JP4994937B2 - ファンモータ用焼結含油軸受 - Google Patents

Description

本発明は、各種用途のモータ、電子機器や電源設備等の冷却に用いられるファンモータ用の軸受として好適な焼結含油軸受に関する。

ファンモータは、中央演算ユニット等のＩＣパッケージ上に載置されたり、パーソナルコンピュータや電源設備等の本体枠等に設置され、回転翼の回転により外気を導入し、または枠内の空気を排出して電子機器等を冷却するものである。このようなファンモータは、枠形のケーシングの中央部にモータが固定されており、そのロータに回転翼（ファン）を取り付けた構造を有する。図５はファンモータの一実施例の略示縦断面図である。ロータは、回転軸３に締結したハブ４と、ハブ４に形成した回転翼５と、ハブ４の内周側に固定した多極着磁の磁石７により構成される。ケーシングは、空気孔６１が形成されたケース６と、ケース６内に固定される軸受ハウジング２に開口部側から軸受１が固定された軸受ユニットと、コイル８を備えた固定子９とから構成される。ロータの回転軸３は、ケーシングの軸受１によって回転自在に支持され、ロータを駆動するモータは、ロータの磁石７とケーシングのコイル８および固定子９とにより構成される。このようなファンモータにおいては、コイル８に通電することによってコイル８と固定子９とにより発生する回転磁界と、多極着磁の磁石７の持つ磁界によって、ロータが駆動回転され、ロータに形成された回転翼５により、一定方向の空気流を発生させて空気孔６１から、空気の吸入もしくは排出を行う。

上記構造のようなファンモータの軸受には、焼結含油軸受を用いているものがあり（例えば特許文献１）、焼結含油軸受としては、青銅または鉄・青銅系の多孔質焼結合金の気孔内に炭化水素系の合成油あるいは炭化水素系合成油に増稠剤として金属石けんを混合した合成潤滑油等を含浸したものが用いられている。

特開平１０−１６４７９４号公報

このようなファンモータは、近年のパーソナルコンピュータやゲーム機器等の高機能化による発熱量の増加に伴ない、その使用量が増加している。その一方で、ファンモータの長寿命化や省電力化が望まれており、ファンモータに使用される軸受には、長寿命化と摩擦係数の低減が一層重要となっている。従って、本発明は長寿命で摩擦係数の低い軸受を提供することを課題とする。

上記の長寿命化と低摩擦化を達成するために、本発明のファンモータ用焼結含油軸受は、一端が開口するとともに他端が閉塞された円筒状のハウジングと、外周が前記ハウジングの内周面に固定され、内周が回転軸を回転自在に支持する円筒状であり、気孔中に潤滑油を含浸した焼結含油軸受、からなる軸受ユニットを用いるファンモータにおいて、前記焼結含油軸受の内周面に、回転軸に対して５〜１５°傾斜するとともに、一端が端面に連通し、他端が端面に連通しない内周溝が３〜９本形成され、前記傾斜した内周溝が連通する側の端面を前記軸受ユニットの閉塞側の端面として用いることを特徴とする。

本発明のファンモータ用焼結軸受によれば、潤滑油の漏洩を防止することができるとともに、摺動面の潤滑状態を良好にすることができるため、ファンモータ用焼結含油軸受の寿命を延長するとともに摩擦係数を低減することができ、ファンモータの長寿命化や省電力化に寄与する。

以下、図面を参照して本発明のファンモータ用焼結含油軸受の一実施態様を説明する。図１はファンモータ用焼結含油軸受の一実施態様であり、図１（ａ）は軸受１の開放側端面図、図１（ｂ）は軸受１の縦断面図、図１（ｃ）は軸受１の閉塞側端面図である。図２は図１のファンモータ用焼結含油軸受１を用いた軸受ユニットの縦断面図、図３は図１のファンモータ用焼結含油軸受１の内周面の展開図である。

本発明のファンモータ用軸受は焼結合金からなり、その気孔中には炭化水素系の合成油あるいは炭化水素系合成油に増稠剤として金属石けんを混合した合成潤滑油等の潤滑油が含浸されている。
ファンモータ用軸受は、一般に、内径が１．５〜３．５ｍｍ程度で、軸方向の長さが５〜１５ｍｍ程度のものが用いられている。

また図１（ｂ）に示すように、軸受１の内周面１１には内周溝１２が形成されており、この傾斜した内周溝は、一方の端面１３（図中下側の端面）に連通しており、他方の端面１４（図中上側の端面）には連通していない。ファンモータ用軸受は、図２に示すように、一端が開口するとともに他端が閉塞されたハウジング２の内周面に圧入し、もしくは接着して固定される。この時、ハウジング２に固定され閉塞する側の端面に上記の内周溝が連通する側の端面１３（図中下側の端面）を配置し、ハウジングの開口側に上記の内周溝が連通しない側の端面１４（図中上側の端面）を配置する。

