JP2008069886A - 滑り軸受装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト方向における摺動状態を改善して、回転初期の異音発生を極力防止することのできる滑り軸受装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】軸４の外周にはワッシャ５が設けられ、ワッシャ５の軸方向端面５ａがこの面と対向する軸受部材３の端面３ｂによりスラスト支持される。軸受部材３は、全周にわたって断面凸円弧状の端面３ｂを有し、スラスト支持すべきワッシャ５の軸方向端面５ａと対向配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、滑り軸受装置、特にラジアル方向と共にスラスト方向にも支持可能な滑り軸受装置とその製造方法に関する。

滑り軸受装置は、通常、回転側となる軸をスリーブ状の軸受部材の内周に挿入し、この軸受部材の内周面で軸を回転自在にラジアル支持している。

また、軸受部材の端面で、軸に固定したワッシャ等の軸方向端面を受けるように構成することで、ラジアル方向のみならず、スラスト方向にも軸を支持可能とした滑り軸受装置が知られている。その一方で、滑り軸受装置に潤滑性をもたせるため、例えば軸受部材を焼結金属製で形成し、潤滑油を内部空孔に含浸させた、いわゆる焼結含油軸受として使用する場合も多い（何れも、例えば特許文献１を参照）。

この種の滑り軸受装置は、特に軸受部材を焼結含油軸受で形成した場合には、ラジアル方向での高い油膜形成能力により優れた摺動性能を発揮することができる。その反面、スラスト方向においては、ラジアル方向ほど油膜形成能力に優れておらず、また、潤滑油も逃げ易いため、十分なスラスト負荷能力を得ることができなかった。

この問題を解決する手段として、例えば軸受部材のスラスト端面に、周方向に無端状に連続する突起部を形成し、当該スラスト端面への負荷重量に応じて自動的に最適の摺動面積を形成するようにした焼結含油軸受が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開平１０−２８１１５０号公報 特開平０９-２６４３２６号公報

ところで、この種の滑り軸受装置を、例えば電気機器、特に家庭用電気機器に適用することを検討した場合、駆動音の発生が問題となる。最近では、エンドユーザからの要望を受けて、この種の電気機器にもより一層の高い静粛性が要求されている。そのため、これら電気機器に使用される軸受装置にも高い静粛性、特に摺動初期における静粛性が求められている。

例えば、上述のように、ラジアル方向に加えスラスト方向にも支持がなされる滑り軸受装置の場合、互いに接触摺動を生じる軸受部材の端面と、ワッシャ等の対向面とは、何れも平坦に形成される場合が多い。そのため、ラジアル軸受面（内周面）に比べて面精度の影響を大きく受けて、僅かな面精度（平面度）等の狂いが、摺動特性の大きな低下を招く恐れがある。

また、異音の発生は、実際の当り方（摺動接触の状態）にも大きく依存するため、単に個々の摺動面の精度に留まらず、摺動面を有する部材の他部材との組付け精度にも影響を受ける。例えば、軸受部材の端面と摺動接触するワッシャは軸に圧入等で固定されるが、この際には高い固定精度が要求される。この固定精度が十分でないと、仮にラジアル軸受面における摺動状態は良好であったとしても、スラスト方向では、軸受のスラスト端面と、これに対向するワッシャの端面とが互いに傾いた状態で接触する、いわゆる片当りが生じ易くなる。これにより、摺動時の異音発生、特に摺動初期の異音発生を助長する恐れがある。

特許文献２に記載の焼結含油軸受は、スラスト端面のなじみ特性を向上させて高スラスト負荷に耐え得ることを目的として形成されたものであるが、その具体的手段は、スラスト端面に形成した突出部の摺動磨耗に伴い接触面積を徐々に増やして、摺動相手材とのなじみ性を向上させるものである。これでは、摺動初期における接触面積が非常に小さくなり、また局所的かつ不安定な当り方となるため、却って異音の発生を助長させる結果となり好ましくない。また、特許文献２に記載の発明は、ワッシャ等の成形精度や軸への固定精度がばらつくことを想定してなされたものではなく、これらに起因して生じるスラスト方向での接触状態の変化やばらつきを改善するための対策を何ら示唆するものではない。

