JP2008267394A - 軸受ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブ内に軸受を固着した軸受ユニットの製造方法において、内周面に凹部を有するスリーブを容易に形成可能として、生産効率の向上を図る。
【解決手段】円筒状の焼結体からなり、軸受嵌合孔の一端部に大径部６ａ、６ｂを有するスリーブ分割体２、３を、ダイ２０のダイ孔２０ａに接合面２ａ、３ａどうしを突き合わせるようにして支持する。次いで、コアロッド２１を嵌合孔２ｂ、３ｂの中心に挿入するとともに、焼結体からなる円筒状の軸受５を各スリーブ分割体２、３とコアロッド２１との間に挿入する。そして、スリーブ用圧縮パンチ２２、２３および軸受用圧縮パンチ２４、２５で軸受５を軸方向に圧縮して、凹部６を有するスリーブ４を形成するとともに内周面４ａに軸受５を接合して、軸受５の内周面５ａに中逃げ部７を有する軸受ユニット１を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スリーブ内に軸受を嵌合して固着した形態の軸受ユニットの製造方法に関する。

多孔質の焼結合金により形成され潤滑油を含浸させた焼結含油軸受は、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使用されている。このような焼結含油軸受は、情報機器に用いられるスピンドルモータや、ファンモータ等においては、真鍮やステンレス等の溶製材の切削加工品や、亜鉛やアルミニウムのダイキャスト品のスリーブ内に嵌合、固着され、軸受ユニットとして組み立てられる。そして、内部の気孔内に潤滑油を含浸、保持させることにより、軸孔の内周面と、軸孔に摺動自在に挿入された回転軸との間に油膜を形成して、長期にわたり潤滑状態を維持することができるようになっている。

このような焼結含油軸受をファンモータ等に用いる場合には、回転軸の振れを防ぐために軸受の長さをある程度長くする必要がある。しかしながら、長さが増すにしたがって、内周面を精度良く一様に仕上げることは困難になり、更に、回転軸と軸受の内周面との接触する面積が増加するため摩擦抵抗が増加し、性能が著しく低下するという問題が生じる。

そこで、軸受の内周面に回転軸とは接しない中逃げ部を設け、回転軸を軸受の両端で支持するという軸受ユニットが知られている（特許文献１等参照）。このような軸受ユニットは、軸受の両端のみで回転軸を支持しており、軸受と回転軸との接触する面積が少ないため、回転軸の長さが長くなっても、これに対応する軸受を精度よく加工できるとともに、軸受と回転軸との摩擦抵抗を軽減させることができるものである。

特開２００３−３１４５５４公報

特許文献１では、剛性の高い材質で形成されたスリーブの内周面に凹部を形成し、このスリーブ内に挿入した焼結体からなる軸受を軸方向に圧縮して、その軸受をスリーブの凹部に膨出させて軸受の内周面に中逃げ部を形成している。同文献には、スリーブの内周面に凹部を形成する方法として、例えば旋削による方法が記載されている。しかしながら、このような方法でスリーブの内周面に凹部を形成することは困難である上、加工工程が増加してしまい、その結果、生産効率の低下やコストの上昇を招いてしまうという問題があった。

よって本発明は、スリーブ内に焼結体からなる軸受が固着しており、その軸受の内周面に中逃げ部を有する軸受ユニットを製造するにあたり、スリーブの内周面の凹部を容易に形成することができ、結果として、生産効率の向上やコストの低減を図ることのできる軸受ユニットの製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、軸受嵌合孔が貫通形成された円筒状の焼結体からなり、一対として用いられるとともに、前記一対のうちの少なくとも１つに、一方の端面に軸受嵌合孔となる小径部が形成され、他方の端面に軸受嵌合孔よりも大径で該軸受嵌合孔に連続する大径部が形成されたスリーブ分割体と、焼結体からなり、前記軸受嵌合孔と隙間嵌めの状態で嵌合する外径を有する円筒状の軸受素材とを用意し、ダイの型内に、前記一対のスリーブ分割体が、スリーブ分割体の大径部が形成された端面どうし、または一方のスリーブ分割体の大径部が形成された端面と大径部が形成されないスリーブ分割体の一端面を対向させて同軸状に配され、前記各スリーブ分割体の各軸受嵌合孔にコアロッドが挿入されるとともに、コアロッドと各スリーブ分割体との間に前記軸受素材が挿入された金型セット状態を得、次いで、少なくとも前記軸受素材をパンチによって軸方向に圧縮し、これによって、前記スリーブ分割体の大径部に対応する前記軸受素材の肉部を前記大径部内に膨出させ、該膨出肉部の内径の拡張に伴って軸受素材の内周面に中逃げ部を形成するとともに、軸受素材の外周面を各スリーブ分割体の内周面に押し付けて一体化させることを特徴としている。

