JP2000009142A

JP2000009142A - 軸受装置の製造方法および軸受装置

Info

Publication number: JP2000009142A
Application number: JP10188262A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hiyama; 聡檜山; Yukio Kubota; 幸雄久保田
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受とハウジングとを簡便な方法で安定かつ強
固に接合し、回転体の回転ムラ等を生じない信頼性の高
い軸受を備える軸受装置を製造する。【解決手段】多孔質焼結体からなる軸受と、軸受および
該軸受が支持する回転体とを収容可能なハウジング２と
を有する軸受装置の製造方法において、軸受の焼結形成
時に前記軸受と前記ハウジング２とを焼結接合すること
を特徴とする。前記焼結は放電プラズマ焼結法であるこ
とが好ましく、軸受は平均粒径１〜１０mmの粉末材料７
を焼結して形成されることが好ましい。粉末材料７はＣ
ｕ−Ｓｎ合金からなるものが特に好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は軸受装置、特に軸受
が多孔体で構成された滑り軸受装置の製造方法および軸
受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば静圧空気軸受のような流体軸受
は、多孔体である軸受の細孔から空気を供給して軸受面
と回転軸の摺動面との間に薄い空気の層を介在させ、回
転軸を支持するとともに回転軸を円滑に回転させるもの
である。

【０００３】しかし、軸受の細孔が不均一に形成されて
いると、空気の流動・供給に偏りが生じ、その結果回転
軸の回転ムラを招くこととなる。このような回転ムラは
軸受が小さくなる程、顕著に現れる傾向がある。

【０００４】また、通常、軸受とそれを収容するハウジ
ングとは、接着剤、螺合、締まり嵌め等の方法により接
合されている。しかし、これらの接合方法による場合、
回転軸の回転数、回転時間等の使用状態によっては経時
的に軸受とハウジングとの接合力が低下することがあ
り、これにより供給空気の不足や回転軸の振れ回りによ
る軸受等のかじり等の問題が生じる場合があった。

【０００５】さらに、螺合や締まり嵌めにより接合する
場合、軸受を形成した後、かかる軸受またはハウジング
にネジ孔を設ける等、接合のための二次加工が必要であ
る。その上、接合部の位置合わせやネジ止め、嵌入等の
工程を必要とし、軸受構造の製造（組立て）が煩雑で時
間を要する等の問題があった。

【０００６】これらの問題を解消するために、軸受の製
造および軸受とハウジングとの接合をホットプレス焼結
法（ＨＰ）、熱間等方圧焼結法（ＨＩＰ）等の焼結法に
より行なう方法も提案されている。しかし、焼結エネル
ギーの制御が困難であり、焼結に長時間を要したり、接
合対象の材料に制限がある等の問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軸受
とハウジングとを簡便な方法で安定かつ強固に接合し、
回転体の回転ムラ等を生じない信頼性の高い軸受を備え
る軸受装置を製造する方法およびその方法により製造さ
れる軸受装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（26）の本発明により達成される。

【０００９】（１）多孔質体からなる軸受と、前記軸
受および該軸受が支持する回転体とを収容可能なハウジ
ングとを有する軸受装置の製造方法において、前記軸受
とハウジングとを放電プラズマ焼結法により接合するこ
とを特徴とする軸受装置の製造方法。

【００１０】（２）前記接合時の焼結温度が５００〜
１０００℃である上記（１）に記載の軸受装置の製造方
法。

【００１１】（３）前記接合時の圧力が１００〜１０
００kgf/cm² である上記（１）または（２）に記載の軸
受装置の製造方法。

【００１２】（４）前記軸受を焼結法により形成する
上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の軸受装置の
製造方法。

【００１３】（５）前記焼結法は放電プラズマ焼結で
ある上記（４）に記載の軸受装置の製造方法。

【００１４】（６）前記軸受は平均粒径１〜１０mmの
粉末材料を焼結して形成される上記（４）または（５）
に記載の軸受装置の製造方法。

【００１５】（７）前記粉末材料は主としてＣｕ−Ｓ
ｎ合金からなるものである上記（６）に記載の軸受装置
の製造方法。

【００１６】（８）前記合金のＣｕ含有率が６０〜９
５wt％である上記（７）に記載の軸受装置の製造方法。

【００１７】（９）前記軸受は表裏面間に連通する孔
を有する上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の軸
受装置の製造方法。

【００１８】（10）前記軸受の開気孔率は３０〜６０
％である上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の軸
受装置の製造方法。

【００１９】（11）前記軸受装置は静圧空気軸受装置
である上記（１）ないし（10）のいずれかに記載の軸受
装置の製造方法。

【００２０】（12）多孔質焼結体からなる軸受と、前
記軸受および該軸受が支持する回転体とを収容可能なハ
ウジングとを有する軸受装置の製造方法において、前記
軸受の焼結形成時に前記軸受と前記ハウジングとを焼結
接合することを特徴とする軸受装置の製造方法。

