することができる。一方、２％以下の表面開孔率を常時得ようとすれば、バニシ仕上げに際しての治具（後述する）の加圧力が著しく増すため、加工コストが高騰する。従って、端面１ａの表面開孔率は、２％以上で１０％以下（望ましくは７％以下）の範囲に設定とする。
【００２１】
この場合、軸受部材１の端面１ａに形成されたスラスト軸受面１１ａの表面粗さは０．０５Ra〜０．４Raの範囲内に設定する。この表面粗さが０．４Raよりも大きいと表面の凹凸が増えるために、軸受の運転中にスラスト軸受面１１ａがこれに対向する面（フランジ部端面７ｂ１）と接触してトルク変動等を生じる要因となる。一方、表面粗さが０．０５Raよりも小さい場合は、後述するバニシ仕上げで高い加圧力が必要となり、かつ加工時間も長くなるので、加工コストの増大を招く。
【００２２】
なお、ラジアル軸受面５の表面開孔率は、５％〜１５％程度に設定するのが望ましい。この範囲の表面開孔率は、軸受部材１のサイジングに際してその内周面を内型（コアロッド等）に押し付ける際の押し付け力を調整することによって得ることができる。
【００２３】
軸受部材１の両端面１ａ，１ｂのバニシ仕上げは、図５に示す従来方法と同様に、軸受部材１の軸方向両側に治具１３，１４を配置することによって行われる。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、治具１３，１４には、超硬合金やセラミック等の硬質材料からなる加圧部材１７が弾性部材１８を介して取り付けられている。弾性部材１８は、ウレタンゴム等の弾性材料からなり、厚肉円盤状のクッション部１８ａと、クッション部１８ａの背面に突設した連結部１８ｂとを有する。クッション部１８ａの端面１８ａ１には、断面円形の棒状をなす加圧部材１７がその一部周面を端面１８ａ１から突出させてその直径方向に沿って埋め込まれ、接着等の固定手段で弾性部材１８に固定されている。弾性部材１８の連結部１８ｂは、鋼等の金属製のベース１９に設けた取り付け孔に挿入され、さらに止めねじ２０等の着脱手段によってベース１９に対して着脱可能に取り付けられている。着脱手段により、弾性部材１８と加圧部材１７は、ベース１９に対して着脱可能となり、加圧部材１７が劣化した場合でもこれら早期に交換することが可能となる。
【００２４】
ベース１９、弾性部材１８、および加圧部材１７からなる治具１３，１４は、軸受部材１の軸方向両側に、軸受部材１の両端面１ａ、１ｂに加圧部材１７を押し当てた状態で配置される。両治具１３，１４を所定の加圧力で接近方向に加圧しながら互いに逆回転させることにより、軸受部材１の両端面１ａ，１ｂが加圧部材１７に擦られて仕上げられる。そのため、良好な表面粗さと、低い表面開孔率とを有する端面１ａ，１ｂを形成することができる。
【００２５】
上述のように本発明では、加圧部材１７とベース１９の間に弾性部材１８を介在させているため、弾性部材１８のクッション機能により、加圧部材１７はワークとなる軸受部材１の端面形状にならいながら端面１ａ，１ｂを摺動する。従って、図６に示す従来の治具３３，３４に比べ、表面開孔率をそのバラツキを抑えてより小さく、かつ表面精度をより高めてこれらを両立することができ、上述した１０％（望ましくは７％）を上限とする表面開孔率や、０．０５Ra〜０．４Ra程度の表面粗さも容易に得ることが可能となる。
【００２６】
また、加圧部材１７が弾性的に取り付けられているためにその劣化も従来より遅く、摩耗劣化した場合でも、弾性部材１８および加圧部材１７をユニットとして交換することができるので、治具の全体を早期に交換せざるを得なかった従来方法（図６参照）に比べ、製造コストを低廉化することができる。
【００２７】
図３は、従来品（Ａ）と本発明品（Ｂ）とにおけるバニシ後の表面顕微鏡写真を示すもので、図中の黒部分が表面開孔部分を表している。図示からも明らかなように、本発明品の方が従来品よりも黒塗り部分が少なく、表面開孔率がより小さくなっていることが理解できる。
【００２８】
図４は、従来品（Ａ）と本発明品（Ｂ）とにおけるバニシ後の断面曲線の測定結果を示すものである。何れも触針速度を０．５［ｍｍ／ｓ］、カットオフ値を０．８［ｍｍ］、基準長さを３．２０［ｍｍ］、極性をノーマルとして測定している。この条件下で表面粗さを測定したところ、中心線平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｙ、最大高さＲｚは、従来品で
Ｒａ＝０．４８７５［μｍ］
Ｒｙ＝５．６２２［μｍ］
Ｒｍａｘ＝１０．３０［μｍ］
となり、本発明品で
Ｒａ＝０．１７５０［μｍ］
Ｒｙ＝１．８３８［μｍ］
Ｒｍａｘ＝２．７００［μｍ］
となったので、何れの規格値においても本発明品の表面粗さの方が小さくなることが確認された。
【００２９】
以上の説明では、軸受部材１の両端面１ａ，１ｂの仕上げに図２に示す治具１３，１４を使用しているが、特に表面粗さや表面開孔率が問題とならないのであれば、何れか一方の端面（特にフランジ部７ｂとの対向側と反対側の端面１ｂ）の仕上げは、従来と同様の治具（図６参照）を使用して行うこともできる。
【００３０】
なお、上述した焼結含油軸受には、例えば真円軸受のように軸受部材の端面に動圧溝を有しないものも含まれ、そのような軸受であっても同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる焼結含油軸受を使用した軸受装置の断面図である。
【図２】本発明方法で使用する治具を示すもので、（Ａ）図は（Ｂ）図中のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＢ矢視図、（Ｃ）図は（Ｂ）図中のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】バニシ後における軸受部材端面の顕微鏡写真で、（Ａ）図は従来品を、（Ｂ）図は本発明品を表す。
【図４】バニシ後における軸受部材端面の断面曲線を示す図で、（Ａ）図は従来品を、（Ｂ）図は本発明品を表す。
【図５】軸受部材端面のバニシ工程を示す側面図である。
【図６】従来方法で使用する治具を示すもので、（Ａ）図は（Ｂ）図中のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＢ矢視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      軸受部材
１ａ    一方の端面
１ｂ    他方の端面
３      動圧溝
５      ラジアル軸受面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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