(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂コーテイング層が軸受合金層上に形成されているすべり軸受において、樹脂コーテイング層が、２５℃での引張強さが７０〜１１０ＭＰａ、伸びが７〜２０％であり、しかも２００℃での引張強さが１５ＭＰａ以上、伸びが２０％以上である軟質かつ高温で伸びの良い、未硬化時の分子量２０００万以上のポリアミドイミド樹脂を７０〜３０ｖｏｌ％と固体潤滑剤を３０〜７０ｖｏｌ％（ここで、両者の合計を１００ｖｏｌ％とする）の割合で含有しており、樹脂コーティング層のビッカース硬さＨｖが２０以下であることを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
内燃機関用に用いられることを特徴とする請求項１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、自動車やその他の産業機械用のエンジンに用いることができるすべり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンのすべり軸受は、一般にアルミニウム合金やＰｂ系オーバレイ付き銅鉛合金が用いられいる。近年は、高出力及び高回転による自動車エンジンの高性能化が著しく、優れた摺動性能、特に初期なじみ性、耐焼付性に優れ、耐久性、耐熱性を兼ね備えたすべり軸受の出現が望まれている。
【０００３】
特開平４−８３９１４号公報には、アルミニウム系軸受合金の表面に９５〜５５重量％の固体潤滑剤と、１０〜４５重量％のポリイミド系バインダーから成るコーティング層を形成したすべり軸受材料が記載されている。このような固体潤滑被膜により、アルミニウム合金軸受の初期のなじみ性が向上し、優れた耐疲労性及び耐焼付性が発揮される。更に、当該公報には、上記固体潤滑剤の１〜２０重量％を摩擦調整剤に置き換えることにより、固体潤滑被膜の耐摩耗性が改良されることが記載されている。
【０００４】
また、特開平７−２４７４９３号公報では、７０〜９７重量％の固体潤滑剤と、３〜３０重量％のバインダー（ポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂）からなる固体潤滑被膜に、膜形成補助剤を添加することにより、固体潤滑剤が強固に保持され、初期のなじみ性がよいため耐焼付性が優れ、脱落が防止されているため耐摩耗性が良好となることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、従来技術における上記固体潤滑被膜では、固体潤滑剤の添加量が５５〜９７重量％以上と多く、コーティング層内の強度や固体潤滑剤の保持力が不十分であるため、被膜の剥離等によりかえってなじみ性が悪化し、焼付きが生じる等の現象が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特に高速エンジンに要求される、初期なじみ性、耐焼付性に優れ、しかも耐久性、耐熱性を兼ね備えたすべり軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下記構成のすべり軸受が提供されて、本発明の上記目的が達成される。
１．樹脂コーテイング層が軸受合金層上に形成されているすべり軸受において、樹脂コーテイング層が、２５℃での引張強さが７０〜１１０ＭＰａ、伸びが７〜２０％であり、しかも２００℃での引張強さが１５ＭＰａ以上、伸びが２０％以上である軟質かつ高温で伸びの良い未硬化時の分子量２０００万以上のポリアミドイミド樹脂を７０〜３０ｖｏｌ％と固体潤滑剤を３０〜７０ｖｏｌ％（ここで、両者の合計を１００ｖｏｌ％とする）の割合で含有しており、樹脂コーティング層のビッカース硬さＨｖが２０以下であることを特徴とするすべり軸受。
２．内燃機関用に用いられることを特徴とする上記１に記載のすべり軸受。
【０００８】
高速での初期なじみ性、耐焼付性を向上するためには、局所的に油膜が薄くなり、固体接触を起こしそうになった場合に、速やかにオーバレイ（樹脂コーテイング層）が摩耗又は変形して、流体膜の厚さを確保する必要がある。
従来は、これを固体潤滑剤の量を増やすことで対処使用としていたが、増やしすぎると脆くなリ、剥離等によりかえって焼付きやすくなり、初期なじみ性が悪化する。
そこで、固体潤滑剤を結合している樹脂に着目し、これを軟質かつ高温で伸びの良い熱硬化性樹脂にすることにより、なじみ性、耐焼付性がよく、しかも耐熱性、耐久性が劣らない固体潤滑樹脂コーテイング層を有するすべり軸受ができ本発明に至った。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明のすべり軸受について詳細に説明する。
