(57)【要約】【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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする摺動部材。
【請求項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樹脂と低融点合金と熱伝導性フィラーとの混合剤から成ることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項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。
【請求項４】
前記表面層用耐熱性樹脂は、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂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３の何れか１項に記載の摺動部材。
【請求項５】
前記熱伝導性フィラーは、銅粉末とグラファ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。
【請求項６】
前記中間層用耐熱性樹脂の荷重たわみ温度は１００℃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。
【請求項７】
前記中間層用耐熱性樹脂は、前記表面層用耐熱性樹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。
【請求項８】
前記樹脂中間層の厚みは、０．１乃至１００μｍ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。
【請求項９】
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、グラファイト、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。
【請求項１０】
前記固体潤滑剤表面層における前記表面層用耐熱性樹脂の含有率は、前記樹脂中間層における前記中間層用耐熱性樹脂の含有率を越えない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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
前記基材の摺動側表面に、メッキ処理、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種が施されてい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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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樹脂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ことを特徴とする摺動部材が特許文献１に開示されている。
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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
樹脂は金属に比べて熱伝導率が低いので、中間層用耐熱性樹脂から成る樹脂中間層では、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、本発明においては、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ことを特徴とする摺動部材を提供する。
中間層用耐熱性樹脂に加えて低融点合金と熱伝導性フィラーとを含有する樹脂中間層は、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とフロントハウジング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ュー９が、斜板８の外周縁部８ａを摺動可能に挟持している。外部駆動源から駆動軸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は摺動可能にシュー９に当接する摺動部材を形成している。前記外周縁部８ａ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と、前記基材の摺動側表面、具体的にはシュー９に対峙する両端面、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ている。前記固体潤滑剤表面層における耐熱性樹脂の含有率は、前記樹脂中間層における耐熱性樹脂の含有率を越えない値に設定されている。
【０００８】
中間層用耐熱性樹脂に加えて低融点合金と熱伝導性フィラーとを含有する樹脂中間層の熱伝導率は高いので、固体潤滑剤表面層のシュー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。
固体潤滑剤表面層よりも耐熱性樹脂の混合比率が高い樹脂中間層を、固体潤滑剤表面層と基材との間に介在させることにより、基材と固体潤滑剤表面層との密着性が向上し、固体潤滑剤表面層の耐剥離性が向上する。
固体潤滑剤表面層を、固体潤滑剤と表面層用耐熱性樹脂と低融点合金と熱伝導性フィラーとの混合剤から形成しても良い。固体潤滑剤表面層自身の熱伝導率が高まり、固体潤滑剤表面層のシュー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。
中間層用耐熱性樹脂を、表面層用耐熱性樹脂と同種とすることにより、樹脂中間層と固体潤滑剤表面層との密着性が向上し、固体潤滑剤表面層の耐剥離性が更に向上する。尚、中間層用耐熱性樹脂と表面層用耐熱性樹脂とを異種としても、樹脂中間層と固体潤滑剤表面層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樹脂とを混練した後に、樹脂中間層被膜を形成することにより、樹脂中間層の熱伝導性は更に向上する。低融点合金が熱伝導性フィラーに接触或いは溶着して熱電導性フィラーを相互に連結し、３次元の伝熱回路を形成するためである。
【００１０】
中間層用耐熱性樹脂は、ＪＩＳＫ７１９１で規定する荷重たわみ温度が１００℃以上のものであることが望ましい。
中間層用耐熱性樹脂は熱可塑性樹脂でも良く熱硬化性樹脂でも良い。熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンスルファイド（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、ポリサルホン、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、ポリフェニレンオキサイド、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。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）は、溶融時の粘度が低くフィラーが分散し易く、フィラーを高密度で充填できるので、好ましい。樹脂中間層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。しかしポリフェニ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。
樹脂中間層の厚みは、０．１乃至１００μｍ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。
表面層用耐熱性樹脂は、コスト、耐磨耗性、耐熱性を勘案して、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂の何れかが好ましい。
【００１１】
