(57)【要約】【課題】改善された特性を有するポリマー皮膜を備えた軸受部材を提供する。【解決手段】金属支持体（２）、該金属支持体（２）の上部に配置された軸受金属層（３）、及び該軸受金属層（３）の上部に配置されたポリマー層（４）を有し、該ポリマー層（４）がポリイミド樹脂、硫化モリブデン（ＭｏＳ2）及びグラファイトからなる軸受部材（１）であって、ポリマー層（４）におけるポリイミド樹脂の割合が下限値６０％と上限値８０％の範囲から選択され、ＭｏＳ2の割合が下限値１５％と上限値２５％の範囲から選択され、グラファイトの割合が下限値５％と上限値１５％の範囲から選択されることを特徴とする、軸受部材（１）が提供される。【選択図】図１
2010151321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属支持体（２）、該金属支持体（２）の上部に配置された軸受金属層（３）、及び該軸受金属層（３）の上部に配置されたポリマー層（４）を有し、該ポリマー層（４）がポリイミド樹脂、硫化モリブデン（ＭｏＳ2）及びグラファイトからなり、必要に応じて、追加の層、例えば、結合膜がこれらの層の間に設けられた軸受部材（１）であって、ポリイミド樹脂の割合が下限値６０％と上限値８０％の範囲から選択され、ＭｏＳ2の割合が下限値１５％と上限値２５％の範囲から選択され、グラファイトの割合が下限値５％と上限値１５％の範囲から選択され、ポリイミド樹脂の割合が、好ましくは、除去されるべき溶媒を有するポリイミド樹脂に関するものであることを特徴とする、軸受部材（１）。
【請求項２】
前記ポリイミド樹脂が、ポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項３】
前記ＭｏＳ2の割合が、下限値１８．５％と上限値２１．５％の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項４】
ＭｏＳ2対グラファイトの比が、下限値１．５：１と上限値４．５：１の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項５】
前記ＭｏＳ2の小板が、下限値１０μｍと上限値４０μｍの範囲から選択される平均長さ、及び／又は下限値１０μｍと上限値４０μｍの範囲から選択される平均幅、及び／又は下限値２ｎｍと上限値２０ｎｍの範囲から選択される平均高さによって使用されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項６】
前記グラファイトが、下限値２μｍと上限値８μｍの範囲から選択される粒子サイズを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項７】
前記軸受金属層（３）が、アルミニウム系合金、スズ系合金、鉛系合金、銅系合金、ＣｕＰｂ系合金、ＡｌＳｎ系合金、ＡｌＺｎ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｎＳｉ、ＣｕＡｌ、ＣｕＳｎ、ＣｕＺｎ、ＣｕＳｎＺｎ、ＣｕＺｎＳｎ、ＣｕＢｉ及びＡｌＢｉをベースとした合金を含む群から選択される合金の形態であることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項８】
前記ポリマー層（４）が、前記軸受金属層（３）の上に直接配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項９】
前記軸受金属層（３）が、前記支持体（２）の上に直接配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１０】
前記ポリマー層（４）の表面が、下限値０．２μｍと上限値１．５μｍの範囲から選択されるＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７による算術平均粗さ値Ｒａを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１１】
前記ポリマー層（４）の表面が、下限値０．５μｍと上限値１０μｍの範囲から選択されるＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７による最大粗さプロファイルＲｚを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１２】
前記ポリマー層（４）が、下限値１μｍと上限値４０μｍの範囲から選択される平均厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１３】
前記ポリマー層（４）が、下限値２０ＨＶと上限値４５ＨＶの範囲から選択されるヴィッカース硬度を有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１４】
潤滑軸受半胴、スラストリング又は軸受ブッシュとして設計されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１５】
少なくとも１つの金属支持体（２）及び該金属支持体（２）の上部に配置された軸受金属層（３）を含む少なくとも１つの軸受部材（１）によって取り付けられたシャフトを有するモーターであって、該シャフトから垂直シャフトを有する該軸受部材（１）への物質移動を防ぐために、ポリマー層（４）が該軸受金属層（３）及び／又は該シャフトの上に配置されたことを特徴とする、モーター。
