(57)【要約】【課題】回転軸と軸受との界面で焼き付きが発生する場合に、この焼き付きによって回転軸の回転が制限されないようにする焼結含油軸受を提供する。【解決手段】金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、回転軸を回転可能に支持する貫通孔部を有する内軸受と、金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、内軸受を回転可能に支持する貫通孔部を有する外軸受とを備える、焼結含油軸受である。【選択図】図１
2020200866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、回転軸を回転可能に支持する貫通孔部を有する内軸受と、金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、前記内軸受を回転可能に支持する貫通孔部を有する外軸受とを備える、焼結含油軸受。
【請求項２】
前記内軸受の金属焼結体と前記外軸受の金属焼結体は、互いに異なる組成である、請求項１に記載の焼結含油軸受。
【請求項３】
前記外軸受は筐体に圧入されて支持され、前記内軸受は前記外軸受内に挿入され、軸方向の端部に設けた停止部材によって軸方向の移動が制限される、請求項１又は２に記載の焼結含油軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、焼結含油軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料粉末を金型内で圧縮成形して得られた圧粉体を焼結する、いわゆる粉末冶金法は、ニアネットシェイプに造形できるので、後の機械加工による削り代が少なく材料損失が小さいこと、また一度金型を作製すれば同じ形状の製品が多量に生産できること等の理由から経済性に優れている。また、粉末冶金法は、通常の溶解によって製造される合金で得ることができない特殊な合金を製造できること等の理由から合金設計の幅が広い（特許文献１）。
【０００３】
粉末冶金法によって製造される焼結体は軸受に広く用いられている。なかでも、焼結含油軸受は、軸受形状の焼結体に潤滑油を含浸した軸受であり、給油なしで摺動面に潤滑油を付与することができ、耐摩耗性及び耐焼き付き性に優れる（特許文献２、特許文献３）。焼結含油軸受は、回転軸との摺動において回転による圧力と摩擦熱とによって、摺動面に潤滑油を持続的に付与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１３７５８０号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８６８２号公報
【特許文献３】特開２０１８−０６６０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の軸受は、装置に固定されて支持された状態で、回転軸と軸受の内周面が線接触して摺動するため、特定の部位に集中的に負荷が掛かる。さらに、摺動部位に過度に大きい荷重が掛かること、摺動速度が過度に高くなること等を起因として、摺動面において焼き付きが発生し、回転軸と軸受の内周面が固着する問題がある。この状態で回転軸を回転させようとすると、回転軸の回転が制限されることから駆動モーターに過剰な負荷が掛かり、駆動モーターの劣化又は破損につながる可能性がある。
本発明の一目的としては、回転軸と軸受との界面で焼き付きが発生する場合に、この焼き付きによって回転軸の回転が制限されないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態は、以下を要旨とする。
［１］金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、回転軸を回転可能に支持する貫通孔部を有する内軸受と、金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、前記内軸受を回転可能に支持する貫通孔部を有する外軸受とを備える、焼結含油軸受。
［２］前記内軸受の金属焼結体と前記外軸受の金属焼結体は、互いに異なる組成である、［１］に記載の焼結含油軸受。
