(57)【要約】【課題】焼結含油軸受の摺動開始時、特に低温環境下での摺動開始時における摺動特性を改善することにより、異音の発生防止と摺動摩耗の抑制とを図る。【解決手段】焼結含油軸受の内部には、多数の気孔３が単独もしくは複数の気孔３同士がつながった状態で存在する。これら多数の気孔３には潤滑油が含浸されると共に、これら気孔３の表面には含浸すべき潤滑油に対して撥油性を示す被膜（撥油性被膜）５が形成されている。この撥油性被膜５は、軸受中心部の気孔３の表面だけでなく、軸受面上に開孔する気孔３の表面にも形成されていると共に、軸を実質的に摺動支持する軸受面からは撥油性被膜５が取り除かれており、ＦｅおよびＣｕを主成分とする焼結体の外表面が軸受面を構成している。【選択図】図２
2008240910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末を圧粉成形し、焼結して得られるもので、その内部に多数の気孔を有すると共に相手部材を支持するための軸受面を有し、かつ前記内部気孔に潤滑油を含浸させてなる焼結含油軸受において、
前記内部気孔を構成する表面に、前記潤滑油に対して撥油性を示す撥油性被膜が形成されていることを特徴とする焼結含油軸受。
【請求項２】
前記軸受面が前記原料粉末の焼結体で形成されている請求項１記載の焼結含油軸受。
【請求項３】
前記原料粉末が、ＦｅもしくはＦｅ系合金粉末と、ＣｕもしくはＣｕ系合金粉末の一方又は双方を主成分として含む請求項１記載の焼結含油軸受。
【請求項４】
前記撥油性被膜がフッ素系材料で形成されている請求項１記載の焼結含油軸受。
【請求項５】
前記潤滑油がＰＡＯ系あるいはエステル系潤滑油である請求項１記載の焼結含油軸受。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の焼結含油軸受を備えたモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結含油軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結含油軸受は、支持すべき軸との相対回転に伴い、内部に含浸した潤滑油の滲み出しにより軸との摺動部に油膜を形成し、この油膜によって軸を支持するものである。この種の軸受は、非常に安価で製作可能であり、またボールベアリング等に比べて使用時の静粛性に優れていることから、例えば自動車用の電装モータなど、多数個を必要とし、人の操作快適性に影響を及ぼす駆動機構等に好適に用いられている。
【０００３】
ところで、上述の用途で焼結含油軸受を使用する場合、使用時の異音発生、特に低温環境時の異音（鳴き音とも呼ばれる）発生が問題となる。焼結含油軸受は、上述の如く内部に含浸した潤滑油の滲み出しにより軸との摺動部に油膜を形成し、かかる油膜で軸を支持するものであるが、低温時には潤滑油と焼結金属との線膨張係数の違いから潤滑油が軸受内部に引き込まれ易く、油膜の形成が不十分となるためである。
【０００４】
かかる問題を解決するための手段として、例えば特開２００３−１２０６７４号公報（特許文献１）には、Ｃｕ合金相の中にＦｅ粒子が分散した複合組織をなし、かつＦｅ相内およびＣｕ合金相内に気孔を設けた組織図形とすることで、有効多孔率を２０〜３０％と高めに設定しつつも、通気度を６〜５０×１０-11ｃｍ2に抑え、摺動による油の過剰な滲み出しを抑制した焼結含油軸受が提案されている。
【０００５】