以上の事情に鑑み、本発明では、スラスト方向における摺動状態を改善して、回転初期の異音発生を極力防止することのできる滑り軸受装置およびその製造方法を提供することを技術的課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、軸と、内周に挿入した軸を回転自在にラジアル支持可能な軸受部材とを備え、軸には異径部が設けられ、異径部の軸方向端面がこれに対向する軸受部材の端面によりスラスト支持される滑り軸受装置において、軸受部材の端面が、全周にわたって断面凸円弧状をなしていることを特徴とする滑り軸受装置を提供する。ここでいう「円弧状」とは、真円の円弧形状を部分的になすものであってもよく、楕円の円弧形状を部分的になすものであってもよい。

このように、本発明は、軸の異径部をスラスト支持する軸受部材の端面を、断面凸円弧形状としたことを特徴とするものである。例えば異径部としてのワッシャが軸に対して若干傾いて固定された場合、軸受部材との接触領域はワッシャの傾きに応じて半径方向に移動するが、本発明の如く端面を断面凸円弧状とすることで、その傾きによらず当り方（接触状態）が一定となる。これにより、ワッシャ（異径部）の軸方向端面を軸受部材の端面に安定した状態で摺動接触させることができる。また、断面凸円弧状をなす端面であるから、摺動初期の接触面積を減じつつも最小限の接触面積を確保することができる。そのため、異径部の軸受端面への当り方をより安定させて、片当りのような接触に起因する異音の発生を極力抑えることができる。

また、摺動初期の接触面積を適度に確保することで、軸受部材あるいはこれと摺動する軸（の異径部）の磨耗を極力防ぎ、これにより静粛性と共に耐久性の向上を図ることができる。

また、上述の作用、特に異径部（ワッシャなど）の成形精度や固定精度によらず一定の接触状態を得る観点から、軸受部材の端面形状は、その円周方向位置によらず同一であることが好ましい。すなわち、任意の含軸断面で見た場合の、上記端面の輪郭形状は不変であることが好ましい。また、断面凸円弧状をなす端面について、端面の円弧中央部（軸受外方側への最大突出部）は、軸受部材の半径方向中央に限る必要はなく、例えば上記最大突出部が内径側に偏って形成されたものであってもよい。

また、前記課題を解決するため、本発明は、異径部を有する軸と、内周に挿入した軸を内周面でラジアル支持可能で、かつ異径部の軸方向端面をこれに対向する端面でスラスト支持可能な軸受部材とを備えた滑り軸受装置の製造方法であって、軸受部材の製造工程は、原料粉末を圧粉成形、焼結することで得られた焼結体を型整形することで、焼結体の矯正を行うサイジング工程を含み、サイジング工程において、平坦形状をなす焼結体の端面を、全周にわたって断面凹円弧状をなす整形面で押圧整形することを特徴とする滑り軸受装置の製造方法を提供する。

このように、本発明は、上述の滑り軸受装置を構成する軸受部材を焼結金属で形成する場合、焼結体の矯正を行うサイジング工程において、平坦形状をなす焼結体の端面を、その全周にわたって断面凹円弧状をなす整形面で押圧整形することを特徴とするものである。焼結金属部品であれば、原料の圧粉成形時に、その完成品に即した形状に成形されるのが通常であるが、本発明では、サイジング工程時に焼結体を再圧縮することで断面凸円弧形状の端面を焼結金属製の軸受部材に設けるようにした。これにより、焼結後の寸法変化を避けて、所望の形状に精度良く成形することができる。

