CN109014218A - 烧结轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有高旋转精度且旋转波动小的烧结轴承。该轴承为具有轴承面4a的轴承，其由将原料粉末10成形、烧结而成的烧结体4”构成且具有300MPa以上的径向抗压强度，所述原料粉末10含有使铜粉13在铁粉12的表面部分扩散而形成的部分扩散合金粉11、作为低熔点金属粉的锡粉14和作为固体润滑剂粉的石墨粉。

Description

烧结轴承
本申请是分案申请，其原申请的国际申请号为PCT/JP2013/078686，国际申请日为2013年10月23日，中国国家申请号为201380055147.4，进入中国国家阶段的进入日为2015年04月22日，发明名称为“烧结轴承”。
技术领域
本发明涉及烧结轴承。
背景技术
烧结轴承为具有无数内部孔隙的多孔质体，通常在内部孔隙中浸渗有润滑流体(例如润滑油)的状态下使用。这种情况下，在烧结轴承及插入到其内周的轴相对旋转时，保持在烧结轴承的内部孔隙中的润滑油随着温度上升而渗出到烧结轴承的内周面(轴承面)。并且，利用该渗出的润滑油，在烧结轴承的轴承面与轴的外周面之间的轴承间隙内形成油膜，从而使轴以相对自由旋转的方式得到支承。
例如，下述的专利文献1中，作为以铁和铜作为主要成分的铜铁系的烧结轴承，记载了通过将在铁粉上包覆有10质量％以上且小于30质量％的铜且使粒度为80目以下的覆铜铁粉进行压粉、烧结而成的烧结轴承。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3613569号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，本发明人进行证实的结果表明，在将应用了专利文献1的技术手段的烧结轴承用于振动电动机的情况下，旋转波动增大。认为这是由于，在将覆铜铁粉进行压粉、烧结而成的烧结轴承中，铁相(铁组织)与铜相(铜组织)的网络强度低，因此轴承面早期地发生磨损。
鉴于这样的实际情况，本发明的目的在于提供具有高旋转精度且旋转波动小的烧结轴承。
解决解决课题的手段
上述的振动电动机是指在例如手机等移动终端中作为报知电话的来电、邮件的接收等的振动器而发挥功能的电动机，通常，如图1所示，形成为通过利用电动机部M使安装在轴3的一端的锤(偏心锤)W旋转而使便携式终端整体发生振动的构成。近年来，作为支承振动电动机(的主轴)的轴承，正在研究使用紧凑且肃静性优异的烧结轴承。图1是示意性地示出使用烧结轴承4(41、42)时的振动电动机1的主要部分的图，图示例中，向电动机部M的轴向两侧突出的轴3的两侧由圆筒状的烧结轴承4(41、42)自由旋转地支承。锤W侧的烧结轴承41配置在锤W与电动机部M之间，该锤W侧的烧结轴承41以相较于与锤W相反的一侧的烧结轴承42而言壁更厚且直径更大的方式形成。两个烧结轴承4(41、42)均在内周具有轴承面4a，通过压入等手段固定在例如由金属材料形成的壳体2的内周。
该振动电动机1中，当轴3旋转时，受到锤W的影响，轴3在沿着轴承面4a的整个面转动的同时旋转。即，在通常用途的烧结轴承中，轴3以向重力方向偏心的状态旋转，但在振动电动机用的烧结轴承4(41、42)中，如图2所示，轴3以使轴中心Oa相对于轴承中心Ob不仅向重力方向偏心而且向所有方向偏心的状态旋转。
近年来，考虑到在所谓的智能手机等上的搭载，要求振动电动机进一步小型化。在使振动电动机小型化的情况下，电动机功率的增大存在极限。为了在这种状况下也确保预定的振动性能，通过使电动机高速旋转(10000rpm以上)或者增大锤W的偏载来应对，振动电动机用烧结轴承4的使用条件趋向于变得更加苛刻。
