JP4846670B2 - Fluorine resin coating method, sliding member using the method, and gas compressor - Google Patents
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Description
この発明は、フッ素系樹脂コーティング方法およびこの方法を用いた摺動部材、気体圧縮機に関する。 The present invention relates to a fluorine resin coating method, a sliding member using the method, and a gas compressor.
一般に、互いに摺動する部材間ではその摺動面に耐磨耗性、耐焼付性が要求される。一方、例えば、車載用気体圧縮機のように、その構成部材の軽量化の要求が強い場合が少なくなく、このような場合、部材としてアルミ合金等の軽量材料が使用される。 In general, wear resistance and seizure resistance are required on sliding surfaces between members sliding with each other. On the other hand, there are many cases where there is a strong demand for weight reduction of its constituent members, such as an in-vehicle gas compressor. In such a case, a lightweight material such as an aluminum alloy is used as the member.
アルミ合金等は、軽量であるけれども、互いに摺動する場合、耐磨耗性、耐焼付性が劣るので、一方の部材の摺動面にポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂をコーティングして用いることがある。このようにすると同種金属同士の摺動に起因する潤滑不良、磨耗、焼付きが回避される。 Aluminum alloy, etc. is lightweight, but when sliding against each other, it is inferior in wear resistance and seizure resistance. Therefore, a sliding surface of one member is coated with a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene. Sometimes. In this way, poor lubrication, wear and seizure due to sliding between the same kind of metals are avoided.
このフッ素系樹脂コーティングにおいては、摺動による母材のフッ素系樹脂コーティング層の剥離が発生しないよう、アルミ合金等とフッ素系樹脂コーティング層との強い密着が要求される。密着性向上のためには、従来種々の発明がなされている。 In this fluororesin coating, strong adhesion between the aluminum alloy or the like and the fluororesin coating layer is required so that peeling of the fluororesin coating layer of the base material due to sliding does not occur. Conventionally, various inventions have been made to improve adhesion.
コーティング層自体をアルミ合金等と密着しやすい層とする発明として、例えば、斜板式圧縮機におけるAl合金製ピストンの表面にフッ素樹脂とバインダとのコート層を塗布して、バインダがAl合金とコート層とを強固に密着する発明が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As an invention for making the coating layer itself a layer that easily adheres to an aluminum alloy or the like, for example, a coating layer of a fluororesin and a binder is applied to the surface of an Al alloy piston in a swash plate compressor, and the binder is coated with an Al alloy. An invention for firmly adhering a layer is known (for example, see Patent Document 1).
アルミ合金等のコーティング下地を粗面化して密着性を向上する発明としては、エッチングによるもの(特許文献2、特許文献3参照。)が、また、更に、エッチングとコーティング層自体の改善を加えたもの(例えば、特許文献4参照。)が知られている。 As an invention for improving the adhesion by roughening the coating base of aluminum alloy or the like, etching (see Patent Document 2 and Patent Document 3) is added, and etching and coating layer itself are further improved. The thing (for example, refer patent document 4) is known.
これらの密着性向上技術は、それなりの効果を発揮するが、過酷な負荷のもとで摺動する摺動面に適用するには、充分とはいえない。 Although these adhesion improving techniques exhibit a certain effect, they cannot be said to be sufficient for application to a sliding surface that slides under a severe load.
アルミ合金等のコーティング下地を粗面化して密着性を向上する発明としては、また、ショットブラストによるものが知られている(例えば、特許文献5参照。)。 As an invention for improving the adhesion by roughening a coating base such as an aluminum alloy, one based on shot blasting is known (for example, see Patent Document 5).
ショットブラストによる粗面化を行うフッ素樹脂コーティングは、一般に、図15に示した工程で行われる。 The fluororesin coating for roughening by shot blasting is generally performed in the process shown in FIG.
図15において、下地処理工程中で、先ず、アルミ合金等の母材を洗浄し(第1の洗浄801)、この洗浄した母材に、粒径数十μmの微細で高硬度の酸化アルミニウム等のショット材を用いてショットブラストを施して(802)、表面を粗面化、清浄化する。この粗面化、清浄化により、母材とフッ素系樹脂コーティング層との密着性が向上する。 In FIG. 15, in the base treatment process, first, a base material such as an aluminum alloy is cleaned (first cleaning 801), and the cleaned base material is made of fine and high hardness aluminum oxide having a particle diameter of several tens of μm. The shot material is shot blasted (802) to roughen and clean the surface. By this roughening and cleaning, the adhesion between the base material and the fluororesin coating layer is improved.
次に、ショット材を落とし(砂落とし803)、洗浄して(第2の洗浄804)から、酸化防止等のために粗面化、清浄化した表面に化成処理を施し(805)、その後、洗浄(第3の洗浄806)した後、フッ素樹脂塗装を行い(807)、焼成して(808)、母材へのフッ素系樹脂のコーティングを完成する。 Next, the shot material is dropped (sand removal 803), washed (second washing 804), then subjected to a chemical conversion treatment on the roughened and cleaned surface to prevent oxidation (805), and then After cleaning (third cleaning 806), fluororesin coating is performed (807) and baked (808) to complete the coating of the fluororesin on the base material.