このように、本発明によれば、スラスト方向における摺動状態を改善して、回転初期の異音発生を極力防止することのできる滑り軸受装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る滑り軸受装置１を組み込んだモータの一構成例を示している。同図に示すモータは、例えばエアコン等の空調機器に使用されるドレンポンプ用として好適に使用される。この実施形態では、滑り軸受装置１は、例えば両持ち支持タイプのモータ用軸受として使用され、モータのハウジング２に固定された２個（又は３個以上）の軸受部材３と、各軸受部材３の内周に挿入され、軸受部材３の内周面３ａに回転自在にラジアル支持される軸４とを備える。軸４の外周の、軸受部材３、３の対向面間にはそれぞれ異径部としてのワッシャ５、５が設けられており、各ワッシャ５の軸方向端面５ａが、この面と対向する軸受部材３の端面３ｂによりそれぞれスラスト支持されるようになっている。この実施形態では、ワッシャ５は何れも鍔付き円筒形状をなし、筒部５ｂを軸４に圧入固定すると共に、筒部５ｂと一体に形成された鍔部５ｃの、軸受部材３との対向面となる軸方向端面５ａでスラスト荷重を受けるようになっている。

また、この実施形態において、軸受部材３は何れも球状の外周面３ｃを有すると共に、ハウジング２の軸方向両端から内径側に向けて環状部２ａが延設され、かつ環状部２ａの内部にはスプリングリテナ６が配設される。そして、環状部２ａの内径側端部に設けられた凹球面状の分割受け面７ａと、スプリングリテナ６の内径側端部に設けられた、同じく凹球面状の分割受け面７ｂとで、軸受部材３の球状外周面３ｃが調心可能に保持される。また、図１中符号８はロータマグネットを、符号９はステータコイルをそれぞれ示す。このように、軸受部材３を調心可能に保持する構成を採ることにより、両持ち支持型のモータを組み立てる場合であっても、組み立て時に各々の軸受部材３の芯出しを容易に行うことができる。

図２は、軸受部材３の拡大断面図を示す。同図に示すように、軸受部材３は、全周にわたって断面凸円弧状の端面３ｂを有し、スラスト支持すべきワッシャ５の軸方向端面５ａと対向配置されている。この実施形態では、軸受部材３の内周面３ａの軸方向両端には面取り部３ｄ、３ｅが形成されており、一端側の面取り部３ｄを介して内周面３ａと端面３ｂとがつながっている。また、軸受部材３は焼結金属で形成され、内部空孔に潤滑油を含浸させた状態で軸４を回転自在にラジアル支持およびスラスト支持するようになっている。なお、ここで端面３ｂの突出高さ（最大突出量Δｈ）は、軸受部材３の他寸法（例えば外径寸法や幅寸法）に比べれば微小であるが、同図では理解の容易化のため、突出高さを誇張して描いている。

このように、ワッシャ５をスラスト支持すべき軸受部材３の端面３ｂを、その全周にわたって断面凸円弧形状としたので、ワッシャ５が軸４に対して若干傾いて固定された場合であっても、その傾きによらず、ワッシャ５の軸方向端面５ａが軸受部材３の端面３ｂへの当り方（接触状態）が一定となる。また、断面凸円弧状をなす端面３ｂであるから、摺動初期の接触面積を平坦面の場合より減じつつも、最小限の接触面積を確保することができる。そのため、ワッシャ５の端面３ｂへの当り方をより安定させて、片当りのような接触に起因する異音の発生を極力抑えることができる。

