JP5767959B2 - 摺動部材 - Google Patents

Description

本発明は摺動部材とその製造方法に関し、より詳しくは、例えばスクロールコンプレッサのスラスト軸受として好適な摺動部材とその製造方法に関する。

従来、自動車に搭載するスクロールコンプレッサは公知であり、そしてスクロールコンプレッサのスラスト軸受の改良案が提案されている（例えば特許文献１〜特許文献３）。
すなわち、特許文献１においては、スラスト軸受の摺動面に円周方向に沿った複数の環状溝と複数の放射方向溝とを併設し、それらの隣接位置となる平面状凸部を受圧面として構成している（特許文献１の図５参照）。
また、特許文献２においては、固定側と可動側の一対のスラストレースからなるスラスト軸受において、固定側のスラストレースの摺動面にＤＬＣ等の硬質表面処理を施す一方、可動側のスラストレースの摺動面に多数の円形の凸部を形成している（特許文献２の図４参照）。
さらに、特許文献３においては、スラスト軸受の摺動面に固体潤滑剤からなるコーティング層を形成している（特許文献３の図１（Ｃ）参照）。
特許文献１〜特許文献３においては、上述した構成を備えることにより、スラスト軸受の耐摩耗性および耐焼付性を向上させることが意図されている。

特許第４５１１４１２号公報 特許第４７３７１４１号公報 特許第３３６４０１６号公報

ところで、最近では自動車の燃費改善が要求されており、そのためにスクロールコンプレッサに対しても貧潤滑下での動力低減が求められている。
スクロールコンプレッサにおいては、固定側となる中間ハウジングにスラスト軸受を固定し、他方、可動側となる旋回羽根の端面にスラストレースを取り付けてあり、旋回羽根の可動に伴って該旋回羽根側のスラストレースとスラスト軸受とが摺動することになる。スクロールコンプレッサにおいては、駆動軸に連動して旋回羽根が揺動される際の周速は非常に遅いことは知られている。そのため、スクロールコンプレッサにおいては、旋回羽根が揺動する際に該旋回羽根側のスラストレースとそれに摺動するスラスト軸受の摺動面との間に十分な油膜の形成が困難であった。特に低圧タイプのスクロールコンプレッサの場合には、旋回羽根に対して軸方向に作用する大きな圧縮力をスラスト軸受の摺動面で支持しているので、摺動部に油膜が形成されにくいという問題があった。
このように、スラスト軸受の摺動面に油膜の形成が困難な状態であるとスラストレースとスラスト軸受の摩擦が増大してエンジンの動力損失が発生する。そこで上述した特許文献２、３においては、スラスト軸受の表面に樹脂コーティングを施している。しかしながら、この場合においても、摩擦によって樹脂の摩耗粉が発生し、それがスラストレースとスラスト軸受との摺動面に侵入して噛み込まれることがある。その場合には、スラストレースとスラスト軸受との摺動面における油膜の形成が阻害されるとともに、スラストレースとは反対側となる旋回羽根の端面とそれに対向するハウジングとの隙間が詰まるという問題が生じる。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、基材と、この基材の表面に施された樹脂コーティングとを備える摺動部材において、
上記摺動部材の表面に格子状の排出溝又は隅部を有する形状の排出溝を形成するとともに、該排出溝の隣接位置に複数の平面状凸部を形成して、これら複数の平面状凸部の表面を相手材と摺動する摺動面として構成し、上記平面状凸部における各隅部を円弧状に面取りし、上記摺動面と相手材との間に侵入した異物を上記排出溝により摺動面の外部へ排出させることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載した本発明は、上記請求項１の発明を前提として、上記摺動部材はスクロールコンプレッサのスラスト軸受又はそれと摺動するスラストレースであり、また、上記排出溝は潤滑油を流通させる潤滑油通路を兼ねることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載した本発明は、上記請求項２の発明を前提として、上記スラスト軸受又はスラストレースの表面に上記格子状の排出溝を形成するとともに、該排出溝の隣接位置に正方形及び隅部を有する形状の上記平面状凸部を形成したものである。
また、請求項４に記載した本発明は、上記請求項２の発明を前提として、上記スラスト軸受又はスラストレースの表面に放射方向に伸びる複数の直線状溝を形成するとともに、それら直線状溝と交差する少なくとも１つの環状溝を形成し、上記複数の直線状溝と環状溝とによって上記排出溝を構成し、この排出溝の隣接位置に上記平面状凸部を形成したものである。
また、請求項５に記載した本発明は、上記請求項２の発明を前提として、上記スラスト軸受又はスラストレースの表面の円周方向複数箇所に、外方側の端部が外周部に開口し、かつ内方側の端部が内周部に開口するＶ字形の溝を形成して、該複数のＶ字形の溝によって上記排出溝を構成し、上記各Ｖ字形の溝の隣接位置に上記平面状凸部を形成したものである。
さらに、請求項６に記載した本発明は、上記請求項１〜請求項５のいずれかの発明を前提として上で、基材の表面に格子状の排出溝または隅部を有する形状の排出溝を形成し、その後に該基材の表面全域にわたって均一な厚さで樹脂コーティングを施して、上記排出溝と平面状凸部を形成することを特徴とするものである。
また、請求項７に記載した本発明は、上記請求項１〜請求項５のいずれかの発明を前提として上で、基材の平坦な表面にスクリーン印刷によって樹脂コーティングを施して、該樹脂コーティングのみで上記排出溝と上記複数の平面状凸部を形成し、かつ上記排出溝の底部は露出させた基材の表面からなることを特徴とするものである。
また、請求項８に記載した本発明は、上記請求項１〜請求項５のいずれかの発明を前提とした上で、基材の平坦な表面に樹脂コーティングを施して、該樹脂コーティング自体又は樹脂コーティングと基材の内部とにわたって上記排出溝を形成するとともに上記平面状凸部を形成することを特徴とするものである。

