專利名稱：燒結(jié)含油軸承及其制造方法和使用該軸承的馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)支撐馬達軸或類似件的燒結(jié)含油軸承以及使用該軸承的馬達，特別是涉及一種用于改進這種含油軸承的潤滑特性的材料技術(shù)。
作為旋轉(zhuǎn)地支撐馬達軸等的軸承裝置，一般具有兩個帶軸心孔的燒結(jié)含油軸承，它們分別軸向并排配置在軸承座中。
這種燒結(jié)含油軸承的制造方法是，首先，將涂敷有銅的鐵粉組成的細粒的復(fù)合材料模制成一個圓柱形，然后，在大約為800℃的溫度下燒結(jié)該圓柱形的模制品，在燒結(jié)過程中將潤滑油滲入燒結(jié)體中。
上述的這種燒結(jié)含油軸承中，即使其燒結(jié)體浸漬了潤滑油，當使用該軸承的馬達例如驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達，在較寬的旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)如200-6000轉(zhuǎn)/秒運轉(zhuǎn)而在缺少潤滑油的狀態(tài)下，施加較大的偏心載荷時，以及如果馬達具有較大的側(cè)向沖擊載荷，例如，用于磁帶錄像機的主動輪馬達，當在低速高溫情況下或高速低溫情況下引起較大的負荷時，可能發(fā)生邊界潤滑狀況，在馬達軸與燒結(jié)含油軸承之間燒結(jié)體直接接觸。當然，在含油軸承的潤滑油被用盡之后，也會出現(xiàn)這種邊界潤滑狀態(tài)，然而，傳統(tǒng)的燒結(jié)含油軸承存在這樣的缺陷，即，上述的邊界潤滑狀態(tài)將導(dǎo)致該含油軸承的磨損及短時間的抱軸(seizure)現(xiàn)象的發(fā)生，這是由于形成燒結(jié)體的材料本身不能提供任何的潤滑作用。
因此，本發(fā)明的目的為提供一種燒結(jié)的含油軸承及使用該軸承的馬達，該軸承即使是在馬達軸與燒結(jié)體直接接觸時的邊界潤滑狀況下也不會發(fā)生磨損和/或抱軸現(xiàn)象。
如上所述，本發(fā)明所提供的燒結(jié)含油軸承由于其固體的潤滑劑包括有細粉狀的表面涂有銅的二硫化鉬等，在整個圓柱形的燒結(jié)體中或僅在軸承表面部分，它們被混合于表面涂有銅的鐵粉末組成的細粒材料(主材料)中，因此，這種燒結(jié)體本身具有潤滑性。這樣，在軸與燒結(jié)體直接接觸的邊界潤滑狀態(tài)下也不會發(fā)生磨損和抱軸現(xiàn)象。另外，由于本發(fā)明所使用的固體潤滑劑涂有含銅無機化合物細粒，從而還改善了燒結(jié)特性，使燒結(jié)溫度可降至700℃或更低的水平。但為了獲得合適的燒結(jié)體，燒結(jié)溫度一般定在650℃或更高的水平。當燒結(jié)溫度設(shè)定在這一溫度范圍時，在燒結(jié)過程中固體潤滑劑不會發(fā)生分解，因而，即使在燒結(jié)含油軸承的情況下，燒結(jié)主體自身可具備潤滑特性，因而，在邊界潤滑狀態(tài)下它可以避免磨損和抱軸現(xiàn)象發(fā)生，另外，由于燒結(jié)溫度較低，使得燒結(jié)體具有更高的尺寸精度。


