DE112017004520T5

DE112017004520T5 - Sinterlager und Prozess zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112017004520T5
Application number: DE112017004520.7T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Ito; Yuta OHASHI; Daisuke Takeda; Shinji Komatsubara
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-06-19
Also published as: US20190186532A1; CN109890539B; WO2018047923A1; KR20190044680A; CN109890539A; KR102331498B1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Sinterlager, das durch Sintern eines Grünkörpers erlangt wird, der Folgendes beinhaltet: ein teilweise diffusionslegiertes Pulver (11), bei dem ein Kupferpulver (13) durch eine teilweise Diffusion an einer Fläche eines Eisenpulvers (12) haftet; elementares Kupferpulver; Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist; und Graphitpulver. Das teilweise diffusionslegierte Pulver (11) weist einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger auf und das Kupferpulver (13) des teilweise diffusionslegierten Pulvers (11) weist einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 um oder weniger auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sinterlager und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Stand der Technik
Ein Sinterlager besteht aus einem Sinterkörper mit inneren Poren, die mit einem Schmieröl imprägniert sind. Bei der relativen Drehung in Bezug auf eine zu stützende Welle sickert das in den Sinterkörper imprägnierte Schmieröl auf ein Gleitteil in Bezug auf die Welle heraus, um einen Ölfilm zu bilden, und das Sinterlager ist dazu konfiguriert, die Welle in einer drehbaren Weise mittels des Ölfilms zu stützen.
Als das Sinterlager sind aus einem eisenbasierten Sinterkörper und einem kupferbasierten Sinterkörper bestehende Sinterlager bekannt. Das eisenbasierte Sinterlager weist eine hohe Materialfestigkeit auf, jedoch keine so gute Gleitfähigkeit in Bezug auf die Welle, weil sein Material hart ist. Das kupferbasierte Sinterlager hingegen weist eine exzellente Gleitfähigkeit in Bezug auf die Welle auf, weil sein Material weich ist, jedoch keine so gute Materialfestigkeit wie das eisenbasierte Sinterlager.
In Anbetracht des Vorstehenden ist ein Sinterlager bekannt, das kupferbeschichtetes Eisenpulver verwendet, bei dem die Flächen der Eisenpulverpartikel mit Kupfer beschichtet sind. Wenn die Flächen der Partikel des Eisenpulvers wie vorstehend beschrieben mit Kupfer beschichtet sind, besteht ein Großteil einer Lagerfläche aus Kupfer. Damit ist die Welle weniger anfällig für Schäden und es wird ein glattes Gleiten erzielt. Darüber hinaus wird ein hauptsächlich aus Eisen bestehendes starkes Skelett unter der hauptsächlich aus Kupfer bestehenden Lagerfläche gebildet, und somit wird die Festigkeit des Lagers in seiner Gesamtheit gewährleistet.
In der Patentliteratur 1 wird zum Beispiel ein Sinterlager beschrieben, das kupferbeschichtetes Eisenpulver mit einer Partikelgröße von 80 Mesh oder weniger verwendet.
Liste der Anführungen

- Patentliteratur 1: JP 3613569 B2
- Patentliteratur 2: JP 2016-50648 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Ein derartiges Sinterlager wird oftmals für Anwendungen einer Drehwelle verwendet, die zum Drehen mit relativ niedriger Drehzahl (z. B. mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 300 m/min oder weniger) konfiguriert ist. Wenn jedoch eine Welle gestützt werden soll, die zum Drehen mit einer derartig hohen Drehzahl wie einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 600 m/min konfiguriert ist, ist es für das Lager der verwandten Technik schwierig, die Welle stabil zu stützen.
Zum Beispiel wird als ein Lager für einen kleindimensionierten Motor, wie etwa ein Lager für einen Gebläsemotor, der an einem Personal Computer der Notebook-Art oder dergleichen montiert werden soll, oftmals ein fluiddynamisches Lager verwendet, das dadurch erlangt wird, indem eine Vielzahl von dynamischen Druck erzeugenden Nuten gebildet wird, die in einem Fischgrätenmuster auf einer inneren Umfangsfläche eines aus einem Sintermetall gefertigten Lagerelements angeordnet sind (Patentliteratur 2) . Wenn die dynamischen Druck erzeugenden Nuten wie vorstehend beschrieben gebildet sind, wird das Schmieröl während der Drehung der Welle in einem Teilbereich auf einer Lagerfläche in einer axialen Richtung gesammelt, wobei die dynamischen Druck erzeugenden Nuten eine dynamische Druckwirkung verursachen, und wird die Welle gestützt, um so während der Drehung aufgrund der dynamischen Druckwirkung nicht in Kontakt mit dem Lagerelement gebracht zu werden.
Die dynamischen Druck erzeugenden Nuten auf der inneren Umfangsfläche des Lagerelements können zum Beispiel zum Zeitpunkt der Dimensionierung eines Sinterkörpers durch Bilden einer Vielzahl von Vorsprüngen, die den Formen der dynamischen Druck erzeugenden Nuten auf einer äußeren Umfangsfläche eines Kernstiftes entsprechen, und Drücken einer inneren Umfangsfläche des Sinterkörpers gegen die Vorsprünge auf der äußeren Umfangsfläche des Kernstiftes mit einem Druck in Zusammenhang mit der Dimensionierung gebildet werden. In einem derartigen Schritt werden die dynamischen Druck erzeugenden Nuten jedoch durch plastische Verformung eines Sintermaterials gebildet und weisen somit aufgrund der Variation beim Grad der plastischen Verformung eine Beschränkung hinsichtlich der zu gewährleistenden Genauigkeit auf.
Wenn grobe Poren auf der Lagerfläche reduziert werden, wird unterdessen eine Ölfilmbildungsrate erhöht. Daher wird in Betracht gezogen, dass, auch wenn die dynamischen Druck erzeugenden Nuten weggelassen werden, eine ausreichende Ölfilmsteifheit erzielt wird. Infolgedessen kann das fluiddynamische Lager einschließlich der dynamischen Druck erzeugenden Nuten durch ein sogenanntes kreisförmiges Lager ohne derartige dynamischen Druck erzeugende Nuten ersetzt werden, und es wird in Betracht gezogen, dass eine Reduzierung der Kosten einer Lagervorrichtung erzielt werden kann.
In Anbetracht des Vorstehenden ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sinterlager bereitzustellen, bei dem grobe Poren auf einer Lagerfläche reduziert sind und Flächenporen und innere Poren fein gemacht und homogenisiert werden.
Lösung des Problems
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Sinterlager bereitgestellt, das einen Sinterkörper umfasst, der Folgendes umfasst: kupferbeschichtetes Eisenpulver, bei dem eine Fläche des Eisenpulvers mit Kupfer beschichtet ist; und ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (z. B. ein Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt), das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das Eisenpulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger aufweist.
„Wobei das Pulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger aufweist“ bezieht sich darauf, dass das Pulver in der Lage ist, ein Sieb mit einer Öffnung von 145 Mesh (etwa 106 µm) zu passieren (d. h. ein Pulver ohne Partikel, die nicht in der Lage sind, das Sieb mit einer Öffnung von 145 Mesh zu passieren). Die Partikelgröße des Pulvers wird zum Beispiel durch ein Laserdiffraktionsstreuungsverfahren gemessen.
Wenn das Sinterlager durch die Verwendung von kupferbeschichtetem Eisenpulver gebildet wird, wird die Gleitfähigkeit des Sinterlagers in Bezug auf eine Welle, wie vorstehend beschrieben, durch Freilegung einer großen Menge an Kupfer auf einer Lagerfläche verbessert, und außerdem wird die Festigkeit des Sinterkörpers durch Bildung eines Eisenskeletts erhöht, wie vorstehend beschrieben. Wenn das Eisenpulver, das als Kern des kupferbeschichteten Eisenpulvers dient, so fein gefertigt ist, dass es eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger erzielt, werden bei einem derartigen Sinterlager in dem Sinterkörper gebildete Poren, insbesondere offene Poren auf der Lagerfläche, fein gefertigt und die Durchmesser der Poren vereinheitlicht. Somit wird die Ölfilmbildungsfähigkeit des Sinterlagers verbessert.
Konkret sind in 1 Messergebnisse einer Ölfilmbildungsrate eines Sinterlagers, das kupferbeschichtetes Eisenpulver mit Eisenpulver von 100 Mesh oder weniger als Kern (ein Vergleichsprodukt, siehe linker Graph) verwendet, und eine Ölfilmbildungsrate eines Sinterlagers, das feines kupferbeschichtetes Eisenpulver mit Eisenpulver von 145 Mesh oder weniger, konkret 325 Mesh oder weniger, als Kern (ein Produkt der vorliegenden Erfindung, siehe rechter Graph) gezeigt. In jeder der 1 gilt, dass, wenn eine vertikale Linie, die sich nach unten von einer horizontalen Linie erstreckt, die eine Ölfilmbildungsrate von 100 % darstellt, kürzer wird, eine Ölfilmrate näher bei 100 % angegeben wird, und wenn die vertikale Linie länger wird, eine niedrigere Ölfilmrate angegeben wird. Das Vergleichsprodukt weist eine kurze Zeit zum Erzielen einer Ölfilmbildungsrate von 100 % auf, aber das Produkt der vorliegenden Erfindung zeigt fast immer eine Ölfilmbildungsrate von 100 %. Wie vorstehend beschrieben, weist das Produkt der vorliegenden Erfindung eine hohe Ölfilmbildungsrate auf, und somit wird leicht ein einheitlicher Ölfilm auf einer gesamten Fläche der Lagerfläche gebildet und kann eine zur Drehung mit hoher Drehzahl konfigurierte Welle stabil stützen. Die Ölfilmbildungsrate kann gemessen werden, indem eine Welle und das Lager relativ gedreht werden, während eine Spannung dort dazwischen angelegt wird, und indem eine stromtragende Menge (Spannung) dort dazwischen gemessen wird.