本発明では、焼結体からなる一対のスリーブ分割体が軸受を介して連結状態になることにより１つのスリーブが形成される。このスリーブ内には、スリーブ分割体の少なくとも一方に形成された大径部により凹部が形成される。スリーブ分割体の大径部は、スリーブ分割体の成形時に容易に設けることができるため、スリーブの内周面に凹部を容易に形成することができる。このため、スリーブの内周面に凹部を形成する工程が不要になる。また、本発明では、スリーブ分割体の軸受嵌合孔と隙間嵌めで嵌合する外径の軸受素材を圧縮して、軸受素材を外周方向に塑性流動させてスリーブ分割体の内周面に密着させることにより、スリーブと軸受の形成およびスリーブ内周面への軸受の接合を同時にできるため、極めて効率的である。

また、本発明は、スリーブ分割体内の平均気孔径が、軸受内の平均気孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、軸受の気孔内に含浸させた潤滑油が、運転時の発熱により膨張した際にスリーブ分割体が接合してなるスリーブの気孔に貯油されるとともに、運転停止時に冷えて収縮した潤滑油を毛細管力により軸受の気孔に戻されることによりスリーブと軸受とを循環する作用が顕著に得られるため、長期にわたり軸孔内の潤滑状態を維持することが可能である。

本発明の軸受ユニットの製造方法は、大径部を有したスリーブ分割体を対向配置することでスリーブ内に凹部を形成することができ、次いで、軸受を圧縮することでスリーブへの軸受の接合と中逃げ部の形成がなされている。したがって、内周面に凹部を有したスリーブを容易に得ることができるとともに、軸受を製造するにあたって生産効率の向上とコストの低減を図れるといった効果を奏する。

図１は、一実施形態の製造方法で製造される軸受ユニット１を構成する各部品の断面図を示したものであり、図２は一実施形態の製造方法で製造された軸受ユニット１の断面図を示したものである。図２に示す軸受ユニット１は、スリーブ４内に軸受５が一体に固着されてなるものである。このスリーブ４は、図１に示すスリーブ分割体２、３が同軸的に当接して構成されている。スリーブ分割体２、３は、鉄系焼結材料からなる、外径が一定の円筒状の焼結体である。また、スリーブ分割体２、３の中心には、軸受５が嵌合される嵌合孔２ｂ、３ｂが貫通形成されている。これら嵌合孔２ｂ、３ｂの一端部には、それぞれ大径部６ａ、６ｂが形成されている。なお、本発明は、スリーブの内周面の中央部に凹部が形成されれば良いため、スリーブ分割体２、３の少なくともどちらか一方に大径部が形成されていればよい。スリーブ分割体２、３は、その表面に製造方法に起因する、面粗さが最大高さで３．２〜１００μｍ程度の微細な凹凸が形成されている。最大高さは粗さ曲線の山頂部と谷底部の間隔の最大値であり、傷や、焼結材料の気孔とみなされるような並はずれて高い山および低い谷を除いた値である。軸受５は、銅系焼結材料からなる、外径および内径が一定の単純円筒状の成形体である。軸受５の軸方向の長さは、素材の段階ではスリーブ分割体２、３を軸方向に合わせた長さより、やや長く設定されている。スリーブ４は、スリーブ分割体２、３が大径部６ａ、６ｂ側の端面である接合面２ａ、３ａどうしが突き合わされ、軸受５を介して連結された状態となっている。このような構成により、スリーブ４の内周面４ａの軸方向中央部には、大径部６ａ、６ｂが連続してなる凹部６が形成される。軸受５は、スリーブ分割体２、３の内周面２ｄ、３ｄの表面に形成された微細な凹凸に塑性流動して強固に食い込んで接合しており、また、スリーブ４の凹部６に肉が膨出することにより、内周面５ａに中逃げ部７が形成されている。

