Ａｌ合金軸受
【課題】Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられた構成であって、長期にわたって耐摩耗性に優れるＡｌ合金軸受を提供する。
【解決手段】Ａｌ合金軸受１１は、基材１２と、基材１２上に設けられ４．５〜７．０質量％のＳｉを含んだＡｌ基軸受合金層１３と、Ａｌ基軸受合金層１３上に設けられ樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層１４とを備えている。Ａｌ基軸受合金層１３の樹脂コーティング層１４側の表面１３３に、平均粒子径が０．５〜１０μｍのＳｉ粒子が樹脂コーティング層１４側に突出する状態で点在している。
【解決手段】Ａｌ合金軸受１１は、基材１２と、基材１２上に設けられ４．５〜７．０質量％のＳｉを含んだＡｌ基軸受合金層１３と、Ａｌ基軸受合金層１３上に設けられ樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層１４とを備えている。Ａｌ基軸受合金層１３の樹脂コーティング層１４側の表面１３３に、平均粒子径が０．５〜１０μｍのＳｉ粒子が樹脂コーティング層１４側に突出する状態で点在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられたＡｌ合金軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の内燃機関などには、Ａｌ基軸受合金層を備えたＡｌ合金軸受が使用されている。近年では、自動車用エンジンの高周速化および高面圧化が進むとともに、オイルの低粘度化も進んでいる。また、燃費向上を目的としたアイドリング時エンジン停止機構搭載エンジンが増えてきており、そのようなエンジンでは従来よりも起動停止が頻繁に繰り返される傾向にある。そのため、このような過酷な状況では、Ａｌ基軸受合金層上に形成される油膜の厚さが不十分となることが考えられる。この場合、クランクシャフトなどの相手部材がＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスに接触しやすくなって、Ａｌの凝着が容易に生じ、Ａｌ基軸受合金層の摩耗が進行しやすくなることも考えられる。
【０００３】
Ａｌ合金軸受の耐摩耗性の向上を図る方法として、例えば特許文献１には、固体潤滑剤、硬質粒子および樹脂バインダを含んだ樹脂コーティング層をＡｌ基軸受合金層上に設けて、相手部材をＡｌ基軸受合金層に接触させにくくすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂コーティング層をＡｌ基軸受合金層上に設ける構成では、樹脂コーティング層が摩滅した場合、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスが露出し、相手部材がそのＡｌマトリクスに接触しやすくなることが考えられる。この場合、上述と同様に、Ａｌの凝着が容易に生じ、Ａｌ基軸受合金層の摩耗が容易に進行してしまうことが考えられる。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられた構成であって、長期にわたって耐摩耗性に優れるＡｌ合金軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態のＡｌ合金軸受は、基材と、基材上に設けられ４．５〜７．０質量％のＳｉを含んだＡｌ基軸受合金層と、Ａｌ基軸受合金層上に設けられ樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層とを備えている。そして、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に、平均粒子径が０．５〜１０μｍのＳｉ粒子が樹脂コーティング層側に突出する状態で点在していることを特徴としている。
【０００８】
基材は、Ａｌ基軸受合金層を設けるための構成物のことである。例えば、裏金層とＡｌ基軸受合金層との間に中間層が設けられている場合は、裏金層と中間層とが基材である。また、裏金層上にＡｌ基軸受合金層が設けられている場合は、裏金層が基材である。
中間層が設けられている場合、中間層として、例えば主成分としてのＡｌ中にＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎのいずれか１種類以上の金属元素を総量で１０．０質量％以下含んで形成されているものを用いてもよい。中間層にこれらの金属元素が１０．０質量％以下含まれている場合、中間層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【０００９】
Ａｌ基軸受合金層は、主成分としてのＡｌ中にＳｉを４．５〜７．０質量％含んで形成されている。このＳｉの作用および効果については後述する。
Ａｌ基軸受合金層は、Ｓｎを４．０〜８．０質量％、より好ましくは５．０〜７．０質量％含んでいてもよい。Ａｌ基軸受合金層にＳｎが４．０質量％以上、より好ましくは５．０質量％以上含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層の非焼付性およびなじみ性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、Ａｌ基軸受合金層にＳｎが８．０質量％以下、より好ましくは７．０質量％以下含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１０】
Ａｌ基軸受合金層は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒのいずれか１種類以上の金属元素を含んでいてもよい。これらの金属元素は、Ａｌ基軸受合金層の質量に対して総量で０．０１〜１０．０質量％であることが好ましい。Ａｌ基軸受合金層にこれらの金属元素が総量で０．０１質量％以上含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、Ａｌ基軸受合金層にこれらの金属元素が総量で１０．０質量％以下含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層中において粗大な金属間化合物の析出を抑制することができる。これにより、Ａｌ基軸受合金層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１１】
Ａｌ基軸受合金層のビッカース硬さは、４５〜８０であることが好ましい。Ａｌ基軸受合金層のビッカース硬さが４５以上である場合、Ａｌ基軸受合金層の強度は良好であり、耐疲労性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、Ａｌ基軸受合金層のビッカース硬さが８０以下である場合、Ａｌ基軸受合金層のなじみ性は良好であり、非焼付性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１２】
樹脂コーティング層は、樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んで形成されている。
樹脂バインダは、高温での物性劣化が少なく、熱による変形および溶出が少ない樹脂、例えばＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂であることが好ましい。また、樹脂バインダは、主成分としてのＰＡＩ樹脂中に副成分の樹脂を含んでいてもよい。副成分の樹脂は、ＰＡ（ポリアミド）樹脂、ＥＰ（エポキシ）樹脂、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）樹脂のいずれか１種類以上であることが好ましい。副成分の樹脂は、樹脂コーティング層の強度を向上させるために、主成分の樹脂の質量に対して３〜４０質量％であることが好ましい。
