CN111566366B - 烧结含油轴承及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种烧结含油轴承在供轴插入的轴承孔的内周面上形成有以独立的岛状分散配置的多个凹状供油面和与这些供油面的周围连续并支承轴的外周面的滑动面，滑动面与供油面的最大阶梯差设为滑动面的内径Di的0.01％以上且0.5％以下，滑动面上的孔的表面开孔率为10％以下，供油面上的孔的表面开孔率大于10％且小于40％，一个供油面的面积为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下。

Description

烧结含油轴承及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使润滑油浸渗于内部而使用的烧结含油轴承及其制造方法。
本申请主张基于2017年11月15日申请的日本专利申请2017-219996号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
烧结含油轴承在使润滑油浸渗于气孔内的状态下被使用，在根据随着轴的旋转而在轴与轴承之间产生的压力或温度变化，润滑油从轴承内部渗出的状态下，轴被支承。烧结含油轴承根据这种润滑特性能够以无供油的状态长期使用，因此广泛地利用为车载用马达的轴承等。
在这种烧结含油轴承中，为了适当地产生压力以在滑动面上保持润滑油，采用如下方式：密封气孔的一部分，或者减小轴承内部的气孔以增加润滑油的流路阻力，从而减少来自滑动面的润滑油的泄漏。
例如，在专利文献1中公开了如下方法：当成型烧结前的压坯时，将贯穿孔(轴承孔)的内周面的孔局部压扁，然后，烧结压坯以制造烧结含油轴承。在该烧结含油轴承中，在轴承孔的内周面上由压扁孔的部分支承轴，从未压扁的部分渗出油，并供给到压扁孔的部分。
在该情况下，在形成贯穿孔的杆上，在外周面的一部分沿杆的轴向呈带状形成有表面粗糙度比其他部分更大的粗糙部。当粉末的压缩成型时被杆的粗糙部推压，孔周围的部分在孔内塑性流动，由此孔被压扁。并且，在专利文献1中记载：与粗糙部接触的部分稍微突出形成，并通过随后的定尺加工而被推压，并与轴承孔的内周面成为同一面。
在专利文献2中公开了一种烧结含油轴承，其在轴承孔内周面上沿着圆周方向形成多个具有滑动面的阶梯部，由此在彼此相邻的阶梯部之间的槽部底面与轴之间形成空隙，并且将滑动面上的透气度形成为小于轴承孔内周面(槽部底面)上的透气度。
在该情况下，滑动面的透气度设定为3×10-10cm2，槽部底面的透气度设定为30×10-10cm2，阶梯部的高度设定为0.02mm。作为减小滑动面的透气度的方法，可以举出基于堵塞、电镀或涂层的封孔。在专利文献2中记载：在该烧结含油轴承中，轴接触到滑动面，轴不接触到透气度大的槽部的底面，因此能够确保从该槽部吸入和吐出恒定的油，并且在由槽部和轴包围的空隙中能够产生充分的动压。
在专利文献3中公开了一种烧结轴承，其在轴承面上通过喷丸加工、轧制加工或压印加工等塑性加工设置有多个凹坑。在该轴承中，与设置有凹坑的量相应地减小滑动面积。因此，轴承面与旋转轴的接触得到抑制，同时减小轴旋转时润滑剂的流体阻力，因此能够减小在与旋转轴之间生成的摩擦阻力。并且，在专利文献3中记载：由于浸渗到轴承中的润滑剂储存在各凹坑内，因此当旋转轴旋转时，储存在各凹坑内的润滑剂被抽出到轴承面与旋转轴之间，容易形成油膜，因此能够减小轴承面的摩擦系数。
专利文献1：日本特开平4-307111号公报
专利文献2：日本特开平5-115146号公报
专利文献3：日本特开2016-194374号公报
然而，在专利文献1中，关于由粗糙部成型的表面及除此以外的表面的具体的透气度并没有记载。以专利文献2所记载的透气度的程度，在高速旋转等中，难以作为轴承在工作中供给足够的油的同时抑制来自滑动面的漏油，有可能发生烧熔等。
若设置如专利文献3所记载的凹坑，则能够减小摩擦系数，但是由于该凹坑是通过塑性加工形成的，因此没有气孔压扁并使烧结含油轴承的润滑油循环的泵作用的效果，若成为高速高负载，则磨损增大而无法使用。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于对滑动面供给足够量的油，并且抑制所供给的油从滑动面移动到轴承内部以实现低摩擦系数，由此提高作为轴承的滑动特性，进而，能够在高速高负载的环境下使用。
