JP2016070367A

JP2016070367A - 耐熱性焼結含油軸受

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Publication number: JP2016070367A
Application number: JP2014200296A
Authority: JP
Inventors: 昌哉浅利; Masaya Asari
Original assignee: PORITE CORP
Current assignee: PORITE CORP
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-05-09

Abstract

【課題】焼結含油軸受のとくに高温耐熱性を向上させる。
【解決手段】本発明の焼結軸受には、化学式でCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を含浸させてなる。これによって少なくとも１８０℃を超える高温環境下においても潤滑油の蒸発がなく、またルイス酸触媒の作用によるフッ素系潤滑油の分解が阻止され、フッ化水素の発生による摺動部材の摺動面の腐食を抑制することができ、摺動面の異常磨耗の発生を抑制することが可能となる。また動粘度が10 mm²/s〜500 mm²/sの範囲であるものを用いることにより潤滑油を焼結軸受内に十分に含浸させることができ、油量不足を起こすことがなく含油軸受として十分な性能を発揮することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、超高温下においても分解し難いタイプのパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑油をモータの焼結軸受材に含浸させて用いることにより、軸受の高温耐熱性を著しく高め、またルイス酸触媒能による腐蝕摩耗を著しく軽減させて耐久性を向上させるようにした焼結含油軸受に関する。

近年、自動車や船舶のエンジン周辺、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）やＥＴＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｈｒｏｔｔｌｅＣｏｎｔｒｏｌ）システム内等の周辺温度が１２０℃〜１８０℃以上になるような高温環境下において用いられる小型モータの需要が増加している。そのようなモータの焼結軸受に含浸させて使用される潤滑剤としては、環境温度が１２０℃程度までは在来使用の炭化水素系潤滑剤でも使用に耐えられるが、１２０℃を超えると炭化水素をベースとした汎用の潤滑剤を用いた場合には、蒸発による潤滑剤不足（油量不足）や酸化・重合による潤滑剤の固化が発生し、モータの耐久性が低下する恐れがある。

そこで、このような小型モータでは、潤滑剤として、最近上記汎用の潤滑剤に比して比較的耐熱性が優れているパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系潤滑油が用いられることが多い（特許文献１及び特許文献２参照）。
この場合特に、従来、パーフルオロポリエーテルとして、直鎖構造を有する「フォンブリンＭシリーズ（商品名）」（ソルベイスペシャルティポリマーズ社製 / 以下単に「フォンブリン」という）が知られている。この「フォンブリンＭシリーズ」は粘度指数が高く、ある程度の粘度があれば蒸発し難いところから、比較的高温環境下に配設されるモータにおいて多く用いられている。

しかしながら、上記「フォンブリンＭシリーズ」等のフッ素系潤滑油であっても、その耐熱性については１８０℃程度までが限界であり、１８０℃を超える超高温環境下においては、ルイス酸触媒と接触すると、その作用により急激に分解を起こし、フッ化水素を発生しながら蒸発する性質がある。
したがって、フッ素系潤滑油を、主成分として鉄その他の金属やグラファイト等のルイス酸触媒能を有する物質を含む材料からなる摺動部材の潤滑剤として用いた場合には、既述したような高温環境下では焼結軸受内周の摺動面に発生した高熱によって、フッ素系潤滑油がルイス酸触媒能を有する物質の作用により急激に分解してフッ化水素が発生し、焼結軸受の摺動面が急速に腐食を起こし、また摺動面の異常磨耗が生じる恐れがある。