［３］前記外軸受は筐体に圧入されて支持され、前記内軸受は前記外軸受内に挿入され、軸方向の端部に設けた停止部材によって軸方向の移動が制限される、［１］又は［２］に記載の焼結含油軸受。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、回転軸と軸受との界面で焼き付きが発生する場合に、この焼き付きによって回転軸の回転が制限されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態による焼結含油軸受の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す焼結含油軸受の径方向の概略断面図である。
【図３】図３は、筐体に一例の焼結含油軸受及びストッパーを取り付けた部分の断面模式図（ａ）、及びストッパーの斜視図（ｂ）である。
【図４】図４は、筐体に他の例の焼結含油軸受及びストッパーを取り付けた部分の断面模式図（ａ）、及びストッパーの斜視図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について説明するが、以下の例示によって本発明は限定されない。
【００１０】
一実施形態による焼結含油軸受としては、金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、回転軸を回転可能に支持する貫通孔部を有する内軸受と、
金属焼結体に潤滑油が含浸されて形成され、内軸受を回転可能に支持する貫通孔部を有する外軸受とを備える、ことを特徴とする。
これによれば、回転軸と軸受との界面で焼き付きが発生する場合に、この焼き付きによって回転軸の回転が制限されないようにすることができる。
【００１１】
回転軸は駆動モーター等の駆動装置から回転動力が伝達されて回転する。回転動作をしている間に、外部要因によって回転軸の回転が制限されると、駆動モーターに負荷が掛かり、駆動モーターの劣化又は破損につながる可能性がある。回転軸が高速で回転している際に外部要因によって回転軸が急停止すると、駆動モーターに一時的に過大な負荷が掛かり、駆動モーターの破損の可能性が高まる。
【００１２】
回転軸を支持する軸受は、回転軸と軸受との界面で摺動して、回転軸を安定して回転させるように働く。この回転軸と軸受との界面に負荷が掛かって高温になると、回転軸と軸受との界面で焼き付きが発生し、回転軸と軸受とが固着することがある。従来の軸受は装置に固定されて支持されることから、回転軸と軸受とが固着すると回転軸は軸受によって回転が制限され、上記の通り駆動モーターへの負荷等が問題となる。
摺動速度をＶ［ｍ／ｍｉｎ］、摺動部位に掛かる負荷をＰ［ＭＰａ］とすると、軸受の限界性能はその積であるＰＶの値で表すことができる。ＰＶの限界値を超えた環境で使用したり、ＰＶの限界値を超えない環境であっても長時間に渡り使用したりすると、軸受の摺動部位が摩耗し安定した摺動が難しくなり、振動又は異音が発生することがある。さらには、軸受と回転軸が焼き付く問題がある。
回転軸と軸受との界面の焼き付きは、徐々に進行する場合もあるが、両部材が噛み合って急に発生する場合もある。急に焼き付きが発生する場合は、駆動モーターへの負荷がさらに問題になる。
【００１３】
一実施形態による焼結含油軸受は、内軸受と外軸受の２層構造になっていることから、回転軸と内軸受との界面で焼き付きが発生し固着したとしても、内軸受と外軸受との界面でさらに摺動するため、回転軸に追従して内軸受が回転可能となって、回転軸の回転が制限されないようにすることができる。
【００１４】
（焼結含油軸受）
一実施形態による焼結含油軸受の一例を図面を用いて説明する。
図１は、一例の焼結含油軸受の概略斜視図を示し、図２は、図１に示す焼結含油軸受の径方向の概略断面図を示す。
【００１５】
図１において、焼結含油軸受１００は、回転軸としてのシャフト３０を回転可能に支持する貫通孔部１０ａを有する内軸受１０と、内軸受１０を回転可能に支持する貫通孔部２０ａを有する外軸受２０とを備える。
図１において、内軸受１０の外周面と外軸受２０の内周面との隙間は図示していないが、この間に隙間がある場合は、シャフト３０を挿入する前の状態では、鉛直方向下方では内軸受１０の外周面と外軸受２０の内周面とが接触し、鉛直方向上方に隙間が発生する。この場合にシャフト３０を挿入すると、シャフト３０の回転中心の位置に応じて隙間の位置は定まるが、シャフト３０が軸受によって支持されている場合は、シャフト３０が鉛直方向下方で内軸受１０の内周面に接触するため、鉛直方向下方ではシャフト３０、内軸受１０、及び外軸受２０がそれぞれの間で接触し、鉛直方向上方に隙間が発生する。
