(57)【要約】【課題】高密着強度の被膜で、高ＰＶで希薄潤滑の条件下での耐焼き付き性に優れ、かつ、低摩擦低摩耗特性を有し、摺接する相手部材の傾きにより局部摩耗しても下地露出が発生しにくい潤滑被膜、および該潤滑被膜を形成してなる滑り軸受を提供する。【解決手段】金属板２と、該金属板２の表面に形成された潤滑被膜３とを有する滑り軸受１であって、潤滑被膜３は、ＰＡＩ樹脂をマトリックス樹脂とし、該ＰＡＩ樹脂と、フッ素樹脂および黒鉛から選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤と、繊維径が５〜１５μｍかつ平均繊維長が２０〜１００μｍである炭素繊維とを含む組成物からなる塗膜であり、その膜厚が上記炭素繊維の繊維径の３〜１５倍である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアミドイミド樹脂をマトリックス樹脂とし、相手材との摺動表面に形成される潤滑被膜であって、
該潤滑被膜は、前記ポリアミドイミド樹脂と、フッ素樹脂および黒鉛から選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤と、繊維径が５〜１５μｍかつ平均繊維長が２０〜１００μｍである炭素繊維とを含む組成物からなる塗膜であり、
前記潤滑被膜の膜厚が、前記炭素繊維の繊維径の３〜１５倍であることを特徴とする潤滑被膜。
【請求項２】
前記潤滑被膜は、前記ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して、前記固体潤滑剤を１０〜１５０重量部、前記炭素繊維を３〜５０重量部含むことを特徴とする請求項１記載の潤滑被膜。
【請求項３】
前記潤滑被膜の膜厚が３０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の潤滑被膜。
【請求項４】
前記固体潤滑剤として前記フッ素樹脂を少なくとも含み、該フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の潤滑被膜。
【請求項５】
前記固体潤滑剤として前記黒鉛を含み、該黒鉛が固定炭素９７．５％以上の人造黒鉛であることを特徴とする請求項４記載の潤滑被膜。
【請求項６】
前記潤滑被膜は、ディスペンサーコーティングで形成された後、前記相手材側表面を研磨してなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載の潤滑被膜。
【請求項７】
金属基材と、該金属基材表面に形成された潤滑被膜とを有する滑り軸受であって、前記潤滑被膜が、請求項１から請求項６のいずれか１項記載の潤滑被膜であることを特徴とする滑り軸受。
【請求項８】
前記滑り軸受は、その摺動表面が油またはグリースで潤滑される軸受であることを特徴とする請求項７記載の滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアミドイミド樹脂をマトリックス樹脂とし、炭素繊維を含む潤滑被膜、および、この潤滑被膜を形成してなる滑り軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルームエアコン用やカーエアコン用などのコンプレッサ、自動車や建設機械などのトランスミッションのスラスト軸受では、金属製転がり軸受の代替が進んでいる。上記用途では、高ＰＶ（ＰＶ：面圧（Ｐ）と滑り速度（Ｖ）を乗じたもの）で、かつ潤滑油の供給が不十分で希薄潤滑となる条件下で使用される場合がある。単純な樹脂軸受では、摩擦放熱性が低いため、希薄潤滑下では摩擦発熱で溶融摩耗し、焼き付く問題があった。また、高温、高圧下で使用時の耐荷重性が不十分であった。
【０００３】
このため、上記金属製転がり軸受の代替として、金属基材の表面にポリアミドイミド（以下、ＰＡＩと記す）樹脂をマトリックス樹脂とした潤滑被膜を形成した滑り軸受が提案されている。この滑り軸受は、膜厚１０〜２０μｍ程度の薄膜であるため、摩擦放熱性、耐荷重性ともに優れている。ＰＡＩ樹脂は、潤滑被膜に用いられるフェノール樹脂、エポキシ樹脂などの他のマトリックス樹脂と比較して、非常に高耐熱性である。また、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を配合することで、低摩擦特性を付与できる。
