燒結(jié)軸承及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由燒結(jié)金屬構(gòu)成的燒結(jié)軸承及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燒結(jié)軸承為具有無數(shù)內(nèi)部孔隙的多孔質(zhì)體，通常在內(nèi)部孔隙浸滲有潤滑流體(例如潤滑油)的狀態(tài)下使用。該情況下，在燒結(jié)軸承與插入到其內(nèi)周的軸相對旋轉(zhuǎn)時，保持于燒結(jié)軸承的內(nèi)部孔隙的潤滑油隨著溫度上升而滲出于燒結(jié)軸承的內(nèi)周面(軸承面)。于是，利用該滲出的潤滑油，在燒結(jié)軸承的軸承面與軸的外周面之間的軸承間隙形成油膜，從而使軸以相對自由旋轉(zhuǎn)的方式得到支承。
[0003]例如，下述的專利文獻(xiàn)I中記載了一種燒結(jié)軸承，作為以鐵和銅為主成分的銅鐵系的燒結(jié)軸承，在鐵粉上包覆有10質(zhì)量％以上且小于30質(zhì)量％的銅，對粒度為80目以下的覆銅鐵粉進行壓粉/燒結(jié)而得到。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利第3613569號公報
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本實開平2-57251號公報
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開2012-26504號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]但是，在專利文獻(xiàn)I的構(gòu)成中，鐵相(鐵組織)和銅相(銅組織)的網(wǎng)絡(luò)強度低，因此軸承面過早產(chǎn)生磨損等方面成為問題。
[0011]已知將專利文獻(xiàn)I的燒結(jié)軸承用于振動電動機的情況下，長期使用時旋轉(zhuǎn)變動增大。這是因為由于鐵組織與銅組織之間的網(wǎng)絡(luò)強度不足，從而軸承面過早產(chǎn)生磨損。
[0012]此外，已知有使用滑動軸承作為自由旋轉(zhuǎn)地支承汽車用啟動器中的電動機軸的軸承的情況(專利文獻(xiàn)2)。在汽車用啟動器中，為了得到發(fā)動機啟動時所需的大扭矩，通常經(jīng)由減速比大的減速裝置、例如行星齒輪機構(gòu)，來使電動機輸出減速。已經(jīng)提出了下述內(nèi)容:在構(gòu)成該行星齒輪機構(gòu)的行星齒輪的內(nèi)周壓入銅系、鐵系或銅鐵系等燒結(jié)軸承，并支承行星齒輪使其可相對于軸自由旋轉(zhuǎn)(專利文獻(xiàn)3)。
[0013]可是，發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)中，啟動器處于停止?fàn)顟B(tài)，因此在軸與軸承之間不產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)。因此，難以考慮到發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)中燒結(jié)軸承的軸承面與其相對的軸的表面的磨損。但是，根據(jù)本發(fā)明人的驗證，發(fā)現(xiàn)長時間驅(qū)動發(fā)動機時，在燒結(jié)軸承的軸承面、軸的表面會產(chǎn)生微動磨損。據(jù)認(rèn)為這是因為，發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)中，發(fā)動機的振動傳到啟動器，因此由于該振動，軸承面與軸的表面接觸，產(chǎn)生微小滑動，以此為契機，軸承面、軸的表面發(fā)生氧化，導(dǎo)致表面組織易脫落。該情況下，若鐵組織與銅組織之間的網(wǎng)絡(luò)強度不足，則助長表面組織的脫落。該微動磨損隨著燒結(jié)軸承中Fe含量的增加而越發(fā)顯著，因此特別是使用鐵系的燒結(jié)軸承或Fe量較多的銅鐵系的燒結(jié)軸承時，該微動磨損成為問題。
