(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受面に動圧溝が形成された円筒状の焼結軸受を製造する方法であって、前記軸受面を形成するための溝と前記動圧溝を形成するための凸条とが外周面に形成されたコアロッドを、円筒状の焼結体からなる軸受素材に挿入し、次いで、軸受素材をダイ孔内で圧縮することにより、軸受素材をコアロッドに圧接して軸受素材の内周面に軸受面と動圧溝とを転写し、そして、軸受素材の外周面をダイから解放し、その後、上下のパンチで軸受素材を加圧することにより、軸受素材の全長を縮小させるとともに内外径を拡張させた状態で、軸受素材からコアロッドを相対的に抜き出すことを特徴とする動圧溝付き焼結軸受の製造方法。
【請求項２】
前記コアロッドの前記溝の深さが、前記軸受素材の外周面を前記ダイから解放した際に生じる前記軸受面の半径スプリングバック量と、軸受素材の両端面が加圧されることによって生じる軸受面の半径の拡張量とを加算した量よりも大きく設定されており、
軸受素材からコアロッドを抜き出す最中に、軸受面をコアロッドの前記凸条でサイジングまたはシェービングすることを特徴とする請求項１に記載の動圧溝付き焼結軸受の製造方法。
【請求項３】
前記コアロッドにおける前記凸条の角部および前記溝の隅部が、断面弧状に角取りされていることを特徴とする請求項１または２に記載の動圧溝付き焼結軸受の製造方法。
【請求項４】
前記コアロッドの前記溝の深さが、コアロッドの軸方向でみた場合に、一端から他端に向かってしだいに浅くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動圧溝付き焼結軸受の製造方法。
【請求項５】
前記コアロッドの前記溝の深さが、コアロッドの軸方向でみた場合に、中央部分がもっとも深く、そこから両端に向かってしだいに浅くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動圧溝付き焼結軸受の製造方法。
【請求項６】
前記コアロッドにおける前記溝および前記凸条の形成部分が、軸受の両端部に対応する離間した２箇所に配されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の動圧溝付き焼結軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状で、回転軸を支承する軸受面に動圧溝が形成された焼結軸受を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結軸受は、焼結体に含浸された潤滑油が軸受面にしみ出し、軸受面と回転軸との間に油膜が形成されるに伴い、摩擦抵抗が低減して騒音や振動が抑えられるといった特性を有する。近年、このような焼結軸受においては、軸受面に形成した動圧溝により、動圧効果、すなわち動圧溝に流入する潤滑油の高圧化に伴う支承力の向上を得られるものが広く提供されている。従来、動圧溝を焼結軸受に形成するには、転造やフォトマスクによるエッチング加工等が提案されているが、比較的小径の軸受には適用が困難であり、量産性も劣るものであった。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決する技術として、特開平１０−３０６８２７号公報に記載されている方法が挙げられる。この方法は、形成すべき動圧溝に対応した模様の凹凸が外周面に施されたコアロッドを軸受素材に挿入し、軸受素材を圧縮してその内周面をコアロッドの外周面に密着させることにより、コアロッドの凹凸を軸受素材の内周面に転写させ、この後、軸受素材を圧縮状態から解放し、その際に軸受素材に生じるスプリングバックを利用してコアロッドから軸受素材を抜き取るといった方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法では、動圧溝が形成された軸受素材をコアロッドから抜き取るために、スプリングバックによって軸受素材の内径が十分に拡張され、コアロッドの外周面と軸受素材の内周面双方の凹凸が噛み合うことなく互いに干渉しないことが要求される。