JPH09242748A - 動圧スラスト多孔質軸受 - Google Patents
動圧スラスト多孔質軸受Info
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- Y10S384/00—Bearings
- Y10S384/90—Cooling or heating
- Y10S384/902—Porous member
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ラジアル荷重のみならずスラスト荷重を受け
る使用条件においても、良好な潤滑特性が得られる多孔
質軸受を提供する。 【解決手段】 円筒体の端面部でスラスト荷重を受け、
内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受であって、ス
ラスト受け端面の少なくとも３カ所に軸受中心に対して
放射状に配置した凸部２を形成し、該凸部の少なくとも
一方側にテーパ部３を形成し、該テーパ部底部である凹
部４を有し、更に軸受内周面の該凹部に該当する位置に
グルーブ５を形成したことを特徴とする動圧スラスト多
孔質軸受１。
る使用条件においても、良好な潤滑特性が得られる多孔
質軸受を提供する。 【解決手段】 円筒体の端面部でスラスト荷重を受け、
内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受であって、ス
ラスト受け端面の少なくとも３カ所に軸受中心に対して
放射状に配置した凸部２を形成し、該凸部の少なくとも
一方側にテーパ部３を形成し、該テーパ部底部である凹
部４を有し、更に軸受内周面の該凹部に該当する位置に
グルーブ５を形成したことを特徴とする動圧スラスト多
孔質軸受１。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアル方向およ
びスラスト方向に荷重を受けるモータ等に用いる多孔質
軸受に関するものである。更に詳しくは、長寿命、低軸
摩擦損失、低振動、低騒音および低軸振れなど種々の優
れた特性を有し、スピンドルモータ等に好適な軸受に関
するものである。
びスラスト方向に荷重を受けるモータ等に用いる多孔質
軸受に関するものである。更に詳しくは、長寿命、低軸
摩擦損失、低振動、低騒音および低軸振れなど種々の優
れた特性を有し、スピンドルモータ等に好適な軸受に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】焼結含油軸受は、ラジアル方向の摺動に
関してはポンプ作用といわれる油の循環作用やくさび効
果などによって、良好な摺動特性を示すが、スラスト方
向の摺動に関しては、油の供給や油圧発生の機構がな
く、十分な摺動特性を実現することができなかった。
関してはポンプ作用といわれる油の循環作用やくさび効
果などによって、良好な摺動特性を示すが、スラスト方
向の摺動に関しては、油の供給や油圧発生の機構がな
く、十分な摺動特性を実現することができなかった。
【０００３】特開平０１−１２１２１号は、焼結含油軸
受の端面に少なくとも３ヶ所の周方向および径方向に、
山頂を有する３次元的凹凸をウェーブ状につけた形状と
し、その凸部でスラスト荷重を支え、凸部と凹部の高低
差により潤滑油に正圧と負圧を発生させ、摺動面の油膜
形成および摺動面への油供給を行い、スラスト方向の荷
重を受けようとするものである。
受の端面に少なくとも３ヶ所の周方向および径方向に、
山頂を有する３次元的凹凸をウェーブ状につけた形状と
し、その凸部でスラスト荷重を支え、凸部と凹部の高低
差により潤滑油に正圧と負圧を発生させ、摺動面の油膜
形成および摺動面への油供給を行い、スラスト方向の荷
重を受けようとするものである。
【０００４】同様に焼結含油軸受の端面においてスラス
ト方向の荷重を受ける目的で、動圧の発生を期待して凹
凸部を形成したものとして、実開昭５７−６３１２１号
がある。この考案では、端面に任意の個数の浅い凹部が
設けてあり、この凹部は直線により形成される２次元的
傾斜面であり、その軸方向傾斜角度は２０゜以下、最大
深さも０.３ｍｍ以下であって、その凹部を油供給部と
すると共に、油膜のくさび効果により動圧を発生させる
ことによって、摺動条件を改善しようとするものであ
る。また、焼結含油軸受ではないが、軸受端面を同様な
凹凸部（テーパドランド形状）としたものとして特公昭
６３−３３０１０号がある。これは、ランド部分にもテ
ーパ部分より緩い傾斜（テーパを２段階に形成する）を
つけたものであり、ランド部分がフラットのものよりも
動圧を増大させ、負荷容量を増加させることによって良
好な摺動特性を得ようとしたものである。
ト方向の荷重を受ける目的で、動圧の発生を期待して凹
凸部を形成したものとして、実開昭５７−６３１２１号
がある。この考案では、端面に任意の個数の浅い凹部が
設けてあり、この凹部は直線により形成される２次元的
傾斜面であり、その軸方向傾斜角度は２０゜以下、最大
深さも０.３ｍｍ以下であって、その凹部を油供給部と
すると共に、油膜のくさび効果により動圧を発生させる
ことによって、摺動条件を改善しようとするものであ
る。また、焼結含油軸受ではないが、軸受端面を同様な
凹凸部（テーパドランド形状）としたものとして特公昭
６３−３３０１０号がある。これは、ランド部分にもテ
ーパ部分より緩い傾斜（テーパを２段階に形成する）を
つけたものであり、ランド部分がフラットのものよりも
動圧を増大させ、負荷容量を増加させることによって良
好な摺動特性を得ようとしたものである。
【０００５】一方、焼結含油軸受の端面に単に溝を設け
たものとして、特開昭５０−３５５５２号がある。これ
は、軸受内径の中心から放射状に複数の溝を形成したも
のであり、溝底部分を製法的に高密度とし、回転により
溝にたまった油を軸受内部に浸透させることなく、再び
スラスト摺動に供給する構造のものであり、これもスラ
スト摺動特性改善を目的としたものである。スラスト摺
動を前提とせずに、焼結含油軸受端面に溝を設けている