[0014]若使用銅系的燒結(jié)軸承，則不易產(chǎn)生氧化，因此能夠防止微動磨損。但是，對于銅系的燒結(jié)軸承來說，銅本身為軟質(zhì)，因此存在軸承強度不足的趨勢。因此，由于發(fā)動機的振動，軸與軸承面接觸時，軸承面產(chǎn)生變形，或?qū)Y(jié)軸承壓入殼體的內(nèi)周時，伴隨著壓入的燒結(jié)軸承的縮徑變形的影響有可能波及軸承面，導(dǎo)致軸承面的精度下降。
[0015]如此，銅系的燒結(jié)軸承在初期磨合性、肅靜性等滑動特性方面很有利，但在軸承強度方面存在困難。相反，鐵系或Fe量較多的銅鐵系的燒結(jié)軸承在軸承強度的方面很有利，但在滑動特性方面存在困難(如上所述，根據(jù)使用條件，還有可能發(fā)生微動磨損)。如此，在現(xiàn)有的燒結(jié)軸承中，難以全部滿足滑動特性、軸承強度、耐磨損性等，為了擴大燒結(jié)軸承的用途，還期望提供以高維度滿足這些要求特性的燒結(jié)軸承。
[0016]因此，本發(fā)明目的在于提供一種燒結(jié)軸承及其制造方法，該燒結(jié)軸承具有良好的滑動特性，同時能夠兼具軸承面的耐磨損性和軸承強度，且能夠?qū)崿F(xiàn)降低成本。
[0017]解決課題的手段
[0018]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燒結(jié)軸承以鐵、銅、熔點低于銅的金屬和固體潤滑劑為主成分，其中，其具有含有鐵組織和銅組織的基部、覆蓋基部表面的表面層，表面層以扁平銅粉為主體，所述扁平銅粉以所形成的表面層厚度方向薄的方式配置，且基層的鐵組織和銅組織的至少一部分具有以銅粉部分?jǐn)U散至鐵粉中而成的部分?jǐn)U散合金粉形成的鐵組織和銅組織。
[0019]扁平銅粉具有原料粉的成型時附著于模具成型面的性質(zhì)，因此成型后的壓粉體在表層上含有較多的銅。因此，燒結(jié)后的燒結(jié)體上形成有銅含量較多的表面層(優(yōu)選的是，以面積比計，在表面層的表面上形成60%以上的銅組織)。如此，通過增多表面層的銅含量，能夠?qū)崿F(xiàn)提高初期磨合性和肅靜性，且與石墨等固體潤滑劑共同作用，滑動特性良好。此外，對于軸的攻擊性也降低，因此提高耐久壽命。而且，形成的軸承面富含銅，不易氧化，因此能夠防止軸承面的微動磨損。
[0020]該燒結(jié)軸承含有低熔點金屬，因此與基層的鐵組織接觸的銅組織基本上為低熔點金屬擴散至銅粉中而成的銅組織。燒結(jié)時，低熔點金屬潤濕銅的表面，進行液相燒結(jié)，因此特別是在基部，能夠強化金屬顆粒之間的結(jié)合力。此外，基部基本上以銅粉的一部分?jǐn)U散至鐵粉中而成的部分?jǐn)U散合金粉形成，因此能夠在燒結(jié)后的銅組織(以銅為主成分的組織)與鐵組織(以鐵為主成分的組織)之間得到較高的網(wǎng)絡(luò)強度。因此，能夠防止銅組織、鐵組織從軸承面脫落，從而提高軸承面的耐磨損性。此外，能夠提高軸承強度，因此即使在殼體的內(nèi)周壓入并固定燒結(jié)軸承的情況下，軸承面也不會隨殼體的內(nèi)周面形狀而產(chǎn)生變形，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承面的高精度化。此外，軸承面的基底得到強化，因此能夠抑制軸與軸承面由于振動等而接觸時的軸承面的變形。因此，能夠提供一種燒結(jié)軸承，其適合在用于啟動發(fā)動機的啟動器(也包括組裝在啟動器內(nèi)部的減速裝置等)中的使用、在用于便攜終端等的振動電動機中的使用。部分?jǐn)U散合金粉中的銅的比例優(yōu)選為10wt%以上、30wt%以下。
