本发明涉及一种内部浸渗润滑油而能够顺利地进行润滑的烧结含油轴承及其制造方法。
本申请基于2016年12月22日在日本申请的专利申请2016-249741号及2016年12月22在日本申请的专利申请2016-249742主张优先权,并援用其内容。
背景技术:
烧结含油轴承在气孔内浸渗润滑油的状态下被使用,若轴进行起动,则在轴与轴承的滑动面之间润滑油从内部渗出,伴随轴的旋转,在所述润滑油上产生压力而支撑轴。根据这种润滑特性,在无供油情况下能够长时间使用,因此作为车载用马达的轴承等的轴承被广泛利用。
这种烧结含油轴承中,为了在滑动面的润滑油上适当地产生压力而采用以下方法等:该方法密封气孔的一部分,或者减小轴承内部的气孔而增加润滑油的流路阻力,并减少来自滑动面的润滑油的泄漏。
例如在专利文献1中公开了以下方法:当成型烧结前的生坯时,使用在外周面的一部分沿轴向形成有表面粗糙度比其他部分的表面粗糙度大的粗糙部的杆而成型将成为轴承孔的贯通孔,由此压扁与粗糙部相接的贯通孔的内周面的空穴,之后,将生坯烧结而制造烧结含油轴承。该烧结含油轴承中,由轴承孔中的经压扁空穴的部分的内周面来支撑轴,使油从除了经压扁空穴的部分以外的内周面渗出,从而供给到经压扁空穴的部分的内周面。
该情况下,粗糙部形成为沿杆的轴向的带状,在粉末的压缩成型时,空穴周围的部分被杆的粗糙部按压,并在空穴内塑性流动而被压扁。并且记载为如下:与所述粗糙部相接的部分稍微突出形成,并通过此后的精压加工被按压而与轴承孔的内周面成为同一面。
另一方面,在专利文献2中公开了一种烧结含油轴承,该烧结含油轴承在轴承孔内周面上,沿圆周方向形成多个成为滑动面的阶梯部,以便在彼此相邻的阶梯部之间的槽部底面与轴之间形成空隙,并将所述阶梯部的滑动面上的通气度形成为比轴承孔内周面上的通气度小。该情况下,阶梯部的滑动面的通气度设定为3×10-10cm2,槽部底面的通气度设定为30×10-10cm2,阶梯部的高度设定为0.02mm,作为减小所述阶梯部中的滑动面的通气度的方法,可以举出通过堵塞、电镀或涂布而进行的封孔。并记载为如下:在该烧结含油轴承中,阶梯部的滑动面与轴接触,通气度大的槽部的底面不与轴接触,因此能够确保从该槽部吸入和吐出一定的油,并且,在由槽部和轴包围的空隙中能够产生动压。
专利文献1:日本专利公开平4-307111号公报
专利文献2:日本专利公开平5-115146号公报
专利文献1中未记载有关通过粗糙部而成型的面和除此以外的面的具体的通气度,但若为专利文献2所记载的通气度的程度,则在高速旋转等中,难以在作为轴承的工作中供给足够的油且抑制来自滑动面的油的泄漏,并有可能产生粘砂等。
技术实现要素:
本发明是鉴于这种情况而完成的,其目的在于对滑动面供给足够量的油,并且抑制被供给的油从滑动面移动到内部,从而实现滑动面的低摩擦化,并提高作为轴承的滑动特性。
本发明的烧结含油轴承在轴能够插入的轴承孔的内周面上,支撑所述轴的外周面的滑动面和曲率半径比该滑动面的曲率半径大的供油面在所述轴承孔的轴向上相邻形成,所述滑动面与所述供油面的阶梯差设为所述滑动面的内径的0.01%以上且15%以下,所述滑动面的表面开口率为10%以下,所述供油面的表面开口率超过10%,所述滑动面中的空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下。
该烧结含油轴承在滑动面和供油面上设置有滑动面的内径的0.01%以上且15%以下的阶梯差,因此若将轴插入到轴承孔的内部且轴接触于滑动面,则在轴与供油面之间至少形成滑动面的内径的0.01%以上且15%以下的大小的空间部。从而,能够由滑动面可靠地支撑轴,而且能够将轴和供油面维持成非接触状态。而且,能够使该空间部作为储油器而发挥功能,因此被导入轴与滑动面之间的油在使用时从这些轴与滑动面之间流出时,能够将油回收到空间部。并且,能够将油储存在空间部内,因此能够防止油向外部流出。而且,能够从该空间部向滑动面快速供给油。因此,即使在长时间使用时,也能够在轴与滑动面之间充分地保持油,并能够维持滑动面的润滑性(轴承特性)。
该情况下,若滑动面与供油面的阶梯差小于滑动面的内径的0.01%,则用于回收油的空间部的大小不充分,空间部难以作为储油器充分地发挥功能。因此在轴承的长时间使用中无法维持高负载下的轴承特性。另一方面,若滑动面与供油面的阶梯差超过滑动面的内径的15%,则由于滑动面与供油面的阶梯差大,因此尤其在启动时为了将油充分地供给到滑动面而需要时间,有可能因摩擦系数大而轴承的滑动特性降低。并且,无法从供油面向滑动面顺利地进行供油,因此难以供给足够的油以维持高负载下的轴承特性。
并且,在该烧结含油轴承中,油从表面开口率超过10%的供油面渗出并被引导至轴与滑动面之间,在滑动面中表面开口率为10%以下且空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下,因此能够在该滑动面与轴之间形成油膜以减小摩擦阻力。
该情况下,若用于支撑轴的滑动面的表面开口率超过10%,则导致无法保持油而使油流入到轴承内部,因此轴与滑动面之间的油膜减少,有可能产生粘砂。并且,若供油面的表面开口率为10%以下,则难以从内部充分地供给油。另外,表面开口率是开口部在每单位面积的滑动面或供油面中的面积比率。并且,该表面开口率的值为任意(例如1mm×0.8mm)的多个视场下的平均值,但在供油面上优选最大不超过30%。
并且,将在滑动面上开口的空穴的平均直径设为20μm以下,其理由是,若平均直径超过20μm,则高荷载时油容易逃逸到空穴中,因无法保持油膜而耐表面压力降低。
作为本发明的烧结含油轴承的优选实施方式,在将所述轴承孔的整体面积设为1时的所述滑动面的面积的比率设为a的情况下,则所述比率a为0.4以上且0.98以下即可。
滑动面和供油面在轴承孔的内周面上在轴向上相邻形成,因此即使轴接触到轴承孔的内周面的任何位置,也在轴承孔长度的(a×100)%的范围内与滑动面进行接触,能够稳定地支撑轴。另外,滑动面的面积比率是将轴承孔的内周面整体的面积设为1时的滑动面的面积比率。
另外,若滑动面的面积比率a小于0.4,则在实用的尺寸中,对滑动面施加的表面压力大,滑动面被磨损而容易产生粘砂。并且,若将滑动面的面积比率a设为小于0.4以具有轴承的耐久性,则需要增大轴承本身的尺寸而不实用。而且,在滑动面的面积比率a超过0.98的情况下,无法充分地供给润滑油,滑动面被磨损而容易产生粘砂。
