JP2019052767A - 焼結軸受およびこれを備えた動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の内周面形状を有する焼結軸受を低コストに提供する。【解決手段】内周面に、径一定の円筒部２と、円筒部２の軸方向一方側に隣接配置され、軸方向一方側に向けて徐々に拡径する一方側拡径部３と、円筒部２の軸方向他方側に隣接配置され、軸方向他方側に向けて徐々に拡径する他方側拡径部４とを備えた焼結軸受１において、サイジングコア５２によるしごきを含むサイジングを筒状の焼結体に施すことにより、円筒部２、一方側拡径部３および他方側拡径部４を成形すると共に、円筒部２の表面開孔率Ａ、一方側拡径部３の表面開孔率Ｂ、および他方側拡径部４の表面開孔率Ｃを、Ｃ＞Ａ＞Ｂの関係にした。【選択図】図９

Description

本発明は、焼結軸受に関する。

焼結軸受は、通常、その内部気孔に潤滑油を含浸させた状態で使用され、この場合、内周に挿入された軸との相対回転に伴って、内部気孔に含浸させた潤滑油が軸との摺動部に滲み出す。そして、滲み出した潤滑油が油膜を形成し、この油膜によって軸が相対回転自在に支持される。このような焼結軸受（焼結含油軸受）は、例えば、車両のウインドガラスを開閉するためのパワーウインド用動力伝達機構に組み込まれて使用される。

パワーウインド用動力伝達機構は、例えば図１２に示すように、モータ６１と、モータ６１で回転される軸６２と、軸６２に設けられたウォームギア６３と、ウォームギア６３と噛み合うホイールギア６４とを主に備え、モータ６１から軸６２に入力された回転動力を、ウォームギア６３を介してホイールギア６４に減速して伝達し、さらに図示しないウインドガラスの開閉機構へと伝達する。軸６２は、軸方向に離間して配置された複数の軸受６５によりハウジング６６に対して回転自在に支持されている。このような軸６２を支持する軸受６５として、焼結軸受（焼結含油軸受）が好適に使用される。

図１２に示す動力伝達機構においては、ウォームギア６３とホイールギア６４との噛み合いにより軸６２の長手方向の一部に軸直交方向の荷重Ｆが加わるため、軸６２にたわみが生じる。この場合、軸６２の一部が軸線に対して傾斜した状態で軸受６５に対して相対回転するため、軸６２の外周面が軸受６５の内周面（軸受面）に局所的に摺動し、軸受面の摩耗や異常音の発生などの不具合が生じる恐れがある。

そこで、上記のような動力伝達機構においては、例えば下記の特許文献１に開示されているような焼結軸受、具体的には、内周面に、径一定の円筒部と、円筒部の軸方向一方側に隣接配置され、軸方向一方側に向けて徐々に拡径した拡径部（一方側拡径部）とを有する焼結軸受を使用するのが好ましい。すなわち、一方側拡径部をウォームギア６３に近い側に配置するようにして上記の焼結軸受を動力伝達機構に組み込めば、軸６２の一部にたわみが生じた場合でも、軸６２の外周面を焼結軸受の一方側拡径部で支持することができるため、焼結軸受の内周面における応力集中を緩和し、上記の各種不具合の発生を可及的に防止できる。

上記の動力伝達機構においては、下記の特許文献２に記載された焼結軸受、具体的には、内周面に、円筒部の軸方向他方側に隣接配置され、軸方向他方側に向けて徐々に拡径した他方側拡径部をさらに有し、かつ、一方側拡径部が円筒部よりも密に形成されると共に、他方側拡径部が円筒部よりも粗に形成された焼結軸受、を使用することもできる。この焼結軸受をその内部気孔に潤滑油を含浸させた状態で使用した場合、軸６２との相対回転に伴って軸６２との摺動部に滲み出した潤滑油を、他方側拡径部の表面開孔を介して軸受内部に引き込むことができる。軸受内部に引き込まれた潤滑油は、再度、内周面（主に円筒部や一方側拡径部）の表面開孔を介して軸６２との摺動部に滲み出して油膜を形成する。従って、特許文献２の焼結軸受は、油膜形成能力（軸受性能）および耐久寿命に優れるという特徴を有する。

実開平３−７３７２１号公報 特公平８−１９９４１号公報

ところで、特許文献２の焼結軸受では、その内周面に設けた円筒部、一方側拡径部および他方側拡径部の粗密の調整が、焼結後の矯正工程（サイジング工程）で加圧圧縮を加減することにより行われる。しかしながら、上記各部の粗密を加圧圧縮の加減のみで調整しようとすると、上記各部を個別にサイジングする必要が生じる。この場合、三種類のサイジング金型を用いて、サイジングを三段階に分けて実行する必要がある。そのため、焼結軸受のコスト高を招来する。

以上の事情に鑑み、本発明は、内周面に、径一定の円筒部と、円筒部の軸方向一方側および他方側のそれぞれに隣接配置され、円筒部から離間するにつれて徐々に拡径した一方側および他方側拡径部とを有し、かつ、上記各部の密度（表面開孔率）が相互に異なる焼結軸受を低コストに提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、内周面に、径一定の円筒部と、円筒部の軸方向一方側に隣接配置され、軸方向一方側に向けて徐々に拡径する一方側拡径部と、円筒部の軸方向他方側に隣接配置され、軸方向他方側に向けて徐々に拡径する他方側拡径部とを備えた焼結軸受において、サイジングコアによるしごきを含むサイジングを筒状の焼結体に施すことにより、円筒部、一方側拡径部および他方側拡径部を成形すると共に、円筒部の表面開孔率Ａ、一方側拡径部の表面開孔率Ｂ、および他方側拡径部の表面開孔率Ｃを、Ｃ＞Ａ＞Ｂの関係にしたことを特徴とする。