【００２１】（13）前記焼結は放電プラズマ焼結法に
よる上記（12）に記載の軸受装置の製造方法。

【００２２】（14）前記焼結時の焼結温度が５００〜
１０００℃である上記（12）または（13）に記載の軸受
装置の製造方法。

【００２３】（15）前記焼結時の圧力が１００〜１０
００kgf/cm² である上記（12）ないし（14）のいずれか
に記載の軸受装置の製造方法。

【００２４】（16）前記軸受は平均粒径１〜１０mmの
粉末材料を焼結して形成される上記（12）ないし（15）
のいずれかに記載の軸受装置の製造方法。

【００２５】（17）前記粉末材料は主としてＣｕ−Ｓ
ｎ合金からなる上記（16）に記載の軸受装置の製造方
法。

【００２６】（18）前記合金のＣｕ含有率が６０〜９
５wt％である上記（17）に記載の軸受装置の製造方法。

【００２７】（19）前記軸受は表裏面間に連通する孔
を有する上記（12）ないし（18）のいずれかに記載の軸
受装置の製造方法。

【００２８】（20）前記軸受の開気孔率は３０〜６０
％である上記（12）ないし（19）のいずれかに記載の軸
受装置の製造方法。

【００２９】（21）前記軸受装置は静圧空気軸受装置
である上記（12）ないし（20）のいずれかに記載の軸受
装置の製造方法。

【００３０】（22）前記焼結前に前記ハウジング内に
中間成形体を形成する上記（12）ないし（21）のいずれ
かに記載の軸受装置の製造方法。

【００３１】（23）前記中間成形体は難焼結性材料と
樹脂製硬化剤とを含む混合物から構成される上記（22）
に記載の軸受装置の製造方法。

【００３２】（24）前記混合物は前記難焼結性材料と
前記樹脂製硬化剤とを６：４〜９：１の割合で含む上記
（23）に記載の軸受装置の製造方法。

【００３３】（25）前記難焼結性材料はアルミナであ
る上記（23）または（24）に記載の軸受装置の製造方
法。

【００３４】（26）上記（１）ないし（25）のいずれ
かの方法により製造されることを特徴とする軸受装置。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の軸受装置の製造方
法について図１〜図６にしたがって説明する。図１〜図
６は軸受装置の製造方法の第１実施形態を示す縦断面図
である。

【００３６】本発明の軸受装置の製造方法は、例えば図
６に示すように多孔質焼結体からなる軸受４と、該軸受
４および軸受４が支持する回転体１９とを収容可能なハ
ウジング２とを有する軸受装置１の製造方法であって、
軸受４の焼結形成時に前記軸受４とハウジング２とを焼
結接合するものである。

【００３７】まず、図１に示すような円筒形状のハウジ
ング２を形成する。ハウジング２は、その内部に少なく
とも軸受と、軸受が支持する回転体とを収容可能な空間
３を有する。また、ハウジング２には空間３と外部とを
連通する通路であって、流体（気体）を空間３内に供給
するための給気口５、および内部から流体を排出するた
めの排気口６が設けられている。

【００３８】このようなハウジング２の形成方法として
は、特に限定されず、例えば旋盤、フライス盤等による
機械加工により形成される。

【００３９】ハウジング２の構成材料としては、例えば
ＳＵＳ鋼、ＳＳ鋼、ＳＫ鋼、ＳＫＳ鋼等のＦｅ系合金、
Ｃｕ系合金、Ａｌ系合金、Ｃｄ系合金等の金属材料、各
種セラミックス材料等、金属とセラミックスとの複合材
料等を用いることができる。

【００４０】次に、図２に示すように空間３に中間成形
体３１を形成する。中間成形体３１は、後述する軸受の
形状、大きさ、位置を定める中型として機能するととも
に、流体の流路を確保する役割を果たす。

【００４１】中間成形体３１は、例えば難焼結性材料と
エポキシ樹脂等の樹脂製硬化剤とを含む混合物から形成
することが好ましい。これにより中間成形体３１は軸受
の焼結形成完了までその保形性を維持することができ、
軸受の形状・寸法等を精密に形成することができる。

【００４２】上記の混合物を給気口５から空間３に充填
する。その後、加熱等により混合物中の樹脂製硬化剤を
固化させることにより中間成形体３１が形成される。こ
のとき、空間３内には中間成形体３１を成形するための
成形型が挿入されていることが好ましい。