上記の内周溝１２は、油溜めとして機能し、潤滑油を内周面１１（摺動面）に供給する作用を有する。また内周溝１２は、図３に示すように軸３の回転方向に対して、内周溝１２が連通する側（閉塞側端面１３）から内周溝が連通しない側（開放側端面１４）に向かう傾斜溝となっている。本発明のファンモータ用焼結含油軸受は、上記のように内周溝１２を傾斜させるとともに、閉塞側端面１３に連通し、開放側端面１４に連通しない構成としたことにより、（１）油溜めの軸方向長さｌを大きくして摺動面への潤滑作用を高める作用、（２）潤滑油を内周溝１２に沿って閉塞側端面１３に移送して、閉塞側端面１３の油圧を高めて内周面１１に供給される油膜の強度を高める作用、および（３）潤滑油を内周溝１２に沿って閉塞側端面１３に移送して、焼結含油軸受の開放側端面１４からの潤滑油の漏洩を防止して、潤滑油の消耗による寿命の低下を抑制する作用を得ることができる。上記（１）から（３）の効果を有効にするためには内周溝１２の幅は０．２〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。但し、図３には内周溝の巾を拡大して示してある。

軸受１の軸方向に対する上記の内周溝１２の傾斜角度θが５゜に満たないと、上記（１）から（３）の作用が充分に得られなくなる。一方、傾斜角度θが１５゜を超えると、油溜めの軸方向長さｌは大きくなるものの、潤滑油が内周溝１２に沿って閉塞側端面１３に逃げやすくなるため、結果として内周面１１への潤滑油の供給作用が低下することとなる。そのため内周溝１２の傾斜角度θは、軸に対して５〜１５°とすることが好適である。

内周溝１２の傾斜角度θを上記のように設定しても、内周溝１２が開放側端面１４に連通すると、軸の回転にともなう発熱による潤滑油の膨張により、開放側端面１４から潤滑油の漏洩が生じ易くなって、軸受の寿命が低下することになる。このため内周溝１２は開放側端面１４に連通しない構造にする必要がある。

内周溝１２の本数は、少ないと上記の作用が乏しくなるため、軸受の内周面１１全体にその作用を及ぼすためには、３本以上形成する必要がある。一方、内周溝１２の本数が多すぎると、摺動面の面積が減少して摺動面が受ける面圧が増加するので、上限を９本とする。

上記のような構成を有するファンモータ用焼結含油軸受においては、内周面１１（摺動面）の素材密度を高くすると、内周溝１２から供給される潤滑油が焼結含油軸受の気孔を通じて漏出し難くなり、潤滑油の圧力が高くなって潤滑油の油膜が強固となる。その一方で、内周溝１２の密度も高くすると、本来の焼結含油軸受が有する潤滑油の循環作用が損なわれることなる。これらの観点から、内周面１１の気孔率を５〜２８％、内周溝１２の溝面の気孔率を３０〜４５％に形成することが好ましい。このような気孔率の構成にするためには、気孔率を３０〜４５％に形成した内周溝を有する焼結含油軸受の焼結体素材を用意し、サイジング等の再圧縮を行う際に、円筒状のコアロッドを用いて内周面を塑性変形させて気孔を目潰しして内周面の表面に開口する気孔率を５〜２８％に調整することによって所望の軸受を得ることができる。

本発明のファンモータ用焼結含油軸受においては、図４に示すように、さらに、内周溝１２が連通する側端面１３に、軸３の回転方向に向かって外径側から内径側に傾斜し、終端部が前記内周溝１２と連通する端面溝１６を形成することを好ましい態様とする。上記のように端面溝１６を軸受閉塞側端面１３上に形成すると、軸３の回転にともない、ハウジング２と軸受閉塞端面１３により形成される空間に貯留された潤滑油が、端面溝１６により引き込まれ、引き込まれた潤滑油を内周溝１２に供給して上記（２）の潤滑油の移送作用を高めることができる。この端面溝１６は、内周溝１２と同数だけ形成してもよいが、内周溝１２より少なくしてもよい。