上記の構成によれば、焼結軸受（焼結体）の内周面に、互いに表面開孔率（密度）の異なる円筒部、一方側拡径部および他方側拡径部を成形するにあたり、上記各部の全てを圧縮成形する必要がなく、上記各部のうちの少なくとも一つ（例えば、円筒部）を、焼結体の内周面をサイジングコアでしごいて成形することができる。サイジングコアは、筒状のワークにサイジングを施す際に用いるサイジング金型の必須構成部材であり、しかもその外周形状は、圧縮成形用の成形面を除いて任意に設定できることから、サイジングコアによるしごきは、それ専用の金型を準備せずとも圧縮成形用の成形面を有するサイジングコアを用いて実行することができる。そのため、本発明の構成上、焼結体に上記各部を成形するためのサイジングは三段階に分けて実行する必要がなく、サイジングの工程数（サイジング金型の使用数）を減じることができる。従って、上記の焼結軸受を低コストに得ることができる。

上記構成を有する焼結軸受の具体例としては、円筒部が、サイジングコアによるしごきにより成形された面であり、一方側拡径部が、サイジングコアによるしごきに伴う内周面の圧縮量よりも大きな圧縮量で圧縮成形された面であり、他方側拡径部が、サイジングコアによるしごきに伴う内周面の圧縮量よりも小さな圧縮量で圧縮成形された面であるもの、を挙げることができる。

以上のように、本発明によれば、内周面に、径一定の円筒部と、円筒部の軸方向一方側および他方側のそれぞれに隣接配置され、互いに反対方向に傾斜した一方側および他方側拡径部とを有し、かつ、上記各部の表面開孔率が相互に異なる焼結軸受を低コストに提供することができる。

本発明の実施形態に係る焼結軸受の概略断面図である。 部分拡散合金粉を模式的に示す図である。 上段は扁平銅粉の側面図、下段は同平面図である。 圧粉体の概略断面図である。 圧粉体の成形中における成形金型の部分拡大断面図である。 一次サイジング工程で使用する一次サイジング金型の概略断面図である。 （ａ）図は一次サイジングの開始直後の段階を示す概略断面図、（ｂ）−（ｄ）図のそれぞれは一次サイジングの途中段階を示す概略断面図、（ｅ）図は一次サイジングの完了段階を示す概略断面図である。 二次サイジング工程で使用する二次サイジング金型の概略断面図である。 （ａ）図は二次サイジングの開始直後の段階を示す概略断面図、（ｂ）−（ｄ）図のそれぞれは二次サイジングの途中段階を示す概略断面図、（ｅ）図は二次サイジングの完了段階を示す概略断面図である。 （ａ）図はサイジング前の焼結体の表層部を模式的に示す拡大図、（ｂ）図は円筒部の表面を模式的に示す拡大図、（ｃ）図は一方側拡径部の表面を模式的に示す拡大図、（ｄ）図は他方側拡径部の表面を模式的に示す拡大図である。 変形例に係る圧粉体の概略断面図である。 パワーウインド用動力伝達機構の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る焼結軸受１を示す。この焼結軸受１は、例えば図１２に示すパワーウインド用動力伝達機構において軸６２を支持するために使用される軸受であって、詳細には、軸６２のうち、ウォームギア６３の軸方向両側の部分を支持する一対の軸受６５，６５として使用されるものである。なお、以下の焼結軸受１の説明では、軸方向で相対的にウォームギア６３に近い側を「軸方向一方側」と言い、その反対側を「軸方向他方側」と言う。

焼結軸受１は、円筒状の焼結体からなり、内部気孔に潤滑油を含浸させた状態で使用される。潤滑油としては、例えばエステル系潤滑油が使用され、その中でも、動粘度が３０ｍｍ²／ｓｅｃ以上２００ｍｍ²／ｓｅｃ以下のものが好ましく使用される。焼結軸受１を構成する焼結体は、例えば、銅系、鉄系、あるいは銅鉄系の金属焼結体とされ、本実施形態では銅および鉄を主成分とした銅鉄系の金属焼結体とされる。

焼結軸受１は、内周面に、径一定の円筒部２と、円筒部２の軸方向一方側（図１中、右側）に隣接配置され、軸方向一方側へ向けて徐々に拡径した一方側拡径部３と、円筒部２の軸方向他方側（図１中、左側）に隣接配置され、軸方向他方側に向けて徐々に拡径した他方側拡径部４とを有する。この焼結軸受１を図１２に示すパワーウインド用動力伝達機構で使用する場合、円筒部２は、たわみがない状態（軸線と平行な状態）で回転する軸６２（図１中の実線参照）を支持する軸受面として機能し、一方側拡径部３は、ウォームギア６３がウォームホイール６４から力Ｆ（図１２参照）を受けることにより、たわみが生じた状態（軸線に対して傾斜した状態）で回転する軸６２（図１中の二点鎖線参照）を支持する軸受面として機能する。これに対し、他方側拡径部４は、軸６２のたわみの有無に関わらず軸受面として機能しない。要するに、焼結軸受１の他方側拡径部４に対して軸６２は摺動しない。

本実施形態において、一方側拡径部３および他方側拡径部４は、軸線に対して同じ角度で傾斜しており、その傾斜角は例えば０．５°〜３°（好ましくは１°〜２°）程度とされる。なお、図１を含め、本発明の実施の形態を説明する図においては、理解の容易化のために両拡径部３，４の傾斜角を誇張して示している。