【００１３】
固体潤滑剤は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、ｈ−ＢＮのいずれか１種類以上であることが好ましい。固体潤滑剤は、樹脂コーティング層の体積に対して２５〜５５体積％であることが好ましい。樹脂コーティング層に固体潤滑剤が２５体積％以上含まれている場合、樹脂コーティング層の潤滑性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、樹脂コーティング層に固体潤滑剤が５５体積％以下含まれている場合、樹脂コーティング層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１４】
樹脂コーティング層は、添加剤を含んでいてもよい。添加剤は、硬質粒子として作用する化合物、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３などの酸化物、ＳｉＣ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、Ｍｏ２Ｃなどの炭化物、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ｃ−ＢＮなどの窒化物、リン酸塩、硫酸塩などの金属塩のいずれか１種類以上であることが好ましい。添加剤は、樹脂コーティング層の体積に対して３〜２０体積％であることが好ましい。樹脂コーティング層に添加剤が３体積％以上含まれている場合、樹脂コーティング層の耐摩耗性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、樹脂コーティング層に添加剤が２０体積％以下含まれている場合、樹脂コーティング層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１５】
樹脂コーティング層の厚さは、１〜３０μｍであることが好ましく、２〜１０μｍであることがより好ましい。樹脂コーティング層の厚さが１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上である場合、樹脂コーティング層の低フリクション性および耐摩耗性などの摩耗特性を良好に維持することができ、樹脂コーティング層が早期に摩滅してしまうことを抑制することができる。また、樹脂コーティング層の厚さが３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である場合、樹脂コーティング層と相手部材との摺動によって生じる熱による樹脂コーティング層の強度低下を抑制することができ、樹脂コーティング層がＡｌ基軸受合金層から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００１６】
Ａｌ基軸受合金層は、上述したＳｉからなるＳｉ粒子を有している。Ｓｉ粒子は、Ａｌマトリクス中に点在しているとともに、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面にも当該樹脂コーティング層側に突出する状態で点在している。以下、便宜上、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面を、Ａｌ基軸受合金層の表面と称して説明する。
【００１７】
Ｓｉ粒子は、平均粒子径が０．５〜１０μｍである。Ｓｉ粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上である場合、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に十分に突出した構成となりやすい。そのため、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層を形成する際に、Ａｌ基軸受合金層の表面に点在しているＳｉ粒子とＡｌマトリクスとで形成されるコーナー部分に樹脂コーティング層の一部が入り込みやすくなる。したがって、Ａｌ基軸受合金層と樹脂コーティング層とは、十分に密着した構成となる。
【００１８】
上記実施形態のＡｌ合金軸受によれば、次のようにして摩耗が進行していく。
まず、クランクシャフトなどの相手部材が樹脂コーティング層に接触することにより、樹脂コーティング層の摩耗が摺動表面側から進行していく。図２（ａ）は、摩耗が進行する前の樹脂コーティング層１４の状態を示している。
【００１９】
樹脂コーティング層の摩耗が進行していく途中において、相手部材がＡｌ基軸受合金層の表面から突出しているＳｉ粒子の摺動表面側の端部すなわち先端部に接触することがある。しかしながら、Ｓｉ粒子は硬質であるため摩耗されにくく、樹脂コーティング層の摩耗が進行していく。ここで、相手部材がＳｉ粒子の先端部に接触する場合、Ｓｉ粒子とＡｌマトリクスとで形成されるコーナー部分、すなわちそのＳｉ粒子の周囲に存在する樹脂コーティング層の一部は、相手部材に接触しにくい。したがって、樹脂コーティング層の摩耗が進行していく場合でもＳｉ粒子の周囲に存在する樹脂コーティング層の一部は、樹脂コーティング層の他の部分に比べて摩耗されにくく、残存しやすい。
【００２０】
樹脂コーティング層の摩耗が進行して、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスが露出した場合、図２（ｂ）および図３に示すように、Ａｌ基軸受合金層１３を形成するＡｌマトリクス１３１およびＳｉ粒子１３２、Ｓｉ粒子１３２の周囲に残存している樹脂コーティング層１４の一部からなる３相が、Ａｌ基軸受合金層１３の表面１３３側に混在した状態となる。
【００２１】
したがって、上記実施形態のＡｌ合金軸受は、従来のＳｉ粒子の周囲に樹脂コーティング層が残存しにくい構成のＡｌ合金軸受に比べて、樹脂コーティング層の摩耗が進行した場合においてＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの露出面積が小さい。したがって、上記実施形態のＡｌ合金軸受は、従来のＡｌ合金軸受に比べて、相手部材がＡｌマトリクスに接触しにくく、Ａｌマトリクスの摩耗が進行しにくく、Ａｌの凝着量が少なくなる。
【００２２】
Ａｌの凝着量が少なくなることにより、Ａｌの凝着とともにＡｌ基軸受合金層から脱落するＳｉ粒子の量も少なくなり、また、小さいＳｉ粒子も脱落しにくくなる。したがって、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの摩耗が進行するとともに、Ａｌ基軸受合金層の表面に存在するＳｉ粒子の割合が高くなり、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度が高くなる。そして、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度が所定の濃度以上に達することにより、Ａｌ基軸受合金層の摩耗の進行を抑制することができる。
したがって、Ｓｉ粒子の周囲に樹脂コーティング層が残存しやすい構成とすることにより、Ａｌ基軸受合金の耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００２３】
