JP4758595B2

JP4758595B2 - 動圧発生溝を備えた軸受

Info

Publication number: JP4758595B2
Application number: JP2002284392A
Authority: JP
Inventors: 輝夫清水; 恒夫丸山
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004115898A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧発生溝を備えた軸受とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の焼結合金を用いるものとして、回転軸を支承する軸受などの摺動部材があり、その焼結合金は、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を焼結して得られる。
【０００３】
前記焼結合金は、例えば、鉄系や銅系の原料粉末を用いて成形され、鉄系の原料粉末を用いれば強度的に優れた軸受が得られるものの、一般に回転軸には鋼などの鉄系材料が用いられ、このように軸受及び回転軸に同種の材料を用いると、摩擦抵抗が大となり、溶着摩耗の発生を招き、耐久性が損われる。一方、銅系の原料粉末を用いれば、軸受と回転軸との摩擦抵抗が極めて小さくなるが、軸受側の摩耗が大となり、耐久性を損う。
【０００４】
また、このように軸受において、回転体との摺動面に動圧発生溝を設け、この動圧発生溝によって回転体を支える動圧を発生させるようにした動圧軸受も知られている。
【０００５】
例えば特開平１０−１４１３５８号公報（特許文献１）などで開示される筒状の動圧軸受は、軸体を回転自在に支持する軸受の内周面に第１の傾斜溝部と第２の傾斜溝部とを対称に対向させ、これら第１の傾斜溝部と第２の傾斜溝部を円周方向に並設させてヘリンボーン状の動圧発生溝を形成している。そして、特開平１０−１４１３５８号公報（特許文献１）における動圧発生溝は、内周面をＮＣ旋盤を用いて切削加工して動圧発生溝を形成するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１４１３５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなヘリンボーン型の動圧発生溝をＮＣ旋盤を用いて切削加工して形成する場合、第１及び第２の傾斜溝部が相互に隣接して円周方向に多数並設させて形成しているため、一回の切削工程で動圧発生溝を連続的に成形することができない。すなわち、まず、第１の傾斜溝部を終端まで形成した後、ＮＣ旋盤の回転駆動機構を強制停止させ、第１の傾斜溝部の終端に環状溝部を形成し、この後、第１の傾斜溝部の終端に第２の傾斜溝部の基端を合わせるようにして環状溝部から第２の傾斜溝部を第１の傾斜溝部は逆方向に向かって形成（特許文献１の段落００１８〜００２０段参照）するようにしている。このため、第１及び第２の傾斜溝部を１本ずつ切削することになるから、第１及び第２の傾斜溝部を位置決めするのに極めて煩雑な手間がかかり、その作業を第１及び第２の傾斜溝部の本数に応じて繰り返して行う必要があるため、動圧発生溝の成形に際し、その作業は極めて非効率的なものであった。
【０００８】
また、こうした動圧発生溝は、回転体と、これを摺動自在に支持する摺動部材との摺動面に形成されることになるが、摺動面が磨耗して動圧発生溝の深さが浅くなった場合、高い動圧を維持できなくなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、動圧発生溝を簡単かつ容易に形成することができるとともに、摺動面の磨耗を抑制することができる焼結合金とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の焼結合金は、前記目的を達成するために、鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる焼結合金本体の摺動面に、動圧発生溝を有するスチーム処理層を設けたものである。
【００１１】
スチーム処理層に設けた動圧発生溝により、回転により動圧が発生し、回転部材を支承することができる。しかも、スチーム処理層に転写などにより動圧発生溝を設けることができるから、焼結合金本体を切削加工する必要がなく、動圧発生溝の加工を容易に行うことができる。そして、スチーム処理層により動圧発生溝の気密性が保たれるから、動圧の発生に有利である。
【００１２】
請求項２の焼結合金の製造方法は、前記目的を達成するために、鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金本体を形成し、この焼結合金本体の表面にスチーム処理を施して厚さ２〜１０μｍのスチーム処理層を形成した後、サイジングにより前記スチーム処理を施した摺動面に動圧発生溝を形成する製造方法である。
【００１３】
この方法を用いることにより、サイジング時にスチーム処理層が圧縮され、スチーム処理層の表面が平坦に形成され、スチーム処理層表面の摩擦抵抗が小さくなる。また、スチーム処理層を有する焼結合金本体をサイジングするから、スチーム処理層を合せた製品寸法を所定の寸法公差内に仕上げることができる。
【００１４】