【００１６】
そして、シャフト３０が回転する際には、内軸受１０は回転方向の移動が制限されて、シャフト３０の外周面と内軸受１０の内周面とが摺動するようになる。これは、内軸受１０が焼結含油軸受であり摺動性に優れる材料であるため、シャフト３０が内軸受１０の内周面に対して滑りやすくなっているからである。
【００１７】
シャフト３０は、不図示の駆動装置としての駆動モーターからの駆動を伝達されて、回転中心を中心に回転駆動する。シャフト３０は、少なくともシャフト３０と内軸受１０との摺動面において、外径が一定であることが好ましい。シャフト３０は、中実の円柱状であってもよく、中空の円筒状であってもよい。また、シャフト３０の材質は特に制限されないが、内軸受１０との摺動において耐摩耗性、耐熱性等を確保するためにステンレス鋼等の金属シャフトが好ましい。
【００１８】
内軸受１０は、シャフト３０を回転可能に支持する貫通孔部１０ａを備える。貫通孔部１０ａは、支持するシャフト３０の外径よりも大きい内径を有する。内軸受１０の内周面とシャフト３０の外周面との間に隙間を設けてもよい。内軸受１０は、同心の内周面と外周面を有する円筒状であることが好ましい。
内軸受１０は、内径が一定であること好ましい。これによって、シャフト３０をより広い摺動面積で支持することができる。別の形態では、内軸受１０の軸方向中央部よりも内軸受１０の軸方向端部に向けて内径が大きくなるように傾斜した構造であってもよい。これによって、シャフト３０が傾いて回転する場合に内軸受１０の軸方向端部に過剰な荷重が負荷されることを防止して、内軸受１０の破損の可能性を低減することができる。
内軸受１０は、後述する通り、金属焼結体であることが好ましい。金属焼結体に潤滑油を含浸することで、内軸受１０とシャフト３０とが摺動する際に、内軸受１０から潤滑油が摺動面に染み込み、摺動性を改善することができる。
内軸受１０とシャフト３０との摺動が高速、及び／又は高荷重になると、摺動面が摩擦によって高温になって、内軸受１０とシャフト３０とが焼き付いて固着することがある。内軸受１０に潤滑油が含油されていることで、このような焼き付きを抑制することができる。
【００１９】
外軸受２０は、内軸受１０を回転可能に支持する貫通孔部２０ａを備える。貫通孔部２０ａは、内軸受１０の外径よりも大きい内径を有する。外軸受２０の内周面と内軸受１０の外周面との間に隙間を設けてもよい。外軸受２０は、同心の内周面と外周面を有する円筒状であることが好ましい。
外軸受２０は、内径が一定であること好ましい。これによって、内軸受１０をより広い接触面で支持することができる。また、外軸受２０の貫通孔部２０ａに内軸受１０を挿入して配置するために、内軸受１０の外径と外軸受２０の内径はそれぞれ一定であることが好ましい。さらに、シャフト３０が回転する際に、外軸受２０内で内軸受１０がシャフトと追従して回転方向に移動しないように、外軸受２０の内周面と内軸受１０の外周面との接触面積はより大きいことが好ましい。この観点からも、内軸受１０の外径と外軸受２０の内径はそれぞれ一定であり、軸方向に渡って両部材が線接触することが好ましい。
【００２０】
外軸受２０は、軸受を取り付ける装置の筐体２００に外軸受２０が圧入される貫通孔の取付孔部（不図示）を設けておき、この筐体２００の取付孔部に外軸受２０を圧入することで、筐体２００に固定して支持することができる。筐体２００の取付孔部と外軸受２０の接触面積を大きくしてより緊密に固定できるようにするために、外軸受２０の外径は一定であることが好ましい。
外軸受２０は、後述する通り、金属焼結体であることが好ましい。金属焼結体に潤滑油を含浸することで、外軸受２０と内軸受１０とが摺動する際に、外軸受２０から潤滑油が摺動面に染み込み、摺動性を改善することができる。内軸受１０もまた含油の金属焼結体であることから、内軸受１０からも潤滑油が摺動面に染み込み、摺動性を改善することができる。
【００２１】
通常のシャフト３０の回転では、内軸受１０に対してシャフト３０が摺動し、外軸受２０に対して内軸受１０は摺動しない状態となる。この状態では、外軸受２０と内軸受１０の間で焼き付けが発生することはほとんどないが、シャフト３０からの荷重が内軸受１０を介して外軸受２０に伝達される場合に、内軸受１０と外軸受２０の間でわずかに固着する可能性がある。この程度の固着は、シャフト３０に追従して内軸受１０が回転する場合に崩壊するため、外軸受２０に対して内軸受１０は回転するようになる。