本发明的烧结含油轴承由具有多个孔的多孔体构成，并具有：轴承孔，供轴插入；多个凹状的供油面，形成于所述轴承孔的内周面上，并以独立的岛状分散配置；及内径为Di的滑动面，与所述供油面的周围连续形成，并支承所述轴的外周面，所述滑动面与所述供油面的最大阶梯差设为所述内径Di的0.01％以上且0.5％以下，所述滑动面上的所述孔的表面开孔率为10％以下，所述供油面上的所述孔的表面开孔率大于10％且小于40％，一个所述供油面的面积为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下。
该烧结含油轴承由于在滑动面与供油面上设置有滑动面的内径Di的0.01％以上且0.5％以下的最大阶梯差，因此能够由滑动面可靠地支承轴，能够将轴与供油面维持非接触状态。油从表面开孔率大于10％的供油面渗出并导入到轴与滑动面之间，滑动面上的表面开孔率为10％以下，因此与轴之间能够形成充分的油膜。从而，在该烧结含油轴承中，能够形成油膜以减小摩擦阻力。
在该情况下，若支承轴的滑动面的表面开孔率大于10％，则在高速高负载的环境下因导致流入到轴承内部而无法充分地保持油，有可能轴与滑动面之间的油膜减少，发生烧熔，并使耐表面压力性能降低。并且，若供油面的表面开孔率为10％以下，则难以从内部充分地供给油，因此有可能轴与滑动面之间的油膜减少，发生烧熔，并使耐表面压力性能降低。并且，若供油面的表面开孔率成为40％以上，则矫正时难以将滑动面的开口率设为10％以下。另外，表面开孔率是滑动面或供油面上的每单位面积的开口部的面积比率，其值为任意的多个视场(一个视场为1mm×0.8mm)的平均值。
若一个岛状供油面的面积小于0.03mm2，则有助于油供给的孔的量少，油的供给不充分，因此耐表面压力性能降低。另一方面，若一个供油面的面积大于0.2×Di2(mm2)，Di(mm)为滑动面的内径，则供油面的配置不均匀，耐表面压力性能降低。在本发明中，通过将一个岛状供油面的面积设为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下，由此耐表面压力性能得到提高，能够在高速高负载环境下使用。
在本发明的烧结含油轴承中，所述滑动面的面积相对于所述轴承孔的整个所述内周面的面积的比率可以是0.4以上且0.98以下。另外，“整个内周面的面积”为滑动面的面积和各供油面的面积之和。
若滑动面的面积相对于整个内周面的比率小于0.4，则在实用尺寸上对滑动面施加的表面压力增大，因滑动面磨损加剧而容易生成烧熔。为了提高轴承的耐久性，在滑动面的面积的比率小于0.4的情况下需要增大轴承本身的尺寸，因此并不实用。此外，在滑动面的面积的比率大于0.98的情况下，无法充分地供给润滑油，因滑动面磨损加剧而容易生成烧熔。
在本发明的烧结含油轴承中，在所述滑动面上开口的所述孔的平均开口尺寸可以小于20μm。
若在滑动面上开口的孔的平均开口尺寸为20μm以上，则在高速高负载的环境下无法充分地保持油而容易流入到轴承内部，因此有可能轴与滑动面之间的油膜减少，生成烧熔，并使耐表面压力性能降低。另外，滑动面的孔的平均开口尺寸是任意的多个视场(一个视场为1mm×0.8mm)的平均值。并且，滑动面的孔的平均开口尺寸是在任意的多个视场(一个视场为1mm×0.8mm)中测量的孔的圆换算表示的平均直径。
在本发明的烧结含油轴承中，所述供油面可以被设置为与所述轴承孔的长度方向的中央部相比更多分布于所述轴承孔的长度方向的两端部。
若供油面被设置为更多分布于轴承孔的两端部，则与整体上均匀分布的情况相比，在轴承孔的中央部分形成更多的滑动面，因此以相同的滑动面面积比率可以获得更高的耐表面压力性能。
在本发明的烧结含油轴承中，所述供油面可以被设置为与所述轴承孔的长度方向的两端部相比更多分布于所述轴承孔的长度方向的中央部。
若供油面被设置为更多分布于轴承孔的中央部，则与整体上均匀分布的情况相比，能够设为以相同滑动面面积比率可以承受更高速度的轴承。
