JP2004251363A

JP2004251363A - 摺動部材

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Publication number: JP2004251363A
Application number: JP2003041936A
Authority: JP
Inventors: Hideki Iwata; 英樹岩田; Takuya Tanaka; 拓也田中; Weixing Zhong; 偉星仲; Takeshi Shindo; 剛新藤; Tsunetaro Kashiyama; 恒太郎樫山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: GB0403259D0; JP4285634B2; US20040166341A1; GB2398527A; US6983681B2; GB2398527B8; GB2398527B

Abstract

【目的】ドライな状態でもより長時間に亘って摺動することが可能な摺動部材を提供する。
【構成】基材２の表面に摺動層３を設け、該摺動層３は、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）と、１〜７０体積％の固体潤滑剤と、を含む構成としたことにより、熱可塑性樹脂であるＰＢＩは、従来用いられている熱硬化性樹脂であるＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰに比べて耐熱性に優れていると共に、材料強度が高いので、耐摩耗性及び非焼付性の向上、高温雰囲気や摺動時の発熱等による材料強度の低下抑制をそれぞれ図ることができ、さらに、伸び率も高いので、初期なじみ性を向上することができる。また、摺動層は、固体潤滑剤を含んでいるので、これによっても摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼、ステンレス鋼、銅系合金、アルミ系合金、マグネシウム系合金のいずれかからなる基材の表面に摺動層を設けた摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材からなる基材の表面に摺動層を設けた摺動部材の一例として、例えば、斜板式ピストンポンプ（可変式ポンプ，コンプレッサー等）の斜板等に用いられている。斜板式ピストンポンプは、回転する斜板に追従してシリンダ内を往復動するピストンによってシリンダ内の気体を圧縮するものであり、斜板とピストンとの間に介在する相手材であるシューに対して、斜板が摺動するものである。この斜板式ピストンポンプの斜板は、高速で回転すると共に、シューから高い圧力を受けるものである。
【０００３】
従来、上記したような、斜板式コンプレッサー等の機器に用いられる摺動部材として、基材の両面に熱硬化性樹脂であるポリアミドイミド（以下、「ＰＡＩ」と略称する）、又はポリイミド（以下、「ＰＩ」と略称する）、又はエポキシ（以下、「ＥＰ」と略称する）をバインダーとした固体潤滑剤からなるコーティング層を形成するものが、特開平４−８３９１４号公報、特開平９−７９２６２号公報、特開平８−５９９９１号公報、等において提案されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−８３９１４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−７９２６２号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平８−５９９９１号公報
一方、上記した摺動部材においては、その摺動面に潤滑油が供給されるものであり、特に、上記した斜板式コンプレッサー等においては、冷媒と潤滑油である冷凍機油が混合されたもの（冷媒・冷凍機油）が給油されている。このように、摺動部材の摺動面には、潤滑油が供給されるが、例えば、エアコンのコンプレッサーのように、長期に亘って使用しない期間があるようなものの場合、摺動部材の摺動面に冷媒・冷凍機油が存在しなくなってドライな状態になってしまう。この状態でコンプレッサーを起動させた場合、摺動面に冷媒・冷凍機油が供給されるまでにはある程度の時間がかかるため、冷媒・冷凍機油が供給されるまでの間は、ドライな状態での摺動となり、摺動部材に大きな負荷がかかって焼き付きを起こしてしまう。