圖1(a)為本發(fā)明軸承裝置的縱向剖視圖，它被用于驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達；圖1(b)為本發(fā)明軸承裝置的縱向剖視圖，它被用于磁帶錄像機的主動輪馬達；圖2是一個流程圖，它顯示了本發(fā)明的燒結(jié)含油軸承的生產(chǎn)工藝的步驟；圖3為一個示意圖，它顯示了本發(fā)明的燒結(jié)含油軸承生產(chǎn)工藝中的校正步驟；圖4(a)為帶有軸承裝置的馬達的俯視圖；圖4(b)為沿圖4(a)的X-X′線的剖視圖。
燒結(jié)含油軸承的結(jié)構(gòu)下面將參照圖1(a)和圖1(b)對本發(fā)明的燒結(jié)含油軸承進行描述。
圖1(a)為本發(fā)明軸承裝置的縱剖視圖，它用于驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達，圖1(b)為用于磁帶錄像機的主動輪馬達的本發(fā)明的軸承裝置的縱向剖視圖。由于這兩種軸承裝置具有基本相同的結(jié)構(gòu)，我們將用相同的符號標示相應(yīng)部分。
如圖1(a)、圖1(b)所示，本發(fā)明的燒結(jié)含油軸承20具有一個圓柱形的主體，該主體在其中心具有一個軸孔21，用于支撐例如作為電動機軸的軸31。兩個圓柱狀的主體軸向并排配置于軸承座22中，構(gòu)成軸承裝置30。軸承座22包括一個環(huán)形的軸承座孔221，用于容納兩個燒結(jié)含油軸承20，以及一個外突的突緣部分222，該突緣位于該軸承座22較低一端附近的位置。
特別是，主要由表面涂敷有銅的鐵粉末組成的復(fù)合材料的細粒構(gòu)成的燒結(jié)含油軸承20的制造是首先將其模制成一個圓柱形的主體，然后將其燒結(jié)成燒結(jié)體20b，再浸漬潤滑油。在該實施例中，本發(fā)明的含油軸承20的制造方法如下，首先，固體潤滑劑由一種無機化合物的細的顆粒組成，該化合物可選自二硫化鉬，氮化硼，二硫化鎢或者石墨，它們的表面涂有銅，將它們以1～3％的重量百分比的配比與主材料混合成一種混合物。然后將這種混合物放入一個預(yù)定形狀的空腔中加壓模制成形，并在650-700℃溫度下進行燒結(jié)。然后，對燒結(jié)的主體進行潤滑油的浸漬，這樣便制得了一個燒結(jié)含油軸承20。最好無機化合物細粒的表面通過釬焊(Soldering)的方法涂敷一層銅。
由于由無機化合物如象二硫化鉬形成的細顆粒具有較低的硬度，使用這種材料的燒結(jié)體20b自身具潤滑特性。為此，當燒結(jié)體20b被用于一個寬的旋轉(zhuǎn)范圍如200～600轉(zhuǎn)/秒的馬達例如作為一個驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達，且在缺潤滑油的狀態(tài)下，該燒結(jié)體20b上施加有較大的偏心載荷的情況下，即使在馬達軸與燒結(jié)體直接相接觸的邊界狀況的情況下，軸承也不會產(chǎn)生熱或潤滑油的變質(zhì)。同樣，當馬達具有較大的側(cè)向沖擊時(例如用于磁帶錄像機的主動輪馬達)，甚至該馬達是在高溫低速或低溫高速下而對燒結(jié)體20b產(chǎn)生較大載荷的情況下回轉(zhuǎn)時，所引起的邊界潤滑狀態(tài)也不會導(dǎo)致產(chǎn)生熱或潤滑油的變質(zhì)。
