JP7560389B2 - 焼結含油軸受とこの軸受を備えた流体動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼結含油軸受とこの軸受を備えた流体動圧軸受装置に関し、特にラジアル動圧発生部を有する焼結含油軸受とこの軸受を備えた流体動圧軸受装置に関する。

焼結含油軸受は、焼結金属で形成される多孔質体の内部空孔に潤滑油を含浸させて使用される軸受であって、内周に挿入された軸部の相対回転に伴い内部空孔に含浸させた潤滑油が軸部との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜を介して軸部を回転支持するものである。このような軸受は、その優れた回転精度及び静粛性から、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、ＨＤＤや、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク用のディスク駆動装置におけるスピンドルモータ用、これらディスク駆動装置やＰＣ等に組み込まれるファンモータ用、あるいは、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）に組み込まれるポリゴンスキャナモータ用の軸受装置として好適に使用されている。

また、焼結含油軸受の内周面と軸方向端面の少なくとも一方には、更なる静音性向上並びに高寿命化を狙って、動圧溝などの動圧発生部を形成することがある。ここで、動圧溝を成形する方法としては、いわゆる動圧溝サイジングが知られている。このサイジングは、例えば軸受となる焼結体を上パンチと下パンチとで軸方向に圧迫すると共に、焼結体をダイの内周に圧入することで、予め焼結体の内周に挿入しておいたサイジングピン外周の成形型に焼結体を食い付かせる。これにより、焼結体の内周面に成形型の形状、すなわち動圧溝に対応した形状が転写され、ラジアル動圧発生部としての動圧溝が形成される（例えば、特許文献１を参照）。

また、最近では、情報機器の小型化、薄肉化に伴い、情報機器に搭載される各種モータに対しても小型化が求められている。例えばノートパソコンなどに使用される冷却用ファンモータは薄型化しており、このモータに使用される軸受装置にも薄型化が要求されている。その一方で、冷却性能は従来と同等もしくはそれ以上のレベルが要求されている。軸受装置の薄型化は、軸受面積の減少につながるため、インペラ（ファン）のサイズを大きくする場合はもちろん、インペラのサイズが維持される場合であっても、軸受面積が減少した分だけ軸受剛性の低下を招くおそれが高まる。

ここで、特許文献２には、内周面に動圧溝配列領域を設けた焼結含油軸受であって、軸方向寸法が６ｍｍ以下であると共に、軸受全体の密度比が８０％以上でかつ９５％以下となる焼結含油軸受が記載されている。また、上記構成に係る軸受によれば、軸受全体の密度比が従来に比べて均一化されるので、従来あった動圧溝配列領域間の潤滑流体溜り（凹部）を省略して軸方向寸法を縮小しても、十分な軸受剛性が期待できる旨が記載されている。

特許第３６０７４９２号公報 特開２０１５－６４０１９号公報

ところで、最近では、ノートパソコンなどに使用される冷却ファンモータについて、一層の薄型化が進んでおり、当該モータに使用される軸受の軸方向寸法についても更なる低減化が求められている。その一方で、軸受の軸方向寸法が小さくなると、その分だけラジアル動圧発生部を形成可能な面積が減少することになり、ラジアル軸受隙間に発生可能な動圧も小さくなる。そのため、軸部（インペラなどの回転体）を高精度に支持することが困難となり、回転精度（ＮＲＲＯ）の低下を招くおそれがある。例えば特許文献２に記載のように、軸受の両端面にスラスト動圧溝を設けることで軸受剛性ひいては回転精度を向上させることも可能だが、そうすると、回転体の軸部を軸受内周に挿入するだけでは、流体動圧軸受装置の組付けを完了することができず、余分な治具や工程が必要となるため、組付けコストの増大を招くおそれがある。

以上の実情に鑑み、本発明により解決すべき技術課題は、組付けコストの高騰を招くことなく、流体動圧軸受装置の薄肉化と高回転精度化を達成可能とすることである。

前記課題の解決は、本発明に係る焼結含油軸受によって達成される。すなわち、この軸受は、金属粉末を筒状に圧縮成形して圧粉体を形成し、形成した圧粉体を焼結して得られる焼結金属製の軸受であって、内部空孔に潤滑流体が含浸されると共に、内周面にラジアル動圧発生部が形成される焼結含油軸受において、軸方向寸法Ｌが４．８ｍｍ以下で、厚み寸法ｔが０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下であって、外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２が、０．２４以上でかつ０．６以下である点をもって特徴付けられる。

本発明者らは、上述した動圧溝サイジングの際、焼結金属軸受の軸方向寸法Ｌを従来よりも小さくした（４．８ｍｍ以下にした）場合においても、当該軸受の厚み寸法ｔと、外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２をそれぞれ所定の数値範囲内に設定することにより、筒状をなす焼結体への圧入力が径方向への圧迫力として軸受内周面の表層部に十分に伝わり得ることを見出した。本発明は、上記知見に鑑みてなされたもので、従来に比べて焼結含油軸受の軸方向寸法Ｌを縮小した（４．８ｍｍ以下とした）場合に、その厚み寸法ｔを０．５～１．５ｍｍの範囲に設定すると共に、当該軸受を従来に比べて大幅に扁平な形状（すなわち外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２を１より大幅に小さい値：０．２４～０．６）にした。このような形状及びサイズの軸受とすることによって、例えば上述した動圧溝サイジングの際、軸方向寸法Ｌの大小に関わらず、ダイへの圧入により生じる径方向の圧迫力を上記軸受となる焼結体の内周面表層部にまで十分に伝えることができる。よって、軸方向寸法Ｌを従来に比べて小さく設定した場合であっても、ラジアル動圧発生部（溝形状が代表的である）を正確にかつ安定的に成形することができ、所要のラジアル軸受性能を安定的に発揮することが可能となる。また、厚み寸法ｔを０．５ｍｍ以上に設定することにより、軸受の軸方向一方側の端面に必要なスラスト軸受面積を確保することができる。これにより、当該軸受の軸方向一方側にのみスラスト軸受部を設けた場合であっても、優れた回転精度を発揮することができるので、例えば回転体の軸部を焼結含油軸受の内周に挿入するだけで、当該軸受を具備した流体動圧軸受装置の組立を低コストに実施することが可能となる。

