JPS6280242A - 銅系焼結含油スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、銅系焼結含油スラスト軸受に関するものであ
る。

（従来技術） テープレコーダーやＶＴＲのキャプスタンフライホイー
ルあるいはダイレクトドライブ型キャプスタンモーター
などにおいては、第５図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、
シャフト先端でスラスト荷重を受けることが多い。

第６図（Ａ）に示すベルト駆動型のキャプスタンにおい
ては、シャフトｌは、円筒状のメタル２゜２を固定した
ハウジング３の貫通孔内にメタル２゜２に支持され、回
転自在に取り付けられる。ハウジング３は、シャーシ４
にネジで固定される。シャフト１は、フライホイール５
に固定され、図示しないベルトで駆動される。シャフト
ｌの下端は、Ｒ型の形状を有し、スラスト軸受６で支持
される。

テープ走行時には、テープは、矢印方向にシャフト１の
上部と図示しないピンチローラとの間にはさまれ、フラ
イホイール５のベルト駆動により送られる。スラスト軸
受６にはフライホイール５等の荷重が働く。

第６図（Ｂ）に示すダイレクトドライブ型のキャプスタ
ンにおいては、シャフト２は、同様に、円筒状のメタル
１２．１２を固定したハウジング１３に回転自在に取り
付けられる。ハウジング１３は、シャーシ１４にネジで
固定される。シャフト１１の下端は、ローター１５に固
定される。シャフト１１の上端は、Ｒ型の形状を有し、
スラスト軸受１６に接する。スラスト軸受１６は、圧入
によりハウジング１３に固定される。シャーン１４にス
テーター１７を介して固定されたマグネット１８．１８
が、ローター１５と所定のエアギャップを隔てて対向す
る。

テープ走行時には、テープは、矢印方向にシャフト１１
の中央部と、図示しないピンチローラとの間にはさまれ
、マグネット１８．１８により回転駆動される。スラス
ト軸受１６には、マグネット１８．１８の吸引力が作用
する。

（発明の解決すべき問題点） 一般にキヤプスタン軸１．ｌ！のスラスト荷重は、第７
図に示すように、シャフト先端のＲ部と表面がフラット
な潤滑性のある樹脂、例えば、ナイロンやポリアセクー
ルの［６，１６で受けることか多い。このとき、シャフ
トのスラスト方向にはフライホイールやローターの自重
あるいはマグネット吸引力が働き、その大きさが数百グ
ラムから１〜２キログラムに至るときもある。このよう
に荷重が大きいと、しばしば樹脂の摩耗を招き、スラス
ト方向のエアギャップが変化するなどの支障を来す。

樹脂にグラファイトなどの固体潤滑剤を含有させたりす
ることらあるか、摩耗を防ぐことは困難である。

一方、硬くて、かつ、潤滑性のある材料、例えば、セラ
ミックなどをスラスト軸受材として使用すると、スラス
ト軸受材の摩耗はおこらないが、逆に、シャフト先端の
Ｒ部が摩耗をおこし、却って、悪い結果を招くことにな
る。

このように、シャフト先端のＲ部を受けるスラスト軸受
は、硬くても、軟らかすぎても、良い結果を示さない。

つまり、既成の材料では、シャフトあるいはスラスト軸
受のいずれら摩耗を最小に抑えることはむづかしい。従
って、スラスト軸受に適した材料の開発が要請されるに
至った。

本発明の目的は、潤滑性にすぐれ、耐摩耗性にとみ、相
手材のシャフトを傷つけたり、摩耗させたりすることの
ない高負荷用のスラスト軸受を堤供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る銅系焼結含油スラスト軸受は、２〜ｌ０ｖ
ｏｌ％の周期表第ＩＶ〜ＶＩ族元素の炭化物の粉末、２
〜１０ｖｏｌ％の固体潤滑剤粉末および残部の銅系焼結
含油軸受材の粉末を焼結し、且つ、含油してなる。

銅系焼結含油軸受材の粉末の組成は、ＪＩＳ［３Ｋ１５
８１　５ＢＫＩ種（青銅系）および２種（鉛青銅系）に
規定されたものに限らず、広く銅系焼結材からなじみ性
および潤滑性を考慮して選べばよい。また、固体潤滑剤
としては、グラファイト、二硫化モリブデン等か使用さ
れる。

