(57)【要約】  プラスチックポリマーを基礎とする軸受材料およびその製造法が記載されており、この材料は、ポリイミド／アミドプラスチックポリマー材料のマトリックスを含有し、このマトリックス全体に亘って次のもの：金属粉末５以上１５体積％未満；フルオロポリマー１〜１５体積％；残分  付随する不純物を除きポリイミド／アミド樹脂が分布している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド／アミドプラスチックポリマー材料のマトリックスを含有し、このマトリックス全体に亘って次のもの：
金属粉末５以上１５体積％未満；
フルオロポリマー１〜１５体積％；
残分  付随する不純物は除きポリイミド／アミド樹脂が分布した、プラスチックポリマーを基礎とした軸受材料。
【請求項２】
金属粉末含量が１１〜１４体積％の範囲内にある、請求項１記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項３】
金属粉末含量が約１２．５体積％である、請求項１または２記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項４】
金属粉末が次のもの：アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、タングステン、不銹鋼からなる群から選択される、請求項１から３までのいずれか１項に記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項５】
金属粉末がアルミニウムである、請求項４記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項６】
アルミニウム粉末が寸法約１〜５μｍのフレーク状小板の形の粒子を有する、請求項５記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項７】
粒子の寸法が２〜３μｍである、請求項６記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項８】
フルオロポリマー含量が２〜８体積％の範囲内にある、請求項１から７までのいずれか１項に記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項９】
フルオロポリマーが次のもの：
ＰＴＦＥおよびＦＥＰからなる群から選択されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項１０】
さらに材料がシランを３〜６体積％の範囲内で含む、請求項１から９までのいずれか１項に記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項１１】
シラン材料が次のもの：
γ−アミノプロピルトリエトキシシランおよびビス−（γ−トリメトキシシルプロピル）アミンからなる群から選択されている、請求項１０記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項１２】
プラスチックポリマーを基礎とする軸受材料を製造する方法において、次の工程：
溶剤中のポリイミド／アミドプラスチック樹脂材料と金属粉末５体積％以上１５体積％未満およびフルオロポリマー１〜１５体積％、ポリイミド／アミド樹脂を含有する残分からなる金属粉末添加剤との混合物を形成し；
この混合物を支持体上に塗布し；
溶剤を除去するように処理し：および
ポリイミド／アミドマトリックスを硬化させるように処理することを含むことを有することを特徴とする、プラスチックポリマーを基礎とする軸受材料を製造する方法。
【請求項１３】
さらに工程：
プラスチックポリマー軸受材料の望ましい最終厚さを硬化後に達成するように溶剤混合物濃度を制御することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
溶剤は、ｎ−メチル−２−ピロリドンキシレンである、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
前記混合物を支持体上に塗布する方法は、噴霧法である、請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
複数の別々の層が支持体上に噴霧される、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
滑り軸受上に請求項１から１１までのいずれか１項に記載のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料の層を有する滑り軸受。
