JP2007023327A - 中逃げ軸受の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中逃げ軸受内径面の油孔状態を、別工程を追加する必要も無く、サイジング工程で調整可能にする。
【解決手段】 本発明は、原料粉を圧粉成形して圧粉成形体を形成し、これを焼結して焼結体を形成し、そして、該焼結体をサイジング処理することにより、軸方向両側に比較的小径部と軸方向中央部に比較的大径部を有する中逃げ軸受を製造する。円筒形状に形成される焼結体のサイジング処理は、焼結体にコアーロッドを挿入した状態で圧縮成形処理する。この圧縮状態を維持しつつ、先端部分に凸部或いは凹部を形成したコアーロッドを、焼結体から引抜くことによりその内周面を擦るように作用して、油孔状態を変える。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料粉を圧粉成形して圧粉成形体を形成し、該圧粉成形体を焼結して焼結体を形成し、そして、該焼結体をサイジング処理することにより、中逃げ軸受を製造する方法及び装置に関する。

従来より、小型モータのシャフトを、一端でのみ支持する軸受が知られている。図８は、従来技術による一般的な小型モータの一例を示す断面図である（特許文献１参照）。この小型モータは、ディスク状記録媒体を回転させるためのものであり、ディスク状記録媒体の回転軸と一体化した回転軸を有する、所謂スピンドルモータとして知られている。

図示したように、このモータは、ロータ部、ステータ部、及び回転軸から成り、ロータ部にはディスク状記録媒体をチャッキングによって固定するディスクテーブルが嵌入等によって一体化される。固定されているステータ部にはステータコイルが配置され、ロータ部に取着されたマグネットと対向している。また、ロータ部が圧入される回転軸は、ステータ部に対して１個の軸受を介して回転自在に支持されている。

回転軸をその両側の２ヶ所で支持するような場合には、各々の軸受長さは短くすることも可能であるが、例示したモータのように、１個の軸受で回転軸を支持しようとすると、軸受の軸方向長さが大となる。このような軸方向長さの大きい軸受においては、回転軸との接触面積が大となって摩擦が大となり、又連続運転時における軸受体の温度上昇も大きいことから、軸受の内径面中間部に回転軸と接触しない逃げを形成する中逃げ軸受が用いられている。

図９は、従来技術による中逃げ軸受の製造を説明する図である（特許文献２参照）。中逃げ軸受は、図９（Ａ）に示すような操作手法によって圧粉成形し、次いで、該圧粉成形体を焼結した後に、（Ｂ）に示すようにして、サイジング処理（金属粉末の圧縮形体を焼結後にプレス加工を行うこと）を行うことにより形成される。

図９（Ａ）に示す圧粉成形処理は、比較的小径部と比較的大径部との間に段部を形成したコアと、金型との間に原料粉を装入してから、上下のパンチをコアにそって操作し、圧粉成形する。これによって得られた成形体は、次いで焼結処理を受けて焼結体とされる。

このようにして得られた焼結体は、次いで図９（Ｂ）に示すようにして、サイジング処理される。このサイジング処理に当っては、金型の絞り部に向け焼結体を装入し、サイジングコアとガイドコアを用い、ガイドコアにそって操作される下パンチと、サイジングコアにそって圧下される上パンチにより矯正絞り成形して、目的の製品（軸受）とする。これによって得られた製品は、その中央部に、比較的大径部の非接触面が形成される。この非接触面は的確でしかも相当に大きいものとして得ることが可能となる。

しかし、図示の製品は、内径面の油孔状態が狙いと異なっていたとしても、サイジング工程で調整することはできない。一般的に言って、油孔が多すぎると油圧が逃げて、金属接触が多くなり、また、油孔が少なすぎると油が染み出して来ず、焼き付きが発生しやすくなる。油孔状態を調整するためには軸受内径のサイジング代を変更しなければならず、そのためには焼結体の寸法、つまり成形金型（パンチとコア）の寸法を変更する必要がある。また、サイジング代の変更だけでは油孔状態の調整可能な範囲が狭く、サイジング工程の後に、油孔状態を調整するための別工程の追加が必要となる場合がある。
特開２００２−３２５４１４号公報 特公平８−６１２４号公報

本発明は、係る問題点を解決して、中逃げ軸受内径面の油孔状態を、別工程を追加する必要も無く、サイジング工程と同一の金型及び装置を用いて調整可能にすることを目的としている。