表1顯示了具有不同特性的燒結(jié)含油軸承的錄像機主動輪馬達的性能檢測結(jié)果，其中，對五組具有不同的燒結(jié)含油軸承的錄像機主動輪馬達進行了測試，其中條件1～4的燒結(jié)含油軸承的燒結(jié)溫度范圍分別是650-675℃；680-700℃；725-750℃；780-800℃，條件5的燒結(jié)含油軸承不含有任何固體潤滑劑，它們在-10℃或更低的溫度下以2000轉(zhuǎn)/分的速度運轉(zhuǎn)500小時。計算在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)消耗電流增加10％以上的樣品數(shù)和運轉(zhuǎn)之后有抱軸現(xiàn)象的樣品數(shù)。在如以前使用不附加任何固體潤滑劑的含油軸承20時，其結(jié)果顯示抱軸的發(fā)生次數(shù)大約為主動輪馬達總數(shù)的20％，消耗電流增加的占50％。然而，按照本實施例，使用帶有附加固體潤滑劑材料的燒結(jié)含油軸承時，不論燒結(jié)溫度如何，都不會發(fā)生抱軸現(xiàn)象。
本實施例中附加有固體潤滑劑的燒結(jié)含油軸承，其燒結(jié)的溫度范圍為680-700℃時，它的損耗電流增加的占其總樣品量的10％，與測試的傳統(tǒng)的燒結(jié)含油軸承相比，該值是相當?shù)偷?。更好的情況是，當燒結(jié)溫度為650-675℃時，僅有3％的燒結(jié)含油軸承的測試結(jié)果表明損耗電流增加，達到了一個極佳的結(jié)果。
另外，燒結(jié)溫度為725-750℃的具有附加固體潤滑劑的燒結(jié)含油軸承，不發(fā)生任何抱軸情況，其損耗電流增加的占20％，從而得知過高的燒結(jié)溫度將有損馬達的性能，另外，當燒結(jié)溫度接近800℃時，該燒結(jié)含油軸承中損耗電流增加的達33％。
通過對燒結(jié)含油軸承抱軸時的磨損量的研究發(fā)現(xiàn)，大約存在20μm的磨損。同樣，通過對損耗電流增加的燒結(jié)含油軸承磨損量的分析發(fā)現(xiàn)，大約有5μm的磨損發(fā)生。這些結(jié)果證明，該實施例有效地避免了抱軸現(xiàn)象以及損耗電流的增加，并且抑制了磨損的發(fā)生。
如上所述，使用本發(fā)明的燒結(jié)含油軸承中，其燒結(jié)體20b是由一種主體材料與一種無機化合物的細粒(固體潤滑劑)的混合材料制成的，該無機化合物可以是二硫化鉬，氮化硼，二硫化鎢或石墨，并且，由于固體潤滑細粒表面涂敷了一層銅，因而，改善了其燒結(jié)特性，燒結(jié)溫度可以設(shè)定在較低的溫度范圍內(nèi)。因而，該燒結(jié)含油軸承20基本上不會發(fā)生磨損和抱軸。具體說，即使使用固體潤滑劑，僅由無機化合物材料制成的固體潤滑劑的混合物在燒結(jié)過程中加熱的情況下，固體潤滑劑會分解。另外，本發(fā)明所使用的固體潤滑材料由于其中的無機化合物的細粒，如象二硫化鉬，其外表涂敷有一層銅，改善了燒結(jié)特性，因此，其燒結(jié)溫度可以降低至700℃。這樣，燒結(jié)時固體潤滑材料就不會發(fā)生分解的現(xiàn)象。然而，從改善燒結(jié)特性方面考慮，該燒結(jié)溫度應(yīng)該設(shè)定在650℃以上為好。這是由于當燒結(jié)溫度低于650℃時，將大大降低細粒間的親合力，這將導(dǎo)致軸承的結(jié)構(gòu)脆弱。
如上所述，包含涂敷有銅的無機化合物細粒如二硫化鉬的固體潤滑劑，添加到一種主體材料中制成一種混合物，然后，將該混合物加壓模制，所得的模型650-700℃的溫度下進行燒結(jié)，從而使該燒結(jié)體20b自身帶有潤滑特性，因此，有可能防止在邊界潤滑條件下的磨損和抱軸現(xiàn)象發(fā)生。另外，由于燒結(jié)溫度被設(shè)定在一個較低的水平，材料的膨脹可以被有效控制，從而可提高燒結(jié)體20b的尺寸精度。
