(57)【要約】【課題】アルミニウム合金からなる軸受合金層上に被覆層として樹脂コーティング層を形成したすべり軸受において、軸受合金層に対する樹脂コーティング層の接着強度を高くする。【解決手段】アルミニウム合金からなる軸受合金層を設けてなるすべり軸受において、前記軸受合金層を構成する前記アルミニウム合金にＳｎを含まず、またはＳｎ量を２質量％以下とし、前記軸受合金層上に、固体潤滑剤と樹脂バインダーからなる樹脂コーディング層を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金層上に、アルミニウム合金からなる軸受合金層を設けたすべり軸受において、
前記軸受合金層を構成する前記アルミニウム合金のＳｎ量を０または２質量％以下とし、
前記軸受合金層上に、固体潤滑剤と樹脂バインダーからなる樹脂コーティング層を形成したことを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
前記樹脂バインダーは、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＢＩ、ＥＰ、ＦＰの１種または２種以上からなり、この樹脂バインダーが前記樹脂コーティング層の３０〜８０体積％を占め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】
前記固体潤滑剤は、ＭｏＳ2、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＢＮの１種または２種以上からなり、この固体潤滑剤が前記樹脂コーティング層の２０〜７０体積％を占める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】
前記樹脂コーティング層の厚さは、３〜３０μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のすべり軸受。
【請求項５】
前記軸受合金層を構成するアルミニウム合金は、Ｓｎを０または２質量％以下、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐｂ、Ｂｉのうちから選択された１種または２種以上を総量で０．１〜２０質量％、残部がＡｌからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のすべり軸受。
【請求項６】
前記軸受合金層の硬さは、ビッカース硬さで６０〜１３０であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は裏金層上にアルミニウム合金からなる軸受合金層を設けたすべり軸受に係り、特に軸受合金層上に樹脂コーティング層を形成したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
すべり軸受には、軸受合金層にアルミニウム合金を用いたものがあるが、アルミニウム合金を用いたすべり軸受は、アルミニウム合金の強度が高く、耐疲労性、耐摩耗性に優れているため、エンジン用軸受などの高速高荷重用として広く用いられている。しかしながら、アルミニウム合金は、硬度が高く、なじみ性、非焼付性が不十分であるため、軟質のＳｎを含有させるようにし、且つ、軸受合金層上に、ＰｂまたはＰｂ合金からなる被覆層を設けてなじみ性や非焼付性の向上を図っている。ところが、ＰｂまたはＰｂ合金を被覆層に用いたものでは、Ｐｂが低強度であるため、耐疲労性、耐摩耗性に問題があった。
一方、被覆層を、ＰｂまたはＰｂ合金に替えて固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層とすることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５２２７５０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記特許文献１に記載のすべり軸受では、軸受合金層に対する樹脂コーティング層の接着強度が低く、そのために十分な耐キャビテーション性が得られず、樹脂コーティング層が剥離し易いという問題を生ずる。
