JP3295660B2

JP3295660B2 - すべり軸受

Info

Publication number: JP3295660B2
Application number: JP33159099A
Authority: JP
Inventors: 拓也田中; 伸隆平松; 晃小野; 康一山本; 隆之柴山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP2000240657A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、すべり軸受、特
に、軸受メタル層をコーティング層により被覆したすべ
り軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】銅合金やアルミニウム合金などの軸受メ
タル層に、樹脂をベースとするコーティング層で被覆し
たすべり軸受は、例えば特開昭５８ー１０８２９９号公
報に開示されている。この発明では、アルミニウム合金
軸受メタル層を被覆するコーティング層をフェノール樹
脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂にグラファイトや
二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を含有させて、非焼
付性の向上を図っている。

【０００３】また、特開平４ー８３９１４号公報には、
コーティング層を二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤に
これらの結合材としてポリイミド樹脂を添加することに
よって、潤滑性を向上した発明を開示している。また、
酸化クロムや酸化アルミニウムなどの硬質粒子を添加し
て耐摩耗性を向上した例も示している。

【０００４】さらに、特開平１０ー３７９６２号公報で
は、樹脂と固体潤滑剤に添加する硬質粒子を球形の粒子
とすることによって耐摩耗性が向上するとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年の内燃機関の高出
力及び高回転により、すべり軸受はより過酷な条件で使
用されるようになっており、さらに高い品質のすべり軸
受が要望されている。ここで、上述した従来技術に示さ
れるように、ベース樹脂の熱硬化性樹脂に固体潤滑剤を
添加したコーティング層では、摩擦係数の向上を図るこ
とができるが、反面耐摩耗性が低下してしまう。また、
硬質粒子を添加すると、耐摩耗性を向上することができ
るが非焼付性が低下してしまう。このように、すべり軸
受に要求される摩擦係数、耐摩耗性及び非焼付性の全て
に優れたコーティング層とすることができないために、
これらのバランスを図ったすべり軸受とされていた。そ
して、固体潤滑剤や硬質粒子の組成を調整するだけで
は、これらの性質をさらに向上するには限界があった。

【０００６】発明者等は、コーティング層を熱硬化性樹
脂に易硫化軟質金属粒子を添加することによって、特に
潤滑油の存在下で使用される場合に摩擦係数、耐摩耗性
及び非焼付性を一段と向上できることを見出して、この
発明を完成した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、軸
受メタル層をコーティング層により被覆したすべり軸受
において、コーティング層が熱硬化性樹脂のベース樹脂
に０．１〜１０容量％の易硫化軟質金属粒子を分散して
いる。

【０００８】軸受メタル層には、銅系合金やアルミニウ
ム系合金などの公知の軸受メタルを使用することがで
き、耐荷重性や耐摩耗性などの目的に応じて適宜選択す
ることができる。

【０００９】コーティング層のベース樹脂としては、軟
質金属との結合力が大きく、また製造上加熱することに
よって硬化することができることからポリイミド系樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂
を使用する。ポリイミド系樹脂としては、ポリアミドイ
ミド、ポリアミノ・ビス・マレイミド、またはこれらの
ジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性樹
脂などが挙げられる。特に、ポリアミドイミド樹脂（以
下、ＰＡＩという。）などの耐疲労性が高い樹脂が望ま
しい。このＰＡＩは、主鎖中にアミド結合とイミド結合
が交互に結合している高分子をいい、変性ポリアミドイ
ミド樹脂も含む。

【００１０】本明細書中における軟質金属とは、ベース
樹脂よりも硬く、硬度がＨｖ６０以下の軟らかい金属を
意味する。そしてこれら軟質金属は、熱伝導性が高く、
純金属の他、合金をも含む概念である。ベース樹脂より
も硬い軟質金属粒子によって、耐摩耗性の向上が図られ
るとともに、高い熱放散性による非焼付き性の向上が得
られる。具体的には、銅、銀、金、アルミニウム、ス
ズ、亜鉛、インジウムなど、および、これらの合金を意
味する。硬度Ｈｖ６０を越える硬い金属、例えばモリブ
デン、ニッケル、鉄などでは、耐摩耗性は向上するが非
焼付性が低下し相手材に対するアタック性が高くなり、
妥当でない。

