JP2006008994A - Sliding film, sliding member, composition for sliding film, sliding device, swash-plate type compressor, process for forming sliding film, and process for producing sliding member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動面に形成される摺動被膜、その摺動被膜の形成に使用される摺動被膜用組成物、その摺動被膜を備えた摺動部材、その摺動部材から構成される摺動装置、その摺動装置の一例である斜板式コンプレッサ並びにその摺動被膜の形成方法やその摺動部材の製造方法に関するものである。 The present invention comprises a sliding coating formed on a sliding surface, a sliding coating composition used for forming the sliding coating, a sliding member provided with the sliding coating, and the sliding member. The present invention relates to a sliding device, a swash plate compressor as an example of the sliding device, a method for forming the sliding coating, and a method for manufacturing the sliding member.
自動車に搭載されるエンジンやエアコン用斜板式コンプレッサ等の装置は、摺動する摺動部材を備える。斜板式コンプレッサを例にとれば、直線的な摺動を行うピストンとそれに摺接するシリンダボア、回転的な摺動を行う斜板とそれに摺接するシューさらには軸とそれを摺接しつつ支持する軸受などである。このような摺動部材の摺動面には、通常、潤滑油等が供給されて積極的な潤滑がなされている。斜板式コンプレッサの場合、基本的には、その内部に存在するミスト状の潤滑油によって摺動面間の潤滑性が保持される。 Devices such as engines and swash plate compressors for air conditioners mounted on automobiles include sliding members that slide. Taking a swash plate compressor as an example, a piston that slides linearly and a cylinder bore that slides on it, a swash plate that slides on a rotating basis, a shoe that slides on it, and a bearing that supports the shaft while sliding on it It is. Usually, lubricating oil or the like is supplied to the sliding surface of such a sliding member so as to be actively lubricated. In the case of a swash plate compressor, the lubricity between sliding surfaces is basically maintained by a mist-like lubricating oil present in the compressor.
しかし、始動直後や急激な荷重変動などによって、一時的にしろ、摺動面間が貧潤滑状態さらには無潤滑状態となる場合もあり得る。そのような場合であっても、摺動面間の焼き付き等を抑止して、安定した摺動特性が確保されるのが好ましい。 However, there may be a case where the sliding surface is in a poorly lubricated state or a non-lubricated state immediately after the start or due to a sudden load fluctuation. Even in such a case, it is preferable to prevent seizure between the sliding surfaces and ensure stable sliding characteristics.
このような観点から、例えば斜板式コンプレッサの場合、その斜板表面には固体潤滑剤を含む摺動被膜が設けられる。このような摺動被膜は、例えば下記の特許文献1〜3に開示されている。すなわち、特許文献1には、MoS2、ポリテトラフルオルエチレン(PTFE)、グラファイト(Gr)等の固体潤滑剤を合成樹脂で固めた固体潤滑剤層(摺動被膜)で、両面が被覆された斜板が開示されている。特許文献2には、ピストンの圧縮行程中に大きな荷重が作用する面側に前記固体潤滑剤層を設け、反対面側を溶射層とした斜板が開示されている。特許文献3には、MoS2、PTFE、Grの他にNi、Fe、Cr、Coを混在させた固体潤滑剤層で、両面を被覆した斜板が開示されている。
しかし、小形、軽量化やその他の厳しい要求により、摺動部材間に従来よりも大きな荷重が作用するようになった斜板式コンプレッサ等では、上述のような固体潤滑剤層を摺動面に設けただけでは、必ずしも十分な耐焼き付き性等を確保することは難しくなりつつある。 However, in swash plate type compressors, etc., where a larger load than before has been applied between sliding members due to small size, weight reduction and other strict requirements, the above-mentioned solid lubricant layer is provided on the sliding surface. However, it is becoming difficult to ensure sufficient seizure resistance.
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、上述しような従来の固体潤滑剤層よりも優れた耐焼き付き性等を発現する摺動被膜を提供することを目的とする。また、その摺動被膜の形成に使用される摺動被膜用組成物、その摺動被膜を備えた摺動部材、その摺動部材から構成される摺動装置、その摺動装置の一例である斜板式コンプレッサを提供することを目的とする。さらには、その摺動被膜の形成方法やその摺動部材の製造方法も提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. That is, an object of the present invention is to provide a sliding coating that exhibits seizure resistance and the like superior to those of the conventional solid lubricant layer as described above. Further, it is an example of a sliding coating composition used for forming the sliding coating, a sliding member provided with the sliding coating, a sliding device composed of the sliding member, and the sliding device. An object is to provide a swash plate compressor. Furthermore, it aims at providing the formation method of the sliding film, and the manufacturing method of the sliding member.
なお、上記特許文献2には、摺動被膜中に含まれる固体潤滑剤としてスズ(Sn)、鉛(Pb)、インジウム(In)も例示されているが、実際にそれらを混在させた摺動被膜については何らの開示もない。特許文献2は、あくまでも、それらの金属を固体潤滑剤の1種として取扱っているに過ぎない。また、Sn系メッキやSn系溶射を行う旨の開示はあるが、それらはあくまでも、固体潤滑剤を含む摺動被膜の下地処理と考えているに過ぎない。
In addition, in the above-mentioned
上記特許文献3は、固体潤滑剤層に混在させるNiの微粉末が、その固体潤滑剤層中にあるMoS2やグラファイト(Gr)の相手摺動面への付着を助長する作用をもつことを開示している。このような作用は、後述する本発明のSn等と全く異なる作用である。従って、以下に説明する本発明のSn等と、特許文献3に開示されたNi等とは、全く思想的に異なるものである。 Patent Document 3 states that the Ni fine powder mixed in the solid lubricant layer has an action of promoting the adhesion of MoS 2 and graphite (Gr) in the solid lubricant layer to the mating sliding surface. Disclosure. Such an action is completely different from the Sn of the present invention described later. Therefore, Sn and the like of the present invention described below are completely different from Ni and the like disclosed in Patent Document 3.
これまで斜板式コンプレッサについて例示したが、上述したことは、ベーン式コンプレッサ、スクロール式コンプレッサさらには他の形式のコンプレッサであっても同様であるし、コンプレッサに限らず、過酷な条件下で作動する摺動装置一般についても同様である。 Although the swash plate type compressor has been exemplified so far, the above description is the same for a vane type compressor, a scroll type compressor, and other types of compressors, and is not limited to the compressor and operates under severe conditions. The same applies to the sliding device in general.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、従来の固体潤滑剤の他に、さらにSn等の低融点材料を摺動被膜中に含有させることを新たに思いつき、その摺動被膜が優れた耐焼き付き性を発揮することを確認して、本発明を完成するに至った。
(摺動被膜)
すなわち、本発明の摺動被膜は、固体潤滑剤と、該固体潤滑剤を基材の表面部に保持するバインダ樹脂とからなる摺動特性に優れた摺動被膜であって、さらに、前記バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材を含有していることを特徴とする。
As a result of extensive research and trial and error, the present inventor newly added a low melting point material such as Sn to the sliding coating in addition to the conventional solid lubricant. As a result, it was confirmed that the sliding coating exhibited excellent seizure resistance, and the present invention was completed.
(Sliding coating)
That is, the sliding coating of the present invention is a sliding coating excellent in sliding properties comprising a solid lubricant and a binder resin for holding the solid lubricant on the surface portion of the substrate, and further comprising the binder It is characterized by containing a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the resin.
本発明の摺動被膜を基材の表面に設けると、従来の摺動被膜を設けた場合に比較して、基材とその摺動相手材との間の耐焼き付き性が向上し、その基材を備えた摺動装置の信頼性や耐久性が向上する。また、本発明の摺動被膜によれば、耐焼き付き性の向上に限らず、摺動部材の耐摩耗性の向上や摺動面間での摩擦係数の低減等も期待できる。なお、以下では適宜、耐焼き付き性の他に耐摩耗性や低摩擦係数化等も含めて「摺動特性」という。 When the sliding coating of the present invention is provided on the surface of the base material, the seizure resistance between the base material and the sliding counterpart material is improved as compared with the case where the conventional sliding coating is provided. The reliability and durability of the sliding device provided with the material are improved. In addition, according to the sliding coating of the present invention, not only the improvement of seizure resistance but also the improvement of the wear resistance of the sliding member and the reduction of the friction coefficient between the sliding surfaces can be expected. In the following description, the term “sliding characteristics” is used as appropriate, including not only seizure resistance but also wear resistance and a low friction coefficient.
本発明の摺動被膜が優れた摺動特性を発現する理由は定かではない。しかし、貧潤滑状態または無潤滑状態といった厳しい潤滑状態下で、本発明の摺動被膜に含まれる低融点材は、少なくとも、摺動によって生じる摩擦熱を効果的に吸熱すると考えられる。これにより、摩擦熱による摺動被膜の劣化が抑制され、摺動被膜が延命する結果、摺動部材間の耐焼き付き性が向上したのではないかと現状考えられる。以下、この点を詳しく説明する。 The reason why the sliding coating of the present invention exhibits excellent sliding characteristics is not clear. However, it is considered that the low melting point material included in the sliding coating of the present invention effectively absorbs at least frictional heat generated by sliding under severe lubricating conditions such as poor lubrication or non-lubrication. As a result, the deterioration of the sliding coating due to frictional heat is suppressed, and as a result of extending the life of the sliding coating, it is considered that the seizure resistance between the sliding members is improved. Hereinafter, this point will be described in detail.
これまでも、貧潤滑状態や無潤滑状態となった場合でも、基材およびその相手材(以下、両者を適宜「摺動部材」という。)の焼き付きを抑止するために、固体潤滑剤を含む摺動被膜が設けられてきた。ところが、摺動部材の運転状況や潤滑状態が最近さらに厳しくなり、従来の摺動被膜では必ずしも十分な耐焼き付き性を確保することが困難になりつつあることは前述した通りである。 In the past, a solid lubricant was included to suppress seizure of the base material and its counterpart material (hereinafter, both are referred to as “sliding members” as appropriate) even in a poorly lubricated state or a non-lubricated state. A sliding coating has been provided. However, as described above, the operating condition and lubrication state of the sliding member have recently become more severe, and it has become difficult to ensure sufficient seizure resistance with conventional sliding coatings.
この理由として、本発明者は、前記摩擦熱による摺動被膜の早期劣化を考えた。すなわち、摺動部材が摺動する際、多かれ少なかれ摩擦熱を生じる。摺動面間に潤滑油が十分に供給されている状態であれば、そこに存在する潤滑油膜によって、摺動面間の摩擦係数が低減されたり、面圧が分散されたり、さらには潤滑油による放熱性もあるので、発生する摩擦熱も小さく、摺動被膜の劣化は当然に生じ難い。 As a reason for this, the present inventor considered early deterioration of the sliding coating due to the frictional heat. That is, more or less frictional heat is generated when the sliding member slides. If the lubricating oil is sufficiently supplied between the sliding surfaces, the lubricating oil film existing there reduces the friction coefficient between the sliding surfaces, disperses the surface pressure, and even the lubricating oil. Therefore, the frictional heat generated is small, and naturally the deterioration of the sliding coating hardly occurs.
しかし、貧潤滑状態や無潤滑状態になると、そのような効果が殆ど期待できなくなり、例え固体潤滑剤によって摺動面間の摩擦係数が多少低減されるとしても、所定時間経過後から摩擦熱が急激に増大して、摺動被膜の温度が急上昇し始める。 However, when it becomes poorly lubricated or unlubricated, such an effect can hardly be expected, and even if the friction coefficient between the sliding surfaces is somewhat reduced by the solid lubricant, the frictional heat will not be generated after a predetermined time has elapsed. It suddenly increases and the temperature of the sliding coating starts to rise rapidly.
