(57)【要約】【課題】  焼結により得られる摺動部材であって、密着性が高く優れた摺動特性を有する摺動部材および摺動部材の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の摺動部材は、金属製の基材１０と、基材１０の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末の摺動層２０と、を有する摺動部材であって、摺動層２０には固体潤滑剤粉末を含むことを特徴とする。さらに、基材１０と摺動層２０との間に介在し基材１０とは異なる金属からなる中間層３０を有するものであってもよい。  また、本発明の摺動部材の製造方法は、金属からなる基材層の少なくとも一面に少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とからなる粉末摺動層を形成する積層工程と、該基材層と該粉末摺動層とを一体的に焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。この製造方法により、少なくとも基材１０と摺動層２０とを有する摺動部材を作製することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材と、該基材の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末の摺動層と、を有する摺動部材であって、
前記摺動層には固体潤滑剤粉末を含むことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
少なくとも前記摺動層は、型で加圧されつつ放電焼結されたものである請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記基材は、バルク体、または、前記摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる焼結体である請求項１記載の摺動部材。
【請求項４】
前記基材は、鉄、アルミニウム、銅およびマグネシウムのうちの少なくとも１種を含む請求項１記載の摺動部材。
【請求項５】
前記摺動層は、その基材側における前記固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材側よりも低い傾斜機能材料層である請求項１記載の摺動部材。
【請求項６】
前記傾斜機能材料層は、前記固体潤滑剤粉末の割合が前記基材側から前記反基材側へと連続的または段階的に変化する層である請求項５記載の摺動部材。
【請求項７】
前記固体潤滑剤粉末は、二硫化モリブデン粉末、グラファイト粉末およびフッ素化合物粉末のうちの少なくとも１種を含む請求項１記載の摺動部材。
【請求項８】
前記樹脂粉末は、耐熱性樹脂からなる耐熱性樹脂粉末である請求項１記載の摺動部材。
【請求項９】
前記樹脂粉末は、ポリアミドイミド樹脂粉末、ポリイミド樹脂粉末およびポリエーテルエーテルケトン樹脂粉末のうち少なくとも１種を含む請求項１記載の摺動部材。
【請求項１０】
前記基材と前記摺動層との間に介在し該基材とは異なる金属からなる中間層を有する請求項１記載の摺動部材。
【請求項１１】
前記中間層は、前記基材および前記摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる中間焼結体層である請求項１０記載の摺動部材。
【請求項１２】
前記中間層は、銅およびアルミニウムのうち少なくとも１種を含む請求項１０記載の摺動部材。
【請求項１３】
前記基材は、圧縮機の摺動部品である請求項１〜１２のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項１４】
金属からなる基材層の少なくとも一面に少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とからなる粉末摺動層を形成する積層工程と、
該基材層と該粉末摺動層とを一体的に焼結する焼結工程と、
を有することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項１５】
前記焼結工程において、少なくとも前記粉末摺動層は型で加圧されつつ放電焼結される請求項１４記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１６】
前記基材層は、金属粉末からなる粉末基材層、または、バルク体である請求項１４記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１７】
前記積層工程より前に、少なくとも前記樹脂粉末と前記固体潤滑剤粉末との体積割合が異なる２種以上の混合粉末を調製する粉末調製工程を有し、
前記積層工程において、前記粉末摺動層はその基材層側における前記固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材層側よりも低くなるように前記２種以上の混合粉末を順に積層して形成される請求項１４記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１８】
前記積層工程は、前記基材層と前記粉末摺動層との間に該基材層とは異なる金属の粉末からなる粉末中間層を形成する工程を含む請求項１４記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１９】