本发明的烧结含油轴承的制造方法具有：压坯成型工序，在成型用模具的成型用模板与成型用芯棒之间的筒状空间中填充原料粉末并进行加压，由此成型筒状的压坯；烧结工序，烧结所述压坯而形成烧结体；及矫正工序，在矫正用模具的矫正用模板与矫正用芯棒之间的筒状空间中压入所述烧结体并进行加压，由此对所述烧结体进行尺寸矫正，并形成轴承孔，在所述压坯成型工序中，在所述成型用芯棒的外周面的至少一部分预先形成比其他部分更向径向外侧突出的多个突出部，在所述压坯的内周面上成型以独立的岛状分散配置的多个凹部和与所述凹部相邻并连续的凸部，在所述烧结工序中，通过烧结所述压坯，将所述凹部形成于表面开孔率大于10％且小于40％的供油面，在所述矫正工序中，以大于所述烧结体的所述凸部的内径且小于所述凹部的内径的外径来预先形成所述矫正用芯棒的外周面，由所述矫正用芯棒的所述外周面将所述凸部朝径向外侧进行压缩而形成表面开孔率为10％以下的滑动面，并且将所述供油面与所述滑动面的最大阶梯差形成为所述滑动面的内径的0.01％以上且0.5％以下，将一个所述供油面的面积设为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下，Di为所述滑动面的内径。
在压坯成型工序中，在压坯的内周面上形成多个凹部和与其周围相连的凸部，由此形成形成有凹部和凸部的烧结体，在矫正工序中，通过由矫正用芯棒使烧结体的内周面的凸部压缩并塑性流动而形成滑动面。此时，凸部的孔通过被压缩并塑性流动而压扁，因此能够在滑动面的表面形成致密层，并能够减小滑动面的表面开孔率。另一方面，在矫正工序中，将滑动面与供油面的最大阶梯差至少设定为滑动面的内径的0.01％以上，由此对形成于凹部的供油面不进行压缩，因此能够维持供油面的孔露出的状态，即，表面开孔率大于10％的状态。
若滑动面与供油面的最大阶梯差小于0.01％，则在成为滑动面的凸部的矫正时，供油面也被封孔，有可能无法确保充分的供油。若滑动面与供油面的最大阶梯差大于0.5％，则启动时为了使油充分地供给到滑动面而需要费时间，摩擦系数变大，有可能轴承的滑动特性降低。
在本发明的烧结含油轴承的制造方法中，在成型用模具的成型用模板与成型用芯棒之间成型压坯之后，若解除由成型用模板引起的约束，则在压坯中产生一些回弹。因此，即使在成型用芯棒的外周面上形成比其他部分更向径向外侧突出的(扩径的)扩径表面(突出部)，若该突出量小，则通过在成型用模板与成型用芯棒之间生成的间隙，能够从成型用芯棒容易抽出(使脱模)压坯。如此烧结形成有凹部和凸部的压坯，在矫正工序中，将烧结体的内周面的凸部进行压缩以压扁凸部的孔，由此能够形成表面开孔率减小的滑动面，并能够在未压缩的凹部维持使表面开孔率增大的供油面。
如此，在本发明的烧结含油轴承的制造方法中，无需增加工序，而通过以往进行的压坯成型工序、烧结工序和矫正工序等工序，能够制造在轴承孔的内周面上具备表面开孔率为10％以下的滑动面和表面开孔率大于10％且小于40％的供油面的烧结含油轴承。
根据本发明，从表面开孔率大于10％且小于40％的供油面渗出的油导入到表面开孔率为10％以下的滑动面与轴之间，由此能够对滑动面供给足够量的油，并且能够抑制所供给的油从滑动面移动到轴承的内部。由此，能够在滑动面与轴之间形成油膜，因此实现低摩擦系数，能够提高作为轴承的滑动特性。而且，该供油面以独立的岛状零散地分布，因此能够在高速高负载的环境下使用。
附图说明
图1是通过本发明的第1实施方式的烧结含油轴承的轴心的纵剖视图。
图2是图1的烧结含油轴承中的轴承孔的供油面附近的放大剖视图。
图3是表示图2部分的矫正前的状态的放大剖视图。
图4是表示本发明的一实施方式的烧结含油轴承的制造方法的工序图。
图5是示意性地表示成型用模具内部的纵剖视图。
图6是表示由图5所示的成型模具成型压坯的压坯成型工序的纵剖视图。
图7是示意性地表示从图6所示的状态起使成型用模板上升并取出压坯的状态的纵剖视图。
图8是示意性地表示在矫正用模具上载置了烧结体的状态的纵剖视图。
图9是示意性地表示矫正烧结体的矫正工序的纵剖视图。
图10是通过本发明的第2实施方式的烧结含油轴承的轴心的纵剖视图。
图11是通过本发明的第3实施方式的烧结含油轴承的轴心的纵剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明的烧结含油轴承及其制造方法的第1～3实施方式进行说明。
第1实施方式的烧结含油轴承1是由金属粉末的烧结体形成的筒状轴承，如图1及图2所示，在轴承孔2的内周面上形成有以岛状分散配置的多个凹状供油面3和与这些供油面3的周围连续并支承轴11的外周面11a的滑动面4。
轴承孔2用于旋转自如支承所插入的轴11，以相对于滑动面4零散地分布的方式形成有多个使轴承孔2的内周面的一部分凹陷而制成的凹面状供油面3。该一个供油面3的面积为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下，Di(mm)为滑动面4的内径。
