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燒結軸承.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410074753.7

申請日:

2014.03.03

公開號:

CN104895926A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):F16C 33/10申請日:20140303|||公開
IPC分類號: F16C33/10 主分類號: F16C33/10
申請人: 保來得株式會社
發明人: 田邊重之; 古川智庸; 麻生忍
地址: 日本琦玉縣
優先權:
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司72002 代理人: 陳珊; 劉興鵬
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410074753.7

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.02.22|||2015.09.09

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種能夠降低旋轉軸阻力的燒結軸承。解決方案:本發明所涉及的燒結軸承(20)具有第一軸承部(21)、第二軸承部(22)以及中間部(23),第一軸承部(21)具有支撐旋轉軸(10)的外周面的第一軸承面(21a),第二軸承部(22)具有支撐旋轉軸(10)的外周面的第二軸承面(22a),中間部(23)設置在第一軸承部(21)與第二軸承部(22)之間。中間部(23)的內徑形成為比第一軸承部(21)的內徑以及第二軸承部(22)的內徑都要大。此外,第一軸承面(21a)和第二軸承面(22a)中的至少一方的軸承面(21a,22a)上形成有多個凹坑(d)。

權利要求書

權利要求書
1.  一種燒結軸承,通過在模具內對金屬粉末進行壓粉成型后進行燒結而形成,具有將旋轉軸支撐成能自由旋轉的軸承孔,并且含浸有潤滑劑,所述燒結軸承的特征在于,
具有第一軸承部、第二軸承部以及中間部,
所述第一軸承部具有支撐所述旋轉軸的第一軸承面,
所述第二軸承部具有支撐所述旋轉軸的第二軸承面,
所述中間部設置在所述第一軸承部與所述第二軸承部之間,
所述中間部的內徑形成為比所述第一軸承部的內徑以及所述第二軸承部的內徑都要大,
所述第一軸承面和所述第二軸承面中的至少一方的軸承面上形成有多個凹坑。