同樣，在本實例中，包含涂敷有銅的無機化合物細粒如二硫化鉬的固體潤滑劑所制成的混合物用于制造整個燒結(jié)體20b，其功效與將包含該細粒的潤滑劑僅加在支撐軸31的軸孔21的內(nèi)表面的情形相似。另外，從材料的成本和潤滑特性來看，二硫化鉬是一種最好的固體潤滑劑。
制造燒結(jié)含油軸承的方法上述的燒結(jié)含油軸承可以通過下述的方法制造。
圖2是本實施例燒結(jié)含油軸承制造方法的工藝流程圖，圖3是校正步驟的示意圖，該步驟是在本實施例的燒結(jié)含油軸承制成時所進行的步驟。
從圖2可以看出，制造本實施例的燒結(jié)含油軸承20的工藝過程為模制步驟1，燒結(jié)步驟2，防銹步驟3，校正步驟4，清洗步驟5，干燥步驟6及浸漬步驟7，這些步驟的順序與傳統(tǒng)方法相似。
首先，在模制步驟1中，將98％重量比的涂敷有銅的鐵粉(其銅的涂敷量為重量的40％，粒度分布為200目或更小)，2％重量比的銅涂敷的二硫化鉬細粒(其粒度分布為200目或更低，其為包括涂有銅的二硫化鉬細粒的固體潤滑劑)，以及在成模時被作為潤滑劑施于模子與細粒之間的0.3-0.5％重量比的硬脂酸鋅配制并攪拌在一起。然后，在一個預(yù)定形狀的模腔內(nèi)對該混合物進行加壓模制，其壓力為1-3噸/cm2，從而制得圓柱形的壓制的粉末體20a，其外徑為7.02mm，內(nèi)徑為3.54mm以及高4.00mm，如圖3所示。
在燒結(jié)步驟2中，壓制的粉末體20a首先進行預(yù)熱，然后氨催化氣體中(氮-氫氣氛)在650至700℃的范圍內(nèi)燒結(jié)30分鐘從而制得燒結(jié)體20b。
在防銹步驟3中，對剛經(jīng)過步驟2的燒結(jié)體20b進行防銹處理，以避免在最終的制造步驟完成之前燒結(jié)體20b的表面發(fā)生銹蝕。該防銹處理是使用碳氫化合物油(烴油)等作為防銹液，并且將眾多的燒結(jié)體20b在清洗籠中浸入這種防銹液。
在校正步驟4中，完成防銹處理步驟3的燒結(jié)體20b要進行形狀和表面狀況的處理。在該步驟中，校正桿33的直徑大致等于圓柱形燒結(jié)體20b上的軸孔21的內(nèi)徑，并能穿過其中，如圖3所示，通過校正桿33對燒結(jié)體20b的內(nèi)表面上的小的不平部分如象細孔、模鑄毛刺等進行再壓平。
最終使得燒結(jié)體20b的內(nèi)表面的不平度有所改善，以及氣孔更小。在校正步驟4中，通常在燒結(jié)體20b上要施加潤滑液體以便降低燒結(jié)體20b與校正桿33之間的摩擦系數(shù)。
另外，防銹步驟3中所施加到燒結(jié)體20b上的防銹液(烴油)也可以還保留在燒結(jié)體20b上，作為校正潤滑液，而不把它弄掉。
接下來是清洗步驟5。通常，清洗步驟5用來去除防銹液和校正潤滑油。然而，如果使用烴油作為清洗液，就象使用防銹液(校正潤滑液)一樣，則清洗步驟5可以說是用于去除燒結(jié)體20b氣孔中的殘留金屬粉末或校正步驟中產(chǎn)生的金屬?；蝾愃莆?，而不是用于去除防銹液(校正潤滑液)。
接下來在干燥步驟6中，完成步驟5的燒結(jié)體20b被加熱以便蒸發(fā)殘留在其上的清洗液(烴油)。該步驟6中的加熱溫度要低于80℃，以保證其中的銅或燒結(jié)體20b的原料不被氧化。由于烴油具有良好的干燥特性，它可以完全從燒結(jié)體20b上揮發(fā)掉。
