(57)【要約】  軸受材料の滑り層を上に有する平軸受が記載される。この軸受材料は、変成エポキシ樹脂およびポリイミド／アミド樹脂を含む群から選択されたポリマー・ベースのマトリックスを含み、そのマトリックスは、１５〜３０体積％の範囲にある金属粉、１〜１５体積％の範囲にあるフッ素ポリマー、０．５〜２０体積％の範囲にあるセラミック粉、および２〜１５体積％の範囲にあるシリカを含む群から選択された、少なくとも１種の添加物をその中に含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受材料の滑り層を上に有する平軸受であって、前記軸受材料は、変成エポキシ樹脂およびポリイミド／アミド樹脂を含む群から選択されたポリマー・ベースのマトリックスを含み、前記マトリックスは、１５〜３０体積％の範囲にある金属粉、１〜１５体積％の範囲にあるフッ素ポリマー、０．５〜２０体積％の範囲にあるセラミック粉、および２〜１５体積％の範囲にあるシリカを含む群から選択された、少なくとも１種の添加物をその中に含む軸受。
【請求項２】
前記変成エポキシ樹脂が、固体含量対固体含量で表して３０〜６０重量％のエポキシ樹脂および７０〜４０重量％のフェノール樹脂を含む、請求項１に記載の平軸受。
【請求項３】
前記変成エポキシ樹脂がアミノ樹脂をも含む、請求項１または２に記載の平軸受。
【請求項４】
前記変成エポキシ樹脂がビニル樹脂をも含む、前記請求項１から３のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項５】
前記変成エポキシ樹脂が、当初の未硬化樹脂マトリックス混合物中に２種以上の別個のエポキシ樹脂成分を含む、前記請求項１から４のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項６】
ポリイミドが、ポリイミド／アミド・マトリックス樹脂中で過半の成分である、請求項１に記載の平軸受。
【請求項７】
前記ポリイミド／アミド樹脂が、ビニル樹脂成分をも含む、請求項６に記載の平軸受。
【請求項８】
前記金属粉が、タングステン、アルミニウム、銅、銀、スズ、真鍮、青銅、ステンレス鋼、ニッケルを含む群から選択される、平軸受。
【請求項９】
前記金属粉が、様々な金属粉の好ましい割合の混合物を含む、前記請求項１から８のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１０】
前記金属粉が、Ａｌ／Ｗ体積％で３０／７０と７０／３０の間の範囲にある金属アルミニウムと金属タングステンの混合物を含む、請求項８に記載の平軸受。
【請求項１１】
Ａｌ粉とＷ粉の割合がＡｌ／Ｗ体積比で４０／６０％である、請求項１０に記載の平軸受。
【請求項１２】
Ｗ粒子の形状がノこぶ状または丸形である、請求項１０または１１に記載の平軸受。
【請求項１３】
前記Ａｌ粉がフレークまたは葉状の形態である、前記請求項１０から１２のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１４】
前記金属粉成分の粒子サイズが０．５〜１０μｍの範囲にある、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１５】
前記金属粉成分が、Ａｌ／Ｓｎ、Ａｇ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｗ、Ａｇ／Ｗを含む群から選択される、前記請求項１から９のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１６】
前記金属粉が、金属合金粒子を含む、前記請求項１から９のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１７】
前記合金が、ステンレス鋼、アルミニウム合金、真鍮、および青銅を含む群から選択される、請求項１６に記載の平軸受。
【請求項１８】
フッ素ポリマーがポリテトラフルオロエチレンである、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１９】
前記フッ素ポリマーの含有量が１〜１５体積％の範囲にある、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２０】
前記フッ素ポリマーの含有量が２〜８体積％の範囲にある、請求項１９に記載の平軸受。
【請求項２１】
前記セラミック粉が、酸化物、窒化物、炭化物、ケイ酸塩、および硫化物を含む群から選択される、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２２】
