JP2012122498A

JP2012122498A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2012122498A
Application number: JP2010271409A
Authority: JP
Inventors: Yohei Takada; 洋平高田
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-28
Also published as: DE102011087821A1

Abstract

【課題】ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂層を備え、高温条件下において摺動特性に優れる摺動部材を提供する。
【解決手段】摺動部材１１を、基部１２と、基部１２上に設けられた多孔質層１３と、多孔質層１３に含浸し且つ前記多孔質層を被覆し、ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂層１４とを備えている。樹脂層１４は、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂層を備える摺動部材に関する。

従来、摺動部材のうち自動車などの機械部品に使用されるすべり軸受は、例えば鋼で形成された基部と、基部上に設けられた多孔質層と、多孔質層に含浸し且つこの多孔質層上に被覆して設けられている樹脂層とを備えている。多孔質層は、基部上に樹脂層を固定するために、多数の孔部および凹凸部を有している。一般に、多孔質層は、銅系、鉄系などの金属の粉末を基部上に散布して焼結して設けられている。
樹脂層は、摺動部材の非焼付性、耐摩耗性、機械的強度などの摺動特性を向上させるために、例えば特許文献１に示すように、ポリエーテルエーテルケトンを含んでいる。

特開平１−１０８４１３号公報

近年の自動車などの機械部品の高性能化及びコンパクト化によって、摺動部材の樹脂層の摺動面に、摺動の相手部材による高負荷が加わりやすくなっている。その結果、摺動面に供給される潤滑油の油膜は相手部材によって破断されやすくなり、相手部材が潤滑油を介さずに樹脂層に接触することがある。相手部材が樹脂層の摺動面に接触しながら摺動すると、相手部材と樹脂層との間で摩擦熱が生じ、この摩擦熱によって摺動部材の樹脂層の摺動面付近は、高温になることがある。このような樹脂層の高温条件下では、樹脂層のポリエーテルエーテルケトンは溶融流動し、摺動部材に樹脂層を設けたことによる摺動特性の効果が十分に得られなくなることがある。

また、樹脂層にポリエーテルエーテルケトンを含む摺動部材を、冷凍機用圧縮機に用いる軸受および燃料噴射用ポンプに用いる軸受に適用することが検討されている。しかしながら、この圧縮機やポンプの軸受として適用する摺動部材の樹脂層の摺動面には、上述と同様に高負荷が加わりやすい。その結果、上述と同様に、樹脂層の摺動面付近は高温になり、樹脂層のポリエーテルエーテルケトンが溶融流動し、焼付が生じるおそれがある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂層を備え、高温条件下において摺動特性に優れる摺動部材を提供することである。

本発明者は、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと称する）を含む樹脂層の体積流量に着目して鋭意実験を重ねた。その結果、本発明者は、ＰＥＥＫを含む樹脂層の体積流量を所定の範囲内にすることにより、高温条件下において樹脂層が溶融流動しにくくなることを発見した。すなわち、本発明者は、ＰＥＥＫを含む樹脂層の体積流量を所定の範囲内にすることにより、高温条件下において摺動部材の摺動特性は優れることを解明した。
本発明者は、上記の解明を基にして、下記の発明をした。

本発明の一実施形態の摺動部材は、基部と、この基部上に設けられた多孔質層と、多孔質層に含浸し且つ前記多孔質層を被覆し、ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂層とを備え、この樹脂層は、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有していることを特徴としている。

基部は、樹脂層を設けるための構成物のことであり、例えば、鋼、鉄などから形成される裏金層である。
多孔質層は、多数の孔部および凹凸部を有している。多孔質層は、例えば銅、鉄などの金属の粉末を基部上に散布し焼結して設けられている。

樹脂層は、多孔質層に含浸し且つこの多孔質層上に被覆して設けられている。すなわち、樹脂層の一部は、多孔質層の孔部および凹凸部の凹部内に入り込んでいる。樹脂層は、この構成によるアンカー効果によって多孔質層に固定されている。
樹脂層の摺動面にはボーリング加工、ブローチ加工などの切削加工を施してもよい。このとき摺動面には多孔質層が一部露出してもよい。

