JP2006038185A

JP2006038185A - 複合焼結軸受

Info

Publication number: JP2006038185A
Application number: JP2004222844A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kondo; 近藤　　誠; Shunichi Togashi; 俊一富樫
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP4448401B2

Abstract

【課題】軸受の両端部で回転軸を２点支持できる滑り軸受で、機器のハウジングに圧入しても軸受面や同軸度が狂わず、寿命が長く、且つ潤滑油の漏失が少ない軸受の提供。
【解決手段】剛性が高い機械部品用焼結合金からなるスリーブの両端に、このスリーブよりも気孔径の小さい含油軸受用焼結合金からなる軸受部材を圧入して一体に固定する。両側の軸受部材１０の間に滲み出た潤滑油はスリーブ２０に、両軸受部材の端面側に滲み出て回転軸の油留め輪３１によって振り切られた潤滑油はスリーブ端部のテーパー面２１から吸収されて軸受部材１０に循環する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば軸流ファンモーターなどの長寿命であることが要求される軸受に好適な、振動、騒音、摩擦損失などの少ない焼結含油軸受（多孔質含油滑り軸受）に関するものである。

ファンモーターなどの軸受に焼結含油軸受を用いる場合には、軸の振れを防ぐために軸受の長さをある程度大きくする必要がある。然し乍ら長さを増大するに従って、内径面を精度良く一様に仕上げることが困難になり、更に軸受面積の増加に伴い摩擦抵抗も増加するので好ましくない。そこで軸受内径の両端部は所定の寸法に仕上げるとともに、内径の中央部には逃げを設けて、回転軸を両端で支持するのが一般的である。

この場合、内径の中間に凹部（逃げ）のある円筒体は一体に圧粉成形することはできないが、焼結体への逃げの加工に旋削などの機械加工を施すと切粉による目詰まりや異常摩耗の虞れがある。そこで塑性加工によって逃げ部を形成したり、所望の軸受を型出し可能な形状（円筒の内径が片側は小径で、他の側は大径の段付き孔）の複数の部材に分割してそれぞれを圧粉成形し、両部材の大径側を突き合わせた状態で焼結して一体化するなどの手段が知られているが、工数が増加し、コスト高になるなどの問題がある。さらに、含油軸受用焼結合金は機械部品用焼結合金に比べて一般に軟質なので、機器のハウジングへこのような軸受を圧入する際に、軸受の内径に歪みを生じ易く、その修正加工を要するという問題もある。

また、２個の焼結含油軸受を機器のハウジング内に所定の間隔を明けて装着して回転軸を２点で支持し、両軸受の中間を逃げ部とする方法もある。しかし、この方法では２個の軸受をハウジングに装着した後、両軸受の同軸度を高めるために芯出し加工を行なう必要があり、軸受の組み付けと調整に手間がかかる。

前述の、複数の部材を接合することにより逃げ部を具える軸受を形成する手段の具体例として、実開昭４７−８８４２号公報には図６（ａ）および６（ｂ）に示すように、軸孔が段付き形状の圧粉体６１を２個予め製造し、両者の大内径側同士を突き合わせて鋼管６２内に挿入して焼結することにより、圧粉体と鋼管、および圧粉体同士が一体に焼結接合された、軸孔の両端で回転軸を支持し、中間は逃げ部４２として機能し、外周を鋼管で被覆された焼結含油軸受が得られることが開示されている。この軸受は機器のハウジングに、外皮の鋼管ごと圧入・固定して用いられる。
また、特許第３４７５２１５号公報には、気孔径が互いに異なる２個の焼結軸受部材を嵌め合わせて圧着して得られる、軸受の一方の端部と他方の端部で軸受特性が異なる焼結含油軸受（図７参照）が開示されている。この軸受は、上側の軸受部材６３は高負荷を受ける部材で気孔径の小さな焼結合金であり、下側の軸受部材６４は低負荷を受ける部材で気孔径の大きな焼結合金から作られている。そして上側の軸受部材はその下端部外周側に、下側の軸受部材はその上端部内周側にそれぞれ、相手部材との入れ子組み用の段差部を持つ形状に成形および焼結されたもので、両部材を嵌め合わせて金型内で再圧および芯出しし形成された軸受である。
実開昭４７−８８４２号公報特許第３４７５２１５号公報

