JP2006125516A - 含油焼結軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 含油焼結軸受と軸との局所的な摺動状態を避けて、含油焼結軸受の軸受面における応力集中を緩和する。
【解決手段】 内周に、軸２２の外周面２２ａと摺動する軸受面１ａが設けられた含油焼結軸受１において、軸受面１ａの軸方向両端部にクラウニング部１ｃを設け、各クラウニング部１ｃを、 １．７５×１０^-3≦γ／ｂ１≦５．２×１０^-2、かつ１．７５×１０^-3≦γ／ｂ２≦５．２×１０^-2、かつ０．２≦（ｂ１＋ｂ２）／ａ≦０．８ を満たす形状とする。ここで、γはクラウニング部１ｃにおける径方向ドロップ量の最大値、ｂ１は軸方向一端側のクラウニング部１ｃの軸方向長さ、ｂ２は軸方向他端側のクラウニング部１ｃの軸方向長さ、ａは含油焼結軸受１の軸方向全長である。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤（潤滑油又は潤滑グリース）を含浸させた含油焼結軸受に関するものである。

含油焼結軸受は、支持すべき軸との相対回転に伴い、内部に含浸された潤滑油が軸との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜によって軸を非接触で支持するものである。このような含油焼結軸受は、例えば図５に示すように、車両のドアパネルに設けられるウィンドウガラスを開閉するためのパワーウィンドウ用動力伝達機構に組込まれて使用される（例えば、特許文献１を参照）。

図５に示すパワーウィンドウ用動力伝達機構は、モータ２３の回転動力をウォーム・ホイール機構２４で減速し、減速した回転動力を、図示しないウィンドウガラスの開閉機構に伝達するものである。同図において、モータ２３により回転駆動される軸２２は、１又は複数（図示例では３個）の含油焼結軸受２１の内周に回転自在に挿入される。複数の含油焼結軸受２１は、ケーシング２５内の同軸所定位置にそれぞれ固定される。ウォーム・ホイール機構は、軸２２に一体に形成されるウォームギア部２６と、ウォームギア部２６に噛み合い、図示しないウィンドウガラスの開閉機構に機械的に連結されるホイールギア部２７とで構成される。

モータ２３により軸２２に入力された回転動力は、軸２２のウォームギア部２６を介してホイールギア部２７に伝達され、さらに図示しないウィンドウガラスの開閉機構へと減速した状態で伝達される。これにより、上記開閉機構に機械的に連結されたウィンドウガラスが、モータ２３の回転動力の方向に対応して開閉動作を行う。

上記パワーウィンドウ用動力伝達機構の運転時、含油焼結軸受２１と軸２２との摺動部に、含油焼結軸受２１の内部に含浸された潤滑油が滲み出し、滲み出た潤滑油により油膜が形成される。これにより、軸２２が含油焼結軸受２１に対して、油膜を介して非接触に支持され、両部材２１、２２間でスムーズな摺動状態が得られる。

この種の含油焼結軸受は、通常、その内周に設けられた軸受面の内径を軸方向に亘って一定とし、軸と軸受面の全面で摺動（支持）するようにしている。

しかしながら、この種の動力伝達機構、例えば図５の動力伝達機構においては、その構造上、軸２２が、ウォームギア部２６を介してホイールギア部２７から荷重を受け、たわみを生じる。そのため、軸２２の外周面（摺動面）２２ａが、例えば図６に示すように、含油焼結軸受２１の軸受面２１ａの軸方向端部で局所的に摺動し、この軸受面２１ａの摺動領域に応力集中が生じる可能性がある。この種の応力集中は、軸受面における含油焼結軸受の摩耗や、異常音の発生など含油焼結軸受に好ましくない影響を及ぼす可能性がある。

ところで、特開２００３−１２０６７３号公報（特許文献２）には、内周の軸方向両端に、互いに離隔する方向に拡径するテーパ面を形成した含油焼結軸受が記載されている。

このテーパ面は、軸と含油焼結軸受との間の相対的な揺動変位（調心移動）を許容するための逃げ部として形成されたものであり、その傾斜角は、通常１０°〜４５°に設定される。

そのため、特許文献２に記載の含油焼結軸受では、軸と含油焼結軸受との間に相対的な揺動変位が生じた際、軸の外周面が、含油焼結軸受の内周面のテーパ面と非テーパ面領域との間の境界部と局所的に摺動するか、あるいは、テーパ面と局所的に摺動することになる。従って、含油焼結軸受の内周面における応力集中が充分に緩和されない可能性がある。
特開２００３−２４７５４８号公報 特開２００３−１２０６７３号公報

