(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングの内部に、複数の軸受本体が、それぞれの軸受孔が互いに同軸的となる状態で圧入されてなる軸受の製造方法であって、
前記ハウジングを、前記軸受本体よりも融点が低い材質で製造し、
このハウジングの内部に、前記軸受本体の軸受孔に摺動可能に挿入され得るガイドピンを挿入するとともに、各軸受本体の軸受孔にガイドピンを挿入することにより、このガイドピンで各軸受本体を支持し、
次いで、各軸受本体の少なくとも一方にパンチに当接させた超音波を発生するホーンにより高周波振動を与えながら、各軸受本体を前記ガイドピンに沿ってハウジングの内部に圧入することにより、前記ハウジングの内面を溶融してハウジングへの弾性応力の残存を抑制することを特徴とする軸受の製造方法。
【請求項２】
前記複数の軸受本体を前記ハウジングの内部に同時に圧入し、その際に、一方の前記軸受本体のみに高周波振動を与えることを特徴とする請求項１に記載の軸受の製造方法。
【請求項３】
前記複数の軸受本体の一方を高周波振動を与えずに前記ハウジングの内部に圧入し、次いで、他方の前記軸受本体に高周波振動を与えながら前記ハウジングの内部に圧入することを特徴とする請求項１に記載の軸受の製造方法。
【請求項４】
前記複数の軸受本体を前記ハウジングの内部にパンチの一端面によりそれぞれ圧入し、前記各パンチの他端面に超音波振動を発生するホーンをそれぞれ当接させて前記軸受本体を振動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受の製造方法。
【請求項５】
前記軸受本体の外周に、軸線方向と直交する周溝を形成した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状のハウジングの内部に複数の軸受本体が圧入により組み込まれてなる軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種モータ用の軸受として、スリーブ状のハウジングの内部に、２つあるいはそれ以上の数の軸受本体が、圧入により組み込まれたものが用いられている。例えば、ハウジングの内部の両端に、軸受本体が互いに離れた状態で１つずつ組み込まれた構造のものなどがある。このような軸受は、複数の軸受本体が実質的に回転軸を支持することから、それら軸受本体における軸受孔の同軸度に高い精度が要求されてくる。その理由としては、同軸度が低いと、片当たりによる偏摩耗や、それに伴う摩擦抵抗の増大を招き、特にモータ用としての軸受性能が劣ってしまうからである。その同軸度を高めるために、従来では、リーマ加工等による補正加工を施していた。ところが、例えば軸受本体が焼結金属である場合、リーマ加工を行うと内周面の気孔分布状態が悪化し、焼結金属の特性を損失させる可能性があった。また、補正加工を施すこと自体が工程および装置の増大を招くので、好ましいものではなかった。したがって、軸受本体をハウジングの内部に圧入した時点で高精度な同軸度が得られれば最も望ましく、そのために次のような製造方法が採用されている。
【０００３】
すなわち、軸受本体の軸受孔に対して摺動可能に挿入され得るガイドピンをハウジングの内部に挿入し、ハウジングの両側において軸受本体の軸受孔にガイドピンを挿入し、次いで、各軸受本体をガイドピンに沿ってハウジング内に圧入する。この後、ガイドピンを抜き取る。この方法によれば、予め各軸受本体の軸受孔がガイドピンによって同軸的に定められ、ガイドピンを抜き取った後にもその状態が保持されることにより、上記のような補正加工を必要としない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハウジングの材質としては、金属および樹脂があげられる。樹脂製のハウジングは、通常射出成形で製造されるので、加工を要する金属製のものより低価格で得られるものの、寸法精度が金属製のハウジングよりも劣るといった不利な面があった。このため、軸受本体が圧入されることにより減じられる内側の肉部すなわち圧入代が不均一になることがある。このようなハウジングに対して上記方法を適用した場合、ガイドピンを抜き取った後に、樹脂が弾性復帰して軸受本体が径方向に偏って移動してしまい、その結果として高精度な同軸度が損なわれるといった問題が生じていた。この問題に対しては、圧入代を、不均一の度合いを無視できる程度に大きく設定するといった打開策が考えられるが、その場合には、強度的に金属より劣る樹脂製のハウジングに割れが生じるおそれがあり、実現が困難である。
