JP2020169653A - Slide member and slide bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動面にて相手材が摺動する摺動部材およびすべり軸受に関する。 The present invention relates to a sliding member and a slide bearing in which a mating material slides on a sliding surface.
フッ化黒鉛を含む樹脂被覆層によって相手材との摺動面を形成したすべり軸受が知られている(特許文献1、参照。)。特許文献1において、フッ化黒鉛が固体潤滑剤として機能するため、すべり軸受の低摩擦性を向上させることができる。
A plain bearing in which a sliding surface with a mating material is formed by a resin coating layer containing graphite fluoride is known (see Patent Document 1). In
しかしながら、特許文献1において、樹脂被覆層を焼成する際に人体に悪影響があるHFが多く発生するという問題があった。特許文献1のフッ化黒鉛は、炭素とフッ素の原子比が1:1でありフッ素が多く含まれるため、焼成時におけるHF(フッ化水素)の発生量が多くなる。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、焼成時におけるHFの発生量を抑制できる技術を提供することを目的とする。
However, in
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing the amount of HF generated during firing.
前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材およびすべり軸受は、基層と、基層上に形成された樹脂被覆層とを備える摺動部材であって、樹脂被覆層は、バインダー樹脂と、二硫化モリブデンと、フッ素と炭素の原子比が1:N(Nは2以上の実数)であるフッ化黒鉛と、を含む。 In order to achieve the above object, the sliding member and the sliding bearing of the present invention are sliding members including a base layer and a resin coating layer formed on the base layer, and the resin coating layer is a binder resin. It contains molybdenum disulfide and graphite fluoride having an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: N (N is a real number of 2 or more).
前記の構成において、フッ化黒鉛におけるフッ素と炭素の原子比が1:N(Nは2以上の実数)となるため、摺動部材に含まれるフッ素量を低減できる。そのため、フッ化黒鉛による低摩擦性能を維持しつつ、樹脂被覆層の焼成時におけるHFの発生量を抑制できる。また、樹脂被覆層において表面自由エネルギーが炭素よりも小さいフッ素量を低減できる。そのため、フッ化黒鉛とバインダー樹脂との密着力を向上させることができる。また、表面自由エネルギーが炭素よりも小さいフッ素量を低減できるため、塗布液の溶剤中における分散性を向上させることができる。さらに、摺動面に対する油の濡れ性を向上させることができ、起動トルクを低減できる。 In the above configuration, since the atomic ratio of fluorine to carbon in graphite fluoride is 1: N (N is a real number of 2 or more), the amount of fluorine contained in the sliding member can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the amount of HF generated during firing of the resin coating layer while maintaining the low friction performance of graphite fluoride. In addition, the amount of fluorine whose surface free energy is smaller than that of carbon can be reduced in the resin coating layer. Therefore, the adhesive force between graphite fluoride and the binder resin can be improved. Further, since the amount of fluorine whose surface free energy is smaller than that of carbon can be reduced, the dispersibility of the coating liquid in the solvent can be improved. Further, the wettability of the oil to the sliding surface can be improved, and the starting torque can be reduced.
Nは2以上の実数であればよく、2であってもよいし、2よりも大きくてもよい。黒鉛とF2とを反応させてフッ化黒鉛を生成する際に、結晶性の高い黒鉛を原料として使用し、例えば反応温度を調整することにより、フッ素と炭素の原子比が1:2となるフッ化黒鉛(C2F)nやフッ素と炭素の原子比が1:3.4となる(C3.4F)nを生成できる。むろん、Nが異なる複数種のフッ化黒鉛が樹脂被覆層に含まれてもよい。 N may be a real number of 2 or more, may be 2, or may be larger than 2. When graphite and F 2 are reacted to produce graphite fluoride, highly crystalline graphite is used as a raw material, and for example, by adjusting the reaction temperature, the atomic ratio of fluorine to carbon becomes 1: 2. Graphite (C 2 F) n and (C 3.4 F) n with an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: 3.4 can be produced. Of course, a plurality of types of graphite fluoride having different N may be contained in the resin coating layer.
