WO2007086202A1 - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】　耐焼付性、耐磨耗性が共に優れた保護被膜が形成された摺動部材を提供する。 【解決手段】　基材と、前記基材の摺動側表面に形成された低融点合金と熱伝導性フィラーと中間層用耐熱性樹脂との混合剤から成る樹脂中間層と前記樹脂中間層上に形成された固体潤滑剤と表面層用耐熱性樹脂との混合剤から成る固体潤滑剤表面層とを有する保護被膜とを備える。

Description

明 細 書

摺動部材

技術分野

[0001] 本発明は、圧縮機等の摺動部材に関するものである。

背景技術

[0002] 基材と、前記基材の摺動側表面に形成された中間層用耐熱性榭脂から成る榭脂中 間層と前記榭脂中間層上に形成された固体潤滑剤と表面層用耐熱性榭脂との混合 剤から成る固体潤滑剤表面層とを有する保護被膜とを備えることを特徴とする摺動部 材が特許文献 1に開示されて 、る。

特許文献 1の摺動部材は、耐焼付性、耐磨耗性に優れる。

特許文献 1 :特開 2005— 146366

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 榭脂は金属に比べて熱伝導率が低いので、中間層用耐熱性榭脂から成る榭脂中間 層では、固体潤滑剤表面層で発生した摩擦熱を速やかに周囲に拡散させることがで きず、摺動部は高温化する。従って、特許文献 1の摺動部材は、耐磨耗性には優れ るが、耐焼付性には問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、耐焼付性、耐磨耗性が共に優れた 保護被膜が形成された摺動部材を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0004] 上記課題を解決するために、本発明にお ヽては、基材と、前記基材の摺動側表面に 形成された低融点合金と熱伝導性フイラ一と中間層用耐熱性榭脂との混合剤から成 る榭脂中間層と前記榭脂中間層上に形成された固体潤滑剤と表面層用耐熱性榭脂 との混合剤カゝら成る固体潤滑剤表面層とを有する保護被膜とを備えることを特徴とす る摺動部材を提供する。

中間層用耐熱性榭脂に加えて低融点合金と熱伝導性フイラ一とを含有する榭脂中 間層は、熱伝導率が高いので、固体潤滑剤表面層で発生した摩擦熱を速やかに周 囲に拡散させることができる。従って、本発明に係る摺動部材が備える保護被膜は耐 焼付性、耐磨耗性が共に優れている。

発明の効果

[0005] 本発明により、耐焼付性、耐磨耗性が共に優れた保護被膜が形成された摺動部材 が提供される。

発明を実施するための最良の形態

[0006] 本発明を斜板式圧縮機に適用した実施例を説明する。

図 1に示すように、斜板式圧縮機の駆動軸 1が、シリンダブロック 2とフロントノヽゥジン グ 3とにより形成されたクランク室 4に収容され、軸受けを介してシリンダブロック 2とフ ロントハウジング 3とにより回転自在に支持されている。シリンダブロック 2に、駆動軸 1 を取り囲んで複数のシリンダボア 5が形成されている。各シリンダボア 5には、ピストン 6が往復摺動可能に嵌挿されている。クランク室 4内において、駆動軸 1にロータ 7が 結合され、ロータ 7に斜板 8が駆動軸 1に対する傾角可変に係合している。ピストン 6 の一対の半球面座 6aに摺動可能に収容された一対のシユー 9が、斜板 8の外周縁 部 8aを摺動可能に挟持している。外部駆動源力 駆動軸 1に伝達された回転運動が 、斜板 8を介して往復動に変換されてピストン 6に伝達され、ピストン 6がシリンダボア 5 内で往復動することにより、シリンダボア 5内でガスが圧縮される。

