JP2007092995A

JP2007092995A - 軸受要素

Info

Publication number: JP2007092995A
Application number: JP2006251111A
Authority: JP
Inventors: Walter Gartner; バルターゲルトナー; Manfred Kienberger; キーンベルガー，マンフレット; Hubert Lang; フーベルランク
Original assignee: Miba Gleitlager Austria GmbH
Current assignee: Miba Gleitlager Austria GmbH
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2007-04-12
Also published as: AT502546A1; EP1764522B1; EP1764522A2; EP1764522A3; DE502006004358D1; BRPI0603696A; US7541086B2; CN1975188A; ATE438041T1; US20070065067A1; AT502546B1; BRPI0603696B1; CN100532872C

Abstract

【課題】寿命を増大させることできる滑り要素を提供する。
【解決手段】保護層２、保護層２上に塗布される軸受金属層３および軸受金属層３上にスパッタリングにより成膜される滑り層４を含む軸受要素において、滑り塗料層５が滑り層４上に塗布される。滑り塗料層５はその主要成分として少なくとも１つの熱可塑性樹脂を含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、保護層、保護層上に塗布される軸受金属層および軸受金属層上にスパッタリングにより成膜される滑り層を含む軸受要素、および軸受要素を製造するための方法に関する。

自動車産業においてなされる技術進歩は、絶えず増大する要望事項が軸受要素、例えば、滑り軸受に関してなされることを意味する。単層滑り軸受は、高速で薄くなる油層のせいで、もはや、要求事項、例えば腐食摩耗に対する耐性を満足させることはできず、その結果、滑り軸受業界は多層滑り軸受への転回を増しつつある。後者は、一般に、１以上の追加層がその上にロールオン、メッキまたはスパッタリングにより成膜される鋼保護皮膜からなる。追加層は、必要ならば結合層の挿入により鋼保護層上に固定される軸受金属層である。合金、例えば、より高いまたはより低い亜鉛含量を有するアルミニウム合金から作製される滑り層または滑り塗料は、必要ならば結合層または拡散障壁層の散布により前記軸受金属層上に塗布される。

摩擦学的に応力を受けた部品または表面用のこれら種類の一連の皮膜の意図は、一方で、改善された熱力学に対するより高い発火圧力、および結果として減少した消費量または減少した消耗量を達成することである。他方で、自動車産業は、今、効率増大に加えてより軽いエンジン、すなわち、スペシフィック・パフォーマンス、およびそれによるより大きな経済的節約および燃焼機関の環境へのより一層の優しさを必要としており、結果として個々の部品はより小さな次元を有することが必要である。同時に、特により高い温度で、より薄い潤滑油が、より低い摩擦力を得るために用いられる必要がある。自動車、特に実用車に要求される寿命は、少なくとも約百万キロメートルであり、車検間の間隔も、また、より長くなり、その結果、滑り要素およびそれらの摩耗を検査するための機会は減ってきている。換言すれば、滑り要素の平均寿命は有意に増大させることが必要である。

これらの要望事項は、滑り要素のより高い担持量およびより高い動的応力をもたらす。加えて、より小さな潤滑間隙が形成され、これは増大しより集中した半流動性摩擦をもたらす。この結果は、境界摩擦が局部的に、例えば、端部上に起こり、軸受潤滑剤膜が局部的に全く形成されないことであることができる。燃焼過程により発生する熱の損失の減少のせいで、少なくとも一部の面において滑り軸受層を損傷するか、または滑り軸受の寿命に影響を及ぼすことができる局部温度ピークが生じることができる。

この根拠に基づき、本発明の目的はこれらの要求事項を満足させる滑り要素を提供することである。

本発明の目的は、いわゆるスパッタ軸受として設計されると共に、スパッタ層上に第４層として滑り塗料層を有する軸受要素により、および、滑り層を凝結させるためのスパッタリング法後、追加の滑り塗料層が軸受金属層上に塗布されるこの軸受要素を製造するための方法により独立に達成される。

原則として、追加の柔らかな層を塗布することにより固定層の摩擦学的不利を減じるための方法は公知であるが、しかし、構造への局部的な適応が柔らかい層を除去することにより達成されると共に、境界摩擦によってより大きな程度の摩耗およびそれによる短い寿命を予想することができるので、本目的を達成する上で有効でない。さらに、金属層はより高い温度で柔らかくなるので、その結果、粒子は引き抜かれ、次に、材料の内部親和性のせいで低温領域中に集積し再度固くなる。これは、層が厚くなればなるほど大きくなる潤滑間隙構造に対する損傷をもたらす。さらに、本目的により、金属層の摩擦係数は高すぎることが証明されてきた。滑り塗料が滑り要素の従来型の基部上で必要とされる寿命を生き延びることはできないことも、また、見出されてきた。

