(57)【要約】【課題】  高速・高負荷であり、潤滑がオイル無〜有の範囲で変動する摺動条件において、摺動特性が向上し、特に大きな剥離摩耗を低減し、徐々に小さな摩耗が生じ、なじみ性の優れる表面を形成することができるフッ素樹脂系摺動材料を提供する。【解決手段】平均アスペクト比で1.5〜10の扁平比をもつフッ素樹脂粒子とバインダー樹脂とからなる摺動材料。粒状のPTFEは強せん断撹拌により扁平化される。【選択図】  図３
2005187617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均アスペクト比で1.5〜10の扁平比をもつフッ素樹脂粒子とバインダー樹脂とからなる摺動材料。
【請求項２】
前記フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、パーフルオロエチレン・プロペンコポリマー（FEP）、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樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー（ETFE）、ポリビニリデンフルオロライド（PVdF）及びエチレン・クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ECTFE）からなる群から選択された少なくとも１種である請求項１記載の摺動材料。
【請求項３】
前記フッ素樹脂粒子は平均粒径が2〜20μmの焼成フッ素樹脂を粉砕したものである請求項1又は2記載の摺動材料。
【請求項４】
前記バインダー樹脂はポリアミドイミド及びポリイミドから選択された少なくとも１種である請求項１から３までの何れか１項記載の摺動材料。
【請求項５】
前記フッ素樹脂粒子が5〜40vol％であり、残部がバインダー樹脂である請求項４記載の摺動材料。
【請求項６】
MoS2及び黒鉛からなる群から選択された少なくとも1種の固体潤滑剤を2〜40vol％含有することを特徴とする請求項5記載の摺動材料。
【請求項７】
SiO2, TiO2, SiC及び Al2O3からなる群から選択された少なくとも１種の耐摩耗添加剤を含有することを特徴とする請求項５又は６記載の摺動材料。
【請求項８】
斜板式コンプレッサーの斜板摺動部に被着された請求項１から７までの何れか1項記載の摺動材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動材料に関するものであり、詳しくは、フッ素樹脂をバインダー樹脂で結合した摺動材料に関するものであり、さらに詳しく述べるならば斜板式コンプレッサーの斜板表面に被着される摺動層に適した摺動材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フッ素樹脂はドライ摺動条件においてすぐれた低摩擦特性を発揮するが、MoS2、グラファイト等を配合して耐摩耗性を良好にするとともに、これら固体潤滑剤をベース樹脂で結合することにより摺動材として使用してきた。
【０００３】
フッ素樹脂系摺動材料を改良する従来技術は添加剤の配合比（配合量）、粒径を考慮し、摺動特性を向上することを検討している。
例えば、特許文献１（特開平７−９７５１７号）には、ポリアミドイミド樹脂及びポリイミド樹脂のうち少なくとも一方50〜73wt%と、固体潤滑剤としてのポリテトラフルオロエチレン（PTFE）3〜15wt％、二硫化モリブデン20〜30wt%及びグラファイト2〜8wt％とからなり、固体潤滑剤の総和が27〜50wt％である摺動材料は、ねずみ鋳鉄潤滑、0.08〜1m/sの低速でかつ比較的低荷重条件で耐摩耗性及び初期なじみ性にすぐれ、ピストンスカート部の表面層に適していることが開示されている。
【０００４】
特許文献２（特開２０００−１３６３９７）は、粒状焼成PTFE10〜40wt％及びグラファイト3〜40wt％を含有し、残部がポリイミド及び／又はポリアミドイミドのバインダー樹脂からなる摺動材料はドライ条件における摺動特性がすぐれており、20mm/sの低速でかつ比較的低荷重条件下で試験されるワイパーアームの摺動材料として適していることが開示されている。粒状焼成PTFEは、懸濁重合又は乳化重合で得られたPTFE粉末を溶融温度まで上昇（焼成）させ、その後粉砕したものである。
【０００５】