前記基材層はバルク体であって、前記積層工程より前に、該基材層の前記粉末摺動層を形成する面に該基材層とは異なる金属からなる中間層を形成する中間層形成工程を有する請求項１４記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種装置の摺動部に用いられる摺動部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機などに用いられる摺動部材は、金属製の基材と、その摺動面に形成された樹脂製の摺動層とからなり、摺動層により摺動部材の摺動性能を向上させている。多くの場合、樹脂製の被膜を塗装することにより摺動層を形成しており、たとえば特許文献１では、溶剤に溶解した熱硬化性樹脂をスプレー塗装などにより金属製の基材に被着させた後、乾燥、焼成を経て、摺動層を得る。
【０００３】
上記のように、塗装により摺動層を形成すると、塗装後、乾燥、焼成を行うため工程数が多く、特に複数の層からなる摺動層を形成する場合には、上記の工程を繰り返し行うため、さらに工程数が多くなる。また、樹脂を溶解させる溶剤の選定やその処理に対しては、安全性や環境問題を考慮する必要がある。
【０００４】
塗装に替わる摺動層の形成方法のひとつとして、焼結法が考えられる。ところが、特許文献２の比較例１によれば、アルミニウム粉体のみからなる層とポリイミド粉体のみからなる層とを積層させて焼結すると、両成分の界面で簡単に剥離する。そのため、特許文献２では、金属のみからなる層と樹脂のみからなる層との間に、金属と樹脂とをともに含む層を形成することにより、両層間の密着性を確保している。すなわち、焼結によって金属製の基材に樹脂製の摺動層を形成することは容易ではない。
【特許文献１】特開平１１−１３６３８号公報
【特許文献２】特開平９−１３１８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明者等は、焼結であっても基材と摺動層との密着性を確保できる新規な構成を見出した。すなわち、本発明は、焼結により得られる摺動部材であって、基材と摺動層との密着性が高く、摺動部に好適な摺動部材および摺動部材の製造方法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】
【０００６】
本発明の摺動部材は、金属製の基材と、該基材の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末の摺動層と、を有する摺動部材であって、前記摺動層には固体潤滑剤粉末を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記基材は、バルク体、または、前記摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる焼結体であるのが好ましい。ここで「バルク」とは、「かたまり」を意味しており、通常、薄膜や線材以外を称する。すなわち、バルク体である基材には、鋳造などにより加工された金属部材のほか、摺動層と一体的に焼結されたものではない金属粉末からなる焼結体（摺動層を焼結する前に予め焼結により形成された焼結体）も含まれる。
【０００８】
前記摺動層は、その基材側における前記固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材側よりも低い傾斜機能材料層であるのが好ましい。この際、前記傾斜機能材料層は、前記固体潤滑剤粉末の割合が前記基材側から前記反基材側へと連続的または段階的に変化する層であるのが好ましい。
【０００９】
さらに、前記基材と前記摺動層との間に介在し該基材とは異なる金属からなる中間層を有するのが好ましい。この際、前記中間層は、前記基材および前記摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる中間焼結体層であるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の摺動部材の製造方法は、金属からなる基材層の少なくとも一面に少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とからなる粉末摺動層を形成する積層工程と、該基材層と該粉末摺動層とを一体的に焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
前記基材層は、金属粉末からなる粉末基材層、または、バルク体であるのが望ましい。ここで、バルク体である基材層には、上記焼結工程とは別工程で金属粉末を焼結して形成された金属焼結体も含まれる。
【００１２】
また、前記摺動工程の前に、少なくとも前記樹脂粉末と前記固体潤滑剤粉末との体積割合が異なる２種以上の混合粉末を調製する粉末調製工程を有し、前記積層工程において、前記粉末摺動層はその基材層側における前記固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材層側よりも低くなるように前記２種以上の混合粉末を順に積層して形成されるのが望ましい。
【００１３】
また、前記積層工程は、前記基材層と前記粉末摺動層との間に該基材層とは異なる金属の粉末からなる粉末中間層を形成する工程を含むのが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の摺動部材は、基材の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末からなり固体潤滑剤粉末を含む摺動層を有する。摺動層に固体潤滑剤粉末を用いたことにより、基材と摺動層との線膨張係数の差が小さくなる。その結果、摺動部材として好適な摺動特性を示すだけでなく、これまで焼結では得ることができなかった金属製の基材と樹脂製の摺動層との間の密着性を確保することができる。さらに、摺動層は、焼結により樹脂粉末が溶融したあと固化することにより形成されるため、基材との密着性に優れる。また、加圧されつつ焼結される場合には、加圧された状態で樹脂粉末が溶融し固化するため、さらに密着性に優れる。
