JP6675886B2 - 含油軸受及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)原料となる金属粉末、潤滑剤粉末、黒鉛粉末等の混合
(2)圧粉成形
(3)融点以下での焼結
(4)矯正(サイジング)
(5)(必要に応じた)熱処理、含油等の後加工
空孔率(%)=100−{ρ(dry)/ρ(powder)}×100
例えば、Fe粉のみから成る、加熱処理後の圧粉体の乾燥密度が5.8g/cm3の場合、空孔率は、100―(5.8/7.87)×100≒26.3%となる。
混合工程は、各種金属粉末を混合し、原料粉末を作製する工程である。原料粉末は、主成分として鉄粉又は銅粉あるいはこれらの双方を含み、本実施形態では鉄粉及び銅粉を含む。鉄粉は、製法(例えば、アトマイズ法、還元法、スタンプ法、カルボニル法など)を問わず使用可能である。銅粉も、製法(電解法、アトマイズ法、還元法、スタンプ法など)を問わず使用可能である。また、主成分が鉄または銅である合金粉(例えば、予合金化したプレアロイ粉、部分的に拡散合金化させた部分拡散合金粉)や、複数種の金属粉を事前に混合したプレミックス粉を使用することも可能である。また、潤滑性向上や高強度化などのため、Sn、Znなどの低融点金属粉末、黒鉛やカーボンブラックなどの炭素系粉末を原料粉末に添加してもよい。
圧粉工程は、上記混合工程で作製した原料粉末を金型に供給し、圧粉成形することで、円筒状の圧粉体を得る工程である。圧粉工程の手法は特に問わず、一軸加圧成形の他、多軸CNCプレスによる成形、射出成形(MIM)などが適用可能である。
脱脂工程は、圧粉体を加熱して、圧粉体に含まれる潤滑剤成分を除去(脱ろう)する工程である。本実施形態の脱脂工程は、潤滑剤の分解温度より高く、後述の酸化工程よりも低い温度で行われ、例えば350℃で90分間加熱される。従来の手法では、圧粉体に含まれる潤滑剤成分は、焼結工程において高温に保持されるために分解し、焼結後の製品中には含まれない。しかし、本発明を適用した場合、圧粉体の密度や処理温度、保持時間によっては潤滑剤成分が残存し得る。そのため、酸化処理に先立ち、あらかじめ潤滑剤成分を分解・除去するための脱脂工程を設け、脱脂工程後に連続して同じ雰囲気で酸化処理をする、といった手法を取ることが望ましい。ただし、脱脂工程を設けずに、潤滑剤を含有したまま酸化処理をしても、高強度化が図れることは確認済みである。また、脱脂工程を、別途の加熱装置を用いて、酸化工程とは異なる雰囲気(例えば、不活性ガスや還元性ガス、真空中など)で実施してもよい。
酸化工程は、圧粉体を酸化性雰囲気中で加熱して、金属粉末(特に主成分となる鉄粉及び銅粉)の各粒子の表面に酸化物皮膜を生成させ、この酸化物皮膜を介して粒子同士を結合することで、圧粉体の強度を高める工程である。本実施形態では、上記で示した酸化物皮膜が得られるように、酸化工程の処理条件(加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気)が設定される。具体的に、本実施形態の酸化工程における加熱温度は、350℃以上、好ましくは450℃以上に設定される。また、加熱温度が高すぎると、圧粉体の寸法変化が大きくなるため、加熱温度は600℃以下とすることが好ましい。加熱時間は、5分〜2時間の範囲で、適宜設定される。加熱雰囲気は、積極的な酸化を促すために酸化性雰囲気とされる。ただし、水蒸気雰囲気は、酸化物皮膜の生成速度が速く、内部における膜厚が1μmを超えやすいため、これよりも酸化物皮膜の生成速度が遅い酸化性雰囲気とすることが好ましい。具体的には、空気又は酸素、あるいはこれらに窒素やアルゴンなどの不活性ガスを混合した酸化性ガスの何れかの雰囲気中で加熱することが好ましい。尚、加熱雰囲気中の酸素分率が2vol%以上であれば、含油軸受などの機械部品として使用に耐える、圧環強さ120MPa以上の強度が得られる。
含油工程は、酸化処理を施した圧粉体の内部空孔に潤滑油を含浸させる工程である。具体的には、減圧環境下で圧粉体を潤滑油中に浸漬した後、大気圧に戻すことにより、圧粉体の内部気孔に潤滑油が入り込む。このとき、圧粉体の金属粉末の内部に形成される酸化物皮膜の膜圧が1μm以下であることで、圧粉体の空孔率が十分に確保されるため、圧粉体の内部に十分な量の油を含浸させることができる。以上により、本実施形態に係る含油軸受1が完成する。