また、特開２００４−１３８２１５号公報（特許文献２）には、焼結含油軸受の気孔の形態が鳴き音の発生と密接な関係を有するとの知見に基づき、軸受内周面の画像を画像解析装置によって解析して得られる気孔の円相当直径として、軸受内径と支持すべきシャフトとの間の直径クリアランスの４倍以下である気孔の合計面積が、画像面積の７％以下になっていることを特徴とする焼結含油軸受が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１２０６７４号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の焼結含油軸受では、なじみ性向上のために摺動面に露出するＣｕ合金の割合を高めており、軸と軸受の摺動接触を前提としている。また、できる限り多くの潤滑油を保持しつつも軸受の通気度を低く抑えることを狙って、摺動面での開孔形態を調整しているが、かかる構成のみで十分な潤滑油膜の形成が図られるとは言い難い。これは、特許文献２にて指摘されているように、低温使用時、軸受摺動面に少量の潤滑油が存在することで急激な摩擦係数の低下を招き、却って異音発生の温床となる恐れがあるためである。
【０００７】
特許文献２に記載の焼結含油軸受は、この点を改良したものであり、軸受とシャフトとの隙間になるべく潤滑油を残さないよう、摺動面上に開孔する気孔のサイズおよびその割合を規定している。しかしながら、鳴き音の発生を避けるために摺動面の潤滑油を少なくしているため、低温時には軸と軸受が無潤滑に近い状態で摺動することになる。これでは、摺動摩耗が避けられず、繰り返し使用されることで、軸受性能の低下、ひいては軸受寿命の低下を引き起こすおそれがある。
【０００８】
以上の事情に鑑み、本発明では、焼結含油軸受の摺動開始時、特に低温環境下での摺動開始時における摺動特性を改善することにより、異音の発生防止と摺動摩耗の抑制とを図ることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、原料粉末を圧粉成形し、焼結して得られるもので、その内部に多数の気孔を有すると共に相手部材を支持するための軸受面を有し、かつ内部気孔に潤滑油を含浸させてなる焼結含油軸受において、内部気孔を構成する表面に、潤滑油に対して撥油性を示す撥油性被膜が形成されていることを特徴とする焼結含油軸受を提供する。
【００１０】
このように、本発明は、潤滑油の保持部となる内部気孔の表面改質を行うことで、潤滑油の内部への引き込み作用を抑制したことを技術的な特徴とするものであり、詳細には以下に述べる本発明者の知見に基づき得られたものである。
【００１１】
すなわち、焼結含油軸受本体がその内部に有する多数の気孔には、大小様々のものが存在しかつこれら気孔が複雑につながり合っている。そのため、かかる気孔中を潤滑油が流れるには、気孔表面に対する濡れ性が良好であることが必要となる。本発明者は、この潤滑油保持構造の特殊性に着目し、潤滑油を保持すべき内部気孔の表面性状を、使用する潤滑油に対して撥油性を示すように改質することで、潤滑油の気孔表面に対する濡れ性を意図的に低下させ、気孔表面を伝って生じる潤滑油の流動を抑制することとした。
【００１２】
具体的には、焼結含油軸受本体の内部気孔の表面に、潤滑油に対して撥油性を示す撥油性被膜を形成することで、かかる気孔に含浸された潤滑油が気孔表面に対して弾かれるので、比較的小径の気孔を介した潤滑油の内部気孔間の移動が抑制される。そのため、例えば温度低下に伴い潤滑油が中心に向けて収縮しようとする場合、撥油作用を付与した細孔部により潤滑油の収縮が阻害され、潤滑油が軸受深部（中心部）にまで引き込まれるのを防ぐことができる。これにより、軸受面上に相当量の潤滑油を残すことができ、あるいは軸受面上に潤滑油がない場合でも軸受面直下の表層部にある潤滑油が早期に滲み出し、油膜の形成を図ることができる。従って、低温時であっても、摺動開始時における油膜形成が可能となり、異音の発生を防止し、かつ摩耗を抑えることができる。
