焼結金属軸受、およびこの軸受を備えた流体動圧軸受装置
【課題】摩耗性に優れ、かつ他部材との接着性にも優れた焼結金属軸受を提供する。
【解決手段】軸受スリーブ８の原料粉末に、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを主成分とするものを使用する。ここで使用するＳＵＳ粉末は、このＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい微小な粉末、具体的には、４５μｍ以下の微小粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものである。これは、例えば適当な分級手段により、上記範囲に属する微小粉末の一部あるいは全部を除去することにより得られる。
【解決手段】軸受スリーブ８の原料粉末に、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを主成分とするものを使用する。ここで使用するＳＵＳ粉末は、このＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい微小な粉末、具体的には、４５μｍ以下の微小粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものである。これは、例えば適当な分級手段により、上記範囲に属する微小粉末の一部あるいは全部を除去することにより得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属軸受、およびこの焼結金属軸受を備えた流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結金属軸受は、その内周に挿入した軸の相対回転に伴い、内部に含浸させた潤滑油の滲み出しにより軸との摺動部に油膜を形成し、この油膜によって軸を支持するものである。この種の軸受は、他のメタル軸受等に比べて高い自己潤滑性能を発揮することが可能であり、自動車用軸受部品や情報機器用のモータスピンドル等、特に高い軸受性能や耐久性が要求される箇所に好ましく利用されている。
【０００３】
通常、この種の焼結金属軸受は、Ｃｕ粉末又はＦｅ粉末、あるいはその両者を主成分とする金属粉末を所定の形状（多くは円筒状）に圧縮成形した後、焼結することで形成される。また、上記のようにして得られた焼結多孔質体に、潤滑油又は潤滑グリース等の流体を含浸させることで使用される場合も多い（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００４】
この種の焼結金属軸受においては、その運転時、特に運転開始直後や運転停止直前時においては支持すべき軸との間で摺動摩擦が避けられないことから、軸との摺動面（軸受面）には、良好な摺動性および高い耐摩耗性が要求される。
【０００５】
かかる要求を受けて、本出願人は、Ｃｕ粉末と、ＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末を圧縮成形した後、焼結して得られた焼結金属軸受を提案している（特許文献２を参照）。かかる構成によれば、軸受外表面に露出したＳＵＳ粉末により、焼結金属軸受の軸受面の硬度が向上する一方で、Ｃｕ粉末を配合することにより、軸受面の軸に対する良好な摺動性が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１８２５５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２１４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、耐摩耗性に優れた焼結金属軸受であれば、例えばハウジングや軸部材と共に流体動圧軸受装置を構成することで、高負荷かつ高回転用の軸受として使用することが可能となるが、その際には、ハウジングとの接着強度が問題となる。
【０００８】
すなわち、この種の流体動圧軸受装置では、焼結金属軸受とハウジングとの接着に、接着強度、アウトガス、接着安定性などに優れたエポキシ系の接着剤が好適に使用されるが、この種の接着剤は加熱硬化型のものが多く、加熱により接着剤が表面の気孔から軸受内部に引き込まれる現象が見られた。特に、上述のように、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末との混合粉で形成した焼結金属軸受を用いて接着作業を行ったところ、加熱による引き込みで接着面に予め塗布した接着剤がほとんど残らず、そのために十分な接着強度が得られない場合があった。この種の問題は、ハウジングに限らず、焼結金属軸受と接着固定され得る全ての部品について起こり得るものと考えられる。
【０００９】
以上の事情に鑑み、本発明では、耐摩耗性に優れ、かつ他部材との接着性にも優れた焼結金属軸受を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、ＳＵＳ粉末を含む原料粉末を圧粉成形し、焼結して形成されるもので、他部材との接着面を有する焼結金属軸受において、ＳＵＳ粉末として、粒径４５μｍ以下のＳＵＳ微小粉末のＳＵＳ粉末に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものが使用されていることを特徴とする焼結金属軸受を提供する。
【００１１】
このように、本発明は、ＳＵＳ粉末として、比較的粒径の小さいＳＵＳ微小粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減したものを使用したことを本質的な技術的特徴とするものであり、詳細には以下に述べる本発明者らの知見に基づき得られたものである。
【００１２】
すなわち、焼結金属軸受の外表面には無数の気孔が存在するため、一般には、加熱により粘度の低下した接着剤がこの気孔に毛細管力によって吸い込まれるものと考えられる。そこで、焼結金属軸受の原料粉にＳＵＳ粉末を使用した場合に生じる接着剤の引き込み現象を、他の金属粉（例えばＦｅ粉末）を使用した場合と比較、評価したところ、両者共に見かけ上の表面開孔率に違いがないにも関わらず、ＳＵＳ粉末を使用した場合にのみ、外周面に塗布した接着剤の軸受内部への引き込みが顕著に見られた。
【００１３】
上記事実を踏まえて、本発明者らは、焼結体組織を構成するＳＵＳ相とこれに隣接する他の金属相（例えばＣｕ相）との間に形成されるすき間、特に焼結金属軸受の外表面に形成される微小な相間すき間が接着剤の引き込みに大きく関与しているとの一応の結論を得るに到った。これは、ＳＵＳ粉末の表面に形成される酸化皮膜の影響で、他粉末との焼結作用が不十分となり、結果的に双方の金属相の間に微小なすき間が残る、との推論に基づく。
【００１４】
本発明は、以上の知見に基づき創作するに到ったものであり、原料粉末に使用されるＳＵＳ粉末として、このＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい微小な粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減したものを使用して焼結金属軸受を形成することとした。具体的には、粒径４５μｍ以下の微小粉末のＳＵＳ粉末に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたＳＵＳ粉末を使用して焼結金属軸受を形成することで、接着剤の引き込みに対する一定の抑制効果が認められた。これは、比較的粒径の小さいＳＵＳ微小粉末の含有割合を低く抑えたものを使用することで、原料粉末に配合されるＳＵＳ粉末の表面積の総量が減少し、これにより、接着剤の引き込みに大きく関与していると推測される異金属相間の微小すき間の総量が減少することによるものと考えられる。
【００１５】
従って、上記微小粉末の割合を低減したＳＵＳ粉末を使用して形成された焼結金属軸受であれば、他部材との接着時においてもその外周面に供給された接着剤が加熱軟化により内部に引き込まれる事態を可及的に回避することができる。そのため、軸受面において優れた耐摩耗性を得ることができ、かつ接着面に接着剤を保持して他部材との間で高い接着強度を得ることができる。ここで、微小（粒径４５μｍ以下の）ＳＵＳ粉末の含有比は小さければ小さいほどよく、完全に除去したもの（０ｍａｓｓ％）であればなおよい。
【００１６】
上述の焼結金属軸受であれば、例えば内周に軸受面を有すると共に、外周に接着面を有する焼結金属軸受と、焼結金属軸受の外周に設けた接着面に接着固定される他部材としてのハウジングと、焼結金属軸受の内周に挿入される軸とを備えた流体動圧軸受装置として提供することも可能である。この場合、焼結金属軸受は接着剤の吸い込みを生じ難い外表面を有することから、加熱硬化型の接着剤を問題なく用いることができ、例えばエポキシ系接着剤を用いることができる。これにより、高い接着強度が得られるのはもちろん、接着作業時に生じるアウトガスが比較的少なくて済むため、特に高い清浄度が要求される、ＨＤＤの如き情報機器のモータ用軸受として好適に使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上より、本発明によれば、摩耗性に優れ、かつ他部材との接着性にも優れた焼結金属軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。
