JP2008106937A

JP2008106937A - 摺動部材およびそれを用いた流体機械

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Publication number: JP2008106937A
Application number: JP2007250533A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Okawa; 剛義大川; Hisashi I; 尚志井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-05-08
Also published as: KR20090052393A; WO2008047561A1; CN101517252B; EP2071202A4; AU2007311326A1; CN101517252A; EP2071202A1; US20100086426A1; KR101069683B1

Abstract

【課題】摺動部の小型化による機械損失低減および耐力向上による高い信頼性が得られる摺動部材およびそれを用いた流体機械を提供する。
【解決手段】摺動部材１は、多孔質焼結基体２と、樹脂組成物３とを備えている。多孔質焼結基体２は、多孔質の焼結体からなる。樹脂組成物３は、多孔質焼結基体２の表面に塗装されている。樹脂層厚さｔ１は、空孔深さｔ２に１０μｍ以上加えた大きさである。樹脂層厚さｔ１は、樹脂組成物３の厚さである。空孔深さｔ２は、多孔質焼結基体２の表面に露出する空孔６の深さである。
【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部材およびそれを用いた流体機械に関する。

フッ素樹脂は優れた耐摩耗性、低摩擦性を持っているが、樹脂単体では強度が低いため、鉄系の基材にフッ素樹脂をコーティングして用いるのが一般的である。一方、フッ素樹脂は、基材との密着力確保が困難である。そこで、基材に多孔質焼結金属を用いると、アンカー効果を増加させることができ、密着性向上に大きな効果を期待できるので、従来より多孔質焼結体により製造された摺動部材が種々提案されている。

特許文献１の焼結体摺動材の製造方法は、多孔質の成形体を焼結する工程と、得られた焼結体を樹脂に含浸する工程と、樹脂を硬化させる工程とを含んでいる。

また、特許文献２の圧縮機用摺動部品材料は、多孔質鉄基焼結合金の空孔にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂を充填することにより製造されている。
特開昭６４−１１９１２号公報特開平１０−８８２０３号公報

しかし、特許文献１の焼結体摺動材の製造方法では、多孔質焼結体と樹脂との組合せにおいて、適切な樹脂膜厚を形成していないので、樹脂と基材の密着性を確保できず、かつ、基材表面の凹凸によって基材が樹脂層を突き抜けて露出するおそれがあり、耐焼付き性に劣る。したがって、摺動部の小型化による機械損失を低減することが困難になり、かつ、耐力の向上も困難であるので信頼性の確保が困難であるという問題がある。

また、特許文献２の圧縮機用摺動部品材料についても、フッ素樹脂のみを含浸しているので樹脂の耐摩耗性が悪く、特許文献１の場合と同様に、樹脂と基材の密着性を確保できず、信頼性の確保が困難であるという問題がある。

本発明の課題は、摺動部の小型化による機械損失低減および耐力向上による高い信頼性が得られる摺動部材およびそれを用いた流体機械を提供することにある。

第１発明の摺動部材は、多孔質焼結基体と、樹脂組成物とを備えている。多孔質焼結基体は、多孔質の焼結体からなる。樹脂組成物は、多孔質焼結基体の表面に塗装されている。樹脂層厚さは、空孔深さに１０μｍ以上加えた大きさである。樹脂層厚さは、樹脂組成物の厚さである。空孔深さは、多孔質焼結基体の表面に露出する空孔の深さである。

ここでは、樹脂層厚さが空孔深さに１０μｍ以上加えた大きさであるので、多孔質焼結基体と樹脂組成物の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体が露出しない。このため、摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

第２発明の摺動部材は、第１発明の摺動部材であって、空孔深さは、１５μｍ以上である。

ここでは、空孔深さが１５μｍ以上であるので、多孔質焼結基体と樹脂組成物の良好な密着性が得られる。

第３発明の摺動部材は、第１発明または第２発明の摺動部材であって、樹脂組成物は、ポリアミドイミドと、ポリテトラフルオロエチレンとを含んでいる。

ここでは、樹脂組成物がポリアミドイミドとポリテトラフルオロエチレンとを含んでいるので、耐摩耗性、低摩擦性に優れている。

第４発明の摺動部材は、第１発明から第３発明のいずれかの摺動部材であって、多孔質焼結基体に対する空孔の体積比率である空孔率は、１０〜３０％である。

ここでは、多孔質焼結基体に対する空孔の体積比率である空孔率が１０〜３０％であるので、多孔質焼結基体の強度を保ちながら樹脂組成物を多孔質焼結基体の表面に保持する効果（アンカー効果）が充分得られる。

第５発明の摺動部材は、第１発明から第４発明のいずれかの摺動部材であって、樹脂組成物は、真空引きによって、多孔質焼結基体の表面に露出する空孔に含浸されている。

ここでは、樹脂組成物が、真空引きによって多孔質焼結基体の表面に露出する空孔に含浸されているので、含浸層を厚くすることが可能になる。

第６発明の摺動部材は、第１発明から第５発明のいずれかの摺動部材であって、多孔質焼結基体に含まれる油の含有率は、５重量％以下である。

ここでは、多孔質焼結基体に含まれる油の含有率が５重量％以下であるので、多孔質焼結基体の内部に含まれる油がほぼゼロになり、異物混入による不具合（コンタミネーション）のおそれがほとんどなくなる。

