JP3620817B2

JP3620817B2 - 焼結含油軸受

Info

Publication number: JP3620817B2
Application number: JP29716998A
Authority: JP
Inventors: 近藤　　誠; 秀和徳島; 元博宮坂; 俊一富樫
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2018-10-19
Also published as: JP2000120688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルモータ用軸受等の比較的高速で回転する軸を高精度で支持する際に用いて好適な焼結含油軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結含油軸受は、含有された潤滑油が回転軸との摺動面である軸孔の内周面にしみ出して油膜が形成されることにより、摩擦抵抗が低減して騒音や振動が抑えられるといった特性を有する。また、振動や騒音の抑制効果をさらに高めた焼結含油軸受として、軸孔の内周面の軸方向中央に、回転軸が接触しない逃げの隙間（以下、中膨らみ部と称する）を形成して回転軸が摺動する部分を両端部に限定し、摩擦抵抗の低減を向上させたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＤ−ＲＯＭドライバ用等の、回転軸が立つ状態とされるスピンドルモータの軸受においては、通常、回転軸の荷重が、回転軸を横向きにした場合と異なり周方向１個所に偏らないので、潤滑油の圧力上昇によって発生する動圧効果は期待されず、しかも、１００００／ｒｐｍ程度の高速回転なので、上記のような中膨らみ部を有する軸受であっても、十分な潤滑作用を得ることは困難であった。例えば、運転時間の経過に伴って摩擦抵抗が増加したり回転数が変動したりする現象が起こり、そのような軸受の中膨らみ部には、特に負荷が大きい軸方向一端側に、スラッジ状の物質が観察される場合があった。これは、摺動面への潤滑油の供給が不十分であったり、軸受の発熱により潤滑油が変質したりすることが原因と想定された。
【０００４】
したがって本発明は、支持する回転軸が比較的高速で回転し、かつその回転軸から受ける負荷が軸方向に偏っている場合であっても、含油による潤滑作用が十分に行われて高い軸受性能を発揮する焼結含油軸受を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸孔の内周面の軸方向両端部に、回転軸が摺動する軸受部が形成され、これら軸受部の間に、回転軸と接触しない中膨らみ部が形成された焼結含油軸受において、少なくとも一方の軸受部から中膨らみ部にわたって、該軸受の端面に開口しない状態に形成された複数の溝が周方向に配列されていることを特徴としている。
【０００６】
本発明によれば、軸受中の潤滑油が、回転軸と中膨らみ部との間の隙間から溝を経て軸受部に多く流入し、さらに軸受部における溝と溝の間に動圧効果が惹起されることにより、軸受性能が向上する。
【０００７】
上記溝が軸受部を貫通して端面に開口していると、潤滑油が漏出して潤滑油の循環作用が確保されない。したがって本発明では、軸受部に形成する溝の長さを軸受部の長さの１０〜８０％とすることを好ましい態様としている。また、軸方向両端部の軸受部にかかる回転軸の負荷に差異がある場合、すなわち負荷が軸方向に偏っている場合は、負荷が大きい方の軸受部側に溝を形成して対処すればよい。しかしながら、これは本発明の最も簡素な構成であり、軸方向両端部の軸受部から中膨らみ部にわたって溝をそれぞれ形成することが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）一実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る円柱状の焼結含油軸受（以下、軸受と略記する）１０が適用されたＣＤ−ＲＯＭドライバ用のスピンドルモータ１を示している。このモータ１は、ハウジング２、駆動コイル３およびマグネットロータ４を備えたアウタロータ型であり、マグネットロータ４は、１００００／ｒｐｍ程度で高速回転する。軸受１０はハウジング２の芯２ａに圧入され、この軸受１０に回転軸５が回転自在に挿入されている。モータ１は、マグネットロータ４が上側に配され、回転軸５が立つ状態で機器に組み込まれる。回転軸５のスラスト荷重は、ハウジング２の底部に固定された受け板６により支持され、ラジアル荷重が軸受１０により支持される。回転軸５は軸受１０から上方に突出し、その突出端がマグネットロータ４のボス４ａに圧入されている。マグネットロータ４のボス４ａには、図示せぬＣＤ−ＲＯＭをマグネットロータ４に着脱させるディスクチャック７が装着されている。軸受１０は、金属粉を圧縮成形して焼結した多孔質焼結体で、潤滑油への浸漬を経て含油焼結軸受とされたものである。
