JP2019207030A - Sintered bearing and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、焼結軸受、焼結軸受の製造方法、焼結軸受装置、回転装置、及び焼結体に関する。 The present disclosure relates to a sintered bearing, a method for manufacturing a sintered bearing, a sintered bearing device, a rotating device, and a sintered body.
回転軸を支持する軸受として、粉末冶金技術による焼結軸受が知られている。焼結軸受の一例である焼結含油軸受は、焼結体の気孔に潤滑油を含浸させ、自己潤滑性を持たせたすべり軸受けである。無給油で長時間使用できるという利点により、家電、ＯＡ機器、自動車等の分野で広く使用されている。 As a bearing for supporting a rotating shaft, a sintered bearing by powder metallurgy technology is known. A sintered oil-impregnated bearing, which is an example of a sintered bearing, is a sliding bearing in which pores of a sintered body are impregnated with a lubricating oil to provide self-lubricating properties. Due to the advantage that it can be used for a long time without lubrication, it is widely used in the fields of home appliances, OA equipment, automobiles and the like.
焼結含油軸受として、例えば、鋼鉄裏面金属と、前記鋼鉄裏面金属に焼結と同時に接合され、銅１０〜３０重量部、残りが鉄からなった鉄系焼結合金層とを含む滑りベアリング（特許文献１）、焼結合金の全体組成が、質量比で、Ｃｕ：２．０〜９．０％、Ｃ：１．５〜３．７％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる鉄系焼結軸受（特許文献２）等が知られている。 As a sintered oil-impregnated bearing, for example, a sliding bearing including a steel back metal and an iron-based sintered alloy layer which is joined to the steel back metal simultaneously with sintering and 10 to 30 parts by weight of copper and the rest is made of iron. Patent Document 1), the total composition of the sintered alloy is, by mass ratio, Cu: 2.0-9.0%, C: 1.5-3.7%, balance: Fe and iron-based firing composed of inevitable impurities A solid bearing (Patent Document 2) and the like are known.
本開示は、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を示す焼結軸受及びその製造方法を提供する。また、本開示は、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を示す焼結軸受装置及び回転装置を提供する。さらに、本開示は、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を示す焼結軸受用の焼結体を提供する。 The present disclosure provides a sintered bearing that exhibits excellent life characteristics under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure, and a method for manufacturing the same. The present disclosure also provides a sintered bearing device and a rotating device that exhibit excellent life characteristics under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure. Furthermore, the present disclosure provides a sintered body for a sintered bearing that exhibits excellent life characteristics under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure.
本発明には様々な実施形態が含まれる。実施形態の例を以下に列挙する。本発明は以下の実施形態に限定されない。 The present invention includes various embodiments. Examples of embodiments are listed below. The present invention is not limited to the following embodiments.
一実施形態は、回転軸を支持させ、該回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である、焼結軸受に関する。 One embodiment relates to a sintered bearing in which the rate of change in the porosity of the inner diameter surface after supporting the rotating shaft and rotating the rotating shaft for 3 hours is 55% or less.
他の一実施形態は、金属基地と、該金属基地に分散し、かつ、該金属基地より硬い硬質相とを有する金属組織を呈する、焼結軸受に関する。 Another embodiment relates to a sintered bearing that exhibits a metal structure having a metal matrix and a hard phase that is dispersed in the metal matrix and harder than the metal matrix.
好ましい一実施形態によれば、前記金属基地と前記硬質相の硬さの差は、２９０〜６５０ＨＶである。 According to a preferred embodiment, the difference in hardness between the metal matrix and the hard phase is 290 to 650 HV.
好ましい一実施形態によれば、前記硬質相の平均径は、５〜１００μｍである。 According to a preferred embodiment, the hard phase has an average diameter of 5 to 100 μm.
好ましい一実施形態によれば、前記金属基地は、パーライト相及びフェライト相を含む鉄基地である。 According to a preferred embodiment, the metal matrix is an iron matrix including a pearlite phase and a ferrite phase.
好ましい一実施形態によれば、前記硬質相は、硬質材料を含有し、該硬質材料が、モリブデン珪化物、モリブデン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、及びタングステン炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。 According to a preferred embodiment, the hard phase contains a hard material, and the hard material is at least one selected from the group consisting of molybdenum silicide, molybdenum carbide, chromium carbide, vanadium carbide, and tungsten carbide. including.
好ましい一実施形態によれば、前記硬質相の含有量は、焼結体の質量を基準として６．０〜１９質量％である。 According to a preferred embodiment, the content of the hard phase is 6.0 to 19% by mass based on the mass of the sintered body.
好ましい一実施形態によれば、焼結体の断面における前記硬質相の面積比率は、５〜２０％である。 According to a preferred embodiment, the area ratio of the hard phase in the cross section of the sintered body is 5 to 20%.
好ましい一実施形態によれば、焼結体の組成は、前記硬質相を除いた合計を１００質量％としたとき、１．０〜１３質量％の銅と、０．５〜５．５質量％の炭素と、残部である鉄及び不可避不純物とからなる。 According to a preferred embodiment, the composition of the sintered body is 1.0 to 13% by mass of copper and 0.5 to 5.5% by mass when the total excluding the hard phase is 100% by mass. And the balance of iron and inevitable impurities.
好ましい一実施形態によれば、前記いずれかの焼結軸受は、潤滑油を含む。 According to a preferred embodiment, any of the sintered bearings includes a lubricating oil.
好ましい一実施形態によれば、前記いずれかの焼結軸受は、高周速及び／又は高面圧用である。 According to a preferred embodiment, any one of the sintered bearings is for high peripheral speed and / or high surface pressure.
他の一実施形態は、前記いずれかの焼結軸受を製造する方法であって、金属粉末と硬質材料粉末とを含有する混合粉末を用意すること、前記混合粉末を圧縮成形し、成形体を得ること、前記成形体を加熱し、焼結体を得ること、を含む、焼結軸受の製造方法に関する。 Another embodiment is a method for producing any one of the above sintered bearings, comprising preparing a mixed powder containing a metal powder and a hard material powder, compressing the mixed powder, and forming a molded body. It is related with the manufacturing method of a sintered bearing including obtaining, heating the said molded object, and obtaining a sintered compact.
他の一実施形態は、前記いずれかの焼結軸受と、該焼結軸受を支持するハウジングとを有する、焼結軸受装置に関する。 Another embodiment relates to a sintered bearing device including any one of the sintered bearings and a housing that supports the sintered bearing.
他の一実施形態は、回転軸と、該回転軸を支持する前記いずれかの焼結軸受とを有する、回転装置に関する。 Another embodiment relates to a rotating device having a rotating shaft and any one of the sintered bearings supporting the rotating shaft.
他の一実施形態は、焼結軸受と、該焼結軸受を支持するハウジングとを有し、前記焼結軸受は、回転軸を支持させ、該回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である、焼結軸受装置に関する。 Another embodiment has a sintered bearing and a housing that supports the sintered bearing, and the sintered bearing supports the rotating shaft, and the inner diameter surface after rotating the rotating shaft for 3 hours. This relates to a sintered bearing device having a porosity change rate of 55% or less.
他の一実施形態は、回転軸と該回転軸を支持する焼結軸受とを有し、前記焼結軸受は、前記回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である、回転装置に関する。 Another embodiment has a rotating shaft and a sintered bearing that supports the rotating shaft, and the sintered bearing has a change rate of the porosity of the inner diameter surface after rotating the rotating shaft for 3 hours. The present invention relates to a rotating device that is 55% or less.
他の一実施形態は、前記いずれかの焼結軸受を得るために用いられる、焼結体に関する。 Another embodiment relates to a sintered body used for obtaining any one of the sintered bearings.
本開示によれば、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を示す焼結軸受及びその製造方法が提供される。また、本開示によれば、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を示す焼結軸受装置及び回転装置が提供される。さらに、本開示によれば、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を示す焼結軸受用の焼結体が提供される。 According to the present disclosure, a sintered bearing that exhibits excellent life characteristics under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure and a method for manufacturing the same are provided. Moreover, according to this indication, the sintered bearing apparatus and rotation apparatus which show the outstanding lifetime characteristic on the conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure are provided. Furthermore, according to this indication, the sintered compact for sintered bearings which shows the outstanding life characteristic on the conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure is provided.
本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
＜焼結軸受Ａ＞
焼結軸受Ａは、回転軸を支持するために用いられる。焼結軸受Ａは、回転軸を支持できる内径面を持つ形状を有する。一実施形態において、焼結軸受Ａの形状は、中空円筒形である。円筒の内径面が軸受面となる。回転軸は、円筒の内径に挿入され、支持される。図１は、焼結軸受Ａの一実施形態を示す模式図である。（ａ）は正面模式図、（ｂ）は側面模式図、（ｃ）は斜視模式図である。図１中、１１は焼結軸受を、１２は内径面を、１３は端面を示す。
An embodiment of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following embodiments.
<Sintered bearing A>
The sintered bearing A is used to support the rotating shaft. The sintered bearing A has a shape having an inner diameter surface that can support the rotating shaft. In one embodiment, the shape of the sintered bearing A is a hollow cylindrical shape. The inner diameter surface of the cylinder becomes the bearing surface. The rotating shaft is inserted into and supported by the inner diameter of the cylinder. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a sintered bearing A. (A) is a schematic front view, (b) is a schematic side view, and (c) is a schematic perspective view. In FIG. 1, 11 indicates a sintered bearing, 12 indicates an inner diameter surface, and 13 indicates an end surface.
［焼結軸受Ａ１］
一実施形態によれば、焼結軸受Ａは、下記の特定を満たす。
回転軸を支持させ、該回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である。
以下、上記の特性を満たす焼結軸受を「焼結軸受Ａ１」という場合がある。焼結軸受Ａ１は、気孔を有する焼結体を有し、気孔内に潤滑油を含んでもよい。
[Sintered bearing A1]
According to one embodiment, the sintered bearing A satisfies the following specifications.
The rate of change of the porosity of the inner diameter surface after supporting the rotating shaft and rotating the rotating shaft for 3 hours is 55% or less.
Hereinafter, the sintered bearing that satisfies the above characteristics may be referred to as “sintered bearing A1”. The sintered bearing A1 has a sintered body having pores, and may contain lubricating oil in the pores.
「内径面の気孔率」は、内径面における気孔の面積の比率（％）である。「内径面の気孔率の変化率」は、回転軸を回転させる前の内径面の気孔率Ｉ（％）に対する、回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率ＩＩ（％）の比率（％）である。気孔率Ｉ（％）は、未使用の状態の焼結軸受Ａを用いて測定する。内径面の気孔率の測定方法は特に限定されず、気孔率Ｉ（％）と気孔率ＩＩ（％）を測定することが可能であり、測定値から変化率（％）を求めることができる方法であればよい。 “The porosity of the inner diameter surface” is the ratio (%) of the area of the pores on the inner diameter surface. The “rate of change in the porosity of the inner surface” is the porosity II (%) of the inner surface after rotating the rotating shaft for 3 hours with respect to the porosity I (%) of the inner surface before rotating the rotating shaft. Ratio (%). The porosity I (%) is measured using a sintered bearing A in an unused state. The method for measuring the porosity of the inner diameter surface is not particularly limited, and it is possible to measure the porosity I (%) and the porosity II (%) and obtain the change rate (%) from the measured value. If it is.