本发明人在对该振动电动机用烧结轴承进行研究的过程中发现，这种轴承中，在高速旋转时轴沿着轴承面整个面转动，并且由于偏载而使轴承面频繁地叩击到轴上(轴相对于轴承面频繁地发生滑动接触)，因此，轴承面比通常用途的烧结轴承更容易磨损。另外发现，为了确保旋转精度，轴承面的精度是很重要的，而且，单纯提高轴承面的精度是不够的，在将烧结轴承压入到壳体内周时轴承面随壳体的内周面形状而变形这一点也会影响轴的旋转精度。
本发明的烧结轴承是基于以上的发现而创制的，具体而言，其为在内周具有与需要支承的轴之间形成轴承间隙的轴承面的烧结轴承，其特征在于，由将原料粉末成形、烧结而成的烧结体构成且径向抗压强度为300MPa以上，所述原料粉末含有使铜粉在铁粉中部分扩散而成的部分扩散合金粉、低熔点金属粉和固体润滑剂粉。
部分扩散合金粉中，铜粉的一部分扩散到铁粉中，因此，与使用覆铜铁粉时相比，在烧结后的铁组织与铜组织之间能够得到更高的网络强度。另外，根据上述的构成，通过将原料粉末成形(挤压成形)之后的烧结，压粉体中含有的低熔点金属粉熔融。由于低熔点金属对铜具有高润湿性，因此，通过液相烧结，能够使相邻的部分扩散合金粉的铁相与铜相、或者铜相之间牢固地结合。另外，在各个部分扩散合金粉中的、铜粉的一部分扩散到铁粉的表面而形成Fe-Cu合金的部分，熔融的低熔点金属发生扩散，因此，能够进一步提高铁相与铜相之间的网络强度。基于上述理由，能够得到即使通过低温烧结，轴承面的耐磨损性也优异且具有300MPa以上的径向抗压强度的高强度的烧结体(烧结轴承)。
通过这样提高轴承面的耐磨损性，能够防止旋转波动。另外，如果烧结轴承(烧结体)不具备充分的径向抗压强度，轴承面随着向壳体内周压入而变形，轴承面的精度特别是正圆度、圆柱度降低，则需要追加实施精压加工(サイジング)等形状矫正加工来将轴承面加工成适当形状。此外，如果烧结轴承(烧结体)不具备充分的径向抗压强度，则在组装有该烧结轴承的产品(例如手机)掉落等施加大的冲击载荷的情况下，轴承面可能会变形。与此相对，如果烧结体具有300MPa以上的径向抗压强度，则能够尽可能地防止上述各种不良情况的产生。由上，能够以低成本提供兼具高的耐久性和旋转精度的烧结轴承。
为了得到上述的烧结轴承(烧结体)，作为原料粉末中含有的部分扩散合金粉，优选使用使平均粒径为5μm以上且小于20μm的铜粉在铁粉表面部分扩散且含有10～30质量％的Cu的部分扩散合金粉。
本发明人反复进行了深入研究，结果弄清了，原料粉末中含有平均粒径超过106μm的大粒径的部分扩散合金粉时，容易在烧结体的内部形成粗大孔隙，结果，有时无法确保所需要的轴承面的耐磨损性、径向抗压强度等。因此，优选使用平均粒度为145目以下(平均粒径为106μm以下)的部分扩散合金粉。通过使用这样的合金粉，烧结后的金属组织(多孔组织)变得均匀，能够稳定地得到金属组织中的粗大孔隙的产生得到抑制的烧结体。由此，能够稳定地得到轴承面的耐磨损性、轴承的径向抗压强度进一步提高的烧结轴承。
该烧结轴承中，可以使用锡粉作为低熔点金属粉，可以使用石墨粉作为固体润滑剂粉。这种情况下，烧结体含有10质量％～30质量％的Cu、0.5质量％～3.0质量％的Sn、0.3质量％～1.5质量％的C，余量由铁和不可避免的杂质构成。在该构成中，在烧结体的金属组织中含有一定量的铜，因此，能够提高轴承面的初期磨合性、肃静性。另一方面，该烧结轴承的大部分由铁(铁组织)构成，因此机械强度也优异。另外，也不使用镍(Ni)、钼(Mo)等昂贵的材料。因此，能够以低成本提供机械强度和轴承面的耐磨损性提高的烧结轴承。
