(57)【要約】【課題】耐疲労性、耐摩耗性、及び耐異物性のバランスが改善された軸受を提供する。【解決手段】一実施形態に係る半割軸受は、銅系合金で形成され、硬さ１２０ＨＶ０．２以下のライニング層と、前記ライニング層の上に形成され、少なくともバインダー樹脂を含み、表面粗さ０．６μｍＲａ以下のコーティング層とを有する。【選択図】図２
2019203553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅系合金で形成され、硬さ１２０ＨＶ０．２以下のライニング層と、
前記ライニング層の上に形成され、少なくともバインダー樹脂を含み、表面粗さ０．６μｍＲａ以下のコーティング層と
を有する半割軸受。
【請求項２】
前記ライニング層の硬さが１００ＨＶ０．２以下である
請求項１に記載の半割軸受。
【請求項３】
前記コーティング層の表面粗さが０．２μｍＲｚＪＩＳ以下である
請求項１又は２に記載の半割軸受。
【請求項４】
前記銅系合金が、０．５〜１５質量％のＢｉ、及び１〜１５質量％のＳｎを含む
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半割軸受。
【請求項５】
第１半割軸受と、
前記第１半割軸受よりも低い荷重がかかる第２半割軸受と
を有し、
前記第１半割軸受は、
アルミニウム系合金で形成された第１ライニング層と、
少なくともバインダー樹脂を含む第１コーティング層と
を有し、
前記第２半割軸受は、
銅系合金で形成され、硬さ１２０ＨＶ以下の第２ライニング層と、
前記第２ライニング層の上に形成され、少なくともバインダー樹脂を含み、表面粗さ０．６μｍＲａ以下の第２コーティング層と
を有する
軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に樹脂コーティング層を形成した摺動部材が知られている。例えば特許文献１には、基板上に、バインダー樹脂及びＦｅ２Ｏ３を含むコーティング層を形成した摺動部材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５１４１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術においても、耐疲労性、耐摩耗性、及び耐異物性のバランスに改善の余地があった。これに対し本発明は、耐疲労性、耐摩耗性、及び耐異物性のバランスが改善された軸受を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、銅系合金で形成され、硬さ１２０ＨＶ０．２以下のライニング層と、前記ライニング層の上に形成され、少なくともバインダー樹脂を含み、表面粗さ０．６μｍＲａ以下のコーティング層とを有する半割軸受を提供する。
【０００６】
前記ライニング層の硬さが１００ＨＶ０．２以下であってもよい。
【０００７】
前記コーティング層の表面粗さが０．２μｍＲｚＪＩＳ以下であってもよい。
【０００８】
前記銅系合金が、０．５〜１５質量％のＢｉ、及び１〜１５質量％のＳｎを含んでもよい。
【０００９】
また、本発明は、第１半割軸受と、前記第１半割軸受よりも低い荷重がかかる第２半割軸受とを有し、前記第１半割軸受は、アルミニウム系合金で形成された第１ライニング層と、少なくともバインダー樹脂を含む第１コーティング層とを有し、前記第２半割軸受は、銅系合金で形成され、硬さ１２０ＨＶ以下の第２ライニング層と、前記第２ライニング層の上に形成され、少なくともバインダー樹脂を含み、表面粗さ０．６μｍＲａ以下の第２コーティング層とを有する軸受を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐疲労性、耐摩耗性、及び耐異物性のバランスが改善された軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る軸受１の構造を例示する図。
【図２】半割軸受２（及び半割軸受３）の断面構造を例示する図。
【図３】異物投入試験の条件を示す図。
【図４】片当たり試験の条件を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．構造
図１は、一実施形態に係る軸受１の構造を例示する図である。軸受１は、半割軸受２及び半割軸受３を組み合わせたすべり軸受である。軸受１は、例えばコネクティングロッドにおいて用いられる、いわゆるコンロッド軸受である。半割軸受２はアッパ側の半割軸受（第１半割軸受の一例）であり、半割軸受３はロア側の半割軸受（第２半割軸受の一例）である。半割軸受２には、半割軸受３よりも高い荷重がかかる。なお、軸受１の用途はコンロッド軸受に限定されず、いわゆる主軸受等、他の用途に用いられてもよい。
【００１３】
図２は、半割軸受２（及び半割軸受３）の断面構造を例示する図である。図２は、半割軸受２の、軸方向に平行かつ摺動面に垂直な断面を示している。半割軸受２は、裏金２１、ライニング層２２、及びコーティング層２３を有する。裏金２１は、半割軸受２に形状及び機械的な強度を与えるための層であり、例えば、鋼、鋳鉄、又は樹脂で形成される。
【００１４】