図1に一例を示す斜板式コンプレッサにおいて、１はシリンダブロック、２はバルブプレート、３はシリンダヘッド、４は駆動軸、５はスラスト軸受、６はラジアル軸受、７はメカニカルシール、８は斜板、１０は斜板室、１１はシリンダボア、１２はピストン、１３はボール、１５は通路、１６は吐出室である。この斜板式コンプレッサでは、駆動軸４を回転駆動してこれと一体の斜板８を回転させ、その回転に伴ってピストン１２を往復動させると、シリンダボア１１内で圧縮された被圧縮ガスはバルブプレート2A,2Bに形成した通路15A,15B及び図示しない吐出弁を介して各吐出室16A,16B内に吐出しされ、ここからさらに両吐出室16A,16Bを連通する通路１７および吐出通路１９から吸込まれる被圧縮ガスは、通路２０で方向を変えられて一対の吸込室21A、21B内に導入され、ここから図示しない吸込弁およびバルブプレート2A,2Bに形成した通路を介して上記シリンダボア11内に吸込まれる。そして、上記斜板８を収納した斜板室１０に導入される被圧縮ガス中の潤滑油は、ミスト状態で斜板８やスラスト軸受５等の摺動部に供給される。
【０００６】
斜板式コンプレッサの斜板の表面処理としては次のものが公知である。
（１）Cu又はAl合金を溶射し、必要によりPb、Snめっきを行う（特許文献３）
（２）Cu溶射層をMoS2、PTFE皮膜で被覆する（特許文献４）
（３）アルミニウム合金基板に固体潤滑層を形成する（特許文献５）
（４）金属粒子入り樹脂層（特許文献６）
（５）非晶質硬質炭素膜（DLC）（特許文献７）
（６）固体潤滑剤とPEEK樹脂の混合皮膜（特許文献８）
（７）固体潤滑剤と土状黒鉛の混合皮膜（特許文献９）
（８）焼結層の表面に樹脂をコーティングするかあるいはめっき層を設ける方法（特許文献１０）。
【特許文献１】特開平７−９７５１７
【特許文献２】特開２０００−１３６３９７
【特許文献３】欧州特許第０７１３９７２１B1
【特許文献４】米国特許第６,１２３,００９号明細書
【特許文献５】特開平02−002475
【特許文献６】特開2000−265953
【特許文献７】特開2002−005013
【特許文献８】特開2002−039062
【特許文献９】特開2002−089437
【特許文献１０】特開2002−180961
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記（２）の被覆組成物中のPTFEは、自動車用斜板式コンプレッサでの始動回転時に冷媒のみで潤滑されるような油が乏しい潤滑状態時、シューとの摺動において低摩擦効果を発揮し、発熱を抑える効果がある。一方、車内を急速に冷やしたい場合、斜板式コンプレッサの運転状態は高速・高負荷摺動条件となり、その場合の被覆組成物中のPTFEは、大きな剥離摩耗を伴い、急激に表面が損傷し、焼付くという欠点があった。
上記（１）の方法による金属のみが被覆された斜板は、潤滑油が乏しい運転状態時、相手シューとの焼付きを生ずる可能性があり、また（３）、（４）、（６）、（７）の方法による金属の上に固体潤滑皮膜形成を行った斜板は、近年の高速回転、高荷重条件では、被覆の剥離という問題が生じる。上記（５）の方法は、ＤＬＣ被覆が繰り返し荷重によりクラックを生じ、樹脂コーティング同様剥離の問題がある。
上記（８）の方法は、特に焼結による金属層に樹脂層やめっき層を形成し、接着面の表面積を稼ぐことにより、剥がれを防止しようとするものである。しかしながら樹脂コートのみの部分があることは、その部分の強度が弱く相手シューから来る荷重を支えきれず、剥離するという問題は根本的に防止できない。
したがって、本発明は、高速・高負荷であり、潤滑がオイル無〜有の範囲で変動する摺動条件において、摺動特性が向上し、特に大きな剥離摩耗を低減し、徐々に小さな摩耗が生じ、なじみ性の優れる表面を形成することができる摺動材料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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、平均アスペクト比で1.5〜10の扁平比をもつフッ素樹脂粒子とバインダー樹脂とからなる摺動材料を提供する。
フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、パーフルオロエチレン・プロペンコポリマー（FEP）、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樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー（ETFE）、ポリビニリデンフルオロライド（PVdF）及びエチレン・クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ECTFE）からなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。
以下の説明では主としてPTFEをフッ素樹脂の代表例として説明する。
【０００９】
上記条件ではPTFE粒子が粒状の場合、扁平状の場合よりも表面積が小さい為、バインダーとの密着性が低い。これらのことから、PTFEが粒状の場合、扁平状のものよりもバインダーから脱落がしやすい為PTFEのはくりを誘発しやすい。したがって扁平PTFEを樹脂で結合した摺動材料はなじみ性の優れ、かつ流体潤滑が形成しやすい表面になる。
