JP2021088766A - 焼結含油軸受およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、こうして成型された焼結含油軸受は、軸受孔の内周面において、成形時に上側であった領域と下側であった領域とで、互いにCu相の面積が異なるという課題があった。特に、Feの比率が高い軸受にその影響があらわれる。これは、コアロッドの表面に沿って落ちる混合粉の量が多い部分ほど、コアロッドの表面にCu粉がより多く付着しやすいという事象に起因する。
そして、従来のFe−Cu系焼結軸受では、成型時にキャビティの上側であった部分と下側であった部分とでは、Cu相の占める面積が大きく異なり、回転軸を高回転させた際の局部的な損耗などがあった。
Fe−Cu系焼結体に潤滑油が含浸され、回転軸を貫通支持する軸受孔を有する焼結含油軸受であって、前記軸受孔の内周面は、軸方向における中央部分を成す第1領域と、前記第1領域の一方の端部から前記軸受孔の一方の開口までを成す第2領域と、前記第1領域の他方の端部から前記軸受孔の他方の開口までを成す第3領域と、からなり、前記軸受孔は、径の大きさが一定な直孔部と、前記直孔部に連なり外方に向かって径が拡大してテーパ状を成す拡径部と、を有し、前記直孔部が前記第1領域とされ、前記拡径部が前記第2領域および前記第3領域とされており、前記第2領域の軸方向に沿った中央における、Cu系の扁平原料粉末を含むCu粉によって形成されたCu相の面積比は、前記第3領域の軸方向に沿った中央におけるCu相の面積比の80%以上、100%以下であることを特徴とする。
前記各項記載の焼結含油軸受の製造方法であって、金型のキャビティ内にFe粉およびCu系の扁平原料粉末を含むCu粉を含む混合粉を、鉛直方向の上側から充填する材料充填工程と、前記キャビティ内を貫通し、前記軸受孔を成形するためのコアロッドを、前記キャビティ内で鉛直方向に沿って摺動させるコアロッド摺動工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
第1参考実施形態に係る焼結含油軸受を図1に示して説明する。
図1は本発明の第1参考実施形態に係る焼結含油軸受を示す、回転軸の軸方向に沿った断面図である。
焼結含油軸受(以下、単に軸受とする)10は、Fe−Cu系の焼結金属により形成された軸受本体(焼結体)1の内部に、回転軸2が挿通される軸受孔3が形成されている。
従来のFe−Cu系焼結軸受では、成型時にキャビティの上側であった部分と下側であった部分とでは、Cu相の占める面積が大きく異なり、回転軸を高回転させた際の局部的な損耗などがあった。
また、軸受孔3の内周面Sにおいて、Cu相の面積比の大きな変化を抑えることによって、材料コストの高いCuの使用量を低減させて、軸受10を低コストに製造することが可能になる。
第2実施形態に係る焼結含油軸受を図2〜4に示して説明する。
図2は本発明の第2実施形態に係る焼結含油軸受を示す、回転軸の軸方向に沿った断面図である。また、図3は、図2に示す焼結含油軸受に回転軸を保持させた状態を示す断面図である。また、図4は、焼結含油軸受と回転軸との接触状態を示す要部拡大図である。 焼結含油軸受(以下、単に軸受とする)20は、Fe−Cu系の焼結金属により形成された軸受本体(焼結体)1の内部に、回転軸2が挿通される軸受孔4が形成されている。
第3実施形態に係る焼結含油軸受を図5に示して説明する。
図5は本発明の第3実施形態に係る焼結含油軸受を示す、回転軸の軸方向に沿った断面図である。焼結含油軸受(以下、単に軸受とする)40は、Fe−Cu系の焼結金属により形成された軸受本体(焼結体)1の内部に、回転軸2が挿通される軸受孔6が形成されている。
次に、第1参考実施形態に示した焼結含油軸受の製造方法を説明する。
図6、図7は、本発明の焼結含油軸受の製造方法を段階的に示す模式断面図である。 なお、図6、図7においてFe粉、Cu粉、Cu箔片などの粒子は視認可能なように大きく、かつ模式的に描かれており、実際の粒子サイズや粒子形状を反映したものでは無い。
第1参考実施形態に示した軸受10を製造する際には、まず、軸受成形用の金型(成型型)30を用意する(図6(a)参照)。金型30は、内部にキャビティPが形成されたダイ31と、上パンチ32と、下パンチ33と、キャビティP内を貫通し、軸受孔3(図1参照)を成形するためのコアロッド34とを備えている。
このような工程を経て得られた軸受10は、コアロッド摺動工程によって軸受孔3の内側面S全体に渡ってCu相の面積比が大きく変化することがなく、回転軸2(図1を参照)を高速回転させても、回転軸2を受け止める軸受孔3の内周面Sが局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することができる。
図1に示した第1参考実施形態の焼結含油軸受10において、第2領域3Bの軸線Oに沿った中央部分3BSにおけるCu相の面積比が、第3領域3Cの軸線Oに沿った中央部分3CSにおけるCu相の面積比に対して好ましい比率を検証した。
検証にあたって、測定部位の銅比率が以下の表1となる、サンプル1〜4の焼結含油軸受10を作成した。なお、表1における3BS部の項目は、図1の軸受孔3の内周面Sの第2領域3Bの軸線Oに沿った中央部分3BSにおけるCu相の面積比(%)を示し、3CS部の項目は、第3領域3Cの軸線Oに沿った中央部分3CSにおけるCu相の面積比(%)を示している。また、3BS/3CSは、中央部分3CSに対する中央部分3BSの比率(%)を示している。なお、検証に使用した試料のFe:Cuの比率は約80:20である。
