CN102312922A - 烧结含油轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在高温环境下也能长期维持润滑性能的烧结含油轴承。提供烧结含油轴承，其中，润滑脂状润滑组合物中的增稠剂向轴承润滑面的供给不受阻碍。烧结含油轴承，其是使以增稠剂和基础油为基本构成的润滑脂状润滑组合物浸渗在多孔烧结合金的气孔内的烧结含油轴承，其特征在于，该润滑脂状润滑组合物中的增稠剂的粒径比该多孔烧结合金的气孔径小。
Description
技术领域
本发明涉及烧结含油轴承，其适合作为在各种用途的发动机、电子机器、电源设备等的冷却中使用的轴流风扇发动机的轴承，即使在高温环境下也能长期维持润滑性能。
背景技术
电子机器等的冷却中使用的轴流风扇发动机，具有在框形的壳的中央部固定有发动机，在其转子上安装了旋转翼（风扇）的结构。当对发动机的驱动电路通电时，转子旋转，而在壳和发动机的间隙产生一定方向的空气流。轴流风扇发动机设置在电子机器等的外框等上，以向框内导入外部空气或将框内的空气排出，从而冷却电子机器。特别是在将框内的空气排出的用途中，轴流风扇发动机的温度环境为80～100℃左右，另外，由于运行时间长，故要求在该温度环境下耐久性良好的轴承。
有使用烧结含油轴承作为上述轴流风扇发动机的轴承的记载（例如参考日本特开平10－164794号公报）。这种发动机的轴承包含青铜或铁·青铜系的多孔烧结合金，在其气孔内浸渗了烃系的合成油或润滑组合物，所述润滑组合物是在烃系合成油中混合了作为增稠剂的金属皂而得的。但是，在上述那样的高温环境下长期使用时，则可见下述现象：润滑性能降低，伴随金属接触的增大、摩擦力的增大、轴承部的发热，而容易引起油的劣化、氧化磨损等。
风扇发动机要求在高温环境下具有长寿命。换而言之，需要延长所使用轴承的寿命，因而探索即使在高温环境下润滑性也长期稳定、同时也不产生发热胶着(焼付き)或磨损的这种烧结轴承与浸渗在气孔中的润滑组合物的组合成为课题。
作为这种润滑组合物，有在烃系合成油中混合作为增稠剂的金属皂而得的润滑组合物。但是，相对于一般的多孔烧结合金的气孔径为100μm左右，金属皂却使用粒径比多孔烧结合金的气孔径大数十μm至数百μm的金属皂。因此，增稠剂无法进入多孔烧结合金的气孔内，不能通过气孔而将增稠剂供给至润滑面。即，由于润滑面以基础油为主体，因此油膜强度变低，轴承与旋转轴成为易于进行金属接触的润滑状态，在润滑性方面不优选。
发明内容
本发明是鉴于上述状况而作出的发明。其目的在于提供烧结含油轴承，其是使由增稠剂和基础油构成的润滑脂状润滑组合物浸渗在多孔烧结合金的气孔内的烧结含油轴承，其中，增稠剂向轴承润滑面的供给不受阻碍。
本发明是使以增稠剂和基础油为基本构成的润滑脂状润滑组合物浸渗在多孔烧结合金的气孔内的烧结含油轴承，其特征在于，该润滑脂状润滑组合物中的增稠剂的粒径比该多孔烧结合金的气孔径小。
另外，优选方式是，上述润滑脂状润滑组合物中，相对于基础油的增稠剂的量以重量比计为0.2～2质量%的范围。
此外，优选方式是，上述多孔烧结合金的气孔径为30～150μm，上述润滑脂状润滑组合物的增稠剂粒径通过激光衍射散射式粒度分布测定装置测定、最大粒径为小于30μm，上述基础油为多元醇酯油、或多元醇酯油与聚α烯烃油的混合油中的任一者，且40℃下的运动粘度为20～100mm2/s的范围。