【０００９】
軸受１０は、図２（ａ）に示すように、軸芯に、回転軸５が回転自在に挿入される軸孔１１が形成されているが、この軸孔１１の内径は全長にわたって均一ではない。すなわち、その内周面の軸方向両端部に、回転軸５を実質的に支持する軸受部１２が形成され、これら軸受部１２の間に、軸受部１２よりも大径で回転軸５が接触しない中膨らみ部１３が、軸受部１２と同軸的に形成されている。各軸受部１２の開口端縁および軸受部１２から中膨らみ部１３に移行する各段部１２ａ，１３ａは、面取り加工されてテーパ状に形成されている。
【００１０】
軸孔１１の内周面には、一方（図２（ａ）で上側）の軸受部１２から中膨らみ部１３にわたって、複数（例えば３つ）の溝１４が、周方向に等間隔に配列されている。これら溝１４は、図２（ｂ）に示すように半楕円状であって、中膨らみ部１３の端縁から軸受部１２にわたって形成されており、その底面は、段部１３ａよりもなだらかなテーパ面となっている。溝１４の軸受部１２に形成された部分の長さは、軸受部１２の長さの１０〜８０％の範囲である。この軸受１２は、図１で示したモータ１のハウジング２に、溝１４が形成された方の軸受部１２が上側に配されて圧入されている。
【００１１】
次に、上記軸受１０の製造方法の一例を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、ダイ２０の型孔に下パンチ２１ｂおよびコアロッド２２を挿入し、これらによって形成されるキャビティ２３に原料粉末Ｐを充填する。コアロッド２２は、図４に示すように、軸受部１２を形成するロッド２２ａの途中に、中膨らみ部１３および溝１４を形成するための大径部２２ｂおよび突起２２ｃが形成されたものを用いる。次いで、図３（ｂ）に示すように、上下のパンチ２１ａ，２１ｂにより粉末Ｐを圧縮成形し、この後、図３（ｃ）に示すように、コアロッド２２と下パンチ２１ｂを上方に移動させて圧粉体Ｐ１をダイ２０から抜き出し、圧粉体Ｐ１にスプリングバッグを生じせしめてコアロッド２２から取り出す。次いで、圧粉体Ｐ１を焼結し、その焼結体を、図５（ａ）に示すように、軸孔に円柱状のコアロッド３２を通してダイ３０内にセットし、上下のパンチ３１ａ，３１ｂにより焼結体を圧縮してサイジングを施し、中膨らみ部１３および溝１４を拡張させ、軸受１０を成形する。このサイジングでは、図５（ｂ）に示すように、段差形状の型孔を有する上下のダイ３０ａ，３０ｂを用いて焼結体の中央部を膨出させ、中膨らみ部１３および溝１４が拡張しやすくなる手段を採ることもできる。
【００１２】
上記軸受１０にあっては、モータ１の運転時に、含浸された潤滑油が回転軸５と中膨らみ部１３との間の隙間から溝１４に流入することにより、上側の軸受部１２への潤滑油の供給量が特に増加する。また、上側の軸受部１２においては、周方向に隣り合う溝１４と溝１４との間に潤滑油による動圧効果が発生する。ここで、回転軸５から軸受１０にかかる負荷（ラジアル荷重）は、マグネットロータ４側である上側の軸受部１２に大きくかかるので、この上側の軸受部１２への潤滑油の供給ならびに軸支持のための剛性が重要となってくるが、本実施形態では、上記溝１４の作用によって上側の軸受部１２の潤滑性と動圧発生による軸支持のための剛性が向上し、よって軸受性能が大幅に向上する。また、溝１４は軸受部１２を貫通して端面に開口しておらず、軸受部１２における長さが軸受部１２の１０〜８０％の範囲とされているので、溝１４からの潤滑油の漏出が防止され、潤滑油の循環作用が確保される。
【００１３】
（２）軸受の形態
次いで、軸受の様々な形態について例示する。
▲１▼図６に示すように、両端部の軸受部１２から中膨らみ部１３にわたって、上記一実施形態に示した溝１４が、上下対称の状態に形成されている。
▲２▼図７に示すように、一端側に軸受部１２が、また他端側に軸受部１２よりも大径の膨らみ部１３Ａが形成された軸受分割体１０Ａが、膨らみ部１３Ａどうしを向かい合わせてハウジング１５内に圧入され、各膨らみ部１３Ａの合体により中膨らみ部１３が形成されている。各軸受分割体１０Ａには、軸受部１２から膨らみ部１３Ａにわたって、複数の溝１４が形成されている。