滑り層としてのスパッタ層または接触層、および上部に塗布される滑り塗料層の本発明による組合せは、摩耗開始層として設計される滑り塗料層が局部的に摩耗するだけでなく、基部もまた動的応力により変形されるという利点を有する。従って、両方の層は、運転開始段階での調整に関与すると共に、摩耗開始層の摩耗速度は、従って、このようにして有意に減じる。原則として、これは、従来型の軸受要素におけるのとは違って作用する機構である。従って、基部、すなわち、滑りまたは接触層のみが変形し、滑り塗料層は可塑的に変形することがないことも、また可能である。本発明による軸受要素において、運転開始時または滑り層の除去粒子が集積する面は全く観察されず、その結果、潤滑間隙の構造は本質的に同じ状態のままである。従って、滑り塗料層を薄層として設計することも、また可能である。従来型の滑り層、特にスパッタ層に較べて、支持しようとする要素、例えば、軸に対するより大きな順応性を達成することが可能である。滑り塗料層は直接滑り層上に塗布することができる、すなわち、従来技術から公知の従来型滑り軸受中に一般的に用いられるニッケル層は、もはや、拡散障壁として必要ではなく、その結果、本発明による軸受要素は公知の多層滑り軸受に対してその機械的性質に関して改善されるばかりでなく、また、本発明による軸受要素を製造する上で達成される対応する財務上の利益があることも、また、利点である。

滑り塗料層は、異方性特質を有することができると共に、特に負荷方向、すなわち、層に垂直な方向において、滑り塗料層に平行な方向における低剪断強度と同時に高い機械的負荷を可能とすることができる。

滑り塗料層は、その主成分として熱可塑性樹脂を含有することができ、そのために、該熱可塑性樹脂は、特に、ポリイミド、特に芳香族のもの、ポリアミドイミド、特に芳香族のもの、必要ならばイソシアネートにより改質されたポリアリールエーテルイミド、フェノール樹脂、ポリアリールエーテル・エーテルケトン、ポリアミド、特に芳香族のもの、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、例えばポリフルオロアルコキシ−ポリテトラフルオロエチレンコポリマーなどのフッ素含有樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレン、フッ素添加エチレンプロピレンコポリマー、２フッ化ポリビニリデン、フッ化ビニル樹脂、アリレンサルファイド、ポリトリアゾ・ピロメリットイミド、ポリエステルイミド、ポリアリールサルファイド、ポリビニルサルファイド、ポリスルホン、ポリアリールスルホン、ポリアリールオキシド、例えば、ポリイミドおよび／またはポリアミドイミドおよび／またはポリアリールエーテルイミドおよび／またはフェノール樹脂および／またはポリアリールエーテル・エーテルケトンおよび／またはポリアミドおよび／またはエポキシ樹脂および／またはポリテトラフルオロエチレンおよび／または例えばポリフルオロアルコキシ・ポリテトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン・テトラフルオロエチレン、フッ素添加エチレンプロピレンコポリマー、２フッ化ポリビニリデン、フッ化ビニル樹脂などのフッ素含有樹脂、アリレンサルファイドおよび／またはポリトリアゾ−ピロメリットイミドおよび／またはポリエステルイミドおよび／またはポリビニルサルファイドおよび／またはポリスルホンおよび／またはポリアリールスルホンおよび／またはポリイミドを有するポリアリールオキシドおよび／またはポリアミドイミドおよび／またはポリアリールエーテルイミドおよび／またはフェノール樹脂および／またはポリアリールエーテル・エーテルケトンおよび／またはポリアミドおよび／またはエポキシ樹脂および／またはポリテトラフルオロエチレンおよび／または例えばポリフルオロアルコキシ・ポリテトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン・テトラフルオロエチレン、フッ素添加エチレンプロピレンコポリマー、２フッ化ポリビニリデン、フッ化ビニル樹脂などのフッ素含有樹脂、および／またはアリレンサルファイドおよび／またはポリトリアゾ・ピロメリットイミドおよび／またはポリエステルイミドおよび／またはポリアリールサルファイドおよび／またはポリビニルサルファイドおよび／またはポリアリールスルホンおよび／またはポリアリールオキシドなどのそれらのコポリマーおよび混合物を含む群から選択される。

本明細書における利点は、主として熱可塑性樹脂または樹脂混合物またはコポリマーからなる滑り塗料層によって、滑り塗料層の寿命を増大させることができる循環温度依存軟化および固化機構が提供されることである。特定的に一覧される樹脂または樹脂混合物またはコポリマーによって、例えば、高価なタイプの樹脂が高負荷性軸受要素用のみに用いることができ、結果として、より小さな程度の負荷となる軸受要素に対するコスト利点があるように、種々の各種負荷に軸受機能を適応させることが可能であることも、また、有利である。

滑り塗料中の樹脂の量は、下限３０％〜上限９５％の範囲から選択することができる。これは、特に摩耗開始段階における滑り塗料層の順応性がそれぞれの要求事項に対して容易に適合することができるように、基部に対する変形の伝達率の変動を可能とする。

