JP7199969B2 - 焼結含油軸受及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に潤滑油を含浸させて用いられる焼結含油軸受及びその製造方法に関する。

本願は、２０１７年１１月１５日に出願された特願２０１７-２１９９９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

焼結含油軸受は、気孔内に潤滑油を含浸させた状態で使用され、軸の回転に伴って軸と軸受との間に発生する圧力や温度変化により軸受の内部から潤滑油が浸み出した状態で、軸が支持される。焼結含油軸受はこのような潤滑特性により、無給油で長時間使用できることから、車載用モータの軸受など、広く利用されている。

このような焼結含油軸受において、適切に圧力を発生させて摺動面に潤滑油を維持するために、気孔の一部を封止したり、軸受内部の気孔を小さくして潤滑油の流路抵抗を増加させたりして、摺動面からの潤滑油のリークを少なくする手段が採用されている。

例えば、特許文献１には、焼結前の圧粉体を成形する際に貫通孔（軸受孔）の内周面の空孔を部分的に潰し、その後、圧粉体を焼結して、焼結含油軸受を製造する方法が開示されている。この焼結含油軸受では、軸受孔の内周面において空孔を潰した部分で軸を支持し、潰していない部分から油を浸みださせて、空孔を潰した部分に供給する。

この場合、貫通孔を形成するロッドには、外周面の一部に他の部分より表面粗度の大きい荒らし部がロッドの軸方向に沿う帯状に形成されている。粉末の圧縮成形時にロッドの荒らし部に押圧されて空孔の周囲の部分が空孔内に塑性流動し、これにより空孔が潰される。また、荒らし部に接していた部分は若干突出して形成され、その後のサイジング加工によって押圧されて軸受孔の内周面と面一になると特許文献１に記載されている。

特許文献２には、軸受孔内周面に、摺動面を有する段付き部を円周方向に沿って複数形成することにより、互いに隣接する段付き部の間の溝部底面と軸との間に空隙を形成するとともに、摺動面における通気度を軸受孔内周面（溝部底面）における通気度より小さく形成した焼結含油軸受が開示されている。

この場合、摺動面の通気度が３×１０^－１０（ｃｍ^２）、溝部底面の通気度が３０×１０^－１０（ｃｍ^２）、段付き部の高さが０．０２（ｍｍ）に設定されている。摺動面の通気度を小さくする手段として、目つぶし、メッキ又はコーティングによる封孔が挙げられている。この焼結含油軸受では、摺動面に軸が接触し、通気度の大きい溝部の底面には軸が接触しないので、その溝部から一定の油の吸込み及び吐出しが確保でき、また、溝部と軸とで囲まれる空隙において十分な動圧を発生させることができると特許文献２に記載されている。

特許文献３には、軸受面に、ピーニング加工、転造加工、圧印加工等の塑性加工により、複数のディンプルを設けた焼結軸受が開示されている。この軸受では、ディンプルが設けられている分、摺動面積が減少している。このため、軸受面と回転軸との接触が抑制され、同時に軸回転時の潤滑剤の流体抵抗を減じることから、回転軸との間に生じる摩擦抵抗を低減することが可能となっている。また、軸受に含浸された潤滑剤が各ディンプル内に貯留されるため、回転軸が回転した際に、各ディンプル内に貯留されている潤滑剤が、軸受面と回転軸との間に引き出され、油膜形成が容易となって軸受面の摩擦係数を低減することが可能となると特許文献３に記載されている。

特開平４－３０７１１１号公報 特開平５－１１５１４６号公報 特開２０１６－１９４３７４号公報

しかしながら、特許文献１には荒らし部により成形される面や、それ以外の面の具体的な通気度については記載がない。特許文献２記載の通気度の程度では、高速回転等においては、軸受として作動中に十分な油を供給しつつ摺動面からの油の漏れを抑制することが難しく、焼付き等が生じるおそれがある。

特許文献３記載のようなディンプルを設けると、摩擦係数を下げることができるが、このディンプルは塑性加工により形成されるものなので、気孔が潰され焼結含油軸受の潤滑油を循環させるポンプ作用の効果がなく、高速高荷重になると、摩耗が大きくなり使うことができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、摺動面に十分な量の油を供給するとともに、供給された油が摺動面から軸受内部に移動することを抑制して、低摩擦係数化を図ることにより、軸受としての摺動特性を向上させ、さらに、高速高荷重の環境での使用を可能にすることを目的とする。

本発明の焼結含油軸受は、複数の空孔を有する多孔質体からなり、軸が挿入される軸受孔と、前記軸受孔の内周面に形成され独立した島状に分散して配置された複数の凹状の給油面と、前記給油面の周囲に連続して形成され前記軸の外周面を支持する内径Ｄｉの摺動面とを有し、前記摺動面と前記給油面との最大高低差が前記内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下とされ、前記摺動面は前記空孔の表面開口率が１０％以下の緻密層で形成され、前記給油面における前記空孔の表面開口率が１０％を超え４０％未満であり、前記給油面は球帽状に凹ませた部分の中央部分に形成され、その凹ませた部分の外縁部には前記緻密層が臨ませられていて、さらに前記給油面は一つの面積が０．０３（ｍｍ²）以上かつ０．２×Ｄｉ²（ｍｍ²）以下である。