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
(1−2)摺動部材の製造方法:
(2)他の実施形態:
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
(1-2) Manufacturing method of sliding member:
(2) Other embodiments:
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
図1は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材1の斜視図である。摺動部材1は、裏金10とライニング11とオーバーレイ12とを含む。摺動部材1は、中空状の円筒を直径方向に2等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。2個の摺動部材1を円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Aが形成される。すべり軸受Aは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸2(エンジンのクランクシャフト)を軸受けする。相手軸2の外径はすべり軸受Aの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手軸2の外周面と、すべり軸受Aの内周面との間に形成される隙間に潤滑油(エンジンオイル)が供給される。その際に、すべり軸受Aの内周面上を相手軸2の外周面が摺動する。
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
FIG. 1 is a perspective view of a sliding
摺動部材1は、曲率中心から遠い順に、裏金10とライニング11とオーバーレイ12とが順に積層された構造を有する。従って、裏金10が摺動部材1の最外層を構成し、オーバーレイ12が摺動部材1の最内層を構成する。裏金10とライニング11とオーバーレイ12とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。例えば、裏金10の厚みは1.0mm〜3.0mmとされ、ライニング11の厚みは0.1mm〜0.5mmとされる。
The sliding
オーバーレイ12の厚みは、1〜20μmであってもよく、3〜10μmが望ましい。以下、内側とは摺動部材1の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材1の曲率中心と反対側を意味することとする。オーバーレイ12の内側の表面は、相手軸2の摺動面を構成する。
The thickness of the
例えば、裏金10は鋼によって形成される。ライニング11は、25質量%以下のBiと、10質量%以下のSnと、2質量%以下のP、Ag、In、Ni、Al等を含有する銅合金であってもよい。必ずしも裏金10は鋼によって形成されなくてもよく、裏金10が省略されてもよい。ライニング11はオーバーレイ12よりも硬い材料で形成されればよく、Al合金等によって形成されてもよい。
For example, the
オーバーレイ12は、ライニング11の内側の表面上に積層された層であり、本発明の樹脂被覆層を構成する。オーバーレイ12は、バインダー樹脂と二硫化モリブデンとフッ化黒鉛と不可避不純物とからなる。本実施形態において、バインダー樹脂に対する二硫化モリブデンの体積比は30体積%であり、バインダー樹脂に対するフッ化黒鉛の体積比は10体積%である。ただし、バインダー樹脂に対する二硫化モリブデンの体積比は5〜45体積%であってもよいし、バインダー樹脂に対するフッ化黒鉛の体積比は5〜45体積%であってもよい。なお、バインダー樹脂に対する不可避不純物の体積比は1体積%以下である。
The
本実施形態のバインダー樹脂は、ポリアミドイミド樹脂である。バインダー樹脂は、機械的強度があり耐熱性が高い樹脂が好ましい。例えば、ポリイミド樹脂(PI)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、PES等の熱可塑性樹脂をバインダー樹脂として用いるのが望ましく、機械強度やライニング11との密着性に優れるポリイミド樹脂(PI)やポリアミドイミド(PAI)樹脂がより望ましい。フッ化黒鉛は、フッ素と炭素の原子比が1:N(N=3.4)となる化合物であり、(C3.4F)nで表される。フッ化黒鉛は、鱗片状の分子構造を有する。
The binder resin of this embodiment is a polyamide-imide resin. The binder resin is preferably a resin having mechanical strength and high heat resistance. For example, it is desirable to use a thermosetting resin such as a polyimide resin (PI), an epoxy resin, or a phenol resin, or a thermoplastic resin such as polybenzoimidazole (PBI) or PES as a binder resin, and the mechanical strength and the
以上説明した本実施形態において、フッ化黒鉛として(C3.4F)nを用いることで、表面自由エネルギーが炭素よりも小さいフッ素量を低減できる。そのため、摺動面に対する油の濡れ性を向上させることができ、起動トルクを低減できる。また、フッ素と炭素の原子比が1:3.4のフッ化炭素を固体潤滑剤として使用することにより、オーバーレイ12において表面自由エネルギーが炭素よりも小さいフッ素量を低減できる。そのため、フッ化黒鉛とバインダー樹脂との密着力を向上させることができる。
In the present embodiment described above, by using (C 3.4 F) n as graphite fluoride, the amount of fluorine having a surface free energy smaller than that of carbon can be reduced. Therefore, the wettability of the oil to the sliding surface can be improved, and the starting torque can be reduced. Further, by using fluorocarbon having an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: 3.4 as a solid lubricant, it is possible to reduce the amount of fluorine having a surface free energy smaller than that of carbon in the
