JP2019116951A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】貧潤滑状態において耐焼付性を向上させることができる。【解決手段】基材３１と、前記基材３１の表面を被覆し、摺動面を構成するコーティング層３２と、を具備する斜板３であって、前記コーティング層３２は、前記摺動面に、所定方向に並ぶ複数の山部３３及び谷部３４を有し、前記山部に凹部３３ｂが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、基材の表面にコーティング層が形成された摺動部材の技術に関する。

従来、基材の表面にコーティング層が形成された摺動部材の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、平板状基材上に固体潤滑コーティング膜を有する摺動部材が記載されている。上記摺動部材は、摺動表面に複数の同心状の溝を有している。このような溝を形成することで、上記摺動部材が、当該摺動部材に対向する被摺動部材と摺動する際の油膜の形成を促すことができる。

ここで、摺動部材に供給される潤滑油の供給量が少ない貧潤滑状態においては、上述したような溝を形成したとしても油膜を保持し難くなり、焼付が発生し易くなるようなことが考えられる。

国際公開２００２／０７５１７２号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、貧潤滑状態において耐焼付性を向上させ得る摺動部材を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、基材と、前記基材の表面を被覆し、摺動面を構成するコーティング層と、を具備する摺動部材であって、前記コーティング層は、前記摺動面に、所定方向に並ぶ複数の山部及び谷部を有し、前記山部に凹部が形成されているものである。

請求項２においては、前記山部は、摺動方向に沿って長尺な形状とされており、前記凹部は、前記山部の長手方向に沿って複数形成されているものである。

請求項３においては、前記凹部には、長穴状に形成されたものが含まれるものである。

請求項４においては、前記凹部には、前記山部において、前記所定方向の略中央に形成されたものが含まれるものである。

請求項５においては、前記凹部には、前記谷部に連通するように形成されたものが含まれるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、貧潤滑状態において耐焼付性を向上させることができる。

請求項２においては、複数の凹部によって潤滑油の保持及び潤滑油中の異物の捕捉を行なうことができる。

請求項３においては、例えば、凹部の短手寸法の内径と同程度の内径の丸穴を形成したものと比べて、摺動面積を確保しつつ、より大きな異物を捕捉することができる。

請求項４においては、凹部を形成しながらも、山部の強度を確保することができる。

請求項５においては、凹部を介して、谷部に溜められた潤滑油を摺動面に引き込むことができる。

第一実施形態に係る斜板を有するコンプレッサの概略構成を示す側面一部断面図。 斜板を示す正面図。 図２における領域Ａを示す正面拡大図。 図３におけるＢ−Ｂ断面図。 第二実施形態に係る斜板を示す図４に対応する断面図。 第三実施形態に係る斜板を示す図３に対応する正面拡大図。 第四実施形態に係る斜板を示す図３に対応する正面拡大図。

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｌ及び矢印Ｒで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。

以下では、図１及び図２を用いて、本発明の第一実施形態に係るコンプレッサ１の構成の概略について説明する。コンプレッサ１は、主として回転軸２、斜板３、ピストン４及びシュー５を具備する。

図１に示す回転軸２は、図示せぬハウジングに回転可能に支持される。回転軸２は、図示せぬ駆動源からの動力によって回転することができる。

斜板３は、円形平板状に形成される。斜板３の中央部分には、回転軸２が挿通される。斜板３は、回転軸２の軸線方向に対して傾斜した状態で、当該回転軸２の中途部に設けられる。
なお、斜板３の詳細な構成については後述する。

ピストン４は、前記ハウジングに形成された図示せぬ複数のシリンダボア内にそれぞれ配置される。ピストン４は、回転軸２の軸線方向に沿って摺動（往復動）可能に設けられる。ピストン４には凹所４１が形成される。

凹所４１は、ピストン４の内部に形成される。凹所４１は略半球状に形成される。凹所４１は、回転軸２の軸線方向に沿って対向するように、各ピストン４に一対ずつ形成される。

