(57)【要約】【課題】無給油で使用可能であり、寸法精度が高く、低コストで、且つ、クリーン環境を汚染することのない焼結軸受を提供する。【解決手段】無給油で使用される焼結軸受１の内周に、固体潤滑剤を含有した焼結金属からなる軸受面Ａを設けると共に、焼結軸受１の外周に、樹脂でインサート成形された取付け面Ｂを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無給油で使用される焼結軸受であって、
内周に、固体潤滑剤を含有した焼結金属からなる軸受面を有し、外周に、樹脂でインサート成形された取付け面を有する焼結軸受。
【請求項２】
前記固体潤滑剤として黒鉛または二硫化モリブデンを使用した請求項１記載の焼結軸受。
【請求項３】
前記焼結金属における前記固体潤滑剤の含有量を２質量％より大きくした請求項１又は２記載の焼結軸受。
【請求項４】
前記取付け面が、複数の軸方向領域に設けられた請求項１〜３の何れかに記載の焼結軸受。
【請求項５】
前記取付け面として、前記軸受面の軸方向領域に形成された第一取付け面と、前記軸受面の軸方向領域以外の軸方向領域に形成された第二取付け面とを有する請求項４記載の焼結軸受。
【請求項６】
樹脂でインサート成形された中空の筒部を一体に備え、前記筒部の外周に前記第二取付け面が設けられた請求項５記載の焼結軸受。
【請求項７】
樹脂でインサート成形された中空の筒部及び前記筒部の開口部を閉塞する底部を一体に備え、前記筒部の外周面に前記取付け面が設けられた請求項１〜６の何れかに記載の焼結軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属からなる軸受面を有する軸受（以下、これを焼結軸受と言う。）に関し、特に無給油で使用される焼結軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸を相対回転自在に支持する軸受として、転がり軸受や焼結含油軸受が知られている。転がり軸受は、通常、潤滑剤として油やグリースが使用される。焼結含油軸受は、内部気孔に油が含浸され、この油が軸受面から滲みだすことで潤滑が行われる。これらの軸受をクリーン環境で使用すると、油やグリースによりクリーン環境が汚染される恐れがある。
【０００３】
例えば特許文献１には、無給油で軸を摺動支持可能な焼結軸受が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
焼結金属からなる部品は型成形されるため、金型の成形面を高精度に加工しておくことにより、高い寸法精度を得ることができる。しかし、上記のような焼結軸受は、取り付けられる箇所の構造等に起因して複雑な形状となる場合が多く、このような複雑な形状の部品を焼結金属で一体成形すると、却って寸法精度が低下する恐れがある。特に、焼結軸受を無給油で使用する場合、軸受面の摺動性を高めるために焼結金属に固体潤滑剤を多めに配合することがあり、この場合は焼結金属の成形性がさらに低下するため寸法精度が低下する恐れが高い。
【０００６】
例えば、内周に軸受面を有する焼結金属部品と、これを内周に保持する保持部材とで焼結軸受を構成すれば、焼結金属部品を単純な円筒形状とする一方で、その他の複雑な形状の部分を保持部材で形成することができる。このように、焼結金属部品の形状を単純化することで、焼結金属に固体潤滑剤を多く配合した場合でも、高い寸法精度で成形することが可能となる。
【０００７】
ところで、焼結軸受の外周には、通常、他部材を取り付けるための取付け面が設けられる。このような焼結軸受では、他部材に対する軸の回転精度の向上が要求されているため、焼結軸受の軸受面と取付け面との相対的な位置精度（例えば同軸度）を高めることが求められている。しかし、上記のように焼結軸受を複数の部材で構成し、軸受面と取付け面とを異なる部材に設けた場合、焼結軸受部品と保持部材とを組み付けた後、軸受面を基準として取付け面に仕上げ加工を施してこれらの面の同軸度等を高める必要が生じるため、製造工数増によるコストアップを招く。また、取付け面を研削等の機械加工で仕上げると、焼結軸受に切粉が付着し、この切粉が周辺のクリーン環境を汚染する恐れがある。
