JP6864459B2 - 焼結含油軸受およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成された焼結含油軸受、およびその製造方法に関する。

焼結体の内部にあらかじめ潤滑油を含浸させておき、軸の回転によるポンプ作用と摩擦熱による熱膨張で油をしみ出させて摩擦面を潤滑する焼結含油軸受は、無給油で長期間使用できることから、自動車や家電製品、音響機器等の回転軸の軸受として広く採用されている（例えば、特許文献１を参照）。

従来の焼結含油軸受を用いて回転軸を支持する場合、例えば回転軸をある方向に回転させるためにトルクを伝達すると、回転軸にせん断方向の荷重を加えることになるが、せん断荷重が非常に大きかったり回転軸の剛性が十分高くなかったりすると、せん断荷重によって回転軸が撓み、軸受内部で軸線を傾斜させたまま回転し、回転軸の表面が軸受内部の摩擦面に正しく接触しない状態（回転軸が軸受内面を抉る（こじる）ような運動）に陥る可能性がある。このような状態に陥ると、回転軸が強い抵抗を受けて回転し難くなり、軸受として十分な機能を果たさなくなる。また、このような状態が繰り返し起こると、回転軸や軸受の耐久性が低下してしまうことも考えられる。

このように、回転軸にせん断方向の荷重が加わった場合に、軸受内部の摩擦面に正しく接触しないといった不具合を解決するために、例えば、軸受孔に径の大きさが一定の直孔部と、外方に向かって径が拡大してテーパ状をなす拡径部とを備えた焼結含油軸受も知られている（例えば、特許文献２を参照）。

こうした焼結含油軸受の多くは、Ｆｅ（鉄）−Ｃｕ（銅）系の焼結金属により形成されている。このうち、Ｆｅ成分は、回転軸の回転速度が低回転で、かつ回転軸に加わる負荷が高負荷の稼働状態に適している。一方、Ｃｕ成分は、回転軸の回転速度が高回転で、かつ回転軸に加わる負荷が低負荷の稼働状態に適している。

一方、近年の資源価格の上昇、特にＣｕの価格上昇によって、Ｃｕを含む製品の一層のコストダウンが求められており、Ｃｕの使用量を低減しつつ、回転軸の回転速度が高回転であっても対応可能な焼結含油軸受が求められており、Ｃｕ系の扁平原料粉末を使用したＦｅ−Ｃｕ系の焼結金属軸受が広く使用されている（例えば、特許文献３を参照）。

特公平８−１９９４１号公報 特開２００４−３０８６８２号公報 特開２００６−２９９３４７号公報

従来、こうしたＣｕ系の扁平原料粉末を使用したＦｅ−Ｃｕ系の焼結金属からなる焼結含油軸受を製造する際には、軸方向が鉛直方向になるように金型を設置して、コアロッドを挿入したキャビティの上側からＦｅ粉とＣｕ粉とからなる混合粉を充填している。
しかしながら、こうして成型された焼結含油軸受は、軸受孔の内周面において、成形時に上側であった領域と下側であった領域とで、互いにＣｕ相の面積が異なるという課題があった。特に、Ｆｅの比率が高い軸受にその影響があらわれる。これは、コアロッドの表面に沿って落ちる混合粉の量が多い部分ほど、コアロッドの表面にＣｕ粉がより多く付着しやすいという事象に起因する。

即ち、コアロッドを貫通させた金型のキャビティ内に混合粉を充填する際に、キャビティの下側ほど充填初期に混合紛によって埋められる。一方、キャビティの上側は、下側よりも長い時間、コアロッドの表面に沿って混合粉が落ち続け、下側よりも多くのＣｕ粉がコアロッドの表面に付着する。これにより、軸受孔の内周面のうち、成型時に上側になった領域ほど、Ｃｕ相の占める面積が大きくなり、成型時に下側になったＣｕ相の占める面積が小さい領域においては、回転軸を高回転させた時の耐久性に課題があった。特に、こうしたＣｕ相の不均一という課題はＣｕ箔紛を用いた時に特に顕著である。
そして、従来のＦｅ−Ｃｕ系焼結軸受では、成型時にキャビティの上側であった部分と下側であった部分とでは、Ｃｕ相の占める面積が大きく異なり、回転軸を高回転させた際の局部的な損耗などがあった。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、Ｃｕ系の扁平原料粉末を含むＦｅ−Ｃｕ系の焼結金属を用いた焼結含油軸受において、軸受孔の内周面におけるＣｕ相の不均一分布を低減し、これにより低回転高負荷状態での軸受性能と、高回転低負荷状態での軸受性能とを、何れも最大限高めることができ、安定した摺動特性を得ることが可能な焼結含油軸受を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の焼結含油軸受は、以下の構成を有する。
Ｆｅ−Ｃｕ系焼結体に潤滑油が含浸され、回転軸を貫通支持する軸受孔を有する焼結含油軸受であって、前記軸受孔の内周面は、前記軸受孔の軸方向に沿った全長を均等に３等分した際の中央部分を成す第１領域と、前記第１領域の一方の端部から前記軸受孔の一方の開口までを成す第２領域と、前記第１領域の他方の端部から前記軸受孔の他方の開口までを成す第３領域と、からなり、前記第２領域の軸方向に沿った中央における、Ｃｕ系の扁平原料粉末を含むＣｕ粉によって形成されたＣｕ相の面積比は、前記第３領域の軸方向に沿った中央におけるＣｕ相の面積比の８０％以上、１００％以下であり、前記Ｃｕ粉は、平均直径が５０μｍ以上、１００μｍ以下、厚みが１μｍ以上、１０μｍ以下のＣｕ箔片を含むことを特徴とする。