そこで、本発明の目的は、アルミニウム合金からなる軸受合金層上に被覆層として樹脂コーティング層を形成したすべり軸受において、樹脂コーティング層の接着強度を高くすることができ、耐キャビテーション性を向上させることができるすべり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、アルミニウム合金からなる軸受合金層上に樹脂コーティング層を形成した場合、その樹脂コーティング層の接着強度が不十分であることについて、その原因究明のために鋭意研究を重ね、次のような結論を得た。
即ち、軸受合金層を構成するアルミニウム合金は、例えば特許文献１に見られるように２０〜４５質量％という多量のＳｎを含んでいる。一方、樹脂コーティング層は、まず樹脂バインダーに固体潤滑剤粉末を混合し、この混合液を軸受合金層に塗布した後、高温で焼付けて硬化させる、という手順を経て形成される。そして、樹脂コーティング層の焼付けのための焼成工程時に、多量のＳｎを含んだアルミニウム合金が加熱されて温度上昇すると、Ｓｎが溶け出して軸受合金層と樹脂コーティング層との間に滲出するようになる。すると、樹脂コーティング層の接着力が低下するため、樹脂コーティング層が剥離し易くなり、耐キャビテーション性が低くなる。
また、樹脂コーティング層の焼成工程での温度を低くして、Ｓｎの滲出を生じさせなかったとしても、エンジン用軸受としての実使用時に、相手軸の回転に伴って生ずる摩擦熱やエンジン側から受ける熱の影響で、Ｓｎが軸受合金層と樹脂コーティング層との間に滲み出し、これが原因で樹脂コーティング層の接着力を低下させる。
そして、本発明者は、この原因究明の研究過程で、Ｓｎ量が２質量％以下ならば、樹脂コーティング層を十分に硬化させるために樹脂コーティング層の焼成時の温度を高くしても、Ｓｎが軸受合金層の表面に滲出しなくなることを併せて究明した。
【０００５】
本発明は、このような本発明者の実験結果に基づいてなされたもので、裏金層上に、アルミニウム合金からなる軸受合金層を設けてなるすべり軸受において、前記軸受合金層を構成する前記アルミニウム合金のＳｎ量を０または２質量％以下とし、前記軸受合金層上に、固体潤滑剤と樹脂バインダーからなる樹脂コーディング層を形成したことを特徴とする。
この構成によれば、アルミニウム合金がＳｎを含まず、または２質量％以下しか含んでいないので、樹脂コーディング層の焼成工程時、或いはすべり軸受の実使用時に軸受合金層が加熱されても、Ｓｎが軸受合金層と樹脂コーティング層との間に滲み出ることがなく、樹脂コーティング層の良好なる接着性を維持することができる。このため、良好な耐キャビテーション性を有し、樹脂コーティング層の剥離が生じ難くなる。
【０００６】
Ｓｎが２質量％を超えると、樹脂コーティング層の焼成時や、エンジン用軸受としての実使用時に軸受合金層の表面に滲み出し易くなる。樹脂コーティング層の軸受合金層への接着性向上のためには、アルミニウム合金中にＳｎを含まないことがより好ましい。
【０００７】
本発明では、樹脂コーティング層の樹脂バインダーは、ＰＩ（ポリイミド樹脂）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド樹脂）、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、ＦＰ（フェノール樹脂）の１種または２種以上から構成することができる。
また、固体潤滑剤は、ＭｏＳ2（二硫化モリブデン）、グラファイト、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＢＮ（窒化硼素）の１種または２種以上から構成することができる。
【０００８】
そして、樹脂コーティング層において、樹脂バインダーは、３０〜８０体積％、固体潤滑剤は、２０〜７０体積％とすることが好ましい。固体潤滑剤が２０体積％未満であると、なじみ性、非焼付性の向上効果が得られず、７０体積％を超えると、樹脂コーティング層の軸受合金層への接着性、樹脂コーティング層の強度が低下する。好ましい固体潤滑剤の含有量は、３５〜５５体積％である。
【０００９】
前記樹脂コーティング層の厚さは、良好なるなじみ性、非焼付性、耐疲労性を得るために３〜３０μｍであることが好ましい。３μｍ未満では、なじみ性、非焼付性の向上効果がみられず、３０μｍを超えると、樹脂コーティング層の強度、耐疲労性、非焼付性の向上効果がみられない。好ましくは５〜２５μｍであり、更に好ましくは１０〜２０μｍである。
【００１０】
本発明では、軸受合金層を構成するアルミニウム合金は、０または２質量％以下のＳｎであって、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｖ、Ｐｂ、Ｂｉのうちから選択された１種または２種以上を総量で０．１〜２０質量％、残部がＡｌの組成とすることができる。