[0007] 斜板 8の外周縁部 8aは摺動可能にシユー 9に当接する摺動部材 81を形成して!/、る。

図 2に示すように、前記外周縁部 8aが形成する摺動部材 81は、アルミニウム系材料（ アルミニウムを主成分とする金属材料)、鉄系材料 (鉄を主成分とする金属材料)、銅 系材料 (銅を主成分とする金属材料）、マグネシウム系材料 (マグネシウムを主成分と する金属材料)から成る群から選択された 1種により形成された基材 82と、前記基材 82の摺動側表面、具体的にはシユー 9に対畤する両端面、に形成された低融点合 金と熱伝導性フイラ一と中間層用耐熱性榭脂との混合剤から成る榭脂中間層 83aと 前記榭脂中間層 83a上に形成された固体潤滑剤と表面層用耐熱性榭脂との混合剤 カゝら成る固体潤滑剤表面層 83bとを有する保護被膜 83とを備えている。前記固体潤 滑剤表面層 83bにおける耐熱性榭脂の含有率は、前記榭脂中間層 83aにおける耐 熱性樹脂の含有率を越えな 、値に設定されて 、る。 [0008] 中間層用耐熱性榭脂に加えて低融点合金と熱伝導性フイラ一とを含有する榭脂中 間層 83aの熱伝導率は高いので、固体潤滑剤表面層 83bのシユー 9との摺動面で発 生した摩擦熱を速やかに周囲に拡散させることができる。従って、斜板 8の外周縁部 8aが形成する摺動部材 81が備える保護被膜 83は耐焼付性、耐磨耗性が共に優れ ている。

固体潤滑剤表面層 83bよりも耐熱性榭脂の混合比率が高い榭脂中間層 83aを、固 体潤滑剤表面層 83bと基材 82との間に介在させることにより、基材 82と固体潤滑剤 表面層 83bとの密着性が向上し、固体潤滑剤表面層 83bの耐剥離性が向上する。 固体潤滑剤表面層 83bを、固体潤滑剤と表面層用耐熱性榭脂と低融点合金と熱伝 導性フイラ一との混合剤カゝら形成しても良い。固体潤滑剤表面層 83b自身の熱伝導 率が高まり、固体潤滑剤表面層 83bのシユー 9との摺動面で発生した摩擦熱が速や かに周囲に拡散される。

中間層用耐熱性榭脂を、表面層用耐熱性榭脂と同種とすることにより、榭脂中間層 8 3aと固体潤滑剤表面層 83bとの密着性が向上し、固体潤滑剤表面層 83bの耐剥離 性が更に向上する。尚、中間層用耐熱性榭脂と表面層用耐熱性榭脂とを異種として も、榭脂中間層 83aと固体潤滑剤表面層 83bとの密着性は充分に確保できる。

[0009] 固相と液相が混合した半溶融状態の低融点合金と溶融状態の中間層用耐熱性榭脂 とを混練した後に、榭脂中間層 83a被膜を形成することにより、榭脂中間層 83aの熱 伝導性は更に向上する。低融点合金が熱伝導性フイラ一に接触或いは溶着して熱 電導性フイラ一を相互に連結し、 3次元の伝熱回路を形成するためである。

[0010] 中間層用耐熱性榭脂は、 JISK7191で規定する荷重たわみ温度が 100°C以上のも のであることが望ましい。

中間層用耐熱性榭脂は熱可塑性榭脂でも良く熱硬化性榭脂でも良い。熱可塑性榭 脂としては、ポリフエ-レンスルファイド（PPS)、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテル ケトン（PEEK)、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルサルホ ン、ポリサノレホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ タレート、ポリフエ-レンオキサイド、ポリフタールアミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が 挙げられる。熱硬化性榭脂としては、フエノール榭脂、エポキシ榭脂、不飽和ポリエス テル榭脂、ジァリルフタレート榭脂、メラミン榭脂、尿素樹脂等が挙げられる。中でも、 ポリフエ-レンスルファイド (PPS)は、溶融時の粘度が低くフィラーが分散し易ぐフィ ラーを高密度で充填できるので、好ましい。榭脂中間層 83aの熱伝導率を高めるた めにフィラーを高密度で充填する必要があるが、フィラーを高密度で充填すると粘度 が上昇し、製造時の困難性が増す。しカゝしポリフエ-レンスルファイドを使用すること により、粘度上昇を抑制し、製造時の困難性を緩和することができる。

榭脂中間層 83aの厚みは、 0. 1乃至 100 mとするのが好ましい。確実に耐焼付性 、耐磨耗性を向上させることができる。

表面層用耐熱性榭脂は、コスト、耐磨耗性、耐熱性を勘案して、ポリアミドイミド榭脂、 ポリイミド榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂の何れかが好ましい。

