JP3656825B2

JP3656825B2 - 焼結軸受の内周溝の形成方法

Info

Publication number: JP3656825B2
Application number: JP2000347522A
Authority: JP
Inventors: 敏一竹花; 剛柳瀬; 俊一富樫
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP2002155304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状の焼結軸受の内周面に、油溝や中逃げ部といった内周溝を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、焼結軸受の内周面に動圧溝や中逃げ部等を形成する方法は種々提案されているが、それらの中で能率よく形成することができる方法の一つとして、次のような方法がある。すなわち、形成すべき溝（動圧溝や中逃げ部）に対応した模様の凹凸が外周面に施されたコアロッドを軸受素材に挿入し、軸受素材を圧縮してその内周面をコアロッドの外周面に密着させることにより、コアロッドの凹凸を軸受素材の内周面に刻印させ、この後、軸受素材を圧縮状態から解放し、その際に軸受素材に生じるスプリングバックを利用してコアロッドから軸受素材を抜き取る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法では、内周溝が形成された軸受素材をコアロッドから抜き取るために、スプリングバックによって軸受素材の内径が十分に拡張され、コアロッドの外周面と軸受素材の内周面双方の凹凸が噛み合うことなく互いに干渉しないことが要求される。このため、材料としてはスプリングバックができるだけ大きく生じるものが望ましい。ところが、一般的な滑り軸受用の焼結合金のスプリングバック（コアロッドの外径に対する圧縮を解放した際の軸受素材の内径拡張量の比率）は、大きくても０．２％程度なので、軸受素材の内周面に形成することができる凹凸の段差は、最大でスプリングバック量と同等となる。また、比較的密度が低い焼結合金や、銅系焼結合金のように比較的軟質で塑性変形しやすい焼結合金からなる焼結軸受では、ほとんどスプリングバックが生じないものもあり、そのような軸受素材には内周溝を形成しにくい。また、ハウジングに圧入等の手段で装着された軸受素材の場合には、当然スプリングバックは望めないので内周溝を形成することはできない。
【０００４】
したがって本発明は、スプリングバックが生じないか、あるいはスプリングバックを期待することのできない軸受素材であっても、内周溝を確実に形成することができる焼結軸受の内周溝の形成方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼結体からなる円筒状の軸受素材の軸孔に、該軸孔よりも小径の凸条が外周面に形成されたコアロッドを挿入し、かつ、コアロッドを軸受素材の軸孔に対して偏心させることにより、コアロッドの凸条の一部を軸受素材の内周面に押圧した状態とし、コアロッドまたは軸受素材を径方向に振動させながら、コアロッドと軸受素材とを同じ回転速度で軸回りに回転させ、コアロッドの凸条を軸受素材の内周面に打撃して刻印することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、軸受素材の内周面の一部がコアロッドの凸条に打撃されて圧縮され、内周溝の一部が刻印されて形成される。そして、この操作をコアロッドと軸受素材とを同じ回転速度で回転させながら行うことにより、内周溝が全周にわたって形成される。コアロッドの凸条は外径が軸受素材の軸孔よりも小径であるから、コアロッドの凸条が軸受面に干渉することなくコアロッドを軸受素材から抜き出すことができる。したがって、スプリングバックが生じないか、あるいはスプリングバックを期待することのできない軸受素材であってもコアロッドを確実に抜き出すことができる。すなわち、そのような軸受素材に対し、軸受素材の長さや外径を変化させることなく内周溝を確実に形成することができ、しかも形成する内周溝をより深いものとすることができる。また、軸受素材の内周面をコアロッドの凸条により局部的に打撃していくので、内周面が緻密化され、有効多孔率の低下が抑えられる。
【０００７】
コアロッドの凸条により軸受素材の内周面に形成する本発明の内周溝としては、例えば、滑り軸受面に形成されて潤滑油の貯留部および供給部となる油溝や、軸受の両端部に形成された滑り軸受面の間に挟まれており、この滑り軸受面よりも大径で回転軸が接することのない中逃げ部等が挙げられる。