2.  如權利要求1所述的燒結軸承,其特征在于,所述多個凹坑通過塑性加工而形成。

3.  如權利要求1或者2所述的燒結軸承,其特征在于,所述凹坑與所述軸承面的軸向的端部隔開間隔設置。

4.  如權利要求1至3中的任一項所述的燒結軸承,其特征在于,將設置有所述多個凹坑的軸承面與所述旋轉軸的外周面之間的間隙設定為6μm以下。

5.  如權利要求1至4中的任一項所述的燒結軸承,其特征在于,設置有所述多個凹坑的軸承面的平均顯微硬度(MHv)在50~200的范圍內。

6.  如權利要求1至5中的任一項所述的燒結軸承,其特征在于,所述燒結軸承應用于風扇電動機。

說明書

說明書燒結軸承
技術領域
本發明涉及一種燒結軸承,其通過在模具內對金屬粉末進行壓粉成型后進行燒結而形成,并且含浸有潤滑劑。本發明尤其是涉及一種能夠在降低軸承與旋轉軸之間的摩擦阻力的同時降低噪音的燒結軸承。
背景技術
燒結軸承作為價格便宜且可靠性高的軸承廣泛應用于家電用電動機、車載用電動機和OA設備(辦公自動化設備)等中。作為風扇電動機(Fan Motor)的一例,可以列舉出電子計算機和電視機等家用電器內部的冷卻風扇、冰箱內部的循環及冷卻用的風扇、蓄電池的冷卻和車內傳感器的吸引所使用的車載用風扇等,對風扇電動機的需求每年都在增加。
由于采用風扇電動機的設備的使用期限長,所以該等風扇電動機不僅需要具有使用壽命長的特性,而且還需要具有能夠降低耗電量這一重要的特性。尤其是在移動設備等由蓄電池驅動的設備中,需要最大限度地抑制耗電量。
另一方面,近年來對所述風扇電動機的靜音化要求大大提高。一般來說,為了實現電動機的靜音化,在燒結軸承方面需要做到:第一,通過縮小旋轉軸與軸承之間的間隙來抑制因軸的晃動而產生的噪音,第二,通過提高含浸在軸承中的潤滑劑的粘度來提高在內徑滑動面產生的油膜的強度,由此能夠有效地實現風扇電動機的靜音化。
可是,在風扇電動機等運行負載低且轉矩小的電動機中,旋轉軸與軸承之間的摩擦阻力主要取決于含浸在軸承中的潤滑劑的流體阻力。因此,如果旋轉軸與軸承之間的間隙太小,則軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力增大,導致電動機的耗電量變大。另一方面,隨著潤滑劑的粘度提高,流體阻力增大,同樣會導致電動機的耗電量變大。因此, 可供選擇的潤滑劑的粘度方面存在制約。
在現有技術中,作為能夠降低旋轉軸與軸承之間的摩擦阻力的燒結軸承,例如在專利文獻1中公開了一種燒結軸承。
在該燒結軸承中,將旋轉軸支撐成能自由旋轉的軸承孔的軸向中間部的內徑被形成為比軸向兩端部(以下稱為“軸承部”)的內徑都要大。由此,由于能夠避免中間部的內周面與旋轉軸發生接觸,所以能夠減少軸承孔內周面的與旋轉軸相對應的部分的面積(以下稱為“滑動面積”)。由于能夠抑制軸承孔內周面與旋轉軸的接觸,并且能夠抑制軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,所以能夠降低在旋轉軸與軸承之間產生的摩擦阻力。在此,“與旋轉軸相對應的部分”是指在旋轉軸旋轉時有可能與旋轉軸發生接觸,并且軸旋轉時所受到的潤滑劑的流體阻力的影響大的部分,而不是指在旋轉軸旋轉時始終與旋轉軸接觸的部分(以下相同)。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1日本國專利特開平7-332363號公報
發明內容
可是,在現有的燒結軸承中,在降低旋轉軸與軸承之間的摩擦阻力方面存在極限。
具體來說是,在現有的燒結軸承中,通過在燒結軸承的軸向擴大中間部的范圍來縮小兩個軸承部的范圍,此時,越縮小兩個軸承部的范圍,越能夠縮小滑動面積。但是,如果各個軸承部(各個軸承面)的軸向尺寸過小,則通過楔子效應而產生的液壓會從各個軸承面的軸向兩端逃逸,使得無法保持油膜的強度。并且,隨著油膜強度下降,軸承面與旋轉軸之間變得容易發生接觸,其結果,不僅會導致在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力增大,而且會助長噪音發生。因此,在現有的燒結軸承中,在降低旋轉軸與軸承之間的摩擦阻力方面存在極限。
本發明的課題在于提供一種能夠降低旋轉軸與軸承之間的摩擦阻力的燒結軸承。
技術方案
為了解決上述問題,第一發明所涉及的燒結軸承,通過在模具內對金屬粉末進行壓粉成型后進行燒結而形成,具有將旋轉軸支撐成能自由旋轉的軸承孔,并且含浸有潤滑劑,所述燒結軸承的特征在于,具有第一軸承部、第二軸承部以及中間部,所述第一軸承部具有支撐所述旋轉軸的第一軸承面,所述第二軸承部具有支撐所述旋轉軸的第二軸承面,所述中間部設置在所述第一軸承部與所述第二軸承部之間,所述中間部的內徑形成為比所述第一軸承部的內徑以及所述第二軸承部的內徑都要大,所述第一軸承面和所述第二軸承面中的至少一方的軸承面上形成有多個凹坑。
在第一發明所涉及的燒結軸承中,在第一軸承部與第二軸承部之間設置有中間部,并且中間部的內徑形成為比各個軸承部的內徑都要大。
由此,能夠避免中間部的內周面與旋轉軸發生接觸,使得能夠減少軸承孔的內周面中的滑動面積。因此,與軸承孔的內徑在軸向的全長上均相同的燒結軸承(以下稱為“直線軸承”)相比,不僅軸承孔的內周面與旋轉軸的接觸得到抑制,而且還降低了軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,所以能夠降低在軸承與旋轉軸之間產生的摩擦阻力。
