JP2024132443A - 焼結含油軸受、軸受ユニット、及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸の振れ回り振動を抑制できて静粛性を確保できる焼結含油軸受の提供、油の膨張より軸受隙間外に油が漏れても、溢れた油を再び軸受隙間内に戻すことができる焼結含油軸受、軸受ユニット、及びモータを提供する。
【解決手段】軸受内径面に周方向に沿って所定ピッチで５個以上の軸方向の溝部を形成し、前記溝部と、周方向に沿って隣り合う溝部間に形成される丘部により形成されら焼結含油軸受である。溝部の表面開口率を前記丘部の表面開口率よりも大きくする。丘溝比を１以下とし、丘部の周方向長さを０．１ｍｍ以上とする。溝部の深さを、内径面と軸部材の外径面との間の隙間寸法の８倍以下とする。周方向に沿って隣り合う丘部間の周方向間隔の間隔角度を７２°以下とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、焼結含油軸受、軸受ユニット、及びモータに関する。

レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンミラー用の磁気ディスクドライブ（ＨＤＤ）用のスピンドルモータ、ファンモータなど小型モータを回転支持する軸受に、一般的には焼結含油軸受が使用される。

この種の焼結含油軸受は、例えば、軸受面にヘリングボーン形やスパイラル形等の動圧溝を設け、軸の回転に伴う動圧溝の作用によって軸受隙間に動圧油膜を発生させて軸を浮上支持する流体動圧軸受装置に用いることができる。

従来の焼結含油軸受には、特許文献１に記載のように、回転軸（軸部材）と対向する軸受孔内径面に、その円周方向に、回転軸と同心円をなす摺動面を有する矩形状の段付部を複数個設け、互いに隣接する段差部とその間の軸受孔内径面と回転軸とで囲まれる矩形状の空隙が形成されるものがある。すなわち、この空隙が、油膜の圧力を発生させるものである。

特許文献１では、前記のように構成することによって、「十分大きな油膜の圧力を得ることができるので、大きな軸受負荷荷重を支持することができる。また、一定の含油の吸込み／吐出しが確保でき、焼き付きの発生を防止できる。」というものである。

また、特許文献２では、円筒形のベアリング内面に軸方向に沿った溝が多数本形成されたものであり、溝としては、一方（下方）の端面にのみに繋がった下向溝と、他方（上方）の端面にのみに繋がった上向溝とを備えている。

特許文献２では、前記のように構成することによって、「モータに衝撃があっても、モータの特性を最大に維持することができる」というものである。

特開平５－１１５１４６号公報 特開平１０－６８４１８号公報

ところで、引用文献１では、低ノイズ化を課題に挙げているが、図６等に示す実施例では、半径隙間（溝と軸部材との間の隙間を５μｍとするとともに、偏心率（軸受中心から回転軸中心間の距離を半径隙間で割った値）を０．９に設定したものであり、軸部材と軸受の内径面との間の隙間が極めて狭い隙間となる。このため、軸部材外径及び軸受内径の真円度(生産性を考慮した精度の真円度)では、軸部材と軸受との接触が避けられず、軸受として成立しにくいものとなっている。

特許文献２では、高温環境下での使用が考慮されていない。すなわち、高温環境下で使用した場合、潤滑油の膨張による油の漏れが生じるおそれがある。

すなわち、この種の焼結含油軸受を持つ軸受ユニットでは、軸部材(回転軸)の回転にともなう軸受隙間（回転軸と軸受との間の隙間）内の温度上昇や周囲環境（高温雰囲気中）により、潤滑油が膨張して、油面が上昇し、軸受隙間外に潤滑油が漏れだすことがある。このように、軸受隙間外に潤滑油が漏れれば、安定して潤滑機能を発揮できず、軸の振れ回り振動を抑制できなくなる。なお、潤滑油は、初期（組立時）は、常温（２３℃程度）環境下で軸受内部空間容積が満たされる程度に潤滑油が注入されるので、上記したように、温度上昇により油面が上昇すれば、軸受隙間外に潤滑油が漏れることになる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、軸の振れ回り振動を抑制できて静粛性を確保できる焼結含油軸受の提供、及び油の膨張より軸受隙間外に油が漏れても、溢れた油を再び軸受隙間内に戻すことができる焼結含油軸受、軸受ユニット、及びモータを提供する。

本発明の焼結含油軸受は、軸部材の外径面と対向する軸受内径面を有し、前記軸受内径面に周方向に沿って所定ピッチで５個以上の軸方向の溝部を形成し、前記溝部と、周方向に沿って隣り合う溝部間に形成される丘部により形成された焼結含油軸受であって、前記溝部の表面開口率を前記丘部の表面開口率よりも大きくするとともに、前記丘部と前記溝部との比である丘溝比を１以下とし、前記丘部の周方向長さを０．１ｍｍ以上とし、かつ、前記溝部の深さを、前記内径面と前記軸部材の外径面との間の隙間寸法の８倍以下とするとともに、周方向に沿って隣り合う丘部間の周方向間隔の間隔角度を７２°以下としたものである。ここで、丘溝比とは、丘部の周方向長さをＨ２とし、溝周方向長さをＨ１とときに、Ｈ２／Ｈ１である。