本発明のすべり軸受は、軟質かつ高温で伸びの良い熱硬化性樹脂と固体潤滑剤とを含有している樹脂コーテイング層が軸受合金層上に形成されているすべり軸受である。
すべり軸受の樹脂コーテイング層に用いられる熱硬化性樹脂は、軟質かつ高温で伸び良いポリアミドイミド樹脂である。具体的には、２５℃での引張強度が７０〜１１０ＭＰａ、好ましくは８０〜１００ＭＰａ、伸びが７〜２０％、好ましくは７〜１５％の条件を満たすポリアミドイミド樹脂が望ましい。さらに望ましい樹脂は、上記条件を満たし、しかも２００℃での引張強度が１５ＭＰａ以上、好ましくは１５〜５０ＭＰａ、伸びが好ましくは２０％以上を満たすポリアミドイミド樹脂であり、この樹脂は、軟質かつ高温で伸び良い熱硬化性樹脂の典型例である。
【００１１】
引張強度及び伸びに関する上記条件を満たすポリアミドイミド樹脂は、未硬化時の分子量を数平均で２０００万以上にし、末端架橋点を少なくするとともに、硬化を早めるためにエポキシ基を含むポリマーを添加することにより得ることができる。
【００１２】
なお、上記熱硬化性樹脂の引張強度及び伸びは、ＡＳＴＭ  Ｄ−１７０８に準じて測定した値である。
【００１３】
固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、グラファイト、ＢＮ（窒化硼素）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）、フッ素系樹脂、Ｐｂ等を挙げることができる。これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
グラファイトは天然、人造グラファイトのいずれでもよいが、人造グラファイトが耐摩耗性の観点から好ましい。
これらの固体潤滑剤は、摩擦係数を低く、かつ安定にする作用と共に、なじみ性を有する。これらの作用を十分に発揮させるために、固体潤滑剤の平均粒径は１５μｍ以下、特に０．２〜１０μｍであることが好ましい。
なかでも、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化硼素、二硫化タングステンが好ましい。
【００１４】
本発明のすべり軸受の樹脂コーテイング層では、未硬化時の分子量２０００万以上のポリアミドイミド樹脂を３０〜７０ｖｏｌ％、好ましくは５０〜７０ｖｏｌ％、固体潤滑剤を３０〜７０ｖｏｌ％、好ましくは３０〜５０ｖｏｌ％の割合で使用する（ここで、両者の合計を１００ｖｏｌ％とする）。
この配合割合において、軟質かつ高温で伸び良い上記ポリアミドイミド樹脂を含む樹脂コーテイング層中において、固体潤滑剤が強固に保持され、充分な耐焼付性となじみ性が得られるとともに、耐久性、耐熱性も十分に発揮される。
【００１５】
本発明のすべり軸受の樹脂コーテイング層は、さらに摩擦調整剤及び／又は極圧剤を含有することが好ましい。
極圧剤としては、ＺｎＳ、Ａｇ2Ｓ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＳ2、Ｓｂ3Ｓ2、ＰｂＳ、Ｂｉ2Ｓ3、ＣｄＳ等の硫黄含有金属化合物；チラウム類、モルフォリン・ジサルファイド、ジチオ酸塩、スルフィド類、スルフォキサイド類、スルフォン酸類、チオホスフィネート類、チオカーボネート類、ジチオカーボメート類、アルキルチオカルバモイル類、硫化オレフィン等の硫黄含有化合物；塩素化炭化水素等のハロゲン系化合物；ジチオリン酸亜鉛などのチオリン酸塩；チオカルバミン酸塩等の有機金属系化合物；ジチオリン酸モリブデン、ジチオカルビミン酸モリブデン等の有機モリブデン化合物などを挙げることができる。
また、極圧剤の平均粒径は好ましくは５μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下である。極圧剤を添加する場合は、上記固体潤滑剤の容積割合３０〜７０ｖｏｌ％のうち、０．５〜１０ｖｏｌ％、特に１〜５ｖｏｌ％を極圧剤で置き換えることが好ましい。
【００１６】
極圧剤を添加することにより、特に一時的に固体接触がおこるような不十分な潤滑条件下や片当たり等の場合においても、十分な耐摩耗性や耐焼付性が得られる。その作用機構は定かではないが、一時的な固体接触により、その時の摩擦熱やせん断応力から樹脂コーテイング層が破断されやすい状況下において、樹脂コーテイング層に分散された極圧剤が効果的に作用するものと推定される。即ち、固体潤滑剤とその皮膜中に含まれた極圧剤により油が強固に保持され、かつ境界潤滑被膜が破断しにくいため、円滑な摺動面となり、耐焼付性及び耐摩耗性が保持されるものと推定される。
