(57)【要約】  軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って分散溶媒の中に存在している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、
前記気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び前記分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って前記分散溶媒の中に存在するメタル軸受。
【請求項２】
前記強磁性粒子は、表面改質剤を表面に有する請求項１に記載のメタル軸受。
【請求項３】
前記表面改質剤は、前記軸部材との摺動による前記軸受面の昇温に対して、熱分解率が５％以下である請求項２に記載のメタル軸受。
【請求項４】
前記強磁性粒子は、マグネタイト粒子である請求項１に記載のメタル軸受。
【請求項５】
前記マグネタイト粒子の平均粒径が０．１５μｍ以下である請求項４に記載のメタル軸受。
【請求項６】
前記マグネタイト粒子のＢＥＴ値が１０ｍ２／ｇ以上である請求項４または５に記載のメタル軸受。
【請求項７】
前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィン、ポリオールジエステル、ポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種の合成油である請求項１に記載のメタル軸受。
【請求項８】
前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィンであって、当該ポリアルファオレフィンは、重合度が２及び３であるもののうち少なくとも一方の重合度であるものを主成分として有する請求項１に記載のメタル軸受。
【請求項９】
前記表面改質剤は、チタン系カップリング剤及びシラン系カップリング剤から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項２に記載のメタル軸受。
【請求項１０】
前記液体は、６０℃〜１３０℃の温度範囲に沸点を有するアルコール類及び水から選ばれる少なくとも一種の液体である請求項１に記載のメタル軸受。
【請求項１１】
前記軸部材との摺動により前記軸受面が昇温した際に、前記軸受面に前記強磁性粒子が移動し、前記軸受面に強磁性粒子を主成分とする被膜を形成する請求項１〜１０の何れか一項に記載のメタル軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属の焼結体を主成分として形成されるメタル軸受として、焼結体の内部に潤滑油を含浸させた含油軸受が知られている(例えば、特許文献１参照)。このようなメタル軸受によれば、回転軸との摺接による発熱等により、焼結体内に含浸させた潤滑油が軸受面に滲み出される、所謂自己給油性によって、軸受面における潤滑性を確保することができる。【０００３】
また、その他のメタル軸受としては、銅−ニッケル系の合金粉末に対して、黒鉛粒子をボールミルなどの手段で混合して加圧成形した後に焼結を行う黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金製の軸受が提案されている(例えば、特許文献２参照)。このようなメタル軸受では、潤滑性の高い遊離黒鉛と優れた強度及び耐食性を有する銅−ニッケル系合金とにより、優れた耐摩耗性を発揮することができる。
【特許文献１】特開２００２−３９１８３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来の焼結体の内部に潤滑油を含浸させた含油軸受は、低温領域においては、蒸気圧が小さい（表面張力が小さい）、あるいは低温領域での潤滑油の体積が熱収縮する等の要因によって焼結体内に含浸させた潤滑油が充分に軸受面に滲み出難くなり、自己給油性がなくなってしまう。その結果、軸受と軸部材との摺接面での焼付き、あるいは片あたりによって気孔の目をつぶしてしまう等の問題が発生する。一般的に、使用温度が−３０℃以下となると含油軸受の自己潤滑性が極端に低下するものである。【０００５】
一方、高温度領域においては、蒸気圧が大きい（表面張力が大きい）、あるいは熱膨張が大きくなる等の要因によって焼結体内に含浸させた潤滑油が滲み出易くなり、使用時間が長くなると枯渇してしまう場合がある。この結果、低温時と同様に、潤滑油の潤滑作用が低下することによって軸受と軸部材との摺接面での焼付き、あるいは片あたりによって気孔の目をつぶしてしまう等の問題が発生する。一般的には、使用温度が１００℃以上になると含浸軸受の連続動作時間に制約を受けるようになる。
なお、軸受に使用される金属または合金の焼結体が表面及び内部に備える気孔の体積割合は、一般的に１７〜２３ｖｏｌ％程度であり、気孔内に含浸できる潤滑油の容量には制限がある。【０００６】
また、含油軸受と軸受に軸支された軸部材とが干渉する場合には、軸受面における焼結体の気孔が潰され、潤滑油が滲み出ることを阻害することがある。このため、軸受の内径寸法と軸部材の外形寸法とについて高い加工精度が必要となり、コストが高くなるという問題がある。【０００７】
また、前記黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金製の軸受では、銅−ニッケル系の合金粉末に対して単にボールミルにて黒鉛粉末を混合するものであるため、黒鉛が塊となって分散してしまう。このため、軸受面に黒鉛が均一に付かない場合がある。【０００８】
金属粒子の表面に黒鉛粒子が固着したものを焼結する場合には、金属と黒鉛との融点が大きく異なるため、金属粒子同士の接触面での溶融が黒鉛の存在で阻害される。このため、焼結体の機械的強度が大きく低下するという問題も発生する。【０００９】
一方、自動車用のモータは、その動作環境温度の範囲が広く、モータが配置される位置によってもその温度は変化する。具体的には、自動車用モータの場合、その動作環境温度の範囲は−４０〜１２０℃程度になり、軸受の軸受面においては、軸部材との摺動によってモータの動作環境温度に対して、さらに３０〜５０℃程度まで昇温する。このため特に自動車用モータの軸受においては、幅広い温度範囲で軸受面における潤滑性を確保できるものが求められている。
なお、自動車用モータの軸受は、メンテナンスフリーで１０年以上使用される。【００１０】
一般的に、使用温度範囲が広い場合や使用時間が長い場合、また軸部材と軸受との干渉が避けられない場合などにおいては、含油軸受（または、すべり軸受という）に変えてボール軸受（または、ころがり軸受という）を使用することも想定されるが、ボール軸受を使用すると、コストが高くなる。また、軸受の実装スペースを大きくとる必要があるため、軸受を使用するユニット、例えばモータが大きくなり、モータの実装性を損なう。【００１１】
本発明は上記の問題に鑑みて案出されたものであり、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係るメタル軸受の第１特徴構成は、軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、前記気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び前記分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って前記分散溶媒の中に存在する点にある。【００１３】
