JPH05115146A

JPH05115146A - 小型モータ用焼結含油軸受

Info

Publication number: JPH05115146A
Application number: JP27366091A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Yamamoto; 英弘山本; Akio Sato; 彰雄佐藤
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、小型モータ用焼結含油軸受に関
し、簡単な構造で動圧軸受機能と低ノイズ、低摩耗機能
とを実現することを目的とする。【構成】回転軸１３と対向する軸受孔内周面におい
て、その円周方向に、回転軸１３と同心円をなす摺動面
を有する実質的に矩形状の段付部９２を複数個設け、互
いに隣接する段付部９２とその間の軸受孔内周面と回転
軸１３とで囲まれる空隙を実質的に矩形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型モータ用焼結含油
軸受に関し、特に、摺動面の油膜をくさび形状ではなく
実質的に矩形状に形成した小型モータ用焼結含油軸受に
関する。

【０００２】

【従来の技術】焼結含油軸受においては、相対的に摺動
する２面間に定常的に粘性油膜を介在させ、この油膜の
圧力により軸に作用する荷重を支持する。この油は、焼
結体である軸受の細孔内に含浸された潤滑油が軸回転に
よる吸引力と軸受の温度上昇とにより、摺動面に浸出し
たものである。

【０００３】図１９は、従来の焼結含油軸受の構造を示
している。この軸受９は、回転軸と相対的に摺動する軸
受の軸受孔内周面にスパイラル状の溝２０を設けること
によって、使用時に十分な油圧を得るようにして、動圧
軸受とした例である（特公昭６３−６０２４７号公
報）。

【０００４】図２０乃至図２３は、他の従来の焼結含油
軸受の構造を示している。この軸受９は、回転軸１３と
相対的に摺動する軸受の軸受孔内周面に突出部２１を設
けることによって、くさび形状の空隙（即ち油膜）Ｓを
形成して、使用時に十分な油圧を得るようにして、動圧
軸受とした例である（特開平３−１０７６１２号公
報）。

【０００５】図２４は、更に他の従来の焼結含油軸受の
構造であって、一般的な焼結含油軸受の構造を示してい
る。この軸受においては、回転軸１３と、これと相対的
に摺動する軸受９の軸受孔内周とが、同心円状に形成さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の図１９に示した
例の場合、溝２０の形状がスパイラルで特殊であるた
め、溝２０の加工が難しく高度の技術を要する。このた
め、軸受９が高価なものとなるという問題がある。

【０００７】図２０乃至図２３に示した例の場合、回転
軸１３と突出部２１との間がくさび形状Ｓとなるように
突出部２１を形成する必要があり、このため、以下の問
題を生じる。即ち、このくさび形状Ｓの先端の角度が大
きすぎると油膜の圧力（動圧）の発生が小さくなってし
まい、突出部２１を設けた効果が少なくなる。また、突
出部２１と回転軸１３との間の間隔は狭い所で２乃至３
μｍ程度のクリアランスとなるようにする必要があるの
で、このクリアランス及びくさび形状の角度の値と公差
は高精度でなければならない。更に、突出部２１の形状
が三角形、円弧、台形等の場合には、軸受９の軸受孔の
形状が複雑になってしまい、加工が難しく、軸受９が高
価なものとなる。更に、また、回転が低速の場合には、
回転軸１３と突出部２１とが局部接触の状態となり、こ
れらが摩耗し易い。

【０００８】図２４に示した例の場合、構造が簡単で加
工の点では問題はないが、回転軸１３が軸受孔の内周の
全域に接触したりすると焼結体の細孔が内周面でつぶさ
れ、内周面への油の浸出が妨げられ、油膜切れによる焼
付きが発生するという問題がある。この対策として、固
体潤滑剤を回転軸１３の表面及び／又は軸受孔内周面に
皮膜（又は付着）した場合でも、種々の原因により、焼
結体の細孔内に固体潤滑剤が入り込み細孔が封孔される
結果、油の浸出が妨げられ、焼付きが発生するという問
題を生じる。

【０００９】本発明は、簡単な構造で動圧軸受機能と低
ノイズ、低磨耗機能とを実現した小型モータ用焼結含油
軸受を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、小型モータ用焼結含油軸受において、
回転軸と摺動する軸受孔内周面において、その円周方向
に、前記回転軸と同心円をなす摺動面を有する実質的に
矩形状の段付部を複数個設け、互いに隣接する前記段付
部とその間の前記軸受孔内周面と前記回転軸とで囲まれ
る空隙を実質的に矩形状とする。また、前記段付部の前
記摺動面に固体潤滑剤を皮膜する。

