JP2009216174A - 焼結含油軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な通電特性を安定して発揮することのできる焼結含油軸受を提供する。
【解決手段】焼結含油軸受１の内周面には、相対回転に伴い軸２との間に潤滑油の油膜６を形成する油膜形成面４と、油膜形成面４より小径でかつ軸２よりも大径の突起部５とが設けられている。ここで、突起部５の内接円半径は、上記寸法関係を満たし、かつ、油膜６の形成時、突起部５に軸２が接触する大きさに設定されている。これにより、油膜の形成時においても、軸２と焼結含油軸受１とが通電状態となる。
【選択図】図３

Description

本発明は焼結含油軸受に関し、詳しくは、通電性が要求される部位、例えば電子画像形成装置等の事務機に装備される軸支持部等に好適に使用可能な焼結含油軸受に関する。

周知のように、銅や鉄等からなる焼結金属の多孔質体に潤滑油を含浸させてなる焼結含
油軸受は、これに相対回転可能に支持された軸等との間の軸受隙間に油膜が形成されるこ
とにより良好なすべり特性が得られる等の理由から、種々の分野における回転支持部に使用されるに到っている。

その使用の一例として、通電性が必要とされる箇所、例えば電子画像形成装置（複写機やプリンタなど）の現像部に装着されるローラの支持部に、この種の焼結含油軸受が使用される場合を挙げることができる。この場合、焼結含油軸受の内周に挿通された軸に所要の電荷が給電され、その電荷が、軸から油膜及び焼結含油軸受を介してその外周側の帯電ローラに導通される必要がある。

また、他の使用例として、この種の焼結含油軸受を、静電気が問題となる機器或いは装
置における回転体の支持部に使用する場合には、当該機器等を損傷させる原因となる静電
気の帯電の放置を防止すべく、その回転体の周辺で発生する静電気を、焼結含油軸受を含
む経路を通じて逃がすことが必要となる。

ここで、例えば下記特許文献１には、焼結含油軸受に含浸される潤滑油に導電性物質を配合し、これにより、焼結含油軸受と軸との間に形成される軸受隙間を、油膜（正確には油膜中の導電性物質）を介して導電状態とすることが開示されている。また、同文献には、上記導電性物質として、カーボンブラック、黒鉛、銅粉などを用いる旨が開示されている。

あるいは、下記特許文献２には、導電性物質の凝集を避けるために、導電性物質を分散させる分散剤を潤滑油に配合したものが開示されている。
特開２００３−１２０６７３号公報 特開２００７−２４７８１０号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、潤滑油に導電性物質を配合しただけでは、焼結含油軸受と軸との間での通電性は十分とはいえず、特に軸の相対回転に伴い油膜が形成されている場合、通電が安定しない。そのため、例えば軸に金属部品を接触させてアースをとる必要が生じる。

上記特許文献２では、導電性物質の凝集を避けて安定した導電性を潤滑油に付与するために、導電性物質を分散させる分散剤を潤滑油に配合しているが、油膜を介して軸と焼結含油軸受との間を通電させることには変わりない。そのため、油膜形成時における通電状態は安定せず、静電気などの不要な帯電等を確実に防止することが難しい。

以上の事情に鑑み、本発明では、良好な通電特性を安定して発揮することのできる焼結含油軸受を提供することを技術的課題とする。

前記課題の解決は、本発明の一の側面に係る焼結含油軸受によって達成される。すなわち、この焼結含油軸受は、金属粉末の焼結により形成される多孔質体でその内部気孔に潤滑流体を含浸させたものであって、内周に挿入された軸を相対回転支持する焼結含油軸受において、内周面には、相対回転に伴い軸との間に潤滑流体の膜を形成する流体膜形成面と、流体膜形成面より小径でかつ軸よりも大径の突起部とが設けられ、突起部の内径が、流体膜の形成時、突起部に軸が接触する大きさに設定されている点をもって特徴づけられる。

上記構成によれば、軸の相対回転時、流体膜形成面と軸との間に潤滑流体の膜を形成して当該流体膜により軸を回転支持する一方、焼結含油軸受の内周面に設けた突起部を軸に接触させ、当該接触部分を介して通電状態が維持される。そのため、良好な軸受性能を発揮しつつも、軸と軸受とを部分的かつ積極的に接触させることで安定した通電状態を得ることができる。なお、突起部の内径を軸よりも大径としたのは、少なくとも非回転時においては突起部と軸との接触を確実に回避して、軸の回転を阻害しないようにするためである。