このような構成によれば、摺動面は樹脂コーティングの平面状凸部から構成されるので、摺動面と相手材との接触抵抗を低減させることができ、それによって摺動部材が相手材と接触することによる動力損失を低減させることができる。また、上記摺動面と相手材との間に侵入した異物は上記排出溝により摺動面の外部へ排出させることができるので、異物が摺動面に噛み込むことを防止することができる。したがって、動力損失の低減が可能であって、かつ寿命が長い摺動部材を提供することができる。

本発明の一実施例を示す平面図。 図１の要部の拡大図。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う要部の断面図。 図１の要部の拡大図。 従来品の要部を示す平面図。 本発明の実施例を示す要部の断面図。 本発明の実施例を示す要部の断面図。 本発明の実施例を示す要部の断面図。 本発明の実施例を示す平面図。 本発明の他の実施例を示す平面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図４において、１はスクロールコンプレッサのスラスト軸受である。上記特許文献１〜特許文献３からも知られているとおり、スクロールコンプレッサは、円筒状のケーシング内を軸方向の一方と他方とに区分する中間ハウジング２を備えている。そして、中間ハウジング２における旋回羽根３側となる端面２Ａに上記スラスト軸受１の裏面１Ａが固定されている。
旋回羽根３の背面３Ａに環状のスラストレース４における裏面４Ｂが固定されており、スラストレース４の端面４Ａ（摺動面）は上記スラスト軸受１の摺動面１Ｂと近接又は接触している。
図４に白い太線の矢印で表示したように、旋回羽根３およびスラストレース４が図示しない回転軸によって揺動される際には、旋回羽根３に軸方向の力（図３において下方に向けた力）が作用するので、旋回羽根３と一体となって揺動されるスラストレース４の端面４Ａ（摺動面）と固定側であるスラスト軸受１の摺動面１Ｂが摺動するようになっている。

図３に断面図で示すように、本実施例のスラスト軸受１は、所定の厚さで全体として環状に形成された基材１１と、この基材１１の表面（スラストレース４との対向面）に施された樹脂コーティング１２とから構成されている。
このように樹脂コーティング１２を施した後のスラスト軸受１の表面全域にわたって格子状の排出溝１３が形成されている。この格子状の排出溝１３は、縦横同一ピッチで形成された多数の直線状溝１３Ａから構成されている。直線状溝１３Ａの深さ、幅および断面形状は全域で同一となるように設定されている。また、各直線状溝１３Ａにおける長手方向のいずれかの端部１３Ｂは、スラスト軸受１の外周部１Ｃまたは内周部１Ｄに開口させている。この格子状の排出溝１３の内部空間は、摩耗粉等の異物１６を排出するための排出通路となっており、かつ潤滑油が流通する潤滑油通路となっている。
本実施例のスラスト軸受１は、格子状の排出溝１３が形成されることにともなって、正方形及び隅部を有する形状をした多数の平面状凸部１４が形成されている。そして、各平面状凸部１４における各隅部１４Ａは円弧状に面取りされている。換言すると、縦横の直線状溝１３Ａの交差点となる各隅部１４Ａは円弧状に面取りされている（図２参照）。また、図３に示すように、各隅部１４Ａおよび隣合う隅部１４Ａ間となる直線状の各辺１４Ｂは、直線状溝１３Ａの平坦な底部に対して１５°〜９０°傾斜した傾斜面となっている。換言すると、上記各隅部１４Ａおよび各直線状溝１３Ａは、底部よりも開口側が拡開した逆台形状の断面形状となっている。
なお、各隅部１４Ａを円弧状に面取りする際の半径Ｒは０．２ｍｍよりも大きく設定されており、また、１つの辺１４Ｂの長さＬは１．０ｍｍよりも大きく設定されている。