【００４３】中間成形体３１を構成する難焼結性材料と
しては特に限定されないが、少なくとも後述する焼結条
件下において溶融・気化等状態が変化しないものが好ま
しい。難焼結性材料を用いることよって、焼結工程を経
てもハウジング２の内壁面や後述する粉末材料等に固着
することを防止できる。このような難焼結性材料として
は、例えばジルコニア、アルミナ等のセラミックス材料
やチタン、マイカ等の焼結温度の高い材料が挙げられ、
これらを単独または２種以上を混合して用いてもよい。

【００４４】また、難焼結性材料は球状粉体を用いるこ
とが好ましい。これにより中間成形体３１は所定の強度
をもちながら、焼結処理後には崩壊し易く容易に除去可
能なものとすることができる。

【００４５】難焼結性材料の球状粉体の平均粒径は、
０．５〜２mm程度が好ましい。この範囲の粒径とするこ
とにより中間成形体３１を形状維持性に優れたものとす
るとともに、焼結後に取出し易いものとすることができ
る。

【００４６】一方、樹脂製硬化剤としては特に限定され
ず、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹
脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹
脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等を主とする熱
硬化性樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２
種以上を混合して用いることも可能である。

【００４７】また、混合物中、難焼結性材料と樹脂製硬
化剤との混合比率は６：４〜９：１程度とすることが好
ましい。この範囲の混合比率とすることにより、混合物
は空間３に充填するために適度な流動性をもち、取扱性
に優れる。また、固化させて形成する中間成形体３１の
強度、形状維持性が良好に得られる。

【００４８】このようにして中間成形体３１が形成され
た空間３に、軸受４を構成する粉末材料７を充填する。

【００４９】図３に示すように、ハウジング２を一対の
導電性カーボン製の成形ダイ１０ａの間に装着する。そ
して、型１４および型１５ａをハウジング２に装着す
る。

【００５０】次に、粉末材料７をハウジング２の空間３
に充填する。このとき、型１４内にも粉末材料７を充填
可能であることが好ましい。これにより焼結時の圧縮に
よる体積の減少を予測して必要量の粉末材料７を充填
し、所望の大きさの焼結体（軸受）を形成することがで
きる。

【００５１】また、粉末材料７の平均粒径は、排気口６
に連通する流路６１を形成する隙間９の間隔よりも大き
いことが好ましい。これにより粉末材料７が隙間９に入
り込むことがなく流路６１が確保される。

【００５２】あるいは上記型１５ａは、図４に示すよう
な形状の型１５ｃを用いることもできる。この場合、隙
間９が形成されないため、粉末材料７の平均粒径は隙間
９との関係において特に制限されない。

【００５３】粉末材料７は球状粉体であることが好まし
く、その平均粒径は１〜１０mmであることが好ましく、
２〜６mmがより好ましい。この範囲の粒径とすることに
より、流体が通過可能な表裏面間に連通する孔を容易に
形成することができる。粉末材料７の平均粒径が１mm未
満の場合、これを焼結して形成された軸受４は緻密にな
り過ぎて、例えば流体軸受等の軸受として十分な機能を
果たし得ないおそれがあり、一方１０mmを超えると焼結
体（軸受）の細孔径や空孔率が大きくなり過ぎて十分な
強度が得られない場合がある。

【００５４】粉末材料７の構成材料としては特に限定さ
れず、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌまたはこれらの合
金、超硬合金等の金属材料、金属酸化物、炭化物系、窒
化物系、硼化物系、フッ化物系等各種セラミックス材
料、サーメット系材料、金属間化合物およびこれらの複
合材料等が挙げられるが、なかでも金属材料が好まし
く、Ｃｕ−Ｓｎ合金が特に好ましい。Ｃｕ−Ｓｎ合金
は、セラミックス系材料や他の金属材料に比べて焼結温
度が低く、その焼結体は耐摩耗性、耐久性等の点で優
れ、さらに高い靱性を有するため加工性に優れ二次加工
を容易に行うことができる。

【００５５】型１４および型１５ａあるいは型１５ｃ
と、粉末材料７との間には、導電性カーボンペーパー等
を介在させることが好ましい。これにより、焼結の際に
粉末材料７と型の材料に含まれるカーボンとが反応して
固着すること等を防止できる。

【００５６】Ｃｕ−Ｓｎ合金のＣｕ含有率は６０〜９５
wt％が好ましく、８０〜９５wt％がさらに好ましい。こ
れにより、より高い靱性とより優れた加工性とを有する
焼結体（軸受）を形成することができる。

【００５７】次に、一対の加圧パンチ１３ａ、焼結成形
用パンチ１１ａにより粉末材料７に圧力を加えながら軸
受を焼結形成するとともに、同時にハウジング２との焼
結接合を行う。これにより加工工程を大幅に簡略化する
ことでき、製造コストを低減させることができる。

【００５８】焼結法としては特に限定されず、ホットプ
レス焼結法、熱間等方圧焼結法、常圧焼結法、放電プラ
ズマ焼結法等が挙げられるが、放電プラズマ焼結法が好
ましい。

