JP2023151990A - 焼結含油軸受、焼結含油軸受の製造方法、及び、モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】 低温時における起動特性を向上する。【解決手段】 本発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程において、焼結体の端面s2について軸受面s1よりも表面気孔率が低くなるように、焼結体の端面s2の表面気孔が封孔される。これによって、相対的に密度が低い外周側領域12において、端面s2からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。【選択図】 図3
Description
本発明は、低温時の起動特性を向上することが可能となる焼結含油軸受、当該焼結含油軸受の製造方法、及び、当該焼結含油軸受を含んでなるモータに関する。
従来、圧粉成形後のサイジング工程において、内周側の領域の厚さ方向の圧縮率を外周側の領域の厚さ方向の圧縮率より高くすることで、内周側の領域の密度を外周側の領域の密度より高くした焼結含油軸受が知られている(特許文献1参照)。
この焼結含油軸受では、外周側の領域から内周側の領域にかけて密度が高くなるように密度勾配をもたせることで、毛細管力により外周側の領域に含浸されている潤滑剤を内周側の領域に送ることができ、その結果、軸受面における油膜形成が促進され、低温時であっても起動特性の低下を抑制することが可能となる。
この焼結含油軸受では、外周側の領域から内周側の領域にかけて密度が高くなるように密度勾配をもたせることで、毛細管力により外周側の領域に含浸されている潤滑剤を内周側の領域に送ることができ、その結果、軸受面における油膜形成が促進され、低温時であっても起動特性の低下を抑制することが可能となる。
しかしながら、従来の焼結含油軸受では、外周側の領域において、相対的に密度が低いことにより、軸受の端面から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下し、低温時における起動特性を十分に向上できない恐れがある。また、潤滑剤の漏れは軸受寿命を減じることに繋がる。
本発明の課題は、軸受寿命を延長するとともに、低温時における起動特性を向上することが可能な焼結含油軸受、当該焼結含油軸受の製造方法、及び、当該焼結含油軸受を含んでなるモータを提供することにある。
本発明の課題は、軸受寿命を延長するとともに、低温時における起動特性を向上することが可能な焼結含油軸受、当該焼結含油軸受の製造方法、及び、当該焼結含油軸受を含んでなるモータを提供することにある。
上記課題を解決するために、第一の発明に係る焼結含油軸受の製造方法は、原料を圧縮成形して圧粉体を形成する圧粉工程と、前記圧粉体を焼結して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体の端面の表面気孔を封孔する封孔工程と、前記焼結体にサイジングを施すサイジング工程と、を含み、前記封孔工程では、前記焼結体の端面について軸受面よりも表面気孔率が低くなるように、前記焼結体の端面の表面気孔が封孔され、前記サイジング工程では、前記焼結体の内周側の領域について外周側の領域よりも密度が高くなるように、前記焼結体が圧縮されることを特徴とする。
第一の発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、サイジング工程において、焼結体の内周側の領域について外周側の領域よりも密度が高くなるように、焼結体が圧縮される。これによって、毛細管力により、外周側の領域に含浸されている潤滑剤を、内周側の領域に移動させることができ、その結果、軸受面における油膜形成を促進することが可能となる。
特に、第一の発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程において、焼結体の端面について軸受面よりも表面気孔率が低くなるように、焼結体の端面の表面気孔が封孔される。これによって、相対的に密度が低い外周側の領域において、端面からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。また、潤滑剤の漏れが抑制されることで、軸受寿命を延長することが可能となる。
ここで、原料としては、後述する原料粉末が該当する。圧粉体としては、後述する圧粉体が該当する。圧粉工程としては、後述する圧粉成形工程が該当する。焼結体としては、後述する焼結体が該当する。焼結工程としては、後述する焼結工程が該当する。端面としては、後述する端面s2が該当する。封孔工程としては、後述する封孔工程が該当する。サイジング工程としては、後述するサイジング工程が該当する。軸受面としては、後述する軸受面s1が該当する。内周側の領域としては、後述する内周側領域11が該当する。外周側の領域としては、後述する外周側領域12が該当する。
第一の発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、サイジング工程において、焼結体の内周側の領域について外周側の領域よりも密度が高くなるように、焼結体が圧縮される。これによって、毛細管力により、外周側の領域に含浸されている潤滑剤を、内周側の領域に移動させることができ、その結果、軸受面における油膜形成を促進することが可能となる。
特に、第一の発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程において、焼結体の端面について軸受面よりも表面気孔率が低くなるように、焼結体の端面の表面気孔が封孔される。これによって、相対的に密度が低い外周側の領域において、端面からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。また、潤滑剤の漏れが抑制されることで、軸受寿命を延長することが可能となる。
ここで、原料としては、後述する原料粉末が該当する。圧粉体としては、後述する圧粉体が該当する。圧粉工程としては、後述する圧粉成形工程が該当する。焼結体としては、後述する焼結体が該当する。焼結工程としては、後述する焼結工程が該当する。端面としては、後述する端面s2が該当する。封孔工程としては、後述する封孔工程が該当する。サイジング工程としては、後述するサイジング工程が該当する。軸受面としては、後述する軸受面s1が該当する。内周側の領域としては、後述する内周側領域11が該当する。外周側の領域としては、後述する外周側領域12が該当する。
第二の発明に係る焼結含油軸受の製造方法は、第一の発明に係る焼結含油軸受の製造方法において、前記焼結体の端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とされることを特徴とする。
第二の発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
すなわち、焼結体の端面の表面気孔率が5%未満となると、端面からの空気の流入が困難となることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、焼結体の端面の表面気孔率が30%を超えると、端面から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、焼結体の端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
第二の発明に係る焼結含油軸受の製造方法では、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
すなわち、焼結体の端面の表面気孔率が5%未満となると、端面からの空気の流入が困難となることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、焼結体の端面の表面気孔率が30%を超えると、端面から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、焼結体の端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
第三の発明に係る焼結含油軸受は、内周側の領域について、外周側の領域よりも密度が高く、端面の表面気孔率について、軸受面の表面気孔率より低く、5~30%の範囲内とされていることを特徴とする。
第三の発明に係る焼結含油軸受では、焼結体の内周側の領域について、外周側の領域よりも密度が高くなっている。これによって、毛細管力により、外周側の領域に含浸されている潤滑剤を、内周側の領域に移動させることができ、その結果、軸受面における油膜形成を促進することが可能となる。
特に、第三の発明に係る焼結含油軸受では、端面の表面気孔率について、軸受面の表面気孔率より低くなっている。これによって、相対的に密度が低い外周側の領域において、端面からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
さらに、第三の発明に係る焼結含油軸受では、端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とされている。これによって、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。すなわち、端面の表面気孔率が5%未満となると、端面からの空気の流入が困難となることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、端面の表面気孔率が30%を超えると、端面から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
ここで、焼結含油軸受としては、後述する焼結含油軸受2が該当する。内周側の領域としては、後述する内周側領域11が該当する。外周側の領域としては、後述する外周側領域12が該当する。端面としては、後述する端面s2が該当する。軸受面としては、後述する軸受面s1が該当する。
第三の発明に係る焼結含油軸受では、焼結体の内周側の領域について、外周側の領域よりも密度が高くなっている。これによって、毛細管力により、外周側の領域に含浸されている潤滑剤を、内周側の領域に移動させることができ、その結果、軸受面における油膜形成を促進することが可能となる。
特に、第三の発明に係る焼結含油軸受では、端面の表面気孔率について、軸受面の表面気孔率より低くなっている。これによって、相対的に密度が低い外周側の領域において、端面からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
さらに、第三の発明に係る焼結含油軸受では、端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とされている。これによって、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。すなわち、端面の表面気孔率が5%未満となると、端面からの空気の流入が困難となることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、端面の表面気孔率が30%を超えると、端面から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側の領域に含浸されている潤滑剤の内周側の領域への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
ここで、焼結含油軸受としては、後述する焼結含油軸受2が該当する。内周側の領域としては、後述する内周側領域11が該当する。外周側の領域としては、後述する外周側領域12が該当する。端面としては、後述する端面s2が該当する。軸受面としては、後述する軸受面s1が該当する。
第四の発明に係るモータは、第三の発明に係る焼結含油軸受を含んでなることを特徴とする。
第四の発明に係るモータでは、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
ここで、モータとしては、後述するモータ1が該当する。
第四の発明に係るモータでは、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
ここで、モータとしては、後述するモータ1が該当する。
本発明に係る焼結含油軸受の製造方法、焼結含油軸受、及び、モータによれば、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る焼結含油軸受2について、図面を参照しながら説明する。
焼結含油軸受2は、家電用、車載用等の各種モータに適用することが可能である。本実施形態では、焼結含油軸受2を車載用のモータ1に適用した一例を示している。
焼結含油軸受2は、家電用、車載用等の各種モータに適用することが可能である。本実施形態では、焼結含油軸受2を車載用のモータ1に適用した一例を示している。
(モータ1の構成)
まず、モータ1の構成を説明する。
図1は、モータ1の部分断面図である。
モータ1は、DCモータとなっている。すなわち、図1に示すように、モータ1は、コイルを含んでなるロータ20と、永久磁石を含んでなるステータ30と、ロータ20及びステータ30を収容するモータハウジング40と、を含んで構成されている。
ロータ20には、回転軸21が設けられている。回転軸21は、金属(炭素鋼やステンレス鋼等の合金鋼など)からなり、円柱状に形成されている。
モータハウジング40には、一対の焼結含油軸受2が配置されている。そして、一対の焼結含油軸受2により、回転軸21が回転可能に支持されている。
まず、モータ1の構成を説明する。
図1は、モータ1の部分断面図である。
モータ1は、DCモータとなっている。すなわち、図1に示すように、モータ1は、コイルを含んでなるロータ20と、永久磁石を含んでなるステータ30と、ロータ20及びステータ30を収容するモータハウジング40と、を含んで構成されている。
ロータ20には、回転軸21が設けられている。回転軸21は、金属(炭素鋼やステンレス鋼等の合金鋼など)からなり、円柱状に形成されている。
