JP3883179B2 - 焼結滑り軸受の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、焼結軸受のうち、特に軸受表面或いは動圧溝面を封孔した焼結滑り軸受の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
焼結軸受には、摺動面を自己潤滑する含油軸受、該含油軸受の内周或いは端面に溝を備えた動圧溝付き含油軸受、コップ状のハウジング内に滑り軸受や動圧溝付き滑り軸受が装着され、軸受周囲に潤滑油が充填供給される流体式滑り軸受（特開昭６４−８３９２０号等）がある。流体式滑り軸受は、レーザビームプリンタのポリゴンミラー駆動やディスク駆動スピンドルモータ等に用いられている。潤滑油は低粘度の油や磁性流体で構成される。磁性流体を用いるものは永久磁石が軸受に隣接して設けられる。この滑り軸受では、動圧作用をより高くするため軸受のうち軸受面等の気孔を封鎖したり少なくされる。この封孔としては、焼結軸受を高密度に成形する方法以外に、軸受を各種ブラストやタンブラー処理で封孔したり、樹脂を気孔内に含浸硬化する方法が採用される（特開平１１−６２９４８号等）。樹脂の封孔では樹脂含浸、余剰樹脂の除去、樹脂硬化の手順で行われる（特開平７−２１６４１１号等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記樹脂を用いた封孔では、軸受を高密度化するような重量増の問題がなく、また製造効率が他の封孔方法に対し比較的良いが次のような問題がある。即ち、この封孔処理では含浸された樹脂が硬化するときに収縮するため、含浸量及び収縮率のバラツキにより表面開口率又は封孔度合を安定化し難いと共に、１回の含浸硬化により完全に閉塞できず、また、樹脂の硬化状態において硬化体上の平面性も損なわれている。樹脂を確実充分に含浸させるためには、使用樹脂の粘度を低くすると共に真空含浸等の採用も考えられるが、時間がかかり非効率となる。なお、流体式の滑り軸受では、特開平１０−１１２９５５号記載の如く軸受の気孔に熱膨張係数が軸受材より大きな熱可塑性樹脂を含浸・硬化して、低温度状態では気孔内で微小隙間を形成しておき、温度上昇したとき樹脂の膨張により前記微小隙間を塞ぐようにすることもあるが、樹脂量を制御して含浸させたり硬化することは困難である。
【０００４】
本発明は以上のような課題を解消することを目的としている。具体的には、樹脂を用いた封孔処理において、気孔内隙間をより縮小又は閉塞した焼結滑り軸受を少ない工程で品質を保って安定製造可能にすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、焼結体の気孔を樹脂で封孔した焼結滑り軸受の製造方法において、圧粉成形体を焼結した焼結体又は該焼結体を予備サイジングした多孔質焼結体の気孔に樹脂を含浸し硬化させた後、前記焼結体を金型に入れ圧力を加える塑性加工により樹脂の硬化収縮等に起因して生じる気孔内の隙間を縮小又は閉塞することを特徴としている。
【０００６】
以上の発明において、樹脂の含浸硬化は、圧縮形成された圧粉成形体を焼結したままの焼結体、又は該焼結体を予備サイジングした多孔質焼結体に行われる。これは、前記焼結体や多孔質焼結体が二次加工として行われるコイニングやサンジングにより再圧縮されると、気孔がその圧縮力により縮小変形されて樹脂の含浸性が悪くなり、常圧含浸では含浸量のバラツキや含浸不足、それに起因する脱落等の発生を防ぐことにある。即ち、前記焼結体や多孔質焼結体の気孔に樹脂を含浸し硬化したものを、金型に入れて塑性加工することにより、気孔内の樹脂が気孔の縮小変形によって密充填や完封止状態となり気孔内隙間を確実かつ理想的に閉塞に近づけることができる。
