JP6948251B2 - 焼結含油軸受及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に潤滑油を含浸させて潤滑を円滑に行わせることができる焼結含油軸受及びその製造方法に関する。

焼結含油軸受は、気孔内に潤滑油を含浸させた状態で使用され、軸が起動すると、軸と軸受の摺動面との間に内部から潤滑油が染み出し、軸の回転に伴って、その潤滑油に圧力が発生して軸が支持されるようになっている。このような潤滑特性により、無給油で長時間使用できることから、車載用モータの軸受など、広く軸受として利用されている。

また、このような焼結含油軸受においては、高速・高荷重（高負荷）の条件下においても使用可能とするため、摺動面の表面開口率を小さくして摺動面からの潤滑油のリークを少なくし、摺動面の潤滑油に適切に圧力を発生させるなど、種々の手段が採用されている。

例えば、特許文献１には、軸が挿入される軸受孔の内周面に、軸の外周面を支持する摺動面と、給油面とが隣接して形成され、摺動面における表面開口率が１０％以下であり、給油面の表面開口率が１０％を超えて形成された焼結含油軸受が開示されている。また、この特許文献１には、給油面から油が浸みだして摺動面と軸との間に導かれ、軸との間に油膜を形成でき、摺動面に十分な量の油を供給するとともに、供給された油が摺動面から内部に移動することを抑制して、低摩擦係数化を図り、軸受としての摺動特性を向上できることが記載されている。

一方、特許文献２には、質量％で、５〜４０％のＮｉと、３〜１５％のＳｎと、０．５〜４．０％のＰとを含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなるとともに、素地中にＮｉとＰを主成分とした相が分散した金属組成を有し、かつ、５〜２５％の気孔率を有するＣｕ基焼結含油軸受が開示されている。特許文献２には、この組成により、Ｃｕ基焼結含油軸受が安価で耐摩耗性に優れたものとなり、さらに０．３〜５．０％の固体潤滑剤を含有することでさらに耐摩耗性に優れたものとなることが記載され、高負荷用途に適したＣｕ基焼結含油軸受であることが記載されている。

国際公開第２０１７／１１０７７８号 特開２０１６‐５６４５３号公報

このように、給油面を付与したり、摺動面の表面開口率を調整したりすることにより、高速・高荷重の条件下においても使用可能な焼結含油軸受が提案されている。しかし、さらに高速・高荷重の条件になると、特許文献１又は特許文献２等に記載されるように、給油面を付与するだけでは十分ではなく、さらに高速・高荷重の条件でも使用可能な軸受が求められるようになっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軸受としての摺動特性を向上させ、さらに、高速・高荷重の環境下での使用を可能とした焼結含油軸受及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の焼結含油軸受は、軸が挿入される軸受孔の内周面に、前記軸の外周面を支持する摺動面と、前記摺動面に隣接し該摺動面よりも径方向外側に配置された給油面と、を有し、前記摺動面に固体潤滑剤が３％以上２０％以下の面積率で分布されており、前記摺動面の全体における表面開口率が９％以下であり、前記給油面における表面開口率が１０％を超え４０％未満である。

この焼結含油軸受においては、摺動面に固体潤滑剤が３％以上２０％以下の面積率で分布されているので、軸と摺動面との摺動初期において、摺動面に露出する固体潤滑剤が軸と摺動面との間に存在することにより、軸と摺動面との初期なじみ性を向上でき、摩擦抵抗を低減できる。また、この焼結含油軸受においては、摺動時において表面開口率が１０％を超える給油面から油が浸みだして軸と摺動面との間に導かれ、表面開口率が９％以下の摺動面において軸との間に十分な油膜を形成できるので、摺動時の摩擦抵抗を低減でき、軸受としての摺動特性を向上できる。
この場合において、摺動面における固体潤滑剤の面積率が３％未満では、固体潤滑剤が不足して、固体潤滑剤を分布させたことによる軸と摺動面との初期なじみ性を十分に向上させることが難しくなり、耐面圧値を向上させることも難しくなる。一方、摺動面における固体潤滑剤の面積率が２０％を超えると、摺動面に占める焼結体の素地面が少なくなることで強度が低下し、摩耗を促進させるおそれがある。

また、軸を支持する摺動面の表面開口率が９％を超えていると、高速・高荷重の環境では、軸との間に油を十分に保持できずに摺動面から軸受内部に油を流入させるおそれがある。また、給油面の表面開口率が１０％以下であると、軸受内部から軸と摺動面との間に油を十分に供給することが困難になる。このため、軸と摺動面との間の油膜が少なくなり、焼付きが生じやすくなることから、耐面圧を低下させるおそれがある。また、給油面の表面開口率が４０％以上になると、給油面から軸と摺動面との間に油を円滑に供給することが難しくなる。
なお、固体潤滑剤の面積率は、摺動面における単位面積当たりの固体潤滑剤の面積比率であり、表面開口率は、摺動面もしくは給油面における単位面積当たりの開口部（空孔）の面積比率である。また、固体潤滑剤の面積率と表面開口率とは、それぞれ任意の複数の視野（例えば、一つの視野が１ｍｍ^２）における固体潤滑剤又は開口部の面積比率の平均値である。

本発明の焼結含油軸受の好適な実施態様として、前記摺動面における表面開口率が６％以下であるとよい。
摺動面における表面開口率を６％以下とすることにより、さらに高速・高荷重の環境において、軸と摺動面との間に安定して油を保持でき、摺動面の良好な耐面圧を確保できる。

本発明の焼結含油軸受の好適な実施態様として、前記摺動面における前記固体潤滑剤の分布状態は、直径５μｍ以上の大きさの前記固体潤滑剤が２００個／ｍｍ^２以上で分布されているとよい。