ショットブラストは、ショット材が母材表面を叩いて微細な凹凸を形成し、フッ素系樹脂が微細凹部に入り込んで格段に密着性を向上する。 In shot blasting, the shot material strikes the surface of the base material to form fine irregularities, and the fluorine-based resin enters the fine depressions to significantly improve the adhesion.
ところで、上記ショットブラストに用いられるショット材は、ショットブラスト(802)時に母材の微小隙間に深く入り込み、その後の砂落とし工程(803)、第2の洗浄工程(804)でも取り除ききれないことがある。母材が鋳造品である場合は、微小隙間が多く、特にショット材が残留しやすい。 By the way, the shot material used for the shot blasting may go deep into the minute gaps of the base material during the shot blasting (802), and cannot be removed even in the subsequent sand removal step (803) and the second cleaning step (804). is there. When the base material is a cast product, there are many minute gaps, and in particular, the shot material tends to remain.
そして、フッ素系樹脂コーティングされた母材に残留した高硬度のショット材は、製品、例えば、気体圧縮機等に組み込まれて使用されることになる。 The high hardness shot material remaining on the fluororesin-coated base material is used by being incorporated into a product such as a gas compressor.
製品の使用中に、その運転動作(ロータの回転、内部の流体の噴流等)により、残留したショット材が母材から離脱する。離脱した高硬度のショット材は、製品の摺動部分等に入り込み、摺動部分等のコーティング層や金属部を傷付け、最終的には焼付を起こしたりして運転不能となる。 During use of the product, the remaining shot material is detached from the base material due to its operation (rotation of the rotor, jet of fluid inside, etc.). The detached high-hardness shot material enters the sliding portion of the product, damages the coating layer and the metal portion of the sliding portion, and eventually causes seizure, making the operation impossible.
以上のような、従来の、アルミ合金等の母材へのフッ素系樹脂コーティング技術では、長期間の使用によりコーティング層の剥離が起こりやすかった。このコーティング層の剥離は、特に、最大負荷が大きく、負荷変動サイクルの大きい場合や、起動時の潤滑状態がよくない場合に起こりやすい。例えば、ベーンタイプの気体圧縮機のロータ、シリンダ、サイドブロック、ベーンの摺動面の剥離が起こりやすい。 As described above, in the conventional fluorine-based resin coating technology for a base material such as an aluminum alloy, the coating layer is easily peeled off due to long-term use. This peeling of the coating layer tends to occur particularly when the maximum load is large and the load fluctuation cycle is large, or when the lubrication state at the start-up is not good. For example, the sliding surfaces of the rotor, cylinder, side block, and vane of the vane type gas compressor are likely to be peeled off.
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、以下のような密着性が優れた良質なフッ素系樹脂コーティング方法およびこの方法を用いた摺動部材、気体圧縮機を提供しようとするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a high-quality fluororesin coating method having excellent adhesion as described below and a sliding member using this method. It is intended to provide a gas compressor.
(1)過酷な負荷条件下での摺動に対しても剥離が起こらない。
(2)コーティング下地処理中に使用するショット材がコーティング層付近のアルミ合金等の母材に残留することがなくて残留ショット材がコーティング層等を傷付けるおそれのない。
(1) No peeling occurs even under sliding under severe load conditions.
(2) The shot material used during the coating base treatment does not remain on the base material such as an aluminum alloy in the vicinity of the coating layer, and there is no possibility that the remaining shot material damages the coating layer or the like.
上記目的を達成するために、請求項1の発明方法は、プラズマ照射によりコーティング対象物の母材表面を粗面化するプラズマ照射工程と、上記プラズマ照射により粗面化されたコーティング対象物の母材表面にフッ素系樹脂塗装を施すフッ素樹脂塗装工程と、上記フッ素樹脂塗装工程によりフッ素系樹脂塗装されたコーティング対象物の塗装面を焼成する焼成工程と、を有する。
To achieve the above object, the present invention method of claim 1, mother and plasma irradiation step of roughening the surface of the base material of the coating object by the plasma irradiation, the coating object which is roughened by the plasma irradiation A fluororesin coating process in which the surface of the material is coated with a fluororesin, and a firing process in which the coated surface of the coating object coated with the fluororesin in the fluororesin coating process is fired.
請求項2の発明方法は、請求項1において、上記プラズマ照射工程より前にコーティング対象物の表面を粗面化・清浄化する粗面化・清浄化処理工程を付加して、より強固なフッ素系樹脂コーティングを得る。 The invention method of claim 2 is characterized in that in claim 1 , a roughening / cleaning treatment step of roughening / cleaning the surface of the object to be coated is added before the plasma irradiation step, thereby strengthening fluorine. A resin coating is obtained.
請求項3または4の発明方法は、請求項2において、上記粗面化・清浄化処理工程として、水溶性ショット材または気化性ショット材でコーティング対象物の表面をショットブラストし、または、コーティング対象物の表面をレーザ照射する。
The invention method of
請求項5、6または7の発明は、摺動部材、特に、気体圧縮機の摺動部材を上記コーティング対象物として上記発明方法のコーティング処理を施して、摺動部分の耐剥離性、耐磨耗性、耐久性が優れた、信頼性の高い摺動部材、気体圧縮機を得ることができる。
The invention of
この発明において「レーザ照射の照射率」とは、照射対象面積に対する実際にレーザが照射されたドット面積の率を意味する。例えば、図3(a)のように、照射ドットRが照射対象面に対して前後左右に等ピッチpで方形状配置になるように照射する場合は、単位照射面積U=p×pの中に照射ドットの1/4が4個存在することになり、照射率=S/Uとなる。 In the present invention, the “irradiation rate of laser irradiation” means the rate of the dot area where the laser is actually irradiated with respect to the irradiation target area. For example, as shown in FIG. 3A, when irradiation is performed so that the irradiation dots R are arranged in a square shape with an equal pitch p in the front, rear, left, and right directions with respect to the irradiation target surface, In this case, there are four quarters of the irradiation dots, and the irradiation rate = S / U.