また、スチーム処理層に設けた動圧発生溝により、回転により動圧が発生し、回転部材を支承することができる。しかも、焼結合金本体を加工することなく、動圧発生溝を設けることができ、その加工も容易となる。
【００１５】
また、サイジングにより動圧発生溝をスチーム処理層に転写するから、極めて簡易かつ正確に動圧発生溝を形成することができる。
【００１６】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図５は本発明の第１実施形態を示し、焼結合金本体の原料には、鉄系原料粉末を用いることができる。尚、以下、焼結合金として摺動部材たる軸受５を例に説明する。図２及び図３に示すように、軸受５は、略円筒形の焼結合金本体５１からなり、その中央には回転軸が回転摺動する円筒状の摺動面５２が形成され、さらに、その焼結合金本体５１の露出した表面にスチーム処理層５３を備え、このスチーム処理層５３が動圧発生溝６１を有する。
【００１７】
その製造方法につき、図１を参照して説明すると、鉄系金属を主体とする原料粉末を所定の配合組成に配合し、その原料粉末を混合する混合（Ｓ１：ステップ１）処理を行った後、所定の圧力でプレスにより所定形状の圧粉体に成形（Ｓ２）し、この圧粉体を焼結（Ｓ３）することにより、焼結合金本体５１を形成し、この焼結合金本体５１をスチーム処理（Ｓ４）してスチーム処理層５３を形成し、スチーム処理層５３を設けた焼結合金本体を、再圧縮であるサイジング（Ｓ５）して所定寸法に仕上げてなる。
【００１８】
本発明では、気密性などの向上を図るため、前記焼結（Ｓ３）処理後、焼結合金本体５１に前記スチーム処理（Ｓ４）を行う。このスチーム処理（Ｓ４）は、例えば、４５０〜６００℃の温度のスチームで約１時間実施され、焼結合金本体５１の表面に、四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）のスチーム処理層５３が形成され、このスチーム処理層５３は厚さ２〜１０μｍ程度である。
【００１９】
スチーム処理（Ｓ４）後、軸受５を再圧縮であるサイジング（Ｓ５）して所定寸法に仕上げる。一例として、図４及び図５はサイジングに用いる矯正用金型装置１１を示し、この矯正用金型装置１１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ１２、コアロッド１３、下パンチ１４および上パンチ１５を備えている。ダイ１２はほぼ円筒形状で、このダイ１２内にほぼ円柱形状のコアロッド１３が同軸的に位置している。下パンチ１４は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ１５は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、図４に示すように、ダイ１２内に前記軸受５を充填し、この軸受５の貫通孔である摺動面５２にコアロッド１３を挿入配置した状態で、上下方向から上，下パンチ１３，１４により軸受５を加圧して所定の寸法に矯正する。
【００２０】
本発明の特徴的な構成として、前記矯正用金型装置１１には、前記コアロッド１３のサイジング面たる外周面に、前記動圧発生溝６１を形成する転写部２１を設けている。そして、この転写部２１は、前記動圧発生溝６１の形状に対応した凸部に形成されており、転写部２１の高さはこのスチーム処理層５３に形成する動圧発生溝６１の深さに対応する。また、動圧発生溝６１は、コアロッド１３以外にも、軸受５の摺動面となる両側端面及び外周面に設けることができ、この場合は対応する摺動面を形成する上，下パンチ１５，１４のサイジング面及びダイ１２のサイジング面に転写部を設ければよい。尚、サイジング面とはサイジングされるもの（この例では軸受５）に当接する面である。
【００２１】
上記のようなスチーム処理層６１は、焼結合金の表面に開口する気孔を塞ぎ、気密性を高め、また、酸化皮膜の特性により、硬度の向上により耐磨耗性が向上する。一方、スチーム処理層６１の最表面に凹凸が発生するが、サイジング（Ｓ５）により最表面が平滑化される。
【００２２】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる焼結合金本体５１の摺動面に、動圧発生溝６１を有するスチーム処理層５３を設けたから、スチーム処理層５３に設けた動圧発生溝６１により、回転により動圧が発生し、回転部材を支承することができる。しかも、スチーム処理層６１に転写などにより動圧発生溝６１を設けることができるから、焼結合金本体５１を切削加工する必要がなく、動圧発生溝６１の加工を容易に行うことができる。そして、スチーム処理層５３により動圧発生溝６１の気密性が保たれるから、動圧の発生に有利である。
【００２３】
また、このように本実施形態では、動圧発生溝６１は、スチーム処理層５３を有する焼結合金本体５１をサイジング（Ｓ５）して該スチーム処理層５３に転写されたものであるから、極めて簡易かつ正確に動圧発生溝６１を設けることができる。しかも、スチーム処理層５３を有する焼結合金本体５１をサイジング（Ｓ５）するから、スチーム処理層６１を合せた製品寸法を所定の寸法公差内に仕上げることができる。
【００２４】
また、このように本実施形態では、焼結合金が摺動部材たる軸受であるから、スチーム処理層５３に動圧発生溝６１を設けた軸受５が得られる。