供油面3形成于以球帽状凹陷的部分。在图2所示的纵剖面上，成为滑动面4的表层部的内缘面对凹部的外缘部，因此凹部的除外缘部以外的中央部分的表面成为供油面3。若一个供油面3的面积小于0.03mm2，则有助于油供给的孔减少，油的供给不充分，因此耐表面压力性能降低。若供油面3的面积大于0.2×Di2(mm2)，Di(mm)为滑动面4的内径，则供油面3的分布不均匀性过大，从而耐表面压力性能降低。
在图1所示例中，各供油面3在正面观察中形成为圆形，在烧结含油轴承1的轴承孔2的内周面的整个表面大致均匀地分散。
滑动面4由轴承孔2的内周面上的除了供油面3以外的表面形成，形成为比轴11的外径Da稍微大的内径Di。例如，滑动面4的内径Di形成为1mm以上且30mm以下，在滑动面4与轴11之间形成滑动面4的内径Di的0.05％以上且0.6％以下的间隙。
滑动面4与供油面3的最大阶梯差d1形成为滑动面4的内径Di的0.01％以上且0.5％以下。
烧结含油轴承1由金属粉末的烧结体形成，因此为在内部形成有多个孔的多孔体6，在轴承孔2的内周面的供油面3上也开口有孔。供油面3上的孔的表面开孔率设为大于10％且小于40％。
如图2所示，滑动面4由孔经过封孔处理的致密层7形成。在滑动面4的表面上，孔的表面开孔率为10％以下，优选为5％以下，更优选为3％以下。这些孔的表面开孔率为在轴承孔2的内周面上的每单位面积的孔的开口部的面积比率。
当将滑动面4的面积相对于轴承孔2的整个内周面的面积的比率设为a时，面积比率a设为0.4以上且0.98以下。在该情况下，当将轴承孔2的长度设为b1(在本实施方式中，与烧结含油轴承1的长度b1相同)时，当轴11插入到轴承孔2中并接触到内周面时，在轴承孔2的长度b1的a×100％的范围内接触于滑动面4。另外，“整个内周面的面积”为滑动面4的面积和各供油面3的面积之和。
接着，对烧结含油轴承1的制造方法进行说明。
如图4的流程图所示，烧结含油轴承1的制造方法具有：压坯成型工序S1，将原料粉末填充于成型用模具中进行加压，成型筒状的压坯；烧结工序S2，烧结该压坯而形成烧结体；及矫正工序S3，用矫正用模具对烧结工序S2后的烧结体进行加压以进行尺寸矫正，由此形成轴承孔。
烧结含油轴承1的原料粉末并不受特别的限定，优选铜系粉末或铁铜系粉末。
铜系粉末是由主要成分为铜、铜-锡、铜-锡-磷或铜-锌等铜合金构成的铜粉。可以含有熔点为烧结温度以下的低熔点金属粉(例如锡粉)为5～12质量％，或者含有石墨等固体润滑剂为0.5～9质量％。
铁铜系粉末设为铜粉为15～80质量％且剩余部分为铁粉，但是可以含有低熔点金属粉为0.1～5质量％，固体润滑剂为0.5～5质量％。
构成原料粉末的铜粉的形状未必受到限定，可以使用扁平粉末和粒状粉末这两种。粒状粉末使用电解铜粉或雾化铜粉。扁平粉末的纵横比(直径/厚度)为10以上，例如能够使用铜箔片。关于铜粉中的扁平粉末的混合比率，在铜系粉末的情况下优选为5质量％～30质量％，在铁铜系粉末的情况下优选为5质量％～60质量％。关于铜系粉末的粒状粉末和扁平粉末，例如扁平粉末的最大直径为1μm以上且200μm以下，相对于此，粒状粉末形成为5μm以上且100μm以下的平均粒径。在铁铜系粉末中，铁粉的平均粒径形成为大于等于铜系粉末中的铜粉的平均粒径。
如图5～图7所示，在压坯成型工序S1中，使用具备成型用模板21、成型用芯棒22、成型用下冲头23及成型用上冲头24的成型用模具20。在成型用模板21上形成有圆柱状贯穿孔21a。插入到该贯穿孔21a的中心的成型用芯棒22在整体上形成为圆柱状，在外周面22a的有助于压坯内周面的成型的部分，以岛状分散形成有比其他部分更向径向外侧突出的多个突出部22b。该外周面22a与突出部22b的最大阶梯差d2设为外周面22a的外径Do的0.1％以上且1.0％以下。各突出部22b在正面观察中形成为相同大小的圆形，并隔开适当的间隔而分散配置。
从下方插入到成型用模板21的贯穿孔21a与成型用芯棒22的外周面22a之间的成型用下冲头23被形成为圆筒状。通过这些成型用模板21、成型用芯棒22及成型用下冲头23，如图5所示形成筒状空间25。
