JPH11303858A - 動圧多孔質軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 情報機器、映像・音響機器等に使用される多
孔質体軸受において、軸受の潤滑作用を高めることを目
的とする。 【解決手段】 軸受１の内周部あるいは端面に動圧発生
のための凹部２を有し、前記凹部２の負圧側傾斜面３の
形状を、ジグザグ状に形成することにより、前記凹部の
正圧側傾斜面４の線の長さより長くしたことを特徴とす
る。この構成により、軸受のポンプ作用を最大限に引き
出すことによって、安定した油膜の形成を促して、回転
精度が高く、信頼性にも優れた軸受装置を提供すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアル方向ある
いはスラスト方向の荷重を多孔質軸受で受ける構造とな
っているモータ等の軸受装置に関わるものであり、長寿
命、低軸摩擦損失、低振動、低騒音もしくは軸振れの低
減等の特性を要求されるスピンドルモータ等の軸受に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年情報機器、映像・音響機器は、ＤＶ
Ｄ（デジタルビデオディスク）に代表されるように、機
器の高密度記録化が進むに伴い、これらの機器に使用さ
れる軸受装置についても、より高い回転精度が要求され
るようになってきている。

【０００３】従来の焼結含油軸受を用いた軸受装置にお
いて、軸のラジアル負荷を支える機構としては、内径が
真円に加工された軸受と、真円のシャフトが回転摺動す
る、いわゆるジャーナル軸受として構成されているもの
が大半である。焼結含油軸受はシャフトが偏心した状態
で回転すると、ポンプ作用と呼ばれる油の循環作用や油
のくさび効果により良好な摺動特性を示すものの、ジャ
ーナル軸受は、軸が偏心した状態でないと半径方向の圧
力が発生しないという構造上の問題により、シャフトの
振れ回りが大きくなり、回転精度の確保が難しいという
基本的な問題点を有していた。

【０００４】このような焼結含油軸受の問題点を改良す
るものとして、実開昭６１−１０１１２４号公報に記載
されているように、軸受内径部にスパイラル状の溝を形
成し、軸回転に伴い内側へ潤滑剤を導くことにより、高
度の回転精度を達成し、かつエネルギー損失を低減する
と共に、軸受が焼結金属であるため溝形状の加工が容易
であり、かつ低廉となるものがある。さらに、特開昭６
２−１６７９２１号公報および特開昭６２−１６７９２
２号公報には、軸受内周面に軸芯を中心とする円弧面よ
り大きい曲率の円弧面の３面以上の組み合わせ、および
その円弧面が平面状である内径面を有する軸受であっ
て、軸との接触が線接触となるため摩擦損失を低減でき
るものが記載されている。また、特開平５−１１５１４
６号公報に記載された軸受は、内径面に実質的に矩形状
の溝部が複数個ある焼結含油軸受であり、簡単な構造に
よって動圧機能の向上と低ノイズおよび低摩耗化を達成
するものである。

【０００５】上記のように、既に開示されている技術
は、クリアランスの低減や回転数の増大に伴う流体潤滑
剤の流体抵抗の増大に対し、いずれも軸受内径溝を形成
し、軸支持するクリアランスを大きくすることなく流体
抵抗を低減しようとするものである。また、それに伴う
溝部における動圧効果により、軸支持部の軸受剛性を高
め、回転精度を高めようとするものである。

【０００６】一方、従来の焼結含油軸受を用いた軸受装
置において、スラスト方向の摺動に関しては油の供給や
油圧発生の機構もなく十分な摺動特性を実現することが
できなかった。

【０００７】このような焼結含油軸受の問題点を改良す
るものとして、特開平１−１２１２１号公報は、焼結含
油粕受喘面に少なくとも３ヶ所以上の、周方向および径
方向に、山頂を有する３次元的凹凸をウェーブ状につけ
た形状とし、その凸部にてスラスト荷重を支え、凸部と
凹部の高低差により潤滑油に正圧、負圧を発生させ、摺
動面の油膜形成および摺動面への油供給を行い、スラス
ト方向の荷重を受けようとするものである。

