JP2004316925A

JP2004316925A - 動圧型焼結含油軸受ユニット

Info

Publication number: JP2004316925A
Application number: JP2004219148A
Authority: JP
Inventors: Natsuhiko Mori; 夏比古森; Kazuo Okamura; 一男岡村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】長期間初期の軸受性能を維持する。
【解決手段】動圧型焼結含油軸受１１の内周面に、回転軸１３の外周面と対向するラジアル軸受面１１ｂを形成すると共に、焼結含油軸受１１の両端面11f1、11f2に、回転軸１３のフランジ部１３ａ、１３ｂと対向するスラスト軸受面を形成する。回転軸１３と焼結含油軸受１１との相対回転時にラジアル軸受面１１ｂおよびスラスト軸受面11f1、11f2で生じる動圧作用により回転軸１３を非接触支持する。
【選択図】図８

Description

本発明は、動圧型焼結含油軸受ユニットに関する。この動圧型焼結含油軸受は、特に情報機器分野で用いられる、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの光ディスク装置、ＭＯなどの光磁気ディスク装置、ＨｉＦＤ、Ｚｉｐなどの高容量ＦＤＤ（フロッピー（登録商標）ディスクドライブ）、ＨＤＤなどの磁気ディスク装置のディスクドライブ用軸受、あるいはＬＢＰなどのポリゴンスキャナモータ用軸受に適しており、特に薄型モータ用の軸受として好適である。

上記情報機器類のスピンドルモータには、さらなる高回転精度化、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められているが、これらの要求性能を決定づける構成要素の一つにモータのスピンドルを支持する軸受がある。近年では、この種の軸受として、焼結金属製の軸受本体に潤滑油または潤滑グリースを含浸させ、軸受面に設けた動圧溝の動圧効果で軸受隙間に潤滑油膜を形成してスピンドルを非接触支持する、いわゆる動圧型焼結含油軸受の使用が検討されている。この動圧型焼結含油軸受は、低コストでありながら高い回転精度、低騒音等の特徴を有し、上記要求性能にも十分に対応できると考えられる。

図１２は、動圧型焼結含油軸受１を用いた光ディスク装置のスピンドルモータの一例である。図示のように、このスピンドルモータは、動圧型焼結含油軸受１、軸受を収容するハウジング２、軸受１に支持された回転軸３、光ディスク４を支持固定するターンテーブル５およびクランパ６、ステータ７ａおよびロータ７ｂからなるモータ部Ｍを具備しており、ステータ７ａへの通電により、ロータ７ｂと一体になったロータケース８、ターンテーブル５、光ディスク４、クランパ６を一体回転させる構造である。

動圧型焼結含油軸受１は、図１３に示すように、厚肉円筒状に形成された多孔質の軸受本体１ａと、潤滑油または潤滑グリースの含浸によって軸受本体１ａの細孔内に保有された油とで構成される。軸受本体１ａの内周面には、回転軸３の外周面と軸受隙間を介して対向する一対の軸受面１ｂが軸方向に離隔形成され、両軸受面１ｂに軸方向に対して傾斜した動圧溝１ｃが形成されている。

図１２および図１４に示すように、回転軸３のスラスト荷重は、ハウジング２の底部に設けられたスラスト軸受９で支持される。スラスト軸受９としては、球面状の軸端を、ハウジング２底部に設けた潤滑性に富む樹脂製ワッシャ９ａに摺動させる構造（いわゆるピボット軸受）が一般的である（特許文献１参照）。
特開平９−３２９１３１号公報

しかし、ピボット軸受では、ワッシャ９ａの弾性変形や塑性変形、あるいは摩耗による変形等によってワッシャに窪みができ、軸の位置が時間経過と共に変化する場合がある。軸位置の変動は、ＨＤＤ装置においてはディスク位置の変動を、ＬＢＰのポリゴンスキャナモータではミラー位置の変動を招来し、モータ性能に大きく影響する。この対策としてワッシャ９ａを金属材料やセラミック材で形成することも考えられるが、これでは軸側が摩耗して軸端が球面から平面に変化し、軸位置の変化、トルク増加、トルク変動等の不具合を招くおそれがある。