【００１５】
また、摺動層を上記傾斜機能材料層とすることにより、反基材側に優れた摺動特性をもたせつつ、基材との密着性も確保することができる。
【００１６】
また、基材と摺動層との間に介在し金属からなる中間層を設けることにより、摺動部材の使用中に摺動層が損傷することがあっても、中間層を摺動面として摺動できるため、摺動部材としての信頼性が向上する。
【００１７】
本発明の摺動部材の製造方法は、積層工程にて形成された基材層と粉末摺動層とを焼結工程にて一体的に焼結することにより、少ない工程で摺動部材を形成することができる。また、粉末摺動層は、固体潤滑剤粉末を含むため、焼結後の基材層と粉末摺動層との線膨張係数の差が小さくなる。その結果、焼結後の基材層と粉末摺動層との界面から剥離することがない。さらに、焼結を用いるため、塗装では必須である溶剤が不要であり、また、溶剤に溶けにくい樹脂粉末からなる摺動層であっても形成が可能である。また、積層工程にて基材層と粉末摺動層とを圧縮成形したり、加圧しつつ焼結することにより、密着性に優れた摺動部材が得られる。
【００１８】
また、基材層を上記粉末基材層とすることにより、基材と摺動層とを同時に焼結して摺動部材を得ることが可能となる。さらに、積層工程において金属の粉末からなる粉末中間層を形成することにより、基材、中間層、摺動層が同時に焼結されて形成された摺動部材を得ることが可能となる。
【００１９】
また、粉末調製工程において、あらかじめ、少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末との体積割合が異なる２種以上の混合粉末を調製し、積層工程において、その基材層側における固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材層側よりも低くなるように２種以上の混合粉末を順に積層して粉末摺動層を形成することにより、傾斜機能材料層を容易に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の摺動部材および本発明の摺動部材の製造方法を実施するための最良の形態を図１を用いて説明する。なお、図１は、本発明の摺動部材の一例を模式的に示す断面図である。
【００２１】
［摺動部材］
本発明の摺動部材は、金属製の基材と、基材の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末の摺動層と、を有する摺動部材であって、前記摺動層には固体潤滑剤粉末を含む。
【００２２】
基材は、その大きさや形状に特に限定はなく、バルク体、または、摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる焼結体であるのが好ましい。前述のように、バルク体である基材には、鋳造などにより加工された金属部材のほか、摺動層と一体的に焼結されたものではない金属粉末からなる焼結体、つまり、樹脂粉末や固体潤滑剤粉末が焼結される前に予め焼結により形成された焼結体も含まれる。
【００２３】
また、基材は、金属製であれば特に限定はなく、鉄、アルミニウム、銅およびマグネシウムのうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。たとえば、合金であれば、鋼や、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｎ等を含むアルミニウム合金、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｎ等を含む銅合金などが好ましい。
【００２４】
基材が摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる焼結体であれば、金属粉末の粒径は、好ましくは平均一次粒径が１０〜２００μｍ、さらに好ましくは１０〜１５０μｍである。金属粉末の粒径が上記範囲にあれば、十分な強度を有する基材が得られる。
【００２５】
基材がバルク体であれば、摺動層との界面に、メッキ処理、溶射処理、陽極酸化処理、化成処理または粗面形成処理などの表面処理がされていてもよい。これらの表面処理がされている場合には、基材と摺動層との密着性を向上させることができる。ここで、メッキ処理は、たとえば、スズめっき処理、Ｎｉめっき処理、Ｃｕメッキ処理等である。溶射処理は、たとえば、Ｃｕ溶射処理、Ａｌ−Ｓｉ溶射処理等である。陽極酸化処理は、たとえば、基材が主としてアルミニウムを含む材料である場合に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、たとえば、ショットブラスト、エッチング等である。なお、上記表面処理により、後に説明する中間層を形成することも可能である。
【００２６】
摺動層は、基材の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末からなり、固体潤滑剤粉末を含む。すなわち、摺動層の原料粉末（以下、摺動層用原料粉末と記載）は少なくとも樹脂粉末および固体潤滑剤粉末からなり、この摺動層用原料粉末を焼結することにより、焼結された樹脂粉末と、固体潤滑剤粉末と、を含む摺動層が形成される。ここで、基材の少なくとも一面とは、基材の摺動面側に相当する面であるのがよい。なお、摺動面の形状は、摺動に適する形状であれば限定はなく、平面の他、球面などの曲面からなる摺動面であってもよい。
【００２７】
