JP4049351B2 - 軸受の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密機器に内蔵されるスピンドルモータの駆動軸等、比較的高速で回転する軸を高精度で支持する場合に用いて好適な軸受の製造方法に関する。本発明は、素材を圧縮することにより塑性変形を生じさせて所望形状の軸受を得る技術であって、素材としては、主に、圧粉体を焼結させた焼結体あるいは焼結体にサイジング（再圧縮）を施してなる円筒状の多孔質体が用いられる。また、本発明によって製造された軸受は、潤滑油が含浸され、焼結含油軸受として好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
上記焼結含油軸受は、焼結体に含浸された潤滑油が内径面にしみ出し、内径面と回転軸との間に油膜が形成されることにより、摩擦抵抗が低減して騒音や振動が抑えられるといった特性を有する。また、振動や騒音の抑制効果をさらに高めた焼結含油軸受として、軸方向中央部の内径面に、内径が回転軸の外径より僅かに大きく回転軸と接触しない隙間（以下、中逃げ部と称する）を形成し、回転軸の軸支面を両端部の内径面に限定した２点支持構造として摩擦抵抗の低減効果と回転軸の支持力をより安定化させたものがある。
【０００３】
焼結含油軸受は、通常、原料の金属粉末を圧縮成形して得た円筒状の圧粉体を焼結し、焼結体をサイジングして最終形状に仕上げるといった工程を主体として製造されている。ところで、上記中逃げ部を有する軸受を製造する場合、その中逃げ部を焼結体への機械加工で形成すると、内径面に表出している気孔が潰れて潤滑油の循環作用に支障を来すことになる。このため、焼結体のサイジング工程で中逃げ部を同時に形成するか、もしくはサイジング後にもう１度焼結体を圧縮して中逃げ部を独自に形成する方法が好ましい。
【０００４】
そのような方法としては、例えば、特公平８−６１２４号公報に記載の方法が挙げられる。図７（ａ）は、同公報に記載の方法を概念的に示しており、同図の左半分は成形前、右半分は成形後の状態を示している。これによると、軸方向一端部に小径孔５０ａを有し、小径孔５０ａ以外の内径面が大径内径面５０ｂとされた円筒状の焼結体５０を、大径内径面５０ｂ側の端部から金型５１内に装入し、焼結体５０にコアロッド（公報ではサイジングコア）５２を挿入する。次いで、焼結体５０を上パンチ５２によって降下させるとともに、上下のパンチ５２，５３により軸方向に圧縮する。金型５１には、焼結体５０の押し込み方向先端側に絞り部５１ｃが形成されており、この絞り部５１ａに倣って塑性変形した焼結体５０の端部が縮径し、この縮径した絞り部５０ｃと、小径孔５０ａの内径面がコアロッド５２にそれぞれ圧接して回転軸を支持する軸支面（軸受面）５４が形成される。また、これら軸受面５４間の内径面は、軸受面５４よりも大径で回転軸が接触しない中逃げ部（非接触面）５５とされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の成形方法のように、焼結体５０の端部を１段階縮径して絞り部５０ｃを形成し、この絞り部５０ｃの内径面を軸支面５４に形成する場合、次のような問題があった。すなわち、図７（ｂ）に示すように、絞り部５０ｃが形成される際に生じる肉の塑性流動が、主に矢印の方向に流れることから、軸支面５４においては、ａで示す奥側が密になり、ｂで示す端面側に向かうほど粗になりやすい。このように軸支面５４の密度（気孔率）に差異が生じると、潤滑油が粗部に吸収されて潤滑油の浪費を招いたり、軸支面５４と回転軸との間の油圧が低下して回転軸の支持力が不安定になったりする問題が起こる。
【０００６】
