JPH1162969A - 焼結含油軸受およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな動圧が発生しやすい動圧発生凹部を、
低コストで形成する。 【解決手段】 筒状の焼結体１０の両端面の内周側に軸
線方向に突出する凸条１１を形成し、軸線方向に延びる
複数の溝状凹部１３を、凸条１１の端面間にわたって等
間隔に形成する。この焼結体１０を金型１のキャビティ
６に配置し、上下のパンチ３，４で軸線方向に圧縮して
軸受１０Ａを得る。凸条１１が圧縮されて生じる塑性流
動により、溝状凹部１３は上下の端部が消失し、かつ中
央部が膨らみ、動圧発生凹部１４となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
るのに好適な焼結含油軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記焼結含油軸受は、含有された潤滑油
が軸との摺動面である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
られるといったものである。また、振動や騒音の抑制効
果をさらに高めたものとして、内周面に溝や凹部を形成
して摩擦抵抗の低減を図った焼結含油軸受がある。この
ような軸受にあっては、摩擦抵抗の低減とともに、軸の
回転に伴い溝や凹部に供給された潤滑油が流動すること
により、その潤滑油の圧力が高まって動圧が発生し、そ
の動圧によって軸の荷重の一部を支持する作用も合わせ
もっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記動圧
は、その圧力が高ければ高いほど軸受としての剛性が向
上して好ましいが、焼結含油軸受においては、多孔質ゆ
えに潤滑油が漏出して動圧が上昇しにくく、大きな動圧
を得にくいといった特性があった。そこで、動圧を確保
するために、例えば溝の形状をＶ字状としてその屈曲部
を軸の回転方向に向けたり、溝の深さが軸の回転方向に
向かうにしたがって浅くなるようにして、流動する潤滑
油が溝の端部側に集中して大きな動圧を得ることができ
るようにしたものがある。しかしながら、潤滑油の漏出
の程度は変わらないので、得られる動圧にも限度があっ
た。また、そのような溝を形成するには金型成形では困
難であるから、焼結体に対して切削や転造による後加工
を施して形成することになり、製造コストの上昇を招い
ていた。したがって本発明は、動圧が発生しやすく、か
つその動圧が大きなものとなって軸受としての剛性の向
上が図られるとともに、製造コストの上昇が抑制される
焼結含油軸受およびその製造方法を提供することを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明であ
る焼結含油軸受は、内周面に形成された動圧発生凹部の
軸線方向長さ、深さおよび密度のうちの少なくとも一つ
が、円周方向に沿ってみた場合に変化していることを特
徴としている。

【０００５】具体的には、形状の場合であれば、多角形
状、矩形状あるいは円形状に形成すれば、軸線方向長さ
は円周方向に沿ってみた場合に変化し、いずれの場合も
円周方向の端部側に向かうにしたがって軸線方向に沿っ
た縦断面積が小さくなる。また、深さの場合であれば、
その底部を円周方向の端部側に向かうにしたがって浅く
なる傾斜した形状にすれば、円周方向に沿った横断面積
が円周方向に向かうにしたがって小さくなる。このよう
に、円周方向の端部側に向かうにしたがって縦断面積あ
るいは横断面積を小さくすると、その端部側がくさび状
の隙間となって動圧が発生しやすい。当該軸受によって
支持される軸が一方向回転であるならば、少なくともそ
の回転方向の端部を上記のように形成すればよい。ま
た、密度の場合、動圧発生凹部の縁部から内周面に至る
移行部の密度が他の部分よりも高くなっている（つまり
気孔率が低くなっている）と、その移行部は軸の回転に
伴って流動する潤滑油がもっとも集中して動圧が大きく
なる部分であるから、動圧が発生しやすく、かつその動
圧のリークが抑制される。これに加え動圧発生凹部の底
部の密度を他の部分の密度よりも低くすれば、動圧発生
凹部に潤滑油を豊富に含有することができる。これらの
結果、軸受としての剛性が向上し、高精度で軸を支持す
ることが可能となる。

