JP2006258185A - 焼結含油軸受及びその製造方法 - Google Patents

焼結含油軸受及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 外周面からの油の漏れを防止できる焼結含油軸受を提供する。
【解決手段】 内部に空孔８を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体２に、回転軸が挿通される軸受孔３が形成された焼結含油軸受１において、軸受本体２の外周面７で開放された空孔８を潰す。圧粉体Ｐにおいて空孔８を潰したり、圧粉体Ｐを焼結した焼結合金において空孔８を潰したりしてもよい。これにより軸受１の外周面７から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔３における油圧を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸受本体に潤滑油を含浸させて、軸受孔に挿通される回転軸との潤滑を好適に行うことができる焼結含油軸受及びその製造方法に関する。
多孔質状の焼結金属により形成され、潤滑油を含浸させて使用される焼結含油軸受は、無給油で長時間使用することができ、高温での耐久性に優れ、低騒音であることから、ボールベアリングに代わる回転軸の軸受として広く利用されている。
この種の焼結含油軸受は、多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体に軸受孔が設けられたものであり、この軸受孔に、軸受孔より小径の回転軸が挿通されて用いられる。そして、この焼結含油軸受は、回転軸の回転に伴うポンプ作用によって軸受本体の多数の細かい空孔より吸い出された潤滑油と、摩擦熱に起因する膨張によって滲出した潤滑油とが、回転軸との摺動部分において油膜を形成し、この油膜により回転軸が焼き付け等の支障をきたすことなく支持されるように構成されている。
そして、このような焼結含油軸受においては、回転軸が摺接する摺動面であっても潤滑油を含浸させる空孔が多数形成されているので、上述のように回転軸と摺動面との間に油膜が形成されていても、上記空孔から潤滑油の一部が漏れて油圧が低下するため、回転軸と摺動面との局部的な接触が発生しやすく、このため、回転軸に対する摩擦係数が大きくなって、焼き付けが生じやすい等といった欠点があった。
そこで、内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成され、前記軸受孔の内周面の一部の領域に、前記内周面で開放された前記空孔を潰してなる摺動面が設けられた焼結含油軸受が提案されており（例えば特許文献１）、コアロッドの外周面に形成した荒らし面が空孔を潰すことにより、摺動面からの潤滑油が軸受本体の内部に浸透せず、摺動面上に形成される油膜が保持される。
ところで、このような焼結含油軸受においては、回転軸が摺接する摺動面以外の外周面にも空孔が多数形成されているので、外周面を露出して使用すると、外周面の空孔から潤滑油の一部が漏れて摺動面の油圧が低下する問題がある。
そこで、使用箇所に円筒状の取付部を設け、この取付部内に軸受を装着することにより外周面からの潤滑油の漏れを防いだり、軸受の外周面をフェルトなどの被覆材で覆って潤滑油の漏れを防いだりすることが知られている。
特開２００２−１２２１４２号公報
上記のように軸受の外周面を被覆材で覆うためには、製造工程において別工程が必要となり、結果として作業工程の増加を招く。また、板金製あるいは合成樹脂ケースなどに円筒状の取付部を設ける場合、軸受の位置決めに高い精度が必要であると、取付座の位置及び内周面の真円度などで高い成形精度が要求されるため、ケースの製造コストが上昇し、さらに、軸受の外周面と取付座の内周面との間に隙間ができると、潤滑油の漏れが発生する問題がある。
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、外周面からの潤滑油の漏れを防止することができる焼結含油軸受及びその製造方法を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成された焼結含油軸受において、前記軸受本体の外周面で開放された前記空孔を潰したものである。
また、請求項２の発明は、前記外周面の前記空孔を潰した部分の表面空孔率が１０％以下である。
請求項３の発明は、原料粉末から圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金を形成し、この焼結合金からなる軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成された焼結含油軸受の製造方法において、前記圧粉体の外周面で開放された前記空孔を潰す製造方法である。