接下來是浸漬步驟7。其中，經(jīng)過干燥步驟6的燒結(jié)體20b被浸漬一種作為潤滑油的礦物油(石蠟基烴油(paraffin-based hydrocarbon oil)，環(huán)烷基烴類油(naphthene-based hydrocarbon oil)或類似物)。經(jīng)過步驟7，燒結(jié)體20b便制成了燒結(jié)含油軸承20?？梢允褂萌嗽煊痛孢@種礦物油作為潤滑油浸漬該軸承[如聚烯烴基烴油(polyolefine-based hydrocarbon oil)]。
燒結(jié)含油軸承用于馬達的例子圖4(a)是使用本發(fā)明燒結(jié)含油軸承的馬達裝置的平面圖，圖4(b)是沿圖4(a)線X-X′的剖視圖。
如圖4(a)和圖4(b)所示，馬達裝置10有一個電路板11，它也作為一個安裝板，該電路板11包括一個馬達主體12；一個用于驅(qū)動和控制該馬達主體12的集成電路13；一個電磁傳感器14，它是用于檢測馬達主體12旋轉(zhuǎn)位置的電磁編碼器的一部分；以及一個用于將電路板11與外部導(dǎo)線連接的連接器15。所有這些部件都被安裝在該電路板11上。
所述的馬達主體12包括一個外轉(zhuǎn)子型馬達，其具有一個大體為圓柱形的軸承裝置30，該軸承裝置30安裝在電路板11的后側(cè)表面并貫穿至前表面。帶有鐵芯及纏繞于其上的線圈構(gòu)成的定子121的安裝要保證該定子121同軸地環(huán)繞于軸承裝置30的外周表面。該軸承裝置30和定子121由一個普通的螺栓122上緊。磁鐵124固裝于帽形轉(zhuǎn)子殼123的內(nèi)表面上，與定子121的外端表面相對，其間留有一個狹縫。在轉(zhuǎn)子殼123的頂部表面中心部分裝有一個軸套125。該軸套125與馬達軸126和轉(zhuǎn)子殼123相耦接在一起。馬達軸126的基端側(cè)由軸承裝置30可旋轉(zhuǎn)地支撐著，該軸承裝置30使用了內(nèi)置的本發(fā)明的燒結(jié)含油軸承20。馬達軸126的基端由一個止堆軸承127支撐著。
如上述結(jié)構(gòu)的馬達10，構(gòu)成燒結(jié)含油軸承20的燒結(jié)體20b自身帶有潤滑性，因而，當燒結(jié)含油軸承20的燒結(jié)體20b與馬達軸126直接接觸時的邊界潤滑狀態(tài)下，也不會出現(xiàn)磨損和抱軸現(xiàn)象。具體說，將本發(fā)明用于具有較寬旋轉(zhuǎn)范圍的馬達時，如驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達，以及具有較大側(cè)向推力的馬達，如象磁帶錄像機的主動輪馬達時，可使它們在邊界潤滑狀態(tài)下不發(fā)生磨損和抱軸現(xiàn)象。
如上所述，本發(fā)明所提供的燒結(jié)含油軸承中，含有表面涂有銅的二硫化鉬等的細粒的固體潤滑劑添加于表面涂有銅的鐵粉的細粒(主要材料)中，構(gòu)成整個圓柱形燒結(jié)體，或僅是其軸承表面的部分，因此，燒結(jié)體自身帶有潤滑性。因此，當燒結(jié)體與軸直接接觸時的邊界潤滑狀態(tài)下，也不會發(fā)生磨損和/或抱軸現(xiàn)象。同樣，由于本發(fā)明的固體潤滑劑是在無機化合物的細粒上涂敷有銅，因而改善了燒結(jié)特性，從而使燒結(jié)溫度可以降低至700℃或者更低。然而，從提供一個良好的燒結(jié)體考慮，燒結(jié)溫度應(yīng)該設(shè)定在650℃或更高一些。當燒結(jié)溫度設(shè)定在這一范圍內(nèi)時，在燒結(jié)過程中就不會破壞該固體潤滑劑，因而使得持燒結(jié)體本身帶有潤滑特性，以至構(gòu)成燒結(jié)含油軸承時，不會因為邊界潤滑狀態(tài)的出現(xiàn)而導(dǎo)致磨損和抱軸現(xiàn)象發(fā)生。另外，由于燒結(jié)溫度的降低，也使得燒結(jié)體具有更高的尺寸精度。表1
