(57)【要約】【課題】モータを高速回転させる自動車等の電子制御スロットルバルブ等に使用されるモータ用軸受について、振動による耐摩耗性や高温時又は低温時における耐摩耗性等を向上させることを課題とする。【解決手段】銅を鉄粉の表面に被覆した銅被覆鉄粉を主材料とし、固体潤滑剤を含み、上記銅被覆鉄粉中の銅の含有量が３０〜５０重量％であり、上記固体潤滑剤の含有量が、上記銅被覆鉄粉に対して４〜７重量％である材料から得られた軸受を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を鉄粉の表面に被覆した銅被覆鉄粉を主材料とし、固体潤滑剤を含み、上記銅被覆鉄粉中の銅の含有量が３０〜５０重量％であり、上記固体潤滑剤の含有量が、上記銅被覆鉄粉に対して４〜７重量％である、電子制御スロットルバルブを駆動するためのモータ用軸受。
【請求項２】
上記固体潤滑剤の一部又は全部は、銅を二硫化モリブデン粒子の表面に被覆した銅被覆二硫化モリブデン粒子であり、上記銅の含有量は、上記銅被覆二硫化モリブデン粒子に対して４０〜６０重量％である、請求項１に記載の電子制御スロットルバルブを駆動するためのモータ用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の電子制御スロットルバルブを駆動するためのモータに使用される軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の電子制御スロットルバルブを駆動するためのモータは、振動や作動モードの変更等が激しく、また、高温下におかれる場合がある。このため、このモータに使用される軸受は、激しい振動、高温、頻繁な作動モードの変更等の厳しい条件下に耐えうることが必要となる。
【０００３】
上記軸受としては、ＶＴＲやカセットテープレコーダー等の音響機器のモータに使用される焼結材からなる軸受（特許文献１、２参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８４８８２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７９３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の各軸受は、音響機器のような比較的低速回転の小型機器のモータに使用されるものであり、自動車等の電子制御スロットルバルブのように、高温や低温等、極端な温度条件下で使用される場合は少ない。このような高温度や低温度という極端な温度条件下の場合、潤滑剤の潤滑作用が低下するため、軸受の鉄材の部分と、軸材とが直接的に接触し、凝着摩耗を生じるおそれがある。
【０００６】
これに対し、軸受を青銅等の、鉄に比べて柔らかい金属を用いて製造し、凝着摩耗を低下させることが考えられる。しかし、このモータ用軸受を、自動車等の電子制御スロットルバルブ用モータに使用する場合、エンジンからの振動を受けて、振動が多く発生するため、振動による繰り返しの応力がかかり、振動による耐摩耗性が不十分となる場合がある。
【０００７】
そこで、この発明は、自動車等の電子制御スロットルバルブ等に使用されるモータ用軸受について、振動による耐摩耗性や高温時又は低温時における耐摩耗性等を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、所定割合の銅を鉄粉の表面に被覆した銅被覆鉄粉を主材料として用い、かつ、所定量の固体潤滑剤を分散させたモータ用軸受を用いることにより、上記課題を解決したのである。
【発明の効果】
【０００９】
通常温度での使用の場合、モータ用軸受内に所定量の潤滑油を有するので、これにより耐摩耗性を発揮することができる。また、低温度や高温度での使用の場合、潤滑油の作用は低下する場合が多いが、この発明においては、所定量の固体潤滑剤の作用を有し、かつ、構成材料の表面部が銅により構成され、軸材との接触は銅となることから、凝着摩耗を抑制し、耐摩耗性を向上することができる。
【００１０】
さらに、車載で使用されるため、振動が生じるが、この発明におけるモータ用軸受の骨格は鉄でできているので、振動に耐えることができ、振動による摩耗を抑制し、耐摩耗性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明にかかるモータ用軸受は、銅被覆鉄粉を主材料とし、これに固体潤滑剤を含ませた軸受である。
【００１２】
上記銅被覆鉄粉は、銅を鉄粉の表面に被覆した粉体である。銅の被覆量は、銅被覆鉄粉全体に対して３０重量％以上が必要である。３０重量％より少ないと、銅被覆層が薄くなりすぎ、振動等が生じたとき、軸部材との摺動時にこの層が所期の大きさ以上に大きく破れて、内部の鉄が摺動面に大幅に露呈しやすいために、軸部材を傷つけ易くなる傾向がある。また、滑らかな摺動も行われにくく、また鉄さびの発生が増大する傾向がある。一方、銅の被覆量の上限は、５０重量％である。５０重量％より多いと、材料のコストアップにつながる。