モータハウジング40には、一対の焼結含油軸受2が配置されている。そして、一対の焼結含油軸受2により、回転軸21が回転可能に支持されている。
(焼結含油軸受2の構成)
次に、焼結含油軸受2の構成を説明する。
図2は、焼結含油軸受2の斜視図である。
焼結含油軸受2は、回転軸21の回転時において回転軸21が軸受面に摺動する軸受となっている。したがって、焼結含油軸受2は、回転軸21の回転時において回転軸21が軸受面に接触しない流体動圧軸受を含まない。焼結含油軸受2は、金属粉末を含む原料粉末を焼結してなる焼結金属(焼結合金を含む)により形成されている。焼結含油軸受2は、多孔質構造を有しており、その内部において、潤滑油、潤滑グリース等の潤滑剤が含浸されている。
図2に示すように、焼結含油軸受2は、略円環状に形成され、中心軸に沿って軸受孔hが設けられている。軸受孔hは、軸方向に沿って貫通する貫通孔となっている。ここで、「軸方向」は、仮想の中心軸が延びる方向となっている。そして、焼結含油軸受2では、軸受孔hに回転軸21が挿通されることによって、回転軸21を回転可能に支持する。これによって、軸受孔hの内周面が、回転軸21を支持する軸受面s1となる。そして、回転軸21の回転中には、回転軸21の外周面が、軸受面s1に摺動(接触・摺接)する。
焼結含油軸受2は、内周側(内径側)に構成された内周側領域11と、外周側(外径側)に構成された外周側領域12と、を備えている。内周側領域11は、円環状の領域となっている。そして、内周側領域11において、軸受面s1(軸受孔h)が形成されている。すなわち、内周側領域11の内周面が、軸受面s1となっている。外周側領域12は、内周側領域11を取り囲むように設けられた円環状の領域となっている。そして、外周側領域12において、外周面s3が形成されている。すなわち、外周側領域12の外周面が、外周面s3となっている。
次に、焼結含油軸受2の構成を説明する。
図2は、焼結含油軸受2の斜視図である。
焼結含油軸受2は、回転軸21の回転時において回転軸21が軸受面に摺動する軸受となっている。したがって、焼結含油軸受2は、回転軸21の回転時において回転軸21が軸受面に接触しない流体動圧軸受を含まない。焼結含油軸受2は、金属粉末を含む原料粉末を焼結してなる焼結金属(焼結合金を含む)により形成されている。焼結含油軸受2は、多孔質構造を有しており、その内部において、潤滑油、潤滑グリース等の潤滑剤が含浸されている。
図2に示すように、焼結含油軸受2は、略円環状に形成され、中心軸に沿って軸受孔hが設けられている。軸受孔hは、軸方向に沿って貫通する貫通孔となっている。ここで、「軸方向」は、仮想の中心軸が延びる方向となっている。そして、焼結含油軸受2では、軸受孔hに回転軸21が挿通されることによって、回転軸21を回転可能に支持する。これによって、軸受孔hの内周面が、回転軸21を支持する軸受面s1となる。そして、回転軸21の回転中には、回転軸21の外周面が、軸受面s1に摺動(接触・摺接)する。
焼結含油軸受2は、内周側(内径側)に構成された内周側領域11と、外周側(外径側)に構成された外周側領域12と、を備えている。内周側領域11は、円環状の領域となっている。そして、内周側領域11において、軸受面s1(軸受孔h)が形成されている。すなわち、内周側領域11の内周面が、軸受面s1となっている。外周側領域12は、内周側領域11を取り囲むように設けられた円環状の領域となっている。そして、外周側領域12において、外周面s3が形成されている。すなわち、外周側領域12の外周面が、外周面s3となっている。
内周側領域11の密度は、外周側領域12の密度よりも高くなっている。これに伴い、内周側領域11の含油率は、外周側領域12の含油率よりも低くなっている。
内周側領域11の含油率は、6~20[vоl.%]の範囲内となっている。すなわち、内周側領域11の含油率が、6[vоl.%]未満となると、内周側領域11の内部から軸受面s1への潤滑剤の引き出しが円滑に行われず、油膜の形成が困難となる。一方、内周側領域11の含油率が、20[vоl.%]を超えると、含油率が高すぎる、つまり密度が低すぎることから毛細管力が低下し、外周側から潤滑油を引き込むことが困難になる。そこで、内周側領域11の含油率は、6~20[vоl.%]の範囲内とすることが好ましい。
外周側領域12の含油率は、12~26[vоl.%]の範囲内となっている。すなわち、外周側領域12の含油率が、12[vоl.%]未満となると、内周側領域との密度差が少なくなり、内周側領域への潤滑油の移動が困難になる。一方、外周側領域12の含油率が、26[vоl.%]を超えると、含油率が高すぎる、つまり密度が低すぎることから毛細管力が低下し、端面および外径側からの潤滑剤の漏れが発生し易くなる。そこで、外周側領域12の含油率は、12~26[vоl.%]の範囲内とすることが好ましい。
内周側領域11の含油率は、6~20[vоl.%]の範囲内となっている。すなわち、内周側領域11の含油率が、6[vоl.%]未満となると、内周側領域11の内部から軸受面s1への潤滑剤の引き出しが円滑に行われず、油膜の形成が困難となる。一方、内周側領域11の含油率が、20[vоl.%]を超えると、含油率が高すぎる、つまり密度が低すぎることから毛細管力が低下し、外周側から潤滑油を引き込むことが困難になる。そこで、内周側領域11の含油率は、6~20[vоl.%]の範囲内とすることが好ましい。
外周側領域12の含油率は、12~26[vоl.%]の範囲内となっている。すなわち、外周側領域12の含油率が、12[vоl.%]未満となると、内周側領域との密度差が少なくなり、内周側領域への潤滑油の移動が困難になる。一方、外周側領域12の含油率が、26[vоl.%]を超えると、含油率が高すぎる、つまり密度が低すぎることから毛細管力が低下し、端面および外径側からの潤滑剤の漏れが発生し易くなる。そこで、外周側領域12の含油率は、12~26[vоl.%]の範囲内とすることが好ましい。
特に、焼結含油軸受2の端面s2及び外周面s3には、表面気孔を封孔(縮小)する封孔処理が施されている。この際、両端面s2(一方側の端面s2及び他方側の端面s2)において、封孔処理が施される。また、各端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12の両方)において、封孔処理が施されている。さらに、外周面s3の全体において、封孔処理が施されている。一方、軸受面s1においては、封孔処理が施されていない。
各端面s2の表面気孔率は、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなっている。また、外周面s3の表面気孔率は、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなっている。
各端面s2及び外周面s3の表面気孔率は、5~30%の範囲内とされている。すなわち、端面s2及び外周面s3の表面気孔率が5%未満となると、端面s2及び外周面s3からの空気の流入が困難となることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、端面s2及び外周面s3の表面気孔率が30%を超えると、端面s2及び外周面s3から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、端面s2及び外周面s3の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面s2及び外周面s3からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。特に、端面s2及び外周面s3の表面気孔率は、5~20%の範囲内とすることが好ましい。これによって、上記の効果を強調することが可能となる。
軸受面s1の表面気孔率は、5~60%の範囲内とされている。すなわち、軸受面s1の表面気孔率が5%未満となると、回転軸21の回転時において、内周側領域11の内部から軸受面s1への潤滑剤の引き出しが円滑に行われず、油膜の形成が困難となる恐れがある。一方、軸受面s1の表面気孔率が60%を超えると、軸受面s1における油膜圧力のリークが起こりやすくなり、潤滑不足になる恐れがある。そこで、軸受面s1の表面気孔率について、5~60%の範囲内とすることで、内周側領域11の内部から軸受面s1への潤滑剤の引き出しを損なうことなく、軸受面s1における油膜圧力のリークを抑えて潤滑性を向上させることが可能となる。特に、軸受面s1の表面気孔率は、10~40%の範囲内とすることが好ましい。これによって、上記の効果を強調することが可能となる。
各端面s2の表面気孔率は、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなっている。また、外周面s3の表面気孔率は、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなっている。
各端面s2及び外周面s3の表面気孔率は、5~30%の範囲内とされている。すなわち、端面s2及び外周面s3の表面気孔率が5%未満となると、端面s2及び外周面s3からの空気の流入が困難となることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、端面s2及び外周面s3の表面気孔率が30%を超えると、端面s2及び外周面s3から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、端面s2及び外周面s3の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面s2及び外周面s3からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。特に、端面s2及び外周面s3の表面気孔率は、5~20%の範囲内とすることが好ましい。これによって、上記の効果を強調することが可能となる。
軸受面s1の表面気孔率は、5~60%の範囲内とされている。すなわち、軸受面s1の表面気孔率が5%未満となると、回転軸21の回転時において、内周側領域11の内部から軸受面s1への潤滑剤の引き出しが円滑に行われず、油膜の形成が困難となる恐れがある。一方、軸受面s1の表面気孔率が60%を超えると、軸受面s1における油膜圧力のリークが起こりやすくなり、潤滑不足になる恐れがある。そこで、軸受面s1の表面気孔率について、5~60%の範囲内とすることで、内周側領域11の内部から軸受面s1への潤滑剤の引き出しを損なうことなく、軸受面s1における油膜圧力のリークを抑えて潤滑性を向上させることが可能となる。特に、軸受面s1の表面気孔率は、10~40%の範囲内とすることが好ましい。これによって、上記の効果を強調することが可能となる。
(焼結含油軸受2の作用)
以上により、焼結含油軸受2では、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高くなるように、内周側領域11と外周側領域12との間において、密度勾配が設けられている。これによって、特に、低温時において、潤滑剤の体積が収縮した場合であっても、毛細管力により、外周側領域12に含浸されている潤滑剤を、内周側領域11に移動させることができ、その結果、軸受面s1における油膜形成を促進することが可能となる。したがって、低温時における起動特性を向上することが可能となる。また、軸受面s1における油膜形成が促進されることにより、軸受面s1の摩耗が抑制され、焼結含油軸受2の寿命を長期化することが可能となる。
また、焼結含油軸受2では、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高いことで、回転軸21の振動による軸受面s1の疲労摩耗の発生を抑制することが可能となる。
さらに、焼結含油軸受2では、外周側領域12の含油率が、内周側領域11の含油率よりも高いことで、モータハウジング40に圧入する際に、軸受孔hの収縮を抑制することが可能となる。
ここで、外周側領域12の密度を相対的に低くすると、これに伴い、外周側領域12の表面気孔率が高くなる。そして、外周側領域12の表面気孔率が高くなると、外周側領域12の表面(端面s2及び外周面s3)から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、軸受面s1における油膜圧力が低下する恐れがある。
そこで、焼結含油軸受2では、外周側領域12の密度を相対的に低くしつつ、外周側領域12の表面気孔率を軸受面s1の表面気孔率に対して低くしている。すなわち、焼結含油軸受2の端面s2及び外周面s3において、封孔処理が施され、端面s2及び外周面s3の表面気孔率が、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなっている。
これによって、内周側領域11と外周側領域12との間において密度勾配が設けられていることによる効果を維持しつつ、特に、相対的に密度が低い外周側領域12の表面(端面s2及び外周面s3)からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができ、その結果、軸受面s1における油膜圧力の低下を抑制することが可能となる。
また、焼結含油軸受2では、端面s2において封孔処理が施されていることで、端面s2の表面粗度が向上し、スラスト荷重を支える場合、特に、スラストワッシャと摺動する場合の摺動特性を向上することが可能となる。
以上により、焼結含油軸受2では、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高くなるように、内周側領域11と外周側領域12との間において、密度勾配が設けられている。これによって、特に、低温時において、潤滑剤の体積が収縮した場合であっても、毛細管力により、外周側領域12に含浸されている潤滑剤を、内周側領域11に移動させることができ、その結果、軸受面s1における油膜形成を促進することが可能となる。したがって、低温時における起動特性を向上することが可能となる。また、軸受面s1における油膜形成が促進されることにより、軸受面s1の摩耗が抑制され、焼結含油軸受2の寿命を長期化することが可能となる。