【０００４】
また、高ＰＶでの耐摩耗性を改善させるために、ＰＡＩ樹脂に固体潤滑剤、耐摩耗剤を配合した潤滑被膜が提案されている（特許文献１参照）。ここで、耐摩耗剤には、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、シリカなどの粒状耐摩耗剤、チタン酸カリウム繊維、炭素繊維が例示されている。また、同様に耐摩耗性の改善目的で、ＰＡＩ樹脂等にナノカーボン材の繊維状充填剤を配合することも提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５３８８３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４６８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された潤滑被膜において、粒状耐摩耗剤では油が希薄な潤滑下での耐摩耗性の付与が不十分である。チタン酸カリウム繊維は繊維径が０．５μｍ、繊維長が１５μｍと非常に細く、短い繊維物であるため、ＰＡＩ樹脂の補強効果に乏しい。炭素繊維は、チタン酸カリウム繊維より大きい繊維物であるが、一般的に繊維径は５〜２０μｍ程度で、潤滑被膜の厚さ１０〜２０μｍに対して１〜２倍と大きい。このため、基材と被膜の密着力を阻害するだけでなく、炭素繊維が摺動により脱落しやすく、逆に耐摩耗性が低下してしまうおそれがある。
【０００７】
また、特許文献２のナノカーボン材は繊維径が１５０ｎｍ以下、繊維長８μｍ以下の微小繊維であるため、チタン酸カリウム繊維と同様にＰＡＩの補強効果に乏しい。また、潤滑被膜が１０〜２０μｍ程度と薄いので、周辺の取り付け部品の寸法精度から、相手部材との摺接面がわずかでも傾いた場合の傾きを許容できない。例えば、１０μｍ傾くと、摺接時に被膜が局部的に１０μｍ摩耗し当たりが均一化しても、摩耗するとすぐに下地露出するため、摩耗寿命が不足する。
【０００８】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、高密着強度の被膜で、高ＰＶで希薄潤滑の条件下での耐焼き付き性に優れ、かつ、低摩擦低摩耗特性を有し、摺接する相手部材の傾きにより局部摩耗しても下地露出が発生しにくい潤滑被膜、および該潤滑被膜を形成してなる滑り軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の潤滑被膜は、ＰＡＩ樹脂をマトリックス樹脂とし、相手材との摺動表面に形成される潤滑被膜であって、該潤滑被膜は、上記ＰＡＩ樹脂と、フッ素樹脂および黒鉛から選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤と、繊維径が５〜１５μｍかつ平均繊維長が２０〜１００μｍである炭素繊維とを含む組成物からなる塗膜であり、上記潤滑被膜の膜厚が、上記炭素繊維の繊維径の３〜１５倍であることを特徴とする。
【００１０】
上記潤滑被膜は、上記ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して、上記固体潤滑剤を１０〜１５０重量部、上記炭素繊維を３〜５０重量部含むことを特徴とする。また、上記潤滑被膜の膜厚が３０〜１００μｍであることを特徴とする。
【００１１】
上記固体潤滑剤として上記フッ素樹脂を少なくとも含み、該フッ素樹脂がＰＴＦＥ樹脂であることを特徴とする。また、上記固体潤滑剤として上記黒鉛を含み、該黒鉛が固定炭素９７．５％以上の人造黒鉛であることを特徴とする。
【００１２】