作为本发明的烧结含油轴承的优选实施方式,所述供油面设置在所述轴承孔的除两端以外的部位,所述滑动面与所述供油面的阶梯差设为所述滑动面的内径的0.01%以上且0.5%以下。该情况下,轴承孔的两端部成为滑动面,能够用轴承孔的两端部来支撑轴。
作为本发明的烧结含油轴承的优选实施方式,所述供油面形成在所述滑动面之间即可。
由于供油面形成在滑动面之间,即,在供油面的两侧形成有滑动面,因此能够有效地将来自供油面的油供给到滑动面,并减少向端面的流出。
作为本发明的烧结含油轴承的优选实施方式,所述供油面设置成在所述轴承孔的至少一个端部上开口,所述滑动面与所述供油面的阶梯差可以设为所述滑动面的内径的0.5%以上且15%以下。该情况下,能够将供油面与滑动面的阶梯差设定为较大。并且,所述供油面可以形成在所述轴承孔的内周面的两端部。
本发明的烧结含油轴承的制造方法具有:生坯成型工序,将原料粉末填充到具有成型用贯通孔的成型用冲模板与配置在该成型用贯通孔的中心的成型用内模之间的成型用筒状空间并进行加压,由此成型筒状的生坯;烧结工序,烧结所述生坯而形成烧结体;和矫正工序,将所述烧结体压入矫正用模具的矫正用冲模板与矫正用芯棒之间的矫正用筒状空间来进行加压,由此对该烧结体进行尺寸矫正,将轴能够插入的轴承孔形成于所述烧结体,在所述生坯成型工序中,在用于形成所述生坯内周面的所述成型用内模的外周面的至少一部分,形成有比其他部分更向径向外侧凸出的扩径面,因该扩径面而在所述生坯的内周面的至少一部分上形成曲率半径比其他部分的曲率半径大的凹面,由此在所述生坯的内周面上成型所述凹面和与该凹面相邻的凸面,并且将所述凹面与所述凸面的阶梯差形成为所述凸面的内径的0.1%以上且15.5%以下,在所述烧结工序中,通过烧结所述生坯而形成内周面的表面开口率超过10%的所述烧结体,并将所述凹面设为供油面,在所述矫正工序中,将所述矫正用芯棒的外周面以比所述烧结体的所述凸面大且比所述凹面小的外径来形成,由该矫正用芯棒的外周面对形成于所述烧结体的内周面上的所述凸面向径向外侧进行压缩,从而形成表面开口率为10%以下且空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下的滑动面,并且将所述供油面与所述滑动面的阶梯差形成为该滑动面的内径的0.01%以上且15%以下,从而制造在所述轴承孔的内周面上具备所述供油面和所述滑动面的烧结含油轴承。
在原料粉末的生坯的内周面上形成凹面和凸面,由此形成形成有凹面和凸面的烧结体,在矫正工序中,由矫正用芯棒使烧结体内周面的凸面压缩和塑性流动,由此形成滑动面。此时,凸面的空穴因被压缩和塑性流动而压扁,因此能够在滑动面的表面上形成致密层,能够减小滑动面的表面开口率。另一方面,在矫正工序中,将滑动面与供油面的阶梯差至少设定为滑动面的内径的0.01%以上,对形成为凹面的供油面不进行压缩,因此能够维持供油面的空穴露出的状态,即维持表面开口率超过10%的状态。
另外,若生坯的凹面与凸面的阶梯差小于凸面内径的0.1%,则当矫正将成为滑动面的凸面时,供油面也被封孔,有可能无法确保充分的供油。并且,若凹面与凸面的阶梯差超过15.5%,则滑动面与供给面的阶梯差难以设为滑动面内径的15%以下。
并且,在本发明的烧结含油轴承的制造方法中,在成型用模具的成型用冲模板与成型用芯棒之间成型生坯之后,若解除由成型用冲模板引起的束缚,则在生坯上产生一些回弹。因此通过在该生坯与成型用芯棒之间的间隙,能够使从成型用芯棒中拔出(使脱模)生坯的作业变得容易。然后,将如此形成有凹面和凸面的生坯烧结,在矫正工序中,将烧结体内周面的凸面压缩以压扁凸面的空穴,由此能够形成减小了表面开口率的滑动面,在未被压缩的凹面能够维持增大了表面开口率的供油面。
如此,在本发明的烧结含油轴承的制造方法中,无需增加工序,而通过以往进行的生坯成型工序、烧结工序及矫正工序等工序能够制造烧结含油轴承,该烧结含油轴承在轴承孔的内周面上具备表面开口率为10%以下且空穴开口部的平均当量圆直径为20μm以下的滑动面和表面开口率超过10%的供油面。
作为本发明的制造方法的优选实施方式,所述成型用内模为插入到所述成型用贯通孔内的成型用芯棒,可以将所述凹面与所述凸面的阶梯差形成为所述凸面的内径的0.1%以上且1.0%以下,将所述供油面与所述滑动面的阶梯差形成为该滑动面的内径的0.01%以上且0.5%以下。该情况下,生坯的凹面与凸面的阶梯差小,因此即使在生坯长度的中间位置形成凹面,也能够从成型用芯棒容易拔出生坯。
并且,作为本发明的制造方法的优选实施方式,所述成型用内模可由插入到所述成型用贯通孔的中心的成型用芯棒和插入到所述成型用筒状空间的成型用下冲头的上端部或成型用上冲头的下端部中的任一个冲头的端部构成,并且在所述一个冲头的端部的外周面上形成有外径比该一个冲头的其他部分的外径小的缩径面,在所述生坯成型工序中,在所述生坯的内周面的轴向的端部因所述缩径面而形成曲率半径比其他部分的曲率半径大的凹面,在所述生坯的内周面上成型在轴向的端部上开口的所述凹面和与该凹面相邻的凸面,并且将所述凹面与所述凸面的阶梯差形成为所述凸面的内径的1%以上且15.5%以下,在所述矫正工序中,将所述供油面与所述滑动面的阶梯差形成为该滑动面的内径的0.5%以上且15%以下。该情况下,生坯的凹面与凸面的阶梯差大,但由于凹面设置在端部,因此容易从成型用模具中拔出生坯。
根据本发明,油从表面开口率超过10%的供油面渗出,并引导至表面开口率为10%以下且空穴的平均开口直径为20μm以下的滑动面与轴之间,在该滑动面与轴之间能够形成油膜,能够对滑动面供给足够量的油,并且抑制被供给的油从滑动面移动到内部,从而实现低摩擦系数化,并提高作为轴承的滑动特性。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的烧结含油轴承的示意图,(a)是立体图,(b)是沿(a)的a-a线观察到轴承孔的内周面的剖视图。
图2是本发明的第1实施方式的烧结含油轴承中的轴承孔的内周面附近的剖面示意图,(a)表示烧结工序后且矫正工序前的状态,(b)表示矫正工序后的状态。
图3是表示本发明的第1实施方式的烧结含油轴承的制造方法的工序图。
图4是示意性地表示在成型用模具内填充原料粉末的状态的纵剖面图。
图5是示意性地表示从图4所示的状态使成型用冲模板下降并使生坯从成型用芯棒脱模的状态的纵剖面图。
图6是示意性地表示从图5所示的状态使成型用冲模板上升并取出生坯的状态的纵剖面图。
