DE102005023457A1

DE102005023457A1 - Gleitfilm, Gleitelement, Zusammensetzung für einen Gleitfilm, Gleitvorrichtung, Taumelscheibenkompressor, Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms und Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements

Info

Publication number: DE102005023457A1
Application number: DE102005023457A
Authority: DE
Inventors: Manabu Kariya Sugiura; Takahiro Kariya Sugioka; Hiroyuki Kawaura; Takao Kobayashi; Goro Watanabe; Kenichi Suzuki; Hideo Tachikawa; Hideo Hasegawa
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2005-12-15
Also published as: US7331274B2; KR20060048055A; US20050257684A1; CN1699445A; KR100709939B1; CN100410298C

Abstract

Ein Gleitfilm schließt ein festes Schmiermittel, ein Bindeharz und ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt ein. Das Bindeharz dient dazu, das feste Schmiermittel auf einer Oberfläche eines Substrats zu halten, und zeigt eine Glasübergangstemperatur. Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt zeigt einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes. Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt zeigt eine latente Wärme, die Reibungswärme absorbieren kann, die zwischen Gleitelementen erzeugt wird, und verzögert dementsprechend die Verschlechterung des Bindeharzes. Im Ergebnis ergibt der Gleitfilm eine hohe Beständigkeit gegenüber Festfressen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein auf einer Gleitoberfläche gebildetes Gleitelement, auf eine Zusammensetzung, die zur Erzeugung des Gleitfilms verwendet wird, auf ein Gleitelement, das den Gleitfilm umfasst, auf eine Gleitvorrichtung, die aus dem Gleitelement hergestellt ist, und auf einen Taumelscheibenkompressor, der eines der Beispiele für die Gleitvorrichtung ist, ebenso wie auf ein Verfahren zur Erzeugung des Gleitfilms und auf ein Verfahren zur Herstellung des Gleitelements.

Geräte, mit denen Kraftfahrzeuge ausgestattet werden, wie etwa Motoren und Taumelscheibenkompressoren für Klimaanlagen, sind für Gleitvorgänge mit Gleitelementen bereitgestellt. Wenn ein Taumelscheibenkompressor als ein Beispiel genommen wird, ist dieser mit linear gleitenden Kolben, einer Zylinderbohrung, welche gleitend mit den Kolben in Kontakt steht, einer Taumelscheibe, die drehend gleitet, Schuhen, die gleitend mit der Taumelscheibe in Kontakt stehen, einer Hauptwelle und Halterungen, welche die Hauptwelle halten, während sie mit dieser gleitend in Kontakt stehen, bereitgestellt. Auf gleitende Oberflächen solcher Gleitelemente werden üblicherweise Schmiermittel aufgebracht, um aktiv zu schmieren. Im Falle von Taumelscheibenkompressoren erhalten im Wesentlichen nebel- bzw. schleierartige Schmiermittel, die im Inneren der Taumelscheibenkompressoren vorliegen, die Gleitfähigkeit zwischen gleitenden Oberflächen aufrecht.

Allerdings ist es möglich, dass bei Taumelscheibenkompressoren, selbst zeitweilig, direkt nach dem Betriebsbeginn oder abrupten Belastungsschwankungen eine schlechte Schmierung oder gar keine Schmierung zwischen den Gleitoberflächen auftritt.

Selbst wenn dies der Fall ist, ist es bevorzugt, stabile Gleiteigenschaften zwischen den Gleitoberflächen zu gewährleisten, indem zum Beispiel ein Festfressen zwischen den gleitenden Oberflächen verhindert wird.

Unter solch einem Gesichtspunkt sind zum Beispiel im Falle der Taumelscheibenkompressoren Gleitfilme einschließlich fester Schmiermittel auf den Oberflächen von Taumelscheiben angeordnet. Zum Beispiel offenbaren die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 8-199,327, die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 11-193,780 und die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2003-183,685 solche Gleitfilme. Speziell offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 8-199,327 eine Taumelscheibe, deren gegenüberliegende Oberflächen mit einer Schicht mit festem Schmiermittel (d.h. mit einem Gleitfilm) bedeckt sind, in der ein synthetisches Harz feste Schmiermittel wie etwa MoS₂, Polytetrafluorethylen (hiernach als „PTFE" abgekürzt) und Graphit (wo zweckmäßig hiernach als „Gr" abgekürzt) zusammenfügt. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 11-193,780 offenbart eine Taumelscheibe, bei der eine ihrer Oberflächen, die beim Verdichtungstakt der Kolben großen Lasten ausgesetzt ist, mit einer Schicht mit festem Schmiermittel bereitgestellt ist, und bei der die andere ihrer Oberflächen mit einer thermisch aufgesprühten Schicht bereitgestellt ist. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2003-183,685 offenbart eine Taumelscheibe, deren gegenüberliegende Oberflächen mit einer Schicht mit festem Schmiermittel bedeckt sind, in der Ni, Fe, Cr und Co zusätzlich zu MoS₂, PTFE und Graphit vermengt sind.

Allerdings sind aufgrund von Verkleinerung, einer Gewichtsverringerung und anderer schwerer Anforderungen größere Lasten als herkömmlich zwischen Gleitelementen aufgetreten. Für Taumelscheibenkompressoren, die solchen größeren Lasten ausgesetzt sind, ist es nicht notwendigerweise einfach geworden, eine zufriedenstellende Beständigkeit gegenüber Festfressen bzw. Reibverschweißung zu gewährleisten, indem einfach die Gleitoberflächen mit den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Schichten mit festem Schmiermittel versehen werden.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Umstände entwickelt worden. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleitfilm bereitzustellen, der eine bessere Beständigkeit gegenüber Festfressen als jene der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Schichten mit festem Schmiermittel zeigt. Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung, die zur Erzeugung des Gleitfilms verwendet wird, ein Gleitelement, das den Gleitfilm umfasst, eine Gleitvorrichtung, die aus dem Gleitelement hergestellt ist, und einen Taumelscheibenkompressor bereitzustellen, der eines der Beispiele für die Gleitvorrichtung ist. Zusätzlich ist es noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung des Gleitfilms und ein Verfahren zur Herstellung des Gleitelements bereitzustellen.

Es ist zu beachten, dass die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 11-193,708 für feste Schmiermittel, die in dem Gleitfilm eingeschlossen sind, ebenfalls Metalle wie etwa Zinn (Sn), Blei (Pb) und Indium (In) als Beispiele angibt. Allerdings offenbart sie überhaupt nicht Gleitfilme, in denen tatsächlich Sn, Pb und In vermengt sind. Sie betrachtet diese Metalle einfach lediglich als einige der festen Schmiermittel. Darüber hinaus offenbart sie ebenfalls die Durchführung eines Plattierens auf Basis von Sn oder eines thermischen Versprühens auf Basis von Sn. Allerdings betrachtet sie diese Behandlungen lediglich als einige Behandlungen zur Erzeugung eines unterliegenden Überzugs für den Gleitfilm einschließlich fester Schmiermittel allein.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2003-183,685 offenbart außerdem, dass ein in der Schicht mit festem Schmiermittel vermengtes feines Nickelpulver die Wirkung hat, dass in der Schicht mit festem Schmiermittel vorliegendes MoS₂ und Graphit leichter an gleitende Gegenflächen anhaften kann. Allerdings ist solch eine Wirkung vollständig verschieden von den Wirkungen von Sn usw., die später als Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Daher unterscheiden sich Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung, die hiernach im Detail beschrieben werden, von Nickel, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2003-183,685 offenbart ist, vollständig hinsichtlich des technischen Konzepts.

Bisher sind Taumelscheibenkompressoren als Beispiele angegeben worden. Allerdings gelten die vorstehenden Beschreibungen genauso für flügelartige Kompressoren und verschiebungsartige Kompressoren ebenso wie für andere Arten von Kompressoren. Darüber hinaus sind die vorstehenden Beschreibungen ohne Beschränkung auf Kompressoren in gleicher Weise einschlägig für Gleitvorrichtungen im Allgemeinen, die unter schweren bzw. harten Bedingungen betrieben werden.

Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ernsthaft studiert, um die Probleme zu lösen, und haben Versuch und Fehler (trials and errors) wiederholt. Im Ergebnis haben sie darüber nachgedacht, in neuartiger Weise zusätzlich zu herkömmlichen festen Schmiermitteln des Weiteren ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt (z.B. Sn) in Gleitfilmen einzuschließen, und haben zudem bestätigt, dass die resultierenden Gleitfilme eine gute Beständigkeit gegenüber Festfressen zeigen. So haben sie die Fertigstellung der vorliegenden Erfindung erzielt.

(Gleitfilm)

Zum Beispiel ist ein Gleitfilm gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gleitfilm mit:
einem festen Schmiermittel,
einem Bindeharz zum Halten des festen Schmiermittels auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei das Bindeharz eine Glasübergangstemperatur zeigt, und
einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt.

Wenn der vorliegende Gleitfilm auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, wird die Beständigkeit gegenüber Festfressen zwischen dem Substrat und seinen Gegenelementen (gegenüberliegende, zusammenpassende bzw. berührende Elemente) verglichen mit einem Substrat, das mit den herkömmlichen Gleitfilmen bereitgestellt ist, verbessert. Dementsprechend sind die Gleitvorrichtungen, die mit dem resultierenden Substrat ausgestattet sind, hinsichtlich der Verlässlichkeit und der Haltbarkeit verbessert. Darüber hinaus ist es möglich, zu erwarten, dass der vorliegende Gleitfilm nicht nur die Beständigkeit gegenüber Festfressen verbessert, sondern zudem die Verschleißfestigkeit von Gleitelementen verbessert und die Reibungskoeffizienten zwischen Gleitoberflächen verringert. Es ist zu beachten, dass zusätzlich zu der verbesserten Beständigkeit gegenüber Festfressen auf die verbesserte Verschleißfestigkeit und die verringerten Reibungskoeffizienten hiernach zusammen als „gute Gleiteigenschaften" Bezug genommen wird, wann immer es zweckmäßig ist.

Es ist bisher noch nicht eindeutig, warum der vorliegende Gleitfilm gute Gleiteigenschaften zeigt. Allerdings wird angenommen, dass ein in dem vorliegenden Gleitfilm eingeschlossenes Material mit niedrigem Schmelzpunkt Reibungswärme, die aus Gleitvorgängen resultiert, in wenigstens effektiver Weise unter schweren Schmierungsbedingungen wie etwa schlechter Schmierung oder fehlender Schmierung absorbiert. Somit wird verhindert, dass der vorliegende Gleitfilm durch die Reibungswärme verschlechtert wird, so dass die Lebensdauer des vorliegenden Gleitfilms verlängert wird. Im Ergebnis wird gegenwärtig angenommen, dass die Beständigkeit gegenüber Festfressen des vorliegenden Gleitfilms verbessert ist. Der Vorteil wird hiernach detailliert beschrieben.

Selbst wenn schlechte Schmierbedingungen und fehlende Schmierung vorliegen, sind Substrate und ihre Gegenelemente (auf die hiernach beide als „Gleitelemente" Bezug genommen wird, wann immer es zweckmäßig ist) herkömmlich mit Gleitfilmen einschließlich fester Schmiermittel bereitgestellt worden, um das Festfressen zwischen den Substraten und den Gegenelementen zu verhindern. Allerdings ist es, wie vorstehend beschrieben wurde, für herkömmliche Gleitfilme nicht notwendigerweise einfach geworden, eine zufriedenstellende Beständigkeit gegenüber Festfressen sicherzustellen, da in letzter Zeit die Betriebsumgebungen und Schmierbedingungen für Gleitelemente sehr viel härter geworden sind.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in Erwägung gezogen, dass der Grund für den Nachteil darin besteht, dass die Reibungswärme die herkömmlichen Filme schnell verschlechtert hat. Das heißt, wenn sich Gleitelemente gleitend bewegen, wird mehr oder weniger Reibungswärme erzeugt. Wenn ein Schmiermittel in ausreichender Weise zwischen die Gleitoberflächen zugeführt wird, ist es natürlich weniger wahrscheinlich, dass eine Verschlechterung der Gleitfilme auftritt, da ein zwischen den Gleitoberflächen vorliegender Schmierfilm den Reibungskoeffizienten zwischen den Gleitoberflächen verringert und den zwischen ihnen ausgeübten Druck verteilt und da das Schmiermittel sogar die Reibungswärme abstrahlt, so dass weniger Reibungswärme erzeugt wird.

Wenn allerdings Gleitoberflächen schlecht oder gar nicht geschmiert werden, ist es kaum möglich geworden, die Vorteile zu erwarten, die sich aus einer Schmierung ergeben. Selbst wenn feste Schmiermittel die Reibungskoeffizienten zwischen Gleitoberflächen mehr oder weniger verringern, nimmt die Reibungswärme scharf zu, nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, und infolgedessen steigen die Temperaturen der Gleitfilme schnell an.

