JP6302259B2 - 焼結軸受の製造方法 - Google Patents
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Description
振動モータは、例えば携帯電話等の携帯端末において、電話の着信やメールの受信等を報知するバイブレータとして機能するものであり、通常は、図1に示すように軸3の一端に取り付けた錘(偏芯錘)Wをモータ部Mで回転させることにより、携帯端末全体に振動を発生させる構成になっている。図1は、焼結軸受4(41,42)を使用した場合の振動モータ1の要部を概念的に示すもので、図示例ではモータ部Mの軸方向両側に突出させた軸3の両側を円筒状の焼結軸受4(41,42)により回転自在に支持している。錘W側の焼結軸受41は、錘Wとモータ部Mの間に配置されており、この錘W側の焼結軸受41は、錘Wと反対側の焼結軸受42よりも厚肉でかつ大径に形成されている。二つの焼結軸受4(41,42)は、何れも内周に軸受面4aを有しており、例えば金属材料で形成されたハウジング2の内周に圧入等の手段で固定されている。
この工程では、後述する複数種の粉末を混合することにより、焼結軸受4の作製用材料である原料粉末を均一化する。本実施形態で使用する原料粉末は、部分拡散合金粉と、低融点金属粉と、固体潤滑剤粉と、単体鉄粉および単体銅粉の何れか一方または双方からなる添加粉とを配合した混合粉末である。原料粉末における各粉末の質量比は、部分拡散合金粉が最も多い。この原料粉末には、必要に応じて各種成形潤滑剤(例えば、離型性向上のための潤滑剤)を添加しても良い。以下、上記の各粉末について詳細に述べる。
部分拡散合金粉11としては、鉄粉12の表面に銅粉13を部分拡散させたFe−Cu部分拡散合金粉が使用され、特に、本実施形態では、図4に模式的に示すように、鉄粉12の表面に、鉄粉12よりも平均粒径が小さい多数の銅粉13を部分拡散させたFe−Cu部分拡散合金粉が使用される。部分拡散合金粉11の拡散部分はFe−Cu合金を形成しており、図4中の部分拡大図に示すように、合金部分は鉄原子12aと銅原子13aとが相互に結合し、配列した結晶構造を有する。部分拡散合金粉11は、145メッシュの篩の網目を通過可能な粒子、すなわち平均粒度145メッシュ以下(平均粒径106μm以下)の粒子のみが使用される。
低融点金属粉としては、融点が700℃以下の金属粉、例えば錫、亜鉛、リン等の粉末が使用される。本実施形態では、これらの中でも銅と鉄に拡散し易く、単粉が使用できる錫粉14(図6参照)、特にアトマイズ錫粉を使用する。錫粉(アトマイズ錫粉)14としては、平均粒径5〜63μmのものが好ましく使用され、平均粒径20〜45μmのものが一層好ましく使用される。
固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン等の粉末を一種又は二種以上使用することができる。本実施形態では、コストを考えて黒鉛粉、特に鱗片状黒鉛粉を使用する。
添加粉は、単体鉄粉および単体銅粉の何れか一方または双方で構成される。単体鉄粉としては、還元鉄粉およびアトマイズ鉄粉のどちらも使用可能であり、軸受の用途に応じて使用する鉄粉が選定される。なお、還元鉄粉とアトマイズ鉄粉の混合物を単体鉄粉として使用することもできる。また、単体銅粉としても、電解銅粉およびアトマイズ銅粉のどちらも使用可能であり、軸受の用途に応じて使用する銅粉が選定される。なお、電解銅粉とアトマイズ銅粉の混合物を単体銅粉として使用することもできる。単体鉄粉や単体銅粉の平均粒径は、軸受の用途に応じて広く選択することができ、例えば単体鉄粉として平均粒径45〜200μm(好ましくは100〜150μm)の範囲内のもの、単体銅粉として平均粒径45〜150μm(好ましくは80〜125μm)の範囲内のものが使用可能である。単体銅粉として、原料銅粉を搗砕(Stamping)又は粉砕することで扁平化させた扁平銅粉を使用することもできる。
