JP2002242933A - すべり軸受及びその製造方法 - Google Patents

すべり軸受及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より過酷な条件に対応するために、耐摩耗
性、非焼付性、初期なじみ性を向上させ、更にキャビテ
ーション性に優れたすべり軸受を提供する。 【解決手段】 軸受合金層３表面に、ポリベンゾイミダ
ゾール（ＰＢＩ）と固体潤滑剤を含有した樹脂表面層４
を設ける。ＰＢＩ樹脂は、従来用いられていた熱硬化性
樹脂（ＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ樹脂）に比べて耐熱性に優れ
ていると共に、材料強度が高いので、耐摩耗性及び非焼
付性を向上できる。また、高温雰囲気における材料強度
の低下や、摺動時の発熱による材料強度の低下も少ない
ので、高温摺動時でも良好な耐摩耗性を維持できる。さ
らにＰＢＩ樹脂は伸びもあり、初期なじみ性も向上でき
る。しかも、樹脂表面層４は固体潤滑剤を含有している
ので、これによっても摩擦係数を小さくでき、非焼付性
を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸受合金層のすべ
り面側の表面に、樹脂と固体潤滑剤を含有した樹脂表面
層を設けたすべり軸受及びその製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来、自動車エンジン
用軸受は、鋼板製の裏金上に銅系軸受合金やアルミニウ
ム系軸受合金を接合したものであった。この種のすべり
軸受においては、軸受合金層の表面に、ポリアミドイミ
ド（以下、ＰＡＩ）、ポリイミド（以下、ＰＩ）、エポ
キシ（以下、ＥＰ）樹脂等の熱硬化性樹脂に固体潤滑剤
等を含有した樹脂表面層を被覆形成することにより、耐
摩耗性、非焼付性、初期なじみ性の向上を図ることが行
われている（例えば特開平４−８３９１４号公報、特開
平９−７９２６２号公報参照）。
【０００３】ところが近年、さらに内燃機関の高出力及
び高回転による高性能化、高荷重化が著しく、すべり軸
受に対してもそれに対応できる軸受性能の要求がある。
しかし、上記した従来の樹脂オーバレイ被覆すべり軸受
では、その要求を満足できなくなってきた。
【０００４】本発明は、上記した事情を鑑みてなされた
ものであり、第１の目的は、より過酷な条件に対応する
ために、耐摩耗性、非焼付性、初期なじみ性、更にキャ
ビテーション性を一層向上できるすべり軸受を提供する
ことにあり、また、第２の目的は、そのようなすべり軸
受を良好に製造することができるすべり軸受の製造方法
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した第１の目的を達
成するために、請求項１の発明は、軸受合金層のすべり
面側の表面にポリベンゾイミダゾール（以下、ＰＢＩ）
と固体潤滑剤を含有した樹脂表面層を設けたことを特徴
とする。表１には、樹脂表面層のベース樹脂となるＰＢ
Ｉ樹脂の物性が示されている。熱可塑性樹脂であるＰＢ
Ｉは、従来用いられている熱硬化性樹脂（ＰＡＩ、Ｐ
Ｉ、ＥＰ樹脂）に比べて耐熱性に優れていると共に、材
料強度が高いので、耐摩耗性及び非焼付性を向上でき
る。また、高温雰囲気における材料強度の低下や、摺動
時の発熱による材料強度の低下も少ないので、高温、摺
動時でも良好な耐摩耗性を維持できる。さらにＰＢＩ樹
脂は伸びもあり、初期なじみ性も向上できる。しかも、
樹脂表面層には固体潤滑剤を含有しているので、これに
よっても摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上でき
る。
【０００６】
【表１】
【０００７】同様に、請求項２の発明は、軸受合金層の
すべり面側の表面に熱硬化性樹脂からなる接着層を設け
ると共に、この接着層上にＰＢＩと固体潤滑剤を含有し