本発明の焼結含油軸受は、前記のような寸法・形状に設定することによって、偏心角を小さくできる。すなわち、軸方向の溝部を設けることで、溝部が無い場合（真円）に比べて偏心角が小さくなり、さらに、丘溝比が１以下になると偏心角は更に小さくなる。丘溝比を小さくしていくことで偏心角を小さくすることができる。しかしながら、小さくし過ぎると丘部の幅が狭くなり、負荷容量の低下を引き起こすおそれがあり、さらには、加工性や耐摩耗性も低下するおそれがある。このため、丘部の円周長さは０．１ｍｍ以上となるように丘溝比を設定することが好ましい。また、溝部の深さが大きく（深く）なると、偏心角を調整しにくくなる。このため、溝部の深さを、前記軸受内径面と前記軸部材の外径面との間の隙間寸法の８倍以下に設定するのが好ましい。さらに、周方向に沿って隣り合う丘部間の周方向間隔の間隔角度が大きく開かれるものでは、軸部材に負荷がかかった場合、その負荷を支持できなくなる場合がある。しかしながら、隣り合う丘部間の周方向間隔の間隔角度が７２°以下であれば、その負荷を十分に支持できる。

軸受端面の少なくともいずれか一方側に、潤滑油の漏れ防止及び潤滑油の循環機能を成すオイルバッファを有し、前記オイルバッファは、前記軸受内径面と前記軸部材の外径面との間の軸受隙間に連通される凹溝で構成されるとともに、軸受外径面に、軸受両端面を繋ぐ軸方向溝を設け、前記凹溝の体積を、温度上昇に伴い膨張する前記凹溝内の油の容積よりも大きくするのが好ましい。

軸受内径面と前記軸部材の外径面との間の軸受隙間に連通される凹溝で構成されるオイルバッファを設けることによって、軸受からの油漏れ(飛散)を有効に防止でき、しかも、凹溝の体積は、温度上昇に伴い膨張する凹溝内の油の容積よりも大きくしているので、温度上昇時に凹溝に入った凹溝からの油の漏れを有効に防止できる。

この場合、軸受内径面の軸方向の前記溝部と前記軸受端面の凹溝と、軸受外径面の軸方向溝とが連通されているのが好ましい。このように連通されていれば、凹溝に流入した潤滑油は、軸方向溝を介して軸受内部に戻ることができる。

軸受内径面の軸端部に面取部を有し、前記面取部の面取角度を６０°以上とするのが好ましい。面取部の面取角度が６０°よりも小さいと、軸外径面と、面取部とで構成される空間(テーパ空間)の毛細管力により、軸受外径面に油が流れにくくなり、逆に、面取部の面取角度が６０°以上のように大きければ、毛細管力が作用しにくく、軸受外径面に油が流れやすくなる。

本発明に係る一の軸受ユニットは、前記焼結含油軸受と、前記焼結含油軸受の軸心孔に挿入される軸部材と、前記焼結含油軸受が内径面に収容されるハウジングとを備えた軸受ユニットであって、前記軸受端面の凹溝を大気解放側に向くように組付けられ、温度上昇により、軸部材の外径面と対向する軸受内径面との間の軸受隙間(半径隙間)に前記大気解放側へ向かう潤滑油の流れが発生し、軸受隙間から溢れた潤滑油が前記軸受端面の凹溝に入り、この凹溝から軸受外径面の軸方向溝を介して潤滑油が前記隙間に戻る循環路が形成されるものである。

本発明に係る一の軸受ユニットは、温度上昇により、軸受隙間(半径隙間)から溢れた潤滑油が軸受端面の凹溝に入り、この凹溝から軸受外径面の軸方向溝を介して潤滑油が前記軸受隙間に戻る循環路が形成される。このため、本発明に係る一の軸受ユニットは、運転開始直後に油膜を形成し、高温時においても運転中の軸受隙間内の油膜切れを防止できるため、軸受面の摩耗が抑制され、長寿命化に繋がる。

