JP2016070367A - Heat resistant sintered oil impregnated bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超高温下においても分解し難いタイプのパーフルオロポリエーテル(PFPE)潤滑油をモータの焼結軸受材に含浸させて用いることにより、軸受の高温耐熱性を著しく高め、またルイス酸触媒能による腐蝕摩耗を著しく軽減させて耐久性を向上させるようにした焼結含油軸受に関する。 The present invention uses a perfluoropolyether (PFPE) lubricating oil that is difficult to decompose even at ultra-high temperatures by impregnating the sintered bearing material of a motor, thereby significantly increasing the high-temperature heat resistance of the bearing, and Lewis acid. The present invention relates to a sintered oil-impregnated bearing in which corrosion wear due to catalytic activity is remarkably reduced and durability is improved.
近年、自動車や船舶のエンジン周辺、EGR(Exhaust Gas Recirculation)やETC(Electronic Throttle Control)システム内等の周辺温度が120℃〜180℃以上になるような高温環境下において用いられる小型モータの需要が増加している。そのようなモータの焼結軸受に含浸させて使用される潤滑剤としては、環境温度が120℃程度までは在来使用の炭化水素系潤滑剤でも使用に耐えられるが、120℃を超えると炭化水素をベースとした汎用の潤滑剤を用いた場合には、蒸発による潤滑剤不足(油量不足)や酸化・重合による潤滑剤の固化が発生し、モータの耐久性が低下する恐れがある。 In recent years, there has been a demand for small motors used in high-temperature environments such as around the engine of automobiles and ships, in EGR (Exhaust Gas Recirculation) and ETC (Electronic Throttle Control) systems, etc. It has increased. As the lubricant used by impregnating the sintered bearing of such a motor, even a conventional hydrocarbon lubricant can be used up to an environmental temperature of about 120 ° C. When a general-purpose lubricant based on hydrogen is used, there is a risk that the lubricant will deficit due to evaporation (oil shortage) or the lubricant will solidify due to oxidation / polymerization, resulting in a decrease in motor durability.
そこで、このような小型モータでは、潤滑剤として、最近上記汎用の潤滑剤に比して比較的耐熱性が優れているパーフルオロポリエーテル(PFPE)等のフッ素系潤滑油が用いられることが多い(特許文献1及び特許文献2参照)。
この場合特に、従来、パーフルオロポリエーテルとして、直鎖構造を有する「フォンブリンMシリーズ(商品名)」(ソルベイスペシャルティポリマーズ社製 / 以下単に「フォンブリン」という)が知られている。この「フォンブリンMシリーズ」は粘度指数が高く、ある程度の粘度があれば蒸発し難いところから、比較的高温環境下に配設されるモータにおいて多く用いられている。
Therefore, in such a small motor, a fluorine-based lubricating oil such as perfluoropolyether (PFPE), which is relatively excellent in heat resistance compared to the general-purpose lubricant, is often used as a lubricant. (See
In this case, in particular, “fomblin M series (trade name)” (manufactured by Solvay Specialty Polymers / hereinafter simply referred to as “fomblin”) having a linear structure is known as perfluoropolyether. This “fomblin M series” has a high viscosity index and is difficult to evaporate if it has a certain degree of viscosity. Therefore, the “fomblin M series” is often used in motors arranged in a relatively high temperature environment.
しかしながら、上記「フォンブリンMシリーズ」等のフッ素系潤滑油であっても、その耐熱性については180℃程度までが限界であり、180℃を超える超高温環境下においては、ルイス酸触媒と接触すると、その作用により急激に分解を起こし、フッ化水素を発生しながら蒸発する性質がある。
したがって、フッ素系潤滑油を、主成分として鉄その他の金属やグラファイト等のルイス酸触媒能を有する物質を含む材料からなる摺動部材の潤滑剤として用いた場合には、既述したような高温環境下では焼結軸受内周の摺動面に発生した高熱によって、フッ素系潤滑油がルイス酸触媒能を有する物質の作用により急激に分解してフッ化水素が発生し、焼結軸受の摺動面が急速に腐食を起こし、また摺動面の異常磨耗が生じる恐れがある。
However, even the fluorine-based lubricating oils such as the above-mentioned “fomblin M series” have a limit of about 180 ° C. in heat resistance, and contact with the Lewis acid catalyst in an ultra-high temperature environment exceeding 180 ° C. Then, it has the property of causing rapid decomposition by the action and evaporating while generating hydrogen fluoride.
Therefore, when a fluorine-based lubricating oil is used as a lubricant for a sliding member made of a material containing a substance having a Lewis acid catalytic ability such as iron or other metals or graphite as a main component, a high temperature as described above. Under the environment, due to the high heat generated on the sliding surface of the inner periphery of the sintered bearing, the fluorine-based lubricating oil is rapidly decomposed by the action of a substance having a Lewis acid catalytic activity, and hydrogen fluoride is generated. The moving surface may rapidly corrode and the sliding surface may be abnormally worn.
このため、潤滑剤としてフッ素系潤滑油が用いられる焼結軸受では、その材料を、青銅等のルイス酸触媒能が比較的に低い物質に限定することが試みられてきたが、ルイス酸触媒能が比較的に低い物質のみにより形成された焼結軸受は、耐摩耗性が低く、使用条件如何によっては異常磨耗を生じる恐れがあり、特に、モータを自動車や船舶のエンジン周辺に用いた場合には、振動による叩き磨耗が激しく、耐久性の面で十分ではないことが確認されている。またモータの使用環境温度が120℃を超える高温では潤滑油の粘度が著しく低下し、十分な潤滑性を得ることが困難となるため、グラファイトのような固体潤滑剤を軸受材料に含ませることで潤滑を補助することが望ましい。
よって、例えば、自動車や船舶のエンジン周辺に用いるモータの焼結軸受については、振動による衝撃等に十分耐えられるようにするために、材料において鉄やグラファイト等のルイス酸触媒能を有する物質を含ませることが避けられない。
For this reason, in sintered bearings in which fluorine-based lubricating oil is used as a lubricant, it has been attempted to limit the material to a material having a relatively low Lewis acid catalytic ability such as bronze. Sintered bearings made only of relatively low materials have low wear resistance and may cause abnormal wear depending on the conditions of use, especially when motors are used around the engine of automobiles and ships. It has been confirmed that tapping wear due to vibration is severe and is not sufficient in terms of durability. In addition, when the motor operating environment temperature exceeds 120 ° C, the viscosity of the lubricating oil is remarkably lowered, making it difficult to obtain sufficient lubricity. Therefore, a solid lubricant such as graphite can be included in the bearing material. It is desirable to assist lubrication.
Therefore, for example, a sintered bearing for a motor used around an engine of a car or a ship includes a material having Lewis acid catalytic ability such as iron or graphite in order to be able to sufficiently withstand an impact caused by vibration. Inevitable.