Ａｌ基軸受合金層にＳｉが４．５質量％以上含まれている場合、樹脂コーティング層の摩耗が進行した際においてＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの露出面積が小さくなりやすく、Ａｌの凝着量が少なくなりやすい。さらに、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に点在するＳｉ粒子の個数が多くなりやすく、樹脂コーティング層側に突出するＳｉ粒子の個数も多くなりやすい。これにより、樹脂コーティングの摩耗の進行において、Ｓｉ粒子の周囲に樹脂コーティング層の一部を残存させやすくすることができ、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度を高くすることができる。
【００２４】
また、Ａｌ基軸受合金層にＳｉが７．０質量％以下含まれている場合、およびＡｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に点在するＳｉ粒子の平均粒子径が１０μｍ以下である場合、良好な切削性および圧延性が得られ、本実施形態のＡｌ合金軸受を容易に作製することができる。
【００２５】
ここで、Ａｌ基軸受合金層の表面において、この表面から樹脂コーティング層側に突出しているＳｉ粒子の部分を凸部とする。また、Ａｌ基軸受合金層の表面において、Ｓｉ粒子間すなわちＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの樹脂コーティング層側の表面を凹部とする。この場合、Ａｌ基軸受合金層の表面に、凸部と凹部との高低差が０．２〜１．５μｍの凹凸が形成されていることが好ましい。
【００２６】
Ａｌ基軸受合金層の表面に形成されている凹凸の高低差が０．２μｍ以上である場合、凸部がＡｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に十分に突出した構成となりやすい。そのため、樹脂コーティング層の摩耗が進行した場合に、凸部の周囲に樹脂コーティング層の一部が残存しやすくなる。これにより、上述した平均粒子径が０．５μｍ以上のＳｉ粒子がＡｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に突出した構成と同様に、樹脂コーティング層の摩耗が進行した際においてＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの露出面積が小さくなりやすく、その結果、Ａｌの凝着量が少なくなりやすく、Ｓｉ粒子の脱落する量も少なくなりやすい。したがって、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度を高くすることができ、Ａｌ基軸受合金層の摩耗の進行を抑制することができる。
【００２７】
Ａｌ基軸受合金層の表面に形成されている凹凸の高低差が１．５μｍ以下である場合、樹脂コーティング層側に突出しているＳｉ粒子の体積の大半がＡｌマトリクス中に埋もれた構成であり、相手部材がＳｉ粒子に接触した場合に当該Ｓｉ粒子が脱落してしまうことを抑制することができる。
【００２８】
Ｓｉ粒子の平均粒子径の大きさは、例えば、Ａｌ合金軸受の製造工程のうち鋳造時の冷却速度および焼鈍時の温度を制御することにより調整可能である。
Ａｌ基軸受合金層の表面の凹凸の高低差は、Ａｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に突出しているＳｉ粒子の高さに相当する。すなわち、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの表面から樹脂コーティング層側に突出しているほど、Ａｌ基軸受合金層の表面の凹凸の高低差も大きくなる。この凹凸の高低差は、例えば、樹脂コーティング層を設ける前においてＳｉすなわちＳｉ粒子を含んだＡｌ基軸受合金層の表面に表面処理を施すことにより調整可能である。表面処理としては、ブラストまたはエッチングなどがある。
【００２９】
Ａｌ基軸受合金層の表面に表面処理を施すことによって、Ｓｉよりも軟質であるＡｌからなるＡｌマトリクスの表面に所定の深さの凹部を形成することができる。一方、Ａｌ基軸受合金層の表面に点在するＳｉ粒子は表面処理によっても変形しにくい。したがって、Ａｌ基軸受合金層の表面に表面処理を施すことによって、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの表面から所定の高さ分突出した構成となる。
【００３０】
なお、表面処理の条件は、Ａｌ基軸受合金層に含まれる組成などによって異なる。
また、Ｓｉ粒子の平均粒子径を０．５〜１０μｍにする方法、およびＡｌ基軸受合金層の表面に所定の高低差の凹凸を形成する方法は、上述した方法に限られない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態のＡｌ合金軸受を模式的に示す断面図
【図２】樹脂コーティング層の状態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は樹脂コーティング層の摩耗前の状態を示す図、（ｂ）は樹脂コーティング層の摩耗後の状態を示す図
【図３】図２（ｂ）のIII−III線に沿う横断面を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
Ａｌ合金軸受の一実施形態の断面を、図１に示す。図１に示すＡｌ合金軸受１１は、例えば自動車用エンジンに使用される軸受であり、基材１２と、基材１２上に設けられたＡｌ基軸受合金層１３と、Ａｌ基軸受合金層１３上に設けられた樹脂コーティング層１４とを備えている。基材１２は、鋼板からなる裏金層１２１と、裏金層１２１およびＡｌ基軸受合金層１３との間に設けられた純Ａｌからなる中間層１２２とを有している。
【００３３】
Ａｌ基軸受合金層１３は、図２に示すように、Ａｌマトリクス１３１中にＳｉからなるＳｉ粒子１３２が点在した構成である。Ｓｉ粒子１３２は、Ａｌ基軸受合金層１３の樹脂コーティング層１４側の表面１３３にも点在している。Ｓｉ粒子１３２は、平均粒径が０．５〜１０μｍである。樹脂コーティング層１４は、樹脂バインダとしてのＰＡＩ樹脂に固体潤滑剤としてのＭｏＳ２を含んで形成され、必要に応じて添加剤として例えばＭｏ２Ｃを含んでいる。
【００３４】
また、図２に、Ａｌ基軸受合金層１３のＡｌマトリクス１３１において樹脂コーティング層１４側の表面の平均高さで広がる面を基準仮想面Ｈとして示す。そして、Ａｌ基軸受合金層１３の表面１３３を基準仮想面Ｈと仮定した場合、基準仮想面Ｈから樹脂コーティング層１４側に突出しているＳｉ粒子１３２の部分を凸部１５として示す。さらに、基準仮想面Ｈであって隣り合うＳｉ粒子１３２間すなわち凸部１５間を凹部１６として示す。この構成において、基準仮想面Ｈから最も突出している凸部１５の先端部から凹部１６までの高低差、すなわち所定の観察視野における基準仮想面Ｈから樹脂コーティング層１４側に最も突出している凸部１５の先端部と基準仮想面Ｈとの間の最短距離をＬとすると、最短距離Ｌは０．２〜１．５μｍとなっている。また、この実施形態では、この最短距離ＬがＡｌ基軸受合金層の表面の凹凸の高低差となる。
【００３５】
次に、本実施形態のＡｌ合金軸受１１の効果を確認した試験について説明する。
本実施形態のＡｌ合金軸受１１と同様の構成の実施例品１〜５は、次のようにして得た。まず、表１の「Ａｌ基軸受合金層」に示す組成比に調整されたＡｌ基軸受合金の板材を鋳造によって製造した。その後、この鋳造されたＡｌ基軸受合金に、純Ａｌからなる中間層を構成する薄い板材を圧接して複層アルミニウム合金板を製造し、この複層アルミニウム合金板を、裏金層を構成する鋼板に圧接、および焼鈍して軸受形成用板材、いわゆるバイメタルを製造した。
