JP2013148187A - 摺動部材 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】 斜板式コンプレッサは、半球状をした複数のシュー４と円板状の斜板２とを備えている。シュー４と摺動する斜板２の表面２Ａおよび裏面２Ｂ（摺動面）には樹脂コーティング１２が施されている。
樹脂コーティング１２は、基板１１の表面に無数の六角柱の柱状体１２Ｂを立設した構造となっており、各柱状体１２Ｂの端面１２Ｃが上記シュー４と摺動する摺動面となっている。また、各柱状体１２Ｂの隣接位置にハニカム状の溝１２Ａが形成されており、そこが潤滑油Ｏの貯溜部となり、かつ異物１５の収容部となっている。
【効果】 耐摩耗性、耐焼付性および潤滑油の保持性に優れた斜板２を提供できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は摺動部材に関し、より詳しくは例えば斜板式コンプレッサの斜板として好適な摺動部材に関する。
従来、自動車用の斜板式コンプレッサは公知であり、こうした従来の斜板式コンプレッサにおいては、シューと斜板との焼付きを防止するために次のような構成が提案されている。すなわち、斜板と摺動するシューの端面を中央部が微小に膨出する中高形状に形成したり、あるいはシューと摺動する斜板の表面にコーティング層を形成することが提案されている（例えば特許文献１）。また、斜板の表面にコーティング層を形成するとともに、該コーティングに多数の同心円状の環状溝と環状山部を形成することが提案されている（例えば特許文献２）。この特許文献２の斜板においては、同心円状の多数の環状溝と環状山部を備えることで初期なじみ性と潤滑油の保持性を向上させるようになっている。
また、摺動部材としてのスラスト軸受の摺動特性を向上させるために、スラスト軸受の摺動面に規則的な凹凸を形成することも提案されている（例えば特許文献３、特許文献４）。
特開２００３−１３８２８７号公報 国際公開ＷＯ２００２−０７５１７２号公報 実開平０６−０１４５３８号公報 特開２００８−０８８８４６号公報
ところで、最近の自動車に搭載される斜板式コンプレッサは、クラッチレスタイプのものが多数を占めており、従ってエンジンの作動中においては斜板式コンプレッサも常時回転されている。そして、最近では自動車の燃費改善が要求されており、そのために斜板式コンプレッサに対しても動力低減が求められている。
そこで、このような要求に対応するために、シューと斜板とが摺動する際の摩擦を低減させる対策としてシューの摺動面積を小さくすることが考えられる。しかしながら、例えば上記特許文献１の斜板式コンプレッサにおいてシューの摺動面積を小さくすると、シューと斜板とが接触する箇所の面圧が高くなる。そのため、シューと斜板との間の油膜切れが生じやすくなり、斜板のコーティング層が摩耗しやすいという問題が生じる。
また、上記特許文献２の斜板においてシューの摺動面積を小さくすると次のような問題が生じる。すなわち、図５に示すように、シューを介して環状溝や環状山部に衝撃荷重が加わった場合には、環状溝や環状山部にひび割れが生じて、その部分のコーティング層が剥離することになる。また、シューと摺動することでコーティング層の環状溝や環状山部が潰れると、シューとコーティング層の摺動面積が増加してさらに環状溝や環状山部の摩耗が進行し、やがて環状溝や環状山部が消滅することになる。さらに、環状溝内に摩耗粉等の異物が混入して移動した場合にも環状溝や環状山部が消失することがあった。そのため、上記特許文献２の斜板は、初期なじみ性は良好である半面、シューを介して斜板に作用する面圧が高い状況ではコーティング層が摩耗しやすく、かつ潤滑油の保持性が損なわれやすいという欠点がある。
上述した事情に鑑み、本発明は、基材とその表面に施したコーティング層とを備えて、該コーティング層を可動部材と摺動する摺動面とした摺動部材において、
