JP2018122257A - 摺動部材の製造方法、摺動部材、及び摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板 - Google Patents
摺動部材の製造方法、摺動部材、及び摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】基材にレーザ光を所定の間隔を空けて照射することで、基材と樹脂膜とのアンカー効果を向上させることができる摺動部材の製造方法、摺動部材、及び摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板を提供する。【解決手段】レーザ光を列上に連続的に照射して、照射された前記レーザ光により垂直方向に凹凸部１３を基材１１に形成し、基材１１上に固体潤滑剤及びバインダー樹脂を含む樹脂膜１２を形成する摺動部材１０の製造方法であって、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射し、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるものである。【選択図】図１
Description
本発明は、摺動部材の製造方法、摺動部材、及び摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板に関する。
従来の摺動部材では、アルミニウム、鉄又は銅などの金属からなる基材にショットブラストやレーザ光を照射して基材表面を粗面化し、粗面化した基板上に樹脂などを形成することが行われていた（例えば、特許文献１参照）。
しかし、従来の摺動部材では、基材表面にショットブラストやレーザ光を照射して粗面化して、粗面化した基材上に樹脂などを形成しても、粗面化した基材と基材上に形成した樹脂との密着力が十分ではなく、基材から樹脂が剥離することがあった。
また、エネルギー０．０５３Ｊ／ｍｍ２でレーザ照射され、垂直方向の凹凸と凹凸部上に溶解、凝固した基材の一部が形成された基材上に、固体潤滑剤とバインダー樹脂層を備える基材が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、従来の方法では、基材上に凹凸状に凝固した基材の一部が存在することで幾何学的なアンカー効果を得ているが、基材の一部の箇数、サイズ、材質が異なれば密着力が変化することから安定した密着力の確保が困難であった。
そこで、本発明は上記課題に鑑み、基材にレーザ光を所定の間隔を空けて照射することで表面積を増やし、基材と樹脂膜との接触面積自体を増やすことで密着力を向上させることができる摺動部材の製造方法、摺動部材、及び摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板を提供することを目的とする。
本発明においては、レーザ光を列上に連続的に照射して、照射された前記レーザ光により垂直方向に凹凸部を基材に形成し、前記基材上に固体潤滑剤及びバインダー樹脂を含む樹脂膜を形成する摺動部材の製造方法であって、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径よりも短くなるようにレーザ光を照射し、隣接する列上のパルス中心間の距離がスポット半径の１／２よりも長く、かつ、スポット半径の３倍よりも短くなるものである。
本発明においては、前記基材上に形成される凹凸部の表面積は、前記凹凸部が形成されない基材の表面積に対して１．２倍以上となるものである。
本発明においては、前記基材上に形成される凹凸部は、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さが５μｍ以上であるものである。
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）またはグラファイトを含み、前記バインダー樹脂は、ポリアミドイミドを含むものである。
本発明においては、レーザ光が列上に連続的に照射され、照射された前記レーザ光により垂直方向に形成される凹凸部が形成される基材と、前記基材上に形成される固体潤滑剤及びバインダー樹脂を含む樹脂膜と、を備え、前記基材上に形成される凹凸部の表面積は、前記凹凸部が形成されない基材の表面積に対して１．２倍以上となるものである。
本発明においては、前記基材上に形成される凹凸部は、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さが５μｍ以上であるものである。
本発明においては、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）またはグラファイトを含み、前記バインダー樹脂は、ポリアミドイミドを含むものである。
本発明によれば、基材に対して所定の間隔を空けてレーザ光を照射することで、基材の表面積を増加させて、基材と樹脂との密着力を向上させるとともに、過酷な負荷条件下でも長時間の摺動に対して基材から樹脂膜の剥離が起こらない優れた耐久性を有する摺動部材の製造方法、摺動部材、及び摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る摺動部材１０の製造方法を示す概略正面図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る摺動部材１０は、レーザ光の照射により凹凸部１３が形成された基材１１を有する。
