(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイス上に、一端面を当接させて焼結軸受を載置するとともに、他端面に工具を当接させ、この状態から、前記工具で前記焼結軸受を押圧しながら、該工具に高周波振動を与え、前記焼結軸受の前記一端面および前記他端面に繰り返し衝撃を与えることにより、これら一端面および他端面の気孔を封孔する焼結含油軸受の製造方法であって、
前記焼結軸受が接する前記ダイスの表面および前記工具の表面が、ともに、面粗さが０．４ｓ以下、硬さがＨＲＡ６０以上であり、
前記工具が前記焼結軸受を押圧する圧力を７０〜７００ｋＰａとし、かつ、この工具に与える高周波振動の出力を５０〜３０００Ｗ／ｃｍ２、周波数を１０〜５０ｋＨｚに設定することを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
【請求項２】
前記高周波振動の発振時間をｙ（秒）、前記高周波振動の出力をｘ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合、ｙ＝ａ×ｘ−１（ただし、係数ａが５０≦ａ≦１０００）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受の製造方法。
【請求項３】
前記工具に与える高周波振動の方向が、軸方向、軸方向とほぼ直交する方向、もしくは軸回りの方向のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受の製造方法。
【請求項４】
前記焼結軸受が当接する前記工具の表面に凸部を形成して前記焼結軸受の前記他端面に動圧発生用の凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受の製造方法。
【請求項５】
前記焼結軸受が当接する前記ダイスの表面に凸部を形成して前記焼結軸受の前記一端面に動圧発生用の凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受の製造方法。
【請求項６】
前記ダイスが超硬合金製であることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種モータの軸受として用いられる焼結含油軸受に係り、特に、内部に含浸させた潤滑油の漏出が抑えられ、これによって摺動特性の向上が図られる焼結含油軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
気孔内に潤滑油を含浸させた焼結含油軸受においては、挿入された軸が回転することによって、その軸と、軸受内周面である摺動面との間の微小隙間に存在する潤滑油に油圧が発生し、この油圧により軸が高い精度で支持される。しかしながらその状態においては、軸受の摺動面以外の面から潤滑油が漏出しやすくなる傾向があり、特に拘束を受けていない端面から潤滑油が漏出しやすい。潤滑油が漏出すると潤滑油の油圧が低下するため、軸と軸受の摺動面とが直接接触する場合が増大し、摩擦抵抗の増加や耐久性の低下等の問題を招く。【０００３】
このような問題は焼結軸受の端面に露出する気孔を塞ぐ封孔処理を施せばよいと考えられ、そのための技術として、焼結軸受の端面に高周波振動を与える方法が提案されている（特許文献１、２等）。【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３２６０号公報
【特許文献２】特開平１１−５１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の高周波振動を与えて端面を封孔する方法は、短時間で、かつ確実に封孔処理することができるといった効果を奏するとされている。しかしながら、上記公報に記載の方法では、いずれも高周波振動を直接与えた一方の端面のみを封孔する方法である。したがって両端面を封孔するには、同じ工程を一端面と他端面に施す必要がある。すなわち、１つの焼結軸受の両端面を封孔するには、端面ごとにワークをセットし、封孔工程を２度要することになり、このため、工程数や手間の削減が望まれている。【０００６】
よって本発明は、少ない工程で焼結軸受の両端面を封孔することができ、その結果、生産性の向上が図られる焼結含油軸受の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ダイス上に、一端面を当接させて焼結軸受を載置するとともに、他端面に工具を当接させ、この状態から、工具で焼結軸受を押圧しながら、該工具に高周波振動を与え、焼結軸受の一端面および他端面に繰り返し衝撃を与えることにより、これら一端面および他端面の気孔を封孔する焼結含油軸受の製造方法であって、焼結軸受が接するダイスの表面および工具の表面が、ともに、面粗さが０．４ｓ以下、硬さがＨＲＡ６０以上であり、工具が焼結軸受を押圧する圧力を７０〜７００ｋＰａとし、かつ、この工具に与える高周波振動の出力を５０〜３０００Ｗ／ｃｍ２、周波数を１０〜５０ｋＨｚに設定することを特徴とする。工具に与える高周波振動の方向は、焼結軸受の軸方向が挙げられ、この他には、焼結軸受の軸方向とほぼ直交する方向であってもよく、軸回りの方向であってもよい。【０００８】