In Gleitfilmen werden feste Schmiermittel gewöhnlich durch Bindeharze an den Oberflächen von Gleitelementen gehalten. Polyamidimid (hiernach als „PAI" abgekürzt), ist ein repräsentatives Beispiel für die Bindeharze mit guter Wärmebeständigkeit und hat eine Temperatur der Wärmebeständigkeit von ungefähr 400 bis 500°C. Wenn allerdings die Reibungswärme die Temperaturen von Gleitfilmen erhöht, erfuhr selbst solch ein Harz mit guter Wärmebeständigkeit eine Erweichung (einschließlich Glasübergang), eine Verschlechterung und sogar eine Zerstörung. Im Ergebnis verliert das Harz die Fähigkeit, feste Schmiermittel auf den Oberflächen von Gleitelementen zu halten. Demgemäß sind Gleitelemente direkt ohne dazwischen liegende Gleitfilme mit Gegenelementen gleitend in Kontakt getreten. Infolgedessen wird angenommen, dass ein Festfressen der Gleitelemente resultiert.

Selbst bei dem vorliegenden Gleitfilm steigt seine Temperatur unter schweren Gleitbedingungen in ähnlicher Weise schnell an.

Allerdings umfasst der vorliegende Gleitfilm ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, dessen Schmelzpunkt niedriger als der Glasübergangspunkt des Bindeharzes liegt und das mit dem Bindeharz vermengt ist. Wenn die Reibungswärme damit beginnt, die Temperatur des vorliegenden Gleitfilms schnell ansteigen zu lassen, absorbiert der niedrige Schmelzpunkt die Reibungswärme ausgiebig durch die latente Wärme, die viel größer als die spezifische Wärme ist, bevor das Bindeharz zu erweichen beginnt. Im Ergebnis wird verhindert, dass die Temperatur des vorliegenden Gleitfilms ansteigt. Demgemäß ist es möglich, die Erweichung des Bindeharzes und letztendlich die Verschlechterung des vorliegenden Gleitfilms zu verhindern oder zu verzögern. Infolgedessen ist es möglich, ein festes Schmiermittel für eine viel längere Zeitspanne fest auf den Oberflächen von Gleitelementen zu halten.

Daraus folgt, dass bei dem vorliegenden Gleitfilm das Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt, die Temperaturerhöhung des vorliegenden Gleitfilms, die aus der Reibungswärme resultiert, verhindert oder verzögert. Somit zeigt der vorliegende Gleitfilm viel länger stabile Gleiteigenschaften als herkömmlich. Im Ergebnis wird angenommen, dass der vorliegende Gleitfilm die Beständigkeit gegenüber Festfressen zwischen Gleitelementen beträchtlich verbessert. Allerdings sind diese Vorgänge und Vorteile, die aus dem Material mit niedrigem Schmelzpunkt resultieren, nur einige der Faktoren dafür, dass der vorliegende Gleitfilm eine gute Beständigkeit gegenüber Festfressen zeigt. Es soll angemerkt werden, dass der vorstehend beschriebene Mechanismus nicht für alle der guten Gleiteigenschaften des vorliegenden Gleitfilms verantwortlich ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, dass, wenn eine spezielle Komponente (z.B. ein Gleitprodukt erzeugendes Element) auf den Gleitoberflächen von Gegenelementen vorliegt, die spezielle Komponente und das in dem vorliegenden Gleitfilm eingeschlossene Material mit niedrigem Schmelzpunkt ein neues Gleitprodukt bzw. Reibungsprodukt ausbilden, wie es später beschrieben wird. Für das resultierende neue Gleitprodukt wird angenommen, dass es zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen verbesserten Beständigkeit gegenüber Festfressen die Vorteile einer weiteren Verbesserung der Gleiteigenschaften wie etwa einer Verringerung der Reibungskoeffizienten zwischen Gleitoberflächen und der Verbesserung der Verschleißfestigkeit zeigt.

Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Erfindung die Glasübergangstemperatur eines Bindeharzes als ein Grenzwert für den Schmelzpunkt eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt eingeführt wird, da die Glasübergangstemperatur eine wichtige Eigenschaft zur Angabe der Wärmebeständigkeit eines Harzes ist, insbesondere jener eines Polymers. Es ist zudem zu beachten, dass die vorliegende Erfindung konzeptionell Komponententeile einschließt, welche Gleitfilme nahezu alleine umfassen, zum Beispiel Lager.

(Gleitelement)

Es ist möglich, die vorliegende Erfindung als ein Gleitelement zu erfassen, das den vorstehend beschriebenen vorliegenden Gleitfilm umfasst. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung angepasst sein an ein Gleitelement mit:
einem Substrat; und
dem in Anspruch 1 dargelegten Gleitfilm, der auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist.

Ein repräsentatives Beispiel für solch ein Gleitelement sind Taumelscheiben für Taumelscheibenkompressoren.

(Gleitvorrichtung und Taumelscheibenkompressor)

Es ist möglich, die vorliegende Erfindung als eine Gleitvorrichtung zu erfassen, die den vorstehend beschriebenen vorliegenden Gleitfilm umfasst. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung angepasst sein an eine Gleitvorrichtung mit:
einem Substrat, auf dem der in Anspruch 1 dargelegte Gleitfilm gebildet ist, und
einem Gegenelement, das mit dem Gleitfilm des Substrats gleitend in Kontakt steht.

Solch eine Gleitvorrichtung können zum Beispiel Taumelscheibenkompressoren oder von einem taumelscheibenartigen verschiedene Kompressoren sein, oder können überhaupt keine Kompressoren sein. Hiernach wird die vorliegende Gleitvorrichtung mit Bezug auf einen Taumelscheibenkompressor beschrieben werden, der als ein repräsentatives Beispiel für die Gleitvorrichtung genommen wird. Verschiedene Taumelscheibenkompressoren sind erhältlich. Zum Beispiel gibt es Taumelscheibenkompressoren mit veränderlicher Kapazität, Taumelscheibenkompressoren mit konstanter Kapazität, Taumelscheibenkompressoren mit einem Kopf und Taumelscheibenkompressoren mit zwei Köpfen.

Ein spezielles Beispiel ist ein Taumelscheibenkompressor mit:
einer Hauptwelle,
einer Taumelscheibe, die sich zusammen mit der Hauptwelle dreht,
einem Zylinderblock mit einer zylinderförmigen Zylinderbohrung, die sich axial erstreckt und auf einer Taumelscheibenseite öffnet,
einem Kolben mit einem Griff, der in die Taumelscheibe eingreift und durch die schwingende Taumelscheibe angetrieben wird, und mit einem Kopf, der sich kontinuierlich von dem Griff erstreckt, in die Zylinderbohrung des Zylinderblocks eingepasst ist und sich in der Zylinderbohrung in Abhängigkeit von der schwingenden Taumelscheibe vor- und zurückbewegt, und
einem Paar Schuhe, die schwingfähig an dem Griff des Kolbens gehalten werden und mit einer Oberfläche der Taumelplatte gleitend in Kontakt stehen.

In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass der vorliegende Gleitfilm auf einer Oberfläche der Taumelplatte und/oder auf Oberflächen der Schuhe gebildet ist. Es ist zu beachten, dass die Anzahl an Kolben einen oder mehr betragen kann. Ein Kolben ist mit einem Paar Schuhe versehen. Natürlicherweise ist eine Vielzahl von Kolben mit einer Vielzahl von Schuhpaaren versehen.

(Zusammensetzung für den Gleitfilm)

Es ist möglich, die vorliegende Erfindung als eine Zusammensetzung für einen Gleitfilm, ein Rohmaterial zur Erzeugung des vorliegenden Gleitfilms, zu erfassen. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung an eine Zusammensetzung für Gleitfilme angepasst sein, wobei die Zusammensetzung umfasst:
ein festes Schmiermittel,
ein Bindeharz, das eine Glasübergangstemperatur zeigt, und
ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt, wodurch der vorliegende Gleitfilm hergestellt wird.

Spezielle Beispiele für solch eine Gleitfilmzusammensetzung können Farben bzw. Anstriche für Gleitfilme und Übertragungsfilme für Gleitfilme sein.

(Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms)

Es ist möglich, die vorliegende Erfindung als ein Verfahren zur Erzeugung des Gleitfilms zu erfassen. Erstens kann die vorliegende Erfindung an ein Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms angepasst sein, wobei das Verfahren umfasst:
Aufbringen eines Anstrichs für Gleitfilme auf eine Oberfläche eines Substrats, wobei der Anstrich umfasst:
einen Lack aus einem Bindeharz, das eine Glasübergangstemperatur zeigt,
ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt und in dem Lack dispergiert ist, und
ein festes Schmiermittel, das in dem Lack dispergiert ist, und
Brennen des nach dem Auftragungsschritt erzeugten Anstrichfilms durch Erhitzen, wodurch der vorliegende Gleitfilm hergestellt wird.

Zweitens kann die vorliegende Erfindung an ein Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms angepasst sein, wobei das Verfahren umfasst:
Übertragen eines Übertragungsfilms, der durch Drucken einer Paste hergestellt wurde, auf eine Oberfläche eines Substrats, wobei die Paste umfasst:
ein Bindeharz, das eine Glasübergangstemperatur zeigt,
ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt und mit dem Bindeharz vermengt ist, und
ein festes Schmiermittel, das mit dem Bindeharz vermengt ist, und
Brennen des auf der Oberfläche des Substrats nach dem Übertragungsschritt erzeugten Übertragungsfilms durch Erhitzen, wodurch der vorliegende Gleitfilm hergestellt wird.

(Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements)

Es ist möglich, die vorliegende Erfindung als ein Verfahren zur Herstellung des vorliegenden Gleitelements zu erfassen. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung an ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements durch das vorstehend beschriebene erste oder zweite Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms angepasst sein.

Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und viele ihrer Vorteile wird leicht erhalten werden, da diese unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich wird, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen und der detaillierten Einzeldarstellung betrachtet wird, wobei dies alles einen Teil der Offenbarung bildet.