第７発明の流体機械は、第１発明から第６発明のいずれかの摺動部材を備えていることを特徴としている。

ここでは、流体機械が第１発明から第６発明のいずれかの摺動部材を備えているので、流体機械における摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

第８発明の流体機械は、第７発明の流体機械であって、摺動部材が軸受である。

ここでは、摺動部材が軸受であるので、流体機械の軸受における多孔質焼結基体と樹脂組成物の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体が露出しない。このため、摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

第９発明の流体機械は、第８発明の流体機械であって、使用される冷媒が二酸化炭素である。

ここでは、使用される冷媒が二酸化炭素であるので、摺動部負荷が高い二酸化炭素で、特に効果が高く、摺動部の小型化による機械損失がより低減し、耐力向上によるより高い信頼性が得られる。

第１発明によれば、多孔質焼結基体と樹脂組成物の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体が露出しないので、摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

第２発明によれば、多孔質焼結基体と樹脂組成物の良好な密着性が得られる。

第３発明によれば、耐摩耗性および低摩擦性が優れている。

第４発明によれば、多孔質焼結基体の強度を保ちながら樹脂組成物を多孔質焼結基体の表面に保持する効果（アンカー効果）が充分得られる。

第５発明によれば、含浸層を厚くすることが可能になる。

第６発明によれば、多孔質焼結基体の内部に含まれる油がほぼゼロになり、異物混入による不具合（コンタミネーション）のおそれがほとんどなくなる。

第７発明によれば、流体機械における摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

第８発明によれば、流体機械の軸受における多孔質焼結基体と樹脂組成物の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体が露出しない。このため、摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

第９発明によれば、摺動部負荷が高い二酸化炭素で、特に効果が高く、摺動部の小型化による機械損失がより低減し、耐力向上によるより高い信頼性が得られる。

つぎに本発明の摺動部材の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
＜摺動部材１の構成＞
図１に示される摺動部材１は、スクロール圧縮機（例えば、図３の高低圧ドーム型圧縮機１０１）の軸受、さらに詳しくは、軸受のシャフトに接触する軸受メタルなどに適用可能である。軸受メタルの寸法は、例えば、内径２０〜４０ｍｍ、外径２５〜５０ｍｍ、肉厚２．５〜５ｍｍ程度である。

摺動部材１は、図１に示されるように、多孔質の焼結体からなる多孔質焼結基体２と、多孔質焼結基体２の空孔６が露出した表面（図２参照）に塗装された樹脂組成物３とを備えている。多孔質焼結基体２は、鉄等の金属粉末を焼結することによって製造されている。

樹脂組成物３は、多孔質焼結基体２の表面を覆う樹脂単独層３ａと、多孔質焼結基体２の表面に露出する空孔６に含浸した含浸層３ｂとを有している。樹脂組成物３は、スプレーまたはディスペンサによって、多孔質焼結基体２の表面に塗装されている。いずれの塗装でも、樹脂塗装面と反対側からの真空引きによって空孔６への充填率が向上する。

図１に示されるように、樹脂組成物３の厚さである樹脂層厚さｔ１は、多孔質焼結基体２の表面に露出する空孔６の深さである空孔深さｔ２に１０μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）加えた大きさである。これによって、多孔質焼結基体２と樹脂組成物３の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体２が露出しない。なお、樹脂層厚さｔ１がｔ２＋１０μｍ未満だと多孔質焼結基体２が露出するおそれがある。一方、樹脂層厚さｔ１が２００μｍを超えると樹脂組成物３の密着性が低下するという不具合がある。

図１には、樹脂層厚さｔ１が９０μｍ、空孔深さｔ２が３０μｍの摺動部材１の表面の断面図が示されている。

多孔質焼結基体２の塗装面７の凹凸による平均表面高さＬからの差Δｄは、±５μｍである。したがって、多孔質焼結基体２が樹脂単独層３ａを突き抜けて露出しないように樹脂層厚さｔ１は、ｔ２＋１０μｍ以上必要である。

空孔深さｔ２は、１０μｍ以上（好ましくは、２０μｍ以上）であるので、多孔質焼結基体２と樹脂組成物３の良好な密着性が得られる。なお、含浸層３ｂの厚さｔ２が１０μｍ未満だと密着性を確保できない。一方、空孔深さｔ２が１００μｍを超えると樹脂組成物３の含浸が困難になるという不具合がある。

樹脂組成物３は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とを含んでいるので、耐摩耗性、低摩擦性（いいかえれば、すべり特性）に優れている。

具体的には、樹脂組成物３は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂がＰＡＩに分散含有されている。樹脂組成物３は、ＰＡＩおよびＰＴＦＥの他にも、さらに、フッ化カルシウム等を含んでいる。

多孔質焼結基体２に対する空孔６の体積比率である空孔率は、１０〜３０％であり、多孔質焼結基体２の強度を保ちながら樹脂組成物３を多孔質焼結基体２の表面に保持するアンカー効果が充分得られる。図２には、樹脂組成物３が塗装されていない状態の多孔質焼結基材２の表面が示されており、多孔質焼結基材２の空孔率は、約２０％である。

