JPH09112560A

JPH09112560A - 焼結含油軸受

Info

Publication number: JPH09112560A
Application number: JP7273173A
Authority: JP
Inventors: Natsuhiko Mori; 夏比古森; Yasuhiro Yamamoto; 康裕山本; Yasutaka Ito; 容敬伊藤; Toshihiko Tanaka; 敏彦田中
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】焼結含油軸受の油の飛散を防止して軸受寿命
を増大すること。【解決手段】焼結含油軸受４の軸受孔４ａの内周面の
一部に、回転軸３を支持する軸受面９を形成する。軸受
面９から軸受孔４ａの端に至る部分を、テーパ角度θが
２゜〜１０゜で、かつ、軸受面９の軸方向幅の少なくと
も１／３以上の幅で延在した拡径部とする。軸受面９か
ら滲出した油を、拡径部１０内に貯溜する。回転軸３の
ホワール対策として、軸受面９に、軸方向に延在する溝
を複数設け、軸受面９の形状を周方向に凹凸を繰り返す
ステップ状とする。また回転精度を安定させるために、
ステップ状の軸受面の表面開孔率を、凸部で大きく凹部
で小さくすることができる。この場合、表面積比では、
凸部表面で３〜１５％、凹部表面で０〜１０％の開孔率
の範囲内にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不安定な振動を起
こし易いスピンドル、例えば軸姿勢が縦向きであるレー
ザビームプリンタやデジタルコピー等に用いられるスキ
ャナモータ等のスピンドルの軸受として好適な焼結含油
軸受に係り、特に軸受孔内に軸受面に隣接して油溜用の
拡径部を形成した焼結含油軸受に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタやデジタルコピー
等に用いられるスキャナモータは、最近、より高速化・
小型化される傾向にあり、例えば、レーザビームプリン
タでは回転数を毎分１万回転以上にする必要がある。一
方、低コスト化の要望も強く、例えば転がり軸受等に比
べて安価な焼結含油軸受の適用が検討されている。図１
（ｂ）は従来の焼結含油軸受の一例であって、３…回転
軸、４’’…焼結含油軸受、５…ハウジングである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高速で回転する回転軸
の軸受として、図１（ｂ）のような軸受孔が通常の円筒
形状の焼結含油軸受４’’を用いると、高速回転による
軸受面から回転軸３側への油の引き込み作用と、摩擦発
熱による油の熱膨張とによって、含浸された油が軸受隙
間内に過剰に供給され、軸受面の両側に溢れ出す。溢れ
出した油のごく一部は、軸受端に形成されたチャンファ
部７から浸透回収されるが、大部分の油は回転軸３に付
着したままチャンファ部７を通り過ぎ、遠心力によって
外側に飛散してしまう。従って、通常の焼結含油軸受
４’’を高速回転するモータに使用すると、焼結含油軸
受４’’に含浸された油が比較的短期間のうちに飛散し
て枯渇してしまい、軸受寿命が極めて短くなる。また周
囲を飛散した油で汚染することになる。

【０００４】別の課題として、通常の焼結含油軸受は内
径形状が真円であるが、このような真円軸受を用いる
と、レーザービームプリンタでは軸姿勢が通常縦向きで
ラジアル荷重が加わらないので、一般にホワールと呼ば
れる振れ回り現象が特に発生しやすく、安定した回転精
度が得られない。図６に示すのは、図４で概略を示すレ
ーザビームプリンタモータ実機で計測した試験結果であ
り、真円の焼結含油軸受では回転周波数の１／２の周波
数にピークを持つ振れ回り現象（ホワール）が発生して
おり、軸心軌跡（リサージュ図形）が安定していないこ
とが分かる。なお図４で、１…ロータ、６…スラスト軸
受、８…非接触変位計である。

