JP2001212618A - 焼結含油軸受の内径面成形用コアロッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易、低コスト、かつ良好な寸法精度で焼結
含油軸受の内径面を適切な気孔量に仕上げることがで
き、もって含油能力が高く軸受特性に優れた焼結含油軸
受を得ることのできるコアロッドを提供する。 【解決手段】 コアロッド１は、筒状をなす焼結含油軸
受の素材であるワーク５に挿入され、その挿入時あるい
はワーク５の塑性変形加工時に、ワーク５の内径面５ａ
が圧接して該内径面５ａを成形する内径面成形部１ａを
有する。内径面成形部１ａの面粗さを、研削加工によっ
て１〜６Ｓに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結含油軸受の金
型を構成して軸受の内径面を成形するコアロッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】焼結含油軸受は、金属粉末原料を圧縮成
形して得た圧粉体（主に円筒状が多い）を焼結し、その
焼結体を再圧縮（サイジングやコイニング等を含む）し
て製造される。圧粉体の成形や焼結体の再圧縮時に用い
る金型は、一般に、素材の外周面を拘束して成形するダ
イと、素材を軸方向に圧縮して端面を成形する上下の加
圧パンチと、素材の軸孔に挿入されてその内径面を成形
するコアロッドとを主たる構成要素としている。焼結含
油軸受としては、実質的に軸受を構成する焼結体を、金
属製あるいは他の焼結体からなるハウジング内に圧入し
たタイプのものもある。このような軸受にあっては、焼
結体を押圧して焼結体にコアロッドを圧入させる押圧パ
ンチとコアロッドとにより、焼結体の内径面を矯正する
加工がなされる場合がある。

【０００３】いずれにしても、コアロッドは軸受素材の
内径面が圧接することによりその内径面を自身の表面に
倣って成形するものである。ところでこのようなコアロ
ッドは、「粉末冶金講座４・金属粉の成形（日刊工業新
聞社 昭和３９年８月２５日発行）」２３９〜２４０頁
に記載されているように、成形品の仕上がり程度や金型
の寿命のためにも、できる限り滑らかな表面粗さが必要
であり、ホーン仕上げ(Honing)、ラップ仕上げ(Lappin
g）等による表面仕上げ加工により、ＪＩＳ表示で０．
８Ｓ以下の表面粗さが必要であるとされている。実際の
製品においても、研削加工や放電加工を施した上でホー
ン仕上げやラップ仕上げを行い、少なくとも０．８Ｓ以
下、通常では０．５Ｓ程度の鏡面状態に近い光沢面に表
面加工している。

【０００４】このようなコアロッドを用いて焼結体を圧
縮成形した場合、圧縮成形後に、コアロッドから成形品
すなわち軸受を抜き取る操作中に、その動きに追従して
軸受の内径面が軸方向に僅かに塑性流動し、これによっ
て内径面の気孔量が減少するとともに内径面が平滑化す
る作用を示す。軸受の内径面の気孔は、軸受摺動面に潤
滑油を供給し、かつその潤滑油に油圧が生じるべく軸受
内部に潤滑油が浸み込まない適度な大きさおよび量が必
要とされる。したがって、軸受の内径面にあっては、有
効気孔率を大きくして含油能力を高める一方、軸受摺動
面に露出する気孔を適度に閉塞させることが求められ
る。