この焼結含油軸受は、摺動面と給油面とに摺動面の内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下の最大高低差が設けられているので、軸を摺動面により確実に支持でき、軸と給油面とを非接触状態に維持できる。表面開口率が１０％を超える給油面から油が浸みだして軸と摺動面との間に導かれ、摺動面においては表面開口率が１０％以下であるので軸との間に十分な油膜形成が可能である。したがって、この焼結含油軸受においては、油膜を形成して、摩擦抵抗を低減できる。

この場合において、軸を支持する摺動面の表面開口率が１０％を超えていると、高速高荷重の環境では軸受内部に流入させてしまうので油を十分保持できず、軸と摺動面との間の油膜が少なくなり、焼付きが生じ、耐面圧性を低下させるおそれがある。また、給油面の表面開口率が１０％以下であると、内部から油を十分に供給することが困難になるので、軸と摺動面との間の油膜が少なくなり、焼付きが生じ、耐面圧性を低下させるおそれがある。また、給油面の表面開口率が４０％以上になると矯正時に摺動面の開口率を１０％以下にすることが難しくなる。なお、表面開口率は、摺動面もしくは給油面における単位面積当たりの開口部の面積比率であり、その値は任意の複数の視野（一つの視野が１ｍｍ×０．８ｍｍ）の平均値である。

島状の給油面は、一つの面積が０．０３（ｍｍ^２）未満では、油供給に寄与する空孔の量が少なく、油の供給が十分でないため、耐面圧性が低下する。一方、給油面一つの面積が摺動面の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）を超えると、給油面の配置が偏り、耐面圧性が低下する。本発明では、島状の給油面の一つの面積を０．０３ｍｍ^２以上、かつ０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）以下としたことにより、耐面圧性が向上し、高速高荷重の環境での使用が可能になる。

本発明の焼結含油軸受において、前記軸受孔の前記内周面全体の面積に対する前記摺動面の面積の比率が０．４以上０．９８以下であるとよい。なお、「内周面全体の面積」は、摺動面の面積と各給油面の面積の和である。

内周面全体に対する摺動面の面積の比率が０．４未満では、実用的なサイズでは摺動面にかかる面圧が高くなり、摺動面の摩耗が進行して焼付きが生じやすくなる。軸受の耐久性を向上させるには、摺動面の面積の比率が０．４未満の場合は軸受自体のサイズを大きくする必要があり、実用的ではない。さらに、摺動面の面積の比率が０．９８を超える場合では、潤滑油を十分に供給できず、摺動面の摩耗が進行して焼付きが生じやすくなる。

本発明の焼結含油軸受において、前記摺動面に開口する前記空孔の平均開口サイズが２０μｍ未満であるとよい。

摺動面に開口する空孔の平均開口サイズが２０μｍ以上あると、高速高荷重の環境では油を十分保持できずに軸受内部に流入しやすいので、軸と摺動面との間の油膜が少なくなり、焼付きが生じ、耐面圧性を低下させるおそれがある。なお、摺動面の空孔の平均開口サイズの計測は、任意の複数の視野（一つの視野が１ｍｍ×０．８ｍｍ）の平均値である。また、摺動面の空孔の平均開口サイズは、任意の複数の視野（一つの視野が１ｍｍ×０．８ｍｍ）で計測した空孔の円換算による平均直径である。

本発明の焼結含油軸受において、前記給油面は、前記軸受孔の長さ方向の中央部より両端部に多く分布して設けられていてもよい。

軸受孔の両端部に給油面が多く分布して設けられていると、全体に均等に分布している場合に比べて、軸受孔の中央部分に多くの摺動面が形成されるので、同じ摺動面面積率ではより高い耐面圧性が得られる。

本発明の焼結含油軸受において、前記給油面は、前記軸受孔の長さ方向の両端部より中央部に多く分布して設けられていてもよい。

軸受孔の中央部に給油面が多く分布して設けられていると、全体に均等に分布している場合に比べて、同じ摺動面面積率ではより高速度で耐えうる軸受とすることができる。

本発明の焼結含油軸受の製造方法は、成形用金型の成形用ダイプレートと成形用コアロッドとの間の筒状空間に原料粉末を充填して加圧することにより筒状の圧粉体を成形する圧粉体成形工程と、前記圧粉体を焼結して焼結体を形成する焼結工程と、矯正用金型の矯正用ダイプレートと矯正用コアロッドとの間の筒状空間に前記焼結体を押し込み加圧することにより前記焼結体を寸法矯正し、軸受孔を形成する矯正工程とを有し、前記圧粉体成形工程において、前記成形用コアロッドの外周面の少なくとも一部に他の部分よりも径方向外方に突出する複数の突出部を形成しておき、前記圧粉体の内周面に、独立した島状に分散させて配置した複数の凹部と、前記凹部に隣接して連続する凸部とを成形し、前記焼結工程では、前記圧粉体を焼結することにより、前記凹部を表面開口率が１０％を超え４０％未満の給油面に形成し、前記矯正工程では、前記矯正用コアロッドの外周面を前記焼結体の前記凸部の内径よりも大きく、かつ前記凹部の内径よりも小さな外径で形成しておき、前記矯正用コアロッドの前記外周面により、前記凸部を径方向外方に圧縮して表面開口率が１０％以下の緻密層として摺動面を形成するとともに、前記給油面と前記摺動面との最大高低差を前記摺動面の内径の０．０１％以上０．５％以下に形成し、さらに前記凹部を球帽状に凹ませた部分としてその中央部分を前記給油面で形成し、かつ前記凹ませた部分の外縁部を前記緻密層で形成して、前記給油面の一つの面積を０．０３（ｍｍ²）以上かつ前記摺動面の内径Ｄｉに対し０．２×Ｄｉ²（ｍｍ²）以下とする。