本発明にかかる他の軸受ユニットは、軸受内径面に、軸方向の溝部を形成することなく他の動圧発生溝が形成された焼結含油軸受と、前記焼結含油軸受の軸心孔に挿入される軸部材と、前記焼結含油軸受が内径面に収容されるハウジングとを備えた軸受ユニットであって、前記軸受端面の少なくともいずれか一方側に、潤滑油の漏れ防止及び潤滑油の循環機能を成すオイルバッファを有し、前記オイルバッファは、前記軸受内径面と前記軸部材の外径面との間の軸受隙間に連通される凹溝で構成されるとともに、軸受外径面に、軸受両端面を繋ぐ軸方向溝を設け、前記凹溝の体積を、温度上昇に伴い膨張する前記凹溝内の油の容積よりも大きくし、軸受端面の凹溝を大気解放側に向くように組付けられてなり、温度上昇により、軸部材の外径面と対向する軸受内径面との間の軸受隙間に大気解放側へ向かう潤滑油の流れが発生し、軸受隙間から溢れた潤滑油が前記軸受端面の凹溝に入り、この凹溝から軸受外径面の軸方向溝を介して潤滑油が前記軸受隙間に戻る循環路が形成されるものである。

本発明の他の軸受ユニットにおいても、温度上昇により、軸受隙間から溢れた潤滑油が前記軸受端面の凹溝に入り、この凹溝から軸受外径面の軸方向溝を介して潤滑油が前記軸受隙間に戻る循環路が形成される。このため、本発明に係る他の軸受ユニットは、運転開始直後に油膜を形成し、高温時においても運転中の軸受隙間内の油膜切れを防止できるため、軸受面の摩耗が抑制され、長寿命化に繋がる。

モータとして、前記焼結含油軸受を備えたものであっても、前記軸受ユニットを用いたものであってもよい。

本発明では、運転中の軸の偏心角を小さくすることで、軸の振動が抑制され、静粛性に優れた軸受となる。また、運転開始直後に油膜を形成し、高温時においても運転中の軸受隙間内の油膜切れを防止できるため、軸受面の摩耗が抑制され、長寿命化に繋がる軸受ユニットとなる。

本発明の流体動圧軸受装置（軸受ユニット）を用いたスピンドルモータの断面図である。 本発明の第１の焼結含油軸受の平面図である。 本発明の第１の焼結含油軸受の断面図である。 軸受端面に形成される面取部を示し、（ａ）は面取角度が６０°未満の場合の簡略図であり、（ｂ）は面取角度が６０°以上の場合の簡略図である。 本発明の第２の焼結含油軸受の平面図である。 本発明の第２の焼結含油軸受の断面図である。 本発明の第３の焼結含油軸受の簡略平面図である。 本発明の第３の焼結含油軸受の簡略断面図である。 本発明の第４の焼結含油軸受の簡略平面図である。 本発明の第４の焼結含油軸受の簡略断面図である。 本発明の第５の焼結含油軸受の簡略図である。 本発明の第５の焼結含油軸受の要部拡大図である。 動圧溝と動圧丘の形状を示し、（ａ）は基本形状の簡略図であり、（ｂ）は第１変形例の簡略図であり、（ｃ）は第２変形例の簡略図である。 本発明の他の流体動圧軸受装置を用いたスピンドルモータに用いた他の焼結含油軸受の簡略断面図である。 動圧溝と動圧丘との関係を示す簡略図である。 丘溝比と偏心角との関係を示すグラフ図である。 丘溝比を０．７とした軸方向溝を設けた軸受における油膜形成性、および振動値を測定した結果を示すグラフ図である。 丘溝比を２．５とした軸方向溝を設けた軸受における油膜形成性、および振動値を測定した結果を示すグラフ図である。 真円軸受における油膜形成性、および振動値を測定した結果を示すグラフ図である。 溝深さと半径隙間との関係を示すグラフ図である。 軸部材と軸受との関係を示し、（ａ）は溝本数が３の場合の簡略図であり、（ｂ）は溝本数が４の場合の簡略図であり、（ｃ）は溝本数が５の場合の簡略図である。

図１に、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータを示す。このスピンドルモータは、流体動圧軸受装置(軸受ユニット)１と、流体動圧軸受装置(軸受ユニット)１の軸部材２に固定されたディスクハブ３と、半径方向隙間を介して対向させたステータコイル４およびロータマグネット５と、ブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット６に固定され、ロータマグネット５はディスクハブ３に固定される。ブラケット６の内径面には、流体動圧軸受装置１のハウジング７が固定される。ディスクハブ３には、所定枚数（図示例では２枚）のディスクＤが保持される。ステータコイル４に通電すると、ロータマグネット５が回転し、これに伴って、ディスクハブ３に保持されたディスク１０が軸部材２と一体に回転する。

流体動圧軸受装置１は、本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受８と、焼結含油軸受８の内周に挿入された軸部材２と、内径面に焼結含油軸受８が固定された有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に配設されるシール部材９とを備える。尚、以下の流体動圧軸受装置１の説明では、便宜上、軸方向でハウジング７の開口側を上方、その反対側を下方という。

燒結含油軸受８の下端面８ｂと、対向するハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１との間には、軸部材２の下端に設けられたフランジ部２ｂが収容される。