例が特開昭５８−６２３号である。これは、軸受内径中
心から複数の放射状溝部を端面に形成し、かつ内径面取
りを大きくつけたものである。一般に、面取りはいずれ
の軸受にも形成するが、上記発明では、内径部に大きな
面取りを設け、そこから外周方向へ伸びる溝を形成する
ことにより、内周面から湧出する油を、この溝を利用し
て飛散させることなく外周方向に導き、軸受外周におい
て回収することによって、油飛散の防止および軸受寿命
の延長を図るものである。
たものとして、特開昭５０−３５５５２号がある。これ
は、軸受内径の中心から放射状に複数の溝を形成したも
のであり、溝底部分を製法的に高密度とし、回転により
溝にたまった油を軸受内部に浸透させることなく、再び
スラスト摺動に供給する構造のものであり、これもスラ
スト摺動特性改善を目的としたものである。スラスト摺
動を前提とせずに、焼結含油軸受端面に溝を設けている
例が特開昭５８−６２３号である。これは、軸受内径中
心から複数の放射状溝部を端面に形成し、かつ内径面取
りを大きくつけたものである。一般に、面取りはいずれ
の軸受にも形成するが、上記発明では、内径部に大きな
面取りを設け、そこから外周方向へ伸びる溝を形成する
ことにより、内周面から湧出する油を、この溝を利用し
て飛散させることなく外周方向に導き、軸受外周におい
て回収することによって、油飛散の防止および軸受寿命
の延長を図るものである。
【０００６】また、特願平３−２６３５１８号および特
願平３−２７０７３９号に開示された発明は、スラスト
摺動用ではないが、軸受内周面へ油を供給する方法とし
て、内周面に長さ方向の中心位置から一方の端面へ、次
第に深くなる三角形断面の溝（端面方向に広がる）を直
線もしくは螺旋状に形成し、かつ摺動する内周部分は気
孔がほとんど無い状態にしておき、回転に伴ってこの溝
部から積極的に油を供給し、内周摺動部で動圧を発生さ
せるものであって、ラジアル方向摺動特性の向上を目的
としている。
願平３−２７０７３９号に開示された発明は、スラスト
摺動用ではないが、軸受内周面へ油を供給する方法とし
て、内周面に長さ方向の中心位置から一方の端面へ、次
第に深くなる三角形断面の溝（端面方向に広がる）を直
線もしくは螺旋状に形成し、かつ摺動する内周部分は気
孔がほとんど無い状態にしておき、回転に伴ってこの溝
部から積極的に油を供給し、内周摺動部で動圧を発生さ
せるものであって、ラジアル方向摺動特性の向上を目的
としている。
【０００７】以上の技術は、スラスト摺動に対しては、
端面部に凹凸部やテーパ部を形成し、端面部に存在する
油をスラスト方向の潤滑に有効に寄与させるため、動圧
を発生させるように考案された機構である。また、端面
部の溝を油溜まりや油飛散防止の目的に使用するもので
ある。しかしながら、内外周面（特に内周面）と端面の
潤滑に関する相関関係については既存の技術が少なく、
上記のように面取り部と端面溝や、単に端面付近のラッ
パ状内径溝などが開示されている程度である。
端面部に凹凸部やテーパ部を形成し、端面部に存在する
油をスラスト方向の潤滑に有効に寄与させるため、動圧
を発生させるように考案された機構である。また、端面
部の溝を油溜まりや油飛散防止の目的に使用するもので
ある。しかしながら、内外周面（特に内周面）と端面の
潤滑に関する相関関係については既存の技術が少なく、
上記のように面取り部と端面溝や、単に端面付近のラッ
パ状内径溝などが開示されている程度である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記技術のうち、端面
に３ヶ所以上の３次元的凹凸をウェーブ状に設けたスラ
スト軸受は、摺動特性は優れているが、軸受の端面形状
を形成するための金型の製作において精度の維持やコス
トの低減が困難なこと、およびウェーブ状の凹凸は実質
上点接触となり、耐スラスト負荷容量が比較的小さいこ
と、安定したスラスト摺動特性が得られるまでに時間が
かかること（なじみ時間が必要）などの点で、製造上お
よび使用上の問題を有している。
に３ヶ所以上の３次元的凹凸をウェーブ状に設けたスラ
スト軸受は、摺動特性は優れているが、軸受の端面形状
を形成するための金型の製作において精度の維持やコス
トの低減が困難なこと、およびウェーブ状の凹凸は実質
上点接触となり、耐スラスト負荷容量が比較的小さいこ
と、安定したスラスト摺動特性が得られるまでに時間が
かかること（なじみ時間が必要）などの点で、製造上お
よび使用上の問題を有している。
【０００９】端面の一部分に、テーパ状の凹部を設けた
もの、およびテーパの角度を変化させたものは、いずれ
もテーパ部の動圧効果を目的としたものである。これら
のうち軸受材に多孔質材料を使用したものについては、
若干の動圧が作用し、スラスト摺動が改善される場合が
ある。しかし、テーパ部が直線により構成される二次元
的平面であるため、動圧発生に対する最適回転数および
位置が一義的に決まることにより、一定の狭い領域の回
転数あるいは端面位置に対してのみ有効であり、広い範
囲の回転数における動圧発生を望むことはできない。従
って、実用上の拘束条件が多く、汎用に適さない点や、
その結果として耐久性の点で問題を有している。また、
端面への油の供給に関しても、軸受内周面の摺動部の摩
擦熱による油の膨張によるしみ出しとクリアランス部分
からの油の漏れとに依存しているため、十分な油の供給
が確保され難く、油の不足により良好な摺動特性が期待
できないという致命的な問題が残されている。この問題
については、固体潤滑性を有するとされるアルミ系金属
等を使用する複数のテーパ角を持ったテーパードランド
スラスト軸受などは、油による自己潤滑作用（ポンプ作
用）を持たないため、特に顕著にその影響を受けるもの
であり、テーパードランドスラスト軸受としては、常時
油を介在させる工夫を行い、適正回転数を限定しなけれ
ば十分な効果を期待することができない。
もの、およびテーパの角度を変化させたものは、いずれ
もテーパ部の動圧効果を目的としたものである。これら
のうち軸受材に多孔質材料を使用したものについては、