図１に示すシュー５は、略半球状に形成される。具体的には、シュー５は、主として第一摺動面５１及び第二摺動面５２を具備する。

第一摺動面５１は、シュー５の一側の面であって、ピストン４の凹所４１と摺動する面（図１参照）である。第一摺動面５１は、一側へ膨出するように形成される。第一摺動面５１は、ピストン４の凹所４１に沿う半球面状に形成される。

第二摺動面５２は、シュー５の他側の面であって、斜板３（より詳細には、後述するコーティング層３２）と摺動する面（図１参照）である。第二摺動面５２は他側へ、つまり第一摺動面５１と反対側へ若干膨出するように形成される。第二摺動面５２は、第一摺動面５１と比べて膨出幅が小さい形状（平坦に近い形状）に形成される。

シュー５は、鉄系、銅系、アルミニウム系材料のほか、焼結材料や樹脂材料等によって製造される。特に、シュー５はＳＵＪ２に鍛造や転造を施して製造することが好ましい。

このように形成されたシュー５は、ピストン４の凹所４１内にそれぞれ配置される。この際、シュー５の第一摺動面５１と凹所４１とが摺動（揺動）可能に接するように配置される。これによって、１つのピストン４に配置された２つのシュー５は、互いに第二摺動面５２を対向させた状態で配置される。当該２つのシュー５の第二摺動面５２の間に斜板３の外周部近傍が挟持される。

以下では、図２から図４までを用いて、斜板３の詳細な構成について説明する。

斜板３は、主として基材３１及びコーティング層３２を具備する。

基材３１は、円形平板状に形成される部材である。基材３１は、公知の種々の材料を用いて製造することができる。具体的には、鉄系やアルミニウム系材料、アルミニウムを固着・接合した複合材料、鋼、ステンレス等の鉄系、銅合金等の銅系、アルミニウム合金等のアルミニウム系などの金属、あるいは樹脂等を挙げることができる。

コーティング層３２は、基材３１の表面（シュー５と対向する面）を被覆するように形成される。コーティング層３２は、基材３１の両側面に形成される。コーティング層３２は、シュー５の第二摺動面５２に対する摺動面を構成する。

コーティング層３２は、基材３１の表面の全域でなく、所定の範囲に形成される。コーティング層３２は、斜板３の外周端部から、径方向内側に向かって所定の幅となるように形成されている。また、コーティング層３２は、少なくとも、斜板３とシュー５とが摺動する範囲に形成される。

コーティング層３２は、固体潤滑剤を含有する皮膜であり、通常バインダーとして熱硬化性樹脂を含有する。コーティング層３２に用いることの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（ＭｏＳ_２）、グラファイト、ｈ−ＢＮ、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、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等を挙げることができる。

コーティング層３２に用いることのできる樹脂バインダーとしては、例えば、ポリイミド系樹脂（ＰＩ）、ポリアミドイミド系樹脂（ＰＡＩ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等、ポリアミド（ナイロン）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等）、エラストマー等が挙げられる。具体的には、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド又は芳香族ポリアミドイミド、あるいはこれらのジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性樹脂のワニスなどの熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。

コーティング層３２は、パッド印刷により、上述した固体潤滑剤及び樹脂バインダーを含有するコーティング材を、基材３１の表面に塗布することで形成される。コーティング層３２は、図４に示すように、複数の層が積層されて形成されている。なお、パッド印刷の詳細な説明については後述する。

コーティング層３２は、厚さ寸法が１８μｍ〜３０μｍとされている。本実施形態では、厚さ寸法が３μｍ〜５μｍとされた複数の層（図例では６層）を積層して上述した厚さ寸法のコーティング層３２を形成している。

また、コーティング層３２は、山部３３及び谷部３４を有している。

図２から図４までに示す山部３３は、コーティング層３２の表面に形成される。図２に示すように、山部３３は、斜板３の摺動方向に沿って長尺な環状とされている。ここで、摺動方向とは、斜板３がシュー５に対して摺動する方向（本実施形態では周方向）である。山部３３は、斜板３と同心円状に複数形成される。なお、山部３３は、実際には非常に微小に形成されるものであるが、説明の便宜上、図面には実際よりも大きく示している。また、山部３３は、上述したコーティング層３２を構成する複数の層のうちの最表層によって形成されている。

