JPH11256206A - 小型モータ及びその焼結合金製含油軸受の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 すべり軸受の耐摩耗性が向上するとともに、
摩耗によって生じるモータ騒音を低減させることができ
る小型モータ及びその焼結合金製含油軸受の製造方法が
求められていた。 【解決手段】 ケーシング４の内周面２に永久磁石３を
取付け、ケーシングの内部に回転子５を配設し、ケーシ
ングに設けられた軸受部７，８により回転子の回転軸６
を回転自在に支持する小型モータにおいて、軸受部のす
べり軸受１９，２２は、Ｎｉの単一元素及びＮｉの元素
を含む合金のうち少なくとも一方の粉末が４〜２７重量
％、Ｓｎの単一元素粉末が３〜５重量％、Ｓｎの元素を
含む合金の粉末が１８〜５５重量％、残りがＣｕの単一
元素及び不可避不純物となるような配合組成に配合され
た混合物を圧縮成形し且つ焼結することにより成形され
た焼結合金製含油軸受である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小型モータに係り、
特に、小型カメラ等の光学精密機器，ＣＤプレーヤ等の
音響・映像機器，複写機等のＯＡ機器，ヘヤードライヤ
ー等の家庭用電気機器，自動車用電装機器，及び玩具等
に使用される小型モータ及びその焼結合金製含油軸受の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型モータは、前記各種機器のほかあら
ゆる分野で広く使用されており、軸受の摩耗，モータの
機械ノイズ（モータ騒音等）及び消費電流などの低減が
求められている。小型モータは、ケーシングの内周面に
固定子を取付け、ケーシングの内部に回転子を配設し、
ケーシングに設けられた軸受部により回転子の回転軸を
回転自在に支持している。軸受部のすべり軸受には、焼
結合金製の含油軸受（以下、焼結含油軸受と記載）が多
く使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】焼結合金は鉄系材料又
は銅系材料により構成されているが、鉄系材料の焼結含
油軸受の場合には、耐摩耗性は良好であるが、回転軸が
回転する時の摺動音の振動数が高いので比較的硬い感じ
の音が発生する。これに対して、銅系材料の焼結含油軸
受の場合には、摺動音の振動数が低いので比較的柔らか
い感じの音が発生するが、鉄系材料と比べて耐摩耗性が
低いのでモータの耐久性に問題があり、摩耗によってモ
ータ騒音が高くなるという課題がある。そのため従来
は、モータの用途に応じて鉄系材料と銅系材料の焼結含
油軸受を使い分けていた。

【０００４】特開平６−２６４１１０号公報には、摩擦
係数及びなじみ性の改良を図った青銅系の焼結含油軸受
に関する技術が開示されている。しかしながら、この公
報に記載の焼結含油軸受は、高荷重に耐えるだけの十分
な強度を有しているとはいえない場合がある。また、偏
心側圧荷重や低回転時に大きな側圧荷重等が焼結含油軸
受に掛かった場合には、この焼結含油軸受に含浸された
潤滑油の効果がそれほど発揮されないので、耐摩耗性が
十分とはいえない場合がある。

【０００５】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、耐摩耗性が向上するとともに、摩耗によ
って生じるモータ騒音を低減させることができる焼結合
金製含油軸受を有する小型モータ及び前記焼結合金製含
油軸受の製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以下、図１ないし図９を
参照して本発明を説明する。まず最初に、本発明に係る
小型モータの全体の構成を説明する。図１は小型モータ
の片側を断面で示す正面図である。図１に示すように、
小型モータとしての小型直流モータ１は、内周面２に一
対の固定子３が取付けられたケーシング４と、ケーシン
グ４の内部に配設された回転子５とを備えている。回転
子５の回転軸６は、ケーシング４に設けられた軸受部
７，８により回転自在に支持されている。

【０００７】ケーシング４は、有底中空筒状に形成され
たハウジング９と、ハウジング９の開口部１０に嵌合し
た蓋部材１１とを備えている。ハウジング９は金属製の
板材によって一体的に形成されており、蓋部材１１は、
ハウジング９と同じ金属材料又は樹脂材料等により一体
的に形成されている。軸受部７，８はケーシング４の両
端部にそれぞれ設けられており、一方の軸受部７はハウ
ジング９に、他方の軸受部８は蓋部材１１にそれぞれ取
付けられている。一対の固定子３は、ハウジング９の内
周面２に固着されて対向配置されている。

【０００８】回転子５は、回転中心となる中心軸線の方
向に延びる回転軸６と、回転軸６に取付けられたコアに
電機子巻線がコイル状に巻回された電機子１２と、回転
軸６に取付けられるとともに電機子巻線に電気的に接続
された整流子１３とを備えている。複数組（例えば、二
組）のブラシ１４が整流子１３と摺動係合しており、各
ブラシ１４には、複数（例えば、２個）の接続端子１５
がそれぞれ電気的に接続されている。接続端子１５は蓋
部材１１に取付けられ、蓋部材１１から外方に突出して
配線等に接続される。ハウジング９の平坦面１６の中央
部には、円筒状の突出部１７が一体的に形成されてい
る。突出部１７の内周面１８には、一方の軸受部７を構
成し摺動面を有する一方のすべり軸受１９が圧入固定さ
れている。このすべり軸受１９は、回転軸６の出力側を
回転自在に軸支している。