た樹脂表面層を設けたことを特徴とする。樹脂表面層は
請求項１の発明と同様であるので、耐摩耗性、非焼付性
及び初期なじみ性を向上できる。また、軸受合金層と樹
脂表面層との間に接着層として接着力の高い熱硬化性樹
脂を設けることにより、軸受合金層に対する樹脂表面層
の密着性を一層向上でき、剥離の発生を防止できる。熱
硬化性樹脂としては、ＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ及びフェノー
ル樹脂が好ましい。
【０００８】ところで、すべり軸受使用時において、潤
滑油中の高速せん断及び油路中の障害等が原因となり、
キャビティー（気泡の破裂）が発生し、高圧部分で消失
を繰返すことにより、軸受表面にエロージョンが発生す
る現象がある。これは、潤滑油中に発生したキャビティ
ーが高い圧力のもとで崩壊し、崩壊時のエネルギーが軸
受表面を侵蝕的に摩耗させる現象である。その対策とし
て樹脂表面層の材料強度を上げることにより、エロージ
ョンの発生が抑制されてきた（キャビテーション性の向
上）。また、樹脂表面層の材料強度より、軸受合金と樹
脂表面層との密着性が弱いと、高圧な微振動が加わるこ
とにより、軸受表面を侵蝕的に摩耗させるのではなく、
密着界面にて剥離を起こす。その密着性を向上させるた
め、軸受合金表面を表面処理により粗面化してきたが、
それだけでは満足できなくなってきた。そこで、請求項
２の発明のように、軸受合金層と樹脂表面層との間に熱
硬化性樹脂からなる接着層を設けることにより、軸受合
金層に対する樹脂表面層の密着性を一層向上でき、また
軸受表面にエロージョンの発生を一層防止できるように
なる。
【０００９】請求項３の発明は、樹脂表面層は、さらに
硬質粒子、軟質金属を含有していることを特徴とする。
硬質粒子を添加することにより、一層耐摩耗性を向上さ
せることができ、具体的には、窒化珪素等の窒化物、酸
化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタン等の酸化物、炭
化珪素等の炭化物を用いることができる。また、軟質金
属を添加することにより、耐摩耗性を向上させることが
できると共に、高い熱放散性による非焼付性の向上が得
られる。具体的には、銅、銀、金、アルミニウム、錫、
亜鉛等、及びこれらの合金を用いることができる。さら
に軟質金属の内、硫化しやすい易硫化金属では潤滑油中
に含まれる硫黄と反応して、粒子表面に潤滑性に優れた
硫化物薄膜を形成し、さらに摩擦係数が小さくなる。
【００１０】請求項４の発明は、請求項２又は３の発明
において、前記接着層は固体潤滑剤を含有していること
を特徴とする。この構成によれば、接着層に固体潤滑剤
を含有させることにより、樹脂表面層と同様、固体潤滑
剤による効果が期待できるので、樹脂表面層が摩耗した
場合においても、急激な摺動特性の低下が見られない。
請求項５の発明は、軸受合金層は銅系合金またはアルミ
ニウム系合金であることを特徴とする。
【００１１】請求項６の発明は、請求項１のすべり軸受
の製造方法において、粗面化した軸受合金表面上にＰＢ
Ｉと固体潤滑剤を含有した樹脂表面層組成物を塗布し、
これを加熱硬化させることにより樹脂表面層を形成する
ことを特徴とする。これによれば、軸受合金層の表面に
樹脂表面層を良好に形成することができる。
【００１２】請求項７の発明は、請求項２のすべり軸受
の製造方法において、粗面化した軸受合金表面上に接着
層組成物を塗布し、これを加熱硬化させ、この後前記接
着層の表面に、ＰＢＩと固体潤滑剤を含有した樹脂表面
層組成物を塗布し、これを加熱硬化させることにより樹
脂表面層を形成することを特徴とする。これにより、軸
受合金層と樹脂表面層の密着性を一層向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明において、樹脂表面層はベ
ース樹脂としてＰＢＩと固体潤滑剤を含有する被膜であ
