JP3842611B2 - 含油軸受 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に潤滑油を含ませた多孔質状の含油軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置の電動機（具体的には、ブロワモータ）において、回転軸を支持するために含油軸受が用いられている。含油軸受は、潤滑油を含ませた多孔質状の焼結合金により形成され、回転軸が摺動する摺動面は円筒状となっている。一般的なブロワモータは、回転軸が略鉛直方向に沿って配置され空調装置の駆動源として使用される。回転軸が鉛直となる構成では、モータの停止後長時間経過すると、含油軸受に浸潤している潤滑油は、軸受の摺動面と回転軸との間隙を伝わり外部に流出したり、軸受摺動面における多数の空孔内に吸い込まれたりして減少してしまう。特に、雰囲気温度が氷点下等に下がった状態においては潤滑油が摺動面に殆ど残存しないという現象が生じることがしばしばあった。この状態でモータを起動させると、含油軸受と回転軸との摺動抵抗が大きく、かつ潤滑油による制振効果が得られない。そのため、回転軸の芯ずれによる遠心力が作用して、後進才差運動として知られる挙動を示し、不快な音（異音）が発生してしまう。
【０００３】
この問題を解決するために、本願出願人は、特開２０００−３４６０７４号公報において、軸受内周面の一部に円周状に非多孔質状表面を設けた含油軸受を提案している。具体的には、図６に示すように、含油軸受４０は、中央軸受部４１と、その中央軸受部４１の上方において内周面が上端に向かって徐々に広がる上端軸受部４２と、中央軸受部４１の下方において内周面が下端に向かって徐々に広がる下端軸受部４３とからなる。また、中央軸受部４１と下端軸受部４３との境界部近傍が非多孔質状表面（図６の網掛け部）４４となっており、それ以外の内周面は多孔質状表面となっている。そして、モータ停止時において非多孔質状表面４４に潤滑油を残存させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、モータ停止時における回転軸４５の位置（回転軸４５がわずかに傾斜した位置）によっては、回転軸４５が非多孔質状表面４４に接触せずその非多孔質状表面４４よりも多孔質状表面に近接する場合がある。つまり、点Ｐ１での隙間よりも点Ｐ２での隙間が狭くなる。この場合、非多孔質状表面における潤滑油は、その表面張力によって隙間が狭くなる方向（多孔質状表面の点Ｐ２側）に移動していくため、図６のような静止状態が長時間続くと非多孔質状表面４４の潤滑油が枯渇してしまう。
【０００５】
そこで、本願出願人は、特開２００１−８２４７５号公報において、非多孔質状表面を内径方向に突出させた含油軸受を提案している。同公報の含油軸受によれば、非多孔質状表面が回転軸に最も接近するため、モータ停止後長時間経過する場合、潤滑油は非多孔質状表面に移動していく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開２００１−８２４７５号公報の含油軸受では、非多孔質状表面を突出させた分だけ、含油軸受における回転軸とのクリアランスが減少する。そのため、クリアランス内に残存させることができる潤滑油の絶対量（潤滑油量）が不足してしまう。同公報の含油軸受では、軸受外側に向かってスカート状に広がるテーパ部を設け、そのテーパ部により潤滑油の残存量を確保するといった工夫がなされてはいるが、熱衝撃を加えた場合には、非多孔質状表面の潤滑油が枯渇してしまうといった問題が生じることがあった。具体的には、モータ停止状態で、例えば、低温（−４０℃で２０時間以上）→高温（３０℃で２０時間以上）→低温（−４０℃で２０時間以上）といった冷熱サイクルを繰り返す冷熱耐久（熱衝撃）試験を実施した。この場合、粘度低下による潤滑油のたれ等が原因で、非多孔質状表面における潤滑油がその下部の多孔質状表面から吸収されることにより潤滑油量が減少し、モータ起動時に異音が発生してしまうことがあった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電動機の停止後長時間経過し、かつその間に熱衝撃が加わった場合にも、軸受の摺動面に潤滑油を残存させ、電動機の起動時における異音の発生を防止できる含油軸受を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、多数の空孔を有する多孔質材に潤滑油をしみ込ませてなる含油軸受であって、軸受中央において内周面が回転軸と平行となるよう設けられ、その表面が多孔質状である中央軸受部と、前記中央軸受部の下方において内周面が下端に向かって徐々に広がるよう設けられ、その表面が多孔質状である下端軸受部と、前記中央軸受部と前記下端軸受部との境界部近傍において内周面の全周に亘って内径方向に突設され、その表面が非多孔質状である当接部とを有し、前記中央軸受部及び下端軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の段差をａ、前記下端軸受部表面に対する当接部表面の段差をｂとしたとき、ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成した。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、多数の空孔を有する多孔質材に潤滑油をしみ込ませてなる含油軸受であって、軸受中央において内周面が回転軸と平行となるよう設けられ、その表面が多孔質状である中央軸受部と、前記中央軸受部の両端において内周面が両端側に向かって徐々に広がるよう設けられ、その表面が多孔質状である端部軸受部と、前記中央軸受部と前記端部軸受部との境界部近傍において内周面の全周に亘って内径方向に突設され、その表面が非多孔質状である当接部とを有し、前記中央軸受部及び端部軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の段差をａ、前記端部軸受部表面に対する当接部表面の段差をｂとしたとき、ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成した。