【０００９】回転軸６の反出力側を回転自在に軸支する
他方の軸受部８は、回転軸６の端部２１をスラスト方向
に関して支持するスラスト受け部材２０と、回転軸端部
２１を回転自在に軸支する他方のすべり軸受２２とを備
えている。スラスト受け部材２０は、潤滑性の良好な合
成樹脂等により形成されている。すべり軸受２２は、蓋
部材１１に形成された突出部２３の内周面２４に圧入固
定されている。すべり軸受１９，２２には焼結含油軸受
（焼結合金製含油軸受）が使用されている。このモータ
１において、接続端子１５からブラシ１４及び整流子１
３を介して電機子１２の電機子巻線に電流を流せば、一
対の固定子３によって形成されている磁界中に存在する
回転子５に回転力が付与されて、回転子５は回転運動を
する。これにより、モータ１は、回転する回転軸６の出
力部を介して光学精密機器等を駆動する。

【００１０】次に、すべり軸受１９，２２に使用される
焼結含油軸受について説明する。図２は焼結含油軸受の
製造工程を示すブロック図、図３は焼結工程における被
焼結物の温度変化の一例を示すグラフであり、横軸は時
間を示し、縦軸は被焼結物の温度を示している。

【００１１】焼結合金製含油軸受について、日本工業規
格としてはＪＩＳ Ｂ１５８１−１９７６に「焼結含油
軸受」として規定しており、軸受の種類は、成分組成及
び含油率によって区分されている。例えば、青銅系の軸
受「ＳＢＫ−１２１８」の場合には、Ｓｎが８〜１１重
量％，Ｃが２重量％以下，残りがＣｕなどと規定されて
いる。これら青銅系の焼結含油軸受は、従来は、Ｃｕ，
Ｃｕ−Ｓｎ，Ｓｎの各粉末を所定の配合組成に配合して
圧縮成形したのち焼結処理することにより製造してい
る。しかしながら、この青銅系の焼結含油軸受をモータ
のすべり軸受に使用した場合には、耐摩耗性や、摩耗に
よって生じるモータ騒音の低減などの点で不十分であっ
た。

【００１２】ところで、焼結処理は、材料粉末全体を完
全に溶融させて合金にするのではなく、金属又は合金の
粉体（粉末）を加圧成形したものを融点以下の温度で熱
処理した場合に、粉体間の結合が生じて成形した形で固
まる現象を利用して焼き固めるものである。そのため、
成分組成が同じでも、材料粉末の配合組成が異なると製
品の物性は異なったものになる。そこで、本発明では、
焼結含油軸受の材料として、Ｃｕ，Ｃｕ−Ｓｎ，Ｓｎの
各粉末に更にＣｕ−Ｎｉの粉末を加えたものを用いてい
る。そして、これらの粉末を所定の配合組成に配合し、
得られた混合物を圧縮成形して圧粉体にし、この圧粉体
を所定の条件で焼結して焼結体にすることにより、優れ
た物性を有する焼結含油軸受を製造している。

【００１３】具体的に説明すると、本発明におけるすべ
り軸受１９，２２を構成する焼結含油軸受は、Ｎｉの単
一元素及びＮｉの元素を含む合金のうち少なくとも一方
の粉末が４〜２７重量％、Ｓｎの単一元素粉末が３〜５
重量％、Ｓｎの元素を含む合金の粉末が１８〜５５重量
％、残りがＣｕの単一元素及び不可避不純物の粉末とな
るような配合組成に配合された混合物を圧縮成形し且つ
焼結することにより成形されている。また、この焼結含
油軸受の成分組成は、Ｎｉが３〜１３重量％、Ｓｎが
７．５〜１２重量％、残りがＣｕ及び不可避不純物とな
るようにするのが好ましい。更に、焼結含油軸受は、焼
結体のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の一部又は全体が、θ相
（ＮｉとＳｎからなる金属間化合物、例えば、Ｎｉ₃ Ｓ
ｎ）の組織及びスピノーダル分解によってできる変調構
造の少なくとも一方の組織を有するのが好ましい。

【００１４】前記焼結含油軸受を製造する方法は、Ｎｉ
の単一元素及びＮｉの元素を含む合金のうち少なくとも
一方の粉末が４〜２７重量％、Ｓｎの単一元素粉末が３
〜５重量％、Ｓｎの元素を含む合金の粉末が１８〜５５
重量％、残りがＣｕの単一元素及び不可避不純物の粉末
となるような配合組成に配合された混合物を圧縮成形
し、圧縮成形された圧粉体を還元雰囲気中で約７００〜
約８００℃で所定時間のあいだ焼結して焼結体にしたの
ち、この焼結体を約３００℃まで冷却した時点で、この
焼結体のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の一部又は全体がＣｕ−
Ｎｉ−Ｓｎ合金三元系平衡状態図の「α（Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｓｎ固溶体）＋θ（ＮｉとＳｎからなる金属間化合
物）」の成分範囲内にあり、θ相が析出するような冷却
速度で前記焼結体を徐々に冷却し、得られた前記焼結体
を所定の形状にサイジングしたのち浸油処理を行うよう
にしている。

【００１５】なお、前記焼結含油軸受及びその製造方法
において、原料粉末の配合組成は、Ｎｉの単一元素及び
Ｎｉの元素を含む合金のうち少なくとも一方の粉末が７
〜１５重量％、Ｓｎの単一元素粉末が３〜５重量％、Ｓ
ｎの元素を含む合金の粉末が３６〜５０重量％、残りが
Ｃｕの単一元素及び不可避不純物の粉末であるのが好ま
しい。また、成分組成は、Ｎｉが６〜１０重量％、Ｓｎ
が８〜１０重量％、残りがＣｕ及び不可避不純物である
のが好ましい。

【００１６】前記製造方法において、前記圧粉体を還元
雰囲気中で約７５０℃で約１時間焼結して焼結体にした
のち、この焼結体を約３〜約５℃／min の冷却速度で徐
々に冷却するのが好ましい。なお、前記焼結体の気孔率
が約１８〜約２８容量％の場合、又は、浸油処理後の含
油率が約１８〜約２８容量％の場合、又は、前記焼結体
の気孔率が約１８〜約２８容量％で且つ浸油処理後の含
油率が約１８〜約２８容量％の場合が好ましい。ここ
で、「気孔率」は、多孔質体の総体積に対する全ての気
孔の体積の割合を百分率で表したものである。