上記潤滑被膜は、ディスペンサーコーティングで形成された後、上記相手材側表面を研磨してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の滑り軸受は、金属基材と、該金属基材表面に形成された潤滑被膜とを有する滑り軸受であって、この潤滑被膜が上記本発明の潤滑被膜であることを特徴とする。また、上記滑り軸受は、その摺動表面が油またはグリースで潤滑される軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の潤滑被膜は、ＰＡＩ樹脂をマトリックス樹脂とし、相手材との摺動表面に形成される潤滑被膜であり、ＰＡＩ樹脂と、フッ素樹脂および黒鉛から選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤と、繊維径が５〜１５μｍかつ平均繊維長が２０〜１００μｍである炭素繊維とを含む組成物からなる塗膜であり、その膜厚が上記炭素繊維の繊維径の３〜１５倍であるので、炭素繊維が潤滑被膜から脱落し難く、下地と被膜の密着力を阻害しないため、高ＰＶで、かつ潤滑油の供給が不十分で希薄潤滑となる条件下であっても、低摩擦低摩耗特性で、焼き付が起こらない。
【００１５】
上記潤滑被膜は、ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して、上記固体潤滑剤を１０〜１５０重量部、上記炭素繊維を３〜５０重量部含むので、潤滑被膜の摩擦特性、耐摩耗性、弾性率や強度に特に優れる。また、該配合からなる潤滑被膜であるので、膜厚が３０〜１００μｍと厚い場合でも、限界ＰＶ値が高く、耐摩耗性に優れる。
【００１６】
上記潤滑被膜の膜厚が３０〜１００μｍであり、厚膜であるので、相手材の摺接面のわずかな傾きは初期摩耗でなじみ、局部的な下地金属の露出をなくすことが可能である。
【００１７】
上記固体潤滑剤としてフッ素樹脂を少なくとも含み、該フッ素樹脂がＰＴＦＥ樹脂であるので、高ＰＶで、希薄潤滑となる条件下において、焼き付がなく、低摩擦特性をより向上させることができる。また、上記固体潤滑剤として黒鉛を含み、該黒鉛が固定炭素９７．５％以上の人造黒鉛であるので、潤滑被膜に油潤滑下での低摩擦特性を付与できると同時に、耐摩耗性、弾性率および強度を付与できる。
【００１８】
本発明の滑り軸受は、上記本発明の潤滑被膜を金属基材表面に形成してなるので、限界ＰＶ値および耐焼付き性が高く、低摩擦・低摩耗特性を有する滑り軸受となる。また、その摺動表面が油またはグリースで潤滑される液体潤滑用軸受として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の滑り軸受（スラスト滑り軸受）の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の潤滑被膜は、ＰＡＩ樹脂をマトリックス樹脂とし相手材との摺動表面に形成されるものであり、（１）ＰＡＩ樹脂と、（２）フッ素樹脂および黒鉛から選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤と、（３）所定の形状の炭素繊維と、を含む組成物から形成された塗膜である。また、この潤滑被膜の膜厚が上記炭素繊維の繊維径の３〜１５倍である。以下、この潤滑被膜について詳細に説明する。
【００２１】
本発明の潤滑被膜は、マトリックス樹脂としてＰＡＩ樹脂を用いる。ＰＡＩ樹脂は、高分子主鎖内にイミド結合とアミド結合とを有する樹脂である。ＰＡＩ樹脂の中でも、イミド結合、アミド結合が芳香族基を介して結合している芳香族系ＰＡＩ樹脂が好ましい。芳香族系ＰＡＩ樹脂であると、下地である金属基材との結着性に優れ、かつ得られる潤滑被膜の耐熱性が特に優れる。ここで、芳香族系ＰＡＩ樹脂のイミド結合は、ポリアミド酸などの前駆体であっても、また閉環したイミド環であってもよく、さらにはそれらが混在している状態であってもよい。
【００２２】
このような芳香族系ＰＡＩ樹脂は、芳香族第一級ジアミン、例えばジフェニルメタンジアミンと芳香族三塩基酸無水物、例えばトリメリット酸無水物のモノまたはジアシルハライド誘導体から製造されるＰＡＩ樹脂、芳香族三塩基酸無水物と芳香族ジイソシアネート化合物、例えばジフェニルメタンジイソシアネートとから製造されるＰＡＩ樹脂などがある。さらに、アミド結合に比べてイミド結合の比率を大きくしたＰＡＩ樹脂として、芳香族、脂肪族または脂環族ジイソシアネート化合物と芳香族四塩基酸二無水物および芳香族三塩基酸無水物とから製造されるＰＡＩ樹脂などがあり、いずれのＰＡＩ樹脂であっても使用することができる。