【００３６】
次に、このバイメタルを半円筒状にして成形品を得た。次に、この成形品の軸受合金層側の表面に、ブラストによる表面処理を施した。この表面処理においては、表面処理後の軸受合金層の表面の凹凸の高低差が０．２〜１．５μｍとなるように表面処理の条件が調整されている。次に、表面処理した成形品の表面にロールコート方式にて、樹脂コーティング層の厚さが５μｍとなるように樹脂コーティングを施した。樹脂コーティングでは、表１の「樹脂コーティング層」に示す組成比に調整された樹脂バインダおよび固体潤滑剤が用いられている。そして、樹脂コーティングが施された成形品を、２００〜２３０℃の焼成温度で加熱し、樹脂バインダを焼き固めることにより、実施例品１〜５を得た。
Ｓｉ粒子の平均粒子径は、上述の鋳造時の冷却速度および焼鈍時の温度を適宜変更することによって調整した。
【００３７】
比較例品１〜５は、実施例品１〜５にそれぞれ対応する試料であり、実施例品１〜５に表面処理を施していないおよび樹脂コーティング層を設けていない以外、実施例品１〜５と同じ製造方法で得た。
比較例品６〜９は、Ａｌ基軸受合金層の組成、樹脂コーティング層の組成およびＳｉ粒子の平均粒子径が異なる以外、実施例品１〜５と同じ製造方法で得た。
上述の製造方法によって得た実施例品１〜５および比較例品１〜９の組成、Ｓｉ粒子の平均粒子径、摩耗試験の結果を表１に示す。また、摩耗試験の条件を表２に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
表１の「樹脂コーティング層」および「Ａｌ基軸受合金層」の各組成の質量％濃度は、蛍光Ｘ線装置を用いて得た値である。
表１の「Ｓｉ粒子の平均粒子径」は、Ａｌ基軸受合金層中に点在するＳｉ粒子の平均粒子径のことである。Ｓｉ粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡および解析ソフト（株式会社プラネトロン社製「Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ（Ｖｅｒｓｉｏｎ４．５）」）を用いて、次のようにして求めた。
【００４１】
まず、電子顕微鏡および解析ソフトで得られた１５０μｍ×１５０μｍの観察視野内に分布している検出の下限値０．０７μｍ２以上のすべてのＳｉ粒子の面積から観察視野内のＳｉ粒子の総面積を求めるとともに、これらのＳｉ粒子のそれぞれについて粒子径を求めた。各Ｓｉ粒子の粒子径は、Ｓｉ粒子を電子顕微鏡で摺動表面側から観察し、投影した観察視野においてＳｉ粒子の面積を測定し、Ｓｉ粒子の面積を円に換算して求めた仮想の円形のＳｉ粒子の直径である。
【００４２】
次に、粒子径が大きいＳｉ粒子から順にＳｉ粒子の面積を累積していき、累積した面積がＳｉ粒子の総面積の５０％に達するまでの粒子径の大きいＳｉ粒子を、平均粒子径を求めるＳｉ粒子の対象とした。そして、Ｓｉ粒子の平均粒子径は、この対象としたＳｉ粒子の粒子径を平均して求めた値である。
【００４３】
摩耗試験では、実施例品１〜５および比較例品１〜９において、摩耗試験２０時間用の試料と、摩耗試験４０時間用の試料とを作製した。摩耗量の測定位置は、半円筒状の試料において円周方向の中央部であって軸方向両端部付近の２箇所である。表１の「摩耗量」は、これら２箇所で測定した摩耗量の平均値である。
【００４４】
摩耗量は、肉厚測定器を用い、試験前後の試料の肉厚の値を測定し、試験前の肉厚の値から試験後すなわち２０時間後または４０時間後の肉厚の値を引いて求めた。また、肉厚測定器の測定範囲は試料の表面の凹凸の凸部間の距離も大きいため、この肉厚測定器を用いた場合の肉厚の値は、最も摺動表面側または樹脂コーティング層側に突出するＳｉ粒子の先端部から試料の底面までの肉厚の値が検出される。
また、この摩耗試験では樹脂コーティング層の厚さを５μｍとしているため、摩耗量が５μｍ以上である場合は、試料のＡｌ基軸受合金層が摩耗していることを表している。
【００４５】
表１の「作製不可能」とは、試料の製造時における複層アルミニウム合金板を、裏金層を構成する鋼板に圧接する際に、複層アルミニウム合金板の端部に割れが生じた状態のことである。なお、表１では、通常作製不可能であった試料においても、割れていない部分を利用して、その後の製造工程を行い、組成を分析した。
【００４６】
次に、摩耗試験の結果について解析する。
実施例品１〜５と比較例品１〜５との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられているため、比較例品１〜５よりも摩耗量が少ないことが理解できる。
【００４７】
実施例品１〜５と比較例品６との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層に４．５質量％以上のＳｉを含んでいるため、比較例品６よりも摩耗量が少ないことが理解できる。
実施例品１〜５と比較例品７との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層に７．０質量％以下のＳｉを含んでいるため、試料の作製が可能であることが理解できる。
実施例品１〜５と比較例品８との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に点在するＳｉ粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上であるため、比較例品８よりも摩耗量が少ないことが理解できる。
実施例品１〜５と比較例品９との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層の表面に点在するＳｉ粒子の平均粒子径が１０μｍ以下であるため、試料の作製が可能であることが理解できる。
【００４８】
なお、表には示していないが、実施例品１〜５と同様の試料において、Ａｌ基軸受合金層の表面には、高低差が０．２〜０．５μｍの凹凸が形成されていた。この凹凸の高低差は、電子顕微鏡で観察される試料のＡｌ基軸受合金層の表面付近の画像に基づき、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスにおける樹脂コーティング層側の表面の平均高さのところで直線を引き、その直線から樹脂コーティング層側に最も突出しているＳｉ粒子の先端部から当該直線までの最短距離である。
【００４９】
本実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
不可避的不純物については説明を省略し、各組成には不可避的不純物が含まれ得る。
Ａｌ基軸受合金層、中間層、樹脂コーティング層には、本発明の効果を妨げない範囲で、上述した以外の他の金属元素、添加剤などがさらに加えられていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
図面中、１１はＡｌ合金軸受、１２は基材、１３はＡｌ基軸受合金層、１３２はＳｉ粒子、１３３は表面、１４は樹脂コーティング層、１５は凸部、１６は凹部を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられたＡｌ合金軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の内燃機関などには、Ａｌ基軸受合金層を備えたＡｌ合金軸受が使用されている。近年では、自動車用エンジンの高周速化および高面圧化が進むとともに、オイルの低粘度化も進んでいる。また、燃費向上を目的としたアイドリング時エンジン停止機構搭載エンジンが増えてきており、そのようなエンジンでは従来よりも起動停止が頻繁に繰り返される傾向にある。そのため、このような過酷な状況では、Ａｌ基軸受合金層上に形成される油膜の厚さが不十分となることが考えられる。この場合、クランクシャフトなどの相手部材がＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスに接触しやすくなって、Ａｌの凝着が容易に生じ、Ａｌ基軸受合金層の摩耗が進行しやすくなることも考えられる。