【図２】流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】軸受スリーブの断面図である。
【図４】軸受スリーブの一平面図である。
【図５】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図６】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図７】本発明に係る接着剤の引き込み試験の概要を説明するための要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づき説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は、単に各図における構成要素間の位置関係を容易に理解するために規定したものに過ぎず、流体動圧軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。後述する他の実施形態に関しても同様である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る焼結金属軸受を備えた流体動圧軸受装置１、およびこの流体動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図を示す。このスピンドルモータは、例えば磁気ディスクを備えたＨＤＤに用いられるもので、ハブ３を取り付けた軸部材２をラジアル方向に非接触支持する流体動圧軸受装置１と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４ａはブラケット５に固定され、ロータマグネット４ｂはハブ３に固定される。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、ブラケット５の内周に固定される。また、図１に示すように、ハブ３には１又は複数枚のディスク６（図１では２枚）が保持される。このように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ３に保持されたディスク６が軸部材２と一体に回転する。
【００２１】
図２は、流体動圧軸受装置１を示している。この流体動圧軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定される軸受スリーブ８と、ハウジング７の一端を閉塞する蓋部材９と、ハウジングの他端開口側に配設されるシール部１０と、ハウジング７と軸受スリーブ８、およびシール部１０に対して相対回転する軸部材２とを主に備える。
【００２２】
軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。なお、軸部材２は、金属材料と樹脂材料とのハイブリッド構造とすることもできる。その場合、軸受面となる軸部２ａの外周面２ａ１やフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２の少なくとも一面がインサート成形により樹脂あるいは金属の射出成形で形成されるものでもよく、逆にインサートされる部品で形成されるものでもよい。
【００２３】
ハウジング７は、例えば真ちゅう等の金属材料あるいは樹脂材料等で筒状に形成され、その軸方向両端を開口した形態をなす。ハウジング７の内周面７ａには、軸受スリーブ８の外周面８ｃが接着固定される。また、内周面７ａの下端には、内周面７ａよりも大径であって、後述する蓋部材９を固定するための大径面７ｂが形成される。なお、ハウジング７が金属製の場合、削り出しやプレス加工の他、ＭＩＭなどの射出成形法（溶湯、粉末問わず）が使用可能である。
【００２４】
蓋部材９は、ハウジング７と同様、金属材料あるいは樹脂材料で円盤状に形成される。蓋部材９の上端面９ａの全面又は一部の領域には、スラスト動圧発生部として、図示は省略するが、複数の動圧溝をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝配列領域は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部材２の回転時には、下端面２ｂ２との間に第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。
【００２５】
軸受スリーブ８は、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）およびＳＵＳを主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周に接着固定される。
【００２６】
軸受スリーブ８の内周面８ａの全面又は一部の領域には、ラジアル動圧発生部として複数の動圧溝を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図３に示すように、円周方向線に対して互いに異なる傾斜角を有する複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をへリングボーン形状に配列した領域が形成される。また、同図では、上記配列態様をなす動圧溝８ａ１、８ａ２配列領域が軸方向に離隔して２ヶ所に形成されている。ここで、上側（シール部１０の側）の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ1が下側領域の軸方向寸法Ｘ2よりも大きくなっている。
【００２７】
軸受スリーブ８の下端面８ｂの全面または一部の領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図４に示すように、複数の動圧溝８ｂ１をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝８ｂ１配列領域は、完成品の状態ではフランジ部２ｂの上端面２ｂ１と対向し、軸部材２の回転時、上端面２ｂ１との間に後述する第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。
【００２８】
軸受スリーブ８の外周面８ｃには、軸方向に延びる複数の軸方向溝８ｃ１が形成される。これら軸方向溝８ｃ１は、主に流体動圧軸受装置１の使用時、軸受内部空間内で潤滑油の過不足が生じた場合などに、かかる過不足状態を早急に適正な状態に回復するための役割を果たす。
【００２９】
軸受スリーブ８の上端面８ｄの半径方向中央位置には、断面楔状の環状溝８ｄ１が形成される。また、上端面８ｄの環状溝８ｄ１より内周側には、環状溝８ｄ１と内周面８ａとにつながる半径方向溝８ｄ２が円周方向複数箇所に形成される。これら環状溝８ｄ１や半径方向溝８ｄ２は既述の軸方向溝８ｃ１と相まって軸受内部空間における潤滑油の循環路を形成し、これにより円滑な潤滑油の供給状態が確保される。
【００３０】
上記構成の軸受スリーブ８は、例えば原料粉末を圧粉成形する工程（ａ）、圧粉成形体を焼結する工程（ｂ）、焼結体にサイジングを施す工程（ｃ）とを経て製造される。
【００３１】
圧粉成形（ａ）に使用する原料粉末は、Ｃｕ粉末（あるいはＣｕ合金粉末）とＳＵＳ粉末とを主成分とするもので、これらＣｕ粉末とＳＵＳ粉末とを例えばＶ型混合機に投入し、所定時間混合することで得られる。ここで使用するＳＵＳ粉末は、このＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい微小な粉末、具体的には、４５μｍ以下の微小粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものである。これは、例えば適当な分級手段により、上記範囲に属する微小粉末の一部あるいは全部を除去することにより得られる。あるいは、製造条件を調整して、粒度の分布を全体的に大径側に移行させることによっても得られる。
【００３２】
なお、原料粉末に使用されるＣｕ粉末等のサイズ（例えば平均粒子径）は、ＳＵＳ粉末と同等、あるいはそれ以下であることが好ましい。また、原料粉末には、上記例示の他、Ｓｎ粉末などの低融点金属粉末をＣｕあるいはＳＵＳのバインダとして配合することもできる。また、圧粉時の成形性や完成品の摺動性等を考慮して、さらに黒鉛（グラファイト）などの固体潤滑剤を配合することもできる。
【００３３】
焼結工程（ｂ）時の温度（焼結温度）は、好ましくは７５０℃以上１０００℃以下であり、より好ましくは８００℃以上９５０℃以下、さらに好ましくは８５０℃以上９００℃以下とする。これは、焼結温度が７５０℃未満だと各粉末間の焼結作用が十分でないことから焼結体の強度が低下し、逆に、１０００℃を超えると、各粉末間の結合が強固となり（焼結密度が高くなり過ぎ）、サイジング加工（ｃ）時の溝成形性等に支障を来す恐れがあるためである。