また、本発明に係る焼結含油軸受においては、密度比が８６％以上でかつ９２％以下であってもよい。なお、ここでいう「密度比」とは、焼結含油軸受をなす多孔質体の密度を、その多孔質体に空孔がないと仮定した場合の密度で除した値（百分率）を意味する。

このように、焼結含油軸受の密度比を８６％以上にすることで、特に動圧溝サイジングの際、ダイへの圧入力が径方向への圧迫力として軸受内周面の表層部に十分に伝わる。そのため、十分な深さの動圧溝を軸受内周面に転写形成することが可能となる。また、密度比を９２％以下に抑えることで、サイジング用金型への過大な負荷を抑制することができるので、良好な動圧溝サイジングを安定的に継続実施することが可能となる。特に、軸受を上述した軸方向寸法Ｌ及び扁平形状とし、かつ密度比を上記範囲内に設定することによって、軸受となる焼結体内部の密度比のばらつきをさらに小さく（１％以下に）することができるので、高回転性能を安定的に発揮することが可能となる。具体的には、表層部の密度比を、軸受表面からの動圧の逃げを防ぎつつも軸受隙間への潤滑油等の滲み出しを適切にかつ均等に行い得る程度に設定することができる。また、表層部を除く領域（表層部よりも内側の領域）の密度比を、当該内側領域による潤滑油等の含浸量が適量となるようにかつ均等となるように設定することが可能となる。

また、本発明に係る焼結含油軸受においては、内径寸法Ｄ１に対する外径寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１が、１．５以上でかつ３．０以下であってもよい。

このように、内径寸法Ｄ１に対する外径寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を１．５以上でかつ３．０以下とすることによって、内周面に対するサイジングピンの食い付き性、ひいては動圧溝等の成形性を確保することができる。また、上述した厚み寸法ｔの好適な数値範囲と併せて内径寸法Ｄ１と外径寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を定めることで、より効果的にダイの圧入による径方向の圧迫力を焼結体の内周面表層部に付与することが可能となる。

また、本発明に係る焼結含油軸受においては、内径寸法Ｄ１が１．５ｍｍ以上でかつ２．０ｍｍ以下であってもよい。

このように、内径寸法Ｄ１を１．５ｍｍ以上とすることによっても、内周面に対するサイジングピンの食い付き性、ひいては動圧溝等の成形性を確保することができる。また、上述した厚み寸法ｔの好適な数値範囲と併せて内径寸法Ｄ１の好適な数値範囲を定めることで、焼結体（多孔質体）に十分な量のスプリングバックを発生させることができる。これにより、例えば相応の深さ（１～４ｍｍ程度）の動圧溝であっても、確実に内周面に形成することが可能となる。また、内径寸法Ｄ１を２．０ｍｍ以下に抑えることで、外径寸法Ｄ２ひいては厚み寸法ｔが必要以上に増大する事態を回避して、ダイへの圧入により生じる径方向の圧迫力を確実に内周面表層部に伝えることが可能となる。

また、本発明に係る焼結含油軸受においては、軸方向一方側の端面にスラスト動圧発生部が形成され、軸方向他方側の端面は平坦な形状をなしてもよい。

上述のように、本発明に係る焼結含油軸受によれば、流体動圧軸受装置の薄肉化と高回転精度化を共に達成可能であるから、上述のように、軸方向一方の端面のみにスラスト動圧発生部が形成される場合であっても、十分な軸受剛性を発揮することができる。よって、例えば回転体の軸部を軸受の内周に挿入するだけで、軸受に対する軸部（回転体）の組付けを完了することができ、流体動圧軸受装置を低コストに組付けることが可能となる。

また、以上の説明に係る焼結含油軸受は、例えば当該焼結含油軸受と、焼結含油軸受が内周に固定されるハウジングと、焼結含油軸受の内周に挿入される軸部を有する回転体と、ラジアル動圧発生部の動圧作用により、焼結含油軸受の内周面と軸部の外周面との間のラジアル軸受隙間に形成される潤滑流体の膜で軸部をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置として好適に提供可能である。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置は、スラスト方向で向かい合う回転体の軸方向他方側の端面と焼結含油軸受の軸方向一方側の端面との間のスラスト軸受隙間に形成される潤滑流体の膜で軸部をスラスト方向に非接触支持する第一スラスト軸受部をさらに備えたものであってもよい。

また、この場合、本発明に係る流体動圧軸受装置は、回転体としてのハブ部の円盤部とスラスト方向で向かい合う焼結含油軸受の軸方向一方側の端面にスラスト動圧発生部が設けられていてもよい。

また、本発明に係る流体動圧軸受装置は、軸部の軸方向他方側の端部を、ハウジングの軸方向一方側の端面でスラスト方向に接触支持する第二スラスト軸受部をさらに備えたものであってもよい。