【０００３】
Ａｌ合金軸受の耐摩耗性の向上を図る方法として、例えば特許文献１には、固体潤滑剤、硬質粒子および樹脂バインダを含んだ樹脂コーティング層をＡｌ基軸受合金層上に設けて、相手部材をＡｌ基軸受合金層に接触させにくくすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂コーティング層をＡｌ基軸受合金層上に設ける構成では、樹脂コーティング層が摩滅した場合、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスが露出し、相手部材がそのＡｌマトリクスに接触しやすくなることが考えられる。この場合、上述と同様に、Ａｌの凝着が容易に生じ、Ａｌ基軸受合金層の摩耗が容易に進行してしまうことが考えられる。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられた構成であって、長期にわたって耐摩耗性に優れるＡｌ合金軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態のＡｌ合金軸受は、基材と、基材上に設けられ４．５〜７．０質量％のＳｉを含んだＡｌ基軸受合金層と、Ａｌ基軸受合金層上に設けられ樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層とを備えている。そして、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に、平均粒子径が０．５〜１０μｍのＳｉ粒子が樹脂コーティング層側に突出する状態で点在していることを特徴としている。
【０００８】
基材は、Ａｌ基軸受合金層を設けるための構成物のことである。例えば、裏金層とＡｌ基軸受合金層との間に中間層が設けられている場合は、裏金層と中間層とが基材である。また、裏金層上にＡｌ基軸受合金層が設けられている場合は、裏金層が基材である。
中間層が設けられている場合、中間層として、例えば主成分としてのＡｌ中にＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎのいずれか１種類以上の金属元素を総量で１０．０質量％以下含んで形成されているものを用いてもよい。中間層にこれらの金属元素が１０．０質量％以下含まれている場合、中間層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【０００９】
Ａｌ基軸受合金層は、主成分としてのＡｌ中にＳｉを４．５〜７．０質量％含んで形成されている。このＳｉの作用および効果については後述する。
Ａｌ基軸受合金層は、Ｓｎを４．０〜８．０質量％、より好ましくは５．０〜７．０質量％含んでいてもよい。Ａｌ基軸受合金層にＳｎが４．０質量％以上、より好ましくは５．０質量％以上含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層の非焼付性およびなじみ性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、Ａｌ基軸受合金層にＳｎが８．０質量％以下、より好ましくは７．０質量％以下含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１０】
Ａｌ基軸受合金層は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒのいずれか１種類以上の金属元素を含んでいてもよい。これらの金属元素は、Ａｌ基軸受合金層の質量に対して総量で０．０１〜１０．０質量％であることが好ましい。Ａｌ基軸受合金層にこれらの金属元素が総量で０．０１質量％以上含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、Ａｌ基軸受合金層にこれらの金属元素が総量で１０．０質量％以下含まれている場合、Ａｌ基軸受合金層中において粗大な金属間化合物の析出を抑制することができる。これにより、Ａｌ基軸受合金層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１１】
Ａｌ基軸受合金層のビッカース硬さは、４５〜８０であることが好ましい。Ａｌ基軸受合金層のビッカース硬さが４５以上である場合、Ａｌ基軸受合金層の強度は良好であり、耐疲労性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、Ａｌ基軸受合金層のビッカース硬さが８０以下である場合、Ａｌ基軸受合金層のなじみ性は良好であり、非焼付性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１２】
樹脂コーティング層は、樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んで形成されている。
樹脂バインダは、高温での物性劣化が少なく、熱による変形および溶出が少ない樹脂、例えばＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂であることが好ましい。また、樹脂バインダは、主成分としてのＰＡＩ樹脂中に副成分の樹脂を含んでいてもよい。副成分の樹脂は、ＰＡ（ポリアミド）樹脂、ＥＰ（エポキシ）樹脂、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）樹脂のいずれか１種類以上であることが好ましい。副成分の樹脂は、樹脂コーティング層の強度を向上させるために、主成分の樹脂の質量に対して３〜４０質量％であることが好ましい。
【００１３】
固体潤滑剤は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、ｈ−ＢＮのいずれか１種類以上であることが好ましい。固体潤滑剤は、樹脂コーティング層の体積に対して２５〜５５体積％であることが好ましい。樹脂コーティング層に固体潤滑剤が２５体積％以上含まれている場合、樹脂コーティング層の潤滑性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、樹脂コーティング層に固体潤滑剤が５５体積％以下含まれている場合、樹脂コーティング層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１４】
樹脂コーティング層は、添加剤を含んでいてもよい。添加剤は、硬質粒子として作用する化合物、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３などの酸化物、ＳｉＣ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、Ｍｏ２Ｃなどの炭化物、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ｃ−ＢＮなどの窒化物、リン酸塩、硫酸塩などの金属塩のいずれか１種類以上であることが好ましい。添加剤は、樹脂コーティング層の体積に対して３〜２０体積％であることが好ましい。樹脂コーティング層に添加剤が３体積％以上含まれている場合、樹脂コーティング層の耐摩耗性がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。また、樹脂コーティング層に添加剤が２０体積％以下含まれている場合、樹脂コーティング層の強度がより一層向上したＡｌ合金軸受が得られる。