図２及び図３に示すように、燒結含油軸受８の軸受内径面(以下、単に内径面と呼ぶ場合がある)８ａには、周方向に沿って所定ピッチで複数個(図例では、５本)の軸方向の溝部１１を形成している。すなわち、燒結含油軸受８の内径面８ａには、軸方向の溝部１１と、周方向に沿って隣り合う溝部間に形成される丘部１２とが形成される。なお、丘部１２は、溝部１１を形成したことによる内径面の残部にて構成される。

ところで、この溝部１１の深さｄ(図１５参照)は、軸部材２の外径面２ａと燒結含油軸受８の内径面(すなわち、丘部１２との間の隙間寸法ｃ１(図１５参照)）の８倍以下に設定される。この場合、隙間寸法ｃ１の最大値を１０μｍとするのが好ましい。また、丘溝比を１以下とする。ここで、丘溝比が１とは、丘部１２の周方向長さＨ２(図１５参照)と溝部１１の周方向長さＨ１(図１５参照)の比（Ｈ２／Ｈ１）である。このため、この実施形態では、丘部１２の周方向長さＨ２と溝部１１の周方向長さＨ１を同一にするか、丘部１２の周方向長さＨ２を溝部１１の周方向長さＨ１よりも短く設定する。しかしながら、丘部１２の周方向長さＨ２としては、０．１ｍｍ以上あるのが好ましい。さらに、丘部１２と丘部１２との間隔（周方向間隔）Ｂ(図２参照)としては、７２°以下に設定するのが好ましい。なお、軸部材２の外径面と燒結含油軸受８の内径面(すなわち、丘部１２)の間の隙間ｃ１を、本明細書では、軸受隙間や半径隙間と呼ぶ場合がある。

さらに、丘部１２の表面開口率よりも溝部１１の表面開口率を大きくするのが好ましい。
表面開口率とは、単位面積当たりに占める、開孔の面積の総和（総面積）の比率をいう。

ところで、この軸受８には、一方（上方）の軸受端面に、軸受内径面８ａと軸受外径面(以下、単に内径面と呼ぶ場合がある)８ｃとを繋ぐ径方向の凹溝１５を形成している。この凹溝１５がこの軸受端面に溢れた油を溜めるための溝（オイルバッファ）を構成する。この場合、凹溝１５の体積を、温度上昇に伴い膨張する凹溝１５内の油の容積よりも大きくするのが好ましい。この凹溝１５としては、この実施形態では、内径面の溝部１１に対して対応位置に受けられている。すなわち、この実施形態では、周方向に沿って、７２°ピッチで配設され、この凹溝１５も周方向に沿って、７２°ピッチで配設され、かつ、位相も同一に設定されている。

また、軸受８の外径面には、軸受両端面を繋ぐ軸方向溝１６が設けられている。この軸方向溝１６としては、凹溝１５に連通されるものあっても、連通されないものであってもよい。図２及び図５で示す軸受８では、軸方向溝１６と凹溝１５とが連通されている。したがって、凹溝１５に対応する位置に軸方向溝１６が設けられるものであり、このため、この場合、軸方向溝１６も周方向に沿って、７２°ピッチで５個配設されている。

ところで、軸受８の両軸受端面の内径側及び外径側には、面取部１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂが設けられている。この場合、内径側の面取部１７ａ、１７ｂとして、その面取角度θ(図４(ａ)(ｂ)参照)を６０°以上とした。

図４（ａ）に示すように、内径側の面取部１７ａ（１７ｂ）は、その面取角度θが６０°よりも小さければ、軸外径面２ａと、面取部１７ａ（１７ｂ）とで構成される空間(テーパ空間)の毛細管力により、軸受外径面８ｃに油が流れにくくなり、逆に、図４（ｂ）に示すように、面取部１７ａの面取角度θが６０°以上のように大きければ、毛細管力が作用しにくく、軸受外径面８ｃに油が流れ流れやすくなる。

このように構成された軸受８を用いたスピンドルモータでは、軸部材２の回転に伴う軸受隙間の温度上昇や周囲環境が高温（例えば、１５０℃）により潤滑油が膨張して、油面が上昇した場合、軸受隙間外に潤滑油が漏れた場合、軸受端面の凹溝１５に蓄えられ、さらに、この凹溝１５から外径面の軸方方向溝１６を下方に流れ、軸受内部に戻る循環ルートが形成される。

この場合、燒結含油軸受８の下端面８ｂの全面又は一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、図示は省略するが、例えば複数の動圧溝をスパイラル状に配列した領域が形成される。

燒結含油軸受８の下端面８ｂ（動圧溝形成領域）とこれに対向するフランジ部２ｂの上端面との間のスラスト軸受隙間、およびハウジング７の底部７ｂの上端面７ｂ１（動圧溝形成領域）とこれに対向するフランジ部２ｂの下端面との間のスラスト軸受隙間に形成される潤滑油膜の圧力が、動圧溝の動圧作用により高められる。そして、これら油膜の圧力によって、図１に示すように、フランジ部２ｂ（軸部材２）をスラスト方向に非接触支持する第一スラスト軸受部Ｔ１と第二スラスト軸受部Ｔ２とがそれぞれ構成される。

