(57)【要約】【課題】  含油焼結軸受の軸受面の摩耗を抑制する。【解決手段】  含油焼結軸受１のベース材料となる金属粉末Ｍを、上パンチ６で軸方向上側から圧縮する。次に、上パンチ６の軸方向位置を固定した状態で、下パンチ５を上昇させ、金属粉末Ｍを軸方向下側から圧縮する。このとき、下パンチ５による軸方向下端側からの圧縮ストローク量ｔ１を、上パンチ６による軸方向上端側からの圧縮ストローク量ｔ２に比べて大きくなるように設定する。これにより、成形後の含油焼結軸受１の、軸方向の基準線Ｘに対して下端側に位置する領域Ｒ１の密度が、上端側の領域Ｒ２の密度に比べて高くなる。【選択図】図３
2006153056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を所定の形状に圧縮成形した後、焼結してなる含油焼結軸受において、
所定の軸方向位置を基準として、一端側の密度が他端側の密度に比べて高いことを特徴とする含油焼結軸受。
【請求項２】
前記一端側の密度と、前記他端側の密度との差が、０．２〜０．５ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする請求項１記載の含油焼結軸受。
【請求項３】
前記一端側の含油率が１８〜２２ｖｏｌ％で、かつ前記他端側の含油率が２５〜３０ｖｏｌ％であり、全体の含油率が２１〜２５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１記載の含油焼結軸受。
【請求項４】
銅粉、銅合金粉、鉄粉、銅被覆鉄粉のうちいずれか一つをベース材料として形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の含油焼結軸受。
【請求項５】
金属粉末を所定の形状に圧縮成形する工程を含む含油焼結軸受の製造方法において、
前記圧縮成形工程の際、軸方向一端側の圧縮ストローク量を、軸方向他端側の圧縮ストローク量に比べて大きくしたことを特徴とする含油焼結軸受の製造方法。
【請求項６】
圧縮成形される金属粉末の見かけ密度を、１．６〜１．７ｇ／ｃｍ3としたことを特徴とする含油焼結軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤（潤滑油又は潤滑グリース）を含浸させた含油焼結軸受およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
含油焼結軸受は、支持すべき軸との相対回転に伴い、内部に含浸された潤滑油が軸との摺動部に滲み出して油膜を形成し、この油膜によって軸を非接触で支持するものである。
【０００３】
このような含油焼結軸受は、例えば事務機器や自動車電装品用の軸受として使用されるが、その際、支持すべき軸の摺動面が、含油焼結軸受の内周に設けられた軸受面と全面で摺動せずに、軸受面の軸方向端部と局所的に摺動（いわゆる片当り）することがある。このような局所的な摺動は、含油焼結軸受の摺動領域における面圧集中を生じ、この面圧集中により過度の摩耗が引き起こされる可能性がある。
【０００４】
摺動領域の摩耗を抑えるための手段として、例えば特開２００２−１２２１４２号公報（特許文献１）には、内周面の円周方向の一部に目潰し加工を施して、目潰しした面を摺動面とし、さらにこの摺動面から外径側に位置する領域の密度を、他の領域の密度に比べて高くした含油焼結軸受が記載されている。また、上記特許文献１には、上記軸受の圧縮成形方法として、型に充填された金属粉末を軸方向に圧縮成形するための上下パンチのうち、下端側のパンチを円周方向に一部分割し、分割した一方のパンチを、分割残りのパンチに比べて下端側の位置に配することで、一部円筒領域の軸方向圧縮量を残りの円筒領域の圧縮量に比べて大きくする方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された含油焼結軸受は、上述のような軸の片当りを考慮したものではない。また、上記特許文献１に記載の成形方法では、下端側のパンチを円周方向に２分割する必要が生じ、またこれら２分割したパンチの軸方向への圧縮ストローク量を異ならせるため、それぞれのパンチに独立した昇降手段を設ける必要が生じ、加工装置が複雑化する。あるいは、内周面の一部円周領域に摺動面を設けた軸受を、使用する機構（装置）に組込む場合、支持すべき軸との摺動部の円周方向位置を予め想定した上で軸受の摺動面の位置を設定する必要が生じ、非常に手間である。