【００１０】
（作用）
上記の発明によれば、回転軸の回転中において、回転軸と軸受内周面との接触摩擦により多孔質状の中央軸受部の内周面から潤滑油が溢れる。そして、本発明では、中央軸受部表面に対する当接部表面の段差（突出量）ａを中央軸受部における最小油膜厚さｘよりも小さくした（ａ＜ｘ）ので、中央軸受部の表面における潤滑油がその段差ａを乗り越えて当接部における非多孔質状表面に至ることができる。また、端部軸受部表面に対する当接部表面の段差（突出量）ｂを最大油膜厚さｙよりも大きくした（ｙ＜ｂ）ので、当接部の非多孔質状表面における潤滑油がその段差ｂを乗り越えて端部軸受部に至ることなく同軸受部の多孔質状表面から吸収されるといったことを防止できる。よって、電動機が長時間停止し、かつ、熱衝撃が加わったとしても、当接部の非多孔質状表面における潤滑油を保持できるので、電動機の駆動時における異音の発生を防止することができる。
【００１１】
特に、請求項２に記載の発明のように、中央軸受部の両端に当接部（非多孔質状表面）を形成すると、含油軸受の上下の向きを反対にしても、中央軸受部の下方に当接部が存在することとなる。そして、中央軸受部の下方となる当接部の非多孔質状表面により潤滑油を保持することができる。従って、目印等を設ける必要がなく、含油軸受の組み付けを容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両用空調装置に用いられるブロワモータに具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００１３】
図１は本実施形態におけるブロワモータ１の断面図である。ブロワモータ１は、略円筒状のヨークハウジング２と、そのヨークハウジング２における上下の開口部を塞ぐように固定されるハウジングケース３，４とを備える。
【００１４】
ヨークハウジング２の内周面には、アーマチャ５を挟んで対向配置するようマグネット６が固着されている。ハウジングケース３には含油軸受７が固定され、その含油軸受７によってアーマチャ５から延びる回転軸８の基端部が回転可能に支持されている。一方、ハウジングケース４には含油軸受９が固定され、その含油軸受９によってアーマチャ５から延びる回転軸８が回転可能に支持されている。回転軸８の先端は、ハウジングケース４から外部に突出しており、その回転軸８の先端に図示しない送風ファンが固定される。また、回転軸８には、アーマチャ５と含油軸受９との間となる位置にコンミテータ１０が回転軸８と一体回転可能に固定されている。さらに、コンミテータ１０の外周面に摺接するようにブラシ１１が配設されている。
【００１５】
このブロワモータ１は、回転軸８が鉛直方向に沿うように図示しない車両に固定される。そして、モータ起動時において、図示しない外部電源からの直流電流がブラシ１１、コンミテータ１０等を経てアーマチャ５に供給されることで、アーマチャ５が回転軸８とともに回転する。これによって、回転軸８先端に固定した送風ファンによる送風動作が行われる。
【００１６】
次に、本実施形態における含油軸受７，９の構成について説明する。
含油軸受７，９は、多数の空孔を有する多孔質焼結合金であって、粉末金属を圧縮加圧し、さらに焼結加工して成形される。含油軸受７，９における各空孔内には潤滑油が充填されている。
【００１７】
図２は、図１における含油軸受９の拡大断面図である。含油軸受９は、中央軸受部２１と、上端軸受部２２と下端軸受部２３とからなる。中央軸受部２１は、その内周面２１ａが回転軸８と平行となるよう設けられている。上端軸受部２２は、中央軸受部２１の上方に配設され、その内周面２２ａが上端に向かって徐々に広がるよう形成されている。下端軸受部２３は、中央軸受部２１の下方に配設され、その内周面２３ａが下端に向かって徐々に広がるよう形成されている。これら上端軸受部２２及び下端軸受部２３における内周面２２ａ，２３ａは、直線的なテーパ面となっている。中央軸受部２１、上端軸受部２２及び下端軸受部２３における内周面２１ａ〜２３ａは、多数の空孔を有する多孔質状表面となっている。つまり、中央軸受部２１の内周面２１ａは多孔質平行面となり、上端軸受部２２及び下端軸受部２３の内周面２２ａ，２３ａは多孔質テーパ面となっている。
【００１８】
中央軸受部２１と下端軸受部２３との境界部近傍において、当接部２４が周方向の全周に亘って内径方向に突設されており、その内周面（図２の網掛け部）２４ａは、空孔が目潰しされた非多孔質状表面となっている。当接部２４における非多孔質状表面２４ａの下端側は、外側に広がるようテーパ状に形成されている。つまり、当接部２４の内周面２４ａは、回転軸と平行である非多孔質平行面２４ｂと、その下方の非多孔質テーパ面２４ｃとからなる。
【００１９】
なお、回転軸８の回転時には、中央軸受部２１及び当接部２４が潤滑油を介して回転軸８と摺接するため、これらの内周面２１ａ，２４ａが回転軸８の摺動面となる。また、下端軸受部２３の内周面（多孔質テーパ面）２３ａには摺動面における潤滑油が垂れることを防止する作用があり、そのテーパ面２３ａの角度を１°〜５°の範囲とするのが望ましい。
【００２０】
本実施形態において、当接部２４の内径側への突出量は、内周面２１ａ，２２ａ，２３ａにおける潤滑油の油膜厚さに基づいて決定されている。具体的には、本実施形態のブロワモータ１の含油軸受９では、使用時の油膜厚さが、５μｍ（最小油膜厚さｘ）〜１０μｍ（最大油膜厚さｙ）となるよう潤滑油が充填されている。そして、図２に示すように、中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面２４ａ（非多孔質平行面２４ｂ）の突出量（中央軸受部２１と当接部２４とにおける表面の段差）ａを４μｍ（最小油膜厚さｘ＝５μｍよりも小）としている（ａ＜ｘ）。また、下端軸受部表面２３ａに対する当接部表面２４ａ（非多孔質テーパ面２４ｃ）の突出量（下端軸受部２３と当接部２４とにおける表面の段差）ｂを２０μｍ（最大油膜厚さｙ＝１０μｍよりも大）としている（ｙ＜ｂ）。
【００２１】
