JPS5986714A - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JPS5986714A
JPS5986714A JP57194559A JP19455982A JPS5986714A JP S5986714 A JPS5986714 A JP S5986714A JP 57194559 A JP57194559 A JP 57194559A JP 19455982 A JP19455982 A JP 19455982A JP S5986714 A JPS5986714 A JP S5986714A
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Akira Takenaka
章 竹中
Keiichi Shimazaki
島崎 敬一
Yasumitsu Kuwatsuru
桑鶴 保光
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Taiho Kogyo Co Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/20Alloys based on aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は掃11の部4−1に関するものであり、さらに
詳しく:ホベるケらば(n軸表面にミクロな孔部を有す
る摺判部材に1?いて1濱孔部に新規な+’f、¥造を
辱えることにLっC1高凍摺動、篩面IE及び潤滑油が
少ないかあるいは無い苛酷な摺動条件下で摩擦特性を向
トさせ11つ耐焼付性、シール性を大(1]に高めた摺
動部材に関するものである。 摺!IIJI FtB伺開発の従東の主流は材′ぼ文び
構造面から進展し−Cへ;/jが、近年表面処理によっ
て1′71擦;時性を改良し、L′)とする1J!案が
二三発表されている。 rlT¥−開昭51−74153号はスラストワタシャ
ー用ベアリング付に徂面化後陽極r俊化ツ理全施こすこ
と[jっ゛C凹凸面分形成し、凹面全問臂油溜りとして
活用することを提案している。 特開昭48−100541号はシロ9ドプラスト処理に
よってすべり軸受の潤滑特性を改良することを提案して
いる。 特開昭56−131861号はメカニカルシールの固定
片及び回転片の少なくとも一方にポーラスクロムメッキ
を施こし、シール性能全改良することを提案している。 本発明者等は従来の摺動部材の表面処理法を詳しく検討
したところ、従来法は表面処理程度乃至ミクロな孔部の
構造を主として最大高さRmaX又は十点平均粗さRz
で表わし、場合によりミクロな孔部の直径又は単位面積
当り個数により表わしていることに着目した。また、こ
れらの測定法は従来の一般的粗さ計によって為されてい
たと判断される。よって、ミクロな孔部を有する従来の
摺動部材は所定の表面処理種類に応じてミクロな孔部が
ないものに比較して何らかの効果は生じているものの、
ミクロな孔部の構造をさらに精査する必要性が認められ
る。 近年、粒子カウンタ又は粒子アナライザと称する測定器
が実用化されるに至り、この原理に、LUIX社のカタ
「Jグによると、テレビカメラによって、ビデオ信号に
変換された画像は、まずシェーディング補正回路に送ら
れ、顕微鏡の照明ムラやテレビカメラの感度むらから生
じる、不均一な明るさが修正され、均一な明るさに修正
された画像は、次にスレシホールド回路に送られ、ここ
で測定したい範囲の画像が抽出され、2値化画像に変換
される。すなわち、測定対象と測定対象外の濃度を完全
に分離した画像が作成される。そして、この2値化画像
は計数回路に送られ、計数回路では、2値化画像の中か
ら、測定視野範囲をきめるフレーム内に含まれる粒子だ
けが選択され、個数1面積、インクセクションおよびフ
レーム面積が測定される。 この粒子カウンター[よると、粒子個数、総面積、平均
[fia、面積率、インクセクション、粒度分布などが
従来の粗さ計では測定対象外となる粒子についても測定
される。 さらに、粗さ解析装置道つき万能表面形状測定器と称す
る機器が開発され、Rmax、Rz、Ra(中心線平均
粗さ)のみでなく相対負荷曲線が求められるようになっ