以下、本発明の実施形態に係る摺動部材１０の製造方法について説明する。図１に示すように、まず基材１１を準備する。基材１１は、油脂などの不純物を除くために洗浄してもよいが、そのあとの過程で、基材１１の全面にレーザ光を照射するため洗浄しなくてもよい。レーザ光が照射される基材１１の材質は、特に限定されず、鉄系、アルミニウム系、銅系の金属材料やアルミニウム、銅等を固着、接合させた複合材料等を用いてもよい。また基材１１は特に平板に限らず、円筒物や特殊曲面を有するものでもよい。基材１１の厚さは、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。この厚さを有する基材１１を用いることで、レーザ光を照射したときに貫通することがなく、かつ、基材１１上に形成される樹脂膜１２を隙間なく容易に形成することができる。
図１に示すように、基材１１にレーザ照射装置１０１によってレーザ光を照射することにより、基材１１に凹凸部１３を作成する。レーザ照射装置１０１は、レーザ光を出射するレーザ光源１０１Ａと、レーザ光源１０１Ａからのレーザ光のパルス幅を制御するパルス幅制御装置１０１Ｂと、を有する。本実施形態におけるレーザ照射装置１０１は、パルス幅がピコ秒以下となるように設定されている。
レーザ光源１０１Ａは、図示せぬ工作台に固定されており、基材１１を図１の矢印方向へ移動させることにより、レーザ光源１０１Ａから照射されるレーザ光は、基材１１に対して列上に連続的に照射される。レーザ光は、基材１１の移動方向と平行な列上に連続的に照射される。
ここで、基材１１に照射するレーザ光について説明する。レーザ光を用いたレーザ加工は、被加工物に工具等を接触させずに、微細な加工を精度良く行うことができる。基材１１に照射するレーザ光は、例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、液体レーザ、気体レーザのいずれかを選択して用いてもよいが、その中でも特に加工性からＹＡＧレーザを用いることが好ましい。
図２（Ａ）に示すように、レーザ光は、基材１１に対してスポット直径２ｒの平面視円状に照射される。レーザ光のスポット直径は、数〜数十μｍとなるように構成されている。スポット直径とは、レーザ光の最小直径である。レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、０．０５３Ｊ／ｍｍ２以上が良く、０．１３７Ｊ／ｍｍ２が好ましく、０．２２９Ｊ／ｍｍ２以上であることがより好ましい。
レーザ光は、図２（Ｂ）に示すように、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように連続して照射される。すなわち、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射される。パルス中心とは、照射される円形のレーザ光の中心である。図２（Ｂ）に示すように、所定回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と次回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋１）との間の距離Ｄ１はスポット半径ｒよりも短くなるように形成されている。
レーザ光によって列上に凹凸部１３が形成された後、基材１１を移動させて形成された列と略平行な列上へレーザ光を照射する。すなわち、図２（Ｃ）に示すように、レーザ光によって列Ｌ（ｍ）が形成された後、基材１１を起動させて形成された列Ｌ（ｍ）と平行な列Ｌ（ｍ＋１）上へレーザ光を照射するものである。
列Ｌ（ｍ）を形成させる過程から列Ｌ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時における基材１１の移動は、不連続的な移動であってもよいし若しくは連続的な移動であってもよい。すなわち、列Ｌ（ｍ）を形成させる過程から列Ｌ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時において、レーザ光の照射を停止させて基材１１を移動させてもよいし、レーザ光の照射を継続させて基材１１を移動させても良い。
列Ｌ（ｍ）を形成させる過程から列Ｌ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時における基材１１の移動は、不連続的な移動であってもよいし若しくは連続的な移動であってもよい。すなわち、列Ｌ（ｍ）を形成させる過程から列Ｌ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時において、レーザ光の照射を停止させて基材１１を移動させてもよいし、レーザ光の照射を継続させて基材１１を移動させても良い。
レーザ光は、図２（Ｃ）に示すように、隣接する列上のパルス中心間の距離がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように照射するものである。隣接する列上のパルス中心間の距離とは、任意のパルス中心から、隣接する列上に存在するパルス中心のうち、前記任意のパルス中心に最も近いパルス中心までの距離である。すなわち、隣接する列である列Ｌ（ｍ）上のパルス中心Ｐ（ｎ）と列Ｌ（ｍ＋１）上のパルス中心Ｐ（n＋Ｎ）間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように、連続して照射される。
ここで、基材１１にレーザ光を列上に連続的に照射することで形成される凹凸部１３の微細な形状について説明する。図３は、基材１１の凹凸部１３を示す概略表面拡大図である。図３（Ａ）に示すように、基材１１にレーザ光を一回照射した場合には、レーザ光の中心（パルス中心）を中心とする平面視円形の凹部１３ａが形成され、その周囲に、王冠状の凸部１３ｂが形成される。凸部１３ｂは、いわゆるミルククラウン状に形成され、基材１１が変形したものである。当該凸部１３ｂの径は、照射するレーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度にもよるが、スポット径よりも大きく形成される。また、一部の飛沫は周囲へと飛散する。また、図３（Ｂ）に示すように、凹凸部１３は、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を基材１１に照射し、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるようにレーザ光を基材１１に照射することにより微細な凹凸が形成され、縞形状が形成される。基材１１の飛沫は、隣接する凹部１３ａや凸部１３ｂ上に付着し、凝固する。レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度が、０．０５３Ｊ／ｍｍ２以上で基材１１が粗面化され、０．１３７Ｊ／ｍｍ２以上で基材１１上に飛沫が形成され、０．２２９Ｊ／ｍｍ２以上で、基材１１上に安定して飛沫が形成される。