前述のように、これまで、互いに密着性が良好な金属の層と樹脂の層とからなる積層体を焼結により得るのは容易ではなかった。ところが、本発明の摺動部材は、摺動層に固体潤滑剤粉末を用いたことにより、金属製の基材と樹脂からなる摺動層との線膨張係数の差が小さくなり、基材と摺動層との間の密着性を確保することができる。さらに、摺動層に固体潤滑剤粉末が存在することにより、反基材側（すなわち摺動面側に相当）の耐焼付き性や耐摩耗性が向上し、摺動部として好適な摺動部材となる。また、摺動層は、焼結により熱を加えられると樹脂粉末が溶融して固化することにより形成されるため、塗装により形成された摺動層よりも基材との密着性に優れる。また、加圧されつつ焼結される場合には、さらに密着性が向上する。
【００２８】
摺動層は、その層厚に特に限定はないが、好ましくは３〜５００μｍ、特に好ましくは６〜５０μｍである。摺動層の層厚が上記範囲であれば、良好な密着性と摺動特性を有する摺動部材となる。
【００２９】
また、摺動層は、図１（Ｉ）に模式的に示すような固体潤滑剤粉末の分布が均一な状態で焼結された摺動層２０の他、少なくとも固体潤滑剤粉末の量を傾斜させて焼結した摺動層であってもよい。たとえば、図１（II）に一例を示すように、摺動層２０は、摺動層の基材側（２１）における固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材側（２３）よりも低い傾斜機能材料層であるのが好ましい。摺動層を傾斜機能材料層とすることにより、固体潤滑剤成分の割合の多い反基材側では摺動特性を保持しつつ、固体潤滑剤成分の割合の少ない基材側では基材と摺動層との密着性を確保することができる。この傾斜機能材料層は、固体潤滑剤粉末の割合が基材側から反基材側へと連続的または段階的（図１（II）参照）に変化する層であるのが好ましい。詳しくは、［摺動部材の製造方法］の欄で後述する。
【００３０】
固体潤滑剤粉末は、その量に特に限定はなく極少量であっても基材と摺動層との密着性を確保することができるが、摺動層用原料粉末を１００Ｖｏｌ％としたとき固体潤滑剤粉末の割合が２０〜８０Ｖｏｌ％であるのが好ましい。基材側の固体潤滑剤粉末の割合が上記範囲であると、基材と摺動層との密着性が良好となる。
【００３１】
なお、摺動層では、固体潤滑剤以外の成分を傾斜させてもよく、金属や金属酸化物からなる粉末や、金属の中でも特に基材や後に説明する中間層を構成する金属と同種の金属粉末を摺動層で傾斜させてもよい。この際、金属粉末の割合は、摺動層の基材側のほうが反基材側よりも高くなるように傾斜させることにより、基材または中間層と摺動層との密着性がさらに向上する。また、後述の各種添加剤を傾斜させてもよい。
【００３２】
固体潤滑剤粉末は、黒鉛やタルクなどの層状構造物、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ等の軟質金属やその化合物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素化合物など、固体潤滑剤として通常用いられているものであればよく、特に、二硫化モリブデン粉末、グラファイト粉末およびＰＴＦＥ粉末のうちの少なくとも１種であるのが好ましい。二硫化モリブデンは、摺動層の耐摩耗性を向上させるために平均一次粒径が０．１〜４０μｍ、好ましくは１〜１０μｍのものを用いるのがよい。グラファイトは、摺動層内の密着性を良好にするために、平均一次粒径が０．１〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍのものを用いるのがよい。
【００３３】
また、摺動層は、さらに、硬質粒子、極圧剤、界面活性剤、加工安定剤、酸化防止剤のうち何れかまたは全ての添加剤を含有してもよい。すなわち、添加剤の粉末を摺動層用原料粉末として用いることができる。添加剤の粉末は、要求される特性に応じて適した量を用いればその割合に特に限定はないが、摺動層用原料粉末を１００Ｖｏｌ％としたときの粉末状の添加剤の割合は、好ましくは２０Ｖｏｌ％以下、特に好ましくは３〜１５Ｖｏｌ％含まれるのがよい。また、添加剤の粒径は、好ましくは平均一次粒径が０．１〜１０μｍ、さらに好ましくは０．３〜３μｍである。
【００３４】
ここで、硬質粒子は、たとえば、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等である。極圧剤は、たとえば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や硫化銀（Ａｇ2 Ｓ）等の硫黄含有金属化合物等である。界面活性剤は、たとえば、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤等である。
【００３５】
加工安定剤は、たとえば、２官能型加工安定剤、単剤添加型加工安定剤等である。２官能型加工安定剤としては、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＧＭ」（化学名：２−ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌ−６−（３−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−２−ｈｙｄｒｏｘｙ−５−ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙｌ）−４−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ  ａｃｒｙｌａｔｅ）、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＧＳ（Ｆ）」（化学名：２−［１−（２−ｈｙｄｒｏｘｙ−３，５−ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｐｅｎｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｅｔｈｙｌ］−４，６−ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｐｅｎｔｙｌｐｈｅｎｙｌ  ａｃｒｙｌａｔｅ）等がある。