【０００８】
上記のような事情に鑑み、本発明が解決すべき課題は、無給油で使用可能であり、寸法精度が高く、低コストで、且つ、クリーン環境を汚染することのない焼結軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するためになされた本発明は、無給油で使用される焼結軸受であって、内周に、固体潤滑剤を含有した焼結金属からなる軸受面を有し、外周に、樹脂でインサート成形された取付け面を有するものである。尚、「取付け面」とは、他部材と接触し、焼結軸受に対して他部材を位置決めする面のことであり、例えば他部材が固定される固定面、他部材と摺動する摺動面、あるいは、他部材に設けられた歯面と噛み合う歯面等が取付け面となる。
【００１０】
このように、軸受面を形成する焼結金属に固体潤滑剤を含有させることで、軸受面の摺動性を高め、無給油での使用が可能となる。このとき、固体潤滑剤を含有することにより、焼結体の成形性が悪くなるが、外周に設けられた取付け面を焼結金属以外の材料（樹脂）で形成することで、焼結体の形状を単純化し、焼結体を高い寸法精度で成形することができる。また、取付け面を、樹脂でインサート成形することにより、成形金型の精度を高めておくことで、仕上げ加工を要することなく、軸受面に対する取付け面の精度を高めることができる。さらに、軸受面の仕上げ加工（研削等）を省略できるため、切粉によるクリーン環境の汚染を回避できる。
【００１１】
焼結金属に含有される固体潤滑剤としては、例えば黒鉛または二硫化モリブデンを使用することができる。
【００１２】
無給油での使用に耐え得る摺動性を得るためには、焼結金属における固体潤滑剤の含有量を２質量％より大きくすることが好ましい。
【００１３】
取付け面は、例えば複数の軸方向領域に設けることができる。具体的には、取付け面として、軸受面の軸方向領域に形成された第一取付け面と、軸受面の軸方向領域以外の軸方向領域に形成された第二取付け面とを設けることができる。この場合、焼結軸受に、樹脂でインサート成形された中空の筒部を一体に設け、この筒部の外周に第二取付け面を設けることができる。このように、樹脂成形部を中空にすることで、中実の場合と比べて半径方向の肉厚を縮小できるため、樹脂の成形収縮量が抑えられ、第二取付け面の寸法精度の低下を防止することができる。
【００１４】
上記の焼結軸受において、樹脂でインサート成形された中空の筒部及び筒部の開口部を閉塞する底部を一体に備え、筒部の外周面に取付け面を設けた構成とすれば、底部の軸心に樹脂の射出ゲートを設けることができる。これにより、キャビティ内の樹脂の流れを均一化できると共に、ウェルドラインを解消することができるため、樹脂成形部の寸法精度及び強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、無給油で使用可能であり、寸法精度が高く、低コストで、且つ、クリーン環境を汚染することのない焼結軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼結軸受の断面図である。
【図２】上記焼結軸受の樹脂部を成形する金型の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る焼結軸受の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る焼結軸受の断面図である。