【０００６】また、動圧発生凹部を内周面において閉塞
したものとすれば、潤滑油の動圧発生凹部内に常に確保
され、動圧のリークが抑制される。これとは反対に、動
圧発生凹部を軸受の端面に開口させた場合には、動圧の
リークはある程度生じるものの、その開口から動圧発生
凹部に潤滑油を供給することができるので、少ない潤滑
油量でも安定した動圧を得ることが可能となる。

【０００７】本発明の第２の発明は、上記のような焼結
含油軸受を製造するに好適な方法であって、金型のキャ
ビティに配置した筒状の焼結体を、パンチにより軸線方
向に圧縮してその内周面に動圧発生凹部を形成するにあ
たり、前記焼結体の内周面に略軸線方向に延在する溝状
凹部を形成し、焼結体の両端面の少なくとも溝状凹部に
対応する位置と、パンチにおける焼結体の両端面に接触
する端面の少なくとも溝状凹部に対応する位置のうち
の、少なくともいずれか一方に、軸線方向に突出する凸
部を設け、次いで、パンチにより焼結体を軸線方向に圧
縮して凸部により焼結体の内周面における溝状凹部の周
囲を塑性流動させるに伴わせ、この溝状凹部の両端側の
幅を縮小させるかもしくは消失させることにより、同凹
部を動圧発生凹部として形成することを特徴としてい
る。

【０００８】この製造方法によれば、焼結体の両端面も
しくはパンチの焼結体に接触する端面の少なくともいず
れか一方に形成された凸部により、溝状凹部の両端側の
周囲に塑性流動が大きく生じる。このため、その溝状凹
部が変形させられて、溝状凹部の形状や深さ等に応じた
動圧発生凹部が形成される。溝状凹部は、焼結体の両端
面に開口しているかいないかは任意である。上記塑性流
動により溝状凹部の両端側の幅が縮小するかあるいは消
失することにより、動圧発生凹部は、軸線方向の両端部
から中央に向かってその幅（円周方向長さ）が大きくな
るような形状（例えば菱形状や円形状）になる。動圧発
生凹部自体の形状や断面形状は、凸部や溝状凹部に応じ
た圧縮加工量を適宜に制御することで、所望通りのもの
を得ることができる。また、焼結体を圧縮すると同時に
動圧発生凹部を形成することができるので、切削や転造
による後加工を施して形成する場合に比べると、製造コ
ストの上昇が抑制される。

【０００９】

【発明の実施の形態】（１）第１実施形態 以下、図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態につ
いて説明する。図１は、素材である円筒状の焼結体１０
の平面図、図２（ａ）は焼結体１０の縦割り斜視図、図
２（ｂ）は焼結体１０から製造された焼結含油軸受（以
下、軸受と略称する）１０Ａの縦割り斜視図、図３
（ａ）、（ｂ）は製造方法の工程を示す金型１の縦断面
図である。図３（ａ）、（ｂ）に示した金型１は、断面
円形の孔２ａを有するダイス２と、ダイス２の孔２ａに
嵌合して上下方向に移動可能になされた上パンチ３およ
び下パンチ４と、これら上下のパンチ３，４の中空部に
嵌合可能とされた円柱状のコア５とを備えている。この
金型１によって焼結体１０を圧縮し、図２（ｂ）の軸受
１０Ａを得る。

【００１０】焼結体１０の上下の端面の内周側には、図
１および図２（ａ）に示すように、軸線方向に突出する
同じ高さの凸条（凸部）１１が、全周にわたって形成さ
れている。焼結体１０の孔は、図１に示すように、断面
正多角形状（図示例では正五角形状）である。図１およ
び図２（ａ）の二点鎖線１２は、軸受１０Ａに製造され
た際に金型１のコア５に密着して形成される断面円形の
内周面（軸との摺動面）を示している。そしてこの場合
では、孔における内周面１２よりも外側に膨出する複数
の角の部分が、軸線方向に延在する溝状凹部１３とされ
ている。これら溝状凹部１３は、円周方向に等間隔に形
成され、かつ上下の凸条１１を通って凸条１１の端面に
開口している。

