JP3623741B2 - すべり軸受及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【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、銅系合金またはアルミニウム系合金からなる軸受合金層のすべり面側の表面に、厚さが５μｍ以下の、固体潤滑剤を含有した熱硬化性樹脂からなる接着層を設け、この接着層上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ＰＢＩ樹脂の物性が示されている。熱可塑性樹脂であるＰＢＩは、従来用いられている熱硬化性樹脂（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】
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１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】
また、請求項１の発明は、前記接着層は固体潤滑剤を含有していることも特徴としている。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。
【００１０】
請求項２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。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１のすべり軸受の製造方法において、銅系合金またはアルミニウム系合金からなる軸受合金層の表面を粗面化し、その表面に、固体潤滑剤を含有した熱硬化性樹脂からなる接着層材料を塗布し、加熱硬化させることにより厚さが５μｍ以下の接着層を形成し、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。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。
【００１２】
【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、Ａｌ２Ｏ３）、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。
【００１３】
以下、実施例に基づき、本発明を説明する。
＜参考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、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。
【００１４】
＜本発明のすべり軸受及びその製造方法＞
次に、本発明において、上記した参考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。
【００１５】
参考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、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、参考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、軸受合金層表面に接着層を介して形成される。
【００１６】
本発明の樹脂表面層組成物の配合割合は、ＰＢＩ樹脂を２０〜９５体積％、固体潤滑剤を５〜８０体積％とする。さらに５体積％以下の硬質粒子、１０体積％以下の軟質金属を添加することができる。ＰＢＩ樹脂が２０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、８０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。
【００１７】
（実施例）
以下、本発明を実施例及び参考例、比較例に基づいて、更に具体的に説明する。
＜参考例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の参考例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、参考例１〜６及び比較例２１は３５０℃、比較例１３〜２０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。
【００１８】
＜参考例７〜９、実施例１〜３＞
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の参考例７〜９、実施例１〜３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。
【００１９】
図１に参考発明（参考例１〜６)に対応するすべり軸受の断面図を、図２に本発明（実施例１〜３）及び参考例７〜９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、参考例による樹脂表面層を設けた参考例品と、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。
【００２０】
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。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】
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、参考例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参考例２〜６の方が優れている。これは、ＰＡＩ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。
【００２６】
また、参考例２と参考例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、参考例２が３．４６ｍｍ３ であるのに対し、参考例７では２．７４ｍｍ３と小さくなっており、参考例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。参考例３と参考例８、参考例６と参考例９とを比較しても同様なことが言える。
【００２７】
実施例１〜３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。
【００２８】
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】参考発明（参考例１〜６）に対応するすべり軸受の断面図
【図２】本発明（実施例１〜３）及び参考例７〜９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。

Claims (3)

  1. 銅系合金またはアルミニウム系合金からなる軸受合金層のすべり面側の表面に、厚さが５μｍ以下の、固体潤滑剤を含有した熱硬化性樹脂からなる接着層を設け、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。
  2. 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記載のすべり軸受。
  3. 銅系合金またはアルミニウム系合金からなる軸受合金層の表面を粗面化し、その表面に、固体潤滑剤を含有した熱硬化性樹脂からなる接着層材料を塗布し、加熱硬化させることにより厚さが５μｍ以下の接着層を形成し、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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