【図５】図４の焼結軸受の樹脂部を成形する金型の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る焼結軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る焼結軸受１は、図１に示すように、焼結体２と、樹脂部３とを有する。焼結軸受１の内周には軸Ｓが挿入され、外周には他部材Ｍが取り付けられる。すなわち、焼結軸受１の内周には軸Ｓを摺動支持する軸受面Ａが設けられ、焼結軸受１の外周には他部材Ｍを取り付けるための取付け面Ｂが設けられる。本実施形態では、焼結体２の内周面２ａが軸受面Ａとして機能し、樹脂部３の外周面に取付け面Ｂが設けられる。焼結軸受１は、クリーン環境において無給油で使用されるものである。尚、焼結軸受１は、固定側及び回転側の何れに設けることもでき、図示例では、焼結軸受１が固定側である場合を示す。
【００１９】
焼結体２は、単純な円筒形状をなし、内周面２ａが軸受面Ａとして機能する。焼結体２の内周面２ａ及び外周面２ｂの軸方向両端には、図示は省略するが、チャンファ（面取り部）が設けられている。焼結体２は、銅、鉄、あるいは銅及び鉄を主成分とする焼結金属からなる。焼結体２には、固体潤滑剤として、黒鉛または二硫化モリブデンが含有される。固体潤滑剤の含有量は、焼結体２全体に対して２質量％より大きく、好ましくは３質量％よりも大きくすることが望ましい。これにより、焼結体２の内周面２ａ（軸受面Ａ）に固体潤滑剤が十分に露出するため、軸Ｓの外周面との摺動性が高められ、無潤滑での使用が可能となる。一方、固体潤滑剤の含有量が多すぎると焼結体２の成形が困難となるため、焼結体２における固体潤滑剤の含有量は７質量％以下、好ましくは６質量％以下とすることが望ましい。
【００２０】
焼結体２は、圧縮成形工程、焼結工程、及び、サイジング工程を経て製造される。具体的には、金属粉末に各種充填材（固体潤滑剤など）を配合した混合粉末を圧縮成形して圧粉体を形成し（圧縮成形工程）、この圧粉体を所定の焼結温度で加熱して金属粉末同士を焼結させて焼結体２を形成し（焼結工程）、その後、焼結体２をサイジング金型で加圧成形することにより所定の寸法精度に整形する（サイジング工程）。例えば、原料粉末として、青銅粉末（銅−１０％錫の混合粉）９６〜９７質量％、黒鉛粉３〜４質量％の混合粉末を用意し、この混合粉末に対してステアリン酸を０．５〜０．８質量％加えてＶ型混合機で混合した後、２００〜７００ＭＰａの範囲内の所定の圧力で圧粉体をプレス成形する。この圧粉体を還元雰囲気中、７５０〜８１０℃の範囲内で焼結し、さらに最終的に２００〜７００ＭＰａの範囲内の所定の圧力でサイジングし、所定の寸法精度に整形する。尚、焼結体２の製造工程は上記に限らず、例えば所望の寸法精度が得られる場合はサイジング工程を省略してもよい。
【００２１】
焼結体２は多孔質の焼結金属からなるため、表面に無数の気孔が開口している。焼結体２の内周面２ａ（軸受面Ａ）の表面開孔率を小さくすれば、軸Ｓとの摺動による面圧を下げることができ、軸受面Ａの耐摩耗性を高めることができる。一方、焼結体２の外周面２ｂの表面開孔率を大きくすれば、外周面２ｂに開口した気孔に樹脂部３の樹脂が入り込んで固化することによりアンカー効果を発揮し、焼結体２と樹脂部３との固定力を高めることができる。以上より、例えば、焼結体２の外周面２ｂの表面開孔率を、内周面２ａ（軸受面Ａ）の表面開孔率よりも大きくするとよい。
【００２２】
樹脂部３は内周に焼結体２を保持し、焼結体２の外周面２ｂの少なくとも一部と接触している。図示例では、樹脂部３が焼結体２の外周面２ｂ全面を覆っている。樹脂部３の外周には、他部材Ｍを取り付けるための取付け面Ｂが設けられる。図示例では、樹脂部３に、小径外周面３ａ、大径外周面３ｂ、及びこれらの間に形成される肩面３ｃが設けられ、小径外周面３ａが取付け面Ｂとして機能する。本実施形態では、円筒状をなした他部材Ｍの内周面が、取付け面Ｂ（樹脂部３の小径外周面３ａ）に固定される。このとき、樹脂部３の肩面３ｃは、他部材Ｍの軸方向移動を規制するストッパとして機能する。
【００２３】
