(57)【要約】【課題】軸受面における粗大な孔をなくす。【解決手段】下パンチ２８にコアロッド２９を挿通させてダイ２６の内部空間まで突出させた状態で、そのダイ２６の内部空間に金属粉末３０を充填する。この金属粉末３０の充填後、コアロッド２９を上昇させてその上端を上パンチ２７に挿入する。このコアロッド２９の上昇によりダイ２６の内部でコアロッド２９の表面との摩擦でとどまった金属粉末３０を落下させることができてブリッジ現象を未然に防止することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結金属で成形された多孔質体からなる円筒状の軸受本体を具備した焼結含油軸受を製造するための方法であって、金属粉末をフォーミング用ダイとフォーミング用コアロッドとを用いて円筒状に圧縮成形する際に、前記金属粉末をフォーミング用ダイに充填した後、フォーミング用コアロッドと金属粉末との間に相対的な運動を付与することを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高回転精度が要求されるＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＨＤＤ等の磁気ディスク装置、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナ等の情報機器用小型スピンドルモータに組み込まれる軸受に好適な焼結含油軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば高回転精度が要求されるＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＨＤＤ等の磁気ディスク装置、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナ等の情報機器における小型スピンドルモータでは高機能化に伴い、高速性や高回転精度が要求されている。
【０００３】
例えば、高速化の面では、ＣＤ−ＲＯＭの場合、実用化当初は毎分数千回転であったが、最近では１万回転を超える要求がある。また、ポリゴンスキャナモータの場合、動圧空気軸受を使用する機種を除くと毎分１万回転前後であったものが、最近では３万回転前後まで要求が高まっている。
【０００４】
これらの情報機器において、ディスク等の回転要素が装着される回転軸は、通常、ボールベアリングによって支持されており、最近では、焼結含油軸受による支持構造も採用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した小型スピンドルモータでは、高速性に加えて、高回転精度や低騒音性が同時に求められるため、従来採用されていたボールベアリングや焼結含油軸受では前述の要求性能を満足することが難しくなっている。
【０００６】
例えば、ボールベアリングの場合には以下の不具合がある。すなわち、ボールベアリングには特有のレース音（ボールが軌道輪を転がる音）や、保持器の自励振動による騒音発生があり、高速で使用すると騒音レベルが大きく、ポリゴンスキャナモータへの適用などには不適である。
【０００７】
また、ボールベアリングは、その構成部品が外輪、内輪、ボール、保持器、シール、グリースと多く、その一つ一つの機械精度やモータへの組み付け精度、予圧状態など、回転精度に影響を与える因子が多く複雑に関係しあっている。したがって、精度管理が難しく、磁気ディスクモータに要求されるＮＲＲＯ等の回転精度を達成することが困難である。
【０００８】
一方、焼結含油軸受は、騒音が小さくコストが安い点で前述したボールベアリングより優れるが、多孔質体であるため軸受面に表面開孔があり、油膜圧力が発生すると軸受隙間内の油が軸受本体の内部に逃げ込む構造になっているため、表面開孔の大きさにばらつきがあると、局所ごとに油の逃げ込み量が異なり回転性能に悪影響を及ぼす。そのため、従来のような焼結含油軸受は、高回転精度などが要求される機種には適用が難しかった。
