WO2020250967A1 - 摺動皮膜の形成方法及び斜板式圧縮機 - Google Patents

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sliding
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film
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宏光 宍戸
美穂 瀧澤
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サンデン・アドバンストテクノロジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a sliding film formed on a sliding portion of a swash plate compressor used in a vehicle air conditioner or the like, and the swash plate compressor thereof.
  • the swash plate type compressor slides a shoe on the swash plate in a housing in which the refrigerant exists, converts the rotational motion of the swash plate into the reciprocating motion of the piston via the shoe, and compresses the refrigerant.
  • a swash plate compressor includes a fixed capacity swash plate compressor in which the swash plate is tilted and directly fixed to a drive shaft rotatably arranged in the housing, and a swash plate attached to the drive shaft via a connecting member.
  • There is a variable capacitance type swash plate type compressor in which the tilt angle is variable and slidable.
  • the swash plate and the shoe may slide before the lubricating oil contained in the refrigerant reaches the sliding portion of the swash plate with the shoe at the initial stage of operation.
  • the sliding portion is in a dry lubricated state without lubricating oil, and seizure is likely to occur. Therefore, in a normal swash plate compressor, a sliding film for preventing seizure is provided on the sliding portion of the swash plate with the shoe.
  • Patent Document 1 As a method for forming a sliding film, for example, in Patent Document 1, a resin coating material is produced by dispersing or dissolving a compounding component such as a matrix resin, a fluororesin, or graphite in an organic solvent, and the resin coating material is applied to a base material. It is described that the resin is heated (baked) to form a sliding film cured by heating.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • NMP has been widely used as an organic solvent when producing a resin paint for a sliding film.
  • NMP is a substance subject to regulation of the REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) regulation regarding human and environmental safety (substances listed in Annex VII), and from now on, substances subject to approval of the REACH regulation (attachment). It is a substance that cannot be denied the possibility of becoming a substance listed in the book XIV. A part of NMP remains without volatilizing even in the cured sliding film after heating. Therefore, it is necessary to use an organic solvent instead of NMP in forming the sliding film.
  • NMP N-ethyl-2-pyrrolidone
  • GBL ⁇ -butyrolactone
  • the present invention has been made in view of such conventional problems, and forms a sliding film capable of effectively suppressing the occurrence of peeling and swelling without using a substance whose use is restricted by regulations.
  • the purpose is to do.
  • the present invention is a sliding film of a sliding portion used in a swash plate type compressor, in which a compound containing at least a binder resin and fluororesin particles is mixed and dispersed in an organic solvent.
  • a compound containing at least a binder resin and fluororesin particles is mixed and dispersed in an organic solvent.
  • 3-methoxy- as the organic solvent is characterized by using N, N-dimethylpropanamide (MPA).
  • a sliding paint obtained by mixing and dispersing a compound containing at least a binder resin and fluororesin particles in an organic solvent is applied to a base material, and the base material is coated with a sliding paint.
  • the organic solvent is 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide (MPA). ), And the residual ratio of MPA in the cured sliding film is 20000 ppm or less.
  • FIG. 1 It is sectional drawing of the schematic structure of the swash plate type compressor in this embodiment. It is a perspective view of the assembly of a drive shaft, a rotor, a swash plate and a link arm included in a swash plate type compressor.
  • (A) is a plan view of the swash plate 3
  • (b) is a side sectional view of the swash plate 3.
  • the present embodiment An embodiment of the present invention (hereinafter, this is referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a schematic configuration of the swash plate compressor 100 according to the present embodiment.
  • the swash plate compressor 100 is a variable displacement swash plate compressor, and is a swash plate 1 supported by a drive shaft 1, a rotor 2 fixed to the drive shaft 1, and a swash plate 3 slidably supported by a variable tilt angle. And have.
  • the swash plate 3 includes a swash plate base material 3a and a swash plate boss portion 3b.
  • the swash plate base material 3a is fixed to the swash plate boss portion 3b with rivets.
  • the piston 5 is engaged with the swash plate 3 via a pair of shoes 4 that sandwich the peripheral edge of the swash plate 3.
  • the piston 5 is slidably fitted to the cylinder 6a formed in the cylinder block 6.
  • the drive shaft 1, the rotor 2, and the swash plate 3 are housed in the front housing 7.
  • a discharge chamber and a suction chamber are formed in the cylinder head 8.
  • the valve plate 9 is sandwiched between the cylinder block 6 and the cylinder head 8.
  • the cylinder block 6, the front housing 7, the cylinder head 8 and the valve plate 9 are integrally assembled.
  • the drive shaft 1 is rotatably supported by the front housing 7 and the cylinder block 6.
  • FIG. 2 is a perspective view of an assembly of the drive shaft 1, the rotor 2, the swash plate 3, and the link arm 10 included in the swash plate compressor 100.
  • circular through holes 2b and 2c are formed in the pair of rotor arms 2a extending from the rotor 2 toward the swash plate 3.
  • a circular through hole 3d is formed in the single swash plate arm 3c extending from the swash plate 3 toward the rotor 2.
  • a link arm 10 for connecting the rotor arm 2a and the swash plate arm 3c is arranged.
  • a circular through hole 10a is formed at one end of the link arm 10.
  • circular through holes 10b and 10c are formed at the other end of the link arm 10 that is bifurcated.
  • the pair of rotor arms 2a sandwich one end of the link arm 10.
