JP6900389B2 - 焼結含油軸受 - Google Patents
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Description
本願は、2016年10月26日に、日本に出願された特願2016−209695号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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、軸方向における中央部分を含む第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、を少なくとも備え、前記第2領域の摩擦面は、前記第1領域の摩擦面よりも、Fe相の面積が大きく、かつCu系の扁平原料粉末を含むCu粉によって形成されたCu相の面積が小さいことを特徴とする。
こうした焼結含油軸受によれば、回転軸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、回転軸はほとんど撓みを生じないので、回転軸の表面が直孔部に接し、この部分を摩擦面として支持される。直孔部の摩擦面は、第1の拡径部の摩擦面よりもFe相の面積が小さく、かつCu相の面積が大きいため、回転軸が撓まずに直孔部に接している場合、回転軸を高速で回転(高回転)させることができる。即ち、Fe−Cu系の焼結金属のうち、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ので、直孔部のCu相の面積を第1の拡径部に対して高めることにより、回転軸を高回転させても、軸受としての機能が損なわれることがなく、耐久性の低下も起こらない。
このような第2の拡径部によって、回転軸を回転させるために大きなトルクが伝達され、回転軸が軸受本体の内部で軸線を傾斜した際に、回転軸の端部が軸受孔に強く接して過大な負荷が生じることを防止できる。
第1実施形態に係る焼結含油軸受を図1、図2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。図2は、回転軸に負荷が加えられて傾斜した状態の焼結含油軸受を示す断面図である。
焼結含油軸受(以下、単に軸受と称する)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。
後述する軸受本体1の各領域におけるCu相が占める面積は、各領域ごとにFe粉末と、Cu系の扁平原料粉末を含むCu粉との混合比を変えることで変動させることができる。
例えば、第1領域3Aの摩擦面S1全体の面積に対するCu相が占める面積は50%以上であり、第2領域3Bの摩擦面S2全体の面積に対するCu相が占める面積は50%未満とされている。なお、ここでいう面積は、気孔、空洞を除いた面積である。
第1領域3Aの摩擦面S1全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは60%以上100%未満である。また、第2領域3Bの摩擦面S2全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは10%〜40%である。
第1領域3Aの摩擦面S1全体の面積に対するCu相が占める面積は、例えば以下ようにして算出することができる。
まず、第1領域3Aの軸線Oに沿った中央部分3ASを中心とした任意の箇所を、倍率×200で写真撮影する。撮影した写真に、方眼のフレーム(例えば、2mm方眼の30マス×40マスのフレーム)を重ね合わせ、1マスのうち、鉄マトリクス又は銅マトリクスが50%以上を占めるマスをそれぞれマーキングする。マーキングした鉄マトリクス及び銅マトリクスのマスの合計をマーキング総数として、マーキング総数に対する銅マトリクスの比率を算出する。本実施形態では、この銅マトリックスの比率を、第1領域3Aの軸線Oに沿った中央部分3ASにおけるCu相の面積比として算出する。
第2領域3Bの軸線Oに沿った中央部分3BSにおけるCu相の面積比も、同様に算出することができる。
以上の作用によって、回転軸2の高回転低負荷状態、および低回転高負荷状態のそれぞれにおいて、軸受性能を最大限発揮することが可能な軸受10が実現できる。
第2実施形態に係る焼結含油軸受を図3ないし図5に示して説明する。
図3は本発明の第2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4は、図3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5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。
言い換えると、第1の拡径部4bの上端側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、第2の拡径部4cの下端側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とが平行の関係にあり、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。
第1の拡径部4bの摩擦面S2全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは10%〜40%である。また、直孔部4aの摩擦面全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは60%以上100%未満である。
第3実施形態に係る焼結含油軸受を図6に示して説明する。
図6は本発明の第3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。
図6に示す軸受30は、焼結金属により形成された軸受本体(焼結体)11の内部に形成された軸受孔13が、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、軸受本体11のほぼ中央にあって回転軸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13aと、直孔部13aに連なって長手方向の両側にそれぞれ設けられた第1の拡径部13bおよび第2の直孔部13cとを備えている。
言い換えると、第1の拡径部13bの第2拡径領域13b2下端側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L2bと、第2の拡径部13cの第2拡径領域13c2の上端側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L2aとが平行の関係にあり、両直線L2b,L2aの間隔d2が、回転軸2の直径Dよりも若干大きく、かつ直孔部13aの内径にほぼ等しくなっている。
第1の拡径部13bの摩擦面全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは10%〜40%である。また、直孔部13aの摩擦面全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは60%以上100%未満である。
第4実施形態に係る焼結含油軸受を図7に示して説明する。
図7は本発明の第4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。
本実施形態の軸受40には、第1の拡径部23bは直孔部23aの一側方にのみ設けられており、直孔部23aの他側方には面取り部(第2の拡径部)23dが設けられている。この面取り部23dは、主に直孔部23a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30に対してどのように変位しようとも回転軸2に接することはない。これは、第1の拡径部23bの傾きθ1より、面取り部23dの面取り角のほうが大きいためである。