山部３３は、所定のピッチで径方向に並ぶように配置されている。本実施形態では、径方向に隣り合う山部３３間のピッチを、１５０μｍ〜４００μｍ程度としている。また、本実施形態では、山部３３の幅寸法（径方向に沿う寸法）を、上記山部３３間のピッチの半分程度の寸法としている。上記山部３３のピッチや幅寸法は、十分な摺動面積を確保する観点等から適宜設定してもよい。

山部３３は、頂部３３ａ（山部３３の厚さ方向先端面）を有する。頂部３３ａは、コーティング層３２における摺動面を構成する。頂部３３ａは、ほとんど凹凸のない（後述する凹部３３ｂと比較して非常に凹凸の小さい）平坦面状とされている。また、山部３３は、頂部３３ａに凹部３３ｂが形成されている。なお、図４では、斜板３の厚さ方向に切った断面図（図３におけるＢ−Ｂ断面図）において、模式的に山部３３を矩形状とした例を示している。

凹部３３ｂは、前記頂部３３ａに点在するように複数形成される微細な穴（ディンプル）である。凹部３３ｂは、山部３３の長手方向に沿って複数形成されている。本実施形態では、凹部３３ｂを、厚さ方向に見て略円形（真円）状としている。また、凹部３３ｂは、頂部３３ａにおいて、径方向の略中央に形成されている。本実施形態では、凹部３３ｂの全てを、頂部３３ａにおいて径方向の略中央に形成している。なお、このような態様に限られず、複数の凹部３３ｂの一部が、頂部３３ａにおいて径方向の略中央に形成された構成としてもよい。また、頂部３３ａにおいて径方向の略中央に形成された凹部３３ｂを有しなくてもよい。また、図３に示した例では、複数の凹部３３ｂは、周方向に沿って整列したように配置されているが、図例のように整列していなくてもよい。

本実施形態では、上記略円形状とされた凹部３３ｂの内径を、５０μｍ〜１５０μｍ程度としている。また、凹部３３ｂの深さ寸法を、３μｍ〜５μｍ程度としている。なお、凹部３３ｂの内径及び深さ寸法は、上述した例に限られない。

なお、図３に示した例では、複数の凹部３３ｂの内径をそれぞれ同寸法としているが、このような態様に限られず、それぞれ内径が異なる寸法であってもよい。また、図３に示した例では、複数の凹部３３ｂ間のピッチを、それぞれ等ピッチとしているが、このような態様に限られず、それぞれ異なるピッチとしてもよい。また、凹部３３ｂの形状は、略円形（真円）状に限られず、例えば、多角形状や、その他いびつな形状であってもよい。

谷部３４は、コーティング層３２の表面に形成される。谷部３４は、コーティング層３２に同心円状の山部３３を複数形成したことで、隣り合う山部３３の間に形成される。これによって、谷部３４は、コーティング層３２の表面に同心円状に複数形成されることになる。また、本実施形態では、谷部３４の深さ寸法を、３μｍ〜５μｍ程度としている。また、谷部３４の幅寸法を、上記山部３３の幅寸法と同程度の寸法としている。

以下では、パッド印刷によって山部３３及び谷部３４を形成する工程について説明する。ここで、パッド印刷とは、印刷される図柄（パターン）に対応した凹所を有する凹版に塗料（コーティング材）を供給し、当該塗料を、柔軟性を有するパッドを介して、印刷対象（基材３１）に転写させる印刷方法である。

まず、上述した複数の山部３３に対応する凹所を有する凹版に、コーティング層３２を構成する塗料であるコーティング材を供給した後、パッドを上記凹版に押し付け、コーティング材を付着させる。次いで、上記コーティング材を付着させたパッドを基材３１の表面に押し付け、基材３１にコーティング材を転写させる。当該コーティング材が硬化することで、基材３１に複数の山部３３が形成される。また、これにより、隣接する山部３３の間に谷部３４が形成される。