【請求項１６】
前記軸受部材（１）が、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法によって形成されたことを特徴とする、請求項１５に記載のモーター。
【請求項１７】
前記ポリマー層（４）が、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリオキシメチレン、シリコン、ポリアリールエーテルケトン、ポリアリールエーテル−エーテルケトン、二フッ化ポリビニリデン、硫化ポリエチレンを含む群から選択されるポリマーによって形成されたことを特徴とする、請求項１５に記載のモーター。
【請求項１８】
前記ポリマー層（４）が、少なくとも１つの摩擦低減用添加剤、例えば、ＭｏＳ2、グラファイト、ＢＮ、ＷＳ2、ＰＴＦＥ、Ｐｂを含有することを特徴とする、請求項１７に記載のモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属支持体、該金属支持体の上部に配置された軸受金属層、及び該軸受金属層の上に配置されたポリマー層を有し、該ポリマー層がポリイミド樹脂、硫化モリブデン（ＭｏＳ2）及びグラファイトを含む軸受部材、少なくとも１つの金属支持体及び該金属支持体の上に配置された軸受金属層を含む軸受部材によって取り付けられたシャフトを有するモーター、並びにポリマーから作製された潤滑ワニスの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦応力を受ける部品又は表面の皮膜は、種々の異なる要件を満足することが必要である。一方で、可能な限り低摩擦の、即ち、比較的軟質で、それゆえ摩耗に関連する擦り減りや潤滑作用をする相手方にうまく適合できる皮膜が必要とされる。他方で、静的及び動的な振動荷重を吸収し、したがってその疲労強度及び寿命を向上させるために十分高い機械的安定性及び強度を有することが必要とされる。例えば、自動車産業では、特に排ガスに関連する実に厳しい基準に関する有効性を向上させ、それにより内燃機関の収益性及び環境順応性を向上させるため、より高い特定の性能に向けて開発が進んでいる。例えば、直接噴射ターボディーゼル機関における燃焼プロセスを最適化するための非常に高いトルク及び連続的に増大する点火圧力によって高い応力を受ける半径方向の潤滑軸受など、内燃機関の多数の部品はこの開発によって影響を受ける。これらエンジンの高性能噴射システムによって、噴射ポンプの部品及びそれらの計測器もまたこれらの高い応力を受けるか、又はラム、ピン又はローラーなどの他の部品が高い負荷によって影響を受ける。アルミニウム合金は、得られる特性と必要コストとの間で良好な比率を達成できるので、これらの部品に用いられることが多い。
【０００３】
原則的にはその使用は数年間も知られているとはいえ、この分野における最新の開発により、いわゆる潤滑ワニスの使用が次第に示されている。
【０００４】
したがって、例えば、西独国特許出願公開第２２０６４００号明細書（特許文献１）では、金属支持体と、接着剤により当該支持体に結合された高耐熱性プラスチックからなる摩擦又は潤滑層とを有する結合材料であって、当該摩擦又は潤滑層が、熱硬化性ポリイミド樹脂と、軸受の運転特性を改善する添加剤、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、金属軸受合金などを含有し、摩擦及び／又は潤滑層がポリイミド樹脂と運転特性を改善する添加剤とを微粒子又は微粉末材料の混合物として含有し、摩擦及び／又は潤滑層中の微粒子又は微粉末の混合物、並びに摩擦又は潤滑層それ自体を支持体に結合させる結合剤としてポリイミドワニスを含有する結合材料が記載されている。この場合、潤滑層は、７０〜２０ｗｔ％の熱硬化性ポリイミド樹脂と、約３０〜８０ｗｔ％の自己潤滑添加剤とを含有することができる。グラファイト、モリブデン及び酸化物が自己潤滑性添加剤として挙げられている。
【０００５】
欧州特許出願公開第０９３９１０６号明細書（特許文献２）により、マトリックス材料としてＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを他のフルオロ熱可塑性物質と組み合わせて含有し、その融点が２６０℃よりも高く、少なくとも１つの粉末ポリアラミドが含まれ、ＰＴＦＥ又はＰＴＦＥと他のフルオロ熱可塑性物質の混合物及びポリアラミドの合計量に対するその割合が１０〜５０ｖｏｌ％である潤滑皮膜材料が公知である。
【０００６】
さらに欧州特許出願公開第１２３６９１４号明細書（特許文献３）においては、軸受金属層の上に樹脂皮膜を有し、該樹脂皮膜が７０〜３０ｖｏｌ％の量の特定の物理的性質を有する熱硬化性樹脂と３０〜７０ｖｏｌ％の量の自己潤滑性添加剤とを有し、ヴィッカース硬度レベルが２０以下である潤滑軸受が記載されている。この樹脂は、例えば、ポリアミドイミド樹脂であることができる。二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン、鉛などが自己潤滑性添加剤として挙げられている。
【０００７】