一方、摺動初期の冷媒のみで潤滑されるような油が乏しい潤滑状態ではPTFE粒子の形状に関係なく、シューとの摺動において低摩擦効果を発揮する。すなわち、摺動初期PTFE粒子の表面が数原子層の極薄い表面でへき界が起こり、これは極めて弱い外力でも十分に低摩擦性が実現される。
【００１０】
強せん断攪拌を加え、粒状のPTFEを扁平状とすることができるビーズミル混練機により塗料を作成し、ビーズミル混練機の塗料攪拌時間によりPTFEの平均アスペクト比を調べ、それぞれ焼付き時間を比較した。
配合組成すべて  PAI：60vol%、PTFE：20vol%、Gr：20vol%ですべて行った。
試験条件
試験機：3ピン／ディスクタイプ焼付試験機
荷重：1.2kN
回転数：１０００rpm
潤滑条件：R134aガス
相手軸：SUJ2（シュー形状）
図２から分かるように、PTFEを扁平にしていくと焼付き時間は上昇するが、0.2付近で焼付き時間は減少する。これは扁平化によりPTFE強度が減少し過ぎることによる。
この結果から、本発明においては、PTFE粒子の平均アスペクト比を1.5〜10の範囲に限定した。また好ましい平均アスペクト比は2〜5である。平均アスペクト比は、1mm×20μｍの範囲内に存在する粒子について各PTFEの長径／粒径比を測定し、その平均値を算出した比率である。
【００１１】
バインダー樹脂は耐熱性がすぐれるポリアミドイミド及びポリイミドから選択された少なくとも１種であることが好ましい。フッ素樹脂粒子の割合は5〜40vol％であることが好ましく、より好ましくは15〜35vol%である。
【００１２】
さらに、必要によりMoS2及び黒鉛からなる群から選択された少なくとも1種の固体潤滑剤を2〜20vol％含有させることにより、耐摩耗性を向上することができる。
この態様の摺動材料の模式的組織を図3に示す。
【００１３】
被覆材である固体潤滑コーティング材（塗料）に強せん断攪拌を加えること等により、塗料内の粒状PTFEが扁平状となる。例えば、平均粒径が2〜20μmの焼成フッ素樹脂をイプロス社で開発されたビーズミルで他の原料とともに攪拌することにより、本発明の摺動材料を調製することができる。
【００１４】
本発明の摺動材料は斜板式コンプレッサの斜板などの高面圧・高速でかつ潤滑油が供給される条件で摺動される摺動材料に好ましく使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
表１及び２に配合を示す被覆材である固体潤滑コーティング材（塗料）にプロペラ混練機で攪拌を加えた塗料（比較例、PTFE未処理）と、ビーズミルで強せん断攪拌を加え、PTFEを扁平状とした実施例とを調製した。
各成分は次のとおりである。
PTFE:喜多村社製、KTL-8N
PAI:日立化成社製、HPC-6000
MoS2: 平均粒径25μm；住鉱潤滑剤社製品、モリパウダーPB
黒鉛: 平均粒径1μm；日本黒鉛社製品、CSSP
【００１６】
その後,塗料を斜板基材（S45C）に各々の固体潤滑材を含む樹脂を厚さ20μmに被覆し、その後表面を粗さが約0.3μmRzになるように研磨した。試験条件は次のとおりであった。
【００１７】
試験条件（潤滑油が供給されない条件での試験）
試験機：３ピン／ディスクタイプ焼付試験機
荷重：１．２kN  （4MPa）
回転数：１０００rpm（4.2m/s）
潤滑条件：R134aガス
相手軸：SUJ2（シュー形状）
試験の結果を次の表に示す。
【００１８】
【表１】
2005187617.tif 000003
【００１９】
表1より本発明実施例は比較例よりも耐焼付性が優れていることが分かる。
【００２０】
試験条件（潤滑油と冷媒で潤滑される条件）
試験機：高圧雰囲気摩擦試験機
潤滑：循環式（冷凍機油＋フロンガス）
荷重：2MPa／15min漸増（MAX16MPa）  速度：7200rpm
相手軸：SUJ2（シュー形状）
試験の結果を次の表に示す。
【００２１】
【表２】
2005187617.tif 000004
【００２２】
表２から、本発明実施例は剥離が起こらないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上説明したように、本発明は、斜板式コンプレッサの斜板摺動材料として、摩耗が少なくかつ剥離が起こらない材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】斜板式コンプレッサの一例を示す断面図である。
【図２】アスペクト比と焼付き時間の関係を示すグラフである。
【図３】扁平PTFE、黒鉛及びMoS2を分散した摺動層を模式的に示す図面である。
【符号の説明】
【００２５】
８  斜板
３２  PTFE
【図１】
2005187617.tif 000005
【図２】
2005187617.tif 000006
【図３】
2005187617.tif 000007