また、焼結含油軸受2では、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高いことで、回転軸21の振動による軸受面s1の疲労摩耗の発生を抑制することが可能となる。
さらに、焼結含油軸受2では、外周側領域12の含油率が、内周側領域11の含油率よりも高いことで、モータハウジング40に圧入する際に、軸受孔hの収縮を抑制することが可能となる。
ここで、外周側領域12の密度を相対的に低くすると、これに伴い、外周側領域12の表面気孔率が高くなる。そして、外周側領域12の表面気孔率が高くなると、外周側領域12の表面(端面s2及び外周面s3)から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、軸受面s1における油膜圧力が低下する恐れがある。
そこで、焼結含油軸受2では、外周側領域12の密度を相対的に低くしつつ、外周側領域12の表面気孔率を軸受面s1の表面気孔率に対して低くしている。すなわち、焼結含油軸受2の端面s2及び外周面s3において、封孔処理が施され、端面s2及び外周面s3の表面気孔率が、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなっている。
これによって、内周側領域11と外周側領域12との間において密度勾配が設けられていることによる効果を維持しつつ、特に、相対的に密度が低い外周側領域12の表面(端面s2及び外周面s3)からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することができ、その結果、軸受面s1における油膜圧力の低下を抑制することが可能となる。
また、焼結含油軸受2では、端面s2において封孔処理が施されていることで、端面s2の表面粗度が向上し、スラスト荷重を支える場合、特に、スラストワッシャと摺動する場合の摺動特性を向上することが可能となる。
(焼結含油軸受2の変形例)
ここで、焼結含油軸受2では、軸受面s1において、軸方向に沿って延びる直線溝が設けられている構成としても構わない。特に、軸受面s1において、所定の間隔で、複数の直線溝が設けられている構成としても構わない。
かかる構成により、特に、低温時において、軸受面s1に存在する高粘度となった潤滑剤を、直線溝内に逃がすことができ、起動を安定させることが可能となる。
ここで、焼結含油軸受2では、軸受面s1において、軸方向に沿って延びる直線溝が設けられている構成としても構わない。特に、軸受面s1において、所定の間隔で、複数の直線溝が設けられている構成としても構わない。
かかる構成により、特に、低温時において、軸受面s1に存在する高粘度となった潤滑剤を、直線溝内に逃がすことができ、起動を安定させることが可能となる。
(焼結含油軸受2の製造方法)
次に、焼結含油軸受2の製造方法を説明する。
図3は、焼結含油軸受2の製造工程のフローチャートである。
図3に示すように、焼結含油軸受2の製造においては、まず、攪拌工程を実施する。攪拌工程では、金属粉末に金型潤滑剤を加えて、攪拌混合して、原料粉末を生成する。
金属粉末としては、銅粉、青銅粉、黄銅粉、リン銅粉、洋白粉、鉄粉、錫粉、銅ニッケル合金粉、銅被覆鉄粉、ステンレス粉、これらの混合粉等を用いることができる。金型潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムなどに代表される金属石鹸の粉末や、エチレンビスステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドの粉末、もしくはポリエチレンなどのワックス系潤滑剤の粉末を用いることができる。また、焼結含油軸受2の使用用途によっては、金属粉末とは別に、黒鉛、二硫化モリブデン、ボロンナイトライド等の固体潤滑剤の粉末を添加しても構わない。なお、金属粉末、金型潤滑剤、固体潤滑剤、及び、酸化防止剤は、これらに限定したものではない。
次に、焼結含油軸受2の製造方法を説明する。
図3は、焼結含油軸受2の製造工程のフローチャートである。
図3に示すように、焼結含油軸受2の製造においては、まず、攪拌工程を実施する。攪拌工程では、金属粉末に金型潤滑剤を加えて、攪拌混合して、原料粉末を生成する。
金属粉末としては、銅粉、青銅粉、黄銅粉、リン銅粉、洋白粉、鉄粉、錫粉、銅ニッケル合金粉、銅被覆鉄粉、ステンレス粉、これらの混合粉等を用いることができる。金型潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムなどに代表される金属石鹸の粉末や、エチレンビスステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドの粉末、もしくはポリエチレンなどのワックス系潤滑剤の粉末を用いることができる。また、焼結含油軸受2の使用用途によっては、金属粉末とは別に、黒鉛、二硫化モリブデン、ボロンナイトライド等の固体潤滑剤の粉末を添加しても構わない。なお、金属粉末、金型潤滑剤、固体潤滑剤、及び、酸化防止剤は、これらに限定したものではない。
次に、圧粉成形工程を実施する。圧粉成形工程では、原料粉末を、100~500MPa程度の圧力で、金型内でプレス成形し、圧粉体を形成する。
次に、焼結工程を実施する。焼結工程では、圧粉体を、所定の雰囲気・所定の温度条件で焼結し、焼結体を形成する。圧粉体を焼結することにより、隣接する金属粒子が拡散接合され、金属粒子が結合して、多孔質の焼結体が形成される。ここで、焼結を実施する所定の雰囲気は、真空中、還元性ガス中(アンモニア分解ガス、水素ガス、エンドサーミックガスなど)、不活性ガス中(窒素ガス、アルゴンガスなど)、及び、これら還元性ガスと不活性ガスの混合ガス等で、原料粉末の組成によって適宜選択する。また、焼結を実施する所定の温度条件は、600~1200℃程度が実用的であり、原料粉末の組成によって適宜選択する。
次に、焼結工程を実施する。焼結工程では、圧粉体を、所定の雰囲気・所定の温度条件で焼結し、焼結体を形成する。圧粉体を焼結することにより、隣接する金属粒子が拡散接合され、金属粒子が結合して、多孔質の焼結体が形成される。ここで、焼結を実施する所定の雰囲気は、真空中、還元性ガス中(アンモニア分解ガス、水素ガス、エンドサーミックガスなど)、不活性ガス中(窒素ガス、アルゴンガスなど)、及び、これら還元性ガスと不活性ガスの混合ガス等で、原料粉末の組成によって適宜選択する。また、焼結を実施する所定の温度条件は、600~1200℃程度が実用的であり、原料粉末の組成によって適宜選択する。
次に、封孔工程を実施する。封孔工程では、焼結体の端面s2及び外周面s3において、表面気孔を封孔(縮小)する封孔処理が施される。本実施形態では、封孔処理として、共摺り処理又はバレル研磨処理が実施される。
共摺り処理は、複数の焼結体を収容した容器を回転させることにより、焼結体が相互に擦れ合うことで、各焼結体の表面を研磨する処理となっている。
バレル研磨処理は、複数の焼結体及び複数の研磨メディア(セラミック製のチップ等)を収容した容器を振動させることにより、焼結体及び研磨メディアが相互に擦れ合うことで、各焼結体の表面を研磨する処理となっている。
封孔工程では、焼結体の軸受面s1において、封孔処理が施されないように、研磨メディアの形状・大きさが調整されている。これによって、封孔工程では、焼結体の表面のうち、両端面s2(一方側の端面s2及び他方側の端面s2)及び外周面s3において、封孔処理が施され、軸受面s1において、封孔処理が施されない。この際、各端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12の両方)及び外周面s3の全体において、封孔処理が施される。
特に、封孔工程では、各端面s2の表面気孔率が、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなるように、各端面s2において、封孔処理が施される。また、外周面s3の表面気孔率が、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなるように、外周面s3において、封孔処理が施される。
本実施形態では、封孔工程が実施される前の各端面s2の表面気孔率は、30~60%の範囲内となっている。また、封孔工程が実施される前の外周面s3の表面気孔率は、30~60%の範囲内となっている。そして、封孔工程(及び、サイジング工程)が実施されることにより、各端面s2の表面気孔率が、5~30%の範囲内(好ましくは、5~20%の範囲内)とされる。また、封孔工程(及び、サイジング工程)が実施されることにより、外周面s3の表面気孔率が、5~30%の範囲内(好ましくは、5~20%の範囲内)とされる。一方、封孔工程が実施された後(サイジング工程が実行された後)における軸受面s1の表面気孔率は、5~60%の範囲内(好ましくは、10~40%の範囲内)となっている。
共摺り処理は、複数の焼結体を収容した容器を回転させることにより、焼結体が相互に擦れ合うことで、各焼結体の表面を研磨する処理となっている。
バレル研磨処理は、複数の焼結体及び複数の研磨メディア(セラミック製のチップ等)を収容した容器を振動させることにより、焼結体及び研磨メディアが相互に擦れ合うことで、各焼結体の表面を研磨する処理となっている。
封孔工程では、焼結体の軸受面s1において、封孔処理が施されないように、研磨メディアの形状・大きさが調整されている。これによって、封孔工程では、焼結体の表面のうち、両端面s2(一方側の端面s2及び他方側の端面s2)及び外周面s3において、封孔処理が施され、軸受面s1において、封孔処理が施されない。この際、各端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12の両方)及び外周面s3の全体において、封孔処理が施される。
特に、封孔工程では、各端面s2の表面気孔率が、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなるように、各端面s2において、封孔処理が施される。また、外周面s3の表面気孔率が、軸受面s1の表面気孔率よりも低くなるように、外周面s3において、封孔処理が施される。
本実施形態では、封孔工程が実施される前の各端面s2の表面気孔率は、30~60%の範囲内となっている。また、封孔工程が実施される前の外周面s3の表面気孔率は、30~60%の範囲内となっている。そして、封孔工程(及び、サイジング工程)が実施されることにより、各端面s2の表面気孔率が、5~30%の範囲内(好ましくは、5~20%の範囲内)とされる。また、封孔工程(及び、サイジング工程)が実施されることにより、外周面s3の表面気孔率が、5~30%の範囲内(好ましくは、5~20%の範囲内)とされる。一方、封孔工程が実施された後(サイジング工程が実行された後)における軸受面s1の表面気孔率は、5~60%の範囲内(好ましくは、10~40%の範囲内)となっている。
次に、一次油浸工程を実施する。一次油浸工程では、焼結体を一定時間浸漬させることで、焼結体の内部にサイジング用潤滑油を含浸する。これにより、後工程のサイジング工程において金型の摩耗を抑制することができ、また工程滞留中の錆の発生を抑制することができる。
なお、本実施形態では、一次油浸工程を実施する前において、封孔工程を実施している。しかしながら、一次油浸工程を実施した後において、封孔工程を実施しても構わない。
次に、サイジング工程を実施する。サイジング工程では、封孔工程を経た焼結体を、所定の圧力で、金型内でサイジング(再圧縮)し、圧縮成形体を形成する。サイジング工程では、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高くなるように、焼結体が圧縮される。すなわち、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体が圧縮される。これによって、内周側領域11の含油率が、外周側領域12の含油率よりも低くなる。特に、サイジング工程が施されることにより、内周側領域11の含油率が6~20[vоl.%]の範囲内となり、外周側領域12の含油率が、12~26[vol.%]の範囲内となる。特に、サイジング工程が施されることにより、内周側領域11の含油率が6~20[vоl.%]の範囲内となり、外周側領域12の含油率が、12~26[vol.%]の範囲内となり、かつ、内周側領域11の含油率が外周側領域12の含油率より2~10[vol.%]低くなる。
次に、洗浄工程を実施する。洗浄工程では、圧縮成形体に洗浄処理を施して、加工によって生じた金属屑、サイジング用潤滑油等を除去する。
次に、真空油浸工程を実施する。真空油浸工程では、真空中において、圧縮成形体の内部に潤滑剤を含浸する。
次に、遠心脱油工程を実施する。遠心脱油工程では、潤滑剤が含浸された圧縮成形体を収容した容器を回転させることで、圧縮成形体表面に残留した余分な潤滑剤を取り除く。
以上により、焼結含油軸受2が製造される。
なお、本実施形態では、一次油浸工程を実施する前において、封孔工程を実施している。しかしながら、一次油浸工程を実施した後において、封孔工程を実施しても構わない。
次に、サイジング工程を実施する。サイジング工程では、封孔工程を経た焼結体を、所定の圧力で、金型内でサイジング(再圧縮)し、圧縮成形体を形成する。サイジング工程では、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高くなるように、焼結体が圧縮される。すなわち、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体が圧縮される。これによって、内周側領域11の含油率が、外周側領域12の含油率よりも低くなる。特に、サイジング工程が施されることにより、内周側領域11の含油率が6~20[vоl.%]の範囲内となり、外周側領域12の含油率が、12~26[vol.%]の範囲内となる。特に、サイジング工程が施されることにより、内周側領域11の含油率が6~20[vоl.%]の範囲内となり、外周側領域12の含油率が、12~26[vol.%]の範囲内となり、かつ、内周側領域11の含油率が外周側領域12の含油率より2~10[vol.%]低くなる。
