CN109844335A - 烧结含油轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烧结含油轴承，通过在Fe‑Cu系烧结体中浸渍润滑油而成，并且具有贯通支撑旋转轴(2)的轴承孔(3)，所述轴承孔(3)的内周面(S)至少具备如下区域：第一区域(3A)，包括轴向上的中央部分；及第二区域(3B或3C)，从所述第一区域(3A)的一侧端部延伸至所述轴承孔(3)的一侧开口，所述第二区域(3B或3C)的摩擦面(S2或S3)与所述第一区域(3A)的摩擦面(S1)相比Fe相的面积大且Cu相的面积小。

Description

烧结含油轴承
技术领域
本发明涉及一种具有由Fe-Cu系烧结金属形成的轴承主体的烧结含油轴承。
本申请基于2016年10月26日于日本申请的专利申请2016-209695号要求优先权，并且在此援引其内容。
背景技术
烧结含油轴承在烧结体的内部预先浸渍润滑油，并且通过由轴的旋转产生的泵作用和由摩擦热产生的热膨胀来使油渗出从而润滑摩擦面。这种烧结含油轴承由于能够在无供油的条件下长期使用，因此作为汽车或家电产品、音响设备等的旋转轴的轴承来广泛采用(例如，参照专利文献1)。
在使用现有的烧结含油轴承来支撑旋转轴的情况下，例如为了使旋转轴沿某一方向旋转而传递转矩，则对旋转轴施加剪切方向的负载。此时，如果剪切负载非常大或旋转轴的刚性不充分高，则旋转轴因剪切负载而弯曲，从而使轴线在轴承内部倾斜的状态下进行旋转，有可能陷入旋转轴的表面无法与轴承内部的摩擦面准确地接触的状态(如旋转轴撬轴承内表面的运动)。如果陷入这种状态，则旋转轴因受到较强的阻力而难以旋转，无法发挥作为轴承的充分功能。另外，一般也认为如果这种状态反复发生，则会导致旋转轴或轴承的耐久性的下降。
如此，在剪切方向的负载施加于旋转轴的情况下，为了解决旋转轴无法与轴承内部的摩擦面准确地接触的不良情况，例如还已知有轴承孔具备直径尺寸恒定的直孔部和直径朝向外方扩大且呈锥状的扩径部的烧结含油轴承(例如，参照专利文献2)。
这种烧结含油轴承大部分由Fe(铁)-Cu(铜)系烧结金属形成。其中，Fe成分适合于旋转轴的转速为低速旋转且施加到旋转轴的负荷为高负荷的运转状态(低速旋转高负荷状态)。另一方面，Cu成分适合于旋转轴的转速为高速旋转且施加到旋转轴的负荷为低负荷的运转状态(高速旋转低负荷状态)。
另一方面，由于近年来的资源价格的上升、特别是Cu价格的上升，要求进一步降低含Cu产品的成本。因此，要求能够降低Cu使用量的同时还能够应对旋转轴的转速为高速旋转的烧结含油轴承。作为降低Cu使用量的烧结含油轴承，广泛应用的是使用Cu系扁平原料粉末的Fe-Cu系烧结金属轴承(例如，参照专利文献3)。
专利文献1：日本专利公开平8-19941号公报
专利文献2：日本专利公开2004-308682号公报
专利文献3：日本专利公开2006-299347号公报
对于烧结含油轴承来说，如前所述，一般在低负载高速运转区域使用考虑与轴之间的粘附性后的Cu基底烧结材料，在高负载低速运转区域使用以具有能耐高负载的耐磨损性的Fe为基底的烧结材料。随着近年来的促动器运转区域的多样化，由一个促动器来维持从低负载高速运转区域至高负载低速运转区域的情况不断增加，要求还能够应对这两个运转区域的烧结含油轴承的提案。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种烧结含油轴承，该烧结含油轴承为使用Fe-Cu系烧结金属的烧结含油轴承，均能够最大限度地提高旋转轴在高负荷状态下的轴承性能和旋转轴在高速旋转状态下的轴承性能，并且能够获得稳定的滑动特性。
即，本发明的烧结含油轴承具有以下结构。
一种烧结含油轴承，通过在Fe-Cu系烧结体中浸渍润滑油而成，并且具有贯通支撑旋转轴的轴承孔，所述烧结含油轴承的特征在于，所述轴承孔的内周面至少具备如下区域：第一区域，包括轴向上的中央部分；及第二区域，从所述第一区域的一侧端部延伸至所述轴承孔的一侧开口，所述第二区域的摩擦面与所述第一区域的摩擦面相比，Fe相的面积大且由含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末形成的Cu相的面积小。
根据本发明的烧结含油轴承，当为了使旋转轴旋转而比较小的转矩起作用时，旋转轴几乎不会发生弯曲，因此旋转轴的表面与第一区域及第二区域接触，并且以该部分为摩擦面进行支撑。由于第一区域的摩擦面与第二区域的摩擦面相比Fe相的面积小且Cu相的面积大，因此在旋转轴不弯曲而与第一区域接触的情况下，能够使旋转轴高速旋转。即，Fe-Cu系烧结金属中的Cu成分适合于旋转轴的转速为高速旋转且施加到旋转轴的负荷为低负荷的运转状态，因此通过相对于第二区域提高第一区域的Cu相的面积，从而即使旋转轴高速旋转，也不会损害作为轴承的功能，而且还不会引起耐久性的下降。