▲３▼図８（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向に並ぶ一対の溝１４をつなぐ直線状の溝１４ａが、中膨らみ部１３の内周面に形成されている。
▲４▼図９に示すように、溝１４と、軸受部１２および中膨らみ部１３との境界が面取り加工されて画然としていない。図９における軸方向に延びる多数の線Ｌは、溝１４の形状を明らかにするための等幅線であり、実際には存在しない。
【００１４】
（３）溝の形状の形態
次いで、軸受部１２と中膨らみ部１３との間に形成される溝１４の形状の様々な形態について例示する。
▲１▼図１０（ａ）に示すように、半楕円状であって、底面に段差がある。
▲２▼図１０（ｂ）に示すように、矩形状である。
▲３▼図１０（ｃ）に示すように、直角三角形状である。
▲４▼図１０（ｄ）に示すように、二等辺三角形状である。
【００１５】
（４）溝の側面視形状の形態
次いで、軸受部１２と中膨らみ部１３との間に形成される溝１４の側面視形状の様々な形態について例示する。
▲１▼図１１（ａ）に示すように、三角形状である。
▲２▼図１１（ｂ）に示すように、平行四辺形状である。
▲３▼図１１（ｃ）に示すように、底面がなだらかな三角形状である。
【００１６】
（５）軸受の製造方法の形態
次に、軸受１０の製造方法の様々な形態について例示する。
▲１▼図１２（ａ）に示すように、ダイ２０、上下のパンチ２１ａ，２１ｂおよびコアロッド４０により粉末Ｐを圧縮する。軸孔を形成するコアロッド４０は、図１２（ｂ）に示すように、三角柱状である。粉末Ｐが圧縮成形された圧粉体の軸孔は、コアロッドに応じた断面三角形状となり、３つの角部がそれぞれ溝となる。圧粉体を成形、焼結後、焼結体を軸方向に圧縮してサイジングを行い、このサイジングにより、溝の中央部を拡張させて中膨らみ部を形成するとともに、溝の端面側の開口端を閉塞する。
【００１７】
▲２▼軸孔形成用のコアロッドを円柱状として圧粉体を単純な円筒状とし、この圧粉体を焼結後、図３（ｂ）に示したように、中膨らみ部１３および溝１４を形成するコアロッド２２を用いてサイジングし、スプリングバックにより取り出す。圧粉体の軸孔は、コアロッド２２の大径部２２ｂが挿入可能な径とする。
【００１８】
▲３▼単純な円筒状の焼結体の軸孔に、図１２（ｂ）で示した三角柱状のコアロッド４０を圧入し、軸孔の内周面に３つの溝をコイニングにより形成する。次いで、図５（ａ）に示した方法で焼結体をサイジングする。
【００１９】
▲４▼図１３（ａ）に示すように、ダイ２０、上下のパンチ２１ａ，２１ｂおよびコアロッド５０により粉末Ｐを圧縮成形する。軸孔を形成するコアロッド５０は、中膨らみ部１３を形成する大径部５０ａの一端に、軸受部１２を形成する小径部５０ｂが形成された円柱状のもので、大径部５０ａおよび大径部５０ａから小径部５０ｂにわたる部分の外周面には、突条５１が形成されている。粉末Ｐが圧縮成形された圧粉体の軸孔の内周面には、突条５１に応じた溝１４が形成される。圧粉体を成形、焼結後、図１３（ｂ）に示すように、段差形状の型孔を有するダイ６０、上下のパンチ６１ａ，６１ｂおよびコアロッド５０よりも細い円柱状のコアロッド６２により、焼結体を軸方向に圧縮してサイジングを行い、このサイジングにより、中央部を拡張させて中膨らみ部１３を拡張形成するとともに、溝１４の両端を閉塞して軸受１０を成形する。図１３（ａ）は粉末を圧縮成形する圧粉体の成形工程として示したが、円筒状の焼結体の軸孔にコアロッド５０を圧入して溝１４をコイニングにより形成し、図１３（ｂ）のサイジングに移行してもよい。
【００２０】
▲５▼図１４（ａ）に示すように、ダイ２０、上下のパンチ２１ａ，２１ｂおよびコアロッド７０により、粉末Ｐを圧縮成形する。軸孔を形成するコアロッド７０は、中膨らみ部１３を形成する大径部７０ａの一端に軸受部１２を形成する小径部７０ｂが形成された円柱状のもので、大径部７０ａから小径部７０ｂにわたる部分の外周面に、溝１４を形成するための複数の突起７０ｃが形成されている。粉末Ｐが圧縮成形された圧粉体の軸孔の内周面には、突起７０ｃに応じた溝１４が形成される。圧粉体を成形、焼結後、図１３（ｂ）と同様のダイ６０、上下のパンチ６１ａ，６１ｂおよび円柱状のコアロッド６２により、焼結体を軸方向に圧縮してサイジングを行い、このサイジングにより、中膨らみ部１３および溝１４を拡張形成して軸受１０を成形する。図１４（ａ）は粉末を圧縮成形する圧粉体の成形工程として示したが、円筒状の焼結体の軸孔にコアロッド７０を圧入して溝１４をコイニングにより形成し、図１４（ｂ）のサイジングに移行してもよい。