  • the bifurcated other end of the link arm 10 sandwiches the swash plate arm 3c.
  • the pin 11 is press-fitted and fixed to the circular through hole 3d, and both ends thereof are fitted into the circular through hole 10b and 10c so as to be relatively slidable.
  • the pin 12 is press-fitted and fixed to the circular through hole 10a, and both ends thereof are fitted into the circular through hole 2b and 2c so as to be relatively slidable.
  • the link mechanism 13 is formed by the rotor arm 2a, the swash plate arm 3c, the link arm 10 and the pins 11 and 12. The link mechanism 13 connects the rotor 2 and the swash plate 3 around the drive shaft 1 so as not to rotate relative to each other while allowing the tilt angle of the swash plate 3 to change.
  • the drive shaft 1 is rotationally driven by an external drive source, and the swash plate 3 rotates with the rotation of the drive shaft 1. Then, the piston 5 is reciprocated by the swash plate 3 via the shoe 4.
  • the refrigerant gas that has returned from the external cooling circuit to the compressor 100 flows into the suction chamber 14 through the suction port, and is sucked into the cylinder bore 6a through the suction hole and the suction valve formed in the valve plate 9. After that, the refrigerant gas is pressurized and compressed by the piston 5, discharged to the discharge chamber through the discharge hole and the discharge valve formed in the valve plate 9, and returned to the external cooling circuit through the discharge port.
  • the tilt angle control of the swash plate 3 is performed by controlling the differential pressure between the pressure of the suction chamber 14 and the pressure of the crank chamber 15 by a differential pressure control valve according to the heat load of the air conditioner by a control system (not shown). Will be done.
  • FIG. 3A is a plan view of the swash plate 3, and FIG. 3B is a side sectional view of the swash plate 3.
  • a sliding film 3e which is a cured film of the sliding paint, is formed on the sliding portion of the swash plate base material 3a with the shoe 4.
  • the sliding film 3e is formed by applying a sliding paint obtained by mixing and dispersing a film-forming compounding component in an organic solvent on the surface of the swash plate base material 3a to be a sliding portion, and heating (firing) the coating film. ), And the cured coating film is ground with a grinder to adjust the surface roughness to 0.6 to 1.6 ⁇ mRa.
  • the heating (firing) method may be heating with hot air only, but it is more preferable to heat with hot air and far infrared rays in combination.
  • an iron-based, copper-based or aluminum-based material can be used, but usually, an iron-based base material is used.
  • the compounding component for film formation is a compound containing a binder resin, fluororesin particles as a solid lubricant, and graphite (Gr).
  • thermosetting resin for example, one kind of thermosetting resin such as polyamide-imide resin (PAI), polyimide resin (PI), polyetherimide resin (PEI), phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester, or 2 thereof.
  • PAI polyamide-imide resin
  • PI polyimide resin
  • PEI polyetherimide resin
  • phenol resin epoxy resin
  • unsaturated polyester unsaturated polyester, or 2 thereof.
  • a mixture of seeds or more can be used.
  • a polyamide-imide resin is preferable to obtain a sliding film having excellent seizure resistance, and the polyamide-imide resin is used alone, or two or more kinds of thermosetting resins containing the polyamide-imide resin as a main component are thermosetting. It is preferable to use a thermosetting resin composition made of a resin.
  • "mainly composed of a polyamide-imide resin” means that the weight of the polyamide-imide is the largest among the thermosetting resins.
  • thermosetting resin composition a composition in which an epoxy resin is blended with a polyamide-imide resin (PAI) as a main component is preferable for obtaining a sliding film having excellent seizure resistance.
  • PAI polyamide-imide resin
  • the epoxy resin for example, aromatic epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol E type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, and novolac type epoxy resin can be used, but they are particularly liquid at room temperature. Bisphenol A type epoxy resin is preferable.
  • fluororesin particles examples include at least polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer and the like.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • perfluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • tetrafluoroethylene-ethylene copolymer examples include at least polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer and the like.
  • a kind of fluororesin particles can be used.
  • PTFE has a high melt viscosity at about 340 to 380 ° C. of about 10 10 to 10 11 Pa ⁇ s, is difficult to flow even if it exceeds the melting point, and has the best heat resistance and abrasion resistance among fluororesins. ..
  • the average particle size of PTFE is preferably 1 to 15 ⁇ m. Under high-speed sliding conditions, PTFE reduces the friction coefficient of the sliding film 3e to prevent wear and scratches on the film surface.
  • the amount of PTFE is preferably 10 to 70 parts by weight, more preferably 10 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the binder resin.
  • graphite either natural graphite or artificial graphite can be used.
  • the shape of graphite includes scaly, earthy, lumpy, flaky, spherical and the like, and any of these shapes may be used.
  • the average particle size of graphite is preferably 1-10 ⁇ m.
  • graphite enhances the wear resistance of the sliding film 3e, but if the amount of graphite added is too large, the friction coefficient will increase. From this point of view, in the sliding film 3e cured by heating, graphite is preferably 1 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
  • the organic solvent is composed of a substance (or material) whose use is not regulated (for example, not subject to the REACH regulation) and which has good solubility in the binder resin. Use a solvent.
  • the organic solvent 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide (MPA) is used, and MPA is used alone, or it is composed of two or more kinds of solvents containing MPA as a main component. It is preferable to use a mixed solvent.