潤滑部材の皮膜材料として使用するためのポリマーは、以下の文献、即ち、米国特許第５，５２５，２４６号明細書（特許文献４）、特開昭６０−１４２４号公報（特許文献５）、欧州特許出願公開第０９８４１８２号明細書（特許文献６）、特開平４−８３９１４号公報（特許文献７）、特開平７−２４７４９３号公報（特許文献８）、英国特許出願公開第２３３７３０６号明細書（特許文献９）、特開平９−７９２６２号公報（特許文献１０）、特開２００１−１７３６４４号公報（特許文献１１）、西独国特許出願公開第２０００６３２号明細書（特許文献１２）、同第３３４３３０９号明細書（特許文献１３）、同第３２２１７８５号明細書（特許文献１４）、国際公開第９７／３８０４６号パンフレット（特許文献１５）、欧州特許出願公開第０３４０８３９号明細書（特許文献１６）、同第００４４５７７号明細書（特許文献１７）、同第０３４０８３８号明細書（特許文献１８）、西独国特許出願公開第２４１５３２７号明細書（特許文献１９）、欧州特許出願公開第０６０７２５号明細書（特許文献２０）、独国特許出願公開第１９８１４７５６号明細書（特許文献２１）、米国特許第４，６１８，２７０号明細書（特許文献２２）、西独国特許出願公開第２５０４８３３号明細書（特許文献２３）、仏国特許出願公開第２１３３３２０号明細書（特許文献２４）、英国特許第２３８４０３３号明細書（特許文献２５）、特開昭５３−００７７８０号公報（特許文献２６）において記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】西独国特許出願公開第２２０６４００号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０９３９１０６号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１２３６９１４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５２５，２４６号明細書
【特許文献５】特開昭６０−１４２４号公報
【特許文献６】欧州特許出願公開第０９８４１８２号明細書
【特許文献７】特開平４−８３９１４号公報
【特許文献８】特開平７−２４７４９３号公報
【特許文献９】英国特許出願公開第２３３７３０６号明細書
【特許文献１０】特開平９−７９２６２号公報
【特許文献１１】特開２００１−１７３６４４号公報
【特許文献１２】西独国特許出願公開第２０００６３２号明細書
【特許文献１３】西独国特許出願公開第３３４３３０９号明細書
【特許文献１４】西独国特許出願公開第３２２１７８５号明細書
【特許文献１５】国際公開第９７／３８０４６号パンフレット
【特許文献１６】欧州特許出願公開第０３４０８３９号明細書
【特許文献１７】欧州特許出願公開第００４４５７７号明細書
【特許文献１８】欧州特許出願公開第０３４０８３８号明細書
【特許文献１９】西独国特許出願公開第２４１５３２７号明細書
【特許文献２０】欧州特許出願公開第０６０７２５号明細書
【特許文献２１】独国特許出願公開第１９８１４７５６号明細書
【特許文献２２】米国特許第４，６１８，２７０号明細書
【特許文献２３】西独国特許出願公開第２５０４８３３号明細書
【特許文献２４】仏国特許出願公開第２１３３３２０号明細書
【特許文献２５】英国特許第２３８４０３３号明細書
【特許文献２６】特開昭５３−００７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第一の目的は、改善された特性を有するポリマー皮膜を備えた軸受部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のこの目的は、軸受部材のポリマー層におけるポリイミド樹脂の割合が下限値６０％と上限値８０％の範囲から選択され、ＭｏＳ2の割合が下限値１５％と上限値２５％の範囲から選択され、グラファイトの割合が下限値５％と上限値１５％の範囲から選択され、ポリイミド樹脂の割合が、好ましくは、除去されるべき溶媒中の溶解ポリイミド樹脂、即ち、シャフトから固定シャフトを有する軸受部材への物質の移動を防ぐため、ポリマー層が軸受金属層の上に配置されたエンジンによって及びこのための潤滑ワニスの使用によって適用されるべきワニス中の樹脂の割合に関係するという点において独立に解決される。
【００１１】
潤滑軸受の分野において既に使用されている潤滑ワニス皮膜と比べ、本発明による組成物は、驚くべきことに、ポリイミド樹脂中のＭｏＳ2とグラファイトの高い割合にもかかわらず、軸受部材の耐摩耗性における予想外の改善を示す。意外であるが、摩擦低減用添加剤のための結合剤とみなすことができるポリイミド樹脂がより少ない場合と同様、層の密着性が低下し、層が「ばらばらになる」ことが予想されていた。これは、ＭｏＳ2とグラファイトの選択された割合、特には出願人が見出し、現時点ではこれに関する理論はないＭｏＳ2対グラファイトの割合の比では起こらない。しかしながら、ＭｏＳ2とグラファイトの粒子間に相互作用があると考えられる。
【００１２】
本発明による軸受部材に関する改善された耐摩耗性に加え、キャビテーションに対する耐性も改善される。さらにはその腐食性も低減される。
【００１３】
さらには、本発明によるポリマー層は軸受金属層の上に直接適用することができ、即ち、従来技術により公知の従来の潤滑軸受に関して用いられるニッケル層が拡散バリアとしてもはや必要でないため、本発明による軸受部材がその機械的性質の点で従来の多層潤滑軸受と同等に良好であるのみならず、本発明の軸受部材の製造もまたより経済的であるという利点がある。
【００１４】
本発明によるポリマー層は特定の軸受部材に限定されることなく、現在の知識によれば、あらゆる軸受金属上に適用できるということもまた有利である。
【００１５】