本発明の課題は、含油焼結軸受と軸との局所的な摺動状態を避けて、含油焼結軸受の軸受面における応力集中を緩和することである。

前記課題を解決するため、本発明に係る含油焼結軸受は、内周に、支持すべき軸の摺動面と摺動する軸受面が設けられると共に、軸受面の軸方向一端部にクラウニング部が設けられ、クラウニング部が、 １．７５×１０^-3≦γ／ｂ≦５．２×１０^-2、かつ０．２≦ｂ／ａ≦０．８ を満たす形状であることを特徴とする。ここで、γはクラウニング部の径方向ドロップ量の最大値、ｂはクラウニング部の軸方向長さ、ａは含油焼結軸受の軸方向全長である。このうち、径方向ドロップ量は、軸受面の非クラウニング部領域の軸方向母線からクラウニング部を構成する面までの径方向距離をいう。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る含油焼結軸受は、内周に、支持すべき軸の摺動面と摺動する軸受面が設けられると共に、軸受面の軸方向両端部にクラウニング部が設けられ、これらクラウニング部が、 １．７５×１０^-3≦γ／ｂ１≦５．２、かつ１．７５×１０^-3≦γ／ｂ２≦５．２×１０^-2、かつ０．２≦（ｂ１＋ｂ２）／ａ≦０．８ を満たす形状であることを特徴とする。ここで、γはクラウニング部の径方向ドロップ量の最大値、ｂ１は軸方向一端側のクラウニング部の軸方向長さ、ｂ２は軸方向他端側のクラウニング部の軸方向長さ、ａは含油焼結軸受の軸方向全長である。

このように、含油焼結軸受の内周の軸受面の一端部又は両端部には、上記形状のクラウニング部が設けられている。そのため、軸のたわみ又は含油焼結軸受に対する傾斜によって、含油焼結軸受の軸線と軸の軸線とに傾きのずれが生じた場合でも、含油焼結軸受の軸受面の形状がたわみ又は傾斜を生じた軸の摺動面に沿った形状となり、軸受面の全面又は広い領域が軸の摺動面と摺動する。これにより、含油焼結軸受の軸受面における応力集中が緩和され、軸受面の摩耗や異常音の発生等の問題を解消することができる。

また、上述のように、含油焼結軸受の軸方向全長ａに対するクラウニング部の最大径方向ドロップ量γの比を非常に小さくすることで、サイジング時のスプリングバックにより、含油焼結軸受の内周をサイジングするコアロッドを、無理抜きすることなく内周から引き抜くことができる。これにより、成形後のクラウニング部の形状を高精度に保ちつつ、一回のサイジング加工で軸方向両端側のクラウニング部を同時に形成することができる。

クラウニング部は、例えばテーパ面で構成することもできる。その場合、テーパ面の軸線に対する傾斜角は０．１°〜３°であることが好ましい。

また、上記含油焼結軸受装置は、自動車のパワーウィンドウ用動力伝達機構に組み込んで好適に使用することができる。

このように、本発明によれば、含油焼結軸受と軸との局所的な摺動状態を避けて、含油焼結軸受の軸受面における応力集中を緩和することができる。そのため、応力集中による含油焼結軸受の摩耗や、異常音の発生を抑えて、この含油焼結軸受を長期に亘って安定的に使用することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る含油焼結軸受の一例を示している。この含油焼結軸受１は、焼結金属からなる多孔質体で円筒状に形成される。含油焼結軸受１の内周には軸受面１ａが形成され、軸受面１ａは、その軸線と平行な中央領域１ｂと、その軸方向両端に位置するクラウニング部１ｃとで構成される。なお、上記焼結金属としては、例えばＦｅ系の金属（合金を含む）、あるいはＣｕ−Ｓｎ系やＣｕ−Ｆｅ−Ｓｎ系の合金が使用でき、これらに摺動材としてグラファイト、二硫化モリブデン等を添加したものを使用することもできる。