直径５μｍ以上の大きさの固体潤滑剤が摺動面の耐面圧改善に大きく寄与することから、摺動面における直径５μｍ以上の大きさ固体潤滑剤の分布状態を２００個／ｍｍ^２以上とすることにより、摺動面に固体潤滑剤を均一に分布でき、固体潤滑剤により安定して摺動面の良好な耐面圧を維持できる。一方、上記の大きさの固体潤滑剤の分布状態が２００個／ｍｍ^２未満であると、摺動面に露出する固体潤滑剤の量が少なく、その分布も不均一になるため、摺動面の耐面圧を低下させるおそれがある。

本発明の焼結含油軸受の好適な実施態様として、前記摺動面から内部に少なくとも１０μｍまでの深さ範囲に、前記摺動面と同じ面積率で前記固体潤滑剤が分布された潤滑層が形成されているとよい。

固体潤滑剤を摺動面だけでなく、その摺動面の内部にまで同様の面積率で分布させた潤滑層を設けておくことで、摺動時に摺動面が摩耗した際にも、安定して固体潤滑剤を軸と摺動面との間に供給できる。したがって、焼結含油軸受を高速・高荷重の環境において長期的に安定して使用できる。

本発明の焼結含油軸受の好適な実施態様として、前記軸受孔の内周面全体の面積を１としたときに、前記摺動面の面積比率をａとすると、前記面積比率ａが０．２以上０．９８以下であるとよい。

摺動面の面積比率ａが０．２未満では、実用的なサイズの軸受では摺動面にかかる面圧が高くなり、摺動面の摩耗が進行して焼付きが生じやすくなる。また、摺動面の面積比率ａを０．２未満として軸受の耐久性を持たせようとすると、軸受自体のサイズを大きくする必要があり、実用的ではない。さらに、摺動面の面積比率ａが０．９８を超える場合では、潤滑油を十分に供給することができず、摺動面の摩耗が進行して焼付きが生じやすくなる。

本発明の焼結含油軸受の好適な実施態様として、前記固体潤滑剤には、黒鉛、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、窒化ホウ素、フッ化カルシウム、タルクのいずれかを用いることができる。

固体潤滑剤に上記のいずれかを用いることで、潤滑性を付与でき、耐摩耗性に優れた焼結含油軸受を構成できる。

本発明の焼結含油軸受の製造方法は、原料粉末を加圧成形した圧粉体を焼結して、軸が挿入される軸受孔の内周面に前記軸の外周面を支持する摺動基準面と、該摺動基準面に隣接して該摺動基準面よりも径方向外側に配置された給油面と、を有する焼結軸受基体を形成する基体形成工程と、前記摺動基準面に固体潤滑剤を塗布して前記摺動基準面に前記固体潤滑剤が分布された摺動面を形成する潤滑剤分布工程と、を有し、前記基体形成工程において前記給油面の表面開口率を１０％を超え４０％未満に形成し、前記潤滑剤分布工程において、前記摺動基準面に前記固体潤滑剤を３％以上２０％以下の面積率で分布させて、前記摺動面の全体における表面開口率を９％以下に形成する。

予め基体形成工程において摺動基準面と給油面とを有する焼結軸受基体を形成しておき、潤滑剤分布工程で摺動基準面に固体潤滑剤を分布させることにより、表面開口率を９％以下に小さくした摺動面を形成できる。なお、給油面については１０％を超え４０％未満の表面開口率を維持する。このように、本発明の焼結含油軸受の製造方法では、焼結軸受基体を形成した後に、焼結基準面に固体潤滑剤を分布させることで、摺動面における固体潤滑剤の面積率を所望の範囲内に容易に調整できるとともに、摺動面の表面開口率を所望の範囲内に容易に調整できる。

本発明の焼結含油軸受の製造方法の好適な実施態様として、前記基体形成工程と前記潤滑剤分布工程との間に、前記焼結軸受基体を加圧して寸法矯正することにより、前記摺動基準面の表面開口率を低減する矯正工程を有するとよい。また、前記矯正工程において、前記摺動基準面の表面開口率を９％以下に低減するとよい。

矯正工程により、摺動基準面の一部の空孔が圧縮・塑性流動されることにより潰され、封孔されるので、摺動基準面を緻密に形成でき、表面開口率を９％以下に小さくできる。このように、予め緻密な摺動基準面を形成しておくことで、摺動面に占める焼結体の素地面の割合を大きくできるので、摺動面の強度を高く維持でき、摺動面の耐面圧を向上できる。

本発明によれば、軸受としての摺動特性を向上でき、焼結含油軸受の高速・高荷重の環境下での使用が可能となる。

本発明の第１実施形態の焼結含油軸受を軸心を通る縦断面において模式的に示した縦断面図である。 図１の焼結含油軸受における軸受孔付近の拡大断面図である。 本発明の実施形態の焼結含油軸受の摺動面を撮影したＳＥＭ画像の一例である。 本発明の第１実施形態の焼結含油軸受の製造方法を示す工程図である。 成形用金型内を模式的に示す縦断面図である。 図５に示す成形用金型による圧粉体の成形時を模式的に示す縦断面図である。 図６に示す状態から成形用ダイプレートを上昇させて圧粉体を取り出した状態を模式的に示す縦断面図である。 矯正用金型に焼結軸受基体を載置した状態を模式的に示す縦断面図である。 図８に示す状態から焼結軸受基体を矯正している状態を模式的に示す縦断面図である。 焼結軸受基体の摺動基準面への固体潤滑剤の塗布時を模式的に示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態の焼結含油軸受を軸心を通る縦断面において模式的に示した縦断面図である。

以下、本発明の焼結含油軸受及びその製造方法の実施形態について説明する。
本実施形態の焼結含油軸受１０１は、金属粉末の焼結体により形成された筒状の軸受であり、図１及び図２に示すように、軸受孔１０の内周面には、軸３０の外周面３１１を支持する摺動面１１と、摺動面１１に隣接して摺動面１１よりも径方向外側に配置された給油面１２ａ，１２ｂと、が形成されている。