【００５９】放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）は、粒子
間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放
電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギ
ーを熱拡散、電界拡散等へ効果的に応用した固体圧縮焼
結の一種である。

【００６０】このようにＳＰＳ法は、放電による直接発
熱方式のため極めて熱効率に優れ、その放電点の分散に
よる均等加熱で、均質高品位の焼結体が容易に得られる
という利点を有しており、焼結エネルギーの制御性の良
さ、取扱い操作の容易さ、安全性、確実性の良さ等の優
れた特徴を持っている。

【００６１】また、昇温、保持時間を含め５〜２０分程
度の短時間で焼結成形あるいは焼結接合を可能とする。
さらに、通常、困難とされる多孔質焼結を容易に行うこ
とができ、表裏面間に貫通する孔を均質かつ多数有し、
空気軸受等の流体軸受として適した多孔質焼結体を製造
することができる。焼結条件の制御により焼結体の細孔
径、開気孔率等を自由に調整することも可能である。し
たがって、本発明により製造された軸受装置は、多孔質
軸受から流体（空気等）が均等に供給されるため良好な
軸受機能を発揮する。

【００６２】さらに軸受４とハウジング２とをＳＰＳ法
により焼結接合することによって、異種材料同士や接地
面積が小さい場合であっても容易かつ確実に接合できる
ため、任意の材料設計が可能となる。

【００６３】焼結温度は特に限定されないが、５００〜
１０００℃程度が好ましく、７００〜９００℃がより好
ましい。焼結温度が低過ぎると焼結体（軸受４）の強
度、靱性、若しくは接合強度等が十分に得られない場合
があり、一方、焼結温度が高過ぎると焼結体にクラック
が生じるおそれがある。

【００６４】上記焼結温度での保持時間は、３〜１０mi
n 程度が好ましい。この範囲の保持時間とすることによ
り、焼結体の強度、接合強度を十分に得ることができ、
過焼結等を防止することができる。

【００６５】また、焼結時の圧力は１００〜１０００kg
f/cm² が好ましく、１５０〜５００kgf/cm² 程度がより
好ましい。焼結時の圧力が低過ぎると焼結体（軸受４）
の強度が不十分となるおそれがあり、一方、圧力が高す
ぎると焼結体が過剰に緻密になり、静圧空気軸受等の流
体軸受として良好に機能し得ないものが形成されるおそ
れがある。さらに型１４、成形ダイ１０ａの耐圧性が問
題となる。なお、上記焼結温度および圧力は、連続的ま
たは段階的に変化させてもよい。

【００６６】このように粉末材料７を焼結して形成され
た軸受４は、多孔質体であることが好ましく、表裏面間
に連通する孔を有することがさらに好ましい。これによ
り、かかる連通孔を通じて空気等の流体を供給または排
気することが可能となり、軸受機能を発揮する。

【００６７】軸受４の開気孔率は３０〜６０％が好まし
く、３５〜４０％がより好ましい。開気孔率が３０％未
満であると軸受４は流体を十分に透過させることができ
ず、軸受として十分な機能を果たし得ない場合がある。
一方、開気孔率が６０％を超えると強度が低下するおそ
れがある。

【００６８】焼結により軸受４を焼結形成するとともに
ハウジング２との接合を行った後、成形ダイ１０ａ、加
圧パンチ１３ａおよび焼結形成用パンチ１１ａを取り外
して冷却し、ハウジング２を取出す。

【００６９】ハウジング２から型１５ａを抜き取り、中
間成形体３１を取出すことにより、図６に示すような加
工体が得られる。

【００７０】なお、図４に示すように、型１５ｃが抜取
り不可能な形状である場合、型１５ｃがカーボン製等で
あれば、これを粉砕しながらハウジング２から取出すこ
とができる。

【００７１】中間成形体３１は、前記焼結工程により樹
脂製硬化剤は炭化し、難焼結性材料のみが残留する。し
たがって、難焼結性材料からなる粉体は容易に給気口５
から取出すことができる。

【００７２】次に、ハウジング２の給気口５の周囲に例
えば管用テーパネジＲ１／４等のタップを施し、図６に
示すようなエアージョイントを接続するための接続部１
７を形成する。

【００７３】さらに軸受４およびハウジング２の両端面
部、軸受４の内径部をそれぞれ平面研削盤、円筒研削盤
等によって指定寸法に仕上げる。この加工によって回転
体１９とのクリアランスを調整して軸受装置１の剛性が
決定される。