上端軸受部２２における上側には、切欠状の目印２５が内周面と外周面とを貫通するよう設けられている。この目印２５により、モータ１への組み付け時に当接部２４（非多孔質状表面２４ａ）がある下端軸受部２３側が判別される。さらに、含油軸受９の外周側面は軸芯に対して曲面状になっている。この外周側面は、ハウジングケース４に固定される部分であり、回転軸８に対して摺動面（多孔質平行面２１ａ及び非多孔質平行面２４ｂ）が平行となるよう微調整するための構造である。なお、モータ底部のハウジングケース３に設けられる含油軸受７についても、図２の含油軸受９と同一形状であり、目印２５を上にして固定されている。
【００２２】
次に、本実施形態における含油軸受７，９の作用を説明する。
ブロワモータ１の起動に伴い回転軸８が回転すると、回転軸８と軸受内周面との接触摩擦熱により、図３（ａ）に示すように、多孔質状の内周面（中央軸受部２１の多孔質平行面２１ａ、下端軸受部２３の多孔質テーパ面２３ａ）における空孔３０内の潤滑油３１が膨張し外部に浸出する。中央軸受部２１から浸出した潤滑油３１は、内周面２１ａもしくは回転軸８の表面を伝わって中央軸受部２１の下方に設けられた当接部２４の内周面２４ａに至る。ここで、中央軸受部２１の内周面２１ａと当接部２４の内周面２４ａと間の段差ａは最小油膜厚さｘよりも小さいので、潤滑油３１がその段差ａを乗り越えて非多孔質状表面２４ａに至る。
【００２３】
回転軸８が静止すると、温度低下や毛細管圧力等により、図３（ｂ）に示すように、中央軸受部２１及び下端軸受部２３における潤滑油３１は、多孔質状表面２１ａ，２３ａの内部（空孔３０内）に吸い込まれる。このとき、空孔３０内に吸い込まれずに残存している潤滑油３１は、表面張力によって隙間が最も狭くなる当接部２４に移動していく。当接部２４の表面は、空孔３０が目潰しされて非多孔質状表面２４ａとなっているので、潤滑油３１が内部に浸透することなく、その表面２４ａには潤滑油３１が浸潤したまま残る。
【００２４】
その後、低温（−４０℃で２０時間以上）→高温（３０℃で２０時間以上）→低温（−４０℃で２０時間以上）といった冷熱サイクルが繰り返される場合、高温時に多孔質状表面２１ａ，２３ａの空孔３０内から潤滑油３１が供給されたり、低温時に多孔質状表面２１ａ，２３ａの空孔３０内に潤滑油３１が浸透したりする。
【００２５】
ここで、当接部２４の非多孔質状表面２４ａと下端軸受部２３の多孔質状表面２３ａとの段差ｂが最大油膜厚さｙよりも小さいと、非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１がその段差を乗り越えて多孔質状表面２３ａの潤滑油３１と繋がる。その後、その潤滑油３１は温度低下に伴って下端軸受部２３の多孔質状表面２３ａから吸収されてしまう。従って、冷熱サイクルが繰り返されると、当接部２４の非多孔質状表面２４ａにおける潤滑油３１が枯渇してしまう。その状態でブロワモータ１が起動されると、含油軸受７，９と回転軸８との摺動抵抗が大きく、かつ潤滑油３１による制振効果が得られないため、回転軸８の芯ずれによる遠心力が作用して、後進才差運動として知られる挙動を示し、不快な音（異音）が発生してしまう。
【００２６】
これに対し、本実施形態では、当接部２４の非多孔質状表面２４ａと下端軸受部２３の多孔質状表面２３ａとの段差ｂが最大油膜厚さｙよりも大きくなるようにしている。従って、非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１とその下方の多孔質状表面２３ａの潤滑油３１が分離され、非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１が段差ｂを乗り越えて多孔質状表面２３ａから吸収されるといった問題が回避される。このように、回転軸８の静止状態が長時間続き、かつ熱衝撃が加わったとしても、当接部２４の非多孔質状表面２４ａに潤滑油３１が確保されているので、モータ起動後における異音の発生が防止される。
【００２７】
以上詳述したように本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面２４ａの突出量（段差）ａを最小油膜厚さｘよりも小さくし、かつ、下端軸受部表面２３ａに対する当接部表面２４ａの突出量（段差）ｂを最大油膜厚さｙよりも大きくした。これにより、静止状態が長時間続き、かつ熱衝撃が加わったとしても、当接部２４の非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１を確保することができ、モータ起動後における異音の発生を防止できる。特に、本実施形態では、下端軸受部表面２３ａに対する突出量（段差）ｂを最大油膜厚さｙ（１０μｍ）の２倍（２０μｍ）としたので、各表面２３ａ，２４ａ間の段差ｂが十分に大きくなり、非多孔質状表面２４ａにおける潤滑油３１が下方に垂れることを確実に防止することができる。
【００２８】
（２）当接部２４における非多孔質状表面２４ａの下端側を非多孔質テーパ面２４ｃとすることにより、非多孔質状表面２４ａにおける潤滑油３１の油量を増加させることができる。
【００２９】
（３）上端軸受部２２における上側に目印２５を設けたので、この目印２５により当接部２４（非多孔質状表面２４ａ）がある下端軸受部２３側が判別される。これにより、含油軸受７，９の誤組み付けを防止することができる。
【００３０】
なお、上記以外に次の形態にて具体化できる。
・上記実施形態の含油軸受７，９では、中央軸受部２１と下端軸受部２３との境界部近傍にて当接部２４を配設していたが、図４に示す含油軸受３３のように、中央軸受部２１と上端軸受部２２との間にも当接部３４を設けてもよい。この含油軸受３３は上下対称の形状となっている。つまり、中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面３４ａの段差は、中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面２４ａの段差ａに等しく、上端軸受部表面２２ａに対する当接部表面３４ａの段差は、下端軸受部表面２３ａに対する当接部表面２４ａの段差ｂに等しい。含油軸受３３においても、中央軸受部２１に対する段差ａが最小油膜厚さｘより小さく（ａ＜ｘ）、端部軸受部２２，２３に対する段差ｂが最大油膜厚さｙよりも大きく（ｙ＜ｂ）なるように形成している。この場合、含油軸受３３の上下の向きを逆にしても、下側の当接部における非多孔質状表面により潤滑油を保持することができる。従って、ブロワモータ１への組み付け時に含油軸受３３の上下の向きを気にしなくて済み、含油軸受３３の組み付けを容易に行うことができる。