本発明のさらなる開発によりなおさらにこの効果を改善するために、下限５０重量％〜上限８５重量％の範囲、または下限７０重量％〜上限７５重量％の範囲から滑り塗料層中の樹脂の割合を選択することは可能である。

熱可塑性樹脂は、潤滑剤、特にＭｏＳ_２、ｈ−ＢＮ、ＷＳ_２、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ合金、ＣＦ_２、ＰｂＦ_２、また、例えばＣｒＯ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４などの硬い材料、またクレー、タルク、ＴｉＯ_２、ムライト、ＣａＣ_２、Ｚｎ、ＡｌＮ、Ｆｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｂ、Ｎｉ_２Ｂ、ＦｅＢ、例えば、ＺｎＳ、Ａｇ_２Ｓ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＳ_２、Ｓｂ_２Ｓ_３、ＰｂＳ、Ｂｉ_２Ｓ_３、ＣｄＳなどの金属硫化物、繊維、特に、例えばガラス、炭素、チタン酸カリウム、ウイスカ、例えばＳｉＣ、例えばＣｕまたは鋼製の金属繊維などの無機繊維、ならびに、例えば特に前記種類の少なくとも一つの潤滑剤および／または特に前記種類の少なくとも一つの硬い材料および／または特に前記種類の少なくとも一つの金属硫化物、および／または特に前記種類の少なくとも一つの繊維形状添加剤、すなわち、すべてが特に前期種類の少なくとも一つの潤滑剤および／または硬い材料および／または金属硫化物および／または少なくとも一つの繊維形状添加剤などのそれらの混合物を含む群から選択される少なくとも一つの添加剤を含有することができる。

このようにして、滑り塗料層の輪郭、例えば表面粗さは影響を受けることができ、結局は、摩擦に関して滑り塗料の挙動に影響を与えることが可能である。特に、少なくとも一つの潤滑剤により、滑り塗料はより大きな滑り能力を得ることができ、少なくとも一つの硬い材料または少なくとも一つの繊維形状添加剤により、滑り塗料の硬度は変わることができ、特に、滑り塗料層の耐摩耗性および／または滑り塗料層の摩擦係数は影響を受け、改善することができる。

このように、滑り塗料層が板状体様性質を有する少なくとも一つの添加剤を含有する場合、滑り塗料特性の異方性−およびそれによる滑り塗料のレベリング特性−が、半流動性摩擦に較べて境界摩擦の割合を有意に背景中に押し込むように改善することができることは利点である。

添加剤は、好ましくは、下限５％〜上限３０％の範囲から選択される量で添加され、これらの限界値は、また、前記効果をさらに増大させるために各種添加剤の混合物用に用いることができる。

この場合、添加剤が下限１０％〜上限２５％の範囲から選択される量で、またはさらなる実施形態において、下限１５％〜上限２０％の範囲から選択される量で添加される場合、それによって、上記効果のさらなる改善も、また、達成することができることは利点である。

少なくとも一つの添加剤は、好ましくは、下限０．５μｍ〜上限２０μｍの範囲から選択される粒径を有する。この所定範囲の粒径において、釣り合い比率は、ピーク分解、すなわち、滑り塗料層および／またははめ込もうとする要素、例えば軸の表面のレベリング、と潤滑剤としての添加剤を形成する際の低減摩擦の間で達成される。

この効果をさらに改善するために、少なくとも一つの添加剤が、下限２μｍ〜上限１０μｍの範囲から、または本実施形態のさらなる変形において下限３μｍ〜上限５μｍの範囲から選択される粒径を有する場合にそれは有利である。

少なくとも一つの添加剤が、下限１０μｍ〜上限４０μｍの範囲から選択される平均長さ、および／または下限１０μｍ〜上限４０μｍの範囲から選択される平均幅、および／または下限２ｎｍ〜上限２０ｎｍの範囲から選択される平均高さを有する２硫酸モリブデン粒子である場合にそれは特に有利であり、２硫化モリブデン粒子は本質的に板状体様性質を有し、このことは、ＭｏＳ_２板状体が少なくとも部分的に動きの方向に垂直に並べられ、それによって、摩耗がこのようにして低減することができるように、次の粒子が多かれ少なかれ「動く」ことを可能とすることを意味する。

この効果のさらなる改善のため、実施形態変形による２硫化モリブデンが、下限１５μｍ〜上限３５μｍの範囲から選択される長さ、および／または下限１５μｍ〜上限３５μｍの範囲から選択される平均幅、および／または下限５ｎｍ〜上限１５ｎｍの範囲から選択される平均高さ、または下限１８μｍ〜上限２５μｍの範囲から選択される粒子の平均長さ、および／または下限１８μｍ〜上限２５μｍの範囲から選択される平均幅、および／または下限５ｎｍ〜上限８ｎｍの範囲から選択される平均高さを有する粒子サイズを有する場合にそれは利点である。

広い限定範囲にわたり滑り塗料層の自動注油挙動を変えることができるために、少なくとも一つの添加剤が、特に下限２μｍ〜上限８μｍの範囲から選択される粒径を有するグラファイトであることが可能である。