【００１１】この焼結体１０から軸受１０Ａを製造する
には、まず、図３（ａ）に示すように、ダイス２、下パ
ンチ４およびコア５によって形成されるキャビティ６に
焼結体１０を挿入し、同図（ｂ）に示すように、上パン
チ３を下降させて焼結体１０を軸線方向に圧縮する。す
ると、上下の凸条１１が圧縮されて塑性流動が生じるこ
とにより、溝状凹部１３の上下の端部が消失するととも
にコア５の方へ突出してコア５に押圧され、断面円形の
内周面１２が形成される。また、溝状凹部１３の中央部
は残るが、上記塑性流動の影響を受けて、その形は図２
（ｂ）に示すような菱形状となる。この残った凹部が、
動圧発生凹部１４とされる。この動圧発生凹部１４は、
溝状凹部１３の数に対応して、内周面１２の軸線方向の
略中央部において、円周方向に等間隔に形成される。

【００１２】以上のようにして製造された軸受１０Ａの
動圧発生凹部１４は、菱形状に形成されたことにより、
その軸線方向長さは、円周方向に沿ってみた場合に、中
央部がもっとも長く、両端に向かってテーパ状に収束す
るといったように変化している。また、図４（ａ）、
（ｂ）は、図２（ｂ）の円周方向に沿ったＡ−Ａ’断面
および軸線方向に沿ったＢ−Ｂ’断面をそれぞれ示して
いる。これらの図で示すように、動圧発生凹部１４の底
部は、中心部がもっとも深く、その中心部から内周面１
２に向かってしだいに浅くなるよう傾斜している。した
がって、軸の回転に伴って流動する潤滑油は、円周方向
に向かう角の部分に集中し、動圧が発生しやすい。

【００１３】また、動圧発生凹部１４の周囲は、上下の
凸条１１の塑性流動の影響により特に強く圧縮されて加
工度が高くなっているから、その部分の密度は、それよ
りも外周側の部分と動圧発生凹部の底部の密度よりも高
くなっている（つまり気孔率が低くなっている）。その
密度が高くなっている部分を、図２（ｂ）のドットで示
す。図４（ａ）に示すように、特に円周方向の断面をみ
た場合においては、動圧発生凹部１４の縁部１４ａから
内周面１２にわたる移行部１５の密度は高く、反面、縁
部１４ａ以外の底部１４ｂの密度は低い。密度が高い移
行部１５は、軸１６の回転に伴って流動する潤滑油がも
っとも集中して動圧が大きくなる部分であり、その移行
部１５の密度が高いので、動圧が発生しやすく、かつそ
の動圧のリークが抑制される。また、動圧発生凹部１４
の底部１４ｂの密度は周囲の密度よりも低いので、潤滑
油を豊富に含有することができる。これらの結果、軸受
としての剛性が向上し、高精度で軸を支持することが可
能となる。さらに、焼結体１０を圧縮すると同時に動圧
発生凹部１４を形成することができるので、切削や転造
による後加工を施して形成する場合に比べると、製造コ
ストの上昇が抑制される。

【００１４】なお、上記のようにして形成される動圧発
生凹部の形状、大きさおよび深さ等は、圧縮される凸部
（上記第１実施形態では凸条１１）の形状、厚さおよび
高さ等や、溝状凹部の形状、長さおよび幅等を適宜に制
御することにより、所望通りのものを得ることができ
る。言い換えると、焼結体に形成する凸部や溝状凹部に
応じた圧縮加工量を、所望通りの動圧発生凹部が形成さ
れるように適宜に設定すればよい。例えば、図５に示す
ように、三角形状の動圧発生凹部１７や、溝状凹部の上
下の端部の幅を縮小して残し、その部分が軸受の端面に
開口する溝１８ａとして形成された動圧発生凹部１８等
を形成することも可能である。

