JPH09310717A - 焼結含油軸受およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転摩擦抵抗が非常に小さく潤滑油の消費が
少ない焼結含油軸受およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ダイ５に軸受１を挿入し、上パンチ７で
圧縮して軸受１の穴部１ａの内周部分をマンドレル４の
凸条４ａおよび溝４ｂに密着させる。次に、マンドレル
４を残したまま下パンチ４を上昇させると、凸条２，…
がマンドレル４の凸条４ａによって若干押し潰されなが
ら軸受１がダイ５から押し出される。この場合、軸受１
のスプリングバックにより穴部１ａの内周面には凸条
２，…と溝３，…が残される。凸条２，…の稜線部近傍
は他の部分に比べて気孔率が小さくなっているから、軸
との摺動面には常に油膜が形成され、しかも、溝３の余
分な潤滑油が内部に吸収され易いため潤滑油の流出が少
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば音響機器
などの家電製品あるいはその他の各種機器の軸受として
用いて好適な焼結含油軸受およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】焼結含油軸受は、気孔率が２０％前後の
気孔内に潤滑油を含ませたものであり、自己潤滑性の特
徴を生かした各種用途に使用されている。焼結含油軸受
では、軸との摺動によって両者の摺動面に潤滑油が連続
的に浸み出して境界を潤滑し、潤滑油が再び軸受の気孔
内に吸い戻されるという循環が行われると考えられてい
る。通常は、銅系合金や鉄系合金の焼結体をサイジング
して寸法を整えるとともに、音響機器用の軸受のように
摩擦係数、寿命、潤滑油の飛散などを特に考慮しなけれ
ばならないものでは、軸との摺動面の気孔率を適度に少
なく調整するとか、端面に向かって内径が漸次大きくな
るテーパを設けるなどの工夫を加えて用いられる。ま
た、内周面に複数の油溝を軸に沿って設けたものも提供
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の焼結含油軸受で
は、最適な焼結合金を選択したり、摺動面の気孔率を調
整したりして優れた軸受特性を付与することができる
が、特に、小型のモータ用軸受とかキャプスタン軸受な
どのように比較的低荷重で用いられるものでは、回転摩
擦抵抗が非常に小さく消費電力が僅かであることは勿論
のこと、潤滑油の消費が少なく長寿命であることが要求
されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、軸が嵌合す
る穴部を有する焼結含油軸受において、穴部の内周面
に、軸の外周面と摺接する複数の凸部と軸の外周面との
間に隙間をもつ凹部を設け、凸部の表面の気孔率を凹部
の表面の気孔率よりも小さくしたことを特徴としてい
る。上記構成の焼結含油軸受にあっては、凸部の表面の
気孔率が小さいためその表面から内部の気孔に吸収され
る潤滑油の量が少ない。よって、凸部の存在により軸と
の接触面積が小さいこともさることながら、摺動面に常
に油膜が形成されるため、軸の回転摩擦抵抗を大幅に低
減することができる。一方、凹部は油溜めとなって軸の
回転に伴い摺動面に潤滑油を供給するが、凹部の表面の
気孔率が大きいため余分な潤滑油が内部の気孔に吸収さ
れ易い。このため、潤滑油の流出が少なく焼結含油軸受
の寿命を伸ばすことができる。

【０００５】ここで、凸部の形状については任意である
が、たとえば、軸の方向に対して直交する凸条や軸の回
転方向に向けてほぼＶ字状をなす凸条により構成するこ
とができる。このように構成することにより、潤滑油の
流出をより効果的に防止することができる。特に、後者
の場合には、潤滑油が凸条の屈曲部、つまり軸方向中央
側へと流れるので一層効果的である。また、凸部を例え
ば断面台形状に突出する突起により構成し、これを穴部
の内周面に斑点状に配置することもできる。この場合の
突起の形状は、円、楕円、矩形など使用目的と加工性を
考慮して適宜選択される。