【０００８】
本発明のコアロッドに形成される凸条は、コアロッドの軸方向に対して傾斜している態様や、螺旋模様またはヘリングボーン模様を呈していることを特徴とする。本発明では、コアロッドと軸受素材とを同じ回転速度で軸回りに回転させてコアロッドの凸条を軸受素材の内周面に打撃していくので、そのような態様の凸条を軸受素材の内周面に刻印することができるのである。
【０００９】
本発明では、コアロッドまたは軸受素材を径方向に振動させながらコアロッドの凸条を軸受素材の内周面に押圧するが、その振動数は、産業上容易に得ることができる交流ソレノイドによる５０Ｈｚから高周波発信器による６０ｋＨｚ程度の中から適宜に選択される。
【００１０】
また、本発明では、軸受素材がハウジングに圧入されている場合を含む。ハウジングに圧入された軸受素材には、当然スプリングバックは望めないが、上記の作用により本発明ではそのような軸受素材の内周面にも内周溝を形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の内周溝の形成方法を好適に実施し得る加工装置の一部断面正面図であり、図４は同装置の平面図である。図１および図４の符合１は基台テーブルであり、この基台テーブル１の図中左右端部には、前後方向（図１で表裏方向、図４で下から上の方向）に延びるガイド軸２が軸支部３を介して設けられている。そして、これらガイド軸２には、図示せぬ駆動手段により駆動させられるスライドブロック４が、各ガイド軸２に沿って往復移動自在に支持されている。
【００１２】
図１に示すように、スライドブロック４の左側には支柱５が立設され、右側には支柱５よりもやや短い支柱６が立設されており、これら支柱５，６に、コアプレート７が水平かつ昇降可能に嵌め込まれている。このコアプレート７は、スライドブロック４上の中央に設けられた油圧式もしくは空圧式のアクチュエータ１０が備えるラム１１によって昇降させられるもので、ラム１１の位置は図示せぬ制御手段によって制御されるようになっている。
【００１３】
コアプレート７の所定箇所には、上下に延びるコアロッド３０Ａが回転自在に立設されている。このコアロッド３０Ａは、その下端がコアプレート７に嵌合された軸受４０に軸支されており、軸受４０への挿入部分の直上に形成された鍔部３１がコアプレート７に固定されたカバー４１で押さえられることにより保持されている。コアロッド３０Ａの下端部にはギヤ４２がコアロッド３０Ａと同軸的に固定されている。また、コアプレート７の図１におけるコアロッド３０Ａの右側には、モータ４３が固定されている。このモータ４３の駆動軸４３ａは上方に突出しており、この駆動軸４３ａにはピニオン４４が固定されている。そして、このピニオン４４とコアロッド３０Ａに固定されたギヤ４２にベルト４５が巻回され、モータ４３の駆動がコアロッド３０Ａに伝達してコアロッド３０Ａが回転するようになっている。
【００１４】
コアプレート７の上方には、ダイハウジング１３およびダイプレート１４が、重ねられた状態で配されている。これらダイハウジング１３およびダイプレート１４は、支柱５に対し、該支柱５を軸にして、水平方向に旋回可能に嵌め込まれており、かつ、支柱５に固定された上下の押さえ板４６に挟まれることにより上下方向の移動は規制されている。ダイプレート１４は、図１における右端部が支柱６上に固定された受け台１６に載置されることにより水平とされ、ダイプレート１４が旋回する際には、ダイプレート１４の載置部分が受け台１６上を摺動する。ダイハウジング１３およびダイプレート１４の旋回は、図示せぬ駆動手段によりなされる。
【００１５】
図１に示すように、ダイハウジング１３およびダイプレート１４には、円筒状のダイ１７が軸回りに回転自在に嵌め込まれている。このダイ１７のダイプレート１４に嵌め込まれている部分には、円筒状の焼結体からなるワーク（軸受素材）Ｗが嵌合されるダイ孔１７ａが形成されている。前記コアロッド３０Ａはダイ１７内に挿入され、その上端がダイ孔１７ａに挿入可能とされている。コアロッド３０Ａの軸方向中央部からやや上方には、円筒状のガイド４７と、その上に円筒状の下パンチ４８が固定されている。ダイ１７のダイ孔１７ａよりも下方部分の内径は、ガイド４７および下パンチ４８に干渉しないようにダイ孔１７ａの内径よりも十分に大きく設定されている。また、ダイ１７の下端の外周には、環状のギヤ１８がダイ１７と同軸的に固定されている。
【００１６】
