JP2011208673A - 焼結含油軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 異音の防止および軸受寿命の向上を実現できる焼結含油軸受を提供する。
【解決手段】 焼結金属により成形され、内部の空孔に潤滑油を保有させた軸受部材２の軸方向端面２ｂに断面三角形状の凹部３を環状に形成し、この凹部３にグリース１０を配置する。グリース１０は、凹部３において、入口開口部よりも底側に配置し、凹部３の表面粗さは、軸受部材２の軸受面２ａの表面粗さよりも小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型の電動モータやＯＡ機器等に使用される焼結含油軸受に関するものである。

焼結含油軸受は一般的に（１）粉体の圧粉成形（２）焼結（３）サイジング（４）含油の工程を経て製造される。上記（１）〜（３）の工程を経て製作された軸受の内部には多数の空孔が形成されており、この空孔に（４）の含油を行なうことで潤滑油を軸受の内部に保有させることができる。軸受の内部に保有された潤滑油は、その油量が運転寿命に大きく影響することが判明しており、例えば、軸受内部の油の４０％が減少すると、摩耗や発熱が生じ、軸受寿命を低下させる要因となり得る。軸部材が回転すると、軸受部材の高温化により、軸受の内部から潤滑油が滲み出て、軸部材と、軸受の軸受面との間に安定して油膜が形成される。また、上述した熱的作用の他に、ポンプ作用によっても良好な潤滑膜が形成される。

上記した焼結含油軸受は、例えば小型の電動モータの軸受として使用されている場合、モータを静止し、零下４０℃などの低温で長時間保持した後に始動すると異音（例えば金属音）が発生することがある。

この異音の発生原因は、潤滑油の線膨張係数が焼結金属で成形した軸受よりも大きいことに起因しており、詳細には、低温下で潤滑油が収縮して軸受面に滲み出しにくくなり、軸受面から潤滑油が枯渇してしまうためであると考えられている。この種の異音は、低温下だけでなく、軸受面の潤滑油の量が減少した際にも同様に生じる。

このような異音の発生を防止する対策として、特許文献１や特許文献２のような技術が開示されている。

特許文献１では、軸受の金属組成や通気度および潤滑油の粘度を工夫することで、異音の発生頻度を低減している。また、特許文献２では、軸受隙間と軸受内部の空孔の大きさを工夫して、軸受の軸受面から潤滑油が枯渇するのを軽減して、異音の防止を図っている。

特開２００３−１２０６７４号公報 特開２００４−１３８２１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された異音の対策は、軸受内部の潤滑油の枯渇が激しい場合に効果が小さいと考えられている。また、特許文献２に開示された異音の対策は、軸受の内部の空孔の形状が温度低下に伴って変化する、或は、軸受の摩耗進行に伴う軸受隙間の形状の変化に対応し難いなどの課題がある。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、異音の防止と軸受寿命の向上を実現できる焼結含油軸受を提供するものである。

前記した課題を解決するためになされた本発明にかかる焼結含油軸受は、焼結金属により成形されると共に内部の空孔に潤滑油を保有する軸受部材を備え、該軸受部材は、内周に、軸部材を回転可能に支持する軸受面を有する焼結含油軸受において、前記軸受部材における軸受面以外の面に凹部が形成され、該凹部に給油部材が配置されていることを特徴とするものである。

本発明の場合、軸受の作動やその他の要因で、軸受部材の内部の空孔に保有された潤滑油の量が減少しても、凹部に配置した給油部材から軸受部材の内部の空孔、さらに言えば軸受部材の内部の空孔を介して軸受部材の軸受面に潤滑油が供給されるため、軸受部材の内部および軸受面の潤滑が確保できる。その結果、軸受寿命を向上させることができると共に、軸受を零下４０℃などの低温で長時間保持した後に作動した際や、軸受の軸受面の潤滑油が不足した際に生じる異音を防止することができる。

凹部に配置する給油部材としては、例えば、潤滑油や、この潤滑油（基油）に増稠剤を加えたグリース、或は、潤滑油（基油）に添加剤を加えたものを使用することができるが、特にグリースを使用するのが望ましい。グリースは増稠剤により粘性が向上しているため、凹部から軸受外部へ漏れ出しにくい。