気孔率の変化率は、例えば、以下の方法に従い求めることができる。
［１］内径面の気孔率Ｉ
（１）焼結軸受Ａ１の内径面を光学顕微鏡（落射照明）にて撮影し、内径面のカラー画像１ａを得る。撮影箇所は、回転軸を支持させ、回転させたときに、回転軸と接する箇所を選択する。内径面の撮影には鏡を利用する。鏡を利用することによって、焼結軸受Ａ１を破壊することなく内径面の気孔率を測定することができる。
（２）カラー画像１ａを、画像分析ソフトウエアを用いて、白黒モノクロ画像１ｂ（グレースケール）に変換する。白黒モノクロ画像Ｉｂの濃度ヒストグラムを利用し、気孔とそれ以外の部分とに分けて二値化することができるように、濃度の閾値を決定する。使用した画像分析ソフトウエアによって、上記濃度の閾値が変わる。例えば、画像分析ソフトウエアとして三谷商事株式会社製「ＷｉｎＲＯＯＦ」を使用する場合、好ましい閾値は７０である。決定した閾値に基づき、白黒モノクロ画像１ｂを二値化し、二値化画像１ｃを得る。二値化画像１ｃから、気孔率１を求める。
（３）上記（１）及び（２）に従い、内径面の３箇所を撮影することにより求めた気孔率１を平均し、気孔率Ｉとする。
The rate of change in porosity can be determined, for example, according to the following method.
[1] Porosity I of the inner diameter surface
(1) The inner diameter surface of the sintered bearing A1 is photographed with an optical microscope (epi-illumination) to obtain a color image 1a of the inner diameter surface. As the photographing location, the location that contacts the rotational axis when the rotational shaft is supported and rotated is selected. A mirror is used for photographing the inner diameter surface. By using a mirror, the porosity of the inner diameter surface can be measured without destroying the sintered bearing A1.
(2) The color image 1a is converted into a black and white monochrome image 1b (grayscale) using image analysis software. Using the density histogram of the black and white monochrome image Ib, the density threshold value is determined so that it can be binarized by dividing into pores and other parts. Depending on the image analysis software used, the threshold value of the density changes. For example, when “WinROOF” manufactured by Mitani Corporation is used as the image analysis software, a preferable threshold is 70. Based on the determined threshold, the monochrome image 1b is binarized to obtain a binarized image 1c. A porosity 1 is obtained from the binarized image 1c.
(3) According to the above (1) and (2), the porosity 1 obtained by photographing three locations on the inner diameter surface is averaged to obtain the porosity I.
［２］摺動
焼結軸受Ａ１をハウジングに取り付けた後、焼結軸受Ａ１に、駆動装置に接続された回転軸を支持させ、回転軸を３時間回転させる。このとき、焼結軸受Ａ１と回転軸との間に生じる摩擦力から摩擦係数を測定しながら回転させてもよい。
[2] Sliding After attaching the sintered bearing A1 to the housing, the sintered bearing A1 is supported by the rotating shaft connected to the driving device, and the rotating shaft is rotated for 3 hours. At this time, you may rotate, measuring a friction coefficient from the frictional force which arises between sintering bearing A1 and a rotating shaft.
回転軸と焼結軸受Ａ１とは、回転軸の軸方向が地面に対して水平になるように、設置する。ハウジングには垂直方向の荷重を与える。また、負荷面圧は１ＭＰａとする。回転中の負荷面圧は、荷重センサーで測定し、一定に保たれるように荷重を調整する。荷重センサーとして、例えば、株式会社エー・アンド・デイ製「ＬＣ１１２２−Ｋ０５０」が挙げられる。 The rotating shaft and the sintered bearing A1 are installed so that the axial direction of the rotating shaft is horizontal to the ground. A vertical load is applied to the housing. The load surface pressure is 1 MPa. The load surface pressure during rotation is measured by a load sensor, and the load is adjusted so as to be kept constant. Examples of the load sensor include “LC1122-K050” manufactured by A & D Corporation.
測定のために使用する回転軸としては、通常、焼結軸受Ａ１と共に用いられる回転軸でよい。回転軸の材質として、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。炭素鋼が好ましく、具体的には、Ｓ４５Ｃ製の回転軸を使用できる。 The rotating shaft used for the measurement may be a rotating shaft usually used together with the sintered bearing A1. Examples of the material of the rotating shaft include carbon steel and stainless steel. Carbon steel is preferable, and specifically, a rotating shaft made of S45C can be used.
測定のために使用する回転軸の表面粗さ（Ｒｍａｘ）は０．８Ｓ以下であることが好ましい。表面粗さは、例えば、０．８Ｓである。表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：１９５２に従い測定できる。 The surface roughness (Rmax) of the rotating shaft used for measurement is preferably 0.8S or less. The surface roughness is, for example, 0.8S. The surface roughness can be measured according to JIS B 0601: 1952.
焼結軸受Ａ１の内径と回転軸径との寸法差（クリアランス）は２０〜６０μｍが好ましく、３０〜４５μｍがより好ましい。クリアランスは、例えば、４０μｍである。 The dimensional difference (clearance) between the inner diameter of the sintered bearing A1 and the rotary shaft diameter is preferably 20 to 60 μm, and more preferably 30 to 45 μm. The clearance is 40 μm, for example.
回転速度は、例えば、滑り速度１〜１０ｍ／ｓｅｃから選択されるいずれかの速度である。一実施形態において、焼結軸受Ａ１は、４〜７ｍ／ｓｅｃから選択されるいずれかの速度において、５５％以下の変化率を示すことが好ましく、５ｍ／ｓｅｃの速度において５５％以下の変化率を示すことがより好ましい。焼結軸受Ａ１を実際に使用する際の回転軸の回転速度は、特に限定されない。 The rotational speed is, for example, any speed selected from a sliding speed of 1 to 10 m / sec. In one embodiment, the sintered bearing A1 preferably exhibits a change rate of 55% or less at any speed selected from 4 to 7 m / sec, and a change rate of 55% or less at a speed of 5 m / sec. Is more preferable. The rotational speed of the rotating shaft when actually using the sintered bearing A1 is not particularly limited.
［３］内径面の気孔率ＩＩ
（１）回転軸を３時間回転させた後、焼結軸受Ａ１を取り出し、内径面の回転軸と接触していた部分から３箇所を選択し、前記［１］（１）及び（２）と同様に、内径面のカラー画像２ａを利用し、気孔率２を求める。
（２）前記［１］（３）と同様に、気孔率２の平均値を気孔率ＩＩとする。
[3] Porosity II of inner diameter surface
(1) After rotating the rotating shaft for 3 hours, the sintered bearing A1 is taken out, and three locations are selected from the portions in contact with the rotating shaft on the inner diameter surface, and the above [1] (1) and (2) Similarly, the porosity 2 is obtained using the color image 2a of the inner diameter surface.
(2) Similarly to [1] and (3) above, the average value of porosity 2 is defined as porosity II.
［４］内径面の気孔率の変化率
下記式により、気孔率の変化率を求める。
気孔率の変化率（％）＝
（気孔率Ｉ−気孔率ＩＩ）／気孔率Ｉ×１００
[4] Rate of change in porosity of inner diameter surface The rate of change in porosity is determined by the following equation.
Rate of change in porosity (%) =
(Porosity I-Porosity II) / Porosity I × 100
光学顕微鏡として、例えば、株式会社ニコン製「ＥＣＬＩＰＳＥ」を使用できる。光量は、焼結体に含まれる気孔と、それ以外の部分とを区別して観察できる光量とする。撮影倍率は、例えば１，０００倍とする。 For example, “ECLIPSE” manufactured by Nikon Corporation can be used as the optical microscope. The amount of light is the amount of light that can be observed by distinguishing pores contained in the sintered body from other portions. The shooting magnification is, for example, 1,000 times.
具体的な撮影方法は、例えば、次のとおりである。まず、円柱形の金属棒を、金属棒の長さ方向に対し４５℃となる角度で切断する。切断面を、表面に酸化皮膜が無く、かつ、表面粗さ（Ｒｚ）が５０μｍ以下なるように鏡面加工する。金属棒の切断面とは反対側の端面と、金属棒の長さ方向との間の角度は９０℃であることが好ましい。図３（ａ）は、鏡面加工後の金属棒の側面模式図であり、３２は金属棒を示す。金属棒の長さ方向に対する切断面の角度αは４５℃である。金属棒の材料は特に限定されないが、例えば、ステンレス又は超硬合金が好ましい。次いで、実験台上に、金属棒を、実験台を基準として切断面を上側に、切断面とは反対側の端面を下側に向け、固定する。その後、固定した金属棒の切断面が焼結軸受Ａ１の内部に位置するように、金属棒に焼結軸受Ａ１を嵌合させ、焼結軸受Ａ１を固定する。図３（ｂ）は、金属棒の焼結軸受Ａ１を嵌合させた状態を示す側面模式図である。３１は焼結軸受を、３２は金属棒を、３３は光学顕微鏡の対物レンズの一部を、３４は実験台を示す。金属棒の直径は、焼結軸受Ａ１の内径と同じでもよく、又は、焼結軸受Ａ１の内径よりも小さくてもよい。金属棒の直径は、焼結軸受Ａ１の内径よりも小さいことが好ましく、金属棒の直径と焼結軸受Ａ１の内径の差は５０μｍ以下であることがより好ましい。顕微鏡の対物レンズを切断面に近づけ、鏡面である切断面に映った焼結軸受Ａ１の内径面を観察し、撮影する。 A specific photographing method is as follows, for example. First, a cylindrical metal bar is cut at an angle of 45 ° C. with respect to the length direction of the metal bar. The cut surface is mirror-finished so that there is no oxide film on the surface and the surface roughness (Rz) is 50 μm or less. The angle between the end surface of the metal bar opposite to the cut surface and the length direction of the metal bar is preferably 90 ° C. Fig.3 (a) is a side surface schematic diagram of the metal bar after mirror surface processing, 32 shows a metal bar. The angle α of the cut surface with respect to the length direction of the metal bar is 45 ° C. Although the material of a metal bar is not specifically limited, For example, stainless steel or a cemented carbide is preferable. Next, the metal bar is fixed on the experimental table with the cut surface facing upward and the end surface opposite to the cut surface facing downward with respect to the experimental table. Thereafter, the sintered bearing A1 is fitted to the metal rod so that the cut surface of the fixed metal rod is located inside the sintered bearing A1, and the sintered bearing A1 is fixed. FIG.3 (b) is a side surface schematic diagram which shows the state which fitted the sintered bearing A1 of the metal rod. Reference numeral 31 denotes a sintered bearing, 32 denotes a metal rod, 33 denotes a part of an objective lens of an optical microscope, and 34 denotes an experimental table. The diameter of the metal rod may be the same as the inner diameter of the sintered bearing A1, or may be smaller than the inner diameter of the sintered bearing A1. The diameter of the metal bar is preferably smaller than the inner diameter of the sintered bearing A1, and the difference between the diameter of the metal bar and the inner diameter of the sintered bearing A1 is more preferably 50 μm or less. The objective lens of the microscope is brought close to the cut surface, and the inner diameter surface of the sintered bearing A1 reflected on the cut surface which is a mirror surface is observed and photographed.
また、回転速度は、焼結軸受Ａ１の用途に応じて設定してもよい。例えば、焼結軸受Ａ１が高周速用である場合は、５ｍ／ｓｅｃの回転速度において５５％以下の変化率を示すことが好ましい。 Moreover, you may set a rotational speed according to the use of sintered bearing A1. For example, when the sintered bearing A1 is for a high peripheral speed, it is preferable to show a change rate of 55% or less at a rotational speed of 5 m / sec.
焼結軸受Ａ１の内径面の気孔率の変化率は、高周速及び／又は高面圧の条件下で優れた寿命特性を得る観点から、５５％以下であり、好ましくは５４％以下であり、より好ましくは５３％以下である。焼結軸受Ａ１の内径面の気孔率の変化率は、例えば、回転軸の摩耗を抑える観点から、好ましくは１％以上であり、より好ましくは３％以上であり、更に好ましくは５％以上である。気孔率の変化率が５５％以下であると、高周速で使用した場合にも、焼結軸受表面の変質及び酸化の高い防止効果が得られる。気孔率の変化率が１％以上であると、焼結軸受が回転軸を攻撃し、回転軸を傷つけ摩耗させることを効果的に防止できる。 The rate of change of the porosity of the inner diameter surface of the sintered bearing A1 is 55% or less, preferably 54% or less, from the viewpoint of obtaining excellent life characteristics under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure. More preferably, it is 53% or less. The rate of change in the porosity of the inner diameter surface of the sintered bearing A1 is preferably 1% or more, more preferably 3% or more, and further preferably 5% or more from the viewpoint of suppressing wear of the rotating shaft. is there. When the porosity change rate is 55% or less, even when used at a high peripheral speed, the effect of preventing deterioration of the sintered bearing surface and high oxidation can be obtained. When the change rate of the porosity is 1% or more, it is possible to effectively prevent the sintered bearing from attacking and damaging the rotating shaft.