【０００５】この課題に対処するため、実公昭４７−３
６７３９号、特開平５−１８０２２９号などでいわゆる
レーリーステップ軸受が提案されている。この軸受は、
軸受孔内周面に軸方向に延びる複数の溝（凹部）を円周
方向等配位置に形成したもので、回転精度を向上させる
ために必要に応じて軸受面となる凸部の開孔率を他の部
分よりも小さくすることが提案されている。

【０００６】しかし、上記実機モータで試験を行ったと
ころ、凸部と凹部の開孔率をほぼ同じに仕上げたもので
は、軸振れが大きくレーザビームプリンタに要求される
仕様を満足しなかった。また、凸部の開孔率を他の部分
よりも小さく仕上げたものでは、図７に示すように軸振
れがさらに大きくなると共に、軸心軌跡（リサージュ図
形）が全く不安定なものとなり、回転精度の安定した軸
受は得られなかった。これらの原因は、凸部で油膜が形
成される前に、凹部の開孔部から油が軸受内部に浸透流
入してしまうことが主な原因であると推察される。すな
わち、レーリーステップ軸受における凹部は油溜として
の機能があり、凹部に潤沢に貯溜された油が回転軸の回
転に伴って軸受隙間の狭い凸部上に引き込まれることに
よって動圧作用が発生し、回転軸を安定に支承する仕組
みになっているが、先願で提案された前記軸受では、油
の浸透のため凹部が油溜として機能せず、そのため凸部
上において充分な油膜が形成できず、安定した回転精度
が得られないのである。本発明の目的は、軸受孔端部か
らの油の飛散を防止して軸受寿命を増大し、かつ、軸振
れのない安定した回転精度を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明の焼結含油軸受は、焼結合金により多孔質体に形
成されると共に潤滑油が含浸された焼結含油軸受におい
て、軸受孔の内周面の一部に回転軸を支持する軸受面を
形成すると共に、該軸受面から軸受孔の一端又は両端に
至る部分を、テーパ角度が２゜〜１０゜で、かつ、前記
軸受面の軸方向幅の１／３以上の幅で延在した拡径部と
した。

【０００８】このような焼結含油軸受では、拡径部によ
って充分な量の油が保持可能なため、軸受面から滲出し
た油はこの拡径部内で一時貯留され、かつ、回転軸を介
しての油の周囲飛散は拡径部の毛細管現象による油の引
き止め作用にて防止される。油は一時貯溜されている間
に周囲との広い接触面積を介して自然冷却により減容さ
れ、その後拡径部内周面から浸透吸収されて軸受内部に
戻され、軸受面からの吸引作用により再び軸受面に循環
滲出して回転軸を潤滑する。従って、油が飛散せず潤滑
不良とならないので軸受が長寿命となり、周囲の油汚染
も生じない。

【０００９】本発明はまた、ホワール対策として焼結含
油軸受の軸受面に軸方向に延在する溝（凹部）を複数設
け、軸受面の形状を周方向に凹凸を繰り返すステップ状
とすることができる。このように内周面をステップ状と
することで、動圧作用が発生する。この動圧作用によっ
て、ホワールに代表される不安定振動を抑制することが
できる。

