JP5960083B2

JP5960083B2 - 摺動部材

Info

Publication number: JP5960083B2
Application number: JP2013064782A
Authority: JP
Inventors: 恭平山根
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014189593A

Description

本発明は、摺動部材に関し、より詳細には、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を有する摺動部材に関する。

斜板式コンプレッサは、回転軸に沿って回転することによって、斜板の両面に当接しているシューを介してピストンを往復運動させることで、斜板の円周上をシューが摺動する構成となっている。

上記の斜板式コンプレッサに用いられる摺動部材間の潤滑は、通常コンプレッサ内部に保持された潤滑油をコンプレッサの運転に伴って封入し、その封入した潤滑油を各摺動部材に搬送することで行われている。斜板式コンプレッサを運転停止状態で長時間放置した後に再起動させるような場合には、摺動部材に付着した潤滑油が冷媒ガスにより洗い流される場合がある。

そこで、固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を斜板上にコーティングすることにより、斜板式コンプレッサの運転初期等の潤滑油がないドライの摺動条件に対して耐焼付性をある程度良好にすることができる。しかし、固体潤滑剤の樹脂皮膜は摩耗しやすいという問題を有している。一方、流体潤滑下では高速かつ高温での摺動特性も必要であり、そのためには初期なじみ性が必要である。

耐摩耗性を向上させるために固体潤滑剤を含む樹脂皮膜の塗膜強度を強くするとなじみ性が悪くなり耐焼付き性が低下するという問題があった。逆になじみ性を重視して塗膜強度を低くすると耐摩耗性やドライ特性が低下するという問題があった。

上述したドライ摺動時に油膜を発生させ、摩擦抵抗を低減して、なじみ性を向上させ、焼付きを防止することに対応するものとして例えば、特許文献１及び２がある。特許文献１は、基材上に選択的に配置された炭素皮膜の上に固体潤滑剤の粒子を含有した熱可塑性樹脂からなる樹脂皮膜を有する摺動部材が提案されている。特許文献２は、母材上の摺動層にＰＴＦＥ及び二硫化モリブデンを含有する固体潤滑剤が熱硬化樹脂で固められた斜板が提案されている。

特開２００８−１７４５９０号公報特開２００４−２１１５７６号公報

上述の特許文献１では、樹脂皮膜内に固体潤滑剤の粒子を含有し、基材上に選択的に配置された炭素皮膜によって耐焼付き性や耐摩耗性は得られるものの、連続的な摺動状態や貧潤滑時または無潤滑時の過酷な摺動条件下で、耐焼付き性や耐摩耗性は得られない。また、特許文献２では、斜板と相手材が接触する箇所の面圧が高くなることによって、相手材と斜板との間の油膜切れが生じやすくなり、斜板の摺動層が摩耗しやすくなる。

一方、近年、アイドルストップ機能搭載車が増えており、起動及び停止の繰返しによるドライ潤滑（無潤滑）下での耐摩耗性能の向上が必要となる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、連続的な摺動状態や貧潤滑時及び無潤滑時の過酷な摺動条件下であっても、高い油保持性を有し、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を備える摺動部材を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る摺動部材は、基材と、前記基材表面に形成される樹脂コーティング層と、を備え、前記樹脂コーティング層は、第１の固体潤滑剤を含有した樹脂被膜であるフレーム部及び第２の固体潤滑剤を含有した前記樹脂皮膜であるネスト部を有することを特徴とする。

前記摺動部材においては、前記フレーム部及び前記ネスト部は、前記基材の中心軸を通る軸方向と平行な断面視において、交互に配置されてもよい。

前記摺動部材においては、円柱または多角形柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成であり、前記フレーム部は、前記一定の隙間を埋めるように配置されてもよい。

前記摺動部材においては、前記ネスト部は、六角形柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成であり、前記フレーム部は、前記隙間を埋めるハニカム形状であってもよい。