若干の動圧が作用し、スラスト摺動が改善される場合が
ある。しかし、テーパ部が直線により構成される二次元
的平面であるため、動圧発生に対する最適回転数および
位置が一義的に決まることにより、一定の狭い領域の回
転数あるいは端面位置に対してのみ有効であり、広い範
囲の回転数における動圧発生を望むことはできない。従
って、実用上の拘束条件が多く、汎用に適さない点や、
その結果として耐久性の点で問題を有している。また、
端面への油の供給に関しても、軸受内周面の摺動部の摩
擦熱による油の膨張によるしみ出しとクリアランス部分
からの油の漏れとに依存しているため、十分な油の供給
が確保され難く、油の不足により良好な摺動特性が期待
できないという致命的な問題が残されている。この問題
については、固体潤滑性を有するとされるアルミ系金属
等を使用する複数のテーパ角を持ったテーパードランド
スラスト軸受などは、油による自己潤滑作用（ポンプ作
用）を持たないため、特に顕著にその影響を受けるもの
であり、テーパードランドスラスト軸受としては、常時
油を介在させる工夫を行い、適正回転数を限定しなけれ
ば十分な効果を期待することができない。
【００１０】また、端面部に複数の放射状溝を形成し、
特にその溝部を高密度に形成したものは、溝部に油を溜
めて、その油で摺動特性を改善させるものである。その
場合においても、前記と同様、端面への積極的な油供給
が期待できないために、如何にして当初の油を保持させ
るかという問題を残している。この種の方法では、高密
度溝部を有しない軸受に比較すると、長時間のスラスト
摺動は確保され易いが、最初から端面へ油を供給するこ
とが考慮されていないため、耐久性やスラスト摺動特性
の長期にわたる維持向上は望めない。また、内径部の大
きな面取り、および外周方向へ伸びる溝を端面に形成す
る方法についても開示されているが、この方法は、単に
面取りを大きく形成することにより、軸とのクリアラン
ス部分からの油漏れを、軸に伝わらせて複数の端面溝へ
導き、油の漏洩を低減するという考え方に基づくもので
ある。この方法は、油の回収という意味では効果がある
が、端面摺動を前提としていないため、スラストに関す
る考慮はなされていない。また、端面部への油移動とい
う観点からは、積極的な油供給作用は認められない。
特にその溝部を高密度に形成したものは、溝部に油を溜
めて、その油で摺動特性を改善させるものである。その
場合においても、前記と同様、端面への積極的な油供給
が期待できないために、如何にして当初の油を保持させ
るかという問題を残している。この種の方法では、高密
度溝部を有しない軸受に比較すると、長時間のスラスト
摺動は確保され易いが、最初から端面へ油を供給するこ
とが考慮されていないため、耐久性やスラスト摺動特性
の長期にわたる維持向上は望めない。また、内径部の大
きな面取り、および外周方向へ伸びる溝を端面に形成す
る方法についても開示されているが、この方法は、単に
面取りを大きく形成することにより、軸とのクリアラン
ス部分からの油漏れを、軸に伝わらせて複数の端面溝へ
導き、油の漏洩を低減するという考え方に基づくもので
ある。この方法は、油の回収という意味では効果がある
が、端面摺動を前提としていないため、スラストに関す
る考慮はなされていない。また、端面部への油移動とい
う観点からは、積極的な油供給作用は認められない。
【００１１】さらに、上記の技術に近似したものとし
て、内周面に、長さ方向の中心位置から一方の端面へ次
第に深くなる三角形断面の溝（端面方向に広がる）を直
線状もしくは螺旋状に形成し、かつ摺動する内周面部分
は気孔が殆どない状態にしておき、回転に伴ってこの溝
部から積極的に油を供給し、内周摺動部で動圧を発生さ
せる方法がある。ただし、この方法では、油を内周面に
保持させることを目的としており、ラジアル摺動に対し
ては効果が期待されるが、スラスト摺動に対する考慮は
されておらず、端面部への油供給作用はない。また、形
状や構造の点からこれを製作するのは非常に困難であ
り、精度維持や油孔の制御、およびコスト低減などの点
で大きな問題がある。
て、内周面に、長さ方向の中心位置から一方の端面へ次
第に深くなる三角形断面の溝（端面方向に広がる）を直
線状もしくは螺旋状に形成し、かつ摺動する内周面部分
は気孔が殆どない状態にしておき、回転に伴ってこの溝
部から積極的に油を供給し、内周摺動部で動圧を発生さ
せる方法がある。ただし、この方法では、油を内周面に
保持させることを目的としており、ラジアル摺動に対し
ては効果が期待されるが、スラスト摺動に対する考慮は
されておらず、端面部への油供給作用はない。また、形
状や構造の点からこれを製作するのは非常に困難であ
り、精度維持や油孔の制御、およびコスト低減などの点
で大きな問題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の既存技
術における問題を解決するためになされたものであり、
以下の内容からなるなるものである。略円筒体の端面部
でスラスト荷重を受け、内周面でラジアル荷重を受ける
多孔質軸受において、端面の少なくとも３カ所に、軸受
中心から放射状に位置する凸部を形成し、その凸部の少
なくとも一方側にテーパ部を形成し、かつ前記テーパ部
底部である凹部を有し、更にその凹部に対応する位置の
軸受内周面に、グルーブを形成したことを特徴とする動
圧スラスト多孔質軸受であり、優れたスラスト摺動特性
を有する。また、前記凹部は、軸回転方向に沿って漸次
幅を減少させて、ほぼ螺旋状の形状にした凹部を形成し
た場合でも、その凹部の最大幅の位置に対応する軸受内
周面にグルーブを形成することができる。
術における問題を解決するためになされたものであり、
以下の内容からなるなるものである。略円筒体の端面部
でスラスト荷重を受け、内周面でラジアル荷重を受ける
多孔質軸受において、端面の少なくとも３カ所に、軸受
中心から放射状に位置する凸部を形成し、その凸部の少
なくとも一方側にテーパ部を形成し、かつ前記テーパ部
底部である凹部を有し、更にその凹部に対応する位置の
軸受内周面に、グルーブを形成したことを特徴とする動
