TWI497000B - 燒結含油軸承 - Google Patents

Description

燒結含油軸承

本發明係關於一種燒結含油軸承，其適合作為使用於各種用途之馬達、電子機器或電源設備等之冷卻的軸流風扇馬達的軸承，即使在高溫環境之下，亦能長期維持潤滑性能。

用於電子機器等之冷卻的軸流風扇馬達，係具有在框形機殼之中央部固定馬達，且於其轉子上安裝旋轉翼片(風扇)的構造。當對馬達之驅動電路通電時，轉子旋轉而在機殼與馬達之間的間隙內產生一定方向的空氣流。軸流風扇馬達係設置於電子機器等之外殼等上，藉由朝殼體內導入外部空氣或者排出殼體內之空氣而進行電子機器等之冷卻。尤其是在排出殼體內之空氣的用途中，軸流風扇馬達之溫度環境有達到80～100℃左右之情況，且運轉時間長，所以，需要一種能在該溫度環境下保持良好之耐久性的軸承。

關於該軸流風扇馬達之軸承，有使用燒結含油軸承者(例如，參照日本國特開平10-164794號公報)。此種馬達之軸承係由青銅或鐵-青銅系之多孔質燒結合金所構成，並且是在其氣孔內含浸有潤滑組合物者，該潤滑組合物係碳化氫系之合成油或於碳化氫系合成油中混合了作為增稠劑的金屬皂而成者。但是，在如上述之高溫環境中長期使用的情況下，已確認會出現容易引起潤滑性能降低、金屬接觸增大、摩擦力增大、隨著軸承部之發熱而引起的機油之劣化、氧化磨耗等的現象。

因此，要求能有一種在高溫環境下亦能達到長壽的風扇馬達。換言之，探索一種需要讓所使用之軸承壽命延長，且即使在高溫環境下亦可保證潤滑性期穩定，並不會產生燒附或磨耗之燒結軸承與含浸於氣孔內的潤滑組合物之組合，已成為一項課題。

作為此種潤滑組合物，有於碳化氫系合成油中混合了作為增稠劑的金屬皂而成的潤滑組合物。然而，一般之多孔質燒結合金的氣孔孔徑為100μm左右，相對於此，所使用之金屬皂之粒徑為數十μm至數百μm，其比多孔質燒結合金的氣孔孔徑還大。因此，增稠劑無法進入多孔質燒結合金的氣孔內，而變得無法通過氣孔對潤滑面供給增稠劑。亦即，潤滑面上係以基礎油作為主體，所以油膜強度降低，且軸承與旋轉軸成為容易金屬接觸之潤滑狀態，就潤滑性而言並不理想。

本發明係鑒於上述狀況而提出者，其目的在於提供一種燒結含油軸承，在使由增稠劑及基礎油構成之油脂狀潤滑組合物含浸於多孔質燒結合金的氣孔內而成之該燒結含油軸承中，增稠劑朝向軸承潤滑面之供給不會受阻。

本發明係使由增稠劑與基礎油作為基本構成之油脂狀潤滑組合物含浸於多孔質燒結合金的氣孔內而成之燒結含油軸承，其特徵為：該油脂狀潤滑組合物中之增稠劑的粒徑係比該多孔質燒結合金的氣孔孔徑還小。

另外，該油脂狀潤滑組合物以重量比表示時之較佳態樣為，增稠劑量對基礎油量是在0.2～2質量%的範圍。

此外，較佳態樣為：該多孔質燒結合金之氣孔孔徑為30～150μm，該油脂狀潤滑組合物之增稠劑的粒徑，係由雷射繞射散射型粒度分布測量裝置所測得，其最大粒徑小於30μm，該基礎油係多元醇酯油或多元醇酯油與α聚烯烴油之合成油中的任一者，且在40℃時的動態黏度之範圍為20～100mm² /s。

如此，在使由增稠劑與基礎油作為基本構成之油脂狀潤滑組合物含浸於多孔質燒結合金的氣孔內而成之該燒結含油軸承中，可形成使該油脂狀潤滑組合物中之增稠劑的粒徑比該多孔質燒結合金的氣孔孔徑還小的油脂狀潤滑組合物含浸於多孔質燒結合金內的組合。藉此，因為增稠劑進入氣孔內而供給於潤滑面，所以，即使在溫度較高之環境下，亦可提供潤滑性良好且磨耗量少之軸承要素，尤其是適合於軸流風扇馬達使用，若使用於軸流風扇馬達，則可有助於提高馬達之耐久性、提高可靠度。