焼結軸受１の内周面に設けた円筒部２、一方側拡径部３および他方側拡径部４はそれぞれ表面開孔率が異なる。具体的には、円筒部２の表面開孔率（Ａ）が一方側拡径部３の表面開孔率（Ｂ）よりも大きく（Ａ＞Ｂ）、他方側拡径部４の表面開孔率（Ｃ）が円筒部２の表面開孔率（Ａ）よりも大きい（Ｃ＞Ａ）。すなわち、焼結軸受１の内周面に設けた各部２〜４の表面開孔率Ａ〜Ｃは、Ｃ＞Ａ＞Ｂの関係となっている。また、焼結軸受１の外周面は径一定の円筒面に形成されており、外周面の表面開孔率は円筒部２の表面開孔率と同程度である。詳細は後述するが、焼結軸受１の内周面に設けた円筒部２、一方側拡径部３および他方側拡径部４、並びに焼結軸受１の外周面は、何れも、筒状の焼結体にサイジングを施すことで所定の形状および表面開孔率に仕上げられている。

以上の構成において、モータ６１（図１２参照）を駆動して軸６２が回転すると、これに伴って、焼結軸受１の内部気孔に含浸させた潤滑油が焼結軸受１の内周面と軸６２の外周面との間（の軸受隙間）に滲み出す。そして、軸６２のたわみが小さい状態では、焼結軸受１の円筒部２と軸６２の外周面との間に油膜が形成され、この油膜を介して軸６２が回転自在に支持される。一方、軸６２のたわみが大きくなると、焼結軸受１の一方側拡径部３と軸６２の外周面との間に形成される油膜を介して軸６２が回転自在に支持される。

また、焼結軸受１の内周面のうち、両拡径部３，４とこれに対向する軸６２の外周面との間には、潤滑油の油面を保持可能なシール部（テーパシール部）を形成することができる。そのため、焼結軸受１の内周面と軸６２の外周面との間（軸受隙間）に滲み出した潤滑油が焼結軸受１の両端開口部を介して軸受外部に流出するのを効果的に防止することができる。

また、他方側拡径部４の表面開孔率が円筒部２および一方側拡径部３の表面開孔率よりも大きいことから、軸６２の回転時には、他方側拡径部４が面する領域に介在する潤滑油を他方側拡径部４の表面開孔を介して焼結軸受１の内部気孔に引き込むことができる。内部気孔に引き込まれた潤滑油は、軸６２の回転時に、主に円筒部２や一方側拡径部３の表面開孔を介して軸６２との摺動部（軸受隙間）に再度滲み出す。このように、本実施形態の焼結軸受１では、その内部気孔と軸受隙間との間で潤滑油を行き来させる（流動循環させる）ことができるので、潤滑油の特性変化を可及的に防止し、軸６２を長期間に亘って安定的に支持することができる。

上記の構成を有する焼結軸受１は、混合工程、圧縮成形工程、焼結工程、サイジング工程および含油工程を順に経て製造される。以下、各工程について詳述する。

［混合工程］
混合工程は、複数種の粉末を混合することにより、圧粉体の成形用粉末（原料粉末）を得る工程であり、本実施形態では、主原料粉、低融点金属粉および固体潤滑剤粉を混合することで原料粉末を得る。原料粉末には、必要に応じて各種成形助剤、例えば離型性向上のための潤滑剤が添加される。なお、以下で説明する原料粉末はあくまでも一例であり、原料粉末に含める粉末の種類や各粉末の配合比は、焼結軸受１に対する要求特性等に応じて適宜変更される。

主原料粉は、銅および鉄を含む金属粉末であり、本実施形態では、主原料粉として、部分拡散合金粉と扁平銅粉とを混合したものが使用される。図２に示すように、部分拡散合金粉１１としては、例えば、鉄粉１２の表面に多数の銅粉１３を部分拡散させたＦｅ−Ｃｕ部分拡散合金粉が使用される。この部分拡散合金粉１１の拡散部分ではＦｅ−Ｃｕ合金が形成されており、この合金部分は鉄原子１２ａと銅原子１３ａとが相互に結合し、配列した結晶構造を有する（図２中の拡大図を参照）。

部分拡散合金粉１１を構成する鉄粉１２としては、還元鉄粉やアトマイズ鉄粉等、公知の鉄粉を使用することができ、本実施形態では、内部気孔を有する海綿状（多孔質状）をなし、含油性に優れた還元鉄粉を使用する。また、銅粉１３としては、例えば、電解銅粉やアトマイズ銅粉等を使用することができ、本実施形態では、表面に多数の凹凸を有すると共に粒子全体として球形に近似した不規則形状をなし、成形性に優れたアトマイズ銅粉を使用する。銅粉１３には、鉄粉１２よりも小粒径のものが使用される。なお、部分拡散合金粉１１における銅の割合は、例えば１０〜３０ｗｔ％（好ましくは２２〜２６ｗｔ％）とする。

扁平銅粉は、水アトマイズ粉等からなる原料銅粉を搗砕（Ｓｔａｍｐｉｎｇ）することで扁平化させたものである。図３に示すように、扁平銅粉１４としては、各粒子の長さＬが２０〜８０μｍ、厚さｔが０．５〜１．５μｍ（アスペクト比Ｌ／ｔ＝１３．３〜１６０）のものが主に用いられる。ここで言う「長さ」および「厚さ」は、扁平銅粉１４の各粒子の幾何学的な最大寸法を言う。扁平銅粉１４の見かけ密度は１．０ｇ／ｃｍ³以下とする。扁平銅粉１４には、成形金型の成形面（キャビティの画成面）への付着性を高めるため、予め流体潤滑剤を付着させておくことが好ましい。流体潤滑剤は、原料粉末を金型に充填する前に扁平銅粉１４に付着させていれば良く、好ましくは扁平銅粉１４をその他の粉末と混合する前、より好ましくは原料銅粉を搗砕する段階で原料銅粉に付着させる。流体潤滑剤としては、脂肪酸、特に直鎖飽和脂肪酸、具体的にはステアリン酸を使用することができる。

