JP2011208694A - 焼結軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受すきまへ潤滑油を逐次給油するという焼結軸受本来の特性を損なうことなく、高い油膜圧力を確保することができる焼結軸受を提供する。
【解決手段】 軸受部材２の内部の空孔３に、潤滑油、未硬化状態の熱硬化性樹脂、硬化剤、および、必要な添加剤を含む潤滑剤を保有させる。熱硬化性樹脂は、熱硬化性アクリル樹脂とし、潤滑剤中に重量比で５〜８０重量％含ませ、硬化開始温度を４０〜１５０℃とする。また、潤滑剤に含まれる潤滑油は、エステル系とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車載モータをはじめとする産業機器一般に使用される焼結軸受に関するものである。

焼結軸受は一般的に（１）粉体の圧粉成形（２）焼結（３）サイジングの工程を経て形成され、内部に多数の空孔を有するものである。

上記した焼結軸受としては、例えば、引用文献１のものが知られている。この焼結軸受は、焼結金属材に樹脂を含浸させて空孔を塞ぐことにより、軸受面と軸部材との間のすきま（軸受すきま）に介在させた潤滑油が軸受の内部へ還流するのを防止して、軸受すきまの油膜圧力が低下するのを防止するものである。

特開２００２−３３３０２３号公報

しかしながら、特許文献１の焼結軸受は、軸受面全体が封孔されているため、蒸発等の理由で軸受すきま内の潤滑油が不足した際、軸受内部から軸受すきまへ潤滑油を補給できずに軸受すきまの油膜圧力を低下させてしまい、潤滑不足を招くおそれがある。この問題を解消するために、軸受すきまに給油するため給油機構を軸受に別途設ける方法が考えられるが、この場合、軸受の構造が複雑になる問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、軸受すきまへ潤滑油を逐次給油するという焼結軸受本来の特性を損なうことなく、高い油膜圧力を確保することができる焼結軸受を提供する。

一般的に、焼結軸受においては、軸受を縦軸方向以外の方向で使用する場合（例えば、軸部材を水平にし、あるいは傾斜させた姿勢で使用する場合）、軸部材は、重力の影響を受けて軸受すきまの下方（地面側）へ落ち込んだ状態で回転する。この時、軸部材は、軸受面中の定位置、すなわち軸受面のうち、落ち込み方向に位置する軸受面の円周方向一部領域で回転する。

本発明の焼結軸受は、上記の事情に着眼して既に述べた課題の解決を図ったものであり、焼結金属により成形されると共に内部の空孔に潤滑剤を保有し、内周に、軸部材を回転可能に支持する軸受面を有する焼結軸受において、前記潤滑剤に、未硬化状態の熱硬化性樹脂を含有させたことを特徴とする。

この焼結軸受では、軸受面に対する軸部材の摺動は、上述のように、軸受面の定位置で行なわれる。軸受面のうち、軸部材が摺動する摺動部では、回転する軸部材の摺動に伴って温度が局部的に上昇する。この温度が熱硬化性樹脂の硬化開始温度を超えると、軸受面の摺動部の表面開孔に保有された潤滑剤中の熱硬化性樹脂、さらには摺動部に形成された油膜（潤滑剤の膜）に含まれる熱硬化性樹脂が硬化し、軸受面の摺動部に樹脂被膜を形成して表面開孔を封孔する。そのため、油膜を形成する潤滑剤が軸受面の摺動部の表面開孔を介して軸受内部へ還流するのを抑えることができる。この結果、軸受に給油機構を別途に設置しなくても、高剛性の油膜を安定して形成することができる。

この一方で、摺動部以外の軸受面は、熱硬化性樹脂の硬化開始温度まで温度上昇することがないため、表面開孔が熱硬化性樹脂により封孔されることなくそのまま残る。そのため、蒸発等の種々の要因で軸受すきまの潤滑油量が低下しても、この表面開孔から滲み出した油を軸受すきまに逐次供給して、油膜形成に寄与させることができる。その結果、軸受すきまに長時間安定して油膜を形成することが可能になる。

また、軸受面の表面だけでなく、軸部材の表面も、軸受面と摺動する際に瞬間的に昇温する。この瞬間的な昇温によっても熱硬化性樹脂が硬化し、軸部材の外周面に樹脂被膜が形成される。この樹脂被膜は、軸部材が継続して回転することで、軸受面の外周面全体に形成される。以上の結果、軸受面と軸部材の摺動部は樹脂同士の接触となるため、金属接触を防止して低摩擦化を図ることができる。このように、軸受面と軸部材の摺動部を低摩擦化することで、双方の摺動部の高温化が抑えられるため、定常運転中の摺動部の温度を熱硬化性樹脂の硬化開始点を下回るように設定することも可能となる。これにより、以降の軸受面や軸部材表面での樹脂被膜の成長を停止させ、軸受すきまの部分的な狭小化を防止することができる。