このため、潤滑剤としてフッ素系潤滑油が用いられる焼結軸受では、その材料を、青銅等のルイス酸触媒能が比較的に低い物質に限定することが試みられてきたが、ルイス酸触媒能が比較的に低い物質のみにより形成された焼結軸受は、耐摩耗性が低く、使用条件如何によっては異常磨耗を生じる恐れがあり、特に、モータを自動車や船舶のエンジン周辺に用いた場合には、振動による叩き磨耗が激しく、耐久性の面で十分ではないことが確認されている。またモータの使用環境温度が１２０℃を超える高温では潤滑油の粘度が著しく低下し、十分な潤滑性を得ることが困難となるため、グラファイトのような固体潤滑剤を軸受材料に含ませることで潤滑を補助することが望ましい。
よって、例えば、自動車や船舶のエンジン周辺に用いるモータの焼結軸受については、振動による衝撃等に十分耐えられるようにするために、材料において鉄やグラファイト等のルイス酸触媒能を有する物質を含ませることが避けられない。

そこで、金属を含んでなり、潤滑剤としてフッ素系潤滑油が用いられる焼結軸受等の摺動部材であって、前記金属に窒化処理を施すことによって形成された窒化物を含むことにより、潤滑剤としてフッ素系潤滑油が用いられる摺動部材において、フッ素系潤滑油が、摺動部材の材料に含まれるルイス酸触媒能を有する金属の作用により分解することを抑制するようにした技術についてすでに本発明者らによって特許出願がなされている。

一方、「フォンブリンＹ」や「フォンブリンＷ」、あるいは「クライトックス」（DUPONT社の登録商標）などの側鎖構造のものはやはり一般の潤滑油に比べると高価ではあるがフッ素系のオイルの中では比較的安価であり、耐腐蝕性にも優れているために、ひたすら耐熱性だけ備えればよいということで高めの粘度のものが使用されることが多い。しかし自動車など−４０℃〜１８０℃程度の広い用途範囲に耐えられるモータ軸受に用いるには全く不向きであり、側鎖構造のものは粘度指数が低いために、温度が下がると粘度が大幅に上昇して回転トルクも大きく上昇し、また逆に低温に合わせた粘度のものを用いた場合には温度上昇により蒸発し易くなるという点で種々の環境温度変化に対応する含油軸受用としては不向きであることがわかっている。

このような状況の中、最近含油軸受用の潤滑剤として、
（A）一般式
RfO(CF₂CF₂O)m(CF₂O)nRf
（ここで、Rfは炭素数１〜５のパーフルオロ低級アルキル基であり、ｍ＋ｎ＝3〜200、ｍ：ｎ＝10〜90：90〜10であり、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている）で表わされるパーフルオロポリエーテル油、
（B）一般式
RFO[CF(CF₃)CF₂O]p(CF₂CF₂O)q(CF₂O)rRf
（ここで、Rfは炭素数１〜５のパーフルオロ低級アルキル基であり、p＋q＋r＝3〜200でqおよびrは0であり得、(q＋r)/p＝0〜2であり、CF(CF₃)CF₂O基、CF₂CF₂O基およびCF₂O基は主鎖中にランダムに結合されている）で表わされるパーフルオロポリエーテル油
および（C）一般式
F(CF₂CF₂CF₂O)sC₂F₅
（ここで、s＝2〜100である）で表わされるパーフルオロポリエーテル油
の少なくとも一種よりなる基油に、
一般式
RCONHR₁NR₃R₄
ここで、R：RfO[CF(CF₃)CF₂O]aCF(CF₃)-、RfO(CF₂CF₂CF₂O)aCF₂CF₂-、RfO[(CF₂CF₂O]a(CF₂O)b]CF₂-またはRfO[(CF₂CF₂O)a(CF₂O)b]CF(CF₃)-であり、Rｆは炭素数1〜5のパーフルオロ低級アルキル基であり、ａ，ｂは1〜30の整数である
R₁:炭素数1〜30のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換されていてもよい
R₃、R₄：水素原子または炭素数1〜3のアルキル基
で表わされるパーフルオロポリエーテル基を有するアミド系化合物を添加混合してなる含油軸受用潤滑剤組成物の発明が特許公報として公開されるに至った（特許文献３）。