本発明の中逃げ軸受の製造方法は、原料粉を圧粉成形して圧粉成形体を形成し、該圧粉成形体を焼結して焼結体を形成し、そして、該焼結体をサイジング処理することにより、軸方向両側に比較的小径部と軸方向中央部に比較的大径部を有する中逃げ軸受を製造する。この圧粉成形体は、軸方向に実質上同一径を有する円筒形状に形成される。焼結体のサイジング処理は、コアーロッドの先端部分が円筒形状の焼結体を突き抜ける位置まで該コアーロッドを挿入した状態で、該焼結体を圧縮成形処理して、軸方向両側の外径を絞った比較的小径部と、焼結体中央部が径方向外側に膨出した比較的大径部を有する形状に仕上げる。この圧縮成形処理をした焼結体の加圧状態を維持しつつ、全体的には円形形状に形成した本体部の先端部分に凹部或いは凸部を形成するか、又はこの先端部分に表面粗さを粗くした部分を形成したコアーロッドを、焼結体から引抜くことにより、比較的小径部の内周面を擦るように作用して、油孔状態を変える。

また、本発明の中逃げ軸受の製造装置は、原料粉を圧粉成形して圧粉成形体を形成する手段と、該圧粉成形体を焼結して焼結体を形成する手段と、該焼結体をサイジング処理する手段とを有して、軸方向両側に比較的小径部と軸方向中央部に比較的大径部を有する中逃げ軸受を製造する。この圧粉成形体を形成する手段は、軸方向に実質上同一径を有する円筒形状に形成する。前記焼結体をサイジング処理する手段は、コアーロッドの先端部分が円筒形状の焼結体を突き抜ける位置まで該コアーロッドを挿入した状態で、それぞれ２つに分割したダイス及びパンチの間で該焼結体を圧縮成形処理して、軸方向両側の外径を絞った比較的小径部と、焼結体中央部が径方向外側に膨出した比較的大径部を有する形状に仕上げる。この圧縮成形処理をした焼結体の加圧状態を維持しつつ、全体的には円形形状に形成した本体部の先端部分に凹部或いは凸部を形成するか、又はこの先端部分に表面粗さを粗くした部分を形成した前記コアーロッドを、焼結体から引抜くことにより、前記比較的小径部の内周面を擦るように作用して、油孔状態を変える。

本発明によれば、中逃げ軸受内径面の油孔状態を調整するための金型とか装置を必要とすること無く、サイジング工程を行うのと同じ金型及び装置を用いて調整することが可能になる。本発明の油孔状態の調整可能な範囲は広いため、別工程を追加する必要がなくなる。

以下、例示に基づき、本発明を説明する。本発明の中逃げ軸受もまた、一般的手法に従い、黄銅系、銅錫系等の焼結軸受用原料粉を、圧粉成形し、焼結し、そして、サイジング処理することにより製造される。

本発明の圧粉成形体は、通常の技術を用いて、コアと金型との間に原料粉を装入し、上下のパンチをコアにそって操作し、圧粉成形することにより製造することができる。本発明は、圧粉成形体として、軸方向に実質上同一径を有する単純な円筒形状のものを用いることができる。次いで、この圧粉成形体は、通常の焼結処理を受けて、円筒形状の焼結体とされる。このような円筒形状の焼結体の一例を、図２（Ａ）に示している。

次いで、この焼結体は、本発明の特徴とするサイジング処理が行われる。図１は、本発明に基づきサイジング処理を行うサイジング装置を例示する図である。本発明によるサイジング処理手順について、図１に加えて図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照しつつ、説明する。
(A) 焼結体供給：下パンチ、下ダイスを所定位置にセットした状態で、上述のようにして形成した円筒形状の焼結体を挿入する。
(B) コアーロッド（サイジングコアー）を挿入する。焼結体は、次工程の圧縮成形処理を経て、軸方向の両側では絞られて、その内径が少し小さくなるが、この圧縮成形処理前の焼結体の内径は、コアーロッドの最大外径部よりも大きな値にすることにより、コアーロッドは、容易に挿入できる。このコアーロッドは、後述する特別の加工を施した先端部分が、圧縮成形される焼結体を突き抜ける位置まで挿入する。
(C) 焼結体の圧縮成形処理：ダイスガイドに沿って上ダイスを下ダイスに当接する位置（図１に示す位置）まで操作するのと同期して、上パンチを下パンチ方向に向けて、図１に示す位置まで操作する。このときの上パンチと下パンチの間隔は、それらの間に位置して圧縮処理される製品（軸受）の圧縮処理後の軸方向長さに等しく設定される。上ダイスと下ダイスを当接した際の或いは上ダイスと下ダイスを極めて近くにまで近づけた際のその内周面形状は、製品の外周面形状に等しくなるように形成されている。製品は全体的には円筒形状であるが、その外周面形状は、図２（Ｂ）に「サイジング処理後形状」として示すように、軸方向両側の比較的小径の部分と、中央の比較的大径の部分を有している。この軸受がモータとして組み立てられた際には、モータ回転軸に対して、中央の大径部は非接触となると共に両側小径部が回転軸を回転可能に支持する中逃げ軸受として機能することになる。