图7是示意性地表示在矫正用模具中载置烧结体的状态的纵剖面图。
图8是示意性地表示从图7所示的状态使矫正用上冲头下降并将烧结体压入矫正用冲模板与矫正用芯棒之间的矫正用筒状空间且进行加压的状态的纵剖面图。
图9是表示本发明的第1实施方式的烧结含油轴承中的轴承孔的滑动面与供油面的连接部分的变形例的轴承孔的内周面附近的剖面示意图。
图10是本发明的第2实施方式的烧结含油轴承的示意图,(a)是立体图,(b)是沿(a)的a-a线观察到轴承孔的内周面的剖视图。
图11是本发明的第2实施方式的烧结含油轴承中的轴承孔的内周面附近的剖面示意图,(a)表示烧结工序后且矫正工序前的状态,(b)表示矫正工序后的状态。
图12是示意性地表示在成型用模具内填充原料粉末的状态的纵剖面图。
图13是示意性地表示从图12所示的状态使成型用冲模板下降并使生坯从成型用芯棒脱模的状态的纵剖面图。
图14是示意性地表示从图13所示的状态使成型用上冲头和成型用冲模板上升并取出生坯的状态的纵剖面图。
图15是示意性地表示在矫正用模具中载置烧结体的状态的纵剖面图。
图16是示意性地表示从图6所示的状态使矫正用上冲头下降并将烧结体压入矫正用冲模板与矫正用芯棒之间的成型用筒状空间且进行加压的状态的纵剖面图。
图17是表示本发明的第2实施方式的烧结含油轴承中的轴承孔的滑动面与供油面的连接部分的变形例的轴承孔的内周面附近的剖面示意图。
图18是对与第1实施方式有关的实验例1中进行试验的实施例的烧结含油轴承的结构进行说明的剖面示意图。
图19是对与第1实施方式有关的实验例1中进行试验的比较例的烧结含油轴承的结构进行说明的剖面示意图。
图20是对与第2实施方式有关的实验例2中进行试验的实施例的烧结含油轴承的结构进行说明的剖面示意图。
图21是对与第2实施方式有关的实验例2中进行试验的比较例的烧结含油轴承的结构进行说明的剖面示意图。
具体实施方式
以下,对本发明的烧结含油轴承及其制造方法的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
第1实施方式的烧结含油轴承1是由金属粉末的烧结体形成的筒状轴承,如图1及图2所示,在轴承孔2的内周面上,在轴承孔2的轴向上相邻形成有用于支撑轴11的外周面11a的滑动面3和直径比滑动面3的直径大且在与轴11的外周面11a之间形成间隙的供油面4。
轴承孔2将被插入的轴11支撑为旋转自如,滑动面3形成为其内径比轴11的外径稍微大。并且,滑动面3的内径di形成为1mm以上且30mm以下,在滑动面3与轴11之间形成有例如滑动面3的内径di的0.05%以上且0.6%以下的间隙。而且,在轴承孔2的内周面的至少一部分,由曲率半径比滑动面3的曲率半径大的凹面来形成有供油面4。在图1及图2所示的例子中,在烧结含油轴承1的长度b1方向(轴向)的中央部即轴承孔2的内周面的中央部形成有供油面4,与该供油面4的两端相邻地在轴承孔2的两端部上形成有滑动面3。而且,供油面4以恒定的宽度w1形成在滑动面3之间。并且,滑动面3与供油面4的阶梯差d1形成为滑动面3的内径di的0.01%以上且0.5%以下。
该烧结含油轴承1由金属粉末的烧结体形成,因此由内部形成有多个空穴的多孔质层6形成,在轴承孔2的内周面的供油面4的底面也开口有空穴,在供油面4的底面,空穴的表面开口率超过10%。相对于此,滑动面3由空穴被封孔处理的致密的层(致密层)7形成,在滑动面3的表面,空穴的表面开口率为10%以下,优选为5%以下,更优选为3%以下。这些空穴的表面开口率是空穴的开口部在每单位面积的轴承孔2的内周面中的面积比率。
并且,在滑动面3上开口的空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下,优选为5μm以上。在供油面4上空穴的开口部的平均当量圆直径优选为5μm以上且30μm以下。
并且,当将轴承孔2的内周面的整体面积设为1、且将滑动面3的面积比率设为a时,面积比率a设为0.4以上且0.98以下。该情况下,当将轴承孔2的长度设为b1(在本实施方式中,与烧结含油轴承1的长度b1相同)时,轴11插入轴承孔2中并接触到内周面时,在轴承孔2的长度b1的(a×100)%的范围内与滑动面3接触。
接着,对该烧结含油轴承1的制造方法进行说明。
如图3的流程图所示,该烧结含油轴承1的制造方法具有:生坯成型工序s1,将原料粉末填充到成型用模具中进行加压,成型筒状的生坯;烧结工序s2,烧结该生坯而形成烧结体;及矫正工序s3,对经烧结工序s2后的烧结体进行加压而矫正尺寸,由此形成轴承孔。
作为将成为烧结含油轴承1的材料的金属,并不受特别的限定,但原料粉末优选为铜类粉末或铁铜类粉末。
铜类粉末是主要成分由铜、铜-锡、铜-磷或铜-锌等铜合金构成的铜粉,含有熔点为烧结温度以下的低熔点金属粉(例如锡粉)0.1~5质量%,或者含有石墨等固体润滑剂0.5~5质量%。
铁铜类粉末设为所述铜粉为15~80质量%,剩余部分为铁粉,但含有低熔点金属粉0.1~5质量%及固体润滑剂0.5~5质量%。
并且,这些原料粉末中,作为铜粉的形状,使用扁平粉末和粒状粉末这两种即可。粒状粉末使用大致球状的电解铜粉或雾化铜粉。扁平粉末的纵横比(直径/厚度)为10以上,例如能够使用铜箔片。而且,铜粉中的扁平粉末的混合比率在铜类粉末的情况下优选为5质量%~30质量%,铁铜类粉末的情况下优选为10质量%~60质量%。关于铜类粉末的粒状粉末和扁平粉末,例如扁平粉末的最大直径为1μm以上且100μm以下,相对于此,粒状粉末形成为5μm以上且100μm以下的平均粒径。并且,在铁铜类粉末中,铁粉的平均粒径形成为与铜粉的平均粒径相等或大于该铜粉的平均粒径。
在生坯成型工序s1中,如图4~图6所示,使用具备成型用冲模板21、成型用芯棒22、成型用下冲头23及成型用上冲头24的成型用模具20。该成型用模具20中,在成型用冲模板21上形成有圆柱状贯通孔21a,插入到该贯通孔21a的中心的成型用芯棒22整体形成为圆柱状,在该成型用芯棒22的外周面22a的至少一部分上形成有比其他部分更向径向外侧凸出的扩径面22b。该外周面22a与扩径面22b的阶梯差d22设为外周面22a的外径do的0.1%以上且1.0%以下。并且,从下方插入到成型用冲模板21的贯通孔21a与成型用芯棒22的外周面22a之间的成型用下冲头23形成为圆筒状,通过这些成型用冲模板21、成型用芯棒22及成型用下冲头23而形成圆筒状成型用筒状空间25。