軸受孔１０の摺動面１１は、挿入された軸３０を回転自在に支持するものであり、摺動面１１の内径Ｄｉは、軸３０の外径よりもわずかに大きい直径に形成される。また、給油面１２ａ，１２ｂは、摺動面１１よりも径方向外側に凹ませた凹面状に形成されており、摺動面１１よりも内径が大きく形成され、軸受孔１０の内周面の軸方向の端部に開口して、軸受孔１０の両端部に形成されている。図１及び図２に示す例では、焼結含油軸受１０１の長さ方向（軸方向）の中央部に摺動面１１が形成され、その両端部に隣接して給油面１２ａ，１２ｂが形成されている。そして、各給油面１２ａ，１２ｂは、同径で、かつ、軸方向に同幅ｗで形成されており、各給油面１２ａ，１２ｂは周方向に一定の幅ｗで形成されている。

なお、給油面は、少なくとも軸受孔１０の内周面の一部に形成されていればよく、例えば図１１に示す焼結含油軸受１０２のように、摺動面１１ａ，１１ｂを軸受孔１０の両端に開口させるように配置し、軸受孔１０の軸方向の中央部を径方向外側に凹ませた給油面１２を形成することもできる。また、図示は省略するが、給油面は、周方向に連続した形状の他にも、軸方向に螺旋状に形成してもよいし、摺動面に対して独立した島状に分散する複数の凹部により形成することもできる。

焼結含油軸受１０１は、前述したように、金属粉末の焼結体により形成されており、図示は省略するが、内部に複数の空孔（ポア）が形成された多孔質体により形成されている。また、軸受孔１０の内周面に形成された給油面１２ａ，１２ｂには、空孔が開口しており、給油面１２ａ，１２ｂにおいては空孔の表面開口率が１０％を超え４０％未満とされている。これに対し、摺動面１１は、固体潤滑剤が３％以上２０％以下の面積率で分布されており、図３のＳＥＭ画像に示されるように、空孔（図３に符号１４で示す。）の表面開口率が９％以下とされ、好ましくは６％以下とされる。なお、以下の説明では、給油面１２ａ，１２ｂに開口する空孔も、摺動面１１に開口する空孔１４と同様に、符号１４を付して説明する。

図３に示すように、固体潤滑剤（図３に符号１５で示す。）は摺動面１１に開口する空孔１４の一部に充填されており、摺動面１１に占める焼結体の素地面における空孔が固体潤滑剤１５により埋められることで、摺動面１１に開口する空孔１４の表面開口率が小さく設けられている。摺動面１１における固体潤滑剤１５の分布状態は、直径５μｍ以上の大きさの固体潤滑剤１５が２００個／ｍｍ^２以上で分布されることが望ましい。摺動面１１における上記大きさの固体潤滑剤１５の分布状態を２００個／ｍｍ^２以上とすることにより、摺動面１１に固体潤滑剤１５を均一に分布でき、軸３０と摺動面１１との間に、固体潤滑剤１５を安定して供給でき、摺動面１１の良好な耐面圧を維持できる。なお、上記大きさの固体潤滑剤１５の分布状態が２００個／ｍｍ^２未満であると、摺動面１１に露出する固体潤滑剤１５の量が少なく、その分布も不均一になるため、固体潤滑剤１５を分布させたことによる効果が十分に得られず、摺動面１１の耐面圧を低下させるおそれがある。

固体潤滑剤１５の直径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定される。本実施形態では、光学顕微鏡により観察される既知の面積（例えば１ｍｍ^２）の測定範囲（視野範囲）内に完全に含まれる固体潤滑剤１５の面積を測定し、円相当径（固体潤滑剤１５の単位面積と同じ面積を持つ円の直径）を算出し、この円相当径を各固体潤滑剤１５の直径とした。

また、固体潤滑剤１５は、摺動面１１だけでなく、摺動面１１から内部に少なくとも１０μｍまでの深さ範囲にも、摺動面１１と同じ面積率で分布させることが望ましい。本実施形態の焼結含油軸受１０１では、摺動面１１より内側の内部にまで摺動面１１と同様の面積率で固体潤滑剤１５を分布させた潤滑層１３が形成されている。軸３０と摺動面１１との摺動時には、摺動面１１が１０μｍ程度摩耗されるおそれがあることから、摺動面１１だけでなく、摺動面１１よりも内部に摺動面１１と同様の面積率で固体潤滑剤１５を分布させた潤滑層１３を設けておくことで、摺動面１１が摩耗した際にも、安定して固体潤滑剤１５を軸３０と摺動面１１との間に供給できる。

また、本実施形態では、摺動面１１を構成する焼結体の素地面（後述する摺動基準面２２１）は、空孔１４が封孔処理された緻密な層（緻密層）により形成されており、給油面１２ａ，１２ｂよりも摺動面１１に占める焼結体の素地面の割合が大きく設けられている。例えば、給油面１２ａ，１２ｂに開口する空孔１４の平均直径は５μｍ以上４０μｍ以下とされ、摺動面１１に開口する空孔１４の平均直径は５μｍ以上２０μｍ以下とされる。このように緻密層により形成された摺動面１１においては、開口する空孔１４の表面開口率が給油面１２ａ，１２ｂと比較して小さく設けられていることから、軸受内部への油の流入が抑制され、軸３０と摺動面１１との間に油を安定して保持できる。このように、摺動面１１は、その素地面が緻密層により形成されることで、摺動面１１の強度が高く維持され、摺動面１１の耐面圧が高く維持されている。また、給油面１２ａ，１２ａにおいては、開口する空孔１４の表面開口率が摺動面１１と比較して大きく設けられているので、軸受内部から軸３０と摺動面１１との間に油を円滑に供給できる。