另一方面，当为了使旋转轴旋转而传递较大的转矩时，作用于旋转轴的剪切负载较大，并且旋转轴在轴承主体的内部使轴线倾斜的状态下轴支撑。此时，旋转轴的表面主要与第二区域接触，并且以该部分为摩擦面进行支撑。第二区域的摩擦面与第一区域的摩擦面相比Fe相的面积大且Cu相的面积小，因此即使在较大的转矩作用于旋转轴而弯曲，并且旋转轴与第二区域接触的情况下，也能够使旋转轴稳定地旋转。即，由于Fe-Cu系烧结金属中的Fe成分适合于旋转轴的转速为低速旋转且施加到旋转轴的负荷为高负荷的运转状态，因此通过相对于第一区域提高第二区域的Fe相的面积，从而即使较大的负荷施加于旋转轴而弯曲，也能够使旋转轴稳定地旋转，不会损害作为轴承的功能，而且还不会引起耐久性的下降。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，Cu相在所述第一区域的整体摩擦面的面积中所占的面积为50％以上，Cu相在所述第二区域的整个摩擦面的面积中所占的面积小于50％。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，Cu相在所述第二区域的摩擦面的沿所述轴线的中央部分中的面积为Cu相在所述第一区域的摩擦面的沿所述轴线的中央部分中的面积的20％以上且70％以下。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，所述轴承孔的内周面进一步具备第三区域，所述第三区域从所述第一区域的另一侧端部延伸至所述轴承孔的另一侧开口。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，所述轴承孔包括：直孔部，形成于所述第一区域且直径尺寸恒定；及第一扩径部，形成于所述第二区域，并且与所述直孔部相连且直径随着朝向外方扩大而呈锥状。
根据这种烧结含油轴承，当为了使旋转轴旋转而比较小的转矩起作用时，旋转轴几乎不会发生弯曲，因此旋转轴的表面与直孔部接触，并且以该部分为摩擦面进行支撑。由于直孔部的摩擦面与第一扩径部的摩擦面相比Fe相的面积小且Cu相的面积大，因此在旋转轴不弯曲而与直孔部接触的情况下，能够使旋转轴高速旋转。即，Fe-Cu系烧结金属中的Cu成分适合于旋转轴的转速为高速旋转且施加到旋转轴的负荷为低负荷的运转状态，因此通过相对于第一扩径部提高直孔部的Cu相的面积，从而即使旋转轴高速旋转，也不会损害作为轴承的功能，而且还不会引起耐久性的下降。
另一方面，当为了使旋转轴旋转而传递较大的转矩时，作用于旋转轴的剪切负载较大，并且旋转轴在轴承主体的内部使轴线倾斜的状态下轴支撑。此时，旋转轴的表面主要与第一扩径部接触，并且以该部分为摩擦面进行支撑。第一扩径部的摩擦面与直孔部的摩擦面相比Fe相的面积大且Cu相的面积小，因此即使在较大的转矩作用于旋转轴而弯曲，并且旋转轴与第一扩径部接触的情况下，也能够使旋转轴稳定地旋转。即，由于Fe-Cu系烧结金属中的Fe成分适合于旋转轴的转速为低速旋转且施加到旋转轴的负荷为高负荷的运转状态，因此通过相对于直孔部提高第一扩径部的Fe相的面积，从而即使较大的负荷施加于旋转轴而弯曲，也能够使旋转轴稳定地旋转，不会损害作为轴承的功能，而且也不会引起耐久性的下降。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，所述轴承孔进一步包括第二扩径部，所述第二扩径部形成于所述第三区域，并且与所述直孔部相连且直径随着朝向外方扩大而呈锥状。
通过这种第二扩径部，能够防止如下的情况：即，当为了使旋转轴旋转而传递较大的转矩，并且旋转轴在轴承主体的内部使轴线倾斜时，因旋转轴的端部与轴承孔强烈接触而生成过大的负载。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，所述第一扩径部相对于所述轴向的锥角与所述第二扩径部相对于所述轴向的锥角相等。
本发明的烧结含油轴承的特征在于，所述第一扩径部相对于所述轴向的锥角与所述第二扩径部相对于所述轴向的锥角不同。
根据本发明，能够提供一种烧结含油轴承，该烧结含油轴承能够在旋转轴的高速旋转低负荷状态及低速旋转高负荷状态各自的状态下最大限度地发挥轴承性能。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的烧结含油轴承的、沿旋转轴的轴向的剖视图。
图2是表示对旋转轴施加负荷而使之倾斜的状态的烧结含油轴承的剖视图。
图3是表示本发明的第二实施方式所涉及的烧结含油轴承的剖视图。
图4是表示保持有旋转轴的烧结含油轴承的剖视图。
图5是放大烧结含油轴承的主要部分后的主要部分放大剖视图。
图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的烧结轴承的剖视图。
图7是表示本发明的第三实施方式所涉及的烧结轴承的剖视图。
图8是表示实施例的结果的图表。
图9是表示实施例的结果的图表。
图10是表示实施例的结果的图表。
具体实施方式
下面，参照附图对作为应用本发明的实施方式的烧结含油轴承进行说明。此外，以下所示的各实施方式是为了更好地理解发明宗旨而具体说明的，只要没有特别指定则并不限定本发明。另外，为了便于理解本发明的特征，以下说明中使用的附图为了方便起见有时放大或强调表示作为主要部分的部分，各结构要素的尺寸比率及角度等并不一定与实际相同。
(第一实施方式)
将第一实施方式所涉及的烧结含油轴承示于图1及图2并进行说明。
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的烧结含油轴承的、沿旋转轴的轴向的剖视图。图2是表示对旋转轴施加负荷而使之倾斜的状态的烧结含油轴承的剖视图。