また、近年では、ノート型パソコン等への光ディスク装置やＨＤＤ装置の搭載を考慮してスピンドルモータの薄型化が要求される場合が多いが、上記のように軸受面１ｂを軸方向の２箇所に配置した構造では、薄型化に限界がある。薄型化は、例えば図１５に示すように、軸受面１ｂを１箇所のみに設けることによっても実現され得るが、これではモーメント荷重に対する剛性の低下が問題となる。すなわち、回転軸３の軸受１からの突出部分には、ロータマグネット７ｂを固定したロータケース８、ディスク４、ターンテーブル５、クランパ６等の偏心荷重が作用するため、モーメント荷重による軸振れ精度の低下が懸念される。

そこで、本発明では、長期間所期の軸受性能を維持することができる動圧型焼結含油軸受の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる動圧型焼結含油軸受ユニットは、フランジ部を有する軸と、円筒状のハウジングと、油を含浸させた焼結金属からなり、内周面に軸の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面が形成されると共に、両端面に動圧溝を有するスラスト軸受面がそれぞれフランジ部と対向させて形成され、ハウジングの内径部に固定された動圧型の焼結含油軸受とを備え、軸と焼結含油軸受との相対回転時にラジアル軸受面および両スラスト軸受面で生じる動圧作用により軸を非接触支持するものである。

ラジアル軸受面および両スラスト軸受面は同時に型成形することができる。

本発明によれば、焼結含油軸受の両端面にスラスト軸受面を形成し、この両スラスト軸受面で生じる動圧作用により軸を非接触支持するので、スラスト軸受部における摩耗がなく、従って、ピボット軸受で問題となる、スラストワッシャの変形や摩耗による窪みのために生じる軸位置の変化を防止することができる。また、両方向のスラスト荷重を支持することができ、さらに軸の抜けを防止することもできる。

焼結含油軸受は、焼結合金などの多孔質体で構成されるので、低コストで高精度の加工が可能となる。また、多孔質体であるから油の保持量が多く、また、油が循環するので油の劣化が遅くなり、耐久性が向上する。

以下、本発明の実施形態を図１乃至図１１に基いて説明する。

本発明は、軸１３と、焼結金属で形成され、軸の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面１１ｂを備えた軸受本体１１ａに油を含浸させてなり、軸１３と軸受本体１１ａとの相対回転時にラジアル軸受面１１ｂで生じる動圧作用により軸１３を非接触支持する動圧型焼結含油軸受１１とを具備するものにおいて、動圧型焼結含油軸受１１の少なくとも一方の軸受端面と軸１３に設けたフランジ部１３ａとでスラスト軸受部１４を構成し、上記一方の軸受端面と軸受内周面との直角度、およびフランジ部１３ａと軸１３の外周面との直角度を、軸１３と軸受本体１１ａとの相対回転時に、上記一方の軸受端面とフランジ部１３ａとが片当りしない公差に管理したものである。

上記構成のスラスト軸受部１４では、回転側と固定側の面当りが確保されるので、接触面圧を下げて摩耗を防止することができ、ピボット軸受のように、スラストワッシャの変形や摩耗による窪みのため軸位置が変化することはなく、また軸受を薄型化した場合でもモーメント剛性を高く保持することができる。さらに、軸と軸受本体との相対回転時に、一方の軸受端面とフランジ部とが片当りしないので、トルクロスが小さく、かつトルク変動を抑制して情報機器に要求される高い回転精度を実現することができる。

スラスト軸受部１４において、軸受端面11f1の精度、あるいはフランジ部13ａの精度が十分でないと、図１６に示すように、フランジ部13ａが軸受端面11f1に面接触せずに片当りとなるおそれがある。片当りでは、トルクロスが大きく、かつトルク変動の要因となって情報機器に要求される高い回転精度が得られない。また、たとえ軸受端面11f1に動圧溝を設けてスラスト軸受部を非接触に保とうとしても、動圧効果が不十分であるために、軸受端面とフランジ部との接触・摩耗を生じ、回転精度や耐久性を改善することができない。