摺動被膜は、通常、摺動部材の表面に固体潤滑剤がバインダ樹脂によって保持された状態となっている。このバインダ樹脂の耐熱温度は、耐熱性に優れる代表的なポリアミドイミド(PAI)等の場合、400〜500℃程度ある。しかし、摩擦熱によって摺動被膜の温度が上昇すると、そのような耐熱性に優れたバインダ樹脂であっても、軟化(ガラス転移を含む)、劣化さらには破壊するようになる。こうなると、摺動部材の表面における固体潤滑剤の保持性が崩れ、摺動部材は摺動被膜を介さずに基材が相手材と直接的に摺接したりするようになって、やがて焼き付きに至ると考えられる。 The sliding coating is usually in a state where a solid lubricant is held on the surface of the sliding member by a binder resin. The heat resistance temperature of the binder resin is about 400 to 500 ° C. in the case of typical polyamideimide (PAI) having excellent heat resistance. However, when the temperature of the sliding coating increases due to frictional heat, even such a binder resin having excellent heat resistance is softened (including glass transition), deteriorated, and further destroyed. As a result, the retention of the solid lubricant on the surface of the sliding member is lost, and the sliding member comes into direct contact with the mating material without the sliding coating, and eventually seizes. It is thought that.
本発明の摺動被膜の場合であっても、過酷な摺動環境下では、摺動被膜の温度が急上昇し始めるのは同様である。 Even in the case of the sliding coating of the present invention, the temperature of the sliding coating starts to rise rapidly under a severe sliding environment.
ところが、本発明の摺動被膜の場合、摺動被膜中にバインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材が混在している。摩擦熱によって摺動被膜の温度が急激に上昇し始めると、バインダ樹脂がその軟化に至る前に、低融点材が比熱より遙かに大きい潜熱によって摩擦熱を大量に吸熱する。その結果、摺動被膜の温度上昇が抑止され、バインダ樹脂の軟化ひいては摺動被膜の劣化が抑制または遅延される。こうして、固体潤滑剤を摺動部材の表面にしっかりと保持した状態がより長く維持されるようになる。 However, in the case of the sliding coating of the present invention, a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin is mixed in the sliding coating. When the temperature of the sliding coating starts to rise rapidly due to frictional heat, the low melting point material absorbs a large amount of frictional heat by latent heat much larger than the specific heat before the binder resin softens. As a result, the temperature rise of the sliding coating is suppressed, and the softening of the binder resin and the deterioration of the sliding coating are suppressed or delayed. Thus, the state in which the solid lubricant is firmly held on the surface of the sliding member is maintained for a longer time.
要するに、本発明の摺動被膜は、バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材によって、摩擦熱による摺動被膜の温度上昇が抑制、遅延されて、摺動被膜による安定した摺動特性が従来以上に長く維持される。その結果、摺動部材間の耐焼き付き性が著しく向上したと考えられる。但し、このような作用効果は、本発明の摺動被膜が優れた耐焼き付き性を発現するための一要因に過ぎないとも考えられ、上述したメカニズムによって、本発明の摺動被膜の優れた摺動特性の全てが説明され得るものでもないことを断っておく。後述するが、相手材の摺動表面に特定の成分(摺動生成物形成元素)が存在する場合、それと本発明の摺動被膜中の低融点材とによって新たな摺動生成物が形成されることを本発明者は確認している。その摺動生成物は、上記耐焼き付き性の向上に留まらず、摺動面間の摩擦係数の低減や耐摩耗性の向上といった、さらなる摺動特性の向上効果をも発現させると考えられる。 In short, the sliding coating of the present invention has a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin, so that the temperature rise of the sliding coating due to frictional heat is suppressed and delayed, and stable sliding by the sliding coating is achieved. Dynamic characteristics are maintained longer than before. As a result, it is considered that the seizure resistance between the sliding members is remarkably improved. However, such an effect is considered to be only one factor for the slide coating of the present invention to exhibit excellent seizure resistance, and the above-described mechanism enables the excellent slide of the slide coating of the present invention. Note that not all dynamic characteristics can be explained. As will be described later, when a specific component (sliding product forming element) is present on the sliding surface of the counterpart material, a new sliding product is formed by this and the low melting point material in the sliding coating of the present invention. The present inventor has confirmed that. The sliding product is considered not only to improve the seizure resistance but also to further improve the sliding characteristics such as reducing the friction coefficient between the sliding surfaces and improving the wear resistance.
なお、本発明でバインダ樹脂のガラス転移温度を低融点材の融点の閾値として導入したのは、そのガラス転移温度が樹脂(特にポリマー)の耐熱性を指標する重要な特性だからである。また、本発明には、実質的に摺動被膜のみから構成される部品(例えば、軸受)等も概念的に含まれる。
(摺動部材)
本発明は、上記摺動被膜を備えた摺動部材としても把握できる。
The reason why the glass transition temperature of the binder resin is introduced as the threshold value of the melting point of the low melting point material in the present invention is that the glass transition temperature is an important characteristic indicating the heat resistance of the resin (particularly polymer). The present invention also conceptually includes components (for example, bearings) and the like that are substantially composed only of a sliding coating.
(Sliding member)
The present invention can also be grasped as a sliding member provided with the above-mentioned sliding coating.
すなわち、本発明は、基材と、該基材の表面に形成された請求項1に記載の摺動被膜とからなることを特徴とする摺動部材としても良い。このような摺動部材の代表例は、斜板式コンプレッサの斜板である。
(摺動装置および斜板式コンプレッサ)
本発明は、上記摺動部材を備えた摺動装置としても把握できる。
That is, this invention is good also as a sliding member which consists of a base material and the sliding film of Claim 1 formed in the surface of this base material. A typical example of such a sliding member is a swash plate of a swash plate compressor.
(Sliding device and swash plate compressor)
The present invention can be grasped also as a sliding device provided with the above-mentioned sliding member.
すなわち、本発明は、前記摺動被膜が表面に形成された基材と、該基材の該摺動被膜に摺接する相手材とからなることを特徴とする摺動装置としても良い。 That is, this invention is good also as a sliding apparatus characterized by including the base material in which the said sliding film was formed in the surface, and the other party material which contacts the sliding film of this base material.
このような摺動装置は、例えば、斜板式コンプレッサでも良いし、斜板式以外のコンプレッサでも良いし、さらにはコンプレッサでなくても良い。ここでは、摺動装置の代表例として、斜板式コンプレッサを取上げて説明する。斜板式コンプレッサにも種々あり、例えば、容量可変型斜板式コンプレッサ、容量固定型斜板式コンプレッサ、片頭型斜板式コンプレッサ、両頭型斜板式コンプレッサ等がある。 Such a sliding device may be, for example, a swash plate type compressor, a compressor other than a swash plate type, or may not be a compressor. Here, a swash plate compressor will be described as a representative example of the sliding device. There are various types of swash plate compressors such as a variable displacement swash plate compressor, a fixed displacement swash plate compressor, a single-head swash plate compressor, and a double-head swash plate compressor.
具体例は、主軸と、該主軸と共に回転する斜板と、軸方向に延在し該斜板側に開口した筒状のシリンダボアを有するシリンダブロックと、該斜板に係合して該斜板の揺動を受ける係合部と該係合部に連なり該シリンダボア内に嵌挿されて該斜板の揺動に応じて該シリンダボア内を往復動する頭部とを有するピストンと、該ピストンの係合部に揺動可能に保持されて該斜板の表面に摺接する一対のシューとを備える斜板式コンプレッサである。この場合、前記斜板および/または前記シューの表面に、本発明の摺動被膜が形成されていると好適である。なお、ピストンの数は単数でも複数でも良い。シューは、ピストン一つあたりに一対であって、ピストンが複数ならシューも複数対となる。
(摺動被膜用組成物)
本発明は、上記摺動被膜を形成する際の原料となる摺動被膜用組成物としても把握できる。
Specific examples include a main shaft, a swash plate rotating with the main shaft, a cylinder block having a cylindrical cylinder bore extending in the axial direction and opened to the swash plate side, and engaging the swash plate with the swash plate A piston having an engaging portion that receives the oscillation of the swash plate and a head that is inserted and inserted into the cylinder bore and reciprocates in the cylinder bore in response to the oscillation of the swash plate; It is a swash plate type compressor provided with a pair of shoes slidably held by the engaging portion and slidably contacting the surface of the swash plate. In this case, it is preferable that the sliding coating of the present invention is formed on the surface of the swash plate and / or the shoe. The number of pistons may be singular or plural. There is a pair of shoes per piston, and if there are a plurality of pistons, a plurality of pairs of shoes are also formed.
(Sliding coating composition)
This invention can also be grasped | ascertained as a composition for sliding films used as the raw material at the time of forming the said sliding film.
すなわち、本発明は、固体潤滑剤と、バインダ樹脂と、該バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材とからなり、前記摺動被膜が得られることを特徴とする摺動被膜用組成物としても良い。このような摺動被膜用組成物の具体例として、摺動被膜用塗料または摺動被膜用転写膜がある。
(摺動被膜の形成方法)
本発明は、上記摺動被膜の形成方法としても把握できる。
(1)先ず本発明は、バインダ樹脂のワニス中に、該バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材および固体潤滑剤を分散させた摺動被膜用塗料を基材の表面に塗布する塗布工程と、該塗布工程後に形成された塗膜を加熱して焼成する焼成工程とを備え、上記摺動被膜が得られることを特徴とする摺動被膜の形成方法としても良い。
(2)次に本発明は、バインダ樹脂と該バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材と固体潤滑剤とを混合したペーストを印刷した転写膜を基材の表面に転写する転写工程と、該転写工程後に該基材の表面に形成された転写膜を加熱して焼成する焼成工程とを備え、上記摺動被膜が得られることを特徴とする摺動被膜の形成方法としても良い。
(摺動部材の製造方法)
本発明は、上記摺動部材の製造方法としても把握できる。
That is, the present invention comprises a sliding coating comprising a solid lubricant, a binder resin, and a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin, and the sliding coating is obtained. It may be a composition for use. Specific examples of such a sliding coating composition include a sliding coating or a sliding coating transfer film.
(Method of forming sliding coating)
The present invention can also be grasped as a method for forming the sliding coating.
(1) First, the present invention provides a coating material for a sliding coating in which a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin and a solid lubricant are dispersed in the varnish of the binder resin on the surface of the base material. It is good also as the formation method of the sliding coating characterized by including the application | coating process to apply | coat and the baking process which heats and bakes the coating film formed after this application | coating process, and the said sliding coating is obtained.
(2) Next, according to the present invention, a transfer film printed with a paste in which a binder resin, a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin, and a solid lubricant is printed is transferred to the surface of the substrate. A method for forming a sliding coating, comprising: a transfer step; and a firing step of heating and firing a transfer film formed on the surface of the substrate after the transfer step, and the sliding coating is obtained. Also good.
(Sliding member manufacturing method)
The present invention can be grasped as a manufacturing method of the above-mentioned sliding member.
すなわち、本発明は、上述の摺動被膜の形成方法によって基材の表面に摺動被膜が形成された摺動部材が得られることを特徴とする摺動部材の製造方法としても良い。 That is, this invention is good also as a manufacturing method of the sliding member characterized by obtaining the sliding member in which the sliding coating was formed in the surface of the base material by the formation method of the above-mentioned sliding coating.