【００１３】
また、この場合、軸受面は原料粉末の焼結体で形成されていることが好ましい。上述の通り、撥油性被膜は潤滑油に対して撥油性を示すので、軸受面に撥油性被膜が形成されると、潤滑油膜の形成が阻害されるおそれがあるからである。従い、内部気孔表面には撥油性被膜を形成しつつも、軸受面には撥油性被膜を形成せずにしておくのが好ましい。
【００１４】
このように、軸受面が撥油性被膜で覆われることなく、焼結体で構成されることを考慮した場合、焼結体を構成する原料粉末には、ＦｅもしくはＦｅ系合金粉末と、ＣｕもしくはＣｕ系合金の一方又は双方を主成分として含むものが好ましい。軸受面を構成する焼結体の外表面に耐摩耗性に優れたＦｅもしくはＦｅ系合金、あるいは摺動時のなじみ性に優れたＣｕもしくはＣｕ系合金成分が露出していることで、良好な油膜形成を図ると共に、固体摺動潤滑を確保することができる。特に成形性や焼結性と併せて考慮するのであれば、比較的Ｃｕ粉末もしくはＣｕ系合金粉末の配合割合を多め、例えば４５ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下に設定するのがよい。
【００１５】
含浸すべき潤滑油としては、低温環境下における潤滑特性や流動性等の観点から、ＰＡＯ系潤滑油、あるいはエステル系潤滑油などが好適に使用可能である。また、この場合、これらＰＡＯ系潤滑油やエステル系潤滑油に対して撥油性を有するフッ素系材料で撥油性被膜が形成されていることが好ましい。また、フッ素系材料で形成される撥油性被膜であれば、撥油性と共に高い摺動特性を有するので、仮に軸受面の全面あるいは一部が撥油性被膜で覆われていた場合であっても摺動性の低下を考慮することなく使用することができる。
【００１６】
上記構成の撥油性被膜を備えた焼結含油軸受は、例えばこの焼結含油軸受を組み込んでなり、低温環境下での使用が想定される自動車用の電装モータ、あるいはこれ以外の用途にかかるモータとして好適に提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上より、本発明によれば、焼結含油軸受の摺動開始時、特に低温環境下での摺動開始時における摺動特性を改善することにより、異音の発生防止と摺動摩耗の抑制とを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受１の断面図を示している。同図における焼結含油軸受１は円筒状をなし、焼結金属で形成されている。また、焼結含油軸受１はその内部に多数の気孔３を有し、これら多数の気孔３に潤滑油を含浸した構成をなす。焼結含油軸受１の内周には、支持すべき軸２（同図中１点鎖線）の外周面と摺動する軸受面４が設けられる。軸受面４には多数の気孔３が開孔しており（図３にて後述する表面開孔６）、軸２の相対回転に伴い、軸２の外周面と対向する軸受面４の表面開孔６を介して軸受内部の気孔３に保持されている潤滑油が滲み出すようになっている。
【００２０】
図２は、図１における領域Ａ、すなわち焼結含油軸受１の中心部の拡大断面図である。同図に示すように、焼結含油軸受１の内部には、多数の気孔３が単独もしくは複数つながった状態で存在する。これら多数の気孔３を構成する表面（内表面）には、焼結含油軸受１に含浸される潤滑油に対して撥油性を示す被膜（撥油性被膜）５が形成される。
【００２１】
この撥油性被膜５は、軸受中心部の気孔３の表面だけでなく、例えば図３に示すように、軸受面４上に開孔する気孔３（表面開孔６）の表面にも形成されている。この実施形態では、軸２を実質的に摺動支持する軸受面４からは撥油性被膜５が取り除かれており、例えばＦｅおよびＣｕを主成分とする焼結体の外表面が露出した構成となっている。