前記ダイハウジング１３の図１におけるダイ１７の右側には、モータ１９が収納されている。このモータ１９はダイハウジング１３またはダイプレート１４に固定されており、駆動軸１９ａが下方に突出している。この駆動軸１９ａは、前記モータ４３の駆動軸４３ａと対向しており、かつ両者は互いに同軸的に配置されている。駆動軸１９ａにはピニオン２０が固定されており、このピニオン２０とダイ１７に固定されたギヤ１８にベルト２１が巻回され、モータ１９の駆動がダイ１７に伝達してダイ１７が回転するようになっている。ダイ１７に固定されたギヤ１８とコアロッド３０Ａに固定されたギヤ４２とは外径が等しく、各モータ１９，４３のピニオン２０，４４も外径が等しい。そして、作動時の各モータ１９，４３の回転数は同じとされ、これによってコアロッド３０Ａとダイ１７は同じ回転速度で同じ方向に回転する。
【００１７】
スライドブロック４上に搭載された上記構成要素は、スライドブロック４ごと基台テーブル１上を前後に往復移動させられる。そして、スライドブロック４は、図１および図４に示す後退した位置がワークセット／離型位置、図２および図５に示す前進した位置がワーク加工位置とされる。
【００１８】
図１に示すように、スライドブロック４がワークセット／離型位置にある状態でのダイプレート１４の上方には、円筒状の上パンチ２２がダイ孔１７ａと同軸的に配設されている。この上パンチ２２は、図４に示す機械式、油圧式もしくは空圧式等の上パンチ駆動機２３で昇降させられ、下降時にダイ孔１７ａに嵌合してワークＷをダイ孔１７ａに押し込む。
【００１９】
また、図２に示すように、スライドブロック４がワーク加工位置にある状態でのダイ孔１７ａの上方には、軸方向が上下に延びる円柱状の端子５０が配設されている。この端子５０は、図４に示すように、振動子５１に連結されて前後に延びるステー５２の先端から垂下しており、その下端には、コアロッド３０Ａの先端に嵌合してコアロッド３０Ａを回転自在に支持するピボット軸受孔５０ａ（図２参照）が形成されている。振動子５１は図示せぬ発信器からの信号を受けて端子５０を前後方向に振動させる。その振動数は、例えば、ソレノイドを用いた５０Ｈｚや、超音波振動による４０ｋＨｚなどが適宜に選択される。
【００２０】
図７（ａ）はコアロッド３０Ａを示しており、コアロッド３０Ａの先端部の外周面には、周方向に収束する複数の略Ｖ字状の溝３１がヘリングボーン模様に形成されている。各溝３１の深さは均一であって等間隔に形成されており、各溝３１の間は、外径がコアロッド３０Ａの外径に等しい凸条３２となっている。凸条３２はワークＷの内周面に溝を形成する部分であり、凸条３２をワークＷの内周面に十分に押圧すると、溝３１によって軸受面が圧接される。また、コアロッド３０Ａの先端には、ワークＷ内へのコアロッド３０Ａ自身の挿入をスムーズにするためのテーパ部３３が形成されている。このテーパ部３３が前記端子５０のピボット軸受孔５０ａに嵌合する。凸条３２およびコアロッド３０Ａの外径はワークＷの内径よりもやや小さく、ワークＷに挿入された状態でコアロッド３０ＡとワークＷの内周面との間に隙間が存在するように設定されている。また、溝３１が形成された部分の軸方向長さは、ワークＷの全長よりも長く設定されている。
【００２１】
次に、上記加工装置の動作を説明する。この動作は本発明の内周溝の形成方法を適用したものであって、図示せぬ制御手段により自動的になすことができる。まず、図１および図４に示すように、スライドブロック４をワークセット／離型位置に停止させる。そして、図１に示すように、コアプレート７の位置をラム１１により調節してコアロッド３０Ａの上端をダイ孔１７ａ内に配し、この状態から、上パンチ２２によりワークＷをダイ孔１７ａに上方より押し込んで嵌合させる。次に、上パンチ２２を上昇させてから、図５に示すようにスライドブロック４をワーク加工位置に前進させる。
【００２２】
次に、図２に示すように、ラム１１によってコアプレート７を上昇させることにより、コアロッド３０Ａの上端のテーパ部３３を端子５０のピボット軸受孔５０ａに嵌合させてコアロッド３０Ａを保持するとともに、ワークＷの軸孔Ｗ_１に挿入されているコアロッド３０Ａの溝形成部分をワークＷ内に配する。次いで、図６に示すように、ダイハウジング１３およびダイプレート１４を前方（図６において下方）に僅かに旋回させることにより、ワークＷをコアロッド３０Ａに対して偏心させ、ワークＷの内周面をコアロッド３０Ａの凸条３２に圧接させる。この状態から、振動子５１を作動させることにより端子５０を介してコアロッド３０Ａを振動させながら、上下のモータ１９，４３を同じ回転方向および回転速度で作動させ、ダイ１７に嵌合させたワークＷとコアロッド３０Ａを軸回りにゆっくりと回転させていく。