次に、図４に示すように、凹凸部１３を形成した基材１１上に樹脂膜１２を形成する。樹脂膜１２は、固体潤滑剤とバインダー樹脂とからなる皮膜である。本発明の実施形態に用いることができる固体潤滑剤としては、特に限定されないが、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、グラファイト、ｈ−ＢＮ、二硫化タングステン（ＷＳ２）、ポリ四フッ化エチレン（以下、ＰＴＦＥと称する）、フッ素系樹脂、Ｐｂ、ＣＦ等が挙げられる。これらの固体潤滑剤は、摩擦係数を低く且つ安定にする作用とともに、焼付きを防止する作用を有する。これらの作用を十分に発揮させるため、固体潤滑剤の平均粒径は１５μｍ以下であることが好ましく、特に０．２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
固体潤滑剤は１種また複数種を合わせて用いてもよい。これらの固体潤滑剤は、摩擦係数を低く且つ安定にするとともに、焼付きを防止する作用を有する。また樹脂膜１２の材料中に含まれる固体潤滑剤の含有量は好ましくは１０質量％〜８０質量％、より好ましくは４０質量％〜６０質量％であり、含有量がその範囲にあることにより摩擦特性や耐摩耗性に優れた固体潤滑剤の膜となる。
バインダー樹脂は特に限定されないが、耐熱性の高いものが好ましく、例えばポリアミドイミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド（ナイロン）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等）、エラストマ等が挙げられる。これらのバインダー樹脂は固体潤滑剤の保持及び耐摩耗性の付与効果を有する。バインダー樹脂の樹脂膜１２への含有量は１０質量％〜８０質量％であることが好ましい。含有量がこの範囲にあることにより樹脂膜中の固体潤滑剤の保持性が維持され、固体潤滑剤の保持及び耐摩耗性の付与効果を得ることができる。
また樹脂膜１２の材料は、上記以外にも添加剤を含んでもよい。例えばＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ２Ｎ４、ＴｉＯ２及びＳｉＯ２等の硬質粒子や極圧剤が挙げられる。
樹脂膜１２の基材１１表面への形成方法は特に限定されないが、例えば、凹凸部１３を有する基材１１表面に樹脂膜１２の材料を混合してスプレーで塗布後、１５０℃〜３００℃で乾燥、焼成することによって形成してもよい。スプレー塗装法（例えばエアスプレー、エア静電塗装等）の他に、タンブリング法、浸漬法、はけ塗り法、ロール転写法、スクリーン印刷法等を用いてもよい。樹脂膜１２の厚みは１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
基材１１上に形成された樹脂膜１２は、その摺動面に開口する油溜まりとなる複数の穴を有してもよい。穴の開口面の形状は、特に限定されない。例えば円形、楕円形、多角形等であってもよい。この穴は、上述したＹＡＧレーザや機械加工法を用いて形成してもよい。また穴の深さは５μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。この範囲の深さを有することにより、潤滑油等の流出を抑え、潤滑油、異物などを保持することができる。また上記穴の深さは、樹脂膜１２の厚みより小さいことが望ましい。また穴は必ずしも摺動面全体に形成されている必要はなく、摺動時に力のかかる特定部位に形成されていてもよい。
また、基材１１上に形成された樹脂膜１２は、初期なじみ性を向上させ、厳しい摺動条件下においても優れた摺動特性を有するようにするため、隣接する溝同士が山部を形成してもよい。この場合、隣接する溝同士が山部を形成していればよく、溝の谷部形状については特に限定されない。溝の谷部には潤滑油を確保することができればよく、例えば、半円状、三角形状、台形状等が挙げられる。山部の形成率が高く、初期の接触面圧が高くなるため、摩耗、変形が生じやすく、初期なじみ性が良好に達成できる点で、半円状、三角形状が好ましい。特に半円状は、潤滑油を多く確保できるため好ましい。この溝は、切削加工や型押し等で形成してもよい。また溝の深さは１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。また溝のピッチは０．０５〜１ｍｍであることが好ましい。この範囲の深さやピッチを有することにより、潤滑油等の流出を抑え、潤滑油、異物などを保持することができる。また上記溝の深さは、樹脂膜１２の厚みより小さいことが望ましい。また溝は必ずしも摺動面全体に形成されている必要はなく、摺動時に力のかかる特定部位に形成されていてもよい。
次に、本発明の実施形態に係る摺動部材１０をコンプレッサ４０用の斜板１７として用いた例について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る摺動部材１０を斜板に用いたコンプレッサ４０を示す概略断面図である。図５に示すように、本発明の実施形態に係る摺動部材１０を斜板に用いたコンプレッサ４０は、回転軸の外周部に傾斜して設けられた摺動部材１０としての斜板１７と、斜板１７の外周部を包み込んで回転軸に沿って配置された一端の切り欠き部、一端の切り欠き部内に形成された一対の半球状の凹部を有するピストン２０と、ピストン２０の一対の半球状の凹部に配置された一対の半球状のシュー３０、３１と、を備える。
