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WO2009081825A1 - スラスト軸受用摺動部材 - Google Patents

スラスト軸受用摺動部材 Download PDF

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Publication number
WO2009081825A1
WO2009081825A1 PCT/JP2008/073018 JP2008073018W WO2009081825A1 WO 2009081825 A1 WO2009081825 A1 WO 2009081825A1 JP 2008073018 W JP2008073018 W JP 2008073018W WO 2009081825 A1 WO2009081825 A1 WO 2009081825A1
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WO
WIPO (PCT)
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sliding member
swash plate
chemical conversion
resin
thrust bearing
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/073018
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kyohei Yamane
Mitsuaki Hakamata
Norihiro Sakamoto
Original Assignee
Taiho Kogyo Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiho Kogyo Co., Ltd. filed Critical Taiho Kogyo Co., Ltd.
Priority to CN2008801218834A priority Critical patent/CN101903666A/zh
Priority to EP08864443.0A priority patent/EP2224146A4/en
Priority to US12/809,272 priority patent/US20110052112A1/en
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D179/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
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    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/51—One specific pretreatment, e.g. phosphatation, chromatation, in combination with one specific coating

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member for a thrust bearing.
  • a chemical conversion treatment film of zinc calcium phosphate and a resin film containing a thermosetting resin and a solid lubricant are formed on the iron base material. Excellent adhesion between the iron base material and the resin film.
  • the present invention also relates to a thrust bearing sliding member having excellent heat resistance.
  • thrust bearings are difficult to form a wedge oil film due to shaft rotation, and it is difficult to sufficiently supply lubricating oil to the sliding surface (thrust surface).
  • the basic structure of the thrust bearing sliding member is a metallic substrate such as iron.
  • the resin film containing a thermosetting resin and a solid lubricant are formed by forming a resin film containing a thermosetting resin and a solid lubricant.
  • Such a thrust bearing sliding member is used, for example, in a swash plate of a swash plate compressor.
  • the swash plate compressor compresses the gas in the cylinder by a piston that reciprocates in the cylinder following the rotating swash plate, and against the shoe that is the counterpart material interposed between the swash plate and the piston.
  • the swash plate slides.
  • the swash plate of this swash plate compressor rotates at a high speed and receives high pressure from the shoe.
  • a thrust bearing sliding member used for a swash plate of a swash plate compressor is required to have high heat resistance because the sliding temperature may be as high as about 200 ° C.
  • the resin film formed on the sliding member for the thrust bearing needs to have high heat resistance capable of withstanding a high temperature of about 200 ° C., and a thermosetting resin having high heat resistance is generally used as the resin component. Yes. Therefore, when manufacturing the thrust bearing sliding member, firing is performed at a temperature of 200 ° C. or higher in the final manufacturing process after the resin film is formed.
  • the base material and the resin are used for the purpose of improving the adhesion between the metal substrate and the resin film and preventing seizure due to the exposure of the metal substrate.
  • An intermediate layer is provided between the films.
  • middle layer forming the metal intermediate
  • a chemical conversion treatment method using a solution of manganese phosphate or zinc phosphate can be used. Attention has been focused on forming a chemical conversion treatment film of zinc phosphate (see, for example, Patent Document 1). JP 58-81220 A
  • the resin film is fired at a temperature of 200 ° C. or higher in the final manufacturing process when the intermediate layer is formed by the metal spraying method or the metal sintering method although the cost is high. Even in such a case, there was no occurrence of blistering and the like, and a high heat resistant material that could withstand a high temperature of 200 ° C. or higher was easily obtained.
  • the chemical conversion treatment film is thermally decomposed to generate gas during firing at a temperature of 200 ° C. or higher in the final manufacturing process. As a result, blistering and the like occurred, and a high heat resistant material that could withstand a high temperature of 200 ° C. or higher could not be obtained.
  • an object of the present invention is to form an intermediate layer by a chemical conversion treatment method for cost reduction, and can be manufactured at a low cost.
  • a chemical conversion treatment film, a thermosetting resin, and a solid can be produced on an iron substrate.
  • An object of the present invention is to provide a highly heat-resistant sliding member for a thrust bearing which is formed with a resin film containing a lubricant and can withstand a high temperature of 200 ° C. or higher.