前記摺動部材においては、前記第１の固体潤滑剤及び前記第２の固体潤滑剤は、ＭｏＳ₂、黒鉛、ＷＳ₂、ｈ−ＢＮ、ＰＴＦＥ、ＣＦ、グラファイトから１種以上選択され、前記樹脂皮膜は、熱硬化性樹脂を用いてＰＡＩまたはＰＩであってもよい。

本発明の一実施形態に係る摺動部材は、斜板式コンプレッサの斜板、スラストワッシャ又はスラスト軸受に用いることを特徴とする。

本発明によれば、連続的な摺動状態や貧潤滑時及び無潤滑時の過酷な摺動条件下であっても、耐摩耗性を有するフレーム部及び油吸収性を有するネスト部を組み合わせることによって、高い油保持性を有し、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を備える摺動部材を提供することができる。

本発明の実施形態に係る斜板式コンプレッサ１０を示す概略断面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る摺動部材における斜板２０の樹脂コーティング層２２の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る摺動部材における斜板２０の樹脂コーティング層２２の一例を示す概略断面図である。（ａ）は、図２に示した斜板２０を示す概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の「Ａ」を示す部分拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

まず、本発明の実施の形態に係る斜板式コンプレッサについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る斜板式コンプレッサ１０を示す概略断面図である。

図１に示すように、斜板式コンプレッサ１０は、回転軸（シャフト）１の外周部に傾斜して設けられた基材２１及び基材２１上に形成された樹脂コーティング層２２を備えた摺動部材としての斜板２０と、斜板２０の外周部を包み込んで回転軸１に沿って配置された一端の切り欠き部１１、一端の切り欠き部１１内に形成された一対の半球状の凹部３１を有するピストン３０と、ピストン３０の一対の半球状の凹部３１に配置された一対の半球面４２及び端面を含む半球状のシュー４０と、を備える。

摺動部材としての斜板２０は、回転軸１の回転に伴って回転されると、斜板２０の樹脂コーティング層２２が形成された面と一対のシュー４０の端面４１とが摺動する。そして、斜板２０は、一対のシュー４０の半球面４２とピストン３０の凹部３１とが摺動することにより、ピストン３０は回転軸１の軸方向（図１中の矢印方向）に沿って往復動される。

一対の半球状のシュー４０は、ピストン３０の凹部３１に嵌合される半球面４２と斜板２０の樹脂コーティング層４２が形成された面と摺動する平坦状の端面４１とを備える。シュー４０はＳＵＪ２からなり、半球面４２及び端面４１に焼き入れとその後の仕上げ加工がなされる。

本発明の実施形態に係る摺動部材としての斜板２０は、基材２１と、基材２１上に形成された樹脂コーティング層２２と、を備える。基材２１は、円板状であり、鉄系、銅系、アルミニウムを含む金属からなる。この基材２１は、樹脂コーティング層２２を形成する前に、表面を粗面化してもよい。基材２１の表面を粗面化することによって、基材２１上に形成される樹脂コーティング層２２の密着力をアンカー効果によって向上させることができる。

図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る摺動部材における斜板２０の樹脂コーティング層２２の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る摺動部材における斜板２０の樹脂コーティング層２２の一例を示す概略断面図である。図２（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂コーティング層２２は、ネスト部２２１と、フレーム部２２２と、を備える。図２（ａ）に示すように、樹脂コーティング層２２のネスト部２２１及びフレーム部２２２は、基材２１の中心軸を通る軸方向と平行な断面視において、交互に配置される。ネスト部２２１及びフレーム部２２２は、基材２１の中心軸を通る軸方向と平行な断面視において、交互に配置することで、連続的な摺動状態や貧潤滑時及び無潤滑時の過酷な摺動条件下であっても、高い油保持性を有し、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を備えることができる。なお、図２（ａ）では、ネスト部２２１及びフレーム部２２２が基材２１の中心軸を通る軸方向と平行な断面視において、交互に配置される例について説明したが、図２（ｂ）に示すように、フレーム部２２２を所望の厚さ（後述する）に形成し、フレーム部２２２に所望の深さ及び幅を有する凹部を形成し、その凹部にネスト部２２１を形成してもよい。

