(57)【要約】  滑り軸受は、下地層と焼結ライニング層とを備え、焼結ライニング層は、銅系母材に埋め込まれた０．１重量％〜１０重量％のカーボンナノ構造を有する。
2016511369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層と、
焼結ライニング層とを備え、
前記焼結ライニング層は、銅系母材に埋め込まれた０．１重量％〜１０重量％のカーボンナノ構造を有する滑り軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の滑り軸受において、
前記焼結ライニング層は、０．５重量％〜４．０重量％のカーボンナノ構造を有する滑り軸受。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の滑り軸受において、
前記焼結ライニング層は、４重量％〜１０重量％の錫を含む滑り軸受。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記焼結ライニング層は、１．５重量％までの比率でニッケルを含む滑り軸受。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノ構造は、少なくともその一部が金属コーティングされたカーボンナノ構造である滑り軸受。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
金属コーティングされた前記カーボンナノ構造は、前記焼結ライニング層の前記銅系母材中に存在する金属でコーティングされている滑り軸受。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノ構造は、カーボンナノチューブを含む滑り軸受。
【請求項８】
請求項７に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノチューブは、径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍである滑り軸受。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノチューブは、長さが１μｍ〜４０μｍである滑り軸受。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノチューブは、前記複合層に０．１容量％〜１０容量％で含まれる滑り軸受。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノチューブは、その径の少なくとも１００倍の長さである滑り軸受。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノ構造は、球状のカーボンナノ構造を含む滑り軸受。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノ構造は、長円状のカーボンナノ構造を含む滑り軸受。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
前記カーボンナノ構造は、機能化されたカーボンナノ構造である滑り軸受。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の滑り軸受において、
軸受筒、軸受胴及びスラスト座金からなる群から選択された滑り軸受。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の滑り軸受を備えたエンジン。
【請求項１７】
下地層と焼結ライニング層とを有し、前記焼結ライニング層が銅系母材に埋め込まれた０．１重量％〜１０重量％のカーボンナノ構造を含む滑り軸受のための半製品の製造方法であって、
前記銅系母材の粉末状の構成物に前記カーボンナノ構造を混ぜて、混合物を形成する工程と、
前記下地層からなるシートの上に前記混合物を分散する工程と、
前記混合物を焼結して前記下地層の上に前記焼結ライニング層を形成する工程と、
前記シートから半製品を形成する工程とを備えている滑り軸受のための半製品の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の滑り軸受のための前記半製品を製造する工程と、
前記半製品を仕上げて前記滑り軸受を形成する工程とを備えている滑り軸受の製造方法。
【請求項１９】
付随の明細書及びいずれか１つの図面と関連して、ここまでに記述されたのと実質的に同等の滑り軸受。
【請求項２０】
付随の明細書と関連して、ここまでに記述されたのと実質的に同等に製造された滑り軸受を備えたエンジン。
【請求項２１】
付随の明細書及びいずれか１つの図面と関連して、ここまでに記述されたのと実質的に同等の滑り軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属滑り層及び金属下地（裏打ち）層を有する滑り軸受に関し、特に、それだけでなく、連接棒小端部軸受（ピストンピン軸受）用及びクランクシャフト主軸受における軸受胴のためのスラスト座金用の滑り軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受筒は、（ガジオンピン又はリストピンとしても知られる）ピストンピンと接続されるために、連接棒（コネクティングロッド）の小端部に用いられ、また、エンジンの他の箇所に用いられる。軸受筒は、中空で円筒形の軸受ライナである。該軸受筒は、中実のスリーブ筒、又は（小片のその太い方の端部が円筒中に形成される）小割り筒、又は（小割り筒のような、さらには、上記の小片の端部と互いに噛み合うように配されて固持する）クリンチを有する筒であり得る。
【０００３】
公知の軸受筒は、強い鋼の下地層と該下地層の上の金属ライニング層とからなり、これらの層は、軸受内で回動可能に支持されたジャーナル（例えば、ガジオンピン又はリストピン）の軸受面を供する。