特許第３９１８５２０号公報特開平５−２４０２５１号公報特許第４７９３４４３号公報

近時モータの使用環境温度範囲が多様化し、１２０℃を超える超高温雰囲気での需要が増大する傾向があり、中には１５０℃あるいは最近２００℃程度でも高速で潤滑回転可能なモータの需要が増加している。このような場合に、これら高温環境に耐えるモータの焼結含油軸受を得るのは至難の業といえる。一般的にＰＦＰＥは高価であり、また低粘度であると蒸発量が多くなり油量不足となりがちである反面、高粘度の場合、一般的にＰＦＰＥは比重が高いことと相俟って流体抵抗が大きくなり、高速回転には不向きとなる課題があることについては既述した通りであり、とくに側鎖型のものは耐摩耗性においては優れているものの適用温度範囲が限られるために焼結含油軸受用としてはあまり好適とはいえない。これに対して既述した特許文献３に記載されているような直鎖型のものは温度変化による粘度の変化も少ないので焼結含油軸受用のオイルとしては適しているものといえる。

またＰＦＰＥは一般的に耐摩耗性が低いために、この点を補完する目的で鉄系やカーボン含有軸受材を用いると直鎖型のフォンブリンや、あるいはそれを含む潤滑油がルイス酸触媒能を有する物質の作用により分解してフッ酸を生じ、これに起因して軸受の腐蝕にもつながりやすいという難しい課題もある。そこで本出願人は軸受素材自体を窒化処理することによりフッ素オイルの分解を防ぐことによりこれらの課題を解決すべくすでに別途特許出願をおこなっている。

さらに本出願人は、上記の他にも焼結含油軸受の耐熱性および耐摩耗性の向上のために種々研究を重ねており、このたび遂に焼結含油軸受におけるＰＦＰＥオイル分解防止の方法として、軸受内に含浸させる潤滑油自体について、これを１８０℃を超える高温度雰囲気においても分解しにくいタイプのものを焼結軸受に用いることを研究した結果、これを完成するに至ったものである。
具体的には、フォンブリンに特有の分子構造を持たない直鎖型パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）油を含浸させた耐熱性焼結含油軸受に関する。

含油軸受にＰＦＰＥオイルを用いることに関してはすでに特許文献３（特許第４７９３４４３号公報）に記載されている。これは直鎖型のフォンブリンを用いたもので目的は耐摩耗性および低摩擦特性の向上にある。しかし、その分子構造をみると酸素分子が多く、CとOが１個ずつ組み合わさっているために、CF₂Oがランダムに連続する部分ではO-C-Oの接続部分がフッ素原子でカバーされずに表面が露出することになる。露出したO-C-Oの接続部分が１８０℃を超える高温下では金属フッ化物のアタックを受けてその触媒作用により分解し、その結果COF基が生成され、これが水分と反応してフッ化水素が発生することがわかった。

フッ化水素は水分に溶解してフッ酸を生じて、これが金属を腐蝕させる要因となるという重大な弱点がある。腐食した金属は金属フッ化物となり、金属フッ化物は強いルイス酸触媒作用を持つために連鎖反応により反応が爆発的に加速する。ただし金属フッ化物は個体潤滑剤の働きをもつために摩耗が著しく進行している場合でも焼き付きは起こりにくいために、軸受材の用途如何によっては全く使用が不可能というわけではないが、鉄やカーボンを添加し高温耐熱性の面と合わせて耐摩耗性をも期待する焼結含油軸受用としては殆ど使用できない。

以上により理解できるように、耐摩耗性および低摩擦特性に優れたＰＦＰＥオイルの中でも、異なった分子構造のもの、すなわち１８０℃を超える高温雰囲気下においても分解し難いタイプ、つまり分子中における酸素の含有量が少なく、一組のCF₂とOにより構成される繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受材に含浸させることによって耐摩耗性、低摩擦特性のほかに、取り分けて耐熱性に優れ、−４０℃の極低温から少なくとも１８０℃以上に至る超高温の広い温度範囲にまで対応することができるモータ用の焼結含油軸受が得られる。