尤其是,在第一發明所涉及的燒結軸承中,在將旋轉軸支撐成能自由旋轉的第一軸承面和第二軸承面中的至少一方的軸承面上設置有多個凹坑。
由于軸承面的設置有各個凹坑的部分(范圍)不會與旋轉軸發生接觸,所以能夠減少軸承面中的滑動面積。因此,不僅軸承面與旋轉軸的接觸得到抑制,而且還降低了軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,從而能夠降低在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力。
因此,能夠在不減小軸承面的軸向尺寸的情況下減少軸承孔內周面中的滑動面積,能夠在抑制油膜的強度下降的同時,降低在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力。
此外,在第一發明所涉及的燒結軸承中,由于在軸承面設置了多個凹坑,所以能夠將含浸在燒結軸承中的潤滑劑貯留在各個凹坑中。在旋轉軸旋轉時,貯留在各個凹坑中的潤滑劑被吸引到軸承面與旋轉 軸之間。因此,在旋轉軸旋轉時,尤其是在運行初期,能夠使油膜的形成變得容易,從而能夠降低軸承面的摩擦系數。
另外,在第一發明所涉及的燒結軸承中,由于在軸承面設置了多個凹坑,所以能夠增大軸承面與旋轉軸的外周面之間的平均間隙。由此,在旋轉軸旋轉時,能夠降低存在于軸承面與旋轉軸之間的潤滑劑的流體阻力。
如上所述,根據第一發明所涉及的燒結軸承,由于能夠抑制軸承面與旋轉軸之間發生接觸以及降低潤滑劑的流體阻力,所以能夠降低在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力。
尤其是,通過應用第一發明所涉及的燒結軸承,能夠提高驅動轉矩小的電動機的特性。也就是說,在一般情況下,電動機的驅動轉矩越小,在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力的大小對電動機特性的影響越大。
具體來說是,隨著摩擦阻力增大,電動機的轉速減小,不僅會使得無法實現目標轉速,而且還會導致電動機的耗電量增加。另一方面,根據第一發明所涉及的燒結軸承,如上所述,能夠降低在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力。因此,通過應用第一發明所涉及的燒結軸承,即使在電動機的驅動轉矩減小的情況下,也能夠抑制電動機轉速的減小,并且能夠降低耗電量。
此外,通過應用第一發明所涉及的燒結軸承,能夠構造成軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙小的電動機。也就是說,在一般情況下,在電動機中,隨著軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙縮小,軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力增大,從而使得在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力增大。此時,不僅會導致電動機的轉速減小而使得無法實現目標轉速,而且會導致電動機的耗電量增加。另一方面,根據第一發明所涉及的燒結軸承,如上所述,能夠降低軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力。因此,通過應用第一發明所涉及的燒結軸承,即使在軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙縮小的情況下,也能夠抑制電動機轉速的減小。此外,還能夠抑制電動機的耗電量的增加。并且,由于能夠縮小軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙,所以能夠抑制旋轉軸在軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙內發生晃動,由此能夠降低電動機的 噪音。
另外,通過應用第一發明所涉及的燒結軸承,能夠使用更高粘度的潤滑劑。也就是說,在一般情況下,在電動機中,隨著所使用的潤滑劑的粘度增大,存在于軸承面與旋轉軸之間的潤滑劑的流體阻力增大。此時,不僅會導致電動機的轉速減小而使得無法實現目標轉速,而且會導致電動機的耗電量增加。另一方面,根據第一發明所涉及的燒結軸承,如上所述,能夠降低存在于軸承面與旋轉軸之間的潤滑劑的流體阻力。因此,通過應用第一發明所涉及的燒結軸承,即使使用高粘度的潤滑劑,也能夠抑制電動機轉速的減小。此外,還能夠抑制電動機的耗電量的增加。并且,由于能夠使用高粘度的潤滑劑,所以能夠在提高軸承的耐磨耗性的同時,抑制潤滑劑在高溫下發生蒸發,能夠抑制老化,并且還能夠抑制潤滑劑泄漏,從而能夠延長電動機的使用壽命。尤其是,通過使用高粘度的潤滑劑,能夠提高在內徑滑動面生成的油膜的強度,并且還能夠降低電動機的噪音。
根據第一發明所涉及的燒結軸承,第二發明所涉及的燒結軸承的特征在于,所述多個凹坑通過塑性加工而形成。
在第二發明所涉及的燒結軸承中,通過使軸承面發生塑性變形來形成多個凹坑。由此,能夠提高各個凹坑的加工精度。
尤其是,由于燒結軸承通過對金屬粉末進行燒結而形成,所以具有多孔質結構。因此,通過塑性加工來形成各個凹坑,能夠通過微孔來吸收變形部分,從而能夠防止軸承面鼓出。
