CN1230044A - 小型电动机及其烧结合金制含油轴承的制造方法 - Google Patents

Abstract

小型电动机(1),在外壳(4)的内周面(2)上,安装永久磁铁(3),在外壳的内部配设转子(5),由设在外壳上的轴承部(7、8)回转自如地支持转子的回转轴(6)。该小型电动机的轴承部的滑动轴承(19、22),是将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种的粉末4—27%(重量)、Sn单一元素的粉末3—5%(重量)、含Sn元素的合金的粉末18—55%(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质那样的配合组成配合的混合物压缩成形,并且经烧结成形的烧结合金制含油轴承。按照本发明,能够提高滑动轴承的耐摩耗性,同时减低因摩耗产生的电动机噪音。本发明可在小型照相机等当中使用,适用于具有烧结合金含油轴承的小型电动机。

Description

小型电动机及其烧结合金 制含油轴承的制造方法

本发明涉及小型电动机，特别是涉及在小型照相机等光学精密机器、CD唱机等音响放像机器、复印机等OA机器、头发吹干机等家用电器、汽车用电装机器、以及玩具等当中所使用的小型电动机及其烧结合金制含油轴承的制造方法。

小型电动机在上述各种机器以外的一切领域也被广泛使用，要求降低基轴承的摩耗、电动机的机械噪声(电动机噪音等)及所消耗的电流等。

小型电动机是在其外壳的内周面安装定子、在外壳的内部配设转子，由设在外壳上的轴承部回转自如地支持转子的回转轴。轴承部的滑动轴承，多使用烧结合金制的含油轴承(以下记作烧结含油轴承)。

烧结合金由铁系材料或铜系材料构成。在铁系材料的烧结含油轴承的场合，耐摩耗性是良好的，但其回转轴回转时，滑动音的振动数高，因此发生感觉比较硬的声音。

与此相对照，在铜系材料的烧结含油轴承的场合，由于滑动音的振动数低，所以发生感觉比较柔和的声音，但与铁系材料相比，其耐摩耗性低，因此存在电动机的耐久性问题，具有因摩耗使电动机噪音变高的课题。

因此，历来是按照电动机的用途，分别使用铁系材料和铜系材料的烧结含油轴承。

在特开平6-264110号公报中，揭示了有关谋求改良摩擦系数及磨合性的青铜系烧结含油轴承的技术。

然而，在该公报中叙述的烧结含油轴承，有时仅耐高荷重但却不能认为有充分的强度。另外，在烧结含油轴承承受偏心侧压荷重或低回转时大的侧压荷重等的场合，含浸在该烧结含油轴承中的润滑油的效果不那么能发挥，因此，其耐摩耗性不能认为是充分的。

本发明的目的是：为了解决这样的课题，提供一种具有耐摩耗性提高、同时能够减低摩耗产生的电动机噪音的烧结合金制含油轴承的小型电动机，以及上述烧结合金制含油轴承的制造方法。

为达到上述目的，本发明是在外壳的内周面安装定子、在上述外壳的内部配设转子、由设置在上述外壳上的轴承部回转自如地支持上述转子的回转轴的小型电动机中，上述轴承部的滑动轴承是，将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中至少1种的粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末这样的配合组成配合的混合物压缩成形，并且经烧结成形的烧结合金制含油轴承。

而且，小型电动机中轴承部的滑动轴承，可以采用Ni3-13％(重量)、Sn 7.5-12％(重量)、其余为Cu及不可避免的杂质这样的成分组成的烧结合金制含油轴承。

优选的是，小型电动机中轴承部的滑动轴承是，将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中至少1种的粉末4-27％(重量)、Sn单元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末这样的配合组成配合的混合物压缩成形，并且经烧结成形，成为Ni为3-13％(重量)、Sn为7.5-12％(重量)、其余为Cu及不可避免的杂质这样的成分组成的烧结合金制含油轴承，而且烧结体的Cu-Ni-Sn合金的一部或全体，具有θ相(由Ni和Sn构成的金属间化合物)的组织及由于经偏聚析出可能造成的周期结构的至少一种组织。

本发明的方法，是构成小型电动机轴承部的滑动轴承的烧结合金制含油轴承的制造方法，是将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少1种的粉末4-27％(重量)、Si单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金的粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末这样的配合组成配合的混合物压缩成形，将压缩成形的压粉体在还原气氛中烧结一定的时间间隔成为烧结体，然后在将该烧结体冷却到约300℃的时刻，该烧结体的Cu-Ni-Sn合金的一部或全体处于Cu-Ni-Sn合金三元系平衡状态图的“α(Cu-Ni-Sn固溶体)+θ(由Ni和Sn构成的金属间化合物)”的成分范围内，以使θ相析出的冷却速度将上述烧结体缓慢冷却，再将所得的上述烧结体精整成规定的形状，然后进行浸油处理。

由于本发明按照上述那样构成，所以能够使滑动轴承的耐摩耗性提高，同时减低因摩耗产生的电动机噪音。

图1至图9是显示本发明实施方式一例的图。

图1是显示小型电动机一侧剖面的正视图。

图2是显示烧结合金制含油轴承制造工序的流程图。

图3是显示烧结工序中被烧结物温度变化的一例。

图4是显示含油率对圆柱形压坯径向抗压强度的影响的曲线图。

图5是780℃时Cu-Ni-Sn合金三元系平衡状态图。

图6是显示烧结工序中金属组织变化状态的概略说明图。

图7是显示图6中金属组织原子结构状态一例的概略说明图。

图8是本发明的烧结合金制含油轴承金属表面的组织图。

图9中，图9(A)是显示比较承的Sn含量和摩耗量关系的曲线图，图9(B)是显示本发明轴承及比较轴承S-1的Ni含量和摩耗量关系的曲线图。

以下，参照图1至图9说明本发明实施方式的一例。

首先说明本发明的小型电动机的整体构成。图1是以剖面显示小型电动机一侧的正视图。

如图1所示，作为小型电动机的小型直流电动机1，具备在其内周面2安装一对定子3的外壳4，和在外壳4内部配设的转子5。转子5的回转轴6，由设在外壳4上的轴承部7、8回转自如地加以支持。