【００７４】最後に、中空部４１に回転体１９の軸部を
挿入することにより取付け、最終調整を行ない軸受装置
１が得られる。

【００７５】このように作製された軸受装置１は特に限
定されないが、すべり軸受装置であることが好ましく、
流体軸受装置がより好ましく、静圧空気軸受装置がさら
に好ましい。静圧空気軸受装置の軸受構造は、空気の供
給部に多孔質体が使用されるが、本発明の方法によれ
ば、強度に優れ均質な多孔質体である軸受を形成するこ
とができる。さらに、軸受とハウジングとを簡易な方法
で強固に接合することができ、優れた軸受機能を有する
軸受構造を安定に形成することができる。

【００７６】次に、本発明の軸受装置の製造方法の第２
実施形態を説明する。図７〜図１０は本実施形態の軸受
装置の製造工程を示す縦断面図である。以下、主に上述
の第１実施形態との相違点について説明する。

【００７７】本実施形態は、多孔質体からなる軸受４
と、軸受４および軸受４が支持する回転体１９とを収容
可能なハウジング２とを有する軸受装置１の製造方法に
おいて、軸受４とハウジング２とを放電プラズマ焼結法
により接合することを特徴とする。

【００７８】軸受４とハウジング２とを放電プラズマ焼
結法により接合することにより、異種材料同士や接地面
積が小さい場合であっても短時間で容易かつ確実に接合
することができ、各々について任意の材料設計が可能と
なる。とくに、本実施形態によれば、各材料の焼結特性
上の制約等により軸受の形成と軸受とハウジングとの接
合とを同時に行うことが困難な組合せの場合にも、簡易
にかつ信頼性の高い軸受装置を製造することができる。

【００７９】まず、図１に示すような円筒形状のハウジ
ング２を形成する。ハウジング２の形成方法、構成材料
としては第１実施形態の場合と同様のものが挙げられ
る。

【００８０】次に、図８および図９に示すような軸受４
を形成する。軸受４はリング形状であって、中央に回転
体を支持するための中空部４１が設けられている。

【００８１】また、軸受４は多孔質体であることが好ま
しく、表裏面間に連通する孔を有することがさらに好ま
しい。これにより、かかる連通孔を通じて空気等の流体
を流通させることが可能となる。

【００８２】軸受４の開気孔率は３０〜６０％が好まし
く、３５〜４０％がより好ましい。開気孔率が３０％未
満であると軸受４は流体を十分に通過させることができ
ず、軸受として十分な機能を果たし得ない場合がある。
一方、開気孔率が６０％を超えると強度が低下するおそ
れがある。

【００８３】軸受４の形成方法は特に限定されないが、
焼結法によることが好ましく、放電プラズマ焼結法がよ
り好ましい。

【００８４】これにより、表裏面間に貫通する孔を均質
かつ多数有する多孔質焼結体を製造することができ、空
気軸受等の流体軸受としてより適した軸受を作製するこ
とができる。また、焼結条件を制御することにより焼結
体の細孔径、開気孔率等を自由に調節することができ
る。

【００８５】図７は、軸受４を放電プラズマ焼結法によ
り形成する場合の概略縦断面図である。図に示すよう
に、成形型１２に粉末材料７を充填し、上下一対の加圧
パンチ１３ｃ、焼結成形用パンチ１１ｃにより加圧しな
がら放電プラズマ焼結を行う。成形型１２、焼結成形用
パンチ１１ｃは、導電性のカーボン等で形成されてお
り、焼結用電源（図示せず）により発生したパルス電流
が、成形型１２、加圧パンチ１３ｃおよび焼結成形用パ
ンチ１１ｃを介して粉末材料７に流れるよう構成されて
いる。

【００８６】このとき、成形型１２および焼結成形用パ
ンチ１１ｃと粉末材料７との間には、導電性カーボンペ
ーパー等を介在させることが好ましい。これにより、焼
結の際に粉末材料７と成形型１２の構成材料とが反応
し、粉末材料７が成形型１２の内壁面に固着する等の問
題を未然に防止することができる。

【００８７】軸受４は第１実施形態の場合と同様、球状
粉体であって平均粒径１〜１０mmの粉末材料７を焼結し
て形成されることが好ましい。これにより表裏面間に連
通する孔を有する軸受をより容易に形成することができ
る。粉末材料７の平均粒径が１mm未満の場合、これを焼
結して形成された軸受４は緻密になり過ぎて、例えば流
体軸受等の軸受として十分な機能を果たし得ないおそれ
があり、一方１０mmを超えると焼結体（軸受）の細孔
径、空孔率が大きくなり過ぎて強度が低下するおそれが
ある。

【００８８】かかる粉末材料７の構成材料としては特に
限定されず、第１実施形態の場合と同様の材料を挙げる
ことができ、特にＣｕ−Ｓｎ合金が特に好ましい。Ｃｕ
−Ｓｎ合金は、セラミックス系材料や他の金属材料に比
べて焼結温度が低く、その焼結体は耐摩耗性、耐久性等
の点で優れ、さらに高い靱性を有するため加工性に優れ
るため２次加工が容易である。Ｃｕ−Ｓｎ合金のＣｕ含
有率は６０〜９５wt％であることが好ましく、８０〜９
５wt％がさらに好ましい。