この発明方法によれば、コーティングする母材表面の下地処理工程において、コーティング対象物の表面にプラズマを照射して表面を清浄化するとともに原子レベルで微細に粗面化し、これにより活性化して著しく密着性、接着性が向上した表面にフッ素系樹脂塗装を施すようにした。そのため、フッ素樹脂コーティングが剥れにくくなり、また、フッ素系樹脂コーティング層付近の母材にショット材が残留することがなく、残留ショット材が他の部材と擦れたとき移動してコーティング層や母材を傷付けるおそれがなくなる。これに加えて更に、従来必須であった化成処理が不要となり、化成処理の際発生する有害な廃水を処理するための廃水処理設備を設置する必要がなくなった。故に、大幅なコスト低減を実現し、しかも、廃水漏出などによる環境汚染のおそれも皆無となる。プラズマ照射工程はフッ素系樹脂コーティングの工程中に組み込むことができ、生産能率も大幅に向上する。 According to the method of the present invention, in the base treatment process of the surface of the base material to be coated, the surface of the coating object is irradiated with plasma to clean the surface, and the surface is finely roughened at the atomic level. Fluorine resin coating was applied to the surface with improved adhesion and adhesion. Therefore, the fluororesin coating is difficult to peel off, and the shot material does not remain on the base material in the vicinity of the fluororesin coating layer. When the residual shot material rubs against other members, it moves to the coating layer and the base material. There is no risk of damaging the material. In addition to this, chemical conversion treatment, which has been essential in the past, is no longer necessary, and it is no longer necessary to install wastewater treatment equipment for treating harmful wastewater generated during chemical conversion treatment. Therefore, significant cost reduction is realized, and there is no risk of environmental pollution due to waste water leakage. The plasma irradiation process can be incorporated into the fluororesin coating process, and the production efficiency is greatly improved.
上記コーティング方法により摺動面がフッ素系樹脂コーティングされた摺動部材、摺動面がフッ素系樹脂コーティングされた摺動部材を有する気体圧縮機は、長寿命となり、信頼性が向上する。 A gas compressor having a sliding member whose sliding surface is coated with a fluorine-based resin and a sliding member whose sliding surface is coated with a fluorine-based resin by the above-described coating method has a long life and improved reliability.
以下、この発明の実施形態について、図1〜図14を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、フッ素系樹脂コーティング方法(本発明を説明する上での一参考例)の処理フローを示す。 FIG. 1 shows a processing flow of a fluororesin coating method (one reference example for explaining the present invention) .
図1においては、車載用気体圧縮機のサイドブロックとなるアルミ合金の母材の摺動面となる面にフッ素系樹脂コーティングを行うものである。 In FIG. 1, a fluorine-based resin coating is performed on a surface that becomes a sliding surface of an aluminum alloy base material that becomes a side block of an in-vehicle gas compressor.
先ず、アルミ合金の母材全体を洗浄する(第1の洗浄101)。この洗浄した母材の摺動面となる面に、重炭酸ナトリウムNaHCO3のショット材でショットブラストを行い、表面を粗面化し、清浄化する(102)。この重炭酸ナトリウムのショット材は硬度は酸化アルミニウムよりも低いが、水溶性である。 First, the entire base material of the aluminum alloy is cleaned (first cleaning 101). The surface to be the sliding surface of the cleaned base material is shot blasted with a sodium bicarbonate NaHCO 3 shot material to roughen and clean the surface (102). This sodium bicarbonate shot material has a lower hardness than aluminum oxide, but is water soluble.
従って、次の第2の洗浄工程103で、ショット材は洗浄液に溶解し、母材の隙間に入り込んだショット材も流れ出して外部に完全に排出される。従来のように「砂落とし」の工程は不要である。
Accordingly, in the next
表面を粗面化し、清浄化され、完全にショット材が除去された母材は、以下、常法により、酸化防止等のための化成処理(104)、第3の洗浄(105)、フッ素樹脂塗装(106)、焼成(107)の工程を経て、フッ素系樹脂コーティングを完成する。 The base material whose surface has been roughened and cleaned, and from which the shot material has been completely removed, is subjected to chemical conversion treatment (104) for prevention of oxidation, etc., third cleaning (105), fluororesin in the usual manner. Through the steps of painting (106) and baking (107), a fluororesin coating is completed.
このようにすると、残留ショット材は全く存在しないから、気体圧縮機運転中に内部にショット材が流れ出て摺動部分等を傷付けることがなく、気体圧縮機は耐久性を増し、長寿命となり、信頼性が向上する。 In this way, since there is no residual shot material, the shot material does not flow out during the operation of the gas compressor and damage the sliding part, etc., the gas compressor increases durability and has a long life, Reliability is improved.