【００１７】上述のように、本発明では、焼結後の冷却
によって銅合金に固溶しきれない前記金属間化合物、及
びスピノーダル分解によってできる変調構造のいずれか
一方又は両方を析出させている。この析出物は、金属結
晶の転位の運動（即ち、塑性変形）を抑制するので、他
の相の組織よりも耐熱性（即ち、高温強度）及び硬度が
高くなっている。ここで、「スピノーダル分解」とは、
二成分以上の混合系を高温度から冷却し不安定状態にお
いた場合に起こる二相分離の過程のことであり、顕著な
硬化をきたす。スピノーダル分解は第二相の析出過程の
初期段階として起こるものであり、また、周期的に二相
分離した固溶体組織を変調構造という。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る焼結含油軸受
及びその製造方法の実施の形態の一例について説明す
る。図２及び図３に示すように、混合工程１０１では、
原料粉末（原料粉体）を所定の配合組成及び成分組成に
配合し、これを全体が均一になるように十分に混合した
混合物にする。下記の表１及び表２は、焼結含油軸受を
成形する場合の混合物の配合組成、及び前記焼結含油軸
受の成分組成をそれぞれ示している。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】混合工程１０１で、原料粉末を、表１に示
す配合組成及び表２に示す成分組成になるように配合
し、原料粉末にステアリン酸亜鉛を加えて混合した混合
物を圧粉工程１０２に送る。ステアリン酸亜鉛は、金型
との焼き付き等を防止するために一時的に添加される潤
滑剤であり、沸点が低い（約２５０℃）ので焼結時には
蒸発して除去される。このステアリン酸亜鉛は混合物全
体の約１重量％加えられる。圧粉工程１０２では、混合
物を金型に入れて所定形状に圧縮成形することにより圧
粉体を形成している。

【００２２】次いで、この圧粉体を焼結工程１０３に送
る。焼結工程１０３には例えばコンベア式連続焼結炉が
使用されている。この焼結炉の炉内をアンモニア分解ガ
スなど還元ガスが充填された還元雰囲気にすることによ
り、被焼結物（即ち、圧粉体及び焼結体）の酸化を防止
している。被焼結物は、ベルトコンベアに載せられた状
態で炉内を連続的に移動して焼結処理される。焼結工程
１０３では、圧粉工程１０２で圧縮成形された圧粉体
を、還元雰囲気中で約７００〜約８００℃で所定時間の
あいだ焼結して焼結体にする。

【００２３】本実施形態の焼結工程１０３では、初め
に、圧粉体を約４００〜約４５０℃に加熱してステアリ
ン酸亜鉛を蒸発させる予備焼結を約１時間行う。次い
で、本焼結では、圧粉体を約４００〜約４５０℃から約
７５０℃に加熱し、この約７５０℃の焼結温度で約１時
間焼結して焼結体にする。その後、この焼結体を約３時
間かけて約７５０℃から約４０℃まで、例えば約３．９
℃／min の冷却速度で徐々に冷却したのち、炉外の大気
中に搬出する。

【００２４】焼結炉から搬出された焼結体の表面には、
錆止めのための油付け処理１０４がなされる。油付け処
理１０４後のサイジング工程１０５で、前記焼結体が所
定の形状になるようにサイジングを行ったのち、焼結体
の表面に付着しているごみ，不純物及び油等を除去する
洗浄処理１０６を行う。洗浄処理１０６の後、清浄にな
った焼結体を潤滑油の中に浸して真空下で加熱する浸油
処理１０７を行うことにより、焼結体の気孔率が約１８
〜約２８容量％、又は、浸油処理後の含油率が約１８〜
約２８容量％、又は、焼結体の気孔率が約１８〜約２８
容量％で且つ浸油処理後の含油率が約１８〜約２８容量
％の焼結含油軸受が完成する。本実施形態では、焼結体
の内径が２mm，摺動長が２mmの円筒形になるようにサイ
ジングを行っており、２０．８〜２２．２容量％の含油
率を有する円筒形の焼結含油軸受である本発明軸受Ｎ−
１〜Ｎ−８と、従来の焼結含油軸受に相当する比較軸受
Ｓ−１〜Ｓ−３を作成した（表１ないし表４）。

【００２５】表１及び表２に示すように、本発明軸受Ｎ
−１〜Ｎ−５は、Ｎｉの含有率が７０重量％のＣｕ−Ｎ
ｉの合金粉末を使用しており、他の本発明軸受Ｎ−６〜
Ｎ−８は、Ｎｉの含有率が３０重量％のＣｕ−Ｎｉの合
金粉末を使用している。比較軸受Ｓ−１〜Ｓ−３は、配
合組成及び成分組成のいずれも本発明の範囲から外れた
条件で作成されており、Ｎｉを含んでいない。特に、比
較軸受Ｓ−１は、ＪＩＳ Ｂ１５８１−１９７６のＳＢ
Ｋ−１２１８に相当する従来の青銅系焼結含油軸受であ
る。

