JP2003120674A - 電動機用焼結含油軸受及びその製造方法 - Google Patents
電動機用焼結含油軸受及びその製造方法Info
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Abstract
しない、含油率の比較的高い焼結含油軸受を得る。 【解決手段】 焼結含油軸受構成として、軸受材料の焼
結合金がSn及びPを含むCu合金相とFeのフェライ
ト相とが面積比においてほぼ均等割合の混在状態を呈し
た断面組織で、0.7質量%以下の黒鉛粒子を含有し、
サイジングされた軸受内周表面に露出する鉄部の面積が
2〜6%、有効多孔率20〜30%、及び軸受の通気度
が6〜50×10−11cm2であり、気孔内には40
℃における動粘度で61.2〜74.8mm2/s(c
St)の合成油が含油されている。
Description
される寒冷地環境で好適な電動機用焼結含油軸受及びそ
の製造方法に関する。
ンモータや座席駆動用モータのような電動機に使用され
る焼結含油軸受は、鉄系材料、銅系材料、鉄銅系材料な
どの選択肢の中から、鉄銅系材料が好ましいものとされ
ている。これは銅合金の特徴である滑り特性、なじみ
性、放熱性などと、鉄の特徴である比較的硬質、比較的
低比重、安価などを兼ね備えているためである。このよ
うな焼結合金の鉄部分と銅部分の含有量はそれぞれ同量
程度とされる。
を用いた電動機は、温暖な環境下で運転したときは通常
に稼働するが、例えば、零下20℃とか零下30℃のよ
うな寒冷地環境で運転すると、運転し始めたしばらくの
間、鳴き音が発生するという問題があった。このような
鳴き音の発生は、運転初期段階に摺動面の潤滑が不足し
ている状態で起動されると、軸が振動しながら回転して
いるためと考えられるが、低温特性に優れていると言わ
れている潤滑油に代えただけでは解決できなかった。ま
た、この種の軸受には、潤滑油を蓄えておく含油フェル
トを付設する構造(特開平7−231001号、特開平
9−140085等)とされているが、軸受要素が複雑
となり組立工数及び経費増となるためより簡素化したい
という要望もある。
は含油軸受構成等を工夫することにより解消可能なこと
を知見した。即ち、この発明は、低温環境で電動機を運
転しても鳴き音が発生しない、含油率の比較的高い焼結
含油軸受を提供することを目的としている。
に、この発明の電動機用焼結含油軸受は、軸受材料が焼
結合金からなり、該焼結合金がSn及びPを含むCu合
金相とFeのフェライト相とが面積比においてほぼ均等
割合の混在状態を呈した断面組織で、0.7質量%以下
の黒鉛粒子を含有し、サイジングされた軸受内周表面に
露出する鉄部の面積が2〜6%、有効多孔率20〜30
%、及び軸受の通気度が6〜50×10 −11cm2で
あり、気孔内には40℃における動粘度で61.2〜7
4.8mm2/s(cSt)の合成油が含油されている
ことを特徴としている。
法としては、請求項2に記載のように、粒度が145メ
ッシュ篩下の海綿状の還元鉄粉42〜50質量%、粒度
が145メッシュ篩下で350メッシュ篩下のものが5
0〜90質量%である電解銅粉41〜43質量%、粒度
が100メッシュ篩下の箔状銅粉2〜10質量%、錫粉
1.4〜2.7質量%、P含有量が8〜9質量%のりん
銅合金粉3〜5質量%、黒鉛粉0.7質量%以下、及び
成形潤滑剤1質量%以下、を含む混合粉を用い、前記混
合粉を圧縮して密度5.3〜6.1g/cm3の範囲内
の成形体を製作し、該成形体をりん銅合金粉が溶融する
温度で焼結し、得られた焼結体をサイジングして密度
5.8〜6.5g/cm3及び通気度6〜50×10
−11cm2のサイジング体にし、該サイジング体の気
孔内に40℃における動粘度が61.2〜74.8mm
2/s(cSt)の合成油を含油することを特徴として
いる。
摺動音等との関係について検討した次のような試験結果
を基にしている。 (1)軸受の有効多孔率自身は摺動音に大きな影響を与え
ない。 (2)軸受焼結合金の通気度は摺動音と関係がある。通気
度と騒音レベルの関係は二次関数に近似していて、通気
度が高いと騒音レベルも高くなる。 (3)含油している潤滑油の量が減少すると、騒音レベル
が大きくなる。この場合、潤滑油が有効多孔率の半分以
下になると、その増加が極度に大きくなる。 (4)潤滑油が充分に存在していれば、青銅系の軸受でも