図１に示すように、上記クラウニング部１ｃの径方向ドロップ量の最大値γに対する、一端側のクラウニング部１ｃの軸方向長さｂ１（この実施形態では、軸方向端部に形成されるチャンファ部は含まない）の比ｂ１／γは、 １．７５×１０^-3≦ｂ１／γ≦５．２×１０^-2 …（式−１） の範囲内に設定される。他端側に形成されるクラウニング部１ｃの軸方向長さｂ２についても、同様に設定される。この実施形態においては、クラウニング部１ｃは、その接線の含油焼結軸受１の軸線に対する傾斜角が滑らかに増加するＲ状の曲面１ｄで構成される。また、各クラウニング部１ｃの軸方向長さｂ１、ｂ２の総和ｂ１＋ｂ２は、軸方向の全長ａに対して ０．２≦（ｂ１＋ｂ２）／ａ≦０．８ …（式−２） の範囲内に設定される。

前記含油焼結軸受１は、例えば図５に示すパワーウィンドウ用の動力伝達機構に組み込んで使用され、その内周に、支持すべき軸２２（例えば、図１中一点鎖線で表される）が挿入される。この場合、前記含油焼結軸受１は、その軸受面１ａの軸方向両端に、上記（式−１）、（式−２）の形状を有するクラウニング部１ｃを設けているので、例えば軸２２にたわみが生じる場合でも、含油焼結軸受１の軸受面１ａの形状がたわんだ軸２２の外周面（摺動面）２２ａに沿った形状となる。そのため、Ｒ状曲面１ｄを含む軸受面１ａの全面又は広い領域で軸２２の外周面２２ａが摺動する。これにより、含油焼結軸受１の軸受面１ａにおける応力集中が緩和され、応力集中による含油焼結軸受１の摩耗や、異常音の発生を防ぎつつも、両部材１、２２間でスムーズな摺動状態を得ることができる。

また、本発明者らが実際に行った耐久性試験において、試験時間５００ｈｏｕｒｓでは、含油焼結軸受１の摩耗量は３μｍであり、試験時間３０００ｈｏｕｒｓでは、同摩耗量は５μｍであった。そのため、何れの試験後においても、パワーウィンドウ用動力伝達機構の動力伝達機能に顕著な低下は見られず、本発明の有用性が実証された。

この含油焼結軸受１は、例えば以下の工程を経て製造される。

図３（ａ）は、軸受面１ａにクラウニング部１ｃを形成する前の段階の含油焼結軸受１（以後、焼結軸受素材１１という。）をサイジング加工する工程（サイジング工程）に用いる加工装置を概略的に示している。この実施形態における加工装置は、円筒形状の焼結軸受素材１１の外周面１１ｂを圧入する円筒状のダイ１２と、焼結軸受素材１１の内周面１１ａをサイジングするコアロッド１３と、焼結軸受素材１１の両端面を上下方向（軸方向）から拘束する第一パンチ１４（上パンチ）および第二パンチ１５（下パンチ）を主要な要素として構成される。

コアロッド１３の外周には、完成品のクラウニング部１ｃに対応した形状を有する成形型１３ａが設けられる（図３（ａ）を参照）。この実施形態においては、成形型１３ａは、互いに離隔する方向に漸次滑らかに拡径するＲ状曲面をなす。また、成形型１３ａのＲ状曲面部における拡径量は、成形しようとするクラウニング部１ｃの最大径方向ドロップ量γと同程度である。同様に、成形型１３ａのＲ状曲面部における軸方向幅も、成形しようとするクラウニング部１ｃの軸方向長さｂ１（ｂ２）と同程度に設定されている。

コアロッド１３の外周には上パンチ１４が上下方向に摺動自在に外挿されており、上パンチ１４はコアロッド１３と一体になって昇降運動を行う。両者は、共有の駆動源、あるいはそれぞれ独立の駆動源で昇降させることが可能である。下パンチ１５は、この実施形態では、コアロッド１３および上パンチ１４とは独立、あるいは共有の駆動手段で昇降駆動され、ダイ１２は当該装置の静止側部材（例えば台座等）に固定されるが、逆にダイ１２を上記駆動手段で昇降駆動させ、下パンチ１５を静止側部材に固定する構成を採ることもできる。

また、同図において、焼結軸受素材１１は、例えば上記金属、あるいはこれらを任意に組合せたものを主成分とする合金の粉末を図中の形状に圧縮成形した後、焼成したものである。この焼結軸受素材１１は、サイジング前の段階では、内周面１１ａの軸受面に対応する領域を軸方向全長に亘ってストレートとした形状を成している。