前記セラミックの含有量が２〜２０体積％の範囲にある、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２３】
前記シリカの含有量が４〜１０体積％の範囲にある、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２４】
前記粒子サイズが２０〜５０ナノメートルの範囲にある、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２５】
前記シリカが反応性の高いシリカであり、前記粒子表面に結合する「ＯＨ」基を有する、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２６】
前記ポリマー・マトリックスに対する固体含有物の総添加量が３５体積％を超えない、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２７】
前記マトリックスに対する添加物の総固体含有量が１０〜３０体積％の範囲をとり得る、請求項２６に記載の平軸受。
【請求項２８】
さらにシラン材料を０．２〜３体積％の範囲で含む、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項２９】
前記シラン材料が、ビス−（γ−トリメトキシシリルプロピル）アミンおよびγ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシランを含む群から選択される、請求項２８に記載の平軸受。
【請求項３０】
前記ポリマー・ベースの軸受材料を別の軸受材料の層上に付着する、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項３１】
前記他の軸受材料がアルミニウム合金または銅合金から選択される、請求項３０に記載の平軸受。
【請求項３２】
前記ポリマー・ベースの軸受材料の厚さが５〜４０μｍの範囲にある、請求項３０または３１に記載の平軸受。
【請求項３３】
前記ポリマー・ベースの軸受材料が高強度裏当て材料上に直接付着される、前記請求項１から２９のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項３４】
前記ポリマー・ベースの軸受材料の厚さが４０〜１００μｍの範囲にある、請求項３３に記載の平軸受。
【請求項３５】
前記ポリマー・ベースの軸受材料が液体として基材に塗布される、前記請求項のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項３６】
前記液体がスプレーされる、請求項３５に記載の平軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平軸受、詳細には、それだけには限定されないが、高強度裏当て層、その裏当て層上の第１の軸受材料層、および第１の軸受材料層上の第２の軸受材料層を有する平軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、内燃機関のクランク軸・ジャーナル軸受として使用される平軸受は、通常半円筒型の形であり、一般に層状の構造である。その層状の構造はしばしば、たとえば厚さが約１ｍｍ以上の範囲の、鋼など高強度裏当て材料と、その裏当てに接着された第１の軸受材料製の厚さが一般に約０．１〜０．５ｍｍの範囲のライニングと、しばしば第１の軸受材料の表面に接着された第２の軸受材料製の厚さ約２５μｍ未満のライニングとを含む。第２の軸受材料の表面は、協働するシャフト・ジャーナル（ｓｈａｆｔ  ｊｏｕｒｎａｌ）の表面に対して実際の運転面（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）を形成する。裏当ては、たとえば主たる軸受ハウジング内またはコネクティング・ロッド・ビッグ・エンド内に取り付けた場合に、軸受シェルの強度および軸受シェルの耐変形性を提供する。第１の軸受材料の層は、第２の軸受材料の層が何らかの理由で磨耗してしまった場合でも、軸受の適切な転走特性を提供する。したがって、第１の軸受材料の層は、シャフト・ジャーナルの表面に対する耐焼付き性および適合性を提供し、ジャーナルの表面が高強度裏当て材料と接触するのを防止する。上記のように、第１の軸受材料は、耐焼付き性（ｓｅｉｚｕｒｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）および適合性を提供するが、一般に、第２の層の材料よりも硬い。したがって、軸受表面とシャフト・ジャーナルの間のわずかな誤整合（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）に対応できる能力（順応性）、および破片によってジャーナル表面がかじりまたは損傷を受けるのを防止するために供給される潤滑油中に循環しているごみの粒子を埋め込む能力［ごみ埋め込み性（ｄｉｒｔ  ｅｍｂｅｄａｂｉｌｉｔｙ）］において第１の軸受材料の層は劣っている。