【０００９】
そこで、本発明では、軸受面における表面開孔のばらつき、特に大きな孔が存在しない焼結含油軸受を製造することができる方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、焼結金属で成形された多孔質体からなる円筒状の軸受本体を具備した焼結含油軸受を製造するための方法であって、金属粉末をフォーミング用ダイとフォーミング用コアロッドとを用いて円筒状に圧縮成形する際に、前記金属粉末をフォーミング用ダイに充填した後、フォーミング用コアロッドと金属粉末との間に相対的な運動を付与する構成を提供する。これにより、金属粉末をフォーミング用ダイに投入する際に発生するブリッジ現象を解消して、軸受面における表面開孔の面積をほぼ均一し、粗大な孔、特に円の面積に換算したとき、その円の直径が０．０５ｍｍを超えるような大きな孔をなくすことができる。
【００１１】
一般的な焼結含油軸受の軸受面における表面開孔１個の面積は、円の面積に換算した場合の直径で０．０１〜０．０２ｍｍのものが主流であるが、０．０５ｍｍを超えるものや０．１ｍｍを超えるような大きな孔も存在する。０．０５ｍｍを超えるような大きな孔があると、軸受本体への油の逃げ込み量がその孔の部分で局部的に多くなり、油膜の連続性、油膜圧力の安定性に支障をきたす。
【００１２】
したがって、前述した表面開孔の面積がほぼ均一であり、円の面積に換算したとき、その円の直径が０．０５ｍｍを超えるような大きな孔をなくすと局部的な油の逃げ込みを防止することができ、軸受隙間における油膜の連続性、油膜圧力の安定性を確保できるようになる。
【００１３】
また、軸受面全体に対して表面開孔が占有する表面積割合を１０％以下にすると、軸受隙間全体の油膜圧力も向上し、軸受剛性が高くなるので、光ディスク装置のようにディスク搭載によりアンバランス荷重が発生したり、高速駆動により大きな遠心力が作用する場合でも適用可能となる。
【００１４】
本発明に係る焼結含油軸受において、その軸受本体の軸受面が軸方向に離隔した複数の箇所に形成されていれば、複数個の軸受をスピンドルモータ等に別々に組み込む場合において同軸度を確保することが難しいという問題を解消することができる。
【００１５】
すなわち、複数の軸受面が１つの軸受に設けられており、同時に成形加工されるので軸受面同士の同軸度の狂いを最小限に抑えることができる。
【００１６】
さらに、軸受本体の軸受面に軸方向に傾斜した動圧溝を設ければ、その動圧溝により軸受隙間に良好な油膜を形成し、その油膜圧力で支持すべき軸を非接触支持することができて軸の回転精度が飛躍的に向上する。
【００１７】
なお、本発明に係る焼結含油軸受は、情報機器の回転要素が装着された回転軸と、前記回転軸又はその回転軸と共に回転する回転部材に設けられたロータと、静止部材に設けられたステータとを有する情報機器用スピンドルモータに組み込まれ、前記回転軸を回転自在に支持する軸受として適用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、金属粉末をフォーミング用ダイに投入する際に発生するブリッジ現象を解消して、軸受面における表面開孔の面積をほぼ均一し、粗大な孔、特に円の面積に換算したとき、その円の直径が０．０５ｍｍを超えるような大きな孔をなくすことができる。また、製造工程上、コストアップにもならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態を以下に詳述する。図１は、情報機器の一種であるＤＶＤ−ＲＯＭ装置に組み込まれるスピンドルモータを示す。
【００２０】
このスピンドルモータは、垂直に配置された回転軸１を支持する軸受ユニット２と、回転軸１の上端に取り付けられ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスク３を支持固定するターンテーブル４及びクランパ５と、ラジアルギャップを介して対向させたステータ６及びロータマグネット７を有するモータ部８とで構成される。