このように、スラスト方向で向かい合う回転体と焼結含油軸受との間に第一スラスト軸受部を設けると共に、同じくスラスト方向で向かい合う軸部とハウジングとの間に軸部を接触支持する第二スラスト軸受部を設けることで、焼結含油軸受を極力単純な形状としつつ十分なスラスト方向の軸受剛性を発揮することが可能となる。また、この際、回転体としてのハブ部の円盤部とスラスト方向で向かい合う焼結含油軸受の軸方向一方側の端面にスラスト動圧発生部を設けることで、スラスト動圧発生部を高精度に成形することができる。よって、非常に優れたスラスト軸受性能を発揮させることが可能となる。

以上の説明に係る流体動圧軸受装置は、上述のように、組付けコストの高騰を招くことなく、流体動圧軸受装置の薄肉化と高回転精度化を達成可能とするものであるから、例えばこの流体動圧軸受装置を備えたモータとして好適に提供可能である。

以上より、本発明によれば、組付けコストの高騰を招くことなく、流体動圧軸受装置の薄肉化と高回転精度化を達成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るファンモータの断面図である。 図１に示す流体動圧軸受装置の断面図である。 図２に示す焼結含油軸受の断面図である。 図２に示す焼結含油軸受の平面図である。 図２に示す焼結含油軸受の底面図である。 本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下の説明においては、焼結含油軸受から見て、ハブ部の円盤部の側を「上側」、ハウジングの底部の側を「下側」として取り扱う。もちろん、この上下方向は、実際の製品の設置態様、使用態様を限定するものではない。

図１は、本実施形態に係るファンモータ１の一構成例を概念的に示したものである。このファンモータ１は、流体動圧軸受装置２と、流体動圧軸受装置２の回転体３に設けられた複数枚のファン４と、これらファン４を回転体３と一体に回転させるための駆動部５とを備える。駆動部５は、例えば半径方向のギャップを介して対向させたコイル５ａ及びマグネット５ｂからなり、本実施形態では、コイル５ａがファンモータ１の固定側となるベース部６に、マグネット５ｂがファンモータ１の回転側となる回転体３にそれぞれ固定される。

上記構成のファンモータ１において、コイル５ａに通電すると、コイル５ａとマグネット５ｂとの間の励磁力でマグネット５ｂが回転し、この回転によって、回転体３の外周縁に立設された複数枚のファン４が回転体３と一体に回転する。この回転により、各ファン４はその形状に応じた向きの気流（ここでは例えば径方向外側への気流）を生じ、この気流に引き込まれる形で、ファンモータ１の軸方向上側から下側に向かう気流が二次的に生じる。このようにしてファンモータ１の周囲に気流を発生させることで、ファンモータ１が取り付けられる情報機器（図示は省略）を冷却可能としている。

また、上述のようにファンモータ１の軸方向に気流が生じると、この気流と反対向きの力（反力）が流体動圧軸受装置２の回転体３に発生する。コイル５ａとマグネット５ｂとの間には、上記反力を打ち消す方向の磁力（斥力）を作用させており、上記反力と磁力の大きさの差により生じたスラスト荷重が流体動圧軸受装置２のスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２（後述する図２を参照）に作用する。上記反力を打ち消す方向の磁力は、例えば、コイル５ａとマグネット５ｂとを軸方向にずらして配置することにより発生させることができる（詳細な図示は省略）。また、回転体３の回転時には、後述する流体動圧軸受装置２の軸部１０にラジアル荷重が作用する。このラジアル荷重は、流体動圧軸受装置２のラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２に作用する。

図２は、ファンモータ１に組み込まれた流体動圧軸受装置２の断面図を示している。この流体動圧軸受装置２は、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定される焼結含油軸受８、及び、焼結含油軸受８に対して相対回転する回転体３とを備える。

回転体３は、ハウジング７の上端開口側に配置されるハブ部９と、焼結含油軸受８の内周に挿入される軸部１０とを有する。

ハブ部９は、図１及び図２に示すように、ハウジング７の上端開口側を覆う円盤部９ａと、円盤部９ａから軸方向下側に伸びる第１筒状部９ｂと、第１筒状部９ｂよりも径方向外側に位置し、円盤部９ａから軸方向下側に伸びる第２筒状部９ｃと、第２筒状部９ｃの軸方向下端からさらに径方向外側に伸びる鍔部９ｄとで構成される。円盤部９ａは、ハウジング７の内周に固定された焼結含油軸受８の一方の端面（上端面８ｂ）と対向している。また、複数枚のファン４は、鍔部９ｄの外周縁から立設する形でハブ部９と一体的に設けられている。

軸部１０は、本実施形態ではハブ部９と別体に形成され、ハブ部９に設けた取付け穴９ｅにその上端を固定している。ここで、軸部１０は、外径寸法が一定の外周面１０ａを有すると共に、外周面１０ａの下端と連続する例えば部分球面状の下端部１０ｂとを有する。すなわち、軸部１０は、焼結含油軸受８の内周に軸方向一方側から挿入可能な形状をなしている。もちろん、軸部１０とハブ部９とを同一材料で一体に形成してもよい。あるいは、互いに異なる材料で形成される軸部１０とハブ部９の一方をインサート部品として他方を金属または樹脂の射出成形で形成してもよい。

ハウジング７は、その上端を開口すると共に下端を閉塞した形状をなしている。また、ハウジング７の内周面７ａには焼結含油軸受８が固定されると共に、ハウジング７の外周面７ｂはベース部６に固定されている（図１を参照）。ハウジング７の上端面７ｃと、ハブ部９の円盤部９ａの下端面９ａ１との軸方向の対向間隔は、焼結含油軸受８の上端面８ｂと円盤部９ａの下端面９ａ１との対向間隔より大きく、ここでは、回転駆動時のロストルク増加に実質的に影響しないとみなせる程度の大きさに設定されている。