本発明の焼結含油軸受は、前記のような寸法・形状に設定することによって、偏心角を小さくできる。すなわち、軸方向の溝部１１を設けることで、溝部１１が無い場合（真円）に比べて偏心角が小さくなり、さらに、丘溝比が１以下になると偏心率は更に小さくなる。丘溝比を小さくしていくことで偏心角を小さくすることができる。しかしながら、小さくし過ぎると丘部の幅が狭くなり、負荷容量の低下を引き起こすおそれがあり、さらには、加工性や耐摩耗性も低下するおそれがある。このため、丘部１２の円周長さは０．１ｍｍ以上となるように丘溝比を設定することが好ましい。

ここで、偏心率は、軸偏心量をｅとし、半径隙間をｃ１とした場合に、ｅ／ｃ１である (図１５参照) 。すなわち、軸部材２に偏心がないとした場合（仮想線で示す）の状態に対して、実際の軸部材２は、実線で示すように偏心する。そこで、基準線Ｌ０に対する偏心方向のなす角度が偏心角である。すなわち、基準線Ｌ０に対する、軸受中心Ｏと回転軸中心Ｏ１とを結ぶ線Ｌ３の成す角度αが偏心角であり、偏心率とは、軸受中心Ｏから回転軸中心Ｏ１間の距離ｅを半径隙間c１で割った値である。従って、軸部材２が軸受８に接触した状態は偏心率が１．０であり、軸部材２が動圧により中心位置にある状態は偏心率が０．０となる。

また、溝部の深さｄが大きく（深く）なると、偏心角を調整しにくくなる。このため、溝部の深さｄを、軸受内径面８ａと軸部材２の外径面２ａとの間の隙間寸法ｃ１の８倍以下に設定するのが好ましい。さらに、周方向に沿って隣り合う丘部間の周方向間隔の間隔角度が大きく開かれ、軸部材２に負荷がかかった場合、その負荷を支持できなくなる場合があるため、隣り合う丘部間の周方向間隔Ｂの間隔角度が７２°以下であれば、その負荷を十分に支持できる。

丘部１２よりも溝部１１の表面開口率を大きくすることによって、軸受面(丘部１２)でも圧力の抜けを防止し、溝部１１の底面でも負圧の発生を防止できる。ところで、焼結含油軸受では、サイジング加工を行うものである。このため、溝部１１としてサイジング加工されないものであってもよい。ここで、サイジング加工とは、焼結後の製品を圧縮し反りを平らにしたり、寸法の矯正や表面状態の改善などを行うことを目的とした軽い冷間プレスである。

軸部材２の外径面２ａとの間の半径隙間ｃ１に連通される凹溝１５で構成されるオイルバッファを有することにより、軸受８からの油漏れ(飛散)を有効に防止でき、しかも、凹溝１５の体積は、温度上昇に伴い膨張する凹溝１５内の油の容積よりも大きくしているので、温度上昇時に凹溝１５に入った油の漏れを有効に防止できる。

この場合、軸受内径面８ａの軸方向の溝部１１と軸受端面８ｄの凹溝１５と、軸受外径面８ｃの軸方向溝１６とが連通されているのが好ましい。このように、連通されていれば、凹溝１５に流入した潤滑油は、軸方向溝１６を介して軸受内部に戻ることができる。すなわち、軸受内径面８ａの軸方向の溝部１１と、軸受端面の凹溝１５と、および軸受外径面８ｃの軸方向溝部１６と同一位相として連結（連通）することによって、油漏れを有効に防止できる。しかしながら、連結（連通）せず、かつ同一位相でなくてもよい。

軸受内径面８ａの軸端部に面取部１７ａを有し、面取部１７ａの面取角度θが６０°以上とするのが好ましい。面取部１７ａの面取角度を６０°よりも小さいと、軸外径面２ａと、面取部１７ａとで構成される空間(テーパ空間)の毛細管力により、軸受外径面８ｃに油が流れにくくなり、逆に、面取部１７ａの面取角度θが６０°以上のように大きければ、毛細管力が作用しにくく、軸受外径面８ｃに油が流れやすくなる。

本発明に係る焼結含油軸受を用いたモータは、温度上昇により、軸受隙間から溢れた潤滑油が軸受端面８ｄの凹溝１５に入り、この凹溝１５から軸受外径面８ｃの軸方向溝１６を介して潤滑油が軸受隙間ｃ１に戻る循環路が形成される。このため、本発明に係る焼結含油軸受８を用いたモータは、運転開始直後に油膜を形成し、高温時においても運転中の軸受隙間内の油膜切れを防止できるため、軸受面の摩耗が抑制され、長寿命化に繋がる。

