(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結金属からなり、支持すべき軸の外周面と軸受隙間を介して対向する２つの軸受面が軸方向に離隔形成され、軸受面間の領域の内径寸法が軸受面の内径寸法よりも大きい多孔質の軸受本体と、軸受本体に含浸させた潤滑油または潤滑グリースとを有する焼結含油軸受の製造方法であって、
外周面に小径部と大径部を有する段付きの第１コアロッドと、内周面に小径部と大径部を有する段付きの第１ダイとを用いてサイジングを行う第１サイジング工程と、外周面が均一外径の第２コアロッドと、内周面が均一内径の第２ダイとを用いてサイジングを行う第２サイジング工程とを包含し、
第１サイジング工程では、均肉円筒状の焼結金属素材を第１コアロッドと第１ダイとで内外径方向から圧縮することにより、焼結金属素材の外周面の一端側領域を第１ダイの大径部に加圧して大径に成形すると共に、外周面のその他領域を第１ダイの小径部に加圧して小径に形成し、同時に、焼結金属素材の内周面の他端側領域を第１コアロッドの小径部に加圧して小径に成形すると共に、内周面のその他領域を第１コアロッドの大径部に加圧して大径に成形し、
第２サイジング工程では、第１サイジング工程を経た焼結金属素材を第２コアロッドと第２ダイとで内外径方向から圧縮することにより、焼結金属素材の外周面の全領域を第１ダイの内周面に加圧して均一径に成形し、同時に、焼結金属素材の内周面の一端側領域および他端側領域を第２コアロッドの外周面に加圧して軸受面を成形する、焼結含油軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高回転精度、低トルクが要求される情報機器用精密小型モータ（例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、レーザビームプリンタ、ハードディスク、フロッピーディスク、高密度フロッピーディスク等のドライブモータ）、あるいは軸流ファンモータ用等の軸受として好適な焼結含油軸受およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報機器関連の精密小型モータでは、低コスト化のために、軸受を転がり軸受から焼結含油軸受に置き換えることが検討されている。この焼結含油軸受は単体で用いられるのが一般的であるが、この他に、ハウジングに２個の焼結含油軸受を圧入することによって軸の２箇所を支持するようにした構造も知られている。これは、個々の軸受の軸受面が小さくなること、および軸受幅が小さいほど軸受単体の精度が良好となることから、低トルクが求められる場合や温度上昇を嫌うような用途に有効である。
【０００３】
しかし、２つの軸受の同軸度を確保することが困難であることから軸受隙間を大きめにせざるを得ず、回転精度の低下を招く等の問題がある。
【０００４】
これを解決するものとして、１つの軸受の両端部にそれぞれ軸受面を設け、軸受面間の領域の内径を大きくして逃げ部を形成したものがあり、その製造方法として、例えば特公昭63-43611号や特開平2-8302号が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの製造方法でも、逃げ部がサイジング（矯正）されていないため、逃げ部での表面開孔率（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孔の面積割合をいう）が21〜40％程度であり、軸受面の表面開孔率よりもかなり大きくなる。そのため、軸受に含浸させた油が逃げ部の表面開孔から多く流出し、軸受面（軸受隙間）への油の供給量が少なくなるので十分な軸受機能が得られない場合がある。
【０００６】