固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素化合物から選択された少なくとも１種であることが好ましい。二硫化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、グラファ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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）等である。二硫化モリブデンは、耐磨耗性を向上させるために平均一次粒径が０．１乃至４０μｍ、好ましくは１乃至１０μｍのものを用いる。グラファイトは、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１０μｍ、好ましくは１乃至５μｍ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５μｍ、好ましくは１乃至３μｍのものを用いる。平均一次粒径が０．１μｍ未満だと耐焼付性が低下し、５μｍを越えると耐磨耗性が低下する。
【００１２】
固体潤滑剤表面層は、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、酸化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。樹脂中間層は、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、樹脂中間層における中間層用添加剤の含有率を５５体積％以下とする）。樹脂中間層は、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いようにしても良い。
【００１３】
低融点合金は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｌ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｐｔ、Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ｍｇ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｔｅ、Ｓｎ−Ｐ、Ｓｎ−Ｃａ、Ｓｎ−Ｂａ、Ｓｎ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｌｉ、Ｃｕ−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。より好ましくは、低融点合金は、液相線温度が４００℃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樹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から成る群から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く、且つ熱伝導率が高い。
【００１４】
電熱性フィラーは、各種の紛状物、繊維状物を使用できる。
紛状フィラーとしては、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、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス粉末、グラファイト粉末等が挙げられる。１種または２種以上の紛状フィラーを耐熱性樹脂中に含有させても良い。特に銅粉とグラファイト粉とを耐熱性樹脂中に含有させるのが好ましい。耐熱性樹脂の原料粉末調製時に、銅粉とグラファイト粉とを別々に原料粉に添加しても良く、或いは銅−グラファイト複合粉末を原料粉に添加しても良い。
銅−グラファイト複合粉末は、グラファイト粉をはんだ等を介して銅粉で被覆したもの、グラファイト粉に銅粉を電解メッキ又は無電解メッキしたもの、グラファイト粉と銅粉とをメカニカルアロイングにより複合化したものの何れでも良い。銅−グラファイト複合粉末の粒径は、１乃至１５０μｍが好ましい。粒径が１μｍよりも小さいと、或いは１５０μｍよりも大きいと、樹脂中に分散し難い。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ァイト粉とを複合化することにより、比重が小さく熱伝導率が高い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ァ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ッキした粉状フィラーは、銅がメッキ膜なので、銅の延性の影響を受けにくい。
繊維状フィラーとしては、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、窒化ケイ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。
【００１５】
樹脂中間層における熱伝導性フィラーの体積含有率は、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％より大きいと樹脂中間層の成形加工性が低下する。銅粉とグラファイトの２種の熱伝導性フィラーを用いる場合、グラファイト粉の体積含有率は５乃至４０体積％とするのが好ましい。
熱伝導性フィラー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ィラー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ィラーとを併用することにより、無機系フィラー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、樹脂中間層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、樹脂中間層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１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは７００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。炭素繊維の直径は１乃至３５μｍ、より好ましくは５乃至２０μｍであり、長さは５乃至１００μｍ、より好ましくは２０乃至８０μｍである。炭素繊維の直径が１μｍよりも小さいと微粉状になり取扱が困難であり、３５μｍよりも大きいと樹脂との混練時に砕け易くなる。
樹脂中間層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％よりも多いと樹脂中間層の成形加工性が低下する。
【００１６】
低融点合金と熱伝導性フィラーの体積含有率の比率は、（低融点合金／熱伝導性フィラー）＝１／３０乃至３／１とするのが好ましい。より好ましくは、１／３０乃至１／１であり、更に好ましくは１／３０乃至５／７である。１／３０より小さいと、熱電導性フィラー同士を連結する低融点合金が不足して樹脂中間層の熱伝導性が低下し、３／１よりも大きいと、熱伝導性フィラー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樹脂中間層の熱伝導率が低下する。
【００１７】
基材の摺動側表面は、メッキ処理、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、樹脂中間層の密着性が向上し、ひいては摺動面の耐焼付性、耐磨耗性が向上する。メッキ処理は、錫メッキ処理、Ｎｉメッキ処理、Ｃｕメッキ処理等である。溶射処理は、Ｃｕ溶射処理、Ａｌ−Ｓｉ溶射処理等である。陽極酸化処理は、基材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、樹脂中間層の密着性を向上させ、更に、固体潤滑剤表面層や樹脂中間層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ューとの摺接部、斜板式圧縮機のシュー、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。
【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
４  クランク室
５  シリンダボア
６  ピストン
６ａ  半球面座
７  ロータ
８  斜板
８ａ  外周縁部
９  シュー
【図１】
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