烧结含油轴承(以下，简称为轴承)10在由Fe-Cu系烧结金属形成的轴承主体(烧结体)1的内部形成有供旋转轴2插通的轴承孔3。
轴承主体(烧结体)1整体由Fe-Cu系烧结金属形成(Fe-Cu系烧结体)。具体而言，将Fe粉末和含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末导入到在模腔内插入有芯杆的模具内，并且成型Fe-Cu系烧结体，从而形成具备轴承孔3的轴承主体1。
通过按各区域变更Fe粉末与含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末的混合比，能够改变后述的Cu相在轴承主体1的各区域中所占的面积。
对于轴承孔3来说，与旋转轴2的长度方向的轴线O正交的面内上的剖面形状呈圆形，并且内径在沿轴线O的全长上恒定。在本发明中，在轴承孔3的内周面S上设定有如下区域：第一区域3A，形成有沿轴线O的中央部分；第二区域3B，从该第一区域3A的一侧端部3A1延伸至轴承孔3的一侧开口3E1；及第三区域3C，从第一区域3A的另一侧端部3A2延伸至轴承孔3的另一侧开口3E2。
在本实施方式中，设定在这种轴承孔3的摩擦面(内周面)S上的第一区域3A、第二区域3B及第三区域3C被设定为将沿轴线O的轴承孔3的全长均匀地分成三等分。此外，第一区域3A、第二区域3B及第三区域3C可以被设定为以任意比例分割沿轴线O的轴承孔3的全长。
例如，作为沿轴线O的长度，可以被设定为第一区域3A最长且第二区域3B及第三区域3C比第一区域3A更短，相反也可以被设定为第一区域3A最短且第二区域3B及第三区域3C比第一区域3A更长。
另外，对于轴承孔3来说，也可以在未特别设置第三区域3C的情况下，通过在沿轴线O的方向上只形成第一区域3A及第二区域3B而将摩擦面(内周面)S分割成两个部分。
在该情况下，第一区域为从轴承孔的一侧开口起包含中央部分在内的区域，第二区域为从与第一区域的开口相反一侧的端部起至轴承孔的另一侧开口为止的区域即可。
此外，这种第一区域3A、第二区域3B及第三区域3C是为了定义后述的Fe相和Cu相的沿轴线O的分布而出于方便起见设定的，并不是在各自的区域彼此的边界上具有明确的划定线或组成的大幅差异。
这种轴承孔3的第二区域3B的摩擦面S2被形成为与第一区域3A的摩擦面S1相比Fe相的面积大且Cu相的面积小。
例如，Cu相在第一区域3A的整个摩擦面S1的面积中所占的面积为50％以上，Cu相在第二区域3B的整个摩擦面S2的面积中所占的面积小于50％。此外，在此所说的面积为除去气孔、空洞后的面积。
Cu相在第一区域3A的整个摩擦面S1的面积中所占的面积更优选为60％以上且小于100％。另外，Cu相在第二区域3B的整个摩擦面S2的面积中所占的面积更优选为10％～40％。
Cu相在第一区域3A的整个摩擦面S1的面积中所占的面积例如可以通过以下方式来算出。
首先，以倍率×200拍摄第一区域3A的以沿轴线O的中央部分3AS为中心的任意部位的照片。在拍摄到的照片上重叠方格框架(例如，2mm方格的30块×40块的框架)，并且分别标记铁基体或铜基体在一块中占50％以上的块。将标记出的铁基体及铜基体的块合计设为标记总数，计算出铜基体相对于标记总数的比率。在本实施方式中，以Cu相在第一区域3A的沿轴线O的中央部分3AS上的面积比的方式，计算出该铜基体的比率。
也能够以同样的方式，计算出Cu相在第二区域3B的沿轴线O的中央部分3BS上的面积比。
另外，Cu相在第二区域3B的摩擦面S2的沿轴线O的中央部分3BS上的面积为Cu相在第一区域3A的摩擦面S1的沿轴线O的中央部分3AS上的面积的20％以上且70％以下，更优先为30％以上且60％以下。
此外，这种第一区域3A及第二区域3B只要Cu相在至少各自的表面、即摩擦面的单位面积上的面积比在上述范围内即可，而且也可以在从表面起至规定的厚度范围内朝向径向外侧扩展有维持这种Cu相的面积比的区域。
另外，Cu相在第三区域3C的整个摩擦面S1的面积中所占的面积例如可以是与第一区域3A的分布相同的程度或者大于第一区域3A的分布。另外，与第二区域3B同样，也可以将第三区域3C设为与第一区域3A相比Fe相的面积大且Cu相的面积小。
如上所述的结构的轴承10例如在轴承主体1中浸渍润滑油之后，向轴承孔3中插通旋转轴2而使用。当为了使旋转轴2旋转而比较小的转矩起作用时，旋转轴2几乎不会发生弯曲，因此旋转轴2的表面与轴承孔3的由第一区域3A、第二区域3B及第三区域3C构成的摩擦面(内周面)S接触而被支撑。并且，在摩擦面(内周面)S中，因由旋转轴2的旋转产生的泵作用和由摩擦热产生的热膨胀而从轴承主体1的内部渗出润滑油，对摩擦面进行润滑。
由于与第二区域3B的摩擦面S2相比第一区域3A的摩擦面S1的Fe相的面积小且Cu相的面积大，因此在旋转轴2不弯曲而与包括第一区域3A在内的部分接触的情况下，能够使旋转轴2高速旋转。即，由于Fe-Cu系烧结金属中的Cu成分适合于旋转轴2的转速为高速旋转且施加到旋转轴2的负荷为低负荷的运转状态，因此即使旋转轴2高速旋转，也不会损害作为轴承的功能，而且还不会引起耐久性的下降。
另一方面，当为了旋转轴2旋转而传递较大的转矩时，因旋转轴2的弯曲而在轴承主体1的内部使轴线倾斜的状态下轴支撑。此时，旋转轴2的表面与轴承孔3的第二区域3B接触，并且以该部分为摩擦面S2进行支撑。在第二区域3B中，也与上述直孔部3a同样因由旋转轴2的旋转产生的泵作用和由摩擦热产生的热膨胀而从轴承主体1的内部渗出润滑油，对摩擦面进行润滑。