そこで、金属を含んでなり、潤滑剤としてフッ素系潤滑油が用いられる焼結軸受等の摺動部材であって、前記金属に窒化処理を施すことによって形成された窒化物を含むことにより、潤滑剤としてフッ素系潤滑油が用いられる摺動部材において、フッ素系潤滑油が、摺動部材の材料に含まれるルイス酸触媒能を有する金属の作用により分解することを抑制するようにした技術についてすでに本発明者らによって特許出願がなされている。 Therefore, it is a sliding member such as a sintered bearing comprising a metal and using a fluorine-based lubricating oil as a lubricant, and includes a nitride formed by subjecting the metal to nitriding treatment. In a sliding member in which a fluorinated lubricant is used as an agent, the technology has already been described in which the fluorinated lubricant is prevented from being decomposed by the action of a metal having a Lewis acid catalytic activity contained in the material of the sliding member. Patent applications have been filed by the present inventors.
一方、「フォンブリンY」や「フォンブリンW」、あるいは「クライトックス」(DUPONT社の登録商標)などの側鎖構造のものはやはり一般の潤滑油に比べると高価ではあるがフッ素系のオイルの中では比較的安価であり、耐腐蝕性にも優れているために、ひたすら耐熱性だけ備えればよいということで高めの粘度のものが使用されることが多い。しかし自動車など−40℃〜180℃程度の広い用途範囲に耐えられるモータ軸受に用いるには全く不向きであり、側鎖構造のものは粘度指数が低いために、温度が下がると粘度が大幅に上昇して回転トルクも大きく上昇し、また逆に低温に合わせた粘度のものを用いた場合には温度上昇により蒸発し易くなるという点で種々の環境温度変化に対応する含油軸受用としては不向きであることがわかっている。 On the other hand, the side chain structure such as “Fomblin Y”, “Fomblin W”, or “Crytox” (registered trademark of DUPONT) is still more expensive than general lubricating oil, but it is a fluorine-based oil. Among them, since they are relatively inexpensive and excellent in corrosion resistance, those having a higher viscosity are often used because only heat resistance is required. However, it is completely unsuitable for use in motor bearings that can withstand a wide range of applications from -40 ° C to 180 ° C, such as automobiles. The side chain structure has a low viscosity index, so the viscosity increases significantly as the temperature decreases. As a result, the rotational torque increases greatly, and conversely, when a material with a viscosity adjusted to a low temperature is used, it is not suitable for oil-impregnated bearings corresponding to various environmental temperature changes in that it tends to evaporate due to temperature rise. I know that there is.
このような状況の中、最近含油軸受用の潤滑剤として、
(A)一般式
RfO(CF2CF2O)m(CF2O)nRf
(ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロ低級アルキル基であり、m+n=3〜200、m:n=10〜90:90〜10であり、CF2CF2O基およびCF2O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油、
(B)一般式
RFO[CF(CF3)CF2O]p(CF2CF2O)q(CF2O)rRf
(ここで、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロ低級アルキル基であり、p+q+r=3〜200でqおよびrは0であり得、(q+r)/p=0〜2であり、CF(CF3)CF2O基、CF2CF2O基およびCF2O基は主鎖中にランダムに結合されている)で表わされるパーフルオロポリエーテル油
および(C)一般式
F(CF2CF2CF2O)sC2F5
(ここで、s=2〜100である)で表わされるパーフルオロポリエーテル油
の少なくとも一種よりなる基油に、
一般式
RCONHR1NR3R4
ここで、R:RfO[CF(CF3)CF2O]aCF(CF3)-、RfO(CF2CF2CF2O)aCF2CF2-、RfO[(CF2CF2O]a(CF2O)b]CF2-またはRfO[(CF2CF2O)a(CF2O)b]CF(CF3)-であり、Rfは炭素数1〜5のパーフルオロ低級アルキル基であり、a,bは1〜30の整数である
R1:炭素数1〜30のアルキレン基であり、該アルキレン基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換されていてもよい
R3、R4:水素原子または炭素数1〜3のアルキル基
で表わされるパーフルオロポリエーテル基を有するアミド系化合物を添加混合してなる含油軸受用潤滑剤組成物の発明が特許公報として公開されるに至った(特許文献3)。
Under such circumstances, as a lubricant for oil-impregnated bearings recently,
(A) General formula
RfO (CF 2 CF 2 O) m (CF 2 O) nRf
(Wherein Rf is a perfluoro lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, m + n = 3 to 200, m: n = 10 to 90:90 to 10, and a CF 2 CF 2 O group and a CF 2 O group) A perfluoropolyether oil represented by the following groups, which are randomly bonded in the main chain:
(B) General formula
RFO [CF (CF 3 ) CF 2 O] p (CF 2 CF 2 O) q (CF 2 O) rRf
(Where Rf is a perfluoro lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, p + q + r = 3 to 200, q and r can be 0, (q + r) / p = 0 to 2 and CF (CF 3 ) CF 2 O group, CF 2 CF 2 O group and CF 2 O group are randomly bonded in the main chain) and (C) general formula
F (CF 2 CF 2 CF 2 O) sC 2 F 5
(Where s = 2 to 100) represented by a base oil comprising at least one perfluoropolyether oil,
General formula
RCONHR 1 NR 3 R 4
Where R: RfO [CF (CF 3 ) CF 2 O] aCF (CF 3 )-, RfO (CF 2 CF 2 CF 2 O) aCF 2 CF 2- , RfO [(CF 2 CF 2 O] a ( CF 2 O) b] CF 2 -or RfO [(CF 2 CF 2 O) a (CF 2 O) b] CF (CF 3 )-, where Rf is a perfluoro lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Yes, a and b are integers from 1 to 30
R 1 is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms of the alkylene group may be substituted with a halogen atom.
R 3 , R 4 : Invention of an oil-impregnated bearing lubricant composition obtained by adding and mixing an amide compound having a perfluoropolyether group represented by a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is disclosed as a patent publication (Patent Document 3).
近時モータの使用環境温度範囲が多様化し、120℃を超える超高温雰囲気での需要が増大する傾向があり、中には150℃あるいは最近200℃程度でも高速で潤滑回転可能なモータの需要が増加している。このような場合に、これら高温環境に耐えるモータの焼結含油軸受を得るのは至難の業といえる。一般的にPFPEは高価であり、また低粘度であると蒸発量が多くなり油量不足となりがちである反面、高粘度の場合、一般的にPFPEは比重が高いことと相俟って流体抵抗が大きくなり、高速回転には不向きとなる課題があることについては既述した通りであり、とくに側鎖型のものは耐摩耗性においては優れているものの適用温度範囲が限られるために焼結含油軸受用としてはあまり好適とはいえない。これに対して既述した特許文献3に記載されているような直鎖型のものは温度変化による粘度の変化も少ないので焼結含油軸受用のオイルとしては適しているものといえる。
Recently, the environmental temperature range of motors has diversified, and there is a tendency for the demand in ultra-high temperature atmospheres exceeding 120 ° C to increase. It has increased. In such a case, obtaining a sintered oil-impregnated bearing for a motor that can withstand these high-temperature environments can be said to be a difficult task. In general, PFPE is expensive, and if the viscosity is low, the amount of evaporation tends to increase and the amount of oil tends to be insufficient. On the other hand, in the case of a high viscosity, PFPE generally has a high specific gravity and fluid resistance. As mentioned above, there is a problem that becomes large and unsuitable for high-speed rotation. Especially, the side chain type is excellent in wear resistance, but it is sintered because the applicable temperature range is limited. It is not very suitable for oil-impregnated bearings. On the other hand, since the linear type as described in
またPFPEは一般的に耐摩耗性が低いために、この点を補完する目的で鉄系やカーボン含有軸受材を用いると直鎖型のフォンブリンや、あるいはそれを含む潤滑油がルイス酸触媒能を有する物質の作用により分解してフッ酸を生じ、これに起因して軸受の腐蝕にもつながりやすいという難しい課題もある。そこで本出願人は軸受素材自体を窒化処理することによりフッ素オイルの分解を防ぐことによりこれらの課題を解決すべくすでに別途特許出願をおこなっている。 In addition, PFPE generally has low wear resistance. Therefore, when iron-based or carbon-containing bearing materials are used for the purpose of complementing this point, linear fomblin or a lubricating oil containing the same has a Lewis acid catalytic ability. There is also a difficult problem that hydrofluoric acid is decomposed by the action of a substance having a susceptibility, which easily leads to corrosion of the bearing. Therefore, the applicant has already filed a separate patent application to solve these problems by nitriding the bearing material itself to prevent decomposition of the fluorine oil.