また動粘度については、焼結含油軸受に使用する潤滑油の40℃における動粘度が10 mm²/s〜500 mm²/sの範囲とするのが最も実用的で好ましい。さらにこの発明において使用する焼結軸受の材質については、前記した潤滑剤の特性により、耐摩耗性を向上させる観点から青銅系、鉄系、グラファイトのうち少なくとも一種を用い、また必要に応じて亜鉛やニッケル等、従来焼結含油軸受材として一般的に用いられてきたいずれのものも用いることができる。

本発明に係る焼結含油軸受によれば、CF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受材に含浸させることによって耐摩耗性、低摩擦特性のほかに、取り分けて１８０℃以上の超高温環境下での耐熱性に優れ、広い温度範囲に対応することができるモータ用の焼結含油軸受を得ることができる。また焼結含油軸受に含浸させた上記の直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度が10mm²/s〜500mm²/sの範囲である場合においては潤滑油の焼結軸受内への含浸が容易で、しかも潤滑油の消耗が少なく、また耐熱性に最も優れ、焼結軸受の耐久性を向上させることにより最も実用性が高くなる。

本発明の実施例において使用されるところの、分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑油の基本的な化学構造式。高温下における本発明の実施例及び比較例１〜３に係る焼結含油軸受の各種試験結果をあらわした表。高温下における本発明の実施例及び比較例１〜３に係る焼結含油軸受の軸受外径膨張変化量を対比してあらわしたグラフ。

以下において、本発明に係る耐熱性焼結含油軸受の実施形態について説明する。
本発明に係る耐熱性焼結含油軸受は、潤滑剤として熱的・化学的に安定なフッ素系潤滑油のうち特殊の潤滑油が用いられ、特に、高温・低温・低圧・化学溶剤雰囲気といった特殊な環境下にて作動するモータ用の焼結含油軸受（特に、高い耐熱性を有する金属焼結軸受）に関する。本発明に係る焼結含油軸受は耐摩耗性を有するほか、特に１８０℃を超える超高温環境下において使用される小型モータを形成する焼結含油軸受への適用に適している。以下の説明では、粉末冶金法によって製造される焼結含油軸受の実施形態について説明をする。

（焼結含油軸受の構成）
まず、本実施形態に係るモータ用焼結含油軸受の構成について説明をする。
本実施形態に係る焼結含油軸受は、銅、鉄、錫、亜鉛、ニッケル等の成分を含む金属粉末やグラファイト等の原料粉を金型内で圧縮成形することによって圧紛体を形成し、この圧紛体を所定条件で焼結することによって焼結体を形成し、この焼結体に、サイジング（再圧縮）、洗浄等を施した後に、潤滑剤（フッ素系潤滑油）を含浸させることによって形成される。特に、本実施形態に係る焼結軸受は、その組成中に特殊な潤滑油が含浸される。なお、本発明の焼結含油軸受については、内径中逃げ型軸受とすることが好ましい。内径中逃げ型軸受とは、軸方向の各端部に形成され、回転軸を回転自在に支持する軸受部と、該軸受の両端軸受部の中間に形成され、その内径が両端の軸受部の内径と比較して大きく形成された中逃げ部と、が一体に形成されている焼結含油軸受をいう（特開平２−８３０２号公報参照）。

焼結軸受材の原料粉としては、例えば、主成分として鉄を含有する鉄系のもの、あるいは青銅を含有する青銅系のもの等、焼結軸受の材料として既知のものを使用することができる。特に、自動車や船舶のエンジン周辺等に用いられる小型モータについては、振動による叩き磨耗等に十分に耐えられるよう、鉄等の耐摩耗性が高い材料や、グラファイト等の固体潤滑剤としての特性を有する材料の単独または組み合わせ使用が必須となる。本実施形態では、原料粉として、従来では１８０℃を超える高温下での使用が不可能であった鉄、青銅及びグラファイトを混合したものを用いている。
ここで、原料粉にグラファイトを含める場合には、グラファイトの含有量が過大になると、焼結軸受の強度が低下する恐れがある。そこで、十分な強度を保ちつつ潤滑効果を高めるためには、焼結軸受における材料グラファイトの含有量は、０．１〜１０重量％の範囲内、好ましくは、０．５〜５重量％の範囲内に設定されることが好ましい。

