(57)【要約】【課題】多孔質材からなる被圧入部材の内周に焼結含油軸受を圧入した後の軸受面の精度低下を抑制すると共に、焼結含油軸受に含浸させた潤滑油が被圧入部材に移行しないようにする。【解決手段】内周に軸３を支持するための軸受面１ａを有する焼結含油軸受１を多孔質材からなる被圧入部品２の内周に圧入固定する。焼結含油軸受１の外周面１ｂに回転サイジングを施し、外周面１ｂを塑性流動により、外周面１ｂの表面開孔率を、軸受面１ａの表面開孔率よりも小さくする。【選択図】図２
2012026504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧入部品の内周に圧入固定され、内周に軸を支持するための軸受面を有する焼結含油軸受であって、
外周面の表面開孔率が前記軸受面の表面開孔率よりも小さいことを特徴とする焼結含油軸受。
【請求項２】
前記被圧入部品と接触する外周面を、軸受中心を回転基準とする回転サイジングにより塑性流動を生じさせて仕上げたことを特徴とする請求項１記載の焼結含油軸受。
【請求項３】
軸受中心に対する外周面の同軸度を管理対象とし、かつ同軸度の許容値として１０μｍ以下を設定した請求項２に記載の焼結含油軸受。
【請求項４】
前記外周面に、前記回転サイジングで内径方向に塑性変形させた変形部を設けた請求項２または３記載の焼結含油軸受。
【請求項５】
前記被圧入部品を多孔質材で形成した請求項１〜４何れか１項に記載の焼結含油軸受。
【請求項６】
前記被圧入部品を焼結金属で形成した請求項１〜４何れか１項に記載の焼結含油軸受。
【請求項７】
前記外周面の表面開孔率を１５％以下にした請求項１〜６何れか１項に記載の焼結含油軸受。
【請求項８】
前記被圧入部品と接触するフランジ部を有し、フランジ部の被圧入部品と接触する端面が、軸受中心を回転基準とする回転サイジングにより表面開孔率が１５％以下に制御された請求項１〜７何れか１項に記載の焼結含油軸受。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載された焼結含油軸受と、この焼結含油軸受を内周に圧入した被圧入部品とを有する機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結含油軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結含油軸受では、内周に挿入した軸との相対回転に伴って、焼結金属内部に含浸された潤滑油が軸受面に滲み出し、この滲み出した油によって軸受隙間に油膜が形成される。この油膜を介して軸が軸受面に相対回転可能に支持される。この種の焼結含油軸受は、静粛性に優れ、かつ無給油で長期間使用可能であるという特徴を有し、自動車、産業機械等に装備される各種機構の軸受として広く使用されている。
【０００３】
例えば自動車のスタータモータ用遊星歯車機構においては、遊星歯車に焼結含油軸受が使用されている。これは、焼結金属からなる円筒状の歯部（被圧入部品）の内周に焼結含油軸受を圧入して遊星歯車としたものである。焼結含油軸受の内周に軸を挿入することで、軸に対して遊星歯車を回転自在とし、内歯歯車内での遊星歯車の遊星運動を可能としている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２３８８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように、焼結含油軸受を歯部等の被圧入部品の内周に圧入した場合には、被圧入部品からの圧迫力を受けて焼結含油軸受の軸受面が僅かに縮径する。この時の縮径量は圧入締め代に応じて大きく変動するため、たとえ焼結含油軸受の軸受面を精度良く形成していても、圧入後は、圧入締め代の周方向のばらつきにより、軸受面の寸法精度がばらつく。従来では、この点を考慮して軸受隙間（軸受面と軸の外周面とのクリアランス）を大きく設定するのが通例であり、これが軸受剛性の低下、異音の発生、異常摩耗等の問題を生じる要因になっている。