水溶性のショット材としては、重炭酸ナトリウムNaHCO3の他、燐酸カルシウムCa3(PO4)2等を使用することができる。また、残留ショット材がなければよいのであるから、気化性のショット材、例えば、微粒状のドライアイスCO2のショット材を使用することもできる。 As a water-soluble shot material, calcium bicarbonate Ca 3 (PO 4 ) 2 or the like can be used in addition to sodium bicarbonate NaHCO 3 . Further, since it is sufficient if there is no residual shot material, a vaporizable shot material, for example, a fine granular dry ice CO 2 shot material can be used.
図2は、フッ素系樹脂コーティング方法(本発明を説明する上での他の参考例)の処理フローを示す。 FIG. 2 shows a processing flow of a fluorine resin coating method (another reference example for explaining the present invention) .
図2においては、ショットブラスト工程102に代えてレーザ照射工程202が入る点を除けば、図1と同様である。
FIG. 2 is the same as FIG. 1 except that a
レーザ照射工程202では、図1のショットブラスト工程102同様、母材の摺動面となる面を粗面化、清浄化して、フッ素系樹脂との密着性、接着性を向上するものである。ショット材は使用しないから、もちろん残留ショット材は存在しない。
In the
レーザ照射工程202で使用するレーザ光の強度は、母材表面を若干融解して粗らす程度とし、図3(a)に示すように、直径dの浅い凹み(照射ドット)Rが2次元方向にほぼ等ピッチpで並ぶように形成した。この凹みRの配置形成の方法をより具体的に説明すると、図3(b)および(c)に示すように、気体圧縮機のサイドブロック7をその中心Cの回りに矢印Aのように回転し、レーザ光のビームをサイドブロック7の半径方向Bに移動する。レーザ光のビームが上記中心Cを中心としてサイドブロック7の表面を等ピッチの渦巻き状にスキャンするために、この渦巻き状スキャンの周速がほぼ一定になるように、サイドブロック7の回転速度を制御するとともに、レーザ光のビームの移動速度を、中心Cに近づくにつれて速くなるように制御する。一方で、レーザ光をQスイッチングによって所定の発振周波数で点滅制御し、サイドブロック表面を局所的に加熱溶融して粗面化して図3(a)のような凹みRを配置形成する。
The intensity of the laser beam used in the
図3(a)の場合、レーザ照射の照射率は、照射ドット面積S(=πd2/4)/単位照射面積U(=p2)となる。 Figure 3 In the case of (a), the irradiation of the laser irradiation, the irradiation dot area S (= πd 2/4) / unit irradiation area U (= p 2).
凹みRの配置形成の方法は、この他にもいろいろ可能であって、例えば、サイドブロック7を静止したままレーザ光を渦巻き状に回転して、この渦巻き状回転の周速を一定にしたり、サイドブロック7またはレーザ光を一定速度で回転しながらレーザ光の点滅周波数を変化させたりしてもよい。また、粗面化、清浄化が行われる範囲で、凹みRの直径(ドット径)dやピッチ(ドット間隔)pも適宜選択してもよく、必ずしも全面均一の分布にする必要もない。
There are various other methods for forming the recesses R. For example, the laser beam is rotated in a spiral shape while the
例えば、図4のように、照射ドットRを千鳥状に配置してもよい。図4の例では、千鳥状配置のドット同士が互いに接し、重ならないように、同一個所の2度照射を避けながら効率よく照射して、レーザ照射の照射率を上げている。因みに、図3(a)に示すパターンで照射した場合でd=pのときの照射率は約78.5%であり、図4に示すパターンで照射した場合でd=pのときの照射率は約90.7%である。 For example, as shown in FIG. 4, the irradiation dots R may be arranged in a staggered manner. In the example of FIG. 4, the irradiation rate of laser irradiation is increased by efficiently irradiating while avoiding twice irradiation at the same location so that the dots arranged in a staggered manner do not touch and overlap each other. Incidentally, the irradiation rate when d = p when irradiated with the pattern shown in FIG. 3A is about 78.5%, and the irradiation rate when d = p when irradiated with the pattern shown in FIG. Is about 90.7%.
レーザ照射の照射率と、母材とフッ素系樹脂との密着性、接着性との関係を実験により確かめたところ、照射率を44%以上にすると、密着性、接着性が向上して、高負荷での摺動摩擦に耐え、優れた耐久性が得られるとの結論を得た。以下に、図5〜図8を参照して、この実験について説明する。 The relationship between the irradiation rate of laser irradiation and the adhesion and adhesion between the base material and the fluororesin has been confirmed by experiments. When the irradiation rate is set to 44% or more, the adhesion and adhesion are improved. It was concluded that it can withstand sliding friction under load and has excellent durability. Hereinafter, this experiment will be described with reference to FIGS.