そこで、本発明では、スラスト軸受部１４を構成する少なくとも一方の軸受端面と軸受内周面との直角度、およびフランジ部１３ａと軸１３の外周面（特にラジアル軸受面１１ｂと対向する軸の外周面）との直角度を、軸１３と軸受本体１１ａとの相対回転時に、上記一方の軸受端面とフランジ部１３ａとが片当りしない公差に管理することとした。

この場合、例えば軸受端面11f1と軸受内周面との直角度が４μｍ以上で、フランジ部13ａと軸の外周面との直角度が３μｍ以上であると、フランジ部13ａが軸受端面11f1に面当りせずに片当りするおそれがある。従って、軸受端面11f1と軸受内周面との直角度は３μｍ以内に、フランジ部13ａと軸の外周面との直角度は２μｍ以内にそれぞれ設定する。

なお、ここでいう「直角度」とは、直角であるべき平面部分と基準となる面との組合わせにおいて、この基準面に対して直角な幾何学的平面からの直角であるべき平面部分の狂いの大きさをいう。

従来の動圧型焼結含油軸受では、軸受端面の精度が十分でなく（軸受内周面に対する軸受端面の直角度は１０μｍ程度）、上記数値範囲内の精度を持つ軸受本体を量産することは難しい。対策としては、例えば軸受をハウジングに固定した後、軸受内径面を基準に、あるいは軸受内径面に対して同軸度が確保された外径面などを基準として軸受端面を機械加工で仕上げる方法があるが、その場合には、（１）加工によって生じた削り粉が軸受内周面に付着するため、加工後に洗浄が必要となり、（２）また、後加工、洗浄などの工程が別途必要となるため、コストが大幅にアップし、動圧型焼結含油軸受の最大の特徴である低コスト性が損なわれる等の問題が生じる。

そこで、本発明では、ラジアル軸受面１１ｂにおける動圧溝１１ｃを成形する成形型２１ａを軸受本体素材１１’の内周面に挿入すると共に、軸受本体素材１１’の両端面を一対のパンチ面２２ａ、２３ａで保持した状態で軸受本体素材１１’に圧迫力を加えることにより、成形型２１ａで軸受本体素材１１’の内周面に軸方向に対して傾斜した動圧溝１１ｃを有するラジアル軸受面１１ｂを成形すると共に、少なくとも一方のパンチ面で軸受本体素材１１’の一方の端面に軸１３との間でスラスト軸受部１４を構成するスラスト軸受面を成形するに際し、上記少なくとも一方のパンチ面と、成形型２１ａの外周面との直角度を２μｍ以内（望ましくは１μｍ以内）に設定した。

このようにパンチ面と成形型２１ａとを高精度に仕上げる方法としては、上記一方のパンチ面と成形型２１ａとを一体的に構成することが考えられる。例えば、パンチと成形型を同一部材から一体的に削り出すか、あるいはそれぞれ別体として製作し、圧入などの方法で一体的に固着した後、パンチ面と成形型２１ａの外周面との直角度を２μｍ以内に仕上げる等の手段が可能である。軸とフランジ部は同一部材で一体的に製作してもよいし、別体として製作してから何れかを相手側に圧入し、所定の直角度に仕上げてもよい。

軸受本体素材11’を所定寸法に成形した後は、圧迫力を解除して軸受本体素材11’をスプリングバックさせると共に、軸受本体素材11’と成形型21ａとの間に軸受本体素材11’の内径と成形型21ａの外径との寸法差が拡大するような熱膨張差を生じさせて、上記成形型21ａを軸受本体素材11’の内周面から離型するのがよい。これにより、成形型21ａと軸受本体素材11’との干渉が回避され、成形した動圧溝を崩すことなく、軸受本体素材の内周面から成形型を抜き取ることが可能となる。

上記熱膨張差を生じさせるには、軸受面を成形した後、例えば軸受本体素材側から加熱すればよい。成形型の材料としては、通常、超硬材が使用されるが、この材料の線膨張係数は５．１×１０^-6［１／℃］である。一方、軸受本体素材は銅粉、鉄粉が主成分であり、線膨張係数の一例としては１２．９×１０^-6［１／℃］である。従って、軸受本体素材を加熱して高温にすると、両者の熱膨張差から軸受本体素材の内径と成形型の外径との間の寸法差が大きくなり、軸受本体素材から成形型を抜きやすくなる。