発明の実施形態を挙げて、本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る摺動被膜に限らず、その他の摺動部材、摺動被膜用組成物、摺動装置、斜板式コンプレッサ、摺動被膜の形成方法および摺動部材の製造方法にも適宜適用できるものであることを断っておく。また、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なることを断っておく。
(1)低融点材
低融点材は、摺動被膜のバインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつものであり、バインダ樹脂との相関において選択、決定される。低融点材の代表例として、金属単体、合金、金属間化合物等の金属材料が考えられるが、これに限らず、金属元素と非金属元素との化合物でも良い。また、無機材料に限らず、合成樹脂のような有機材料でも良い。低融点材は、それらの各種材料の単種から構成されても良いし、それらを適宜組み合わせた複数種から構成されても良い。
The present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the invention. The contents described in this specification including the following embodiments are not limited to the sliding coating according to the present invention, but include other sliding members, sliding coating compositions, sliding devices, swash plate compressors, It should be noted that the present invention can be appropriately applied to a method for forming a sliding coating and a method for manufacturing a sliding member. Also, it should be noted that which embodiment is the best depends on the target, required performance, and the like.
(1) Low melting point material The low melting point material has a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin of the sliding coating, and is selected and determined in relation to the binder resin. As a typical example of the low melting point material, a metal material such as a simple metal, an alloy, and an intermetallic compound is conceivable. Moreover, not only an inorganic material but organic material like a synthetic resin may be used. The low melting point material may be composed of a single type of those various materials, or may be composed of a plurality of types appropriately combining them.
バインダ樹脂として耐熱性に優れる代表的なポリイミド(PI)やポリアミドイミド(PAI)を考えると、それらのガラス転移温度(Tg)は200〜500℃程度である。これを踏まえて、低融点材の一例を以下に挙げる。なお、括弧内の数値はその溶融温度である。 Considering typical polyimide (PI) and polyamideimide (PAI) excellent in heat resistance as the binder resin, their glass transition temperature (Tg) is about 200 to 500 ° C. Based on this, an example of a low melting point material is given below. The numerical value in parentheses is the melting temperature.
金属単体では、インジウム(In:157℃)、スズ(Sn:232℃)、ビスマス(Bi:271℃)、鉛(Pb:327℃)などの低融点金属の単体がある。勿論、低融点材はこれらの低融点金属の合金でも良い。Sn系合金(共晶組成)の例を挙げれば、Sn−52In(118℃)、Sn−58Bi(139℃)、Sn−37Pb(183℃)、Sn−3.5Ag(221℃)、Sn−0.7Cu(227℃)等がある。さらに、Sn−3Ag−0.5Cu(217〜220℃)、Sn−3Ag−2Bi−1In(209〜217℃)がある。括弧内の数値は「固相線温度〜液相線温度」を示し、各合金組成はいずれも質量%(全体:100質量%)で示した。 Among the simple metals, there are simple low melting point metals such as indium (In: 157 ° C.), tin (Sn: 232 ° C.), bismuth (Bi: 271 ° C.), and lead (Pb: 327 ° C.). Of course, the low melting point material may be an alloy of these low melting point metals. Examples of Sn alloys (eutectic composition) include Sn-52In (118 ° C.), Sn-58Bi (139 ° C.), Sn-37Pb (183 ° C.), Sn-3.5Ag (221 ° C.), Sn— 0.7 Cu (227 ° C.) and the like. Furthermore, there are Sn-3Ag-0.5Cu (217-220 ° C.) and Sn-3Ag-2Bi-1In (209-217 ° C.). The numerical value in the parenthesis indicates “solidus temperature to liquidus temperature”, and each alloy composition is indicated by mass% (total: 100 mass%).
このように低融点材として、種々のものを考えることができるが、低融点材がSn単体、Sn合金またはSn化合物の1種以上であると好ましい。これらのSn系材料は融点も低く潜熱も大きい。また、Snは、比較的安価に入手できるし、環境負荷の小さい元素でもある。 As described above, various low melting point materials can be considered, but the low melting point material is preferably one or more of Sn alone, Sn alloy, or Sn compound. These Sn-based materials have a low melting point and a large latent heat. Sn is an element that can be obtained at a relatively low cost and has a small environmental load.
摺動被膜中における低融点材の割合は、摺動被膜の仕様、使用する固体潤滑剤やバインダ樹脂の種類や割合に応じて適宜決定されるので、一概に特定するのは難しい。摺動被膜全体を100質量%としたときに、低融点材の下限が0.1質量%、0.2質量%、0.5質量%さらには2質量%であると良く、その上限は60質量%、50質量%さらには40質量%とであると良い。こららの上下限は適宜組合わせることができる。 Since the ratio of the low melting point material in the sliding coating is appropriately determined according to the specification of the sliding coating and the type and ratio of the solid lubricant and binder resin to be used, it is difficult to generally specify. When the entire sliding coating is 100% by mass, the lower limit of the low melting point material is preferably 0.1% by mass, 0.2% by mass, 0.5% by mass, and further 2% by mass, and the upper limit is 60%. It is good that they are mass%, 50 mass%, and 40 mass%. These upper and lower limits can be combined as appropriate.
低融点材が少しでも摺動被膜中に存在すれば、摺動被膜の耐久性を高めることができ、耐焼き付き性の向上が図れるが、あまり過少ではその効果も少ない。一方、低融点材が過多になると、相対的に固体潤滑剤やバインダ樹脂が減少して摺動被膜自体の特性の低下を招くので好ましくない。 If even a little low melting point material is present in the sliding coating, the durability of the sliding coating can be improved and the seizure resistance can be improved, but if it is too small, the effect is small. On the other hand, an excessive amount of the low melting point material is not preferable because the solid lubricant and the binder resin are relatively reduced and the characteristics of the sliding coating itself are deteriorated.
低融点材は、摺動被膜中またはその表層近傍に均一に分散しているのが好ましいので、摺動等によって過熱されていない少なくとも初期状態では、低融点材は(微)粒子状であると好ましい。その粒径やアスペクト比等の詳細な形態は問わないが、摺動被膜の仕様、低融点材粉末の入手性、コスト等を勘案して適宜選択される。一例を挙げると、低融点材の粒子径は、0.1〜100μm、0.1〜50μm、0.5〜20μmさらには1〜5μm程度であると良い。あまり過小な粒径の低融点材は、その入手が困難で高コストとなる。一方、その粒径が過大な低融点材は、摺動被膜から突出したりするので好ましくない。つまり、低融点材は、その最大粒径が所望する摺動被膜の膜厚以下であると良い。もっとも、摺動部材や摺動装置の仕様等によっては、一旦形成した摺動部材を研磨等してから使用する場合もあり、「低融点材の最大粒径が摺動被膜の膜厚以下」であることは必ずしも必須要件ではない。 Since the low-melting-point material is preferably uniformly dispersed in the sliding coating or in the vicinity of the surface layer, the low-melting-point material is in the form of (fine) particles at least in an initial state that is not overheated by sliding or the like. preferable. The detailed form such as the particle size and aspect ratio is not particularly limited, but it is appropriately selected in consideration of the specification of the sliding coating, the availability of the low melting point powder, the cost, and the like. For example, the particle diameter of the low melting point material is preferably about 0.1 to 100 μm, 0.1 to 50 μm, 0.5 to 20 μm, and further about 1 to 5 μm. A low melting point material having a too small particle size is difficult to obtain and is expensive. On the other hand, a low melting point material having an excessively large particle size is not preferable because it protrudes from the sliding coating. That is, the low melting point material may have a maximum particle size equal to or less than a desired thickness of the sliding coating. However, depending on the specifications of the sliding member and sliding device, the sliding member once formed may be used after being polished, etc. "The maximum particle size of the low melting point material is less than the film thickness of the sliding coating" It is not necessarily an essential requirement.
なお、低融点材として使用する原料粉末は、機械粉砕した粉末でも、アトマイズ粉等でも良く、その製造方法は問わない。 The raw material powder used as the low melting point material may be either a mechanically pulverized powder or an atomized powder, and the production method thereof is not limited.
但し、粉末状の低融点材を用いた場合であっても、摺動被膜中において低融点材が原料段階の形態を保持している必要はない。摺動被膜の形成後にその表面を研削加工または研磨加工したりして、低融点材の粒子形態が変化していても良い。バインダ樹脂のガラス転移温度未満で摺動被膜が加熱されて、低融点材が全体的にまたは部分的に溶融等して摺動被膜中に拡散した状態となっていても良い。 However, even when a powdery low melting point material is used, it is not necessary for the low melting point material to retain the form of the raw material stage in the sliding coating. The surface of the low melting point material may be changed by grinding or polishing the surface after the sliding coating is formed. The sliding coating may be heated at a temperature lower than the glass transition temperature of the binder resin, and the low melting point material may be in a state of being diffused in the sliding coating as a whole or partially melted.
低融点材は、摺動被膜中において、そのような形態に限らず、材料的に存在形態を変える場合も考えられる。例えば、低融点材の原料粉末としてSn粉末を使用し、Sn粒子の分散した摺動被膜を形成したとする。その後にその摺動被膜が加熱等された場合に、そのSnが他の元素と反応して化合物となったり、合金等を形成したりする場合も当然に考えられる。この新たな生成物(後述の摺動生成物を含む)も、バインダ樹脂のガラス転移温度未満の融点をもつ限り、本発明の低融点材に含まれる。つまり、本発明でいう低融点材は、出発物質が摺動被膜中でそのままの状態を維持している必要はなく、摺動被膜の形成後に変化したものでも良い。例えば、前記新たな生成物として、前述したSn−0.7CuやSn−3.5Ag等の低融点合金が考えられる。摺動被膜の形成段階では、例えば、Sn粉末と併せて、例えば、適量のCuやAgの粉末を混在させておく。その後、摺動被膜のバインダ樹脂を焼成する段階や、摺動被膜を使用した段階で、SnとCuやAgとがSn−Cu合金やSn−Ag合金を形成して、新たな低融点材となっても良い。 The low-melting-point material is not limited to such a form in the sliding coating, and it may be possible to change the form of the material. For example, it is assumed that Sn powder is used as the raw material powder for the low melting point material to form a sliding coating in which Sn particles are dispersed. Then, when the sliding coating is heated or the like thereafter, the Sn may react with other elements to form a compound or form an alloy or the like. This new product (including a sliding product described later) is also included in the low melting point material of the present invention as long as it has a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin. That is, the low-melting-point material in the present invention does not need to maintain the starting material as it is in the sliding coating, and may be changed after the sliding coating is formed. For example, low-melting-point alloys such as Sn-0.7Cu and Sn-3.5Ag described above can be considered as the new product. In the stage of forming the sliding coating, for example, an appropriate amount of Cu or Ag powder is mixed together with Sn powder. Thereafter, Sn, Cu, and Ag form a Sn—Cu alloy or a Sn—Ag alloy at the stage of firing the binder resin of the sliding coating or using the sliding coating, It may be.
バインダ樹脂のガラス転移温度前に、摺動被膜中の低融点材が受熱する摩擦熱の総量は、低融点材の含有量によって大きく影響されると考えられる。しかし、短時間の受熱であれば、それのみに限らず、低融点材の粒度分布等も摺動被膜の温度上昇等に影響すると考えられる。従って、摺動被膜の要求仕様に応じて、低融点材の摺動被膜中における割合や形態を調整するのが良い。
(2)バインダ樹脂
バインダ樹脂によって、固体潤滑剤および低融点材が基材表面に定着、保持される。このバインダ樹脂の種類は特に問わないが、バインダ樹脂自体が摺動特性に優れたものであるとより好ましい。
It is considered that the total amount of frictional heat received by the low melting point material in the sliding coating before the glass transition temperature of the binder resin is greatly influenced by the content of the low melting point material. However, as long as the heat is received for a short time, the particle size distribution of the low melting point material is considered to affect the temperature rise of the sliding coating. Therefore, it is preferable to adjust the ratio and form of the low melting point material in the sliding coating according to the required specifications of the sliding coating.