前記熱硬化性樹脂は、潤滑剤中に重量比（潤滑剤中に占める重量割合）で５〜８０重量％であるのが好ましい。５重量％より小さいと、熱硬化性樹脂が少なすぎて、高温により硬化しても、軸受面の摺動部の表面開孔を封孔するのが困難になる。一方、８０重量％より大きいと、潤滑油の量が少なくなるため、軸受すきまで油膜切れが生じやすくなる。

熱硬化性樹脂の硬化開始温度は、軸受を定常運転させた時の軸受面の温度以下にする。ここで、軸受面の温度としては、軸受面全周のうち、最も高温となる部分、つまり、軸部材が摺動する部分の温度を採用する。この軸受面の温度は、軸受サイズや軸受の使用条件によっても異なるが、通常は４０〜１５０℃程度の範囲内になる。

潤滑剤に含まれる潤滑油は、エステル系とするのが望ましい。エステル系の潤滑油は高温特性があるため、軸受のように高温に晒される環境下で使用する潤滑油として好適である。

本発明の焼結軸受は、軸受面の摺動部に限って表面開孔を樹脂被膜で封孔できるため、油膜に含まれる潤滑剤が軸受内部へ還流するのを防止する一方で、摺動部以外の軸受面から軸受すきまに潤滑油を逐次給油することができる。従って、高い油膜剛性を保持でき、また、軸受すきまへ潤滑油を逐次給油するという焼結軸受本来の特性を損なわないで、軸受すきまに長時間安定して油膜を形成することができる。

さらに、軸部材の表面全体にも樹脂被膜が形成されるため、軸部材と軸受面の摺動部を樹脂同士の接触とすることができ、摺動部の低摩擦化を図ることが可能になる。

本発明にかかる焼結軸受の軸方向の断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＱ部を拡大した断面図である。

以下に、本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１および図２に本実施形態にかかる焼結軸受を示す。この焼結軸受２０は、軸受部材２で構成され、この軸受部材２の内周に微小な軸受すきまを介して軸部材１が挿通されている。軸受部材２の内周の軸受面２ａは、軸部材１が摺動して、軸部材１を回転可能に支持する。また、軸受部材２の外周面は、図示しないハウジングの内周に嵌合固定されている。

軸受部材２は、粉体の圧粉成形→焼結→サイジングの各工程を経た焼結金属により成形され、図３に拡大して示すように、表面および内部に多数の空孔３を有する。焼結金属としては、例えば、銅系或は鉄系、又は双方を主成分とするものを使用できる。

サイジング後の軸受部材２には、潤滑油、未硬化状態の熱硬化性樹脂、硬化剤、および必要な添加剤を混合して構成される潤滑剤が真空含浸等の手段で含浸される。これにより、軸受部材２の各空孔３が上記潤滑剤によって満たされる。

軸受２０の運転中は、図３に示すように、軸部材１が重力により軸受すきま内で下方に落ち込み、この落ち込み方向に位置する軸受面２ａの定位置で軸部材１が油膜４を介して回転自在に支持される。この軸受面２ａと軸部材１の摺動部では、軸部材１の回転に伴って温度が上昇する。この温度が熱硬化性樹脂の硬化開始温度を超えると、表面開孔に保有された潤滑剤、および油膜４に含まれる熱硬化性樹脂が硬化し、これにより、軸受面２ａの高温部分に樹脂被膜５（網掛け部分）が形成され、軸受面２ａの表面開孔が封孔される。そのため、油膜４を形成する潤滑剤が軸受面２ａの表面開孔を介して軸受部材２の内部へ還流するのを抑制することができ、その結果、軸受すきまに高剛性の油膜を形成することができる。

また、摺動部以外の軸受面２ａでは、熱硬化性樹脂の硬化開始温度まで温度上昇することがないため、表面開孔が熱硬化性樹脂により封孔されることなくそのまま残る。そのため、蒸発等の種々の要因で軸受すきま内の潤滑剤量が減少しても、軸受面２ａの表面開孔からの潤滑剤の滲み出しにより、軸受すきまに潤滑剤を逐次供給し、油膜形成に寄与させることができる。その結果、軸受すきまに長時間安定して油膜を形成することが可能になる。

