JP3733539B2 - すべり軸受材料 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関のすべり軸受に関するものであり、さらに詳しく述べるならばアルミニウム軸受合金の表面に、固体潤滑剤を樹脂で結合したコーティング層を形成したすべり軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、特開平4−83914号公報において、アルミニウム系軸受合金の表面に、MoS2 ,WS2 ,グラファイトなどの固体潤滑剤90〜55重量%及びポリイミド系バインダ10〜45重量%からなるコーティング層を形成したすべり軸受を提案した。この公報の実施例では、アルミニウム系軸受合金の表面は、アルカリエッチング及び酸洗により粗さが4.5μmRzに調整されている。また、明細書中の説明ではコーティング層の厚みは1〜25μmであると記述されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前掲公開公報の方法では、密着性を高めるために粗面化したアルミニウム合金表面に形成されたコーティング層の表面粗さが6μmRz程度となった。さらに、コーティング層の厚みが10μmを超えると耐焼付性及び耐摩耗性が、コーティング層なしのアルミニウム系軸受合金より劣化することが分かった。
【0004】
また、前掲公開公報の方法ではアルミニウム系軸受合金の表面を粗面化しない場合に、実用的摺動性能が得られるコーティング層の条件は開示されていない。本発明者らは、表面が比較的平滑なアルミニウム系軸受合金に種々の条件のコーティング層を形成し、摺動特性を調べたところ、固体潤滑剤が性能を発揮するためには、樹脂コーティング層表面の粗さに依存する初期摩擦及びその厚みに依存する摩耗挙動を適切に制御する必要があることが分かった。
したがって、本発明は、固体潤滑剤を含有するコーティング層と比較的表面が平滑なアルミニウム系軸受合金を含んでなるすべり軸受の摺動性能を向上することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面粗さが1.0μm以上〜4.3μmRz以下の範囲のアルミニウム系軸受合金の表面に、固体潤滑剤98〜55重量%及び熱硬化性樹脂2〜45重量%からなり、膜厚が2〜10μmであり、かつ表面粗さが5μmRz以下であるコーティング層を設けたすべり軸受材料を提供するものである。
【0006】
本発明において、アルミニウム系軸受合金の表面粗さを4.3μmRz以下とした理由は、本出願人の前掲特開平4−83914号公報では具体的には開示されていない比較的平滑な表面を有するアルミニウム系軸受合金をコーティング層付きすべり軸受として実用可能にし、またコーティング層表面の粗さを小さくするためである。表面粗さが1.0μmRz未満であるとコーティング層の密着力が低下する。好ましい表面粗さは2〜4μmRzである。
アルミニウム系軸受合金がかかる表面粗さをもつようにするには、通常の圧延材を脱脂洗浄するかあるいはその後酸又はアルカリで軽度のエッチングを行えばよい。
【0007】
コーティング層の膜厚が2μm未満であると、なじみ性改良の効果がなくなる。逆にコーティング層の膜厚が10μmを超えると、コーティング層の摩耗が多くなりすべり軸受の表面輪郭が相手軸と同心円状になる結果油膜の作用が弱まるために、耐焼付性が劣化する。したがって、コーティング層の膜厚は2〜10μmの範囲内であることが必要であり、好ましくは3〜8μmであり、より好ましくは4〜6μmである。
【0008】
また、コーティング層はその表面粗さが5μmRzを超えると、摩擦係数が高くなりまた流体潤滑が妨げられるので、5μmRz以下であることが必要である。好ましい表面粗さは3μmRz以下、より好ましくは2μmRz以下である。
【0009】
固体潤滑剤には、MoS2 ,WS2 ,グラファイト、BNなどを使用することができる。これらの固体潤滑剤は摩擦係数を低くかつ安定にする作用とともになじみ性を有する。樹脂コーティング層の粗さを小さくするためには平均粒径が2μm以下、特に1μm以下の微粒の固体潤滑剤を使用することが好ましい。固体潤滑剤がコーティング層内で55重量%未満であると、摩擦特性が優れず焼付が起こり易い。一方固体潤滑剤が98重量%を超えるとコーティング層の密着力が不足する。固体潤滑剤としてはMoS2 が好ましく、またその量は70〜96重量%、特に80〜90重量%であることが好ましい。
また、すべり軸受を内燃機関に組み付けた初期に急激に全負荷を加えることが必要な場合は、コーティング層にMoS2 を90〜98%含有せしめなじみ性を向上させることが好ましい。
【0010】
熱硬化性樹脂としては、ポリイミド系、エポキシ、フェノール樹脂などを使用することができる。ポリイミド系樹脂としては、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド又は芳香族ポリアミドイミドあるいはこれらのジイソシアネート変性、BPDA変性、スルホン変性樹脂のワニスなどを使用することができる。熱硬化性樹脂は、固体潤滑剤を結合するとともに、軸により削られなじみ性を発揮し、さらに腐食に対して極めて安定である。
【0011】