これまで、アルミニウムが軸受材料として用いられた場合には、恐らく微小な動きによって生じるシャフト上への軸受材料の物質移動及び微細溶着のために軸受はうまくいかなかった。これらの種類の物質移動は、シャフトが軸受上に静止して横たわりかつシステム全体が微小運動をしているとき、例えば、組み立てたエンジンを使用場所に輸送しているとき、又はモーターのすべてが同時に運転しているわけではない場合に互いに隣接する幾つかのモーターが運転している際に生じる可能性がある。本発明によるモーターの場合には、ポリマー層が鋼に対し親和性を実質的に有していないので、このような物質移動は、ポリマー層によって有利に防がれる。しかしながら、たとえ非常に小さな物質移動があったとしても、例えば、潤滑ワニスがシャフトの粗さプロファイルの中に埋め込まれたとしても、潤滑ワニスと潤滑ワニスの組み合わせでは、潤滑ワニスと鋼の組み合わせよりもさらに摩擦が小さくなるので実際には問題ない。
【００１６】
本発明の実施態様においては、好ましくは溶媒を有するポリイミド樹脂に関するポリイミド樹脂の割合は下限値６５％と上限値７５％若しくは下限値６７．５％と上限値７２．５％の範囲から選択することができるか、又はポリアミド樹脂の割合は７０％であることができる。
【００１７】
同様に、ＭｏＳ2の割合は下限値１７％と上限値２２％若しくは下限値１８．５％と上限値２１．５％の範囲から選択されるか、又はＭｏＳ2の割合は２０％であることが有利である。
【００１８】
さらには、本発明の更なる開発によれば、グラファイトの割合は下限値７％と上限値１３％若しくは下限値８．５％と上限値１１．５％の範囲から選択されるか、又はグラファイトの割合は１０％である。
【００１９】
これらの実施態様のすべて又は下限値と上限値に関する以下のデータのすべてに関し、それぞれの割合は、必要に応じて下限値と上限値の間のそれぞれの限定範囲から選択することできる。
【００２０】
ポリアミドイミド樹脂がポリマー層のためのポリイミド樹脂として用いられた場合に特に有利であることがわかった。
【００２１】
上記の尺度により、ポリマー層の特性のすべてを最適化することが可能であるだけでなく、たとえポリマー層の更なる特性が同程度に改善されないとしても、個々の特性、具体的には、例えば、耐摩耗性、耐食性、摩擦溶着に対する耐性などを各使用領域に適合させることも可能である。
【００２２】
ＭｏＳ2の小板は、下限値１０μｍと上限値４０μｍ、下限値１５μｍと上限値３５μｍ若しくは下限値１８μｍと上限値２５μｍの範囲から選択される平均長さ、及び／又は下限値１０μｍと上限値４０μｍ、下限値１５μｍと上限値３５μｍ若しくは下限値１８μｍと上限値２５μｍの範囲から選択される平均幅、及び／又は下限値２ｎｍと上限値２０ｎｍ、下限値５ｎｍと上限値１５ｎｍ若しくは下限値５ｎｍと上限値８ｎｍの範囲から選択される平均高さを有することができる。
【００２３】
さらに、グラファイトは、下限値２μｍと上限値８μｍの範囲から選択される粒子サイズで使用することができる。
【００２４】
ＭｏＳ2対グラファイトの比率は、本発明の更なる開発によれば、下限値１．５：１と上限値４．５：１の範囲から選択することができる。
【００２５】
このように、ポリマー層の自己潤滑性挙動は、必要に応じてＭｏＳ2又はグラファイトの各割合を考慮し、即ち、これら２つの添加剤とポリイミド樹脂の割合比を変化させることにより、ポリマー層の特性の少なくとも１つがとりわけ各用途に適合できるよう広い範囲にわたって変化させることができる。
【００２６】
軸受金属層は、アルミニウム系合金、スズ系合金、鉛系合金、銅系合金、ＣｕＰｂ系合金、ＡｌＳｎ系合金、ＡｌＺｎ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｎＳｉ、ＣｕＡｌ、ＣｕＳｎ、ＣｕＺｎ、ＣｕＳｎＺｎ、ＣｕＺｎＳｎ、ＣｕＢｉ及びＡｌＢｉをベースとした合金を含む群から選択される合金によって形成することができ、後者の合金は軸受部材に関する関連文献からそれらの特性に関して周知であり、本明細書においてさらに詳細に説明する必要はない。この場合において、利点は、これらの軸受金属材料に対するポリマー層の接着性が、さもなければ必要な接着剤中間層を使用しないでも改善されることである。
【００２７】
既に記載したとおり、通常使用される拡散バリア層、例えば、ニッケルバリアなどを使用しないで済むように、ポリマー層が軸受金属層の上に直接配置される場合もまた有利である。
【００２８】
さらに、軸受金属層を直接支持体上に、即ち、中間層及び接着剤手段なしで配置することが特に十分な接着性で以って可能であり、それにより軸受部材の組み立てを単純化することができ、したがって、場合により製造コストも下げることができる。
【００２９】
ポリマー層の表面が、下限値０．２μｍと上限値１．５μｍ、下限値０．５μｍと上限値１．０μｍ若しくは下限値０．８μｍと上限値０．９μｍの範囲から選択されるＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７若しくはＡＳＭＥ Ｂ ４６．１による算術平均粗さ値Ｒａを有する場合、又は更なる実施態様によれば、ポリマー層の表面が、下限値０．５μｍと上限値１０μｍ、下限値３μｍと上限値８μｍ若しくは下限値５μｍと上限値６μｍの範囲から選択されるＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７若しくはＡＳＭＥ Ｂ ４６．１による最大粗さプロファイル高さＲｚを有する場合も、本発明による軸受部材の試験後に有利であるとわかった。
【００３０】