次に、洗浄工程を実施する。洗浄工程では、圧縮成形体に洗浄処理を施して、加工によって生じた金属屑、サイジング用潤滑油等を除去する。
次に、真空油浸工程を実施する。真空油浸工程では、真空中において、圧縮成形体の内部に潤滑剤を含浸する。
次に、遠心脱油工程を実施する。遠心脱油工程では、潤滑剤が含浸された圧縮成形体を収容した容器を回転させることで、圧縮成形体表面に残留した余分な潤滑剤を取り除く。
以上により、焼結含油軸受2が製造される。
(圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法)
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する。
図4は、第1例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。図5は、第2例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。図6は、第3例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。図7は、第4例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する。
図4は、第1例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。図5は、第2例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。図6は、第3例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。図7は、第4例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法を説明する図である。
(第1例)
まず、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第1例を説明する。
第1例では、圧粉成形工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みよりも大きく構成された圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第1例では、図4(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型100と、下側金型110と、を用いて、圧粉体Aを形成する。上側金型100及び下側金型110は、互いに独立した金型となっている。上側金型100及び下側金型110は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型100の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面101、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面102が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面102よりも第1圧縮面101の方が高い位置に設けられている。第1圧縮面101及び第2圧縮面102は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面101及び第2圧縮面102は、テーパー面103を介して、段差状に連続している。
下側金型110の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面111、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面112が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面112よりも第1圧縮面111の方が低い位置に設けられている。第1圧縮面111及び第2圧縮面112は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面111及び第2圧縮面112は、テーパー面113を介して、段差状に連続している。
圧粉成形工程では、上側金型100及び下側金型110を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、第1圧縮面101及び第1圧縮面111が、相対するように配置される。また、第2圧縮面102及び第2圧縮面112が、相対するように配置される。そして、上側金型100により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型110により、圧粉体Aの下側の端面s2が成形される。これによって、圧粉体Aにおいて、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが大きく構成された内周側領域11と、が形成される。圧粉体Aの各端面s2では、内周側領域11及び外周側領域12が、テーパー面を介して、段差状に連続している状態となる。これによって、サイジング工程において、焼結体を圧縮する際に、各端面s2を平坦とすることが容易となる。
ここで、圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの5~20%の範囲内となっている。
まず、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第1例を説明する。
第1例では、圧粉成形工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みよりも大きく構成された圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第1例では、図4(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型100と、下側金型110と、を用いて、圧粉体Aを形成する。上側金型100及び下側金型110は、互いに独立した金型となっている。上側金型100及び下側金型110は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型100の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面101、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面102が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面102よりも第1圧縮面101の方が高い位置に設けられている。第1圧縮面101及び第2圧縮面102は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面101及び第2圧縮面102は、テーパー面103を介して、段差状に連続している。
下側金型110の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面111、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面112が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面112よりも第1圧縮面111の方が低い位置に設けられている。第1圧縮面111及び第2圧縮面112は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面111及び第2圧縮面112は、テーパー面113を介して、段差状に連続している。
圧粉成形工程では、上側金型100及び下側金型110を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、第1圧縮面101及び第1圧縮面111が、相対するように配置される。また、第2圧縮面102及び第2圧縮面112が、相対するように配置される。そして、上側金型100により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型110により、圧粉体Aの下側の端面s2が成形される。これによって、圧粉体Aにおいて、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが大きく構成された内周側領域11と、が形成される。圧粉体Aの各端面s2では、内周側領域11及び外周側領域12が、テーパー面を介して、段差状に連続している状態となる。これによって、サイジング工程において、焼結体を圧縮する際に、各端面s2を平坦とすることが容易となる。
ここで、圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの5~20%の範囲内となっている。
また、第1例では、図4(b)に示すように、サイジング工程において、上側金型120と、下側金型130と、を用いて、圧縮成形体Bを形成する。上側金型120及び下側金型130は、互いに独立した金型となっている。上側金型120及び下側金型130は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型120の下面(底面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面121が設けられている。圧縮面121は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
下側金型130の上面(天面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面131が設けられている。圧縮面131は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
サイジング工程では、上側金型120及び下側金型130を用いて、焼結体が圧縮される。この際、圧縮面121及び圧縮面131が、相対するように配置される。そして、上側金型120により、焼結体の上側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮され、下側金型130により、焼結体の下側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bの上側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、諸結体が圧縮される。また、圧縮成形体Bの下側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。その結果、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体を圧縮することができる。したがって、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
上側金型120の下面(底面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面121が設けられている。圧縮面121は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
下側金型130の上面(天面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面131が設けられている。圧縮面131は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
サイジング工程では、上側金型120及び下側金型130を用いて、焼結体が圧縮される。この際、圧縮面121及び圧縮面131が、相対するように配置される。そして、上側金型120により、焼結体の上側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮され、下側金型130により、焼結体の下側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bの上側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、諸結体が圧縮される。また、圧縮成形体Bの下側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。その結果、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体を圧縮することができる。したがって、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
(第2例)
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第2例を説明する。
第2例では、圧粉成形工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みより小さくなるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第2例では、図5(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型200と、下側金型210と、を用いて、圧粉体を形成する。上側金型200及び下側金型210は、互いに独立した金型となっている。上側金型200及び下側金型210は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型200の下面(底面)には、圧縮面201が設けられている。圧縮面201は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。また、下側金型210の上面(天面)には、圧縮面211が設けられている。圧縮面211は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