【００８９】また、次の接合工程での加圧による軸受４
の寸法減少を予測し、成形時の軸受４の軸方向の長さは
軸受装置完成時よりも若干大きく形成することが好まし
い。

【００９０】このようにして形成された軸受４をさきに
作製したハウジング２の所定の位置に配置する。

【００９１】次に、図１０に示すようにハウジング２を
１対の導電性カーボン製成形ダイ１０ｂの間に装着す
る。さらに、型１５ｂを軸受４の中空部４１に挿入す
る。成形ダイ１０ｂとハウジング２との間には、第１実
施例の場合と同様の理由から、導電性カーボンペーパー
等を介在させることが好ましい。

【００９２】このような状態で上下一対の加圧パンチ１
３ｂ、焼結成形用パンチ１１ｂにより加圧しながら放電
プラズマ焼結を行う。

【００９３】焼結温度は、特に限定されないが５００〜
１０００℃程度が好ましく、７００〜９００℃がより好
ましい。焼結温度が低過ぎると十分な接合強度等が得ら
れない場合があり、一方、焼結温度が高過ぎると軸受４
にクラックが生じるおそれがある。

【００９４】焼結温度での保持時間は、第１実施形態の
場合と同様の理由から３〜１０min程度が好ましい。

【００９５】また、接合時の圧力は１００〜１０００kg
f/cm² が好ましく、１５０〜５００kgf/cm² 程度がより
好ましい。焼結時の圧力が低過ぎると接合強度が不十分
となるおそれがあり、一方、圧力が高すぎると型１５
ｂ、成形ダイ１０ｂの耐圧性が問題となる。

【００９６】最後に、第１実施形態の場合と同様にして
接続部１７を設け、回転体１９を取付け、最終調整を行
うことにより図６に示すような軸受装置１を作製した。

【００９７】このように作製された軸受装置１は、第１
実施形態の場合と同様に特に限定されないが、すべり軸
受装置であることが好ましく、流体軸受装置がより好ま
しく、静圧空気軸受装置がさらに好ましい。本発明の方
法によれば、強度に優れ、均質な多孔質体を備える軸受
構造を安定かつ簡易に製造することができる。したがっ
て、本発明により製造された軸受装置は、多孔質軸受か
ら流体（空気等）が均等に供給されるため、良好な軸受
機能を発揮する。

【００９８】以上、本発明の軸受装置の製造方法の各実
施形態例について説明したが、本発明は、これらに限定
されるものではなく、例えば、軸受４は傾斜機能材料な
どであってもよく、さらに、ハウジング２と軸受４との
接合部分に接合強度向上等のために中間物質を介在させ
てもよい。

【００９９】また、軸受の焼結成形時や軸受とハウジン
グとの接合時に、焼結温度および圧力を段階的または連
続的に変化させてもよい。

【０１００】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【０１０１】１．軸受装置の作製（実施例１）

【０１０２】まず、図１に示すようなステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ４４０Ｃ）製の円筒中ぐり形状のハウジング２を、
例えば旋盤、フライス盤を用いる機械加工により作製す
る。ハウジング２は、全長：７２mm、外径：４０mmとし
た。

【０１０３】次にハウジング２に中型を挿入した後、給
気口５からアルミナビーズ（平均粒径：１mm）とエポキ
シ系樹脂との混合物（混合比率８：２）を充填し、空間
３および給気口５内を満たした。充填後ハウジング２を
５０℃に加熱し、樹脂を固化させることにより中間成形
体３１を形成した。

【０１０４】このハウジング２の両側を図３に示すよう
に１対の成形ダイ１０ａで挟み、さらに型１５ａ、型１
４とを取り付けた。

【０１０５】その後、平均粒径２mmの青銅ビーズ（Ｃｕ
−Ｓｎ合金（Ｃｕ：９０wt％））をハウジング２内に充
填した。

【０１０６】１対の加圧パンチ１３ａにより粉末材料７
を加圧しながら、放電プラズマ焼結を行った。焼結条件
は、焼結温度：７００℃、保持時間：３min 、圧力：２
５０kgf/cm² とした。

【０１０７】冷却後、放電プラズマ焼結装置からハウジ
ング２を取出し、型１５ａおよび中間成形体３１を除去
した。

【０１０８】中間成形体３１の構成材料であるエポキシ
樹脂は焼結工程により炭化しており、アルミナビーズは
給気口５から取出した。

【０１０９】ハウジング２の両端面を平面研削盤にて所
定寸法に仕上げ、給気口５に管用テーパネジＲ１／４の
タップ加工を行うことにより、エアージョイントを接続
可能な接続部１７を形成した。

