JPWO2006123453A1 - Metal bearing - Google Patents

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Abstract

軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って分散溶媒の中に存在している。A metal bearing comprising a sintered body having a bearing surface slidable with respect to a shaft member, the main component of which is a metal or an alloy, and pores on the surface and inside thereof. Is present in the dispersion solvent with at least one of a gas and a liquid having a boiling point lower than that of the dispersion solvent.

Description

本発明は、軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受に関する。   The present invention relates to a metal bearing comprising a sintered body having a bearing surface slidable with respect to a shaft member, the main component of which is a metal or an alloy, and pores on the surface and inside.

従来、金属の焼結体を主成分として形成されるメタル軸受として、焼結体の内部に潤滑油を含浸させた含油軸受が知られている(例えば、特許文献1参照)。このようなメタル軸受によれば、回転軸との摺接による発熱等により、焼結体内に含浸させた潤滑油が軸受面に滲み出される、所謂自己給油性によって、軸受面における潤滑性を確保することができる。   Conventionally, an oil-impregnated bearing in which a lubricating oil is impregnated in a sintered body is known as a metal bearing formed of a metal sintered body as a main component (see, for example, Patent Document 1). According to such a metal bearing, the lubrication on the bearing surface is ensured by the so-called self-lubricating property in which the lubricating oil impregnated in the sintered body oozes out to the bearing surface due to heat generated by sliding contact with the rotating shaft. can do.

また、その他のメタル軸受としては、銅−ニッケル系の合金粉末に対して、黒鉛粒子をボールミルなどの手段で混合して加圧成形した後に焼結を行う黒鉛分散型Cu基焼結合金製の軸受が提案されている(例えば、特許文献2参照)。このようなメタル軸受では、潤滑性の高い遊離黒鉛と優れた強度及び耐食性を有する銅−ニッケル系合金とにより、優れた耐摩耗性を発揮することができる。
特開2002−39183号公報 特開2002−180162号公報
In addition, as other metal bearings, it is made of a graphite-dispersed Cu-based sintered alloy in which graphite particles are mixed with a copper-nickel alloy powder by means such as a ball mill and subjected to pressure forming and then sintered. A bearing has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In such a metal bearing, excellent wear resistance can be exerted by free graphite having high lubricity and a copper-nickel alloy having excellent strength and corrosion resistance.
JP 2002-39183 A JP 2002-180162 A

しかし、前記従来の焼結体の内部に潤滑油を含浸させた含油軸受は、低温領域においては、蒸気圧が小さい(表面張力が小さい)、あるいは低温領域での潤滑油の体積が熱収縮する等の要因によって焼結体内に含浸させた潤滑油が充分に軸受面に滲み出難くなり、自己給油性がなくなってしまう。その結果、軸受と軸部材との摺接面での焼付き、あるいは片あたりによって気孔の目をつぶしてしまう等の問題が発生する。一般的に、使用温度が−30℃以下となると含油軸受の自己潤滑性が極端に低下するものである。   However, the conventional oil-impregnated bearing in which the sintered body is impregnated with lubricating oil has a low vapor pressure (low surface tension) in the low temperature region, or the volume of the lubricating oil in the low temperature region is thermally contracted. For example, the lubricating oil impregnated in the sintered body is difficult to ooze out to the bearing surface and the self-lubricating property is lost. As a result, problems such as seizure on the sliding contact surface between the bearing and the shaft member or clogging of pores due to contact with each other occur. Generally, when the operating temperature is −30 ° C. or lower, the self-lubricating property of the oil-impregnated bearing is extremely lowered.

一方、高温度領域においては、蒸気圧が大きい(表面張力が大きい)、あるいは熱膨張が大きくなる等の要因によって焼結体内に含浸させた潤滑油が滲み出易くなり、使用時間が長くなると枯渇してしまう場合がある。この結果、低温時と同様に、潤滑油の潤滑作用が低下することによって軸受と軸部材との摺接面での焼付き、あるいは片あたりによって気孔の目をつぶしてしまう等の問題が発生する。一般的には、使用温度が100℃以上になると含浸軸受の連続動作時間に制約を受けるようになる。
なお、軸受に使用される金属または合金の焼結体が表面及び内部に備える気孔の体積割合は、一般的に17〜23vol%程度であり、気孔内に含浸できる潤滑油の容量には制限がある。
On the other hand, in the high temperature region, the lubricating oil impregnated in the sintered body is likely to ooze out due to factors such as high vapor pressure (high surface tension) or large thermal expansion, and it is depleted when the usage time is long. May end up. As a result, as in the case of low temperatures, the lubricating action of the lubricating oil decreases, causing problems such as seizure on the sliding contact surface between the bearing and the shaft member or clogging of pores due to contact with each other. . Generally, when the operating temperature is 100 ° C. or higher, the continuous operation time of the impregnated bearing is restricted.
The volume ratio of pores provided on the surface and inside of the sintered body of metal or alloy used for the bearing is generally about 17 to 23 vol%, and the volume of the lubricating oil that can be impregnated in the pores is limited. is there.

また、含油軸受と軸受に軸支された軸部材とが干渉する場合には、軸受面における焼結体の気孔が潰され、潤滑油が滲み出ることを阻害することがある。このため、軸受の内径寸法と軸部材の外形寸法とについて高い加工精度が必要となり、コストが高くなるという問題がある。   Further, when the oil-impregnated bearing and the shaft member pivotally supported by the bearing interfere with each other, the pores of the sintered body on the bearing surface may be crushed and the lubricating oil may be prevented from seeping out. For this reason, there is a problem that high machining accuracy is required for the inner diameter dimension of the bearing and the outer dimension of the shaft member, which increases the cost.

また、前記黒鉛分散型Cu基焼結合金製の軸受では、銅−ニッケル系の合金粉末に対して単にボールミルにて黒鉛粉末を混合するものであるため、黒鉛が塊となって分散してしまう。このため、軸受面に黒鉛が均一に付かない場合がある。   Further, in the bearing made of the graphite-dispersed Cu-based sintered alloy, graphite powder is simply mixed with a copper-nickel alloy powder by a ball mill, so that the graphite is dispersed as a lump. . For this reason, graphite may not adhere uniformly to the bearing surface.

金属粒子の表面に黒鉛粒子が固着したものを焼結する場合には、金属と黒鉛との融点が大きく異なるため、金属粒子同士の接触面での溶融が黒鉛の存在で阻害される。このため、焼結体の機械的強度が大きく低下するという問題も発生する。   When sintering what fixed the graphite particle on the surface of a metal particle, since melting | fusing point of a metal and graphite differs greatly, the fusion | melting in the contact surface of metal particles is inhibited by presence of graphite. For this reason, the problem that the mechanical strength of a sintered compact falls significantly also generate | occur | produces.

一方、自動車用のモータは、その動作環境温度の範囲が広く、モータが配置される位置によってもその温度は変化する。具体的には、自動車用モータの場合、その動作環境温度の範囲は−40〜120℃程度になり、軸受の軸受面においては、軸部材との摺動によってモータの動作環境温度に対して、さらに30〜50℃程度まで昇温する。このため特に自動車用モータの軸受においては、幅広い温度範囲で軸受面における潤滑性を確保できるものが求められている。
なお、自動車用モータの軸受は、メンテナンスフリーで10年以上使用される。
On the other hand, motor motors for automobiles have a wide operating environment temperature range, and the temperature varies depending on the position where the motor is disposed. Specifically, in the case of a motor for an automobile, the range of the operating environment temperature is about −40 to 120 ° C., and the bearing surface of the bearing with respect to the operating environment temperature of the motor by sliding with the shaft member, Further, the temperature is raised to about 30 to 50 ° C. For this reason, particularly in automobile motor bearings, those capable of ensuring lubricity on the bearing surface in a wide temperature range are required.
The motor motor bearings are maintenance-free and have been used for more than 10 years.

一般的に、使用温度範囲が広い場合や使用時間が長い場合、また軸部材と軸受との干渉が避けられない場合などにおいては、含油軸受(または、すべり軸受という)に変えてボール軸受(または、ころがり軸受という)を使用することも想定されるが、ボール軸受を使用すると、コストが高くなる。また、軸受の実装スペースを大きくとる必要があるため、軸受を使用するユニット、例えばモータが大きくなり、モータの実装性を損なう。   In general, when the operating temperature range is wide, when the operating time is long, or when interference between the shaft member and the bearing is unavoidable, change to an oil-impregnated bearing (or a plain bearing) instead of a ball bearing (or It is also assumed that a rolling bearing is used, but the use of a ball bearing increases the cost. Further, since it is necessary to make a mounting space for the bearing large, a unit using the bearing, for example, a motor becomes large, and the mountability of the motor is impaired.

本発明は上記の問題に鑑みて案出されたものであり、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受を提供することを目的とするものである。   The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal bearing having a long service life without being affected by the service temperature.

上記目的を達成するための本発明に係るメタル軸受の第1特徴構成は、軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、前記気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び前記分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って前記分散溶媒の中に存在する点にある。   In order to achieve the above object, the first characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention includes a bearing surface that is slidable with respect to the shaft member, is mainly composed of metal or alloy, and has pores on the surface and inside. In a metal bearing comprising a solid body, a dispersion solvent is provided in the pores, and the ferromagnetic particles are present in the dispersion solvent with at least one of a gas and a liquid having a boiling point lower than the boiling point of the dispersion solvent. There is in point to do.

つまり、この構成によれば、メタル軸受は、軸部材との摺接等によって軸受面が昇温されると、その気孔内も昇温される。そして、一定の温度以上になった気孔内では、分散溶媒中において強磁性粒子が液体を伴う場合には、その液体は気化し、バルーンを形成して強磁性粒子を取り囲むようになる。強磁性粒子を取り囲むバルーンは、分散溶媒を媒体として気孔内に存在するため、軸受面の昇温によって熱膨張しようとしてもその周りを取り囲む分散溶媒によって熱膨張が抑制され、その内部の圧力が上昇する。そして、その内圧が大気圧に達した後は、バルーンは強磁性粒子を伴って気孔内から軸受面に移動する。そして、軸受面に移動した強磁性粒子は、軸受と軸部材との摺接により応力を受け、強磁性粒子同士の磁気凝集による結合が解除され、より微細な粒子となって軸受面に磁気吸着する。これにより強磁性の微粒子は、軸受面に強磁性の微粒子群からなる被膜状の構造体(以下「被膜」と称する)を形成することができ、ベアリング効果の媒体として使用することが可能となる。   That is, according to this configuration, when the temperature of the bearing surface of the metal bearing is increased by sliding contact with the shaft member, the temperature of the inside of the pores is also increased. In the pores that have reached a certain temperature or more, when the ferromagnetic particles are accompanied by a liquid in the dispersion solvent, the liquid is vaporized to form a balloon and surround the ferromagnetic particles. Since the balloon surrounding the ferromagnetic particles is present in the pores using the dispersion solvent as a medium, the thermal expansion is suppressed by the dispersion solvent surrounding the thermal expansion due to the temperature rise of the bearing surface, and the internal pressure rises. To do. After the internal pressure reaches atmospheric pressure, the balloon moves from the pores to the bearing surface with the ferromagnetic particles. The ferromagnetic particles that have moved to the bearing surface are stressed by the sliding contact between the bearing and the shaft member, and the coupling due to the magnetic aggregation between the ferromagnetic particles is released to form finer particles that are magnetically attracted to the bearing surface. To do. Thereby, the ferromagnetic fine particles can form a film-like structure (hereinafter referred to as “coating”) composed of a group of ferromagnetic fine particles on the bearing surface, and can be used as a bearing effect medium. .

このように軸受面に強磁性体を主成分とする被膜を形成することができるため、従来の含油軸受等のように、メタル軸受側からメタル軸受の他の部位または軸部材側への潤滑性を確保するための潤滑油等の供給は必要なくなる。さらには、メタル軸受と軸部材との間隙に、強磁性粒子を磁気吸着によって介在させることで、メタル軸受と軸部材との摺接面での焼付きが発生せず、摺動性を長期にわたって確保することが可能となる。   In this way, it is possible to form a coating mainly composed of a ferromagnetic material on the bearing surface, so that lubricity from the metal bearing side to other parts of the metal bearing or the shaft member side, as in conventional oil-impregnated bearings, etc. The supply of lubricating oil or the like for ensuring safety is no longer necessary. Furthermore, by interposing the ferromagnetic particles in the gap between the metal bearing and the shaft member by magnetic adsorption, seizure on the sliding contact surface between the metal bearing and the shaft member does not occur, and slidability can be maintained over a long period of time. It can be secured.

したがって、上記構成により使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受を提供することができる。そして、被膜によって軸受と軸部材とが直接干渉することを防ぐことができるため、加工精度を高くする必要が無くなり、コストを抑えることができる。   Therefore, a metal bearing having a long service life can be provided without being affected by the service temperature due to the above configuration. And since it can prevent that a bearing and a shaft member interfere directly with a film, it becomes unnecessary to make processing precision high and can suppress cost.

本発明に係るメタル軸受の第2特徴構成は、前記強磁性粒子は、表面改質剤を表面に有する点にある。   A second characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention is that the ferromagnetic particles have a surface modifier on the surface.