通过以软质的铁素体相为主体来构成烧结体的铁组织，能够减弱轴承面对轴的攻击性，能够抑制轴的磨损。以铁素体相为主体的铁组织例如可以通过在铁与碳不发生反应的900℃以下的温度下对压粉体进行煅烧来得到。
以铁素体相为主体的铁组织中，除了全部为铁素体相的组织以外，还包含在铁素体相的晶界处存在比铁素体相硬质的珠光体相的铁组织。这样，通过在铁素体相的晶界处形成珠光体相，与铁组织仅由铁素体相构成的情况相比，能够提高轴承面的耐磨损性。为了同时实现轴的磨损抑制和轴承面的耐磨损性提高，优选使铁素体相(αFe)和珠光体相(γFe)在铁组织中所占的比例分别为80～95％和5～20％(αFe:γFe＝80～95％:5～20％)。需要说明的是，上述的比例例如可以通过烧结体的任意截面中的铁素体相和珠光体相各自的面积比例来求出。
作为构成部分扩散合金粉(Fe-Cu部分扩散合金粉)的铁粉，可以使用还原铁粉。作为铁粉，除了还原铁粉以外，也可以使用例如雾化铁粉，但还原铁粉形成具有内部孔隙的海绵状(多孔状)，因此粉末比雾化铁粉更柔软，压缩成形性优异。因此，即使以低密度也能够提高压粉体强度，能够防止压粉体发生缺损、破裂。另外，还原铁粉由于如上所述形成海绵状，因此还具有保油性比雾化铁粉优异的优点。
上述构成中，表层部的孔隙率、特别是包含轴承面的表层部的孔隙率优选设定为5～20％。需要说明的是，在此所述的表层部是指自表面起至深度为100μm以下的区域。
可以在烧结体(的内部孔隙)中浸渗润滑油，作为润滑油，优选使用40℃下的运动粘度在10～50mm2/秒的范围内的润滑油。这是为了确保形成于轴承间隙内的油膜的刚性，并且抑制旋转力矩的升高。需要说明的是，作为浸渗到烧结体中的油，也可以采用以40℃下的运动粘度在10～50mm2/秒的范围内的油(润滑油)作为基础油的液态脂。
发明的效果
如上所示，根据本发明，能够提供具有高旋转精度且旋转波动小的烧结轴承。基于该特性，该烧结轴承特别适合于振动电动机的主轴支承用途。
附图说明
图1为具备本发明的实施方式的烧结轴承的振动电动机的主要部分的示意性截面图。
图2为图1中所示的A-A线向视截面图。
图3为图2中的X部的显微镜照片。
图4为示意性地表示部分扩散合金粉的图。
图5(a)为表示压粉工序的示意性截面图。
图5(b)为表示压粉工序的示意性截面图。
图6为概念性地表示压粉体的一部分的图。
图7为示意性地表示烧结体的金属组织的图。
图8为现有技术的烧结轴承的轴承面附近的显微镜照片。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
援引图1对具备本发明的实施方式的烧结轴承4的振动电动机1的主要部分进行说明。该振动电动机1中，直径为2mm以下(例如0.6mm)的轴3由电动机部M以10000rpm以上的转速旋转驱动。振动电动机1具备：形成为近似圆筒状的金属制或树脂制的壳体2、配置在电动机部M的轴向两侧且压入固定于壳体2的内周的环状的烧结轴承4(41、42)、以及插入到烧结轴承4(41、42)的内周的轴3，在轴3与烧结轴承4的轴承面4a之间形成的间隙(轴承间隙)的间隙宽度以单侧(半径值)计设定为约4μm。轴3由不锈钢等形成，在其一端以一体或分体的方式设置有锤W。本实施方式的锤W以其中心相对于轴3的中心偏心的方式安装固定在轴3的一端。在烧结轴承4的内部孔隙中，浸渗有40℃下的运动粘度在10～50mm2/秒的范围内的润滑油或者以40℃下的运动粘度在10～50mm2/秒的范围内的油为基础油的液态脂。
