(57)【要約】【課題】気孔内の隙間をより縮小又は閉塞した焼結動圧軸受を、少ない工程でかつ品質を低下することなく安定した製造を可能にする焼結動圧軸受の製造方法、および潤滑油吸収がより少ない焼結動圧軸受を提供することを目的とする。【解決手段】原料粉末を圧縮成形する成形工程と、前記成形工程により得られた成形体を焼結する焼結工程と、前記焼結工程により得られた多孔質焼結体の気孔に液状の樹脂を含浸し、前記液状の樹脂を気孔中で硬化して封孔処理する樹脂含浸工程と、を含む焼結動圧軸受の製造方法において、前記多孔質焼結体は、気孔率が５〜２０％であり、かつ２０質量％以上のＣｕを含有するとともに、前記液状の樹脂は、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とし、０.１〜１.０質量％の有機過酸化物を含有する嫌気性樹脂のモノマーである焼結動圧軸受の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末を圧縮成形する成形工程と、前記成形工程により得られた成形体を焼結する焼結工程と、前記焼結工程により得られた多孔質焼結体の気孔に液状の樹脂を含浸し、前記液状の樹脂を気孔中で硬化して封孔処理する樹脂含浸工程と、を含む焼結動圧軸受の製造方法において、
前記多孔質焼結体は、気孔率が５〜２０％であり、かつ２０質量％以上のＣｕを含有するとともに、前記液状の樹脂は、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とし、０.１〜１.０質量％の有機過酸化物を含有する嫌気性樹脂のモノマーであることを特徴とする焼結動圧軸受の製造方法。
【請求項２】
前記有機過酸化物が、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジ−イソプロピルパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、１,１,３,３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイドのうち少なくとも１種のハイドロパーオキサイド類であることを特徴とする請求項１に記載の焼結動圧軸受の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂含浸工程の前に、多孔質焼結体の寸法を調整する寸法調整再圧縮工程と多孔質焼結体の端面および／または内径面に塑性加工によって動圧発生用の溝を設ける動圧溝形成再圧工程を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の焼結動圧軸受の製造方法。
【請求項４】
前記液状の樹脂が有機金属化合物からなる硬化促進剤を１質量％以下含有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の焼結動圧軸受の製造方法。
【請求項５】
前記原料粉末が３〜３０質量％の銅箔粉を含有することを特徴とする請求項１から４のいずれか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、焼結軸受のうち、特に軸受表面あるいは動圧溝面を封孔した焼結動圧軸受の製造方法に関するものであり、精密回転を必要とする磁気ディスク装置や光ディスク装置のディスクドライブモータおよびレーザプリンター用ポリゴンミラーモータなどに用いられる焼結動圧軸受として好適である。
【背景技術】
【０００２】
情報機器に使用される上記モータは、高速性や高回転精度のほか、量産性、低コスト化および低騒音化が求められている。このような要求性能は、シャフトを支持する軸受に課せられており、最近では含油焼結軸受に動圧溝を設けた軸受が提案されている。磁気ディスク装置の例では、スピンドルモータに組み込まれる動圧軸受としてハウジングに焼結含油軸受を固定するとともに軸受に動圧発生用のヘリングボーン溝やスパイラル溝を設けた焼結動圧軸受が提案されている。
【０００３】
この種の焼結動圧軸受では、動圧作用をより高くするために、軸受のうち軸受面等の気孔を封鎖し、あるいは少なくする。この封孔としては、焼結動圧軸受を高密度に成形する方法以外に、軸受を各種のブラストやタンブラー処理で封孔したり、樹脂を焼結体の気孔内に含浸硬化して封孔する方法が採用される（特許文献１等）。また樹脂を焼結体の気孔内に含浸硬化して封孔する方法は、樹脂含浸、余剰樹脂の除去、樹脂硬化の手順で行われ、有機モノマー型含浸剤、有機ポリマー型含浸剤、溶剤カット型含浸剤、水性エマルジョン型含浸剤が使用される（特許文献２等）。さらに、樹脂を焼結体の気孔内に含浸し硬化させて封孔した後、焼結体を金型に入れ圧力を加える塑性加工処理により、樹脂の硬化収縮等に起因して生じる気孔内の隙間を縮小又は閉塞することも提案されている（特許文献３）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０６２９４８号公報