図１は、本発明にかかる動圧型焼結含油軸受ユニットの断面図である。軸受ユニットは、動圧型の焼結含油軸受１１と、焼結含油軸受１１を内径部に固定した円筒状のハウジング１２と、焼結含油軸受１１の内径部に挿入された回転軸１３とを具備する。

動圧型焼結含油軸受１１は、回転軸１３の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面11ｂを有する焼結金属からなる円筒状の軸受本体11ａに、潤滑油あるいは潤滑グリースを含浸させて構成される。焼結金属からなる軸受本体11ａは、銅系あるいは鉄系、またはその双方を主成分とする焼結金属で形成され、望ましくは銅を20〜95重量％使用して、密度６．４〜７．２ｇ／ｃｍ³に成形される。軸受本体11ａの材質として、鋳鉄、合成樹脂、セラミックスなどを焼結または発泡成形し、多数の細孔を有する多孔質体としたものも用いることができる。動圧型焼結含油軸受の表面開孔率は、ラジアル軸受面11ｂで１０％以下（望ましくは５％以下）、後述するスラスト軸受部14を構成するスラスト軸受面11f1、11f2で５％以下（望ましくは２％以下）に設定するのがよい。ラジアル軸受面11ｂの表面開孔率が１０％以下であれば、圧力降下を防止しつつ油の循環を確保することができ、スラスト軸受面11f1、11f2の表面開孔率を５％以下とすれば、動圧溝を設けた場合でも圧力発生に伴う開孔部からの油の逃げを防止することができる。「開孔部」とは、多孔質体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。

軸受本体11ａの内周面11ｈに設けられたラジアル軸受面11ｂは１箇所のみに形成されており、軸受面11ｂには軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝11ｃ（へリングボーン型）が円周方向に配列形成される。動圧溝11ｃ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へ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。焼結含油軸受１１の外周には、軸受１１の内径部に軸１３を挿入する際の空気抜きとなる１または複数の溝11ｇが軸方向に沿って形成されている。なお、スピンドルモータの薄型化を図るべく、軸受内径ｄと軸受幅Ｌは、Ｌ≦１．２ｄを満たすように設定される。

上記焼結含油軸受１１では、回転軸１３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11ａの内部の潤滑剤（潤滑油または潤滑グリースの基油）が軸受本体11ａの表面からにじみ出し、動圧溝11ｃの作用によって軸受隙間に引き込まれる。軸受隙間に引き込まれた油は潤滑油膜を形成して回転軸を非接触支持する。すなわち、軸受面11ｂに、上記傾斜した動圧溝11ｃを設けると、その動圧作用によってにじみ出した軸受本体11ａ内部の潤滑剤が軸受隙間に引き込まれると共に、軸受面11ｂに潤滑剤が押し込まれ続けるので、油膜力が高まり、軸受の剛性を向上させることができる。なお、軸受ユニットの組立時において、軸受１１に回転軸１３を挿入する際には、軸受隙間および軸受周辺が油で満たされるよう注油しておくのが望ましい。

軸受隙間に正圧が発生すると、軸受面11ｂの表面に孔があるため、潤滑剤は軸受本体の内部に還流するが、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および剛性は高い状態で維持される。この場合、連続しかつ安定した油膜が形成されるので、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１３と軸受本体11ａが非接触で回転するために低騒音であり、しかも低コストである。

ラジアル軸受面11ｂは、一方に傾斜する動圧溝11ｃ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11ｃ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11ｃは平滑部ｎで区画されて非連続になっている。平滑部ｎと動圧溝11ｃ間の背の部分11ｅとは同一レベルにある。この種の非連続型の動圧溝11ｃは、連続型、すなわち平滑部ｎを省略し、動圧溝11ｃを両溝領域m1、m2間で互いに連続するＶ字状に形成した場合に比べ、平滑部ｎを中心として油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を有する。