外壳4具备形成有底中空状的套9、和嵌合在套9的开口部10内的盖部件11。套9由金属制的板材一体形成。盖部件11由与套9同样的金属材料或树指材料等一体形成。

轴承部7、8分别设置在外壳4的两端部。一边的轴承部7安装在套9上，另一边的轴承部8安装在盖部件11上。一对定子3固着在套9的内周面2上并对向配置。

转子5具备：沿回转中心的中心轴线方向延伸的回转轴6、在安装在回转轴6上的铁芯上将电枢线回卷成线圈状的电枢12、和安装在回转轴上同时与电枢线电气连接的整流子13。

多数组(例如二组)电刷14与整流子13滑动系合。多数个(例如2个)连接端子分别与各电刷14电气连接。连接端子安装在盖部件11上，由盖部件突出到外方，连接在配线等之上。

在套9的平坦面16的中央部，一体地形成圆筒状的突出部17。在突出部17的内周面18中，构成一边的轴承部7，压入并固定具有滑动面的一边的滑动轴承19。该滑动轴承回转自如地轴式支持回转轴6的输出侧。

另一边的轴承部8回转自如地轴式支持回转轴6的反输出侧。该另一边的轴承部8，具备在轴向力方向支持回转轴6端部21的轴向力承受部件20、和回转自如地轴式支持回转轴端部21的该另一边的滑动轴承22。轴向力承受部件20由润滑性良好的合成树脂等形成。

滑动轴承22压入并固定在盖部件11上形成的突出部23的内周面24中。滑动轴承19、22使用烧结含油轴承(烧结合金制含油轴承)。

在该电动机1中，若电流由连接端子15通过电刷14及整流子13流进电枢12的电枢线圈，则存在于一对定子3形成的磁场中的转子5被赋予回转力，使转子5回转运动。

由此，电动机1通过进行回转的回转轴6的输出部，驱动光学精密仪器等。

以下，对滑动轴承19、22所使用的烧结含油轴承进行说明。

图2是显示烧结含油轴承制造工序的流程图。图3是显示烧结工序中被烧结物温度变化一例的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示被烧结物的温度。

对于烧结合金制含油轴承，日本工业规格JIS B1581-1976中规定为“烧结含油轴承”。轴承的种类按照成分组成及含油率区分。例如青铜系轴承“SBK-1218”被规定为Sn 8-11％(重量)、C 2％(重量)以下、其余为铜，等等。

这些青铜系的烧结含油轴承，历来是将Cu、Cu-Sn、Sn各粉末以一定的配合组成配合，压缩成形后经烧结处理制造的。但是，在将该青铜系的烧结含油轴承在电动机的滑动轴承中使用时，从耐摩耗性和减低因摩耗产生的电动机噪音等考虑是不理想的。

可是，烧结处理不是使材料粉末全体完全熔融成为合金的。烧结处理是将金属或合金的粉体(粉末)加压成形的成形物在熔点以下的温度进行热处理时，利用粉体间的结合产生的成形物中的固结现象而烧固的。因此，即使成分组成相同，在材料粉末的配合组成不同时，制品的物性会不同。

因此，在本发明中，作为烧结含油轴承的材料，使用在Cu、Cu-Sn、Sn的各粉末中再加入Cu-Ni粉末。然后，将这些粉末按一定的配合组成配合、将所得到的混合物压缩成形成为压粉体。接着，将该压粉体在规定的条件下烧结成为烧结体，借此制造具有优良物性的烧结含油轴承。

具体说明如下，本发明的烧结含油轴承构成滑动轴承19、22。该烧结含油轴承，是将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少1种的粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末18-25％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末这样配合组成配合的混合物压缩成形并且烧结，借此而成形。

此外，该烧结含油轴承的成分组成，优选为Ni3-13％(重量)、Sn7.5-12％(重量)，其余为Cu及不可避免的杂质。

烧结含油轴承更为优选的是，烧结体的一部或全体，具有θ相(由Ni和Sn构成的金属间化合物，例如Ni₃Sn)的组织及经偏聚析出可造成的周期结构的至少一种组织。

制造上述烧结含油轴承的方法是，将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少1种的粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金的粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末那样的配合组成配合的混合物压缩成形。

然后将压缩成形的压粉体，在还原气氛中于约700-约800℃下烧结一定的时间间隔，制成烧结体。然后，在将该烧结体冷却到约300℃的时刻，该烧结体的Cu-Ni-Sn合金的一部或全体处于Cu-Ni-Sn合金三元系平衡状态图的“α(Cu-Ni-Sn固溶体)+θ(由Ni和Sn构成的金属间化合物)”的成分范围内，以使θ相析出那样的冷却速度缓慢冷却上述烧结体。然后将所得到的烧结体修整成规定的形状，再进行浸油处理。

再者，在上述烧结含油轴承及其制造方法中，原料粉末的配合组成优选为：Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少1种的粉末7-15％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末36-50％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末。

