(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂を用いたオーバレイ層とライニング層との密着力を向上させる。【解決手段】摺動部材は、ライニング層と、ライニング層の上に、厚さが３μｍ未満の熱硬化性樹脂で形成された中間層と、中間層の上に形成され、熱可塑性樹脂を含むオーバレイ層とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライニング層と、
前記ライニング層の上に、厚さが３μｍ未満の熱硬化性樹脂で形成された中間層と、
前記中間層の上に形成され、熱可塑性樹脂を含むオーバレイ層と
を有する摺動部材。
【請求項２】
前記中間層は、ポリアミドイミド樹脂を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記オーバレイ層は、ポリアミド樹脂を含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーバレイ層に熱可塑性樹脂を用いた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望の特性を得るため、ライニング（下地金属）層の上に樹脂オーバレイ層を形成した摺動部材が知られている。このような摺動部材においては、樹脂オーバレイ層とライニング層との密着力（接着力）の向上が課題となっている。特許文献１および２は、熱硬化性樹脂で形成されたオーバレイ層とライニング層との密着力を向上させるため、樹脂オーバレイ層とライニング層との間に中間層を設ける技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３７４５１号公報
【特許文献２】特開２００５−１４６３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
摺動部材における相手材とのなじみ性を改善するため、オーバレイ層に熱可塑性樹脂を用いることが検討されている。しかし、オーバレイ層に熱可塑性樹脂を用いると、熱硬化性樹脂を用いた場合と比較してライニング層との密着力が低下してしまうことがあった。
【０００５】
これに対し本発明は、熱可塑性樹脂を用いたオーバレイ層とライニング層との密着力を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ライニング層と、前記ライニング層の上に、厚さが３μｍ未満の熱硬化性樹脂で形成された中間層と、前記中間層の上に形成され、熱可塑性樹脂を含むオーバレイ層とを有する摺動部材を提供する。
【０００７】
前記中間層は、ポリアミドイミド樹脂を含んでもよい。
【０００８】
前記オーバレイ層は、ポリアミド樹脂を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱可塑性樹脂を用いたオーバレイ層とライニング層との密着力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る摺動部材１の構造を示す図。
【図２】摺動部材１の断面構造を示す図。
【図３】接着力試験の結果を示す。
【図４】中間層の膜厚減少に伴う接着力増加の理由を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．構成
図１は、一実施形態に係る摺動部材１の構造を示す図である。図２は、摺動部材１のＡ−Ａ断面を示す図である。摺動部材１は、例えば、内燃機関のクランクシャフトとコネクティングロッド、またはクランクシャフトとエンジンブロックの間のすべり軸受として用いられる。この例で、摺動部材１は半割軸受であり、２つの摺動部材１を接合すると円筒状の軸受が得られる。なお、摺動部材１は、図１で例示したすべり軸受に限定されない。例えば、ピストンのスカートや、コンプレッサーの斜板に本発明が適用されてもよい。
【００１２】
摺動部材１は、裏金１１、ライニング（軸受合金）層１２、オーバレイ層１３、および中間層１４を有する。裏金１１は、ライニング層１２の機械的強度を補強するための層である。裏金１１は、例えば鋼で形成される。ライニング層１２は、軸受の摺動面（軸と接触する面）に沿って設けられ、軸受としての特性、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を与えるための層である。ライニング層１２は、軸受合金で形成されている。軸との凝着を防ぐため、軸受合金は軸といわゆる「ともがね（ともざい）」となることを避け、軸とは別の材料系が用いられる。この例では、鋼で形成された軸の軸受として用いるため、軸受合金としてアルミニウム合金が用いられる。なおアルミニウム合金以外にも、銅合金など、アルミニウム以外の金属をベースにした合金が用いられてもよい。
【００１３】
アルミニウム合金を用いる場合、その組成は特に限定されないが、１０質量％以下のＣｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｍｇおよ
びＺｎのうち１種以上の元素と、２０質量％以下のＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、ＴｌおよびＢｉのうち１種以上の元素とを含有してもよい。前者の群の元素は主として強度および耐摩耗性を付与し、後者の群の元素は主としてなじみ性を付与し、それぞれの添加元素の種類と量により、軸受特性が調整される。
【００１４】
銅合金を用いる場合、その組成は特に限定されないが、２５質量％以下のＰｂおよびＢｉの少なくともいずれか１種と、１０質量％以下のＳｎと、２質量％以下のＰ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ａｌ等を含有してもよい。
【００１５】
これらの元素において、軟質金属であるＰｂやＢｉは、なじみ性を与える。Ｓｎは、強度と耐摩耗性を与える。その他の成分は補助的に特性を向上させる。特に、Ｐは脱酸素、焼結促進、強化等に有効である。Ａｇは、潤滑油または銅中の不純物成分Ｓとの反応により、摺動特性向上に有効な化合物を形成する。Ｉｎは耐食性と潤滑油の濡れ性を向上させる。ＮｉやＡｌは銅を強化する。
【００１６】
オーバレイ層１３は、ライニング層１２の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するための層である。オーバレイ層１３は、少なくともバインダー樹脂を含む。
【００１７】
この例で、バインダー樹脂としては、相手材とのなじみ性を向上させるため、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂のガラス転移点は５０〜２５０℃であることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケーテルケトン樹脂、およびポリフェニレンサルファイド樹脂のうち少なくとも１種を含む。この中では、溶剤に溶けて下地層に塗りやすいことから、ＰＡ樹脂が好ましい。
【００１８】
オーバレイ層１３は、バインダー樹脂に加えて、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、固体潤滑剤、軟質物、および硬質物の少なくとも１つが用いられる。オーバレイ層１３におけるバインダー樹脂の含有量は他の添加剤の量に応じて決まるが、例えば、３０〜７０体積％であることが好ましく、４０〜６５体積％であることがより好ましい。
【００１９】
固体潤滑剤は、摩擦特性を改善するために添加される。固体潤滑剤は、オーバレイ層１３において例えば３０〜７０体積％含まれる。固体潤滑剤は、例えば、グラファイト、ＭｏＳ2、ＷＳ2、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ｈ−ＢＮ、およびＳＢ2Ｏ3のうち少なくとも１種を含む。例えばグラファイトは、エンジン油との親和性が高い。ＭｏＳ2は、良好な潤滑性を与える。また、ＰＴＦＥは分子間凝集力が小さいので、摩擦係数を低減する効果がある。
【００２０】
軟質物は、異物埋収性を改善するために添加される。軟質物は、例えば、Ｓｎ、Ａｌ、またはＢｉのうち少なくとも１種を含む。硬質物は、耐摩耗性を向上させるために添加される。硬質物は、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＮ、ＡＩＮ、ＣｒＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＯ2、Ｆｅ3Ｐ、Ｆｅ2Ｏ3、およびＦｅＯのうち少なくとも１種を含む。
【００２１】
中間層１４は、オーバレイ層１３とライニング層１２との密着力を向上させるための層である。中間層１４は、熱硬化性樹脂で形成される。熱硬化性樹脂としては、例えば、ＰＡＩ樹脂が用いられる。
【００２２】
２．製造方法
一実施形態に係る軸受の製造方法は、以下に示す工程を含む。
（ａ）オーバレイ前駆体を調製する工程
（ｂ）中間層前駆体を調整する工程
（ｃ）摺動部材の基材を成形する工程
（ｄ）軸受基材上に中間層前駆体を塗布する工程
（ｅ）中間層上にオーバレイ前駆体を塗布する工程
（ｆ）中間層前駆体を乾燥させる工程
（ｇ）中間層前駆体を焼成する工程
（ｈ）オーバレイを冷却する工程
【００２３】
工程（ａ）において、樹脂および添加物が混合される。混合は、公知の方法、例えば混練機を用いて行われる。混合物は樹脂のガラス転移点以上に加熱され、オーバレイ前駆体が得られる。
【００２４】
工程（ｂ）において、樹脂および溶媒が混合される。混合は、公知の方法、例えば混練機を用いて行われる。
【００２５】
工程（ｃ）においては、例えば、裏金と合金層が圧接され、摺動部材基材が形成される。さらに、摺動部材基材は、所定の形状、例えば円筒状または半円筒状に加工される。
【００２６】
工程（ｄ）において、中間層の前駆体溶液は、パッド印刷、スクリーン印刷、エアスプレー、エアレススプレー、静電塗装、タンブリング、スクイズ法、ロール法等の公知の方法により塗布される。塗布の際、前駆体溶液を希釈剤により希釈してもよい。膜厚が不足する場合には、複数回に渡って重ね塗りをしてもよいし、希釈剤中の前駆体溶液の濃度を高くしてもよい。