【特許文献２】特開平０７−２１６４１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３３３０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記焼結動圧軸受を高密度に成形する方法は、原料粉末を圧縮成形する際の加圧力を大きくして行うが、成形体に蓄積する歪み量が大きく、寸法精度が悪くなるという問題がある。また再圧縮により寸法を矯正するとしても、素材が高密度であるため変形し難く、寸法を矯正しきれない。また、近年情報機器に使用される動圧軸受は小型化しており、軸受を各種のブラストやタンブラー処理で封孔する方法はメディアを軸受内部に供給し難く、また焼結軸受の端面および／または内径面に形成した動圧溝の形状が損なわれるという問題がある。
【０００６】
樹脂を用いて焼結体の気孔を封止する方法は、上記のような問題がなく、また製造効率が他の封孔方法に対して比較的良い。しかし、焼結体の気孔中に含浸された樹脂が硬化するときに収縮するため、液状樹脂の含浸量及び樹脂硬化の際の収縮率のバラツキにより、表面開口率又は封孔度合を安定化し難いという問題がある。特に流体として潤滑油等を用い、焼結動圧軸受を組み込んだ軸受ユニットに潤滑油を供給する場合、封孔度合いがばらつくと焼結動圧軸受の潤滑油吸収量がばらつくこととなり、最悪の場合、軸と軸受との間の潤滑油がなくなるため、個別に潤滑油の吸収度合いにより調整して供給しなければならなくなる。焼結動圧軸受の内部まで気孔全体に液状樹脂を含浸すれば潤滑油吸収量のばらつきを小さくすることはできるが、時間がかかるとともに吸収量を安定化することはできない。
【０００７】
上記課題を克服するため、特許文献３では樹脂の硬化収縮等に起因して生じる気孔内の隙間を塑性加工により封孔することを提案するが、工程が追加されることとなりコストの増加は免れない。また、工程の追加を避けるため樹脂含浸後の塑性加工工程と軸受内径面への動圧溝の形成工程を兼ねさせることも考えられるが、この場合には焼結体の気孔中で硬化した樹脂が焼結体の変形能を損ない精度良い動圧溝を形成することができない。
【０００８】
本発明は以上のような課題を解消すること、すなわち気孔内の隙間をより縮小し、又は閉塞した焼結動圧軸受を、少ない工程でかつ品質を低下させることなく安定した製造を可能にする焼結動圧軸受の製造方法を提供することを目的とし、潤滑油吸収がより少ない焼結動圧軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の焼結動圧軸受の製造方法は、原料粉末を圧縮成形する成形工程と、前記成形工程により得られた成形体を焼結する焼結工程と、前記焼結工程により得られた多孔質焼結体の気孔に液状の樹脂を含浸し、前記液状の樹脂を気孔中で硬化して封孔処理する樹脂含浸工程と、を含む焼結動圧軸受の製造方法において、前記多孔質焼結体は、気孔率が５〜２０％であり、かつ２０質量％以上のＣｕを含有するとともに、前記液状の樹脂は、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とし１.０質量％以下の有機過酸化物を含有する嫌気性樹脂のモノマーであることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の焼結動圧軸受は、焼結金属により構成され、軸受端面と軸受内径面の少なくとも一方に動圧を発生させる動圧溝が形成された焼結動圧軸受において、素材となる多孔質焼結体の気孔率が５〜２０％であり、前記多孔質焼結体の表面および表面近傍の気孔中に樹脂が含浸されて気孔が封止されているとともに、前記樹脂がアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とする嫌気性樹脂のポリマーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の焼結動圧軸受の製造方法によれば、焼結動圧軸受の表面および表面近傍の気孔中で含浸したモノマーが活性になり重合して気孔を封止するので、内部まで液状の樹脂を到達させる必要がなく短時間で封孔を行える。