焼結含油軸受１１の軸方向一端側には、スラスト軸受部１４が設けられる。図１は、焼結含油軸受１１の上端側にスラスト軸受部１４を設けた実施形態で、焼結含油軸受１１の上軸受端面11f1（スラスト軸受面）と、回転軸１３に固定した円盤状のフランジ部13ａとを対向させて構成される。回転軸１３とフランジ部13ａは、同一部材で一体に製作したり、あるいは別体として製作してから相互に嵌合固定し、回転軸１３の外周面、特に軸受１１に組み込んだ際に軸受面11ｂと対向する外周面の直角度がフランジ部13ａの軸受１１側の端面13a1に対して２μｍ以内、望ましくは１μｍ以内となるように仕上げ加工される。

このようなスラスト軸受部１４であれば、摺動接触部分が面当りとなるため、ピボット軸受で問題となる軸位置の変動を防止しつつ、単列の軸受面11ｂであってもモーメント剛性を高め、軸を高精度に支持することが可能となる。

ところで、上記のように回転軸１３にフランジ部13ａを設けた場合、回転軸１３の上端には、ロータケース８やターンテーブル（５：図１３参照）などの部品が固定されるため、軸受１１の上端を従来のようなシールワッシャ８（図１５参照）でシールすることは難しくなる。そこで、軸受１１上端からの油漏れは、フランジ部13ａ外周面とハウジング１２内周面の微小隙間による毛細管シールで行う。シール隙間ｃは０．０５mm以下、望ましくは０．０２mm以下とするのがよく、シール幅ａは０．５mm以上、望ましくは１mm以上とする。シールを構成するフランジ部13ａ外周面やハウジング１２内周面に揆油剤を塗布しておけば油漏れ防止により有効となる。

一方、軸受１１下端側からの油漏れは、例えば底板１５をハウジング１２の底部開口部に圧入してからかしめることによって防止することができる。底板１５とハウジング１２との間の隙間を接着剤でシールしておけば、油漏れ防止にさらに有効である。

図２（Ａ）は、底板１５側からの油漏れを防止するため、樹脂、ゴムなどの弾性材料15ａを底板１５の上に重ねてパッキンとして使用した実施形態である。この場合も底板１５は、ハウジング１２に圧入した後、必要であればかしめた方が望ましい。

図２（Ｂ）は、フランジ部13ａの外周面と対向するハウジング１２の内周面に環状の凹部12ａを設けた実施形態である。フランジ部13ａが回転することにより、油が遠心力で凹部12ａに溜まるため、ハウジング１２上端からの油漏れを確実に防止することができる（遠心シール）。遠心シールのみだと、軸姿勢が横向きの場合に油漏れを生じるおそれがあるので、毛細管シールとの併用が望ましい。

図３（Ａ）は、フランジ部13ａの外周面に、回転時に軸受１１側への気流が発生するような傾斜溝13a2を設けた例である。発生した気流により、油が軸受１１側に押し戻されるため、軸受上端からの油漏れを防止することができる（停止中は毛細管シールで油漏れを防止する）。上記傾斜溝13a2は油漏れを防止できさえすればよいので、ラジアル軸受面11ｂの動圧溝11ｃのように高精度に加工する必要はない。溝深さは５〜３０μｍ程度が適当で、転造などの手法で加工することができる。

この傾斜溝13a2は、図３（Ａ）に示すようにフランジ部13ａの幅（軸方向寸法）の全長にわたって形成すると、軸受１１側に過剰の空気を送り込む場合があるので、図３（Ｂ）に示すように部分的に設けてもよい。この場合、ハウジング１２内周面のうち、傾斜溝13a2の非形成領域との対向部に環状の凹部12ａを設けておくのが望ましい。

図４は、軸受１１の下軸受端面11f2と、軸端に設けたフランジ部13ａとでスラスト軸受部１４を構成した実施形態である。回転中は、回転軸１３がロータ７ｂとステータ７ａ（図１３参照）間の励磁力により浮上力を受けて底板15から浮いた状態となり、下軸受端面11f2（スラスト軸受面）とフランジ部13ｂの上面13b2とでスラスト力が支持される。底板１５の上面でかつ回転軸１３の直下には、潤滑性に富む樹脂材料等からなるスラストワッシャ15ａが配置され、モータの起動直後や停止直前の軸端との間の摩擦低減が図られている。ハウジング１２の上端開口は、油漏れ防止用のスラストワッシャ１６によって閉塞され、軸との間隙を０．２mm以下とすることで外部への油の漏れ出しを防止している（毛細管作用）。シールワッシャ１６の内周面や内周部の上下面、あるいはシールワッシャ１６の内周面と対向する軸１３の外周面に揆油剤を塗布することにより、さらに有効な油漏れ防止が図られる。