焼結軸受Ａ１は、気孔内には潤滑油を含んでもよい。一実施形態によれば、焼結体は、少なくとも、金属基地と、該金属基地に分散し、かつ、該金属基地より硬い硬質相とを有する金属組織を呈する。金属基地と、該金属基地に分散し、かつ、該金属基地より硬い硬質相とを有する金属組織を呈する焼結体の詳細については、後述する。 The sintered bearing A1 may contain lubricating oil in the pores. According to one embodiment, the sintered body exhibits a metal structure having at least a metal matrix and a hard phase dispersed in the metal matrix and harder than the metal matrix. The details of the sintered body exhibiting a metal structure having a metal matrix and a hard phase that is dispersed in the metal matrix and harder than the metal matrix will be described later.
［焼結軸受Ａ２］
一実施形態によれば、焼結軸受は、少なくとも、金属基地と、該金属基地に分散し、かつ、該金属基地より硬い硬質相とを有する金属組織を呈する。硬質相は、金属基地中に均一に分散していることが好ましい。以下、該焼結軸受を「焼結軸受Ａ２」という場合がある。焼結軸受Ａ２は、気孔を有する焼結体を有し、気孔内に潤滑油を含んでもよい。焼結体は前記金属組織を呈する。焼結軸受Ａ２は、回転軸を支持させ、３時間回転させた後、内径面の気孔率の変化率が５５％以下であることが好ましい。内径面の気孔率の変化率の詳細については、上述のとおりである。
[Sintered bearing A2]
According to one embodiment, the sintered bearing exhibits a metal structure having at least a metal matrix and a hard phase dispersed in the metal matrix and harder than the metal matrix. The hard phase is preferably uniformly dispersed in the metal matrix. Hereinafter, the sintered bearing may be referred to as “sintered bearing A2”. The sintered bearing A2 has a sintered body having pores, and may contain lubricating oil in the pores. The sintered body exhibits the metal structure. The sintered bearing A2 preferably supports the rotating shaft and rotates for 3 hours, and then the rate of change in the porosity of the inner diameter surface is 55% or less. The details of the change rate of the porosity of the inner diameter surface are as described above.
（金属組織）
金属組織は、金属基地と、該金属基地に分散し、かつ、該金属基地より硬い硬質相とを少なくとも有する。金属基地は鉄基地であることが好ましい。鉄基地はフェライト相を含むことが好ましい。更に、金属基地には、銅相及び炭素相が分散されていてもよい。炭素相は遊離黒鉛相であることが好ましい。金属基地と硬質相との硬さの比較は、硬質相と、該硬質相に接するその他の相、例えばフェライト相を用いて行うことができる。図２は、焼結体の断面の一実施形態を示す模式図である。図２中、２１は鉄基地、２２は硬質相、２３は気孔、２４は銅相、２５は遊離黒鉛相を示す。２６は、内径面である。
(Metal structure)
The metal structure has at least a metal matrix and a hard phase dispersed in the metal matrix and harder than the metal matrix. The metal base is preferably an iron base. The iron base preferably contains a ferrite phase. Furthermore, the copper phase and the carbon phase may be dispersed in the metal matrix. The carbon phase is preferably a free graphite phase. The hardness comparison between the metal matrix and the hard phase can be performed using the hard phase and another phase in contact with the hard phase, for example, a ferrite phase. FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a cross section of the sintered body. In FIG. 2, 21 is an iron base, 22 is a hard phase, 23 is a pore, 24 is a copper phase, and 25 is a free graphite phase. Reference numeral 26 denotes an inner diameter surface.
一般的に、焼結軸受にはなじみ性が求められるために、焼結軸受には軟質な金属基地が使用されている。一方、焼結軸受を高周速及び／又は高面圧の条件下で使用すると、金属基地が塑性流動を起こす場合がある。塑性流動を起こすと焼結軸受は焼き付きが発生しやすくなる傾向がある。これを防ぐために、金属基地の硬さを大きくすることが考えられるが、逆に、硬さを大きくすると回転軸への攻撃性が高くなり、回転軸の摩耗が引き起こされることが懸念される。これに対し、金属基地に硬質相を分散させることによって、焼結軸受の回転軸への攻撃性を低く保ったまま、塑性流動を抑制することが可能となると考えられる。これによって、焼結軸受Ａ２は、高周速及び／又は高面圧の条件下で使用した場合に、優れた寿命特性を示す。 In general, since the compatibility of the sintered bearing is required, a soft metal base is used for the sintered bearing. On the other hand, when a sintered bearing is used under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure, the metal matrix may cause plastic flow. When plastic flow occurs, sintered bearings tend to be seized. In order to prevent this, it is conceivable to increase the hardness of the metal base, but conversely, if the hardness is increased, there is a concern that the aggressiveness to the rotating shaft increases and wear of the rotating shaft is caused. On the other hand, it is considered that by dispersing the hard phase in the metal matrix, it is possible to suppress the plastic flow while keeping the aggressiveness to the rotating shaft of the sintered bearing low. As a result, the sintered bearing A2 exhibits excellent life characteristics when used under conditions of high peripheral speed and / or high surface pressure.
金属基地及び硬質相の硬さは、例えば、ビッカース硬さ試験により測定できる。ビッカース硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に規定されている方法に従えばよい。測定は、焼結体の断面を用いて行うことができる。断面を得る方法として、焼結体を、軸方向に沿って任意の箇所で切断し、鏡面研磨した後、ナイタール液で腐食する方法が挙げられる。また、測定には、例えば、硬質相と、それに接する基地相を用いることができる。測定は、空洞である気孔の影響を受けにくい箇所を選択して行うことが好ましい。図２中に、測定箇所の組み合わせの一例を示す。２７は、金属基地の測定箇所であり、２８は、硬質相の測定箇所である。金属基地が、フェライト相、パーライト相等の複数の相を含む場合は、硬質相と、断面の金属基地に含まれる最も面積の広い相とから測定箇所を選択し、比較すればよい。
金属基地と硬質相の硬さの差は、焼結体の断面の５箇所でビッカース硬さの差（ビッカース硬さの差（ＨＶ）＝硬質相のビッカース硬さ（ＨＶ）−金属基地のビッカース硬さ（ＨＶ））を求め、得られたビッカース硬さの差（５箇所の差）を平均して求めることができる。
The hardness of the metal matrix and the hard phase can be measured by, for example, a Vickers hardness test. The Vickers hardness test may be performed according to the method defined in JIS Z 2244: 2009. The measurement can be performed using a cross section of the sintered body. As a method for obtaining the cross section, there is a method in which the sintered body is cut at an arbitrary position along the axial direction, mirror-polished, and then corroded with a nital solution. For the measurement, for example, a hard phase and a base phase in contact with the hard phase can be used. The measurement is preferably performed by selecting a portion that is not easily affected by pores that are cavities. In FIG. 2, an example of the combination of a measurement location is shown. 27 is a measurement location of the metal base, and 28 is a measurement location of the hard phase. When the metal base includes a plurality of phases such as a ferrite phase and a pearlite phase, a measurement point may be selected from the hard phase and the phase with the widest area included in the metal base of the cross section and compared.
The difference in hardness between the metal matrix and the hard phase is the difference in Vickers hardness (Vickers hardness difference (HV) = Vickers hardness of the hard phase (HV) −Vickers of the metal matrix) at five points in the cross section of the sintered body. (Hardness (HV)) can be obtained, and the obtained Vickers hardness difference (5 differences) can be obtained by averaging.
金属基地と硬質相の硬さの差が、２９０ＨＶ以上であると、塑性流動の高い防止効果が得られやすい。そのため、金属基地と硬質相の硬さの差は、２９０ＨＶ以上であることが好ましく、３００ＨＶ以上であることが好ましく、３１０ＨＶ以上であることが更に好ましい。一方、金属基地と硬質相の硬さの差が６５０ＨＶを超えると、焼結軸受Ａ２が回転軸を攻撃し、回転軸の摩耗を引き起こす傾向がある。金属基地と硬質相の硬さの差は、６５０ＨＶ以下であることが好ましく、６４０ＨＶ以下であることが好ましく、６３０ＨＶ以下であることが更に好ましい。 When the difference in hardness between the metal matrix and the hard phase is 290 HV or more, it is easy to obtain an effect of preventing high plastic flow. Therefore, the difference in hardness between the metal matrix and the hard phase is preferably 290 HV or more, preferably 300 HV or more, and more preferably 310 HV or more. On the other hand, when the difference in hardness between the metal matrix and the hard phase exceeds 650 HV, the sintered bearing A2 tends to attack the rotating shaft and cause wear of the rotating shaft. The difference in hardness between the metal matrix and the hard phase is preferably 650 HV or less, preferably 640 HV or less, and more preferably 630 HV or less.
（硬質相）
焼結軸受Ａ２の断面における硬質相の面積比率は、５％以上であることが好ましく、７％以上であることがより好ましく、９％以上であることが更に好ましい。５％以上の場合、良好な摺動特性が得られる傾向がある。また、焼結軸受Ａ２の断面における硬質相の面積比率は、２０％以下であることが好ましく、１８％以下であることがより好ましく、１５％以下であることが更に好ましい。２０％以下の場合、摩耗量の十分な低減効果が得られやすい。
(Hard phase)
The area ratio of the hard phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 5% or more, more preferably 7% or more, and further preferably 9% or more. When it is 5% or more, good sliding characteristics tend to be obtained. The area ratio of the hard phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 20% or less, more preferably 18% or less, and further preferably 15% or less. When it is 20% or less, it is easy to obtain a sufficient reduction effect of the amount of wear.
硬質相の面積比率の測定方法は、特に限定されない。例えば、以下の方法により測定できる。以下の方法では、焼結軸受Ａ２が潤滑油を含有する場合は、潤滑油を除去した後の焼結体を用いて測定する。又は、潤滑油を含有させる前の焼結体を用いて測定を行うことも可能である。 The method for measuring the area ratio of the hard phase is not particularly limited. For example, it can be measured by the following method. In the following method, when sintered bearing A2 contains lubricating oil, it measures using the sintered compact after removing lubricating oil. Or it is also possible to measure using the sintered compact before containing lubricating oil.
（１）焼結軸受Ａ２を、軸方向に沿って任意の箇所で切断する。
（２）焼結軸受Ａ２の断面の任意の箇所について、電子線マイクロアナライザー（例えば、株式会社島津製作所製「ＥＰＭＡ１６００」）により元素分析画像を得る。測定は、波長分散型分光器（ＷＤＳ）方式で行う。測定条件は、例えば、加速電圧は１５ｋＶ、試料電流は１００ｎＡ、メジャーリングタイムは５ｍ・ｓｅｃ、エリアサイズは６０４×４５４μｍとすることができる。また、元素分析画像は、例えば倍率５００倍の画像とできる。
（３）元素分析画像を、硬質相とそれ以外の部分を分けて特定できるように二値化し、二値化画像を用いて硬質相の面積比率（％）を求める。二値化に用いる画像分析ソフトウエアとしては、市販のソフトウエアを使用できる。例えば、三谷商事株式会社製「ＷｉｎＲＯＯＦ」を使用できる。
(1) The sintered bearing A2 is cut at an arbitrary position along the axial direction.