【０００５】内径面の気孔量を減少させるためには、通
常のサイジングの際に、金型内で焼結体を圧縮成形した
後、内径面をコアロッドに圧接させた状態で、コアロッ
ドを引き抜いたりコアロッドを軸回りに回転させたりし
て摺動させ、摩擦を発生させることにより、内径面を塑
性流動させる方法が挙げられる。また、前記「粉末冶金
講座４・金属粉の成形」１９１頁に記載されているよう
に、ブローチ工具のようなコアロッドを用いる場合があ
る。このコアロッドは、その外周面に、外径の異なる複
数の環状凸部が、軸方向に向かって外径が順次大きくな
るよう形成されており、ダイ内に装入された焼結体の内
部に圧入された後に引き抜く操作が行われて、内径面を
各環状凸部により押し潰して緻密化するよう用いられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ホーン仕上げやラップ
仕上げ等の表面仕上げ加工は、内径面を所望の寸法精度
に仕上げる点において不利な面があり、特に、内径面の
断面が複雑な形状の場合には適用することが困難であっ
た。例えば、内径面に軸方向に延びる油溝を有していた
り、さらに、この油溝と実際に回転軸が摺動する軸受摺
動面との間に、軸受との間にミクロン単位で隙間を形成
する傾斜面が周方向に湾曲して形成されている内径面を
成形するためのコアロッドにあっては、仕上げ研磨の過
不足が生じやすく、その結果としてコアロッドの研磨面
が軸方向にうねってしまい所望の精密な内径面を得にく
い。

【０００７】また、コアロッドを引き抜いた際の摩擦作
用により内径面の気孔量を調整する方法では、焼結体が
比較的低密度であったり、比較的塑性変形し難いもので
あったりする場合に、１回の操作では期待するほどの効
果が得られず、同じ操作を繰り返す必要があって手間が
かかるという欠点がある。一方、コアロッドを回転させ
た際の摩擦作用により内径面の気孔量を調整する方法で
は、コアロッドを回転させる機構を金型装置に付加させ
る必要が生じるとともに、その動力は比較的大きなもの
が求められ、さらに、円筒状の内径面にしか適用するこ
とができないといった問題を有している。また、複数の
環状凸部が形成されたコアロッドを用いる方法では、そ
のようなコアロッドは製造が難しく、かつ高価となり、
その上、内径と外径との同軸度が劣ってしまう場合が多
いといった欠点がある。

【０００８】したがって本発明は、容易、低コスト、か
つ良好な寸法精度で、焼結含油軸受の内径面を適切な気
孔量に仕上げることができ、もって含油能力が高く軸受
特性に優れた焼結含油軸受を得ることのできる焼結含油
軸受の内径面成形用コアロッドを提供することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、筒状をなす焼
結含油軸受の素材に挿入され、その挿入時あるいは素材
の塑性変形加工時に、素材の内径面が圧接して該内径面
を成形する内径面成形部を有する焼結含油軸受の内径面
成形用コアロッドであって、内径面成形部の面粗さが１
〜６Ｓであることを特徴としている。

【００１０】本発明のコアロッドが用いられる焼結含油
軸受の素材としては、サイジング（再圧縮）されていな
い焼結体、あるいは少なくとも１回のサイジングを施し
た焼結体が好適に用いられる。いずれの焼結体も、コア
ロッドを焼結体に挿入した状態でサイジングして内径面
をコアロッドの内径面成形部に圧接させた後、コアロッ
ドを引き抜いて内径面に摺動させ、その際に発生する摩
擦により内径面に表面加工が施される。また、サイジン
グが施された焼結体に対しては、その内径よりも太いコ
アロッドを焼結体に挿入して引き抜くことにより、同様
の作用を得ることができる。

【００１１】本発明のコアロッドの内径面成形部によっ
て表面加工が施された素材の内径面は、内径面成形部の
表面粗さが１〜６Ｓと比較的粗いことから、コアロッド
が引き抜かれる際の塑性変形量が比較的大きく、それに
伴って気孔量の減少が従来のコアロッドよりも著しい。
その結果、有効気孔率の増大（換言すると密度の低下）
に伴う含油能力の向上と、軸受摺動面に露出する気孔を
適度に閉塞させることによる油圧発生機能の確保とがバ
ランスよく両立する。なお、コアロッドの内径面成形部
の表面粗さは、気孔率を増大させる観点から１Ｓ以上は
必要であり、一方、６Ｓを超えると周方向の粗さが増大
し過ぎ、軸受摺動面として好ましくない。内径面成形部
の表面粗さは、素材に応じて１〜６Ｓの範囲で選択され
るが、この範囲においては１．５〜３Ｓがより好まし
く、特に、素材が低炭素鉄系または純鉄系の焼結合金の
場合には、２〜４Ｓが好ましい。