樹脂層は、ＰＥＥＫを含み、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有している。
「体積流量Ｑ」とは、液体の流動性を表す指数、すなわち流動しやすいか否かの指数である。この「体積流量Ｑ」は、具体的には、溶融混錬されて作製されたペレット、言い換えると粘性を有する液体を所定の温度、所定の圧力で押出し、そのとき１秒間で押出される樹脂量のことである。本実施形態では、樹脂層を構成する材料を溶融混練して得られる３９０℃のペレットを直径１１．３ｍｍのシリンダーに入れ、このペレットをシリンダーの先端に設けたノズルから９．８ＭＰａの押出圧力で押し出し、そのとき押し出される１秒間当たり液体の量（ｃｍ³／ｓｅｃ）、すなわち、液体の押し出し速度（ｃｍ³／ｓｅｃ）である。この場合のノズルは、直径１ｍｍ、長さ１０ｍｍである。

本実施形態の体積流量Ｑは、樹脂層の溶融流動のしやすさを表し、この体積流量Ｑの値が小さいほど樹脂層が溶融流動しにくいことを表している。体積流量Ｑの値は、樹脂層の成分によって異なり、また、樹脂層のＰＥＥＫの分子量が大きいほど小さくなる。

摺動部材の樹脂層がＰＥＥＫを主成分とし、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である場合、この樹脂層の摺動特性のうち非焼付性は、従来の使用条件下、例えば９０℃よりも３０℃以上高い高温条件下、例えば１２０〜１５０℃の使用条件下において良好である。
また、樹脂層が高温条件下でも溶融流動しにくいことにより、非焼付性、耐摩耗性、機械的強度などの摺動特性も室温の低温条件下および高温条件下において良好にすることができる。

本発明の請求項２の摺動部材では、樹脂層は、１０〜２０質量％の繊維、２〜１５質量％の無機フッ化物、２〜１０質量％の固体潤滑剤を含み、残部がポリエーテルエーテルケトンおよび不可避的不純物からなることを特徴としている。

繊維および無機フッ化物は、樹脂層の耐摩耗性を良好にするために添加され、固体潤滑剤は、樹脂層の非焼付性を良好にするために添加されている。
繊維は、例えば一般的なチタン酸カリウム繊維またはカーボンファイバであることが好ましい。繊維の含有量は、樹脂層を構成する材料全体において１０質量％以上であると、樹脂層の耐摩耗性はより良好であり、２０質量％以下であると、樹脂層の非焼付性はより良好である。

無機フッ化物としては、フッ化カルシウムであることが好ましい。無機フッ化物の含有量は、樹脂層を構成する材料全体において２質量％以上であると、樹脂層の耐摩耗性はより良好であり、１５質量％以下であると、樹脂層の非焼付性はより良好である。
固体潤滑剤としては、グラファイト（Ｇｒ）であることが好ましい。固体潤滑剤の含有量は、樹脂層を構成する材料全体において２質量％以上１０質量％以下であると、樹脂層の非焼付性はより良好である。
樹脂層には、上記以外に、樹脂層の摺動特性を良好にするためにその他の添加物を加えてもよい。この場合、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下の特性を有するように、樹脂層の成分は調整される。

本発明の一実施形態の摺動部材を模式的に示す断面図スクロール圧縮機の主要部の縦断正面図

摺動部材の一実施形態の断面を、図１に示す。図１に示す摺動部材１１は、基部１２と、基部１２上に設けられた多孔質層１３と、多孔質層１３に含浸し且つこの多孔質層１３上に被覆している樹脂層１４とを備えた３層構造である。ここで、樹脂層１４の表面、この場合、樹脂層１４の面のうち基部１２とは反対側の面が、摺動部材１１の樹脂層１４の摺動面１５となる。
樹脂層１４がＰＥＥＫを含み、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有しているので、樹脂層１４は高温条件下でも非焼付性などの摺動特性の効果を良好に発揮することができる。