請求項４の発明は、原料粉末から圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金を形成し、この焼結体を矯正し、この矯正した焼結合金からなる軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成された焼結含油軸受の製造方法において、前記矯正時又は矯正後に前記焼結合金の外周面で開放された前記空孔を潰す製造方法である。
また、請求項５の発明は、前記圧粉体の外周面で開放された前記空孔を潰す製造方法である。
請求項１の構成によれば、軸受の外周面に開放された空孔が潰されているため、ここから潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔における油圧を確保することができる。
したがって、軸受の外周面が円柱面で、その軸受を組み込む取付座などの真円度が確保できない場合でも、外周面からの潤滑油の漏れを防止できる。
また、請求項２の構成によれば、外周面の前記空孔を潰した部分の空孔の割合が１０％以下であるから、外周面からの潤滑油の漏れを確実に防止することができる。
請求項３の構成によれば、圧粉体の状態で空孔を潰すことにより、比較的大きな空孔を目潰しすることができ、このようにして軸受の外周面に開放された空孔が潰されているため、外周面から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔における油圧を確保することができ、軸受の外周面が円柱面で、その軸受を組み込む取付座などの真円度が確保できない場合でも、軸受孔における油圧を確保できる焼結含油軸受が得られる。
請求項４の構成によれば、焼結後の焼結合金の状態で空孔を潰すことにより、比較的小さな空孔を目潰しすることができ、このようにして軸受の外周面に開放された空孔が潰されているため、外周面から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔における油圧を確保することができ、軸受の外周面が円柱面で、その軸受を組み込む取付座などの真円度が確保できない場合でも、軸受孔における油圧を確保できる焼結含油軸受が得られる。
また、請求項５の構成によれば、まず、圧粉体の状態で空孔を潰すことにより、比較的大きな空孔を目潰でき、次に、焼結後の焼結合金の状態で空孔を潰すことにより、比較的小さな空孔を目潰しすることができる。
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な焼結含油軸受及びその製造方法を採用することにより、従来にない焼結含油軸受及びその製造方法が得られ、その焼結含油軸受及びその製造方法について記述する。
以下、本発明の実施例について説明すると、図１〜図６は本発明の実施例１を示し、同図に示すように、焼結含油軸受１は、内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体２に軸受孔３が設けられたものであり、略円筒形をなし、前記軸受孔３に、外径が軸受孔３より小とされた図７〜図８に示すような回転軸９が挿通されて用いられる。そして、軸受孔３の内周面が摺動面４であり、軸受孔３に挿通される回転軸９は、外周面が前記摺動面４に摺接しながら回転するようになっている。また、前記摺動面４の長さ方向両側には、互いに平行で平坦な端面６，６が設けられている。
詳述すると、軸受本体３は、内部周方向全体にわたって潤滑油を含むための空孔８を有する構成になっている。その結果、潤滑油は、多くの潤滑油を含むことができる軸受本体２の内部で周方向に自由に移動可能となるので、ある部分で停滞することなく隅々までいきわたることができる。
一方、軸受本体２の外周面７は、空孔８が多く潰れた、もしくは、空孔８の径の平均が小さくなった状態であり、単位面積あたりの表面空孔率が低くなっており、表面空孔率は１０％以下、好ましくは５％以下である。
次に、このような構成を有する焼結含油軸受１の製造方法の一例について主に図２〜図５を用いて説明する。焼結含油軸受１は、Ｃｕ−Ｓｕ−Ｃ系やＦｅ系などの原料粉末を加圧成形して圧粉体を形成し、かつ、これを焼結した後、形状を矯正することにより作成される。
図２及び図３は成形用金型11を示し、図３は、原料粉末Ｍより圧粉体Ｐが加圧成形される様子を示している。同図に示すように、圧粉体の成形に用いる成形用金型11は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ12、コアロッド13、下パンチ14および上パンチ15を備えている。ダイ12はほぼ円筒形状で、このダイ12内にほぼ円柱形状のコアロッド13が同軸的に位置している。下パンチ14は、ほぼ円筒形状で、ダイ12およびコアロッド13間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ15は、ほぼ円筒形状で、ダイ12およびコアロッド13間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ12とコアロッド13と下パンチ14との間に充填部16が形成され、前記ダイ12の内周面が圧粉体Ｐの外周面７を形成し、前記下パンチ14の上面が一方の端面６を形成し、前記上パンチ15の下面が他方の端面６を形成し、コアロッド13の外周面が前記摺動面４を形成する。