Wie vorstehend beschrieben, werden darüber hinaus unregelmäßige Partikel beseitigt, wenn das Eisenpulver mit einem Sieb, das eine kleine Öffnung aufweist, gesiebt wird, und somit weisen die Partikel des Eisenpulvers jeweils eine nahezu kugelähnliche Form auf. Das kupferbeschichtete Eisenpulver mit derartigen Eisenpartikeln, von denen jedes eine nahezu kugelähnliche Form als Kern aufweist, weist einen hohen Fluiditätsgrad auf und kann problemlos in eine Bildungsform gefüllt werden. Damit kann verhindert werden, dass Rohmaterialpulverpartikel eine Brücke zum Bilden von groben Poren bilden, und somit wird ein einheitlicher Ölfilm leichter auf der gesamten Fläche der Lagerfläche gebildet.
Es wird bevorzugt, dass das Eisenpulver, das als Kern des zu verwendenden kupferbeschichteten Eisenpulvers dient, zerstäubtes Pulver umfasst, das ursprünglich eine nahezu kugelförmige Form aufweist.
Um die vorstehend genannte Aufgabe gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wird ein Sinterlager bereitgestellt, das dadurch erlangt wird, indem ein Grünkörper gesintert wird, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem ein erstes Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; ein zweites Kupferpulver; und Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das erste Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die maximalen Partikeldurchmesser des teilweise diffusionslegierten Pulvers und des Kupferpulvers (ersten Kupferpulvers) beschränkt und außerdem ist der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers auf 10 µm oder weniger eingestellt, um den Partikeldurchmesser des Kupferpulvers zu reduzieren. Dementsprechend können die Durchmesser von Partikeln des teilweise diffusionslegierten Pulvers vereinheitlicht werden, und somit kommt es weniger dazu, dass nach dem Sintern grobe Poren gebildet werden. Unterdessen wird der Partikeldurchmesser des Rohmaterialpulvers nicht übermäßig reduziert und das Rohmaterialpulver weist eine zufriedenstellende Fluidität zum Zeitpunkt der Bildung des Grünkörpers auf.
Wenn das zweite Kupferpulver eine unregelmäßige Form und eine poröse Form aufweist, kann sich ein Sinterkörper nach dem Sintern zusammenziehen, sodass er kleiner als der Grünkörper ist. Dementsprechend wird eine Sinterstruktur verdichtet und die Erzeugung von groben Poren kann weiter unterdrückt werden.
Auch wenn das Sinterlager gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Lagerfläche umfasst, die in eine zylindrische Form ohne eine dynamischen Druck erzeugende Nut gebildet ist, kann eine ausreichende Ölfilmsteifheit gewährleistet werden und kann eine hohe Ölfilmbildungsrate erzielt werden. Dementsprechend kann die dynamischen Druck erzeugende Nut weggelassen werden und kann eine Reduzierung der Kosten einer Lagervorrichtung verglichen mit dem Fall der Verwendung eines fluiddynamischen Lagers mit einer derartigen dynamischen Druck erzeugenden Nut erzielt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers bereitgestellt, das Sintern eines Grünkörpers umfasst, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem ein erstes Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; ein zweites Kupferpulver; und Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, um ein Sinterlager herzustellen, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das erste Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist. In diesem Fall wird bevorzugt, dass das zu verwendende zweite Kupferpulver poröses Kupferpulver mit einer unregelmäßigen Form umfasst.
Um die vorstehend genannte Aufgabe gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wird ein Sinterlager bereitgestellt, das dadurch erlangt wird, indem ein Grünkörper gesintert wird, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; und kupferbasiertes Pulver, das Kupfer als Basis beinhaltet, wobei das zu verwendende kupferbasierte Pulver poröses Kupferlegierungspulver umfasst, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die maximalen Partikeldurchmesser des teilweise diffusionslegierten Pulvers und des Kupferpulvers beschränkt und außerdem ist der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers auf 10 µm oder weniger eingestellt, um den Partikeldurchmesser des Kupferpulvers zu reduzieren. Dementsprechend können die Durchmesser von Partikeln des teilweise diffusionslegierten Pulvers vereinheitlicht werden, und somit kommt es weniger dazu, dass nach dem Sintern grobe Poren gebildet werden. Unterdessen wird der Partikeldurchmesser des Rohmaterialpulvers nicht übermäßig reduziert und das Rohmaterialpulver weist eine zufriedenstellende Fluidität zum Zeitpunkt der Bildung des Grünkörpers auf.
Wenn das Kupferlegierungspulver (z. B. Bronzepulver), das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, als das kupferbasierte Pulver verwendet wird, kann die Erzeugung grober Poren wirksamer unterdrückt werden. Das heißt, wenn das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt als elementares Pulver verwendet wird, schmilzt das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt in seiner Gesamtheit, um eine Flüssigphase zum Zeitpunkt des Sinterns zu bilden, und die Flüssigphase bewegt sich, um an ihrer ursprünglichen Position Poren zu bilden. Wenn das Kupferlegierungspulver verwendet wird, schmilzt unterdessen nur eine Fläche des Kupferlegierungspulvers zum Zeitpunkt des Sinterns, und somit kann die Erzeugung derartiger Poren verhindert werden. Wenn das Kupferlegierungspulver verwendet wird, kann darüber hinaus auch eine Segregation verhindert werden, die ein Problem im Fall der Verwendung des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt als elementares Pulver darstellt.
In diesem Zusammenhang ist das Pulver, das lediglich Kupfer beinhaltet, das mit dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, im Allgemeinen fest und hart und verformt sich kaum. Daher kommt es dazu, dass Spalte zwischen Partikeln zum Zeitpunkt der Bildung des Grünkörpers gebildet werden. Dies führt zur Erzeugung grober Poren nach dem Sintern. Wenn unterdessen das poröse Kupferlegierungspulver, das erweicht wird, verwendet wird, wird die Kompressibilität des Rohmaterialpulvers verbessert und es kommt weniger dazu, dass Spalte zwischen den Partikeln gebildet werden. Dementsprechend kann die Erzeugung grober Poren nach dem Sintern unterdrückt werden.
Auch wenn das Sinterlager gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Lagerfläche umfasst, die in eine zylindrische Form ohne eine dynamischen Druck erzeugende Nut gebildet ist, kann eine ausreichende Ölfilmsteifheit gewährleistet werden und kann eine hohe Ölfilmbildungsrate erzielt werden. Dementsprechend kann die dynamischen Druck erzeugende Nut weggelassen werden und kann eine Reduzierung der Kosten einer Lagervorrichtung verglichen mit dem Fall der Verwendung eines fluiddynamischen Lagers mit einer derartigen dynamischen Druck erzeugenden Nut erzielt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers bereitgestellt, das Sintern eines Grünkörpers umfasst, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; und kupferbasiertes Pulver, das Kupfer als Basis beinhaltet, um ein Sinterlager herzustellen, wobei das zu verwendende kupferbasierte Pulver poröses Kupferlegierungspulver umfasst, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist. Das poröse Kupferlegierungspulver kann durch Tempern des Kupferlegierungspulvers erlangt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben können gemäß der vorliegenden Erfindung grobe Poren auf der Lagerfläche reduziert werden und können Flächenporen fein gemacht und homogenisiert werden. Damit kommt es weniger dazu, dass eine Druckentspannung auf der Lagerfläche auftritt, und somit kann eine hohe Ölfilmbildungsrate erzielt werden.
Figurenliste

1 sind Graphen zum Zeigen von Messergebnissen von Ölfilmbildungsraten eines Vergleichsprodukts (linker Graph) und eines Produkts der vorliegenden Erfindung (rechter Graph).
2 ist eine Schnittansicht eines Sinterlagers.
3 ist eine Schnittansicht eines Gebläsemotors.
4 ist eine Schnittansicht eines Sinterlagers für einen Gebläsemotor.
5 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Form eines teilweise diffusionslegierten Pulvers.
6 ist eine Ansicht, die erlangt wird, indem ein Schliffbild eines porösen Kupferpulvers einer Binärisierungsverarbeitung unterzogen wird.
7 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen einer Sinterstruktur in der vorliegende Erfindung.
8 ist eine Ansicht zum schematischen Veranschaulichen eines anderen Beispiels des teilweise diffusionslegierten Pulvers.
9 sind Graphen zum Zeigen von Vergleichstestergebnissen von Ölfilmbildungsraten.
10 ist ein Schaltplan einer Messvorrichtung für eine Ölfilmbildungsrate.

Beschreibung von Ausführungsformen
<Erste Ausführungsform>
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Wie in 2 veranschaulicht, umfasst ein Sinterlager 8 gemäß dieser Ausführungsform einen Sinterkörper mit einer zylindrischen Form. Das Sinterlager 8 hat auf einer inneren Umfangsfläche 8a davon eine glatte Lagerfläche gebildet, die in eine zylindrische Form ohne eine dynamischen Druck erzeugende Nut gebildet ist. In dieser Ausführungsform fungiert die gesamte innere Umfangsfläche 8a des Sinterlagers 8 als die Lagerfläche. Eine Welle 2 ist entlang eines inneren Umfangs des Sinterlagers 8 eingeführt.
Der das Sinterlager 8 bildende Sinterkörper wird gebildet, indem durch Mischen verschiedener Pulver erlangtes Rohmaterial in eine Form gefüllt wird und das Rohmaterialpulver zum Bilden eines Grünkörpers komprimiert wird, wonach der Grünkörper gesintert wird. Bei dem Rohmaterialpulver handelt es sich um ein gemischtes Pulver, das kupferbeschichtetes Eisenpulver als eine Hauptkomponente enthält. Zum Beispiel enthält das Rohmaterialpulver das kupferbeschichtete Eisenpulver zu 95 Gew.-% oder mehr.