樹脂組成物３は、樹脂塗装面と反対側からの真空引きによって、多孔質焼結基体２の表面に露出する空孔６に含浸されている。真空引きは、樹脂組成物３の塗装と同時に行ったり、または塗装の後に行っている。真空引きは、多孔質焼結基体２の背面を負圧にして、多孔質焼結基体２の表面から樹脂組成物３を含浸させるようにして行われ、これにより、含浸層３ｂを厚くすることが可能になる。

多孔質焼結基体２に含まれる油の含有率は、５重量％以下である。したがって、多孔質焼結基体２の内部に含まれる油がほぼゼロなので、異物混入による不具合（コンタミネーション）のおそれがほとんどなくなる。

摺動部材１は、以下に記載されているスクロール式の高低圧ドーム型圧縮機１０１の摺動部品に用いられる。

＜高低圧ドーム型圧縮機１０１の全体構成＞
第１実施形態に係るスクロール式の高低圧ドーム型圧縮機１０１は、蒸発器や、凝縮器、膨張機構などと共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中のガス冷媒を圧縮する役割を担うものであって、図３に示されるように、主に、縦長円筒状の密閉ドーム型のケーシング１０、スクロール圧縮機構１５、オルダムリング３９、駆動モータ１６、下部主軸受６０、吸入管１９、および吐出管２０から構成されている。

第１実施形態の摺動部材１は、可動スクロール２６のピン軸受部２６ｃ、上部ハウジング２３の軸受３４、および下部主軸受６０の軸受部６０ａのうちの少なくとも１つに適用されている。なお、摺動部材１は、スイング圧縮機等に適用する場合には、ピン軸受（ピストン内周）、主軸受（フロントヘッド）、副軸受（リヤヘッド）等の部品に適用可能である。

以下、この高低圧ドーム型圧縮機１０１の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

＜高低圧ドーム型圧縮機１０１の構成部品の詳細＞
（１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とを有する。そして、このケーシング１０には、主に、ガス冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構１５と、スクロール圧縮機構１５の下方に配置される駆動モータ１６とが収容されている。このスクロール圧縮機構１５と駆動モータ１６とは、ケーシング１０内を上下方向に延びるように配置される駆動軸１７によって連結されている。そして、この結果、スクロール圧縮機構１５と駆動モータ１６との間には、間隙空間１８が生じる。

（２）スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構１５は、図３に示されるように、主に、ハウジング２３と、ハウジング２３の上方に密着して配置される固定スクロール２４と、固定スクロール２４に噛合する可動スクロール２６とから構成されている。以下、このスクロール圧縮機構１５の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

ａ）ハウジング
ハウジング２３は、その外周面において周方向の全体に亘って胴部ケーシング部１１に圧入固定されている。つまり、胴部ケーシング部１１とハウジング２３とは全周に亘って気密状に密着されている。このため、ケーシング１０の内部は、ハウジング２３下方の高圧空間２８とハウジング２３上方の低圧空間２９とに区画されていることになる。また、このハウジング２３には、上端面が固定スクロール２４の下端面と密着するように、固定スクロール２４がボルト３８により締結固定されている。また、このハウジング２３には、上面中央に凹設されたハウジング凹部３１と、下面中央から下方に延設された軸受部３２とが形成されている。そして、この軸受部３２には、上下方向に貫通する軸受孔３３が形成されており、この軸受孔３３に駆動軸１７が軸受３４を介して回転自在に嵌入されている。

ｂ）固定スクロール
固定スクロール２４は、主に、鏡板２４ａと、鏡板２４ａの下面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ２４ｂとから構成されている。鏡板２４ａには、圧縮室４０（後述）に連通する吐出通路４１と、吐出通路４１に連通する拡大凹部４２とが形成されている。吐出通路４１は、鏡板２４ａの中央部分において上下方向に延びるように形成されている。拡大凹部４２は、鏡板２４ａの上面に凹設された水平方向に広がる凹部により構成されている。そして、固定スクロール２４の上面には、この拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより締結固定されている。そして、拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることによりスクロール圧縮機構１５の運転音を消音させる膨張室からなるマフラー空間４５が形成されている。固定スクロール２４と蓋体４４とは、図示しないパッキンを介して密着させることによりシールされている。

ｃ）可動スクロール
可動スクロール２６は、図３に示されるように、主に、鏡板２６ａと、鏡板２６ａの上面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ２６ｂと、鏡板２６ａの下面に形成された軸受部２６ｃと、鏡板２６ａの両端部に形成される溝部２６ｄとから構成されている。そして、この可動スクロール２６は、溝部にオルダムリング３９（後述）が嵌め込まれることによりハウジング２３に支持される。また、軸受部２６ｃには駆動軸１７の上端が嵌入される。可動スクロール２６は、このようにスクロール圧縮機構１５に組み込まれることによって駆動軸１７の回転により自転することなくハウジング２３内を公転する。そして、可動スクロール２６のラップ２６ｂは固定スクロール２４のラップ２４ｂに噛合させられており、両ラップ２４ｂ，２６ｂの接触部の間には圧縮室４０が形成されている。そして、この圧縮室４０では、可動スクロール２６の公転に伴い、両ラップ２４ｂ，２６ｂ間の容積が中心に向かって収縮する。第１実施形態に係る高低圧ドーム型圧縮機１０１では、このようにしてガス冷媒を圧縮するようになっている。