したがって、本発明は、複数の軸受本体の同軸度が、ハウジングの寸法精度に影響されることなく高精度で得ることの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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状のハウジングの内部に、複数の軸受本体が、それぞれの軸受孔が互いに同軸的となる状態で圧入されてなる軸受の製造方法であって、ハウジングを、軸受本体よりも融点が低い材質で製造し、このハウジングの内部に、軸受本体の軸受孔に摺動可能に挿入され得るガイドピンを挿入するとともに、各軸受本体の軸受孔にガイドピンを挿入することにより、このガイドピンで各軸受本体を支持し、次いで、各軸受本体の少なくとも一方にパンチに当接させた超音波を発生するホーンにより高周波振動を与えながら、各軸受本体を前記ガイドピンに沿ってハウジングの内部に圧入することにより、ハウジングの内面を溶融してハウジングへの弾性応力の残存を抑制することを特徴としている。
上記製造方法によれば、軸受本体をハウジングに圧入する際、高周波振動により両者の間に摩擦熱が発生する。その摩擦熱により、融点が低い方つまりハウジングの軸受本体に接する内周面が溶融する。すなわち、軸受本体はハウジングの内周面を溶融しながら圧入されていき、圧入後はハウジングに対し溶着されることになる。この後、ガイドピンを抜き取って軸受を得る。
複数の軸受本体は、ガイドピンに沿ってハウジング内に圧入されるので、圧入された時点で同軸度が高い。軸受本体がハウジングに溶着した後、ガイドピンを抜き取っても、軸受本体の周囲のハウジング内周面は溶融した後なので弾性応力の残存度が小さく、その弾性応力による軸受本体の移動が抑えられる。その結果複数の軸受本体の軸受孔においては、ガイドピンが挿入された状態のままの高い同軸度が保持される。
【０００６】
例えば、前記軸受本体を青銅系軸受材料等からなる金属製とし、前記ハウジングを樹脂製とすれば、このハウジングを軸受本体よりも融点の低いものとすることができる。また、樹脂でハウジングを製造するとその寸法精度がばらつく傾向にあって軸受本体の圧入代が大きくなる場合があるが、たとえ圧入代が大きくなろうとも、圧入によって溶融するから弾性応力の残存度は小さい。したがって、同軸度は保持されるとともに、軸受本体の圧入に伴うハウジングの割れが防がれる。また、前記軸受本体の外周面に、ローレット、段、溝等の凹凸加工を施しておくと、ハウジング内周面との接触面積増大に伴う摩擦力の増大や機械的固着が図られ、ハウジングとの結合力が高まる。
【０００７】
また、高周波の周波数は、軸受本体と接するハウジング内周面が摩擦熱により溶融するのであれば数１００ＫＨｚ程度であってもよい。本発明者等の検討によれば、例えばハウジングが樹脂の場合、高周波の周波数は１ＫＨｚ以上であると効果的であり、超音波域である１．４ＫＨｚ以上であればさらに効果的であることが判明している。周波数は２０ＫＨｚあれば充分であり、２０ＫＨｚを超えてもそれ以上の効果の向上は望めない。よって、高周波は、周波数が１〜２０ＫＨｚであることが望ましく、超音波であればさらに好適である。