而且，优选的成分组成是，Ni6-10％(重量)、Sn8-10％(重量)、其余为铜及不可避免的杂质。

在上述制造方法中，优选的是，将上述压粉体在还原气氛中约750℃下烧结约1小时，然后将该烧结体以约3-约5℃/min的冷却速度缓慢冷却。

上述烧结体的气孔率为约18-约28％(体积)的情况，或者，浸油处理后的含油率为约18-约22％(体积)的情况，或者，上述烧结体的气孔率为约18-约22％(体积)并且浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)的情况是优选的。

这里，气孔率是以百分率表示的全部气孔的体积相对于多孔质体总体积的比例。

如上所述，在本发明中，经过烧结后的冷却，使未在铜合金中固溶的上述金属间化合物，及经偏聚析出可能造成的周期结构的任何一种或两种析出。该析出物抑制金属结晶的位错运动(即塑性变形)，因此，与其它相的组织相比，耐热性(即高温强度)及硬度更高。

这里，所谓的“偏聚析出”，是由高温冷却二成分以上的混合系在不稳定的情况下产生的二相分离的过程，导致显著的硬化。

偏聚析出是作为第二相析出过程的初期阶段而发生的。另外，将周期地二相分离的固溶体组织称作周期结构。

实施例

以下，对本发明的烧结含油轴承及其制造方法的实施方式进行说明。

如图2及图3所示，在混合工序101中，按一定的配合组成及成分组成将原料粉末(原料粉体)进行配合。然后，将该原料粉末以全体均一的方式制成充分混合的混合物。

下列表1示出了将烧结含油轴承成形时的混合物的配合组成。表2示出了上述烧结含油轴承的成分组成。

表1

轴承种类		配合组成(重量％)
							Cu-Sn粉末(含有Sn10％)	Cu粉末	Sn粉末	Cu-Ni粉末(含有Ni30％)	Cu-Ni粉末(含有Ni70％)
		本发明轴承	N-1	其余	45.6	4.6						-	4.3
N-2	其余						44.2	4.4	-	7.1
			N-3	其余	42.2	4.2					-	11.4
N-4	其余						40.1	4.0	-	15.7
			N-5	其余	38.1	3.8					-	20.0
N-6	其余						42.9	4.3	10.0	-
			N-7	其余	39.7	4.0					16.7	-
N-8	其余						34.9	3.5	26.7	-
			比较轴承	S-1	其余	47.6					4.8	-	-
S-2	其余	48.9					2.1	-	-
				S-3	其余	45.4				9.2	-	-

表2

轴承种类		成分组成(重量％)
					Cu	Sn	Ni
		本发明轴承	N-1	其余				9.1	3.0
N-2	其余				8.8	5.0
			N-3	其余			8.4	8.0
N-4	其余				8.0	11.0
			N-5	其余			7.6	14.0
N-6	其余				8.6	3.0
			N-7	其余			7.9	5.0
N-8	其余				7.0	8.0
			比较轴承	S-1			其余	9.5	-
S-2	其余	7.0			-
				S-3		其余	13.0	-

在混合工序101中，按表1所示的配合组成及表2所示的成分组成配合原料粉末，在上述原料粉末中加入硬脂酸锌，再将混合得到的混合物送到压粉工序102。

硬脂酸锌是为防止与金属模热胶着而暂时添加的润滑剂，其沸点低(沸点约250℃)，因此在烧结时被蒸发除去。该硬脂酸锌的加入量为混合物全体的1％(重量)。

在压粉工序102中，将混合物送入金属模，按规定形状压缩成形，形成压粉体。

接着，将该压粉体送至烧结工序103。烧结工序103使用例如传送带式连续烧结炉。在该烧结炉内形成由氨分解气体等还原气体充填的还原气氛，以防止被烧结物(即压粉体及烧结体)的氧化。被烧结物以载带在传送带上的状态在炉内连续移动，被烧结处理。

在烧结工序103中，将压粉工序102中压缩成形的压粉体在还原气氛中约700-约800℃下烧结一定的时间间隔，制成烧结体。

在本实施方式的烧结工序103中，先进行1小时的预备烧结，即将压粉体加热到约400-约450℃，使硬脂酸锌蒸发。

接着，在主烧结过程中，将压粉体由约400-约450℃加热到约750℃，在该约750℃的烧结温度下烧结约1小时，制成烧结体。然后，将该烧结体花费3小时以约3.9℃/min的冷却速度由约750℃缓慢冷却到约40℃，然后搬出到炉外的大气中。

在由烧结炉搬出的烧结体的表面上，完成为防锈而进行的涂油处理104。在涂油处理104后的修整工序105中，进行修整，使上述烧结体成为规定的形状。然后，进行除去烧结体表面附着的灰尘、杂质及油等的洗净处理106。

在洗净处理106后，将变清净的烧结体浸在润滑油中，在真空下进行加热的浸油处理107。由此，完成烧结体的气孔率为约18-约28％(体积)，或者浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)，或者，烧结体的气孔率为约18-28％(体积)并且浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)的烧结含油轴承。

在本实施方式中，按照烧结体成为内径2mm、滑动长2mm的圆筒形进行修整。然后，作成具有20.8-22.2％(体积)含油率的圆筒形的烧结含油轴承即本发明轴承N-1～N-8，和相当于过去的烧结含油轴承的比较轴承S-1～S-3(表1至表4)。

如表1及表2所示，本发明轴承N-1～N-5使用Ni含有率70％(重量)的Cu-Ni合金粉末。其它的本发明轴承使用Ni含有率30％(重量)的Cu-Ni合金粉末。

比较轴承S-1～S-3，是以配合组成及成分组成都在本发明范围之外的条件作成的，不含Ni。特别是比较轴承S-1，是与JIS B1581-1976的SBK-1218相当的过去的青铜系烧结含油轴承。