また、含浸時より気孔内部で硬化が始まるため収縮した隙間に新たにモノマーが含浸され封孔が確実かつ安定に行える。本発明の製造方法により得られる焼結動圧軸受は上記の作用により焼結体の気孔が封止されているので、流体として潤滑油等を用いる場合でも潤滑油の吸収がほとんどなく、また使用時に動圧の抜けがないという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の焼結動圧軸受の製造方法においては、樹脂含浸を行う多孔質焼結体として気孔率が５〜２０％のものを用いる。多孔質焼結体の気孔率が５％よりも小さい、すなわち多孔質焼結体の密度比が９５％以上の高密度であると、軸受内径面への動圧溝の形成が精度良く行えなくなる。一方、多孔質焼結体の気孔率が２０％よりも大きいと軸受の強度の低下が顕著となる。
【００１３】
また、本発明の焼結動圧軸受の製造方法においては、焼結体の気孔に含浸する液状の樹脂として、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とし、１.０質量％以下の有機過酸化物を含有する嫌気性樹脂のモノマーを用いる。アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂は潤滑油との反応性が低く、かつ適当な強度を有しているため、気孔を樹脂により封孔した焼結動圧軸受として潤滑油中で使用したとき、潤滑油と反応して潤滑特性を劣化させたり、樹脂が劣化して潤滑油中に剥離脱落することがないので好適である。
アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とする嫌気性樹脂のモノマーとは、嫌気性接着剤のモノマーとして公知であるアクリル酸またはメタクリル酸エステル、具体的にはポリグルコールジメタクリレート、エポキシアクリレート、エポキシメタクリレート、ウレタンアクリレート、ウレタンメタクリレート等のアクリル酸またはメタクリル酸エステルを含有し、必要によりその他のアクリル酸またはメタクリル酸エステルを含有するモノマーである。なお、本願においては、発明の効果を損なわない限り、これらのモノマー以外にも、嫌気性樹脂の改質を目的とするその他のモノマーを含有していても差し支えない。
【００１４】
ところで、嫌気性樹脂は、前記モノマー中に過酸化物触媒を含有するもので、空気が遮断された状態で過酸化物触媒が金属イオンによって遊離基に変化し、この遊離基によってモノマーが重合して交差連結した強固な高分子を形成するものである。一方、大気中では一定の酸素の供給により安定しているため遊離基が生成せず、重合反応は開始されない。このような嫌気性樹脂において過酸化物触媒は、重合反応の開始剤として重要な意味を持つ。すなわち、過酸化物触媒が金属イオンと反応し易いものであると重合反応は活性に進行するが、金属イオンと反応し難いものであると重合反応は緩やかに進行することとなる。
【００１５】
この観点より本発明においては、過酸化物触媒として金属イオンと反応しやすい有機過酸化物を使用するとともに、含浸する多孔質焼結体として金属イオンを発生しやすいＣｕを２０質量％以上含有するものを組み合わせることを骨子とする。すなわち、本発明の焼結動圧軸受の製造方法においては、金属イオンと反応しやすい有機過酸化物を過酸化物触媒として０.１〜１.０質量％を含有する嫌気性樹脂のモノマーを、金属イオンを発生しやすいＣｕを２０質量％以上含有する多孔質焼結体の気孔中に含浸すると、嫌気性樹脂のモノマーは気孔内壁に取り囲まれることとなり、多量の金属イオンの供給を受けてモノマーの含浸初期より上記重合反応が活性に行われる。またモノマーは重合反応により収縮してポリマーとなるが、収縮した隙間にさらにモノマーが含浸されるため、封孔が確実に行える。
【００１６】
上記の反応の活性をより向上するため、過酸化物触媒は有機過酸化物の中でもハイドロパーオキサイド類を用いることが好ましい。ハイドロパーオキサイド類には、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジ−イソプロピルパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、１,１,３,３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等があるが、これらのいずれも使用可能で、複数用いてもよい。
【００１７】