由于与第一区域3A的摩擦面S1相比轴承孔3的第二区域3B的摩擦面S2的Fe相的面积大且Cu相的面积小，因此即使在较大的转矩作用于旋转轴2而弯曲，并且旋转轴2与第二区域3B的摩擦面S2接触的情况下，也能够使旋转轴2稳定地旋转。即，由于Fe-Cu系烧结金属中的Fe成分适合于旋转轴2的转速为低速旋转且施加到旋转轴2的负荷为高负荷的运转状态，因此通过相对于第一区域3A的摩擦面S1提高轴承孔3的第二区域3B的摩擦面S2的Fe相的面积，从而即使较大的负荷施加于旋转轴2，也能够使旋转轴2稳定地旋转，不会损害作为轴承的功能，而且也不会引起耐久性的下降。
通过以上的作用，能够实现在旋转轴2的高速旋转低负荷状态及低速旋转高负荷状态各自的状态下可以最大限度地发挥轴承性能的轴承10。
(第二实施方式)
将第二实施方式所涉及的烧结含油轴承示于图3至图5并进行说明。
图3是表示本发明的第二实施方式所涉及的烧结含油轴承的、沿旋转轴的轴向的剖视图。图4是表示在图3所示的烧结含油轴承中保持有旋转轴的状态的剖视图。另外，图5是表示烧结含油轴承与旋转轴之间的接触状态的主要部分放大图。
烧结含油轴承(以下，简称为轴承)20在由Fe-Cu系烧结金属形成的轴承主体(烧结体)1的内部形成有供旋转轴2插通的轴承孔4。
对于轴承孔4来说，与旋转轴2的长度方向的轴线O正交的面内上的剖面形状呈圆形，并且在轴承孔4的摩擦面(内周面)S上设定有如下区域：第一区域4A，形成有沿轴线O的中央部分；第二区域4B，从该第一区域4A的一侧端部4A1延伸至轴承孔4的一侧开口4E1；及第三区域4C，从第一区域4A的另一侧端部4A2延伸至轴承孔4的另一侧开口4E2。
在本实施方式中，设定在这种轴承孔4的内周面S上的第一区域4A、第二区域4B及第三区域4C被设定为将沿轴线O的轴承孔4的全长均匀地分成三等分。此外，第一区域4A、第二区域4B及第三区域4C可以被设定为以任意比例分割沿轴线O的轴承孔4的全长。
在设定于轴承孔4的摩擦面(内周面)S上的第一区域4A形成有直孔部4a，该直孔部4a的直径比旋转轴2的直径稍大，并且该直孔部4a的直径尺寸在长度方向的任一位置上也恒定。另外，在第二区域4B及第三区域4C分别形成有第一扩径部4b和第二扩径部4c，该第一扩径部4b和该第二扩径部4c与直孔部4a相连且分别设置于长度方向的两侧，并且直径随着朝向外方单纯地扩大而呈锥状。第一扩径部4b及第二扩径部4c的倾斜面均与轴承主体1的平行于轴向的直孔部4a的内表面(或旋转轴2的轴线O)所成的角度(锥角)θ1被设定为任意角度、例如0.1°～10°左右。该角度优选按照滑动对象的轴的弯曲角度而设定。此外，为了明确θ1，在图3中对角度进行了夸大表示。
当在沿旋转轴2的轴线O的剖面中观察轴承主体1时(参照图3)，对于夹着直孔部4a而存在的两个扩径部4b、4c来说，将第一扩径部4b的倾斜面朝向轴承主体1的中央沿倾斜方向延长而成的直线L1a及将位于对角的第二扩径部4c的倾斜面朝向轴承主体1的中央沿倾斜方向延长而成的直线L1b平行配置，并且两个直线L1a、L1b的间隔d1比旋转轴2的直径D稍大且与直孔部4a的内径大致相等。
换言之，将第一扩径部4b的上端侧的倾斜面朝向轴承主体1的中央沿倾斜方向延长而成的直线L1a和将第二扩径部4c的下端侧的倾斜面朝向轴承主体1的中央沿倾斜方向延长而成的直线L1b处于平行关系，两个直线L1a、L1b的间隔d1比旋转轴2的直径D稍大且与直孔部4a的内径大致相等。
轴承主体(烧结体)1整体由Fe-Cu系烧结金属形成(Fe-Cu系烧结体)。具体而言，将Fe粉末和由含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末形成的Cu粉末导入到成型模内，形成具有贯通孔的Fe-Cu系烧结体，并且借助尺寸加工而将该烧结体的贯通孔的两侧扩径至规定的深度，从而形成具备直孔部4a和扩径部4b、4c的轴承主体1。
第一扩径部4b被形成为在形成与旋转轴2接触的表面的摩擦面(内周面)S中，与直孔部4a的摩擦面相比构成Fe-Cu系烧结金属的Fe相的面积大且Cu相的面积小。
例如，Cu相在第一扩径部4b的整个摩擦面S2的面积中所占的面积小于50％。另外，Cu相在直孔部4a的整个摩擦面的面积中所占的面积为50％以上。
Cu相在第一扩径部4b的整个摩擦面S2的面积中所占的面积更优选为10％～40％。另外，Cu相在直孔部4a的整个摩擦面的面积中所占的面积更优选为60％以上且小于100％。
另外，Cu相在第一扩径部4b的摩擦面的沿轴向(轴线O)的中央部分4BS上的面积为Cu相在直孔部4a的摩擦面的沿轴向的中央部分4AS上的面积的20％以上且90％，更优选为30％以上且60％以下。
为了使这种Fe相及Cu相的面积在直孔部4a和第一扩径部4b不同，能够通过如下方式来实现：即，当形成由Fe-Cu系烧结金属形成的烧结体之际，将作为原料的Fe粉末和由含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末形成的Cu粉末导入到成型模时，通过移动模具以使Cu选择性地聚集到模具壁面附近。