【００３１】
・さらに、図５に示す含油軸受３５のように、上端軸受部２２がテーパ面ではなく回転軸８と平行なストレート状としてもよい。この場合、含油軸受３５における内径が上方と下方とで異なるため、その外観から当接部２４がある下端軸受部２３側を判断することができ、含油軸受３５の誤組み付けを防止することができる。
【００３２】
・上記実施形態では、当接部２４，３４は、その側面が内周面２１ａに対しほぼ垂直となるよう突出していたがこれに限るものではなく、当接部２４，３４の角を面取りして傾斜した側面としたり、曲面状（Ｒ状）の側面としたりしてもよい。
【００３３】
・上記実施形態では、中央軸受部表面２１ａに対する当接部２４の段差ａを４μｍとし、下端軸受部表面２３ａに対する当接部２４の段差ｂを２０μｍとしたがこれに限るものではない。つまり、突出量（段差）ａ＜最小油膜厚さｘ、突出量（段差）ｂ＞最大油膜厚さｙの関係を有するものであればよく、これら突出量ａ，ｂは、潤滑油３１の種類等に応じて適宜変更できる。勿論、突出量ａは、中央軸受部２１と回転軸８との間におけるクリアランスの範囲内で設定する。なお、本願発明者は、クリアランスが５μｍ〜１９μｍであり、当接部２４の突出量ａを２μｍ〜１０μｍとした含油軸受について、上記実施形態の効果を確認している。
【００３４】
・上記実施形態では、車両用空調装置に用いられるブロワモータ１に具体化していたが、他のモータ（電動機）に具体化してもよい。
上記実施の形態から把握できる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００３５】
（イ）回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、内周面が回転軸と平行である中央軸受部と、前記中央軸受部の上方において内周面が上端に向かって徐々に広がる上端軸受部と、前記中央軸受部の下方において内面が下端に向かって徐々に広がる下端軸受部とからなる潤滑油を含む多孔質状の含油軸受において、前記中央軸受部と前記下端軸受部との境界部近傍にて、内径方向に突出し、その内周表面が非多孔質状である当接部を有し、前記中央軸受部及び下端軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の突出量をａ、前記下端軸受部表面に対する当接部表面の突出量をｂとしたとき、ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成したことを特徴とする含油軸受。このようにすれば、請求項１及び２に記載の発明と同様に、電動機が長時間停止し、かつ、熱衝撃が加わったとしても、当接部の非多孔質状表面における潤滑油を保持できるので、電動機の駆動時における異音の発生を防止できる。
【００３６】
（ロ）前記当接部表面の突出量ｂを最大油膜厚さｙの２倍以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の含油軸受。このようにすれば、当接部表面の突出量ｂが十分に大きくなるので、非多孔質状表面における潤滑油を確実に保持することができる。
【００３７】
（ハ）前記当接部における非多孔質状表面において、前記中央軸受部側を回転軸と平行な平行面とし、下端軸受部側を下端に向けて広がるテーパ面としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の含油軸受。このように、当接部における非多孔質状表面の下端側をテーパ面とすることにより、その非多孔質状表面における潤滑油の油量を増加させることができる。
【００３８】
（ニ）前記下端軸受部側を判定するための目印を設けたことを特徴とする請求項１に記載の含油軸受。この目印を設けることにより、含油軸受の誤組み付けを防止することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、電動機の停止後長時間経過し、かつその間に熱衝撃が加わった場合にも、軸受の摺動面に潤滑油を残存させ、電動機の起動時における異音の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態におけるブロワモータの概略構成を示す断面図。
【図２】 本実施形態における含油軸受を示す断面図。
【図３】 潤滑油の動きを示す説明図。
【図４】 別の実施形態における含油軸受を示す断面図。
【図５】 別の実施形態における含油軸受を示す断面図。
【図６】 従来の含油軸受を示す断面図。
【符号の説明】
１…電動機としてのブロアモータ、７…含油軸受、８…回転軸、９…含油軸受、２１…中央軸受部、２１ａ…中央軸受部表面、２２…上端軸受部（端部軸受部）、２２ａ…上端軸受部表面、２３…下端軸受部（端部軸受部）、２３ａ…下端軸受部表面、２４…当接部、２４ａ…当接部表面、３０…空孔、３１…潤滑油、３３…含油軸受、３４…当接部、３４ａ…当接部表面、３５…含油軸受。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に潤滑油を含ませた多孔質状の含油軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置の電動機（具体的には、ブロワモータ）において、回転軸を支持するために含油軸受が用いられている。含油軸受は、潤滑油を含ませた多孔質状の焼結合金により形成され、回転軸が摺動する摺動面は円筒状となっている。一般的なブロワモータは、回転軸が略鉛直方向に沿って配置され空調装置の駆動源として使用される。回転軸が鉛直となる構成では、モータの停止後長時間経過すると、含油軸受に浸潤している潤滑油は、軸受の摺動面と回転軸との間隙を伝わり外部に流出したり、軸受摺動面における多数の空孔内に吸い込まれたりして減少してしまう。特に、雰囲気温度が氷点下等に下がった状態においては潤滑油が摺動面に殆ど残存しないという現象が生じることがしばしばあった。この状態でモータを起動させると、含油軸受と回転軸との摺動抵抗が大きく、かつ潤滑油による制振効果が得られない。そのため、回転軸の芯ずれによる遠心力が作用して、後進才差運動として知られる挙動を示し、不快な音（異音）が発生してしまう。