本発明の実施形態に係る斜板の樹脂コーティング層２２は、厚さが、５μｍ以上５０μｍ以下である。この厚さに樹脂コーティング層２２を形成することによって、連続的な摺動状態や貧潤滑時及び無潤滑時の過酷な摺動条件下であっても、高い油保持性を有し、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を備えることができる。樹脂コーティング層２２の厚さが５μｍ未満だと、低フリクション性を得ることができず、樹脂コーティング層２２が摩耗してしまい、基材２１が露出する恐れがある。一方、樹脂コーティング層２２の厚さが５０μｍを超えると、樹脂コーティング層２２の弾性変形が大きくなり、例えば、シュー４０との接触面積が増大すると共に摩耗量も増大し、耐焼付性能が低下する。

また、樹脂コーティング層２２のネスト部２２１及びフレーム部２２２の割合は、面積率でネスト部２２１が４０％以下として、フレーム部２２２がその残りであることが好ましい。ネスト部２２１及びフレーム部２２２の割合を面積率でネスト部２２１が４０％以下として、フレーム部２２２がその残りとすることによって、連続的な摺動状態や貧潤滑時及び無潤滑時の過酷な摺動条件下であっても、高い油保持性を有し、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を得ることができる。一方、ネスト部２２１の面積率での割合が４０％を超えると、高負荷荷重下で樹脂コーティング層２２の変形量が大きくなり、荷重耐摩耗性が得られなくなる。

図３（ａ）は、図２に示した斜板２０を示す概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の「Ａ」を示す部分拡大図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示した樹脂コーティング層２２のネスト部２２１は、六角形柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成であり、言い換えれば、平面視において、六角形による平面充填を行った際の面の部分に相当する。フレーム部２２２は、前記隙間を埋めるハニカム形状であり、言い換えれば、平面視において、六角形による平面充填を行った際の辺の部分に相当する。
このように構成したことにより、連続的な摺動状態や貧潤滑時及び無潤滑時の過酷な摺動条件下であっても、高い油保持性を有し、低フリクション性、耐摩耗性及び耐焼付性を得ることができる。

図３（ａ）及び（ｂ）では、ネスト部２２１は、六角形柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成であり、フレーム部２２２は前記隙間を埋めるハニカム形状であることを示したが、これに限定されず、ネスト部２２１は円柱形状、三角柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成とし、フレーム部２２２は前記一定の隙間を埋めるように配置される構成としてもよい。このように構成することにより、樹脂コーティング層２２の基材２１に対する高さ方向における衝撃吸収特性が良好となり、少ない材料で形成することができる。

樹脂コーティング層２２のネスト部２２１は、固体潤滑剤または硬質粒子を含む熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ₂、黒鉛、ＷＳ₂、ｈ−ＢＮ、ＰＴＦＥ、ＣＦ、グラファイトから一種以上を選択してもよい。熱硬化性樹脂としては、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）から一種以上を選択してもよい。硬質粒子としては、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物から一種以上を選択してもよいが用いなくてもよい。ネスト部２２１は、上記の材料の中でも特に、固体潤滑剤としてＭｏＳ₂、熱硬化性樹脂としてＰＡＩを用いることが好ましい。樹脂コーティング層２２のフレーム部２２２は、固体潤滑剤または硬質粒子を含む熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ₂、黒鉛、ＷＳ₂、ｈ−ＢＮ、ＰＴＦＥ、ＣＦ、グラファイトから一種以上を選択してもよい。熱硬化性樹脂としては、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）から一種以上を選択してもよい。硬質粒子としては、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物から一種以上を選択してもよいが用いなくてもよい。フレーム部２２２は、上記の材料の中でも特に、固体潤滑剤としてＭｏＳ₂、硬質粒子としてグラファイト、熱硬化性樹脂としてＰＡＩを用いることが好ましい。

