JP2013210061A - すべり軸受とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】裏金鋼101と前記裏金鋼の上に配置された軸受合金層102とを有する軸受基材上に、バインダー樹脂と固体潤滑剤とを含む樹脂オーバレイ層103を設けたすべり軸受であって、前記固体潤滑剤がへき開を有する固体潤滑剤を含み、前記固体潤滑剤のうち平面視4μm2以上である粒子の長軸方向がしゅう動方向に対して略垂直に配列したラジアルすべり軸受によって、高い耐摩耗性を得ることができる。
【選択図】図2
Description
従って、本発明は、なじみ性がよいと言われる固体潤滑剤を含んだ樹脂オーバレイ層の耐摩耗性を向上させることを目的とするものである。
<1>裏金鋼と前記裏金鋼の上に配置された軸受合金層とを有する軸受基材上に、バインダー樹脂と固体潤滑剤(A)とを含む樹脂オーバレイ層を設けたラジアルすべり軸受であって、前記固体潤滑剤(A)がへき開を有する固体潤滑剤(a)を含み、前記固体潤滑剤(a)は平面視4μm2以上である粒子を含み、前記粒子の長軸方向がしゅう動方向に対して略垂直に配列するラジアルすべり軸受。
<2>前記固体潤滑剤(a)が、MoS2である前記<1>に記載のラジアルすべり軸受。
<3>前記樹脂オーバレイ層の厚さが1μm〜20μmである前記<1>又は<2>に記載のラジアルすべり軸受。
<4>前記バインダー樹脂が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂及びポリベンゾイミダゾール樹脂よりなる群から選ばれる1以上の樹脂である、前記<1>〜<3>のいずれか1に記載のラジアルすべり軸受。
<5>前記固体潤滑剤(A)が、前記樹脂オーバレイ層全体に対して40〜60体積%である、前記<1>〜<4>のいずれか1に記載のラジアルすべり軸受。
<6>前記固体潤滑剤(a)が、さらに黒鉛を含み、固体潤滑剤(a)全体に対し、MoS2は、40体積%以上100体積%未満である前記<1>〜<5>のいずれか1に記載のラジアルすべり軸受。
<7>前記固体潤滑剤(A)が、ポリテトラフルオロエチレンを含み、前記固体潤滑剤(A)中の前記固体潤滑剤(a)の割合が、40体積%以上100体積%未満である前記<1>〜<6>のいずれか1に記載のラジアルすべり軸受。
<8>円筒状又は半円筒状の裏金鋼と前記裏金鋼の内側に配置された軸受合金層とを有する軸受基材の内周面に、へき開を有する固体潤滑剤(a)を含む固体潤滑剤(A)とバインダー樹脂とを含む樹脂オーバレイ層を塗布するラジアルすべり軸受の製造方法であって、前記樹脂オーバレイ層の塗布後、前記ラジアルすべり軸受の軸方向を地面に対して垂直にして乾燥させる工程、焼成する工程、を含む、ラジアルすべり軸受を製造する方法。
本発明に係るラジアルすべり軸受(単に「すべり軸受」又は「軸受」と称することもある。)は、裏金鋼と前記裏金鋼の上に配置された軸受合金層とを有する軸受基材上に、バインダー樹脂と固体潤滑剤(A)とを含む樹脂オーバレイ層が設けられ、前記固体潤滑剤(A)がへき開を有する固体潤滑剤(a)を含み、前記固体潤滑剤(a)のうち平面視4μm2以上である粒子の長軸方向がしゅう動方向に対して略垂直に配列することを特徴とする。
本発明に係る軸受はラジアルすべり軸受であるので、しゅう動方向と円周方向とは同方向を意味する。
へき開を有する固体潤滑剤(a)の粒子において、それぞれの粒子の重心を通る直線のうち、最長の直線を長軸として定める。そして該長軸と、しゅう動方向に対する垂線との成す角度を測定する。測定は軸方向中央部の任意の30μm×30μmの範囲を対象とし、当該範囲内に存在する平面視4μm2以上の面積を有するすべての固体潤滑剤(a)について角度を計測し、該角度の平均が10°以下である状態を、本発明では略垂直と定義する。ここで、軸方向中央部とは、軸受の軸方向中心から、軸方向前後にそれぞれ軸受の軸方向長さの5%の幅を持つ範囲であって、測定対象は、当該軸幅上の任意の部分とする。
固体潤滑剤粒子が略垂直に配列されている場合、しゅう動時の摩耗量は大幅に低減され、耐摩耗性は向上する。