Die 1 ist eine Querschnittsansicht eines Taumelscheibenkompressors, einer Gleitvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Veranschaulichung, wie eine Taumelscheibe und ein Schuh für den Taumelscheibenkompressor gleitend in Kontakt stehen.
Die 3 ist ein Diagramm, um ein Trockenverschluss-Testgerät grob zu veranschaulichen, das zur Bewertung der Beständigkeit gegenüber Festfressen verwendet wird, welche die Gleitfilme zeigen.
Die 4 ist ein Punktdiagramm, in welchem die Zeiten bis zum Festfressen aufgetragen sind, welche Gleitelemente zeigen, die mit einer Vielzahl von Gleitfilmen versehen sind.
Die 5 ist ein Diagramm, um ein Ring-auf-Block-Testgerät grob zu veranschaulichen, das zur Bewertung der Reibungskraft verwendet wird, welche die Gleitfilme zeigen.
Die 6 ist ein Graph, um eine Veränderung einer Reibungskraft mit der Zeit zu zeigen, die Veränderung der Reibungskraft, die ein Gleitelement ohne Material mit niedrigem Schmelzpunkt in dem Ring-auf-Block-Test zeigte.
Die 7 ist ein Graph, um eine Veränderung einer Reibungskraft mit der Zeit zu zeigen, die Veränderung der Reibungskraft, die ein Gleitelement, das Sn, ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, in einer Menge von 20 Massenprozent umfasst, in dem Ring-auf-Block-Test zeigte.
Die 8 ist ein Balkendiagramm, um die maximalen Abriebtiefen zu vergleichen, die in den Oberflächen der blockförmigen Teststücke nach dem Ring-auf-Block-Test erzeugt waren.
Die 9 ist eine Aufnahme eines Gleitfilms, dessen Sn-Gehalt nach dem Trockenverschluss-Test 28 Massenprozent betrug, eine Aufnahme, die durch ein Abtastelektronenmikroskop (hiernach als „SEM" abgekürzt) aufgenommen wurde.
Die 10 ist eine charakteristische Röntgenaufnahme von Sn in einem Gleitfilm, dessen Sn-Gehalt nach dem Trockenverschluss-Test 28 Massenprozent betrugt, eine charakteristische Röntgenaufnahme, die mit einem Elektronensondenmikroanalysator (hiernach als „EPMA" abgekürzt) aufgenommen wurde und die den gleichen Teil wie jenen in 9 darstellt.
Nachdem die vorliegende Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann ein weitergehendes Verständnis durch Bezug auf die speziellen bevorzugten Ausführungsformen erzielt werden, die hier lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben werden und für die es nicht beabsichtigt ist, den Umfang der angefügten Ansprüche zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung wird hiernach detailliert unter Bezug auf die speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es soll allerdings angemerkt werden, dass die in der vorliegenden Einzeldarstellung angegebenen Beschreibungen, um die folgenden Beschreibungen der speziellen Ausführungsformen gar nicht zu erwähnen, nicht nur zweckmäßig für den Gleitfilm gemäß der vorliegenden Erfindung gelten, sondern zudem für das Gleitelement, die Zusammensetzung für Gleitfilme, die Gleitvorrichtung, den Taumelscheibenkompressor, das Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms und das Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements gemäß der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus soll zudem angemerkt werden, dass es von den Aufgaben und Leistungsanforderungen abhängt, welche der folgenden speziellen Ausführungsformen optimal ist.
(1) Material mit niedrigem Schmelzpunkt
Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt ist eines, das einen Schmelzpunkt unterhalb einer Glasübergangstemperatur des Bindeharzes, der anderen Komponente des vorliegenden Gleitfilms, zeigt. Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt ist in Relation zu dem Bindeharz ausgewählt und bestimmt. Für veranschaulichende Beispiele für das Material mit niedrigem Schmelzpunkt ist es möglich, an metallische Materialien wie etwa einfache metallische Substanzen, Legierungen und intermetallische Verbindungen zu denken. Allerdings kann das nicht auf diese beschränkte Material mit niedrigem Schmelzpunkt Verbindungen aus metallischen Elementen und nichtmetallischen Elementen sein. Darüber hinaus kann das nicht auf anorganischen Materialien beschränkte Material mit niedrigem Schmelzpunkt organische Bestandteile wie etwa synthetische Harze sein. Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt kann eine einzelne Spezies aus den verschiedenen Materialien oder eine Vielzahl an Spezies, die geeignet vereinigt sind, umfassen.
Wenn die Verwendung von Polyimid (auf das hiernach als „PI" Bezug genommen wird) oder Polyamidimid (auf das hiernach als „PAI" Bezug genommen wird), die veranschaulichende Harze mit guter Wärmebeständigkeit sind, als das Bindemittel in Erwägung gezogen wird, zeigen sie Glasübergangstemperaturen Tg von ungefähr 200 bis 500°C. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache werden hiernach einige Beispiele für das Material mit niedrigem Schmelzpunkt genannt. Es ist zu beachten, dass die numerischen Werte in Klammern die Schmelzpunkte der als Beispiele angegebenen Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt spezifizieren.
Als einfache metallische Substanzen sind einfache Substanzen aus Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt zugänglich, wie etwa Indium (In: 157°C), Zinn (Sn: 232°C), Bismuth (Bi: 271°C) und Blei (Pb: 327°C).
Natürlich können das Material mit niedrigem Schmelzpunkt Legierungen aus diesen Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt sein. Als Beispiele für Legierungen auf Sn-Basis mit eutektischen Zusammensetzungen ist es möglich, Sn-52In (118°C), Sn-58Bi (139°C), Sn-37Pb (183°C), Sn-3,5Ag (221°C) und Sn-0,7Cu (227°C) zu benennen. Darüber hinaus sind Sn-3Ag-0,5Cu (217–220°C) und Sn-3Ag-2Bi-1In (209–217°C) zugänglich. Es ist zu beachten, dass die auf die ternären und quaternären Legierungen folgenden numerischen Werte in Klammern die „Solidus-Temperatur/Liquidus-Temperatur" bezeichnen. Es ist zudem zu beachten, dass alle Legierungszusammensetzungen in Massenprozent ausgedrückt sind, wenn die Gesamtheit als 100 Massenprozente genommen wird.
Somit ist es möglich, an verschiedene Spezies als das Material mit niedrigem Schmelzpunkt zu denken. Allerdings kann das Material mit niedrigem Schmelzpunkt bevorzugt wenigstens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einfachem Zinn, Zinnlegierungen und Zinnverbindungen sein. Diese Materialien auf Sn-Basis zeigen niedrige Schmelzpunkte ebenso wie große latente Wärmen. Darüber hinaus ist Sn ein Element, das im Vergleich billiger erhältlich ist und die Umwelt weniger belastet.
Es ist schwierig, den Anteil des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt in dem vorliegenden Gleitfilm explizit zu spezifizieren, da der Anteil des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt zweckmäßig in Abhängigkeit von den Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms und den Arten und Anteilen der verwendeten festen Schmiermittel und Bindeharze bestimmt wird. Allerdings kann die untere Grenze für den Anteil des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt zum Beispiel bevorzugt 0,1 Massenprozent, weiter bevorzugt 0,5 Massenprozent und darüber hinaus bevorzugt 2 Massenprozent betragen, und die obere Grenze kann zum Beispiel bevorzugt 60 Massenprozent, weiter bevorzugt 50 Massenprozent und darüber hinaus bevorzugt 40 Massenprozent betragen, wenn der gesamte vorliegende Gleitfilm als 100 Massenprozente genommen wird. Es ist zu beachten, dass diese oberen und unteren Grenzen zweckmäßig kombiniert werden können.
Selbst wenn das Material mit niedrigem Schmelzpunkt in Gleitfilmen in einer geringen Menge vorliegt, ist es möglich, die Haltbarkeit von Gleitfilmen zu verbessern und die Beständigkeit gegenüber Festfressen zu verbessern. Wenn allerdings der Gehalt des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt zu niedrig ist, bewirkt das Material mit niedrigem Schmelzpunkt die Vorteile in geringerem Ausmaß. Wenn andererseits der Gehalt des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt zu hoch ist, ist dies nicht bevorzugt, da die Gehalte des festen Schmiermittels und des Bindeharzes in Relation abnehmen, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des Gleitelements selber führt.
Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt kann bevorzugt gleichmäßig in dem vorliegenden Gleitfilm dispergiert sein oder an die Oberflächenschicht des vorliegenden Gleitfilms angrenzen. Demgemäß kann das Material mit niedrigem Schmelzpunkt bevorzugt körnig oder teilchenförmig sein. Die speziellen Formen des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt wie etwa die Teilchendurchmesser und Aspektverhältnisse sind nicht von Bedeutung, können aber unter Berücksichtigung der Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms und der Erhältlichkeit und Kosten der Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt zweckmäßig ausgewählt sein. Es ist allerdings möglich, folgende Beispiele anzugeben: Der Teilchendurchmesser des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt kann bevorzugt in einen Bereich von ungefähr 0,1 bis 100 μm, weiter bevorzugt von ungefähr 0,1 bis 50 μm, darüber hinaus bevorzugt von 0,5 bis 20 μm und noch mehr bevorzugt von 1 bis 5 μm fallen. Es ist nicht nur schwierig, das Material mit niedrigem Schmelzpunkt und einem übermäßig kleinen Teilchendurchmesser herzustellen, sondern es ist auch sehr teuer. Andererseits ist das Material mit niedrigem Schmelzpunkt und übermäßig großem Teilchendurchmesser nicht bevorzugt, da es aus dem vorliegenden Gleitfilm herausragen kann. Das heißt, der maximale Teilchendurchmesser des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt kann bevorzugt die Filmdicke des erwünschten vorliegenden Gleitfilms oder weniger betragen. Allerdings kann in Abhängigkeit von den Spezifikationen der Gleitelemente und Gleitvorrichtungen der einmal erzeugte vorliegende Gleitfilm verwendet werden, nachdem er poliert wurde. Infolgedessen ist es überhaupt kein notwendiges Erfordernis der vorliegenden Erfindung, dass „der maximale Teilchendurchmesser des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt die Filmdicke des vorliegenden Gleitfilms oder weniger beträgt".
Es ist zu beachten, dass die für die Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt verwendeten Rohmaterialpulver mechanisch pulverisierte Pulver oder zerstäubte Pulver sein können, und ihre Herstellungsverfahren sind nicht von Bedeutung. Es ist zudem zu beachten, dass, selbst wenn ein pulvriges Material mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird, es für das Material mit niedrigem Schmelzpunkt nicht notwendig ist, in dem vorliegenden Gleitfilm die ursprüngliche Gestalt wie im Rohmaterial beizubehalten. Darüber hinaus kann die Teilchenform eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt verändert werden, indem die Oberfläche des vorliegenden Gleitfilms nach der Erzeugung des vorliegenden Gleitfilms geschliffen oder poliert wird. Wenn der vorliegende Gleitfilm auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes erwärmt wird, kann zusätzlich das Material mit niedrigem Schmelzpunkt vollständig oder teilweise schmelzen und in den vorliegenden Gleitfilm diffundieren.
Ohne Beschränkung auf die vorstehend beschriebenen Formen ist es denkbar, dass das Material mit niedrigem Schmelzpunkt die vorliegende Materieform verändert. Wenn zum Beispiel ein Sn-Pulver als das Rohmaterialpulver für das Material mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet und der vorliegende Gleitfilm erzeugt wird, in dem Sn-Teilchen dispergiert sind, ist es natürlich denkbar, das Sn mit den anderen Elementen zu Verbindungen oder zu Legierungen reagiert. Diese neuen Produkte sind in das vorliegende Material mit niedrigem Schmelzpunkt eingeschlossen, solange sie einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigen. Es ist zu beachten, dass die neuen Produkte ein später beschriebenes Gleitprodukt (bzw. Produkt eines Gleitvorgangs) einschließen. Das heißt, es ist für die Komponente, auf die in der vorliegenden Erfindung als Material mit niedrigem Schmelzpunkt Bezug genommen wird, nicht notwendig, in dem vorliegenden Gleitfilm die Form des Ausgangsmaterials wie sie ist beizubehalten, sondern die Form kann sich nach Erzeugung des vorliegenden Gleitfilms zu anderen Formen verändern. Zum Beispiel ist es bei den neuen Produkten möglich, an Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt wie etwa die vorstehend erwähnten Sn-0,7Cu und Sn-3,5Ag zu denken. In der Phase der Erzeugung des vorliegenden Gleitfilms kann eine angemessene Menge eines Cu- oder Ag-Pulvers mit einem Sn-Pulver vermischt werden. Danach können in der Phase des Brennens des Bindeharzes des vorliegenden Gleitfilms oder der Verwendung des vorliegenden Gleitfilms Sn und Cu oder Ag Sn-Cu-Legierungen oder Sn-Ag-Legierungen bilden, so dass sie sich in neue Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt umwandeln.
Es wird angenommen, dass der Gehalt eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt in dem vorliegenden Gleitfilm die Gesamtmenge an Reibungswärme stark beeinflusst, welche das Material mit niedrigem Schmelzpunkt aufnimmt, bevor das Bindeharz an der Glasübergangstemperatur einen Glasübergang erfährt. Wenn allerdings das Material mit niedrigem Schmelzpunkt die Reibungswärme in einer kurzen Zeitspanne aufnimmt, wird angenommen, dass die Teilchendurchmesserverteilung des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt ohne Beschränkung auf den Gehalt die Temperaturerhöhung des vorliegenden Gleitelements beeinflusst. Daher ist es ratsam, den Anteil und die Form eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt in Abhängigkeit von den erforderlichen Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms einzuregeln.
(2) Bindeharz
Das Bindeharz fixiert in fester Weise oder hält das feste Schmiermittel und das Material mit niedrigem Schmelzpunkt auf den Oberflächen von Substraten. Die Arten des Bindeharzes sind von keiner speziellen Bedeutung. Allerdings kann das Bindeharz selber weiter bevorzugt gute Gleiteigenschaften zeigen.
Für das Bindeharz ist es möglich, zum Beispiel zweckmäßig wenigstens ein Mitglied aus der Gruppe bestehend aus wärmehärtenden Harzen, thermoplastischen Harzen, nicht thermoplastischen Harzen, kristallinen Harzen und nicht kristallinen Harzen auszuwählen. Zum Beispiel ist es speziell möglich, PAI (280°C), Polyimid (auf das hiernach als „PI" Bezug genommen wird, 410°C), Polyetheretherketon (auf das hiernach als „PEEK" Bezug genommen wird, 143°C), Epoxidharze, Phenolharze, ungesättigte Polyester, Flüssigkristallpolyalat (auf das hiernach als „LCP" Bezug genommen wird, 360°C), Polyethersulfon (hiernach als „PES" abgekürzt, 230°C) und Polyetherimid (auf das hiernach als „PEI" Bezug genommen wird, 217°C) zu benennen. Es ist zu beachten, das die numerischen Werte in den Klammern die Glasübergangstemperaturen Tg der als Beispiel angegebenen Bindeharze spezifizieren. Insbesondere ist PAI eine zweckmäßige Möglichkeit als das Bindeharz, welches hinsichtlich der Gleiteigenschaften wie etwa der Verschleißfestigkeit, der Wärmefestigkeit und der ökonomischen Effizienz gut ist.
Das Bindeharz kann nicht notwendigerweise eine einzelne Harzspezies umfassen, oder kann eine Vielzahl von miteinander vermengten Harzspezies umfassen. Darüber hinaus kann das Bindeharz nicht ein einfaches Harz umfassen, sondern kann des Weiteren zusätzlich zu einem Harz verstärkende Teilchen umfassen, die in dem Harz dispergiert sind, um die Funktion des Harzes als Bindemittel zu verstärken. Darüber hinaus kann des Weiteren ein Kupplungsmittel verwendet werden, um die Formanpassungsfähigkeit nicht nur des festen Schmiermittels und des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt, sondern zudem der verstärkenden Teilchen in dem Bindeharz zu verbessern, wann immer dies notwendig ist. Zusätzlich können beim Dispergieren des festen Schmiermittels usw. in dem Bindeharz Lösungsmittel verwendet werden.
Der Anteil des Bindeharzes in dem vorliegenden Gleitfilm kann getrennt von den zweckmäßigen Mengen an festem Schmiermittel und an Material mit niedrigem Schmelzpunkt als Ausgleich angesehen werden. Allerdings kann die untere Grenze des Anteils des Bindeharzes zum Beispiel bevorzugt 20 Volumenprozent und weiter bevorzugt 30 Volumenprozent betragen, und die obere Grenze kann zum Beispiel bevorzugt 80 Volumenprozent und weiter bevorzugt 70 Volumenprozent betragen, wenn der gesamte vorliegende Gleitfilm als 100 Volumenprozente genommen wird. Es ist zu beachten, dass diese oberen und unteren Grenzen zweckmäßig kombiniert werden können.
Ein zu geringer Anteil des Bindeharzes verursacht ein Ablösen des festen Schmiermittels und des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt, so dass sich die Verschleißfestigkeit der resultierenden Gleitfilme verringert. Andererseits verringert ein zu großer Anteil des Bindeharzes die Anteile des festen Schmiermittels und des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt in Relation zu stark, so dass sich die Gleiteigenschaften der resultierenden Gleitfilme verschlechtern. Es ist bevorzugt, den Anteil des Bindeharzes in Abhängigkeit von den verwendeten festen Schmiermittel usw. und den Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms einzuregeln.
(3) Festes Schmiermittel
Die Arten des festen Schmiermittels sind nicht von Bedeutung. Es kann nicht nur eine einzelne Spezies der festen Schmiermittel verwendet werden, sondern zudem kann eine Vielzahl von Spezies der festen Schmiermitteln zur Verwendung miteinander vermengt werden. Wenn eine Vielzahl von Spezies der festen Schmiermittel verwendet wird, kompensieren die einzelnen festen Schmiermittel die Gleiteigenschaften miteinander, so dass es möglich ist, insgesamt betrachtet Gleitfilme mit guten Gleiteigenschaften herzustellen.
Für solch ein festes Schmiermittel sind die folgenden erhältlich: PTFE, Ethylen/Tetrafluorethylen (auf das hiernach als „ETFE" Bezug genommen wird), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymer (auf das hiernach als „FEP" Bezug genommen wird), Molybdändisulfid (MoS₂), Wolframdisulfid (WS₂), Calciumfluorid (CaF₂), Graphit (C) und Bornitrid (BN).
Der Anteil des festen Schmiermittels in dem vorliegenden Gleitfilm hängt von den Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms ab. Allerdings kann die untere Grenze des Anteils des festen Schmiermittels zum Beispiel bevorzugt 20 Volumenprozent und weiter bevorzugt 30 Volumenprozent betragen, und die obere Grenze kann zum Beispiel bevorzugt 80 Volumenprozent und weiter bevorzugt 70 Volumenprozent betragen, wenn der gesamte vorliegende Gleitfilm als 100 Volumenprozente genommen wird. Es ist zu beachten, dass diese oberen und unteren Grenzen zweckmäßig kombiniert werden können.
Insbesondere kann das feste Schmiermittel bevorzugt wenigstens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PTFE, MoS₂ und Graphit umfassen. Darüber hinaus kann das feste Schmiermittel weiter bevorzugt diese drei miteinander kompoundiert umfassen. Die Anteile der unabhängigen festen Schmiermittel können bevorzugt von 10 bis 40 Volumenprozent für PTFE, von 5 bis 30 Volumenprozent für MoS₂ und von 10 bis 30 Volumenprozent für Graphit betragen, wenn der gesamte vorliegende Gleitfilm als 100 Volumenprozente genommen wird. In diesem Fall ist es bevorzugt, PAI in einer Menge von 50 bis 80 Volumenprozent hinsichtlich des gesamten vorliegenden Gleitfilms zu verwenden, der als 100 Volumenprozente genommen wird.
Ein zu geringer Gehalt an festem Schmiermittel verringert die Gleiteigenschaften der resultierenden Gleitfilme. Andererseits führt ein zu großer Gehalt an festem Schmiermittel in Relation zu einer Verringerung der Anteile des Bindeharzes und des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt und verursacht eine Ablösung des festen Schmiermittels, so dass sich die Verschleißfestigkeit der resultierenden Gleitfilme verschlechtert. Es ist bevorzugt, einen optimalen Gehalt des festen Schmiermittels in Abhängigkeiten von den Arten des festen Schmiermittels und den Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms zweckmäßig einzuregeln.
(4) Substrat, Gegenelement und Gleitelement