在由成型用模板21、成型用芯棒22及成型用下冲头23形成的筒状空间25，从上方放入规定量的原料粉末，从上方插入筒状成型用上冲头24以缩小成型用下冲头23与成型用上冲头24的间隔，从而将原料粉末以150～500MPa进行压缩，由此如图6所示形成压坯5A。此时，如图3所示，在压坯5A的内周面上，由成型用芯棒22的突出部22b以岛状分散形成比其他部分更向径向外侧凹陷的多个凹部51b，并且与该凹部51b连续地成型出与之相邻的凸部51a。即，在压坯5A的内周面上，相邻形成有与成型用芯棒22的外周面22a及突出部22b的形状对应的具有最大阶梯差(凸部51a的内径的0.1％以上且1.0％以下)的凸部51a和凹部51b。
如此，在成型用模板21与成型用芯棒22之间成型压坯5A之后，如图7所示，若使成型用模板21相对于成型用芯棒22及两冲头23、24下降移动，解除(消除压力)由成型用模板21引起的约束，则在压坯5A中产生一些回弹，在成型用芯棒22与压坯5A之间生成间隙。在该状态下，使成型用模板21上升移动以恢复到原来的位置，由此能够从压坯5A的内部容易抽出(脱模)成型用芯棒22。
在成型用芯棒22的外周面22a上形成有比其他部分更突出的突出部22b，但是该突出量(最大阶梯差d2)小，因此通过因压坯5A回弹而与成型用芯棒22之间产生的间隙，能够从成型用芯棒22容易抽出(脱模)压坯5A。由于产生回弹，因此压坯5A的凸部51a与凹部51b的最大阶梯差与由成型用模板21引起的约束时相比稍微大，凸部51a的内径也与由成型用模板21引起的约束时相比稍微大。
在压坯成型工序S1中，扁平铜粉末大量聚集在形成筒状压坯5A的模具的成型用模板21的内周面及成型用芯棒22的外周面上，因此成为在筒状压坯5A中沿着内周面及外周面大量配置有扁平粉末的状态。由此，在铁铜系粉末的情况下，筒状压坯5A的内周面及外周面上的表层部成为富铜。
接着，在烧结工序S2中，在800～950℃的温度烧结该压坯5A，由此形成表面开孔率大于10％且小于40％的烧结体5B。在该烧结工序S2中，虽然产生压坯5A的收缩，但是在烧结体5B的内周面上，在压坯5A的凸部51a的部分形成凸部52a，并且在压坯5A的凹部51b的部分形成凹部52b。
在烧结体5B的凹部52b形成表面开孔率大于10％且小于40％的供油面3。将压坯成型工序S1中的压坯5A的尺寸设定为，使该烧结体5B的凸部52a与凹部52b(供油面3)的最大阶梯差d0成为凸部52a的内径的0.1％以上且1.0％以下，并且使在烧结体5B的内周面上凸部51a的面积比率成为0.4以上且0.98以下。
在烧结工序S2之后，在矫正工序S3中，用图8及图9所示的矫正用模具30矫正烧结体5B。此时，通过将烧结体5B的内周面的凸部52a朝径向外侧进行压缩而形成滑动面4，制造出具备供油面3和滑动面4的烧结含油轴承1。
矫正用模具30对烧结体5B的内外径进行尺寸矫正，如图8所示，与成型用模具20同样地，具备矫正用模板31、矫正用芯棒32、矫正用下冲头33及矫正用上冲头34。接触到烧结体5B的矫正用模板31的贯穿孔31a的表面(内周面)或矫正用芯棒32的外周面32a、矫正用下冲头33的端面及矫正用上冲头34的端面精加工成平滑的表面。矫正用芯棒32的外周面32a的外径Dg大于烧结体5B的凸部52a的内径，并且小于由凹面即供油面3形成的内径。
如图8所示，在矫正用模具30中，在矫正用模板31的贯穿孔31a内配置了矫正用芯棒32的状态下，在矫正用模板31上配置烧结体5B，通过使矫正用上冲头34下降移动，将烧结体5B压入到矫正用模板31的贯穿孔31a与矫正用芯棒32之间的筒状空间内，如图9所示，将矫正用芯棒32抵压于烧结体5B的内周面。由此，在矫正用模板31的贯穿孔31a的内周面与矫正用芯棒32的外周面32a之间以及在矫正用上冲头34与矫正用下冲头33之间，烧结体5B朝径向及轴向被压缩并塑性流动，从而烧结体5B的形状精加工成产品尺寸。尤其，在铁铜系材料的情况下，关于内周面及外周面上表层部由扁平铜粉而形成为富铜的烧结体5B，由于在矫正工序中表层部的柔软的富铜部容易塑性流动，因此矫正用模具30所滑动的部分的表面开口部容易被压扁。
矫正用芯棒32的外周面32a的外径Dg大于烧结体5B的凸部52a且小于凹部即供油面3的最大直径。从而，在矫正工序(S3)中，烧结体5B的内周面的供油面3不会被压缩，只有凸部52a朝径向外侧被压缩并塑性流动。烧结体5B的凸部52a由矫正用芯棒32的外周面32a被压缩，并且矫正用芯棒32的外周面32a相对于凸部52a滑动，由此在凸部52a的表面开口的孔被压扁，在凸部52a的整个表面形成孔被压扁状态的致密层7(参考图2)，形成表面开孔率为10％以下的滑动面4。由此，制造出具备最大阶梯差d1为滑动面4的内径Di的0.01％以上且0.5％以下的供油面3和滑动面4的烧结含油轴承1。