圧粉成形工程では、上側金型200及び下側金型210を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、圧縮面201及び圧縮面211が、相対するように配置される。そして、上側金型200により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型210により、圧粉体Aの下側の端面s2が成形される。これによって、圧粉体Aの各端面s2について、全体が平坦な水平面とされる。
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第2例を説明する。
第2例では、圧粉成形工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みより小さくなるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第2例では、図5(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型200と、下側金型210と、を用いて、圧粉体を形成する。上側金型200及び下側金型210は、互いに独立した金型となっている。上側金型200及び下側金型210は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型200の下面(底面)には、圧縮面201が設けられている。圧縮面201は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。また、下側金型210の上面(天面)には、圧縮面211が設けられている。圧縮面211は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
圧粉成形工程では、上側金型200及び下側金型210を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、圧縮面201及び圧縮面211が、相対するように配置される。そして、上側金型200により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型210により、圧粉体Aの下側の端面s2が成形される。これによって、圧粉体Aの各端面s2について、全体が平坦な水平面とされる。
また、第2例では、図5(b)に示すように、サイジング工程において、上側金型220と、下側金型230と、を用いて、圧縮成形体Bを形成する。上側金型220及び下側金型230は、互いに独立した金型となっている。上側金型220及び下側金型230は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型220の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面221、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面222が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面222よりも第1圧縮面221の方が低い位置に設けられている。第1圧縮面221及び第2圧縮面222は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面221及び第2圧縮面222は、テーパー面223を介して、段差状に連続している。
下側金型230の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面231、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面232が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面232よりも第1圧縮面231の方が高い位置に設けられている。第1圧縮面231及び第2圧縮面232は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面231及び第2圧縮面232は、テーパー面233を介して、段差状に連続している。
サイジング工程では、上側金型220及び下側金型230を用いて、焼結体が圧縮される。この際、第1圧縮面221及び第1圧縮面231が、相対するように配置される。また、第2圧縮面222及び第2圧縮面232が、相対するように配置される。そして、上側金型220により、焼結体の上側の端面s2が圧縮され、下側金型230により、焼結体の下側の端面s2が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bにおいて、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが小さく構成された内周側領域11と、が形成される。すなわち、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体が圧縮される。その結果、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
上側金型220の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面221、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面222が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面222よりも第1圧縮面221の方が低い位置に設けられている。第1圧縮面221及び第2圧縮面222は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面221及び第2圧縮面222は、テーパー面223を介して、段差状に連続している。
下側金型230の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面231、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面232が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面232よりも第1圧縮面231の方が高い位置に設けられている。第1圧縮面231及び第2圧縮面232は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面231及び第2圧縮面232は、テーパー面233を介して、段差状に連続している。
サイジング工程では、上側金型220及び下側金型230を用いて、焼結体が圧縮される。この際、第1圧縮面221及び第1圧縮面231が、相対するように配置される。また、第2圧縮面222及び第2圧縮面232が、相対するように配置される。そして、上側金型220により、焼結体の上側の端面s2が圧縮され、下側金型230により、焼結体の下側の端面s2が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bにおいて、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが小さく構成された内周側領域11と、が形成される。すなわち、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体が圧縮される。その結果、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
(第3例)
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第3例を説明する。
第3例では、圧粉成形工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みよりも大きく構成された圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第3例では、図6(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型300と、下側金型310と、を用いて、圧粉体を形成する。上側金型300及び下側金型310は、互いに独立した金型となっている。上側金型300及び下側金型310は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型300は、内周側領域11に対応する第1上側金型301と、外周側領域12に対応する第2上側金型302と、から構成されている。第1上側金型301及び第2上側金型302は、互いに独立した(個別の)金型となっている。第1上側金型301及び第2上側金型302は、それぞれ、円環状に形成されている。第1上側金型301は、第2上側金型302の内側に配置されている。特に、第1上側金型301は、第2上側金型302に対する鉛直方向の位置を任意に変更することが可能となっている。
第1上側金型301の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面301aが設けられている。第2上側金型302の下面(底面)には、外周側領域12に対応する第2圧縮面302aが設けられている。第1圧縮面301a及び第2圧縮面302aは、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。第1圧縮面301a及び第2圧縮面302aは、段差状に配置される。この際、第2圧縮面302aよりも第1圧縮面301aの方が高い位置に配置される。特に、第2上側金型302に対する第1上側金型301の鉛直方向の位置を調整することで、第2圧縮面302aに対する第1圧縮面301aの高さを調整することが可能となり、ひいては、外周側領域12の圧縮率及び内周側領域11の圧縮率の両方を任意にコントロールすることが可能となる。
下側金型310は、内周側領域11に対応する第1下側金型311と、外周側領域12に対応する第2下側金型312と、から構成されている。第1下側金型311及び第2下側金型312は、互いに独立した(個別の)金型となっている。第1下側金型311及び第2下側金型312は、それぞれ、円環状に形成されている。第1下側金型311は、第2下側金型312の内側に配置されている。特に、第1下側金型311は、第2下側金型312に対する鉛直方向の位置を任意に変更することが可能となっている。
第1下側金型311の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面311aが設けられている。第2下側金型312の上面(天面)には、外周側領域12に対応する第2圧縮面312aが設けられている。第1圧縮面311a及び第2圧縮面312aは、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。第1圧縮面311a及び第2圧縮面312aは、段差状に配置される。この際、第2圧縮面312aよりも第1圧縮面311aの方が低い位置に配置される。特に、第2下側金型312に対する第1下側金型311の鉛直方向の位置を調整することで、第2圧縮面312aに対する第1圧縮面311aの高さを調整することが可能となり、ひいては、外周側領域12の圧縮率及び内周側領域11の圧縮率の両方を任意にコントロールすることが可能となる。
圧粉成形工程では、上側金型300及び下側金型310を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、第1圧縮面301a及び第1圧縮面311aが、相対するように配置される。また、第2圧縮面302a及び第2圧縮面312aが、相対するように配置される。そして、上側金型300により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型310により、圧粉体Aの下側の端面s2が成形される。これによって、圧粉体において、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが大きく構成された内周側領域11と、が形成される。圧粉体Aの各端面s2では、内周側領域11及び外周側領域12が、テーパー面を介して、段差状に連続している状態となる。これによって、サイジング工程において、焼結体を圧縮する際に、各端面s2を平坦とすることが容易となる。
ここで、圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの5~20%の範囲内となっている。
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第3例を説明する。
第3例では、圧粉成形工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みよりも大きく構成された圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第3例では、図6(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型300と、下側金型310と、を用いて、圧粉体を形成する。上側金型300及び下側金型310は、互いに独立した金型となっている。上側金型300及び下側金型310は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型300は、内周側領域11に対応する第1上側金型301と、外周側領域12に対応する第2上側金型302と、から構成されている。第1上側金型301及び第2上側金型302は、互いに独立した(個別の)金型となっている。第1上側金型301及び第2上側金型302は、それぞれ、円環状に形成されている。第1上側金型301は、第2上側金型302の内側に配置されている。特に、第1上側金型301は、第2上側金型302に対する鉛直方向の位置を任意に変更することが可能となっている。