【０００６】
また、被圧入部品が焼結金属等の多孔質材で形成されていると、焼結含油軸受に含浸させた潤滑油が毛細管現象で被圧入部品に吸い取られ、焼結含油軸受の含油率が低下する問題がある。この含油率の低下は初期含油量の１０％程度にも及ぶ場合があり、軸受寿命に与える影響が大きい。
【０００７】
そこで、本発明は、軸受隙間での油膜形成を長期間安定して行うことができ、特に被圧入部品が多孔質材である場合、毛細管現象による被圧入部品側への油の移行を抑制できる焼結含油軸受を提供することを目的とする。併せて、被圧入部品の内周への圧入後の軸受面の精度低下を抑制できる焼結含油軸受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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ギヤやクラッチ等の被圧入部材の内周に圧入固定され、内周に軸を支持するための軸受面を有する焼結含油軸受であって、外周面の表面開孔率が前記軸受面の表面開孔率よりも小さいことを特徴とするものである。
【０００９】
このように焼結含油軸受の外周面の表面開孔率を軸受面の表面開孔率よりも小さくすることにより、外周面に油が滲み出し難くなる。そのため、軸受面からの油の滲み出しが活発化し、長期間安定して軸受隙間に油膜を形成することができる。
【００１０】
被圧入部材を多孔質材（例えば焼結金属）で形成した場合も、被圧入部材の多孔質組織が奏する毛細管現象で焼結含油軸受内部の含浸油が焼結含油軸受の外周面を介して被圧入部材側に移行する事態を抑制または防止することができ、焼結含油軸受の含油率を長期間維持することができる。
【００１１】
焼結含油軸受の外周面を、軸受中心を回転基準とする回転サイジングにより塑性流動を生じさせて仕上げることにより、焼結含油軸受の外周面の形状精度、特に軸受中心に対する同軸度が向上する。そのため、被圧入部材の内周に焼結含油軸受を圧入する際にも、圧入締め代の周方向のばらつきが小さくなり、圧入後の軸受面の変形を抑えてその寸法精度を向上させることができる。この効果を安定して得るため、軸受中心に対する外周面の同軸度を管理対象とし、かつ同軸度の許容値として１０μｍ以下を設定するのが望ましい。また、焼結含油軸受の外周面には、この回転サイジングで内径方向に塑性変形させた変形部を設けることもできる。
【００１２】
焼結含油軸受の外周面の回転サイジングにより、被圧入部材と接触する外周面が塑性流動するため、外周面表面に存在する気孔を小さくし（例えば直径１００μｍ１００μ気孔を直径５０μｍ以下にすることができる）、表面開孔率を低下させることができる。これにより、被圧入部材側の毛細管現象に起因した、焼結含油軸受が保有する油の被圧入部材側への移行をより確実に防止することができる。外周面の表面開孔率は１５％以下にするのが望ましい。
【００１３】
焼結含油軸受に被圧入部材と接触するフランジ部を設けることもできる。この時、フランジ部の被圧入部材と接触する端面を、軸受中心を回転基準とする回転サイジングにより表面開孔率を１５％以下に制御することで、フランジ部の端面を介した被圧入部材への潤滑油の移行を防止することができる。
【００１４】
以上に述べた焼結含油軸受と、この焼結含油軸受が内周に圧入された被圧入部材とを有する機械部品であれば、軸受隙間を小さくでき、これにより軸受剛性の向上、異音や異常摩耗の発生防止を図ることができる。また、製品寿命も向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に示すように、本発明によれば、軸受面からの油の滲み出しが活発化させ、軸受隙間での油膜形成を長期間安定して行うことができる。また、被圧入部材を焼結金属等の多孔質材で形成した場合も、その毛細管現象により、焼結含油軸受内部の含浸油が外周面を介し、多孔質材からなる被圧入部材に移行する事態を抑制または防止することができる。従って、焼結含油軸受の含油率を長期間維持し、軸受寿命の向上を図ることができる。