高周波を周波数が２０ＫＨｚの超音波により得る場合には、２００００回／秒の振動を軸受本体もしくはハウジングに与えることが可能であり、しかも、振幅も０．１ｍｍ以下にすることができる。したがって、０．１秒間に２０００回もの振動を軸受本体もしくはハウジングに与えることができるので、極めて短時間で軸受本体のハウジング内への圧入およびハウジングへの溶着が完了する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る軸受の製造方法を実施し得るに好適な金型装置を示しており、この金型装置によって、図２に示す軸受１が製造される。この軸受１は、スリーブ状のハウジング２の中心に形成された圧入孔２ａの両端に、内外の周面が平滑なリング状の軸受本体３が圧入されてなるものである。各軸受本体３は、例えば青銅系軸受材料により同一寸法に成形されており、これら軸受本体３の軸受孔３ａに挿入される回転軸４を、回転自在に支持する。ハウジング２の圧入孔２ａの径は軸受本体３の外径よりも僅かに小さく、その差が軸受本体３の圧入代として設定されている。
【０００９】
図１に示した金型装置は、上パンチ１０と、この上パンチ１０の下方に配設された下パンチ１１と、これら上下のパンチ１０，１１に挿入される丸棒状のガイドピン１２と、上下のパンチ１０，１１に当接させられる上下のホーン１３，１４とを備えている。ガイドピン１２の径は、軸受本体３の軸受孔３ａに摺動的に挿入され得る寸法に設定されている。したがって、ガイドピン１２を軸受本体３の軸受孔３ａに挿入すると、軸受本体３は、径方向にぶれることなく、かつガイドピン１２に沿って摺動可能に支持されるようになっている。また、上下のパンチ１０，１１の中心には、ガイドピン１２が挿入されるピン挿入孔１０ａ，１１ａが、それぞれ互いに同軸的に形成されている。これらピン挿入孔１０ａ，１１ａの径は、軸受本体３の軸受孔３ａと同一の径に設定されている。これにより、ピン挿入孔１０ａ，１１ａにガイドピン１２が挿入された状態では、双方が径方向にぶれることなく軸方向に沿って相対的に摺動するようになっている。上下のホーン１３，１４は、それぞれ上下のパンチ１０，１１に所定周波数の超音波振動を与えるものである。
【００１０】
次に、上記金型装置により図２に示した軸受１を製造する方法を説明する。
まず、下パンチ１１の下方からピン挿入孔１１ａにガイドピン１２を挿入し、ガイドピン１２の上端部がピン挿入孔１１ａから上方に突出したら、その上端部を下側の軸受本体３の軸受孔３ａに挿入する。次に、上下のパンチ１０，１１の間にハウジング２を配置し、ガイドピン１２にはめ込んだ軸受本体３をほぼその位置に保持しながら、ガイドピン１２を押し上げてハウジング２の圧入孔２ａに挿入していく。圧入孔２ａからガイドピン１２の上端部が突出したら、その上端部を上側の軸受本体３の軸受孔３ａに挿入し、さらにガイドピン１２を押し上げて上パンチ１０のピン挿入孔１０ａに挿入する。この後、上下のホーン１３，１４を上下のパンチ１０，１１にそれぞれ当接させる。また、図示せぬダイス等により、ハウジング２を、その圧入孔２ａがガイドピン１２と同軸的になるよう配置する。
【００１１】
以上のようにして金型装置にハウジング２および２つの軸受本体３をセットしたら、作動させた上下のホーン１３，１４を上下のパンチ１０，１１にそれぞれ当接させながら、上下のパンチ１０，１１をハウジング２方向に移動させて、上下の軸受本体３をハウジング２の圧入孔２ａに圧入する。この圧入工程において、各ホーン１３，１４から発する超音波振動は、上下のパンチ１０，１１から各軸受本体３に伝わり、さらに、軸受本体３からハウジング２に伝わる。すると、軸受本体３の外周面とハウジング２の内周面との間に摩擦が生じ、その摩擦熱によって軸受本体３よりも融点が低いハウジング２の内周面が溶融する。つまり、軸受本体３はハウジング２の内周面を溶融しながら、かつ自身は溶融することなく圧入孔２ａに圧入されていく。上下のパンチ１０，１１がハウジング２の端面にそれぞれ当接した時点で上下の軸受本体３の圧入が完了し、この後、ホーン１３，１４の作動を停止する。続いて、溶融したハウジング２の内周面が軸受本体３の外周面に溶着する時間をおいた後、上下のパンチ１０，１１を開き、ガイドピン１２を上下の軸受本体３から抜き取って、図２に示す軸受１を得る。