【０００８】同様に焼結含油軸受の端面にてスラスト方
向荷重を受ける目的で、動圧発生を期待して凹凸部を形
成したものとして他に、実開昭５７−６３１２１号公報
がある。これは、端面に任意の個数の浅い凹部を設け、
この凹部は直線にて形成される２次元的傾斜面であり、
その軸方向傾斜角度は２０°以内、最大深さも０．３mm
以下とするもので、この凹部を油供給部とすると共に、
油膜のくさび効果により動圧を発生させ摺動条件を改善
しようとするものである。

【０００９】さらに焼結含油軸受の端面にてスラスト方
向荷重を受ける目的で、積極的な動圧発生を期待した形
状を形成する方法としては、特開平４−１５３１１号公
報がある。これは軸受端面またはワッシャの対向面の一
方に、相対回転により内周側が高圧となる動圧発生溝を
設け、簡単で安価な手段により潤滑油の飛散を防止し、
耐久性の向上を図るものである。

【００１０】以上の技術は、スラスト摺動に対しては、
端面部に凹凸部やテーパ部を形成し、端面部に存在する
油を有効的にスラスト方向潤滑に寄与させるため、動圧
を発生させるべく考案された機構である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術は、焼結含油軸受のコストの安さ、あるいは加
工の容易さというメリットはあるものの、焼結含油軸受
の圧力が発生すると潤滑油が軸受内部に浸透するという
特性上、発生する圧力は、溶製材を用いた動圧軸受に比
較して低く、溶製材を用いた動圧軸受より負荷容量が小
さい、あるいは、回転精度が低い等の問題点を有してい
た。

【００１２】また、上記に示した焼結含油軸受を用いた
動圧発生機構は、溶製材を用いた動圧軸受の構成を焼結
体に適用したものが殆どで、焼結含油軸受の特徴である
ポンプ作用と呼ばれる油の循環作用による潤滑効果を十
分に引き出したものではなく、焼結含油軸受が本来もっ
ている優れた潤滑特性を生かし切れていないものが殆ど
であった。

【００１３】本発明は、焼結含油軸受に代表される多孔
質体軸受の、圧力が発生すると潤滑油が軸受内部に浸透
するという特性による圧力低下を最小限に抑え、さらに
焼結含油軸受のポンプ作用と呼ばれる油の循環作用によ
る潤滑効果を最大限に引き出し、最適な動圧発生と、優
れた潤滑性能を提供し、回転精度を高め、信頼性の面に
おいても優れた軸受を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、多孔質体により形成された軸受本体に、シ
ャフトと摺動する内径部が形成された多孔質軸受におい
て、前記軸受内周部に動圧発生のための凹部を有し、前
記凹部の負圧側傾斜面の形状を、ジグザグ状に形成する
ことにより、前記凹部の正圧側傾斜面の線の長さより長
くしたものである。

【００１５】これにより、多孔質体軸受のポンプ作用と
呼ばれる油の循環作用による潤滑効果を最大限に引き出
し、最適な動圧発生と、優れた潤滑性能を提供すること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、多孔質体により形成された軸受本体に、シャフトと
摺動する内径部が形成された多孔質軸受において、前記
軸受内周部に動圧発生のための凹部を有し、前記凹部の
負圧側傾斜面の形状を、ジグザグ状に形成することによ
り、前記凹部の正圧側傾斜面の線の長さより長くしたも
のであり、軸受のポンプ作用と呼ばれる油の循環作用に
よる潤滑効果を最大限に引き出し、最適な動圧発生と、
優れた潤滑性能を提供することができる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、多孔質体により
構成された略円筒体端面部でスラスト荷重を受ける多孔
質軸受において、前記軸受端面に動圧発生のための凹部
を有し、前記凹部の負圧側傾斜面の形状を、ジグザグ状
に形成することにより、前記凹部の正圧傾斜面の線の長
さより長くしたものであり、軸受のポンプ作用と呼ばれ
る油の循環作用による潤滑効果を最大限に引き出し、最
適な動圧発生と、優れた潤滑性能を提供することができ
る。

【００１８】

【実施例】（実施例１）図１は、本実施例の軸受を示し
ている。図１において、軸受１は鉄、銅等の金属粉末
を、金型で圧粉成形したものを高温の炉内で焼結後、さ
らにサイジング処理されて構成されている。サイジング
処理された軸受内径部には、さらに転造加工により３ヶ
の内径凹部２が形成されている。