【００２２】
内軸受１０は、軸方向の移動が制限されることが好ましい。例えば、内軸受１０の軸方向の両端部に停止部材を設けることができる。
停止部材の一例を図３に示す。図３は、筐体に一例の焼結含油軸受及びストッパーを取り付けた部分の断面模式図（ａ）、及びストッパーの斜視図（ｂ）である。
図３において、停止部材としてのストッパー４０は、中空円盤形状であって、外軸受２０の外径とほぼ一致する外径を備え、装置の筐体２００の取付孔部に圧入して支持可能であり、また、内軸受１０の内径よりも大きく内軸受１０の外径よりも小さい内径を備え、シャフト３０の回転を阻害しないで、内軸受１０の軸方向の移動を制限可能である。このストッパー４０は、装置の筐体２００に圧入などによって固定され、内軸受１０の軸方向の端部の位置で内軸受１０の軸方向の移動を停止するように配置される。このストッパー４０は、内軸受１０の回転を妨げないように、内軸受１０とストッパー４０の間に隙間を設けてある。ストッパー４０にザグリを設けることで、この隙間を得ることができる。また、ストッパー４０は、焼結含油軸受の軸方向一方端及び他方端にそれぞれ設けられることが好ましい。
ストッパー４０の材質は特に制限されないが、ステンレス鋼等の金属材料、エンジニアリングプラスチック等を用いることができる。
【００２３】
停止部材の他の例を図４に示す。図４は、筐体に他の例の焼結含油軸受及びストッパーを取り付けた部分の断面模式図（ａ）、及びストッパーの斜視図（ｂ）である。特に説明しない箇所は、上記図３の構成と共通する。
図４において、停止部材としてのストッパー４０は、装置の筐体２００に圧入などによって固定され、内軸受１０の軸方向の端部の位置で内軸受１０の軸方向の移動を停止するように配置される。このストッパー４０は、内軸受１０の回転を妨げないように、内軸受１０とストッパー４０の間に隙間を設けてある。内軸受の長さを外軸受の長さよりも短くすることで、この隙間を得ることができる。
【００２４】
次に、焼結含油軸受の動作について説明する。
図１において、焼結含油軸受は、不図示の筐体の取付孔部に外軸受２０が圧入されて支持され、外軸受２０の貫通孔部２０ａに内軸受１０が挿入されて回転可能に配置される。シャフト３０は、内軸受１０の貫通孔部１０ａに回転可能に挿入される。
そして、シャフト３０が回転する際には、シャフト３０と内軸受１０の界面で摺動する。シャフト３０と内軸受１０の界面に高負荷が掛かると、シャフト３０と内軸受１０の界面で焼き付きが発生して、シャフト３０と内軸受１０が固着し、シャフト３０の回転に追従して内軸受１０が回転することがある。シャフト３０に追従して内軸受１０が回転する場合には、内軸受１０は外軸受２０に対して回転可能に支持されているため、内軸受１０と外軸受２０の界面で摺動する。これによって、シャフト３０の回転が急に停止することを防止して、急停止によって駆動モーターに負荷が掛からないようにし、駆動モーターの破損の可能性を低減することができる。
シャフト３０と内軸受１０の界面で焼き付きが発生した場合、シャフト３０に追従して内軸受１０を回転させるようにして、そのまま動作を続行してもよい。しかし、安定な動作の観点から、シャフト３０と内軸受１０の界面で焼き付きが発生した段階で、焼結含油軸受を交換することが好ましい。
【００２５】
内軸受及び外軸受は、それぞれ潤滑油が含浸された金属焼結体であることが好ましい。
金属焼結体としては、鉄基焼結体、鉄−銅基焼結体、銅基焼結体等を用いることができる。なかでも材料設計の幅が広く、耐熱性及び耐摩耗性に優れるため、鉄基焼結体を好ましく用いることができる。
【００２６】
鉄基焼結体としては、主成分として鉄を含むことが好ましい。ここで、主成分は、鉄基焼結体全体に対して５０質量％以上のＦｅが含まれることを意味する。
鉄基焼結体において、鉄基地は、フェライト相とパーライト相の混合組織、又はフェライトの単相組織構造であることが好ましい。焼結含油軸受において、鉄基地中にパーライト相よりも硬さの低いフェライト相が多く分散すると、相手材の攻撃を緩和する上で有利である。
【００２７】
鉄基焼結体には、Ｃ（炭素）、Ｃｕ（銅）等のその他の元素が含まれてもよい。これらは、単独で、又は２種以上を組み合わせて含まれてもよい。
Ｃは、焼結において一部が鉄基地に拡散して鉄基地中のパーライト相の形成に寄与し、残部は固体潤滑剤として機能しつつ遊離黒鉛相として析出する元素であり、軸受の内周面において回転軸との摩擦を緩和することができる。Ｃは、炭素粉末として原料粉末に配合することができ、好ましくは黒鉛粉末を用いることができる。Ｃは、０．５〜１．３質量％が好ましい。