下列表3示出了本发明轴承N-1～N-8及比较轴承S-1～S-3的含油率、硬度等测定结果。

表3

轴承种类		含油率(体积％)	圆柱形压坯径向抗压强度(N/mm2)	Cu-Ni-Sn合金的基块硬度(Hv)	Cu-Sn合金的基块硬度(Hv)	Sn比较多的Cu-Sn合金的基块硬度(Hv)
							本发明轴承	N-1	22.1	273	431.1	239.4	-
N-2	22.0	271	344.4	222.0	-
						N-3		21.3	274	348.4	194.1	-
N-4	21.7	232	343.6	155.2	-
						N-5		21.2	243	311.7	145.3	-
N-6	21.7	224	358.3	228.2	-
						N-7		22.2	239	366.9	125.1	-
N-8	21.6	240	329.7	132.9	-
						比较轴承		S-1	20.8	277	-	192.8	432.2
S-2	21.6	221	-	186.2	-
							S-3	21.6	279	-	236.4	413.0

表3中，Cu-Ni-Sn合金、Cu-Sn合金、Sn比较多的Cu-Sn合金的硬度，不是包含烧结材料气孔影响的压痕硬度(表观硬度)，而是避开烧结材料气孔部分，仅通过测定金属部分的“基块硬度”而测定的。该基块硬度(H_v)用威氏硬度计测定。其测定条件是将试验荷重取作9.81×10^-2N，保持时间取作5秒。

如表3所示，在本发明轴承N-1～N-8中，烧结体由Cu-Sn合金(含微量Ni，压粉体时是Cu或Cu-Sn合金的部分)、和Cu-Ni-Sn合金(压粉体时是Ni或Cu-Ni合金的部分)构成。该Cu-Ni-Sn合金，硬度比上述Cu-Sn合金更高，基块硬度为250Hv以上，耐摩耗性优良。

在烧结体中，硬度高耐摩耗性优良的上述Cu-Ni-Sn合金的含量为约4.3-26.7％(重量)(优选为5-25％(重量))。Cu-Ni-Sn合金在压粉体时是Ni或Cu-Ni粉末的部分，上述数值以表1所示的Cu-Ni粉末量为基础。

在本发明的轴承N-1～N-8中，Cu-Ni-Sn合金的基块硬度比Cu-Sn合金硬约1.5-约3倍。但是，本发明轴承N-1～N-8在常温下，与比较轴承S-1～S-3中Sn比较多的Cu-Sn合金的基块硬度没有大差别。因而，即使将本发明轴承N-1～N-8用于电动机1，与比较轴承相比，也几乎不会更多地损伤或摩耗回转轴6。

图4是显示含油率对圆柱形压坯径向抗压强度影响的曲线图，横轴表示含油率，纵轴表示圆柱形压坯径向抗压强度。

一般说来，如图4所示，含油率在18％(体积)以下时，烧结含油轴承有充分的圆柱形压坯径向抗压强度，但含浸的润滑油量少。因而，在短时间内耗费润滑油，烧结含油轴承的寿命变短。

另一方面，一般含油率为28％(体积)以上时，烧结含油轴承含浸了充分量的润滑油，但圆柱形压坯径向抗压强度小。因而在将烧结含油轴承压入电动机1的外壳4中时，担心该含油轴承会变形或开裂。

因而，烧结含油轴承的含油率只要是约18-约28％(体积)，就能成为兼备适宜含油量和圆柱形压坯径向抗压强度的烧结含油轴承。由于本发明的轴承含油率为21.3-22.2％(体积)，所以具有与比较轴承大约相同的圆柱形压坯径向抗压强度。

以下对烧结时金属组织的变化进行说明。

图5显示了780℃下的Cu-Ni-Sn合金三元系平衡状态图(以下记作平衡状态图)，图6是显示烧结工序中金属组织变化状态一例的概略说明图。

图7是显示图6中的金属组织的原子结构状态一例的概略说明图，图8是本发明烧结含油轴承的金属表面(即本发明轴承的滑动面)的组织图，图9是显示偏心侧压荷重试验结果的曲线图。

在混合工序101、压粉工序102中，将Cu粉末、Cu-Sn粉末及Sn粉末混合，将混合物压缩成形，然后将压粉体在烧结工序103中进行烧结。也就是说，与烧结温度(约700-约800℃)相比熔点低的Sn粉末熔解，扩散到周围。由此，Cu粉末、Cn-Ni粉末及Cu-Sn粉末分别成为Cu-Sn合金、Cu-Ni-Sn合金及Cu-Sn合金。

另外，不是实在熔解的Sn也扩散到Ni周围，因此形成Cu-Sn合金(含微量Ni)和Cu-Ni-Sn合金。Cu-Sn合金(含微量Ni)，烧结前是Cu粉末或Cu-Sn粉末的部分，Cu-Ni-Sn合金，烧结前是Cu-Ni粉末的部分。

Cu-Ni合金是全率固溶体，Ni在铜中无论多少也能够固溶，因此，Cu-Ni合金无论怎样增加Ni的量，Ni也不会析出。

但是，在Sn扩散到Cu-Ni合金中成为Cu-Ni-Sn合金时，则不是全率固溶体。因而，固溶限以上的Ni、Sn作为金属间化合物Ni₃Sn析出到Cu-Ni-Sn合金上。