该第1实施方式的情况下,由成型用芯棒22构成本发明的成型用内模。
而且,如图4所示,将规定量的原料粉末从上方投入到该成型用筒状空间25,并从上方插入圆筒状成型用上冲头24以减小成型用下冲头23与成型用上冲头24的间隔,通过在150~400mpa下压缩原料粉末而形成生坯5a。此时,在生坯5a的内周面上,因成型用芯棒22的扩径面22b而在生坯5a的内周面的至少一部分上形成比其他部分更向径向外侧凸出的凹面51b,并且成型与该凹面51b相邻的凸面51a。即,在生坯5a的内周面上,与成型用芯棒22的外周面22a及扩径面22b的形状对应且具有阶梯差的凹面51b和凸面51a相邻形成,凹面51b形成为凸面51a的内径de的0.1%以上且1.0%以下。
如此,在成型用冲模板21与成型用芯棒22之间成型生坯5a之后,如图5所示,若使成型用冲模板21下降移动,解除由成型用冲模板21引起的束缚(解除压力),则在生坯5a上产生一些回弹,在成型用芯棒22与生坯5a之间产生间隙。然后,该状态下,如图6所示,使成型用冲模板21上升移动以返回原来的位置,由此能够从生坯5a的内部容易拔出(脱模)成型用芯棒22。在成型用芯棒22的外周面22a上形成有比其他部分更扩径的扩径面22b,但其突出量(阶梯差d22)小,因此通过由生坯5a进行回弹而在该生坯5a与成型用芯棒22之间产生的间隙,能够从成型用芯棒22容易拔出(脱模)生坯5a。另外,由于产生回弹,因此与由成型用冲模板21引起的束缚时相比,生坯5a的内周面的凸面51a与凹面51b的阶梯差d51稍微大,与由成型用冲模板21引起的束缚时相比,凸面51a的内径de也稍微大。
另外,在生坯成型工序s1中,若将原料粉末填充到成型用模具20的成型用筒状空间25内并赋予振动,则扁平粉末容易聚集在表层部。铜类粉末的情况下,成为在表层部致密地聚集扁平粉末和粒状粉末、且粒状粉末的比例朝向内部增加的状态,并成为扁平粉末聚集在成型用芯棒22的外周面22a及扩径面22b附近的状态。由此,铁铜类粉末的情况下成为表层部为富含铜、且铁的比例朝向内部增加的状态。
接着,在烧结工序s2中,将该生坯5a在800~950℃的温度下烧结,由此形成表面开口率超过10%的烧结体5b。此时,空穴的开口部的平均当量圆直径为5μm以上且30μm以下。该烧结工序s2中,在烧结体5b的内周面上,在生坯5a的凸面51a部分上形成凸面52a,在作为生坯5a的凹面51b部分的凹面上形成表面开口率超过10%的供油面4。然后,在生坯成型工序s1中,以该烧结体5b的凸面52a与供油面4的阶梯差d0成为凸面52a的内径df的0.1%以上且1.0%以下的方式设定尺寸,并且在烧结体5b的内周面上,以凸面52a的面积比率成为0.4以上且0.98以下的方式设定尺寸。
在烧结工序s2之后,在矫正工序s3中,用矫正用模具30来矫正烧结体5b。此时,通过压缩烧结体5b的内周面的凸面52a而形成滑动面3,制造具备供油面4和滑动面3的烧结含油轴承1。
如图7及图8所示,矫正用模具30对烧结体5b的外形进行尺寸矫正,与成型用模具20同样地,具备矫正用冲模板31、矫正用芯棒32、矫正用下冲头33及矫正用上冲头34。而且,由这些矫正用冲模板31的贯通孔31a的内周面和矫正用芯棒32的外周面32a形成矫正用筒状空间35。与烧结体5b接触的矫正用冲模板31的贯通孔31a的表面(内周面)或矫正用芯棒32的外周面32a、矫正用下冲头33及矫正用上冲头34的端面被精加工成平滑的表面。并且,矫正用芯棒32的外周面32a比烧结体5b的凸面52a大,而且以比凹面即供油面4小的外径dg形成。
而且,如图7所示,在该矫正用模具30的矫正用冲模板31上配置烧结体5b的状态下,使矫正用上冲头34下降移动,减小矫正用上冲头34与矫正用下冲头33的间隔,从而,在矫正用上冲头34与矫正用下冲头33之间在轴向上夹持烧结体5b之后,如图8所示,将烧结体5b压入矫正用冲模板31的贯通孔31a的内周面与矫正用芯棒32的外周面32a之间的矫正用筒状空间35进行加压,由此在矫正用冲模板31的贯通孔31a的内周面与矫正用芯棒32的外周面32a之间、以及在矫正用上冲头34与矫正用下冲头33之间,烧结体5b的外形在径向及轴向上被压缩和塑性流动,从而,其形状被精加工成产品尺寸。
此时,矫正用芯棒32的外周面32a的外径dg以比烧结体5b的凸面52a大且比凹面即供油面4小的外径形成,由此烧结体5b的内周面的供油面4不会被压缩,只有凸面52a向径向外侧被压缩和塑性流动。而且,在烧结体5b的凸面52a如此被压缩的同时,矫正用芯棒32的外周面32a和凸面52a进行滑动,由此,在该凸面52a的表面上开口的空穴被堵塞。因此在凸面52a的整个表面上形成空穴被堵塞状态的致密层7,由此形成表面开口率为10%以下的滑动面3,制造具备阶梯差d1形成为滑动面3的内径di的0.01%以上且0.5%以下的供油面4和滑动面3的烧结含油轴承1。并且,成型时经混合的固体润滑剂以面积比率计(每单位面积比率)在2.0%以上且20%以下的范围内存在。而且,由于空穴的一部分被堵塞,因此滑动面3中的空穴的开口部的平均当量圆直径成为20μm以下。在凸面52a的整个表面上形成滑动面3,因此滑动面3在轴承孔2的内周面中的面积比率a设定为0.4以上且0.98以下。另外,最后,润滑油浸渗于烧结含油轴承1。
如此制造出的烧结含油轴承1的内周面为轴承孔2,将所插入的轴11支撑为旋转自如。该情况下,在轴承孔2的内周面上形成有供油面4,除了该供油面4以外的表面为用于支撑轴11的滑动面3,在供油面4的底面与轴11的外周面之间形成供油面4与滑动面3的阶梯差d1的大小以上的间隙。而且,该滑动面3的空穴的表面开口率比致密层7小,如前所述,为10%以下,空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下,供油面4的表面开口率超过10%。
因此,若轴11进行旋转,则从表面开口率大的供油面4渗出油,并供给到轴11与滑动面3之间。并且,在滑动面3上表面开口率为10%以下且空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下而较小,因此油不会浸透到内部,而在滑动面3与轴11之间形成油膜并支撑轴11。该情况下,若滑动面3的表面开口率超过10%,或者空穴的开口部的平均当量圆直径超过20μm,则导致无法保持油而其流入到轴承内部,因此轴11与滑动面3之间的油膜变少,有可能产生粘砂。并且,若供油面4的表面开口率为10%以下,则难以从内部对滑动面3充分地供给油。若供油面4的表面开口率超过10%、且空穴的开口部的平均当量圆直径为5μm以上且30μm以下,则能够对滑动面3充分地供给油。