た。ここで、相対負荷曲線とは、カーフティング深さく
CV)−すなわち粗さの平均線に平行な線を材料内に引
いたときの最大深さからの距離−に対応する相対負荷長
さtpの変化をグラフ化したものであり、tpは次式で
表わされる。 1、p 、= y、 + g、 −ニニ”””  x 
100 (%)Jnl、1最も高い山からカッティング
深さCVnだけ下った位(iにおいて、平均線に平行な
線により切断された粗さ実体部分の負荷長さtkn回目
の山について求めたものである。 本発明者等は粒子カウンタ及び粗さ解析装置つき万能表
面形状測定器を駆使して、ミクロな孔部の構造を研究し
た結果、粒子カウンタで測定した孔部の面積率1個数及
び直径ならびに負荷曲線がある特定の組合わせになる時
に、摺動部材の耐焼付性、シール性が一段と向上するこ
とを見出して本発明を完成17た。 すなわち、本発明は、摺動表面にミクロな孔部を有する
、JIRCfiO以上の摺動部材であって、粒子カウン
ターで測定した前記孔部の面積率が5〜40%、ml 
ii+E孔部の1 mA当りの個数が2000〜150
001)個、且つ前記孔部の直径が0.5μm以上であ
り、さら圧粗さ解析装置付表面形状測定器で測定した相
対負荷曲線が、累積釘分率5幅以下が1μm未満[1,
つ5%を越え4(1未満が0.5μm未満で現わされる
粗さの山が高い平担度を有することを特徴とする。 以下、本孔IJrJのtu成要件全説明する。本発明に
おいて、粒子カウンターにより面積率0個数及び直径を
定義してhるのは、従来の粗さ計では測定針が測定精度
を低く制限しており、真に摩擦性能に支配的なミグ0購
造を決定できないからである。 孔部の面積を5〜40チとしたのは、5%未満では孔の
効果がな〈従来の粗さの考えに従った摩擦特性を示すも
のであり、40%を越えると孔の効果が逆になり耐焼付
性が低下するからである。次に孔部の個数を1−当り2
000〜15000 r)個としたのは、2000個未
満では上記と同様の孔の効果が不十分であり、1500
00個を越えると面積率の制限により個々の孔が小さく
なりすぎて粗さの中に隠れてしまい孔の効果を発揮でき
ないためであるためである。さらに孔部の直径を0.5
μm以上としたのはこれエリ小さいと個々の孔部の油の
保持隈が小さくなり十分な効果が得られないためである
。 相対負荷曲線を5チ以下が1μm且つ5チを越え40俤
未満が0.5μm未満としたのは、ミクロな孔部の山の
部分乃至縁の部分が平担であり又Qよ丸味を帯びてhる
ことが耐焼付性、優れたシール性上重要だからである。 本発明の摺勢部材の材質は、炭素鋼、  n*遣用例。 軸受鋼、普A鋳鉄9球状黒鉛銑鉄などの鉄系材料であっ
てよい0また、AJ −S L、 、kl −C11,
AJ −Mg。 AJ−8n、AJ−Pb、AJ−Zn  lどのアルミ
ニウム合金、あるいは、炭化物(例えばSiC,TiC
,Wc。 VC)、窒化物(S t3N4. ’rtN+ 、酸化
物1tO□。 A4203)、 ホウ化物(TiB1.  ムライトな
どのセラミリフ4A4:・1であってもよい。 本発明のミクIJな孔部を形成するだめの方法は特Vこ
限定されないが、i!ri造、鍛造、 LE延′ツで製
造さfした材料にリタすれば研削又は研ilFを施した
後、ミクロな孔部を形成しその縁部に円味又は平担形状
?僅かに形++にrる処理を行うことが好ましい。 具体的−例とし°(−は粒径30μmのアルミノ−粒子
t−Xへ粒として用いンダビングを行ない、次いで粒径
0.3μmの゛アルミナ粒子を用いてボリシングを行な
う方法があ2)。セラミ9り材料に本発明のミクロの孔
部を形IJ′i、するためには、例えばrルミナ系で0
よ焼債体のくa孔率を比較的高くする″6件で暁結し次
いで所用の表面状態となる。
【う表面をラップ仕上する
ことが望!、17い。 相手部材に対して摺動される摺動部材でCよ10000
 ml O[3000/ tmaの孔個故が好ま(7い
。ま/とシール1jll材でF1100μm以丁、好ま
しくは3 (l ant以Fの孔径、1000〜100
000個の孔数、及び0.55m以下130%の相対負
荷曲線が好ましい。 以下、本発明の摺@部材の用途及びこの場合の効果を説
明する。 先ス、ロータリーコンプレッザのローターには従来SC