此外，这种直孔部4a和第一扩径部4b只要Fe相和Cu相的面积比在至少各自的表面即摩擦面上不同即可，而且也可以从各自的摩擦面起朝向径向的中心以规定的厚度扩展有Fe相和Cu相的面积比不同的区域。
另外，Cu相在第二扩径部4c的整个摩擦面S3的面积中所占的面积例如可以是与直孔部4a的分布相同的程度或者大于直孔部4a的分布。
如上所述的结构的轴承20例如通过在轴承主体1中浸渍润滑油之后，向轴承孔3中插通旋转轴2而使用。在图4中示出通过上述轴承在两个部位支撑旋转轴2的机构的一例。对于该机构来说，在旋转轴2的圆周面上形成有螺纹齿轮2a，旋转轴2的两端通过上述轴承来支撑，通过未图示的驱动装置来旋转驱动的螺纹齿轮5与旋转轴2侧的螺纹齿轮2a啮合，以使螺纹齿轮5旋转，从而使旋转轴2旋转。此外，实际上旋转轴2不会弯曲成图4所示的程度，但在此为了明确所说明的要点而夸大图示。
当为了使旋转轴2旋转而比较小的转矩起作用时，旋转轴2几乎不会发生弯曲，因此旋转轴2的表面与直孔部4a接触，并且以该部分为摩擦面S1进行支撑。在直孔部4a中，因由旋转轴2的旋转产生的泵作用和由摩擦热产生的热膨胀而从轴承主体1的内部渗出润滑油，对摩擦面S1进行润滑。
由于直孔部4a的摩擦面S1与第一扩径部4b的摩擦面S2相比Fe相的面积小且Cu相的面积大，因此在旋转轴2不弯曲而与直孔部4a接触的情况下，能够使旋转轴2高速旋转。即，由于Fe-Cu系烧结金属中的Cu成分适合于旋转轴2的转速为高速旋转且施加到旋转轴2的负荷为低负荷的运转状态，因此通过相对于第一扩径部4b提高直孔部4a的Cu相的面积，从而即使旋转轴2高速旋转，也不会损害作为轴承的功能，而言也不会引起耐久性的下降。
另一方面，当为了使旋转轴2旋转而传递较大的转矩时，因作用于旋转轴2的剪切负载较大且旋转轴2出现较强的振动而有可能产生偏心。此时，由于旋转轴2出现振动，因此对旋转轴2与直孔部4a之间进行润滑的润滑油被挤出到第一扩径部4b侧，在旋转轴2与第一扩径部4b之间充满润滑油。虽然在旋转轴2与第一扩径部4b之间充满的润滑油因旋转轴2的振动而被加压而使其挤压至第一扩径部4b，但由于第一扩径部4b被紧密地形成，因此润滑油不会压入到轴承主体1的内部，而是残留在旋转轴2与第一扩径部4b之间而对旋转轴2作用反力。能够通过该反力来抑制旋转轴2的振动，并且能够防止旋转轴2相对于轴承的偏心。
然而，当作用于旋转轴2的剪切负载非常大，并且因残留在旋转轴2与第一扩径部4b之间的润滑油而产生的推回作用没有充分发挥功能时，旋转轴2在轴承主体1的内部使轴线倾斜的状态下轴支撑。此时，旋转轴2的表面与第一扩径部4b接触，并且以该部分为摩擦面S2进行支撑。在第一扩径部4b中，也与上述直孔部4a同样因由旋转轴2的旋转产生的泵作用和由摩擦热产生的热膨胀而从轴承主体1的内部渗出润滑油，对摩擦面S2进行润滑。
由于第一扩径部4b的摩擦面S2与直孔部4a的摩擦面S1相比Fe相的面积大且Cu相的面积小，因此即使在较大的转矩作用于旋转轴2而弯曲并与第一扩径部4b接触的情况下，也能够使旋转轴2稳定地旋转。即，Fe-Cu系烧结金属中的Fe成分适合于旋转轴2的转速为低速旋转且施加到旋转轴2的负荷为高负荷的运转状态，因此通过相对于直孔部4a提高第一扩径部4b的Fe相的面积，从而即使较大的负荷施加于旋转轴2而弯曲，也能够使旋转轴2稳定地旋转，不会损害作为轴承的功能，而且也不会引起耐久性的下降。
此外，在本实施方式中，第一扩径部4b的摩擦面与直孔部4a的摩擦面相比Fe相的面积大且Cu相的面积小。一般而言，对于图4所示的结构来说，在较大的转矩作用于旋转轴2的中心附近而弯曲的情况下，靠近旋转轴2的中心的扩径部即与第二扩径部4c相比第一扩径部4b更强烈地按压旋转轴2。因此，只将第一扩径部4b构造为与直孔部4a相比Fe相的面积大且Cu相的面积小也是很有效的。
另外，也可以将分别轴支撑旋转轴2的一端侧和另一端侧的轴承20、20彼此的第一扩径部4b和第二扩径部4c这两个扩径部设为与直孔部4a相比Fe相的面积大且Cu相的面积小。
(第三实施方式)
将第三实施方式所涉及的烧结含油轴承示于图6并进行说明。
图6是表示本发明的第三实施方式所涉及的烧结含油轴承的、沿旋转轴的轴向的剖视图。
对于图6所示的轴承30来说，形成在由烧结金属形成的轴承主体(烧结体)11的内部的轴承孔13具备：直孔部13a，与旋转轴2的长度方向的轴线O正交的面内上的剖面形状呈圆形，该直孔部13a的直径在轴承主体11的大致中央处比旋转轴2的直径稍大，并且该直孔部6a的直径尺寸在长度方向的任一位置上也恒定；和第一扩径部13b及第二直孔部13c，与直孔部13a相连且分别设置在长度方向的两侧。
第一扩径部13b及第二扩径部13c由第一扩径区域13b1、13c1和第二扩径区域13b2、13c2构成，其中，该第一扩径区域13b1、13c1分别通过使相对于与轴承主体1的轴向平行的直孔部13a的内表面(或旋转轴2的轴线)的锥角阶段性地不同而成。位于远离直孔部13a的位置上的第二扩径区域13b2、13c2的锥角θ2被形成为大于第一扩径区域13b1、13c1的锥角θ1。
当在沿旋转轴2的轴线O的剖面中观察轴承主体11时(参照图6)，对于存在于第一扩径区域13b1、13c1的进一步外侧的两个第二扩径区域13b2、13c2来说，将第一扩径部13b的第二扩径区域13b2的倾斜面朝向轴承主体1的中央延长而成的直线L2b与将位于对角的第二扩径部13c第二扩径区域13c2的倾斜面朝向轴承主体11的中央延长而成的直线L2a之间的间隔d2大于旋转轴2的直径D，并且与直孔部13a的内径大致相等。