このため、材料としてはスプリングバックができるだけ大きく生じるものが望ましい。ところが、一般的な滑り軸受用の焼結合金のスプリングバック（コアロッドの外径に対する圧縮を解放した際の軸受素材の内径拡張量の比率）は、大きくても０．２％程度なので、軸受素材の内周面に形成することができる凹凸の段差は、生じるスプリングバック量の１／２（半径スプリングバック量）が最大である。また、比較的密度が低い焼結合金や、銅系焼結合金のように比較的軟質で塑性変形しやすい焼結合金からなる焼結軸受では、ほとんどスプリングバックが生じないものもあり、そのような軸受素材には動圧溝を形成しにくい。
【０００５】
本発明は、軸受面に動圧溝が形成された円筒状の焼結軸受を製造する方法であって、前記軸受面を形成するための溝と前記動圧溝を形成するための凸条とが外周面に形成されたコアロッドを、円筒状の焼結体からなる軸受素材に挿入し、次いで、軸受素材をダイ孔内で圧縮することにより、軸受素材をコアロッドに圧接して軸受素材の内周面に軸受面と動圧溝とを転写し、この後、軸受素材の外周面をダイから解放してから、上下のパンチで軸受素材を加圧することにより、軸受素材の全長を縮小させるとともに内外径を拡張させた状態で、軸受素材からコアロッドを相対的に抜き出すことを特徴としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸受面に動圧溝が形成された円筒状の焼結軸受を製造する方法であって、軸受面を形成するための溝と動圧溝を形成するための凸条とが外周面に形成されたコアロッドを、円筒状の焼結体からなる軸受素材に挿入し、次いで、軸受素材をダイ孔内で圧縮することにより、軸受素材をコアロッドに圧接して軸受素材の内周面に軸受面と動圧溝とを転写し、この後、軸受素材の外周面をダイから解放し、かつ、軸受素材の両端面を加圧した状態で、軸受素材からコアロッドを相対的に抜き出すことを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、軸受素材からコアロッドを相対的に抜き出す工程において、軸受素材の外周面をダイから解放することにより軸受素材にはスプリングバックが生じるが、その際に、軸受素材の両端面を加圧しているので軸受素材の内径および外径が拡張される。すなわち、軸受素材の内径は、スプリングバックに加えて両端面の加圧によりさらに拡径する。したがって、コアロッドの抜き出しが可能または容易となり、その結果、動圧溝を確実に形成することができるとともに、より深い動圧溝を形成することができる。
【０００８】
本発明では、コアロッドの溝の深さが、軸受素材の外周面をダイから解放した際に生じる軸受面の半径スプリングバック量と、軸受素材の両端面が加圧されることにより生じる軸受面の半径の拡張量とを加算した量よりも大きく設定されており、軸受素材からコアロッドを抜き出す最中に、軸受面をコアロッドの凸条でサイジングまたはシェービングすることを好ましい方法としている。
【０００９】
この方法では、スプリングバック量と、軸受素材の両端面を加圧することによって生じる拡径量とを加算した量の１／２よりも、コアロッドの溝の深さが大きい。このため、コアロッドの外周面の凹凸が軸受面に形成された凹凸に僅かに干渉することになるが、その干渉部分は、コアロッドの凸条でサイジングまたはシェービングされる。したがって、スプリングバック量が少ないか、あるいはほとんどない軸受素材に対し、動圧溝を確実かつ効率よく形成することができる。また、形成される軸受面はサイジングまたはシェービングされるので、緻密で寸法精度に優れたものとなる。さらに、前述のように軸受素材の両端面を加圧することにより軸受素材はより拡径するので、コアロッドに対する軸受素材のゆるみが大きく、このため、コアロッドの抜き出しの初期段階をスムーズに進行させることができる。
【００１０】