本発明では、工具に高周波振動を与えると、その工具が当接する焼結軸受の上記他端面に繰り返し衝撃が与えられる。また、高周波振動は工具から焼結軸受に伝わるので、ダイスに当接する焼結軸受の上記一端面にも同時に繰り返し衝撃が与えられる。このようにして高周波振動加工が施される焼結軸受の両端面は、高速かつ短振幅の繰り返しの振動で小刻みな加工が加えられ、肉の塑性流動が生じ、表面に露出する気孔の封孔が短時間でなされる。封孔された両端面は、鏡面仕上げ加工が施された状態にすることも可能であり、また、１〜５秒程度の短い処理時間で、封孔を十分に行うことができる。このように本発明によれば、焼結軸受の両端面の封孔を１回の工程（高周波振動を与える工程）で同時に完了させることができ、しかも１回の封孔処理に要する時間をきわめて短くすることができるので、生産性の大幅な向上が図られる。【０００９】
本発明では、高周波振動による高周波振動加工の条件を上記のように規定しており、その理由は以下の通りである。
・工具およびダイスの表面の面粗さ：０．４ｓ以下、硬さ：ＨＲＡ６０以上
これらの条件を満たすことにより、１回の高周波振動加工で、軸受の両端面を同時に封孔処理することができる。面粗さに関しては、０．４ｓを超えると、加圧方向へも塑性流動が生じる分、面方向への塑性流動が生じて封孔が不完全となりやすく、封孔処理された端面の粗さが大きいものになってしまう。この傾向は、直接加振されないダイス側で特に顕著となる。一方、硬さに関しては、ＨＲＡ６０を下回ると、完全に封孔されるまでの処理時間が長くなり、また、高周波振動による繰り返し衝撃によりダイスが摩耗しやすくなる。そして、処理時間が長くなったりダイスが摩耗しやすいことは、ダイスの寿命を短くする。【００１０】
ダイスの硬さに関しては、硬ければ硬いほどダイス自身の摩耗が抑えられるので好ましい。特に、超硬合金は９５０〜１８００ＨＶと硬く、高周波振動による繰り返し衝撃に耐える靱性を兼ね備えているので、ダイスの材質として特に好ましい。セラミックスやＣＢＮは、硬さは超硬合金よりも硬いが、靱性が低いため、繰り返し衝撃によりダイスの寿命が短くなる。一方、合金工具鋼や高速度工具鋼では、靱性は高いものの硬さが低めであるため、超硬合金に比べて繰り返し衝撃による摩耗が生じやすい。また、工具に関しては、高周波振動が直接与えられることによる割れ等の発生を防止する観点から、やはり適度な靱性を有する材質であることが望ましい。【００１１】
・工具が焼結軸受を押圧する圧力：７０〜７００ｋＰａ
この押圧力が７０ｋＰａに満たないと、焼結軸受の保持が不完全となり、完全に封孔されるまでの処理時間が長くなる。一方、７００ｋＰａを超えると、押圧力が大きくなりすぎ、高周波振動を与えても焼結軸受が振動しにくくなり、封孔が不完全となる。【００１２】
・工具に与える高周波振動の出力：５０〜３０００Ｗ／ｃｍ２、周波数：１０〜５０ｋＨｚ
出力：５０Ｗ／ｃｍ２、周波数：１０ｋＨｚのいずれにも満たないと、振動が不十分で完全に封孔することができない。一方、出力：５０Ｗ／ｃｍ２、出力：周波数：１０ｋＨｚ以上で十分な封孔が行えるようになり、これらの値が大きくなるにつれて短時間で封孔が行えるようになる。しかしながら、出力：３０００Ｗ／ｃｍ２、周波数：５０ｋＨｚのいずれか一方を超えると、顕著な時間短縮効果が認められなくなる。また、これらの値を超えると、ネック部と呼ばれる焼結時に形成された接合粒子間のくびれ部分が破壊されるため、封孔処理された端面の粗さがかえって大きくなり、過度の場合には焼結体がバラバラになるおそれがある。【００１３】
本発明では、焼結軸受に当接する工具および／またはダイスの表面に凸部を形成しておき、上記条件で高周波振動加工を行うと、封孔を行いつつ、焼結軸受の端面に動圧形成用の凹部を形成できるので好適である。このようにして形成された凹部を有する焼結含油軸受の端面は、凹部も含めて封孔されているため、使用時に気孔による動圧のリークが抑えられ、高い動圧効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、焼結軸受の両端面の封孔を１回の高周波振動加工で完了させることができ、このため、生産性の向上が図られるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を好適に実施し得る一実施形態の封孔装置の側面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す側面図である。
【図３】他の実施形態で製造された焼結含油軸受の斜視図である。