さらに本出願人は、上記の他にも焼結含油軸受の耐熱性および耐摩耗性の向上のために種々研究を重ねており、このたび遂に焼結含油軸受におけるPFPEオイル分解防止の方法として、軸受内に含浸させる潤滑油自体について、これを180℃を超える高温度雰囲気においても分解しにくいタイプのものを焼結軸受に用いることを研究した結果、これを完成するに至ったものである。
具体的には、フォンブリンに特有の分子構造を持たない直鎖型パーフルオロポリエーテル(PFPE)油を含浸させた耐熱性焼結含油軸受に関する。
Furthermore, in addition to the above, the present applicant has made various studies to improve the heat resistance and wear resistance of the sintered oil-impregnated bearing. As a method for preventing PFPE oil decomposition in the sintered oil-impregnated bearing, As a result of studying the use of a type of lubricating oil impregnated in the bearing that is not easily decomposed even in a high-temperature atmosphere exceeding 180 ° C. in a sintered bearing, this has been completed.
Specifically, the present invention relates to a heat-resistant sintered oil-impregnated bearing impregnated with linear perfluoropolyether (PFPE) oil having no molecular structure peculiar to fomblin.
含油軸受にPFPEオイルを用いることに関してはすでに特許文献3(特許第4793443号公報)に記載されている。これは直鎖型のフォンブリンを用いたもので目的は耐摩耗性および低摩擦特性の向上にある。しかし、その分子構造をみると酸素分子が多く、CとOが1個ずつ組み合わさっているために、CF2Oがランダムに連続する部分ではO-C-Oの接続部分がフッ素原子でカバーされずに表面が露出することになる。露出したO-C-Oの接続部分が180℃を超える高温下では金属フッ化物のアタックを受けてその触媒作用により分解し、その結果COF基が生成され、これが水分と反応してフッ化水素が発生することがわかった。 The use of PFPE oil for oil-impregnated bearings has already been described in Patent Document 3 (Japanese Patent No. 4793443). This uses a linear fomblin, and its purpose is to improve wear resistance and low friction characteristics. However, the molecular structure shows that there are many oxygen molecules and C and O are combined one by one. Therefore, in the part where CF 2 O continues at random, the connecting part of OCO is not covered with fluorine atoms. Will be exposed. When the exposed part of the OCO is exposed to a metal fluoride attack at a high temperature exceeding 180 ° C, it is decomposed by its catalytic action, resulting in the production of COF groups, which react with moisture to generate hydrogen fluoride. I understood.
フッ化水素は水分に溶解してフッ酸を生じて、これが金属を腐蝕させる要因となるという重大な弱点がある。腐食した金属は金属フッ化物となり、金属フッ化物は強いルイス酸触媒作用を持つために連鎖反応により反応が爆発的に加速する。ただし金属フッ化物は個体潤滑剤の働きをもつために摩耗が著しく進行している場合でも焼き付きは起こりにくいために、軸受材の用途如何によっては全く使用が不可能というわけではないが、鉄やカーボンを添加し高温耐熱性の面と合わせて耐摩耗性をも期待する焼結含油軸受用としては殆ど使用できない。 Hydrogen fluoride has a serious weakness in that it dissolves in water to form hydrofluoric acid, which causes corrosion of the metal. The corroded metal becomes a metal fluoride, and the metal fluoride has a strong Lewis acid catalysis, so that the reaction is explosively accelerated by a chain reaction. However, since metal fluoride has the function of a solid lubricant, seizure is unlikely to occur even when the wear has progressed remarkably. It can hardly be used for sintered oil-impregnated bearings that add carbon and expect high wear resistance in addition to high temperature heat resistance.
以上により理解できるように、耐摩耗性および低摩擦特性に優れたPFPEオイルの中でも、異なった分子構造のもの、すなわち180℃を超える高温雰囲気下においても分解し難いタイプ、つまり分子中における酸素の含有量が少なく、一組のCF2とOにより構成される繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受材に含浸させることによって耐摩耗性、低摩擦特性のほかに、取り分けて耐熱性に優れ、−40℃の極低温から少なくとも180℃以上に至る超高温の広い温度範囲にまで対応することができるモータ用の焼結含油軸受が得られる。 As can be understood from the above, among PFPE oils excellent in wear resistance and low friction properties, those having different molecular structures, that is, types that are not easily decomposed even in a high temperature atmosphere exceeding 180 ° C., that is, oxygen in the molecule In addition to wear resistance and low friction characteristics, impregnated sintered bearing material with linear perfluoropolyether lubricating oil with low content and no repeating structure composed of a set of CF 2 and O In particular, a sintered oil-impregnated bearing for a motor that is excellent in heat resistance and can cope with a wide temperature range from an extremely low temperature of −40 ° C. to at least 180 ° C. or higher can be obtained.
また動粘度については、焼結含油軸受に使用する潤滑油の40℃における動粘度が10 mm2/s〜500 mm2/sの範囲とするのが最も実用的で好ましい。さらにこの発明において使用する焼結軸受の材質については、前記した潤滑剤の特性により、耐摩耗性を向上させる観点から青銅系、鉄系、グラファイトのうち少なくとも一種を用い、また必要に応じて亜鉛やニッケル等、従来焼結含油軸受材として一般的に用いられてきたいずれのものも用いることができる。 Regarding the kinematic viscosity, it is most practical and preferable that the kinematic viscosity at 40 ° C. of the lubricating oil used in the sintered oil-impregnated bearing is in the range of 10 mm 2 / s to 500 mm 2 / s. Further, regarding the material of the sintered bearing used in the present invention, at least one of bronze, iron, and graphite is used from the viewpoint of improving wear resistance due to the characteristics of the lubricant described above, and zinc is optionally used. Any conventionally used oil-impregnated bearing material such as nickel or nickel can be used.