そして、本実施形態に係る焼結軸受では、高い強度、耐摩耗性を有するとともに、特に超高温環境下においても十分な耐熱性を発揮できるように、含浸させる潤滑剤について、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）のなかでも１８０℃を超える超高温環境下でも蒸発による油量不足を生ずることなく長期間にわたり軸受の焼き付きや異常摩耗を生ずることがない安定性と耐久性を維持できる潤滑剤を焼結軸受材に含浸させて用いるようにしたものである。

パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）としては、例えば、側鎖型フッ素オイルとして既述した「フォンブリンＹシリーズ」やデュポン社製の「クライトックス（商品名）」、ＮＯＫクリューバー社製の「バリエルタ（商品名）」などがある。また直鎖型フッ素オイルとしては既述した「フォンブリンＭシリーズ」、側鎖型フッ素オイルである「フォンブリンＹシリーズ」、デュポン社製の側鎖型フッ素オイルである「クライトックス」、ＮＯＫクリューバー社製の側鎖型フッ素オイルである「バリエルタ」等種々のものがあるが、これらのうち「フォンブリンＭシリーズ」は、比較的熱安定性、蒸発特性及び化学的安定性にやや優れているのみならず、粘度指数が高く、しかも製造工程での収率が良く供給が安定しているという点において幾分有利ではあるものの、われわれの研究結果によれば１８０℃を超える高温環境下での長時間耐久性の面ではモータ用軸受としての耐久性が十分ではないことがわかった。

またわれわれの研究過程において、フォンブリン等の一般的なＰＦＰＥは、その分子構造をみると酸素原子が多く、CとOが１個ずつ組み合わさっている構造が分子内に多く存在するために、CF₂Oがランダムに連続する部分ではO-C-Oの接続部分がフッ素原子でカバーされずに表面が露出することになり、露出したO-C-Oの接続部分が高温下で金属フッ化物のアタックを受けて触媒の作用により分解し、その結果COF基が生成され、これが水分と反応してフッ化水素が発生する。さらにフッ化水素は水分に溶解してフッ酸を生じて、これが金属を腐蝕させる要因となるという重大な弱点を有している。さらに腐食した金属は金属フッ化物となり、触媒の増加を原因とする連鎖反応によって反応が爆発的に加速することになる。

そこで、本発明においては耐摩耗性および低摩擦係数特性に優れたＰＦＰＥオイルの中でも、異なった分子構造のもの、すなわち１８０℃を超える高温下においても分解し難いタイプ、つまりフォンブリン以外の直鎖タイプの潤滑油の使用が好ましいことを明らかにした。我々の研究によれば、具体的には分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受材に含浸させることによって高温での難分解特性を著しく向上させ、耐摩耗性、低摩擦特性のほかに、取り分けて耐熱性に優れ、−４０℃〜１８０℃を超える広い温度範囲に対応することができるモータ用の焼結含油軸受を開発するに至った。

具体的には焼結軸受内にCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を含浸させてなるものである。なおそのような直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の例としては、例えばダイキン工業株式会社製の直鎖型フッ素オイルである「デムナム（商品名）」等がある。これらの難分解油は１８０℃を超える超高温環境下においても分解を起こしにくい分子構造であることから焼結軸受材として鉄やカーボン等を含む耐熱性および耐摩耗性に優れた材料を用いることができる。ただこの場合に含浸オイルとしてフォンブリンを併用使用すると、モータの使用中に高温雰囲気でフォンブリンが先に分解して焼結軸受面を腐蝕させるので好ましくはない。