純鉄系の軸受でも騒音レベルに差が認められない。 (5)含油している潤滑油の量が減少したときは、純鉄系
軸受が青銅系軸受より騒音レベルが大きくなる。 (6)潤滑油の粘度は、比較的高い方が騒音レベルが低く
なる。
結含油軸受の構成、及びその構成を実現するための製造
方法は、経験則から下記のような技術思想として導かれ
る。 (1)焼結合金は、銅合金相の中に鉄粒子が分散した複合
組織とする。 (2)前記の体積割合つまり断面組織での割合は、両者の
中間性質となるように約1:1の組織図形とする。 (3)軸受摺動面(内周面)は、鉄粒子の露出を少なくし
て銅合金面を主にすることにより軸摺動の初期なじみ性
を良好にできるが、耐摩耗を考慮して鉄粒子の一部を所
定程度まで露出点在させる。 (4)有効多孔率は、保油能を確保するためにできるだけ
高めとする。 (5)軸受摺動面の油潤滑を確保するために、軸受内周面
の気孔は、粒子間或いは相の間の比較的大きい気孔に加
えて鉄相内及び銅合金相内にも気孔を点在する組織とす
る。 (6)軸受表面の露出鉄粒子を減少させるために、鉄粒子
を銅合金で適度に包み込むものとし、原料に箔状の銅粉
を使用する。 (7)鉄相及び銅合金層内に気孔を形成させるために、海
綿状の還元鉄粉、及び粉末粒子径が小さい粉末の量が比
較的多い銅粉を使用する。 (8)銅合金相は、比較的軟質なものとし、添加元素の数
及び添加量の少ない材質とする。具体的にはSnとPと
する。 (9)有効多孔率及び強度を確保するために液相焼結と
し、低融点の錫粉とりん銅合金を用いる。 (10)摺動の際の油潤滑を補完するため、混合粉の特性、
合金強度、潤滑油の汚れがでない範囲で、固体潤滑物質
を焼結合金に含有させる。 (11)軸受摺動面の気孔が残存するように、サイジングす
る。 (12)焼結合金は、有効多孔率が比較的大きい(密度が低
め)割には、鉄相内及び銅合金相内に気孔を設けた組織
図形とすることにより、通気度は比較的低い状態とし、
摺動による油の過剰な染み出しを抑制する。 (13)潤滑油は、低温特性、熱安定性に優れると共に高温
環境にも適合する合成油を選択する。
ることにより、上述した鳴き音が発生しない焼結含油軸
受を得ることができる。 1.焼結合金に占める鉄粒子 鉄粒子は、海綿状をした還元鉄粉を用いることで、粒子
中にも気孔を存在させる。鉄相は結合炭素を認めない軟
質なフェライト組織とする。気孔を除く合金に占める鉄
粒子量は45〜53体積%の範囲で銅合金相に分散さ
せ、合金の骨組みを形成させる。粗大な鉄粒子が軸受表
面に露出することがないように、鉄粉の粒度は、145
メッシュ篩下とする。ここで、鉄粒子体積量45〜53
%は、断面組織からみた鉄粒子の分布状態及び表面に露
出する状態がほぼ同じになる範囲であり、この範囲外で
は後述する表面露出状態が確保できなくなる。この鉄粒
子体積量45〜53%は、全体組織では42〜50質量
%に相当する。
系とする。このうち、Snは、錫粉の形で添加し、焼結
により溶融させ、銅に拡散させる。銅合金系におけるS
n含有量は、青銅系としては少な目の3〜5質量%とす
る。これは全体組成では1.4〜2.7質量%に相当す
る。Pはりん銅合金粉の形で添加し、焼結中に溶融さ
せ、銅に拡散させる。りん銅合金は、P含有量が二元系
状態図の共析部分である8〜9質量%を用いる。これに
は、JIS H2501(1979)りん銅地金3種
(記号:8PCu)を採用することができる。りん銅合
金粉の添加量は、焼結による液相発生量を考慮して銅合
金系において6〜8質量%程度とする。これは、鉄粉を
含む混合粉全体では3〜5質量%に相当する。また、P
含有量は、銅合金系においては0.18〜0.4質量
%、全体組成では0.24〜0.45質量%に相当す
る。
者の電解銅粉は比較的微粉(サブシーブ粉の含有量が多
い粉末)を用いる。このことで焼結体の銅合金相中に微
細な気孔を形成させる。このような電解銅粉の粒度は、
145メッシュ篩下であって350メッシュ篩下のもの
が50〜80質量%である電解銅粉が好ましく、市販の
電解銅粉では、例えば福田金属箔粉工業製CE25及び
CE15が該当する。電解銅粉の添加量は、銅粉全量4
5〜51質量%のうち約80〜95%である41〜43
質量%とする。また、後者の箔状銅粉は全銅粉量のう
ち、重量で1/20〜1/5(5〜20質量%)を用い
る。箔状の銅粉は摺動面に露出する銅合金相を多くす
る。その結果、前記した摺動面に露出する鉄粒子の面積