本実施形態では、複数のコーティング材を積層して、コーティング層３２を形成している。また、本実施形態では、すでに複数のコーティング材が設けられた基材３１に、上述した山部３３を構成するコーティング材を転写してコーティング層３２を形成している。

上述したような工程によってコーティング層３２が形成されることで、複数の山部３３及び谷部３４を容易に形成することができる。すなわち、例えば、基材３１にコーティング材を積層し、硬化させた後、切削加工等によって摺動面を加工することで山部３３及び谷部３４を形成するものと比べて、複数の山部３３及び谷部３４を有するコーティング層３２を容易に形成することができる。

また、上記山部３３に凹部３３ｂを形成する方法としては、以下の方法が考えられる。例えば、パッド印刷において、凹部３３ｂに対応するパターンが形成された凹版を用いて、当該凹版に供給されたコーティング材を基材３１の表面に転写させることで、凹部３３ｂを有するコーティング層３２を形成することが考えられる。

また、例えば、上述したパッド印刷において、パッドに対してコーティング材を一部付着させないことで、凹部３３ｂを形成することが考えられる。具体的には、パッドを凹版に押し付ける際に、パッドとコーティング材との間に空気を混入させ、当該空気によって形成された隙間によって凹部３３ｂが形成されるものとしてもよい。また、パッドを凹版から離す際に、コーティング材と凹版との間に形成された真空によりコーティング材の一部が流動することで、上記コーティング材に孔が形成され、上記孔によって凹部３３ｂが形成されるものとしてもよい。また、上記パッドの一部をコーティング材が付着し難い構成とすることで、上記コーティング材が付着していない部分によってパッドとコーティング材との間に隙間を形成し、上記隙間によって凹部３３ｂが形成されるものとしてもよい。

また、例えば、上述した山部３３に、切削加工やプレス加工を施して、凹部３３ｂを形成してもよい。なお、本実施形態においては、パッド印刷によって山部３３及び谷部３４を有するコーティング層３２を形成した例を示しているが、このような態様に限られず、種々の方法によってコーティング層３２を形成してもよい。

以下では、上述の如く構成されたコンプレッサ１の動作の概略について説明する。

図１に示すように、コンプレッサ１において回転軸２が回転すると、当該回転軸２と共に斜板３も回転する。斜板３は回転軸２の軸線方向に対して傾いているため、当該斜板３はシュー５を介してピストン４を軸線方向に往復移動（摺動）させることになる。この際、シュー５の第二摺動面５２は斜板３の摺動面（頂部３３ａ）を摺動する。

この際に、斜板３のコーティング層３２に形成された谷部３４内に潤滑油が保持されるため、谷部３４内に保持された潤滑油によって、シュー５と斜板３との間における油膜の形成が促される。これにより、斜板３に供給される潤滑油の供給量が少ない貧潤滑状態であっても耐焼付性を向上させることができる。

また、上述した谷部３４に加えて、斜板３の摺動面を構成する山部３３の頂部３３ａに凹部３３ｂを形成しているので、当該凹部３３ｂによって、山部３３の頂部３３ａ内でも潤滑油を保持することができる。これにより、摺動面（頂部３３ａ）にくまなく潤滑油を供給し易い構成とすることができ、貧潤滑状態において、より耐焼付性を向上させることができる。また、凹部３３ｂによって、摺動面における潤滑油中の異物を捕捉することができる。

以上の如く、本実施形態に係る斜板３（摺動部材）は、
基材３１と、
前記基材３１の表面を被覆し、摺動面を構成するコーティング層３２と、
を具備する斜板３であって、
前記コーティング層３２は、
前記摺動面に、所定方向（径方向）に並ぶ複数の山部３３及び谷部３４を有し、
前記山部３３に凹部３３ｂが形成されているものである。