圧粉体成形工程で圧粉体の内周面に複数の凹部とその周囲に連なる凸部とを形成することにより、凹部と凸部とが形成された焼結体を形成しておき、矯正工程において、焼結体の内周面の凸部を矯正用コアロッドにより圧縮・塑性流動させることにより、摺動面を形成する。このとき、圧縮・塑性流動されることにより凸部の空孔が潰されるので、摺動面の表面に緻密層を形成でき、摺動面の表面開口率を小さくできる。一方、矯正工程では、摺動面と給油面との最大高低差を少なくとも摺動面の内径の０．０１％以上設けたことにより、凹部に形成された給油面については圧縮しないので、給油面の空孔が露出した状態、すなわち表面開口率が１０％を超えた状態を維持できる。

摺動面と給油面との最大高低差が０．０１％未満であると、摺動面となる凸部の矯正時に給油面も封孔され、十分な給油が確保できなくなるおそれがある。摺動面と給油面との最大高低差が０．５％を超えると、始動時に油を摺動面に十分に供給させるために時間がかかり、摩擦係数が大きくなり、軸受の摺動特性が低下するおそれがある。

本発明の焼結含油軸受の製造方法では、成形用金型の成形用ダイプレートと成形用コアロッドとの間で圧粉体を成形した後、成形用ダイプレートによる拘束を解除すると、圧粉体に若干のスプリングバックが生じる。このため、成形用コアロッドの外周面に他の部分よりも径方向外方に突出する（拡径された）拡径面（突出部）を形成していても、この突出量がわずかであれば、成形用コアロッドとの間に生じた隙間により、圧粉体を成形用コアロッドから容易に抜き出す（離型させる）ことができる。このように凹部と凸部とが形成された圧粉体を焼結し、矯正工程において、焼結体の内周面の凸部を圧縮して凸部の空孔を潰すことにより、表面開口率を小さくした摺動面を形成でき、圧縮されない凹部に表面開口率を大きくした給油面を維持できる。

このように、本発明の焼結含油軸受の製造方法では、工程を増加することなく、従前から行われてきた圧粉体成形工程、焼結工程、矯正工程の工程により、軸受孔の内周面に表面開口率が１０％以下の摺動面と表面開口率が１０％を超え４０％未満の給油面とを備える焼結含油軸受を製造できる。

本発明によれば、表面開口率が１０％を超え４０％未満の給油面から浸みだした油が、表面開口率が１０％以下の摺動面と軸との間に導かれることにより、摺動面に十分な量の油を供給するとともに、供給された油が摺動面から軸受の内部に移動することを抑制できる。これにより軸との間に油膜を形成できるので、低摩擦係数化を図り、軸受としての摺動特性を向上させることができる。そして、その給油面が独立した島状に点在しているので、高速高荷重の環境での使用が可能になる。

本発明の第１実施形態の焼結含油軸受の軸心を通る縦断面図である。 図１の焼結含油軸受における軸受孔の給油面付近の拡大断面図である。 図２の部分の矯正前の状態を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態の焼結含油軸受の製造方法を示す工程図である。 成形用金型内を模式的に示す縦断面図である。 図５に示す成形金型により圧粉体を成形する圧粉体成形工程を示す縦断面図である。 図６に示す状態から成形用ダイプレートを上昇させて圧粉体を取り出した状態を模式的に示す縦断面図である。 矯正用金型に焼結体を載置した状態を模式的に示す縦断面図である。 焼結体を矯正する矯正工程を模式的に示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態の焼結含油軸受の軸心を通る縦断面図である。 本発明の第３実施形態の焼結含油軸受の軸心を通る縦断面図である。

以下、本発明の焼結含油軸受及びその製造方法の第１～３実施形態について説明する。

第１実施形態の焼結含油軸受１は、金属粉末の焼結体により形成された筒状の軸受であり、図１及び図２に示すように、軸受孔２の内周面に、島状に分散して配置された複数の凹状の給油面３と、これら給油面３の周囲に連続し軸１１の外周面１１ａを支持する摺動面４とが形成されている。

軸受孔２は、挿入された軸１１を回転自在に支持するものであり、軸受孔２の内周面の一部を凹ませてなる凹面状の給油面３が摺動面４に対して点在するように複数形成されている。この給油面３の一つの面積は、０．０３（ｍｍ^２）以上、かつ摺動面４の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）以下である。

給油面３は、球帽状に凹ませた部分に形成されている。図２に示す縦断面において、凹部の外縁部には摺動面４となる表層部の内縁が臨ませられるため、凹部の外縁部を除く中央部分の表面が給油面３となる。給油面３の一つの面積が０．０３（ｍｍ^２）未満では、油供給に寄与する空孔が少なくなり、油の供給が十分でなくなるため、耐面圧性が低下する。給油面３の面積摺動面４の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）を超えると、給油面３の分布偏りが大きくなりすぎて耐面圧性が低下する。