第1上側金型301の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面301aが設けられている。第2上側金型302の下面(底面)には、外周側領域12に対応する第2圧縮面302aが設けられている。第1圧縮面301a及び第2圧縮面302aは、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。第1圧縮面301a及び第2圧縮面302aは、段差状に配置される。この際、第2圧縮面302aよりも第1圧縮面301aの方が高い位置に配置される。特に、第2上側金型302に対する第1上側金型301の鉛直方向の位置を調整することで、第2圧縮面302aに対する第1圧縮面301aの高さを調整することが可能となり、ひいては、外周側領域12の圧縮率及び内周側領域11の圧縮率の両方を任意にコントロールすることが可能となる。
下側金型310は、内周側領域11に対応する第1下側金型311と、外周側領域12に対応する第2下側金型312と、から構成されている。第1下側金型311及び第2下側金型312は、互いに独立した(個別の)金型となっている。第1下側金型311及び第2下側金型312は、それぞれ、円環状に形成されている。第1下側金型311は、第2下側金型312の内側に配置されている。特に、第1下側金型311は、第2下側金型312に対する鉛直方向の位置を任意に変更することが可能となっている。
第1下側金型311の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面311aが設けられている。第2下側金型312の上面(天面)には、外周側領域12に対応する第2圧縮面312aが設けられている。第1圧縮面311a及び第2圧縮面312aは、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。第1圧縮面311a及び第2圧縮面312aは、段差状に配置される。この際、第2圧縮面312aよりも第1圧縮面311aの方が低い位置に配置される。特に、第2下側金型312に対する第1下側金型311の鉛直方向の位置を調整することで、第2圧縮面312aに対する第1圧縮面311aの高さを調整することが可能となり、ひいては、外周側領域12の圧縮率及び内周側領域11の圧縮率の両方を任意にコントロールすることが可能となる。
圧粉成形工程では、上側金型300及び下側金型310を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、第1圧縮面301a及び第1圧縮面311aが、相対するように配置される。また、第2圧縮面302a及び第2圧縮面312aが、相対するように配置される。そして、上側金型300により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型310により、圧粉体Aの下側の端面s2が成形される。これによって、圧粉体において、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが大きく構成された内周側領域11と、が形成される。圧粉体Aの各端面s2では、内周側領域11及び外周側領域12が、テーパー面を介して、段差状に連続している状態となる。これによって、サイジング工程において、焼結体を圧縮する際に、各端面s2を平坦とすることが容易となる。
ここで、圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの5~20%の範囲内となっている。
また、第3例では、図6(b)に示すように、サイジング工程において、上側金型320と、下側金型330と、を用いて、圧縮成形体を形成する。上側金型320及び下側金型330は、互いに独立した金型となっている。上側金型320及び下側金型330は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型320の下面(底面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面321が設けられている。圧縮面321は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
下側金型330の上面(天面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面331が設けられている。圧縮面331は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
サイジング工程では、上側金型320及び下側金型330を用いて、焼結体が圧縮される。この際、圧縮面321及び圧縮面331が、相対するように配置される。そして、上側金型320により、焼結体の上側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮され、下側金型330により、焼結体の下側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bの上側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。また、圧縮成形体Bの下側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。その結果、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体を圧縮することができる。したがって、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
上側金型320の下面(底面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面321が設けられている。圧縮面321は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
下側金型330の上面(天面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面331が設けられている。圧縮面331は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
サイジング工程では、上側金型320及び下側金型330を用いて、焼結体が圧縮される。この際、圧縮面321及び圧縮面331が、相対するように配置される。そして、上側金型320により、焼結体の上側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮され、下側金型330により、焼結体の下側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bの上側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。また、圧縮成形体Bの下側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。その結果、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体を圧縮することができる。したがって、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
(第4例)
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第4例を説明する。
第4例では、圧粉成形工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みよりも大きく構成された圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第4例では、図7(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型400と、下側金型410と、を用いて、圧粉体Aを形成する。上側金型400及び下側金型410は、互いに独立した金型となっている。上側金型400及び下側金型410は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型400の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面401、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面402が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面402よりも第1圧縮面401の方が高い位置に設けられている。第1圧縮面401及び第2圧縮面402は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面401及び第2圧縮面402は、テーパー面403を介して、段差状に連続している。
下側金型410は、内周側領域11に対応する第1下側金型411と、外周側領域12に対応する第2下側金型412と、から構成されている。第1下側金型411及び第2下側金型412は、互いに独立した(個別の)金型となっている。第1下側金型411及び第2下側金型412は、それぞれ、円環状に形成されている。第1下側金型411は、第2下側金型412の内側に配置されている。特に、第1下側金型411は、第2下側金型412に対する鉛直方向の位置を任意に変更することが可能となっている。
第1下側金型411の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面411aが設けられている。第2下側金型412の上面(天面)には、外周側領域12に対応する第2圧縮面412aが設けられている。また、第2下側金型412の内周面には、外周面s3に対応する第3圧縮面412bが設けられている。
第1圧縮面411a及び第2圧縮面412aは、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。第3圧縮面412bは、円環状に延びる曲面となっている。第1圧縮面411a及び第2圧縮面412aは、段差状に配置される。この際、第2圧縮面412aよりも第1圧縮面411aの方が低い位置に配置される。特に、第2下側金型412に対する第1下側金型411の鉛直方向の位置を調整することで、第2圧縮面412aに対する第1圧縮面411aの高さを調整することが可能となり、ひいては、外周側領域12の圧縮率及び内周側領域11の圧縮率の両方を任意にコントロールすることが可能となる。
圧粉成形工程では、上側金型400及び下側金型410を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、第1圧縮面401及び第1圧縮面411aが、相対するように配置される。また、第2圧縮面402及び第2圧縮面412aが、相対するように配置される。そして、上側金型400により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型410により、圧粉体Aの下側の端面s2及び外周面s3が成形される。これによって、圧粉体Aにおいて、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが大きく構成された内周側領域11と、が形成される。圧粉体Aの各端面s2では、内周側領域11及び外周側領域12が、テーパー面を介して、段差状に連続している状態となる。これによって、サイジング工程において、焼結体を圧縮する際に、各端面s2を平坦とすることが容易となる。
ここで、圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの5~20%の範囲内となっている。
次に、圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法の第4例を説明する。
第4例では、圧粉成形工程において、内周側領域11の軸方向の厚みが外周側領域12の軸方向の厚みよりも大きく構成された圧粉体Aを形成し、サイジング工程において、内周側領域11及び外周側領域12について、軸方向の厚みが略同一となるように、焼結体を圧縮することによって、内周側領域11の密度が、外周側領域12の密度よりも高い圧縮形成体Bを形成している。
具体的に、第4例では、図7(a)に示すように、圧粉成形工程において、上側金型400と、下側金型410と、を用いて、圧粉体Aを形成する。上側金型400及び下側金型410は、互いに独立した金型となっている。上側金型400及び下側金型410は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型400の下面(底面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面401、及び、外周側領域12に対応する第2圧縮面402が、段差状に設けられている。この際、第2圧縮面402よりも第1圧縮面401の方が高い位置に設けられている。第1圧縮面401及び第2圧縮面402は、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。そして、第1圧縮面401及び第2圧縮面402は、テーパー面403を介して、段差状に連続している。
下側金型410は、内周側領域11に対応する第1下側金型411と、外周側領域12に対応する第2下側金型412と、から構成されている。第1下側金型411及び第2下側金型412は、互いに独立した(個別の)金型となっている。第1下側金型411及び第2下側金型412は、それぞれ、円環状に形成されている。第1下側金型411は、第2下側金型412の内側に配置されている。特に、第1下側金型411は、第2下側金型412に対する鉛直方向の位置を任意に変更することが可能となっている。
第1下側金型411の上面(天面)には、内周側領域11に対応する第1圧縮面411aが設けられている。第2下側金型412の上面(天面)には、外周側領域12に対応する第2圧縮面412aが設けられている。また、第2下側金型412の内周面には、外周面s3に対応する第3圧縮面412bが設けられている。
