(57)【要約】【課題】すべり面に摺動層を設けたものにおいて、摺動特性、特に耐摩耗性を一層向上させると共に、摺動層の接着力を向上させる。【解決手段】ステンレス鋼または炭素鋼からなる基材１の表面にめっき層１ａを設け、このめっき層１ａの表面に銅合金などの金属粉末を散布して焼結することにより多孔質層２を設け、この多孔質層２に、ＰＢＩと１〜７０ｖｏｌ％の固体潤滑剤を含む摺動層３を含浸被覆させる。ＰＢＩは、熱硬化性樹脂（ＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ樹脂）に比べて耐熱性に優れていると共に材料強度が高いので、耐摩耗性及び非焼付性を向上できる。摺動層３は固体潤滑剤を含んでいるので、摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上できる。摺動層３は、多孔質層２に含浸被覆させているので、接着力が大きく、剥がれにくい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、この基材の表面に設けられた多孔質層と、この多孔質層に含浸被覆された摺動層とを備え、前記摺動層は、ポリベンゾイミダゾールと、１〜７０ｖｏｌ％の固体潤滑剤とを含む構成としたことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデンの少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記摺動層は、０．１〜１０ｖｏｌ％の硬質粒子を含むことを特徴とする請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動層は、０．１〜１５ｖｏｌ％のオイルを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、すべり面に摺動層を備えた摺動部材に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
摺動部材、例えば自動車のエンジン用のすべり軸受においては、鋼板製の裏金上に軸受合金層を設けて構成される基材の表面に、ポリアミドイミド（以下、ＰＡＩ）、ポリイミド（以下、ＰＩ）、エポキシ（以下、ＥＰ）樹脂等の熱硬化性樹脂に固体潤滑剤等を含ませた摺動層を設けることにより、耐摩耗性、非焼付性、初期なじみ性の向上を図ることが行われている（例えば特開平４−８３９１４号公報、特開平９−７９２６２号公報参照）。
【０００３】
また、特開平８−５９９９１号公報には、樹脂系の摺動材料として、ＰＡＩとＰＩをベース樹脂とし、このベース樹脂に、固体潤滑剤及び硬質粒子を含ませた構成とすることが開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記した従来構成のものでは、いずれの場合も耐摩耗性が不十分であった。
【０００５】
本発明の目的は、すべり面に摺動層を設けたものにおいて、摺動特性、特に耐摩耗性を一層向上できると共に、摺動層の接着力を向上できる摺動部材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、基材と、この基材の表面に設けられた多孔質層と、この多孔質層に含浸被覆された摺動層とを備え、前記摺動層は、ポリベンゾイミダゾール（以下、ＰＢＩ）と、１〜７０ｖｏｌ％の固体潤滑剤とを含む構成としたことを特徴とする。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
表１には、摺動層のベース樹脂となるＰＢＩ樹脂の物性が示されている。熱可塑性樹脂であるＰＢＩは、従来用いられている熱硬化性樹脂（ＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ樹脂）に比べて耐熱性に優れていると共に、材料強度が高いので、耐摩耗性及び非焼付性を向上できる。また、高温雰囲気における材料強度の低下や、摺動時の発熱による材料強度の低下も少ないので、高温、摺動時でも良好な耐摩耗性を維持できる。さらにＰＢＩ樹脂は伸びもあり、初期なじみ性も向上できる。
【０００９】
また、摺動層は固体潤滑剤を含んでいるので、これによっても摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上できる。この場合、固体潤滑剤の含有率が１ｖｏｌ％未満では固体潤滑剤による潤滑性向上効果がほとんど得られず、７０ｖｏｌ％を超えると、耐摩耗性が低下してしまう。従って、固体潤滑剤の含有率としては、１〜７０ｖｏｌ％の範囲が好ましい。
【００１０】
さらに、摺動層は、基材の表面に設けた多孔質層に含浸被覆して設けているので、摺動層の一部が多孔質層の孔隙に入り込んだ状態となり、いわゆるアンカー効果により、基材に対する摺動層の接着力が大きく、摺動層は剥がれにくくなる。
【００１１】
上記基材としては、炭素鋼、ステンレス鋼、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミ合金などを用いることができる。また、多孔質層としては、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミ合金、ニッケルまたはニッケル合金、錫または錫合金などの金属を用いる。