Bei dem kupferbeschichteten Eisenpulver handelt es sich um Pulver, bei dem eine Eisenpulverfläche mit einer Kupferschicht beschichtet ist. In dieser Ausführungsform wird die Fläche des Eisenpulvers mit Kupfer beschichtet, indem das Eisenpulver einer Plattierung (elektrolytischer Plattierung oder stromloser Plattierung) unterzogen wird. Das Verhältnis des das Eisenpulver bedeckenden Kupfers wird zum Beispiel von 20 Gew.-% bis 40 Gew.-% in Bezug auf das Eisenpulver eingestellt. Die Dicke des das Eisenpulver bedeckenden Kupfers wird zum Beispiel von 0,1 µm bis 25 µm eingestellt.
Als das Eisenpulver, das als Kern des kupferbeschichteten Eisenpulvers dient, wird Pulver von 145 Mesh oder weniger, das heißt Pulver, das in der Lage ist, ein Sieb mit 145 Mesh (mit einer Öffnung von etwa 106 µm) zu passieren, verwendet. In dieser Ausführungsform, wird als das Eisenpulver, das als Kern des kupferbeschichteten Eisenpulvers dient, zum Beispiel Pulver von 325 Mesh oder weniger, das heißt Pulver, das ein Sieb mit 325 Mesh (mit einer Öffnung von etwa 45 µm) passiert hat, verwendet. Als das Eisenpulver können häufig bekannte Pulver, wie etwa reduziertes Eisenpulver und zerstäubtes Eisenpulver, verwendet werden. Zum Beispiel kann zerstäubtes Eisenpulver mit einer nahezu kugelförmigen Form verwendet werden.
Im Allgemeinen beinhaltet dass reduzierte Eisenpulver eine große Anzahl von Partikeln mit jeweils einer unregelmäßigen Form. Wenn jedoch das reduzierte Eisenpulver veranlasst wird, ein Sieb mit einer kleinen Öffnung zu passieren, wie vorstehend beschrieben, werden die Partikel mit jeweils einer unregelmäßigen Form beseitigt, und somit verbleiben Partikel mit jeweils einer nahezu kugelförmigen Form. Dementsprechend ist es zudem angebracht, das reduzierte Eisenpulver als das Eisenpulver zu verwenden, das als Kern des kupferbeschichteten Eisenpulvers dient. Das reduzierte Eisenpulver wird auch Eisenschwammpulver genannt und Partikel davon weisen jeweils unzählige Mikroporen darin auf, und somit kann das reduzierte Eisenpulver leicht einer plastischen Verformung unterzogen werden. Wenn das Rohmaterialpulver, welches das reduzierte Eisenpulver enthält, komprimiert wird, wird daher das reduzierte Eisenpulver leicht einer plastischen Verformung unterzogen, um sich mit anderen Partikeln zu verbinden. Infolgedessen kann die Festigkeit des Grünkörpers und im weiteren Sinne die Festigkeit des Sinterkörpers, der durch Sintern des Grünkörpers erlangt wird, erhöht werden.
Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt wird als Bindemittel zum Zeitpunkt des Sinterns zugegeben. Als das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt wird Metallpulver mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer verwendet, insbesondere Metallpulver mit einem Schmelzpunkt von 700 °C oder weniger, zum Beispiel Zinnpulver, Zinkpulver oder Phosphorlegierungspulver. In dieser Ausführungsform wird von diesen Pulvern Zinnpulver, das leicht in Kupfer und Eisen diffundiert wird und leicht als elementares Pulver verwendet wird, insbesondere zerstäubtes Zinnpulver, verwendet. Zum Zeitpunkt des Sinterns bildet das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt eine Flüssigphase und bewegt sich, um an seiner ursprünglichen Position Poren zu bilden. Um die Poren fein zu machen, wird dementsprechend bevorzugt, ein Pulver mit einer kleinen Partikelgröße (z. B. Pulver mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger, wünschenswerterweise 250 Mesh oder weniger, noch wünschenswerterweise 325 Mesh oder weniger) als das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt zu verwenden.
Es ist zudem angebracht, Kupferlegierungspulver (z. B. Bronzepulver) zu verwenden, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist. Dennoch ist das Kupferlegierungspulver dieser Art im Allgemeinen hart und verformt sich kaum, und somit kommt es dazu, dass Spalte zwischen Partikeln zum Zeitpunkt des Bildens des Grünkörpers gebildet werden, was zu einer Vergröberung der Poren nach dem Sintern führt. Dementsprechend wird bevorzugt, elementares Pulver des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt zu mischen, wie vorstehend beschrieben.
Verschiedene Formungshilfsmittel (z. B. ein Formungsschmiermittel) kann bei Bedarf dem Rohmaterialpulver zugegeben werden. In dieser Ausführungsform wird ein Formungsschmiermittel von 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% in Bezug auf das Rohmaterialpulver gemischt. Als das Formungsschmiermittel kann zum Beispiel Metallseife (z. B. Calciumstearat) oder Wachs verwendet werden. Es wird dennoch bevorzugt, die Verwendungsmenge des Formungsschmiermittels so weit wie möglich zu reduzieren, weil das Formungsschmiermittel zersetzt wird und durch das Sintern zum Verursachen von groben Poren verschwindet.
Darüber hinaus kann ein festes Schmiermittel dem Rohmaterialpulver zugegeben werden. Als das feste Schmiermittel kann zum Beispiel Graphitpulver verwendet werden. Das Graphitpulver spielt eine Rolle beim Schmieren des Gleitens des Sinterlagers in Bezug auf die Welle, indem es auf der Lagerfläche freigelegt ist. In dem Fall, dass ein Sinterlager, das zum Stützen einer Welle konfiguriert ist, die sich mit hoher Drehzahl dreht, wie in dieser Ausführungsform, besteht jedoch ein Risiko, dass sich Fremdmaterie, wie etwa Abriebpulver, mit dem auf der Lagerfläche freigelegten Graphit vermischt und im Gegenzug die Gleitfähigkeit reduziert. Dementsprechend wird es manchmal bevorzugt, das feste Schmiermittel nicht zu mischen, besonders in dem Fall, dass das Sinterlager zum Stützen einer Welle, die sich mit hoher Drehzahl dreht, konfiguriert ist.
Darüber hinaus kann ein beliebiges anderes Metallpulver dem Rohmaterialpulver zugegeben werden. Zum Beispiel kann elementares Kupferpulver zugegeben werden. Als das elementare Kupferpulver kann elektrolytisches Kupferpulver oder zerstäubtes Kupferpulver verwendet werden.
In dieser Ausführungsform besteht das Rohmaterialpulver aus dem kupferbeschichteten Eisenpulver, dem Zinnpulver und dem Formungsschmiermittel und enthält nicht das feste Schmiermittel und kein anderes Metallpulver. Die Zusammensetzungen und Mischungsmengen der Pulver sind derart eingestellt, dass das Rohmaterialpulver Kupfer mit einem Gehalt von 15 Gew.-% bis 40 Gew.-% und das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt mit einem Gehalt von 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% enthält, wobei der Rest Eisen ist.
Das vorstehend genannte Rohmaterialpulver wird in eine Bildungsform gefüllt und komprimiert, um einen Grünkörper zu bilden. Wenn das in dem Rohmaterialpulver enthaltene Eisenpulver fein ist, können zu diesem Zeitpunkt in dem Grünkörper gebildete Poren fein gemacht und die Durchmesser der Poren vereinheitlicht werden. Wenn das Eisenpulver fein ist, wie vorstehend beschrieben, besteht dennoch ein Risiko, dass das Rohmaterial aufgrund unzureichender Fluidität nicht einheitlich in die Form gefüllt ist und grobe Poren in dem Grünkörper gebildet werden. In diesem Fall besteht eine allgemeine Maßnahme, die häufig verwendet wird, darin, die Breite der Partikelgrößenverteilung des Rohmaterialpulvers zu erhöhen, um eine Integration größerer Partikel zu ermöglichen und somit ein Eindringen von kleineren Partikeln in Spalte zwischen den größeren Partikeln zu ermöglichen, um dadurch die Erzeugung von groben Poren zu verhindern.
In der vorliegenden Erfindung wird die Partikelgröße des kupferbeschichteten Eisenpulvers etwas erhöht, indem die Fläche des feinen Eisenpulvers mit Kupfer beschichtet wird und somit die Fluidität des Rohmaterialpulvers erhöht wird, ohne die Breite der Partikelgrößenverteilung des Rohmaterialpulvers zu erhöhen. Wenn das kupferbeschichtete Eisenpulver, welches das Eisenpulver mit einer nahezu kugelförmigen Form als Kern umfasst, verwendet wird, wird darüber hinaus die Fluidität des Rohmaterialpulvers weiter verbessert. Somit kann das Rohmaterialpulver, welches das feine Eisenpulver mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger, bevorzugt 250 Mesh oder weniger, mehr bevorzugt 325 Mesh oder weniger, enthält, einheitlich in die Form gefüllt werden, und somit kann ein Grünkörper erlangt werden, bei dem die inneren Poren fein sind und die Durchmesser der Poren einheitlich sind.
Wenn der vorstehend genannte Grünkörper gesintert wird, wird ein Sinterkörper erlangt. Eine Sintertemperatur wird auf eine Temperatur eingestellt, die höher als der Schmelzpunkt des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt ist und niedriger als der Schmelzpunkt von Kupfer ist, und wird konkret von etwa 800 °C bis etwa 900 °C eingestellt. Wenn der Grünkörper gesintert wird, bildet das Zinnpulver in dem Grünkörper eine Flüssigphase, um eine Fläche der Kupferschicht des kupferbeschichteten Eisenpulvers zu befeuchten, um dadurch das Sintern des Kupfers zu fördern. Darüber hinaus spielt das Zinnpulver, das die Flüssigphase gebildet hat, während des Sinterns eine Rolle als Bindemittel. Somit werden die kupferbeschichteten Eisenpulver und ein Eisenpartikel und die Kupferschicht des kupferbeschichteten Eisenpulvers fest miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform enthält das Rohmaterialpulver und eine Sinteratmosphäre keinen Kohlenstoff und die Sintertemperatur ist auf 900 °C oder weniger einstellt, und somit wird eine Eisenstruktur des Sinterkörpers gänzlich aus einer Ferritphase gebildet.