除了塑性加工外,作為形成凹坑的方法,還可以列舉出激光加工和蝕刻(局部腐蝕)加工等,但該等方法不僅需要使用大型設備,而且會導致加工工序增多。與此相對,塑性加工由于不需要使用大型設備,并且加工工序少,所以能夠以比較低的成本來進行大批量的加工。
根據第一發明或者第二發明所涉及的燒結軸承,第三發明所涉及的燒結軸承的特征在于,所述凹坑與所述軸承面的軸向的端部隔開間隔設置。
根據第三發明所涉及的燒結軸承,由于凹坑與軸承面的軸向的端部隔開間隔設置,所以能夠抑制液壓從軸承面的軸向的端部逃逸,由此能夠抑制油膜的強度下降。
根據第一發明至第三發明中的任一項發明所涉及的燒結軸承,第四發明所涉及的燒結軸承的特征在于,將設置有所述多個凹坑的軸承面與所述旋轉軸的外周面之間的間隙設定為6μm以下。
一般來說,在風扇電動機等以輕負載驅動的電動機中,如果軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙大于6μm,則可能會導致旋轉軸在該間隙內發生晃動,從而使得噪音變大。另一方面,如果將軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙設置在6μm以下,則軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力增大,從而會導致在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力增大。
可是,在本發明所涉及的燒結軸承中,如上所述,由于即使將軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙設置在6μm以下,也能夠降低軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,所以能夠降低在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力,能夠抑制電動機的耗電量,同時還能夠降低旋轉軸旋轉時的噪音。
根據第一發明至第四發明中的任一項發明所涉及的燒結軸承,第五發明所涉及的燒結軸承的特征在于,設置有所述多個凹坑的軸承面的平均顯微硬度(MHv)在50~200的范圍內。
具體來說是,在軸承面的平均顯微硬度(MHv)小于50時,燒結軸承的耐磨耗性變差,使得耐久性降低。另一方面,如果軸承面的平均顯微硬度(MHv)大于200,則在形成各凹坑時,會導致各凹坑的周圍鼓出,從而無法獲得規定的尺寸和精度。
因此,通過將設置有多個凹坑的軸承面的平均顯微硬度(MHv)設定在50~200的范圍內,能夠在避免燒結軸承的耐久性下降,以及避免燒結軸承的尺寸和精度下降的情況下,在軸承面形成凹坑。
根據第一發明至第五發明中的任一項發明所涉及的燒結軸承,第六發明所涉及的燒結軸承的特征在于,所述燒結軸承應用于風扇電動機。
根據第六發明所涉及的燒結軸承,不僅能夠提高驅動轉矩小的風扇電動機的特性,而且還能夠降低耗電量。此外,由于能夠構造成軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙更小的風扇電動機,所以能夠抑制旋轉軸在軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙內發生晃動,能夠降低 風扇電動機的噪音。并且,由于能夠使用更高粘度的潤滑劑,所以能夠在提高軸承的耐磨耗性的同時,抑制潤滑劑在高溫下發生蒸發,能夠抑制老化,并且還能夠抑制潤滑劑泄漏,由此能夠延長電動機的使用壽命。尤其是,通過使用高粘度的潤滑劑,能夠提高在內徑滑動面生成的油膜的強度,并且能夠進一步降低電動機的噪音。
有益效果
根據本發明所涉及的燒結軸承,能夠降低軸承與旋轉軸之間的摩擦阻力,并且能夠降低噪音。
附圖說明
圖1是本發明的實施方式所涉及的風扇電動機的局部截面圖。
圖2是圖1所示的風扇電動機所具有的燒結軸承的截面圖。
圖3是圖2所示的燒結軸承的軸承面的局部放大圖。
符號說明
1 風扇電動機
2 殼體支架
2a 圓筒部
3 積層鐵心
3a 線圈
4 轉子軛鐵
5 磁體
6 葉輪
7 推力板
10 旋轉軸
20 燒結軸承
21 第一軸承部
22 第二軸承部
23 中間部
21a 第一軸承面
22a 第二軸承面
23a 內周面
h 軸承孔
d 凹坑
具體實施方式
以下參照附圖對本發明的實施方式所涉及的燒結軸承20進行說明。
燒結軸承20可以廣泛應用于各種家電設備、車載用等的各種電動機以及OA設備(辦公自動化設備)等。在本實施方式中示出了將燒結軸承20應用于風扇電動機1的示例。
(風扇電動機1的結構)
圖1是本發明的實施方式所涉及的風扇電動機的局部截面圖,圖2是圖1所示的風扇電動機所具有的燒結軸承的截面圖,圖3是圖2所示的燒結軸承的軸承面的局部放大圖。
圖1所示的風扇電動機1具有殼體支架2、由殼體支架2保持的燒結軸承20以及由燒結軸承20支撐成可自由旋轉的旋轉軸10。
殼體支架2在其內部具有保持燒結軸承20的圓筒部2a。在圓筒部2a的外周面設置有通過卷繞線圈3a而形成的積層鐵心(定子)3。
旋轉軸10由金屬(碳素鋼和不銹鋼等的合金鋼)構成,并被形成為圓柱狀。在旋轉軸10上通過轉子軛鐵4安裝有磁體(轉子)5。磁體5與設置在殼體支架2的外周面的積層鐵心3相對向地設置。在轉子軛鐵4的外周安裝有葉輪(風扇)6。此外,在殼體支架2的圓筒部2a的內底部嵌入有推力板7,其在推力方向樞軸支撐旋轉軸10的與輸出側相反的一側的端部。