本発明の軸受では、軸受孔の内周面において、第２領域の中央部分におけるＣｕ相の面積比を第３領域の中央部分の８０％以上、１００％以下としている。例えば、軸受孔の内周面が一方の開口から他方の開口までの全域に渡ってＣｕ相の面積比が大きく変化しない状態になっている。

これによって、例えば回転軸を高速回転させた際に、回転軸を受け止める軸受孔の内周面が局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することができる。よって、低回転高負荷状態での軸受性能と、高回転低負荷状態での軸受性能とを、何れも最大限高めることが可能な軸受を実現することができる。また、軸受孔の内周面において、Ｃｕ相の面積比の大きな変化を抑えることによって、材料コストの高いＣｕの使用量を低減させて、軸受を低コストに製造することが可能になる。

また、本発明は、前記第１領域における内周面の面積に対するＣｕ相が占める面積は、５０％以上であることを特徴とする。

本発明の焼結含油軸受の製造方法は、以下の構成を有する。
前記各項記載の焼結含油軸受の製造方法であって、金型のキャビティ内にＦｅ粉およびＣｕ系の扁平原料粉末を含むＣｕ粉を含む混合粉を、鉛直方向の上側から充填する材料充填工程と、前記キャビティ内を貫通し、前記軸受孔を成形するためのコアロッドを、前記キャビティ内で鉛直方向に沿って摺動させるコアロッド摺動工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

混合粉は、材料充填工程においてキャビティの鉛直方向の上側から落下させるだけでは、キャビティの上側に行くほど、より多くのＣｕ粉がコアロッドの表面に付着するが、本発明では、材料充填工程とともに、キャビティ内でコアロッドを上方に向けて摺動させるコアロッド摺動工程を行うことにより、キャビティの下側もＣｕ粉の配置が調整される。即ち、コアロッド摺動工程はキャビティ内においてコアロッドに接する部分にＣｕ粉を集めて配置を調整する工程である。これにより、軸受孔を成形するためのコアロッドの表面側において、キャビティの下側から上側までＣｕ粉の配置が調整される。

このような工程を経て得られた軸受は、コアロッド摺動工程によって軸受孔の内側面全体に渡ってＣｕ相の面積比が大きく変化しないようにされており、回転軸を高速回転させても、回転軸を受け止める軸受孔の内周面が局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することができる。

また、本発明は、前記コアロッド摺動工程は、前記キャビティ内において前記コアロッドに接する部分に前記Ｃｕ粉を集める工程であることを特徴とする。

また、本発明は、前記混合粉は、平均粒径が５０μｍ以上、１００μｍ以下のＦｅ粉と、前記Ｃｕ粉とを、重量比で２０：８０〜９０：１０の範囲で混合したものからなることを特徴とする。

本発明によれば、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結金属を用いた焼結含油軸受において、軸受孔の内周面におけるＣｕ相の不均一分布を低減し、回転軸を受け止める軸受孔の内周面が局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することができ、安定した摺動特性を得ることが可能な焼結含油軸受を提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る焼結含油軸受を示す断面図である。 本発明の第２参考実施形態に係る焼結含油軸受を示す断面図である。 回転軸を保持した焼結含油軸受を示す断面図である。 焼結含油軸受の要部を拡大した要部拡大断面図である。 本発明の第３参考実施形態に係る焼結含油軸受を示す断面図である。 本発明の焼結含油軸受の製造方法を示す模式断面図である。 本発明の焼結含油軸受の製造方法を示す模式断面図である。 検証例１の結果を示すグラフである。 検証例２の結果を示すグラフである。 検証例３の結果を示すグラフである。 検証例４の結果（本発明例）を示す要部拡大写真である。 検証例４の結果（比較例）を示す要部拡大写真である。

以下、本発明を適用した実施形態である焼結含油軸受について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大、あるいは強調して示している場合があり、各構成要素の寸法比率、および角度などが実際と同じであるとは限らない。

（焼結含油軸受：第１実施形態）
第１実施形態に係る焼結含油軸受を図１に示して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る焼結含油軸受を示す、回転軸の軸方向に沿った断面図である。
焼結含油軸受（以下、単に軸受とする）１０は、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成された軸受本体（焼結体）１の内部に、回転軸２が挿通される軸受孔３が形成されている。

軸受本体（焼結体）１は、全体がＦｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成されている（Ｆｅ−Ｃｕ系焼結体）。具体的には、Ｆｅ粉末とＣｕ系の扁平原料粉末を含むＣｕ粉末とを、キャビティ内にコアロッドが挿入された金型内に導入し、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結体を成形することで、軸受孔３を備えた軸受本体１を形成している。なお、こうした軸受１０の製造方法は後述する。