ハウジング７の外周上側には、上方に向かうにつれて外径寸法が増加するテーパ状のシール面７ｄが形成される。このテーパ状のシール面７ｄは、第１筒状部９ｂの内周面９ｂ１との間に、ハウジング７の閉塞側（下側）から開口側（上側）に向けて径方向の対向間隔を漸次縮小させた環状のシール空間Ｓを形成する。このシール空間Ｓは、軸部１０及びハブ部９の回転時、後述する第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間の外径側と連通しており、各軸受隙間を含む軸受内部空間との間で潤滑油の流通を可能としている。また、潤滑油を焼結含油軸受８の内部空孔及び軸受内部空間に充填した状態では、潤滑油の油面（気液界面）は、常にシール空間Ｓ内に維持されるよう、潤滑油の充填量が調整される（図２を参照）。

また、ハウジング７が上述の如きシール構造をとる場合、コイル５ａは、ハブ部９の第一筒状部９ｂよりも径方向外側に位置し、第一筒状部９ｂとコイル５ａとが軸方向で一部重複するように配置される。これにより、ハウジング７ひいては流体動圧軸受装置２の薄肉化（軸方向寸法の低減化）を図っている。

また、本実施形態では、ハウジング７の底部７ｅに、球面状をなす軸部１０の下端部１０ｂを受けるスラスト受け部１１が設けられている。すなわち、このスラスト受け部１１は、流体動圧軸受装置２の完成状態では常に軸部１０の下端部１０ｂと接触し、軸部１０を回転支持可能としている。なお、軸部１０とスラスト受け部１１との当接位置は、例えば焼結含油軸受８の内側面取り部８ｅの上下方向領域内にあるように、ハウジング７の軸受当接面７ｆに対するスラスト受け部１１の上下方向位置を設定するのがよい。

ハウジング７の材質、組成は原則として任意であり、例えば後述する焼結含油軸受８のハウジング７に対する固定手段に応じて樹脂、金属など公知の材質を適宜採用することが可能である。

焼結含油軸受８は、所定の原料粉末を圧縮成形し、焼結してなる焼結金属の多孔質体であり、筒形状をなす。本実施形態では、図４等に示すように円筒形状をなす。焼結含油軸受８の内周面８ａの全面又は一部には、ラジアル動圧発生部として複数の動圧溝８ａ１を配列した領域が形成される。本実施形態では、この動圧溝８ａ１配列領域は、図３に示すように、円周方向に対して所定角傾斜させた複数の動圧溝８ａ１と、これら動圧溝８ａ１を円周方向に区画する傾斜丘部８ａ２と、円周方向に伸びて各動圧溝８ａ１を軸方向で区画する帯部８ａ３（傾斜丘部８ａ２、帯部８ａ３ともに図３でクロスハッチングを付した部分）とをヘリングボーン形状に配列してなるもので、軸方向に連続して２箇所に形成される。この場合、上側の動圧溝配列領域Ａ１と、下側の動圧溝配列領域Ａ２はともに、軸方向中心線（帯部８ａ３の軸方向中央を円周方向につなぐ仮想線）に対して軸方向対称に形成されており、その軸方向寸法は互いに等しい。

焼結含油軸受８の上端面８ｂの全面又は一部には、スラスト動圧発生部としての複数の動圧溝８ｂ１を配列した領域が形成される。本実施形態では、例えば図４に示すように、スパイラル状に伸びる複数の動圧溝８ｂ１を円周方向に並べて配列した領域が形成されている。この際、動圧溝８ｂ１のスパイラルの向きは、回転体３の回転方向に対応した向きに設定される。上記構成の動圧溝８ｂ１配列領域は、図２に示す流体動圧軸受装置２を回転駆動させた状態では、対向するハブ部９の円盤部９ａの下端面９ａ１との間に後述する第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する。

焼結含油軸受８の下端面８ｃには、スラスト動圧発生部は形成されていない。すなわち、本実施形態では、図５に示すように、下端面８ｃは平坦な形状をなしている。下端面８ｃは、ハウジング７とスラスト受け部１１よりもハウジング７の径方向外側で当接する。この場合、ハウジング７の軸受当接面７ｆの上下方向位置は、焼結含油軸受８の上端面８ｂとハブ部９の下端面９ａ１との間がスラスト軸受隙間として機能し得る範囲で適切に設定される。

焼結含油軸受８の外周面８ｄには、１本又は複数本（本実施形態では５本）の軸方向溝８ｄ１が形成される（例えば図４を参照）。この軸方向溝８ｄ１は、ハウジング７に焼結含油軸受８を固定した状態では、ハウジング７の内周面７ａとの間に潤滑油の流路を形成する（図２を参照）。

次に、図３を参照して、焼結含油軸受８の各種寸法について述べる。焼結含油軸受８の軸方向寸法Ｌ（両端面８ｂ，８ｃの軸方向距離）は、流体動圧軸受装置２ひいてはファンモータ１の薄型化の観点から、４．８ｍｍ以下に設定され、好ましくは３．０ｍｍ以下に設定され、より好ましくは１．８ｍｍ以下に設定される。一方で、所要のラジアル軸受剛性を確保する観点からは、軸方向寸法Ｌは、０．８ｍｍ以上に設定され、好ましくは１．１ｍｍ以上に設定される。