摺動部材１１は、冷凍機用圧縮機、例えば、特開２００５−７６５４５号公報に示すスクロール圧縮機（以下、圧縮機と称する）等に用いる軸受に適用することができる。図２に、圧縮機２１の主要部の縦断正面図を示す。図２において、密閉容器以外の断面のハッチングの表示は省略する。
圧縮機２１は、外郭をなす密閉容器２２を有している。密閉容器２２内には、冷媒を圧縮する圧縮機構２３および圧縮機構２３を駆動する電動機２４が設けられている。また、密閉容器２２内の圧縮機構２３および電動機２４の周囲には、潤滑油２５が貯留されている。

圧縮機構２３は、一般的なスクロールによる圧縮を行う機構であり、固定された渦巻き体である固定スクロール２６、円運動する渦巻き体である旋回スクロール２７を有している。固定スクロール２６と旋回スクロール２７との間には、所定量の冷媒が供給される。また、圧縮機構２３は、電動機２４側に突出する旋回駆動軸２８および旋回駆動軸２８を支持する軸受２９を有している。旋回スクロール２７は、旋回駆動軸２８が回転することによって回転する構成である。

電動機２４は、固定子２４ａおよび回転子２４ｂを有している。固定子２４ａは密閉容器２２内に固定され、回転子２４ｂは固定子２４ａの内周側に設けられている。回転子２４ｂの圧縮機構２３側には、圧縮機構２３を駆動するクランク軸３０が結合されている。クランク軸３０には、圧縮機構２３側に突出する主軸３１が設けられている。主軸３１は、軸受３２によって支持されている。この主軸３１の内側には、前述の圧縮機構２３の軸受２９が位置している。
本発明では、軸受２９および軸受３２に、摺動部材１１の構成を適用している。

この構成によれば、電動機２４の電源を入れると、回転子２４ｂが回転し、クランク軸３０を介して主軸３１が回転する。これにより、電動機２４の駆動力は、主軸３１、軸受２９および旋回駆動軸２８を介して旋回スクロール２７に伝達される。その結果、旋回スクロール２７は回転し、固定スクロール２６と旋回スクロール２７とが噛み合って固定スクロール２６と旋回スクロール２７との間は狭くなる。これにより、固定スクロール２６と旋回スクロール２７との間に供給された冷媒は圧縮される。

ここで、軸受２９の樹脂層１４の摺動面１５または軸受３２の樹脂層１４の摺動面１５において、相手部材である旋回駆動軸２８および主軸３１から大きな負荷を受けると、摺動面１５に供給される潤滑油２５の油膜は相手部材によって破断され、相手部材が潤滑油を介さずに樹脂層１４に接触することがある。相手部材が樹脂層１４に接触しながら摺動すると、相手部材と樹脂層１４との間で摩擦熱が生じ、この摩擦熱によって樹脂層１４が高温になる。このような高温状態で軸受２９および軸受３２を使用すると、樹脂層１４のＰＥＥＫが溶融することがある。しかしながら、軸受２９および軸受３２は摺動部材１１の構成であるので、樹脂層１４は溶融流動しにくい。よって、上述したように、樹脂層１４の非焼付性などの摺動特性は、高温条件下においても良好である。

次に、本実施形態の摺動部材１１の効果を確認した試験について説明する。
本実施形態の摺動部材１１と同様の構成の実施例品１〜５は、例えば鋼で形成される基部である裏金層上に多孔質層を設け、多孔質層上に樹脂層を設けることにより得られる。

実施例品１〜５は、具体的には、次のようにして得た。
まず、厚さ０．８ｍｍの鋼裏金板の基部の表面に青銅粉末を、青銅粉末の厚さが０．４ｍｍになるまで散布した後、青銅粉末が散布された基部を８００℃で加熱し、焼結を行った。これにより、基部上に多孔質層が設けられた複合部材を得た。

実施例品１〜５の樹脂層は、表１に示す成分から構成されている。
樹脂層の成分であるＰＥＥＫとしては分子量の異なるものを用いた。表１中の分子量が「低」のものは、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製の品番：１５１のＰＥＥＫである。また、表１中の分子量が「高」のものは、分子量が「低」よりも大きいＰＥＥＫ、この場合Ｖｉｃｔｒｅｘ社製の品番：４５０のＰＥＥＫである。