【０００３】
第１の軸受材料は、普通アルミニウム合金材料または銅合金材料のいずれかから選択することができる。アルミニウム合金は、一般に、第２の軟質金属相をその中に有するアルミニウム・マトリックスまたはアルミニウム合金マトリックスを含む。軟質金属相は、鉛、スズおよびビスマスの１つまたは複数から選択することができる。しかし、鉛は今日、環境上の欠点のために好ましくない元素である。銅−鉛および鉛系青銅など銅ベース合金もまた、その環境上の問題で究極的には不評になる可能性が強く、たとえば鉛フリーの銅合金で置き換えられるかもしれない。
【０００４】
シャフトのジャーナルと協働する第２の軸受材料の層はまた、オーバレイ層（ｏｖｅｒｌａｙ  ｌａｙｅｒ）としても知られており、一般に相対的にかなり軟質の金属層によって形成されている。たとえば、一例として電気化学的メッキによって付着した鉛−スズ合金がある。しかし、そうした合金は、環境上望ましくないことに加えて、現代の高負荷エンジン用に適用された場合に磨耗しやすいということもある。かかるオーバレイ合金を鉛フリーかつ耐磨耗性の代替物で置き換えようとして、比較的スズ含有量が高く、たとえばカソード・スパッタリング（ｃａｔｈｏｄｉｃ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のような技法によって付着させた軟質のアルミニウム合金について多くの研究が実施されてきた。そうした技法の欠点として、その方法が真空スパッタリング装置を必要とするために基本的に小バッチ・プロセスであり、かかる軸受層を製造するのに費用がかかることがある。
【０００５】
鉛−スズの電着合金およびその後のスパッタリング技法に関する問題を解決するために、一部の研究者は、オイル潤滑で流体力学的に負荷を掛けるジャーナル軸受用としてポリマー・ベースのオーバレイに移行した。
【０００６】
特開平１１−１０６７７５は、ポリマー・マトリックスがポリアミドイミド樹脂であり、その中に２０〜６９．７体積％の自己潤滑相（ｓｅｌｆ  ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｐｈａｓｅ）を有するオーバレイを記載している。実施例には、２８〜６３体積％の自己潤滑相（二硫化モリブデン）が示されている。自己潤滑相は、二硫化モリブデン、グラファイト、二硫化タングステンなどから選択することができる。
【０００７】
特開平１１−１０６７７９は、同様な材料を記載しており、この場合の実施例では、３０〜７０体積％の二硫化モリブデンを含有し、樹脂マトリックスは１００Ｍｐａより高い引っ張り強さを有する。
【０００８】
しかし、記載のタイプの自己潤滑材料をそのように多量に含有することの問題点として、材料の摩擦特性および磨耗抵抗は十分であるものの、しばしば疲れ強さがそこなわれることがある。
【０００９】
本発明は、従来技術の欠点を克服するためになされた。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、軸受材料の滑り層（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を上に有する平軸受であって、その軸受材料が、変成されたエポキシ樹脂（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｅｐｏｘｙ  ｒｅｓｉｎ）およびポリイミド／アミド樹脂を含む群から選択されたポリマー・ベースのマトリックスを含み、そのマトリックスが、１５〜３０体積％の範囲にある金属粉、１〜１５体積％の範囲にあるフッ素ポリマー粉（ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒｐｏｗｄｅｒ）、０．５〜２０体積％の範囲にあるセラミック粉、および２〜１５体積％の範囲にあるシリカを含む群から選択され、少なくとも１種の添加物をその中に含む軸受が提供される。
【００１１】
本発明による軸受は、内燃機関主要部、ならびに負荷のパターンが極端に不均一であり、１つの完全なエンジン・サイクル内で低い負荷レベルから非常に高いピーク負荷まで変動するコネクティング・ロッド軸受などオイル潤滑で流体力学的に負荷が掛かる用途で作動させることを意図している。したがって、そうした用途のための軸受材料は、それ自体が高い強度をもつだけでなく、それがさらされる周期的な負荷に耐えられる高い疲れ強さ、およびその材料が付着される基材に対する非常に高レベルの接着結合強度ももたなければならない。