【０００６】次に、本発明の焼結含油軸受の製造方法
は、圧粉体を焼結した軸受素材の穴部に、外周に複数の
凹部および凸部を設けたマンドレルを挿入し、軸受素材
を圧縮して塑性変形させることにより、軸受素材の内周
面の一部をマンドレルの凹部へ陥没させて穴部の凸部を
形成し、次いでマンドレルを穴部から抜き出すことを特
徴としている。この製造方法によれば、マンドレルを穴
部から抜き出すときに穴部に形成された凸部にマンドレ
ルの凸部が乗り上げてこれを圧縮する。これにより、穴
部の凸部の組織が塑性流動して表面の気孔が目潰れを起
こし、気孔率が小さくなる。また、穴部に形成された凸
部がマンドレルで擦られることにより、バニッシングす
る場合と同様に穴部の内径を所望の寸法に矯正すること
ができる。ここで、マンドレルの凹部および凸部の段差
寸法は、軸受合金の種類、軸受の密度、軸受の内径寸法
および長さなどに応じて適宜設定するが、１〜５００μ
ｍの範囲が良い。また、マンドレルを穴部から抜き出す
際に、塑性変形させて形成した凸部がせん断しないよう
に、凸部の表面積を増加するか、凸部に緩やかな傾斜を
付ければ、段差の寸法を大きくすることができる。

【０００７】上記のような成形には通常のサイジング用
金型を用いることができ、サイジングと別工程あるいは
サイジングと同時に行うことができる。また、軸受素材
を軸受ハウジングへ圧入するときに、軸受素材を内周側
へ塑性変形させて穴部に凸部を形成することもできる。
さらに、軸受素材をダイに通過させる押出し加工をして
凸部を成形することもできる。このような塑性加工に使
用するマンドレルとしては、穴部の内周面に円形の凸部
を形成する場合には、例えばボタン・バニッシング工具
のような形状のものを使用することができ、班点状のボ
スを形成する場合には、外周面にディンプル状のへこみ
を形成したものを使用することができる。

【０００８】このように、本発明の焼結含油軸受の製造
方法によれば、サイジングやハウジングへの圧入といっ
た、通常の製造過程で穴部に凸部を形成することができ
る。しかも、特別に用意する工具はマンドレルのみであ
るので、製造コストにはほとんど影響しない。もっと
も、本発明の焼結含油軸受は、上記のような製造方法で
製造したものに限定されるものではなく、種々の方法に
より製造可能である。たとえば、穴部に凸部を有する圧
粉体を形成して焼結したり、円筒状の穴部を有する圧粉
体を焼結した後に、機械加工を行って穴部に凸部を形成
したりすることもできる。そして、こうして製造した軸
受素材の穴部に例えばリーマ加工やバニッシングを行う
ことにより、凸部の表面の気孔率が小さい本発明の焼結
含油軸受を製造することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】

Ａ．焼結含油軸受の説明 以下、図１ないし図３を参照して本発明の実施の形態を
説明する。図１は実施の形態の焼結含油軸受（以下、軸
受と略称する）１の一部を示す斜視図である。この軸受
１は、中央部に穴部１ａが形成されて外観円筒状をなし
ている。穴部１ａの内周には、凸条（凸部）２，…が軸
方向に向けて等間隔に形成され、互いに隣接した凸条
２，２の間に溝３が形成されている。図２（ａ）は、穴
部１ａの内周面を展開した図であり、この図から判るよ
うに、凸条２，…は穴部１ａの全周にわたって円弧状に
延在している。また、凸条２および溝３の断面形状は、
波形に連続するように略半円形とされている。なお、凸
条２の断面形状は台形状にすることも可能である。ま
た、図２（ｂ）は、凸条２を円周方向へ向けてＶ字型を
なすように構成した変更例を示すもので、使用状態にお
いて軸（図示略）は同図の右側から左側へ向けて回転す
る。この場合も凸条２と溝３の断面形状は、上記と同様
に波形あるいは台形状にすることができる。さらに、図
２（ｃ）は、凸条２の代わりに突起２ａを形成した変更
例を示すもので、突起２ａは、その周囲の凹部３ａから
突出し、穴部１ａの内周面全体に均等に配置されてい
る。