换言之，将第一扩径部13b的第二扩径区域13b2的下端侧的倾斜面朝向轴承主体1的中央沿倾斜方向延长而成的直线L2b和将第二扩径部13c的第二扩径区域13c2的上端侧的倾斜面朝向轴承主体1的中央沿倾斜方向延长而成的直线L2a处于平行关系，两个直线L2b、L2a的间隔比旋转轴2的直径D稍大且与直孔部13a的内径大致相等。
轴承主体11整体由Fe-Cu系烧结金属形成。具体而言，将Fe粉末和由含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末形成的Cu粉末导入到成型模，形成具备贯通孔的Fe-Cu系烧结体，并且借助尺寸加工而将该烧结体的贯通孔的两侧扩径至规定的深度，从而形成具备直孔部13a和扩径部13b、13c的轴承主体11。
对于第一扩径部13b来说，形成与旋转轴2接触的表面的摩擦面S2被形成为与直孔部13a摩擦面S1相比构成Fe-Cu系烧结金属的Fe相的面积大且Cu相的面积小。
例如，Cu相在第一扩径部13b的整个摩擦面的面积中所占的面积小于50％。另外，Cu相在直孔部13a的整个摩擦面的面积中所占的面积为50％以上。
Cu相在第一扩径部13b的整个摩擦面的面积中所占的面积更优选为10％～40％。另外，Cu相在直孔部13a的整个摩擦面的面积中所占的面积更优选为60％以上且小于100％。
对于这种轴承30来说，在传递到旋转轴2的转矩大小不同的情况下，旋转轴2的弯曲量与转矩大小成比例地发生变化，并且轴承内部的旋转轴2的倾斜角也发生变化。对于上述轴承来说，当传递比较小的转矩而使旋转轴2旋转时，旋转轴2的弯曲较小，旋转轴2的表面与锥角小的第一扩径区域13b1接触。另外，当传递较大的转矩而使旋转轴2旋转时，旋转轴2的弯曲较大，旋转轴2的表面与锥角大的第二扩径区域13b2接触。
由于第一扩径部13b的摩擦面S2与直孔部13a的摩擦面S1相比Fe相的面积大且Cu相的面积小，因此即使在较大的转矩作用于旋转轴2而弯曲，并且旋转轴2的表面与第一扩径区域13b1或第二扩径区域13b2接触的情况下，也能够使旋转轴2稳定地旋转。即，由于Fe-Cu系烧结金属中的Fe成分适合于旋转轴2的转速为低速旋转且施加到旋转轴2的负荷为高负荷的运转状态，因此通过相对于直孔部13a提高第一扩径部13b的Fe相的面积，从而即使较大的负荷施加于旋转轴2，也能够使旋转轴2稳定地旋转，不会损害作为轴承的功能，而且也不会引起耐久性的下降。
(第四实施方式)
将第四实施方式所涉及的烧结含油轴承示于图7并进行说明。
图7是表示本发明的第四实施方式所涉及的烧结含油轴承的、沿旋转轴的轴向的剖视图。
对于本实施方式的轴承40来说，第一扩径部23b只设置于直孔部23a的一侧方，在直孔部23a的另一侧方设置有倒角部(第二扩径部)23d。该倒角部23d主要是为了使旋转轴2容易穿过直孔部23a而设置的，尽管旋转轴2相对于轴承主体30如何变位也不会与旋转轴2接触。这是因为倒角部23d的倒角角度大于第一扩径部23b的倾斜角θ1。
此外，当沿旋转轴2的轴线O的剖面中观察轴承主体(烧结体)12时，对于直孔部23a和第一扩径部23b来说，将第一扩径部23b的倾斜面朝向轴承主体12的中央沿倾斜方向延长而成的直线L1a和夹着轴承主体12的中央与第一扩径部23b所倾斜的摩擦面(内壁面)S2相对的直孔部23a的摩擦面(内壁面)S1之间的间隔(相当于从直线L1a下落至离扩径部23b最远的直孔部23a的终端部分的垂线的长度)d2比旋转轴2的直径D稍大，并且与第一直孔部23a的内径几乎相等。
换言之，当假设在轴承主体(烧结体)12的上端侧将第一扩径部23b的倾斜面朝向轴承主体12的中央沿倾斜方向延长而成的直线L1a时，将在轴承主体(烧结体)12的下端侧从与倒角部23d连接的直孔部23a的终端部分朝向直线L1a延长垂线时的直孔部23a的终端部-直线L1a的间隔设为d2。
对于上述结构的轴承来说，当作用于旋转轴2的剪切负载非常大，并且因残留在旋转轴2与扩径部23b之间的润滑油而产生的推回作用没有充分发挥功能时，旋转轴2弯曲并受到轴承主体12的第一扩径部23b的支撑。
在本实施方式中，轴承主体12整体也由Fe-Cu系烧结金属形成，第一扩径部23b的形成与旋转轴2接触的表面的摩擦面S2被形成为与直孔部23a的摩擦面S1相比构成Fe-Cu系烧结金属的Fe相的面积大且Cu相的面积小。
例如，Cu相在扩径部23b的整个摩擦面S2的面积中所占的面积小于50％。另外，Cu相在直孔部23a的整个摩擦面S1的面积中所占的面积为50％以上。
Cu相在扩径部23b的整个摩擦面S2的面积中所占的面积更优选为10％～40％。另外，Cu相在直孔部23a的整个摩擦面S1的面积中所占的面积更优选为60％以上且小于100％。
如此，由于第一扩径部23b的摩擦面S2与直孔部23a的摩擦面S1相比Fe相的面积大且Cu相的面积小，因此即使在较大的转矩作用于旋转轴2而弯曲，并且旋转轴2的表面与第一扩径部23b接触的情况下，也能够使旋转轴2稳定地旋转。即，Fe-Cu系烧结金属中的Fe成分适合于旋转轴2的转速为低速旋转且施加到旋转轴2的负荷为高负荷的运转状态，因此通过相对于直孔部23a提高第一扩径部23b的Fe相的面积，从而即使较大的负荷施加于旋转轴2而弯曲，也能够使旋转轴2稳定地旋转，不会损害作为轴承的功能，而且也不会引起耐久性的下降。