Zum Beispiel weist der Sinterkörper eine Dichte von 6,0 g/cm³ bis 7,2 g/cm³ (bevorzugt von 6, 9 g/cm³ bis 7,2 g/cm³) und eine offene Porosität von 5 % bis 20 % (bevorzugt von 6 % bis 18 %) auf. Ein Öl wird in die inneren Poren des Sinterkörpers imprägniert. Zum Beispiel wird ein Öl mit einer kinematischen Viskosität bei 40 °C von 10 mm²/s bis 200 mm²/s, bevorzugt von 10 mm²/s bis 60 mm²/s und einem Viskositätsindex von 100 bis 250 verwendet. Somit wird das Sinterlager 8 dieser Ausführungsform vervollständigt. Die offene Porosität wird mittels eines in JIS Z2501:2000 beschriebenen Verfahrens gemessen.
In dem Sinterlager 8 dieser Ausführungsform werden die inneren Poren, insbesondere offene Poren auf der Lagerfläche, fein gemacht und werden die Durchmesser der Poren vereinheitlicht. Somit kann ein Ölfilm leicht auf der gesamten Lagerfläche zum Zeitpunkt der Drehung der Welle 2 gebildet werden. Auch wenn sich die Welle 2 mit hoher Drehzahl (z. B. mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 600 m/min oder mehr) dreht, kann daher der Ölfilm kontinuierlich in einem Lagerspalt zwischen der inneren Umfangsfläche 8a des Sinterlagers 8 und einer äußeren Umfangsfläche der Welle 2 entlang des gesamten Umfangs des Lagerspalts gebildet werden, und somit kann die Welle 2 stabil gestützt werden.
In der vorstehend genannten Ausführungsform wurde der Fall, in dem die vorliegende Erfindung auf das Sinterlager angewendet wird, das zum Stützen einer sich mit hoher Drehzahl drehenden Welle konfiguriert ist, beschrieben, aber selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Sinterlager angewendet werden, das zum Stützen einer Welle mit einer normalen Drehzahl (z. B. etwa 300 m/min) konfiguriert ist.
Darüber hinaus kann das Sinterlager der vorliegenden Erfindung nicht nur auf einen Fall angewendet werden, in dem eine Welle zum Drehen konfiguriert ist, sondern auch auf einen Fall, in dem die Welle fest angebracht ist und das Sinterlager zum Drehen konfiguriert ist.
<Zweite Ausführungsform>
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 bis 8 beschrieben.
Ein Gebläsemotor zum Kühlen, der in eine Informationsvorrichtung, insbesondere eine Mobilvorrichtung, wie etwa ein Mobilfunktelefon oder ein Tablet-Endgerät, integriert werden soll, ist in 3 veranschaulicht. Der Gebläsemotor umfasst: eine Lagervorrichtung 1; einen Rotor 3, der an einem Wellenelement 2 der Lagervorrichtung 1 montiert ist; eine Schaufel 4, die an einem radial äußeren Ende des Rotors 3 montiert ist; eine Statorspule 6a und einen Rotormagneten 6b, die über einen radialen Spalt einander gegenüberliegen; und ein Gehäuse 5, das zum Unterbringen dieser Komponenten konfiguriert ist. Die Statorspule 6a ist an einem äußeren Umfang der Lagervorrichtung 1 montiert und der Rotormagnet 6b ist an einem inneren Umfang des Rotors 3 montiert. Wenn die Statorspule 6a mit Energie versorgt wird, werden der Rotor 3, die Schaufel 4 und das Wellenelement 2 in einer integrierten Weise gedreht, um einen Luftstrom in einer axialen Richtung oder in einer radial äußeren Richtung zu verursachen.
Wie in 4 veranschaulicht, umfasst die Lagervorrichtung 1: das Wellenelement 2; ein Gehäuse 7; das Sinterlager 8; ein Abdichtungselement 9; und ein Drucklager 10.
Das Wellenelement 2 ist aus einem Metallmaterial, wie etwa Edelstahl, in eine säulenartige Form gebildet und entlang einer inneren Umfangsfläche des Sinterlagers 8 mit einer zylindrischen Form eingeführt. Das Wellenelement 2 wird drehbar in einer radialen Richtung durch die innere Umfangsfläche 8a des Sinterlagers 8, die als Lagerfläche dient, gestützt. Ein unteres Ende des Wellenelements 2 wird in Kontakt mit dem Drucklager 10 gebracht, das an einem Boden 7b des Gehäuses 7 angeordnet ist, und zum Zeitpunkt der Drehung des Wellenelements wird das Wellenelement 2 in einer Druckrichtung durch das Drucklager 10 gestützt. Das Gehäuse 7 umfasst: eine Seite 7a mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form; und den Boden 7b, der zum Schließen einer unteren Öffnung der Seite 7a konfiguriert ist. Das Gehäuse 5 und die Statorspule 6a sind fest an einer äußeren Umfangsfläche der Seite 7a angebracht und das Sinterlager 8 ist fest an einer inneren Umfangsfläche der Seite 7a angebracht. Das Abdichtungselement 9 ist aus einem Kunstharz oder einem Metall in eine Ringform gebildet und ist fest an einem oberen Ende der inneren Umfangsfläche der Seite des Gehäuses angebracht. Eine untere Endfläche des Abdichtungselements 9 grenzt in der axialen Richtung an eine obere Endfläche des Sinterlagers 8. Eine innere Umfangsfläche des Abdichtungselements 9 liegt einer äußeren Umfangsfläche des Wellenelements 2 in der radialen Richtung gegenüber und ein Dichtungsraum S ist dort dazwischen gebildet. In einer derartigen Lagervorrichtung 1 ist mindestens ein radialer Spalt, der zwischen der inneren Umfangsfläche des Sinterlagers 8 und der äußeren Umfangsfläche des Wellenelements 2 gebildet ist, mit einem Schmieröl gefüllt. Darüber hinaus kann der gesamte Innenraum des Gehäuses 7 mit dem Schmieröl gefüllt sein (in diesem Fall ist eine Ölfläche in dem Dichtungsraum S gebildet).
Das Sinterlager 8 ist aus einem Eisen-Kupfer-basierten Sinterkörper gebildet, der Eisen und Kupfer als Hauptkomponenten umfasst. Der Sinterkörper wird hergestellt, indem durch Mischen verschiedener Pulver erlangtes Rohmaterial in eine Form zugeführt wird und das Rohmaterialpulver zum Bilden eines Grünkörpers komprimiert wird, wonach der Grünkörper gesintert wird. Das zu verwendende Rohmaterialpulver in dieser Ausführungsform wird mit Pulver gemischt, das teilweise diffusionslegiertes Pulver und elementares Kupferpulver als Hauptrohmaterialien enthält und ein darin gemischtes Metall mit niedrigem Schmelzpunkt und ein festes Schmiermittel aufweist. Die vorstehend genannten Pulver werden nachstehend ausführlich beschrieben.
[Teilweise diffusionslegiertes Pulver]
Wie in 5 veranschaulicht, wird teilweise diffusionslegiertes Fe-Cu-Pulver, bei dem ein Kupferpulver 13 (erstes Kupferpulver) mit einer kleineren Partikelgröße als ein Eisenpulver 12 durch teilweise Diffusion an einer Fläche des als Kern dienenden Eisenpulvers 12 haftet, als teilweise diffusionslegiertes Pulver 11 verwendet. Ein teilweiser Diffusionsabschnitt des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 bildet eine Fe-Cu-Legierung und dieser Legierungsabschnitt weist eine kristalline Struktur auf, in der Eisenatome 12a und Kupferatome 13a aneinander gebunden und angeordnet sind.
Zum Beispiel kann reduziertes Eisenpulver oder zerstäubtes Eisenpulver als das Eisenpulver 12 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 verwendet werden, aber in dieser Ausführungsform wird das reduzierte Eisenpulver verwendet. Das reduzierte Eisenpulver weist eine unregelmäßige Form auf und weist eine schwammartige Form (poröse Form) mit inneren Poren auf. Wenn das reduzierte Eisenpulver verwendet wird, wird die Kompressibilität verbessert, und somit kann die Formbarkeit im Vergleich zu einem Fall, in dem das zerstäubte Eisenpulver verwendet wird, verbessert werden. Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil darin, dass eine Eisenstruktur nach dem Sintern eine poröse Form aufweist, und somit kann ein Schmieröl ebenfalls in der Eisenstruktur zurückgehalten werden, mit dem Ergebnis, dass eine Ölrückhaltungseigenschaft des Sinterkörpers verbessert werden kann. Ferner wird eine Haftfähigkeit des Kupferpulvers an dem Eisenpulver erhöht, und somit kann teilweise diffusionslegiertes Pulver mit einer einheitlichen Kupferkonzentration erlangt werden.
Darüber hinaus wird Pulver mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger als das Eisenpulver 12, das als Kern des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 dient, verwendet. In dieser Schrift meint die „Partikelgröße von 145 Mesh“ ein Pulver, das ein Sieb mit einer Öffnung von 145 Mesh (etwa 106 µm) passiert hat. Dementsprechend beträgt in diesem Fall der maximale Partikeldurchmesser des Eisenpulvers 106 µm. „Mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger“ bedeutet, dass das Pulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger aufweist, das heißt, das Pulver weist einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger auf. Die Partikelgröße des Eisenpulvers 12 ist bevorzugt auf 230 Mesh (eine Öffnung von 63 µm, einen maximalen Partikeldurchmesser von 63 µm) oder weniger eingestellt. Der Partikeldurchmesser des Pulvers kann zum Beispiel durch ein Laserdiffraktionsstreuungsverfahren gemessen werden (dasselbe gilt im Folgenden).