また、特公昭63-43611号公報のものでは、焼結金属素材の軸方向中央部の外周面にリング状の溝を設ける必要があり、特殊な成形プレス機を使用するかもしくは塑性加工が必要となってコスト高である。一方、特開平2-8302号のものでは、圧粉成形、焼結によって内周面に大径部と小径部を有する焼結金属素材を製作し、その焼結金属素材に対して軸受面のサイジングを行うため、サイジングによる矯正量がばらつき、軸受面の内径寸法や表面開孔率にばらつきを生じやすい。
【０００７】
そこで、本発明は、この種の焼結含油軸受において、軸受本体の内部から軸受面（軸受隙間）への適切量の油が供給される構成とすることにより、軸受機能の向上を図り、併せてそのような軸受を低コストに且つ精度よく製造することのできる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる焼結含油軸受は、焼結金属からなり、支持すべき軸の外周面と軸受隙間を介して対向する２つの軸受面が軸方向に離隔形成され、軸受面間の領域の内径寸法が軸受面の内径寸法よりも大きい多孔質の軸受本体と、軸受本体に含浸させた潤滑油または潤滑グリースとを有するものである。
【００１１】
上記焼結含油軸受は、外周面に小径部と大径部を有する段付きの第１コアロッドと、内周面に小径部と大径部を有する段付きの第１ダイとを用いてサイジングを行う第１サイジング工程と、外周面が均一外径の第２コアロッドと、内周面が均一内径の第２ダイとを用いてサイジングを行う第２サイジング工程とを包含し、第１サイジング工程では、均肉円筒状の焼結金属素材を第１コアロッドと第１ダイとで内外径方向から圧縮することにより、焼結金属素材の外周面の一端側領域を第１ダイの大径部に加圧して大径に成形すると共に、外周面のその他領域を第１ダイの小径部に加圧して小径に形成し、同時に、焼結金属素材の内周面の他端側領域を第１コアロッドの小径部に加圧して小径に成形すると共に、内周面のその他領域を第１コアロッドの大径部に加圧して大径に成形し、第２サイジング工程では、第１サイジング工程を経た焼結金属素材を第２コアロッドと第２ダイとで内外径方向から圧迫することにより、焼結金属素材の外周面の全領域を第１ダイの内周面に加圧して均一径に成形し、同時に、焼結金属素材の内周面の一端側領域および他端側領域を第２コアロッドの外周面に加圧して軸受面を成形することによって製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明方法の実施形態を図１乃至図１４に基づいて説明する。
【００１４】
本発明にかかる焼結含油軸受は、圧粉成形、焼結、サイジング、洗浄、含油、検査等の工程を経て製品化される。
【００１５】
圧粉成形は図１に示す成形装置Ａによって行われる。図示のように、この装置Ａは、金属粉を内径側から加圧するフォーミングコアロッド２、金属粉を外径側から加圧するダイ３、金属粉を軸方向両側から加圧する上下のパンチ4a、4bを具備する。フォーミングコアロッド２の外周面およびダイ３の内周面は、何れも均一径の円筒面である。
【００１６】
金属粉としては、例えば銅あるいは鉄、又はその両者を主成分とするもので、望ましくは銅を20〜95wt％配合したものが使用される。圧粉成形は、ダイ３にフォーミングコアロッド２を挿入した状態でキャビティに金属粉を充填し、上下のパンチ4a、4bで金属粉を圧縮することによって行われる。こうして得られた圧粉体１は、図２に示すように、内・外周面が均一径の円筒状であり、この圧粉体１を焼結することによって均肉円筒状の焼結金属素材11が形成される。
【００１７】
次に焼結金属素材11は、図３に示すサイジング装置Ｂによる第１サイジング工程に移送される。このサイジング装置Ｂは、焼結金属素材11を内径側から加圧する第１コアロッド12と、焼結金属素材11を外径側から加圧する第１ダイ13と、焼結金属素材11を軸方向両側から加圧する上下のパンチ14ａ、14ｂとを備える。第１コアロッド12は、下端に小径部12ｂを有すると共に、その他領域を大径部12ａとした段付き軸状で、上パンチ14ａと連動して昇降可能である。ダイ13の成形孔13ａは、上端に大径部13a1を有すると共に、その他領域を小径部13a2とした段付き孔状で、大径部13a1の軸方向幅は後述する軸受面（31ａ：図６参照）の軸方向幅よりも僅かに大きく、また小径部13a2の内径寸法は圧縮代を確保するために焼結金属素材11の外径寸法よりも僅かに小さくなっている。