  • MPA 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide
  • “using MPA as a main component” means that the weight of MPA is the largest in the mixed solvent.
  • the MPA in the organic solvent is preferably 60% by weight or more.
  • the mixed solvent it is possible to mix one or more of other organic solvents having a relatively low boiling point with the main component MPA.
  • organic solvents include xylene and methyl isobutyl ketone (MIBK), which have a boiling point lower than the boiling point of MPA (215.2 ° C.).
  • additives such as a defoaming agent, a surfactant, a coupling agent, and an anti-sedimenting agent may be added to the organic solvent.
  • the heating temperature is preferably 220 to 250 ° C.
  • the heating time is preferably 15 to 100 minutes.
  • a sliding paint using MPA as a solvent can significantly suppress peeling and swelling of the sliding film 3e from the swash plate base material 3a as compared with other sliding paints using a general-purpose organic solvent.
  • the sliding paint using MPA as the solvent is compared with the sliding paint using N-methyl2-pyrrolidone (NMP) as the solvent, and the actual operation of the swash plate compressor 100 (especially during the liquid washing phenomenon).
  • NMP N-methyl2-pyrrolidone
  • the sliding film 3e is more likely to peel off or swell from the swash plate base material 3a.
  • the peeling or swelling of the sliding film 3e may cause abnormal wear of the swash plate base material 3a and reduce the durability of the swash plate 3 and the piston 5.
  • the reliability of the swash plate compressor 100 in the market is reduced. Therefore, it is necessary to prevent the sliding film 3e from peeling or swelling.
  • the residual ratio of MPA in the sliding film 3e cured by heating can be measured by, for example, GC-MS.
  • the residual ratio of MPA in the sliding film 3e cured by heating is preferably 20000 ppm or less.
  • the residual ratio of MPA in the sliding film 3e cured by heating is preferably 20000 ppm or less.
  • the residual ratio is larger than 0 ppm, preferably 1000 ppm or more.
  • the film thickness of the sliding film 3e cured by heating is 30 to 55 ⁇ m. If this film thickness is less than 30 ⁇ m, there is a high possibility that an unprocessed portion will be generated in polishing in a subsequent process. On the other hand, if the film thickness exceeds 55 ⁇ m, the effect of the sliding film 3e tends to be insufficient, and the risk of peeling or abnormal wear increases.
  • the swash plate base material 3a is preferably degreased before applying the sliding paint. Further, it is preferable that the swash plate base material 3a is roughened by a shot blasting method after the degreasing treatment to adjust the surface roughness of the base material to 8.0 to 13.0 ⁇ m Rzjis.
  • the seizure resistance (seizure time) has a relationship of having a maximum value with respect to the surface roughness of the swash plate base material within the range of this surface roughness. If the surface roughness is less than 8.0 ⁇ m Rzjis, the seizure resistance load decreases. On the other hand, when the surface roughness exceeds 13.0 ⁇ m Rzjis, the sliding film 3e is worn at the rough surface convex portion, the base metal of the swash plate base material 3a is exposed, and seizure is likely to occur.
  • a swash plate base material made of a steel material was degreased, and the surface thereof was roughened by a shot blasting method to obtain a surface roughness of 6.0 to 7.0 ⁇ m Rzjis.
  • the sliding films of Samples 1 to 5 shown in [Table 1] were formed.
  • a sliding paint for forming the sliding film of Samples 1 to 5 was applied to the surface of the swash plate base material.
  • This sliding paint was prepared by mixing and dispersing a film-forming formulation containing a binder resin, PTFE, and Gr in an organic solvent having a solvent composition shown in [Table 1].
  • the coating film on the swash plate substrate was heated and cured at the heating temperature [° C.] and the heating time [minutes] shown in [Table 1]. Then, the cured coating film is ground by a grinding machine to smooth the surface, and the samples 1 to have a surface roughness of 0.8 ⁇ mRa and a composition [parts by weight] and a film thickness [ ⁇ m] shown in [Table 1]. A sliding film of 5 was formed.
  • the average particle size of the PTFE used was 10 ⁇ m, and the average particle size of Gr was 4 to 5 ⁇ m.
  • Organic solvent of sample 1 NMP 70% by weight-xylene 30% by weight
  • Organic solvent of sample 2 MPA 70% by weight-xylene 30% by weight
  • Organic solvent of sample 3 MPA 70% by weight-xylene 30% by weight
  • Organic solvent of sample 4 MPA 100% by weight
  • Organic solvent of sample 5 MPA 70% by weight-xylene 30% by weight
  • Binder resin Polyamide-imide resin (PAI) (manufactured by Hitachi Kasei Co., Ltd.)
  • PTFE Polytetrafluoroethylene (manufactured by Kitamura)
  • Gr Graphite (manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.)
  • solvent composition of organic solvent indicates the composition of the organic solvent used when forming Samples 1 to 5, and when the total amount of the organic solvent is 100% by weight.
  • the weight% of each of NMP, MPA, and xylene in the organic solvent is shown.
  • composition of sliding film after heat curing indicates the composition of the sliding film of Samples 1 to 5 cured by heating, and the binder resin (PAI) is used.
  • PAI binder resin
  • the parts by weight of PTFE and Gr are shown when the weight is 100 parts by weight.
  • the residual ratio of the organic solvent (residual solvent ratio) in the cured sliding film of Samples 1, 2 and 4 was 20000 ppm or less.