この組成成分のうち、Ｓｉは、軸受合金層の耐疲労性、耐摩耗性を向上させる。硬度の高いＳｉ粒子がＡｌマトリックス中に点在することにより、Ａｌマトリックス表面の摩耗に伴い、Ｓｉ粒子が軸受合金層表面に凸となって現れ、相手軸の荷重を受け持つ。このため、耐疲労性が向上する。また、凸となったＳｉ粒子が相手軸を平滑にするラッピング作用を呈し、更に、Ｓｉ粒子が凸となることにより、凹となった部分に潤滑油が保持されるので、摩耗減少効果をもたらす。好ましいＳｉ量は、１〜９質量％である。
【００１１】
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｖは、Ａｌマトリックスに固溶し、または、Ａｌと金属間化合物を形成して析出することにより、軸受合金層の硬度および強度を高める。特に、Ｃｕ、Ｍｇは、熱処理性を向上させるので、熱処理による強度向上を図る場合に効果がある。これら元素の好ましい含有量は、０．１〜３質量％である。
Ｚｎは、Ａｌマトリックスに固溶し、潤滑油との親和性を増す。好ましい含有量は、２〜８質量％である。
Ｐｂ、Ｂｉは、切削性、非焼付性を向上させる。好ましい含有量は、０．１〜３質量％である。
また、耐疲労性の面で、軸受合金層の硬さは、ビッカース硬さで６０〜１３０であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
下記の表１の軸受合金層欄に示す成分のアルミニウム合金を鋳造し圧延してアルミニウム合金板を製造し、このアルミニウム合金板（軸受合金層）を鋼板（裏金）上にロール圧接により接合してバイメタルを製造した。更に、このバイメタルを半円筒状にプレス加工し、内径５３ｍｍ、厚さ（裏金層と軸受合金層の総厚）１．５ｍｍの所定寸法に機械加工した後、軸受合金層の表面に、表１の被覆層欄に示す組成の樹脂コーティング層を形成し、発明品１〜１２、比較品１〜６を得た。比較品７のみは、被複層を樹脂コーティング層とせず、Ｓｎを１０質量％、残部がＰｂのＰｂ合金からなるめっき層とした。なお、樹脂コーティング層の焼成温度、および被覆層の層厚を表１に記載した。焼成時間は１時間である。
【００１３】
【表１】
2007107589.tif 000002
【００１４】
上記発明品１〜１２、比較品１〜７の各試料について、キャビテーション試験（第１のキャビテーション試験）を行った。また、別に用意した上記発明品１〜１２、比較品１〜７の各試料について、エンジン用軸受としての実使用状態を想定して軸受合金層中のＳｎの滲出を促すための加熱処理を実施し、その実施後にキャビテーション試験（第２のキャビテーション試験）を行った。なお、第１及び第２のキャビテーション試験の条件を表２に示した。
【００１５】
【表２】
2007107589.tif 000003
【００１６】
上記加熱処理は、図１に示す治具１を用いて行った。この治具１は、内面が半円筒状の凹部２を有したハウジング３、このハウジング３内に収容された試料Ｔの内面（樹脂コーティング層）を押さえる軸状物４から構成されている。この軸状物４を試料Ｔに押さえつけるための図示しない加圧装置と、ハウジング３を移動させないように拘束するための図示しない拘束装置も用いる。そして、図１に示すように、発明品１〜１２、比較品１〜７の各試料Ｔをハウジング３の凹部２内に収容し、その試料Ｔを、軸状物４が４０ＭＰａの面圧で押さえ付けるように、加圧装置を制御した。そして、この状態で炉５の中で２００℃、１時間の加熱処理を行った。
【００１７】
キャビテーション試験を、加熱処理をしていない試料と加熱処理をした試料とに行った。第１のキャビテーション試験では、発明品１〜１２、比較品１〜７の各試料（加熱処理無し）について、キャビテーション試験の前と後の試料重量を測定して重量差を求め、その重量差を比重で除して体積減少量を算出し、その結果を表１の「加熱処理無」の欄に記載した。また、第２のキャビテーション試験では、発明品１〜１２、比較品１〜７の各試料（加熱処理有り）について、キャビテーション試験の前と後の試料重量を測定して重量差を求め、その重量差を比重で除して体積減少量を算出し、その結果を表１の「加熱処理有」の欄に記載した。
【００１８】