(2) An elemental analysis image is obtained with an electron beam microanalyzer (for example, “EPMA1600” manufactured by Shimadzu Corporation) at an arbitrary position in the cross section of the sintered bearing A2. The measurement is performed by a wavelength dispersion spectrometer (WDS) method. The measurement conditions can be, for example, an acceleration voltage of 15 kV, a sample current of 100 nA, a measuring time of 5 m · sec, and an area size of 604 × 454 μm. The elemental analysis image can be an image with a magnification of 500 times, for example.
(3) The elemental analysis image is binarized so that the hard phase and other portions can be specified separately, and the area ratio (%) of the hard phase is obtained using the binarized image. Commercially available software can be used as image analysis software used for binarization. For example, “WinROOF” manufactured by Mitani Corporation can be used.
硬質相は、硬質材料として、モリブデン珪化物、モリブデン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、及びタングステン炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。好ましい実施形態において、硬質相は、合金相と合金相中に分散する硬質材料を含む。硬質材料の含有量は、硬質相の質量を基準として、４質量％以上であることが好ましい。上限は特に限定されず、例えば１００質量％であってもよい。合金相の含有量は、硬質相の質量を基準として、９６質量％以下であることが好ましい。下限は特に限定されず、例えば０質量％であってもよい。合金相は、鉄合金相であることが好ましい。より好ましい実施形態によれば、硬質相は、鉄合金相と、鉄合金相中に分散する硬質材料を含み、硬質材料が、モリブデン珪化物、モリブデン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、及びタングステン炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含有する。 The hard phase preferably contains at least one selected from the group consisting of molybdenum silicide, molybdenum carbide, chromium carbide, vanadium carbide, and tungsten carbide as the hard material. In a preferred embodiment, the hard phase comprises an alloy phase and a hard material dispersed in the alloy phase. The content of the hard material is preferably 4% by mass or more based on the mass of the hard phase. An upper limit is not specifically limited, For example, 100 mass% may be sufficient. The alloy phase content is preferably 96% by mass or less based on the mass of the hard phase. A lower limit is not specifically limited, For example, 0 mass% may be sufficient. The alloy phase is preferably an iron alloy phase. According to a more preferred embodiment, the hard phase comprises an iron alloy phase and a hard material dispersed in the iron alloy phase, the hard material comprising molybdenum silicide, molybdenum carbide, chromium carbide, vanadium carbide, and tungsten carbide. At least one selected from the group consisting of:
硬質相の含有量は、焼結体の質量を基準として、６．０質量％以上であることが好ましい。６．０％質量未満であると、硬質相の量が低く、塑性流動の防止効果が乏しい場合がある。１９質量％を超えると、硬質相の量が多くなり回転軸を摩耗させるため、１９質量％以下が好ましい。硬質相の含有量は、６．５〜１７質量％であることがより好ましく、７．０〜１５質量％であることが更に好ましい。 The content of the hard phase is preferably 6.0% by mass or more based on the mass of the sintered body. If it is less than 6.0% by mass, the amount of the hard phase may be low, and the effect of preventing plastic flow may be poor. If it exceeds 19% by mass, the amount of the hard phase is increased and the rotating shaft is worn, so 19% by mass or less is preferable. As for content of a hard phase, it is more preferable that it is 6.5-17 mass%, and it is still more preferable that it is 7.0-15 mass%.
硬質相の具体例として、以下が挙げられる。
（１）質量比でＣｒ：４〜２５％、Ｃ：０．２５〜２．４％、及び残部がＦｅ及び不可避不純物からなる硬質相
（２）質量比でＣｒ：４〜２５％、Ｃ：０．２５〜２．４％と、Ｍｏ：０．３〜３．０％、Ｖ：０．２〜２．２％の少なくとも１種以上、及び残部がＦｅ及び不可避不純物からなる硬質相
（３）質量比でＭｏ：４〜８％、Ｖ：０．５〜３％、Ｗ：４〜８％、Ｃｒ：２〜６％、Ｃ：０．６〜１．２％、及び残部がＦｅ及び不可避不純物からなる硬質相
（４）質量比でＭｏ：４〜８％、Ｖ：０．５〜３％、Ｗ：４〜８％、Ｃｒ：２〜６％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１.１％、Ｃ：０．６〜１．２％、及び残部がＦｅ及び不可避不純物からなる硬質相
（５）質量比でＳｉ：０．５〜１０％、Ｍｏ：１０〜５０％、及び残部がＦｅ及び不可避不純物からなる硬質相
（６）質量比でＳｉ：０．５〜１０％、Ｍｏ：１０〜５０％と、Ｃｒ：０．５〜１０％、Ｎｉ：０．５〜１０％、Ｍｎ：０．５〜５％の少なくとも１種以上、及び残部がＦｅ及び不可避不純物からなる硬質相
Specific examples of the hard phase include the following.
(1) Cr: 4 to 25% by mass ratio, C: 0.25 to 2.4%, and the remaining hard phase composed of Fe and inevitable impurities (2) Cr: 4 to 25% by mass ratio, C: 0.25 to 2.4%, Mo: 0.3 to 3.0%, V: 0.2 to 2.2% of at least one hard phase, and the remainder comprising Fe and inevitable impurities (3 ) Mo: 4-8% by mass, V: 0.5-3%, W: 4-8%, Cr: 2-6%, C: 0.6-1.2%, and the balance is Fe and Hard phase composed of inevitable impurities (4) Mo: 4-8%, V: 0.5-3%, W: 4-8%, Cr: 2-6%, Si: 0.5-1. 5%, Mn: 0.2 to 1.1%, C: 0.6 to 1.2%, and the hard phase consisting of Fe and inevitable impurities (5) Si: 0.5 to 10% in mass ratio , Mo: 10 to 50%, and the balance Is a hard phase (6) composed of Fe and inevitable impurities, and Si: 0.5 to 10%, Mo: 10 to 50%, Cr: 0.5 to 10%, Ni: 0.5 to 10%, Mn: Hard phase consisting of at least one or more of 0.5 to 5%, the balance being Fe and inevitable impurities
硬質相の平均径は、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、１５μｍ以上であることが更に好ましく、３０μｍ以上であることが特に好ましい。５μｍ以上の場合、内径面の塑性流動を抑制する効果が得られやすい。また、硬質相の平均径は、１５０μｍ以下であることが好ましく、１４０μｍ以下であることがより好ましく、１３０μｍ以下であることが更に好ましい。１５０μｍ以下の場合、回転軸の摩耗を抑えるという点で好ましい。 The average diameter of the hard phase is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, further preferably 15 μm or more, and particularly preferably 30 μm or more. In the case of 5 μm or more, the effect of suppressing the plastic flow on the inner diameter surface is easily obtained. The average diameter of the hard phase is preferably 150 μm or less, more preferably 140 μm or less, and further preferably 130 μm or less. When the thickness is 150 μm or less, it is preferable in terms of suppressing wear of the rotating shaft.
硬質相の平均径は、次の方法により測定できる。
（１）焼結軸受Ａ２を、軸方向に沿って任意の箇所で切断し、鏡面研磨した後、ナイタール液で腐食し、測定用の断面を得る。
（２）断面の任意の箇所を光学顕微鏡（落射照明）にて撮影し、光学顕微鏡写真（例えば、倍率２００倍）を得る。光学顕微鏡写真を、画像分析ソフトウエア（例えば、三谷商事株式会社製「ＷｉｎＲＯＯＦ」）によって画像解析して、硬質相の面積から円相当径を求める。光学顕微鏡写真から、任意の５つの硬質相を選択し、円相当径を求め、それらの平均値を硬質相の平均径とする。
The average diameter of the hard phase can be measured by the following method.
(1) The sintered bearing A2 is cut at an arbitrary position along the axial direction, mirror-polished, and then corroded with a nital solution to obtain a measurement cross section.
(2) An arbitrary portion of the cross section is photographed with an optical microscope (epi-illumination), and an optical micrograph (for example, 200 times magnification) is obtained. The optical micrograph is image-analyzed by image analysis software (for example, “WinROOF” manufactured by Mitani Corporation), and the equivalent circle diameter is determined from the area of the hard phase. Arbitrary five hard phases are selected from the optical micrograph, the equivalent circle diameter is obtained, and the average value thereof is taken as the average diameter of the hard phase.
（金属基地）
金属基地として、純鉄系、青銅系、鉄−炭素系、鉄−銅−炭素系、鉄−青銅系等の基地が挙げられる。金属基地は、好ましくは最も多く含まれる金属の含有量が９６質量％を超える基地であり、より好ましくは最も多く含まれる金属の含有量が９９質量％以上である基地である。高周速及び／又は高面圧用として良好な特性が得られることから、鉄基地が好ましい。鉄基地は、好ましくは９６質量％超の鉄元素を含有する基地であり、より好ましくは９９質量％以上の鉄元素を含有する基地である。鉄基地は、フェライト相を含むことが好ましく、更にパーライト相を含んでもよい。
(Metal base)
Examples of the metal base include bases such as pure iron, bronze, iron-carbon, iron-copper-carbon, and iron-bronze. The metal base is preferably a base in which the content of the most contained metal exceeds 96% by mass, and more preferably the base in which the content of the most contained metal is 99% by mass or more. An iron base is preferable because good characteristics can be obtained for high peripheral speed and / or high surface pressure. The iron base is preferably a base containing more than 96% by mass of iron element, more preferably a base containing 99% by mass or more of iron element. The iron base preferably contains a ferrite phase, and may further contain a pearlite phase.
一実施形態において、焼結体は、鉄系焼結体である。鉄系焼結体は、焼結体の質量を基準とし、６０質量％以上の鉄を含む焼結体であることが好ましい。鉄系焼結体は、少なくとも、フェライト相と、フェライト相に接し、かつ、フェライト相よりも硬い硬質相を有する。鉄系焼結体は、更に、パーライト相、銅相、及び炭素相を有してもよい。一実施形態において、鉄系焼結体は、フェライト相及びパーライト相を含む鉄基地と、鉄基地に分散して存在する硬質相、銅相、及び炭素相を有する。 In one embodiment, the sintered body is an iron-based sintered body. The iron-based sintered body is preferably a sintered body containing 60% by mass or more of iron based on the mass of the sintered body. The iron-based sintered body has at least a ferrite phase and a hard phase in contact with the ferrite phase and harder than the ferrite phase. The iron-based sintered body may further have a pearlite phase, a copper phase, and a carbon phase. In one embodiment, the iron-based sintered body has an iron base including a ferrite phase and a pearlite phase, and a hard phase, a copper phase, and a carbon phase that are dispersed in the iron base.
（フェライト相）
鉄系焼結体は、フェライト相を含むことが好ましい。フェライト相を含むと回転軸の摩耗を防止することができる。焼結軸受Ａ２の断面におけるフェライト相の面積比率は、３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましく、４０％以上であることが更に好ましい。３０％以上の場合、摩耗の抑制の効果が得られやすい傾向がある。また、焼結軸受Ａ２の断面におけるフェライト相の面積比率は、７０％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、６０％以下であることが更に好ましい。７０％以下の場合、良好な摺動特性が得られやすい傾向がある。フェライト相の面積比率は、硬質相と同様の方法で測定できる。
(Ferrite phase)
The iron-based sintered body preferably contains a ferrite phase. When the ferrite phase is included, it is possible to prevent the rotating shaft from being worn. The area ratio of the ferrite phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 30% or more, more preferably 35% or more, and further preferably 40% or more. When it is 30% or more, there is a tendency that an effect of suppressing wear is easily obtained. Further, the area ratio of the ferrite phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, and further preferably 60% or less. If it is 70% or less, good sliding characteristics tend to be obtained. The area ratio of the ferrite phase can be measured by the same method as that for the hard phase.