【００１６】
また、被圧入部品と接触する外周面を、軸受中心を回転基準とする回転サイジングにより塑性流動を生じさせて仕上げているので、被圧入部材の内周に焼結含油軸受を圧入する際に、圧入締め代の周方向のばらつきが小さくなり、圧入後の軸受面の変形を抑えてその寸法精度を向上させることができる。従って、軸受隙間を小さくすることができ、過大な軸受隙間を設定することに由来する軸受剛性の低下、異音の発生、異常摩耗等の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる焼結含油軸受を使用した遊星歯車の正面図である。
【図２】上記遊星歯車の軸方向断面図である。
【図３】回転サイジング工程を示す軸方向断面図である。
【図４】回転サイジング工程を示す軸方向断面図である。
【図５】回転サイジング工程を示す軸方向断面図である。
【図６】回転サイジング工程を示す軸方向断面図である。
【図７】回転サイジング工程を示す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１９】
図１に自動車のスタータモータ用遊星歯車機構で使用される、機械部品としての遊星歯車Ｇの正面図、図２に同軸方向断面図を示す。
【００２０】
両図に示すように、遊星歯車Ｇは、焼結金属からなる被圧入部材としての歯部２の内周に、円筒状の焼結含油軸受１を適度の圧入締め代をもって圧入することで構成される。この時、焼結含油軸受１の外周面１ｂが歯部２の内周面と接触する接触面となる。焼結含油軸受１の内周には軸受面１ａが形成され、遊星歯車Ｇの内周に挿入した軸３の外周面と軸受面１ａとの間に微小な軸受隙間が形成されている。この遊星歯車Ｇは図示しない内歯歯車に内接状態で噛合しており、軸３を内歯歯車の軸心周りに公転させることで、遊星歯車Ｇが遊星運動を行う。遊星歯車Ｇの回転に伴い、焼結含油軸受１の軸受面１ａから潤滑油が滲み出し、この潤滑油で軸２と軸受面１ａの間に油膜が形成され、この油膜により遊星歯車Ｇが軸３に対して回転自在に支持される。焼結含油軸受１と歯部２の結合力向上のため、キー嵌合、スプライン嵌合、あるいはセレーション嵌合を介在させた状態で両者を圧入固定することもできる。
【００２１】
焼結含油軸受１の原料粉体としては、公知の銅系、鉄系、銅鉄系、ステンレス系、タングステン系等の何れもが使用可能である。この焼結含油軸受１は、圧粉体の成形→焼結→金型による再圧縮（サイジング）→表明開孔率の調整、の各工程を経て得た焼結金属素材１０（図３等参照）に潤滑油を含浸させ、多数の空孔に潤滑油を保持させることによって得られる。一方、歯部２の原料粉体としても、銅系、鉄系、銅鉄系、ステンレス系、タングステン系等の何れもが使用可能である。この歯部２は、圧粉体の成形→焼結→金型による再圧縮（サイジング）の各工程を経て製作される。通常は表面開孔率の調整や潤滑油の含浸は行われない。
【００２２】
焼結含油軸受１の上記表面開孔率の調整は、図３に示すように、再圧縮後の焼結金属素材１０の外周面１０ｂに回転サイジングを施すことで行われる。従来では、軸受面１ａの開孔率を調整する目的で、焼結金属素材１０の内周面１０ａに回転サイジングを行う事例があるが、本発明は、この回転サイジングを焼結金属素材１０の外周面１０ｂに適用する点に特色がある。
【００２３】