【００１２】
所期の用途では、経験される温度は、一般に軸受用プラスチック材料が通常さらされる温度より高い。さらに、用途はオイル潤滑式であり、プラスチック材料は、現代の高速エンジンに伴う厳しい条件下でその潤滑品質を維持するために現代のオイル中で使用される高温の化学添加剤に耐えなければならない。
【００１３】
本明細書で、用語「変成エポキシ樹脂」は、固体含量対固体含量で表して３０〜６０重量％のエポキシ樹脂および７０〜４０重量％のフェノール樹脂を含む樹脂をカバーすることが意図されている。マトリックス樹脂のフェノール成分によって、良好な耐熱性および耐化学薬品性が提供され、やはり非常に高い耐化学薬品性を有するエポキシ成分によって、軸受材料層のフレキシビリティも向上し、それを付着する基材に対する接着性も改善される。
【００１４】
エポキシ樹脂成分自体は、２種以上の異なるエポキシを含むことができる。
【００１５】
変成されたエポキシ樹脂はまた、さらにアミノ樹脂を含有し、それによってエポキシ−アミノ−ホルムアルデヒド樹脂を生成することもできる。そのアミノ樹脂成分は、エポキシ樹脂の硬化および架橋を促進し、また基材に対するポリマーの接着性も向上させる。ポリマーの耐化学薬品性もアミノ樹脂成分によって向上する。
【００１６】
ビニル樹脂をさらに添加することもできる。そのビニル樹脂成分は、樹脂マトリックスに対する軟化効果を有しており、オーバレイ層に適合性を賦与して、オーバレイ層が、たとえばシャフトのジャーナルと軸受表面の間の微小な位置ずれに適合するように変形できるようにする。
【００１７】
典型的な変成エポキシ樹脂マトリックスの一例は、５３重量％のエポキシ／フェノール樹脂と、３５重量％のアミノ樹脂と、１２重量％のビニル樹脂とを含むものである。この樹脂マトリックス組成は単なる例であり、その組成の範囲はこの数値の周辺でかなり広く変わり得る。
【００１８】
ポリイミド／アミド・マトリックス樹脂の場合、ポリイミドが大部分を占める成分である。ポリイミド樹脂は、耐化学薬品性に優れ、耐熱性にも優れており、約４００℃までの温度に耐えることができる。さらに、ポリイミドの基材に対する接着特性も優れている。ポリイミド／アミド樹脂は、変成エポキシ樹脂マトリックスの場合と同様の適合性賦与効果を有するビニル樹脂成分を含むこともできる。
【００１９】
典型的なポリイミド／アミド・マトリックス組成物は、８４重量％のポリイミド／アミド樹脂と１６重量％のビニル樹脂を含むことができる。この組成は、単なる例であり、組成の範囲は、エポキシ樹脂マトリックスの場合と同様にこの数値の周辺でかなり広く変わり得る。
【００２０】
金属粉成分が存在するのは、軸受に対する高負荷を受け止める際の耐磨耗性の点で、ま
た内燃機関の運転中に発生する点火時の高負荷（ｈｉｇｈ  ｆｉｒｉｎｇ  ｌｏａｄ）に鑑みて軸受材料の耐衝撃能力を改善する上で利益が与えられるからである。
【００２１】
金属粉成分は、たとえばアルミニウム、銅、銀、タングステン、ニッケルなどの純金属の単一粉末を含むことができ、あるいは、たとえば真鍮、青銅、ステンレス鋼などの金属合金の粉末を含むことができる。
【００２２】
金属粉成分それ自体は、様々な金属粉または金属合金粉の好ましい割合での混合物を含むことができる。本発明による軸受材料の一実施形態では、金属粉はＡｌ／Ｗが４０／６０体積％の割合の金属アルミニウムと金属タングステンの混合物を含むことができる。しかし、相対的な割合は、実際のエンジン軸受の問題とする応用例に応じてＡｌ／Ｗで３０／７０と７０／３０の間の範囲をとることができる。
【００２３】
各成分の粉末の形態は様々に変わってよい。上記の例で、Ｗ粒子はノジュラーこぶ状（ｎｏｄｕｌａｒ）または丸形（ｒｏｕｎｄｅｄ）であり、非常に硬いＷ粒子をこうした形態にすると、この硬い粒子がマトリックス内で均一に分布するので耐磨耗性が改善される。しかし、一般には、フレーク（ｆｌａｋｅ）またはプレートリット（ｐｌａｔｅｌｉｔ）のタイプの粒子形態が、硬い粒子の場合でも通常は好ましい。フレークまたはプレートリットの形態を有するステンレス鋼粉が成功裡に使用されてきている。
【００２４】
より軟質のＡｌ粉成分、および真鍮、銅、銀など他のより軟質な金属粉は、フレークまたはプレートリットの形態であることが好ましい。というのは、これにより表面積がより大きくなり、その粒子が、一般に、軸受材料の層の平面と整列する傾向があり、それによって使用時に高温潤滑効果が生じるからである。あるいは、Ａｌ成分は、ノこぶ状粒子の形態をとることもできる。というのはそうすることによっていくつかの状況で有益であることも分かっているからである。