【図４】高周波振動の出力ｘと高周波振動の発振時間ｙの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１６】
１  焼結軸受
１ａ  焼結軸受の一端面
１ｂ  焼結軸受の他端面
２  焼結軸受の凹部
１０  ダイス
１１  ダイスの凸部
４０  工具
４１  工具の凸部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の焼結含油軸受の製造方法を好適に実施し得る封孔装置である。この装置は、符号１で示す円筒状の焼結軸受の両端面を封孔処理する装置であり、ダイス１０、振動子２０、ホーン３０および工具４０とから構成されている。【００１８】
ダイス１０は、所定厚さを有するプレート状の載置台であって、図示せぬ基台等の上に水平の状態に強固に固定されている。このダイス１０の表面に一端面１ａが当接する状態に、焼結軸受１が載置される。振動子２０は、図示せぬ昇降装置によって昇降自在に支持されており、その下面に、ホーン３０が取り付けられている。ホーン３０は円錐状の中空管体であり、軸方向が鉛直方向に一致し、かつ、大径側が上側に配され、その大径側の端面が振動子２０に取り付けられている。このホーン３０の小径側である下端面に、円盤状の工具４０が、溶接等の手段によって同軸的に固着されている。振動子２０が稼働すると、ホーン３０には軸方向に振動する高周波振動が発生する。この場合、高周波振動の出力は５０〜２０００Ｗ／ｃｍ２、周波数は１０〜５０ｋＨｚが好適とされる。【００１９】
工具４０の下端面の径は、焼結軸受１の外径よりも大きく、その下端面に、焼結軸受１の端面全面が当接可能とされている。勿論、ダイス１０の表面は焼結軸受１の端面よりも十分に大きい面積を有している。そして、ダイス１０の表面および工具４０の下端面は、ともに、面粗さが０．４ｓ以下に加工されており、また、硬さはＨＲＡ６０以上の材質のものが用いられている。特にダイス１０は、硬さが９５０〜１８００ＨＶ程度の超硬合金が、高周波振動による繰り返し衝撃に耐える靱性を兼ね備えているので好ましく用いられる。また、工具４０は、高周波振動が直接与えられることによる割れ等の発生を防止する観点から、やはり適度な靱性を有する材質のものが好ましく用いられる。
【００２０】
次に、この封孔装置の作用ならびに効果を説明する。
まず、工具４０の直下に当たるダイス１０の表面に、一端面１ａが当接する状態に焼結軸受１を載置する。次いで、振動子２０を下降させて、工具４０の下端面をダイス１０の上端面（他端面）１ｂに当接させ、さらに下降させることにより、工具４０が所定の圧力で焼結軸受を押圧する状態とする。その押圧する圧力は、７０〜７００ｋＰａとされる。この状態を保持しながら、振動子２０を稼働させる。【００２１】
振動子２０が稼働するとホーン３０が軸方向に高周波振動し、これによって工具４０にその高周波振動が与えられ、さらに振動が工具４０から焼結軸受１に伝わる。これにより工具４０が当接する焼結軸受１の上端面１ｂに繰り返し衝撃が与えられ、また、ダイス１０に当接する焼結軸受１の下端面１ａにも同時に繰り返し衝撃が与えられる。このようにして高周波振動加工が施される焼結軸受１の両端面１ａ，１ｂは、高速かつ短振幅の繰り返しの振動で小刻みな加工が加えられ、肉の塑性流動が生じ、表面に露出する気孔の封孔がなされる。【００２２】
焼結軸受１が当接するダイス１０および工具４０の表面の面粗さ、硬さ、高周波振動の出力および周波数、焼結軸受を押圧する圧力といった諸条件を上記のように規定することにより、焼結軸受１の両端面１ａ，１ｂの封孔を十分に行うことができ、鏡面仕上げ加工が施された状態にすることも可能である。そして、封孔に要する処理時間、すなわち高周波振動の発振時間は、０．０５〜５秒程度で済ませることができる。なお、この処理時間が経過したら振動子２０の稼働を停止させ、振動子２０を上昇させて焼結軸受から工具４０を離し、焼結軸受１を得る。【００２３】
高周波振動の発振時間は上記のように０．０５〜５秒程度でよいが、高周波振動の出力が大きい場合には封孔処理は短時間で済み、一方、高周波振動の出力が小さい場合には封孔処理にある程度の時間が必要となる。このため、高周波振動の出力により処理時間を決定することが好ましい。具体的には、高周波振動の発振時間をｙ（秒）、高周波振動の出力をｘ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合、ｙ＝ａ×ｘ−１と表し、係数ａを５０≦ａ≦１０００の範囲とすることが好ましく、この範囲で加工後の面粗さの小さい良好な封孔が行える。この場合、係数ａが５０に満たないと、発振時間が足りず完全に封孔することができない。一方、係数ａが１０００を超えると、ネック部と呼ばれる焼結時に形成された接合粒子間のくびれ部分が破壊されるため、封孔処理された端面の粗さがかえって大きくなり、過度の場合には焼結体がバラバラになるおそれがある。【００２４】