【００２７】
工程（ｅ）において、中間層上にオーバレイ前駆体が塗布される。オーバレイ前駆体は、パッド印刷、スクリーン印刷、エアスプレー、エアレススプレー、静電塗装、タンブリング、スクイズ法、ロール法等の公知の方法により塗布される。なお、オーバレイ前駆体を塗布する際は、ワニスである熱硬化性樹脂（例えばＰＡＩ樹脂）に粉末の熱可塑性樹脂を添加、または溶剤（例えばＮＭＰ）に溶ける熱可塑性樹脂を混ぜたものを塗布してもよい。
【００２８】
工程（ｆ）において、中間層前駆体およびオーバレイ前駆体を塗布した軸受基材を乾燥することで希釈剤および溶媒を除去する。乾燥時間や乾燥温度等の条件は、希釈剤が乾燥するのであれば特に制限されないが、例えば大気下で５０〜１５０℃で５分〜３０時間、乾燥することが好ましい。乾燥時間は、５〜３０分であることがより好ましい。
【００２９】
工程（ｇ）において、中間層前駆体を焼成することで、中間層が形成される。具体的には、例えば、工程（ｄ）後の摺動部材基材を、昇温速度５〜１５℃／分で徐々に焼成温度まで昇温し、大気中で１５０〜３００℃、０．２〜１．５時間、焼成する。
【００３０】
工程（ｈ）において、オーバレイ前駆体はガラス転移点以下に冷却され、硬化される。
【００３１】
３．実施例
種々の条件で摺動部材の試験片を作製し、これらの試験片を評価した。評価項目としては、接着力を用いた。
【００３２】
３−１．試験片作製
裏金としては１．２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ（ＪＩＳ））を、ライニング層（軸受合金）としては厚さ０．３ｍｍのアルミニウム系合金（Ａｌ−８９．５％、Ｓｎ−７．０％、Ｓｉ−２．０％、Ｃｕ−１．０％、Ｃｒ−０．５％）を用いた。これらを接合したバイメタルを基材とした。
【００３３】
ライニング層の表面に、中間層前駆体溶液をロール法により塗布した。中間層としては、ＰＡＩ樹脂を用いた。さらに、中間層の表面に、オーバレイ前駆体溶液をロール法により塗布した。オーバレイ層としては、ガラス転移点が７０℃のＰＡ樹脂を用いた。添加剤は添加しなかった。塗布の際、ＮＭＰを希釈剤として用いた。オーバレイ前駆体と希釈剤の割合は３０：７０（重量比）とした。塗布後、１００℃で３０分、乾燥した。その後、昇温速度１０℃／分で１８０℃まで昇温し、大気中で１時間焼成した。中間層の厚さを、１、２、３、４、および５μｍと変化させ、各膜厚の試料をそれぞれ３個ずつ作製した。オーバレイ層の厚さは６μｍであった。なお、この実施例において、膜厚の有効数字は１桁である。
【００３４】
３−２．接着力試験
下記に示す条件で接着力の試験（引張試験）を行った。
（試験条件）
試験機：オートグラフ  ＡＧ−ＩＳ（株式会社島津製作所製）
引張応力：５０ｋＮ
引張速度：２ｍｍ／分
【００３５】
試験片は、大きさが２５×２５ｍｍ、厚さが１．５ｍｍのものを用いた。エポキシ樹脂系接着剤（チバガイギー社製アラルダイト（登録商標））をオーバレイ層に塗り、１６０℃でこれを融かした。その上に試験機のピン（材質：ＳＵＪ２、接地面積１ｃｍ2）を立て、１８０℃で１時間、焼成した。焼成後、ピン周辺の接着剤を削って除去した。その後、引張試験を行った。
【００３６】
３−３．実験結果
図３は、接着力試験の結果を示す。図２は、各膜厚につき、３個の試料に対する実験結果の平均値を示している。図２から明らかなように、全体として、中間層を薄くすると接着力が向上する傾向が見られた。ただし、中間層の厚さが３μｍ未満（２μｍ以下）を境として、中間層の膜厚減少に対する接着力増加の傾きが大きくなっていた。すなわち、中間層の厚さが３μｍ未満となると（２μｍ以下となると）、接着力が急激に上昇することが明らかになった。
【００３７】
図４は、中間層の膜厚減少に伴う接着力増加の理由を示す図である。中間層の膜厚減少に伴い接着力が増加する理由は、以下のように推定される。２つの被着体（この例では、ライニング層１２およびオーバレイ層１３）の間に接着層（この例では中間層１４）を設けた部品（この例では摺動部材１）において、２つの被着体を引っ張ると、接着層の端部が変形する。この変形により、接着層の端部においては、被着体の表面に対して斜め方向の応力が働き、被着体と接着層との界面において剪断応力が発生する。この剪断応力は、接着層の端部表面と被着体表面の角度θに依存している。応力が同じであれば、角度θが大きいほど（すなわち端部の変化が大きいほど）剪断応力は大きくなる。接着層の端部の変形は、膜厚が厚いほど大きくなる。すなわち、接着層の膜厚が大きいほど、被着体と接着層との界面における剪断応力が大きくなり、接着力は低下すると考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
１…摺動部材１
１１…裏金
１２…ライニング層
１３…オーバレイ層
１４…中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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