【００２３】
フッ素樹脂としては、低摩擦特性を潤滑被膜に付与でき、該被膜の使用温度雰囲気に耐える耐熱性を有するものであれば使用できる。フッ素樹脂としては、例えば、ＰＴＦＥ樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−エチレン（ＥＴＦＥ）共重合体樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ＰＴＦＥ樹脂の粉末を用いることが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂は、約３４０〜３８０℃の溶融粘度が約１０10〜１０11Ｐａ・ｓと高く、融点を越えても流動し難く、フッ素樹脂の中では最も耐熱性に優れ、低温下でも優れた性質を示し、摩擦摩耗特性にも優れる。
【００２４】
ＰＴＦＥ樹脂としては、−（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ−で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（−ＣｐＦ２ｐ−Ｏ−）（ｐは１−４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ２）ｑ−）（ｑは１−２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。
【００２５】
ＰＴＦＥ樹脂粉末の平均粒子径（レーザー解析法による測定値）は、特に限定されるものではないが、潤滑被膜の強度、耐摩耗性から２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２６】
ＰＴＦＥ樹脂粉末としては、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂粉末は、加熱焼成等されていないＰＴＦＥ樹脂（モールディングパウダー、ファインパウダー）と比較して、潤滑被膜（塗膜）を形成する樹脂塗料中での均一分散性に優れ、形成された潤滑被膜の耐摩耗特性が優れる。
【００２７】
黒鉛は固体潤滑剤として優れた特性を有する。黒鉛は、天然黒鉛と人造黒鉛に大別される。また、形状としては、りん片状、粒状、球状などがあるが、いずれも使用できる。人造黒鉛は製造工程中にできるカーボランダムのため潤滑性能を阻害されることと、黒鉛化の十分に進んだ黒鉛を造ることが難しいため一般的には潤滑剤には適していないとされている。天然黒鉛は完全に黒鉛化されたものが産出されるため、非常に高い潤滑特性を有しており固体潤滑剤として適している。しかし、不純物を多く含み、この不純物が潤滑性を低下させるため、不純物を除去しなければならないが、完全に除去することは困難である。
【００２８】
黒鉛としては、固定炭素９７．５％以上の黒鉛の使用が好ましく、さらには、固定炭素９８．５％以上の人造黒鉛が好ましい。このような黒鉛は、潤滑油とのなじみ性が高く、表面に潤滑油が付着していなくても黒鉛中に微量に含浸された潤滑油によって潤滑性が維持される。
【００２９】
黒鉛の平均粒子径（レーザー解析法による測定値）は、特に限定されるものではないが、潤滑被膜の強度、耐摩耗性から２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
炭素繊維の形状としては、以下の繊維径および平均繊維長を有するものを用いる。炭素繊維の繊維径は５〜１５μｍである。この範囲をこえる太い炭素繊維では、潤滑被膜の強度を低下させ、炭素繊維が脱落し易い。また、繊維径が５μｍ未満では、被膜の補強効果に乏しく、耐摩耗性に劣り、高い限界ＰＶ値が得られない。より好ましい繊維径は５〜１０μｍである。なお、繊維径については、炭素繊維原糸の繊維径が上記範囲内であればよい。
【００３１】