【００２５】
プレートリットの形態を有するより軟質の金属粉の場合、たとえばＡｌ、Ａｇ、Ｃｕなど通常は純粋な金属を使用することが好ましい。というのはこうした材料の熱伝導率は、軸受をその中で保持しているハウジングに、また軸受の冷却用として循環している潤滑オイルに軸受からの熱を伝える際に有益であるからである。
【００２６】
金属粉の全含有量の範囲は１５〜３０体積％でよい。１５体積％より低いと、耐摩耗性の改善が不充分であり、３０体積％より高いと、軸受材料が硬くなりすぎ、疲労強さおよび材料の基材に対する接着性にとって有害な気孔が層内に生じる傾向がある。
【００２７】
金属粉成分の粒子サイズは好ましくは、０．５〜１０μｍの範囲、より好ましくは０．５〜５μｍの間でよい。
【００２８】
上記のＡｌ／Ｗに代わる金属粉成分の組合せとして、Ａｌ／Ｓｎ、Ａｇ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｗを挙げることができる。しかし、他のたとえばＡｇ／Ｗの組合せを使用できること、また個々の粉末は必ずしも元素ではなく、たとえばステンレス鋼、真鍮、青銅などの合金粒子でもよいことが、当業者に理解されよう。鉛または鉛含有材料は軸受特性の点で有益であるが、そうした材料は現在、環境および安全上の欠点のために好ましくない。
【００２９】
フッ素ポリマーは、材料の摩擦特性に対して有益な効果があり、自己潤滑効果があるの
で、軸受材料中に含めることができる。適切な材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり得る。しかし、他のフッ素ポリマーも使用できるが、性能は一般にＰＴＦＥより劣る。
【００３０】
フッ素ポリマー含有量の適切な範囲は、１〜１５体積％でよいが、２〜８体積％が好ましい範囲である。フッ素ポリマーの含有量が高くなりすぎると、マトリックスの硬度および強度が許容できないほど低下する。
【００３１】
フッ素ポリマーの粒子サイズは望ましくは１〜５μｍの範囲にある。２〜３μｍのサイズ範囲が好ましい。
【００３２】
用語「セラミック」粉は、一般的な意味で、耐摩耗性およびポリマー・マトリックスの強度を改善するのに役立つ非金属の無機粒子状材料の添加物を含むものとして使用する。そうした材料の例として、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、ケイ酸塩などを挙げることができる。ポリマー・マトリックスに対する添加物としてアルミナ、タルクおよびガラスビーズを使用して試験を行った。
【００３３】
試験された様々なセラミック粉の選択肢のうち、様々な特性に対する効果の点で３種が特に有用であると思われる。それらの材料はアルミナ、窒化ホウ素およびタルクである。
【００３４】
アルミナは、ジャーナル表面の軸受表面に対する磨耗性を弱め、それによって軸受表面の磨耗を減少させるように、協働するシャフト・ジャーナルの表面を穏やかに研磨する点で有益な効果があるように思われる。
【００３５】
窒化ホウ素は、特に有益であると思われ、粒子形態がプレートリットの場合には特にそうであると思われる。試験では、形がプレートリットで結晶構造が六方晶系の窒化ホウ素は潤滑剤と協働して、順応性を向上させ、耐焼付き性および耐スカッフィング性（ｓｃｕｆｆｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を改善することが示されている。これと反対に、球状またはノこぶ状粒子の形態で結晶構造が立方晶系の窒化ホウ素は、疲れ試験で焼付きを起こした。
【００３６】
タルクは、たとえば窒化ホウ素とは対照的に非常に軟らかい材料であるが、タルクが存在しない場合に普通ならポリマーの硬化中にある種の収縮が発生して、使用中により大きなエッジ磨耗をもたらす、軸方向の軸受端部に隣接したエッジにおいて特にポリマー・マトリックスを強化するように思われる。しかし、また、窒化ホウ素も軸受エッジにおいて収縮および磨耗作用を最小にするというこの機能を充足することが分かっている。したがって、タルクと窒化ホウ素の両者を一緒に使用することが必要であるとは見なされず、窒化ホウ素を使用した方が、性能に対する有益な効果がより大きいので好ましい。
【００３７】
セラミック粉の含有範囲は、０．５〜２０体積％でよい。２０体積％より大きいと、材料は硬くなりすぎ、柔軟性がなくなり、０．５体積％より小さいと、磨耗およびマトリックス強度に対する有益な効果が充分に実現されない。含有量２〜２０体積％が好ましい。
【００３８】
シリカは、１〜２０体積％の範囲で存在することができる。
【００３９】