を適度に抑える効果がある。粒度は100メッシュ篩下
のものを用いる。
割合で混合していて、粒子間に比較的大きな気孔、各相
内に比較的小さい気孔が分散している。また、表層部
は、鉄粒子の一部が軸受表面に露出した状態である。サ
イジングされた軸受内周表面は、気孔が一般的な焼結合
金と同様に金属粒子間の気孔(凹部)と、金属部の特に
銅合金部に細かな気孔が観察される状態であり、摺動面
の気孔の面積は約5〜20%程度とする。また、軸受内
周表面の金属面は、大部分が銅合金面で、鉄が斑点状に
露出しており、鉄の露出面積は2〜6面積%とする。こ
れは、顕微鏡で観察したとき、面積0.2mm2の視野
内に平均直径が約30μmの鉄が約10〜25個観察さ
れる状態に相当する。このような表面は、銅合金面が主
体で、間隔を置いて鉄で補強した図形を呈しており、粒
子間の比較的大きな気孔と共に粒子にも比較的小さい気
孔が存在して、それぞれ含油機能がある状態である。
子を含有させることができる。この含有量は全体組成で
0.7質量%以下とする。黒鉛の含有は、油潤滑不足の
ときに摩擦軽減するが、多量の含有は、合金の強度を低
下させ、高い有効多孔率にするのを阻害し、使用中に潤
滑油中に混合すると、潤滑性能を悪くするおそれがあ
る。
とし、焼結による密度上昇が0.1〜0.2g/cm3
程度になる温度と時間とする。焼結温度は720〜78
0℃である。
に、含油フェルト等の補油手段を使用しなくて済むよう
に、含油能が多い領域とし、20〜30%とする。この
値は密度が5.8〜6.5g/cm3に相当する。ま
た、通気度は、原料粉に海綿状の還元鉄粉と、粒度の比
較的細かい銅粉及び箔状の銅粉を用いていることによ
り、密度及び有効多孔率に対して、通気度合として比較
的低い状態の焼結合金となる。密度5.8〜6.5g/
cm3に対応する通気度は6〜50×10−11cm2
(×10−3darcy)である。
するような合成油とし、粘度グレードがISO VG
68相当のものを用いる。これは、40℃における動粘
度が61.2〜74.8mm2/s(cSt)である。
この合成油は、潤滑特性、低温特性、熱安定性に優れる
基油のPAO(ポリ−α−オレフイン)、及び油性向上
剤であるエステルを主成分とするものが好ましい。この
ような合成油に該当する市販品としては、例えば、商品
名アンデロール465(アンデロール ジャパン製)、
商品名オールタイムJ−652(NOKクリューバ社
製)等が挙げられる。
る。この実施例は、上記した焼結含油軸受の製造方法及
び製作された焼結含油軸受の物性について調べ、比較例
と対比した例である。ここでは発明の実施例及び比較例
を、混合粉末の製作、粉末成形、焼結、サイジング、含
油の各処理、製作された焼結含油軸受の物性、性能試験
の順に述べる。
した。 各原料粉末の配合割合は質量で、鉄粉45%、
電解銅粉44%、箔状銅粉4.5%、錫粉2%、りん銅
合金粉4%、黒鉛粉0.5%である。また、成形潤滑剤
であるステアリン酸亜鉛粉は追加で0.5%を添加し
た。 (1)鉄粉:同和鉄粉製、名称DNC−180、粒度14
5メッシュ篩下 (2)電解銅粉:福田金属箔粉工業製、名称CE−25、
145メッシュ篩下で350メッシュ篩下のものが80
〜90質量% (3)箔状銅粉:福田金属箔粉工業製、名称Cu−S−1
00、100メッシュ篩下で350メッシュ篩下のもの
が35〜55質量% (4)錫粉:日本アトマイズ加工製、名称Sn−325 (5)りん銅合金粉:福田金属箔粉工業製、名称8P−C
u−At−200 (6)黒鉛粉:日本黒鉛工業製、名称CPB (比較例)原料粉末は、下記の(1)〜(4)を使用し、混合
した。各原料粉末の配合割合は質量で、鉄粉48%、電
解銅粉48%、錫粉3.5%、黒鉛粉0.5%である。
また、成形潤滑剤のステアリン酸亜鉛粉は実施例と同じ
く追加で0.5%を添加した。 (1)鉄粉:ヘガネス製、名称NC100−24、粒度8
0メッシュ篩下 (2)電解銅粉:福田金属箔粉工業製、名称CE−56、
80メッシュ篩下で350メッシュ篩下のものが15% (3)錫粉:日本アトマイズ加工製、名称Sn−325 (4)黒鉛粉:日本黒鉛工業製、名称CPB
圧縮成形した。成形体密度は6.0g/cm3に設定し
た。
は、水素ガスと窒素ガスの混合ガス中、温度760℃で
焼結した。
ティブサイジングで行った。軸受内径金属面の塑性変形
は、塑性流動による封孔が進まない程度とした。なお、