【００２１】
前述した構造を有するスピンドルモータでは、ステータ６への通電により、ステータ６との間に生じる励磁力でロータマグネット７が回転し、ロータマグネット７と一体になったロータケース９、ターンテーブル４、光ディスク３、クランパ５及び回転軸１が回転する。
【００２２】
軸受ユニット２は、焼結含油軸受１１と、焼結含油軸受１１を内径部に固定したハウジング１２とでその主要部が構成されている。ハウジング１２はほぼ円筒形をなし、その底部にはスラスト軸受１３が装着されている。このスラスト軸受１３により、ハウジング１２の底部開口部が閉塞される。
【００２３】
スラスト軸受１３は、例えば円板状に形成された樹脂製のスラストワッシャ１４とこれを支持する裏金１５とを積層して構成される。回転軸１は、その下端をスラスト軸受１３のスラストワッシャ１４に接触させてスラスト方向で支持されている。
【００２４】
また、ハウジング１２の上部開口部には油漏れを防ぐためのシールワッシャ１６が配置されている。シールワッシャ１６と回転軸１の隙間は０．１ｍｍ以下に設定するのが望ましい。また、シールワッシャ１６及びスラストワッシャ１４と焼結含油軸受１１の端面との間隔はそれぞれ１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
【００２５】
なお、焼結含油軸受１１の外周面に軸方向の通気溝１７を設けておくと、ロータの組立時、回転軸１を焼結含油軸受１１に挿入する際、空気が閉じ込められないので、スムーズに組立作業を実行することができる。
【００２６】
焼結含油軸受１１は、図２に示すように回転軸１（図１参照）の外周面と軸受隙間（図示せず）を介して対向する軸受面１８を有する焼結金属からなる多孔質体の円筒状軸受本体１９に、潤滑油或いは潤滑グリース（低濃度の増長剤を配合したものが望ましい）を含浸させて構成される。焼結金属からなる多孔質体の軸受本体１９は、例えば銅系又は鉄系、或いはその双方を主成分とする焼結金属で形成され、銅を２０〜９５％使用して形成されていることが望ましい。
【００２７】
この焼結含油軸受１１では、軸受本体１９が焼結金属からなる多孔質体であり、その軸受本体１９に潤滑油又は潤滑グリースを含浸させていることから、回転軸１の回転に伴う圧力発生と昇温による油の熱膨張によって軸受本体１９の内部の潤滑剤（潤滑油又は潤滑グリースの基油）が軸受本体１９の表面から滲み出し、軸受隙間においてくさび作用によって荷重を支持する油膜を形成して回転軸１を非接触支持する。
【００２８】
なお、軸受本体１９の内部から滲み出す潤滑剤だけではなく、ロータの組立時、回転軸１を軸受本体１９に挿入する前に軸受隙間及び軸受周辺部を潤滑剤で満たすことができれば、その潤滑剤が軸受ユニット２から漏れ出て周囲を汚染しない範囲で注油してもよく、そうすれば油膜がより一層形成されやすくなる。
【００２９】
ここで、軸受隙間内に前述したくさび作用によって油膜圧力が発生すると、軸受本体１９の軸受面１８に表面開孔（多孔質体組織の細孔が外表面に開口した部分を意味する）があるため、潤滑剤は軸受本体１９の内部に還流するが、軸受面１８での各表面開孔の大きさが均一ではなく、局部的に大きな孔があると、その部分での油の逃げ込み量が多くなる。
【００３０】
例えばＤＶＤ−ＲＯＭ装置の場合、光ディスク３（図１参照）の搭載によりアンバランス荷重が加わるためにロータがそのアンバランス方向に遠心力で振れまわされるが、前述した表面開孔の大きさが不均一であると、回転軸１が１回転する間での油膜圧力が変化し、これに伴って回転精度が悪くなる。また、大きな孔があると局部的に油膜圧力が低下するため、場合によっては回転軸１を支持できなくなり、回転軸１と軸受本体１９とが接触する状態が発生する。このように回転軸１と軸受本体１９とが接触すると回転精度だけではなく、トルク変動やトルク上昇が生じると共に摩耗が進行するため、耐久性の低下をもたらす。