このように構成することにより、貧潤滑状態において耐焼付性を向上させることができる。すなわち、摺動面に形成された谷部３４に加えて、更に、山部３３に形成された凹部３３ｂによって、山部３３内でも潤滑油を保持することができる。これにより、摺動面（頂部３３ａ）にくまなく潤滑油を供給し易い構成とすることができ、貧潤滑状態において油膜の保持性を向上させることができ、ひいては耐焼付性を向上させることができる。また、凹部３３ｂによって、摺動面における潤滑油中の異物を捕捉することができる。

また、前記山部３３は、
摺動方向（周方向）に沿って長尺な形状とされており、
前記凹部３３ｂは、
前記山部３３の長手方向に沿って複数形成されているものである。

このように構成することにより、複数の凹部３３ｂによって潤滑油の保持及び潤滑油中の異物の捕捉を行なうことができる。

また、前記凹部３３ｂには、前記山部３３において、前記径方向の略中央に形成されたものが含まれるものである。

このように構成することにより、凹部３３ｂを形成しながらも、山部３３の強度を確保することができる。

なお、本実施形態に係る斜板３は、本発明に係る摺動部材の一形態である。

以上、本発明の第一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

上記実施形態では、山部３３を断面視矩形状とした例を示し、平坦面状とされた頂部３３ａを有するものとしたが、このようなものに限られない。

例えば、図５に示す第二実施形態のように、山部３３の表面を、斜板３の厚さ方向に突出する突曲面状に形成されたものとしてもよい。図例では、斜板３の厚さ方向に切った断面図（図４に対応する断面図）において、山部３３の厚さ方向先端を構成する面及び径方向に向く面を、それぞれ曲面状としている。本実施形態において、山部３３は、山部３３の厚さ方向先端を構成する面に、凹部３３ｂが形成されている。なお、山部３３の形状は、上述した形状に限られず、種々の形状を採用可能である。

このように構成される斜板３においても、貧潤滑状態において油膜の保持性を向上させることができ、ひいては耐焼付性を向上させることができる。

また、例えば、図６に示す第三実施形態のように、山部３３に、長穴状に形成された凹部（長穴凹部３３ｃ）を形成してもよい。ここで、長穴状とは、斜板３の厚さ方向に見て一方向に長尺な穴形状を指す。本実施形態では、長穴凹部３３ｃは、斜板３の厚さ方向に見て一方向に長尺な略楕円状とされている。

長穴凹部３３ｃは、長手方向を山部３３の長手方向（周方向）に沿わせるように複数形成されている。また、本実施形態では、山部３３に形成される凹部３３ｂの全てを長穴凹部３３ｃとしている。なお、凹部３３ｂの全てを長穴凹部３３ｃとした態様に限られず、上述したような長穴凹部３３ｃが含まれるものであればよい。

なお、図６に示した例では、複数の長穴凹部３３ｃは、周方向に沿って整列したように配置されているが、図例のように整列していなくてもよい。また、図６に示した例では、複数の長穴凹部３３ｃのそれぞれの内径寸法（長手寸法及び短手寸法）を同寸法としているが、このような態様に限られず、複数の長穴凹部３３ｃのそれぞれの内径寸法（長手寸法及び短手寸法）を異なるものとしてもよい。また、図６に示した例では、複数の長穴凹部３３ｃ間のピッチを、それぞれ等ピッチとしているが、このような態様に限られず、それぞれ異なるピッチとしてもよい。また、長穴凹部３３ｃの形状は、略楕円状に限られず、一方向に長尺な多角形状や、その他いびつな形状であってもよい。

このように構成される斜板３においても、貧潤滑状態において油膜の保持性を向上させることができ、ひいては耐焼付性を向上させることができる。また、長穴凹部３３ｃを形成したことにより、例えば、長穴凹部３３ｃの短手寸法の内径と同程度の内径の丸穴を形成したものと比べて、摺動面積を確保しつつ、より大きな異物を捕捉することができる。