具有上述构成的轴承单元1中，轴3相对于烧结轴承4相对旋转时，保持在烧结轴承4的内部孔隙中的润滑油随温度上升而渗出到轴承面4a上。利用该渗出的润滑油，在相对的轴3的外周面3a与烧结轴承4的轴承面4a之间的轴承间隙内形成油膜，轴3由烧结轴承4以相对自由旋转的方式支承。
需要说明的是，虽然省略了图示，但为了防止浸渗到烧结轴承4的内部孔隙中的润滑油漏出到壳体2的外部或飞散，可以在轴承单元1中设置将壳体2的开口部密封的密封部件。
以上说明的烧结轴承4主要依次经过(A)原料粉末生成工序、(B)压粉工序和(C)烧结工序来制造。以下，对上述(A)～(C)的各工序详细进行说明。需要说明的是，配置在电动机部M的两侧的两个烧结轴承4(41、42)只是轴向尺寸(轴承面4a的面积)和径向的厚度相互不同，其他的结构实质上相同，经过相同的制造工序来制造。
(A)原料粉末生成工序
该工序中，通过将后述的两种以上的粉末混合来生成作为烧结轴承4的制作用材料的原料粉末。本实施方式中使用的原料粉末是以部分扩散合金粉为主要原料并在其中配合低熔点金属粉和固体润滑剂粉而成的混合粉末。该原料粉末中可以根据需要添加各种成形助剂(例如，用于提高脱模性的润滑剂)。以下，对上述的各粉末进行详述。
[部分扩散合金粉]
作为部分扩散合金粉(Partially Pre-Alloyed Powder)11，使用使铜粉13在铁粉12的表面部分扩散而成的Fe-Cu部分扩散合金粉，特别地，本实施方式中，如图4中示意性所示，使用使平均粒径比铁粉12小的大量铜粉13在铁粉12的表面部分扩散而成的Fe-Cu部分扩散合金粉。部分扩散合金粉11的扩散部分形成Fe-Cu合金，如图4中的局部放大图所示，合金部分具有铁原子12a与铜原子13a相互结合并排列而成的结晶结构。部分扩散合金粉11仅使用能够通过145目的筛的网眼的粒子、即平均粒度为145目以下(平均粒径为106μm以下)的粒子。需要说明的是，粉末的粒径越小则越轻，容易漂浮，因此，原料粉末中大量含有小粒径的部分扩散合金粉11时，在后述的压粉工序中原料粉末对成形金属模具(内腔)的填充性降低，难以稳定地得到预定形状、密度的压粉体。具体而言，本发明人发现，含有25质量％以上的粒径为45μm以下的部分扩散合金粉11时，容易产生上述的问题。因此，作为部分扩散合金粉11，期望选择使用平均粒度为145目以下(平均粒径为106μm以下)且不含有25质量％以上的平均粒度为350目(平均粒径为45μm)以下的粒子的部分扩散合金粉。平均粒径可以通过下述的激光衍射散射法(例如使用株式会社岛津制作所制造的SALD31000)来测定，即，对粒子群照射激光，由其发出的衍射-散射光的强度分布图案通过计算求出粒度分布以及平均粒径。
作为构成上述的部分扩散合金粉11的铁粉12，可以使用还原铁粉、雾化铁粉等公知的铁粉，本实施方式中使用还原铁粉。还原铁粉为近似于球形的不规则形状且为具有内部孔隙的海绵状(多孔状)，因此也被称为海绵铁粉。所使用的铁粉12优选平均粒径为20μm～106μm的铁粉，更优选平均粒径为38μm～75μm的铁粉。