滑り塗料層は、下限２μｍ〜上限４０μｍ、またはさらなる開発により下限５μｍ〜上限２０μｍ、またはさらなる実施形態変形により下限１０μｍ〜上限１５μｍの範囲から選択される層厚さを有することができ、それによって、軸受要素は、次に、選択された用途、例えば大きな軸受または小さな軸受に対して調整することができると共に、このようにしてコストの対応最適化は、軸受要素用の長期の信頼性ある均一特性を提供することに加えて達成することができる。

滑り塗料が、そのために、溶媒中のポリイミド樹脂の量が下限６０％〜上限８０％の範囲から選択され、ＭｏＳ_２の量が下限１５％〜上限２５％の範囲から選択され、およびグラファイトの量が下限５％〜上限１５％の範囲から選択されるポリイミド樹脂、特に２硫化モリブデンおよびグラファイトを含有するポリアミドイミド樹脂である場合にそれは特に有利であり、この組成物にはポリイミド樹脂中のＭｏＳ_２およびグラファイトの高い割合にも拘わらず驚くことに軸受要素の耐摩耗性の予想外の改善が可能となる。摩擦低減添加剤用の結合剤であると考えることができるポリイミド樹脂のより少ない量についても同様に予想外であり、層の結合がより悪くなるであろうし、後者は最終的に「粉々になる」であろうことが予想されるであろう。ＭｏＳ_２およびグラファイトの選択された割合、特にＭｏＳ_２対グラファイトの量の比率を用いることにより、これは起こらず、出願者は現時点でこれを説明するための理論を提供することができない。しかし、ＭｏＳ_２とグラファイト粒子間の相互作用があることは推測される。

このようにして、キャビテーション挙動を改善することも可能であり、軸受要素の腐食に対する感受性の低減もまた確立される。

これら特性のさらなる改善のため、溶媒中のポリイミド樹脂の量が下限６５％〜上限７５％、または下限６７．５％〜上限７２．５％の範囲から選択されるか、または溶媒中のポリイミド樹脂の量が特に７０％であること、また、ＭｏＳ_２の割合が下限１７％〜上限２２％、または下限１８．５％〜上限２１．５％の範囲から選択されるか、または２０％であること、またはグラファイトの量が下限７％〜上限１３％、または下限８．５％〜上限１１．５％の範囲から選択されるか、または１０％であることは可能である。

ＭｏＳ_２対グラファイトの比率が、それによって広い限定範囲にわたり滑り塗料層の挙動を変え、そうしてまた運転開始特性を改善するために下限１．５：１〜上限４．５：１の範囲から選択される場合に、それは特に有利である。

滑り層は、下限１０μｍ〜上限３０μｍ、または下限１２μｍ〜上限２０μｍ、または下限１５μｍ〜上限１７μｍの範囲から選択される層厚さを有するように設計することができる。滑り層の層厚さ対滑り塗料層の層厚さの比率が、下限２：１〜上限５：１の範囲から選択される場合に、それは特別の利点である。前記層厚さ比率および所定の層厚さ範囲によって、運転開始層が局部的に磨り減るだけでなく、基部がまた動的応力により変形し、そうして両方の層が運転開始段階の間の調整に寄与するという効果の改善がある。さらに、軸受要素の長期強度は、滑り層用に選択される厚さによって改善される。

一つの実施形態変形により、滑り層の層厚さ対滑り塗料層の層厚さの比率が、少なくともほぼ３：１であることができる。

軸受金属層の層厚さ対滑り層の層厚さの比率が、下限７：１〜上限１５：１の範囲から選択されることもまた可能であるか、または、該比率は少なくともほぼ１０：１であることができ、それによって、軸受金属層は可動特性を有する必要はないが、しかし、保護層に加えてもっぱら軸受要素の機械的強度に寄与することができる。勿論必要ならば前記軸受金属層は減摩特性を有することができる。

結局、保護層対軸受金属層の層厚さの比率が下限７：１〜上限１５：１の範囲から選択される場合か、または、保護層の層厚さ対軸受金属層の層厚さの比率が少なくともほぼ１０：１である場合、それによって、一方で軸受要素の製造から生じるコスト対軸受要素の機械的強度間の釣り合った比率を達成することができることは、また、有利なことである。

軸受要素が本質的に鉛なしであるように鉛なし材料が少なくとも不純物を除いて個々の層用に用いられる場合、このような方法で環境汚染を低減することができるので、それは特に有利である。

軸受要素は、特に滑り軸受半殻、軸受ブッシュまたは座金として設計することができる。

本発明のより良い理解のため、後者は一層簡略化された表現での以下の図面を参照してより詳細に説明される。

まず第一に、上、下、側などの記述において用いられる位置詳細が、その時点で説明し示そうとする図面を指し、位置が変更されると新しい位置付けに合わせることが好ましいことは、留意されるべきである。さらに、記載される種々の実施形態の個々の態様または態様の組合せは、独立した発明的解法を表すことができる。