【特許文献１】特開２００２−１２２１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、この種の含油焼結軸受の、支持すべき軸の片当りに対する軸受面の摩耗を抑制することである。
【０００７】
本発明の別の課題は、軸受面の摩耗を抑制することができる含油焼結軸受をより簡便に製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明に係る含油焼結軸受は、金属粉末を所定の形状に圧縮成形した後、焼結してなるものであって、所定の軸方向位置を基準として、一端側の密度が他端側の密度に比べて高いことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、他端側の領域に比べて密度が高い一端側の領域における空孔率（ここでは、主に軸受内部の空孔割合を指す。軸受面の開孔率を含む場合もある。）が小さい値に抑えられる。従って、軸の摺動面が、含油焼結軸受の軸受面と軸方向端部で摺動する（軸が片当りする）場合には、上記高密度側の領域を、軸との摺動部の側に配置することで、この摺動部における油の軸受内部への逃げを極力抑えて、油膜の形成を促進することができる。これにより、軸受の摺動領域における摩耗が抑制され、含油焼結軸受の長寿命化が図られる。また、他端側の低密度領域では、空孔率が相対的に大きくなるため、軸受全体の含油量を確保することができ、このことも長寿命化に寄与する。
【００１０】
前記一端側領域の密度と他端側領域の密度との差は、０．２〜０．５ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。密度の差を上記範囲内に留めておけば、油の軸受内部への逃げを抑制でき、また開孔表面を介して軸受内部からの油の滲み出しが滞りなく行われる。そのため、高密度側領域における油膜の形成が不十分となることはない。
【００１１】
また、上記含油軸受の含油率は、前記一端側で１８〜２１ｖｏｌ％であり、かつ前記他端側で２５〜３０ｖｏｌ％であって、軸受全体で２１〜２５ｖｏｌ％であることが好ましい。これによれば、低密度領域の側で比較的多量の油が確保されるので、高密度領域で油量が不足するといった事態を避けることができ、軸受の長寿命化が図られる。
【００１２】
上記含油焼結軸受は、例えば銅粉、銅合金粉、鉄粉、銅被覆鉄粉のうちいずれか一つをベース材料として形成することができる。
【００１３】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る含油焼結軸受の製造方法は、金属粉末を所定の形状の圧縮成形する工程を含むものであって、圧縮成形工程の際、軸方向一端側の圧縮ストローク量を、軸方向他端側の圧縮ストローク量に比べて大きくしたことを特徴とする。
【００１４】
一般に金属粉末は、その種類やサイズにもよるが、流動性に乏しく、圧縮荷重に対して負荷方向で不均一な圧縮変形挙動を示す傾向にある。本発明は、この性質を利用したものであって、軸方向一端側の圧縮ストローク量を他端側のそれに比べて大きくすることで、一端側領域の密度が他端側領域の密度に比べて高められる。これにより、加工装置を特に複雑化させることなく、軸方向に密度の差を有する軸受を製造することができ、高密度側領域で軸を摺動させた際の摺動領域の摩耗を抑えることが可能となる。
【００１５】