【００１２】
上記固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）、黒鉛、二硫化モリブデンの少なくとも一種を用いることが好ましい（請求項２の発明）。
【００１３】
請求項３の発明は、摺動層は、０．１〜１０ｖｏｌ％の硬質粒子を含むことを特徴とする。
硬質粒子は耐摩耗性の向上に寄与する。従って、摺動層に硬質粒子を添加することにより、耐摩耗性を一層向上できるようになる。硬質粒子としては、例えば酸化チタン、アルミナ、窒化珪素、酸化錫、窒化ホウ素を用いることができる。この場合、硬質粒子の含有率が０．１ｖｏｌ％未満では、硬質粒子による耐摩耗性を向上させる効果が得られず、１０ｖｏｌ％を超えると、摩擦係数が増加し、相手材を傷付けやすくなるとともに、非焼付性が低下する。従って、硬質粒子の含有率としては、０．１〜１０ｖｏｌ％の範囲が好ましい。
【００１４】
請求項４の発明は、摺動層は、０．１〜１５ｖｏｌ％のオイルを含むことを特徴とする。
オイルは潤滑性の向上に寄与するので、摺動層にオイルを添加することにより、摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上できる。この場合、オイルの含有率が０．１ｖｏｌ％未満では、オイルによる潤滑性向上の効果が得られず、１５ｖｏｌ％を超えると、耐摩耗性が低下する。従って、オイルの含有率としては、０．１〜１５ｖｏｌ％の範囲が好ましい。オイルとしては、鉱物油、合成油等がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態を模式的に示す摺動部材の断面図である。摺動部材は、ステンレス鋼または炭素鋼からなる基材１の表面に銅などのめっき層１ａを設け、このめっき層１ａの表面に、銅合金などの金属粉末を散布し、この金属粉末を焼結することにより多孔質層２を設ける。次に、多孔質層２の孔隙に、適当な有機溶剤で希釈した摺動層組成物（すなわち、ベース樹脂となるＰＢＩと、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤と、必要に応じて硬質粒子、オイルを混合したもの）を含浸被覆し、加熱・硬化させる。これにより、ＰＢＩと固体潤滑剤を含んだ摺動層組成物が硬化し、多孔質層２の表面に摺動層３が設けられる。この場合、摺動層３の厚さとしては、１〜２００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍとする。
【００１６】
なお、基材１上に摺動層３を設けた後に、すべり軸受形状に加工してすべり軸受を製造することもできる。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
【表３】
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【００１９】
表２には、このようにして得られた本発明の実施例１〜１８の試料における摺動層の組成が示されている。この表２において、摺動層の組成物のうち、ベース樹脂はすべてＰＢＩとしている。また、摺動層の配合割合は、固体潤滑剤は１〜７０ｖｏｌ％、硬質粒子は１〜１０ｖｏｌ％、オイルは１〜１５ｖｏｌ％としている。固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、黒鉛（Ｇｒ）、ＰＴＦＥを用い、硬質粒子としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化錫（ＳｎＯ２）を用い、オイルとしては、Ｓｉ系の合成油を用いた。
【００２０】
表３には、本発明の実施例１〜１８と比較する比較例１〜７の試料における摺動層の組成が示されている。この表３において、摺動層のベース樹脂はＰＡＩとＥＰとしている。また、比較例１〜７は、基材の表面に、実施例で設けた多孔質層は設けず、摺動層を直接設けた構成としている。
【００２１】
本発明の実施例１〜１８の各試料と、比較例１〜７の各試料について、摩擦摩耗試験と接着力試験を実施し、その結果をそれぞれ上記表２，３に試験結果として示す。摩擦摩耗試験は、スラスト型摩擦摩耗試験機を用いて、下記の表４に示す試験条件で行い、摩擦係数及び摩耗量を測定した。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
また、接着力試験は、次のようにして行った。まず、２０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を用意し、エポキシ系接着剤で試験片と円柱状の鉄棒（直径８〜１０ｍｍ）とを接着し、硬化させる。硬化後、接着部からはみ出た接着剤をトリミングし、この後、５ｍｍ／ｍｉｎで引張り試験を行う。この時の値を、円柱状鉄棒の断面積で割ることにより、接着力を求める。
【００２４】