除上述实施方式以外，例如，也可以使分别设置于直孔部的两侧的扩径部中的一侧扩径部相对于轴向的锥角小于另一侧扩径部相对于轴向的锥角。在这种实施方式中，也由Fe-Cu系烧结金属形成轴承主体(烧结体)，至少一侧扩径部或一侧和另一侧扩径部的摩擦面形成为与直孔部的摩擦面相比构成Fe-Cu系烧结金属的Fe相的面积大且Cu相的面积小。
以上，对本发明的几种实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，而不是用来限定本发明的范围。这些实施方式可以以其他各种方式实施，在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种省略、置换或变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨内，同样被包含在权利要求书所记载的发明和与其等同的范围内。
实施例
(检验例1)
在图1所示的第一实施方式的烧结含油轴承10中，检验第一区域3A中的Cu相在内周面S的面积中所占的面积比的优选比率。
在进行检验时，制作相互变更第一区域3A的Cu在内周面S的面积中所占的面积比而成的下述表1所示的样品1～4的烧结含油轴承10。
使用将整体混合比率设为Fe-15重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品1。使用将整体混合比率设为Fe-20重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品2。使用将整体混合比率设为Fe-10重量％Cu-1重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品3。使用将整体混合比率设为Fe-1重量％Cu-0.5重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品4。
关于所得到的样品1～4的烧结含油轴承10的第一区域3A的Cu相在内周面S的面积中所占的面积比，通过实施方式所示的方法来求出Cu相在内周面S的面积中所占的面积比。
[表1]
Cu相的面积比
样品1 0.5
样品2 0.6
样品3 0.25
样品4 0
对上述的各个样品1～4测量摩擦系数。在进行测量时，在图1所示的烧结含油轴承10中，通过在对从第一区域3A的沿轴线O的中央部分3AS的位置施加负荷的状态下使旋转轴2旋转而进行滑动试验，计算出摩擦系数。测量条件如下所述。
1、旋转轴2的圆周速度：100m/min
2、负荷：1MPa
3、测量环境温度：室温
4、旋转时间：1800秒
将在如上所述的条件下进行的检验例1的结果示于表2及图8。
[表2]
摩擦系数
样品1 0.115
样品2 0.110
样品3 0.139
样品4 0.155
根据表2及图8所示的检验例1的结果，确认到样品1及样品2的摩擦系数与样品3及样品4相比较非常低，通过将图1所示的烧结含油轴承10的第一区域3A的Cu相在内周面S的面积中所占的面积比设为50％以上，得到摩擦系数大幅降低的效果。
(检验例2)
在图1所示的第一实施方式的烧结含油轴承10中，检验第二区域3B(表3的第二区域(B))中的Cu相在内周面S的面积中所占的面积比的优选比例。
在进行检验时，制作相互变更第二区域3A(表3的第一区域(A))中的Cu在内周面S的面积中所占的面积比而成的下述表3所示的样品5～9的烧结含油轴承10。
使用将整体混合比率设为Fe-60重量％Cu-3重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品5。使用将整体混合比率设为Fe-20重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品6。使用将整体混合比率设为Fe-25重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品7。使用将整体混合比率设为Fe-18重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品8。使用将整体混合比率设为Fe-1重量％Cu-0.5重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品8。
通过实施方式所示的方法来求出Cu相在内周面S的面积中所占的面积比。
[表3]
第一区域(A) 第二区域(B) [(B)/(A)]×100
样品5 0.9 0.9 100％
样品6 0.6 0.3 50％
样品7 0.7 0.4 57％
样品8 0.6 0.2 33％
样品9 0 0 0％
对上述的各个样品5～9测量摩擦系数及磨损量。在进行测量时，在图1所示的烧结含油轴承10中，通过在对从第一区域3A的沿轴线O的中央部分3AS起偏移2mm的位置施加负荷的状态下使旋转轴2旋转而进行滑动试验，计算出摩擦系数。测量条件如下所述。
1、旋转轴2的圆周速度：25m/min
2、负荷：5MPa
3、测量环境温度：室温
4、旋转时间：1800秒
使用内径千分表来测量磨损量。