（パーライト相）
鉄基地はパーライト相を含んでもよい。パーライト相を含むと焼結軸受の強度が向上する傾向がある。鉄基地がパーライト相を含む場合、焼結軸受Ａ２の断面におけるパーライト相の面積比率は、５％以下であることが好ましい。５％以下の場合、回転軸の摩耗防止の効果が得られやすい傾向がある。パーライト相の面積比率は０％でもよい。パーライト相の面積比率は、硬質相と同様の方法で測定できる。
(Perlite phase)
The iron base may include a pearlite phase. When the pearlite phase is included, the strength of the sintered bearing tends to be improved. When the iron base includes a pearlite phase, the area ratio of the pearlite phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 5% or less. If it is 5% or less, the effect of preventing wear of the rotating shaft tends to be easily obtained. The area ratio of the pearlite phase may be 0%. The area ratio of the pearlite phase can be measured by the same method as that for the hard phase.
（銅相）
焼結体は銅相を含んでもよい。焼結体が銅相を含む場合、焼結軸受Ａ２と回転軸とのなじみ性が向上する傾向がある。
(Copper phase)
The sintered body may contain a copper phase. When a sintered compact contains a copper phase, there exists a tendency for the conformability of sintered bearing A2 and a rotating shaft to improve.
銅相は、焼結軸受Ａ２の内径面に、適度に分散していることが好ましい。焼結体は銅相を含む場合、内径面における銅相の面積比率は、８％以上であることが好ましく、９％以上であることがより好ましく、１０％以上であることが更に好ましい。８％以上の場合、摺動の初期段階で、焼結軸受Ａ２と回転軸との良好ななじみが得られる傾向がある。また、内径面における銅相の面積比率は、４０％以下であることが好ましく、３５％以下であることがより好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。４０％以下の場合、良好な焼結軸受強度が得られる傾向がある。銅相の面積比率は、内径面の気孔率Ｉと同様の方法で測定できる。 It is preferable that the copper phase is moderately dispersed on the inner diameter surface of the sintered bearing A2. When the sintered body includes a copper phase, the area ratio of the copper phase on the inner diameter surface is preferably 8% or more, more preferably 9% or more, and further preferably 10% or more. In the case of 8% or more, there is a tendency that good familiarity between the sintered bearing A2 and the rotary shaft can be obtained in the initial stage of sliding. Further, the area ratio of the copper phase on the inner diameter surface is preferably 40% or less, more preferably 35% or less, and still more preferably 30% or less. If it is 40% or less, good sintered bearing strength tends to be obtained. The area ratio of the copper phase can be measured by the same method as the porosity I of the inner diameter surface.
（炭素相）
焼結体は炭素相を含んでもよい。焼結体が炭素相を含む場合、潤滑性が向上する傾向がある。炭素相は、より良好な潤滑性を得る観点から、遊離黒鉛相であることが好ましい。
(Carbon phase)
The sintered body may contain a carbon phase. When the sintered body contains a carbon phase, lubricity tends to be improved. The carbon phase is preferably a free graphite phase from the viewpoint of obtaining better lubricity.
焼結体が炭素相を含む場合、焼結軸受Ａ２の断面における炭素相の面積比率は、０．５％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましく、２％以上であることが更に好ましい。１％以上の場合、良好な材料強度が得られる傾向がある。また、焼結軸受Ａ２の断面における炭素相の面積比率は、５％以下であることが好ましく、４．５％以下であることがより好ましく、４％以下であることが更に好ましい。４．５％以下の場合、良好な摺動特性が得られる傾向がある。炭素相の面積比率は、硬質相と同様の方法で測定できる。 When the sintered body includes a carbon phase, the area ratio of the carbon phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and 2% or more. More preferably. In the case of 1% or more, good material strength tends to be obtained. Further, the area ratio of the carbon phase in the cross section of the sintered bearing A2 is preferably 5% or less, more preferably 4.5% or less, and further preferably 4% or less. When it is 4.5% or less, good sliding characteristics tend to be obtained. The area ratio of the carbon phase can be measured by the same method as that for the hard phase.
（任意の相）
焼結体は、更に他の相を有してもよい。例えば、マルテンサイト相、ベイナイト相等が挙げられる。
(Any phase)
The sintered body may further have another phase. For example, a martensite phase, a bainite phase, etc. are mentioned.
（組成の例）
一実施形態において、焼結体の組成は、硬質相を除いた合計を１００質量％としたとき、１．０〜１３質量％の銅と、０．５〜５．５質量％の炭素と、残部である鉄及び不可避不純物とからなる。好ましくは、焼結体の組成は、硬質相を除いた合計を１００質量％としたとき、１．５〜１１質量％の銅と、１．０〜４．７質量％の炭素と、残部である鉄及び不可避不純物とからなり、より好ましくは、２．０〜９．０質量％の銅と、１．５〜３．７質量％の炭素と、残部である鉄及び不可避不純物とからなる。
(Example of composition)
In one embodiment, the composition of the sintered body is 1.0 to 13% by mass of copper, 0.5 to 5.5% by mass of carbon, when the total excluding the hard phase is 100% by mass, It consists of the balance iron and inevitable impurities. Preferably, the composition of the sintered body is 1.5 to 11% by mass of copper, 1.0 to 4.7% by mass of carbon, and the balance when the total excluding the hard phase is 100% by mass. It consists of certain iron and unavoidable impurities, more preferably 2.0 to 9.0% by mass of copper, 1.5 to 3.7% by mass of carbon, and the balance iron and unavoidable impurities.
［潤滑油］
焼結軸受Ａは、気孔内に潤滑油を含有してもよく、潤滑油を含有する焼結軸受Ａは、焼結含油軸受として好ましく使用される。潤滑油は、焼結含油軸受の用途、求められる特性等に応じて適切な種類を選択して用いればよい。潤滑油の例には、大きく分けて鉱物油と合成油の２種類が含まれる。鉱物油としては、例えばパラフィン系鉱物油及びナフテン系鉱物油がある。合成油としては、例えば、炭化水素系合成油、エステル系合成油、エーテル系合成油、及びフッ素系合成油がある。潤滑油は、合成油であることが好ましく、炭化水素系合成油、エステル系合成油、及びフッ素系合成油であることがより好ましく、フッ素系合成油であることが更に好ましい。
[Lubricant]
The sintered bearing A may contain lubricating oil in the pores, and the sintered bearing A containing lubricating oil is preferably used as a sintered oil-impregnated bearing. As the lubricating oil, an appropriate type may be selected and used according to the use of the sintered oil-impregnated bearing, required characteristics, and the like. Examples of lubricating oils are roughly divided into two types: mineral oils and synthetic oils. Examples of the mineral oil include paraffinic mineral oil and naphthenic mineral oil. Examples of synthetic oils include hydrocarbon-based synthetic oils, ester-based synthetic oils, ether-based synthetic oils, and fluorine-based synthetic oils. The lubricating oil is preferably a synthetic oil, more preferably a hydrocarbon-based synthetic oil, an ester-based synthetic oil, and a fluorine-based synthetic oil, and even more preferably a fluorine-based synthetic oil.
潤滑油の含油率は、十分な潤滑効果を得るという観点から、焼結軸受Ａの体積を基準とし、５体積％以上であることが好ましく、７体積％以上であることがより好ましく、１０体積％以上であることが更に好ましい。また、潤滑油の含油率は、焼結軸受Ａの強度を考慮し、焼結軸受Ａの体積を基準とし、２５体積％以下であることが好ましく、２４体積％以下であることがより好ましく、２３体積％以下であることが更に好ましい。潤滑油の含油率は、ＪＩＳ Ｚ ２５０１：１９７９により測定することができる。 From the viewpoint of obtaining a sufficient lubricating effect, the oil content of the lubricating oil is preferably 5% by volume or more, more preferably 7% by volume or more, based on the volume of the sintered bearing A, and 10% by volume. % Or more is more preferable. The oil content of the lubricating oil is preferably 25% by volume or less, more preferably 24% by volume or less, based on the volume of the sintered bearing A in consideration of the strength of the sintered bearing A. More preferably, it is 23 volume% or less. The oil content of the lubricating oil can be measured according to JIS Z 2501: 1979.
［用途］
焼結軸受Ａの用途として、自動車に装着する室内送風装置のファンモータ及び座席駆動用モータ、情報機器又は音響機器に搭載されるスピンドルモータ等の各種モータが挙げられる。一実施形態によれば、焼結軸受Ａは、回転軸が高周速及び／又は高面圧で回転する軸受として適している。
[Usage]
Applications of the sintered bearing A include various motors such as a fan motor and a seat driving motor of an indoor air blower mounted on an automobile, a spindle motor mounted on an information device or an acoustic device. According to one embodiment, the sintered bearing A is suitable as a bearing whose rotating shaft rotates at a high peripheral speed and / or high surface pressure.
＜焼結軸受の製造方法＞
一実施形態によれば、焼結軸受の製造方法は、金属粉末と硬質材料粉末とを含有する混合粉末を用意すること、前記混合粉末を圧縮成形し、成形体を得ること、前記成形体を加熱し、焼結体を得ること、を含む。焼結軸受の製造方法は、更に、任意の工程を含んでもよい。
<Method of manufacturing sintered bearing>
According to one embodiment, a method for manufacturing a sintered bearing includes preparing a mixed powder containing a metal powder and a hard material powder, compression-molding the mixed powder to obtain a molded body, Heating to obtain a sintered body. The method for manufacturing a sintered bearing may further include an optional step.
［混合粉末を用意する工程］
混合粉末は、少なくとも金属粉末と硬質材料粉末とを含有する。金属粉末は、鉄系粉末であることが好ましい。混合粉末は、更に、銅系粉末、炭素粉末、潤滑剤、不可避不純物等を含有してもよい。
[Process of preparing mixed powder]
The mixed powder contains at least a metal powder and a hard material powder. The metal powder is preferably an iron-based powder. The mixed powder may further contain copper-based powder, carbon powder, lubricant, unavoidable impurities, and the like.
（鉄系粉末）
鉄系粉末として、鉄粉末及び鉄合金粉末が挙げられる。鉄合金粉末は、鉄を主成分とする粉末である。鉄を主成分とする粉末は、該粉末の質量を基準として、好ましくは鉄元素を９６質量％超含有する粉末であり、より好ましくは鉄元素を９９質量％以上含有する粉末である。
(Iron-based powder)
Examples of the iron-based powder include iron powder and iron alloy powder. The iron alloy powder is a powder containing iron as a main component. The powder containing iron as a main component is preferably a powder containing more than 96% by mass of iron element, more preferably 99% by mass or more of iron element, based on the mass of the powder.
鉄系粉末の製造方法として、鉱石還元法、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、電解法、カルボニル法等が挙げられる。強度が高い成形体を得ることができるという点で、鉱石還元法により作製された鉄系粉末を用いることが好ましい。鉱石還元法により作製された鉄系粉末は、製法に由来して、粉末内部に微量のアルミニウム、珪素、マグネシウム、鉄、チタン、カルシウム等の金属酸化物を含有する。 Examples of the method for producing the iron-based powder include an ore reduction method, a water atomization method, a gas atomization method, an electrolysis method, and a carbonyl method. It is preferable to use an iron-based powder produced by an ore reduction method in that a molded body having high strength can be obtained. The iron-based powder produced by the ore reduction method is derived from the production method and contains a trace amount of metal oxide such as aluminum, silicon, magnesium, iron, titanium, and calcium inside the powder.
鉄系粉末の含有量は、焼結軸受Ａの十分な強度を得る観点から、混合粉末の全質量を基準として、６０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、８０質量％以上が更に好ましい。また、鉄系粉末の含有量は、十分な潤滑性能を得る観点から、混合粉末の全質量を基準として、９５質量％以下が好ましく、９０質量％以下がより好ましく、８５質量％以下が更に好ましい。 From the viewpoint of obtaining sufficient strength of the sintered bearing A, the content of the iron-based powder is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more based on the total mass of the mixed powder. Further preferred. Further, the content of the iron-based powder is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and still more preferably 85% by mass or less, based on the total mass of the mixed powder, from the viewpoint of obtaining sufficient lubrication performance. .
