JP2009133374A - 摺動部材ならびに摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることのできる摺動部材および摺動部材の製造方法の提供。
【解決手段】摺動部材は、基材と、非多孔質な表面層と、樹脂層とを備えている。表面層は、基材の表面に金属粉末を溶射することによって、凹凸状に形成されている。樹脂層は、表面層を被覆している。

Description

本発明は、摺動部材ならびに摺動部材の製造方法に関する。

従来より、優れた耐摩耗性および低摩擦性を有するフッ素樹脂を、鉄等の金属材料からなる基材の表面に被覆した摺動部材がある。しかし、この摺動部材では、基材が樹脂を表面に保持することが困難な場合がある。したがって、摺動部材における樹脂と基材との密着性の向上が望まれている。

そこで、基材の表面に金属粉末を溶射して形成される多孔質な表面層と、多孔質な表面層上に樹脂を溶射して形成される樹脂層とを備える摺動部材が提案されている（特許文献１参照）。この摺動部材では、多孔質な表面層を形成することによって、樹脂と基材との密着性を向上している。
特開２００２−２２５１６４号公報

しかしながら、多孔質材料は、非多孔質材料と比較して、強度が低いため、基材から表面層が剥離するおそれがある。

本発明の課題は、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることのできる摺動部材および摺動部材の製造方法を提供することにある。

第１発明に係る摺動部材は、基材と、非多孔質な表面層と、樹脂層とを備える。表面層は、基材の表面に金属粉末を溶射することによって、凹凸状に形成される。樹脂層は、表面層を被覆する。なお、非多孔質とは、空孔率がおおむね３０％以下のものと定義する。また、空孔率は、切り出された表面層の断面において１００×５００μｍ視野中の空孔の面積率を５点測定し、その５点の面積率の平均の値とする。さらに、空孔の面積率の測定は、レーザー顕微鏡（Ｋｅｙｅｎｃｅ製 ＶＫ−８５５０）により観察された画像を用いて行った。

第１発明に係る摺動部材では、基材の表面に、凹凸状の非多孔質な表面層が形成されている。非多孔質な材料は、多孔質な材料と比較して、強度が高い。このため、この表面層は、多孔質な表面層と比較して、強度が高くなっている。

これによって、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることができる。

第２発明に係る摺動部材の製造方法は、溶射工程と、被覆工程とを備える。溶射工程では、基材の表面に金属粉末が溶射され、非多孔質な表面層が形成される。被覆工程では、溶射工程において形成された表面層に樹脂が被覆される。

第２発明に係る摺動部材の製造方法では、溶射工程において、基材の表面に非多孔質な表面層が形成されている。非多孔質な材料は、多孔質な材料と比較して、強度が高い。このため、この製造方法によって製造される摺動部材では、表面層の強度が、多孔質な表面層と比較して、高くなっている。

これによって、この製造方法で製造される摺動部材では、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることができる。

第３発明に係る摺動部材の製造方法は、第２発明の摺動部材の製造方法であって、被覆工程には、塗布工程と、除去工程とが含まれる。塗布工程では、表面層に樹脂溶液が塗布される。除去工程では、樹脂溶液中の溶媒が除去される。

第３発明に係る摺動部材の製造方法では、塗布工程において、表面層の表面に樹脂溶液が塗布される。また、除去工程において、表面層の表面に塗布されている樹脂溶液中の溶媒が除去される。このため、表面層の凹凸に侵入できるように樹脂溶液の粘度を調節することで、表面層と樹脂との密着性を向上させることができる。

これによって、表面層と樹脂との接着を良好にすることができる。

第４発明に係る摺動部材の製造方法は、第３発明の摺動部材の製造方法であって、表面処理工程を更に備えている。表面処理工程では、基材の表面が粗面化される。このため、基材の表面処理が行われない場合と比較して、表面層と接する基材の表面の面積を大きくすることができる。

これによって、基材と表面層との密着性を向上させることができる。

第５発明に係る摺動部材の製造方法は、第４発明の摺動部材の製造方法であって、表面処理工程では、基材の表面がブラスト処理によって粗面化される。ブラスト処理は、金属を含む多くの材料に対して適用可能である。このため、基材の材質にかかわらず、基材の表面を粗面化することができる。

第６発明に係る摺動部材の製造方法は、第３発明から第５発明のいずれかの摺動部材の製造方法であって、樹脂溶液は、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、フェノール樹脂およびポリアクリレートよりなる群から選択される少なくとも１つの樹脂を含む。このため、この樹脂被膜は、耐摩耗性および低摩擦性に優れている。