ｄ）その他
また、このスクロール圧縮機構１５には、固定スクロール２４とハウジング２３とに亘り、連絡通路４６が形成されている。この連絡通路４６は、固定スクロール２４に切欠形成されたスクロール側通路４７と、ハウジング２３に切欠形成されたハウジング側通路４８とが連通するように形成されている。そして、連絡通路４６の上端、即ちスクロール側通路４７の上端は拡大凹部４２に開口し、連絡通路４６の下端、即ちハウジング側通路４８の下端はハウジング２３の下端面に開口している。つまり、このハウジング側通路４８の下端開口により、連絡通路４６の冷媒を間隙空間１８に流出させる吐出口４９が構成されていることになる。

（３）オルダムリング
オルダムリング３９は、上述したように、可動スクロールの自転運動を防止するための部材であって、ハウジング２３に形成されるオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれている。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝であって、ハウジング２３において互いに対向する位置に配設されている。

（４）駆動モータ
駆動モータ１６は、本実施の形態において直流モータであって、主に、ケーシング１０の内壁面に固定された環状のステータ５１と、ステータ５１の内側に僅かな隙間（エアギャップ通路）をもって回転自在に収容されたロータ５２とから構成されている。そして、この駆動モータ１６は、ステータ５１の上側に形成されているコイルエンド５３の上端がハウジング２３の軸受部３２の下端とほぼ同じ高さ位置になるように配置されている。

ステータ５１には、ティース部に銅線が巻回されており、上方および下方にコイルエンド５３が形成されている。また、ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り且つ周方向に所定間隔をおいて複数個所に切欠形成されているコアカット部が設けられている。そして、このコアカット部により、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間に上下方向に延びるモータ冷却通路５５が形成されている。

ロータ５２は、上下方向に延びるように胴部ケーシング部１１の軸心に配置された駆動軸１７を介してスクロール圧縮機構１５の可動スクロール２６に駆動連結されている。また、連絡通路４６の吐出口４９を流出した冷媒をモータ冷却通路５５に案内する案内板５８が、間隙空間１８に配設されている。

（５）下部主軸受
下部主軸受６０は、駆動モータ１６の下方の下部空間に配設されている。この下部主軸受６０は、胴部ケーシング部１１に固定されるとともに駆動軸１７の下端側軸受を構成し、下部主軸受６０の軸受部６０ａにおいて駆動軸１７を支持している。

（６）吸入管
吸入管１９は、冷媒回路の冷媒をスクロール圧縮機構１５に導くためのものであって、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、低圧空間２９を上下方向に貫通すると共に、内端部が固定スクロール２４に嵌入されている。

（７）吐出管
吐出管２０は、ケーシング１０内の冷媒をケーシング１０外に吐出させるためのものであって、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。そして、この吐出管２０は、上下方向に延びる円筒形状に形成されハウジング２３の下端部に固定される内端部３６を有している。なお、吐出管２０の内端開口、即ち流入口は、下方に向かって開口されている。

以下の試験方法によって、樹脂膜厚-空孔深さと限界荷重の相関（図４および表１）、空孔深さと限界荷重の相関（図５および表２）を示す試験結果を得た。

＜試験方法＞
・試作評価プロセス
・焼結基材：
純鉄系P1022（密度5.8g/cm3）を使用
→JIS2550（機械構造部品用焼結材料）の付表2
・塗料：樹脂組成
重量比率でPAI比率５０〜６０％に対して、PTFE比率２０〜３０％、フッ化カルシウム比率１０〜２０％、アルミナ比率１〜５％
・塗装方法：
スプレー
ディスペンサー
・焼成条件
２００〜３００℃で３０〜６０分程度の焼成を行う
・ディスク加工：ラッピング
・評価
・ＴＰ形状
焼結材料：ODφ50、IDφ26×H13のディスク形状の鉄系焼結に樹脂を塗装したもの。
相手材料：R６、幅4mmの先端がR形状のピンを３本取付け治具に固定したもの。
・条件：大気ドライ、ＰＶ
図６のグラフに示されるように、大気中で潤滑油のない摺動条件で、速度0.5m/sで回転させた際に摩擦係数が急上昇する荷重を焼付き限界荷重とする。
・試験後のサンプルは樹脂が一部はく離した状態になっており、焼付き限界荷重により、密着力を相対的に評価することが可能である。
・試験結果：
樹脂膜厚-空孔深さと限界荷重の相関（図４および表１）、空孔深さと限界荷重の相関（図５および表２）

以上の試験方法によって得られた試験結果（表１〜２、図４〜５）のうち、とくに表１を見れば、表１の実施例では、樹脂層厚さｔ１が空孔深さｔ２に１０μｍ以上加えた大きさ（ｔ２＋１０μｍ以上）である。この場合、焼結基体が露出していないので、焼付き限界荷重が高く、焼付きが生じにくい。一方、表１の比較例では、樹脂層厚さｔ１がｔ２＋１０μｍ未満であるので、焼結基体が露出しているので、焼付き限界荷重が非常に低く、焼付きが生じやすい。

