JP2007255312A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板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、被覆層に潤滑油を溜めることが可能な凹部を形成しながらも、被覆層の強度を向上できて、耐摩耗性及び非焼付性の向上を図る。
【解決手段】基材１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、プレス加工により複数の凹部３を形成し、焼成することにより、複数の凹部３を有する被覆層２を形成する。凹部３に潤滑油を溜めることができるようになり、摺動時に潤滑面に潤滑油を供給し易くでき、非焼付性を向上できる。凹部３は加圧することによって形成しているので、被覆層２における凹部３の周辺部は、その加圧により圧縮されて密度が高くなり、強度を向上できる。
【選択図】図１

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２００５−３４４７３６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り、焼付が発生するおそれがある。

一方、特許文献２には、摺動部材における被覆層に、レーザー加工により複数の凹部を形成し、その凹部に潤滑油を溜めるようにすることで、起動時に潤滑油が摺動面に供給され易くしたものが提案されている。この技術を上記斜板に適用することが考えられる。

しかしながら、被覆層にレーザー加工により凹部を形成した場合、昨今の苛酷な使用状況に対する厳しい要求に対しては、その凹部の内面部分の強度が不十分となる。また、その凹部の部分では荷重を受けることができないため、凹部の周囲に荷重が加わった際に、凹部付近に歪が発生してこれが原因でクラックが発生し、被覆層が壊れ易くなり、ひいては焼付に至るというおそれがある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので、基板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、被覆層に潤滑油を溜めることが可能な凹部を形成しながらも、被覆層の強度を向上できて、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。

上記した目的を達成するために、請求項１の発明は、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において、前記被覆層に、加圧により凹部を形成したことを特徴とする。

被覆層に凹部を形成することで、その凹部に潤滑油を溜めることができるようになり、摺動時に潤滑面に潤滑油を供給し易くでき、非焼付性を向上できる。また、その凹部は、加圧することによって形成しているので、被覆層における凹部の周辺部は、その加圧により圧縮されて密度が高くなり、凹部をレーザー加工により形成する場合とは違い、凹部周辺部の強度を向上できる。これに伴い、凹部の占める割合を多くすることができて、潤滑油を保持できる量も多くすることが可能となる。

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。樹脂塗料に用いるベース樹脂としては、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。
被覆層は、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。

被覆層に形成する凹部は穴状とすることが好ましい（請求項２の発明）。凹部が穴状であると、凹部に溜められた潤滑油が外へ逃げ難い利点がある。
凹部は、被覆層の表面における径が１０〜２００μｍであり、被覆層の表面における前記凹部の形成領域において当該凹部の占める割合が面積率で１０〜５０％であることが好ましい（請求項３の発明）。

凹部の径が１０μｍ以上では、貯油量の面から起動摩擦特性に有利である。また、凹部の径が２００μｍ以下とすると、凹部間距離の面から、受圧部に潤滑油が供給され易く、やはり起動摩擦特性に有利である。従って、凹部は、被覆層の表面における径が１０〜２００μｍの範囲が好ましい。

そして、凹部の占める割合である面積率が１０％以上では、貯油量の面から同様に起動摩擦特性に有利である。また、５０％以下とすると、受圧面積と面圧との関係から耐摩耗性に有利である。このため、凹部の面積率は、１０〜５０％の範囲が好ましい。ここで、凹部の面積率とは、凹部が被覆層の表面全体にわたって形成されている場合には、被覆層の摺動面全体に対する凹部の開口面積の割合をいい、凹部が特定の領域に限って形成されている場合には、その凹部を形成した領域の面積に対する凹部の開口面積の割合をいう。