発明方法としては、圧粉成形時の密度を5.3〜6.1
g/cm3の範囲内に設定し、焼結によって密度5.5
〜6.2g/cm3 まで上昇し、サイジングによって
密度5.8〜6.5g/cm3まで上げることにより、
有効多孔率が20〜30%の範囲内となるようにするこ
とが好ましい。
理として商品名アンデロール465(アンデロール ジ
ャパン製)を真空含浸させた。
受の性状は下記の通りである。 (1)密度は実施例及び比較例のもの共に6.2g/cm
3 であった。 (2)通気度は、実施例のものが20×10−11cm2
(×10−3darcy)、比較例のものが60×10
−11cm2(×10−3darcy)であった。 (3)有効多孔率は実施例及び比較例のもの共に25%で
あった。 (4)含油率は実施例及び比較例のもの共に25%であっ
た。 (5)軸受内周面の金属面面積は、実施例のものが90%
であり、比較例のものが65%であった。 (6)実施例のものは軸受内周面の露出鉄粒子の面積が3
%であった。比較例のものは軸受内周面の銅合金部と鉄
部の面積として、鉄部面積が金属表面の20%であっ
た。 (7)実施例のものは軸受内周面の露出気孔状態として、
気孔面積が10%で、金属粒子間の気孔の他に銅合金部
粒子表面に小さい気孔が認められた。比較例のものは軸
受内周面の露出気孔状態として、気孔面積が35%で、
金属粒子間の気孔が主で、銅合金部に気孔が少なく平滑
となっていた。
動機のモータシャフト軸用として装着し、該電動機を零
下30℃に冷却した後、その温度環境で運転したときに
騒音発生の有無を調べた実装試験である。電動機は、シ
ャフト軸直径8mmで、滑り速度が0.8m/s、PV
値が0.08MPa・m/sである。試験結果は、実施
例の焼結含油軸受を用いると、鳴き音が運転初期から発
生しないが、比較例の焼結含油軸受を用いると鳴き音が
発生し、発明品の優位性が顕著に認められた。
銅合金相と鉄相及び気孔が適度に分散した状態で、有効
多孔率が比較的多く、通気度が比較的低い焼結合金と
し、低温特性に優れ動粘度が比較的高い潤滑油とを組み
合わせることで、低温環境の運転で鳴き音を発生しない
電動機用軸受要素が実現される。
含油軸受構成及びその製造方法を工夫することにより、
例えば、零下30℃程度の寒冷地で使用される電動機の
運転初期段階での鳴き音を発生させず、適用電動機の品
質及び信頼性を向上することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 軸受材料が焼結合金からなり、該焼結合
金がSn及びPを含むCu合金相とFeのフェライト相
とが面積比においてほぼ均等割合の混在状態を呈した断
面組織で、0.7質量%以下の黒鉛粒子を含有し、サイ
ジングされた軸受内周表面に露出する鉄部の面積が2〜
6%、有効多孔率20〜30%、及び軸受の通気度が6
〜50×10−11cm2であり、気孔内には40℃に
おける動粘度で61.2〜74.8mm2/sの合成油
が含油されていることを特徴とする電動機用焼結含油軸
受。 - 【請求項2】 粒度が145メッシュ篩下の海綿状の還
元鉄粉42〜50質量%、粒度が145メッシュ篩下で
350メッシュ篩下のものが50〜90質量%である電
解銅粉41〜43質量%、粒度が100メッシュ篩下の
箔状銅粉2〜10質量%、錫粉1.4〜2.7質量%、
P含有量が8〜9質量%のりん銅合金粉3〜5質量%、
黒鉛粉0.7質量%以下、及び成形潤滑剤1質量%以
下、を含む混合粉を用い、前記混合粉を圧縮して密度
5.3〜6.1g/cm3の範囲内の成形体を製作し、
該成形体をりん銅合金粉が溶融する温度で焼結し、得ら
れた焼結体をサイジングして密度5.8〜6.5g/c
m3及び通気度6〜50×10−11cm2のサイジン
グ体にし、該サイジング体の気孔内に40℃における動
粘度が61.2〜74.8mm2/sの合成油を含油す
ることを特徴とする電動機用焼結含油軸受の製造方法。
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---|---|---|---|
JP2001317713A JP3973074B2 (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 電動機用焼結含油軸受及びその製造方法 |
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