また、多孔質焼結体のＣｕ含有量は２０質量％以上で、上記反応を活性に行うことができるが、Ｃｕ含有量が４０質量％以上であるとより好ましい。さらにＣｕの添加形態については、３〜３０質量％の銅箔粉を用いることが推奨される。例えば鉄銅系の多孔質焼結体を製造する場合に、原料粉末に３〜３０質量％の銅箔粉を使用すると、銅箔粉が鉄粉表面に付着して鉄粉表面を覆う状態となる。このような原料粉末を成形、焼結して得られる多孔質焼結体では、気孔内壁に露出するＦｅの割合が大幅に低下して、金属イオンを発生し易いＣｕの露出量が増加するためＣｕ含有量が少なくてもＣｕイオンの供給量を増加することができ、上記の反応をより一層活性に行うことができる。ただし銅箔粉の使用は３質量％に満たないと鉄粉を被覆する効果に乏しく、３０質量％を超えて与えても鉄粉被覆の効果の向上がそれ以上は認められないのみならず、コスト増の一因となるため３〜３０質量％が適正な範囲である。
【００１８】
多孔質焼結体の内部では上記のように重合反応が活性に進行して気孔が封止されるが、多孔質焼結体の表面は内部に比して表面積が小さいため金属イオンの供給量が乏しく、上記重合反応が表面では進行し難いため、含浸槽より多孔質焼結体を取り出した後、水洗して表面に付着した樹脂を容易に除去することができる。
【００１９】
上記の重合反応を適正な範囲で活性に行うためには、嫌気性樹脂に添加する有機過酸化物は０.１質量％以上とする必要がある。０.１質量％に満たないと重合反応が活性にならず、気孔の封止が不十分となる。一方、１.０質量％を超えて添加すると、上記反応が活性になりすぎて、樹脂による気孔の封止が多孔質焼結体の表層のごく浅い領域のみに止まるため、封孔が破れ易くなるとともに、多孔質焼結体の表面で樹脂が固化して余剰の樹脂分の除去が困難になる。
【００２０】
上記の嫌気性樹脂モノマーの多孔質焼結体の気孔への含浸は真空含浸法を用いる（特許文献２）。すなわち、含浸槽内の嫌気性樹脂モノマー中に多孔質焼結体を浸漬し、含浸槽を減圧して多孔質焼結体の気孔中の空気を除去した後、大気圧まで復帰させてモノマーを気孔中に吸引させることで含浸する方法、および、含浸槽内のステージ上に多孔質焼結体を載置して含浸槽内を減圧し多孔質焼結体の気孔中の空気を除去し、次いでステージ全体を降下させて含浸槽内の嫌気性樹脂モノマー中に多孔質焼結体を浸漬した後、大気圧まで復帰させてモノマーを気孔中に吸引することにより含浸する方法等の真空含浸法が適用される。この時、大気圧まで復帰した後さらに加圧してもよい。ここで、上記の重合反応を活性に行うためには多孔質焼結体を含浸槽に浸漬した後の減圧度を２０Ｐａ以下として行うことが好ましい。上記のように嫌気性樹脂は酸素の供給が遮断されることで重合反応が開始されるものであるから、減圧時の圧力が高いとその分酸素が供給されるので重合反応が進行し難く、強固な気孔の封止が行えなくなる。
【００２１】
樹脂含浸後は表面の余剰の樹脂を洗浄して除去するが、その後樹脂を含浸した多孔質焼結体を加熱することにより含浸した樹脂を完全に硬化することが効果的である。すなわち、上記のように気孔は含浸時に封孔されるが、金属イオンが供給される気孔内壁から先に樹脂が硬化するため、硬化後収縮した隙間に新たに含浸されたモノマーの一部には先に硬化した樹脂により金属イオンが届かずモノマーのまま残留する虞があるため、洗浄後加熱し残留したモノマーをも硬化させることにより気孔の封止がより一層確実なものとなる。このとき過酸化物触媒として有機過酸化物を用いたものは、反応が活性に行えるため、樹脂硬化のための加熱温度も低くて済み、室温から加熱温度まで昇温する間の樹脂の熱膨張に伴う未硬化モノマーの吹き出しが少なくなるという利点も有する。
【００２２】
また上記のモノマーの残留を防ぐため、一般の嫌気性接着剤で用いられているような１質量％以下の有機金属化合物からなる硬化促進剤を併用してもよい。この場合には気孔内壁で硬化収縮した隙間に新たなモノマーが含浸されてもモノマー中の有機金属化合物の金属イオンによりモノマーが重合硬化できるようになる。ただし過剰な有機金属化合物の添加は上記のモノマー含浸時の重合反応を過剰に引き起こすため、その添加は１質量％以下に止めるべきである。用いられる有機金属化合物としてはジメチル銅酸リチウム、ジアセチルアセトン銅、炭化カルシウム、フェニルリチウム等が挙げられる。
【００２３】
なお本願において嫌気性樹脂はモノマーの他に、前記の有機過酸化物および好ましくは硬化促進剤を配合するが、本発明の効果を損なわない範囲で、これ以外に有機および／または無機充填剤、粘度調節剤、安定剤などの添加剤を配合することができる。
【００２４】