  • MPA of sample 2 using a mixed solvent of 70% by weight of MPA and 30% by weight of xylene The residual ratio was almost the same value. Since sample 4 used only MPA as the organic solvent, the residual ratio of MPA was higher than that of sample 2.
  • the sliding film of sample 3 is cured by heating at a lower heating temperature (215 to 220 ° C.) than other samples. Further, the sliding film of sample 5 has a film thickness (60 to 80 ⁇ m) larger than that of other samples. As shown in [Table 1] and FIG. 4, the residual ratio of the organic solvent in the cured sliding film of Samples 3 and 5 was higher than 20000 ppm.
  • a 240-hour actual machine durability test was conducted on a swash plate compressor provided with a swash plate on which a cured sliding film of Samples 1 to 5 was formed. Specifically, a 240-hour low-speed afterload intermittent test was conducted on the actual machine.
  • FIG. 5 (a) shows a photograph of the sliding film of Sample 4 after the actual machine durability test for 240 hours
  • FIG. 5 (b) shows 240 hours.
  • the photograph of the sliding film of the sample 3 after the durability test of the actual machine is shown.
  • scale bars of 500 ⁇ m and 1000 ⁇ m are displayed, respectively.
  • the sliding films of Samples 1, 2 and 4 in which the residual ratio of the organic solvent in the cured sliding film is 20000 ppm or less are obtained after the actual durability test of the swash plate for 240 hours. Also, no peeling occurred. For example, after the actual machine durability test for 240 hours, the sliding film of sample 4 was a flat coating film in which no peeling occurred, as shown in the photograph of FIG. 5 (a).
  • variable capacitance type swash plate compression has been described as an example of the swash plate compressor.
  • the swash plate compressor is not limited to this, and may be, for example, a fixed capacitance type swash plate compressor.

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Abstract

規制によって使用が制限される物質を用いることなく、剥離や膨れの発生を効果的に抑制できる摺動皮膜を形成する。斜板式圧縮機に用いる摺動部における摺動皮膜(3e)は、少なくともバインダー樹脂とフッ素樹脂粒子とを含む配合物を有機溶剤に混合及び分散させてなる摺動用塗料を斜板基材(3a)に塗布し、斜板基材(3a)上の摺動用塗料を加熱により硬化させることにより形成する。有機溶剤としては、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)を使用する。

Description

摺動皮膜の形成方法及び斜板式圧縮機
 本発明は、車両用空調装置等に用いられる斜板式圧縮機の摺動部に形成される摺動皮膜の形成方法及びその斜板式圧縮機に関する。
 斜板式圧縮機は、冷媒が存在するハウジング内において、斜板にシューを摺動させ、シューを介して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換し、冷媒を圧縮させるものである。このような斜板式圧縮機としては、ハウジング内に回転可能に配置された駆動軸に斜板を傾斜させて直接固定した固定容量型斜板式圧縮機と、連結部材を介して駆動軸に斜板を、傾角可変且つ摺動可能に取り付けた可変容量型斜板式圧縮機とがある。
