JP6709722B2 - 焼結軸受 - Google Patents

Description

本発明は、焼結材料を使用して軸部材を支持する焼結軸受に関する。

焼結材料は、安定した品質かつ大量生産により製造できるだけでなく、溶製材では困難な組成を用いることが可能であり、また多孔質体を製造することができるなどの多くの利点を有している。このような性質を利用して、多孔質体の気孔内に吸収させておいた潤滑油を表面から一様にしみ出させることができる含油軸受や、潤滑性のよい黒鉛等を材料粉末中に含有することにより潤滑油が不要であるドライベアリング（乾燥摩擦軸受）等、潤滑油補給の手間が少なく給油の困難な場所などにも配置できる焼結製品、即ち、軸受に好適な焼結製品が実現されており、従来から焼結軸受として広く用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

こうした焼結軸受は、例えばＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation、排気ガス再循環）装置の弁軸を支持する軸受として使用され、弁軸の軸方向に沿って排ガスや液体などが流出するのを防止する目的のリップシールとセットで組み付けられたＥＧＲバルブが知られている（例えば、特許文献３を参照）。さらに、軸方向に沿ってガスや液体が流れ出ることを防止するシールを備えた焼結軸受としては、例えば、軸受部材にシール部材を一体化したものが知られている（例えば、特許文献４を参照）。また、軸受部材にシール部材を一体化した弁体を備えたバルブも知られている（例えば、特許文献５を参照）。

特開２００４−６８０７４号公報 特開２００６−６３３９８号公報 特開２０１３−７２６６号公報 特開２００３−２０２０２２号公報 国際公開第２０１０／０１８６５０号

しかしながら、例えば、特許文献３のように軸受部材とは別にシール部材を保持したシール保持部材を組み込む構成では、シールを保持するために軸受部材とは別にシール保持部材を形成する必要があり、構造が複雑化して製造コストが高いという課題があった。また、軸受部材の端部に樹脂製のシールをインサート成形する構成では、軸受部材からシール部材が剥離しやすく、焼結体からなる軸受部材に、樹脂からなるシール部材を一体化させることが困難であった。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、軸方向に沿って流体が移動するのを阻止するシール部材を一体に備えた焼結軸受を、簡易な構成で低コストに提供することを目的とする。

すなわち、本発明の焼結軸受は、以下の構成を有する。
焼結材料から成り、軸孔を有する軸受スリーブと、一面が前記軸受スリーブに接するように配された輪環状のシール部材と、前記シール部材の前記一面とは反対側の他面に接し、該シール部材を前記軸受スリーブに係着させたワッシャー部材と、を備え、
前記ワッシャー部材は、前記軸受スリーブに対して固定されていることを特徴とする。

このような構成の焼結軸受によれば、焼結軸受は、機器等の軸を支持する軸受スリーブと、軸に沿った流体の移動を阻止するシール部材とが一体化された部品として機能する。これにより、軸を支持する軸受と、軸に沿った流体の移動を阻止するシールとを別部材としてそれぞれ組み込む場合と比較して、簡易な構成で低コストに軸受と流体のシールとの機能とを兼ね備えた部品を実現することができる。

また、エラストマー、樹脂など柔軟な部材からなるシール部材を、軸受スリーブとワッシャー部材との間で挟み込んで保持することにより、シール部材を軸受スリーブに直接接合した構成と比較して、シール部材が軸受スリーブから剥離するといった不具合が生じることが無く、信頼性の高いシール機能を実現することができる。

前記軸受スリーブが軸方向一端と軸方向他端との間に、前記軸方向に対して直角方向に広がる平坦面を備え、前記シール部材の前記一面は、前記平坦面に接することを特徴とする。

前記シール部材が前記軸受スリーブの一方の軸端面と前記ワッシャー部材との間に挟持されてなることを特徴とする。

前記シール部材の内径が前記軸受スリーブの前記軸孔の直径よりも小さいことを特徴とする。

本発明の焼結軸受によれば、軸方向に沿って流体が移動するのを阻止するシール部材を一体に備えた焼結軸受を、簡易な構成で低コストに提供することが可能になる。

本発明の第一実施形態に係る焼結軸受を示す一部破断斜視図である。 図１に示す焼結軸受に軸を保持させた状態を示す断面図である。 本発明の第二実施形態に係る焼結軸受を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る焼結軸受を示す断面図である。 従来の焼結軸受を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明を適用した実施形態である焼結軸受について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る焼結軸受を示す一部破断斜視図である。また、図２は、図１の焼結軸受に軸を保持させた状態を示す、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
焼結軸受１０は、例えば、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブの構成部品として用いられる。ＥＧＲバルブのハウジングには、弁体を弁座に対して開閉させるためにアクチュエータにより往復運動（ストローク運動）される弁軸Ｓが、焼結軸受１０を介して設けられる。この焼結軸受１０は、弁軸Ｓとハウジングとの間を気密に封止するシールとしての機能と、軸受としての機能とが一体化された部材である。