【００１９】図１において内径に設けられた凹部２は、
シャフトが矢印方向に回転した場合に動圧を発生するの
に適したように軸受内周側から見て、ストレートの凹部
が複数並んだ形状をしており、前記凹部の回転方向上流
側の負圧側傾斜面３をジグザグ線で形成し、負圧側傾斜
面３の面積を、負圧側傾斜面３を滑らかな曲線で形成し
た場合より面積が大きくなるようにしている。また軸受
内径の上下端は、凹部２内の油が軸受１端面に漏れ出す
のを抑えるために、真円摺動部５が残され形成されてい
る。

【００２０】図２は、軸受内径部の潤滑機構を示したも
のである。図２において、軸受内径部に置かれたシャフ
ト６が回転すると、回転方向に凹部の深さが変わること
により、油のくさび作用による圧力が発生する。発生す
る圧力は、図２に示したとおり、凹部深さが徐々に深く
なる回転方向上流側の負圧傾斜面３では負の圧力、凹部
深さが徐々に浅くなる回転方向下流側の正圧側傾斜面４
では正の圧力が発生する。

【００２１】正の圧力が発生する回転方向下流側の正圧
側傾斜面４では、図に示したように油が軸受内部に浸透
し圧力が低下する。一方、負の圧力が発生する回転方向
上流側の負圧側傾斜面３では、前記回転方向下流側の正
圧側傾斜面４で軸受内部に浸透した油が染み出し再び摺
動面に供給される。この作用は多孔質体独特のポンプ作
用と呼ばれる潤滑作用であり、油が軸受全体に十分に満
たされていない状態でも、安定した摺動を提供する作用
がある。

【００２２】この際正圧側傾斜面４では、軸受表面の空
孔率をできる限り小さくし、油の浸透を少なくした方
が、軸受面の圧力を高くすることができ、軸の回転精度
を高める上で有利となる。逆に負圧側傾斜面３では、軸
受表面の空孔率を小さくしてしまうと、油が軸受面に殆
ど染み出さなくなってしまうため、軸受摺動面への油の
供給が追いつかなくなり、金属接触を引き起こす状態に
陥り、回転精度はもちろん、信頼性を確保することも難
しくなる。従って理想的には、正圧側傾斜面４では、軸
受表面の空孔率をできる限り小さくして、圧力低下を防
ぎ、負圧側傾斜面３では、軸受表面の空孔率を大きくし
て、油が軸受表面に染み出しやすい状態にすることが望
ましい。

【００２３】しかしながら、軸受内径の空孔率のコント
ロールは、全周にわたって空孔率をほぼ一定にする加工
は可能であるが、凹部の表面の空孔率を場所により変化
させるといった加工は、実際上非常に難しく現実的な加
工方法が殆ど無いのが現状である。

【００２４】そこで、本発明の軸受は、内径の空孔率を
ほぼ一定に加工した軸受に、転造加工により凹部を形成
すると共に、凹部の負圧側傾斜面３をジグザグ線で形成
することにより、負圧側傾斜面３の面積を大きくし、負
圧側傾斜面３の空孔率が大きくなった場合と同様に、油
が染み出しやすい状態を作り出している。

【００２５】この構成により、軸受内径の空孔率を正圧
側傾斜面４に合わせて全体の空孔率がある程度小さい状
態にコントロールすることで、軸受内径での圧力の低下
を小さくし、負圧側傾斜面３をジグザグ線で形成し面積
を大きくすることにより、油を染み出しやすくすること
により、軸受のポンプ作用を最大限に引き出し、染み出
した潤滑油が正圧側傾斜面４に供給されることにより、
安定した油膜の形成を促して、回転精度が高く、信頼性
の面でも優れた軸受装置が提供できる。

【００２６】なお、上記実施例の凹部形状は、内径側か
ら見た形状がストレート状の場合を示しているが、図３
に示すような矢羽根状の凹部を並べたいわゆるへリング
ボーン形状、あるいは図４に示すような凹部が軸方向に
対して傾いて形成された形状等その他いずれの形状に適
用しても同様の効果がある。

【００２７】（実施例２）上記実施例１は、軸受内径部
とシャフトが摺動するラジアル動圧軸受に関するもので
あるが、同様の形態を軸受端面で荷重を支持するスラス
ト動圧軸受に適用することも可能である。