つまり、この構成によれば、メタル軸受は、軸部材との摺接等によって軸受面が昇温されると、その気孔内も昇温される。そして、一定の温度以上になった気孔内では、分散溶媒中において強磁性粒子が液体を伴う場合には、その液体は気化し、バルーンを形成して強磁性粒子を取り囲むようになる。強磁性粒子を取り囲むバルーンは、分散溶媒を媒体として気孔内に存在するため、軸受面の昇温によって熱膨張しようとしてもその周りを取り囲む分散溶媒によって熱膨張が抑制され、その内部の圧力が上昇する。そして、その内圧が大気圧に達した後は、バルーンは強磁性粒子を伴って気孔内から軸受面に移動する。そして、軸受面に移動した強磁性粒子は、軸受と軸部材との摺接により応力を受け、強磁性粒子同士の磁気凝集による結合が解除され、より微細な粒子となって軸受面に磁気吸着する。これにより強磁性の微粒子は、軸受面に強磁性の微粒子群からなる被膜状の構造体（以下「被膜」と称する）を形成することができ、ベアリング効果の媒体として使用することが可能となる。【００１４】
このように軸受面に強磁性体を主成分とする被膜を形成することができるため、従来の含油軸受等のように、メタル軸受側からメタル軸受の他の部位または軸部材側への潤滑性を確保するための潤滑油等の供給は必要なくなる。さらには、メタル軸受と軸部材との間隙に、強磁性粒子を磁気吸着によって介在させることで、メタル軸受と軸部材との摺接面での焼付きが発生せず、摺動性を長期にわたって確保することが可能となる。【００１５】
したがって、上記構成により使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受を提供することができる。そして、被膜によって軸受と軸部材とが直接干渉することを防ぐことができるため、加工精度を高くする必要が無くなり、コストを抑えることができる。【００１６】
本発明に係るメタル軸受の第２特徴構成は、前記強磁性粒子は、表面改質剤を表面に有する点にある。【００１７】
つまり、この構成によれば、表面改質剤によって、親水性である強磁性粒子の表面を疎水性に改質することにより、疎水性の分散溶媒中における強磁性粒子の分散性を向上させることができると共に、強磁性粒子を取り囲むべき気体が、強磁性粒子から遊離することを防ぐことができる。【００１８】
本発明に係るメタル軸受の第３特徴構成は、前記表面改質剤は、前記軸部材との摺動による前記軸受面の昇温に対して、熱分解率が５％以下である点にある。【００１９】
つまり、この構成によれば、表面改質剤は、軸受面に移動した後には潤滑剤として活用することができる。【００２０】
本発明に係るメタル軸受の第４特徴構成は、前記強磁性粒子は、マグネタイト粒子である点にある。【００２１】
つまり、この構成によれば、強磁性粒子として、マグネタイト粒子を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。【００２２】
本発明に係るメタル軸受の第５特徴構成は、前記マグネタイト粒子の平均粒径が０．１５μｍ以下である点にある。【００２３】
つまり、この構成によれば、単一粒子の飽和磁化が小さくなるため、マグネタイト粒子の磁気凝集を解除し易くなる。【００２４】
本発明に係るメタル軸受の第６特徴構成は、前記マグネタイト粒子のＢＥＴ値が１０ｍ２／ｇ以上である点にある。【００２５】
つまり、この構成によれば、より多くの気体や液体をマグネタイト粒子の表面に伴わせることができる。【００２６】
本発明に係るメタル軸受の第７特徴構成は、前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィン、ポリオールジエステル、ポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種の合成油である点にある。【００２７】
つまり、この構成によれば、分散溶媒として、上記合成油を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。【００２８】
本発明に係るメタル軸受の第８特徴構成は、前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィンであって、当該ポリアルファオレフィンは、重合度が２及び３であるもののうち少なくとも一方の重合度であるものを主成分として有する点にある。【００２９】
つまり、この構成によれば、分散溶媒として、上記ポリアルファオレフィンを用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。【００３０】
本発明に係るメタル軸受の第９特徴構成は、前記表面改質剤は、チタン系カップリング剤及びシラン系カップリング剤から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項２に記載のメタル軸受。【００３１】
つまり、この構成によれば、表面改質剤として、上記カップリング剤を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。【００３２】
本発明に係るメタル軸受の第１０特徴構成は、前記液体は、６０℃〜１３０℃の温度範囲に沸点を有するアルコール類及び水から選ばれる少なくとも一種の液体である点にある。【００３３】
つまり、この構成によれば、上記液体を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。【００３４】
本発明に係るメタル軸受の第１１特徴構成は、前記軸部材との摺動により前記軸受面が昇温した際に、前記軸受面に前記強磁性粒子が移動し、前記軸受面に強磁性粒子を主成分とする被膜を形成した点にある。【００３５】
つまり、この構成によれば、被膜によって、軸受と軸部材との滑らかな摺動性が可能となる。また、軸受面での焼付きが発生せず、摺動性を長期にわたって確保することが可能となる。さらには、軸受と軸部材との摺接は、摺接面においてかじりなどの現象を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明に係るメタル軸受は、軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、前記気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び前記分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って前記分散溶媒の中に存在するものである。すなわち、メタル軸受は、軸部材との摺接等によって軸受面が昇温されると、その気孔内も昇温される。そして、一定の温度以上になった気孔内では、分散溶媒中において強磁性粒子が液体を伴う場合には、その液体は気化し、バルーンを形成して強磁性粒子を取り囲むようになる。強磁性粒子を取り囲むバルーンは、分散溶媒を媒体として気孔内に存在するため、軸受面の昇温によって熱膨張しようとしてもその周りを取り囲む分散溶媒によって抑制され、その内部の圧力が上昇する。そして、その内圧が大気圧に達した後は、バルーンは強磁性粒子を伴って気孔内から軸受面に移動する。なお、気孔内の温度は、軸受面に近いほど早く一定温度に達するため、軸受面に近い強磁性粒子を取り囲む気体から順に内部圧力が高まり、一定圧力に達したもののみ軸受面に移動するようになるという自己給油機構を実現することができる。【００３７】