在图5的平衡状态图中，实线B表示780℃下α相的固溶限曲线，虚线C表示300℃下α相的固溶限曲线。

如图所示，α相的固溶限曲线B、C的位置大不相同。因而，在将烧结体由780℃缓慢冷却到300℃时，发生由Cu-Ni-Sn合金析出θ相(Ni₃Sn等，由Ni和Sn构成的金属间化合物)，或者发生偏聚析出。

具体说就是，在将Ni和Sn固溶的α固溶体(Cu-Ni-Sn合金)由高温缓慢冷却到固溶限时，由于固溶限变小，所以Ni和Sn不向Cu-Ni-Sn合金中固溶。

结果是，发生θ相(例如Ni₃Sn金属间化合物)的析出，和偏聚析出即周期结构的析出。

为了要产生θ相的析出，在Cu-Ni-Sn合金中，重要的不是Ni和Si的配合比率，而是使Ni和Sn固溶到Cu的固溶限。

因此，本发明为了使Cu-Ni-Sn合金成为饱和固溶体，规定原料粉末的配合组成和成分组成中的Ni和Sn的量。但是，过多加入Ni和Sn时发生摩耗增大等不适宜现象，因此对Ni和Sn的量设置上限。

图6是将本发明轴承N-8取作例子，显示金属组织变化状态的一例。

制造本发明轴承N-8时的混合物(按表1所示配合组成配合，具有表2所示成分组成的混合物)，烧结前呈图6(a)的状态。

将该混合物在约750℃下烧结约1小时。于是如图6(b)所示，成为Cu-Sn合金(含微量Ni)和α固溶体(即Cu-Ni-Sn合金)。将此时的α固溶体在约750℃下的平衡状态图D中以符号E表示。

接着，将该烧结体以一定的冷却速度由约750℃缓慢冷却到约300℃。于是，如图6(c)所示，发生θ相(例如Ni₃Sn金属间化合物)的析出，和发生因偏聚析出造成的周期结构的的析出。

在图6(c)所示的约300℃下的平衡状态图D₁中，α相的固溶限曲线F由750℃的情况移动到图中下方。因而α固溶体的位置E由α相的成分范围变化或α+θ相的成分范围，在析出θ相的同时发生偏聚析出。

为了确定引起这种变化，由图5及图6(c)所示的平衡状态图也可看出，与Ni的成分组成的多少相比，增多Sn的成分组成量重要的。

即，如果按照含Sn多那样的配合组成配合上述混合物，则α固溶体的位置E由α相的成分范围变化到α+θ相的成分范围，易产生α相的析出和偏聚析出。

可是，如果假定按照6(d)那样急速冷却烧结体，由于没有充分的时间引起θ相的析出和偏聚析出，所以不引起或不充分引起组织的变化。因而，以规定的冷却速度或在其以下缓慢冷却烧结体为佳。

图7(a)示出了α固溶体在约750℃下烧结呈不稳定情况的原子结构。将该α固溶体以规定的冷却速度缓慢冷却。于是，如图7(b)所示那样发生偏聚析出，发生分离成Sn浓度高的Cu-Ni-Sn合金和Ni浓度高的Cu-Ni-Sn合金的二相分离。此时的状态是准稳定状态。

Sn的原子半径(1.41×10^-10或1.51×10^-10m)，与Ni的原子半径(1.25×10^{- 10}m)或Cu的原子半径(1.28×10^-10m)相比要大，各原子的点阵常数有差异，因此产生周期的弹性应力场，对其错位的运动构成有效的障碍物，因此偏聚析出对于合金强度的提高有大的贡献。

另外，将该烧结体以规定的冷却速度缓慢冷却。于是除了如图7(c)那样进行偏聚析出外，θ相也析出到α相中，呈稳定状态。由于析出的组织抑制金属结晶的错位运动，所以耐热性及硬度高。

按照这样制造的本发明的烧结合金制含油轴承30，如图8所示，是主要含有含微量Ni的Cu-Sn合金相引、和析出由Ni和Sn构成的金属间化合物(Ni₃Sn)的Cu-Ni-Sn合金相32两个相的金属组织。金属组织内的空隙部是含浸润滑油的油孔33。

因为缓慢冷却烧结体使由Ni和Sn构成的上述金属间化合物析出，所以在处于高温环境烧结的被烧结物中，必须使Ni和Sn固溶到固溶限附近。

因此，将原料粉末的配合组成取为Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末(例如Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末为38-50％(重量))那样的组成，增多在Cu-Ni-Sn合金中固溶的Ni和Sn的量是有必要的。

在将Cu-Ni粉末和Sn粉末的配合量过多增加到上述配合组成以上时，烧结含油轴承中的Cu-Ni-Sn合金的比例变多，上述金属间化合物大量析出到Cu-Ni-Sn合金中。结果烧结含油轴承和内周面全体的硬度过高，磨合性变差，担心损伤回转轴6。

另一方面，增加Sn粉末的配合量超过上述配合组成时，可能生成Sn比较多的Cu-Sn合金，使耐热性降低，因而不适宜。

因而，只要按照本发明的原料配合组成，则Cu-Ni-Sn合金和Cu-Sn合金的比例适度。此外，由Ni-Sn构成的上述金属间化合物的析出量也适度(参照表4的偏心荷重试验结果)。

因而，析出上述金属间化合物和由偏聚析出可造成的周期结构的Cu-Ni-Sn合金，与Cu-Sn合金相比，耐热性及硬度也大幅度提高(参照图3)。即，在烧结含油轴承30中，由于使上述金属间化合物的组织和上述周期结构分散析出到铜合金中，所以使耐热性及硬度提高。