つまり、この構成によれば、表面改質剤によって、親水性である強磁性粒子の表面を疎水性に改質することにより、疎水性の分散溶媒中における強磁性粒子の分散性を向上させることができると共に、強磁性粒子を取り囲むべき気体が、強磁性粒子から遊離することを防ぐことができる。   In other words, according to this configuration, the surface of the hydrophilic ferromagnetic particles is modified to be hydrophobic by the surface modifier, thereby improving the dispersibility of the ferromagnetic particles in the hydrophobic dispersion solvent. In addition, the gas that should surround the ferromagnetic particles can be prevented from being released from the ferromagnetic particles.

本発明に係るメタル軸受の第3特徴構成は、前記表面改質剤は、前記軸部材との摺動による前記軸受面の昇温に対して、熱分解率が5%以下である点にある。   A third characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention is that the surface modifier has a thermal decomposition rate of 5% or less with respect to a temperature rise of the bearing surface due to sliding with the shaft member. .

つまり、この構成によれば、表面改質剤は、軸受面に移動した後には潤滑剤として活用することができる。   That is, according to this configuration, the surface modifier can be utilized as a lubricant after moving to the bearing surface.

本発明に係るメタル軸受の第4特徴構成は、前記強磁性粒子は、マグネタイト粒子である点にある。   A fourth characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention is that the ferromagnetic particles are magnetite particles.

つまり、この構成によれば、強磁性粒子として、マグネタイト粒子を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。   That is, according to this configuration, by using magnetite particles as the ferromagnetic particles, a preferred embodiment of a metal bearing having a long service life is provided without being affected by the service temperature.

本発明に係るメタル軸受の第5特徴構成は、前記マグネタイト粒子の平均粒径が0.15μm以下である点にある。   The 5th characteristic structure of the metal bearing which concerns on this invention exists in the point whose average particle diameter of the said magnetite particle | grain is 0.15 micrometer or less.

つまり、この構成によれば、単一粒子の飽和磁化が小さくなるため、マグネタイト粒子の磁気凝集を解除し易くなる。   That is, according to this configuration, the saturation magnetization of the single particles is reduced, and therefore, the magnetic aggregation of the magnetite particles can be easily released.

本発明に係るメタル軸受の第6特徴構成は、前記マグネタイト粒子のBET値が10m/g以上である点にある。The 6th characteristic structure of the metal bearing which concerns on this invention exists in the point whose BET value of the said magnetite particle | grain is 10 m < 2 > / g or more.

つまり、この構成によれば、より多くの気体や液体をマグネタイト粒子の表面に伴わせることができる。   That is, according to this structure, more gas and liquid can be accompanied with the surface of a magnetite particle.

本発明に係るメタル軸受の第7特徴構成は、前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィン、ポリオールジエステル、ポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種の合成油である点にある。   A seventh characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention is that the dispersion solvent is at least one synthetic oil selected from polyalphaolefin, polyol diester, and polyalkylene glycol.

つまり、この構成によれば、分散溶媒として、上記合成油を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。   That is, according to this configuration, by using the synthetic oil as a dispersion solvent, a preferred embodiment of a metal bearing having a long service life is provided without being affected by the service temperature.

本発明に係るメタル軸受の第8特徴構成は、前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィンであって、当該ポリアルファオレフィンは、重合度が2及び3であるもののうち少なくとも一方の重合度であるものを主成分として有する点にある。   According to an eighth feature of the metal bearing of the present invention, the dispersion solvent is a polyalphaolefin, and the polyalphaolefin has a polymerization degree of at least one of those having a polymerization degree of 2 and 3. It has the main component.

つまり、この構成によれば、分散溶媒として、上記ポリアルファオレフィンを用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。   That is, according to this configuration, by using the polyalphaolefin as a dispersion solvent, a preferred embodiment of a metal bearing having a long service life can be provided without being affected by the service temperature.

本発明に係るメタル軸受の第9特徴構成は、前記表面改質剤は、チタン系カップリング剤及びシラン系カップリング剤から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項2に記載のメタル軸受。   The ninth feature of the metal bearing according to the present invention is the metal bearing according to claim 2, wherein the surface modifier is at least one compound selected from a titanium coupling agent and a silane coupling agent.

つまり、この構成によれば、表面改質剤として、上記カップリング剤を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。   That is, according to this configuration, by using the coupling agent as the surface modifier, a preferred embodiment of a metal bearing having a long service life can be provided without being affected by the service temperature.

本発明に係るメタル軸受の第10特徴構成は、前記液体は、60℃〜130℃の温度範囲に沸点を有するアルコール類及び水から選ばれる少なくとも一種の液体である点にある。   A tenth characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention is that the liquid is at least one liquid selected from alcohols having a boiling point in a temperature range of 60 ° C to 130 ° C and water.

つまり、この構成によれば、上記液体を用いることにより、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受の好適な実施形態が提供される。   That is, according to this configuration, a preferred embodiment of a metal bearing having a long service life is provided by using the liquid without being affected by the service temperature.

本発明に係るメタル軸受の第11特徴構成は、前記軸部材との摺動により前記軸受面が昇温した際に、前記軸受面に前記強磁性粒子が移動し、前記軸受面に強磁性粒子を主成分とする被膜を形成した点にある。   According to an eleventh characteristic configuration of the metal bearing according to the present invention, when the bearing surface is heated by sliding with the shaft member, the ferromagnetic particles move to the bearing surface, and the ferromagnetic particles move to the bearing surface. This is in the point of forming a film mainly composed of.

つまり、この構成によれば、被膜によって、軸受と軸部材との滑らかな摺動性が可能となる。また、軸受面での焼付きが発生せず、摺動性を長期にわたって確保することが可能となる。さらには、軸受と軸部材との摺接は、摺接面においてかじりなどの現象を防止することができる。   That is, according to this configuration, the coating enables smooth sliding between the bearing and the shaft member. Further, seizure does not occur on the bearing surface, and slidability can be ensured over a long period of time. Furthermore, the sliding contact between the bearing and the shaft member can prevent a phenomenon such as galling on the sliding contact surface.

本発明に係るメタル軸受は、軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、前記気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び前記分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って前記分散溶媒の中に存在するものである。すなわち、メタル軸受は、軸部材との摺接等によって軸受面が昇温されると、その気孔内も昇温される。そして、一定の温度以上になった気孔内では、分散溶媒中において強磁性粒子が液体を伴う場合には、その液体は気化し、バルーンを形成して強磁性粒子を取り囲むようになる。強磁性粒子を取り囲むバルーンは、分散溶媒を媒体として気孔内に存在するため、軸受面の昇温によって熱膨張しようとしてもその周りを取り囲む分散溶媒によって抑制され、その内部の圧力が上昇する。そして、その内圧が大気圧に達した後は、バルーンは強磁性粒子を伴って気孔内から軸受面に移動する。なお、気孔内の温度は、軸受面に近いほど早く一定温度に達するため、軸受面に近い強磁性粒子を取り囲む気体から順に内部圧力が高まり、一定圧力に達したもののみ軸受面に移動するようになるという自己給油機構を実現することができる。   A metal bearing according to the present invention includes a sintered body having a bearing surface slidable with respect to a shaft member, the main component being a metal or an alloy, and pores on the surface and inside thereof. And the ferromagnetic particles are present in the dispersion solvent with at least one of a gas and a liquid having a boiling point lower than that of the dispersion solvent. In other words, when the bearing surface is heated by sliding contact with the shaft member or the like, the temperature of the inside of the pores is also increased. In the pores that have reached a certain temperature or more, when the ferromagnetic particles are accompanied by a liquid in the dispersion solvent, the liquid is vaporized to form a balloon and surround the ferromagnetic particles. Since the balloon surrounding the ferromagnetic particles exists in the pores using the dispersion solvent as a medium, even if the thermal expansion of the bearing surface is caused by the temperature rise of the bearing surface, the balloon is surrounded by the dispersion solvent surrounding it and the internal pressure rises. After the internal pressure reaches atmospheric pressure, the balloon moves from the pores to the bearing surface with the ferromagnetic particles. Since the temperature in the pores reaches a constant temperature sooner as it is closer to the bearing surface, the internal pressure increases in order from the gas surrounding the ferromagnetic particles close to the bearing surface, and only those that have reached a certain pressure move to the bearing surface. A self-lubricating mechanism can be realized.

軸受面に移動した強磁性粒子は、軸受と軸部材との摺接により応力を受け、強磁性粒子同士の磁気凝集による結合が解除され、より微細な粒子となって軸受面に磁気吸着する。これにより強磁性の微粒子は、軸受面に被膜を形成することができ、ベアリング効果の媒体として使用することが可能となる。   The ferromagnetic particles that have moved to the bearing surface are stressed by the sliding contact between the bearing and the shaft member, and the coupling due to magnetic aggregation between the ferromagnetic particles is released, and the fine particles become magnetically attracted to the bearing surface. Thereby, the ferromagnetic fine particles can form a film on the bearing surface, and can be used as a bearing effect medium.

また、強磁性粒子と共に分散溶媒が軸受面に移動する場合には、分散溶媒は軸部材からの荷重を受けると、軸受と軸部材との間隙偏差が形成され、これに応じて油膜の圧力分布が形成される。この結果、分散溶媒は流体潤滑層を形成し、これにより自己潤滑作用を発揮することが可能となる。さらに、分散溶媒は、軸部材の荷重によって発生する油膜の圧力分布と軸部材の回転とにより、軸部材の回転方向に移動する応力を受け、軸受及び軸部材に付着した強磁性粒子を軸部材の回転方向に移動させる。このため分散溶媒は、強磁性粒子と共に軸受と軸部材との間隙を潤滑する潤滑剤とすることができる。   Further, when the dispersion solvent moves to the bearing surface together with the ferromagnetic particles, when the dispersion solvent receives a load from the shaft member, a gap deviation between the bearing and the shaft member is formed, and the pressure distribution of the oil film is accordingly changed. Is formed. As a result, the dispersion solvent forms a fluid lubrication layer, which can exhibit a self-lubricating action. Furthermore, the dispersion solvent receives stress that moves in the rotation direction of the shaft member due to the pressure distribution of the oil film generated by the load of the shaft member and the rotation of the shaft member, and the ferromagnetic particles attached to the bearing and the shaft member are removed Move in the direction of rotation. Therefore, the dispersion solvent can be a lubricant that lubricates the gap between the bearing and the shaft member together with the ferromagnetic particles.

このように摺接面に強磁性体を主成分とする被膜が軸受面に磁気吸着力に基づいて形成することができるため、従来の含油軸受等のように、含浸油の熱膨張による自己給油性に基づく、メタル軸受側からメタル軸受の他の部位または軸部材側への潤滑性を確保するための潤滑油等の供給は必要なくなる。さらには、メタル軸受と軸部材との間隙に、強磁性粒子を磁気吸着によって介在させることで、メタル軸受と軸部材との摺接面で強磁性粒子が滑ることによって、焼付きが発生せず、摺動性を長期にわたって確保することが可能となる。そして、前記の被膜によって軸受と軸部材とが直接干渉することを防ぐことができるため、加工精度を高くする必要が無くなり、コストを抑えることができる。   In this way, a coating composed mainly of a ferromagnetic material can be formed on the bearing surface based on the magnetic attraction force on the sliding contact surface, so that self-lubricating due to thermal expansion of impregnated oil, as in conventional oil-impregnated bearings, etc. Therefore, it is not necessary to supply lubricating oil or the like for ensuring lubricity from the metal bearing side to other parts of the metal bearing or the shaft member side. Further, by interposing the ferromagnetic particles in the gap between the metal bearing and the shaft member by magnetic adsorption, the ferromagnetic particles slide on the sliding contact surface between the metal bearing and the shaft member, and seizure does not occur. It is possible to ensure slidability over a long period of time. And since it can prevent that a bearing and a shaft member interfere directly by the said film, it becomes unnecessary to make a processing precision high and can suppress cost.

なお、一般的には、強磁性粒子が微粒子であり、かつ微粒子同士の磁気凝集力が微粒子の重力より大きい場合は、強磁性微粒子同士の凝集を解除することは困難となる。しかし、軸受と軸部材との間隙に存在する強磁性微粒子の場合は、軸受と軸部材との摺接面の凹凸と両者の寸法精度に基づく間隙に応じた応力を受ける。この応力は、強磁性微粒子の凝集を解除するように繰り返し凝集した粒子群に作用する。すなわち、強磁性微粒子に作用した応力は、軸受及び軸部材に伝達されるが、その多くが粒子同士の凝集を解く力に変換されるため、強磁性微粒子は軸受及び軸部材に損傷を与えることなく凝集を解除することができる。   In general, when the ferromagnetic particles are fine particles and the magnetic cohesion force between the fine particles is larger than the gravity of the fine particles, it is difficult to release the aggregation of the ferromagnetic fine particles. However, in the case of the ferromagnetic fine particles existing in the gap between the bearing and the shaft member, a stress corresponding to the gap based on the unevenness of the sliding contact surface between the bearing and the shaft member and the dimensional accuracy of both is received. This stress acts on a group of particles aggregated repeatedly so as to cancel the aggregation of the ferromagnetic fine particles. That is, the stress acting on the ferromagnetic fine particles is transmitted to the bearing and the shaft member, but most of the stress is converted into a force for solving the aggregation of the particles, so that the ferromagnetic fine particles damage the bearing and the shaft member. Aggregation can be released without any problem.

