WO2008047561A1

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Inventors: Takeyoshi Ohkawa; Hisashi Inomoto
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Current assignee: Daikin Industries Ltd
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Filing date: 2007-09-27
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Description

明細書

摺動部材およびそれを用いた流体機械

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] フッ素樹脂は優れた耐摩耗性、低摩擦性を持って!/、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ォロエチレン (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許文献 1：特開昭 64— 11912号公報

特許文献 2 :特開平 10— 88203号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 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ぐ特許文献 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カ向上による高

V、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。課題を解決するための手段

[0004] 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 10 in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 10 πι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、耐カ向上による高い信頼性が得られる。

[0005] 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、 15 m以上である。

ここでは、空孔深さが 15 m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。

[0006] 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、ポリテトラフルォ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ォ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。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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（コンタミネーシヨン）のおそれがほとんどなくなる。

[0010] 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 ί毁としている。

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、耐カ向上による高い信頼性が得られる。

[0011] 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、耐カ向上による高い信頼性が得られる。

[0012] 第 9発明の流体機械は、第 8発明の流体機械であって、使用される冷媒がニ酸化灰素でめる。

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、特に効果が高ぐ摺動部の小型化による機械損失がより低減し、耐カ向上によるより高い信頼性が得られる。

発明の効果

[0013] 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、耐カ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!/、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（コンタミネーシヨン）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、耐カ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、耐カ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、特に効果が高ぐ摺動部の小型化による機械損失がより低減し、耐カ向上によるより高い信頼性が得られる。図面の簡単な説明

[図 1]本発明の第 1実施形態に係わる摺動部材の断面図。

[図 2]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 3]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。

[図 4]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。

[図 5]—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。

[図 6]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。

[図 7]本発明の第 2実施形態に係わる摺動部材の断面図。

[図 8]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。

[図 9]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 [0015] 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

発明を実施するための最良の形態

[0016] 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。

[0017] 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、スプレーまたはデイスペンサによって、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 tl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 10 in以上（好ましくは 20 in以上)加えた大きさである。これによつて、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 tlが t2+ 10 in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 tlが 200 m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

〇

[0018] 図 1には、樹脂層厚さ tlが 90 111、空孔深さ t2が 30 m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 Δ dは、 ± 5 m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 tlは、 t2+ 10 m以上必要である。

空孔深さ t2は、 10 m以上（好ましくは、 20 m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 10 m 未満だと密着性を確保できない。一方、空孔深さ t2が 100 m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、ポリテトラフルォロエチレン (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。

[0019] 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。

[0020] 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（コンタミネーシヨン）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。

[0021] 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（リャヘッド）等の部品に適用可能であ以下、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 1 6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。

[0022] (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、ノヽウジング 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に嚙合する可動スクロール 26と力も構成されている。以下、このスクロール圧縮機構 15の構成部品につレ、てそれぞれ詳述して!/、く。

a)ノヽウジング

ハウジング 23は、その外周面において周方向の全体に亘つて胴部ケーシング部 1 1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とは全周に亘つ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。

[0023] 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（インポリュート状）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、図示しないノ /キンを介して密着させることによりシールされている。

[0024] c)可動スクローノレ

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 (インポリュート状）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つて駆動軸 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に嚙合させられており、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!/、る。

[0025] 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レ、る。

[0026] (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 1 0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（ェァギャップ通路）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!/、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ェンド 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。

[0027] 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!/、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。

½)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。

[0028] (7)吐出管吐出管 20は、ケーシング 10内の冷媒をケ一シング 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。

実施例

[0029] 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ん m3)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;!〜 5%

•塗装方法：

スプレー

ディスペンサー

•焼成条件

200〜300°C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: OD φ 50、 ID φ 26 X H13のディスク形状の鉄系焼結に樹脂を塗装したもの。

[0030] 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)

[表 1]