下ダイスと上ダイスが上記した形状を有しているために、焼結体が軸方向両側から圧縮されると、焼結体は、上下ダイスと、上下パンチと、コアーロッド（その先端部を除く円形形状の本体部）との間で軸方向に圧縮力を受けて、焼結体中央部は、径方向外側に膨出して、上記した製品の外周面形状に仕上がることになる。このように、焼結体の内径寸法を大きくしておき、コアーロッドを通した状態で、上下のパンチとダイスによって圧縮加工することにより、軸受両端の外径は絞られる。これによって、中逃げ軸受の外観形状は決定する。
(D) コアーロッド引抜き：上下ダイスと、上下パンチをそのままにして、その間に製品を維持した加圧状態で、コアーロッドを製品から引抜く。この引抜きの際に、特別の加工をしたコアーロッド先端部が、製品の上下両側の小径部の内周面を擦るように作用する。これは、コアーロッド外径よりも大きくされていた内径を有する焼結体も、圧縮処理後は、内径が小さくなってコアーロッドを圧迫するように作用しているためである。即ち、上述の圧縮処理されているときの製品の小径部は、径方向外側に下ダイス（或いは上ダイス）方向に向かう力だけでなく、径方向内側にコアーロッドに向かう圧迫力も作用しているが、この圧迫力は、コアーロッド引抜き時も維持されている。これによって、内径面の油孔状態を、上記したサイジング処理完了後と対比して、即ち、コアーロッド引抜きの前後で、変えることが可能となる。油孔状態の調整は、詳細は後述するように、コアーロッド先端部の形状を変えることにより行うことができる。
(E) 製品排出：上ダイス及び上パンチを引き上げて、完成した製品（軸受）を取り出す。

次ぎに、コアーロッドの先端部形状について、図４を参照して説明する。図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、本発明に基づき構成されるコアーロッドは、例えば超硬により、全体的には外周面が円形形状に形成したコアーロッド本体部と、凸部或いは凹部が備えられる先端部とからなっている。或いは、この先端部は、表面粗さを粗くするように変えることによっても形成することができる。この先端部形状は、（Ａ）に示すように、本体部よりも径を大きくした環状凸部を円周方向に連続させて、１個或いは複数個形成したものである。この凸部（後述の凹部についても同様）は、例えば、直径３ｍｍの本体部外径に対して、０．０２〜０．０５ｍｍ程度の外径差に形成することができる。凸部を複数個形成する場合のピッチは、例えば、１ｍｍとすることができる。但し、複数個形成する場合に、全ての凸部を同一形状にする必要は無く、例えば、先端方向に向けて徐々に外径を大きくすることができる。（Ａ）は、円周方向連続凸部を３個形成した例を、また、（Ｄ）は、凸部を５個形成した例を示している。

また、（Ｂ）に示すように、円周方向に連続した環状凹部（円筒部よりも径を小さくした部分）を、１個或いは複数個形成することができる。或いは、これら凸部或いは凹部は、（Ｃ）或いは（Ｅ）に示すように、非連続に形成することもできる。

図５は、コアーロッドの引抜きの際に、コアーロッド先端部が、製品の上下両側の小径部の内周面を擦る作用を説明する図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図４（Ａ）及び（Ｂ）に示したコアーロッドが、サイジング処理後に、焼結体（製品）から引き抜かれようとしている状態を説明する図である。図５（Ａ）（Ｂ）のそれぞれにおいて、右側に示す拡大図は、左側に示す円形の中を拡大して示している。上述したように、コアーロッド引抜きは、上下ダイスと、上下パンチをそのままにして、その間に製品を維持した加圧状態で、製品から引抜かれる。このため、製品の小径部には、径方向内側にコアーロッドに向かう圧迫力も作用している。この径方向内側に向かう圧迫力と、コアーロッドの凹凸によって、コアーロッドの引抜きの際に、製品の上下両側の小径部の内周面は擦られることになる。図５（Ａ）に示すように凸部を備えるコアーロッドの場合は、凸部のコアーロッド引抜き方向側のエッジ部で圧迫力を受けている軸受を擦ることになる。図５（Ｂ）に示すように凹部を備えるコアーロッドの場合は、圧迫力を受けて凹部内に一部が入り込んできた軸受部分を、コアーロッド引抜き方向とは反対側の凹部エッジ部で軸受を擦ることになる。