ここで、軸受形態によっては、前記の塑性加工を行ったものを、更に前記した二次加工としてコイニング又はサイジングが施されることもある。より具体的には、樹脂を含浸硬化した後に行う塑性加工により気孔内の隙間を縮小又は閉塞し、後に続く二次加工としてのコイニングやサイジングで専ら溝等を造成する態様、樹脂を含浸硬化した後に行う塑性加工により気孔内の隙間を設計値まで縮小し、後に続く二次加工としてのコイニングやサイジングで溝等を造成すると共に前記縮小された気孔内の隙間を更に縮小又は閉塞する態様を含む。また、請求項２に記載の如く前記焼結体や多孔質焼結体について二次加工として行われる形状や寸法出し用のコイニング又はサイジングを兼ねることも可能である。この態様では、塑性加工用の金型を追加することなく実施できる。なお、予備サイジングした多孔質焼結体は、軸受形態が小型で摺動面等の寸法精度を高く要求されるような場合、最終的により精度を上げるため焼結体の気孔を完全に潰れないようにして予備サイジングを施したものであり、それに樹脂を含浸硬化し、前記と同様に塑性加工、又は／及びそれを兼ねたり更に行われる二次加工としてのコイニングやサイジングを施すことになる。使用される樹脂は、含浸性から濡れ性があり粘性が低いことが好ましく、市販品の比較試験からはアクリル系の熱硬化性樹脂が好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の滑り軸受の製造方法を更に説明する。この説明では、対象の多孔質焼結体、樹脂の含浸・硬化、塑性加工、軸受特性の順に詳述する。
【０００８】
（１．多孔質焼結体）対象の焼結体は、原料粉末を成形金型（ダイ孔付きダイ、ダイ孔に挿入されるコアロッド、上下のパンチ）で圧縮した圧粉成形体を焼結した焼結体、又は該焼結体を気孔が完全に潰れないよう予備サイジングした多孔質焼結体である。原料粉末は鉄系や銅系等であるが特に限定されない。密度もハンドリングできる程度から通常の焼結含油軸受より高いものであっても差し支えない。即ち、焼結体又は多孔質焼結体は、二次加工のコイニング又はサイジングにより気孔が完全に潰されていないものであり、気孔内への樹脂の含浸を行えることが目安となる。これは、製造工程を簡略化するだけではなく、樹脂の含浸性を維持する上で必須となる。
【０００９】
（２．樹脂の含浸・硬化）使用する樹脂に必要なことは、含浸し易いこと、樹脂含浸したとき、軸受表面に付着する樹脂が少なく除去が容易であること、樹脂が潤滑油に対して耐久性があることも必要であり、耐熱性、摺動特性が良いものであればより好ましい。このような樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を問わないが、含浸性から、加熱硬化性の樹脂液、溶媒を添加して低粘度化した熱可塑性の樹脂液が挙げられる。各種の樹脂を試験した結果では、アクリル系熱硬化性樹脂が総合して良好である。このような樹脂は、例えば、ヘンケルジャパン（株）製の製品名ＬＥＳＩＮＯＬ-９０Ｃが挙げられる。含浸操作は、通常の減圧含浸が好ましいが常圧含浸でよく、前記樹脂液を焼結体に含浸し、沸騰水中で樹脂硬化させたのち、湯洗又は水洗して表面を清浄にし乾燥する。これにより、焼結体の気孔に樹脂を充填硬化した軸受素材が得られる。樹脂は、焼結体の中心部にある気孔にも充填されている状態が好ましいが、表層部の気孔に充填されており中心部が不完全な状態であっても差し支えない。なお、この状態では、樹脂が気孔を封孔し、通油性が著しく悪くなっているが、多孔質燒結体の密度が低いものほど連通孔が残っている。
【００１０】
（３．塑性加工）以上のようにして、樹脂が含浸された焼結体（以下、これを軸受素材という）は金型で塑性加工される。この塑性加工では、専用の金型以外にコイニング又はサイジング用金型を用いることができる。前記軸受素材は、金型内で加圧されて一部或いは全体が圧縮されると、その部分の軸受素材の気孔が縮小し、気孔に充填硬化されている樹脂を閉じ込めるように圧迫し、最初にあった軸受素材の気孔と樹脂との隙間を減らし連通孔を閉塞する。この場合、大きい気孔であった部分で完全に隙間が閉塞していなくても、その大きい気孔を囲んでいる比較的小さい気孔部分で閉塞していれば、通油性を遮断できる。軸受素材を積極的に圧縮する箇所は、内周面や端面等の必要部分又は全体であり必要に応じ設定される。