図5は、母材とフッ素系樹脂との密着面の耐久性試験に使用したテスト装置の概要を説明する説明図である。図6は、テストに使用したフッ素系樹脂コーティング付きアルミ平面部材のテスト結果を、横軸にレーザ照射ドット径、縦軸にドット間隔を取ったグラフ上にプロットした説明図である。なお、図6は図3(a)のパターンで照射したもので、ドット径とドット間隔からレーザ照射の照射率(照射密度)を算出したものである。図7は、図6を、横軸にドット面積、縦軸に単位照射対象面積を取ってプロットしなおした説明図、図8は、レーザ出力とドット径との関係を示す説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an outline of a test apparatus used for the durability test of the adhesion surface between the base material and the fluororesin. FIG. 6 is an explanatory diagram in which the test results of the aluminum flat member with a fluorine-based resin coating used in the test are plotted on a graph in which the horizontal axis represents the laser irradiation dot diameter and the vertical axis represents the dot interval. Note that FIG. 6 shows the irradiation with the pattern of FIG. 3A, and the irradiation rate (irradiation density) of laser irradiation is calculated from the dot diameter and the dot interval. FIG. 7 is an explanatory diagram in which FIG. 6 is plotted by taking the dot area on the horizontal axis and the unit irradiation target area on the vertical axis, and FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the laser output and the dot diameter.
図2に示したレーザ照射工程を含むフッ素系樹脂コーティング方法により、フッ素系樹脂コーティング付きアルミ平面部材T1を製造し、図5に示すテスト装置によりテストした。図5に示すように、潤滑油中でコーティングのないアルミ平面部材T2と対向接触させる。この接触面に対して垂直方向に荷重Lを加え、荷重を段階的に増やしながら、アルミ平面部材T2を回転摺動して、コーティングの剥がれ、焼付きが生じるかをテストした。 An aluminum flat member T1 with a fluorine resin coating was manufactured by the fluorine resin coating method including the laser irradiation step shown in FIG. 2, and tested with the test apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 5, the aluminum flat member T <b> 2 having no coating is brought into opposed contact with the lubricating oil. A load L was applied in a direction perpendicular to the contact surface, and the aluminum flat member T2 was rotated and slid while increasing the load stepwise to test whether the coating was peeled off or seized.
フッ素系樹脂コーティング付きアルミ平面部材T1(直径50mm、コーティング厚15μm)は、個々にレーザ照射条件を変えて、表1のテスト部材として製作した。レーザ照射条件以外はいずれのテスト部材も同一の条件で製造した。
Aluminum flat member T1 with a fluorine-based resin coating (
表1の発明品および比較品について、次のテスト条件で、耐久性テストを行った。 The inventions and comparative products in Table 1 were subjected to a durability test under the following test conditions.
付加荷重と時間: 500Nのまま5min、次に+500N、すなわち、1000Nのまま5min、‥‥と500Nずつ増加して5000Nまで、計50min
回転数: 4000rpm
この条件下でのテストでは、発明品、比較品とも焼付きを生じたものはなかった。5000N、5minまでのテスト終了後、フッ素樹脂コーティング面を観察し、コーティングの剥がれ量を調べて、剥がれ量が、ショットブラストによる現行品サイドブロックよりも少なければ、OK(○)、多ければNG(×)と判断した。
Additional load and time: 5 minutes with 500N, then + 500N, that is, 5 minutes with 1000N,...
Rotation speed: 4000rpm
In the test under these conditions, neither the invention product nor the comparative product was seized. After the test up to 5000 N for 5 min, observe the fluororesin coating surface and examine the amount of peeling of the coating. If the amount of peeling is less than the current side block by shot blasting, OK (◯), if more, NG ( X).
この判断結果を図6および図7にプロットした。図6および図7から理解できるように、照射密度(照射率)が44%以上の発明品であれば、フッ素樹脂コーティング層の密着性、接着性が強く、耐久性が優れている。44%未満の比較品では、耐久性は向上しなかった。 The determination results are plotted in FIG. 6 and FIG. As can be understood from FIGS. 6 and 7, if the invention has an irradiation density (irradiation rate) of 44% or more, the adhesiveness and adhesiveness of the fluororesin coating layer are strong and the durability is excellent. In the comparative product of less than 44%, the durability was not improved.
ところで、図6および図7に示すように、前後左右に等ピッチpで方形状配置になるようにレーザ照射する場合に照射密度(照射率)を44%以上にするに当たっては、ドット径dとドット間隔pとの関係をp≦1.336×dとしなければならない。また、図4に示すような千鳥状の等ピッチpで三角形状配置になるように照射する場合に照射密度(照射率)を44%以上にするには、ドット径dとドット間隔pとの関係をp≦1.436×dとしなければならない。ドット径dを大きくするには、図8に示すように、レーザ出力を大きくする必要がある。 By the way, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, when the irradiation density (irradiation rate) is set to 44% or more when laser irradiation is performed so as to form a square arrangement at equal pitch p in the front, rear, left, and right, the dot diameter d and The relationship with the dot interval p must be p ≦ 1.336 × d. Also, in order to increase the irradiation density (irradiation rate) to 44% or more when irradiating in a triangular arrangement with a staggered equal pitch p as shown in FIG. 4, the dot diameter d and the dot interval p The relationship must be p ≦ 1.436 × d. To increase the dot diameter d, it is necessary to increase the laser output as shown in FIG.
そこで、上記発明品1〜9および11では、YAGレーザを使用した。YAGレーザは、出力を大きくでき、サイドブロック摺動面のような比較的面積が大きく、荷重変動、最大荷重が大きい過酷な摺動条件で使用される摺動面のフッ素樹脂コーティング下地粗面化用レーザ照射を、能率よく行うのに好適である。 Therefore, in the above invention products 1 to 9 and 11, a YAG laser was used. YAG laser can increase the output, has a relatively large area such as the sliding surface of the side block, roughening the surface of the fluororesin coating on the sliding surface used under severe sliding conditions with large load fluctuation and maximum load It is suitable for performing the laser irradiation efficiently.