したがって本発明は、絞り部とともに軸支面を形成して２点支持構造の軸受を製造するにあたり、軸支面の密度を均等化させて回転軸の支持力を安定化させることができる軸受の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コアロッドが挿入された円筒状の素材を、成形型内において軸方向に圧縮すると同時に、素材の少なくとも軸方向一端部を成形型に形成された絞り形成部に圧入することにより、該端部の外径および内径を縮小させて絞り部を形成するとともに、この絞り部の内径面をコアロッドに圧接させて回転軸を支持する軸支面に形成する一方、この軸支面に連続する軸方向中央部の内径面に、回転軸と接触しない中逃げ部を形成する軸受の製造方法において、絞り部の内径面である軸支面を、絞り部の外径面を端面に向かうにしたがって複数段階に縮径させることにより形成することを特徴としている。
【０００８】
本発明では、絞り部の外径面を端面に向かうにしたがって複数段階に縮径させることにより、絞り部が形成される際に、この絞り部の内径面すなわち軸支面に向かう塑性流動の主な流れが、縮径される段階の数に応じて生じる。複数の塑性流動の流れは軸支面の奥側から端面側に向かって並ぶように生じ、塑性流動は軸支面全長にわたって十分に作用する。このため、端面側の軸支面の密度が粗になりにくく、軸支面の密度が軸方向に均等化する。その結果、粗部からの潤滑油の浪費は生じず、また、軸支面と回転軸との間の保油量ならびに油圧が全長にわたって均等化するので、回転軸の支持力を安定化させることができる。
【０００９】
絞り部の外径面を複数段階に縮径させるには、複数の円筒部の組み合わせで構成したり、複数のテーパ部で構成したりすることができる。また、円筒部とテーパ部を組み合わせてもよい。
【００１０】
また、本発明では、軸受の素材が、軸方向一端部に内径小径部を有する形態において、素材の外面に、成形型内への装入方向を誤ることなく判別するための装入方向検知手段が設けられていることを特徴としている。この場合、素材は、内径小径部が形成されていない側の端部から成形型内に装入され、軸方向に圧縮されると、内径小径部の内径面がコアロッドに圧接して一方の軸支面が形成され、装入方向先端部が成形型の絞り部に圧入されて絞り部に形成され、その内径面がコアロッドに圧接して他方の軸支面が形成される。つまり、内径小径部を後端側にして装入しなければ両端部に軸支面が形成されず、したがって、装入方向を明白に判別することができるようにしておくことが好ましい。そこで、本発明のように、内径小径部が形成されている軸方向一端部がどちらであるかを判別するための装入方向検知手段を素材の外面に設け、それにしたがって素材を成形型に装入すれば、装入方向を誤ることなく軸受の製造を確実に行うことができる。本発明は、外径がストレートで外面の形状に特徴が見られない素材において特に有効である。
【００１１】
装入方向検知手段としては、例えば、内径小径部が形成されていない側の端部を僅かに小径としたり、その端部の外周縁を面取りしたりする手段が挙げられる。このような手段によれば、成形型の絞り形成部への圧入およびこれに伴って生じる塑性変形がスムーズになされるので好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る軸受の成形工程を（ａ），（ｂ）の順に示している。本実施形態の成形装置は、パンチガイド２０と、パンチガイド２０に摺動自在に挿入される円筒状の上下のパンチ（成形型）２１，２２と、上下のパンチ２１，２２の軸心に摺動自在に挿入されるコアロッド３０とから構成されている。上下のパンチ２１，２２は、上下対称とされた同一構成のもので、互いに対向するパンチ面の中心に、円形の成形孔２３が形成されている。この成形孔２３は、入口側の開口部２３ａから奥側に向かうにしたがって２段階に縮小しており、内径がそれぞれ均一な第１絞り形成部２３ｂと第２絞り形成部２３ｃとが同心的に形成されている。各絞り形成部２３ｂ，２３ｃは、内径が均一の円筒状で、第１絞り形成部２３ｂから第２絞り形成部２３ｃへの移行部は、なだらかなテーパ状に形成されている。
【００１３】