圧縮成形される金属粉末の見かけ密度は、１．６〜１．７ｇ／ｃｍ3とするのが好ましい。これによれば、完成品としての含油焼結軸受のサイズおよび重量を所要の値に維持しつつも、圧縮前に型に充填される金属粉末の量を増加させて、所定の圧縮ストローク量を確保することができる。
【００１６】
また、上述のようにして製造された含油焼結軸受を、使用する機構（装置）に組込む場合、支持すべき軸との摺動部が軸方向何れの側であるかを予め想定して、高密度側の領域の向きを設定するだけでよく、取付けに手間がかからない。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、所定の軸方向位置を基準として、含油焼結軸受の密度を一端側と他端側とで異ならすことで、支持すべき軸の片当りに対する含油焼結軸受の軸受面の摩耗を抑制することができる。また、軸受全体で所要の含油量が確保される。従って、上記軸受を長期に亘って安定的に使用することができる。また、軸方向の圧縮ストローク量を異ならせて金属粉末を圧縮成形することで、上記密度差を有する含油焼結軸受を簡便に製造することことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る含油焼結軸受の一例を示している。この含油焼結軸受１は、金属粉末を円筒状に圧縮成形したものを焼結してなる多孔質体であって、その内部に潤滑油を含浸している。含油焼結軸受１の内周には、支持すべき軸２（図中一点鎖線）の外周面（摺動面）２ａと摺動する軸受面１ａが設けられる。なお、上記金属粉末としては、例えば銅粉、銅合金粉、鉄粉、銅被覆鉄粉等をベース材料としたものが使用でき、これらにグラファイトや二硫化モリブデンを添加したものを使用することもできる。
【００２０】
含油焼結軸受１は、例えば軸方向中心に位置する基準線Ｘに対して、軸方向一端側（この図示例では、下端側）の領域Ｒ１の密度を、軸方向他端側（この図示例では、上端側）の領域Ｒ２の密度に比べて高めた構造を成している。このとき、両領域Ｒ１、Ｒ２間の密度差は例えば０．２〜０．５ｇ／ｃｍ3の範囲内に設定される。また、含油焼結軸受１全体の密度は、例えば５．８〜７．０ｇ／ｃｍ3の範囲内に設定される。
【００２１】
軸受面１ａの高密度領域Ｒ１側の領域１ｂの表面開孔率は、この実施形態では低密度領域Ｒ２側の領域１ｃの表面開孔率に比べて小さくなっている。また、高密度領域Ｒ１側の軸受面１ｂ、低密度領域Ｒ２側の軸受面１ｃでは、共に円周方向に亘って表面開孔率がほぼ均一となっている。なお、高密度領域Ｒ１側の軸受面１ｂと、低密度領域Ｒ２側の軸受面１ｃの表面開孔率は、例えば後述するサイジング加工等によりほぼ均一となっても構わない。
【００２２】
上記構成の含油焼結軸受１によれば、例えば含油焼結軸受１の軸線に対してたわみや傾斜を有する軸２が含油焼結軸受１との間で相対回転する場合であっても、両部材１、２間でスムーズな摺動状態を得ることができる。すなわち、含油焼結軸受１の高密度領域Ｒ１側の軸受面１ｂと、軸２の摺動面２ａとが摺動する場合、その摺動部には軸受面１ｂの表面開孔を介して軸受内部から潤滑油が滲み出す。滲み出た潤滑油は、軸２の回転に伴い、表面開孔から軸受内部に戻る。このとき、高密度領域Ｒ１では、潤滑油の軸受内部への逃げが極力抑えられるので、摺動部では潤滑油の供給バランスが高レベルで保たれる。この結果、上記摺動部には、高い油膜力を有する油膜が形成され、摺動部における軸受面１ｂの摩耗が抑制される。
【００２３】
また、低密度領域Ｒ２では、空孔率が相対的に大きくなるため、比較的多くの潤滑油を保持することができ、軸受１全体として所要量の潤滑油を確保することができる。これにより、長期に亘って含油焼結軸受１を使用することが可能になる。
【００２４】
この含油焼結軸受１は、例えば以下の工程を経て製造される。
【００２５】