低融点金属粉１５（図５参照）としては、例えば錫、亜鉛、リン等、銅よりも低融点の金属の粉末が使用され、本実施形態では、焼結時の蒸散が少ない錫の粉末を使用する。低融点金属粉１５としては、部分拡散合金粉１１よりも小粒径のものが使用される。低融点金属粉１５は、銅に対して高いぬれ性を持つので、後述する焼結工程の実行時には、まず低融点金属（本実施形態では錫）が溶融して銅粉の表面をぬらし、銅に拡散して銅を溶融させる。そして、溶融した銅と低融点金属の合金化により液相焼結が進行するため、鉄粒子相互間、鉄粒子と銅粒子の間、および銅粒子相互間の結合強度が強化される。

固体潤滑剤粉は、主に、軸６２と焼結軸受１の摩擦力を低減するために添加され、例えば黒鉛粉が使用される。黒鉛粉としては、扁平銅粉１４に対する付着性が良好な鱗片状黒鉛粉を使用するのが好ましい。固体潤滑剤粉としては、黒鉛粉以外にも、例えば二硫化モリブデン粉を使用できる。なお、固体潤滑剤粉を添加しておけば、原料粉末を構成する粒子同士の摩擦力や、原料粉末と成形金型との摩擦力も低減されるので、圧粉体の成形性が向上する。

上記原料粉末における各粉末の配合比は、例えば、Ｆｅ−Ｃｕ部分拡散合金粉１１を７５〜９０ｗｔ％、扁平銅粉１４を８〜２０ｗｔ％、低融点金属粉１５としての錫粉を０．８〜６．０ｗｔ％、黒鉛粉を０．５〜２．０ｗｔ％とすることができる。

［圧縮成形工程］
圧縮成形工程では、上記の混合工程で得られた原料粉末を成形金型のキャビティに充填して圧縮することで、図４に示す圧粉体２０が成形される。本実施形態において、圧粉体２０の内周面は径一定の円筒面に形成され、また、圧粉体２０の外周面は、圧粉体２０の両端外周縁部に形成される面取り部を除いて径一定の円筒面に形成される。

ここで、本実施形態で使用する原料粉末に含まれる金属粉の中では、扁平銅粉１４の見かけ密度が最も小さい。また、扁平銅粉１４は、図３に示したような薄板状で、かつ単位重量あたりの幅広面の面積が大きい。そのため、原料粉末を成形金型のキャビティに充填すると、扁平銅粉１４は、その表面に付着させた流体潤滑剤による付着力、さらにはクーロン力等の影響を受けて成形金型の成形面に付着する。より詳細に述べると、扁平銅粉１４は、図５に示すように、その幅広面１４ａを成形金型２３の成形面２４に向け、かつ層状に重なった状態で成形面２４の全域に付着する。その一方、扁平銅粉１４の層状組織よりも内側の領域（キャビティの中心側となる領域）では、部分拡散合金粉１１、扁平銅粉１４、低融点金属粉（錫粉）１５、および図示しない黒鉛粉の分散状態が全体で均一化している。そして、成形後の圧粉体２０は、上記したような各粉末の分布状態をほぼそのまま保持する。

［焼結工程］
焼結工程では、圧粉体２０を焼結することにより、隣接する金属粉末（粒子）同士が結合した円筒状の焼結体３０（図６参照）を得る。本実施形態では、焼結体３０にサイジングを施すことで得られる焼結軸受１の内周面を銅組織が支配的な（銅の面積比が最大の）銅リッチ面に形成することができ、かつ焼結体３０の鉄組織がフェライト相とパーライト相の二相組織となるように焼結条件が設定される。上記のように、軸受面を銅リッチ面に形成すれば、軸６２との摺動性に優れた焼結軸受１を得ることができ、また、鉄組織をフェライト相とパーライト相の二相組織とすれば、硬質のパーライト相が焼結軸受１の軸受面の耐摩耗性向上に寄与するので、焼結軸受１の耐久寿命を向上させることができる。但し、鉄組織に占めるパーライト相の割合が過剰になると、パーライト相による軸６２に対する攻撃性が増すため、軸６２が摩耗し易くなる。そのため、パーライト相は、フェライト相の粒界に点在する程度に抑えるのが好ましい。

ここで、焼結温度（焼結炉の炉内雰囲気温度）を、例えば９００℃を超える温度に設定すると、圧粉体２０に含まれる黒鉛粉中の炭素が鉄と反応し、パーライト相が必要以上に形成される。ましてや、焼結温度を、銅鉄系の焼結体を得る際に一般的に採用されるような高温（概ね１１００℃以上）に設定すると、焼結に伴って圧粉体２０の表層部に存在する扁平銅粉１４が溶融し、銅が圧粉体２０（焼結体３０）の内部に引き込まれるため、銅リッチの軸受面を得ることが難しくなる。一方、前述したように、本実施形態では、圧粉体２０に含まれる低融点金属粉１５を溶融させて液相焼結を進行させることにより、粒子相互間の結合強度を確保するため、焼結温度の下限は低融点金属の融点よりも高い温度に設定する必要がある。