このため、冷媒・冷凍機油が十分に供給されるまでのドライな状態でも、焼き付きを起こさずより長時間に亘って摺動可能な摺動部材が要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した、基材の両面に熱硬化性樹脂であるＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ等をバインダーとした固体潤滑剤からなるコーティング層を形成したものの場合、ドライな状態での使用で摺動層の摩耗により短時間で基材が露出して結果的に焼付きを起こしてしまうという問題があった。本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ドライな状態でもより長時間に亘って摺動することが可能な摺動部材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、鋼、ステンレス鋼、銅系合金、アルミ系合金、マグネシウム系合金のいずれかからなる基材の表面に摺動層を設け、該摺動層は、ポリベンゾイミダゾールと、１〜７０体積％の固体潤滑剤と、を含む構成としたことを特徴とする。このように構成することにより、熱可塑性樹脂であるポリベンゾイミダゾール（以下、「ＰＢＩ」と略称する。）は、従来用いられている熱硬化性樹脂であるＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰに比べて耐熱性に優れていると共に、材料強度（引張強度等）が高いので、耐摩耗性及び非焼付性の向上、高温雰囲気や摺動時の発熱等による材料強度の低下抑制をそれぞれ図ることができ、さらに、伸び率も高いので、初期なじみ性を向上することができる。また、摺動層は、固体潤滑剤を含んでいるので、これによっても摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上できる。この場合、固体潤滑剤の含有量が１体積％未満では固体潤滑剤による潤滑性向上効果がほとんど得られず、７０体積％を超えると、耐摩耗性が低下してしまう。したがって、摺動層の固体潤滑剤の含有率は、１〜７０体積％の範囲が好ましい。なお、摺動層の厚さは、１〜１００μｍで、好ましくは３〜５０μｍで形成すると良い。
【０００９】
また、上記基材の表面に化成皮膜処理を施し、その化成皮膜処理面に摺動層を設けることにより、基材と摺動層との間の密着力を高めアンカー効果の向上を図ることができると共に、摺動層が摩耗して基材が露出した場合であっても化成皮膜処理によって形成される皮膜によって非焼付性等の摺動特性を向上させることができる（請求項２の発明）。この場合において、基材が鋼の場合の化成皮膜処理としてリン酸塩皮膜処理が挙げられ、ステンレス鋼の場合の化成皮膜処理としてタフトライド処理が挙げられ、銅系合金の場合の化成皮膜処理として酸化皮膜処理が挙げられ、アルミ系合金又はマグネシウム系合金の場合の化成皮膜処理としてクロメート処理やノンクロメート処理が挙げられる。もちろん、上記以外の化成皮膜処理であっても良い。
【００１０】
また、上記固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と略称する。）、黒鉛、二硫化モリブデンの少なくとも一種を用いることが好ましい（請求項３の発明）。なお、固体潤滑剤の粒径は、０．１〜２０μｍが好ましい。２０μｍを超えると、表面形状に影響を及ぼし、平滑な摺動面を得ることができない。
【００１１】
また、請求項４に係る発明においては、前記摺動層は、０．１〜１０体積％のビスマス又は／及びビスマス合金を含むことを特徴とする。ビスマス（以下、「Ｂｉ」と略称する。）やビスマス合金（以下、「Ｂｉ合金」と略称する。）は、鉛の特性と同様に、非焼付性の向上効果や移着膜形成効果を有する。摺動組成物総量に対するＢｉ又は／及びＢｉ合金の比率が０．１体積％未満では十分な摩擦摩耗特性が期待できず、１０体積％を超えると耐摩耗性が急激に低下してしまう。また、Ｂｉ又はＢｉ合金の粒径としては、０．１〜２０μｍが好ましい。０．１μｍ未満では、十分な摩擦摩耗特性が得られず、２０μｍを超えると、表面形状に影響を及ぼし、平滑な摺動面を得ることができない。なお、Ｂｉ合金は、純粋なＢｉに対し０．５〜３０質量％、好ましくは５〜１５質量％の銀、錫、亜鉛、インジウムのいずれか一種又は複数種を含有したものであり、純粋なＢｉよりも硬質であるため、耐摩耗性が向上する。
【００１２】