【０００４】
クランクシャフト主軸受は、典型的には、中空で蒲鉾形の一対の軸受筒からなり、一般に半円環状、環状又は円形のスラスト座金として設けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような軸受において、耐摩耗性の増大と軸受ライニング層の疲労強度の改善とがなされることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る第１の態様によると、下地層と焼結ライニング層とを有する滑り軸受を備え、焼結ライニング層は、銅系母材に埋め込まれた０．１重量％〜１０重量％のカーボンナノ構造を含む。
【０００７】
第２の態様によると、本発明に係る第１の態様による滑り軸受を有するエンジンを備えている。
【０００８】
本発明に係る第３の態様によると、下地層と焼結ライニング層とを有し、該焼結ライニング層が銅系母材に埋め込まれた０．１重量％〜１０重量％のカーボンナノ構造を含む滑り軸受のための半製品の製造方法を備え、該製造方法は、母材の粉末状の構成物にカーボンナノ構造を混ぜて、混合物を形成する工程と、下地層からなるシートの上に混合物を分散する工程と、混合物を焼結して下地層の上にライニング層を形成する工程と、シートから半製品を形成する工程とを備えている。
【０００９】
本発明に係る第４の態様によると、本発明に係る第３の態様による滑り軸受のための半製品を製造する工程と、半製品を仕上げて滑り軸受を形成する工程とを含む滑り軸受の製造方法を備えている。
【００１０】
有利にも、カーボンナノ構造の添加は、耐摩耗性を増大し、引っ張り及び降伏強度を増大し、弾性係数を増大する。有利にも、カーボンナノ構造は自己潤滑特性を与え、該自己潤滑特性は、軸受の摩擦係数及び摩耗レートを低減し、また、該軸受の動作温度を低減し得る。さらに、カーボンナノ構造は、ライニング層においてクラックの伝播を低減し得る。その上、カーボンナノ構造は、高温動作時に粒界が弱くなる際に、ライニング層における粒状構造の粒子を安定させ得る。これにより、粒子の相対的な動きが減衰し、ライニング層の材料摩耗が減少する。
【００１１】
銅系母材は、（偶発的な不純物は別にして）純銅、又は少なくとも５０重量％の銅を含む銅系合金を意味する。
【００１２】
下地層は、鋼下地層であり得る。
【００１３】
ライニング層は、０．５重量％〜４．０重量％のカーボンナノ構造を含み得る。有利にも、４．０重量％以下では、カーボンナノ構造は、より均一に分散し、これにより、集塊の程度が小さくなり、その結果、強度、耐摩耗性及び耐疲労性が改善され、また、カーボンナノ構造の混合時間を減少し得る。
【００１４】
ライニング層は、４重量％〜１０重量％の錫を含んでもよい。
【００１５】
ライニング層は、１．５重量％までの比率でニッケルを含んでもよい。有利にも、ニッケルは、耐腐食性を増大し得る。
【００１６】
カーボンナノ構造は、少なくともその一部が金属コーティングされたカーボンナノ構造であってもよい。有利にも、（全体又は一部の）金属コーティングは、他の粉状材料へのカーボンナノ構造の混合度合いを進展して焼結のための混合物を形成し、カーボンナノ構造と銅系母材との結合力を増大し得る。
【００１７】
金属コーティングされたカーボンナノ構造は、ライニング層の母材中に存在する金属でコーティングされてもよい。コーティング金属は、錫、銅及びニッケルからなる群から選択されてもよい。
【００１８】
カーボンナノ構造は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ球、カーボンナノ長円体、機能化カーボンナノチューブ、機能化カーボンナノ球、及び機能化カーボンナノ長円体（すなわち、カーボンナノチューブと同等の構造体）からなる群から選択される構成要素をいう。
【００１９】
カーボンナノ構造は、カーボンナノチューブを含んでいてもよい。ナノチューブは、径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍであってもよい。ナノチューブは、長さが１μｍ〜４０μｍであってもよい。ナノチューブは、複合層に０．１容量％〜１０容量％で含まれていてもよい。ナノチューブは、その径の少なくとも１００倍の長さ、任意にはその径の少なくとも１０００倍の長さであってもよい。
【００２０】
カーボンナノチューブの場合に、それらは、ライニング層を通して、例えば該ライニング層の自由表面を通して、熱の放散を特に高めてもよい。
【００２１】
カーボンナノ構造は、球状のカーボンナノ構造を含んでいてもよい。
【００２２】
カーボンナノ構造は、長円状のカーボンナノ構造を含んでいてもよい。
【００２３】
カーボンナノ構造は、機能化されたカーボンナノ構造であってもよい。
【００２４】
滑り軸受は、軸受筒、軸受胴及びスラスト座金からなる群から選択されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は軸受筒を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は図１の軸受筒の一部を表した模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に係る実施形態は、付随の図面と関連して、以下にさらに記述される。
【００２７】
図１は、中空で、且つ、通常円筒状でクリンチ付きの軸受筒（ブッシング）１の型の滑り軸受を表している。軸受筒１は２種の金属からなり、すなわち異なる金属からなる下地層２と金属ライニング層３とを有している。
【００２８】
軸受筒１は、平坦な片状の半製品から形成される。該半製品は、予め円筒状に形成されており、クリンチ４によって半製品の反対の端部と噛み合わされている。クリンチ４は、狭いネックを持つ舌部が、それと対応するように切り抜かれた狭い喉部に嵌まる。この場合、軸受筒１の閉じた形状は、クリンチ４によって維持される。（クリンチ４は、小割り筒でない任意の特徴を持ち、中実のスリーブ筒でもよい。）