【請求項１８】
実質的に明細書および図に関連して前記されたようなプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料。
【請求項１９】
実質的に明細書および図に関連して前記されたようなプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料の製造方法。
【請求項２０】
実質的に明細書および図に関連して前記されたようなプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料の層を有する滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り軸受、特にこれに限定されるものではないが、強度な裏付け層、この裏付け層上の第１の軸受材料層およびこの第１の軸受材料層上の第２の軸受材料層を有する滑り軸受に関する。
【０００２】
例えば、内燃機関においてクランク軸ジャーナル軸受として使用するための滑り軸受は、通常、金型内でかまぼこ形であり、一般に層状構造を有している。層状構造は、しばしば、強度な裏付け材料、例えば約１ｍｍ以上の範囲の厚さの鋼；この裏付け材料に付着した、一般に約０．１〜０．５ｍｍの範囲内の厚さの第１の軸受材料のライニング；およびしばしばこの第１の裏付け材料の表面に付着した、約２５μｍ未満の厚さを有する第２の軸受材料層を有する。第２の軸受材料の表面は、実際の走行面または滑り面と、協働する軸ジャーナル面とを形成する。裏付け材料は、この裏付け材料が例えば主要な軸受ハウジング中または連接棒大端中に取り付けられた場合に軸受シェルの変形に対して強度および耐性を提供する。第１の軸受材料層は、第１の軸受材料が任意の理由によって破損した場合に適当な軸受走行特性を提供する。従って、第１の軸受材料層は、耐焼付性および軸ジャーナル面との適合性を提供し、このジャーナル面を強度な裏付け材料との接触から回避させる。上記したように、第１の軸受材料は、耐焼付性および適合性を提供する一方で、一般に、第２の層の材料よりも硬質である。従って、この第１の軸受材料は、軸受面と軸ジャーナルとの間の小さな心狂いに順応する能力（順応性）の点において、および岩屑によるジャーナル面への摩損または損傷を回避させるような潤滑油供給において汚れた粒子循環を埋める能力（汚れ埋め可能性ｄｉｒｔ  ｅｍｂｅｄａｂｉｌｉｔｙ）の点において劣っている。
【０００３】
第１の軸受材料は、通常、アルミニウムを基礎とする合金または銅を基礎とする合金材料から選択することができる。アルミニウムを基礎とする合金は、一般にその中に軟質金属の第２相を有するアルミニウム合金マトリックスを有する。一般に、軟質金属相は、鉛、錫およびビスマスの１つまたはそれ以上から選択することができるが、しかし、鉛は、現在では環境への不利益のために好ましくない元素である。銅を基礎とする合金、例えば銅−鉛合金および鉛青銅は、場合によっては前記の環境問題のために不利益に陥ると思われ、例えば鉛不含銅合金によって代替されることができる。
【０００４】
軸ジャーナルと協働する第２の軸受材料は、オーバーレイ層としても公知であり、一般に相対的に極めて軟質の金属層によって形成された。１例は、例えば電気化学的析出によって析出された鉛錫合金である。しかし、このような合金は、望ましくない環境問題に加えて、現在の高度に負荷されたエンジン用途において摩耗する傾向もある。このようなオーバーレイ合金を鉛不含のよりいっそう耐摩耗性の他の選択可能な代替物に代替するために、比較的高い錫含量を有しかつ例えば陰極スパッタリングのような技術によって付着される軟質のアルミニウム合金に対して多大な研究が為された。このような技術の欠点は、このような軸受層を製造するのが高価であることであり、この場合この方法は、真空スパッタリング装置が必要とされるために、本質的に小規模バッチ法である。
【０００５】
ごく最近の研究は、プラスチックポリマー材料のマトリックスから構成された軸受オーバーレイ層について実施された。
【０００６】
数人の研究者は、時の経過と共に摩耗しかつ長時間走行または滑り面として常用の金属軸受ライニングを留めることを意図したいわゆる「嵌め込み」層として常用の金属軸受合金ライニングの上方のプラスチックポリマー軸受層を提供した。このようなポリマー嵌め込み層は、一般に内部潤滑性材料、例えば黒鉛、二硫化モリブデン等を含む充填剤材料の比較的高い含量を有する。固有の弱い材料の高い充填剤含量は、嵌め込み層の機能を満たすために、比較的急速に摩耗する軸受層の強度および耐摩耗性に対しても有害である。前記嵌め込み層は、比較的急速に摩耗することを意図しているので、この嵌め込み層は、相当に薄手で約５μｍまたはそれ未満である。