圧スラスト多孔質軸受であり、優れたスラスト摺動特性
を有する。また、前記凹部は、軸回転方向に沿って漸次
幅を減少させて、ほぼ螺旋状の形状にした凹部を形成し
た場合でも、その凹部の最大幅の位置に対応する軸受内
周面にグルーブを形成することができる。
【００１３】さらに、端面の少なくとも３カ所に、軸受
中心から放射状に位置する凸部を有し、その凸部の少な
くとも一方側にテーパ部を形成し、かつそのテーパ部に
ロータ等の回転体の回転方向に対し、内周方向、外周方
向、もしくは矢羽根先端方向に幅が小さくなるほぼ螺旋
状の凹部を有しており、その凹部の最大幅位置の軸受内
周面にグルーブが形成されている場合には、更に良好な
潤滑効果を期待することができる。また、放射状に位置
する凸部の数を３以上の素数にすると、騒音や振動など
を低減する効果が得られる。
中心から放射状に位置する凸部を有し、その凸部の少な
くとも一方側にテーパ部を形成し、かつそのテーパ部に
ロータ等の回転体の回転方向に対し、内周方向、外周方
向、もしくは矢羽根先端方向に幅が小さくなるほぼ螺旋
状の凹部を有しており、その凹部の最大幅位置の軸受内
周面にグルーブが形成されている場合には、更に良好な
潤滑効果を期待することができる。また、放射状に位置
する凸部の数を３以上の素数にすると、騒音や振動など
を低減する効果が得られる。
【００１４】また、軸受内周面のグルーブは、軸受の長
さ方向に対して４５°以下の角度であり、軸受端面の凸
部と凹部との高低差は５〜１００μｍである。端面に形
成された凹部は、内周方向または外周方向あるいは矢羽
根状に幅が減少し、その幅を減少させる形状線は、内周
あるいは外周の接線に対して５〜４５°の角度で始まる
曲線もしくは直線、またはそれらの複合線からなるもの
である。これらの特徴により、スラスト軸受の効果が最
大限に発揮される。また、軸受の内周面の長さ方向の一
部に、軸接触部よりも内径を大きくした「内径逃げ部」
を形成することもでき、また、グルーブを軸受の外周
面、または内外周の両面に設けることも可能である。
さ方向に対して４５°以下の角度であり、軸受端面の凸
部と凹部との高低差は５〜１００μｍである。端面に形
成された凹部は、内周方向または外周方向あるいは矢羽
根状に幅が減少し、その幅を減少させる形状線は、内周
あるいは外周の接線に対して５〜４５°の角度で始まる
曲線もしくは直線、またはそれらの複合線からなるもの
である。これらの特徴により、スラスト軸受の効果が最
大限に発揮される。また、軸受の内周面の長さ方向の一
部に、軸接触部よりも内径を大きくした「内径逃げ部」
を形成することもでき、また、グルーブを軸受の外周
面、または内外周の両面に設けることも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明のスラスト軸受は、軸受端
面のテーパードランド部、ポンプイン部、ポンプアウト
部および矢羽根形状部、もしくはそれらの複合形状部
と、軸受内周面のグルーブ部との相互作用により、特に
従来問題を生じていたスラスト摺動を改善する効果に優
れた軸受であり、以下にその構成について更に説明す
る。
面のテーパードランド部、ポンプイン部、ポンプアウト
部および矢羽根形状部、もしくはそれらの複合形状部
と、軸受内周面のグルーブ部との相互作用により、特に
従来問題を生じていたスラスト摺動を改善する効果に優
れた軸受であり、以下にその構成について更に説明す
る。
【００１６】多孔質体軸受の内周面は、軸の回転に伴っ
て、ポンプ作用といわれる油の循環作用と油のくさび効
果の双方により潤滑摺動が行なわれるが、その内周面に
グルーブを形成すると、グルーブは油溜めや動圧効果な
どの作用を示す。その際、グルーブに溜まった油は、軸
の回転による粘性力、動圧力、熱膨張力等により、グル
ーブを伝わって両端面方向に押され、やがて端面に送り
出される。送り出された油は、常時、軸受端面の凹部と
凸部に当接するスラスト板やロータボス部などによって
形成される空間に積極的に供給され、ロータの回転に伴
って、テーパ部、ポンプイン部等に移動し、端面方向の
動圧が発生して、スラスト摺動を良好に潤滑する。この
テーパ部やポンプイン部では、動圧が発生すると同時
に、軸受端面に存在する気孔により軸受内部に一部の油
が戻され、スラスト方向の端面における油の循環作用も
発生する。例えば、ポンプイン部やテーパードランド部
などによる端面形状の複合化により、更に高いスラスト
負荷容量が得られ、望ましい端面潤滑状態が得られる。
また、凸部に予めある程度の面積を与えておくことによ
り、なじみ時間は殆ど不要となり、ロータ軸の傾き精度
も確保することができる。
て、ポンプ作用といわれる油の循環作用と油のくさび効
果の双方により潤滑摺動が行なわれるが、その内周面に
グルーブを形成すると、グルーブは油溜めや動圧効果な
どの作用を示す。その際、グルーブに溜まった油は、軸
の回転による粘性力、動圧力、熱膨張力等により、グル
ーブを伝わって両端面方向に押され、やがて端面に送り
出される。送り出された油は、常時、軸受端面の凹部と
凸部に当接するスラスト板やロータボス部などによって
形成される空間に積極的に供給され、ロータの回転に伴
って、テーパ部、ポンプイン部等に移動し、端面方向の
動圧が発生して、スラスト摺動を良好に潤滑する。この
テーパ部やポンプイン部では、動圧が発生すると同時
に、軸受端面に存在する気孔により軸受内部に一部の油
が戻され、スラスト方向の端面における油の循環作用も
発生する。例えば、ポンプイン部やテーパードランド部
などによる端面形状の複合化により、更に高いスラスト
負荷容量が得られ、望ましい端面潤滑状態が得られる。
また、凸部に予めある程度の面積を与えておくことによ
り、なじみ時間は殆ど不要となり、ロータ軸の傾き精度
も確保することができる。
【００１７】端面の凹凸部の数は、摺動の安定性の観点
から３カ所以上とする必要があり、２カ所以下では不安
定な摺動となる。また、凹凸部が３カ所より多い場合に
おいても、その数を素数にすることによって、回転に伴
う各種の周波数に対して同期することがなく、共振ノイ