第７発明に係る摺動部材の製造方法は、第３発明から第６発明のいずれかの摺動部材の製造方法であって、樹脂溶液は、固体潤滑材を含有している。また、固体潤滑材は、ポリエチレンテレフタラート（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共重合体（ＦＥＰ）、グラファイト、二硫化タングステンおよび二硫化モリブデンよりなる群から選択される少なくとも１つである。

第８発明に係る摺動部材の製造方法は、第３発明から第７発明のいずれかの摺動部材の製造方法であって、樹脂溶液は、耐摩耗性付与材を含有している。耐摩耗性付与材は、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦｓ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）およびマイカよりなる群から選択される少なくとも１つである。

第９発明に係る摺動部材の製造方法は、第２発明から第８発明のいずれかの摺動部材の製造方法であって、溶射工程では、プラズマ溶射によって基材の表面に金属粉末が溶射される。プラズマ溶射では、金属材粉末等の融点の高い材料の溶射を簡単に行うことができる。このため、溶射することができる金属粉末の種類の選択の幅を広げることができる。

第１発明に係る摺動部材では、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることができる。

第２発明に係る摺動部材の製造方法では、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることができる。

第３発明に係る摺動部材の製造方法では、表面層と樹脂との接着を良好にすることができる。

第４発明に係る摺動部材の製造方法では、基材と表面層との密着性を向上させることができる。

第５発明に係る摺動部材の製造方法では、基材の材質にかかわらず、基材の表面を粗面化することができる。

第６発明に係る摺動部材の製造方法では、この摺動部材が、耐摩耗性および低摩擦性に優れている。

第７発明に係る摺動部材の製造方法では、ポリエチレンテレフタラート（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共重合体（ＦＥＰ）、グラファイト、二硫化タングステンおよび二硫化モリブデンよりなる群から選択される少なくとも１つを固体潤滑材として使用することができる。

第８発明に係る摺動部材の製造方法では、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦｓ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）およびマイカよりなる群から選択される少なくとも１つを耐摩耗性付与材として使用することができる。

第９発明に係る摺動部材の製造方法では、溶射することができる金属粉末の種類の選択の幅を広げることができる。

＜摺動部材＞
本発明の実施形態に係る摺動部材について説明する。なお、この摺動部材は、例えば、スクロール圧縮機の軸受、さらに詳しくは、軸受のシャフトに接触する軸受メタル等の摺動部品として適用可能である。

摺動部材は、基材と、表面層と、樹脂層とを備えている。基材は、多孔質な焼結体によって構成されている。表面層は、基材の表面に凹凸状に設けられる非多孔質な層である。なお、表面層の凹凸高さは、５０μｍ程度である。樹脂層は、表面層の表面に設けられる樹脂からなる層である。また、この樹脂は、熱硬化樹脂であり、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルイミドおよびポリアクリレートよりなる群から選択される少なくとも１つである。さらに、この樹脂には、フィラーが含有されている。フィラーは、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、カーボン、フッ化物および酸化物よりなる群から選択される少なくとも１つである。

以下、摺動部材の製造方法について説明する。

＜摺動部材の製造方法＞
摺動部材は、基材製造工程、表面処理工程、金属溶射工程、樹脂塗布工程、溶媒除去工程および最終仕上げ工程を経て製造される。

（１）基材製造工程
基材製造工程では、鉄等の金属粉末を焼結することによって基材が製造される。

（２）表面処理工程
表面処理工程では、基材製造工程において製造された基材の表面にサンドブラスト処理が施される。サンドブラスト処理では、サンドとして所定の粒径および所定の硬度を有するガラスビーズ等の粒子が、基材の表面に吹き付けられる。

（３）金属溶射工程
金属溶射工程では、プラズマ溶射によって、表面処理工程において粗面化された基材の表面に凹凸状の非多孔質な表面層が形成される。プラズマ溶射では、プラズマジェットの中で溶融された溶射材料である金属粉末が、粗面化された基材の表面に溶射される。なお、表面層の空孔率は、３０％以下であり、３〜１０％であることが好ましく、平均６％であることがより好ましい。

（４）樹脂塗布工程
樹脂塗布工程では、金属溶射工程において形成された表面層の表面に樹脂溶液が塗布される。

（５）溶媒除去工程
溶媒除去工程では、樹脂塗布工程において所定温度で加熱されながら樹脂溶液が塗布された基材および表面層が、さらに、所定温度（例えば、９０℃）で所定時間（例えば、３０分）予備乾燥される。なお、１回の樹脂塗布工程と溶媒除去工程とが行われることによって、表面層の表面には、樹脂が所定の厚さだけ被覆される。このため、樹脂塗布工程と溶媒除去工程とは、必要とされる樹脂の厚さになるまで繰り返し行われる。そして、必要とされる樹脂の厚さになったところで、この基材、表面層および樹脂を所定温度（例えば、２００℃）で焼成する。