上記コーティング層は、無数の六角柱の柱状体又は無数の三角柱の柱状体を上記基材の表面に立設した構造の樹脂コーティングからなり、上記各柱状体の反基材側の端面によって上記摺動面を形成し、また、隣り合う各柱状体の間の隙間からなるハニカム状の溝を形成し、該ハニカム状の溝内を潤滑油の貯溜部および異物を収容するための収容部としたものである。
上述した構成によれば、樹脂コーティングは、無数の柱状体を立設した構造となっているので、高い面圧が作用する状態であっても樹脂コーティングの摩耗を抑制することができる。また、各柱状体の隣接位置に形成されるハニカム状の溝が潤滑油の貯溜部となり、しかも異物はハニカム状の溝の内部に収容される。そのため、耐焼付性と潤滑油の保持性および異物の埋収性が良好な摺動部材を提供できる。
本発明の一実施例を示す要部の断面図。 図１の要部の正面図。 図２に矢印ＩＩＩで示す円内の拡大図。 図１の要部の作動状態を示す拡大図。 従来技術の要部を模式的に示した縦断面図。 本発明の他の実施例を示す要部の正面図。
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１は斜板式コンプレッサの要部を示したものである。この斜板式コンプレッサは、回転軸１の外周部に傾斜して設けられた摺動部材としての斜板２と、一端の切り欠き部３Ａにより斜板２の外周部を包み込んで上記回転軸１に沿って配置された複数のピストン３と、各ピストン３の切り欠き部３Ａ内に形成された一対の半球状の凹部３Ｂ、３Ｂと斜板２の表面２Ａ、裏面２Ｂとの間に配置された複数の半球状のシュー４とを備えている。半球状のシュー４は、ピストン３の凹部３Ｂに嵌合される半球面４Ａと斜板２の表面２Ａ又は裏面２Ｂと摺動する平坦状の端面４Ｂとを備えている。シュー４はＳＵＪ２からなり、半球面４Ａおよび端面４Ｂに焼入れとその後の仕上げ加工がなされている。
そして、回転軸１の回転に伴って斜板２が回転されると、斜板２の表面２Ａ又は裏面２Ｂと一対のシュー４の端面４Ｂとが摺動するとともに、一対のシュー４の半球面４Ａとピストン３の凹部３Ｂ、３Ｂとが摺動することにより、各ピストン３は回転軸１の軸方向に沿って往復動されるようになっている。
しかして、本実施例は、斜板２における表面２Ａおよび裏面２Ｂを以下のように改良して、摺動面となる表面２Ａと裏面２Ｂの摺動特性を向上させたことが特徴である。すなわち、図２ないし図４に示すように、本実施例の斜板２は、円板状をした鉄系の基材１１と、この基材１１の表面と裏面に施した樹脂コーティング１２とからなり、樹脂コーティング１２はハニカム状の溝１２Ａを備えている。
樹脂コーティング１２は、無数の六角柱の柱状体１２Ｂを順次、隣接させた状態で基材１１の表面（及び裏面）に立設した構造となっており、各柱状体１２Ｂにおける上方側の平坦な端面１２Ｃは全て同一平面上となっている。これら同一平面上となる各柱状体１２Ｂの端面１２Ｃによって摺動面である表面２Ａおよび裏面２Ｂが形成されている。なお、各柱状体１２Ｂの下方側の端面１２Ｄは基材１１の表面（及び裏面）に固着されている（図４参照）。隣り合う各柱状体１２Ｂにおける対向位置の外面同士は同じ寸法の隙間が維持されており、従って、図２ないし図３に示すように、表面２Ａ及び裏面２Ｂの樹脂コーティング１２には、各柱状体１２Ｂの隣接位置にハニカム状をした溝１２Ａが形成されている。このハニカム状の溝１２Ａは樹脂コーティング１２の全域で相互に連通しており、しかも、斜板２の外周部２Ｃおよび内周部２Ｄに開口した状態となっている。ハニカム状をした溝１２Ａの内部は、潤滑油Ｏを貯溜するための貯溜部となっており、かつ潤滑油Ｏが流通する潤滑油通路となっている。そのため、シュー４と斜板２との間に供給された潤滑油Ｏは、ハニカム状の溝１２Ａ内に貯溜されるとともに、斜板２の回転に伴ってハニカム状の溝１２Ａを介して斜板２の外周部２Ｃ、２Ｄから潤滑油Ｏの一部が排出されるようになっている。