軸受面に移動した強磁性粒子は、軸受と軸部材との摺接により応力を受け、強磁性粒子同士の磁気凝集による結合が解除され、より微細な粒子となって軸受面に磁気吸着する。これにより強磁性の微粒子は、軸受面に被膜を形成することができ、ベアリング効果の媒体として使用することが可能となる。【００３８】
また、強磁性粒子と共に分散溶媒が軸受面に移動する場合には、分散溶媒は軸部材からの荷重を受けると、軸受と軸部材との間隙偏差が形成され、これに応じて油膜の圧力分布が形成される。この結果、分散溶媒は流体潤滑層を形成し、これにより自己潤滑作用を発揮することが可能となる。さらに、分散溶媒は、軸部材の荷重によって発生する油膜の圧力分布と軸部材の回転とにより、軸部材の回転方向に移動する応力を受け、軸受及び軸部材に付着した強磁性粒子を軸部材の回転方向に移動させる。このため分散溶媒は、強磁性粒子と共に軸受と軸部材との間隙を潤滑する潤滑剤とすることができる。【００３９】
このように摺接面に強磁性体を主成分とする被膜が軸受面に磁気吸着力に基づいて形成することができるため、従来の含油軸受等のように、含浸油の熱膨張による自己給油性に基づく、メタル軸受側からメタル軸受の他の部位または軸部材側への潤滑性を確保するための潤滑油等の供給は必要なくなる。さらには、メタル軸受と軸部材との間隙に、強磁性粒子を磁気吸着によって介在させることで、メタル軸受と軸部材との摺接面で強磁性粒子が滑ることによって、焼付きが発生せず、摺動性を長期にわたって確保することが可能となる。そして、前記の被膜によって軸受と軸部材とが直接干渉することを防ぐことができるため、加工精度を高くする必要が無くなり、コストを抑えることができる。【００４０】
なお、一般的には、強磁性粒子が微粒子であり、かつ微粒子同士の磁気凝集力が微粒子の重力より大きい場合は、強磁性微粒子同士の凝集を解除することは困難となる。しかし、軸受と軸部材との間隙に存在する強磁性微粒子の場合は、軸受と軸部材との摺接面の凹凸と両者の寸法精度に基づく間隙に応じた応力を受ける。この応力は、強磁性微粒子の凝集を解除するように繰り返し凝集した粒子群に作用する。すなわち、強磁性微粒子に作用した応力は、軸受及び軸部材に伝達されるが、その多くが粒子同士の凝集を解く力に変換されるため、強磁性微粒子は軸受及び軸部材に損傷を与えることなく凝集を解除することができる。【００４１】
強磁性微粒子の群からなる被膜を軸受と軸部材との間隙に形成させた後は、この粒子群は軸受と軸部材とから応力を受けることで、粒子群を構成する粒子が移動し、粒子群の形状は自由に変形することができる。すなわち、強磁性微粒子の群は、外部からの応力の多くを自身の形状変形に変換することができるため、固体としての潤滑作用を奏することが可能となる。このため、メタル軸受としての滑り摩擦係数は、剛体のボールベアリングを用いた場合でのボールの転がり摩擦係数より小さくすることができる。また、強磁性微粒子の群が固体潤滑作用を有することにより、摩擦に伴って発生する異音の発生をも防止することができる。さらに、軸受と軸部材との摺接面においても、強磁性粒子の固体の潤滑作用によって、かじりなどの現象の発生を防止することができる。そして、軸受と軸部材との間隙に存在する強磁性粒子の群は、粒子が滑ることで凝集を解除しながら、徐々に単一粒子に近づくようになる。【００４２】
ここで、軸受と軸部材との間隙に存在する強磁性微粒子の群は、常に軸受と軸部材との間で磁気的な吸引力によって、変形や移動が可能な状態で両者の間隙に保持されるものである。このため、単一粒子の重力より粒子同士の磁気凝集力の方が大きい強磁性微粒子が、いったん軸受面または軸部材の外周面に磁気吸着すると、強磁性微粒子は重力では脱落しないようにすることができる。【００４３】
したがって、本発明に係るメタル軸受は、軸受及び軸部材の摺接面に強磁性体を主成分とする被膜を形成することができ、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受を提供することができる。そして、強磁性粒子を潤滑材として用いるため、従来の含油軸受のように使用温度によって潤滑油が軸受面に滲み出難くなったり、潤滑油が枯渇してしまうこと等をなくすことができる。なお、強磁性粒子は、気体が軸受面の全体に放出されるのに伴って軸受面の全体に分散され、強磁性粒子の群の凝集が徐々に解除されるものであるため、軸受と軸部材との摺接面に均一に吸着させることができる。【００４４】
このような強磁性粒子は、特に制限はされないが、例えば、以下の特性を有するものが好ましい。
１．磁気的性質
強磁性粒子は、抗磁力に対する飽和磁束密度の比率が大きい磁気特性を有することが好ましい。このような強磁性粒子は、磁気吸着力が大きいため、軸部材と軸受との間隙から脱落し難くなる。【００４５】
２．熱的安定性
強磁性粒子は、酸化開始温度及び磁気キュリー点は高い方が好ましい。軸部材との摺動により軸受面の温度が昇温した場合に、強磁性粒子が酸化されたり、磁気キュリー点を越える温度に晒されたりすると、強磁性粒子の磁気吸引力が弱まり強磁性粒子は間隙から脱落する虞がある。このため、強磁性粒子は、酸化開始温度及び磁気キュリー点が、軸部材との摺動によって昇温する軸受面の最高到達温度より高いことが特に好ましい。因みに、自動車用モータにおけるメタル軸受の軸受面の平均温度は１７０℃近くまで昇温する。したがって、本発明に係るメタル軸受を自動車用モータに適用する場合には、酸化開始温度及び磁気キュリー点が共に１７０℃以上であることが好ましい。さらに、本発明者の実験によれば、自動車用モータの軸受面は局所的に２００℃まで到達することが分かった。このため、酸化開始温度及び磁気キュリー点の双方は２００℃以上であることが特に好ましい。【００４６】
３．固体潤滑性
強磁性粒子は、球状または粒状であることが好ましい。このような強磁性粒子であれば、磁気凝集した強磁性粒子自身が軸受及び軸部材から応力を受けた際に応力を緩和し易い。すなわち、球状及び粒状の粒子では粒子同士は点接触に近い状態で互いに磁気凝集している。このため、軸受面の強磁性粒子は、軸受及び軸部材から圧縮、剪断、引張り等の各種応力を受けることにより、粒子同士の凝集が解除されるように作用し、強磁性の微粒の群からなる被膜を軸受と軸部材との間隙に容易に形成できる。また、球状及び粒状の粒子は、軸受と軸部材との摺接面に接する面積も小さいため、粒子に応力が加わった場合には磁気吸着された状態で粒子が滑るように作用する。なお、強磁性粒子が硬い粒子の場合には、軸部材と軸受との間隙に存在する強磁性粒子が軸部材と軸受を攻撃する虞がある。このため、強磁性粒子は単一粒子に近い状態にまで凝集解除することが好ましい。これにより、軸部材および軸受の摺接面に磁気吸着した強磁性粒子は滑りやすくなり、軸部材及び軸受から受ける応力を緩和させるという固体潤滑作用を発揮することができる。【００４７】