摺動部材１０をコンプレッサ４０用の斜板１７として用いた場合の摺動部材１０の製造方法について図６から図８を用いて説明する。
図６に示すように、斜板１７として用いる場合には、摺動部材１０は円環状に形成される。摺動部材１０の表面及び裏面にレーザ照射装置１０１によってレーザ光を照射することにより、凹凸部１３を形成する。
図６に示すように、斜板１７として用いる場合には、摺動部材１０は円環状に形成される。摺動部材１０の表面及び裏面にレーザ照射装置１０１によってレーザ光を照射することにより、凹凸部１３を形成する。
次に、同心円上にレーザ光を照射することにより凹凸部１３を形成する方法について図７を用いて説明する。なお、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は図７（Ａ）に示す凹凸部１３の拡大図であり、説明の便宜上円弧を略直線状に記載している。
図７（Ａ）に示すように、斜板１７を構成する基材１１の表面に同心円上にレーザ光が照射されることにより凹凸部１３が形成される。基材１１を移動させて形成された円上にレーザ光を照射したのち、一つ内側の同心円上にレーザ光を照射する過程を繰り返すことにより、ｎ個の円Ｃ（ｎ）上に凹凸部１３が形成される。
図７（Ａ）に示すように、斜板１７を構成する基材１１の表面に同心円上にレーザ光が照射されることにより凹凸部１３が形成される。基材１１を移動させて形成された円上にレーザ光を照射したのち、一つ内側の同心円上にレーザ光を照射する過程を繰り返すことにより、ｎ個の円Ｃ（ｎ）上に凹凸部１３が形成される。
また、レーザ光は、図７（Ｂ）に示すように、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように、連続して照射される。より詳細には、図７（Ｂ）に示すように、所定回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と次回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋１）との間の距離Ｄ１はスポット半径ｒよりも短くなるように形成されている。
また、図７（Ｃ）に示すように、レーザ光によって円Ｃ（ｍ）が形成された後、基材１１を起動させて形成された円Ｃ（ｍ）と同心円である円Ｃ（ｍ＋１）上へレーザ光を照射するものである。
円Ｃ（ｍ）を形成させる過程から円Ｃ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時における基材１１の移動は、不連続的な移動であってもよいし若しくは連続的な移動であってもよい。すなわち、円Ｃ（ｍ）を形成させる過程から円Ｃ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時において、レーザ光の照射を停止させて基材１１を移動させてもよいし、レーザ光の照射を継続させて基材１１を移動させても良い。
円Ｃ（ｍ）を形成させる過程から円Ｃ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時における基材１１の移動は、不連続的な移動であってもよいし若しくは連続的な移動であってもよい。すなわち、円Ｃ（ｍ）を形成させる過程から円Ｃ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時において、レーザ光の照射を停止させて基材１１を移動させてもよいし、レーザ光の照射を継続させて基材１１を移動させても良い。
レーザ光は、図７（Ｃ）に示すように、隣接する列上のパルス中心間の距離がスポット半径の１／２よりも長く、かつ、スポット半径の３倍よりも短くなるように照射するものである。隣接する列上のパルス中心間の距離とは、任意のパルス中心から、隣接する円上に存在するパルス中心のうち、前記任意のパルス中心に最も近いパルス中心までの距離である。すなわち、隣接する列である円Ｃ（ｍ）上のパルス中心Ｐ（ｎ）と円Ｃ（ｍ＋１）上のパルス中心Ｐ（n＋Ｎ）間の距離Ｄ２がスポット半径の１／２よりも長く、かつ、スポット半径の３倍よりも短くなるように、連続して照射される。
また、斜板１７に凹凸部１３を形成する場合には、図８に示すように、レーザ光によって渦巻き上に凹凸部１３が形成されてもよい。すなわち、図８（Ａ）に示すように、渦巻きＣｕ上にレーザ光によってレーザ光を照射するものである。なお、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は図８（Ａ）に示す凹凸部１３の拡大図であり、説明の便宜上円弧を略直線状に記載している。
渦巻きを構成する円弧Ｃｕ（ｍ）を形成させる過程から渦巻きを構成する円弧Ｃｕ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時における基材１１の移動は、連続的に行われる。渦巻きを構成する円弧とは、基材１１の回転角を所定の角度（例えば３６０度）としたときの円弧とする。すなわち、円弧Ｃｕ（ｍ）を形成させる過程から円弧Ｃｕ（ｍ＋１）を形成する過程への移行時において、レーザ光の照射を継続させて基材１１を移動させる。
また、レーザ光は、図８（Ｂ）に示すように、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように、連続して照射される。より詳細には、図８（Ｂ）に示すように、所定回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と次回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋１）との間の距離Ｄ１はスポット半径ｒよりも短くなるように形成されている。