軸受孔３は、回転軸２の長手方向の軸線Ｏに直交する面内における断面形状が円形をなしており、軸線Ｏに沿った全長に渡って内径が一定にされている。本発明において、軸受孔３の内周面Ｓには、軸線Ｏに沿った中央部分を成す第１領域３Ａと、この第１領域３Ａの一方の端部３Ａ１から軸受孔３の一方の開口３Ｅ１までを成す第２領域３Ｂと、第１領域３Ａの他方の端部３Ａ２から軸受孔３の他方の開口３Ｅ２までを成す第３領域３Ｃとが設定されている。

こうした軸受孔３の内周面Ｓに設定される第１領域３Ａ，第２領域３Ｂ，第３領域３Ｃは、本実施形態においては、軸線Ｏに沿った軸受孔３の全長を均等に３等分するように設定されている。なお、第１領域３Ａ，第２領域３Ｂ，第３領域３Ｃは、軸線Ｏに沿った軸受孔３の全長を任意の割合で分割するように設定することができる。

例えば、軸線Ｏに沿った長さとして、第１領域３Ａが最も長く、第２領域３Ｂ，第３領域３Ｃはそれよりも短くなるように設定したり、逆に第１領域３Ａが最も短く、第２領域３Ｂ，第３領域３Ｃはそれよりも長くなるように設定したりすることもできる。

なお、こうした第１領域３Ａ，第２領域３Ｂ，第３領域３Ｃは、それぞれの領域同士の境界に明確な区画線や、大幅な組成の相違があるわけではなく、後述するＦｅ相とＣｕ相の軸線Ｏに沿った分布を定義するために便宜的に設定されたものである。

このような軸受孔３の内周面Ｓにおいて、第２領域３Ｂの軸線Ｏに沿った中央部分３ＢＳにおけるＣｕ相の面積比は、第３領域３Ｃの軸線Ｏに沿った中央部分３ＣＳにおけるＣｕ相の面積比の８０％以上、１００％以下とされている。これは、軸受孔３の内周面Ｓにおいて、例えば、一方の開口３Ｅ１から他方の開口３Ｅ２までの全域において、Ｃｕ相の面積比が大きく低下せずに、最大でも２０％程度の変化になっていることを示している。

また、第１領域３Ａの中央部分３ＡＳにおける内周面Ｓの面積に対するＣｕ相が占める面積は、５０％以上とされている。５０％を下回ると、表面はＦeの比率が高くなり、摩擦係数の増加が懸念となる。なお、ここでいう面積は、気孔、空洞を除いた面積である。

なお、こうした第１領域３Ａ，第２領域３Ｂ，第３領域３Ｃは、少なくともそれぞれの表面である摩擦面の単位面積に対するＣｕ相の面積比が上述した範囲であればよく、更に、表面から所定の厚み範囲でこうしたＣｕ相の面積比が維持された領域が広がっていてもよい。

以上の様な構成の軸受１０は、例えば、軸受本体１に潤滑油を含浸させたうえで、軸受孔３に回転軸２を挿通されて使用される。
従来のＦｅ−Ｃｕ系焼結軸受では、成型時にキャビティの上側であった部分と下側であった部分とでは、Ｃｕ相の占める面積が大きく異なり、回転軸を高回転させた際の局部的な損耗などがあった。

本発明の軸受１０では、軸受孔３の内周面Ｓにおいて、第２領域３Ｂの中央部分３ＢＳにおけるＣｕ相の面積比を第３領域３Ｃの中央部分３ＣＳの８０％以上、１００％以下としている。これによって、例えば、一方の開口３Ｅ１から他方の開口３Ｅ２までの全域に渡ってＣｕ相の面積比が大きく変化しない状態になっている。

これによって、例えば回転軸２を高速回転させた際に、回転軸２を受け止める軸受孔３の内周面Ｓが局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することができる。よって、回転軸２が高負荷状態での軸受性能と、回転軸２が高回転状態での軸受性能とを、何れも最大限高めることが可能な軸受１０を実現することができる。
また、軸受孔３の内周面Ｓにおいて、Ｃｕ相の面積比の大きな変化を抑えることによって、材料コストの高いＣｕの使用量を低減させて、軸受１０を低コストに製造することが可能になる。

（焼結含油軸受：第２参考実施形態）
第２参考実施形態に係る焼結含油軸受を図２〜４に示して説明する。
図２は本発明の第２参考実施形態に係る焼結含油軸受を示す、回転軸の軸方向に沿った断面図である。また、図３は、図２に示す焼結含油軸受に回転軸を保持させた状態を示す断面図である。また、図４は、焼結含油軸受と回転軸との接触状態を示す要部拡大図である。
焼結含油軸受（以下、単に軸受とする）２０は、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成された軸受本体（焼結体）１の内部に、回転軸２が挿通される軸受孔４が形成されている。

軸受孔４は、回転軸２の長手方向の軸線Ｏに直交する面内における断面形状が円形をなしており、軸受孔４の内周面Ｓには、軸線Ｏに沿った中央部分を成す第１領域４Ａと、この第１領域４Ａの一方の端部４Ａ１から軸受孔４の一方の開口４Ｅ１までを成す第２領域４Ｂと、第１領域４Ａの他方の端部４Ａ２から軸受孔４の他方の開口４Ｅ２までを成す第３領域４Ｃとが設定されている。