また、図４のグラフより、樹脂層厚さｔ１が空孔深さｔ２＋１０μｍ以上であれば、焼結基体の露出が低減し、焼付きが生じにくくなるが、ｔ２＋２０μｍ以上であれば、焼結基体の露出がより低減し、焼付きの発生もさらに生じにくくなる。なお、樹脂層厚さｔ１がｔ２＋２０μｍ以上になれば、焼付き限界荷重が一定になるので、樹脂層厚さｔ１がそれ以上厚くなっても耐焼付き性はほぼ同程度になる。

さらに、図５のグラフより、空孔深さｔ２が１５μｍ以上であれば、樹脂を焼結基体表面に保持するアンカー効果が増加し、密着性が向上して耐焼付き性が向上するが、ｔ２が２０μｍ以上であれば、アンカー効果がより一層増加し、密着性がさらに向上して耐焼付き性が高くなる。なお、空孔深さｔ２が２０μｍ以上になれば、焼付き限界荷重が一定になるので、空孔深さｔ２がそれ以上厚くなっても耐焼付き性はほぼ同程度になる。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
第１実施形態の摺動部材１では、樹脂組成物３の樹脂層厚さｔ１が空孔６の空孔深さｔ２に１０μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）加えた大きさであるので、多孔質焼結基体２と樹脂組成物３の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体２が露出しない。このため、摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

（２）
第１実施形態の摺動部材１では、空孔厚さｔ２が１５μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）であるので、多孔質焼結基体２と樹脂組成物３の良好な密着性が得られる。

（３）
第１実施形態の摺動部材１では、樹脂組成物３がポリアミドイミド（ＰＡＩ）と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とを含んでいるので、耐摩耗性、低摩擦性に優れている。

（４）
第１実施形態の摺動部材１では、多孔質焼結基体２に対する空孔６の体積比率である空孔率は、１０〜３０％であるので、多孔質焼結基体２の強度を保ちながら樹脂組成物３を多孔質焼結基体２の表面に保持するアンカー効果が充分得られる。

（５）
第１実施形態の摺動部材１では、樹脂組成物３は、真空引きによって、多孔質焼結基体２の表面に露出する空孔６に含浸されているので、含浸層３ｂを厚くすることが可能になる。

（６）
第１実施形態の摺動部材１では、多孔質焼結基体２に含まれる油の含有率が５重量％以下であるので、多孔質焼結基体２の内部に含まれる油がほぼゼロになり、異物混入による不具合（コンタミネーション）のおそれがほとんどなくなる。

（７）
第１実施形態では、流体機械である高低圧ドーム型圧縮機１０１が摺動部材１を備えているので、流体機械における摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

（８）
第１実施形態では、摺動部材１が高低圧ドーム型圧縮機１０１の軸受に用いられているので、軸受における多孔質焼結基体と樹脂組成物の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体が露出しない。このため、摺動部の小型化による機械損失が低減し、耐力向上による高い信頼性が得られる。

（９）
流体機械である圧縮機で使用される冷媒は、二酸化炭素であってもよい。この場合には、摺動部負荷が高い二酸化炭素で、特に効果が高く、摺動部の小型化による機械損失がより低減し、耐力向上によるより高い信頼性が得られる。

［第２実施形態］
第２実施形態の摺動部材７１は、防錆および油の染み出し防止のために、多孔質焼結基体７２の表面に酸化皮膜７８が形成されている点で、第１実施形態の摺動部材１と異なっているが、その他の構成については共通している。以下、酸化皮膜７８が形成された摺動部材７１について詳述する。

＜摺動部材７１の構成＞
図７に示される摺動部材７１は、図１の摺動部材１と同様に、スクロール圧縮機（例えば、図３の高低圧ドーム型圧縮機１０１）の軸受、さらに詳しくは、軸受のシャフトに接触する軸受メタルなどに適用可能である。軸受メタルの寸法は、例えば、内径２０〜４０ｍｍ、外径２５〜５０ｍｍ、肉厚２．５〜５ｍｍ程度である。

摺動部材７１は、図７に示されるように、多孔質の焼結体からなる多孔質焼結基体７２と、多孔質焼結基体７２における多孔質焼結基体７２の空孔７６が露出した表面（図８参照）を酸化することによって形成された酸化皮膜７８と、酸化皮膜７８の表面に塗装された樹脂組成物７３とを備えている。多孔質焼結基体７２は、鉄等の金属粉末を焼結することによって製造されている。

酸化皮膜７８は、多孔質焼結基体７２に対してスチーム処理を施すことによって形成される。具体的には、多孔質焼結基体７２に対して、水蒸気雰囲気炉において、所定の温度範囲（例えば、５００〜５６０℃）で加熱することにより、所定の厚さ（数ミクロン程度）の黒色のＦｅ₃Ｏ₄からなる酸化皮膜７８を均一な厚さに形成されている。図７に示されるように、酸化皮膜７８は、多孔質焼結基体７２の表面に露出した空孔７６の内面にも均一な厚さで形成されている。

樹脂組成物７３は、多孔質焼結基体７２の表面（具体的には、酸化被膜７８で覆われた多孔質焼結基体７２の表面）を覆う樹脂単独層７３ａと、多孔質焼結基体７２の空孔７６内部に含浸した含浸層７３ｂとを有している。樹脂組成物７３は、スプレーまたはディスペンサによって、多孔質焼結基体７２表面の酸化皮膜７８の上に塗装されている。

