(57)【要約】【課題】基材の表面に摺動層を設けたものにおいて、軸受性能、特に耐摩耗性を一層向上させる。【解決手段】鋼材またはステンレス鋼からなる基材１の表面に設けられる摺動層２は、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）と、１〜７０ｖｏｌ％の固体潤滑剤とを含む構成とする。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。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。さらに伸びもあり、初期なじみ性も向上できる。摺動層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。【選択図】　図１
2004019758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材またはステンレス鋼からなる基材の表面に摺動層を備え、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すべり軸受。
【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記載のすべり軸受。
【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記載のすべり軸受。
【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すべり軸受。
【請求項５】
基材と摺動層との間に、熱硬化性樹脂からなる接着層を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材またはステンレス鋼からなる基材の表面に摺動層を備えたすべり軸受に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
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、基材の表面に摺動層を設けたものにおいて、軸受性能、特に耐摩耗性を一層向上できるすべり軸受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、鋼材またはステンレス鋼からなる基材の表面に摺動層を備え、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】
2004019758.tif 000003
【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】
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）。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
請求項５の発明は、基材と摺動層との間に、熱硬化性樹脂からなる接着層を設けたことを特徴とする。
基材と摺動層との間に、接着力の高い熱硬化性樹脂からなる接着層を設けることにより、基材に対する摺動層の密着性を一層向上でき、摺動層の剥離の発生を防止できる。熱硬化性樹脂としては、ＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ及びフェノール樹脂が好ましい。
【００１４】
ところで、すべり軸受使用時において、潤滑油中でキャビティー（気泡）が発生し、その結果、軸受表面にエロージョンが発生する現象がある。これは、潤滑油中に発生したキャビティーが高い圧力のもとで崩壊し、崩壊時のエネルギーが軸受表面を侵蝕的に摩耗させる現象である。その対策として摺動層の材料強度を上げることにより、キャビテーション性を向上させてきた。また、摺動層の材料強度より、基材と摺動層との密着性が弱いと、高圧な微振動が加わることにより、密着界面にて剥離を起こす。その密着性を向上させるため、基材表面を表面処理により粗面化させる技術があるが、密着性の一層の向上が望まれている。そこで、請求項５の発明のように、基材と摺動層との間に熱硬化性樹脂からなる接着層を設けることにより、基材と摺動層との密着性を一層向上でき、また軸受表面にエロージョンの発生を一層防止できるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態を模式的に示すすべり軸受の断面図である。すべり軸受は、ステンレス鋼または鋼材からなる基材１の表面に、摺動層２を設けた構成である。
【００１６】
上記すべり軸受は次のようにして製造する。まず、基材１をすべり軸受形状に加工後、脱脂処理し、表面を表面処理により粗面化する。粗面化する表面処理法としては、ショットブラスト、エッチング等がある。さらに酸洗いを行い、表面に付着した不純物を除去すると共に、表面を活性化させる。基材１を湯洗乾燥後、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、エアスプレーにより基材１の表面に吹き付けて塗布し、３００〜４００℃、例えば３５０℃で６０分間加熱・硬化させる。この加熱により、溶剤が蒸発するとともに、ＰＢＩと固体潤滑剤を含んだ摺動層組成物が硬化し、基材１の表面に摺動層２が設けられる。この場合、摺動層２の厚さとしては、１〜１００μｍ、好ましくは３〜５０μｍとする。
【００１７】
なお、基材１上に摺動層２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。
【００１８】
【表２】
2004019758.tif 000004
【００１９】
【表３】
2004019758.tif 000005
【００２０】
表２には、このようにして得られた本発明の実施例１〜２３の試料の、基材及び摺動層の組成が示されている。この表２において、実施例１〜１８は基材をステンレス鋼、実施例１９〜２３は基材を鋼材としている。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。
【００２１】