(2) Binder resin The binder resin fixes and holds the solid lubricant and the low melting point material on the substrate surface. The type of the binder resin is not particularly limited, but it is more preferable that the binder resin itself has excellent sliding characteristics.
バインダ樹脂は、摺動被膜の仕様に応じて、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂や非熱可塑性樹脂または結晶性樹脂や非結晶性樹脂を適宜選択できる。その一例を挙げると、ポリアミドイミド(PAI、Tg=280℃)、ポリイミド(PI、Tg=410℃)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK樹脂、Tg=143℃)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、液晶ポリアレート(LCP、Tg=360℃)、ポリエーテルスルホン(PES、Tg=230℃)、ポリエーテルイミド(PEI、Tg=217℃)等がある(括弧内の数値はガラス転移温度Tgである。)。特に、耐摩耗性等の摺動特性、耐熱性、経済性等に優れるバインダ樹脂として、PAI等が好適である。 As the binder resin, for example, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, a non-thermoplastic resin, a crystalline resin, or an amorphous resin can be appropriately selected according to the specification of the sliding coating. For example, polyamideimide (PAI, Tg = 280 ° C.), polyimide (PI, Tg = 410 ° C.), polyether ether ketone (PEEK resin, Tg = 143 ° C.), epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester , Liquid crystal polyarates (LCP, Tg = 360 ° C.), polyethersulfone (PES, Tg = 230 ° C.), polyether imide (PEI, Tg = 217 ° C.), etc. (numbers in parentheses are glass transition temperatures Tg) .) In particular, PAI or the like is suitable as a binder resin having excellent sliding characteristics such as wear resistance, heat resistance, and economical efficiency.
バインダ樹脂は、単種の樹脂のみである必要はなく、複数種の樹脂を混合したものであっても良い。さらに、樹脂単体ではなく、その樹脂に強化粒子を分散させて、バインダとしての機能を強化したものでも良い。バインダ樹脂中での固体潤滑剤、低融点材さらには強化粒子のなじみ性を向上させるために、適宜、カップリング剤を使用しても良い。また、バインダ樹脂中に固体潤滑剤等を分散させる際、溶剤等を使用しても良い。 The binder resin need not be a single type of resin, and may be a mixture of multiple types of resins. Furthermore, instead of a single resin, reinforcing resin may be strengthened by dispersing reinforcing particles in the resin. In order to improve the conformability of the solid lubricant, the low-melting-point material, and the reinforcing particles in the binder resin, a coupling agent may be used as appropriate. Further, when dispersing a solid lubricant or the like in the binder resin, a solvent or the like may be used.
摺動被膜中のバインダ樹脂の割合は、適量の固体潤滑剤や低融点材等以外の残部と考えれば良い。もっとも、例えば、摺動被膜全体を100容量%としたとき、バインダ樹脂の下限が20容量%さらには30容量%であれば良く、その上限は80容量%さらには70容量%であればより良い。こららの上下限は適宜組合わせることができる。 The ratio of the binder resin in the sliding coating may be considered as the remainder other than an appropriate amount of solid lubricant, low melting point material, and the like. However, for example, when the entire sliding coating is 100% by volume, the lower limit of the binder resin may be 20% by volume or 30% by volume, and the upper limit may be 80% by volume or 70% by volume. . These upper and lower limits can be combined as appropriate.
バインダ樹脂が過少であると、固体潤滑剤や低融点材の脱落等を生じて、摺動被膜の耐摩耗性が低下する。逆に、バインダ樹脂が過多になると、相対的に固体潤滑剤量や低融点材が過少となり、摺動被膜の摺動特性が低下する。バインダ樹脂は、その種類、使用する固体潤滑剤等や摺動被膜の仕様等によって、その割合が適宜調整されるのが好ましい。
(3)固体潤滑剤
固体潤滑剤の種類は問わないし、単種の固体潤滑剤に限らず、複数種の固体潤滑剤を混合等して使用しても良い。複数種の固体潤滑剤を使用することで、各固体潤滑剤の摺動特性が補完され、全体的に観れば摺動特性に優れた摺動被膜が得られる。
If the binder resin is too small, the solid lubricant or the low-melting-point material will drop off, and the wear resistance of the sliding coating will decrease. On the contrary, when the binder resin is excessive, the amount of the solid lubricant and the low melting point material are relatively insufficient, and the sliding characteristics of the sliding coating are deteriorated. It is preferable that the ratio of the binder resin is appropriately adjusted depending on the type, the solid lubricant used, the specifications of the sliding coating, and the like.
(3) Solid lubricant The type of solid lubricant is not limited, and the solid lubricant is not limited to a single type of solid lubricant, and a plurality of types of solid lubricants may be mixed and used. By using a plurality of types of solid lubricants, the sliding characteristics of each solid lubricant are complemented, and a sliding coating with excellent sliding characteristics can be obtained as a whole.
このような固体潤滑剤として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレンコポリマー(FEP)、二硫化モリブデン(MoS2)、二硫化タングステン(WS2)、フッ化カルシウム(CaF2)、グラファイト(Gr)、窒化ホウ素(BN)等がある。 Examples of such solid lubricants include polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer (FEP), molybdenum disulfide (MoS 2 ), and tungsten disulfide (WS). 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), graphite (Gr), boron nitride (BN) and the like.
摺動被膜中の固体潤滑剤の割合は、摺動被膜の仕様によって異なるが、例えば、摺動被膜全体を100容量%としたとき、その下限が20容量%さらには30容量%であれば良く、その上限は80容量%さらには70容量%であれば良い。こららの上下限は適宜組合わせることができる。 The ratio of the solid lubricant in the sliding coating varies depending on the specifications of the sliding coating. For example, when the entire sliding coating is 100% by volume, the lower limit may be 20% by volume or even 30% by volume. The upper limit may be 80% by volume or even 70% by volume. These upper and lower limits can be combined as appropriate.
固体潤滑剤は、特に、PTFE、MoS2またはグラファイトの1種以上からなると好ましく、さらにはそれら3種が同時に配合されていると一層好ましい。各固体潤滑剤の割合は、摺動被膜全体を100容量%としたときに、PTFEが10〜40容量%、MoS2が5〜30容量%、グラファイトが10〜30容量%であると好ましい。その場合のバインダ樹脂として、例えば、50〜80容量%のPAIが好ましい。 The solid lubricant is particularly preferably composed of one or more of PTFE, MoS 2 or graphite, and more preferably, these three are blended simultaneously. The ratio of each solid lubricant is preferably 10 to 40% by volume of PTFE, 5 to 30% by volume of MoS 2 , and 10 to 30% by volume of graphite when the entire sliding coating is 100% by volume. As the binder resin in that case, for example, 50 to 80% by volume of PAI is preferable.
固体潤滑剤量が過少であると、摺動被膜の摺動特性が低下し、固体潤滑剤量が過多になると、摺動被膜中のバインダ樹脂や低融点材の割合が相対的に減少して固体潤滑剤の脱落等により摺動被膜の耐摩耗性等が低下する。最適な固体潤滑剤の範囲は、その種類、摺動被膜の仕様等によって適宜調整されるのが好ましい。
(4)基材、相手材および摺動部材
基材は、摺動部材のベースである。摺動部材は、その基材の少なくとも一面が摺動被膜で被覆された摺動面となっているものである。基材の材質は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄鋼、鋳鉄、セラミックス、樹脂等のいずれの材質でも良く、板状、円筒状、球面状等のいずれの形状でも良い。
If the amount of solid lubricant is too small, the sliding characteristics of the sliding coating will be reduced, and if the amount of solid lubricant is excessive, the proportion of binder resin and low melting point material in the sliding coating will be relatively reduced. The wear resistance and the like of the sliding coating is reduced due to the falling off of the solid lubricant. The optimum range of the solid lubricant is preferably adjusted as appropriate depending on the type of the lubricant and the specifications of the sliding coating.
(4) Base material, mating material and sliding member The base material is the base of the sliding member. The sliding member has a sliding surface in which at least one surface of the base material is covered with a sliding coating. The material of the base material may be any material such as aluminum alloy, magnesium alloy, steel, cast iron, ceramics, resin, etc., and may be any shape such as plate shape, cylindrical shape, and spherical shape.
基材の表面と摺動被膜との密着性を高めるために、切削加工、ショットピーニング、陽極酸化処理等によって基材表面を適当な面粗度にしたり(粗面化したり)、その表面に溶射層を設けたりしても良い。 In order to improve the adhesion between the surface of the substrate and the sliding coating, the surface of the substrate is made to have an appropriate surface roughness (roughening) by cutting, shot peening, anodizing treatment, etc., or sprayed onto the surface. A layer may be provided.
相手材は、その摺動部材と摺接しつつ相対運動を行う部材である。その表面性状や材質は問わないが、基材の場合と同様に本発明のような摺動被膜が形成されていても良い。材質や形状についても、基材の場合と同様である。なお、本明細書では、便宜上、基材表面に本発明の摺動被膜が形成されたものを本発明の「摺動部材」と呼んでいるが、適宜、相手材をも含めて単に「摺動部材」とも呼ぶ。 The counterpart material is a member that performs relative motion while being in sliding contact with the sliding member. The surface properties and materials are not limited, but a sliding coating as in the present invention may be formed as in the case of the substrate. The material and shape are the same as in the case of the base material. In this specification, for the sake of convenience, the surface of the substrate having the sliding coating of the present invention formed thereon is called the “sliding member” of the present invention. Also called “moving member”.
本発明の摺動部材は、優れた摺動特性を発現するので、苛酷な摺動条件下で使用される部材として好適である。例えば、シャフト、軸受のレース、内燃機関のピストン、自動車エアコン用の斜板式コンプレッサの斜板やシュー等である。 Since the sliding member of the present invention exhibits excellent sliding characteristics, it is suitable as a member used under severe sliding conditions. For example, shafts, bearing races, internal combustion engine pistons, swash plates and shoes of swash plate compressors for automobile air conditioners.
摺動部材の用途に応じて要求される摺動特性は異なるが、本発明の摺動被膜の厚みは0.1〜120μm、5〜100μmさらには5〜60μmであると好適である。摺動被膜をあまり薄くし過ぎると長期的に安定した摺動特性を確保し得ず、摺動被膜を厚くし過ぎると摺動被膜の形成に長時間を要し高コストとなり好ましくない。
(5)摺動生成物
本発明の摺動被膜が従来の摺動被膜に比較して優れた耐焼き付き性を発現する理由として、前述したように、低融点材による摩擦熱の吸熱効果が考えられる。しかし、本発明者が種々の試験、分析を繰返し鋭意研究したところ、特定の摺動条件の下では、摺動面に新たな摺動生成物が形成されていることが確認された。この摺動生成物が摺動部材間の摺動特性のさらなる向上に多かれ少なかれ寄与しているのではないかと考えられる。具体的には、摺動生成物が摺動面間の低摩擦係数化や摺動被膜の耐摩耗性をより促進して、前述した耐焼き付き性の向上に加えて、摺動被膜の摺動特性、信頼性や耐久性を一層向上させていると考えられる。
Although the required sliding characteristics vary depending on the use of the sliding member, the thickness of the sliding coating of the present invention is preferably 0.1 to 120 μm, 5 to 100 μm, and more preferably 5 to 60 μm. If the sliding coating is too thin, stable sliding characteristics cannot be secured in the long term, and if the sliding coating is too thick, it takes a long time to form the sliding coating, resulting in high costs.