このような構成を有する本実施例のスラスト軸受１は、次のような製造工程を経て製造される。すなわち、先ず所定の板厚を備えた環状の基材１１を製造する。基材１１の材料としては、例えば鉄系、アルミニウム系、銅系の材料を用いる。次に、基材１１の表面（スラストレース側４側の端面）の全域にわたって、所定ピッチで同一深さの縦横の直線状溝１３Ａを切削加工により形成し、それにより基材１１の表面に格子状の排出溝１３とその隣接位置に多数の平面状凸部１４を形成する。切削工程の際に各平面状凸部１４の各隅部１４Ａは、上述したように円弧状に面取りされる。
そして、この後、上記格子状の排出溝１３と多数の平面状凸部１４が形成された基材１１の表面全域に同一厚さで樹脂コーティング１２を施す（図３参照）。樹脂コーティング１２としては次のような材料と製法を用いることができる。すなわち、樹脂コーティング１２としては、固体潤滑剤に硬質粒子を混合し、それらのバインダーとして熱硬化性樹脂を用いることができる。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ_２、ＰＴＦＥ、Ｇｒ、ＷＳ_２、ｈ−ＢＮ、ＣＦ、フッ素系樹脂等を用いることができ、これらの１種以上を混合することができる。また、硬質粒子としては、酸化物（アルミナ、シリカ）、窒化物（ＳｉＮ）、炭化物（ＳｉＣ）、硫化物（ＺｎＳ）等を用いることができ、これらの１種以上を混合することができる。さらに、バインダーとなる熱硬化性樹脂としては、ＰＩ、ＰＡＩ等を用いることができ、これらの１種以上を混合することができる。なお、必要に応じて上記硬質粒子を省略し、熱硬化性樹脂と固体潤滑剤のみの組成としても良い。さらに、樹脂コーティングの製法としては、ロールコート、スプレーコート、スピンコート、パット印刷のいずれかを用いることができる。

また、前述したようにスラスト軸受１の格子状の排出溝１３および平面状凸部１４は、基材１１の表面に縦横の直線状溝を切削加工して形成し、その後に樹脂コーティング１２を施して形成されるが、切削加工の他に次のようにして格子状の排出溝１３および平面状凸部１４を形成することができる。すなわち、切削加工の代わりに基材１１の表面にエッチングあるいはプレス加工によって格子状の排出溝１３を形成し、その後から前述した実施例と同様に基材１１の表面に同一厚さの樹脂コーティング１２を施しても良い。
また、図６に示すように、基材１１における平坦な表面（上面）に樹脂コーティング１２を格子状の排出溝１３の深さと同一厚さでスクリーン印刷等で形成する。この樹脂コーティング１２を形成することにより、格子状の排出溝１３が形成されると同時に平面状凸部１４も形成される。また、平面状凸部１４の各隅部１４Ａも円弧状に面取りされる。この実施例においては、格子状の排出溝１３の底部として基材１１の表面が露出する構成となる。
また、図７に示すように、基材１１における平坦な表面全域に樹脂コーティング１２を格子状の排出溝１３の深さよりも厚肉にスクリーン印刷等で形成し、それによって格子状の排出溝１３および平面状凸部１４を形成しても良い。この図７の実施例においては、格子状の排出溝１３の底部まで樹脂コーティング１２で形成されることになる。つまり、基材１１の表面は露出しない構成となる。
さらに、図８に示すように、基材１１における平坦な表面全域にわたって同一厚さで樹脂コーティング１２をスクリーン印刷し、その後、樹脂コーティング１２と基材１１の表面よりも内部まで掘り下げるように切削加工することで格子状の排出溝１３を形成しても良い。この実施例においては、格子状の排出溝１３の底部として基材１１が露出することになる。
以上のような製造工程によりスラスト軸受１を製造することができる。

