(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受素材として、軸孔方向の中間を含む部分に軸支部をもち、この軸支部の一端側又は両端側に軸支部よりも内径寸法が大きい内孔大部をもつ形状の焼結体を製作した後、
前記焼結体をサイジングによって、前記軸支部を金型コアで矯正すると共に、少なくとも前記内孔大部を形成している側の端面を上下パンチで圧縮して、内孔大部のうち、端面近傍の孔部分を縮径させて前記矯正後の軸支部の内径寸法より大径の内孔小部に形成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】
前記焼結体の軸受端面形状が、内径側に凸部を有する形状または内径側から外径側に向けて低くなるテーパ部を有する形状であるとともに、前記凸部またはテーパ部を上下パンチで圧縮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３】
端面に凸部またはテーパ凸部を設けたパンチを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結含油軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種モータ等の軸受に使用される焼結含油軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結含油軸受は、金属粉を圧粉成形及び焼結したのちサイジングして、形状寸法を整えると共に摺動面等の表面気孔を調整し、内部の気孔に潤滑油を含浸して各種の回転装置に用いられている。作動特徴は、焼結含油軸受に回転軸を装着して回転すると、軸受気孔に貯えられている潤滑油が回転軸との間に浸み出して摺動面に油膜を形成することにより滑り摩擦と摩耗を減らし、摺動面の油圧が高い部分では、潤滑油が軸受気孔内に戻り、再び回転軸との間に浸み出す、この繰り返しによって、軸支部の摺動面の潤滑性能を保つ。この場合、浸み出した余分の潤滑油は、軸受の端面付近に流出し、回転する軸で飛散することがある。潤滑油の飛散は、軸受要素の周辺を汚染したり、潤滑油のロスによって軸受寿命を短くする原因になる。
【０００３】
このような潤滑油の漏洩、飛散を防止する技術は、例えば、実公昭４７−３６７３６号公報、特公平８−１９９４１号公報に記載されているように、軸受の内孔が、軸支部から開口端部に向かって径を次第に拡大したテーパ部を設け、そのテーパ部の内壁面を軸支部より粗に形成する方法がある。このように形成したものは、軸受内孔のテーパ部と回転軸との間で形成されるクサビ状の空間に表面張力で油溜めし、絶えず油膜を形成して駆動を円滑にし、油を軸受に吸収し易くなっていて、外部漏洩を阻止する。
【０００４】
また、実公平８−９４５０号公報記載のように、ハウジングに圧入された含油軸受の両端に、より多孔質な焼結体などの部材を当接した構造のものがある。この多孔質部材は、運転中に含油軸受から、滲み出る油を吸収できる気孔をもっており、回転軸との間に隙間が形成されているため、含油軸受から滲み出た油はその多孔質部材に吸い込まれて貯えられ、隙間にも油を保持して漏洩が阻止される。含油軸受に油が不足すれば、多孔質部材内の油を吸引できるから、寿命が永くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような焼結含油軸受において、前者では、内孔の面取りを拡張した形状で、この面取り部が多孔質面に形成されたものであるから、製作が容易で、油の漏洩を防止する効果があり、後者では、部材を別々に製作しなければならないが、軸受要素内で油が移動して外部漏洩がないものとなっており、それぞれ優れたものである。