如圖1和圖2所示,燒結軸承20支撐旋轉軸10中的轉子軛鐵4與推力板7之間的部分。燒結軸承20由燒結金屬(包括燒結合金)構成,具有多孔質結構。燒結軸承20中含浸有潤滑油和潤滑脂等潤滑劑。
燒結軸承20大致形成為圓筒狀,具有將旋轉軸10支撐成能自由旋轉的軸承孔h。軸承孔h設置成在軸向(圖1所示的上下方向)上貫穿燒結軸承20。
燒結軸承20具有第一軸承部21、第二軸承部22以及設置在第一 軸承部21與第二軸承部22之間的中間部23。第一軸承部21的內周面成為支撐旋轉軸10的外周面的第一軸承面21a,第二軸承部22的內周面成為支撐旋轉軸10的外周面的第二軸承面22a。
第一軸承部21的內徑和第二軸承部的內徑分別被形成為大于旋轉軸10的外徑。此外,第一軸承部21的內徑和第二軸承部的內徑被形成為大致相同的尺寸。在本實施方式中,第一軸承部21的內徑和第二軸承部22的內徑分別被設定為使各個軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙成為6μm以下的尺寸。此外,中間部23的內徑尺寸被形成為比第一軸承部21的內徑以及第二軸承部22的內徑都要大。
旋轉軸10以插入燒結軸承20的軸承孔h內的狀態設置。并且,在燒結軸承20中,第一軸承部21支撐旋轉軸10的輸出側的端部,第二軸承部22支撐旋轉軸10的與輸出側相反的一側的端部。此外,在燒結軸承20中,通過第一軸承面21a和第二軸承面22a將旋轉軸10支撐成能夠自由旋轉,中間部23的內周面23a不與旋轉軸10的外周面接觸(滑動接觸)。
如圖3所示,在第一軸承面21a和第二軸承面22a中的至少一方的軸承面上設置有多個凹坑d。在本實施方式中,在第一軸承面21a和第二軸承面22a上分別設置有多個凹坑d。此外,凹坑大致設置在各個軸承面21a,22a的整個區域,并且,多個凹坑有規則地設置。中間部23的內周面23a上沒有設置凹坑d。
各個凹坑d通過噴丸加工、滾壓加工和壓紋加工等塑性加工形成。各個凹坑d被形成為大致呈半球體形狀的凹部、大致呈半橢圓體形狀的凹部或者大致呈半圓柱形的凹部。在本實施方式中,將各個凹坑d形成為短徑在10~500μm范圍內且長徑在10~1000μm范圍內的大致呈半橢圓體形狀的凹部。此外,將各個凹坑d的最大深度形成在1~50μm的范圍內。又,各個凹坑d被設置成沿著周向(與軸向正交的方向)延伸。
在本實施方式中,各個凹坑d設置成與各個軸承面21a,22a的軸向的端部隔開一定的間隔。也就是說,各個凹坑d不在各個軸承部21,22的軸向的各個端面上露出(不與各個端面連通)。
在此,各個軸承面21a,22a的平均顯微硬度(MHv)如果低于50,則燒結軸承20的耐磨耗性會變差,使得耐久性下降。另一方面,各個軸承面21a,22a的平均顯微硬度(MHv)如果高于200,則在采用塑性加工方法形成各個凹坑d時,會導致各個凹坑d的周圍鼓出,使得無法獲得規定的尺寸和精度。因此,優選將各個軸承面21a,22a的平均顯微硬度(MHv)設定在50~200的范圍內。
此外,如果凹坑的面積率小于10%,則無法充分獲得摩擦系數的降低效果。另一方面,如果凹坑的面積率超過60%,則各個軸承面21a,22a的滑動面積不足,導致耐負載性變得不充分。因此,優選將凹坑的面積率設定在10~60%的范圍內。在此,凹坑的面積率是指形成在各個軸承面21a,22a上的凹坑d的總投影面積(針對形成在該等軸承面21a,22a上的所有的凹坑d,將形成在該等軸承面21a,22a上的各個凹坑d的投影面積進行合計而得到的值)相對于各個軸承面21a,22a的總面積的比率。
(燒結軸承20的制造方法)
以下對燒結軸承20的制造方法進行說明。
在以下的制造方法中,作為內徑中間凹入的軸承的制造方法,采用由日本專利特開平2-8302號公報和日本專利特開平7-332363號公報公開的制造方法。
也就是說,在制造燒結軸承20時,首先將金屬潤滑劑添加到作為原料的金屬粉末中,并進行攪拌和混合。在此,作為金屬粉末,可以使用銅粉、青銅粉、黃銅粉、鎳銀粉、鐵粉、銅鎳合金粉、被覆有銅的鐵粉、不銹鋼粉或者該等粉末的混合粉末。
此外,作為模具潤滑劑,可以使用以硬脂酸鋅和硬脂酸鋰等為代表的金屬皂的粉末、乙烯基雙硬脂酰胺等脂肪酰胺的粉末或者聚乙烯等石蠟類潤滑劑的粉末。根據軸承的用途,除了金屬粉末外,還可以添加以石墨、二硫化鉬和氮化硼等為代表的固體潤滑成分的粉末。
作為原料的金屬粉末、固體潤滑成分以及模具潤滑劑并不僅限于上述物質。
接著,將攪拌和混合好的原料粉末在100~500MPa左右的壓力下,在模具內進行壓制成型,形成壓粉體。
此后,在規定的環境中按照規定的溫度條件對壓粉體進行燒結,形成燒結體。通過對壓粉體進行燒結,使相鄰的金屬粒子擴散接合,并使金屬粒子結合而形成多孔質的燒結體。
所述環境是真空環境、還原性氣體環境(氨分解氣體、氫氣、吸熱性氣體等)、惰性氣體環境(氮氣、氬氣等)以及該等還原性氣體和惰性氣體的混合氣體等,可以根據原料組分適當選擇。作為所述燒結溫度,600~1200℃左右為實用的燒結溫度,例如在使用青銅(Cu-Sn)時,可以采用600~800℃左右的燒結溫度,在采用以鐵為主體的材料時,可以采用700~1200℃左右的燒結溫度,燒結溫度也可以根據原料組分適當選擇。
此外,可以在模具內對燒結體進行精壓(Sizing)(再壓縮)而形成再壓縮體。通過對燒結體進行精壓,能夠在提高尺寸精度的同時,改進表面粗度。