 このような斜板式圧縮機では、運転初期において、冷媒中に含まれる潤滑油が斜板におけるシューとの摺動部に到達する前に、斜板とシューとが摺動する場合がある。この場合、摺動部が潤滑油を有しないドライ潤滑状態となり、焼付きが発生し易くなる。そのため、通常の斜板式圧縮機では、斜板におけるシューとの摺動部に焼き付き防止のための摺動皮膜を設けている。
 摺動皮膜の形成方法として、例えば、特許文献1には、マトリックス樹脂、フッ素樹脂、黒鉛等の配合成分を有機溶剤に分散または溶解させて樹脂塗料を生成し、その樹脂塗料を基材に塗布して加熱(焼成)し、加熱により硬化した摺動皮膜を形成することが記載されている。この特許文献1には、有機溶剤として、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)が使用可能であることが記載されている。
 このように、摺動皮膜用の樹脂塗料を生成する際には、有機溶剤として、従来よりNMPが広く使用されている。
特開2014-13036号公報
 しかしながら、NMPは、人体及び環境の安全性に関するREACH(Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals)規則の規制対象物質(附属書VII収載物質)であり、今後は、REACH規則の認可対象物質(附属書XIV収載物質)となる可能性も否定できない物質である。NMPは、加熱後の硬化した摺動皮膜中においても、その一部が揮発せずに残留する。そのため、摺動皮膜の形成において、NMPに代わる有機溶剤を使用する必要がある。
 NMPに代わる有機溶剤としては、例えば、N-エチル-2-ピロリドン(NEP)、γ-ブチロラクトン(GBL)等が考えられる。しかしながら、NEPは、NMPと化学構造が類似しており、使用量の増加に伴って将来的に使用が規制される可能性が高い。また、GBLは、麻薬の原料となることから、一部の国では、既に使用が規制されている。
 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、規制によって使用が制限される物質を用いることなく、剥離や膨れの発生を効果的に抑制可能な摺動皮膜を形成することを目的とする。
 上述の目的を達成するため、本発明は、斜板式圧縮機に用いる摺動部の摺動皮膜であって、少なくともバインダー樹脂とフッ素樹脂粒子とを含む配合物を有機溶剤に混合及び分散させてなる摺動用塗料を基材に塗布し、前記基材上の前記摺動用塗料を加熱により硬化させてなる摺動皮膜を形成する摺動皮膜の形成方法において、前記有機溶剤として、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)を使用することを特徴とする。
 また、上述の目的を達成するため、本発明は、少なくともバインダー樹脂とフッ素樹脂粒子とを含む配合物を有機溶剤に混合及び分散させてなる摺動用塗料を基材に塗布し、前記基材上の前記摺動用塗料を加熱により硬化させることで形成される摺動皮膜を摺動部に備えてなる斜板式圧縮機において、前記有機溶剤は、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)であり、硬化した前記摺動皮膜中のMPAの残留比率は、20000ppm以下であることを特徴とする。
 本発明によれば、規制によって使用が制限される物質を用いることなく、剥離や膨れの発生を効果的に抑制可能な摺動皮膜を形成することができる。
本実施の形態における斜板式圧縮機の概略構成の断面図である。 斜板式圧縮機が備える駆動軸、ローター、斜板及びリンクアームの組立品の斜視図である。 (a)は、斜板3の平面図であり、(b)は、斜板3の側面断面図である。 GC-MSにより測定したサンプル1~5の有機溶剤の残留比率(残留溶剤比率)[ppm]の測定結果を示す図である。 240時間の実機耐久試験を行った斜板における摺動皮膜の写真である。
 図1乃至図5を用いて本発明の一実施形態(以下、これを「本実施の形態」という。)について説明する。
 図1は、本実施の形態における斜板式圧縮機100の概略構成の断面図である。斜板式圧縮機100は、可変容量型斜板式圧縮機であり、駆動軸1と、駆動軸1に固定されたローター2と、傾角可変且つ摺動可能に駆動軸1に支持された斜板3とを備えている。
 斜板3は、斜板基材3aと斜板ボス部3bとを含む。斜板基材3aは、斜板ボス部3bにリベットで固着されている。ピストン5は、斜板3の周縁部を挟持する一対のシュー4を介して斜板3に係合されている。このピストン5は、シリンダブロック6に形成されたシリンボア6aに摺動可能に嵌合している。駆動軸1、ローター2及び斜板3は、フロントハウジング7内に収容されている。
 シリンダヘッド8には、吐出室及び吸入室が形成されている。弁板9は、シリンダブロック6とシリンダヘッド8とによって挟持されている。シリンダブロック6、フロントハウジング7、シリンダヘッド8及び弁板9は、一体に組み付けられている。駆動軸1は、フロントハウジング7とシリンダブロック6とによって回転可能に支持されている。
 図2は、斜板式圧縮機100が備える駆動軸1、ローター2、斜板3及びリンクアーム10の組立品の斜視図である。図1及び図2に示すように、ローター2から斜板3へ向けて伸びる一対のローターアーム2aには、円形貫通穴2b、2cが形成されている。また、斜板3からローター2へ向けて伸びる単一の斜板アーム3cには、円形貫通穴3dが形成されている。
 また、ローターアーム2aと斜板アーム3cとを連結するリンクアーム10が配設されている。リンクアーム10の一端部には、円形貫通穴10aが形成されている。また、リンクアーム10の二股に分かれた他端部には、円形貫通穴10b、10cが形成されている。一対のローターアーム2aは、リンクアーム10の一端部を挟持している。リンクアーム10の二股に分かれた他端部は、斜板アーム3cを挟持している。