【００１０】このステップ状の軸受面の表面開孔率は、
回転精度を向上させるため、凸部で大きく凹部で小さく
し、表面積比では、凸部表面で３〜１５％、凹部表面で
０〜１０％の開孔率の範囲内にすることが好ましい。す
なわち、この場合は凹部が油溜として機能し、凹部に充
分に保持された油が軸受隙間の狭い凸部と回転軸との間
に引き込まれるため、所望の動圧作用が発揮されて、軸
振れが抑えられ軸心軌跡（リサージュ図形）も安定した
ものとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１（ａ）に本発明の焼結含油軸受
４の一実施形態を示す。この焼結含油軸受４には、軸受
孔４ａの上下方向中央部に環状の軸受面９を形成し、こ
の軸受面９の上下両側に、テーパ角度θ＝３゜の傾きで
漸次拡径して軸受孔４ａの上下両端に至る拡径部１０を
形成している。軸受面９には、少なくとも３本以上の軸
方向溝を周方向等配位置に形成している。その結果、図
２（ａ）（ｂ）に示すように、軸受面９に円弧面の凹部
４ｂと凸部４ｃが円周方向に交互に並ぶ。回転軸３と凸
部４ｃとの間には適度な隙間Ｃ１があり、その隙間Ｃ１
と軸径Ｒとの比は、Ｃ１／Ｒ＝２／１００００〜５００
／１００００の範囲内にある。また回転軸３と凹部４ｂ
との軸受隙間Ｃ２と上記Ｃ１との比は、Ｃ２／Ｃ１＝
１．２〜５．０の範囲内にある。軸受面９の開孔率は、
凸部４ｃよりも凹部４ｂの方を小さくし、凸部４ｃでは
開孔率３〜１５％、凹部４ｂでは開孔率０〜１０％の範
囲が望ましい。

【００１２】このような構成とすると、図１（ａ）のよ
うに回転軸３の回転中、軸受面９の軸受隙間Ｃ２に滲出
した潤滑油が軸受隙間Ｃ２内から溢れ出しても、拡径部
１０内周面から再び軸受４内部に浸透回収され、再び軸
受面９に滲出循環するようになる。拡径部１０は油溜と
して比較的余裕があり、かつ、毛細管現象を生じる程度
の小さな隙間なので、軸受面９から滲出した油が油溜に
一時的に貯溜されると共に、毛細管現象により外部に飛
散するのが引き止められる。このため油の飛散が防止さ
れ、油の飛散枯渇による潤滑不良が起こらず、軸受４が
長寿命となる。また油の飛散によって周囲を汚染するこ
ともなくなる。

【００１３】この拡径部１０のテーパ角度θは２〜１０
゜が望ましい。テーパ角度θが２゜以下では、拡径部１
０内周面と回転軸３との間の隙間が小さくなり、回転軸
３の回転に伴う引き込み作用が生じて油が滲出してしま
い、油を回収する機能が損われる。またテーパ角度θが
１０゜以上では回転軸３周りの隙間が大きくなり過ぎて
毛細管現象が働かず、溢れ出した油が拡径部１０を通り
過ぎて回転軸３に伝わって漏れ出し、遠心力によって飛
散してしまう。

【００１４】拡径部１０の軸方向幅Ｂは、少なくとも軸
受面９の軸方向幅Ｄの１／３以上は必要である。軸受機
能からの軸方向幅Ｂの上限は特になく、軸受４を収納す
る箇所の寸法が許す限り長い方が良い。拡径部１０の長
さが軸受面の１／３以下であると、油を貯溜できる空間
が小さくなり過ぎ、拡径部１０からさらに油が溢れ出し
てしまう場合がある。

【００１５】拡径部１０は、必ずしも軸受４の上下両端
に形成する必要はなく、例えば回転軸３を上下一対の軸
受４で支持する構成においては、各軸受の外側すなわち
上側軸受の上端と下側軸受の下端に臨んで拡径する拡径
部１０を一つずつ形成してもよい。また、このように片
側だけに拡径部１０を形成する場合、軸受面９は必ずし
も軸受孔４ａの上下方向中央部に形成する必要はなく、
拡径部１０と反対側の端部に寄せて形成してもよい。