【００２３】
ワークＷの内周面をコアロッド３０Ａの凸条３２に圧接させた状態でコアロッド３０Ａを振動させると、その圧接部分のワークＷの内周面がコアロッド３０Ａの凸条３２で打撃され、径方向外側に圧縮されて塑性変形する。これによって内周面は拡径し、凸条３２が刻印された溝の一部が形成される。そして、コアロッド３０ＡとワークＷをともに回転させていくと、凸条３２が刻印されて溝が徐々に形成されていき、ワークＷを一周させると全周域にわたってヘリングボーン模様の溝が形成される。図８（ａ）は、本実施形態によって加工されたワークＷを示しており、このワークＷの内周面には、コアロッド３０Ａの凸条３２が刻印されることにより端部が開放するヘリングボーン模様の溝（内周溝）６１が形成され、溝６１の間に、コアロッド３０Ａの溝３１に応じた凸条６０が形成されている。この凸条６０の内周面が、回転軸が摺動する軸受面６０ａとされる。
【００２４】
なお、ダイハウジング１３およびダイプレート１４を旋回させてワークＷの内周面をコアロッド３０Ａに圧接させた状態を保持するには、例えばバネ等で一定の荷重を与える手法を採ることができる。また、ダイハウジング１３およびダイプレート１４を旋回させる駆動機構により、圧接を生じさせる荷重を初期は低く、その後は徐々に増加させたりすることもできる。また、ダイ１７およびコアロッド３０Ａの周回数は最低１回であるが、複数回にわたって周回させる場合もあり、ワークＷの材質、密度、形成する溝の深さによって適宜に決定される。
【００２５】
ワークＷに内周溝が形成されたら、振動子５１と各モータ１９，４３を停止させ、ダイハウジング１３およびダイプレート１４を元の位置まで旋回させ、次いで、コアプレート７を下降させて端子５０からコアロッド３０Ａを離した後、スライドブロック４をワークセット／離型位置に戻す。次に、図３に示すように、コアプレート７とともにコアロッド３０Ａを上昇させ、下パンチ４８によりワークＷをダイ孔１７ａから上方へ排出して離型する。ガイド４７は、ダイ１７の内周面に当接することにより、昇降するコアロッド３０Ａが過度に振れることを抑える機能を果たす。この後、コアプレート７を下降させてコアロッド３０Ａの上端をダイ１７の上面と同レベルとする。以上が、ワークＷに内周溝を形成する１サイクルである。
【００２６】
上記加工装置による内周溝の形成方法は、ワークＷの内径よりも小径のコアロッド３０Ａの凸条３２をワークＷの内周面の一部に打撃して圧縮し、この操作を、ワークＷとコアロッド３０Ａを回転しながら行うことにより、ヘリングボーン模様の内周溝を全周にわたって形成するものである。このため、コアロッド３０Ａの凸条３２がワークＷの内周面に形成される凸条に干渉することなく、コアロッド３０ＡをワークＷから抜き出すことができ、その結果として、ワークＷが、スプリングバックが生じないか、あるいはスプリングバックを期待することのできないものであっても、確実かつ効率的に内周溝を形成することができる。また、内周溝を形成することによりワークＷの長さや外径を変化させることがない。さらに、ワークＷの内周面をコアロッド３０Ａの凸条３２により局部的に打撃していくので、内周面が緻密化され、有効多孔率の低下が抑えられる。
【００２７】
次に、コアロッドおよびワークに形成される内周溝の他の態様を例示する。
図７（ｂ）に示すコアロッド３０Ｂの外周面には凸条３２がヘリングボーン模様に形成されており、凸条３２の間の溝３１はコアロッド３０Ｂの外径に等しい。このコアロッド３０Ｂによれば、図８（ａ）に示すワークＷのように、凸条３２により溝６１が形成され、溝３１により内周面が軸受面６０ａとなる凸条６０が形成される。このようなコアロッド３０Ｂでは、凸条３２の形成部分よりも軸方向長さが長いワークに対しては、溝６１の端部が閉塞したものを形成することができる。
【００２８】
図７（ｃ）に示すコアロッド３０Ｃは、図７（ｂ）に示した溝３１および凸条３２の形成部分が、ワークの両端部に対応する離間した２箇所に配されており、両者の間の大径部３４により、軸受面よりも大径の中逃げ部が形成される。このコアロッド３０Ｃにより、ワークは図８（ｂ）に示すように加工される。このワークＷは、両端部に、内周面が軸受面６０ａとなる凸条６０と溝６１がそれぞれ形成され、これらの間に、中逃げ部６２が形成されている。この場合、中逃げ部６２と溝６１の径は同一である。
【００２９】