【００３４】
サイジング工程（ｃ）では、焼結体の内周面８ａに回転サイジング、および溝サイジングを施す。これにより、焼結体の内周面などに、動圧溝８ａ１、８ａ２等が形成され、焼結金属軸受としての軸受スリーブ８が完成する。なお、回転サイジングや溝サイジングの前に、焼結体に対して寸法サイジングを施しておくことで、後工程の上記各サイジング加工を高精度に行うこともできる。また、焼結体の外側に配置したダイなどの外型に当該焼結体を圧入して外周面８ｃとなる領域にサイジング処理を施すことで、平滑な外周面８ｃが得られ、かつその寸法が所定の精度に仕上げられる。
【００３５】
上述のようにして形成された軸受スリーブ８は、粒径が４５μｍ以下のＳＵＳ微小粉末の、ＳＵＳ粉末全体に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたＳＵＳ粉末を原料粉末に使用して形成されたものである。そのため、ハウジング７との接着にエポキシ系など加熱硬化型の接着剤を使用する場合、ハウジング７との接着面となる外周面８ｃ上に供給された接着剤の、加熱軟化による軸受内部への引き込みが抑制される。これにより、加熱軟化後も外周面８ｃ上に一定量の接着剤を保持して、ハウジング７との間で高い接着強度を得ることができる。
【００３６】
シール手段としてのシール部１０は、例えばこの実施形態では、ハウジング７と別体に金属材料あるいは樹脂材料で形成され、その下端を軸受スリーブ８の上端面８ｄに当接させた状態でハウジング７の上端内周に圧入、接着、溶着、溶接等の手段で固定される。もちろん、ここで説明したシール部１０は一例に過ぎず、シール部１０をハウジング７と一体に形成する等の構成を採ることも可能である。
【００３７】
シール部１０の内周にはテーパ形状をなすシール面１０ａが形成されており、このシール面１０ａと、軸部２ａの外周面２ａ１との間にシール空間Ｓが形成される。潤滑油を流体動圧軸受装置１内部に充満させた状態では、潤滑油の油面は常時シール空間Ｓの範囲内に維持される。
【００３８】
上記構成をなす流体動圧軸受装置１内への注油作業は、上述の構成部品をアセンブリした後に行われ、これにより、ラジアル軸受すき間やスラスト軸受すき間、さらには軸受スリーブ８の内部空孔を含む軸受内部空間が潤滑油で満たされる。この際、軸受内部空間への潤滑油の供給手段としては、例えば流体動圧軸受装置１全体を潤滑油に浸漬して行う充填方法（真空含浸など）の他、例えば滴下含油のようにシール空間Ｓから直接潤滑油を供給する方法（滴下含油法）を採用することもできる。
【００３９】
上記構成の流体動圧軸受装置１において、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の動圧溝８ａ１、８ａ２配列領域）は、軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２を回転させると、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心ｍ側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝の動圧作用によって、軸部２ａを回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。
【００４０】
また、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１とこれに対向する軸受スリーブ８の下端面８ｂ（動圧溝８ｂ１配列領域）との間のスラスト軸受隙間、およびフランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向する蓋部材９の上端面９ａ（動圧溝配列領域）との間のスラスト軸受隙間に、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、フランジ部２ｂを両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とが構成される。
【００４１】
また、軸受スリーブ８を、ＳＵＳ粉末を含む原料粉末で形成することで、ラジアル軸受面となる内周面８ａの硬度が高められる。そのため、軸部材２の回転開始直後、あるいは回転停止直前に、軸部２ａの外周面２ａ１とこれに対向する軸受スリーブ８の内周面８ａとの間で接触摺動が生じた場合でも、両面２ａ１、８ａ間の硬度差は小さくて済み、軸受スリーブ８と軸部２ａとの間の摩耗を抑制することができる。特に、この実施形態のように、軸部材２の上部にハブ３および複数枚のディスク６を装着した状態では、軸部材２を含む回転体の重心が上側に移動し、かつモーメント荷重も大きくなるため、軸部材２と軸受スリーブ８とが軸受上部で接触摺動し易いが、上述のように両部材２ａ、８の硬度差（両摺動面２ａ１、８ａの硬度差）を小さくすることで、かかる摺動摩耗を極力小さく抑えることができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施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に構成の変更が可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、焼結金属軸受（軸受スリーブ８）の原料粉末として、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを主成分とするものを使用した場合を説明したが、かかる配合組成は例示に過ぎない。耐摩耗材として機能し得る程度のＳＵＳ粉末が配合される限りにおいて、原料粉末の配合組成は任意であり、例えば、Ｃｕ以外の金属粉末を焼結金属軸受の主成分として使用することも可能である。
【００４４】
また、接着剤としては、エポキシ系など加熱硬化型のものが好適に使用可能であるが、例えば加熱硬化性に加えて、嫌気性や光硬化性を兼有する（外気の遮断により、あるいは光の照射により硬化を開始する）型の接着剤を用いることも可能である。
【００４５】
また、上記焼結金属軸受を備えた流体動圧軸受装置として、上記実施形態では、軸部２ａの一端に設けたフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２側にスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を形成した場合を説明したが、これらスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の軸方向離間距離を異ならせることも可能である。図５はその一例を示すもので、同図に係る流体動圧軸受装置１１は、主に、ハウジング１７の両端にシール空間Ｓ１、Ｓ２を形成した点、およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を軸受スリーブ８の両端に形成した点で図２に示す流体動圧軸受装置１と構成を異にする。この場合、軸受スリーブ１８は、軸方向溝１８ｃ１を除く外周面１８ｃをハウジング１７の内周面１７ａに接着することでハウジング１７に固定される。
【００４６】
ここで、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２は、図３に例示のラジアル動圧発生部を設けた内周面１８ａと、内周面１８ａと対向する軸部材１２の外周面１２ａとの間にそれぞれ形成される。第１スラスト軸受部Ｔ１は、第１シール部１９の下端面１９ａと軸受スリーブ１８の上端面１８ｄとの間に設けられ、第２スラスト軸受部Ｔ２は、第２シール部２０の上端面２０ａと軸受スリーブ１８の下端面１８ｂとの間に設けられる。また、第１シール空間Ｓ１は、軸部材１２に固定された第１シール部１９の外周面１９ｂとこの面に向かい合うハウジング１７上端の内周面１７ａとの間に形成される。また、第２シール空間Ｓ２は、第２シール部２０の外周面２０ｂとこの面に向かい合うハウジング１７下端の内周面１７ａとの間に形成される。
【００４７】
本構成に係る流体動圧軸受装置１１は、図２に示す流体動圧軸受装置１と比べ、両スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２間の離間距離が大きくなっているため、軸受全体としてのモーメント荷重に対する負荷能力を向上させることができる。そのため、ＨＤＤをはじめとする情報機器の高容量化に伴い、ディスク枚数の増加など回転体重量が増加した場合であっても、軸部材２との接触による軸受スリーブ８の摺動摩耗を低減（抑制）することができる。
【００４８】
また、このように、摺動摩耗を抑制するのであれば、ＳＵＳ粉末を原料粉末に含む軸受スリーブが好適であり、かつ、上述の如く、ＳＵＳ粉末として、ＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい（４５μｍ以下の）微小な粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減（２０ｍａｓｓ％以下）したものを使用することで、例えば加熱を要するエポキシ系の接着剤を外周面１８ｃ上に保持した状態でハウジング１７との接着を実施することができる。