強磁性微粒子の群からなる被膜を軸受と軸部材との間隙に形成させた後は、この粒子群は軸受と軸部材とから応力を受けることで、粒子群を構成する粒子が移動し、粒子群の形状は自由に変形することができる。すなわち、強磁性微粒子の群は、外部からの応力の多くを自身の形状変形に変換することができるため、固体としての潤滑作用を奏することが可能となる。このため、メタル軸受としての滑り摩擦係数は、剛体のボールベアリングを用いた場合でのボールの転がり摩擦係数より小さくすることができる。また、強磁性微粒子の群が固体潤滑作用を有することにより、摩擦に伴って発生する異音の発生をも防止することができる。さらに、軸受と軸部材との摺接面においても、強磁性粒子の固体の潤滑作用によって、かじりなどの現象の発生を防止することができる。そして、軸受と軸部材との間隙に存在する強磁性粒子の群は、粒子が滑ることで凝集を解除しながら、徐々に単一粒子に近づくようになる。   After forming a coating made of a group of ferromagnetic fine particles in the gap between the bearing and the shaft member, the particle group receives stress from the bearing and the shaft member, so that the particles constituting the particle group move and the particles The shape of the group can be freely changed. That is, the group of ferromagnetic fine particles can convert a large amount of external stress into its own shape deformation, and thus can exhibit a lubricating action as a solid. For this reason, the sliding friction coefficient as a metal bearing can be made smaller than the rolling friction coefficient of a ball when a rigid ball bearing is used. Further, since the group of ferromagnetic fine particles has a solid lubricating action, it is possible to prevent the generation of abnormal noise that occurs due to friction. Furthermore, even on the sliding contact surface between the bearing and the shaft member, the occurrence of a phenomenon such as galling can be prevented by the solid lubricating action of the ferromagnetic particles. The group of ferromagnetic particles present in the gap between the bearing and the shaft member gradually approaches a single particle while releasing the aggregation due to the sliding of the particles.

ここで、軸受と軸部材との間隙に存在する強磁性微粒子の群は、常に軸受と軸部材との間で磁気的な吸引力によって、変形や移動が可能な状態で両者の間隙に保持されるものである。このため、単一粒子の重力より粒子同士の磁気凝集力の方が大きい強磁性微粒子が、いったん軸受面または軸部材の外周面に磁気吸着すると、強磁性微粒子は重力では脱落しないようにすることができる。   Here, the group of ferromagnetic fine particles present in the gap between the bearing and the shaft member is always held in the gap between the bearing and the shaft member in a state where they can be deformed and moved by a magnetic attraction force. Is. For this reason, once ferromagnetic particles with larger magnetic cohesion between particles than the gravity of a single particle are magnetically adsorbed to the bearing surface or the outer peripheral surface of the shaft member, the ferromagnetic particles should not fall off due to gravity. Can do.

したがって、本発明に係るメタル軸受は、軸受及び軸部材の摺接面に強磁性体を主成分とする被膜を形成することができ、使用温度に影響を受けることなく、使用寿命の長いメタル軸受を提供することができる。そして、強磁性粒子を潤滑材として用いるため、従来の含油軸受のように使用温度によって潤滑油が軸受面に滲み出難くなったり、潤滑油が枯渇してしまうこと等をなくすことができる。なお、強磁性粒子は、気体が軸受面の全体に放出されるのに伴って軸受面の全体に分散され、強磁性粒子の群の凝集が徐々に解除されるものであるため、軸受と軸部材との摺接面に均一に吸着させることができる。   Therefore, the metal bearing according to the present invention can form a coating containing a ferromagnetic material as a main component on the sliding contact surfaces of the bearing and the shaft member, and has a long service life without being affected by the service temperature. Can be provided. Since the ferromagnetic particles are used as a lubricant, it is possible to prevent the lubricating oil from being oozed out to the bearing surface depending on the operating temperature as in the conventional oil-impregnated bearing, or the lubricating oil being exhausted. The ferromagnetic particles are dispersed throughout the bearing surface as the gas is released over the entire bearing surface, and the aggregation of the group of ferromagnetic particles is gradually released. It can be uniformly adsorbed on the sliding contact surface with the member.

このような強磁性粒子は、特に制限はされないが、例えば、以下の特性を有するものが好ましい。
1.磁気的性質
強磁性粒子は、抗磁力に対する飽和磁束密度の比率が大きい磁気特性を有することが好ましい。このような強磁性粒子は、磁気吸着力が大きいため、軸部材と軸受との間隙から脱落し難くなる。
Such ferromagnetic particles are not particularly limited, but for example, those having the following characteristics are preferable.
1. Magnetic Properties It is preferable that the ferromagnetic particles have a magnetic property in which the ratio of the saturation magnetic flux density to the coercive force is large. Since such ferromagnetic particles have a large magnetic attraction force, it is difficult to fall off from the gap between the shaft member and the bearing.

2.熱的安定性
強磁性粒子は、酸化開始温度及び磁気キュリー点は高い方が好ましい。軸部材との摺動により軸受面の温度が昇温した場合に、強磁性粒子が酸化されたり、磁気キュリー点を越える温度に晒されたりすると、強磁性粒子の磁気吸引力が弱まり強磁性粒子は間隙から脱落する虞がある。このため、強磁性粒子は、酸化開始温度及び磁気キュリー点が、軸部材との摺動によって昇温する軸受面の最高到達温度より高いことが特に好ましい。因みに、自動車用モータにおけるメタル軸受の軸受面の平均温度は170℃近くまで昇温する。したがって、本発明に係るメタル軸受を自動車用モータに適用する場合には、酸化開始温度及び磁気キュリー点が共に170℃以上であることが好ましい。さらに、本発明者の実験によれば、自動車用モータの軸受面は局所的に200℃まで到達することが分かった。このため、酸化開始温度及び磁気キュリー点の双方は200℃以上であることが特に好ましい。
2. Thermal stability Ferromagnetic particles preferably have a higher oxidation start temperature and magnetic Curie point. When the temperature of the bearing surface rises due to sliding with the shaft member, if the ferromagnetic particles are oxidized or exposed to a temperature exceeding the magnetic Curie point, the magnetic attractive force of the ferromagnetic particles weakens and the ferromagnetic particles May fall out of the gap. For this reason, it is particularly preferable that the ferromagnetic particles have an oxidation start temperature and a magnetic Curie point that are higher than the highest temperature at which the bearing surface is heated by sliding with the shaft member. Incidentally, the average temperature of the bearing surface of the metal bearing in the motor for automobiles rises to near 170 ° C. Therefore, when the metal bearing according to the present invention is applied to an automobile motor, it is preferable that both the oxidation start temperature and the magnetic Curie point are 170 ° C. or higher. Furthermore, according to the experiment by the present inventor, it has been found that the bearing surface of the automobile motor reaches 200 ° C. locally. For this reason, it is particularly preferable that both the oxidation start temperature and the magnetic Curie point are 200 ° C. or higher.

3.固体潤滑性
強磁性粒子は、球状または粒状であることが好ましい。このような強磁性粒子であれば、磁気凝集した強磁性粒子自身が軸受及び軸部材から応力を受けた際に応力を緩和し易い。すなわち、球状及び粒状の粒子では粒子同士は点接触に近い状態で互いに磁気凝集している。このため、軸受面の強磁性粒子は、軸受及び軸部材から圧縮、剪断、引張り等の各種応力を受けることにより、粒子同士の凝集が解除されるように作用し、強磁性の微粒の群からなる被膜を軸受と軸部材との間隙に容易に形成できる。また、球状及び粒状の粒子は、軸受と軸部材との摺接面に接する面積も小さいため、粒子に応力が加わった場合には磁気吸着された状態で粒子が滑るように作用する。なお、強磁性粒子が硬い粒子の場合には、軸部材と軸受との間隙に存在する強磁性粒子が軸部材と軸受を攻撃する虞がある。このため、強磁性粒子は単一粒子に近い状態にまで凝集解除することが好ましい。これにより、軸部材および軸受の摺接面に磁気吸着した強磁性粒子は滑りやすくなり、軸部材及び軸受から受ける応力を緩和させるという固体潤滑作用を発揮することができる。
3. Solid lubricity The ferromagnetic particles are preferably spherical or granular. With such ferromagnetic particles, the magnetically agglomerated ferromagnetic particles themselves can easily relieve stress when they receive stress from the bearing and shaft member. That is, in spherical and granular particles, the particles are magnetically aggregated with each other in a state close to point contact. For this reason, the ferromagnetic particles on the bearing surface act so as to release the aggregation of the particles by receiving various stresses such as compression, shearing, and tension from the bearing and the shaft member, and from the group of ferromagnetic fine particles. The coating film can be easily formed in the gap between the bearing and the shaft member. In addition, since the spherical and granular particles have a small area in contact with the sliding contact surface between the bearing and the shaft member, the particles are slid in a magnetically adsorbed state when stress is applied to the particles. When the ferromagnetic particles are hard particles, the ferromagnetic particles present in the gap between the shaft member and the bearing may attack the shaft member and the bearing. For this reason, it is preferable to release the aggregation of the ferromagnetic particles to a state close to a single particle. As a result, the ferromagnetic particles magnetically adsorbed on the sliding contact surfaces of the shaft member and the bearing become slippery and can exhibit a solid lubricating action of relaxing stress received from the shaft member and the bearing.

4.自己給油性
強磁性粒子は、比表面積が大きい方が好ましく、具体的には、BET値が10m/g以上であることが好ましい。強磁性粒子を軸受面に移動させるためには、強磁性粒子に気体または分散溶媒より沸点が低い液体を吸着、含浸等により伴わせるが、強磁性粒子の比表面積が大きいほど、気体や液体を強磁性粒子の表面に伴わせることができ、より長期に亘って自己給油性を得ることができる。また、軸部材との摺動によって昇温する軸受面の温度領域以下において沸点を有し、かつ安価な気体または液体としては、例えば、水や各種のアルコールがある。このため、水や各種のアルコール伴わせる場合には、強磁性粒子は比表面積が大きく、親水性が高い方が好ましい。
4). Self-lubricating ferromagnetic particles preferably have a large specific surface area. Specifically, the BET value is preferably 10 m 2 / g or more. In order to move the ferromagnetic particles to the bearing surface, a liquid having a boiling point lower than that of the gas or dispersion solvent is adsorbed or impregnated to the ferromagnetic particles. However, the larger the specific surface area of the ferromagnetic particles, the more the gas or liquid is allowed to move. It can accompany the surface of the ferromagnetic particles, and self-lubricating property can be obtained over a longer period. In addition, examples of the gas or liquid having a boiling point below the temperature range of the bearing surface that is heated by sliding with the shaft member and that is inexpensive include water and various alcohols. For this reason, when water or various alcohols are used, it is preferable that the ferromagnetic particles have a large specific surface area and high hydrophilicity.

5.含浸性
強磁性粒子の大きさは、粒径が1μm以下であることが好ましい。一般に、メタル軸受に使用する金属焼結体の気孔の開口部は、様々な形状や大きさを有し、金属焼結体の材質や用途等によって変わるものである。例えば、銅系の焼結体の方が、鉄系の焼結体よりも気孔の開口部は狭くなる。また、メタル軸受を高い静粛性が要求されるモータに適用する場合には、金属焼結体の気孔の開口部は狭くする。このような金属焼結体の気孔の開口部は、1〜50μm程度の大きさを有する。このため、分散溶媒中に分散された強磁性粒子は、メタル軸受の気孔の開口部から気孔内に進入できる大きさであり、かつ気孔内から軸受面に移動できる大きさであることが求められる。
5. Impregnation The size of the ferromagnetic particles is preferably 1 μm or less. In general, the openings of the pores of the sintered metal body used for the metal bearing have various shapes and sizes, and vary depending on the material and use of the sintered metal body. For example, the pore opening of the copper-based sintered body is narrower than that of the iron-based sintered body. In addition, when the metal bearing is applied to a motor that requires high quietness, the pore opening of the sintered metal body is narrowed. The opening part of the pores of such a metal sintered body has a size of about 1 to 50 μm. For this reason, the ferromagnetic particles dispersed in the dispersion solvent are required to have a size that can enter the pores from the pores of the metal bearing and can move from the pores to the bearing surface. .

6.分散安定性
強磁性粒子は、その粒径分布が狭い方が好ましい。通常、強磁性粒子の密度は、分散溶媒の密度に比べて大きくなる。例えば、分散溶媒に比べて密度比が8倍に近い強磁性粒子であっても、粒径分布が狭い強磁性粒子を用いることによって、強磁性粒子を分散溶媒中に安定に分散させることができる。
6). Dispersion stability Ferromagnetic particles preferably have a narrow particle size distribution. Usually, the density of the ferromagnetic particles is larger than the density of the dispersion solvent. For example, even if the ferromagnetic particles have a density ratio close to 8 times that of the dispersion solvent, the ferromagnetic particles can be stably dispersed in the dispersion solvent by using the ferromagnetic particles having a narrow particle size distribution. .

7.凝集解除性
強磁性粒子は、単一粒子の飽和磁化が小さい方が好ましい。これにより、捏和時の磁気凝集が解除され易くなる。また、捏和時間を長くすることによっても磁気凝集を解除し易くなる。
7). Aggregation releasing property The ferromagnetic particles preferably have a small saturation magnetization of a single particle. Thereby, the magnetic aggregation at the time of kneading is easily released. In addition, it is easy to release magnetic aggregation by increasing the kneading time.