また、例えば、図７に示す第四実施形態のように、山部３３に、谷部３４に連通するように形成された凹部（連通凹部３３ｄ）を形成してもよい。連通凹部３３ｄは、当該連通凹部３３ｄの一部が谷部３４に連通するように、山部３３において径方向外側または内側に偏るように複数配置されている。図例では、連通凹部３３ｄを、厚さ方向に見て一部が欠けた略円形（真円）状とした例を示している。

連通凹部３３ｄは、山部３３の長手方向（周方向）に沿って複数形成されている。また、本実施形態では、山部３３に形成される凹部３３ｂの全てを連通凹部３３ｄとしている。なお、凹部３３ｂの全てを連通凹部３３ｄとした態様に限られず、上述したような連通凹部３３ｄが含まれるものであればよい。

なお、図７に示した例では、複数の連通凹部３３ｄは、径方向外側に偏るものと径方向内側に偏るものとを交互に配置しているが、図例のような配置に限られず、複数の連通凹部３３ｄをランダムに配置してもよい。また、図７に示した例では、複数の連通凹部３３ｄの内径をそれぞれ同寸法としているが、このような態様に限られず、それぞれ内径が異なる寸法であってもよい。また、図７に示した例では、連通凹部３３ｄは、径方向に隣り合う谷部３４のうち、一方の谷部３４のみに連通しているが、このような態様に限られず、径方向に隣り合う両方の谷部３４にそれぞれ連通したものでもよい。また、連通凹部３３ｄの形状は、略円形（真円）に限られず、多角形状や、その他いびつな形状であってもよい。

このように構成される斜板３においても、貧潤滑状態において油膜の保持性を向上させることができ、ひいては耐焼付性を向上させることができる。また、連通凹部３３ｄを介して、谷部３４に溜められた潤滑油を摺動面に引き込むことができる。また、潤滑油中の異物を連通凹部３３ｄによって捕捉し、当該異物を谷部３４に排出することができる。

なお、上記実施形態では、摺動部材をコンプレッサ１に用いられる斜板３としているが、このような態様に限られない。例えば、摺動部材を、内燃機関等に用いられ、軸部材が挿通される円筒状のすべり軸受としてもよい。この場合には、前記軸部材と摺動するすべり軸受の内周面（摺動面）において、周方向（摺動方向）に沿って形成された山部に凹部が形成される。また、上述した例に限られず、摺動部材は、被摺動部材に対して摺動する種々のものとすることができる。

また、上記実施形態では、凹部を、それぞれ凹部３３ｂ、長穴凹部３３ｃ及び連通凹部３３ｄとした例を示したが、凹部は上記実施形態の形状に限られず、その他種々の形状としてもよい。また、凹部は、上述した凹部３３ｂ、長穴凹部３３ｃ、連通凹部３３ｄ及びその他の形状の凹部の全部が組み合わさったものでもよく、また、一部が組み合わさったものでもよい。

３ 斜板（コンプレッサ用斜板）
３１ 基材
３２ コーティング層
３３ 山部
３３ａ 頂部
３３ｂ 凹部
３３ｃ 長穴凹部（凹部）
３３ｄ 連通凹部（凹部）
３４ 谷部

Claims (5)

1. 基材と、
   前記基材の表面を被覆し、摺動面を構成するコーティング層と、
   を具備する摺動部材であって、
   前記コーティング層は、
   前記摺動面に、所定方向に並ぶ複数の山部及び谷部を有し、
   前記山部に凹部が形成されている、
   摺動部材。
2. 前記山部は、
   摺動方向に沿って長尺な形状とされており、
   前記凹部は、
   前記山部の長手方向に沿って複数形成されている、
   請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記凹部には、
   長穴状に形成されたものが含まれる、
   請求項１又は請求項２に記載の摺動部材。
4. 前記凹部には、
   前記山部において、前記所定方向の略中央に形成されたものが含まれる、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の摺動部材。
5. 前記凹部には、
   前記谷部に連通するように形成されたものが含まれる、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の摺動部材。

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