【００１５】
樹脂コーティング層の厚さは、１〜３０μｍであることが好ましく、２〜１０μｍであることがより好ましい。樹脂コーティング層の厚さが１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上である場合、樹脂コーティング層の低フリクション性および耐摩耗性などの摩耗特性を良好に維持することができ、樹脂コーティング層が早期に摩滅してしまうことを抑制することができる。また、樹脂コーティング層の厚さが３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である場合、樹脂コーティング層と相手部材との摺動によって生じる熱による樹脂コーティング層の強度低下を抑制することができ、樹脂コーティング層がＡｌ基軸受合金層から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００１６】
Ａｌ基軸受合金層は、上述したＳｉからなるＳｉ粒子を有している。Ｓｉ粒子は、Ａｌマトリクス中に点在しているとともに、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面にも当該樹脂コーティング層側に突出する状態で点在している。以下、便宜上、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面を、Ａｌ基軸受合金層の表面と称して説明する。
【００１７】
Ｓｉ粒子は、平均粒子径が０．５〜１０μｍである。Ｓｉ粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上である場合、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に十分に突出した構成となりやすい。そのため、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層を形成する際に、Ａｌ基軸受合金層の表面に点在しているＳｉ粒子とＡｌマトリクスとで形成されるコーナー部分に樹脂コーティング層の一部が入り込みやすくなる。したがって、Ａｌ基軸受合金層と樹脂コーティング層とは、十分に密着した構成となる。
【００１８】
上記実施形態のＡｌ合金軸受によれば、次のようにして摩耗が進行していく。
まず、クランクシャフトなどの相手部材が樹脂コーティング層に接触することにより、樹脂コーティング層の摩耗が摺動表面側から進行していく。図２（ａ）は、摩耗が進行する前の樹脂コーティング層１４の状態を示している。
【００１９】
樹脂コーティング層の摩耗が進行していく途中において、相手部材がＡｌ基軸受合金層の表面から突出しているＳｉ粒子の摺動表面側の端部すなわち先端部に接触することがある。しかしながら、Ｓｉ粒子は硬質であるため摩耗されにくく、樹脂コーティング層の摩耗が進行していく。ここで、相手部材がＳｉ粒子の先端部に接触する場合、Ｓｉ粒子とＡｌマトリクスとで形成されるコーナー部分、すなわちそのＳｉ粒子の周囲に存在する樹脂コーティング層の一部は、相手部材に接触しにくい。したがって、樹脂コーティング層の摩耗が進行していく場合でもＳｉ粒子の周囲に存在する樹脂コーティング層の一部は、樹脂コーティング層の他の部分に比べて摩耗されにくく、残存しやすい。
【００２０】
樹脂コーティング層の摩耗が進行して、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスが露出した場合、図２（ｂ）および図３に示すように、Ａｌ基軸受合金層１３を形成するＡｌマトリクス１３１およびＳｉ粒子１３２、Ｓｉ粒子１３２の周囲に残存している樹脂コーティング層１４の一部からなる３相が、Ａｌ基軸受合金層１３の表面１３３側に混在した状態となる。
【００２１】
したがって、上記実施形態のＡｌ合金軸受は、従来のＳｉ粒子の周囲に樹脂コーティング層が残存しにくい構成のＡｌ合金軸受に比べて、樹脂コーティング層の摩耗が進行した場合においてＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの露出面積が小さい。したがって、上記実施形態のＡｌ合金軸受は、従来のＡｌ合金軸受に比べて、相手部材がＡｌマトリクスに接触しにくく、Ａｌマトリクスの摩耗が進行しにくく、Ａｌの凝着量が少なくなる。
【００２２】
Ａｌの凝着量が少なくなることにより、Ａｌの凝着とともにＡｌ基軸受合金層から脱落するＳｉ粒子の量も少なくなり、また、小さいＳｉ粒子も脱落しにくくなる。したがって、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの摩耗が進行するとともに、Ａｌ基軸受合金層の表面に存在するＳｉ粒子の割合が高くなり、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度が高くなる。そして、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度が所定の濃度以上に達することにより、Ａｌ基軸受合金層の摩耗の進行を抑制することができる。
したがって、Ｓｉ粒子の周囲に樹脂コーティング層が残存しやすい構成とすることにより、Ａｌ基軸受合金の耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００２３】
Ａｌ基軸受合金層にＳｉが４．５質量％以上含まれている場合、樹脂コーティング層の摩耗が進行した際においてＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの露出面積が小さくなりやすく、Ａｌの凝着量が少なくなりやすい。さらに、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に点在するＳｉ粒子の個数が多くなりやすく、樹脂コーティング層側に突出するＳｉ粒子の個数も多くなりやすい。これにより、樹脂コーティングの摩耗の進行において、Ｓｉ粒子の周囲に樹脂コーティング層の一部を残存させやすくすることができ、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度を高くすることができる。
【００２４】
また、Ａｌ基軸受合金層にＳｉが７．０質量％以下含まれている場合、およびＡｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に点在するＳｉ粒子の平均粒子径が１０μｍ以下である場合、良好な切削性および圧延性が得られ、本実施形態のＡｌ合金軸受を容易に作製することができる。
【００２５】
ここで、Ａｌ基軸受合金層の表面において、この表面から樹脂コーティング層側に突出しているＳｉ粒子の部分を凸部とする。また、Ａｌ基軸受合金層の表面において、Ｓｉ粒子間すなわちＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの樹脂コーティング層側の表面を凹部とする。この場合、Ａｌ基軸受合金層の表面に、凸部と凹部との高低差が０．２〜１．５μｍの凹凸が形成されていることが好ましい。
【００２６】