【０００７】
これと共通の所有権者のＷＯ  ２００４／１１３７４９には、金属軸受材料層を有する軸受上に析出した際に１０〜３０μｍの好ましい常用のオーバーレイ層厚を有する、プラスチックポリマーを基礎とした軸受層が記載されており、この場合このオーバーレイ層は、軸受の寿命を存続させることを意図するものである。更に、この刊行物中に記載された材料は、４０〜７０μｍの好ましい厚さ範囲で強度な裏付け層上に直接析出した際に単独の軸受層を構成することができる。プラスチックポリマーを基礎としたオーバーレイ材料は、次のものを含有する：次のもの：〜から選択されたポリイミド／アミドまたは変性エポキシ樹脂と充填剤とのマトリックスを含有する。金属粉末１５〜３０体積％；フルオロポリマー１〜１５体積％；セラミック粉末０．５〜２０体積％；およびシリカ２〜１５体積％から選択されたポリイミド／アミドまたは変性エポキシ樹脂と充填剤とのマトリックスを含有する。このような配合物を基礎としたプラスチックポリマーオーバーレイ層は、高い耐摩耗性および疲れ強さを示したが、しかし、比較的高いレベルの充填剤含量は、オーバーレイ層を比較的硬質にする傾向があり、その結果、こうして潤滑油中で循環する破片粒子の有害な効果を吸収しおよび無効にすることが殆ど不可能であり、汚れ埋め可能性（ｄｉｒｔ  ｅｍｂｅｄａｂｉｌｉｔｙ）は、望ましい汚れ埋め可能性にほど遠く、軸受面および／または軸ジャーナル面のスコーリングをまねきうる。
【０００８】
本発明の目的は、公知のポリマーを基礎とした軸受材料の幾つかの欠点を軽減する、プラスチックポリマーを基礎としたオーバーレイ材料を提供することである。
【０００９】
本発明の第１の視点によれば、ポリイミド／アミドプラスチックポリマー材料のマトリックスを含有し、このマトリックス全体に亘って次のもの：
金属粉末５以上１５体積％未満；
フルオロポリマー１〜１５体積％；
残分  付随する不純物を除きポリイミド／アミド樹脂が分布した、プラスチックポリマーを基礎とした軸受材料が提供される。
【００１０】
ＷＯ  ２００４／１１３７４９には、ポリイミド／アミド樹脂マトリックスが、生じる軸受層の順応性を改善するためにビニル基樹脂の添加量を含むことが記載されている。更に、このようなビニル添加はもはや不要であることが見い出された。それというのも、プラスチックポリマー軸受材料の順応性は、早期の材料と比較して著しく減少されたレベルの充填剤材料の点で十分である。更に、早期材料のビニル添加は、強度の点でポリイミド／アミドマトリックスを弱体化する傾向があった。その結果、新規のプラスチックポリマーを基礎とする軸受材料の重要な利点は、この軸受材料が本出願人の早期のポリマー軸受材料と比較して固有の強度な材料の著しく高い割合を有することである。
【００１１】
今や、ポリイミド／アミド樹脂マトリックスは、本来、エンジン動作環境内での軸受で被る化学的攻撃ならびに機械的応力および熱的応力に耐えうる極めて高強度な材料であることが見い出された。この場合、このマトリックスへの添加の目的は、ポリイミド／アミドマトリックス材料の面滑り特性を改善することであった。
【００１２】
本発明のプラスチックポリマー軸受材料の１つの好ましい実施態様において、金属粉末含量は、１１〜１４体積％の範囲内にあり、この場合典型的な値は、１２．５体積％である。
【００１３】
金属粉末は、次のもの：アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、タングステン、不銹鋼および類似物から選択することができる。しかし、意外なことに、本出願人の早期の材料のアルミニウムとタングステンとの金属粉末混合物が最高の性能を示すことを見出したのであるが、今や、純粋なアルミニウム粉末それ自体が最高の結果を生じることを見出した。
【００１４】
寸法が約１〜５μｍ、好ましくは寸法が２〜３μｍであるフレーク状小板の形の粒子を有するアルミニウム粉末は、最も好適な形の金属粉末添加剤を提供する。この粉末のフレーク特性は、一般に軸受面に平行に配向されたフレークの平面のために、協働する軸ジャーナルに晒された金属粉末の最大面積を生じる。この配向は、以下にさらに詳細に記載されたように軸受材料を析出する製造方法から生じる。
【００１５】
更に、アルミニウム粉末の小板フレーク形態の利点は、それぞれ個々の粒子の比較的大きな表面積のために粒子がマトリックスによりいっそう確実に結合され、こうしてエンジン動作中にマトリックスから剥離されるアルミニウム粒子が回避されることである。
【００１６】