こうした軸受孔４の内周面Ｓに設定される第１領域４Ａ，第２領域４Ｂ，第３領域４Ｃは、本実施形態においては、軸線Ｏに沿った軸受孔４の全長を均等に３等分するように設定されている。なお、第１領域４Ａ，第２領域４Ｂ，第３領域４Ｃは、軸線Ｏに沿った軸受孔４の全長を任意の割合で分割するように設定することができる。

軸受孔４の内周面Ｓに設定される第１領域４Ａには、回転軸２の直径よりも径が若干大きく、かつ長手方向のいずれの位置においても径の大きさが一定の直孔部４ａが形成されている。また、第２領域４Ｂ，第３領域４Ｃには、直孔部４ａに連なって長手方向の両側にそれぞれ設けられ、外方に向かって単調に径が拡大してテーパ状をなす拡径部４ｂ，４ｃが形成されている。いずれの拡径部４ｂ，４ｃも、その傾斜面と軸受本体１の軸方向に平行な直孔部４ａの内面（または回転軸２の軸線Ｏ）とがなす角（テーパ角）θ１は、任意の角度、例えば０．１°〜１０°程度に設定されている。この角度は、摺動対象となるシャフトの撓み角度に合わせて設定することが好ましい。なお、図２ではθ１を明確にするために角度を誇張して図示してある。

軸受本体１を回転軸２の軸線Ｏに沿う断面で見るとき（図２参照）、直孔部４ａを挟んで存在する２つの拡径部４ｂ，４ｃについては、一方の拡径部４ｂの傾斜面を軸受本体１の中央に向けて傾斜方向に延長した直線Ｌ１ａと、対角に位置する他方の拡径部４ｃの傾斜面を軸受本体１の中央に向けて傾斜方向に延長した直線Ｌ１ｂとが平行配置されるとともに、両直線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの間隔ｄ１が、回転軸２の直径Ｄよりも若干大きく、かつ直孔部４ａの内径にほぼ等しくなっている。

軸受本体（焼結体）１は、全体がＦｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成されている（Ｆｅ−Ｃｕ系焼結体）。具体的には、Ｆｅ粉末とＣｕ粉末とを、キャビティ内にコアロッドが挿入された金型内に導入し、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結体を成形することで、全体が直孔の貫通孔を備えた焼結体を成形し、更に、この焼結体の貫通孔の両側を所定の深さまでサイジングによって拡径することで、直孔部４ａと拡径部４ｂ，４ｃとを備えた軸受本体１を形成している。

こうした第２参考実施形態の軸受２０においても、軸受孔４の内周面Ｓにおいて、第２領域３Ｂに形成された拡径部４ｂの軸線Ｏに沿った中央部分４ＢＳにおけるＣｕ相の面積比は、第３領域３Ｃに形成された拡径部４ｃの軸線Ｏに沿った中央部分４ＣＳにおけるＣｕ相の面積比の８０％以上、１００％以下とされている。

これは、軸受孔４の内周面Ｓにおいて、例えば、一方の開口４Ｅ１から他方の開口４Ｅ２までの全域（直孔部４ａを挟んで拡径部４ｂから拡径部４ｃまでの全域）において、Ｃｕ相の面積比が大きく低下せずに、最大でも２０％程度の変化になっていることを示している。また、第１領域３Ａに形成された直孔部４ａの中央部分４ＡＳにおける内周面Ｓの面積に対するＣｕ相が占める面積は、５０％以上とされている。

以上の様な構成の軸受２０は、例えば、軸受本体１に潤滑油を含浸させたうえで、軸受孔３に回転軸２を挿通されて使用される。図３には、上記の軸受によって回転軸２を２箇所で支持する機構の一例を示す。この機構は、回転軸２の周面にネジ歯車２ａが形成されており、回転軸２の両端は上記の軸受で支持され、図示しない駆動装置によって回転駆動されるネジ歯車５を回転軸２側のネジ歯車２ａに噛み合わせ、ネジ歯車５を回転させることによって回転軸２を回転させるようになっている。なお、実際には回転軸２が図３に示したほど撓むことはないが、ここでは説明の要旨を明確にするために誇張して図示してある。

回転軸２を回転させるために比較的小さなトルクが作用したときには、回転軸２はほとんど撓みを生じないので、回転軸２の表面が直孔部４ａに接し、この部分を摩擦面として支持される。直孔部４ａでは、回転軸２の回転によるポンプ作用と摩擦熱による熱膨張とによって軸受本体１の内部から潤滑油がしみ出し、摩擦面を潤滑する。

一方、回転軸２を回転させるために大きなトルクが伝達されたときには、回転軸２に作用するせん断荷重が大きく、回転軸２に強い振れが生じて心ずれを起こそうとする。このとき、回転軸２に振れが生じたことで、回転軸２と直孔部４ａとの間を潤滑していた潤滑油が一方の拡径部４ｂ側、および他方の拡径部４ｃ側に押し出され、回転軸２と拡径部４ｂとの間、および回転軸２と拡径部４ｃとの間に充たされる。回転軸２と拡径部４ｂ，４ｃとの間に充たされた潤滑油は、回転軸２が振れることで拡径部４ｂ，４ｃに押し付けられるように加圧されるが、拡径部４ｂ，４ｃが密に形成されていることから、軸受本体１の内部には押し込まれず、回転軸２と拡径部４ｂ，４ｃとの間に残って回転軸２に対し反力を作用させる。この反力により回転軸２の振れが抑制され、軸受に対する回転軸２の心ずれが防止される。