【００１７】
摩擦調整剤としては、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2などの酸化物や、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4などの化合物等を挙げることができる。摩擦調整剤を添加する場合は、上記固体潤滑剤３０〜７０ｖｏｌ％のうち、０．３〜１０ｖｏｌ％、特に０．５〜５ｖｏｌ％を摩擦調整剤で置き換えることが好ましい。摩擦調整剤を添加することにより、耐摩耗性が向上する。特に極圧剤と併用することにより、摩擦調整剤による耐摩耗性向上と、極圧剤による油の保持とが相乗的に作用して、耐摩耗性が格段と向上する。
摩擦調整剤と極圧剤を併用してもよく、その場合の添加量は、両者の合計量が上記固体潤滑剤３０〜７０ｖｏｌ％のうち、０．３〜１０ｖｏｌ％、特に０．５〜５ｖｏｌ％で置き換える量であることが好ましい。
【００１８】
本発明では、樹脂コーテイング層を形成するにあたり、上記成分が溶解、分散した塗布液を調製する。その際、適量の有機溶剤（希釈剤）を用いることができる。有機溶剤は、粘度を調整して混合を容易とするものであり、使用するポリアミドイミド樹脂が溶解可能なものであれば特に制限なく用いられる。例えば、キシレン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、トルエンなどを上記各成分の合計量１００質量部に対して１００〜３００質量部用いることができる。
【００１９】
本発明では、上記のポリアミドイミド樹脂及び固体潤滑剤、更に必要に応じて摩擦調整剤及び／又は極圧剤を含有する塗布液を軸受合金層表面に塗布し、被膜（樹脂コーテイング層）を形成することにより、耐摩耗性及び摺動特性に優れたすべり軸受を得ることができる。
樹脂コーテイング層のビッカース硬さＨｖは、２０以下であることが好ましく、より好ましくは５〜１７である（明石製作所製、超軽荷重微少硬度計ＭＶＫ−１、荷重５ｇにて測定）。樹脂コーテイング層の硬さをこのように低くすることにより、急激に荷重が加わり、局部的に固体接触が起こりそうになったとき、塑性変形で固体接触を防いで油膜厚さを確保し、耐摩耗性が向上する。ビッカース硬さＨｖが２０を越えると、変形しにくくなり、固体接触を起こし、急激にコーティング層が破壊し、焼付きにいたり、好ましくない。
【００２０】
軸受基材としての軸受合金としては、銅合金、アルミニウム合金などを挙げることができる。
軸受合金は、特に組成が限定されないが、アルミニウム系合金としては、好ましくは１０質量％以下のＣｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎなどと、２０質量％以下のＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｂｉの１種又は２種以上を含有する合金を好ましく使用することができる。前者の群の元素は主として強度、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する。前者と後者を組み合わせて使用することが好ましい。
【００２１】
以下、軸受合金層への樹脂コーテイング層の形成法を説明する。
銅合金、アルミニウム合金等の軸受合金をすべり軸受形状のライニングに加工した後、苛性ソーダなどのアルカリ処理液中において脱脂処理し、続いて水洗及び湯洗を行い表面に付着したアルカリを除去する。例えば、被膜の密着性を高くする必要があるとき、脱脂後アルカリエッチングと酸洗との組合せ等の化学的処理によりライニングの表面を粗面化する、ショットブラストなどの機械的処理によりライニング表面を粗面化する、ボーリング加工等によりライニング表面に凹凸を形成する等の方法をとることができる。更に密着性を高める必要があるときは、ライニング表面に厚み０．１〜５μｍのリン酸亜鉛又はリン酸亜鉛カルシウム化成処理を施してもよい。ボーリングなどの下地処理と化成処理を組み合わせると、極めて密着性が高い樹脂コーテイング層が得られる。
【００２２】
湯洗後温風乾燥し、適当な希釈剤で希釈した上記塗布液をスプレーでライニング上に塗布し、１５０〜３００℃で乾燥・焼結する。成膜後の表面粗さが粗いときはバフ等による平滑化処理を行う。スプレー法の他に、ロール転写、タンブリング法、浸漬法、はけ塗り法、印刷法などの方法により樹脂コーテイング層を形成することができる。樹脂コーテイング層の厚みは、１〜５０μｍであることが好ましい。