焼結含油軸受８の内径寸法Ｄ１（正確には、内周面８ａのうち傾斜丘部８ａ２と共に最小径部となる帯部８ａ３の内径寸法）は、焼結含油軸受８の厚み寸法ｔが後述の範囲内に設定される限りにおいて任意であるが、動圧溝サイジング時における内周面８ａに対するサイジングピンの食い付き性を確保する観点からは、１．２ｍｍ以上であることが望ましく、１．５ｍｍ以上であることがより望ましい。一方で、結果的に厚み寸法ｔが必要以上に増大することで動圧溝サイジング時の圧入力を確実に内周面８ａ表層部に伝えることが困難になる事態を回避する観点からは、内径寸法Ｄ１は２．５ｍｍ以下であることが望ましく、２．０ｍｍ以下であることがより望ましい。

焼結含油軸受８の外径寸法Ｄ２は、焼結含油軸受け８の厚み寸法ｔ及び外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２が後述の範囲内に設定される限りにおいて任意であるが、必要な内径寸法Ｄ１及び厚み寸法ｔとの兼ね合いから、２．５ｍｍ以上であることが望ましく、３．０ｍｍ以上であることがより望ましい。同様の観点から、外径寸法Ｄ２は５．０ｍｍ以下であることが望ましく、４．５ｍｍ以下であることがより望ましい。

内径寸法Ｄ１に対する外径寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は、内周面８ａに対するサイジングピンの食い付き性、ひいては動圧溝８ａ１の成形性を確保する観点からは、１．５以上でかつ３．０以下に設定するのがよい。

焼結含油軸受８の厚み寸法ｔ｛＝（Ｄ２－Ｄ１）／２｝は、例えば上端面８ｂに必要なスラスト軸受面積を確保する観点からは、０．５ｍｍ以上に設定されるのがよい。一方で、動圧溝サイジング時にダイからの十分な圧迫力を焼結体の内周面表層部に伝達可能とする観点からは、厚み寸法ｔは１．５ｍｍ以下に設定されるのがよい。

また、外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２は、動圧溝サイジング時における径方向圧迫力の焼結体の内周面表層部への伝達効率の観点から、０．２４以上でかつ０．６以下に設定される。

次に、焼結含油軸受８の組成について述べる。この焼結含油軸受８は、銅系粉末と鉄系粉末の一方を最も多く含むと共に他方を二番目に多く含む原料粉末を圧縮成形し、焼結して得られる。言い換えると、焼結含油軸受８の多孔質体は、実質的に、銅と鉄の一方を主成分とし、他方を第二成分（二番目に多い成分）とする組成をなす。なお、ここでいう銅系粉末には、純銅粉末だけでなく銅合金粉末が含まれる。また、純銅には純度１００％の銅のみならず工業的に純銅と認められる９９．９９％以上の銅が含まれる。同様に、ここでいう鉄系粉末には、純鉄粉末だけでなくステンレスなどの鉄合金粉末が含まれる。また、ここでいう純鉄には純度１００％の鉄のみならず工業的に純鉄と認められる９９．９９％以上の鉄が含まれる。上記組成（粉末配合比）が成立する限りにおいて、三番目以降の成分となる粉末の種類及び配合比は任意である。

原料粉末の組成（粉末配合比）として、例えば［銅系粉末：５０～７０重量％、鉄系粉末：３０～４８重量％、錫粉末：０～５％］が適用可能であり、具体例として、［１４０メッシュ以下の純鉄粉末：３８～４２重量％、３３０メッシュ以下の錫粉末：１～３％、２００メッシュ以下の純銅粉末：残部］を挙げることができる。

次に、焼結含油軸受８の密度比について述べる。この焼結含油軸受８の軸受全体の密度比は８０％以上でかつ９５％以下に設定され、好ましくは８６％以上でかつ９２％以下に設定される。密度比の設定は、例えば原料となる金属粉末の材質、粒径（分布）、配合比などを調整することにより可能となる。なお、この際の密度比のばらつきは、密度比と一定の相間が認められる細孔率を用いて評価することが可能である。ここで細孔率とは、当該軸受の単位体積当りに占める細孔の体積割合（百分率）で表され、経験則上、密度比とはほぼ負の相間（－１の相関係数）を示す。

また、内周面８ａ、特にラジアル軸受面となる傾斜丘部８ａ２及び帯部８ａ３の内周面の表面開孔率は、例えば２％以上かつ１５％以下に調整される。表面開孔率の調整は、例えば後述する回転サイジングにより可能となる。

上記構成の焼結含油軸受８は、例えば圧粉成形工程Ｓ１と、焼結工程Ｓ２と、動圧溝サイジング工程Ｓ３、及び含油工程Ｓ４とを経て製造される。以下では、焼結工程Ｓ２の後で動圧溝サイジング工程Ｓ３の前に、寸法サイジング工程Ｓ２１と、回転サイジング工程Ｓ２２を設ける場合を例にとって、各工程の詳細を説明する。

（Ｓ１）圧粉成形工程
まず、最終的な製品となる焼結含油軸受８の材料となる原料粉末を用意し、これを金型プレス成形により所定の形状に圧縮成形する。具体的には、図示は省略するが、ダイと、ダイの孔内に挿入配置されるコアピンと、ダイとコアピンとの間に配設され、ダイに対して昇降可能に構成された下パンチ、および、ダイと下パンチの何れに対しても相対変位（昇降）可能に構成された上パンチとで構成される成形金型を用いて原料粉末の圧縮成形を行う。この場合、ダイの内周面とコアピンの外周面、および、下パンチの上端面とで区画形成される空間に原料粉末を充填し、下パンチを固定した状態で上パンチを下降させ、充填状態の原料粉末を軸方向に加圧する。そして、加圧しながら所定の位置まで上パンチを下降させ、原料粉末を所定の軸方向寸法にまで圧縮することで、圧粉体が成形される。この際、圧粉体の軸方向寸法は、上パンチの下端面と、下パンチの上端面との距離、より具体的には上パンチの下死点を、目標とすべき軸方向寸法（より厳密には、この後の焼結処理、及び各種サイジングによる寸法変化を加味して設定）に応じて制御することで、適切な範囲に設定可能となる。