固体潤滑剤(a)はMoS2が低摩擦性の点から好ましく、固体潤滑剤(a)は1種で用いても、他の潤滑剤と組み合わせて用いてもよい。MoS2と他の固体潤滑剤を組み合わせて用いる場合には、さらに黒鉛を使用することが、潤滑油が不足した場合でも性能を確保できる点から好ましく、その場合、固体潤滑剤(a)全体に対してMoS2は40体積%以上100体積%未満であることが低摩擦性の点から好ましい。
また、固体潤滑剤(a)に配向性のないポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を組み合わせて固体潤滑剤(A)としてもよい。その場合には、固体潤滑剤(A)中に、へき開を有する固体潤滑剤(a)が40体積%以上100体積%未満であることが配向性の確保の点から好ましい。
前者の群の元素は主として強度及び耐摩耗性を付与し、後者の群の元素は主としてなじみ性を付与し、それぞれの添加元素の種類と量により、軸受特性を発揮する。
また、アルミ合金鋳物であるAC8A、AC9Bなどの高Si−Al合金からなるピストンのスカート部を下地として、その耐摩耗性を向上するために、本発明の樹脂オーバレイ層を使用することもできる。
これらの元素において、軟質金属であるPb、Biは、なじみ性を発揮し、青銅の基本成分であるSnは、強度と耐摩耗性を発揮し、その他の成分は補助的に特性を向上する。特に、Pは脱酸素、焼結促進、強化などに有効であり、Agはしゅう動特性向上に有効な化合物を、潤滑油又は銅中の不純物成分Sとの反応で形成し、Inは耐食性と潤滑油の濡れ性を向上し、NiやAlは銅を強化するなどの作用がある。
すべり軸受は、以下に示す工程を経て製造することができる。
(a)円筒状又は半円筒状の裏金鋼と前記裏金鋼の上に配置された軸受合金層とを有する軸受基材の内周面に、へき開を有する固体潤滑剤(a)を含む固体潤滑剤(A)とバインダー樹脂とを含む樹脂オーバレイ層を塗布する工程、
(b)前記樹脂オーバレイ層の塗布後、ラジアルすべり軸受の軸方向を地面に対して垂直にして乾燥する工程、
(c)焼成する工程。
へき開を有する固体潤滑剤(a)を含む固体潤滑剤(A)40〜60体積%を残部バインダー樹脂と混合し、希釈剤を加えて塗料を調製する。この塗料において、固形分の配合は10〜50体積%程度であることが好ましい。ここで固形分とはバインダー樹脂と固体潤滑剤の混ぜ物のことを表し、塗料とは当該固形分と希釈剤の混ぜ物のことを表す。
固体潤滑剤(a)はMoS2であることが低摩擦性の点から好ましい。MoS2を他の固体潤滑剤と組み合わせて用いる場合、PTFE及び黒鉛のうち少なくとも一方であることが好ましく、黒鉛は潤滑油が不足した場合でも、性能を確保できる点からより好ましい。その場合、固体潤滑剤(a)全体に対してMoS2は40体積%以上100体積%未満であることが低摩擦性の点から好ましい。
また、固体潤滑剤(a)に配向性のないポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を組み合わせて固体潤滑剤(A)とする場合には、固体潤滑剤(A)中に、へき開性及び配向性を有する固体潤滑剤(a)が40体積%以上100体積%未満であることが配向性の確保の点から好ましい。
希釈剤としては特に制限されないが、中でもN−メチルピロリドン(NMP)が好ましい。
また、希釈剤の配合比率は塗料に対して50〜90体積%であればよい。
また、全ての成膜方法に共通するものとして、膜厚が不足する場合には、希釈剤中の固体潤滑剤とバインダー樹脂の濃度を高くするのではなく、複数回に渡って重ね塗りをする方法が好ましく用いられる。
本発明では、固体潤滑剤(A)のうちへき開を有する固体潤滑剤(a)である粒子を略垂直に配列するために、軸受内周面に樹脂オーバレイ層となる塗料を塗布後、すべり軸受の軸方向を地面に対して垂直にして、20〜40℃で乾燥させる。図2で示したように、軸方向を地面に対して垂直にして乾燥することで、樹脂オーバレイ層内の固体潤滑剤(a)粒子の長軸は、重力に従って、しゅう動方向に対して略垂直に配列する。先述したように、本発明における略垂直とは、固体潤滑剤(a)粒子の長軸と、しゅう動方向に対する垂線とのなす角度の平均が10°以下であることをいう。
裏金鋼の厚さは一般に1.0mm〜3.0mmである。
(すべり軸受の作製)