此后,在壓縮成形體的軸承面21a,22a形成多個凹坑d。在軸承面21a,22a形成凹坑d時,可以通過噴丸加工、滾壓加工和壓紋加工等塑性加工來形成凹坑d。例如,在軸承面21a,22a形成凹坑d時,可以使用塑性加工的工具來形成凹坑d。該工具具有心軸、保持架和滾動體,心軸具有凸部,保持架套裝在心軸外,滾動體由保持架保持,并在心軸的外周面上滾動。通過將保持架插入軸承孔h的內周面,并使心軸旋轉,由此使滾動體在心軸的凸部的作用下從保持架的外表面突出或者退縮,通過突出的滾動體使軸承面21a,22a產生塑性變形,由此能夠形成凹坑。
此外,還可以對形成凹坑d后的軸承面21a,22a進行旋轉精壓加工(拋光加工)。通過對軸承面21a,22a進行旋轉精壓加工,再次對軸承孔h的內徑進行精加工,不僅能夠提高尺寸精度,而且還能夠提高表面粗糙度和運行初期的磨合性等的特性。
接著,對凹坑形成加工后的壓縮成形體或者在凹坑形成加工后實施了旋轉精壓加工的壓縮成形體實施清洗處理,將在加工中產生的金屬碎屑和精壓用潤滑油等除去。
此后,在清洗后的壓縮成形體中含浸潤滑劑,由此完成燒結軸承20的制造。
(風扇電動機1的作用和效果)
以下對風扇電動機1(燒結軸承20)的作用和效果進行說明。
通過使風扇電動機1的積層鐵心3的線圈3a通電,使旋轉軸10旋轉,由此使設置在旋轉軸10的輸出側的葉輪6旋轉。
此時,在燒結軸承20中,由于設置在兩個軸承部21,22之間的中間部23的內徑與各個軸承部21,22的內徑相比被形成為較大的尺寸,所以中間部23的內周面23a不會與旋轉軸10發生接觸(滑動接觸)。因此,與直線軸承相比,不僅能夠抑制軸承孔h的內周面與旋轉軸10的接觸,而且還能夠降低軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,由此能夠降低在軸承面與旋轉軸10之間產生的摩擦阻力。
在現有的電動機中,作為降低在軸承與旋轉軸之間產生的摩擦阻力的方法,已知有通過獨立設置的二個軸承來支撐旋轉軸的方法。可是,在該方法中,難以抑制二個獨立的軸承產生同軸度偏差,如果同軸度的偏差大,則會使得旋轉軸無法穿過兩個軸承,或者雖然能夠穿過兩個軸承,但由于旋轉軸與內徑滑動面之間的間隙過小而導致流體阻力增大,使得電動機的耗電量變大。此時,必然需要在設計上擴大間隙的尺寸,而如果在設計上擴大間隙的尺寸,則對同軸度在偏差范圍內的同軸度較好的軸承來說,其旋轉軸與內徑滑動面之間的間隙會變得過大,會導致旋轉軸發生晃動,使電動機發生噪音。在此,同軸度是指相對于應該與基準軸線位于同一直線上的軸線的基準軸線的偏差的大小。
與此相對,由于燒結軸承20的第一軸承部21和第二軸承部22通過中間部23形成為一體,所以能夠縮小兩個軸承部21,22的同軸度的值。通過縮小兩個軸承部21,22的同軸度的值,能夠進一步抑制兩個軸承面21a,22a與旋轉軸10的接觸。尤其是,由于在燒結軸承20中將第一軸承部21和第二軸承部22形成為一體,所以能夠將兩個軸承部21,22的同軸度控制在3μm以下。因此,在風扇電動機1中,優選將兩個軸承部21,22的同軸度形成在3μm以下。如上所述,通過將兩個軸承部21,22的間隙(軸承面21a,22a與旋轉軸10之間的間隙)形成為相同的大小,在進行電動機1的批量生產時,能夠抑制噪音特性和耗電量的偏差,能夠獲得同等質量的電動機。
此外,在燒結軸承20中,在將旋轉軸10支撐成能自由旋轉的第一軸承面21a和第二軸承面22a中的至少一個軸承面上設置有多個凹坑d。由于軸承面21a,22a中的設置有各個凹坑d的部分(范圍)不會與旋轉軸10發生接觸,從而能夠減少軸承面21a,22a中的滑動面積。由此,不僅軸承面21a,22a與旋轉軸10的接觸得到抑制,而且還降低了軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,所以能夠降低在軸承面與旋轉軸10之間產生的摩擦阻力。因此,能夠在不減小軸承面21a,22a的軸向尺寸的情況下減少軸承孔h的內周面中的滑動面積,能夠在抑制油膜強度下降的同時,降低在軸承面與旋轉軸10之間產生的摩擦阻力。
此外,在燒結軸承20中,由于在軸承面21a,22a設置了多個凹坑d,所以能夠將含浸在燒結軸承20中的潤滑劑貯留在各個凹坑d中。在旋轉軸10旋轉時,貯留在各個凹坑d中的潤滑劑被吸引到軸承面21a,22a與旋轉軸10之間。由此,在旋轉軸10旋轉時,尤其是在運行初期,能夠使油膜的形成變得容易,能夠降低軸承面21a,22a的摩擦系數。
在燒結軸承20中,由于在軸承面21a,22a設置了多個凹坑d,所以能夠增大軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的平均間隙。因此,在旋轉軸10旋轉時,能夠降低存在于軸承面21a,22a與旋轉軸10之間的潤滑劑的流體阻力。
在燒結軸承20中,通過使軸承面21a,22a發生塑性變形來形成多個凹坑d。由此,能夠提高各個凹坑d的加工精度。尤其是,由于燒結軸承通過對金屬粉末進行燒結而形成,所以具有多孔質結構。因此,通過塑性加工來形成各個凹坑d,能夠通過微孔來吸收變形部分,從而能夠防止軸承面21a,22a鼓出。
此外,除了塑性加工外,作為形成凹坑的方法,可以列舉出激光加工和蝕刻(局部腐蝕)加工等,但該等方法不僅需要使用大型設備,而且會導致加工工序增多。與此相對,塑性加工由于不需要使用大型設備,并且加工工序少,所以能夠以比較低的成本進行大批量的加工。
尤其是,在燒結軸承20中,通過將軸承面21a,22a的平均顯微硬度(MHv)設定在50~200的范圍內,能夠在避免燒結軸承的耐久性下降,以及避免燒結軸承的尺寸和精度降低的情況下,在軸承面形成凹 坑。