上述した構成を有する本実施例のスラスト軸受１によれば、次のような作用・効果を得ることができる。すなわち、スラスト軸受１は格子状の排出溝１３を備えているので、該潤滑油通路としての排出溝１３を介して潤滑油が流通して摺動面１Ｂに満遍なく速やかに供給される。そのため、摺動面１Ｂに油膜が速やかに形成される。
また、樹脂コーティング１２からなる各平面状凸部１４の表面によって摺動面１Ｂが形成されるので、スラストレース４の端面４Ａと摺動する際の摺動面１Ｂの接触抵抗を減少させることができる。また、摺動面１Ｂにおける潤滑油の保持性も良好である。そのため、スラスト軸受１とスラストレース４が接触する際の接触抵抗および摺動抵抗を低減させることができる。それにより、スクロールコンプレッサの動力損失を低減させることができ、ひいては自動車の燃費を向上させることができる。
さらに、スラスト軸受１の表面に格子状の排出溝１３が存在するので、図２に示すように、摺動面１Ｂに摩耗粉等の微小な異物１６が侵入した場合には、それらは格子状の排出溝１３内に落下して内周部１Ｄあるいは外周部１Ｃから摺動面１Ｂの外部へ排出される。より詳細には、図４に示すように、旋回羽根３およびスラストレース４は、排出溝１３の縦横の直線状溝１３Ａに対して斜めに交差するように円弧状に揺動される。そのため、スラストレース４の揺動に伴って摩耗粉等の異物１６は格子状の排出溝１３内に落下し、その後、その内部を経由して内周部１Ｄあるいは外周部１Ｃに向けて移動される。ここで、直線状溝１３Ａの交差点を構成する各隅部１４Ａは円弧状に面取りされているので、摩耗粉等の異物１６が隅部１４Ａに引っ掛かって滞留しないようになっている（図２参照）。しかも、スラストレース４の揺動に伴って格子状の排出溝１３に一部が入り込んだ状態の異物１６は、直線状となっている各辺１４Ｂとそれに対して交差方向から相対移動するスラストレース４の端面４Ａによって擦り切られるようになっている。つまり、平面状凸部１４における各辺１４Ｂの縁部によって摩耗粉等の異物１６が小さく分断されるとともに、分断された異物１６は排出溝１３内に落下して内周部１Ｄ又は外周部１Ｃから排出される。したがって、本実施例のスラスト軸受１によれば平面状凸部１４の表面である摺動面１Ｂに摩耗粉等や異物１６が噛み込むことを良好に防止することができる。そのため、寿命が長いスラスト軸受１を提供することができる。
このような本実施例に対して、図５に示した従来品（例えば特許文献１の図５）においては、スラスト軸受の表面に環状溝と複数の直線状溝が形成されているが、それらの交差点となる各隅部は直角となっていたものである。そのため、従来品においては、交差点の隅部の位置に摩耗粉等の異物が滞留しやすくなり、そのように滞留した異物がやがて摺動面に噛み込んで摺動面が損傷するという問題が指摘されていたものである。