また、経済的な側面からその作用を述べると、焼結含油軸受と軸とが接触することで常に通電状態となるため、アースをとるための金属部品が不要となる。また、軸受に含浸させる潤滑流体を通電させるための特別な組成とする必要もないので、汎用の安価な潤滑流体（油、グリース等）を使用することができる。

ここで、突起部としては、上記寸法関係および接触態様を満たす限りにおいて任意の構造が採用可能であるが、滑り軸受としての機能を考慮した場合、以下の条件を満たすものが好適である。すなわち、積極的に軸と接触させる必要がある一方で、摩耗により突起部が過度に低くなるのを防止するために所定の接触面積を確保する必要がある。かかる観点から、例えば凸条をなす突起部を好適な形状の一例として挙げることができる。また、この種の軸受においては、円周方向に回転し潤滑流体を支持部に引き込むことで流体膜が形成されることから、突起部において流体膜の形成を回避するためには、突起部の円周方向幅はなるべく小さいことが好ましい。かかる観点から、例えば軸方向に伸びる突起部を好適な形状の一例として挙げることができる。

また、突起部の高さに関し、その下限値は、その機能上、少なくとも軸と流体膜形成面との間に形成される流体膜の厚みと同等であることが望ましい。一方、上限値に関しては、油膜形成時における軸の円滑な回転を阻害しない程度の大きさであることが望ましい。具体的に、この種の焼結含油軸受であれば、軸受のサイズ等にもよるが、３０μｍを上回らないように突起部の高さを設定するのが望ましい。

また、突起部は複数箇所に分散して形成するようにしてもよい。このようにすれば、個々の突起部が受ける接触面積を低減して継続使用による摩耗を小さく抑えることができる。また、円周方向の複数箇所にわたって形成するようにすれば、取り付け方向を気にせずに焼結含油軸受を例えば軸受固定側に取付けた場合であっても、上記作用を安定して発揮することができる。

また、軸と軸受の突起部とを常に接触させることから、耐摩耗性を考慮して、焼結含油軸受の組成を決定する必要があるところ、例えばＣｕを主成分とする金属粉末を挙げることができる。同様の観点から、既知の固定潤滑剤を添加することも可能である。特に、突起部を凸条として接触面圧を低減した場合には、高硬度化を図るよりも、上記の如き組成とすることで摺動性を高めて効果的に摩耗低減を図ることができる。

また、流体膜形成面の表面開孔率は、突起部の表面開孔率よりも小さいことが好ましい。上記の通り、流体膜形成面は軸との間に油膜を形成する関係上、潤滑油を極力当該面上に留めておく必要があり、一方で、突起部は軸との接触を図る構造上、潤滑油を突起部の内部（気孔）に逃がして極力油膜の形成を回避する必要があることによる。

以上の説明に係る焼結含油軸受は、回転支持すべき軸との間で良好な通電特性を安定して発揮し得るものであることから、通電性が要求される部位を有する機器、例えばプリンタや複写機、ファクシミリなどに代表される事務機器に好適に組み込んで使用することができる。

以上より、本発明によれば、良好な通電特性を安定して発揮することのできる焼結含油軸受を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受１の縦断面図を示しており、図２は、当該焼結含油軸受１の横断面図を示している。図１および図２に示すように、この焼結含油軸受１は略円筒状をなし、焼結金属の多孔質体で形成されており、その内部気孔には、潤滑流体としての潤滑油が含浸されている。そして、焼結含油軸受１の内周に配設された軸２の相対回転に伴い、焼結含油軸受１の内部に含浸させた潤滑油の滲み出しにより軸２との間に潤滑油の油膜を形成することで、軸２が油膜を介して相対回転自在に支持される。

焼結含油軸受１の内周面３には、軸２の相対回転時、半径方向に対峙する軸２の外周面との間に潤滑油の油膜を形成するための油膜形成面４が設けられると共に、１又は複数の突起部５が設けられる。ここで、図１に示すように、突起部５は凸条をなし、また、焼結含油軸受１の軸線方向に沿って伸びるように配設されている。また、この図示例では、図２に示すように、３本の突起部５は円周方向等間隔に配設されており、これにより、油膜形成面４が突起部５により部分円筒面状に３分割されている。