図６は、焼結体の小径部内周面の顕微鏡写真であり、（Ａ）は、圧縮成形処理後の状態を示し、（Ｂ）はコアーロッド引抜き後の状態を示している。図７は、この顕微鏡写真の見方を説明する図である。焼結とは、固体粉末の集合体を高温に加熱して、焼き固めて多結晶体とすることを意味しているが、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、圧縮成形処理後においても、固体粉末粒子間には、油を含侵させるため隙間を生じさせている。これに対して、コアーロッド引抜き後は、焼結体の小径部内周面側の固体粉末粒子は、コアーロッド凹凸部により擦られた結果として、コアーロッド引抜き方向に塑性流動して伸びた尾部が形成され、このため、粉末粒子間の隙間が減少する（即ち、粒子部の面積比率が上昇する）。この状態は、図６（Ａ）よりも（Ｂ）において、白く見える部分が増加していることからも分かる。図６において、黒く見える部分が、粉末粒子間の隙間であり、この隙間が軸受の油孔となる。このように、軸受の外径と上下を拘束した状態のまま、コアーロッドを引抜くことで、内径面の油孔状態を決定することが可能となる。油孔状態の調整は、凸部（或いは凹部）の高さ（外径）とか表面粗さや、その凸部（或いは凹部）のエッジ部（図５参照）のR（アール：丸み）を変えて行うことができる。

図２（Ｃ）は、軸受（「軸受メタル」とも言う）とその周囲の構成を取り出して示す断面図であり、完成した軸受の使用の一例を示している。この軸受は、図８を参照して説明したような公知のモータに取り付けることができる。図２（Ｃ）に示す軸受は、ステーターを固定した軸受ハウジング内に圧入固定されている。モータの回転軸（図示省略）は、その一端が、この軸受によって回転可能に支持される。また、軸受ハウジング内に備えられているスラストワッシャーは、回転軸をスラスト方向に支持する。

本発明に基づきサイジング処理を行うサイジング装置を例示する図である。 軸受の形状及び使用を説明する図である。 本発明によるサイジング処理手順を説明する図である。 コアーロッドの先端部形状を説明する図である。 コアーロッドの引抜きの際に、コアーロッド先端部が、製品の上下両側の小径部の内周面を擦る作用を説明する図である。 焼結体の小径部内周面の顕微鏡写真である。 図６に示す顕微鏡写真の見方を説明する図である。 従来技術による一般的な小型モータの一例を示す断面図である。 従来技術による中逃げ軸受の製造を説明する図である。

Claims (4)

1. 原料粉を圧粉成形して圧粉成形体を形成し、該圧粉成形体を焼結して焼結体を形成し、そして、該焼結体をサイジング処理することにより、軸方向両側に比較的小径部と軸方向中央部に比較的大径部を有する中逃げ軸受を製造する方法において、
   前記圧粉成形体は、軸方向に実質上同一径を有する円筒形状に形成し、
   前記焼結体のサイジング処理は、コアーロッドの先端部分が円筒形状の焼結体を突き抜ける位置まで該コアーロッドを挿入した状態で、該焼結体を圧縮成形処理して、軸方向両側の外径を絞った比較的小径部と焼結体中央部が径方向外側に膨出した比較的大径部を有する形状に仕上げ、
   この圧縮成形処理をした焼結体の加圧状態を維持しつつ、全体的には円形形状に形成した本体部の先端部分に凹部或いは凸部を形成するか、又はこの先端部分に表面粗さを粗くした部分を形成した前記コアーロッドを、焼結体から引抜くことにより、前記比較的小径部の内周面を擦るように作用して、油孔状態を変える、
   ことから成る中逃げ軸受の製造方法。
2. 原料粉を圧粉成形して圧粉成形体を形成する手段と、該圧粉成形体を焼結して焼結体を形成する手段と、該焼結体をサイジング処理する手段とを有して、軸方向両側に比較的小径部と軸方向中央部に比較的大径部を有する中逃げ軸受を製造する装置において、
   前記圧粉成形体を形成する手段は、軸方向に実質上同一径を有する円筒形状に形成し、
   前記焼結体をサイジング処理する手段は、コアーロッドの先端部分が円筒形状の焼結体を突き抜ける位置まで該コアーロッドを挿入した状態で、それぞれ２つに分割したダイス及びパンチの間で該焼結体を圧縮成形処理して、軸方向両側の外径を絞った比較的小径部と焼結体中央部が径方向外側に膨出した比較的大径部を有する形状に仕上げ、
   この圧縮成形処理をした焼結体の加圧状態を維持しつつ、全体的には円形形状に形成した本体部の先端部分に凹部或いは凸部を形成するか、又はこの先端部分に表面粗さを粗くした部分を形成した前記コアーロッドを、焼結体から引抜くことにより、前記比較的小径部の内周面を擦るように作用して、油孔状態を変える、
   ことから成る中逃げ軸受の製造装置。
3. 前記コアーロッドの凹部或いは凸部は、径を大きくした環状凸部或いは径を小さくした環状凹部を円周方向に連続させて１個或いは複数個形成した請求項２に記載の中逃げ軸受の製造装置。
4. 前記コアーロッドの凹部或いは凸部は、径を大きくした凸部或いは径を小さくした凹部を円周方向に非連続に形成した請求項２に記載の中逃げ軸受の製造装置。

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