第1圧縮面411a及び第2圧縮面412aは、それぞれ、円環状に延びる平坦な水平面となっている。第3圧縮面412bは、円環状に延びる曲面となっている。第1圧縮面411a及び第2圧縮面412aは、段差状に配置される。この際、第2圧縮面412aよりも第1圧縮面411aの方が低い位置に配置される。特に、第2下側金型412に対する第1下側金型411の鉛直方向の位置を調整することで、第2圧縮面412aに対する第1圧縮面411aの高さを調整することが可能となり、ひいては、外周側領域12の圧縮率及び内周側領域11の圧縮率の両方を任意にコントロールすることが可能となる。
圧粉成形工程では、上側金型400及び下側金型410を用いて、原料粉末がプレス成形される。この際、第1圧縮面401及び第1圧縮面411aが、相対するように配置される。また、第2圧縮面402及び第2圧縮面412aが、相対するように配置される。そして、上側金型400により、圧粉体Aの上側の端面s2が成形され、下側金型410により、圧粉体Aの下側の端面s2及び外周面s3が成形される。これによって、圧粉体Aにおいて、外周側領域12と、外周側領域12に対して軸方向の厚みが大きく構成された内周側領域11と、が形成される。圧粉体Aの各端面s2では、内周側領域11及び外周側領域12が、テーパー面を介して、段差状に連続している状態となる。これによって、サイジング工程において、焼結体を圧縮する際に、各端面s2を平坦とすることが容易となる。
ここで、圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの5~20%の範囲内となっている。
また、第4例では、図7(b)に示すように、サイジング工程において、上側金型420と、下側金型430と、を用いて、圧縮成形体Bを形成する。上側金型420及び下側金型430は、互いに独立した金型となっている。上側金型420及び下側金型430は、それぞれ、円環状に形成されている。
上側金型420の下面(底面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面421が設けられている。圧縮面421は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
下側金型430の上面(天面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面431が設けられている。圧縮面431は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
サイジング工程では、上側金型420及び下側金型430を用いて、焼結体が圧縮される。この際、圧縮面421及び圧縮面431が、相対するように配置される。そして、上側金型420により、焼結体の上側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮され、下側金型430により、焼結体の下側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bの上側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。また、圧縮成形体Bの下側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。その結果、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体を圧縮することができる。したがって、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
上側金型420の下面(底面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面421が設けられている。圧縮面421は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
下側金型430の上面(天面)には、内周側領域11及び外周側領域12に対応する圧縮面431が設けられている。圧縮面431は、円環状に延びる平坦な水平面となっている。
サイジング工程では、上側金型420及び下側金型430を用いて、焼結体が圧縮される。この際、圧縮面421及び圧縮面431が、相対するように配置される。そして、上側金型420により、焼結体の上側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮され、下側金型430により、焼結体の下側の端面s2の全体(内周側領域11及び外周側領域12)が圧縮される。これによって、圧縮成形体Bの上側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。また、圧縮成形体Bの下側の端面s2において、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となるように、焼結体が圧縮される。その結果、外周側領域12よりも内周側領域11の方が、圧縮率が高くなるように、焼結体を圧縮することができる。したがって、圧縮成形体Bにおいて、内周側領域11の密度を、外周側領域12の密度よりも高くすることが可能となる。
(焼結含油軸受2の製造方法の作用)
焼結含油軸受2の製造方法では、サイジング工程において、圧粉成形体Bの内周側領域11について外周側領域12よりも密度が高くなるように、焼結体が圧縮される。これによって、毛細管力により、外周側領域12に含浸されている潤滑剤を、内周側領域11に移動させることができ、その結果、軸受面s1における油膜形成を促進することが可能となる。
特に、焼結含油軸受2の製造方法では、封孔工程において、焼結体の端面s2について軸受面s1よりも表面気孔率が低くなるように、焼結体の端面s2の表面気孔が封孔される。これによって、相対的に密度が低い外周側領域12において、端面s2からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
また、焼結含油軸受2の製造方法では、焼結体の端面s2の表面気孔率について、5~30%の範囲内とされる。これによって、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。すなわち、焼結体の端面s2の表面気孔率が5%未満となると、端面s2からの空気の流入が困難となることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、焼結体の端面s2の表面気孔率が30%を超えると、端面s2から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、焼結体の端面s2の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面s2からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
焼結含油軸受2の製造方法では、サイジング工程において、圧粉成形体Bの内周側領域11について外周側領域12よりも密度が高くなるように、焼結体が圧縮される。これによって、毛細管力により、外周側領域12に含浸されている潤滑剤を、内周側領域11に移動させることができ、その結果、軸受面s1における油膜形成を促進することが可能となる。
特に、焼結含油軸受2の製造方法では、封孔工程において、焼結体の端面s2について軸受面s1よりも表面気孔率が低くなるように、焼結体の端面s2の表面気孔が封孔される。これによって、相対的に密度が低い外周側領域12において、端面s2からの潤滑剤の漏れ出しが抑制され、その結果、油膜圧力の低下を抑制することが可能となり、低温時における起動特性を向上することが可能となる。
また、焼結含油軸受2の製造方法では、焼結体の端面s2の表面気孔率について、5~30%の範囲内とされる。これによって、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。すなわち、焼結体の端面s2の表面気孔率が5%未満となると、端面s2からの空気の流入が困難となることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害され、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。一方、焼結体の端面s2の表面気孔率が30%を超えると、端面s2から潤滑剤が漏れ出し易くなり、その結果、油膜圧力が低下する恐れがある。そこで、焼結体の端面s2の表面気孔率について、5~30%の範囲内とすることで、外周側領域12に含浸されている潤滑剤の内周側領域11への送り込みが阻害される事態を抑制しつつ、端面s2からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となり、その結果、油膜圧力の低下を適切に抑制することが可能となる。
(第1実施例)
次に、本発明の第1実施例を説明する。
図8は、原料粉末mpの組成を示す図である。図9は、実施例に係る圧粉体及び圧縮成形体の断面図である。図10は、実施例に係る焼結含油軸受の内径摩耗量と比較例に係る焼結含油軸受の内径摩耗量とを比較した図である。
ここで、図8に示す各数字は、原料粉末mpの全体重量に対する各元素(金属粉末又は固体潤滑剤)の重量の比率を示している(単位:重量%)。また、図9(a)は、圧粉成形工程により成形された圧粉体Aの断面を示し、図9(b)は、サイジング工程により形成された圧縮成形体Bの断面を示している。
本発明の第1実施例として、5種類の焼結含油軸受(実施例a1~a5)を製造した。また、比較例として、5種類の焼結含油軸受(比較例a1~a5)を製造した。
次に、本発明の第1実施例を説明する。
図8は、原料粉末mpの組成を示す図である。図9は、実施例に係る圧粉体及び圧縮成形体の断面図である。図10は、実施例に係る焼結含油軸受の内径摩耗量と比較例に係る焼結含油軸受の内径摩耗量とを比較した図である。
ここで、図8に示す各数字は、原料粉末mpの全体重量に対する各元素(金属粉末又は固体潤滑剤)の重量の比率を示している(単位:重量%)。また、図9(a)は、圧粉成形工程により成形された圧粉体Aの断面を示し、図9(b)は、サイジング工程により形成された圧縮成形体Bの断面を示している。
本発明の第1実施例として、5種類の焼結含油軸受(実施例a1~a5)を製造した。また、比較例として、5種類の焼結含油軸受(比較例a1~a5)を製造した。
実施例a1~a5に係る焼結含油軸受は、上記の焼結含油軸受2の製造方法により製造した。この際、図8に示す原料粉末mpを用いて、上記の第1例に係る圧縮成形体に密度勾配を持たせる方法により、圧粉体A及び圧縮成形体Bを形成した。
図8に示すように、原料粉末mpの組成は、原料粉末の全重量に対する重量比で、35~45重量%の範囲内のFe(鉄)と、2~7重量%の範囲内のSn(錫)と、0.6重量%以下のP(リン)と、1~3重量%の範囲内のC(炭素)と、1重量%以下の不可避的不純物と、を含有し、残部がCu(銅)からなる組成を有している。
実施例a1~a5に係る焼結含油軸受を製造する際には、圧粉成形工程により、図9(a)に示す圧粉体Aを形成した。この圧粉体Aでは、内周側領域11の外径を「e」とし、外径を「b」とし、内径を「a」とした場合、e=(b-a)×(1/2)となっている。ここで、内周側領域11の外径とは、内周側領域11、及び、内周側領域11と外周側領域12とをつなぐテーパー部を含む部分の外径となっている。また、この圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの10%となっている。すなわち、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)を「d」とし、外周側領域12の軸方向の厚みを「c」とした場合、(d-c)=c×0.1となっている。
また、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受を製造する際には、サイジング工程により、図9(b)に示す圧縮成形体Bを形成した。この圧縮成形体Bでは、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となっている。ここで、サイジング工程では、圧縮成形体Bの全長が、圧粉体Aにおける外周側領域12の軸方向の厚みと略一致するように、焼結体が圧縮されている。
図8に示すように、原料粉末mpの組成は、原料粉末の全重量に対する重量比で、35~45重量%の範囲内のFe(鉄)と、2~7重量%の範囲内のSn(錫)と、0.6重量%以下のP(リン)と、1~3重量%の範囲内のC(炭素)と、1重量%以下の不可避的不純物と、を含有し、残部がCu(銅)からなる組成を有している。
実施例a1~a5に係る焼結含油軸受を製造する際には、圧粉成形工程により、図9(a)に示す圧粉体Aを形成した。この圧粉体Aでは、内周側領域11の外径を「e」とし、外径を「b」とし、内径を「a」とした場合、e=(b-a)×(1/2)となっている。ここで、内周側領域11の外径とは、内周側領域11、及び、内周側領域11と外周側領域12とをつなぐテーパー部を含む部分の外径となっている。また、この圧粉体Aでは、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)と、外周側領域12の軸方向の厚みと、の差が、外周側領域12の軸方向の厚みの10%となっている。すなわち、圧粉体Aの軸方向の全長(=内周側領域11の軸方向の厚み)を「d」とし、外周側領域12の軸方向の厚みを「c」とした場合、(d-c)=c×0.1となっている。
また、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受を製造する際には、サイジング工程により、図9(b)に示す圧縮成形体Bを形成した。この圧縮成形体Bでは、外周側領域12及び内周側領域11が、略一連の平坦な水平面となっている。ここで、サイジング工程では、圧縮成形体Bの全長が、圧粉体Aにおける外周側領域12の軸方向の厚みと略一致するように、焼結体が圧縮されている。