さらに、このハニカム状の溝１２Ａは、摩耗粉等の異物１５を埋収する収容部としても機能するようになっている。つまり、図４に示すように、溝１２Ａの幅よりも小さな異物１５の場合には、斜板２の回転による遠心力によりハニカム状の溝１２Ａ内を潤滑油Ｏとともに半径方向外方へ順次移動されて斜板２の外周部２Ｃから排出される。他方、溝１２Ａの幅よりも大きめの異物１５は、隣り合う柱状体１２Ｂの間に嵌り込んでそこに埋収されるようになっている。
本実施例の樹脂コーティング１２の厚さ、つまり柱状体１２Ｂの高さとしては、２〜５０μｍ程度が好適である。また、柱状体１２Ｂの外面の各角部を通る外接円の大きさは０．１〜２ｍｍとなっている。さらに、隣り合う柱状体１２Ｂの外面同士が隔てた隙間は０．０５〜０．５ｍｍ程度であれば良く、０．２５〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。つまり、ハニカム状の溝１２Ａの幅は全域において０．０５〜０．５ｍｍ程度、好ましくは０．２５〜０．５ｍｍ程度となっており、溝１２Ａの深さは全域において２〜５０μｍとなっている。
本実施例においては、上述したハニカム状の溝１２Ａを有する樹脂コーティング１２を基材１１の表面及び裏面にスクリーン印刷によって製造するようにしている。上述した構成を有する樹脂コーティング１２の製造方法としては、スクリーン印刷以外にパッド印刷、ロール印刷、スプレーコート、ディッピング法などを採用しても良い。
また、上記樹脂コーティング１２の材料としては、例えば固体潤滑剤および／または硬質粒子を含む熱硬化性樹脂を用いることができる。この固体潤滑剤としてはＭｏＳ２、黒鉛、ＷＳ２、ｈ−ＢＮ、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、ＣＦ等から選択される１種以上を、硬質粒子としては酸化物（アルミナ、シリカ）、窒化物（ＳｉＮ）、炭化物（ＳｉＣ）、硫化物（ＺｎＳ）等から選択される１種以上を、熱硬化性樹脂としてはＰＡＩ、ＰＩ等から選択される１種以上をそれぞれ用いることができる。
以上のように、斜板２の摺動面となる表面２Ａと裏面２Ｂは、ハニカム状の溝１２Ａを有する樹脂コーティング１２からなる。そのため、シュー４の端面４Ｂと斜板２の表面２Ａまたは裏面２Ｂとが摺動して、摺動面を構成する各柱状体１２Ｂの端面１２Ｃの摩耗が進行したとしても、シュー４の端面４Ｂと接触する位置における斜板２の摺動面の面積は変わらない。換言すると、表面２Ａ、裏面２Ｂにおけるシュー４との摺動箇所は一様に摩耗するとともに摩耗の進行が遅いので、本実施例の斜板２は安定した摺動特性を得ることができる。
また、樹脂コーティング１２は、無数の六角柱の柱状体１２Ｂが集合した構造となっており、各柱状体１２Ｂの隣接位置には潤滑油Ｏの貯溜部となる溝１２Ａが形成されている。そのため、斜板２が高速回転された状態であってもハニカム状の溝１２Ａ内に潤滑油Ｏを保持できるので、摺動面となる表面２Ａ、裏面２Ｂ（柱状体１２Ｂの端面１２Ｃ）に油膜切れが発生しにくい。このように、貯溜部としてのハニカム状の溝１２Ａに潤滑油Ｏが保持されているので、摺動面となる表面２Ａ、裏面２Ｂに焼付きが起こりにくい。したがって、本実施例によれば、耐摩耗性および耐焼付性に優れた斜板２を提供することができる。
また、ハニカム状の溝１２Ａ内は、潤滑油通路として機能するとともに異物１５が埋収される収容部としても機能する。つまり、微小な摩耗粉などの異物１５がシュー４の端面４Ｂと斜板２の表面２Ａ、裏面２Ｂとの間に侵入した場合においては、溝１２Ａ内を流通可能な程度の小さな異物１５は、溝１２Ａ内を潤滑油Ｏとともに流通して斜板２の外周部２Ｃ又は内周部２Ｄから排出される。他方、溝１２Ａの幅よりも大きめの異物１５は、溝１２Ａにおける隣り合う柱状体１２Ｂの間に埋収される（図４参照）。そのため、異物１５がシュー４の端面４Ｂと斜板２の表面２Ａ、２Ｂとの間で転動して移動することを防止できるので、端面４Ｂおよび斜板２の表面２Ａ、２Ｂが異物１５によって損傷することを抑制することができる。したがって、斜板２の耐摩耗性および耐久性を向上させることができ、ひいては耐摩耗性と耐久性が高い斜板式コンプレッサを提供することができる。