【００２５】
このように本実施形態では、請求項２に対応して、鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金本体５１を形成し、この焼結合金本体５１の表面にスチーム処理（Ｓ４）を施して厚さ２〜１０μｍのスチーム処理層５３を形成した後、サイジング（Ｓ５）により、スチーム処理（Ｓ４）を施した摺動面に動圧発生溝６１を形成するから、サイジング（Ｓ５）時にスチーム処理層５３が圧縮され、スチーム処理層５３の表面が平坦に形成され、スチーム処理層５３表面の摩擦抵抗が小さくなる。また、スチーム処理層５３を有する焼結合金本体５１をサイジング（Ｓ５）するから、スチーム処理層５３を合せた製品寸法を所定の寸法公差内に仕上げることができる。
【００２６】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、サイジング（Ｓ５）と同時にスチーム処理（Ｓ４）を施した表面に動圧発生溝６１を転写するから、極めて簡易かつ正確に動圧発生溝６１を形成することができる。
【００２７】
図６は本発明の第２実施形態を示し、上記第１実施形態と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、回転軸の代わりに同様の製法により焼結合金本体５１Ａである固定軸４Ａを形成し、固定軸４Ａの外周面に設けたスチーム処理層５３に、サイジング（Ｓ５）により動圧発生溝６１を形成したものであり、その固定軸４Ａに筒状回転体７１を回転可能に設け、該筒状回転体７１にインペラ６を設けてモータ３を構成したものであり、筒状回転体７１が回転することにより動圧発生溝６１に動圧が発生する。
【００２８】
このように固定軸４Ａの摺動面たる外周面に筒状回転体７１が摺動しながら回転するものであり、固定軸４Ａは摺動部材であり、このように固定された摺動部材に動圧発生溝６１を設けても良く、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００２９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、第３実施形態として図７は、焼結合金たる軸受５の端面に動圧発生溝６１Ａを形成したものを示し、この例では端面に沿って回動する回転体のスラスト荷重を支持することができ、このように動圧発生溝の形状や位置などは適宜選定可能である。また、スチーム処理層の厚さ及び動圧発生溝の深さなども適宜選定可能である。また、軸受は、実施形態のものに限らず種々の形状のもの適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の焼結合金は、鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる焼結合金本体の摺動面に、動圧発生溝を有するスチーム処理層に設けたものであり、回転により動圧が発生し、回転部材を支承することができ、しかも、焼結合金本体を加工することなく、動圧発生溝を設けることができ、その加工も容易となる。
【００３１】
請求項２の焼結合金の製造方法は、鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金本体を形成し、この焼結合金本体の表面にスチーム処理を施した後、サイジングにより前記スチーム処理を施して厚さ２〜１０μｍのスチーム処理層を形成した摺動面に動圧発生溝を形成する製造方法であり、サイジング時にスチーム処理層が圧縮され、スチーム処理層の表面が平坦に形成され、スチーム処理層表面の摩擦抵抗が小さくなる。また、スチーム処理層を有する焼結合金本体をサイジングするから、スチーム処理層を合せた製品寸法を所定の寸法公差内に仕上げることができる。
【００３２】
また、極めて簡易かつ正確に動圧発生溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、焼結合金本体の斜視図である。
【図３】同上、一部を拡大した焼結合金の断面図である。
【図４】同上、サイジングを説明する断面図である。
【図５】同上、サイジングを説明する要部の拡大断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す筒状回転体にインペラを設けてモータを構成したポンプの説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す端面に動圧発生溝を設けた焼結合金の平面図である。
【符号の説明】
１軸受（摺動部材）
５１焼結合金本体
５２摺動面（表面）
５３スチーム処理層
６１動圧発生溝

Claims

鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる焼結合金本体の摺動面に、動圧発生溝を有するスチーム処理層を設けたことを特徴とする動圧発生溝を備えた軸受。
鉄系金属を主体とする原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金本体を形成し、この焼結合金本体の表面にスチーム処理を施して厚さ２〜１０μｍのスチーム処理層を形成した後、サイジングにより前記スチーム処理を施した摺動面に動圧発生溝を形成することを特徴とする動圧発生溝を備えた軸受の製造方法。