【００２１】
▲６▼図１５（ａ）に示すように、一端側に軸受部１２、他端側に膨らみ部１３Ａを有する焼結体を得た後、この焼結体を、図１５（ｂ）に示すように、ダイ６０、上下のパンチ６１ａ，６１ｂおよび溝１４を形成するための複数の突起８０を備えたコアロッド８１によりサイジングして溝１４を有する軸受分割体１０Ａを得る。この軸受分割体１０Ａを、図７に示すようにハウジング１５内に２つ組み込んで、軸受を構成する。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、含浸された潤滑油が回転軸と中膨らみ部との間の隙間から溝に流入することにより、軸受部への潤滑油の供給量が増加するとともに、周方向に隣り合う溝と溝との間に潤滑油による動圧効果が発生するので、軸受部の潤滑性ならびに軸支持のための剛性が向上し、軸受性能が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受が適用されたスピンドルモータの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る軸受の（ａ）縦断面図、（ｂ）内周面の一部斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る軸受の製造方法の一例を示す図であって、粉末圧縮工程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す断面図である。
【図４】同工程で用いるコアロッドの一部斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る軸受の製造方法の一例であって、焼結体のサイジング工程を（ａ），（ｂ）の順に示す断面図である。
【図６】本発明に係る軸受の形態例を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る軸受の形態例を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る軸受の形態例を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）内周面の一部斜視図である。
【図９】本発明に係る軸受の形態例を示す内周面の一部斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る軸受の形状の形態例を示す正面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る軸受の側面視形状の形態例を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）は同工程で用いるコアロッドの一部斜視図である。
【図１３】本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）は焼結体のサイジング工程の断面図である。
【図１４】本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）は焼結体のサイジング工程の断面図である。
【図１５】本発明に係る軸受の製造方法の形態例を示す図であって、（ａ）は粉末圧縮工程の断面図、（ｂ）は焼結体のサイジング工程の断面図である。
【符号の説明】
５…回転軸、１０…焼結含油軸受、１１…軸孔、１２…軸受部、
１３…中膨らみ部、１４…溝。

Claims

軸孔の内周面の軸方向両端部に、回転軸が摺動する軸受部が形成され、これら軸受部の間に、回転軸と接触しない中膨らみ部が形成された焼結含油軸受において、
少なくとも一方の前記軸受部から前記中膨らみ部にわたって、該軸受の端面に開口しない状態に形成された複数の溝が周方向に配列されていることを特徴とする焼結含油軸受。
前記溝の前記軸受部に形成された部分の長さが、該軸受部の長さの１０〜８０％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。
前記各軸受部にかかる前記回転軸の負荷に差異があり、負荷が大きい軸受部側に、前記溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結含油軸受。