図５は、動圧型焼結含油軸受１１の軸受内周面11ｈに軸方向に対して傾斜した油供給用の動圧溝11ｊを設け、この動圧溝11ｊで生じる動圧作用でスラスト軸受部１４に油を供給するようにしたものである。動圧溝11ｊは、ラジアル軸受面11ｂの溝形成領域（スラスト軸受部１４側）の動圧溝11ｃと連続したＶ字状に形成される。油供給用の動圧溝11ｊを設けることにより、スラスト軸受部１４に油膜が形成されやすくなって潤滑性が向上し、また、スラスト軸受部１４での摩耗も著しく低減されるので耐久性も飛躍的に向上する。なお、スラスト軸受部１４に供給された油は、軸受端面やチャンファ部から吸収されて軸受内部に回収され、再び軸受内周面から軸受隙間に供給される。

図６および図７は、スラスト軸受部１４を、回転軸１３の回転時に生じる動圧作用により回転軸１３を非接触支持するようにしたものである。非接触支持であれば、スラスト軸受部１４における摩擦がなくなり、耐久性が飛躍的に向上する。動圧作用は、スラスト軸受部１４を構成する軸受端面11f1とこれに対向するフランジ部13ａの何れか一方に、円周方向に配設された複数（３箇所以上に設けるのが望ましい）の凹部11ｋを有する動圧発生部17を設けることによって得ることができる。この場合、凹部11ｋが油溜りとなり、回転に伴って凹部内の油が隣接する凸部に引き出される際に圧力が発生し、油膜圧力が高まるのでスラスト軸受部14を安定して非接触状態に保持できる。凹部11ｋとしては、例えば動圧溝が考えられる。

図６は、動圧発生部１７を有するスラスト軸受部１４の一例で、スラスト軸受面11f1に、軸受端面に描いた放射状の仮想線に対して傾斜した部分を持つ動圧溝11ｋを設けたものである。動圧溝11ｋは、へリングボーン型、すなわち半径方向のほぼ中心部に屈曲部分を有するＶ字状をなし、この動圧溝は、円周方向に等間隔で配列して形成される。この場合、回転に伴ってスラスト軸受部１４およびその周辺の油が動圧溝11ｋの屈曲部分に集められて油膜圧力が高まるため、スラスト軸受部１４を安定して非接触状態に保持できる。動圧溝形状としては、へリングボーン型の他にスパイラル型も適用することができる。また、動圧溝11ｋをフランジ部端面13a1に設け、スラスト軸受面11f1を動圧溝のない平滑面としてもよい。

図７は、図６と同様にスラスト軸受面11f1に動圧溝11ｋを設けると共に、図５と同様に軸受内周面に油供給用の動圧溝11ｊを設けたものである。

図８および図９は、スラスト軸受部１４ａ、１４ｂを軸方向に離隔した２箇所に設けて、両方向のスラスト荷重を支持できるようにしたものである。図８は軸受の両端側にフランジ部13ａ、13ｂを配し、各フランジ部13ａ、13ｂと両軸受端面11f1、11f2との間に形成された２つのスラスト軸受部１４ａ、１４ｂで両方向のスラスト荷重を支持できるようにしたものである。スラスト軸受部１４を構成するスラスト軸受面11f1、11f2と、これに対向するフランジ部13ａ、13ｂ端面との何れか一方（図面ではスラスト軸受面11f1、11f2）には、同図（ｂ）（ｃ）に示すように、図６と同様の動圧溝11ｋが形成されている。この構造であれば、両方向のスラスト支持だけでなく、回転軸１３の軸受１１からの抜けを防止できるので、回転軸１３に衝撃荷重が加わった場合でもモータの損傷を回避することができる。特にＨＤＤ装置のように読み取り用ヘッドがディスクと僅かな隙間を介して配置されているような場合、衝撃荷重が加わってもヘッドがディスクと衝突する事態を回避することができる。

