专利名称：用于燃料泵的轴承、该轴承的制造方法以及燃料泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有多层结构的用于燃料泵的轴承、该轴承的制造方法及使用该轴承的燃料泵。
然而，最近开始使用含有不同于传统成分的成分的燃料，例如酒精燃料。由于全球动力化的原因，在各个国家精炼的燃料被用在车辆上，并且燃料经常包含大量的氧化物、硫或类似物。因此，传统轴承的耐腐蚀性并不总是足够的。更特别地，在转动轴和轴承之间需要保证有小的间隙存在。如果用于使转动轴在其上滑动的滑动层上出现哪怕很小的腐蚀，要使转动轴稳定地转动就会变得困难。进一步讲，如果腐蚀继续发展，就可能使燃料泵出现闭锁。
有一种采用化学性能稳定的碳(石墨)来制造整个轴承的方法。然而，如果整个轴承由碳制成，就会很容易出现裂缝或类似物。既然加工轴承的方法受到限制，那么为了保证尺寸精度成本就会增加。
本发明的另一目的是提供一种使用所述轴承的燃料泵，所述燃料泵能够以低成本制造而成，并同时能改善其耐腐蚀性。
本发明还有一目的是提供制造所述轴承的方法。
根据本发明，用于燃料泵的轴承由主要由碳制成的滑动层和主要由碳和金属制成的支承支承层构造而成。所述支承层连接在所述滑动层，以支承所述滑动层。因为所述滑动层由具有优良滑动特性而化学性能又稳定的碳(石墨)制成，所以不管燃料的成分如何，都能获得稳定的耐腐蚀性。因此，能够在转动轴和用于可移动地支承所述转动轴的轴承之间防止闭锁或类似情况发生，这样就能获得优良的滑动特性。另一方面，相对较弱的滑动层被支承层(金属—碳层)支承着，而所述支承层是由具有优良强度的金属和碳的混合物制成，因此所述轴承的强度能够得到充分的增加。此外，所述支承层由碳和金属的混合物制成，从而通过碳的粘合作用将所述滑动层和所述支承层牢固地连接起来。
所述轴承能被合适地用在燃料泵上。在这种情况下，具有电枢的电动机被所述轴承可回转地支承在所述滑动层上，所述轴承压配在位于所述支承层上的泵件的罩件中。因此，在所述燃料泵中，所述轴承的优点能够充分地获得。
根据本发明，制造所述轴承的方法包含第一填充步骤，其用由金属粉末和碳粉末混合获得的混合粉末填满具有环形第一模腔的第一成型模具；第一模制步骤，其在所述第一填充步骤之后模压所述混合粉末，从而形成环形第一粉末模制件；第二填充步骤，其填满具有环形第二模腔的第二成型模具，所述环形第二模腔形成在放置于所述第二成型模具之中的所述第一粉末模制件的内周侧或外周侧上；第二模制步骤，其在所述第二填充步骤之后连同所述第一粉末模制件一起模压所述碳粉末，从而获得具有环形多层结构的第二粉末模制件；烧结步骤，其通过加热而烧结所述第二粉末模制件；成形步骤，其对所述烧结体进行成形加工，从而形成具有预定形状的所述轴承。因此，具有上述优点的所述轴承能够低成本地简单制造而成。
图5是成形所述轴承的过程的示意图；图6是根据本实施例的另一个轴承的示意剖视图；
图1表示的是根据本发明实施例的燃料泵10。燃料泵10主要由泵20和作为泵20驱动源的电动机30构造而成。
首先来描述电动机30。电动机30是带有电刷的直流电动机。电动机30包含环形安置在圆柱形外壳11中的永磁体及同心安置在内周侧上的电枢32。线圈安置在电枢32中，芯体32a的端部表面暴露在电枢32的表面上。圆盘形整流子50安置在电枢32上。通过电刷(未示出)和整流子50，直流电从隐藏在连接器45中的端子46供应到电枢32中的线圈。
泵20主要由罩体21、罩盖22和叶轮23构造而成。罩件由罩体21和罩盖22构造而成，叶轮23被可转动地容纳在罩件中。叶轮23连接在电枢32的转动轴35上，从而叶轮23和转动轴35整体转动。