次に、上述した摺動部材の製造方法について説明する。本発明の実施形態に係る摺動部材は、粗面化した基材２１上にコーティング法を用いてフレーム部２２２となるＭｏＳ₂、グラファイト、ポリアミドイミドを含む硬質樹脂皮膜を形成する。その硬質樹脂皮膜に、あらかじめ作製したマスキングを配置し、マイクロショットブラスト法にてネスト部２２１を作製するためのパターニングをする。そして、パターニングした基材２１上のフレーム部２２２を含む全面にコーティング法を用いてネスト部２２１となるＭｏＳ₂、ポリアミドイミドを含む軟質樹脂皮膜の形成し、熱硬化温度１５０℃〜３００℃で焼成する。熱硬化した軟質皮膜表面を研磨又は切削加工をする。この時、硬質樹脂皮膜が完全に露出するように加工することでネスト部２２２とフレーム部２２１との２層構造を有する摺動部材を作製することができる。ここで、コーティング法はロールコーティング法、スプレーコーティング法、スクリーン印刷、パット印刷、ディッピング法のいずれかを用いることができる。

上述した摺動部材は、斜板式コンプレッサの斜板２０、スラストワッシャ又はスラスト軸受に用いることができる。

斜板式コンプレッサにおける斜板２０の摺動面であるネスト部２２１及びフレーム部２２２を含む樹脂コーティング層２２は、シュー４０と摺動しても、接触する位置における斜板２０の摺動面の面積は変わらない。つまり、斜板２０におけるシュー４０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、安定した摺動特性を得ることができる。

また、高速回転時にシュー４０が斜板２０に強く圧縮されて衝撃荷重が斜板２０に作用した場合、衝撃荷重を樹脂コーティング２２のフレーム部２２２によって吸収することができるとともに、ネスト部２２１が弾性変形することによりネスト部２２１から潤滑油が染み出して潤滑を促進する。そのため、衝撃荷重によって樹脂コーティング２２が疲労してクラックが生じることを防止できる。ネスト部２２１は、弾性変形を行う性質を有しているため、例えば、異物を収容またはトラップしておくことができる。

さらに、貧潤滑時またはドライ条件下において潤滑油による冷却効果がない、もしくは少ない場合、ネスト部２２１が潤滑油を保持しているため、耐焼付き性を維持することができ、フレーム部２２２が熱膨張したときにネスト部２２１よりフレーム部２２２の熱膨張を抑制することができるため、フレーム部２２２にクラックが生じることを防止できる。また、アイドルストップ機能による起動及び停止の繰返しによる無潤滑下では、ネスト部２２１から潤滑油が染み出して潤滑を促進するため、耐摩耗性能を向上することができる。

１０…斜板式コンプレッサ、２０…斜板、２１…基材、２２…樹脂コーティング層、３０…ピストン、４０…シュー。

Claims

基材と、
前記基材表面に形成される樹脂コーティング層と、を備え、
前記樹脂コーティング層は、第１の固体潤滑剤を含有した樹脂被膜であるフレーム部及び第２の固体潤滑剤を含有した前記樹脂皮膜であるネスト部を有する
ことを特徴とする摺動部材。
前記フレーム部及び前記ネスト部は、前記基材の中心軸を通る軸方向と平行な断面視において、交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
前記ネスト部は、円柱または多角形柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成であり、前記フレーム部は、前記一定の隙間を埋めるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
前記ネスト部は、六角形柱を一定の隙間を空けて敷き詰めた構成であり、前記フレーム部は、前記隙間を埋めるハニカム形状であることを特徴とする請求項３に記載の摺動部材。
前記第１の固体潤滑剤及び前記第２の固体潤滑剤は、ＭｏＳ₂、黒鉛、ＷＳ₂、ｈ−ＢＮ、ＰＴＦＥ、ＣＦ、グラファイトから１種以上選択され、前記樹脂皮膜は、熱硬化性樹脂を用いてＰＡＩまたはＰＩであることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
上記摺動部材は、斜板式コンプレッサの斜板、スラストワッシャ又はスラスト軸受に用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の摺動部材。