Ein Substrat ist die Grundlage eines Gleitelements. Ein Gleitelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, bei dem wenigstens eine Oberfläche mit dem vorliegenden Gleitfilm bedeckt ist. Das Material des Substrats kann irgendeines von Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Stählen, Gusseisen, Keramik und Harzen sein. Das Substrat kann mit irgendeiner von Plattengestalten, Zylindergestalten und kugelförmigen Gestalten gebildet sein.
Um die Haftung zwischen dem vorliegenden Gleitfilm und der Oberfläche des Substrats zu verbessern, kann die Oberfläche des Substrats durch Schneiden, Kugelstrahlen oder anodische Oxidationsbehandlung mit einer zweckmäßigen Rauheit versehen werden (d.h., die Oberfläche des Substrats kann aufgerauht werden).
Alternativ kann die Oberfläche des Substrats mit einer thermisch aufgesprühten Schicht versehen werden.
Ein Gegenelement ist eine Komponente, die sich relativ zu dem vorliegenden Gleitelement bewegt, während es mit diesem gleitend in Kontakt steht. Die Oberflächeneigenschaften und das Material des Gegenelements sind nicht von Bedeutung. Allerdings kann das Gegenelement ähnlich wie das Substrat mit einem Gleitfilm wie dem vorliegenden Gleitfilm versehen sein. Die Beschreibungen hinsichtlich des Substrats gelten in gleicher Weise für das Material und die Gestalt des Gegenelements. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Einzeldarstellung ein Element, bei dem der vorliegende Gleitfilm auf wenigstens einer der Oberflächen des Substrats gebildet ist, für eine einfache Beschreibung als das vorliegende „Gleitelement" bezeichnet wird. Allerdings wird in „Gleitelement" das Gegenelement ebenfalls eingeschlossen sein und einfach dadurch bezeichnet werden, wann immer es zweckmäßig ist.
Das vorliegende Gleitelement zeigt gute Gleiteigenschaften und ist demgemäß für Komponenten geeignet, die unter schweren Gleitbedingungen verwendet werden. Zum Beispiel können solche Komponenten Wellen, Laufringe oder Ringe von Lagern, Kolben von Verbrennungsmotoren und Taumelscheiben und Schuhe von Taumelscheibenkompressoren für Kraftfahrzeugklimaanlagen sein.
Die erforderlichen Gleiteigenschaften der Gleitelemente hängen von ihren Anwendungen ab. Allerdings ist es zweckmäßig, dass die Dicke des vorliegenden Gleitfilms bevorzugt in einen Bereich von 0,1 bis 120 μm, weiter bevorzugt von 5 bis 100 μm und darüber hinaus von 5 bis 60 μm fallen kann. Gleitfilme mit einer zu geringen Dicke können kaum stabile Gleiteigenschaften für einen langen Zeitraum sicherstellen. Andererseits sind Gleitfilme mit einer zu großen Dicke nicht bevorzugt, da es länger dauert, solche Gleitfilme auszubilden, was zu höheren Produktionskosten führt.
(5) Gleitprodukt
Es wird angenommen, dass die Wirkung der Absorption von Reibungswärme, die durch das Material mit niedrigem Schmelzpunkt bewirkt wird, einer der Gründe dafür ist, dass der vorliegende Gleitfilm verglichen mit herkömmlichen Gleitfilmen eine bessere Beständigkeit gegenüber Festfressen zeigt, wie es vorstehend beschrieben wurde. Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigt, dass unter speziellen Gleitbedingungen neue Gleitprodukte auf Gleitoberflächen erzeugt wurden, nachdem die Erfinder der vorliegenden Erfindung verschiedene Tests und Analysen wiederholt durchgeführt haben, um den vorliegenden Gleitfilm ernsthaft zu studieren. Es wird angenommen, dass die Gleitprodukte mehr oder weniger zu einer weiteren Verbesserung der Gleiteigenschaften zwischen Gleitelementen beitragen. Speziell wird angenommen, dass die Gleitprodukte eine Verringerung der Reibungskoeffizienten zwischen Gleitoberflächen und eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Gleitfilmen zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Festfressen weitergehend erleichtern, so dass sie die Gleiteigenschaften, die Verlässlichkeit und die Haltbarkeit des vorliegenden Gleitfilms weitergehend verbessern.
Die Gleitprodukte werden als neue Legierungen oder Verbindungen angesehen, die durch Umsetzung mit dem Material mit niedrigem Schmelzpunkt oder einem Teil der bildenden Komponenten erzeugt werden. Es ist zu beachten, dass die Verbindungen intermetallische Verbindungen einschließen. Ein Element, das ein Gleitprodukt erzeugt und mit dem Material mit niedrigem Schmelzpunkt reagiert, um Gleitprodukte zu erzeugen, kann zusammen mit dem Material mit niedrigem Schmelzpunkt in dem vorliegenden Gleitfilm enthalten sein, oder kann angrenzend an die Gleitoberfläche eines Gegenelements, das mit dem vorliegenden Gleitfilm gleitend in Kontakt steht, vorliegen. Allerdings ist es bevorzugt, dass der vorliegende Gleitfilm sowohl das Material mit niedrigem Schmelzpunkt als auch das Element umfassen kann, welches ein Gleitprodukt erzeugt, da Gleitprodukte unabhängig von den Komponenten des Gegenelements erzeugt werden können.
Wenn ein Element, das ein Gleitprodukt erzeugt, auf der Seite des Gegenelements vorliegt, tritt eine Übertragung von Gleitprodukten zwischen der Seite des vorliegenden Gleitfilms und der Seite des Gegenelements auf. Wenn zum Beispiel Gleitprodukte auf der Gleitoberfläche des Gegenelements erzeugt werden, werden bildende Elemente des vorliegenden Gleitfilms zu dem Gegenelement übertragen. Selbst wenn Gleitprodukte auf der anderen Seite erzeugt werden, tritt die Übertragung in ähnlicher Weise auf. Somit können Gleitprodukte entweder auf der Seite des vorliegenden Gleitelements oder auf der Seite des Gegenelements erzeugt werden, oder sie können auf beiden Seiten erzeugt werden. Darüber hinaus können Gleitprodukte als ein Film erzeugt werden, der eine Gleitoberfläche vollständig bedeckt, oder als ein Film, der eine Gleitoberfläche teilweise bedeckt. Alternativ können Gleitprodukte auf einer Gleitoberfläche in verstreuter Weise vorliegen. Die Art des Vorliegens der Gleitprodukte ist überhaupt nicht von Bedeutung.
Als einige Beispiele für solche Gleitverbindungen sind Nickellegierungen und Nickelverbindungen zugänglich, die aus Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt umfassend Sn, Pb, In oder Bi und Ni, einem Element, das Gleitprodukte erzeugt, bestehen. Wenn zum Beispiel das Material mit niedrigem Schmelzpunkt Sn einschließt und das Element, das ein Gleitprodukt erzeugt, Ni ist, umfassen Gleitprodukte Sn-Ni-Verbindungen. Wenn ein Taumelscheibenkompressor als ein Beispiel genommen wird, kann der vorliegende Gleitfilm, der Sn als das Material mit niedrigem Schmelzpunkt umfasst, auf der Oberfläche einer Taumelscheibe gebildet sein, und eine Nickelplattierung kann auf den Oberflächen von Schuhen gebildet sein, die mit der Taumelscheibe gleitend in Kontakt stehen. In diesem Fall kann eine Schicht aus Sn-Ni-Verbindung als ein neues Gleitprodukt erzeugt werden. Gemäß den Experimenten und Untersuchungen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, wurde gefunden, dass die resultierende Schicht aus Sn-Ni-Verbindung auf solch eine Weise erzeugt war, dass sie an die Oberfläche der Schuhe anhaftete, so dass eine neue Gleitoberfläche erzeugt wurde, in der Sn mikrofein und dispergiert vorlag.
Als ein weiteres Beispiel ist die Erzeugung einer „sekundären" Schicht aus Gleitprodukt zugänglich. Wenn das feste Schmiermittel zusammen mit Sn MoS₂-Teilchen einschloss, bemerkten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass es Fälle gab, in denen angenommen wurde, dass Schichten aus Gleitprodukt, die Sn-S-Mo-Verbindungen umfassten und auf der Oberfläche des vorliegenden Gleitfilms durch Reibung in einem frühen Zeitpunkt erzeugt wurden, die Verschleißfestigkeit des vorliegenden Gleitfilms weitergehend verbesserten. Es ist zu beachten, dass es Fälle geben kann, in denen eine Vielzahl an Gleitprodukten aufeinanderfolgend erzeugt wird. In solchen Fällen werden die Gleitprodukte für eine einfache Beschreibung als ein „primäres" Gleitprodukt, ein „sekundäres" Gleitprodukt bzw. ein „tertiäres" Gleitprodukt usw. bezeichnet und so eingeteilt. Es ist zu beachten, dass die weiter entfernten Gleitprodukte mit höheren Ordnungen, die sie bezeichnen, entfernt von der Gleitoberfläche des vorliegenden Gleitfilms erzeugt werden.
(6) Zusammensetzung für einen Gleitfilm, Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms oder Verfahren zur Erzeugung eines Gleitelements
Eine Zusammensetzung für Gleitfilme gemäß der vorliegenden Erfindung schließt erforderliche Komponenten zur Erzeugung des vorliegenden Gleitfilms ein, das heißt minimal das feste Schmiermittel, das Bindeharz und das Material mit niedrigem Schmelzpunkt. In Abhängigkeit von den Spezifikationen des vorliegenden Gleitfilms kann die vorliegende Zusammensetzung andere Komponenten enthalten. Darüber hinaus nimmt die vorliegende Zusammensetzung Formen an, die von den Verfahren zur Erzeugung des vorliegenden Gleitfilms abhängen. Wenn zum Beispiel der vorliegende Gleitfilm auf der Oberfläche eines Substrats durch Aufbringen erzeugt wird, ist die vorliegende Zusammensetzung als ein Anstrich für Gleitfilme angepasst, in dem das Bindeharz in einen Lack umgewandelt ist. Wenn darüber hinaus der vorliegende Gleitfilm durch ein Übertragungsverfahren erzeugt wird, ist die vorliegende Zusammensetzung zum Beispiel als eine Paste für Gleitfilme angepasst, damit es für den resultierenden Übertragungsfilm einfacher wird, durch Siebdruck erzeugt zu werden.
Wenn der vorliegende Gleitfilm auf der Oberfläche eines Substrats mit einem Anstrich für Gleitfilme erzeugt wird, umfasst das Erzeugungsverfahren zum Beispiel die Schritte: Aufbringen eines Anstrichs für Gleitfilme auf eine Oberfläche eines Substrats, wobei die Viskosität des Anstrichs in Abhängigkeit von den Aufbringungsverfahren zweckmäßig durch ein Lösungsmittel eingeregelt ist, und Brennen eines Anstrichfilms, der nach dem Auftragungsschritt erzeugt ist, durch Erhitzen. Der Auftragungsschritt kann durch Pinselüberziehen, Sprühauftragung und Eintauchen in ein Anstrichbad durchgeführt werden. Spezieller ist es möglich, bekannte Auftragungsverfahren wie etwa Walzenauftragung, Auftragung durch Walzüberziehen, Sprühauftragung mit Luft, Sprühauftragung ohne Luft, elektrostatisches Überziehen, Überziehen durch Elektroabscheidung und Siebdruck zu verwenden.
In dem Brennschritt wird ein auf die Oberfläche eines Substrats aufgebrachter Anstrichfilm unter vorbestimmten Bedingungen erhitzt, um in fester Weise einen Gleitfilm zu erzeugen und gleichzeitig den resultierenden Gleitfilm an die Substratoberfläche anzuhaften. Der Brennschritt kann mit einem Trocknungsschritt zum Trocknen des Anstrichfilms, der nach dem Auftragungsschritt gebildet ist, kombiniert sein. Wenn darüber hinaus das Bindeharz ein wärmehärtendes Harz umfasst, wird das wärmehärtende Harz in dem Brennschritt querverknüpft und härtet aus.
Wenn der vorliegende Gleitfilm auf der Oberfläche eines Substrats durch ein Übertragungsverfahren erzeugt wird, umfasst das Erzeugungsverfahren zum Beispiel die Schritte: Erzeugen eines Übertragungsfilms durch Siebdrucken einer Paste für Gleitfilme auf ein Trägersubstrat, Übertragen des resultierenden Übertragungsfilms auf eine Oberfläche eines Substrats und Brennen des auf der Oberfläche des Substrats erzeugten Farbfilms. Die Verfahren, um die vorliegende Erfindung zu erreichen, sind bisher beschrieben worden. Allerdings wird es so gesehen, dass die vorstehenden Beschreibungen hinsichtlich des Erzeugungsverfahrens in ähnlicher Weise für ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements gemäß der vorliegenden Erfindung gelten.
(7) Gleitvorrichtung
Eine Gleitvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gleitelement, auf dem der vorliegende Gleitfilm erzeugt ist, und ein Gegenelement, das mit dem Gleitfilm des Gleitelements gleitend in Kontakt steht. Für solch eine Gleitvorrichtung ist es möglich, an viele unterschiedliche Arten von Vorrichtungen zu denken. Zum Beispiel gibt es selbst bei einer Beschränkung auf das Gebiet von Kraftfahrzeugen Motoren, verschiedene Pumpen und Taumelscheibenkompressoren für Klimaanlagen. Hiernach wird ein Taumelscheibenkompressor, ein Kompressor für Kühlmittel für Fahrzeugklimaanlagen, als ein Beispiel genommen, und die Taumelscheibe, auf welcher der vorliegende Gleitfilm erzeugt ist, wird hiernach detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die 1 veranschaulicht einen Querschnitt eines Taumelscheibenkompressors „C", einer Ausführungsform der vorliegenden Gleitvorrichtung. Der Taumelscheibenkompressor „C" umfasst ein vorderes Gehäuse 16, einen Zylinderblock 10 und ein hinteres Gehäuse 18, die in der Zeichnung in dieser Reihenfolge von der linken Seite zur rechten Seite angeordnet sind. Das vordere Gehäuse 16, der Zylinderblock 10 und das hintere Gehäuse 18 bilden ein Gehäuse 21, in dem eine Drehwelle 50, eine Taumelscheibe 60, einköpfige Kolben 14 (hiernach als „Kolben" 14 abgekürzt) und ein elektromagnetisches Regelventil 90 angeordnet sind.
In dem Zylinderblock 10 ist eine Vielzahl zylinderförmiger Zylinderbohrungen 12 so gebildet, dass sie das Achsenzentrum des Zylinderblocks 10 ringförmig umschließen. Die Kolben 14 sind mit der Fähigkeit zum Vor- und Zurückbewegen in den jeweiligen Zylinderbohrungen 12 eingepasst. Das vordere Gehäuse 16 ist an einer der gegenüberliegenden axialen Endoberflächen des Zylinderblocks 10 angeordnet. Das hintere Gehäuse 18 ist an der anderen der gegenüberliegenden axialen Endoberflächen des Zylinderblocks 10 mittels einer Ventilscheibe 20 angeordnet.
Eine Einlasskammer 22 und Auslasskammern 24 sind zwischen dem hinteren Gehäuse 18 und der Ventilscheibe 20 angeordnet. Die Einlasskammer 22 und die Auslasskammern 24 sind mit einem nicht gezeigten Kühlkreislauf über eine Einlassöffnung 26 bzw. Auslassöffnungen 28 verbunden. Darüber hinaus ist die Ventilscheibe 20 mit einem Einlassloch 32, einem Einlassventil 34, Auslasslöchern 36 und Auslassventilen 38 versehen.
Die Drehwelle 50 wird um die axiale Mitte des Zylinderblocks 10 drehbar getragen. Eines der gegenüberliegenden Enden der Drehwelle 50 ist mit einer nicht gezeigten Antriebsquelle verbunden. Die Taumelscheibe 60 ist so installiert, dass sie relativ und geneigt zu der Drehwelle 50 axial beweglich ist. Die Taumelscheibe 60 ist mit einem Durchloch 61 versehen, das die axiale Mittellinie der Taumelscheibe 60 einschließt und in das die Drehwelle 50 eindringt. Das Durchloch 61 hat einen Innendruchmesser, dessen Ausmaß in der Richtung von oben nach unten in Richtung der Öffnungen am gegenüberliegenden Ende allmählich von groß nach klein abnimmt, und ist demgemäß an den Öffnungen am gegenüberliegenden Ende im Querschnitt als ein Schlitz ausgebildet. Eine Drehscheibe 62 ist mit der Drehwelle 50 fest verbunden und wird des Weiteren drehbar zu dem vorderen Gehäuse 16 mittels einer Axiallagerung 64 getragen.
Ein Gelenkmechanismus 66 dreht die Taumelscheibe 60 zusammen mit der Drehwelle 50 und neigt gleichzeitig die Taumelscheibe 60. Es ist zu beachten, dass die sich neigende Taumelscheibe 60 eine axiale Bewegung relativ zu der Drehwelle 50 begleitet. Der Gelenkmechanismus 66 umfasst einen Trägerarm 67, einen Führungsstift 69, das Durchloch 61 der Taumelscheibe 60 und eine äußere periphere Oberfläche der Drehwelle 50. Der Trägerarm 67 ist fest an der Drehscheibe 62 angebracht. Der Führungsstift 69 ist fest an der Taumelscheibe 60 angebracht und gleitend in ein Führungsloch 68 des Trägerarms 67 eingepasst.
Die Kolben 14 umfassen Griffe 70 und Köpfe 72. Die Griffe 70 greifen in eine äußere Peripherie der Taumelscheibe 60 in einer sattelartigen Weise ein. Die Köpfe 72 sind einstückig mit den Griffen 70 angeordnet und sind jeweils gleitend in die Zylinderbohrungen 12 eingepasst. Die Köpfe 72 sind hohl ausgestaltet, um Gewicht zu sparen. Die Köpfe 72, die Zylinderbohrungen 12 und die Ventilscheibe 20 bilden im Zusammenschluss Kompressionskammern aus. Es ist zu beachten, dass die Griffe 70 in eine äußere Peripherie der Taumelscheibe 60 durch halbkugelförmige Paare von Schuhen 76 mit der Gestalt einer Krone eingreifen. Es ist zudem zu beachten, dass die Kolben 14 als einköpfige Kolben bezeichnet werden, da nur eines der gegenüberliegenden Enden der Griffe 70 mit den Köpfen 72 versehen ist.
Die sich drehende Taumelscheibe 60 bewegt die Kolben 14 vor und zurück. Speziell wird die Drehbewegung der Taumelscheibe 60 durch die Schuhe 76 in die linearen Vor- und Rückwärtsbewegungen der Kolben 14 umgewandelt. Beim Einlasstakt, während dessen sich die Kolben 14 von den oberen Totpunkten zu den unteren Totpunkten bewegen, wird ein Kühlmittelgas in der Einlasskammer 22 durch das Einlassloch 32 und das Einlassventil 34 in die Kompressionskammern in den Zylinderbohrungen 12 eingesaugt. Beim Kompressionstakt, während dessen sich die Kolben 14 von den unteren Totpunkten zu den oberen Totpunkten bewegen, wird das in den Kompressionskammern in den Zylinderbohrungen 12 gehaltene Kühlmittelgas komprimiert und wird durch die Auslasslöcher 36 und die Auslassventile 38 in die Auslasskammern 24 entladen. Wenn das Kühlmittelgas komprimiert wird, wirken reaktive Kompressionskräfte axial auf die Kolben 14 ein. Das vordere Gehäuse 16 erfährt die reaktiven Kompressionskräfte über die Kolben 14, die Taumelscheibe 60, die Drehscheibe 62 und die Axiallagerung 64.
Ein Belüftungsdurchlass 80 ist so angeordnet, dass er den Zylinderblock 10 durchdringt. Der Belüftungsdurchlass 80 Verbindet die Auslasskammern 24 und eine Taumelscheibenkammer 86, die zwischen dem vorderen Gehäuse 16 und dem Zylinderblock 10 ausgebildet ist. Um die Mitte des Belüftungsdurchlasses 80 herum ist das elektromagnetische Ventil 90 angeordnet. Ein nicht gezeigtes Steuergerät, das einen Rechner umfasst, steuert die elektrische Stromzufuhr zu einer Zylinderspule 92 des elektromagnetischen Ventils 90 in Abhängigkeit von Informationen über die Kühllasten.
Innerhalb der Drehwelle 50 ist ein Ausströmdurchlass 100 angeordnet. Eines der gegenüberliegenden Enden des Ausströmdurchlasses 100 öffnet sich zu einer Trägerbohrung 102, die um den Mittelpunkt des Zylinderblocks 10 herum angeordnet ist, und das andere der gegenüberliegen Enden öffnet sich zu der Taumelscheibenkammer 86. Es ist zu beachten, dass die Trägerbohrung 102 über eine Ausströmöffnung 104 mit der Einlasskammer 22 in Verbindung steht.
Der Taumelscheibenkompressor „C" ist ein Kompressor mit veränderlicher Kapazität. Das heißt, der Druckunterschied zwischen den Auslasskammern 24, die eine Seite höheren Drucks bilden, und der Einlasskammer 22, die eine Seite geringeren Drucks bildet, wird ausgenutzt, um den Druck innerhalb der Taumelscheibenkammer 86 zu regeln. Somit wird der Druckunterschied zwischen dem Druck innerhalb der Taumelscheibenkammer 86, der auf die rückseitigen Enden der Kolben 14 wirkt, und den Kompressionskammerdrücken innerhalb der Zylinderbohrungen 12, die auf die vorderen Enden der Kolben 14 wirken, geregelt. Im Ergebnis verändert sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 60 so, dass sich die Takte der Kolben 14 verändern, wodurch die Auslasskapazität des Taumelscheibenkompressors „C" gesteuert wird. Es ist zu beachten, dass die Regelung des Drucks innerhalb der Taumelscheibenkammer 86 durchgeführt wird, indem die Taumelscheibenkammer 86 mit den Auslasskammern 24 verbunden wird, oder indem die Taumelscheibenkammer 86 von den Auslasskammern 24 abgesperrt wird, begleitet von einem Versorgen oder Beenden der Versorgung des elektromagnetischen Steuerventils 90 mit Energie.
Es ist zu beachten, dass bei dem Taumelscheibenkompressor „C" gemäß der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung zur Veränderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 60 zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Gelenkmechanismus 66 die Zylinderbohrungen 12, die Kolben 14, die Einlasskammer 22, die Auslasskammern 24, die Trägerbohrung 102, den Belüftungsdurchlass 80, die Taumelscheibenkammer 86, das elektromagnetische Steuerventil 90, den Ausströmdurchlass 100, die Ausströmöffnung 104 und das nicht gezeigte Steuergerät umfasst.