［初期状態］
図３（ａ）に示す初期状態において、ダイ１２は焼結軸受素材１１に対して軸方向下位置にあり、コアロッド１３および上パンチ１４は軸方向上位置にある。ダイ１２の成形孔には下パンチ１５が摺動自在に挿入され、下パンチ１５の先端はダイ１２の成形孔上端と同位置、あるいはわずかに突出している。被加工物（ワーク）である焼結軸受素材１１は下パンチ１５の先端面上に配置される。焼結軸受素材１１の径方向へのサイジング締め代Ｓは、例えば３０μｍ〜３００μｍの範囲内に設定されている。また、コアロッド１３挿入時における、焼結軸受素材１１とコアロッド１３との最大径方向隙間は、サイジング締め代Ｓに比べて小さめに設定されている。

［径方向圧迫工程］
上記の初期状態から、コアロッド１３および上パンチ１４を一体に下降させ、コアロッド１３を焼結軸受素材１１の内周に挿入すると共に、上パンチ１４を焼結軸受素材１１の上端面に押し当てる。これにより、上下パンチ１４、１５の焼結軸受素材１１との当接端面間の対向間隔を所定の値に設定する。さらに上下パンチ１４、１５の軸方向対向間隔を保った状態で、コアロッド１３および上下パンチ１４、１５を一体に下降させることで、図３（ｂ）に示すように、焼結軸受素材１１を、ダイ１２の内周に形成される成形孔に圧入する。これにより、焼結軸受素材１１はダイ１２と上下のパンチ１４、１５とからサイジング締め代Ｓに対応した圧迫力を受けて変形し、径方向にサイジングされる。

これに伴い、焼結軸受素材１１の内周面１１ａがコアロッド１３の成形型１３ａに押し当てられ、成形型１３ａを押し当てた領域が塑性変形する。これにより、成形型１３ａの形状が焼結軸受素材１１の内周面１１ａに転写され、軸方向両端側のクラウニング部１ｃ、１ｃが同時に成形される。この実施形態では、Ｒ状曲面を有する成形型１３ａを使用したので、焼結軸受素材１１の内周面１１ａに形成されるクラウニング部１ｃはＲ面形状をなす。なお、上記サイジングにより形成されたクラウニング部１ｃと、焼結軸受素材１１の軸方向端面（この実施形態ではチャンファ面）との間には、内周面１１ａの塑性変形に伴うバリが発生することがあるが、上記Ｒ面形状をなす成形型１３ａを使用すれば、このバリを外側（チャンファ面側）に押しつぶすことができる。そのため、軸２２の支持中、含油焼結軸受１と軸２２との隙間にバリが混入して、軸受性能が悪化するといった事態を防ぐことができる。

［離型工程］
上記の径方向圧迫工程が完了した後、コアロッド１３および上下パンチ１４、１５を一体に上昇させ、焼結軸受素材１１をダイ１２から抜く。これにより、焼結軸受素材１１は、ダイ１２からの径方向圧迫力から解放され、図４（ａ）に示すように、径方向に焼結軸受素材１１のスプリングバックが発生する。このときの径方向へのスプリングバック量は、成形型１３ａのＲ状曲面部における拡径量と同程度、あるいはそれ以上となるので、焼結軸受素材１１からコアロッド１３を容易に抜き取り可能な状態となる。

次に、図４（ｂ）に示すように、上パンチ１４およびコアロッド１３を一体に上昇させ、焼結軸受素材１１の軸方向拘束状態を解除するとともに、焼結軸受素材１１からコアロッド１３が引き抜かれる位置まで上パンチ１４およびコアロッド１３を上昇させる。これにより、焼結軸受素材１１が離型される。最後に潤滑油を含浸させることで、例えば図１に示す形状の含油焼結軸受１が完成する。完成品としての含油焼結軸受１の密度は例えば５．５〜７．５［ｇ／ｃｍ³］、含油率は５〜２５［ｖｏｌ％］、軸受面１ａの開孔率は５〜５０％である。なお、内周面１１ａには、その表面開孔率を調整する目的で別途回転サイジングを施すこともできる。

このように、上記形状のクラウニング部１ｃを有する含油焼結軸受１であれば、一回のサイジング工程で、軸方向両端側のクラウニング部１ｃ、１ｃを、同時に成形することができ、かつ径方向圧迫力の解除時におけるスプリングバックで以って、コアロッド１３を焼結軸受素材１１から無理抜きすることなく、容易に抜き取ることができる。これにより、成形後のクラウニング部１ｃの形状は高精度なものとなる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