スリーブ分割体２、３は、鉄系焼結材料の原料粉末を圧縮して圧粉体を成形し、次いでその圧粉体を焼結して得たものであり、高い剛性を有するものである。一方、軸受５は、銅系焼結材料の原料粉末を圧縮して圧粉体を成形し、次いでその圧粉体を焼結して得たものであり、塑性変形し易い剛性の低いものである。軸受５の外径は、スリーブ分割体２、３の嵌合孔２ｂ、３ｂに隙間嵌めの状態で嵌合する寸法に設定されている。すなわち、軸受５の外径は、各スリーブ分割体２、３の嵌合孔２ｂ、３ｂの径よりも僅かに小さい。また、スリーブ分割体２、３は、最大気孔径が５０〜２００μｍである気孔が気孔全体量の５〜３０％を占めており、一方、軸受５は、最大気孔径が５〜１００μｍである気孔が気孔全体量の５〜５０％を占めている。すなわち、スリーブ４の気孔径が軸受５の気孔径より大きい。

図３は、一実施形態の軸受ユニット１の製造方法を示したものである。軸受ユニット１は、金型装置に一対のスリーブ分割体２、３および軸受５をセットし、スリーブ分割体２、３および軸受５を軸方向に圧縮して製造される。金型装置は、スリーブ分割体２、３の外周面を径方向に膨出不能に支持する円筒状のダイ孔２０ａが形成されたダイ２０と、ダイ孔２０ａの中心に配置されるコアロッド２１と、スリーブ分割体２、３を支持または圧縮する上下一対の円筒状のスリーブ用圧縮パンチ２２、２３と、スリーブ分割体２、３内に挿入される軸受５を圧縮する上下一対の円筒状の軸受用圧縮パンチ２４、２５とを具備する。

軸受ユニット１を製造するには、まず、図３（ａ）に示すように、ダイ孔２０ａ内に、スリーブ分割体２、３を接合面２ａ、３ａどうしを突き合わせるようにして支持し、スリーブ分割体２、３の連続する嵌合孔２ｂ、３ｂの中心にコアロッド２１を挿入するとともに、このコアロッド２１と各スリーブ分割体２、３との間に軸受５を挿入する。このとき、スリーブ分割体２の上面２ｃがダイ孔２０ａの上面からはみ出さないように、スリーブ分割体２、３を下面３ｃから支持する下側のスリーブ用圧縮パンチ２３の位置を調整する。また、軸受５の両端が、スリーブ分割体２、３の両端２ｃ、３ｃから上下ほぼ均等に出る位置に下側の軸受用圧縮パンチ２５の位置を調整する。図４（ａ）に示すように軸受５は、外形が各スリーブ分割体２、３の嵌合孔２ｂ、３ｂの径よりも僅かに小さいため、コアロッド２１にガイドされながら外周面５ｂがスリーブ分割体２、３の内周面２ｄ、３ｄに接触せず、嵌合孔２ｂ、３ｂ内に隙間嵌めの状態で嵌合させられる。

次に、図３（ｂ）に示すように、上側の各パンチ２２、２４を下降させて、それぞれをスリーブ分割体２の上面２ｃと軸受５の上面５ｃとに当接させ、さらに上側の軸受用圧縮パンチ２４を下降させるとともに下側の各パンチ２３、２５の位置を保持して、軸受５を軸方向に加圧する。スリーブ用圧縮パンチ２２、２３は、軸受５の圧縮時に軸受５が塑性変形を起こして外側に広がるのを抑え、軸受５がスリーブ分割体２、３内に押し込まれるようにするガイドの機能を果たす。よって、この場合、スリーブ用圧縮パンチ２２、２３で、スリーブ分割体２、３を加圧しない。軸方向に圧縮された軸受５は、両端部の肉が径方向の内外に膨出し、軸受５の外周面５ｂがスリーブ分割体２、３の内周面２ｄ、３ｄに強く押し付けられる。また、スリーブ４内の中央部には、大径部６ａ、６ｂが連続した凹部６が形成される。また、軸受５の両端部の内周面５ａがコアロッド２１に圧接する。さらに軸受５の凹部６に対応する中央部分は、凹部６内に座屈するように塑性変形が起こって外周側に膨出し、凹部６に沿った中逃げ部７が形成されるとともに、外周面５ｂが凹部６の内周面６ｃに圧着する。