【００１５】続いて、本発明の第２〜第４実施形態を説
明する。これら実施形態の説明で参照する図面におい
て、上記第１実施形態と同一の構成要素がある場合には
同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００１６】（２）第２実施形態 図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態について
説明する。図６および図７（ａ）は、素材である円筒状
の焼結体２０を示している。これら図に示すように、こ
の焼結体２０の上下の端面の内周側には、軸線方向に突
出する同じ高さの凸条（凸部）２１が、全周にわたって
形成されている。焼結体２０の孔は、図６に示すように
断面円形状で、その内周面２２には、軸線方向に延在し
て上下の凸条２１の端面に開口する複数の溝状凹部２３
が、円周方向に等間隔に形成されている。これら溝状凹
部２３は、断面円弧状の大凹部２３ａの底部に、断面矩
形状の小凹部２３ｂが形成されてなる２段構成となって
いる。

【００１７】図８（ｂ）は、焼結体２０を第１実施形態
と同様の金型１で軸線方向に圧縮して軸受２０Ａを製造
した状態を示している。製造された軸受２０Ａの内周面
２２には、図７（ｂ）に示すように、溝状凹部２３に応
じた動圧発生凹部２４が形成されている。この動圧発生
凹部２４は、溝状凹部２３の小凹部２３ｂの幅が縮小し
て残った上下の溝部２４ｂと、これら溝状凹部２４ｂの
間の菱形状凹部２３ａとから構成されている。この場
合、溝状凹部２３の大凹部２３ａの上下の端部は、凸条
２１が圧縮されて生じた塑性流動によって消失してい
る。この動圧発生凹部２４の周囲は、加工度が高くなっ
ていることにより他の部分よりも密度が高くなってお
り、その密度が高くなっている部分を、図７（ｂ）のド
ットで示す。

【００１８】この軸受２０Ａの動圧発生凹部２４によれ
ば、第１実施形態と同等の作用効果を奏するのに加え、
上下の端面に開口する溝部２４ｂによっても動圧を得る
ことができるので、軸線方向全長にわたってバランスよ
く軸を支持することが可能となる。また、溝部２４ｂの
開口から潤滑油を供給することができるので、少ない潤
滑油量でも安定した動圧を得ることが可能となる。

【００１９】（３）第３実施形態 次に、図９〜図１１を参照して本発明の第３実施形態に
ついて説明する。図９および図１０（ａ）は、素材であ
る円筒状の焼結体３０を示している。これら図に示すよ
うに、この焼結体３０の上下の端面の内周側には、軸線
方向に突出する同じ高さの複数の円弧状の凸条（凸部）
３１が、円周方向に等間隔に形成されている。これら凸
条３１の中央部には、切欠き３１ａが形成されている。
この焼結体３０の孔は、図９に示すように断面円形状
で、その内周面３２には、軸線方向に延在して上下の凸
条３１の端面に開口する複数の溝状凹部３３が、円周方
向に等間隔に形成されている。図１０（ａ）に示すよう
に、この溝状凹部３３の幅は凸条３１の幅よりも小さ
く、上下の切欠き３１ａを結ぶ線を中心に左右対称に形
成されている。

【００２０】図１１（ｂ）は、焼結体３０を第１実施形
態と同様の金型１で軸線方向に圧縮して軸受３０Ａを製
造した状態を示している。製造された軸受３０Ａの内周
面３２には、図１０（ｂ）に示すように、溝状凹部３３
に応じた六角形状の動圧発生凹部３４が形成されてい
る。溝状凹部３３の上下の端部は凸条３１が圧縮されて
生じた塑性流動により消失しているが、凸条３１の中央
部に切欠き３１ａが形成されていたことにより、動圧発
生凹部３４の上下の端部は、軸受３０Ａの端面に向かっ
て三角形状に延びている。その上下の端部の周囲は、加
工度が高くなっていることにより他の部分よりも密度が
高くなっており、その密度が高くなっている部分を、図
１０（ｂ）のドットで示す。また、図１２（ａ）、
（ｂ）に、図１０（ｂ）の円周方向に沿ったＡ−Ａ’断
面および軸線方向に沿ったＢ−Ｂ’断面をそれぞれ示
す。図１２（ａ）、（ｂ）に示したように、この場合の
動圧発生凹部３４は、円周方向および軸線方向ともその
底部がほぼ一定の深さであり、内周面３２に至る縁部が
凹状に湾曲している。