また上記した直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度については、潤滑油の40℃における動粘度が10 mm²/s未満の低粘度のＰＦＰＥだと分子量が小さいために軸受からの蒸発量が多くなり、耐熱性を高めるためのフッ素オイルを使用する意味がなくなってしまい、１２０℃を超える高温環境下では使用に耐えないことがわかった。また焼結軸受内に潤滑油を含浸させる場合、焼結軸受を油中に浸漬して１０Torr以下にまで減圧をすることにより空孔中の空気を抜きだした後に常圧に戻して空孔内に潤滑油を吸引させる手法が一般的であるが、潤滑油の40℃における動粘度が500 mm²/sを超える高粘度である場合においては上記した減圧による空気の抜き出しにもかかわらず焼結軸受内に十分に含浸させることが困難となり油量不足となって含油軸受としては十分な性能を発揮できない。

とくに小型モータに使用する場合においては、もともとフッ素オイルは比重が大きいために粘度が大きくなりすぎるとロスが大きくなってエネルギー効率が悪くなる。さらに例えばマイナス４０℃の低温雰囲気下においてはオイルが硬くなりすぎて焼結軸受内部から含浸オイルが摺動表面に出にくくなるため潤滑油不足によるトラブル発生の原因ともなることがわかった。したがって焼結軸受内に含浸させる直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度については10 mm²/s〜500 mm²/sの範囲が適正であることが明確となった。

（摺動部材の作用・効果）
次に、本実施形態に係る焼結軸受の作用・効果について説明をする。
上記したように、１２０℃を超える高温環境下で使用される焼結含油軸受では、潤滑剤として汎用の炭化水素をベースとする潤滑剤を用いた場合には、蒸発による潤滑剤不足（油量不足）や酸化・重合による潤滑剤の固化が発生し、軸受の内周側摺動面において、焼き付きや異常磨耗が生ずる恐れがある。
これに対して、パーフルオロポリエーテル等のフッ素系潤滑剤は、上記汎用の潤滑剤と比較すると熱安定性、蒸発特性、化学的安定性等に優れているため、１２０℃を超える高温環境下に晒された場合でも、蒸発や固化（酸化・重合）が発生し難く、焼結含油軸受の摺動面における焼き付きや異常磨耗の発生を抑制することができる。そして、フッ素系潤滑剤は、金属と結合する官能基を介して金属の表面に強固に結合することにより軸受内周表面を被覆して、軸受摺動面における潤滑性を向上する。

しかし焼結軸受内に含浸させる潤滑油について、既述した特許文献１〜３に示されているようなフッ素系のＰＦＰＥといえども１８０℃を超える超高温環境下においては強いルイス酸触媒の作用により急激に分解を起こし、フッ化水素を発生しながら蒸発する性質がある。したがって、フッ素系潤滑油を、鉄その他の金属やグラファイト等のルイス酸触媒能を有する物質を含む材料からなる焼結軸受の潤滑剤として用いた場合には、その内周側摺動面に発生した高熱によって、フッ素系潤滑油が、ルイス酸触媒能を有する物質と反応して、フッ化水素を発生させながら蒸発し、その結果、焼結含油軸受の摺動面が急速に腐食を起こし、摺動面の異常磨耗が生じる恐れがある。

これに対して、本実施形態に係る焼結軸受では、その焼結軸受部材内にＰＦＰＥのなかでも取り分けて１８０℃を超える超高温にも十分に耐えられる潤滑油を含浸させることによって、少なくとも２００℃程度の高温環境下においても十分に耐えられる高い性能を発揮させることができる。すなわち１８０℃を超える高温下においても分解し難いタイプ、つまり分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受内に含浸させることにより実現できる。しかも含浸させる潤滑油が超高温での難分解特性を有するために、焼結軸受材の成分中に、鉄系、あるいはグラファイトなどの材料を混合して高い耐摩耗性や潤滑性を維持することができる。