前記ダイ12の内周面17には、研削・切削・放電加工などにより荒し部21が形成されている。この荒し部21の長さは前記軸受本体２の圧粉体Ｐの長さとほぼ等しく、またはそれ以上であって、全周に形成され、その荒し部21の表面粗度は形成すべき粉末の粒径によって適宜選択されるが、この例では２〜１５Ｓ、好ましくは５〜８Ｓに設定されている。一方、ダイ12の内周面17は鏡面加工により鏡面状に形成され、内周面17に対して荒し部21の内周端の深さＨは０〜０．０１ミリ程度であり、好ましくは深さＨを０．００１〜０．００３ミリとする。尚、少なくとも荒し部21より排出側の内周面17を鏡面状にする。
そして、図３に示すように、前記充填部16に、原料粉末Ｍを充填し、上，下パンチ15，14により充填部16内の原料粉末Ｍを加圧することにより圧粉体Ｐを圧縮成形する。さらに、これに続く工程で、上パンチ15がダイ12の上方に上昇し、下パンチ14の上昇により圧粉体Ｐをダイ12内から排出する際、ダイ12の内周面17に形成した荒し部21と荒し部21の圧粉体排出側にある鏡面状の内周面17により圧粉体Ｐの外周面７の空孔８が潰される。
すなわち、充填部16内において、圧粉体Ｐの外周面７にはダイ12の荒し部21形状が転写され、この荒し部21は鏡面状の内周面17より外側に凹んで形成されているから、圧粉体Ｐの外周面７は内周面17より僅かに大きな微細凹凸状に形成され、その圧粉体Ｐが下パンチ14に押されて排出される際、荒し部21により前記微細凹凸状の部分が削られ、削られた原料粉末のかけらやその小片が表面の空孔８に入り込み、さらに、鏡面状の内周面17により平滑化され、空孔８が潰される。言い換えて説明すると、排出時に、前記圧粉体Ｐの前記大きな微細凹凸状に形成され部分により、外周面６側が圧縮されるとともに、その部分が空孔８内に入り込むことにより、空孔８の目潰しがなされる。この場合、焼結前であるから、圧粉体Ｐの外周面７にある比較的大きな空孔８を潰すことができる。このように内周面17より外側に出っ張った微細凹凸状の部分を削って、圧粉体Ｐを排出側の内周面17側に押し出すため、前記深さＨが０．０１ミリを超えると、押し出し難くなるから、上述したように、深さＨを０．０１ミリ以下、好ましくは０．００３ミリ以下とした。
このようにして成形した圧粉体Ｐを焼結して前記軸受本体２を形成する。また、焼結合金である軸受本体２を矯正し、所定の寸法精度に仕上げる。図４及び図５は矯正用金型11Ａを示し、この矯正用金型11Ａは、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ12Ａ、コアロッド13Ａ、下パンチ14Ａおよび上パンチ15Ａを備えている。ダイ12Ａはほぼ円筒形状で、このダイ12Ａ内にほぼ円柱形状のコアロッド13Ａが同軸的に位置している。下パンチ14Ａは、ほぼ円筒形状で、ダイ12Ａおよびコアロッド13Ａ間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ15Ａは、ほぼ円筒形状で、ダイ12Ａおよびコアロッド13Ａ間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ12Ａとコアロッド13Ａと下パンチ14Ａとの間に矯正部16Ａが形成される。
前記ダイ12Ａの内周面17Ａには、研削・切削・放電加工などにより均し部31が形成され、この例では均し部31の長さは軸受本体２より短く形成されている。この均し部31は、ダイ12Ａにおける焼結本体２の矯正位置である矯正部16Ａより排出側に設けられ、円周方向の凹条32を長さ方向に複数並べて形成し、凹条32，32の間に凸条33を形成し、この凸条33の先端は前記外周面17Ａと同径に形成されている。また、凹条32の深さＨＡを０．０１ミリ程度、凹条32の底部及び凸条33の長さＬＡを０．１ミリ程度としている。尚、凹条32の深さＨＡと凸条33の高さは同一である。
そして、図５に示すように、前記矯正部16Ａに、軸受本体２を収納し、上，下パンチ15Ａ，14Ａにより矯正部16Ａ内の軸受本体２を加圧することにより軸受本体２を矯正する。さらに、これに続く工程で、上パンチ15Ａがダイ12Ａの上方に上昇し、下パンチ14Ａの上昇により軸受本体２をダイ12Ａ内から排出する際、矯正部16Ａより排出側でダイ12Ａの内周面17Ａに形成した均し部31により空孔８が潰される。
