(57)【要約】【課題】軸受寿命に優れた球面滑り軸受を低コストに製造する。【解決手段】本発明に係る球面滑り軸受１は、外輪２及び内輪３を備え、外輪２の内周面４と内輪３の外周面５が部分球面形状の軸受面となる球面滑り軸受１であって、内輪３は焼結金属で形成され、その内部空孔６に潤滑剤が保持されると共に、外輪２はセラミックスで形成されている。【選択図】図２
2018179167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪及び内輪を備え、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面が部分球面形状の軸受面となる球面滑り軸受であって、
前記内輪は焼結金属で形成され、その内部空孔に潤滑剤が保持されると共に、
前記外輪はセラミックスで形成されていることを特徴とする球面滑り軸受。
【請求項２】
前記内輪の外周面は、前記外輪の内周面で成形された被成形面である請求項１に記載の球面滑り軸受。
【請求項３】
前記セラミックスの線膨張係数が、前記焼結金属の線膨張係数より大きい請求項１又は２に記載の球面滑り軸受。
【請求項４】
前記内輪の表面のうち前記外周面を除く領域が封孔されている請求項１〜３の何れか一項に記載の球面滑り軸受。
【請求項５】
外輪及び内輪を備え、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面が部分球面形状の軸受面となる球面滑り軸受の製造方法において、
前記外輪を作製する外輪作製工程と、
所定の金属粉末を圧縮成形する圧縮成形工程と、
前記圧縮成形により得た圧粉体を焼結して前記内輪を作製する焼結工程とを備え、
前記圧縮成形工程で、前記外輪を成形金型の一部として使用すると共に、前記焼結工程で、前記外輪を前記圧粉体の外周に保持した状態で焼結することを特徴とする、球面滑り軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面滑り軸受及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、揺動運動環境下もしくは調心運動環境下においては、外輪の内周面と内輪の外周面とがともに部分球面形状をなす軸受面となる球面滑り軸受が好適に使用されている。また、定期的な給油が困難な場合には、内輪と、外輪との間に、自己潤滑性を示す樹脂製のライナーを配置してなる無給油式の球面滑り軸受が好適に使用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、上述した無給油式の球面滑り軸受を、高荷重、高速度の揺動環境下において使用する場合には、ライナーの摩耗が進行し、最終的にライナーが少なくとも部分的に消失することを想定する必要がある。このように樹脂製のライナーが部分的にでも消失するとライナーが固定されている面（例えば外輪の内周面）が露出し、対向する面（例えば内輪の外周面）と金属接触するおそれが生じる。これにより、摺動面間でのトルク増大や焼き付きが発生すれば、滑り軸受としての機能を失うおそれがある。
【０００５】
また、球面滑り軸受は、軸受面となる外輪の内周面と内輪の外周面がともに部分球面形状をなすことから、球面滑り軸受の組み立てに際しては、内輪と外輪をそれぞれ製作した後、内輪を外輪の内周に圧入する必要が生じる。あるいは、円筒状をなす外輪素材の内周に内輪を導入した後、外輪素材に塑性加工を施して外輪の内周面を部分球面形状に成形する手段も考えられる。しかしながら、何れにしても、組立てに手間がかかるばかりでなく、塑性変形を伴うことから、軸受面の形状精度に影響を及ぼすおそれがある。軸受面の形状精度に問題がある場合、摺動状態が安定しない（局所的に強く接触することがある）ため、結果として、軸受寿命の低下を招くおそれがある。
【０００６】
以上の実情に鑑み、本発明では、軸受寿命に優れた球面滑り軸受を低コストに製造することを、解決すべき技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題の解決は、本発明に係る球面滑り軸受によって達成される。すなわち、この滑り軸受は、外輪及び内輪を備え、外輪の内周面と内輪の外周面が部分球面形状の軸受面となる球面滑り軸受であって、内輪は焼結金属で形成され、その内部空孔に潤滑剤が保持されると共に、外輪はセラミックスで形成されている点をもって特徴付けられる。
【０００８】