（作　用） 周期表第ＩＶ〜ＶＩ族元索の炭化物は、銅系焼結含油ス
ラスト軸受の耐摩耗性を改善する。また、固体潤滑剤は
、スラスト軸受の潤滑性を改善する。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明者等は、銅系焼結含油軸受材に使用される粉末の
焼結、含油により作製したスラスト軸受は、樹脂に比べ
て摩耗が少なく、また、セラミックに比べてシャフト先
端を摩耗させないと予想した。この銅系焼結含油スラス
ト軸受の成分は、ＪＩｓ　Ｋ１５８１　５ＢＫ１種（青
銅系）および２種（鉛青銅系）に規定されたものに限ら
ず、広く銅系焼結材からなじみ性および潤滑性を考慮し
て選べばよい。

スラスト軸受材に含まれる油は、シャフトとスラスト軸
受の潤滑に寄与するしのであるが、両者の間に油膜を形
成する完全（流体）潤滑は期待できず、境界潤滑となる
。したがって、これを補うために、固体潤滑剤（たとえ
ば、グラファイト、二硫化モリブデン）の添加が必要と
なる。

グラファイトまたは二硫化モリブデンを添加した銅系焼
結含油材からなるスラスト軸受は、低負荷、つまり、数
百グラム以下の負荷に対しては、樹脂材に比し耐摩耗性
において著しい改良が認められた。

しかし、負荷が大きくなると、スラスト軸受の摩耗が大
きくなり、使用に耐えられなくなった。

そこで、スラスト軸受の耐摩耗性を改良するために、周
期表の第ＩＶ〜ＶＩ族に属する元素の炭化物を銅系焼結
含油材に添加した所、以下に説明するように、耐摩耗性
について著しい改善がされることを見出した。

スラスト軸受の作製は、次のように行った。Ｓｎ粉末１
０ｗｔ％、グラファイト粉末３ｗｔ％、ＷＣ粉末ｌ０ｗ
ｔ％（５，４ｖｏｌ％）およびＣｕ粉末残部なる組成を
もつ混合粉をφ１１．３Ｘ１０　のタブレット形に圧縮
成形した。これを水素ガス雰囲気中で７００℃で３０分
焼結した後、減圧下にてＩＳＯＶＧ２２０相当の鉱油を
含浸させた。このとき、含油率は１８ｖｏｌ％になった
。（なお、銅系焼結含油スラスト軸受の製造は、他の方
法を用いてもよい。）この焼結含油スラスト軸受に、第
６図に示すごとく、ステンレス５ＵＳ４２０Ｊ２からな
るφ３のシャフト先端Ｒ部を通じて２ｋｇの荷重をかけ
、シャフトの回転数を９０　Ｏｒｐｍとして、１０００
時間のランニングテストを実施した。

第２図に示すように、摩耗量は、はじめ急に増加した後
、約５００時間後はほぼ一定になった。

これは、シャフト先端とスラスト軸受との摩擦により両
者のなじみがよくなり、摩擦がしだいに軽減され、両者
が十分になじむと、定常状聾になることを示す。比較材
として、ＷＣおよびＣ（グラファイト）を含有さけずに
同様に作製した銅系焼結含油軸受および現在一般に使用
されているポリアセタール樹脂を用いたスラスト軸受に
ついて、同様なランニングテストを行った。

その結果、５００時間経過時において比較すると、表に
示すように、本発明品は、ＷＣおよびＣを含有しない銅
系焼結含油スラスト軸受に比し、耐摩耗性に関して著し
い改善がみられた。

表 第１図に、ＷＣ添加量を変化させたときのスラスト軸受
の摩耗量の変化を示す。炭化物の含有量がｌｏｖｏｌ％
を越えて多くなると、急速にスラスト軸受の摩耗が進行
する。これは、スラスト軸受が硬くなりすぎたために、
シャフトが摩耗しはじめ、その影響でスラスト軸受の方
も摩耗したものである。一方、炭化物が約２ｖ０１％よ
り少なくなると、炭化物を含まないものと同様にスラス
ト軸受の摩耗か大きくなる。したがって、ＷＣの含有量
は、２ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下の範囲内が好まし
い。