レーザ光は、図８（Ｃ）に示すように、隣接する列上のパルス中心間の距離がスポット半径の１／２よりも長く、かつ、スポット直径よりも短くなるように形成するものである。隣接する列上のパルス中心間の距離とは、任意のパルス中心から、隣接する円上に存在するパルス中心のうち、前記任意のパルス中心に最も近いパルス中心までの距離である。すなわち、隣接する列である円弧Ｃｕ（ｍ）上のパルス中心Ｐ（ｎ）と円弧Ｃｕ（ｍ＋１）上のパルス中心Ｐ（n＋Ｎ）間の距離Ｄ２がスポット半径の１／２よりも長く、かつ、スポット半径の３倍よりも短くなるように、連続して照射される。
また、斜板１７に凹凸部１３を形成する場合には、図9に示すように、隣接する列上のパルス中心を隣接するパルス中心間の距離Ｄ１の半分だけ列方向にずらして配置してもよい。
図９（Ａ）に示すように、レーザ光は、基材１１に対してスポット直径２ｒの平面視円状に照射される。レーザ光のスポット直径は、数〜数十μｍとなるように構成されている。スポット直径とは、レーザ光の最小直径である。レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、０．０５３Ｊ／ｍｍ２以上が良く、０．１３７Ｊ／ｍｍ２が好ましく、０．２２９Ｊ／ｍｍ２以上であることがより好ましい。
レーザ光は、図９（Ｂ）に示すように、レーザ光の所定回の照射によって形成される円と次回の照射によって形成される円とが重なるように連続して照射される。すなわち、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射される。パルス中心とは、照射される円形のレーザ光の中心である。図９（Ｂ）に示すように、所定回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と次回の照射によって形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋１）との間の距離Ｄ１はスポット半径ｒよりも短くなるように形成されている。
レーザ光によって列上に凹凸部１３が形成された後、基材１１を移動させて形成された列と略平行な列上へレーザ光を照射する。すなわち、図９（Ｃ）に示すように、レーザ光によって列Ｌ（ｍ）が形成された後、基材１１を起動させて形成された列Ｌ（ｍ）と平行な列Ｌ（ｍ＋１）上へレーザ光を照射するものである。このとき、列Ｌ（ｍ）上に形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ）と列Ｌ（ｍ＋１）上に形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋Ｎ）とは、隣接するパルス中心間の距離の半分の距離Ｄ１／２だけ列方向にずらして配置される。さらに、列Ｌ（ｍ＋１）上に形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋Ｎ）と列Ｌ（ｍ＋２）上に形成される円のパルス中心Ｐ（ｎ＋２Ｎ）とは、隣接するパルス中心間の距離の半分の距離Ｄ１／２だけ列方向にずらして配置される。これにより、パルス中心は千鳥状に配置される。
レーザ光は、図９（Ｃ）に示すように、隣接する列上のパルス中心間の距離がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように照射するものである。隣接する列上のパルス中心間の距離とは、任意のパルス中心から、隣接する列上に存在するパルス中心のうち、前記任意のパルス中心に最も近いパルス中心までの距離である。すなわち、隣接する列である列Ｌ（ｍ）上のパルス中心Ｐ（ｎ）と列Ｌ（ｍ＋１）上のパルス中心Ｐ（n＋Ｎ）間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように、連続して照射される。
本発明の実施形態に係る摺動部材１０を用いたコンプレッサ４０用の斜板１７は、摺動部材１０に付着していた潤滑オイルが流通ガスによって洗い流される場合、すなわち貧潤滑下や無潤滑下などの過酷な状態であっても、樹脂膜１２が基材１１から剥離することなく用いることができる。また、運転初期の表面に潤滑油等がない状態でも油溜まりとなる穴や溝内に保持された潤滑油等によって固体接触を低減し、耐焼付性を向上することができる。
本発明の実施形態に係る摺動部材１０は、過酷な状態で用いた場合でも、基材１１と樹脂膜１２との密着力を十分に確保できるとともに、初期なじみ性と樹脂膜の耐摩耗性を合わせ持つことができる。
本発明の実施形態に係る摺動部材１０は、例えばコンプレッサ４０用の斜板１７に用いることについて説明したが、基材１１が例えば鉄系、アルミニウム系、銅系の金属材料である場合だけでなく、樹脂膜１２との密着力を向上させることが必要なものであれば、上述したレーザ光を用いることができる。例えば本発明の実施形態に係る摺動部材１０は、ピストン２０、シュー３０、３１に用いてもよい。
次に、摺動部材１０を用いたコンプレッサ４０用の斜板１７のコーティング材の密着性について説明する。
なお、以下の実施例に共通の測定条件として、粗さ測定に関しては、接触式粗さ計（小坂研究所製）を用いた。粗さの指標は、ＲｚＪＩＳ（十点平均粗さ）であり、本実施形態においては、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さである。また、測定長さは２５ｍｍである。また、比表面積の測定に関しては、レーザ顕微鏡（キーエンス製レーザ３Ｄ顕微鏡：制御部...ＶＫ−９５００、測定部...ＶＫ−９５１０）の比表面積測定機能を用いた。測定倍率は３０００倍である。ここで、比表面積とは、凹凸部が形成されない基材１１の表面積に対する基材１１上に形成される凹凸部の表面積の割合である。