【００１２】
上記製造方法によれば、各軸受本体３は、軸受孔３ａに挿入されたガイドピン１２に沿ってハウジング２の圧入孔２ａに圧入されるので、まず、圧入された時点における軸受孔３ａの同軸度が高い。そして、ハウジング２の内周面は、軸受本体３が圧入される際に超音波振動によって溶融し、その後軸受本体３の外周面に溶着する。つまり、軸受本体３はハウジング２に超音波溶着される。このため、ハウジング２の内周面に残存する弾性応力は小さくなっている。したがって、たとえハウジング２の圧入孔２ａの寸法精度が劣っていて圧入代が不均一であったとしても、ガイドピン１２を上下の軸受本体３から抜き取った後にハウジング２の弾性復帰により軸受本体３が径方向に偏って移動することがない。その結果、各軸受本体３の軸受孔３ａは、ガイドピン１２が挿入された状態のままの高い同軸度が保持される。
【００１３】
なお、上記一実施形態では、各軸受本体３を、上下のホーン１３，１４により超音波振動を与えながら同時にハウジング２内に圧入しているが、圧入は同時でなく順番に行ってもよい。また、上記のように圧入を同時に行う場合、一方の軸受本体３のみに超音波振動を与えながらでもよい。さらに、一方の軸受本体３を超音波振動を与えず通常のようにハウジング２内に圧入し、この後、他方の軸受本体３を、超音波振動を与えながらハウジング２内に圧入してもよい。いずれの場合も、結果として双方の軸受本体３に超音波振動が伝わり、これら軸受本体３はハウジング２に超音波溶着される。
【００１４】
図３および図４は、軸受本体の変形例を示している。上記一実施形態の軸受本体３においては、その外周面が平滑であったが、図３に示す軸受本体３Ａの外周面には、軸方向に沿った複数の溝５によってローレット６が形成されている。これによってハウジング２の内周面との溶着面積が広くなり、抜け止め作用が発揮される。また、図４に示す軸受本体３Ｂの外周面には、軸方向の中央部に周溝７が形成されている。この周溝７には、軸受本体３Ｂがハウジング２内に圧入される際に溶融した樹脂が流入し、軸受本体３Ｂはハウジング２に対して機械的にも固着する。周溝７はハウジング２からの抜け方向に直交しているから、周溝７内に流入して固化した樹脂により抜け止め作用が大幅に向上し、ハウジング２に対する結合力が高くなる。
このように、軸受本体のローレットや周溝、あるいは段等の凹凸加工を外周面に施すことにより、軸受本体がハウジング２から抜けにくくなり、結合力の向上が図られる。
【００１５】
【実施例】
次に、上記一実施形態に基づいて軸受を製造した具体的な実施例１，２について説明する。
［実施例１］
圧入孔の真円度が５０μｍの樹脂製ハウジング内に、内径５ｍｍφ、外径１０ｍｍφ、軸長６ｍｍの２つの軸受本体を、上下のパンチに超音波振動を与えながら図１に示した方法で圧入し、試料  １を作製した。また、圧入孔の真円度が１００μｍの樹脂製ハウジングに、同様の軸受本体を、超音波振動を与えながら圧入して試料  ２を作製した。ハウジングの材質は、ポリカーボネートにガラス強化繊維を３０％混合させた樹脂とした。ハウジングの圧入孔の圧入代は、内径の最小値を基準に２０μｍに設定した。したがって、試料  １のハウジングの圧入代は２０〜７０μｍ、試料  ２の圧入代は２０〜１２０μｍの範囲にある。また、軸受本体は青銅系軸受材料により製造されたものを使用した。これら軸受本体をハウジング内に圧入する際の上下のパンチに与える超音波振動は、周波数２０ｋＨｚ、振幅２０μｍ、振動方向は軸方向、振動時間を０．１秒とした。
また、ハウジングや軸受本体の寸法および用いた金型装置を同一とし、超音波振動を与えずに軸受本体をハウジング内に圧入して試料  ３、試料  ４を作製し、これらを比較例とした。
上記試料  １〜試料  ４に対し、上下の軸受本体の内径と、上下の軸受本体による貫通寸法を測定し、これらの寸法差を同軸度として評価した結果を、表１に示す。
【００１６】
【表１】