レーザ照射を用いる上記第2の実施の形態においては、ショットブラストを用いる第1の実施の形態よりも粗面の状態を目標の状態に合わせやすいという利点がある。特に、レーザ照射の照射密度(照射率)を44%以上にすると、密着性が向上して、過酷な使用条件での摺動部材に適用できる。 In the second embodiment using laser irradiation, there is an advantage that the rough surface state can be easily matched to the target state as compared with the first embodiment using shot blasting. In particular, when the irradiation density (irradiation rate) of laser irradiation is set to 44% or more, the adhesiveness is improved and it can be applied to a sliding member under severe use conditions.
図9は、この発明のフッ素系樹脂コーティング方法の第1の実施形態の処理フローを示す。 FIG. 9 shows a processing flow of the first embodiment of the fluororesin coating method of the present invention.
図9においては、図1と同様に、第1の洗浄工程101、重炭酸ナトリウムNaHCO3のショット材でショットブラストを行い、表面を粗面化し、清浄化するショットブラスト工程(102)、第2の洗浄工程(103)を順次行う。
In FIG. 9, as in FIG. 1, a
表面を粗面化し、清浄化され、完全にショット材が除去された母材に、次に、プラズマ照射を施す(904)。このプラズマ照射は、プラズマ発生装置(図示省略)で生成されたプラズマ粒子流をコーティング予定の粗面化、清浄化された母材表面に照射して、表面に原子レベルの微細な凹凸を形成して粗面化し、同時に、洗浄して活性化するものである。この原子レベルの微細な凹凸とは、上述したショットブラストによる凹凸よりも細かい凹凸である。 Next, plasma irradiation is performed on the base material whose surface has been roughened and cleaned and from which the shot material has been completely removed (904). This plasma irradiation irradiates the surface of the roughened and cleaned base material to be coated with a plasma particle stream generated by a plasma generator (not shown) to form fine irregularities at the atomic level on the surface. The surface is roughened and simultaneously activated by washing. The fine unevenness at the atomic level is an unevenness that is finer than the unevenness caused by the shot blast described above.
このプラズマ照射により、母材の表面は、母材と異なる材質であるフッ素系樹脂との密着性、接着性が顕著に高まる。 By this plasma irradiation, the surface of the base material is remarkably improved in adhesion and adhesiveness with a fluororesin that is a different material from the base material.
その後、図1と同様に、フッ素樹脂塗装(106)、焼成(107)の工程を経て、フッ素系樹脂コーティングを完成する。 Thereafter, similarly to FIG. 1, the fluororesin coating is completed through the steps of fluororesin coating (106) and baking (107).
このようにすると、アルミ合金の母材の摺動面となる面とそこにコーティングされたフッ素系樹脂との結合が非常に強固になり、強い摺動等の負荷を受けても、フッ素系樹脂コーティング層の剥離、離脱は起こらなくなる。 In this way, the bonding between the surface of the aluminum alloy base material and the fluorine resin coated thereon becomes very strong, and even when subjected to a strong load such as sliding, the fluorine resin The coating layer is not peeled off or detached.
また、図1の場合と同様に、ショット材は洗浄液で流し出されて完全に母材から分離されているから、残留ショット材は全く存在せず、気体圧縮機運転中に内部に残留ショット材が流れ出て摺動部分等を傷付けることもなくなる。 Further, as in the case of FIG. 1, since the shot material is poured out with the cleaning liquid and completely separated from the base material, there is no residual shot material, and there is no residual shot material inside during the operation of the gas compressor. No longer flows and damages the sliding part or the like.
従って、このコーティングを施された摺動部材や気体圧縮機は、耐久性を増し、長寿命となり、信頼性が向上する。 Therefore, the sliding member or gas compressor to which this coating is applied has increased durability, a long life, and improved reliability.
この図9の方法によれば、従来用いられていた、有害な廃水を発生する化成処理工程は必要なく、化成処理に必須の大掛かりで高価な特別の設備が不要となり、化成処理工程に代わるプラズマ照射工程は、ライン内に組み込みやすく、ひとつのコーティング処理ラインで一貫してコーティングを完了することができる。 According to the method of FIG. 9, there is no need for a conventional chemical conversion treatment step for generating harmful wastewater, and there is no need for a large and expensive special equipment essential for chemical conversion treatment. The irradiation process is easy to incorporate in the line, and coating can be completed consistently in one coating processing line.
図10は、この発明のフッ素系樹脂コーティング方法の第2の実施形態の処理フローを示す。 FIG. 10 shows a processing flow of the second embodiment of the fluororesin coating method of the present invention.
図10は、図9のショットブラスト工程102に代えてレーザ照射工程202を入れるものである。このレーザ照射工程202で使用するレーザ光の強度は、母材表面を若干融解して粗らす程度とし、パルスレーザを照射面全面にスキャンする。レーザ照射の照射率は、44%以上が好ましい。
10 includes a
レーザ照射を用いると、ショットブラストを用いる場合よりも粗面の状態を目標の状態に合わせやすいという利点がある。 When laser irradiation is used, there is an advantage that it is easier to match the rough surface state to the target state than when shot blasting is used.