【０００３】
この問題を解決するために、本願出願人は、特開２０００−３４６０７４号公報において、軸受内周面の一部に円周状に非多孔質状表面を設けた含油軸受を提案している。具体的には、図６に示すように、含油軸受４０は、中央軸受部４１と、その中央軸受部４１の上方において内周面が上端に向かって徐々に広がる上端軸受部４２と、中央軸受部４１の下方において内周面が下端に向かって徐々に広がる下端軸受部４３とからなる。また、中央軸受部４１と下端軸受部４３との境界部近傍が非多孔質状表面（図６の網掛け部）４４となっており、それ以外の内周面は多孔質状表面となっている。そして、モータ停止時において非多孔質状表面４４に潤滑油を残存させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、モータ停止時における回転軸４５の位置（回転軸４５がわずかに傾斜した位置）によっては、回転軸４５が非多孔質状表面４４に接触せずその非多孔質状表面４４よりも多孔質状表面に近接する場合がある。つまり、点Ｐ１での隙間よりも点Ｐ２での隙間が狭くなる。この場合、非多孔質状表面における潤滑油は、その表面張力によって隙間が狭くなる方向（多孔質状表面の点Ｐ２側）に移動していくため、図６のような静止状態が長時間続くと非多孔質状表面４４の潤滑油が枯渇してしまう。
【０００５】
そこで、本願出願人は、特開２００１−８２４７５号公報において、非多孔質状表面を内径方向に突出させた含油軸受を提案している。同公報の含油軸受によれば、非多孔質状表面が回転軸に最も接近するため、モータ停止後長時間経過する場合、潤滑油は非多孔質状表面に移動していく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開２００１−８２４７５号公報の含油軸受では、非多孔質状表面を突出させた分だけ、含油軸受における回転軸とのクリアランスが減少する。そのため、クリアランス内に残存させることができる潤滑油の絶対量（潤滑油量）が不足してしまう。同公報の含油軸受では、軸受外側に向かってスカート状に広がるテーパ部を設け、そのテーパ部により潤滑油の残存量を確保するといった工夫がなされてはいるが、熱衝撃を加えた場合には、非多孔質状表面の潤滑油が枯渇してしまうといった問題が生じることがあった。具体的には、モータ停止状態で、例えば、低温（−４０℃で２０時間以上）→高温（３０℃で２０時間以上）→低温（−４０℃で２０時間以上）といった冷熱サイクルを繰り返す冷熱耐久（熱衝撃）試験を実施した。この場合、粘度低下による潤滑油のたれ等が原因で、非多孔質状表面における潤滑油がその下部の多孔質状表面から吸収されることにより潤滑油量が減少し、モータ起動時に異音が発生してしまうことがあった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電動機の停止後長時間経過し、かつその間に熱衝撃が加わった場合にも、軸受の摺動面に潤滑油を残存させ、電動機の起動時における異音の発生を防止できる含油軸受を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、多数の空孔を有する多孔質材に潤滑油をしみ込ませてなる含油軸受であって、軸受中央において内周面が回転軸と平行となるよう設けられ、その表面が多孔質状である中央軸受部と、前記中央軸受部の下方において内周面が下端に向かって徐々に広がるよう設けられ、その表面が多孔質状である下端軸受部と、前記中央軸受部と前記下端軸受部との境界部近傍において内周面の全周に亘って内径方向に突設され、その表面が非多孔質状である当接部とを有し、前記中央軸受部及び下端軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の段差をａ、前記下端軸受部表面に対する当接部表面の段差をｂとしたとき、ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成した。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、多数の空孔を有する多孔質材に潤滑油をしみ込ませてなる含油軸受であって、軸受中央において内周面が回転軸と平行となるよう設けられ、その表面が多孔質状である中央軸受部と、前記中央軸受部の両端において内周面が両端側に向かって徐々に広がるよう設けられ、その表面が多孔質状である端部軸受部と、前記中央軸受部と前記端部軸受部との境界部近傍において内周面の全周に亘って内径方向に突設され、その表面が非多孔質状である当接部とを有し、前記中央軸受部及び端部軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の段差をａ、前記端部軸受部表面に対する当接部表面の段差をｂとしたとき、ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成した。
【００１０】
（作用）
上記の発明によれば、回転軸の回転中において、回転軸と軸受内周面との接触摩擦により多孔質状の中央軸受部の内周面から潤滑油が溢れる。そして、本発明では、中央軸受部表面に対する当接部表面の段差（突出量）ａを中央軸受部における最小油膜厚さｘよりも小さくした（ａ＜ｘ）ので、中央軸受部の表面における潤滑油がその段差ａを乗り越えて当接部における非多孔質状表面に至ることができる。また、端部軸受部表面に対する当接部表面の段差（突出量）ｂを最大油膜厚さｙよりも大きくした（ｙ＜ｂ）ので、当接部の非多孔質状表面における潤滑油がその段差ｂを乗り越えて端部軸受部に至ることなく同軸受部の多孔質状表面から吸収されるといったことを防止できる。よって、電動機が長時間停止し、かつ、熱衝撃が加わったとしても、当接部の非多孔質状表面における潤滑油を保持できるので、電動機の駆動時における異音の発生を防止することができる。