【００１０】凸条２は上記以外に種々の形状とすること
ができる。たとえば、軸方向と平行にしたり所定角度傾
斜させることもできる。また、円周方向あるいは軸方向
へ向けてジグザグに延在する凸条を形成することもでき
る。さらに、図２（ｃ）に例示した突起２ａの形状、配
置も任意である。たとえば、突起２ａの平面視形状を
円、楕円あるいは多角形にしたり、それらの形状を組み
合わせることも可能である。また、突起２ａの断面形状
は例えば台形にすることができ、この場合に、突起２ａ
が凹部３ａから立ち上がる部分をテーパ状にしたり球面
にすることもできる。さらに、突起２ａ全体を球面のよ
うな曲面にすれば、軸との接触面積が小さく回転摩擦抵
抗をより小さくすることができる。

【００１１】さて、上記軸受１において溝３の表面は、
通常のサイジング後の状態と同等の気孔率となっている
のに対し、凸条２の稜線部近傍は比較的緻密化され、そ
の表面の気孔率は溝３の気孔率よりも小さくなってい
る。なお、この場合の気孔率とは、表面の総面積に対し
て露出している気孔の総面積の割合をいう。このため、
使用状態において凸条２の表面から内部の気孔に吸収さ
れる潤滑油の量が少なく、よって、軸との摺動面に常に
油膜が形成されることになる。したがって、上記構成の
軸受では、軸と凸条２，…との接触面積が小さいことと
相まって、軸の回転摩擦抵抗を大幅に低減することがで
きる。また、溝３は油溜めとなって軸の回転に伴い摺動
面に潤滑油を供給するが、溝３の表面の気孔率が大きい
ため余分な潤滑油が内部の気孔に吸収され易い。このた
め、潤滑油の流出が少なく軸受の寿命を伸ばすことがで
きる。

【００１２】Ｂ．製造方法の説明 次に、上記のような軸受１を製造する方法について図３
を参照して説明する。図３は、図１に示した軸受１の製
造方法の一例を実施するための金型の縦断面図である。
この図に示す金型は、通常のサイジング用金型とほぼ同
等の構成であるが、サイジング用金型におけるコアに代
えて凸条（凸部）４ａおよび溝（凹部）４ｂを備えたマ
ンドレル４を用いている点が異なっている。この金型を
用いて軸受１を製造するには、まず、図３（ａ）に示す
ように、ダイ５、下パンチ６、マンドレル４によって形
成されるキャビティに軸受（軸受素材）１を挿入し、同
図（ｂ）に示すように、上パンチ７を下降させて圧縮す
る。すると、軸受１の穴部１ａの外周部分と内周部分が
半径方向へ膨出しようとし、そのうちの内周部分がマン
ドレル４の凸条４ａおよび溝４ｂに密着するように塑性
変形する。これにより、穴部１ａの内周面に凸条２，…
と溝３，…が形成される。また、軸受１の外周部分がダ
イ５の内周面に密着することにより、軸受１の外径が矯
正される。

【００１３】次に、同図（ｃ）に示すように、マンドレ
ル４を残したまま下パンチ６を上昇させると、穴部１ａ
の凸条２，…がマンドレル４の凸条４ａによって若干押
し潰されながら軸受１がダイ５から押し出される。この
場合、軸受１には、多数の気孔の存在によりスプリング
バックが生じるため、押し出された軸受１の穴部１ａの
内周面には凸条２，…と溝３，…が残される。そして、
押し潰された軸受１の凸条２，…の稜線部近傍は、他の
部分に比べて気孔率が小さくなる。なお、マンドレル４
の寸法は、スプリングバック後の穴部１ａの内径（凸条
２の内径）が製品の公差範囲となるように設定される。
よって、以上の工程により軸受１の外径および内径並び
に長さが所定の公差範囲に収められ、これによりサイジ
ングが完了する。