４．自己給油性
強磁性粒子は、比表面積が大きい方が好ましく、具体的には、ＢＥＴ値が１０ｍ２/ｇ以上であることが好ましい。強磁性粒子を軸受面に移動させるためには、強磁性粒子に気体または分散溶媒より沸点が低い液体を吸着、含浸等により伴わせるが、強磁性粒子の比表面積が大きいほど、気体や液体を強磁性粒子の表面に伴わせることができ、より長期に亘って自己給油性を得ることができる。また、軸部材との摺動によって昇温する軸受面の温度領域以下において沸点を有し、かつ安価な気体または液体としては、例えば、水や各種のアルコールがある。このため、水や各種のアルコール伴わせる場合には、強磁性粒子は比表面積が大きく、親水性が高い方が好ましい。【００４８】
５．含浸性
強磁性粒子の大きさは、粒径が１μｍ以下であることが好ましい。一般に、メタル軸受に使用する金属焼結体の気孔の開口部は、様々な形状や大きさを有し、金属焼結体の材質や用途等によって変わるものである。例えば、銅系の焼結体の方が、鉄系の焼結体よりも気孔の開口部は狭くなる。また、メタル軸受を高い静粛性が要求されるモータに適用する場合には、金属焼結体の気孔の開口部は狭くする。このような金属焼結体の気孔の開口部は、１〜５０μｍ程度の大きさを有する。このため、分散溶媒中に分散された強磁性粒子は、メタル軸受の気孔の開口部から気孔内に進入できる大きさであり、かつ気孔内から軸受面に移動できる大きさであることが求められる。【００４９】
６．分散安定性
強磁性粒子は、その粒径分布が狭い方が好ましい。通常、強磁性粒子の密度は、分散溶媒の密度に比べて大きくなる。例えば、分散溶媒に比べて密度比が８倍に近い強磁性粒子であっても、粒径分布が狭い強磁性粒子を用いることによって、強磁性粒子を分散溶媒中に安定に分散させることができる。【００５０】
７．凝集解除性
強磁性粒子は、単一粒子の飽和磁化が小さい方が好ましい。これにより、捏和時の磁気凝集が解除され易くなる。また、捏和時間を長くすることによっても磁気凝集を解除し易くなる。【００５１】
８．製法
強磁性粒子は、例えば、乾式法または湿式法によって作製することができる。乾式法とは、粉末や金法で作られた粉体を物理的に破壊して粒子化する方法であり、湿式法とは、液体中で粒子を生成する方法である。一般に、乾式法で作製された強磁性粒子は粒径分布が広くなる。上記の分散安定性の観点からは、強磁性粒子の粒径分布を狭くするために、粒径分布に応じたフィルタリングをすると、製造した粒子の１割以下となり高価な粒子となる。したがって、強磁性粒子は湿式法によって作製する方が好ましい。【００５２】
９．材質
湿式法で作製できる粒状の強磁性粒子としては、マグネタイト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、鉄等が例示される。軸部材と軸受との間隙に磁気吸着される強磁性粒子の吸着力は、強磁性粒子の抗磁力に対する飽和磁束密度の比率の大きさに大きく依存する。マグネタイト粒子は、粒子の大きさに依存するが、抗磁力に対する飽和磁束密度の比率が０．８〜０．９Ａｍ２／ｋｇ／Ｏｅと大きいため好ましい。湿式法によるマグネタイト粒子は、球に近い多面体形状であり、磁気凝集の解除の観点からも好ましい。湿式法では、硫酸鉄等の溶解溶液に酸素ガスを吹き付けながら粒子を析出させるので、小さい粒子ほど短時間に析出し、析出される粒子の大きさは揃っている。また、酸化開始温度は、粒子の大きさに依存するが、例えば、平均粒径が０．１５μｍのマグネタイト粒子の酸化開始温度は２５０℃付近である。また、マグネタイト粒子の磁気キュリー点は６２０℃である。このようにマグネタイト粒子は、熱安定性の観点からも好ましい。【００５３】
１０．マグネタイト粒子の大きさ
マグネタイト粒子を使用する場合は、平均粒径は０．３μｍ以下であることが好ましく、０．１５μｍ以下であることがより好ましく、０．０８μｍ以下であることがさらに好ましい。すなわち、マグネタイト粒子の平均粒径は小さい方が、単一粒子の飽和磁化が小さくなるため、粒子の磁気凝集を解除し易くなる。これにより、強磁性粒子を単一粒子、もしくは単一粒子に近い状態にまで凝集解除することができるため、軸部材と軸受との間隙に存在する強磁性粒子が軸部材と軸受を攻撃することを防止し、固体潤滑作用を発揮することができる。さらには、例えば、平均粒径が０．１５μｍのマグネタイト粒子の粒径分布を測定すると、平均粒子径に対する粒子径の標準偏差が０．２であり、粒径分布も狭いことを確認している。【００５４】
１１．マグネタイト粒子の物性
このようなマグネタイト粒子の物性の一例を示すと、表１に示す通りである。これらのマグネタイト粒子は、強磁性粒子として好ましく適用することができる。なお、ＢＥＴ値は大きい方が、より多くの気体や液体を表面に伴わせることができ、マグネタイト粒子のＢＥＴ値は、１０ｍ２/ｇ以上であることが好ましく、２１．５ｍ２/ｇ以上であることがより好ましい。例えば、ＢＥＴ値が２１．５ｍ２/ｇマグネタイト粒子を含浸材料に用いる際には、マグネタイト粒子を過飽和水蒸気の雰囲気に放置することにより、２．８ｗｔ％まで水分の吸着量を増大させることができる。【００５５】
【表１】
2006123453.tif 000002
【００５６】
本発明に係るメタル軸受の焼結体を形成する金属または合金は、従来のメタル軸受と同様のものが適用でき、特に限定されるものではない。すなわち、従来のメタル軸受の焼結体は、耐荷重性、耐衝撃性、圧環強度、かしめ性、耐久性、製造コスト等の観点から、鉄系、鉄―炭素系、鉄−銅系、鉄−銅−炭素系、鉄−銅−錫系等が用途に応じて適用されている。そして、これらの金属及び合金はいずれも強磁性であるため、強磁性粒子を用いたメタル軸受に好ましく適用することができる。【００５７】
本発明に係るメタル軸受に使用する分散溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、以下の特性を有するものが好ましい。【００５８】
１．潤滑性
分散溶媒は、気孔内において強磁性粒子を良好に分散させると共に、軸受面に移動した後は、軸受面と軸部材との摺接面において液体の潤滑作用を奏することが好ましい。これにより、軸受面と軸部材との摺接面が損傷するのを防止することができる。
また、分散溶媒は、温度による粘度変化が小さい方が好ましい。これにより、幅広い温度範囲において潤滑性を確保することができるため、分散溶媒の温度に関わらず、軸受面と軸部材との間隙において分散溶媒は、スムースな移動を実現することができる。したがって、異音の発生を防止できると共に、摺接面における急な発熱を抑制し、分散溶媒の加水分解や熱分解を起こり難くすることができる。
さらに、分散溶媒は、熱安定性を有するものが好ましい。すなわち、分散溶媒は、高温時にも熱分解、加水分解等、化学変化しないものが好ましい。これにより、軸受面と軸部材との摺接面において潤滑性を保持することができる。具体的には、分散溶媒は１５０℃において熱分解及び加水分解し難いものが好ましく、１９０℃において熱分解及び加水分解し難いものがより好ましく、２００℃以上において熱分解及び加水分解し難いものがさらに好ましい。このような分散溶媒であれば、高温雰囲気下でも使用される自動車用途等にも適用ができる。【００５９】