図１（ａ）に示す素材１Ａは、焼結体もしくは焼結体にサイジングを施して成形された多孔質体である。この素材１Ａは、内径および外径がともに均一の単純な円筒である。素材１Ａの内径はコアロッド３０の直径よりも大きく、コアロッド３０が挿入された状態で、その内径面とコアロッド３０との間に微小な隙間が形成される寸法に設定されている。また、外径は上下のパンチ２１，２２の成形孔２３の開口縁よりも僅かに小さく、開口部２３ａ内に端面の外周縁が入り込む寸法に設定されている。なお、素材１Ａの内径はコアロッド３０が摺動しながら挿入される程度に小さい寸法であってもよい。
【００１４】
次に、成形装置により素材１Ａを成形して軸受を製造する手順を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、上下のパンチ２１，２２の間に素材１Ａを挟み込むとともに、下パンチ２２に挿入したコアロッド３０を素材１Ａに貫通させ、さらに上パンチ２１に挿入する。素材１Ａの上下端面の外周縁を成形孔２３の開口部２３ａ内に入り込んだ状態とし、素材１Ａをコアロッド３０と同軸的に配置する。次いで、図１（ｂ）に示すように、上パンチ２１を降下させ、上下のパンチ２１，２２により素材１Ａを軸方向に圧縮する。
【００１５】
軸方向に圧縮された素材１Ａの上下端部は、それぞれ上下のパンチ２１，２２の成形孔２３に圧入され、成形孔２３の内径面形状に倣って塑性変形する。これにより、第１の絞り形成部２３ｂに応じた第１の絞り部１１ｂと、第２の絞り形成部２３ｃに応じた第２の絞り部１１ｃが形成される。また、素材１Ａの軸方向中央部は上下のパンチ２１，２２間の開放部分に膨出する。このような塑性変形が生じることにより、素材１Ａの上下端部の内径面はコアロッド３０に圧接して回転軸を支持する軸支面１２に形成され、これら軸支面１２間には回転軸に接触しない中逃げ部１３が形成される。
【００１６】
以上のようにして素材１Ａが圧縮成形され、軸受１０Ａが成形される。軸受１０Ａは、上パンチ２１を上昇させてパンチガイド２０から離脱させ、次いで、下パンチ２２を上昇させることにより取り出すことができる。軸受１０Ａを使用に供する際には、潤滑油を含浸して焼結含油軸受とされる。
【００１７】
軸受１０Ａの上下端部に形成された絞り部は、端面に向かうにしたがって２段階に縮径され、第１の絞り部１１ｂと第２の絞り部１１ｃとが形成されている。これら絞り部１１ｂ，１１ｃが形成される際には、図２に示すように、軸支面１２に向かう塑性流動の主な流れ（矢印で示す）が２つ生じ、塑性流動は軸支面１２の全長にわたって十分に作用する。このため、従来のように端面側の軸支面１２の密度が粗になる不具合は解消され、軸支面１２の密度が軸方向に均等化する。その結果、潤滑油の浪費は生じず、また、軸支面１２と回転軸との間の保油量ならびに油圧が全長にわたって均等化するので、回転軸の支持力を安定化させることができる。
【００１８】
また、２つの軸支面１２は、素材１Ａの内径面をコアロッド３０に強く圧接させることにより形成されるので、その内径および同軸度が高い精度で一致し、加えて高密度化する故、耐摩耗性および回転軸の支持力に優れる。一方、中逃げ部１３はコアロッド３０に圧接しないから軸支面１２よりも密度は低くなる。このため、潤滑油の含有量を増大させることができ、軸支面１２の潤滑性の向上が図られる。これらの結果、軸受１０Ａは優れた軸受性能を発揮する。
【００１９】
（２）第２実施形態
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態の成形装置は、図３に示すように、ダイ（成形型）４０と、ダイ４０に挿入される上下のパンチ４１，４２と、コアロッド３０とから構成されている。ダイ４０の成形孔４３は、素材の入口側（上側）に開口する主部４３ａが主体とされて奥部が２段階に縮径しており、内径がそれぞれ均一な第１の絞り形成部４３ｂと第２の絞り形成部４３ｃとが形成されている。上パンチ４１は主部４３ａに摺動自在に挿入されるようになされ、下パンチ４２は第２の絞り形成部４３ｃに摺動自在に挿入されるようになされている。
【００２０】