另外,在燒結軸承20中,由于各個凹坑d與軸承面21a,22a的軸向的端部隔開間隔設置,所以能夠抑制液壓從軸承面21a,22a的軸向的端部逃逸,能夠抑制油膜的強度下降。
如上所述,根據燒結軸承20,由于能夠抑制軸承面與旋轉軸之間發生接觸以及降低軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力,所以能夠降低在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力。因此,能夠在風扇電動機1中獲得以下的效果。
能夠提高風扇電動機1等驅動轉矩小的電動機的特性。也就是說,在一般情況下,電動機的驅動轉矩越小,在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力的大小對電動機特性的影響越大。隨著摩擦阻力增大,電動機的轉速減小,不僅會使得無法實現目標轉速,而且還會導致電動機的耗電量增加。
另一方面,在燒結軸承20中,如上所述,能夠降低在軸承面21a,22a與旋轉軸10之間產生的摩擦阻力。因此,通過在風扇電動機1中采用燒結軸承20,即使在風扇電動機1的驅動轉矩降低的情況下,也能夠抑制風扇電動機1轉速的減小,并且能夠降低耗電量。
此外,在風扇電動機1中,能夠進一步縮小軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙。也就是說,在一般情況下,在電動機中,隨著軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙縮小,軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力增大,在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力增大。此時,不僅會導致電動機的轉速減小而使得無法實現目標轉速,而且會導致電動機的耗電量增加。
另一方面,在燒結軸承20中,如上所述,能夠降低存在于軸承面21a,22a與旋轉軸10之間的潤滑劑的流體阻力。因此,通過在風扇電動機1中采用燒結軸承20,即使在軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙縮小的情況下,也能夠抑制風扇電動機1的轉速的減小。此外,還能夠抑制風扇電動機1的耗電量的增加。并且,由于能夠縮小軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙,所以能夠抑制旋轉軸10在軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙內發生晃動,能夠在縮小上述兩個軸承部21,22的同軸度的值的同 時,降低電動機的噪音。
一般來說,在風扇電動機等以輕負載驅動的電動機中,如果軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙大于6μm,則可能會使得旋轉軸在該間隙內發生晃動,從而使得噪音變大。另一方面,如果將軸承面與旋轉軸的外周面之間的間隙設置在6μm以下,則軸旋轉時的潤滑劑的流體阻力增大,會導致在軸承面與旋轉軸之間產生的摩擦阻力增大。與此相對于,通過在風扇電動機1中采用燒結軸承20,則能夠降低在軸承面21a,22a與旋轉軸10之間發生的摩擦阻力,所以能夠將軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙設置在6μm以下。因此,在風扇電動機1中,為了降低噪音,優選將軸承面21a,22a與旋轉軸10的外周面之間的間隙設置在6μm以下。
并且,在風扇電動機1中,能夠使用更高粘度的潤滑劑。也就是說,在一般情況下,在電動機中,隨著所使用的潤滑劑的粘度增大,存在于軸承面與旋轉軸之間的潤滑劑的流體阻力會增大。此時,不僅會導致電動機的轉速減小而使得無法實現目標轉速,而且會導致電動機的耗電量增加。
另一方面,在燒結軸承20中,如上所述,能夠降低存在于軸承面21a,22a與旋轉軸10之間的潤滑劑的流體阻力。因此,通過在風扇電動機1中采用燒結軸承20,即使使用高粘度的潤滑劑,也能夠抑制電動機轉速的減小。此外,還能夠抑制電動機的耗電量的增加。并且,由于能夠使用高粘度的潤滑劑,所以能夠在提高軸承的耐磨耗性的同時,抑制潤滑劑在高溫下發生蒸發,能夠抑制老化,并且還能夠抑制潤滑劑泄漏,從而能夠延長電動機的使用壽命。尤其是,通過使用高粘度的潤滑劑,能夠提高在內徑滑動面生成的油膜的強度,并且還能夠降低電動機的噪音。
一般來說,在驅動轉矩小的電動機中,為了降低潤滑劑的流體阻力,使用32mm2/s以下的潤滑劑。與此相對,通過在風扇電動機1中采用燒結軸承20,能夠降低潤滑劑的流體阻力,所以能夠在電動機的規定的電流值范圍內,將所用的潤滑劑的粘度最大提高到70mm2/s。另一方面,如果將潤滑劑的粘度降低到低于10mm2/s,則會導致潤滑劑的蒸發特性下降。因此,在風扇電動機1中,優選將潤滑劑的粘度 設定在10~70mm2/s的范圍內。在此,粘度(mm2/s)是指40℃時的粘度。