Der Zylinderblock 10 und die Kolben 14 bestehen aus Aluminiumlegierungen. Die äußeren peripheren Oberflächen der Kolben 14 sind mit einem Überzug aus Fluorkohlenstoffharz versehen. Der Überzug aus Fluorkohlenstoffharz verhindert, dass ähnliche Metalle direkt in Kontakt treten, was die Beständigkeit gegenüber Festfressen verbessert, und verringert gleichzeitig den Gefügeraum (oder den Abstand) zwischen den Kolben 14 und den Zylinderbohrungen 12 so wenig wie möglich.
Die Griffe 70 der Kolben 14 sind im Querschnitt grob in der Form des Buchstabens „U" ausgebildet und umfassen paarweise Arme 120, 122 und Verbindungsstücke 124. Die Arme 120, 122 erstrecken sich in Richtungen, welche die mittleren Achsenlinien der Köpfe 72 parallel zueinander schneiden. Die Verbindungsstücke 24 verbinden die Grundenden der Arme 120, 122 miteinander. Die inneren seitlichen Oberflächen der Arme 120, 122, die einander gegenüberstehen, sind als konkave kugelförmige Oberflächen 128 ausgebildet, was jeweils Schuh-haltende Oberflächen ergibt. Es ist zu beachten, dass diese zwei konkaven kugelförmigen Oberflächen 128 auf einer identischen Kugeloberfläche angeordnet sind.
Wie in 2 veranschaulicht, sind die Schuhe 76 in der Gestalt halbkugelförmiger Kronen ausgebildet und umfassen kugelförmige Oberflächen 132 und glatte Oberflächen 138. Die kugelförmigen Oberflächen 132, eine der äußeren peripheren Oberflächen der Schuhe 76, sind grob als konvexe kugelförmige Oberfläche ausgebildet. Die flachen Oberflächen 138, eine weitere der äußeren peripheren Oberflächen der Schuhe 76, sind grob flach ausgebildet. An den kugelförmigen Oberflächen 132 werden die Schuhe 76 durch die konkaven kugelförmigen Oberflächen 128 der Kolben 14 gleitend gehalten. An den flachen Oberflächen 138 stehen die Schuhe 76 mit gegenüberliegenden Gleitoberflächen 140, 142 in Kontakt, den äußeren peripheren gegenüberliegenden Oberflächen der Taumelscheibe 60. Somit halten die Schuhe 76 die äußeren Peripherien der Taumelscheibe 60 von den gegenüberliegenden Seiten. Wenn die Schuhe 76 so die Taumelscheibe 60 halten, sind die paarweisen Schuhe 76 so ausgestaltet, dass die konvexen kugelförmigen Oberflächen der kugelförmigen Oberflächen 132 auf einer identischen Kugeloberfläche angeordnet sind. Das heißt, die Schuhe 76 sind mit der Gestalt einer halbkugelförmigen Krone ausgebildet, die um etwa die Hälfte der Dicke der Taumelscheibe 60 kleiner als ein tatsächlicher Halbkreis sind.
Ein Substrat 160 der Taumelscheibe 60 umfasst duktiles Gusseisen, wie etwa FCD700, FCD600 und FCD500 gemäß dem japanischen Industriestandard (der hiernach als „JIS" abgekürzt wird). Alternativ kann das Substrat 160 maschinell strukturierte Carbonstähle wie etwa S45C und S55C gemäß JIS, Chrommolybdänstähle wie etwa SCM gemäß JIS oder Kupferlegierungen umfassen.
An gegenüberliegenden Oberflächen 162, 163 des Substrats 160 sind Schichten 166 mit festem Schmiermittel ausgebildet, der Gleitfilm gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schichten 166 mit festem Schmiermittel umfassen eine Mischung aus MoS₂, Graphit und PTFE (d.h. feste Schmiermittel), ein feines Zinnpulver (d.h. das Material mit niedrigem Schmelzpunkt) und PAI (d.h. das Bindeharz). Die Schichten 166 mit festem Schmiermittel haben eine Dicke von ungefähr 10 bis 20 μm. Es ist zu beachten, dass die Schichten 166 mit festem Schmiermittel das einzige Beispiel des vorliegenden Gleitfilms sind. In Abhängigkeit von den Spezifikationen des Taumelscheibenkompressors „C" ist es möglich, andere Schichten mit festem Schmiermittel zu verwenden.
Die Schichten 166 mit festen Schmiermitteln können zum Beispiel auf die folgende Weise erzeugt werden. Ein flüssiger Anstrich (d.h. die vorliegende Zusammensetzung für Gleitfilme), welche die bildenden Komponenten der vorstehend beschriebenen Schichten 166 mit festem Schmiermittel umfasst, wird gleichmäßig an der äußeren Oberfläche des Substrats 160 durch Aufsprühen oder Übertragen angehaftet. Es ist zu beachten, dass der Begriff „Übertragen" hier ein Siebdrucken unter Verwendung eines Anstrichs für Auftragung durch Walzenüberziehen meint. Aufsprühen ist ein Verfahren, bei dem ein Anstrich auf das Substrat 160 gesprüht wird, das vorausgehend gefestigt wird, um den Anstrich auf dem Substrat 160 gleichmäßig anzuhaften. Der resultierende Anstrichfilm, der nach dem Sprühen oder Übertragen erzeugt ist, wird gebrannt, um ihn zu härten.
Letztendlich wird eine äußere Oberfläche des Anstrichfilms poliert, um die Schichten 166 mit festem Schmiermittel und vorbestimmten Ausmaßen und Rauheit, die zweckmäßig eingeregelt werden, auszubilden.
Das Vorliegen der Schichten 166 mit festem Schmiermittel kann eine Taumelscheibe 60 ergeben, die gute Gleiteigenschaften wie etwa eine ausreichende Beständigkeit gegenüber Festfressen und geringe Reibung zeigt. Selbst wenn der Taumelscheibenkompressor „C" unter schweren Bedingungen betrieben wird, wie etwa bei fehlender Schmierung oder schlechter Schmierung, ist es im Ergebnis möglich, das Festfressen zwischen der Taumelscheibe 60 und den Schuhen 76 (d.h. zwischen Gleitelementen) zu vermeiden. Daher kann der Taumelscheibenkompressor „C" gesichert eine hohe Haltbarkeit und Verlässlichkeit zeigen.
Es ist zu beachten, dass Gleitfilme ähnlich zu den Schichten 166 mit festem Schmiermittel auf den inneren peripheren Oberflächen der Zylinderbohrungen 12 und den Oberflächen der Köpfe 72 der Kolben 14 gebildet sein können, und sie können des Weiteren auf den äußeren peripheren Oberflächen der Schuhe 76 und den Oberflächen der konkaven kugelförmigen Oberflächen 178 der Griffe 70 gebildet sein.
Die paarweisen Schuhe 76 sind oftmals aus SUJ2 gemäß JIS, stark kohlenstoffhaltigem Chromlagerstahl, hergestellt worden, aber sie können aus Aluminiumlegierungen bestehen und ihre Oberflächen können mit einer Nickelplattierung versehen sein. Speziell können die paarweisen Schuhe 76 ein Substrat aus einer Aluminiumlegierung, die Silicium enthält, wie etwa einer Legierung auf Al-Si-Basis, die zu A4032 gemäß JIS äquivalent ist, und einen Plattierungsfilm auf Nickelbasis, wie etwa Plattierungsfilme aus Ni-P, Ni-B, Ni-P-B und Ni-P-B-W, die auf dem Substrat gebildet sind, umfassen. Es ist zu beachten, dass der Plattierungsfilm auf Nickelbasis aus einem einzelnen Film oder einer Vielzahl von Filmen unterschiedlicher oder gleicher Art gebildet sein kann.
Gleitfilme wie die Schichten 166 mit festem Schmiermittel und die vorstehend erwähnten Plattierungsfilme auf Nickelbasis können die Oberflächen von Substraten vollständig bedecken, oder sie können allein Teile der Oberflächen von Substraten bedecken, die schweren Gleitbedingungen unterzogen werden.
Als eine Ausführungsform der vorliegenden Gleitvorrichtung wird ein Taumelscheibenkompressor mit veränderlicher Kapazität beschrieben. Allerdings ist es unnötig zu sagen, dass die vorliegende Gleitvorrichtung nicht darauf beschränkt ist. Ein Kompressor, einer der Gleitvorrichtungen, kann einer von jenen sein, deren Kapazitäten veränderlich oder unveränderlich sind. Darüber hinaus kann sein Kompressionssystem ein System mit Vor- und Rückwärtsbewegung, wie etwa ein Taumelscheibensystem und ein Schaukelsystem, oder ein Drehsystem wie etwa ein Flügelsystem und ein Verschiebungssystem sein. Zusätzlich sind im Falle von Kompressoren für Klimaanlagen die Arten der Kühlmittel nicht von Bedeutung. Zum Beispiel können Kühlmittel Alternativen für Fluorkohlenstoff sein, oder sie können sogar CO₂ sein.
BEISPIELE
Gleitelemente, die mit einigen wenigen Beispielen des vorliegenden Gleitfilms ausgestattet waren, wurden tatsächlich wie hiernach beschrieben hergestellt, und die Gleiteigenschaften ihrer Gleitfilme wurden bewertet.
(Zubereitung eines Anstrichs für Gleitfilme)
Zu einem Harzlack aus PAI, dem Bindeharz, wurde das Folgende zugegeben: ein PTFE-Pulver, das feste Schmiermittel, mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 bis 100 μm, ein Graphitpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,3 bis 10 μm, ein MoS₂-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 bis 40 μm und verschiedene metallische Pulver, das Material mit niedrigem Schmelzpunkt, mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 bis 20 μm. Die Zusatzstoffe wurden in dem Harzlack verrührt und dispergiert. Somit wurden Anstriche für Gleitfilme hergestellt.
Wenn die gesamten erzeugten Gleitfilme (mit Ausnahme des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt) als 100 Massenprozent genommen werden (hiernach einfach als „%" ausgedrückt), waren die kompoundierten Anteile wie folgt eingeregelt: 34,49 PAI, 20,73 PTFE, 10,85 Graphit und 33,93 MoS₂. Es ist zu beachten, dass die nachstehende Tabelle 1 die Arten des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt und ihre kompoundierten Anteile aufführt.
(Herstellungsverfahren der Proben)
Um ein Aufbringen auf Taumelscheiben von Taumelscheibenkompressoren zu simulieren, wurde eine ringförmige Scheibe als ein Substrat hergestellt. Es ist zu beachten, dass die ringförmige Scheibe aus Gusseisen (z.B. FCD700 gemäß JIS) bestand und einen Außendurchmesser von 95 mm, einen Innendurchmesser von 16 mm und eine Dicke von 6 mm aufwies. Nach Entfetten und Waschen der Oberflächen des Substrats wurden die vorstehend beschriebenen verschiedenen Anstriche für Gleitfilme unter Einregeln der aufgebrachten Mengen jeweils auf die Oberflächen durch Aufsprühen aufgebracht (d.h. ein Auftragungsschritt). Die Substrate, auf denen Anstrichfilme erzeugt waren, wurden in einen mit Luft gefüllten Heizofen gegeben und wurden dann bei 200°C für eine Stunde erhitzt, um die Anstrichfilme zu trocknen und zu brennen (d.h. ein Brennschritt). Nach dem Abkühlen der Substrate wurden die Oberflächen der resultierenden Gleitfilme poliert, um die Dicke der Gleitfilme auf etwa 10 μm einzuregeln. In diesem Moment zeigten die Gleitfilme eine Oberflächenrauheit Rz gemäß JIS von 1,0 bis 3,2 μm. Somit wurden Gleitelemente hergestellt, deren Oberflächen mit den Gleitfilmen bedeckt waren (d.h. Proben).
Um die Schuhe von Taumelscheibenkompressoren zu simulieren, wurde ein Element mit der Gestalt einer halbkugelförmigen Krone als ein Gegenelement verwendet, das mit den Gleitfilmen gleitend in Kontakt stand. Die Gleitoberfläche des Gegenelements war als ein Kreis mit einem Durchmesser von 13,5 mm ausgebildet. Das Gegenelement bestand aus einer Aluminiumlegierung (z.B. Al – 12 Massenprozent Si – 4 Massenprozent Cu). Darüber hinaus wurde die Gleitoberfläche des Gegenelements stromfrei mit Nickel plattiert. Zusätzlich wurde ein weiteres Gegenelement hergestellt, das aus SUJ2 gemäß JIS, einem Lagerstahl, bestand und dessen Gleitoberfläche keiner Plattierung unterzogen wurde.
(Trockenverschlusstest)
Unter Verwendung eines in 3 gezeigten Trockenverschluss-Testgeräts (bzw. Testgerät mit trockener Arretierung) wurden die Zeiten bis zum Festfressen gemessen. Die Zeiten bis zum Festfressen meinen hier die Zeiten, bis die mit den Gleitfilmen bereitgestellten Substrate (auf die hiernach einfach als „Taumelscheiben" Bezug genommen wird) und die mit Nickel plattierten Gegenelemente (auf die hiernach einfach als „Schuhe" Bezug genommen wird) sich ineinander festfraßen. Das Trockenverschluss-Testgerät übte eine vorbestimmte Last auf die Taumelscheiben und Schuhe aus und bewegte sie gleitend ohne Schmierung in einer vorbestimmten Atmosphäre. Somit konnte das Trockenverschluss-Testgerät eine Situation nahe jener in tatsächlichen Maschinen (z.B. Taumelscheibenkompressoren) bei fehlender Schmierung nachbilden.
Speziell wurde der Trockenverschlusstest in zwei Testatmosphären, in einem CO₂-Gas und in einem FCKW-Austauschgas (z.B. R134a), durchgeführt. Darüber hinaus wurde, wie in 3 veranschaulicht, die von oben in der Zeichnung auf die zwei Schuhe ausgeübte vertikale Last auf 200 kgf (d.h. 1.961 N) eingeregelt. Es ist zu beachten, dass die Taumelscheibe und die Schuhe in einen ebenen Kontakt gebracht wurden und der zwischen ihnen ausgeübte Druck etwa 2 MPa betrug. Die Gleitgeschwindigkeit wurde auf 10,4 m/s eingeregelt. Es ist zu beachten, dass die Gleitgeschwindigkeit eine durchschnittliche Geschwindigkeit um den Mittelpunkt eines imaginären Kreises herum war, an dem die Taumelscheibe und die Schuhe in Kontakt standen. Um es anders darzulegen, wurde die Taumelscheibe bei 3000 U/min gedreht, während die Schuhe stationär gehalten wurden, und die Schuhe wurden gleitend relativ auf der Taumelscheibe bewegt. Zusätzlich waren in die kugelförmigen Auflagen zum Halten der Schuhe Thermoelemente eingelassen, um die Temperaturen der Schuhe zu messen.
Um zu beurteilen, ob ein Festfressen auftrat oder nicht, wurde eine Veränderung des Drehmoments, das für den Antrieb eines Motors erforderlich war, um die Taumelscheibe bei einer konstanten Geschwindigkeit zu drehen, beobachtet. Das heißt, die Veränderung des Drehmoments mit der Zeit wurde kontinuierlich gemessen, und es wurde so beurteilt, dass das Festfressen auftrat, wenn das Drehmoment plötzlich um 15 kgf·cm oder mehr zunahm.
Die nachstehenden Tabellen 1 und 2 fassen die Ergebnisse der so gemessenen Zeiten bis zum Festfressen zusammen, welche die jeweiligen Gleitfilme zeigten. Die Tabelle 1 gibt die Zeiten bis zum Festfressen an, welche die Gleitfilme in einer Testatmosphäre eines CO₂-Gases von 2 MPa zeigten, wenn die Arten und Gehalte (ausgedrückt in Massenprozent, wenn die gesamten Gleitfilme als 100 Massenprozent genommen wurden) des in den Gleitfilmen eingeschlossenen Materials mit niedrigem Schmelzpunkt verändert wurden. Die Tabelle 2 gibt an, wie die Zeiten bis zum Festfressen von den Arten der Schuhe und den Testatmosphären abhängen, wenn die Gleitfilme verwendet wurden, welche die Materialien mit niedrigem Schmelzpunk auf Sn-Basis verwendeten und insbesondere bessere Gleiteigenschaften als die anderen in Tabelle 1 aufgeführten Gleitfilme zeigten.
TABELLE 1
TABELLE 2
Es ist zu beachten, dass die Probe Nr. 11, die Probe Nr. 14, die Probe Nr. 17, die Probe Nr. 20, die Probe Nr. 23 und die Probe Nr. 26 in Tabelle 2 jeweils identisch zur Probe Nr. 1, Probe Nr. 2, Probe Nr. 6, Probe Nr. 7, Probe Nr. 8 und Probe Nr. 9 in Tabelle 1 ist. Darüber hinaus veranschaulicht 4 ein Punktdiagramm, das aus den in Tabelle 2 angegebenen Zeiten bis zum Festfressen erzeugt wurde. In 4 gibt es eine Vielzahl von Daten, die mit ausgefüllten Kreisen „•" bezeichnet sind, da die Zeiten bis zum Festfressen selbst unter den gleichen Testbedingungen schwankten. Parallel zu 4 listet Tabelle 2 ebenfalls eine Vielzahl von Zeiten bis zum Festfressen auf.
(Ring-auf-Block-Test)
Unter Verwendung eines in 5 gezeigten Testgeräts mit einem Ring-auf-Block wurden mit Gleitfilmen versehene Gleitelemente hinsichtlich ihrer zeitlichen Veränderung der Reibungskraft untersucht. Das Testgerät mit einem Ring-auf-Block bewegte ein Teststück mit der Gestalt einer quaderförmigen Stange auf einem zylinderförmigen Gegenelement ohne Schmierung (oder unter trockener Bedingung) in einer vorbestimmten Atmosphäre, während eine vorbestimmte Last auf das zylinderförmige Gegenelement ausgeübt wurde. Dann maß das Testgerät mit einem Ring-auf-Block die auf die Gleitoberfläche des ringförmigen Teststücks wirkenden Reibungskräfte aus Reaktionskräften, die auf das ringförmige Teststück ausgeübt wurden. Wie in 5 veranschaulicht, waren die in dem Ring-auf-Block-Test verwendeten Teststücke Blöcke mit einer Gestalt einer quaderförmigen Stange, die aus ringförmigen Scheiben geschnitten wurden, die mit Gleitfilmen mit einer Dicke von 20 μm bedeckt waren (d.h. die vorstehend beschriebenen Taumelscheiben). Es ist zu beachten, dass die Blöcke mit der Gestalt einer quaderförmigen Stange eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 7,0 mm und eine Höhe von 6,0 mm aufwiesen. Die äußere periphere Oberfläche des Gegenelements stand mit den Gleitfilmen der Teststücke gleitend in Kontakt. Das Gegenstück war als eine ringförmige Scheibe mit einem Außendurchmesser von 35 mm ausgebildet und bestand aus Chromstahl äquivalent zu SCR420 gemäß JIS. Darüber hinaus wurde die Oberfläche des Gegenelements einer Karburierung bzw. Einsatzhärtung unterzogen und wurde des Weiteren bis zu einer Oberflächenrauheit Rz von ungefähr 1,7 μm poliert. Es ist zu beachten, dass zwei Arten von Teststücken hergestellt wurden, nämlich eines, das Sn, das Material mit niedrigem Schmelzpunkt, in einer Menge von 20 Massenprozent umfasste, und ein weiteres, das kein Material mit niedrigem Schmelzpunkt enthielt.
Der Ring-auf-Block-Test wurde an der Luft für 10 Minuten durchgeführt. Eine Last von 0,87 kgf (d.h. 8,5 N) wurde in 5 von oben vertikal auf das Teststück ausgeübt. Das Gegenelement wurde bei einer konstanten Geschwindigkeit von 100 mm/s gedreht. Anders gesagt wurde das Gegenelement bei einer konstanten Geschwindigkeit von 54 U/min gedreht, während das Teststück stationär festgehalten wurde. Es ist allerdings zu beachten, dass vor dem Ring-auf-Block-Test ein sogenannter Einbremsvorgang durchgeführt wurde, bei dem das Gegenelement für 1 Minute mit der vorstehend erwähnten Gleitgeschwindigkeit gedreht wurde, während eine vertikale Last von 0,22 kgf (d.h. 2,2 N) auf das Teststück ausgeübt wurde, und dann wurde das Gegenelement bei der vorstehend erwähnten Gleitgeschwindigkeit für 1 Minute gedreht, während eine vertikale Last von 0,44 kgf (d.h. 4,3 N) auf das Teststück ausgeübt wurde. Es ist zudem zu beachten, dass die Gleitfläche zwischen dem Teststück und dem Gegenelement mit fortschreitendem Ring-auf-Block-Test zunahm und demgemäß der Druck zwischen ihnen abnahm. Allerdings wurde gemäß einer Beobachtung der Gleitoberflächen des Teststücks und des Gegenelements nach dem Ring-auf-Block-Test angenommen, dass der zwischen ihnen ausgeübte Druck ungefähr 10 kgf/cm² (d.h. 1 MPa) betrug.
Die 6 und 7 veranschaulichen die Veränderungen der Reibungskraft mit der Zeit, die sich aus dem Ring-auf-Block-Test ergaben. Die 6 zeigt die Veränderung, die der Gleitfilm zeigte, in dem kein Material mit niedrigem Schmelzpunkt vorlag. Die 7 zeigt die Veränderung, die der Gleitfilm zeigte, in dem Sn in einer Menge von 20 Massenprozent eingeschlossen war.
Als die Gleitoberflächen der jeweiligen Teststücke nach dem Ring-auf-Block-Test beobachtet wurden, wurde darüber hinaus gefunden, dass der Gleitfilm, der kein Material mit niedrigem Schmelzpunkt aufwies, eine Abriebbreite von 1,69 mm aufwies. Wenn die Abriebbreite in eine Abriebtiefe umgewandelt wird, war die Abriebbreite äquivalent zu einer Abriebtiefe von etwa 20,3 μm. Andererseits zeigte der Gleitfilm, der Sn in einer Menge von 20 Massenprozent umfasste, eine Abriebbreite von 1,32 mm. Die Abriebbreite war gleich zu einer Abriebtiefe von etwa 12,4 μm. Die 8 veranschaulicht zum Vergleich die Abriebtiefen.
(Beobachtung mit SEM und Analyse mit EPMA)
Nachdem die Taumelplatte und die Schuhe dem Trockenverschlusstest unterzogen worden waren, bei dem die Probe verwendet wurde, deren Gleitfilm Sn in einer Menge von 28 Massenprozent umfasste, wurden ihre Gleitoberflächen mit einem SEM (d.h. einem Abtastelektronenmikroskop) und des Weiteren mit einem EPMA (d.h. einem Elektronensonden-Mikroanalysator) beobachtet. Es ist zu beachten, dass die Testbedingungen des Trockenverschlusstests identisch mit jenen der Probe Nr. 14 in Tabelle 2 waren. Es ist zudem zu beachten, dass der Trockenverschlusstest für 150 Sekunden vom Start des Tests, aber vor dem Festfressen an den beobachteten Gleitoberflächen durchgeführt wurde. Die 9 stellt eine SEM-Aufnahme des Gleitfilms dar. Die 10 stellt eine EPMA-Aufnahme des Gleitfilms dar.
Gemäß den Ergebnissen der Beobachtung und der Analyse wurde bestätigt, dass in dem auf der Seite der Taumelscheibe angeordneten Gleitfilm Sn nicht teilchenförmig vorlag, sondern ausgiebig in dem Gleitfilm verteilt war, wie es aus 10 ersichtlich ist. Darüber hinaus wurden auf den Oberflächen der Schuhe, die mit der Nickelplattierung versehen waren, nicht nur Sn, sondern zudem Ni-Sn-Verbindungen (d.h. die Gleitprodukte) identifiziert. Zusätzlich wurde des Weiteren erkannt, dass auf den Oberflächen der Ni-Sn-Verbindungen Sn-S-Mo-Verbindungen (d.h. die Schicht aus den „sekundären" Gleitprodukten) gebildet waren, welche die Produkte aus Sn und MoS₂ waren, die aus dem Inneren des Gleitfilms herauswanderten.