(5) Sliding product As described above, the sliding coating of the present invention exhibits excellent seizure resistance as compared with conventional sliding coatings. It is done. However, the present inventor repeatedly conducted various tests and analyzes, and it was confirmed that a new sliding product was formed on the sliding surface under specific sliding conditions. It is thought that this sliding product contributes more or less to further improving the sliding characteristics between the sliding members. Specifically, the sliding product further reduces the friction coefficient between the sliding surfaces and promotes the wear resistance of the sliding coating, and in addition to improving the seizure resistance described above, the sliding coating slides. It is thought that the characteristics, reliability and durability are further improved.
この摺動生成物は、低融点材(またはその一部の構成成分)と反応して形成された新たな合金または化合物(金属間化合物を含む)と考えられる。低融点材と反応して摺動生成物を形成する摺動生成物形成元素は、摺動被膜中に低融点材と共に含有されていても良いし、摺動被膜と摺接する相手材の摺接面近傍に存在していても良い。但し、摺動被膜がその中に低融点材と摺動生成物形成元素の両方を含んでいると、相手材の成分に関わりなく摺動生成物が形成されるので好ましい。 This sliding product is considered to be a new alloy or compound (including an intermetallic compound) formed by reacting with a low-melting-point material (or a part of its constituent components). The sliding product forming element that reacts with the low melting point material to form a sliding product may be contained together with the low melting point material in the sliding coating, or the sliding contact of the counterpart material that is in sliding contact with the sliding coating. It may exist near the surface. However, it is preferable that the sliding coating contains both of the low melting point material and the sliding product forming element, because the sliding product is formed regardless of the components of the counterpart material.
摺動生成物形成元素が相手材側に存在するとき、基材側と相手材側との間で摺動生成物の構成元素の移動が生じることになる。例えば、相手材の摺動面に摺動生成物が形成される場合、基材側の摺動被膜中の構成成分が相手材へ移動していることになる。逆の場合も同様である。摺動生成物は、摺動被膜を設けた基材側に形成されても相手材側に形成されても良いし、両側に形成されても良い。さらに、摺動生成物は、摺動面全体を覆う膜状でも良いし、摺動面を部分的に覆う膜状でも良いし、摺動面に点在した状態でも良く、その存在形態は問わない。 When the sliding product forming element exists on the counterpart material side, movement of constituent elements of the sliding product occurs between the base material side and the counterpart material side. For example, when a sliding product is formed on the sliding surface of the counterpart material, the constituent components in the sliding coating on the base material side have moved to the counterpart material. The same applies to the reverse case. The sliding product may be formed on the side of the base material provided with the sliding coating, may be formed on the counterpart material side, or may be formed on both sides. Furthermore, the sliding product may be in the form of a film that covers the entire sliding surface, may be in the form of a film that partially covers the sliding surface, or may be scattered on the sliding surface. Absent.
このような摺動生成物の一例として、Sn、Pb、InまたはBiからなる低融点金属と摺動生成物形成元素であるNiとのNi合金またはNi化合物がある。例えば、低融点材がSnを含み、摺動生成物形成元素がNiであるとき、その摺動生成物はSn−Ni化合物等である。斜板式コンプレッサを一例にあげると、斜板表面に低融点材をSnとする摺動被膜が形成されており、その斜板と摺動するシューの表面にはNiメッキが形成されている場合、新たな摺動生成物としてSn−Ni化合物層が形成されることがある。 As an example of such a sliding product, there is a Ni alloy or a Ni compound of a low melting point metal made of Sn, Pb, In or Bi and Ni which is a sliding product forming element. For example, when the low melting point material contains Sn and the sliding product forming element is Ni, the sliding product is a Sn—Ni compound or the like. Taking a swash plate compressor as an example, when a sliding coating with Sn as a low melting point material is formed on the surface of the swash plate, and Ni plating is formed on the surface of the shoe sliding with the swash plate, An Sn-Ni compound layer may be formed as a new sliding product.
さらなる一例として(二次)摺動生成物層の形成がある。固体潤滑剤にSnと共にMoS2粒子が含まれている場合、摩擦によって摺動被膜表面にSn−S−Moを含む摺動生成物層が早期に形成されて、この摺動生成物層により摺動被膜の耐摩耗性がさらに向上したと考えらる場合があった。なお、複数の摺動生成物が順次形成される場合もあり得る。この場合は、それらの摺動生成物を順に一次摺動生成物、二次摺動生成物等と呼び、便宜的に区別する(摺動面側の摺動生成物程、高次数とする)。
(6)摺動被膜用組成物、摺動被膜の形成方法または摺動部材の製造方法
本発明の摺動被膜用組成物は、摺動被膜の形成に必要な成分、つまり、固体潤滑剤、バインダ樹脂および低融点材を最低限含むものである。摺動被膜の仕様によって他の成分を含有していても良い。また、摺動被膜用組成物は、摺動被膜の形成方法に応じた形態をとる。例えば、摺動被膜を基材の表面に塗布形成する場合、摺動被膜用組成物はバインダ樹脂をワニス状にした摺動被膜用塗料となる。また、摺動被膜を転写方式で形成する場合、転写膜をスクリーン印刷等し易いように、摺動被膜用組成物は、例えば摺動被膜用ペーストとなる。
A further example is the formation of a (secondary) sliding product layer. When the solid lubricant contains Sn and MoS 2 particles, a sliding product layer containing Sn—S—Mo is formed on the surface of the sliding coating at an early stage by friction, and the sliding product layer slides. In some cases, it was considered that the wear resistance of the dynamic coating was further improved. In addition, a some sliding product may be formed sequentially. In this case, these sliding products are called a primary sliding product, a secondary sliding product, etc. in order, and are distinguished for convenience (the sliding product on the sliding surface side has a higher order). .
(6) Sliding coating composition, sliding coating forming method or sliding member manufacturing method The sliding coating composition of the present invention comprises components necessary for forming a sliding coating, that is, a solid lubricant, It contains at least a binder resin and a low melting point material. Other components may be contained depending on the specifications of the sliding coating. Moreover, the composition for sliding films takes the form according to the formation method of a sliding film. For example, when a sliding coating is applied and formed on the surface of a substrate, the sliding coating composition becomes a sliding coating paint in which a binder resin is varnished. When the sliding coating is formed by a transfer method, the sliding coating composition is, for example, a sliding coating paste so that the transfer film can be easily screen-printed.
摺動被膜用塗料を用いて摺動被膜を基材の表面に形成する場合、例えば、溶剤等によって塗布方法に応じて適当な粘度に調整された摺動被膜用塗料を基材へ塗布する塗布工程、その塗布工程後の塗膜を焼成させる焼成工程からなる。塗布工程は、刷毛塗り、スプレー塗布、塗料浴への浸漬等によって行える。より具体的には、ローラー、ロールコーター、エアースプレー、エアレススプレー、静電塗装、電着塗装、スクリーン印刷など公知の塗布方法を使用すれば良い。 When the sliding coating is formed on the surface of the substrate using the sliding coating, for example, the coating is applied to the substrate with the sliding coating adjusted to an appropriate viscosity according to the coating method using a solvent or the like. The process consists of a firing step of firing the coating film after the coating step. The coating process can be performed by brush painting, spray coating, immersion in a paint bath, or the like. More specifically, a known coating method such as a roller, roll coater, air spray, airless spray, electrostatic coating, electrodeposition coating, or screen printing may be used.
焼成工程は、基材表面に塗布した塗膜を所定条件下で加熱して、強固な摺動被膜を形成すると共にその摺動被膜を基材表面に密着させる工程である。この焼成工程は、塗布工程後の塗膜を乾燥させる乾燥工程を兼ねるものであっても良い。また、熱硬化性樹脂からなるバインダ樹脂は、この焼成工程で架橋等が進み硬化する。 The firing step is a step of heating the coating applied to the substrate surface under a predetermined condition to form a strong sliding coating and bringing the sliding coating into close contact with the substrate surface. This baking step may also serve as a drying step for drying the coating film after the coating step. In addition, the binder resin made of a thermosetting resin is cured by crosslinking and the like in this baking process.
転写方法によって摺動被膜を基材の表面に形成する場合、例えば、摺動被膜用ペーストを台紙上にスクリーン印刷して転写膜を形成する転写膜形成工程と、その転写膜を基材の表面に転写する転写工程と、基材の表面に転写した転写膜を焼成する焼成工程とからなる。 When a sliding film is formed on the surface of a substrate by a transfer method, for example, a transfer film forming step in which a sliding film paste is screen-printed on a mount to form a transfer film, and the transfer film is formed on the surface of the substrate. And a baking step of baking the transfer film transferred to the surface of the substrate.
摺動被膜の形成方法について説明したが、摺動部材の製造方法についても同様に考えられる。
(7)摺動装置
本発明の摺動装置は、本発明の摺動被膜が摺動面に形成された摺動部材と、それと摺動する相手材とを備える装置である。このような摺動装置として、多種多様なものを考えることができ、例えば、自動車関連だけでも、エンジン、各種ポンプ、エアコン用の斜板式コンプレッサ等がある。以下では、車両用エアコンの冷媒圧縮機である斜板式コンプレッサを一例として取りあげ、その斜板に本発明の摺動被膜を形成した場合について図面を用いて詳しく説明する。
Although the method for forming the sliding coating has been described, the manufacturing method for the sliding member can be similarly considered.