或は、給油部材としては、ナフテン系鉱油、ナフテン系合成油またはポリ−α−オレフィン系合成油を基油とする潤滑油もしくはグリースと、ポリアミドやポリエチレンの粉末状樹脂とからなる混合物を加熱焼結して固形化したものを使用するのが望ましい。このような給油部材は、グリースよりも凹部から軸受外部へ漏れにくい。なお、上述の給油部材は、「ポリルーブ」の商標名（ＮＴＮ株式会社）で知られている。

凹部に配置する給油部材が保有する潤滑油の粘度は、軸受部材の内部の空孔に保有させる潤滑油の粘度より大きくするのが望ましい。

前記したように、凹部に配置する給油部材から軸受部材の内部の空孔および軸受面へ潤滑油が供給されるが、この際、軸受内部の空孔に保有された潤滑油が十分であると、給油部材からの潤滑油は、軸受部材の内部の空孔に侵入することができずに軸受外部へ漏れ出すおそれがある。そのため、凹部に配置するグリースの基油の粘度は大きいのが望ましく、具体的には、前記した本発明のように、凹部に配置する給油部材の潤滑油の粘度を、軸受部材の内部に保有された潤滑油の粘度よりも大きくするのが好ましい。

凹部に給油部材を配置する方法としては、凹部において、入口開口部よりも底側に配置するのが望ましい。このようにすれば、給油部材の全体が凹部の構成面で保持される格好になるため、給油部材が凹部から漏れ出しにくくなる。また、給油部材は、凹部からはみ出すことがないため、軸受部材周辺の回転側の他部材に接触して回転抵抗を生じさせるのを防止できる。

凹部の形成部位は、軸受部材における軸受面以外の面に形成するのであれば、特に限定されるものではなく、例えば、軸受部材の軸方向両端面のうち少なくとも一方に形成することができる。この場合、凹部は、圧粉成形やサイジングを行なう際、軸受部材の軸方向端面を拘束するパンチ面に凹部に対応する凸を形成することで容易に形成することができる。なお、凹部は、軸受部材の外周面に形成するようにしても良い。

凹部の表面粗さは、前記軸受面の表面粗さよりも小さくするのが望ましい。この場合、軸受部材の空孔と油が接触した場合、油の表面張力と軸受部材の持つ毛細管作用によって、毛細管のより細かい部材（凹部）に油が吸収されるため、軸受停止時において、軸受面の油が軸受内部に吸収されるよりも給油部材の油が軸受内部に吸収される方が優先される。その結果、間欠運転時や起動時の軸受面での油切れが防止でき、結果的に軸受の潤滑性は維持される。

また、凹部は、内部側の幅を入口側の幅よりも大きくするのが望ましい。この場合、給油部材が凹部から漏れ出そうとしても、入口側で給油部材の流出が妨げられるため、給油部材が軸受外部へ飛び出すのを効率よく抑えることができる。

以上の本発明にかかる焼結含油軸受は、例えば、自動車小型モータ或はＯＡ機器に使用することができる。

本発明の焼結含油軸受は、軸受部材における軸受面以外の面に凹部を形成し、その凹部に給油部材を配置する。そのため、軸受の作動やその他の要因で軸受部材の内部の空孔に保有させた潤滑油が減少しても、この減少分だけ、凹部に配置した給油部材から軸受部材の内部の空孔、さらに言えば軸受部材の内部の空孔を介して軸受部材の軸受面に潤滑油が供給されるため、軸受部材の内部および軸受面の潤滑を確保することができる。その結果、軸受寿命を向上でき、前記した異音を防止することができる。

本発明にかかる焼結含油軸受の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明にかかる焼結含油軸受の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明にかかる焼結含油軸受の第３の実施形態を示す断面図である。

以下に本発明にかかる焼結含油軸受について、図１〜図３を参照して説明する。

図１は、発明にかかる焼結含油軸受の第１の実施形態を示すものである。この焼結含油軸受２０は、軸受部材２で構成され、この軸受部材２の内部に回転軸１が挿通されている。軸受部材２の内周の軸受面２ａは、軸部材１に対して摺動して、軸部材１を回転可能に支持している。また、軸受部材２は、図示しないハウジングの内周に嵌合固定されている。

軸受部材２は、焼結金属により成形され、内部に形成された多数の空孔に潤滑油を保有させている。焼結金属としては、例えば、銅系或は鉄系、又は双方を主成分とするものを使用できる。軸受部材２の内部の空孔に潤滑油を保有させる方法としては、例えば、潤滑油或はグリースを含浸させる手段を採用することができる。