本発明では、コアロッドの溝が転写されて軸受の内周面に凸条が形成され、この凸条の突端面が軸受面とされる。ここで、コアロッドの凸条の角部と溝の隅部が断面弧状に角取りしておけば、コアロッドを抜き出す際に軸受側の凸条が剪断破壊を受けにくいので好ましい。
【００１１】
また、コアロッドの溝の深さが、コアロッドの軸方向でみた場合に、一端から他端に向かってしだいに深くなっているか、あるいは、中央部分がもっとも深く、そこから両端に向かってしだいに浅くなっているかの、いずれかの形態を採ることができる。これらの形態によれば、軸受素材の凸条が剪断破壊を受けにくくなるとともに、サイジングあるいはシェービングがスムーズに行われる。
【００１２】
また、本発明では、コアロッドにおける溝および凸条の形成部分が、軸受の両端部に対応する離間した２箇所に配されていることを含む。このコアロッドを用いて製造された軸受の内周面には、両端部に軸受面および動圧溝がそれぞれ形成され、これらの間に、軸受面よりも大径の中逃げ部が形成される。
【００１３】
さらに、本発明に用いる軸受素材としては、寸法精度をより高くすることができる観点から、焼結体の少なくとも内周面をサイジングしたものであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、実施形態に係るコアロッド２０Ａを示しており、このコアロッド２０Ａの外周面には、周方向に収束する複数の略Ｖ字状の溝２１がヘリングボーン模様に形成されている。各溝２１の深さは均一であって等間隔に形成されており、各溝２１の間は、外径がコアロッド２０Ａの外径に等しい凸条２２となっている。溝２１は軸受内周面の軸受面を形成する部分であり、凸条２２は動圧溝を形成する部分である。
【００１５】
図２は、コアロッドの他の実施形態であって、このコアロッド２０Ｂは、図１に示した溝２１および凸条２２の形成部分が、軸受の両端部に対応する離間した２箇所に配されており、両者の間の部分が、軸受面よりも大径である中逃げ部を形成する。
【００１６】
上記コアロッド２０Ａ，２０Ｂは、例えば、溝２１の底面に相当する外径寸法に研磨された硬質な鋼棒の外周面に、溝２１となる部分をマスキングし、次いで、鋼棒の表面に硬質な合金メッキを施し、この後、マスキングを除去してメッキ面を所定寸法に研磨仕上げする方法により得ることができる。この他には、コアロッド２０Ａ，２０Ｂの外径寸法を有する鋼棒に、凸条２２となる部分に光硬化性樹脂のフォトマスクを設けてからエッチング加工して溝２１を形成し、この後、仕上げ加工することによっても製造することができる。
【００１７】
次に、図３を参照して、図１に示したコアロッド２０Ａを金型に組み合わせて動圧溝付き焼結軸受を製造方法を説明する。
まず、軸受素材１５を成形する金型は、図３（ａ）に示すように、軸受の外周面を形成するダイ孔５ａを有するダイ５と、ダイ孔５ａに摺動自在に挿入される上下のパンチ３，４とを備えている。上下のパンチ３，４は円筒状で、これらの孔には、コアロッド２０Ａが摺動自在に挿入される。図示例では、上パンチ３に挿入されたコアロッド２０Ａが上方から下降する形式となっているが、金型の構成としては、コアロッド２０Ａが下パンチ４側から上昇する形式であってもよい。また、ダイ５が軸方向（図３で上下方向）に可動可能な構成や、全体的に軸方向が水平方向となる構成の金型も用いることができる。さらに、コアロッド２０Ａをエアーやブラシ等で清掃する手段を付加してもよい。
【００１８】
軸受素材１５は、円筒状に成形された焼結体か、もしくは焼結体にサイジングを施したものが用いられるが、後者の方が寸法精度をより高くすることができる。
【００１９】
さて、製造工程としては、はじめに図３（ａ）に示すように、軸受素材１５をダイ孔５ａの上方に同軸的にセットし、コアロッド２０Ａを軸受素材１５の孔に挿入して動圧溝の形成部分、すなわち溝２１および凸条２２が形成された部分を軸受素材１５の内周面全長にわたって対応させる。次に、軸受素材１５に当接させた上パンチ３とコアロッド２０Ａを同速度で、つまり軸受素材１５とコアロッド２０Ａの位置関係を保持しながら下降させ、軸受素材１５をダイ孔５ａに挿入し、上下のパンチ３，４で軸受素材１５を挟んだ状態とする。