以下、本発明の各実施例を具体的に説明する。
なお、以下の実施例に共通の測定条件として、粗さ測定に関しては、接触式粗さ計（小坂研究所製）を用いた。粗さの指標は、ＲｚＪＩＳ（十点平均粗さ）であり、本実施形態においては、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さである。また、測定長さは２５ｍｍである。また、比表面積の測定に関しては、レーザ顕微鏡（キーエンス製レーザ３Ｄ顕微鏡：制御部...ＶＫ−９５００、測定部...ＶＫ−９５１０）の比表面積測定機能を用いた。測定倍率は３０００倍である。ここで、比表面積とは、凹凸部が形成されない基材１１の表面積に対する基材１１上に形成される凹凸部の表面積の割合である。
以下、本発明の各実施例を具体的に説明する。
［実施例１］
本実施例１に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、本実施例１では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例１に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、本実施例１では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［実施例２］
本実施例２に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は１４μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、本実施例２では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例２に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は１４μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、本実施例２では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［実施例３］
本実施例３に係る摺動部材１０において、スポット直径は７４μｍである。また、距離Ｄ１は２２μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、本実施例３では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例３に係る摺動部材１０において、スポット直径は７４μｍである。また、距離Ｄ１は２２μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、本実施例３では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［実施例４］
本実施例４に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、３０μｍである。すなわち、本実施例４では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例４に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、３０μｍである。すなわち、本実施例４では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［実施例５］
本実施例５に係る摺動部材１０において、スポット直径は５３μｍである。また、距離Ｄ１は２２μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。また、レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、好ましいエネルギー強度である。ここで、好ましいレーザ強度とは、実施例１から実施例４において用いられたエネルギー強度よりも高い強度である。すなわち、本実施例５では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例５に係る摺動部材１０において、スポット直径は５３μｍである。また、距離Ｄ１は２２μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。また、レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、好ましいエネルギー強度である。ここで、好ましいレーザ強度とは、実施例１から実施例４において用いられたエネルギー強度よりも高い強度である。すなわち、本実施例５では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［実施例６］
本実施例６に係る摺動部材１０において、スポット直径は５３μｍである。また、距離Ｄ１は２２μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。また、レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、より好ましいエネルギー強度である。ここで、より好ましいレーザ強度とは、実施例５において用いられたエネルギー強度よりも高い強度である。すなわち、本実施例６では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例６に係る摺動部材１０において、スポット直径は５３μｍである。また、距離Ｄ１は２２μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。また、レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、より好ましいエネルギー強度である。ここで、より好ましいレーザ強度とは、実施例５において用いられたエネルギー強度よりも高い強度である。すなわち、本実施例６では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［実施例７］