また、請求項５に係る発明においては、前記摺動層は、０．１〜１０体積％のモース硬度４以下の無機化合物を含むことを特徴とする。ここで、無機化合物としては、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸カルシウムに代表されるリン酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩等からなるアルカリ土類金属塩（アルカリ土類金属としては、上記のカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）以外にもベリリウム（Ｂｅ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｒａ）がある）であり、このアルカリ土類金属塩は、非焼付性の向上効果や移着膜形成効果を有する。摺動組成物総量に対するアルカリ土類金属塩の比率が０．１体積％未満では十分な摩擦摩耗特性が期待できず、１０体積％を超えると耐摩耗性が急激に低下してしまう。また、アルカリ土類金属塩の粒径としては、０．１〜２０μｍが好ましい。０．１μｍ未満では、十分な摩擦摩耗特性が得られず、２０μｍを超えると、表面形状に影響を及ぼし、平滑な摺動面を得ることができない。また、モース硬度が４をこえる場合、相手材を傷付けやすくなる。
【００１３】
また、請求項６に係る発明においては、前記基材と摺動層との間に、熱硬化性樹脂からなる接着層を設けたことを特徴とする。基材と摺動層との間に接着力の高い熱硬化性樹脂からなる接着層を設けることにより、基材に対する摺動層の密着性を一層向上でき、摺動層の剥離の発生を防止でき、また、基材と摺動層との密着性を高めることにより密着界面の微振動による剥離を抑制することができる。なお、熱硬化性樹脂としては、ＰＡＩ、ＰＩ、ＥＰ及びフェノール樹脂が好ましい。
【００１４】
更に、請求項７に係る発明においては、前記摺動部材は、斜板式ピストンポンプの斜板に用いられていることを特徴とする。このように構成することにより、摺動部材をドライな状態で使用した場合であっても、より長時間に亘って相手材を摺動させることができ、また、基材の損傷，破損や摺動面の急激な温度上昇を防ぐことができるため、斜板式ピストンポンプを無潤滑，高速，高荷重等の厳しい条件下でも使用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、実施形態に係る摺動部材１の概略を示す平面図であり、図２及び図３は、図１のＡ−Ａ線縦断面図である。
【００１６】
摺動部材１は、鋼、ステンレス鋼、銅系合金、アルミ系合金、マグネシウム系合金のいずれかからなる板状の基材２と、基材２の両面に設けられる摺動層３とから構成されている。この摺動層３は、ＰＢＩと、１〜７０体積％の固体潤滑剤と、を含む構成としたものである。
【００１７】
ところで、基材２の表面は、化成皮膜処理が施されている。このため、図２及び図３に示す断面図においては、基材２の両面に化成皮膜４が形成され、その化成皮膜４の表面に前記摺動層３が設けられている。化成皮膜４としては、基材２が鋼材の場合リン酸塩皮膜が挙げられ、ステンレス鋼の場合タフトライド皮膜が挙げられ、銅系合金の場合酸化皮膜が挙げられ、アルミ系合金又はマグネシウム系合金の場合クロメート皮膜やノンクロメート皮膜が挙げられる。なお、化成皮膜処理の一例として鋼板の表面にリン酸亜鉛皮膜を形成する処理について簡単に説明する。まず、鋼板を超音波や有機溶剤で脱脂する脱脂処理→脱脂処理液を除去する水洗処理→表面に付着した不純物の除去と共に表面を活性化する酸洗処理→酸処理液を除去する水洗処理→リン酸亜鉛の結晶生成制御するための表面調整処理→化学反応により化成皮膜を生成させる表面処理（液中に８０℃で５分浸漬）→未反応表面処理液を除去する水洗処理→処理済のワークを乾燥する乾燥処理、という各処理工程を経て所望の化成皮膜を基材２の表面に生成することができるものである。
【００１８】
ただし、図３に示す断面図においては、基材２と摺動層３との間に熱硬化性樹脂からなる接着層５が設けられているので、化成皮膜４の表面に接着層５を介して摺動層３が設けられている。ここで、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，ポリアミドイミド樹脂及びポリイミド樹脂等が好ましいが、これらの他にも、不飽和ポリエステル樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，ケイ素樹脂，アルキド樹脂及びウレタン樹脂等を用いることができる。
【００１９】
一方、摺動層３は、熱可塑性樹脂であるＰＢＩと、摩擦特性を向上させるために１〜７０体積％の黒鉛（Ｇｒ），二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２），ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の固体潤滑剤と、を含む構成であり、更に、０．１〜１０体積％のＢｉ又は／及びＢｉ合金、又は０．１〜１０体積％のモース硬度４以下の無機化合物としてアルカリ土類金属塩を含んで構成されている。
【００２０】