表３には、本発明の実施例１〜２３と比較する比較例１〜７の試料の、基材及び摺動層の組成が示されている。この表３において、比較例１〜７の基材はすべてステンレス鋼としている。また、摺動層のベース樹脂はＰＡＩとＥＰとしている。なお、これら比較例１〜７において、摺動層を加熱硬化させる際の温度は２５０℃で、時間は６０分とした。
【００２２】
本発明の実施例１〜２３の各試料と、比較例１〜７の各試料について、摩擦摩耗試験を実施し、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。
【００２３】
【表４】
2004019758.tif 000006
【００２４】
ここで、実施例と比較例とを比較してみる。まず、実施例３，１９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３，１９ではそれぞれ８μｍ、７μｍであり、実施例３，１９の方が耐摩耗性に優れていることが分かる。
【００２５】
実施例６，２０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６，２０の方が共に少なく、比較例２，７よりも耐摩耗性に優れていることが分かる。
【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。
【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。
【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。
【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では摩耗量が他の実施例のものより多くなっており、７０ｖｏｌ％を超えると、摩耗量が一層多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、２２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、２２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、２２の摩耗量は、１〜４μｍとなっており、硬質粒子を添加した方がより耐摩耗性に優れていることがわかる。また、実施例９〜１４、２２において、硬質粒子の含有率が１０ｖｏｌ％の実施例１１では、摩擦係数が他の実施例のものよりも大きくなっている。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１２〜１４，２２と、実施例１５〜１８、２３とを検討してみる。実施例１２〜１４，２２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、２３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、２３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、２３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。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】
図２は、本発明の第２の実施の形態を模式的に示すすべり軸受の断面図である。このすべり軸受は、ステンレス鋼または鋼材からなる基材１と摺動層２との間に、熱硬化性樹脂からなる接着層３を設けた構成である。
【００３３】
上記すべり軸受は次のようにして製造する。まず、第１の実施の形態と同様に、基材１をすべり軸受形状に加工後、脱脂処理し、表面をエッチングにより粗面化する。さらに酸洗いを行い、表面に付着した不純物を除去すると共に、表面を活性化させる。基材１を湯洗乾燥後、適当な有機溶剤で希釈した接着層組成物（すなわち、ベース樹脂となるＰＡＩ、ＰＩなどの熱硬化性樹脂と、必要に応じて二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を混合したもの）を、エアスプレーにより基材１の表面に吹き付けて塗布し、例えば２５０℃で１０分間加熱・硬化させ、接着層３を設ける。この場合、接着層３の厚さは、５μｍ以下とする。接着層３のベース樹脂としては、ＰＡＩ、ＰＩの他、ＥＰやフェノール樹脂でも良い。
【００３４】
この後、第１の実施の形態と同様に、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、エアスプレーにより接着層３の表面に吹き付けて塗布し、例えば３５０℃で６０分間加熱・硬化させる。これにより、接着層３の表面に摺動層２が設けられる。この場合も、摺動層２の厚さとしては、１〜１００μｍ、好ましくは３〜５０μｍとする。
【００３５】
このような形態とした場合には、特に、基材１と摺動層２との間に、接着力の高い熱硬化性樹脂からなる接着層３を設けることにより、基材１に対する摺動層２の密着性を一層向上でき、摺動層２の剥離の発生を防止できる。
【００３６】
また、接着層３に固体潤滑剤を添加することにより、摺動層２と同様、固体潤滑剤による効果が期待できるので、摺動層２が摩耗した場合においても、急激に摺動特性が低下することを防止できる。
【００３７】
本発明は、上記した第１及び第２の実施の形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
摺動層２及び接着層３の形成方法は、エアスプレー法に限らず、パッド印刷法、スクリーン印刷法、ロールコート法等でも良い。
本発明のすべり軸受は、自動車のエンジン用以外の用途、例えばコンプレッサへの用途にも用いることができる。
本発明のすべり軸受は、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】本発明の第１の実施の形態におけるすべり軸受の断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるすべり軸受の断面図
【符号の説明】
図面中、１は基材、２は摺動層、３は接着層を示す。
【図１】
2004019758.tif 000007
【図２】
2004019758.tif 000008