M41などの鉄系材f1及びサイドプレートには炭素鋼
又はアルシル合金が用いられていたが、ローター及びサ
イドプレートはブレードに対し1回転摺動ぜしめられる
時、6000〜7000rpmの高速且つ”’ ”’−
’100 P、g / <−の高面圧で回転慴動すると
焼付の発生が起こる。ところが、本発明の摺動部材を用
いるとこのような苛酷の条件でも十分の耐焼付性と寿命
が確保される。 次に、コンプレッサーのベーン側斜としては従来上とし
て5UJ2.5KI19.AJ203などのHV70(
1以上の硬り、qi4質が用いられて来た。またill
に、アルシル会金、黒鉛、耐熱園脂(ポリイミド)も用
いらfL−tいる。しかし、ケがら、従来の利料はシリ
ンダーとの境界摩擦特性が不足しでいる1ζめコンプレ
ッサーの動力損失が大きく且つローターとの摺動中に焼
付を起こす問題があった〇本発明によるとミクロな孔部
の効、東により、摩擦係数が低下しはつへ−付の間;m
も解消できる。 ;”11三に、叫仮r(=1ンプレッサケよ近年益′ζ
4゛4滑油が少ない条件下で設計されるj:りに/lす
、!2/こ塞冷池での使用時又t、[運転切間にeよン
ユーと斜板が油切れ状態で4ri 114Hされるので
、ツユ−焼付の危険が高まっている。本発明によ−)て
AI、−8i合金。 高力黄・胴、  5LJJ2. FEKrl鋼、炭内屑
、その他の合金の表面にミ4H−1な孔iτbを形成す
ると、5UJ2゜SP CC1545(、”、 E; 
n 5C1AJ−ε;i合金、F’C2+1゜DCI等
の斜板に対する耐焼付性が皆しく改善される2、なよ?
、+:、発明の効果r(よシューの材質改良と両立する
ものC・D) 2)ためIC1改1されたシュー材料に
発明を適月1す、もと尚一層の耐焼付性改良が達成され
る。まl′つj:)仮とシューの両方にノ1用すること
によりより−lリ−の効用がある。 4西に、シ)ニア 1−シールのシールプレートソの他
のメカニカルシールには従来黒鉛と炭素鋼又rよ情受鋼
の組合わぜが用いられてい之が、6速・l楯面圧回転条
件ドrtよ油漏れ又t、[焼4=J発生が起こっていた
。本発明によると相手材のシール特性及び耐焼付性、摩
擦抵抗が著しく改良さ7Lるので、コンプレッサー等の
性能向上が図られる。 最段に、スラストワッシャ。滑り軸受、パルプガイド、
ターボチャージ十−用フローティング又はセミフローテ
ィング軸受、ターボチャージャー用メカニカルシール、
ローターボング用メカニカルシール、その他のシール及
び/又は摺動時性を要求され−Cいる部材に本発明のミ
クロな孔部を形成すると、従来材料の材lI特性Vこ耐
焼付性及び後れたシール訃が附刀口される効果がある。 以下、本発明の詳細な説明する1、 実施例1 本実1114 B!I及び以Fの実施例においで供試料
のミク0な孔+rllの1″l’jj青Cよl、 U 
Z l; X社製粒子アナライザートレーゼックス45
(口及び株式椴仕小坂研究所製S E −31i’型徂
さ解析装置直付万IJ目衣面形状測定器により解析され
た。粗さ解析装置4付万能表闇形状側゛足器の検出器t
よI)A5型(内径8m+n、英行24mm、触針R5
μmダイアモンド、スキッドR40mmの゛リフrイヤ
)を用いたθミクロなIL部ン形成した表面硬さfLR
c5U以上の供試料(SLJJ−23金以下の条件Aに
工り焼付拘止を測蔓り、た結果をjlT J図に示す。 この供試材の北部の面積率は10〜3o・ル、1−当り
の個数は2000〜150 (J 00 [$I、且つ
負荷的#は5チ以F、 (+、51Lm以↑’、 5〜
40 % 0.511m以下で何れも本発明の範囲内で
あった。 条件A (1)  iP4り速)↓1−=1.5 rn /Sl
二l:で一尾□(2)荷  爪: 20 kg/、dよ
り10 kg/cdづつ漸増。各荷重段階は15分間継
続 (3)潤滑オ・fル:冷凍機油l容置に対し軽油9容暇
の(M合メイル (4)  rrAJ+’lt =t Iノ【 :ノエル
ト塗イ11約11.8 Cc/分(5)  )1,1手
5(・(試験ハ’: Ai!−1(i%5i−4%Co
、 4%+Q、 1.11ミクロン以F、あらさ0.4
・〜0.6S(7)7′イスク a i +v xす、孔数が2000−150000 