以上の実施形態では、その内周の軸受面１ａに、軸線と平行な中央領域１ｂを形成し、中央領域１ｂの軸方向両端にクラウニング部１ｃ、１ｃを形成した含油焼結軸受１を説明したが、これ以外の形態、例えば含油焼結軸受１の一端側にのみクラウニング部１ｃを形成することも可能である。図２は、クラウニング部２ｃをＲ状曲面２ｄで構成した例を示している。この場合、クラウニング部２ｃは（式−１）を満たす形状を有する他、その軸方向長さｂ３が、含油焼結軸受２の軸方向全長ａに対して、 ０．２≦ｂ３／ａ≦０．８ …（式−３） の範囲内に設定される。

これらクラウニング部１ｃ、２ｃは、Ｒ状の曲面１ｄ、２ｄで構成する他、例えば図５、図６に示すように、軸線に対して一定の傾斜角θを有するテーパ面１ｅ、２ｅで構成することも可能である。この場合、前記傾斜角θは、０．１°〜３°の範囲内に設定される。あるいは、クラウニング部１ｃ、２ｃを構成するテーパ面１ｅ、２ｅを、中央領域１ｂ、２ｂとＲ状曲面を介して滑らかにつないでも構わない。

上述の含油焼結軸受１、２は、既述のパワーウィンドウ用動力伝達機構に組込んで使用することができる他、例えば、光ディスクドライブの光ピックアップ部のスライド機構に組込んで使用することもできる。

本発明の実施形態に係る含油焼結軸受の断面図である。 含油焼結軸受の他の形態を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、共に焼結軸受素材のサイジング工程を概念的に示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、共に焼結軸受素材のサイジング工程を概念的に示す断面図である。 含油焼結軸受の他の形態を示す断面図である。 含油焼結軸受の他の形態を示す断面図である。 含油焼結軸受を組込んだパワーウィンドウ用動力伝達機構の断面図である。 従来の含油焼結軸受を示す断面図である。

符号の説明

１、２ 含油焼結軸受
１ａ、２ａ 軸受面
１ｂ、２ｂ 中央領域
１ｃ、２ｃ クラウニング部
１ｄ、２ｄ Ｒ状曲面
１ｅ、２ｅ テーパ面
１１ 焼結軸受素材
１２ ダイ
１３ コアロッド
１４ 上パンチ
１５ 下パンチ
２１ 含油焼結軸受
２２ 軸
２３ モータ
２４ ウォーム・ホイール機構
２５ ケーシング
２６ ウォームギア部
２７ ホイールギア部
ａ 軸方向全長
ｂ１、ｂ２、ｂ３ クラウニング部の軸方向長さ
γ 径方向ドロップ量の最大値
θ 傾斜角

Claims (4)

1. 内周に、支持すべき軸の摺動面と摺動する軸受面が設けられると共に、該軸受面の軸方向一端部にクラウニング部が設けられ、
   該クラウニング部は、
   １．７５×１０^-3≦γ／ｂ≦５．２×１０^-2、かつ０．２≦ｂ／ａ≦０．８
   を満たす形状であることを特徴とする含油焼結軸受
   ：ここで、γは前記クラウニング部の径方向ドロップ量の最大値、ｂは前記クラウニング部の軸方向長さ、ａは含油焼結軸受の軸方向全長である。
2. 内周に、支持すべき軸の摺動面と摺動する軸受面が設けられると共に、該軸受面の軸方向両端部にクラウニング部が設けられ、
   該クラウニング部は、
   １．７５×１０^-3≦γ／ｂ１≦５．２×１０^-2、かつ１．７５×１０^-3≦γ／ｂ２≦５．２×１０^-2、かつ０．２≦（ｂ１＋ｂ２）／ａ≦０．８
   を満たす形状であることを特徴とする含油焼結軸受
   ：ここで、γは前記クラウニング部の径方向ドロップ量の最大値、ｂ１は軸方向一端側のクラウニング部の軸方向長さ、ｂ２は軸方向他端側のクラウニング部の軸方向長さ、ａは含油焼結軸受の軸方向全長である。
3. 前記クラウニング部はテーパ面で構成され、その傾斜角が０．１°〜３°である請求項１又は２記載の含油焼結軸受。
4. 自動車のパワーウィンドウ用動力伝達機構に用いられる請求項３記載の含油焼結軸受装置。

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