以下，說明本發明之較佳實施形態。

(1)含浸之油脂狀潤滑組合物

能與由該多孔質燒結合金構成之軸承形成較佳組合的油脂狀潤滑組合物，即使在溫度較高之環境下亦能長期維持良好的潤滑性能，並且其基礎油係多元醇酯油或多元醇酯油與α聚烯烴油之合成油中的任一者。藉由將基礎油之黏度設低，可在低速條件下容易朝滑動面供給油脂狀潤滑組合物。然而，在黏度設定過低之情況下，會增加油脂狀潤滑組合物之洩漏量，且潤滑膜強度降低，而使得金屬接觸增大，於軸承產生異常。另一方面，在基礎油之黏度設高之情況下，變得油脂狀潤滑組合物難以自軸承內流出。另外，因黏性阻力之增大，而使得軸承之摩擦係數增高。因此，在40℃時的動態黏度是在20～100mm² /s的範圍。油脂狀潤滑組合物係藉由通常之方法含浸於該多孔質燒結合金之軸承內。

(2)增稠劑

油脂狀潤滑組合物係含有0.2～2.0質量%之增稠劑。在增稠劑方面，有屬各種油脂或脂肪酸之金屬鹽的鋰皂、鈉皂、鈣皂、鋁皂等之金屬肥皂；合成肥皂；有機系非肥皂、無機系非肥皂等。在增稠劑方面，雖要求一種能廉價且穩定供給之耐熱性較高的物質，但以製作能與基礎油形成一體而不會另人感覺不均等感之程度的構造較為適宜。從分散性、耐熱性及潤滑性等的觀點考慮，以鋰皂最為適宜。另外，藉由使鋰與一種或數種之油脂類組合，可獲得各種性能之油脂。有關此種油脂類，可列舉牛脂、棕櫚油、椰子油等之天然動植物油、將篦麻硬化油等之天然動植物油氫化而成的硬化油、及將此等油分解而得之各種脂肪酸等。除此以外，還可使用己二酸、癸二酸等之二羧酸或安息香酸，水楊酸等之芳香族羧酸、合成樹脂酸等。尤其是將篦麻硬化油或其脂肪酸、由十八酸及鋰構成之肥皂作為增稠劑之油脂，除了耐熱及耐水以外，其機械穩定性亦良好。

若增稠劑之含量小於0.2質量%，則無法獲得作為固體潤滑性之效果。若超過0.2質量%，則表觀黏度增高，所以，在含浸於多孔質燒結合金中使用的情況下，其摩擦係數增高。

增稠劑係設成含浸粒徑是比多孔質燒結合金之氣孔孔徑還小的物質而成之組合。藉此，增稠劑可進入氣孔內，並通過氣孔而使得增稠劑之出入變得容易。亦即，因為朝潤滑面供給基礎油及增稠劑，所以，油膜強度增高，可減低軸承與旋轉軸之金屬接觸。藉此，可維持良好之潤滑性，可減少摩擦。於本發明中，以多孔質燒結合金之氣孔孔徑為30～150μm，且有關該增稠劑的粒徑是以最大粒徑小於30μm者較適宜。

(實施例)

以下，藉由實施例及比較例來進一步地詳細說明本發明。

[增稠劑粒徑之適當範圍]

首先，調查油脂狀潤滑組合物中含有之增稠劑的粒徑之適當範圍。準備-325～+150mesh的還原鐵粉、-350～+200mesh的電解銅粉、錫粉之各金屬粉末及成型潤滑劑(十八酸鋅粉)，作為軸承原料粉末。使各金屬粉末以規定量配合，並對此等金屬粉末追加0.5質量%之成型潤滑劑而予混合。然後，將此混合粉末壓縮成型於內徑為3mm、外徑為8mm、全長為10mm之圓筒體中，並進行燒結及精壓加工。燒結係在氫氣與氮氣之混合氣體中且在燒結溫度780℃下進行，並以通常之方法進行精壓加工。其中，密度為6.4Mg/m³ ，有效空隙率為20.5%，多孔質燒結合金之氣孔孔徑為30～150μm的範圍。

作為多孔質燒結合金之成份，係組織呈鐵相與銅合金相之斑狀金屬組織，且鐵為20～60質量%、銅合金為80～40質量%較為適宜。又，以鐵為40質量%左右、銅合金為60質量%左右更為適宜。若合金中之鐵的含量小於20質量%，則與由銅系燒結合金製作之軸承的耐磨耗性比較，其提升的程度少，若超過60質量%，則與旋轉軸之潤滑性降低，摩擦係數增高，所以，將鐵的含量設在20～60質量%之範圍內。本實施例之多孔質燒結合金係含鐵量為45質量%，且銅合金組成中之含錫量為4質量%者。