Darüber hinaus kann sowohl elektrolytisches Kupferpulver als auch zerstäubtes Kupferpulver als das Kupferpulver 13 (erstes Kupferpulver) des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 verwendet werden, allerdings wird das elektrolytische Kupferpulver bevorzugt verwendet. Im Allgemeinen weist das elektrolytische Kupferpulver eine dendritische Form auf, und somit besteht, wenn das elektrolytische Kupferpulver als das Kupferpulver 13 verwendet wird, ein Vorteil darin, dass das Sintern zum Zeitpunkt des Sinterns ohne Probleme abläuft. Darüber hinaus ist der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 13 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 auf 10 µm oder weniger eingestellt. Das Verhältnis des Cu-Pulvers in dem teilweise diffusionslegierten Pulver 11 ist von 10 Massen-% bis 30 Massen-% (bevorzugt von 15 Massen-% bis 25 Massen-%) eingestellt.
Pulver mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger (mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger) wird als das vorstehend beschriebene teilweise diffusionslegierte Pulver 11 verwendet.
[Elementares Kupferpulver]
Kupferpulver, das sowohl auf seiner Oberfläche und in einem Inneren davon porös ist, wie in 6 gezeigt (in 6 stellt ein schwarzer Abschnitt, der auf einem weißen Hintergrund erscheint, eine Pore dar), wird als das elementarer Kupferpulver (zweites Kupferpulver) verwendet. Ein derartiges Kupferpulver kann durch Tempern des Kupferpulvers erlangt werden. Der Partikeldurchmesser des elementaren Kupferpulvers ist mit dem Partikeldurchmesser des Eisenpulvers 12 des teilweise diffusionslegierten Pulvers vergleichbar. Konkret weist das elementare Kupferpulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger (einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger) auf und weist bevorzugt eine Partikelgröße von 230 Mesh oder weniger (einen maximalen Partikeldurchmesser von 63 µm oder weniger) auf.
Als das elementare Kupferpulver kann das vorstehend genannte poröse Kupferpulver zusammen mit folienartigem Kupferpulver verwendet werden, das abgeflacht wurde, um so ein Seitenverhältnis von zum Beispiel 13 oder mehr aufzuweisen. Das folienartige Kupferpulver wird leicht auf einer Fläche des Grünkörpers zum Zeitpunkt der Bildung freigelegt, und somit kann die Fläche des Sinterkörpers, einschließlich der Lagerfläche, leicht aus einem Kupferfilm gebildet werden.
[Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt]
Das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt wird als Bindemittel zum Zeitpunkt des Sinterns zugegeben. Als das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt wird Metallpulver mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer verwendet, insbesondere Metallpulver mit einem Schmelzpunkt von 700 °C oder weniger, zum Beispiel Zinnpulver, Zinkpulver oder Phosphorpulver. In dieser Ausführungsform wird von diesen Pulvern Zinnpulver, das leicht in Kupfer und Eisen diffundiert wird und leicht als elementares Pulver verwendet wird, insbesondere zerstäubtes Zinnpulver, verwendet. Zum Zeitpunkt des Sinterns bildet das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt eine Flüssigphase und bewegt sich, um an seiner ursprünglichen Position Poren zu bilden. Um die Poren fein zu machen, wird dementsprechend bevorzugt, ein Pulver mit einer kleinen Partikelgröße, zum Beispiel einer Partikelgröße von 250 Mesh oder weniger (einem maximalen Partikeldurchmesser von 63 µm oder weniger), bevorzugt einer Partikelgröße von 350 Mesh oder weniger (einem maximalen Partikeldurchmesser von 45 µm oder weniger), als das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt zu verwenden.
Es ist zudem angebracht, Kupferlegierungspulver (z. B. Bronzepulver) zu verwenden, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist.
[Festes Schmiermittel]
Als das feste Schmiermittel kann eine Art oder zwei oder mehr Arten von Graphitpulver, Molybdändisulfidpulver und dergleichen verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird in Anbetracht der Kosten Graphitpulver, insbesondere Flockengraphitpulver verwendet. Festes Schmiermittelpulver, wenn es auf der Lagerfläche 8a freigelegt ist, spielt beim Schmieren des Gleitens mit dem Wellenelement 2 eine Rolle.
Das vorstehend beschriebene Rohmaterialpulver weist eine Zusammensetzung auf, die 10 Massen-% oder mehr und 50 Massen-% oder weniger (bevorzugt 20 Massen-% oder mehr und 30 Massen-% oder weniger) des elementaren Kupferpulvers, 1 Massen-% bis 4 Massen-% des Metallpulvers mit niedrigem Schmelzpunkt und 0,1 Massen-% bis 1,5 Massen-% Kohlenstoff umfasst, wobei der Rest das teilweise diffusionslegierte Pulver ist. Verschiedene Formungshilfsmittel (z. B. ein Formungsschmiermittel) kann bei Bedarf dem Rohmaterialpulver zugegeben werden . In dieser Ausführungsform wird ein Formungsschmiermittel von 0,1 Massen-% bis 1,0 Massen-% in Bezug auf 100 % des Rohmaterialpulvers gemischt. Als das Formungsschmiermittel kann zum Beispiel Metallseife (z. B. Calciumstearat) oder Wachs verwendet werden. Es wird dennoch bevorzugt, die Verwendungsmenge des Formungsschmiermittels soweit wie möglich zu reduzieren, weil das Formungsschmiermittel zersetzt wird und durch das Sintern zum Verursachen von groben Poren verschwindet.
Das vorstehend genannte Rohmaterialpulver wird in eine Form gefüllt und komprimiert, um einen Grünkörper zu bilden. Wenn danach der Grünkörper gesintert wird, wird ein Sinterkörper erlangt. Eine Sintertemperatur wird auf eine Temperatur eingestellt, die gleich oder höher als der Schmelzpunkt des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt ist und gleich oder niedriger als der Schmelzpunkt von Kupfer ist, und wird konkret von etwa 760 °C bis etwa 900 °C eingestellt. Wenn der Grünkörper gesintert wird, bildet das Zinnpulver in dem Grünkörper eine Flüssigphase, um eine Fläche des Kupferpulvers (ersten Kupferpulvers) auf der Fläche des teilweise diffusionslegierten Pulvers oder einer Fläche des elementaren Kupferpulvers (zweiten Kupferpulvers) zu befeuchten. Somit wird ein Sintern zwischen Kupferpartikeln und zwischen einem Kupferpartikel und einem Eisenpartikel gefördert.
Zum Beispiel weist der Sinterkörper eine Dichte von 6,0 g/cm³ bis 7,4 g/cm³ (bevorzugt von 6, 9 g/cm³ bis 7,3 g/cm³) und eine innere Porosität von 4 % bis 20 %, bevorzugt von 4 % bis 12 % (mehr bevorzugt von 5 % bis 11 %), auf. Darüber hinaus sind die Gehaltswerte der jeweiligen Elemente in dem Sinterkörper wie folgt: Der Gehalt von Kupfer beträgt von 30 Massen-% bis 60 Massen-%, der Gehalt des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt beträgt von 1 Massen-% bis 4 Massen-% und der Gehalt von Kohlenstoff beträgt von 0,1 Massen-% bis 1,5 Massen-%, wobei der Rest Eisen ist.
Wenn der Sinterkörper einer Formung mittels Dimensionierung unterzogen wird, kann die Kreisförmigkeit der Lagerfläche auf 1 µm oder weniger verbessert werden. Danach wird ein Schmieröl in die inneren Poren des Sinterkörpers zum Beispiel mittels eines Vakuumimprägnierverfahrens imprägniert, und somit wird das in 4 veranschaulichte Sinterlager 8 (das ölimpregnierte Sinterlager) vervollständigt. Zum Beispiel wird ein Schmieröl mit einer kinematischen Viskosität bei 40 °Cvon 10 mm²/s bis 200 mm²/s, bevorzugt von 10 mm²/s bis 60 mm²/s und einem Viskositätsindex von 100 bis 250 verwendet.
Wie in 7 veranschaulicht, weist eine Sinterstruktur des Sinterkörpers eine Form auf, in der eine Cu-Struktur 13' (dunkelgrau dargestellt), die von dem Kupferpulver 13 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 abgeleitet ist, und eine Kupferstruktur 14' (hellgrau dargestellt), die von dem elementaren Kupferpulver abgeleitet ist, gemeinsam um eine Fe-Struktur 12' (dargestellt durch ein gepunktetes Muster), das von dem Eisenpulver 12 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 abgeleitet ist, vorhanden sind. Damit wird eine Form erzielt, in der eine große Anzahl von Eisenstrukturen 12' mit den Kupferstrukturen 13' und 14' beschichtet ist, und somit kann die Freilegemenge der Eisenstruktur 12' auf der Lagerfläche reduziert werden. Somit kann die anfängliche Einlaufeigenschaft des Sinterlagers 8 verbessert werden. Eine derartige Sinterstruktur, in der ein Umfang der Eisenstruktur mit den Kupferstrukturen beschichtet ist, kann erlangt werden, indem kupferbeschichtetes Eisenpulver verwendet wird, das mit Kupfer plattiertes Eisenpulver beinhaltet. In dem Fall, dass das kupferbeschichtete Eisenpulver verwendet wird, ist jedoch die Halsfestigkeit zwischen der Kupferstruktur und der Eisenstruktur nach dem Sintern niedriger als in dem zu verwendenden teilweise diffusionslegierten Fe-Cu-Pulver in der vorliegenden Erfindung, und somit ist die radiale Druckfestigkeit des Sinterlagers wesentlich reduziert.
Sofern nicht die maximalen Partikeldurchmesser des Eisenpulvers 12 und des Kupferpulvers 13 wie vorstehend beschrieben beschränkt sind, wird das teilweise diffusionslegierte Pulver in einem Herstellungsprozess für das teilweise diffusionslegierte Fe-Cu-Pulver in einem Zustand hergestellt, in dem Eisenpulver mit einem großen Partikeldurchmesser und Kupferpulver mit einem großen Partikeldurchmesser darin gemischt sind, auch wenn Werte für die durchschnittlichen Partikeldurchmesser des Eisenpulvers 12 und des Kupferpulvers 13 nahe den vorstehend genannten maximalen Partikeldurchmessern liegen. Daher werden, wie schematisch in 8 veranschaulicht, Partikel (grobe Partikel), in denen jeweils das Eisenpulver mit einem großen Partikeldurchmesser und das Kupferpulver mit einem großen Partikeldurchmesser miteinander integriert sind, in einer beträchtlichen Menge gebildet. Wenn das Sintern in einem Zustand durchgeführt wird, in dem sich derartige grobe Partikel ansammeln, werden die Spalte zwischen den Partikeln vergrößert, und somit werden grobe Poren nach dem Sintern gebildet.