ズや異常振動等の発生がなくなり、さらに安定した軸回
転が得られる。
から３カ所以上とする必要があり、２カ所以下では不安
定な摺動となる。また、凹凸部が３カ所より多い場合に
おいても、その数を素数にすることによって、回転に伴
う各種の周波数に対して同期することがなく、共振ノイ
ズや異常振動等の発生がなくなり、さらに安定した軸回
転が得られる。
【００１８】また、軸受内周面のグルーブを、軸受の長
さ方向（軸方向）に対してスキュー角度を有するように
設定すると、ラジアル回転に伴い油がより積極的に軸受
端面へ供給されるようになり、軸受内周面に大きな動圧
力が発生し、スラスト摺動特性、特に低速回転時などの
特性向上に効果がある。このスキュー角度は、軸受長さ
方向に対して４５°以下であることが好ましく、４５゜
を越えると端面方向に油を供給する作用が弱まるので好
ましくない。また、両端面方向に油が排出されるような
角度のグルーブであっても、摺動条件の厳しい一方の端
面に優先的に送出されるようなグルーブであっても任意
に形成可能であるフレキシビリティを有しており、十分
な効果を発揮するように形成することができる。ここで
は特に、グルーブの断面形状については限定しない。す
なわち、矩形状、半円状、半楕円状、もしくは三角形状
のいずれの断面形状であっても、上記の効果を期待する
こことができる。なお、グルーブの断面形状について
は、特にラジアル方向の動圧が要求される場合には考慮
が必要である。
さ方向（軸方向）に対してスキュー角度を有するように
設定すると、ラジアル回転に伴い油がより積極的に軸受
端面へ供給されるようになり、軸受内周面に大きな動圧
力が発生し、スラスト摺動特性、特に低速回転時などの
特性向上に効果がある。このスキュー角度は、軸受長さ
方向に対して４５°以下であることが好ましく、４５゜
を越えると端面方向に油を供給する作用が弱まるので好
ましくない。また、両端面方向に油が排出されるような
角度のグルーブであっても、摺動条件の厳しい一方の端
面に優先的に送出されるようなグルーブであっても任意
に形成可能であるフレキシビリティを有しており、十分
な効果を発揮するように形成することができる。ここで
は特に、グルーブの断面形状については限定しない。す
なわち、矩形状、半円状、半楕円状、もしくは三角形状
のいずれの断面形状であっても、上記の効果を期待する
こことができる。なお、グルーブの断面形状について
は、特にラジアル方向の動圧が要求される場合には考慮
が必要である。
【００１９】さらに、軸受端面の凹凸部の高低差を５〜
１００μｍにすることにより、良好なスラスト摺動特性
が得られる。高低差が５μｍ以下では、油供給部と油圧
発生部の油圧差が十分に発生せず、凹凸部としての動圧
発生効果が生じ難い。また、１００μｍ以上では、常
時、凹凸部によって形成される空間に油の十分な供給が
得られ難いため、同様に動圧の発生効果が十分に発揮さ
れない。また、端面テーパ部の軸方向に対する角度は特
に規定しないが、望ましくは、長さ１ｍｍに対して２〜
２０μｍの勾配に相当する角度が適切である。この角度
の範囲内では、特に動圧が効果的に発生し、スラスト摺
動特性が向上する。
１００μｍにすることにより、良好なスラスト摺動特性
が得られる。高低差が５μｍ以下では、油供給部と油圧
発生部の油圧差が十分に発生せず、凹凸部としての動圧
発生効果が生じ難い。また、１００μｍ以上では、常
時、凹凸部によって形成される空間に油の十分な供給が
得られ難いため、同様に動圧の発生効果が十分に発揮さ
れない。また、端面テーパ部の軸方向に対する角度は特
に規定しないが、望ましくは、長さ１ｍｍに対して２〜
２０μｍの勾配に相当する角度が適切である。この角度
の範囲内では、特に動圧が効果的に発生し、スラスト摺
動特性が向上する。
【００２０】ポンプイン部の角度（流入角）は、ポンプ
イン部を形成する螺旋状凹部の形状が曲線からなる場合
にはその接線が、直線の場合にはその直線自体が、軸受
内周または軸受外周の接線に対し５〜４５°であること
が望ましい。この角度が５°以下では油の流入抵抗が大
きく、圧力損失が大きいためにポンプイン効果が十分に
発揮されず、４５°以上では流路が短く急すぎて、同様
にポンプインによる動圧効果の発生が期待できないた
め、端面摺動に対しての改善効果が少ない。また、軸受
の長さ方向の一部分に、軸接触部の内径よりも径を大き
くした内径逃げ部を同時に形成することにより、軸受端
面への過剰な油の供給によるラジアル方向における負荷
容量の低下を抑えたり、なじみ油の保油場所の確保、お
よびラジアル方向における摺動の軸摩擦損失の低減など
の特有の効果を発揮することもできる。なお、軸方向の
グルーブは必ずしも内周面だけに限定する必要はなく、
場合によっては、軸受外周面に設けても保油機構として
有効であり、軸受端面部への油の供給源とすることがで
きる。また、表面積の増加により軸受の冷却効果も期待
することができる。このような目的で、グルーブを内外
周両面に設けてもよいが、特にポンプアウト部やテーパ
ードランドを有する端面形状の場合には、スラスト負荷
容量の低下を招く懸念もあるので、設定には注意が必要
である。なお、以上の記載では動圧媒体を油としている
が、多孔質軸受の空孔内に含浸させることが可能であれ
ば油に限定する必要はなく、グリース、磁性流体等であ
っても同様の効果が期待できる。
イン部を形成する螺旋状凹部の形状が曲線からなる場合
にはその接線が、直線の場合にはその直線自体が、軸受
内周または軸受外周の接線に対し５〜４５°であること
が望ましい。この角度が５°以下では油の流入抵抗が大
きく、圧力損失が大きいためにポンプイン効果が十分に
発揮されず、４５°以上では流路が短く急すぎて、同様
にポンプインによる動圧効果の発生が期待できないた
め、端面摺動に対しての改善効果が少ない。また、軸受
の長さ方向の一部分に、軸接触部の内径よりも径を大き
くした内径逃げ部を同時に形成することにより、軸受端
面への過剰な油の供給によるラジアル方向における負荷
容量の低下を抑えたり、なじみ油の保油場所の確保、お