此外,在風扇電動機1中,能夠擴大從低溫到高溫的使用溫度范圍。也就是說,在一般情況下,在電動機中,隨著使用溫度下降,潤滑劑的粘度會大幅度增加,從而會導致存在于軸承面與旋轉軸之間的潤滑劑的流體阻力增大。此時,不僅會導致電動機的轉速減小而使得無法實現目標轉速,而且會導致電動機的耗電量增加。尤其是在低轉矩的電動機中,在最壞的場合,可能會發生啟動不良(處于無法啟動的狀態)的情況。相反,隨著電動機的使用溫度升高,潤滑劑的粘度會大幅度降低,從而導致在軸承的內徑滑動面產生的油膜的強度下降。此時,會導致軸承的耐磨耗性下降,使得電動機容易產生噪音。此外,由于潤滑劑容易發生蒸發、老化和泄漏,所以會導致電動機的使用壽命下降。
另一方面,在燒結軸承20中,如上所述,能夠降低存在于軸承面21a,22a與旋轉軸10之間的潤滑劑的流體阻力。因此,通過在風扇電動機1中采用燒結軸承20,即使潤滑劑的粘度因低溫而提高,也能夠抑制電動機轉速的減小。此外,還能夠抑制電動機的耗電量的增加。在此,在采用粘度與現有的軸承相同的潤滑劑的情況下,能夠在維持電動機的高溫特性的同時,提高電動機的低溫特性。另一方面,在采用粘度比現有的軸承高的潤滑劑的情況下,能夠在維持電動機的低溫特性的同時,提高電動機的高溫特性。
燒結軸承20例如適合在冰箱的風扇電動機中使用。也就是說,近年來,在冰箱中為了進行除霜,定期進行提高溫度的除霜控制。因此,在將風扇電動機用于冰箱時,如果潤滑劑的粘度過高,可能會導致電動機發生啟動不良的情況。另一方面,如果潤滑劑的粘度太低,則在進行除霜控制時,潤滑劑容易發生蒸發、老化和泄漏,會導致電動機的使用壽命下降。與此相對,通過在冰箱中使用可在更大的溫度范圍中使用的風扇電動機1,能夠在防止電動機發生啟動不良的同時,抑制電動機的使用壽命下降。
(變形例)
以上對本發明的實施方式進行了說明。上述實施方式能夠進行各種變更。
例如,在上述實施方式中,分別在第一軸承面21a和第二軸承面22a上設置了多個凹坑d。但是,也可以只在兩個軸承面21a,22a中的第一軸承面21a上設置多個凹坑d,并且也可以只在兩個軸承面21a,22a中的第二軸承面22a上設置多個凹坑d。尤其是,通過只在兩個軸承面21a,22a中的第二軸承面22a上設置多個凹坑d,能夠在防止負載較重的輸出側的第一軸承面21a的油膜強度下降的同時,降低負載較輕的與輸出側相反的一側的第二軸承面22a的摩擦系數。
此外,在上述實施方式中,形成在第一軸承面21a上的凹坑d的形狀、尺寸和最大深度與形成在第二軸承面22a上的凹坑d的形狀、尺寸和最大深度相同。但是,也可以將形成在第一軸承面21a上的凹坑d的形狀、尺寸和最大深度中的至少一種設置成與形成在第二軸承面22a上的凹坑d不同。例如,在負載較重的輸出側的第一軸承面21a中縮小凹坑d的尺寸和最大深度中的至少一種,在負載較輕的與輸出側相反的一側的第二軸承面22a中增大凹坑d的尺寸和最大深度中的至少一種。
另外,也可以使兩個軸承面21a,22a中的凹坑d的設置范圍和密度等彼此不同。例如,在負載較重的輸出側的第一軸承面21a中縮小凹坑d的設置范圍和密度,而在負載較輕的與輸出側相反的一側的第二軸承面22a中增大凹坑d的設置范圍和密度。在此,密度是指每一單位面積的凹坑的數量(以下相同)。
又,在上述實施方式中,多個凹坑d設置在各個軸承面21a,22a的大致整個區域。但是,也可以在各個軸承面21a,22a的局部設置不形成凹坑d的區域。例如,通過在各個軸承面21a,22a的軸向的兩個端部中的至少一個端部設置不形成凹坑d的區域,能夠抑制各個軸承面21a,22a的油膜強度下降。
并且,在上述實施方式中,各個凹坑d的形狀大致形成為半橢圓體形狀(投影面的形狀為橢圓形狀)。但是,各個凹坑d的投影面的形狀也可以形成為圓形、扇形、三角形、四邊形或者菱形。
此外,在上述實施方式中,設置在各個軸承面21a,22a的多個凹坑d的形狀、尺寸和最大深度相同。但是,在設置在各個軸承面21a,22a的多個凹坑d中,也可以混合設置形狀、尺寸和最大深度中 的至少一種不同的凹坑d。
在上述實施方式中,多個凹坑d規則地設置在各個軸承面21a,22a上。但是,多個凹坑d也可以不規則地設置在各個軸承面21a,22a上。
在上述實施方式中,各個凹坑d以沿著周向延伸的方式設置。但是,各個凹坑d也可以按照沿著軸向延伸的方式設置,并且也可以按照沿著相對于軸向和周向傾斜規定角度的方向延伸的方式設置。
另外,在上述實施方式中,在對燒結體實施精壓(再壓縮)后,在壓縮成形體的軸承面21a,22a形成多個凹坑d。但是,也可以在燒結體的軸承面21a,22a上形成多個凹坑d后,再實施精壓(再壓縮)。
在上述實施方式中,示出了將燒結軸承20應用于風扇電動機1的示例,但如下所述,燒結軸承20的用途廣泛,其中尤其適合在高速旋轉的電動機中使用。
(家電用)
電子計算機、電視機、數碼攝像機、投影機、LED照明等的冷卻風扇、DLP用色輪電動機、數碼照相機和數碼攝像機等的小直徑步進電動機、冰箱用風扇、微波爐用風扇、電風扇、排風扇、空調機、吹風機、吸塵器、果汁攪拌機、食品加工機、震動電動機、ODD用心軸電動機、HDD用心軸電動機。
(車載用)
蓄電池冷卻用風扇、溫度調節片用風扇、車內傳感器用風扇、音響和導航設備用冷卻風扇、鼓風機、空調用致動器、清洗泵、后視鏡、閉門器、座椅靠背傾斜度調整器、座椅滑動器、電動窗、雨刷、啟動器、ETC和EGR等的吸氣排氣機構的電動機、EPS(電動轉向盤)、EPB(電子控制駐車制動器)等。
(OA設備用)
多角鏡掃描器電動機、步進電動機等。

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