言い換えると、軸受本体(焼結体)12の上端側で第1の拡径部23bの傾斜面を軸受本体12の中央に向けて傾斜方向に延長した直線L1aを仮定した際に、軸受本体(焼結体)12の下端側であって、面取り部23dと接続する直孔部23aの終端部分から、直線L1aに向けて垂線を伸ばした際の、直孔部23aの終端部‐直線L1aの間隔をd2とした。
拡径部23bの摩擦面S2全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは10%〜40%である。また、直孔部23aの摩擦面S1全体の面積に対するCu相が占める面積はより好ましくは60%以上100%未満である。
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における内周面Sの面積に対するCu相が占める面積比の好ましい比率を検証した。
検証にあたって、第1領域3Aの内周面Sの面積に対するCu相の面積比を互いに変えた以下の表1に示すサンプル1〜4の焼結含油軸受10を作成した。
サンプル1は、全体の混合比率をFe−15wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル2は、全体の混合比率をFe−20wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル3は、全体の混合比率をFe−10wt%Cu−1wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル4は、全体の混合比率をFe−1wt%Cu−0.5wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。
得られたサンプル1〜4の焼結含油軸受10の第1領域3Aの内周面Sの面積に対するCu相の面積比は、
内周面Sの面積に対するCu相が占める面積比は、実施形態で示す方法で求めた。
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
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(表3の第2領域(B))における内周面Sの面積に対するCu相が占める面積比の好ましい比率を検証した。
検証にあたって、第2領域3A(表3の第1領域(A))の内周面Sの面積に対するCu相の面積比を互いに変えた以下の表3に示すサンプル5〜9の焼結含油軸受10を作成した。
サンプル5は、全体の混合比率をFe−60wt%Cu−3wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル6は、全体の混合比率をFe−20wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル7は、全体の混合比率をFe−25wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル8は、全体の混合比率をFe−18wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル9は、全体の混合比率をFe−1wt%Cu−0.5wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。
内周面Sの面積に対するCu相が占める面積比は、実施形態で示す方法で求めた。
1.回転軸2の周速:25m/min
2.負荷:5MPa
3.測定環境温度:室温
4.回転時間:1800秒
摩耗量はシリンダーゲージを用いて測定した。
図3に示した第2実施形態の焼結含油軸受20において、第1領域4A(表5の第1領域(A))を成す直孔部4aにおけるCu相が占める面積、および第2領域4B(表5の第2領域(B))を成す第1の拡径部4bにおけるCu相が占める面積の比率と、摩擦係数および摩耗量との関係を検証した。
検証にあたって、直孔部4aにおけるCu相および第1の拡径部4bにおけるCu相の面積比を互いに変えた以下の表5に示すサンプル10〜12の焼結含油軸受20を作成した。
サンプル10は、全体の混合比率をFe−20wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル11は、全体の混合比率をFe−25wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。サンプル12は、全体の混合比率をFe−18wt%Cu−2wt%Snとした混合粉を用い、Cu配合比率を各領域で変化させるようにして金型内に導入し焼結して得た。
内周面Sの面積に対するCu相が占める面積比は、実施形態で示す方法で求めた。
1.回転軸2の周速:25m/min
2.負荷:5MPa
3.測定環境温度:室温
4.回転時間:1800秒
摩耗量はシリンダーゲージを用いて測定した。
2 回転軸
3a,13a,23a 直孔部
3b,13b,23b 第1の拡径部
3c,13c,23c 第2の拡径部
10,20,30,40 焼結含油軸受(軸受)
Claims (8)
- 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、軸方向における中央部分を含む第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、を少なくとも備え、
前記第2領域の摩擦面は、前記第1領域の摩擦面よりも、Fe相の面積が大きく、かつCu系の扁平原料粉末を含むCu粉によって形成されたCu相の面積が小さいことを特徴とする焼結含油軸受。 - 前記第1領域の摩擦面全体の面積に対するCu相が占める面積は、50%以上であり、前記第2領域の摩擦面全体の面積に対するCu相が占める面積は、50%未満であることを特徴とする請求項1記載の焼結含油軸受。
- 前記第2領域の摩擦面の前記軸方向に沿った中央部分におけるCu相の面積は、前記第1領域の摩擦面の前記軸方向に沿った中央部分におけるCu相の面積の20%以上、70%以下であることを特徴とする請求項1記載の焼結含油軸受。
- 前記軸受孔の内周面は、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領域を更に備えることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の焼結含油軸受。
- 前記軸受孔は、前記第1領域に形成された、径の大きさが一定な直孔部と、前記第2領域に形成され、前記直孔部に連なり外方に向かって径が拡大してテーパ状を成す第1の拡径部と、を含むことを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載の焼結含油軸受。
- 前記軸受孔は、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領域に形成され、前記直孔部に連なり外方に向かって径が拡大してテーパ状を成す第2の拡径部を更に含むことを特徴とする請求項5記載の焼結含油軸受。
- 前記第1の拡径部の前記軸方向に対するテーパ角と、前記第2の拡径部の前記軸方向に対するテーパ角とが等しいことを特徴とする請求項6記載の焼結含油軸受。
- 前記第1の拡径部の前記軸方向に対するテーパ角は、前記第2の拡径部の前記軸方向に対するテーパ角と異なっていることを特徴とする請求項6記載の焼結含油軸受。
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