【００２０】
次に、上下のパンチ３，４により軸受素材１５を所定圧で軸方向に圧縮する。軸受素材１５は外周面がダイ孔５ａの内周面に拘束されながら圧縮され、これに伴い内周側に塑性流動してコアロッド２０Ａの溝２１に肉が入り込み、かつ、軸受素材１５の内周面がコアロッド２０Ａの外周面に圧接させられる。これにより、図３（ｂ）に示すように、軸受素材１５の内周面にはコアロッド２０Ａの溝２１と凸条２２が転写され、突端面が軸受面１１ａとされる凸条１１と動圧溝１２とがそれぞれ形成される。
【００２１】
次いで、図３（ｃ）に示すように、上下のパンチ３，４およびコアロッド２０Ａを上昇させて軸受素材１５をダイ５から脱型し、圧縮状態から解放する。上下のパンチ３，４およびコアロッド２０Ａの上昇速度は同じとし、軸受素材１５とコアロッド２０Ａの位置関係を保持したまま上昇させる。次いで、上下のパンチ３，４で軸受素材１５を軸方向に加圧して圧縮する。この加圧の圧力は、軸受素材１５の弾性変形領域または塑性変形領域の初期段階となるよう設定され、したがって、軸受素材１５の全長（高さ）は僅かに縮小する。次いで、図３（ｄ）に示すように、上下のパンチ３，４で軸受素材１５を加圧した状態を保持しながら、コアロッド２０Ａを上昇させて軸受素材１５から抜き出す。コアロッド２０Ａを抜き出した後、上パンチ３を上昇させて徐荷すると、軸受素材１５は弾性復帰して内外径とも縮小する。以上により、内周面に軸受面１１ａと動圧溝１２とが形成された軸受１０Ａを得る。図４（ａ）は、得られた軸受１０Ａを半割りした縦断面を示しており、この軸受１０Ａは、例えばハウジング内に１個または２個装着されて使用される。
【００２２】
なお、図４（ｂ）は、図２で示したコアロッド２０Ｂを用いて上記と同様に製造された軸受１０Ｂを示しており、この軸受１０Ｂには、両端部に軸受面１１ａおよび動圧溝１２がそれぞれ形成され、これらの間に、軸受面１１ａよりも大径で動圧溝１２と同径の中逃げ部１４が形成されている。
【００２３】
ところで、本実施形態では、図３（ｃ）に示した状態では、軸受素材１５がコアロッド２０Ａに対し、次に述べるいずれかの状態で係合している。
【００２４】
図５（ａ）に示すように、軸受素材１５にスプリングバックがほとんど生じず、コアロッド２０Ａの溝２１および凸条２２と、軸受素材１５の軸受面１１ａおよび動圧溝１２とが隙間なくほぼ完全に噛み合って係合している。軸受素材１５が銅系合金のように軟質な材料でできており、密度が比較的低く、さらに、内径が例えば５ｍｍ以下の小径のものであると、このような状態になりやすい。
【００２５】
次は、図５（ｃ）に示すように、軸受素材１５にスプリングバックは生じるが、そのスプリングバック量はコアロッド２０Ａの溝２１の深さよりも小さく、このため、コアロッド２０Ａの凸条２２が軸受素材１５の動圧溝１２に係合する状態である。このような状態は、軸受素材１５が比較的硬質な合金でできていたり、予めサイジングされていることにより、密度が比較的高く、内径が比較的大きいものである場合に起こりやすい。また、軸受素材１５のスプリングバックによる軸受面１１ａの半径拡張量よりもコアロッド２０Ａの溝２１の深さが大きい場合にも、同様の状態となる。
【００２６】
次は、図５（ｂ）に示すように、軸受素材１５にスプリングバックが生じ、コアロッド２０Ａの凸条２２の外径よりも軸受素材１５の軸受面１１ａの内径が大きいか、または同じとなる状態である。このような形態は、軸受素材１５のスプリングバック量とコアロッド２０Ａの溝２１の深さがほぼ同じであり、コアロッド２０Ａと軸受素材１５とは係合しないので、軸受素材１５からコアロッド２０を抜き出すことができる。従来方法は、この形態を利用している。
【００２７】