しかしながら、回転軸２に作用するせん断荷重が非常に大きく、回転軸２と拡径部４ｂ，４ｃとの間に残った潤滑油による押し返し作用が十分に機能しなかった場合は、回転軸２が軸受本体１の内部で軸線を傾斜させたまま軸支持されることになる。このとき、回転軸２の表面は拡径部４ｂ，４ｃに接し、この部分を摩擦面として支持される。拡径部４ｂ，４ｃでも、上記の直孔部４ａと同じく回転軸２の回転によるポンプ作用と摩擦熱による熱膨張とによって軸受本体１の内部から潤滑油がしみ出し、摩擦面を潤滑する。

本実施形態の軸受２０では、軸受孔４の内周面Ｓにおいて、拡径部４ｂの中央部分４ＢＳにおけるＣｕ相の面積比を拡径部４ｃの中央部分４ＣＳの８０％以上、１００％以下としている。これによって、例えば、直孔部４ａを挟んで拡径部４ｂから拡径部４ｃまでの全域に渡ってＣｕ相の面積比が大きく変化せず、Ｃｕ相の面積比の大きな変化がない状態になっている。従って、回転軸２が撓まずに直孔部４ａに接している状態、および回転軸２が撓んで拡径部３ｂに接している状態のいずれにおいても、回転軸２を高回転させることが可能になる。回転軸２を受け止める軸受孔４の内周面Ｓが、直孔部４ａや拡径部４ｂ，４ｃのいずれかで局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することが可能になる。

また、軸受孔３の内周面Ｓにおいて、Ｃｕ相の面積比の大きな変化を抑えることによって、材料コストの高いＣｕの使用量を低減させて、軸受１０を低コストに製造することが可能になる。

なお、上述した第２参考実施形態においては、軸受孔４の内周面Ｓに設定される第１領域３Ａに形成された直孔部４ａ，第２領域３Ｂに形成された拡径部４ｂ，および第３領域３Ｃに形成された拡径部４ｃのそれぞれの軸線Ｏに沿った長さは、軸受孔４の全長を均等に３等分するように形成されているが、直孔部４ａ，拡径部４ｂ，４ｃの軸線Ｏに沿った長さは任意の割合になるように形成することができる。

例えば、軸線Ｏに沿った長さとして、直孔部４ａが最も長く、拡径部４ｂ，４ｃはそれよりも短くなるように設定したり、直孔部４ａ、拡径部４ｂ，４ｃを全て異なる長さになるように形成することもできる。

（焼結含油軸受：第３参考実施形態）
第３参考実施形態に係る焼結含油軸受を図５に示して説明する。
図５は本発明の第３参考実施形態に係る焼結含油軸受を示す、回転軸の軸方向に沿った断面図である。焼結含油軸受（以下、単に軸受とする）４０は、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成された軸受本体（焼結体）１の内部に、回転軸２が挿通される軸受孔６が形成されている。

軸受孔６は、回転軸２の長手方向の軸線Ｏに直交する面内における断面形状が円形をなしており、軸受孔６の内周面Ｓには、軸線Ｏに沿った中央部分を成す第１領域６Ａと、この第１領域６Ａの一方の端部６Ａ１から軸受孔６の一方の開口６Ｅ１までを成す第２領域６Ｂと、第１領域６Ａの他方の端部６Ａ２から軸受孔６の他方の開口６Ｅ２までを成す第３領域６Ｃとが設定されている。

こうした軸受孔６の内周面Ｓに設定される第１領域６Ａ，第２領域６Ｂ，第３領域６Ｃの軸線Ｏに沿った長さは、第１領域６Ａ，第３領域６Ｃがほぼ等しく、第２領域６Ｂは、これら第１領域６Ａ，第３領域６Ｃの長さの１／５程度とされている。

軸受孔６の内周面Ｓに設定される第１領域６Ａには、回転軸２の直径よりも径が若干大きく、かつ長手方向のいずれの位置においても径の大きさが一定の直孔部６ａが形成されている。また、第２領域６Ｂ，第３領域６Ｃには、直孔部６ａに連なって長手方向の両側にそれぞれ設けられ、外方に向かって単調に径が拡大してテーパ状をなす拡径部６ｂ，６ｃが形成されている。拡径部６ｃは、その傾斜面と軸受本体１の軸方向に平行な直孔部６ａの内面（または回転軸２の軸線Ｏ）とがなす角（テーパ角）θ１は、任意の角度、例えば０．１〜１０°程度に設定されている。

一方、拡径部４ｂは面取り部とされ、主に直孔部６ａに回転軸２を通し易くするために設けられたもので、回転軸２が軸受本体４０に対して変位しても、通常は回転軸２に接することはない。