樹脂部３は、軸受面Ａに対する取付け面Ｂの同軸度等が高精度に設定された状態を維持するため、ゴムやエラストマー等のように弾性に富んだ樹脂ではなく、硬質な樹脂で形成される。このような樹脂として、例えば熱可塑性樹脂が使用でき、具体的には、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等、結晶性樹脂として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等を用いることができる。また、上記の樹脂に、充填材として、例えばガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカー状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状の導電性充填材を用いることができる。これらの充填材は、単独で用い、あるいは、二種以上を混合して使用しても良い。
【００２４】
樹脂部３は、焼結体２をインサート部品とした樹脂のインサート成形により形成される。樹脂部３の成形は、例えば図２に示すような固定型４及び可動型５を有する金型を用いて行われる。固定型４には、ゲート６が設けられ、図示例では、固定型４の成形面４ａのうち、樹脂部３の端面を成形する部分に、複数の点状ゲート６が円周方向等間隔に設けられる。可動型５には、焼結体４の内周に嵌合挿入されるピン７が設けられる。尚、ゲートの形状は点状ゲートに限らず、リングゲートやフィルムゲート等を採用することもできる。
【００２５】
樹脂部３の成形は以下のようにして行われる。まず、可動型５のピン７の外周面に焼結体２の内周面２ａを嵌合させる。この状態で、可動型５を固定型６に接近させて型締めすることにより、固定型４の成形面４ａと、可動型５の成形面５ａと、焼結体２の外周面２ｂとでキャビティ８が形成される（図２参照）。その後、ゲート６からキャビティ８に溶融樹脂を射出することにより、焼結体２の外周を覆う樹脂部３が成形される。このとき、溶融樹脂が焼結体２の表面（外周面２ｂ）の開孔部に入り込んで固化することで、アンカー効果が発揮され、焼結体２と樹脂部３との固定力、特に軸方向の固定力を高めることができる。
【００２６】
このように、樹脂部３をインサート成形することで、樹脂部３の成形と同時に焼結体２と樹脂部３とを固定することができるため、これらの組付工程を省略できる。また、金型の成形面を精度良く加工し、且つ、焼結体２を金型内に精度良く配置することで、樹脂部３の成形後に仕上げ加工を施すことなく、焼結軸受１の軸受面Ａ（焼結体２の内周面２ａ）と取付け面Ｂ（樹脂部３の小径外周面３ａ）との同軸度等を高精度に設定することができる。例えば、焼結軸受１の軸径（軸受面Ａの内径）が３〜８ｍｍである場合、軸受面Ａと取付け面Ｂの同軸度を０．０３ｍｍ以下に設定すれば、取付け面Ｂに取り付けられる部材を高精度に相対回転させることができるため好ましい。さらに、研削等による仕上げ加工が一切不要となるため、切粉によりクリーン環境を汚染する事態を回避できる。
【００２７】
本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００２８】
上記の実施形態では、取付け面Ｂが、他部材Ｍを固定するための固定面として機能した場合を示したが、取付け面Ｂの機能はこれに限られない。例えば、焼結軸受１の取付け面Ｂ（樹脂部３の小径外周面３ａ）に他部材Ｍの内周面を嵌合させ、取付け面Ｂを他部材Ｍの内周面と摺動する摺動面として機能させることもできる。あるいは、取付け面Ｂに歯面を設けると共に、他部材Ｍに歯面を設け、これらを噛み合せてトルク伝達してもよい。
【００２９】
また、焼結軸受１の形状は上記に限られない。例えば図３に示す焼結軸受１１は、樹脂部１３が、焼結体２の外周を覆う大径円筒部１４と、焼結体２に対して軸方向にずらして設けられた小径円筒部１５とを一体に有する。この焼結軸受１１には、取付け面が複数の軸方向領域に設けられる。具体的には、大径円筒部１４の外周面１４ａは他部材Ｍ１を取り付けるための第一取付け面Ｂ１として機能し、小径円筒部１５の外周面１５ａは他部材Ｍ２を取り付けるための第二取付け面Ｂ２として機能する。