ところで、最近では、回転軸をより高速回転することが多く、その場合でも油の漏洩防止効果を確実に維持でき、軸受寿命に優れた焼結含油軸受が期待されている。そこで、本発明の目的は、通常の製造工程で製作することができて、油の漏洩がより少ない焼結含油軸受を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため本発明の製造方法は、図１などに例示される如く軸受素材として、軸孔方向の中間を含む部分に軸支部（１０ａ）をもち、この軸支部の一端側又は両端側に軸支部よりも内径寸法が大きい内孔大部（１０ｂ）をもつ形状の焼結体（１０Ａ）を製作した後、前記焼結体をサイジングによって、前記軸支部（１０ａ）を金型コアで矯正すると共に、少なくとも前記内孔大部（１０ｂ）を形成している側の端面を上下パンチで圧縮して、内孔大部のうち、端面近傍の孔部分を縮径させて前記矯正後の軸支部（１ａ）の内径寸法より大径の内孔小部（１ｃ）に形成することを要部としている。
【０００７】
具体的には、金属粉末を圧粉成形して、軸孔方向の中間を含む部分に軸支部（１０ａ）及び、前記軸支部の一端側又は両端側に、内径寸法を軸支部より大きい内孔大部（１０ｂ）をもつ圧粉体（１０）を得る工程と、前記圧粉体を焼結する工程と、前記焼結された焼結体（１０Ａ）について、前記軸支部（１０ａ）を金型コアで矯正すると共に、少なくとも前記内孔大部（１０ｂ）を形成している側の端面を上下パンチで圧縮して、内孔大部のうち、端面近傍の内孔部分を縮径させて前記矯正後の軸支部（１ａ）の内径寸法より大径の内孔小部（１ｃ）に形成するサイジング工程と、前記サイジング工程で得られたサイジング体（１）に潤滑油を含浸する工程とを経るものである。
【０００８】
【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は本発明を適用した焼結含油軸受の４例をそれぞれ縦断面形状で示した模式断面図である。図１（ａ）は円筒形状で、軸受内孔において内孔大部及び内孔小部を軸支部の両端側に形成しているもの、同（ｂ）は内孔大部及び内孔小部を軸支部の一方端側だけに形成しているもの、同（ｃ）は（ａ）に対しフランジ付き形状にしたもの、同（ｄ）は外形が球面で内孔大部及び内孔小部を軸支部の両端側に形成したものである。これらの構造説明では、作用的に同じか類似する部材や部位に同じ符号を付し、重複した説明を省く。
【０００９】
図１（ａ）において、焼結含油軸受１は、軸受内孔の中間部が軸支部１ａであり、その表面がサイジングによって比較的緻密に形成されている。 軸支部１ａの両端側には、軸支部１ａに隣接して内径寸法を軸支部１ａより大きくした内径大部１ｂと、内径大部１ｂに隣接して内孔寸法を軸支部１ａより大きく、内孔大部１ｂより小さくした内孔小部１ｃとがそれぞれ設けられている。各内孔大部１ｂは、軸支部１ａの対応部から内径を次第に拡大した斜面（テーパ状斜面）を介して連なっている。この斜面は凸状または凹状の斜面でもよい。この内径大部１ｂ及び斜面の表面は軸支部１ａに比べて気孔が多い粗面になっている。これに対し、内孔小部１ｃは、端面寄りに位置し、内径大部１ｂの対応部から端面側の開口部に向かって内径を次第に縮径した斜面（テーパ状斜面）を介し連なっている。この内孔小部１ｃは、その表面及び近傍周囲が内径大部１ｂの表面に比べて密になっている。
【００１０】
図１（ｂ）の焼結含油軸受１は、同（ａ）の内径大部１ｂ及び内孔小部１ｃを軸支部１ａの一端側のみに形成した構造であり、使用態様として、内孔大部１ｂ及び内孔小部１ｃが形成されている側を、軸受の開放側になるように用いる軸受要素に好適なものである。また、 図１（ｃ）の焼結含油軸受１は、同（ａ）の軸受外周の一端側にフランジ１ｄを形成した構造であり、使用態様として、フランジ１ｄを取付要素として利用可能にした例である。図１（ｄ）の焼結含油軸受１は、軸受外周形状を球面１ｅに形成した調芯軸受であり、外形は異なるが内孔構造は前述したと同様なものである。