ここで、突起部５の高さ（内径寸法）に関して述べると、突起部５は油膜形成面４より小径でかつ軸２よりも大径に形成される。詳細には、突起部５の内接円半径は、油膜形成面４の内径半径よりも小さく、軸２の外径半径よりも大きい、との関係を満たし、かつ、後述する油膜６（図３を参照）の形成時、突起部５に軸２が接触する程度の大きさに設定されている。具体的には、滑り軸受としての機能面から許容可能な軸受隙間の大きさと併せて考えると、突起部５の突出高さは、油膜形成面４から３０μｍまでとするのが好ましい。

以下、上記構成の焼結含油軸受１の軸支持態様を図３を例にとり説明する。

焼結含油軸受１の内周に軸２を挿入しこれを回転させることで、焼結含油軸受１の内周面３、例えば油膜形成面４の表面開孔部から内部に潤滑油が滲み出す。そして、この滲み出た潤滑油が相互に最も接近している軸２の外周面と油膜形成面４との間に所定厚みの油膜６を形成する（図３を参照）。これにより、軸２が油膜６を介して焼結含油軸受１により相対回転自在に支持される。

その一方で、油膜６の形成状態においては、油膜６の形成領域内もしくは当該領域に最も近い突起部５と軸２とが接触する。これにより、油膜６の形成時においても、軸２と焼結含油軸受１とが通電状態となり、例えば軸２に帯電した静電気を、金属製の焼結含油軸受１を介して確実かつ安定的に外部に逃がすことができる。

上記構成の焼結含油軸受１は、例えば以下に示す方法で製造される。すなわち、原料となる金属粉末を所定の形状に圧縮成形する工程（ａ）、圧縮成形により形成された圧粉成形体を焼結する工程（ｂ）、焼結体にサイジングを施す工程（ｃ）、および、サイジング後の焼結体に含油する工程（ｄ）との少なくとも４工程を経て製造される。以下、圧粉成形工程（ａ）とサイジング工程（ｃ）を中心に説明する。

まず、圧粉成形工程（ａ）に関し、圧粉成形に用いる原料には、例えばＣｕ系やＦｅ系、Ｃｕ−Ｆｅ系など種々の金属粉末の１種又は２種以上を主成分とする粉末を用いることができる。また、突起部５と軸２との回転時接触を考慮して、黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤（例えば粉末状）を上記金属粉末に配合したものを原料粉末として用いることもできる。

また、圧粉成形の際に用いる金型としては、図１や図２に示す完成品（焼結含油軸受１）に準じた形状を有するものが使用される。ここで、圧粉成形体の内周面を成形するフォーミングピン１１は、例えば図４に示すように、完成品の突起部５に対応する凹状の成形部１２をその外周に有している。この図示例では、フォーミングピン１１の外周に、突起部５に対応する３本の凹状成形部１２が円周方向等間隔に設けられている。よって、この形状のフォーミングピン１１を使用することで、突起部５を含め図１および図２に対応する形状を有する圧粉成形体が形成される。

次に、上記圧粉成形体を、主成分たる金属粉末の焼結温度まで所定時間加熱することで焼結体を得る（焼結工程（ｂ））。

然る後、焼結工程（ｂ）を経て得られた焼結体の寸法ないし形状を矯正する目的で焼結体に対してサイジングを実施する（サイジング工程（ｃ））。ここで、使用される金型に、完成品に準じた形状を有するものが使用される点については、圧粉成形工程（ａ）の場合と変わりないが、突起部５に対応する箇所に関しては下記の如く相違する。すなわち、図５に例示するように、サイジングピン２１の外周には、突起部５を収容可能な程度の大きさを有する凹状の収容部２２が形成されている。ここで、収容部２２は、サイジング時における突起部５との干渉を回避する目的で形成されており、例えば、収容部２２の凹部深さは、サイジング時に突起部に対応する部分を収容できるように設定されている。また、サイジング時の円周方向の位置決め精度を緩和できるよう、収容部２２には円周方向に一定の幅をもたせるようにしている。もちろん、図６に示すように、焼結含油軸受１の外周に円周方向の位置決め部７（ここでは平坦部）を設けるようにすれば、焼結体のサイジング時、焼結体のサイジング用金型（例えばダイなど）に対する円周方向の位置決めが正確になされる。そのため、このような場合にはサイジングピン２１の収容部２２の円周方向幅を広くとる必要はない。