本実施形態では、軸受部材２の軸方向端面２ｂ（図面上下側の端面）に断面三角形状の凹部３を環状に形成し、この凹部３にグリース１０（給油部材）を配置する。グリース１０は、その体積に対する潤滑油（基油）の量は９０％である。なお、凹部３へのグリース１０の配置は、軸受部材２の内部の空孔に潤滑油を保有させた後に行なう。

軸受部材２の内部の空孔に保有させた潤滑油は、軸部材１の回転による軸受２０の作動やその他の要因で減少するが、この場合においても、凹部３に配置したグリース１０から離油する潤滑油（基油）が、軸受部材２の内部の空孔、さらに言えば軸受部材２の内部の空孔を介して軸受面２ａに供給されるため、軸受部材２の内部および軸受面２ａの潤滑を確保することができる。さらに詳細に述べると、本実施形態の場合、凹部３を設けて、その凹部３にグリースを配置しない場合と比較すると、軸受部材２の内部の潤滑油量を数倍〜数十倍にすることができる。以上の結果、軸受２０の寿命を向上させることができると共に、軸受２０を零下４０℃などの低温で長時間保持した後に始動した際や、軸受部材２の軸受面２ａの潤滑油が不足した際に生じる異音を防止することができる。

また、グリース１０は、増稠剤により粘性が向上しているため、凹部から軸受２０の外部に漏れにくい。

凹部３は、本実施形態のように軸方向端面２ｂに形成する場合、圧粉成形時やサイジング時に軸受部材２の軸方向端面２ｂを拘束するパンチ面に凹部３に対応する凸部を形成することで、容易に形成することができる。圧粉成形時に凹部３を形成した場合、その後のサイジング時に凹部３の表面をパンチと接触させないことで、凹部３の表面開口率を他所よりも大きくできる。一方、圧粉成形時ではなくサイジング時に凹部３を形成する場合、凹部３での圧縮量が他所よりも大きくなるため、凹部３の表面開口率は、他所よりも小さくなる。この点から、軸受部材２の内部から潤滑油が減少する速度に応じて、適宜の表面開口率が得られるように凹部３を形成するタイミング（例えば、圧粉成形時かサイジング時のいずれで形成するか）を決めることができる。

凹部３は、本実施形態のように軸方向端面２ｂに環状に形成する場合、複数条形成するようにしてもよい。なお、凹部３は、本実施形態のように軸方向端面２ｂに形成する場合、環状に形成する以外にも、周方向の複数個所に形成することもできる。

凹部３の表面粗さは、軸受部材２の軸受面２ａの表面粗さよりも小さくしている。これにより、間欠運転時や起動時の軸受面２ａでの油切れが防止でき、結果的に軸受２０の潤滑性は維持される。その理由としては、軸受部材２の空孔と油が接触した場合、油の表面張力と軸受部材２の持つ毛細管作用によって、毛細管のより細かい部材（凹部）に油が吸収されるため、軸受２０の停止時において、軸受面２ａの油が軸受内部に吸収されるよりも凹部３に配置したグリース１０の油が軸受内部に吸収される方が優先されるからである。

グリース１０に含まれる潤滑油（基油）は、前記したように、軸受部材２の内部の空孔に侵入しようとするが、軸受部材２の内部の潤滑油が十分であると、グリース１０の潤滑油は、軸受部材２の内部の空孔へ侵入できず、軸受部材２の外部へ漏れ出すおそれがある。そのため、本実施形態では、グリース１０の潤滑油の粘度を大きくすることで、グリース１０の潤滑油が軸受部材２の外部へ漏れ出すのを防止している。詳述すると、グリース１０の潤滑油（基油）の粘度は、軸受部材２の内部の空孔に保有させた潤滑油の粘度よりも大きくしている。なお、グリース１０の潤滑油の粘度と、軸受部材２の内部の空孔に保有された潤滑油の粘度は同じにすることもできる。