なお、空孔１４の平均直径は、固体潤滑剤１５の直径の測定と同様に、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定される。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察される摺動面１１上の既知の面積（例えば１ｍｍ^２）の測定範囲（視野範囲）内に完全に含まれる空孔（開口部）１４の面積を測定し、円相当径（空孔１４の単位面積と同じ面積を持つ円の直径）を算出し、この円相当径を各空孔１４の直径とし、これらの平均値を平均直径とした。

また、上述の固体潤滑剤１５の面積率は、摺動面１１における単位面積当たりの固体潤滑剤１５の面積比率であり、表面開口率は、摺動面１１もしくは給油面１２における単位面積当たりの開口部（空孔１４）の面積比率である。また、固体潤滑剤１５の面積率と表面開口率とは、それぞれ任意の複数の視野（例えば、一つの視野が１ｍｍ^２）における固体潤滑剤１５又は開口部の面積比率の平均値である。

固体潤滑剤としては、優れた潤滑性を有し、耐摩耗性の向上に寄与する黒鉛、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、窒化ホウ素、フッ化カルシウム、タルク等のいずれかを好適に用いることができる。

また、軸受孔１０の内周面全体の面積を１としたときに、摺動面１１の面積比率をａとすると、摺動面１１の面積比率ａが０．２以上０．９８以下とされる。この場合、軸受孔１０の軸方向の長さをＬ（本実施形態では、焼結含油軸受１０１の長さＬと同じ）とすると、軸３０が軸受孔１０に挿入されて内周面に接触したときに、軸受孔１０の長さＬの（ａ×１００）％の範囲で摺動面１１に接することになる。

このように構成される焼結含油軸受１０１の諸寸法について一例を挙げると、摺動面１１の内径Ｄｉが１ｍｍ以上３０ｍｍ以下に形成され、摺動面１１と軸３０との間には、摺動面１１の内径Ｄｉの０．０５％以上０．６％以下の隙間が形成される。また、摺動面１１と給油面１２ａ，１２ｂとの高低差ｄ１１は、摺動面１１の内径Ｄｉの０．０１％以上１５％以下に形成される。なお、図１１に示すように、軸受孔１０の軸方向の中央部を径方向外側に凹ませた給油面１２を形成する等、軸受孔１０の両端から離れた位置に給油面を形成する場合、焼結体となる圧粉体の成形時の離型性（スプリングバック量）を考慮して、摺動面１１ａ，１１ｂと給油面１２との高低差ｄ１１は、摺動面１１の内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下に形成される。ただし、これらの寸法は、上記数値範囲に限られるものではない。

次に、本実施形態の焼結含油軸受１０１の製造方法について説明する。
この焼結含油軸受１０１の製造方法は、図４のフロー図に示すように、焼結含油軸受１０１となる多孔質体からなる焼結軸受基体２２を形成する基体形成工程（Ｓ１１）と、焼結軸受基体２２を加圧して寸法矯正する矯正工程（Ｓ１２）と、固体潤滑剤が分布された摺動面１１を形成する潤滑剤分布工程（Ｓ１３）と、を有する。

焼結含油軸受１０１の材料となる金属の原料粉末としては、特に限定されるものではないが、銅系粉末あるいは鉄銅系粉末が好適である。銅系粉末は、主成分が銅、銅‐錫、銅‐錫‐リンあるいは銅‐亜鉛等の銅合金からなる銅粉であり、融点が焼結温度以下である低融点金属粉（例えば、錫粉）を５〜１２質量％、あるいは黒鉛等の固体潤滑剤を０．５〜９質量％含有してもよい。また、鉄銅系粉末は、銅粉が１５〜８０質量％、残部が鉄粉とされるが、低融点金属粉を０．１〜５質量％、固体潤滑剤を０．５〜５質量％含有してもよい。固体潤滑剤を少量含有させることで、低荷重で所定密度の圧粉体を容易に成形でき、圧粉体の成形性を向上させることができる。なお、原料粉末に含有される固体潤滑剤には、摺動面１１に分布される固体潤滑剤１５と同じものを用いることができるが、摺動面１１に分布される固体潤滑剤１５とは異なる種類のものを含有させることもできる。

また、これら原料粉末のうち、銅粉の形状としては、必ずしも限定されないが、扁平粉末と粒状粉末との二種類を用いるとよい。粒状粉末は、電解銅粉やアトマイズ銅粉が用いられる。扁平粉末は、アスペクト比（直径／厚さ）が１０以上であり、例えば銅箔片を用いることができる。そして、銅粉中の扁平粉末の混合比率は、銅系粉末の場合は５質量％〜３０質量％、鉄銅系粉末の場合は５質量％〜６０質量％が好ましい。銅系粉末の粒状粉末と、扁平粉末とは、例えば、扁平粉末の最大直径が１μｍ以上２００μｍ以下であるのに対して、粒状粉末は５μｍ以上１００μｍ以下の平均粒径に形成される。また、鉄銅系粉末においては、鉄粉の平均粒径は銅粉の平均粒径と同等以上に形成される。

（基体形成工程）
基体形成工程（Ｓ１１）には、図５〜図７に示すように、成形用ダイプレート５１と、成形用コアロッド５２、成形用下パンチ５３及び成形用上パンチ５４を備える成形用金型５０が用いられる。この成形用金型５０において、成形用ダイプレート５１には円柱状の貫通孔５１１が形成されており、この貫通孔５１１の中心に挿入される成形用コアロッド５２は全体として円柱状に形成されている。