转动轴35的下面部分(图中)由环形轴承25可转动地支承着，所述环形轴承压配在罩体21的中心内。转动轴35的下端由推力轴承26以可拆除的方式支承着，所述推力轴承压配和固定在罩盖22的中心内。此外，转动轴35的上面部分由轴承27以可拆除的方式支承着。因此，电枢32能够平稳地转动。
当电枢32转动时，在外周部分中设有叶片的叶轮23也会转动，从而燃料就会被从燃料吸口40吸入，并通过泵通道41压力推送到燃料室31。被压力推送到燃料室31中的燃料在电枢32的周围通过，并从燃料排出口43排出到燃料管中。由于燃料排出口43设有止回阀件44，所以可以防止在燃料管中的燃料泄漏。
下面，参照图2来描述轴承25的结构。轴承25具有两层结构，即外周侧上的支承支承层25a和内周侧上的滑动层25b。支承层25a由金属粉末和碳粉末混合的混合粉末烧结而成。支承层25a两端的外围表面被倒角，这样就有利于其被压配到罩体21上。滑动层25b由碳粉末烧结而成，其两端的内周表面被倒角，从而转动轴35能够容易地安装。在该实施例中，整个轴承25的厚度(t0)设定为0.8mm，滑动层25b的厚度(t)设定为0.1mm。这里，支承层25a的厚度就为整个厚度的余下部分。
现参照图3到5来描述轴承25的制造方法。首先，参照图3描述由碳粉末和金属粉末混合而成的混合粉末3制成的第一粉末模制件1的制造过程。
混合粉末3是通过在球磨机中以预定比率混合碳粉末和黄铜(铜-30％的锌)粉末而获得的。用于形成具有圆形底部表面的模腔的第一成型模具100充满着混合粉末3。第一成型模具100包含圆柱形模具110、从下面装配在模具110之中的圆柱形下部冲头120、装配在下部冲头120的中心处而用作型芯的销130及上部冲头150。销130能装配在上部冲头150的中心处。在销130被装配在中心处的状态下，充满在第一模腔101之中的混合粉末3受到上部冲头150和下部冲头120的加压。在此之后，下部冲头120就会向上推动，从而获得环形的第一粉末模制件1。
接着，参照图4来描述第二粉末模制件2的制造过程。第一粉末模制件1被放置在带有底部表面的圆形模腔201上。用于形成模腔201的第二成型模具200包含圆柱形模具210、从下面装配在模具210之中的圆柱形下部冲头220、装配在下部冲头220的中心处而用作型芯的销230及上部冲头250。销230能装配在上部冲头250的中心处。模具210的形状与模具110的形状相同，但销230比销130细些。因此，下部冲头220和上部冲头250的内径分别比下部冲头120和上部冲头150的内径小。
当第一粉末模制件1放置在模腔201中时，环形模腔202就会在第一粉末模制件1的内表面和销230的外表面之间形成。然后，模腔202就被充满碳粉末4。在这种状态下，第一粉末模制件1和碳粉末4被下部冲头220和上部冲头250模压。在此之后，当下部冲头220向上推动时，就能获得第二粉末模制件2，在所述的第二粉末模制件中，碳粉末4被模压在第一粉末模制件1的内圆周上。
所获得的第二粉末模制件2在900℃下被烧结八个小时，从而能获得烧结体3。
现参照图5来描述成形烧结体3的内周和外周表面的过程。烧结体3放置在成型模具300上。成型模具300包含圆柱形模具310、从下面装配在模具310之中的圆柱形下部冲头320、装配在下部冲头320的中心处而用作型芯的销330及上部冲头350。与销330的直径相同的销360装配在上部冲头350的中心。