 ピン11は、円形貫通穴3dに圧入固定されるとともに、その両端部が円形貫通穴10b、10cに相対摺動可能に嵌合している。ピン12は、円形貫通穴10aに圧入固定されるとともに、その両端部が円形貫通穴2b、2cに相対摺動可能に嵌合している。また、ローターアーム2a、斜板アーム3c、リンクアーム10及びピン11、12によって、リンク機構13が形成されている。リンク機構13は、斜板3の傾角変化を許容しつつ、ローター2と斜板3とを駆動軸1回りに相対回転不能に連結している。
 斜板式圧縮機100において、駆動軸1は、外部駆動源によって回転駆動し、この駆動軸1の回転に伴い、斜板3が回転する。そして、シュー4を介して斜板3によりピストン5が往復駆動される。
 外部冷却回路から圧縮機100へ還流した冷媒ガスは、吸入ポートを介して吸入室14へ流入し、弁板9に形成された吸入穴と吸入弁とを介してシリンダボア6a内へ吸引される。その後、冷媒ガスは、ピストン5によって加圧圧縮され、弁板9に形成された吐出穴と吐出弁とを介して吐出室へ吐出し、吐出ポートを介して外部冷却回路へ還流する。この際、斜板3の傾角制御は、図示しない制御システムにより、空調装置の熱負荷に応じて吸入室14の圧力とクランク室15の圧力との差圧を差圧制御弁により制御することにより行われる。
 図3(a)は、斜板3の平面図であり、図3(b)は、斜板3の側面断面図である。図3(a)、(b)に示すように、斜板基材3aにおけるシュー4との摺動部には、摺動用塗料の硬化皮膜である摺動皮膜3eが形成されている。摺動皮膜3eは、斜板基材3aの摺動部となる表面に、皮膜形成用の配合成分を有機溶剤に混合及び分散させてなる摺動用塗料を塗布し、その塗膜を加熱(焼成)により硬化させ、硬化した塗膜を研削機で研削して表面粗さ0.6~1.6μmRaに調整することにより形成される。
 加熱(焼成)の方法は、熱風のみによる加熱でもよいが、熱風と遠赤外線とを併用して加熱するのがより好ましい。
 斜板基材3aとしては、鉄系、銅系又はアルミニウム系の材料を使用することができるが、通常は、鉄系の基材が使用される。
 皮膜形成用の配合成分は、バインダー樹脂と、固体潤滑剤としてのフッ素樹脂粒子及びグラファイト(Gr)とを配合した配合物である。
 バインダー樹脂としては、例えば、ポリアミドイミド樹脂(PAI)、ポリイミド樹脂(PI)、ポリエーテルイミド樹脂(PEI)、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂の1種、又はその2種以上を混合したものが使用可能である。
 これらの中でも、耐焼付き性の優れた摺動皮膜を得るにはポリアミドイミド樹脂が好ましく、ポリアミドイミド樹脂を単独で使用するか、又は、ポリアミドイミド樹脂を主成分とした2種以上の熱硬化性樹脂からなる熱硬化性樹脂組成物を使用することが好ましい。ここで、「ポリアミドイミド樹脂を主成分とした」とは、熱硬化性樹脂中においてポリアミドイミドの重量が最も大きいことを意味する。
 熱硬化性樹脂組成物としては、主成分であるポリアミドイミド樹脂(PAI)にエポキシ樹脂を配合したものが耐焼付き性の優れた摺動皮膜を得るには好ましい。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等の芳香族エポキシ樹脂を使用できるが、特に常温で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。
 フッ素樹脂粒子としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体等の少なくとも一種のフッ素樹脂の粒子を使用することができる。
 これらの中でも、PTFEを使用することが好ましい。PTFEは、約340~380℃の溶融粘度が約1010~1011Pa・sと高く、融点を越えても流動し難く、フッ素樹脂の中では最も耐熱性に優れ、耐摩耗性にも優れる。
 PTFEの平均粒径は、好ましくは1~15μmである。PTFEは、高速摺動条件下において摺動皮膜3eの摩擦係数を低下させて皮膜表面の摩耗や傷付き等を防ぐ。
 PTFEの添加量を増加させると摩擦係数は低下するが、PTFEの添加量が多くなり過ぎると、摺動皮膜3eのせん断強度が低下して層内剥離を起こし易くなる。このような点から、加熱により硬化した摺動皮膜3eにおいて、バインダー樹脂100重量部に対し、PTFEは、10~70重量部であることが好ましく、10~40重量部であることがより好ましい。PTFEの相対重量をこの範囲とすることにより、有機溶剤としてMPAを用いたとしても、得られる摺動皮膜3eの密着性及び強度を確保することができる。
 グラファイト(Gr)としては、天然グラファイト、人造グラファイトの何れも使用できる。また、グラファイトの形状としては、鱗片状、土状、塊状、薄片状、球状等が挙げられるが、その何れの形状であってもよい。グラファイトの平均粒径は、好ましくは1~10μmである。
 グラファイトは、摺動皮膜3eの耐摩耗性を高めるが、グラファイトの添加量が多くなり過ぎると摩擦係数が増大してしまう。このような点から、加熱により硬化した摺動皮膜3eにおいて、バインダー樹脂100重量部に対し、グラファイトは、1~25重量部であることが好ましい。
 本実施の形態において、有機溶剤としては、使用が規制されておらず(例えばREACH規則の対象となっておらず)、バインダー樹脂に対して良好な溶解性を有する物質(或いは材料)によって構成される溶剤を使用する。
 具体的に、有機溶剤としては、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)を使用し、MPAを単独で使用するか、又は、MPAを主成分とした2種類以上の溶剤からなる混合溶剤を使用することが好ましい。ここで、「MPAを主成分とした」とは、混合溶剤中においてMPAの重量が最も大きいことを意味する。特に、有機溶剤全体を100重量%としたとき、有機溶剤中のMPAは、60重量%以上であることが好ましい。
