(57)【要約】【課題】オーバレイ層の異物埋収性を向上させる。【解決手段】摺動部材１は、ライニング層１２と、ライニング層１２の上に形成されたオーバレイ層１３とを有する。オーバレイ層１３は、バインダー樹脂１３１と、バインダー樹脂１３１中に分散されたグラファイト粒子１３２と、バインダー樹脂１３１中に分散され、平均粒径が１〜５μｍである軟質金属粒子１３３とを有する。【選択図】図２
2015200339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライニング層と、
前記ライニング層の上に形成されたオーバレイ層と
を有し、
前記オーバレイ層は、
バインダー樹脂と、
前記バインダー樹脂中に分散され、平均粒径が１〜５μｍである軟質金属と
を有する摺動部材。
【請求項２】
前記軟質金属は、Ｓｎ、Ａｌ、またはＢｉである
ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記軟質金属の添加量が、３０〜７０体積％である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン等に用いられるすべり軸受において、初期なじみ性、耐焼付き性、および耐摩耗性を向上させるため、軸受合金（ライニング層）の上に樹脂オーバレイ層を設ける技術が知られている。樹脂オーバレイ層は、バインダー樹脂および固体潤滑剤を含む。
【０００３】
すべり軸受に要求される特性は初期なじみ性、耐焼付き性、および耐摩耗性だけではなくさらに種々のものがあるが、そのうちの一つに異物埋収性がある。オーバレイ層における異物埋収性を向上させる技術が知られている（例えば特許文献１および２）。特許文献１は、樹脂領域および軟質金属領域を有する被覆層を開示している。特許文献２は、ベース樹脂中に、平均粒径１０μｍ以上の塊状軟質物を混ぜた被覆層を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３９８６６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および２はいずれも、固体潤滑剤として主にＭｏＳ2およびＰＴＦＥを用いた被覆層の異物埋収性を改善する技術に関するものである。
【０００６】
これに対し本発明は、オーバレイ層の異物埋収性を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ライニング層と、前記ライニング層の上に形成されたオーバレイ層とを有し、前記オーバレイ層は、バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂中に分散され、平均粒径が１〜５μｍである軟質金属とを有するすべり軸受を提供する。
【０００８】
前記軟質金属は、Ｓｎ、Ａｌ、またはＢｉであってもよい。
【０００９】
前記軟質金属の添加量が、３０〜７０体積％であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、オーバレイ層の異物埋収性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る摺動部材１の構造を示す図。
【図２】摺動部材１の断面構造を例示する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．構成
図１は、一実施形態に係る摺動部材１の構造を示す図である。摺動部材１は、例えば、内燃機関のクランクシャフトとコネクティングロッド、またはクランクシャフトとエンジンブロックの間のすべり軸受として用いられる。この例で、摺動部材１は半割軸受であり、２つの摺動部材１を接合すると円筒状の軸受が得られる。
【００１３】
摺動部材１は、裏金１１、ライニング（軸受合金）層１２、およびオーバレイ層１３を有する。裏金１１は、ライニング層１２の機械的強度を補強するための層である。裏金１１は、例えば鋼で形成される。ライニング層１２は、軸受の摺動面（軸と接触する面）に沿って設けられ、軸受としての特性、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を与えるための層である。ライニング層１２は、軸受合金で形成されている。軸との凝着を防ぐため、軸受合金は軸といわゆる「ともがね（ともざい）」となることを避け、軸とは別の材料系が用いられる。この例では、鋼で形成された軸の軸受として用いるため、軸受合金としてアルミニウム合金が用いられる。なおアルミニウム合金以外にも、銅合金など、アルミニウム以外の金属をベースにした合金が用いられてもよい。
【００１４】
アルミニウム合金を用いる場合、その組成は特に限定されないが、１０質量％以下のＣｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｍｇおよ
びＺｎのうち１種以上の元素と、２０質量％以下のＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、ＴｌおよびＢｉのうち１種以上の元素とを含有してもよい。前者の群の元素は主として強度及び耐摩耗性を付与し、後者の群の元素は主としてなじみ性を付与し、それぞれの添加元素の種類と量により、軸受特性が調整される。
【００１５】
銅合金を用いる場合、その組成は特に限定されないが、２５質量％以下のＰｂおよびＢｉの少なくともいずれか１種と、１０質量％以下のＳｎと、２質量％以下のＰ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ａｌ等を含有してもよい。