烧结体3被销330和360定位，并且烧结体3被上部冲头350向下推压，因此成形了烧结体3。此时，烧结体3的外周表面由模具310的内周表面成形，烧结体3的内周表面由销360的外周表面形成。当下部冲头320向上推动时，就能获得内和外直径被校正为预定尺寸的轴承25。通过倒角外部和内周末端，就可获得如图2所示的轴承25。
尽管在本实施例中对轴承25作了主要描述，但轴承27和推力轴承26中的每一个也可以具有滑动层和支承层的两层结构。
根据本发明的实施例，用于燃料泵的轴承25、26、27的强度能够增加，轴承25、26、27的滑动表面的耐腐蚀性能够有效地得到改善，同时轴承25、26、27可以以低成本制造。
根据本发明，滑动层25b由具有优良的滑动特性而且化学稳定的碳(石墨)制成，因此不管燃料的成分如何，都能获得稳定的耐腐蚀性。从而，可以防止在转动轴35和为了可移动地支承转动轴35的轴承25、26、27之间出现闭锁或类似情况，因此能够获得优良的滑动特性。
因为相对较弱的滑动层(碳层)25b由具有优良强度的金属和碳的混合物所制成的支承层25a(金属—碳层)支承着，所以本发明的轴承25的强度能够得到充分地增加。
在本发明中，支承层25a由碳和金属的混合物制成，目的是通过碳的粘合性能够牢固地将滑动层25b和支承层25a连接起来。
在轴承25中，通常，滑动层25b设在内周侧上，支承层25a设在外周侧上。然而，在本发明中，也可将滑动层25b设在外周侧上，将支承层25a设在内周侧上，如图6所示。在这种情况下，轴承25被压配在转动轴上，轴承的外周表面能够作为滑动表面使用。
在本发明中，支承层25a的成分具有在燃料中所必要的耐腐蚀性，并被构造成能够牢固地连接在滑动层25b上。因此，支承层25a优选如下成分。如果把整个支承层25a看作100％重量，那么支承层25a优选由20-30％重量的碳(C)、18-26％重量的锌及其余为铜和不可避免的杂质制成。作为一种替代性成分，如果把整个支承层25a看作100％重量，那么支承层25a由20-30％重量的碳、9-16％重量的锌、9-16％重量的镍(Ni)、0.1-0.7％重量的磷(P)及其余为铜和不可避免的杂质制成。
锌和镍被熔化在铜中，因此形成了具有铜—锌或铜—锌—镍合金的固体溶解相的基质材料，从而增加了支承层25a的强度和耐腐蚀性。当锌的含量太小时，校正承受性就不能改善。当锌的含量太大时，又很难增加强度。当镍的含量太小或太大时，很难保证强度。
磷是能够有效改善烧结度和支承层25a的强度的组成成分。特别地，由于形成了能够分散在基质材料中的硬质铜—磷合金，磷就能起着改善支承层25a的耐磨损性的作用。如果磷的含量太小，就不能改善强度。如果磷的含量太大，就会损坏强度。
碳主要作为分散在基质材料中的石墨而存在。在本发明的轴承中，通过在支承层25a中包含碳，支承层25a和滑动层25b能够彼此牢固地粘合在一起。
接着，描述滑动层25b的组成成分。滑动层25b的主要成分是碳。更具体地讲，滑动层25b是由具有优良光滑性的石墨制成。因此，轴承25与转动轴35之间的摩擦系数小。此外，轴承25还具有优良的滑动特性和耐磨损性。
本发明的滑动层25b可以包含少量的杂质(包含不可避免的杂质)。例如，杂质是如粘合剂、在烧结过程中从支承层25a扩散的金属或类似物的树脂。
下面，描述滑动层25b和支承层25a的厚度。滑动层25b优选地具有考虑到磨损量的预定厚度。另一方面，考虑到裂缝、成本及类似情况，厚度优选在预定范围之内。根据本发明人的研究，滑动层25b的厚度(t)优选为滑动层25b和支承层25a的总厚度(t0)的5％-20％。更为优选地，滑动层25b的厚度(t)为滑动层25b和支承层25a的总厚度(t0)的7％-15％。通常，滑动层25b的优选厚度在0.07mm-0.15mm之间。更为优选地，滑动层25b的厚度大约在0.08mm-0.12mm之间。
