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(dá)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(dá)軸或類似件的燒結(jié)含油軸承以及使用該軸承的馬達(dá)，特別是涉及一種用于改進(jìn)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(dá)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(xì)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(dāng)使用該軸承的馬達(dá)例如驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達(dá)，在較寬的旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)如200-6000轉(zhuǎn)/秒運(yùn)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(dá)具有較大的側(cè)向沖擊載荷，例如，用于磁帶錄像機(jī)的主動輪馬達(dá)，當(dāng)在低速高溫情況下或高速低溫情況下引起較大的負(fù)荷時，可能發(fā)生邊界潤滑狀況，在馬達(dá)軸與燒結(jié)含油軸承之間燒結(jié)體直接接觸。當(dāng)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(dá)，該軸承即使是在馬達(dá)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(xì)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(xì)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(jī)化合物細(xì)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(dāng)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(dá)；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(jī)的主動輪馬達(dá)；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(dá)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(jìn)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(dá)，圖1(b)為用于磁帶錄像機(jī)的主動輪馬達(dá)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(biāo)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(jī)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(xì)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(shí)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(jī)化合物的細(xì)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(jìn)行燒結(jié)。然后，對燒結(jié)的主體進(jìn)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(jī)化合物細(xì)粒的表面通過釬焊(Soldering)的方法涂敷一層銅。
由于由無機(jī)化合物如象二硫化鉬形成的細(xì)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(dāng)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(dá)例如作為一個驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達(dá)，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(dá)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(dāng)馬達(dá)具有較大的側(cè)向沖擊時(例如用于磁帶錄像機(jī)的主動輪馬達(dá))，甚至該馬達(dá)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(jī)主動輪馬達(dá)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(jī)主動輪馬達(dá)進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)500小時。計算在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)消耗電流增加10％以上的樣品數(shù)和運(yùn)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(dá)總數(shù)的20％，消耗電流增加的占50％。然而，按照本實(shí)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(shí)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(dāng)?shù)偷?。更好的情況是，當(dāng)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(dá)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(dá)的性能，另外，當(dāng)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(dá)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(shí)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(jī)化合物的細(xì)粒(固體潤滑劑)的混合材料制成的，該無機(jī)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(xì)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(jī)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(jī)化合物的細(xì)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(dāng)燒結(jié)溫度低于650℃時，將大大降低細(xì)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(jī)化合物細(xì)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(jìn)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(shí)例中，包含涂敷有銅的無機(jī)化合物細(xì)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(xì)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(shí)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(shí)施例的燒結(jié)含油軸承制成時所進(jìn)行的步驟。
從圖2可以看出，制造本實(shí)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(xì)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(xì)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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?xì)浠衔镉?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(jìn)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(xì)孔、模鑄毛刺等進(jìn)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)生的金屬粒或類似物，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(dá)的例子圖4(a)是使用本發(fā)明燒結(jié)含油軸承的馬達(dá)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(dá)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(dá)主體12；一個用于驅(qū)動和控制該馬達(dá)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(dá)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(dá)主體12包括一個外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)，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(dá)軸126和轉(zhuǎn)子殼123相耦接在一起。馬達(dá)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(dá)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(dá)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(dāng)燒結(jié)含油軸承20的燒結(jié)體20b與馬達(dá)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(dá)時，如驅(qū)動CD-ROM的主軸馬達(dá)，以及具有較大側(cè)向推力的馬達(dá)，如象磁帶錄像機(jī)的主動輪馬達(dá)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(xì)粒的固體潤滑劑添加于表面涂有銅的鐵粉的細(xì)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(dāng)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(jī)化合物的細(xì)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(dāng)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?yàn)檫吔鐫櫥瑺顟B(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(xì)粒，所述的固體潤滑劑包括表面涂敷有銅的無機(jī)化合物細(xì)粒，該無機(jī)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(jī)化合物的細(xì)粒，該有機(jī)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(shí)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(shí)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(dá)，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(xì)粒，所述的固體潤滑劑包括表面涂敷有銅的無機(jī)化合物細(xì)粒，該無機(jī)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(xì)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(jī)化合物組成,該無機(jī)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(jī)制作所