（硬質材料粉末）
硬質材料粉末は、硬質相を形成し得る粉末である。硬質材料粉末は、モリブデン珪化物、モリブデン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、及びタングステン炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。好ましい実施形態において、硬質材料粉末は、合金基地と合金基地中に分散する硬質材料を含む。硬質材料の含有量は、硬質材料粉末の質量を基準として、４質量％以上であることが好ましい。上限は特に限定されず、例えば１００質量％であってもよい。合金基地の含有量は、硬質材料粉末の質量を基準として、９６質量％以下であることが好ましい。下限は特に限定されず、例えば０質量％であってもよい。合金基地は、鉄合金基地であることが好ましい。より好ましい実施形態によれば、硬質材料粉末は、鉄合金基地と、鉄合金基地中に分散する硬質材料を含み、硬質材料が、モリブデン珪化物、モリブデン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、及びタングステン炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含有する。
(Hard material powder)
The hard material powder is a powder that can form a hard phase. The hard material powder preferably contains at least one selected from the group consisting of molybdenum silicide, molybdenum carbide, chromium carbide, vanadium carbide, and tungsten carbide. In a preferred embodiment, the hard material powder comprises an alloy matrix and a hard material dispersed in the alloy matrix. The content of the hard material is preferably 4% by mass or more based on the mass of the hard material powder. An upper limit is not specifically limited, For example, 100 mass% may be sufficient. The content of the alloy base is preferably 96% by mass or less based on the mass of the hard material powder. A lower limit is not specifically limited, For example, 0 mass% may be sufficient. The alloy base is preferably an iron alloy base. According to a more preferred embodiment, the hard material powder includes an iron alloy matrix and a hard material dispersed in the iron alloy matrix, the hard material being molybdenum silicide, molybdenum carbide, chromium carbide, vanadium carbide, and tungsten carbide. At least one selected from the group consisting of:
硬質材料粉末の平均粒径は、好ましくは５μｍ以上であり、より好ましくは１０μｍ以上であり、更に好ましくは２０μｍ以上である。また、硬質材料粉末の平均粒径は、好ましくは１５０μｍ以下であり、より好ましくは１２０μｍ以下であり、更に好ましくは１００μｍ以下である。測定には、レーザー回折散乱式の粒子径分布測定装置（例えば、マイクロトラック・ベル株式会社製「ＭＴ３３００ＥＸ ＩＩ」）を使用できる。ここでいう平均粒径とは、体積基準の粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）のことである。 The average particle diameter of the hard material powder is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The average particle size of the hard material powder is preferably 150 μm or less, more preferably 120 μm or less, and still more preferably 100 μm or less. For the measurement, a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device (for example, “MT3300EX II” manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.) can be used. The average particle diameter here means the median diameter (D50) in the volume-based particle size distribution.
硬質材料粉末の含有量は、良好な軸受強度を得る観点から、混合粉末の全質量を基準として、６．０質量％以上が好ましく、７．０質量％以上がより好ましく、８．０質量％以上が更に好ましい。また、硬質材料粉末の含有量は、良好な軸受強度を得る観点から、混合粉末の全質量を基準として、１９質量％以下が好ましく、１７質量％以下がより好ましく、１５質量％以下が更に好ましい。 The content of the hard material powder is preferably 6.0% by mass or more, more preferably 7.0% by mass or more, and 8.0% by mass based on the total mass of the mixed powder from the viewpoint of obtaining good bearing strength. The above is more preferable. Further, the content of the hard material powder is preferably 19% by mass or less, more preferably 17% by mass or less, and further preferably 15% by mass or less, based on the total mass of the mixed powder, from the viewpoint of obtaining good bearing strength. .
（銅系粉末）
混合粉末は、銅系粉末を含有してもよい。銅系粉末を含有する場合、焼結軸受と回転軸との良好ななじみ性を得ることができる傾向がある。銅系粉末は、銅を主成分とする粉末である。銅を主成分とする粉末は、該粉末の質量を基準として、好ましくは銅元素を５０質量％超含有する粉末であり、より好ましくは銅元素を８０質量％以上含有する粉末であり、更に好ましくは銅元素を９５質量％以上含有する粉末である。
(Copper powder)
The mixed powder may contain a copper-based powder. When copper-based powder is contained, there is a tendency that good conformability between the sintered bearing and the rotating shaft can be obtained. The copper-based powder is a powder containing copper as a main component. The powder composed mainly of copper is preferably a powder containing more than 50% by mass of copper element, more preferably a powder containing 80% by mass or more of copper element, and more preferably, based on the mass of the powder. Is a powder containing 95% by mass or more of copper element.
銅系粉末の含有量は、摺動の初期段階におけるなじみ性の向上の観点から、混合粉末の全質量を基準として、２．０質量％以上が好ましく、３．０質量％以上がより好ましく、３．５質量％以上が更に好ましい。また、銅系粉末の含有量は、材料強度の観点から、混合粉末の全質量を基準として、９．０質量％以下が好ましく、８．０質量％以下がより好ましく、７．０質量％以下が更に好ましい。 The content of the copper-based powder is preferably 2.0% by mass or more, more preferably 3.0% by mass or more, based on the total mass of the mixed powder, from the viewpoint of improving the conformability in the initial stage of sliding. 3.5 mass% or more is still more preferable. The content of the copper-based powder is preferably 9.0% by mass or less, more preferably 8.0% by mass or less, and 7.0% by mass or less, based on the total mass of the mixed powder, from the viewpoint of material strength. Is more preferable.
（炭素粉末）
混合粉末は、炭素粉末を含有してもよい。炭素粉末としては、例えば、黒鉛粉末、カーボンブラック、フラーレン等が挙げられる。
(Carbon powder)
The mixed powder may contain carbon powder. Examples of the carbon powder include graphite powder, carbon black, fullerene and the like.
炭素粉末の含有量は、自己潤滑性の向上の観点から、混合粉末の全質量を基準として、１．０質量％以上が好ましく、１．５質量％以上がより好ましく、２．０質量％以上が更に好ましい。また、炭素粉末の含有量は、焼結軸受の強度向上の観点から、混合粉末の全質量を基準として、５．０質量％以下が好ましく、４．５質量％以下がより好ましく、４．０質量％以下が更に好ましい。 The content of the carbon powder is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and more preferably 2.0% by mass or more based on the total mass of the mixed powder from the viewpoint of improving self-lubricity. Is more preferable. In addition, the content of the carbon powder is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 4.5% by mass or less, based on the total mass of the mixed powder, from the viewpoint of improving the strength of the sintered bearing. A mass% or less is more preferable.
（任意の粉末）
混合粉末は、任意の粉末を更に含んでいてもよい。任意の粉末として、例えば、上記以外の金属系粉末、金属酸化物、粉末潤滑剤、流動度改善剤等が挙げられる。なかでも、成形後の抜き出し圧力の低減を図るため、粉末潤滑剤を含有することが好ましい。
(Any powder)
The mixed powder may further contain any powder. Examples of the optional powder include metal powders other than those described above, metal oxides, powder lubricants, fluidity improvers, and the like. Especially, in order to reduce the extraction pressure after molding, it is preferable to contain a powder lubricant.
粉末潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸；ステアリン酸アミド、ステアリン酸ビスアミド、エチレンビスステアリン酸アミド等のアミド系潤滑剤などが挙げられる。粉末潤滑剤は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the powder lubricant include metal soaps such as zinc stearate and calcium stearate; amide-based lubricants such as stearic acid amide, stearic acid bisamide, and ethylene bis stearic acid amide. A powder lubricant may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more types.
（製造方法及び組成の例）
粉末を混合する方法は特に限定されず、例えば、Ｖ型混合機、ダブルコーン型混合機等の混合機を使用する方法が挙げられる。
(Example of production method and composition)
The method of mixing the powder is not particularly limited, and examples thereof include a method using a mixer such as a V-type mixer or a double cone type mixer.
一実施形態によれば、好ましい混合粉末として、６．０〜１９質量％の硬質材料粉末と、１．０〜１３質量％の銅系粉末と、０．５〜５．５質量％の炭素粉末と、残部である鉄系粉末、粉末潤滑剤及び不可避不純物とからなる組成物が挙げられる。好ましくは、混合粉末は、６．５〜１７質量％の硬質材料粉末と、１．５〜１１質量％の銅系粉末と、１．０〜４．７質量％の炭素粉末と、残部である鉄系粉末、粉末潤滑剤及び不可避不純物とからなり、より好ましくは、混合粉末は、７．０〜１５質量％の硬質材料粉末と、２．０〜９．０質量％の銅系粉末と、１．５〜３．７質量％の炭素粉末と、残部である鉄系粉末、粉末潤滑剤及び不可避不純物とからなる。 According to one embodiment, as a preferable mixed powder, 6.0 to 19% by mass of hard material powder, 1.0 to 13% by mass of copper-based powder, and 0.5 to 5.5% by mass of carbon powder. And the composition which consists of iron-type powder which is the remainder, a powder lubricant, and an unavoidable impurity is mentioned. Preferably, the mixed powder is 6.5 to 17% by mass of hard material powder, 1.5 to 11% by mass of copper-based powder, 1.0 to 4.7% by mass of carbon powder, and the balance. It consists of an iron-based powder, a powder lubricant, and inevitable impurities, and more preferably, the mixed powder comprises 7.0 to 15% by mass of a hard material powder, 2.0 to 9.0% by mass of a copper-based powder, It consists of 1.5 to 3.7% by mass of carbon powder and the remaining iron-based powder, powder lubricant and inevitable impurities.
［成形工程］
焼結軸受の製造方法は、前記混合粉末を圧縮成形し、成形体を得る工程を含む。成形には、例えば、型孔を有するダイ、型孔内に配置されるコアロッド、ダイの型孔とコアロッドの外周とに摺動自在に嵌合する下パンチ、及びダイの型孔とコアロッドの外周とに摺動自在に嵌合する上パンチを備えた金型を使用できる。成形圧力は、潤滑油を含浸させるため、成形体に適切な量の気孔を形成できる圧力とする。
[Molding process]
The method for manufacturing a sintered bearing includes a step of compression-molding the mixed powder to obtain a molded body. For molding, for example, a die having a die hole, a core rod disposed in the die hole, a lower punch that is slidably fitted to the die die hole and the outer periphery of the core rod, and a die die hole and the outer periphery of the core rod A die having an upper punch that can be slidably fitted to each other can be used. The molding pressure is set to a pressure at which an appropriate amount of pores can be formed in the molded body in order to impregnate the lubricating oil.
一実施形態において、成形工程は、型孔を有するダイと、型孔内に配置されるコアロッドと、ダイの型孔と前記コアロッドの外周とに摺動自在に嵌合する下パンチとから構成されるキャビティに、扁平状の銅系粉末を含有する混合粉末を充填し、混合粉末を、ダイの型孔とコアロッドの外周とに摺動自在に嵌合する上パンチと下パンチとにより圧縮成形することを含む。扁平状の銅系粉末として、例えば、銅箔粉が挙げられる。 In one embodiment, the molding step includes a die having a mold hole, a core rod disposed in the mold hole, and a lower punch that is slidably fitted to the die hole of the die and the outer periphery of the core rod. The cavity is filled with a mixed powder containing a flat copper-based powder, and the mixed powder is compression-molded by an upper punch and a lower punch that are slidably fitted into the die hole of the die and the outer periphery of the core rod. Including that. An example of the flat copper-based powder is copper foil powder.
成形工程においては、上述の混合粉末への粉末潤滑剤（内部潤滑剤）の添加に代えて、又は、粉末潤滑剤の添加と共に、金型に金型潤滑剤を塗布し、金型潤滑成形を行ってもよい。 In the molding process, instead of adding the powder lubricant (internal lubricant) to the above-mentioned mixed powder, or together with the addition of the powder lubricant, a mold lubricant is applied to the mold to perform mold lubrication molding. You may go.