（Ｓ２）焼結工程
上述のようにして、圧粉体を得た後、この圧粉体を原料粉末の種類（主成分の金属の融点）に応じた温度で焼結することにより、焼結体を得る。

（Ｓ２１）寸法サイジング工程、及び（Ｓ２２）回転サイジング工程
そして、焼結体に対して寸法サイジングを施して、焼結体の外径寸法や内径寸法、及び軸方向寸法を最終製品に準じた寸法に矯正すると共に、内周面８ａの表面開孔率を、動圧軸受として好適な割合（例えば上述した数値範囲：２～１５％）に調整する。この段階では、焼結体の内周面８ａに所定の動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２は未だ形成されてない。同様に、図示は省略するが、焼結体の上端面８ｂに所定の動圧溝８ｂ１配列領域は未だ形成されていない。

（Ｓ３）動圧溝サイジング工程
上記一連の工程を経て得られた焼結体に対して所定の動圧溝サイジングを施すことで、焼結体の内周面８ａに動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２を成形する。ここで使用する成形装置は、図示は省略するが、焼結体の圧入穴を有するダイと、ダイの圧入穴に挿入可能に配置されるサイジングピンと、ダイとサイジングピンとの間に配設され、ダイに対して相対的に昇降可能に構成された下パンチ、および、ダイと下パンチの何れに対しても昇降可能に構成された上パンチとを有する。この場合、ダイの圧入穴の内径寸法は、サイジングすべき焼結体の圧入代に応じて適宜設定される。また、サイジングピンの外周面には、成形すべき内周面８ａの動圧溝配列領域Ａ１，Ａ２（図３）に対応する形状の成形型が設けられると共に、上パンチの下端面には、成形すべき上端面８ｂの動圧溝８ｂ１配列領域（図４）に対応する形状の成形型が設けられる。

次に、上記成形装置を用いた動圧溝サイジングの一例を説明する。まず、ダイの上端面に焼結体を配置した状態で、その上方から上パンチとサイジングピンを下降させる。これにより、焼結体の内周にサイジングピンを挿入し、サイジングピンの外周に設けておいた成形型を焼結体の内周面と半径方向で対向させる。そして、この成形型が内周面の軸方向所定位置にまで到達した後、上パンチのみを引き続き下降させて焼結体の上端面を押圧する。これにより、焼結体がダイの圧入穴に押込まれ、焼結体の外周面が圧迫されると共に、予め内周に挿入したサイジングピンの成形型に焼結体の内周面が食い付く。また、この状態から、さらに上パンチを下降させて、焼結体を上パンチと下パンチとで挟持し、外径方向への変形をダイにより拘束された状態の焼結体を軸方向に圧迫することで、さらに内周面が成形型に食い付く。このようにして、成形型の形状が焼結体の内周面に転写され、この内周面に動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２が成形される。また、この際、上パンチの下端面に設けた成形型が焼結体の上端面に食い込むことで、上端面に上パンチの成形型の形状が転写され、対応する動圧溝８ｂ１の配列領域が成形される。

このようにして焼結体の内周面及び上端面に所定の動圧溝８ａ１，８ｂ１配列領域を成形した後、ダイを下パンチに対して相対的に下降させて、ダイによる焼結体の拘束状態を解除する。これにより、焼結体は外径方向へのスプリングバックを生じ、サイジングピンから焼結体を取り外すことが可能となる。この際、要求されるスプリングバック量は、サイジングピンに設けた成形型がサイジング後の焼結体内周面（特に動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２）と軸方向で引っ掛かりを生じない程度の大きさになるため、成形すべき動圧溝８ａ１の溝深さ（数μｍ）を考慮して、焼結体の厚み寸法ｔが設定される。本実施形態では、上述の如く厚み寸法ｔを０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下とすることで、必要な深さの動圧溝８ａ１を成形しつつ、成形に供したサイジングピンをサイジング後の焼結体から引っ掛かりなく引抜くことができる。

（Ｓ４）含油工程
以上のようにして得た焼結体の内部空孔に潤滑流体としての潤滑油を含浸させることで、焼結含油軸受８が完成する。

ここで、潤滑油としては、種々のものが使用可能であり、例えば、蒸発率が小さく、かつ低温時の粘度低下が少ないエステル系の潤滑油や、エステル系よりも耐性に優れたフッ素系の潤滑油などが好適に使用される。また、動粘度の観点からは、例えば４０℃での動粘度が２０ｃＳｔ以上でかつ１７０ｃＳｔ以下を示し、１００℃での動粘度が２ｃＳｔ以上でかつ５０ｃＳｔ以下を示す潤滑油が好適に使用される。

上記焼結含油軸受８を、ハウジング７の内周に圧入、接着を伴う圧入、接着、溶着など公知の手段で固定する。然る後、回転体３の軸部１０を焼結含油軸受８の内周に挿入することで、流体動圧軸受装置２が完成する。この場合、潤滑油の界面はシール空間Ｓに保持される（図２を参照）。

なお、上述した含油工程Ｓ４は、例えば焼結含油軸受８となる焼結体をハウジング７の内周に固定した後に実施してもよい。

上記構成の流体動圧軸受装置２において、軸部１０（回転体３）の回転時、焼結含油軸受８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２ヶ所の動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２）は、軸部１０の外周面１０ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部１０の回転に伴い、ラジアル軸受隙間の潤滑油が各動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２の軸方向中心側に押し込まれ、軸方向中心側の領域（ここでは帯部８ａ３）において潤滑油の圧力が上昇する。このような動圧溝８ａ１の動圧作用によって、軸部１０をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔してそれぞれ構成される。