使用通常之減壓含浸裝置將油脂狀潤滑組合物含浸於此軸承試料。油脂狀潤滑組合物係以多元醇酯油作為基礎油，增稠劑為鋰金屬皂。此種油脂狀潤滑組合物係在高溫環境下使用，所以發現其容易被氧化而會產生沉澱物。在此，使油脂狀潤滑組合物含有0.1～5.0質量%之苯酚系氧化防止劑及0.1～5.0質量%之胺系氧化防止劑作為氧化防止劑，藉以防止氧化引起之沉澱物的產生等。苯酚系氧化防止劑或胺系氧化防止劑單體的效果小。另外，若兩者分別小於0.1質量%，則不會有效果，而若分別添加5.0質量%以上，亦看不到高於上述的效果。本實施例係添加了1.0質量%之苯酚系氧化防止劑及2.0質量%之胺系氧化防止劑。

鋰金屬皂係在使溫度上昇至融點以上之後的冷卻製程中，藉由改變冷卻速度，而可穫得不同之粒徑。在冷卻製程中，若放置而冷卻時，可獲得粒徑增大、形狀呈纖維狀且細粒徑與大粒徑混合在一起而成的增稠劑。若在冷卻製程中急速冷卻時，可獲得粒徑變小且具有針狀形狀之微細鋰金屬皂。

比較例1～3為經緩冷所獲得之纖維形狀的增稠劑，實施例1～2為經急速冷卻所獲得之針狀形狀的增稠劑。增稠劑之粒徑係利用堀場製作所(股)製LA-300測定，其最大粒徑有200μm、120μm、50μm、25μm及10μm5種。另外，增稠劑之平均粒徑係以下式所求得，分別為90、50、10、5及1μm。

平均粒徑=Σ{q(J)×X(J)}÷Σ{q(J)}

J：粒徑分割編號

q(J)：頻率分布值(%)

X(J)：第J號粒徑範圍的代表粒徑(μm)

油脂狀潤滑組合物在40℃時之動態黏度約為50mm² /s。試驗方法為，將試驗用的軸水平地固定於藉馬達旋轉驅動之軸的固定部上，使軸承固定於機殼上且與軸嵌合，在將垂直方向之荷重施加於機殼之狀態下使軸旋轉，使用可測量施加於軸承機殼上之轉矩的裝置來測量摩擦係數，測出運轉初期之摩擦係數及試驗後之軸承磨耗量。旋轉軸(軸)係經熱處理後的麻田散鐵系不鏽鋼SUS420J2材質且表面粗度約為0.3S。周圍溫度係保持為80℃，並將軸之轉速設為5000rpm，負荷面壓設為0.1MPa，並運轉1000小時。軸承磨耗量係試驗前之軸承內徑尺寸與運轉1000小時後的軸承內徑尺寸之差。

表1顯示試驗之結果。實施例1及2之摩擦係數及磨耗量小，但比較例1～3之摩擦係數及磨耗量增大。另外，經對比較例1～3進行比較後得知，增稠劑之最大粒徑越大，則摩擦係數及磨耗量變越大。實施例1及2中的增稠劑之粒徑均比多孔質燒結合金的氣孔孔徑小，所以，增稠劑可進入氣孔內，且通過多孔質燒結合金之任一氣孔進行出入，可將增稠劑與基礎油一起供給於潤滑面。因此，認為此係能減低軸承與旋轉軸之金屬接觸，減小摩擦係數及磨耗量的原因。從實施例1及2中可知，作為增稠劑之粒徑，以粒徑越小而越能容易地出入於氣孔較為適宜。又，比較例1～3係含浸有比多孔質燒結合金之最大氣孔孔徑150μm還小的增稠劑。然而，此等增稠劑無法從多孔質燒結合金的所有氣孔內出入，所以，造成供給至潤滑面的增稠劑減少。藉此，可認為這正是潤滑面上基礎油之比例增多，所以油膜強度降低，軸承與旋轉軸容易發生金屬接觸，造成了摩擦係數及磨耗量之增大的原因。

如此，增稠劑之最大粒徑設成比多孔質燒結合金之氣孔孔徑還小的油脂狀潤滑組合物與多孔質燒結合金之組合，可通過氣孔朝潤滑面供給增稠劑，所以，其潤滑性良好，而可減低軸承磨耗。