【００１２】本発明のコアロッドは、優れた耐摩耗性を
発揮する観点から超硬合金製であることが好ましい。ま
た、内径面成形部は、加工方法が簡便であることから、
研削加工(Grinding)によって表面仕上げがなされている
ことが好ましい。上記の表面粗さは、研削加工機で容易
に得ることができ、手作業での仕上げを要するとしても
バリ取りや粗さの調整程度の研磨仕上げで済む。したが
って、比較的簡単に製作することができるとともに、形
状および寸法精度のよい軸受を安定して提供することも
可能である。

【００１３】また、本発明のコアロッドを用いてサイジ
ングを施した後に、従来の表面粗さのコアロッドを用い
て再びサイジングを施して素材の内径面の仕上げを行う
こともできる。このような操作は、内径面の断面が複雑
な形状である場合に有効である。例えば、前述のよう
に、軸方向に延びる油溝を有していたり、さらに、この
油溝と実際に軸受が摺動する軸受摺動面との間に、軸受
との間にミクロン単位で隙間を形成する傾斜面が周方向
に湾曲して形成されている内径面の場合、各部分の機能
が有効に働くように効率よく緻密化される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態
に係るコアロッド１の側面を示している。このコアロッ
ド１は、主体となる円柱状の内径面成形部１ａの先端部
に、ワークガイド部１ｂが形成されたものである。内径
面成形部１ａは、円筒状の軸受素材が嵌め込まれてその
外径面が軸受素材の内径面に圧接し、その内径面を成形
する部分である。ワークガイド部１ｂは、軸受素材を内
径面成形部１ａにスムーズに導き入れるように軸受素材
の内径よりも十分に小さい径であって、２段階のテーパ
部を備えた先細り状に形成されている。コアロッド１の
図示されない下端部は、プレス装置への固定部としてフ
ランジが形成されている。コアロッド１は、耐摩耗性に
優れる超硬合金製が好ましく、その場合のフランジは、
プレス装置の下部ラム等の鋼材にろう付け等の手段で固
定される。

【００１５】内径面成形部１ａは、図１（ｂ）に示すよ
うに、断面円形で、かつ均一径であり、研削加工によっ
て外径面の粗さが１〜６Ｓに仕上げられている。研削加
工は、コアロッド１を軸回りに回転させながら、コアロ
ッド１と平行な軸心で回転する砥石を内径面成形部１ａ
に接触させながら軸方向に移動させていく。砥石は、砥
粒がダイヤモンドで結合材がレジノイドボンドやメタル
ボンド等のものが好適に用いられる。荒研削と最終段階
の仕上げ研削を同じ砥石で行うこともできるが、仕上げ
研削のときに粒度の細かい砥石を用いる方法でもよい。

【００１６】内径面成形部１ａの面粗さは、砥石の砥粒
の種類、砥石の集合密度（コンセントレーション）、砥
粒の接着方法（ボンドタイプ）、研削量や砥石の送り速
度等の条件によっても異なるが、例えば、レジノイドボ
ンドのダイヤモンド砥石を用い、砥石の周速を１５００
〜２０００ｍ／分で超硬合金を研削した場合、ダイヤモ
ンドの粒度（メッシュサイズ）が１７０〜２００の砥石
では１〜２Ｓ程度、粒度が１００〜１２０では４Ｓ前
後、粒度８０程度では６Ｓ程度を得ることができる。

【００１７】上記コアロッド１は、図２（ａ）に示すよ
うに、焼結体からなる軸受素材（ワーク５）を金型によ
ってサイジングする際に用いられる。金型は、ダイ１
１、上下のパンチ１２，１３およびコアロッド１から構
成される。ワーク５をサイジングするには、まず、ダイ
１１内に下パンチ１３およびコアロッド１を挿入した状
態から、上方よりワーク５をコアロッド１に嵌め込んで
コアロッド１をワーク５に相対的に挿入し、ワーク５の
内径面をコアロッド１の内径面成形部１ａに対応させ
る。次いで、上パンチ１２を降下させてワーク５を軸方
向に圧縮する。ワーク５の内径面５ａはコアロッド１の
内径面成形部１ａに圧接させられ、内径面成形部１ａに
倣った断面円形の周面に形成される。