そこで、図３（ｃ）に示すように、軸受素材１５をダイ５から脱型した後、上下のパンチ３，４で軸受素材１５を加圧することにより、軸受素材１５の内外径を拡張させるとともに全長を縮小させると、拡径量の１／２に相当する深さを稼ぐことができるので、動圧溝１２をより深く形成することができるわけである。つまり、軸受素材１５をダイ５から脱型して軸受素材１５の外周面を解放した際に、図５（ａ）のようにコアロッド２０Ａの溝２１と軸受素材１５の凸条１１とがほぼ噛み合っている場合でも、軸受素材１５を軸方向に加圧すると、軸受素材１５の特性によって差はあるものの、図５（ｃ）あるいは図５（ｂ）の状態になる可能性がある。また、図５（ｃ）の状態から軸受素材１５を加圧すれば、図５（ｂ）の状態になる可能性がある。
【００２８】
次に、軸受素材１５からコアロッド２０Ａを抜き出す際の形態を説明する。
図５（ａ）または図５（ｃ）のように、コアロッド２０Ａの凸条２２が軸受素材１５の凸条１１に干渉する状態からコアロッド２０Ａを抜き出そうとすると、コアロッド２０Ａの凸条２２が軸受素材１５の凸条１１の側面を押圧して凸条１１に剪断力が加わるが、その側面が僅かに変形すると、軸受素材１５を拡径する押し拡げ力が生じる。図６（ａ）はその過程の状態を示している。これにより、軸受素材１５の内周面とコアロッド２０Ａとの間に隙間が生じ、またはその隙間が拡大する。ここからさらにコアロッド２０Ａを抜き出すと、軸受素材１５の特性によって次の二つの形態が生じる。
【００２９】
一つは、図６（ｂ）に示すように、軸受素材１５がより一層拡径し、コアロッド２０Ａの凸条２２が軸受素材１５の軸受面１１ａに摺動して押圧することによりサイジングされる。もう一つは、図６（ｃ）に示すように、軸受素材１５の内周面の弾性復帰力（縮径しようとする力）とコアロッド２０Ａによる押し拡げ力が均衡しながら、コアロッド２０Ａの凸条２２の側面における角部近傍部分により軸受面１１ａの表層を剪断するようにシェービングされる。いずれの形態も、コアロッド２０Ａを軸受素材１５から抜き出し、上パンチ３を退避させて加圧を除いた後は、軸受１０Ａの内周面は弾性復帰して縮径する。また、軸受面１１ａは、摩滅により気孔が減少して焼結体の状態よりも平滑な面となる。
【００３０】
これらの挙動が生じ得るようにコアロッド２０Ａの溝２１の深さを実験値等に基づいて設定することにより、軸受素材１５が、スプリングバックがほとんど生じないか、きわめて少ないものであっても、コアロッド２０Ａを抜き出すことができ、動圧溝１２を確保することができる。また、その動圧溝１２をより深いものとすることができる。
【００３１】
なお、コアロッド２０Ａを軸受素材１５から抜き出す際に軸受素材１５の凸条１１が剪断破壊されることを回避する観点から、図５に示すように、コアロッド２０Ａの凸条２２の角部２２ａと溝２１の隅部２１ａが、滑らかな断面弧状に角取りされていることが好ましい。また、コアロッド２０Ａの凸条２２の側面をなだらかに傾斜させたり、コアロッド２０Ａの溝２１を適切な幅に設定すれば、剪断破壊をより確実に回避することができるとともに、動圧溝１２をより深いものとすることができる。
【００３２】
次に、図７を参照して、コアロッドの溝と凸条からなる動圧溝形成部の他の形態を例示する。なお、図示例の溝および凸条は、いずれも図１で示したものと同様に、基本的にはヘリングボーン模様に形成されている。
【００３３】
図７（ａ）のコアロッド２０Ｃは、溝２１の底面がコアロッド２０Ｃの外周面に沿っており、凸条２２はコアロッド２０Ｃの外周面から突出して形成されている。このようなコアロッド２０Ｃをエッチング法により製作するには、凸条２２となる部分が他の主たる部分より太い鋼棒を素材とし、この鋼棒に溝２１となる部分を残してマスキングしてからエッチング加工する。また、メッキ法により製作するには、凸条２２となる部分を残してマスキングしてメッキを施す。
【００３４】