 混合溶剤としては、主成分のMPAに、沸点が比較的低い他の有機溶剤の1種又は2種以上を混合させることが可能である。このような他の有機溶剤としては、例えば、MPAの沸点(215.2℃)よりも低い沸点を有するキシレン、メチルイソブチルケトン(MIBK)等を挙げることができる。さらに、有機溶剤には、例えば消泡剤、界面活性剤、カップリング剤、沈降防止剤等の添加剤を添加させてもよい。
 斜板基材3aに塗布した摺動用塗料を加熱により硬化させる際、その加熱温度は、220~250℃とすることが好ましく、その加熱時間は、15~100分とすることが好ましい。
 このような加熱温度及び加熱時間での加熱を行うことにより、硬化した摺動皮膜3e中の大部分のMPAは、揮発によって消失するが、僅かな量が揮発せずに残留する。
 溶剤としてMPAを使用した摺動用塗料は、他の汎用な有機溶剤を使用した摺動用塗料よりは格段に斜板基材3aからの摺動皮膜3eの剥離や膨れを抑制することができる。しかしながら、溶剤としてMPAを使用した摺動用塗料は、溶剤としてN-メチル2-ピロリドン(NMP)を使用した摺動用塗料と比較すると、斜板式圧縮機100の実機運転(特に、液洗い現象時)において、斜板基材3aからの摺動皮膜3eの剥離や膨れをより引き起こし易い傾向にある。摺動皮膜3eの剥離や膨れの発生は、斜板基材3aの異常摩耗を引き起こして、斜板3及びピストン5の耐久性を低下させてしまう虞がある。その結果、斜板式圧縮機100の市場での信頼性が低下することになる。そのため、摺動皮膜3eの剥離や膨れを防止する必要がある。
 加熱により硬化した摺動皮膜3e中のMPAの残留比率は、例えば、GC-MSによって測定することができる。
 生産効率を考慮すると、加熱により硬化した摺動皮膜3eから摺動用塗料に含まれる溶剤を完全に取り除くことは、困難である。そのため、加熱により硬化した摺動皮膜3e中におけるMPAの残留比率は、20000ppm以下であることが好ましい。加熱により硬化した摺動皮膜3e中のMPAの残留比率を20000ppm以下とすることにより、摺動皮膜3eが斜板基材3aから剥離したり膨れることを効果的に抑制することができる。これにより、斜板3及びピストン5の耐久性が向上し、結果として、斜板式圧縮機100の市場での信頼性を向上させることができる。
 また、上述したように、加熱により硬化した摺動皮膜3e中においてMPAは残留することから、その残留比率は、0ppmよりも大きく、例えば1000ppm以上とすることが好ましい。
 摺動用塗料を塗布する際には、加熱により硬化した摺動皮膜3eの膜厚が30~55μmとなるように塗布するとよい。この膜厚が30μm未満であると、後工程における研磨において、未加工部が発生する可能性が高くなる。また、この膜厚が55μmを超えると、摺動皮膜3eの効果が不十分となり易く、剥離や異常摩耗が発生するリスクが大きくなる。
 斜板基材3aは、摺動用塗料を塗布する前に脱脂処理することが好ましい。また、斜板基材3aは、脱脂処理後にショットブラスト法によって粗面化処理して基材表面の粗さを8.0~13.0μmRzjisに調整することが好ましい。耐焼付き性(焼付き時間)は、この表面粗さの範囲内において、斜板基材の表面粗さに対して極大値を有する関係にある。表面粗さが8.0μmRzjis未満では、耐焼付き荷重が低下する。一方、表面粗さが13.0μmRzjisを超えると、摺動皮膜3eが粗面凸部で摩耗して斜板基材3aの下地金属が露出し、焼付きが生じ易くなる。
 斜板基材に形成された摺動皮膜の状態を調べる試験を行った。先ず、鋼鉄材料の斜板基材を脱脂処理し、その表面をショットブラスト法で粗面化して表面粗さを6.0~7.0μmRzjisとした。この斜板基材の表面に、[表1]に示すサンプル1~5の摺動皮膜を形成した。
 具体的には、この斜板基材の表面に、サンプル1~5の摺動皮膜を形成するための摺動用塗料を塗布した。この摺動用塗料は、バインダー樹脂と、PTFEと、Grとを配合した皮膜形成用の配合物を[表1]に示す溶剤組成の有機溶剤に混合及び分散させることによって調整した。
 そして、斜板基材上の塗膜を[表1]に示す加熱温度[℃]及び加熱時間[分]で加熱して硬化させた。そして、硬化した塗膜を研削機で研削して表面を平滑化し、表面粗さが0.8μmRaであって[表1]に示す組成[重量部]及び膜厚[μm]を有するサンプル1~5の摺動皮膜を形成した。使用したPTFEの平均粒径は10μmであり、Grの平均粒径は4~5μmであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 サンプル1の有機溶剤:NMP70重量%-キシレン30重量%
 サンプル2の有機溶剤:MPA70重量%-キシレン30重量%
 サンプル3の有機溶剤:MPA70重量%-キシレン30重量%
 サンプル4の有機溶剤:MPA100重量%
 サンプル5の有機溶剤:MPA70重量%-キシレン30重量%
 バインダー樹脂:ポリアミドイミド樹脂(PAI)(日立化成社製)
 PTFE:ポリテトラフルオロエチレン(喜多村社製)
 Gr:グラファイト(日本黒鉛工業社製)
 [表1]において、「有機溶剤の溶剤組成[重量%]」は、サンプル1~5を形成する際に使用した有機溶剤の組成を示しており、有機溶剤全体を100重量%としたときの有機溶剤中のNMP、MPA、キシレンそれぞれの重量%を示している。
 また、[表1]において、「加熱硬化後の摺動皮膜の組成[重量部]」は、加熱により硬化したサンプル1~5の摺動皮膜の組成を示しており、バインダー樹脂(PAI)を100重量部としたときのPTFE、Grそれぞれの重量部を示している。
 加熱により硬化したサンプル1~5の摺動皮膜試料100mgをメタノール10mlに抽出し、超音波を30分間照射した。それにより得られたサンプル1~5の抽出液1μgを採取して測定用のサンプル1~5とした。GC-MSにより、そのサンプル1~5の有機溶剤の残留比率(残留溶剤比率)[ppm]を測定した。図4に、GC-MSにより測定したサンプル1~5の有機溶剤の残留比率(残留溶剤比率)[ppm]の測定結果を示す。