【００１１】本発明は、軟質金属粒子として、上記のよ
うな軟質金属のうち、銅、銀、スズ、亜鉛などの硫化し
やすい易硫化軟質金属の粒子を使用する。易硫化軟質金
属の粒子では、すべり軸受を潤滑油の存在下で使用する
と（請求項２）、潤滑油中に含まれる硫黄と反応して、
粒子表面に潤滑性の優れた硫化物薄膜を形成するので、
さらに摩擦係数が小さくなる。

【００１２】易硫化軟質金属の粒子径は、薄膜のコーテ
ィング層中に分散している必要があり、５μｍ以下であ
ることが望ましく、取り扱いが容易な０．０５〜３μｍ
のものが望ましい。易硫化軟質金属の添加量は、０．１
〜１０容量％とする。０．１容量％未満では、添加した
効果が十分に得られない。また、１０容量％を越える
と、コーティングが困難になる。特に０．５〜５容量％
が望ましい。

【００１３】また、コーティング層には、８０容量％以
下の固体潤滑剤を添加することができる（請求項３）。
固体潤滑剤を含有すると、さらに摩擦係数が小さくな
る。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）などの樹脂やグラファイト（Ｇｒ）、二硫
化モリブデン（ＭｏＳ_２）、硫化銅（ＣｕＳ）、硫化ス
ズ（ＳｎＳ）などの金属硫化物の一種又は二種以上を用
いることができる。これらの含有量が８０容量％を越え
ると耐摩耗性が低下する。

【００１４】コーティング層に、５容量％以下の硬質粒
子を添加して耐摩耗性を向上することができる（請求項
４）。硬質粒子としては、酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｏＯ
ーＡｌ_２Ｏ_３など）、窒化物（ＴｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４な
ど）、炭化物（ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣなど）、フッ化物
（ＣａＦ_２、ＮａＦなど）、硬質金属（Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆ
ｅなど）等の硬度の高い物質の一種又は二種以上を用い
ることができる。５容量％を越えると、非焼付性が低下
し、相手材に対するアタック性が高くなる。

【００１５】これらの硬質粒子は、０．０５〜５μｍ経
度の粒子径のものが使用されるが、薄いコーティング層
中に分散して含有されていることが望ましく、望ましく
は０．１〜３μｍの細かい粒子を使用する。なお、易硫
化軟質金属、固体潤滑剤および硬質粒子の含有量の合計
は、過剰に含まれるとコーティング層が脆化して剥離し
やすくなることから、これらの総量を９０容量％以下と
することが望ましい。

【００１６】上述した組成のコーティング層の厚さは、
２〜３０μｍ程度が望ましい。２μｍ未満では、十分な
初期なじみ性に欠け、摩耗に対して耐久性が十分でなく
なる。一方、３０μｍを越えるとコーティング層の剥離
を生じやすくなり、また樹脂層の厚さが厚くなるに従っ
て熱放散性が低下する。これらのバランスから３〜２０
μｍのものが望ましい。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の発明では、軸受メタル層をコ
ーティング層により被覆したすべり軸受において、コー
ティング層が熱硬化性樹脂のベース樹脂に０．１〜１０
容量％の易硫化軟質金属粒子を分散していることによ
り、摩擦係数、耐摩耗性及び非焼付性に優れたすべり軸
受にすることができ、また、潤滑油の存在下で使用する
ことにより、更に摩擦係数を小さくすることができる。

【００１８】

【００１９】請求項３の発明では、請求項１、２の発明
に加えて、８０容量％以下の固体潤滑剤を含有している
ことにより、さらに摩擦係数の小さいすべり軸受にする
ことができる。