【００１１】
塑性加工は、焼結体（軸受素材）の形状や寸法出し用のコイニング又はサイジングを兼ねることもできる。この場合は、塑性可能用金型を追加することなく実施でき、圧粉成形、焼結、樹脂の含浸・硬化、コイニング又はサイジングの製造手順となる。このうち、コイニングの形態は、スラスト荷重を受ける軸受端面に動圧溝を形成する場合が挙げられる。軸受素材は、凸状を備えたパンチで押圧刻印されると、軸受端面及び凸状に対応する溝部は気孔と樹脂の隙間が縮小又は閉塞される。これに対し、サイジングは金型（ダイ、ダイ孔付きのダイ、ダイ孔に挿入されるコアロッド、上下パンチ）を用いる通常の方法である。軸受材料、大きさ、形状、サイジング変形量等により、ネガテブサイジングとするかポジテブサイジングとするかが適宜決定される。サイジングでは、樹脂含浸された軸受素材を圧縮し、密度を上昇させることにより、気孔と樹脂の隙間を縮小又は閉塞させる。内周に軸方向と平行な動圧溝を形成する場合には、溝のない軸受素材を用い、サイジングのときにコアロッドにより溝を形成すると、溝部はより緻密化して、封孔がより完全なものとなる。この態様の溝部はポジテブザイジングである。ヘリングボーン模様の溝をコアロッドで設けるときはネガテブサイジングとされる。滑り軸受の形状によってはサイジングとコイニングが同時に行われる。
【００１２】
（４．軸受特性）以上のようにして得られる焼結滑り軸受は、含油性、通油性がないものであり、回転軸との摺動面に潤滑油を介在させ運転したとき、含油軸受のように気孔に油を吸い込むことによる摺動部の油圧低下が起こらないので、面圧が高い軸受要素でも滑り特性が良好である。この焼結滑り軸受は、給油機構を備えている軸受要素に好適であり、外部に給油器を備えているもの、或いはスピンドルモータ用軸受のように、軸受収納容器内に潤滑油を充填した態様で用いられる。また、この製造方法を動圧溝がない平滑な摺動面の軸受に適用した場合でも、軸受摺動部に絶えず潤滑油が供給される構造の軸受要素として用いれば、前記した油圧の作用と効果が得られる。最適な適用例は、摺動部に動圧溝がある軸受、特にスピンドル軸受である。軸受摺動面の溝は封孔されて油圧の逃げが完全になくなるため、より高い動圧効果が得られる。又、この方法によれば、低密度の多孔質焼結体に適用すれば滑り軸受を軽量化できる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、焼結体又は多孔質焼結体の気孔に樹脂を含浸し硬化させた後、焼結体を金型に入れ圧力を加える塑性加工により気孔内の隙間を縮小又は閉塞することから、気孔内隙間を完全な閉塞により確実に近づけることが可能となり、定品質の焼結滑り軸受を少ない工程で、品質バラツキを抑えて製造できる。この結果、本発明は、製造工程を複雑化したりコスト増を抑えて気孔を封孔し、含油性及び通油性のない滑り軸受、特には摺動部に動圧溝を設けた軸受に適用して、レーザプリンタのポリゴンミラーの駆動用や、コンピュータのハードディスク駆動用のスピンドルモータ軸受要素に用いれば、より優れた動圧効果を発揮し、高速回転性能の向上に寄与できる。

Claims (2)

1. 焼結体の気孔を樹脂で封孔した焼結滑り軸受の製造方法において、
   圧粉成形体を焼結した焼結体又は該焼結体を予備サイジングした多孔質焼結体の気孔に樹脂を含浸し硬化させた後、前記焼結体を金型に入れ圧力を加える塑性加工により樹脂の硬化収縮等に起因して生じる気孔内の隙間を縮小又は閉塞する、ことを特徴とする焼結滑り軸受の製造方法。
2. 前記塑性加工は、前記焼結体の形状や寸法出し用のコイニング又はサイジングを兼ねている請求項１に記載の焼結滑り軸受の製造方法。