[0011] 固体潤滑剤は、二硫ィ匕モリブデン、グラフアイト、フッ素化合物力も選択された少なく とも 1種であることが好ま 、。二硫ィ匕モリブデンは主としてドライ条件下における耐焼 付性を向上させ、グラフアイトは主としてオイル潤滑下における耐焼付性と耐磨耗性 とを向上させる。フッ素化合物は摩擦係数を低減させることで耐焼付性と耐磨耗性と を向上させる。フッ素化合物は、ポリテトラフルォロエチレン (PTFE)、エチレンテトラ フルォロエチレン（ETFE)、テトラフルォロエチレンへキサフルォロプロピレンコポリ マー (FEP)等である。二硫ィ匕モリブデンは、耐磨耗性を向上させるために平均一次 粒径が 0. 1乃至 40 /ζ πι、好ましくは 1乃至 10 /z mのものを用いる。グラフアイトは、層 内の密着性を向上させるために、平均一次粒径が 0. 1乃至 10 m、好ましくは 1乃 至 5 μ mのものを用いる。フッ素化合物は、平均一次粒径が 0. 1乃至 5 μ m、好ましく は 1乃至 3 μ mのものを用いる。平均一次粒径が 0. 1 μ m未満だと耐焼付性が低下 し、 5 mを越えると耐磨耗性が低下する。

[0012] 固体潤滑剤表面層 83bは、更に、硬質粒子、極圧剤、界面活性剤、シランカップリン グ剤、加工安定剤、酸ィ匕防止剤のうち何れか又は全ての表面層用添加剤を含有す るようにしても良い。榭脂中間層 83aは、硬質粒子、極圧剤、界面活性剤、シランカツ プリング剤、加工安定剤、酸化防止剤、固体潤滑剤のうち何れか又は全ての中間層 用添加剤を含有し、且つ、前記中間層用添加剤の含有割合が、固体潤滑剤表面層 83bにおける固体潤滑剤および表面層用添加剤の含有割合を越えないようにしても 良い (より具体的に説明すると、固体潤滑剤表面層 83bの固体潤滑剤含有率が 50体 積％で表面層用添加剤の含有率が 5体積％であれば、榭脂中間層 83aにおける中 間層用添加剤の含有率を 55体積％以下とする）。榭脂中間層 83aは、硬質粒子、極 圧剤、界面活性剤、シランカップリング剤、加工安定剤、酸化防止剤、固体潤滑剤の 何れをも含有しな ヽようにしても良 ヽ。

[0013] 低融点合金は、 Sn— Cu、 Sn— Al、 Sn— Zn、 Sn— Pt、 Sn— Mn、 Sn— Mg、 Sn— Agゝ Sn— Au、 Sn—Teゝ Sn— P、 Sn—Caゝ Sn— Ba、 Sn—Geゝ Al—Liゝ Cu—Liゝ Zn— Liから成る群力も選択された少なくとも 1種である。より好ましくは、低融点合金 は、液ネ目線温度力 S400°C以下の合金、すなわち Sn— Cu、 Sn— Al、 Sn— Zn、 Sn— Pt、 Sn— Mn、 Sn— Ag、 Al—Li、 Zn— Liから成る群から選択された少なくとも 1種 である。上記材料の選択により混練する榭脂の選択の自由度が増す。更に好ましく は、低融点合金は、 Sn— Cu、 Sn— Al、 Sn—Znから成る群力も選択された少なくと も 1種である。上記材料は入手が容易で低コストである。更に好ましくは、低融点合金 は、 Sn— Cuである。 Sn— Cuは融点の選択範囲が広ぐ且つ熱伝導率が高い。

[0014] 電熱性フイラ一は、各種の紛状物、繊維状物を使用できる。

紛状フイラ一としては、鉄、銅、錫、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、クロ ム、亜鉛、金、銀等の金属粉末、酸ィ匕アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、 窒化アルミニウム、窒化ケィ素等のセラミックス粉末、グラフアイト粉末等が挙げられる 。 1種または 2種以上の紛状フイラ一を耐熱性榭脂中に含有させても良い。特に銅粉 とグラフアイト粉とを耐熱性榭脂中に含有させるのが好ま 、。耐熱性榭脂の原料粉 末調製時に、銅粉とグラフアイト粉とを別々に原料粉に添加しても良ぐ或いは銅ーグ ラフアイト複合粉末を原料粉に添加しても良い。