これらの手段により、一方で、ウォームアップ段階の際、軸受部材の内面全体に対して見ると、プロファイルのチップに起因して、取り付けられるべきシャフトに対しより小さな接触表面があり、それにより材料の選択又はポリイミド樹脂−鋼の組み合わせから単に予想されるようにより低い摩擦があり、他方で、このウォームアップ段階の後、チップがかなり擦り減るので、軸受は必要な遊び公差を有することが達成される。
【００３１】
ポリマー層は、下限値１μｍと上限値４０μｍ、下限値３μｍと上限値３０μｍ、又は下限値４μｍと上限値２５μｍの範囲から選択される平均厚さを有することができ、それにより、軸受部材は、例えば、大きな軸受又は小さな軸受などの各用途に従って適合させることができ、したがって、対応するコストの最適化を軸受部材の長期的な信頼性の高い均一な特性とともに達成することができる。
【００３２】
ポリマー層は、有利には、下限値２０ＨＶと上限値４５ＨＶ、下限値２２ＨＶと上限値３５ＨＶ、又は下限値２５ＨＶと上限値３０ＨＶの範囲から選択されるヴィッカース硬度を有し、それにより、適切に改善された潤滑特性を軸受部材の十分な疲労強度とともに得ることができる。
【００３３】
とりわけ、軸受部材は、潤滑軸受胴若しくは半胴又は軸受ブッシュとして設計される。
【００３４】
軸受部材のための固定シャフトを有するモーターにおいて使用されるポリマー層は、特に本発明による組成物を有するポリマー層によって形成される。しかしながら、ポリマー層は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリオキシメチレン、シリコン、ポリアリールエーテルケトン、ポリアリールエーテル−エーテルケトン、二フッ化ポリビニリデン、硫化ポリエチレンを含む群から選択されるポリマーによって形成することも可能であり、それによって、これらのポリマーが特に微小運動によって生じるシャフトから軸受部材への物質移動に関して完全に異なる特性を有するように、予想される運動に対応する調整を行うことができる。
【００３５】
この場合、ポリマー層は、「輸送安全性」を確保するのに使用できるだけでなく、少なくともエンジンのウォームアップ段階において、軸受部材とシャフト間の滑り摩擦を適切に減少させるのにも使用できるように、摩擦低減用添加剤、例えば、ＭｏＳ2、グラファイト、窒化ホウ素（六方晶）、二硫化タングステン、ＰＴＦＥ、鉛などを含むこともできる。
【００３６】
既に記載したように、特にポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリオキシメチレン、シリコン、ポリアリールエーテルケトン、ポリアリールエーテル−エーテルケトン、二フッ化ポリビニリデン、硫化ポリエチレンを含む群から選択されるポリマーからなる潤滑ワニスを軸受部材上に使用し、固定シャフトから軸受部材上への物質移動を防ぐための保護層としてポリマー層を生成することができる。このように、特別の予防措置をとる必要なく又は既に完成したエンジンを輸送する際に軸受材料がシャフトに溶着されるという危険を冒すことなく、直接製造業者でエンジンを完成させることが可能である。したがって、部品に対する損傷率がより低い完成部品を購入する傾向をますます強めていることが知られる各顧客、特に自動車産業に対し、このような部品を予め組み立てられた形で供給することが可能である。
【００３７】
本発明のより良い理解のため、本発明は以下の図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】潤滑軸受半胴の形態の本発明による軸受部材を示す。
【図２】各臨界値がＭｏＳ2とグラファイトの変動する割合の関数として示される図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
第一に、説明される種々の実施態様において、同じ部品は、同じ符号及び同じ部品名称で与えられ、それにより、説明全体にわたって含まれる開示は、同じ符号及び同じ部品名称で以って同じ部分に適用できることを言及しておく。説明で用いられる位置の表示、例えば、上部、底部、側部などは、その時に説明されている図に関係し、位置の変更後には新しい位置に置き換えられるべきである。さらには、示されかつ説明される種々の異なる実施態様からの個々の特徴又は特徴の組み合わせは、それら自体の権利において独立した発明的解決法を形成することができる。
【００４０】
図１による軸受部材１は、支持体２、軸受金属層３及び運転層としてのポリマー層４から構成されている。支持体２は通常は鋼から作製されるが、当然ながら同じか又は同様の機能を果たすことのできる、即ち、軸受部材１の機械的強度を提供することのできる適合材料から作製することもできる。したがって、軸受部材１全体の機械的強度は、各使用分野に依存しているため、例えば、種々の異なる銅合金、例えば、黄銅、青銅などを使用することができる。加えて、支持体２はある程度の形状安定性を確保する。
【００４１】
軸受金属層３は、軸受金属合金によって形成される。この実施態様における軸受金属合金は、少なくとも１つの軟質相と硬質粒子が埋め込まれたアルミニウムマトリックスを含む。少なくとも１つの軟質相は、スズ、アンチモン、インジウム及びビスマスを含む第１元素群からの少なくとも１つの元素によって形成することができる。硬質粒子は、例えば、銅、マンガン、コバルト、クロム及び鉄を含む第２元素群の少なくとも１つの元素によって形成することができるか又はスカンジウム及び／又はジルコニウム元素によって形成することができる。これらの硬質粒子は、特にスカンジウム及び／又はジルコニウム元素又は第２元素群の元素とアルミニウムとの金属間相、又は上記元素により形成される金属間相によって形成することも可能である。