本明細書における値の範囲に関するすべての詳細は、後者がありとあらゆる部分範囲を含むように理解することが好ましい、例えば、１〜１０の範囲は、下限１〜上限１０間のすべての部分範囲を含むと理解することが好ましい、すなわち、すべての部分範囲は下限１以上から始まり、上限１０以下で終わる、例えば、１〜１．７または３．２〜８．１または５．５〜１０である。

実施形態は軸受要素の可能な変形を示す、それによって、本発明が特定的に示される実施形態に限定されるのではなく、むしろ、また、個々の実施形態の様々な組合せが可能であることは本明細書において留意されるべきであり、この可変性は本発明の教示を用いての当業者の能力内に存在する。また、示され記載される実施形態の変形の詳細を組み合わせることにより得られるすべての可能な変形は、保護範囲により守られる。

図１は、保護層２、軸受金属層３、滑り層４および本発明による後者上に塗布される滑り塗料層５を含む本発明による軸受要素１を示す。

保護層２は、通常、鋼製であるが、しかし、勿論、また、同じかまたは類似の機能、特に軸受要素１の機械的強度を提供することができる匹敵する材料から作製することができる。全体軸受要素１の機械的強度は、例えば、真鍮、青銅などの銅合金でさえ用いることができるであろうように、有用なそれぞれの領域に応じて決まる。加えて、軸受要素１は保護層２により形態安定性を与えられる。

この保護層上に配置される軸受金属層３は、軸受金属合金により形成される。これは、例えば、アルミニウム系の合金、すなわち、少なくとも一つの柔らかい相および／または少なくとも一つの粒子形状の硬い材料を中に埋め込むことができるアルミニウムマトリクスからなることができる。

少なくとも一つの柔らかい相は、スズ、アンチモン、インジウムおよびビスマスを含む第一群からの少なくとも一つの元素により形成することができる。必要ならば、軸受金属層３が鉛を含有することは可能であるが、しかし、好ましくは、鉛なし合金がこのために用いられる。

硬い粒子は、例えば、銅、マンガン、亜鉛、コバルト、クロム、シリコン、マグネシウムおよび鉄を含む群からの少なくとも一つの元素、または元素スカンジウムおよび／またはジルコニウムから形成することができる。硬い粒子が、例えば後者の元素またはアルミニウムを有する元素間に形成される金属間相により形成されることも、また可能である。少なくともある割合の硬い粒子が繊維により形成されることも、また可能である。

勿論、従来技術から公知のあらゆる他の柔らかい相および／または硬い粒子は、軸受金属層３の軸受金属合金中に含有することができる。

柔らかい相は、軸受要素１の運転の結果として上に重なる滑り層４または滑り塗料層５において障害が起こる場合に、軸受要素１に減摩特性を与えるために用いられることは知られており、こうして、軸受金属層３は、少なくとも殆ど直接的に例えば軸などのはめ込もうとする部品に接触することになる。このようにして、軸受要素１には、軸受要素１を用いることの結果として摩耗から生じる硬い粒子を埋め込むための能力が与えられる。硬い粒子は、アルミニウム合金に必要な機械的強度を与える。

特にスズ、ビスマス、インジウム、鉛またはアルミニウムの基本成分を有する合金、および高い鉛含量基本成分またはＣｕＰｂまたはＡｌＳｎまたはＡｌＢｉ基本成分を有する合金は、軸受金属層３を形成するために適する。特に、高いスズ含有スズ系合金は有利である。鉛なし銅系合金は、また、用いることができる。

銅系軸受金属は、例えば、ＣｕＰｂ２２Ｓｎ２、ＣｕＰｂ１０Ｓｎ１０、ＣｕＰｂ１５Ｓｎ７、ＣｕＳｎ６、ＣｕＳｎ４Ｚｎである。特に、ＣｕＡｌ、ＣｕＳｎ、ＣｕＺｎ、ＣｕＺｎＳｎおよびＣｕＢｉ基本成分を有する鉛なし銅合金は、それらが一層環境に優しくあるので有利である。

用いることができるスズ系軸受金属は、例えば、Ｓｎ８Ｃｕ４、ＳｎＳｂ１２、Ｃｕ_６Ｐｂである。
用いることができる鉛系金属は、例えば、ＰｂＳｂ１０Ｓｎ６、ＰｂＳｂ１５Ｓｎ１０、ＰｂＳｂ１５ＳｎＡｓである。
アルミニウム系軸受金属は、例えば、ＡｌＳｎ４０、ＡｌＳｎ２０、ＡｌＳｎ２５、ＡｌＳｎ１０、ＡｌＳｎ６などを形成することができる。

例えばＡｌＺｎ４ＳｉＰｂなどのＡｌＺｎ基本成分、または例えばＡｌＳｉ１１ＣｕＭｇＮｉなどのＡｌＳｉ基本成分、または例えばＡｌＳｎ２０Ｓｉ４などのＡｌＳｎＳｉ基本成分を有する軸受金属を用いることも、また可能である。