【００２１】この軸受３０Ａでは、第１実施形態と同等
の作用効果を奏する他に、凸条３１を焼結体３０の端面
に分割して形成し、さらにその中央部に切欠き３１ａを
形成したので、凸条３１にかかる上下のパンチ３，４の
圧縮力が全周にわたる凸条の場合よりも大きくなり、塑
性流動を発生させやすいといった利点を有する。

【００２２】（４）第４実施形態 次に、図１３〜図１５を参照して、本発明の第４実施形
態について説明する。図１３および図１４（ａ）は、素
材である円筒状の焼結体４０を示している。これら図に
示すように、この焼結体４０の内周面４２には、軸線方
向に延在して上下の端面に開口する複数の溝状凹部４３
が、円周方向に等間隔に形成されている。一方、図１５
に示すように、金型１Ａの上下のパンチ３Ａ，４Ａの端
面の溝状凹部４３に対応する位置には、この溝状凹部４
３の開口を囲むようにして平面視略コ字状の凸条（凸
部）４１が形成されている。図１３には、この凸条４１
のみを二点鎖線で示している。このような上下のパンチ
３Ａ，４Ａを使用して図１５（ｂ）に示すように焼結体
４０を圧縮すると、図１４（ｂ）に示す軸受４０Ａが製
造される。この軸受４０Ａの上下の端面には、凸部４１
が刻設されることによって略コ字状の凹部４５が形成さ
れ、また、内周面４２には、溝状凹部４３に応じた菱形
状の動圧発生凹部４４が形成されている。

【００２３】この軸受４０Ａでは、第１〜第３実施形態
のように焼結体の上下の端面に凸条（凸部）を形成する
代わりに上下のパンチ３Ａ，４Ａの端面に凸条４１を形
成し、これによって溝状凹部４３の上下の端部の周囲に
塑性流動を生じさせている。その塑性流動により溝状凹
部４３の上下の端部は消失し、動圧発生凹部４４の周囲
ならびに凹部４５の周囲は、加工度が高くなって他の部
分よりも密度が高くなっている。これにより、第１実施
形態と同等の効果を奏する。なお、その密度が高くなっ
ている部分を、図１４（ｂ）のドットで示す。

【００２４】なお、上記各実施形態で示した動圧発生凹
部の断面形状は、様々な形態に変化させることが可能で
ある。図１６（ａ）〜（ｃ）は、内周面に形成される動
圧発生凹部の円周方向断面の変形例を示している。同図
で符号５２が軸受の内周面、５４が動圧発生凹部であ
る。また、図２（ｂ）や図１０（ｂ）に示したように、
溝状凹部の上下の端部を消失させて内周面において完全
に閉塞する形態としたり、図７（ｂ）に示したように、
溝状凹部の上下の端部の幅を縮小させるのみで開口を残
した形態とすることもできる。このように、動圧発生凹
部自体の形状や断面形状は、上述の如く、焼結体に形成
する凸部（あるいは上下のパンチに形成する凸部）や溝
状凹部に応じた圧縮加工量を適宜に制御することで、所
望通りのものを得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焼結含油
軸受では、内周面に形成された動圧発生凹部の形状や密
度等により、その動圧発生凹部において発生する動圧が
大きなものとなり、かつ発生する動圧のリークが抑制さ
れて、軸受性能の向上が図られる。また、本発明の焼結
含油軸受の製造方法によれば、製造コストの上昇を招く
ことなく効果的な動圧を発生する動圧発生凹部を製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る焼結体の平面図
である。