【００１４】次に、図４ないし図６を参照して本発明の
製造方法の他の例を説明する。なお、以下においては、
図３に示すものと同等の構成要素には同符号を付して説
明を省略する。図４は、前方押出し方式による金型の縦
断面図である。この金型において、ダイ５’は、内周面
が前方（図中左方向）へ向かうに従って先細りとなるテ
ーパ面とされている。そして、ダイ５’の右側に位置さ
せたマンドレル４に軸受１を装着し、パンチ６およびマ
ンドレル４を図の左方向へ移動させてダイ５’に軸受１
を通過させると、軸受１が外周面から内周側へ向けて圧
縮され、内周面がマンドレル４の凸条４ａおよび溝４ｂ
に密着する。その後、図４に示す状態からパンチ６を残
したままマンドレル４を図の右方向へ引き戻すことによ
り、図３に示す製造方法と同様に軸受１からマンドレル
４が抜き出される。

【００１５】この製造方法が図３に示す製造方法と異な
る点は、軸受１がダイ５’を通過してマンドレル４に軸
受１が密着した時点で、軸受１の外周面および端面とも
圧力から解放されている点である。このため、マンドレ
ル４を軸受１から抜き出す際に軸受１の全体が拡径し、
その変形は弾性変形を主体とするものとなる。したがっ
て、マンドレル４の凸条４ａと溝４ｂの段差が少ない場
合には、軸受１の凸条２が塑性変形せず、マンドレル４
の凸条４ａおよび溝４ｂの形状が軸受１の凸条２および
溝３として相似形に転写されただけのものとなる。すな
わち、この場合には、凸条２の緻密化つまり気孔率の減
少が起こらなず、上記したような作用効果が得られなく
なることに注意する必要がある。

【００１６】次に、図５は軸受１をハウジング８に圧入
する圧入装置を示す縦断面図である。ハウジング８は、
軸受１を電化製品などの各種機器に取り付けるためのも
ので、この製造方法では圧入装置を用いて軸受１の塑性
加工を行う。図５に示すように、まず、下パンチ６に組
み付けられたマンドレル４に軸受１を装着し、軸受１の
外径よりやや小さい内径を有するハウジング８を上パン
チ７で下降させて軸受１に圧入する。すると、図５に示
すように、軸受１の外径の縮小に伴って内径が縮小し、
軸受１の内周面がマンドレル４の外周面に密着して凸条
２および溝３が形成される。その後は、マンドレル４を
引き下げることにより、上記と同様に本発明の軸受１を
製造することができる。

【００１７】次に、図６は、軸受１の外周面の成形と内
周面の成形とを同時に行うようにした金型の縦断面図で
ある。たとえば、キャプスタン用の軸受は、ハウジング
の両端部にそれぞれ軸受を装着して構成されるが、この
製造方法により製造される軸受１は、ハウジングとして
の外周形状と、２つの軸受の内周形状とを備えているの
で、３つの部品を１つで構成することができ経済的であ
る。さて、図６（ａ）に示すように、マンドレル４の上
端部には、上下方向へ互いに離間した２箇所に凸条４ａ
および溝４ｂが複数形成されている。また、マンドレル
４は、上下方向に所定寸法移動可能に支持されるととも
に、コイルバネ（図示略）などの弾性部材によって上方
へ向けて付勢されてフローティング構造となっている。
一方、軸受素材１０は、外周面が円筒状とされ、内周面
の下部分が上部分よりも大径な段付き円筒状に形成され
ている。また、ダイ５の内周面は、ハウジングの形状に
対応して下端部が小径の段付き円筒状に形成されてい
る。