【０１１０】さらに軸受４に円筒研削盤等により内径加
工を施し、軸受４の内径を８mm、回転体１９の軸径との
クリアランスを約１０μｍとした。

【０１１１】最後に、軸受４の中空部４１に回転体１９
の回転軸を挿入し、軸の両端にフランジ２０を取付け・
調整を行って静圧空気軸受装置の軸受装置１を作製し
た。焼結条件、構成材料等を表１に示す。

【０１１２】

【表１】

【０１１３】（実施例２）まず、実施例１と同様にして
ハウジング２を作製した。

【０１１４】次に、実施例１と同様の青銅ビーズ（平均
粒径：２mm、Ｃｕ：９０wt％）を用いて、放電プラズマ
焼結法により図８および図９に示すような軸受４を焼結
形成した。焼結条件は、焼結温度：７００℃、保持時
間：３min 、圧力：２５０kgf/cm² とした。

【０１１５】形成した２つの軸受４を図１０に示すよう
にさきに作製したハウジング２内に設置した。その後、
ハウジング２を一対の成形ダイ１０ｂで挟み、型１５ｂ
を中空部４１に挿入した。焼結成形用パンチ１１ｂ、加
圧パンチ１３ｂにより圧力を加えながら放電プラズマ焼
結法により焼結接合した。このときの焼結条件は、焼結
温度：７００℃、保持時間：３min 、圧力：２５０kgf/
cm² とした。

【０１１６】最後に、実施例１と同様にハウジング２に
接続部１７を設け、さらに回転体１９を取付け、接続部
１７を形成し、ハウジング等に仕上げ加工を施すことに
より図６に示すような静圧空気軸受装置の軸受装置１を
作製した。焼結条件、構成材料等を表１に示す。

【０１１７】２．軸受装置の機能評価実施例１および実施例２で作製した軸受装置の軸受につ
いて以下の評価を行った。

【０１１８】開気孔率軸受の開気孔率は、作製された軸受の重量と体積とを測
定し、軸受構成材料の密度とから下記式（Ｉ）により算
出する。

【０１１９】開気孔率＝（１−Ｂ／Ａ）÷Ｃ×１００・・・（Ｉ）Ａ・・・軸受の体積[cm³] Ｂ・・・軸受重量 [ｇ] Ｃ・・・軸受構成材料の密度[g/cm³]

【０１２０】軸受性能回転体にタービンを取付け、このタービンに空気を当て
ることにより回転体を３００００r.p.m.で１週間連続回
転させ、軸受とハウジングとのかじりの有無を確認し
た。

【０１２１】さらに、回転時のフランジの側面および端
面の変位をチェックし、それぞれ０．１μｍ以上の振れ
の有無をレーザー変位計により確認した。

【０１２２】評価方法は、変位量が０．１μｍ未満であ
る場合を○、０．１μｍ以上の場合を×とした。

【０１２３】また、フランジの側面および端面に荷重を
かけ、その変位量を測定しこの軸受装置のラジアル・ア
キシャル剛性を求めた。これらの結果を表１に示す。

【０１２４】各実施例で作製された軸受はいずれも、開
気孔率が３０％以上であり、高いガス透過性を備えてお
り空気の安定供給が可能であることがわかった。

【０１２５】また、回転中に回転体（軸）の変位・ブレ
が殆どみられないことから、軸受の細孔は均一に形成さ
れ、空気の供給が均等になされており、さらに、軸受は
ハウジングに強固に接合されていることがわかった。

【０１２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の軸受装置の
製造方法によれば、短時間で簡易に軸受装置を作製する
ことができる。さらに軸受装置の軸受構造において、ハ
ウジングと軸受との接合が確実になされており、経時的
に接合力が低下することがない。

【０１２７】また、軸受とハウジングとの接合を放電プ
ラズマ焼結法により行えば、異種材料同士や接地面積が
小さい場合であっても容易かつ確実に接合できるため、
任意の材料設計が可能となる。

【０１２８】放電プラズマ焼結法により軸受を製造する
場合は、細孔が高開気孔率でかつ均一に形成されるため
良好な軸受機能を発揮する。さらに、焼結条件を制御す
ることにより焼結体の細孔径、開気孔率等を自由に選択
・調節することができる。

【０１２９】このようにして製造された軸受装置は、軸
受とハウジングとが安定かつ強固に接合され、回転体の
回転ムラ等がなく信頼性が高い。

【０１３０】さらに、例えば、高温・多湿または油分を
含んだ空気の供給等、厳しい使用環境下で連続運転を行
っても軸受とハウジングとの接合状態は良好に維持され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受装置の製造方法の第１実施形態を
示す縦断面図である。