【００１１】

【作用】前述の手段によれば、軸受に設けた段付部は、
回転軸と同心円をなす摺動面を有する実質的な矩形状と
いう簡単な構造であるので、簡単な加工によって得るこ
とができ、軸受が高価なものとなることはない。そし
て、互いに隣接する段付部とその間の軸受孔内周面とで
構成される溝部が常に確保されるので、これに焼結体で
ある軸受の細孔から油が浸出して集まる。これにより、
この溝部と回転軸とで囲まれる空隙において、十分な油
膜の圧力（動圧）を発生させることができ、大きな負荷
が回転軸に加わってもこれを支持できる。

【００１２】また、段付部の摺動面の固体潤滑剤は、回
転軸が当該段付部に接触した場合において、潤滑作用及
び緩衝作用をし、回転軸及び軸受で焼付きを発生するこ
とを防止でき、これらが摩耗することを防止でき、接触
によりノイズが生ずることを防止できる。

【００１３】

【実施例】本発明の小型モータ用焼結含油軸受を用いた
小型モータを図１に示す。図１は小型モータの例を示す
要部断面図である。図１において、ハウジング１は、例
えば軟鉄のような金属材料により有底中空筒状に形成さ
れ、その内周面に例えばアークセグメント状の永久磁石
２が固着される。ハウジング１内には、永久磁石２に対
向する電機子３と整流子４とからなる回転子５が設けら
れる。エンドプレート６は、例えば前記ハウジング１と
同様の金属材料によって形成され、ハウジング１の開口
部に嵌め込まれる。ブラシアーム７は、整流子４と摺動
するように設けられ、このブラシアーム７と電気的に接
続される入力端子８と共にエンドプレート６に設けられ
る。焼結含油軸受９は、ハウジング１の底部とエンドプ
レート６とを突出させて形成した軸受保持部１１内に固
着され、回転子５と一体とされた回転軸１３を支持す
る。

【００１４】以上の構成により、入力端子８からブラシ
アーム７及び整流子４を経由して電機子３に電流を供給
することにより、ハウジング１の内周面に固着された永
久磁石２によって形成されている磁界中に存在する電機
子３に回転力が付与され、回転子５を回転させ、回転軸
１３を介して外部機器（図示せず）を駆動する。

【００１５】図２は、焼結含油軸受９の構造を示す。図
２に示す断面は、図１のＸ−Ｘ切断線に沿う断面の構造
を示しており、回転軸１３を合わせて示す一方、軸受保
持部１１は省略してある。

【００１６】焼結含油軸受９は、焼結体からなり、その
内部に十分に細孔が残りその大部分が外部に通じている
ように焼結され、これに潤滑油を含浸させている。焼結
含油軸受９の軸受孔９０には、回転軸１３が貫通してい
る。回転軸１３と対向する軸受孔内周面９１において、
その円周方向に、複数個（図では６個）の段付部９２が
設けられる。段付部９２は、回転軸１３と同心円をなす
摺動面を有し、回転軸１３との間で相対的に摺動する。
なお、軸受孔内周面９１も、回転軸１３と同心円をな
す。

【００１７】このように、回転軸１３と軸受孔内周面９
１及び段付部９２とを同心円状としているので、回転軸
１３と軸受孔内周面９１との間の隙間をＣ２、回転軸１
３と段付部９２との間の隙間をＣ１とすると、Ｃ２＝Ｃ
１＋ｈｄが成立つ。ここで、ｈｄは、段付部９２の摺動
面の軸受孔内周面９１からの高さである。高さｈｄは軸
受孔９０の直径に比べ十分に小さいので、各段付部９２
は実質的に矩形状となる。そして、互いに隣接する２つ
の段付部９２と、その間の軸受孔内周面９１とからなる
溝も、実質的に矩形状の一部をなすような溝部となる。
従って、この溝部と回転軸１３とで囲まれる空隙は、実
質的に矩形状となる。

【００１８】このように段付部９２を矩形状とするの
は、使用時に、油膜の圧力として最大のピーク圧力（動
圧）を発生させ、大きな負荷を支持するためである。な
お、滑り軸受の形状としては、くさび状、ステップ状、
円弧状、以上の組合せ等の各種のものがあるが、矩形ス
テップ状のものが最大のピーク圧力を生じることが知ら
れている（例えば、近代科学社発行「トライボロジ」の
Ｐ２７７）。