【００１３】
上記銅被覆鉄粉の製造方法、すなわち、上記鉄粉に対する銅の被覆方法としては、電気メッキ、溶融メッキ、無電解メッキ、溶射、ドライプレーティング等があげられる。その被覆量ないし被覆状態については、電気メッキの場合においては通電量、通電時間により、制御することができ、また、溶融メッキの場合においては、溶融温度あるいは鉄粉の予熱温度により、制御することができる。その他の場合においても、その処理条件にあわせて制御することができる。
【００１４】
なお、原材料である鉄粉粒子の大きさについては、特に制限されないが、純鉄系焼結体製造のために従来一般的に採用されている、＋８０メッシュ（１８０μｍ）〜−３２０メッシュ（約４０μｍ）程度より更に拡大した粒子範囲のものを採用することができる。すなわち、比較的細粒のものを用いても、銅被覆によって増径されるので、一般的に使用されてきた範囲のものと同様に扱うことが可能となる。
【００１５】
上記固体潤滑剤とは、固形状の潤滑性を有する物質をいい、黒鉛、二硫化モリブデン、銅被覆二硫化モリブデン等があげられる。この固体潤滑剤の含有量は、上記銅被覆鉄粉に対して、４重量％以上が必要である。４重量％より少ないと、高温度条件下又は低温度条件下における潤滑性が不十分となり、この発明にかかる軸受の耐摩耗性が低下するおそれがある。一方、上記固体潤滑剤の含有量の上限は、７重量％である。７重量％より多いと、軸受の機械的強度が低下する。
【００１６】
上記銅被覆二硫化モリブデンとは、二硫化モリブデンを銅で被覆したものをいい、使用される固体潤滑剤の一部又は全部として使用することにより、二硫化モリブデンが強固に軸受材と結合し、耐摩耗性を発揮することができるという特徴をより発揮することができる。
【００１７】
上記銅被覆二硫化モリブデン中の銅の含有量は、上記銅被覆二硫化モリブデン粒子に対して４０重量％以上がよい。４０重量％より少ないと、銅の被膜厚さが不十分となり、二硫化モリブデンの脱落が生じやすい。一方、上記銅被覆二硫化モリブデン中の銅の含有量の上限は、６０重量％がよい。６０重量％より多いと、所定の固体潤滑剤量を得るために、添加する粉末の量が多くなり、コスト高となる。
【００１８】
上記固体潤滑剤は、粉末として添加されるが、この固体潤滑剤は鉄粉等に比べても比重が小であり、単純に混合しても、上記銅被覆鉄粉に対し均一状態に分散させることが困難であり、しかも搬送荷役中や圧粉成形時などにおいて、固体潤滑剤の浮上、片寄りなどによる偏析が発生する傾向がある。このため、上記固体潤滑剤は、比較的粗粉のものを用い、かつ、微粉分を分級して除去したものを用いることが好ましい。この固体潤滑剤の粒径は、５０〜６０μｍが好ましく、かつ、１０μｍ未満又は２０μｍ未満の微粉分をカットしたものが好ましい。このような範囲のものを用いることにより、上記銅被覆鉄粉に対して均一分散を容易化し、また荷役その他の取り扱い時における偏析発生を可及的に防止することが可能となる。なお、１０μｍ未満又は２０μｍ未満の微粉分のカットは、液中での分級処理を行うことにより、粉塵発生のない状態で行うことができる。
【００１９】
この発明にかかるモータ用軸受は、上記の銅被覆鉄粉と、上記固体潤滑剤とを、上記した割合の範囲内で混合、攪拌し、次いで圧粉成形をして圧粉体を得、この圧粉体を焼結し、サイジングを行って焼結軸受材とし、さらに超音波洗浄、必要に応じて潤滑油の含浸、遠心分離の諸工程を経て製造される。
【００２０】
上記のモータ用軸受の製造において、必要に応じて、銅粉、錫粉等を同時に加えてもよい。錫粉を加えると、焼結後、銅被覆鉄粉や銅被覆二硫化モリブデンの銅被覆層が青銅化される。このため、得られるモータ用軸受は高い軸受性能が得られ、強度的にも優れたものとなりやすい。
【００２１】
上記圧粉成形においては、気孔率１８〜３８体積％、好ましくは１９〜３２体積％となる程度に圧縮して、所定形状に成形する。気孔率が１８体積％未満だと、焼結後に行われるサイジングのための適正な圧縮代を確保し、かつ、このサイジング後において含油軸受とする場合に目的の含油率を得るための気孔率を得ることが困難となる傾向がある。一方、上記気孔率が３８体積％より大きいと、得られる圧粉体の取り扱いないし焼結処理中において部分的欠損ないし破壊の危険性が高くなる傾向がある。
【００２２】
次に、上記焼結は、上記圧粉体をエンドサーミックガス雰囲気中において、７５０〜１０００℃の温度条件下で、０．５〜２時間、行われる。焼結温度が７５０℃より低いと、焼結程度が不十分となり、材料強度が低くなり、かつ、空孔量が減少して、その結果、気孔率が１８％以下となって満足すべき軸受性能が得られない傾向がある。一方、焼結温度が１０００℃より高いと、焼結特性が不安定で銅に対する鉄の合金化の程度も大きく、軸受表面に鉄が露呈して、相手材を傷つけやすく、円滑な摺動が得られにくくなる傾向があり、また、耐食性の面でも問題となる傾向がある。