よびラジアル方向における摺動の軸摩擦損失の低減など
の特有の効果を発揮することもできる。なお、軸方向の
グルーブは必ずしも内周面だけに限定する必要はなく、
場合によっては、軸受外周面に設けても保油機構として
有効であり、軸受端面部への油の供給源とすることがで
きる。また、表面積の増加により軸受の冷却効果も期待
することができる。このような目的で、グルーブを内外
周両面に設けてもよいが、特にポンプアウト部やテーパ
ードランドを有する端面形状の場合には、スラスト負荷
容量の低下を招く懸念もあるので、設定には注意が必要
である。なお、以上の記載では動圧媒体を油としている
が、多孔質軸受の空孔内に含浸させることが可能であれ
ば油に限定する必要はなく、グリース、磁性流体等であ
っても同様の効果が期待できる。
【００２１】
【実施例】図１に本発明の第１の実施例の動圧スラスト
多孔質軸受の構造を示す。図１（ａ）は軸受の端面図で
あり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ′線における縦
断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ′線に
おける断面図である。図１（ａ）に示す動圧スラスト多
孔質軸受１の端面の３ヶ所に凸部２（テーパードランド
部）を設け、その両側をテーパ部３としたものである。
矢印で示す軸回転方向に対して、凸部２の手前部分〔例
えば、図１（ａ）の上部の凸部２の左側〕のテーパ部３
の勾配を緩やかにして動圧の発生を図っている。また図
に示すように、テーパ部３に隣接して、ポンプイン形状
の凹部４が形成されている。図１（ｃ）の断面形状から
明らかなように、凹部４は、傾斜の緩やかなテーパ部３
の途中まで、底部の高さを維持している（これがポンプ
イン形状の凹部を示す）。凹部４の幅は曲線によって軸
回転方向に沿って次第に狭くなっている。また、軸受端
面の最も低い位置にあるポンプイン形状の凹部４の、最
大幅部分に相当する位置の軸受内周面に、断面が半円形
のグルーブ５を形成する。この軸受１は、単に端面部に
テーパードランドを形成した軸受やポンプイン形状の凹
部を形成した軸受と比較して、スラスト摺動特性に優
れ、特に低速回転条件下においてその効果が大きい。
多孔質軸受の構造を示す。図１（ａ）は軸受の端面図で
あり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ′線における縦
断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ′線に
おける断面図である。図１（ａ）に示す動圧スラスト多
孔質軸受１の端面の３ヶ所に凸部２（テーパードランド
部）を設け、その両側をテーパ部３としたものである。
矢印で示す軸回転方向に対して、凸部２の手前部分〔例
えば、図１（ａ）の上部の凸部２の左側〕のテーパ部３
の勾配を緩やかにして動圧の発生を図っている。また図
に示すように、テーパ部３に隣接して、ポンプイン形状
の凹部４が形成されている。図１（ｃ）の断面形状から
明らかなように、凹部４は、傾斜の緩やかなテーパ部３
の途中まで、底部の高さを維持している（これがポンプ
イン形状の凹部を示す）。凹部４の幅は曲線によって軸
回転方向に沿って次第に狭くなっている。また、軸受端
面の最も低い位置にあるポンプイン形状の凹部４の、最
大幅部分に相当する位置の軸受内周面に、断面が半円形
のグルーブ５を形成する。この軸受１は、単に端面部に
テーパードランドを形成した軸受やポンプイン形状の凹
部を形成した軸受と比較して、スラスト摺動特性に優
れ、特に低速回転条件下においてその効果が大きい。
【００２２】図２は、各種の軸受端面の構造の例を示
す。図２（ａ）は、軸受の端面の内周側末端部に、凸部
２と同一の高さの堤防６を設けた第２実施例の軸受１ａ
の端面図である。堤防６によりスラスト面の油圧が高ま
り、スラスト負荷容量が向上し、ロータ軸の傾きやジッ
タ等の周波数特性も向上する。なお、図中のαは流入角
を表す。図２（ｂ）は、凸部２およびテーパ部３からな
るテーパードランド部およびポンプアウト形状の凹部４
からなる複合形状の第３実施例の軸受１ｂの端面図であ
る。図２（ｃ）は、凸部２およびテーパ部３からなるテ
ーパードランド部および矢羽根状の凹部４からなる複合
形状を有する第４実施例の軸受１ｃの端面図である。軸
受端面における動圧発生効果としては、スラスト負荷容
量の点では、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示す軸受共
に、図１に示す第１実施例の場合と大差のない結果であ
った。図３は、軸受の内周面に形成した各種形状のグル
ーブの例を示す。図３（ａ）は、第２実施例の軸受１ａ
の内周面のグルーブを示す縦断面図であり、グルーブ５
をスキュー角βだけ傾斜させたものである。グルーブ５
により、軸回転に伴い方向性を持った粘性力と動圧力が
発生し、左側の端面部への油供給量が増加する。図３
（ｂ）は、第３実施例の軸受１ｂの内周面のグルーブを
示す縦断面図であり、両端面がスラスト摺動する場合
に、両端面に油を供給することができる。図３（ｃ）
は、図３（ｂ）と同様に両端面に油を供給するグルーブ
の形状を有する第４実施例の内周面を示す縦断面図であ
る。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す軸受１ｂおよび
１ｃは、いずれも両端面への良好な油供給が確認され
た。
す。図２（ａ）は、軸受の端面の内周側末端部に、凸部
２と同一の高さの堤防６を設けた第２実施例の軸受１ａ
の端面図である。堤防６によりスラスト面の油圧が高ま
り、スラスト負荷容量が向上し、ロータ軸の傾きやジッ
タ等の周波数特性も向上する。なお、図中のαは流入角
を表す。図２（ｂ）は、凸部２およびテーパ部３からな
るテーパードランド部およびポンプアウト形状の凹部４
からなる複合形状の第３実施例の軸受１ｂの端面図であ
る。図２（ｃ）は、凸部２およびテーパ部３からなるテ
ーパードランド部および矢羽根状の凹部４からなる複合