【００１９】また、段付部９２を回転軸１３と同心円状
の矩形状とすることにより、この焼結含油軸受９の焼結
の時に、その型形状を同心円状にできる。この形状は、
くさび形状等に比べて簡単な構造であるので、この焼結
含油軸受９の製造コストの低減や量産化に有効である。

【００２０】更に、段付部９２による溝部の底部即ち軸
受孔内周面９１が回転軸１３と接触することはないの
で、この軸受孔内周面９１において常に一定の通気度φ
₂が得られる。このため、焼結含油軸受９の含油の吸込
み／吐出しの循環がスムーズに行なわれ、油の冷却及び
摺動面の潤滑性を向上でき、回転軸１３の焼付きを防止
できる。

【００２１】段付部９２を実質的に矩形状とした場合
に、油膜に発生する圧力の分布を図３に示す。図３は、
１つの段付部９２について矩形状として示している。圧
力Ｐは、図示の矢印方向に相対的に回転軸１３と段付部
９２とが摺動する場合、段付部９２の一端で最大とな
る。

【００２２】図３に示すような圧力分布は、回転軸１３
が軸受に対して偏心を持たない場合の例であり、実際の
使用時は、偏心を考慮する必要がある。例えば、図４に
示す如く、軸受に対して偏心のない場合の回転軸１３の
位置は点線で示すようであるのに比べ、実際の回転軸１
３は偏心を有するため、その位置は実線で示すようであ
る。ここで、軸偏心量をｅ、半径すきまをＣ１で表す
と、偏心率は、ｅ／Ｃ１で求められる。

【００２３】図５乃至図７は、偏心を考慮した場合の回
転軸１３と焼結含油軸受９との間の円周方向の隙間分布
Ｈ（μｍ）を示している。特に、図５は段付部９２の数
（ステップ数）が０の場合、図６はステップ数が３の場
合、図７はステップ数が６の場合を示す。また、いずれ
の場合も、半径すきまＣ１は０．００５ｍｍ、偏心率
０．９（ｅ＝４．５μｍ）である。更に、図６及び図７
において、段付部９２の高さ（溝深さ）ｈｄは２０μｍ
である。なお、図６は、図４の場合に対応し、図４のθ
方向の隙間分布を示している。

【００２４】図８乃至図１０は、偏心を考慮した場合の
油膜圧力Ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ²）の円周方向の分布を示し
ている。特に、図８、図９及び図１０は、各々、ステッ
プ数が０、３及び６の場合、即ち、図５、図６及び図７
の場合を示す。また、いずれの場合も、偏心率は０．９
（Ｃ１＝５μｍ、ｅ＝４．５μｍ）、軸回転数は６００
０ｒｐｍ、段付部９２での通気度φ₁は３×１０^-10ｃ
ｍ²、軸受孔内周面９１での通気度φ₂は３０×１０
^-10ｃｍ²（従って、図８の場合はφ₁＝φ₂＝３０×
１０^-10ｃｍ²である）、段付部９２の高さｈｄは０．
０２ｍｍ、半径すきまＣ１＝０．００５ｍｍ、軸受直径
は５ｍｍ、軸受長さは４．５ｍｍ、軸受厚さは４．２５
ｍｍである。

【００２５】図９及び図１０において斜線を付して示す
ように、段付部９２に対応して負圧部分（斜線部分）が
生じ、ここに油が流れ込む。即ち、軸回転による油の吸
引力が、負圧部分の発生により大きくなる。これによ
り、油膜による動圧を大きくでき、回転軸１３をより大
きな力で支持できる。従って、より大きな軸負荷に耐え
ることができ、回転軸１３と焼結含油軸受９との金属接
触が少なくなり、これらの摩耗を低減できる。また、回
転軸１３と焼結含油軸受９とのすき間、即ち、図２に示
した隙間Ｃ１を大きくすることができるので、これらの
寸法精度や公差の管理、これらの組立等を容易なものに
できる。

【００２６】図１１及び図１２は、段付部９２を複数段
差（図の場合は２段階差）として、更に大きな油膜によ
る動圧を発生させる例である。図示の如く、高さｈｄの
段付部９２と軸受孔内周面９１（高さ０）との中間の高
さｈｄ／２を有する中間の段付部９２′が設けられてい
る。中間の段付部９２′は、図１１においては軸受孔内
周面９１の円周方向片側にのみ設けられ、図１２におい
ては軸受孔内周面９１の円周方向両側に設けられてい
る。従って、図１１は片回転用（図の矢印方向）であ
り、図１２は両回転用である。段付部９２の各々、又
は、所定のものに中間の段付部９２′を併設することに
より、より大きな動圧が得られる。