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、軸受本体１９の軸受面１８における表面開孔の面積を円に換算したとき、その円の直径が０．０５ｍｍ以上の孔をなくしたので、局部的に圧力が低下することがなくなり、油膜の連続性、油膜圧力の安定性を図ることができ、表面開孔の大きさの不均一性に基づく回転精度の劣化を防止することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、軸受面１８の表面開孔率（軸受面全体に対する表面開孔の表面積割合を意味する）を１０％以下に設定する。最近の光ディスク装置のように回転数が増加すると遠心力は回転数の２乗に比例するため、アンバランス荷重に基づく遠心負荷が著しく増大する。この遠心負荷を支持するためには表面開孔率を絞ることによって油膜の荷重支持能力を向上させる必要があり、通常、２０〜３０％程度である表面開孔率を１０％以下にした方が望ましい。
【００３３】
また、図２に示すように１個の軸受本体１９について、その内周面の軸方向に離隔した複数の箇所（この実施形態では２箇所）に動圧軸受面１８を設け、軸受面間の領域２０の内径寸法を軸受面１８の内径寸法よりも大きく設定しているが、これは複数個の軸受をハウジング１２に別体で配置した場合において同軸度を確保することが難しいという問題を解消し、精度不良などの弊害を回避するためである。
【００３４】
すなわち、仮にハウジング１２に複数個の軸受を収納すると、各軸受の同軸度、円筒度などの精度が問題となり、精度が悪い場合、回転軸１と軸受が線接触したり、最悪の場合には回転軸１が２個の軸受を貫通しない場合も起こり得る。これに対して、この実施形態のように１個の軸受本体１９に複数（図では２つ）の軸受面１８を形成し、軸受面間の領域２０の内径寸法を軸受面１８の内径寸法よりも大きく設定しておけば、前述したような問題を回避することができる。
【００３５】
次に、軸受本体１９の軸受面１８に動圧溝２１，２２を設けた実施形態を図３に示す。軸受本体１９の内周面には、軸方向に離隔する２つの軸受面１８が形成され、２つの軸受面１８の双方に、それぞれ軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝２１，２２（ヘリングボーン型）が円周方向に配列形成される。動圧溝２１，２２は軸方向に対して傾斜して形成されていれば足り、この条件を満たす限りヘリングボーン型以外の他の形状、例えばスパイラル型でもよい。動圧溝２１，２２の溝深さは２〜６μｍ程度が適当で、例えば３μｍに設定される。
【００３６】
２つの軸受面１８は、一方に傾斜する動圧溝２１が配列された第１の溝領域ｍ1 と、第１の溝領域ｍ1から軸方向に離隔し、他方に傾斜する動圧溝２２が配列された第２の溝領域ｍ2 と、２つの溝領域ｍ1 ，ｍ2の間に位置する環状の平滑部ｎとを備えており、２つの溝領域ｍ1 ，ｍ2 の動圧溝２１，２２は平滑部ｎで区画されて非連続になっている。
【００３７】
平滑部ｎと動圧溝間の背の部分２３，２４は同一レベルにある。前述した平滑部ｎで区画された非連続型の動圧溝２１，２２は、平滑部を省略して両溝領域間で互いに連続するＶ字状の連続型の動圧溝を形成した場合に比べ、平滑部ｎを中心として潤滑剤が集められるために油膜圧力が高く、また溝のない平滑部ｎを有するので軸受剛性が高いという利点がある。
【００３８】
このように軸受面１８に動圧溝２１，２２を設けると、軸受隙間及びその周辺の潤滑剤を動圧溝２１，２２の作用によって軸受隙間に引き込み、軸受隙間に引き込まれた潤滑剤は油膜を形成して回転軸１を非接触支持する。したがって、軸受面１８に前述した傾斜状の動圧溝２１，２２を設ければ、その動圧作用によって軸受面１８に潤滑剤が押し込まれ続けるので、油膜力が高まり、焼結含油軸受１１の剛性を向上させることができる。
【００３９】