単剤添加型（ＳＡ−Ｓｙｓｔｅｍ）加工安定剤としては、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＧＰ」（化学名：６−［３−（３−ｔ−Ｂｕｔｙｌ−４−ｈｙｄｒｏｘｙ−５−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐｏｘｙ］−２，４，８，１０−ｔｅｔｒａ−ｔ−ｂｕｔｙｌｄｉｂｅｎｚ［ｄ，ｆ］［１，３，２］ｄｉｏｘａｐｈｏｓｐｈｅｐｉｎ）等がある。
【００３６】
酸化防止剤は、たとえば、フェノール系一次酸化防止剤、有機イオウ系二次酸化防止剤、アミン系一次酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤等である。フェノール系一次酸化防止剤としては、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＭＤＰ−Ｓ２」（化学名：２’−Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｉｓ（６−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−４−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｏｌ）、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＢＢＭ−Ｓ」（化学名：４，４’−Ｂｕｔｙｌｉｄｅｎｅｂｉｓ（６−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｏｌ）、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＷＸ−Ｒ  ＷＸ−ＲＡ  ＷＸ−ＲＣ」（化学名：４，４’−Ｔｈｉｏｂｉｓ（６−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｏｌ））、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＮＷ（Ｎ）」（化学名：Ａｌｋｙｌａｔｅｄ  ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ）、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＧＡ−８０」（化学名：３，９−Ｂｉｓ［２−〔３−（３−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−４−ｈｙｄｒｏｘｙ−５−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）ｐｒｏｐｉｏｎｙｌｏｘｙ〕−１，１−ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌ］−２，４，８，１０−ｔｅｔｒａｏｘａｓｐｉｒｏ［５・５］ｕｎｄｅｃａｎｅ）等がある。有機イオウ系二次酸化防止剤としては、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ＭＢ」（化学名：２−Ｍｅｒｃａｐｔｏｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）等がある。アミン系一次酸化防止剤としては、住友化学工業製の品名「Ｓｕｍｉｌｉｚｅｒ  ９Ａ」（化学名：Ａｌｋｙｌａｔｅｄ  ｄｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）等がある。ホスファイト系酸化防止剤としては、旭電化工業製の品名「アデカスタブＰＥＰ−３６」等がある。
【００３７】
樹脂粉末は、焼結により熱を加えられると溶融し固化することにより摺動層を形成できる樹脂からなる粉末であれば、その種類に特に限定はないが、加熱により劣化しない耐熱性樹脂からなる耐熱性樹脂粉末であるのが好ましい。また、樹脂粉末の粒径は、好ましくは平均一次粒径が１〜２００μｍ、さらに好ましくは１０〜１２０μｍである。上記範囲の粒径を有する樹脂粉末を焼結してられた摺動層を有する摺動部材は、好適な摺動特性を有する。
【００３８】
また、樹脂粉末は、ポリアミドイミド樹脂粉末、ポリイミド樹脂粉末、ポリエーテルエーテルケトン樹脂粉末およびポリベンゾイミダゾール樹脂粉末のうち少なくとも１種を含むのが好ましい。このうち、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）のように溶媒に難溶な樹脂は塗装できないため従来は摺動層を形成し難かったが、焼結を用いることで摺動層を容易に形成することができる。
【００３９】
本発明の摺動部材は、図１（III） に模式的に示すように、さらに、基材１０と摺動層２０との間に介在し、基材とは異なる金属からなる中間層３０を有するのが好ましい。なお、基材とは異なる金属とは、中間層と基材とが、たとえば互いに同種の合金であっても、組成が異なればよい。中間層を設けることにより、摺動部材の使用中に摺動層が損傷することがあっても、中間層を摺動面として摺動できるため、摺動部材としての信頼性が向上する。銅およびアルミニウムのうち少なくとも１種を含む中間層であれば、さらに効果的である。