添加物として、ＷＣ以外の周期表第ＩＶ〜ＶＩ族元素の
炭化物（代表的なものとしては、ＴｉＣ，ＶＣ。

ＣｒＪＣｔ、ＮｂＣ，Ｍｏ、Ｃ，ＨｒＣ，ＴａＣなど）
を用いた場合も、同様に耐摩耗性が改善され、また、そ
の効果には、いずれも大きな差が認められなかった。

第３図（Ａ）〜（Ｄ］こ、銅系焼結含油材にそれぞれ周
期表第ＩＶ〜ＶＩ族元素の炭化物ＷＣ，’１’ｉＣ。

ＭｏＣ，ＴａＣを添加したものについての圧環強さを示
す。添加量が１０ｖｏｌ％以下であれば、圧環強さ１５
ｋｇ／ｍｍ２以上を確保できる。圧環強さは、円筒状焼
結含油軸受の一種の曲げ強度を表わす量である。（ＪＩ
ＳＢＩ５８１では、銅系焼結含油軸受は、含油率１８５
以上で圧環強さ１５ｋｇ／ｍｍ”以上と規定されている
。）銅系焼結含油材は、炭化物量が増すにつれ、硬くは
なるが、もろくなるので、圧環強さは低下する。炭化物
添加量がｌｏｖｏｌ％で、圧環強さは、炭化物の種類に
よらず、はとんど同じ値であり、ｌ　５　ｋｇ／ｎ＋ｎ
＋２よりやや大きい。したがって、炭化物の含有量は、
１０　ｖｏｌ％以下であることが好ましい。

第４図に示すように、固体潤滑剤としてのグラファイト
の含有量が２ｖｏｌ％より少ないと、炭化物の含有量に
よって程度は異なるが、シャフトの摩耗をおこしやすく
なる。一方、グラファイトの含有量が増加するにつれて
、圧環強さが低下し、１０ｖｏｌ％を越えると１５ｋｇ
／ｍｍ”を確保できなくなるとともに、強度低下に起因
するスラスト軸受の摩耗が大きくなる。よって、グラフ
ァイトの含有量は、２〜ｌ０ｖｏｌ％が好ましい。

以上のように、銅系焼結含油材に周期表第ＩＶ〜ＶＩ族
元素の炭化物を２ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下含有す
ることにより銅系焼結含油スラスト軸受の耐摩耗性が改
善される。

これらの炭化物は、ビッカース硬度１８００ｋｇ／ｍｍ
”以上の硬さをもち、銅系焼結含油材の中に微細に分散
する。したがって、スラスト軸受は、適当な組成におい
て、 ■マトリックスを構成する銅系焼結材のシャフトとのな
じみ性および潤滑性、 ■含浸された油による潤滑性、 ■グラファイト（固体潤滑材）の固体潤滑性、■硬い周
期表第ＩＶ〜ＶＩ族元木炭化物のマトリックス中への分
散による耐摩耗性、 のいずれをも発揮し、耐摩耗性と潤滑性との両者ともす
ぐれている。

以上に説明したスラスト軸受は、第６図（Ａ）。

（Ｂ）に示した構成のキャプスタンに使用できる。

ただし、第６図（Ｂ）に示した構成においては、スラス
ト軸受１６をネジ化めする場合は、第５図に示すように
、銅系焼結含油材１６°を、側面にネジ加工した、樹脂
等の支持材１６”に埋め込み、支持材１６“をネジで固
定する。

（発明の効果） 本発明によれば、シャフトとのなじみがよく、したがっ
て、シャフトを傷つけたり、摩耗させたりすることなく
、また、自らも摩耗しにくいスラスト荷重受用焼結含油
スラスト軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＷＣを添加した銅系焼結含油スラスト軸受の耐
摩耗量をＷＣ添加量に対して示すグラフである。 第２図はＷＣを添加した銅系焼結含油スラスト軸受の耐
摩耗量のランニング特性を示すグラフである。 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれＷＣ，ＴｉＣｌＭｏ
Ｃ，ＴａＣを添加した銅系焼結含油材の圧環強さのグラ
フである。 第４図はグラファイトを添加した銅系焼結含油スラスト
軸受の耐摩耗量をグラファイト添加量に対して示すグラ
フである。 第５図はスラスト軸受の一例の断面図である。 第６図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれキャプスタンシャフ
トとスラスト軸受の配置を示す断面図である。 第７図は、シャフト先端とスラスト軸受との接触部分の
拡大断面図である。 １・・・キャプスタンのシャフト、 ６・・・スラスト軸受、 １１・・・キャプスタンのシャフト、 １６・・・スラスト軸受。 特許出願人　　　　日本科学冶金株式会社代　　理　　
人　弁理士　前出　　葆ばか２名１１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２〜１０ｖｏｌ％の周期表第IV〜VI族元素の炭化
   物の粉末、２〜１０ｖｏｌ％の固体潤滑剤粉末および残
   部の銅系焼結含油軸受材の粉末を焼結し、且つ、含油し
   てなる銅系焼結含油スラスト軸受。