本発明に係る焼結含油軸受によれば、CF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受材に含浸させることによって耐摩耗性、低摩擦特性のほかに、取り分けて180℃以上の超高温環境下での耐熱性に優れ、広い温度範囲に対応することができるモータ用の焼結含油軸受を得ることができる。また焼結含油軸受に含浸させた上記の直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度が10mm2/s〜500mm2/sの範囲である場合においては潤滑油の焼結軸受内への含浸が容易で、しかも潤滑油の消耗が少なく、また耐熱性に最も優れ、焼結軸受の耐久性を向上させることにより最も実用性が高くなる。 According to the sintered oil-impregnated bearing according to the present invention, by impregnating the sintered bearing material with a linear perfluoropolyether lubricant having no CF 2 O repeating structure, in addition to wear resistance and low friction characteristics, In particular, it is possible to obtain a sintered oil-impregnated bearing for a motor that is excellent in heat resistance in an ultra-high temperature environment of 180 ° C. or higher and can cope with a wide temperature range. Also the above linear impregnated sintered oil-impregnated bearing kinematic viscosity of the perfluoropolyether lubricating oil to 10mm 2 / s~500mm 2 / when s is in the range of lubricating oil sintered in the bearing It is easy to impregnate, consumes less lubricating oil, has the best heat resistance, and has the highest practicality by improving the durability of the sintered bearing.
以下において、本発明に係る耐熱性焼結含油軸受の実施形態について説明する。
本発明に係る耐熱性焼結含油軸受は、潤滑剤として熱的・化学的に安定なフッ素系潤滑油のうち特殊の潤滑油が用いられ、特に、高温・低温・低圧・化学溶剤雰囲気といった特殊な環境下にて作動するモータ用の焼結含油軸受(特に、高い耐熱性を有する金属焼結軸受)に関する。本発明に係る焼結含油軸受は耐摩耗性を有するほか、特に180℃を超える超高温環境下において使用される小型モータを形成する焼結含油軸受への適用に適している。以下の説明では、粉末冶金法によって製造される焼結含油軸受の実施形態について説明をする。
Hereinafter, embodiments of the heat-resistant sintered oil-impregnated bearing according to the present invention will be described.
The heat-resistant sintered oil-impregnated bearing according to the present invention uses a special lubricating oil among the thermally and chemically stable fluorine-based lubricating oils as a lubricant, and in particular, special high temperature / low temperature / low pressure / chemical solvent atmosphere. The present invention relates to a sintered oil-impregnated bearing for a motor that operates in a rough environment (particularly, a sintered metal bearing having high heat resistance). The sintered oil-impregnated bearing according to the present invention has wear resistance, and is particularly suitable for application to a sintered oil-impregnated bearing forming a small motor used in an ultrahigh temperature environment exceeding 180 ° C. In the following description, an embodiment of a sintered oil-impregnated bearing manufactured by powder metallurgy is described.
(焼結含油軸受の構成)
まず、本実施形態に係るモータ用焼結含油軸受の構成について説明をする。
本実施形態に係る焼結含油軸受は、銅、鉄、錫、亜鉛、ニッケル等の成分を含む金属粉末やグラファイト等の原料粉を金型内で圧縮成形することによって圧紛体を形成し、この圧紛体を所定条件で焼結することによって焼結体を形成し、この焼結体に、サイジング(再圧縮)、洗浄等を施した後に、潤滑剤(フッ素系潤滑油)を含浸させることによって形成される。特に、本実施形態に係る焼結軸受は、その組成中に特殊な潤滑油が含浸される。なお、本発明の焼結含油軸受については、内径中逃げ型軸受とすることが好ましい。内径中逃げ型軸受とは、軸方向の各端部に形成され、回転軸を回転自在に支持する軸受部と、該軸受の両端軸受部の中間に形成され、その内径が両端の軸受部の内径と比較して大きく形成された中逃げ部と、が一体に形成されている焼結含油軸受をいう(特開平2−8302号公報参照)。
(Configuration of sintered oil-impregnated bearing)
First, the structure of the sintered oil-impregnated bearing for motors according to this embodiment will be described.
The sintered oil-impregnated bearing according to the present embodiment forms a compact by compressing a raw material powder such as metal powder or graphite containing components such as copper, iron, tin, zinc and nickel in a mold. A sintered compact is formed by sintering a compact in a predetermined condition, and this sintered compact is subjected to sizing (recompression), washing, etc., and then impregnated with a lubricant (fluorinated lubricant). It is formed. In particular, the sintered bearing according to the present embodiment is impregnated with a special lubricating oil in its composition. Note that the sintered oil-impregnated bearing of the present invention is preferably an inner diameter relief bearing. The inner diameter relief type bearing is formed at each end in the axial direction, and is formed between a bearing portion that rotatably supports the rotating shaft and both end bearing portions of the bearing, and the inner diameter is between the bearing portions at both ends. This refers to a sintered oil-impregnated bearing in which a middle relief portion formed larger than the inner diameter is integrally formed (see JP-A-2-8302).
焼結軸受材の原料粉としては、例えば、主成分として鉄を含有する鉄系のもの、あるいは青銅を含有する青銅系のもの等、焼結軸受の材料として既知のものを使用することができる。特に、自動車や船舶のエンジン周辺等に用いられる小型モータについては、振動による叩き磨耗等に十分に耐えられるよう、鉄等の耐摩耗性が高い材料や、グラファイト等の固体潤滑剤としての特性を有する材料の単独または組み合わせ使用が必須となる。本実施形態では、原料粉として、従来では180℃を超える高温下での使用が不可能であった鉄、青銅及びグラファイトを混合したものを用いている。
ここで、原料粉にグラファイトを含める場合には、グラファイトの含有量が過大になると、焼結軸受の強度が低下する恐れがある。そこで、十分な強度を保ちつつ潤滑効果を高めるためには、焼結軸受における材料グラファイトの含有量は、0.1〜10重量%の範囲内、好ましくは、0.5〜5重量%の範囲内に設定されることが好ましい。
As the raw material powder of the sintered bearing material, for example, an iron-based material containing iron as a main component or a bronze-based material containing bronze can be used as a material for a sintered bearing. . In particular, small motors used in the vicinity of engines of automobiles and ships have characteristics as materials with high wear resistance such as iron and solid lubricants such as graphite so that they can sufficiently withstand tapping and abrasion due to vibration. It is essential to use the materials they have alone or in combination. In this embodiment, the raw material powder is a mixture of iron, bronze, and graphite, which could not be used at high temperatures exceeding 180 ° C. in the past.
Here, in the case where graphite is included in the raw material powder, if the graphite content is excessive, the strength of the sintered bearing may be reduced. Therefore, in order to enhance the lubrication effect while maintaining sufficient strength, the content of the material graphite in the sintered bearing is in the range of 0.1 to 10% by weight, preferably in the range of 0.5 to 5% by weight. It is preferable to set within.
そして、本実施形態に係る焼結軸受では、高い強度、耐摩耗性を有するとともに、特に超高温環境下においても十分な耐熱性を発揮できるように、含浸させる潤滑剤について、パーフルオロポリエーテル(PFPE)のなかでも180℃を超える超高温環境下でも蒸発による油量不足を生ずることなく長期間にわたり軸受の焼き付きや異常摩耗を生ずることがない安定性と耐久性を維持できる潤滑剤を焼結軸受材に含浸させて用いるようにしたものである。 In the sintered bearing according to the present embodiment, the perfluoropolyether (perfluoropolyether) is used for the lubricant to be impregnated so that the sintered bearing has high strength and wear resistance and can exhibit sufficient heat resistance even in an extremely high temperature environment. Among the PFPE), a lubricant capable of maintaining stability and durability without bearing seizure and abnormal wear over a long period of time without causing oil shortage due to evaporation even in an ultra-high temperature environment exceeding 180 ° C. It is used by impregnating the bearing material.