在本实施方式中,由于油充分地供给到滑动面3与轴11之间,因此通过该油膜能够减小摩擦阻力,并能够提高滑动特性。
另外,若滑动面3与供油面4的阶梯差d1小于滑动面3的内径di的0.01%,则对将成为滑动面3的凸面52a进行矫正时,供油面4也同时被封孔,有可能无法确保充分的供油。并且,若滑动面3与供油面4的阶梯差d1超过滑动面3的内径di的0.5%,则由于阶梯差d1大,因此难以在轴承孔2的长度方向的中央部形成供油面4。
并且,在烧结含油轴承1中,滑动面3和供油面4在轴承孔2的内周面中在轴向上相邻形成,滑动面3的面积比率a设为0.4以上0.98以下,因此即使轴11接触到轴承孔2的内周面的任何位置,在轴承孔2的长度b1的(a×100)%的范围内也与滑动面3接触,能够稳定地支撑轴11。而且,在烧结含油轴承1中,供油面4形成于滑动面3之间,即,在供油面4的两侧形成有滑动面3,因此能够将来自供油面4的油有效地供给到滑动面3,并能够减少向端面的流出。从而,该烧结含油轴承1通过这些协同作用而可靠地防止油耗尽,从而能够长期发挥良好的滑动特性。
另外,在第1实施方式的烧结含油轴承1中,如图2的(b)所示,将连接供油面4的底面和滑动面3之间的侧面形成为与供油面4的底面正交,但如图9所示的烧结含油轴承1b,也能够由逐渐缩径的锥面形成连接供油面4的底面与滑动面3之间的侧面。
并且,在本实施方式中,如图1所示,将滑动面3和供油面4形成为环状,但也可以形成为以轴承孔2的轴心为中心的螺旋状。
(第2实施方式)
第2实施方式的烧结含油轴承也是由金属粉末的烧结体形成的筒状轴承,如图10及图11所示,在轴承孔102的内周面上,在轴承孔2的轴向上相邻形成有用于支撑轴11的外周面11a的滑动面103和直径比滑动面103的直径大且在与轴11的外周面11a之间形成间隙的供油面104。
轴承孔102将被插入的轴11支撑为旋转自如,滑动面103形成为其内径比轴11的外径稍微大。并且,滑动面103的内径di形成为1mm以上且30mm以下,在滑动面103与轴11之间,形成有例如滑动面103的内径di的0.05%以上且0.6%以下的间隙。而且,由在轴承孔102的内周面的轴向的端部开口且曲率半径比滑动面103的曲率半径大的凹面来形成有供油面104a、104b。在图10及图11所示的例子中,在烧结含油轴承101的长度b1方向(轴向)的中央部即轴承孔102的内周面的中央部上形成有滑动面103,并且以与该滑动面103的两端相邻的方式形成有供油面104a、104b。并且,在图10及图11所示的例子中,在轴承孔102的两端部上形成的上侧供油面104a的宽度w1和下侧供油面104b的宽度w2以相同的大小形成,这些宽度w1、w2在圆周方向上以恒定的宽度形成。并且,滑动面103与上侧供油面104a的阶梯差d1、以及滑动面103与下侧供油面104b的阶梯差d2分别形成为滑动面103的内径di的0.5%以上且15%以下。
另外,供油面至少形成于轴承孔102的两端部中的一个端部(上侧或下侧)即可。并且,如本实施方式的烧结含油轴承1那样,在轴承孔102的两端部上形成供油面104a、104b的情况下,也能够以不同的大小形成上侧供油面104a的宽度w1和下侧供油面104b的宽度w2。
该烧结含油轴承1由金属粉末的烧结体形成,因此由内部形成有多个空穴的多孔质层6形成,在轴承孔102的内周面的供油面104a、104b的底面也开口有空穴,在供油面104a、104b的底面,空穴的表面开口率超过10%。相对于此,滑动面103由空穴经过封孔处理的致密的层(致密层)7形成,在滑动面103的表面,空穴的表面开口率为10%以下,优选为5%以下,更优选为3%以下。这些空穴的表面开口率是空穴的开口部在每单位面积的轴承孔102的内周面中的面积比率。
并且,在滑动面103上开口的空穴的平均开口直径以当量圆直径计为20μm以下,优选为5μm以上。在供油面104上,空穴的开口部的平均当量圆直径优选为5μm以上且30μm以下。
并且,在将轴承孔102的内周面的整体面积设为1时的滑动面103的面积比率设为a时,面积比率a设为0.4以上且0.98以下。该情况下,在将轴承孔102的长度设为b1(在本实施方式中,与烧结含油轴承1的长度b1相同)时,轴11插入轴承孔102而接触到内周面时,在轴承孔102的长度b1的(a×100)%的范围内与滑动面103。
关于该烧结含油轴承1的制造方法,如第1实施方式中已说明的图3的流程图所示,具有:生坯成型工序s1,将原料粉末填充到成型用模具中进行加压,成型筒状的生坯;烧结工序(s2),烧结该生坯而形成烧结体;及矫正工序s3,对经烧结工序s2后的烧结体进行加压而矫正尺寸,由此形成轴承孔。所使用的材料与第1实施方式的材料相同,因此省略说明。
在生坯成型工序s1中,如图12~图14所示,使用具备成型用冲模板121、成型用芯棒122、成型用下冲头123及成型用上冲头124的成型用模具120。该成型用模具120中,在成型用冲模板121上形成有圆柱状成型用贯通孔121a,插入到该成型用贯通孔121a的中心的成型用芯棒122整体形成为圆柱状。
而且,由这些成型用冲模板121的成型用贯通孔121a的内周面和成型用芯棒122的外周面122a形成成型用筒状空间125,从下方插入到该成型用筒状空间125的成型用下冲头123整体形成为圆筒状,其外周面123a设置成能够与成型用冲模板121的成型用贯通孔121a的内周面配合,并且其内周面23b设置成能够与成型用芯棒122的外周面122a配合。并且,在成型用下冲头23的外周面123a的上端部,形成有比其他部分更向径向内侧凹进的缩径面123c,该缩径面123c与内周面123b的半径差d23设为内周面123b的内径(成型用芯棒122的外周面122a的外径do)的1%以上且15.5%以下。