図５に示すように、成形用ダイプレート５１の貫通孔５１１と成形用コアロッド５２の外周面５２１とにより円筒状空間５５が形成されており、この円筒状空間５５に下方から挿入される成形用下パンチ５３は全体として円筒状に形成され、その外周面５３１が成形用ダイプレート５１の貫通孔５１１の内周面に係合可能に設けられるとともに、その内周面５３２が成形用コアロッド５２の外周面５２１に係合可能に設けられている。そして、成形用下パンチ５３の上端部には、他の部分よりも径方向内側に凹とされた縮径面５３３が形成されている。また、円筒状空間５５に上方から挿入される成形用上パンチ５４も、成形用下パンチ５３と同様に全体として円筒状に形成され、その外周面５４１が成形用ダイプレート５１の貫通孔５１１の内周面に係合可能に設けられるとともに、その内周面５４２が成形用コアロッド５２の外周面５２１に係合可能に設けられている。そして、成形用上パンチ５４の下端部には、他の部分よりも径方向内側に凹とされた縮径面５４３が形成されている。

基体形成工程（Ｓ１１）では、図５に示すように、成形用下パンチ５３を円筒状空間５５の下部に挿入し、成形用ダイプレート５１と成形用コアロッド５２と成形用下パンチ５３とによって形成される空間内に、所定量の原料粉末を上方から投入する。そして、円筒状空間５５内に上方から成形用上パンチ５４を挿入して、成形用下パンチ５３と成形用上パンチ５４との間隔を狭めて原料粉末を例えば１５０ＭＰａ〜４００ＭＰａで圧縮することにより加圧成形して、圧粉体２１を形成する。このとき、圧粉体２１の内周面の両端には、成形用下パンチ５３の縮径面５３３と成形用上パンチ５４の縮径面５４３とにより、圧粉体２１の内周面の軸方向の両端に他の部分よりも径方向外側に凹とされた凹面２１２ａ，２１２ｂが形成されるとともに、成形用コアロッド５２の外周面５２１により、両凹面２１２ａ，２１２ｂに隣接する凸面２１１が形成される。つまり、圧粉体２１の内周面に、成形用コアロッド５２の外周面５２１と、成形用下パンチ５３の縮径面５３３及び成形用上パンチ５４の縮径面５４３との形状に対応する高低差を有する凹面２１２ａと凸面２１１と凹面２１２ｂとが隣接して形成される。

成形用ダイプレート５１と成形用コアロッド５２との間で圧粉体２１を成形した後、図６に示すように成形用ダイプレート５１を成形用コアロッド５２及び両パンチ５３，５４に対して下降移動させ、成形用ダイプレート５１による拘束を解除（除圧）する。このとき、圧粉体２１に若干のスプリングバックが生じ、成形用コアロッド５２と圧粉体２１との間に隙間が生じる。そして、この状態で、図７に示すように、成形用ダイプレート５１を上昇移動させて元の位置に復帰させることで、圧粉体２１の内部から成形用コアロッド５２を容易に抜き出す（離型させる）ことができる。
なお、圧粉体２１の内周面の凸面２１１と凹面２１２ａ，２１２ｂとの高低差ｄ２１は、スプリングバックが生じることから、成形用ダイプレート５１による拘束時と比べて若干大きくなり、凸面２１１と凹面２１２ａ，２１２ｂの各内径も成形用ダイプレート５１による拘束時と比べて若干大きくなる。

なお、圧粉体２１の加圧成形時において、扁平銅粉末が、成形用ダイプレート５１の貫通孔５１１の内周面及び成形用コアロッド５２の外周面５２１に多く集まるため、圧粉体２１の内周面及び外周面に沿った方向に扁平銅粉末を多く配置することができる。このため、成形用コアロッド５２の外周面５２１付近に扁平銅粉末が多く配置された状態となり、鉄銅系粉末を原料粉末とした場合は、圧粉体２１の内周面及び外周面における表層部が銅リッチとなる。

次に、圧粉体２１を８００℃〜９５０℃の温度で焼結することにより、表面開口率が１０％を超え４０％未満の焼結体からなる焼結軸受基体２２を形成する。この焼結時において、圧粉体２１の収縮が生じるものの、焼結軸受基体２２の内周面には、圧粉体２１の凸面２１１であった部分に摺動基準面２２１が形成されるとともに、圧粉体２１の凹面２１２ａ，２１２ｂであった部分に給油面１２ａ，１２ｂが形成される。給油面１２ａ，１２ｂに開口する空孔の平均直径は、５μｍ以上４０μｍ以下に形成される。また、摺動基準面２２１に開口する空孔１４の平均直径は、給油面１２ａ，１２ｂと同様の大きさに形成される。
なお、圧粉体２１の加圧成形時において、焼結軸受基体２２の内周面全体の面積を１としたときに、摺動基準面２２１の面積比率が０．２以上０．９８以下となるように寸法設定しておく。

（矯正工程）
矯正工程（Ｓ１２）では、図８に示すように、矯正用金型６０を用いて焼結軸受基体２２を加圧して寸法矯正することにより、摺動基準面２２１に開口する空孔（開口部）１４の表面開口率を低減する。
矯正用金型６０は、焼結軸受基体２２の内外径を寸法矯正するものであり、例えば図８に示すように、成形用金型５０と同様に、矯正用ダイプレート６１、矯正用コアロッド６２、矯正用下パンチ６３及び矯正用上パンチ６４の４つを備える。そして、焼結軸受基体２２に接触する矯正用ダイプレート６１の貫通孔６１１の表面（内周面）や、矯正用コアロッド６２の外周面６２１、矯正用下パンチ６３の上端面６３３及び矯正用上パンチ６４の上端面６４３は平滑な表面に仕上げられている。また、矯正用コアロッド６２の外周面６２１は、焼結軸受基体２２の摺動基準面２２１により形成される内径よりも大きく、かつ凹面である給油面１２ａ，１２ｂにより形成される内径よりも小さな外径で形成されている。