【００４２】
当然ながら、従来技術より公知の他の任意の軟質相及び／又は硬質粒子を軸受金属合金に含めることができる。
【００４３】
軸受部材１の運転によってポリマー層４で異常が生じ、したがって、軸受金属層３が、取り付けられるべき部品、例えば、シャフトと少なくともほぼ直接的に接触する場合には、軟質相によって軸受部材１に緊急操作特性を付与することが可能である。したがって、軸受部材１はまた、軸受部材１の使用後に摩耗から生じる硬質粒子を埋め込むための能力を付与される。硬質粒子はアルミニウム合金に必要な機械的強度を与える。
【００４４】
スズ、ビスマス、インジウム、鉛又はアルミニウムに基づく合金、並びに高鉛含量ＣｕＰｂ、ＡｌＳｎ又はＡｌＢｉをベースとした合金もまた軸受金属層３に適している。とりわけ、より多くのスズを含有するスズ系合金が有利である。鉛なしの銅系合金さえも使用することができる。
【００４５】
使用できる銅系軸受金属は、例えば、ＣｕＰｂ２２Ｓｎ２、ＣｕＰｂ１０Ｓｎ１０、ＣｕＰｂ１５Ｓｎ７、ＣｕＳｎ６、ＣｕＳｎ４Ｚｎ１である。とりわけ、ＣｕＡｌ、ＣｕＳｎ、ＣｕＺｎ、ＣｕＳｎＺｎ、ＣｕＺｎＳｎ及びＣｕＢｉ系に基づく鉛なしの銅合金は、より低レベルの汚染の観点から有利である。
【００４６】
使用できるスズ系軸受金属は、例えば、ＳｎＳｂ８Ｃｕ４、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｐｂである。
【００４７】
使用できる鉛系軸受金属は、例えば、ＰｂＳｂ１０Ｓｎ６、ＰｂＳｂ１５Ｓｎ１０、ＰｂＳｂ１５ＳｎＡｓである。
【００４８】
アルミニウム系軸受金属は、例えば、ＡｌＳｎ４０、ＡｌＳｎ２０、ＡｌＳｎ２５、ＡｌＳｎ１０、ＡｌＳｎ６などを形成することができる。
【００４９】
ＡｌＺｎ系、例えば、ＡｌＺｎ４ＳｉＰｂ、ＡｌＳｉ系、例えば、ＡｌＳｉ１１ＣｕＭｇＮｉ、又はＡｌＳｎＳｉ系、例えば、ＡｌＳｎ２０Ｓｉ４を有する軸受金属を使用することも可能である。
【００５０】
本発明によれば、ポリマー層４は、ポリイミド樹脂、硫化モリブデン及びグラファイトからなり、ポリマー層４におけるポリイミド樹脂の割合は下限値６０％と上限値８０％の範囲から選択され、ＭｏＳ2の割合は下限値１５％と上限値２５％の範囲から選択され、グラファイトの割合は下限値５％と上限値１５％の範囲から選択される。
【００５１】
樹脂は、少なくとも１つの溶媒、特にはその処理性を改善することができる有機溶媒、例えば、キシロール中に提供することができる。溶媒の割合は、本明細書において、樹脂の割合、即ち、溶媒を有する樹脂に対し、下限値４０ｗｔ％と上限値８０ｗｔ％、特には下限値５０ｗｔ％と上限値７０ｗｔ％、好ましくは下限値６０ｗｔ％と上限値６５ｗｔ％の範囲から選択することができる。したがって、乾燥樹脂含量、特にはポリアミドイミド樹脂は、下限値２０ｗｔ％と上限値５０ｗｔ％、特には下限値３０ｗｔ％と上限値４０ｗｔ％、好ましくは下限値３５ｗｔ％と上限値３７．５ｗｔ％の範囲から選択することができる。この点において、本発明に従って適用されるポリマー層４は、例えば、ポリアミドイミド樹脂３５ｗｔ％、ＭｏＳ2４５ｗｔ％及びグラファイト２０ｗｔ％の乾燥組成物、又はポリマー層４の個々の含量に関して所与の値の範囲から計算される乾燥組成物を有することができる。
【００５２】
必要に応じて、ポリマー層４は、その機械的強度を高めるための更なる添加剤、例えば、繊維マトリックス、例えば、アラミド繊維、硬質材料、例えば、炭化物、酸化物、窒化物を含有することができる。これらの種類の添加剤は、軸受部材１のためのこれらの種類のポリマー層４に関する従来技術、例えば、欧州特許出願公開第１２３６９１４号明細書から既に公知である。したがって、例えば、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4から作製される硬質材料を使用することが可能であり、それらの割合は、例えば、上記欧州特許出願公開第１２３６９１４号明細書に記載されているような通常の範囲内で変化させることができる。
【００５３】
層３に既に含まれる硬質粒子を使用して摩擦値を調整する場合も特に有利である。
【００５４】
ポリマー層４におけるＭｏＳ2とグラファイトの割合の比が１．５：１〜４．５：１、例えば、１．５：１〜２．５：１の範囲から選択される場合も特に有利である。
【００５５】
本発明によるポリマー層４のための組成物に関し、必要に応じて乾燥運転さえ可能とする良好な潤滑及び緊急操作特性を有する運転層を製造することが可能である。これは、特にメンテナンスをほとんど必要としないことを特徴としている。非常に少ない潤滑剤を使用するか又は潤滑剤を全く使用せずに運転することも可能である。必要に応じて、水を潤滑のために使用することができ、これは、本発明による軸受部材１が、例えば、ポンプに関して使用される場合に特に有利である。対応する質量の低減のみならず、軸受の末端圧力に対するより低い感度を観測することもできる。
【００５６】
本発明による軸受部材１は、他の分野において、例えば、特に自動車産業において使用するためのスラストリング、潤滑ブッシュなどとして、図１に示される潤滑軸受半胴としての設計の代わりに使用することができる。
【００５７】
表１は、ポリマー層４のための、除去すべき溶媒を有するポリイミド樹脂、ＭｏＳ2及びグラファイトの割合に関し、本発明に従った範囲から選択された組成物の例を記載しており、これらの例は、当然ながら本発明を限定するものではなく、本発明の特徴を単に示すものである。