２．強磁性粒子の分散性
分散溶媒は、親油性(または、疎水性という)、または無極性であることが好ましい。特に、有極性であるアルコール等を伴わせた親水性の強磁性粒子を分散させる場合には、分散溶媒は、親油性が高いほど分散性が向上し、極性が低いほどの安定分散に寄与する。【００６０】
３．吸湿性
分散溶媒は、吸湿性が低い方が好ましく、吸湿性を有しない方がより好ましい。分散溶媒に溶解する水分は、軸受面の昇温により、軸受面の付近で水蒸気のバルーンとなって軸受面に分散溶媒を伴って移動する。これにより、分散溶媒が無駄に消費され、また強磁性粒子の自己給油性を阻害する。また、水分は、軸受面における分散溶媒の加水分解反応を促進する。このため、分散溶媒中の存在する水分の割合は低い方が好ましい。【００６１】
分散溶媒としては、例えば、（１）モノ脂肪酸グリセリンに酸化エチレンを付加重合したポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、（２）ソルビタン脂肪酸エステルにアルカリ触媒を使用して酸化エチレンを付加重合したポリオキシエチレン脂肪酸エステル、（３）ソルビトールに酸化エチレンを付加し、この後脂肪酸でエステル化するポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル等のエーテルエステル型の非イオン性界面活性剤、（４）ポリエチレングリコールと脂肪酸をエステル化したあるいは高級脂肪酸に酸化エチレンを付加重合したポリエチレングリコール脂肪酸モノ（ジ）エステル、（５）グリセリンを縮合したポリグリセリンにアルカリ触媒を使用して脂肪酸をエステル化したポリグリセリン脂肪酸エステル等のエステル型の非イオン性界面活性剤や、ポリアルファオレフィン、ポリアルキレングリコール、ポリオールジエステル等の合成油を用いることができる。これらは、親油性が高く、無極性の溶媒であるため、液体としてアルコール等を伴う強磁性粒子を安定に分散させることができる。【００６２】
中でも、ポリアルファオレフィン、ポリオールジエステル、ポリアルキレングリコール等の合成油は、強磁性粒子の分散性に加え、潤滑性等の特性にも優れているためより好ましい。例えば、ポリアルファオレフィンは、粘度指数を高くすることが容易で、幅広い温度範囲において動粘度の変化が小さいため好ましい。また、ポリアルファオレフィンは、流動点が低く、低温における動粘度の上昇も抑制できると共に、吸湿性を有しないため加水分解反応も起こり難い。【００６３】
ポリアルファオレフィンは、粘度指数と流動点に優れたαオレフィンＣＨ３(ＣＨ２)７ＣＨ＝ＣＨ２をエチレンによって重合したＣ１０Ｈ２１−(ＣＨＣ８Ｈ１７ＣＨ２)n−Ｈの組成式を有する合成油である。ポリアルファオレフィンは、その重合度によって粘度、沸点、熱分解性等の特性が変わるものであるが、例えば、分子量が約５００で、重合度が２及び３であるもののうち少なくとも一方の重合度であるものを主成分として有する場合は、以下の特性を示すため、特に好ましい。【００６４】
このポリアルファオレフィンの熱分解温度は２３０℃付近であり、熱分解が始まる温度は２００℃付近にある。このため、分散溶媒として軸受と軸部材との間隙に滲み出た後においても熱分解し難い。沸点は０．１気圧においても２００℃を越えており大気圧では殆ど蒸発しない。このため、軸と軸受の間隙に滲み出た後においても液体として存在させることができる。粘度指数は１３８と大きいため、幅広い温度範囲で潤滑性を保つことができる。４０℃における動粘度は３１ｃＳｔと低いため、例えば、強磁性粒子を気孔内に低圧含浸する場合にも分散性を損なうことがない。流動点は−５７℃であり、−３０℃での動粘度の上昇が抑制でき、−３０℃の極低温でも潤滑油として用いることができる。【００６５】
本発明に係るメタル軸受は、強磁性粒子が表面改質剤を表面に有することが好ましい。すなわち、表面改質剤によって、親水性である強磁性粒子の表面を疎水性に改質することにより、疎水性の分散溶媒中における強磁性粒子の分散性を向上させることができると共に、強磁性粒子を取り囲むべき気体が、強磁性粒子から遊離することを防ぐことができる。【００６６】
また、表面改質剤は耐熱分解性を有するものが好ましく、具体的には、軸部材との摺動による軸受面の昇温に対して、熱分解率が５％以下であるものが好ましい。これにより、表面改質剤は、軸受面に移動した後においても、強磁性粒子の表面に吸着している。すなわち、表面改質剤が軸受面に移動した後にも熱分解されなければ、表面改質剤としての性質を維持できるため、表面改質剤は軸受面において強磁性粒子の表面に吸着すると共に、分散溶媒と結合することできる。したがって、このような表面改質剤を適用する場合には、図１に模式的に示すように、軸受１と軸部材２との摺接面３においても、表面改質剤６は、強磁性粒子４の表面と分散溶媒５とに化学吸着されている。このように、強磁性粒子４の表面には、表面改質剤６を介して分散溶媒４が吸着されているので、強磁性粒子４は、固体潤滑作用に加え、吸着した分散溶媒４による液体の潤滑作用を併せて有することとなる。【００６７】
表面改質剤は、界面活性剤、カップリング剤等の従来公知の表面改質剤や磁性イオン液体を適用することもできる。界面活性剤としては、例えば、脂肪酸エステルや脂肪酸エステルの誘導体、リン酸エステルの非イオン型アニオン界面活性剤等を用いることができる。これらは、親水基と疎水基とを有するため、親水基が強磁性粒子の表面と水素結合すると共に、疎水基が分散溶媒の分子鎖と相互作用する。そして、これにより強磁性粒子の分散性を向上させ、強磁性粒子に吸着した気体が熱膨張する際には、分散溶媒と共に熱膨張を抑制するように働く。このようなリン酸エステルとしては、例えば、イソトリデシルアルコールにエチレンオキサイドを付加したポリオキシエチレンイソトリデシルアルコールを無水リン酸と反応させて生成するリン酸モノエステルとリン酸ジエステルとからなるエステルの混合物を適用することができる。また、耐熱分解性の観点からは、例えば、親水基としてイソプロポキシ基を備え、疎水基として下記式（１）を備えるカルボン酸エステルであれば、１８０℃における熱分解率は２％であり、２００℃における熱分解率は４％である。また、同様の親水基を備え、疎水基として下記式（２）を備えるリン酸エステルであれば、１８０℃における熱分解率は２％であり、２００℃における熱分解率は５％である。このような界面活性剤であれば、耐熱分解性に優れるため好ましく適用することができる。【００６８】
【化１】
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【化２】
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【００６９】
このような高級脂肪酸エステル等は、２００℃以上の温度においても、熱分解性が２〜５ｗｔ％以下である。これに対し、自動車用の各種モータの軸受面の最高温度は１２０℃〜１５０℃の間にあり、このような温度に上昇しても界面活性剤の組成変化がほとんどないため、強磁性粒子は、軸受面においても液体の潤滑作用を失うことはない。また、これらの界面活性剤は、鉄系、鉄−銅系、鉄−銅−錫系の金属及び合金の表面に吸着膜を形成するため、油性剤としての機能を有し、軸受面が軸部材と直接接触することによる凝着磨耗が起こらない。【００７０】