这样，在使以增稠剂和基础油为基本构成的润滑脂状润滑组合物浸渗在多孔烧结合金的气孔内的烧结含油轴承中，形成了将润滑脂状润滑组合物中的增稠剂的粒径比该多孔烧结合金的气孔径小的润滑脂状润滑组合物浸渗在多孔烧结合金中的组合。由此，增稠剂进入气孔内并被供给至润滑面，因而可以提供即使在温度较高的环境下润滑性也良好，且磨损量少的轴承元件(軸受要素)，特别地，其适用于轴流风扇发动机，如果用于轴流风扇发动机，则可以有助于提高发动机的耐久性、提高可靠性。
具体实施方式
以下，说明本发明优选的实施方式。
（1）浸渗的润滑脂状润滑组合物
对于即使在温度较高的环境下也可长期维持润滑性能的、形成与上述由多孔烧结合金构成的轴承的优选组合的润滑脂状润滑组合物，基础油是多元醇酯油、或多元醇酯油与聚α烯烃油的混合油中的任一者。通过降低基础油的粘度，在低速条件下变得易于向滑动面供给润滑脂状润滑组合物。但是过于降低粘度时，则润滑脂状润滑组合物的泄露量增加，润滑膜强度变低，因此金属接触增大，轴承产生异常。另一方面，提高基础油的粘度时，润滑脂状润滑组合物变得难以从轴承内流出。另外，由于粘性阻力变大，因此轴承的摩擦系数变高。因此，40℃下的运动粘度为20～100mm2/s的范围。润滑脂状润滑组合物通过通常的方法而浸渗在上述多孔烧结合金的轴承中。
（2）增稠剂
润滑脂状润滑组合物含有0.2～2.0质量%的增稠剂。增稠剂有各种油脂或脂肪酸的金属盐即锂皂、钠皂、钙皂、铝皂等金属皂、复合皂、有机系非皂、无机系非皂等。作为增稠剂，要求是价格便宜且供给稳定的、耐热性更高的物质，期望可制造与基础油形成一体的结构达到感觉不到不均匀体系的程度。从分散性、耐热性和润滑性等出发，锂金属皂是合适的。另外，通过将锂与一种或数种油脂类组合，可以得到各种性能的润滑脂。这类润滑脂可以列举牛脂、棕榈油、椰子油等天然动植物油、或氢化蓖麻油等将天然动植物油加氢而得的氢化油，和将它们分解得到的各种脂肪酸。另外还可以使用己二酸、癸二酸等二元羧酸、苯甲酸、水杨酸等芳香族羧酸、合成脂肪酸等。特别是以氢化蓖麻油或其脂肪酸、硬脂酸和锂形成的皂作为增稠剂的润滑脂，除了耐热性和耐水性良好之外，机械稳定性也良好。
增稠剂的含量小于0.2质量%时，得不到作为固体润滑性的效果。如果超过2.0质量%，则表观粘度变高，因此当浸渗在多孔烧结合金中使用时，摩擦系数变高。
形成浸渗了增稠剂的粒径比多孔烧结合金的气孔径小的增稠剂的组合。由此，增稠剂进入气孔内，增稠剂通过气孔的出入变得容易。即，基础油和增稠剂被供给至润滑面，因此油膜强度变高，轴承和旋转轴的金属接触得到减少。由此，可以维持良好的润滑性，并减少磨损。在本发明中，多孔烧结合金的气孔径为30～150μm，对于增稠剂的粒径，优选最大粒径为小于30μm。
实施例
以下，通过实施例和比较例进一步详细说明本发明。
增稠剂粒径的合适范围
首先，对润滑脂状润滑组合物中含有的增稠剂粒径的合适范围进行了研究。作为轴承原料粉末，准备-325～＋150目的还原铁粉、-350～＋200目的电解铜粉、锡粉的各金属粉末、和成形润滑剂（硬脂酸锌粉）。配合规定量的各金属粉，并相对于这些金属粉追加0.5质量%的成形润滑脂并混合。接着，将该混合粉末压缩成型为内径φ3mm、外径φ8mm、全长10mm的圆筒体，进行烧结和筛分。烧结在氢气和氮气的混合气体中以780℃的烧结温度进行，利用通常的方法进行筛分。密度为6.4Mg/m3，有效孔隙率为20.5%，多孔烧结合金的气孔径为30～150μm的范围。