这样，Cu-Ni-Sn合金的耐热性优良。因而在将烧结含油轴承30适用于电动机1的滑动轴承19、22的场合，如表3的基块硬度数据所显示的那样，Cu-Ni-Sn合金在常温下的最大硬度与过去产品没有显著不同，但是在因滑动轴承19、22和回转轴6的滑动造成滑动而使温度上升时，与含Sn较多的Cu-Sn合金比较，硬度也只有小的变化。

特别是在滑动轴承19、22的烧结含油轴承上承受偏心侧压荷重或低回转时的高侧压荷重、使烧结含油轴承中含浸的润滑油的润滑效果几乎不能发挥的严峻条件下，烧结含油轴承金属组织的特性要比润滑油的特性占更大的比例。

因而，只要按照本发明的烧结含油轴承，就能够减低滑动轴承的摩耗，同时通过减低摩耗而减低电动机1的噪音(机械噪声)。

以下，将本发明轴承N-1～N-8和比较轴承S-1～S-3的偏侧压荷重试验和侧压荷重试验结果，示于下列表4及图9。

表4

轴承种类		试验前的机械噪声(偏心荷重试验)(dB)	试验后的机械噪声(偏心荷重试验)(dB)	试验前后的机械噪声变化量(偏心荷重试验)(dB)	试验前后的轴承内径尺寸变化量(偏心荷重试验)(μm)	摩擦系数(侧压荷重试验)dB
							本发明轴承	N-1	37.5	40.9	3.4	2.2	0.059
N-2	37.0	41.2	4.2	1.0	0.044
						N-3		38.6	39.2	0.6	0.8	0.041
N-4	38.5	40.8	2.3	2.0	0.056
						N-5		38.5	43.5	5.0	3.0	0.071
N-6	39.3	41.4	2.1	1.8	0.043
						N-7		39.7	44.0	4.3	1.4	0.037
N-8	38.0	42.1	4.1	1.2	0.021
						比较轴承		S-1	37.9	43.5	5.6	3.0	0.091
S-2	39.5	46.9	7.5	9.8	0.082
							S-3	39.6	45.9	6.3	7.0	0.062

偏心侧压荷重试验的试验条件，是准备在滑动轴承19、22上装着本发明轴承N-1～N-8及比较轴承S-1～S-3的电动机1。在电动机1的转子5上装着偏心皮带轮。由于装着该偏皮带轮，在使转子以9000min^-1(即滑动轴承的滑动速度为56.5m/min)回转时，滑动轴承19上承受8.44N(即荷重209N/cm²)的偏心侧压荷重。

然后，使电动机1向同一回转方向以9000min^-1连续回转96小时，测定偏心侧压荷重试验前后的机械噪声(电动机噪音)和轴承内径尺寸，以评价烧结含油轴承的特性。

机械噪声是在将偏心皮带轮取下的状态下，对电动机施加2.4V电压，使以约7600min^-1回转，按JIS-A特性的条件测定。偏心侧压荷重试验条件的PV值为11792N/cm²·m/min。

侧压荷重试验不是将本发明的烧结含油轴承装着在小型电动机上，而是装着在摩擦系数测定装置上进行的。与烧结含油轴承系合、滑动的相对侧轴材，使用与小型电动机上使用的回转轴相同的材质。

上述摩擦系数测定装置，标称荷重为280N/cm²(重1.14kg)，滑动速度为3.1m/min(即回转数500min^-1)，在低回转情况下施加高荷重，在含浸在烧结含油轴承中的润滑油的效果不能过份发挥的条件下进行测定。

摩擦系数测定条件的PV值为878N/cm²·m/min，作为摩擦系数的测定时间，为了在使初期的污垢被除去的状态下进行测定，定为回转开始1小时后。

上述偏心侧压荷重试验及侧压荷重试验的各试验条件，是含浸在烧结含油轴承中的润滑油的效果不那么能发挥的严格状态。在这样的状态下，由于与润滑油的特性相比烧结含油轴承的金属特性所占的比例变得更大，因此上述各试验条件是研究金属自身特性的适当的条件。

由表4可知，本发明的轴承，与比较轴承相比，试验前后的机械噪声的变化量(即电动机噪音)要低约1-约5dB(分贝)。另外，在本发明的轴承中，若除去轴承N-5，则试验前后的轴承内径尺寸变化量(即摩耗量)，与比较轴承中最好的轴承S-1相比，还要小约1-2μm，可知耐摩耗性大为提高。

本发明轴承的摩擦系数，与比较轴承相比要低约0.02-0.10。特别是本发明轴承N-8的摩擦系数，比比较轴承要低约0.07。这样，本发明轴承与比较轴承相比摩擦系数更小，因此能够减低小型电动机的消耗电流。

在本发明轴承及比较轴承中，在偏心侧压荷重试验及侧压荷重试验的任何场合，在对试验后的回转轴进行观察时，均未发现因滑动造成的损伤。

图9(A)、(B)是将表4所示的偏心侧压荷重试验前后的轴承内径尺寸变化量曲线化。纵轴表示试验前后的轴承内径尺寸变化量(即摩耗量)。

横轴表示成分组成(重量％)，图9(A)表示比较轴承S-1～S-3的Sn含量，图9(B)表示比较轴承S-1及本发明轴承N-1～N-8的Ni含量。

一般熔点高的Cu-Ni粉(例如含Ni 70％，熔点为约1380℃)等物质原子间的结合力大，因此，即使因加热原子的热振动变大，也意味着结合难以破坏。大致说来，物质的熔点越高，耐热性越倾向于提高。