図10におけるプラズマ照射工程904では、前工程のレーザ照射工程202で形成される凹みの深さよりも浅い原子レベルの微細な凹凸が、更に母材表面に形成される。
In the
このプラズマ照射により、母材の表面は、母材と異なる材質であるフッ素系樹脂との密着性、接着性が顕著に高まる。 By this plasma irradiation, the surface of the base material is remarkably improved in adhesion and adhesiveness with a fluororesin that is a different material from the base material.
上記サイドブロック7を使用するこの発明の気体圧縮機を、以下、図11〜図14を参照して説明する。
Hereinafter, the gas compressor of the present invention using the
図11は、この発明になる気体圧縮機の一実施形態を示す縦断面図、図12は、図11のXII−XII断面図で、シリンダ室の内部を示す。図13は、図11のXIII−XIII断面図で、フロント側のサイドブロックのシリンダ室に接する面を示す。図14は、図11のXIV−XIV断面図で、リア側のサイドブロックのシリンダ室に接する面を示す。 FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the gas compressor according to the present invention, and FIG. 12 is a sectional view taken along the line XII-XII in FIG. 11, showing the inside of the cylinder chamber. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 11 and shows a surface in contact with the cylinder chamber of the front side block. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line XIV-XIV in FIG. 11 and shows a surface in contact with the cylinder chamber of the side block on the rear side.
この実施の形態の気体圧縮機は、周知のベーンロータリ型で、吸気室1を有するヘッド部2、上記吸気室1から圧縮前の気体を導入して圧縮する圧縮機本体部3、この圧縮機本体部3によって圧縮され吐出される気体を収容する吐出室4を有するリア部5からなる。
The gas compressor of this embodiment is a well-known vane rotary type, a head portion 2 having an intake chamber 1, a compressor
圧縮機本体部3には、シリンダブロック6内に形成され、端面をサイドブロック7A、7Bで囲われたシリンダ室8がある。このシリンダ室8内にロータ9が回転自在に収容されている。このロータ9には、ロータ9の回転に伴ってシリンダブロック6の内壁面6aに先端が摺接しながら出没自在の複数枚のベーン10、10が備えられている。シリンダ室8は、これらのロータ9、ベーン10、10に仕切られて複数の圧縮室11、11に分割されている。これらの各圧縮室11が順次吸気室1から気体を吸入し、ロータ9の回転により気体を圧縮して吐出室4に吐出する。
The
なお、ロータ9には、ヘッド部2に設けられた伝動プーリ12、電磁クラッチ13とロータ軸14を介して自動車のエンジンシャフト(図示省略)の回転動力が伝えられて回転するようになっている。上記ロータ軸14は、ロータ9と電磁クラッチ13の従動部13aの各中心を貫通して固定し、両サイドブロック7A、7Bの軸受部7j、7jに回転自在に支承されている。
The
ロータ9が回転する際は、ベーン10の先端とシリンダブロック6の内壁面6aとが摺動する。ロータ9の外周面9aとシリンダブロック6の短径部内壁面6aaとが摺動する。ロータ9のベーン溝9bの側面とベーン10の側面とが摺動する。ロータ9の両端面9c、9cと両サイドブロック7A、7Bのシリンダ室対向面7x、7xとが摺動する。また、ベーン10の両端面と両サイドブロック7A、7Bのシリンダ室対向面7x、7xとが摺動する。しかも、これらのシリンダブロック6、両サイドブロック7A、7B、ロータ9およびベーン10は、軽量化のためにアルミ合金製になっている。
When the
これらの摺動面には、潤滑油が供給されるようになっている。しかし、順次吸入圧縮を繰り返すひとつの圧縮室11と他の圧縮室11との間の圧力差は大きく、この大きい圧力差により圧縮室間で気体リークを生じるとリーク分だけ動力損となり、圧縮効率が低下する。それ故、各摺動面の隙間は極力小さくしてあり、潤滑油膜が切れて固体接触を生じやすい。
Lubricating oil is supplied to these sliding surfaces. However, the pressure difference between one
そこで、これらの摺動面では、摺動するいずれか一方の面にポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂をコーティングして、このコーティング面と相手のアルミ合金の摺動面とを対向させて、耐磨耗性、耐焼付性を向上させる対策が従来から取られている。 Therefore, in these sliding surfaces, either one of the sliding surfaces is coated with a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene, and this coating surface is opposed to the sliding surface of the counterpart aluminum alloy, Conventionally, measures for improving wear resistance and seizure resistance have been taken.
圧縮機運転中のフッ素系樹脂の剥離、離脱を防ぐためには、アルミ合金とフッ素系樹脂とを強固に密着、接着させる必要があり、密着性、接着性を向上するために、先に従来の技術の項で説明した図15のような下地処理を含む工程が採用されてきた。 In order to prevent peeling and detachment of the fluororesin during compressor operation, it is necessary to firmly adhere and bond the aluminum alloy and the fluororesin, and in order to improve the adhesion and adhesion, A process including a ground treatment as shown in FIG. 15 described in the technical section has been adopted.