【００４９】
図６は、他の実施形態に係る流体動圧軸受装置２１の断面図を示す。同図に係る流体動圧軸受装置２１では、軸受スリーブ８を軸方向に２個重ねて配設しており、これら軸受スリーブ８、８が、筒部２７ａと底部２７ｂとからなる有底筒状のハウジング２７の内周面２７ａ１に接着固定される。軸方向に重ねて配設された２個の軸受スリーブ８のうち、上側の軸受スリーブ８には、シール部１０の側のみに図３で例示のラジアル動圧発生部（例えば非対称溝部）が設けられ、下側の軸受スリーブ８には、フランジ部２ｂの側のみに図３で例示のラジアル動圧発生部（例えば対称溝部）が設けられる。そのため、双方の軸受スリーブ８、８間で最も軸方向に離隔した位置でラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２が形成される。
【００５０】
このように、図６に係る流体動圧軸受装置２１は、図２や図５に示す流体動圧軸受装置１、１１に比べてラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２間の離間距離を大きくすることで、軸受全体としてのモーメント荷重に対する負荷能力を向上させている。そのため、回転体重量の増加や、回転速度の増加に対しても、軸受スリーブ８、８の摺動摩耗を低減して、長期にわたって優れた軸受性能を発揮することができる。
【００５１】
また、この場合も、摺動摩耗を抑制する目的から、ＳＵＳ粉末を原料粉末に含む軸受スリーブが好適であり、かつ、上述の如く、ＳＵＳ粉末として、ＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい（４５μｍ以下の）微小な粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減（２０ｍａｓｓ％以下）したものを使用することで、接着剤を外周面８ｃ、８ｃ上に保持した状態でハウジング２７との接着を実施することができる。
【００５２】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により潤滑油の動圧作用を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
例えば、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、図示は省略するが、軸方向の溝を円周方向の複数箇所に形成した、いわゆるステップ状の動圧発生部、あるいは、円周方向に複数の円弧面を配列し、対向する軸部材２、１２の外周面２ａ１、１２ａとの間に、くさび状の半径方向隙間（軸受隙間）を形成した、いわゆる多円弧軸受を採用してもよい。
【００５４】
あるいは、ラジアル軸受面となる軸受スリーブ８、１８の内周面８ａ、１８ａを、動圧発生部としての動圧溝や円弧面等を設けない真円状内周面とし、この内周面と対向する真円状の外周面とで、いわゆる真円軸受を構成することができる。
【００５５】
また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の一方又は双方は、同じく図示は省略するが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、あるいは波型軸受（端面が調和波形などの波型になったもの）等で構成することもできる。
【００５６】
また、以上の実施形態では、動圧発生部を何れも固定側（ハウジング２７や軸受スリーブ８、蓋部材９など）に設けた場合を説明したが、その一部あるいは全てを回転側（軸部材２、１２やフランジ部２ｂ、シール部１９、２０など）に設けることも可能である。具体的には、軸部材２、１２の外周面２ａ１、１２ａやフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２、あるいはシール部１９、２０の下端面１９ａや上端面２０ａのうち、１ヶ所以上に既述の動圧発生部を設けることが可能である。
【００５７】
また、以上の実施形態では、軸部材２、１２が回転して、それを軸受スリーブ８、１８で支持する構成を説明したが、これとは逆に、軸受スリーブ８、１８の側が回転して、それを軸部材２、１２の側で支持する構成に対しても本発明を適用することが可能である。この場合、図示は省略するが、軸受スリーブ８、１８はその外側に配設される部材に接着固定され、当該外側部材と一体に回転し、固定側の軸部によって支持される。
【００５８】
また、以上の実施形態では、流体動圧軸受装置１、１１、２１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に流体膜を形成するための流体として潤滑油を例示したが、これ以外にも流体膜を形成可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
【実施例】
【００５９】
本発明の効果を実証するため、本発明に係る構成のＳＵＳ粉末とＣｕ粉末とを含む原料粉末で形成された焼結金属軸受（実施例）と、従来組成のＳＵＳ粉末とＣｕ粉末とを含む原料粉末で形成された焼結金属軸受（比較例）とについて、それぞれ接着試験を行い、ＳＵＳ粉末の組成（粒度分布）が接着剤の引き込みに及ぼす影響を比較、検討した。また、抜去力試験を行い、接着強度の比較を行った。
【００６０】
（０）試験片
試験材料には共に、Ｃｕ粉末として福田金属箔粉工業（株）製のＣＥ−１５を用いた。ＳＵＳ粉末に関しては、大同特殊鋼（株）製のＤＡＰ４１０Ｌをベースとし、かつ４５μｍ以下の微小粉末の割合を４０％としたものを比較例に、２０％としたもの、および除去した（実質的に０％とした）ものをそれぞれ実施例１、実施例２に用いた。また、低融点金属としてのＳｎ粉末には福田金属箔粉工業（株）製のＳｎ-Ａｔ-Ｗ３５０を、固体潤滑剤としての黒鉛には日本黒鉛工業（株）製のＥＣＢ−２５０をそれぞれ用いた。試験片（焼結金属軸受）の焼結温度は、比較例、実施例共に８７０℃とした。また、圧粉成形時の狙い密度は何れも７．２ｇ／ｃｍ3とした。各粉末の配合組成は実施例、比較例共に下記の表１に示す通りである。また、各粉末の粒度分布は下記の表２に示す通りである。
【表１】
【表２】
【００６１】
また、接着剤には、エポキシ系の接着剤としてＥｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．製のＥｐｏ‐ｔｅｋ３５３ＮＤを使用した。
【００６２】
（１）接着剤の引き込み試験
図７に示すように、加熱装置としてのホットプレート３１上に上述の条件で製作した軸受スリーブ８を載置する。そして、軸受スリーブ８の外周面８ｃに接着剤３３を塗布し、塗布した接着剤３３の上にガラス板３２を載置した状態で、ホットプレート３１を９０℃に維持して一定時間（２０分）放置した。加熱前の接着剤３３のガラス板３２との付着幅Ｌ０と、加熱後（一定時間経過後）の接着剤３３の付着幅Ｌとをそれぞれ計測し、接着剤３３の引き込み（吸い込み）の程度を幅比Ｌ／Ｌ０で評価した。試験結果を下記の表３に示す。
【表３】
【００６３】
（２）接着強度試験
接着試験は、比較例、実施例共に以下の条件で行った。接着剤には上記同様、Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．製のＥｐｏ‐ｔｅｋ３５３ＮＤを使用した。そして、下記条件で硬化後、相手材から試験片（比較例、実施例）を引抜き、抜去時において計測された最大荷重を接着強度とした。試験結果を下記の表４に示す。
試験片 ：φ４ｍｍ×φ７．５ｍｍ×１２．４７ｍｍ
接着相手材
材質 ：黄銅
寸法 ：φ７．５ｍｍ×φ９．５ｍｍ×１７．８７ｍｍ
接着隙間 ：１２μｍ
硬化条件 ：１２０℃×１ｈ
【表４】
【００６４】
（３）試験結果
（３−１）引き込み量
上記の表３に示すように、比較例では、接着剤３３の大半が軸受内部に引き込まれたのに対し、実施例１、２では、共に接着剤３３の大部分が外周面８ｃとガラス板３２との間に保持されていた。また、微小粉末の割合が小さいほど、接着剤の引き込みが少ないことが分かった。
（３−２）接着強度
上記の表４に示すように、比較例では何れも１０００Ｎ前後であるのに対し、実施例１、２では、微小粉末の含有割合が小さく抑えられているものほど、比較例に比べて高い抜去力（接着強度）を示した。
【符号の説明】
【００６５】
１、１１、２１ 流体動圧軸受装置
２、１２ 軸部材
７、１７、２７ ハウジング
７ａ、１７ａ 内周面
８、１８ 軸受スリーブ
８ａ、１８ａ 内周面
８ａ１ 動圧溝
８ｂ、１８ｂ 下端面
８ｂ１ 動圧溝
８ｃ、１８ｃ 外周面
８ｃ１ 軸方向溝
１９、２０ シール部
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ シール空間