軸受金属層３は、例えば、従来技術から公知のようにメッキなどによる直流通電的に保護層２上に塗布することができる。

滑り層４は、例えばアルミニウム合金からのスパッタリング法によって、この２層または多層構造上に蒸着される。勿論、従来技術から公知の他の合金または金属、例えば、合金要素として鉛および／またはビスマスおよび／またはインジウムおよび／またはスズを有するアルミニウム系合金、銅系、鉛および／またはビスマスおよび／またはインジウムおよび／またはスズを有する銀系合金、または銀−鉛−合金などは、従来からこの目的のためにスパッタリング法で用いられているように蒸着することができる。用いることが可能である合金の一覧は網羅的ではなく、勿論、前述のもの以外の他の合金または混合物は用いることができ、そのために、特に好ましい鉛なしの合金が用いられる。

スパッタリング法は公知であるので、本明細書において関連文献を参照する。

この種類の合金は、５０重量％〜９０重量％間範囲、例えば５５重量％〜８０重量％間範囲、好ましくは６０重量％〜７９重量％間範囲、特に６４重量％〜７０重量％間範囲のアルミニウムを含有することができると共に、５重量％〜４５重量％間範囲、例えば１０重量％〜３９重量％間範囲、好ましくは１２重量％〜３２重量％間範囲、特に１７重量％〜２０重量％間範囲のスズを含有することができる。例えばマンガン、鉄またはコバルトなどの他の合金要素は、勿論、特定合金相、例えば硬い材料を形成するために含むことができる。

さらなる合金要素は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｇであるであろう。

構造保護層２、軸受金属層３および滑り層４を有するこの種類の滑り軸受は、既に従来技術から公知であり、不要な重複を避けるために本明細書において関連文献を参照する。軸受金属層３の組成物が滑り層４のそれとは異なることは、唯一留意されるべきである。

本発明により滑り塗料層５は滑り層４上に塗布される。後者はスプレッディング法または噴霧法などにより塗布することができる。

好ましくは、軸受要素１の個々の層は、直接互いの上部上に、すなわち、軸受金属層３を直接保護層２上に、および／または滑り層４を直接軸受金属層３上に、および／または滑り塗料層５を直接滑り層４上に塗布される。例えば、個々の層の接着強度が十分でない場合、後者の間に、すなわち、例えば、保護層２と軸受金属層３、および／または軸受金属層３と滑り層４、および／または滑り層４と滑り塗料層５の間に、例えば、例えばアルミニウムなどの純粋金属または例えばＡｌＺｎ４．５などの合金製の結合層の形態をとるか、または、個々の層間の個々の合金部品の拡散を防止するために障壁層例えばニッケルダムの形態さえとる追加の機能層を配置することは、勿論本発明の範囲内で可能である。これらの層は、また、従来技術から公知であり、この時点でさらに検討する必要はない。

滑り塗料層５は、好ましくは、既に上で説明したように、大部分熱可塑性樹脂からなる。例えば、ポリアミドイミド樹脂は、熱可塑性樹脂すなわち前述の熱可塑性樹脂の少なくとも一つとして用いることができる。樹脂は、少なくとも一つの溶媒、特に例えばキシロールなどの有機溶媒中に存在することができ、それによって、その処理可能性は改善することができる。溶媒の量は、樹脂、すなわち溶媒を含む樹脂の割合に対して、下限４０重量％〜上限８０重量％、特に下限５０重量％〜上限７０重量％、好ましくは下限６０重量％〜上限６５重量％範囲から選択することができる。従って、乾燥樹脂、特にポリアミドイミド樹脂の割合は、下限２０重量％〜上限５０重量％、特に下限３０重量％〜上限４０重量％、好ましくは下限３５重量％〜上限３７．５重量％範囲から選択することができる。これに関連して、本発明により塗布される滑り塗料層５は、例えば、３５重量％ポリアミドイミド樹脂の乾燥組成物、４５重量％のＭｏＳ_２および２０重量％のグラファイトを有することができるか、または所定の値から計算される乾燥組成物は、滑り塗料層５の個々の内容物に対して変動する。

特に好ましい前記滑り塗料層は、潤滑剤および／または硬い材料の形態をとる少なくとも一つのさらなる添加剤を有する。例えば、このように潤滑を増大させるために、特に所定量範囲において２硫化モリブデンおよび／またはグラファイトをポリアミドイミド樹脂と混合することは可能である。