【００１１】
なお、図１（ａ）〜（ｄ）の各焼結含油軸受１には、この種軸受の慣用技術である、端面に沿って面取りを設けること、軸支部１ａに油溝或いは動圧溝を設けること、摺動面である軸支部１ａの中間部を回転軸と非接触の大径部である中逃げ形状にすること、実公平８−９４５０号公報記載のように焼結含油軸受の両端に多孔質部材を当接すること、などの構成を付加することができる。
【００１２】
次に、以上の焼結含油軸受の製造方法について、図１（ａ）の焼結含油軸受１の製作例にて説明する。図１（ｂ）〜（ｄ）の焼結含油軸受１は、軸受外形が従来と同様な手法で造形されることから図１（ａ）の説明から類推される。図２は粉末成形手順を説明する模式断面図である。
【００１３】
（圧粉成形）用いられる成形金型装置は、ダイ孔４ａを形成しているダイ４を主体とし、ダイ孔４ａの下方には円筒状の下パンチ８及び下コア５があり、ダイ孔４ａの上方には上パンチ７及び上コア６が配置されたものである。軸受素材形状を得るための一般的な粉末成形金型と異なる点は、コアが上下に分割されていることである。図２（イ）及び（ロ）から分かるように、下コア５は、軸受内孔の内孔大部１０ｂ又は１ｂを形成するための太さであり、上端部がテーパ部５ａとなっている。また、上コア６は、上側部分が下コア５の太さと同じであり、下側部分がテーパ部６ａを介し軸受の軸支部１０ａ又は１ａを形成するための上コア小径部６ｂとなっている。
【００１４】
図２（イ）は、ダイ４のダイ孔４ａ内にあって、下コア５及び下パンチ８で形成されるキャビティに通常の方法で粉末２を充填した状態を示している。粉末２は、銅系、鉄系の合金粉、又は合金を形成するための通常の混合粉である。図２（ロ）は、上コア６を下降させて、上コア小径部６ｂを下コア５の上端面に当接させた状態である。この状態から、装置駆動としては、図２（ハ）のように、上コア小径部６ｂが粉末２の上下中間部にくるように、上コア６と下コア５とが下降されると共に、上パンチ７も下降される。図２（ハ）は、そのようにして上パンチ７と下パンチ８により粉末２を所定密度と寸法になるように圧縮し、圧粉体（成形体）１０に製作した状態である。その後、上パンチ７及び上コア６を上昇させ、図２（ニ）に示すように、下パンチ５で圧粉体（成形体）１０を押し上げ離型する。この場合、下コア５も同様に上昇される。製作された圧粉体（成形体）１０の内孔は、上コア小径部６ｂで形成された軸支部１０ａと、上コア６と下コア５により形成された内径大部１０ｂ及び上コア６のテーパ部６ａと下コア５のテーパ部５ａに対応して形成されたテーパ状内孔面１０ｃをもつ形状をしている。
【００１５】
（サイジング）圧粉体（成形体）１０は次工程で通常の方法で焼結される。この焼結体１０Ａは図３に示すように、金型を用いてサイジングされる。サイジング金型は、ダイ１４と、下パンチ１８と、上パンチ１７及びコア１９などからなる通常の構造である。図３（イ）は、金型内に軸受素材である焼結体１０Ａを挿入した状態である。この場合、ネガティブサイジングを採用するか、ポジティブサイジングを採用するかは、得られる焼結軸受１の密度や希望する表面状態により、適宜決定されることになる。図３（ロ）は、焼結体１０Ａを上下の各パンチ１７，１８で圧縮した状態を示している。焼結体１０Ａはこのサイジングにより設計形状に造形されて焼結軸受（サイジング体）１となり、それが下パンチ１８により押し上げられて離型される。この焼結軸受（サイジング体）１は、焼結体１０Ａの内孔大部１０ｂの端面側が大きく縮径されて、内孔小部１ｃとして形成され、該内孔小部１ｃはコア１９に当接させていない。又、内孔小部１ｃの近辺は、内孔大部１ｂとして残っている部分より密になっている。