次に図５及び図６に第２の焼結含油軸受８を示す。この場合、凹溝１５を形成する側の軸受端面に円環形状のザグリ２０を設けている。この場合、ザグリ２０の下方位置に面取部１７ａ、１７ｂを設けている。このため、軸受端面に設けられる凹溝１５がザグリ２０に連通されている。

他の構成は図２及び図４に記載した第１の焼結含油軸受８と同様であるので、同一部位乃至同一構成は、図２及び図４に付した符号と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。このため、図５及び図６の第２の焼結含油軸受８は、図２及び図４の第１の焼結含油軸受８と同様の作用効果を奏する。この場合も、油面が上昇した場合、軸受隙間外に潤滑油が漏れた場合、軸受端面の凹溝１５に蓄えられ、さらに、この凹溝１５から外径面の軸方方向溝１６を下方にながれ、軸受内部に戻る循環ルートが形成される。

ところで、丘部１２の形状として、図７及び図８に示すように、丘部１２の内径を、軸方向中央部よりも軸方向端部側を小さくしたものであってもよい。ここで、丘部１２の内径とは、丘部１２の内径端面を接続されてなる円筒面の内径であり、軸方向端部側の内径寸法をＤ１とし、軸方向中央部側の内径寸法をＤ２としたときに、Ｄ１＜Ｄ２としている。このように設定することによって、軸部材２を両端側で支持でき、モーメント荷重に対する支持剛性向上およびトルク低減の効果を望める。なお、図８においては、図面の省力化のために、内径面８ａの溝部１１の図示を省略している。

図９及び図１０に示すように、丘部１２の周方向長さＨ２を、軸方向中央部側が軸方向端部側よりも短くしている。すなわち、軸方向端部側の周方向長さＨ１をＡ１とし、軸方向中央部側の周方向長さＨ２をＡ２としたときに、Ａ１＞Ａ２としている。このように設定することによって、トルク低減の効果が望める。

図１１及び図１２に示すように、丘部１２と溝部１１とを繋ぐ線Ｌ２，Ｌ３が、丘部１２の中央部と、軸受中心Ｏとを結ぶ線Ｌ１と平行をなすように形成されている。この形状にすることによって、金型の加工性の向上を図ることができる。

ところで、前記各実施形態では、溝部１１の形状として、図１３（ａ）に示すように、展開状態において、矩形形状であったが、図１３（ｂ）（ｃ）に示す形状のものであってもよい。すなわち、展開図における図１３（ａ）では、溝部１１の底面１１ａを深さ寸法が一定の平坦面としていたが、展開図における１２（ｂ）では、底面１１ａが軸部材回転方向の上流側から下流側に向かって深くなっている傾斜面とし、展開図における図１３（ｃ）では、底面が円弧形状面としている。

このように、図１３（ｂ）（ｃ）に示す形状のものであっても、図１３（ａ）に示す形状のものと同様の作用効果を奏する。

図１４に示す焼結含油軸受８は、内径面に軸方向の溝部を形成することなく、燒結含油軸受８の内径面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部として複数の動圧溝を配列した領域が形成される。この実施形態では、複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をヘリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して２箇所形成される。

上記構成の焼結含油軸受８を用いた流体軸受装置において、軸部材２の回転時、燒結含油軸受８の内径面８ａに形成された動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域は、対向する軸部材２の外径面２ａとの間にラジアル軸受隙間を形成する。そして、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このように、動圧溝８ａ１、８ａ２によって生じる潤滑油の動圧作用によって、軸部材２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部が構成される。

この場合の焼結含油軸受８においても、軸受端面の凹溝１５と、外径面の軸方方向溝１６とが設けられ、油面が上昇した場合、軸受隙間外に潤滑油が漏れた場合、軸受端面の凹溝１５に蓄えられ、さらに、この凹溝１５から外径面８ｃの軸方方向溝１６を下方にながれ、軸受内部に戻る循環ルートが形成される。なお、ラジアル動圧発生部として動圧溝としては、図４では、ヘリングボーン形状に配列したものであったが、スパイラル形状の他の形状のものであってもよい。

このように、前記各実施形態の焼結含油軸受を用いたモータは、運転開始直後に油膜を形成し、高温時においても運転中の軸受隙間内の油膜切れを防止できるため、軸受面の摩耗が抑制され、長寿命化に繋がる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、焼結含油軸受８が固定され、軸部材２が回転する場合を示したが、これに限らず、軸部材２を固定して焼結含油軸受８を回転させる構成、あるいは、軸部材２及び焼結含油軸受８の双方を回転させる構成を採用することもできる。

本発明に係る焼結含油軸受８が組み込まれた流体動圧軸受装置は、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータに限らず、他の情報機器に組み込まれるスピンドルモータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは冷却用のファンモータ等、他の小型モータにも広く使用することができる。

