JP2007255311A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材上に樹脂塗料を塗布して被覆層を形成する構成とした摺動部材において、被覆層の耐摩耗性を向上でき、ひいては非焼付性の向上を図る。
【解決手段】基材上に、樹脂と溶剤と固体潤滑剤を混合した樹脂塗料を塗布し、乾燥後、プレス加工によりその乾燥後の樹脂塗料を加圧処理し、この後、焼成することによって被覆層を形成する。これにより、被覆層の見掛け密度を理論値の９０％以上とする。被覆層は、乾燥により溶剤が揮発してポーラス状となるが、加圧処理により圧縮されて見掛け密度が高くなる。これに伴い材料強度が高くなり、耐摩耗性が向上し、ひいては非焼付性が向上する。
【選択図】なし

Description

本発明は、基材上に樹脂塗料を塗布して被覆層を形成する構成とした摺動部材及びその製造方法に関する。

例えば自動車の空調装置に用いられる斜板式コンプレッサは、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冷媒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シューに対して、斜板が摺動するようになっている。そして、その斜板は、高速で回転するとともに、相手材であるシューから高い圧力を受けることになる。

この種の斜板においては、非焼付性の向上などを目的として、基材上に、合成樹脂をバインダとして、固体潤滑剤を含む被覆層を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。その被覆層は、一般にバインダとなる樹脂と溶剤と固体潤滑剤を混合して樹脂塗料とし、この樹脂塗料を基材上にスプレー法等により塗布し、この後、その樹脂塗料を乾燥、焼成することによって形成するようにしている。
特開昭６０−２２０８０号公報 特開平２００４−２５１３６３号公報

ところで、上記したような斜板式コンプレッサにおいては、コンプレッサの駆動時には、冷媒と、潤滑油である冷凍機油とが混合されたものが斜板付近に供給されているが、長期にわたって使用されない場合がある。このような場合、摺動部材である斜板とシューの摺動面に冷媒・冷凍機油が存在しなくなって、ドライ状態になってしまうことがある。このような状態でコンプレッサが起動された場合、摺動面に冷媒・冷凍機油が供給されるまでの間はドライ状態での摺動となり、斜板に大きな負担がかかる。しかしながら、従来の斜板においては、被覆層の耐摩耗性が乏しいため、基材が露出し易く、焼付が発生し易いという問題点があった。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材上に樹脂塗料を塗布して被覆層を形成する構成とした摺動部材において、被覆層の耐摩耗性を向上でき、ひいては非焼付性の向上を図ることができる摺動部材及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、昨今の苛酷な条件での使用においては、従来の摺動部材では被覆層の耐摩耗性が不十分となる理由を追求した結果、次のようなことを突き止めた。上記したように、被覆層を形成する場合、一般にバインダとなる樹脂と溶剤と固体潤滑剤などの添加物を混合して液体状の樹脂塗料とし、この樹脂塗料を基材上にスプレー法等により塗布し、この後、その樹脂塗料を乾燥、焼成することによって形成するようにしている。このとき、形成された被覆層は、溶剤が揮発することによってポーラス状となり、強度が低下する。このために被覆層の強度が弱く、摩耗し易くなるということである。

そこで、本発明者らは、上記被覆層を形成する際に、基材上に樹脂塗料を塗布して乾燥させた後、その樹脂塗料を加圧処理することによりその密度を高くし、この後、焼成することによって被覆層を形成することで、被覆層の強度を高くできることを見出した。

請求項１の発明は、上記した目的を達成するために、基材上に樹脂塗料を塗布して被覆層を形成する構成とした摺動部材において、前記被覆層は、加圧処理することにより見掛け密度が理論値の９０％以上とされていることを特徴とする。

このような構成とした請求項１の発明によれば、被覆層の見掛け密度を理論値の９０％以上となるようにすることで、被覆層は密度が高く、強度が高くなる。これにより、被覆層は耐摩耗性が向上し、ひいては非焼付性を向上できるようになる。見掛け密度が理論値の９０％未満であると、被覆層の強度が低く、耐摩耗性の効果が充分でない。ちなみに、加圧処理しない場合の見掛け密度は理論値の８５％以下である。ここで、被覆層の見掛け密度とは、見掛け単位体積当たりの重さのことをいう。また、理論値とは、計算上の単位体積当たりの重さのことをいい、換言すれば、被覆層が材料で全て満たされた状態での密度のことをいう。
また、加圧することにより被覆層の表面を平滑にでき、潤滑性が向上し、非焼付性が一層向上するようになる。