表面改質剤として、カップリング剤を用いる場合にも界面活性剤を用いる場合と同様の効果が得られ、例えばチタン系カップリング剤を好ましく適用することができる。チタン系カップリング剤は、加水分解性を有する親水性の官能基と疎水性の官能基とを有するため、親水基が強磁性粒子に吸着している水酸基と加水分解反応し、強磁性粒子に疎水基が形成される。これにより、疎水性の分散溶媒中に強磁性粒子を安定に分散させることができる。【００７１】
チタン系カップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、下記式（３）〜（５）に示すものが好ましく適用できる。なお、下記式（３）〜（５）において、例えば、アルキル鎖の炭素数は、特に限定されるものではない。【００７２】
【化３】
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【化４】
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【化５】
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【００７３】
なお、上記式（３）に示すチタン系カップリング剤を使用する場合には、ＳＰ値が８．１であるため、分散溶媒としてはＳＰ値が８〜９の脂肪酸エステルを用いることが好ましい。また、上記式（４）に示すチタン系カップリング剤は、ＳＰ値が９．２であり、上記式（５）に示すチタン系カップリング剤は、ＳＰ値が９．６であるため、これらのチタン系カップリング剤を使用する場合には、分散溶媒としてはＳＰ値が９〜１０の脂肪酸エステルを用いることが好ましい。【００７４】
また、カップリング剤として、シラン系カップリング剤を用いることもできる。シラン系カップリング剤は、特に限定されないが、分散溶媒との親和性が高い長鎖アルキルを持つものが好ましく、下記式（６）〜（８）に示すデシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が例示される。これらのシラン系カップリング剤は、その沸点がそれぞれ、１３２℃/１０ｍｍＨｇ、２０２℃/１０ｍｍＨｇ、２３６℃/１０ｍｍＨｇと高く、軸受面において蒸発することはない。もちろん、これらのシラン系カップリング剤のアルキル鎖の炭素数やアルコキシ基の炭素数は任意に変更可能である。【００７５】
【化６】
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【化７】
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【化８】
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【００７６】
なお、上記のシラン系カップリング剤を用いる場合には、シラン系カップリング剤を水溶液あるいはアルコール溶液とし、吸湿ないしはアルコールを伴った強磁性粒子に添加し、６０分程度攪拌する。その後、水およびアルコールの沸点より低い温度で放置し、強磁性粒子の表面にシラン系カップリング剤を吸着させて、分散溶媒に強磁性粒子を分散させる。なお、フェニルトリエトキシシランは、疎水性が高いため、例えば、酢酸水−アルコール系の溶媒に溶解させて用いる。【００７７】
さらに、カップリング剤として脂肪酸を用いることもできる。すなわち、脂肪酸を強磁性粒子に吸着している水酸基と反応させ、脂肪酸のＨＬＢ値と近いＨＬＢ値を有するものを分散溶媒として用いることにより、強磁性粒子を分散溶媒中に安定に分散させることができる。【００７８】
磁性イオン液体としては、特に限定はされないが、[FeXMYNZCl4]n-（但し、Ｍ，Ｎはそれぞれ遷移金属原子であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｎはｘ，ｙ，ｚにより定まる数値である。）で表される陰イオンから選ばれる少なくとも１種の陰イオンを備えるものを使用することができる。具体的には、陰イオンとして、ｘ＝１，ｙ＝ｚ＝０，ｎ＝１である[FeCl4]-を有し、陽イオンとして１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウム、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムを有する塩化鉄（ＩＩＩ）酸１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、塩化鉄（ＩＩＩ）酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、塩化鉄（ＩＩＩ）酸１−オクチル−３−メチルイミダゾリウム、塩化鉄（ＩＩＩ）酸１−デシル−３−メチルイミダゾリウムが例示される。このような磁性イオン液体は、強磁性粒子に磁気吸着し、被覆することができるため、分散溶媒中に強磁性粒子を分散させることができる。なお、１位のアルキル基は、特に限定されないが、炭素数が多い方が、疎水性度が高まるため好ましく、１位のアルキル基は、炭素数が６〜２０であることが好ましい。【００７９】
また、上記磁性イオン液体の熱分解温度は２８０℃であるため、軸受面に移動した後も性質を損なわず、強磁性粒子と磁気吸着している。さらに磁性イオン液体はほとんど蒸気圧を有しないため、軸受面に移動した後においても蒸発しない。このため、軸受面と軸部材との摺接面において、磁性イオン液体による液体の潤滑作用によって強磁性粒子の潤滑作用を増大させることができる。【００８０】
このように、表面改質剤は、軸受面と軸部材との間隙の環境下においても化学的に変質しない場合には、強磁性微粒子群が軸受面と軸部材との間隙に吐き出された後に再度、表面改質剤は、強磁性微粒子群の周囲を取り囲み、分散溶媒と結合して、強磁性微粒子の群を分散させている。これによって、間隙における潤滑状態が境界潤滑になったとしても、表面改質剤と分散溶媒の存在によって、金属同士が直接摺接することがなく、これによって発生する軸受面の凝集磨耗は起こらない。また、軸受面が軸部材から過大な応力を受けたとしても、強磁性微粒子を取り囲む分散溶媒の存在によって、強磁性微粒子がよりよく滑るという潤滑現象をもたらし、軸受と軸部材との間隙における強磁性粒子の潤滑作用を増大させることができる。【００８１】
分散溶媒中に存在する強磁性粒子が伴う液体は、分散溶媒の主成分の沸点より低い沸点を有するものであり、これにより分散溶媒中において気化することが可能となる。また、強磁性粒子が伴う気体及び液体としては、特に制限はないが、軸受の動作環境温度と、軸部材に対する摺動による軸受面の昇温とに応じて選択することが好ましく、特に液体においては軸受面の最高到達温度より低い沸点を有するものが好ましい。すなわち、軸受面の温度が液体の沸点より低い場合であっても気化は可能であるが、沸点が軸受面の最高到達温度よりも低い液体を選択すれば、軸部材との摺動による軸受面の昇温により確実に液体を気化させることができる。なお、沸点が軸受面の温度より高い液体を用いる場合には、軸受面を加熱するための装置を別途設けることにより、同様の効果を得ることができる。【００８２】