(7) Sliding device The sliding device of the present invention is a device comprising a sliding member in which the sliding coating of the present invention is formed on a sliding surface, and a mating material that slides on the sliding member. A wide variety of such sliding devices can be considered. For example, there are an engine, various pumps, a swash plate compressor for an air conditioner, and the like only for automobiles. Hereinafter, a swash plate compressor, which is a refrigerant compressor of a vehicle air conditioner, will be taken as an example, and the case where the sliding coating of the present invention is formed on the swash plate will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の摺動装置の一実施形態である斜板式コンプレッサCの断面を図1に示す。斜板式コンプレッサCは、図左側から順に、フロントハウジング16、シリンダブロック10およびリヤハウジング18によってハウジング21が形成され、その内部には、回転軸50、斜板60、片頭ピストン14(以下、ピストン14と略称する)、電磁制御弁90等が設けられている。
FIG. 1 shows a cross section of a swash plate compressor C which is an embodiment of the sliding device of the present invention. In the swash plate compressor C, a
シリンダブロック10には、軸心方向に延在する複数の円筒状のシリンダボア12がその軸心を円環状に囲むように形成されている。各シリンダボア12には、ピストン14が往復運動可能に嵌挿されている。シリンダブロック10の軸方向の一端面には、フロントハウジング16が取り付けられ、他方の端面には、リヤハウジング18がバルブプレート20を介して取り付けられている。
A plurality of cylindrical cylinder bores 12 extending in the axial direction are formed in the
リヤハウジング18とバルブプレート20との間には、吸入室22、吐出室24が設けられ、それぞれ、吸入ポート26、供給ポート28を経て、図示しない冷凍回路に接続される。バルブプレート20には、吸入孔32、吸入バルブ34、吐出孔36、吐出バルブ38等が設けられている。
A
回転軸50は、シリンダブロック10の軸方向中央で枢支されている。回転軸50の一端部は、図示しない駆動源に連結される。回転軸50には、斜板60が軸方向に相対移動可能かつ傾動可能に取り付けられている。斜板60には、中心線を通る貫通穴61が形成され、この貫通穴61を回転軸50が貫通している。貫通穴61は、両端開口側ほど上下方向(図1)に内のり寸法が漸増させられ、それら両端部の横断面形状が長穴をなしている。回転軸50には回転板62が固定されており、スラストベアリング64を介してフロントハウジング16で支承されている。
The rotating
斜板60は、ヒンジ機構66により、回転軸50と一体的に回転させられるとともに、軸方向の移動を伴う傾動が可能となっている。ヒンジ機構66は、回転板62に固定的に設けられた支持アーム67と、斜板60に固定的に設けられ、支持アーム67のガイド穴68にスライド可能に嵌合されたガイドピン69と、斜板60の貫通穴61と、回転軸50の外周面とを含むものである。
The
ピストン14は、斜板60の外周部を跨ぐ状態で係合させられる係合部70と、係合部70と一体に設けられ、シリンダボア12にそれぞれ摺動可能に嵌挿される頭部72とからなる。この頭部72は、中空状で軽量化されている。この頭部72、シリンダボア12およびバルブプレート20が共同して圧縮室を形成している。係合部70は一対の球冠状のシュー76を介して斜板60の外周部と係合している。なお、ピストン14を片頭ピストンと称するのは、係合部70の片側のみに頭部72を備えるからである。
The
ピストン14は斜板60の回転により往復運動する。詳しくは、斜板60の回転運動が、シュー76を介してピストン14の往復直線運動に変換される。ピストン14が上死点から下死点へ移動する吸入行程において、吸入室22内の冷媒ガスが吸入孔32、吸入バルブ34を経てシリンダボア12内の圧縮室に吸入される。ピストン14が下死点から上死点へ移動する圧縮行程において、シリンダボア12内の圧縮室の冷媒ガスが圧縮され、吐出穴36、吐出バルブ38を経て吐出室24に吐出される。冷媒ガスの圧縮に伴ってピストン14には、軸方向の圧縮反力が作用する。圧縮反力は、ピストン14、斜板60、回転板62およびスラストベアリング64を介してフロントハウジング16に受けられる。
The
シリンダブロック10を貫通して給気通路80が設けられている。この給気通路80により、吐出室24と、フロントハウジング16とシリンダブロック10との間に形成された斜板室86とが接続されている。給気通路80の途中には、電磁制御弁90が設けられている。この電磁制御弁90のソレノイド92への電流供給が、コンピュータを主体とする制御装置(図示省略)により、冷房負荷等の情報に応じて制御される。
An
回転軸50の内部には、排出通路100が設けられている。排出通路100は、一端においてシリンダブロック10の中心部に設けられた支持穴102に開口させられるとともに、他端において斜板室86に開口させられている。支持穴102は排出ポート104を経て吸入室22に連通する。
A
斜板式コンプレッサCは、可変容量型である。高圧側である吐出室24と低圧側である吸入室22との圧力差を利用して斜板室86内の圧力が制御される。この斜板室86の圧力とピストン14の前後に作用するシリンダボア12内の圧縮室の圧力との差が調節される結果、斜板60の傾斜角度が変更されピストン14のストロークが変更されて、圧縮機の吐出容量が調節される。斜板室86の圧力制御は、電磁制御弁90の励磁、消磁の制御に伴って、斜板室86が吐出室24に連通させられたり、遮断されたりすることによってなされる。
The swash plate compressor C is a variable displacement type. The pressure in the swash plate chamber 86 is controlled using the pressure difference between the
なお、本実施形態の斜板式コンプレッサにおいて斜板の傾斜角を変更する斜板傾斜角変更装置は、前述のヒンジ機構66を始めとして、シリンダボア12、ピストン14、吸入室22、吐出室24、支持穴56、給気通路80、斜板室86、電磁制御弁90、排出通路100、排出ポート104および図示しない制御装置等から構成されることになる。
In the swash plate compressor of this embodiment, the swash plate inclination angle changing device for changing the inclination angle of the swash plate includes the above-described
シリンダブロック10およびピストン14は、アルミニウム合金製であり、ピストン14の外周面にはフッ素樹脂のコーティングがされている。フッ素樹脂コーティングは、同種金属との直接接触を回避して耐焼き付き性を高めると共に、シリンダボア12との間の嵌合隙間(クリアランス)を可及的に小さくする。
The
ピストン14の係合部70は、概してU字形をなし、頭部72の中心軸線と直交する方向に互いに平行に延びる一対のアーム部120、122と、これらアーム部120、122の基端同士を連結する連結部124とを備えている。アーム部120、122の互いに対向する側面には、それぞれシュー保持面となる凹球面128が形成されている。これら2つの凹球面128は同一球面上に位置している。
The engaging
シュー76は、図2に示すように、外表面の一方が概して凸球面をなす球面部132と、他方が概して平面をなす平面部138とを有する球冠状である。一対のシュー76は、球面部132においてピストン14の凹球面128に摺動可能に保持され、平面部138において斜板60の外周部の両側面である両摺動面140、142に接触し、斜板60の外周部を両側から挟持する。一対のシュー76はその状態で球面部132の凸球面が同一球面上に位置するように設計されている。つまり、シュー76は、半球より斜板60の厚さのほぼ半分だけ小さい球冠状を成している。
As shown in FIG. 2, the
斜板60の基材160は、ダクタイル鋳鉄(FCD700、FCD600、FCD500等)からなるが、機械構造用炭素鋼(S45C、S55C等)や、各種クロムモリブデン鋼(SCM)等又は銅合金であっても良い。
The
基材160の両側面162、163には、本発明に係る摺動被膜である固体潤滑剤層166が形成されている。この固体潤滑剤層166は、固体潤滑剤であるMoS2、グラファイト(Gr)およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の混合物と、低融点材であるSnの微粉末と、バインダ樹脂であるポリアミドイミド(PAI)とからなる。固体潤滑剤層166の厚さは10〜20μm程度である。ここに示した固体潤滑剤層166は一例に過ぎず、斜板式コンプレッサCの仕様に応じて、適宜、他のものを使用することも可能である。
A
固体潤滑剤層166は、例えば、次のようにして形成される。上述した固体潤滑剤層166の構成成分からなる液状の塗料(摺動被膜用塗料)を基材160の外表面に、スプレー処理または転写処理(スクリーン印刷、ロールコート塗料)によって均一に付着させる。スプレー処理は、基材160を固定して、塗料を基材160へスプレーして均一に付着させる方法である。スプレー処理等の後に形成された塗布膜は、焼成により硬化される。最終的に、その表面が研磨されて、所定寸法および所定面粗度に調整された固体潤滑剤層166となる。
The
この固体潤滑剤層166の存在により、十分な耐焼き付き性や低摩擦性等の摺動特性を備えた斜板60が得られる。その結果、斜板式コンプレッサCは、無潤滑状態あるいは貧潤滑状態といった過酷な状況下で運転されたとしても、斜板60およびシュー76間(摺動部材間)の焼き付きが回避され、斜板式コンプレッサCの高い耐久性および信頼性が確保される。
Due to the presence of the
なお、固体潤滑剤層166と同様の摺動被膜を、シリンダボア12の内周面やピストン14の頭部72の表面に形成しても良いし、シュー76の外周面や係合部70の凹球面128の表面に形成しても良い。
A sliding coating similar to that of the
一対のシュー76は、SUJ2(高炭素クロム軸受鋼)からなることが多いが、例えば、アルミニウム合金の表面にNiメッキを施したものでも良い。具体的には、シリコンを含有するA4032相当のAl−Si系合金等のアルミニウム合金から成る基材に、Ni−P、Ni−B、Ni−P−B、Ni−P−B−W等のNi系めっき被膜を形成したものでも良い。この被膜は、単一被膜でも、複数の異種あるいは同種の被膜によって形成されてもよい。
The pair of
固体潤滑剤層166のような摺動被膜、上記Niめっき被膜は、基材の全面を被覆するものでも良いが、摺動条件の厳しい部分のみを被覆するものであっても良い。
The sliding coating such as the
本発明の摺動装置の一実施形態として、可変容量型斜板式コンプレッサを説明したが、本発明の摺動装置がそれに限られないのはいうまでもない。摺動装置の一つであるコンプレッサの場合、その容量が可変でも固定でも良いし、圧縮方式は往復式(斜板式、ワッブル式等)でも回転式(ベーン式、スクロール式等)でも良い。エアコン用コンプレッサの場合、その冷媒の種類も問わない。代替フロンであっても良いし、CO2等であっても良い。 Although the variable displacement swash plate compressor has been described as an embodiment of the sliding device of the present invention, it goes without saying that the sliding device of the present invention is not limited thereto. In the case of a compressor which is one of the sliding devices, the capacity may be variable or fixed, and the compression method may be a reciprocating type (swash plate type, wobble type, etc.) or a rotary type (vane type, scroll type, etc.). In the case of an air conditioner compressor, the type of refrigerant is not limited. It may be an alternative chlorofluorocarbon or CO 2 or the like.
本発明の摺動被膜を備えた摺動部材を以下のように実際に製造し、その摺動被膜の摺動特性を評価した。
(摺動被膜用塗料の調製)
バインダ樹脂であるPAIの樹脂ワニスに、固体潤滑剤であるPTFE粉末(平均粒径:0.2〜100μm)、グラファイト(Gr)粉末(平均粒径:0.3〜10μm)およびMoS2粉末(平均粒径:3〜40μm)と、低融点材である各金属粉末(平均粒径:5〜20μm)を添加し、撹拌・分散させて、摺動被膜用塗料を製造した。
The sliding member provided with the sliding coating of the present invention was actually manufactured as follows, and the sliding characteristics of the sliding coating were evaluated.
(Preparation of sliding coating)
PFE resin varnish, which is a binder resin, PTFE powder (average particle size: 0.2 to 100 μm), graphite (Gr) powder (average particle size: 0.3 to 10 μm), and MoS 2 powder (solid lubricant) The average particle size: 3 to 40 μm) and each metal powder (average particle size: 5 to 20 μm) as a low melting point material were added, and the mixture was stirred and dispersed to produce a paint for sliding coating.
配合割合は、形成される摺動被膜全体(低融点材を除く)を100質量%(以下、単に「%」で表す。)としたときに、PAI:34.49%、PTFE:20.73%、グラファイト:10.85%、MoS2:33.93%となるようにした。低融点材の種類および配合量は表1に示した。
(供試材の製造方法)
斜板式コンプレッサの斜板への適用を想定して、鋳鉄製(FCD700製)の環状円板(φ95xφ16xt6mm)を基材として用意した。この基材の表面を脱脂、洗浄した後、その表面に上述した各種の摺動被膜用塗料を、その塗布量を調整しつつスプレー塗布した(塗布工程)。表面に塗膜が形成された基材を大気雰囲気の加熱炉に入れて、200℃x1時間の加熱を行い、乾燥および焼成した(焼成工程)。この基材を冷却後、摺動被膜表面を研磨加工して、摺動被膜の厚みを約10μmとした。このときの表面粗さはJIS Rz1.0〜3.2μmであった。こうして、摺動被膜で表面が被覆された摺動部材(供試材)が得られた。
The blending ratio was PAI: 34.49%, PTFE: 20.73, when the entire formed sliding coating (excluding the low melting point material) was 100% by mass (hereinafter simply expressed as “%”). %, Graphite: 10.85%, MoS 2 : 33.93%. The types and blending amounts of the low melting point materials are shown in Table 1.