焼結金属素材１０の外周面１０ｂの回転サイジングは、軸受中心を回転基準として行われる。例えば焼結金属素材１０の内周に円筒状のピン５を締め代をもって圧入すると共に、焼結金属素材１０の外周面に、加工ツールとしてピン５の軸心と同軸になるよう精密に位置決めされた押さえ爪６を押し当てることにより、軸受中心を回転基準とした回転サイジングを行うことができる。押え爪６を焼結金属素材１０外周の上下面取り１０ｃを除く外周面１０ｂに押し当てた状態で、ピン５を回転駆動すると、焼結金属素材１０がピン５と共に回転し、外周面１０ｂが押さえ爪６に対して加圧された状態で摺動する。この時、押さえ爪６に対する焼結金属素材１０の外周面１０ｂの周速は、４〜１５ｍ／ｍｉｎ程度とする。この高速摺動により、外周面１０ｂが整形され、その形状精度が高まると共に、外周面１０ｂに周方向の塑性流動が生じ、表面の開孔部が減少する。
【００２４】
このように、焼結金属素材１０の外周面１０ｂを、軸受中心を回転基準とする回転サイジングで仕上げることにより、軸受中心に対する外周面１０ｂの同軸度を１０μｍ以下にすることができる。１０μｍ以下の同軸度とすることで、歯部２の内周に焼結含油軸受１を圧入する際の圧入締め代の周方向のばらつきが小さくなる。そのため、圧入後は軸受面１ａを全周にわたって均一に縮径させることができ、軸受面１ａの寸法精度を向上させることが可能となる。これにより、圧入後における軸受面１ａの変形量の周方向のばらつきを考慮して軸受隙間を大きく設定する必要がなくなり、過大な軸受隙間に由来する軸受剛性の低下、異音の発生、異常摩耗等の問題を回避することができる。
【００２５】
また、焼結金属素材１０の外周面１０ｂに回転サイジングを施すと、表面に生じた一定方向の塑性流動によって粗大気孔が縮小または消失する。これにより、外周面１０ｂの表面開孔率が外周面１０ｂ以外の面（内周面１０ａ、面取り部１０ｃ、および両端面）の表面開孔率よりも小さくなる。再圧縮後の焼結金属素材１０の空孔率は２０％〜４０％程度が通例であり、焼結含油軸受１の状態でも、その外周面１ｂ以外の面の表面開孔率はこの空孔率と同程度に維持されるが、外周面１ｂの表面開孔率は、これらの面の表面開孔率よりも小さくなる。外周面１０ｂの表面開孔率を１５％以下まで小さくすれば、外周面１０ｂからの油の滲み出しを抑え、その分軸受面１ａからの油の滲み出しが活発化して安定した油膜形成が行われる。また、焼結含油軸受１を歯部２の内周に圧入した際にも、歯部２の多孔質組織が奏する毛細管現象により、焼結含油軸受１内部の含浸油が外周面１ｂを介して歯部２に移行する事態を抑制または防止することができ、焼結含油軸受１の含油率を長期にわたり安定保持して軸受寿命の向上を図ることができる。この観点から、焼結含油軸受１の外周面１ｂの表面開孔面積は０．０１ｍｍ２以下に制限するのが望ましい。
【００２６】
ここで、「表面開孔」とは、多孔質組織である焼結金属軸受中に含まれる空孔が外表面に開口した部分をいう。また、「表面開孔率」とは、外表面の単位面積に占める表面開孔の面積割合をいい、「表面開孔面積」は個々の表面開孔の面積をいう。表面開孔率および表面開孔面積は、以下の条件で測定、評価することができる。
［測定器具］
金属顕微鏡：Ｎｉｋｏｎ ＥＣＬＩＰＳＳ ＭＥ６００
デジタルカメラ：Ｎｉｋｏｎ ＤＸＭ１２００
写真撮影ソフト：Ｎｉｋｏｎ ＡＣＴ−１ ｖｅｒ．１
画像処理ソフト：イノテック製 ＱＵＩＣＫ ＧＲＡＩＮ
［測定条件］
写真撮影：シャッタースピード０．５秒
２値化しきい値：２３５
【００２７】
回転サイジングは、必要に応じて焼結金属素材１０の内周面１０ａに施すこともできる。なお、回転サイジングにより内周面１０ａの表面開孔率が過小になると、焼結含油軸受１の軸受面１ａからの潤滑油の滲み出しが阻害され、必要な油膜剛性を確保することが困難になる。そのため、内周面１０ａに回転サイジングを施す場合でも、回転サイジング後の内周面１０ａの表面開孔率は、回転サイジング後の外周面１０ｂの表面開孔率よりも大きな値に設定する。具体的には、１５％よりも大きく、４０％よりも小さい表面開孔になるよう回転サイジングを行うのが望ましい。
【００２８】