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属軸受、およびこの焼結金属軸受を備えた流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結金属軸受は、その内周に挿入した軸の相対回転に伴い、内部に含浸させた潤滑油の滲み出しにより軸との摺動部に油膜を形成し、この油膜によって軸を支持するものである。この種の軸受は、他のメタル軸受等に比べて高い自己潤滑性能を発揮することが可能であり、自動車用軸受部品や情報機器用のモータスピンドル等、特に高い軸受性能や耐久性が要求される箇所に好ましく利用されている。
【０００３】
通常、この種の焼結金属軸受は、Ｃｕ粉末又はＦｅ粉末、あるいはその両者を主成分とする金属粉末を所定の形状（多くは円筒状）に圧縮成形した後、焼結することで形成される。また、上記のようにして得られた焼結多孔質体に、潤滑油又は潤滑グリース等の流体を含浸させることで使用される場合も多い（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００４】
この種の焼結金属軸受においては、その運転時、特に運転開始直後や運転停止直前時においては支持すべき軸との間で摺動摩擦が避けられないことから、軸との摺動面（軸受面）には、良好な摺動性および高い耐摩耗性が要求される。
【０００５】
かかる要求を受けて、本出願人は、Ｃｕ粉末と、ＳＵＳ粉末とを含む混合金属粉末を圧縮成形した後、焼結して得られた焼結金属軸受を提案している（特許文献２を参照）。かかる構成によれば、軸受外表面に露出したＳＵＳ粉末により、焼結金属軸受の軸受面の硬度が向上する一方で、Ｃｕ粉末を配合することにより、軸受面の軸に対する良好な摺動性が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１８２５５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２１４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、耐摩耗性に優れた焼結金属軸受であれば、例えばハウジングや軸部材と共に流体動圧軸受装置を構成することで、高負荷かつ高回転用の軸受として使用することが可能となるが、その際には、ハウジングとの接着強度が問題となる。
【０００８】
すなわち、この種の流体動圧軸受装置では、焼結金属軸受とハウジングとの接着に、接着強度、アウトガス、接着安定性などに優れたエポキシ系の接着剤が好適に使用されるが、この種の接着剤は加熱硬化型のものが多く、加熱により接着剤が表面の気孔から軸受内部に引き込まれる現象が見られた。特に、上述のように、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末との混合粉で形成した焼結金属軸受を用いて接着作業を行ったところ、加熱による引き込みで接着面に予め塗布した接着剤がほとんど残らず、そのために十分な接着強度が得られない場合があった。この種の問題は、ハウジングに限らず、焼結金属軸受と接着固定され得る全ての部品について起こり得るものと考えられる。
【０００９】
以上の事情に鑑み、本発明では、耐摩耗性に優れ、かつ他部材との接着性にも優れた焼結金属軸受を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、ＳＵＳ粉末を含む原料粉末を圧粉成形し、焼結して形成されるもので、他部材との接着面を有する焼結金属軸受において、ＳＵＳ粉末として、粒径４５μｍ以下のＳＵＳ微小粉末のＳＵＳ粉末に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものが使用されていることを特徴とする焼結金属軸受を提供する。
【００１１】
このように、本発明は、ＳＵＳ粉末として、比較的粒径の小さいＳＵＳ微小粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減したものを使用したことを本質的な技術的特徴とするものであり、詳細には以下に述べる本発明者らの知見に基づき得られたものである。
【００１２】
すなわち、焼結金属軸受の外表面には無数の気孔が存在するため、一般には、加熱により粘度の低下した接着剤がこの気孔に毛細管力によって吸い込まれるものと考えられる。そこで、焼結金属軸受の原料粉にＳＵＳ粉末を使用した場合に生じる接着剤の引き込み現象を、他の金属粉（例えばＦｅ粉末）を使用した場合と比較、評価したところ、両者共に見かけ上の表面開孔率に違いがないにも関わらず、ＳＵＳ粉末を使用した場合にのみ、外周面に塗布した接着剤の軸受内部への引き込みが顕著に見られた。
【００１３】
上記事実を踏まえて、本発明者らは、焼結体組織を構成するＳＵＳ相とこれに隣接する他の金属相（例えばＣｕ相）との間に形成されるすき間、特に焼結金属軸受の外表面に形成される微小な相間すき間が接着剤の引き込みに大きく関与しているとの一応の結論を得るに到った。これは、ＳＵＳ粉末の表面に形成される酸化皮膜の影響で、他粉末との焼結作用が不十分となり、結果的に双方の金属相の間に微小なすき間が残る、との推論に基づく。
【００１４】
本発明は、以上の知見に基づき創作するに到ったものであり、原料粉末に使用されるＳＵＳ粉末として、このＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい微小な粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減したものを使用して焼結金属軸受を形成することとした。具体的には、粒径４５μｍ以下の微小粉末のＳＵＳ粉末に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたＳＵＳ粉末を使用して焼結金属軸受を形成することで、接着剤の引き込みに対する一定の抑制効果が認められた。これは、比較的粒径の小さいＳＵＳ微小粉末の含有割合を低く抑えたものを使用することで、原料粉末に配合されるＳＵＳ粉末の表面積の総量が減少し、これにより、接着剤の引き込みに大きく関与していると推測される異金属相間の微小すき間の総量が減少することによるものと考えられる。
【００１５】
従って、上記微小粉末の割合を低減したＳＵＳ粉末を使用して形成された焼結金属軸受であれば、他部材との接着時においてもその外周面に供給された接着剤が加熱軟化により内部に引き込まれる事態を可及的に回避することができる。そのため、軸受面において優れた耐摩耗性を得ることができ、かつ接着面に接着剤を保持して他部材との間で高い接着強度を得ることができる。ここで、微小（粒径４５μｍ以下の）ＳＵＳ粉末の含有比は小さければ小さいほどよく、完全に除去したもの（０ｍａｓｓ％）であればなおよい。
【００１６】
上述の焼結金属軸受であれば、例えば内周に軸受面を有すると共に、外周に接着面を有する焼結金属軸受と、焼結金属軸受の外周に設けた接着面に接着固定される他部材としてのハウジングと、焼結金属軸受の内周に挿入される軸とを備えた流体動圧軸受装置として提供することも可能である。この場合、焼結金属軸受は接着剤の吸い込みを生じ難い外表面を有することから、加熱硬化型の接着剤を問題なく用いることができ、例えばエポキシ系接着剤を用いることができる。これにより、高い接着強度が得られるのはもちろん、接着作業時に生じるアウトガスが比較的少なくて済むため、特に高い清浄度が要求される、ＨＤＤの如き情報機器のモータ用軸受として好適に使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上より、本発明によれば、摩耗性に優れ、かつ他部材との接着性にも優れた焼結金属軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。
【図２】流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】軸受スリーブの断面図である。
【図４】軸受スリーブの一平面図である。
【図５】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図６】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図７】本発明に係る接着剤の引き込み試験の概要を説明するための要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づき説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は、単に各図における構成要素間の位置関係を容易に理解するために規定したものに過ぎず、流体動圧軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。後述する他の実施形態に関しても同様である。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る焼結金属軸受を備えた流体動圧軸受装置１、およびこの流体動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図を示す。このスピンドルモータは、例えば磁気ディスクを備えたＨＤＤに用いられるもので、ハブ３を取り付けた軸部材２をラジアル方向に非接触支持する流体動圧軸受装置１と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４ａはブラケット５に固定され、ロータマグネット４ｂはハブ３に固定される。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、ブラケット５の内周に固定される。また、図１に示すように、ハブ３には１又は複数枚のディスク６（図１では２枚）が保持される。このように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ３に保持されたディスク６が軸部材２と一体に回転する。