このように、本発明では、内輪を焼結金属で形成し、その内部空孔に潤滑剤が保持された形態をとるようにしたので、内輪の外周面に自己潤滑性を付与することができる。これにより、軸受面（外周面）に潤滑剤が供給されるようになるので、外輪内周面との間で良好な摺動潤滑状態を維持することができる。よって、従来の無給油式球面滑り軸受と比べて、耐摩耗性及び耐焼き付き性を向上させて、軸受寿命の向上を図ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明では、上述した機能を奏する内輪を焼結金属で形成すると共に、外輪をセラミックスで形成するようにした。セラミックスは、一般的な金属材料（ステンレス鋼など）と比べて高い硬度を示し、耐摩耗性に優れている。また油膜切れを生じた場合でも凝着を起こしにくい特性を示す。さらには、セラミックスの耐熱温度は非常に高いため、例えば内輪を焼結金属で形成するに際して、内輪を外輪の内周に配置した状態で内輪に焼結処理を施すことができる。よって、外輪と内輪をそれぞれ製作して組み立てる工程を省略して簡易に球面滑り軸受を組み立てることが可能となる。また、外輪をセラミックス製とすることで、焼結処理後の寸法変化や組織変化も最小限に抑えられるため、部分球面形状をなす軸受面の形状精度を維持することができる。軸受面の形状精度が良好であれば、摺動状態も安定するので、これによっても、軸受寿命の向上を図ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る球面滑り軸受においては、内輪の外周面が、外輪の内周面で成形された被成形面であってもよい。
【００１１】
このように内輪の外周面を外輪の内周面で成形された被成形面とすることによって、焼結金属製の内輪を外輪の内周面で成形することができる。すなわち、内輪を焼結金属で形成する場合、まず原料となる金属粉末を成形金型の内部に充填し、圧縮成形することにより内輪の圧粉体を成形することになるが、内輪の外周面を外輪の内周面で成形された被成形面とすることにより、外輪を成形金型の一部として使用して内輪の圧粉体を成形することができる。よって、圧粉成形後、外輪の内周に内輪の圧粉体が配置された状態のままで焼結処理を施すことにより、内輪の作製と同時に内輪の外輪内周への組込みを行うことができる。よって、組み立て工程をさらに簡略化して、製造コストの更なる低減化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る球面滑り軸受においては、セラミックスの線膨張係数が、焼結金属の線膨張係数より大きくてもよい。
【００１３】
セラミックスは、高い硬度を示す一方で、脆い性質を示す一面を有する。そのため、例えば上述のようにセラミックス製の外輪を内輪素材の外周に配置した状態で内輪素材に焼結処理を施す場合、内輪素材の膨張により半径方向外側に向けた圧迫力を外輪が受ける事態が想定される。この場合、あまりに圧迫力が大きいと外輪の割れが懸念される。この点、外輪の材料となるセラミックスの線膨張係数を、内輪の材料となる焼結金属の線膨張係数よりも大きく設定することによって、外輪に対する半径方向内側からの圧迫力を緩和することができるので、内輪を所定の温度まで加熱して十分な焼結処理を施しつつも、外輪に作用する圧迫力を軽減して、外輪の割れを防止することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る球面滑り軸受においては、内輪の表面のうち外周面を除く領域が封孔されていてもよい。
【００１５】
このように内輪の表面に対して部分的に封孔処理を施すことによって、軸受面となる内輪の外周面のみから潤滑剤が滲み出るようにし、かつその他の領域（例えば軸方向端面）から不要な潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。よって、潤滑剤を軸受面の摺動潤滑に無駄なく使用することができ、これにより軸受寿命の更なる向上を図ることが可能となる。
【００１６】
また、前記課題の解決は、本発明に係る球面滑り軸受の製造方法によっても達成される。すなわち、この製造方法は、外輪及び内輪を備え、外輪の内周面と内輪の外周面が部分球面形状の軸受面となる球面滑り軸受の製造方法において、外輪を作製する外輪作製工程と、所定の金属粉末を圧縮成形する圧縮成形工程と、圧縮成形により得た圧粉体を焼結して内輪を作製する焼結工程とを備え、圧縮成形工程で、外輪を成形金型の一部として使用すると共に、焼結工程で、外輪を圧粉体の外周に保持した状態で焼結する点をもって特徴付けられる。