8.製法
強磁性粒子は、例えば、乾式法または湿式法によって作製することができる。乾式法とは、粉末や金法で作られた粉体を物理的に破壊して粒子化する方法であり、湿式法とは、液体中で粒子を生成する方法である。一般に、乾式法で作製された強磁性粒子は粒径分布が広くなる。上記の分散安定性の観点からは、強磁性粒子の粒径分布を狭くするために、粒径分布に応じたフィルタリングをすると、製造した粒子の1割以下となり高価な粒子となる。したがって、強磁性粒子は湿式法によって作製する方が好ましい。
8). Production Method The ferromagnetic particles can be produced, for example, by a dry method or a wet method. The dry method is a method in which powder produced by a powder or gold method is physically broken to form particles, and the wet method is a method in which particles are generated in a liquid. In general, ferromagnetic particles prepared by a dry method have a wide particle size distribution. From the viewpoint of the above dispersion stability, if the filtering is performed according to the particle size distribution in order to narrow the particle size distribution of the ferromagnetic particles, it becomes 10% or less of the produced particles and becomes an expensive particle. Therefore, it is preferable to produce the ferromagnetic particles by a wet method.

9.材質
湿式法で作製できる粒状の強磁性粒子としては、マグネタイト、Ni−Znフェライト、Mn−Znフェライト、鉄等が例示される。軸部材と軸受との間隙に磁気吸着される強磁性粒子の吸着力は、強磁性粒子の抗磁力に対する飽和磁束密度の比率の大きさに大きく依存する。マグネタイト粒子は、粒子の大きさに依存するが、抗磁力に対する飽和磁束密度の比率が0.8〜0.9Am/kg/Oeと大きいため好ましい。湿式法によるマグネタイト粒子は、球に近い多面体形状であり、磁気凝集の解除の観点からも好ましい。湿式法では、硫酸鉄等の溶解溶液に酸素ガスを吹き付けながら粒子を析出させるので、小さい粒子ほど短時間に析出し、析出される粒子の大きさは揃っている。また、酸化開始温度は、粒子の大きさに依存するが、例えば、平均粒径が0.15μmのマグネタイト粒子の酸化開始温度は250℃付近である。また、マグネタイト粒子の磁気キュリー点は620℃である。このようにマグネタイト粒子は、熱安定性の観点からも好ましい。
9. Material Examples of granular ferromagnetic particles that can be produced by a wet method include magnetite, Ni—Zn ferrite, Mn—Zn ferrite, and iron. The attractive force of the ferromagnetic particles that are magnetically adsorbed in the gap between the shaft member and the bearing largely depends on the ratio of the saturation magnetic flux density to the coercive force of the ferromagnetic particles. Magnetite particles are preferred because the ratio of the saturation magnetic flux density to the coercive force is as large as 0.8 to 0.9 Am 2 / kg / Oe, depending on the size of the particles. Magnetite particles obtained by a wet method have a polyhedral shape close to a sphere, and are preferable from the viewpoint of releasing magnetic aggregation. In the wet method, particles are deposited while oxygen gas is sprayed onto a dissolved solution such as iron sulfate. Therefore, smaller particles are deposited in a shorter time, and the size of the deposited particles is uniform. Moreover, although the oxidation start temperature depends on the size of the particles, for example, the oxidation start temperature of magnetite particles having an average particle size of 0.15 μm is around 250 ° C. The magnetic Curie point of the magnetite particles is 620 ° C. Thus, magnetite particles are preferable from the viewpoint of thermal stability.

10.マグネタイト粒子の大きさ
マグネタイト粒子を使用する場合は、平均粒径は0.3μm以下であることが好ましく、0.15μm以下であることがより好ましく、0.08μm以下であることがさらに好ましい。すなわち、マグネタイト粒子の平均粒径は小さい方が、単一粒子の飽和磁化が小さくなるため、粒子の磁気凝集を解除し易くなる。これにより、強磁性粒子を単一粒子、もしくは単一粒子に近い状態にまで凝集解除することができるため、軸部材と軸受との間隙に存在する強磁性粒子が軸部材と軸受を攻撃することを防止し、固体潤滑作用を発揮することができる。さらには、例えば、平均粒径が0.15μmのマグネタイト粒子の粒径分布を測定すると、平均粒子径に対する粒子径の標準偏差が0.2であり、粒径分布も狭いことを確認している。
10. Magnetite Particle Size When using magnetite particles, the average particle size is preferably 0.3 μm or less, more preferably 0.15 μm or less, and even more preferably 0.08 μm or less. That is, the smaller the average particle diameter of the magnetite particles, the smaller the saturation magnetization of the single particles, and thus the magnetic aggregation of the particles can be easily released. As a result, the ferromagnetic particles can be deagglomerated to a single particle or a state close to a single particle, so that the ferromagnetic particles present in the gap between the shaft member and the bearing attack the shaft member and the bearing. Can be prevented, and a solid lubricating action can be exhibited. Furthermore, for example, when measuring the particle size distribution of magnetite particles having an average particle size of 0.15 μm, it has been confirmed that the standard deviation of the particle size with respect to the average particle size is 0.2 and the particle size distribution is also narrow. .

11.マグネタイト粒子の物性
このようなマグネタイト粒子の物性の一例を示すと、表1に示す通りである。これらのマグネタイト粒子は、強磁性粒子として好ましく適用することができる。なお、BET値は大きい方が、より多くの気体や液体を表面に伴わせることができ、マグネタイト粒子のBET値は、10m/g以上であることが好ましく、21.5m/g以上であることがより好ましい。例えば、BET値が21.5m/gマグネタイト粒子を含浸材料に用いる際には、マグネタイト粒子を過飽和水蒸気の雰囲気に放置することにより、2.8wt%まで水分の吸着量を増大させることができる。
11. Physical properties of magnetite particles An example of the physical properties of such magnetite particles is shown in Table 1. These magnetite particles can be preferably applied as ferromagnetic particles. The larger the BET value, the more gas or liquid can accompany the surface, and the BET value of the magnetite particles is preferably 10 m 2 / g or more, preferably 21.5 m 2 / g or more. More preferably. For example, when magnetite particles having a BET value of 21.5 m 2 / g are used as the impregnation material, the adsorption amount of water can be increased to 2.8 wt% by leaving the magnetite particles in a supersaturated water vapor atmosphere. .

Figure 2006123453
Figure 2006123453

本発明に係るメタル軸受の焼結体を形成する金属または合金は、従来のメタル軸受と同様のものが適用でき、特に限定されるものではない。すなわち、従来のメタル軸受の焼結体は、耐荷重性、耐衝撃性、圧環強度、かしめ性、耐久性、製造コスト等の観点から、鉄系、鉄―炭素系、鉄−銅系、鉄−銅−炭素系、鉄−銅−錫系等が用途に応じて適用されている。そして、これらの金属及び合金はいずれも強磁性であるため、強磁性粒子を用いたメタル軸受に好ましく適用することができる。   The metal or alloy that forms the sintered body of the metal bearing according to the present invention can be the same as the conventional metal bearing, and is not particularly limited. That is, conventional sintered metal bearings are made of iron, iron-carbon, iron-copper, iron, etc. from the viewpoints of load resistance, impact resistance, crushing strength, caulking, durability, manufacturing cost, etc. -Copper-carbon system, iron-copper-tin system, etc. are applied according to a use. Since these metals and alloys are both ferromagnetic, they can be preferably applied to metal bearings using ferromagnetic particles.

本発明に係るメタル軸受に使用する分散溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、以下の特性を有するものが好ましい。   Although the dispersion solvent used for the metal bearing according to the present invention is not particularly limited, for example, those having the following characteristics are preferable.

1.潤滑性
分散溶媒は、気孔内において強磁性粒子を良好に分散させると共に、軸受面に移動した後は、軸受面と軸部材との摺接面において液体の潤滑作用を奏することが好ましい。これにより、軸受面と軸部材との摺接面が損傷するのを防止することができる。
また、分散溶媒は、温度による粘度変化が小さい方が好ましい。これにより、幅広い温度範囲において潤滑性を確保することができるため、分散溶媒の温度に関わらず、軸受面と軸部材との間隙において分散溶媒は、スムースな移動を実現することができる。したがって、異音の発生を防止できると共に、摺接面における急な発熱を抑制し、分散溶媒の加水分解や熱分解を起こり難くすることができる。
さらに、分散溶媒は、熱安定性を有するものが好ましい。すなわち、分散溶媒は、高温時にも熱分解、加水分解等、化学変化しないものが好ましい。これにより、軸受面と軸部材との摺接面において潤滑性を保持することができる。具体的には、分散溶媒は150℃において熱分解及び加水分解し難いものが好ましく、190℃において熱分解及び加水分解し難いものがより好ましく、200℃以上において熱分解及び加水分解し難いものがさらに好ましい。このような分散溶媒であれば、高温雰囲気下でも使用される自動車用途等にも適用ができる。
1. Lubricity The dispersion solvent preferably disperses the ferromagnetic particles in the pores, and after moving to the bearing surface, preferably exhibits a liquid lubricating action on the sliding contact surface between the bearing surface and the shaft member. Thereby, it is possible to prevent the sliding contact surface between the bearing surface and the shaft member from being damaged.
Further, it is preferable that the dispersion solvent has a smaller viscosity change with temperature. Thereby, since lubricity can be ensured in a wide temperature range, the dispersed solvent can smoothly move in the gap between the bearing surface and the shaft member regardless of the temperature of the dispersed solvent. Therefore, it is possible to prevent the generation of abnormal noise, suppress sudden heat generation on the sliding contact surface, and make it difficult to cause hydrolysis and thermal decomposition of the dispersion solvent.
Furthermore, the dispersion solvent is preferably one having thermal stability. That is, the dispersion solvent is preferably one that does not chemically change even at high temperatures, such as thermal decomposition and hydrolysis. Thereby, lubricity can be maintained in the sliding contact surface between the bearing surface and the shaft member. Specifically, the dispersion solvent is preferably one that is difficult to be thermally decomposed and hydrolyzed at 150 ° C., more preferably one that is difficult to thermally decompose and hydrolyze at 190 ° C., and one that is difficult to thermally decompose and hydrolyze at 200 ° C. or higher. Further preferred. If it is such a dispersion solvent, it can be applied to automotive applications and the like used even in a high temperature atmosphere.

2.強磁性粒子の分散性
分散溶媒は、親油性(または、疎水性という)、または無極性であることが好ましい。特に、有極性であるアルコール等を伴わせた親水性の強磁性粒子を分散させる場合には、分散溶媒は、親油性が高いほど分散性が向上し、極性が低いほどの安定分散に寄与する。
2. Dispersibility of ferromagnetic particles The dispersion solvent is preferably lipophilic (or hydrophobic) or nonpolar. In particular, in the case of dispersing hydrophilic ferromagnetic particles accompanied by polar alcohol or the like, the dispersion solvent improves the dispersibility as the lipophilicity increases, and contributes to the stable dispersion as the polarity is low. .

3.吸湿性
分散溶媒は、吸湿性が低い方が好ましく、吸湿性を有しない方がより好ましい。分散溶媒に溶解する水分は、軸受面の昇温により、軸受面の付近で水蒸気のバルーンとなって軸受面に分散溶媒を伴って移動する。これにより、分散溶媒が無駄に消費され、また強磁性粒子の自己給油性を阻害する。また、水分は、軸受面における分散溶媒の加水分解反応を促進する。このため、分散溶媒中の存在する水分の割合は低い方が好ましい。
3. Hygroscopic Dispersion solvent preferably has low hygroscopicity, and more preferably has no hygroscopicity. Moisture dissolved in the dispersion solvent becomes a water vapor balloon near the bearing surface due to the temperature rise of the bearing surface, and moves with the dispersion solvent to the bearing surface. Thereby, the dispersion solvent is wasted, and the self-oiling property of the ferromagnetic particles is hindered. Further, moisture promotes the hydrolysis reaction of the dispersion solvent on the bearing surface. For this reason, the one where the ratio of the water | moisture content which exists in a dispersion | distribution solvent is low is preferable.

分散溶媒としては、例えば、(1)モノ脂肪酸グリセリンに酸化エチレンを付加重合したポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、(2)ソルビタン脂肪酸エステルにアルカリ触媒を使用して酸化エチレンを付加重合したポリオキシエチレン脂肪酸エステル、(3)ソルビトールに酸化エチレンを付加し、この後脂肪酸でエステル化するポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル等のエーテルエステル型の非イオン性界面活性剤、(4)ポリエチレングリコールと脂肪酸をエステル化したあるいは高級脂肪酸に酸化エチレンを付加重合したポリエチレングリコール脂肪酸モノ(ジ)エステル、(5)グリセリンを縮合したポリグリセリンにアルカリ触媒を使用して脂肪酸をエステル化したポリグリセリン脂肪酸エステル等のエステル型の非イオン性界面活性剤や、ポリアルファオレフィン、ポリアルキレングリコール、ポリオールジエステル等の合成油を用いることができる。これらは、親油性が高く、無極性の溶媒であるため、液体としてアルコール等を伴う強磁性粒子を安定に分散させることができる。   Examples of the dispersion solvent include (1) polyoxyethylene glycerin fatty acid ester obtained by addition polymerization of ethylene oxide to mono fatty acid glycerin, and (2) polyoxyethylene fatty acid obtained by addition polymerization of ethylene oxide using sorbitan fatty acid ester using an alkali catalyst. Ester, (3) Ether oxide type nonionic surfactant such as polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester which is added with ethylene oxide to sorbitol and then esterified with fatty acid, (4) Polyester glycol and fatty acid are esterified Alternatively, polyethylene glycol fatty acid mono (di) ester obtained by addition polymerization of ethylene oxide to higher fatty acid, and (5) polyglycerin fatty acid ester obtained by esterifying fatty acid with polyglycerol obtained by condensing glycerin using an alkali catalyst. And Le type nonionic surfactant, polyalphaolefins, polyalkylene glycols can be employed including synthetic oils such as polyol diester. Since these are highly lipophilic and nonpolar solvents, they can stably disperse ferromagnetic particles with alcohol or the like as a liquid.