焼結軸受１０は、略円筒形の軸受スリーブ１１と、輪環状のシール部材１２と、ワッシャー部材（係着部材）１３とから構成されている。
軸受スリーブ１１は、焼結材料、特に固体潤滑材としてカーボン等を含む金属系焼結材料、例えば、青銅系（Ｃｕ−Ｓｎ−Ｃ）材やリン青銅系（Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ−Ｃ）材および白銅系（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ−Ｃ）材、ニッケル銅系（Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ−Ｃ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ−ＢＮ）材などから形成されている。軸受スリーブ１１の中心部には、例えば、ＥＧＲバルブの弁軸Ｓを中心軸Ｑに沿って貫通させるための軸孔２１が形成されている。軸受スリーブ１１は、軸方向の一端２１ａと軸方向の他端２１ｂとの間に、軸方向に対して直角方向に広がる平坦面２２を備えている。

シール部材１２は、エラストマー、樹脂など、例えば、ポリウレタンゴム，四フッ化エチレン樹脂などから形成され、例えばＥＧＲバルブの弁軸Ｓを貫通させるための内周面２３が形成されている。こうしたシール部材１２は、一面１２ａが軸受スリーブ１１の平坦面２２に接するように配されている。

シール部材１２の内周面２３の直径、即ちシール部材１２の内径は、軸受スリーブ１１の軸孔２１の直径よりも小さく、かつ、弁軸Ｓの直径、即ち、軸径よりも小さい。これによって、図２に示すように、軸受スリーブ１１の平坦面２２に接するシール部材１２の一面１２ａ側から、例えば、ＥＧＲバルブの弁軸Ｓが焼結軸受１０に差し込まれると、弁軸Ｓの直径よりも小さい直径の内周面２３をもつシール部材１２は、内周面２３がシール部材１２の一面１２ａとは反対側の他面１２ｂ側に湾曲し、内周面２３の内周縁が弁軸Ｓに密着する。なお、シール部材１２は、予め湾曲した形状にしておくこともできる。

ワッシャー部材（係着部材）１３は板状の部材であり、例えば、ステンレス鋼，アルミ合金、鉄鋼材料などからなる金属製部材、あるいはセラミックスや樹脂であり、シール部材１２の少なくとも他面１２ｂに接し、シール部材１２を軸受スリーブ１１に係着させている。このワッシャー部材１３は、例えば、軸受スリーブ１１の軸方向一端２１ａの周縁部分に形成された複数のカシメ部２４，２４…によって軸受スリーブ１１に係着され、シール部材１２をこのワッシャー部材１３と、軸受スリーブ１１の平坦面２２との間で挟持しており、軸受スリーブ１１に対して固定されている。ワッシャー部材（係着部材）１３の板厚は、例えば、０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

こうした構成によって、焼結軸受１０は、軸、例えばＥＧＲバルブの弁軸Ｓを支持する軸受スリーブ１１と、軸に沿った流体、例えば、ガスの移動を阻止するシール部材１２とが一体化された部品として機能する。

本実施形態では、エラストマー、樹脂など柔軟な部材からなるシール部材１２を軸受スリーブ１１とワッシャー部材１３との間に挟み込み、軸受スリーブ１１の軸方向一端２１ａの周縁部分に形成された複数のカシメ部２４，２４…によって軸受スリーブ１１に係着している。このように、軸受スリーブ１１とワッシャー部材１３とをカシメといった容易な加工によって係着させるだけで、ワッシャー部材１３とシール部材１２とを容易に焼結軸受１０に一体化させることができる。

これにより、従来のように、シール部材を軸受スリーブに直接接合した構成と比較して、本実施形態のシール部材１２は、カシメ部２４，２４…によって係着された軸受スリーブ１１とワッシャー部材１３との間にシール部材１２が強固に挟持されているから、接着などの直接接合で起こりうるシール部材が軸受スリーブから剥離するといった不具合が生じる虞が無く、簡易な構成で信頼性の高いシール機能を実現することができる。

また、軸を支持する軸受と、弁軸に沿った流体の移動を阻止するシールとを別部材としてそれぞれ組み込む場合と比較して、簡易な構成で低コストに軸受と流体のシールとの機能を実現することができる。

また、シール部材１２を軸受スリーブ１１とワッシャー部材１３との間に挟み込み、軸受スリーブ１１とシール部材１２とを一体化させることによって、軸に沿って流れる流体、例えばガスのリーク経路を無くすことができ、流体のリークを抑制することが可能になる。

また、シール部材１２の内径を軸径よりも小さくなるように形成することによって、シール部材１２の内周面２３は、軸受スリーブ１１の平坦面２２に接するシール部材１２の一面１２ａとは反対側の他面１２ｂ側に湾曲する。これにより、シール部材１２の一面１２ａが軸に対して広い面積で接触できるので、例えば、図２において、シール部材１２の一面１２ａ側が低圧、他面１２ｂ側が高圧の環境である時に、軸方向に他面１２ｂ側から一面１２ａ側に向かおうとするガスなどの流体Ｇ１をより確実に封止することができる。

一方で、図５に示すような、従来の焼結軸受１００では、軸受スリーブ１０１の一端側に輪環状のシール部材１０２が載置され、焼結軸受１００が挿入される開口内にワッシャー部材１０４によってシール部材１０２が係止された構造となっている。