Unterdessen sind in der vorliegenden Erfindung der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 13 und ferner der maximale Partikeldurchmesser des teilweise diffusionslegierten Pulvers beschränkt. Außerdem ist der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 13 viel kleiner als der maximale Partikeldurchmesser des teilweise diffusionslegierten Pulvers 12. Dementsprechend weist das teilweise diffusionslegierte Pulver eine scharfe Partikelgrößenverteilung (in einem Zustand, in dem die Durchmesser von Partikeln des teilweise diffusionslegierten Pulvers einheitlich sind) auf. Unterdessen wird der Partikeldurchmesser des Rohmaterialpulvers nicht übermäßig reduziert und das Rohmaterialpulver weist eine zufriedenstellende Fluidität in einem Pulverzustand auf. Daher kommt es weniger dazu, dass grobe Poren nach dem Sintern gebildet werden, und die Poren in der Sinterstruktur können fein gemacht und homogenisiert werden.
Darüber hinaus wird in der vorliegende Erfindung das poröse Kupferpulver als das elementare Kupferpulver verwendet. Gemäß den durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass sich durch die Verwendung des porösen Kupferpulvers (einschließlich porösen Cu-Sn-Legierungspulvers) der Sinterkörper nach dem Sintern zusammenzieht, sodass er kleiner als der Grünkörper ist. Konkret betragen die Abmessungsänderungsverhältnisse des Sinterkörpers zum Grünkörper hinsichtlich des Innendurchmessers und des Außendurchmessers beide von etwa 0,995 bis etwa 0,999. Das liegt vermutlich daran, dass das poröse Kupferpulver eine Anziehungswirkung auf umgebende Kupferpartikel (das Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers und andere poröse Kupferpulver) zum Zeitpunkt des Sinterns aufweist. Unterdessen liegt für gewöhnlich der Fall vor, dass sich ein bestehender Kupfer-Eisen-basierter Sinterkörper unter Verwendung von nicht porösem Kupferpulver in Bezug auf den Zustand des Grünkörpers zum Zeitpunkt des Sinterns ausdehnt. Wenn sich der Sinterkörper zum Zeitpunkt des Sinterns wie vorstehend beschrieben zusammenzieht, wird die Sinterstruktur verdichtet, und somit kann die Erzeugung grober Poren zuverlässiger unterdrückt werden.
Mittels dieser Handlungen kann ein Sinterkörper erlangt werden, bei dem die Flächenporen jeweils eine Fläche von 0,005 mm² oder weniger aufweisen, und kann die Erzeugung grober Poren verhindert werden. Im Übrigen beträgt eine Flächenporosität auf der Lagerfläche 4 % oder mehr und 15 % oder weniger hinsichtlich eines Flächenverhältnisses. Darüber hinaus beträgt die Öldurchlässigkeit des Sinterkörpers von 0,05 g/10 min bis 0,025 g/10 min. Bei der „Öldurchlässigkeit“ handelt es ich im vorliegenden Zusammenhang um einen Parameter [Einheit: g/10 min], der mengenmäßig angibt, in welchem Grad ein poröses Werkstück zulässt, dass das Schmieröl durch seine poröse Struktur strömt. Die Öldurchlässigkeit kann bestimmt werden, indem unter einer Umgebung bei Raumtemperatur (von 26 °C bis 27 °C) die inneren Umfangsporen eines zylindrischen Teststücks mit einem Schmieröl gefüllt werden, während ein Druck von 0, 4 MPa darauf ausgeübt wird, und ein Öl, das aus den offenen Flächenporen auf einer radialen Außenfläche des Teststücks herausgesickert und -getropft ist, gesammelt wird.
Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Lagerfläche gebildete grobe Poren beseitigt werden (die maximale Fläche der Flächenporen beträgt 0,005 mm²) und können die Flächenporen vereinheitlicht werden. Damit wird eine Druckentspannung auf der Lagerfläche 8a unterdrückt und kann eine Ölfilmbildungsrate erhöht werden. Somit kann das Sinterlager eine hohe Ölfilmsteifheit gewährleisten und kann eine Welle stabil stützten, ungeachtet dessen, ob die Welle zum Drehen mit niedriger Drehzahl oder mit hoher Drehzahl konfiguriert ist. Auch wenn das Sinterlager eine Form eines kreisförmigen Lagers ohne eine dynamischen Druck erzeugende Nut aufweist, kann daher eine Lagerleistung erzielt werden, die mit der eines Sinterlagers mit einer dynamischen Druck erzeugenden Nut vergleichbar ist, und das Sinterlager kann als eine Alternative zu dem Sinterlager mit einer dynamischen Druck erzeugenden Nut verwendet werden. Während es schwierig ist, das Sinterlager mit einer dynamischen Druck erzeugenden Nut in einem Bereich einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 m/min oder weniger zu verwenden, weil keine ausreichende dynamische Druckwirkung erlangt wird, weist insbesondere das Sinterlager der vorliegenden Erfindung den Vorteil auf, in der Lage zu sein, die Welle in einem niedrigen Drehzahlbereich einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 m/min oder weniger stabil zu stützen.
Darüber hinaus wird in jedem der in 8 veranschaulichten groben Partikel die Fläche eines diffusionsgebundenen Abschnitts in Bezug auf das Volumen des Kupferpulvers kleiner, und somit wird die Bindungsfestigkeit zwischen dem Kupferpulver und dem Eisenpulver reduziert. Wenn das teilweise diffusionslegierte Pulver gesiebt wird, kommt es dazu, dass sich die Kupferpartikel durch einen Aufprall von den Eisenpartikeln lösen. In diesem Fall wird ein Zustand erzielt, in dem elementares Kupferpulver mit einem kleinen Partikeldurchmesser in einer großen Menge in dem Rohmaterialpulver gemischt ist, und somit ist die Fluidität des Rohmaterialpulvers reduziert, was zur Segregation von Kupfer führt. Unterdessen ist in der vorliegenden Erfindung der maximale Partikeldurchmesser des für die Herstellung des teilweise diffusionslegierten Pulvers zu verwendenden Kupferpulvers 13 beschränkt, und somit weist das teilweise diffusionslegierte Pulver im Gesamten die in 5 veranschaulichte Form auf. In diesem Fall wird die Fläche eines diffusionsgebundenen Abschnitts in Bezug auf das Volumen des Kupferpulvers 13 relativ groß, und somit wird die Bindungsfestigkeit zwischen dem Eisenpulver 12 und dem Kupferpulver 13 erhöht. Dementsprechend kommt es weniger dazu, dass sich das Kupferpulver auch mittels Sieben löst, und der vorstehend genannte Nachteil kann verhindert werden.
Messergebnisse einer Ölfilmbildungsrate eines Produkts der vorliegenden Erfindung und einer Bildungsrate eines Vergleichsprodukts sind in 9 gezeigt. Als Vergleichsprodukt wird ein Sinterlager verwendet, das erlangt wird, indem kupferbeschichtetes Eisenpulver als Kern verwendet wird, welches Eisenpulver von 100 Mesh oder weniger umfasst.
Die Ölfilmbildungsrate wird bestimmt, indem eine in 10 veranschaulichte Schaltung verwendet wird, eine Kombination einer Welle und eines Sinterlagers als eine Probe daran eingestellt wird und eine Spannung dort dazwischen gemessen wird. Wenn eine Detektionsspannung 0 [V] beträgt, beträgt die Ölfilmbildungsrate 0 %, und wenn die Detektionsspannung gleich einer Quellenspannung ist, beträgt die Ölfilmbildungsrate 100 %. Eine Ölfilmbildungsrate von 100 % bedeutet, dass sich die Welle und das Sinterlager in einem Kein-Kontakt-Zustand befinden, und eine Ölfilmbildungsrate von 0 % bedeutet, dass die Welle und das Sinterlager in Kontakt miteinander gebracht sind. In jeder der 9 ist auf der Abszisse die Zeit gezeigt. Die Messbedingungen sind wie folgt eingestellt: eine Drehzahl der Welle von 2.000 min^-1; und eine Axiallast auf die Welle von 0,2 N.
Während in Betracht gezogen wird, dass die Welle und das Sinterlager in dem Vergleichsprodukt häufig in Kontakt miteinander gebracht werden, bleibt das Produkt der vorliegenden Erfindung, wie zudem aus 9 ersichtlich ist, nahezu immer in einem Kein-Kontakt-Zustand. Dementsprechend wurde bestätigt, dass das Produkt der vorliegenden Erfindung eine höhere Ölfilmbildungsrate als das Vergleichsprodukt erzielt.
Während der Gebläsemotor als ein Verwendungsbeispiel des Sinterlagers gemäß der Vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist eine Anwendungsaufgabe des Sinterlagers gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt und kann das Sinterlager gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Anwendungen verwendet werden.
Während ein Fall beschrieben wurde, in dem keine dynamischen Druck erzeugende Nut auf der inneren Umfangsfläche der Lagerfläche 8a des Sinterlagers 8 gebildet ist, kann bei Bedarf eine Vielzahl von dynamischen Druck erzeugenden Nuten auf der Lagerfläche 8a gebildet sein. Die dynamischen Druck erzeugenden Nuten können auf einer äußeren Umfangsfläche der Welle 2 gebildet sein.
<Dritte Ausführungsform>
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bis auf die Zusammensetzung des Rohmaterialpulvers eines Sinterlagers 8 um die gleiche wie bei der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform. Daher werden hauptsächlich die Konfiguration des Sinterlagers 8 und ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben und wird die Beschreibung anderer Punkte weggelassen.