【００４０】
中間層は、基材および摺動層と一体的に焼結された金属粉末からなる中間焼結体層であるのが好ましい。また、バルク体の基材に、あらかじめ、メッキ処理や溶射処理などを施して形成した中間層であってもよい。また、中間層の層厚に特に限定はないが、好ましくは０．０５〜５００μｍ、さらに好ましくは０．１〜３００μｍである。層厚が上記範囲であれば、摺動層との密着性が良好な摺動部材となる。
【００４１】
なお、基材は、圧縮機の摺動部品であるのが好ましい。すなわち、本発明の摺動部材は、圧縮機の摺動部材とすることができる。たとえば、本発明の摺動部材は、斜板式圧縮機の斜板に用いることができる。また、本発明の摺動部材は、圧縮機のシューに用いることができる。斜板式圧縮機の斜板とシューとは、運転初期に潤滑油がないドライ状態で相互に摺動する場合がある。このような非常に厳しいドライ状態で摺動する場合であっても、焼付きや摩耗などを起こさないことが望まれる。そこで、密着性に優れ、高い耐焼付性および耐摩耗性を有する本発明の摺動部材を斜板式圧縮機の斜板やシュー等に用いることで、斜板式圧縮機に要求される条件を十分に満たすことができる。
【００４２】
上記の他、圧縮機の駆動軸を支持するすべり軸受にも用いることができる。また、ピストン式圧縮機の駆動軸に一体的に軸支されると共に駆動軸をピストン圧縮機のハウジングに回転可能に枢支され駆動軸と同期回転することで圧縮室と吸入圧力領域との間のガス通路を開閉可能とするロータリバルブや、ピストン式圧縮機のピストンに用いることもできる。
【００４３】
そして、本発明の摺動部材は、以下に説明する摺動部材の製造方法により得られる。
【００４４】
［摺動部材の製造方法］
本発明の摺動部材の製造方法は、金属からなる基材層の少なくとも一面に少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とからなる粉末摺動層を形成する積層工程と、基材層と粉末摺動層とを一体的に焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。
【００４５】
積層工程では、基材層の少なくとも一面に、少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とを含む摺動層用原料粉末を所望の形状に配置すれば粉末摺動層を形成できる。具体的には、たとえば、摺動層用原料粉末を所望の厚さとなるように型内に満たし、次に、その上に基材層を載置して焼結すれば、図１（Ｉ）に示すような基材１０の片面に摺動層２０を有する摺動部材が得られる。さらに、基材層の上に摺動層用原料粉末を所望の厚さとなるように型内に満たして焼結すれば、金属製の基材の背向する二面に摺動層を有する摺動部材が得られる。この際、基材層がバルク体であれば、型内に収まる大きさの金属板などを基材層として型内に配置すればよい。また、基材層が金属粉体からなる粉末基材層であれば、金属粉末を所望の厚さになるように型内に満たせばよい。なお、前述のように、バルク体である基材層は、鋳造などにより加工された金属部材のほか、上記焼結工程とは別工程で焼結された金属焼結体も含まれる。
【００４６】
積層工程において型を用いる場合には、型の形状を適宜選択することにより、粉末摺動層の形状を任意に形成して、平面の他、球面などの曲面からなる摺動面をもつ摺動層を得ることもできる。さらに、融点の異なる粉末からなる２以上の層（たとえば粉末基材層と粉末摺動層）を同時に焼結する場合には、型の温度がそれぞれの粉末の焼結に適した温度となるように、型の形状や材質を変えることにより熱伝導率に差を生じさせてもよい。また、積層工程の際には、粉末の表面を均し具などを用いて均したり、圧縮成形などにより基材層と粉末摺動層とからなる成形体を成形してもよい。圧縮成形などにより圧縮することで、得られる摺動部材の密着性が向上する。
【００４７】
なお、粉末摺動層を形成する上記摺動層用原料粉末は、少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とをボールミル、ロッドミル、ダブルコートブレンダ、Ｖ型混合機などにより混合するのがよい。この際、金属粉末や添加剤なども、ともに混合するのが望ましい。
【００４８】
また、積層工程により、固体潤滑剤粉末を傾斜させることも可能である。粉末調製工程にて、あらかじめ、少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末との体積割合が異なる２種以上の混合粉末を調製し、積層工程において、その基材層側における固体潤滑剤粉末の体積割合が反基材層側よりも低くなるように２種以上の混合粉末を順に積層することにより、固体潤滑剤粉末の割合が基材側から反基材側へと段階的に変化する、たとえば図１（II）に示すように、基材１０の表面に順に積層された摺動層２１、２２、２３をもつ摺動部材が得られる。図１（II）の摺動部材において、摺動層２１、２２、２３は、この順で、固体潤滑剤粉末の体積割合が多くなる。
【００４９】
この際、各摺動層ごとに、樹脂粉末や固体潤滑剤粉末、添加剤などの種類を変えてもよい。これにより、基材層側と反基材層側にそれぞれ適した特性を付与することができる。
【００５０】