樹脂組成物７３は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とを含んでいるので、耐摩耗性、低摩擦性（いいかえれば、すべり特性）に優れている。具体的には、樹脂組成物７３は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂がＰＡＩに分散含有されている。樹脂組成物７３は、ＰＡＩおよびＰＴＦＥの他にも、さらに、フッ化カルシウム等を含んでいる。

また、第１実施形態の樹脂組成物３と同様に、樹脂組成物７３の厚さである樹脂層厚さｔ１も、図７に示されるように、多孔質焼結基体７２の表面に露出する空孔７６の深さである空孔深さｔ２に１０μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）加えた大きさであるのが好ましい。これによって、多孔質焼結基体７２と樹脂組成物７３の密着性を確保することができ、かつ、多孔質焼結基体７２が露出しない。なお、樹脂層厚さｔ１がｔ２＋１０μｍ未満だと多孔質焼結基体７２が露出するおそれがある。一方、樹脂層厚さｔ１が２００μｍを超えると樹脂組成物７３の密着性が低下するという不具合がある。

図７には、樹脂層厚さｔ１が９０μｍ、空孔深さｔ２が３０μｍの摺動部材７１の表面の断面図が示されている。なお、酸化皮膜７８の厚さは数ミクロン程度であるので、樹脂組成物７３の厚さである樹脂層厚さｔ１は、酸化皮膜７８の厚さよりも十分に厚い。

空孔深さｔ２は、１０μｍ以上（好ましくは、２０μｍ以上）であるので、多孔質焼結基体７２と樹脂組成物７３の良好な密着性が得られる。なお、含浸層７３ｂの厚さｔ２が１０μｍ未満だと密着性を確保できない。一方、空孔深さｔ２が１００μｍを超えると樹脂組成物７３の含浸が困難になるという不具合がある。

多孔質焼結基体７２に対する空孔７６の体積比率である空孔率は、１０〜３０％であり、多孔質焼結基体７２の強度を保ちながら樹脂組成物７３を多孔質焼結基体７２の表面に保持するアンカー効果が充分得られる。図８には、樹脂組成物７３が塗装されていない状態の多孔質焼結基材７２の表面が示されており、多孔質焼結基材７２の空孔率は、約２０％である。

樹脂組成物７３は、多孔質焼結基体７２の表面に露出する空孔７６に含浸されている。

摺動部材７１も、第１実施形態のの摺動部材１と同様に、上述のスクロール式の高低圧ドーム型圧縮機１０１の摺動部品に用いられる。

＜密着力試験方法＞
第２実施形態では、摺動部材７１の多孔質焼結基体７２の表面に形成された樹脂組成物７３の密着力を正確に測定するために、以下のような定量碁盤目試験を行う。

従来では、金属基体の表面に形成された樹脂層の密着力を測定するために、樹脂塗膜に等間隔の切り込みを入れて、その切り込み部分に密着テープを貼り付けた後に剥がすことによって樹脂塗膜が剥がれる限界の切り込み部分の間隔を調べて樹脂塗膜の密着力を評価していた。しかし、このような評価方法では、密着力を定量的に評価することが困難である。また、濡れ性の悪いフッ素樹脂などの樹脂層の場合にはテープとの密着性が悪くなるという問題もある。しかも、樹脂層が平板上に形成されていない場合、例えば、円筒の内周面などの場合には、テープ剥離による密着力の試験を再現性よく行うことができなかった。

そこで、第２実施形態では、テープ剥離を用いずに、フッ素樹脂層や曲面状の樹脂層にも対応して、樹脂層の密着力を正確に評価できる密着力試験方法を行う。

具体的には、図９に示されるように、樹脂組成物７３の表面において、横方向に延びる切り込みＴ１を等間隔に縦に並べて形成し、一方、縦方向に延びる切り込みＴ２１〜Ｔ２６を異なる間隔で横に並べて形成する。これにより、縦方向の切り込み幅Ｗ１は一定であり、一方、横方向の切込み幅Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４、Ｗ２５を所定の変化量で変化させるように配置される。

このため、図９のように、樹脂組成物７３の表面に、異なる横幅（Ｗ２１〜Ｗ２５）（例えば、２．０ｍｍ〜０．２ｍｍまで０．２ｍｍ刻みで変化）のマトリックス状の切り込みを入れることにより、いずれの切込み幅Ｗ２１〜Ｗ２５で、樹脂組成物７３の自然剥離が行われるか（すなわち、剥離を開始する最も大きい切込み幅である剥離幅）を測定する（図９の剥離部分Ｐ参照）。この方法により、樹脂組成物７３の密着力を正確に定量的に測定することが可能になる。ここで、剥離幅Ｗ２１〜Ｗ２５が小さいほど、樹脂組成物７３と多孔質焼結基体７２との密着力が高く、一方、剥離幅Ｗ２１〜Ｗ２５が大きいほど密着力が低いと評価される。

この密着力試験方法では、切り込みによって形成される碁盤の目の囲まれた部分（いわゆる、島）は長方形であることが望ましいが，ひし形でも試験を行うことは可能である。

また、この密着力試験法では、樹脂組成物７３の表面は平板に限らず、円弧状や凹凸状でも評価は可能である。

例えば、この密着力試験法を用いて、基体となる円筒の内周に形成された樹脂塗膜の密着力を測定する場合には、まず、（i）円筒の内周面において円筒の軸方向に沿って直線状の切り込みを円筒内周回りに等間隔に並べて入れ、ついで、（ii）円筒の内周面において円筒の円周方向に沿って円状の切り込みを異なる間隔で軸方向に並べて入れ、（iii）その後、樹脂塗膜の自然剥離がどの間隔で行われるか（すなわち、剥離幅）をマイクロスコープ等で観察して密着力を測定する。