【００２６】下記の表３は、本発明軸受Ｎ−１〜Ｎ−８
及び比較軸受Ｓ−１〜Ｓ−３における含油率，硬さ等の
測定結果を示している。

【００２７】

【表３】

【００２８】表３において、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金，Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金，比較的Ｓｎの多いＣｕ−Ｓｎ合金の硬さ
は、焼結材料の気孔の影響を含んだ押込み硬さである
「見掛け硬さ」ではなく、焼結材料の気孔部分を避けて
金属部分だけを測定する「マトリックス硬さ」によって
測定した。このマトリックス硬さ（Ｈｖ）はビッカース
硬度計にて測定し、その測定条件は、試験荷重が９．８
１×１０^-2Ｎとし、保持時間は５秒とした。表３に示す
ように、本発明軸受Ｎ−１〜Ｎ−８では、焼結体が、Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金（Ｎｉを微量含んでおり、圧粉体時にＣｕ
又はＣｕ−Ｓｎ合金であった部分）と、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓ
ｎ合金（圧粉体時にＮｉ又はＣｕ−Ｎｉ合金であった部
分）とからなり、このＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金は、硬度が
前記Ｃｕ−Ｓｎ合金よりも高くマトリックス硬さが２５
０Ｈｖ以上であり耐摩耗性に優れている。焼結体中に
は、硬度が高く耐摩耗性に優れた前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ
合金が約４．３〜２６．７重量％（好ましくは、５〜２
５重量％）含まれている。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金は、圧
粉体時にＮｉ又はＣｕ−Ｎｉ粉末であった部分であり、
前記数値は、表１に示すＣｕ−Ｎｉ粉末の量に基づいて
いる。

【００２９】本発明軸受Ｎ−１〜Ｎ−８においては、Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金のマトリックス硬さは、Ｃｕ−Ｓｎ
合金より約１．５〜約３倍硬くなっているが、常温では
比較軸受Ｓ−１〜Ｓ−３における比較的Ｓｎの多いＣｕ
−Ｓｎ合金のマトリックス硬さと大差がないので、本発
明軸受Ｎ−１〜Ｎ−８をモータ１に用いても、比較軸受
と比べて、回転軸６を多く傷つけたり摩耗させたりする
ことは殆どない。

【００３０】図４は、含油率が圧環強さに与える影響を
示すグラフで、横軸は含油率、縦軸は圧環強さをそれぞ
れ示している。一般的に、図４に示すように、含油率が
１８容量％以下では焼結含油軸受は十分な圧環強さを有
するが、含浸された潤滑油の量が少ないので、短時間の
うちに潤滑油が消費されて焼結含油軸受の寿命が短くな
る。一方、一般的に、含油率が２８容量％以上では、焼
結含油軸受は十分な量の潤滑油を含浸しているが、圧環
強さが小さいので、焼結含油軸受をモータ１のケーシン
グ４に圧入するとき歪んだり割れたりする恐れがある。
したがって、焼結含油軸受の含油率が約１８〜約２８容
量％であれば、適切な含油量と圧環強さを兼ね備えた焼
結含油軸受になる。本発明軸受では、含油率が２１．３
〜２２．２容量％なので、比較軸受とほぼ同じ圧環強さ
になっている。

【００３１】次に、焼結時の金属組織の変化について説
明する。図５は７８０℃でのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金三元
系平衡状態図（以下、平衡状態図と記載）、図６は焼結
工程における金属組織の変化の状態の一例を示す概略説
明図、図７は図６における金属組織の原子構造の状態の
一例を示す概略説明図、図８は本発明に係る焼結含油軸
受の金属表面（即ち、本発明軸受の摺動面）の組織図、
図９は偏心側圧荷重試験の結果を示すグラフである。

【００３２】混合工程１０１，圧粉工程１０２で、Ｃｕ
粉末，Ｃｕ−Ｎｉ粉末，Ｃｕ−Ｓｎ粉末及びＳｎ粉末を
混合して混合物を圧縮成形したのち、圧粉体を焼結工程
１０３で焼結すると、焼結温度（約７００〜約８００
℃）より融点の低いＳｎ粉末が融解して周囲に拡散す
る。これにより、Ｃｕ粉末，Ｃｕ−Ｎｉ粉末及びＣｕ−
Ｓｎ粉末は、それぞれＣｕ−Ｓｎ合金，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓ
ｎ合金及びＣｕ−Ｓｎ合金になる。また、融解するＳｎ
ほどではないがＮｉも周囲に拡散するので、Ｃｕ−Ｓｎ
合金（Ｎｉを微量含む）とＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金が形成
される。Ｃｕ−Ｓｎ合金（Ｎｉを微量含む）は、焼結前
はＣｕ粉末又はＣｕ−Ｓｎ粉末であった部分であり、Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金は、焼結前はＣｕ−Ｎｉ粉末であっ
た部分である。

【００３３】Ｃｕ−Ｎｉ合金は全率固溶体であり、Ｎｉ
はＣｕにいくらでも固溶することができるので、Ｃｕ−
Ｎｉ合金は、Ｎｉの量をいくら増やしてもＮｉが析出す
ることはない。しかし、Ｃｕ−Ｎｉ合金にＳｎが拡散し
てＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金になると全率固溶体ではなくな
ってしまうので、固溶限以上のＮｉ，Ｓｎは金属間化合
物Ｎｉ₃ ＳｎとしてＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金上に析出す
る。

【００３４】図５の平衡状態図において、実線Ｂは７８
０℃でのα相の固溶限曲線を示し、破線Ｃは３００℃で
のα相の固溶限曲線を示している。図示するように、α
相の固溶限曲線Ｂ，Ｃの位置は大きく異なっているの
で、焼結体を７８０℃から３００℃まで徐々に冷却する
と、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金からはθ相（Ｎｉ₃ Ｓｎな
ど、ＮｉとＳｎからなる金属間化合物）の析出が起こ
り、またスピノーダル分解が起こる。