軸受隙間に油膜圧力が発生すると、軸受面１８に表面開孔があるため、潤滑剤は軸受本体１９の内部に還流するが、本発明のように粗大な孔をなくし、表面開孔率を１０％以下に製作しておけば、動圧溝２１，２２の作用で次々と新たな潤滑剤が軸受隙間に押し込まれ続けるので油膜力及び剛性は高い状態で維持される。この場合、連続かつ安定した油膜が形成されるので、真円軸受に見られるような不安定振動（ホワール）が発生せず高回転精度が得られ、軸振れやＮＲＲＯ、ジッタ等が低減される。また、回転軸１と軸受本体１９が非接触で回転するために低騒音であり、しかも低コストで動圧型焼結含油軸受１１を提供できる。
【００４０】
次に、軸受面１８の表面開孔１個の面積を円の面積に換算したとき、その円の直径が０．０５ｍｍを超えるような粗大な孔をなくす製造方法について説明する。なお、軸受本体１９を製作するためのフォーミング金型２５は、図４に示すように軸受本体１９の外径を成形するためのダイ２６と、軸受本体１９の幅を成形するための上パンチ２７及び下パンチ２８と、軸受本体１９の内径を成形するためのコアロッド２９とで構成される。
【００４１】
本方法は、前述したフォーミング金型２５内に軸受本体１９の素材である金属粉末３０を充填した後、コアロッド２９と金属粉末３０との間に相対的な運動を付与する。
【００４２】
前述した粗大な孔をなくすためには、金属粉末３０がフォーミング金型２５に充填される際にコアロッド２９の表面で摩擦により金属粉末３０の流れが阻害されて空間が発生するブリッジ現象を解消すればよく、そのために金属粉末３０とコアロッド２９との間に相対的な運動を付与することにより、コアロッド２９の表面との摩擦でとどまった金属粉末３０を下に落としてやればよい。
【００４３】
具体的には、同図（ａ）に示すように下パンチ２８にコアロッド２９を挿通させてダイ２６の内部空間まで突出させた状態で、そのダイ２６の内部空間に金属粉末３０を充填する。
【００４４】
この金属粉末３０の充填後、同図（ｂ）に示すようにコアロッド２９を上昇させてその上端を上パンチ２７に挿入する。このコアロッド２９の上昇によりダイ２６の内部でコアロッド２９の表面との摩擦でとどまった金属粉末３０を落下させることができてブリッジ現象を未然に防止することができる。
【００４５】
同図（ｃ）に示すようにコアロッド２９の挿入によりガイドされた上パンチ２７を下降させてダイ２６内に圧入することにより、金属粉末３０を圧縮成形して軸受本体１９を製作する。その後、同図（ｄ）に示すように上パンチ２７を上昇させると共にダイ２６を下パンチ２８まで下降させ、さらに、同図（ｅ）に示すようにコアロッド２９を下パンチ２８及びダイ２６まで下降させることにより、金属粉末３０を圧縮成形した軸受本体１９が取り出し可能となる。
【００４６】
なお、金属粉末３０の充填後に金属粉末３０とコアロッド２９との間に相対的な運動を付与する方法としては、前述した手法以外に、図示しないが、金属粉末３０の充填前にコアロッド２９をその上端面が下パンチ２８の上端面と面一になる位置に配置しておき、その上でダイ２６の内部空間に金属粉末３０を充填する。この金属粉末３０の充填後、コアロッド２９をダイ２６の金属粉末３０内で上昇させることにより、コアロッド２９と金属粉末３０との間で相対的な運動を付与することができる。
【００４７】
また、他の手法として、ダイ２６の内部空間に金属粉末３０を充填した後、その金属粉末３０内にコアロッド２９を挿通させた状態で振動を付与することにより、コアロッド２９と金属粉末３０との間で相対的な運動を付与するようにしてもよい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を詳述する。この実施例における焼結含油軸受は、通常、金属粉末の混合工程、成形（フォーミング）工程、焼結工程、再圧縮（寸法出し、サイジング）工程からなる製造工程で製作される。
【００４９】
軸受面１８の表面開孔率を調整する場合は、前述した工程に加えてサイジング用コアロッドを回転させながら軸受面１８を仕上げる回転サイジング工程を付加すればよい。この工程で軸受面１８の表面開孔率を１０％以下に調整することができる。但し、回転サイジングだけでは粗大な孔をなくすことはできない。
【００５０】