炭素繊維の平均繊維長は２０〜１００μｍである。平均繊維長が２０μｍ未満では十分な補強効果が得られず、耐荷重性や耐摩耗性に劣る。平均繊維長が１００μｍをこえると、潤滑被膜の強度の均一性が低下するとともに、摩擦面の炭素繊維の割合が低くなり、耐摩耗性が低下する。また、基材と被膜の密着力を阻害する要因となる。より好ましい平均繊維長は２０〜６０μｍである。なお、本発明における平均繊維長は、数平均繊維長である。
【００３２】
炭素繊維の種類としては、上記形状を満足し得るものであれば限定されず、原材料から分類されるピッチ系またはＰＡＮ系のいずれのものであってもよい。この中でも、高弾性率を有するＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。その焼成温度は特に限定するものではないが、２０００℃またはそれ以上の高温で焼成されて黒鉛（グラファイト）化されたものよりも、１０００〜１５００℃程度で焼成された炭化品のものが、高ＰＶ下でも相手材を摩耗損傷しにくいので好ましい。炭素繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いることで、樹脂被膜の弾性率が高くなり、被膜の変形、摩耗が小さくなる。さらには、摩擦面の真実接触面積が小さくなり、摩擦発熱も軽減する。
【００３３】
本発明で使用できる炭素繊維の市販品としては、ピッチ系炭素繊維としてクレハ社製クレカＭ−２００７Ｓ、ＰＡＮ系炭素繊維として東邦テナックス社製ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ００４０−０Ｈ、東レ社製トレカＭＬＤ−３０などが挙げられる。
【００３４】
本発明の潤滑被膜を形成する樹脂組成物において、フッ素樹脂および黒鉛から選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤は、ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して１０〜１５０重量部配合することが好ましい。すなわち、固体潤滑剤として、（１）フッ素樹脂単独で用いる場合は、該フッ素樹脂がＰＡＩ樹脂１００重量部に対して１０〜１５０重量部であり、（２）黒鉛単独で用いる場合は、該黒鉛がＰＡＩ樹脂１００重量部に対して１０〜１５０重量部であり、（３）フッ素樹脂と黒鉛とを併用する場合は、該フッ素樹脂と該黒鉛との合計量がＰＡＩ樹脂１００重量部に対して１０〜１５０重量部である。
【００３５】
フッ素樹脂は希薄潤滑下での低摩擦特性の付与、焼付き防止等の目的で、黒鉛は油潤滑下での低摩擦特性、耐摩耗性、潤滑被膜の強度、弾性率の付与等の目的でそれぞれ配合する。ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して、フッ素樹脂の配合量が１０重量部未満であると、低摩擦特性に劣り、発熱による摩耗促進、焼付きが発生するおそれがある。一方、フッ素樹脂の配合量が１５０重量部をこえると低摩擦特性は優れるが、被膜強度および耐摩耗特性が劣化するおそれがある。
【００３６】
ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して、黒鉛の配合量が１０重量部未満であると、黒鉛を配合した場合の摩擦摩耗特性、潤滑被膜の強度と弾性率の改質効果が得られないおそれがある。一方、黒鉛の配合量が１５０重量部をこえると、潤滑被膜の強度が低下し、耐摩耗性が低下するとともに、潤滑被膜の密着性を損ない、剥がれの原因となるおそれがある。
【００３７】
希薄潤滑下と油潤滑下での低摩擦特性の両立し、潤滑状態によって影響を受け難い安全率の高い潤滑被膜を得るためには、固体潤滑剤としてフッ素樹脂と黒鉛とを併用し配合することが好ましい。この場合の潤滑被膜を形成する樹脂組成物は、ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して、フッ素樹脂を５０〜１００重量部、黒鉛を５〜３０重量部を配合することがより好ましい。
【００３８】