当滑动层25b太薄时，随着磨损的进行，滑动层25b基本上会磨损完。然而，如果滑动层25b具有一定的厚度，由于随着磨损的进行轴承表面压力就会降低，而且磨损量也会饱和，就不会出现上述问题。
当支承层25a太薄时，支承层25a的作用就不能实现。如果支承层25a太厚时，轴承25的尺寸就会变大，就很难将轴承25压配在罩体中。例如，支承层的厚度优选在这样的范围内，即当轴承25被压配在罩体中时，支承层25a是作为弹簧体而起作用的。
根据本发明的制造方法，用于燃料泵的轴承25通过将具有滑动层25b和支承层25a二者中的每个的组成成分的粉末材料装满成型模具的模腔、推压模塑该粉末材料、烧结模制件及之后的将烧结体处理成具有所希望尺寸而制造成的。对于粉末碳，可以使用市场上的粉末石墨。粘合剂或类似物可以适当地混在粉末碳中。对于金属粉末，各种合金粉末中的任一种、普通粉末、粉化粉末或类似物都能使用。优选使用平均颗粒直径大约在10μm和100μm之间的任一种粉末。
对填充粉末施加大约250到450MPa的压力就足够了。当用在第一填充过程和第一模塑过程的第一成型模具100和用在第二填充过程和第二模塑过程的第二成型模具200彼此不同准备时，可加工性(大规模生产)能够得到改善。
尽管烧结温度依赖于粉末的材料，但烧结温度设定在碳能被烧结而金属不能熔化的温度范围内。通常，温度优选在大约700-900°之间。烧结气氛优选真空、惰性气体、氮气气氛，或类似物。
通过对在烧结过程中所获得的烧结体执行成形过程，具有预定尺寸和表面粗糙度的轴承25的滑动层25b和支承层25a就完成了。支承层25a例如通过精整加工而被成形。滑动层25b例如通过精整冲裁而形成。
优选根据在烧结步骤中的热收缩或类似情况而调整用于模塑的模具尺寸和材料粉末的填充量。尽管滑动层25b具有大致一致的成分就已经足够了，但还可以顺序改变混合粉末的成分，以便能具有梯度变化作用。
虽然这里通过相关的优选实施例并根据相应附图而充分描述了本发明，但应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，各种变化和更改也是显而易见的。
例如，轴承25的支承层25a和滑动层25b能够改变为除了图2和6所示形状之外的其他形状。此外，在燃料泵10中，轴承26和27中的每一个都能成形为与轴承25相似的结构。
显然，这种变化和更改也属于权利要求书中所定义的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于燃料泵的轴承，包括滑动层，其主要由碳制成；以及支承层，其主要由碳和金属制成，所述支承层被连接在所述滑动层上，以支承着所述滑动层。
2.如权利要求1所述的用于燃料泵的轴承，其特征在于所述滑动层的厚度(t)为所述滑动层和所述支承层的总厚度(t0)的5-20％。
3.如权利要求1所述的用于燃料泵的轴承，其特征在于所述滑动层的厚度(t)为所述滑动层和所述支承层的总厚度(t0)的7-15％。
4.如权利要求1-3中任一所述的用于燃料泵的轴承，其特征在于如果整个支承层的重量为100％，那么所述支承层是由20-30％重量的碳(C)、18-26％重量的锌(Zn)及由铜(Cu)和不可避免的杂质组成的其余部分而制成的。