(Bewertung)

Es wird aus der Tabelle 1, der Tabelle 2 und der 4 verstanden, dass die Gleitfilme, welche die Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt umfassten, Zeiten bis zum Festfressen zeigten, die gegenüber jenen, die herkömmliche Gleitfilme zeigten, um das 4 bis 5fache verlängert waren. Der vorliegende Gleitfilm zeigte die Tendenz, die Zeit bis zum Festfressen in ähnlicher Weise zu verbessern, selbst wenn die Gegenelemente und die Gleitatmosphäre verändert werden. Als einer der Faktoren, die zu dem Vorteil beitragen, wird zuallererst angenommen, dass, wenn die teilchenförmigen Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt schmelzen, so dass sie sich ausgiebig in den Gleitfilmen verteilen, wie es aus 10 verstanden werden kann, die Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt die Reibungswärme absorbieren und verhindern, dass die Gleitfilme thermisch verschlechtert werden, wodurch die Lebensdauer der Gleitfilme verlängert wird. Wie aus 4 ersichtlich, ist es darüber hinaus offensichtlich, dass, wenn die Gleitfilme Sn als das Material mit niedrigem Schmelzpunkt umfassten und die Oberflächen der Gegenelemente mit der Nickelplattierung versehen waren, sich der Vorteil der Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Festfressen der Gleitfilme in bemerkenswerter Weise zeigte.