滑り塗料層５の組成物、すなわち滑り塗料層５用の熱可塑性樹脂に関する不要な重複を避けるために、上述の説明に対して文献を参照する。

例えば、図１の点線により示されるような滑り軸受半殻として−および完全な軸受として、または座金または軸受ブッシュとして、または一般にラジアルまたはアクシアル軸受として図１に示されるように設計することができる本発明による軸受要素１は、主として半流動性摩擦領域（ストライベック曲線による）中で用いられる。例えば、エッジなどがはめ込もうとする要素、例えば軸の表面上に形成される場合、これはいわゆる境界摩擦領域に対する変位をもたらすことができる。本発明による軸受要素１、すなわち、その滑り塗料層５によって、特に該滑り塗料層５が異方性機械的性質を有する場合、摩擦をさらに好ましい半流動性摩擦領域中にもどすことは可能である。この場合、従来型の滑り要素、または、一種の雪崩効果が潤滑間隙の減少により起こるように、柔らかい金属粒子が中で一点での分解により除去され、滑り層の違った点では柔らかい相粒子の親和性のせいで一緒に堆積する傾向にある、例えばスズなどの柔らかい金属を有する滑り層による軸受要素とは違って、該ＭｏＳ_２粒子が互いに対する親和性を全く持たないので、板状体様性質を有するＭｏＳ_２を用いることは好ましい。本発明によるこの理由により、潤滑剤、例えばこの親和性を示さないＭｏＳ_２を含有する滑り塗料が、好ましくは用いられる。

さらに、好ましくは、板状体様潤滑剤が前述の理由により用いられる。しかし、本発明の目的がまた異なる潤滑剤によって達成されるので、たとえ互いに親和性のない板状体様滑り粒子の使用が軸受要素１の特性を改善するとしても、それが絶対的に必要であるということでないことは、指摘されるべきである。

摩耗または腐食により除去される滑り塗料層５（該層はまた運転開始層としても機能する）の粒子は、従って、もはやそれら自身を基部に結びつけることはなく、且つ粒子は引きずり回されることもなく、このことはほぼ一定の潤滑間隙を軸受要素１の寿命全体にわたって提供することができることを意味する。

滑り塗料層５が下限２０ＨＶ〜上限４５ＨＶ、または下限２２ＨＶ〜上限３５ＨＶ、特に下限１５ＨＶ〜上限３０ＨＶの範囲から選択されるビッカース硬度を有することは、また可能である。このようにして、滑り塗料層５は十分な強度ならびに潤滑能力を与えられる。

潤滑層４は、好ましくは、下限６０ＨＶ、特に９０ＨＶ〜上限２００ＨＶ、特に１３０ＨＶの範囲から選択されるビッカース硬度を有する。

潤滑塗料層５の表面が、下限０．０２μｍ〜上限１．５μｍ、または下限０．５μｍ〜上限１μｍ、特に下限０．８μｍ〜上限０．９μｍの範囲から選択される、ＤＩＮ・ＥＮ・ＩＳＯ４２８７による算術平均粗さＲａを有することは、また可能である。さらに、潤滑剤塗料または潤滑塗料層５の前記表面は、下限０．５μｍ〜上限１０μｍ、または下限３μｍ〜上限８μｍ、特に下限５μｍ〜上限６μｍの範囲から選択される、ＤＩＮ・ＥＮ・ＩＳＯ４２８７による最大粗さプロフィールＲｚを有する。滑り塗料層５のこの種類の輪郭により、潤滑間隙または油間隙の形成は極めて均一である。

最後に、形式上、軸受要素１の構造のより良い理解のために、後者およびその部品は、全体として一定の比率に拡大して表現されているのではなく、サイズは拡大されるかおよび／または縮小されていることは留意される。