軸受本体（焼結体）１は、全体がＦｅ−Ｃｕ系の焼結金属により形成されている（Ｆｅ−Ｃｕ系焼結体）。具体的には、Ｆｅ粉末とＣｕ粉末とを、キャビティ内にコアロッドが挿入された金型内に導入し、Ｆｅ−Ｃｕ系の焼結体を成形することで、全体が直孔の貫通孔を備えた焼結体を成形し、更に、この焼結体の貫通孔の両側を所定の深さまでサイジングによって拡径することで、直孔部６ａと拡径部６ｂ，６ｃとを備えた軸受本体１を形成している。

こうした第３参考実施形態の軸受４０においても、軸受孔６の内周面Ｓにおいて、第２領域６Ｂに形成された拡径部６ｂの軸線Ｏに沿った中央部分６ＢＳにおけるＣｕ相の面積比は、第３領域６Ｃに形成された拡径部６ｃの軸線Ｏに沿った中央部分６ＣＳにおけるＣｕ相の面積比の８０％以上、１００％以下とされている。

これは、軸受孔６の内周面Ｓにおいて、例えば、一方の開口６Ｅ１から他方の開口６Ｅ２までの全域（直孔部６ａを挟んで拡径部６ｂから拡径部６ｃまでの全域）において、Ｃｕ相の面積比が大きく低下せずに、最大でも２０％程度の変化になっていることを示している。また、第１領域６Ａに形成された直孔部６ａの中央部分６ＡＳにおける内周面Ｓの面積に対するＣｕ相が占める面積は、５０％以上とされている。

（焼結含油軸受の製造方法）
次に、第１実施形態に示した焼結含油軸受の製造方法を説明する。
図６、図７は、本発明の焼結含油軸受の製造方法を段階的に示す模式断面図である。
なお、図６、図７においてＦｅ粉、Ｃｕ粉、Ｃｕ箔片などの粒子は視認可能なように大きく、かつ模式的に描かれており、実際の粒子サイズや粒子形状を反映したものでは無い。
第１実施形態に示した軸受１０を製造する際には、まず、軸受成形用の金型（成型型）３０を用意する（図６（ａ）参照）。金型３０は、内部にキャビティＰが形成されたダイ３１と、上パンチ３２と、下パンチ３３と、キャビティＰ内を貫通し、軸受孔３（図１参照）を成形するためのコアロッド３４とを備えている。

金型３０のダイ３１に下パンチ３３を嵌合させ、コアロッド３４をキャビティＰの下方まで下げておく。次に、図６（ｂ）に示すように、Ｆｅ粉４１およびＣｕ系の扁平原料粉末、例えばＣｕ箔粉を含むＣｕ粉４２を含む混合粉４３を、シューボックス３５を介してキャビティＰの鉛直方向の上側から落下させ、この混合紛４３をキャビティＰ内に充填する（材料充填工程）。この時、同時にコアロッド３４を、キャビティＰ内で鉛直方向に沿って例えば上方に向けて摺動させる（コアロッド摺動工程）。

本実施形態に用いる混合粉４３は、例えば、平均粒径が５０μｍ〜１００μｍ程度のＦｅ粉４１と、平均直径が５０μｍ〜１００μｍ、厚みが１μｍ〜１０μｍ程度のＣｕ箔片を含む扁平Ｃｕ粉４２とを混合してなる。Ｆｅ粉４１とＣｕ系の扁平原料粉末を含むＣｕ粉４２との混合比は、例えば２０：８０〜９０：１０（重量比）の範囲である。

こうした混合粉４３は、材料充填工程においてキャビティＰの鉛直方向の上側から落下させるだけでは、キャビティＰの上側に行くほど、より多くのＣｕ粉４２がコアロッド３４の表面に付着するが、本発明では、材料充填工程とともに、キャビティＰ内でコアロッド３４を上方に向けて摺動させるコアロッド摺動工程を行うことにより、キャビティＰの下側にもＣｕ粉（Ｃｕ箔片）４２の配置が調整される（図７（ａ）参照）。即ち、コアロッド摺動工程はキャビティＰ内においてコアロッド３４に接する部分にＣｕ粉４２、特にＣｕ箔片を集めて配置を調整する工程である。これにより、軸受孔３を成形するためのコアロッド３４の表面には、キャビティＰの下側から上側までＣｕ粉４２の配置が調整される。

この後、図７（ｂ）に示すように、上パンチ３２をキャビティＰ内に嵌合させ、上パンチと下パンチ３３との間隔を押し縮めることによって、キャビティＰ内で軸受孔３を備えた軸受１０が成型される（成型工程）。
このような工程を経て得られた軸受１０は、コアロッド摺動工程によって軸受孔３の内側面Ｓ全体に渡ってＣｕ相の面積比が大きく変化することがなく、回転軸２（図１を参照）を高速回転させても、回転軸２を受け止める軸受孔３の内周面Ｓが局部的に摩耗したり、あるいは局部的に摩擦力が高まるといったことを確実に防止することができる。

なお、本実施形態におけるコアロッド摺動工程は、混合粉４３のキャビティＰ内への充填時にコアロッド３４を上方に向けて摺動させているが、これ以外にも、例えば、混合粉４３をキャビティＰ内へ充填した後に、コアロッド３４を上下動させてコアロッド３４の周囲のＣｕ粉の配置を調整される操作であってもよく。コアロッド３４の摺動方向や摺動回数が限定されるものではない。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