Ａｌ基軸受合金層の表面に形成されている凹凸の高低差が０．２μｍ以上である場合、凸部がＡｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に十分に突出した構成となりやすい。そのため、樹脂コーティング層の摩耗が進行した場合に、凸部の周囲に樹脂コーティング層の一部が残存しやすくなる。これにより、上述した平均粒子径が０．５μｍ以上のＳｉ粒子がＡｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に突出した構成と同様に、樹脂コーティング層の摩耗が進行した際においてＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの露出面積が小さくなりやすく、その結果、Ａｌの凝着量が少なくなりやすく、Ｓｉ粒子の脱落する量も少なくなりやすい。したがって、Ａｌ基軸受合金層の表面でのＳｉの濃度を高くすることができ、Ａｌ基軸受合金層の摩耗の進行を抑制することができる。
【００２７】
Ａｌ基軸受合金層の表面に形成されている凹凸の高低差が１．５μｍ以下である場合、樹脂コーティング層側に突出しているＳｉ粒子の体積の大半がＡｌマトリクス中に埋もれた構成であり、相手部材がＳｉ粒子に接触した場合に当該Ｓｉ粒子が脱落してしまうことを抑制することができる。
【００２８】
Ｓｉ粒子の平均粒子径の大きさは、例えば、Ａｌ合金軸受の製造工程のうち鋳造時の冷却速度および焼鈍時の温度を制御することにより調整可能である。
Ａｌ基軸受合金層の表面の凹凸の高低差は、Ａｌ基軸受合金層の表面から樹脂コーティング層側に突出しているＳｉ粒子の高さに相当する。すなわち、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの表面から樹脂コーティング層側に突出しているほど、Ａｌ基軸受合金層の表面の凹凸の高低差も大きくなる。この凹凸の高低差は、例えば、樹脂コーティング層を設ける前においてＳｉすなわちＳｉ粒子を含んだＡｌ基軸受合金層の表面に表面処理を施すことにより調整可能である。表面処理としては、ブラストまたはエッチングなどがある。
【００２９】
Ａｌ基軸受合金層の表面に表面処理を施すことによって、Ｓｉよりも軟質であるＡｌからなるＡｌマトリクスの表面に所定の深さの凹部を形成することができる。一方、Ａｌ基軸受合金層の表面に点在するＳｉ粒子は表面処理によっても変形しにくい。したがって、Ａｌ基軸受合金層の表面に表面処理を施すことによって、Ｓｉ粒子がＡｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスの表面から所定の高さ分突出した構成となる。
【００３０】
なお、表面処理の条件は、Ａｌ基軸受合金層に含まれる組成などによって異なる。
また、Ｓｉ粒子の平均粒子径を０．５〜１０μｍにする方法、およびＡｌ基軸受合金層の表面に所定の高低差の凹凸を形成する方法は、上述した方法に限られない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態のＡｌ合金軸受を模式的に示す断面図
【図２】樹脂コーティング層の状態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は樹脂コーティング層の摩耗前の状態を示す図、（ｂ）は樹脂コーティング層の摩耗後の状態を示す図
【図３】図２（ｂ）のIII−III線に沿う横断面を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
Ａｌ合金軸受の一実施形態の断面を、図１に示す。図１に示すＡｌ合金軸受１１は、例えば自動車用エンジンに使用される軸受であり、基材１２と、基材１２上に設けられたＡｌ基軸受合金層１３と、Ａｌ基軸受合金層１３上に設けられた樹脂コーティング層１４とを備えている。基材１２は、鋼板からなる裏金層１２１と、裏金層１２１およびＡｌ基軸受合金層１３との間に設けられた純Ａｌからなる中間層１２２とを有している。
【００３３】
Ａｌ基軸受合金層１３は、図２に示すように、Ａｌマトリクス１３１中にＳｉからなるＳｉ粒子１３２が点在した構成である。Ｓｉ粒子１３２は、Ａｌ基軸受合金層１３の樹脂コーティング層１４側の表面１３３にも点在している。Ｓｉ粒子１３２は、平均粒径が０．５〜１０μｍである。樹脂コーティング層１４は、樹脂バインダとしてのＰＡＩ樹脂に固体潤滑剤としてのＭｏＳ２を含んで形成され、必要に応じて添加剤として例えばＭｏ２Ｃを含んでいる。
【００３４】
また、図２に、Ａｌ基軸受合金層１３のＡｌマトリクス１３１において樹脂コーティング層１４側の表面の平均高さで広がる面を基準仮想面Ｈとして示す。そして、Ａｌ基軸受合金層１３の表面１３３を基準仮想面Ｈと仮定した場合、基準仮想面Ｈから樹脂コーティング層１４側に突出しているＳｉ粒子１３２の部分を凸部１５として示す。さらに、基準仮想面Ｈであって隣り合うＳｉ粒子１３２間すなわち凸部１５間を凹部１６として示す。この構成において、基準仮想面Ｈから最も突出している凸部１５の先端部から凹部１６までの高低差、すなわち所定の観察視野における基準仮想面Ｈから樹脂コーティング層１４側に最も突出している凸部１５の先端部と基準仮想面Ｈとの間の最短距離をＬとすると、最短距離Ｌは０．２〜１．５μｍとなっている。また、この実施形態では、この最短距離ＬがＡｌ基軸受合金層の表面の凹凸の高低差となる。
【００３５】
次に、本実施形態のＡｌ合金軸受１１の効果を確認した試験について説明する。
本実施形態のＡｌ合金軸受１１と同様の構成の実施例品１〜５は、次のようにして得た。まず、表１の「Ａｌ基軸受合金層」に示す組成比に調整されたＡｌ基軸受合金の板材を鋳造によって製造した。その後、この鋳造されたＡｌ基軸受合金に、純Ａｌからなる中間層を構成する薄い板材を圧接して複層アルミニウム合金板を製造し、この複層アルミニウム合金板を、裏金層を構成する鋼板に圧接、および焼鈍して軸受形成用板材、いわゆるバイメタルを製造した。
【００３６】
次に、このバイメタルを半円筒状にして成形品を得た。次に、この成形品の軸受合金層側の表面に、ブラストによる表面処理を施した。この表面処理においては、表面処理後の軸受合金層の表面の凹凸の高低差が０．２〜１．５μｍとなるように表面処理の条件が調整されている。次に、表面処理した成形品の表面にロールコート方式にて、樹脂コーティング層の厚さが５μｍとなるように樹脂コーティングを施した。樹脂コーティングでは、表１の「樹脂コーティング層」に示す組成比に調整された樹脂バインダおよび固体潤滑剤が用いられている。そして、樹脂コーティングが施された成形品を、２００〜２３０℃の焼成温度で加熱し、樹脂バインダを焼き固めることにより、実施例品１〜５を得た。
Ｓｉ粒子の平均粒子径は、上述の鋳造時の冷却速度および焼鈍時の温度を適宜変更することによって調整した。
【００３７】
比較例品１〜５は、実施例品１〜５にそれぞれ対応する試料であり、実施例品１〜５に表面処理を施していないおよび樹脂コーティング層を設けていない以外、実施例品１〜５と同じ製造方法で得た。
比較例品６〜９は、Ａｌ基軸受合金層の組成、樹脂コーティング層の組成およびＳｉ粒子の平均粒子径が異なる以外、実施例品１〜５と同じ製造方法で得た。
上述の製造方法によって得た実施例品１〜５および比較例品１〜９の組成、Ｓｉ粒子の平均粒子径、摩耗試験の結果を表１に示す。また、摩耗試験の条件を表２に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
表１の「樹脂コーティング層」および「Ａｌ基軸受合金層」の各組成の質量％濃度は、蛍光Ｘ線装置を用いて得た値である。
表１の「Ｓｉ粒子の平均粒子径」は、Ａｌ基軸受合金層中に点在するＳｉ粒子の平均粒子径のことである。Ｓｉ粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡および解析ソフト（株式会社プラネトロン社製「Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ（Ｖｅｒｓｉｏｎ４．５）」）を用いて、次のようにして求めた。