ここで、円周方向に円状の切り込みを形成する代わりに、螺旋状に切り込みを入れてもよい。その場合、螺旋のピッチを徐々に小さくしていけば、隣接する切り込みの間隔が異なるようになり、剥離幅の測定が可能になる。

以下、定量碁盤目試験について、より詳細に説明する。

＜定量碁盤目試験の説明＞
１．試料の作成方法
表３に示されるように、比較例１〜２および本発明の実施例に対応する３つの試料Ｎｏ．１〜３を作成し、それぞれの試料について定量碁盤目試験を行った。試料Ｎｏ．１〜３は、具体的には、以下の通りである。
・試料No.1 S45C+リン酸マンガン処理
S45C円筒にリン酸マンガン被膜処理を施した基材内周に、塗料を塗布後、焼成する。
・試料No.2 焼結基材（スチーム処理なし）
焼結基材（ＪＰＭＡＳＭＦ４０４０）において、焼結した後に、スチーム処理を行わない。試料Ｎｏ１と同様に基材内周に、塗料を塗布後、焼成する。
・試料No.3 焼結基材（スチーム処理あり）
焼結基材（ＪＰＭＡＳＭＦ４０４０）において、焼結した後に、スチーム処理を行う。試料Ｎｏ１と同様に基材内周に、塗料を塗布後、焼成する。
ここで、ＪＰＭＡＳＭＦ４０４０とは、日本粉末冶金工業規格で規定された鉄―銅系粉末金属である。
本試験におけるスチーム処理とは、水蒸気雰囲気炉において、500〜560℃に加熱することにより、黒色のFe3O4皮膜を得る処理である。
２．定量碁盤目用試料の形状
・焼結基材の形状
ODφ44.4（外直径：ｍｍ）、IDφ34.0（内直径：ｍｍ）、H29
・塗装と加工
ディスペンサ塗装により、基材内径に塗装する。
焼成時膜厚：100〜150μｍの基材を、内径切削加工により、試験時膜厚：40〜60μｍにする。
・定量碁盤目試験のための加工
円筒型サンプルの内周に切り込みを入れるため、サンプルを２分割、もしくは４分割する。
３．定量碁盤目試験の実施方法については、以下の項目＜定量碁盤目試験の実施方法＞で詳細に説明する。
４．定量碁盤目の試験結果
定量碁盤目の試験結果は、表３の通りである。

表３の試験結果を考察すれば、以下の点が判明した。
・焼結基材にすると、リン酸マンガンより密着性は高くできる（焼結基材にするとアンカー効果を高くできる）。
・スチーム処理を行う（試料No.3の場合）と、スチーム処理を行わない場合（試料No.2の場合）よりも密着性を向上できる。

以上より、本発明の実施例（試料No.3の場合）では、焼結した後にスチーム処理することによって、密着性向上の効果が得られることがわかった。

＜定量碁盤目試験の実施方法＞
１．装置
切り込み工具は、刃先が良好な状態にあることが必要である。
２．ガイド
等間隔に切り込みを入れるため、単一な切り込み工具を用いる際ガイドのある等間隔スペーサを用いてもよい。
３．付着テープ
付着力を失った塗膜を除去するときに、付着テープを用いてもよい（25ｍｍの幅あたり10±1Nの付着強さをもつもの）。
４．観察用器具
100〜300倍程度の倍率をもつ光学顕微鏡を用いる。
５．試験片
試験片形状は，特に規定はない。ただし、試験部位は試験板の端部から5ｍｍ以上の異なる３箇所で実施することが望ましい。
試験片間で膜厚は均一にすることが望ましい。
６．手順
6.1試験条件および試験数
・他に規定がない限り，温度23±2°、相対湿度50±5％で行う。
・試験片上の最低３つの異なる箇所で試験を行う。
6.2試験片の養生
・他に規定がない限り、試験片を試験の直前に、最低16時間にわたり、温度23±2°、相対湿度50±5％で養生する。
6.3カットの間隔およびカット数
・格子パターンのX方向は1ｍｍ間隔、Y方向は5mmから0.1ｍｍ間隔で切り込む。
・X方向は4カット，Y方向は51カット切り込む．
・合計150マスの格子ができる。
6.4手動手順による塗膜の切り込みおよび除去
・試験片を万力などで固定する。
・規定の手順に従い，手動で切り込みを行う。試験の前に刃の部分を検査し、刃を交換することでその状態を維持する。
・試験片の表面に対して刃が垂直になるように切り込み工具を保持する。切り込み工具に一様な圧力を加え、また、適切なスペーサを用いて、一定の切り込み率で塗膜部分に規定の数の切り込みを行う。
・すべてのカットは、基材の表面まで貫通していなければならない。
・6.3に示すカットを施す。
・なお、0.1mm間隔で切り込むのが困難な場合は、徐々に細くなる適当な切り込みを入れた後に、その間隔を拡大鏡で測定してもよい。
・付着力を失った塗膜を除去するのに、付着テープを用いてもよい。付着テープは、観察用に保存しておいてもよい。
6.5電動工具を用いての塗膜の切り込み
・切り込みを工具を用いて行う場合、手動手順に記載する諸点に留意して行う。
７．結果の表し方
試験結果の評価は、付着力を失った塗膜を除去した直後に行う。
剥離した塗膜を上部から、観察器具を用い観察する。
剥離している塗膜間隔と剥離していない塗膜間隔を数値化する。２つの数値を必要に応じて用い試験結果とする。
はく離部分の間隔が小さいほど、密着性は高い。