一方、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受は、圧縮成形体に密度勾配がなく、かつ、焼結体の端面及び外周面において封孔処理が施されていない焼結含油軸受となっている。比較例a1~a5に係る焼結含油軸受は、図8に示す原料粉末mpを用いて、従来の一般的な焼結含油軸受の製造方法により製造した。この際、圧粉成形工程において原料粉末mpをプレス成形する際の条件(圧力)、焼結工程において圧粉体を焼結する際の条件(雰囲気・温度)、サイジング工程において焼結体を圧縮する際の条件(圧力)、真空油浸工程において含浸される潤滑剤の種類等の製造条件については、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受の製造条件と同一となっている。
実施例a1~a5及び比較例a1~a5に係る各焼結含油軸受について、当該焼結含油軸受をモータハウジング(ハウジング側及びエンドベル側のそれぞれ)に組み込んだモータを製造し、当該モータを所定の環境下で駆動する加振動・サイクル試験を実施した。この際、所定の環境下として、当該モータに対して振動を付与しつつ、-40℃~160℃の範囲内における気温の変化を繰り返した。そして、実施例a1~a5及び比較例a1~a5に係る各焼結含油軸受について、加振動・サイクル試験を実施した後の内径摩耗量を測定した。ここで、内径摩耗量は、軸受面の摩耗深さを表す。
その結果、図10に示すように、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受(ハウジング側に配置された焼結含油軸受)では、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受(ハウジング側に配置された焼結含油軸受)と比較して、内径摩耗量が大きく低減していることが確認された。また、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受(エンドベル側に配置された焼結含油軸受)についても、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受(エンドベル側に配置された焼結含油軸受)と比較して、内径摩耗量が低減していることが確認された。
その結果、図10に示すように、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受(ハウジング側に配置された焼結含油軸受)では、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受(ハウジング側に配置された焼結含油軸受)と比較して、内径摩耗量が大きく低減していることが確認された。また、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受(エンドベル側に配置された焼結含油軸受)についても、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受(エンドベル側に配置された焼結含油軸受)と比較して、内径摩耗量が低減していることが確認された。
(第2実施例)
次に、本発明の第2実施例を説明する。
図11は、実施例に係る焼結含油軸受の内径硬度と比較例に係る焼結含油軸受の内径硬度とを比較した図である。
本発明の第2実施例として、4種類の焼結含油軸受(含油率=13.5%の実施例b1、含油率=16%の実施例b2、含油率=18.5%の実施例b3、含油率=21%の実施例b4)を製造した。また、比較例として、4種類の焼結含油軸受(含油率=13.5%の比較例b1、含油率=16%の比較例b2、含油率=18.5%の比較例b3、含油率=21%の比較例b4)を製造した。
実施例b1~b4に係る焼結含油軸受は、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。また、比較例b1~b4に係る焼結含油軸受は、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。
実施例a1~a4及び比較例a1~a4に係る各焼結含油軸受について、内径硬度を測定した。ここで、内径硬度は、軸受面の硬度となっている。
その結果、図11に示すように、同一の含油率において、実施例a1~a4に係る焼結含油軸受では、比較例a1~a4に係る焼結含油軸受と比較して、内径側表層の密度が高いことで、内径硬度が高いことが確認された。
次に、本発明の第2実施例を説明する。
図11は、実施例に係る焼結含油軸受の内径硬度と比較例に係る焼結含油軸受の内径硬度とを比較した図である。
本発明の第2実施例として、4種類の焼結含油軸受(含油率=13.5%の実施例b1、含油率=16%の実施例b2、含油率=18.5%の実施例b3、含油率=21%の実施例b4)を製造した。また、比較例として、4種類の焼結含油軸受(含油率=13.5%の比較例b1、含油率=16%の比較例b2、含油率=18.5%の比較例b3、含油率=21%の比較例b4)を製造した。
実施例b1~b4に係る焼結含油軸受は、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。また、比較例b1~b4に係る焼結含油軸受は、比較例a1~a5に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。
実施例a1~a4及び比較例a1~a4に係る各焼結含油軸受について、内径硬度を測定した。ここで、内径硬度は、軸受面の硬度となっている。
その結果、図11に示すように、同一の含油率において、実施例a1~a4に係る焼結含油軸受では、比較例a1~a4に係る焼結含油軸受と比較して、内径側表層の密度が高いことで、内径硬度が高いことが確認された。
(第3実施例)
次に、本発明の第3実施例を説明する。
図12は、実施例に係る焼結含油軸受の通気量と比較例に係る焼結含油軸受の通気量とを比較した図である。
本発明の第3実施例として、10種類の焼結含油軸受(実施例c1~c10)を製造した。また、比較例として、10種類の焼結含油軸受(比較例c1~c10)を製造した。
実施例c1~c10及び比較例c1~c10に係る焼結含油軸受は、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。ただし、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程を省略した。なお、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程を省略していない。
実施例c1~c10及び比較例c1~c10に係る各焼結含油軸受について、通気量を測定した。ここで、通気量は、軸受孔に対して所定(一定)の圧力で空気を送り込んだときに、所定時間あたりに外周面及び端面から噴出される空気の量となっている。
その結果、図12に示すように、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受では、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受と比較して、通気量が低減していることが確認された。これによって、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受では、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受と比較して、外周面及び端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となる。
次に、本発明の第3実施例を説明する。
図12は、実施例に係る焼結含油軸受の通気量と比較例に係る焼結含油軸受の通気量とを比較した図である。
本発明の第3実施例として、10種類の焼結含油軸受(実施例c1~c10)を製造した。また、比較例として、10種類の焼結含油軸受(比較例c1~c10)を製造した。
実施例c1~c10及び比較例c1~c10に係る焼結含油軸受は、実施例a1~a5に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。ただし、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程を省略した。なお、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受の製造方法では、封孔工程を省略していない。
実施例c1~c10及び比較例c1~c10に係る各焼結含油軸受について、通気量を測定した。ここで、通気量は、軸受孔に対して所定(一定)の圧力で空気を送り込んだときに、所定時間あたりに外周面及び端面から噴出される空気の量となっている。
その結果、図12に示すように、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受では、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受と比較して、通気量が低減していることが確認された。これによって、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受では、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受と比較して、外周面及び端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となる。
(第4実施例)
次に、本発明の第4実施例を説明する。
図13は、実施例に係る焼結含油軸受の表面気孔率を示す図である。図14は、比較例に係る焼結含油軸受の表面気孔率を示す図である。
ここで、図13及び図14は、焼結含油軸受の端面を顕微鏡により観察した写真であり、灰色で表示されている部分が表面気孔を示している。
本発明の第4実施例として、5種類の焼結含油軸受(実施例d1~d5)を製造した。また、比較例として、5種類の焼結含油軸受(比較例d1~d5)を製造した。
実施例d1~d5に係る焼結含油軸受は、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。一方、比較例d1~d5に係る焼結含油軸受は、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。
実施例d1~d5及び比較例d1~d5に係る各焼結含油軸受について、端面を顕微鏡により観察し、端面の表面気孔率を測定した。
その結果、図13及び図14に示すように、実施例d1~d5に係る焼結含油軸受では、比較例d1~d5に係る焼結含油軸受と比較して、端面の表面気孔率が低減していることが確認された。これによって、実施例d1~d5に係る焼結含油軸受では、比較例d1~d5に係る焼結含油軸受と比較して、端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となる。
次に、本発明の第4実施例を説明する。
図13は、実施例に係る焼結含油軸受の表面気孔率を示す図である。図14は、比較例に係る焼結含油軸受の表面気孔率を示す図である。
ここで、図13及び図14は、焼結含油軸受の端面を顕微鏡により観察した写真であり、灰色で表示されている部分が表面気孔を示している。
本発明の第4実施例として、5種類の焼結含油軸受(実施例d1~d5)を製造した。また、比較例として、5種類の焼結含油軸受(比較例d1~d5)を製造した。
実施例d1~d5に係る焼結含油軸受は、実施例c1~c10に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。一方、比較例d1~d5に係る焼結含油軸受は、比較例c1~c10に係る焼結含油軸受と同じ製造方法により製造した。
実施例d1~d5及び比較例d1~d5に係る各焼結含油軸受について、端面を顕微鏡により観察し、端面の表面気孔率を測定した。
その結果、図13及び図14に示すように、実施例d1~d5に係る焼結含油軸受では、比較例d1~d5に係る焼結含油軸受と比較して、端面の表面気孔率が低減していることが確認された。これによって、実施例d1~d5に係る焼結含油軸受では、比較例d1~d5に係る焼結含油軸受と比較して、端面からの潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能となる。
1 モータ
2 焼結含油軸受
11 内周側領域
12 外周側領域
s1 軸受面
s2 端面
s3 外周面
2 焼結含油軸受
11 内周側領域
12 外周側領域
s1 軸受面
s2 端面
s3 外周面
Claims (4)
- 原料を圧縮成形して圧粉体を形成する圧粉工程と、
前記圧粉体を焼結して焼結体を形成する焼結工程と、
前記焼結体の端面の表面気孔を封孔する封孔工程と、
前記焼結体にサイジングを施すサイジング工程と、を含み、
前記封孔工程では、前記焼結体の端面について軸受面よりも表面気孔率が低くなるように、前記焼結体の端面の表面気孔が封孔され、
前記サイジング工程では、前記焼結体の内周側の領域について外周側の領域よりも密度が高くなるように、前記焼結体が圧縮されることを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。 - 前記焼結体の端面の表面気孔率について、5~30%の範囲内とされることを特徴とする請求項1に記載の焼結含油軸受の製造方法。
- 内周側の領域について、外周側の領域よりも密度が高く、
端面の表面気孔率について、軸受面の表面気孔率より低く、5~30%の範囲内とされていることを特徴とする焼結含油軸受。 - 請求項3に記載の焼結含油軸受を含んでなることを特徴とするモータ。
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JP2022061895A JP2023151990A (ja) | 2022-04-01 | 2022-04-01 | 焼結含油軸受、焼結含油軸受の製造方法、及び、モータ |
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