図８に示すように、この矯正用金型６０において矯正用ダイプレート６１内に矯正用コアロッド６２と矯正用下パンチ６３とを配置した状態で、矯正用ダイプレート６１上に焼結軸受基体２２を配置し、矯正用上パンチ６４を下降移動させる。これにより、矯正用ダイプレート６１の貫通孔６１１内に焼結軸受基体２２を押し込み、図９に示すように焼結軸受基体２２の内周面に矯正用コアロッド６２を押し当てることにより、矯正用ダイプレート６１の貫通孔６１１の内周面と矯正用コアロッド６２の外周面６２１との間、及び矯正用下パンチ６３と矯正用上パンチ６４との間で、焼結軸受基体２２が径方向及び軸方向に圧縮・塑性流動されて、その形状が製品寸法に仕上げられる。特に原料粉末に鉄銅系粉末を用いる場合、扁平銅粉末により焼結軸受基体２２の内周面及び外周面における表層部が銅リッチに形成されるので、矯正工程において、表層部の柔らかい銅リッチ部分が塑性流動しやすく、摺動基準面２２１に開口する空孔（開口部）１４が潰しやすくなる。

この際、矯正用コアロッド６２の外周面６２１の外径は、焼結軸受基体２２の摺動基準面２２１よりも大きく、かつ凹面である給油面１２ａ，１２ｂよりも小さな外径で形成されていることから、焼結軸受基体２２の内周面の給油面１２ａ，１２ｂは圧縮されることがなく、摺動基準面２２１のみが径方向外側に圧縮・塑性流動される。そして、焼結軸受基体２２の摺動基準面２２１が圧縮される際に、矯正用コアロッド６２の外周面６２１と摺動基準面２２１とが摺動することで、摺動基準面２２１に開口する空孔１４の一部が目潰し（封孔処理）され、特に摺動基準面２２１に開口する比較的直径の小さな空孔１４が潰される。そして、摺動面１１に開口する空孔１４の平均直径が５μｍ以上２０μｍ以下に形成され、空孔１４の表面開口率が寸法矯正前よりも小さくなる。

このように、矯正工程では、摺動基準面２２１の表面全体に空孔１４が目潰しされた状態の緻密層が形成されることで、開口する空孔１４の表面開口率が寸法矯正前よりも低減され、すなわち、給油面１２ａ，１２ｂよりも表面開口率が低減された摺動基準面２２１が形成される。そして、高低差ｄ１１が摺動面１１の内径Ｄｉの１％以上１．５％以下に形成された給油面１２ａ，１２ｂと摺動面１１とを備える焼結軸受基体２２が形成される。なお、摺動基準面２２１の表面全体に摺動面１１が形成されることから、軸受孔１０の内周面全体の面積を１としたときに、摺動面１１の面積比率ａは０．２以上０．９８以下に設けられる。

なお、矯正工程では、摺動基準面２２１の表面開口率を１０％以下に低減することが望ましい。予め緻密な摺動基準面２２１を形成しておくことで、摺動面１１に占める焼結体の素地面の割合を大きくでき、摺動面１１の強度を高く維持できる。また、潤滑剤分布工程（Ｓ１３）において、摺動面１１の表面開口率を低減することが容易になる。

（潤滑剤分布工程）
潤滑剤分布工程（Ｓ１３）では、摺動基準面２２１に固体潤滑剤１５を塗布して、摺動基準面２２１に固体潤滑剤１５が３％以上２０％以下の面積率で分布された摺動面１１を形成する。そして、摺動面１１における表面開口率を９％以下、好ましくは６％以下に形成する。

具体的には、エタノール等の溶媒に固体潤滑剤１５を分散させた分散液を、例えば０．６ｍｇ／ｃｍ^２の割合で摺動基準面２２１に塗布し、乾燥させる。分散液の塗布は、例えばスプレー方式やスピンコート方式により行うことができる。そして、図１０に示すように、摺動基準面２２１に係合可能な外周面７１１を有する軸棒７０を軸受孔１０に挿入し、この軸棒７０を軸受孔１０内で軸回りに回転させる。これにより、固体潤滑剤１５を摺動基準面２２１に開口する空孔１４内になじませ、空孔１４の一部を封孔することにより、摺動基準面２２１に固体潤滑剤１５を３％以上２０％以下の面積率で分布させ、摺動面１１における表面開口率を９％以下、好ましくは６％以下に形成する。

また、潤滑剤分布工程（Ｓ１３）では、軸棒７０を軸受孔１０内で回転させることにより、固体潤滑剤１５を摺動基準面２２１に開口する空孔１４を通じて内部の空孔１４にまで押し込むことができる。このため、摺動面１１から内部に向けた適宜の深さ範囲に、摺動面１１と同じ面積率で固体潤滑剤１５が分布された潤滑層１３を形成できる。この際、余分な固体潤滑剤１５は、軸棒７０によりこぞぎ落とされ、除去される。

なお、潤滑剤分布工程（Ｓ１３）において、給油面１２ａ，１２ｂに固体潤滑剤１５が付着し、表面に開口する空孔１４を封孔することがあっても、その付着量は少量であり、給油面１２ａ，１２ｂの表面開口率を１０％を超え４０％未満の範囲に確保することで、軸３０と摺動面１１との摺動時において、給油面１２ａ，１２ｂから円滑に油を供給できる。また、軸棒７０は、摺動基準面２２１のみに接触し、給油面１２ａ，１２ｂには接触しないことから、固体潤滑剤１５が給油面１２ａ，１２ｂに付着することがあっても、給油面１２ａ，１２ｂから容易に脱落しやすく、給油面１２ａ，１２ｂから軸３０と摺動面１１との間への油の供給を阻害することはない。

