JP2005127341A

JP2005127341A - 焼結含油軸受の固定方法

Info

Publication number: JP2005127341A
Application number: JP2003360278A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Takehana; 敏一竹花
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】焼結含油軸受を機器に取り付ける際、従来は機器のハウジング内径と軸受外径とが締まり嵌めとなる寸法差に設定して圧入により固定したり、あるいは接合面に接着剤を施して接着固定しているが、軸方向に大きな負荷を受けた場合に、軸受がハウジングから抜け出すという問題があった。
【解決手段】ハウジング内面に予め凹部１２を設け、このハウジングに焼結含油軸受を挿入し、軸受孔にコアロッドを挿入した状態で軸受の両端面を軸方向から圧縮すると、軸受の材料は塑性変形して凹部１２を埋め、凹凸の噛み合いにより軸受を強固に固定する。同時に軸受孔は、コアロッドによって所要の寸法精度に仕上げられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結含油軸受を機器のハウジングに固定する方法に関するものである。

焼結含油軸受（以下、単に軸受と呼ぶことがある。）の固定方法としては、従来軸受の形状をストレート型とし、その外周面に対して締まり嵌めとなる孔径に設定したハウジングに圧入する方法や、圧入に代えて接着剤によって接着する方法などが用いられている。

圧入方式の場合は、軸受はその外周面とハウジングとの間の摩擦力によってハウジングに保持されているに過ぎないので、摩擦力を超えるような応力が軸方向に作用した場合には軸受がハウジングから抜け出す虞れがある。なお圧入代（締め代）を大きくすれば摩擦力も大きくなるが、内径に歪みを生じて軸受精度が低下する。軸受を接着した場合も、抜け出す虞れがあることは圧入方式の場合と同様である。そこで本発明の課題は、基本的には圧入方式を用いながら、その改良によって抜け止め効果の優れた固定方法を開発することにある。

本発明の固定方法においては、ハウジング内径面に、予め凹部を設ける。このハウジングに、軸受孔にコアロッドを挿入したストレート型の焼結含油軸受を挿入した後、その両端面を軸方向から圧縮すると、軸受の材料は塑性変形してハウジング内径面の凹部に嵌入して膨出部を形成し、その分だけ軸受の全長は短縮する。同時に軸受孔は、コアロッドによって所要の寸法精度に仕上げられる。

この方法によれば、軸受はハウジング内径面との摩擦力に加えて、塑性変形によるその膨出部とハウジングの凹部との係合によって強固に固定されているので、その部分が破断しない限りハウジングから抜け出すことはない。そしてこの方法では、従来の圧入操作と殆ど同じ工程によって、軸受の固定と内径面の仕上げを同時に行なうことができる。

ハウジングの内径面に設ける凹部は、例えば後述する実施例１のように、内径面の軸方向中間部に旋削などの機械加工で形成する場合は自ずから環状になるが、ハウジングの形成手段が鋳造やダイキャストの場合は必ずしもこれに限らない。実施例２、３のように凹部の形成位置が内径面の端部にある場合には、機械加工でもよいが、ダイキャストにより任意の形状に容易に型出し成形することができる。なお凹部の寸法については、径方向の深さは０.１ｍｍ以上、軸方向の長さは１ｍｍ以上とすることが好ましい。但し軸方向の長さは、圧縮・固定後の軸受の長さを上限とする。

本発明の一実施例を、図１について説明する。図１の（イ）は軸受を装着する機器のハウジング部分の断面を示し、ハウジング１１の軸方向のほぼ中間部に、環状の凹部１２を予め設けておく。凹部（溝）の形状は、本実施例では断面を台形に旋削したが、これに限らず断面半円形その他、形状，大きさとも適宜に設定することができる。

図１の（ロ）において、焼結含油軸受２０は、その長さは機器のハウジング部分の厚さに等しく、軸受の外周面とハウジングの内径面は所定の締まり嵌めとなる寸法差に設定してある。３０は軸受を圧入する上パンチ、４０は軸受の内径を所要の寸法精度に仕上げるコアロッドで、本実施例では上パンチ３０と同軸にコアロッド４０を固定したものを用いたが、それぞれ個別に作動する方式のものでもよい。

図１（ハ）においては、軸受２０の内径にコアロッド４０を挿入した状態で、上パンチ３０で軸受２０をハウジング１１に圧入する。ハウジングの下端には、下パンチ５０が待機している。この下パンチは、その中心にコアロッド４０と滑合する孔があり、外周面はハウジングの内径面と滑合する。
図１（ニ）においては、圧入操作に引き続き、上パンチ３０を下降させ、下パンチ５０を上昇させて軸受２０を上下方向から圧縮すると、軸受は塑性変形して拘束されていない（ハウジングの凹部に対応する）中央部が膨出してハウジングの凹部１２を埋める。同時に軸受孔は、コアロッド４０によって所要の寸法精度に仕上げられる。

