(57)【要約】【課題】焼結軸受の軸受面と軸との間に十分な油膜を形成することで、異音の発生等の不具合を防止する。【解決手段】焼結軸受８は、内周面８ａに、軸受面８ａ１と、軸受面８ａ１に隣接する凹部（環状溝８ａ２）とを備える。環状溝８ａ２には植毛部１２が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に、軸受面と、前記軸受面に隣接する凹部とを備え、
前記凹部に植毛部が設けられた焼結軸受。
【請求項２】
通油度が０．００５ｇ／１０ｍｉｎ以上であり、且つ、相対密度が９０％以下である請求項１に記載の焼結軸受。
【請求項３】
前記凹部が環状溝である請求項１又は２に記載の焼結軸受。
【請求項４】
前記凹部が軸方向溝である請求項１又は２に記載の焼結軸受。
【請求項５】
内部空孔に油が含浸された請求項１〜４の何れか１項に記載の焼結軸受。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入された軸とを備え、前記焼結軸受の軸受面と前記軸の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力で前記軸をラジアル方向に相対支持する流体動圧軸受装置。
【請求項７】
請求項６に記載の流体動圧軸受装置を備えたモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
すべり軸受として好適に使用される軸受の一種に、焼結軸受がある。焼結軸受は、内部空孔に油を含浸させて焼結含油軸受として使用されることが多い（例えば、下記の特許文献１参照）。焼結含油軸受では、支持すべき軸の回転に伴う温度上昇により、内部に含浸された油が膨張することで、表面（軸受面）から油が滲み出して軸との摺動部に供給され、潤滑性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３８２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、焼結含油軸受を低温環境で使用する場合、油が収縮して内部空孔に入り込んでしまうため、軸受面の軸との間に十分な油膜が形成されず、軸受面と軸とが直接接触して異音の発生等の不具合が生じるおそれがある。
【０００５】
例えば、焼結軸受を高密度化して内部空孔率（開放気孔率）を極力小さくしたり、焼結軸受の表面に封孔処理を施したりすれば、内部空孔に入り込む油量を低減することができる。しかし、この場合、焼結軸受に含浸される油の総量が少なくなるため、油の蒸発や飛散により油不足が生じ、やはり軸受面と軸との間に十分な油膜が形成されないおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、焼結軸受の軸受面と軸との間に十分な油膜を形成することで、異音の発生等の不具合を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、内周面に、軸受面と、前記軸受面に隣接する凹部とを備え、前記凹部に植毛部が設けられた焼結軸受を提供する。
【０００８】
このように、軸受面に隣接する凹部に植毛部を設けることで、植毛部で油を保持することができる。これにより、焼結軸受の内部空孔に油が引き込まれた場合でも、植毛部に保持した油を軸受面に供給することで、軸受面と軸との間に十分な油膜を形成することできる。
【０００９】
上記のように植毛部を設けることで、焼結軸受の表面に封孔処理を施す必要がなくなるため、例えば焼結軸受の通油度を０．００５ｇ／１０ｍｉｎ以上とすることができる。これにより、焼結軸受の内部空孔に油を含浸させることができると共に、軸の相対回転中は、軸受面の表面開口からの油の滲み出し効果を得ることができる。また、植毛部を設けることで、焼結軸受をむやみに高密度化する必要がなくなるため、例えば焼結軸受の相対密度（真密度に対する割合）を９０％以下とすることができる。これにより、焼結軸受の内部に十分な量の油を含浸させることができるため、油の総量が増え、蒸発や飛散による油不足を回避できる。尚、通油度は、焼結軸受８の軸孔（軸方向の貫通孔）に満たした油に所定圧力（ここでは０．４ＭＰａ）を負荷し、この状態で１０分間保持したときに、焼結軸受８の外周面に開口した表面開口から滲み出した油の総重量を測定することにより求められる。
【００１０】
凹部は、例えば、環状溝あるいは軸方向溝とすることができる。
【００１１】
上記の焼結軸受は、内部空孔に油が含浸された焼結含油軸受として好適に使用できる。
【００１２】