アルミニウム系軸受合金等にコーティングする場合、硬化温度を２００℃以上に上げると、アルミニウム系軸受合金中のＳｎの発生により軸受性能が劣化する可能性がある。その場合、２００℃以下の硬化温度で樹脂の引っ張り硬度、伸びが最大を示す熱可塑性樹脂の使用が望ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
実施例１、比較例１、２
表１に記載のポリアミドイミド樹脂Ａ（日立化成（株）製）６０ｖｏｌ％及び固体潤滑剤として二硫化モリブデン４０ｖｏｌ％と、有機溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）適量とをボールミルに投入し、３時間粉砕混合して樹脂コーテイング層形成用の塗布液を調製した。
次に、裏金鋼板上にアルミニウム系合金（Ａｌ−１１Ｓｎ−１．８Ｐｂ−１Ｃｕ−３Ｓｉ）からなるライニング材が圧接された半割円筒状等の軸受表面を脱脂した後、ショットブラスト処理により粗面化して１μｍＲｚの表面粗さとした。次いで、上記塗布液をエアスプレーで約６μｍの膜厚となるように吹きつけ、その後１８０℃で約６０分間加熱硬化させて樹脂コーテイング層を形成し、すべり軸受（メタル用オーバレイ）を製造した（実施例１）。
【００２５】
一方、上記実施例１において、ポリアミドイミド樹脂として、各々ポリアミドイミド樹脂Ｂ（日立化成（株）製）（比較例１）、ポリアミドイミド樹脂Ｃ（日立化成（株）製）（比較例２）を用いて比較用塗布液を調製した以外は、実施例１と同様にして、樹脂コーテイング層を形成し、すべり軸受を製造した。
【００２６】
更に、上記実施例１において、用いたポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）の種類と量及び二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）の量、及び必要に応じて、極圧剤としての硫化亜鉛（ＺｎＳ）及び摩擦調整剤としての酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の量を、表１に示す通りに変更して、各塗布液を調製した以外は、実施例１と同様にして、樹脂コーテイング層を形成し、各すべり軸受を製造した（実施例２〜５及び比較例３、４）。
【００２７】
上記の通りにして得られた各軸受の性能を評価するために、樹脂コーテイング層のビッカース硬さを測定し、耐焼付性試験、耐久性試験を行った。結果を表２に示す。さらに、実施例１、比較例１、２で製造したすべり軸受について回転数漸減時の摩擦係数の変化を測定した結果を図１に示す。
【００２８】
各試験は以下の方法で行った。
・耐焼付性試験：潤滑油５Ｗ−３０ＳＪ、荷重２９ＭＰａの回転荷重、油温１５０℃、５００ｒｐｍ／３０分の速度漸増で焼付く回転数を調べた。
・耐摩耗性試験：潤滑油１０Ｗ−３０ＣＤ、油温１００℃、荷重３０ＭＰａ、回転数３０００ｒｐｍ、時間５時間にて軸受の摩耗量を測定した。
・回転数漸減時の摩擦係数の変化：潤滑油５Ｗ−３０ＳＨ、荷重２０ＭＰａ、油温８０℃、１５０℃、回転数１３００ｒｐｍから１００ｒｐｍ／６００秒の漸減で行った。
なお、実施例１で製造したすべり軸受については、油温８０℃と１５０℃で行い、比較例１で製造したすべり軸受については油温１５０℃で行い、比較例２で製造したすべり軸受については油温８０℃で行った。
【００２９】
【表１】
0004021607.tif 000002
【００３０】
【表２】
0004021607.tif 000003
【００３１】
表２の結果から、実施例のすべり軸受は、耐焼付性、耐摩耗性に優れていることが明らかである。
一方、樹脂コーテイング層に軟質性に劣り高温での伸びが小さいポリアミドイミド樹脂を用いた比較例のすべり軸受は、耐焼付性に劣ることが明らかである。また、図１に示された回転数漸減時の摩擦係数の変化から、実施例１のすべり軸受は、摩擦係数が低く安定しており、初期なじみ性に優れることが分かる。比較例１及び２のすべり軸受は、摩擦係数が高くその変化が大きく、初期なじみ性に劣ることが分かる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のすべり軸受は、初期なじみ性、耐焼付性に優れ、しかも耐久性、耐熱性を兼ね備えているので、特に自動車やその他の産業機械のエンジンのすべり軸受として好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１、２、比較例１、２で製造したすべり軸受について回転数漸減時の摩擦係数の変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１】
0004021607.tif 000004