【００１８】
第１サイジング工程においては、先ず成形孔13ａの大径部13a1に焼結金属素材11の一端部が挿入される。次いで、第１コアロッド12および上パンチ14ａが連動して降下し、第１コアロッド12を焼結金属素材11の内径部に挿入した後、上パンチ14ａが焼結金属素材11をダイ13の成形孔13ａに圧入する。上パンチ14ａおよび第１コアロッド12のさらなる降下により、上下のパンチ14ａ、14ｂに挟まれた焼結金属素材11が所定圧力で圧迫され、焼結金属素材11の内周面が第１コアロッド12の大径部12ａおよび小径部12ｂの各外周面に、焼結金属素材11の外周面がダイス13の大径部13a1、および小径部13a2の各内周面にそれぞれ加圧される。そのため、図４に示すように、第１サイジング工程を経た焼結金属素材21は、一端部に他領域の外周面（小径外周面21a2）よりも大径の大径外周面21a1を有し、他端部に他領域の内周面（大径内周面21b2）よりも小径の小径内周面21b1を有する段付きの円筒状に成形される。この焼結金属素材21においては、その内周面全体（21b1、21b2）がコアロッド12に押付けられてサイジングされているため、軸方向両端部のみならず軸方向中央部分でも気孔がつぶれ、内周面全体でサイジング前よりも表面開孔率が低下している。
【００１９】
なお、上記のように、第１コアロッド12を焼結金属素材11の内径部に挿入してから素材11を第１ダイ13に圧入するほか、その逆に焼結金属素材11を第１ダイ13に圧入してから第１コアロッド12を素材11の内径部に圧入してもよい。
【００２０】
第１サイジング工程を経た焼結金属素材21は、図５に示すサイジング装置Ｃによる第２サイジング工程に移送される。このサイジング装置Ｃは、第１のサイジング工程と同様に、焼結金属素材21の内周面を加圧する第２コアロッド22と、焼結金属素材21の外周面を加圧する第２ダイ23と、焼結金属素材21を軸方向両側から加圧する上下のパンチ24ａ、24ｂとを具備する。第２コアロッド22の外周面、および第２ダイ23の成形孔23ａの内周面は何れも均一径の円筒面である。成形孔23ａの内径寸法は、焼結金属素材21の小径外周面21a2の外径と同寸法であり、大径外周面21a1の外径よりも小さい。
【００２１】
第２サイジング工程においては、まず焼結金属素材21がその小径側を下にして成形孔23ａに挿入される。次いで上パンチ24ａおよび第２コアロッド22が連動降下し、第２コアロッド22を焼結金属素材21の内径部に挿入した後、上パンチ24ａが焼結金属素材21を成形孔23ａに圧入する。この圧入に伴い、焼結金属素材21の大径外周面21a1は、その外径寸法と成形孔23ａの内径寸法との寸法差により内径側へ加圧されるので、大径外周面21a1の内径側部分で内径側への塑性流動が生じる。上パンチ24ａおよび第２コアロッド22のさらなる連動降下により、上下のパンチ24ａ、24ｂで挟まれた焼結金属素材21が所定圧力で圧迫され、焼結金属素材21の上端部（大径外周面21a1の内径側部分）の内周面、および下端部の小径内周面21b1が第２コアロッド22の外周面に押し当てられて成形される。一方、両内周面間の領域は、第２コアロッド22に対して非接触かもしくは弱い力で接触するため、当該領域の内径寸法は両端軸受面の内径寸法よりも僅かに大きくなる（図面では寸法差を誇張して描いているが実際の寸法差は数μｍ程度である）。
【００２２】
なお、上記のように、第２コアロッド22を焼結金属素材21の内径部に挿入してから素材21を第２ダイ23に圧入するほか、その逆に焼結金属素材21を第１ダイ23に圧入してから第２コアロッド22を素材21の内径部に圧入してもよい。
【００２３】