なお、摺動面１１に固体潤滑剤１５を分布させる方法としては、本実施形態のように分散液と軸棒７０とを用いる方法に限定されるものではなく、他の方法を用いることもできる。例えば、図示は省略するが、予め表面に固体潤滑剤１５が成膜された軸棒を用い、この軸棒を軸受孔１０内で回転させることにより、固体潤滑剤１５を摺動基準面２２１に塗布するとともに、固体潤滑剤１５を空孔１４内になじませ、摺動面１１に分布させることができる。

最後に、潤滑油（油）が含浸され、図１及び図２に示す焼結含油軸受１０１が製造される。なお、潤滑油は、矯正工程（Ｓ１２）と潤滑剤塗布工程（Ｓ１３）との間で、焼結軸受基体２２に含浸させるようにしてもよい。また、矯正工程（Ｓ１２）を実施しない場合には、基体形成工程（Ｓ１１）と潤滑剤塗布工程（Ｓ１３）との間で、焼結軸受基体２２に含浸させるようにしてもよい。

このようにして製造した焼結含油軸受１０１は、摺動面１１に固体潤滑剤１５が３％以上２０％以下の面積率で分布されているので、軸３０と摺動面１１との摺動初期において、摺動面１１に露出する固体潤滑剤１５が軸３０と摺動面１１との間に存在することにより、軸３０と摺動面１１との初期なじみ性を向上でき、摩擦抵抗を低減できる。また、この焼結含油軸受１０１においては、摺動時において表面開口率が１０％を超える給油面１２ａ，１２ｂから油が浸みだして軸３０と摺動面１１との間に導かれ、表面開口率が９％以下の摺動面１１において軸３０との間に十分な油膜を形成できるので、摺動時の摩擦抵抗を低減でき、軸受としての摺動特性を向上できる。

なお、摺動面１１における固体潤滑剤１５の面積率が３％未満では、固体潤滑剤が不足して、固体潤滑剤１５を分布させたことによる軸３０と摺動面１１との初期なじみ性を十分に向上させることが難しくなり、耐面圧値を向上させることも難しくなる。一方、摺動面１１における固体潤滑剤１５の面積率が２０％を超えると、摺動面１１に占める焼結体の素地面が少なくなることで強度が低下し、摩耗を促進させるおそれがある。

また、軸３０を支持する摺動面１１の表面開口率が９％を超えていると、高速・高荷重の環境では、軸３０との間に油を十分に保持できずに摺動面１１から軸受内部に油を流入させるおそれがある。また、給油面１２ａ，１２ｂの表面開口率が１０％以下であると、軸受内部から軸３０と摺動面１１との間に油を十分に供給することが困難になる。このため、軸３０と摺動面１１との間の油膜が少なくなり、焼付きが生じやすくなるため、耐面圧を低下させるおそれがある。また、給油面１２ａ，１２ｂの表面開口率が４０％以上になると、給油面１２ａ，１２ｂから軸３０と摺動面１１との間に油を円滑に供給することが難しくなる。

なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図１及び図２に示される焼結含油軸受１０１では、給油面１２ａを全て同じ直径、同じ幅（同じ面積）に設定したが、異なる面積の給油面が混在するように分散させてもよい。また、給油面を軸受孔の軸心を中心とする螺旋状に形成する等、給油面の形状は特に限定されるものではなく、任意の形状で形成することができる。
また、前記実施形態では、基体形成工程（Ｓ１１）と潤滑剤分布工程（Ｓ１３）との間に矯正工程（Ｓ１２）を実施したが、矯正工程（Ｓ１２）は必須の要件ではない。基体形成工程後に矯正工程を実施することなく潤滑剤分布工程を実施し、固体潤滑剤の塗布量を調整することにより、摺動面１１における表面開口率を調整してもよい。

本発明の効果を実証するために行った試験結果について説明する。
試験には、原料粉末として鉄、銅、錫、黒鉛等を混合した鉄銅系粉末を用いた。鉄銅系粉末からなる原料粉末は、銅粉が５０質量％、錫粉が２質量％、銅‐８質量％リン粉が５質量％、銅‐亜鉛粉が１０質量％、黒鉛等の固体潤滑剤が０．５質量％、そして残部を鉄粉として調整した。また、そのうち銅粉については、アスペクト比が１０以上で最大直径が１μｍ以上１００μｍ以下の扁平粉末と、平均粒径５μｍ以上１００μｍ以下の粒状粉末とを混合したものを用い、銅粉中の偏平粉の混合比率を２５質量％とした。また、鉄粉の平均粒径は、銅粉のうちの粒状粉末の平均粒径と同等以上であった。

そして、基体形成工程において原料粉末を１５０〜５００ＭＰａで圧縮成形して圧粉体を成形し、圧粉体を８００〜９５０℃の温度で焼結して内周面に摺動基準面と給油面とを有する焼結軸受基体を形成した後、矯正工程を経て、軸受孔の内周面に高低差ｄ１１の摺動基準面と給油面とを形成した。また、試料１〜１６ついては、矯正工程後に摺動基準面に黒鉛（固体潤滑剤）を塗布し、潤滑剤分布工程を実施することにより、摺動面における固体潤滑剤の面積率を調整した。一方、試料１７ついては、矯正工程後に潤滑剤分布工程を実施することなく、矯正工程において形成した摺動基準面をそのまま摺動面とした。各試料１〜１７固体潤滑剤の面積率は表１に示すとおりである。

各試料１〜１７焼結含油軸受（以下、軸受と省略する。）の長さＬは、いずれも８ｍｍとした。また、摺動面の内径Ｄｉは、いずれも８ｍｍとした。また、給油面は、表１に示す一個当りの幅、個数、高低差（深さ）ｄ１１で軸受孔の周方向に一定の幅で形成し、軸受孔の内周面の給油面以外の部分に摺動面を形成した。摺動面の面積比率ａは表１に示す通りとした。なお、表１では、高低差ｄ１１は、摺動面の内径Ｄｉに対する比率で記載した。