如图9(A)所示，如比较轴承S-2那样将Sn的成分组成取为7.5％以下时，烧结体成为α固溶体，因而成为富于延展性的合金。该合金磨合性优良，但由于具有提高硬度效果的Sn量少，所以硬度变小，耐摩耗性差。

另一方面，如比较轴承S-3那样将Sn的成分组成取为12％以上时，烧结体中β固溶体分解，可生成的δ相(Cu₃Sn金属间化合物)析出到α固溶体中，成为Sn比较多的Cu-Sn合金(约410℃时生成液相)。

δ相是硬脆的金属组织，因此该合金的硬度高，但由于含熔点低的Sn(熔点约232℃)多，所以耐热性变差。该合金的威氏硬度值与Cu-Ni-Sn合金大致同等，但是在因烧结含油轴承和回转轴的滑动使滑动面的温度上升时，硬度降低，烧结含油轴承的摩耗增大，如图9(A)所示那样，耐摩耗性降低，担心烧结含油轴承发生热胶着现象。

如比较轴承S-1那样，取Sn成分组成为9.5％时，成为硬度高耐热性比较优良的合金，因此使耐摩耗性提高。因而可知，在烧结含油轴承中，如果将Sn的成分组成取为7.5-12％(重量)，就能使耐摩耗性优良。

如图9(B)及表2所示，象本发明轴承N-1、N-b那样Ni的成分组成为3％以下的场合，耐热性及硬度优良的Cu-Ni-Sn合金在全体中所占的比例少，由于强调了Cu-Sn合金(含微量Ni)的性质，所以添加Ni的效果变小。

Ni的成分组成比3％少时，发现有耐摩耗性降低的倾向，本发明轴承和比较轴承S-1之间耐摩耗性的差别不大。

另一方面，如本发明轴承N-5那样，Ni成分组成为13％以上时，耐热性及硬度优良的Cu-Ni-Sn合金在全体中所占的比例变大，强调了该合金的性质。

如本发明轴承N-5那样，Ni成分组成为13％以上的场合，Sn比Cu粉末更为优先地扩散到Cu-Ni粉末中。另外，Sn的添加量自身也有所减少，Cu-Sn合金(烧结前为Cu粉末的部分)中的Sn量变少。

因此，由表2及表3可知，Ni量增加时，Cu-Sn合金的基块硬度变小，该部分的耐摩耗性降低。结果如图9(B)所示，取Ni的成分组成为13％以上时，作为烧结含油轴承全体的耐摩耗性降低。

另一方面，如本发明轴承N-1～N-4,N-6～N-8那样，Ni的成分且成为3-13％(重量)时，耐热性及硬度优良的Cu-Ni-Sn合金和磨合性优良的Cu-Sn合金(含微量Ni)呈良好的比例，强调出两者的优良特性，即使与比较轴承中耐摩耗性最好的轴承S-1相比，耐摩耗性也显著优良。

在Ni的成分组成为3-13％(重量)的本发明轴承中，如本发明轴承N-3、N-8等那样Ni成分组成约为8％的，耐摩耗性最为优良。

因而，只要将烧结含油轴承的成分组成取为Ni3-13％(重量)、Sn7.5-12％(重量)、其余为Cu及不可避免的杂质(例如Cu及不可避免的杂质为75-89.5％(重量))，就能使耐摩耗性优良。

这样，如果将本发明的烧结含油轴承适用于小型电动机的滑动轴承，就使滑动轴承的摩耗减低，电动机的机械噪声和消耗电流减低。

本烧结含油轴承，由于是铜系材料的轴承，所以发生柔和感觉的滑动音，而且耐摩性良好有耐久性。因而，即使象过去那样分别使用铁系材料和铜系材料的烧结含油轴承，也可以不管电动机的用途使用单一种类的本发明的烧结含油轴承。

本发明的烧结含油轴承，除了上述附有整流子的电动机外，也可以适用于使用滑动轴承的无电刷电动机、步进电动机等小型电动机。

各图中的同一符号表示同一或相当的部分。

Claims (22)

1、小型电动机，是在外壳(4)的内周面(2)上安装定子(3)，在上述外壳的内部配设转子(5)，由设在上述外壳上的轴承部(7、8)回转自如地支持上述转子的回转轴(6)的小型电动机，其特征在于，上述轴承部的滑动轴承(19、22)是将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种的粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末那样的配合组成配合的混合物压缩成形并且经烧结成形的烧结合金制含油轴承(30)。

2、小型电动机，是在外壳的内周面上安装定子，在上述外壳的内部配设转子，由设在上述外壳上的轴承部(7、8)回转自动地支持上述转子的回转轴的小型电动机，其特征在于，上述轴承部的滑动轴承(19、22)是Ni3-13％(重量)、Sn7.5-12％(重量)、其余为Cu及不可避免的杂质那样的成分组成的烧结合金制含油轴承。

3、小型电动机，是在外壳的内周面上安装定子，在上述外壳的内部配设转子，由设在上述外壳上的轴承部(7、8)回转自如地支持上述转子的回转轴的小型电动机，其特征在于，上述轴承部的滑动轴承(19、22)是将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种的粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末那样的配合组成配合的混合物压缩成形并且经烧结成形，成为Ni3-13％(重量)、Sn 7.5-12％(重量)、其余为Cu及不可避免的杂质那样的成分组成的烧结合金制含油轴承，烧结体的Cu-Ni-Sn合金的一部或全体，具有θ相(由Ni和Sn构成的金属间化合物)的组织及由偏聚析出可能造成的周期结构的至少一种组织。