并且,从上方插入到成型用筒状空间125的成型用上冲头124也整体形成为圆筒状,其外周面124a设置成能够与成型用冲模板121的成型用贯通孔121a的内周面配合,并且其内周面124b形成为能够与成型用芯棒122的外周面122a配合。并且,在成型用上冲头124的外周面124a的下端部形成有比其他部分更向径向内侧凹进的缩径面124c,该缩径面124c与内周面124b的半径差d24设为内周面124b的内径(成型用芯棒122的外周面122a的外径do)的1%以上且15.5%以下。在本实施方式中,成型用下冲头123的半径差d23和成型用上冲头124的半径差d24形成为大致相同的大小。
该第2实施方式的情况下,由成型用下冲头123的具有缩径面124c的上端部、成型用上冲头124的具有缩径面124c的下端部及成型用芯棒122构成本发明的成型用内模。
而且,如图12所示,在使成型用上冲头124上升的状态下,从上方将规定量的原料粉末投入到成型用筒状空间125之后,从成型用筒状空间125的上方插入成型用上冲头124以减小成型用下冲头123与成型用上冲头124的间隔,并在150mpa~400mpa下压缩原料粉末,由此形成生坯105a。此时,在生坯105a的内周面的两端,因成型用下冲头23的缩径面123c和成型用上冲头124的缩径面124c而在生坯105a的内周面的轴向的两端形成曲率半径比其他部分的曲率半径大的凹面151b、151c,并且因成型用芯棒122的外周面122a而形成与凹面151b和凹面151c相邻的凸面151a。即,在生坯105a的内周面上,与成型用芯棒122的外周面122a、成型用下冲头的缩径面123c及成型用上冲头124的缩径面124c的形状对应且具有阶梯差的凹面151b、凸面151a及凹面151c相邻形成,凸面151a与凹面151b的阶梯差d51及凸面151a与凹面151c的阶梯差d52分别形成为凸面151a的内径de的1%以上且15.5%以下。
在成型用冲模板121、成型用芯棒122、成型用下冲头123及成型用上冲头124之间成型生坯105a之后,如图13所示,若使成型用冲模板121下降移动,解除由成型用冲模板121引起的束缚(解除压力),则在生坯105a上产生一些回弹,在生坯105a的内周面与成型用芯棒122的外周面122a、成型用下冲头123的缩径面123c及成型用上冲头124的缩径面124c之间产生间隙。然后,在该状态下,如图14所示,使成型用上冲头124上升移动并从生坯105a的内部拔出,并且使成型用冲模板121上升移动以返回到原来的位置,由此从生坯105a的内部容易拔出成型用芯棒122,从而能够使生坯105a从成型用模具120脱模。
如此,在成型用模具120中,在成型用下冲头123的上端部形成被缩径的缩径面123c,并且在成型用上冲头124的下端部形成被缩径的缩径面124c,由此在生坯105a的轴向的端部形成有开口的凹面151b、151c,因此即使形成与凸面151a的阶梯差d51、d52设为凸面151a的内径de的1.5%以上的具有大的阶梯差的凹面151b、151c,也能够容易使生坯105a从成型用模具120脱模。另外,由于产生回弹,因此与由成型用冲模板121引起的束缚时相比,生坯105a的内周面的凸面151a与凹面151b及凹面151c的阶梯差d51、d52稍微大。
另外,在生坯成型工序s1中,若将原料粉末填充到成型用模具120的成型用筒状空间125内并赋予振动,则扁平粉末容易聚集在表层部。在铜类粉末的情况下,成为在表层部致密地聚集扁平粉末和粒状粉末、且粒状粉末的比例朝向内部增加的状态,并成为在成型用芯棒122的外周面122a、成型用下冲头123的缩径面123c及成型用上冲头124的缩径面124c附近聚集了扁平粉末的状态。由此,在铁铜类粉末的情况下,成为表层部为富含铜、且铁的比例朝向内部增加的状态。
接着,在烧结工序s2中,将该生坯105a在800~950℃的温度下进行烧结,由此形成表面开口率超过10%的烧结体5b。此时,空穴的开口部的平均当量圆直径为5μm以上且30μm以下。在该烧结工序s2中,在烧结体105b的内周面上,在生坯105a的凸面151a部分上形成凸面152a,并且在生坯105a的凹面151b部分的凹面和凹面151c部分的凹面,形成表面开口率超过10%的供油面104a、104b。而且,在生坯成型工序s1中,以该烧结体105b的凸面152a与上侧供油面104a的阶梯差d11、以及凸面152a与下侧供油面104b的阶梯差d12成为凸面152a的内径df的1%以上且15.5%以下的方式设定尺寸,并且在烧结体105b的内周面上,以凸面152a的面积比率成为0.4以上且0.98以下的方式设定尺寸。
烧结工序s2之后,在矫正工序s3中,用矫正用模具130来矫正烧结体105b。此时,通过压缩烧结体105b的内周面的凸面152a而形成滑动面103,制造具备供油面104a、104b和滑动面103的烧结含油轴承101。
如图15及图16所示,矫正用模具130对烧结体105b的外形进行尺寸矫正,具备:矫正用冲模板131,具有矫正用贯通孔131a;矫正用芯棒132,插入到矫正用贯通孔131a的中心;矫正用下冲头133,从下方插入到由矫正用冲模板131和矫正用芯棒132形成的矫正用筒状空间135;及矫正用上冲头134,从上方插入到所述矫正用筒状空间135。而且,与烧结体105b接触的矫正用冲模板131的矫正用贯通孔131a的表面(内周面)或矫正用芯棒132的外周面132a、矫正用下冲头133及矫正用上冲头134的端面被精加工成平滑的表面。并且,矫正用芯棒132的外周面132a以比烧结体105b的凸面152a大且比凹面即供油面104a、104b小的外径dg形成。
而且,如图15所示,在该矫正用模具130的矫正用冲模板131上配置烧结体105b的状态下,使矫正用上冲头134下降移动,减小矫正用上冲头134与矫正用下冲头133的间隔,在矫正用上冲头134与矫正用下冲头133之间在轴向上夹持烧结体105b之后,如图16所示,将烧结体105b压入矫正用冲模板131的矫正用贯通孔131a的内周面与矫正用芯棒132的外周面132a之间的矫正用筒状空间135并进行加压,由此在矫正用冲模板131的矫正用贯通孔131a的内周面与矫正用芯棒132的外周面132a之间、以及在矫正用上冲头134与矫正用下冲头133之间,烧结体105b的外形在径向及轴向上被压缩,从而该形状被精加工成产品尺寸。