図１に示す例では、各給油面３は正面視では円形に形成されており、焼結含油軸受１の軸受孔２の内周面の全面にわたってほぼ均等に分散している。

摺動面４は、軸受孔２の内周面における給油面３以外の表面により形成され、軸１１の外径Ｄａよりわずかに大きい内径Ｄｉに形成される。例えば、摺動面４の内径Ｄｉは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下に形成され、摺動面４と軸１１との間には、摺動面４の内径Ｄｉの０．０５％以上０．６％以下の隙間が形成される。

摺動面４と給油面３との最大高低差ｄ１は、摺動面４の内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下に形成されている。

焼結含油軸受１は、金属粉末の焼結体により形成されていることから、内部に複数の空孔が形成された多孔質体６であり、軸受孔２の内周面の給油面３にも空孔が開口している。給油面３における空孔の表面開口率は１０％を超え４０％未満とされている。

摺動面４は、図２に示すように空孔が封孔処理された緻密層７により形成されている。摺動面４の表面においては空孔の表面開口率が１０％以下であり、好ましくは５％以下であり、より好ましくは３％以下である。これらの空孔の表面開口率は、軸受孔２の内周面における単位面積当たりの空孔の開口部の面積比率である。

軸受孔２の内周面全体の面積に対する摺動面４の面積の比率をａとしたときに、面積比率ａは０．４以上０．９８以下とされる。この場合、軸受孔２の長さをｂ１（本実施形態では、焼結含油軸受１の長さｂ１と同じ）としたときに、軸１１が軸受孔２に挿入されて内周面に接触したときに、軸受孔２の長さｂ１の（ａ×１００）％の範囲で摺動面４に接することになる。なお、「内周面全体の面積」は、摺動面４の面積と各給油面３の面積の和である。

次に、焼結含油軸受１の製造方法について説明する。

焼結含油軸受１の製造方法は、図４のフロー図に示すように、原料粉末を成形用金型に充填して加圧し、筒状の圧粉体を成形する圧粉体成形工程（Ｓ１）と、この圧粉体を焼結して焼結体を形成する焼結工程（Ｓ２）と、焼結工程（Ｓ２）後の焼結体を矯正用金型で加圧して寸法矯正することにより、軸受孔を形成する矯正工程（Ｓ３）とを有している。

焼結含油軸受１の原料粉末は、特に限定されないが、銅系粉末あるいは鉄銅系粉末が好適である。

銅系粉末は、主成分が銅、銅‐錫、銅‐錫‐リンあるいは銅‐亜鉛等の銅合金からなる銅粉である。融点が焼結温度以下である低融点金属粉（例えば、錫粉）を５～１２質量％、あるいは黒鉛等の固体潤滑剤を０．５～９質量％含有しても良い。

鉄銅系粉末は、銅粉が１５～８０質量％、残部が鉄粉とされるが、低融点金属粉が０．１～５質量％、固体潤滑剤が０．５～５質量％を含有しても良い。

原料粉末を構成する銅粉の形状は、必ずしも限定されないが、扁平粉末と粒状粉末との２種類を用いるとよい。粒状粉末は、電解銅粉やアトマイズ銅粉が用いられる。扁平粉末は、アスペクト比（直径／厚さ）が１０以上であり、例えば銅箔片を用いることができる。銅粉中の扁平粉末の混合比率は、銅系粉末の場合は５質量％～３０質量％、鉄銅系粉末の場合は５質量％～６０質量％が好ましい。銅系粉末の粒状粉末と扁平粉末とは、例えば、扁平粉末の最大直径が１μｍ以上２００μｍ以下であるのに対して、粒状粉末は５μｍ以上１００μｍ以下の平均粒径に形成される。鉄銅系粉末においては、鉄粉の平均粒径は銅系粉末における銅粉の平均粒径と同等以上に形成される。

圧粉体成形工程（Ｓ１）には、図５～図７に示すように、成形用ダイプレート２１、成形用コアロッド２２、成形用下パンチ２３及び成形用上パンチ２４を備える成形用金型２０が用いられる。成形用ダイプレート２１には円柱状の貫通孔２１ａが形成されている。この貫通孔２１ａの中心に挿入される成形用コアロッド２２は、全体として円柱状に形成され、外周面２２ａにおいて圧粉体の内周面の成形に寄与する部分に、他の部分よりも径方向外方に突出する複数の突出部２２ｂが島状に分散して形成されている。この外周面２２ａと突出部２２ｂとの最大高低差ｄ２は外周面２２ａの外径Ｄｏの０．１％以上１．０％以下とされる。各突出部２２ｂは正面視が同じ大きさの円形に形成され、適宜の間隔をあけて分散して配置されている。

成形用ダイプレート２１の貫通孔２１ａと成形用コアロッド２２の外周面２２ａとの間に下方から挿入される成形用下パンチ２３は円筒状に形成されている。これら成形用ダイプレート２１と成形用コアロッド２２と成形用下パンチ２３とによって、図５に示すように筒状空間２５が形成される。