本発明の潤滑被膜を形成する樹脂組成物において、上記所定の炭素繊維は、ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して３〜５０重量部配合することが好ましい。炭素繊維は耐摩耗性、被膜の強度、弾性率の付与の目的で配合しており、その効果は黒鉛よりも高い。ＰＡＩ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維の配合量が３重量部未満であると、耐摩耗性、潤滑被膜の強度と弾性率の改質効果が得られないおそれがある。一方、炭素繊維の配合量が５０重量部をこえると、潤滑被膜の強度が低下し、耐摩耗性が低下するおそれがある。炭素繊維は、黒鉛と併用配合することで、耐摩耗性、潤滑被膜の強度、弾性率の付与に対して、炭素繊維がマクロ補強、黒鉛がミクロ補強の役割をそれぞれ果し、相乗効果が得られる。
【００３９】
本発明の潤滑被膜の膜厚は、炭素繊維の繊維径の３〜１５倍である。炭素繊維の繊維径は上述のとおり５〜１５μｍであるので、該膜厚は具体的には１５〜２２５μｍとなる。潤滑被膜は薄い方が耐荷重性、摩擦放熱性が高く、高限界ＰＶで耐摩耗性に優れる。しかし、膜厚が炭素繊維の繊維径の３倍未満と薄いと、炭素繊維が脱落し易く、潤滑被膜の強度も低下する。一方、１５倍をこえると、潤滑被膜の耐荷重性、摩擦放熱性が低下し、耐摩耗性に劣る。本発明の潤滑被膜は、ＰＡＩ樹脂をマトリックス樹脂とし、摺動面等に形成される潤滑用の塗膜としては厚膜であり、その被膜内に十分な補強効果を得られる程度のサイズの炭素繊維を含む態様とするために該厚膜としている。
【００４０】
潤滑被膜の膜厚は、好ましくは３０〜１００μｍである。膜厚を炭素繊維の繊維径の３〜１５倍で、かつ３０〜１００μｍとすることで、耐荷重性、摩擦放熱性が高く、高限界ＰＶで耐摩耗性に優れるとともに、相手材の摺接面のわずかな傾きであれば、初期摩耗でなじんだ後の残り膜厚が確保でき、局部的な下地金属の露出をなくすことが可能となる。
【００４１】
本発明の潤滑被膜を形成する樹脂組成物には、上記のＰＡＩ樹脂、フッ素樹脂、黒鉛、炭素繊維の他に、本発明の必要特性を低下させない範囲であれば顔料などの他の添加剤を含んでもよい。また、補強効果に乏しく、脱落のおそれがあること等から、上記所定の形状の炭素繊維以外の炭素繊維や、ガラス繊維、ウィスカ等の他の繊維状補強材を含まないことが好ましい。最も好ましくは、後述する実施例に示すように、ＰＡＩ樹脂と、フッ素樹脂と、所定の形状の炭素繊維との３成分からなる場合、または、これに黒鉛を加えた４成分からなる場合である。
【００４２】
本発明の潤滑被膜（塗膜）は、上記樹脂組成物からなる樹脂塗料を用いて、スプレー、ディスペンサー、スクリーン印刷、ロールコート等のコーティング方法で形成する。この樹脂塗料は固形分であるＰＡＩ樹脂、フッ素樹脂、黒鉛、炭素繊維を、上述の配合割合で、溶剤類に分散または溶解させることにより得られる。溶剤類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メチルクロロホルム、トリクロロエチレン、トリクロロトリフルオロエタンなどの有機ハロゲン化化合物類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルイソピロリドン（ＭＩＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）などの非プロトン系極性溶剤類などを使用することが例示できる。これらの溶剤類は、単独または混合物として使用することができる。コーティング方法にあわせ、溶剤の種類、液粘度を調整すればよい。
【００４３】
本発明の潤滑被膜には、上記の炭素繊維を配合しているので、樹脂塗料内での炭素繊維の沈降やコーティング方法に起因する塗膜組成の不均一化を考慮すると、スプレーコーティングよりも、ディスペンサー、スクリーン印刷、ロールコートが適している。特にディスペンサーコーティングを採用することで、塗料の無駄がなく、厚膜の潤滑被膜を短時間で容易に形成できる。樹脂塗料を基材に塗布した後、焼成することで硬化・密着された潤滑被膜が得られる。
【００４４】