【００１１】
特に、請求項２に記載の発明のように、中央軸受部の両端に当接部（非多孔質状表面）を形成すると、含油軸受の上下の向きを反対にしても、中央軸受部の下方に当接部が存在することとなる。そして、中央軸受部の下方となる当接部の非多孔質状表面により潤滑油を保持することができる。従って、目印等を設ける必要がなく、含油軸受の組み付けを容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両用空調装置に用いられるブロワモータに具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００１３】
図１は本実施形態におけるブロワモータ１の断面図である。ブロワモータ１は、略円筒状のヨークハウジング２と、そのヨークハウジング２における上下の開口部を塞ぐように固定されるハウジングケース３，４とを備える。
【００１４】
ヨークハウジング２の内周面には、アーマチャ５を挟んで対向配置するようマグネット６が固着されている。ハウジングケース３には含油軸受７が固定され、その含油軸受７によってアーマチャ５から延びる回転軸８の基端部が回転可能に支持されている。一方、ハウジングケース４には含油軸受９が固定され、その含油軸受９によってアーマチャ５から延びる回転軸８が回転可能に支持されている。回転軸８の先端は、ハウジングケース４から外部に突出しており、その回転軸８の先端に図示しない送風ファンが固定される。また、回転軸８には、アーマチャ５と含油軸受９との間となる位置にコンミテータ１０が回転軸８と一体回転可能に固定されている。さらに、コンミテータ１０の外周面に摺接するようにブラシ１１が配設されている。
【００１５】
このブロワモータ１は、回転軸８が鉛直方向に沿うように図示しない車両に固定される。そして、モータ起動時において、図示しない外部電源からの直流電流がブラシ１１、コンミテータ１０等を経てアーマチャ５に供給されることで、アーマチャ５が回転軸８とともに回転する。これによって、回転軸８先端に固定した送風ファンによる送風動作が行われる。
【００１６】
次に、本実施形態における含油軸受７，９の構成について説明する。
含油軸受７，９は、多数の空孔を有する多孔質焼結合金であって、粉末金属を圧縮加圧し、さらに焼結加工して成形される。含油軸受７，９における各空孔内には潤滑油が充填されている。
【００１７】
図２は、図１における含油軸受９の拡大断面図である。含油軸受９は、中央軸受部２１と、上端軸受部２２と下端軸受部２３とからなる。中央軸受部２１は、その内周面２１ａが回転軸８と平行となるよう設けられている。上端軸受部２２は、中央軸受部２１の上方に配設され、その内周面２２ａが上端に向かって徐々に広がるよう形成されている。下端軸受部２３は、中央軸受部２１の下方に配設され、その内周面２３ａが下端に向かって徐々に広がるよう形成されている。これら上端軸受部２２及び下端軸受部２３における内周面２２ａ，２３ａは、直線的なテーパ面となっている。中央軸受部２１、上端軸受部２２及び下端軸受部２３における内周面２１ａ〜２３ａは、多数の空孔を有する多孔質状表面となっている。つまり、中央軸受部２１の内周面２１ａは多孔質平行面となり、上端軸受部２２及び下端軸受部２３の内周面２２ａ，２３ａは多孔質テーパ面となっている。
【００１８】
中央軸受部２１と下端軸受部２３との境界部近傍において、当接部２４が周方向の全周に亘って内径方向に突設されており、その内周面（図２の網掛け部）２４ａは、空孔が目潰しされた非多孔質状表面となっている。当接部２４における非多孔質状表面２４ａの下端側は、外側に広がるようテーパ状に形成されている。つまり、当接部２４の内周面２４ａは、回転軸と平行である非多孔質平行面２４ｂと、その下方の非多孔質テーパ面２４ｃとからなる。
【００１９】
なお、回転軸８の回転時には、中央軸受部２１及び当接部２４が潤滑油を介して回転軸８と摺接するため、これらの内周面２１ａ，２４ａが回転軸８の摺動面となる。また、下端軸受部２３の内周面（多孔質テーパ面）２３ａには摺動面における潤滑油が垂れることを防止する作用があり、そのテーパ面２３ａの角度を１°〜５°の範囲とするのが望ましい。
【００２０】
本実施形態において、当接部２４の内径側への突出量は、内周面２１ａ，２２ａ，２３ａにおける潤滑油の油膜厚さに基づいて決定されている。具体的には、本実施形態のブロワモータ１の含油軸受９では、使用時の油膜厚さが、５μｍ（最小油膜厚さｘ）〜１０μｍ（最大油膜厚さｙ）となるよう潤滑油が充填されている。そして、図２に示すように、中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面２４ａ（非多孔質平行面２４ｂ）の突出量（中央軸受部２１と当接部２４とにおける表面の段差）ａを４μｍ（最小油膜厚さｘ＝５μｍよりも小）としている（ａ＜ｘ）。また、下端軸受部表面２３ａに対する当接部表面２４ａ（非多孔質テーパ面２４ｃ）の突出量（下端軸受部２３と当接部２４とにおける表面の段差）ｂを２０μｍ（最大油膜厚さｙ＝１０μｍよりも大）としている（ｙ＜ｂ）。
【００２１】
上端軸受部２２における上側には、切欠状の目印２５が内周面と外周面とを貫通するよう設けられている。この目印２５により、モータ１への組み付け時に当接部２４（非多孔質状表面２４ａ）がある下端軸受部２３側が判別される。さらに、含油軸受９の外周側面は軸芯に対して曲面状になっている。この外周側面は、ハウジングケース４に固定される部分であり、回転軸８に対して摺動面（多孔質平行面２１ａ及び非多孔質平行面２４ｂ）が平行となるよう微調整するための構造である。なお、モータ底部のハウジングケース３に設けられる含油軸受７についても、図２の含油軸受９と同一形状であり、目印２５を上にして固定されている。
【００２２】
次に、本実施形態における含油軸受７，９の作用を説明する。