次に、上述した実施例においては、スラスト軸受１の表面に格子状の排出溝１３を形成していたが、格子状以外の隅部を有する形状の溝をスラスト軸受１の表面に形成し、それを排出溝１３としても良い。すなわち、図９は、スラスト軸受１の表面に円周方向４５度毎に放射方向の直線状溝１３Ａを形成し、かつ各直線状溝１３Ａと交差するように１つの環状溝１３Ｃを形成している。これら直線状溝１３Ａと環状溝１３Ｃとによって排出溝１３が構成されている。その他の構成は、図１〜図４に示した第１の実施例と同じである。この図９に示す実施例においては、直線状溝１３Ａの両方の端部１３Ｂは内周部１Ｄあるいは外周部１Ｃに開口している。そして、排出溝１３の隣には扇型をした複数の平面状凸部１４が形成されており、それらの表面が摺動面１Ｂとなっている。また、環状溝１３Ｃと各直線状溝１３Ａとの交差点の位置の各隅部１４Ａは、上記実施例と同様に円弧状に面取りがなされている。その他の構成は、上記第１の実施例と同じであり、上記第１の実施例と対応する部材には同一の部材番号を付している。
また、図１０は、スラスト軸受１の表面における円周方向等間隔位置に、内周部１Ｄと外周部１Ｃに両端部１８Ｂが開口するＶ字形の溝１８を形成したものである。これら複数のＶ字形の溝１８により排出溝１３が構成される。また、隣り合うＶ字形の溝１８の隣接部分が平面状凸部１４となり、それらの表面が摺動面１Ｂとなっている。Ｖ字形の溝１８の中央となる折り曲がる箇所の隅部１８Ａ（対向部分の双方の隅部）は、円弧状に面取りされている。その他の構成は、上記第１の実施例と同じである。
これら図９、図１０に示したような隅部を有する形状の排出溝１３を備えたスラスト軸受１であっても、上記第１の実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、上記各実施例においては、基材１１の表面に樹脂コーティング１２を施すとともに排出溝１３および平面状凸部１４を形成しているが、基材１１と樹脂コーティング１２との間に中間層を設けても良い。つまり、基材１１の表面に中間層を施し、その中間層の表面に樹脂コーティング１２を施して、上述した排出溝１３と平面状凸部１４を形成するようにしても良い。この場合の中間層としては、銅の焼結層、銅の溶射層あるいは銅アルミ溶射層を採用することができる。
また、上述した各実施例は中間ハウジング２に固定されるスラスト軸受１に本発明を適用した場合について説明したが、相手材となるスラストレース４の端面４Ａにも本発明を適用することができる。
さらに、スラスト軸受１を省略した構成において中間ハウジング２の端面２Ａに本発明を適用しても良い。この場合は、端面２Ａが基材となり、それに樹脂コーティング１２を施すことになる。あるいは、スラストレース４を省略した構成において旋回羽根３の背面３Ａに本発明を適用してもよい。この場合には、旋回羽根３の背面３Ａが基材となり、そこに樹脂コーティング１２を施すことになる。
また、斜板式コンプレッサの斜板にも本発明を適用することが可能である。

１‥スラスト軸受（摺動部材） １Ｂ‥摺動面
１Ｃ‥外周部 １Ｄ‥内周部
４‥スラストレース（摺動部材） １１‥基材
１２‥樹脂コーティング １３‥排出溝
１４‥平面状凸部 １４Ａ‥隅部

Claims (10)

1. 相手材と摺動する摺動面を形成するための表面を有する基材と、
   前記基材の前記表面に形成された樹脂コーティング層と
   を有し、
   前記樹脂コーティング層は、
   前記摺動面に形成され、前記樹脂コーティング層の摩耗粉を排出する排出溝と、
   前記摺動面における前記排出溝以外の部分であり、当該摺動面の法線方向から見て隅部を有する平面状凸部と、
   を有し、
   前記摺動面の法線方向から見た前記平面状凸部の隅部が円弧状に面取りされている
   ことを特徴とする摺動部材。
2. 前記排出溝は、前記摺動面の法線方向から見て格子状に形成されており、
   前記平面状凸部の当該摺動面の法線方向から見た形状は隅部が面取りされた正方形である
   ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
3. 前記排出溝は、
   前記摺動面の法線方向から見て放射状に伸びる複数の直線状溝と、
   前記直線状溝と交差する少なくとも１つの環状溝と
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
4. 前記排出溝は、前記摺動面の法線方向から見て外方側の端部が外周部に開口し、かつ内方側の端部が内周部に開口したＶ字形の溝を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
5. 前記摺動面において、前記排出溝の面積よりも前記平面状凸部の面積の方が広い
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の摺動部材。
6. 前記摺動部材はスクロールコンプレッサのスラスト軸受又はそれと摺動するスラストレースであり、また、前記排出溝は潤滑油を流通させる潤滑油通路を兼ねる
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の摺動部材。
7. 前記基材の前記表面には溝が形成されており、
   前記樹脂コーティング層は、前記基材の前記表面の全域にわたって均一な厚さで形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の摺動部材。
8. 前記基材の前記表面は平坦であり、
   前記排出溝は前記樹脂コーティング層にのみ形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の摺動部材。
9. 前記排出溝は、前記樹脂コーティング層を貫通し、前記基材の内部まで達している
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の摺動部材。
10. 前記平面状凸部は、前記摺動面の法線方向から見て直線状の部分を有する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の摺動部材。

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