[0021]對含有扁平銅粉和低熔點金屬的壓粉體進行燒結(jié)時，扁平銅粉有可能發(fā)生球狀化。在本發(fā)明中，使用銅粉的一部分?jǐn)U散至鐵粉中而成的部分?jǐn)U散合金粉，因此燒結(jié)時，在低熔點金屬的周圍存在大量銅粉。該情況下，伴隨著燒結(jié)的升溫，熔融的低熔點金屬比扁平銅粉先擴散至部分?jǐn)U散合金粉的銅粉中，因此能夠抑制低熔點金屬粉給表面層的扁平銅粉帶來的影響。因此，能夠防止表面層的扁平銅粉的球狀化，能夠提高表面層的表面中的銅濃度。
[0022]除了使基層的鐵組織和銅組織全部以部分?jǐn)U散合金粉形成之外，還可以使基層的鐵組織和銅組織以部分?jǐn)U散合金粉、單質(zhì)鐵粉和單質(zhì)銅粉中的任一者或兩者形成。
[0023]組合使用扁平銅粉、低熔點金屬的情況下，為了使球狀化的影響為最小限度，還應(yīng)該使低熔點金屬相對于扁平銅粉的含量小于10wt%，這是目前為止的技術(shù)常識。與此相對，在本發(fā)明中，如上所述，能夠抑制由于低熔點金屬導(dǎo)致的表面層的扁平銅粉的球狀化，因此能夠增加軸承中的低熔點金屬的含量。如此，通過增加低熔點金屬的含量，金屬顆粒之間的結(jié)合力得到進一步強化，因此在提高軸承強度方面很有效。具體地說，以重量比計，相對于扁平銅粉，可以含有10wt%以上、30wt%以下的低熔點金屬。
[0024]鐵組織可以(僅)以鐵素體相形成，或以鐵素體相和存在于鐵素體相的晶界的珠光體相形成。若為前者，隨著表面層的磨損，即使含有較多鐵組織的基部露出時，由于鐵組織以鐵素體相為主體，因此即使銅的含量少，也能夠減弱對于軸的攻擊性，增加耐久性。若為后者，硬質(zhì)的珠光體相彌補鐵素體相的耐磨損性，因此能夠抑制軸承面的磨損。后者的情況下，珠光體的存在比例過量時，對于軸的攻擊性增加，軸易產(chǎn)生磨損。從該觀點出發(fā)，珠光體相為存在(散步)于鐵素體相的晶界的程度(參照圖9)。對于燒結(jié)軸承，優(yōu)選浸滲有運動粘度為30mm2/sec以上、200mm2/sec以下的潤滑油。
[0025]上述的燒結(jié)軸承的制造時，通過混合銅粉部分?jǐn)U散至鐵粉中而成的部分?jǐn)U散合金粉、扁平銅粉、熔點低于銅的金屬粉、固體潤滑劑粉，并用該混合粉末進行壓粉體的成型，之后將壓粉體以低于銅的熔點的溫度進行燒結(jié)，由此能夠制造上述燒結(jié)軸承。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種低成本的燒結(jié)軸承，其具有良好的滑動特性，同時兼具軸承面的耐磨損性和軸承強度。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的燒結(jié)軸承的截面圖。
[0029]圖2為簡略示出啟動器的典型結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0030]圖3為示意性示出部分?jǐn)U散合金粉的放大圖。
[0031 ]圖4上段為扁平銅粉的側(cè)視圖、下段為扁平銅粉的平面圖。
[0032]圖5為示出相互附著的扁平銅粉與鱗狀石墨的側(cè)視圖。
[0033]圖6為示出利用模具進行的壓粉體的成型工序的截面圖。
[0034]圖7為圖6中的區(qū)域Q的放大截面圖。