上記の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入された軸とを備え、前記焼結軸受の軸受面と前記軸の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力で前記軸をラジアル方向に相対支持する流体動圧軸受装置は、焼結軸受と軸との間に十分な油膜が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、軸受面と軸との間に十分な油膜を形成することできるため、焼結軸受と軸との直接接触を回避して異音の発生等の不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ファンモータの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る焼結軸受を有する流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】上記焼結軸受の断面図である。
【図４】他の実施形態に係る焼結軸受の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に、情報機器、特に携帯電話やタブレット型端末等のモバイル機器に組み込まれる冷却用のファンモータを示す。このファンモータは、流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１の軸２に装着されたロータ３と、ロータ３の外径端に取付けられた羽根４と、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６ａおよびロータマグネット６ｂと、これらを収容するケーシング５とを備える。ステータコイル６ａは、ケーシング５に取付けられ、ロータマグネット６ｂはロータ３に取付けられる。ステータコイル６ａに通電することにより、ロータ３、羽根４、及び軸２が一体に回転し、これにより軸方向あるいは外径方向の気流が発生する。
【００１７】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸２と、ハウジング７と、本発明の一実施形態に係る焼結軸受８と、シール部材９と、スラスト受け１０とを備える。尚、以下では、説明の便宜上、軸方向（図２の上下方向）で、ハウジング７の開口側を上側、ハウジング７の底部７ｂ側を下側と言う。
【００１８】
軸２は、ステンレス鋼等の金属材料で円柱状に形成される。軸２は、円筒面状の外周面２ａと、下端に設けられた球面状の凸部２ｂとを有する。軸２の下端付近には、外周面２ａから外径向きに突出したフランジ部２ｃが設けられる。フランジ部２ｃが焼結軸受８の下側端面８ｃと係合することで、軸２の焼結軸受８からの抜け止めが行われる。
【００１９】
焼結軸受８は、金属あるいは樹脂で円筒状に形成される。本実施形態では、焼結軸受８が焼結金属、例えば銅を２０質量％以上含む焼結金属、具体的には銅を主成分とする銅系焼結金属、あるいは銅及び鉄を主成分とする銅鉄系焼結金属で形成される。
【００２０】
焼結軸受８の通油度は、例えば０．００５ｇ／１０ｍｉｎ以上、好ましくは０．０１ｇ／１０ｍｉｎ以上とされる。この場合、焼結軸受８の表面開口率、特に、軸受面８ａ１における表面開口率は、およそ２％以上となる。これにより、焼結軸受８の内部空孔に油を含浸させることができると共に、軸２の回転中は、軸受面８ａ１からの油の滲み出し効果を得ることができる。また、焼結軸受８の真密度に対する相対密度は、例えば９０％以下、好ましくは８８％以下とされる。これにより、焼結軸受８の内部空孔が十分確保され、焼結軸受８の内部に十分な量の油を含浸させることができる。尚、焼結軸受８の強度を確保するためには、通油度を０．０６ｇ／１０ｍｉｎ以下、軸受面８ａ１における表面開口率を１２％以下、且つ、相対密度を７８％以上とすることが好ましい。
【００２１】
焼結軸受８の内周面８ａには、軸受面８ａ１と、軸受面８ａ１に隣接し、軸受面８ａ１よりも大径な凹部とが設けられる。図示例では、焼結軸受８の内周面８ａのうち、軸方向に離隔した２箇所に軸受面８ａ１が設けられると共に、これらの間に凹部としての環状溝８ａ２が設けられる。軸受面８ａ１と環状溝８ａ２とは軸方向で隣接している。
【００２２】
焼結軸受８の各軸受面８ａ１には、例えば図３に示すようなへリングボーン形状の動圧溝Ｇが形成される。クロスハッチングで示す領域は、動圧溝Ｇよりも内径側に盛り上がった丘部である。各軸受面８ａ１に形成された動圧溝Ｇは同一形状であり、それぞれ軸方向で対称な形状を成している。丘部の内径面は、同一円筒面上に連続して設けられる。
【００２３】
焼結軸受８の内周面８ａの環状溝８ａ２には、植毛部１２が設けられる。植毛部１２は、環状溝８ａ２の全周に設けられる。植毛部１２は、環状溝８ａ２の軸方向全域に設けられる。尚、植毛部１２を設ける場所は上記に限らず、例えば、環状溝８ａ２のうち、軸方向に離隔した複数の環状領域に植毛部１２を設けてもよい。具体的には、環状溝８ａ２の軸方向両端を含む複数の環状領域や、軸方向両端を除く軸方向中間領域のみに、植毛部１２を設けることができる。また、植毛部１２は、必ずしも環状に設ける必要はなく、例えば周方向に離隔した複数箇所に設けてもよい。
【００２４】
植毛部１２の内径端（植毛部１２を構成する短繊維の先端）は、軸受面８ａ１よりも僅かに外径側に配される。これにより、植毛部１２と軸２の外周面２ａとの摺動によるトルク増大を回避することができる。尚、植毛部１２と軸２との摺動が特に問題とならない場合や、植毛部１２と対向する軸２の外周面２ａに逃げ部（小径部）が設けられる場合には、植毛部１２の内径端を、軸受面８ａ１と同じ半径方向位置あるいは僅かに内径側に配してもよい。