図１（ホ）は上・下のパンチとコアロッドを抜き去って軸受２０の固定が終了した状態を示すものである。このように、本発明によればハウジングの凹部と軸受の膨出部が噛み合い係合しているので、この部分が破断しない限り、上・下何れの方向にも軸受が抜け出す虞れはない。なお軸受の当初の長さを適宜に設定することにより、固定後のハウジングと軸受の端面を揃えることもできる。その際は、軸受がハウジング外で塑性変形しないようにガイド部材を用いると良い。
また、本実施例はハウジングと軸受の径を締まり嵌めに設定して、圧入により嵌合させたが、何れにせよ直後の圧縮により密着するので、その意味では必ずしも圧入を要せず、滑合でも特に支障はない。ハウジングに設ける凹部の位置と数も本実施例に示したもの（中央部に一箇所）に限らず、複数の凹部を適宜配置することができる。

次に、凹部を設ける位置をハウジング内径面の中間部から端面部に変更した実施例を、図２について説明する。図中の符号とその意味は、図１の実施例と共通である。この態様では（イ）に示すように、凹部１３をハウジング１１の下端部に設けた点が図１の（イ）と異なっている。この凹部１３は段付き孔の大径部に相当するので、大径部と呼ぶこともできる。
図２（ロ）において、焼結含油軸受２０の長さは実施例１の場合と同様に機器のハウジング部分の厚さに等しく、外径はハウジングの内径面に滑合する寸法に設定されている。そしてハウジングに挿入された軸受２０を、ハウジングの下端に待機する下パンチ５０が支えている。この下パンチは、中心にコアロッド４０と滑合する孔がある点は実施例１と同様であるが、外径はハウジング下端の凹部（大径部）１３と滑合する寸法になっている。なお次工程で用いるコアロッド４０と上パンチ３０は、実施例１と同様のものである。

図２（ハ）において、上パンチ３０の下面が軸受２０に当接するまで下降させて、軸受の内径にコアロッド４０を挿入する。続いて図２（ニ）に示すように上パンチ３０を下降させ、下パンチ５０を上昇させて軸受２０を上下方向から圧縮すると、軸受は塑性変形して拘束されていない（ハウジングの凹部１３に対応する）下端部が膨出してハウジングの凹部１３を充填する。同時に軸受孔は、コアロッド４０によって所要の寸法精度に仕上げられる。

図２（ホ）は上・下のパンチとコアロッドを抜き去って軸受２０の固定が終了した状態を示す。本実施例においてはハウジングの下端の凹部（大径部）と軸受の膨出部が噛み合い係合しているので、この部分が破断しない限り軸受が図の上方向に抜け出す虞れはない。凹部１３はハウジングの中間部より端部の方が形成し易いので、（機器の設計上）軸受の抜け出す方向が一定している場合には、この態様が適している。なお抜け出す方向が一定しない場合には、大径部１３をハウジングの上・下両端に設け、軸受を両方向から圧縮・係合させることにより対処することができる。

次に凹部（大径部）をハウジングの上・下両端に設けた態様の実施例を、図３について説明する。図３（イ）に示すように先ず凹部（大径部）１３をハウジング１１の上・下両端に設ける。この例ではハウジング１１の内径は軸受の外径と滑合する寸法にしてある。図３（ロ）において、このハウジングの下端部には下パンチ５０が待機し、その中心をコアロッド４０が下方から貫通している。下パンチ５０の外径はハウジングの下側大径部１３に滑合する寸法で、コアロッドの先端はハウジングの上端部に達している。そしてハウジングとコアロッドの間に焼結含油軸受２０を挿入して図示の状態となる。軸受２０の長さは、実施例１の場合と同様に、機器のハウジング部分の厚さと等しくしてある。

図３の（ハ）においては、次に上パンチ３０を、その下面が軸受２０に当接するまで下降させる。上パンチの外径はハウジングの上側大径部１３に滑合する寸法で、その中心にはコアロッド４０と滑合する孔を具えている。図３の（ニ）においては、続いて上パンチ３０を下降，下パンチ５０を上昇させて軸受２０を上下方向から圧縮すると、軸受は塑性変形して拘束されていない（ハウジングの大径部に対応する）上端部および下端部が膨出してハウジングの上・下の大径部１３を充填する。同時に軸受孔は、コアロッド４０によって所要の寸法精度に仕上げられる。

図３の（ホ）は上・下のパンチとコアロッドを抜き去って軸受２０の固定が終了した状態を示す。本実施例においてはハウジングの上・下両端に設けた凹部（大径部）と軸受の膨出部とが噛み合い係合しているので、この部分が破断しない限り、軸受が上方向にも下方向にも抜け出す虞れはない。