なお、図示における基材２では、平面状の表面に結晶状の化成皮膜４を生成することにより、基材２と摺動層３との密着力を高めてアンカー効果の向上を図っている。このアンカー効果によって基材２と摺動層３との接着力を強くして基材２から摺動層３が剥離しにくくなる。
【００２１】
上記の構造を有する摺動部材１は、次のようにして製造する。前述した処理工程を経て製造された化成皮膜４付きの基材２を水洗乾燥後、適当な有機溶剤で希釈した摺動層組成物（すなわち、ベース樹脂となるＰＢＩと、ＭｏＳ_２等の固体潤滑剤と、必要に応じてＢｉ又は／及びＢｉ合金、アルカリ土類金属塩を混合したもの）を、エアースプレーにより基材２の表面に吹き付けて塗布し、３００〜４００℃（例えば３５０℃）で６０分間加熱・硬化させる。この加熱により、溶剤が蒸発すると共に、ＰＢＩと固体潤滑剤等を含んだ摺動層組成物が硬化し、基材２の表面に摺動層３が設けられる。この場合、摺動層３の厚さとしては、１〜１００μｍ、好ましくは３〜５０μｍとする。
【００２２】
次に、上記した摺動部材１が使用される場合の一例として、斜板式コンプレッサー２０について、図４を参照して説明する。図４は、斜板式コンプレッサー２０の構造の概略を示す縦断面図である。
【００２３】
斜板式コンプレッサー２０は、斜板式コンプレッサー２０の内部で回転する斜板２９に追従してシリンダ２２内を往復動するピストン３０によってシリンダ２２内の気体を圧縮するものである。図４において、斜板式コンプレッサー２０は、外周部分を構成するシリンダブロック２１と、前方側（図中、左側）を構成するフロントシリンダヘッド２３と、後方側（図中、右側）を構成するリアシリンダヘッド２５と、によりその外形が形成されている。シリンダブロック２１とフロントシリンダヘッド２３との間には、バルブプレート２４が挟持され、シリンダブロック２１とリアシリンダヘッド２５との間には、バルブプレート２６が挟持されており、このバルブプレート２４，２６及びシリンダブロック２１とで囲まれた空間の一部がシリンダ２２として形成されている。このシリンダ２２は、円筒形に形成されるものであり、後述する回転軸２７の周回に等角度間隔で形成されると共に、その内部には、シリンダ２２内を往復動するピストン３０が挿入されている。ピストン３０は、シリンダ２２と同様に円筒形状に形成されると共に、その内部に後述する斜板２９が挿入される斜板挿入部３１が形成されている。この斜板挿入部３１の側壁には、斜板２９に接して摺動するシュー３３を回動自在に支持するシュー取付部３２が形成されている。
【００２４】
また、斜板式コンプレッサー２０の中心には、駆動源（図示しない）によって回転する回転軸２７が軸受２８により回転自在に軸支されている。この回転軸２７のほぼ中央部分には、本発明が適用される部材である斜板２９が取付ピン（図示しない）によって取り付けられている。斜板２９は、斜板２９の中央に位置するボス部２９ｂと、シュー３３が接して摺動する摺動部２９ａとから構成されている。ボス部２９ｂは、ほぼ円筒形状に形成されており、摺動部２９ａは、円筒を斜めに切断したような形状であり、ボス部２９ｂの中心軸に対して傾斜して形成されると共に、その径は、ボス部２９ｂよりも大径に形成されている。そして、この摺動部２９ａが、前述した図２又は図３に示される摺動部材１のいずれかにより構成されるものであり、その両面に摺動層３が形成されると共に、両面に相手材、即ち、シュー３３が摺動自在に当接している。
【００２５】
この斜板２９が斜板式コンプレッサー２０に組み込まれた状態では、摺動部２９ａは、回転軸２７の軸中心に対して傾斜して取り付けられると共に、摺動部２９ａの一部がシリンダ２２内に臨むこととなる。このシリンダ２２内に臨む摺動部２９ａの一部は、ピストン３０の斜板挿入部３１に挿入されると共に、その摺動部２９ａの一部の両面には、前述のようにシュー３３が当接している。しかして、この状態で、回転軸２７が駆動源の駆動力によって回転すると斜板２９も回転し、この斜板２９の回転に追従してシリンダ２２内をピストン３０が往復動する。そして、バルブプレート２４，２６に設けられた吸入弁（図示しない）によってシリンダ２２内に取り込まれた気体がピストン３０によって圧縮され、圧縮された気体は、バルブプレート２４，２６に設けられた排出弁（図示しない）によってシリンダ２２から排出される。
【００２６】
ピストン３０が往復動する際、摺動部２９ａとシュー３３とが摺動するが、このときシュー３３は、シュー取付部３２内で回動するため、常に摺動部２９ａに当接しながら摺動する。そして、摺動部２９ａは、上記したように、摺動部材１により構成されるものであるため、斜板式コンプレッサー２０の斜板２９が高速で回転する場合や高荷重を受ける場合であっても、摺動部材１の摺動層３の摩耗による基材２の露出や基材２と摺動層３との剥離が起こりにくく、また、基材２の損傷，破損や摺動面の急激な温度上昇を防ぐことができるため、斜板式コンプレッサー２０を高速，高荷重等の厳しい条件下でも使用することができる。