【００３５】具体的には、固溶限までＮｉとＳｎが固溶
しているα固溶体（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金）を高温から
徐々に冷却していくと、固溶限が小さくなるのでＮｉと
ＳｎがＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金中に固溶しきれなくなる。
その結果、θ相（例えば、Ｎｉ₃ Ｓｎの金属間化合物）
の析出とスピノーダル分解即ち変調構造の析出が起こ
る。θ相の析出が起こるようにするには、Ｃｕ−Ｎｉ−
Ｓｎ合金では、ＮｉとＳｎの配合比率ではなくて、Ｃｕ
の固溶限までＮｉとＳｎを固溶させることが重要であ
る。そのために、本発明では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金が
飽和固溶体になるように原料粉末の配合組成と成分組成
におけるＮｉとＳｎの量を規定している。しかし、Ｎｉ
とＳｎを入れ過ぎると摩耗増大等の不具合が生じるの
で、ＮｉとＳｎの量には上限を設けている。

【００３６】図６は、本発明軸受Ｎ−８を例にとって金
属組織の変化の状態の一例を示している。本発明軸受Ｎ
−８を製造する時の混合物（表１に示す配合組成に配合
され表２に示す成分組成を有する混合物）は、焼結前に
は図６（ａ）の状態になっている。この混合物を約７５
０℃で約１時間焼結すると、図６（ｂ）に示すように、
Ｃｕ−Ｓｎ合金（Ｎｉを微量に含む）とα固溶体（即
ち、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金）になる。この時のα固溶体
を、約７５０℃での平衡状態図Ｄ中に符号Ｅで示す。

【００３７】次に、この焼結体を約７５０℃から約３０
０℃まで所定の冷却速度で徐々に冷却すると、図６
（ｃ）に示すように、θ相（例えば、Ｎｉ₃ Ｓｎの金属
間化合物）の析出と、スピノーダル分解による変調構造
の析出とが起こる。図６（ｃ）に示す約３００℃での平
衡状態図Ｄ₁ では、α相の固溶限曲線Ｆが７５０℃の場
合より図中下方に移動しているので、α固溶体の位置Ｅ
はα相の成分範囲からα＋θ相の成分範囲に変化するこ
とになり、θ相を析出するとともにスピノーダル分解を
起こす。

【００３８】この変化を確実に起こさせるためには、図
５及び図６（ｃ）に示す平衡状態図からも分かるよう
に、Ｎｉの成分組成の多少より、Ｓｎの成分組成を多く
する方が重要である。即ち、Ｓｎを多く含むような配合
組成に前記混合物を配合すれば、α固溶体の位置Ｅがα
相の成分範囲からα＋θ相の成分範囲に変化して、θ相
の析出とスピノーダル分解を起こし易い。ところで、も
し仮に、焼結体を図６（ｄ）に示すように急速に冷却す
ると、θ相の析出とスピノーダル分解を起こすのに十分
な時間がないので、組織変化は起こらないか又は不十分
になる。したがって、焼結体を所定の冷却速度又はそれ
以下で徐々に冷却するのが好ましい。

【００３９】図７（ａ）は、α固溶体が約７５０℃で焼
結されて不安定状態になった場合の原子構造を示してい
る。このα固溶体を所定の冷却速度で徐々に冷却する
と、図７（ｂ）に示すようにスピノーダル分解が起こ
り、Ｓｎ濃度の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金と、Ｎｉ濃度
の高いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金に分離する二相分離が起こ
る。この時の状態は準安定状態である。Ｓｎの原子半径
（１．４１×１０^-10 又は１．５１×１０^-10 ｍ）は、
Ｎｉの原子半径（１．２５×１０^-10 ｍ）やＣｕの原子
半径（１．２８×１０^-10 ｍ）と比較して大きく、各原
子の格子定数に差異があるので周期的弾性応力場を生じ
る。これが転位の運動に対して効果的な障害物となるの
で、スピノーダル分解は合金の強度の向上に大きく貢献
する。

【００４０】更に、この焼結体を所定の冷却速度で徐々
に冷却すると、図７（ｃ）に示すように、スピノーダル
分解の進行に加えてα相にθ相が析出して安定状態にな
る。析出した組織は、金属結晶の転位の運動を抑制する
ので耐熱性及び硬度が高い。このようにして製造された
本発明の焼結合金製含油軸受３０は、図８に示すよう
に、Ｎｉを微量含むＣｕ−Ｓｎ合金の相３１と、Ｎｉと
Ｓｎからなる金属間化合物（Ｎｉ₃ Ｓｎ）を析出させた
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の相３２の二つの相を主として含
む金属組織になっており、組織内の空隙部は潤滑油が含
浸される油孔３３になっている。

【００４１】焼結体を徐々に冷却して、ＮｉとＳｎから
なる前記金属間化合物を析出させるためには、高温の環
境にある焼結時の被焼結物に、ＮｉとＳｎを固溶限付近
まで固溶させなければならない。そのためには、原料粉
末の配合組成を、Ｎｉの単一元素及びＮｉの元素を含む
合金のうち少なくとも一方の粉末が４〜２７重量％、Ｓ
ｎの単一元素粉末が３〜５重量％、Ｓｎの元素を含む合
金の粉末が１８〜５５重量％、残りがＣｕの単一元素及
び不可避不純物の粉末（例えば、Ｃｕの単一元素及び不
可避不純物の粉末が３８〜５０重量％）となるような組
成にして、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金に固溶するＮｉとＳｎ
の量を多くする必要がある。

【００４２】Ｃｕ−Ｎｉの粉末やＳｎの粉末の配合量を
前記配合組成以上に増やし過ぎると、焼結含油軸受中の
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の割合が多くなって、Ｃｕ−Ｎｉ
−Ｓｎ合金中に前記金属間化合物が大量に析出する。そ
の結果、焼結含油軸受と内周面全体の硬度が高くなりす
ぎて、なじみ性が悪くなり回転軸６を傷付ける恐れがあ
る。一方、Ｓｎの粉末の配合量を前記配合組成より増や
し過ぎると、比較的Ｓｎの多いＣｕ−Ｓｎ合金ができる
ので、耐熱性が低下するという不具合がある。したがっ
て、原料粉末の配合組成を本発明のようにすれば、Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｓｎ合金とＣｕ−Ｓｎ合金の割合が適度になる
とともに、Ｎｉ−Ｓｎからなる前記金属間化合物の析出
量が適度になる（表４の偏心荷重試験結果を参照）。