[增稠劑含量之適當範圍]

其次，針對油脂狀潤滑組合物內含有之增稠劑含量之適當範圍進行了調查。油脂狀潤滑組合物係以多元醇酯油作為基礎油，增稠劑為鋰金屬皂，且是含量不同的0.1～2.5質量%6種。油脂狀潤滑組合物在40℃時之動態黏度約為50mm² /s。增稠劑之粒徑係利用堀場製作所(股)製LA-300所測得，其最大粒徑為25μm，平均粒徑為5μm。另外，油脂狀潤滑組合物含有1.0質量%之苯酚系氧化防止劑及2.0質量%之胺系氧化防止劑。含浸有油脂狀潤滑組合物之試驗軸承係與上述為相同之軸承試料，其密度為6.4Mg/m3，有效空隙率為20.5%，多孔質燒結合金之氣孔孔徑的範圍為30～150μm。軸承試驗方法係與上述試驗方法相同，測量出運轉初期之摩擦係數及運轉1000小時後之軸承磨耗量。

表1一併顯示其試驗之結果。實施例3、1、4、5之摩擦係數低且磨耗量亦小。相對於此，比較例4之摩擦係數高且磨耗量亦大。可認為這是因為增稠劑的含量為少於0.1質量%，所以，油膜強度降低，軸承與旋轉軸容易發生金屬接觸，而使得摩擦係數及磨耗量增大的緣故。比較例5之磨耗量小，但摩擦係數高。可認為這是因為增稠劑的含量多，表觀黏度高的原因所造成的緣故。從此等結果可知，以增稠劑之含量為0.2～2質量%較為適宜。

[基礎油黏度之適當範圍]

其次，針對油脂狀潤滑組合物之基礎油黏度的適當範圍進行了調查。油脂狀潤滑組合物係以多元醇酯油作為基礎油，增稠劑為鋰金屬皂，含量為0.5質量%。增稠劑之粒徑係與上述方法相同，以堀場製作所(股)製LA-300所測得，其最大粒徑為25μm，平均粒徑為5μm。在40℃時之動態黏度為10、20、50、100、150mm² /s之不同的5種。含浸有油脂狀潤滑組合物之試驗軸承係與上述為相同之軸承試料。另外，軸承試驗方法係與上述試驗方法相同，測量出運轉初期之摩擦係數及運轉1000小時後之軸承磨耗量。

表1一併顯示其試驗結果。實施例6、1、7之摩擦係數低且磨耗量亦小。相對於此，比較例6之摩擦係數高且磨耗量亦大。可認為這是因為動態黏度低至10mm² /s之，所以，油膜強度不足，軸承與旋轉軸容易發生金屬接觸的緣故。比較例7之磨耗量小，但摩擦係數高。可認為這是因為動態黏度高達150mm² /s，所以，油膜強度高，但因為黏度過高，而使得摩擦係數增高之緣故。從此等結果可知，以油脂狀潤滑組合物在40℃時之動態黏度為20～100mm² /s較為適宜。

本發明之燒結含油軸承係適合於風扇馬達使用，若使用於風扇馬達，則可有助於提升馬達之耐久性及提升可靠度。

Claims (5)

1. 一種燒結含油軸承，係使以增稠劑與基礎油作為基本構成之油脂狀潤滑組合物含浸於多孔質燒結合金的氣孔內而成的燒結含油軸承，其特徵為：該油脂狀潤滑組合物中之增稠劑的粒徑係比該多孔質燒結合金的氣孔孔徑還小，增稠劑量對基礎油量之重量比的範圍為0.2~2質量%。
2. 如申請專利範圍第1項之燒結含油軸承，其中該多孔質燒結合金之氣孔孔徑為30~150μm，該油脂狀潤滑組合物之增稠劑的粒徑，係由雷射繞射散射型粒度分布測量裝置所測得，其最大粒徑小於30μm，該基礎油係多元醇酯油或多元醇酯油與α聚烯烴油之合成油中的任一者，且在40℃時之動態黏度範圍是20~100mm² /s。
3. 如申請專利範圍第1或2項之燒結含油軸承，其中該增稠劑呈纖維狀或針狀。
4. 如申請專利範圍第1項之燒結含油軸承，其中該多孔質燒結合金之氣孔孔徑為30~150μm，該增稠劑的最大粒徑小於30μm。
5. 如申請專利範圍第3項之燒結含油軸承，其中該多孔質燒結合金之氣孔孔徑為30~150μm，該增稠劑的最大粒徑小於30μm。