本実施形態によれば、焼結軸受１の両端面１ａ，１ｂの封孔を１回の工程で同時に完了させることができ、しかも１回の封孔処理に要する時間をきわめて短くすることができるので、生産性の大幅な向上が図られる。【００２５】
次に、図２を参照して本発明の他の実施形態を説明する。
この場合の封孔装置では、ダイス１０の表面に複数の凸部１１が形成され、一方、工具４０の下端面にも、同様の凸部４１が複数形成されている。これら凸部１１，４１は、封孔処理を施す焼結軸受１の各端面１ａ，１ｂに対応する位置に形成されており、径方向に延び、周方向に等間隔をおいて放射状に配列されている。【００２６】
この実施形態においても、先の実施形態と同じ条件で、工具４０で焼結軸受１を押圧しながら工具４０に高周波振動を与え、焼結軸受１の両端面１ａ，１ｂを封孔処理する。この場合、焼結軸受１の両端面１ａ，１ｂが封孔されると同時に、それらの端面には、凸部１１，４１が刻印されることにより、図３に示すような凹部２が形成される。これら凹部２の内面も、両端面１ａ，１ｂと同様に高周波振動によって封孔される。このようにして得られた焼結軸受１は、例えば、両端面１ａ，１ｂがスラスト動圧を受けるように使用され、凹部２はスラスト動圧発生用凹部とされる。その場合、両端面１ａ，１ｂは凹部２も含めて封孔されているため、使用時に気孔による動圧のリークが抑えられ、高いスラスト動圧効果を得ることができる。【００２７】
なお、この実施形態では両端面１ａ，１ｂに凹部２を形成しているが、必要に応じて一方の端面のみに形成してもよく、その場合には、工具４０に凸部４１を形成するか、ダイス１０に凸部１１を形成するか、いずれか一方の手段が採用される。
【実施例】
【００２８】
（１）実施例１
次に、本発明の実施例を説明し、本発明の効果を明らかにする。
表１に示す組成の原料粉末を圧縮成形し、その成形体を焼結して真密度比７０％、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、軸方向長さ５ｍｍの円筒状の焼結軸受を必要数得た。【００２９】
【表１】
0004627300.tif 000002
【００３０】
次いで、図１で示したものと同様の構成を備えた封孔装置により、焼結軸受の両端面を、表２に示すように条件を変えて封孔し、試料１〜１９を得た。表２の面粗さおよび硬さは、焼結軸受が当接するダイスおよび工具の表面のそれであり、圧力は工具が焼結軸受を押圧する圧力、出力および周波数は高周波振動に関する数値である。なお、高周波振動の発振時間をｙ（秒）、出力をｘ（Ｗ／ｃｍ２）とした場合、ｙ＝５００×ｘ−１を満たすように封孔を行った。また、表２の＊は、本発明の数値範囲を逸脱する数値を示している。【００３１】
次に、これら試料の両端面の封孔状態を金属顕微鏡により観察し、封孔状態を、表２に示すように評価した。なお、評価記号の○は「ほぼ完全に封孔されていた」、×は「封孔が不十分であった」または「処理が過剰で表面荒れが発生した」を示す。【００３２】
【表２】
0004627300.tif 000003
【００３３】
表２で明らかなように、本発明範囲内の条件で封孔を行った場合には表面粗さの小さい良好な封孔が行えるが、本発明範囲を逸脱する条件で封孔を行った場合には、十分な封孔が認められない、または処理が過剰で表面荒れが発生することが判った。したがって、本発明が焼結軸受の封孔に有効であることが実証された。【００３４】
（２）実施例２
実施例１で用いたものと同じ円筒状の焼結軸受を用意し、実施例１で用いた封孔装置を用い、表３に示すように高周波振動の出力と発振時間を変えて焼結軸受の両端面を封孔し、試料２０〜４８を得た。なお、使用したダイスおよび工具の面粗さは０．４ｓ、硬さはＨＲＡ６０であり、工具が焼結軸受を押圧する圧力は３００ｋＰａ、高周波振動の周波数は３０ｋＨｚであった。【００３５】
上記のようにして得られた試料の両端面の封孔状態を実施例１と同様に金属顕微鏡により観察し、封孔状態を表３に示すように評価し、図４のグラフにまとめた。なお、評価記号が示す判定基準は実施例１と同様である。【００３６】
【表３】
0004627300.tif 000004
【００３７】
表３および図４により、高周波振動の出力をｘ（Ｗ／ｃｍ２）、高周波振動の発振時間をｙ（秒）、ｙ＝ａ×ｘ−１と表したときの係数ａの値を５０〜１０００の本発明範囲内となるように試料の両端面の封孔を行った場合、面粗さの小さい良好な封孔を行うことができることが判った。一方、この本発明範囲を逸脱した条件で封孔した場合、十分な封孔が認められない、または処理が過剰で表面荒れが発生することが判った。したがって、本発明が焼結軸受の封孔に有効であることが実証された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004627300.tif 000007
【図４】
0004627300.tif 000008