図２は、含油焼結軸受１の材料となる金属粉末Ｍを所定の形状（この実施形態では、図１に示す円筒形状）に圧縮成形する工程に用いる成形装置を概略的に示している。この実施形態における成形装置は、完成後の含油焼結軸受１の外周面に対応する箇所を成形するダイ３と、内周面に対応する箇所を成形するコアロッド４と、下端面に対応する箇所を成形する下パンチ５と、上端面に対応する箇所を成形する上パンチ６とを主要な要素として構成される。金属粉末Ｍを充填する型領域（キャビティー）は、前記ダイ３の内周面と、コアロッド４の外周面と、下パンチ５の上端面５ａとで画成され、画成された型領域内に所定量の金属粉末Ｍが充填される。
【００２６】
コアロッド４は、ダイ３の内周に挿入され、その先端は、ダイ３の上端面３ａよりも上方に位置している。また、下パンチ５の上端部はダイ３の内周に挿入され、下パンチ５の上端面５ａからダイ３の上端面３ａまでの軸方向間隔により、金属粉末Ｍの軸方向充填量ｈ０が所定の値に設定される。
【００２７】
充填される金属粉末Ｍは、上述の金属粉をベース材料としており、その見かけ密度は、例えば１．６〜１．７ｇ／ｃｍ3の範囲内に設定される。
【００２８】
図２に示す状態から、まず上パンチ６を下降させ、その下端面６ａを充填中の金属粉末Ｍに押し当てる。そして、下端面６ａを押し当てた位置から、さらに上パンチ６を下降させ、金属粉末Ｍを軸方向上側から所定量ｔ２だけ圧縮する。次に、上パンチ６の軸方向位置を固定した状態で、下パンチ５を上昇させ、金属粉末Ｍを軸方向下側から所定量ｔ１だけ圧縮する。このように、キャビティーに充填された金属粉末Ｍは、径方向を拘束された状態で軸方向上下から圧縮され、例えば図３に示すような形状の圧縮成形体７に成形される。この圧縮成形体７は、完成品としての含油焼結軸受１とほぼ同じ寸法形状を有する。
【００２９】
このとき、下パンチ５による軸方向下端側からの圧縮ストローク量ｔ１は、図３に示すように、上パンチ６による軸方向上端側からの圧縮ストローク量ｔ２に比べて大きくなるよう設定されている。そのため、成形後の圧縮成形体７の、軸方向の基準線Ｘに対して下端側（下パンチ５側）の領域の密度は、上端側（上パンチ６側）の領域の密度に比べて高くなる。
【００３０】
この後、コアロッド４と上下パンチ５、６を一体に上昇させ、下パンチ５の上端面５ａがダイ３の上端面３ａと同じ高さ、あるいは上端面３ａより若干高くなる位置まで上昇させる。この位置から、さらに上パンチ６のみを上昇させると共に、コアロッド４を下降させて、圧縮成形体７からコアロッド４を引き抜く。そして、取り出した圧縮成形体７を焼結し、必要に応じてサイジング加工（寸法矯正加工）を適宜施した後、内部に潤滑油を含浸させることで、含油焼結軸受１が完成する。
【００３１】
完成品としての含油焼結軸受１の含油率は、例えば全体で２１〜２５ｖｏｌ％、高密度領域Ｒ１で１８〜２２ｖｏｌ％、低密度領域Ｒ２で２５〜３０ｖｏｌ％である。また、軸受内周から外周への気体の抜けやすさを示す通気度は、例えば高密度領域Ｒ１で０．５×１０-11〜２．０×１０-11ｃｍ2、低密度領域Ｒ２で２．０×１０-11〜５．０×１０-11ｃｍ2である。
【００３２】
このように、下パンチ５の圧縮ストローク量ｔ１を、上パンチ６の圧縮ストローク量ｔ２に比べて大きくするだけで、含油焼結軸受１の基準線Ｘに対して、その下端側の領域の密度を、上端側の領域の密度に比べて高めることができる。そのため、特に複雑な加工装置を使用することなく、従来の加工装置を使用して上記含油焼結軸受１を簡便に製造することができる。
【００３３】
また、見かけ密度が比較的小さい（例えば１．６〜１．７ｇ／ｃｍ3）金属粉末Ｍを使用することで、型領域に充填する金属粉末Ｍの重量はそのままにして体積のみを増加することができる。そのため、完成品としての含油焼結軸受１の重量および軸方向寸法を所定の値に保持しつつも、所定の圧縮ストローク量ｔ１、ｔ２をそれぞれ確保して、軸方向の基準線Ｘに対して、上下領域Ｒ１、Ｒ２の間で密度差を設けることができる。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