＜第２実施形態の特徴＞
（１）
第２実施形態では、多孔質焼結基体７２の表面に酸化皮膜７８が形成されているので、多孔質焼結基体７２の表面の細孔を塞ぎ、多孔質焼結基体７２の表面活性度低下を防ぐことが可能である。また、黒色のＦｅ₃Ｏ₄からなる酸化皮膜７８を形成することによって、多孔質焼結基体７２表面における赤錆（Ｆｅ₂Ｏ₃）の発生を防止できる。これにより、樹脂組成物７３の密着性の低下を抑制でき、摺動部材７１の生産性を向上できる。

（２）
また、第２実施形態では、多孔質焼結基体７２の表面に酸化皮膜７８が形成されているので、多孔質焼結基体７２の表面の細孔を塞ぎ、多孔質焼結基体７２に含浸された加工油または固体潤滑剤が多孔質焼結基体７２と樹脂組成物７３とへの界面に染み出すことを防止できる。これにより、油が含浸されていない多孔質焼結基体を用いた場合と同程度まで樹脂組成物７３の密着性の低下を抑制でき、摺動部材７１の生産性を向上できる。

しかも、空孔率が異なる多孔質焼結基体７２の場合でも同様に樹脂組成物７３の密着性の低下を抑制できる。

（３）
さらに、第２実施形態では、酸化皮膜７８を多孔質焼結基体７２に対してスチーム処理を施すことによって形成するので、所定の厚さの酸化皮膜７８を均一な厚さに形成することができる。

本発明は、多孔質焼結基体とその表面に塗装された樹脂組成物とを備えた摺動部材であれば、あらゆる種々の摺動部材に適用することが可能である。本発明の摺動部材は、軸受等の種々の摺動部品に用いられる。とくに、本発明の摺動部材は、高温高圧下で用いられるＣＯ₂圧縮機の軸受等に用いられるのが好ましい。また、他の圧縮機の軸受としても採用され得る。

また、本発明は、多孔質焼結基体に油を含浸している場合としていない場合の両方の場合について、適用可能である。

本発明の第１実施形態に係わる摺動部材の断面図。図１の樹脂組成物が塗装されていない状態の多孔質焼結基材の表面を示す平面図。図１の摺動部材が適用されるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図。一定空孔深さにおける有効樹脂厚と限界荷重の相関を示すグラフ。一定有効樹脂膜厚における空孔深さと限界荷重の相関を示すグラフ。潤滑油のない摺動条件下における摺動部材の摩擦係数についての時系列変化を示すグラフ。本発明の第２実施形態に係わる摺動部材の断面図。図７の樹脂組成物が塗装されていない状態の多孔質焼結基材の表面を示す平面図。本発明の第２実施形態に係わる密着力試験方法における剥離幅を示す図。

符号の説明

１摺動部材
２多孔質焼結基体
３樹脂層
３ａ樹脂単独層
３ｂ含浸層
６空孔
７１摺動部材
７２多孔質焼結基体
７３樹脂層
７３ａ樹脂単独層
７３ｂ含浸層
７６空孔
７８酸化皮膜

Claims

多孔質の焼結体からなる多孔質焼結基体（２、７２）と、
前記多孔質焼結基体（２、７２）の表面に塗装された樹脂組成物（３、７３）と
を備えており、
前記樹脂組成物（３、７３）の厚さである樹脂層厚さｔ１は、前記多孔質焼結基体（２、７２）の表面に露出する空孔（６）の深さである空孔深さｔ２に１０μｍ以上加えた大きさである、
摺動部材（１、７１）。
前記空孔深さｔ２は、１５μｍ以上である、
請求項１に記載の摺動部材（１、７１）。
前記樹脂組成物（３、７３）は、ポリアミドイミドと、ポリテトラフルオロエチレンとを含んでいる、
請求項１または２に記載の摺動部材（１、７１）。
前記多孔質焼結基体（２、７２）に対する前記空孔（６）の体積比率である空孔率は、１０〜３０％である、
請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材（１、７１）。
前記樹脂組成物（３）は、真空引きによって、前記多孔質焼結基体（２）の表面に露出する空孔（６）に含浸されている、
請求項１から４のいずれかに記載の摺動部材（１）。
前記多孔質焼結基体（２）に含まれる油の含有率は、５重量％以下である、
請求項１から５のいずれかに記載の摺動部材（１）。
請求項１から６のいずれかに記載の摺動部材（１、７１）を備えていることを特徴とする流体機械。
前記摺動部材（１、７１）が軸受である、
請求項７に記載の流体機械。
使用される冷媒が二酸化炭素である、
請求項８に記載の流体機械。