動作環境温度や軸受面の温度の範囲が広い場合は、沸点が異なる複数種類の気体あるいは液体の混合物を選択することができる。そして、複数種類の気体または液体は、温度領域内でそれぞれが対応できるようにそれぞれの蒸気圧に応じて混合し、さらに気体または液体は軸受面の温度頻度に応じた割合で強磁性粒子に伴わせることで、摺接により軸受面の温度が変わったとしても、軸受面の温度範囲と温度頻度に応じて効率よく強磁性粒子を軸受面に移動させることができる。また、気体と液体との両方を強磁性粒子に伴わせてもよい。【００８３】
例えば、自動車用モータの軸受の軸受面における最高平均温度は１５０℃である。したがって、強磁性粒子に液体を伴わせる場合には、その沸点が１３０℃に至る温度範囲にあれば、確実に焼結体の軸受面に強磁性粒子が吐き出される。そして、常温〜１３０℃に至る温度範囲を、２０℃ごとに５〜６の領域に分け、それぞれの温度領域に沸点を持つ液体を強磁性粒子に伴わせる。これによってモータの動作が−３０℃〜１２０℃の温度範囲であれば、焼結体の軸受面に強磁性粒子を吐き出させることができる。なお、常温〜１３０℃に至る温度範囲を、さらに細分化すれば強磁性粒子に伴わせる液体は効率よく強磁性粒子を軸受面に移動させることができる。【００８４】
また、軸受の動作温度が−３０℃以下の極低温である場合には、室温に近い沸点を有する液体を伴わせても、軸受面に強磁性粒子を吐き出させることは困難である。したがって、軸受を組み込んだ製品がこのような極低温の状況下で始動する場合には、軸部材との摺動によって一定温度以上になるまで軸受面には強磁性粒子及び分散溶媒が存在しないことになる。このため、使用前に軸受を常温以上の温度で一定時間放置し、予め強磁性粒子を軸受面に滲み出させておくことが好ましい。例えば、６０℃で３０分放置し、強磁性粒子の一部を予め軸受面に滲み出させてから軸受を製品に組み込み軸受を稼動させると、始動時から良好な潤滑性を得ることができる。さらには、強磁性粒子に気体を伴わせることによっても同様の効果を得ることができる。すなわち、例えば、使用開始温度以下で気体となる液体を伴わせることにより、始動時においてバルーンが強磁性粒子を取り囲む状態となり、始動後直ちにバルーンの圧力が高まるため、強磁性粒子を軸受面に移動させることができる。【００８５】
強磁性粒子に吸着させる複数種類の気体及び液体は、一つの強磁性粒子に複数の気体及び液体を伴わせても、一つの強磁性粒子にそれぞれ異なる一種類の気体または液体を伴わせてもよく、混合する気体及び液体のそれぞれの相溶性に応じて任意に選択することができる。【００８６】
気体または液体を強磁性粒子に伴わせる手段としては、強磁性粒子に含浸または吸着した状態で存在させることが好ましい。これにより、液体が気化し、気体が熱膨張しても強磁性粒子と分離することなく、強磁性粒子を伴って軸受面に移動することができる。【００８７】
例えばマグネタイトは表面に水酸基を備えるため、水やアルコール類、エーテル類、ケトン類等の多くの有機溶剤を吸着する。常温〜１３０℃の温度範囲で、マグネタイトに吸着し、かつ沸点の違いの温度差を考慮して有機溶剤を選択すると、例えば、アセトアルデヒド(沸点：20.2℃)、ジエチルエーテル(沸点：34.5℃)、ジクロロメタン(沸点：40.2℃)、ギ酸エチル(沸点：54.5℃)、メタノール(64.7℃)、酢酸エチル(76.8℃)、エタノール(78.5℃)、シクロヘキサン(81.4℃)、１−プロパノール(沸点：97.4℃)、水(沸点：100℃)、１−ブタノール(沸点：117.6℃)、2-メトキシエタノール(沸点：124.5℃)、酢酸イソブチル(沸点：126.3℃)、イソペンチルアルコール(沸点：130.8℃)等を挙げることができる。これらの液体を沸点の温度差を考慮して組み合わせることで、広い温度範囲で強磁性粒子を軸受面に吐き出させることができる。【００８８】
本発明に係るメタル軸受の製造方法の一例は、強磁性粒子であるマグネタイトを例にとって説明すると、まずマグネタイトの粒子を用意する。このマグネタイトは、サブミクロンあるいはそれ以下の微粒子であり、粒子として用いる段階で磁気凝集している。そして、マグネタイトに気体及び液体の少なくとも一方を含浸または吸着させる。【００８９】
表面改質剤としてカップリング剤を使用する場合には、例えば、分散溶媒にマグネタイトを加える際に、カップリング剤をマグネタイトに対し２ｗｔ％、好ましくは３ｗｔ％以上の割合で混合し、この後よく攪拌する。これにより、マグネタイトの粒子表面の吸着された水酸基がカップリング剤の親水基と水素結合すると共にカップリング剤の疎水基が分散溶媒の長鎖と相互作用し、マグネタイトを分散溶媒中に安定に分散させることができる。表面改質剤として界面活性剤を使用する場合も同様の方法によって行うことができる。【００９０】
また、表面改質剤として磁性イオン液体を使用する場合は、まず、強磁性粒子に伴わせる液体で磁性イオン液体を希釈する。具体的には、磁性イオン液体に例えばアルコールを１０ｗｔ％の割合で溶解させる。この時、アルコールは軸受面の温度に応じて、例えば沸点が６０℃〜１３０℃にあるアルコールを用いるとよい。また、複数種類のアルコールを用いることもでき、例えば６ｗｔ％のメタノールと４ｗｔ％の１−ブタノールの混合液を用いることができる。次いで、磁気凝集したマグネタイトに磁性イオン液体の溶液を添加してよく攪拌し、マグネタイトに磁気イオン液体を磁気吸着させる。【００９１】
そして、このようにして得られたマグネタイトを分散溶媒に分散させる。磁気凝集したマグネタイトの凝集度を下げるためには、マグネタイトを分散溶媒と混合する際にマグネタイトの凝集部分に、剪断力、圧縮力、引張力を発生させることが必要になる。このため、マグネタイトと分散溶媒との混合比率を本来のマグネタイトと分散溶媒との混合比率より高めることが好ましい。すなわち、特に界面活性剤等の表面改質剤を用いて高濃度のマグネタイトと分散溶媒とを混合し捏和することで、マグネタイトに分散溶媒が吸着され、この結果、粘度の高いマグネタイトと分散溶媒との混合物が形成される。このような高濃度のマグネタイトと分散溶媒とは、加圧式のニーダーなどの攪拌装置に充填し、捏和すると、捏和と共にさらに分散溶媒がマグネタイトに吸着し、粘度が上昇する。そして、マグネタイトへの分散溶媒の吸着が収れんし、粘度の増大が収れんした後、さらにニーダーを回転させると、効率よくマグネタイトの凝集部に、剪断力、圧縮力や引張力の各種の応力が作用するため、マグネタイトの凝集が解除され、マグネタイトの粒子の大きさが２００ｎｍ以下の凝集度の低いマグネタイトを得ることができる。このようにして、凝集度の低いマグネタイトが分散した混合溶液は、必要に応じて分散溶媒で希釈し、金属または合金の焼結体の気孔内に低圧含浸させる。このような方法により、マグネタイトを気体及び液体のうち少なくとも一方を伴って気孔内に閉じ込めることができる。【００９２】