特に、この実施形態のように、ワッシャ５が軸４に圧入固定される場合、ワッシャ５の軸方向端面５ａと、軸４の外周面４ａとの直角度を高く保った（組付け精度を高めた）状態で固定することは困難であるが、上述のように、断面凸円弧状をなす端面３ｂであれば、これらの組付け精度の狂いを許容して、安定した接触摺動状態を得ることができる。加えて、これらワッシャ５を、この実施形態のように、低コスト化の観点から樹脂の射出成形で形成した場合には、鍔部５ｃの反りなど、金属等で形成する場合に比べてより軸方向端面５ａの寸法精度が低下する傾向にあるが、軸受部材３の端面３ｂを上述の形状とすれば、この種の寸法誤差を許容して、安定した摺動状態を得ることができる。また、この種の支持形態では、軸４がスラスト方向へのガタをある程度許容した状態で組み込まれ、これにより軸４が断続的にスラスト支持される場合も考えられる。そのような場合であっても、上述の形状をなす端面３ｂでワッシャ５の軸方向端面５ａを受けることにより、ワッシャ５の当りを和らげて、異音の発生をなるべく回避することが可能となる。

もちろん、摺動初期における接触面積を適度に確保することで、軸受部材３あるいはこれと摺動するワッシャ５の磨耗を極力防ぎ、これにより静粛性と共に耐久性の向上を図ることができる。

具体的には、端面３ｂの曲率半径Ｒを２４ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることで、上述の効果（静粛性の向上、耐摩耗性の向上）を実質的に得ることが可能となる。もちろん、曲率半径Ｒが上述の範囲に収まっていたとしても、軸受部材３の半径方向寸法が小さ過ぎれば、上述の作用を十分に得ることが難しい。かかる観点から、端面３ｂの軸受外方側への最大突出量Δｈを少なくとも１０μｍ以上確保するのが好ましい。

上記形状をなす軸受部材３は、例えば原料粉末を所定形状に圧粉成形する工程（ａ）、先の工程（ａ）で成形された圧粉成形体を所定の焼結温度で焼結する工程（ｂ）、工程（ｂ）で得られた焼結体を再圧縮して、当該焼結体の矯正を行うサイジング工程（ｃ）とを経て形成される。以下、サイジング工程（ｃ）を中心に説明する。

圧粉成形工程（ａ）および焼結工程（ｂ）で、完成品（図１又は図２に示す軸受部材３）にほぼ倣った形状の焼結体１３を得る。焼結体１３が完成品としての軸受部材３と形状的に異なる箇所は、スラスト軸受面となる端面１３ｂである。すなわち、完成品としての軸受部材３のスラスト支持側の端面３ｂが、断面凸円弧状をなすのに対し、端面３ｂに対応する焼結体１３の端面１３ｂは平坦形状をなしている（例えば図３を参照）点で、両部材３、１３は互いに異なる形状を有する。

なお、焼結体１３（圧粉成形体）の原料には、例えばＦｅ粉末やＣｕ粉末、あるいはＦｅ粉末とＣｕ粉末との混合粉末など、１又は２種以上の金属粉末を使用することが可能である。主成分となる金属粉末に、離型剤や固体潤滑剤などをさらに配合したものを原料として使用することも可能である。

次に、サイジング工程（ｃ）において、端面１３ｂが平坦形状をなす焼結体１３を再圧縮（サイジング）して、焼結体１３の矯正を行うと共に、端面１３ｂを、完成品の端面３ｂ形状に整形する。この工程に使用する金型（整形装置）は、例えば図３に示すように、焼結体１３の内周面１３ａを保持、拘束するコアロッド１４と、焼結体１３の外周面（ここでは球状外周面１３ｃ）を保持、拘束するダイ１５と、焼結体１３の端面１３ｂを押圧整形する上パンチ１６、および図示は省略するが、焼結体１３の他端面を保持、拘束する下パンチとで構成される。

上パンチ１６の下端に設けられ、焼結体１３の端面１３ｂを整形する整形面１６ａは、図３に示すように、完成品の端面３ｂに対応した形状、すなわち全周にわたって断面凹円弧状をなしており、そのストローク延長上に、焼結体１３の端面１３ｂがあるように配置されている。