ブロワモータ１の起動に伴い回転軸８が回転すると、回転軸８と軸受内周面との接触摩擦熱により、図３（ａ）に示すように、多孔質状の内周面（中央軸受部２１の多孔質平行面２１ａ、下端軸受部２３の多孔質テーパ面２３ａ）における空孔３０内の潤滑油３１が膨張し外部に浸出する。中央軸受部２１から浸出した潤滑油３１は、内周面２１ａもしくは回転軸８の表面を伝わって中央軸受部２１の下方に設けられた当接部２４の内周面２４ａに至る。ここで、中央軸受部２１の内周面２１ａと当接部２４の内周面２４ａと間の段差ａは最小油膜厚さｘよりも小さいので、潤滑油３１がその段差ａを乗り越えて非多孔質状表面２４ａに至る。
【００２３】
回転軸８が静止すると、温度低下や毛細管圧力等により、図３（ｂ）に示すように、中央軸受部２１及び下端軸受部２３における潤滑油３１は、多孔質状表面２１ａ，２３ａの内部（空孔３０内）に吸い込まれる。このとき、空孔３０内に吸い込まれずに残存している潤滑油３１は、表面張力によって隙間が最も狭くなる当接部２４に移動していく。当接部２４の表面は、空孔３０が目潰しされて非多孔質状表面２４ａとなっているので、潤滑油３１が内部に浸透することなく、その表面２４ａには潤滑油３１が浸潤したまま残る。
【００２４】
その後、低温（−４０℃で２０時間以上）→高温（３０℃で２０時間以上）→低温（−４０℃で２０時間以上）といった冷熱サイクルが繰り返される場合、高温時に多孔質状表面２１ａ，２３ａの空孔３０内から潤滑油３１が供給されたり、低温時に多孔質状表面２１ａ，２３ａの空孔３０内に潤滑油３１が浸透したりする。
【００２５】
ここで、当接部２４の非多孔質状表面２４ａと下端軸受部２３の多孔質状表面２３ａとの段差ｂが最大油膜厚さｙよりも小さいと、非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１がその段差を乗り越えて多孔質状表面２３ａの潤滑油３１と繋がる。その後、その潤滑油３１は温度低下に伴って下端軸受部２３の多孔質状表面２３ａから吸収されてしまう。従って、冷熱サイクルが繰り返されると、当接部２４の非多孔質状表面２４ａにおける潤滑油３１が枯渇してしまう。その状態でブロワモータ１が起動されると、含油軸受７，９と回転軸８との摺動抵抗が大きく、かつ潤滑油３１による制振効果が得られないため、回転軸８の芯ずれによる遠心力が作用して、後進才差運動として知られる挙動を示し、不快な音（異音）が発生してしまう。
【００２６】
これに対し、本実施形態では、当接部２４の非多孔質状表面２４ａと下端軸受部２３の多孔質状表面２３ａとの段差ｂが最大油膜厚さｙよりも大きくなるようにしている。従って、非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１とその下方の多孔質状表面２３ａの潤滑油３１が分離され、非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１が段差ｂを乗り越えて多孔質状表面２３ａから吸収されるといった問題が回避される。このように、回転軸８の静止状態が長時間続き、かつ熱衝撃が加わったとしても、当接部２４の非多孔質状表面２４ａに潤滑油３１が確保されているので、モータ起動後における異音の発生が防止される。
【００２７】
以上詳述したように本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面２４ａの突出量（段差）ａを最小油膜厚さｘよりも小さくし、かつ、下端軸受部表面２３ａに対する当接部表面２４ａの突出量（段差）ｂを最大油膜厚さｙよりも大きくした。これにより、静止状態が長時間続き、かつ熱衝撃が加わったとしても、当接部２４の非多孔質状表面２４ａの潤滑油３１を確保することができ、モータ起動後における異音の発生を防止できる。特に、本実施形態では、下端軸受部表面２３ａに対する突出量（段差）ｂを最大油膜厚さｙ（１０μｍ）の２倍（２０μｍ）としたので、各表面２３ａ，２４ａ間の段差ｂが十分に大きくなり、非多孔質状表面２４ａにおける潤滑油３１が下方に垂れることを確実に防止することができる。
【００２８】
（２）当接部２４における非多孔質状表面２４ａの下端側を非多孔質テーパ面２４ｃとすることにより、非多孔質状表面２４ａにおける潤滑油３１の油量を増加させることができる。
【００２９】
（３）上端軸受部２２における上側に目印２５を設けたので、この目印２５により当接部２４（非多孔質状表面２４ａ）がある下端軸受部２３側が判別される。これにより、含油軸受７，９の誤組み付けを防止することができる。
【００３０】
なお、上記以外に次の形態にて具体化できる。
・上記実施形態の含油軸受７，９では、中央軸受部２１と下端軸受部２３との境界部近傍にて当接部２４を配設していたが、図４に示す含油軸受３３のように、中央軸受部２１と上端軸受部２２との間にも当接部３４を設けてもよい。この含油軸受３３は上下対称の形状となっている。つまり、中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面３４ａの段差は、中央軸受部表面２１ａに対する当接部表面２４ａの段差ａに等しく、上端軸受部表面２２ａに対する当接部表面３４ａの段差は、下端軸受部表面２３ａに対する当接部表面２４ａの段差ｂに等しい。含油軸受３３においても、中央軸受部２１に対する段差ａが最小油膜厚さｘより小さく（ａ＜ｘ）、端部軸受部２２，２３に対する段差ｂが最大油膜厚さｙよりも大きく（ｙ＜ｂ）なるように形成している。この場合、含油軸受３３の上下の向きを逆にしても、下側の当接部における非多孔質状表面により潤滑油を保持することができる。従って、ブロワモータ１への組み付け時に含油軸受３３の上下の向きを気にしなくて済み、含油軸受３３の組み付けを容易に行うことができる。
【００３１】
・さらに、図５に示す含油軸受３５のように、上端軸受部２２がテーパ面ではなく回転軸８と平行なストレート状としてもよい。この場合、含油軸受３５における内径が上方と下方とで異なるため、その外観から当接部２４がある下端軸受部２３側を判断することができ、含油軸受３５の誤組み付けを防止することができる。
【００３２】
・上記実施形態では、当接部２４，３４は、その側面が内周面２１ａに対しほぼ垂直となるよう突出していたがこれに限るものではなく、当接部２４，３４の角を面取りして傾斜した側面としたり、曲面状（Ｒ状）の側面としたりしてもよい。
【００３３】