本発明の効果を確認するための試験（テスト）を行った。
まず、丘溝比と偏心角の関係を調べた。この場合、試験品としては、図１５に示すように、内径面８ａに軸方向に延びる溝部１１を、周方向に６０°ピッチで、６本の溝部を形成したものを使用した。具体的には、軸受サイズとして、内径寸法を４ｍｍとし、幅寸法(肉厚寸法)を２．７ｍｍとし、半径隙間を６．５μｍとし、溝部深さｄを３５μｍとし、潤滑油粘度を０．０６０１（Ｐａ・ｓ）とし、偏心率０．３とした。

また、内径面に溝部を有さない真円軸受を試験品１とし、丘溝比を０．５としたものを試験品２とし、丘溝比を１．０としたものを試験品３とし、丘溝比を１．５としたものを試験品４とし、丘溝比を２．０としたものを試験品５とし、丘溝比を２．５としたものを試験品６とした。また、回転速度は３９００ｒｐｍとした。

この丘溝比と偏心角の関係を図１６を示した。図１６からわかるように真円軸受よりも溝部１１を有するものが偏心角が小さくなり、特に、丘溝比が１．０以下になると、偏心角がさらに小さくなる。ところで、丘溝比を小さくしていけば、丘部１２の周方向幅が小さく(狭く)なり、負荷容量の低下を引き起こし、また、加工性や耐摩耗性の低下を招く、このため、丘部１２の周方向長さとしては、０．１ｍｍとして、丘溝比を設定することが好ましい。

次に、丘溝比を０．７とした試験品７の軸受と、丘溝比を２．５とした試験品８の軸受と、内径面に溝部を有さない試験品９としての真円軸受とについて、油膜形成性と、振動値とを調べた。この場合、試験品７、試験品８、及び試験品９の軸受サイズとして、内径寸法を４ｍｍとし、幅寸法(肉厚寸法)を２．７ｍｍとし、半径隙間を６．５μｍとし、潤滑油粘度を０，０６０１（Ｐａ・ｓ）とし、、回転速度は３９００ｒｐｍとし、負荷荷重５Ｎとした。また、試験品７及び試験品８は、溝本数を６本とし、溝深さを３５μｍとした。

試験結果を次の図１７から図１９、及び表１に示した。図１７は、試験品７の測定結果であり、図１８は、試験品８の測定結果であり、図１９は、試験品９の測定結果である。表１に試験品７～試験品９の振動値を示している。振動値は、振動センサー（リオン株式会社製のＰＶ－９０Ｂ）を用いた。

図１７～図１９でわかるように、内径面８ａの溝部１１を設けることによって、油膜形成性が向上するのがわかり、また、丘溝比が０．７のものでは、起動直後から安定して油膜が形成され、振動値も、試験品７＜試験品８＜試験品９と大きくなる。すなわち、表１に示しているように、丘溝比が０．７の試験品７では、１．７９ｍｍ／s²であり、丘溝比が２．５０の試験品８では、１．８８ｍｍ／s²であり、溝部が形成されていない真円軸受である試験品９では、２．００ｍｍ／s²であった。

次に、溝深さと半径隙間との関係を調べた。この場合、軸受サイズとして、内径寸法を４ｍｍとし、幅寸法(肉厚寸法)を２．７ｍｍとし、溝部本数を６本とし、また、潤滑油粘度を０．０６０１（Ｐａ・ｓ）とし、回転速度を３９００ｒｐｍとし、偏心率を０．３とした。この場合、半径隙間が２．０μｍのものを試験品１０とし、半径隙間が４．０μｍのものを試験品１１とし、半径隙間が６．０μｍのものを試験品１２とし、半径隙間が８．０μｍのものを試験品１３とし、半径隙間が１０．０μｍのものを試験品１４とし、各試験品について、溝深さを５．０μｍ、１０．０μｍ、１５．０μｍ、２０．０μｍ、２５．０μｍ、３０．０μｍ、３５．０μｍ、４０．０μｍ、４５．０μｍ、および５０．０μｍとしたものについて試験を行った。その結果を図２０に示した。

図２０からわかるように、溝深さと半径隙間に交互作用（２つの因子が組み合わさることで初めて現れる相乗効果のこと）が見られ、偏心角が小さくなる組み合わせがあることがわかった。例えば、溝深さを１０μｍとした場合の半径隙間は、８～１０μｍとすることで、偏心角を小さくすることができ、また、溝深さを深くしていくと半径隙間による偏心角の差は小さくなってくる。このため、溝深さを、半径隙間の８倍以下とするのが好ましいと言える。