（６）最終仕上げ工程
最終仕上げ工程では、基材の表面層に被覆した樹脂が機械加工されて摺動部材の完成となる。

＜特徴＞
（１）
従来より、優れた耐摩耗性および低摩擦性を有するフッ素樹脂を、鉄等の金属材料からなる基材の表面に被覆した摺動部材がある。しかし、この摺動部材では、基材が樹脂を表面に保持することが困難な場合がある。したがって、摺動部材における樹脂と基材との密着性の向上が望まれている。

そこで、特開２００２−２２５１６４号公報に開示されている摺動部材では、基材の表面に金属粉末を溶射して形成される多孔質な表面層と、多孔質な表面層上に樹脂を溶射して形成される樹脂層とを備えている。この摺動部材では、多孔質な表面層を形成することによって、樹脂と基材との密着性を向上している。しかしながら、多孔質材料（例えば、空孔率が３０％以上あるもの）は、非多孔質材料と比較して、強度が低いため、基材から表面層が剥離するおそれがある。

そこで、上記実施形態では、金属溶射工程において、基材の表面に凹凸状の非多孔質な表面層が形成されている。非多孔質な材料は、多孔質な材料と比較して、強度が高い。このため、この表面層は、多孔質な表面層と比較して、強度が高くなっている。

これによって、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることができている。

また、凹凸状の表面層が形成されているため、基材表面に直接樹脂が被覆される場合と比較して、表層面が樹脂を保持する能力を向上することができる。このため、基材と樹脂との密着性を向上することができている。

（２）上記実施形態では、樹脂塗布工程において、表面層の表面に樹脂溶液が塗布されている。また、溶媒除去工程において、樹脂溶液中の溶媒が除去されている。このため、表面層の凹凸に侵入できるような粘度に樹脂溶液を調節することで、表面層と樹脂との密着性を向上させることができる。

これによって、表面層と樹脂との接着を良好にすることができている。

（３）
上記実施形態では、基材の表面をブラスト処理によって粗面化する表面処理工程を備えている。このため、基材の表面に表面処理が行われない場合と比較して、基材と接する表面層の面積を大きくすることができる。

これによって、基材と表面層との密着性を向上させることができている。

＜変形例＞
本実施形態では、基材の表面層に樹脂を被覆する方法として、表面層に樹脂溶液を塗布し樹脂溶液中に含有されている溶媒を除去するという方法が用いられている。しかし、基材の表面層に樹脂を被覆する方法として、樹脂を表面層の表面に溶射する等の樹脂を直接表面層の表面に被覆するという方法が用いられてもよい。

本発明は、基材から表面層が剥離するおそれを少なくすることができるため、摺動部材への適用が有用である。

Claims (9)

1. 基材と、
   前記基材の表面に金属粉末を溶射することによって凹凸状に形成される非多孔質な表面層と、
   前記表面層を被覆する樹脂層と、
   を備える摺動部材。
2. 基材の表面に金属粉末が溶射され、非多孔質な表面層が形成される溶射工程と、
   前記溶射工程において形成された前記表面層に樹脂が被覆される被覆工程と、
   を備える摺動部材の製造方法。
3. 前記被覆工程には、前記表面層に樹脂溶液が塗布される塗布工程と、前記樹脂溶液中の溶媒が除去される除去工程とが含まれる、
   請求項２に記載の摺動部材の製造方法。
4. 前記基材の表面が粗面化される表面処理工程を更に備える、
   請求項３の摺動部材の製造方法。
5. 前記表面処理工程では、ブラスト処理によって前記基材の表面が粗面化される、
   請求項４に記載の摺動部材の製造方法。
6. 前記樹脂溶液は、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、フェノール樹脂およびポリアクリレートよりなる群から選択される少なくとも１つの樹脂を含有する、
   請求項３から５のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
7. 前記樹脂溶液は、固体潤滑材を含有しており、
   前記固体潤滑材は、ポリエチレンテレフタラート、エチレンテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体、グラファイト、二硫化タングステンおよび二硫化モリブデンよりなる群から選択される少なくとも１つである、
   請求項３から６のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
8. 前記樹脂溶液は、耐摩耗性付与材を含有しており、
   前記耐摩耗性付与材は、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化マグネシウム、アルミナ、酸化亜鉛およびマイカよりなる群から選択される少なくとも１つである、
   請求項３から７のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
9. 前記溶射工程では、プラズマ溶射によって前記表面に金属粉末が溶射される、
   請求項２から８のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。