【００４３】したがって、前記金属間化合物とスピノー
ダル分解によってできる変調構造とを析出させたＣｕ−
Ｎｉ−Ｓｎ合金は、Ｃｕ−Ｓｎ合金よりも耐熱性及び硬
度が大幅に向上する（表３参照）。即ち、焼結含油軸受
３０では、銅合金中に前記金属間化合物の組織と前記変
調構造とを析出分散させたので、耐熱性及び硬度が向上
する。

【００４４】このように、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金は、耐
熱性が優れているので、焼結含油軸受３０をモータ１の
すべり軸受１９，２２に適用した場合に、表３のマトリ
ックス硬さのデータに示すように、常温での最大硬度は
従来品と大差ないが、すべり軸受１９，２２と回転軸６
との摺動によって摺動面の温度が上昇した時にも、Ｓｎ
を比較的多く含むＣｕ−Ｓｎ合金と比較して硬度の変化
が小さい。特に、すべり軸受１９，２２の焼結含油軸受
に偏心側圧荷重や低回転時の高い側圧荷重等が掛かっ
て、焼結含油軸受に含浸された潤滑油の潤滑効果がそれ
ほど発揮されないような過酷な条件では、潤滑油の特性
よりも焼結含油軸受金属組織の特性の占める割合が大き
くなる。したがって、本発明の焼結含油軸受によれば、
すべり軸受の摩耗が低減されるとともに、摩耗の低減に
よってモータ１の騒音（機械ノイズ）を低減することが
できる。

【００４５】次に、本発明軸受Ｎ−１〜Ｎ−８と比較軸
受Ｓ−１〜Ｓ−３の偏心側圧荷重試験と側圧荷重試験の
結果を、下記の表４及び図９に示す。

【００４６】

【表４】

【００４７】偏心側圧荷重試験の試験条件は、本発明軸
受Ｎ−１〜Ｎ−８及び比較軸受Ｓ−１〜Ｓ−３をすべり
軸受１９，２２に装着したモータ１を準備し、モータ１
の回転子５を９０００min^-1 （即ち、すべり軸受の摺動
速度が５６．５ｍ／min ）で回転した時に、すべり軸受
１９に８．４４Ｎ（即ち、荷重が２０９Ｎ／cm² ）の偏
心側圧荷重が掛かるようにした偏心プーリを回転子５に
装着した。そして、モータ１を同一回転方向に連続９６
時間，９０００min^-1 で回転させ、偏心側圧荷重試験前
後の機械ノイズ（モータ騒音）と軸受内径寸法を測定す
ることにより、焼結含油軸受の特性を評価した。機械ノ
イズは、偏心プーリを取外した状態でモータに２．４Ｖ
の電圧を印加し、約７６００min^-1 で回転させ、ＪＩＳ
−Ａ特性の条件で測定した。なお、偏心側圧荷重試験条
件のＰＶ値は、１１７９２Ｎ／cm² ・ｍ／min である。

【００４８】側圧荷重試験は、本発明の焼結含油軸受を
小型モータではなく摩擦係数測定装置に装着して行っ
た。焼結含油軸受に係合して摺動する相手側軸材は、小
型モータに使用している回転軸と同じ材質のものを使用
した。前記摩擦係数測定装置は、荷重が２８０Ｎ／cm²
（重りが１．１４kg）、摺動速度が３．１ｍ／min （即
ち、回転数が５００min^-1 ）という、低回転で高荷重を
掛けることにより、焼結含油軸受に含浸された潤滑油の
効果があまり発揮されない条件の下で測定した。なお、
摩擦係数測定条件のＰＶ値は８７８Ｎ／cm² ・ｍ／min
であり、摩擦係数の測定時期としては、初期なじみが終
了した状態で測定するために、回転開始から１時間後と
した。前記偏心側圧荷重試験及び側圧荷重試験の各試験
条件は、焼結含油軸受に含浸された潤滑油の効果がそれ
ほど発揮されない厳しい状態であり、このような状態で
は、潤滑油の特性よりも焼結含油軸受の金属の特性が占
める割合が大きくなるので、金属自体の特性を調べるに
は好都合な条件である。

【００４９】表４から分かるように、本発明軸受では、
比較軸受と比べて試験前後の機械ノイズの変化量（即
ち、モータ騒音）が約１〜約５dB（デシベル）低くなっ
ている。また、本発明軸受では、軸受Ｎ−５を除くと、
試験前後の軸受内径寸法変化量（即ち、摩耗量）が、比
較軸受の中で最も良好な軸受Ｓ−１よりも更に約１〜２
μｍ小さくなっており、耐摩耗性が大きく向上している
ことが分かる。本発明軸受の摩擦係数は、比較軸受より
も約０．０２〜０．１０低くなっており、特に、本発明
軸受Ｎ−８の摩擦係数は、比較軸受Ｓ−１よりも約０．
０７低くなっている。このように、本発明軸受は比較軸
受よりも摩擦係数が小さいので、小型モータの消費電流
を低減させることができる。本発明軸受及び比較軸受に
おいて、偏心側圧荷重試験及び側圧荷重試験のいずれの
場合でも、試験後の回転軸を観察した時に摺動による傷
は見られなかった。