銅—グラフアイト複合粉末は、グラフアイト粉をはんだ等を介して銅粉で被覆したもの 、グラフアイト粉に銅粉を電解メツキ又は無電解メツキしたもの、グラフアイト粉と銅粉と をメカ-カルァロイングにより複合ィ匕したものの何れでも良い。銅一グラフアイト複合 粉末の粒径は、 1乃至 150 mが好ましい。粒径が よりも小さいと、或いは 150 μ mよりも大きいと、榭脂中に分散し難い。銅は金属の中では熱伝導率が高く比重が 大きい。従って、銅粉と比重が小さいグラフアイト粉とを複合ィ匕することにより、比重が 小さく熱伝導率が高 、粉状フィラーを得ることができる。銅が酸化されてもグラフアイト は酸化され難いので、複合粉末の熱伝導率の低下を抑制することができる。グラファ イト粉に銅粉をメツキした粉状フイラ一は、銅カ^ッキ膜なので、銅の延性の影響を受 けにくい。

繊維状フイラ一としては、上記の金属から成る金属繊維、ガラス繊維、或いはアルミナ 繊維、チタン酸カルシウム繊維、窒化ケィ素繊維等のセラミックス繊維、炭素繊維等 が挙げられる。中でも、炭素繊維は熱伝導率が高いので好ましい。

榭脂中間層 83aにおける熱伝導性フイラ一の体積含有率は、 10乃至 55体積％、より 好ましくは 15乃至 45体積％、さらに好ましくは 15乃至 40体積％である。体積含有率 が 10体積％未満であると熱伝導性が低下し、 55体積％より大きいと榭脂中間層 83a の成形加工性が低下する。銅粉とグラフアイトの 2種の熱伝導性フイラ一を用いる場 合、グラフアイト粉の体積含有率は 5乃至 40体積％とするのが好ま 、。

熱伝導性フイラ一に用いる炭素繊維としては、セルロース系、 PAN系、ピッチ系を主 原料とするもの、気相成長法によるものが挙げられる。炭素繊維には金属や金属酸 化物等の無機系フイラ一に比べて高い熱伝導率を有するものがある。しかし繊維方 向には良好な熱伝導性を示す一方、熱拡散性や放熱性は十分ではない。従って、 炭素繊維フィラーと無機系フイラ一とを併用することにより、無機系フイラ一同士が炭 素繊維を介して接続されて 3次元的な熱伝導経路が形成され、榭脂中間層 83aの熱 拡散性や放熱性が向上する。炭素繊維同士が低融点合金を介して連結されて 3次 元的な熱伝導経路が形成され、榭脂中間層 83aの熱拡散性や放熱性が向上する効 果も得られる。

炭素繊維の繊維方向の熱伝導率は lOOWZm'K以上、より好ましくは 700WZm' K以上である。炭素繊維の直径は 1乃至 35 μ m、より好ましくは 5乃至 20 μ mであり、 長さは 5乃至 100 μ m、より好ましくは 20乃至 80 μ mである。炭素繊維の直径が 1 μ mよりも小さいと微粉状になり取扱が困難であり、 35 mよりも大きいと榭脂との混練 時に砕け易くなる。

榭脂中間層 83aにおける炭素繊維の含有率は、 1乃至 20体積％、より好ましくは 5乃 至 15体積％、更に好ましくは 5乃至 10体積％である。 1体積％よりも少ないと、熱伝 導性を十分に向上させることができず、 20体積％よりも多いと榭脂中間層 83aの成形 加工性が低下する。

[0016] 低融点合金と熱伝導性フイラ一の体積含有率の比率は、（低融点合金 Z熱伝導性フ イラ一） = 1Z30乃至 3Z1とするのが好ましい。より好ましくは、 1Z30乃至 1Z1であ り、更に好ましくは 1Z30乃至 5Z7である。 1Z30より小さいと、熱電導性フイラ一同 士を連結する低融点合金が不足して榭脂中間層 83aの熱伝導性が低下し、 3Z1よ りも大きいと、熱伝導性フイラ一に比べて熱伝導率の小さな低融点合金の量が増える ので榭脂中間層 83aの熱伝導率が低下する。

[0017] 基材 82の摺動側表面は、メツキ処理、溶射処理、陽極酸化処理、化成処理、粗面 形成処理が施されても良い。上記処理が施されることにより、榭脂中間層 83aの密着 性が向上し、ひいては摺動面の耐焼付性、耐磨耗性が向上する。メツキ処理は、錫メ ツキ処理、 Niメツキ処理、 Cuメツキ処理等である。溶射処理は、 Cu溶射処理、 A1- S i溶射処理等である。陽極酸化処理は、基材 82がアルミニウム系材料の場合はアル マイト処理等である。化成処理は、クロメート処理、ノンクロメート処理、リン酸亜鉛処 理等である。粗面形成処理は、ショトブラスト、タフライド処理等である。上記処理を施 すことにより、榭脂中間層 83aの密着性を向上させ、更に、固体潤滑剤表面層 83bや 榭脂中間層 83aが磨滅した際の摺動性を確保することができる。