Wie aus den Ergebnissen der vorstehend beschriebenen Analyse durch EPMA verstanden werden kann, wird angenommen, dass die Einflüsse der Ni-Sn-Verbindungen (d.h. der Gleitprodukte), die sich neuerlich auf den Oberflächen der Schuhe, des Gegenelements, bildeten, und die Einflüsse der Ni-S-Sn-Verbindungen (d.h. der „sekundären" Gleitprodukte), die sich auf den Oberflächen der Ni-Sn-Verbindungen bildeten, ein Faktor sind, der zur Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Festfressen beiträgt. Somit wird angenommen, dass das Vorliegen der Gleitprodukte und der „sekundären" Gleitprodukte die Reibungskoeffizienten zwischen den Gleitfilmen verringerte und infolgedessen ebenfalls die Beständigkeit der Gleitfilme gegenüber Festfressen möglicherweise verbessert haben kann. Diese Tatsache ist vollständig aus den in 6, 7 und 8 veranschaulichten Ergebnissen ableitbar. Das heißt, der herkömmliche Gleitfilm ohne Material mit niedrigem Schmelzpunkt übte, wie in 6 veranschaulicht, eine Reibungskraft aus, die plötzlich anstieg und danach schwankte, nachdem er auf dem Gegenelement ohne Schmierung (oder trocken) für etwa 5 Minuten kontinuierlich gleitend bewegt wurde. Es wird angenommen, dass das Phänomen durch das Auftreten von Festfressen hervorgerufen wird. Andererseits übte der vorliegende Gleitfilm, der das Material mit niedrigem Schmelzpunkt umfasst, wie in 7 veranschaulicht eine stabile Reibungskraft aus, und zwar war der Reibungskoeffizient zwischen dem vorliegenden Gleitfilm und dem Gegenelement während des gesamten Ring-auf-Block-Tests stabil. Es wird angenommen, dass der Vorteil aus der Tatsache resultiert, dass die stabilen Reibungseigenschaften beibehalten werden konnten, was das Auftreten von Festfressen verhindert, während der Gleitvorgang ohne Schmierung (oder trocken) durchgeführt wurde.