図３（ａ）に示す素材１Ｂは、軸方向一端部の外径が他の外径部分よりも大きい外径大径部４ｂを有し、一方、内径は均一な円筒状の焼結体である。素材１Ｂの内径はコアロッド３０の直径よりも大きく、コアロッド３０が挿入された状態でコアロッド３０と内径面との間に微小な隙間が形成される寸法に設定されている。また、外径大径部４ｂの外径は成形孔４３の主部４３ａの内径よりも大きく、外径大径部４ｂ以外の外径部分である外径小径部４ａの外径は、主部４３ａに中間嵌めの状態で嵌合する寸法に設定されている。外径小径部４ａの外径は、成形孔４３の主部４３ａの内径よりも大きくて主部４３ａに圧入される寸法か、逆に主部４３ａの内径よりも小さくて主部４３ａに遊嵌される寸法であってもよい。
【００２１】
次に、成形装置により素材１Ｂを成形して軸受を製造する手順を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、外径小径部４ａを成形孔４３の主部４３ａに押し込んで嵌合させるとともに、コアロッド３０を素材１Ｂに貫通させる。次いで、図３（ｂ）に示すように、上パンチ４１を降下させ、上下のパンチ４１，４２により素材１Ｂを成形孔４３に圧入するとともに、軸方向に圧縮する。
【００２２】
成形孔４３に圧入され、軸方向に圧縮された素材１Ｂは、成形孔４３の内径面形状に倣って塑性変形する。すなわち、上端部の外径大径部４ｂは成形孔４３の主部４３ａの内径面の圧迫を受けて消滅する。そして、消滅した分の肉が内側に塑性流動して突出し、その内径面がコアロッド３０に圧接して軸支面１２が形成される。一方、素材１Ｂの下端部には、第１の絞り形成部４３ｂに応じた第１の絞り部１１ｂと、第２の絞り形成部４３ｃに応じた第２の絞り部１１ｃが形成される。これにより、下端部の内径面は内側に突出してコアロッド３０に圧接し、軸支面１２が形成される。軸方向への圧縮を受けた素材１Ｂは、上下端部の軸支面１２がコアロッド３０に強く圧接するとともに、軸支面１２間の内径が外側に膨出し、中逃げ部１３が形成される。このようにして素材１Ｂが圧縮成形され、軸受１０Ｂが成形される。軸受１０Ｂは、上パンチ４１を上昇させてダイ４０から離脱させ、次いで、下パンチ４２を上昇させることにより取り出すことができる。
【００２３】
上記第２実施形態で製造された軸受１０Ｂの下端部には、第１、第２の絞り部１１ｂ，１１ｃが形成され、このように絞り部が２段階に形成されることにより、絞り部とともに形成される軸支面１２の密度が均等化される作用効果を、上記第１実施形態と同様に得ることができる。また、上記第２実施形態で用いた素材１Ｂは、外径が上端部側に均一な外径の外径大径部４ｂを備えたものであったが、この外径大径部４ｂを、上端部側が比較的大径で外径小径部４ａ側を比較的小径とした２段形状、あるいはテーパ状にしたものを用いることができる。このような素材１Ｂは、成形孔４３に圧入されたときの変形量は上端側の方が大きいことから、製造された軸受１０Ｂの上端部側の軸支面１２の密度が高くなり、このため、軸受の大きさや材質等に応じて一端側の密度を他端側よりも高く設定したい場合に好適である。
【００２４】
（３）第３実施形態
次に、図４を参照して本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、上記第２実施形態の成形装置を用い、図４（ａ）に示す素材１Ｃから軸受を製造する。素材１Ｃは、軸方向一端部の内径が他の内径部分よりも小さい内径小径部３ａを有し、内径小径部３ａとは反対側の端部には、外径小径部（装入方向検知手段）４ｃが形成されている。内径小径部３ａの内径は、コアロッド３０が摺動しながら挿入される寸法に設定されている。内径小径部３ａ以外の内径部分である内径大径部３ｂの内径はコアロッド３０の直径よりも大きく、その内径面とコアロッド３０との間に隙間が形成される寸法に設定されている。外径小径部４ｃの外径は、成形孔４３の第１の絞り形成部４３ｂの内径と同等の寸法に設定され、外径小径部４ｃ以外の外径部分である外径大径部４ｂの外径は、成形孔４３の主部４３ａに中間嵌めの状態で嵌合する寸法に設定されている。