作为多孔烧结合金的成分，组织形成铁相与铜合金相的不均匀的金属组织，铁为20～60质量%、铜合金为80～40质量%是合适的。更优选铁为40质量%左右，铜合金为60质量%左右。合金中的铁含量小于20质量%时，与用铜系烧结合金制成的轴承的耐磨损性相比，提高的程度少，如果超过60质量%，则与旋转轴的适应性降低，摩擦系数变高，因此使之在20～60质量%的范围内。对于本实施例的多孔烧结合金，铁的量为45质量%、铜合金组成是锡含量为4质量%。
使用通常的减压浸渗装置将润滑脂状润滑组合物浸渗在该轴承试样中。润滑脂状润滑组合物以多元醇酯油为基础油，增稠剂是锂金属皂。这种润滑脂状润滑组合物由于在高温下使用，因此油易于氧化，可见油泥的产生。在润滑脂状润滑组合物中含有作为抗氧化剂的酚系抗氧化剂0.1～5.0质量%和胺系抗氧化剂0.1～5.0%，可以防止氧化所致的油泥等的发生。酚系抗氧化剂或胺系抗氧化剂单体的效果小。另外，各自小于0.1%质量时则没有效果，即使各自添加5.0质量%以上，也未见其以上的效果。本实施例添加1.0质量%的酚系抗氧化剂、2.0质量%的胺系抗氧化剂。
对于锂金属皂，在将温度提高至熔点以上后的冷却工序中，通过改变冷却速度，可以得到不同粒径的锂金属皂。在冷却工序中放置以进行冷却时，粒径变大，形状成为纤维状，可以得到细粒径和粗粒径混合存在的增稠剂。在冷却工序中进行骤冷时，粒径变小，可以得到具有针状形状的微细的锂金属皂。
比较例1～3是缓慢冷却得到的纤维形状的增稠剂，实施例1～2是骤冷得到的针状形状的增稠剂。增稠剂的粒径用（株）堀场制作所制的LA－300测定，最大粒径为200μm、120μm、50μm、25μm、10μm这5种。另外，增稠剂的平均直径用下式求得，分别为90、50、10、5、1μm：
平均直径＝Σ｛q（J）×X（J）｝÷Σ｛q（J）｝
J：粒径区分编号
q（J）：频率分布值（%）
X（J）：J编号的粒径范围的代表直径（μm）。
润滑脂状润滑组合物的40℃下的运动粘度约为50mm2/s。作为试验方法，将试验用的轴水平地固定在通过发动机旋转的轴的固定部，使轴承固定在机壳(ハウジング)上并与轴嵌合，在对机壳施加垂直方向的荷重的状态下使轴旋转，使用可测定轴承对机壳施加的旋转扭矩的装置来测定摩擦系数，测定运转初期的摩擦系数和试验后的轴承磨损量。旋转轴（轴）是经热处理的马氏体系不锈钢SUS420J2材料且表面粗糙度约为0.3S。环境温度保持在80℃，使轴的旋转数为5000rpm，负荷面压为0.1MPa，运行1000小时。轴承磨损量是试验前的轴承内径尺寸与运行1000小时后的轴承内径尺寸的差。
试验结果示于表1。对于摩擦系数和磨损量，实施例1、2小，但比较例1～3变大。另外，对比较例1～3进行比较可知，增稠剂的最大粒径越大，则摩擦系数和磨损量越变大。实施例1和2的增稠剂的粒径均比多孔烧结合金的气孔径小，因此增稠剂可以进入气孔内，并可通过多孔烧结合金的任意气孔而出入，从而增稠剂可与基础油一起同样地被供给至润滑面。由此，认为减少了轴承与旋转轴的金属接触，减小了摩擦系数和磨损量。由实施例1、2可知，增稠剂粒径越小，则出入气孔就越变得容易，因此是合适的。应予说明，在比较例1、2、3中，浸渗了比多孔烧结合金的最大气孔径150μm小的增稠剂。但是，这些增稠剂不能从多孔烧结合金的所有气孔内出入，因此增稠剂向润滑面的供给变少。由此，润滑面的基础油的比例变多，因此认为油膜强度变低，轴承与旋转轴易于进行金属接触，摩擦系数和磨损量变大。
