JP2003184882A - 焼結含油軸受材 - Google Patents

焼結含油軸受材

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JP2003184882A
JP2003184882A JP2001379533A JP2001379533A JP2003184882A JP 2003184882 A JP2003184882 A JP 2003184882A JP 2001379533 A JP2001379533 A JP 2001379533A JP 2001379533 A JP2001379533 A JP 2001379533A JP 2003184882 A JP2003184882 A JP 2003184882A
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bearing
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Yoji Takezaki
陽二 竹崎
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POORAITO KK
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POORAITO KK
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/10Alloys based on copper

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Abstract

(57)【要約】 【課題】焼結含油軸受材としての必要強度を維持しつつ
モーター軸に対する馴染み性と耐摩耗性の向上をはか
る。 【解決手段】銅被覆鉄粉を主材とする錫・鉛非含有の素
材金属粉を圧粉成形した軸受素材を焼結してなる。 こ
れにより純銅に近い低硬度を実現でき、その結果モータ
ー軸に対する馴染み性が良く、またモーター軸に対する
摺動抵抗の低減をはかることができ、かつ軸受として必
要な強度を維持することができる。 従って本発明の軸
受材はとくにVTRやカセットテープレコーダーのよう
な、比較的低速回転の小型駆動モーター用軸受として有
用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、とくにVTRやカセッ
トテープレコーダーのような、比較的低速回転の小型駆
動モーター用軸受として有用な焼結含油軸受材に関し、
モーター軸に対する馴染み性の向上をはかるとともに、
モーター軸に対する摺動抵抗の低減をはかることを目的
とする。
【0002】
【従来の技術】音響機器等の駆動モーター軸受材として
従来一般に知られているものには、例えば銅を主成分と
するとともに、これに錫を2〜5.5(重量)%の低い
添加量の範囲で抑えた焼結金属材としたもの(特開平4
−202637号公報)、あるいは銅に対し、錫ととも
に鉛を2〜34(重量)%添加したものを350〜50
0℃にて低温焼結するようにした銅系の材料(特公昭5
2−5002号公報)などがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
ものはモーター軸に対する馴染み性が不十分であり、こ
の馴染み性を改善するために錫の添加量を抑えて硬度を
下げると軸受としての必要強度が低下してしまい、馴染
み性の問題以外に軸受材として本来的に必要な耐磨耗性
などの特性が得られなくなるなどの問題がある。 また
後者のものにあっては、有害な鉛を使用するために作業
環境や地球環境上の問題のほか、含浸させる油として鉛
と反応しないものを選択する必要があるという制約を伴
うために、コストの上昇その他の不都合を生ずるなどの
問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで本発明にあって
は、純銅に近い低硬度であるにもかかわらず、軸受材と
して十分な強度と耐磨耗性を有する焼結含油軸受材を開
発したものであって、具体的には、請求項1の発明は、
銅被覆鉄粉を主材とする錫・鉛非含有の素材金属粉を圧
粉成形した軸受素材を焼結してなる焼結含油軸受材に関
する。 また請求項2の発明は、銅被覆鉄粉が、被覆す
るための銅に対する鉄の割合が30〜80(重量)%の
範囲内にあるところの請求項1に記載の焼結含油軸受材
に関する。
【0005】さらに請求項3の発明は、素材金属粉の成
分に占める鉄の割合が、15〜38(重量)%の範囲内
であるところの請求項1〜2に記載の焼結含油軸受材に
関する。 さらに請求項4の発明は、素材金属粉の成分
中に亜鉛を0.8〜4(重量)%含有させたことを特徴
とする請求項1〜3に記載の焼結含油軸受材に関する。
さらに請求項5の発明は、素材金属粉に対し、亜鉛を
黄銅粉として添加してなるところの請求項1〜4に記載
の焼結含油軸受材に関する。
【0006】さらに請求項6の発明は、軸受素材が、固
体潤滑剤非含有であるところの請求項1〜5に記載の焼
結含油軸受材に関する。 さらに請求項7の発明は、軸
受材が150rpm/min以下の低速回転駆動モータ