ライニング層２２は、摺動特性を改善するための層である。ライニング層２２の材料としては、半割軸受２（又は軸受１）の用途において要求される特性を満足できる材料が選択される。この例において、ライニング層２２は、銅系合金で形成される。銅系合金とは、銅を主成分とした合金をいう。一例において、この銅系合金は、０．５〜１５質量％のＢｉ及び１〜１５質量％のＳｎを含み、残部がＣｕ及び不可避不純物で構成される。
【００１５】
耐異物性（異物埋収性）を向上させる観点から、ライニング層２２の硬さは、１２０ＨＶ０．２であることが好ましく、１００ＨＶ０．２以下であることがより好ましく、９０ＨＶ０．２以下であることがさらに好ましい。また、ライニング層２２に銅系合金を用いることにより、例えばライニング層にアルミニウム系合金を用いた半割軸受と比較して、耐疲労性を向上させることができる。一例において、ライニング層２２の厚みは０．１５〜０．３０ｍｍである。
【００１６】
コーティング層２３は、摺動特性を改善するための層である。コーティング層２３の材料としては、半割軸受２（又は軸受１）の用途において要求される特性を満足できる材料が選択される。この例において、コーティング層２３は、少なくともバインダー樹脂を含む。バインダー樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂が用いられる。具体的には、バインダー樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケーテルケトン樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂のうち少なくとも一種を含む。
【００１７】
コーティング層２３は、バインダー樹脂に加え、バインダー樹脂中に分散された添加物を含んでもよい。添加物は、例えば、固体潤滑剤、軟質物、硬質物、及びカップリング剤のうち少なくとも一種を含む。
【００１８】
固体潤滑材は、摩擦特性を改善するために添加される。固体潤滑剤は、例えば、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、ｈ−ＢＮ、及びＳＢ２Ｏ３のうち少なくとも一種を含む。例えばＭｏＳ２は、良好な潤滑性を与える。また、ＰＴＦＥは分子間凝集力が小さいので、摩擦係数を低減する効果がある。さらに、グラファイトは濡れ性を向上させ、初期なじみ性を向上させる。初期なじみ性とは、摺動開始後に相手材と摺接する際、摺動面が摩耗して平滑になり、摺動性を向上させる性質である。初期なじみ性の発現により摺動性が向上すると、摺動層全体としての摩耗量が低減される。
【００１９】
軟質物は、異物埋収性を改善するために添加される。軟質物は、例えば、Ｓｎ、Ａｌ、又はＢｉのうち少なくとも一種を含む。硬質物は、耐摩耗性を改善するために添加される
。硬質物は、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＣｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、Ｆｅ３Ｐのうち少なくとも一種を含む。
【００２０】
カップリング剤は、バインダー樹脂と基材（ライニング層２２）との結合を強化するために添加される。カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤が用いられる。
【００２１】
耐異物性を向上させる観点から、コーティング層２３の表面粗さは、０．６μｍＲａ以下であることが好ましく、０．４μｍＲａ以下であることがより好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。また、コーティング層２３に樹脂を含むコーティング材を用いることにより、例えばコーティング材としてめっきを用いた半割軸受と比較して、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２２】
一例において、コーティング層２３は、３５〜５５質量％のポリアミドイミド（ＰＡＩ）、４３〜６３質量％のグラファイト（Ｇｒ．）、及び０．１〜１０質量％のＳｉＣを含み、残部が不可避不純物から構成される。なお、ＳｉＣは他の硬質物に置換されてもよいし、硬質物は一切添加されなくてもよい。一例において、コーティング層２３の厚みは０．００１〜０．０２ｍｍである。
【００２３】
半割軸受３も半割軸受２と同様の断面構造を有している。ただしこの例において、ライニング層３２の材料は、ライニング層２２よりも柔らかいものが用いられる。一例において、ライニング層３２の材料は、アルミニウム系合金である。アルミニウム系合金とは、アルミニウムを主成分とした合金をいう。一例において、このアルミニウム系合金は、１〜１５質量％のＳｎ及び１〜８質量％のＳｉを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物で構成される。ライニング層３２にアルミニウム系合金を用いることにより、例えば銅系合金を用いたライニングと比較して、耐異物性を向上させることができる。
【００２４】
２．実験例