中でも、ポリアルファオレフィン、ポリオールジエステル、ポリアルキレングリコール等の合成油は、強磁性粒子の分散性に加え、潤滑性等の特性にも優れているためより好ましい。例えば、ポリアルファオレフィンは、粘度指数を高くすることが容易で、幅広い温度範囲において動粘度の変化が小さいため好ましい。また、ポリアルファオレフィンは、流動点が低く、低温における動粘度の上昇も抑制できると共に、吸湿性を有しないため加水分解反応も起こり難い。   Among these, synthetic oils such as polyalphaolefin, polyol diester, and polyalkylene glycol are more preferable because they are excellent in properties such as lubricity in addition to the dispersibility of the ferromagnetic particles. For example, polyalphaolefin is preferable because it can easily increase the viscosity index and has a small change in kinematic viscosity over a wide temperature range. Polyalphaolefin has a low pour point, can suppress an increase in kinematic viscosity at low temperatures, and does not have a hygroscopic property, so that hydrolysis reaction hardly occurs.

ポリアルファオレフィンは、粘度指数と流動点に優れたαオレフィンCH(CH)CH=CHをエチレンによって重合したC1021−(CHC17CH)n−Hの組成式を有する合成油である。ポリアルファオレフィンは、その重合度によって粘度、沸点、熱分解性等の特性が変わるものであるが、例えば、分子量が約500で、重合度が2及び3であるもののうち少なくとも一方の重合度であるものを主成分として有する場合は、以下の特性を示すため、特に好ましい。Polyalphaolefins, alpha-olefin CH 3 excellent pour point and viscosity index (CH 2) 7 CH = C a CH 2 polymerized by ethylene 10 H 21 - (CHC 8 H 17 CH 2) n-H of the formula It is a synthetic oil having The polyalphaolefin has properties such as viscosity, boiling point, and thermal decomposability that change depending on the degree of polymerization. For example, the polyalphaolefin has a molecular weight of about 500 and a degree of polymerization of at least one of those having a degree of polymerization of 2 and 3. It is particularly preferable to have a certain component as a main component because it exhibits the following characteristics.

このポリアルファオレフィンの熱分解温度は230℃付近であり、熱分解が始まる温度は200℃付近にある。このため、分散溶媒として軸受と軸部材との間隙に滲み出た後においても熱分解し難い。沸点は0.1気圧においても200℃を越えており大気圧では殆ど蒸発しない。このため、軸と軸受の間隙に滲み出た後においても液体として存在させることができる。粘度指数は138と大きいため、幅広い温度範囲で潤滑性を保つことができる。40℃における動粘度は31cStと低いため、例えば、強磁性粒子を気孔内に低圧含浸する場合にも分散性を損なうことがない。流動点は−57℃であり、−30℃での動粘度の上昇が抑制でき、−30℃の極低温でも潤滑油として用いることができる。   The thermal decomposition temperature of this polyalphaolefin is around 230 ° C., and the temperature at which thermal decomposition starts is around 200 ° C. For this reason, even after oozing into the gap between the bearing and the shaft member as a dispersion solvent, thermal decomposition is difficult. The boiling point exceeds 200 ° C. even at 0.1 atm and hardly evaporates at atmospheric pressure. For this reason, even after oozing into the gap between the shaft and the bearing, it can exist as a liquid. Since the viscosity index is as large as 138, the lubricity can be maintained in a wide temperature range. Since the kinematic viscosity at 40 ° C. is as low as 31 cSt, for example, even when the ferromagnetic particles are impregnated into the pores at a low pressure, the dispersibility is not impaired. The pour point is −57 ° C., an increase in kinematic viscosity at −30 ° C. can be suppressed, and it can be used as a lubricating oil even at an extremely low temperature of −30 ° C.

本発明に係るメタル軸受は、強磁性粒子が表面改質剤を表面に有することが好ましい。すなわち、表面改質剤によって、親水性である強磁性粒子の表面を疎水性に改質することにより、疎水性の分散溶媒中における強磁性粒子の分散性を向上させることができると共に、強磁性粒子を取り囲むべき気体が、強磁性粒子から遊離することを防ぐことができる。   In the metal bearing according to the present invention, the ferromagnetic particles preferably have a surface modifier on the surface. That is, by modifying the surface of the hydrophilic ferromagnetic particles to be hydrophobic with the surface modifier, the dispersibility of the ferromagnetic particles in the hydrophobic dispersion solvent can be improved and the ferromagnetic particles can be improved. The gas that should surround the particles can be prevented from being released from the ferromagnetic particles.

また、表面改質剤は耐熱分解性を有するものが好ましく、具体的には、軸部材との摺動による軸受面の昇温に対して、熱分解率が5%以下であるものが好ましい。これにより、表面改質剤は、軸受面に移動した後においても、強磁性粒子の表面に吸着している。すなわち、表面改質剤が軸受面に移動した後にも熱分解されなければ、表面改質剤としての性質を維持できるため、表面改質剤は軸受面において強磁性粒子の表面に吸着すると共に、分散溶媒と結合することできる。したがって、このような表面改質剤を適用する場合には、図1に模式的に示すように、軸受1と軸部材2との摺接面3においても、表面改質剤6は、強磁性粒子4の表面と分散溶媒5とに化学吸着されている。このように、強磁性粒子4の表面には、表面改質剤6を介して分散溶媒4が吸着されているので、強磁性粒子4は、固体潤滑作用に加え、吸着した分散溶媒4による液体の潤滑作用を併せて有することとなる。   Further, the surface modifier preferably has heat decomposition resistance, and specifically, the surface modification agent preferably has a thermal decomposition rate of 5% or less with respect to the temperature rise of the bearing surface due to sliding with the shaft member. As a result, the surface modifier is adsorbed on the surface of the ferromagnetic particles even after moving to the bearing surface. That is, if the surface modifier is not thermally decomposed after moving to the bearing surface, the property as the surface modifier can be maintained, so that the surface modifier is adsorbed on the surface of the ferromagnetic particles on the bearing surface, It can be combined with a dispersion solvent. Therefore, when such a surface modifier is applied, the surface modifier 6 is also ferromagnetic on the sliding contact surface 3 between the bearing 1 and the shaft member 2 as schematically shown in FIG. Chemisorbed on the surface of the particles 4 and the dispersion solvent 5. As described above, since the dispersion solvent 4 is adsorbed on the surface of the ferromagnetic particles 4 via the surface modifier 6, the ferromagnetic particles 4 are not only solid-lubricated but also are liquids by the adsorbed dispersion solvent 4. This also has a lubricating action.

表面改質剤は、界面活性剤、カップリング剤等の従来公知の表面改質剤や磁性イオン液体を適用することもできる。界面活性剤としては、例えば、脂肪酸エステルや脂肪酸エステルの誘導体、リン酸エステルの非イオン型アニオン界面活性剤等を用いることができる。これらは、親水基と疎水基とを有するため、親水基が強磁性粒子の表面と水素結合すると共に、疎水基が分散溶媒の分子鎖と相互作用する。そして、これにより強磁性粒子の分散性を向上させ、強磁性粒子に吸着した気体が熱膨張する際には、分散溶媒と共に熱膨張を抑制するように働く。このようなリン酸エステルとしては、例えば、イソトリデシルアルコールにエチレンオキサイドを付加したポリオキシエチレンイソトリデシルアルコールを無水リン酸と反応させて生成するリン酸モノエステルとリン酸ジエステルとからなるエステルの混合物を適用することができる。また、耐熱分解性の観点からは、例えば、親水基としてイソプロポキシ基を備え、疎水基として下記式(1)を備えるカルボン酸エステルであれば、180℃における熱分解率は2%であり、200℃における熱分解率は4%である。また、同様の親水基を備え、疎水基として下記式(2)を備えるリン酸エステルであれば、180℃における熱分解率は2%であり、200℃における熱分解率は5%である。このような界面活性剤であれば、耐熱分解性に優れるため好ましく適用することができる。   As the surface modifier, a conventionally known surface modifier such as a surfactant or a coupling agent or a magnetic ionic liquid can be applied. As the surfactant, for example, a fatty acid ester, a derivative of a fatty acid ester, a nonionic anionic surfactant of a phosphate ester, or the like can be used. Since these have a hydrophilic group and a hydrophobic group, the hydrophilic group forms a hydrogen bond with the surface of the ferromagnetic particle, and the hydrophobic group interacts with the molecular chain of the dispersion solvent. Thus, the dispersibility of the ferromagnetic particles is improved, and when the gas adsorbed on the ferromagnetic particles thermally expands, it works together with the dispersion solvent to suppress the thermal expansion. As such a phosphate ester, for example, an ester composed of a phosphate monoester and a phosphate diester produced by reacting polyoxyethylene isotridecyl alcohol obtained by adding ethylene oxide to isotridecyl alcohol with anhydrous phosphoric acid. A mixture of can be applied. Further, from the viewpoint of thermal decomposition resistance, for example, if it is a carboxylic acid ester having an isopropoxy group as a hydrophilic group and a following formula (1) as a hydrophobic group, the thermal decomposition rate at 180 ° C. is 2%, The thermal decomposition rate at 200 ° C. is 4%. In addition, if the phosphoric acid ester has the same hydrophilic group and the following formula (2) as a hydrophobic group, the thermal decomposition rate at 180 ° C. is 2%, and the thermal decomposition rate at 200 ° C. is 5%. Such a surfactant can be preferably applied since it has excellent thermal decomposition resistance.

Figure 2006123453
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このような高級脂肪酸エステル等は、200℃以上の温度においても、熱分解性が2〜5wt%以下である。これに対し、自動車用の各種モータの軸受面の最高温度は120℃〜150℃の間にあり、このような温度に上昇しても界面活性剤の組成変化がほとんどないため、強磁性粒子は、軸受面においても液体の潤滑作用を失うことはない。また、これらの界面活性剤は、鉄系、鉄−銅系、鉄−銅−錫系の金属及び合金の表面に吸着膜を形成するため、油性剤としての機能を有し、軸受面が軸部材と直接接触することによる凝着磨耗が起こらない。   Such higher fatty acid esters have a thermal decomposability of 2 to 5 wt% or less even at a temperature of 200 ° C. or higher. On the other hand, the maximum temperature of the bearing surface of various motors for automobiles is between 120 ° C. and 150 ° C. Even if the temperature rises to such a temperature, there is almost no change in the composition of the surfactant. Also, the lubricating action of the liquid is not lost on the bearing surface. In addition, these surfactants form an adsorption film on the surface of iron-based, iron-copper-based, iron-copper-tin-based metals and alloys, and thus have a function as an oil-based agent, and the bearing surface is a shaft. Adhesive wear due to direct contact with the member does not occur.

表面改質剤として、カップリング剤を用いる場合にも界面活性剤を用いる場合と同様の効果が得られ、例えばチタン系カップリング剤を好ましく適用することができる。チタン系カップリング剤は、加水分解性を有する親水性の官能基と疎水性の官能基とを有するため、親水基が強磁性粒子に吸着している水酸基と加水分解反応し、強磁性粒子に疎水基が形成される。これにより、疎水性の分散溶媒中に強磁性粒子を安定に分散させることができる。   Even when a coupling agent is used as the surface modifier, the same effect as that obtained when a surfactant is used can be obtained. For example, a titanium coupling agent can be preferably applied. Since the titanium coupling agent has a hydrolyzable hydrophilic functional group and a hydrophobic functional group, the hydrophilic group hydrolyzes with the hydroxyl group adsorbed on the ferromagnetic particle, and the ferromagnetic particle Hydrophobic groups are formed. Thereby, the ferromagnetic particles can be stably dispersed in the hydrophobic dispersion solvent.

チタン系カップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、下記式(3)〜(5)に示すものが好ましく適用できる。なお、下記式(3)〜(5)において、例えば、アルキル鎖の炭素数は、特に限定されるものではない。   Although it does not specifically limit as a titanium coupling agent, For example, what is shown to following formula (3)-(5) is applicable preferably. In the following formulas (3) to (5), for example, the carbon number of the alkyl chain is not particularly limited.

Figure 2006123453
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なお、上記式(3)に示すチタン系カップリング剤を使用する場合には、SP値が8.1であるため、分散溶媒としてはSP値が8〜9の脂肪酸エステルを用いることが好ましい。また、上記式(4)に示すチタン系カップリング剤は、SP値が9.2であり、上記式(5)に示すチタン系カップリング剤は、SP値が9.6であるため、これらのチタン系カップリング剤を使用する場合には、分散溶媒としてはSP値が9〜10の脂肪酸エステルを用いることが好ましい。   In addition, when using the titanium coupling agent shown to the said Formula (3), since SP value is 8.1, it is preferable to use fatty acid ester with SP value of 8-9 as a dispersion solvent. Further, the titanium coupling agent shown in the above formula (4) has an SP value of 9.2, and the titanium coupling agent shown in the above formula (5) has an SP value of 9.6. When the titanium coupling agent is used, it is preferable to use a fatty acid ester having an SP value of 9 to 10 as the dispersion solvent.