以下、本発明の一実施形態について図１を参照して説明する。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１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し、以下の各工程を行うことによって被覆層２を形成する。このときの膜厚ｔは、１０〜４０μｍ、好ましくは１５〜２０μｍ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する。この後、プレス加工（加圧処理）により被覆層２となる前記乾燥後の樹脂塗料に穴状をなす複数の凹部３を形成する。そのプレス加工は、例えば複数の凸部を有するプレス型を用い、そのプレス型を前記乾燥後の樹脂塗料の表面から押し付けることによって凹部３を形成する。このとき、凹部３は、被覆層２となる前記凹部形成後の樹脂塗料の表面側（摺動面側）から見ると円形の穴状となっており、前記表面における径（直径）ｄが１０〜２００μｍ、前記表面からの深さｈが５〜１５μｍに形成されている。また、凹部３は、前記表面における凹部３を形成した領域において当該凹部３の占める割合が面積率で１０〜５０％となるように形成されている。なお、凹部３の深さｈは、最大でも被覆層２の膜厚以下とする。

このような凹部３を形成した後、２００〜４００℃、例えば２５０℃で６０分間焼成する。この焼成により、前記樹脂塗料の合成樹脂が硬化する。これにより、複数の凹部３を有する被覆層２を形成することができる。

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、停止時において、斜板における被覆層２の凹部３に潤滑油（冷媒、冷凍機油）を溜めることができるようになる。そして、斜板式コンプレッサの起動に伴って、凹部３に貯留された潤滑油がその凹部３から摺動面へと速やかに供給されるようになることにより、起動時の摺動特性を向上できる。また、被覆層２における凹部３は、加圧することによって形成しているので、凹部３の周辺部は、その加圧により圧縮されて密度が高くなり、凹部をレーザー加工により形成する場合とは違い、凹部３周辺部の強度を向上でき、耐摩耗性及び非焼付性を向上できる。しかも、凹部３周辺部の強度を向上できるため、凹部３の占める割合を多くすることができて、潤滑油を保持できる量を多くすることも可能となる。

被覆層２に凹部３を形成する際に、被覆層２の表面全体も加圧処理することにより、被覆層２全体の密度が高くなり、強度が高くなる。これにより、耐摩耗性が一層向上し、ひいては非焼付性を一層向上できるようになる。
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１〜７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成した。裏金層となる鋼板上に、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成する。この場合、合成樹脂としては、熱硬化性樹脂であるＰＡＩを選択し、固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥとＭｏＳ_２を選択した。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例えば２０μｍ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１〜７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に複数の凹部を形成した。表１には、実施例品１〜７の凹部の径、深さ、凹部の占める面積率が示されている。この後、２５０℃で６０分間焼成した。この焼成により、前記樹脂塗料の前記合成樹脂が硬化する。このようにして実施例品１〜７を得た。

比較例品１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。従って、比較例品１の被覆層には凹部は形成されていない。
比較例品２では、比較例品１と同様に、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。この後、レーザー加工により、被覆層の表面に複数の凹部を形成したものとした。このときの凹部の径、深さ、凹部の占める面積率も、表１に示されている。

得られた試料の各実施例品１〜７及び比較例品１，２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。また、荷重負荷時（荷重を上げた瞬間）に摩擦トルクに変化が生じるが、その荷重負荷時に潤滑油の供給が充分であるほど発生トルクが少なくなる。その発生トルクが少ないほど、なじみ性が良好であることを示す。そこで、荷重負荷時に発生トルクを測定し、なじみ性として評価した。さらに、試験後、クラックの発生状態を目視により確認した。これらの結果も表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１〜７とを比較する。比較例品１は、被覆層に凹部を形成していないもので、荷重負荷時の発生トルクが４Ｎ・ｍである。これに対して、実施例品１〜７は、いずれも被覆層に凹部を形成したもので、荷重負荷時の発生トルクが２Ｎ・ｍ以下であり、比較例品１に比べてなじみ性が優れていることがわかる。これは、実施例品１〜７は、凹部に潤滑油が溜められていて、荷重負荷時にその凹部から潤滑油が摺動面に供給されやすくなるため、荷重負荷時の発生トルクが小さくなると考えられる。