図９は、軸受１１と底板１５との間にフランジ部13ｂを設け、フランジ部13ｂの両側にスラスト軸受部14ａ、14ｂを構成したものである。すなわち、フランジ部13ｂの上端面13a1と下側の軸受端面11f2の何れか一方、および、フランジ部13ｂの下端面13b2と底板15の上面の何れか一方（図面では下軸受端面11f2およびフランジ部の下端面13b2）にそれぞれ図６と同様の動圧溝11ｋを設けたもので、図８の構造と同様の効果が奏される。

上記動圧型焼結含油軸受１１の軸受本体11ａは、上記金属粉末を圧縮成形し、さらに焼成して得られた円筒状の焼結金属素材（軸受本体素材）に対して、例えば、サイジング→回転サイジング→軸受面成形加工を施して製造することができる。

サイジング工程は、焼結金属素材の外周面と内周面のサイジングを行って焼結工程での曲がりなどを矯正する工程で、焼結金属素材の外周面を円筒状のダイに圧入すると共に、内周面にサイジングピンを圧入して行われる。回転サイジング工程は、断面略多角形状の回転サイジングピン（断面円形のピンの外周面を部分的に平坦加工して、円周等配位置に円弧部分を残したもの）を焼結金属素材の内周面に押付けながら、サイジングピンを回転させて内周面のサイジングを行う工程である。この回転サイジングにより焼結金属素材の内周面の真円度、円筒度が矯正され、かつ表面開孔率が例えば３〜１５％に仕上げられる。軸受面成形工程は、上記のようなサイジング加工を施した焼結金属素材の内周面に、完成品の軸受面に対応した形状の成形型を加圧することによって、軸受面の動圧溝の形成領域とそれ以外の領域（背11ｅおよび環状の平滑領域ｎ）とを同時成形する工程である。

図１１は、軸受面成形工程で使用する成形装置の概略構造を例示している。この装置は焼結金属素材11’の外周面を圧入する円筒状のダイ２０、焼結金属素材11’の内周面を成形する超硬合金製のコアロッド２１、焼結金属素材11’の両端面を上下方向から押さえる上下のパンチ２２、２３を主要な要素として構成される。コアロッド２１と上パンチ２２は一体となっており、コアロッド２１の外周面と上パンチ２２のパンチ面２２ａの直角度は２μｍ以内に仕上げられている。

図１０に示すように、コアロッド２１の外周面には、完成品の軸受面11ｂの形状に対応した凹凸状の成形型21ａが設けられている。成形型21ａの凸部分21a1は軸受面11ｂにおける動圧溝11ｃの領域を成形し、凹部分21a2は動圧溝11ｃ以外の領域（背11ｅおよび環状の平滑領域ｎ）を成形するものである。成形型21ａにおける凸部分21a1と凹部分21a2との段差は、軸受面11ｂにおける動圧溝11ｃの深さと同程度（例えば２〜５μｍ程度）で微小なものであるが、図面ではかなり誇張して図示されている。なお、上下軸受端面11f1、11f2に動圧溝11ｋを設ける場合（図６〜９参照）は、上下のパンチ２２、２３のパンチ面２２ａ、２３ａにも当該動圧溝11ｋに対応した形状の転写用成形型が設けられる。

この成形装置による成形は、図１１に示すＡ〜Ｄの手順で行われる。

先ず、焼結金属素材11’をダイ２０の上面に位置合わせして配置した後、上パンチ２２およびコアロッド２１を降下させ、焼結金属素材11’をダイ２０に圧入し、さらに下パンチ２３に押付けて上下方向から加圧する（Ａ）。

焼結金属素材11’は、ダイ２０と上下パンチ２２・２３から圧迫力を受けて変形を起こし、内周面がコアロッド２１の成形型21ａに加圧される。これにより、成形型21ａの形状が焼結金属素材11’の内周面に転写され、軸受面11ｂが所定の形状および寸法に成形される（同時に焼結金属素材11’の外周面および両端面もサイジングされる）。