在该情况下，在烧结体5B的凸部52a的整个表面形成滑动面4，滑动面4的面积相对于烧结含油轴承1的轴承孔2的整个内周面的面积的比率a设定为0.4以上且0.98以下。最后，润滑油浸渗于烧结含油轴承1中。
关于如此制造出的烧结含油轴承1，其内周面设为轴承孔2，并旋转自如地支承所插入的轴11。在轴承孔2的内周面上，以独立的岛状分散形成有多个供油面3，除了该供油面3以外的表面为用于支承轴11的滑动面4。在供油面3的最深部与轴11的外周面之间，形成比供油面3与滑动面4的最大阶梯差d1更大的间隙。滑动面4上的孔的表面开孔率通过致密层7设为较小，如上所述，设为10％以下，供油面3上的孔的表面开孔率大于滑动面4的表面开孔率，并且大于10％且小于40％。
因此，若轴11旋转，则油从表面开孔率大的供油面3渗出，并供给到轴11与滑动面4之间。滑动面4上的表面开孔率为10％以下而较小，因此油不会渗透到内部，在滑动面4与轴11之间形成油膜并支承轴11。在该情况下，若滑动面4的表面开孔率大于10％，则导致油流入到轴承内部，因此有可能油的保持能力降低，轴11与滑动面4之间的油膜减少，并生成烧熔。并且，若供油面3的表面开孔率为10％以下，则难以从内部将油充分地供给到滑动面4。
在本实施方式中，油充分地供给到滑动面4与轴11之间，因此能够通过该油膜减小摩擦阻力，并提高滑动特性。
关于岛状供油面3，其一个供油面3的面积设为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下，Di(mm)为滑动面4的内径。若各供油面3的面积小于0.03mm2，则有助于油供给的孔减少，油的供给不充分，因此耐表面压力性能降低。另一方面，若各供油面3的面积大于0.2×Di2(mm2)，Di(mm)为滑动面4的内径，则供油面3的分布不均匀性过大，从而耐表面压力值降低。在本发明中，将一个岛状供油面3的面积设为0.03mm2以上且0.2×Di2(mm2)以下，Di(mm)为滑动面4的内径，由此耐表面压力性能提高，能够在高速高负载环境下使用。
若滑动面4与供油面3的最大阶梯差d1小于滑动面4的内径Di的0.01％，则在成为滑动面4的凸部51a的矫正时供油面3也被封孔，有可能无法确保充分的供油。若滑动面4与供油面3的最大阶梯差d1大于滑动面4的内径Di的0.5％，则启动时为了使油充分地供给到滑动面4而需要费时间，摩擦系数变大，有可能烧结含油轴承1的滑动特性降低。
在烧结含油轴承1中，滑动面4与以岛状分散的供油面3在轴承孔2的内周面上沿轴向相邻形成，滑动面4的面积比率a设为0.4以上且0.98以下，因此即使轴11接触到轴承孔2的内周面的任何位置，在轴承孔2的长度b1的a×100％的范围内也接触到滑动面4，并能够稳定地支承轴11。在烧结含油轴承1中，供油面3形成于滑动面4之间，即，在供油面3的两侧形成有滑动面4，因此将来自供油面3的油有效地供给到滑动面4，能够减少向烧结含油轴承1的端面流出。从而，该烧结含油轴承1通过这些协同作用可靠地防止油膜破裂，能够长期发挥良好的滑动特性。
在第1实施方式中，使供油面3在整个轴承孔2中大致均匀地分散，但是如图10所示的第2实施方式或图11所示的第3实施方式，也可以在轴承孔2的长度方向的两端部和中央部改变供油面3的分散度。
这些第2实施方式及第3实施方式的各供油面3的各自的大小与第1实施方式的情况相同。在第2实施方式的烧结含油轴承101中，供油面3被设置为与轴承孔2的长度方向的中央部相比更多分布于轴承孔2的长度方向的两端部。在第3实施方式的烧结含油轴承102中，供油面3被设置为与轴承孔2的长度方向的两端部相比更多分布于轴承孔2的长度方向的中央部。
在图10所示的第2实施方式中，轴承孔2的内周面上的每单位面积的滑动面4的面积在中央部比两端部更大，因此与供油面3均匀分布的情况相比，若滑动面的面积比率相同，则显示出更高的耐表面压力性能。
在图11所示的第3实施方式中，轴承孔2的内周面上的每单位面积的滑动面4的面积在两端部比中央部更大，因此与供油面3均匀分布的情况相比，若滑动面的面积比率相同，则成为可以承受更高速度的轴承。
另外，本发明并不限定于所述实施方式的结构，在细部结构中，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够追加各种变更。