すなわち、矯正部16Ａ内において、軸受本体２は圧縮されて矯正され、圧縮矯正された軸受本体２が下パンチ14に押されて排出される際、軸受本体２が、複数の凸条33と、排出側の凹条32と内周面17Ａとの角部34とにより、軸受本体２の外周面が削られ、そのかけらやその小片が空孔８内に入り込むことにより、空孔８の目潰しが行われる。この場合、矯正部16Ａにおける内周面17Ａと、凸条33と、排出側の凹条32と内周面17Ａとの角部34とは同径であるが、矯正部16Ａにおいて圧縮矯正されることによる軸受本体２のスプリングバックにより、凸条33と角部34との軸受本体２の外周面７が摺動し、軸受本体２の外周面７から削られた部分が空孔８を塞ぎ、該軸受本体２の外周面７の空孔８が目潰しされる。
図６は、成形時及び強制時に空孔８を潰す処理を行わなかった「処理なし」の軸受と、本実施例により成形時及び強制時に空孔８を潰す処理を行なった「処理あり」の軸受１の外周面７を拡大撮影し、二値化処理した画像を示し、Ｎｏ.１は密度が６．７g/cm3、Ｎｏ.２は密度が６．９g/cm3、Ｎｏ.３は密度が７．１g/cm3のものを示し、「処理あり」では表面空孔率が大幅に下がることが判る。
図７は軸受１の取付構造の一例を示し、前記軸受１を装着する取付部41が、板金製あるいは合成樹脂製のハウジングなどに設けられ、取付部41の内周面は多角形に形成され、この例では六角形であり、前記軸受８が圧入により嵌合固定される。このように、軸受１を６箇所で位置決めするから、円筒形の場合より軸受８の芯出しが容易となる。一方、軸受１の外周面７と取付部41の内周面との間には隙間が発生する。
このようにして軸受本体２の外周面７の表面空孔率を１０％以下、好ましくは５％以下とする。したがって、軸受本体２の外周面７からの潤滑油の漏れを防止することができ、内側の摺動面４における油圧を確保することができる。
このように本実施例では、請求項１に対応して、内部に空孔８を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体２に、回転軸９が挿通される軸受孔３が形成された焼結含油軸受１において、軸受本体２の外周面７で開放された空孔８を潰したから、軸受１の外周面７から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔３における油圧を確保することができる。
したがって、軸受１の外周面７が円柱面で、その軸受１を組み込む取付座などの真円度が確保できない場合でも、外周面７からの潤滑油の漏れを防止できる。
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、外周面７の空孔８を潰した部分の表面空孔率が１０％以下であるから、外周面７からの潤滑油の漏れを確実に防止することができる。
このように本実施例では、請求項３に対応して、原料粉末から圧粉体Ｐを形成し、この成形体Ｐを焼結して内部に空孔８を含む多孔質状の焼結合金を形成し、この焼結合金からなる軸受本体２に、回転軸９が挿通される軸受孔３が形成された焼結含油軸受１の製造方法において、圧粉体Ｐの外周面７で開放された空孔８を潰すから、圧粉体Ｐの状態で空孔８を潰すことにより、比較的大きな空孔８を目潰しすることができ、このようにして軸受１の外周面７に開放された空孔８が潰されているため、外周面７から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔３における油圧を確保することができる。したがって、軸受１の外周面７が円柱面で、その軸受１を組み込む取付座などの真円度が確保できない場合でも、軸受孔３における油圧を確保できる焼結含油軸受１が得られる。
このように本実施例では、請求項４に対応して、原料粉末から圧粉体Ｐを形成し、この圧粉体Ｐを焼結して内部に空孔８を含む多孔質状の焼結合金を形成し、この焼結体を矯正し、この矯正した焼結合金からなる軸受本体２に、回転軸９が挿通される軸受孔３が形成された焼結含油軸受１の製造方法において、矯正時に焼結合金の外周面で開放された空孔８を潰すから、焼結後の焼結合金の状態で空孔８を潰すことにより、比較的小さな空孔８を目潰しすることができ、このようにして軸受１の外周面７に開放された空孔８が潰されているため、外周面７から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔３における油圧を確保することができる。したがって、軸受１の外周面７が円柱面で、その軸受１を組み込む取付座などの真円度が確保できない場合でも、軸受孔３における油圧を確保することができる焼結含油軸受１が得られる。尚、ダイ12から排出した矯正後に適宜手段により外周面７の空孔８を潰すようにしてもよい。
また、このように本実施例では、請求項５に対応して、圧粉体Ｐの外周面７で開放された空孔８を潰すから、まず、圧粉体Ｐの状態で空孔８を潰すことにより、比較的大きな空孔８を目潰でき、次に、焼結後の焼結合金の状態で空孔８を潰すことにより、比較的小さな空孔８を目潰しすることができる。
また、実施例上の効果として、金型11，11Ａからの排出時に圧粉体Ｐ，軸受本体２の外周面７における空孔８を潰すことができるから、製造工数を増加することなく、空孔８を潰すことができる。