図６に示すように、第２サイジング工程を経た焼結金属素材31の外周面は均一径の円筒面状に成形され、その内周面は、軸方向両端に同軸・同径の軸受面31ａを有しかつ両軸受面31ａの間に内径を両軸受面31ａよりも大きくした逃げ部31ｂを有する段付きの円筒面状に成形される。この場合、逃げ部31ｂの表面は、第２サイジング工程でほとんどサイジングされないため、その表面開孔率は軸受面31ａの表面開孔率よりも大きくなる。なお、具体的な表面開孔率としては、逃げ部31ｂで１０〜２０％程度、両軸受面31ａで５〜１５％の表面開孔率とするのがよい。また、逃げ部31ｂの断面形状は特に限定されず、図６のように直線状とする他、曲線状としたり、あるいは曲線と直線の組合わせとすることもできる。
【００２４】
こうして得られた焼結金属素材31（軸受本体）を洗浄した後、潤滑油や潤滑グリースを含浸させれば、この実施形態の焼結含油軸受が完成する。図11は、この焼結含油軸受を用いたＣＤ−ＲＯＭ等のディスクドライブ用スピンドルモータの一例である。図示のように、軸受本体31は、ハウジング32の内径部に圧入または接着して固定され、軸受本体31の２つの軸受面31ａは、その内径部に挿入されたスピンドル33（軸）を軸受隙間を介して回転自在に支持する。スピンドル33にはターンテーブル34等の回転部材が装着され、このターンテーブル34はステータ35とこれに対向させたロータ36との間の励磁力によって回転駆動される。スピンドル33はハウジング32の一方の開口部に嵌め込んだスラスト板37によって接触支持されている。
【００２５】
この軸受本体31は、軸受面31ａの面積が小さく、個々の軸受面31ａの精度も高いので、その軸方向全長を一つの軸受面とする軸受に比べて、低トルク性に優れ、温度上昇も少なくすることができる。また、各工程ではそれぞれ一本のコアロッド12、22でサイジングしているので、２つの軸受面31ａ間の同軸度も良好である。
【００２６】
また、逃げ部31ｂにもサイジングが施されており、この部分の表面開孔率が従来品よりも小さくなっているので、逃げ部31ｂからの油の滲み出しを抑制することができ、軸受性能を長期にわたり維持することができる。さらに特公昭63-43611号公報のように、圧粉体11の成形に際して特殊な成形プレスや塑性加工を施す必要もないので、低コストに加工することができ、特開平2-8302号公報のように矯正量の偏りによる軸受面31ａの寸法精度や開孔部の分布のばらつきを招きにくい等の利点も有する。
【００２７】
図12に示すようにコアロッド52の外周面の軸方向２箇所（図面では１箇所のみを示す）に凹凸状の成形部52ａを形成しておけば、軸受本体31の両軸受面31ａに動圧溝を形成することもできる。成形部52ａは、軸受面31ａにおける動圧溝を成形する第１領域52a1と、動圧溝以外の部分を成形する第２領域52a2とを有するもので、第１領域51a1は動圧溝パターンに対応して形成され（図ではへリングボーン型を例示する）、かつ第２領域52a2は第１領域に対して所定量だけ凹んでいる。このコアロッド52を、例えば第２サイジング工程の第２コアロッド22として使用すれば、サイジングと同時に軸受面31ａの形状を転写成形することができ（軸受面31ａにおける動圧溝の領域と、動圧溝以外の領域とを同時成形することができる）、動圧溝の成形後は離型時の成形品のスプリングバックを利用することにより、動圧溝を崩すことなく成形品を第２コアロッドから抜くことができる。
【００２８】
［参考例］
図７乃至図１０にサイジング工程の他の形態を参考例として示す。このサイジング工程は、図３乃至図６に示すサイジングと同様に２工程からなるもので、焼結金属素材１１としては、図２に示すものと同様に均肉円筒状のものが用いられる。
【００２９】