成形用ダイプレート２１と成形用コアロッド２２と成形用下パンチ２３とによって形成される筒状空間２５に、所定量の原料粉末を上方から投入し、上方から筒状の成形用上パンチ２４を挿入して成形用下パンチ２３と成形用上パンチ２４との間隔を狭めて原料粉末を１５０～５００ＭＰａで圧縮することにより、図６に示すように圧粉体５Ａが形成される。このとき、圧粉体５Ａの内周面には、図３に示すように、成形用コアロッド２２の突出部２２ｂにより他の部分よりも径方向外方に凹とされた複数の凹部５１ｂが島状に分散して形成されるとともに、その凹部５１ｂに隣接する凸部５１ａが連続して成形される。つまり、圧粉体５Ａの内周面に、成形用コアロッド２２の外周面２２ａ及び突出部２２ｂの形状に対応する最大高低差（凸部５１ａの内径の０．１％以上１．０％以下）を有する凸部５１ａと凹部５１ｂとが隣接して形成される。

このように成形用ダイプレート２１と成形用コアロッド２２との間で圧粉体５Ａを成形した後、図７に示すように、成形用ダイプレート２１を成形用コアロッド２２及び両パンチ２３，２４に対して下降移動させ、成形用ダイプレート２１による拘束を解除（除圧）すると、圧粉体５Ａに若干のスプリングバックが生じ、成形用コアロッド２２と圧粉体５Ａとの間に隙間が生じる。この状態で、成形用ダイプレート２１を上昇移動させて元の位置に復帰させることで、圧粉体５Ａの内部から成形用コアロッド２２を容易に抜き出す（離型させる）ことができる。

成形用コアロッド２２の外周面２２ａには、他の部分よりも突出する突出部２２ｂが形成されているが、この突出量（最大高低差ｄ２）がわずかであることから、圧粉体５Ａがスプリングバックして成形用コアロッド２２との間に生じた隙間により、圧粉体５Ａを成形用コアロッド２２から容易に抜き出す（離型させる）ことができる。圧粉体５Ａの凸部５１ａと凹部５１ｂとの最大高低差は、スプリングバックが生じることから、成形用ダイプレート２１による拘束時と比べて若干大きくなり、凸部５１ａの内径も成形用ダイプレート２１による拘束時と比べて若干大きくなる。

圧粉体成形工程（Ｓ１）において、扁平銅粉末が、筒状の圧粉体５Ａを形成する金型の成形用ダイプレート２１の内周面及び成形用コアロッド２２の外周面に多く集まるため、筒状の圧粉体５Ａにおいては内周面及び外周面に沿って扁平粉末が多く配置された状態となる。これにより、鉄銅系粉末の場合は、筒状の圧粉体５Ａの内周面及び外周面における表層部が銅リッチとなる。

次に、焼結工程（Ｓ２）において、この圧粉体５Ａを８００～９５０℃の温度で焼結することにより、表面開口率が１０％を超え４０％未満の焼結体５Ｂを形成する。この焼結工程（Ｓ２）において、圧粉体５Ａの収縮が生じるものの、焼結体５Ｂの内周面には、圧粉体５Ａの凸部５１ａの部分に凸部５２ａが形成されるとともに、圧粉体５Ａの凹部５１ｂであった部分に凹部５２ｂが形成される。

焼結体５Ｂの凹部５２ｂに、表面開口率が１０％を超え４０％未満の給油面３が形成される。この焼結体５Ｂの凸部５２ａと凹部５２ｂ（給油面３）との最大高低差ｄ０が凸部５２ａの内径の０．１％以上１．０％以下となるように、かつ焼結体５Ｂの内周面において凸部５１ａの面積比率が０．４以上０．９８以下となるように、圧粉体成形工程（Ｓ１）における圧粉体５Ａの寸法を設定しておく。

焼結工程（Ｓ２）後、矯正工程（Ｓ３）において、焼結体５Ｂを図８及び図９に示す矯正用金型３０で矯正する。この際、焼結体５Ｂの内周面の凸部５２ａを径方向外方に圧縮することにより、摺動面４を形成し、給油面３と摺動面４とを備える焼結含油軸受１を製造する。

矯正用金型３０は、焼結体５Ｂの内外径を寸法矯正するものであり、図８に示すように、成形用金型２０と同様に、矯正用ダイプレート３１、矯正用コアロッド３２、矯正用下パンチ３３及び矯正用上パンチ３４を備えている。焼結体５Ｂに接触する矯正用ダイプレート３１の貫通孔３１ａの表面（内周面）や、矯正用コアロッド３２の外周面３２ａ、矯正用下パンチ３３の端面及び矯正用上パンチ３４の端面は平滑な表面に仕上げられている。矯正用コアロッド３２の外周面３２ａの外径Ｄｇは、焼結体５Ｂの凸部５２ａの内径よりも大きく、かつ凹面である給油面３により形成される内径よりも小さい。

図８に示すように、矯正用金型３０において矯正用ダイプレート３１の貫通孔３１ａ内に矯正用コアロッド３２を配置した状態で、矯正用ダイプレート３１上に焼結体５Ｂを配置し、矯正用上パンチ３４を下降移動させることで矯正用ダイプレート３１の貫通孔３１ａと矯正用コアロッド３２との間の筒状空間内に焼結体５Ｂを押し込み、図９に示すように焼結体５Ｂの内周面に矯正用コアロッド３２を押し当てる。これにより、矯正用ダイプレート３１の貫通孔３１ａの内周面と矯正用コアロッド３２の外周面３２ａとの間、及び矯正用上パンチ３４と矯正用下パンチ３３との間で、焼結体５Ｂが径方向及び軸方向に圧縮・塑性流動されて、焼結体５Ｂの形状が製品寸法に仕上げられる。特に鉄銅系材の場合、扁平銅粉により内周面及び外周面における表層部が銅リッチに形成された焼結体５Ｂは、矯正工程において表層部の柔らかい銅リッチ部が塑性流動しやすいため、矯正用金型３０が摺動される部分の表面開口部が潰されやすい。