また、カップリング剤として、シラン系カップリング剤を用いることもできる。シラン系カップリング剤は、特に限定されないが、分散溶媒との親和性が高い長鎖アルキルを持つものが好ましく、下記式(6)〜(8)に示すデシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が例示される。これらのシラン系カップリング剤は、その沸点がそれぞれ、132℃/10mmHg、202℃/10mmHg、236℃/10mmHgと高く、軸受面において蒸発することはない。もちろん、これらのシラン系カップリング剤のアルキル鎖の炭素数やアルコキシ基の炭素数は任意に変更可能である。   A silane coupling agent can also be used as the coupling agent. The silane coupling agent is not particularly limited, but preferably has a long-chain alkyl having high affinity with the dispersion solvent, and includes decyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane represented by the following formulas (6) to (8), Examples thereof include phenyltriethoxysilane. These silane coupling agents have high boiling points of 132 ° C / 10 mmHg, 202 ° C / 10 mmHg, and 236 ° C / 10 mmHg, respectively, and do not evaporate on the bearing surface. Of course, the carbon number of the alkyl chain and the carbon number of the alkoxy group of these silane coupling agents can be arbitrarily changed.

Figure 2006123453
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なお、上記のシラン系カップリング剤を用いる場合には、シラン系カップリング剤を水溶液あるいはアルコール溶液とし、吸湿ないしはアルコールを伴った強磁性粒子に添加し、60分程度攪拌する。その後、水およびアルコールの沸点より低い温度で放置し、強磁性粒子の表面にシラン系カップリング剤を吸着させて、分散溶媒に強磁性粒子を分散させる。なお、フェニルトリエトキシシランは、疎水性が高いため、例えば、酢酸水−アルコール系の溶媒に溶解させて用いる。   When the silane coupling agent is used, the silane coupling agent is made into an aqueous solution or an alcohol solution, added to the ferromagnetic particles with moisture absorption or alcohol, and stirred for about 60 minutes. Thereafter, the silane coupling agent is adsorbed on the surface of the ferromagnetic particles by being left at a temperature lower than the boiling points of water and alcohol, and the ferromagnetic particles are dispersed in the dispersion solvent. In addition, since phenyl triethoxysilane has high hydrophobicity, it is dissolved in an acetic acid water-alcohol solvent, for example.

さらに、カップリング剤として脂肪酸を用いることもできる。すなわち、脂肪酸を強磁性粒子に吸着している水酸基と反応させ、脂肪酸のHLB値と近いHLB値を有するものを分散溶媒として用いることにより、強磁性粒子を分散溶媒中に安定に分散させることができる。   Furthermore, a fatty acid can also be used as a coupling agent. That is, it is possible to stably disperse the ferromagnetic particles in the dispersion solvent by reacting the fatty acid with the hydroxyl group adsorbed on the ferromagnetic particles and using a fatty acid having an HLB value close to that of the fatty acid as the dispersion solvent. it can.

磁性イオン液体としては、特に限定はされないが、[FeXMYNZCl4]n-(但し、M,Nはそれぞれ遷移金属原子であり、x+y+z=1,nはx,y,zにより定まる数値である。)で表される陰イオンから選ばれる少なくとも1種の陰イオンを備えるものを使用することができる。具体的には、陰イオンとして、x=1,y=z=0,n=1である[FeCl4]-を有し、陽イオンとして1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、1−デシル−3−メチルイミダゾリウムを有する塩化鉄(III)酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、塩化鉄(III)酸1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、塩化鉄(III)酸1−オクチル−3−メチルイミダゾリウム、塩化鉄(III)酸1−デシル−3−メチルイミダゾリウムが例示される。このような磁性イオン液体は、強磁性粒子に磁気吸着し、被覆することができるため、分散溶媒中に強磁性粒子を分散させることができる。なお、1位のアルキル基は、特に限定されないが、炭素数が多い方が、疎水性度が高まるため好ましく、1位のアルキル基は、炭素数が6〜20であることが好ましい。As the magnetic ionic liquid is not particularly limited, [Fe X M Y N Z Cl 4] n- ( where, M, N are each a transition metal atom, x + y + z = 1 , n is x, y, the z It is possible to use those having at least one kind of anion selected from the anions represented by: Specifically, it has [FeCl 4 ] where x = 1, y = z = 0, and n = 1 as anions, and 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-butyl- 3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methylimidazolium, 1-decyl-3-methylimidazolium iron (III) chloride 1-ethyl-3-methylimidazolium, iron (III) chloride 1 Examples include -butyl-3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methylimidazolium iron (III) chloride, and 1-decyl-3-methylimidazolium iron (III) chloride. Since such a magnetic ionic liquid can be magnetically adsorbed and coated on the ferromagnetic particles, the ferromagnetic particles can be dispersed in the dispersion solvent. The 1-position alkyl group is not particularly limited, but a higher carbon number is preferable because the degree of hydrophobicity is increased, and the 1-position alkyl group preferably has 6 to 20 carbon atoms.

また、上記磁性イオン液体の熱分解温度は280℃であるため、軸受面に移動した後も性質を損なわず、強磁性粒子と磁気吸着している。さらに磁性イオン液体はほとんど蒸気圧を有しないため、軸受面に移動した後においても蒸発しない。このため、軸受面と軸部材との摺接面において、磁性イオン液体による液体の潤滑作用によって強磁性粒子の潤滑作用を増大させることができる。   Further, since the thermal decomposition temperature of the magnetic ionic liquid is 280 ° C., the magnetic ionic liquid is magnetically adsorbed to the ferromagnetic particles without deteriorating the properties even after moving to the bearing surface. Further, since the magnetic ionic liquid has almost no vapor pressure, it does not evaporate even after moving to the bearing surface. For this reason, on the sliding contact surface between the bearing surface and the shaft member, the lubricating action of the ferromagnetic particles can be increased by the lubricating action of the liquid by the magnetic ionic liquid.

このように、表面改質剤は、軸受面と軸部材との間隙の環境下においても化学的に変質しない場合には、強磁性微粒子群が軸受面と軸部材との間隙に吐き出された後に再度、表面改質剤は、強磁性微粒子群の周囲を取り囲み、分散溶媒と結合して、強磁性微粒子の群を分散させている。これによって、間隙における潤滑状態が境界潤滑になったとしても、表面改質剤と分散溶媒の存在によって、金属同士が直接摺接することがなく、これによって発生する軸受面の凝集磨耗は起こらない。また、軸受面が軸部材から過大な応力を受けたとしても、強磁性微粒子を取り囲む分散溶媒の存在によって、強磁性微粒子がよりよく滑るという潤滑現象をもたらし、軸受と軸部材との間隙における強磁性粒子の潤滑作用を増大させることができる。   As described above, when the surface modifier is not chemically altered even in the environment of the gap between the bearing surface and the shaft member, the ferromagnetic fine particle group is discharged into the gap between the bearing surface and the shaft member. Again, the surface modifier surrounds the periphery of the group of ferromagnetic fine particles and combines with the dispersion solvent to disperse the group of ferromagnetic fine particles. As a result, even if the lubrication state in the gap becomes boundary lubrication, the presence of the surface modifier and the dispersion solvent prevents the metals from directly contacting each other, and the cohesive wear of the bearing surface caused by this does not occur. Even if the bearing surface receives excessive stress from the shaft member, the presence of the dispersion solvent surrounding the ferromagnetic fine particles causes a lubrication phenomenon in which the ferromagnetic fine particles slide better, resulting in a strong gap in the gap between the bearing and the shaft member. The lubricating action of the magnetic particles can be increased.

分散溶媒中に存在する強磁性粒子が伴う液体は、分散溶媒の主成分の沸点より低い沸点を有するものであり、これにより分散溶媒中において気化することが可能となる。また、強磁性粒子が伴う気体及び液体としては、特に制限はないが、軸受の動作環境温度と、軸部材に対する摺動による軸受面の昇温とに応じて選択することが好ましく、特に液体においては軸受面の最高到達温度より低い沸点を有するものが好ましい。すなわち、軸受面の温度が液体の沸点より低い場合であっても気化は可能であるが、沸点が軸受面の最高到達温度よりも低い液体を選択すれば、軸部材との摺動による軸受面の昇温により確実に液体を気化させることができる。なお、沸点が軸受面の温度より高い液体を用いる場合には、軸受面を加熱するための装置を別途設けることにより、同様の効果を得ることができる。   The liquid accompanied by the ferromagnetic particles present in the dispersion solvent has a boiling point lower than that of the main component of the dispersion solvent, and can be vaporized in the dispersion solvent. The gas and liquid accompanied by the ferromagnetic particles are not particularly limited, but are preferably selected according to the operating environment temperature of the bearing and the temperature rise of the bearing surface by sliding with respect to the shaft member. Preferably has a boiling point lower than the highest temperature reached on the bearing surface. In other words, vaporization is possible even when the temperature of the bearing surface is lower than the boiling point of the liquid, but if a liquid whose boiling point is lower than the highest temperature of the bearing surface is selected, the bearing surface is caused by sliding with the shaft member. The liquid can be surely vaporized by raising the temperature. In addition, when using the liquid whose boiling point is higher than the temperature of a bearing surface, the same effect can be acquired by providing the apparatus for heating a bearing surface separately.

動作環境温度や軸受面の温度の範囲が広い場合は、沸点が異なる複数種類の気体あるいは液体の混合物を選択することができる。そして、複数種類の気体または液体は、温度領域内でそれぞれが対応できるようにそれぞれの蒸気圧に応じて混合し、さらに気体または液体は軸受面の温度頻度に応じた割合で強磁性粒子に伴わせることで、摺接により軸受面の温度が変わったとしても、軸受面の温度範囲と温度頻度に応じて効率よく強磁性粒子を軸受面に移動させることができる。また、気体と液体との両方を強磁性粒子に伴わせてもよい。   When the range of the operating environment temperature and the temperature of the bearing surface is wide, a plurality of types of gases or liquid mixtures having different boiling points can be selected. A plurality of types of gases or liquids are mixed in accordance with their vapor pressures so that they can correspond to each other in the temperature range, and further, the gases or liquids are accompanied by the ferromagnetic particles at a rate corresponding to the temperature frequency of the bearing surface. Therefore, even if the temperature of the bearing surface changes due to sliding contact, the ferromagnetic particles can be efficiently moved to the bearing surface according to the temperature range and temperature frequency of the bearing surface. Further, both the gas and the liquid may be accompanied by the ferromagnetic particles.

例えば、自動車用モータの軸受の軸受面における最高平均温度は150℃である。したがって、強磁性粒子に液体を伴わせる場合には、その沸点が130℃に至る温度範囲にあれば、確実に焼結体の軸受面に強磁性粒子が吐き出される。そして、常温〜130℃に至る温度範囲を、20℃ごとに5〜6の領域に分け、それぞれの温度領域に沸点を持つ液体を強磁性粒子に伴わせる。これによってモータの動作が−30℃〜120℃の温度範囲であれば、焼結体の軸受面に強磁性粒子を吐き出させることができる。なお、常温〜130℃に至る温度範囲を、さらに細分化すれば強磁性粒子に伴わせる液体は効率よく強磁性粒子を軸受面に移動させることができる。   For example, the maximum average temperature on the bearing surface of a motor motor bearing is 150 ° C. Therefore, when a liquid is caused to accompany the ferromagnetic particles, the ferromagnetic particles are surely discharged to the bearing surface of the sintered body if the boiling point is in a temperature range reaching 130 ° C. Then, the temperature range from room temperature to 130 ° C. is divided into 5 to 6 regions every 20 ° C., and a liquid having a boiling point in each temperature region is accompanied with the ferromagnetic particles. Thus, if the motor operates within a temperature range of −30 ° C. to 120 ° C., the ferromagnetic particles can be discharged to the bearing surface of the sintered body. If the temperature range from room temperature to 130 ° C. is further subdivided, the liquid accompanying the ferromagnetic particles can efficiently move the ferromagnetic particles to the bearing surface.

また、軸受の動作温度が−30℃以下の極低温である場合には、室温に近い沸点を有する液体を伴わせても、軸受面に強磁性粒子を吐き出させることは困難である。したがって、軸受を組み込んだ製品がこのような極低温の状況下で始動する場合には、軸部材との摺動によって一定温度以上になるまで軸受面には強磁性粒子及び分散溶媒が存在しないことになる。このため、使用前に軸受を常温以上の温度で一定時間放置し、予め強磁性粒子を軸受面に滲み出させておくことが好ましい。例えば、60℃で30分放置し、強磁性粒子の一部を予め軸受面に滲み出させてから軸受を製品に組み込み軸受を稼動させると、始動時から良好な潤滑性を得ることができる。さらには、強磁性粒子に気体を伴わせることによっても同様の効果を得ることができる。すなわち、例えば、使用開始温度以下で気体となる液体を伴わせることにより、始動時においてバルーンが強磁性粒子を取り囲む状態となり、始動後直ちにバルーンの圧力が高まるため、強磁性粒子を軸受面に移動させることができる。   Further, when the operating temperature of the bearing is an extremely low temperature of −30 ° C. or lower, it is difficult to discharge ferromagnetic particles to the bearing surface even with a liquid having a boiling point close to room temperature. Therefore, when a product incorporating a bearing is started under such extremely low temperature conditions, there should be no ferromagnetic particles or dispersed solvent on the bearing surface until the temperature exceeds a certain temperature due to sliding with the shaft member. become. For this reason, it is preferable to leave the bearing at a temperature equal to or higher than room temperature for a certain period of time before use and to allow the ferromagnetic particles to exude to the bearing surface in advance. For example, if the bearing is incorporated in a product after allowing some of the ferromagnetic particles to ooze out on the bearing surface in advance for 30 minutes at 60 ° C., good lubricity can be obtained from the start. Further, the same effect can be obtained by bringing gas into the ferromagnetic particles. That is, for example, when accompanied by a liquid that becomes a gas at a temperature lower than the use start temperature, the balloon surrounds the ferromagnetic particles at the start, and the pressure of the balloon increases immediately after the start, so the ferromagnetic particles are moved to the bearing surface. Can be made.