形状を有する第４実施例の軸受１ｃの端面図である。軸
受端面における動圧発生効果としては、スラスト負荷容
量の点では、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示す軸受共
に、図１に示す第１実施例の場合と大差のない結果であ
った。図３は、軸受の内周面に形成した各種形状のグル
ーブの例を示す。図３（ａ）は、第２実施例の軸受１ａ
の内周面のグルーブを示す縦断面図であり、グルーブ５
をスキュー角βだけ傾斜させたものである。グルーブ５
により、軸回転に伴い方向性を持った粘性力と動圧力が
発生し、左側の端面部への油供給量が増加する。図３
（ｂ）は、第３実施例の軸受１ｂの内周面のグルーブを
示す縦断面図であり、両端面がスラスト摺動する場合
に、両端面に油を供給することができる。図３（ｃ）
は、図３（ｂ）と同様に両端面に油を供給するグルーブ
の形状を有する第４実施例の内周面を示す縦断面図であ
る。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す軸受１ｂおよび
１ｃは、いずれも両端面への良好な油供給が確認され
た。
【００２３】図４は、凸部２およびテーパ部３からなる
テーパードランド部および矢羽根状の凹部４からなる複
合形状のスラスト受け端面を両面に有し、さらに内径逃
げ部７および内周面および外周面の双方にグルーブ５を
設けた本発明の動圧スラスト軸受の第５実施例を示す。
図４（ａ）は軸受１ｄの端面図であり、図４（ｂ）は図
４（ａ）のｂ−ｂ′線における一部縦断側面図である。
この実施例の軸受は、スラスト端面の負荷容量は前例と
あまり差はないが、軸損失が顕著に現れるモータにおけ
る無負荷電流を低減させる効果は絶大であった。また、
なじみ油の許容量が増大し、軸受温度の上昇が抑制され
るなどの効果により、軸受の信頼性は総合的に向上し
た。
テーパードランド部および矢羽根状の凹部４からなる複
合形状のスラスト受け端面を両面に有し、さらに内径逃
げ部７および内周面および外周面の双方にグルーブ５を
設けた本発明の動圧スラスト軸受の第５実施例を示す。
図４（ａ）は軸受１ｄの端面図であり、図４（ｂ）は図
４（ａ）のｂ−ｂ′線における一部縦断側面図である。
この実施例の軸受は、スラスト端面の負荷容量は前例と
あまり差はないが、軸損失が顕著に現れるモータにおけ
る無負荷電流を低減させる効果は絶大であった。また、
なじみ油の許容量が増大し、軸受温度の上昇が抑制され
るなどの効果により、軸受の信頼性は総合的に向上し
た。
【００２４】
【発明の効果】ラジアル荷重およびスラスト荷重を受け
る使用条件下において、双方共に良好な潤滑特性が得ら
れる多孔質軸受を提供することができる。特に、多孔質
軸受として厳しい潤滑状態となるスラスト負荷に対する
摺動特性において、スラスト負荷容量の増大、軸損失の
低減および軸受温度の低下などにより、軸受の長寿命
化、省エネルギー化、低騒音化および低振動化等の点で
絶大な効果を発揮する。これは、軸受内周面から軸受端
面に、常時積極的に油を供給する本発明の機構により初
めて達成されたものである。これにより、従来スラスト
負荷に対する耐久性を期待できなかった低速回転や高荷
重等の条件下においても、良好なスラスト潤滑を期待し
得る、安価で高性能な軸受を提供することができるよう
になり、多孔質軸受の用途の拡大が可能となった。ま
た、その製造方法においても、２次元平面の複合化によ
り、３次元形状を形成することが可能であるため、金型
などの製作精度の再現性が著しく向上し、金型生産コス
トの低減、製品歩留まりの向上等を実現することがで
き、多孔質スラスト軸受の生産性向上および低価格化に
大きく貢献するものである。
る使用条件下において、双方共に良好な潤滑特性が得ら
れる多孔質軸受を提供することができる。特に、多孔質
軸受として厳しい潤滑状態となるスラスト負荷に対する
摺動特性において、スラスト負荷容量の増大、軸損失の
低減および軸受温度の低下などにより、軸受の長寿命
化、省エネルギー化、低騒音化および低振動化等の点で
絶大な効果を発揮する。これは、軸受内周面から軸受端
面に、常時積極的に油を供給する本発明の機構により初
めて達成されたものである。これにより、従来スラスト
負荷に対する耐久性を期待できなかった低速回転や高荷
重等の条件下においても、良好なスラスト潤滑を期待し
得る、安価で高性能な軸受を提供することができるよう
になり、多孔質軸受の用途の拡大が可能となった。ま
た、その製造方法においても、２次元平面の複合化によ
り、３次元形状を形成することが可能であるため、金型
などの製作精度の再現性が著しく向上し、金型生産コス
トの低減、製品歩留まりの向上等を実現することがで
き、多孔質スラスト軸受の生産性向上および低価格化に
大きく貢献するものである。
【図１】図１（ａ）は本発明の軸受の第１実施例の端面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ′線における断面
図、および図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ′線におけ
る断面図である。
図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ′線における断面
図、および図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ′線におけ
る断面図である。
【図２】図２（ａ）は軸受の第２実施例の端面図、図２
（ｂ）は軸受の第３実施例の端面図、および図２（ｃ）
は軸受の第４実施例の端面図である。
（ｂ）は軸受の第３実施例の端面図、および図２（ｃ）
は軸受の第４実施例の端面図である。
【図３】図３（ａ）は軸受の第２実施例の内周面を示す
縦断面図、図３（ｂ）は軸受の第３実施例の内周面を示
す縦断面図、および図２（ｃ）は軸受の第４実施例の内
周面を示す縦断面図である。
縦断面図、図３（ｂ）は軸受の第３実施例の内周面を示
す縦断面図、および図２（ｃ）は軸受の第４実施例の内