比較例品２と実施例品１〜７とを比較する。比較例品２は、被覆層に凹部が形成されているため、荷重負荷時の発生トルクは低くなっている。しかしながら、試験後において、被覆層における凹部付近にクラックが発生していた。これに対して、実施例品１〜７は、試験後に被覆層を観察したがクラックの発生は確認できなかった。これは、比較例品１では、凹部をレーザー加工により形成したものであるため、凹部付近の強度が十分ではなく、クラックが発生したものと考えられる。これに対して、実施例品１〜７では、凹部をいずれもプレス加工により形成したものであるため、凹部付近の被覆層の密度が高くなって強度が高くなり、クラックの発生がなかったと考えられる。そのため、実施例品１〜７の被覆層は壊れにくく、それらは非焼付性に優れていることがわかる。

実施例品１〜７をさらに検討してみる。凹部の径が２００μｍ以上の実施例品１，６，７については、荷重負荷時の発生トルクが０．５Ｎ・ｍとなっていて、凹部の径が１０μｍの実施例品２〜５の場合よりも低くなっている。また、実施例品１と６を比較すると、凹部の深さと面積率は同じで、凹部の径が異なっている。凹部の径が２５０μｍの実施例品１の焼付面圧は１５〜１８ＭＰａとなっているのに対し、凹部の径が２００μｍの実施例品６の焼付面圧は２４〜２７ＭＰａとなっていて、実施例６の方が非焼付性に優れている。これらの傾向から、凹部の径は１０〜２５０μｍが好ましく、１０〜２００μｍの範囲がより好ましいと考えられる。

実施例品２，４，５は、凹部の径及び面積率については同じであるが、深さが異なっている。これらの中では、凹部深さが１５μｍの実施例品５は、焼付面圧が高く、荷重負荷時の発生トルクは低くなっており、非焼付性及び初期なじみ性に優れている。凹部深さが１０μｍの実施例品４では、焼付面圧については実施例品５と同じであるが、荷重負荷時の発生トルクは実施例品５よりは高くなっている。そして、凹部深さが５μｍの実施例品１，６でもなじみ性は良好である。これらの傾向からみると、凹部の深さについては、５〜１８μｍの範囲が好ましく、５〜１５μｍの範囲がより好ましいと考えられる。

凹部の面積率が５０％の実施例品１，６，７は、荷重負荷時の発生トルクが共に０．５Ｎ・ｍと低くなっており、なじみ性に優れている。凹部の面積率が６０％の実施例品３は、荷重負荷時の発生トルクが２Ｎ・ｍとなっていて、実施例品１，６，７に比べて高くなっている。凹部の面積率が２５％の実施例品２，４，５でも、荷重負荷時の発生トルクは２以下となっていて、比較例品１に比べて低くなっている。なお、凹部の面積率は、１０％以上あれば、なじみ性の効果が得られると考えられる。これらの傾向からみると、凹部の面積率については、１０〜６０％の範囲が好ましく、１０〜５０％の範囲がより好ましいと考えられる。

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。
凹部の形状は、被覆層の表面（摺動面）から見て円形に限られず、楕円形や多角形であっても良い。また、凹部は、必ずしも被覆層の表面全体に形成しなくとも良い。例えば、相手材と主に接触して荷重を受ける領域に限って形成するようにしても良い。
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。

本発明の一実施形態を示す断面図

符号の説明

図面中、１は基材、２は被覆層、３は凹部を示す。

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、前記被覆層に、加圧により凹部を形成したことを特徴とする摺動部材。
2. 前記凹部は穴状であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
3. 前記凹部は、前記被覆層の表面における径が１０〜２００μｍであり、前記被覆層の表面における前記凹部の形成領域において当該凹部の占める割合が面積率で１０〜５０％であ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に加圧により凹部を形成する工程と、
   前記凹部形成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。

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