この場合、基材としては、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金等、目的に応じて選択することができる。樹脂塗料に用いる樹脂としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、エポキシ、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。ＰＢＩは耐熱性に優れている。

被覆層の表面は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下とすることが好ましい。被覆層の表面をこのように設定した場合には、被覆層の表面が平滑となって摺動面に潤滑油が供給され易くなることより潤滑性が向上し、非焼付性を一層向上できるようになる。

被覆層は固体潤滑剤を含む構成とすることが好ましい。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ_２、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、ＷＳ_２、ＢＮなどの１種以上を用いることができる。固体潤滑剤は潤滑性を向上させるので、耐摩耗性及び非焼付性を一層向上させることが可能になる。特に、固体潤滑剤としてＭｏＳ_２やグラファイトなどの板状結晶粒子のものを用いた場合、加圧処理によりその板状結晶粒子が被覆層の表面に平行に配向するようになることで、潤滑性が一層向上し、耐摩耗性及び非焼付性を一層向上させることが可能になる。

さらに、被覆層は、固体潤滑剤の他、必要に応じて硬質粒子、軟質金属等を含む構成とすることもできる。硬質粒子としては、Ｓｉ_３Ｎ_４等の窒化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の酸化物、ＳｉＣ等の炭化物を１種以上用いることができる。また、軟質金属としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ等、及びこれらの合金を１種以上用いることができる。

請求項１の摺動部材を製造する方法としては、基材上に樹脂塗料を塗布する工程と、塗布された樹脂塗料を乾燥する工程と、その乾燥後の樹脂塗料を加圧処理する工程と、その加圧処理後の樹脂塗料を焼成する工程とを順に行なうことにより、被覆層を形成するようにする（請求項４の発明）。
このような製造方法によれば、見掛け密度が高く、耐摩耗性に優れた被覆層を良好に製造することができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。この実施形態では、斜板式コンプレッサの斜板に適用したものである。
摺動部材としての斜板は、次のような構成である。例えばアルミニウム合金からなる基材上に、バインダとなる合成樹脂と溶剤と固体潤滑剤とを混合した液体状の樹脂塗料をエアースプレーにより吹き付けて塗布する。このときの膜厚は、３〜３０μｍ、好ましくは１０μｍとする。合成樹脂としては、熱硬化性樹脂であるＰＡＩまたは熱可塑性樹脂であるＰＢＩを用いる。溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドンを用いる。固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥとＭｏＳ_２を用いる。

樹脂塗料を塗布した後、その樹脂塗料を、８０〜１２０℃、例えば１００℃で３０分間乾燥する。この乾燥により、前記樹脂塗料から溶剤が揮発し、その乾燥後の樹脂塗料は微視的にみるとポーラス状となる。この後、プレス加工（加圧処理）により前記乾燥後の樹脂塗料を圧縮する。これにより、被覆層の密度が高くなる。この後、２００〜４００℃、例えば２５０℃で６０分間焼成する。この焼成により、圧縮された被覆層の合成樹脂が硬化する。これにより、見掛け密度が理論値の９０％以上の被覆層を形成することができる。この場合、被覆層の表面は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下となるようにする。

このように構成された斜板を使用した斜板式コンプレッサにおいては、被覆層は、加圧処理することにより密度が高くなり、強度が高くなる。これにより、被覆層は耐摩耗性が向上し、ひいては非焼付性を向上できるようになる。また、加圧することにより被覆層の表面を平滑にでき、潤滑性が向上し、非焼付性が一層向上するようになる。
本発明者は、本発明の効果を確認するために、表１に示す実施例品１、２及び比較例品１，２を製作し、後述する焼付試験を行った。

まず、実施例品及び比較例品に用いる試料の基材は次のようにして作製した。裏金となる鋼板上に、アルミニウム合金からなる軸受合金を接合して複層材を作製し、この複層材を所定のすべり軸受形状に加工後、脱脂処理し、続いて軸受合金層の表面を表面処理し、粗面化する。粗面化する表面処理法としては、ショットブラスト、エッチング等がある。さらに酸洗いを行い、表面に付着した不純物を除去するとともに、軸受合金層の表面を活性化させる。