また、表１の軸受孔の内周面全体に対する摺動面の面積比率ａ、摺動面と給油面との高低差ｄ１１は、軸受孔の内周面をコントレーサーにより測定した。また、摺動面及び給油面のそれぞれの表面開口率及び固体潤滑剤の面積率は、軸受の摺動面と給油面とのそれぞれについて倍率５００倍のＳＥＭ像（ＳＥＩ、ＣＯＭＰＯ）を撮影し、その写真を画像解析ソフトで２値化して開口部、固体潤滑剤をそれぞれ抽出し、開口部の面積率（表面開口率）及び固体潤滑剤の面積率を計測するとともに、直径５μｍ以上の大きさの固体潤滑剤の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求めた。これらの計測における各軸受の摺動面と給油面との撮影箇所は、条件の異なる軸受毎に５個の試料（軸受）を用意し、各軸受の摺動面と給油面とについてそれぞれ５視野とした。そして、それぞれ２５か所の撮影箇所の計測結果の平均値を表面開口率、固体潤滑剤の面積率、固体潤滑剤の分布数（単位面積当たりの個数）とした。

また、得られた軸受に潤滑油を含浸させた後、軸受孔にＳＵＪ２焼き入れ品からなる軸を挿入して、摩耗試験を実施した。摩耗試験は、常温（２５℃）から開始で実施し、軸心に直交する垂直方向にラジアル荷重（負荷面圧Ｐ）を付与した状態で周速度Ｖ（８０００ｒｐｍ）を一定として軸を回転させ、負荷面圧Ｐを１ＭＰａから一定時間（２０分）毎に１ＭＰａずつ段階的に昇圧させた際に、軸受が焼付いて摩擦係数が急激に上昇したり、摩耗や異音の発生が確認された時点の負荷面圧Ｐ（ＭＰａ）を計測した。そして、この負荷面圧Ｐの最大値と周速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）との積から限界ＰＶ値を算出した。結果を表２に示す。

表１及び表２の結果から、摺動面に固体潤滑剤が３％以上２０％以下の面積率で分布され、摺動面における表面開口率が９％以下で、給油面における表面開口率が１０％を超え４０％未満とされる試料１〜１２については、摺動初期において焼付きが生じることもなく、上記範囲外の試料１３〜１７と比較して限界ＰＶ値を高くできることがわかる。また、試料１〜１２の中でも、摺動面の面積比率ａが０．２以上０．９８以下とされ、直径５μｍ以上の大きさの固体潤滑剤の分布数が２００個／ｍｍ^２以上とされる試料１〜７は特に限界ＰＶ値が高くなり、高荷重環境での軸受特性に優れることがわかる。

１０ 軸受孔
１１，１１ａ，１１ｂ 摺動面
１２，１２ａ，１２ｂ 給油面
１３ 潤滑層
１４ 空孔
１５ 固体潤滑剤
２１ 圧粉体
２２ 焼結軸受基体
３０ 軸
５０ 成形用金型
５１ 成形用ダイプレート
５２ 成形用コアロッド
５３ 成形用下パンチ
５４ 成形用上パンチ
５５ 円筒状空間
６０ 矯正用金型
６１ 矯正用ダイプレート
６２ 矯正用コアロッド
６３ 矯正用下パンチ
６４ 矯正用上パンチ
７０ 軸棒
１０１，１０２ 焼結含油軸受（軸受）
２１１ 凸面
２１２ａ，２１２ｂ 凹面
２２１ 摺動基準面

Claims (8)

1. 軸が挿入される軸受孔の内周面に、前記軸の外周面を支持する摺動面と、前記摺動面に隣接し該摺動面よりも径方向外側に配置された給油面と、を有し、
   前記摺動面に固体潤滑剤が３％以上２０％以下の面積率で分布されており、
   前記摺動面の全体における表面開口率が９％以下であり、前記給油面における表面開口率が１０％を超え４０％未満であることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 前記摺動面における前記固体潤滑剤の分布状態は、直径５μｍ以上の大きさの前記固体潤滑剤が２００個／ｍｍ^２以上で分布されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 前記摺動面から内部に少なくとも１０μｍまでの深さ範囲に、前記摺動面と同じ面積率で前記固体潤滑剤が分布された潤滑層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結含油軸受。
4. 前記軸受孔の内周面全体の面積を１としたときに、前記摺動面の面積比率をａとすると、前記面積比率ａが０．２以上０．９８以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
5. 前記固体潤滑剤は、黒鉛、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、窒化ホウ素、フッ化カルシウム、タルクのいずれかであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
6. 原料粉末を加圧成形した圧粉体を焼結して、軸が挿入される軸受孔の内周面に前記軸の外周面を支持する摺動基準面と、該摺動基準面に隣接して該摺動基準面よりも径方向外側に配置された給油面と、を有する焼結軸受基体を形成する基体形成工程と、
   前記摺動基準面に固体潤滑剤を塗布して前記摺動基準面に前記固体潤滑剤が分布された摺動面を形成する潤滑剤分布工程と、を有し、
   前記基体形成工程において前記給油面の表面開口率を１０％を超え４０％未満に形成し、
   前記潤滑剤分布工程において、前記摺動基準面に前記固体潤滑剤を３％以上２０％以下の面積率で分布させて、前記摺動面の全体における表面開口率を９％以下に形成することを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
7. 前記基体形成工程と前記潤滑剤分布工程との間に、前記焼結軸受基体を加圧して寸法矯正することにより、前記摺動基準面の表面開口率を低減する矯正工程を有することを特徴とする請求項６に記載の焼結含油軸受の製造方法。
8. 前記矯正工程において、前記摺動基準面の表面開口率を９％以下に低減することを特徴とする請求項７に記載の焼結含油軸受の製造方法。
   

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