矯正用コアロッド３２の外周面３２ａの外径Ｄｇは、焼結体５Ｂの凸部５２ａよりも大きく、かつ凹部である給油面３の最大径よりも小さい。したがって、矯正工程（Ｓ３）において、焼結体５Ｂの内周面の給油面３は圧縮されることがなく、凸部５２ａのみが径方向外方に圧縮・塑性流動される。焼結体５Ｂの凸部５２ａが矯正用コアロッド３２の外周面３２ａによって圧縮されるとともに、矯正用コアロッド３２の外周面３２ａが凸部５２ａに対して摺動することで、凸部５２ａの表面に開口する空孔が目潰しされ、凸部５２ａの表面全体に空孔が目潰しされた状態の緻密層７（図２参照）が形成され、表面開口率が１０％以下の摺動面４が形成される。これにより、最大高低差ｄ１が摺動面４の内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下である給油面３と摺動面４とを備える焼結含油軸受１が製造される。

この場合、焼結体５Ｂの凸部５２ａの表面全体に摺動面４が形成され、焼結含油軸受１の軸受孔２の内周面全体の面積に対する摺動面４の面積の比率ａは、０．４以上０．９８以下に設けられる。焼結含油軸受１には、最後に潤滑油が含浸される。

このようにして製造した焼結含油軸受１は、その内周面が軸受孔２とされ、挿入された軸１１を回転自在に支持する。軸受孔２の内周面には、独立した島状に分散して複数の給油面３が形成されており、この給油面３以外の表面が軸１１を支持する摺動面４である。給油面３の最深部と軸１１の外周面との間には、給油面３と摺動面４との最大高低差ｄ１よりも大きな隙間が形成される。摺動面４における空孔の表面開口率は、緻密層７によって小さく、前述したように１０％以下とされ、給油面３における空孔の表面開口率は、摺動面４の表面開口率よりも大きく１０％を超え４０％未満である。

このため、軸１１が回転すると、表面開口率が大きな給油面３から油が浸みだして、軸１１と摺動面４との間に供給される。摺動面４では表面開口率が１０％以下と小さいことから、油が内部に浸透することなく、摺動面４と軸１１との間に油膜を形成して軸１１を支持する。この場合、摺動面４の表面開口率が１０％を超えていると、軸受内部に油を流入させてしまうので油の保持能力が低下し、軸１１と摺動面４との間の油膜が少なくなり、焼付きを生じるおそれがある。また、給油面３の表面開口率が１０％以下であると、内部から摺動面４に油を十分に供給することが困難になる。

本実施形態では、摺動面４と軸１１との間に十分に油が供給されることから、その油膜によって摩擦抵抗を低減し、摺動特性を向上させることができる。

島状の給油面３は、その一つの面積が０．０３ｍｍ^２以上、かつ摺動面４の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）以下とされている。各給油面３の面積が０．０３ｍｍ^２未満では、油供給に寄与する空孔が少なくなり、油の供給が十分でなくなるため、耐面圧性が低下する。一方、各給油面３の面積が摺動面４の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）を超えると、給油面３の分布偏りが大きくなりすぎて耐面圧値が低下する。本発明では、島状の給油面３の一つの面積を０．０３（ｍｍ^２）以上、かつ摺動面４の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）以下としたことにより、耐面圧性が向上し、高速高荷重の環境での使用が可能になる。

摺動面４と給油面３との最大高低差ｄ１が摺動面４の内径Ｄｉの０．０１％未満であると、摺動面４となる凸部５１ａの矯正時に給油面３も封孔され、十分な給油が確保できなくなるおそれがある。摺動面４と給油面３との最大高低差ｄ１が摺動面４の内径Ｄｉの０．５％を超えると、始動時に油を摺動面４に十分に供給させるために時間がかかり、摩擦係数が大きくなって、焼結含油軸受１の摺動特性が低下するおそれがある。

焼結含油軸受１においては、摺動面４と島状に分散した給油面３とが軸受孔２の内周面において軸方向に隣接して形成されており、摺動面４の面積比率ａが０．４以上０．９８以下とされているので、軸受孔２の内周面のどの位置に軸１１が接触したとしても、軸受孔２の長さｂ１の（ａ×１００）％の範囲で摺動面４に接し、軸１１を安定して支持できる。焼結含油軸受１においては、給油面３が摺動面４の間に形成され、すなわち、給油面３の両側に摺動面４が形成されているので、給油面３からの油を効率よく摺動面４に供給し、焼結含油軸受１の端面への流出を低減できる。したがって、この焼結含油軸受１は、これらの相乗作用により、油膜切れを確実に防止して、良好な摺動特性を長期に発揮できる。

第１実施形態では、給油面３を軸受孔２の全体にほぼ均等に分散させたが、図１０に示す第２実施形態あるいは図１１に示す第３実施形態のように、軸受孔２の長さ方向の両端部と中央部とで給油面３の分散度を変えてもよい。