また、固体潤滑剤粉末の割合が基材側から反基材側へと連続的に変化する摺動部材が得たい場合には、たとえば、少なくとも樹脂粉末と固体潤滑剤粉末との体積割合をさらに細かく変化させた混合粉末を準備することにより、連続的な変化をもたらすことができる。また、一定量の樹脂粉末が入れられた混合装置に対して少量づつの一定量の固体潤滑剤粉末を送り込み、混合装置で充分な速度で混合を行いながら、同時に、混合された摺動層用原料粉末を型内に連続的に送り込む方法でも可能である。さらには、遠心分離法によっても体積割合を連続的に変化させることが可能である。すなわち、摺動層用原料粉末を均一に混合した後、型内に入れ、次いで、その型内で摺動層用原料粉末を遠心分離させて、体積割合を傾斜させる。また、他の手法として、均一な摺動層用原料粉末に振動を与えることにより、重量の重い粉末を下方に連続的に移動させることにより、体積割合に傾斜をつけることも可能である。
【００５１】
さらに、金属や金属酸化物からなる粉末や、金属の中でも特に基材層または中間層を形成する金属からなる金属粉末を、粉末摺動層において傾斜させてもよい。金属粉末を傾斜させる方法は、上記の固体潤滑剤粉末を傾斜させる方法と同様である。
【００５２】
また、積層工程は、基材層と粉末摺動層との間に基材層とは異なる金属の粉末からなる粉末中間層を形成する工程を含むのが望ましい。粉末中間層を有することにより、少なくとも摺動層と中間層とを焼結により同時に形成することが可能となる。たとえば、図１（III） に模式的に示すように、基材１０の表面上に中間層３０を有し、さらに中間層３０の表面上に摺動層２０を有する摺動層が得られる。もちろん、摺動層２０は傾斜機能材料層であってもよい。
【００５３】
あるいは、基材層がバルク体である場合は、積層工程より前に、基材層の粉末摺動層を形成する面に基材層とは異なる金属からなる中間層を形成する中間層形成工程を有するのがよい。中間層を形成する方法としては、メッキ処理や溶射処理などが挙げられる。
【００５４】
焼結工程は、少なくとも基材層と粉末摺動層とを一体的に焼結する工程である。粉末摺動層は、焼結工程により熱を加えられ溶融し固化することにより摺動層となる。また、基材層が金属粉体からなる粉末基材層であれば、粉末基材層は焼結工程により焼結体からなる基材となる。さらに、中間層が金属粉体からなる層であれば、焼結体からなる中間層となる。
【００５５】
したがって、本発明の摺動部材の製造方法によれば、積層工程にて形成された基材層と粉末摺動層とを焼結工程にて一体的に焼結することにより、少ない工程で摺動部材を形成することができる。また、基材層を粉末基材層とすることにより、基材と摺動層とを同時に焼結して摺動部材を得ることが可能となる。さらに、積層工程において金属の粉末からなる粉末中間層を形成することにより、基材、中間層、摺動層を同時に焼結して摺動部材を得ることが可能となる。
【００５６】
また、焼結方法としては、ホットプレス等、従来の方法を用いることができるが、特に好ましいのは、粉末摺動層が型で加圧されつつ放電焼結される焼結方法であり、具体的には、放電プラズマ焼結法である。放電プラズマ焼結法は、電極に直流パルス電流を加え、粉末間の放電現象を利用して焼結を行う方法である。粉末が放電により活性化されるので、低温で短時間に焼結できる利点がある。また、加圧しつつ焼結するため、密着性に優れた摺動部材が得られる。
【００５７】
なお、焼結工程において、焼結条件に特に限定はなく、樹脂粉末が良好に焼結される条件であればよい。原料粉末（金属粉末や摺動層用原料粉末）に酸化しやすい物質があれば、真空中や不活性ガス雰囲気中で焼結するのが望ましい。また、焼結温度は、原料粉末の種類に応じて適宜選択すればよい。
【実施例】
【００５８】
以下に、本発明の摺動部材および本発明の摺動部材の製造方法の実施例を図２および図３を用いて説明する。なお、図２は放電プラズマ焼結装置を模式的に示す断面図であり、図３は焼付き試験の説明図である。
【００５９】
本実施例では、放電プラズマ焼結法を用いて焼結を行った。放電プラズマ焼結装置４（以下、焼結装置４と記載）は、図２に示すように、油圧装置４１、４６を備えたプレス装置４０に上部電極４２と下部電極４７を配設するとともに上部パンチ４３と下部パンチ４８を同軸的に配設し、さらに、真空チャンバー４４、電源装置や各種の制御装置（図示せず）から構成されている。そして、内径５０ｍｍの円筒形の黒鉛型４９（図示せず）または黒鉛型４９’の中に入れた粉末（１’、２’）や金属板（１）を下部パンチ４３と上部パンチ４８によって加圧して放電プラズマにより焼結する。
【００６０】
なお、黒鉛型４９は外径（肉厚）が均一な円筒形の型であるが、黒鉛型４９’は図２に示すように上部と下部とで外径が異なる。そのため、黒鉛型４９’の上部と下部とでは、熱伝導率が異なる。
【００６１】
また、本実施例では、アルミニウム粉末（平均粒径３０μｍ）と、銅粉末（平均粒径３０μｍ）と、アルミニウム合金または銅合金からなる円板状の金属板（φ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を用意した。
【００６２】
さらに、表１に示す体積割合で樹脂粉末と固体潤滑剤粉末とをボールミルにより混合した混合粉末Ａ〜Ｅ（ただし、粉末Ｅは樹脂粉末のみ）を調製した。樹脂粉末には、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂粉末（平均一次粒径１００μｍ）、ポリイミド（ＰＩ）樹脂粉末（平均一次粒径２０μｍ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂粉末（平均一次粒径１００μｍ）のうちのいずれかを用いた。また、固体潤滑剤には、二硫化モリブデン（平均一次粒径１０μｍ）とグラファイト（平均一次粒径１μｍ）とを１：１の体積比で用いた。
【００６３】
【表１】
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（摺動部材ａ〜ｆの作製）