図７（ｂ）のコアロッド２０Ｄは、溝２１の深さがコアロッド２０Ｄの軸方向でみた場合に、一端から他端（図でコアロッド２０Ｄの先端側である下端から上端）に向かうにつれてしだいに浅くなっており、溝２１が浅い側の凸条２２の端部はコアロッド２０Ｄの外周面になだらかに連続している。このようなコアロッド２０Ｄは、例えば図７（ａ）で示したコアロッド２０Ｃの凸条２２を錐状になるよう研磨することにより得ることができる。このようなコアロッド２０Ｄによれば、軸受に形成される動圧溝は、軸方向でみた場合に一端がもっとも深く、他端に向かうにつれてしだいに浅いものとなる。そして、コアロッド２０Ｄを軸受素材１５から抜き出す際には、抜き取り方向の先端側、つまり図で言うと上端側から凸条２２の高さがしだいに高くなっているので、軸受素材の凸条が剪断を受けにくく、かつ、サイジングあるいはシェービングがスムーズに行われるといった利点がある。また、凸条２２の高さが高いほど、サイジング量あるいはシェービング量を大きくすることができる。
【００３５】
図７（ｃ）のコアロッド２０Ｅは、溝２１の深さが、コアロッド２０Ｅの軸方向でみた場合に、中央部分がもっとも深く、そこから両端に向かうにつれてしだいに浅くなっており、凸条２２の両端はコアロッド２０Ｅの外周面になだらかに連続している。このようなコアロッド２０Ｅは、例えば図７（ａ）で示したコアロッド２０Ｃの凸条２２を、中央をそのままにして両側を錐状になるよう研磨することにより得ることができる。このようなコアロッド２０Ｅによれば、軸受に形成される動圧溝は、軸方向の中央部がもっとも深く、両端に向かうにつれてしだいに浅いものとなる。そして、図７（ｂ）のコアロッド２０Ｄと同様に、軸受素材の凸条が剪断を受けにいことや、サイジングあるいはシェービングがスムーズに行われるといった利点を有している。
【００３６】
次に、図８を参照して軸受に形成される動圧溝の他の形態を説明する。
図８（ａ）の軸受１０Ｃの内周面には、周方向に収束する複数の細かなＶ字状の凸条１１が形成されており、これら凸条１１の内周面が軸受面１１ａである。そして、凸条１１の間の溝が、動圧溝１２とされている。図８（ｂ）の軸受１０Ｄの内周面には、スパイラル状の凸条１１が全長にわたって形成されており、これら凸条１１の内周面が軸受面１１ａである。そして、凸条１１の間のスパイラル状の溝が、動圧溝１２とされている。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スプリングバック量が少ないか、あるいはほとんどない軸受素材であっても動圧溝を確実に形成することができ、なおかつ、軸受面が緻密で寸法精度に優れた動圧溝付き焼結軸受を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るコアロッドの一部側面図である。
【図２】  本発明の他の実施形態に係るコアロッドの一部側面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係るコアロッドの製造方法を（ａ）〜（ｄ）の順に示す縦断面図である。
【図４】  （ａ）は本発明の一実施形態に係るコアロッドを用いて製造された軸受の半割り断面図、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係るコアロッドを用いて製造された軸受の半割り断面図である。
【図５】  （ａ）〜（ｃ）は軸受素材の外周面をダイから解放した状態におけるコアロッドと軸受素材との関係の各種形態を模式的に示す縦断面図である。
【図６】  （ａ）〜（ｃ）は軸受素材からコアロッドを抜き出す際のコアロッドと軸受素材との関係の各種形態を模式的に示す縦断面図である。
【図７】  コアロッドに形成される溝および凸条の各種変形例を示す側面図である。
【図８】  （ａ），（ｂ）は軸受に形成される軸受面および動圧溝の各種変形例を示す半割り断面図である。
【符号の説明】
５…ダイ、５ａ…ダイ孔、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…軸受、
１１ａ…軸受面、１２…動圧溝、１５…軸受素材、
２０Ａ，２０Ｂ…コアロッド、２１…溝、２１ａ…隅部、２２…凸条、
２２ａ…角部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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