[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 tlが空孔深さ t2に lO ^ m以上加えた大きさ (t2 + 1(^ 111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ぐ焼付きが生じにくい。一方、表 1の比較例では、樹脂層厚さ tlが t2 + 10 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 tlが空孔深さ t2 + 10 m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 + 20 m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《なる。なお、樹脂層厚さ tl が 12 + 20 111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 tlがそれ以上厚くなつ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 15 m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、 t 2が 20 m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 20 m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がそれ以上厚くなつ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 tlが空孔 6の空孔深さ t2に 10 m以上（好ましくは 20 ,1 m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、耐カ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 15 m以上 (好ましくは 20 μ m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、ポリテトラフルォロエチレン (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（コンタミネーシヨン）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、耐カ向上による高!/、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、耐カ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、特に効果が高ぐ摺動部の小型化による機械損失がより低減し、耐カ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、防鯖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と異なっている力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!/、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 20〜4 Omm、外径 25〜50mm、肉厚 2. 5〜5mm程度である。

[0034] 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 7 2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°C)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 Fe O力もなる酸化皮膜 78を均一な厚さに形成されている。図 7に示さ

3 4

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!/、る。

[0035] 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、スプレーまたはデイスペンサによって、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、ポリテトラフノレォロエチレン (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 tl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 10 m以上（好ましくは 20 ,1 m以上）加えた大きさであるのが好ましい。これによつて、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 tlが 12 + 10 m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 tlが 20 0 a mを超えると樹脂組成物 73の密着性が低下すると!/、う不具合がある。

[0036] 図 7には、樹脂層厚さ tlが 90 111、空孔深さ t2が 30 m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 tlは、酸化皮膜 78の厚さよりも十分に厚い。空孔深さ t2は、 10 m以上（好ましくは、 20 m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 10 m未満だと密着性を確保できない。一方、空孔深さ t2が 100 m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。

[0037] 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。

[0038] 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 Wi tt 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· Omm〜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力、 (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との密着力が高ぐ一方、剥離幅 W21〜W25が大きいほど密着力が低いと評価される。

[0039] 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、 ω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力、 (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。

[0040] 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 N o. ；!〜 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. l 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

•試料 Νο·2 焼結基材 (スチーム処理なし）

焼結基材 (JPMA SMF4040)において、焼結した後に、スチーム処理を行わない。試料 Nol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 (JPMA SMF4040)において、焼結した後に、スチーム処理を行う。試料 Nolと同様に基材内周に、塗料を塗布後、焼成する。

[0041] ここで、 JPMA SMF4040とは、日本粉末冶金工業規格で規定された鉄一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°Cに加熱することにより、黒色の Fe304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

ΟΟ φ 44·4 (外直径： mm)、 ΙΟ φ 34·0 (内直径： mm)、 H29 •塗装と加工

デイスペンサ塗装により、基材内径に塗装する。

焼成時膜厚： 100〜 150 ^ 111の基材を、内径切削加工により、試験時膜厚： 40〜60 μ mこす^)。

'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分害 I 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]

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一効果を高くできる）。

'スチーム処理を行う（試料 Νο·3の場合）と、スチーム処理を行わな!/、場合（試料 Νο·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 Νο.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力、つた。

<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ぺ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!/、。

[0043] 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 lmm間隔、 Y方向は 5mmから 0.1mm間隔で切り込む。

[0044] .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、適切なスぺーサを用いて、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。

[0045] ·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。

[0046] 剥離して!/、る塗膜間隔と剥離して!/、な!/、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 Fe Oからなる酸化皮膜 78を形成すること

3 4

によって、多孔質焼結基体 72表面における赤鯖 (Fe O )の発生を防止できる。これ

2 3

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の生産を向上できる。

[0047] 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力 Sでさる。

産業上の利用可能性

[0048] 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 CO圧縮機の軸受等に用いられるのが好ましい。また、他の

2

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。

Claims

請求の範囲

[1] 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 tl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 10 m以上加えた大きさである、

摺動部材（1、 71)。

[2] 前記空孔深さ t2は、 15 111以上である、

請求項 1に記載の摺動部材（1、 71)。

[3] 前記樹脂組成物（3、 73)は、ポリアミドイミドと、ポリテトラフルォ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)。

[4] 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!/、ずれかに記載の摺動部材（1、 71)。

[5] 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!/、ずれかに記載の摺動部材（1)。

[6] 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!/、ずれかに記載の摺動部材（1)。

[7] 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。

[8] 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。

[9] 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。