パーフルオロポリエーテル(PFPE)としては、例えば、側鎖型フッ素オイルとして既述した「フォンブリンYシリーズ」やデュポン社製の「クライトックス(商品名)」、NOKクリューバー社製の「バリエルタ(商品名)」などがある。また直鎖型フッ素オイルとしては既述した「フォンブリンMシリーズ」、側鎖型フッ素オイルである「フォンブリンYシリーズ」、デュポン社製の側鎖型フッ素オイルである「クライトックス」、NOKクリューバー社製の側鎖型フッ素オイルである「バリエルタ」等種々のものがあるが、これらのうち「フォンブリンMシリーズ」は、比較的熱安定性、蒸発特性及び化学的安定性にやや優れているのみならず、粘度指数が高く、しかも製造工程での収率が良く供給が安定しているという点において幾分有利ではあるものの、われわれの研究結果によれば180℃を超える高温環境下での長時間耐久性の面ではモータ用軸受としての耐久性が十分ではないことがわかった。 Examples of the perfluoropolyether (PFPE) include the “fomblin Y series” already described as the side chain type fluorine oil, “Crytox (trade name)” manufactured by DuPont, and “Varielta” (manufactured by NOK Kluber). Product name) ". In addition, as the linear fluorine oil, the “fomblin M series” described above, the “fomblin Y series” which is a side chain type fluorine oil, “Crytox” which is a side chain type fluorine oil manufactured by DuPont, and NOK Clew There are various types such as “Varielta” which is a side chain type fluorinated oil manufactured by Bar Inc. Among them, “Fomblin M Series” is relatively excellent in thermal stability, evaporation characteristics and chemical stability. In addition, it is somewhat advantageous in that it has a high viscosity index, a good yield in the manufacturing process, and a stable supply, but according to our research results, in a high temperature environment exceeding 180 ° C. It has been found that the durability as a motor bearing is not sufficient in terms of long-term durability.
またわれわれの研究過程において、フォンブリン等の一般的なPFPEは、その分子構造をみると酸素原子が多く、CとOが1個ずつ組み合わさっている構造が分子内に多く存在するために、CF2Oがランダムに連続する部分ではO-C-Oの接続部分がフッ素原子でカバーされずに表面が露出することになり、露出したO-C-Oの接続部分が高温下で金属フッ化物のアタックを受けて触媒の作用により分解し、その結果COF基が生成され、これが水分と反応してフッ化水素が発生する。さらにフッ化水素は水分に溶解してフッ酸を生じて、これが金属を腐蝕させる要因となるという重大な弱点を有している。さらに腐食した金属は金属フッ化物となり、触媒の増加を原因とする連鎖反応によって反応が爆発的に加速することになる。 In our research process, general PFPE such as Fomblin has many oxygen atoms in its molecular structure, and there are many structures in which one C and one O are combined. In the part where CF 2 O continues at random, the OCO connection part is not covered with fluorine atoms and the surface is exposed, and the exposed OCO connection part is subjected to the attack of metal fluoride under high temperature and the catalyst Decomposes by action, resulting in the production of COF groups, which react with moisture to generate hydrogen fluoride. Further, hydrogen fluoride has a serious weak point that it dissolves in moisture to produce hydrofluoric acid, which causes corrosion of the metal. Furthermore, the corroded metal becomes a metal fluoride, and the reaction is explosively accelerated by a chain reaction caused by an increase in the catalyst.
そこで、本発明においては耐摩耗性および低摩擦係数特性に優れたPFPEオイルの中でも、異なった分子構造のもの、すなわち180℃を超える高温下においても分解し難いタイプ、つまりフォンブリン以外の直鎖タイプの潤滑油の使用が好ましいことを明らかにした。我々の研究によれば、具体的には分子中における酸素の含有量が少なくCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受材に含浸させることによって高温での難分解特性を著しく向上させ、耐摩耗性、低摩擦特性のほかに、取り分けて耐熱性に優れ、−40℃〜180℃を超える広い温度範囲に対応することができるモータ用の焼結含油軸受を開発するに至った。 Therefore, in the present invention, among PFPE oils excellent in wear resistance and low friction coefficient characteristics, they have different molecular structures, that is, types that are difficult to be decomposed even at high temperatures exceeding 180 ° C., that is, linear chains other than fomblin. Clarified that the use of a type of lubricant is preferred. According to our research, specifically, high temperature is obtained by impregnating sintered bearing material with linear perfluoropolyether lubricant which has low oxygen content in the molecule and does not have CF 2 O repeating structure. In addition to wear resistance and low friction properties, it has excellent heat resistance and can be used in a wide range of temperatures from -40 ° C to over 180 ° C. The oil-impregnated bearing has been developed.
具体的には焼結軸受内にCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を含浸させてなるものである。なおそのような直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の例としては、例えばダイキン工業株式会社製の直鎖型フッ素オイルである「デムナム(商品名)」等がある。これらの難分解油は180℃を超える超高温環境下においても分解を起こしにくい分子構造であることから焼結軸受材として鉄やカーボン等を含む耐熱性および耐摩耗性に優れた材料を用いることができる。ただこの場合に含浸オイルとしてフォンブリンを併用使用すると、モータの使用中に高温雰囲気でフォンブリンが先に分解して焼結軸受面を腐蝕させるので好ましくはない。 Specifically, the sintered bearing is impregnated with a linear perfluoropolyether lubricating oil having no CF 2 O repeating structure. An example of such a linear perfluoropolyether lubricating oil is “DEMNUM (trade name)” which is a linear fluorine oil manufactured by Daikin Industries, Ltd., for example. Since these hard-to-decompose oils have a molecular structure that does not easily decompose even in an ultra-high temperature environment exceeding 180 ° C, use materials with excellent heat resistance and wear resistance, including iron and carbon, as sintered bearing materials. Can do. However, it is not preferable to use fomblin as impregnating oil in this case because the fomblin decomposes first in a high temperature atmosphere during use of the motor and corrodes the sintered bearing surface.
また上記した直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度については、潤滑油の40℃における動粘度が10 mm2/s未満の低粘度のPFPEだと分子量が小さいために軸受からの蒸発量が多くなり、耐熱性を高めるためのフッ素オイルを使用する意味がなくなってしまい、120℃を超える高温環境下では使用に耐えないことがわかった。また焼結軸受内に潤滑油を含浸させる場合、焼結軸受を油中に浸漬して10Torr以下にまで減圧をすることにより空孔中の空気を抜きだした後に常圧に戻して空孔内に潤滑油を吸引させる手法が一般的であるが、潤滑油の40℃における動粘度が500 mm2/sを超える高粘度である場合においては上記した減圧による空気の抜き出しにもかかわらず焼結軸受内に十分に含浸させることが困難となり油量不足となって含油軸受としては十分な性能を発揮できない。 Regarding the kinematic viscosity of the linear perfluoropolyether lubricating oil described above, the low viscosity PFPE having a kinematic viscosity at 40 ° C. of less than 10 mm 2 / s causes the evaporation from the bearing because the molecular weight is small. It became clear that the use of fluorine oil to increase heat resistance and the use of fluorine oil disappeared, and it could not be used in a high temperature environment exceeding 120 ° C. In addition, when the sintered bearing is impregnated with lubricating oil, the sintered bearing is immersed in the oil and decompressed to 10 Torr or less to extract air in the holes, and then returned to normal pressure to return to the inside of the holes. In general, when the lubricating oil has a high kinematic viscosity at 40 ° C exceeding 500 mm 2 / s, sintering is performed despite the above-described extraction of air by decompression. It is difficult to sufficiently impregnate the bearing, and the amount of oil becomes insufficient, so that the oil-impregnated bearing cannot exhibit sufficient performance.