【００２１】
図２は、流体動圧軸受装置１を示している。この流体動圧軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定される軸受スリーブ８と、ハウジング７の一端を閉塞する蓋部材９と、ハウジングの他端開口側に配設されるシール部１０と、ハウジング７と軸受スリーブ８、およびシール部１０に対して相対回転する軸部材２とを主に備える。
【００２２】
軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。なお、軸部材２は、金属材料と樹脂材料とのハイブリッド構造とすることもできる。その場合、軸受面となる軸部２ａの外周面２ａ１やフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２の少なくとも一面がインサート成形により樹脂あるいは金属の射出成形で形成されるものでもよく、逆にインサートされる部品で形成されるものでもよい。
【００２３】
ハウジング７は、例えば真ちゅう等の金属材料あるいは樹脂材料等で筒状に形成され、その軸方向両端を開口した形態をなす。ハウジング７の内周面７ａには、軸受スリーブ８の外周面８ｃが接着固定される。また、内周面７ａの下端には、内周面７ａよりも大径であって、後述する蓋部材９を固定するための大径面７ｂが形成される。なお、ハウジング７が金属製の場合、削り出しやプレス加工の他、ＭＩＭなどの射出成形法（溶湯、粉末問わず）が使用可能である。
【００２４】
蓋部材９は、ハウジング７と同様、金属材料あるいは樹脂材料で円盤状に形成される。蓋部材９の上端面９ａの全面又は一部の領域には、スラスト動圧発生部として、図示は省略するが、複数の動圧溝をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝配列領域は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部材２の回転時には、下端面２ｂ２との間に第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。
【００２５】
軸受スリーブ８は、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）およびＳＵＳを主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周に接着固定される。
【００２６】
軸受スリーブ８の内周面８ａの全面又は一部の領域には、ラジアル動圧発生部として複数の動圧溝を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図３に示すように、円周方向線に対して互いに異なる傾斜角を有する複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をへリングボーン形状に配列した領域が形成される。また、同図では、上記配列態様をなす動圧溝８ａ１、８ａ２配列領域が軸方向に離隔して２ヶ所に形成されている。ここで、上側（シール部１０の側）の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ1が下側領域の軸方向寸法Ｘ2よりも大きくなっている。
【００２７】
軸受スリーブ８の下端面８ｂの全面または一部の領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図４に示すように、複数の動圧溝８ｂ１をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝８ｂ１配列領域は、完成品の状態ではフランジ部２ｂの上端面２ｂ１と対向し、軸部材２の回転時、上端面２ｂ１との間に後述する第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。
【００２８】
軸受スリーブ８の外周面８ｃには、軸方向に延びる複数の軸方向溝８ｃ１が形成される。これら軸方向溝８ｃ１は、主に流体動圧軸受装置１の使用時、軸受内部空間内で潤滑油の過不足が生じた場合などに、かかる過不足状態を早急に適正な状態に回復するための役割を果たす。
【００２９】
軸受スリーブ８の上端面８ｄの半径方向中央位置には、断面楔状の環状溝８ｄ１が形成される。また、上端面８ｄの環状溝８ｄ１より内周側には、環状溝８ｄ１と内周面８ａとにつながる半径方向溝８ｄ２が円周方向複数箇所に形成される。これら環状溝８ｄ１や半径方向溝８ｄ２は既述の軸方向溝８ｃ１と相まって軸受内部空間における潤滑油の循環路を形成し、これにより円滑な潤滑油の供給状態が確保される。
【００３０】
上記構成の軸受スリーブ８は、例えば原料粉末を圧粉成形する工程（ａ）、圧粉成形体を焼結する工程（ｂ）、焼結体にサイジングを施す工程（ｃ）とを経て製造される。
【００３１】
圧粉成形（ａ）に使用する原料粉末は、Ｃｕ粉末（あるいはＣｕ合金粉末）とＳＵＳ粉末とを主成分とするもので、これらＣｕ粉末とＳＵＳ粉末とを例えばＶ型混合機に投入し、所定時間混合することで得られる。ここで使用するＳＵＳ粉末は、このＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい微小な粉末、具体的には、４５μｍ以下の微小粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものである。これは、例えば適当な分級手段により、上記範囲に属する微小粉末の一部あるいは全部を除去することにより得られる。あるいは、製造条件を調整して、粒度の分布を全体的に大径側に移行させることによっても得られる。
【００３２】
なお、原料粉末に使用されるＣｕ粉末等のサイズ（例えば平均粒子径）は、ＳＵＳ粉末と同等、あるいはそれ以下であることが好ましい。また、原料粉末には、上記例示の他、Ｓｎ粉末などの低融点金属粉末をＣｕあるいはＳＵＳのバインダとして配合することもできる。また、圧粉時の成形性や完成品の摺動性等を考慮して、さらに黒鉛（グラファイト）などの固体潤滑剤を配合することもできる。
【００３３】
焼結工程（ｂ）時の温度（焼結温度）は、好ましくは７５０℃以上１０００℃以下であり、より好ましくは８００℃以上９５０℃以下、さらに好ましくは８５０℃以上９００℃以下とする。これは、焼結温度が７５０℃未満だと各粉末間の焼結作用が十分でないことから焼結体の強度が低下し、逆に、１０００℃を超えると、各粉末間の結合が強固となり（焼結密度が高くなり過ぎ）、サイジング加工（ｃ）時の溝成形性等に支障を来す恐れがあるためである。
【００３４】
サイジング工程（ｃ）では、焼結体の内周面８ａに回転サイジング、および溝サイジングを施す。これにより、焼結体の内周面などに、動圧溝８ａ１、８ａ２等が形成され、焼結金属軸受としての軸受スリーブ８が完成する。なお、回転サイジングや溝サイジングの前に、焼結体に対して寸法サイジングを施しておくことで、後工程の上記各サイジング加工を高精度に行うこともできる。また、焼結体の外側に配置したダイなどの外型に当該焼結体を圧入して外周面８ｃとなる領域にサイジング処理を施すことで、平滑な外周面８ｃが得られ、かつその寸法が所定の精度に仕上げられる。
【００３５】
上述のようにして形成された軸受スリーブ８は、粒径が４５μｍ以下のＳＵＳ微小粉末の、ＳＵＳ粉末全体に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたＳＵＳ粉末を原料粉末に使用して形成されたものである。そのため、ハウジング７との接着にエポキシ系など加熱硬化型の接着剤を使用する場合、ハウジング７との接着面となる外周面８ｃ上に供給された接着剤の、加熱軟化による軸受内部への引き込みが抑制される。これにより、加熱軟化後も外周面８ｃ上に一定量の接着剤を保持して、ハウジング７との間で高い接着強度を得ることができる。
【００３６】
シール手段としてのシール部１０は、例えばこの実施形態では、ハウジング７と別体に金属材料あるいは樹脂材料で形成され、その下端を軸受スリーブ８の上端面８ｄに当接させた状態でハウジング７の上端内周に圧入、接着、溶着、溶接等の手段で固定される。もちろん、ここで説明したシール部１０は一例に過ぎず、シール部１０をハウジング７と一体に形成する等の構成を採ることも可能である。