【００２２】
上記構成の焼結含油軸受１は、例えば原料粉末を圧粉成形する工程（ａ）、圧粉成形体を焼結する工程（ｂ）、焼結体にサイジングを施す工程（ｃ）、焼結体の内部気孔表面に撥油性被膜を形成する工程（ｄ）、および潤滑油を含浸する工程（ｅ）とを経て製造される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００２３】
（ａ）圧粉成形工程
まず、原料となる金属粉末を成形金型内部に充填し、これを圧縮成形することで完成品に近い形状の圧粉成形体を得る。原料粉末には、例えばＦｅ粉末と、Ｃｕ粉末とを同程度配合したものが用いられるが、何れか一方の金属粉末のみを原料粉末として用いることもできる。もちろん、ＦｅやＣｕ以外の金属粉末（Ｆｅ系合金粉末やＣｕ系合金粉末を含む）を原料に用いることもでき、これら複数種の金属粉末を混合したものを原料として用いることもできる。また、主成分となる金属粉末間のバインダとしての作用を期待して、Ｓｎ粉末などの低融点金属を添加したり、成形時もしくは使用時の摺動性改善を図る目的で黒鉛やＭｏＳ2、ＭｎＳ、ステアリン酸亜鉛等の粉末状固体潤滑剤を添加することも可能である。
【００２４】
（ｂ）焼結工程
上記工程（ａ）で得られた圧粉成形体を、主成分となる金属粉末の焼結温度まで加熱することで焼結し、焼結体を得る。なお、使用する金属粉末の種類によっては、焼結による浸炭作用を避けるため、かかる焼結作業を非浸炭雰囲気下で行うことも可能である。
【００２５】
（ｃ）サイジング工程
上記工程（ｂ）で得られた焼結体に対し、適当な金型を用いて圧迫力を付与することで、焼結体を所定形状に整形すると共に、その寸法を所定範囲内に仕上げる。
【００２６】
（ｄ）撥油性被膜形成工程
上記（ａ）〜（ｃ）の工程を経て、完成品の形状（図１に示す形状）に仕上がった焼結体に対して撥油性被膜を形成する。具体的には、減圧環境下において、使用する潤滑油に対して撥油性を示す材料を混合した溶剤中に焼結体を一定時間浸漬させる。その後、当該溶剤を除去することで、多数の気孔３のうち、表面開孔６と連続する気孔３を構成する表面に撥油性材料からなる撥油性被膜５が形成される（図２を参照）。撥油性を示す材料としては、潤滑油の種類にもよるが、例えばＰＴＦＥなどフッ素系の材料が好適に用いられる。
【００２７】
また、上述のように、焼結体を撥油剤溶液中に浸漬させて撥油性被膜５を形成する場合、軸受内部の気孔３表面だけでなく、軸受面４や、軸受面４上の表面開孔６を含む焼結体の全ての外表面に撥油性被膜５が形成される。このうち、軸受面４上に形成された撥油性被膜５は、例えば後述する潤滑油含浸工程（ｅ）を経て図１に示す製品が完成した後、適当なななじみ運転等を行うことで、剥離除去することが可能である。あるいは、サイジング工程（ｃ）を工程（ｄ）の後に行うことで、サイジングピンの圧迫力あるいは回転力により軸受面４上の撥油性被膜を剥離除去することも可能である。
【００２８】
（ｅ）潤滑油含浸工程
上記工程（ｄ）で得られた焼結体の内部に潤滑油を含浸する。具体的には、工程（ｄ）と同様、減圧環境下において、当該焼結体を潤滑油で満たした潤滑油浴中に一定時間浸漬させることで、軸受内部の気孔３に潤滑油を含浸させる。使用する潤滑油としては、特に低温時における潤滑特性や粘性抵抗に優れたＰＡＯ系潤滑油やエステル系潤滑油が使用可能である。また、この際、潤滑油の気孔３への含浸を確実かつ短時間で行うため、潤滑油を加熱した状態で含浸作業を行うようにしてもよい。
【００２９】
そして、含浸作業後、適当な油除去装置を用いて油切り作業を行う。これにより、軸受内部の気孔３に含浸させた潤滑油はそのままに、表面に付着した余分な潤滑油のみが除去される。