また、焼結含油軸受８の上端面８ｂ（動圧溝８ｂ１を配列した領域）とこれに対向するハブ部９の下端面９ａ１との間のスラスト軸受隙間に、動圧溝８ｂ１の動圧作用により潤滑油の油膜が形成される。そして、この油膜の圧力によって、回転体３をスラスト方向に非接触支持する第一スラスト軸受部Ｔ１が構成される。また、軸部１０の下端部１０ｂがハウジング７の底部７ｅに設けたスラスト受け部１１で回転可能に接触支持され、これにより回転体３をスラスト方向に接触支持する第二スラスト軸受部Ｔ２が構成される。

以上述べたように、本実施形態に係る焼結含油軸受８では、従来に比べてその軸方向寸法Ｌを縮小した（４．８ｍｍ以下とした）場合に、その厚み寸法ｔを０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下に設定すると共に、焼結含油軸受８を従来に比べて大幅に扁平な形状とした。すなわち焼結含油軸受８の外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２を１より大幅に小さい値：０．２４以上でかつ０．６以下にした。このような形状及びサイズの焼結含油軸受８とすることによって、例えば上述した動圧溝サイジングの際、軸方向寸法Ｌの大小に関わらず、ダイへの圧入により生じる圧入力のうち径方向への圧迫力を焼結含油軸受８となる焼結体の内周面表層部にまで十分に伝えることができる。よって、軸方向寸法Ｌを従来に比べて小さく設定した場合であっても、ラジアル動圧発生部としての動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２を正確にかつ安定的に成形することができ、所要のラジアル軸受性能を安定的に発揮することが可能となる。また、厚み寸法ｔを０．５ｍｍ以上に設定することにより、焼結含油軸受８の上端面８ｂに必要なスラスト軸受面積を確保することができる。これにより、焼結含油軸受８の上端面８ｂ側にのみスラスト軸受部（第一スラスト軸受部Ｔ１）を設けた場合であっても、優れた回転精度を発揮することができるので、例えば回転体３の軸部１０を焼結含油軸受８の内周に挿入するだけで、焼結含油軸受８を具備した流体動圧軸受装置２の組立を低コストに実施することが可能となる。

また、本実施形態のように、焼結含油軸受８をなす多孔質体の密度比を８６％以上にすることで、特に動圧溝サイジングの際、ダイへの圧入力が径方向への圧迫力として多孔質体（焼結体）内周面の表層部に十分に伝わる。そのため、十分な深さの動圧溝８ａ１を焼結体の内周面に転写形成することが可能となる。また、密度比を９２％以下に抑えることで、サイジング用金型への過大な負荷を抑制することができるので、良好な動圧溝サイジングを安定的に継続実施することが可能となる。特に、焼結含油軸受８の軸方向寸法Ｌを４．８ｍｍ以下、厚み寸法ｔを０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下、外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２を０．２４以上でかつ０．６以下にすると共に、密度比を８６％以上でかつ９２％以下に設定することによって、焼結含油軸受８となる多孔質体の密度比のばらつきをさらに小さく（１％以下に）することができる。よって、高回転性能を安定的に発揮することが可能となる。具体的には、軸受使用時の回転精度（ＮＲＲＯ）を５０ｎｍ以下にすることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る焼結含油軸受及びこの軸受を備えた流体動圧軸受装置は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得る。

図６は、本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置１２の断面図を示している。図６に示すように、本実施形態における流体動圧軸受装置１２は、第一スラスト軸受部Ｔ１のみを有する点で、図２に示す流体動圧軸受装置２と相違する。詳述すると、本実施形態に係る流体動圧軸受装置２において、軸部１０の下端面１０ｃとハウジング７の底部７ｅの上端面７ｅ１との間には、常に所定のスラスト方向隙間が存在する。ここで、底部７ｅの上端面７ｅ１と、軸部１０の下端面１０ｃとの間の対向間隔（スラスト方向隙間）の大きさは、焼結含油軸受８の上端面８ｂと円盤部９ａの下端面９ａ１との対向間隔より大きく、ここでは、回転駆動時のロストルク増加に実質的に影響しないとみなせる程度の大きさに設定されている。これ以外の構成については図２等に示す流体動圧軸受装置２と同じであるので、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る流体動圧軸受装置１２においても、軸方向寸法Ｌを４．８ｍｍ以下とした場合に、その厚み寸法ｔを０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下に設定すると共に、外径寸法Ｄ２に対する軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２を１より大幅に小さい値：０．２４以上でかつ０．６以下にした。そのため、ラジアル動圧発生部としての動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２を正確にかつ安定的に成形することができ、所要のラジアル軸受性能を安定的に発揮することが可能となる。また、焼結含油軸受８の上端面８ｂに必要なスラスト軸受面積を確保することができるので、焼結含油軸受８の上端面８ｂ側にのみスラスト軸受部（第一スラスト軸受部Ｔ１）を設けた場合であっても、優れた回転精度を発揮することができる。よって、図６に示すように、軸部１０の下端面１０ｃをスラスト方向に支持せずとも、十分なスラスト軸受性能を発揮することができ、スラスト受け部１１の省略をはじめ、軸部１０の下端形状を単純化した分だけ、コストダウンを図ることが可能となる。