例如，在图示例中，将供油面3全部设定为相同的面积，但是也可以使不同面积的供油面3以混合存在的方式分散。并且，供油面3以沿着轴向(长度方向)形成列的方式进行了图示，但是也可以是锯齿状排列、以轴承孔2的轴心为中心的螺旋状排列等，并且也可以随机配置。
供油面3的形状除了所图示的圆形以外，还能够形成为在正面观察中呈正方形、矩形、菱形或三角形等任意的形状。关于供油面3的剖面形状，除了图2所示的球帽状以外，也可以形成为从供油面3朝向滑动面4逐渐扩大的梯形或矩形。
实施例
关于为了验证本发明的效果而进行的试验结果进行说明。
在试验中，作为原料粉末而使用将铁、铜、锡和石墨等经过混合而成的铁铜系粉末。由铁铜系粉末构成的原料粉末调整为如下：铜粉为50质量％，锡粉为2质量％，铜-8质量％磷粉为5质量％，铜-锌粉为10质量％，石墨等固体润滑剂为0.5质量％，并且将剩余部分设为铁粉。并且，其中，关于铜粉，使用了将纵横比为10以上、最大直径为1μm以上且100μm以下的扁平粉末和平均粒径为5μm以上且100μm以下的粒状粉末经过混合而成的铜粉，将铜粉中的扁平粉末的混合比率设为25质量％。并且，铁粉的平均粒径大于等于铜粉中的粒状粉末的平均粒径。
而且，在压坯成型工序中，将原料粉末以150～500MPa压缩成型以成型压坯，在烧成工序中，在800～950℃的温度进行烧结以形成在内周面上具有最大阶梯差d0的凸部和供油面的烧结体之后，经过矫正工序，形成了在轴承孔的内周面上具有最大阶梯差d1的滑动面和供油面的烧结含油轴承(以下，简称为轴承)。供油面以表1所示的每一个供油面的面积、数量及最大阶梯差(深度)d1形成。滑动面形成于轴承孔的内周面的除了供油面以外的部分。将滑动面的面积比率a设为如表1所示。各轴承的长度b1均设为8mm。并且，滑动面的内径Di均设为8mm。试样No.16为将轴承孔的整个内周面设为滑动面的试样，No.17为将整个内周面设为供油面的试样。
表1中，最大阶梯差d1以相对于滑动面的内径Di的比率记载。矫正前的烧结体的最大阶梯差d0也以相对于由凸部形成的内径的比率记载。
关于表1的滑动面相对于轴承孔的整个内周面的面积比率a、滑动面与供油面的最大阶梯差d1，由轮廓测量仪对轴承孔的内周面进行了测定。
关于滑动面及供油面各自的表面开孔率及在滑动面上开口的孔的平均开口尺寸，对轴承的滑动面和供油面分别拍摄倍率500倍的扫描电子显微镜(SEM)图像(SEI)，用图像分析软件对该照片进行二值化并提取开口部之后，测量了开口部的面积比率及孔的尺寸。关于开口部的面积比率及孔的平均开口尺寸的测量，按条件不同的轴承准备了五个试样(轴承)。关于开口部的面积比率的拍摄部位，对各轴承的滑动面和供油面分别设为五个视场。分别将25处拍摄部位的测量结果的平均值设为表面开孔率及孔的平均开口尺寸。在一个供油面小于观察视场的情况下，仅对该视场内的供油面进行测量，以测量面积相同的方式，根据需要增加测量视场数进行了测量。
在使润滑油浸渗于所得到的轴承中之后，将轴插入到轴承孔中，在与轴心正交的垂直方向上赋予表2所示的负荷表面压力的状态下使轴旋转，并对轴承的耐久性进行了评价。在耐久性的评价中，关于各个轴承，在使轴以转速10000rpm旋转了30分钟的情况下，将生成了轴与轴承的烧熔的情况设为不合格“B”，将未生成烧熔的情况设为合格“A”。
[表1]
Figure BDA0002454700280000131
[表2]
Figure BDA0002454700280000141
由表1及表2的结果可知，关于滑动面与供油面的最大阶梯差d1设为滑动面的内径Di的0.01％以上且0.5％以下、滑动面的表面开孔率为10％以下、供油面的表面开孔率大于10％且小于40％的一个供油面的面积为0.03mm2以上且0.2×Di2mm2以下的No.1～15，Di(mm)为滑动面的内径，不会产生轴承与轴的烧熔，在高速高负载的环境下的轴承特性优异。其中，滑动面的面积比率a为0.4以上且0.98以下且滑动面的孔的平均开口尺寸小于20μm的No.1～12，尤其，在高负载环境下的轴承特性优异。
产业上的可利用性
对滑动面供给足够量的油以实现低摩擦系数，并且抑制所供给的油从滑动面移动到轴承内部，从而提高作为轴承的滑动特性，进而，能够在高速高负载的环境下使用。
符号说明
1、101、102 烧结含油轴承
2 轴承孔
3 供油面
4 滑动面
5A 压坯
6 多孔体
7 致密层
11 轴
11a 外周面
20 成型用模具
21 成型用模板
22 成型用芯棒
22a (成型用芯棒的)外周面
22b 突出部
23 成型用下冲头
24 成型用上冲头