【００２０】請求項４の発明では、請求項１〜３の発明
に加えて、５容量％以下の硬質粒子を含有していること
により、さらに耐摩耗性に優れたすべり軸受にすること
ができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例及び参考
例、比較例に基づいて詳細に説明する。裏金になる銅板
（ＳＰＥＳ）の上に、軸受メタルの粉末を散布し、還元
雰囲気炉内で燒結し、その後にロール間で圧延した。こ
れをニ回線り返してパイメタルを得た。得られたパイメ
タルの板厚は、総板厚１．６ｍｍ、軸受メタル層の厚さ
が０．３５ｍｍであった。このようにして得られたバイ
メタルを外径２７．２ｍｍ、内径２２ｍｍのスラストワ
ッシヤに切断して試験片を作成した。

【００２２】軸受メタルとしては、銅系合金（５重量％
Ｐｂ，１１重量％Ｓｎ，残Ｃｕ）とアルミニウム系合金
（１２重量％Ｓｎ，３重量％Ｓｉ，残Ａｌ）の２種類に
ついて試験を行った。なお、表１及び表２において、軸
受メタルの欄に記載している、Ｃｕ，Ａｌは、それぞれ
この合金組成の軸受メタルを示している。

【００２３】これら試験片に対して、脱脂、酸洗いの前
処理を施した後、軸受メタル表面に下記の各樹脂液をス
プレーした。コーティング層のベース樹脂として熱硬化
性樹脂のＰＡＩを選択した。ＰＡＩは、アモコ社製ＡＩ
１０（商品名）を使用した。また他の熱硬化性樹脂の適
用を知るために、エポキシ樹脂（ＥＰ）についても試験
を行った。ＥＰは、東芝ケミカル社製ケミタイトＣＴ４
３０（商品名）を使用した。

【００２４】易硫化軟質金属粒子として、平均粒子径
０．３μｍのＡｇ、Ｃｕ、Ｓｎを選択した。また、易硫
化金属でない軟質金属粒子として、平均粒子径０．３μ
ｍのＡｌを選択した。固体潤滑剤として、二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ_２）、グラファイト（Ｇｒ）、ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、硫化銅（ＣｕＳ）及び
硫化スズ（ＳｎＳ）を選択した。硬質粒子は、窒化珪素
（Ｓｉ_３Ｎ_４）、複合酸化物のＣｏ−Ａ１_２Ｏ_３及び金
属ニッケルを選択した。

【００２５】これらを表１、表２に示すコーティング層
の組成になるように配合し、ＮＭＰに分散した樹脂液を
作成した。この樹脂液を軸受メタル表面にスプレーし、
その後に、１２０゜Ｃで乾燥、軸受メタルがＣｕ合金の
場合には２５０゜Ｃ、Ａｌ合金の場合には１８０゜Ｃで
焼成した。これにより厚さがほぼ２０μｍのコーティン
グ層を形成した。得られた試験片の各実施例、比較例に
ついて、摩擦係数、摩耗量及び焼付の試験を行った。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】摩擦係数及び摩耗量については、鈴木式試
験機により、表３の試験条件により行い、表１、２に示
す結果が得られた。また、焼付試験は、鈴木式試験機で
表４の試験条件により行い、表１、２に示す結果が得ら
れた。なお、潤滑油として硫黄濃度が０．１重量％の硫
黄濃度の低い潤滑油（ＳＡＥ３０）を使用した。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】表１に示す、摩擦係数、摩耗量及び焼付荷
重に関する試験結果から、以下のことが判明した。コー
ティング層により被覆していない軸受メタルを露出して
いる比較例１、２と、ＰＡＩ、ＥＰが１００％のコーテ
ィング層を形成した比較例３、４とを対比すると、焼付
荷重が向上しているのに対して摩耗量は増大している。

【００３２】さらに、コーティング層に固体潤滑剤であ
る二硫化モリブデンを添加した比較例５〜７では、その
添加量が多くなるに従って、摩擦係数が低下し、焼付荷
重も大きくなるが、反面、摩耗量が多くなっている。ま
た、コーティング層に硬質粒子であるニッケル粒子を単
独で５容量％添加した比較例８では、比較例３との対比
において、摩耗量は少なくなるが、焼付荷重が低下して
いる。