【００３７】
シール部１０の内周にはテーパ形状をなすシール面１０ａが形成されており、このシール面１０ａと、軸部２ａの外周面２ａ１との間にシール空間Ｓが形成される。潤滑油を流体動圧軸受装置１内部に充満させた状態では、潤滑油の油面は常時シール空間Ｓの範囲内に維持される。
【００３８】
上記構成をなす流体動圧軸受装置１内への注油作業は、上述の構成部品をアセンブリした後に行われ、これにより、ラジアル軸受すき間やスラスト軸受すき間、さらには軸受スリーブ８の内部空孔を含む軸受内部空間が潤滑油で満たされる。この際、軸受内部空間への潤滑油の供給手段としては、例えば流体動圧軸受装置１全体を潤滑油に浸漬して行う充填方法（真空含浸など）の他、例えば滴下含油のようにシール空間Ｓから直接潤滑油を供給する方法（滴下含油法）を採用することもできる。
【００３９】
上記構成の流体動圧軸受装置１において、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の動圧溝８ａ１、８ａ２配列領域）は、軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２を回転させると、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心ｍ側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝の動圧作用によって、軸部２ａを回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。
【００４０】
また、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１とこれに対向する軸受スリーブ８の下端面８ｂ（動圧溝８ｂ１配列領域）との間のスラスト軸受隙間、およびフランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向する蓋部材９の上端面９ａ（動圧溝配列領域）との間のスラスト軸受隙間に、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、フランジ部２ｂを両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とが構成される。
【００４１】
また、軸受スリーブ８を、ＳＵＳ粉末を含む原料粉末で形成することで、ラジアル軸受面となる内周面８ａの硬度が高められる。そのため、軸部材２の回転開始直後、あるいは回転停止直前に、軸部２ａの外周面２ａ１とこれに対向する軸受スリーブ８の内周面８ａとの間で接触摺動が生じた場合でも、両面２ａ１、８ａ間の硬度差は小さくて済み、軸受スリーブ８と軸部２ａとの間の摩耗を抑制することができる。特に、この実施形態のように、軸部材２の上部にハブ３および複数枚のディスク６を装着した状態では、軸部材２を含む回転体の重心が上側に移動し、かつモーメント荷重も大きくなるため、軸部材２と軸受スリーブ８とが軸受上部で接触摺動し易いが、上述のように両部材２ａ、８の硬度差（両摺動面２ａ１、８ａの硬度差）を小さくすることで、かかる摺動摩耗を極力小さく抑えることができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施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に構成の変更が可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、焼結金属軸受（軸受スリーブ８）の原料粉末として、Ｃｕ粉末とＳＵＳ粉末とを主成分とするものを使用した場合を説明したが、かかる配合組成は例示に過ぎない。耐摩耗材として機能し得る程度のＳＵＳ粉末が配合される限りにおいて、原料粉末の配合組成は任意であり、例えば、Ｃｕ以外の金属粉末を焼結金属軸受の主成分として使用することも可能である。
【００４４】
また、接着剤としては、エポキシ系など加熱硬化型のものが好適に使用可能であるが、例えば加熱硬化性に加えて、嫌気性や光硬化性を兼有する（外気の遮断により、あるいは光の照射により硬化を開始する）型の接着剤を用いることも可能である。
【００４５】
また、上記焼結金属軸受を備えた流体動圧軸受装置として、上記実施形態では、軸部２ａの一端に設けたフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２側にスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を形成した場合を説明したが、これらスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の軸方向離間距離を異ならせることも可能である。図５はその一例を示すもので、同図に係る流体動圧軸受装置１１は、主に、ハウジング１７の両端にシール空間Ｓ１、Ｓ２を形成した点、およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を軸受スリーブ８の両端に形成した点で図２に示す流体動圧軸受装置１と構成を異にする。この場合、軸受スリーブ１８は、軸方向溝１８ｃ１を除く外周面１８ｃをハウジング１７の内周面１７ａに接着することでハウジング１７に固定される。
【００４６】
ここで、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２は、図３に例示のラジアル動圧発生部を設けた内周面１８ａと、内周面１８ａと対向する軸部材１２の外周面１２ａとの間にそれぞれ形成される。第１スラスト軸受部Ｔ１は、第１シール部１９の下端面１９ａと軸受スリーブ１８の上端面１８ｄとの間に設けられ、第２スラスト軸受部Ｔ２は、第２シール部２０の上端面２０ａと軸受スリーブ１８の下端面１８ｂとの間に設けられる。また、第１シール空間Ｓ１は、軸部材１２に固定された第１シール部１９の外周面１９ｂとこの面に向かい合うハウジング１７上端の内周面１７ａとの間に形成される。また、第２シール空間Ｓ２は、第２シール部２０の外周面２０ｂとこの面に向かい合うハウジング１７下端の内周面１７ａとの間に形成される。
【００４７】
本構成に係る流体動圧軸受装置１１は、図２に示す流体動圧軸受装置１と比べ、両スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２間の離間距離が大きくなっているため、軸受全体としてのモーメント荷重に対する負荷能力を向上させることができる。そのため、ＨＤＤをはじめとする情報機器の高容量化に伴い、ディスク枚数の増加など回転体重量が増加した場合であっても、軸部材２との接触による軸受スリーブ８の摺動摩耗を低減（抑制）することができる。
【００４８】
また、このように、摺動摩耗を抑制するのであれば、ＳＵＳ粉末を原料粉末に含む軸受スリーブが好適であり、かつ、上述の如く、ＳＵＳ粉末として、ＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい（４５μｍ以下の）微小な粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減（２０ｍａｓｓ％以下）したものを使用することで、例えば加熱を要するエポキシ系の接着剤を外周面１８ｃ上に保持した状態でハウジング１７との接着を実施することができる。
【００４９】
図６は、他の実施形態に係る流体動圧軸受装置２１の断面図を示す。同図に係る流体動圧軸受装置２１では、軸受スリーブ８を軸方向に２個重ねて配設しており、これら軸受スリーブ８、８が、筒部２７ａと底部２７ｂとからなる有底筒状のハウジング２７の内周面２７ａ１に接着固定される。軸方向に重ねて配設された２個の軸受スリーブ８のうち、上側の軸受スリーブ８には、シール部１０の側のみに図３で例示のラジアル動圧発生部（例えば非対称溝部）が設けられ、下側の軸受スリーブ８には、フランジ部２ｂの側のみに図３で例示のラジアル動圧発生部（例えば対称溝部）が設けられる。そのため、双方の軸受スリーブ８、８間で最も軸方向に離隔した位置でラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２が形成される。
【００５０】
このように、図６に係る流体動圧軸受装置２１は、図２や図５に示す流体動圧軸受装置１、１１に比べてラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２間の離間距離を大きくすることで、軸受全体としてのモーメント荷重に対する負荷能力を向上させている。そのため、回転体重量の増加や、回転速度の増加に対しても、軸受スリーブ８、８の摺動摩耗を低減して、長期にわたって優れた軸受性能を発揮することができる。
【００５１】
また、この場合も、摺動摩耗を抑制する目的から、ＳＵＳ粉末を原料粉末に含む軸受スリーブが好適であり、かつ、上述の如く、ＳＵＳ粉末として、ＳＵＳ粉末中に含まれる比較的粒径の小さい（４５μｍ以下の）微小な粉末のＳＵＳ粉末全体に占める割合を低減（２０ｍａｓｓ％以下）したものを使用することで、接着剤を外周面８ｃ、８ｃ上に保持した状態でハウジング２７との接着を実施することができる。