図２は、図１の軸受筒における円筒状に形成される前の平坦な片による断面を表している。下地層２は鋼であり、ライニング層３は、銅系合金母材６中にカーボンナノチューブ５を含む銅系複合ライニング層３である。
【００２９】
ライニング層３の組成は、０．５重量％〜４．０重量％のカーボンナノ構造（例えば、カーボンナノチューブ）と、４重量％〜１０重量％の錫と、０重量％〜１．５重量％のニッケルと、偶発的な不純物は別にして、１００重量％となるように平衡を取る銅とである。
【００３０】
半製品は、焼結ライニング層を有する下地材料からなるシートから切り出される。焼結プロセスは、次の通りである。カーボンナノ構造を粉末状の他の材料と共に混合する。混合された粉末を下地層材料からなるシートの上に散布する。この構成物を不活性ガス中又は他の非酸化雰囲気の、高温下で焼結する。この構成物を２回目の焼結の前に筒状に巻く。筒状の焼結構造を打ち抜いて半製品を得る。
【００３１】
軸受筒は図示されているものに限らず、本発明は、スラスト座金を含む他の滑り軸受の焼結ライニング層にも適用することができる。（スラスト座金中のライニング層は、通常、クランクシャフトウェブの対向面と対向する半円環状の下地層の軸面上に設けられる。）
カーボンナノ構造は、それぞれサブミクロンの径を持つ中空の、球体、長円体又は筒状の状態のカーボン全ての同素体である。金属母材へのカーボンナノ構造の混入は、軸受の良好な従順性を十分に可能にしながら、複合ライニング層における強度、硬度及び耐摩耗性を増大する。露出したカーボンナノ構造は、また、軸が軸受のライニング層と接触する際に、例えばエンジンが始動し、軸受に十分な潤滑油が供給される（例えば、跳ねかけられる）前に、自由表面の潤滑特性を増大し、金属母材の摩擦を低減する。加えて、カーボンナノ構造は、複合層を形成するために金属母材に混入することが現在知られているマイクロ粒子と比べて、より柔軟であり、より高い引っ張り強度を持ち得る。
【００３２】
カーボンナノ構造は、また、金属母材を補強する。加えて、カーボンナノチューブの場合に、それらは層を通して、例えばライニング層の自由表面からの熱の消散を高め得る。
【００３３】
カーボンナノ構造は、少なくともその一部に金属コーティングをして銅系母材との結合を高めてもよい。また、カーボンナノ構造は、焼結のための混合物を形成するために他の粉状材料への混合度合いを高めてもよい。特に、母材中に存在する材料によるコーティングは、他の材料を含む好ましくない合金が形成されるおそれを減じる。金属コーティングは、無電界化学処理法、物理気相堆積法、又は熱分解法により、カーボンナノ構造に適用される。
【００３４】
これに代えて又は付加的に、カーボンナノ構造は、機能化された単一壁ナノチューブ（ＳＷＮＴ）又は機能化された多壁ナノチューブ（ＭＷＮＴ）のような、機能化ナノチューブであってもよい。
【００３５】
さらに、これに代えて、強化機械的粉砕プロセスを用いてもよい。該プロセスにおいて、カーボンナノ構造と金属粉とは、該金属粉がばらばらにされ且つカーボンナノ構造が金属粒に混入された結果として得られた媒体により、共に粉砕される。その後、金属カーボンナノ構造粒は、粉末母材材料の残りと混合され、カーボンナノ構造の単独の場合と比べて、より簡単に分散する。
【００３６】
図示した実施形態は、カーボンナノチューブが金属母材に混入された複合層に関するが、他の型のカーボンナノ構造を、カーボンナノチューブに代えて又は付加的に混入してもよい。他の型のカーボンナノ構造とは、中空の球体（例えば、Ｃ５２、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ８４等）又は中空の長円体である。
【００３７】
滑り軸受は、車両用エンジンのような、エンジンの軸受部品に挿入される軸受胴又はスラスト座金であってもよい。
【００３８】
本明細書の記載及び請求項を通して、「からなる、有する」、「含む」及びこれらを変形した語は、「含むけれども限定されない」を意味する。また、これらの語は、他の、部分、付加物、構成要素、完全体又は手段を排除しない（排除する意思はない）。本明細書の記載及び請求項を通して、単数は、それが文脈で異なるように要求されていないならば、複数を包含する。特に、不明確な記載がなされている場合には、本明細書はそれが文脈で異なるように要求されていないならば、単数だけでなく複数として理解されるべきである。
【００３９】
本発明に係る特別な態様、実施形態又は例示と関連して記述された特徴、完全体、特性、混合物、化学的部分又は群は、矛盾がなければ、ここに記述された、いかなる他の態様、実施形態又は例示に適用できると理解されるべきである。本明細書（付随するいかなる請求項、要約及び図面を含む）に記述された全ての特徴、及び／又は開示されたいかなる方法若しくはプロセスの全ての手段は、少なくともこのような特徴及び／又は手段が互いに排他的である組み合わせを除いて任意に組み合わせてもよい。本発明は、上記の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書（付随するいかなる請求項、要約及び図面を含む）に開示された特徴における、いかなる新規なもの若しくはいかなる新規な組み合わせに、又は開示されたいかなる方法若しくはプロセスの手段における、いかなる新規なもの若しくはいかなる新規な組み合わせに拡張する。
【００４０】
読者の注意は、本願に加え、本明細書と同時に又は以前に提出された全ての論文及び文書に向けられるべきである。参考としてここに組み込まれたこのような全ての論文及び文書の内容は、本明細書と共に公開される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2016511369.tif 000006
2016511369.tif 000007