Das Sinterlager 8 ist aus einem Eisen-Kupfer-basierten Sinterkörper gebildet, der Eisen und Kupfer als Hauptkomponenten umfasst. Der Sinterkörper wird hergestellt, indem durch Mischen verschiedener Pulver erlangtes Rohmaterial in eine Form zugeführt wird und das Rohmaterialpulver zum Bilden eines Grünkörpers komprimiert wird, wonach der Grünkörper gesintert wird. Das zu verwendende Rohmaterialpulver in dieser Ausführungsform wird mit Pulver gemischt, das teilweise diffusionslegiertes Pulver und kupferbasiertes Pulver, welches Kupfer als Basis beinhaltet, als Hauptrohmaterialien enthält und ein darin gemischtes festes Schmiermittel aufweist. Die vorstehend genannten Pulver werden nachstehend ausführlich beschrieben.
[Teilweise diffusionslegiertes Pulver]
Wie in 5 veranschaulicht, wird teilweise diffusionslegiertes Fe-Cu-Pulver, bei dem ein Kupferpulver 13 (reines Kupferpulver) mit einer kleineren Partikelgröße als ein Eisenpulver 12 durch teilweise Diffusion an einer Fläche des als Kern dienenden Eisenpulvers 12 haftet, als teilweise diffusionslegiertes Pulver 11 verwendet. Ein teilweiser Diffusionsabschnitt des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 bildet eine Fe-Cu-Legierung und dieser Legierungsabschnitt weist eine kristalline Struktur auf, in der Eisenatome 12a und Kupferatome 13a aneinander gebunden und angeordnet sind.
Zum Beispiel kann reduziertes Eisenpulver oder zerstäubtes Eisenpulver als das Eisenpulver 12 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 verwendet werden, aber in dieser Ausführungsform wird das reduzierte Eisenpulver verwendet. Das reduzierte Eisenpulver weist eine unregelmäßige Form auf und weist eine schwammartige Form (poröse Form) mit inneren Poren auf. Wenn das reduzierte Eisenpulver verwendet wird, wird die Kompressibilität verbessert, und somit kann die Formbarkeit im Vergleich zu einem Fall, in dem das zerstäubte Eisenpulver verwendet wird, verbessert werden. Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil darin, dass eine Eisenstruktur nach dem Sintern eine poröse Form aufweist, und somit kann ein Schmieröl ebenfalls in der Eisenstruktur zurückgehalten werden, mit dem Ergebnis, dass eine Ölrückhaltungseigenschaft des Sinterkörpers verbessert werden kann. Ferner wird eine Haftfähigkeit des Kupferpulvers an dem Eisenpulver erhöht, und somit kann teilweise diffusionslegiertes Pulver mit einer einheitlichen Kupferkonzentration erlangt werden.
Darüber hinaus wird Pulver mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger als das Eisenpulver 12, das als Kern des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 dient, verwendet. In dieser Schrift meint die „Partikelgröße von 145 Mesh“ ein Pulver, das ein Sieb mit einer Öffnung von 145 Mesh (etwa 106 µm) passiert hat. Dementsprechend beträgt in diesem Fall der maximale Partikeldurchmesser des Eisenpulvers 106 µm. „Mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger“ bedeutet, dass das Pulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger aufweist, das heißt, das Pulver weist einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger auf. Die Partikelgröße des Eisenpulvers 12 ist bevorzugt auf 230 Mesh (eine Öffnung von 63 µm, einen maximalen Partikeldurchmesser von 63 µm) oder weniger eingestellt. Der Partikeldurchmesser des Pulvers kann zum Beispiel durch ein Laserdiffraktionsstreuungsverfahren gemessen werden (dasselbe gilt im Folgenden).
Darüber hinaus kann sowohl elektrolytisches Kupferpulver als auch zerstäubtes Kupferpulver als das Kupferpulver 13 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 verwendet werden, allerdings wird das elektrolytische Kupferpulver bevorzugt verwendet. Im Allgemeinen weist das elektrolytische Kupferpulver eine dendritische Form auf, und somit besteht, wenn das elektrolytische Kupferpulver als das Kupferpulver 13 verwendet wird, ein Vorteil darin, dass das Sintern zum Zeitpunkt des Sinterns ohne Probleme abläuft. Darüber hinaus ist der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 13 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 auf 10 µm oder weniger eingestellt. Das Verhältnis des Cu-Pulvers in dem teilweise diffusionslegierten Pulver 11 ist von 10 Massen-% bis 30 Massen-% (bevorzugt von 15 Massen-% bis 25 Massen-%) eingestellt.
Pulver mit einer Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger (mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger) wird als das vorstehend beschriebene teilweise diffusionslegierte Pulver 11 verwendet.
[Kupferbasiertes Pulver]
Als das kupferbasierte Pulver wird poröses Kupferlegierungspulver verwendet, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist. Das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt fungiert als Bindemittel zum Zeitpunkt des Sinterns und ein Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer, insbesondere ein Metall mit einem Schmelzpunkt von 700 °C oder weniger, zum Beispiel Zinn, Zink oder Phosphor, wird verwendet. Von diesen weist Zinn ein Merkmal auf, nämlich dass es leicht in Kupfer und Eisen diffundiert werden kann, und somit ist das Kupferlegierungspulver in dieser Ausführungsform aus Bronzepulver (Cu-Sn-Legierungspulver) unter Verwendung von Zinn als das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt gebildet. Der Partikeldurchmesser des Kupferlegierungspulvers ist mit dem Partikeldurchmesser des Eisenpulvers 12 des teilweise diffusionslegierten Pulvers vergleichbar. Konkret weist das Kupferlegierungspulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger (einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger) auf und weist bevorzugt eine Partikelgröße von 230 Mesh oder weniger (einen maximalen Partikeldurchmesser von 63 µm oder weniger) auf.
Darüber hinaus wird Kupferlegierungspulver, das sowohl auf seiner Oberfläche und in einem Inneren davon porös ist, wie in 6 gezeigt (in 6 stellt ein schwarzer Abschnitt, der auf einem weißen Hintergrund erscheint, eine Pore dar), als das Kupferlegierungspulver verwendet. Ein derartiges poröses Kupferlegierungspulver kann durch Tempern des Kupferlegierungspulvers erlangt werden. Während Kupferpulver, das durch eine ähnliche Behandlung porös gemacht wurde, in 6 gezeigt ist, befindet sich das Kupferpulver zudem in einem Zustand, in dem es in einer dazu ähnlichen Form porös gemacht wird.
[Festes Schmiermittel]
Als das feste Schmiermittel kann eine Art oder zwei oder mehr Arten von Graphitpulver, Molybdändisulfidpulver und dergleichen verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird in Anbetracht der Kosten Graphitpulver, insbesondere Flockengraphitpulververwendet. Festes Schmiermittelpulver, wenn es auf der Lagerfläche 8a freigelegt ist, spielt beim Schmieren des Gleitens mit dem Wellenelement 2 eine Rolle.
Das vorstehend beschriebene Rohmaterialpulver weist eine Zusammensetzung auf, die 10 Massen-% oder mehr und 50 Massen-% oder weniger (bevorzugt 20 Massen-% oder mehr und 30 Massen-% oder weniger) des Kupferlegierungspulvers und 0,1 Massen-% bis 1,5 Massen-% Kohlenstoff umfasst, wobei der Rest das teilweise diffusionslegierte Pulver ist. Das Verhältnis des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt in dem Rohmaterialpulver beträgt bevorzugt von 1 Massen-% bis 4 Massen-%. Verschiedene Formungshilfsmittel (z. B. ein Formungsschmiermittel) kann bei Bedarf dem Rohmaterialpulver zugegeben werden . In dieser Ausführungsform wird ein Formungsschmiermittel von 0,1 Massen-% bis 1,0 Massen-% in Bezug auf 100 % des Rohmaterialpulvers gemischt. Als das Formungsschmiermittel kann zum Beispiel Metallseife (z. B. Calciumstearat) oder Wachs verwendet werden. Es wird dennoch bevorzugt, die Verwendungsmenge des Formungsschmiermittels soweit wie möglich zu reduzieren, weil das Formungsschmiermittel zersetzt wird und durch das Sintern zum Verursachen von groben Poren verschwindet.
Das vorstehend genannte Rohmaterialpulver wird in eine Form gefüllt und komprimiert, um einen Grünkörper zu bilden. Wenn danach der Grünkörper gesintert wird, wird ein Sinterkörper erlangt. Eine Sintertemperatur wird auf eine Temperatur eingestellt, die gleich oder höher als der Schmelzpunkt des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt ist und gleich oder niedriger als der Schmelzpunkt von Kupfer ist, und wird konkret von etwa 760 °C bis etwa 900 °C eingestellt. Wenn der Grünkörper gesintert wird, bildet die Fläche des Kupferlegierungspulvers in dem Grünkörper eine Flüssigphase, um eine Fläche des Kupferpulvers (ersten Kupferpulvers) auf der Fläche des teilweise diffusionslegierten Pulvers oder einer Fläche eines anderen Kupferlegierungspulvers zu befeuchten. Somit wird ein Sintern zwischen Kupferpartikeln und zwischen einem Kupferpartikel und einem Eisenpartikel gefördert.
Zum Beispiel weist der Sinterkörper eine Dichte von 6,0 g/cm³ bis 7,4 g/cm³ (bevorzugt von 6, 9 g/cm³ bis 7,3 g/cm³) und eine innere Porosität von 4 % bis 20 %, bevorzugt von 4 % bis 12 % (mehr bevorzugt von 5 % bis 11 %), auf. Darüber hinaus sind die Gehaltswerte der jeweiligen Elemente in dem Sinterkörper wie folgt: Der Gehalt von Kupfer beträgt von 30 Massen-% bis 60 Massen-%, der Gehalt des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt beträgt von 1 Massen-% bis 4 Massen-% und der Gehalt von Kohlenstoff beträgt von 0,1 Massen-% bis 1,5 Massen-%, wobei der Rest Eisen ist.