【００４１】
まず、電子顕微鏡および解析ソフトで得られた１５０μｍ×１５０μｍの観察視野内に分布している検出の下限値０．０７μｍ２以上のすべてのＳｉ粒子の面積から観察視野内のＳｉ粒子の総面積を求めるとともに、これらのＳｉ粒子のそれぞれについて粒子径を求めた。各Ｓｉ粒子の粒子径は、Ｓｉ粒子を電子顕微鏡で摺動表面側から観察し、投影した観察視野においてＳｉ粒子の面積を測定し、Ｓｉ粒子の面積を円に換算して求めた仮想の円形のＳｉ粒子の直径である。
【００４２】
次に、粒子径が大きいＳｉ粒子から順にＳｉ粒子の面積を累積していき、累積した面積がＳｉ粒子の総面積の５０％に達するまでの粒子径の大きいＳｉ粒子を、平均粒子径を求めるＳｉ粒子の対象とした。そして、Ｓｉ粒子の平均粒子径は、この対象としたＳｉ粒子の粒子径を平均して求めた値である。
【００４３】
摩耗試験では、実施例品１〜５および比較例品１〜９において、摩耗試験２０時間用の試料と、摩耗試験４０時間用の試料とを作製した。摩耗量の測定位置は、半円筒状の試料において円周方向の中央部であって軸方向両端部付近の２箇所である。表１の「摩耗量」は、これら２箇所で測定した摩耗量の平均値である。
【００４４】
摩耗量は、肉厚測定器を用い、試験前後の試料の肉厚の値を測定し、試験前の肉厚の値から試験後すなわち２０時間後または４０時間後の肉厚の値を引いて求めた。また、肉厚測定器の測定範囲は試料の表面の凹凸の凸部間の距離も大きいため、この肉厚測定器を用いた場合の肉厚の値は、最も摺動表面側または樹脂コーティング層側に突出するＳｉ粒子の先端部から試料の底面までの肉厚の値が検出される。
また、この摩耗試験では樹脂コーティング層の厚さを５μｍとしているため、摩耗量が５μｍ以上である場合は、試料のＡｌ基軸受合金層が摩耗していることを表している。
【００４５】
表１の「作製不可能」とは、試料の製造時における複層アルミニウム合金板を、裏金層を構成する鋼板に圧接する際に、複層アルミニウム合金板の端部に割れが生じた状態のことである。なお、表１では、通常作製不可能であった試料においても、割れていない部分を利用して、その後の製造工程を行い、組成を分析した。
【００４６】
次に、摩耗試験の結果について解析する。
実施例品１〜５と比較例品１〜５との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層上に樹脂コーティング層が設けられているため、比較例品１〜５よりも摩耗量が少ないことが理解できる。
【００４７】
実施例品１〜５と比較例品６との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層に４．５質量％以上のＳｉを含んでいるため、比較例品６よりも摩耗量が少ないことが理解できる。
実施例品１〜５と比較例品７との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層に７．０質量％以下のＳｉを含んでいるため、試料の作製が可能であることが理解できる。
実施例品１〜５と比較例品８との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層の樹脂コーティング層側の表面に点在するＳｉ粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上であるため、比較例品８よりも摩耗量が少ないことが理解できる。
実施例品１〜５と比較例品９との対比から、実施例品１〜５は、Ａｌ基軸受合金層の表面に点在するＳｉ粒子の平均粒子径が１０μｍ以下であるため、試料の作製が可能であることが理解できる。
【００４８】
なお、表には示していないが、実施例品１〜５と同様の試料において、Ａｌ基軸受合金層の表面には、高低差が０．２〜０．５μｍの凹凸が形成されていた。この凹凸の高低差は、電子顕微鏡で観察される試料のＡｌ基軸受合金層の表面付近の画像に基づき、Ａｌ基軸受合金層のＡｌマトリクスにおける樹脂コーティング層側の表面の平均高さのところで直線を引き、その直線から樹脂コーティング層側に最も突出しているＳｉ粒子の先端部から当該直線までの最短距離である。
【００４９】
本実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
不可避的不純物については説明を省略し、各組成には不可避的不純物が含まれ得る。
Ａｌ基軸受合金層、中間層、樹脂コーティング層には、本発明の効果を妨げない範囲で、上述した以外の他の金属元素、添加剤などがさらに加えられていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
図面中、１１はＡｌ合金軸受、１２は基材、１３はＡｌ基軸受合金層、１３２はＳｉ粒子、１３３は表面、１４は樹脂コーティング層、１５は凸部、１６は凹部を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に設けられ、４．５〜７．０質量％のＳｉを含んだＡｌ基軸受合金層と、
前記Ａｌ基軸受合金層上に設けられ、樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層と、を備え、
前記Ａｌ基軸受合金層の前記樹脂コーティング層側の表面に、平均粒子径が０．５〜１０μｍのＳｉ粒子が前記樹脂コーティング層側に突出する状態で点在していることを特徴とするＡｌ合金軸受。
【請求項２】
前記樹脂バインダは、ＰＡＩ樹脂であることを特徴とする請求項１記載のＡｌ合金軸受。
【請求項３】
前記Ａｌ基軸受合金層の前記樹脂コーティング層側の表面において、前記表面から突出している前記Ｓｉ粒子の部分を凸部とし、前記Ｓｉ粒子間を凹部とすると、
前記表面に、前記凸部と前記凹部との高低差が０．２〜１．５μｍの凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のＡｌ合金軸受。
【請求項１】
基材と、
前記基材上に設けられ、４．５〜７．０質量％のＳｉを含んだＡｌ基軸受合金層と、
前記Ａｌ基軸受合金層上に設けられ、樹脂バインダ中に固体潤滑剤を含んだ樹脂コーティング層と、を備え、
前記Ａｌ基軸受合金層の前記樹脂コーティング層側の表面に、平均粒子径が０．５〜１０μｍのＳｉ粒子が前記樹脂コーティング層側に突出する状態で点在していることを特徴とするＡｌ合金軸受。
【請求項２】
前記樹脂バインダは、ＰＡＩ樹脂であることを特徴とする請求項１記載のＡｌ合金軸受。
【請求項３】
前記Ａｌ基軸受合金層の前記樹脂コーティング層側の表面において、前記表面から突出している前記Ｓｉ粒子の部分を凸部とし、前記Ｓｉ粒子間を凹部とすると、
前記表面に、前記凸部と前記凹部との高低差が０．２〜１．５μｍの凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のＡｌ合金軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−７３９５（Ｐ２０１３−７３９５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８３７６（Ｐ２０１１−１３８３７６）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（５９１００１２８２）大同メタル工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（５９１００１２８２）大同メタル工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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