加圧式のニーダー装置で捏和してマグネタイトの凝集度が下がったとしても、凝集度が下がると粒子の凝集部に応力が直接印加され難くなるため、捏和前の凝集度よりは大きく低下しているが、マグネタイトは依然として磁気凝集している。このようなマグネタイトは、軸受面に吐き出されると、軸受面と軸部材との表面状態に応じた応力を受ける。例えば、軸部材の凸部と軸受の凸部とが対峙し、軸部材側から荷重を軸受側に伝える状態では、凝集したマグネタイトは、両者の凸部に形成された僅かな間隙に磁気吸着によってはさまれ、軸部材側から応力を受ける。これによって凝着した粒子は、さらに凝集度合いが低い粒子群となる。またこの際に、多くの応力が磁気凝集を解く力として作用する。従来の固体潤滑作用、例えば黒鉛粒子における固体潤滑作用は、自身の滑り破壊によるが、本発明における固体潤滑作用は、凝集した粒子群の接触部に直接応力が働くことによって凝集した粒子群を解くことになるため、粒子群が滑ることで粒子の凝集が解かれることによる固体潤滑作用である。このように、軸受と軸部材とに吐き出された凝集粒子群は、各種の応力を受け、粒子の凝集度合いを徐々に下げ、マグネタイトの微粒子群からなる被膜を形成する。
なお、このような場合であっても、軸受面に吐き出されたマグネタイトの磁気凝集度が大きいとマグネタイトが軸部材と軸受を攻撃する虞がある。このため、捏和時間を長くして、マグネタイトを単一粒子、もしくは単一粒子に近い状態にまで凝集解除することが好ましい。【００９３】
以下、実施例について説明する。
（含浸材料１）
強磁性粒子として、平均粒径が０．０８μｍ、粒径分布の標準偏差が０．０５μｍ、ＢＥＴ値が３４ｍ２/ｇのマグネタイト粒子を用いた。
分散溶媒として、粘度指数が１３８、４０℃の動粘度が３１ｃＳｔ、１００℃の動粘度が５．８ｃＳｔ、流動点が−５７℃であり、分子量が約５００であるポリアルファオレフィンを用いた。
表面改質剤として、上記式（３）に示すＴｉ系カップリング剤を用いた。【００９４】
そして、マグネタイト粒子を１２１℃、２気圧の過飽和水蒸気の雰囲気に３０分間放置し、吸湿させた。このマグネタイト粒子にＴｉ系カップリング剤を３．５ｗｔ％で添加し、ポリアルファオレフィンを極少量ずつ１０ｗｔ％まで加えながら２４時間をかけて捏和した。この後、ポリアルファオレフィンを、全体の重量に対し６５ｗｔ％になるまで混合しながら添加し、含浸材料を作製した。【００９５】
（含浸材料２）
強磁性粒子、分散溶媒、表面改質剤は、実施例１と同様のものを用いた。
そして、メタノール（沸点が６４．５℃）と１−ブタノール（沸点が１１７．４℃）と水とが、重量比で１：２．５：２になるように混合した溶液を調製した。溶液を１０℃に冷却し、この溶液にマグネタイト粒子を浸漬して３０分間放置した。１０℃の温度環境でアルコールが吸着したマグネタイト粒子に、Ｔｉ系カップリング剤を３．５ｗｔ％で添加し、ポリアルファオレフィンを極少量ずつ１０ｗｔ％まで加えながら２４時間をかけて捏和した。この後、１０℃においてポリアルファオレフィンが、全体の重量に対し６５ｗｔ％になるまで混合しながら添加し、含浸材料を作製した。
【実施例１】
【００９６】
作製した含浸材料１及び２の挙動を可視化して観察するため、これらの含浸材料を金属焼結体の内部気孔に低圧含浸する代わりに、含浸材料１及び２をそれぞれのビーカに入れ、このビーカをオイルバス中に配置し、オイルバスの温度を変えて含浸材料の挙動を観察した。その結果を表２及び３に示した。表２は、オイルバスの温度上昇および温度下降速度を１℃/分に設定して実験した結果であり、表３は、オイルバスの温度変化速度を０．１℃/分に設定して実験した結果である。また、表２及び３の結果は、記載した温度に到達した瞬間の挙動を示している。【００９７】
【表２】
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【００９８】
【表３】
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【００９９】
含浸材料１では、１００℃まで昇温した時点から気泡が発生した。これは水蒸気圧が大気圧近辺まで上昇したためである。表２では、１７０℃から１３０℃までの降温過程において連続的に気泡が発生した。その後、気泡の発生頻度が低下し、１００℃で気泡の発生は停止した。表３では、降温過程の１４０℃に至る過程で完全に水蒸気が消費された。これらの結果は、マグネタイト粒子に吸着した水蒸気が、連続的に消費され、降温過程においてで完全に消費されたためであると考えられる。温度変化速度によって異なるのは、気泡が発生する時間は、水の沸点以上の温度に晒された合計時間に依存することを表しているためであると考えられる。【０１００】
含浸材料２では、７０℃近辺まで昇温した時点から気泡が発生した。これは、メタノールの蒸気圧が大気圧近辺まで上昇したためである。表２では、１００℃までの降温過程において、連続的に気泡が発生した。その後、気泡の発生頻度が低下し、７０℃に至って気泡の発生は停止した。表３では、１５０℃の降温過程まで連続的に気泡が発生していた。いずれの場合も含浸材料１を用いた場合に比べて気泡の発生時間が延びることが分かった。これは、メタノールと１−ブタノールとを混合させ、７０℃から１７０℃における気泡の発生頻度を、メタノールと水と１−ブタノールとに分担させたことによるものと考えられる。
【実施例２】
【０１０１】
次に、含浸材料１及び２を金属焼結体に低圧含浸して、軸受部品とし、それぞれをモータに取り付けて、モータの動作温度と動作時間とを変えてそれぞれ連続動作試験を行った。モータの動作条件は、２０℃で７２分間、４０℃で１４４分間、５５℃で３６０分間、７５℃で５０４分間、９０℃で２８８分間、１２０℃で７２分間となるように設定し、これを１サイクルとして、繰り返し連続動作させた。
その結果、いずれの場合も５０サイクルを繰り返しても、摺接面からは異音や異臭の発生が見られなかった。実施例１では、５５サイクルに入った段階で異音が発生し、さらにこれに続いて異臭も発生した。実施例２では、７５サイクルに入った段階で異音が発生し、さらにこれに続いて異臭も発生した。【０１０２】
比較例として、従来の軸受を用いたモータを同様の条件で動作させると、５サイクルに入った段階で異音が発生し、さらにこれに続いて異臭も発生した。【０１０３】
以上のように、従来のメタル軸受では−３０℃から１００℃強の動作環境温度であったのに対し、本発明に係るメタル軸受では−４０℃から１２０℃の温度範囲で軸受部品として用いることができる。さらに、２０℃から１２０℃の温度範囲で連続的に温度が変わる温度サイクルの環境では、従来の軸受に対し１０倍以上の動作寿命を有することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
このため、本発明に係るメタル軸受は、車両用の電磁弁やモータの軸受部品等、様々な軸受部品に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係るメタル軸受と軸部材との摺接面における強磁性粒子の状態を示す模式図
【符号の説明】
【０１０６】
１  軸受
２  軸部材
４  強磁性粒子
５  分散溶媒
【図１】
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【国際調査報告】
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