【００３０】
第一取付け面Ｂ１は、焼結体２の外径側に設けられ、軸受面Ａの軸方向領域に設けられる。第二取付け面Ｂ２は、軸受面Ａの軸方向領域以外の軸方向領域に設けられる。図示例では、第二取付け面Ｂ２は第一取付け面Ｂ１よりも小径である。大径円筒部１４の内周には焼結体２が配されるため、樹脂の成形収縮による大径円筒部１４の変形が焼結体２により規制され、大径円筒部１４の外周面１４ａに設けられた第一取付け面Ｂ１の変形が防止できる。一方、小径円筒部１５の内周には焼結体２が配されていないが、小径円筒部１５を中空とすることで、小径円筒部１５の半径方向の肉厚を減じることができ、成形収縮による小径円筒部１５の変形、ひいては第二取付け面Ｂ２の変形を抑えることができる。特に、図示例のように、小径円筒部１５の半径方向の肉厚を軸方向で略均一にすることで、成形収縮による第二取付け面Ｂ２の変形が軸方向で均一化されるため、軸受面Ａと第二取付け面Ｂ２との同軸度の低下を抑えることができる。このように、焼結軸受１に複数の取付け面が設けられる場合、各取付け面の機能を異ならせてもよい。また、焼結軸受１１の軸径が３〜８ｍｍである場合、軸受面Ａに対する第一取付け面Ｂ１及び第二取付け面Ｂ２の同軸度は、それぞれ０．０３ｍｍ以下、及び０．０４ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３１】
図４に示す焼結軸受２１は、樹脂部２３が、焼結体２の外周を覆う円筒部２４と、円筒部２４の軸方向一方（図中右側）の開口部を閉塞する底部２５とを一体に有する。円筒部２４の外周面２４ａが、他部材Ｍを取り付けるための取付け面Ｂとして機能する。このように、樹脂部２３に底部２５を設けることで、樹脂部２３の射出成形にあたり、樹脂部２３の軸心にゲートを設けることが可能となる。具体的には、例えば図５に示すように、固定型２６の成形面２６ａのうち、樹脂部２３の底部２５の外部側（図中右側）の端面を成形する面の軸心に、点状ゲート２８を設けることができる。そして、可動型２７のピン２７ａに焼結体２を嵌合させた状態で型締めし、固定型２６の成形面２６ａと、可動型２７の成形面２７ｂと、焼結体２の外周面２ｂ及び端面とで、キャビティ２９を形成する。そして、ゲート２８から樹脂を射出することにより、樹脂部２３がインサート成形される。このように、樹脂部２３の軸心に設けた一箇所のゲート２８から樹脂を射出することで、樹脂を均一に流動させることができると共に、ウェルドラインが解消されるため、樹脂部２３の成形精度及び強度を高めることができる。この場合、樹脂部２３の底部２５の外部側端面の軸心には、ゲートカット痕Ｃが形成される（図４参照）。
【００３２】
図６に示す焼結軸受３１は、図３に示す構成と図４に示す構成とを組み合せたものである。具体的には、樹脂部３３が、大径円筒部３４と、小径円筒部３５と、大径円筒部３４の軸方向一方（図中右側）の開口部、すなわち小径円筒部３５の軸方向他方（図中左側）の開口部を閉塞する底部３６とを一体に有する。大径円筒部３４の外周面３４ａが、他部材Ｍ１を取り付けるための取付け面Ｂ１として機能し、小径円筒部３５の外周面３５ａが、他部材Ｍ２を取り付けるための取付け面Ｂ２として機能する。底部３６の外部側（図中右側）の端面の軸心には、ゲートカット痕Ｃが形成される。
【符号の説明】
【００３３】
１     焼結軸受
２     焼結体
３     樹脂部
Ａ     軸受面
Ｂ     取付け面
Ｍ     他部材
Ｓ     軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013194776.tif 000005
【図４】
2013194776.tif 000006
【図５】
2013194776.tif 000007
【図６】
2013194776.tif 000008