このとき、図４（ｂ）に示すように、軸受５の外周面５ｂ全面は、塑性変形してスリーブ４の内周面４ａの凹凸に食い込んで凹凸嵌合するとともに接触面積が増大し、これによって軸受５はスリーブ４に対し強固に固着される。また、スリーブ分割体２、３は、接合面２ａ、３ａどうしは当接した状態であるが、軸受５を介して互いに連結される。また、中逃げ部７を除く軸受５の両端部の内周面５ａはコアロッド２１に強く圧接させられ、その内径寸法はコアロッド２１の外径に倣って矯正される。コアロッド２１に圧接させられた両端部の内周面５ａは、図示せぬ回転軸を回転自在に支持する軸支面であり、中逃げ部７の内径は軸支面の内径よりも大きく、回転軸は中逃げ部７に接触しない。

軸受５が圧縮されることにより、スリーブ分割体２、３および軸受５が一体化した軸受ユニット１が形成される。圧縮が終了したら、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、上側の各パンチ２２、２４を上方に退避させるとともに下側の各パンチ２３、２５を上昇させて、スリーブ４内に軸受５が固着された軸受ユニット１をダイ孔２０ａから抜き出す。図３では、下側の各パンチ２３、２５の両方を揃えて押し上げているが、スリーブ４と軸受５とは互いの凹凸の噛み合いによって強固に結合されているので、いずれか一方の下側のパンチで押し出すことも可能である。

なお、下側のスリーブ用圧縮パンチ２３を省いてダイ２０のダイ孔２０ａを段差形状として、この段差部でスリーブ４（スリーブ分割体２、３）の位置決め、および、支持を行ってもよい。

本発明では、焼結体からなる一対のスリーブ分割体２、３が軸受５を介して連結状態になることによりスリーブ４が形成される。このスリーブ４内には、スリーブ分割体２、３に形成された大径部６ａ、６ｂが連続することにより凹部６が形成される。スリーブ分割体２、３の大径部６ａ、６ｂは、スリーブ分割体２、３の成形時に容易に設けることができるため、スリーブ４の内周面４ａに凹部６を容易に形成することができる。また、スリーブ４の内周面４ａに凹部６を形成する工程が不要になるとともに、スリーブ４と軸受５の形成およびスリーブ内周面４ａへの軸受５の接合を同時にできるため、極めて効率的である。

この軸受ユニット１は、軸受５に潤滑油が含浸され、機器のハウジング内に圧入・固定されて用いられるが、スリーブ４の材質が鉄系焼結材料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なく、そのまま使用に供することができる。また、スリーブ４の気孔径が軸受５の気孔径より大きいため、軸受ユニット１の軸孔８（軸受５の中空）に挿入した回転軸を回転させたとき、回転軸との摺動面である軸受５の内周面５ａが昇温することに伴って、軸受５の気孔中の潤滑油が熱膨張して軸受５中から滲み出し、軸受５とスリーブ４との接合面からスリーブ４の気孔内に吸収される。そして運転が停止すると、潤滑油は、スリーブ４の気孔より気孔径が小さい軸受５の気孔に毛細管力で吸引されて再び軸受５に戻る。このような潤滑油の循環作用が生じることによって、長期にわたり軸孔８内の潤滑状態が維持されるとともに、軸受５の寿命が長くなるといった効果を得ることができる。

上記実施形態は、スリーブ分割体２、３の接合面２ａ、３ａが平坦な形状のものを用いたが、図５に示すようないんろう形状の接合面を用いたスリーブ分割体でも適用が可能である。図５および図６は、その一例を示している。この場合、スリーブ分割体１１、１２は、いずれも上記実施形態と同様に円筒状の鉄系焼結材料からなるものだが、一方のスリーブ分割体１１の接合面１１ａには、環状の凸部１３が形成されており、他方のスリーブ分割体１２の接合面１２ａには、凸部１３が嵌合する凹部１４が形成されている。この場合、凸部１３は、凹部１４に圧入状態で嵌合する。すなわち、凸部１３の外径は、凹部１４の側壁面１４ａの径よりも僅かに大きい。また、軸受５は、上記実施形態と同様のものが用いられる。