/mJ、好ましくは10000〜10(J(JU(1/
lTln1の+1iij囲テ、16い焼付荷重が得られ
ることが分かる。 実施例2 実施例1と同様の焼付荷重試験を行なった。但し、この
実施例ではミクロな孔部の面積率を庄2図のように変化
させ、一方ミクロな孔部の孔数は10000〜1000
00/nu&、孔径け()、5〜300μm、負荷曲線
は5%まで1μm以下5〜400.5μm以下の如く本
発明の範囲内とした。 箱2図よりミクμな孔部の面積率が5〜40%、好まし
くは15〜30憾において高い焼付荷重が得られること
が分かる。 実施例3 実施例1と同様の焼付荷重試験を負荷曲線を種橿変化さ
せた供試材について行なっ几。但しこの実施例でぼミク
ロな孔部の個数は2 U l) 00〜10011 (
10/mi、面積率F1.11−309S且つ孔径は(
)、5〜30μ扉の如く本発明の範囲内とし相対負荷曲
#J!を第3図c本発明)、ミクロな孔部の縁部が鋭い
尖頭部を有している笛4図(比較例)と変えた。前者の
焼付荷重は340 kg、後者f′1100kgであっ
た。 実施例4 上述の条件へにて本llコ明の供1人利及び比炊例の供
試材の焼付前jJ<を測足した。・よおこれらの供試材
のRzkよ1.50μInに統一し、ミクロな孔部の構
造を次表のよりシC変化さtノこ。 以下余臼 第1表に示した焼付荷重より、単にRzを調節する手法
のみでは耐焼付性改善に限界があり、一方同じRzであ
ってもミクロな孔部の溝竜を上記四りの因子から定める
ことにより最低2倍耐焼付性が改善されることが分かる
。 実施例5 この実施例でldl、υト気Wk 14 J(8ccの
アキシアルブランジセ型コンブレヅザを用い、該コンブ
レヴサの回転軸にメカニカルシールを組込み、冷凍油を
1.48 cc封入し、回転速1履20 (10rpm
 、円E2kp/、、l(約1.9A(Pa ) 、ば
ね荷M4*gでLOO時間運転し、メカニカルシールよ
りの油洩れ縫Ifりを測定した。 供試材とし−r?、t S U 、J −2の焼入材を
用い、Rzを0.2〜0.4/1mと統一17、ミクロ
な孔部の構造を次表の如く本情明と比較例の間で差異を
もたせた。 相手材は粒子の大きさ100μm以下の黒鉛粉末60チ
、〜粒子の大きさ50μm以下の二酸化ケイ素粉末8係
、残部フェノール樹脂の混合物を、混錬し、環状に成形
17.17 o−C;において350Rν薗の下方下で
金型内で加圧し、次に300 ”cで12時間111(
脂をギュアしたものを用いた。 ト1、下余白 用2表に示し几油洩れ量より、J)tにl’tzを調節
1−る手法のみで1よシール性改善に限界があり、一方
向じRzであってもミクロな孔部の閾造ヲ」:記聞つの
因子から定めることに工V油洩れ貴がl/10以下に低
減することが分かる□ 以上の1況明、%vL実施例よ!フ、ミクロな孔部の+
i造を本発明により定めることにより耐焼付性及びシー
ル性として把握される摺動部Hの摩擦特性が大「1】に
数置されることが明らかである。特に、本発明U、従来
慣用的な粗さを指剣と17てい比表面処理技術とは全く
別の観点から摺動1j15材のミクロな孔部構造を制御
することが摩擦特性を一挙に同」;させることを見出し
たものであり、工業的意義が深い。
【図面の簡単な説明】
第1図はミクロンよ孔部の孔部と焼付荷重の関係を示す
片メ1数グラフ、 駆2図はミクロな孔部の面積率と焼付fi重の関係を示
すグラフ。 第3図は2000倍の相対負荷曲線、 第4図は11) Q (1(1倍の相対り荷曲線である
。 特1r1出願人 大賎、1采株式会社 管昨出願代理人 井理士 吉 木    明 プp 、1−1i士 西 舘 ′A口 之〕r用1士 
 村   井   単   ノ、イhノp441士 山
 [」 昭 之 図面の浄書(内容に変更なし) 吊1 図 第2図 fLの面積率 第31圀 手続補正書(自発) 昭和57年12月10日 特許庁長官 若杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和57年 特許願 第194559号2、発明の名称 摺動部材 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名称 大豊工業株式会社 4、代理人 (外 3 名) 5、補正の対象 (1)図  面(全図) (2)委任状 6、補正の内賓 (1)  正式図面を遺児します。 (内容に変更なし) (2)安住状ケ遺児します。 7、添付書類の1」録 (1) 図 面(全図)      1通(2)委任状