【００１６】本実施形態の軸受４は、前述した油の飛散
防止対策の他に、軸受面９に動圧発生用の軸方向溝を形
成しているのでホワールを抑制することができる。ま
た、これに加えて、凸部４ｃよりも凹部４ｂの表面開孔
率を小さくしているので、図３（ａ）のように、凹部４
ｂから軸受４内部に浸透して逃げ込む油が少なくなり、
凹部４ｂが油溜として有効に機能し、凹部４ｂに溜まっ
た油が軸受４の回転に伴って回転軸３と凸部４ｃとの間
の狭い領域に引き込まれるため、より動圧が発生しやす
く、回転軸３を安定的に支持することができる。但し、
凸部４ｃの開孔率が１５％を上回ると、凸部４ｃ表面か
ら軸受４内部に逃げ込んでしまう油が多くなってしまっ
て動圧発生が減じられ、回転軸３を安定的に支持するこ
とはできない。また凸部４ｃの開孔率が３％を下回る
と、回転停止時に回転軸３と凸部４ｃ表面が接している
ので、起動時の油の供給が瞬時に行われず、起動トルク
が大きくなり、且つ、摩耗の原因となる。従って、凸部
４ｃの開孔率は３〜１５％が好ましい。

【００１７】一方、凹部４ｂの開孔率を１０％以上とす
ると、図３（ｂ）に示すように油が凹部４ｂから軸受
４’内に逃げてしまうので上記したような油溜としての
機能が発揮されず好ましくない。また凹部４ｂの開孔率
は、最低は０でも構わない。

【００１８】この実施形態の焼結含油軸受４を組み込ん
だレーザビームプリンタのスキャナモータ実機（図４に
示すものと同様の構成）を用いて測定した結果を図５に
示す。図６および図７に比べて、軸振れが小さくリサー
ジュ図形が安定しており｛図５（ｂ）｝、周波数分析の
結果も回転数成分とその高周波成分しかなく、ホワール
の発生は見られなかった｛図５（ｃ）｝。これは、回転
軸３の外周面と軸受面である凸部４ｃの表面との間に油
膜が形成され、動圧発生により回転軸３が安定して支持
されていることを示している。

【００１９】図８に示す実施形態は、凹部４ｂを表面開
孔率の異なる２つの領域４ｂ１、４ｂ２に分けたもので
ある。回転軸３の回転方向Ａに対して、領域４ｂ１は回
転側に位置し、領域４ｂ２は反回転側に位置し、かつ、
領域４ｂ１の表面開孔率が領域４ｂ２の表面開孔率より
も小さくなっている。したがって、表面開孔率の大きさ
は、凸部４ｃ〉領域４ｂ２〉４ｂ１の順になる。表面開
孔率は、凹部４ｂの領域４ｂ１が表面積比で０〜５％、
領域４ｂ２が表面積比で３〜１０％、凸部４ｃが表面積
比で３〜１５％の範囲内とするのが望ましい。領域４ｂ
１および領域４ｂ２の円周方向幅は、回転軸３の回転に
伴って流れる潤滑油Ｓが衝突する領域を領域４ｂ１と
し、残りの領域を領域４ｂ２として設定する。このよう
な領域４ｂ１の円周方向幅は、使用条件、使用潤滑油の
特性等を考慮して設定するが、一般的には、凹部４ｂの
全円周方向幅に対して、領域４ｂ１の円周方向幅を３０
〜９０％、領域４ｂ２の円周方向幅を１０〜７０％とす
るのが望ましい。

【００２０】この実施形態の焼結含油軸受４は、凹部４
ｂ（領域４ｂ１、領域４ｂ２）と凸部４ｃの表面開孔率
が上記のように設定されているので、回転軸３の回転時
（同図に示すＡ方向）、軸受内部から領域４ｂ２の開孔
を介して潤滑油Ｓが滲み出やすく、しかも、この滲み出
した潤滑油Ｓが領域４ｂ１に溜まって油溜まりが形成さ
れる。そのため、凹部４ｂが油溜まりとして、より一層
有効に機能する。