り、その厚さは１〜５０μｍ、好ましくは３〜２０μｍ
とする。固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン（以
下、ＭｏＳ２）、グラファイト（以下、Ｇｒ）、ポリテ
トラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）、二硫化タン
グステン（以下、ＷＳ２）、窒化硼素（以下、ＢＮ）等
が用いられる。さらに必要に応じて、樹脂表面層に硬質
粒子、軟質金属等を含有することができる。硬質粒子と
して、窒化珪素（以下、Ｓｉ３Ｎ４）等の窒化物、酸化
アルミニウム（以下、Ａｌ ２Ｏ３）、酸化珪素（以下、
ＳｉＯ２）、酸化チタン（以下、ＴｉＯ２）等の酸化
物、炭化珪素（以下、ＳｉＣ）等の炭化物を用いること
ができ、軟質金属として、銅、銀、金、アルミニウム、
錫、亜鉛等、及びこれらの合金を用いることができる。
【００１４】以下、実施例に基づき、本発明を説明す
る。第１の発明のすべり軸受の製造方法 裏金となる鋼板上に軸受合金層を接合して、これを所定
のすべり軸受形状に加工後、脱脂処理し、続いて軸受合
金層の表面を表面処理により粗面化する。さらに酸洗を
行ない、表面に付着した不純物を除去すると共に、軸受
合金表面を活性化させる。湯洗乾燥後、適当な有機溶剤
で希釈した樹脂表面層組成物、すなわちベース樹脂とな
るＰＢＩとＭｏＳ２等の固体潤滑剤と、Ｓｉ３Ｎ４等の
添加物を、エアースプレーにより上記軸受合金層表面に
１〜５０μｍの厚さになるように吹付けて塗布し、３０
０〜４００℃で乾燥・焼成する。この焼成により、溶剤
が蒸発すると共にＰＢＩと固体潤滑剤を含んだ樹脂表面
層が硬化し、軸受合金層表面に形成される。
【００１５】第２の発明のすべり軸受及びその製造方法 次に、もう一つの発明において、上記した第１の発明の
すべり軸受と次の点が異なっている。すなわち、軸受合
金層と樹脂表面層との間に熱硬化性樹脂からなる接着層
を設けていて、樹脂表面層は、軸受合金層の表面に接着
層を介して設けられている。上記接着層は、熱硬化性樹
脂からなる被膜であり、その厚さは５μｍ以下、好まし
くは２μｍ以下とする。この場合、固体潤滑剤、添加剤
としては、上記すべり軸受の樹脂表面層で挙げたものを
用いる。
【００１６】第１の発明のすべり軸受の場合と同様に、
裏金となる鋼板上に軸受合金層を接合して、これをすべ
り軸受形状に加工後、脱脂処理し、続いて軸受合金層の
表面を表面処理により粗面化する。さらに酸洗を行な
い、表面に付着した不純物を除去すると共に、軸受合金
表面を活性化させる。湯洗乾燥後、適当な有機溶剤で希
釈した接着層組成物、すなわちベース樹脂となるＰＡＩ
等の熱硬化性樹脂とＭｏＳ２等の固体潤滑剤と、Ｓｉ３
Ｎ４等の添加物を、エアースプレーにより上記軸受合金
層表面に５μｍ以下の厚さになるように吹付けて塗布
し、２００〜２５０℃で乾燥・焼成する。この焼成によ
り、溶剤が蒸発すると共にＰＡＩと固体潤滑剤を含んだ
接着層が硬化し、軸受合金層表面に形成される。さら
に、第１の発明と同様の樹脂表面層組成物を、エアース
プレーにより上記軸受合金層表面に１〜５０μｍの厚さ
になるように吹付けて塗布し、３００〜４００℃で乾燥
・焼成する。この焼成により、溶剤が蒸発すると共にＰ
ＢＩと固体潤滑剤を含んだ樹脂表面層が硬化し、軸受合
金層表面に接着層を介して形成される。
【００１７】本発明の樹脂表面層組成物の配合割合は、
ＰＢＩ樹脂を３０〜９５体積％、固体潤滑剤を５〜７０
体積％とする。さらにＰＢＩ樹脂と固体潤滑剤の総量の
５体積％以下を硬質粒子、１０体積％以下を軟質金属に
置き換えることができる。ＰＢＩ樹脂が３０体積％より
少ないと、樹脂表面層中における固体潤滑剤の保持性が
低下し、摩耗量が増加する。また９５体積％より多い
と、摩擦係数が増加し、非焼付き性が低下する。さらに
固体潤滑剤が５体積％より少ないと、十分な摺動効果が
得られず、７０体積％より多いと、軸受合金層と樹脂表