【００１７】
このように、本発明に係る球面滑り軸受の製造方法では、内輪の圧粉体を成形する圧縮成形工程で、外輪を成形金型の一部として使用すると共に、焼結工程で、外輪を圧粉体の外周に保持した状態で焼結するようにした。このようにすることで、外輪を成形金型の一部、すなわち成形面として使用して内輪の圧粉体を成形することができる。そして、圧粉成形後、外輪を圧粉体の外周に保持した状態のままで焼結処理を施すことにより、内輪の作製と同時に内輪の外輪内周への組込みを行うことができる。よって、内輪を外輪に組み込む工程を省略して、製造コストの低減化を図ることが可能となる。また、内輪を焼結金属で形成することによって、その内部空孔に潤滑剤が保持された形態をとることが可能となる。これにより、内輪の外周面に自己潤滑性を付与することができるので、外輪内周面との間で良好な摺動潤滑状態を維持することができる。よって、従来の無給油式球面滑り軸受と比べて、耐摩耗性及び耐焼き付き性を向上させて、軸受寿命の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上より、本発明によれば、軸受寿命に優れた球面滑り軸受を低コストに製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る球面滑り軸受の断面図である。
【図２】図１に示す球面滑り軸受の製造工程の一例を説明するための図であって、外輪作製工程を説明するための外輪断面図である。
【図３】図１に示す球面滑り軸受の製造工程の一例を説明するための図であって、（ａ）（ｂ）ともに圧縮成形工程を説明するための要部断面図である。
【図４】図１に示す球面滑り軸受の製造工程の一例を説明するための図であって、焼結工程を説明するための要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。まず、本実施形態に係る球面滑り軸受１の構成を図１に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る球面滑り軸受１の断面図を示している。この球面滑り軸受１は、図１に示すように、外輪２と、内輪３とを備える。
【００２２】
外輪２は、セラミックスで形成されている。よって、軸受面となる外輪２の内周面４もセラミックスで形成されている。この場合、内周面４は部分球面形状をなしている。セラミックスとしては、いわゆるファインセラミックスと呼ばれ工業用に利用可能な非金属無機物質を主体とするものが使用でき、例えば、アルミナ、フォルステライト、ジルコニア、ジルコン、ステアタイト、コーディエライトなどの金属酸化物、もしくは窒化ケイ素、酸化ケイ素などの金属非酸化物が使用可能である。
【００２３】
内輪３は、焼結金属で形成されている。よって、内輪３の外周面５も焼結金属で形成されている。この場合、内輪３の外周面５は部分球面形状をなしている。また、焼結金属の内部空孔６（図１中、散点模様で示す部分）には、所定の潤滑剤が含浸されており、これにより当該潤滑剤が内輪３の内部に保持されている。内輪３の外表面のうち、部分球面形状をなす外周面５を除く領域、すなわち軸方向端面７，７と、円筒状の内周面８には封孔処理が施されており、これにより軸方向端面７，７を含む表層部と、内周面８を含む表層部には、封孔部９が形成されている。
【００２４】
内輪３を構成する焼結金属の材料は任意であり、例えば鉄系粉末（純鉄粉末だけでなく鉄合金粉末を含む）もしくは銅系粉末（純銅粉末だけでなく銅合金粉末を含む）を主成分とする金属粉末が使用可能である。例えば、強度や硬度を優先する場合には、鉄系粉末を主成分とする金属粉末で内輪３の焼結金属を形成するのがよい。もちろん、強度や硬度だけでなく良好な摺動性も考慮して、鉄系粉末及び銅系粉末を主成分とする（鉄系粉末と銅系粉末の一方が最も多く、他方が二番目に多い）金属粉末を使用することも可能である。
【００２５】
なお、内輪３の内部空孔に保持される潤滑剤としては特に制限なく使用でき、例えば潤滑油などの液体潤滑剤やグリースなどの半固形潤滑剤、もしくは二硫化モリブデン粉末や黒鉛など粉末状固体潤滑剤など、外輪２と内輪３との相対回転に伴い内輪３の内部空孔から摺動面間（外輪２の内周面４と内輪３の外周面５との間）に流動可能な限りにおいて、任意の潤滑剤を使用することが可能である。もちろん、実際の使用条件を考慮して、適切な種類の潤滑剤を選択することが望ましい。例えば、外輪２と内輪３との摺動領域が非常に高温になることが想定される使用環境下においては、劣化や揮発などの懸念がある潤滑油よりも固体潤滑剤が好適である。