每種條件的樣品數(shù)量30
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)含油軸承，包括一個燒結(jié)體，該燒結(jié)體是通過模制和燒結(jié)一個混合物制得的，該混合物包括一主體材料和一附加的固體潤滑劑，所述燒結(jié)體被浸漬潤滑油，所述的主體材料包括表面涂敷有銅的鐵粉細粒，所述的固體潤滑劑包括表面涂敷有銅的無機化合物細粒，該無機化合物可以是二硫化鉬，氮化硼，二硫化鎢或者石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)含油軸承，其特征是，所述附加固體潤滑劑的重量與所述主體材料重量的配比為1％～3％。
3.一種燒結(jié)含油軸承的制造方法，包括以下步驟將固體潤滑劑添加于主體材料中制成一種混合物，所述的主體材料包括表面涂有銅的鐵粉組成的顆粒，所述的固體潤滑劑包括表面涂有銅的無機化合物的細粒，該有機化合物可以是二硫化鉬，氮化硼，二硫化鎢或石墨；在一個預(yù)定形狀的空腔中模壓該混合物，制得一個壓實的粉末體；燒結(jié)該粉末體，獲得一個燒結(jié)體；并且，將該燒結(jié)體浸漬潤滑油。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的壓實粉末體的燒結(jié)溫度為650-700℃。
5根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述附加固體潤滑劑的重量與所述主體材料的重量的配比為1％至3％。
6根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述固體潤滑劑的粒度分布為200目或更小。
7.一具有燒結(jié)含油軸承的馬達，包括一個由主體材料和附加固體潤滑劑組成的混合物模制燒結(jié)而成的燒結(jié)體，該燒結(jié)體被浸漬有潤滑油；一個軸，可旋轉(zhuǎn)地被支撐于所述的燒結(jié)含由軸承，其特征是，所述的主體材料包括表面涂敷有銅的鐵粉細粒，所述的固體潤滑劑包括表面涂敷有銅的無機化合物細粒，該無機化合物可以是二硫化鉬，氮化硼，二硫化鎢，石墨。
全文摘要
一種用于軸承裝置的燒結(jié)含油軸承,由一種混合物模制而成,該混合物包括細顆粒的主料及預(yù)添加于其中的固體潤滑附料,其重量配比為附料約占主料的1～3%,主料由表面涂敷有銅的鐵粉組成,潤滑劑由涂敷有銅的無機化合物組成,該無機化合物為二硫化鉬等,模制時燒結(jié)溫度為650—700℃,形成燒結(jié)體,浸漬潤滑油。由于燒結(jié)體帶有潤滑性,在油劑用完之后仍可以避免燒結(jié)含油軸承的磨損和抱軸。
文檔編號F16C33/04GK1193701SQ9810697
公開日1998年9月23日 申請日期1998年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月13日
發(fā)明者中川久彌, 中西徹, 滝澤道明, 矢澤岳彥 申請人:株式會社三協(xié)精機制作所