【００５０】図９（Ａ），（Ｂ）は、表４に示す偏心側
圧荷重試験における試験前後の軸受内径寸法変化量をグ
ラフ化したものであり、縦軸は試験前後の軸受内径寸法
変化量（即ち、摩耗量）を示している。横軸は成分組成
（重量％）を示しており、図９（Ａ）は比較軸受Ｓ−１
〜Ｓ−３のＳｎ含有量を、図９（Ｂ）は比較軸受Ｓ−１
及び本発明軸受Ｎ−１〜Ｎ−８のＮｉ含有量を、それぞ
れ示している。一般的に、融点が高いＣｕ−Ｎｉ粉（例
えば、Ｎｉを７０％含有，融点が約１３８０℃）などの
物質は原子間の結合力が大きいので、加熱によって原子
の熱振動が大きくなっても、結合が壊れ難いことを意味
している。概して、物質の融点が高くなるほど、耐熱性
が向上するという傾向がある。

【００５１】図９（Ａ）に示すように、比較軸受Ｓ−２
の如くＳｎの成分組成を７．５％以下にすると、焼結体
はα固溶体になり展延性に富む合金になる。この合金は
なじみ性には優れているが、硬度を向上させる効果のあ
るＳｎの量が少ないため、硬度が小さくなり耐摩耗性が
悪い。一方、比較軸受Ｓ−３のようにＳｎの成分組成を
１２％以上にすると、焼結体は、β固溶体が分解してで
きるδ相（Ｃｕ₃ Ｓｎの金属間化合物）がα固溶体中に
析出して比較的Ｓｎの多いＣｕ−Ｓｎ合金（約４１０℃
で液相を生じる）になる。

【００５２】δ相は硬くて脆い金属組織なのでこの合金
は硬度は高いが、融点の低いＳｎ（融点が約２３２℃）
を多く含むので耐熱性が悪くなっている。この合金のビ
ッカース硬さの値はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金とほぼ同等で
あるが、焼結含油軸受と回転軸の摺動によって摺動面の
温度が上昇すると、硬度が低下して焼結含油軸受の摩耗
が増大し、図９（Ａ）に示すように耐摩耗性が低下して
焼結含油軸受が焼き付く恐れがある。比較軸受Ｓ−１の
ようにＳｎの成分組成を９．５％にすると、硬度が高く
比較的耐熱性の優れた合金になるので耐摩耗性が向上す
る。したがって、焼結含油軸受では、Ｓｎの成分組成を
７．５〜１２重量％にすれば耐摩耗性に優れたものにな
ることが分かる。

【００５３】図９（Ｂ）及び表２に示すように、本発明
軸受Ｎ−１，Ｎ−６のようにＮｉの成分組成が３％以下
の場合には、耐熱性及び硬度に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ
合金が全体に占める割合が少なく、Ｃｕ−Ｓｎ合金（Ｎ
ｉを微量含む）の性質が強調されるので、Ｎｉを添加し
た効果は小さくなる。Ｎｉの成分組成を３％より少なく
すると耐摩耗性が低下する傾向が見られ、本発明軸受と
比較軸受Ｓ−１との間で耐摩耗性の差があまりなくな
る。

【００５４】一方、本発明軸受Ｎ−５のように、Ｎｉの
成分組成が１３％以上の場合には、耐熱性及び硬度に優
れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金が全体に占める割合が大きく
なり、この合金の性質が強調される。本発明軸受Ｎ−５
のように、Ｎｉの成分組成が１３％以上の場合には、Ｓ
ｎはＣｕ粉末よりもＣｕ−Ｎｉ粉末に優先的に拡散す
る。また、Ｓｎの添加量自体が少なくなっていることも
あり、Ｃｕ−Ｓｎ合金（焼結前はＣｕ粉末であった部
分）中のＳｎ量が少なくなってしまう。そのため、表２
及び表３からも分かるように、Ｎｉ量が増えていくとＣ
ｕ−Ｓｎ合金のマトリックス硬さが小さくなり、この部
分の耐摩耗性が低下する。その結果、図９（Ｂ）に示す
ように、Ｎｉの成分組成を１３％以上にすると、焼結含
油軸受全体としての耐摩耗性は低下していく。

【００５５】一方、本発明軸受Ｎ−１〜Ｎ−４，Ｎ−６
〜Ｎ−８のように、Ｎｉの成分組成が３〜１３重量％の
場合には、耐熱性及び硬度に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合
金と、なじみ性に優れたＣｕ−Ｓｎ合金（Ｎｉを微量含
む）とが、良好な割合になって両者の優れた特性が強調
されることになり、比較軸受の中で最も耐摩耗性のよい
軸受Ｓ−１と比べても、耐摩耗性が明らかに優れてい
る。Ｎｉの成分組成が３〜１３重量％の本発明軸受の中
でも、本発明軸受Ｎ−３，Ｎ−８等のように、Ｎｉの成
分組成がほぼ８％のものが最も耐摩耗性に優れているこ
とが分かる。したがって、焼結含油軸受の成分組成を、
Ｎｉが３〜１３重量％，Ｓｎが７．５〜１２重量％，残
りがＣｕ及び不可避不純物（例えば、Ｃｕ及び不可避不
純物が７５〜８９．５重量％）となるようにすれば、耐
摩耗性に優れたものになることが分かる。

【００５６】このように、本発明の焼結含油軸受を小型
モータのすべり軸受に適用すれば、すべり軸受の摩耗が
低減し、モータの機械ノイズや消費電流が低減される。
この焼結含油軸受は、銅系材料の軸受なので柔らかい感
じの摺動音が発生し、しかも耐摩耗性が良好で耐久性が
あるので、従来のように鉄系材料と銅系材料の焼結含油
軸受を使い分けなくても、モータの用途に拘らず一種類
の本発明の焼結含油軸受を使用することができる。な
お、本発明の焼結含油軸受は、上述の整流子付きのモー
タのほか、すべり軸受を用いたブラシレスモータ，ステ
ッピングモータ等の小型モータにも適用することができ
る。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