【図２】本発明の軸受装置の製造方法の第１実施形態を
示す縦断面図である。

【図３】本発明の軸受装置の製造方法の第１実施形態を
示す縦断面図である。

【図４】本発明の軸受装置の製造方法の第１実施形態を
示す他の縦断面図である。

【図５】本発明の軸受装置の製造方法の第１実施形態を
示す縦断面図である。

【図６】本発明の軸受装置の製造方法により製造される
軸受装置の一例を示す縦断面図である。

【図７】本発明の軸受装置の製造方法の第２実施形態を
示す縦断面図である。

【図８】本発明の軸受装置の製造方法の第２実施形態を
示す縦断面図である。

【図９】本発明の軸受装置の製造方法の第２実施形態を
示す縦断面図である。

【図１０】本発明の軸受装置の製造方法の第２実施形態
を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１軸受装置２ハウジング３空間３１中間成形体４軸受４１中空部５給気口６排気口６１流路７粉末材料８空間９隙間１０ａ、１０ｂ成形ダイ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ焼結成形用パンチ１２成形型１３ａ、１３ｂ、１３ｃ加圧パンチ１４型１５ａ、１５ｂ、１５ｃ型１７接続部１９回転体２０フランジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質体からなる軸受と、前記軸受および該軸受が支持する回転体とを収容可能な
ハウジングとを有する軸受装置の製造方法において、前記軸受とハウジングとを放電プラズマ焼結法により接
合することを特徴とする軸受装置の製造方法。
【請求項２】前記接合時の焼結温度が５００〜１００
０℃である請求項１に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項３】前記接合時の圧力が１００〜１０００kg
f/cm² である請求項１または２に記載の軸受装置の製造
方法。
【請求項４】前記軸受を焼結法により形成する請求項
１ないし３のいずれかに記載の軸受装置の製造方法。
【請求項５】前記焼結法は放電プラズマ焼結である請
求項４に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項６】前記軸受は平均粒径１〜１０mmの粉末材
料を焼結して形成される請求項４または５に記載の軸受
装置の製造方法。
【請求項７】前記粉末材料は主としてＣｕ−Ｓｎ合金
からなるものである請求項６に記載の軸受装置の製造方
法。
【請求項８】前記合金のＣｕ含有率が６０〜９５wt％
である請求項７に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項９】前記軸受は表裏面間に連通する孔を有す
る請求項１ないし８のいずれかに記載の軸受装置の製造
方法。
【請求項１０】前記軸受の開気孔率は３０〜６０％で
ある請求項１ないし９のいずれかに記載の軸受装置の製
造方法。
【請求項１１】前記軸受装置は静圧空気軸受装置であ
る請求項１ないし１０のいずれかに記載の軸受装置の製
造方法。
【請求項１２】多孔質焼結体からなる軸受と、前記軸受および該軸受が支持する回転体とを収容可能な
ハウジングとを有する軸受装置の製造方法において、前記軸受の焼結形成時に前記軸受と前記ハウジングとを
焼結接合することを特徴とする軸受装置の製造方法。
【請求項１３】前記焼結は放電プラズマ焼結法による
請求項１２に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項１４】前記焼結時の焼結温度が５００〜１０
００℃である請求項１２または１３に記載の軸受装置の
製造方法。
【請求項１５】前記焼結時の圧力が１００〜１０００
kgf/cm² である請求項１２ないし１４のいずれかに記載
の軸受装置の製造方法。
【請求項１６】前記軸受は平均粒径１〜１０mmの粉末
材料を焼結して形成される請求項１２ないし１５のいず
れかに記載の軸受装置の製造方法。
【請求項１７】前記粉末材料は主としてＣｕ−Ｓｎ合
金からなる請求項１６に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項１８】前記合金のＣｕ含有率が６０〜９５wt
％である請求項１７に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項１９】前記軸受は表裏面間に連通する孔を有
する請求項１２ないし１８のいずれかに記載の軸受装置
の製造方法。
【請求項２０】前記軸受の開気孔率は３０〜６０％で
ある請求項１２ないし１９のいずれかに記載の軸受装置
の製造方法。
【請求項２１】前記軸受装置は静圧空気軸受装置であ
る請求項１２ないし２０のいずれかに記載の軸受装置の
製造方法。
【請求項２２】前記焼結前に前記ハウジング内に中間
成形体を形成する請求項１２ないし２１のいずれかに記
載の軸受装置の製造方法。
【請求項２３】前記中間成形体は難焼結性材料と樹脂
製硬化剤とを含む混合物から構成される請求項２２に記
載の軸受装置の製造方法。
【請求項２４】前記混合物は前記難焼結性材料と前記
樹脂製硬化剤とを６：４〜９：１の割合で含む請求項２
３に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項２５】前記難焼結性材料はアルミナである請
求項２３または２４に記載の軸受装置の製造方法。
【請求項２６】請求項１ないし２５のいずれかの方法
により製造されることを特徴とする軸受装置。