25 筒状空间
30 矫正用模具
31 矫正用模板
32 矫正用芯棒
32a (矫正用芯棒的)外周面
33 矫正用下冲头
34 矫正用上冲头
51a (压坯的)凸部
51b (压坯的)凹部
52a (烧结体的)凸部
52b (烧结体的)凹部
b1 (烧结含油轴承的)长度
d0 (烧结体的)最大阶梯差
d1 (烧结含油轴承的)最大阶梯差
d2 (成型用芯棒的)最大阶梯差
Da (轴的)外径
Dg (矫正用芯棒的外周面的)外径
Di (烧结含油轴承的滑动面的)内径
Do (成型用芯棒的外周面的)外径
S1 压坯成型工序
S2 烧结工序
S3 矫正工序

Claims (9)

1.一种烧结含油轴承，由具有多个孔的多孔体构成，并具有供轴插入的轴承孔，所述烧结含油轴承的特征在于，具有：
多个凹状的供油面，形成于所述轴承孔的内周面上，并以独立的岛状分散且以零散分布的方式配置；及
内径为Di的滑动面，在所述轴承孔的所述内周面上，与所述供油面的周围连续形成，并支承所述轴的外周面，
所述滑动面与所述供油面的最大阶梯差设为所述内径Di的0.01％以上且0.5％以下，
所述滑动面上的所述孔的表面开孔率为0％以上且10％以下，所述供油面上的所述孔的表面开孔率大于10％且小于40％，
一个所述供油面的面积为0.03mm2以上且0.2×Di2以下，其中Di的单位为mm。
2.根据权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述滑动面的面积相对于所述轴承孔的整个所述内周面的面积的比率为0.4以上且0.98以下。
3.根据权利要求1所述的烧结含油轴承，其特征在于，
在所述轴承的所述滑动面上开口的所述孔的平均开口尺寸为0μm以上且小于20μm。
4.根据权利要求2所述的烧结含油轴承，其特征在于，
在所述轴承的所述滑动面上开口的所述孔的平均开口尺寸为0μm以上且小于20μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述供油面被设置为与所述轴承孔的长度方向的中央部相比更多分布于所述轴承孔的长度方向的两端部。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的烧结含油轴承，其特征在于，
所述供油面被设置为与所述轴承孔的长度方向的两端部相比更多分布于所述轴承孔的长度方向的中央部。
7.一种烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，具有：
压坯成型工序，在成型用模具的成型用模板与成型用芯棒之间的筒状空间中填充原料粉末并进行加压，由此成型筒状的压坯；
烧结工序，烧结所述压坯而形成烧结体；及
矫正工序，在矫正用模具的矫正用模板与矫正用芯棒之间的筒状空间中压入所述烧结体并进行加压，由此对所述烧结体进行尺寸矫正并形成轴承孔，
在所述压坯成型工序中，在所述成型用芯棒的外周面的至少一部分预先形成比其他部分更向径向外侧突出的多个突出部，在所述压坯的内周面上成型以独立的岛状分散且以零散分布的方式配置的多个凹部和与所述凹部相邻并连续的凸部，
在所述烧结工序中，通过烧结所述压坯，将所述凹部形成于表面开孔率大于10％的供油面上，
在所述矫正工序中，以大于所述烧结体的所述凸部的内径且小于所述凹部的内径的外径来预先形成所述矫正用芯棒的外周面，由所述矫正用芯棒的所述外周面朝径向外侧压缩所述凸部以形成表面开孔率为0％以上且10％以下的滑动面，并且将所述供油面与所述滑动面的最大阶梯差形成为所述滑动面的内径的0.01％以上且0.5％以下，将一个所述供油面的面积设为0.03mm2以上且0.2×Di2以下，Di为所述轴承孔的内径，其中Di的单位为mm。
8.根据权利要求7所述的烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，
所述成型用芯棒的所述外周面与所述突出部的最大阶梯差为所述成型用芯棒的所述外周面的外径的0.1％以上且1.0％以下。
9.根据权利要求7或8所述的烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，
在所述烧结体中，以所述凸部与所述凹部的最大阶梯差成为所述凸部的内径的0.1％以上且1.0％以下的方式设定所述压坯的尺寸。
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