【００２６】
次に、上記構成の球面滑り軸受１の製造方法の一例を、図２〜図４に基づいて説明する。
【００２７】
本実施形態に係る球面滑り軸受１の製造方法は、外輪作製工程（ａ）と、圧縮成形工程（ｂ）と、焼結工程（ｃ）、及び封孔処理工程（ｄ）とを備える。以下、各工程の詳細を順に説明する。
【００２８】
（ａ）外輪作製工程
まず、図２に示すように、セラミックス製の外輪２を作製する。外輪２の内周には、球面滑り軸受１の軸受面をなす部分球面形状の内周面４が形成されている。この時点では、外輪２の内周に内輪３は導入されていない。
【００２９】
（ｂ）圧縮成形工程
次に、焼結金属製の内輪３を作製する。図３は、圧縮成形工程に使用する圧縮成形装置１０の断面図である。この図に示すように、圧縮成形装置１０は、上型１１と、下型１２と、コアロッド１３と、スペーサ１４と、充填空間１５、及び外輪２とを備える。外輪２は下型１２上の所定位置に設置され、この外輪２と下型１２の上にスペーサ１４が設置される。このように配置することにより、下型１２と外輪２、コアロッド１３、及びスペーサ１４とで充填空間１５が区画形成される。
【００３０】
この充填空間１５には、内輪３を形成する焼結金属の原料となる所定の金属粉末Ｐが充填される。充填空間１５は、成形すべき内輪３に準じた形状をなす。本実施形態では、上型１１の下部に押し込み部１１ａが設けられると共に、充填空間１５の上部に押し込み部１１ａに対応する押し込み代１５ａが設けられている（図３（ａ）を参照）。この押し込み代１５ａを除いた部分が、成形すべき内輪３に準じた形状をなすようになっている。
【００３１】
上述した充填空間１５に金属粉末Ｐを充填した後、上型１１を下型１２に接近させて、型締めを行うことにより、充填空間１５内の金属粉末Ｐに圧迫力を付与して、圧縮成形を行う。本実施形態では、充填空間１５の上部に押し込み代１５ａが設けられ、この押し込み代１５ａにまで金属粉末Ｐが充填されているので（図３（ａ）を参照）、この押し込み代１５ａに上型１１の押し込み部１１ａを押し込むことで、充填空間１５内の金属粉末に圧迫力が付与される。この場合、図３（ｂ）に示すように、押し込み部１１ａの下面、下型１２の上端面１２ａと内周面１２ｂ、コアロッド１３の外周面１３ａ、外輪２の内周面４、及びスペーサ１４の内周面１４ａが成形面として金属粉末Ｐを圧迫し、これらの面に倣った形状の内輪圧粉体１６が成形される。この内輪圧粉体１６は外輪２の内周面４を成形面に含めて成形されたものであるから、内輪圧粉体１６の成形時、内輪圧粉体１６は既に外輪２の内周に導入された状態にある。よって、圧縮成形工程の終了時点で、外輪２の内周に内輪圧粉体１６を配置してなる仮組み立て体１７が形成される。
【００３２】
（ｃ）焼結工程
然る後、仮組み立て体１７を加熱装置２０に搬入して、加熱部２１による所定の加熱処理を施す（図４を参照）。具体的には、内輪圧粉体１６の主成分となる金属の焼結温度にまで内輪圧粉体１６を加熱し、内輪圧粉体１６を焼結する。焼結温度は、内輪圧粉体１６の主成分となる金属の種類によって変動し、例えば鉄系成分であれば凡そ９００℃〜１１００℃、銅系成分であれば凡そ８００℃〜１０００℃に設定される。この際、外輪２はセラミックスで形成されているため、ステンレス鋼など従来の外輪２の材料と比べて耐熱温度の面で優れている。よって、内輪圧粉体１６と共に上述の温度にまで加熱されたとしても、その寸法変化を最小限に抑えて、軸受面となる内周面４の形状精度を確保することができる。
【００３３】
（ｄ）封孔処理工程
焼結後、焼結体の外表面のうち、軸方向端面７，７と内周面８（図１を参照）に対応する領域に封孔処理を施すことにより、封孔部９が形成される。最後に潤滑剤を内部空孔６に含浸させることにより、図１に示す内輪３が完成する。また、内輪３が完成するのと同時に、外輪２及び内輪３を備える球面滑り軸受１が完成する。なお、含浸処理と封孔処理の順序は特に限定されない。可能であれば、潤滑剤を焼結体の内部空孔６に含浸させてから、封孔処理を施してもよい。
【００３４】