【００２８】図５は、本実施例の軸受７を示している。
図５において、軸受７は鉄、銅等の金属粉末を、金型で
圧粉成形したものを高温の炉内で焼結後、サイジング処
理、端面の空孔調整処理後、さらに転写加工により複数
の動圧凹部８が端面に形成されている。本実施例の凹部
８の形状は、回転方向に漸近的に半径方向の寸法が小さ
くなる形状である。さらに前記凹部８の回転方向上流側
の負圧側傾斜面９をジグザグ線で形成し、負圧側傾斜面
９の面積を、負圧側傾斜面９を滑らかな曲線で形成した
場合より面積が大きくなるようにしている。

【００２９】また、軸受端面外周側には平面部を残すこ
とにより、軸受端面の油が軸受外周方向に漏れ出すのを
抑えている。

【００３０】図６は、軸受７のＡ−Ａ’断面での潤滑機
構を示したものである。図６において、スラスト受板１
１が回転すると、回転方向に凹部の深さが変わることに
より、油のくさび作用による圧力が発生する。発生する
圧力は、図２に示したとおり、凹部深さが徐々に深くな
る回転方向上流側の負圧側傾斜面９では負の圧力、凹部
深さが徐々に浅くなる回転方向下流側の正圧側傾斜面１
０では正の圧力が発生する。

【００３１】また、本実施例では凹部の正圧側傾斜面１
０は角度を２段に切り替え、スラスト受板１１方向に凸
な面で形成することにより、正圧側傾斜面１０で発生す
る圧力の勾配を小さくし、広い面積で圧力を発生するこ
とにより、圧力の発生を安定化している。

【００３２】この構成により、上記実施例１に示したラ
ジアル動圧軸受の場合と同様、軸受のポンプ作用を最大
限に引き出すことによって、安定した油膜の形成を促し
て、軸受のスラスト支持剛性が高く、信頼性にも優れた
軸受装置を提供することができる。

【００３３】なお、上記実施例の凹部はポンプイン形状
の場合を示しているが、図７に示すようなへリングボー
ン形状、あるいは図８に示すテーパドランド形状等その
他いずれの形状に適用しても同様の効果がある。

【００３４】また、上記実施例１、２は焼結含油軸受の
場合を示しているが、多孔質の樹脂軸受等、軸受材質に
他の多孔質材を使用した場合も同様の効果があることは
いうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】上記実施例の記載から明らかなように、
請求項１記載の発明によれば、多孔質ラジアル動圧軸受
のポンプ作用を最大限に引き出し、回転精度が高く、信
頼性の面でも優れた軸受が提供できる。

【００３６】また、請求項２記載の発明によれば、多孔
質スラスト動圧軸受のポンプ作用を最大限に引き出し、
回転精度が高く、信頼性の面でも優れた軸受が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施例１による軸受の断面斜視
図 （ｂ）同断面図

【図２】本発明の実施例１における軸受の潤滑機構を示
した図

【図３】（ａ）本発明の実施例１におけるもう１例の軸
受の断面斜視図 （ｂ）同断面図

【図４】（ａ）本発明の実施例１におけるもう１例の軸
受の断面斜視図 （ｂ）同断面図

【図５】本発明の実施例２による軸受の図

【図６】本発明の実施例２における軸受の潤滑機構を示
した図

【図７】本発明の実施例２におけるもう１例の軸受の断
面図

【図８】本発明の実施例２におけるもう１例の軸受の断
面図

【符号の説明】

１、７ 軸受 ２、８ 凹部 ３、９ 負圧側傾斜面 ４、１０ 正圧側傾斜面 ５ 真円摺動部 ６ シャフト １１ スラスト受板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質体により形成された軸受本体に、
   シャフトと摺動する内径部が形成された多孔質軸受にお
   いて、前記軸受内周部に動圧発生のための凹部を有し、
   前記凹部の負圧側傾斜面の形状を、ジグザグ状に形成す
   ることにより、前記凹部の正圧側傾斜面の線の長さより
   長くしたことを特徴とする動圧ラジアル多孔質軸受。
2. 【請求項２】 多孔質体により構成された略円筒体端面
   部でスラスト荷重を受ける多孔質軸受において、前記軸
   受端面に動圧発生のための凹部を有し、前記凹部の負圧
   側傾斜面の形状を、ジグザグ状に形成することにより、
   前記凹部の正圧傾斜面の線の長さより長くしたことを特
   徴とする動圧スラスト多孔質軸受。