以上に鑑み、本実施形態では、焼結温度を、８２０℃〜９００℃程度とし、かつ炉内雰囲気として炭素を含むガス（例えば、天然ガスやＲＸガス）雰囲気で圧粉体２０を焼結する。このような焼結条件で圧粉体２０を焼結すれば、焼結温度が銅の融点よりも十分に低いことに由来して、銅リッチの軸受面を備えた焼結体３０（焼結軸受１）を得ることができる。また、焼結時に使用するガスに含まれる炭素が鉄に拡散してパーライト相を形成することに由来して、パーライト相を適度に含む鉄組織を備えた焼結体３０を得ることができる。

［サイジング工程］
このサイジング工程では、焼結体３０の内周面および外周面を所定形状（完成品形状）に仕上げるためのサイジングを焼結体３０に施す。サイジング工程は、一次サイジング金型を用いた一次サイジング工程と、二次サイジング金型を用いた二次サイジング工程の二段階に分けて実行される。以下、各サイジング工程について詳細に説明する。

一次サイジング工程では、焼結体３０の内周面３０ａに他方側拡径部４を圧縮成形する。この工程で使用される一次サイジング金型４０は、図６に示すように、同軸配置されたダイ４１、サイジングコア４２、上パンチ４３および下パンチ４４を有し、サイジングコア４２、上パンチ４３および下パンチ４４は、図示しない駆動機構により昇降移動可能とされている。

ダイ４１の内周面は径一定の円筒面に形成されている。ダイ４１の内径寸法ｄ₄は、焼結体３０をダイ４１の内周に滑らかに導入できる一方で、他方側拡径部４の圧縮成形時［図７（ｄ）参照］には焼結体３０の外周面を拘束可能な寸法に設定される。これを実現するため、ダイ４１の内径寸法ｄ₄は、焼結体３０の外径寸法ｄ₂と同じか、あるいは僅かに大きく設定される。具体的には、ダイ４１の内径寸法ｄ₄と焼結体３０の外径寸法ｄ₂の寸法差を、例えば１０μｍ以下（０μｍ≦ｄ₄−ｄ₂≦１０μｍ）程度に設定する。

サイジングコア４２は、他方側拡径部４の形状に対応した他方側拡径部成形面４２ａと、この成形面４２ａの下方に連設された径一定の円筒面４２ｂとを有する。円筒面４２ｂの外径寸法ｄ₃は、他方側拡径部４の圧縮成形時［図７（ｄ）参照］においても、焼結体３０の内周面３０ａと接触しない寸法に設定されている。つまり、サイジングコア４２の円筒面４２ｂの外径寸法ｄ₃は、焼結体３０の内径寸法ｄ₁よりも十分に小さく設定されている。

以上の構成を有する一次サイジング金型４０において、まず、図６に示すように、ダイ４１の上端面と同一面上にある下パンチ４４の上端面に焼結体３０を載置し、その後、図７（ａ）に示すようにサイジングコア４２および上パンチ４３を下降移動させ、焼結体３０の内周にサイジングコア４２の円筒面４２ｂを挿入する。このとき、上述した寸法関係から、焼結体３０の内周面３０ａとサイジングコア４２の円筒面４２ｂとは径方向の隙間を介して対向する。

次いで、図７（ｂ）に示すように、上パンチ４３を下降移動させ、上パンチ４３と下パンチ４４とで焼結体３０を軸方向に挟持してから（焼結体３０の軸方向の伸長変形を規制可能な状態にしてから）、図７（ｃ）に示すように、サイジングコア４２、上パンチ４３および下パンチ４４を一体的に下降移動させてダイ４１の内周に焼結体３０を導入する。ダイ４１の内周に焼結体３０が導入された後、図７（ｄ）に示すように、サイジングコア４２をさらに下降移動させ、焼結体３０の内周に成形面４２ａを徐々に押し込む。これに伴い、焼結体３０が径方向に膨張変形し、焼結体３０の外周面がダイ４１の内周面で拘束されると共に、焼結体３０の内周面３０ａの一部円筒領域がサイジングコア４２の成形面４２ａに押し付けられる。これにより、焼結体３０の内周面３０ａの一部円筒領域が成形面４２ａに倣って変形し、他方側拡径部４が成形される。焼結体３０の内周面３０ａに他方側拡径部４を圧縮成形している間も、焼結体３０の内周面３０ａの残りの円筒領域（円筒部２および一方側拡径部３の成形予定領域）とサイジングコア４２の円筒面４２ｂとは非接触の状態に保持される。従って、一次サイジング工程では、焼結体３０の内周面３０ａに他方側拡径部４のみが圧縮成形される。

以上のようにして内周面に他方側拡径部４が成形された焼結体３０は、一次サイジング金型４０から離型される［図７（ｅ）参照］。焼結体３０の離型は、例えば、サイジングコア４２、上パンチ４３および下パンチ４４を一体的に上昇移動させることで焼結体３０をダイ４１から排出した後、サイジングコア４２および上パンチ４３をさらに上昇移動させることにより行う。これに伴い、焼結体３０の内径寸法および外径寸法はスプリングバックにより拡大するため、サイジングコア４２はスムーズに抜き取られる。

以上で説明したように、一次サイジング工程では、焼結体３０の内周面３０ａに他方側拡径部４のみが成形される。そのため、一次サイジングが施された焼結体（以下、この焼結体を「焼結体３０’」ともいう）内周面の表面開孔率は、他方側拡径部４が成形された領域で相対的に小さく、他の円筒領域（円筒部２および一方側拡径部３の成形予定領域）で相対的に大きくなる。なお、他方側拡径部４は、円筒状をなした焼結体３０の内周面３０ａにテーパ状をなした他方側拡径部成形面４２ａを押し付けることで成形されるので、他方側拡径部４の軸方向範囲内における表面開孔率は、軸方向他方側（円筒部２から離反した側）の端部で最も小さくなり、軸方向一方側に向かうにつれて徐々に大きくなる。以上で述べた一次サイジングの実施態様から、他方側拡径部４は、サイジングコア４２によってしごかれずに（サイジングコア４２との摺動を伴わずに）圧縮成形された面となる。