とくに小型モータに使用する場合においては、もともとフッ素オイルは比重が大きいために粘度が大きくなりすぎるとロスが大きくなってエネルギー効率が悪くなる。さらに例えばマイナス40℃の低温雰囲気下においてはオイルが硬くなりすぎて焼結軸受内部から含浸オイルが摺動表面に出にくくなるため潤滑油不足によるトラブル発生の原因ともなることがわかった。したがって焼結軸受内に含浸させる直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度については10 mm2/s〜500 mm2/sの範囲が適正であることが明確となった。 In particular, when used in a small motor, the specific gravity of fluorine oil is originally large, so if the viscosity is too high, loss will increase and energy efficiency will deteriorate. Furthermore, for example, in a low temperature atmosphere of minus 40 ° C., it was found that the oil becomes too hard and the impregnated oil does not easily come out from the inside of the sintered bearing to the sliding surface, which may cause trouble due to lack of lubricating oil. Therefore, it was clarified that the range of 10 mm 2 / s to 500 mm 2 / s is appropriate for the kinematic viscosity of the linear perfluoropolyether lubricating oil impregnated in the sintered bearing.
(摺動部材の作用・効果)
次に、本実施形態に係る焼結軸受の作用・効果について説明をする。
上記したように、120℃を超える高温環境下で使用される焼結含油軸受では、潤滑剤として汎用の炭化水素をベースとする潤滑剤を用いた場合には、蒸発による潤滑剤不足(油量不足)や酸化・重合による潤滑剤の固化が発生し、軸受の内周側摺動面において、焼き付きや異常磨耗が生ずる恐れがある。
これに対して、パーフルオロポリエーテル等のフッ素系潤滑剤は、上記汎用の潤滑剤と比較すると熱安定性、蒸発特性、化学的安定性等に優れているため、120℃を超える高温環境下に晒された場合でも、蒸発や固化(酸化・重合)が発生し難く、焼結含油軸受の摺動面における焼き付きや異常磨耗の発生を抑制することができる。そして、フッ素系潤滑剤は、金属と結合する官能基を介して金属の表面に強固に結合することにより軸受内周表面を被覆して、軸受摺動面における潤滑性を向上する。
(Operation / effect of sliding member)
Next, the operation and effect of the sintered bearing according to this embodiment will be described.
As described above, in a sintered oil-impregnated bearing used in a high temperature environment exceeding 120 ° C., when a lubricant based on a general-purpose hydrocarbon is used as a lubricant, a lubricant shortage due to evaporation (oil amount) Insufficient) or solidification of the lubricant due to oxidation / polymerization may occur, and seizure or abnormal wear may occur on the inner peripheral sliding surface of the bearing.
In contrast, fluorine-based lubricants such as perfluoropolyethers are superior in thermal stability, evaporation characteristics, chemical stability, etc. compared to the above-mentioned general-purpose lubricants. Evaporation and solidification (oxidation / polymerization) are unlikely to occur even when exposed to, and seizure and abnormal wear on the sliding surface of the sintered oil-impregnated bearing can be suppressed. And a fluorine-type lubricant coat | covers a bearing inner peripheral surface by couple | bonding firmly with the metal surface through the functional group couple | bonded with a metal, and improves the lubricity in a bearing sliding surface.
しかし焼結軸受内に含浸させる潤滑油について、既述した特許文献1〜3に示されているようなフッ素系のPFPEといえども180℃を超える超高温環境下においては強いルイス酸触媒の作用により急激に分解を起こし、フッ化水素を発生しながら蒸発する性質がある。したがって、フッ素系潤滑油を、鉄その他の金属やグラファイト等のルイス酸触媒能を有する物質を含む材料からなる焼結軸受の潤滑剤として用いた場合には、その内周側摺動面に発生した高熱によって、フッ素系潤滑油が、ルイス酸触媒能を有する物質と反応して、フッ化水素を発生させながら蒸発し、その結果、焼結含油軸受の摺動面が急速に腐食を起こし、摺動面の異常磨耗が生じる恐れがある。
However, as for the lubricating oil impregnated in the sintered bearing, even the fluorine-based PFPE as described in
これに対して、本実施形態に係る焼結軸受では、その焼結軸受部材内にPFPEのなかでも取り分けて180℃を超える超高温にも十分に耐えられる潤滑油を含浸させることによって、少なくとも200℃程度の高温環境下においても十分に耐えられる高い性能を発揮させることができる。すなわち180℃を超える高温下においても分解し難いタイプ、つまり分子中における酸素の含有量が少なくCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受内に含浸させることにより実現できる。しかも含浸させる潤滑油が超高温での難分解特性を有するために、焼結軸受材の成分中に、鉄系、あるいはグラファイトなどの材料を混合して高い耐摩耗性や潤滑性を維持することができる。 On the other hand, in the sintered bearing according to the present embodiment, at least 200 is obtained by impregnating the sintered bearing member with a lubricating oil that can sufficiently withstand an ultra-high temperature exceeding 180 ° C. among PFPE. It is possible to exhibit high performance that can sufficiently withstand even in a high temperature environment of about ° C. In other words, the sintered bearing is impregnated with a linear perfluoropolyether lubricating oil that is difficult to decompose even at high temperatures exceeding 180 ° C, that is, with a low oxygen content in the molecule and no CF 2 O repeating structure. This can be realized. Moreover, since the lubricating oil to be impregnated has hard-to-decompose characteristics at ultra-high temperatures, it is necessary to maintain high wear resistance and lubricity by mixing materials such as iron or graphite in the components of sintered bearing materials. Can do.
以上のように、本実施形態に係る焼結軸受では、分子中における酸素の含有量が少なくCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受内に含浸させたことにより、180℃を超える超高温環境下においてもルイス酸触媒作用による分解を抑制することができ、しかも焼結材の主成分として鉄系やグラファイトなどを混合使用しても何ら支障がないために軸受内周側摺動面の異常磨耗の発生を抑制することが可能となる。
また、本実施形態に係る焼結軸受では、ルイス酸触媒の作用を抑制することができる結果、振動による叩き摩耗に十分耐えられるよう、鉄等の耐摩耗性が高い物質(その反面、高いルイス酸触媒能を有する物質)や、グラファイト等の固体潤滑剤としての特性を有する物質(その反面、高いルイス酸触媒能を有する物質)を材料に含ませることができ、焼結軸受の耐摩耗性を向上することが可能となる。
As described above, in the sintered bearing according to the present embodiment, the sintered bearing is impregnated with a linear perfluoropolyether lubricating oil that has a low oxygen content in the molecule and does not have a CF 2 O repeating structure. As a result, decomposition under Lewis acid catalysis can be suppressed even in an ultra-high temperature environment exceeding 180 ° C., and there is no problem even if iron-based or graphite is used as a main component of the sintered material. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of abnormal wear of the bearing inner peripheral sliding surface.