【００１８】次に、図２（ｂ）に示すように、コアロッ
ド１を降下させてワーク５から内径面成形部１ａを引き
抜き、この後、上パンチ１２を上昇させるとともに下パ
ンチ１３でワーク５を上方に押し上げ、離型する。図２
（ｃ）は、ワーク５を離型させる別の方法を示してお
り、この場合では、図２（ａ）の状態から上パンチ１２
を上昇させるとともに、コアロッド１を固定させたまま
下パンチ１３でワーク５を押し上げることにより、コア
ロッド１をワーク５から相対的に引き抜き、離型する。
いずれの場合も、ワーク５からコアロッド１を引き抜く
際に、内径面成形部１ａがワーク５の内径面５ａを摺動
して摩擦が発生する。そして、その摩擦によって内径面
５ａに塑性変形が生じることにより、内径面５ａの気孔
量は内径面成形部１ａの表面粗さ（１〜６Ｓ）に応じた
程度に調整される。そのような内径面５ａは、有効気孔
率の増大（換言すると密度の低下）に伴う含油能力の向
上と、内径面５ａに露出する気孔を適度に閉塞させるこ
とによる油圧発生機能の確保とがバランスよく両立す
る。

【００１９】図３は、本発明の他の実施形態に係るコア
ロッド２０を示している。このコアロッド２０は、上記
コアロッド１と同様に、内径面成形部２０ａとワークガ
イド部２０ｂとを備えているが、内径面成形部２０ａの
断面形状が単なる円形ではない点で異なっている。その
内径面成形部２０ａは、図３（ｂ）に示すように、焼結
含油軸受の内径面に軸方向に延びる油溝を形成するため
の凸条２１が、円周等分複数箇所（この場合３箇所）に
形成され、これにより、実際に回転軸（図３（ｂ）の二
点鎖線で示す）が摺動する円弧面２２が３分割されてい
る。そして、凸条２１と一周方向側の円弧面２２との間
に、回転軸との間に隙間を形成する傾斜部２３が周方向
に湾曲形成されている。

【００２０】本実施形態のコアロッド２０の内径面成形
部２０ａの表面も、研削加工により１〜６Ｓの範囲の面
粗さに設定されている。表面が凹凸面である内径面成形
部２０ａの研削加工は、数値制御で砥石の動作を制御さ
せる方法が一般的である。

【００２１】このコアロッド２０によって、図３（ａ）
と同様にワーク５をサイジングして内径面を仕上げるこ
とができるが、そのサイジングの後に、表面が比較的平
滑（面粗さが０．５Ｓ程度）な断面円形の従来のコアロ
ッドを用いて再びサイジングすることにより、円弧面２
２によって形成される軸受摺動面が適度に平滑化された
内径面を有する軸受を製造することができる。

【００２２】具体的には、図３（ａ）に示した方法と同
様にして、例えば面粗さ２Ｓの内径面成形部２０ａを有
するコアロッド２０を用いて、焼結体あるいはサイジン
グした焼結体からなるワークをサイジングし、そのワー
クからコアロッド２０を引き抜く。サイジング時にワー
クの内径面に生じる塑性変形は、凸条２１によって形成
された油溝の部分が最も大きく、傾斜部２３によって形
成された隙間形成部は、凸条２１寄りが比較的大きく、
円弧面２２によって形成された軸受摺動面に向かって次
第に小さくなり、軸受摺動面の部分が最も小さい。した
がって、サイジングされたワークの内径面の気孔量は、
圧縮による塑性変形とコアロッド２０を引き抜く際に生
じる軸方向への塑性流動によって、油溝の部分が最も少
なく、隙間形成部は油溝から軸受摺動面に向かって次第
に増加し、軸受摺動面が最も多い。次いで、面粗さが例
えば０．５Ｓの断面円形のコアロッドを用いてワークを
再びサイジングする。このとき、ワークの軸受摺動面の
みをサイジングする。