Wenn der Sinterkörper einer Formung mittels Dimensionierung unterzogen wird, kann die Kreisförmigkeit der Lagerfläche auf 1 µm oder weniger verbessert werden. Danach wird ein Schmieröl in die inneren Poren des Sinterkörpers zum Beispiel mittels eines Vakuumimprägnierverfahrens imprägniert, und somit wird das in 4 veranschaulichte Sinterlager 8 (das ölimpregnierte Sinterlager) vervollständigt. Zum Beispiel wird ein Schmieröl mit einer kinematischen Viskosität bei 40 °C von 10 mm²/s bis 200 mm²/s, bevorzugt von 10 mm²/s bis 60 mm²/s und einem Viskositätsindex von 100 bis 250 verwendet.
Wie in 7 veranschaulicht, weist eine Sinterstruktur des Sinterkörpers eine Form auf, in der eine Cu-Struktur 13' (dunkelgrau dargestellt), die von dem Kupferpulver 13 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 abgeleitet ist, und eine Kupferstruktur 14' (hellgrau dargestellt), die von dem Kupferlegierungspulver abgeleitet ist, gemeinsam um eine Fe-Struktur 12' (dargestellt durch ein gepunktetes Muster), das von dem Eisenpulver 12 des teilweise diffusionslegierten Pulvers 11 abgeleitet ist, vorhanden sind. Damit wird eine Form erzielt, in der eine große Anzahl von Eisenstrukturen 12' mit den Kupferstrukturen 13' und 14' beschichtet ist, und somit kann die Freilegemenge der Eisenstruktur 12' auf der Lagerfläche reduziert werden. Somit kann die anfängliche Einlaufeigenschaft des Sinterlagers 8 verbessert werden. Eine derartige Sinterstruktur, in der ein Umfang der Eisenstruktur mit den Kupferstrukturen beschichtet ist, kann erlangt werden, indem kupferbeschichtetes Eisenpulver verwendet wird, das mit Kupfer plattiertes Eisenpulver beinhaltet. In dem Fall, dass das kupferbeschichtete Eisenpulver verwendet wird, ist jedoch die Halsfestigkeit zwischen der Kupferstruktur und der Eisenstruktur nach dem Sintern niedriger als in dem zu verwendenden teilweise diffusionslegierten Fe-Cu-Pulver in der vorliegenden Erfindung, und die radiale Druckfestigkeit des Sinterlagers ist wesentlich reduziert.
In der vorliegenden Erfindung sind der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 13 und ferner der maximale Partikeldurchmesser des teilweise diffusionslegierten Pulvers beschränkt. Außerdem ist der maximale Partikeldurchmesser des Kupferpulvers 13 viel kleiner als der maximale Partikeldurchmesser des teilweise diffusionslegierten Pulvers. Dementsprechend weist das teilweise diffusionslegierte Pulver eine scharfe Partikelgrößenverteilung (in einem Zustand, in dem die Durchmesser von Partikeln des teilweise diffusionslegierten Pulvers einheitlich sind) auf. Unterdessen wird der Partikeldurchmesser des Rohmaterialpulvers nicht übermäßig reduziert und das Rohmaterialpulver weist eine zufriedenstellende Fluidität in einem Pulverzustand auf. Daher kommt es weniger dazu, dass grobe Poren nach dem Sintern gebildet werden, und die Poren in der Sinterstruktur können fein gemacht und homogenisiert werden.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Erfindung das Kupferlegierungspulver, das Kupfer beinhaltet, welches mit dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, als das kupferbasierte Pulver verwendet, und somit kann die Erzeugung grober Poren wirksamer unterdrückt werden. Das heißt, wenn elementares Pulver des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt in das Rohmaterialpulver gemischt ist, schmilzt das Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt in seiner Gesamtheit, um eine Flüssigphase zum Zeitpunkt des Sinterns zu bilden, und die Flüssigphase bewegt sich, um an ihrer ursprünglichen Position Poren zu bilden, was zur Erzeugung von groben Poren führt. Wenn das Kupferlegierungspulver verwendet wird, schmilzt unterdessen nur eine Fläche des Kupferlegierungspulvers zum Zeitpunkt des Sinterns, und somit kann die Erzeugung derartiger Poren verhindert werden. Wenn das Kupferlegierungspulver verwendet wird, kann darüber hinaus auch eine Segregation verhindert werden, die ein Problem beim Fall der Verwendung des elementaren Pulvers des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt darstellt.
In diesem Zusammenhang ist das Pulver, das lediglich Kupfer beinhaltet, das mit dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, im Allgemeinen fest und hart und verformt sich kaum. Daher kommt es dazu, dass Spalte zwischen Partikeln zum Zeitpunkt der Bildung des Grünkörpers gebildet werden. Dies führt zur Erzeugung grober Poren nach dem Sintern. Wenn unterdessen das poröse Kupferlegierungspulver, das erweicht wird, verwendet wird, wird die Kompressibilität des Rohmaterialpulvers verbessert und es kommt weniger dazu, dass Spalte zwischen den Partikeln gebildet werden, was zu dem Ergebnis führt, dass die Erzeugung grober Poren nach dem Sintern unterdrückt werden kann.
Darüber hinaus hat sich gemäß den durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen herausgestellt, dass durch die Verwendung des porösen Kupferlegierungspulvers als das kupferbasierte Pulver sich der Sinterkörper nach dem Sintern zusammenzieht, sodass er kleiner als der Grünkörper ist. Konkret betragen die Abmessungsänderungsverhältnisse des Sinterkörpers zum Grünkörper hinsichtlich des Innendurchmessers und des Außendurchmessers beide von etwa 0,995 bis etwa 0,999. Das liegt vermutlich daran, dass das poröse Kupferlegierungspulver eine Anziehungswirkung auf umgebende Kupferpartikel (das Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers und andere Kupferlegierungspulver) zum Zeitpunkt des Sinterns aufweist. Unterdessen liegt für gewöhnlich der Fall vor, dass sich ein bestehender Kupfer-Eisen-basierter Sinterkörper unter Verwendung von nicht porösem Kupferlegierungspulver in Bezug auf den Zustand des Grünkörpers zum Zeitpunkt des Sinterns ausdehnt. Wenn sich der Sinterkörper zum Zeitpunkt des Sinterns wie vorstehend beschrieben zusammenzieht, wird die Sinterstruktur verdichtet, und somit kann die Erzeugung grober Poren zuverlässiger unterdrückt werden.
Bezugszeichenliste

1: Lagervorrichtung
2: Wellenelement
8: Sinterlager
8a: Innere Umfangsfläche (Lagerfläche)
11: Teilweise diffusionslegiertes Pulver
12: Eisenpulver
13: Kupferpulver

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3613569 B2 [0005]
JP 2016050648 A [0005]

Claims

Sinterlager, das durch Sintern eines Grünkörpers erlangt wird, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem ein erstes Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; ein zweites Kupferpulver; und Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das erste Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist.
Sinterlager nach Anspruch 1, wobei das zweite Kupferpulver eine poröse Form aufweist.
Sinterlager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sinterlager eine Lagerfläche umfasst, die in eine zylindrische Form ohne eine dynamischen Druck erzeugende Nut gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers, umfassend Sintern eines Grünkörpers, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem ein erstes Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; ein zweites Kupferpulver; und Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, um ein Sinterlager herzustellen, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das erste Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers nach Anspruch 4, wobei das zu verwendende zweite Kupferpulver poröses Kupferpulver umfasst.
Sinterlager, das durch Sintern eines Grünkörpers erlangt wird, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; und kupferbasiertes Pulver, das Kupfer als Basis beinhaltet, wobei das zu verwendende kupferbasierte Pulver poröses Kupferlegierungspulver umfasst, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist.
Sinterlager nach Anspruch 6, wobei das Sinterlager eine Lagerfläche umfasst, die in eine zylindrische Form ohne eine dynamischen Druck erzeugende Nut gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers, umfassend: Sintern eines Grünkörpers, der Folgendes umfasst: teilweise diffusionslegiertes Pulver, bei dem Kupferpulver durch eine teilweise Diffusion an einer Eisenpulverfläche haftet; und kupferbasiertes Pulver, das Kupfer als Basis beinhaltet, um ein Sinterlager herzustellen, wobei das zu verwendende kupferbasierte Pulver poröses Kupferlegierungspulver umfasst, das Kupfer beinhaltet, welches mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt legiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das teilweise diffusionslegierte Pulver einen maximalen Partikeldurchmesser von 106 µm oder weniger aufweist, wobei das Kupferpulver des teilweise diffusionslegierten Pulvers einen maximalen Partikeldurchmesser von 10 µm oder weniger aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers nach Anspruch 8, wobei das poröse Kupferlegierungspulver durch Tempern des Kupferpulvers erlangt wird.
Sinterlager, umfassend einen Sinterkörper, der Folgendes umfasst: kupferbeschichtetes Eisenpulver, bei dem eine Eisenpulverfläche mit Kupfer beschichtet ist; und Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, wobei das Eisenpulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger aufweist.
Sinterlager nach Anspruch 10, wobei das Eisenpulver zerstäubtes Pulver umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers, umfassend die folgenden Schritte: Komprimieren von Rohmaterialpulver, das Folgendes enthält: kupferbeschichtetes Eisenpulver, bei dem eine Eisenpulverfläche mit Kupfer beschichtet ist; und Metallpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer aufweist, um einen Grünkörper zu bilden; und Sintern des Grünkörpers bei einer Temperatur, die höher als ein Schmelzpunkt des Metallpulvers mit niedrigem Schmelzpunkt und niedriger als ein Schmelzpunkt von Kupfer ist, um einen Sinterkörper zu erlangen, wobei das Eisenpulver eine Partikelgröße von 145 Mesh oder weniger aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterlagers nach Anspruch 12, wobei das Eisenpulver zerstäubtes Pulver umfasst.