鉄粉末に、４５質量％の電解銅粉末、５質量％の箔状銅粉末、３質量％の錫粉末を添加し混合した原料粉末を金型に充填して圧縮成形して、外径３．５ｍｍ、内径２．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの略円筒形状の軸受形状成形体を得た。なお、表１に示すように傾斜角度を変えた内周溝１２を６本形成した。
内周溝は、幅が０．５ｍｍであり、一方の端面１３に連通し、他方の端面１４には連通せず、内周溝の端部１５と内周溝が連通しない端面１４との距離が１ｍｍとなるように形成した。また、比較のため内周溝が両端面に連通するものも用意した。なお、これらの成形体の密度比は各々７０％となるように調整した。これらの成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中において７８０℃で焼結を行った後、内周面を再圧縮して内周面の気孔率を１０％とした。なお、内周溝の溝面の気孔率は３８％であった。
得られた試料についてＩＳＯ ＶＧ６８相当の粘度を有するポリアルファオレフィンを主成分とする合成潤滑油（商品名 フロイル９７２P−６８、関東化成工業（株）製）を含浸し軸受試料を作製した。
得られた軸受試料は、図２に示すように、一端が開口するハウジングに、内周溝が連通する端面がハウジング底部と対向するように圧入して固定し、表１に示す実施例１〜３および比較例１〜４の軸受ユニット試料を作製した。上記の軸受ユニット試料に、外径が２．５ｍｍでありＪＩＳ Ｓ４５Ｃ相当材からなる軸を挿入し、環境温度８０℃にて軸を回転数：５０００ｒｐｍで回転させて、摩擦係数を測定するとともに、軸の２００時間の運転終了後、軸受ユニット試料の重量を測定して、軸受端面からの潤滑油の油消耗率を測定した。これらの結果を表１に併せて示す。なお、表１の傾斜溝の傾斜角度θは、軸に対する傾斜角度であり、比較例１の０°の試料は、内周溝が軸方向に平行に形成され、内周溝が傾斜していない場合の例である。また、比較例４は内周溝が、両端面のいずれにも連通したものである。

表１より、内周溝の傾斜角度が５°に満たない比較例１および２や、傾斜角度が１５°を超える比較例３に比して、傾斜角度が５〜１５°の実施例１〜３は、摩擦係数が低くなっており、この範囲で良好な摺動特性を示すことが確認された。また、比較例４は、実施例１〜３に比して潤滑油の漏出量が多くなっており、摩擦係数も大きい値を示す。このことから、内周溝はハウジングの開口端面に連通させない構成とすることが重要であることがわかる。

本願発明のファンモータ用焼結含油軸受は、ファンモータ用に好適なものであり、ファンモータに使用すればモータの耐久性の向上、信頼性の向上に寄与することができる。

本発明に係るファンモータ用軸受の一実施態様の模式図であり、（ａ）は軸受の開放側端面の平面図、（ｂ）は軸受の縦断面図、（ｃ）は軸受の閉塞側端面の底面図である。 本発明に係る軸受ユニットの一実施態様の縦断面図である。 本発明に係るファンモータ用軸受の一実施態様である図１に示した軸受の内周面の展開図である。 本発明に係るファンモータ用軸受の他の実施態様であり、内周溝が連通する側の端面に端面溝を形成した軸受の底面図である。の閉塞側端面の模式図 ファンモータの一例の縦断面図である。

符号の説明

１ 軸受
１１ 軸受内周面
１２ 内周溝
１３ 閉塞側端面
１４ 開放側端面
１５ 内周溝端部
１６ 端面溝
２ 軸受ハウジング
３ 回転軸
４ ハブ
５ 回転翼（ファン）
６ ケース
６１ 空気孔
７ 磁石
８ コイル
９ 固定子

Claims (3)

1. 一端が開口し、他端が閉塞された円筒状のハウジングと、
   外周が前記ハウジングの内周面に固定され、内周が回転軸を回転自在に支持する円筒状であり、気孔中に潤滑油を含浸した焼結含油軸受からなる軸受ユニットを用いるファンモータにおいて、
   前記焼結含油軸受の内周面に、軸に対して５〜１５°傾斜するとともに、一端が端面に連通し、他端が端面に連通しない内周溝を３〜９本形成し、前記内周溝が連通する側の端面を前記軸受ユニットのハウジングの閉塞側端面の側に配置することを特徴とするファンモータ用焼結含油軸受。
2. 軸受内周面の気孔率が５〜２８％であり、内周溝の溝面の気孔率が３０〜４５％であることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ用焼結含油軸受。
3. 前記軸受の内周溝が連通する側端面に、さらに、前記内周溝と同数以下の本数であり、軸の回転方向に向かって外径側から内径側に傾斜し、終端部が前記内周溝と連通する端面溝を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のファンモータ用焼結含油軸受。

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