【００２７】
なお、上記した斜板式コンプレッサー２０において、シュー３３は、斜板２９の摺動部２９ａの全面に当接するものではなく、図４に示すように、摺動部２９ａの外周側及び内周側には、シュー３３が当接しない部分がある。このため、摺動部２９ａの全面に摺動層３が形成されるものでなく、シュー３３が当接する部分にのみ摺動層３が形成されるものであってもよい。
【００２８】
次に、本発明の実施例及び従来の比較例にかかる摺動部材の試験片を用い、スラスト型試験機により行った摺動部材の摺動特性を評価するための試験について、表１乃至表４を参照して説明する。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
【表４】

【００３３】
表１は、摺動層のベース樹脂が異なる実施例及び比較例にかかる摺動部材の試験片について潤滑油中で試験を行った場合の試験結果を示す表であり、表２は、その試験条件を示す表である。また、表３は、摺動層のベース樹脂及び含有成分の異なる実施例及び比較例にかかる摺動部材の試験片についてドライな状態で試験を行った場合の試験結果を示す表であり、表４は、その試験条件を示す表である（表１及び表３の実施例、比較例は、ＰＡＩ＋２０体積％ＭｏＳ_２からなる接着層を用いている。）。
【００３４】
表１においては、試験を行うための試験片として、本発明品に係る実施例１，２の試験片を用い、比較する試験片として、従来品に係る比較例１，２を用いた。そして、この実施例１，２及び比較例１，２の試験片について、表２に示す試験条件における試験１は、潤滑油（灯油）中で、面圧を３０分毎に３ＭＰａの累積としたときの焼付面圧を測定するものである。
【００３５】
また、表３においては、試験を行うための試験片として、本発明品に係る実施例１〜６の試験片を用い、比較する試験片として、従来品に係る上記と同じ比較例１，２を用いた。そして、この実施例１〜６及び比較例１，２の試験片について、表４に示す試験条件における試験２は、潤滑油が供給されないドライな状態で、荷重が５ＭＰａに達してからの焼付時間の測定と焼付要因を調べるものである。つまり、試験２は、ドライな状態での摺動時に、摺動面に大きな負荷がかかって焼付きを起こすまでの時間とその要因を示すものである。なお、この焼付きの判断時は、表２及び表４に示す通りである。
【００３６】
表１において、比較例１は、基材２に化成皮膜としてリン酸亜鉛皮膜を生成したものを使用し、その化成皮膜の表面にベース樹脂としてのＰＡＩ（ポリアミドイミド）に固体潤滑剤としての１５体積％ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及び５体積％ＭｏＳ_２を混合した摺動層３を設けたものであり、比較例２は、基材２に化成皮膜を生成していないものを使用し、その基材２の表面に比較例１と同じ組成の摺動層３を設けたものである。一方、実施例１は、基材２に化成皮膜としてリン酸亜鉛皮膜を生成したものを使用し、その化成皮膜の表面にベース樹脂としてのＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）に固体潤滑剤としての１５体積％ＰＴＦＥ及び５体積％ＭｏＳ_２を混合した摺動層３を設けたものであり、実施例２は、基材２に化成皮膜を生成していないものを使用し、その基材２の表面に実施例１と同じ組成の摺動層３を設けたものである。つまり、比較例１と比較例２との相違点、及び実施例１と実施例２との相違点は、基材２に化成皮膜があるか否かの相違であり、比較例１，２と実施例１，２との相違点は、摺動層３のベース樹脂がＰＡＩとＰＢＩとの相違である。
【００３７】
しかして、従来品であるベース樹脂としてＰＡＩを使用した比較例１と比較例２とを比べてみると、基材２に化成皮膜４を形成した比較例１が化成皮膜４を形成しない比較例２よりも焼付面圧がやや高くなっている。同様に、本発明品に係るベース樹脂としてＰＢＩを使用した実施例１と実施例２とを比べてみても、基材２に化成皮膜４を形成した実施例１が化成皮膜４を形成しない実施例２よりも焼付面圧がやや高くなっている。このことは、基材２に化成皮膜４を形成した方が摺動特性が優れていることを示している。また、ベース樹脂に着目してみると、ＰＢＩを使用した実施例１，２がＰＡＩを使用した比較例１，２よりも焼付面圧が高くなっている。このことは、ベース樹脂としてＰＢＩを使用した方が摺動特性が優れていることを示している。
【００３８】