図７は、第１サイジング工程を行うサイジング装置Ｂ’であって、図３に示すサイジング装置Ｂと同様に、第１コアロッド12、第１ダイ13、および上下一対のパンチ14ａ、14ｂを具備する。第１コアロッド12は、装置Ｂと同様に下端に小径部12ｂ、その上方に大径部12ａを有する段付き軸状に形成されるが、ダイ13の成形孔13ａは、凹凸のない均一径の円筒面状に形成される。焼結金属素材11は、装置Ｂと同様の過程でサイジングされ、その成形品21は、図８に示すように、外周面をストレートな円筒面状とし、かつ一端部に他の内周面（大径内周面21b2）よりも小径の小径内周面21b1を有する円筒状に成形される。
【００３０】
図９は、第２サイジング工程を行うサイジング装置Ｃ’であり、図５に示すサイジング装置Ｃと同様に、第２コアロッド22、第２ダイ23、および上下一対のパンチ24ａ、24ｂを具備する。第２コアロッド22の外周面は装置Ｃと同様に均一径の円筒面状に形成されるが、第２ダイ23の成形孔23ａは、下方を縮径させた段付きの円孔状をなし、上部に大径部23a1、下部にこれより小径の小径部23a2を有する。
【００３１】
第１サイジング工程を経た焼結金属素材21は、第２ダイス23内に上下反転させて（小径内周面21b1を上にして）収容される。この状態で焼結金属素材21を加圧すれば、その下端部が小径部23a2で絞られて縮径し、大径内周面21b2の下端が第２コアロッド22の外周面に押し当てられて成形されると共に、上端部の小径内周面21b1が第１コアロッド22の外周面に押し当てられて成形される。この時、両内周面の間の大径内周面21b2は、第２コアロッド22に対して非接触かもしくは弱い力で接触する。
【００３２】
第２サイジング工程を経た焼結金属素材31は、図１０に示すように、外周面の一端部に他所よりも縮径した小径部31ｃを有し、内周面の両端部に同軸・同径の２つの軸受面31ａを、両軸受面31ａ間の領域に逃げ部31ｂを有する略円筒型に成形される。この焼結金属素材31は、図６に示す焼結金属素材31と同様に、第１サイジング工程で内周面全体がサイジングされているため、逃げ部31ｂの表面開孔率が従来品に比べて低くなる。従って、軸受本体として用いた場合でも、逃げ部31ｂ表面からの油の滲み出しを抑制することができ、軸受性能を長期間維持することができる。
【００３３】
上記のように、図１０に示す軸受本体31の外周面は、一方の軸受面31ａに対応する部分が小径部31ｃで、軸受面間の領域（逃げ部31ｂ）に対応する部分31d2および他方の軸受面31ａに対応する部分31d1が大径部31ｄになった段付き円筒状に形成される。この軸受本体31をハウジング32の内径部に圧入して軸受ユニットを構成すると、図１３に示すように、逃げ部31ｂに対応した外径部31d2がハウジング内周面32ａの小径部32a1に、一方の軸受面31ａに対応した外径部（小径部31ｃ）がハウジング32内周面32ａの小径部32a1に、他方の軸受面31ａに対応した外径部31d1がハウジング32内周面32ａの大径部32a2にそれぞれ対向する。この時、逃げ部31ｂに対応した外径部31d2とハウジング内周面32ａの小径部32a1との間に圧入締め代を形成しておけば、両者の密着嵌合によって軸受本体31の固定力を確保することができる。逃げ部31ｂの内周面は軸受面31ａよりも大径に形成されており、軸の支持には直接関与しないので、逃げ部31ｂ内周面に圧入力に見合う程度の変形が生じても軸受の精度には影響がない。一方、２つの軸受面31ａに対応する外周面31ｃ、31d1と、これに対向するハウジング内周面32a1、32a2との間に、前記圧入締め代よりも小さい締め代（軸受精度に影響しない程度の締め代）もしくは半径方向の隙間を形成しておけば（本実施形態では半径方向の隙間を設けた場合を例示する）、圧入力による軸受面31ａの変形を防止しまたは緩和することができ、軸受精度の低下を防止することができる。
【００３４】
図１４に示すように、ハウジング32の内周面が均一径の円筒面である場合でも、軸受本体31の外周面のうち、２つの軸受面31ａに対応する部分を小径部31ｃとし、逃げ部31ｂに対応する部分を大径部31ｄとすれば同様に圧入に伴う軸受面31ａの変形を防止しまたは緩和することができる。