 [表1]及び図4に示すように、サンプル1、2、4の硬化した摺動皮膜中における有機溶剤の残留比率(残留溶剤比率)は、20000ppm以下であった。有機溶剤としてNMP70重量%とキシレン30重量%との混合溶剤を使用したサンプル1のNMPの残留比率と比較して、MPA70重量%とキシレン30重量%との混合溶剤を使用したサンプル2のMPAの残留比率は、略同等の値となった。サンプル4は、有機溶剤としてMPAのみを使用したことから、サンプル2よりもMPAの残留比率が高かった。
 [表1]に示すように、サンプル3の摺動皮膜は、他のサンプルよりも低い加熱温度(215~220℃)での加熱により硬化されたものである。また、サンプル5の摺動皮膜は、他のサンプルの膜厚よりも大きい膜厚(60~80μm)を有するものである。このようなサンプル3、5の硬化した摺動皮膜中における有機溶剤の残留比率は、[表1]及び図4に示すように、20000ppmよりも高かった。
 次に、サンプル1~5の硬化した摺動皮膜が形成された斜板を備える斜板式圧縮機について、240時間の実機耐久試験を行った。具体的には、240時間の実機による低速後負荷断続試験を行った。
 240時間の実機耐久試験後、サンプル1~5の摺動皮膜について、その表面の状態(具体的には、摺動皮膜に剥離(それによる膨れも含む)が生じたか否か)を観察した。[表1]及び図4において、摺動皮膜に剥離が生じているサンプルについては「剥離有り」と記載し、摺動皮膜に剥離が生じていないサンプルについては「剥離無し」と記載している。
 240時間の実機耐久試験後の摺動皮膜の例として、図5(a)に、240時間の実機耐久試験後におけるサンプル4の摺動皮膜の写真を示し、図5(b)に、240時間の実機耐久試験後におけるサンプル3の摺動皮膜の写真を示す。なお、図5(a)、図5(b)の右下には、それぞれ500μm、1000μmのスケールバーを表示している。
 [表1]及び図4に示すように、硬化した摺動皮膜中における有機溶剤の残留比率が20000ppm以下であるサンプル1、2、4の摺動皮膜は、240時間斜板の実機耐久試験後においても、剥離が生じなかった。例えば、240時間の実機耐久試験後において、サンプル4の摺動皮膜は、図5(a)の写真に示すように、剥離が一切生じていない平坦なコーティング皮膜であった。
 一方、[表1]及び図4に示すように、硬化した摺動皮膜中における有機溶剤の残留比率が20000ppmよりも大きいサンプル3、5の摺動皮膜は、240時間の実機耐久試験後、摺動皮膜に剥離が生じた。例えば、240時間の実機耐久試験後において、サンプル3の摺動皮膜は、図5(b)の写真に示すように、部分的に斜板基材から剥離して膨れ上がり、その部分が欠損していた。
 以上のような試験結果から、摺動皮膜の形成において、REACH規則の規制対象物質であるN-メチル2-ピロリドン(NMP)に代えて、使用が規制されていない3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)が充分に使用可能であることが確認された。また、硬化した摺動皮膜中のMPAの残留比率を20000ppm以下とすることによって、斜板式圧縮機の発熱を伴う運転時においても、剥離が生じない平坦なコーティング皮膜からなる摺動皮膜が維持されることが確認された。
 上述の実施の形態では、斜板式圧縮機として、可変容量型斜板式圧縮を例に挙げて説明した。しかしながら、斜板式圧縮機は、これに限定されず、例えば固定容量型斜板式圧縮機であってもよい。
 1 駆動軸、2 ローター、2a ローターアーム、2b、2c 円形貫通穴、3 斜板、3a 斜板基材、3b 斜板ボス部、3c 斜板アーム、3d 円形貫通穴、3e 摺動皮膜、4 シュー、5 ピストン、6 シリンダブロック、6a シリンダボア、7 フロントハウジング、8 シリンダヘッド、9 弁板、10 リンクアーム、10a、10b、10c 円形貫通穴、11、12 ピン、13 リンク機構、14 吸入室、15 クランク室

Claims (5)

  1.  斜板式圧縮機に用いる摺動部の摺動皮膜であって、少なくともバインダー樹脂とフッ素樹脂粒子とを含む配合物を有機溶剤に混合及び分散させてなる摺動用塗料を基材に塗布し、前記基材上の前記摺動用塗料を加熱により硬化させてなる摺動皮膜を形成する摺動皮膜の形成方法において、
     前記有機溶剤として、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)を使用する
     ことを特徴とする摺動皮膜の形成方法。
  2.  硬化した前記摺動皮膜中の3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)の残留比率は、20000ppm以下である
     ことを特徴とする請求項1に記載の摺動皮膜の形成方法。
  3.  前記バインダー樹脂は、ポリアミドイミド樹脂を含む熱硬化性樹脂である
     ことを特徴とする請求項1又は2に記載の摺動皮膜の形成方法。
  4.  硬化した前記摺動皮膜は、前記バインダー樹脂100重量部に対し、前記フッ素樹脂粒子を10~40重量部含む
     ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の摺動皮膜の形成方法。
  5.  少なくともバインダー樹脂とフッ素樹脂粒子とを含む配合物を有機溶剤に混合及び分散させてなる摺動用塗料を基材に塗布し、前記基材上の前記摺動用塗料を加熱により硬化させることで形成される摺動皮膜を摺動部に備えてなる斜板式圧縮機において、
     前記有機溶剤は、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド(MPA)であり、
     硬化した前記摺動皮膜中のMPAの残留比率は、20000ppm以下である
     ことを特徴とする斜板式圧縮機。
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