シリカは、上記のセラミック粉添加物と区別される。というのはシリカは、粉末として添加されることはなく、一部の配合ではポリマー材料と軸受の全体に対して上記のセラミック粉添加物より到達度がはるかに高い別の効果を有するからである。シリカの添加は、エポキシ・ベースのマトリックス材料に対して２〜１５体積％の範囲で行うことができる。シリカは、マトリックスを強化する効果および耐磨耗性に対する有益な効果を有する。２体積％より低いと、そうした効果は充分に実現されず、１５体積％より高いと、硬くなりすぎ、柔軟性がなくなる。４〜１０体積％が好ましい範囲である。
【００４０】
シリカのタイプが重要であるのは、材料の軸受特性に対して顕著な影響を有するからである。好ましくは、シリカの粒子サイズは２０〜５０ナノメートルの範囲になければならない。実際に使用されるタイプのシリカは、ポリマー層の基材に対する接着を支援する。使用される化学的な形のシリカは、その粒子の表面に「ＯＨ」基を有しており、これが金属基材の表面に結合し、それにより結合強度が改善されて材料の強さおよび耐疲れ性がともに改善される。したがって、使用されるシリカは、マトリックス内の単なる自由粒子ではなく、ＯＨ基が反応性および極性を有し、それにより接着性が改善される「反応性の高い」形のシリカである。
【００４１】
望ましくは、プラスチック・マトリックスに対する固体添加物の総含有量は、上記の個々の成分の総含有量とは無関係に３５体積％を超えるべきではない。一般に、添加物（ａｄｄｉｔｉｏｎ）のマトリックスに対する総固体含有量［ピグメントの体積含有量（ｐｉｇｍｅｎｔ  ｖｏｌｕｍｅ  ｃｏｎｔｅｎｔ）、ＰＶＣ］は、好ましくは１０〜３０体積％の範囲であり、より好ましくは２０〜３０体積％の範囲内である。
【００４２】
好ましくは、本発明による軸受材料はまた、さらなる添加物である別の接着促進剤も含む。そうした接着促進材料は、シラン材料ベースのものとすることができ、シラン分子の一端が架橋によってポリマー・マトリックスと結合し、「−ＯＨ」基の割合が高い分子の他端が金属基材と結合することによって有効となる。０．２〜３体積％の範囲の添加が好ましい。適切な材料の例として、ビス−（γ−トリメトキシシリルプロピル）アミンおよびγ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。
【００４３】
本発明による軸受は、いくつかの異なる形のうちの１つ、たとえば、高強度の裏当て材料が鋼であり、その上に第１の軸受材料の層が付着され、その第１の軸受材料の上に本発明による第２のポリマー・ベースの軸受材料が付着されている形をとることができる。この例では、第１の軸受材料として、たとえばアルミニウム合金または銅合金ベースの金属軸受材料を含むことができる。
【００４４】
状況によっては、第１の軸受材料の層自体が高強度の裏当て材料そのものを構成することもできる。この例では、たとえばスズ−青銅材料を使用することができる。
【００４５】
本発明によるポリマー・ベースの軸受材料を第１の軸受材料の層に付着する場合、その材料の厚さは約５〜４０μｍの範囲とすることができる．しかし、厚さ１０〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００４６】
それ自体が一般に認められた意味で軸受材料ではない高強度の裏当て材料上に、本発明のポリマー・ベースの軸受材料を直接付着することも想定されている。その例として、ポリマー・ベースの軸受材料の層が上に付着された鋼の裏当てを挙げることができよう。こうした構造では、本発明によるポリマー・ベースの軸受材料の厚さを、中間層として第１の軸受材料が存在する場合よりも大きくすることができる。この構造では、ポリマー・ベースの軸受材料層の厚さは４０〜１００μｍの範囲とすることができる。好ましい範囲は４０〜７０μｍとすることができる。
【００４７】
本発明のポリマー・ベースの軸受材料は、液体として基材に塗布することができる。さらに、ポリマー・ベース材料は、適切な溶媒で希釈し、所望の基材上に周知の技法によってスプレーすることができる。層厚をうまく制御することができ、たとえば複数の層をスプレーで付着することによってより厚い層を形成することができる。
【００４８】
付着の方法が１層または多層の希釈スプレーである場合、スプレーされた材料を最初低温で熱処理して溶媒を除去し、その後さらに引き続いて熱処理を行って、ポリマー・マトリックスを硬化させることができる。
【００４９】
本発明がより完全に理解されるように、次に単なる例として実施例を説明する。
【００５０】
エポキシ／フェノール材料およびポリイミド／アミド材料をベースとする２種の異なる材料を試験用に作製した。
【００５１】
この材料の組成を下記の表１に示す。
【００５２】
エポキシ／フェノールおよびポリイミド樹脂をベースとする材料の硬化生成物中の該材料の体積濃度。