製造工程は上記実施形態と同様であり、まず、図７（ａ）に示すように凸部１３と凹部１４とを嵌合させたスリーブ分割体１１、１２を、ダイ２０のダイ孔２０ａ内に挿入する。このとき、上記実施形態と同様に、スリーブ分割体１１の上面１１ｃがダイ孔２０ａの上面からはみ出さないように、スリーブ分割体１１、１２を下面１２ｃから支持する下側のスリーブ用圧縮パンチ２３の位置を調整する。次いで、図７（ｂ）に示すように、スリーブ分割体１１、１２と軸受５を圧縮する。軸受５を圧縮するとき、上記実施形態のスリーブ用圧縮パンチ２２、２３は、スリーブ分割体を押さえていただけだが、この場合では、スリーブ分割体１１、１２が外周面１３ａ、内周面１４ｂどうしで凹凸嵌合させるため、加圧する必要がある。そして、図７（ｃ）〜（ｄ）に示すように、上記実施形態と同様に脱型工程を行い、図６に示す軸受ユニット１０を得る。

この実施形態によれば、上記実施形態と同様に、スリーブ分割体１１、１２が一体化してスリーブ４が形成されるが、凸部１３の外周面１３ａが外周側に膨出して凹部１４の内周面１４ｂに凹凸嵌合することにより、スリーブ分割体１１、１２どうしが強固に固着させられ、スリーブ４、ひいては軸受ユニット１０全体の強度向上が図られる。

以上は、軸受５の軸方向の長さは、素材の段階ではスリーブ分割体２、３を軸方向に合わせた長さよりやや長く設定され、軸受ユニットのスリーブの高さと軸受の高さを等しくする場合であるが、軸受５の軸方向の長さを素材の段階でスリーブ分割体２、３を軸方向に合わせた長さと同等もしくは、やや短くして、軸受ユニットの軸受の高さがスリーブの高さより小さくした場合にも同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態の製造方法で製造される軸受ユニットを構成する各部品の断面図である。 一実施形態の製造方法で製造される軸受ユニットの断面図である。 一実施形態の製造方法を示す断面図である。 （ａ）は、スリーブ分割体の嵌合孔に軸受が挿入されている状態を示す拡大断面図、（ｂ）は、図２に示した軸受ユニットの、軸受とスリーブとの接合面を示す拡大断面図である。 他の実施形態の製造方法で製造される軸受ユニットを構成する各部品の断面図である。 他の実施形態の製造方法で製造される軸受ユニットの断面図である。 他の実施形態の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１、１０…軸受ユニット
２、３、１１、１２…スリーブ分割体
２ａ、３ａ、１１ａ、１２ａ…接合面（端面）
２ｂ、３ｂ、１１ｂ、１２ｂ…嵌合孔
４、１５…スリーブ
５…軸受
５ａ…軸受の内周面
６、１６…凹部
６ａ、６ｂ、１６ａ…大径部
７…中逃げ部
２０…ダイ
２０ａ…ダイ孔（型孔）
２１…コアロッド
２２、２３…スリーブ用圧縮パンチ（パンチ）
２４、２５…軸受用圧縮パンチ（パンチ）

Claims (2)

1. 軸受嵌合孔が貫通形成された円筒状の焼結体からなり、一対として用いられるとともに、前記一対のうちの少なくとも１つに、一方の端面に軸受嵌合孔となる小径部が形成され、他方の端面に軸受嵌合孔よりも大径で該軸受嵌合孔に連続する大径部が形成されたスリーブ分割体と、
   焼結体からなり、前記軸受嵌合孔と隙間嵌めの状態で嵌合する外径を有する円筒状の軸受素材とを用意し、
   ダイの型内に、
   前記一対のスリーブ分割体が、スリーブ分割体の大径部が形成された端面どうし、または一方のスリーブ分割体の大径部が形成された端面と大径部が形成されないスリーブ分割体の一端面を対向させて同軸状に配され、前記各スリーブ分割体の各軸受嵌合孔にコアロッドが挿入されるとともに、コアロッドと各スリーブ分割体との間に前記軸受素材が挿入された金型セット状態を得、
   次いで、少なくとも前記軸受素材をパンチによって軸方向に圧縮し、これによって、前記スリーブ分割体の大径部に対応する前記軸受素材の肉部を前記大径部内に膨出させ、該膨出肉部の内径の拡張に伴って軸受素材の内周面に中逃げ部を形成するとともに、軸受素材の外周面を各スリーブ分割体の内周面に押し付けて一体化させることを特徴とする軸受ユニットの製造方法。
2. 前記スリーブ分割体内の平均気孔径が、前記軸受内の平均気孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニットの製造方法。

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