（検証例１）
図１に示した第１実施形態の焼結含油軸受１０において、第２領域３Ｂの軸線Ｏに沿った中央部分３ＢＳにおけるＣｕ相の面積比が、第３領域３Ｃの軸線Ｏに沿った中央部分３ＣＳにおけるＣｕ相の面積比に対して好ましい比率を検証した。
検証にあたって、測定部位の銅比率が以下の表１となる、サンプル１〜４の焼結含油軸受１０を作成した。なお、表１における３ＢＳ部の項目は、図１の軸受孔３の内周面Ｓの第２領域３Ｂの軸線Ｏに沿った中央部分３ＢＳにおけるＣｕ相の面積比（％）を示し、３ＣＳ部の項目は、第３領域３Ｃの軸線Ｏに沿った中央部分３ＣＳにおけるＣｕ相の面積比（％）を示している。また、３ＢＳ／３ＣＳは、中央部分３ＣＳに対する中央部分３ＢＳの比率（％）を示している。なお、検証に使用した試料のＦｅ：Ｃｕの比率は約８０：２０である。

上述したそれぞれのサンプル１〜４について、摩擦係数を測定した。測定にあたっては、図１に示す焼結含油軸受１０において、第１領域３Ａの軸線Ｏに沿った中央部分３ＡＳから、第２領域３Ｂの軸線Ｏに沿った中央部分３ＢＳに向かって２ｍｍオフセットした位置に負荷を掛けた状態で回転軸２を回転させて摺動試験を行い、摩擦係数を算出した。測定条件は、以下のとおりである。
１．回転軸２の周速：１００ｍ／ｍｉｎ
２．負荷：１ＭＰａ
３．測定環境温度：室温
４．回転時間：１８００秒

以上のような条件で行った検証例１の結果を表２および図８に示す。

表２、図８に示す検証例１の結果によれば、サンプル４の摩擦係数はサンプル１〜３と比較して格段に高く、図１に示す焼結含油軸受１０における中央部分３ＣＳに対する中央部分３ＢＳのＣｕ相の比率を約８０％以上にすることによって、摩擦係数の低減効果が得られることが確認された。

（検証例２）
図１に示した第１実施形態の焼結含油軸受１０において、第１領域３Ａの中央部分３ＡＳにおける内周面Ｓの面積に対するＣｕ相が占める面積の好ましい比率を検証した。
検証にあたって、測定部位の銅比率が以下の表３となる、サンプル５〜７の焼結含油軸受１０を作成した。なお、表３における３ＡＳ部の項目は、図１の軸受孔３の内周面Ｓの第１領域３Ａの中央部分３ＡＳにおける内周面Ｓの面積に対するＣｕ相が占める面積の比率（％）を示している。 また、検証に使用した試料のＦｅ：Ｃｕの比率はサンプル５が約５０：５０、サンプル６が約８５：１５、サンプル７が約９５：５である。

上述したそれぞれのサンプル５〜７について、摩擦係数を測定した。測定にあたっては、図１に示す焼結含油軸受１０において、第１領域３Ａの軸線Ｏに沿った中央部分３ＡＳに負荷を掛けた状態で回転軸２を回転させて摺動試験を行い、摩擦係数を算出した。測定条件は、以下のとおりである。
１．回転軸２の周速：１００ｍ／ｍｉｎ
２．負荷：１ＭＰａ
３．測定環境温度：室温
４．回転時間：１８００秒

以上のような条件で行った検証例２の結果を表４および図９に示す。

表４、図９に示す検証例２の結果によれば、サンプル７の摩擦係数はサンプル５、６と比較して格段に高く、図１に示す焼結含油軸受１０における、中央部分３ＡＳのＣｕ相の比率を約５０％以上にすることによって、摩擦係数の低減効果が得られることが確認された。

（検証例３）
図２に示した第２参考実施形態の焼結含油軸受２０において、拡径部４ｂ，４ｃの傾斜面と直孔部４ａの内面とがなす角（テーパ角）θ１と、摩擦係数との関係を検証した。
検証にあたって、テーパ角θ１が０．１°のものをサンプル９、４．０°のものをサンプル１０とした。あわせて拡径部での摺動を促すため、クリアランスの調整を各サンプルにて行った。例えば、サンプル９では約１０μｍ、サンプル１０では約７０μｍとした。
また、比較として、テーパ角θ１が０°、即ち第１実施形態と同様の軸受孔３が直管状のものをサンプル８（比較例）とした。

上述したそれぞれのサンプル８〜１０について、摩擦係数を測定した。測定にあたっては、図２に示す焼結含油軸受２０（サンプル８にあっては図１に示す焼結含油軸受１０）において、第１領域４Ａ（３Ａ）の軸線Ｏに沿った中央部分４ＡＳ（３ＡＳ）から、第２領域４Ｂ（３Ｂ）の軸線Ｏに沿った中央部分４ＢＳ（３ＢＳ）に向かって２ｍｍオフセットした位置に負荷を掛け、拡径部４ｂ，４ｃで摺動させた状態（サンプル９，１０）で回転軸２を回転させて摺動試験を行い、摩擦係数を算出した。測定条件は、以下のとおりである。
１．回転軸２の周速：１００ｍ／ｍｉｎ
２．負荷：１ＭＰａ
３．測定環境温度：室温
４．回転時間：１８００秒