[0035]圖8為燒結(jié)軸承(圖1的區(qū)域P)的半徑方向截面的放大圖。
[0036]圖9為示出圖8的鐵組織及其周邊組織的放大圖。
[0037]圖1Oa為說明扁平銅粉的球狀化的放大圖，其中顯示的是燒結(jié)前。
[0038]圖1Ob為說明扁平銅粉的球狀化的放大圖，其中顯示的是燒結(jié)后。
[0039]圖11為示意性示出本申請發(fā)明的燒結(jié)前的壓粉體組織的放大圖。
[0040]圖12為示出本發(fā)明的燒結(jié)軸承的其他實施方式的截面圖。
[0041]圖13為示出本發(fā)明的燒結(jié)軸承的其他實施方式的截面圖。
[0042]圖14為振動電動機的主要部分示意性截面圖。
[0043]圖15為圖13中所示的A-A線的截面圖。
[0044]圖16為含有軸承面的截面的顯微鏡照片。
[0045]圖17為示意性示出壓粉體的一部分的圖。
[0046]圖18為含有現(xiàn)有技術(shù)的燒結(jié)軸承的軸承面的截面的顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0047]以下，基于附圖對本發(fā)明的第一實施方式進行說明。
[0048]如圖1所示，燒結(jié)軸承I形成為在內(nèi)周具有軸承面Ia的圓筒狀。使?jié)櫥徒B入多孔質(zhì)的燒結(jié)體的內(nèi)部空孔后使用該實施方式的燒結(jié)軸承I (也被稱作燒結(jié)含油軸承)。將由不銹鋼等構(gòu)成的軸2插入至燒結(jié)軸承I的內(nèi)周，以該狀態(tài)使軸旋轉(zhuǎn)時或使軸承I旋轉(zhuǎn)時，保持于燒結(jié)軸承I的無數(shù)空孔中的潤滑油隨著溫度上升而滲出到軸承面la。利用該滲出的潤滑油，在軸的外周面與軸承面Ia之間的軸承間隙形成油膜，軸2由軸承I支承，可相對旋轉(zhuǎn)。
[0049]圖2中簡略示出用于汽車用發(fā)動機的啟動的啟動器ST的典型結(jié)構(gòu)。如圖2所示，啟動器ST以殼體3、具有電動機軸2a的電動機部4、具有輸出軸2b的減速裝置5、具有輸出軸2c的超越離合器6、小齒輪7、變速桿8和電磁開關(guān)9為主要的構(gòu)成要素。變速桿8可以以支點O為中心進行旋轉(zhuǎn)，其前端配置于超越離合器6的背后(輸入側(cè))。超越離合器6為單向離合器，在其輸入側(cè)，減速裝置5的輸出軸2b經(jīng)由花鍵等連結(jié)，并可以在軸方向滑動。小齒輪7安裝于超越離合器6的輸出軸2c，超越離合器6的輸出軸2c和小齒輪7成為整體，可以在軸方向移動。
[0050]使點火開關(guān)接通時，電動機部4被驅(qū)動，電動機軸2a的扭矩經(jīng)由減速裝置5和超越離合器6傳達(dá)至小齒輪7。此外，電磁開關(guān)9接通，給變速桿8帶來圖中箭頭方向的旋轉(zhuǎn)力，超越離合器6和小齒輪7整體前進。由此，小齒輪7嚙合于與曲軸結(jié)合的齒圈10，電動機部4的扭矩傳達(dá)至曲軸，從而發(fā)動機啟動。發(fā)動機啟動后，電磁開關(guān)9關(guān)閉，超越離合器6和小齒輪7后退，小齒輪7從齒圈10離開。發(fā)動機剛啟動之后的發(fā)動機扭矩被超越離合器8遮斷，因此沒有傳達(dá)至電動機部4。
[0051]本發(fā)明的燒結(jié)軸承I壓入并固定于上述的啟動器ST的殼體3等的內(nèi)周，支承啟動器ST內(nèi)的各種軸2(2a?2c)(在圖2中，示例出以燒結(jié)軸承I支承電動機軸2a和超越離合器6的輸出軸2c的情況)。省略了詳細(xì)的圖示，但對于減速裝置5的齒輪的支承也可以使用燒結(jié)軸承I。例如以行星齒輪機構(gòu)構(gòu)成減速裝置5的情況下，通過將本發(fā)明的燒結(jié)軸承I壓入