【００２７】図１３は、段付部９２の高さｈｄ（μｍ）
と軸受負荷荷重ＦＴ（ｋｇｆ）との関係を示している。
ここで、偏心率は０．９、軸回転数は３００００ｒｐ
ｍ、通気度φ₁は５×１０^-10ｃｍ²、通気度φ₂は７
０×１０^-10ｃｍ²、ステップ数は３、半径すきまは
０．００５ｍｍ、軸受直径は５ｍｍ、軸受長さは４．５
ｍｍ、軸受厚さは４．２５ｍｍである。高さｈｄは、０
から１８０μｍまで変化させている。

【００２８】図１３において、比較のために、点線ａ及
びｂにより、従来の段付部９２のない軸受における軸受
負荷荷重を示す。特に、点線ａは通気度φ₁＝φ₂＝５
０×１０^-10ｃｍ²の場合を示し、点線ｂは通気度φ₁
＝φ₂＝７０×１０^-10ｃｍ ²の場合を示す。

【００２９】図１３から判るように、高さｈｄをある程
度以上の値とすると、発生する油膜圧力による軸を支持
する力は、破線ａで示す段付部９２のない場合よりも小
さくなってしまう。即ち、図１３から、段付部９２がな
い場合と同等の軸の支持力を得るための高さｈｄは、６
０乃至８０μｍであることが求まる。従って、段付部９
２がない場合よりも大きな軸の支持力を得るためには、
高さｈｄは、６０乃至８０μｍ以下であることが必要で
ある。

【００３０】なお、具体的には、高さｈｄは、段付部９
２の摩耗等を考慮して決定する必要があり、５μｍから
８０μｍまでの範囲において選択することが望ましい。
図１４は、段付部９２の通気度φ₁と軸受負荷荷重ＦＴ
（ｋｇｆ）との関係を示している。ここで、偏心率は
０．９、軸回転数は３００００ｒｐｍ、ステップ数は
３、通気度φ₂は５０×１０^-10ｃｍ²、高さｈｄは
０．０２ｍｍ、半径すきまは０．００５ｍｍ、軸受直径
は５ｍｍ、軸受長さは４．５ｍｍ、軸受厚さは４．２５
ｍｍである。通気度φ₁は５×１０^-10から５０×１０
^-10ｃｍ²まで変化させている。

【００３１】図１４において、比較のために、点線ｃ及
びｄにより、従来の段付部９２のない軸受における軸受
負荷荷重を示す。特に、点線ｃは通気度φ₁＝φ₂＝５
０×１０^-10ｃｍ²の場合を示し、点線ｄは通気度φ₁
＝φ₂＝７０×１０^-10ｃｍ ²の場合を示す。

【００３２】図１４から判るように、通気度φ₁を通気
度φ₂よりも小さい値とすると、発生する油膜圧力によ
る軸を支持する力は、段付部９２のない場合より大きく
なる。即ち、点線ｃとの比較から、φ₁＝約２３×１０
^-10ｃｍ²かつφ₂＝５０×１０^-10ｃｍ²のとき、φ
₁＝φ₂＝５０×１０^-10ｃｍ²の場合より大きい軸の
支持力を得ることができる。また、点線ｄとの比較か
ら、φ₁＝４０×１０^-1 ⁰ｃｍ²かつφ₂＝５０×１０
^-10ｃｍ²のとき、φ₁＝φ₂＝７０×１０^-10ｃｍ²
という大きな通気度の場合より更に大きい軸の支持力を
得ることができる。

【００３３】以上のことから、段付部９２の特に摺動面
（回転軸１３と対向する面）における通気度φ₁は、回
転軸１３及び軸受孔内周面９１における通気度φ₂より
も小さくされる。このように通気度φ₁及びφ₂を設定
した例を図１６及び図１７に示す。また、図１５は、比
較のために通気度φ₁＝φ₂の場合を示す。即ち、図１
５においてはφ₁＝φ₂＝３０×１０^-10ｃｍ²であ
り、図１６及び図１７においてはφ₁＝３×１０^-10ｃ
ｍ²かつφ₂＝３０×１０^-10ｃｍ²である。図１５、
図１６及び図１７は、各々、ステップ数が０、３及び６
の場合を示している。

【００３４】図１６及び図１７の場合、回転軸１３は段
付部９２の摺動面とは接触する可能性があるが、軸受孔
内周面９１即ち溝部の底部とは接触することはない。そ
こで、通気度φ₂を大きくすることにより、その大きさ
に応じた一定の油の吸込み／吐出しが確保でき、また、
軸受孔９０での油量も確保できる。