另外，作为构成部分扩散合金粉11的铜粉13，可以广泛使用通用的不规则形状或树枝状的铜粉，例如使用电解铜粉、雾化铜粉等。本实施方式中，使用表面具有多个凹凸并且作为粒子整体形成近似于球形的不规则形状的成形性优异的雾化铜粉。所使用的铜粉13使用粒径比铁粉12小的铜粉，具体而言，使用平均粒径为5μm以上且20μm以下(优选小于20μm)的铜粉。需要说明的是，各个部分扩散合金粉11中的Cu的比例为10～30质量％(优选为22～26质量％)，与烧结工序中得到的烧结体4”中的铜的含量(严密地说是烧结体4”不含有Sn、C时的铜的含量)相同。即，本实施方式中，在原料粉末中不配合单质的铜粉、铁粉。原料粉末中也可以配合单质的铜粉、铁粉，但配合单质的铜粉时，难以使轴承面4a高强度化。因此，例如在轴承面4a随着轴3的旋转叩击到轴3上等时，容易在轴承面4a上形成压痕(凹陷)。另外，配合单质的铁粉时，难以得到具有所期望的径向抗压强度的烧结体4”(烧结轴承4)。因此，原料粉末中，优选不配合单质的铜粉、铁粉。
[低熔点金属粉]
作为低熔点金属粉，使用熔点为700℃以下的金属粉、例如锡、锌、磷等的粉末。本实施方式中，使用这些低熔点金属粉中烧结时的蒸散少的锡粉14(参照图6)、特别是雾化锡粉。作为锡粉(雾化锡粉)14，优选使用平均粒径为5～63μm的锡粉，更优选使用平均粒径为20～45μm的锡粉。
[固体润滑剂]
作为固体润滑剂，可以使用石墨、二硫化钼、硬脂酸锌等的粉末中的一种或两种以上。本实施方式中，考虑到成本，使用石墨粉、特别是鳞片状石墨粉。
(B)压粉工序
压粉工序中，使用图5(a)、图5(b)所示的成形金属模具20对上述的原料粉末10进行压缩，由此得到近似于图1等中所示的烧结轴承4的形状(大致为成品形状)的压粉体4’。成形金属模具20具有同轴配置的模芯21、上下冲头22、23和冲模24作为主要构成。成形金属模具20例如设置在凸轮式成形压力机的模架中。
上述构成的成形金属模具20中，在由模芯21、下冲头23和冲模24划成的内腔25内填充原料粉末10后，使上冲头22相对于下冲头23相对接近地移动，以适当的加压力(根据待成形的压粉体的形状、尺寸来设定)对原料粉末10进行压缩时，压粉体4’被成形。然后，使上冲头22上升移动，同时使下冲头23上升移动，将压粉体4’排出到内腔25外。如图6中示意性所示，压粉体4’中，均匀分散有部分扩散合金粉11、锡粉14和石墨粉(未图示)。本实施方式中使用的部分扩散合金粉11使用还原铁粉作为铁粉12，因此，与使用雾化铁粉而成的部分扩散合金粉相比粉末更柔软，挤压成形性优异。因此，即使以低密度也能够提高压粉体4’的强度，能够防止压粉体4’发生缺损、破裂。
(C)烧结工序
烧结工序中，将压粉体4’烧结，得到烧结体。烧结条件设定为石墨(石墨粉)所含有的碳与铁不发生反应(不产生碳的扩散)的条件。在铁-碳的平衡状态下，相变点在723℃，超过该温度时，铁与碳开始反应，在铁组织中生成珠光体相(γFe)，烧结时在超过900℃后开始碳(石墨)与铁的反应，生成珠光体相(γFe)。珠光体相(γFe)的硬度高(HV300以上)，对对象材料的攻击性强，因此，在烧结轴承4的铁组织中过量存在珠光体相(γFe)时，可能使轴3的磨损加剧。另外，在通常的烧结轴承的制造工序中，大多在将丁烷、丙烷等液化石油气体与空气混合并使用Ni催化剂使其热分解而成的吸热型气体(RX气体)的气氛下对压粉体进行加热、烧结。但是，在吸热型气体中碳可能会扩散而使压粉体的表面固化，容易产生与上述同样的问题。
从以上的观点出发，将压粉体4’在900℃以下、具体而言在700℃(优选760℃)以上且840℃以下进行加热(低温烧结)。另外，烧结气氛设定为不含有碳的气体气氛(氢气、氮气、氩气等)或者真空。如果为这样的烧结条件，则在原料粉末中不发生碳与铁的反应，因此，烧结后的铁组织全部成为软质的铁素体相(HV200以下)。在原料粉末中含有流体润滑材料等各种成形助剂的情况下，成形助剂随着烧结而挥散。