前記の特許文献１に係る軸受の場合は、その外周が鋼管で補強されているので、機器のハウジングへの圧入によって内径面（軸受面）や同軸度に狂いを生じることはないが、軸受から滲み出す潤滑油の回収・循環については格別の機構は設けられていない。
一方、特許文献２に係る軸受の場合は、軸受全体が含油軸受用焼結合金からなる含油量は豊富である反面、これを機器のハウジングに固定する際に、圧入の程度によっては歪みが内径面（軸受面）まで及んで矯正を要することがある。さらに、近年における各種機器の長寿命化、メンテナンスフリー指向および軸受から漏れる潤滑油による周囲の汚染忌避の両面から、軸受の漏油対策に関する要請が一段と厳しくなってきている。本発明はこの様な事情に鑑み、前述の従来技術におけるそれぞれの長所を取り込み、短所は改善し、さらに漏油対策を充実した焼結軸受を提供することを目的とするものである。

この発明の複合焼結軸受は、含油軸受用焼結合金からなる軸受２個を、機械部品用焼結合金からなるスリーブの両端部に挿入して固定する。図２は固定方法を例示するもので、図の左側は、再圧用押型５１内に下側の軸受４１、スリーブ２０、上側の軸受４０の順にセットして、コアロッド５２を挿通した状態を示す図である。この状態から、上・下のパンチ５３、５４で圧縮する。軸受は図の右側に示すように、スリーブ２０内に嵌入されて一体に接合すると同時に、上・下の軸受面が所定の寸法および同軸度に仕上げられて所望の複合軸受が得られる。嵌入とは圧入やかしめにより嵌め込むことを言い、以下単に圧入ということもある。また、嵌入操作の前または後に潤滑油が含浸されるのは当然のことである。
この複合軸受においては、スリーブ部材は剛性の高い機械部品用の鉄系焼結合金が適しており、軸受部材はスリーブ部材よりも気孔径の小さい、鉄銅系または青銅系の含油軸受用焼結合金から要求仕様に応じて選択される。なお両端の軸受部材（以下、単に軸受と呼ぶことがある）の中間部、回転軸を装着した場合の軸とスリーブ内面との空隙は、軸受と軸の摺動に関し逃げ部４２として機能する。

この複合軸受は機器のハウジング内に圧入・固定して用いられるが、スリーブ２０の材質が機械部品用の焼結合金で剛性が高いために圧入時に軸受面や同軸度に狂いを生じることはなく、そのまま使用に供することができる。また、スリーブが多孔質なので全休の含油量が多く、さらに運転に伴い（熱膨張して軸受から）滲み出た潤滑油は逃げ部からスリーブに吸収され、（運転休止時にスリーブより気孔径が小さい焼結軸受に毛細管力で吸引されて）再び軸受に循環するため、これらの作用が相俟って軸受寿命が長くなる。

逃げ部４２における軸とスリーブ内面の間隔については、回転軸の振れに対する逃げという観点からは接触を生じない限り任意であるが、滲み出た潤滑油の一時貯留〜スリーブへの吸収という観点からは、間隔が大きすぎるとスリーブへの回収が円滑に行えなくなるため、間隔の上限は５ｍｍまで、好ましくは３ｍｍ以下とする。一方、スリーブの内面がストレートの場合に、この値が小さいと、軸受の肉厚も小さくなるため、軸受の製造や品質面での制約を受ける。従って、この場合は１ｍｍを間隔の下限値とする。