二次サイジング工程では、焼結体３０’の内周面に円筒部２および一方側拡径部３を成形する。この工程で使用される二次サイジング金型５０は、図８に示すように、同軸配置されたダイ５１、サイジングコア５２、上パンチ５３および下パンチ５４を有し、サイジングコア５２、上パンチ５３および下パンチ５４は、図示しない駆動機構により昇降移動可能とされている。

ダイ５１の内周面は径一定の円筒面に形成されている。ダイ５１の内径寸法ｄ₁₄は、焼結体３０’の外径寸法ｄ₁₂よりも十分に小さく設定されており、両者の寸法差（ｄ₁₂−ｄ₁₄）は、例えば５０〜６０μｍ程度とされる。

サイジングコア５２は、円筒部２の形状に対応した円筒部成形面５２ａと、円筒部成形面５２ａの上方に連設され、一方側拡径部３の形状に対応した一方側拡径部成形面５２ｂとを有する。円筒部成形面５２ａの外径寸法ｄ₁₃は、焼結体３０’の円筒状内周面（円筒部２および一方側拡径部３の成形予定領域）３０ａ’の内径寸法ｄ₁₁よりも大きく設定されており、両者の寸法差（ｄ₁₃−ｄ₁₁）は、例えば２０μｍ程度とされる。

以上の構成を有する二次サイジング金型５０において、まず、図８に示すように、ダイ５１の上端面と同一面上にある下パンチ５４の上端面に焼結体３０’を載置する。このとき、焼結体３０’は、一次サイジング工程で成形された他方側拡径部４を下側にした起立姿勢で二次サイジング金型５０に配される。すなわち、焼結体３０’は、一次サイジング金型４０に配した焼結体３０とは上下を逆にして二次サイジング金型５０に配される。

焼結体３０’を二次サイジング金型５０に配した後、図９（ａ）に示すように、サイジングコア５２および上パンチ５３を下降移動させ、焼結体３０’の内周にサイジングコア５２の円筒部成形面５２ａを挿入する。このとき、上述した円筒部成形面５２ａの外径寸法ｄ₁₃と焼結体３０’の内径寸法ｄ₁₁との関係性から、サイジングコア５２の円筒部成形面５２ａは、焼結体３０’の円筒状内周面３０ａ’と摺動しながら焼結体３０’の内周に挿入（圧入）される。これにより、焼結体３０’の円筒状内周面３０ａ’は、若干量目潰しされる。

次いで、図９（ｂ）に示すように、上パンチ５３を下降移動させ、上パンチ５３と下パンチ５４とで焼結体３０’を軸方向に挟持してから（焼結体３０’の軸方向の伸長変形を規制可能な状態にしてから）、図９（ｃ）に示すように、サイジングコア５２、上パンチ５３および下パンチ５４を一体的に下降移動させることでダイ５１の内周に焼結体３０’を導入する。このとき、ダイ５１の内径寸法ｄ₁₄が焼結体３０’の外径寸法ｄ₁₂よりも十分に小さく設定されている関係上、焼結体３０’は、その外周面がダイ５１の内周面と摺動しながらダイ５１の内周に導入（圧入）される。また、ダイ５１の内周に焼結体３０’を導入する際、焼結体３０’は、軸方向の伸長変形が規制されると共に、円筒状内周面３０ａ’がコア５２の外周面で拘束されている。そのため、ダイ５１の内周に焼結体３０’を導入するのに伴って、焼結体３０’の外周面はダイ５１の内周面でしごかれる。これにより、焼結体３０’の外周面が成形されると共に、焼結体３０’の外周面の表面開孔率が小さくなる。ダイ５１の内周に焼結体３０’が導入されると、焼結体３０’の外周面はダイ５１で拘束される。

焼結体３０’の外周面をダイ５１により拘束した状態で、図９（ｄ）に示すように、サイジングコア５２をさらに下降移動させる。このとき、サイジングコア５２は焼結体３０’の円筒状内周面３０ａ’に圧入されていることから、サイジングコア５２をさらに下降移動させるのに伴って、焼結体３０’の円筒状内周面３０ａ’の一部円筒領域がサイジングコア５２の円筒部成形面５２ａでしごかれて円筒部２が成形される。そして、サイジングコア５２の下降移動がさらに進展するのに伴って、焼結体３０’の上部内周にサイジングコア５２の一方側拡径部成形面５２ｂが押し込まれると、円筒状内周面３０ａ’の上部円筒領域がサイジングコア５２の一方側拡径部成形面５２ｂに倣って変形し、一方側拡径部３が成形される。一方側拡径部３は、焼結体３０’の外周面がダイ５１により拘束された状態（さらに、焼結体３０’の軸方向の伸長変形が規制された状態）で、円筒状内周面３０ａ’の上部円筒領域を一方側拡径部成形面５２ｂでさらに外径側に圧縮することで成形されることから、一方側拡径部３の表面開孔率（Ｂ）は円筒部２の表面開孔率（Ａ）よりも小さくなる（Ａ＞Ｂ）。なお、一方側拡径部３は、円筒状内周面３０ａ’にテーパ状をなした一方側拡径部成形面５２ｂを押し付けることで成形されるので、一方側拡径部３の軸方向範囲内における表面開孔率は、軸方向一方側（円筒部２から離反した側）の端部で最も小さくなり、軸方向他方側に向かうにつれて徐々に大きくなる。