铁组织除了全部由铁素体相(αFe)形成以外，如图7所示，还可以形成铁素体相αFe与珠光体相γFe的两相组织。由此，比铁素体相αFe硬质的珠光体相γFe有助于提高轴承面的耐磨损性，能够抑制高面压下的轴承面的磨损，从而提高轴承寿命。但是，珠光体相γFe的存在比例过量而达到与铁素体相αFe同等的比例时，珠光体对轴3的攻击性增强，容易使轴3磨损。为了防止上述情况，如图7所示，将珠光体相γFe抑制为存在(散布)于铁素体相αFe的晶界的程度。在此所述的“晶界”是指形成在粉末粒子之间的晶界以及形成在粉末粒子中的晶粒间界这两者。在铁组织由铁素体相αFe和珠光体相γFe的两相组织形成的情况下，铁素体相αFe和珠光体相γFe在铁组织中所占的比例以烧结体的任意截面中的面积比计分别优选设定为约80％～95％和5％～20％(αFe:γFe＝80％～95％：5％～20％)。由此，能够同时实现轴3的磨损抑制和轴承面4a的耐磨损性提高。
珠光体相γFe的生长速度主要取决于烧结温度。因此，在上述的方式中，为了使珠光体相γFe存在于铁素体相αFe的晶界，将烧结温度提高至约820℃～900℃，并且使用含有碳的气体、例如天然气、吸热型气体(RX气体)作为炉内气氛来进行烧结。由此，在烧结时气体中含有的碳扩散到铁中，从而能够形成珠光体相γFe。需要说明的是，如上所述，在超过900℃的温度下将压粉体4’烧结时，石墨粉中的碳与铁反应而形成珠光体相γFe，因此，优选将压粉体4’在900℃以下烧结。
烧结后，对烧结体4”实施精压加工，将烧结体4”精加工成最终形状、尺寸后，在该烧结体4”的内部孔隙中通过真空浸渗等方法浸渗润滑油，图1所示的烧结轴承4完成。浸渗到烧结体4”的内部孔隙中的润滑油使用低粘度的润滑油，具体而言，使用40℃下的运动粘度为10～50mm2/秒的润滑油(例如合成烃类润滑油)。这是为了确保形成在轴承间隙内的油膜的刚性，并且抑制旋转力矩的升高。需要说明的是，可以在烧结体4”的内部孔隙中浸渗以40℃下的运动粘度为10～50mm2/秒的润滑油为基础油的液态脂。另外，精压加工根据需要实施即可，并不一定需要实施。另外，根据用途也可以省略润滑油的浸渗工序，制成在不给油条件下使用的烧结轴承。
本实施方式的烧结体4”(烧结轴承4)含有10～30质量％(优选22～26质量％)的Cu、0.5～3.0质量％(优选1.0～3.0质量％)的Sn、0.3～1.5质量％(优选0.5～1.0质量％)的C，余量由铁和不可避免的杂质构成。并且，在将压粉体4’的烧结温度设定为远低于铜的熔点(1083℃)的900℃以下的上述的烧结条件下，压粉体4’中含有的(构成部分扩散合金粉11的)铜粉13不熔融，因此，铜不会随烧结而扩散到铁(铁组织)中。因此，在该烧结体4”的表面(轴承面4a)露出有适量的铜组织。另外，在烧结体4”的表面还露出有游离石墨。因此，与轴3的初期磨合性良好，能够得到轴承面4a的摩擦系数也小的烧结轴承4。增加Sn的混合量时，烧结体4”的机械强度提高，但Sn的量过量时，粗大孔隙增多，因此设定为上述的混合比例(相对于Cu的混合比例为约10％的混合比例)。
烧结体4”中，形成以铁为主要成分的铁组织和以铜为主要成分的铜组织。本实施方式中，原料粉末中未添加铁粉单质、铜粉单质，即使添加也是微量，因此，烧结体4”的全部的铁组织和铜组织形成以部分扩散合金粉11为主体。部分扩散合金粉中，铜粉的一部分扩散到铁粉中，因此，能够在烧结后的铁组织与铜组织之间得到高的网络强度。另外，烧结时，压粉体4’中的锡粉14熔融，将构成部分扩散合金粉11的铜粉13的表面润湿。与此相伴，在锡(Sn)与铜(Cu)之间进行液相烧结，如图7所示，形成相邻的部分扩散合金粉11的铁组织与铜组织、或者铜组织之间结合而成的青铜相(αCu-Sn)16。