一方、軸受部材の端面側に滲み出した潤滑油の回収を図るためには、スリーブの端面を軸受部材の端面よりも高く設定する。滲み出した潤滑油や回転軸を伝って漏れる潤滑油は軸受端面に近接して回転軸に固定された油留め輪によって振り切られ飛散するが、これをスリーブの内壁面で受け止めて多孔質のスリーブ内に吸収し、軸受部材に循環させる訳である。またこの場合、スリーブ両端部の内壁面を中心軸に対する角度１０〜３０°のテーパー面（円錐面）に形成しておくとこのテーパー部が油溜りとなり、滲み出した潤滑油の回収が一層容易になる。角度が広すぎると油溜りの作用が劣り、狭すぎるとテーパー面と油留め輪の間隔がなくなり何れも好ましくない。このテーパーは、軸受部材をスリーブに圧入する際のガイドにもなり、また、この部分はパンチと接触せずに済むためにパンチの抜き出しも容易になり、再圧作業の円滑化に役立つものである。

本発明の複合軸受にあっては、その外周を形成するスリーブの剛性が高いので、機器のハウジングに圧入・固定する際に両端部の軸受面やその同軸度が狂う虞がなく、そのまま使用に供することができる。また、スリーブが多孔質なので全体の含油量が多く、運転に伴い滲み出た潤滑油は逃げ部からスリーブに吸収されて再び軸受に循環し、軸受の端面側に滲み出した潤滑油もスリーブの内壁面で吸収されるため、これらの作用が相俟って軸受の寿命を延長することができる。

図１は本発明に係る複合軸受の基本的な態様を示すもので、軸受部材１０およびスリーブ２０はともに単純な直円筒形であり、軸受部材は組成が質量基準で、銅：１６〜２４％、錫：１.６〜２.４％および鉄：残部、焼結密度６.０ｇ／ｃｍ^３、平均気孔径が１０μｍの含油軸受用焼結合金で作られ、スリーブは銅：１〜２％、炭素：０.７〜１％および鉄：残部、焼結密度６.４ｇ／ｃｍ^３、平均気孔径が１００μｍの機械部品用焼結合金で作られている。
スリーブ２０の両端部内壁面２１は角度１５°のテーパー面に形成してある。この複合軸受はスリーブ２０と軸受部材を前記の固定方法（図２）の要領で一体化して形成され、軸受部材１０の端面をスリーブ２０の端面より深い位置まで圧入して、軸受部材の端面に近接して回転軸３０に固定された油留め輪３１によって振り切られる潤滑油をスリーブ２０のテーパー面２１で受け止めて吸収するように構成してある。なお、この実施態様におけるスリーブ２０の内面と回転軸３０との間隔が１〜５ｍｍの範囲内に設定されることは前述の通りである。

次に、図１の複合軸受における軸受部材１０の形状を鍔付き形状に変更した実施態様を図３に示す。この態様はスリーブ２０の内径側端部に、軸受部材の鍔部１１に対応する段差部２２を設け、段差部の外縁からテーパー面２１を立ち上がらせたものである。この態様においては軸受部材の圧入深さが段差部２２によって一定になり、従って上・下の両軸受部材の間隔が一定に保たれるので、複合軸受をバラツキなく量産することができる。

次に、図１におけるスリーブ２０の内面を、中間に小径部２３のある段付き形状に変更した実施態様を図４に示す。この態様の場合、軸受部材１０の圧入深さが小径部２３の段部によって一定に保たれること、および、それに伴う利点は図３の態様の場合と同様である。
図１の態様の場合は中間の逃げ部（回転軸とスリーブ内面との空隙）が軸受部材の肉厚と一致することによる制約があったが、図４の態様の場合はスリーブ内面の小径部２３と回転軸の空隙が逃げ部となるため、その（特に下限値の）設定に際して軸受部材の肉厚を考慮する必要がなくなる。但し、この空隙が縮小（小径部の内面が回転軸に近接）するにつれて、軸受から滲み出てこの空隙に充満する潤滑油の粘性抵抗が増し、軸を駆動するモーターの消費電流を増加させる。そこでこのロスを避けるため、図４（および次の図５）の態様においては、スリーブ内面の小径部と回転軸との空隙を０.５ｍｍ以上に設定することが好ましい。