ー用であるところの請求項1〜6に記載の焼結含油軸受
材に関する。
【0007】上記した構成において、本願の発明は、軸
受素材を圧粉成型するための素材金属粉の主材として銅
被覆鉄粉が用いられるところから、原料粉末の状態で鉄
と銅とが強固に結合しており、その結果純銅に近い低硬
度と、軸受材として要求される十分な強度とを両立させ
ることができるばかりでなく、軸受素材中に錫や鉛を含
有しないために、軸受の硬度上昇による馴染み性の悪化
を防止でき、また作業環境や地球環境を乱す有害性を除
去することが可能となる。
【0008】また、上記の素材金属粉成分中に亜鉛を
0.8〜4(重量)%含有させたために、粉末冶金での
硬度上昇をさせることなく軸受強度を向上させることが
可能となる。 さらに素材金属粉が、固体潤滑剤非含有
であるために焼結体の強度を低下させたり、あるいは馴
染みの過程において過剰な潤滑効果を発揮し、結果的に
馴染みを遅延させるようなことを防止し、また潤滑油中
に懸濁してトルクロスを増大させるのを防ぐことができ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下において本発明の具体的な内
容を実施例をもとに説明すると、図1には本発明による
軸受材の一例が示されている。 この軸受材1は銅被覆
鉄粉を主材とし、錫および鉛を含有しない素材金属粉を
軸受形状に圧粉成形して軸受素材とするとともに、さら
に該軸受素材を焼結・サイジングした後、潤滑油を含浸
させて完成されるものである。 すなわちここで使用さ
れる銅被覆鉄粉は鉄粉粒子の表面を銅被覆したものであ
って、これは既知の鉄粉粒子表面に対する銅メッキ加工
などにより得ることができる。
【0010】なおこの場合における銅に対する鉄の割合
が30(重量)%を下回った場合、すなわち銅が70
(重量)%を超えた場合には、モーター軸に対する馴染
み性が良好である半面、馴染み後の磨耗の進行が止まら
ないために軸受材として実用に供し得ないことに加え、
著しくコスト高となるばかりでなく軸受として必要な強
度が得られなくなる。 また反対に鉄の割合が80(重
量)%を超えた場合、すなわち銅が20(重量)%を下
回った場合にはモーター軸に対する十分な馴染み性が得
られなくなることが実験の結果明らかとなった。
【0011】したがってここでは馴染み性が良好である
ために必要かつ十分な銅を使用するとともに、馴染み後
における摩耗の進行を停止するために必要かつ十分な鉄
を用いる必要があることになる。 このような観点より
種々実験を試みた結果、銅被覆鉄粉を主材とする場合
の、被覆するための銅に対する鉄の割合については30
〜80(重量)%の範囲内である必要があることが判明
した。
【0012】上記した銅被覆鉄粉を主材とした素材金属
粉を軸受の形状に圧粉成形して軸受素材を形成する。
なおここで使用される銅被覆鉄粉等の素材金属粉中には
錫や鉛を含有させない。 何故ならば錫を添加すると軸
受材の硬度が上昇し、ここで必要な馴染み性の実現が困
難となり、また鉛は作業環境や地球環境に対して有害で
あるからである。 さらに固体潤滑剤についても焼結体
の強度を低下させ、また馴染みの過程において過剰な潤
滑効果を発揮する結果、かえって馴染みを遅延させるこ
とになりがちであること、さらに含浸させた潤滑油中に
懸濁してトルクロスを増大させるおそれがあることなど
の理由から、黒鉛や二硫化モリブデン、あるいはBNを
はじめとした各種の固体潤滑剤の添加はおこなわない。
【0013】上記した銅被覆鉄粉を主材とした圧粉成形
前の素材金属粉に対して、さらに鉄粉を添加する。 こ
の場合の鉄粉の添加量については、金属粉における成分
に占める鉄の割合が15(重量)%を下回ると軸受とし
ての必要強度および耐磨耗性が不十分となり、また反対
に38(重量)%を超えると軸受表面に露出しやすくな
って銅の馴染み性を損ない、しかも耐蝕性を低下させる
ことになる。 したがってこの場合の素材金属粉におけ
る成分に占める鉄の割合については15〜38(重量)
%の範囲内である必要がある。
【0014】さらに上記素材金属粉に対して少量の亜鉛
を添加する。 亜鉛は粉末冶金において、焼結の過程で
逐次亜鉛が気散し、成形により弱く結合している粉末同
士のネック部に再付着するために、これを少量添加する
ことにより硬度を上昇させることなく軸受の強度を向上
させ、また耐食性をも向上させることができる。 しか
しその添加量については0.8(重量)%を下回るとあ
まり効果が無く、また反対に4(重量)%を超えても軸
受の硬度が上昇して馴染み性が得られなくなることが実
験の結果明らかとなった。 したがってこの場合におけ
る素材金属粉に対する亜鉛の添加量については0.8〜
4(重量)%の範囲内である必要がある。
【0015】さらに上記素材金属粉に対する亜鉛の添加
は、黄銅粉として添加することができる。 具体的には
銅被覆鉄粉を主材とした素材金属粉に対し、適量の黄銅
粉を添加することもあるが、この場合においては亜鉛を
黄銅合金粉として添加することが合理的である。
【0016】また焼結後における軸受材に対しては、潤
滑油を含浸させる都合上、通気度がある程度高めである
必要があるが、あまり高すぎてもモーター軸に対する潤
