JP6625321B2 - 動圧軸受及びその製造方法 - Google Patents
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Description
相対密度=(圧粉体全体の密度/真密度)×100[%]
上式における「真密度」とは、溶製材のように素材内部に気孔が存在しない材料の理論密度を意味し、「圧粉体全体の密度」は、例えばJIS Z2501に規定された方法により測定することができる。
圧縮成形工程では、酸化物皮膜を形成可能な金属粉末を含む原料粉末を圧縮することにより、支持すべき軸(軸部材2)との間に軸受隙間を形成する面(ここでは内周面および一端面)に動圧発生部が型成形された圧粉体10’を得る。圧粉体10’は、例えば一軸加圧成形法により成形することができ、具体的には図4(a)(b)に示すような成形金型装置20を用いて圧粉体10’を得ることができる。この成形金型装置20は、圧粉体10’の外周面を成形する円筒状のダイ21と、ダイ21の内周に配され、圧粉体10’の内周面を成形するコアピン22と、圧粉体10’の一端面(下端面)および他端面(上端面)を成形する一対の下パンチ23および上パンチ24とを備え、コアピン22、下パンチ23および上パンチ24はダイ21に対して軸方向(上下)に相対移動可能とされる。コアピン22の外周面には、圧粉体10’の内周面に設けるべきラジアル動圧発生部A1,A2の形状に対応した凹凸状の型部25,25が上下に離間して設けられ、下パンチ23の上端面には、圧粉体10’の下端面に設けるべきスラスト動圧発生部Bの形状に対応した凹凸状の型部26が設けられている。なお、型部25,26における凹部と凸部間の高低差は実際には数μm〜十数μm程度であるが、図4(a)(b)では誇張して描いている。
水蒸気処理工程では、圧粉体10’を酸化雰囲気中で400〜550℃の範囲で加熱しながら所定時間水蒸気と反応させる。これにより、圧粉体10’を構成するFe粒子の表面に酸化物皮膜11としての四酸化三鉄(Fe3O4)の皮膜が徐々に形成され、この皮膜が成長するのに伴って、隣接する粒子同士が酸化物皮膜11を介して結合した動圧軸受10が得られる。なお、水蒸気処理の処理時間は20分以上とする。水蒸気処理を20分以上施せば、動圧軸受10に必要とされる強度を確保し得るだけの酸化物皮膜11を圧粉体10’に形成することができるからである。水蒸気処理は、その処理時間を長くするほど圧粉体10’(動圧軸受10)の強度を高め得るというわけではなく、所定の処理時間を超えると、酸化物皮膜11の成長が停止して圧粉体10’の強度向上効果が飽和する。また、水蒸気処理の処理時間が長くなるほど、水蒸気処理に要するコストが増大する。従って、水蒸気処理の処理時間は、20分以上60分以下とする。
この含油工程では、いわゆる真空含浸等の手法により、隣接する粒子間に酸化物皮膜11(四酸化三鉄の皮膜)が形成された圧粉体10’の内部気孔に潤滑油を含浸させる。なお、この含油工程は、必ずしも実施する必要はなく、圧粉体10’をいわゆる含油動圧軸受として使用する場合にのみ実施すれば良い。
上記の関係式において、k:透過率[m2]、μ:潤滑油の絶対粘度[Pa・s]、L:試験体の軸方向寸法[m]、r1:試験体の内径寸法[m]、r2:試験体の外径寸法[m]、Δp:圧力差[Pa]、q:体積流量[m3/s]である。但し、ここでの圧力差Δpは上述した「通油度」の測定手順に倣ってΔp=0.4MPa(0.4×106Pa)であり、また、体積流量qは、上記の試験装置100を用いて算出した「通油度」を換算して得られる。
2 軸部材(支持すべき軸)
2a 軸部
2b フランジ部
8 軸受スリーブ
8a 内周面
8b 下端面
9 シール部材
10 動圧軸受
11 酸化物皮膜
20 成形金型装置
A1,A2 ラジアル動圧発生部(動圧発生部)
B スラスト動圧発生部(動圧発生部)
R1,R2 ラジアル軸受部
T1,T2 スラスト軸受部
Claims (8)
- 銅粉末と、酸化物皮膜を形成可能な金属粉末とを含む原料粉末の圧粉体であって、相対密度を80%以上88%以下とした前記圧粉体を母体とし、支持すべき軸との間に軸受隙間を形成する軸受面に型成形された動圧発生部と、前記軸受面と前記軸受面に平行な面との間で潤滑油を流通させ得る多孔質組織とを有する動圧軸受であって、
前記金属粉末の粒子表面に形成された酸化物皮膜を有し、該酸化物皮膜を介して隣接する前記原料粉末の粒子同士が結合し、150MPa以上の圧環強度を有すると共に、前記多孔質組織を介して前記軸受面と前記軸受面に平行な面との間で流通する潤滑油の量を示すパラメータである通油度[g/10min]を用いて算出される透過率[m2]が1E-18以上1E-15以下であることを特徴とする動圧軸受。 - 前記圧粉体が、質量比で前記金属粉末としての鉄粉末よりも前記銅粉末を多く含み、かつ前記原料粉末に占める前記鉄粉末の配合割合を質量比で30%以上とした前記原料粉末の圧粉体である請求項1に記載の動圧軸受。
- 前記圧粉体の内部気孔に潤滑油を含浸させてなる請求項1又は2に記載の動圧軸受。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の動圧軸受と、該動圧軸受に対して相対回転する軸部材と、を備える流体動圧軸受装置。
- 支持すべき軸との間に軸受隙間を形成する軸受面に動圧発生部を有する動圧軸受を製造するための方法であって、
銅粉末と、酸化物皮膜を形成可能な金属粉末とを含む原料粉末を圧縮し、80%以上88%以下の相対密度と、前記軸受面に型成形された前記動圧発生部と、を有する圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体に水蒸気処理を施すことにより、前記圧粉体を構成する前記金属粉末の粒子表面に、隣接する前記原料粉末の粒子同士を結合する酸化物皮膜を形成する水蒸気処理工程と、を経ることにより、150MPa以上の圧環強度と、前記軸受面と前記軸受面に平行な面との間で潤滑油を流通させ得る多孔質組織とを有すると共に、前記多孔質組織を介して前記軸受面と前記軸受面に平行な面との間で流通する潤滑油の量を示すパラメータである通油度[g/10min]を用いて算出される透過率[m2]が1E-18以上1E-15以下の動圧軸受を得ることを特徴とする動圧軸受の製造方法。 - 前記圧縮成形工程で圧縮する前記原料粉末は、質量比で前記金属粉末としての鉄粉末よりも前記銅粉末を多く含み、かつ前記原料粉末に占める前記鉄粉末の配合割合を質量比で30%以上とした原料粉末である請求項5に記載の動圧軸受の製造方法。
- 前記水蒸気処理の処理温度を400℃以上550℃以下に設定した請求項5又は6に記載の動圧軸受の製造方法。
- 前記水蒸気処理の処理時間を20分以上60分以下に設定した請求項5〜7の何れか一項に記載の動圧軸受の製造方法。
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