Wie aus den in Tabelle 2 zusammengefassten und in 4 gezeigten Ergebnissen verstanden werden kann, wurde darüber hinaus bestätigt, dass die Taumelscheiben, die mit den Sn umfassenden Gleitfilmen versehen waren, eine bemerkenswert gute Beständigkeit gegenüber Festfressen zeigten, die äquivalent zu oder besser als die Beständigkeit gegenüber Festfressen war, die von herkömmlichen Gleitfilmen in Atmosphären aus einem FCKW-Ersatz gezeigt wurden, selbst unter den schweren Umständen, dass sie einem hohen Druck von 2 MPa in einer CO₂-Gasatmosphäre ausgesetzt werden. Es wurde ebenso anerkannt, dass nicht nur die Gleitfilme, die Sn in einer Menge von 28 Massenprozent oder mehr umfassten, solch eine hohe Beständigkeit gegenüber Festfressen in natürlicher Weise liefern konnten, sondern ebenso, dass selbst Gleitfilme, die Sn in einer Menge von ungefähr 2 Massenprozent umfassten, den Vorteil ebenfalls in zufriedenstellender Weise lieferten.

Es ist zu beachten, dass das Material auf Sn-Basis Sn/20 Massenprozent Cu einschließt, das eine Liquidustemperatur von 545°C zeigt, das heißt, dessen Schmelzpunkt viel höher als die Glasübergangstemperatur des Bindeharzes (z.B. PAI) ist. Allerdings ergab der Gleitfilm, in dem Sn/20 Massenprozent Cu vermengt war, nicht die vorstehend beschriebenen Vorteile und zeigte eine Beständigkeit gegenüber Festfressen, die äquivalent zu jener von herkömmlichen Gleitfilmen war, die überhaupt kein Material mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten.

Als darüber hinaus die Oberflächentemperaturen der Schuhe während des Trockenverschlusstests gemessen wurden, zeigten die Gleitfilme, welche die Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt umfassten, sanftere Temperaturanstiege verglichen mit jenen, die von den Filmen gezeigt wurden, die kein Material mit niedrigem Schmelzpunkt aufwiesen. Von den Folgenden wird angenommen, dass sie Faktoren sind, die zu dem Vorteil beitragen: die Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt zeigten die Wirkung einer Absorption der Reibungswärme und die Gleitprodukte stabilisierten die Reibungskoeffizienten zwischen den Gleitfilmen und den Gegenelementen, wie es vorstehend beschrieben wurde.

Nachdem die vorliegende Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, wird es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass viele Veränderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er hier einschließlich der angefügten Ansprüche angegeben ist.

Claims

Gleitfilm mit: einem festen Schmiermittel, einem Bindeharz zum Halten des festen Schmiermittels auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei das Bindeharz eine Glasübergangstemperatur zeigt, und einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt.
Gleitfilm nach Anspruch 1, wobei das Material mit niedrigem Schmelzpunkt wenigstens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einfachen metallischen Substanzen, Legierungen und Verbindungen ist.
Gleitfilm nach Anspruch 1, wobei das Material mit niedrigem Schmelzpunkt wenigstens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einfachen metallischen Substanzen mit niedrigem Schmelzpunkt einschließlich wenigstens eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinn (Sn), Blei (Pb), Indium (In) und Bismuth (Bi), Legierungen einschließlich wenigstens eines der Elemente und Verbindungen einschließlich wenigstens eines der Elemente umfasst.
Gleitfilm nach Anspruch 1, der das Material mit niedrigem Schmelzpunkt hinsichtlich der Gesamtheit, die als 100 Massenprozent genommen wird, in einer Menge von 0,1 bis 60 Massenprozent umfasst.
Gleitfilm nach Anspruch 1, der des Weiteren ein Gleitprodukt erzeugendes Element umfasst, das mit dem Material mit niedrigem Schmelzpunkt reagiert und ein neues Gleitprodukt mit guter Gleiteigenschaft auf einer Gleitoberfläche erzeugen kann.
Gleitfilm nach Anspruch 5, wobei: das Material mit niedrigem Schmelzpunkt wenigstens ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sn, Pb, In und Bi umfasst, das Gleitprodukt erzeugende Element Nickel (Ni) umfasst und das Gleitprodukt wenigstens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickellegierungen und Nickelverbindungen umfasst, wobei die Nickellegierungen und Nickelverbindungen aus wenigstens einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sn, Pb, In und Bi und aus Ni bestehen.
Gleitelement mit: einem Substrat und dem Gleitfilm nach Anspruch 1, der auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist.
Gleitelement nach Anspruch 7, das eine Taumelscheibe für Taumelscheibenkompressoren bildet.
Gleitvorrichtung mit: einem Substrat, auf dem der Gleitfilm nach Anspruch 1 gebildet ist, und einem Gegenelement, das mit dem Gleitfilm des Substrats gleitend in Kontakt steht.
Taumelscheibenkompressor mit: einer Hauptwelle, einer Taumelscheibe, die sich zusammen mit der Hauptwelle dreht, einem Zylinderblock mit einer zylinderförmigen Zylinderbohrung, die sich axial erstreckt und auf einer Taumelscheibenseite öffnet, einem Kolben mit einem Griff, der in die Taumelscheibe eingreift, der durch die schwingende Taumelscheibe angetrieben wird, und einem Kopf, der sich kontinuierlich von dem Griff erstreckt, in die Zylinderbohrung des Zylinderblocks eingepasst ist und sich in Abhängigkeit von der schwingenden Taumelscheibe in der Zylinderbohrung vor und zurück bewegt, einem Paar Schuhe, das schwingfähig an dem Griff des Kolbens gehalten wird und mit einer Oberfläche der Taumelscheibe gleitend in Kontakt steht, und dem Gleitfilm nach Anspruch 1, der auf wenigstens einer der Oberflächen von der Taumelscheibe und den Schuhen gebildet ist.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 10, der den auf einer der Oberflächen von der Taumelscheibe und den Schuhen gebildeten Gleitfilm und des Weiteren ein Gleitprodukt erzeugendes Element umfasst, das mit dem in dem Gleitfilm eingeschlossenen Material mit niedrigem Schmelzpunkt reagiert, ein neues Gleitprodukt mit guter Gleiteigenschaft erzeugen kann und auf der anderen der Oberflächen von der Taumelscheibe und den Schuhen vorliegt, die mit dem Gleitfilm gleitend in Kontakt steht.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 11, wobei: das Material mit niedrigem Schmelzpunkt Sn umfasst, das Gleitprodukt erzeugende Element Ni umfasst und die Gleitverbindung eine Sn-Ni-Verbindung umfasst.
Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 12, wobei: das in dem Gleitfilm eingeschlossene feste Schmiermittel wenigstens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen, Molybdändisulfid und Graphit umfasst und das in dem Gleitfilm eingeschlossene Bindeharz Polyamidimid umfasst.
Zusammensetzung für Gleitfilme, wobei die Zusammensetzung umfasst: ein festes Schmiermittel, ein Bindeharz, das eine Glasübergangstemperatur zeigt, und ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt, wodurch der Gleitfilm nach Anspruch 1 hergestellt wird.
Zusammensetzung nach Anspruch 14, die zur Herstellung von Anstrichen für Gleitfilme oder von Überzugsfilmen für Gleitfilme dient.
Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms, umfassend: Aufbringen eines Anstrichs für Gleitfilme auf eine Oberfläche eines Substrats, wobei der Anstrich umfasst: einen Lack aus einem Bindeharz, das eine Glasübergangstemperatur zeigt, ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt und in dem Lack dispergiert ist, und ein festes Schmiermittel, das in dem Lack dispergiert ist, und Brennen eines nach dem Auftragungsschritt erzeugten Anstrichfilms durch Erhitzen, wodurch der Gleitfilm nach Anspruch 1 hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements mit einem Substrat und einem auf einer Oberfläche des Substrats durch das Verfahren nach Anspruch 16 erzeugten Gleitfilm.
Verfahren zur Erzeugung eines Gleitfilms, umfassend: Übertragen eines Übertragungsfilms, der durch Drucken einer Paste hergestellt wird, auf eine Oberfläche eines Substrats, wobei die Paste umfasst: ein Bindeharz, das eine Glasübergangstemperatur zeigt, ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt unterhalb der Glasübergangstemperatur des Bindeharzes zeigt und mit dem Bindeharz vermengt ist, und ein festes Schmiermittel, das mit dem Bindeharz vermengt ist, und Brennen des auf der Oberfläche des Substrats nach dem Übertragungsschritt erzeugten Übertragungsfilms durch Erhitzen, wodurch der Gleitfilm nach Anspruch 1 hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements mit einem Substrat und einem auf einer Oberfläche des Substrats durch das Verfahren nach Anspruch 18 erzeugten Gleitfilm.