【００１８】上記金型により軸受１を製造するには、ま
ず、軸受素材１０をダイ５とマンドレル４に嵌合させる
（図６（ａ））。次いで、上パンチ７を下降させて軸受
素材１０を下方へ向けて押圧する。すると、軸受素材１
０がダイ５の小径部分に押し込まれ、それに応じてマン
ドレル４も下降する。そして、同図（ｂ）に示すよう
に、軸受素材１０の下端部の外径が縮小される結果、そ
の内周面がマンドレル４の凸条４ａおよび溝４ｂに密着
し、凸条２と溝３が形成される。また、上パンチ７およ
び下パンチ６によって軸受素材１０が圧縮されることに
より、その上端部の内周面もマンドレル４に密着する。
なお、軸受１を金型から取り出すには、図３（ｃ）で説
明したのと同様に、マンドレル４を残したまま下パンチ
６を上方へ移動させる。これにより、軸受１の内周面に
形成された凸条２，…は、マンドレル４の凸条４ａによ
り塑性変形され、気孔率が小さくなる。このように、上
記した各製造方法によれば、サイジングやハウジングへ
の圧入、あるいは図６で説明したようなコイニングとい
った、通常の製造過程で穴部１ａの内周面に凸条２およ
び溝３を加工することができ、しかも、特別に用意する
工具はマンドレル４のみであるので、製造コストにはほ
とんど影響しない。

【００１９】Ｃ．変更例 本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、以
下のように種々の変更が可能である。 上述のような回転軸受に限らず金型のガイドポストに
使用されるような直動軸用の軸受にも適用可能である。
よって、軸受の穴部の断面形状は円形に限定されず任意
である。 軸受１の穴部１ａを塑性変形させてマンドレル４に密
着させる方法としては、例えば複数のロールで軸受１の
外周を圧縮する方法を用いることもできる。 軸受１の穴部１ａは貫通孔に限定されず底があるもの
でもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の軸受におい
ては、摺動面の流体潤滑を安定して得ることができ、よ
って、摩擦抵抗が小さく消費電力を低減することができ
るとともに、潤滑油の流出が少ないため軸受の寿命を伸
ばすことができる。また、本発明の軸受の製造方法によ
れば、従来のサイジング等の工程と同様の工程で製造す
ることができるので、工程が簡略化されしかも加工が容
易であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の軸受を示す部分斜視図
である。

【図２】 実施の形態の内周面の形状を示す展開図であ
る。

【図３】 本発明の製造方法の実施の形態を示すもの
で、金型内で軸受を圧縮する工程を示す縦断面図であ
る。

【図４】 本発明の製造方法の他の実施の形態を示すも
ので、前方押出し方式の金型を示す縦断面図である。

【図５】 本発明の製造方法のさらに他の実施の形態を
示すもので、軸受を軸受ハウジングに圧入する圧入装置
を示す縦断面図である。

【図６】 本発明の製造方法のさらに他の実施の形態を
示すもので、軸受にコイニングを行う金型の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１…軸受、２…凸条（凸部）、３…溝、４ａ…凸条（凸
部）、４…マンドレル、 ４ｂ…溝（凹部）、５…ダ
イ、６…下パンチ、７…上パンチ、８…ハウジング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸が嵌合する穴部を有する焼結含油軸受
   において、上記穴部の内周面に、上記軸の外周面と摺接
   する複数の凸部と上記軸の外周面との間に隙間をもつ凹
   部を設け、上記凸部の表面の気孔率を、上記凹部の表面
   の気孔率よりも小さくしたことを特徴とする焼結含油軸
   受。
2. 【請求項２】 前記凸部は、前記軸の方向に対して直交
   する凸条、上記軸の回転方向に向けてほぼＶ字状をなす
   凸条、前記穴部の内周面に斑点状に配置された突起のい
   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。
3. 【請求項３】 圧粉体を焼結した軸受素材の穴部に、外
   周に複数の凹部および凸部を設けたマンドレルを挿入
   し、上記軸受素材を圧縮して塑性変形させることによ
   り、上記軸受素材の内周面の一部を上記マンドレルの凹
   部へ陥没させて上記穴部に凸部を形成し、次いで上記マ
   ンドレルを上記穴部から抜き出すことを特徴とする焼結
   含油軸受の製造方法。