また、表３において、比較例１，２及び実施例１，２は、表１と同一の試験片であり、実施例３は、基材２に化成皮膜４としてリン酸亜鉛皮膜を生成しないものを使用し、その基材２の表面にベース樹脂としてのＰＢＩに固体潤滑剤としての３０体積％ＰＴＦＥ及び５体積％ＭｏＳ_２を混合した摺動層３を設けたものであり、実施例４は、基材２に化成皮膜４としてリン酸亜鉛皮膜を生成しないものを使用し、その基材２の表面にベース樹脂としてのＰＢＩに固体潤滑剤としての５体積％ＰＴＦＥ及び１５体積％ＭｏＳ_２を混合した摺動層３を設けたものであり、実施例５は、基材２に化成皮膜としてリン酸亜鉛結晶を生成しないものを使用し、その基材２の表面にベース樹脂としてのＰＢＩに固体潤滑剤としての３０体積％ＰＴＦＥ及び５体積％ＭｏＳ_２、５体積％Ｂｉを混合した摺動層３を設けたものであり、実施例６は、基材２に化成皮膜４としてリン酸亜鉛皮膜を生成しないものを使用し、その基材２の表面にベース樹脂としてのＰＢＩに固体潤滑剤としての３０体積％ＰＴＦＥ及び５体積％ＭｏＳ_２、無機化合物としての５体積％ＣａＣＯ_３を混合した摺動層３を設けたものである。
【００３９】
しかして、従来品であるベース樹脂としてＰＡＩを使用した比較例１と比較例２とを比べてみると、基材２に化成皮膜４を形成した比較例１が化成皮膜４を形成しない比較例２よりも焼付時間がやや長くなっている。同様に、本発明品に係るベース樹脂としてＰＢＩを使用した実施例１と実施例２とを比べてみても、基材２に化成皮膜４を形成した実施例１が化成皮膜４を形成しない実施例２よりも焼付時間がやや長くなっている。このことは、基材２に化成皮膜４を形成した方が摺動特性が優れていることを示している。また、ベース樹脂に着目してみると、ＰＢＩを使用した実施例１，２がＰＡＩを使用した比較例１，２よりも焼付時間が大幅に長くなっている。このことは、ベース樹脂としてＰＢＩを使用した方が摺動特性が優れていることを示している。なお、従来品のＰＡＩを使用した比較例１，２においては、摺動試験の結果、摺動層３がすべて摩耗し、基材２が露出することでトルクが５００Ｎ・ｍに達し、その達するまでの時間が表３に示した時間であった。一方、本発明品のＰＢＩを使用した実施例１，２においては、摺動試験の結果、摺動層３がすべて摩耗することなく摺動層３内での摺動の摩擦熱によって試験片の背面温度が１８０℃に達し、その達するまでの時間が表３に示した時間であった。
【００４０】
また、実施例３においては、実施例２との比較において摺動層３の固体潤滑剤の成分としてＰＴＦＥの量を倍増させたものであり、この場合には、試験片の背面温度が１８０℃に達するまでの時間が実施例２よりもやや長くなっている。また、実施例４においては、実施例２との比較において摺動層３の固体潤滑剤の成分としてＰＴＦＥを減少させる一方ＭｏＳ_２を増加して両者の合計値を同じとしたものであり、この場合には、試験片の背面温度が試験時間の１８０秒を経過しても１８０℃に達することはなかった。
【００４１】
更に、実施例５，６においては、実施例３との比較において摺動層３の固体潤滑剤の成分比率は同じであるが、Ｂｉ又は無機化合物であるＣａＣＯ_３を摺動層の成分として添加したものである。これらの実施例５，６では、試験片の背面温度が試験時間の１８０秒を経過しても１８０℃に達することはなかった。このことから、摺動層３にＢｉ又は無機化合物を添加することにより、摺動特性の向上を図ることができるという点が理解できる。
【００４２】
なお、表３の実施例３〜６においては、基材２に化成皮膜４が形成されないものを示したが、出願人の実験では、基材２に化成皮膜４を形成し、その化成皮膜４の表面に実施例３〜６と同じ成分の摺動層３を設けた試験片は、すべて試験片の背面温度が試験時間の１８０秒を経過しても１８０℃に達することはなかった。また、表１及び表３に示す試験片においては、基材２と摺動層３との間に接着層５を設けたものについては、何も示されていないが、基材と摺動層３との間に接着層５を設けた試験片で試験した場合に、実施例３〜６と同じ成分の摺動層３を設けた試験では、すべて試験片の背面温度が試験時間の１８０秒を経過しても１８０℃に達することはなかった。
【００４３】
【表５】

【００４４】
また、接着層５を設けた場合の接着強度について接着強度試験で計測した値を表５に示す。この接着強度試験は、基材としてＳ４５Ｃの表面に所定の割合で混合された摺動組成物を接着層あり、又は接着層なしで所定厚となるようにコーティングした２０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を用意し、その試験片のコーティング面にエポキシ系接着剤で円柱状鉄棒（直径８〜１０ｍｍ）を接着し、乾燥・硬化させ、硬化後、接着部からはみ出した接着剤をトリミングしたものを、５ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行う。このとき計測された値を円柱状鉄棒の断面積で割ることにより、接着強度（単位：ＭＰａ）が求められる。