焼結金属素材１０の外周面１０ｂを回転サイジングする際の加工ツールとしては、押さえ爪６の他、図４に示す加圧ローラ７を使用することもできる。
【００２９】
焼結金属素材１０の外周面１０ｂを回転サイジングする際には、加工ツール６の形状を変更することにより、円筒状外周面１０ｂの軸方向一部領域を内径方向に塑性変形させて、任意形状の変形部を形成することが可能である。図５および図６はその一例を示すもので、図５は焼結金属素材１０の外周面１０ｂの軸方向両端にテーパ状の変形部１０ｄを形成した例、図６は外周面１０ｂに環状溝状の変形部１０ｅを形成した例である。何れの変形部１０ｄ、１０ｅも、金型を用いた再圧縮工程で形成しようとすると、アンダーカットを生じるために金型から離型させることができず、成形困難となるが、回転サイジングであれば、加工ツール６をそれぞれの外周面形状に対応した形状のものに交換するだけで、これら変形部１０ｄ、１０ｅを外周面１０ｂに形成することができる。何れの変形部１０ｄ、１０ｅでも周方向の塑性流動により、その表面開孔率を変形部１０ｄ、１０ｅ以外の外周面１０ｂと同程度まで小さくすることができる。
【００３０】
なお、図５に示すテーパ面１０ｄは、例えば焼結含油軸受１を歯部２の内周に圧入する際の圧入ガイドとして用いることができ、図６に示す環状溝１０ｅは、例えば焼結含油軸受１と歯部２を止め輪で固定する際の止め輪溝として用いることができる。
【００３１】
焼結含油軸受１の形状は、図１および図２に例示した単なる円筒形状には限定されない。図７は焼結含油軸受１のその他の形状の具体例を示すもので、焼結金属素材１０に円筒部１１の他、歯部２に取り付けるためのフランジ部１２を設けた例を示している。この場合も回転サイジングで使用する加工ツール６の形状を円筒部１１の外周面１０ｂ１、フランジ部１２の端面１２ａ、およびフランジ部１２の外周面１０ｂ２と適合する形状に形成することにより、これらの面１０ｂ１、１２ａ、１０ｂ２の寸法矯正と表面開孔の縮小・消失とを行うことができる。このように、フランジ部１２の端面１２ａにも回転サイジングを行うことで、歯部２に対する取り付け精度を向上させることができる。また、円筒部１１の外周面１０ｂ１およびフランジ部１２の外周面１０ｂ２のみならず、フランジ部１２の端面１２ａも歯部２と接触させる場合でも、この端面１２ａを介した歯部２への潤滑油の移行を防止することができる。
【００３２】
以上の説明では、焼結含油軸受１を遊星歯車Ｇに使用する場合を例示したが、本発明は、遊星歯車Ｇだけでなく、多孔質材からなる被圧入部材の内周に焼結含油軸受１を圧入して構成される他の機械部品（例えばクラッチ等）一般に広く適用することができる。また、遊星歯車Ｇの機能に対応して、軸３が固定側となり、歯部２が回転側となる場合を説明したが、これとは逆に軸３が回転側となり、歯部２が回転側となる機械部品にも本発明を適用することができる。また、焼結含油軸受１の軸受面１ａに、動圧発生部として、へリングボーン形状等の動圧溝を形成した場合にも同様に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      焼結含油軸受
１ａ    軸受面
１ｂ    外周面
２      歯部
３      軸
５      ピン
６      加工ツール
７      ローラ
１０    焼結金属素材
１１    円筒部
１２    フランジ部
１２ａ  フランジ部の端面
Ｇ      遊星歯車
【図１】
2012026504.tif 000003
【図２】
2012026504.tif 000004
【図３】
2012026504.tif 000005
【図４】
2012026504.tif 000006
【図５】
2012026504.tif 000007
【図６】
2012026504.tif 000008
【図７】
2012026504.tif 000009