さらに、高速回転時にシュー４の端面４Ｂが斜板２の表面２Ａまたは裏面２Ｂに強く圧縮されて衝撃荷重が斜板２に作用した場合には、その衝撃荷重を無数の柱状体１２Ｂからなる樹脂コーティング１２によって吸収することができるとともに、各柱状体１２Ｂが弾性変形することによりハニカム状の溝１２Ａ内から潤滑油Ｏが染み出して潤滑を促進する（図４参照）。そのため、衝撃荷重によって樹脂コーティング１２が疲労してクラックが生じることを抑制することができる。
また、溝１２Ａ内を潤滑油Ｏが流通することにより各柱状体１２Ｂが冷却されるので、各柱状体１２Ｂが熱膨張によって膨張することを抑制することができる。このため斜板２の基材１１と樹脂コーティング１２との熱膨張差によるクラックや剥離の発生を抑制することができる。
さらに、貧潤滑時やドライ条件下において潤滑油Ｏによる冷却効果が無い、もしくは少ない場合に、各柱状体１２Ｂが熱膨張したとしても、溝１２Ａの存在によって各柱状体１２Ｂの熱膨張分を吸収することができる。この点においても、各柱状体１２Ｂにクラックが生じる事を抑制することが可能である。以上のように、本実施例によれば摺動特性に優れた斜板２を提供することができる。
なお、上記第１の実施例の樹脂コーティング１２は、六角柱をした無数の柱状体１２Ｂを基板１１の表面に立設した構造となっているが、図６に示すように、三角柱をした無数の柱状体１２Ｂを基板１１の表面に立設した構造の樹脂コーティング１２を用いても良い。この実施例においても上記第１の実施例と同様に溝幅が全域で同一のハニカム状の溝１２Ａが形成されることになる。このような実施例であっても、上記第１の実施例と同等の作用・効果を得ることができる。
また、図面は省略するが、上記各実施例における柱状体１２Ｂにおける外面の角部および端面１２Ｃの縁部を面取りしても良い。
さらに、上記実施例は、本発明を斜板式コンプレッサの斜板２に適用した場合について説明したが、本発明は摺動部材としてのスラストワッシャ或いはスラスト軸受にも適用できることは勿論である。
２‥斜板（摺動部材） ２Ａ‥表面
２Ｂ‥裏面 ４‥シュー（可動部材）
１１‥基材 １２‥樹脂コーティング
１２Ａ‥ハニカム状の溝 １２Ｂ‥柱状体
１２Ｃ‥端面（摺動面）

Claims (3)

  1. 基材とその表面に施したコーティング層とを備えて、該コーティング層を可動部材と摺動する摺動面とした摺動部材において、
    上記コーティング層は、無数の六角柱の柱状体又は無数の三角柱の柱状体を上記基材の表面に立設した構造の樹脂コーティングからなり、上記各柱状体の反基材側の端面によって上記摺動面を形成し、また、隣り合う各柱状体の間の隙間からなるハニカム状の溝を形成し、該ハニカム状の溝内を潤滑油の貯溜部および異物を収容するための収容部としたことを特徴とする摺動部材。
  2. 上記摺動部材は、斜板式コンプレッサの斜板、又はスラストワッシャ若しくはスラスト軸受であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
  3. 上記樹脂コーティングの材料は、固体潤滑剤および／または硬質粒子を含む熱硬化性樹脂からなり、該固体潤滑剤としてＭｏＳ２、黒鉛、ＷＳ２、ｈ−ＢＮ、フッ素系樹脂、ＣＦから選択される１種以上を、該硬質粒子としては酸化物、窒化物、炭化物、硫化物から選択される１種以上を、熱硬化性樹脂としてはＰＡＩ、ＰＩから選択される１種以上をそれぞれ用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
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