これら第２実施形態及び第３実施形態とも、各給油面３の個々の大きさは第１実施形態の場合と同じである。第２実施形態の焼結含油軸受１０１では、軸受孔２の長さ方向の中央部より両端部の方に多く分布して設けられている。第３実施形態の焼結含油軸受１０２では、軸受孔２の長さ方向の両端部より中央部の方に多く分布して設けられている。

図１０に示す第２実施形態では、軸受孔２の内周面における単位面積当たりの摺動面４の面積が両端部よりも中央部において大きくなることから、給油面３が均等に分布している場合に比べて、摺動面の面積率が同じであればより高い耐面圧性を示す。

図１１に示す第３実施形態では、軸受孔２の内周面における単位面積当たりの摺動面４の面積が中央部よりも両端部において大きくなることから、給油面３が均等に分布している場合に比べて、摺動面の面積率が同じであればより高速度で耐えうる軸受となる。

なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、図示例では、給油面３をすべて同じ面積に設定したが、異なる面積の給油面３が混在するように分散させてもよい。また、給油面３が軸方向（長さ方向）に沿う列をなすように図示したが、ジグザグ状の配列、軸受孔２の軸心を中心とする螺旋状の配列等でもよく、また、ランダムに配置されていてもよい。

給油面３の形状は、図示した円形以外にも、正面視で正方形、長方形、ひし形、三角形等、任意の形状に形成できる。給油面３の断面形状も、図２に示す球帽状以外に、給油面３から摺動面４に向けて漸次拡大する台形状や、矩形状に形成してもよい。

本発明の効果を実証するために行った試験結果について説明する。

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

そして、圧粉体成形工程において原料粉末を１５０～５００ＭＰａで圧縮成形して圧粉体を成形し、焼成工程において８００～９５０℃の温度で焼結して内周面に最大高低差ｄ０の凸部と給油面とを有する焼結体を形成した後、矯正工程を経て、軸受孔の内周面に最大高低差ｄ１の摺動面と給油面とを有する焼結含油軸受（以下、軸受と省略する。）を形成した。給油面は、表１に示す給油面一個当たり面積、個数、最大高低差（深さ）ｄ１で形成した。摺動面は、軸受孔の内周面の給油面以外の部分に形成した。摺動面の面積比率ａを表１に示す通りとした。各軸受の長さｂ１は、いずれも８ｍｍとした。また、摺動面の内径Ｄｉは、いずれも８ｍｍとした。試料Ｎｏ．１６は、軸受孔の全内周面を摺動面としたもの、Ｎｏ．１７は全内周面を給油面としたものである。

表１中、最大高低差ｄ１は、摺動面の内径Ｄｉに対する比率で記載した。矯正前の焼結体の最大高低差ｄ０も、凸部により形成される内径に対する比率で記載している。

表１の軸受孔の内周面全体に対する摺動面の面積比率ａ、摺動面と給油面との最大高低差ｄ１は、軸受孔の内周面をコントレーサーにより測定した。

摺動面及び給油面のそれぞれの表面開口率及び摺動面に開口する空孔の平均開口サイズは、軸受の摺動面と給油面とのそれぞれについて倍率５００倍のＳＥＭ像（ＳＥＩ）を撮影し、その写真を画像解析ソフトで２値化して開口部を抽出した後、開口部の面積率及び空孔のサイズを計測した。開口部の面積率及び空孔の平均開口サイズの計測は、条件の異なる軸受毎に５個の試料（軸受）を用意した。開口部の面積率の撮影箇所は、各軸受の摺動面と給油面とについてそれぞれ５視野とした。それぞれ２５か所の撮影箇所の計測結果の平均値を表面開口率及び空孔の平均開口サイズとした。一つの給油面が観察視野より小さい場合、計測はその視野内の給油面のみ行い、計測面積が同じになるように、必要に応じて計測視野数を増やして計測を行った。

得られた軸受に潤滑油を含浸させた後、軸受孔に軸を挿入して、軸心に直交する垂直方向に表２に示す負荷面圧を付与した状態で軸を回転させ、軸受の耐久性能を評価した。耐久性能の評価は、それぞれの軸受について、軸を回転数１００００（ｒｐｍ）で３０分間回転させた場合に、軸と軸受との焼付きが生じた場合を不合格「Ｂ」、焼付きを生じなかった場合を合格「Ａ」とした。

表１及び表２の結果から、摺動面と給油面との最大高低差ｄ１が摺動面の内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下とされ、摺動面の表面開口率が１０％以下であり、給油面の表面開口率が１０％を超え４０％未満の、給油面の一つの面積が０．０３（ｍｍ^２）以上かつ摺動面の内径Ｄｉ（ｍｍ）に対し０．２×Ｄｉ^２（ｍｍ^２）以下であったＮｏ．１～１５については、軸受と軸との焼付きが生じることなく、高速高荷重の環境での軸受特性に優れていることがわかる。その中でも、摺動面の面積比率ａが０．４以上０．９８以下でかつ摺動面の空孔の平均開口サイズが２０μｍ未満とされるＮｏ．１～１２は、特に高荷重環境での軸受特性に優れている。

摺動面に十分な量の油を供給して低摩擦係数化を図るとともに、供給された油が摺動面から軸受内部に移動することを抑制して、軸受としての摺動特性を向上させ、さらに、高速高荷重の環境での使用を可能にする。