【００１６】
図示のサイジング例において、焼結軸受（サイジング体）１の内孔開口部に通常の面取りを設けるものでは、軸受素材である焼結体１０Ａの端面と共に面取り部が圧縮されることになる。また、コアロッド１９は単純な円柱形状になっているが、図２に示した粉末成形金型のコア構造と同様に、下コア５と、小径部６ｂがある上コア６とを用いて、上コア小径部６ｂで軸支部１０ａをサイジングして軸支部１ａにし、下コア５と上コア６の部分をサイジングで縮径した内孔小径１ｃに当接させるようにしてもよい。この方法によれば、内孔小部１ｃの内径寸法精度が安定し、内孔小部１ｃの表面気孔量をより少ない状態にすることができる。
【００１７】
製作された焼結軸受（サイジング体）１は次工程で潤滑油が含浸（常圧含油、真空或いは減圧含油などで含浸）されると、本発明の焼結含油軸受となる。図４は含浸後の焼結含油軸受１に回転軸３を装着した使用状態を示している。回転軸３は焼結含油軸受１の内孔に挿通され軸支部１ａで軸支されている。軸支部１ａの両側には、内孔大部１ｂが軸支部１ａ側に位置し、内孔小部１ｃがその内孔大部１ｂより端面寄りに位置している。回転軸３と軸支部１ａの間には油膜形成用の微小隙間Ｓ1が確保され、回転軸３と内孔大部１ｂの間には油溜用の大きな隙間Ｓ2が確保され、回転軸３と内孔小部１ｃの間には油漏洩防止に適した隙間Ｓ3が確保されている。すなわち、この焼結含油軸受１において、内孔寸法は、内孔大部１ｂ＞内孔小部１ｃ＞軸支部１ａ、の関係になっている。軸受内孔面の密度は、内孔大部１ｂ＜内孔小部１ｃ＜軸支部１ａ、の関係になっている。
【００１８】
（作用）以上の軸受構造では、例えば、焼結含油軸受１を固定し、回転軸３を回転すると、軸支部１ａの気孔に含浸された潤滑油が隙間Ｓ1に浸み出して摺動面に油膜を形成する。この潤滑油は摩擦熱や外気で昇温され熱膨張などにより余分となる量が発生し、その余分となった潤滑油は内孔大部１ｂの環状隙間Ｓ2に流出し、内孔大部１ｂに溜まり、更に孔端開口から外部へ飛散しょうとする。しかし、この軸受構造では、まず、内孔大部１ｂ、及び軸支部１ａから内孔大部１ｂに連なる前記テーパ状斜面は気孔密度が粗になっている部分であるため、潤滑油が内孔大部１ｂの気孔に吸い込まれやすく、或いは浸み出しやすくなっていて、軸支部１ａに隣接した油溜として機能し、軸支部１ａの潤滑油不足を防ぐ効果があり、また、軸支部１ａとの間での潤滑油循環も良好にする。しかも、内径小部１ｃは、軸孔端面側に位置しかつ内孔大部１ｂの内径寸法よりも小さいことから、前記した内孔大部１ｂの油溜機能を確実にするダムの役目をなして、潤滑油の外部漏洩を構造的に阻止するよう機能する。更に、内孔大部１ｂ内の潤滑油は、内径小部１ｃの気孔が内孔大部１ｂより緻密であると共に、内孔小部１ｃと内孔大部１ｂとの間が内孔大部１ｂに向かって次第に拡径したテーパ状斜面にしたことから、回転軸３の回転により、内孔大部１ｂの内壁方向（軸支部１ａ方向）へ押しやられ、その作用によっても潤滑油の外部漏洩が防止される。
【００１９】
ここで、内孔大部１ｂ及び内孔小部１ｃの直径や軸方向の長さは、焼結含油軸受１の大きさによって適宜に設計される。その際、内孔小部１ｃは、回転軸３が通常駆動で傾いた場合でも接触せずに、前記した油溜めのダム作用が得られる大きさに設定される。内孔大部１ｂは、例えば、軸支部１ａの直径が１ｍｍ程度で、肉厚が薄い形態のように、軸支部１ａの直径との差が数μｍ程度の場合から、軸支部１ａの直径が１０ｍｍ程度では０．１〜１ｍｍ位というように任意であるが、その際にはサイジングによる内孔小部１ｃの造形性も考慮されて設計される。また、内孔大部１ｂを大きく設定することができる軸受形状の場合では、前記した隙間Ｓ2つまり回転軸３と内孔大部１ｂとの間の環状空間部に、運転時に漏れ出ない適当量の潤滑油を注入しておく使用方法の採用も可能である。