以上のように、本実施形態に係る焼結軸受では、分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受内に含浸させたことにより、１８０℃を超える超高温環境下においてもルイス酸触媒作用による分解を抑制することができ、しかも焼結材の主成分として鉄系やグラファイトなどを混合使用しても何ら支障がないために軸受内周側摺動面の異常磨耗の発生を抑制することが可能となる。
また、本実施形態に係る焼結軸受では、ルイス酸触媒の作用を抑制することができる結果、振動による叩き摩耗に十分耐えられるよう、鉄等の耐摩耗性が高い物質（その反面、高いルイス酸触媒能を有する物質）や、グラファイト等の固体潤滑剤としての特性を有する物質（その反面、高いルイス酸触媒能を有する物質）を材料に含ませることができ、焼結軸受の耐摩耗性を向上することが可能となる。

さらに従来の一般的な焼結軸受の材料粉であり、鉄に比べて耐蝕性の高い材質として青銅を主成分とした材質を使用すると腐蝕自体は表面上のみに留まるものの、前述のように高温、高負荷といった苛酷な環境での使用を続けると強度および摺動性の不足から摺動面の摩耗が進み、新生面となったところで再度腐蝕されることが繰り返されることにより、結局は腐蝕摩耗が進んでしまうことが多いために課題を解決することはできなかったが、本発明の焼結軸受では分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受内に含浸させるためにルイス酸触媒による分解を抑制することができ、そのために銅のみならず金属の種類を問わずにモータの使用目的に合わせた種々の材料を用いることができる。とくに鉄とグラファイトのうち少なくとも一方を混合使用すると軸受としての強度を増し、あるいは摺動性を向上させることで耐摩耗性を向上させることができる。
以上のように、本実施形態に係る焼結軸受によれば、１８０℃を超える超高温雰囲気下でのモータの使用でもルイス酸触媒の作用による分解を抑制することができ、著しい耐熱性を保持させることができるとともに軸受の耐久性を向上することが可能となる。

次に、本発明の実施例について説明する。
（軸受の構成）
本発明の実施例として、鉄・青銅・グラファイトの混合粉を焼結軸受材の原料粉として、この原料粉を金型内で圧縮成形することによって圧紛体を形成し、この圧紛体を所定条件で焼結することによって形成され、さらにサイジングが施されている。なお、各焼結軸受は、上記実施形態に記載した粉末冶金法によって形成されている。成型された焼結軸受内には通常の充填方法により、分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑油として図１に示す化学式（構造式）に代表される潤滑油（デムナム）を含浸させた。

上記した分子中における酸素の含有量が少なくCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑油は蒸気圧が低いために、１２０℃以上の高温環境にて長期間にわたる使用を行った後でも潤滑油の蒸発ロスが非常に少ない。また不燃性で酸素に対しても安定性があり、また温度による粘度変化が少なく、我々の実験結果より−６０℃程度の極低温から少なくとも２００℃以上の超高温に至るまで広い範囲で良好な潤滑特性を発揮でき、しかも表面張力がきわめて小さいために圧粉成型された焼結軸受のような非常に狭い隙間にも素早く浸透・吸引させて含浸させることができ、焼結含油軸受に適用するには最適といえることを見出した。

（試験方法）
図２の表に纏めたように、本発明の実施例では、鉄：３５〜４５％（重量％、以下同じ）に錫：２〜７％、グラファイト：１〜３％、残部を銅とし、これに潤滑剤としてデムナムS-65を含浸させた。一方、比較例１では、焼結軸受材質が錫８〜１１％と残部を銅とし、これにフォンブリンを含浸させた。比較例２では鉄：３５〜４５％、錫：２〜７％、グラファイト：１〜３％、残部：銅とし、これに潤滑剤としてフォンブリンを含浸させた。さらに比較例３では、焼結軸受材質が錫：８〜１１％、残部：銅とし、これに潤滑剤としてデムナムS-65を含浸させた。