5.如权利要求1-3中任一所述的用于燃料泵的轴承，其特征在于如果整个支承层的重量为100％，那么所述支承层是由20-30％重量的碳(C)、9-16％重量的锌(Zn)、9-16％重量的镍(Ni)、0.1-0.7％重量的磷(P)及由铜(Cu)和不可避免的杂质组成的其余部分而制成的。
6.如权利要求1-3中任一所述的用于燃料泵的轴承，其特征在于所述支承层基本上具有圆柱形的内周和外周表面；以及所述滑动层设在所述支承层的内周表面上。
7.如权利要求1-3中任一所述的用于燃料泵的轴承，其特征在于所述支承层基本上具有圆柱形的内周和外周表面；以及所述滑动层设在所述支承层的外周表面上。
8.一种燃料泵，包括外壳，其为近似圆柱形；电动机，其容纳在所述外壳中，所述电动机包含具有转动轴的电枢；轴承，所述转动轴通过所述轴承而可转动地支承在外壳中；以及泵，其由所述电动机驱动，用于吸入和排出燃料，其特征在于所述轴承包含主要由碳制成的滑动层和主要由碳和金属制成的支承层；所述支承层连接在所述滑动层上，以支承着所述滑动层；以及所述转动轴可滑动地安置在所述滑动层上。
9.如权利要求8所述的燃料泵，其特征在于所述泵包含罩件和安置在所述罩件之内的叶轮；所述叶轮连接在所述电枢的所述转动轴上；以及所述轴承压配在所述罩件中。
10.如权利要求9所述的燃料泵，其特征在于所述叶轮可转动地安置在所述罩件中；以及所述叶轮和所述转动轴被安置得可以整体转动。
11.如权利要求9和10中任一所述的燃料泵，其特征在于所述轴承以其支承层压配在所述罩件中。
12.如权利要求9和10中任一所述的燃料泵，其特征在于所述支承层基本上具有圆柱形的内周和外周表面；以及所述滑动层设在所述支承层的内周表面上。
13.一种制造用于燃料泵的轴承的方法，所述轴承包含主要由碳制成的滑动层和连接在所述滑动层上并主要由碳和金属制成的支承层的两层结构，所述方法包括第一填充步骤，其用由金属粉末和碳粉末混合获得的混合粉末填满具有环形第一模腔的第一成型模具；第一模制步骤，其在所述第一填充步骤之后模压所述混合粉末，从而形成环形第一粉末模制件；第二填充步骤，其用碳粉末填满具有环形第二模腔的第二成型模具，所述环形第二模腔形成在放置于所述第二成型模具之中的所述第一粉末模制件的内周和外周一侧上；第二模制步骤，其在所述第二填充步骤之后连同所述第一粉末模制件一起模压所述碳粉末，从而形成第二粉末模制件；烧结步骤，其通过加热烧结所述第二粉末模制件，以形成烧结体；以及成形步骤，其对所述烧结体进行成形加工，以形成预定形状。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于在所述第一和第二模制步骤中，模压是在大约250-450MPa的压力范围内进行的。
15.如权利要求13和14中任一所述的方法，其特征在于在所述烧结步骤中，所述第二粉末模制件被加热到大约700-900℃的范围内。
全文摘要
一种用于燃料泵的轴承包含主要由碳制成的滑动层和主要由碳和金属制成的支承层。所述支承层连接在所述滑动层上，以支承所述滑动层。因为所述轴承的所述滑动层主要由碳制成，所以能够改善所述轴承的耐腐蚀性。此外，所述支承层能够改善所述轴承的强度。因此，具有两层结构的所述轴承能有效地改善耐腐蚀性，同时其强度也能得到增加。所述轴承能合适地用于所述燃料泵。在这种情况下，所述轴承被压配在位于所述支承层上的罩件中，所述燃料泵的转动轴在所述轴承中可滑动地保持在所述滑动层上。
文档编号F16C33/16GK1447037SQ0310826
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年3月27日
发明者大井清利 申请人:株式会社电装