【００１６】
これらの元素において、軟質金属であるＰｂやＢｉは、なじみ性を与える。Ｓｎは、強度と耐摩耗性を与える。その他の成分は補助的に特性を向上させる。特に、Ｐは脱酸素、焼結促進、強化等に有効である。Ａｇは、潤滑油又は銅中の不純物成分Ｓとの反応により、摺動特性向上に有効な化合物を形成する。Ｉｎは耐食性と潤滑油の滞れ性を向上させる。ＮｉやＡｌは銅を強化する。
【００１７】
オーバレイ層１３は、ライニング層１２の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するための層である。オーバレイ層１３は、バインダー樹脂と、固体潤滑剤および軟質金属を含む。なお、オーバレイ層１３は、固体潤滑剤を３０〜７０体積％含むことが好ましい。
【００１８】
バインダー樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等、公知のものを使用することができる。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、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、ポリフェニレンサルファイド樹脂、およびエポキシ樹脂のうち少なくとも一種を含む。この中では接着力の観点から、ＰＡＩ樹脂が好ましい。
【００１９】
オーバレイ層１３におけるバインダー樹脂の含有量は他の添加剤の量に応じて決まるが、３０〜７０体積％であることが好ましく、４０〜６５体積％であることがより好ましい。
【００２０】
固体潤滑剤は、摩擦特性を改善するために添加される。この例で、固体潤滑剤は、少なくともグラファイトを含む。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。
【００２１】
グラファイトは（００２）面が積層した層状結晶構造をもつ物質であり、その層間がすべり易いという性質を有する。この性質により、黒鉛のへき開面が摺動方向に配向すると摩擦係数が低減する。したがって、固体潤滑剤としてグラファイトを用いることによって摩擦係数を低減することができる。起動トルクを低減する観点から、固体潤滑剤として用いられるグラファイトのグラファイト化度は高い方が好ましい。例えば、グラファイト化度は９０％以上であることが好ましい。
【００２２】
グラファイトは、エンジン油との親和性が高いという特徴を有している。軸受と相手軸との間には潤滑油が存在し、被膜（油膜）が形成されている。エンジンの起動−停止回数が増加し、摺動部材と相手軸とが接触する頻度が増加するにつれて、油が漏れ出すことが懸念される。グラファイトはエンジン油と親和性が高いため、オーバレイ層とエンジン油との接触角が小さくなる。そのため、エンジン油の保持性が高められ、漏れを防ぐことができ、持続性が向上する。
【００２３】
なお、固体潤滑剤は、グラファイトに加え、またはグラファイトに代えて、ＭｏＳ2、ＷＳ2、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ｈ−ＢＮ、およびＳＢ2Ｏ3のうち少なくとも一種を含んでもよい。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。
【００２４】
軟質金属は、異物埋収性を改善するために添加される。軟質金属は、例えば、Ｓｎ、Ａｌ、またはＢｉのうち少なくとも一種を含む。オーバレイ層１３における軟質金属の含有量は、３０〜７０体積％であることが好ましい。
【００２５】
図２は、摺動部材１の断面構造を例示する概略図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示している。裏金１１の厚さは、例えば１．０〜３．０ｍｍである。ライニング層１２の厚さは、例えば０．１〜０．５ｍｍである。オーバレイ層の厚さは、例えば、１〜２０μｍであり、２〜１０μｍであることが好ましい。
【００２６】
オーバレイ層１３は、バインダー樹脂１３１と、グラファイト粒子１３２と、軟質金属粒子１３３とを有する。グラファイト粒子１３２および軟質金属粒子１３３は、バインダー樹脂１３１中に分散されている。
【００２７】
グラファイト粒子１３２は、粒径が小さいほど表面粗さが小さくなり、油膜を形成し易くなる。すなわち、低い起動トルクを得ることが可能となる。この観点から、グラファイト粒子１３２の平均粒径は３μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。ここで、グラファイト粒子１３２の平均粒径としては、円相当径のメジアン径ｄ50が用いられる。平均粒径は、公知の方法により測定される。
【００２８】
軟質金属粒子１３３は、粒径が小さいほど異物埋収性が高くなる。すなわち、焼付きが起こりにくくなる。この観点から軟質金属粒子１３３の平均粒径は５μｍ以下であることが好ましい。ここで、軟質金属粒子１３３の平均粒径としては、円相当径のメジアン径ｄ50が用いられる。平均粒径は、公知の方法により測定される。
【００２９】
なお、摺動部材１は、図１で例示したすべり軸受に限定されない。例えば、ピストンのスカートや、コンプレッサーの斜板に本発明が適用されてもよい。
【００３０】
２．製造方法
一実施形態に係る軸受の製造方法は、以下に示す工程を含む。