【００５７】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、す
べり軸受の耐摩耗性が向上するとともに、摩耗によって
生じるモータ騒音を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図９は本発明の実施形態の一例を示
す図で、図１は小型モータの片側を断面で示す正面図で
ある。

【図２】焼結合金製含油軸受の製造工程を示すブロック
図である。

【図３】焼結工程における被焼結物の温度変化の一例を
示すグラフである。

【図４】含油率が圧環強さに与える影響を示すグラフで
ある。

【図５】７８０℃でのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金三元系平衡
状態図である。

【図６】焼結工程における金属組織の変化の状態を示す
概略説明図である。

【図７】図６における金属組織の原子構造の状態の一例
を示す概略説明図である。

【図８】本発明に係る焼結合金製含油軸受の金属表面の
組織図である。

【図９】図９（Ａ）は比較軸受のＳｎ含有量と摩耗量と
の関係を示すグラフ、図９（Ｂ）は本発明軸受及び比較
軸受Ｓ−１のＮｉ含有量と摩耗量との関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 小型直流モータ（小型モータ） ２ 内周面 ３ 固定子 ４ ケーシング ５ 回転子 ６ 回転軸 ７，８ 軸受部 １９，２２ すべり軸受 ３０ 焼結合金製含油軸受 １０７ 浸油処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 5/167 Ｈ０２Ｋ 5/167 Ａ // Ｃ２２Ｃ 1/04 Ｃ２２Ｃ 1/04 Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング（４）の内周面（２）に固定
   子（３）を取付け、前記ケーシングの内部に回転子
   （５）を配設し、前記ケーシングに設けられた軸受部
   （７，８）により前記回転子の回転軸（６）を回転自在
   に支持する小型モータにおいて、 前記軸受部のすべり軸受（１９，２２）は、 Ｎｉの単一元素及びＮｉの元素を含む合金のうち少なく
   とも一方の粉末が４〜２７重量％、Ｓｎの単一元素粉末
   が３〜５重量％、Ｓｎの元素を含む合金の粉末が１８〜
   ５５重量％、残りがＣｕの単一元素及び不可避不純物の
   粉末となるような配合組成に配合された混合物を圧縮成
   形し且つ焼結することにより成形された焼結合金製含油
   軸受（３０）であることを特徴とする小型モータ。
2. 【請求項２】 ケーシングの内周面に固定子を取付け、
   前記ケーシングの内部に回転子を配設し、前記ケーシン
   グに設けられた軸受部（７，８）により前記回転子の回
   転軸を回転自在に支持する小型モータにおいて、 前記軸受部のすべり軸受（１９，２２）は、 Ｎｉが３〜１３重量％、Ｓｎが７．５〜１２重量％、残
   りがＣｕ及び不可避不純物となるような成分組成の焼結
   合金製含油軸受であることを特徴とする小型モータ。
3. 【請求項３】 ケーシングの内周面に固定子を取付け、
   前記ケーシングの内部に回転子を配設し、前記ケーシン
   グに設けられた軸受部（７，８）により前記回転子の回
   転軸を回転自在に支持する小型モータにおいて、 前記軸受部のすべり軸受（１９，２２）は、 Ｎｉの単一元素及びＮｉの元素を含む合金のうち少なく
   とも一方の粉末が４〜２７重量％、Ｓｎの単一元素粉末
   が３〜５重量％、Ｓｎの元素を含む合金の粉末が１８〜
   ５５重量％、残りがＣｕの単一元素及び不可避不純物の
   粉末となるような配合組成に配合された混合物を圧縮成
   形し且つ焼結することにより成形され、Ｎｉが３〜１３
   重量％、Ｓｎが７．５〜１２重量％、残りがＣｕ及び不
   可避不純物となるような成分組成の焼結合金製含油軸受
   であり、 焼結体のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の一部又は全体が、θ相
   （ＮｉとＳｎからなる金属間化合物）の組織及びスピノ
   ーダル分解によってできる変調構造の少なくとも一方の
   組織を有することを特徴とする小型モータ。
4. 【請求項４】 ケーシングの内周面に固定子を取付け、
   前記ケーシングの内部に回転子を配設し、前記ケーシン
   グに設けられた軸受部（７，８）により前記回転子の回
   転軸を回転自在に支持する小型モータにおける前記軸受
   部のすべり軸受（１９，２２）を構成する焼結合金製含
   油軸受の製造方法であって、 Ｎｉの単一元素及びＮｉの元素を含む合金のうち少なく
   とも一方の粉末が４〜２７重量％、Ｓｎの単一元素粉末
   が３〜５重量％、Ｓｎの元素を含む合金の粉末が１８〜
   ５５重量％、残りがＣｕの単一元素及び不可避不純物の
   粉末となるような配合組成に配合された混合物を圧縮成
   形し、 圧縮成形された圧粉体を還元雰囲気中で約７００〜約８
   ００℃で所定時間のあいだ焼結して焼結体にしたのち、 この焼結体を約３００℃まで冷却した時点で、この焼結
   体のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の一部又は全体がＣｕ−Ｎｉ
   −Ｓｎ合金三元系平衡状態図の「α（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ
   固溶体）＋θ（ＮｉとＳｎからなる金属間化合物）」の
   成分範囲内にあり、θ相が析出するような冷却速度で前
   記焼結体を徐々に冷却し、 得られた前記焼結体を所定の形状にサイジングしたのち
   浸油処理を行うことを特徴とする小型モータの焼結合金
   製含油軸受の製造方法。