本願の発明者らは、上記で説明した軸受について、実際に試料を作製した。発明者らはさらに、これらの試料について物性及び機械特性の試験を行った。なお以下においては実験例においては、具体的な寸法、原料、及び組成を有する試料を準備したが、これらはあくまで一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
２−１．試料
表１は、本願の発明者らが準備した２つの試料（試料１及び２）について、アッパ側の半割軸受２のライニング層２２及びコーティング層２３の組成（質量％）を示す。なおどの試料も、表に記載された原料以外のものは意図的には含まれない（ただし、表に記載されていない原料が不可避不純物として含まれる可能性がある）。表１に記載されているとおり、どの試料もライニング層は銅系合金により形成される。コーティング層においては、バインダー樹脂としてＰＡＩが用いられた。固体潤滑剤として、グラファイト（試料１）、ＢＮ（試料２）、又はＭｏＳ２（試料３）が用いられた。その他の添加物としてＳｉＣ（試料１）又はＦｅ２Ｏ３（試料２）が用いられた。
【表１】
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【００２６】
２−２．硬さ試験
発明者らは、試料１及び２について、ライニング層の硬さ試験を行った。硬さ試験は、「ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４  −  ビッカース硬さ試験  試験方法」によった。なお試験は試験力２００ｇで行った。試験結果は以下のとおりである。
試料１：      ９０ＨＶ０．２
試料２：    １５０ＨＶ０．２
【００２７】
２−３．表面粗さ試験
発明者らは、試料１及び２について、表面粗さ試験を行った。ここでは、表面粗さとして算術平均粗さＲａを測定した。測定には、表面段差計（株式会社小坂研究所製、ＳＥ−３４００）を用いた。試験結果は以下のとおりである。
試料１：    ０．１４６μｍＲａ
試料２：    ０．７３３μｍＲａ
【００２８】
２−４．異物投入試験
図３は、異物投入試験の条件を示す図である。発明者らは、試料１及び２をアッパ側（荷重側）半割軸受（第２半割軸受の一例）として用いた軸受Ａ〜Ｃについて、異物投入試験を行った。異物投入試験は、異物が混入した潤滑油を供給しつつ軸受を相手軸と摺動させ、焼付き面圧を測定する試験である。試験は以下の条件で行った。
軸受負荷：  ３．６ＭＰａずつステップアップ（３分毎）
回転速度：  ６０００ｒｐｍ（摺動速度：１５．０１ｍ／ｓ）
潤滑油温度：１６０℃
相手軸：    焼入れ鋼
軸受形状：  φ４７．８ｍｍ×１７．５ｍｍ
異物：      鉄片（１ｍｍ×０．６ｍｍ×０．１ｍｍ）
【００２９】
なお、軸受Ａ〜Ｃにおいて、試料１又は２と組み合わせるロア側（非荷重側）半割軸受（第１半割軸受の一例）としては以下のものが用いられた。
【表２】
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【００３０】
異物投入試験の結果得られた焼付き面圧は以下のとおりである。なお、軸受Ａ及びＣについては２回、軸受Ｂについては３回の試験を行った。下記の面圧はその平均値である。
軸受Ａ：    ７７．４ＭＰａ
軸受Ｂ：    ５４．０ＭＰａ
軸受Ｃ：    ４６．８ＭＰａ
【００３１】
軸受Ａと軸受Ｂとを対比すると、アッパ側半割軸受において、より柔らかい材料で形成されたライニング層、及びより表面粗さが小さい（平坦な）コーティング層を用いた半割軸受を採用することにより、耐異物性が向上したことがわかる。また、軸受Ａと軸受Ｃとを対比すると、ロア側（非荷重側）において、アルミニウム系合金をライニング層として用いた半割軸受を用いることにより、耐異物性が向上したことがわかる。
【００３２】
２−５．片当たり試験
図４は、片当たり試験の条件を示す図である。発明者らは、試料１及び２について、各２片の半割軸受を組み合わせた軸受を用いて片当たり試験を行った。片当たり試験は、相手軸５１をサポート軸受５２及び５３、及び試験対象の軸受１で支持し、これら軸受の中心に対して相手軸５１を傾けた状態で摺動させ、焼付き面圧を測定する試験である。なお、軸受１はコネクティングロッド５４の軸受である。試験は以下の条件で行った。
試験機：    静荷重試験機
潤滑油温度：１４０℃
負荷：      ３ｋＮずつステップアップ（３分毎）
回転速度：  ８０００ｒｐｍ
傾斜角：    ０．２°
【００３３】
片当たり試験の結果得られた焼付き面圧は以下のとおりである。なお、各試料について３回ずつ試験を行った。下記の面圧はその平均値である。
試料１：    ４２ＭＰａ
試料２：    １５ＭＰａ
【００３４】
試料１と試料２とを対比すると、試料１の方が、片当たり性能（耐片当たり性）が良好である。これも、荷重側の半割軸受のライニング層に柔らかい材料を用いたことの効果であると考えられる。
【符号の説明】
【００３５】
１…軸受、２…半割軸受、３…半割軸受、２１…裏金、２２…ライニング層、２３…コーティング層、３２…ライニング層、５１…相手軸、５２…サポート軸受、５３…サポート軸受、５４…コネクティングロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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