【００２５】
植毛部１２は、焼結軸受８の内周面８ａの環状溝８ａ２の内面に短繊維を植毛して形成される。植毛方法としては、静電植毛や静電吹き付け植毛を採用できる。静電植毛は、環状溝８ａ２の内面のような曲面部においても、多数の短繊維を短時間で密に植毛できる。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。一方、静電吹き付け植毛は、静電植毛とほぼ同じ原理であるが、短繊維をエアーで吹き付けることで短繊維が接着剤塗布面に対して傾斜した状態で固定されるという特徴がある。静電吹き付け植毛は、静電植毛と比べて短繊維の密度が低いため、少量の短繊維で植毛をすることができる。
【００２６】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００２７】
短繊維の形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましい。植毛部の短繊維の密度としては、例えば、植毛した面積あたりに繊維の占める割合を１０〜３０％とすることが好ましい。短繊維の形状としてストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、断面形状は円形や多角形状がある。ベンド形状の短繊維は、ストレート形状の短繊維と比較して、油をより確実に捕捉することができる。多角形状断面の短繊維は、円形断面の短繊維よりも表面積が大きいため、油の表面張力を大きくすることができる。植毛部１２に要求される特性に合わせて、短繊維の形状を選定することが好ましい。
【００２８】
接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が使用できる。具体的には、例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが使用できる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
焼結軸受８の外周面８ｄには、軸方向溝８ｄ１が形成される。焼結軸受８の下側端面８ｃには、半径方向溝８ｃ１が形成される。尚、軸方向溝８ｄ１および半径方向溝８ｃ１の数や周方向位置は任意である。本実施形態では、軸方向溝８ｄ１および半径方向溝８ｃ１が、それぞれ円周方向等間隔の複数箇所（例えば３箇所）に形成される。
【００３０】
シール部材９は、樹脂あるいは金属で環状に形成される。図示例では、シール部材９が中空円盤状に形成される。シール部材９の内周面９ａは、軸２の外周面２ａと半径方向隙間を介して対向している。シール部材９の下側端面９ｂは、焼結軸受８の上側端面８ｂと軸方向隙間を介して対向している。
【００３１】
ハウジング７は、略円筒状の側部７ａと、側部７ａの下端を閉塞する底部７ｂとを有する。図示例では、側部７ａおよび底部７ｂが金属あるいは樹脂で一体に形成される。ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１には、樹脂製のスラスト受け１０が配される。
【００３２】
ハウジング７の内周には焼結軸受８が保持され、本実施形態では、ハウジング７の内周面７ａ１に焼結軸受８が圧入、接着等の適宜の手段で固定される。焼結軸受８の下側端面８ｃは、ハウジング７の内周面７ａ１の下部に設けられた肩面７ａ１１に当接している。ハウジング７の上端の開口部にはシール部材９が設けられ、本実施形態では、ハウジング７の内周面７ａ１の上端にシール部材９が圧入、接着等の適宜の手段で固定される。シール部材９の下側端面９ｂは、ハウジング７の内周面７ａ１の上部に設けられた肩面７ａ１２に当接している。
【００３３】
流体動圧軸受装置１の内部には、油が注入される。本実施形態では、軸２の下端（凸部２ｂ）が面する空間Ｐ、具体的には、焼結軸受８の下側端面８ｃよりも下方の空間Ｐが、油で満たされている。また、焼結軸受８の軸受面８ａ１と軸２の外周面２ａとの間の隙間（ラジアル軸受隙間）や、焼結軸受８の内周面８ａの環状溝８ａ２と軸２の外周面２ａとの間の隙間には、油が介在している。焼結軸受８の環状溝８ａ２に設けられた植毛部１２には油が保持されている（油が浸み込んでいる）。本実施形態では、焼結軸受８の内周面８ａの全面と、軸２の外周面２ａとの間の隙間が、油で満たされている。
【００３４】
焼結軸受８とハウジング７との間には、軸２の下端が面する空間Ｐと、大気（図示例では、シール部材９と焼結軸受８との軸方向間の空間Ｑ）とを連通する通気路１１が設けられる。通気路１１は、焼結軸受８の外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１とハウジング７の内周面７ａ１とで形成された軸方向通路１１ａと、焼結軸受８の下側端面８ｃの半径方向溝８ｃ１とハウジング７の肩面７ａ１１とで形成された半径方向通路１１ｂとを有する。尚、焼結軸受８に軸方向溝８ｄ１および半径方向溝８ｃ１を設ける代わりに、ハウジング７の内周面７ａ１および肩面７ａ１１にそれぞれ軸方向溝および半径方向溝を設け、これらで通気路１１の軸方向通路１１ａおよび半径方向通路１１ｂを形成してもよい。