     1通

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、摺動表面にミクロな孔部を有する、硬さJ(RC5
    0以上の摺4th部材であって、粒子カウンターで測定
    した前記孔部の面積率が5=40チ、h11記孔部の1
    w112当りの個数が2000〜1. !’i 000
    0個、且つ前記孔部の直径が0゜5μm以上であり、さ
    らに粗さ解析装置付表面形状測定器で測定した相対負荷
    曲線が、累積百分率5チ以下が1μm未満且つ5チを越
    え40%未満が0.5μm未満で現わされる籾さの山が
    高い平担度を有することを特徴とする1F1動部材。 2、前記摺動部材が相手部利に対して摺動ぜしめられる
    ことヲlr■徴とする特πI−請求の範囲第1項記載の
    j、ワ11i)1部材。 3、斜板式コンプレヴサーのシューとして用いたことを
    !Lテ徴とする特許請求の範囲第2項記載の摺4b r
    ’+u +4 。 4、内燃機関のすべり軸受として用いたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の摺動部材。 5、ロータリ一式コンブレヴサーのローター又はベーン
    として用いたことを特徴とする特許請求範囲第2項n1
    シ載の摺動部材。 6、固定部に敗付けられる固定片と、前記固定部に関し
    回転自在の回転軸に取付けられ、該回転軸ととも[回転
    せしめられて前記固定片の一面に摺動自在に圧げ−しめ
    られる回転片と、を有するメカニカルシールにおいて、
    該固定片と該回転ツヤの少なくとも−)iを構成するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の摺動部材。 7、 前記慴1171I部羽が鉄系材料からなることを
    1rlF徴とする特許r’、sj求の範囲第2項記載の
    摺町す部材。 8、前記摺q1#部4」が“rルミニウム系材オ([か
    らなることを特徴とするl侍tr’F Afll求の範
    囲第2項記載の摺動部材。 9、前記摺NIJ+i[i 44がセラミック系、材料
    からなること′f−特徴とする特許請求の範囲第2項記
    載の摺動部材。 10、前記孔部の直径が500μm以下であることを′
    i、¥徴とする特許請求の範囲ルア1L  8項又は9
    項記載の慴!1tIJ部拐。 11、前記孔部の個蚊が1−当り10000〜100 
    (100個であることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の摺動部材。 12、 +itl記摺動部材が鉄系材料からなることt
    −特徴とする特許請求の範囲用6項記載の摺動部材。 13、前記摺動部1がアルミニウム系材料からなること
    を!1”♀1″改とするl(1許請求の範囲第6項記載
    の摺動部材。 14  前記慴動部材がセラミック系4A料からなるこ
    とを特徴とする特許6N求の範囲ボロ項記載の摺動部材
    。 15、 l’jJ記孔部のi[径が1008m以下であ
    ることを背はとする峙ii’l”請求の範囲;1↓12
    −Ja、 l’1項又は1t+項記載の摺動j%ll材
    。 16、前記孔部の直径が30μm以下であることを特徴
    とする時E汗請求の範囲第6項記載の摺動部材。 17、前記孔部の個数が10000〜1oooo。 個であることケ特C改とする特許請求の範囲第6項記載
    の摺動部旧1. 18、前記相対11萌曲線が()、5μIn以下80係
    であることを特徴とする特許jtt’7求の範囲第6項
    記載の摺動部f]”。
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