【００２１】

【発明の効果】

（１）軸受が長寿命である。軸受面から溢れ出した油が拡径部で一時貯溜され、冷却
減容積され、拡径部内周面から浸透回収され、再び軸受
面へ循環滲出されるので、油の早期枯渇が生じず、長寿
命の軸受とすることができる。（２）油で周囲を汚染しない。軸受面から溢れ出した油が拡径部に一時貯溜される、回
転軸を介しての周囲飛散が拡径部の毛細管現象にて引き
止められるので、周囲に油が飛散しない。（３）ホワールに代表される不安定振動が起こらない。軸方向に延在する溝を軸受面に複数形成し、前記軸受面
の形状を周方向に凹凸を繰り返すステップ状としたの
で、凸部と回転軸との間で動圧を発生させることがで
き、ホワールを抑制することができる。（４）回転精度が高い。凹部が油溜として機能し、凹部に充分に保持された油が
軸受隙間の狭い凸部と回転軸との間に引き込まれるた
め、本来目的としていた動圧がよりよく発揮され、軸振
れが抑えられ軸心軌跡（リサージュ図形）も安定したも
のとなる。

【００２２】また、軸受面となる凸部の表面開孔率を凹
部の表面開孔率よりも小さくしたので、回転軸の回転
時、凹部の表面開孔から軸受内部に逃げ込んでしまう潤
滑油が少なくなり、凹部が油溜まりとして有効に機能す
る。そのため、凹部に保持された潤沢な潤滑油が凸部と
回転軸との間の狭い領域（軸受隙間）に引き込まれて一
層動圧が発生しやすく、これにより、回転軸を安定して
支持することができる。また、凸部表面には最小限度の
開孔が確保されているので、起動時、軸受内部の潤滑油
が瞬時にして軸受面に供給されるので、起動トルクが小
さく、摩耗も少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る焼結含油軸
受の軸を含む縦断面図、（ｂ）は従来の焼結含油軸受の
軸を含む縦断面図。

【図２】（ａ）は本発明の焼結含油軸受の縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視断面図。

【図３】（ａ）本発明の焼結含油軸受における凹部と凸
部の周辺部における潤滑油の流れを模式的に示す部分断
面図、（ｂ）従来の焼結含油軸受における凹部と凸部の
周辺部における潤滑油の流れを模式的に示す図である。

【図４】スキャナモータの一般的構成を示す縦断面図で
ある。

【図５】実施形態に係わる焼結含油軸受を組み込んだス
キャナモータ実機を用いて測定した結果を示す図であ
る。

【図６】従来の焼結含油軸受を組み込んだスキャナモー
タ実機を用いて測定した結果を示す図である。

【図７】従来の焼結含油軸受を組み込んだスキャナモー
タ実機を用いて測定した結果を示す図である。

【図８】他の実施形態に係わる焼結含油軸受の凹部と凸
部の周辺部を示す拡大断面図（図ａ）、凹部と凸部の周
辺部における潤滑油の流れを模式的に示す図（図ｂ）で
ある。

【符号の説明】

３回転軸４焼結含油軸受４ａ軸受孔４ｂ凹部４ｃ凸部９軸受面１０拡径部 θ テーパ角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結合金により多孔質体に形成されると
共に潤滑油が含浸された焼結含油軸受において、軸受孔
の内周面の一部に回転軸を支持する軸受面を形成すると
共に、該軸受面から軸受孔の一端又は両端に至る部分
を、テーパ角度が２゜〜１０゜で、かつ、前記軸受面の
軸方向幅の１／３以上の幅で延在した拡径部としたこと
を特徴とする焼結含油軸受。
【請求項２】前記焼結含油軸受の軸受面に、軸方向に
延在する溝を複数設け、前記軸受面の形状を周方向に凹
凸を繰り返すステップ状としたことを特徴とする請求項
１記載の焼結含油軸受。
【請求項３】前記ステップ状の軸受面の表面開孔率
を、凸部で大きく凹部で小さくし、表面積比では、凸部
表面で３〜１５％、凹部表面で０〜１０％の開孔率の範
囲内にしたことを特徴とする請求項２記載の焼結含油軸
受。