【００２３】このような２段階のサイジングを施すこと
により、軸受摺動面の気孔状態を大きく変化させること
なく、寸法精度を高めることができる。また、コアロッ
ド２０は手仕上げによるラップ仕上げをする必要がない
か、あるいは必要があってもごく僅かな程度に抑えたも
のでよいことからも、寸法精度の向上が図られる。な
お、上記２回目のサイジングは、ダイを省略してコアロ
ッド２０と上下のパンチ１２．１３とで行うこともでき
る。また、サイジングの手順を逆にしてもよい。すなわ
ち、従来の平滑な表面のコアロッドによって１回目のサ
イジングを行い、次いで、断面円形で面粗さが２Ｓ程度
のコアロッドに軸受摺動面を軽く圧接させる程度の２回
目のサイジングを行う。

【００２４】上記のようにして製造された軸受にあって
は、潤滑油のダムあるいは動圧溝として作用する油溝の
気孔量が少ないため、油溝内の潤滑油は内部に浸み込み
難い。また、傾斜部２３によって成形された隙間形成部
の気孔量は、油溝側が多く、軸受摺動面に向かって次第
に少なくなっており、回転軸との間の隙間は断面くさび
状であるから、隙間内の潤滑油は軸受摺動面側に運搬さ
れるとともに、油圧を高めて潤滑性を良好に持続させ
る。気孔量が最も多い軸受摺動面にあっては、潤滑油の
浸み出しが適度に起き、潤滑性が確保される。したがっ
て、このような軸受は、スピンドル軸受のような高速回
転軸に好適である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコアロッ
ドによれば、適度に粗い面粗さに仕上げた内径面成形部
によって焼結含油軸受の内径面を成形するので、その軸
受の内径面を、有効気孔率の増大に伴う含油能力の向上
と、軸受の内径面に露出する気孔を適度に閉塞させるこ
とによる油圧発生機能の確保とをバランスよく両立させ
ることができる。また、内径面成形部は研削面のままで
よいことから、容易、低コスト、かつ良好な寸法精度で
焼結含油軸受の内径面を仕上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明の一実施形態に係るコアロッ
ドの側面図、（ｂ）はそのコアロッドの内径面成形部の
横断面図である。

【図２】 （ａ）は本発明の一実施形態に係るコアロッ
ドを用いて軸受素材をサイジングする方法を示す縦断面
図、（ｂ）は離型の一方法を示す縦断面図、（ｃ）は離
型の他の方法を示す縦断面図である。

【図３】 （ａ）は本発明の他の実施形態に係るコアロ
ッドの側面図、（ｂ）はそのコアロッドの内径面成形部
の横断面図である。

【符号の説明】

１，２０…コアロッド、１ａ…内径面成形部、５…ワー
ク（軸受素材）、５ａ…内径面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状をなす焼結含油軸受の素材に挿入さ
   れ、その挿入時あるいは素材の塑性変形加工時に、素材
   の内径面が圧接して該内径面を成形する内径面成形部を
   有する焼結含油軸受の内径面成形用コアロッドであっ
   て、 前記内径面成形部の面粗さが１〜６Ｓであることを特徴
   とする焼結含油軸受の内径面成形用コアロッド。
2. 【請求項２】 前記内径面成形部が超硬合金からなり、
   かつ研削加工面であることを特徴とする請求項１に記載
   の焼結含油軸受の内径面成形用コアロッド。
3. 【請求項３】 前記素材は焼結体であり、該焼結体を塑
   性変形させてその内径面が当該コアロッドに圧接させた
   状態から焼結体を抜き出す再圧縮加工に用いられること
   を特徴とする請求項１または２に記載の焼結含油軸受の
   内径面成形用コアロッド。