【００３５】
流体動圧軸受装置１の内部には、油と大気との界面（油面）が複数箇所に形成される。例えば、焼結軸受８の内周面８ａと軸２の外周面２ａとの間の隙間の上端付近と、通気路１１の途中（例えば、軸方向通路１１ａの途中）に、それぞれ油面が形成される。油が高温になると、各油面が焼結軸受８の上側端面８ｂよりも上方まで上昇し、シール部材９と焼結軸受８との間の空間Ｑの一部（下部）が油で満たされる。
【００３６】
上記構成の流体動圧軸受装置１において、軸２が回転すると、焼結軸受８の内周面８ａと軸２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、焼結軸受８の内周面８ａに形成された動圧溝Ｇにより、ラジアル軸受隙間に形成される油膜の圧力が高められ、この油膜圧力により軸２がラジアル方向に非接触支持される。また、軸２の下端の凸部２ｂとスラスト受け１０とが接触摺動することで、軸２がスラスト方向に支持される。
【００３７】
このとき、軸２の回転に伴って油が撹拌およびせん断されることにより、油の温度が上昇する。この温度上昇に伴って、焼結軸受８の内部空孔に含浸された油が表面から滲み出すことにより、ラジアル軸受隙間に潤沢な油を供給することができる。
【００３８】
しかし、軸２の回転開始直後や、低温環境での使用時などには、油の温度が低温であるため、焼結軸受８の内部空孔に油が引き込まれ、ラジアル軸受隙間に十分な油膜が形成されないおそれがある。本実施形態では、上記のように、焼結軸受８の内周面８ａの環状溝８ａ２に植毛部１２を設けているため、低温環境など、焼結軸受の内部空孔からの油の滲み出しが生じにくい場合でも、植毛部１２に保持された油が、環状溝８ａ２に隣接した軸受面８ａ１に供給されるため、ラジアル軸受隙間に十分な油膜を形成することができる。これにより、焼結軸受８と軸２との直接接触を回避し、異音の発生等の不具合を防止することができる。
【００３９】
特に、植毛部１２を、環状溝８ａ２の軸方向両端付近、具体的には環状溝８ａ２の軸方向両端に設けられた傾斜部を含む領域に設けることで、植毛部１２が軸受面８ａ１に近接して配置されるため、植毛部１２から軸受面８ａ１に油が供給されやすくなる。
【００４０】
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。
【００４１】
上記の実施形態では、焼結軸受８の内周面８ａと軸２の外周面２ａとの間の隙間が油で満たされた場合を示したが、これに限られない。例えば、焼結軸受８の環状溝８ａ２に設けられた植毛部１２と軸２の外周面２ａとの間に大気が介在した状態であってもよい。この場合、焼結軸受８の各軸受面８ａ１と軸２の外周面２ａとの間のラジアル軸受隙間の軸方向両端に油面が形成される。この場合でも、上記の実施形態と同様に、軸２の回転に伴って、植毛部１２に保持された油がラジアル軸受隙間に供給されることで、ラジアル軸受隙間に十分な油膜が形成される。
【００４２】
図４に示す実施形態では、焼結軸受８の内周面８ａに、凹部としての軸方向溝８ａ３が設けられる。軸方向溝８ａ３は、焼結軸受８の内周面８ａの周方向等間隔の複数箇所（図示例では３箇所）に設けられ、軸方向溝８ａ３の周方向間に軸受面８ａ１が設けられる。軸方向溝８ａ３は、焼結軸受８の内周面８ａの軸方向全長にわたって形成される。各軸方向溝８ａ３には、植毛部１２が設けられる。植毛部１２は、各軸方向溝８ａ３の軸方向全長に設けられる。軸受面８ａ１は、凹凸の無い滑らかな円筒面とされる。尚、軸受面８ａ１に、動圧溝、具体的には、ヘリングボーン形状の動圧溝やステップ形状の動圧溝（軸方向溝）を形成してもよい。
【００４３】
また、上記の実施形態では、焼結軸受８およびハウジング７が固定され、軸２が回転する場合を示したが、これとは逆に、軸２を固定し、焼結軸受８およびハウジング７側を回転させてもよい。
【００４４】
以上の流体動圧軸受装置は、ファンモータに限らず、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用のスピンドルモータや、レーザビームプリンタ用のポリゴンスキャナモータなどに組み込んで使用することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１     流体動圧軸受装置
２     軸
７     ハウジング
８     焼結軸受
８ａ１ 軸受面
８ａ２ 環状溝（凹部）
９     シール部材
１１   通気路
１２   植毛部
Ｇ     動圧溝
【図１】
2018017341.tif 000003
【図２】
2018017341.tif 000004
【図３】
2018017341.tif 000005
【図４】
2018017341.tif 000006