此时,矫正用芯棒132的外周面132a的外径dg以比烧结体105b的凸面152a大且比凹面即供油面104a、104b小的外径形成,因此烧结体105b的内周面的供油面104a、104b不会被压缩,只有凸面152a向径向外侧被压缩和塑性流动。而且,如此烧结体105b的凸面152a被压缩,并且矫正用芯棒132的外周面132a和凸面152a进行滑动,由此在表面上开口的空穴被堵塞。由此,在凸面152a的整个表面形成空穴被堵塞状态的致密层7,因此形成表面开口率为10%以下的滑动面103,制造具备阶梯差d1、d2形成为滑动面103的内径di的0.5%以上且15%以下的供油面104a、104b和滑动面103的烧结含油轴承1。并且,成型时经混合的固体润滑剂以面积比率(每单位面积比率)计以2.0%以上且20%存在。而且,空穴的一部分被堵塞,因此滑动面3中的空穴的开口部的平均当量圆直径成为20μm以下。并且,在凸面152a的整个表面形成滑动面103,因此在将轴承孔102的内周面整体面积设为1时的滑动面103的面积比率a设为0.4以上且0.98以下。另外,最后,润滑油浸渗于烧结含油轴承101。
并且,在该烧结含油轴承101中,滑动面103与各供油面104a、104b的阶梯差d1、d2设为滑动面103的内径di的0.5%以上且15%以下而较大,因此若将轴11插入到轴承孔102的内部、且轴11接触到滑动面103,则在轴11与供油面104a、104b之间至少形成滑动面103的内径di的0.5%以上的空间部112a、112b。而且,能够使该空间部112a、112b作为储油器发挥功能,因此导入到轴11与滑动面103之间的油在使用时从这些轴11与滑动面103之间流出时,能够将油回收到空间部112a、112b。并且,由于能够将油储存在该空间部112a、112b内,因此能够防止油向外部流出。而且,从该空间部112a、112b向滑动面103能够快速供给油。因此即使长时间使用时,也能够在轴11与滑动面103之间充分地确保油,能够维持滑动面103的润滑性(轴承特性)。
该情况下,为了确保用于回收油的空间部112a、112b的大小,如第1实施方式,滑动面103与供油面104a、104b的阶梯差d1、d2为滑动面103的内径di的0.01%以上即可,但通过将该阶梯差d1、d2形成为0.5%以上而较大,能够更容易地成型供油面104a、104b。也可以将该阶梯差d2设为滑动面103的内径di的1%以上。该情况下,在生坯成型工序s1中,烧结体105b的凸面152a与上侧供油面104a的阶梯差d11、以及凸面152a与下侧供油面104b的阶梯差d12设定为凸面152a的内径df的1.5%以上即可。
另一方面,若滑动面103与供油面104a、104b的阶梯差d1、d2超过滑动面103的内径di的15%,则由于滑动面103与供油面104a、104b的阶梯差大,因此无法从供油面104a、104b对滑动面103进行顺利的供油,难以供给用于维持高负载下的轴承特性的足够的油。
并且,在烧结含油轴承101中,滑动面103的面积比率a设为0.4以上且0.98以下,因此即使轴11接触到轴承孔102的内周面的任何位置,也在轴承孔102的长度b1的(a×100)%的范围内接触到滑动面103,由此能够稳定地支撑轴11。从而,该烧结含油轴承101可靠地防止油耗尽,从而能够长期发挥良好的滑动特性。
另外,在该第2实施方式的烧结含油轴承1中,也如图11的(b)所示,将连接供油面104a、104b的底面和滑动面103之间的侧面形成为与供油面104a、104b的底面正交,但如图17所示的烧结含油轴承101b那样,也能够由逐渐缩径的锥面来形成连接供油面104a、104b的底面与滑动面103之间的侧面。
并且,在第1实施方式中,将供油面形成于轴承孔的长度方向的中央部,在第2实施方式中,将供油面形成于轴承孔的两端部,但也可以组合这些而在轴承孔的长度方向的中央部和两端部分别形成供油面。该情况下,将在轴承孔的长度方向的中央部形成的供油面与滑动面的阶梯差设为滑动面的内径di的0.01%以上且0.5%以下,将在轴承孔的两端部形成的供油面与滑动面的阶梯差设定为滑动面的内径的di的0.5%以上且15%以下即可。
实施例
对为了验证本发明的效果而进行的试验结果进行说明。
在试验中,作为原料粉末而使用了将铁、铜、锡及石墨等混合而成的铁铜类粉末。作为由铁铜类粉末构成的原料粉末,以将铜粉设为50质量%、锡粉设为2质量%、铜-磷粉设为5质量%、铜-锌粉设为10质量%、石墨等固体润滑剂设为0.5质量%、且将剩余部分设为铁粉的方式进行调整。并且,关于其中的铜粉,使用将纵横比为10以上且最大直径为1μm以上且100μm以下的扁平粉末和平均粒径为5μm以上且100μm以下的粒状粉末混合而成的铜粉,将铜粉中的扁平粉末的混合比率设为25质量%。并且,铁粉的平均粒径与铜粉中的粒状粉末的平均粒径相同或大于该铜粉中的粒状粉末的平均粒径。
(实验例1)
而且,在生坯成型工序中,将原料粉末在150~400mpa下进行压缩成型以成型生坯,在烧成工序中,在800~950℃的温度下进行烧结而形成在内周面上具有阶梯差为d0的凸面和供油面的烧结体之后进行矫正工序,形成了在轴承孔的内周面上具有阶梯差为d1的滑动面和供油面的图18或图19所示的烧结含油轴承(以下,略称为轴承)。供油面以表1所示的宽度w1、阶梯差(深度)d1、个数及间距(间隔)p形成,在轴承孔的内周面的除了供油面以外的部分上形成了滑动面。各轴承的长度b1均设为8mm。并且,滑动面的内径di也均设为8mm。
并且,表1及图18或图19中所示的各尺寸或符号对应于图1及图2所示的轴承1的尺寸及符号。另外,距离l1表示从轴承端面至第一个供油面之间的距离,第二个以后的供油面分别隔开间距p的间隔而形成。
图18的(a)是与表1的no.1~3的轴承对应的图,no.1~3的轴承无需设置多个供油面,而由一个供油面来形成,因此间距p一栏用“-”来表示。并且,图18的(b)是与no.4~12及no.15~17的轴承对应的图,这些no.4~12及no.15~17的轴承形成有两个以上的供油面。其中,no.4~8及no.11、12、no.15~18的轴承隔开距离l1的间隔而形成第一个供油面,并且最后的供油面也从轴承的相反侧端面隔开距离l2的间隔而形成。另一方面,no.9的轴承将第一个供油面形成为与轴承端面相接,因此将距离l1设为“0”。并且,no.10的轴承将最后的供油面形成为与轴承的相反侧端面相接,因此将距离l2设为“0”。
