JP3715512B2

JP3715512B2 - 複層摺動材料

Info

Publication number: JP3715512B2
Application number: JP2000164433A
Authority: JP
Inventors: 京子カジ; 拓也田中; 伸隆平松; 隆之柴山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: JP2001343022A; KR100685546B1; CH695221A5; CN1194178C; KR20010109478A; CN1327131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摺動面に固体潤滑剤を含有する保護層をコーティングした複層摺動材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば舶用エンジンや自動車用エンジンのクランクシャフト用の軸受には、鋼板製の裏金上にＣｕ系軸受合金やＡｌ系軸受合金を接合したすべり軸受が使用されている。このエンジン用すべり軸受では、なじみ性や耐摩耗性などの向上を目的に、軸受表面に保護層をコーティングすることが行われてきている。
【０００３】
例えば特開２０００−２７８６８号公報には、舶用エンジンのすべり軸受において、軸受表面に自己潤滑性を有するテトラフルオロエチレンをコーティングすることが開示されている。また、特開昭５８−１０８２９９号公報には、自動車用エンジンのすべり軸受において、軸受表面にグラファイトや二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤とフェノール樹脂やエポキシ樹脂などのバインダとからなる保護層をコーティングすることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記フェノール樹脂或いはエポキシ樹脂はいずれも熱硬化性樹脂であるが、熱硬化性樹脂は硬いため、なじみ性に劣る。特にエンジン始動時の無潤滑に近い条件下では、クランクシャフトとの摺動摩耗によって生じた摩耗粉が保護層を傷付け、早期に摩耗させることがある。
【０００５】
これを防止するには、保護層を軟質な熱可塑性樹脂、例えばテトラフルオロエチレンにより構成することが考えられる。しかしながら、熱可塑性樹脂は軟らかいため、耐摩耗性に劣る。また、クランクシャフトが撓んですべり軸受の端部に局部当たりすると、１０μｍ程度に極く薄くコーティングされた熱可塑性樹脂が局部当たり部分で更に薄く延ばされた状態となって早期に摩耗し、その結果、軸受合金とクランクシャフトとが金属接触して焼き付きを生ずるという危険性がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、保護層の摩耗粉による早期摩耗や相手材の局部当たりによる焼き付きを防止できる複層摺動材料を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、保護層を、固体潤滑剤と、それぞれ極性溶媒に可溶な熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を極性溶媒に溶かした後に当該極性溶媒を蒸発させることによって形成したバインダとにより構成したことを特徴とする。この構成によれば、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂は溶媒に溶かされると、分子に近い極く微細な単位で渾然と混じり合い、バインダとしては、熱可塑性樹脂の性質と熱硬化性樹脂の性質との中間の性質を持つようになる。
【０００８】
このため、相手材が局部当たりしても、保護層は展延され難く、且つ強度も比較的強いので、早期に摩耗して軸受合金層と相手材とが金属接触する危険性を効果的に防止できる。また、バインダは適度な硬さであるため、良好ななじみ性も維持でき、バインダが相手材との摺動によって摩耗した場合、その摩耗粉によって保護層の表面が深く傷付けられ、早期に摩耗することも防止できる。
この場合、前記保護層における前記固体潤滑剤の含有率を、全組成１００容量％に対し、８０容量％以下に定めた。固体潤滑剤は保護層の摩擦係数を下げる効果を有する。固体潤滑剤が８０容量％を越えると、バインダとして機能する熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の割合が少なくなり、固体潤滑剤を保持できず、保護層の強度低下をもたらして耐摩耗性が低くなるからである。
また、熱可塑性樹脂の割合を、熱硬化性樹脂１００容量部に対し、１〜１００容量部とした。その理由は、熱可塑性樹脂が１容量部未満では、バインダが熱硬化性樹脂の性質に極く近くなり、なじみ性に劣り、摩耗粉による早期摩耗が起きやすくなる。また、１００容量部を越えると、バインダが熱可塑性樹脂の性質に近くなって、保護層の硬さが低くなり、その結果、耐摩耗性が低下すると共に、相手材の局部当たりによる金属接触が起き易くなる。