【００２５】
次に、成形装置により素材１Ｃを成形して軸受を製造する手順を説明する。まず、図４（ａ）に示すように、外径小径部４ｃ側から素材１Ｃを成形孔４３の主部４３ａに押し込んで嵌合させるとともに、コアロッド３０を素材１Ｃに貫通させる。次いで、図４（ｂ）に示すように、上パンチ４１を降下させ、上下のパンチ４１，４２により素材１Ｃを成形孔４３に圧入するとともに、軸方向に圧縮する。
【００２６】
成形孔４３に圧入され、軸方向に圧縮された素材１Ｃは、成形孔４３の内径面形状に倣って塑性変形し、下端部には、第２実施形態と同様に第１の絞り部１１ｂと第２の絞り部１１ｃが形成される。また、両端部内径面はコアロッド３０に強く圧接して軸支面１２が形成され、軸支面１２間には中逃げ部１３が形成される。このようにして素材１Ｃが圧縮成形され、軸受１０Ｃが成形される。軸受１０Ｃは、上パンチ４１を上昇させてダイ４０から離脱させ、次いで、下パンチ４２を上昇させることにより取り出すことができる。
【００２７】
上記第３実施形態によっても、絞り部が２段階に形成されることにより軸支面の密度が均等化される作用効果を、上記第１、第２実施形態と同様に得ることができる。
【００２８】
また、第３実施形態の素材１Ｃによれば、外径小径部４ｃを目印として、この外径小径部４ｃ側から素材１Ｃを成形孔４３に装入することにより、軸支面１２を両端部に確実に形成することができる。つまり、素材１Ｃの外径面がストレートであると、内径小径部３ａが形成されている端部が判別しづらく、誤って内径小径部３ａ側から素材１Ｃを成形孔４３に装入してしまうおそれがあり、その場合には、両端部に軸支面１２が形成されない。しかしながら、本実施形態の素材１Ｃには外径小径部４ｃが形成されているので、内径小径部３ａの形成位置を明白に判別することができ、２つの軸支面１２を有する軸受を確実に製造することができる。
【００２９】
本発明に係る装入方向検知手段は、装入方向を定めることができる形態であればいかなる形態であってもかまわないが、第３実施形態の外径小径部４ｃのように、装入方向端部を小径とすることにより、成形孔４３の絞り形成部（第１、第２の絞り形成部４３ｂ，４３ｃ）への圧入およびこれに伴って生じる塑性変形がスムーズになされるので好ましい。
【００３０】
（４）他の実施形態
▲１▼絞り部
上記第１〜第３実施形態では、軸受の端部に形成した第１、第２の絞り部１１ｂ，１１ｃの外径面は、いずれも外径が均一の円筒部であったが、２段階に縮径する絞り部を形成する場合、図５（ａ）に示すように、第１の絞り部１１ｂがテーパ部で、第２の絞り部１１ｃが円筒部といった組み合わせにしてもよい。また、テーパ部と円筒部の組み合わせ順を、この逆にすることもできる。また、図５（ｂ）に示すように、第１、第２の絞り部１１ｂ，１１ｃを、いずれもテーパ部で構成してもよい。
【００３１】
上記第１〜第３実施形態では、いずれも絞り部を２段階に縮径させた構成としているが、絞り部の数はこれに限定されず、３段階あるいはそれ以上の複数段階に縮径してもよい。
【００３２】
▲２▼素材の形状
素材としては、上記素材１Ａ〜１Ｃ以外の様々な円筒形状のものを適用することができる。図６（ａ）〜（ｄ）は、その例を示している。（ａ）は外径面がストレートで軸方向一端部に内径小径部３ａを有するもの、（ｂ）は軸方向一端部に内径小径部３ａおよび外径大径部を有するもの、（ｃ）は軸方向一端部にフランジ５を有するもの、（ｄ）は軸方向一端部に内径小径部３ａとフランジ５を有するもの、である。なお、フランジ５は圧縮成形後も残存し、例えば、固定手段や位置決め手段として利用される。
【００３３】
▲３▼動圧溝
上記第１〜第３実施形態における軸支面１２は平滑な周面であったが、この軸支面１２に動圧溝を形成してもよい。動圧溝は、例えば、軸支面１２に形成される素材の内径面が圧接するコアロッド３０の外面に、動圧溝形成用の凸部または凹部を形成しておき、この凸部または凹部を軸支面１２に刻設させることにより、圧縮成形と同時に形成することができる。