さらに動圧溝２１，２２をつける場合は、この回転サイジング工程後に、転写すべき動圧溝２１，２２の型を持つ動圧溝サイジング用コアロッドを用いて動圧溝サイジング工程を付加する。
【００５１】
軸受面１８における粗大な孔をなくす効果を確認するため、以下のようなテストピースを試作し、評価試験を行った。なお、表中、ＴＰはテストピースを意味する。
【００５２】
【表１】
2005233428.tif 000003
【００５３】
評価は、軸受面１８の外観観察、表面開孔率の測定、及び図１に示したＤＶＤ−ＲＯＭ実機モータを用いた軸振れの測定により行った。なお、軸振れの評価試験を行うため、図１に示した回転軸１をクランパ５より上部に突出するように長いものに取り替えた。また、軸振れの測定は、非接触変位計を用いて行った。下表は、軸受面の観察結果と表面開孔率を示す。
【００５４】
【表２】
2005233428.tif 000004
【００５５】
注）表面開孔率は、１個のテストピースについて３箇所計測、その５個分の分布範囲で表示している。
【００５６】
本実施例品は、粗大な孔がなく孔の大きさがほぼ均一に分布しているため、表面開孔率の分布範囲が狭く、テストピース間のばらつきが小さい。なお、動圧溝を設けたテストピース３の表面開孔率が、動圧溝を設けないテストピース２より小さいのは、動圧溝を設けるために通常品に比べて大きな締めしろで仕上げ加工を実施したためである。
【００５７】
これに対して、従来品では粗大な孔があるため表面開孔率の分布範囲が広く、テストピース間のばらつきが大きい。また、回転サイジングを施しても粗大な孔が残存するため、表面開孔率の分布範囲が狭まらず、制御しにくい。このため安定した性能、回転精度が得られにくい。軸振れの試験条件及びその測定結果を下表に示す。
【００５８】
［試験条件］
・回転数          ；８０００ｒｐｍ
・アンバランス荷重；１ｇ・ｃｍ
・雰囲気          ；常温常湿
・測定位置        ；ディスク面より１０ｍｍ上の軸外径面
【００５９】
【表３】
2005233428.tif 000005
【００６０】
注）ｎ＝５個の測定結果の分布範囲を示す
【００６１】
回転軸１は回転に伴う軸受隙間内の油膜圧力で支持されるが、粗大な孔が存在すると局部的に圧力が低下し、回転精度が安定しない。粗大な孔が存在する従来品ＴＰ４では、測定限界を超え、回転サイジングを実施してもその効果は小さく、軸振れはかなり大きなものであった。動圧溝を設けると動圧効果によって、油膜を形成する能力が高まるため、軸振れは小さくなるが、やはり粗大な孔をなくして動圧溝を設けたＴＰ３よりは大きな軸振れとなり、ばらつきも大きかった。
【００６２】
これに対して、本実施例品は粗大な孔をなくすだけ（ＴＰ１）で、従来品（ＴＰ４）より軸振れが小さくなり、回転サイジング、動圧溝の効果も著しいものとなった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】情報機器の一種であるＤＶＤ−ＲＯＭ装置に組み込まれるスピンドルモータを示す断面図である。
【図２】軸受本体の軸受面を軸方向に離隔した複数の箇所に形成し、軸受面間の領域の内径寸法を軸受面の内径寸法よりも大きく設定した焼結含油軸受を示す断面図である。
【図３】軸受本体の軸受面に軸方向に傾斜した動圧溝を設けた焼結含油軸受を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明方法の実施形態で、軸受本体を製造する工程を示す各断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１  焼結含油軸受
１８  軸受面
１９  軸受本体
２６  フォーミング用ダイ
２９  フォーミング用コアロッド
３０  金属粉末
【図１】
2005233428.tif 000006
【図２】
2005233428.tif 000007
【図３】
2005233428.tif 000008
【図４】
2005233428.tif 000009