In addition, in the sintered bearing according to the present embodiment, as a result of suppressing the action of the Lewis acid catalyst, a material having high wear resistance such as iron so that it can sufficiently withstand tapping wear due to vibration (on the other hand, high Lewis A material having acid catalytic ability) and a substance having characteristics as a solid lubricant such as graphite (on the other hand, a substance having high Lewis acid catalytic ability) can be included in the material, and the wear resistance of the sintered bearing Can be improved.
さらに従来の一般的な焼結軸受の材料粉であり、鉄に比べて耐蝕性の高い材質として青銅を主成分とした材質を使用すると腐蝕自体は表面上のみに留まるものの、前述のように高温、高負荷といった苛酷な環境での使用を続けると強度および摺動性の不足から摺動面の摩耗が進み、新生面となったところで再度腐蝕されることが繰り返されることにより、結局は腐蝕摩耗が進んでしまうことが多いために課題を解決することはできなかったが、本発明の焼結軸受では分子中における酸素の含有量が少なくCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油を焼結軸受内に含浸させるためにルイス酸触媒による分解を抑制することができ、そのために銅のみならず金属の種類を問わずにモータの使用目的に合わせた種々の材料を用いることができる。とくに鉄とグラファイトのうち少なくとも一方を混合使用すると軸受としての強度を増し、あるいは摺動性を向上させることで耐摩耗性を向上させることができる。
以上のように、本実施形態に係る焼結軸受によれば、180℃を超える超高温雰囲気下でのモータの使用でもルイス酸触媒の作用による分解を抑制することができ、著しい耐熱性を保持させることができるとともに軸受の耐久性を向上することが可能となる。
Furthermore, it is a material powder for conventional general sintered bearings. If a material mainly composed of bronze is used as a material having higher corrosion resistance than iron, the corrosion itself remains only on the surface, but as described above, the temperature is high. If the product is used in a harsh environment such as a high load, the wear of the sliding surface will proceed due to insufficient strength and slidability, and it will be corroded again when it becomes a new surface. However, the sintered bearing of the present invention has a low oxygen content in the molecule and does not have a CF 2 O repeating structure. The impregnation of the polyether lubricant into the sintered bearing can suppress the decomposition by the Lewis acid catalyst, and therefore, various types of motors can be used regardless of the type of metal, not only copper. It is possible to use a fee. In particular, when at least one of iron and graphite is used in combination, the strength as a bearing is increased, or the wear resistance can be improved by improving the slidability.
As described above, according to the sintered bearing according to the present embodiment, decomposition due to the action of the Lewis acid catalyst can be suppressed even when the motor is used in an ultra-high temperature atmosphere exceeding 180 ° C., and remarkable heat resistance is maintained. And the durability of the bearing can be improved.
次に、本発明の実施例について説明する。
(軸受の構成)
本発明の実施例として、鉄・青銅・グラファイトの混合粉を焼結軸受材の原料粉として、この原料粉を金型内で圧縮成形することによって圧紛体を形成し、この圧紛体を所定条件で焼結することによって形成され、さらにサイジングが施されている。なお、各焼結軸受は、上記実施形態に記載した粉末冶金法によって形成されている。成型された焼結軸受内には通常の充填方法により、分子中における酸素の含有量が少なくCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル(PFPE)潤滑油として図1に示す化学式(構造式)に代表される潤滑油(デムナム)を含浸させた。
Next, examples of the present invention will be described.
(Bearing configuration)
As an example of the present invention, a mixed powder of iron, bronze, and graphite is used as a raw material powder for a sintered bearing material, and this raw material powder is compression-molded in a mold to form a powder body. And sizing. Each sintered bearing is formed by the powder metallurgy method described in the above embodiment. As shown in FIG. 1, the molded sintered bearing is a linear perfluoropolyether (PFPE) lubricating oil having a low oxygen content in the molecule and not having a CF 2 O repeating structure by a normal filling method. A lubricating oil (demnum) represented by the chemical formula (structural formula) shown was impregnated.
上記した分子中における酸素の含有量が少なくCF2Oの繰り返し構造を持たない直鎖型のパーフルオロポリエーテル(PFPE)潤滑油は蒸気圧が低いために、120℃以上の高温環境にて長期間にわたる使用を行った後でも潤滑油の蒸発ロスが非常に少ない。また不燃性で酸素に対しても安定性があり、また温度による粘度変化が少なく、我々の実験結果より−60℃程度の極低温から少なくとも200℃以上の超高温に至るまで広い範囲で良好な潤滑特性を発揮でき、しかも表面張力がきわめて小さいために圧粉成型された焼結軸受のような非常に狭い隙間にも素早く浸透・吸引させて含浸させることができ、焼結含油軸受に適用するには最適といえることを見出した。 The above-mentioned linear perfluoropolyether (PFPE) lubricating oil having a low oxygen content in the molecule and not having a CF 2 O repeating structure has a low vapor pressure, so that it is long in a high temperature environment of 120 ° C. or higher. Even after use over a period of time, the evaporation loss of the lubricating oil is very small. It is nonflammable and stable to oxygen, and has little viscosity change due to temperature. From our experimental results, it is good in a wide range from a very low temperature of about -60 ° C to an ultrahigh temperature of at least 200 ° C. It can exhibit lubricating properties and has a very small surface tension, so it can be impregnated by impregnating and sucking even a very narrow gap like a compacted sintered bearing. I found it to be the best.
(試験方法)
図2の表に纏めたように、本発明の実施例では、鉄:35〜45%(重量%、以下同じ)に錫:2〜7%、グラファイト:1〜3%、残部を銅とし、これに潤滑剤としてデムナムS-65を含浸させた。一方、比較例1では、焼結軸受材質が錫8〜11%と残部を銅とし、これにフォンブリンを含浸させた。比較例2では鉄:35〜45%、錫:2〜7%、グラファイト:1〜3%、残部:銅とし、これに潤滑剤としてフォンブリンを含浸させた。さらに比較例3では、焼結軸受材質が錫:8〜11%、残部:銅とし、これに潤滑剤としてデムナムS-65を含浸させた。
(Test method)
As summarized in the table of FIG. 2, in the examples of the present invention, iron: 35 to 45% (weight%, the same applies hereinafter), tin: 2 to 7%, graphite: 1 to 3%, and the balance copper. This was impregnated with demnum S-65 as a lubricant. On the other hand, in Comparative Example 1, the sintered bearing material was 8 to 11% tin and the balance was copper, and this was impregnated with fomblin. In Comparative Example 2, iron: 35-45%, tin: 2-7%, graphite: 1-3%, balance: copper, and impregnated with fomblin as a lubricant. Furthermore, in Comparative Example 3, the sintered bearing material was tin: 8 to 11% and the balance: copper, and this was impregnated with demnum S-65 as a lubricant.