滑油の過剰な消費が進行することと、また軸受としての
必要強度を維持することが困難となることなどの状況か
ら、実験の結果、焼結後の軸受材の通気度が、5〜50
×10ー3程度であるのが理想的であることが判明し
た。
【0017】さらに本願の上記した発明に係る焼結含油
軸受材は、とくにVTRやカセットテープレコーダーの
ような、150rpm/min以下の比較的低速回転の
小型駆動モーター用軸受として有用である。
【0018】
【実施例1】鉄40(重量)%、銅60(重量)%の銅
被覆鉄粉100重量部に対し、亜鉛30(重量)%の黄
銅粉を15重量部添加して素材金属粉とし、さらにこれ
を密度7.0g/cmで軸受形状に圧粉成形して軸受
素材を成形するとともに、さらにこれを800℃で焼結
後サイジングした。 これによって圧環強度22kgf
/mm の軸受材が得られた。
【0019】
【実施例2】鉄70(重量)%、銅30(重量)%の銅
被覆鉄粉100重量部に対し、亜鉛20(重量)%の黄
銅粉を10重量部と銅粉30重量部を添加し、実施例1
と同様の手法により軸受材を作成した。 これによって
含油率15%、圧環強度30kgf/mm の軸受材
が得られた。
【0020】〔比較例1〕鉄粉と銅粉を重量比40:6
0で混合したもの100重量部に亜鉛30%の黄銅粉1
5重量部添加し、実施例1と同様の手法により軸受材を
作成した。 得られた軸受材は、含油率20vol%、
圧環強度14kgf/mmであった。
【0021】〔比較例2〕上記した比較例1と同様の組
成のものを、焼結温度1,000℃のもとで焼結して軸
受材を作成した。 得られた軸受材は、含油率:20v
ol%、圧環強度32kgf/mmであった。
【0022】〔比較例3〕錫を5(重量)%含有させた
銅粉を用いて実施例1と同様の手法により軸受材を作成
した。 得られた軸受材は、含油率:20vol%、圧
環強度26kgf/mmであった。
【0023】上記実施例1〜2と、比較例1〜3により
得られた各焼結体にタービン油32cSt相当を含浸させ
て、それぞれの摩擦係数を測定したところ、結果は図2
に示した通りである。 すなわち実施例1と実施例2の
軸受材については、共に馴染みが早く、しかも馴染み後
の摩擦係数も低いのに対し、比較例2の軸受は馴染みが
遅く、しかも馴染み後の摩擦係数も高い。 また比較例
1の軸受材は、馴染み性の面においては実施例1・2に
近い値を示したものの、試験後の軸受内面の摩耗量が5
μmであり、実施例1、実施例2および比較例2の軸受
材の試験後における各摩耗量1.5μm、1.1μm、
0.7μmよりも摩耗量が大きいことが解った。
【0024】
【発明の効果】本発明の焼結含油軸受材は、上記した通
り銅被覆鉄粉を主材とする錫・鉛非含有の素材金属粉を
圧粉成形した軸受素材を焼結してなるものであるため
に、純銅に近い低硬度を実現でき、その結果モーター軸
に対する馴染み性が良く、またモーター軸に対する摺動
抵抗の低減をはかることができ、かつ軸受として必要な
強度を維持することができる。 従って本発明の軸受材
はとくにVTRやカセットテープレコーダーのような、
比較的低速回転の小型駆動モーター用軸受として有用で
ある。
【0025】さらに素材金属粉中には錫を含有しないた
めに、軸受の硬度を上昇させることがなく、しかも有害
な鉛を含まないところから作業環境や地球環境上におい
ても問題が無く、さらに軸受材に含有させる潤滑油につ
いても鉛との反応性の有無による選択上の制約もないた
めにコストの低減をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である焼結含油軸受材の拡
大断面図。
【図2】本発明の実施例1・2と比較例1〜3との馴染
み性と摩擦係数のそれぞれの測定結果を比較したグラ
フ。
【符号の説明】
1 軸受材

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅被覆鉄粉を主材とする錫・鉛非含有の素
    材金属粉を圧粉成形した軸受素材を焼結してなる焼結含
    油軸受材。
  2. 【請求項2】銅被覆鉄粉が、被覆するための銅に対する
    鉄の割合が30〜80(重量)%の範囲内にあるところ
    の請求項1に記載の焼結含油軸受材。
  3. 【請求項3】素材金属粉の成分に占める鉄の割合が、1
    5〜38(重量)%の範囲内であるところの請求項1〜
    2に記載の焼結含油軸受材。
  4. 【請求項4】素材金属粉の成分中に亜鉛を0.8〜4
    (重量)%含有させたことを特徴とする請求項1〜3に
    記載の焼結含油軸受材。
  5. 【請求項5】素材金属粉に対し、亜鉛を黄銅粉として添
    加してなるところの請求項1〜4に記載の焼結含油軸受
    材。
  6. 【請求項6】軸受素材が、固体潤滑剤非含有であるとこ
    ろの請求項1〜5に記載の焼結含油軸受材。
  7. 【請求項7】軸受材が150rpm/min以下の低速
    回転駆動モーター用であるところの請求項1〜6に記載
    の焼結含油軸受材。
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