以上のような条件で行った検証例３の結果を表５および図１０に示す。

表５、図１０に示す検証例３の結果によれば、焼結含油軸受の軸受孔を直孔部４ａと拡径部４ｂ，４ｃとからなる形状にすることによって、軸受孔全体を直管状にした焼結含油軸受と比較して、摩擦係数を大きく低減することができる。また、テーパ角θ１の角度を大きくするほど、より一層、摩擦係数を低減できることが確認された。

（検証例４）
図１に示す軸受１０における、第２領域３Ｂの軸線Ｏに沿った中央部分３ＢＳの拡大写真と、第３領域３Ｃの軸線Ｏに沿った中央部分３ＣＳの拡大写真とを図１１に示す。
また、比較例として、コアロッド摺動工程を行わず、Ｃｕ箔片の配置を調整せずに製造した軸受における、第２領域３Ｂの軸線Ｏに沿った中央部分３ＢＳに相当する位置の拡大写真と、第３領域３Ｃの軸線Ｏに沿った中央部分３ＣＳに相当する位置の拡大写真とを図１２に示す。
なお、図１１、図１２のそれぞれにおいて、成型Ｕｐ側が第３領域３Ｃの中央部分３ＣＳ、成型Ｌｏ側が第２領域３Ｂの中央部分３ＢＳである。拡大写真の明るい部分がＣｕ相である。

図１１に示す検証結果によれば、本発明例の軸受では、成型時に上側である第３領域３Ｃの中央部分３ＣＳのＣｕ相の面積比が６０％であり、成型時に下側である第２領域３Ｂの中央部分３ＢＳのＣｕ相の面積比が５５％であった。この結果から、軸受孔４の内周面Ｓ全体に渡ってＣｕ相が大きく変化していないことが推定される。

図１２に示す検証結果によれば、従来の比較例の軸受では、成型時に上側である第３領域３Ｃの中央部分３ＣＳのＣｕ相の面積比が６０％であり、成型時に下側である第２領域３Ｂの中央部分３ＢＳのＣｕ相の面積比が４０％であった。軸受孔４の内周面Ｓにおける成型時の上側と下側とで、Ｃｕ相の面積比が大きく異なってしまっていることが確認された。

１ 軸受本体（焼結体）
２ 回転軸
３，４ 軸受孔
３Ａ，４Ａ第１領域
３Ｂ，４Ｂ 第２領域
３Ｃ，４Ｃ 第３領域
３Ａ１，４Ａ１ 一方の端部
３Ａ２，４Ａ２ 他方の端部
３Ｅ１，４Ｅ１ 一方の開口
３Ｅ２，４Ｅ２ 他方の開口
３ＡＳ 第１領域の中央部分
３ＢＳ 第２領域の中央部分
３ＣＳ 第３領域の中央部分
４ａ 直孔部
４ｂ，４ｃ 拡径部
１０，２０ 焼結含油軸受（軸受）
３０金型
３１ ダイ
３２ 上パンチ
３３ 下パンチ
３４ コアロッド
４１ Ｆｅ粉
４２ Ｃｕ粉
４３ 混合粉
Ｐ キャビティ
Ｓ 内周面

Claims (5)

1. Ｆｅ−Ｃｕ系焼結体に潤滑油が含浸され、回転軸を貫通支持する軸受孔を有する焼結含油軸受であって、
   前記軸受孔の内周面は、前記軸受孔の軸方向に沿った全長を均等に３等分した際の中央部分を成す第１領域と、前記第１領域の一方の端部から前記軸受孔の一方の開口までを成す第２領域と、前記第１領域の他方の端部から前記軸受孔の他方の開口までを成す第３領域と、からなり、
   前記第２領域の軸方向に沿った中央における、Ｃｕ系の扁平原料粉末を含むＣｕ粉によって形成されたＣｕ相の面積比は、前記第３領域の軸方向に沿った中央におけるＣｕ相の面積比の８０％以上、１００％以下であり、
   前記Ｃｕ粉は、平均直径が５０μｍ以上、１００μｍ以下、厚みが１μｍ以上、１０μｍ以下のＣｕ箔片を含むことを特徴とする焼結含油軸受。
2. 前記第１領域における内周面の面積に対するＣｕ相が占める面積は、５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 請求項１または請求項２に記載の焼結含油軸受の製造方法であって、
   金型のキャビティ内にＦｅ粉およびＣｕ粉を含む混合粉を、鉛直方向の上側から充填する材料充填工程と、前記キャビティ内を貫通し、前記軸受孔を成形するためのコアロッドを、前記キャビティ内で鉛直方向に沿って摺動させるコアロッド摺動工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
4. 前記コアロッド摺動工程は、前記キャビティ内において前記コアロッドに接する部分に前記Ｃｕ粉を集める工程であることを特徴とする請求項３に記載の焼結含油軸受の製造方法。
5. 前記混合粉は、平均粒径が５０μｍ以上、１００μｍ以下のＦｅ粉と、前記Ｃｕ粉とを、重量比で２０：８０〜９０：１０の範囲で混合したものからなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の焼結含油軸受の製造方法。

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