将在如上所述的条件下进行的检验例2的结果示于表4及图9。
[表4]
摩擦系数 磨损量(mm)
样品5 0.23 0.012
样品6 0.241 0.005
样品7 0.24 0.006
样品8 0.246 0.004
样品9 0.26 0.003
根据表4及图9所示的检验例2的结果，Cu相所占的面积越大则摩擦系数越低，能够降低摩擦阻力。另一方面，确认到Cu相所占的面积越小则越提高耐磨损性。
(检验例3)
在图3所示的第二实施方式的烧结含油轴承20中，检验Cu相在形成第一区域4A(表5的第一区域(A))的直孔部4a中所占的面积以及Cu相在形成第二区域4B(表5的第二区域(B))的第一扩径部4b中所占的面积的比率与摩擦系数及摩擦量之间的关系。
在进行检验时，制作相互变更直孔部4a中的Cu相及第一扩径部4b中的Cu相的面积比而成的下述表5所示的样品10～12的烧结含油轴承20。
使用将整体混合比率设为Fe-20重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品10。使用将整体混合比率设为Fe-25重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品11。使用将整体混合比率设为Fe-18重量％Cu-2重量％Sn的混合粉末，并且以使Cu配合比率在各区域变化的方式将该混合粉末导入到模具内并进行烧结，从而得到样品12。
通过实施方式所示的方法来求出Cu相在内周面S的面积中所占的面积比。
[表5]
第一区域(A) 第二区域(B) [(B)/(A)]×100
样品11 0.6 0.3 50％
样品12 0.7 0.4 57％
样品13 0.6 0.2 33％
对上述的各个样品10～12测量摩擦系数及磨损量。在进行测量时，在图3所示的烧结含油轴承20中，以从第一区域4A的沿轴线O的中央部分4AS偏移的方式施加负载并在扩径部4b、4c发生滑动的状态下使旋转轴2旋转以进行滑动试验，计算出摩擦系数。测量条件如下所述。
1、旋转轴2的圆周速度：25m/min
2、负荷：5MPa
3、测量环境温度：室温
4、旋转时间：1800秒
使用内径千分表来测量磨损量。
将在如上所述的条件下进行的检验例3的结果示于表6及图10。
[表6]
摩擦系数 磨损量(mm)
样品11 0.231 0.004
样品12 0.22 0.004
样品13 0.236 0.005
根据表6及图10所示的验证例3的结果，确认到在旋转轴2倾斜旋转的情况下，通过增加Cu相在旋转轴2所抵接的第一扩径部4b中所占的面积，从而能够降低摩擦系数。
附图标记说明
1、11、12 轴承主体(烧结体)
2 旋转轴
3a、13a、23a 直孔部
3b、13b、23b 第一扩径部
3c、13c、23c 第二扩径部
10、20、30、40 烧结含油轴承(轴承)

Claims (8)

1.一种烧结含油轴承，通过在Fe-Cu系烧结体中浸渍润滑油而成，并且具有贯通支撑旋转轴的轴承孔，所述烧结含油轴承的特征在于，
所述轴承孔的内周面至少具备如下区域：第一区域，包括轴向上的中央部分；及第二区域，从所述第一区域的一侧端部延伸至所述轴承孔的一侧开口，
所述第二区域的摩擦面与所述第一区域的摩擦面相比，Fe相的面积大且由含Cu系扁平原料粉末的Cu粉末形成的Cu相的面积小。
2.根据权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，
Cu相在所述第一区域的整个摩擦面的面积中所占的面积为50％以上，Cu相在所述第二区域的整个摩擦面的面积中所占的面积小于50％。
3.根据权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，
Cu相在所述第二区域的摩擦面的沿所述轴向的中央部分中的面积为Cu相在所述第一区域的摩擦面的沿所述轴向的中央部分中的面积的20％以上且70％以下。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述轴承孔的内周面进一步具备第三区域，所述第三区域从所述第一区域的另一侧端部延伸至所述轴承孔的另一侧开口。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述轴承孔包括：直孔部，形成于所述第一区域且直径尺寸恒定；及第一扩径部，形成于所述第二区域，并且与所述直孔部相连且直径随着朝向外方扩大而呈锥状。
6.根据权利要求5所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述轴承孔进一步包括第二扩径部，所述第二扩径部形成于所述第三区域，并且与所述直孔部相连且直径朝向外方扩大而呈锥状。
7.根据权利要求6所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述第一扩径部相对于所述轴向的锥角与所述第二扩径部相对于所述轴向的锥角相等。
8.根据权利要求6所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述第一扩径部相对于所述轴向的锥角与所述第二扩径部相对于所述轴向的锥角不同。
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