图19的(a)是与no.13的轴承对应的图,no.13的轴承无需设置供油面,而由滑动面形成了轴承孔的内周面的整面。因此将供油面的尺寸(距离l1、宽度w1等)一栏用“-”来表示。并且,图19的(b)是与no.14的轴承对应的图,no.14的轴承无需设置滑动面,而由供油面形成了轴承孔的内周面的整面。因此将滑动面的表面开口率一栏用“-”来表示。并且,关于no.14的轴承,将供油面的内径设为与具有其他滑动面的轴承的滑动面的内径di相同的8mm。
另外,关于表1的滑动面相对于轴承孔的内周面整体的面积比率a、滑动面与供油面的阶梯差d1,由轮廓测量仪测定出轴承孔的内周面。并且,关于滑动面及供油面各自的表面开口率,对轴承的滑动面和供油面分别拍摄倍率500倍的sem图像(sei),并通过图像分析软件将该照片进行二值化并抽取开口部之后,测量出开口部的面积率。关于开口部的面积率的测量,对每一个条件不同的轴承准备五个试样(轴承),开口部的面积率的拍摄部位则对于各轴承的滑动面和供油面分别设为五个视场。然后,将各自的25处的拍摄部位的测量结果的平均值设为表面开口率。关于空穴的开口部的平均当量圆直径(表中记为空穴开口直径),也同样地由滑动面的25处的sem图像测量当量圆直径而求出平均值。
并且,在使润滑油浸渗于所得到的轴承之后,将轴插入到轴承孔中,在与轴心正交的垂直方向上赋予表2所示负载表面压力的状态下使轴旋转,并评价了轴承的耐久性能。耐久性能的评价为如下:关于各轴承,在使轴以转速12500(rpm)旋转了30分钟的情况下,将产生了轴与轴承的粘砂的情况设为不合格,将未产生粘砂的情况设为合格。
[表2]
由表1及表2的结果可知,关于滑动面与供油面的阶梯差d1设为滑动面的内径di的0.01%以上且0.5%以下、滑动面的表面开口率为10%以下且空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下、供油面的表面开口率超过10%的轴承(no.1~12、17、18),在负载表面压力2.5mpa下不会产生轴承与轴的粘砂,轴承特性优异。而且,关于滑动面的面积比率a设为0.4以上且0.98以下的轴承(no.1~12),即使在负载表面压力5.0mpa下,也不会产生轴承与轴的粘砂,而能够发挥良好的滑动特性。
(实验例2)
并且,在生坯成型工序中,将原料粉末在150~400mpa下进行压缩成型而成型生坯,在烧成工序中,在800~950℃的温度下进行烧结而形成在内周面上具有阶梯差为d51、d52的凸面和供油面的烧结体之后进行矫正工序,如图20或图21所示,形成了在轴承孔102的内周面上具有阶梯差为d1、d2的滑动面103和供油面104a、104b的烧结含油轴承(以下,略称为轴承)。供油面104a、104b以表3所示的宽度w1、w2、阶梯差(深度)d1、d2形成,在轴承孔102的内周面的除了供油面104a、104b以外的部分上形成了滑动面103。各轴承的长度b1也均设为8mm。并且,滑动面103的内径di也均设为8mm。并且,表3及图20或图21所示的各尺寸或符号对应于图10及图11所示的轴承101的尺寸及符号。
图20的(a)是与表3的no.21、24~26、29~31的轴承对应的图,no.21、24~26、2~31的轴承将供油面形成于轴承孔的两端。并且,图20的(b)是与no.22的轴承对应的图,no.22的轴承将供油面仅形成于轴承孔的上侧。而且,图20的(c)是与no.23的轴承对应的图,no.23的轴承将供油面仅形成于轴承孔的下侧。
图21的(a)是与no.27的轴承对应的图,no.27的轴承未设置供油面,而以滑动面形成了轴承孔的内周面的整面。因此将供油面的尺寸(宽度w1等)一栏用“-”来表示。并且,图21的(b)是与no.28的轴承对应的图,no.28的轴承未设置滑动面,而以供油面形成了轴承孔的内周面的整面。因此将滑动面的表面开口率一栏用“-”来表示。并且,关于no.28的轴承,将供油面的内径设为与具有其他滑动面的轴承的滑动面的内径di相同的8mm。
另外,关于将表3的轴承孔的内周面整体面积设为1时的滑动面的面积比率a、滑动面与供油面的阶梯差d1、d2,由轮廓测量仪测定出轴承孔的内周面。并且,关于滑动面及供油面各自的表面开口率,对轴承的滑动面和供油面分别拍摄倍率500倍的sem图像(sei),并通过图像分析软件将该照片进行二值化并抽取开口部之后,测量出开口部的面积率。关于开口部的面积率的测量,对每一个条件不同的轴承准备五个试样(轴承),开口部的面积率的拍摄部位则对于各轴承的滑动面和供油面分别设为五个视场。然后,将各自的25处的拍摄部位的测量结果的平均值设为表面开口率。关于空穴的开口部的平均当量圆直径(表中记为空穴开口直径),也同样地由滑动面的25处的sem图像测量当量圆直径而求出平均值。
并且,在使润滑油浸渗于所得到的轴承之后,将轴插入到轴承孔中,在与轴心正交的垂直方向上赋予了表4所示的负载表面压力的状态下使轴旋转,并评价了轴承的耐久性能。耐久性能的评价为如下:关于各轴承,在使轴以转速12500(rpm)旋转30分钟的情况下,将产生了轴与轴承的粘砂的情况设为不合格,将未产生粘砂的情况设为合格。
[表3]
[表4]
由表3及表4的结果可知,关于滑动面与供油面的阶梯差d1、d2设为滑动面的内径的0.5%以上且15%以下、滑动面的表面开口率为10%以下且空穴的开口部的平均当量圆直径为20μm以下、供油面的表面开口率超过10%的轴承(no.21~27、32),在负载表面压力2.5mpa下不产生轴承与轴的粘砂,轴承特性优异。而且,关于滑动面的面积比率a设为0.4以上且0.98以下的轴承(no.21~27),即使在负载表面压力5.0mpa下,也不会产生轴承与轴的粘砂,能够发挥良好的滑动特性。
产业上的可利用性
该烧结含油轴承能够广泛地作为车载用马达的轴承等的轴承而利用。
符号说明
1、1b、101、101b烧结含油轴承
2、102轴承孔
3、103滑动面
4、104a、104b供油面
5a、105a生坯
5b、105b烧结体
6、106多孔质层
7、107致密层
11轴
12a、12b、112a、112b空间部
20、120成型用模具
21、121成型用冲模板
21a、121a成型用贯通孔
22、122成型用芯棒
22b、122b扩径面
23、123成型用下冲头
23c、123c缩径面
24、124成型用上冲头
24c、124c缩径面
25、125成型用筒状空间
30、130矫正用模具
31、131矫正用冲模板
31a、131a矫正用贯通孔
32、132矫正用芯棒
33、133矫正用下冲头
34、134矫正用上冲头
35、135矫正用筒状空间