【００３４】
軸支面１２に動圧溝を形成すると、両端部の各軸支面１２により回転軸を支持する２点支持構造に加え、動圧溝に発生する動圧効果（動圧溝に流入する潤滑油の高圧化に伴う剛性向上）によって回転軸の支持力が相乗的に高まり、回転軸の支持力がより安定する。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絞り部とともに軸支面を形成して２点支持構造の軸受を製造するにあたり、絞り部の外径面を端面に向かうにしたがって複数段階に縮径させるので、軸支面の密度を均等化させることができ、その結果、回転軸の支持力を安定化させることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る軸受の製造工程を（ａ），（ｂ）の順に示す縦断面図である。
【図２】 第１実施形態によって絞り部を２段階に形成した際の作用を説明するための縦断面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態に係る軸受の製造工程を（ａ），（ｂ）の順に示す縦断面図である。
【図４】 本発明の第３実施形態に係る軸受の製造工程を（ａ），（ｂ）の順に示す縦断面図である。
【図５】 （ａ），（ｂ）は本発明に係る絞り部の他の形態を示す縦断面図である。
【図６】 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係る素材の他の形態を示す縦断面図である。
【図７】 （ａ）は従来の軸受の製造方法の一例を示す縦断面図、（ｂ）は従来の課題を説明するための絞り部の縦断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…素材、３ａ…内径小径部、
４ｃ…外径小径部（装入方向検知手段）、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…軸受、
１１ｂ…第１の絞り部、１１ｃ…第２の絞り部、１２…軸支面、
１３…中逃げ部、２１…上パンチ（成形型）、２２…下パンチ（成形型）、
２３ｂ，４３ｂ…第１の絞り形成部、２３ｃ，４３ｃ…第２の絞り形成部、
３０…コアロッド、４０…ダイ（成形型）。

Claims (5)

1. コアロッドが挿入された円筒状の素材を、成形型内において軸方向に圧縮すると同時に、素材の少なくとも軸方向一端部を成形型に形成された絞り形成部に圧入することにより、
   該端部の外径および内径を縮小させて絞り部を形成するとともに、この絞り部の内径面をコアロッドに圧接させて回転軸を支持する軸支面に形成する一方、この軸支面に連続する軸方向中央部の内径面に、回転軸と接触しない中逃げ部を形成する軸受の製造方法において、
   前記絞り部の内径面である前記軸支面を、絞り部の外径面を端面に向かうにしたがって複数段階に縮径させることにより形成することを特徴とする軸受の製造方法。
2. 前記絞り部が、複数の円筒部の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の軸受の製造方法。
3. 前記絞り部が、複数のテーパ部の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の軸受の製造方法。
4. 前記絞り部が、円筒部とテーパ部の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の軸受の製造方法。
5. 前記素材は軸方向一端部に内径小径部を有し、この素材の外面に、成形型内への装入方向を誤ることなく判別するための装入方向検知手段が設けら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軸受の製造方法。

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