另外，在各个部分扩散合金粉11中的、铜粉13的一部分扩散到铁粉12的表面而形成Fe-Cu合金的部分，熔融的Sn扩散而形成Fe-Cu-Sn合金(合金相)17，因此，铁组织与铜组织之间的网络强度进一步提高。因此，即使在如上所述的低温烧结时，也能够得到高的径向抗压强度，具体而言为300MPa以上的径向抗压强度。另外，还能够使轴承面4a变硬而提高轴承面4a的耐磨损性。需要说明的是，图7中，铁素体相αFe、珠光体相γFe等通过色的深浅来表现。具体而言，颜色按照铁素体相αFe→青铜相16→Fe-Cu-Sn合金(合金相)17→珠光体相γFe的顺序变深。
另外，作为部分扩散合金粉11，使用平均粒度为145目以下(平均粒径为106μm以下)的粉末，因此，能够使烧结体4”的多孔组织均一化从而防止粗大孔隙的生成。因此，能够使烧结体4”高密度化从而进一步提高径向抗压强度、轴承面4a的耐磨损性。
如上所示，本实施方式的烧结体4”具有300MPa以上的径向抗压强度，该径向抗压强度的值与现有的铜铁系烧结体的径向抗压强度的值相比为2倍以上的值。另外，本实施方式的烧结体4”的密度达到6.8±0.3g/cm3，密度高于现有的铁铜系烧结体的密度(约6.6g/cm3)。现有的铁铜系烧结体通过在压粉体的成形工序中进行高度压缩也能够实现高密度化，但这种情况下，内部的流体润滑剂在烧结时无法燃烧而气化，因此，表层部的孔隙粗大化。本发明中，在压粉体的成形时不需要高度压缩，能够防止这样的不良情况。
这样，能够使烧结体4”高密度化，另一方面，能够使含油率为15体积％以上，能够确保与现有的铁铜系烧结轴承同等程度的含油率。这主要是由于使用了形成海绵状的保油性优异的还原铁粉作为构成部分扩散合金粉11的铁粉12。这种情况下，浸渗到烧结体4”中的润滑油不仅保持在烧结组织的粒子间形成的孔隙内，而且也保持在还原铁粉所具有的孔隙内。
粗大孔隙特别容易产生在烧结体4”的表层部(自烧结体表面起算深度为100μm以下的区域)，但如果是以上述方式得到的烧结体4”，则如上所述，能够防止表层部的粗大孔隙的产生，从而实现表层部的高密度化。具体而言，能够使表层部的孔隙率为5％～20％。该孔隙率例如可以通过对烧结体4”的任意截面中的孔隙部的面积比例进行图像分析来求出。
这样，表层部得到高密度化，由此，轴承面4a的表面孔隙度也减小，具体而言，能够将轴承面4a的表面孔隙度设定在5％以上且20％以下的范围内。需要说明的是，表面孔隙度低于5％时，难以在轴承间隙内渗出所需要的足够量的润滑油(油膜形成能力不充分)，无法得到作为烧结轴承的优点。
另外，作为用于得到该烧结体4”的原料粉末，使用了以使铜粉13部分扩散到铁粉12的表面而成的部分扩散合金粉11为主要原料的原料粉末，因此，能够防止在现有的铁铜系烧结轴承中成为问题的铜的偏析。另外，该烧结体4”能够在不使用Ni、Mo等昂贵的金属粉末的情况下提高机械强度，因此还实现了烧结轴承4的低成本化。
如上所述，本发明的烧结轴承4具有高的径向抗压强度(300MPa以上的径向抗压强度)，因此，即使在如图1所示压入固定到壳体2的内周的情况下，轴承面4a也不会随壳体2的内周面形状而变形，安装后也能够稳定地维持轴承面4a的正圆度、圆柱度等。因此，在将烧结轴承4压入固定到壳体2的内周后，能够在不实施用于将轴承面4a精加工成适当形状、精度的加工(例如精压加工)的情况下确保所期望的正圆度(例如3μm以下的正圆度)。另外，烧结轴承4具有300MPa以上的径向抗压强度时，安装有该烧结轴承4的振动电动机1(以及具备该振动电动机1的便携式终端等)即使在由于落下等而对轴承面4a施加大的冲击载荷的情况下，也可尽可能地防止轴承面4a的变形。此外，轴承面4a高硬度化而具有高耐磨损性，因此，即使轴3在轴承面4a的整个面上转动、或者轴3频繁地碰撞到轴承面4a上，也能够抑制轴承面4a的磨损、损伤。因此，根据本发明，能够以低成本提供适合于振动电动机的支承的烧结轴承4。