【０００９】
請求項２の発明では、保護層に全組成１００容量％に対し、５容量％以下の硬質粒子を含有した。硬質粒子は保護層の耐摩耗性を向上させる。５容量％を越えると、相手材へのアタック性が強まり、相手材を傷付けたり、相手材の傷による保護層の摩耗が発生したりする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を舶用エンジンのクランクピン用のすべり軸受に適用した一実施例につき図面を参照しながら説明する。
図３には舶用エンジンのクランクシャフトのクランクピン用軸受装置が示されている。このクランクピン用軸受装置１は、軸受ハウジング２にすべり軸受３を配設してなる。軸受ハウジング２は、クランクロッド４に設けられた上部ハウジング５と、この上部ハウジング５の下部に取り付けられた下部ハウジング６とから構成されている。また、すべり軸受３は図２に示すように半円筒状に形成された２個のすべり軸受（以下、半割軸受）７を上下に突き合わせて構成されている。
【００１３】
上記半割軸受７は、図１に示すように、鋼板製の裏金８上にＡｌ系軸受合金からなる合金層９を被着し、更にこの合金層９の表面（軸受面）に保護層１０をコーティングしてなる。なお、保護層１０はスプレー、ローラ塗り、刷毛塗りなど適宜のコーティング手段によって被着したものである。
【００１４】
保護層１０は、固体潤滑剤と、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂からなるバインダとからなり、その厚さは５〜４０μｍとなっている。望ましくは１０〜３０μｍである。この保護層１０を構成する固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、グラファイト（以下、Ｇｒ）などが用いられる。また、熱可塑性樹脂としては、ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡＣ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰ）などの極性溶媒に可溶なポリエーテルサルフォン（以下、ＰＥＳ）などが用いられ、熱硬化性樹脂としては、同じく極性溶媒に可溶なポリアミドイミド（以下、ＰＡＩ）、エポキシ（以下、ＥＰ）などが用いられる。
【００１５】
次に半割軸受７の製造方法を説明する。まず、裏金８になる鋼板上に接合用のＡｌ合金とＡｌ系軸受合金板とを重ねてロール圧延法により圧接して合金層９を形成し、鋼板上に合金層を被着したバイメタルを製造する。このバイメタルから所定寸法の小片を形成し、この小片を半円筒状に曲げてコーティング前の中間製品を形成する。この後、中間製品に所定の機械加工を施した後、脱脂、酸洗いなどの前処理を施す。
【００１６】
一方、ＤＭＡＣ、ＮＭＰなどの極性溶媒に、ＰＴＦＥ、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、Ｇｒなどの固体潤滑剤、場合によってはＴｉＯ_２などの硬質粒子、ＰＥＳなどの熱可塑性樹脂、ＰＡＩ、ＥＰなどの熱硬化性樹脂を加え、混合撹拌して分散液を製造する。熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂は溶媒中に溶けて分子に近い極く微細な単位で混じり合った状態となる。この場合、固体潤滑剤は８０容量％以下、熱可塑性樹脂の割合は熱硬化性樹脂１００容量部に対して１〜１００容量部とすることが好ましい。また、硬質粒子を加える場合には、その硬質粒子は５容量％以下であることが好ましい。
【００１７】
そして、上記前処理後の中間製品を１２０℃に加熱し、分散液をスプレー法によって中間製品の合金層９上に塗布する。その後、中間製品を１８０℃に加熱して分散液を乾燥、焼成する。この焼成により、溶媒は蒸発し、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂からなるバインダと固体潤滑剤や硬質粒子を含んだ保護層１０が合金層９表面に強固に被着された半割軸受７が得られる。この時、保護層１０の厚さは２０μｍである。
【００１８】
次の表１は本実施例による保護層１０を被着したすべり軸受と従来の保護層を被着したすべり軸受とについて、摩擦係数を測定すると共に、摩擦・摩耗試験、焼付試験を実施した結果を示す。なお、表１においてバインダ欄の括弧内の数値は熱硬化性樹脂に対する熱可塑性樹脂の容量比である。
【００１９】
また、摩擦・摩耗試験はスラスト型試験機を用いて表２に示す条件で行い、運転開始から２時間後の摩耗量を測定した。摩擦係数は試験終了時の摩擦係数を示した。焼付試験は同じくスラスト型試験機を用いて表３に示す条件で行い、軸受面圧を３ＭＰａずつ高めていって各軸受面圧毎に０．５時間運転し、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ときの軸受面圧を焼付荷重とした。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【表３】