面層との密着力が劣り、摩耗や剥離が発生するようにな
る。硬質粒子が５体積％より多いと、相手軸を傷付け、
摩擦係数が増加し、非焼付性が低下する。また、軟質金
属が１０体積％より多いと、コーティングが困難にな
る。
【００１８】（実施例）以下、本発明を実施例及び比較
例に基づいて、更に具体的に説明する。実施例１〜６、比較例１３〜２１ 裏金となる鋼板上に銅系軸受合金層を接合して、これを
表３〜５に示すように平板形状に加工後、脱脂処理し、
続いて軸受合金層の表面をブラスト加工により粗面化す
る。さらに酸洗、湯洗、乾燥後、表２の実施例１〜６、
比較例１３〜２１に示す樹脂表面層組成物を有機溶剤
（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）で希釈し、上記軸受合
金層表面にエアースプレーで吹付けて塗布した。その
後、実施例１〜６は３５０℃、比較例は２５０℃で６０
分間加熱・硬化する。ここで樹脂表面層の厚さは、摩擦
摩耗試験、キャビテーション試験用は２０μｍ、焼付試
験用は５μｍとした。
【００１９】実施例７〜１２ 裏金となる鋼板上に銅系軸受合金層を接合して、これを
表３〜５に示すように平板形状に加工後、脱脂処理し、
続いて軸受合金層の表面をブラスト加工により粗面化す
る。さらに酸洗、湯洗、乾燥後、表２の実施例７〜１２
に示す接着層組成物を、エアースプレーにより上記軸受
合金層表面に２μｍの厚さになるように吹付けて塗布
し、２５０℃で１０分間加熱・硬化させる。さらに接着
層上に、樹脂表面層組成物を有機溶剤( Ｎ−メチル−２
−ピロリドン) で希釈し、エアースプレーで吹付けて塗
布し、３５０℃で６０分間加熱・硬化する。ここで樹脂
表面層の厚さは、摩擦摩耗試験、キャビテーション試験
用は１８μｍ、焼付試験用は３μｍとした。
【００２０】図１に第１の発明（実施例１〜６)に対応
するすべり軸受の断面図を、図２に第２の発明（実施例
７〜１２）に対応するすべり軸受の断面図を示す。図面
中、１、１０はすべり軸受、２は裏金、３は軸受合金
層、４は樹脂表面層、１１は接着層を示す。本実施例に
よる樹脂表面層を設けた実施例品と、従来の樹脂表面層
を設けた比較例品について、摩擦摩耗試験、焼付試験、
キャビテーション試験を実施し、その結果を表２に示
す。
【００２１】摩擦摩耗試験は、スラスト型摩擦摩耗試験
機を用い、表３に示す試験条件で行ない、これにより摩
擦係数、摩耗量を測定した。焼付試験は、同じくスラス
ト型摩擦摩耗試験機を用い、表４に示す試験条件で行な
い、軸受面圧を３０分毎に３ＭＰａずつ増加させなが
ら、焼付きが生じた時の荷重を測定した。ここで、軸受
の背面温度が２００℃を越えるか、または軸を駆動する
モータの電流が異常値を示した時の面圧を焼付荷重とし
た。キャビテーション試験は、超音波を利用した試験機
を用い、表５に示す試験条件で行ない、樹脂表面層の重
量減量を測定し、これを体積換算し、体積減量とした。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】上記表２において、軸受組成における接着
層及び樹脂表面層の各成分の数字は、それぞれ体積百分
率（ｖｏｌ％）である。まず、樹脂表面層をベース樹脂
のみで構成したもの（比較例１３、１４、２１）では、
他の固体潤滑剤を含有したものと比較して、特に焼付荷
重が劣っていることが分かる。また、実施例２〜６と比
較例１５〜２０とを比較してみると、樹脂表面層のベー
ス樹脂がＰＢＩ樹脂とＰＡＩ、ＥＰ樹脂の熱硬化性樹脂
と異なるのみであり、試験結果を見ると、摩擦係数はほ
ぼ同じであるが、摩耗量、焼付荷重及びキャビテーショ
ン性については実施例２〜６の方が優れている。これ
は、ＰＡＩ、ＥＰ樹脂の熱硬化性樹脂よりＰＢＩ樹脂の
方が耐熱性に優れ、また材料強度が高いことにより、エ
ロージョンの発生が抑制されてきたことによるものであ
る。
【００２７】また、実施例２と実施例７とを比較してみ