次に、溝部が、３本、４本、及び５本とした軸受８と軸部材２の位置関係について調べた。すなわち、図２１（ａ）に溝本数が３本の軸受を示し、図２１（ｂ）に溝本数が４本の軸受を示し、図２１（ｃ）に溝本数が５本の軸受を示した。各軸受８の軸部材２に一方向に負荷を加えた。負荷の方向が、一の溝部に向かう場合、この溝部の周方向両端側の丘部に圧力がかかることになる。すなわち、図２１（ａ）から図２１（ｃ）に示すように、荷重の向きと圧力が発生する向きが一致しない。この場合、溝本数が３本の軸受ではベクトルの向きを考えた場合、ベクトルの向きの差が大きく、ベクトルの向きの差は、３本の軸受＞４本の軸受＞５本の溝受となり、３本の軸受や４本の軸受では、負荷を十分に支持できないおそれがある。しかしながら、図２１（ｃ）に示すように、周方向に隣合う丘部間の周方向間隔Ｂが７２度となる溝部が５本以上であれば、ベクトルの向きの差があまり大きくならず、このような負荷であっても十分に支持することできることが分かる。

θ 面取角度
２ 軸部材
２ａ 外径面
８ 焼結含油軸受
８ａ 内径面
８ａ１ 動圧溝
１１ 溝部
１２ 丘部
１５ 凹溝
１６ 軸方向溝
１７ａ 面取部
Ｂ 周方向間隔

Claims (8)

1. 軸部材の外径面と対向する軸受内径面を有し、前記軸受内径面に周方向に沿って所定ピッチで５個以上の軸方向の溝部を形成し、周方向に沿って隣り合う溝部間に丘部が形成される焼結含油軸受であって、
   前記溝部の表面開口率を前記丘部の表面開口率よりも大きくするとともに、前記丘部と前記溝部との比である丘溝比を１以下とし、前記丘部の周方向長さを０．１ｍｍ以上とし、かつ、前記溝部の深さを、前記内径面と前記軸部材の外径面との間の隙間寸法の８倍以下とするとともに、周方向に沿って隣り合う丘部間の周方向間隔の間隔角度を７２°以下としたことを特徴とする焼結含油軸受。
2. 軸受端面の少なくともいずれか一方側に、潤滑油の漏れ防止及び潤滑油の循環機能を成すオイルバッファを有し、前記オイルバッファは、前記軸受内径面と前記軸部材の外径面との間の軸受隙間に連通される凹溝で構成されるとともに、軸受外径面に、軸受両端面を繋ぐ軸方向溝を設け、前記凹溝の体積を、温度上昇に伴い膨張する前記凹溝内の油の容積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 軸受内径面の軸方向の前記溝部と前記軸受端面の凹溝と軸受外径面の軸方向溝とが連通されていることを特徴とする請求項２に記載の焼結含油軸受。
4. 軸受内径面の軸端部に面取部を有し、前記面取部の面取角度を６０°以上としたことを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
5. 請求項２に記載の焼結含油軸受と、前記焼結含油軸受の軸心孔に挿入される軸部材と、前記焼結含油軸受が内径面に収容されるハウジングとを備えた軸受ユニットであって、
   前記軸受端面の凹溝を大気解放側に向くように組付けられ、温度上昇により、軸部材の外径面と対向する軸受内径面との間の軸受隙間に前記大気解放側へ向かう潤滑油の流れが発生し、前記軸受隙間から溢れた潤滑油が前記軸受端面の凹溝に入り、この凹溝から軸受外径面の軸方向溝を介して潤滑油が前記軸受隙間に戻る循環路が形成されることを特徴とする軸受ユニット。
6. 軸受内径面に、軸方向の溝部を形成することなく他の動圧発生溝が形成された焼結含油軸受と、前記焼結含油軸受の軸心孔に挿入される軸部材と、前記焼結含油軸受が内径面に収容されるハウジングとを備えた軸受ユニットであって、
   前記軸受端面の少なくともいずれか一方側に、潤滑油の漏れ防止及び潤滑油の循環機能を成すオイルバッファを有し、前記オイルバッファは、前記軸受内径面と前記軸部材の外径面との間の軸受隙間に連通される凹溝で構成されるとともに、軸受外径面に、軸受両端面を繋ぐ軸方向溝を設け、前記凹溝の体積を、温度上昇に伴い膨張する前記凹溝内の油の容積よりも大きくし、軸受端面の凹溝を大気解放側に向くように組付けられ、温度上昇により、軸部材の外径面と対向する軸受内径面との間の軸受隙間に前記大気解放側へ向かう潤滑油の流れが発生し、軸受隙間から溢れた潤滑油が前記軸受端面の凹溝に入り、この凹溝から軸受外径面の軸方向溝を介して潤滑油が前記軸受隙間に戻る循環路が形成されることを特徴とする軸受ユニット。
7. 前記請求項１～請求項４のいずれかの１項の焼結含油軸受を備えたことを特徴とするモータ。
8. 前記請求項５又は請求項６に記載の軸受ユニットを用いたことを特徴とするモータ。
   
   

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