(Production method of sample material)
Assuming application of a swash plate compressor to a swash plate, an annular disc (φ95 × φ16 × t6 mm) made of cast iron (FCD700) was prepared as a base material. After degreasing and washing the surface of this base material, the above-mentioned various coating materials for sliding coating were spray-coated while adjusting the coating amount (coating process). The base material with the coating film formed on the surface was put into a heating furnace in the air atmosphere, heated at 200 ° C. for 1 hour, dried and fired (firing process). After cooling the substrate, the surface of the sliding coating was polished to make the thickness of the sliding coating about 10 μm. The surface roughness at this time was JIS Rz 1.0 to 3.2 μm. Thus, a sliding member (test material) having a surface coated with the sliding coating was obtained.
この基材と摺接する相手材は、斜板式コンプレッサのシューを想定して、球冠状部材とした。この相手材の摺動面はφ13.5mmの円形状である。この相手材は、アルミニウム合金(Al−12Si−4Cu:質量%)からなり、その摺動面には厚さ約50μmの無電解Niメッキが施してある。また、軸受鋼であるSUJ2(JIS)からなり、その表面にメッキをしていない相手材も用意した。
(ドライロック試験)
図3に示すドライロック試験装置により、摺動被膜を施した基材(以下単に「斜板」という。)とNiメッキした相手材(以下単に「シュー」という。)とが焼き付くまでの焼き付き時間を測定した。この試験装置は、所定雰囲気の無潤滑状態(ドライ状態)中で、斜板とシューとの間に所定荷重を印加しつつ、両者を摺動させるものである。これにより、実機(斜板式コンプレッサ)での無潤滑状態に極めて近い状態が再現される。
The counterpart material that was in sliding contact with the base material was a spherical crown member assuming a shoe of a swash plate compressor. The sliding surface of this mating member has a circular shape of φ13.5 mm. This counterpart material is made of an aluminum alloy (Al-12Si-4Cu: mass%), and the sliding surface is subjected to electroless Ni plating with a thickness of about 50 μm. In addition, a mating material made of SUJ2 (JIS), which is a bearing steel, whose surface is not plated was also prepared.
(Dry rock test)
By the dry lock test apparatus shown in FIG. 3, the seizure time until the base material on which the sliding coating is applied (hereinafter simply referred to as “swash plate”) and the Ni-plated counterpart material (hereinafter simply referred to as “shoe”) are seized. Was measured. This test apparatus slides both in a non-lubricated state (dry state) in a predetermined atmosphere while applying a predetermined load between the swash plate and the shoe. Thereby, the state very close to the non-lubricated state in the actual machine (swash plate compressor) is reproduced.
具体的には、CO2ガスと代替フロンガス(R134a)の2つの試験雰囲気で試験を行った。2つのシューの図上方から印加した垂直荷重は200kgf(1961N)とした。斜板とシューとは平面接触した状態となっており、両者間の面圧は約2MPaとなる。摺動速度は10.4m/secとした。これは斜板とシューとの接触中心円上における平均速度である。言い換えるなら、シューを固定しつつ斜板を3000rpmで回転させて摺動させた。なお、シューを保持する球座には、シューの温度を測定する熱電対を埋め込んでおいた。 Specifically, the test was performed in two test atmospheres of CO 2 gas and alternative chlorofluorocarbon (R134a). The vertical load applied from the upper side of the two shoes was 200 kgf (1961 N). The swash plate and the shoe are in flat contact with each other, and the surface pressure between them is about 2 MPa. The sliding speed was 10.4 m / sec. This is the average speed on the contact center circle between the swash plate and the shoe. In other words, the swash plate was slid by rotating at 3000 rpm while fixing the shoe. A thermocouple for measuring the temperature of the shoe was embedded in the ball seat holding the shoe.
焼き付きが生じたか否かの判断は、斜板を一定速度で回転させる際に必要となる駆動モータのトルク変化を観察して行った。つまり、そのトルクの時間変化を連続的に計測しておき、トルクが急上昇したとき(15kgf・cm)に焼き付きを生じたと判断した。 Judgment as to whether or not the image sticking occurred was made by observing a change in the torque of the drive motor required when rotating the swash plate at a constant speed. That is, the time change of the torque was continuously measured, and it was determined that seizure occurred when the torque increased rapidly (15 kgf · cm).
こうして各摺動被膜による焼き付き時間を測定した結果を表1および表2に示した。表1は、2MPaのCO2ガスの試験雰囲気下で、摺動被膜中の低融点材の種類およびその含有量(摺動被膜全体を100質量%とした)を変更した場合の焼き付き時間を示したものである。表2は、表1の中でも特に摺動特性に優れていたSn系の低融点材を使用した場合について、シューの種類や試験雰囲気によって焼き付き時間がどのように変化するかを示したものである。 Tables 1 and 2 show the results of measuring the seizing time by each sliding coating. Table 1 shows the seizing time when the type and content of the low-melting-point material in the sliding coating and the content (the entire sliding coating is 100% by mass) are changed in a test atmosphere of 2 MPa CO 2 gas. It is a thing. Table 2 shows how the seizure time varies depending on the type of shoe and the test atmosphere when Sn-based low melting point materials having particularly excellent sliding properties are used in Table 1. .
なお、表2中の供試材No.11は表1中の供試材No.1と、供試材No.14は供試材No.2と、供試材No.17は供試材No.6と、供試材No.20は供試材No.7と、供試材No.23は供試材No.8と、供試材No.26は供試材No.9とそれぞれ同じである。また、表2の焼き付き時間をグラフ化したものを図4に示した。図4中、●が複数あるのは、同一条件下の試験でも、焼き付き時間にバラツキがあるからである。それらに対応させて、表2にも焼き付き時間を複数記載した。
(リングオンブロック試験)
図5に示すリングオンブロック試験装置により、基材に摺動被膜を施した摺動部材の試験片について、摩擦力の時間的変化を測定した。この試験装置は、所定雰囲気の無潤滑状態(ドライ状態)中で、角柱ブロック状の試験片を、円筒状の相手材に所定荷重を印加しつつ摺動させて、試験片に加わる反力から摺動面に作用する摩擦力を測定するものである。ここで使用した試験片は、摺動被膜(厚み約20μm)で被覆された環状円板(前述の斜板)から切り出した6.5x7.0x6.0mmの角柱ブロック(図5)である。相手材の外周面は、試験片の摺動被膜と摺接する。相手材は、φ35mmのクロム鋼(JIS SCR420相当材)製で、その表面は浸炭処理がされており、表面粗さはRz1.7μm程度に研磨されてある。なお、試験片は、摺動被膜が低融点材であるSnを20質量%含むものと、低融点材を含まないものの2種類を用意した。
In Table 2, the test material No. 11 shows the specimen No. in Table 1. 1 and test material No. 14 is the test material No. 2 and test material No. 17 is a specimen No. 6 and the specimen No. No. 20 is a specimen No. 7 and test material No. 23 is a specimen No. 8 and the test material No. No. 26 is a specimen No. Each is the same as 9. Further, FIG. 4 shows a graph of the burn-in time in Table 2. In FIG. 4, there are a plurality of ● because there is variation in the burn-in time even in the test under the same conditions. In correspondence with them, Table 2 also shows a plurality of burn-in times.
(Ring on block test)
With the ring-on-block test apparatus shown in FIG. 5, the temporal change of the frictional force was measured for the test piece of the sliding member in which the sliding coating was applied to the base material. In this test apparatus, a prismatic block-shaped test piece is slid while applying a predetermined load to a cylindrical mating member in a non-lubricated state (dry state) in a predetermined atmosphere. The frictional force acting on the sliding surface is measured. The test piece used here is a 6.5 × 7.0 × 6.0 mm prism block (FIG. 5) cut out from an annular disc (the aforementioned swash plate) covered with a sliding coating (thickness of about 20 μm). The outer peripheral surface of the counterpart material is in sliding contact with the sliding coating of the test piece. The counterpart material is made of φ35 mm chromium steel (JIS SCR420 equivalent material), its surface is carburized, and the surface roughness is polished to about Rz 1.7 μm. Two types of test pieces were prepared, one containing 20% by mass of Sn, which is a low melting point material, and one not containing a low melting point material.
このリングオンブロック試験は、大気雰囲気中で10分間行った。試験片に図上方から印加した垂直荷重は0.87kgf(8.5N)とした。摺動速度は100mm/secの一定とした。言い換えるなら、試験片を固定しつつ相手材を54rpmで一定回転させて試験を行った。但し、この試験前には、上記摺動速度で、垂直荷重0.22kgf(2.2N)x1分間、次いで、垂直荷重0.44kgf(4.3N)x1分間の慣らし運転を予め行っておいた。なお、本試験の進行と共に、試験片と相手材との間の摺動面積が拡大するので、それに伴い面圧も低下するが、試験後の表面観察からして、両者間の面圧は10kgf/cm2(1MPa)程度であったと推定される。 This ring-on-block test was performed for 10 minutes in an air atmosphere. The vertical load applied to the test piece from above was 0.87 kgf (8.5 N). The sliding speed was constant at 100 mm / sec. In other words, the test was performed by rotating the mating member at a constant speed of 54 rpm while fixing the test piece. However, before this test, a break-in operation was performed in advance at the above sliding speed with a vertical load of 0.22 kgf (2.2 N) × 1 minute and then a vertical load of 0.44 kgf (4.3 N) × 1 minute. . As the test progresses, the sliding area between the test piece and the counterpart material increases, so the surface pressure also decreases. However, from the observation of the surface after the test, the surface pressure between the two is 10 kgf. / Cm 2 (1 MPa) is estimated.
リングオンブロック試験によって得られた摩擦力の時間変化を示すグラフを図6に示す。同図(a)は摺動被膜中に低融点材がない場合であり、同図(b)は摺動被膜中にSn20%含有させた場合である。 FIG. 6 shows a graph showing the time change of the frictional force obtained by the ring-on-block test. FIG. 4A shows the case where there is no low melting point material in the sliding coating, and FIG. 4B shows the case where Sn is contained in the sliding coating.