以上の実施形態では、上パンチ６を先に下降させて、金属粉末Ｍを軸方向上側から圧縮し、その後下パンチ５により、軸方向下側から圧縮した場合を説明したが、本発明は、この例示した順序に限定されるものではない。例えば、金属粉末Ｍが型領域から外部に溢れ出ない限り、先に下パンチ５により金属粉末Ｍを圧縮してから、上パンチ６で圧縮することもできる。あるいは両パンチ５、６を同時に移動させて、金属粉末Ｍを軸方向上下から同時に圧縮することもできる。
【００３６】
また、上記実施形態では、下パンチ５の圧縮ストローク量ｔ１を、上パンチ６の圧縮ストローク量ｔ２に比べて大きくした場合を説明したが、もちろん両ストローク量ｔ１、ｔ２を逆転させてもよい。その場合には、軸方向の基準線Ｘに対して、圧縮成形体７の上端側の領域（図３参照）の密度が、下端側の領域の密度に比べて高くなる。
【実施例１】
【００３７】
本発明の有効性を検証するため、従来の方法（圧縮ストローク量を上下方向で等しくして圧縮成形する方法）で成形した含油焼結軸受（以下、従来品）と、本発明に係る方法で成形した含油焼結軸受（以下、試験品）についてそれぞれ密度および通気度を測定し、両者を比較した。また摩耗試験を行い、試験後の摩耗量を比較した。なお、材料粉末は、見かけ密度のみを異ならせたもの（従来品では２．９８ｇ／ｃｍ3、試験品では１．６６ｇ／ｃｍ3）を使用し、完成品のサイズおよび重量は従来品、試験品共に同一とした。軸方向中心位置で２分割した試験体のうち、下パンチ５側を一端部、上パンチ６側を他端部とした。
【００３８】
ここで、通気度φ［ｃｍ2］は、以下の式に基づいて算出した。
φ＝｛η・Ｑ・ｌｎ（Ｄ２／Ｄ１）｝／｛２π・Ｌ・ΔＰ｝
ここで、
η：空気の粘性係数    １８１×１０-6［ｇ・ｓｅｃ／ｃｍ2］
Ｑ：軸受内周に流れ込む気体（空気）の流量［ｃｍ3／ｓｅｃ］
ΔＰ：圧力差［（水銀柱の読み  ｃｍ）×１３．６×９８．１ｇ／ｃｍ2］
Ｄ１：含油焼結軸受の内径［ｃｍ］
Ｄ２：含油焼結軸受の外径［ｃｍ］
Ｌ：含油焼結軸受の軸方向全長［ｃｍ］
【００３９】
また、摩耗試験は、以下の条件下で行った。
試験時間：１５ｈ（ただし、正回転５ｓ、逆回転０．５ｓを１サイクルとする）
荷重：５ｋｇｆ（軸受の内周に挿入した軸に作用させるモーメント荷重）
回転数：６０ｒｐｍ（正逆回転共）
軸受温度：５０℃
【００４０】
従来の方法で成形した従来品、および本発明に係る方法で成形した試験品の物性値は、下記に示す通りとなった。
［従来品］
密度  ：６．５５ｇ／ｃｍ3（一端部）、６．５９ｇ／ｃｍ3（他端部）
通気度：３．２１×１０-11ｃｍ2（一端部）、３．２１×１０-11ｃｍ2（他端部）
［試験品］
密度  ：６．８２ｇ／ｃｍ3（一端部）、６．４５ｇ／ｃｍ3（他端部）
通気度：１．６６×１０-11ｃｍ2（一端部）、３．５４×１０-11ｃｍ2（他端部）
【００４１】
また、摩耗試験の結果、従来品では、一端部、他端部ともに摩耗量が４４μｍであった。
試験品では、他端部での摩耗量は４５μｍであったのに対し、一端部での摩耗量は５μｍであった。これらのことから本発明の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る含油焼結軸受の断面図である。
【図２】含油焼結軸受の圧縮成形工程を概念的に示す断面図である。
【図３】含油焼結軸受の圧縮成形工程を概念的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      含油焼結軸受
１ｂ    軸受面（高密度領域）
１ｃ    軸受面（低密度領域）
２      軸
２ａ    摺動面
３      ダイ
４      コアロッド
５      下パンチ
６      上パンチ
Ｍ      金属粉末
ｔ１    圧縮ストローク量（下端側）
ｔ２    圧縮ストローク量（上端側）
Ｒ１    高密度領域
Ｒ２    低密度領域
Ｘ      軸方向の基準線
【図１】
2006153056.tif 000003
【図２】
2006153056.tif 000004
【図３】
2006153056.tif 000005