強磁性粒子に吸着させる複数種類の気体及び液体は、一つの強磁性粒子に複数の気体及び液体を伴わせても、一つの強磁性粒子にそれぞれ異なる一種類の気体または液体を伴わせてもよく、混合する気体及び液体のそれぞれの相溶性に応じて任意に選択することができる。   Multiple types of gases and liquids to be adsorbed on ferromagnetic particles can be used with a single ferromagnetic particle accompanied by a plurality of gases and liquids, or a single ferromagnetic particle with a different type of gas or liquid. It can be arbitrarily selected depending on the compatibility of the gas and liquid to be mixed.

気体または液体を強磁性粒子に伴わせる手段としては、強磁性粒子に含浸または吸着した状態で存在させることが好ましい。これにより、液体が気化し、気体が熱膨張しても強磁性粒子と分離することなく、強磁性粒子を伴って軸受面に移動することができる。   As a means for bringing a gas or a liquid into the ferromagnetic particles, it is preferable to make the ferromagnetic particles exist in an impregnated or adsorbed state. Thereby, even if the liquid is vaporized and the gas is thermally expanded, it can move to the bearing surface with the ferromagnetic particles without being separated from the ferromagnetic particles.

例えばマグネタイトは表面に水酸基を備えるため、水やアルコール類、エーテル類、ケトン類等の多くの有機溶剤を吸着する。常温〜130℃の温度範囲で、マグネタイトに吸着し、かつ沸点の違いの温度差を考慮して有機溶剤を選択すると、例えば、アセトアルデヒド(沸点:20.2℃)、ジエチルエーテル(沸点:34.5℃)、ジクロロメタン(沸点:40.2℃)、ギ酸エチル(沸点:54.5℃)、メタノール(64.7℃)、酢酸エチル(76.8℃)、エタノール(78.5℃)、シクロヘキサン(81.4℃)、1−プロパノール(沸点:97.4℃)、水(沸点:100℃)、1−ブタノール(沸点:117.6℃)、2-メトキシエタノール(沸点:124.5℃)、酢酸イソブチル(沸点:126.3℃)、イソペンチルアルコール(沸点:130.8℃)等を挙げることができる。これらの液体を沸点の温度差を考慮して組み合わせることで、広い温度範囲で強磁性粒子を軸受面に吐き出させることができる。   For example, since magnetite has a hydroxyl group on its surface, it adsorbs many organic solvents such as water, alcohols, ethers, and ketones. In the temperature range from room temperature to 130 ° C., when adsorbed on magnetite and considering the temperature difference of the difference in boiling point, for example, acetaldehyde (boiling point: 20.2 ° C.), diethyl ether (boiling point: 34.5 ° C.), Dichloromethane (boiling point: 40.2 ° C), ethyl formate (boiling point: 54.5 ° C), methanol (64.7 ° C), ethyl acetate (76.8 ° C), ethanol (78.5 ° C), cyclohexane (81.4 ° C), 1-propanol (boiling point: 97.4 ° C) ), Water (boiling point: 100 ° C), 1-butanol (boiling point: 117.6 ° C), 2-methoxyethanol (boiling point: 124.5 ° C), isobutyl acetate (boiling point: 126.3 ° C), isopentyl alcohol (boiling point: 130.8 ° C), etc. Can be mentioned. By combining these liquids in consideration of the temperature difference in boiling point, the ferromagnetic particles can be discharged to the bearing surface in a wide temperature range.

本発明に係るメタル軸受の製造方法の一例は、強磁性粒子であるマグネタイトを例にとって説明すると、まずマグネタイトの粒子を用意する。このマグネタイトは、サブミクロンあるいはそれ以下の微粒子であり、粒子として用いる段階で磁気凝集している。そして、マグネタイトに気体及び液体の少なくとも一方を含浸または吸着させる。   An example of a method for manufacturing a metal bearing according to the present invention will be described by taking magnetite, which is a ferromagnetic particle, as an example. First, magnetite particles are prepared. This magnetite is a fine particle of submicron or less, and is magnetically aggregated when used as a particle. Then, magnetite is impregnated or adsorbed with at least one of gas and liquid.

表面改質剤としてカップリング剤を使用する場合には、例えば、分散溶媒にマグネタイトを加える際に、カップリング剤をマグネタイトに対し2wt%、好ましくは3wt%以上の割合で混合し、この後よく攪拌する。これにより、マグネタイトの粒子表面の吸着された水酸基がカップリング剤の親水基と水素結合すると共にカップリング剤の疎水基が分散溶媒の長鎖と相互作用し、マグネタイトを分散溶媒中に安定に分散させることができる。表面改質剤として界面活性剤を使用する場合も同様の方法によって行うことができる。   When a coupling agent is used as the surface modifier, for example, when adding magnetite to the dispersion solvent, the coupling agent is mixed at a ratio of 2 wt%, preferably 3 wt% or more with respect to the magnetite. Stir. As a result, the adsorbed hydroxyl group on the surface of the magnetite particles hydrogen bonds with the hydrophilic group of the coupling agent, and the hydrophobic group of the coupling agent interacts with the long chain of the dispersion solvent, so that the magnetite is stably dispersed in the dispersion solvent. Can be made. The same method can be used when a surfactant is used as the surface modifier.

また、表面改質剤として磁性イオン液体を使用する場合は、まず、強磁性粒子に伴わせる液体で磁性イオン液体を希釈する。具体的には、磁性イオン液体に例えばアルコールを10wt%の割合で溶解させる。この時、アルコールは軸受面の温度に応じて、例えば沸点が60℃〜130℃にあるアルコールを用いるとよい。また、複数種類のアルコールを用いることもでき、例えば6wt%のメタノールと4wt%の1−ブタノールの混合液を用いることができる。次いで、磁気凝集したマグネタイトに磁性イオン液体の溶液を添加してよく攪拌し、マグネタイトに磁気イオン液体を磁気吸着させる。   When using a magnetic ionic liquid as the surface modifier, first, the magnetic ionic liquid is diluted with a liquid that accompanies the ferromagnetic particles. Specifically, for example, alcohol is dissolved in the magnetic ionic liquid at a rate of 10 wt%. At this time, for example, alcohol having a boiling point of 60 ° C. to 130 ° C. may be used according to the temperature of the bearing surface. Also, a plurality of types of alcohols can be used. For example, a mixed solution of 6 wt% methanol and 4 wt% 1-butanol can be used. Next, a magnetic ionic liquid solution is added to the magnetically agglomerated magnetite and stirred well to magnetically adsorb the magnetic ionic liquid on the magnetite.

そして、このようにして得られたマグネタイトを分散溶媒に分散させる。磁気凝集したマグネタイトの凝集度を下げるためには、マグネタイトを分散溶媒と混合する際にマグネタイトの凝集部分に、剪断力、圧縮力、引張力を発生させることが必要になる。このため、マグネタイトと分散溶媒との混合比率を本来のマグネタイトと分散溶媒との混合比率より高めることが好ましい。すなわち、特に界面活性剤等の表面改質剤を用いて高濃度のマグネタイトと分散溶媒とを混合し捏和することで、マグネタイトに分散溶媒が吸着され、この結果、粘度の高いマグネタイトと分散溶媒との混合物が形成される。このような高濃度のマグネタイトと分散溶媒とは、加圧式のニーダーなどの攪拌装置に充填し、捏和すると、捏和と共にさらに分散溶媒がマグネタイトに吸着し、粘度が上昇する。そして、マグネタイトへの分散溶媒の吸着が収れんし、粘度の増大が収れんした後、さらにニーダーを回転させると、効率よくマグネタイトの凝集部に、剪断力、圧縮力や引張力の各種の応力が作用するため、マグネタイトの凝集が解除され、マグネタイトの粒子の大きさが200nm以下の凝集度の低いマグネタイトを得ることができる。このようにして、凝集度の低いマグネタイトが分散した混合溶液は、必要に応じて分散溶媒で希釈し、金属または合金の焼結体の気孔内に低圧含浸させる。このような方法により、マグネタイトを気体及び液体のうち少なくとも一方を伴って気孔内に閉じ込めることができる。   The magnetite thus obtained is dispersed in a dispersion solvent. In order to reduce the degree of aggregation of magnetically agglomerated magnetite, it is necessary to generate a shearing force, a compressive force, and a tensile force at the agglomerated portion of the magnetite when mixing the magnetite with a dispersion solvent. For this reason, it is preferable to raise the mixing ratio of a magnetite and a dispersion solvent rather than the original mixing ratio of a magnetite and a dispersion solvent. That is, by mixing and kneading a high concentration of magnetite and a dispersion solvent using a surface modifier such as a surfactant, the dispersion solvent is adsorbed on the magnetite. As a result, the magnetite and the dispersion solvent having a high viscosity are adsorbed. And a mixture is formed. When such high-concentration magnetite and the dispersion solvent are filled in a stirring device such as a pressure kneader and kneaded, the dispersion solvent is further adsorbed on the magnetite together with kneading, and the viscosity increases. After the dispersion solvent adsorption on the magnetite converges and the increase in viscosity converges, when the kneader is further rotated, various stresses such as shear force, compressive force and tensile force act on the magnetite agglomerated part efficiently. Therefore, the agglomeration of magnetite is released, and a magnetite having a low agglomeration degree with a magnetite particle size of 200 nm or less can be obtained. In this way, the mixed solution in which the magnetite having a low degree of aggregation is dispersed is diluted with a dispersion solvent as necessary, and is impregnated into the pores of the sintered body of metal or alloy at a low pressure. By such a method, magnetite can be confined in the pores with at least one of gas and liquid.

加圧式のニーダー装置で捏和してマグネタイトの凝集度が下がったとしても、凝集度が下がると粒子の凝集部に応力が直接印加され難くなるため、捏和前の凝集度よりは大きく低下しているが、マグネタイトは依然として磁気凝集している。このようなマグネタイトは、軸受面に吐き出されると、軸受面と軸部材との表面状態に応じた応力を受ける。例えば、軸部材の凸部と軸受の凸部とが対峙し、軸部材側から荷重を軸受側に伝える状態では、凝集したマグネタイトは、両者の凸部に形成された僅かな間隙に磁気吸着によってはさまれ、軸部材側から応力を受ける。これによって凝着した粒子は、さらに凝集度合いが低い粒子群となる。またこの際に、多くの応力が磁気凝集を解く力として作用する。従来の固体潤滑作用、例えば黒鉛粒子における固体潤滑作用は、自身の滑り破壊によるが、本発明における固体潤滑作用は、凝集した粒子群の接触部に直接応力が働くことによって凝集した粒子群を解くことになるため、粒子群が滑ることで粒子の凝集が解かれることによる固体潤滑作用である。このように、軸受と軸部材とに吐き出された凝集粒子群は、各種の応力を受け、粒子の凝集度合いを徐々に下げ、マグネタイトの微粒子群からなる被膜を形成する。
なお、このような場合であっても、軸受面に吐き出されたマグネタイトの磁気凝集度が大きいとマグネタイトが軸部材と軸受を攻撃する虞がある。このため、捏和時間を長くして、マグネタイトを単一粒子、もしくは単一粒子に近い状態にまで凝集解除することが好ましい。
Even if the degree of agglomeration of the magnetite is reduced by kneading with a pressure kneader, stress will not be directly applied to the agglomerated part of the particles when the degree of agglomeration is reduced. However, magnetite is still magnetically agglomerated. When such magnetite is discharged to the bearing surface, it receives a stress corresponding to the surface condition between the bearing surface and the shaft member. For example, when the convex part of the shaft member and the convex part of the bearing face each other and the load is transmitted from the shaft member side to the bearing side, the agglomerated magnetite is attracted to the slight gap formed on the convex part of both by magnetic adsorption. It is sandwiched and receives stress from the shaft member side. As a result, the agglomerated particles become a group of particles having a lower degree of aggregation. At this time, many stresses act as a force for solving the magnetic aggregation. The conventional solid lubricating action, for example, solid lubricating action in graphite particles is due to its own slip fracture, but the solid lubricating action in the present invention solves the agglomerated particles by direct stress acting on the contact part of the agglomerated particles. Therefore, it is a solid lubricating action by the aggregation of the particles being released by the sliding of the particle group. As described above, the aggregated particle group discharged to the bearing and the shaft member receives various stresses, gradually lowers the degree of aggregation of the particle, and forms a coating film composed of the magnetite fine particle group.
Even in such a case, there is a possibility that the magnetite attacks the shaft member and the bearing if the degree of magnetic coagulation of the magnetite discharged to the bearing surface is large. For this reason, it is preferable to lengthen the kneading time and release the aggregation of the magnetite to a single particle or close to a single particle.