【００２３】
次に、上記サイジングは、上記焼結で得られる焼結体を所定寸法の製品とするために行われる。すなわち、焼結によって、上記焼結体にある程度の歪みが生ずるため、これをサイジングして目的の寸法製品とすると共に、歪みや変形を矯正するのである。このサイジング時における矯正のための圧縮量は、焼結体体積比で１５〜３５％程度が好ましい。１５％未満では、矯正効果を充分に得難い傾向があり、一方、３５％を超えると、焼結によってせっかく形成された焼結構造が損なわれ、また、十分な気孔率が得られない傾向があり、所期の潤滑性及び耐久性が得られ難くなる傾向がある。
【００２４】
焼結後にサイジング処理して目的の寸法および気孔率（含油率）を持った製品にするが、このサイジングのための圧縮は、得られる製品の気孔率が１５〜２８％程度、好ましくは１８〜２４％となる範囲が好ましい。この範囲とすることにより、適切な強度、含油率などを得ることができる。また、気孔率が１５％未満では、軸受として用いるにあたって好ましい含油量が得られないおそれがあり、一方、２８％を超えると、強度的に劣った製品となりやすい。
【００２５】
なお、焼結後の軸受表面は殆ど銅のため、鉄に比べると柔らかく、サイジングによる気孔率のコントロールは、容易である。
【００２６】
このようにして得られたモータ用軸受は、電子制御スロットルバルブを駆動するためのモータに用いられる軸受として使用することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例）
鉄の表面を銅で被覆した銅被覆鉄粉（鶴見曹達（株）製：Ｕ−４０、銅含有率：４０重量％）８８重量％に、錫２重量％、及び二硫化モリブデンの表面を銅で被覆した銅被覆二硫化モリブデン（鶴見曹達（株）製：ＣＰＭ−５０Ｓ、銅が被覆化された二硫化モリブデンに対する銅の含有率：５０重量％）１０重量％を混合し、圧粉成形した。
次に、この圧粉体を８７０℃、還元雰囲気下で焼結し、次いで、サイジングを行って、焼結体を得た。得られた焼結体の気孔率は、２０体積％であった。また、この焼結体を用いて、下記の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００２８】
（比較例）
Ｓｎが７〜１０重量％、ＭｏＳ２が４〜７重量％、残余がＣｕである青銅系軸受を用いて、実施例と同様に下記の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００２９】
［振動試験］
図１に示す振動試験評価機（ＮＴＮ（株）製）を用い、下記の条件下で振動試験を、数回、繰り返して行った。具体的には、図１の（ａ）に示すように、加振機１上に、（ｂ）に示すように、軸３におもり４及びカバー５を取付けた試験部材２を取付ける。このとき、軸３とカバー５とを、一端部で玉軸受６を介して取り付けると共に、他端部で測定対象の焼結体７を取付けた。そして、下記の条件で、加振機１を上下方向に振動させ、軸受内径の摩耗量を測定した。
ａ．周波数：２０Ｈｚ〜２０００Ｈｚ
ｂ．加速度：５Ｇ〜２０Ｇ
ｃ．雰囲気温度：室温
ｄ．試験時間：７時間
【００３０】
［低温摺動試験］
図２に示す摺動試験機（ＮＴＮ（株）製）を用いて、下記の条件下で低温摺動試験を、数回繰り返して行った。具体的には、図２に示すように、軸１１に試験対象の焼結体１２を取付け、それに外輪１３を取り付ける。この外輪１３の外周面を、上方向に、バネ力で力を加える。そして、軸１１にカップリング１４を介して取り付けたモータ１５を、下記の動作モードを１サイクルとして回転させ、摺動試験を行った。
ａ．回転数：５０００ｒｐｍ
ｂ．ラジアル荷重加速度：５Ｇ〜２０Ｇ
ｃ．試験温度：−４８℃
ｄ．試験時間：１０時間
ｅ．動作モード：０．５秒（時計回り）→０．５秒（停止）→０．５秒（反時計回り）→０．５秒（停止）
【００３１】
【表１】
2007085420.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】振動試験で用いた振動試験評価機を示す模式図
【図２】低温摺動試験で用いた摺動試験機を示す模式図
【符号の説明】
【００３３】
１  加振機
２  試験部材
３  軸
４  おもり
５  カバー
６  玉軸受
７  焼結体
１１  軸
１２  焼結体
１３  外輪
１４  カップリング
１５  モータ
【図１】
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【図２】
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