ると、摩擦係数、摩耗量及び焼付荷重についてはほぼ同
じであるが、体積減量については、実施例２が３．４６
ｍｍ ３ であるのに対し、実施例７では２．７４ｍｍ３
と小さくなっており、実施例７の方が優れている。ここ
で体積減量が小さいということは、軸受合金層に対して
樹脂表面層が剥がれにくいということであり、すなわち
軸受合金層と樹脂表面層との間に接着層を設けたことに
より、軸受合金層に対する樹脂表面層の密着性を一層向
上できることになる。実施例３と実施例８、実施例６と
実施例９とを比較しても同様なことが言える。
【００２８】実施例１０〜１２については、接着層にも
固体潤滑剤を含有させたものであり、これにより焼付荷
重が大きくなっている。これは、樹脂表面層と同様、固
体潤滑剤による効果が期待できるので、樹脂表面層が摩
耗した場合においても、急激な摺動特性の低下が見られ
ないことによるものである。
【００２９】本発明は上記しかつ図面に示した実施例に
のみ限定されるものではなく、次のように変形または拡
張できる。軸受合金層の表面を粗面化する方法として
は、ブラスト加工に限らず、エッチング、溶射、化学処
理（化成処理）等でも良い。樹脂表面層及び接着層の塗
布方法は、エアスプレー法に限らず、パッド印刷法、ス
クリーン印刷法等でも良い。又、軸受合金層としては、
アルミニウム系合金でも良い。すべり軸受としては、裏
金を設けないものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明（実施例１〜６）に対応するすべり
軸受の断面図
【図２】第２の発明（実施例７〜１２）に対応するすべ
り軸受の断面図
【符号の説明】
図面中、１，１０はすべり軸受、２は裏金、３は軸受合
金層、４は樹脂表面層、１１は接着層を示す。
フロントページの続き (72)発明者 柴山 隆之 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA06 DA01 JA01 MA02 NA01 QA05 SB03 SB04 SB05 SC20 SD03 SD04 SD10 SE05 SE06 SE07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸受合金層のすべり面側の表面に、ポリ
    ベンゾイミダゾールと固体潤滑剤を含有した樹脂表面層
    を設けたことを特徴とするすべり軸受。
  2. 【請求項２】 軸受合金層のすべり面側の表面に熱硬化
    性樹脂からなる接着層を設けると共に、この接着層上に
    ポリベンゾイミダゾールと固体潤滑剤を含有した樹脂表
    面層を設けたことを特徴とするすべり軸受。
  3. 【請求項３】 前記樹脂表面層は、さらに硬質粒子、軟
    質金属を含有していることを特徴とする請求項１又は２
    記載のすべり軸受。
  4. 【請求項４】 前記接着層は固体潤滑剤を含有している
    ことを特徴とする請求項２又は３記載のすべり軸受。
  5. 【請求項５】 前記軸受合金層は銅系合金またはアルミ
    ニウム系合金であ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。
  6. 【請求項６】 粗面化した軸受合金層表面にポリベンゾ
    イミダゾールと固体潤滑剤を含有した樹脂表面層組成物
    を塗布し、加熱硬化させることにより樹脂表面層を形成
    したことを特徴とするすべり軸受の製造方法。
  7. 【請求項７】 粗面化した軸受合金層表面に接着層材料
    を塗布し、加熱硬化させ、その後、前記接着層表面にポ
    リベンゾイミダゾールと固体潤滑剤を含有した樹脂表面
    層組成物を塗布し、加熱硬化させることにより樹脂表面
    層を形成したことを特徴とするすべり軸受の製造方法。
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