本実施形態では、一次サイジングが施される焼結体３０の外径寸法ｄ₂と一次サイジングで使用するダイ４１の内径寸法ｄ₄との寸法関係（図６参照）、および二次サイジングが施される焼結体３０’の外径寸法ｄ₁₂と二次サイジングで使用するダイ５１の内径寸法ｄ₁₄との寸法関係（図８参照）を考慮すると、一方側拡径部３の圧縮成形時における焼結体外周面の拘束力は、他方側拡径部４の圧縮成形時における焼結体外周面の拘束力よりも大きくなる。このため、サイジングコア５２の一方側拡径部成形面５２ｂによる焼結体内周面の圧縮量（圧縮代）は、サイジングコア４２の他方側拡径部成形面４２ａによる焼結体内周面の圧縮量よりも相対的に大きくなる。その結果、一方側拡径部３の表面開孔率（Ｂ）を、他方側拡径部４の表面開孔率（Ｃ）よりも大幅に小さくすることができる。要するに、二次サイジングの実行後、焼結体内周面の表面開孔率は、一方側拡径部３の表面開孔率（Ｂ）が最も小さく、他方側拡径部４の表面開孔率（Ｃ）が最も大きくなる（Ｃ＞Ａ＞Ｂ）。

以上のようにして、内周面に円筒部２および一方側拡径部３が成形された焼結体３０’は、二次サイジング金型５０から離型される［図９（ｅ）参照］。焼結体３０’を二次サイジング金型５０から離型する際には、例えば、サイジングコア５２、上パンチ５３および下パンチ５４を一体的に上昇移動させることで焼結体３０’をダイ５１から排出し、その後、サイジングコア５２および上パンチ５３をさらに上昇移動させる、という手順を踏む。

なお、焼結体３０’を二次サイジング金型５０から離型する際には、サイジングコア５２および上パンチ５３を一体的に上昇移動させることでサイジングコア５２を焼結体３０’から抜き取り、その後、下パンチ５４を上昇移動させて焼結体３０’をダイ５１から排出する、という手順を踏んでも良い。このような手順を採用した場合、サイジングコア５２の抜き取りが、いわゆる無理抜きとなるため、円筒部２は追加的にしごかれる。その結果、円筒部２の表面開孔率（Ａ）を一層小さくすることができる。なお、このような手順で焼結体３０’を離型する場合でも、円筒部２と一方側拡径部３の表面開孔率の大小関係は変化しない。

［含油工程］
詳細な図示は省略するが、含油工程では、真空含浸等の手法により、サイジング工程で完成品形状に仕上げられた焼結体３０’の内部気孔に潤滑油（例えばエステル系潤滑油）を含浸させる。これにより、図１に示す焼結軸受（焼結含油軸受）１が完成する。

以上のようにして得られる焼結軸受１では、サイジングコア４２によるしごきを含まないサイジング（一次サイジング）を筒状の焼結体３０に施すことで他方側拡径部４が成形され、その後、サイジングコア５２によるしごきを含むサイジング（二次サイジング）を筒状の焼結体３０’に施すことで円筒部２および一方側拡径部３が成形される。また、これら一次サイジングおよび二次サイジングにより、円筒部２の表面開孔率Ａ、一方側拡径部３の表面開孔率Ｂ、および他方側拡径部４の表面開孔率Ｃが、Ｃ＞Ａ＞Ｂの関係となるように仕上げられる。このようにすれば、焼結軸受１の内周面に互いに表面開孔率の異なる円筒部２、一方側拡径部３および他方側拡径部４を成形するにあたり、上記各部２〜４の全てを圧縮成形する必要がなく、円筒部２についてはサイジングコア５２の円筒部成形面５２ａで焼結体３０’の円筒状内周面３０ａ’をしごくことにより成形される。そのため、本発明の構成上、焼結体３０に対するサイジングは、上記各部２〜４のそれぞれを圧縮成形する場合のように三種類のサイジング金型を順次用いて実行する必要はなく、二段階に分けて実行すれば足りる。従って、設備投資および製造工程の低減を通じて焼結軸受１を低コストに得ることができる。

また、焼結軸受１の内周面に設けるべき円筒部２および一方側拡径部３が、これらの形状に対応した成形面５２ａ，５２ｂを軸方向に連ねて設けたサイジングコア５２を用いたサイジング（二次サイジング）を焼結体３０’に施すことで成形され、しかも、一方側拡径部３は、焼結体３０’の外周面がダイ５２により拘束されると共に、焼結体３０’の内周面（内周面のうち円筒部２の成形領域）がサイジングコア５２の円筒部成形面５２ａにより拘束された状態で成形される。この場合、サイジングコア５２の一方側拡径部成形面５２ｂの押し込みに伴って焼結体内周部で肉の移動が生じても、肉は、サイジングコア５２の移動方向前方側（円筒部２の側）ではなく、主に焼結体３０’の径方向（厚さ方向）中心側に向けて移動する。これにより、円筒部２および一方側拡径部３のみならず、両部２，３の境界部（要するに、焼結軸受１の内周面のうち、軸６２の支持に直接関与する領域全体）を二次サイジング工程のみで狙い形状に成形することができる。

そして、本実施形態の焼結軸受１では、以上で説明したように、円筒部２が、サイジングコア５２の円筒部成形面５２ａによるしごきにより成形された面となり、一方側拡径部３が、サイジングコア５２の円筒部成形面５２ａによるしごきを経てサイジングコア５２の一方側拡径部成形面５２ｂにより圧縮成形された面となる。