・上記実施形態では、中央軸受部表面２１ａに対する当接部２４の段差ａを４μｍとし、下端軸受部表面２３ａに対する当接部２４の段差ｂを２０μｍとしたがこれに限るものではない。つまり、突出量（段差）ａ＜最小油膜厚さｘ、突出量（段差）ｂ＞最大油膜厚さｙの関係を有するものであればよく、これら突出量ａ，ｂは、潤滑油３１の種類等に応じて適宜変更できる。勿論、突出量ａは、中央軸受部２１と回転軸８との間におけるクリアランスの範囲内で設定する。なお、本願発明者は、クリアランスが５μｍ〜１９μｍであり、当接部２４の突出量ａを２μｍ〜１０μｍとした含油軸受について、上記実施形態の効果を確認している。
【００３４】
・上記実施形態では、車両用空調装置に用いられるブロワモータ１に具体化していたが、他のモータ（電動機）に具体化してもよい。
上記実施の形態から把握できる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００３５】
（イ）回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、内周面が回転軸と平行である中央軸受部と、前記中央軸受部の上方において内周面が上端に向かって徐々に広がる上端軸受部と、前記中央軸受部の下方において内面が下端に向かって徐々に広がる下端軸受部とからなる潤滑油を含む多孔質状の含油軸受において、前記中央軸受部と前記下端軸受部との境界部近傍にて、内径方向に突出し、その内周表面が非多孔質状である当接部を有し、前記中央軸受部及び下端軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の突出量をａ、前記下端軸受部表面に対する当接部表面の突出量をｂとしたとき、ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成したことを特徴とする含油軸受。このようにすれば、請求項１及び２に記載の発明と同様に、電動機が長時間停止し、かつ、熱衝撃が加わったとしても、当接部の非多孔質状表面における潤滑油を保持できるので、電動機の駆動時における異音の発生を防止できる。
【００３６】
（ロ）前記当接部表面の突出量ｂを最大油膜厚さｙの２倍以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の含油軸受。このようにすれば、当接部表面の突出量ｂが十分に大きくなるので、非多孔質状表面における潤滑油を確実に保持することができる。
【００３７】
（ハ）前記当接部における非多孔質状表面において、前記中央軸受部側を回転軸と平行な平行面とし、下端軸受部側を下端に向けて広がるテーパ面としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の含油軸受。このように、当接部における非多孔質状表面の下端側をテーパ面とすることにより、その非多孔質状表面における潤滑油の油量を増加させることができる。
【００３８】
（ニ）前記下端軸受部側を判定するための目印を設けたことを特徴とする請求項１に記載の含油軸受。この目印を設けることにより、含油軸受の誤組み付けを防止することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、電動機の停止後長時間経過し、かつその間に熱衝撃が加わった場合にも、軸受の摺動面に潤滑油を残存させ、電動機の起動時における異音の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態におけるブロワモータの概略構成を示す断面図。
【図２】 本実施形態における含油軸受を示す断面図。
【図３】 潤滑油の動きを示す説明図。
【図４】 別の実施形態における含油軸受を示す断面図。
【図５】 別の実施形態における含油軸受を示す断面図。
【図６】 従来の含油軸受を示す断面図。
【符号の説明】
１…電動機としてのブロアモータ、７…含油軸受、８…回転軸、９…含油軸受、２１…中央軸受部、２１ａ…中央軸受部表面、２２…上端軸受部（端部軸受部）、２２ａ…上端軸受部表面、２３…下端軸受部（端部軸受部）、２３ａ…下端軸受部表面、２４…当接部、２４ａ…当接部表面、３０…空孔、３１…潤滑油、３３…含油軸受、３４…当接部、３４ａ…当接部表面、３５…含油軸受。
Claims (2)
- 回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、多数の空孔を有する多孔質材に潤滑油をしみ込ませてなる含油軸受であって、
軸受中央において内周面が回転軸と平行となるよう設けられ、その表面が多孔質状である中央軸受部と、
前記中央軸受部の下方において内周面が下端に向かって徐々に広がるよう設けられ、その表面が多孔質状である下端軸受部と、
前記中央軸受部と前記下端軸受部との境界部近傍において内周面の全周に亘って内径方向に突設され、その表面が非多孔質状である当接部と
を有し、前記中央軸受部及び下端軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の段差をａ、前記下端軸受部表面に対する当接部表面の段差をｂとしたとき、
ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成したことを特徴とする含油軸受。 - 回転軸が略鉛直方向に沿って配置される電動機に適用され、多数の空孔を有する多孔質材に潤滑油をしみ込ませてなる含油軸受であって、
軸受中央において内周面が回転軸と平行となるよう設けられ、その表面が多孔質状である中央軸受部と、
前記中央軸受部の両端において内周面が両端側に向かって徐々に広がるよう設けられ、その表面が多孔質状である端部軸受部と、
前記中央軸受部と前記端部軸受部との境界部近傍において内周面の全周に亘って内径方向に突設され、その表面が非多孔質状である当接部と
を有し、前記中央軸受部及び端部軸受部の表面に浸潤する潤滑油の最小油膜厚さをｘ、最大油膜厚さをｙとし、前記中央軸受部表面に対する当接部表面の段差をａ、前記端部軸受部表面に対する当接部表面の段差をｂとしたとき、
ａ＜ｘかつｙ＜ｂの関係を有するように形成したことを特徴とする含油軸受。
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