【００３０】
上記構成の焼結含油軸受１において、軸２の相対回転に伴い、多数の気孔３に保持された潤滑油が表面開孔６を介して軸受面４上に滲み出す。これにより、軸２と焼結含油軸受１との間に潤滑油の膜が形成され、この潤滑油膜を介して軸２が回転自在に支持される。
【００３１】
また、低温環境時、多数の気孔３に含浸された潤滑油はその線膨張係数の違いから焼結含油軸受１の本体内部（中心部）に向けて収縮しようとするが、軸受内部の気孔３表面には、撥油性被膜５が形成されている。そのため、撥油作用を有する気孔３、特に他の気孔３と比べて小径の気孔３により潤滑油の収縮が阻害され、潤滑油が軸受深部（中心部）にまで引き込まれるのを可及的に防ぐことができる。従って、軸受面４上に相当量の潤滑油が残ることで、あるいは軸受面４上に潤滑油がない場合でも軸受面４直下の表層部にある気孔３に潤滑油が残ることで早期に油膜の形成を図ることができ、これにより異音の発生を極力回避でき、また摩耗の抑制を図ることができる。
【００３２】
また、この実施形態では、軸受面４には撥油性被膜５を形成しないようにし、焼結体を構成するＦｅもしくはＣｕ成分を軸受面４上に露出させた構成とした。かかる構成とすることで、軸受面４上に滲み出た潤滑油の油膜形成が可能となり、良好な摺動潤滑を実現することができる。また、軸受面をＦｅもしくはＣｕ成分からなる焼結体で形成することで、良好な油膜形成を図ると共に、固体摺動潤滑を確保することができる。もちろん、この実施形態のように、撥油性被膜５を比較的摺動性に優れたフッ素系材料で形成するのであれば、この撥油性被膜５で軸２との摺動潤滑を確保することができるため、必ずしも撥油性被膜５を除去せずともよい。
【００３３】
なお、撥油性被膜５は、少なくとも軸受内部の気孔３表面に形成されていればよく、軸受本体（焼結体）との間にそれほど高い付着性は要求されない。むしろ、この実施形態のように、一旦軸受面４上に撥油性被膜５を形成して、その後にこの撥油性被膜５を除去するのであれば、付着力は小さいほうが好ましい。
【００３４】
また、撥油性被膜５の厚みも、潤滑油に対する撥油性を発現できる程度（潤滑油を弾く程度）であればよい。あまりに撥油性被膜５が厚いと気孔３が小さくなり、結果的に軸受内部に向けて働く引き込み力（毛細管力）の増大につながるため、かかる点を考慮して適切な厚みを設定することも肝要である。
【００３５】
また、この実施形態では、焼結工程（ｂ）後に、撥油性被膜５を形成するようにしたので、焼結温度まで加熱されることにより被膜材が消失してしまうことがない。そのため、撥油性被膜材料として比較的安価な汎用品を使用することができ、製造コストへの負担を小さく抑えることができる。
【００３６】
また、この実施形態では、減圧した状態の焼結体に対して潤滑油を含浸させるようにしたので、気孔３の表面に撥油性被膜５を形成した後であっても、圧力差による引き込み力で確実に気孔３内を潤滑油で満たすことができる。もちろん、上述の如く、加熱により潤滑油の粘度を低下させた状態で含浸させるのであればなおよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、サイジング工程（ｃ）の後に撥油性被膜５を形成したが、撥油性被膜５を形成した後に、サイジングを施すことも可能である。サイジング前に、例えばフッ素系材料等を溶かした溶液を含浸させるのであれば、比較的大径かつ多数の表面開孔６が残存する段階で上記溶液を含浸させることができる。そのため、かかる含浸作業を容易かつ短時間に行うことができる。
【００３８】