本実施形態のオーバーレイ12には、フッ素と炭素の原子比が1:1のフッ化黒鉛(CF)nと同等の低摩擦性能を有するフッ化黒鉛(フッ素と炭素の原子比が1:3.4)が含まれる。そのため、オーバーレイ12のフッ化黒鉛として(CF)nを使用した場合と同等の低摩擦性を実現できる。
The
図2は、第1実施形態の摺動部材1と比較例の摩擦抵抗を計測した結果を示すグラフである。図2の縦軸は摩擦抵抗を意味するトルク[N・m]を示し、横軸はシャフト回転数[rpm]を示す。図2に示すように、第1実施形態の摺動部材1と比較例の摩擦抵抗は、計測を行ったシャフト回転回数[rpm]の全域においてほぼ同等であった。
FIG. 2 is a graph showing the results of measuring the frictional resistance between the sliding
図3は、摩擦抵抗の測定装置の模式図である。コンロッド30に摺動部材1(すべり軸受A)を取り付け、摺動部材1によって相手軸2を軸受けした。コンロッド30に対して相手軸2に直交する方向の往復荷重(6kN)を作用させた。なお、コンロッド30は剛体であると見なすことができる。
FIG. 3 is a schematic view of a friction resistance measuring device. A sliding member 1 (sliding bearing A) was attached to the connecting
相手軸2を試験軸70とカップリングし、相手軸2と試験軸70とを複数のベアリング60によって保持した。試験軸70をモータ50によって回転させ、トルク計40によって相手軸2と試験軸70に作用するトルクを計測した。また、相手軸2と試験軸70の回転速度をエンジンの常用回転数域(1500,2000,2500,3000rpm)とした。
The
そして、トルク計40が計測したトルクを摺動部材1の摩擦抵抗として計測した。なお、ベアリング60の摩擦抵抗は無視できる。また、本実施形態の摺動部材1の代わりに比較例の摺動部材を取り付けることにより、比較例の摺動部材の摩擦抵抗を計測した。
Then, the torque measured by the
(1−2)摺動部材の製造方法:
摺動部材1を、以下に示す工程によって製造した。ただし、摺動部材1の製造方法は以下に示す工程に限定されるものではない。
(a)裏金鋼に軸受合金層を形成する工程、
(b)切出しやプレス等で成形し、円筒状または半割状のすべり軸受基材を作製する工程、
(c)すべり軸受基材の軸受合金層表面に、当該基材と樹脂被覆層との密着性を確保するための処理を施す工程、
(d)すべり軸受基材の軸受合金層上に、樹脂被覆層を塗布する工程、
(e)樹脂被覆層を乾燥する工程、
(f)樹脂被覆層を焼成する工程。
(1-2) Manufacturing method of sliding member:
The sliding
(A) Step of forming a bearing alloy layer on the back metal steel,
(B) A process of producing a cylindrical or half-split plain bearing base material by molding by cutting or pressing.
(C) A step of applying a treatment to the surface of the bearing alloy layer of the slide bearing base material to ensure the adhesion between the base material and the resin coating layer.
(D) A step of applying a resin coating layer on a bearing alloy layer of a plain bearing base material,
(E) Step of drying the resin coating layer,
(F) A step of firing the resin coating layer.
工程(c)として、サンドブラストなどの粗面化処理に代表される物理的処理や、エッチング、化成処理などの化学処理を行ってもよい。なお、工程(c)は、すべり軸受基材の油分を洗浄剤で脱脂した後に行うことが好ましい。 As the step (c), a physical treatment typified by a roughening treatment such as sandblasting or a chemical treatment such as etching or chemical conversion treatment may be performed. The step (c) is preferably performed after degreasing the oil content of the slide bearing base material with a cleaning agent.
工程(d)において樹脂被覆層を塗布する際には、バインダー樹脂と二硫化モリブデンとフッ化黒鉛とを混合した塗布液を調製する。また、二硫化モリブデンとフッ化黒鉛とバインダー樹脂の分散性を高めたり、塗布液の粘度を調整したりするために、必要に応じてメチルピロリドンやキシレン等の溶剤を用いてもよい。ここで、フッ素と炭素の原子比が1:3.4のフッ化炭素を固体潤滑剤として使用することにより、表面自由エネルギーが炭素よりも小さいフッ素量を低減できるため、塗布液の溶剤中における分散性を向上させることができる。 When the resin coating layer is applied in the step (d), a coating solution prepared by mixing a binder resin, molybdenum disulfide and graphite fluoride is prepared. Further, in order to improve the dispersibility of molybdenum disulfide, graphite fluoride and the binder resin, and to adjust the viscosity of the coating liquid, a solvent such as methylpyrrolidone or xylene may be used as necessary. Here, by using fluorocarbon having an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: 3.4 as a solid lubricant, the amount of fluorine having a surface free energy smaller than that of carbon can be reduced, so that the coating liquid can be used in the solvent. Dispersibility can be improved.