（ａ）固体潤滑剤（グラファイト）、軟質金属、およびバインダー樹脂を含むオーバレイ前駆体を調製する工程
（ｂ）軸受基材を成形する工程
（ｃ）軸受基材上に、オーバレイ前駆体を塗布する工程
（ｄ）オーバレイ前駆体を乾燥させる工程
（ｅ）オーバレイ前駆体を焼成する工程
【００３１】
工程（ａ）のオーバレイ前駆体の調製において、固体潤滑剤、軟質金属、およびバインダー樹脂を混合する方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、グラファイトとバインダー樹脂とを混練機に入れ、せん断速度０．１〜２ｍ／ｓの条件で混合することにより、オーバレイ前駆体を調整する。
【００３２】
オーバレイ前駆体の調製にあたり、バインダー樹脂は非相溶でもよいが、実用化の観点から少なくとも部分的に相溶していることが好ましい。相溶は、高せん断を加えて機械的にブレンドされたものでもよい。
【００３３】
工程（ｂ）においては、裏金と軸受合金層が例えば圧接され、軸受基材が形成される。さらに、軸受基材は、所定の形状、例えば円筒状または半円筒状に加工される。
【００３４】
工程（ｃ）においてオーバレイ前駆体（塗料）を軸受基材上に塗布する際には、固体潤滑剤とバインダー樹脂の均一な分散のため、希釈剤を用いることが好ましい。希釈剤としては特に制限されないが、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）が用いられる。また、希釈剤の配合比率は、例えば固形分に対して３０〜７０体積％である。
【００３５】
オーバレイ前駆体を軸受合金層上に塗布・成膜する際には、塗料をパッド印刷、スクリーン印刷、エアスプレー、エアレススプレー、静電塗装、タンブリング、スクイズ法、ロール法等の公知の方法が用いられる。また、全ての成膜方法に共通するものとして、膜厚が不足する場合には、希釈剤中のオーバレイ層の濃度を高くするのではなく、複数回に渡って重ね塗りをしてもよい。
【００３６】
工程（ｄ）においてオーバレイ前駆体を乾燥することで希釈剤を除去する。乾燥時間や乾燥温度等の条件は、希釈剤が乾燥するのであれば特に制限されないが、例えば大気下で５０〜１５０℃で５分〜３０時間、乾燥することが好ましい。乾燥時間は、５〜３０分であることがより好ましい。
【００３７】
工程（ｅ）において焼成することで、オーバレイ層が形成された軸受を得ることができる。具体的には、例えば、工程（ｄ）後の軸受基材を、昇温速度５〜１５℃／分で徐々に焼成温度まで昇温し、大気中で１５０〜３００℃、０．２〜１．５時間、焼成する。
【実施例】
【００３８】
３．実施例
種々の条件で摺動部材の試験片を作製し、これらの試験片を評価した。評価項目としては、焼付き面圧を用いた。
【００３９】
３−１．試験片作製
裏金としては１．２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ（ＪＩＳ））を、ライニング層（軸受合金）としては厚さ０．３ｍｍのアルミニウム系合金（Ａｌ−８９．５％Ｓｎ−７．０％ｓｉ−２．０％ｃｕ−１．Ｏ％ｃｒ−０．５％）を用いた。これらを接合したバイメタルを基材とした。
【００４０】
ライニング層の表面に、組成を調整したオーバレイ前駆体の塗料をロール法により塗布した。塗布の際、ＮＭＰを希釈剤として用いた。オーバレイ前駆体と希釈剤の割合は５０：５０（重量比）とした。塗布後、１００℃で１５分または９００分、乾燥した。その後、昇温速度１０℃／分で１８０℃まで昇温し、大気中で１時間焼成した。こうして、摺動部材を作製した。なお、オーバレイ層の厚さは６μｍであった。
【００４１】
軟質金属の粒径は粒度分布測定により測定した。具体的には、株式会社堀場製作所製の粒度分布測定装置ＬＡ−９５０Ｖ２を用い、水を分散媒として用いた湿式で超音波時間５分の条件で測定した。
【００４２】
３−２．焼付き試験
下記に示す条件で片当り焼付き試験を行った。焼付き試験は、各すべり軸受に加える面圧を３分毎に４．３ＭＰａずつ増加させ、焼付きに至った面圧を焼付き面圧として測定した。異物を意図的に投入しなかった場合と、異物を意図的に投入した場合と、それぞれ焼付き面圧を測定した。異物としては、粒径０．１ｍｍの鉄を５個、用いた。
【００４３】
（試験条件）
試験機：静荷重焼付き試験機
すべり速度（相手軸の回転速度）：２０ｍ／秒（８０００ｒｐｍ）
軸受寸法：φ４８ｍｍ×軸方向長さ（ｗ）１５．５ｍｍ
軸受面圧：荷重漸増（４．３ＭＰａ／３分）
相手軸材質：Ｓ５５Ｃ（焼入れ）
軸粗さ：表面粗さＲｚとして０．５μｍ
潤滑油種：５Ｗ−３０ＳＭ
給油温度：８０℃（常時循環）
【００４４】
３−３．実験結果
【表１】
2015200339.tif 000003
【００４５】
軟質金属粒子の平均粒径が１〜５μｍの試験片（実施例１〜６）は、軟質金属粒子の平均粒径が６μｍ以上の試験片（比較例２〜４）と比較して、異物投入時の焼付き面圧が高く、耐焼付き性が向上していた。
【００４６】
また、添加剤として軟質金属ではなくＭｏＳ2を用いた試験片（比較例１）と比較すると、軟質金属粒子を用いた試験片（実施例１〜６）は、異物投入時の焼付き面圧が高く、耐焼付き性が向上していた。
【符号の説明】
【００４７】
１…摺動部材、１１…裏金、１２…ライニング層、１３…オーバレイ層、１３１…バインダー樹脂、１３２…グラファイト粒子、１３３…軟質金属粒子
【図１】
2015200339.tif 000004
【図２】
2015200339.tif 000005