また、リングオンブロック試験後の各試験片の摺動面を観察したところ、摺動被膜に低融点材を含まない場合の摩耗幅は1.69mmであった。これを換算すると摩耗深さが約20.3μmに相当することとなる。一方、摺動被膜にSn20%を含む場合、摩耗幅が1.32mmで、これは摩耗深さが約12.4μmに相当する。各摩耗深さを図7に対比して示した。
(SEM分析およびEPMA分析)
摺動被膜中にSnを28%含む供試材を用いたドライロック試験(表2中の供試材No.14と同条件)後の斜板およびシューの摺動表面をSEM(Scanning Electron Microscope)観察およびEPMA(Electron Probe Micro Analyser)分析をした。観察した摺動面は、試験開始から150秒後の焼き付き前のものである。図8にその摺動被膜のSEM写真、図9にそのEPMA写真をそれぞれ示す。
Further, when the sliding surface of each test piece after the ring-on-block test was observed, the wear width when the low melting point material was not included in the sliding coating was 1.69 mm. When this is converted, the wear depth corresponds to about 20.3 μm. On the other hand, when the sliding coating contains
(SEM analysis and EPMA analysis)
SEM (Scanning Electron Microscope) shows the sliding surface of the swash plate and shoe after the dry rock test using the specimen containing 28% Sn in the sliding coating (same conditions as specimen No. 14 in Table 2). ) Observation and EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) analysis. The observed sliding surface is the one before
上記分析の結果、斜板側の摺動被膜中で、Snは粒子状ではなく摺動被膜中に広く分布した状態となっていることが確認された(図9)。また、Niメッキを施したシューの表面には、SnやNi−Sn化合物(摺動生成物)も確認された。さらに、そのNi−Sn化合物の表面には、摺動被膜中から移着したMoS2 とSnとによって新たな(二次)摺動生成物層(Sn−S−Mo化合物)が形成されていることも確認された。
(評価)
表1、表2および図4から明らかなように、摺動被膜が低融点材を含むことで、焼き付き時間が従来の4倍〜5倍にも延びている。本発明の摺動被膜によって耐焼き付き性が向上する傾向は、相手材や摺動雰囲気が変化しても基本的に同様であった。この要因として先ず、粒子状の低融点材が溶融等して摺動被膜中に広く分布する際に(図9参照)、摩擦熱を吸収し、摺動被膜の熱劣化を抑制してその寿命が延びたことが考えられる。さらに、図4から分かるように、摺動被膜が低融点材としてSnを含み、相手材の表面にNiメッキが施してあると、その耐焼き付き性の向上効果が特に著しいことが明らかとなった。この要因として、前述したEPMA分析の結果からも分かるように、相手材であるシュー表面に新たに形成された摺動生成物(Ni−Sn化合物)やさらにそのNi−Sn化合物の表面に形成された二次摺動生成物層の影響が考えられる。この摺動生成物や二次摺動生成物層が摺動面に存在して、摺動面間の摩擦係数を低減した結果、耐焼き付き性が向上したのではないかとも考えられる。このことは、図6や図7の結果からも十分に推察できるところである。つまり、低融点材を含まない従来の摺動被膜の場合(図6(a))、無潤滑(ドライ)状態での摺動が5分程度継続した後、摩擦力が急激に上昇、変動した。これは焼き付きが生じたためと考えられる。一方、低融点材を含む本発明の摺動被膜の場合(図6(b))、試験中を通じて摩擦力(つまり、摩擦係数)が安定しており、殆ど変動することがなかった。これは、無潤滑(ドライ)状態での摺動であるにも拘わらず、安定した摺動特性が保持されて、焼き付きが発生しなかったためと考えられる。
As a result of the above analysis, it was confirmed that in the sliding coating on the swash plate side, Sn is not in the form of particles but is widely distributed in the sliding coating (FIG. 9). Further, Sn and Ni—Sn compounds (sliding products) were also confirmed on the surface of the shoe plated with Ni. Furthermore, a new (secondary) sliding product layer (Sn—S—Mo compound) is formed on the surface of the Ni—Sn compound by MoS 2 and Sn transferred from the sliding coating. It was also confirmed.
(Evaluation)
As is apparent from Tables 1 and 2 and FIG. 4, the seizure time is extended by 4 to 5 times the conventional time because the sliding coating contains the low melting point material. The tendency for the seizure resistance to be improved by the sliding coating of the present invention was basically the same even when the counterpart material and the sliding atmosphere were changed. As a cause of this, first, when the particulate low melting point material is melted and distributed widely in the sliding coating (see FIG. 9), it absorbs frictional heat and suppresses the thermal degradation of the sliding coating and its life. It is thought that was extended. Furthermore, as can be seen from FIG. 4, when the sliding coating contains Sn as a low melting point material and Ni plating is applied to the surface of the counterpart material, it has become clear that the effect of improving the seizure resistance is particularly remarkable. . As can be seen from the results of the above-mentioned EPMA analysis, the sliding product (Ni—Sn compound) newly formed on the shoe surface, which is the counterpart material, and further formed on the surface of the Ni—Sn compound are the reasons for this. The influence of the secondary sliding product layer is considered. This sliding product or secondary sliding product layer is present on the sliding surface, and as a result of reducing the coefficient of friction between the sliding surfaces, the seizure resistance may be improved. This can be sufficiently inferred from the results of FIG. 6 and FIG. In other words, in the case of the conventional sliding coating containing no low melting point material (FIG. 6 (a)), the frictional force suddenly increased and fluctuated after sliding in the unlubricated (dry) state for about 5 minutes. . This is thought to be due to burn-in. On the other hand, in the case of the sliding coating of the present invention containing a low melting point material (FIG. 6B), the frictional force (that is, the friction coefficient) was stable throughout the test and hardly fluctuated. This is presumably because, despite the sliding in a non-lubricated (dry) state, stable sliding characteristics were maintained and seizure did not occur.
また、表2や図4の結果から分かるように、Snを含む摺動被膜を設けた場合、高面圧(2MPa)のCO2ガス雰囲気といった過酷な環境下でも、従来の代替フロン(R134a)ガス雰囲気と同等以上の、非常に優れた耐焼き付き性が発現されることも確認された。このような高い耐焼き付き性は、Snが28%以上含む場合は勿論、Snが2%程度でも十分に得られることも確認された。 Further, as can be seen from the results of Table 2 and FIG. 4, when a sliding coating containing Sn is provided, the conventional alternative chlorofluorocarbon (R134a) is used even in a harsh environment such as a high surface pressure (2 MPa) CO 2 gas atmosphere. It was also confirmed that very good seizure resistance, equivalent to or better than the gas atmosphere, was developed. It has been confirmed that such high seizure resistance can be sufficiently obtained even when Sn is about 2% as well as when Sn is contained 28% or more.
なお、Sn系材料であっても、バインダ樹脂(PAI)のガラス転移温度よりも融点が遙かに高いSn−20%Cu(液相線温度:545℃)を摺動被膜中に混在させた場合、上述したような効果は得られず、低融点材等を全く含有させなかった従来の摺動被膜と同程度の耐焼き付き性しか示さなかった。 In addition, even if it was Sn type material, Sn-20% Cu (liquidus temperature: 545 degreeC) whose melting | fusing point was much higher than the glass transition temperature of binder resin (PAI) was mixed in the sliding film. In this case, the above-described effects were not obtained, and only the seizure resistance comparable to that of the conventional sliding coating that did not contain any low melting point material or the like was shown.
さらに、ドライロック試験で、シューの表面温度を熱電対で測定していたところ、摺動被膜が低融点材を含む場合は摺動被膜が低融点材を含まない場合に比べて、その温度上昇が緩やかであった。この要因として、前述したように、低融点材の溶融による摩擦熱の吸熱効果が発揮されたこと、摺動生成物等によって摩擦係数が安定していたこと等が考えられる。 Furthermore, when the surface temperature of the shoe was measured with a thermocouple in the dry rock test, the temperature rise when the sliding coating contains a low melting point material compared to when the sliding coating does not contain a low melting point material. Was moderate. As this factor, as described above, it is considered that the endothermic effect of the frictional heat due to the melting of the low melting point material was exhibited, the friction coefficient was stabilized by the sliding product, and the like.
10 シリンダブロック
12 シリンダボア
14 片頭ピストン
60 斜板(基材、摺動部材)
70 係合部
72 頭部
76 シュー(相手材)
166 固体潤滑剤層(摺動被膜)
C 斜板式コンプレッサ(摺動装置)
10
70 engaging
166 Solid lubricant layer (sliding film)
C Swash plate compressor (sliding device)
Claims (18)
さらに、前記バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材を含有していることを特徴とする摺動被膜。 A sliding coating excellent in sliding properties comprising a solid lubricant and a binder resin that holds the solid lubricant on the surface portion of the substrate,
The sliding coating further comprises a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin.
前記摺動生成物形成元素はNiであり、
前記摺動生成物は低融点金属の1種以上とNiとからなるNi合金またはNi化合物である請求項5に記載の摺動被膜。 The low melting point material includes at least one low melting point metal composed of Sn, Pb, In or Bi,
The sliding product forming element is Ni;
The sliding coating according to claim 5, wherein the sliding product is a Ni alloy or a Ni compound composed of at least one low melting point metal and Ni.
該基材の表面に形成された請求項1に記載の摺動被膜とからなることを特徴とする摺動部材。 A substrate;
A sliding member comprising the sliding coating according to claim 1 formed on the surface of the substrate.
該基材の該摺動被膜に摺接する相手材とからなることを特徴とする摺動装置。 A substrate on which the sliding coating according to claim 1 is formed;
A sliding device comprising: a mating material in sliding contact with the sliding coating of the substrate.
前記斜板および/または前記シューの表面には、請求項1に記載の摺動被膜が形成されていることを特徴とする斜板式コンプレッサ。 A main shaft, a swash plate rotating together with the main shaft, a cylinder block having a cylindrical cylinder bore extending in the axial direction and opened to the swash plate side, and engaging the swash plate to swing the swash plate A piston having a receiving engagement portion, a piston connected to the engagement portion and inserted into the cylinder bore and reciprocating in the cylinder bore in response to the swing of the swash plate; and an engagement portion of the piston A swash plate compressor comprising a pair of shoes that are slidably held and slidably contact the surface of the swash plate,
A swash plate type compressor, wherein the sliding coating according to claim 1 is formed on a surface of the swash plate and / or the shoe.
該斜板または該シューの他方の該摺動被膜を摺接する表面には、該摺動被膜中の低融点材と反応して摺動特性に優れた新たな摺動生成物を形成し得る摺動生成物形成元素が存在する請求項10に記載の斜板式コンプレッサ。 The sliding coating is formed on one surface of the swash plate or the shoe,
On the surface of the swash plate or the shoe that is in sliding contact with the other sliding coating, a sliding product capable of reacting with the low melting point material in the sliding coating to form a new sliding product having excellent sliding characteristics. 11. The swash plate compressor according to claim 10, wherein a moving product forming element is present.
前記摺動生成物形成元素はNiであり、
前記摺動生成物はSn−Ni化合物である請求項11に記載の斜板式コンプレッサ。 The low melting point material includes Sn,
The sliding product forming element is Ni;
The swash plate compressor according to claim 11, wherein the sliding product is a Sn-Ni compound.
該摺動被膜中のバインダ樹脂は、ポリアミドイミド(PAI)からなる請求項12に記載の斜板式コンプレッサ。 The solid lubricant in the sliding coating consists of one or more of polytetrafluoroethylene (PTFE), molybdenum disulfide (MoS 2 ) or graphite (Gr),
The swash plate compressor according to claim 12, wherein the binder resin in the sliding coating is made of polyamideimide (PAI).
バインダ樹脂と、
該バインダ樹脂のガラス転移温度よりも低い融点をもつ低融点材とからなり、
請求項1に記載の摺動被膜が得られることを特徴とする摺動被膜用組成物。 A solid lubricant,
A binder resin,
A low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin,
A sliding coating composition according to claim 1, wherein the sliding coating composition is obtained.
該塗布工程後に形成された塗膜を加熱して焼成する焼成工程とを備え、
請求項1に記載の摺動被膜が得られることを特徴とする摺動被膜の形成方法。 A coating step in which a coating material for a sliding coating in which a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin and a solid lubricant is dispersed in the binder resin varnish is applied to the surface of the substrate;
A heating step of heating and baking the coating film formed after the coating step,
A method for forming a sliding coating, wherein the sliding coating according to claim 1 is obtained.
該転写工程後に該基材の表面に形成された転写膜を加熱して焼成する焼成工程とを備え、
請求項1に記載の摺動被膜が得られることを特徴とする摺動被膜の形成方法。 A transfer step of transferring a transfer film, which is a paste obtained by mixing a binder resin and a low melting point material having a melting point lower than the glass transition temperature of the binder resin, and a solid lubricant, to the surface of the substrate;
A baking step of heating and baking the transfer film formed on the surface of the substrate after the transfer step,
A method for forming a sliding coating, wherein the sliding coating according to claim 1 is obtained.
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