【００３５】段付部９２の特に摺動面においてその通気
度φ₁を小さくするためには、段付部９２の摺動面の細
孔を目つぶしするか封孔することが必要となる。この手
段として、メッキ又はコーティングにより封孔する方法
が採られる。メッキとしては、例えば、硬質クロムメッ
キが用いられる。コーティングとしては、例えば、テフ
ロンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤が用いられる。
また、焼結時のサイジングあるいはスパロール加工等に
より目つぶしする方法がある。

【００３６】図１８は、段付部９２の摺動面上に前述の
固体潤滑剤を皮膜又はコーティングして膜９３を形成し
た例を示す。この膜９３の厚さｔは、３乃至１５μｍと
され、通常は、密着強度を得るために１０μｍ程度とさ
れる。１５μｍより厚くなると膜９３がはがれ易くな
り、一方、１回のスプレーで皮膜される厚さは約３μｍ
である。

【００３７】このように、段付部９２に固体潤滑剤をコ
ーティング等した場合、この膜９３が緩衝作用をもち、
回転軸１３と焼結含油軸受９の接触による振動、ノイ
ズ、摩耗を防止することができる。また、膜９３の一部
がはがれて回転軸１３に付着したとしても、回転軸１３
と軸受孔内周面９１とが接触することはないので、回転
軸１３に付着した膜９３が軸受孔内周面９１の細孔を封
孔することはない。これは、回転軸１３に固体潤滑剤を
コーティング等した場合も同様である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型モータ用焼結含油軸受において、軸受孔内周面に実
質的に矩形状の段付部を複数個設けることにより、十分
大きな油膜の圧力を得ることができるので大きな軸受負
荷荷重を支持することができ、また、回転軸が段付部に
接触した場合でも溝部の底部の細孔が封孔されることを
防止できるので常に一定の含油の吸込み／吐出しが確保
でき、焼付きの発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】小型モータを示す図である。

【図２】焼結含油軸受の構造を示す図である。

【図３】油膜圧力分布を示す図である。

【図４】偏心の説明図である。

【図５】隙間分布を示す図である。

【図６】隙間分布を示す図である。

【図７】隙間分布を示す図である。

【図８】油膜圧力分布を示す図である。

【図９】油膜圧力分布を示す図である。

【図１０】油膜圧力分布を示す図である。

【図１１】複数段差の例を示す図である。

【図１２】複数段差の例を示す図である。

【図１３】高さと軸受負荷荷重との関係図である。

【図１４】通気度と軸受負荷荷重との関係図である。

【図１５】通気度分布を示す図である。

【図１６】通気度分布を示す図である。

【図１７】通気度分布を示す図である。

【図１８】固体潤滑剤を皮膜した例を示す図である。

【図１９】従来技術説明図である。

【図２０】他の従来技術説明図である。

【図２１】他の従来技術説明図である。

【図２２】他の従来技術説明図である。

【図２３】他の従来技術説明図である。

【図２４】更に他の従来技術説明図である。

【符号の説明】

１ハウジング２永久磁石３電機子４整流子５回転子６エンドプレート７ブラシアーム８入力端子９焼結含油軸受１１軸受保持部１３回転軸９０軸受孔９１軸受孔内周面９２段付部９３膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸（１３）と対向する軸受孔内周面
において、その円周方向に、前記回転軸（１３）と同心
円をなす摺動面を有する実質的に矩形状の段付部（９
２）を複数個設け、互いに隣接する前記段付部（９２）
とその間の前記軸受孔内周面と前記回転軸（１３）とで
囲まれる空隙を実質的に矩形状とすることを特徴とする
小型モータ用焼結含油軸受。
【請求項２】前記段付部（９２）の前記摺動面に固体
潤滑剤を皮膜することを特徴とする請求項１に記載の小
型モータ用焼結含油軸受。
【請求項３】前記段付部（９２）の前記摺動面におけ
る通気度を前記軸受孔内周面における通気度より小さく
することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の小
型モータ用焼結含油軸受。
【請求項４】前記段付部（９２）の前記摺動面の前記
軸受孔内周面からの高さを５乃至８０μｍ以下とするこ
とを特徴とする請求項１に記載の小型モータ用焼結含油
軸受。
【請求項５】前記段付部（９２）を複数段差とするこ
とを特徴とする請求項１に記載の小型モータ用焼結含油
軸受。