［加熱工程］
焼結軸受の製造方法は、前記成形体を加熱し、焼結体を得る工程を含む。加熱によって、任意で用いられる粉末潤滑剤等が除去され（脱脂工程）、焼結が進行し、焼結体が得られる（焼結工程）。
[Heating process]
The method for manufacturing a sintered bearing includes a step of heating the molded body to obtain a sintered body. By heating, a powder lubricant or the like that is optionally used is removed (degreasing step), sintering proceeds, and a sintered body is obtained (sintering step).
焼結工程では、成形体を焼結し、焼結体を得る。好ましくは、水素と窒素の混合ガス中で加熱して焼結する。例えば、鉄系焼結体を得る場合、焼結温度が１，０００℃以上であると、焼結が進行し、焼結体の十分な強度が得られる。また、焼結温度が１，０５０℃以下であると、パーライト相の量が増えることによって鉄基地が硬くなることを防止でき、回転軸の摩耗を防ぐことができる。このため、鉄系焼結体を得る場合は、焼結温度を１，０００〜１，０５０℃とすることが好ましい。 In the sintering step, the molded body is sintered to obtain a sintered body. Preferably, the sintering is performed by heating in a mixed gas of hydrogen and nitrogen. For example, when obtaining an iron-based sintered body, if the sintering temperature is 1,000 ° C. or higher, sintering proceeds and sufficient strength of the sintered body is obtained. Moreover, when the sintering temperature is 1,050 ° C. or lower, it is possible to prevent the iron base from becoming hard due to an increase in the amount of the pearlite phase, and it is possible to prevent wear of the rotating shaft. For this reason, when obtaining an iron-type sintered compact, it is preferable that sintering temperature shall be 1,000-1050 degreeC.
［任意の工程］
焼結軸受の製造方法は、他の任意の工程を更に含んでもよい。任意の工程として、高温の焼結体を冷却すること（冷却工程）、改質のために焼結体を加熱すること（熱処理工程）、焼結体を圧縮すること（圧縮工程）、焼結体に潤滑油を含浸させること（含油工程）等が挙げられる。
[Optional process]
The method for manufacturing a sintered bearing may further include other optional steps. As optional processes, cooling a high-temperature sintered body (cooling process), heating the sintered body for modification (heat treatment process), compressing the sintered body (compression process), sintering For example, impregnation of the body with lubricating oil (oil-impregnating step) can be mentioned.
含油工程において、焼結体に潤滑油を含浸させる方法として、真空含浸法が好ましく用いられる。潤滑油としては、上述の潤滑油を使用できる。潤滑油の粘度指数は、用途に応じて適切な粘度指数を選択する。 In the oil impregnation step, a vacuum impregnation method is preferably used as a method for impregnating the sintered body with the lubricating oil. As the lubricating oil, the above-described lubricating oil can be used. As the viscosity index of the lubricating oil, an appropriate viscosity index is selected according to the application.
＜焼結軸受装置＞
［焼結軸受装置Ａ］
一実施形態によれば、焼結軸受装置Ａは、焼結軸受Ａと、焼結軸受Ａを支持するハウジングとを有する。焼結軸受Ａは、上述のとおりである。
<Sintered bearing device>
[Sintered bearing device A]
According to one embodiment, the sintered bearing device A includes a sintered bearing A and a housing that supports the sintered bearing A. The sintered bearing A is as described above.
［焼結軸受装置Ｂ］
一実施形態によれば、焼結軸受装置Ｂは、焼結軸受と、該焼結軸受を支持するハウジングとを有し、前記焼結軸受が以下の特性を満たす。
回転軸を支持させ、該回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である。
[Sintered bearing device B]
According to one embodiment, the sintered bearing device B includes a sintered bearing and a housing that supports the sintered bearing, and the sintered bearing satisfies the following characteristics.
The rate of change of the porosity of the inner diameter surface after supporting the rotating shaft and rotating the rotating shaft for 3 hours is 55% or less.
気孔率の変化率は、上述の焼結軸受Ａ１における測定方法に従い測定できる。焼結軸受装置Ｂは、焼結軸受Ｂとして、焼結軸受Ａを有することが好ましく、焼結軸受Ａ１を有することがより好ましい。 The change rate of the porosity can be measured according to the measurement method in the sintered bearing A1 described above. The sintered bearing device B preferably has a sintered bearing A as the sintered bearing B, and more preferably has a sintered bearing A1.
ハウジングは、焼結軸受を固定するために用いられ、形状及び材質は焼結軸受装置の用途に応じて定められる。 The housing is used for fixing the sintered bearing, and the shape and material are determined according to the use of the sintered bearing device.
＜回転装置＞
［回転装置Ａ］
一実施形態によれば、回転装置は、回転軸と、該回転軸を支持する焼結軸受Ａとを有する。焼結軸受Ａは、上述のとおりである。
<Rotating device>
[Rotating device A]
According to one embodiment, the rotating device includes a rotating shaft and a sintered bearing A that supports the rotating shaft. The sintered bearing A is as described above.
［回転装置Ｂ］
一実施形態によれば、回転装置は、回転軸と該回転軸を支持する焼結軸受とを有し、前記焼結軸受が、以下の特性を満たす。
回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である。
[Rotating device B]
According to an embodiment, the rotating device includes a rotating shaft and a sintered bearing that supports the rotating shaft, and the sintered bearing satisfies the following characteristics.
The rate of change in the porosity of the inner diameter surface after rotating the rotating shaft for 3 hours is 55% or less.
気孔率の変化率は、回転装置に備えられた回転軸を、該回転装置に備え付けられた状態で回転させる以外は、上述の焼結軸受Ａ１における測定方法に従い測定できる。すなわち、気孔率の変化率を測定する際の回転軸としては、回転装置Ｂが有する回転軸が使用される。回転は、回転装置の仕様に従い行うことができる。回転装置Ｂは、焼結軸受Ｂとして、焼結軸受Ａを有することが好ましく、焼結軸受Ａ１を有することがより好ましい。 The change rate of the porosity can be measured according to the measurement method in the sintered bearing A1 described above except that the rotating shaft provided in the rotating device is rotated in a state provided in the rotating device. That is, the rotating shaft of the rotating device B is used as the rotating shaft when measuring the change rate of the porosity. The rotation can be performed according to the specifications of the rotating device. The rotating device B preferably has a sintered bearing A as the sintered bearing B, and more preferably has a sintered bearing A1.
回転軸の大きさ及び材質は回転装置の用途に応じて定められる。回転軸は、好ましくは金属製であり、回転軸には、通常、溶製材が使用され、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼が挙げられる。 The size and material of the rotating shaft are determined according to the application of the rotating device. The rotating shaft is preferably made of metal, and a molten material is usually used for the rotating shaft, and examples thereof include carbon steel and stainless steel.
本発明の実施形態について実施例により具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例に限定されない。 The embodiment of the present invention will be specifically described by way of examples. Embodiments of the present invention are not limited to the following examples.
＜焼結軸受の作製＞
［実施例１］
（ａ）混合粉末の調製には下記の原料粉末を用いた。平均粒径は、レーザー回折散乱式の粒子径分布測定装置を用いて測定した、体積基準の粒度分布におけるメジアン径（Ｄ５０）である。
鉄系粉末 ：鉱石還元鉄粉、平均粒径１００μｍ、ＤＯＷＡ ＩＰクリエイション株式会社製「ＤＨＣ２５０」
硬質材料粉末：ハイス鋼粉末、平均粒径５０μｍ、三菱製鋼株式会社製「ＰＸ１６」
銅系粉末 ：銅箔粉、平均粒径５０μｍ、福田金属箔粉工業株式会社製「Ｃｕ−Ｓ−１００」
炭素粉末 ：天然黒鉛粉、平均粒径６０μｍ、日本黒鉛工業株式会社製「ＬＣＢ１５０」
粉末潤滑剤 ：ステアリン酸亜鉛、日東化成株式会社製「Ａｌ−Ｓｔ」
<Production of sintered bearing>
[Example 1]
(A) The following raw material powder was used for preparation of mixed powder. The average particle diameter is a median diameter (D50) in a volume-based particle size distribution measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus.
Iron-based powder: Ore reduced iron powder, average particle size 100 μm, “DHC250” manufactured by DOWA IP Creation Co., Ltd.
Hard material powder: High-speed steel powder, average particle size 50 μm, “PX16” manufactured by Mitsubishi Steel Corporation
Copper-based powder: Copper foil powder, average particle size 50 μm, “Cu-S-100” manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd.
Carbon powder: natural graphite powder, average particle size 60 μm, “LCB150” manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd.
Powder lubricant: Zinc stearate, “Al-St” manufactured by Nitto Kasei Co., Ltd.
上記粉末を表１に示す組成となるように配合し、混合機で混合し、混合粉末を得た。ステアリン酸亜鉛は、ステアリン酸亜鉛を除く原料粉末の合計を１００質量％としたときに、原料粉末１００質量％に対して０．５質量％の量を添加した。 The powder was blended so as to have the composition shown in Table 1, and mixed with a mixer to obtain a mixed powder. Zinc stearate was added in an amount of 0.5% by mass with respect to 100% by mass of the raw material powder when the total of the raw material powder excluding zinc stearate was 100% by mass.
（ｂ）混合粉末を金型に投入し、圧力を調整し、密度５．７５ｇ／ｃｍ３の成形体を得た。成形体の密度は、ＪＩＳ Ｚ ２５０１：１９７９に従い測定した。
（ｃ）成形体を水素ガスと窒素ガスの混合ガス中で、１，０３０℃で０．５時間加熱し、中空円筒形の焼結体を得た。
（ｄ）焼結体を、上記（ｂ）で用いた金型と同じ金型を用い、上記（ｂ）における圧力と同じ圧力で再圧縮し、円筒外径１６．０４ｍｍ、円筒内径１０．０２ｍｍ、円筒長さ１０．００ｍｍの焼結体を作製した。焼結体の密度は５．９ｇ／ｃｍ３、有効多孔率は１９％であった。焼結体の密度は、ＪＩＳ Ｚ ２５０１：２０００に従い測定した。有効多孔率は、ＪＩＳ Ｚ ２５０６：１９７９に従い測定した。
（ｅ）焼結体の気孔に潤滑油（冷凍機油、粘度指数８４）を、真空含浸法により含浸させ、気孔内に潤滑油を含有する焼結軸受を得た。含油率は、２３体積％であった。含油率は、ＪＩＳ Ｚ ２５０１：１９７９に従い測定した。
(B) The mixed powder was put into a mold, the pressure was adjusted, and a molded body having a density of 5.75 g / cm 3 was obtained. The density of the molded body was measured according to JIS Z 2501: 1979.
(C) The compact was heated in a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas at 1,030 ° C. for 0.5 hours to obtain a hollow cylindrical sintered body.
(D) Using the same mold as the mold used in (b) above, the sintered body was recompressed at the same pressure as in (b) above, and the cylinder outer diameter was 16.04 mm and the cylinder inner diameter was 10.02 mm. A sintered body having a cylindrical length of 10.00 mm was produced. The density of the sintered body was 5.9 g / cm 3 and the effective porosity was 19%. The density of the sintered body was measured according to JIS Z 2501: 2000. The effective porosity was measured according to JIS Z 2506: 1979.
(E) The pores of the sintered body were impregnated with lubricating oil (refrigerating machine oil, viscosity index 84) by a vacuum impregnation method to obtain a sintered bearing containing lubricating oil in the pores. The oil content was 23% by volume. The oil content was measured according to JIS Z 2501: 1979.
（焼結軸受の特性）
得られた焼結軸受は、フェライト相とパーライト相とを含む鉄基地と、鉄基地中に分散する硬質相と、銅相と、遊離黒鉛相とを有していた。焼結軸受の特性を、上述の説明及び以下に従い測定した。
(Characteristics of sintered bearings)
The obtained sintered bearing had an iron base including a ferrite phase and a pearlite phase, a hard phase dispersed in the iron base, a copper phase, and a free graphite phase. The properties of the sintered bearing were measured according to the above description and below.