本実施の形態では、繊維としてはチタン酸カリウム繊維、カーボンファイバを用いた。無機フッ化物としてはフッ化カルシウムを用い、固体潤滑剤としてはグラファイト（Ｇｒ）を用いた。

次に、樹脂層を構成する材料をドライブレンドした後、４０ｍｍ径押出機で押出温度３６０℃の雰囲気中で溶融混練しながら、押し出す操作を行って、均一配合ペレットを得た。次に、この均一配合ペレットから、シート用押出機を用い、３６０℃で０．４０ｍｍの厚さのシート部材を得た。

次に、前記複合部材を３５０℃に加熱し、前記シート部材を前記複合部材の上に重ね合わせてロールに通し、シート部材を複合部材の多孔質層に含浸および被覆させて、３層構造の摺動部材の実施例品１〜５を得た。
比較例品１〜４は、樹脂層を構成する成分が実施例品の樹脂層を構成する成分と異なる以外、実施例品１〜５と同様の製造方法によって得た。比較例品１〜４の樹脂層を構成する成分を表１に示す。

上記の各試料である実施例品１〜５および比較例品１〜４について、樹脂層の軸受特性としての耐摩耗性および非焼付性の効果の確認試験を行った。樹脂層の摩耗試験の試験条件を表２に示し、樹脂層の焼付試験の試験条件を表３に示す。また。これらの試験結果を、表１に示す。摩耗試験は、室温の低温条件下、および１５０℃の高温条件下でそれぞれ行った。

表１中の実施例品１〜５および比較例品１〜４の「体積流量Ｑ（×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ）」は、樹脂層を構成する材料を上述の条件で溶融混練し、溶融混練で得たペレットを直径１１．３ｍｍのシリンダーに入れ、そしてこのペレットを、シリンダーの先端に設けた直径１ｍｍ、長さ１０ｍｍのノズルから、３９０℃の液体を９．８ＭＰａの押出圧力で押し出し、そのとき押し出される１秒間当たり液体の量（ｃｍ³／ｓｅｃ）を測定して得た。
表１に示すように、実施例品１〜５と、比較例品３、４との対比から、樹脂層を構成するＰＥＥＫの分子量が高いと、体積流量Ｑの値は小さく、樹脂層は溶融流動しにくいことが理解できる。

次に、摩耗試験の結果について解析する。
実施例品１〜５と、比較例品１〜４との対比から、実施例品１〜５は、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける樹脂層の体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有しているため、室温および１５０℃の高温条件下において樹脂層が流動しにくく、その結果、比較例品１〜４よりも摩耗量が少なく、室温条件下および高温条件下においても耐摩耗性に優れていることが理解できる。特に、実施例品２は、室温条件下での摩耗量と高温条件下での摩耗量との差が少ないことから、実施例品２は、実施例品１〜５の中でもっとも使用温度に差があっても耐摩耗性に優れていることが理解できる。

次に、焼付試験の結果について解析する。
実施例品１〜５と、比較例品１〜４との対比から、実施例品１〜５は、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける樹脂層の体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有しているため、比較例品１〜４よりも、樹脂層が流動しにくく、非焼付性が優れていることが理解できる。

本実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
不可避的不純物については説明を省略し、各成分には不可避的不純物が含まれ得る。
冷凍機用圧縮機の構成は、上記のものに限られず、また、摺動部材は、上記の用途以外の高温条件下で使用される軸受、例えば燃料噴射ポンプに使用される軸受にも適用することができる。

図面中、１１は摺動部材、１２は基部、１３は多孔質層、１４は樹脂層、２９は軸受（摺動部材）、３２は軸受（摺動部材）を示す。

Claims

基部と、
前記基部上に設けられた多孔質層と、
前記多孔質層に含浸し且つ前記多孔質層を被覆し、ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂層とを備え、
前記樹脂層は、３９０℃で押出圧力９．８ＭＰａにおける体積流量Ｑが３．５×１０^-2ｃｍ³／ｓｅｃ以下である特性を有することを特徴とする摺動部材。
前記樹脂層は、１０〜２０質量％の繊維、２〜１５質量％の無機フッ化物、２〜１０質量％の固体潤滑剤を含み、残部がポリエーテルエーテルケトンおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。