0003701107.tif 000002
【００１７】
表１でわかるように、超音波振動を与えながら軸受本体をハウジング内に圧入して得た試料  １と試料  ２においては、ともに同軸度が２μｍという小さい値を示した。特に試料  ２の場合、ハウジングの真円度が１００μｍで試料  １のハウジングの２倍であり、圧入代もそれだけ大きいにもかかわらず、試料  １と同一の同軸度を示した。
一方、超音波振動を与えない試料  ３と試料  ４のうち、試料  ３の同軸度は４〜５μｍと実施例より２倍以上の値を示した。また、試料  ４はハウジングに割れが発生したので未測定とした。これは、ハウジングの圧入代が大きく軸受本体の圧入時にハウジングに過大な負荷がかかったものと想定される。
以上により、超音波振動を与えながら、ガイドピンに沿って軸受本体をハウジング内に圧入させることにより、ハウジングの圧入孔に寸法誤差があっても、良好な同軸度を得ることができた。
【００１８】
［実施例２］
次に、軸受本体の外周面の形状とハウジングに対する結合力の関係を評価した実施例２について説明する。
外周面の種類は、上記一実施形態のような平滑面の他に、図３に示したローレットが形成されたものと、図４に示した周溝が形成されたものの３種類とした。これら軸受本体を、超音波振動を与えながらと与えない場合の２条件でハウジングに圧入して試料を作製した。そして、これら試料の軸受本体をハウジングから抜去し、そのときに要した抜去力を表２に示す。なお、ハウジングの真円度は５０μｍである。
【００１９】
【表２】
0003701107.tif 000003
【００２０】
表２によると、まず外周面が平滑な場合、超音波振動有りの方が結合力が低いことがわかる。これは、超音波振動によって溶融するハウジングの内周面が軸受本体に接して倣うので、ハウジングから軸受本体に作用する弾性応力が超音波振動無しの場合よりも小さいからと考えられる。結合力の面からのみ評価すれば超音波振動無しで圧入した方がよいが、その場合は上記実施例１で明らかなように同軸度が劣ってしまう。
外周面がローレットで超音波振動有りの場合、溶融した樹脂が溝に流入して接触面積が増大するに伴い摩擦力が増大していると考えられる。このため、凹凸の延びる方向が抜け方向であるものの、弾性応力により結合する超音波振動無しの場合と比べても、結合力があまり低下していない。
外周面が周溝で超音波振動有りの場合、抜け方向に直交する周溝に溶融した樹脂が流入することにより、軸受本体は機械的にもハウジングに固着していると考えられる。このため、超音波振動無しの場合よりも結合力が高くなっている。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、高周波振動を与えながら複数の軸受本体をガイドピンに沿ってハウジング内に圧入するので、軸受本体周囲のハウジング内周面が摩擦熱により溶融されて弾性応力の残存度が小さくなり、その結果、ガイドピンを抜き取った後でも軸受本体の移動が抑えられ、高い同軸度が保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る軸受の製造方法を実施し得るに好適な金型装置を示す断面図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る軸受の一例を示す断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る軸受の一変形例を示す斜視図である。
【図４】  軸受の他の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…軸受、２…ハウジング、３…軸受本体、３ａ…軸受孔、６…ローレット、
７…周溝、１２…ガイドピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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