なお、次の操作は上述の何れの実施態様にも適用可能であるが、コアロッドの外周に動圧発生用溝に対応する形状の凸条を設けておき、軸受の挿入〜圧縮〜コアロッド抜き取りの過程で軸受の仕上げと同時に、軸受面に動圧発生用溝を転写・形成することができる。

次に、ハウジングの内径面に設ける凹部の諸元（深さ、長さ）と抜け止め効果との関係について検討した結果を、図４および表１について説明する。ここで凹部の径方向の深さ（ｄ）および軸方向の長さ（ｈ）は、それぞれ図４の様に定義される。そして抜け止め効果の試験は、機器を試験機の支持台に固定して軸受の端面に軸方向の負荷を与え、軸受が抜け出す瞬間の荷重を測定し、その大きさにより評価する。
表１はハウジングへの軸受の挿入（嵌め合い）は滑合とし、凹部の深さｄ、長さｈの組み合わせのみを変え、その他の条件は全て同一にして作成した各試料について、それぞれの凹部の深さｄ、長さｈにおける抜き出し荷重の測定結果を纏めたものである。なお、表中の試料１３は従来の例として、ハウジングに凹部を設けず、締め代１５μｍの圧入によって軸受を固定した比較試料である。

表１のデータ（試料番号０１〜１２）に基づく、軸受の抜き出し荷重に対する凹部の深さｄの影響を表わすグラフを図５（イ）に、同じく凹部の長さｈの影響を表わすグラフを図５（ロ）に示す。なお、グラフの各点に添えた番号は、表１の試料番号に対応している。図５（イ）のグラフは、凹部の深さｄが大きくなるにしたがって凹部内への軸受の膨出量も多くなり、ハウジング（の凹部）と軸受（の膨出部）との噛み合い係合部分の厚さが増す結果として、軸受の抜き出しに要する荷重が増大するが、ある点で平衡に達することを示している。図５（ロ）は凹部の長さｈについても同様に、抜き出し荷重は凹部の長さが大きくなるにしたがって増大（向上）し、ある点で平衡に達することを示している。

従来方法における抜き出し荷重は４０ｋｇｆであるが、これでは不十分な場合があり、少なくとも６０ｋｇｆを保証することが求められていた。そこで、先ず凹部の深さｄについては、図５（イ）のグラフで変動の急な区域を避け、深さを０.１ｍｍ以上とすれば目標値を充分確保することができる。図５（ロ）では、凹部の長さｈについても同様にして、長さを１ｍｍ以上とすれば目的を達することができる。
なお、それぞれの上限については技術的理由はないが、深さの場合は、軸受の材料が上下からの圧縮により凹部内に膨出し得る量（膨出部の厚さ）には限界があるため、それ以上に凹部を深くしても軸受の膨出部との間に隙間が残るだけで、抜き出し荷重は増加しない。また、圧入時の圧力を高めることにより塑性変形量を大きくして、この隙間を埋めることは可能であるが、過大な塑性変形は軸受内径の寸法精度を損なうこととなる。従って凹部の深さｈはデータから、実用上は０.３ｍｍに止めることができる。

この発明の第一実施例を説明する図面である。この発明の第二実施例を説明する図面である。この発明の第三実施例を説明する図面である。凹部の諸元（深さ、長さ）の範囲設定理由を説明する図面である。抜き出し荷重に対する凹部の深さ（ｄ）と、凹部の長さ（ｈ）の影響を表すグラフである。

符号の説明

１１ハウジング
１２凹部
１３凹部（大径部）
２０焼結含油軸受
３０上パンチ
４０コアロッド
５０下パンチ

Claims

焼結含油軸受を機器のハウジングに固定するに際し、ハウジングの内径面に予め凹部を設けておき、焼結含油軸受の軸受孔にコアロッドを通してハウジングに挿入した後、その軸受の両端面を軸方向から圧縮することにより、軸受孔をコアロッドによって所要の寸法精度に仕上げると共に、軸受の外周面の一部分をハウジングの前記凹部に膨出させてハウジングと一体に結合することを特徴とする焼結含油軸受の固定方法。
ハウジングの内径面の軸方向中間部に凹部を設けてなる、請求項１に記載の焼結含油軸受の固定方法。
ハウジングの内径面の一端部または両端部に凹部を設けてなる、請求項１に記載の焼結含油軸受の固定方法。
ハウジングの内径面に設ける凹部の径方向の深さが０.１ｍｍ以上であり、軸方向の長さが１ｍｍ以上である、請求項１から３のいずれかに記載の焼結含油軸受の固定方法。
動圧発生用溝に対応する凸条をコアロッドの外周に軸方向に設け、コアロッドによるサイジングと同時に動圧発生用溝を軸受面に転写してなる、請求項１から４のいずれかに記載の焼結含油軸受の固定方法。