図８は、本発明の実施例２を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、外周面７の一部の領域（部分）において空孔８を潰す例であり、外周面７の円周方向２分の１の領域を目潰し、圧縮体Ｐにおいて、外周面７の空孔８を目潰しする場合は、成形用金型11のダイ12の内周面17の２分の１に前記荒し部21を形成し、焼結後の焼結合金２において、外周面７の空孔８を目潰しする場合は、矯正用金型11Ａのダイ12Ａの内周面17の２分の１に前記均し部31を形成する。尚、この場合の表面空孔率は外周面７の２分の１の領域Ｒにおける表面の空孔８の面積割合である。
また、内側の前記摺動面４には、前記外周面７の空孔８を目潰した部分と同じ側で軸受孔３の２分の１の空孔８を潰す。そして、この例の焼結含油軸受１は、図８に示すように目潰しを行った領域Ｒを下にして使用される。このように摺動面４の空孔８を潰すことにより、摺動面４の潤滑油が軸受１内に漏れることがなく、目潰しされた領域の摺動面４に強固な油面が形成され、回転軸９の円滑な回転を確保することができる。
そして、外周面７においては、目潰しされた領域Ｒを下側にすると、重力により下側から潤滑油が漏れ易くなるが、その領域の空孔８が潰されているから、ここから潤滑油が漏れ出すことがない。また、目潰しされた領域Ｒは、他の部分と外観上識別可能であるから、取付部41に軸受１を組み付ける際、軸受１の向きを確認する上で、前記目潰しされた領域Ｒが目印となる。
このように本実施例においても、内部に空孔８を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体２に、回転軸９が挿通される軸受孔３が形成された焼結含油軸受１において、軸受本体２の外周面７で開放された空孔８を潰したから、軸受１の外周面７から潤滑油が漏れることがなく、内側の軸受孔３における油圧を確保することができ、各請求項に対応して、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、外周面で空孔を潰す領域は実施例１のように全領域であっても、実施例２のように一部であってもよい。また、請求項３においては、圧粉体においてのみ空孔を潰し、矯正時に焼結合金の空孔を潰さなくてもよく、さらにまた、必ずしも矯正を行わなくてもよい。
本発明の実施例１を示す軸受の斜視図である。 同上、一部を拡大した成形用金型の断面図であり、原料粉末の充填前の状態である。 同上、成形用金型の断面図であり、圧縮工程の状態である。 同上、一部を拡大した矯正用金型の断面図であり、焼結合金の充填前の状態である。 同上、矯正用金型の断面図であり、圧縮矯正の状態である。 同上、軸受の外周面を拡大撮影し、二値化した画像を示す図面である。 同上、取付部に軸受を装着した状態を示す正面図である。 本発明の実施例２を示す正面図である。
符号の説明
１ 焼結含油軸受
２ 軸受本体
３ 軸受孔
４ 摺動面
７ 外周面
８ 空孔
９ 回転軸
11 成形用金型
11Ａ 矯正用金型
Ｍ 原料粉末
Ｐ 圧粉体

Claims (5)

  1. 内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金により形成された軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成された焼結含油軸受において、前記軸受本体の外周面で開放された前記空孔を潰したことを特徴とする焼結含油軸受。
  2. 前記外周面の前記空孔を潰した部分の表面空孔率が１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の焼結含油軸受。
  3. 原料粉末から圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金を形成し、この焼結合金からなる軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成された焼結含油軸受の製造方法において、前記圧粉体の外周面で開放された前記空孔を潰すことを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
  4. 原料粉末から圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して内部に空孔を含む多孔質状の焼結合金を形成し、この焼結体を矯正し、この矯正した焼結合金からなる軸受本体に、回転軸が挿通される軸受孔が形成された焼結含油軸受の製造方法において、前記矯正時又は矯正後に前記焼結合金の外周面で開放された前記空孔を潰すことを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
  5. 前記圧粉体の外周面で開放された前記空孔を潰すことを特徴とする請求項４記載の焼結含油軸受の製造方法。

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