次に、図３におけるスリーブの内面を、中間に小径部２３のある段付き形状に変更した実施態様を図５に示す。この態様は、スリーブの内径側には両端の段差部２２、中間の小径部２３による段差の、都合２段の段差部がある場合の例で、軸受部材の鍔部１１がスリーブ両端の段差部２２によって位置決めされた状態で、スリーブの小径部２３の段部と軸受部材１０の端面との間に０.５ｍｍ以上の隙間を保つように設定した態様である。この場合、軸受端部が露出するため潤滑油の吸収が直接行えるようになる。
なお、図４および図５の態様におけるスリーブ内面の小径部２３を型出し成形する代わりに、同じ位置に、軸受部材より気孔径の大きい焼結合金からなるカラー部材を挿入・固定しても同様の効果が得られる。

本発明の複合軸受の基本的構造を示す縦断面図である。軸受部材とスリーブとの固定手段の一例を説明する略示縦断面図である。本発明に係る複合軸受の、図１と異なる態様を示す縦断面図である。本発明に係る複合軸受の、他の実施態様を示す縦断面図である。本発明に係る複合軸受の、他の実施態様を示す縦断面図である。特許文献１に係る軸受の概略を示す縦断面図である。特許文献２に係る軸受の概略を示す縦断面図である。

符号の説明

１０軸受部材
１１鍔部
２０スリーブ
２１テーパー面
２２段差部
２３小径部
３０回転軸
３１油留め輪
４０上側の軸受
４１下側の軸受
４２逃げ部
５１再圧用押型
５２コアロッド
５３上パンチ
５４下パンチ
６１段付き圧粉体
６２鋼管
６３上側の軸受部材
６４下側の軸受部材

Claims

機械部品用焼結合金からなるスリーブ（２０）の内径面両端部に、スリーブよりも気孔径の小さい含油軸受用焼結合金からなり潤滑油を含有する軸受部材（１０）が一体に嵌入固定された複合焼結軸受において、スリーブ両端部の内壁面が中心軸に対する角度１０〜３０°のテーパー面（２１）に形成され、軸受部材の端面がスリーブの端面よりも深く嵌入されていることを特徴とする複合焼結軸受。
スリーブ両端に固定された軸受部材の間の空間（逃げ部）におけるスリーブと回転軸との間隔が１〜５ｍｍである、請求項１に記載の複合焼結軸受。
軸受部材が鍔部（１１）を有する鍔付き形状であり、スリーブの内径側端部に軸受部材の鍔部に対応する段差部（２２）を具え、スリーブに嵌入された軸受部材がこの段差部によって位置決めされている、請求項１または請求項２に記載の複合焼結軸受。
スリーブの内径面が中間に小径部（２３）を有する段付き形状であり、スリーブに嵌入された直円筒状の軸受部材がこの小径部の端面によって位置決めされ、この小径部と回転軸との空隙が０.５ｍｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の複合焼結軸受。
軸受部材が鍔部（１１）を有する鍔付き形状であり、スリーブの内径面がその両端に軸受部材の鍔部に対応する段差部（２２）を、中間に小径部（２３）を有する段付き形状であり、スリーブに固定される鍔付きの軸受部材が段差部（２２）によって位置決めされ、小径部（２３）と回転軸との空隙が０.５ｍｍ以上、小径部（２３）の端面と軸受部材の端面との空隙が０.５ｍｍ以上である、請求項１、請求項２および請求項３のいずれかに記載の複合焼結軸受。
スリーブ内面に型出し成形される小径部（２３）に代えて、同じ位置に軸受部材よりも気孔径の大きい焼結合金からなるカラー部材を挿入・固定した請求項４または請求項５に記載の複合焼結軸受。
軸受部材の端面に近接して回転軸に固定される油留め輪（３１）の位置が、スリーブの端面よりも深く設定された請求項１から請求項６のいずれかに記載の複合焼結軸受。