図７（ｄ）に示すコアロッド３０Ｄの外周面には、主体をなす小径部３５の途中に大径部３４が形成されている。大径部３４はワークの内周面に中逃げ部を形成する部分であってワークの長さよりも短い。このコアロッド３０Ｄにより、ワークは図８（ｃ）に示すように加工される。このワークＷは、内周面の軸方向中央に中逃げ部６２が形成され、その両側に軸受面６０ａが形成されている。
【００３０】
図８（ｄ），（ｅ）は、本発明によってワークに形成され得る内周溝の他の態様を示している。
図８（ｄ）のワークＷの内周面には、周方向に収束する複数の細かなＶ字状の凸条６０が形成されており、これら凸条６０の内周面が軸受面６０ａである。そして、凸条６０の間に溝６１が形成されている。図８（ｅ）のワークＷの内周面には、スパイラル状の凸条６０が全長にわたって形成されており、これら凸条６０の内周面が軸受面６０ａである。そして、凸条６０の間にスパイラル状の溝６１が形成されている。
【００３１】
なお、上記実施形態では内周溝としてヘリングボーン模様を呈する溝や中逃げ部を形成したが、幅の小さい環状の溝や、そのような溝を複数形成することも、本発明を適用することにより可能である。また、ワークＷは焼結後に加工を施していない焼結体や、一度サイジングされた焼結体を用いることができ、しかも、そのような焼結体をハウジングに圧入した状態として同様に内周溝を形成することもできる。さらに、本発明を適用して内周溝を形成した後にサイジングを施すなど、通常行われている焼結軸受の加工方法との組み合わせを、求められる軸受に応じて適宜に行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受素材に対して偏心させて挿入したコアロッドの凸条の一部を、軸受素材の内周面に押圧した状態とし、コアロッドまたは軸受素材を径方向に振動させながら、コアロッドと軸受素材とを同じ回転速度で軸回りに回転させ、コアロッドの凸条を軸受素材の内周面に打撃して刻印するので、スプリングバックが生じない軸受素材、あるいはスプリングバックを期待することのできない軸受素材であっても、内周溝を確実に形成することができる。また、そのような軸受素材に、軸方向に対して傾斜した内周溝を容易かつ確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内周溝の形成方法を好適に実施し得る加工装置の側断面図であって、図４のI−I線矢視図である。
【図２】図５のII−II線矢視図である。
【図３】同装置のワークの離型状態を示す側断面図である。
【図４】同装置のスライドブロックがワークセット／離型位置にある状態の平面図である。
【図５】同装置のスライドブロックがワーク加工位置にある状態の平面図である。
【図６】同装置によって内周溝を形成している状態の平面図である。
【図７】（ａ）は一実施形態に係るコアロッドの側面図、（ｂ）〜（ｄ）はコアロッドの他の形態を示す側面図である。
【図８】（ａ）は一実施形態に係るコアロッドによって内周溝が形成されたワークの縦割り断面図、（ｂ）〜（ｄ）は内周溝の他の形態を示すワークの縦割り断面図である。
【符号の説明】
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…コアロッド
３２…コアロッドの凸条
６１…軸受素材の溝（内周溝）
Ｗ…ワーク（軸受素材）
Ｗ_１…軸孔

Claims

焼結体からなる円筒状の軸受素材の軸孔に、該軸孔よりも小径の凸条が外周面に形成されたコアロッドを挿入し、かつ、コアロッドを軸受素材の軸孔に対して偏心させることにより、コアロッドの凸条の一部を軸受素材の内周面に押圧した状態とし、コアロッドまたは軸受素材を径方向に振動させながら、コアロッドと軸受素材とを同じ回転速度で軸回りに回転させ、コアロッドの凸条を軸受素材の内周面に打撃して刻印することを特徴とする焼結軸受の内周溝の形成方法。
前記凸条は前記コアロッドの軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の焼結軸受の内周溝の形成方法。
前記凸条は螺旋模様またはヘリングボーン模様を呈していることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結軸受の内周溝の形成方法。
前記コアロッドまたは前記軸受素材を振動させる際の振動数が、５０Ｈｚ〜高周波領域の範囲から選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結軸受の内周溝の形成方法。
前記軸受素材がハウジングに圧入されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焼結軸受の内周溝の形成方法。