裏金鋼にはSPCC(JIS)を用い、アルミニウム系軸受合金(Al−11.5%Sn−1.8%Pb−1.0%Cu−3.0%Si−0.3%Cr)を圧接した。アルミニウム系軸受合金の上に、樹脂オーバレイ層をロール法またはエアスプレー法により塗布し、すべり軸受の軸方向を地面に対して垂直にした状態で乾燥した。乾燥は室温にて1時間行った。その後大気中250℃で1時間焼成し、ラジアルすべり軸受を作製した。
ここで樹脂オーバレイ層の被膜の厚さは全面略均一であるが、軸受け中央部の厚みを被膜の断面のSEM画像解析により測定した。結果を表1に示す。
塗布した樹脂オーバレイ層は、希釈剤に固体潤滑剤(A)及びバインダー樹脂を分散させたものを前駆体とし、固体潤滑剤(A)及びバインダー樹脂は表1に記載の組成のものを用い、希釈剤はN−メチルピロリドン(NMP)とした。固体潤滑剤とバインダー樹脂を体積比で6:4とした。また、固体潤滑剤とバインダー樹脂の総量に対して、ロール法の場合は100質量%の希釈剤、エアスプレー方の場合には900質量%の希釈剤を加え、塗料とした。(実施例1〜6)
上記で得られたすべり軸受を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。観察範囲は軸方向中央部の任意の30μm×30μmの範囲を対象とし、当該範囲内に存在する固体潤滑剤(A)のうち、へき開を有する固体潤滑剤(a)のうち、平面視4μm2以上のすべての粒子について長軸と、しゅう動方向に対する垂線との成す角度を測定した。当該角度の平均値を算出して、長軸平均角度とした。結果を表1に示す。
ここで長軸とは、各粒子の重心を通る最も長い線を表す。
摩耗量の測定のために摩耗試験を、軸受摩耗試験機を用いて以下の条件で行なった。
回転数:0rpm(1分保持)→1200rpm(1分保持)→0rpm(1分保持)のサイクル試験
潤滑油:0W−20
給油温度:100℃
荷重:4.41kN
試験時間:100時間
摩耗試験後、走査型電子顕微鏡(SEM)の画像解析から、軸受しゅう動方向中央部における、樹脂オーバレイ層を塗布した試験片の摩耗試験前後での樹脂オーバレイ層の膜厚を測定し、それらの膜厚差をそれぞれ摩耗量とした。結果を表1に示す。
102 軸受合金層
103 樹脂オーバレイ層
110 へき開を有する固体潤滑剤(a)粒子
Claims (8)
- 裏金鋼と前記裏金鋼の上に配置された軸受合金層とを有する軸受基材上に、バインダー樹脂と固体潤滑剤(A)とを含む樹脂オーバレイ層を設けたラジアルすべり軸受であって、前記固体潤滑剤(A)がへき開を有する固体潤滑剤(a)を含み、前記固体潤滑剤(a)は平面視4μm2以上である粒子を含み、前記粒子の長軸方向がしゅう動方向に対して略垂直に配列するラジアルすべり軸受。
- 前記固体潤滑剤(a)が、MoS2である請求項1に記載のラジアルすべり軸受。
- 前記樹脂オーバレイ層の厚さが1μm〜20μmである請求項1又は2に記載のラジアルすべり軸受。
- 前記バインダー樹脂が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂及びポリベンゾイミダゾール樹脂よりなる群から選ばれる1以上の樹脂である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のラジアルすべり軸受。
- 前記固体潤滑剤(A)が、前記樹脂オーバレイ層全体に対して40〜60体積%である、請求項1〜4の何れか1項に記載のラジアルすべり軸受。
- 前記固体潤滑剤(a)が、さらに黒鉛を含み、固体潤滑剤(a)全体に対し、MoS2は、40体積%以上100体積%未満である請求項1〜5のいずれか1項に記載のラジアルすべり軸受。
- 前記固体潤滑剤(A)が、ポリテトラフルオロエチレンを含み、前記固体潤滑剤(A)中の前記固体潤滑剤(a)の割合が、40体積%以上100体積%未満である請求項1〜6のいずれか1項に記載のラジアルすべり軸受。
- 円筒状又は半円筒状の裏金鋼と前記裏金鋼の内側に配置された軸受合金層とを有する軸受基材の内周面に、へき開を有する固体潤滑剤(a)を含む固体潤滑剤(A)とバインダー樹脂とを含む樹脂オーバレイ層を塗布するラジアルすべり軸受の製造方法であって、前記樹脂オーバレイ層の塗布後、前記ラジアルすべり軸受の軸方向を地面に対して垂直にして乾燥させる工程、焼成する工程、を含む、ラジアルすべり軸受を製造する方法。
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