【００５３】
【表１】
2007517165.tif 000002
2007517165.tif 000003
【００５４】
マトリックスに対する添加物の濃度は、各々の場合の特定のマトリックス・ポリマーの密度をもとにした硬化材料中の体積％によるものとする。
【００５５】
「処理パラメータ」に記載の銅合金およびアルミニウム合金は、ポリマーが付着される基材の材料を指す。その基材はすべての場合、強力な鋼の裏当て材料をさらに備えている。
【００５６】
コーティングした基材から軸受を形成し、周知の「バイパー（Ｖｉｐｅｒ）」磨耗試験用リグによる磨耗試験、および周知の「サファイア」疲れ試験用リグによる疲れ強さ試験に供した。各タイプの試験の試験条件を以下に示す。
【００５７】
バイパー（Ｖｉｐｅｒ）磨耗試験は、加速磨耗試験であり、以下の条件で行う。
【００５８】
加重          ８ｋｇ
シャフト径    ４６．２５ｍｍ
シャフト粗さ  ０．２Ｒａ
シャフト速度  ５００回転／分
オイル温度    １２０℃
試験継続時間  １０〜３６０分
軸受の重さを各試験の前後で計量し、その重量減が耐摩耗性を表すものとした。重量減を体積減に変換して磨耗性状が正確に比較できるようにした。
【００５９】
サファイア疲れ試験は、鋼裏当ての銅−鉛鋳造合金軸受金属ライニングを備え、軸受空洞中にスプレーされた本発明によるオーバレイ・コーティングを有する軸受の半割サンプルについて行った。試験リグの温度を８０℃とし、各荷重における運転期間を２０時間とし、各期間における荷重増分を７ｋｇとした。試験の結果を下記の表２に示す。
【００６０】
【表２】
2007517165.tif 000004
【００６１】
下記の表３は、周知の金属オーバレイについての比較データを示し、周知の電着金属オーバレイ材料についてのバイパー（Ｖｉｐｅｒ）（磨耗による体積減）およびサファイア（疲れ強さ）試験結果を示す。
【００６２】
【表３】
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【００６３】
ポリマー・オーバレイ組成物は、すべて銅ベース（ＶＰ２）またはアルミニウム・ベース（Ｆ９０）の軸受合金上にスプレーした。
【００６４】
「ＰＶＣ」という見出しの欄は、マトリックス中の総「添加材体積含有量」を表し、最終の硬化した試験用軸受材料中の金属粉、シリカ、フッ素ポリマーおよび他のすべての添加物を含む。
【００６５】
表１および２に示された、本発明によるポリマー・ベースのオーバレイの耐磨耗性および耐疲れ性は、ほとんどの場合、表３に示された金属オーバレイより優れていることが理解されよう。唯一、オーバレイ・マトリックス中に共電着アルミナ相（Ｐｂ−１０Ｓｎ−１アルミナ）を含む複合オーバレイが、本発明によるポリマー・オーバレイに近い耐磨耗性および耐疲れ性を示す。しかし、従来技術の金属オーバレイは、製造するのにコストがかかり、特に前記のアルミナ含有複合材料はそうであり、また鉛マトリックスをベースとしているので環境的にも望ましくない。本発明によるオーバレイは、大量に作製することができ、よく理解された制御しやすい公知のスプレー・プロセスによって比較的容易に塗布することができる。
【００６６】
下記の表４〜７は、先に論じたバイパー（Ｖｉｐｅｒ）磨耗試験方法で試験したいくつかの追加の軸受オーバレイ層の組成を示す。表９はその磨耗試験の結果を示す。直ちに明らかなように、磨耗による総体積減は極端に低い。
【００６７】
【表４】
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【００６８】
【表５】
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【００６９】
【表６】
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【００７０】
【表７】
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【００７１】
【表８】
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【００７２】
【表９】
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【００７３】
表４〜７に示す材料の磨耗速度は非常に低く、最悪の場合で、比較しうる中でも最良のアルミナを含む金属オーバレイの速度の約３５％であることが表９から理解されよう。
【国際調査報告】
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