基材金属粉として還元鉄粉のみを用い、寸法測定法による圧粉密度が5.5〜7.4g/cm3の圧粉体を作製し、純空気で置換した炉中において、350℃×90分間潤滑剤を脱ろうさせた後に500℃で30分間加熱、酸化させた。条件および評価結果を表1に記載する。
上述の実施例2と同じ、密度6.0g/cm3の純鉄粉から成る圧粉体を種々の温度および時間、純空気中で加熱し、圧環強さに与える影響を調査した。加熱時の最高温度および時間を除く条件は実施例2と同等である。条件および評価結果を表2に記載する。
上述の実施例2と同じ、密度6.0g/cm3の純鉄粉から成る圧粉体を種々の雰囲気中で加熱し、加熱処理時の雰囲気が圧環強さに与える影響を調査した。加熱時の雰囲気を除く条件は実施例2と同等である。また、実施例14に記載した大気とは、実施例2の純空気と異なり、純空気のガスを供給したのではなく、雰囲気制御なしのバッチ式大気炉中で加熱したことを意味する。条件および評価結果を表3に記載する。
上述の実施例2を基に、電解銅粉を20〜80wt.%添加した実施例15〜18を用意し、圧粉密度6.0g/cm3の圧粉体を得た。また、鉄、銅を主成分とせず、酸化物皮膜を形成させ得る材質として純Al粉末の圧粉体を用意し、比較例8とした。ただし、Al粉は真密度が低い上に圧粉成形が困難であることから、圧粉密度は1.9g/cm3であった。圧粉体の材質および比較例8の密度を除く条件は、実施例2と同等である。条件および評価結果を表5に記載する。
上述の実施例2では、酸化物皮膜を形成させるための純空気中での加熱工程に先立ち、同じく純空気中で成形用潤滑剤を脱ろうしていた。ここでは各種雰囲気において事前に潤滑剤を脱ろうさせた場合、または事前の脱ろう工程を踏むことなく加熱した際の結果から、脱ろう条件について検討した。加熱前の脱ろう工程を除く条件は実施例2と同等である。条件および評価結果を表6に記載する。
2 軸
10 鉄粒子
11 鉄酸化物皮膜
20 銅粒子
21 銅酸化物皮膜
Claims (5)
- 金属粉末の粒子同士が各粒子の表面に生成された酸化物皮膜を介して結合された圧粉体からなり、内周面に軸受面を有し、内部空孔に油が含浸され、内周に挿入された軸との間のラジアル軸受隙間に満たされた油の動圧作用で軸を非接触支持する含油軸受であって、
前記圧粉体の表面から深さ300μm±10μmの領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が1μm以下であり、
前記圧粉体の表面から深さ30μm以内の領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が、前記圧粉体の表面から深さ300μm±10μmの領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚の2倍以上であり、
前記圧粉体の圧環強さが150MPa以上であり、
前記圧粉体の空孔率が8%以上であることを特徴とする含油軸受。 - 前記圧粉体の主成分が鉄及び銅である請求項1に記載の含油軸受。
- 前記軸受面に動圧発生部が形成された請求項1又は2に記載の含油軸受。
- 内周面に軸受面を有し、内部空孔に油が含浸され、内周に挿入された軸との間のラジアル軸受隙間に満たされた油の動圧作用で軸を非接触支持する含油軸受の製造方法であって、
金属粉末を含む原料粉末を圧粉成形して圧粉体を得る工程と、
前記圧粉体を酸化性雰囲気中で加熱処理することにより、前記金属粉末の粒子同士を、各粒子の表面に生成される酸化物皮膜を介して結合する工程とを経て行われ、
前記加熱処理が、酸素又は空気、あるいはこれらに対して不活性ガスを混合した酸化性ガスの何れかの雰囲気中で行われ、
前記圧粉体の表面から深さ300μm±10μmの領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が1μm以下であり、前記圧粉体の表面から深さ30μm以内の領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚が、前記圧粉体の表面から深さ300μm±10μmの領域における前記酸化物皮膜の最大膜厚の2倍以上であり、前記圧粉体の圧環強さが150MPa以上であり、前記圧粉体の空孔率が8%以上となるように、前記加熱処理の条件を設定したことを特徴とする含油軸受の製造方法。 - 前記酸化性ガスに含まれる酸素が10vol%以下である請求項4に記載の含油軸受の製造方法。
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