ここで、実施例と比較例とを比較してみる。まず、実施例３と、比較例１，６とを比較してみる。これらは、摺動層における固体潤滑剤の種類（ＭｏＳ２）と含有率（４０ｖｏｌ％）は同じである。試験結果を見ると、摩擦係数はほぼ同じであるが、摩耗量については、比較例１，６が１７μｍ、１９μｍであるのに対し、実施例３では８μｍであり、実施例３の方が耐摩耗性に優れていることが分かる。また、接着力については、比較例１，６が１０．１Ｎ／ｍｍ２、８．６Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、実施例３では１５．８Ｎ／ｍｍ２であり、実施例３の方が比較例２，７よりも大きく、摺動層の接着力が優れており、摺動層が剥がれにくいことが分かる。
【００２５】
実施例６と、比較例２，７とを比較してみる。これらも、摺動層における固体潤滑剤の種類（Ｇｒ）と含有率（４０ｖｏｌ％）は同じである。試験結果を見ると、摩擦係数はほぼ同じであるが、摩耗量については実施例６の方が少なく、比較例２，７よりも耐摩耗性に優れていることが分かる。また、接着力については、実施例６の方が大きく、比較例２，７よりも優れていることが分かる。
【００２６】
実施例８と比較例３とを比較してみる。これらも、摺動層における固体潤滑剤の種類（ＰＴＦＥ）と含有率（４０ｖｏｌ％）は同じである。試験結果を見ると、摩擦係数はほぼ同じであるが、摩耗量については実施例８の方が少なく、やはり比較例３よりも耐摩耗性に優れていることが分かる。また、接着力については、実施例８の方が大きく、比較例３よりも優れていることが分かる。
【００２７】
実施例１２と比較例４とを比較してみる。これらは、摺動層における固体潤滑剤と硬質粒子の種類（ＭｏＳ２、Ｓｉ３Ｎ４）と含有率（４０ｖｏｌ％、３ｖｏｌ％）は同じである。試験結果を見ると、摩擦係数はほぼ同じであるが、摩耗量については実施例１２の方が少なく、やはり比較例４よりも耐摩耗性に優れていることが分かる。また、接着力については、実施例１２の方が大きく、比較例４よりも優れていることが分かる。
【００２８】
実施例１４と比較例５とを比較してみる。これらも、摺動層における固体潤滑剤と硬質粒子の種類（ＭｏＳ２、ＴｉＯ２）と含有率（４０ｖｏｌ％、３ｖｏｌ％）は同じである。試験結果を見ると、摩擦係数はほぼ同じであるが、摩耗量については実施例１４の方が少なく、やはり比較例５よりも耐摩耗性に優れていることが分かる。また、接着力については、実施例１４の方が大きく、比較例５よりも優れていることが分かる。
【００２９】
一方、実施例１〜５を検討してみる。これらは、固体潤滑剤の種類は同じであるが、含有率が異なっている。このうち、固体潤滑剤の含有率が１ｖｏｌ％の実施例１では、摩擦係数が他の実施例のものよりも大きくなっており、１ｖｏｌ％未満では、固体潤滑剤による潤滑性向上効果がほとんど得られなくなると予想される。また、固体潤滑剤の含有率が７０ｖｏｌ％の実施例５では、他の実施例のものよりも摩耗量が多くなると共に、接着力は小さくなっており、７０ｖｏｌ％を超えると、摩耗量が一層多くなると共に、接着力は一層小さくなると予想される。従って、固体潤滑剤の含有率は、１〜７０ｖｏｌ％の範囲が好ましい。
【００３０】
実施例３と、実施例９〜１４とを検討してみる。実施例３は、摺動層に硬質粒子が添加されていないのに対して、実施例９〜１４では、摺動層に硬質粒子が添加されている。硬質粒子が添加されていない実施例３の摩耗量は８μｍであるのに対し、硬質粒子が添加された実施例９〜１４の摩耗量は、１〜４μｍとなっており、硬質粒子を添加した方が耐摩耗性により優れていることがわかる。また、実施例９〜１４において、硬質粒子の含有率が１０ｖｏｌ％の実施例１１では、他の実施例のものよりも摩擦係数が大きくなっている。また、硬質粒子の含有率が小さくなると、硬質粒子による耐摩耗性の向上効果が得られなくなる。従って、摺動層における硬質粒子の含有率は、０．１〜１０ｖｏｌ％の範囲が好ましい。
【００３１】
実施例１２〜１４と、実施例１５〜１８とを検討してみる。実施例１２〜１４は、摺動層に硬質粒子は添加されているが、オイルは添加されていない。これに対して、実施例１５〜１８は、摺動層に硬質粒子とオイルが添加されている。摺動層に硬質粒子とオイルが添加された実施例１５〜１８は、摩擦係数が０．０２以下と小さくなっており、摩擦摩耗特性が特に優れていることが分かる。また、実施例１５〜１８において、オイルの含有率が１５ｖｏｌ％の実施例１８は、摩耗量が他の実施例のものよりも多くなっていると共に、接着力が小さくなっている。また、オイルの含有率が小さくなると、オイルによる潤滑性の向上効果が得られなくなる。従って、摺動層におけるオイルの含有率は、０．１〜１５ｖｏｌ％の範囲が好ましい。
【００３２】
本発明は、コンプレッサやワイパーアーム、ショックアブソーバ等のブッシュの他、自動車のエンジン用のすべり軸受、免震装置、鉄道車両の空気バネ等の摺動部材においても実施することができる。
本発明の摺動部材は、実施の形態では、表４に示したように、流体潤滑下での使用例を説明したが、境界潤滑下、無潤滑下でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における摺動部材の断面図
【符号の説明】
図面中、１は基材、２は多孔質層、３は摺動層を示す。
【図１】
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