以上のようにしてサイジングを行うことで、焼結体の油膜形成面４に対応する部分のみがサイジングされる一方で、突起部５に対応する部分はサイジングされない。そのため、完成品たる焼結含油軸受１における油膜形成面４の表面開孔率は、突起部５の外表面の表面開孔率に比べて小さくなる。この点、油膜形成面４は上述の如く軸２との間に油膜６を形成する点を鑑みれば、油圧の逃げが小さく抑えられる。逆に、突起部５においては油の逃げにより油圧が高まり難いため、軸２との間に油膜６が形成され難い。

そして、最後に真空含浸等の手法により焼結体の内部に潤滑油を含浸させることで（含油工程（ｄ））、焼結含油軸受１が完成する。

なお、以上の説明では、凸条をなす３本の突起部５を軸心方向に沿って伸びる向きに配設した場合を例示したが、特にこれに限定されないことはもちろんである。例えば、図示は省略するが、上記構成の突起部５を軸心に対して所定角傾斜させた状態で配設するようにしてもよい。あるいは、１本の傾斜した突起部５をスパイラル状に配設するようにしてもよい。また、その本数に関しても３本に限られるものではなく、油膜６の形成と同時に軸２と接触する限りにおいて、１本や２本、あるいは４本以上とすることが可能である。

また、突起部５の形状に関しても特に凸条に限られるものではなく、例えば軸２と点状に接触する形態の突起部５を複数箇所に分散して形成することも可能である。また、何れにしても、突起部５を内周面３の円周方向の複数箇所にわたって設けることで、後述する事務機器の所定部位に取り付けて使用する際、その取付け方向（取付け角）を気にせず取り付けられるとの利点を有する。

以上の説明より、本発明に係る焼結含油軸受１は、所定の軸受性能を発揮しつつも、軸２との間で優れた通電性能を発揮し得ることから、通電性が要求される部位を有する機器、例えばプリンタや複写機、ファクシミリなどに代表される事務機器に好適に組み込んで使用することができる。

本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受を示すもので、図２中矢印Ｂの方向から見た縦断面図である。 図１に示す焼結含油軸受を矢印Ａの方向から見た横断面図である。 焼結含油軸受における軸の支持形態を概念的に示す図で、突起部周辺を拡大した断面図である。 焼結含油軸受のフォーミングに使用されるピンの断面図である。 焼結含油軸受のサイジングに使用されるピンの断面図である。 他の実施形態に係る焼結含油軸受の横断面図である。

符号の説明

１ 焼結含油軸受
２ 軸
３ 内周面
４ 油膜形成面
５ 突起部
６ 油膜
７ 位置決め部
１１ フォーミングピン
１２ 成形部
２１ サイジングピン
２２ 収容部

Claims (8)

1. 金属粉末の焼結により形成される多孔質体でその内部気孔に潤滑流体を含浸させたものであって、内周に挿入された軸を相対回転支持する焼結含油軸受において、
   内周面には、相対回転に伴い前記軸との間に前記潤滑流体の膜を形成する流体膜形成面と、該流体膜形成面より小径でかつ前記軸よりも大径の突起部とが設けられ、
   前記突起部の内径が、前記流体膜の形成時、前記突起部に前記軸が接触する大きさに設定されていることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 前記突起部は凸条をなすものである請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 前記突起部は軸方向に伸びている請求項１又は２に記載の焼結含油軸受。
4. 前記突起部が複数箇所に分散して形成されている請求項１〜３の何れかに記載の焼結含油軸受。
5. 前記金属粉末はＣｕを主成分とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
6. 前記金属粉末には固体潤滑剤が添加されている請求項１に記載の焼結含油軸受。
7. 前記流体膜形成面の表面開孔率が、前記突起部の表面開孔率よりも小さい請求項１に記載の焼結含油軸受。
8. 事務機器に組み込まれて使用される請求項１〜７の何れかに記載の焼結含油軸受。

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