さらに、軸受面２ａの表面だけでなく、軸部材１の外周面も、軸受面２ａと摺動する際に瞬間的に昇温し、この瞬間的な昇温によって熱硬化性樹脂は硬化する。そのため、軸部材１が継続的に回転することで、軸受面２ａに対向する軸部材１の外周面の円周方向全域が樹脂被膜６（ハッチング部分）に覆われる。以上の結果、軸受面２ａと軸部材１の摺動部は樹脂同士の接触となるため、摺動部での金属接触を防止して低摩擦化を図ることができる。このように、軸受面２ａと軸部材１の摺動部を低摩擦化することで、摺動部の高温化が抑えられるので、定常運転中の摺動部の温度を熱硬化性樹脂の硬化開始点を下回るように設定することも可能となる。これにより、以降は軸受面２ａや軸部材１の表面での樹脂被膜の成長を抑制し、樹脂被膜が極端に厚肉化して軸受すきまが狭小化する等の不具合を防止することができる。

なお、図３では、理解の容易化のため、軸受面２ａの径や軸部材１の径に対して軸受すきまの大きさを誇張して示しているが、実際の軸受すきまの幅は、数μｍ〜数十μｍ程度の微小なものである。

サイジング後の軸受部材２の軸受面２ａの表面開孔率としては、２０〜４０％が望ましい。表面開孔率が２０％より小さいと、軸受部材２の内部に保有される潤滑剤量が少なくなり、軸受寿命が低下する。その一方で、表面開孔率が４０％より大きいと、軸受部材２の必要強度を確保できず、また表面開孔が多くなりすぎるために、樹脂被膜５をむらなく形成することが困難となる。

本実施形態で使用する熱硬化性樹脂としては、定常運転状態における軸受面２ａの温度、特に摺動部の温度以下の硬化開始温度を有するものが使用される。定常運転時の軸受面２ａの摺動部の温度は一般的に４０〜１５０℃であるので、この範囲の硬化開始温度を有する熱硬化性樹脂を選択して使用する。この他、熱硬化性樹脂には、潤滑油に対する相溶性も求められる。以上の条件に適合するものとして、例えば熱硬化性アクリル樹脂が使用可能である。熱硬化性アクリル樹脂としては、例えば、メチルメタアクリレートモノマー、多官能のアクリルモノマー或はポリマーをそれぞれ２種以上混合させた混合物で構成されるアクリルシロップと称されるものを使用することができる。以上の条件を満たす限り、熱硬化性樹脂の種類は問わず、熱硬化性アクリル樹脂以外に、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等を使用することもできる。

前記熱硬化性樹脂は、潤滑剤中に重量比で５〜８０重量％包含させる。５重量％より小さいと、熱硬化性樹脂が少なすぎて、高温により硬化しても、軸受面２ａの表面開孔を封孔できるほどの厚さの樹脂被膜を形成するのが困難になる。一方、８０重量％より大きいと、相対的に潤滑油の量が少なくなるため、軸受すきまで油膜切れが生じやすくなる。

潤滑剤に含まれる潤滑油は、エステル系のものを使用するのが望ましい。エステル系の潤滑油は高温特性があるため、軸受のように高温に晒される環境下で使用する潤滑油として好適である。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、これまでに挙げた実施形態は、あくまで例示であり、特許請求の範囲に記載の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜に変更が可能である。

実施形態では、軸部材を水平姿勢や傾斜姿勢で使用する場合について述べたが、本発明は、軸部材の姿勢を問わず、軸部材１に対する軸受面の摺動部が定位置にある限り適用することができる。例えば、軸部材が縦軸姿勢で使用される場合であっても、磁力等の外力で一定方向のラジアル荷重が継続的に作用するのであれば、本発明を適用することができる。

１ 軸部材
２ 軸受部材
２ａ 軸受面
３ 空孔
４ 油膜
５ 樹脂被膜
６ 樹脂被膜

Claims (6)

1. 焼結金属により成形されると共に内部の空孔に潤滑剤を保有し、内周に、軸部材を回転可能に支持する軸受面を有する焼結軸受において、
   前記潤滑剤に、未硬化状態の熱硬化性樹脂を含有させたことを特徴とする焼結軸受。
2. 前記熱硬化性樹脂は、熱硬化性アクリル樹脂である請求項１に記載の焼結軸受。
3. 前記熱硬化性樹脂は、潤滑剤中に重量比で５〜８０重量％含まれる請求項１又は２に記載の焼結軸受。
4. 前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度を、軸受運転中の軸受面の温度以下にした請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結軸受。
5. 前記硬化開始温度が、４０〜１５０℃である請求項４に記載の焼結軸受。
6. 前記潤滑剤に含まれる潤滑油は、エステル系である請求項１〜５のいずれか一項に記載の焼結軸受。

Images