もちろん、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２を軸部１０の外周面１０ａとの間に形成するラジアル動圧発生部（図３では動圧溝８ａ１配列領域Ａ１，Ａ２）の何れか一方又は双方についても、いわゆる多円弧状、ステップ状、並びに波型状など、動圧溝以外の形状をなす公知のラジアル動圧発生部を採用することが可能である。

また、以上の説明では、ファンモータ１のベース部６の内周に、流体動圧軸受装置２のハウジング７を固定するようにしたが、例えばファンモータ１が取り付けられる情報機器のベース部（図示は省略）にハウジング７を直接取り付けてもかまわない。あるいは、これらベース部に相当する部位をハウジング７と一体に設けてもよい。

また、以上の説明では、マグネット５ｂとコイル５ａとを軸方向にずらして配置することにより、軸部１０（回転体３）に、軸部１０をハウジング７の底部７ｅ側に押し付けるための外力を作用させるようにしたが、このような外力を軸部１０に作用させるための手段は上記のものに限られない。図示は省略するが、例えば、マグネット５ｂを引き付け得る磁性部材をマグネット５ｂと軸方向に対向配置することにより、上記磁力を回転体３に作用させることもできる。また、送風作用の反力としての推力が十分に大きく、この推力のみで軸部１０を下方に押し付けることができる場合、軸部１０を下方に押し付けるための外力としての磁力（磁気吸引力）は省略しても構わない。

また、以上の説明では、ファン４を有する回転体３が軸部１０に固定される流体動圧軸受装置２に本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は、回転体３として、ディスク搭載面を有するディスクハブ、あるいはポリゴンミラーが軸部１０に固定される流体動圧軸受装置２にも好ましく適用することができる。すなわち、本発明は、図１に示すようなファンモータ１のみならず、ディスク装置用のスピンドルモータや、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）用のポリゴンスキャナモータ等、その他の電気機器に組み込まれる流体動圧軸受装置２にも好ましく適用することが可能である。

１ ファンモータ
２，１２ 流体動圧軸受装置
３ 回転体
４ ファン
５ 駆動部
５ａ コイル
５ｂ マグネット
６ ベース部
７ ハウジング
７ｃ 上端面
７ｄ シール面
８ 焼結含油軸受
８ａ 内周面
８ａ１ 動圧溝
８ａ２ 傾斜丘部
８ａ３ 帯部
８ｂ 上端面
８ｂ１ 動圧溝
８ｃ 下端面
８ｄ 外周面
８ｄ１ 軸方向溝
９ ハブ部
９ａ 円盤部
９ａ１ 下端面
９ｂ，９ｃ 筒状部
９ｄ 鍔部
９ｅ 取付け穴
１０ 軸部
１０ａ 外周面
１０ｂ 下端部
１０ｃ 下端面
１１ スラスト受け部
Ａ１，Ａ２ 動圧溝配列領域
Ｄ１ 内径寸法
Ｄ２ 外径寸法
Ｌ 軸方向寸法
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
ｔ 厚み寸法
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (8)

1. 金属粉末を筒状に圧縮成形して圧粉体を形成し、形成した前記圧粉体を焼結して得られる焼結金属製の軸受であって、
   内部空孔に潤滑流体が含浸されると共に、内周面にラジアル動圧発生部が形成される焼結含油軸受において、
   軸方向寸法Ｌが４．８ｍｍ以下で、
   厚み寸法ｔが０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下であって、
   外径寸法Ｄ２に対する前記軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２が、０．２４以上でかつ０．６以下で、
   軸方向一方側の端面にスラスト動圧発生部が形成され、軸方向他方側の端面は平坦な形状をなすことを特徴とする焼結含油軸受。
2. 密度比が８６％以上でかつ９２％以下である請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 内径寸法Ｄ１に対する前記外径寸法Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１が、１．５以上でかつ３．０以下である請求項１又は２に記載の焼結含油軸受。
4. 内径寸法Ｄ１が１．５ｍｍ以上でかつ２．０ｍｍ以下である請求項１～３の何れか一項に記載の焼結含油軸受。
5. 金属粉末を筒状に圧縮成形して圧粉体を形成し、形成した前記圧粉体を焼結して得られる焼結金属製の軸受であって、内部空孔に潤滑流体が含浸されると共に、内周面にラジアル動圧発生部が形成される焼結含油軸受において、軸方向寸法Ｌが４．８ｍｍ以下で、厚み寸法ｔが０．５ｍｍ以上でかつ１．５ｍｍ以下であって、外径寸法Ｄ２に対する前記軸方向寸法Ｌの比Ｌ／Ｄ２が、０．２４以上でかつ０．６以下である焼結含油軸受と、
   前記焼結含油軸受が内周に固定されるハウジングと、
   前記焼結含油軸受の内周に挿入される軸部を有する回転体と、
   前記ラジアル動圧発生部の動圧作用により、前記焼結含油軸受の内周面と前記軸部の外周面との間のラジアル軸受隙間に形成される前記潤滑流体の膜で前記軸部をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、
   スラスト方向で向かい合う前記回転体の軸方向他方側の端面と前記焼結含油軸受の軸方向一方側の端面との間のスラスト軸受隙間に形成される前記潤滑流体の膜で前記軸部をスラスト方向に非接触支持する第一スラスト軸受部と
   を備えた流体動圧軸受装置。
6. 前記回転体としてのハブ部の円盤部とスラスト方向で向かい合う前記焼結含油軸受の軸方向一方側の端面にスラスト動圧発生部が設けられている請求項５に記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記軸部の軸方向他方側の端部を、前記ハウジングの軸方向一方側の端面でスラスト方向に接触支持する第二スラスト軸受部をさらに備えた請求項５に記載の流体動圧軸受装置。
8. 請求項１～７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。

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