本実施例７に係る摺動部材１０において、スポット直径は５３μｍである。また、距離Ｄ１は２５μｍである。また、距離Ｄ２は、７５μｍである。また、レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、より好ましいエネルギー強度である。ここで、より好ましいレーザ強度とは、実施例５において用いられたエネルギー強度よりも高い強度である。すなわち、本実施例７では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例７に係る摺動部材１０において、スポット直径は５３μｍである。また、距離Ｄ１は２５μｍである。また、距離Ｄ２は、７５μｍである。また、レーザ光の単位面積当たりのエネルギー強度は、より好ましいエネルギー強度である。ここで、より好ましいレーザ強度とは、実施例５において用いられたエネルギー強度よりも高い強度である。すなわち、本実施例７では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
［比較例８］
比較例８に係る摺動部材１０において、スポット直径は３７μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、比較例８では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも長くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの３倍よりも長くなるように形成したものである。
比較例８に係る摺動部材１０において、スポット直径は３７μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、比較例８では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも長くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの３倍よりも長くなるように形成したものである。
［比較例９］
比較例９に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、２４０μｍである。すなわち、比較例９では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの３倍よりも長くなるように形成したものである。
比較例９に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は３０μｍである。また、距離Ｄ２は、２４０μｍである。すなわち、比較例９では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの３倍よりも長くなるように形成したものである。
［比較例１０］
比較例１０に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は８０μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、比較例１０では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも長くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
比較例１０に係る摺動部材１０において、スポット直径は８０μｍである。また、距離Ｄ１は８０μｍである。また、距離Ｄ２は、６０μｍである。すなわち、比較例１０では、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも長くなるように形成したものである。また、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように形成したものである。
本実施例１から本実施例７及び比較例８から比較例１０の表面粗さ、比表面積及び剥離の有無を示した結果を表１に示す。
本実施例１から本実施例７の表面粗さは５．２〜１１．５μｍであり、比較例８から比較例１０の表面粗さは４．６〜７．０μｍである。特に、本実施例１から本実施例７の条件で製造された摺動部材は、表面粗さが５μｍ以上である。
また、本実施例１から本実施例７の比表面積は１．２〜１．６５であり、比較例８から比較例１０の表面粗さは１．１〜１．１６である。本実施例１から本実施例７は、比較例８から比較例１０と比較して、比表面積が大きくなる。
また、本実施例１から本実施例７の比表面積は１．２〜１．６５であり、比較例８から比較例１０の表面粗さは１．１〜１．１６である。本実施例１から本実施例７は、比較例８から比較例１０と比較して、比表面積が大きくなる。
すなわち、本実施例１から本実施例７において、レーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射し、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるように構成したことにより、レーザ光によって形成された凹凸部１３の外径が重なり合う。例えば、実施例１から実施例４においては、パルス中心間の距離Ｄ２がスポット直径２ｒより短いので、レーザ光によって形成された凹凸部１３が相互に重なり合う。また、実施例５から実施例７においては、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット直径２ｒより長いため、レーザ光の照射範囲は重ならない。しかし、レーザ光のエネルギー強度が高いため、凹凸部１３の外径（パルス径）が隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２よりも大きくなる。これにより、レーザ光によって形成された凹凸部１３が相互に重なり合うものである。