【００５２】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により潤滑油の動圧作用を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
例えば、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、図示は省略するが、軸方向の溝を円周方向の複数箇所に形成した、いわゆるステップ状の動圧発生部、あるいは、円周方向に複数の円弧面を配列し、対向する軸部材２、１２の外周面２ａ１、１２ａとの間に、くさび状の半径方向隙間（軸受隙間）を形成した、いわゆる多円弧軸受を採用してもよい。
【００５４】
あるいは、ラジアル軸受面となる軸受スリーブ８、１８の内周面８ａ、１８ａを、動圧発生部としての動圧溝や円弧面等を設けない真円状内周面とし、この内周面と対向する真円状の外周面とで、いわゆる真円軸受を構成することができる。
【００５５】
また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の一方又は双方は、同じく図示は省略するが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、あるいは波型軸受（端面が調和波形などの波型になったもの）等で構成することもできる。
【００５６】
また、以上の実施形態では、動圧発生部を何れも固定側（ハウジング２７や軸受スリーブ８、蓋部材９など）に設けた場合を説明したが、その一部あるいは全てを回転側（軸部材２、１２やフランジ部２ｂ、シール部１９、２０など）に設けることも可能である。具体的には、軸部材２、１２の外周面２ａ１、１２ａやフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２、あるいはシール部１９、２０の下端面１９ａや上端面２０ａのうち、１ヶ所以上に既述の動圧発生部を設けることが可能である。
【００５７】
また、以上の実施形態では、軸部材２、１２が回転して、それを軸受スリーブ８、１８で支持する構成を説明したが、これとは逆に、軸受スリーブ８、１８の側が回転して、それを軸部材２、１２の側で支持する構成に対しても本発明を適用することが可能である。この場合、図示は省略するが、軸受スリーブ８、１８はその外側に配設される部材に接着固定され、当該外側部材と一体に回転し、固定側の軸部によって支持される。
【００５８】
また、以上の実施形態では、流体動圧軸受装置１、１１、２１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に流体膜を形成するための流体として潤滑油を例示したが、これ以外にも流体膜を形成可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
【実施例】
【００５９】
本発明の効果を実証するため、本発明に係る構成のＳＵＳ粉末とＣｕ粉末とを含む原料粉末で形成された焼結金属軸受（実施例）と、従来組成のＳＵＳ粉末とＣｕ粉末とを含む原料粉末で形成された焼結金属軸受（比較例）とについて、それぞれ接着試験を行い、ＳＵＳ粉末の組成（粒度分布）が接着剤の引き込みに及ぼす影響を比較、検討した。また、抜去力試験を行い、接着強度の比較を行った。
【００６０】
（０）試験片
試験材料には共に、Ｃｕ粉末として福田金属箔粉工業（株）製のＣＥ−１５を用いた。ＳＵＳ粉末に関しては、大同特殊鋼（株）製のＤＡＰ４１０Ｌをベースとし、かつ４５μｍ以下の微小粉末の割合を４０％としたものを比較例に、２０％としたもの、および除去した（実質的に０％とした）ものをそれぞれ実施例１、実施例２に用いた。また、低融点金属としてのＳｎ粉末には福田金属箔粉工業（株）製のＳｎ-Ａｔ-Ｗ３５０を、固体潤滑剤としての黒鉛には日本黒鉛工業（株）製のＥＣＢ−２５０をそれぞれ用いた。試験片（焼結金属軸受）の焼結温度は、比較例、実施例共に８７０℃とした。また、圧粉成形時の狙い密度は何れも７．２ｇ／ｃｍ3とした。各粉末の配合組成は実施例、比較例共に下記の表１に示す通りである。また、各粉末の粒度分布は下記の表２に示す通りである。
【表１】
【表２】
【００６１】
また、接着剤には、エポキシ系の接着剤としてＥｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．製のＥｐｏ‐ｔｅｋ３５３ＮＤを使用した。
【００６２】
（１）接着剤の引き込み試験
図７に示すように、加熱装置としてのホットプレート３１上に上述の条件で製作した軸受スリーブ８を載置する。そして、軸受スリーブ８の外周面８ｃに接着剤３３を塗布し、塗布した接着剤３３の上にガラス板３２を載置した状態で、ホットプレート３１を９０℃に維持して一定時間（２０分）放置した。加熱前の接着剤３３のガラス板３２との付着幅Ｌ０と、加熱後（一定時間経過後）の接着剤３３の付着幅Ｌとをそれぞれ計測し、接着剤３３の引き込み（吸い込み）の程度を幅比Ｌ／Ｌ０で評価した。試験結果を下記の表３に示す。
【表３】
【００６３】
（２）接着強度試験
接着試験は、比較例、実施例共に以下の条件で行った。接着剤には上記同様、Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．製のＥｐｏ‐ｔｅｋ３５３ＮＤを使用した。そして、下記条件で硬化後、相手材から試験片（比較例、実施例）を引抜き、抜去時において計測された最大荷重を接着強度とした。試験結果を下記の表４に示す。
試験片 ：φ４ｍｍ×φ７．５ｍｍ×１２．４７ｍｍ
接着相手材
材質 ：黄銅
寸法 ：φ７．５ｍｍ×φ９．５ｍｍ×１７．８７ｍｍ
接着隙間 ：１２μｍ
硬化条件 ：１２０℃×１ｈ
【表４】
【００６４】
（３）試験結果
（３−１）引き込み量
上記の表３に示すように、比較例では、接着剤３３の大半が軸受内部に引き込まれたのに対し、実施例１、２では、共に接着剤３３の大部分が外周面８ｃとガラス板３２との間に保持されていた。また、微小粉末の割合が小さいほど、接着剤の引き込みが少ないことが分かった。
（３−２）接着強度
上記の表４に示すように、比較例では何れも１０００Ｎ前後であるのに対し、実施例１、２では、微小粉末の含有割合が小さく抑えられているものほど、比較例に比べて高い抜去力（接着強度）を示した。
【符号の説明】
【００６５】
１、１１、２１ 流体動圧軸受装置
２、１２ 軸部材
７、１７、２７ ハウジング
７ａ、１７ａ 内周面
８、１８ 軸受スリーブ
８ａ、１８ａ 内周面
８ａ１ 動圧溝
８ｂ、１８ｂ 下端面
８ｂ１ 動圧溝
８ｃ、１８ｃ 外周面
８ｃ１ 軸方向溝
１９、２０ シール部
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ シール空間
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＵＳ粉末を含む原料粉末を圧粉成形し、焼結して形成されるもので、他部材との接着面を有する焼結金属軸受において、
前記ＳＵＳ粉末として、粒径４５μｍ以下のＳＵＳ微小粉末の前記ＳＵＳ粉末に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものが使用されていることを特徴とする焼結金属軸受。
【請求項２】
内周に軸受面を有し、外周に前記接着面を有する請求項１に記載の焼結金属軸受と、該焼結金属軸受の外周に設けた前記接着面に接着固定される前記他部材としてのハウジングと、前記焼結金属軸受の内周に挿入される軸とを備えた流体動圧軸受装置。
【請求項３】
加熱硬化型の接着剤により前記焼結金属軸受が前記ハウジングに接着固定されている請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。
【請求項１】
ＳＵＳ粉末を含む原料粉末を圧粉成形し、焼結して形成されるもので、他部材との接着面を有する焼結金属軸受において、
前記ＳＵＳ粉末として、粒径４５μｍ以下のＳＵＳ微小粉末の前記ＳＵＳ粉末に占める割合を２０ｍａｓｓ％以下としたものが使用されていることを特徴とする焼結金属軸受。
【請求項２】
内周に軸受面を有し、外周に前記接着面を有する請求項１に記載の焼結金属軸受と、該焼結金属軸受の外周に設けた前記接着面に接着固定される前記他部材としてのハウジングと、前記焼結金属軸受の内周に挿入される軸とを備えた流体動圧軸受装置。
【請求項３】
加熱硬化型の接着剤により前記焼結金属軸受が前記ハウジングに接着固定されている請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５８５４２（Ｐ２０１１−５８５４２Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７３５５（Ｐ２００９−２０７３５５）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]