【００５８】
【表１】
2010151321.tif 000003
【００５９】
その上にＣｕＰｂ２２Ｓｎ２の軸受金属が適用され、次いでポリマー層４が上部に適用された鋼の保護胴からなるこの組成を有する軸受部材１を作製した。以降の調査において、この組成では軸受部材１について非常に類似した特性が得られることが示されたので、以下においては、これらの特性は、ポリイミド樹脂７０％、ＭｏＳ2２０％及びグラファイト１０％を含有するポリマー層４の例についてのみ、軸受部材１に関して検討される。
【００６０】
本発明による軸受の１００％の摩擦溶着に対する臨界値に対して、ＡｌＳｎ４０上にＰＴＦＥ皮膜を有する従来技術の標準的な軸受は、同じ実験条件下で比較して約８７％のより悪い臨界値を有する。
【００６１】
耐摩耗性を同じ寸法及び同じ潤滑条件の軸受に関して測定した。本発明によるポリマー層４は、ＰＴＦＥ層よりも８倍優れた耐摩耗性を有することが示された。
【００６２】
更なる調査において、本発明によるこの組成を有するポリマー層４をＣｕＰｂ２２Ｓｎ２又はＡｌＳｎ２５から作製された軸受金属層の上に適用し、耐摩耗性がＡｌＳｎ４０によって達成される値の±５％以内で変動することを見出した。このことは、本発明によるポリマー層４が、少なくともすべての現行の軸受金属上にそれらの優れた特性を相当に変化させることなく適用できることを意味している。
【００６３】
対応する改善は、腐食に関しても達成することができる。
【００６４】
図２において、臨界腐食限界が、グラファイトとＭｏＳ2のパーセントの割合に対してパーセントで与えられ、樹脂７０％、ＭｏＳ2２０％及びグラファイト１０％の組成物に対して１００％値が標準であり、それぞれの数字を表２から取り上げることができる。このグラフから、本発明によるポリマー層４、即ち、層を備えた軸受部材１が、従来技術から公知の対応するポリイミド樹脂層よりも臨界腐食限界に関してはるかに優れた結果を有することを明確に確認することができる。
【００６５】
【表２】
2010151321.tif 000004
【００６６】
自己潤滑性挙動に関し、既に上述した寸法を有するＭｏＳ2小板が使用される場合には特性を改善できることが見出された。
【００６７】
下限値２μｍと上限値８μｍの範囲から選択される粒子サイズを有するグラファイトが使用される場合もまた有利である。
【００６８】
特性、特にはウォームアップモードと連続運転の両方におけるキャビテーションに対する耐摩耗性及び耐食性の更なる改善は、軸受部材１が本発明に従って構成されるポリマー層４を用いて作製される場合に達成することができ、このポリマー層４は、既に記載された値によるか又は所与の範囲から選択される、ＤＩＮ ＩＳＯ ４２８７若しくはＡＳＭＥ Ｂ４６．１による粗さプロファイルＲｚに関する値、又は同様にＤＩＮ ＩＳＯ ４２８７若しくはＡＳＭＥ Ｂ４６．１による算術平均粗さ値Ｒａを有する粗さプロファイルを有する。
【００６９】
本発明による軸受部材１の製造は、軸受金属層３が、従来技術から公知の方法、例えば、ローリング、注入成形、焼結、電解質堆積により又はスパッタリング法により金属支持体２の上に形成されるようにして実施される。本発明によるポリマー層４はまた、従来技術から公知の方法、例えば、溶射法又は塗布法によって軸受金属層３の上に適用することもでき、次いでポリマー層を熱処理することができる。好適な前処理はまた従来技術から公知であり、このことはそれらが本明細書において検討される必要のないことを意味する。
【００７０】
本発明によるポリマー層４は、エンジン用の軸受部材１の装置に特に適しており、ポリマー層４は、シャフトから軸受金属又は軸受部材１への物質移動を避け、エンジン故障に至る場合のある微細溶着を防ぐための保護層又は「パッケージング層」として使用される。この効果を獲得及び増大させるために、シャフト自体をポリマー層４で被覆することも可能である。一般に、ポリマー層４は、取り付けられた部品から対応する軸受部品への物質移動によって生じるこのような微細溶着を防ぐためのいわゆる保護層として使用することができる。
【００７１】
本発明による特に好適なポリマー層４に加え、固定シャフトを有する既に組み立てられたエンジンを輸送するための保護層又は「パッケージング層」のこの設計のために、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリオキシメチレン、シリコン、ポリアリールエーテルケトン、ポリアリールエーテル−エーテルケトン、二フッ化ビニリデン、硫化ポリエチレン、並びにそれらの混合物に基づくポリマー層を使用することもでき、自己潤滑性添加剤、例えば、ＭｏＳ2、グラファイト、六方晶ＢＮ、様々な金属硫化物など、並びに既に記載した硬質粒子をポリマーに添加することもできる。
【００７２】
例示的な実施態様は軸受部材１の可能な設計の変形態様を示し、本発明が特に示された実施態様には限定されず、むしろ個々の実施態様の変形態様における種々の異なる組み合わせが可能であり、これらの可能な変形態様が本発明の技術的な教示に基づいて当業者の能力の範囲内にあることはこの時点で言及されるべきである。したがって、示されかつ記載された個々の実施態様の詳細を組み合わせることによって可能であるすべての考えられる設計の変形態様は本特許の保護により包含される。
【００７３】
形式的に、軸受部材１の構造のより良い理解のため、軸受部材１及びその部品は、完全には一定の縮尺に忠実でなく及び／又はサイズが拡大及び／又は縮小されていることを言及しておく。