第１及び第２のキャビテーション試験の結果を解説する。なお、キャビテーション試験を行うと、樹脂コーティング層がキャビテーション現象によって浸食され、軸受合金層との接着力の程度によって樹脂コーティング層が剥れを生ずる。従って、キャビテーション試験の前後における樹脂コーティング層の体積減少量を求めれば、その体積減少量の大小によって軸受合金層に対する樹脂コーティング層の接着強度の高低を判断することができる。即ち、耐キャビテーション性の高低を判断することができる。
【００１９】
まず、樹脂コーティング層とＰｂ合金の被覆層の耐キャビテーション性についてみてみると、被覆層をＰｂ合金とした比較品７と樹脂コーティング層とした他の試料との比較から明らかなように、Ｐｂ合金の被覆層では、第１のキャビテーション試験及び第２のキャビテーション試験共に体積減少量が多く、樹脂コーティング層の方が耐キャビテーション性に優れていることが理解される。
【００２０】
被覆層を樹脂コーティング層とした場合、樹脂コーティング層の耐キャビテーション性は、軸受合金層のＳｎ量および樹脂コーティング層の焼成温度によって差を生ずる。即ち
、発明品１〜１２と比較品１〜６との比較から明らかなように、Ｓｎ量が多いと、耐キャビテーション性は低下する。更に、軸受合金層のＳｎ量が多い比較品１〜６においても、樹脂コーティング層の焼成温度が高いと、耐キャビテーション性は低下する。例えば、比較品３と比較品６とは、軸受合金層のＳｎ量が同じであるが、焼成温度が２００℃である比較品６に比べて、２５０℃である比較品３は、第１のキャビテーション試験による体積減少量が多い。これは、焼成時において、軸受合金層のＳｎが軸受合金層表面に滲出して樹脂コーティング層の接着力に影響を及ぼしたことによると思われる。従って、Ｓｎ量の多い従来のすべり軸受では、樹脂コーティング層を焼成する場合、余り高い温度で行うことができず、このため、樹脂コーティング層を十分に硬化し切れないという結果となる。
【００２１】
これに対し、Ｓｎ量の少ない発明品１〜１２では、焼成を２３０℃或いは２５０℃という高温度で行っているが、第１及び第２のキャビテーション試験による体積減少量は比較品１〜６に比べて少なく、本発明が焼成温度を高くして樹脂コーティング層の硬度向上を図りながら、耐キャビテーション性に優れた樹脂コーティング層を得られることが理解される。
具体的に述べると、発明品１と比較品１、発明品１と比較品３、発明品２，６と比較品２，５、発明品１１と比較品４は、それぞれ樹脂コーティング層の成分は同じで、軸受合金層のＳｎ量が異なる発明品と比較品の組を示している。これら各組において、第１及び第２のキャビテーション試験による体積減少量は、発明品の方が比較品に比べて少ない。
【００２２】
また、発明品１〜１２は、加熱処理の後に行った第２のキャビテーション試験での体積減少量が比較品１〜６に比べて少ない。このことは、発明品１〜１２は、軸受合金層のＳｎの滲出を促す加熱処理を行っても、Ｓｎの滲出は抑制されていることを意味し、本発明により樹脂コーティング層の接着強度が実使用時においても維持され、優れた耐キャビテーション性を発揮することを意味する。
【００２３】
更に、軸受合金層中にＳｎを含まない発明品１とＳｎを含む発明品８を比較すると、発明品１の方が耐キャビテーション性に優れる。このことから、Ｓｎを含まない方が耐キャビテーション性にとっては好ましいことが理解される。
また、樹脂コーティング層の厚さが耐キャビテーション性に与える影響についてであるが、樹脂コーティング層の厚さが３５μｍで、好ましい厚さの上限（３０μｍ）を越えている発明品４は、他の発明品よりは体積減少量が多く、他の発明品よりは耐キャビテーション性が低い結果となった。ちなみに、この発明品４は、加熱処理後の第２のキャビテーション試験での体積減少量において、比較品１〜６に比べ、良い結果を示しており、耐キャビテーション性が改善されていることに変わりはない。
【００２４】
固体潤滑剤の量が耐キャビテーション性に与える影響について、発明品７と発明品１２を比較してみる。発明品７と発明品１２は、軸受合金層の成分、樹脂コーティング層の厚さおよび焼成温度が同じで、樹脂コーティング層の固体潤滑剤の量だけが相違している。この発明品７と発明品１２との比較から、固体潤滑剤量が少ない方が、耐キャビテーション性が向上することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】キャビテーション試験に際して使用した加圧装置の正面図
【符号の説明】
【００２６】
図面中、１は治具、３はハウジング、４は軸状物、５は炉を示す。
【図１】
2007107589.tif 000004