産業上の利用可能性

[0018] 本発明は、斜板式圧縮機の斜板のシユーとの摺接部、斜板式圧縮機のシユー、斜 板式圧縮機のピストン、各種圧縮機の駆動軸を支持する滑り軸受等、各種圧縮機等 の摺動部材に広く利用可能である。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の実施例に係る摺動部材を備える斜板式圧縮機の断面図である。

[図 2]本発明の実施例に係る摺動部材の断面図である。

符号の説明

[0020] 1 駆動軸

2 シリンダブロック

3 フロントハウジング 4642 クランク室

シリンダボア

ピストン

a 半球面座

ロータ

斜板

a 外周縁部

シユー

1 摺動部材

2 基材

3 保護被膜

3a 中間樹脂層

3b 固体潤滑剤表面層

Claims

請求の範囲

[I] 基材と、前記基材の摺動側表面に形成された低融点合金と熱伝導性フイラ一と中間 層用耐熱性榭脂との混合剤カゝら成る榭脂中間層と前記榭脂中間層上に形成された 固体潤滑剤と表面層用耐熱性榭脂との混合剤カゝら成る固体潤滑剤表面層とを有す る保護被膜とを備えることを特徴とする摺動部材。

[2] 前記固体潤滑剤表面層は、固体潤滑剤と表面層用耐熱性榭脂と低融点合金と熱伝 導性フイラ一との混合剤力 成ることを特徴とする請求項 1に記載の摺動部材。

[3] 前記低融点合金は、 Sn—Cu、 Sn—Al、 Sn—Zn、 Sn—Pt、 Sn—Mn、 Sn—Mg、

Sn— Ag、 Sn— Au、 Al— Li、 Zn— Liから成る群から選択された少なくとも 1種である ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の摺動部材。

[4] 前記表面層用耐熱性榭脂は、ポリアミドイミド榭脂、ポリイミド榭脂、エポキシ榭脂、フ ノール榭脂から成る群力 選択された少なくとも 1種であることを特徴とする請求項

1乃至 3の何れか 1項に記載の摺動部材。

[5] 前記熱伝導性フイラ一は、銅粉末とグラフアイト粉末との混合剤であることを特徴とす る請求項 1乃至 4の何れか 1項に記載の摺動部材。

[6] 前記中間層用耐熱性榭脂の荷重たわみ温度は 100°C以上であることを特徴とする 請求項 1乃至 5の何れか 1項に記載の摺動部材。

[7] 前記中間層用耐熱性榭脂は、前記表面層用耐熱性榭脂と同種であることを特徴と する請求項 1乃至 6の何れか 1項に記載の摺動部材。

[8] 前記榭脂中間層の厚みは、 0. 1乃至 100 mであることを特徴とする請求項 1乃至 7 の何れか 1項に記載の摺動部材。

[9] 前記固体潤滑剤は、二硫ィ匕モリブデン、グラフアイト、フッ素化合物から成る群から選 択された少なくとも 1種であることを特徴とする請求項 1乃至 8の何れか 1項に記載の 摺動部材。

[10] 前記固体潤滑剤表面層における前記表面層用耐熱性榭脂の含有率は、前記榭脂 中間層における前記中間層用耐熱性榭脂の含有率を越えな 、ことを特徴とする請 求項 1乃至 9の何れか 1項に記載の摺動部材。

[I I] 前記基材は、アルミニウム系材料、鉄系材料、銅系材料、マグネシウム系材料から成 る群から選択された 1種であることを特徴とする請求項 1乃至 10の何れか 1項に記載 の摺動部材。

[12] 前記基材の摺動側表面に、メツキ処理、溶射処理、焼結処理、陽極酸化処理、化成 処理、粗面形成処理から成る群の少なくとも 1種が施されて!/ヽることを特徴とする請求 項 1乃至 11の何れか 1項に記載の摺動部材。

[13] 請求項 1乃至 12の何れか 1項に記載の摺動部材を備えることを特徴とする圧縮機。