4、权利要求1或3所述的小型电动机，其特征在于，上述混合物的上述配合组成中，Cu单一元素及不可避免的杂质的上述粉末为38-50％(重量)。

5、权利要求1或3所述的小型电动机，其特征在于，上述混合物的上述配合组成中，Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种的上述粉末为7-15％(重量)、含Sn元素的合金的上述粉末为36-50％(重量)。

6、权利要求2或3所述的小型电动机，其特征在于，上述烧结合金制含油轴承的上述成分组成中，Ni为6-10％(重量)、Sn为8-10％(重量)。

7、权利要求2或3所述的小型电动机，其特征在于，上述烧结合金制含油轴承的上述成分组成中，Cu及不可避免的杂质为75-89.5％(重量)。

8、权利要求3所述的小型电动机，其特征在于，由Ni和Sn构成的上述金属间化合物是Ni₃Sn。

9、权利要求3或8所述的小型电动机，其特征在于，在上述烧结体中含上述Cu-Ni-Sn合金约4.3-26.7％(重量)。

10、权利要求9所述的小型电动机，其特征在于，在上述烧结体中含上述Cu-Ni-Sn合金5-25％(重量)。

11、权利要求3或8所述的小型电动机，其特征在于，上述烧结体的气孔率为约18-约28％(体积)，或者，浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)，或者，上述烧结体的气孔率为约18-约28％(体积)并且浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)。

12、权利要求11所述的小型电动机，其特征在于，上述含油率为21.3-22.2％(体积)。

13、权利要求3或8所述的小型电动机，其特征在于，经过烧结后的冷却，使没有固溶到铜合金中的上述金属间化合物、及上述由于偏聚析出而造成的周期结构的任何一种或两种析出。由于该析出物抑制金属结晶的错位运动，所以与其它相的组织相比耐热性及硬度更高。

14、小型电动机的烧结合金含油轴承的制造方法，是构成在外壳的内周面安装定子，在上述外壳的内部配设转子，由设在上述外壳上的轴承部(7、8)回转自如地支持上述转子的回转轴的小型电动机的上述轴承部的滑动轴承(19、22)的烧结合金制含油轴承的制造方法，其特征在于，将按照Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种的粉末4-27％(重量)、Sn单一元素粉末3-5％(重量)、含Sn元素的合金的粉末18-55％(重量)、其余为Cu单一元素及不可避免的杂质的粉末那样的配合组成配合的混合物压缩成形，将压缩成形的压粉体在还原气氛中于约700-约800℃下烧结规定的时间间隔制成烧结体，然后在将该烧结体冷却到约300℃的时刻，该烧结体的Cu-Ni-Sn合金的一部或全体处于Cu-Ni-Sn合金三元系平衡状态图的“α(Cu-Ni-Sn固溶体)+θ(由Ni的Sn构成的金属间化合物)”的成分范围内，以使θ相析出那样的冷却速度使上述烧结体缓慢冷却，将所得到的烧结体修整成规定的形状，然后进行浸油处理。

15、权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在上述混合物的上述配合组成中，Ni单一元素及含Ni元素的合金中的至少一种的上述粉末为7-15％(重量)、含Sn元素的合金的上述粉末为36-50％(重量)。

16、权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，在上述混合物的上述配合组成中，Cu单一元素及不可避免的杂质的上述粉末为38-50％(重量)。

17、权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，在上述烧结合金制含油轴承的上述成分组成中，Cu及不可避免的杂质为75-89.5％(重量)。

18、权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，由Ni和Sn构成的上述金属间化合物是Ni₃Sn。

19、权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，将上述压粉体在上述还原气氛中于750℃下烧结约1小时制成烧结体，然后将该烧结体以约3-约5℃/min的上述冷却速度缓慢冷却。

20、权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，经过烧结后的冷却，使没有固溶到铜合金中的上述金属间化合物、及由于偏聚析出而可能造成的周期结构的一种或两种析出，该析出物抑制金属结晶的错位运动，因此与其它的相组织相比耐热性及硬度更高。

21、权利要求14或15所述的制造方法，其特征在于，

在混合工序中，将原料粉末按上述配合组成配合，向该原料粉末中加入一定量的硬脂酸锌，进行混合，将所得到的上述混合物送到压粉工序，

在该压粉工序中，将上述混合物装入金属模压缩成形为规定的形状，形成上述压粉体，然后将此压粉体送到烧结工序，

在该烧结工序中，在烧结炉的炉内，形成充填还原气体的上述还原气氛，被烧结物在炉内连续移动，进行烧结处理，

在该烧结工序中，先将上述压粉体加热到约400-约450℃，进行约1小时的使上述硬脂酸锌蒸发的预备烧结，接着，在主烧结中，将上述压粉体由约400-约450℃加热到约750℃，在约750℃的烧结温度下烧结约1小时，制成上述烧结体，然后将该烧结体用约3小时以约3.9℃/min的上述冷却速度由750℃缓慢冷却到约40℃，然后搬出到炉外大气中，

在由上述烧结炉搬出的上述烧结体的表面进行涂油处理，

在该涂油处理后的修整工序中进行修整，使上述烧结体成为规定的形状，然后

进行上述烧结体的洗净处理，

在该洗净处理后，将变清净的上述烧结体浸在润滑油中，进行真空下加热的上述浸油处理，借此制造上述烧结合金制含油轴承。

22、权利要求14所述的制造方法，其特征在于，上述烧结合金制含油轴承，上述烧结体的气孔率为约18-约28％(体积)，或者，上述浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)，或者，上述烧结体的气孔率为约18-约28％(体积)并且上述浸油处理后的含油率为约18-约28％(体积)。

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