凹部３に配置する給油部材としては、グリース以外にも、潤滑油や、潤滑油に添加剤を混合させたものを使用することができる。或は、ナフテン系鉱油、ナフテン系合成油またはポリ−α−オレフィン系合成油を基油とする潤滑油もしくはグリースと、ポリアミドやポリエチレンの粉末状樹脂とからなる混合物を加熱焼結して、冷却により固形化した潤滑剤を使用することができる。これは、「ポリルーブ」の商標名（ＮＴＮ株式会社）として知られており、グリースよりも凹部３から漏れ出しにくいため、凹部３に配置する給油部材として好ましい。

グリース１０は、円枠Ｏに拡大して示すように、凹部３において、入口開口部よりも底側に配置する。つまり、グリース１０は、グリース面１０ａを含む全体を凹部３に収容する。この場合、グリース１０の全体が凹部３の構成面で保持された格好になるため、グリース１０が凹部３から漏れ出しにくくなる。また、グリース１０が凹部３からはみ出すことがないため、グリース１０が軸受部材２周辺の回転側の他部材に接触して回転抵抗を生じさせるのを防止できる。

凹部３の形成部位は、軸受部材２における軸受面以外の面に形成するのであれば、適宜変更が可能である。例えば、図２に示す第２の実施形態のように、軸受部材２の外周面２ｃに形成することも可能である。また、凹部３の形状も本実施形態のように断面三角形状だけでなく、例えば、図３に示す第３の実施形態のように断面台形状にしたり、断面半円状にすることも可能である。以下に第２および第３の実施形態について詳述するが、図１に示す第１の実施形態と重複する箇所には同じ符号を付し、作用および効果が重複する点については、その記載を省略する。

図２に示す第２の実施形態では、凹部３を、軸受部材２の外周面２ｃに環状に形成している。このように、凹部３を軸受部材２の外周面に形成する場合、この凹部３は、軸方向或は周方向の複数個所に形成することもできる。或は、本実施形態のように軸受部材２の外周面に形成する凹部３を環状とする場合、軸方向に亘って複数条形成することも可能である。なお、本実施形態のように軸受部材２の外周面に凹部３を形成する場合、この凹部３は、圧粉成形時に軸受部材２の外周面に治具を押圧して転造することで形成することができる。

図３に示す第３の実施形態では、凹部３の形状を断面台形状にしており、詳細には、円枠Ｐに拡大して示すように、内部側の幅βを入口側の幅αよりも大きくしている。この場合、凹部３に配置したグリース１０が軸受部材２の外部へ漏れ出そうとしても、入口側でグリース１０の流出が遮られるため、グリース１０が軸受外部へ漏れ出すのを防止することができる。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、これらの焼結含油軸受は、例えば、自動車小型モータ或はＯＡ機器に使用することができる。なお、これまでに挙げた実施形態は、あくまで例示であり、特許請求の範囲に記載の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜に変更が可能である。例えば、凹部は、軸受部材の軸方向両端面および外周面の両方に形成することもできる。

１ 軸部材
２ 軸受部材
２ａ 軸受面
２ｂ 軸方向端面（軸受面以外の面）
２ｃ 外周面（軸受面以外の面）
３ 凹部
１０ グリース（給油部材）
１０ａ グリース面

Claims (10)

1. 焼結金属により成形されると共に内部の空孔に潤滑油を保有する軸受部材を備え、該軸受部材は、内周に、軸部材を回転可能に支持する軸受面を有する焼結含油軸受において、
   前記軸受部材における軸受面以外の面に凹部が形成され、該凹部に給油部材が配置されていることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 前記給油部材は、グリースである請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 前記給油部材は、ナフテン系鉱油、ナフテン系合成油またはポリ−α−オレフィン系合成油を基油とする潤滑油もしくはグリースと、ポリアミドやポリエチレンの粉末状樹脂とからなる混合物を加熱焼結して固形化したものである請求項１に記載の焼結含油軸受。
4. 前記給油部材が保有する潤滑油の粘度は、軸受部材の内部に保有された潤滑油の粘度より大きい請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
5. 前記凹部は、前記軸受部材の軸方向両端面のうち少なくとも一方に形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
6. 前記凹部は、前記軸受部材の外周面に形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
7. 前記凹部の表面粗さは、前記軸受面の表面粗さよりも小さい請求項１〜６のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
8. 前記凹部は、内部側の幅が入口側の幅よりも大きい請求項１〜７のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
9. 前記給油部材は、凹部において、入口開口部よりも底側に配置されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
10. 自動車小型モータ或はＯＡ機器に装備されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。

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