上記した潤滑被膜の膜厚範囲については、焼成後の膜厚を所定範囲にする、もしくは、焼成後の膜厚はより厚くなるよう形成し、研磨等の機械加工で所定範囲にしてもよい。摺動面の平面度を高め、潤滑油による安定した境界潤滑状態を実現し、潤滑油が枯渇した際にも、境界潤滑状態で摩擦摩耗特性を安定化させるためには、所望の膜厚よりも厚く形成し、研磨等の機械加工により所定膜厚とすることが好ましい。また、本発明の潤滑被膜は厚膜であるので、後加工により該膜厚を調整することで、基材側の平面度の精度が劣る場合でも、潤滑被膜側でこれを吸収し、表面の平面度の精度を確保できるため、基材自体を高精度に加工する必要がなくなる。
【００４５】
本発明の滑り軸受の一例を図１に基づいて説明する。図１はスラスト滑り軸受の斜視図である。滑り軸受１は、下地基材となる金属板２と、この金属板２の相手材との摺動表面に形成された潤滑被膜３とから構成される。この潤滑被膜３が上記本発明の潤滑被膜である。
【００４６】
上記潤滑被膜を金属板等の金属基材の表面に形成した滑り軸受とすることで、油潤滑および希薄潤滑下でも低摩擦低摩耗特性で、高い限界ＰＶ値を有する軸受となる。また、相手材との摺接面のわずかな傾きであれば許容可能で、下地が露出することや、潤滑被膜が剥がれることなく、使用することができる。
【００４７】
金属基材の材質としては、任意の金属材料を採用できる。例えば、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などを採用することで、所要の熱伝導性、耐荷重性を確保することができ、樹脂被膜から金属基材、金属基材から外部に放熱し易く、高荷重下でも使用可能となる。鉄としては一般構造用炭素鋼（ＳＳ４００など）、軟鋼（ＳＰＣＣ、ＳＰＣＥなど）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６など）などが挙げられ、これら鉄に亜鉛、ニッケル、銅などのめっきを施してもよい。アルミニウムとしてはＡ１１００、Ａ１０５０、アルミニウム合金としてはＡ２０１７、Ａ５０５２（アルマイト処理品も含む）、銅としてはＣ１１００、銅合金としてはＣ２７００、Ｃ２８０１などがそれぞれ挙げられる。
【００４８】
金属基材の潤滑被膜形成面は、被膜との密着性を向上させるために、ショットブラスト、タンブラー、機械加工等により凹凸形状に荒らす、または、化学表面処理を施して微細凹凸形状を形成することが好ましい。
【００４９】
本発明の滑り軸受は、上記の潤滑被膜と金属基材からなるので、油またはグリースで潤滑下において、耐荷重性、摩擦放熱性、低摩擦低摩耗特性、耐焼付き性、限界ＰＶ特性が高い液体潤滑用軸受となる。この滑り軸受としては、図１に示すような金属円盤などの平板の表面に潤滑被膜を形成したスラスト滑り軸受、円筒状の内径面に潤滑被膜を形成したラジアル滑り軸受などが例示できる。また、本発明の潤滑被膜の適用例として、円柱状の外径面に潤滑被膜を形成したピンやピストンが例示できる。
【実施例】
【００５０】
実施例１〜実施例８、比較例３〜８
旋盤後に研磨加工した円盤状のＳ４５Ｃ（外径φ９０ｍｍ、厚み６ｍｍ）を金属基材とし、ショットブラスト（Ｒｚ５．０μｍ狙い）を行い表面粗度を高めた。金属基材の片面に、固形分として表１および表２の配合の樹脂塗料（（ａ）〜（ｌ））を、ディスペンサーコーティングで焼成後５０〜１２０μｍとなるように塗布し、２４０℃で焼成後に平面研磨して平面度１５μｍ以下、膜厚３０〜１００μｍに仕上げ、試験片を得た。
【００５１】
比較例１
実施例１と同方法で金属基材を加工した。固形分として表２の配合の樹脂塗料（ａ）を、ディスペンサーコーティングで焼成後４０μｍ程度となるように塗布し、２４０℃で焼成後に平面研磨して平面度１５μｍ以下、膜厚１５μｍに仕上げ、試験片を得た
【００５２】
比較例２
実施例１と同方法で金属基材を加工した。固形分として表２の配合の樹脂塗料（ａ）を、ディスペンサーコーティングで焼成後１５０μｍ程度となるように塗布し、２４０℃で焼成後に平面研磨して平面度１５μｍ以下、膜厚１４０μｍに仕上げ、試験片を得た
【００５３】