湯洗乾燥後、軸受合金層の表面に、被覆層を形成するための樹脂塗料を塗布する。樹脂塗料は、バインダとなる合成樹脂を有機溶剤（例えばＮ−メチル−２−ピロリドン）で希釈するとともに、そこに固体潤滑剤を混合することにより作製する。この場合、合成樹脂としては、熱硬化性樹脂であるＰＡＩと、熱可塑性樹脂であるＰＢＩとを選択し、固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥとＭｏＳ_２を選択した。これらの配合割合は表１に示されている。この樹脂塗料をエアースプレーにより、軸受合金層の表面に１０μｍの厚さとなるように吹き付けて塗布し、１００℃で３０分間乾燥した。この乾燥により、塗布された樹脂塗料から溶剤が揮発する。

そして、実施例品のものは、この乾燥後、プレス加工（加圧処理）により当該樹脂塗料を圧縮し、この後、２５０℃で６０分間焼成した。この焼成により、圧縮された樹脂塗料の前記合成樹脂が硬化する。これにより、軸受合金層の表面に被覆層を形成することができる。

比較例品では、基材となる軸受合金層の表面に樹脂塗料を塗布し、１００℃で６０分間乾燥した後、プレス加工（加圧処理）は行なわず、２５０℃で６０分間焼成することによって被覆層を形成した。

得られた試料の各実施例品及び比較例品について、被覆層の表面粗さＲａと見掛け密度を測定した。その測定結果を表１に示す。また、各実施例品及び比較例品について、焼付試験を行なった。焼付試験は、スラスト型摩擦摩耗試験機を用い、表２に示す試験条件により行なった。この場合、面圧を３０分ごとに３ＭＰａずつ３０ＭＰａまでアップし、試料の背面温度が１４０℃以上となった時、又は軸を駆動するモータの電流が異常値を示した時の面圧を焼付面圧とした。その結果も表１に示す。

表１から次のようなことがわかる。
まず、比較例品１と実施例品１とを比較する。比較例品１は、被覆層の形成時に加圧処理していないもので、被覆層の見掛け密度は理論値の８４％である。これに対して、実施例品１は、被覆層の形成時に加圧処理したもので、被覆層の見掛け密度は理論値の９１％となっていて、比較例品１に比べて見掛け密度の割合が高くなっていることがわかる。また、表面粗さＲａは、比較例品１が０．５７μｍであるのに対して、実施例品１では０．３２μｍとなっていて、実施例品１の方が比較例品１に比べて表面が滑らかであることがわかる。そして、焼付面圧については、比較例品１が２１ＭＰａであるのに対して、実施例品１では３０ＭＰａとなっていて、実施例品１の方が比較例品１に比べて非焼付性に優れていることがわかる。これは、実施例品１においては、加圧処理により、被覆層の密度が高くなって強度が高くなるとともに、表面が滑らかになったために、耐摩耗性及び非焼付性が向上したためであると考えられる。

比較例品２と実施例品２とを比較した場合も上記と同様なことがわかる。なお、実施例品２は、面圧を３０ＭＰａまでアップしても焼き付かなかった。即ち、実施例品２は、背面温度が１４０℃以上にならず、かつ、軸を駆動するモータの電流が異常値を示さなかった。

本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
樹脂塗料を基材上に塗布する方法としては、エアースプレーによる塗布以外に、パッド印刷、スクリーン印刷、ロールコートなどでも可能である。
摺動部材の用途としては、斜板式コンプレッサの斜板に限らず、すべり軸受などでも良い。

Claims (4)

1. 基材上に樹脂塗料を塗布して被覆層を形成する構成とした摺動部材において、前記被覆層は、加圧処理することにより見掛け密度が理論値の９０％以上とされていることを特徴とする摺動部材。
2. 前記被覆層の表面は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
3. 前記被覆層は固体潤滑剤を含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の摺動部材。
4. 請求項１記載の摺動部材を製造する方法であって、
   基材上に樹脂塗料を塗布する工程と、
   塗布された樹脂塗料を乾燥する工程と、
   前記乾燥後の樹脂塗料を加圧処理する工程と、
   前記加圧処理後の樹脂塗料を焼成する工程とを順に行なうことにより、被覆層を形成するようにしたことを特徴とする摺動部材の製造方法。