この実施の形態では、両サイドブロック7A、7Bとロータ9、ベーン10との摺動負荷の大きい摺動面のコーティング層を特に強固に母材に密着、接着するために、次のようにコーティングした。すなわち、両サイドブロック7A、7Bのシリンダ室対向面7x、7xに、図1、図2、図9あるいは図10に示したコーティング方法を用いてポリテトラフルオロエチレンをコーティングした。シリンダ室対向面7xには、図13および図14に示すように、ベーン背圧印加用の凹所15や孔等があり、これらの凹所や孔等の表面にもショットブラスト等のコーティング下地処理が及ぶことがあるが、ショット材残存のおそれがないから、凹所や孔等も洗浄工程で完全に清浄化される。
In this embodiment, the coating layer on the sliding surface having a large sliding load between the side blocks 7A and 7B, the
図1または図9の重炭酸ナトリウムショット材、ドライアイスショット材を用いる工程、図2または図10のレーザ照射を用いる工程、のいずれの場合にも、残留ショット材が皆無で、しかも、アルミ合金に強固に密着、接着したポリテトラフルオロエチレンコーティング層が得られ、実用に供することができた。 There is no residual shot material in any of the steps using the sodium bicarbonate shot material and the dry ice shot material shown in FIG. 1 or FIG. 9 and the step using the laser irradiation shown in FIG. 2 or FIG. Thus, a polytetrafluoroethylene coating layer that was firmly adhered and adhered to the surface was obtained and was practically usable.
図9または図10のプラズマ照射を用いる工程が入ると、両サイドブロック7A、7Bのシリンダ室対向面7x、7xは、プラズマ照射によって原子レベルで微細に粗面化、清浄化され、表面が活性化して、ポリテトラフルオロエチレンを非常に強固に密着、接着することができた。
When the process using plasma irradiation of FIG. 9 or FIG. 10 is entered, the cylinder
この発明のフッ素系樹脂コーティングに用いることのできるフッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンの他、低分子量四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂等がある。 Examples of the fluororesin that can be used for the fluororesin coating of the present invention include polytetrafluoroethylene, low molecular weight tetrafluoroethylene resin, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin, and vinylidene fluoride resin. And trifluoroethylene chloride resin.
上述の実施の形態では、フッ素系樹脂塗装工程前に化成処理工程またはプラズマ照射工程を入れたが、摺動負荷が比較的小さい摺動部分や、第2の洗浄工程の母材の表面が清浄化された直後で表面に汚れを生じる前にフッ素系樹脂塗装を行うことができる場合は、化成処理工程やプラズマ照射工程を省くこともできる。化成処理工程は、特別の設備で行わなければならないものであるから、この化成処理工程省略は、ひとつのコーティング処理ラインで一貫してコーティングを完了することにつながるものである。 In the above-described embodiment, the chemical conversion treatment process or the plasma irradiation process is performed before the fluororesin coating process, but the sliding portion having a relatively small sliding load and the surface of the base material in the second cleaning process are clean. In the case where the fluorine-based resin coating can be performed immediately after the formation and before the surface is stained, the chemical conversion treatment step and the plasma irradiation step can be omitted. Since the chemical conversion treatment process has to be performed by a special facility, omission of the chemical conversion treatment process leads to consistent completion of coating in one coating treatment line.
更に、粗面化した母材の表面をプラズマ照射等によって微細に粗面化、清浄化する微細粗面化・清浄化処理工程を付加すれば、母材とフッ素系樹脂との密着性、接着性が一層向上し、強固で、耐久性に優れ、信頼性の高いフッ素系樹脂コーティングを実現できる。 Furthermore, adhesion and adhesion between the base material and the fluororesin can be achieved by adding a micro-roughening / cleaning process that finely roughens and cleans the surface of the roughened base material by plasma irradiation. It is possible to realize a fluorine resin coating that is further improved in reliability, strong, durable and highly reliable.
1 吸気室
2 ヘッド部
3 圧縮機本体部
4 吐出室
5 リア部
6 シリンダブロック
6a 内壁面
6aa 短径部内壁面
7、7A、7B サイドブロック
7j 軸受部
7x シリンダ室対向面
8 シリンダ室
9 ロータ
9a 外周面
9b ベーン溝
9c 端面
10 ベーン
11 圧縮室
12 伝動プーリ
13 電磁クラッチ
13a 従動部
14 ロータ軸
15 凹所
d ドット径(照射ドットRの直径)
p ドット間隔(ピッチ)
R 照射ドット(レーザ照射による凹み)
S 照射ドット面積
U 単位照射対象面積
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air intake chamber 2
p Dot spacing (pitch)
R Irradiation dot (dent by laser irradiation)
S Irradiation dot area U Unit irradiation target area
Claims (7)
上記プラズマ照射により粗面化されたコーティング対象物の母材表面にフッ素系樹脂塗装を施すフッ素樹脂塗装工程と、
上記フッ素樹脂塗装工程によりフッ素系樹脂塗装されたコーティング対象物の塗装面を焼成する焼成工程と、
を有することを特徴とするフッ素系樹脂コーティング方法。 A plasma irradiation step of roughening the surface of the base material of the coating object by plasma irradiation;
A fluororesin coating process for applying a fluororesin coating to the surface of the base material of the coating object roughened by the plasma irradiation;
A firing step of firing the coated surface of the coating object coated with the fluororesin by the fluororesin coating step;
A fluorine resin coating method characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007196257A JP4846670B2 (en) | 2001-10-26 | 2007-07-27 | Fluorine resin coating method, sliding member using the method, and gas compressor |
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