以上の樹脂含浸工程は、動圧溝を成形する時に実施して、後に寸法調整および動圧溝形成の再圧工程を行わない場合は焼結工程の後に行えばよい。しかし、焼結工程の後に再圧工程を行う場合には、多孔質焼結体の気孔中で硬化した樹脂が焼結体の変形能を低下させて、再圧工程の効果が得難くなることから、樹脂含浸工程は寸法調整および動圧溝形成の再圧工程の後に行う必要がある。
【００２５】
以上の本発明の焼結動圧軸受の製造方法により得られる焼結動圧軸受は、表面および表面近傍の気孔中にアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルを主成分とする嫌気性樹脂のポリマーが含浸硬化されて気孔が強固かつ確実に封孔され、潤滑油を流体として用いた流体動圧軸受として、動圧の抜けおよび潤滑油の吸収がない優れたものとなる。
【実施例】
【００２６】
原料粉末として、鉄粉、電解銅粉、銅箔粉、錫粉、黒鉛粉を用意し、表１に示す配合割合で添加混合して原料粉末を調製した後、内径２.５ｍｍ、外径７ｍｍ、高さ５ｍｍの軸受形状に密度比８５％になるよう圧縮成形し、アンモニア分解ガス雰囲気中７７０℃で３０分保持して焼結を行い、次いで寸法調整再圧工程と、軸受内径面に五円弧形状の動圧形状を付与する動圧溝形成再圧工程を施し多孔質焼結体２２個を製造した。
【００２７】
【表１】
2007231966.tif 000002
【００２８】
また、嫌気性樹脂としてポリグリコールジメタクリレートを主成分とし、過酸化物触媒としてクメンハイドロパーオキサイドを０.８質量％含有するヘンケル社製ＰＭＳ−５０Ｅ（商品名）を用意した（以降、発明例と称す）。また比較のため嫌気性樹脂として特許文献１に記載されているレジノール９０Ｃ（商品名：ヘンケル社製）、すなわち、ポリグリコールジメタクリレートを主成分とし有機過酸化物の替わりにアゾ化合物（２,２−アゾビス（２−メチルブチロニトリル））を０.３質量％含有する樹脂を用意した（以降、比較例と称す）。これらの嫌気性樹脂のモノマーで満たした含浸槽に上記により作製した多孔質焼結体を各々１１個づつ浸漬し、含浸槽を１３Ｐａに減圧して１分間保持し、次いで７３５ｋＰａに加圧して多孔質焼結体の気孔中に嫌気性樹脂のモノマーを含浸した。その後、硬質焼結体の表面に付着した嫌気性樹脂のモノマーを洗浄除去し、発明例については５０℃、比較例については９０℃の温水中に保持（いずれも樹脂メーカ推奨温度）して樹脂の硬化を行った。
樹脂含浸工程により得られた試料から組織観察用に各々１個の試料を取り除き、残りの発明例１０個、比較例１０個の試料についてステンレス製の有底形状ハウジングに圧入し、潤滑油を注入した。
【００２９】
これらの試料について潤滑油の吸収の有無を確認したところ、発明例の試料１０個についてはいずれも潤滑油の吸収は認められなかった。一方、比較例の試料１０個については全てに潤滑油の吸収が認められ、またその吸収量についてもばらつきが認められた。
【００３０】
組織観察用の発明例および比較例の試料について切断、研磨して断面の封孔状態を顕微鏡により観察したところ、発明例の試料については、表面および表面近傍の気孔は樹脂で封孔されていたが、試料内部の気孔には樹脂が含浸されていなかった。一方、比較例の試料では試料全体の気孔が樹脂で満たされており、内部の気孔まで樹脂が含浸されていた。
【００３１】
これらの結果より、過酸化物触媒として有機過酸化物を用いた場合は、重合反応が活性で、含浸初期より重合反応が生じた結果、試料内部の気孔まで樹脂が含浸されなかったものと考える。またこの活性な反応により、気孔の封止が確実かつ強固に行われ潤滑油の吸収がなかったものと考える。一方、有機過酸化物触媒の替わりにアゾ化合物を用いた場合は重合反応が緩やかで、このため内部まで樹脂が含浸されたものと考える。またこのような緩やかな反応の結果、樹脂の硬化が遅れ、洗浄後の加熱で初めて全体の樹脂が硬化する結果、樹脂の硬化収縮にともなって気孔に隙間が生じて潤滑油を吸収するものと考える。
【００３２】
以上より、鉄銅系の焼結動圧軸受の気孔の封止を嫌気性樹脂を含浸して行う場合、過酸化物触媒として有機過酸化物を用いたものは、含浸初期より重合反応を活性に行え、樹脂による気孔の封止を確実かつ強固に行えることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の製造方法により得られる焼結軸受は、特に軸受表面あるいは動圧溝面を封孔した焼結動圧軸受であり、精密回転を必要とする磁気ディスク装置や光ディスク装置のディスクドライブモータおよびレーザプリンター用ポリゴンミラーモータなどに用いられる焼結動圧軸受として好適である。