1.回転軸2の周速:100m/min
2.負荷:1MPa
3.測定環境温度:室温
4.回転時間:1800秒
図1に示した第1参考実施形態の焼結含油軸受10において、第1領域3Aの中央部分3ASにおける内周面Sの面積に対するCu相が占める面積の好ましい比率を検証した。
検証にあたって、測定部位の銅比率が以下の表3となる、サンプル5〜7の焼結含油軸受10を作成した。なお、表3における3AS部の項目は、図1の軸受孔3の内周面Sの第1領域3Aの中央部分3ASにおける内周面Sの面積に対するCu相が占める面積の比率(%)を示している。 また、検証に使用した試料のFe:Cuの比率はサンプル5が約50:50、サンプル6が約85:15、サンプル7が約95:5である。
1.回転軸2の周速:100m/min
2.負荷:1MPa
3.測定環境温度:室温
4.回転時間:1800秒
図2に示した第2実施形態の焼結含油軸受20において、拡径部4b,4cの傾斜面と直孔部4aの内面とがなす角(テーパ角)θ1と、摩擦係数との関係を検証した。
検証にあたって、テーパ角θ1が0.1°のものをサンプル9、4.0°のものをサンプル10とした。あわせて拡径部での摺動を促すため、クリアランスの調整を各サンプルにて行った。例えば、サンプル9では約10μm、サンプル10では約70μmとした。また、比較として、テーパ角θ1が0°、即ち第1参考実施形態と同様の軸受孔3が直管状のものをサンプル8(比較例)とした。
1.回転軸2の周速:100m/min
2.負荷:1MPa
3.測定環境温度:室温
4.回転時間:1800秒
図1に示す軸受10における、第2領域3Bの軸線Oに沿った中央部分3BSの拡大写真と、第3領域3Cの軸線Oに沿った中央部分3CSの拡大写真とを図11に示す。
また、比較例として、コアロッド摺動工程を行わず、Cu箔片の配置を調整せずに製造した軸受における、第2領域3Bの軸線Oに沿った中央部分3BSに相当する位置の拡大写真と、第3領域3Cの軸線Oに沿った中央部分3CSに相当する位置の拡大写真とを図12に示す。
なお、図11、図12のそれぞれにおいて、成型Up側が第3領域3Cの中央部分3CS、成型Lo側が第2領域3Bの中央部分3BSである。拡大写真の明るい部分がCu相である。
2 回転軸
3,4 軸受孔
3A,4A第1領域
3B,4B 第2領域
3C,4C 第3領域
3A1,4A1 一方の端部
3A2,4A2 他方の端部
3E1,4E1 一方の開口
3E2,4E2 他方の開口
3AS 第1領域の中央部分
3BS 第2領域の中央部分
3CS 第3領域の中央部分
4a 直孔部
4b,4c 拡径部
10,20 焼結含油軸受(軸受)
30金型
31 ダイ
32 上パンチ
33 下パンチ
34 コアロッド
41 Fe粉
42 Cu粉
43 混合粉
P キャビティ
S 内周面
Claims (5)
- Fe−Cu系焼結体に潤滑油が含浸され、回転軸を貫通支持する軸受孔を有する焼結含油軸受であって、
前記軸受孔の内周面は、軸方向における中央部分を成す第1領域と、前記第1領域の一方の端部から前記軸受孔の一方の開口までを成す第2領域と、前記第1領域の他方の端部から前記軸受孔の他方の開口までを成す第3領域と、からなり、
前記軸受孔は、径の大きさが一定な直孔部と、前記直孔部に連なり外方に向かって径が拡大してテーパ状を成す拡径部と、を有し、前記直孔部が前記第1領域とされ、前記拡径部が前記第2領域および前記第3領域とされており、
前記第2領域の軸方向に沿った中央における、Cu系の扁平原料粉末を含むCu粉によって形成されたCu相の面積比は、前記第3領域の軸方向に沿った中央におけるCu相の面積比の80%以上、100%以下であることを特徴とする焼結含油軸受。 - 前記第1領域における内周面の面積に対するCu相が占める面積は、50%以上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。
- 請求項1または請求項2に記載の焼結含油軸受の製造方法であって、
金型のキャビティ内にFe粉およびCu粉を含む混合粉を、鉛直方向の上側から充填する材料充填工程と、前記キャビティ内を貫通し、前記軸受孔を成形するためのコアロッドを、前記キャビティ内で鉛直方向に沿って摺動させるコアロッド摺動工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。 - 前記コアロッド摺動工程は、前記キャビティ内において前記コアロッドに接する部分に前記Cu粉を集める工程であることを特徴とする請求項3に記載の焼結含油軸受の製造方法。
- 前記Cu粉として、Cu箔粉を用いることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の焼結含油軸受の製造方法。
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---|---|---|---|---|
JPH0593209A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-16 | Mitsubishi Materials Corp | 焼結含油軸受の製造法 |
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