以下、実施例について説明する。
(含浸材料1)
強磁性粒子として、平均粒径が0.08μm、粒径分布の標準偏差が0.05μm、BET値が34m/gのマグネタイト粒子を用いた。
分散溶媒として、粘度指数が138、40℃の動粘度が31cSt、100℃の動粘度が5.8cSt、流動点が−57℃であり、分子量が約500であるポリアルファオレフィンを用いた。
表面改質剤として、上記式(3)に示すTi系カップリング剤を用いた。
Examples will be described below.
(Impregnation material 1)
As the ferromagnetic particles, magnetite particles having an average particle size of 0.08 μm, a standard deviation of the particle size distribution of 0.05 μm, and a BET value of 34 m 2 / g were used.
As a dispersion solvent, a polyalphaolefin having a viscosity index of 138, a kinematic viscosity at 40 ° C. of 31 cSt, a kinematic viscosity at 100 ° C. of 5.8 cSt, a pour point of −57 ° C. and a molecular weight of about 500 was used.
A Ti-based coupling agent represented by the above formula (3) was used as the surface modifier.

そして、マグネタイト粒子を121℃、2気圧の過飽和水蒸気の雰囲気に30分間放置し、吸湿させた。このマグネタイト粒子にTi系カップリング剤を3.5wt%で添加し、ポリアルファオレフィンを極少量ずつ10wt%まで加えながら24時間をかけて捏和した。この後、ポリアルファオレフィンを、全体の重量に対し65wt%になるまで混合しながら添加し、含浸材料を作製した。   The magnetite particles were allowed to stand for 30 minutes in an atmosphere of supersaturated water vapor at 121 ° C. and 2 atm to absorb moisture. A Ti-based coupling agent was added to the magnetite particles at 3.5 wt%, and the mixture was kneaded for 24 hours while adding polyalphaolefin to a very small amount up to 10 wt%. Thereafter, polyalphaolefin was added with mixing until the total weight was 65 wt%, to prepare an impregnated material.

(含浸材料2)
強磁性粒子、分散溶媒、表面改質剤は、実施例1と同様のものを用いた。
そして、メタノール(沸点が64.5℃)と1−ブタノール(沸点が117.4℃)と水とが、重量比で1:2.5:2になるように混合した溶液を調製した。溶液を10℃に冷却し、この溶液にマグネタイト粒子を浸漬して30分間放置した。10℃の温度環境でアルコールが吸着したマグネタイト粒子に、Ti系カップリング剤を3.5wt%で添加し、ポリアルファオレフィンを極少量ずつ10wt%まで加えながら24時間をかけて捏和した。この後、10℃においてポリアルファオレフィンが、全体の重量に対し65wt%になるまで混合しながら添加し、含浸材料を作製した。
(Impregnation material 2)
The same ferromagnetic particles, dispersion solvent, and surface modifier as those used in Example 1 were used.
And the solution which mixed methanol (boiling point 64.5 degreeC), 1-butanol (boiling point 117.4 degreeC), and water so that it might become 1: 2.5: 2 by weight ratio was prepared. The solution was cooled to 10 ° C., and magnetite particles were immersed in this solution and left for 30 minutes. Ti-based coupling agent was added at 3.5 wt% to magnetite particles adsorbed with alcohol in a temperature environment of 10 ° C., and kneaded for 24 hours while adding polyalphaolefin to a very small amount up to 10 wt%. Thereafter, polyalphaolefin was added at 10 ° C. with mixing until 65 wt% with respect to the total weight to prepare an impregnated material.

作製した含浸材料1及び2の挙動を可視化して観察するため、これらの含浸材料を金属焼結体の内部気孔に低圧含浸する代わりに、含浸材料1及び2をそれぞれのビーカに入れ、このビーカをオイルバス中に配置し、オイルバスの温度を変えて含浸材料の挙動を観察した。その結果を表2及び3に示した。表2は、オイルバスの温度上昇および温度下降速度を1℃/分に設定して実験した結果であり、表3は、オイルバスの温度変化速度を0.1℃/分に設定して実験した結果である。また、表2及び3の結果は、記載した温度に到達した瞬間の挙動を示している。   In order to visualize and observe the behavior of the impregnated materials 1 and 2 produced, instead of impregnating these impregnated materials into the internal pores of the sintered metal body with low pressure, the impregnated materials 1 and 2 are placed in the respective beakers. Was placed in an oil bath, and the behavior of the impregnated material was observed by changing the temperature of the oil bath. The results are shown in Tables 2 and 3. Table 2 shows the results of experiments with the oil bath temperature rise and fall rates set to 1 ° C / min. Table 3 shows the results with the oil bath temperature change rate set to 0.1 ° C / min. It is the result. The results in Tables 2 and 3 show the behavior at the moment when the described temperature is reached.

Figure 2006123453
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Figure 2006123453
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含浸材料1では、100℃まで昇温した時点から気泡が発生した。これは水蒸気圧が大気圧近辺まで上昇したためである。表2では、170℃から130℃までの降温過程において連続的に気泡が発生した。その後、気泡の発生頻度が低下し、100℃で気泡の発生は停止した。表3では、降温過程の140℃に至る過程で完全に水蒸気が消費された。これらの結果は、マグネタイト粒子に吸着した水蒸気が、連続的に消費され、降温過程においてで完全に消費されたためであると考えられる。温度変化速度によって異なるのは、気泡が発生する時間は、水の沸点以上の温度に晒された合計時間に依存することを表しているためであると考えられる。   In the impregnating material 1, bubbles were generated from the time when the temperature was raised to 100 ° C. This is because the water vapor pressure has increased to near atmospheric pressure. In Table 2, bubbles were continuously generated in the temperature lowering process from 170 ° C to 130 ° C. Thereafter, the generation frequency of bubbles decreased, and the generation of bubbles stopped at 100 ° C. In Table 3, water vapor was completely consumed in the process of reaching the temperature of 140 ° C. during the temperature lowering process. These results are considered to be because the water vapor adsorbed on the magnetite particles was consumed continuously and completely consumed in the temperature lowering process. It is considered that the reason why the bubbles are generated depends on the total time of exposure to a temperature higher than the boiling point of water.

含浸材料2では、70℃近辺まで昇温した時点から気泡が発生した。これは、メタノールの蒸気圧が大気圧近辺まで上昇したためである。表2では、100℃までの降温過程において、連続的に気泡が発生した。その後、気泡の発生頻度が低下し、70℃に至って気泡の発生は停止した。表3では、150℃の降温過程まで連続的に気泡が発生していた。いずれの場合も含浸材料1を用いた場合に比べて気泡の発生時間が延びることが分かった。これは、メタノールと1−ブタノールとを混合させ、70℃から170℃における気泡の発生頻度を、メタノールと水と1−ブタノールとに分担させたことによるものと考えられる。   In the impregnating material 2, bubbles were generated from the time when the temperature was raised to around 70 ° C. This is because the vapor pressure of methanol has increased to around atmospheric pressure. In Table 2, bubbles were continuously generated in the temperature lowering process up to 100 ° C. Thereafter, the generation frequency of bubbles decreased, and the generation of bubbles stopped at 70 ° C. In Table 3, bubbles were continuously generated until the temperature decreased to 150 ° C. In any case, it was found that the bubble generation time was extended as compared with the case where the impregnated material 1 was used. This is considered to be due to mixing methanol and 1-butanol, and sharing the generation frequency of bubbles at 70 to 170 ° C. between methanol, water and 1-butanol.

次に、含浸材料1及び2を金属焼結体に低圧含浸して、軸受部品とし、それぞれをモータに取り付けて、モータの動作温度と動作時間とを変えてそれぞれ連続動作試験を行った。モータの動作条件は、20℃で72分間、40℃で144分間、55℃で360分間、75℃で504分間、90℃で288分間、120℃で72分間となるように設定し、これを1サイクルとして、繰り返し連続動作させた。
その結果、いずれの場合も50サイクルを繰り返しても、摺接面からは異音や異臭の発生が見られなかった。実施例1では、55サイクルに入った段階で異音が発生し、さらにこれに続いて異臭も発生した。実施例2では、75サイクルに入った段階で異音が発生し、さらにこれに続いて異臭も発生した。
Next, impregnated materials 1 and 2 were low-pressure impregnated into a metal sintered body to form bearing parts, each of which was attached to a motor, and a continuous operation test was performed by changing the operation temperature and operation time of the motor. The operating conditions of the motor were set to be 72 minutes at 20 ° C, 144 minutes at 40 ° C, 360 minutes at 55 ° C, 504 minutes at 75 ° C, 288 minutes at 90 ° C, and 72 minutes at 120 ° C. One cycle was repeatedly operated continuously.
As a result, no abnormal noise or odor was observed from the sliding surface even when 50 cycles were repeated in any case. In Example 1, an abnormal noise was generated at the stage of entering 55 cycles, and then an abnormal odor was also generated. In Example 2, an abnormal noise was generated at the stage of entering 75 cycles, and then an abnormal odor was also generated.

比較例として、従来の軸受を用いたモータを同様の条件で動作させると、5サイクルに入った段階で異音が発生し、さらにこれに続いて異臭も発生した。   As a comparative example, when a motor using a conventional bearing was operated under the same conditions, an abnormal noise was generated at the stage of entering 5 cycles, followed by an abnormal odor.

以上のように、従来のメタル軸受では−30℃から100℃強の動作環境温度であったのに対し、本発明に係るメタル軸受では−40℃から120℃の温度範囲で軸受部品として用いることができる。さらに、20℃から120℃の温度範囲で連続的に温度が変わる温度サイクルの環境では、従来の軸受に対し10倍以上の動作寿命を有することが分かった。   As described above, the operating temperature of the conventional metal bearing is -30 ° C to slightly over 100 ° C, whereas the metal bearing according to the present invention is used as a bearing component in the temperature range of -40 ° C to 120 ° C. Can do. Furthermore, it has been found that in a temperature cycle environment in which the temperature continuously changes in a temperature range of 20 ° C. to 120 ° C., the operating life is 10 times or more that of a conventional bearing.

このため、本発明に係るメタル軸受は、車両用の電磁弁やモータの軸受部品等、様々な軸受部品に適応することができる。   Therefore, the metal bearing according to the present invention can be applied to various bearing parts such as a vehicle electromagnetic valve and a motor bearing part.

本発明に係るメタル軸受と軸部材との摺接面における強磁性粒子の状態を示す模式図The schematic diagram which shows the state of the ferromagnetic particle in the sliding contact surface of the metal bearing and shaft member which concern on this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 軸受
2 軸部材
4 強磁性粒子
5 分散溶媒
1 Bearing 2 Shaft member 4 Ferromagnetic particles 5 Dispersing solvent

Claims (11)

軸部材に対して摺動可能な軸受面を備え、金属または合金を主成分とし、表面及び内部に気孔を有する焼結体からなるメタル軸受において、
前記気孔の内に分散溶媒を備え、強磁性粒子が、気体及び前記分散溶媒の沸点より低い沸点を有する液体のうち少なくとも一方を伴って前記分散溶媒の中に存在するメタル軸受。
In a metal bearing comprising a sintered body having a bearing surface slidable with respect to a shaft member, the main component being a metal or an alloy, and pores on the surface and inside,
A metal bearing comprising a dispersion solvent in the pores, wherein the ferromagnetic particles are present in the dispersion solvent with at least one of a gas and a liquid having a boiling point lower than that of the dispersion solvent.
前記強磁性粒子は、表面改質剤を表面に有する請求項1に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 1, wherein the ferromagnetic particles have a surface modifier on the surface. 前記表面改質剤は、前記軸部材との摺動による前記軸受面の昇温に対して、熱分解率が5%以下である請求項2に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 2, wherein the surface modifier has a thermal decomposition rate of 5% or less with respect to a temperature rise of the bearing surface due to sliding with the shaft member. 前記強磁性粒子は、マグネタイト粒子である請求項1に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 1, wherein the ferromagnetic particles are magnetite particles. 前記マグネタイト粒子の平均粒径が0.15μm以下である請求項4に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 4, wherein the magnetite particles have an average particle size of 0.15 μm or less. 前記マグネタイト粒子のBET値が10m/g以上である請求項4または5に記載のメタル軸受。The metal bearing according to claim 4 or 5, wherein the magnetite particles have a BET value of 10 m 2 / g or more. 前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィン、ポリオールジエステル、ポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種の合成油である請求項1に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 1, wherein the dispersion solvent is at least one synthetic oil selected from polyalphaolefin, polyol diester, and polyalkylene glycol. 前記分散溶媒は、ポリアルファオレフィンであって、当該ポリアルファオレフィンは、重合度が2及び3であるもののうち少なくとも一方の重合度であるものを主成分として有する請求項1に記載のメタル軸受。   2. The metal bearing according to claim 1, wherein the dispersion solvent is a polyalphaolefin, and the polyalphaolefin has, as a main component, one having a polymerization degree of 2 or 3 as a main component. 前記表面改質剤は、チタン系カップリング剤及びシラン系カップリング剤から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項2に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 2, wherein the surface modifier is at least one compound selected from a titanium coupling agent and a silane coupling agent. 前記液体は、60℃〜130℃の温度範囲に沸点を有するアルコール類及び水から選ばれる少なくとも一種の液体である請求項1に記載のメタル軸受。   The metal bearing according to claim 1, wherein the liquid is at least one liquid selected from alcohols having a boiling point in a temperature range of 60 ° C. to 130 ° C. and water. 前記軸部材との摺動により前記軸受面が昇温した際に、前記軸受面に前記強磁性粒子が移動し、前記軸受面に強磁性粒子を主成分とする被膜を形成する請求項1〜10の何れか一項に記載のメタル軸受。   When the temperature of the bearing surface is raised by sliding with the shaft member, the ferromagnetic particles move to the bearing surface, and a coating containing ferromagnetic particles as a main component is formed on the bearing surface. The metal bearing according to any one of 10.
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