〔試験１〕耐熱性試験
耐熱性試験では、各焼結含油軸受（実施例、比較例１，２, ３）の試験片を、２００℃の高温環境下に放置して、２,０００時間経過後の外径寸法を試験前の外径寸法と比較して膨張率を求めることにより変化を測定した。
〔試験２〕高温耐摩耗試験
高温耐摩耗試験では、各焼結含油軸受（実施例、比較例１，２, ３）の試験片
試験片寸法：内径φ6×外径φ12×長さ4mm
シャフト仕様：材質 S45C、寸法φ6×長さ80mm、クリアランス20μm
シャフト回転数： 3,000rpm
軸受側圧荷重： 49N
軸受内径面圧： 2.2MPa
を、２００℃の高温環境下にて、軸受試験片に側圧荷重を加えた状態でシャフトの回転試験を実施した。
試験開始より２４時間経過後における軸受内径の真円度を摩耗の進行した深さの指標とすることにより、耐摩耗性の程度を判断した。

（試験結果）
図２の表に示したように、各軸受試験片について各種の試験をおこなった結果によれば、比較例１では、試験１（耐熱性）では○（良好）であるが試験２（耐摩耗性）では△（不十分）の結果であった。高温放置では著しい腐蝕は発生しないものの、耐摩耗性試験では材質強度が不十分であるために摩耗が進行することがわかった。
比較例２では、試験１（耐熱性）も、また試験２（耐摩耗性）についても×（不良）であった。高温で放置しているだけで含浸油が分解するため、軸受材が腐蝕し、原型をとどめない状態となった。また高温での耐摩耗性が大きく劣る原因も同様と考えられる。

比較例３では、試験１（耐熱性）は○（良好）であるが試験２（耐摩耗性）では△（不十分）の結果であった。この場合、比較例１と同様に高温放置では腐蝕は進行しない。しかし耐摩耗性では材質の強度不足から摩耗が進行するが、分解に対する耐性がある分、比較例１に比べて摩耗量は少ない。
一方、本発明の実施例では試験１（耐熱性）および試験２（耐摩耗性）共に○（良好）であり、２００℃での耐熱性および耐摩耗性が共に良好であることを確認した。
なお、本発明の実施例において焼結軸受内に含浸させた直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度については10 mm²/s〜500 mm²/sの範囲のものを使用した。

また、上記した本発明の実施例、および比較例１〜３の試験１（耐熱性）での耐熱性試験を経過時間毎に観察して軸受外径膨張率を計測した結果を図３に示す（なお図３では本実施例と比較例３とが略同一の軌跡にてあらわされている）。本発明の実施例に係る焼結含油軸受では十分な高温耐熱性を有しており、比較例１および３の場合も略これに近い耐熱性を有するが、比較例２の焼結含油軸受では５００時間を超えたあたりから外径寸法の膨張が激しくなる。

以上のように、本実施例に係る焼結含油軸受では、比較例１〜２に係る焼結含油軸受と比較して、フッ素系潤滑油の分解が大幅に抑制されていることがわかる。また比較例３に係る焼結含油軸受と比較して、強度および潤滑性が向上したことから耐摩耗性が大幅に改善されていることがわかる。特に、本実施例に係る焼結含油軸受では、含浸した潤滑油がCF₂Oの繰り返し構造を持たないためにO-C-O接続部が存在せず、そのためにC-Oの結合が軸受表面に露出しない。そのために１８０℃を超える超高温雰囲気下でのモータの使用でもルイス酸触媒の作用による分解が抑制されていることがわかる。

Claims

化学式でCF₂Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を含浸させてなる焼結含油軸受。
潤滑油の40℃における動粘度が10 mm²/s〜500 mm²/sの範囲であるところの請求項１に記載の焼結含油軸受。
焼結軸受の材料に、鉄および／またはグラファイトを含有した請求項１又は請求項２に記載の焼結含油軸受。
焼結軸受の材料に、グラファイトを、０．１〜１０重量％の範囲内で含有させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の焼結含油軸受。