在此，将专利文献1记载的技术手段所涉及的烧结轴承(以下称为“覆铜铁粉轴承”)的表层部的显微镜照片示于图8中，以供参考。将图8与本实施方式的烧结轴承4的表层部的显微镜照片(参照图3)比较时可以理解，与覆铜铁粉轴承相比，本实施方式的烧结轴承4的表层部的多孔组织更均一且致密。实际上，本实施方式的烧结轴承4的表层部的孔隙率为13.6％，与此相对，覆铜铁粉轴承的表层部的孔隙率为约25.5％。作为产生这样的差距的主要原因，可以举出：覆铜铁粉中铜膜只不过是紧贴在铁粉上，铁相与铜相之间的网络强度不足。
以上，对本发明的一个实施方式的烧结轴承进行了说明，但本发明的实施方式不限于上述的烧结轴承。
例如，在将压粉体4’挤压成形时，可以采用在对成形金属模具20和原料粉末10中的至少一者进行加热的状态下将压粉体4’挤压成形的所谓的热成形法、在成形金属模具20的成形面(内腔25的画成面)上涂布有润滑剂的状态下将压粉体4’挤压成形的金属模具润滑成形法。采用这样的方法时，能够精度更良好地将压粉体4’成形。
另外，本发明的烧结轴承4不限于振动电动机，可以广泛地作为以高速且偏载大的电动机的主轴支承用途为代表的、将轴自由旋转地进行支承的轴承来使用。本实施方式中，对使轴3旋转的情况进行了说明，但也可以用于与此相反地使轴承4旋转的用途。另外，也可以在烧结轴承4的轴承面4a上设置动压槽等动压产生部。这样，能够提供形成在轴承间隙内的油膜的刚性，因此能够进一步提高旋转精度。

Claims (10)

1.一种烧结轴承，其在内周具有与需要支承的轴之间形成轴承间隙的轴承面，其中，所述烧结轴承由将原料粉末成形、烧结而成的烧结体构成，所述原料粉末含有使铜粉在铁粉中部分扩散而成的部分扩散合金粉、低熔点金属粉和固体润滑剂粉。
2.根据权利要求1所述的烧结轴承，其中，所述部分扩散合金粉为使平均粒径5μm以上且小于20μm的铜粉在所述铁粉中部分扩散且含有10质量％～30质量％的Cu的部分扩散合金粉。
3.根据权利要求1或2所述的烧结轴承，其中，使用平均粒度为145目以下的部分扩散合金粉。
4.根据权利要求1所述的烧结轴承，其中，使用锡粉作为所述低熔点金属粉，使用石墨粉作为所述固体润滑剂粉，所述烧结体含有10质量％～30质量％的Cu、0.5质量％～3.0质量％的Sn及0.3质量％～1.5质量％的C，余量由铁和不可避免的杂质构成。
5.根据权利要求1所述的烧结轴承，其中，所述烧结体的铁组织以铁素体相为主体。
6.根据权利要求5所述的烧结轴承，其中，所述铁组织由铁素体相和存在于铁素体相的晶界处的珠光体相形成。
7.根据权利要求1所述的烧结轴承，其中，所述铁粉为还原铁粉。
8.根据权利要求1所述的烧结轴承，其中，所述烧结体的表层部的孔隙率为5％～20％。
9.根据权利要求1述的烧结轴承，其中，在所述烧结体中浸渗有40℃下的运动粘度为10mm2/秒～50mm2/秒的润滑油。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的烧结轴承，其组装到振动电动机中来使用。
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