以上の説明に係る焼結含油軸受１は、例えば自動車の電装モータ用として、特に−３０℃以下の低温環境下で使用される場合に好適に使用できる。もちろん、低温環境下で使用される用途に限らず、他の用途にも好適に使用することが可能である。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の一実施例を説明する。具体的には、図１に例示する形状のサーボモータ用軸受（内径φ２ｍｍ）に本発明を適用した場合の詳細を説明する。
【００４０】
（１）粉末混合
まず、Ｆｅ粉末およびＣｕ粉末を主成分とする原料粉末を用意する。具体的には、全混合粉末に対して、
ａ−１）１００メッシュ篩下の還元Ｆｅ粉が２５〜３０％、
ａ−２）３００メッシュ篩下の還元Ｆｅ粉が１０〜１５％、
ｂ−１）１００メッシュ篩下の電解Ｃｕ粉が３８〜４３％、
ｂ−２）２００メッシュ篩下の噴霧Ｃｕ粉が１５〜２０％、
ｃ）３５０メッシュ篩下の噴霧Ｓｎ粉が１〜２％、
ｄ）天然黒鉛粉が０．５〜１．０％、
ｅ）ステアリン酸亜鉛が０．３〜１．０％
となるよう上記ａ）〜ｅ）の材料を配合したものを、Ｖ型混合機に投入し、所定時間（０．５時間〜１時間）混合することで原料粉末を得る。
（２）圧粉成形
上記工程（１）で得られた原料粉末（混合粉）を金型内に充填し、上下方向から（完成品の軸方向に沿って）圧縮することで圧粉成形体を得る。この際、圧粉成形体の密度が６．０〜６．６ｇ/ｃｍ3の範囲に収まるよう調整する。
（３）焼結
上記工程（２）で得られた圧粉成形体をメッシュベルト式連続炉に投入し、所定時間加熱（８５０℃〜９００℃）した後、冷却し焼結体を得る。この際、焼結作業は還元雰囲気下（ＲＸガス雰囲気下）で行う。
（４）サイジング
上記工程（３）で得られた焼結体を金型内に供給し、上下方向から加圧することで所定の形状に整形すると共にその寸法を許容範囲内に仕上げる。
（５）フッ素コーティング
フッ素系溶剤中に１〜１０％のＰＴＦＥ、およびフッ素油を分散させた混合液中に上記工程（４）で得られた焼結体を浸漬させる。この際、周辺雰囲気を１０-1Ｔｏｒｒにまで減圧する。この状態で３０分保持した後に常圧に戻し、上記混合液中から被処理物（焼結体）を取出す。その後、かかる焼結体を５０℃の恒温槽で１時間乾燥させる。これにより、フッ素系溶剤が蒸発し、焼結体の表面および内部気孔にＰＴＦＥとフッ素油とからなる薄膜（撥油性被膜）が形成される。
（６）含油
上記工程（５）で得られた焼結体を７０℃に加熱した状態の潤滑油浴中に浸漬させ、周辺雰囲気を１０-1Ｔｏｒｒまで減圧する。１時間保持した後に常圧に戻し、含油後の焼結体を潤滑油浴中から取出す。潤滑油にはＰＡＯ系又はエステル系、４０℃の粘度が６１．２〜７４．８ｍｍ2／ｓを使用するのが一般的であり、今回はＮＯＫ（株）製のオールタイムＪ６５２を使用する。
【００４１】
上記工程（１）〜（６）を経て得られた焼結含油軸受は、軸受面となる内周面に、面積比で１５〜３５％、かつ開孔径が１００μｍ以下の表面開孔を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼結含油軸受の縦断面図である。
【図２】図１中の領域Ａの拡大断面図であって、焼結含油軸受の内部空孔の構造を説明するための図である。
【図３】図１中の領域Ｂの拡大断面図であって、焼結含油軸受の軸受面周辺部の構造を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    焼結含油軸受
２    軸
３    気孔
４    軸受面
５    撥油性被膜
６    表面開孔
【図１】
2008240910.tif 000003
【図２】
2008240910.tif 000004
【図３】
2008240910.tif 000005