すなわち、本実施例１から本実施例７の条件で製造された摺動部材は、表面粗さが５μｍ以上となり、比表面積が大きくなることにより、基材１１の表面のアンカー効果を向上させることができる。また、本実施例１から本実施例７の条件で製造された摺動部材は、比表面積が１．２以上となり、比表面積が大きくなることにより、密着力が向上するとともに、初期なじみ性が向上し、摩擦特性がよく、耐摩耗性が優れることがわかる。一方、比較例８から比較例１０は、密着力が得られず、樹脂層の剥離が発生していることがわかる。
以上のように、レーザ光を列上に連続的に照射して、照射された前記レーザ光により垂直方向に凹凸部１３を基材１１に形成し、基材１１上に固体潤滑剤及びバインダー樹脂を含む樹脂膜１２を形成する摺動部材１０の製造方法であって、列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離Ｄ１がスポット半径ｒよりも短くなるようにレーザ光を照射し、隣接する列上のパルス中心間の距離Ｄ２がスポット半径ｒの１／２よりも長く、かつ、スポット半径ｒの３倍よりも短くなるものである。
このように構成することにより、基材１１にレーザ光を所定の間隔を空けて照射することで、基材１１の比表面積を増加させ、基材１１の表面粗さを向上させることができる。
このように構成することにより、基材１１にレーザ光を所定の間隔を空けて照射することで、基材１１の比表面積を増加させ、基材１１の表面粗さを向上させることができる。
また、基材１１上に形成される凹凸部１３の表面積は、凹凸部１３が形成されない基材１１の表面積に対して１．２倍以上となるものである。
このように構成することにより、基材１１と樹脂膜１２との接触面積自体を増やすことで密着力を向上させることができる。
このように構成することにより、基材１１と樹脂膜１２との接触面積自体を増やすことで密着力を向上させることができる。
また、基材１１上に形成される凹凸部１３は、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さが５μｍ以上であるものである。
このように構成することにより、基材１１と樹脂膜１２との密着力を向上させることができる。
このように構成することにより、基材１１と樹脂膜１２との密着力を向上させることができる。
また、固体潤滑剤は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）またはグラファイトを含み、バインダー樹脂は、ポリアミドイミドを含むものである。
このように構成することにより、摩擦係数を低く且つ安定にし、焼付きを防止することができる。また、バインダー樹脂が、固体潤滑剤を保持しやすくなり、耐摩耗性を有するようになる。
このように構成することにより、摩擦係数を低く且つ安定にし、焼付きを防止することができる。また、バインダー樹脂が、固体潤滑剤を保持しやすくなり、耐摩耗性を有するようになる。
１０ 摺動部材
１１ 基材
１２ 樹脂膜
１３ 凹凸部
１１ 基材
１２ 樹脂膜
１３ 凹凸部
Claims (8)
- レーザ光を列上に連続的に照射して、照射された前記レーザ光により垂直方向に凹凸部を基材に形成し、
前記基材上に固体潤滑剤及びバインダー樹脂を含む樹脂膜を形成する摺動部材の製造方法であって、
列上に照射されるレーザ光の隣接するパルス中心間の距離がスポット半径よりも短くなるようにレーザ光を照射し、
隣接する列上のパルス中心間の距離がスポット半径の１／２よりも長く、かつ、スポット半径の３倍よりも短くなる摺動部材の製造方法。 - 前記基材上に形成される凹凸部の表面積は、前記凹凸部が形成されない基材の表面積に対して１．２倍以上となる請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
- 前記基材上に形成される凹凸部は、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さが５μｍ以上である請求項１または請求項２に記載の摺動部材の製造方法。
- 前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）またはグラファイトを含み、前記バインダー樹脂は、ポリアミドイミドを含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材の製造方法。
- レーザ光が列上に連続的に照射され、照射された前記レーザ光により垂直方向に形成される凹凸部が形成される基材と、
前記基材上に形成される固体潤滑剤及びバインダー樹脂を含む樹脂膜と、を備え、
前記基材上に形成される凹凸部の表面積は、前記凹凸部が形成されない基材の表面積に対して１．２倍以上となる摺動部材。 - 前記基材上に形成される凹凸部は、連続的に照射されるレーザ光の列と平行な方向における粗さが５μｍ以上である請求項５に記載の摺動部材。
- 前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、グラファイト、及びポリアミドイミドを含む請求項５または請求項６に記載の摺動部材。
- 請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の摺動部材を用いたコンプレッサ用斜板。
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