【００４５】
しかして、表５に示すように、表面に何らの表面処理を行わない基材２と摺動層３との間に接着層５を設けない場合が当然のことながら接着強度が最も低く、表面処理を行わない基材２と摺動層３との間に接着層５を設けた場合、ショットブラスト処理を行った基材２と摺動層３との間に接着層５を設けた場合、リン酸亜鉛皮膜処理を行った基材２と摺動層３との間に接着層５を設けた場合の順に接着強度が強くなる。このように、基材２の表面に化成皮膜４を形成することにより、基材２と摺動層３との間の密着力を高めアンカー効果の向上を図ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、説明したところから明らかなように、請求項１に係る発明においては、熱可塑性樹脂であるポリベンゾイミダゾールは、従来用いられている熱硬化性樹脂に比べて耐熱性に優れていると共に、材料強度が高いので、耐摩耗性及び非焼付性の向上、高温雰囲気や摺動時の発熱等による材料強度の低下抑制をそれぞれ図ることができ、さらに、伸び率も高いので、初期なじみ性を向上することができる。また、摺動層は、固体潤滑剤を含んでいるので、これによっても摩擦係数を小さくでき、非焼付性を向上できる。また、固体潤滑剤としては、請求項３に係る発明のように、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデンの少なくとも一種を用いることが好ましい。
【００４７】
また、請求項２に係る発明においては、基材と摺動層との間の密着力を高めアンカー効果の向上を図ることができると共に、摺動層が摩耗して基材が露出した場合であっても化成皮膜処理によって形成される皮膜によって非焼付性等の摺動特性を向上させることができる。
【００４８】
また、請求項４に係る発明においては、非焼付性の向上効果や移着膜形成効果を有する。
【００４９】
また、請求項５に係る発明においては、非焼付性の向上効果や移着膜形成効果を有する。
【００５０】
また、請求項６に係る発明においては、基材に対する摺動層の密着性を一層向上でき、摺動層の剥離の発生を防止でき、また、基材と摺動層との密着性を高めることにより密着界面の微振動による剥離を抑制することができる。
【００５１】
更に、請求項７に係る発明においては、摺動部材をドライな状態で使用した場合であっても、より長時間に亘って相手材を摺動させることができ、また、基材の損傷，破損や摺動面の急激な温度上昇を防ぐことができるため、斜板式ピストンポンプを無潤滑，高速，高荷重等の厳しい条件下でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る摺動部材の概略を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３】同じく、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図４】斜板式コンプレッサーの構造の概略を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１摺動部材
２基材
３摺動層
４化成皮膜
５接着層
２０斜板式コンプレッサー
２２シリンダ
２９斜板
３０ピストン

Claims

鋼、ステンレス鋼、銅系合金、アルミ系合金、マグネシウム系合金のいずれかからなる基材の表面に摺動層を設け、該摺動層は、ポリベンゾイミダゾールと、１〜７０体積％の固体潤滑剤と、を含む構成としたことを特徴とする摺動部材。
前記基材の表面に化成皮膜処理を施し、その化成皮膜処理面に前記摺動層を設けたことを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデンの少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摺動部材。
前記摺動層は、０．１〜１０体積％のビスマス又は／及びビスマス合金を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の摺動部材。
前記摺動層は、０．１〜１０体積％のモース硬度４以下の無機化合物を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の摺動部材。
前記基材と摺動層との間に、熱硬化性樹脂からなる接着層を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の摺動部材。
前記摺動部材は、斜板式ピストンポンプの斜板に用いられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の摺動部材。