塗布方法は特に限定されず、塗布方法としてエアスプレー法やエアレススプレー法やロール法やパッド法やスクリーン印刷法や静電塗装やタンブリングなどを採用してもよい。また、複数回に渡って重ね塗りをすることによってオーバーレイ12の厚さを確保してもよいし、塗布液の粘度を大きくすることによってオーバーレイ12の厚さを確保してもよい。
The coating method is not particularly limited, and as the coating method, an air spray method, an airless spray method, a roll method, a pad method, a screen printing method, electrostatic coating, tumbling, or the like may be adopted. Further, the thickness of the
前記工程(e)において、塗布液の溶剤を蒸発させる。例えば、40〜120℃で5〜60分にわたって乾燥を行うことにより、ライニング11とオーバーレイ12との密着性を向上させてもよい。むろん、乾燥の温度と時間は上述したものに限られない。
In the step (e), the solvent of the coating liquid is evaporated. For example, the adhesion between the lining 11 and the
前記工程(f)においては、例えば150〜300℃で30〜60分にわたって焼成を行ってもよい。むろん、焼成の温度と時間は上述したものに限られない。
焼成の温度を一定に維持してもよいし、昇温変化させてもよい。また、オーバーレイ12の成分の酸化を防ぐために、窒素ガスのような不活性ガス雰囲気で焼成を行ってもよい。
本実施形態において、フッ化黒鉛におけるフッ素と炭素の原子比が1:3.4となるため、摺動部材1に含まれるフッ素量を低減できる。そのため、オーバーレイ12の焼成時におけるHFの発生量を抑制できる。
In the step (f), for example, firing may be performed at 150 to 300 ° C. for 30 to 60 minutes. Of course, the firing temperature and time are not limited to those described above.
The firing temperature may be kept constant, or the temperature may be changed. Further, in order to prevent oxidation of the components of the
In the present embodiment, since the atomic ratio of fluorine to carbon in graphite fluoride is 1: 3.4, the amount of fluorine contained in the sliding
(2)他の実施形態:
フッ素と炭素の原子比が1:3.4のフッ化黒鉛の代わりに、フッ素と炭素の原子比が1:2のフッ化黒鉛(C2F)nをオーバーレイ12に含有させてもよい。フッ化黒鉛(C2F)n,(C2F)n以外のフッ化黒鉛(CNF)n(Nは2以上の実数)をオーバーレイ12の固体潤滑剤として使用しても、焼成時におけるHFの発生量を抑制できるという本発明の効果を達成できることには相違ない。前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Aを構成する摺動部材1を例示したが、本発明の摺動部材1によって他の用途のすべり軸受Aを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材1によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等のラジアル軸受を形成してもよい。さらに、本発明の摺動部材は、スラスト軸受であってもよく、各種ワッシャであってもよいし、カーエアコンコンプレッサ用の斜板であってもよい。
(2) Other embodiments:
Instead of the fluoride graphite having an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: 3.4, the
1…摺動部材、2…相手軸、10…裏金、11…ライニング、12…オーバーレイ、A…軸受 1 ... sliding member, 2 ... mating shaft, 10 ... back metal, 11 ... lining, 12 ... overlay, A ... bearing
Claims (2)
前記樹脂被覆層は、
バインダー樹脂と、
二硫化モリブデンと、
フッ素と炭素の原子比が1:N(Nは2以上の実数)であるフッ化黒鉛と、
不可避不純物と、
からなる摺動部材。 A sliding member including a base layer and a resin coating layer formed on the base layer.
The resin coating layer is
Binder resin and
With molybdenum disulfide,
Graphite fluoride with an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: N (N is a real number of 2 or more),
Inevitable impurities and
Sliding member consisting of.
前記樹脂被覆層は、
バインダー樹脂と、
二硫化モリブデンと、
フッ素と炭素の原子比が1:N(Nは2以上の実数)であるフッ化黒鉛と、
不可避不純物と、
からなるすべり軸受。 A slide bearing including a base layer and a resin coating layer formed on the base layer.
The resin coating layer is
Binder resin and
With molybdenum disulfide,
Graphite fluoride with an atomic ratio of fluorine to carbon of 1: N (N is a real number of 2 or more),
Inevitable impurities and
A plain bearing consisting of.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019069667A JP2020169653A (en) | 2019-04-01 | 2019-04-01 | Slide member and slide bearing |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2019069667A Pending JP2020169653A (en) | 2019-04-01 | 2019-04-01 | Slide member and slide bearing |
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