実施例および比較例に用いた潤滑被膜の原材料を一括して以下に示す。樹脂塗料は、ＰＡＩ樹脂をＮ−メチルピロリドンに分散させたＰＡＩ樹脂ワニスを用い、これに充填剤を配合して希釈し粘度を調整した。
(１)ＰＡＩ  ：ガラス転移温度２４５℃品（芳香族系ＰＡＩ樹脂）
(２)ＰＴＦＥ：ＰＴＦＥ樹脂（平均粒子径１０μｍ、加熱焼成タイプ）
(３)黒鉛    ：人造黒鉛（平均粒子径１０μｍ）
(４)ＣＦ−１：ＰＡＮ系炭素繊維（繊維径７μｍ、平均繊維長３０μｍ）
(５)ＣＦ−２：ＰＡＮ系炭素繊維（繊維径７μｍ、平均繊維長１３０μｍ）
(６)ＣＦ−３：ピッチ系炭素繊維（繊維径１８μｍ、平均繊維長１３０μｍ）
(７)ウィスカ：チタン酸カリウムウィスカ（繊維径０.３〜０.６μｍ、繊維長１０〜２０μｍ）
(８)無機粉末：アルミナ（平均粒子径８μｍ）
(９)ＧＦ：ガラス繊維（繊維径１０μｍ、平均繊維長３０μｍ）
【００５４】
＜摩擦試験＞
実施例と比較例の各試験片に対して、３つの鋼製シュー（ＳＵＪ２,φ１３ｍｍ（有効すべり部位））を摺動させるスラスト型試験機（３シュー・オン・タイプ）を用いた摩擦摩耗試験を行い、６０分後の摩擦係数を測定した。試験条件は以下の通りである。結果を表１および表２に併記した。
荷重    ：４００Ｎ
摺動速度：３２ｍ／ｍｉｎ
潤滑条件：乾式
試験時間：６０分間
【００５５】
＜限界面圧試験＞
摩擦摩耗試験と同じスラスト型試験機（３シュー・オン・タイプ）を用いて限界面圧を確認した。試験条件は以下のとおりである。急激な摩擦係数の変動、局部も含めた下地露出が発生した面圧の１つ手前の面圧を限界面圧（ＭＰａ）として定義した。摺接するシューの片あたりによる極圧下状態への耐力として判断する。結果を表１および表２に併記した。
面圧    ：８ＭＰａから１時間毎に１ＭＰａを追加付与
摺動速度：２５ｍ／ｓｅｃ
潤滑条件：冷凍機油中（１００℃、循環あり）
【００５６】
＜引張せん断試験＞
被膜強度を測定するため、実施例と比較例の各試験片のすべり面を表面処理剤（テトラＨ）にて表面処理し、ＳＰＣＣ鋼材（ＳＳ４００、１５×４５×２ｍｍ）とエポキシ系２液接着剤を用いて接着した。接着条件は、試験片を０.５ＭＰａで固定し、そのまま電気炉内に入れ、１１０℃×４５分間放置して硬化させた。接着面積は２ｃｍ２である。得られた各試験片について引張り試験機（島津製作所製オートグラフ）で５ｍｍ／分の速度で金属板を引張り、引張せん断接着強さ（ＭＰａ）を測定した。結果を表１および表２に併記した。
【００５７】
【表１】
2015113457.tif 000003
【００５８】
【表２】
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【００５９】
実施例は、いずれ低摩擦係数で、限界面圧が１２ＭＰａ以上と高く、被膜の密着強度とのバランスも確保されていた。一方、膜厚が炭素繊維の繊維径の３倍未満の比較例１は、炭素繊維が脱落し、限界面圧が低かった。膜厚が炭素繊維の繊維径の１５倍をこえる比較例２は、摩擦放熱性に劣るため限界面圧が低かった。被膜に炭素繊維以外の無機配合剤または炭素繊維でも所定形状以外のものを配合した比較例３〜８は、限界面圧が１０ＭＰａに達しなかった。本発明における炭素繊維と同等形状のガラス繊維を用いた比較例８は、摩擦係数が大きくなり、限界面圧も低かった。
【００６０】
以上の結果より、本発明に係る潤滑被膜および複層軸受は、高限界面圧、低摩擦特性、耐摩耗特性、被膜の密着強度のバランスが充分であり、潤滑油の供給が不十分で希薄潤滑となった場合であっても、摩擦放熱性が高く、焼き付きが起こらないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の潤滑被膜を備えた滑り軸受は、低摩擦特性、耐摩耗特性、被膜の密着強度をバランスよく満足できるので、コンプレッサ、トランスミッション、油圧ポンプのスラスト受などのように、油潤滑下で使用される軸受として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１    滑り軸受
２    金属板
３    潤滑被膜
【図１】
2015113457.tif 000005