本発明においてアルミニウム系軸受合金は特に組成が限定されないが、好ましくは、10重量%以下のCr,Si,Mn,Sb,Sr,Fe,Ni,Mo,Ti,W,Zr,V,Cu,Mg,Znなどと、20重量%以下のSn,Pb,In,Tl,Biの1種又は2種以上を含有する合金を好ましく使用することができる。前者の群の元素は主として強度、耐摩耗性を付与し、後者の群の元素は主としてなじみ性を付与する。前者と後者を組合わせ使用することが好ましい。
【0012】
以下、コーティング層の形成方法を説明する。
被処理物であるアルミニウム系軸受合金をすべり軸受形状のライニングに加工した後、苛性ソーダなどのアルカリ処理液において脱脂処理し、続いて水洗及び湯洗を行い表面に付着したアルカリを除去する。表面粗さはライニング加工、アルカリ処理条件にて調整される。湯洗後温風乾燥し、適当な稀釈剤で稀釈した固体潤滑剤と樹脂をスプレーでライニング上に塗布し、150〜300℃で乾燥・焼成する。成膜後の表面粗さが粗い時はバフ等による平滑処理を行う。スプレー法の他にタンブリング法、浸漬法、はけ塗り法、印刷法などの方法によりコーティング成膜することができる。
なお、本出願人の特開平4−78319号公報で開示されたように、材質が異なる2以上の層によりコーティング層を形成してもよい。
【0013】
【作用】
従来は、固体潤滑剤を樹脂で結合したコーティング層はアルミニウム系軸受合金より軟質であるためになじみ性に優れ、迅速に流体潤滑状態をもたらすと考えられていたが、その後の研究により以下のことが判明した。
(イ)なじみ性はコーティング層中の固体潤滑剤が多いとより良好になる。
(ロ)コーティング層が厚くなると摩耗が多くなり、またなじみに必要以上の摩耗が起こる結果、軸受表面は相手軸と同心円状になり耐焼付性が劣化する。図2は、MoS2 85重量%、PAI(ポリアミドイミド)15重量%よりなり、表面粗さが2.5μmRzのコーティング層は膜厚が約5μmを超えると耐焼付性が低下することを示す。
(ハ)コーティング層が薄くなるとその表面粗さは下地であるアルミニウム系軸受合金の粗さを再現する傾向が著しくなる。下地粗さを再現する薄いコーティング層はなじみ性が優れない。この結果流体潤滑が妨げられ、摺動特性はコーティング層なしのアルミニウム系軸受合金よりも悪化する。図3は、図2と同一組成でかつ膜厚が5μmのコーティング層の表面粗さRzと共に耐焼付性が低下することを示す。
本発明は、これらの発見に基づいて、コーティング層を薄くしかつ下地とコーティング層の粗さを制御する技術を提供するものである。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【0014】
【実施例】
図1は、裏金(SPCC、厚み1.2mm鋼板)1と厚みが0.3mmのアルミニウム系軸受合金(Al−12Sn−1.8Pb −1.0Cu −3.0Si −0.3Cr )2から構成されるライニングである。なおアルミニウム系軸受合金2の表面粗さは表1に示す。表1に組成及び厚さを示すコーティング層3を形成した後バフ仕上げにより表1に示す表面粗さとした。摺動特性の試験方法は以下のとおりであった。
【0015】
耐焼付性試験
試験機:静荷重軸受試験機
回転数:1000rpm
油温:140℃
油種:7.5W−30
荷重:30分毎に10MPaづつ増大させる。
【0016】
摩耗試験
試験機:動荷重軸受試験機
回転数:2000rpm
油温:140℃
油種:7.5W−30
荷重:圧縮5ton,引張り1ton
時間:2Hr
【0017】
【表1】
【0018】
表1の試料番号1は、コーティング層の膜厚が本発明の範囲より大きいために、また試料番号11は下地粗さが本発明の範囲より粗いために、さらに、試料番号12はコーティング層を設けないために、摺動特性が優れない比較例である。試料13は固体潤滑剤が少なく樹脂が多く、試料14は樹脂が無いために、いずれも耐焼付性が低い比較例である。
これに対して、本発明のすべり軸受材料は焼付荷重が高くかつ摩耗量が少ないことが明らかである。特に、MoS2 とPAI(ポリアミドイミド)の組み合わせが優れた摺動特性を達成している。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、コーティング層の耐焼付性及び耐摩耗性を良好にすることができるので内燃機関のすべり軸受として摺動特性が優れた材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】すべり軸受材料断面の概念図である。
【図2】コーティング層の膜厚(μm)と耐焼付性の関係を示すグラフである。
【図3】コーティング層の表面粗さ(Rz,μm)と耐焼付性の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 裏金
2 アルミニウム系軸受合金
3 コーティング層
Claims (3)
- 表面粗さが1.0μm以上〜4.3μmRz以下の範囲のアルミニウム系軸受合金の表面に、固体潤滑剤98〜55重量%及び熱硬化性樹脂2〜45重量%からなり、膜厚が3〜8μmであり、かつ表面粗さが5μmRz以下であるコーティング層を設けたことを特徴とするすべり軸受材料。
- 前記固体潤滑剤が、MoS2,WS2,BN及びグラファイトからなる群より選択された少なくとも1種である請求項1記載のすべり軸受材料。
- 前記熱硬化性樹脂が、ポリイミド系、エポキシ及びフェノール樹脂からなる群より選択された少なくとも1種である請求項1又は2記載のすべり軸受材料。
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