〔試験1〕耐熱性試験
耐熱性試験では、各焼結含油軸受(実施例、比較例1,2, 3)の試験片を、200℃の高温環境下に放置して、2,000時間経過後の外径寸法を試験前の外径寸法と比較して膨張率を求めることにより変化を測定した。
〔試験2〕高温耐摩耗試験
高温耐摩耗試験では、各焼結含油軸受(実施例、比較例1,2, 3)の試験片
試験片寸法:内径φ6×外径φ12×長さ4mm
シャフト仕様:材質 S45C、寸法φ6×長さ80mm、クリアランス20μm
シャフト回転数: 3,000rpm
軸受側圧荷重: 49N
軸受内径面圧: 2.2MPa
を、200℃の高温環境下にて、軸受試験片に側圧荷重を加えた状態でシャフトの回転試験を実施した。
試験開始より24時間経過後における軸受内径の真円度を摩耗の進行した深さの指標とすることにより、耐摩耗性の程度を判断した。
[Test 1] Heat resistance test In the heat resistance test, the specimens of the respective sintered oil-impregnated bearings (Examples, Comparative Examples 1, 2, and 3) were left in a high temperature environment of 200 ° C. for 2,000 hours. The change was measured by comparing the subsequent outer diameter with the outer diameter before the test to determine the coefficient of expansion.
[Test 2] High-temperature wear resistance test In the high-temperature wear resistance test, test pieces of each sintered oil-impregnated bearing (Example, Comparative Examples 1, 2, and 3) Specimen dimensions: Inner diameter φ6 x Outer diameter φ12 x
Shaft specifications: Material S45C, dimension φ6 x length 80mm, clearance 20μm
Shaft speed: 3,000rpm
Bearing side pressure load: 49N
Bearing inner surface pressure: 2.2MPa
A shaft rotation test was conducted in a high temperature environment of 200 ° C. with a lateral pressure applied to the bearing test piece.
The degree of wear resistance was determined by using the roundness of the inner diameter of the bearing after 24 hours from the start of the test as an indicator of the depth of wear.
(試験結果)
図2の表に示したように、各軸受試験片について各種の試験をおこなった結果によれば、 比較例1では、試験1(耐熱性)では○(良好)であるが試験2(耐摩耗性)では△(不十分)の結果であった。高温放置では著しい腐蝕は発生しないものの、耐摩耗性試験では材質強度が不十分であるために摩耗が進行することがわかった。
比較例2では、試験1(耐熱性)も、また試験2(耐摩耗性)についても×(不良)であった。高温で放置しているだけで含浸油が分解するため、軸受材が腐蝕し、原型をとどめない状態となった。また高温での耐摩耗性が大きく劣る原因も同様と考えられる。
(Test results)
As shown in the table of FIG. 2, according to the results of various tests performed on each bearing test piece, in Comparative Example 1, Test 1 (heat resistance) is ○ (good), but Test 2 (wear resistance) The result was Δ (insufficient). Although significant corrosion does not occur when left at high temperatures, it has been found in the wear resistance test that wear proceeds due to insufficient material strength.
In Comparative Example 2, Test 1 (heat resistance) and Test 2 (wear resistance) were x (defect). Since the impregnated oil decomposes only by leaving it at high temperature, the bearing material is corroded, and the original model cannot be retained. The same reason is considered to be the reason why the wear resistance at high temperatures is greatly inferior.
比較例3では、試験1(耐熱性)は○(良好)であるが試験2(耐摩耗性)では△(不十分)の結果であった。この場合、比較例1と同様に高温放置では腐蝕は進行しない。しかし耐摩耗性では材質の強度不足から摩耗が進行するが、分解に対する耐性がある分、比較例1に比べて摩耗量は少ない。
一方、本発明の実施例では試験1(耐熱性)および試験2(耐摩耗性)共に○(良好)であり、200℃での耐熱性および耐摩耗性が共に良好であることを確認した。
なお、本発明の実施例において焼結軸受内に含浸させた直鎖型のパーフルオロポリエーテル潤滑油の動粘度については10 mm2/s〜500 mm2/sの範囲のものを使用した。
In Comparative Example 3, Test 1 (heat resistance) was ○ (good), but Test 2 (wear resistance) was Δ (insufficient). In this case, as in Comparative Example 1, the corrosion does not proceed when left at a high temperature. However, in the wear resistance, the wear proceeds due to insufficient strength of the material, but the wear amount is smaller than that of Comparative Example 1 due to the resistance to decomposition.
On the other hand, in the examples of the present invention, both test 1 (heat resistance) and test 2 (wear resistance) were ○ (good), and it was confirmed that both heat resistance and wear resistance at 200 ° C. were good.
In the examples of the present invention, the kinematic viscosity of the linear perfluoropolyether lubricating oil impregnated in the sintered bearing was in the range of 10 mm 2 / s to 500 mm 2 / s.
また、上記した本発明の実施例、および比較例1〜3の試験1(耐熱性)での耐熱性試験を経過時間毎に観察して軸受外径膨張率を計測した結果を図3に示す(なお図3では本実施例と比較例3とが略同一の軌跡にてあらわされている)。本発明の実施例に係る焼結含油軸受では十分な高温耐熱性を有しており、比較例1および3の場合も略これに近い耐熱性を有するが、比較例2の焼結含油軸受では500時間を超えたあたりから外径寸法の膨張が激しくなる。 Moreover, the result of having observed the heat resistance test in the Example of this invention mentioned above and the test 1 (heat resistance) of Comparative Examples 1-3 for every elapsed time, and having measured the bearing outer-diameter expansion coefficient is shown in FIG. (In FIG. 3, the present embodiment and comparative example 3 are represented by substantially the same locus). The sintered oil-impregnated bearing according to the example of the present invention has sufficient high-temperature heat resistance, and Comparative Examples 1 and 3 also have heat resistance substantially similar to this, but the sintered oil-impregnated bearing of Comparative Example 2 The expansion of the outer diameter becomes severe from around 500 hours.
以上のように、本実施例に係る焼結含油軸受では、比較例1〜2に係る焼結含油軸受と比較して、フッ素系潤滑油の分解が大幅に抑制されていることがわかる。また比較例3に係る焼結含油軸受と比較して、強度および潤滑性が向上したことから耐摩耗性が大幅に改善されていることがわかる。特に、本実施例に係る焼結含油軸受では、含浸した潤滑油がCF2Oの繰り返し構造を持たないためにO-C-O接続部が存在せず、そのためにC-Oの結合が軸受表面に露出しない。そのために180℃を超える超高温雰囲気下でのモータの使用でもルイス酸触媒の作用による分解が抑制されていることがわかる。 As described above, it can be seen that in the sintered oil-impregnated bearing according to this example, the decomposition of the fluorine-based lubricating oil is greatly suppressed as compared with the sintered oil-impregnated bearings according to Comparative Examples 1 and 2. It can also be seen that the wear resistance is greatly improved because the strength and lubricity are improved as compared with the sintered oil-impregnated bearing according to Comparative Example 3. In particular, in the sintered oil-impregnated bearing according to the present embodiment, since the impregnated lubricating oil does not have a CF 2 O repeating structure, there is no OCO connecting portion, and therefore no CO bond is exposed on the bearing surface. Therefore, it can be seen that even when the motor is used in an ultra-high temperature atmosphere exceeding 180 ° C., the decomposition due to the action of the Lewis acid catalyst is suppressed.
Claims (4)
The sintered oil-impregnated bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein graphite is contained in the sintered bearing material in a range of 0.1 to 10% by weight.
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|---|---|---|---|---|
| JP2019100360A (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-24 | マブチモーター株式会社 | Oil bearing, method for manufacturing the same, and motor assembly |
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