このような構成の従来の焼結軸受１００では、ワッシャー部材１０４と軸受スリーブ１０１とが一体化されていないので、例えば、図５においては、軸方向にシール部材１０２の他面１０２ｂ側から一面１０２ａ側に向かおうとするガスなどの流体Ｇ２が、軸受スリーブ１０１とシール部材１０２との隙間を介して漏れ出る懸念があった。

また、シール部材１２は内周面２３が他面１２ｂ側に湾曲することにより、シール部材１２に湾曲状態から元の湾曲していない状態に戻ろうとする復元力が生じ、内周面２３の内周縁と軸とがより強く密着し、軸に沿って流れようとするガスなど流体を、確実に封止することができる。

なお、上述した実施形態では、本発明の軸受部材をＥＧＲ装置のＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブの構成部品として適用した例を挙げたが、本発明の軸受部材は、軸の周囲の流体が移動することを阻止し、かつ、軸を支持する軸受部材として、各種機器に広く適用することができ、ＥＧＲバルブの構成部品に限定されるものではない。

（第二実施形態）
図３は本発明の第二実施形態に係る焼結軸受を示す断面図である。なお、図１、２に示す第一実施形態と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第二実施形態の焼結軸受３０は、第一実施形態のようなカシメ部を介した軸受スリーブと係着部材との係着に代えて、圧入キャップとなるワッシャー部材（係着部材）３３を用いている。このワッシャー部材３３は、軸方向に平行な断面がＬ字状の部材であり、軸方向に円筒状に延びる外周部３３ａと軸方向に対して直角方向に外周部３３ａから内側に延びる輪環部３３ｂとを有する。外周部３３ａの外径が軸受スリーブ３１の平坦面２２から続き軸方向に延びる内周壁３６で囲まれた内径よりも僅かに大きくなるように形成されている。

シール部材１２の一面１２ａが軸受スリーブ３１の平坦面２２に接するように配された状態で、圧入キャップとなるワッシャー部材３３の輪環部３３ｂをシール部材１２の他面１２ｂに向けて、ワッシャ―部材３３の外周部３３ａを軸受スリーブ３１の内周壁３６に圧入することによって、シール部材１２は、軸受スリーブ３１の平坦面２２とワッシャー部材３３との間で挟持され、軸受スリーブ３１とシール部材１２とが一体化された焼結軸受３０が実現できる。

（第三実施形態）
図４は本発明の第三実施形態に係る焼結軸受を示す断面図である。なお、図１、２に示す第一実施形態と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第三実施形態の焼結軸受４０は、第一実施形態のようなカシメ部を介した軸受スリーブと係着部材との係着に代えて、圧入キャップとなるワッシャー部材（係着部材）４３を用いている。このワッシャー部材４３は、軸方向に平行な断面がＬ字状の部材であり、軸方向に円筒状に延びる外周部４３ａと軸方向に対して直角方向に外周部４３ａから内側に延びる輪環部４３ｂとを有していて、軸受スリーブ４１の軸方向の一端面４１ａを覆うように配される。
また、軸受スリーブ４１には、このワッシャー部材４３の外周部４３ａの内周壁４３ｓと係合する切欠外周面４７が形成されている。ワッシャー部材４３は、外周部４３ａの内周壁４３ｓで囲まれた内径が、軸受スリーブ４１の切欠外周面４７の外径よりも僅かに小さくなるように形成されている。

シール部材１２の一面１２ａが軸受スリーブ４１の軸方向の一端面４１ａに接するように配された状態で、圧入キャップとなるワッシャー部材４３の外周部４３ａの内周壁４３ｓを軸受スリーブ４１の切欠外周面４７に圧入することによって、シール部材１２は、軸受スリーブ４１の軸方向の一端面４１ａとワッシャー部材４３の輪環部４３ｂとの間で挟持され、軸受スリーブ４１とシール部材１２とが一体化された焼結軸受４０が実現できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ 焼結軸受
１１ 軸受スリーブ
１２ シール部材
１３ ワッシャー部材（係着部材）
２１ 軸孔
２２ 平坦面

Claims (4)

1. 焼結材料から成り、軸孔を有する軸受スリーブと、一面が前記軸受スリーブに接するように配された輪環状のシール部材と、前記シール部材の前記一面とは反対側の他面に接し、該シール部材を前記軸受スリーブに係着させたワッシャー部材と、を備え、
   前記ワッシャー部材は、前記軸受スリーブに対して固定されていることを特徴とする焼結軸受。
2. 前記軸受スリーブが軸方向一端と軸方向他端との間に、前記軸方向に対して直角方向に広がる平坦面を備え、前記シール部材の前記一面は、前記平坦面に接することを特徴とする請求項１記載の焼結軸受。
3. 前記シール部材が前記軸受スリーブの一方の軸端面と前記ワッシャー部材との間に挟持されてなることを特徴とする請求項１記載の焼結軸受。
4. 前記シール部材の内径が前記軸受スリーブの前記軸孔の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載の焼結軸受。

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