この場合、円筒部２では、図１０（ｂ）に模式的に示すように、円筒部成形面５２ａでしごかれることにより生じる焼結体表面の金属組織の延びにより、その表面開口径ｘ₂が、図１０（ａ）に模式的に示すサイジング前の焼結体における表面開口径ｘ₁と比較して小さくなる（ｘ₁＞ｘ₂）。また、一方側拡径部３では、図１０（ｃ）に模式的に示すように、上記のしごき加工よりも圧縮量が大きい圧縮成形加工に伴う焼結体表層部の金属組織の高密度化により、その表面開口径ｘ₃が、円筒部２の表面開口径ｘ₂よりも小さくなる（ｘ₂＞ｘ₃）。従って、二次サイジング工程の実施後には、一方側拡径部３の表面開孔率（Ｂ）が、円筒部２の表面開孔率（Ａ）よりも小さくなった焼結軸受１が得られる。

なお、他方側拡径部４は、上述したように、サイジングコア４２，５２によるしごきを経ずに圧縮成形された面であり、しかも外周面の拘束量が二次サイジングにおける焼結体外周面の拘束量よりも相対的に小さい一次サイジングで圧縮成形された面であることから、圧縮成形加工による表面開孔径の縮小幅は、しごき（コア５２との摺動）に伴う表面開孔径の縮小幅よりも小さくなる。そのため、図１０（ｄ）に模式的に示すように、他方側拡径部４における表面開孔径ｘ₄は、サイジング前の焼結体における表面開孔径ｘ₁に比べて小さくなるものの、円筒部２における表面開孔径ｘ₂に比べて大きくなる（ｘ₁＞ｘ₄＞ｘ₂）。従って、内周面のうち、他方側拡径部４の表面開孔率（Ｃ）が、円筒部２の表面開孔率（Ａ）よりも大きい焼結軸受１を得ることができる。

以上、本発明の実施形態に係る焼結軸受１について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。

例えば、焼結軸受１の製造工程に含まれる圧縮成形工程においては、図１１に模式的に示すように、内周面２１の一部領域、より詳しくは、他方側拡径部４の成形予定領域に、軸方向他方側に向けて徐々に拡径した拡径部２２を有する圧粉体２０’を成形することもできる。この場合、この圧粉体２０’を焼結してなる焼結体に対し、図６に示した一次サイジング金型４０を用いて一次サイジングを施す限りにおいては、一次サイジングによる焼結体内周面の圧縮量を相対的に小さくすることができるため、他方側拡径部４の表面開孔率を図１に示す焼結軸受１よりも大きくした焼結軸受を得ることができる。このような焼結軸受であれば、他方側拡径部４の表面開孔を介しての潤滑油の引き込み量を増すことができる。

また、以上では、焼結軸受１の内周面に設けた一方側拡径部３および他方側拡径部４の軸線に対する傾斜角を同じにしているが、両拡径部３，４の軸線に対する傾斜角を互いに異ならせることもできる。

また、以上では、本発明に係る焼結軸受１をパワーウインド用動力伝達機構に適用する場合について説明したが、本発明に係る焼結軸受１は他の用途に用いてもよい。例えば、携帯電話等のバイブレータとして機能する振動モータに、本発明に係る焼結軸受１を適用することもできる。

また、本発明に係る焼結軸受１は、他方側拡径部４が軸受面として機能しない用途のみならず、他方側拡径部４が軸受面として機能する用途、すなわち、支持すべき軸が他方側拡径部４に対して摺動（接触）する用途にも用いることができる。

また、以上の実施形態では、回転する軸６２を支持する用途に本発明に係る焼結軸受１を用いる場合を示したが、これに限らず、軸６２を固定して焼結軸受１を回転させる用途や、軸６２および焼結軸受１の双方を回転させる用途に本発明に係る焼結軸受１を用いることも可能である。

本発明は以上の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施することができる。

１ 焼結軸受
２ 円筒部
３ 一方側拡径部
４ 他方側拡径部
２０ 圧粉体
３０ 焼結体
３０’ 焼結体
４０ 一次サイジング金型
４１ ダイ
４２ サイジングコア
４２ａ 他方側拡径部成形面
５０ 二次サイジング金型
５１ ダイ
５２ サイジングコア
５２ａ 円筒部成形面
５２ｂ 一方側拡径部成形面
６１ モータ
６２ 軸
６３ ウォームギア
６４ ホイールギア
６５ 軸受

本発明は、焼結軸受、およびこの焼結軸受を備えた動力伝達機構に関する。

Claims (2)

1. 内周面に、径一定の円筒部と、円筒部の軸方向一方側に隣接配置され、軸方向一方側に向けて徐々に拡径する一方側拡径部と、円筒部の軸方向他方側に隣接配置され、軸方向他方側に向けて徐々に拡径する他方側拡径部とを備えた焼結軸受において、
   サイジングコアによるしごきを含むサイジングを筒状の焼結体に施すことにより、前記円筒部、前記一方側拡径部および前記他方側拡径部を成形すると共に、前記円筒部の表面開孔率Ａ、前記一方側拡径部の表面開孔率Ｂ、および前記他方側拡径部の表面開孔率Ｃを、Ｃ＞Ａ＞Ｂの関係にしたことを特徴とする焼結軸受。
2. 前記円筒部は、サイジングコアによるしごきにより成形された面であり、
   前記一方側拡径部は、サイジングコアによるしごきに伴う前記内周面の圧縮量よりも大きな圧縮量で圧縮成形された面であり、
   前記他方側拡径部は、サイジングコアによるしごきに伴う前記内周面の圧縮量よりも小さな圧縮量で圧縮成形された面である請求項１に記載の焼結軸受。

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