軸受面11ｂの成形が完了した後、焼結金属素材11’とコアロッドの位置関係を保持したまま上下のパンチ２２、２３およびコアロッド２１を一体的に上昇させ（Ｂ）、焼結金属素材11’をダイ２０から抜く。次に、クランパ２４で掴んだ焼結金属素材11’の外周面に熱風発生器等の加熱機２５で熱風を吹き付けて焼結金属素材11’を加熱し（Ｃ）、その後、焼結金属素材11’をコアロッド２１から抜く（Ｄ）。この時、焼結金属素材11’をダイ２０から抜くと同時に焼結金属素材11’にスプリングバックが生じてその内径寸法が拡大する。また、加熱によって焼結金属素材の温度がコアロッド２１によりも高くなり、かつコアロッド２１（超硬合金製）よりも焼結金属素材11’（銅を主成分とする）の熱膨張係数が大きいため、焼結金属素材11’の内径寸法がさらに拡大する。そのため、コアロッド２１と焼結金属素材11’との干渉が回避され、動圧溝11ｃを崩すことなく、焼結金属素材11’の内周面からコアロッド２１を抜き取ることが可能となる。スプリングバックのみでスムーズに焼結金属素材11’を抜ける場合は、加熱機２５による加熱工程を省略しても構わない。

以上の工程を経て製造した焼結金属素材11’を洗浄し、これに潤滑油又は潤滑グリースを含浸させて油を保有させると、図１に示す動圧型滑り軸受（動圧型多孔質含油軸受）が完成する。この軸受１１は、ハウジング１２の内周面に例えば接着によって固定される。なお、軸受１１のハウジング１２への組み込み後に、含浸油とは別に注油によって軸受隙間および軸受周辺の空間を油で満たしておくと、潤滑性が著しく向上する。

上記のようにコアロッド２１の外周面と上パンチ２２のパンチ面２２ａの直角度を２μｍ以内に設定しておけば、軸受内周面11ｈに対するスラスト軸受面11f1の直角度が３μｍ以内の焼結含油軸受１１が提供可能となる。この軸受１１と、フランジ部13ａと外周面の直角度を所定範囲に設定した回転軸１３とを組み合わせることにより、スラスト軸受部１４での片当りを防止し、確実に面当りを実現することができる。

本発明にかかる動圧型焼結含油軸受ユニットの断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。本発明の他の実施形態を示す図で、Ａ図は断面図、Ｂ図は平面図である。本発明の他の実施形態を示す図で、Ａ図は断面図、Ｂ図は平面図である。本発明の他の実施形態を示す図で、Ａ図は断面図、Ｂ図は平面図、Ｃ図は下面図である。本発明の他の実施形態を示す図で、Ａ図は断面図、Ｂ図およびＣ図は下面図である。コアロッドおよび上パンチの側面図である。本発明方法を示す断面図である。動圧型焼結含油軸受ユニットを組み込んだ光ディスク装置の断面図である。従来の動圧型焼結含油軸受の断面図である。従来の動圧型焼結含油軸受ユニットの断面図である。動圧型焼結含油軸受ユニットの断面図である。動圧型焼結含油軸受ユニットの断面図である。

符号の説明

１１動圧型焼結含油軸受
11ａ軸受本体
11ｂラジアル軸受面
11ｃラジアル軸受面の動圧溝
11f1 軸受端面（スラスト軸受面）
11f2 軸受端面（スラスト軸受面）
11ｈ軸受内周面
11ｊ油供給用の動圧溝
11ｋスラスト軸受面の動圧溝（凹部）
１２ハウジング
１３回転軸（軸）
13ａフランジ部
１４スラスト軸受部
１７動圧発生部

Claims

フランジ部を有する軸と、
円筒状のハウジングと、
油を含浸させた焼結金属からなり、内周面に軸の外周面と軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面が形成されると共に、両端面に動圧溝を有するスラスト軸受面がそれぞれフランジ部と対向して形成され、ハウジングの内径部に固定された動圧型の焼結含油軸受とを備え、
軸と焼結含油軸受との相対回転時にラジアル軸受面および両スラスト軸受面で生じる動圧作用により軸を非接触支持することを特徴とする動圧型焼結含油軸受ユニット。
ラジアル軸受面および両スラスト軸受面が同時に型成形されている請求項１記載の動圧型焼結含油軸受ユニット。