任意の特殊な理論に関連付けることが望まれることもなく、本発明による軸受材料の卓越した耐摩耗性は、アルミニウムフレークの表面上に形成されたアルミナ被膜に基づくものであると考えられる。アルミナは、ポリマーを基礎とする軸受材料に対して軸ジャーナル面それ自体をよりいっそう少なく摩耗性にする、協働する軸ジャーナル面上で機械加工された凹凸を研磨する傾向にあり、こうして軸ジャーナル面の摩耗率を減少させる極めて微細な研磨材を提供する。
【００１７】
本発明によるプラスチックポリマーを基礎とする材料の好ましい実施態様において、フルオロポリマー含量は、有利に２〜８体積％の範囲内にあることができる。
【００１８】
フルオロポリマーの添加量は、この添加量が軸受材料の摩擦係数の減少および改善された内部潤滑性に関連してフルオロポリマーの最大の有効性である場合に、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって構成されていてよい。しかし、例えば軸受の種類においてよく知られている他のフルオロポリマー、例えば弗素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）は、望ましい場合には、使用されてよい。
【００１９】
本発明の第２の視点によれば、プラスチックポリマーを基礎とする軸受材料を製造する方法が提供され、この方法は、次の工程：
溶剤中のポリイミド／アミドプラスチック樹脂材料と金属粉末５体積％以上１５体積％未満およびフルオロポリマー１〜１５体積％、ポリイミド／アミド樹脂を含有する残分からなる金属粉末添加剤との混合物を形成し；
この混合物を支持体上に塗布し；
溶剤を除去するように処理し：および
ポリイミド／アミドマトリックスを硬化させるように処理することを含む。
【００２０】
上記組成物中で、ポリイミド／アミド樹脂、金属粉末およびフルオロポリマー含量は、溶剤が除去された後の最終材料中に残留するものであることに注目すべきである。
【００２１】
望ましい場合には、溶剤混合物は、溶剤混合物を支持体に塗布する塗布技術が望ましい最終肉厚への機械加工の必要なしに望ましい厚さであるプラスチックポリマー軸受材料の最終厚さを生じるのに適した粘度を有する。しかし、プラスチックポリマー材料の機械加工は、必要な場合には、実施されてよい。
【００２２】
金属軸受材料層がプラスチックポリマー層の下方に直接存在する場合には、ポリマー層の４〜４０μｍの最終厚さは適当であることができる。好ましい厚さは、４〜１５μｍであることができる。更に、好ましい厚さは、４〜１０μｍであることができる。
【００２３】
支持体は、強度な裏付け材料、例えば鋼または青銅を有する複合材料を有することができ、この場合強度な裏付け材料は、それに結合された、例えば金属軸受材料、例えばアルミニウムを基礎とするかまたは銅を基礎とする軸受合金を有する。更に、支持体は、任意の望ましい形、例えば実質的に最終加工された半円筒形の半周軸受または平らなストリップであることができ、これらの半周軸受または平らなストリップから軸受は、例えば塗布工程後に形成させることができる。
【００２４】
他の選択可能な方法によれば、支持体は、強度な裏付け材料だけを有することができ、この裏付け材料上には、プラスチックポリマー軸受材料が析出される。１つの強度な裏付け層だけが介在金属軸受材料層なしに使用される場合には、本発明によるプラスチックポリマー軸受材料層は、金属軸受材料層上に析出される場合よりも厚手の層で析出されてよい。
【００２５】
プラスチックポリマー層が強度な裏付け層上に直接析出される場合には、４０〜１００μｍの厚さは、４０〜７０μｍの範囲内の好ましい厚さを提供することができる。しかし、強度な裏付け層が適当な軸受材料であることができる青銅材料である場合には、プラスチックポリマーは、前記値よりも薄手であってよい。
【００２６】
プラスチックポリマー混合物は、シラン材料の添加剤を含有していてもよい。シラン材料は、ポリイミド／アミドマトリックスの安定性を促進することが見出され、および支持体へのポリイミド／アミド樹脂材料の付着力を促進することも見出された。適当なシラン材料は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであることができ、３〜６体積％の範囲内の添加量は、混合物に添加されてよい。
【００２７】
適当な他の選択可能なシラン材料は、ビス−（γ−トリメトキシシルプロピル）アミンを有することができる。
【００２８】
適当な溶剤は、ｎ−メチル−２−ピロリドンキシレンを有することができ、支持体上への塗布のための混合物の特殊な望ましい粘度を達成するために、種々の割合で使用されてよい。
【００２９】
プラスチックポリマー軸受材料を支持体上へ析出するのに適した方法は、噴霧法であることができる。層厚の制御は、複数の分離層を支持体上へ噴霧することによって実施されてもよい。