【００３３】一方、コーティング層に易硫化金属である
銅の軟質金属粒子を０．５、１、５、９容量％添加した
実施例１〜４では、その添加量が多くなるに従って、摩
擦係数および摩頼量が低下し、焼付き荷重も大きくなっ
ていた。特に銅を９容量％添加した実施例４では、摩擦
係数が０．０８、摩耗量が３μｍ、焼付き荷重が２４Ｍ
Ｐａの優れた値を示した。なお、軸受メタルをアルミニ
ウム合金とした実施例１０においても銅合金の実施例２
と同じ摩擦係数、摩頼量および焼付き荷重の値を示し
た。また、易硫化軟質金属粒子として銀、スズを添加し
た実施例５〜７についても、摩擦係数および摩頼量が低
下し、妓付き荷重も大きくなっている。

【００３４】なお、軟質金属粒子としてアルミニウム粒
子を添加した実施例１１〜１３では、摩擦係数及び摩耗
量が低下し、焼付荷重も大きくなっていた。この理由と
して、アルミニウム、銅、銀などの軟質金属は、樹脂よ
りも硬く耐摩耗性が向上し、また、高い熱伝導性による
熱の放散がよいために、焼付荷重が高くなるものと思料
される。

【００３５】表２に示す実施例１４〜２９は、易硫化軟
質金属粒子を添加し、さらに固体潤滑剤や硬質粒子を添
加した例であって、いずれもそれぞれを添加した改善効
果が得られている。特に実施例２６、実施例２９は、３
容量％Ｃｕ、４０容量％二硫化モリブデン、２０容量％
グラファイト、３容量％硫化銅、３容量％窒化ケイ素の
組成からなるコーティング層の例であって、摩擦係数、
摩耗量及び焼付荷重の全てについて最も優れていた。

【００３６】次に、硫黄を含有する潤滑油を使用する条
件下で使用されるすべり軸受を想定し、表１，表２に示
す実施例及び比較例の各試験片について、硫黄濃度が
０．３重量％と硫黄濃度の高い潤滑油（ＳＡＥ１０Ｗー
３０）を使用し、他の試験条件が同じ条件で試験を行っ
た。この結果を表５，表６に示す。

【００３７】

【表５】

【００３８】

【表６】

【００３９】表５、表６に示す、摩擦係数、摩頼量及び
炊付荷重に関する試験結果から、以下のことが判明し
た。軟質金属として易硫化金属であるＡｇ、Ｃｕ、Ｓｎ
を添加した実施例１〜１０では、硫黄濃度の低い潤滑油
を使用した場合と比較して摩擦係数、摩耗量、焼付荷重
のいずれにおいてもその性能に優れていた。一方、軟質
金属として易硫化金属でないＡｌを添加した参考例１１
〜１３では、摩擦係数、摩耗量、焼付荷重のいずれにお
いても大きな変化が見られていない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本康一名古屋市北区猿投町２番地大同メタル工業株式会社内 (72)発明者柴山隆之名古屋市北区猿投町２番地大同メタル工業株式会社内 (56)参考文献特開平10−37962（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−120633（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−184225（ＪＰ，Ａ) 特開平４−83914（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−108299（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 17/00 - 17/26 F16D 33/00 - 33/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受メタル層をコーティング層により被
覆したすべり軸受において、該コーティング層が熱硬化
性樹脂のベース樹脂に０．１〜１０容量％の易硫化軟質
金属粒子を分散していることを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】潤滑油の存在下で使用されることを特徴
とする請求項１記載のすべり軸受。
【請求項３】コーティング層に８０容量％以下の固体
潤滑剤を含有していることを特徴とする請求項１、２記
載のすべり軸受。
【請求項４】コーティング層に５容量％以下の硬質粒
子を含有していることを特徴とする請求項１〜３記載の
すべり軸受。