１，１０１，１０２ 焼結含油軸受
２ 軸受孔
３ 給油面
４ 摺動面
５Ａ 圧粉体
６ 多孔質体
７ 緻密層
１１ 軸
１１ａ 外周面
２０ 成形用金型
２１ 成形用ダイプレート
２２ 成形用コアロッド
２２ａ （成形用コアロッドの）外周面
２２ｂ 突出部
２３ 成形用下パンチ
２４ 成形用上パンチ
２５ 筒状空間
３０ 矯正用金型
３１ 矯正用ダイプレート
３２ 矯正用コアロッド
３２ａ （矯正用コアロッドの）外周面
３３ 矯正用下パンチ
３４ 矯正用上パンチ
５１ａ （圧粉体の）凸部
５１ｂ （圧粉体の）凹部
５２ａ （焼結体の）凸部
５２ｂ （焼結体の）凹部
ｂ１ （焼結含油軸受の）長さ
ｄ０ （焼結体の）最大高低差
ｄ１ （焼結含油軸受の）最大高低差
ｄ２ （成形用コアロッドの）最大高低差
Ｄａ （軸の）外径
Ｄｇ （矯正用コアロッドの外周面の）外径Ｄｉ （焼結含油軸受の摺動面の）内径
Ｄｏ （成形用コアロッドの外周面の）外径
Ｓ１ 圧粉体成形工程
Ｓ２ 焼結工程
Ｓ３ 矯正工程

Claims (8)

1. 複数の空孔を有する多孔質体からなり、軸が挿入される軸受孔を有する焼結含油軸受であって、
   前記軸受孔の内周面に形成され、独立した島状に分散して配置された複数の凹状の給油面と、
   前記軸受孔の前記内周面に前記給油面の周囲に連続して形成され、前記軸の外周面を支持する内径Ｄｉの摺動面と、を有し、
   前記摺動面と前記給油面との最大高低差が前記内径Ｄｉの０．０１％以上０．５％以下とされ、
   前記摺動面は前記空孔の表面開口率が０％以上１０％以下の緻密層で形成され、前記給油面における前記空孔の表面開口率が１０％を超え４０％未満であり、
   前記給油面は球帽状に凹ませた部分の中央部分に形成され、その凹ませた部分の外縁部には前記緻密層が臨ませられていて、
   さらに前記給油面は、一つの面積が０．０３（ｍｍ²）以上、かつ０．２×Ｄｉ²（ｍｍ²）以下であることを特徴とする焼結含油軸受。
2. 前記軸受孔の前記内周面全体の面積に対する前記摺動面の面積の比率が０．４以上０．９８以下であることを特徴とする請求項１に記載の焼結含油軸受。
3. 前記軸受の前記摺動面に開口する前記空孔の平均開口サイズが０μｍ以上２０μｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結含油軸受。
4. 前記給油面は、前記軸受孔の長さ方向の中央部よりも両端部に多く分布して設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
5. 前記給油面は、前記軸受孔の長さ方向の両端部よりも中央部に多く分布して設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焼結含油軸受。
6. 成形用金型の成形用ダイプレートと成形用コアロッドとの間の筒状空間に原料粉末を充填して加圧することにより筒状の圧粉体を成形する圧粉体成形工程と、
   前記圧粉体を焼結して焼結体を形成する焼結工程と、
   矯正用金型の矯正用ダイプレートと矯正用コアロッドとの間の筒状空間に前記焼結体を押し込み加圧することにより前記焼結体を寸法矯正し、軸受孔を形成する矯正工程と
   を有し、
   前記圧粉体成形工程において、前記成形用コアロッドの外周面の少なくとも一部に他の部分よりも径方向外方に突出する複数の突出部を形成しておき、前記圧粉体の内周面に、独立した島状に分散させて配置した複数の凹部と、前記凹部に隣接して連続する凸部とを成形し、
   前記焼結工程では、前記圧粉体を焼結することにより、前記凹部を表面開口率が１０％を超える給油面に形成し、
   前記矯正工程では、前記矯正用コアロッドの外周面を前記焼結体の前記凸部の内径よりも大きく、かつ前記凹部の内径よりも小さな外径で形成しておき、前記矯正用コアロッドの前記外周面により、前記凸部を径方向外方に圧縮して表面開口率が０％以上１０％以下の緻密層として摺動面を形成するとともに、前記給油面と前記摺動面との最大高低差を前記摺動面の内径の０．０１％以上０．５％以下に形成し、さらに前記凹部を球帽状に凹ませた部分としてその中央部分を前記給油面で形成し、かつ前記凹ませた部分の外縁部を前記緻密層で形成して、前記給油面の一つの面積を０．０３（ｍｍ²）以上かつ前記軸受孔の内径Ｄｉに対し０．２×Ｄｉ²（ｍｍ²）以下とすることを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
7. 請求項６に記載の焼結含油軸受の製造方法であって、前記成形用コアロッドの前記外周面と前記突出部との最大高低差が、前記成形用コアロッドの前記外周面の外径の０．１％以上１．０％以下であることを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
8. 請求項６または７に記載の焼結含油軸受の製造方法であって、
   前記焼結体において前記凸部と前記凹部との最大高低差が前記凸部の内径の０．１％以上１．０％以下となるように、前記圧粉体の寸法を設定しておく
   ことを特徴とする焼結含油軸受の製造方法。
   
   

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