【００３０】
本発明の第３の視点によれば、滑り軸受上に第１の視点によるプラスチックポリマー軸受材料の層を有する滑り軸受が提供される。
【００３１】
本発明の第４の視点によれば、本発明の第２の視点の方法により製造された滑り軸受が提供される。
【００３２】
本発明をさらに完全に理解することができるようにするために、図によって本発明をさらに詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】走行滑り面としての本発明によるプラスチックポリマーを基礎としたオーバーレイ材料を有する滑り軸受の一部分の厚さを示す略示断面図。
【００３４】
図１は、強度な裏付け層１、例えば鋼と、銅を基礎とする合金またはアルミニウムを基礎とする合金を有する軸受ライニング層２と、本発明によるプラスチックポリマーを基礎とするオーバーレイ層３とを有する滑り軸受の一部分を断面で示す。
【００３５】
本発明による軸受の２つの例が示され、これら２つの例は、次に示すようにプラスチックポリマーを基礎とするオーバーレイ被膜を有する：
【実施例】
【００３６】
実施例１
青銅支持体上のポリマー被膜
１．裏付け材料        低炭素鋼
厚さ１〜５ｍｍ
２．ライニング        Ｃｕ残余
Ｓｎ８％
Ｎｉ１％
厚さ３００μｍ
３．オーバーレイ被膜  Ａｌ１２．５％
ＰＴＦＥ５．７％
シラン４．８％
他の成分の総和０．１％未満
ポリイミド／アミド７７％
厚さ１２μｍ。
【００３７】
実施例２
アルミニウム支持体上のポリマー被膜
１．裏付け材料        低炭素鋼
厚さ１〜５ｍｍ
２．ライニング        Ａｌ残余
Ｓｎ６．５％
Ｃｕ１％
Ｎｉ１％
Ｓｉ２．５％
ＭｎおよびＶの添加を有する
厚さ３００μｍ。
３．オーバーレイ被膜  Ａｌ１２．５％
ＰＴＦＥ５．７％
シラン４．８％
他の成分の総和０．１％未満
ポリイミド／アミド７７％
厚さ９μｍ。
【００３８】
試験用軸受を、標準生産経路でバイメタルコイルからの鋼／ライニング材料の切り取った一片の形板を圧縮工具によって半環状の形板に形成させて製造した。次に、半環状の形板を全端部に沿って機械加工し、面取りあり、または面取りなしに均一に機械加工された面を生じる。次に、この部材を標準法で望ましい肉厚に中ぐり加工する中ぐり加工された面を被覆のために準備するために、この部材を脱脂し、次に標準のグリットブラスト法を用いて微細なＡｌ2Ｏ3グリット（３６０）でグリットブラスト仕上げする。任意の残留するグリットをエアブラストによって除去する。次に、この部材を噴霧のためにマスクする。次に、標準の手動エア粉体スプレーガンを用いて噴霧を実施する。被覆を多重層中にそれぞれの層の間で実施されたフラッシュオフ段階で形成させ、溶剤を除去する。最終被膜厚さが達成された後、この被膜を１９０℃で３０分間最終硬化させる。１回この部材を冷却すると、この部材の試験前に後加工することは不要である。
【００３９】
本明細書の発明の詳細な説明および特許請求の範囲の全体を通して、「含有するまたは含む（それぞれｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」ならびにこれらの変形、例えば「含有するまたは含むまたは有する（それぞれｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「制限なしに含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味し、他の成分、添加剤、構成成分、整数または工程を排除することを意図するものではない（かつ排除しない）。
【００４０】
本明細書の発明の詳細な説明および特許請求の範囲の全体を通して、単数の記載は、別記しない限り、複数の記載を含む。殊に、不定数の記載内容が使用される場合には、別記しない限り、複数ならびに単数の記載を考慮しているものと理解すべきである。
【００４１】
本発明の特殊な視点、実施態様または実施例に関連して記載された、特徴、整数、特性、化合物、化学成分または基は、非適合ではない限り、本明細書中に記載された任意の他の視点、実施態様または例に適用可能であると理解すべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１  強度な裏付け層、  ２  軸受ライニング層、  ３  オーバーレイ層
【図１】
2012511128.tif 000002
【国際調査報告】
2012511128.tif 000003
2012511128.tif 000004
2012511128.tif 000005