図３に示す状態から、上パンチ１６を下降させて（下パンチに近接させて）、整形面１６ａを焼結体１３の端面１３ｂに押圧する。これにより、端面１３ｂ以外の外表面（内周面１３ａ、球状外周面１３ｃ、下端面）を拘束された焼結体１３の端面１３ｂが塑性変形し、整形面１６ａに倣った形状に整形される。

このように、サイジング工程時に、平坦形状をなす焼結体１３の端面１３ｂを断面凸円弧形状に整形すれば、焼結時の寸法変化を避けて、端面１３ｂを所望の形状に整形することができる。特に、今回必要とされる端面３ｂの形状、寸法は、サイジング時に平坦な端面から整形可能な程度の大きさ（曲率半径Ｒあるいは最大突出量Δｈ）である。そのため、サイジング時に整形することで、焼結時の寸法変化による悪影響を避けて、かつ工程数を増やすことなく図２に示す形状の端面３ｂを整形することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る滑り軸受装置１、およびこの軸受装置１の各用途への一適用例を示したが、もちろんこれに限られるものではなく、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。

上記実施形態では、球状外周面３ｃを有する軸受部材３を例示したが、もちろんこの形態に限る必要はない。少なくとも、ワッシャ５をスラスト支持する端面３ｂが、断面凸円弧形状をなすものである限り、外周面３ｃの形状は任意である。内外径共に寸法一定の筒状をなすものであってもよい。

また、この実施形態では、軸受部材３の一方の端面３ｂを、断面凸円弧状とし、この端面３ｂを、軸４に固定したワッシャ５の軸方向端面５ａと当接させるように構成した場合を説明したが、これ以外の支持形態にも適用可能である。例えば、軸受部材３の双方の端面を、端面３ｂの如く断面凸円弧状とし、かつこれら双方の端面と対向し、かつ軸受部材３を挟むように、ワッシャ５を軸４に固定した構成を採ることも可能である。

また、この実施形態では、ワッシャ５を軸４とは別体に形成し、後付けで軸４に圧入固定した場合を説明したが、もちろんこれに限る必要はない。ワッシャ５は少なくとも軸受部材３の端面３ｂと摺動する軸方向端面５ａを備えたものであればよく、その形状は問わない。ワッシャ５を樹脂で成形するのであれば、樹脂のインサート成形等で軸４と一体に成形することも可能である。あるいは軸４を段付き形状とし、段部の端面で軸受部材３の端面３ｂと摺動させるように構成したものであってもよい。

本発明に係る滑り軸受装置を組み込んだモータの一構成例を示す断面図である。 軸受部材の拡大断面図である。 焼結体のサイジング工程を概念的に示す断面図である。

符号の説明

１ 滑り軸受装置
３ 軸受部材
３ａ 内周面
３ｂ 端面（断面凸円弧状）
４ 軸
５ ワッシャ
１３ 焼結体
１３ｂ 端面
１６ 上パンチ
１６ａ 整形面

Claims (2)

1. 軸と、内周に挿入した前記軸を回転自在にラジアル支持可能な軸受部材とを備え、前記軸には異径部が設けられ、該異径部の軸方向端面がこれに対向する前記軸受部材の端面によりスラスト支持される滑り軸受装置において、
   前記軸受部材の端面が、全周にわたって断面凸円弧状をなしていることを特徴とする滑り軸受装置。
2. 異径部を有する軸と、内周に挿入した前記軸を内周面でラジアル支持可能で、かつ前記異径部の軸方向端面をこれに対向する端面でスラスト支持可能な軸受部材とを備えた滑り軸受装置の製造方法であって、
   前記軸受部材の製造工程は、原料粉末を圧粉成形、焼結して得られた焼結体を型整形することで、該焼結体の矯正を行うサイジング工程を含み、
   前記サイジング工程において、平坦形状をなす前記焼結体の端面を、全周にわたって断面凹円弧状をなす整形面で押圧整形することを特徴とする滑り軸受装置の製造方法。

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