【００３５】
図１３および図１４において、38は軸受本体31外周面の大径部31ｄに設けた溝状の通気路である。通常、軸33（図11参照）はハウジング32にスラスト板37を装着した状態で軸受本体31の内径部に挿入されるが、上記通気路38がないと、空気が軸受隙間から逃げられずにハウジング32の下方空間に閉じ込められるため、軸33の挿入が難しくなり、また、モータの発熱によって閉じ込められた空気が膨張し、軸33を押し上げて軸受性能を不安定化させる等の不具合を招く。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受面間の領域に形成された逃げ部からの油の滲み出しを抑制することができ、所期の軸受性能を長期間維持することができる。また、特殊な成形プレスや塑性加工を施す必要もないので低コストに加工することができ、しかも矯正量の偏りによる軸受面の寸法精度や開孔部の分布のばらつきを招きにくい。
【００３７】
少なくとも１つの軸受面に対応する外径部の外径寸法が、軸受面間の領域に対応する外径部の外径寸法よりも小さく設定されていれば、ハウジングへの圧入に伴う当該軸受面の変形を防止または緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧粉体の成形装置を示す断面図である。
【図２】焼結工程を経た焼結金属素材の軸方向の断面図である。
【図３】第１サイジング工程で使用されるサイジング装置を示す断面図である。
【図４】第１サイジング工程を経た焼結金属素材の軸方向の断面図である。
【図５】第２サイジング工程で使用されるサイジング装置を示す断面図である。
【図６】第２サイジング工程を経た焼結金属素材の軸方向の断面図である。
【図７】第１サイジング工程で使用されるサイジング装置を示す断面図である。
【図８】第１サイジング工程を経た焼結金属素材の軸方向の断面図である。
【図９】第２サイジング工程で使用されるサイジング装置を示す断面図である。
【図１０】第２サイジング工程を経た焼結金属素材の軸方向の断面図である。
【図１１】ディスクドライブユニットの断面図である。
【図１２】動圧溝形成用の成形型を設けたコアロッドの拡大正面図である。
【図１３】ハウジングに軸受本体を組み込んだ軸受ユニットの断面図である。
【図１４】ハウジングに軸受本体を組み込んだ軸受ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１    圧粉体
11    焼結金属素材
12    第１コアロッド
12ａ  大径部
12ｂ  小径部
13    第１ダイ
13a1  大径部
13a2  小径部
14ａ  上パンチ
14ｂ  下パンチ
21    焼結金属素材
22    第２コアロッド
23    第２ダイ
23a1  大径部
23a2  小径部
24ａ  上パンチ
24ｂ  下パンチ
31    焼結金属素材（軸受本体）
31ａ  軸受面
31ｂ  逃げ部
【図１】
0003770578.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003770578.tif 000004
【図４】
0003770578.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003770578.tif 000007
【図７】
0003770578.tif 000008
【図８】
0003770578.tif 000009
【図９】
0003770578.tif 000010
【図１０】
0003770578.tif 000011
【図１１】
0003770578.tif 000012
【図１２】
0003770578.tif 000013
【図１３】
0003770578.tif 000014
【図１４】
0003770578.tif 000015