焼結装置４の黒鉛型４９’に、粉末Ｃを上部から投入した後、上部パンチ４３による予備加圧（２０ＭＰａで加圧して投入した粉末の形状を整える作業であり、この際プラズマは発生させない）により粉末Ｃの表面を均して層厚が５００μｍの粉末摺動層２’を形成した。次に、均された粉末Ｃの上へアルミニウム粉末、銅粉末のうちのいずれかの金属粉末を投入した後、上部パンチ４３による予備加圧により金属粉末の表面を均して層厚が５ｍｍの基材層１’を形成した。なお、粉末Ｃは黒鉛型４９’の肉厚の厚い下部に位置し、金属粉末は黒鉛型４９’の肉厚の薄い上部に位置するようにした。
【００６４】
そして、基材層１’および粉末摺動層２’を５０ＭＰａで加圧した状態で直流パルス電流を印加し、放電プラズマ焼結を行った。焼結は、黒鉛型４９の温度が３００〜４００℃で１〜１０分間保持することにより、基材１と摺動層２とからなる摺動部材ａ〜ｆを作製した。
【００６５】
なお、摺動部材ａ〜ｆに用いた金属粉末と樹脂粉末の種類を表２に示す。
【００６６】
（摺動部材ｇ〜ｔの作製）
焼結装置４の黒鉛型４９に、アルミニウム合金、銅合金のうちのいずれかの金属板を上部から挿入した。次に、金属板の上へ粉末Ａまたは粉末Ｃを投入した後、上部パンチ４３による予備加圧により混合粉末の表面を均して層厚が５００μｍの第１層を形成した。
【００６７】
第１層の上に第２層を形成する場合は、粉末Ｂまたは粉末Ｃを投入した後、上部パンチ４３による予備加圧により混合粉末の表面を均して層厚が５００μｍの第２層を形成した。
【００６８】
また、第２層の上に第３層を形成する場合は、粉末Ｃを投入した後、上部パンチ４３による予備加圧により混合粉末の表面を均して層厚が５００μｍの第３層を形成した。
【００６９】
さらに、第３層の上に第４層を形成する場合は、粉末Ｄを投入した後、上部パンチ４３による予備加圧により混合粉末の表面を均して層厚が５００μｍの第４層を形成した。
【００７０】
そして、金属板１および第１層〜第４層のうち少なくとも第１層からなる粉末摺動層２’を上記摺動部材ａ〜ｆと同様にして焼結することにより、基材１と摺動層２とからなる摺動部材ｇ〜ｔを作製した。
【００７１】
なお、摺動部材ｇ〜ｔに用いた金属板と樹脂粉末の種類および第１層〜第４層に用いた混合粉末の種類を表２に示す。
【００７２】
（摺動部材ａ’〜ｆ’の作製）
粉末Ｃのかわりに粉末Ｅ（固体潤滑剤粉末を含まない）を使用した他は、摺動部材ａ〜ｆと同様にして摺動部材ａ’〜ｆ’を作製した。なお、摺動部材ａ’〜ｆ’に用いた金属粉末と樹脂粉末の種類を表２に示す。
【００７３】
（摺動部材イ、ロの作製）
ＰＡＩ樹脂ワニスと固体潤滑剤粉末とをよく攪拌した後、３本ロールミルに通して塗料組成物を調製した。なお、塗料組成物は、ＰＡＩ樹脂および固体潤滑剤粉末の組成が表１のＣと同様となるように調製した。
【００７４】
次に、塗料組成物を金属板１の表面にスプレーコート法により塗布し、乾燥後、２００℃にて１時間焼成を行い、金属板１と摺動層２とからなる摺動部材イ、ロを作製した。なお、摺動層２の層厚は２０μｍであった。
【００７５】
［評価］
本発明の摺動部材の効果を確認するために、上記の各摺動部材に対して焼付き試験を行った。具体的には、図３に示すように、台座部７に固定された軸受鋼（ＳＵＪ２）からなるシュー６の上面で回転軸５を基材１側から固定した各摺動部材を軸回りに回転させて、摺動層２とシュー６の上面とを摺接させた。
【００７６】
そして、焼付き試験は、滑り速度１０ｍ／ｓ、荷重５０００Ｎ、試験時間２時間（７２００秒）、冷凍機油潤滑下で行った。また、試験荷重が５０００Ｎに安定した後の摩擦係数を測定した。試験結果を表２に示す。
【００７７】
【表２】
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なお、固体潤滑剤粉末を含まない粉末Ｅを用いた摺動部材ａ’〜ｃ’は、摺動部材の作製後まもなく摺動層２が基材１から剥離したため、試験を行わなかった。また、同じく粉末Ｅを用いた摺動部材ｄ’〜ｆ’は、試験荷重が５０００Ｎに達する前（具体的には、１０００〜３０００Ｎ程度）に摺動層２が基材１から剥離したため、それ以降の試験を行わなかった。
【００７８】
摺動部材ａ〜ｔは、いずれも低い摩擦抵抗を示し、２時間の試験のあと焼付きが発生しないものがほとんどであった。また、摺動部材ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｎではそれぞれ、2200秒後、1800秒後、2600秒後、3600秒後、3000秒後に焼付きが発生したものの、塗装により作製した摺動部材イ、ロよりも耐焼付き性に優れる。これは、加圧された状態で焼結されることにより樹脂粉末が溶融後、固化するため、基材との密着性が高くなるからである。
【００７９】
すなわち、金属製の基材と、その基材の少なくとも一面に一体的に焼結された樹脂粉末の摺動層と、を有し、摺動層に固体潤滑剤粉末を含む摺動部材ａ〜ｔは、基材と摺動層との密着性が高く優れた摺動特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の摺動部材の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】放電プラズマ焼結に用いられる焼結装置を模式的に示す断面図である。
【図３】焼付き試験を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１０：基材（金属板）  １’：基材層（金属粉末）
２、２０：摺動層          ２’：粉末摺動層
３０：中間層
４：放電プラズマ焼結装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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