周面を示す縦断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の軸受の第５実施例の端面
図、および図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ′線におけ
る一部縦断側面図である。
図、および図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ′線におけ
る一部縦断側面図である。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 軸受 ２ 凸部 ３ テーパ部 ４ 凹部 ５ グルーブ ６ 堤防 ７ 内径逃げ部 α 流入角 β スキュー角
Claims (13)
- 【請求項１】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部、該凸部の少なくとも
一方側に形成したテーパ部および前記テーパ部底部であ
る凹部を有し、更に軸受内周面の前記凹部に該当する位
置にグルーブを形成したことを特徴とする動圧スラスト
多孔質軸受。 - 【請求項２】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部を有し、その凸部の間
に、軸回転方向に沿って、軸受端面内周側に向かって漸
次幅が減少するほぼ螺旋状の凹部を有し、更にその凹部
の最大幅の位置に相当する軸受内周面にグルーブを形成
したことを特徴とする動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項３】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部を有し、その凸部の間
に、軸回転方向に沿って、軸受端面外周側に向かって漸
次幅が減少するほぼ螺旋状の凹部を有し、その凹部の最
大幅の位置に相当する軸受内周面にグルーブを形成した
ことを特徴とする動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項４】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部を有し、その凸部の間
に、軸回転方向に沿って、軸受端面の内周側および外周
側の双方から漸次幅が減少するほぼ矢羽根形状の凹部を
有し、その凹部の最大幅の位置に相当する軸受内周面に
グルーブを形成したことを特徴とする動圧スラスト多孔
質軸受。 - 【請求項５】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部、該凸部の少なくとも
一方側に形成したテーパ部および前記テーパ部に隣接
し、軸回転方向に沿って、軸受端面の内周側に向かって
漸次幅が減少するほぼ螺旋状の凹部を有し、更にその凹
部の最大幅の位置に相当する軸受内周面にグルーブを形
成したことを特徴とする動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項６】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部、該凸部の少なくとも
一方側に形成したテーパ部および前記テーパ部に隣接
し、軸回転方向に沿って、軸受端面の外周側に向かって
漸次幅が減少するほぼ螺旋状の凹部を有し、更にその凹
部の最大幅の位置に相当する軸受内周面にグルーブを形
成したことを特徴とする動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項７】 略円筒体の端面部でスラスト荷重を受
け、内周面でラジアル荷重を受ける多孔質軸受におい
て、スラスト受け端面の少なくとも３カ所に、軸受の中
心に対して放射状に位置する凸部、該凸部の少なくとも
一方側に形成したテーパ部および前記テーパ部に隣接
し、軸回転方向に沿って、軸受端面の内周側および外周
側から漸次幅が減少するほぼ矢羽根形状の凹部を有し、
更にその凹部の最大幅の位置に相当する軸受内周面にグ
ルーブを形成したことを特徴とする動圧スラスト多孔質
軸受。 - 【請求項８】 前記凸部の数が３以上の素数であること
を特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の動圧ス
ラスト多孔質軸受。 - 【請求項９】 軸受内周面のグルーブが、軸受の長さ方
向に対して４５°以下の角度を有していることを特徴と
する請求項１から８のいずれかに記載の動圧スラスト多
孔質軸受。 - 【請求項１０】 軸受内周面の軸接触部の内径よりも大
きい内径を有する内径逃げ部を、軸受内周面に形成する
ことによって、軸接触部を軸受の長さ方向に沿って２箇
所以上形成したことを特徴とする請求項１から９のいず
れかに記載の動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項１１】 前記端面の凸部および凹部の高さの差
が５〜１００μｍであり、かつ端面の内周方向もしくは
外周方向に幅が減少する前記凹部の形状が、それぞれ外
周接線もしくは内周接線に対して５〜４５°の角度で始
まる曲線もしくは直線、またはそれらの複合線からなる
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の
動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項１２】 前記端面に形成された凹部の最大幅の
位置もしくはテーパ面凹部位置に、軸受長さ方向に沿っ
て、軸受の内周面、軸受の外周面、もしくは軸受の内外
周両面に、グルーブを形成したことを特徴とする請求項
１から１１に記載の動圧スラスト多孔質軸受。 - 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれかに記載の
動圧スラスト多孔質軸受を組み込んでなるモータ。
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