【００２０】
図５及び図６は上記焼結含油軸受１の他の２つの形態をサイジング前の焼結体と共に示す縦断面図である。この説明では、上記した形態と同じか類似する部材又は部位に同一符号を付し、変更点について詳述する。図５（ｂ）及び（ｂ−１）と図６（ｂ）は圧粉体１０を焼結した後の焼結体１０Ａを示し、図５（ａ）と図６（ａ）及び（ａ−１）はサイジング後のサイジング体ないしは焼結軸受１をそれぞれ示している。
【００２１】
図５の構造では、上記した内孔小部１ｃについて、圧粉成形の段階で形状を工夫し、該圧粉体１０を焼結した焼結体１０Ａをサイジングにより積極的に造形可能にした一例である。図５（ｂ）の焼結体１０Ａでは圧粉成形により、軸支部１０ａと、内径大部１０ｂ及びテーパ状内孔面１０ｃと共に、軸受端面の内径側に凸部１０ｄを設けた形態である。図５（ｂ−１）の焼結体１０Ａでは、同（ｂ）の凸部１０ｄに代え、軸受端面形状を内径側から外径側に向けて低くなるテーパ部１０ｅにした形態である。凸部１０ｄやテーパ部１０ｅは、圧粉成形金型装置のうち、図２の上下パンチ７，８の端面形状を変更するだけで形成される。サイジングでは、再圧パンチ（図３の上下パンチ１７、１８と同じ）で凸部１０ｄやテーパ部１０ｅが圧縮され、上記内径小部１ｃを形成容易にする上で有効となる。
【００２２】
これに対し、図６の構造では、上記内孔小部１ｃを、焼結体１０Ａをサイジングするときに対応パンチ形状により積極的に造形可能にした一例である。すなわち、図６（ｂ）の焼結体１０Ａは、図２と同様に圧粉成形され後、焼結したものである。そして、サイジング工程において、図６（ａ）の焼結軸受（サイジング体）１では内径小部１ｃより端面側に凹部１ｆが追加造形され、図６（ａ−１）の焼結軸受（サイジング体）１では内径小部１ｃより端面側にテーパ凹部１ｇを追加造形される。これらは、サイジング工程で再圧パンチ（図３の上下パンチ１７、１８）の端面に対応凸部やテーパ凸部を設けておくだけで造形され、上記内径小部１ｃを形成容易にする上で有効となる。このように、本発明は、請求項で特定される技術要素を備えておればよく、製造的には必要に応じこれをベースにして変形工夫されることになる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法としては、通常の焼結軸受の製造工程によって、圧粉体成形とサイジングで造形可能なことから、設備費を抑え、本発明の焼結含油軸受を能率よく量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明軸受の形状例を模式的に示した縦断面図である。
【図２】 上記軸受を製造する際の圧粉成形方法を説明する縦断面図である。
【図３】 上記軸受を製造する際のサイジング方法を説明する縦断面図である。
【図４】 上記軸受の使用状態を説明する縦断面図である。
【図５】 本発明軸受の他の形態をサイジング前の焼結体と共に示す図である。
【図６】 本発明軸受の更に他の形態を焼結体と共に示す図である。
【符号の説明】
１…焼結含油軸受（焼結軸受）
１ａ…軸支部
１ｂ…内孔大部
１ｃ…内孔小部
２…粉末
３…回転軸
１０…圧粉体
１０Ａ…焼結体（サイジング体又は軸受素材）
【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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