【００２３】
上記表１から明らかなように、実施例品の方が比較例品に比べて、摩擦係数、耐摩耗性、非焼付性のいずれも優れていることが理解される。
比較例品２、４、５、７と実施例品９、１０はバインダである樹脂量は同じ４０容量％含有しているが、比較例品２、４、７は熱硬化性樹脂だけを４０容量％、比較例品５は熱可塑性樹脂だけを４０容量％含有しているのに対し、実施例品９、１０は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とをそれぞれ２０容量％ずつ、合計で４０容量％含有している。
【００２４】
そして、摩耗量が比較例品２、４、５、７では１６〜１８μｍであるが、実施例品９、１０では１０〜１４μｍと少なく、また焼付荷重も比較例品２、４、５、７では９〜１５ＭＰａであるが、実施例品９、１０では１８〜２１ＭＰａと大きくなっており、実施例品の方が優れている。
【００２５】
また、比較例品１と実施例品８とを対比すると、両者の樹脂量は共に総量で８０容量％であるが、比較例品１は熱硬化性樹脂だけを８０容量％含有しているのに対し、実施例品８は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とをそれぞれ６０容量％、２０容量％ずつ含有している。そして、比較例品１と実施例品８とは耐摩耗性において同等であるが、非焼付性については実施例品８の方が優れている。
【００２６】
次に、バインダとしての樹脂の含有量についてであるが、比較例品３では固体潤滑剤の含有量が９０容量％と多いため、バインダは１０容量％しか含有していない。このため、バインダによる固体潤滑剤の結合性が悪く、強度不足となり、摩耗量は２０μｍを越えている。これに対し、実施例品８〜１１では、固体潤滑剤はいずれも８０容量％以下であるため、バインダによる固体潤滑剤の結合が良好に行われることから、摩耗量が少ない。
【００２７】
また、実施例品８〜１１において、熱可塑性樹脂（ＰＥＳ）の割合が、熱硬化性樹脂（ＰＡＩ、ＥＰＳ）１００容量部に対して２．６〜１００容量部で、耐摩耗性、非焼付性のいずれについても良好なる結果を得ている。なお、熱可塑性樹脂の割合は、熱硬化性樹脂１００容量部に対して１〜１００容量部が良好なる耐摩耗性、非焼付性を得ることができる好ましい範囲であることが分かる。
【００２８】
また、比較例品２と６とを対比すると、硬質粒子の添加は耐摩耗性、非焼付性の向上に効果があることが分かる。そして、比較例品６と実施例品１１との対比により、硬質粒子を添加することに加えて、バインダを熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とから構成すると、更に耐摩耗性、非焼付性の向上を図り得ることが理解される。
【００２９】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
固体潤滑剤はＰＴＦＥ、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、Ｇｒに限らない。
熱可塑性樹脂はＰＥＳに限らない。
熱硬化性樹脂はＰＡＩ、ＥＰに限らない。
【００３０】
本発明の適用は舶用エンジンの軸受に限らず、ポリエステル系樹脂、ビニル系樹脂ま可能である。
硬質粒子はＴｉＯ_２に限らず、ＡｌＯ_３、ＢＮ、ＳｉＯ_４も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すすべり軸受の断面図
【図２】すべり軸受の斜視図
【図３】舶用エンジンのクランクの部分的な断面図
【符号の説明】
図中、１はクランクピン用軸受装置、３はすべり軸受、７は半割軸受、８は裏金、９は合金層、１０は保護層である。

Claims

軸受合金層の表面を保護層により被覆してなる複層摺動材料において、
前記保護層を、
固体潤滑剤と、それぞれ極性溶媒に可溶な熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を前記極性溶媒に溶かした後に当該極性溶媒を蒸発させることによって形成したバインダとにより構成し、
前記保護層における前記固体潤滑剤の含有率を、全組成１００容量％に対し、８０容量％以下に定め、前記熱可塑性樹脂の割合を、前記熱硬化性樹脂１００容量部に対し、１〜１００容量部に定めたことを特徴とする複層摺動材料。
前記保護層には、全組成１００容量％に対し、５容量％以下の硬質粒子が含有されていることを特徴とする請求項１記載の複層摺動材料。