滑り軸受半殻の形態をとる本発明の軸受要素を示す。

符号の説明

１軸受要素
２保護層
３軸受金属層
４滑り層
５滑り塗料層

Claims

保護層（２）、保護層（２）上に塗布される軸受金属層（３）および軸受金属層（３）上にスパッタリングにより成膜される滑り層（４）を含む軸受要素（１）において、滑り塗料層（５）が滑り層（４）上に塗布されることを特徴とする軸受要素（１）。
滑り塗料層（５）が異方性機械的性質を有することを特徴とする、請求項１に記載の軸受要素（１）。
滑り塗料層（５）がその主要成分として少なくとも一つの熱可塑性樹脂を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の軸受要素（１）。
少なくとも一つの熱可塑性樹脂が、ポリイミド、特に芳香族のもの、ポリアミドイミド、特に芳香族のもの、必要ならばイソシアネートにより改質されたポリアリールエーテルイミド、フェノール樹脂、ポリアリールエーテル・エーテルケトン、ポリアミド、特に芳香族のもの、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、例えばポリフルオロアルコキシ・ポリテトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン・テトラフルオロエチレン、フッ素添加エチレンプロピレンコポリマー、２フッ化ポリビニリデン、フッ化ビニル樹脂などのフッ素含有樹脂、アリレンサルファイド、ポリトリアゾ・ピロメリットイミド、ポリエステルイミド、ポリアリールサルファイド、ポリビニルサルファイド、ポリスルホン、ポリアリールスルホン、ポリアリールオキシド、それらの混合物およびコポリマーを含む群から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の軸受要素（１）。
滑り塗料中の樹脂の割合が下限３０重量％〜上限９５重量％範囲から選択されることを特徴とする、請求項３または４に記載の軸受要素（１）。
熱可塑性樹脂が、例えば、ＭｏＳ_２、ｈ−ＢＮ、ＷＳ_２、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ合金、ＣＦ_２、ＰｂＦ_２、例えばＣｒＯ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４などの硬い材料、クレー、タルク、ＴｉＯ_２、ムライト、ＣａＣ_２、Ｚｎ、ＡｌＮ、Ｆｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｂ、Ｎｉ_２Ｂ、ＦｅＢ、例えば、ＺｎＳ、Ａｇ_２Ｓ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＳ_２、Ｓｂ_２Ｓ_３、ＰｂＳ、Ｂｉ_２Ｓ_３、ＣｄＳなどの金属硫化物、繊維、特に、例えばガラス、炭素、チタン酸カリウム、ウイスカ、例えばＳｉＣ、例えばＣｕまたは鋼製の金属繊維などの無機繊維、ならびにそれらの混合物などの潤滑剤を含む群から選択される少なくとも一つの添加剤を含有することを特徴とする、請求項３〜５の一つに記載の軸受要素（１）。
滑り塗料層（５）が板状体様性質を有する少なくとも一つの添加剤を含有することを特徴とする、請求項１〜６の一つに記載の軸受要素（１）。
添加剤が下限５％〜上限３０％範囲から選択される割合で添加されることを特徴とする、請求項６または７に記載の軸受要素（１）。
少なくとも一つの添加剤が下限０．５μｍ〜上限２０μｍ範囲から選択される粒径を有することを特徴とする、請求項６〜８の一つに記載の軸受要素（１）。
少なくとも一つの添加剤が、下限１０μｍ〜上限４０μｍ範囲から選択される平均粒子長さ、および／または下限１０μｍ〜上限４０μｍ範囲から選択される平均幅、および／または下限２ｎｍ〜上限２０ｎｍ範囲から選択される平均高さを有する２硫化モリブデンにより形成されることを特徴とする、請求項６〜９の一つに記載の軸受要素（１）。
少なくとも一つの添加剤が下限２μｍ〜上限８μｍ範囲から選択される粒径を有するグラファイトにより形成されることを特徴とする、請求項６〜１０の一つに記載の軸受要素（１）。
滑り塗料層（５）が下限２μｍ〜上限４０μｍ範囲から選択される層厚さを有するように設計されることを特徴とする、請求項１〜１１の一つに記載の軸受要素（１）。
滑り塗料が、そのために溶媒を有するポリイミド樹脂の割合が下限６０％〜上限８０％の範囲から選択され、ＭｏＳ_２の割合が下限１５％〜上限２５％の範囲から選択され、およびグラファイトの割合が下限５％〜上限１５％の範囲から選択される、ポリイミド樹脂、特にポリアミドイミド樹脂、２硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）およびグラファイトを含むことを特徴とする、請求項１または２の一つに記載の軸受要素（１）。
ＭｏＳ_２対グラファイトの比率が下限１．５：１〜上限４．５：１の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１３に記載の軸受要素（１）。
滑り層（４）が下限１０μｍ〜上限３０μｍ範囲から選択される層厚さを有するように設計されることを特徴とする、請求項１〜１４の一つに記載の軸受要素（１）。
滑り層（４）の層厚さ対滑り塗料層（５）の層厚さの比率が下限２：１〜上限５：１の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１〜１５の一つに記載の軸受要素（１）。
軸受金属層（３）の層厚さ対滑り層（４）の層厚さの比率が下限７：１〜上限１５：１の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１〜１６の一つに記載の軸受要素（１）。
保護層（２）の層厚さ対軸受金属層（３）の層厚さの比率が下限７：１〜上限１５：１の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１〜１７の一つに記載の軸受要素（１）。
個々の層が少なくとも不純物を除き鉛なしであることを特徴とする、請求項１〜１８の一つに記載の軸受要素（１）。
該軸受要素が滑り軸受半殻または軸受ブッシュまたは座金として設計されることを特徴とする、請求項１〜１９の一つに記載の軸受要素（１）。
保護層（２）、保護層（２）上に塗布される軸受金属層（３）、軸受金属層（３）上に塗布される滑り層（４）を有する軸受要素（１）を製造する方法であって、必要ならば保護層（２）上への結合層および／または拡散障壁層の塗布後に直流通電的方法でまたはメッキにより軸受金属層（３）が保護層（２）上に塗布され、必要ならば軸受金属層（３）上への結合層および／または拡散障壁層の塗布後にスパッタリング法により滑り層（４）が軸受金属層（３）上に凝結される、軸受要素（１）の製造方法において、滑り塗料層（５）が滑り層（４）上に塗布されることを特徴とする軸受要素（１）の製造方法。
滑り塗料層（５）が請求項２〜１４に記載の滑り塗料層（５）の態様により形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
滑り層（４）が下限１０μｍ〜上限３０μｍの範囲から選択される層厚さを有することを特徴とする、請求項２１または２２に記載の方法。