（ａ）気孔率の変化率の測定
（１）焼結軸受の内径面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製「ＥＣＬＩＰＳＥ」、落射照明、倍率１，０００倍）にて撮影し、内径面のカラー画像Ｉａを得た。撮影時、光量の目盛は最大にし、減光フィルタＮＤ１６と、色温度変更フィルタＮＣＢ１１を使用した。撮影箇所は、焼結軸受に回転軸を支持させ、回転軸を回転させたときに、回転軸と接する箇所とした。撮影範囲は、１，０００倍の視野とした。
(A) Measurement of porosity change rate (1) The inner diameter surface of the sintered bearing was photographed with an optical microscope ("ECLIPSE" manufactured by Nikon Corporation, epi-illumination, magnification 1,000 times), and a color image of the inner diameter surface. Ia was obtained. At the time of photographing, the scale of the light amount was maximized, and the neutral density filter ND16 and the color temperature changing filter NCB11 were used. The shooting location was a location that contacted the rotating shaft when the rotating shaft was supported by the sintered bearing and the rotating shaft was rotated. The shooting range was a 1,000 × field of view.
（２）カラー画像Ｉａを、画像分析ソフトウエア（三谷商事株式会社製「ＷｉｎＲＯＯＦ」）を用いて、白黒モノクロ画像Ｉｂ（グレースケール）に変換した。白黒モノクロ画像Ｉｂの濃度ヒストグラムを利用し、気孔とそれ以外の部分とに分けて二値化することができるように、濃度の閾値を２５５階調中の０〜７０階調に決定した。閾値０〜７０階調に基づき、白黒モノクロ画像Ｉｂを二値化し、二値化画像Ｉｃを得た。二値化画像Ｉｃから、気孔率Ｉを求めた。 (2) The color image Ia was converted into a black and white monochrome image Ib (grayscale) using image analysis software (“WinROOF” manufactured by Mitani Corporation). Using the density histogram of the black-and-white monochrome image Ib, the density threshold value was determined to be 0 to 70 gradations out of 255 gradations so that it can be binarized by dividing into pores and other parts. Based on the threshold 0-70 gradation, the monochrome monochrome image Ib was binarized to obtain a binarized image Ic. The porosity I was determined from the binarized image Ic.
（３）焼結軸受をハウジング（真鍮製）に圧入し、焼結軸受に、軸受試験機に取り付けた回転軸（軸受試験機：千穂田精衡株式会社製「４連高速軸受試験機」、回転軸（シャフト）：Ｓ４５Ｃ製、直径９．９８０ｍｍ×長さ８０ｍｍ）を支持させた。クリアランスは４０μｍであった。シャフトと焼結軸受とは、シャフトの軸方向が地面に対して水平になるように設置した。ハウジングには垂直方向の荷重（１ＭＰａ）を加えた。室温（２５℃）で回転軸を３時間回転させた。回転の条件は、滑り速度５ｍ／ｓｅｃとした。 (3) A rotary shaft in which a sintered bearing is press-fitted into a housing (made of brass) and attached to the bearing tester on the sintered bearing (Bearing tester: “4 high-speed bearing tester” manufactured by Chihoda Seiko Co., Ltd. (Shaft): made of S45C, diameter 9.980 mm × length 80 mm) was supported. The clearance was 40 μm. The shaft and the sintered bearing were installed so that the axial direction of the shaft was horizontal with respect to the ground. A vertical load (1 MPa) was applied to the housing. The rotating shaft was rotated for 3 hours at room temperature (25 ° C.). The rotation condition was a sliding speed of 5 m / sec.
（４）焼結軸受を取り出し、前記（１）と同様に、内径面のカラー画像ＩＩａを得た。撮影箇所は、回転軸と接していた箇所とした。 (4) The sintered bearing was taken out, and a color image IIa of the inner diameter surface was obtained in the same manner as (1). The shooting location was a location in contact with the rotating shaft.
（５）前記（２）と同様にして、気孔率ＩＩを求めた。 (5) The porosity II was determined in the same manner as in (2) above.
（６）下記式により、回転軸を３時間回転させた後の気孔率の変化率を求めた。変化率を表２に示す。
気孔率の変化率（％）＝
（気孔率Ｉ−気孔率ＩＩ）／気孔率Ｉ×１００
(6) The change rate of the porosity after rotating a rotating shaft for 3 hours was calculated | required by the following formula. Table 2 shows the rate of change.
Rate of change in porosity (%) =
(Porosity I-Porosity II) / Porosity I × 100
また、３時間回転後の内径面の光学顕微鏡写真を、図４に示す。撮影条件は、上記（ａ）（１）と同じである。 Moreover, the optical micrograph of the internal diameter surface after rotation for 3 hours is shown in FIG. The shooting conditions are the same as (a) and (1) above.
（ｂ）鉄基地と硬質相の硬さの差
鉄基地と硬質相の硬さの差は、ビッカース硬さ試験機（株式会社ミツトヨ製「ＨＭ−２００」）により測定した。ビッカース硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ７７２５：２０１０に規定されている方法に従った。焼結軸受の断面において、鉄基地に含まれるフェライト相とそれに接する硬質相について、気孔の影響を受けにくい箇所を選択して、それぞれビッカース硬さを測定し、ビッカース硬さの差（差（ＨＶ）＝硬質相のビッカース硬さ（ＨＶ）−フェライト相のビッカース硬さ（ＨＶ））を求めた。図５は、焼結軸受の断面の光学顕微鏡写真である。図５中に、測定箇所の組み合わせの一例を示す。圧子を押し込む箇所を矢印で示した。（ａ）は硬質相であり、（ｂ）はフェライト相である。同様にして５箇所のビッカース硬さの差を求め、得られたビッカース硬さの差（５箇所の差）の平均値を求め、平均値を鉄基地と硬質相の硬さの差とした。硬さの差を、表２に示す。
(B) Difference in hardness between iron base and hard phase The difference in hardness between the iron base and the hard phase was measured with a Vickers hardness tester ("HM-200" manufactured by Mitutoyo Corporation). The Vickers hardness test was in accordance with the method defined in JIS Z 7725: 2010. In the cross section of the sintered bearing, for the ferrite phase contained in the iron base and the hard phase in contact with it, select a location that is not easily affected by pores, measure the Vickers hardness respectively, and determine the difference in Vickers hardness (difference (HV ) = Vickers hardness of hard phase (HV) −Vickers hardness of ferrite phase (HV)). FIG. 5 is an optical micrograph of a cross section of the sintered bearing. In FIG. 5, an example of the combination of a measurement location is shown. The location where the indenter is pushed in is indicated by an arrow. (A) is a hard phase and (b) is a ferrite phase. Similarly, the difference of 5 Vickers hardness was calculated | required, the average value of the obtained Vickers hardness difference (5 differences) was calculated | required, and the average value was made into the difference of the hardness of an iron base and a hard phase. Table 2 shows the difference in hardness.
［比較例１］
混合粉末の組成を上記表１に示す比率に変更した以外は、実施例１と同様に焼結軸受を作製した。得られた焼結軸受の特性を表２に示す。３時間回転後の内径面の光学顕微鏡写真を、図６に示す。
[Comparative Example 1]
A sintered bearing was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the mixed powder was changed to the ratio shown in Table 1 above. Table 2 shows the characteristics of the obtained sintered bearing. An optical micrograph of the inner diameter surface after rotation for 3 hours is shown in FIG.
＜焼結軸受の寿命特性及び摩耗量評価＞
［寿命特性］
上述の（ａ）（３）と同様の方法に従い、回転軸を回転させ、焼結軸受の焼付きが起きるまでの回転時間（摺動時間）を測定した。結果を表３に示す。３時間回転後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である焼結軸受は、優れた寿命特性を示すことがわかる。また、硬質相を有する焼結軸受は、優れた寿命特性を示すことがわかる。
<Evaluation of life characteristics and wear amount of sintered bearings>
[Life characteristics]
In accordance with the same method as in the above (a) and (3), the rotating shaft was rotated, and the rotation time (sliding time) until seizure of the sintered bearing occurred was measured. The results are shown in Table 3. It can be seen that a sintered bearing having a porosity change rate of 55% or less after rotation for 3 hours exhibits excellent life characteristics. Moreover, it turns out that the sintered bearing which has a hard phase shows the outstanding lifetime characteristic.
［摩耗量］
上述の（ａ）（３）と同様の方法に従い、回転軸を回転させ、焼結軸受の焼付きが起きたときの、焼結軸受の摩耗量を測定した。焼結軸受の摩耗量は、回転軸を回転させる前の内径寸法と、回転軸を支持させ、回転軸を回転させた後の内径寸法の差として求めた。結果を表３に示す。３時間回転後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である焼結軸受は、摩耗量が少ないことがわかる。また、硬質相を有する焼結軸受は、摩耗量が少ないことがわかる。
[Abrasion amount]
According to the same method as in the above (a) and (3), the rotating shaft was rotated, and the amount of wear of the sintered bearing was measured when seizure of the sintered bearing occurred. The amount of wear of the sintered bearing was determined as the difference between the inner diameter before rotating the rotating shaft and the inner diameter after supporting the rotating shaft and rotating the rotating shaft. The results are shown in Table 3. It can be seen that a sintered bearing having a porosity change rate of 55% or less after rotation for 3 hours has a small amount of wear. Moreover, it turns out that the sintered bearing which has a hard phase has little abrasion amount.
一実施形態である焼結軸受は、自動車に装着する室内送風装置のファンモータ及び座席駆動用モータ、情報機器又は音響機器に搭載されるスピンドルモータ等の各種モータ等に好ましく使用される。一実施形態によれば、焼結軸受は、回転軸が高周速及び／又は高面圧で回転する軸受として適している。 The sintered bearing which is one embodiment is preferably used for various motors such as a fan motor and a seat drive motor of an indoor air blower mounted on an automobile, a spindle motor mounted on an information device or an audio device, and the like. According to one embodiment, the sintered bearing is suitable as a bearing whose rotating shaft rotates at a high peripheral speed and / or high surface pressure.
１１ 焼結軸受
１２ 内径面
１３ 端面
２１ 鉄基地
２２ 硬質相
２３ 気孔
２４ 銅相
２５ 炭素相
２６ 内径面
２７ 硬さの測定箇所
２８ 硬さの測定箇所
３１ 焼結軸受
３２ 金属棒
３３ 対物レンズ
３４ 実験台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sintered bearing 12 Inner surface 13 End surface 21 Iron base 22 Hard phase 23 Pore 24 Copper phase 25 Carbon phase 26 Inner surface 27 Hardness measurement location 28 Hardness measurement location 31 Sintered bearing 32 Metal rod 33 Objective lens 34 Experiment Stand
Claims (17)
金属粉末と硬質材料粉末とを含有する混合粉末を用意すること、
前記混合粉末を圧縮成形し、成形体を得ること、
前記成形体を加熱し、焼結体を得ること、
を含む、焼結軸受の製造方法。 A method for producing the sintered bearing according to claim 1,
Preparing a mixed powder containing metal powder and hard material powder;
Compression molding the mixed powder to obtain a molded body;
Heating the molded body to obtain a sintered body;
A method for manufacturing a sintered bearing, comprising:
前記焼結軸受は、回転軸を支持させ、該回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である、焼結軸受装置。 Having a sintered bearing and a housing for supporting the sintered bearing;
The sintered bearing device is a sintered bearing device, wherein the rate of change in the porosity of the inner diameter surface after supporting the rotating shaft and rotating the rotating shaft for 3 hours is 55% or less.
前記焼結軸受は、前記回転軸を３時間回転させた後の内径面の気孔率の変化率が５５％以下である、回転装置。 A rotating shaft and a sintered bearing that supports the rotating shaft;
The sintered bearing is a rotating device in which the change rate of the porosity of the inner diameter surface after rotating the rotating shaft for 3 hours is 55% or less.
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