このように、本発明に係る球面滑り軸受１は、焼結金属製の内輪３を備えると共に、内輪３の内部空孔６に潤滑剤が保持された形態をなす。この構成によれば、内輪３の外周面５に潤滑剤が供給されるようになるので、外輪２の内周面４との間で良好な摺動潤滑状態を維持することができる。よって、従来の無給油式球面滑り軸受と比べて、耐摩耗性及び耐焼き付き性を向上させて、軸受寿命の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、内輪３の外表面のうち、部分球面形状をなす外周面５を除く領域、すなわち軸方向端面７，７を含む表層部と、円筒状の内周面８を含む表層部に封孔部９を形成するようにした。この構成によれば、軸受面となる内輪３の外周面５のみから潤滑剤が滲み出るようにし、かつその他の領域（軸方向端面７，７と内周面８）から不要な潤滑剤の漏れ出しを防止することができる。よって、潤滑剤を軸受面の摺動潤滑に無駄なく使用することができ、これにより軸受寿命の更なる向上を図ることが可能となる。
【００３６】
また、本発明に係る球面滑り軸受１では、上述した機能を奏する内輪３を焼結金属で形成すると共に、外輪２をセラミックスで形成するようにした。セラミックスは、一般的な金属材料（ステンレス鋼など）と比べて高い硬度を示し、耐摩耗性に優れている。さらには、セラミックスの耐熱温度は非常に高いため、内輪３を焼結金属で形成するに際して、図３に示すように、内輪３（内輪圧粉体１６）を外輪２の内周に配置した状態で内輪圧粉体１６に焼結処理を施すことができる。よって、外輪２と内輪３をそれぞれ製作して組み立てる工程を省略して簡易に球面滑り軸受１を組み立てることが可能となる。また、外輪２をセラミックス製とすることで、焼結処理後の寸法変化や組織変化も最小限に抑えられるため、部分球面形状をなす軸受面（内周面４）の形状精度を維持することができる。軸受面の形状精度が良好であれば、摺動状態も安定するので、これによっても、軸受寿命の向上を図ることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、内輪３の外周面５を、外輪２の内周面４で成形された被成形面とした。すなわち、図２に示すように、外輪２を圧縮成形装置１０の一部として使用して内輪圧粉体１６を成形することにより、外輪２の内周面４に準じた形状の外周面５を内輪３に成形することができる。また、圧粉成形後、外輪２の内周に内輪圧粉体１６が配置された状態のままで焼結処理を施すことにより、内輪３の作製と同時に内輪３の外輪２内周への組込みを行うことができる。よって、組み立て工程をさらに簡略化して、製造コストの更なる低減化を図ることが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る球面滑り軸受及びその製造方法は上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得ることはもちろんである。
【００３９】
例えば上記実施形態では、充填空間１５の上部に押し込み代１５ａを設けて、余分に金属粉末Ｐを充填し、この押し込み代１５ａを上型１１に設けた押し込み部１１ａで押し込むようにしたが、もちろんこれは一例に過ぎない。充填空間１５内の金属粉末に十分な圧迫力を付与できる限りにおいて、圧縮成形装置１０の形態及びこの装置１０を用いた金属粉末Ｐの圧迫態様は任意である。
【００４０】
また、上記実施形態では、内輪３の外表面のうち外周面５を除く所定の領域（軸方向端面７，７及び内周面８）に封孔処理を施した場合を例示したが、もちろん封孔処理は必須ではない。潤滑剤の種類や使用環境によっては、焼結後に特に封孔処理を施すことなく内輪３を完成させてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、内輪３を焼結金属で形成すると共に、外輪２をセラミックスで形成した場合を例示したが、外輪２の材質はセラミックスには限られない。内輪３の焼結温度の如何によっては、言い換えると、焼結温度以上の耐熱温度を示す材質であれば、外輪２の材料に採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１      球面滑り軸受
２      外輪
３      内輪
４      内周面
５      外周面
６      内部空孔
９      封孔部
１０    圧縮成形装置
１１    上型
１１ａ  押し込み部
１２    下型
１３    コアロッド
１４    スペーサ
１５    充填空間
１５ａ  押し込み代
１６    内輪圧粉体
１７    仮組み立て体
２０    加熱装置
２１    加熱部
Ｐ      金属粉末
【図１】
2018179167.tif 000003
【図２】
2018179167.tif 000004
【図３】
2018179167.tif 000005
【図４】
2018179167.tif 000006