【図２】 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る焼結体
の縦割り斜視図、（ｂ）はその焼結体から製造した軸受
の縦割り斜視図である。

【図３】 本発明の第１実施形態の製造方法を説明する
ための金型の断面図である。

【図４】 （ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図、
（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図５】 本発明の第１実施形態の変形例の軸受の縦割
り斜視図である。

【図６】 本発明の第２実施形態に係る焼結体の平面図
である。

【図７】 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る焼結体
の縦割り斜視図、（ｂ）はその焼結体から製造した軸受
の縦割り斜視図である。

【図８】 本発明の第２実施形態の製造方法を説明する
ための金型の断面図である。

【図９】 本発明の第３実施形態に係る焼結体の平面図
である。

【図１０】（ａ）は本発明の第３実施形態に係る焼結体
の縦割り斜視図、（ｂ）はその焼結体から製造した軸受
の縦割り斜視図である。

【図１１】本発明の第３実施形態の製造方法を説明する
ための金型の断面図である。

【図１２】（ａ）は図１０（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図、
（ｂ）は図１０（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図１３】本発明の第４実施形態に係る焼結体の平面図
である。

【図１４】（ａ）は本発明の第４実施形態に係る焼結体
の縦割り斜視図、（ｂ）はその焼結体から製造した軸受
の縦割り斜視図である。

【図１５】本発明の第４実施形態の製造方法を説明する
ための金型の断面図である。

【図１６】本発明に係る動圧発生凹部の断面形態の変形
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ…金型、３，３Ａ…上パンチ、４，４Ａ…下パ
ンチ、６…キャビティ、１０，２０，３０，４０…焼結
体、１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ…焼結含油軸受、
１１，２１，３１，４１…凸条（凸部）、１２，２２，
３２，４２，５２…内周面、１３，２３，３３，４３…
溝状凹部、１４，２４，３４，４４…動圧発生凹部、１
４ａ…縁部、１５…移行部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の焼結体の内周面に動圧発生凹部が
   形成された焼結含油軸受であって、 前記動圧発生凹部の軸線方向長さ、深さおよび密度のう
   ちの少なくとも一つが円周方向に沿ってみた場合に変化
   していることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 【請求項２】 前記動圧発生凹部は、多角形状、矩形状
   あるいは円形状等に形成され、かつ前記内周面において
   閉塞していることを特徴とする請求項１に記載の焼結含
   油軸受。
3. 【請求項３】 前記動圧発生凹部は、多角形状、矩形状
   あるいは円形状等に形成され、かつ当該軸受の端面に開
   口していることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油
   軸受。
4. 【請求項４】 前記動圧発生凹部の縁部から前記内周面
   に至る移行部の密度が、他の部分の密度よりも高くなっ
   ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
   の焼結含油軸受。
5. 【請求項５】 前記動圧発生凹部の底部の密度が、他の
   部分の密度よりも低くなっていることを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載の焼結含油軸受。
6. 【請求項６】 金型のキャビティに配置した筒状の焼結
   体を、パンチにより軸線方向に圧縮してその内周面に動
   圧発生凹部を形成する焼結含油軸受の製造方法であっ
   て、 前記焼結体の内周面に、略軸線方向に延在する溝状凹部
   を形成し、 前記焼結体の両端面の少なくとも前記溝状凹部に対応す
   る位置と、前記パンチにおける前記焼結体の両端面に接
   触する端面の少なくとも前記溝状凹部に対応する位置の
   うちの、少なくともいずれか一方に、軸線方向に突出す
   る凸部を設け、 次いで、前記パンチにより前記焼結体を軸線方向に圧縮
   して前記凸部により焼結体の内周面における前記溝状凹
   部の周囲を塑性流動させるに伴わせ、この溝状凹部の両
   端側の幅を縮小させるかもしくは消失させることによ
   り、同凹部を動圧発生凹部として形成することを特徴と
   する焼結含油軸受の製造方法。