【００７４】
本発明による独立した解決策の第一の目的は、この説明から理解することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１    軸受部材
２    支持体
３    軸受金属層
４    ポリマー層
【図１】
2010151321.tif 000005
【図２】
2010151321.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属支持体（２）、該金属支持体（２）の上部に配置された軸受金属層（３）、及び該軸受金属層（３）の上部に配置された運転層としてのポリマー層（４）を有し、該ポリマー層（４）がポリアミドイミド樹脂、硫化モリブデン（ＭｏＳ2）及びグラファイトからなる軸受部材（１）であって、ポリアミドイミド樹脂の割合が下限値６０ｗｔ％と上限値８０ｗｔ％の範囲から選択され、ＭｏＳ2の割合が下限値１５ｗｔ％と上限値２５ｗｔ％の範囲から選択され、グラファイトの割合が下限値５ｗｔ％と上限値１５ｗｔ％の範囲から選択され、ポリアミドイミド樹脂の割合が、除去されるべき溶媒を有するポリアミドイミド樹脂に関するものであり、該溶媒の割合が、該溶媒を有するポリアミドイミド樹脂に対し、下限値４０ｗｔ％と上限値８０ｗｔ％の範囲から選択され、該軸受金属層（３）が、少なくとも１つの軟質相と硬質粒子が埋め込まれたアルミニウムマトリックスを含むアルミニウム系合金であり、該少なくとも１つの軟質相が、スズ、アンチモン、インジウム及びビスマスを含む第１元素群からの少なくとも１つの元素であり、該硬質粒子が、銅、マンガン、コバルト、鉄、スカンジウム、ジルコニウムからなる第２元素群の少なくとも１つの元素、それらの元素とアルミニウムとの金属間相、又はそれらの元素による金属間相によって形成されることを特徴とする、軸受部材（１）。
【請求項２】
前記ポリマー層（４）が、ポリアミドイミド樹脂３５ｗｔ％、ＭｏＳ2４５ｗｔ％及びグラファイト２０ｗｔ％の乾燥組成物を有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項３】
前記ＭｏＳ2の割合が、下限値１８．５ｗｔ％と上限値２１．５ｗｔ％の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項４】
ＭｏＳ2対グラファイトの比が、下限値１．５：１と上限値４．５：１の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項５】
前記ＭｏＳ2の小板が、下限値１０μｍと上限値４０μｍの範囲から選択される平均長さ、及び下限値１０μｍと上限値４０μｍの範囲から選択される平均幅、及び下限値２ｎｍと上限値２０ｎｍの範囲から選択される平均高さによって使用されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項６】
前記グラファイトが、下限値２μｍと上限値８μｍの範囲から選択される粒子サイズを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項７】
前記ポリマー層（４）が、前記軸受金属層（３）の上に直接配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項８】
前記軸受金属層（３）が、前記支持体（２）の上に直接配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項９】
前記ポリマー層（４）の表面が、下限値０．２μｍと上限値１．５μｍの範囲から選択されるＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７による算術平均粗さ値Ｒａを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１０】
前記ポリマー層（４）の表面が、下限値０．５μｍと上限値１０μｍの範囲から選択されるＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７による最大粗さプロファイルＲｚを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１１】
前記ポリマー層（４）が、下限値１μｍと上限値４０μｍの範囲から選択される平均厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１２】
前記ポリマー層（４）が、下限値２０ＨＶと上限値４５ＨＶの範囲から選択されるヴィッカース硬度を有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１３】
潤滑軸受半胴、スラストリング又は軸受ブッシュとして設計されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１４】
前記溶媒の割合が、該溶媒を有するポリアミドイミド樹脂に対し、下限値５０ｗｔ％と上限値７０ｗｔ％の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【請求項１５】
前記溶媒の割合が、該溶媒を有するポリアミドイミド樹脂に対し、下限値６０ｗｔ％と上限値６５ｗｔ％の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の軸受部材（１）。
【外国語明細書】
2010151321000001.pdf