成形工程では、図5a、図5bに示すような成形金型20を使用して上記の原料粉末10を圧縮することにより、図1等に示す焼結軸受4に近似した形状(略完成品形状)の圧粉体4’を得る。成形金型20は、主要な構成として、同軸配置されたコア21、上下パンチ22,23およびダイ24を有する。成形金型20は、例えばカム式成形プレス機のダイセットにセットされる。
焼結工程では、圧粉体4’を焼結し、焼結体を得る。焼結条件は、黒鉛(黒鉛粉)が鉄と反応しない(炭素の拡散が生じない)条件とする。鉄−炭素の平衡状態では、723℃に変態点があり、これを超えると鉄と炭素の反応が開始されて鉄組織中にパーライト相(γFe)が生成されるが、焼結では900℃を超えてから炭素(黒鉛)と鉄の反応が始まり、パーライト相(γFe)が生成される。パーライト相(γFe)は高硬度(HV300以上)で相手材に対する攻撃性が強いため、焼結軸受4の鉄組織中に過剰にパーライト相(γFe)が存在すると、軸3の摩耗を進行させるおそれがある。また、一般的な焼結軸受の製造工程では、ブタン、プロパン等の液化石油ガスと空気を混合してNi触媒で熱分解させた吸熱型ガス(RXガス)の雰囲気下で圧粉体を加熱・焼結させる場合が多い。しかしながら、吸熱型ガスでは炭素が拡散して圧粉体の表面を硬化させるおそれがあり、上記同様の問題が生じ易くなる。
2 ハウジング
3 軸
4 焼結軸受
4’ 圧粉体
4” 焼結体
4a 軸受面
10 原料粉末
11 部分拡散合金粉
12 鉄粉
13 銅粉
14 錫粉(低融点金属粉)
16 青銅相
17 Fe−Cu−Sn合金
20 成形金型
αFe フェライト相
γFe パーライト相
M モータ部
W 錘
Claims (9)
- 焼結体からなり、支持すべき軸との間に軸受隙間を形成する軸受面を内周に有する焼結軸受の製造方法であって、
平均粒径5μm以上20μm未満の銅粉が鉄粉に部分拡散し、かつCuを10〜30質量%含有する部分拡散合金粉と、低融点金属粉と、固体潤滑剤粉と、単体鉄粉および単体銅粉のどちらか一方もしくは双方からなる添加粉とを含む原料粉末を成形し、焼結することを特徴とする焼結軸受の製造方法。 - 焼結体からなり、支持すべき軸との間に軸受隙間を形成する軸受面を内周に有する焼結軸受の製造方法であって、
鉄粉に銅粉を部分拡散させてなり、平均粒度145メッシュ以下の部分拡散合金粉と、低融点金属粉と、固体潤滑剤粉と、単体鉄粉および単体銅粉のどちらか一方もしくは双方からなる添加粉とを含む原料粉末を成形し、焼結することを特徴とする焼結軸受の製造方法。 - 原料粉末における部分拡散合金粉の割合を50wt%以上とした請求項1または2記載の焼結軸受の製造方法。
- 圧環強度が300MPa以上である請求項1〜3何れか1項に記載の焼結軸受の製造方法。
- 焼結体の鉄組織がフェライト相を主体としている請求項1〜4何れか1項に記載の焼結軸受の製造方法。
- 鉄組織をフェライト相と、フェライト相の粒界に存在するパーライト相とで形成した請求項1〜5何れか1項に記載の焼結軸受の製造方法。
- 前記部分拡散合金粉を構成する鉄粉が還元鉄粉である請求項1〜6何れか1項に記載の焼結軸受の製造方法。
- 焼結体の表層部の気孔率が5〜20%である請求項1〜7何れか1項に記載の焼結軸受の製造方法。
- 焼結体に、40℃の動粘度が10〜50mm2/sの潤滑油を含浸させた請求項1〜8何れか1項に記載の焼結軸受の製造方法。
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