Ｃｕは、焼結において軟質な銅相として鉄基地中に分散して、相手材との馴染み性を改善し、相手材に対する攻撃性の緩和に寄与する元素である。一方で、全体組成中のＣｕ量が増加すると、その分、原料コストが増加する。Ｃｕは、銅粉末として原料粉末に配合することができる。Ｃｕは、２．０〜９．０質量％が好ましい。
鉄基焼結体は、残部Ｆｅ及びその他不可避不純物を含み得る。
【００２８】
金属焼結体は、その製造方法に由来して、気孔部が形成される。この金属焼結体の気孔部に潤滑油を含浸させることで、摺動性をより改善することができる。
潤滑油としては、例えば、鉱物油等を用いることができる。
【００２９】
内軸受と外軸受は、組成及び物性が互いに同一の焼結体であってもよく、組成及び物性のうち少なくとも一方が互いに異なる焼結体であってもよい。
内軸受と外軸受が同じ焼結体であると、熱膨張係数が等しくなるため、熱膨張による両部材のズレを抑制することができる。一方で、内軸受と外軸受が同じ焼結体であると、両部材の界面で固着が発生しやすくなり、回転軸に追従して内軸受が回転する場合に、内軸受の回転が外軸受との固着によって制止されることがある。この観点から、内軸受と外軸受には異なる組成の焼結体を用いることが好ましい。例えば、内軸受と外軸受には、鉄基焼結体においてＣ又はＣｕ等の添加量が異なる材料を用いることができる。また、内軸受と外軸受には異なる細孔特性の焼結体を用いることが好ましい。
【００３０】
「焼結含油軸受の製造方法」
焼結含油軸受の製造方法は、特に制限されずに、通常の方法によって製造することができる。一例では、原料粉末を用意して、円筒形の軸受の形状の金型に原料粉末を充填して圧粉成形し、この成形体を焼結することで、金属焼結体を得ることができる。原料粉末には必要に応じてステアリン酸塩等の成形潤滑剤を添加してもよい。
得られた金属焼結体に潤滑油を含浸することで、金属含油軸受を得ることができる。
【００３１】
このような製造方法では、ニアネットシェイプで軸受を製造することができるため、用途に応じて、所望の寸法の内軸受及び外軸受を成形することができる。そして、得られた内軸受を外軸受の貫通孔部に挿入することで、一実施形態による焼結含油軸受を得ることができる。
【００３２】
鉄基焼結体を得るためには、鉄粉を含む原料粉末を用いて成形体を作製し、原料組成に応じて９５０℃〜１０３０℃の範囲で焼結を行うことができる。焼結温度がある程度高いことで、鉄基地中のパーライトを十分な量として硬さを確保して、軸受として用いる際に摩耗量を低減することができる。焼結温度が１０３０℃以下であることで、フェライト量を十分に確保して、相手材への攻撃性を低減することができる。焼結雰囲気ガスとしては、水素／窒素混合ガス、分解アンモニアガス、変成ガス等の非酸化性ガス等を用いることができる。
【００３３】
一実施形態による焼結含油軸受は、内軸受と外軸受とが組み合わされた状態で提供されてもよく、内軸受と外軸受とを筐体に取り付ける際に組み合わせる状態で提供されてもよい。
例えば、焼結含油軸受セットとして、上記した内軸受と上記した外軸受とを備えるセットとして提供されてもよい。さらに、このセットに上記したストッパー等の停止材が含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
一実施形態による焼結含油軸受は、特に限定されずに、自動車、産業機械、事務機器、家電製等に用いることができる。特に、この焼結含油軸受は、回転軸と内軸受の内周面とが固着する可能性がある用途に好ましく用いることができる。詳しくは、軸受は、回転軸の回転速度が速くなるほど、回転軸から軸受への負荷が大きくなるほど、又はこれらの組み合わせによって、焼き付けが発生しやすくなり、このような用途において一実施形態による焼結含油軸受を好ましく用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  内軸受
２０  外軸受
３０  シャフト
４０  ストッパー
１００  焼結含油軸受
２００  筐体
【図１】
2020200866.tif 000003
【図２】
2020200866.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020200866.tif 000006