这样，使增稠剂的最大粒径比多孔烧结合金的气孔径小的润滑脂状润滑组合物与多孔烧结合金的组合，由于增稠剂可通过气孔而被供给至润滑面，因此润滑性良好，可以减少轴承磨损。
增稠剂含量的合适范围
接着，对润滑脂状润滑组合物中含有的增稠剂含量的合适范围进行研究。润滑脂状润滑组合物以多元醇酯油为基础油，增稠剂为锂金属皂且是含量为0.1～2.5质量%的不同的6种。润滑脂状润滑组合物在40℃下的运动粘度约为50mm2/s。增稠剂粒径用株式会社堀场制作所制的LA－300测定，最大粒径为25μm，平均直径为5μm。另外，润滑脂状润滑组合物含有1.0质量%的酚系抗氧化剂、2.0质量%的胺系抗氧化剂。浸渗了润滑脂状润滑组合物的试验轴承是与上述同样的轴承试样，密度为6.4Mg/m3，有效孔隙率为20.5%，多孔烧结合金的气孔径为30～150μm的范围。轴承试验方法与上述试验方法相同，测定运行初期的摩擦系数和运行1000小时后的轴承摩损量。
试验结果一并记于表1。实施例3、1、4、5的摩擦系数低、磨损量也小。相对于此，比较例4的摩擦系数高、磨损量也大。认为这是由于增稠剂的含量少，为0.1质量%，因此油膜强度变低，轴承与旋转轴变得易于进行金属接触，摩擦系数和磨损量变大的缘故。比较例5的磨损量小，但摩擦系数高。这是由于增稠剂的含量多，从而表观粘度高的缘故。因此，增稠剂的含量优选为0.2～2质量%。
基础油粘度的合适范围
接着，对于润滑脂状润滑组合物的基础油粘度的合适范围进行研究。润滑脂状润滑组合物以多元醇酯油为基础油，增稠剂是锂金属皂且含量为0.5质量%。增稠剂粒径与上述同样，用株式会社堀场制作所制的LA－300测定，最大粒径为25μm，平均直径为5μm。40℃下的运动粘度为10、20、50、100、150mm2/s的不同的5种。浸渗了润滑脂状润滑组合物的试验轴承是与上述同样的轴承试样。另外，轴承试验方法也与上述试验方法相同，测定运行初期的摩擦系数和运行1000小时后的轴承磨损量。
试验结果一并记于表1。实施例6、1、7的摩擦系数低、磨损量也小。比较例6的摩擦系数高、磨损量也大。认为这是由于运动粘度低，为10mm2/s，因而油膜强度不足，轴承与旋转轴变得易于进行金属接触的缘故。比较例7的磨损量小，但摩擦系数高。认为是由于粘度高，为150mm2/s，因此油膜强度高，但由于粘度过高，因而摩擦系数变高的缘故。因此，润滑脂状润滑组合物的40℃下的运动粘度为20～100mm2/s是合适的。
本申请发明的烧结含油轴承适合用于风扇发动机，如果用于风扇发动机，则可有助于提高发动机的耐久性、提高可靠性。
Claims (3)
1.烧结含油轴承，其是使以增稠剂和基础油为基本构成的润滑脂状润滑组合物浸渗在多孔烧结合金的气孔内的烧结含油轴承，其特征在于，该润滑脂状润滑组合物中的增稠剂的粒径比该多孔烧结合金的气孔径小。
2.权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，所述润滑脂状润滑组合物中，相对于基础油的增稠剂的量以重量比计为0.2～2质量%的范围。
3.权利要求1或2所述的烧结含油轴承，其特征在于，所述多孔烧结合金的气孔径为30～150μm，用激光衍射散射式粒度分布测定装置测定的所述润滑脂状润滑组合物的增稠剂粒径的最大粒径为小于30μm，所述基础油为多元醇酯油、或多元醇酯油与聚α烯烃油的混合油中的任一者，且40℃下的运动粘度为20～100mm2/s的范围。
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