  • the present inventors have found that the chemical conversion coating of zinc calcium phosphate has high heat resistance and is thermally decomposed during firing at a temperature of 200 ° C. or higher in the final production process.
  • the present invention has been completed by finding that the resin layer does not occur and the resin layer does not bulge, and that the iron substrate and the resin layer can be firmly adhered to each other through the chemical conversion film.
  • this invention provides the following sliding member for thrust bearings in order to achieve the said objective.
  • a sliding member for a thrust bearing comprising a film.
  • the thermosetting resin is a polyimide resin or a polyamideimide resin.
  • the solid lubricant is at least one selected from the group consisting of fluorine-based resin, graphite, and molybdenum disulfide. Moving member.
  • the chemical conversion treatment film of the intermediate layer does not thermally decompose to generate gas, and has excellent heat resistance that can withstand a high temperature of 200 ° C. or higher
  • a sliding member for a thrust bearing is provided. Further, by performing shot blasting before chemical conversion treatment, the surface area of the base material is increased, and the adhesion between the iron base material and the chemical conversion treatment film is improved. Further, even when the base is exposed during sliding for a long time, the chemical conversion treatment film and the resin film are mixed, so that seizure hardly occurs compared to the case where the counterpart material is mainly iron.
  • Example 6 is a graph showing a change over time in the temperature of the back surface of a shoe contacting the swash plate and a change over time in the friction coefficient of the swash plate in the high-pressure atmosphere friction wear test of the swash plate obtained in Example 1 and Comparative Example 2. It is the external appearance of the swash plate obtained in Example 1 after completion
  • the iron base material used for the thrust bearing sliding member of the present invention those conventionally used as the iron base material of thrust bearing sliding members such as carbon steel can be appropriately used.
  • the iron base material is subjected to shot blasting, and then a chemical conversion treatment film is formed thereon.
  • This shot blasting can be performed by a well-known shot blasting method in which fine particles of a shot material are sprayed onto the surface of a substrate at a high pressure. Further, it is preferable that the surface roughness of the iron substrate is 1 to 15 ⁇ m Rz by this shot blasting treatment.
  • the surface area of the iron base is increased, and the adhesion to the chemical conversion coating formed as an intermediate layer on the iron base is improved. Adhesion between the film and the resin film formed thereon is improved.
  • the chemical conversion coating of zinc calcium phosphate formed as an intermediate layer on an iron substrate is an aqueous solution containing zinc ions, calcium ions and phosphate ions, that is, for forming a chemical conversion coating of zinc calcium phosphate.
  • Formed using an aqueous solution of The method of forming the chemical conversion film is not particularly limited, but the iron base material subjected to the shot blast treatment may be dipped in the aqueous solution for forming the chemical conversion film, and then dried.
  • the film thickness of the chemical conversion coating of zinc calcium phosphate to be formed can be appropriately set as necessary, but is preferably 10 ⁇ m or less (excluding 0 ⁇ m).
  • a resin film containing a lubricant is formed.
  • a thermosetting resin excellent in various heat resistance such as a polyimide resin conventionally used for a sliding member for a thrust bearing or a polyamideimide resin.
  • a polyimide resin and a polyamideimide resin are preferably used, and a polyimide resin is particularly preferably used from the viewpoint of high-temperature sliding characteristics (particularly low friction).
  • thermosetting resin one kind of thermosetting resin can be used alone, or a plurality of kinds can be mixed and used as necessary.
  • thermosetting resin for example, “Trenice (registered trademark)” manufactured by Toray Industries, Inc. “U-Varnish” manufactured by Ube Industries, etc. can be preferably used.
  • the content of the resin component in the resin film can be appropriately set as necessary, but is generally preferably 30 to 80% by volume, more preferably 40 to 70% by volume.
  • solid lubricants in the resin film various types of fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene, graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, boron nitride, etc., which have been conventionally used for sliding members for thrust bearings.
  • fluorine-based resin, graphite, and molybdenum disulfide are preferably used.
  • the solid lubricant one kind of solid lubricant can be used alone, or a plurality of kinds can be mixed and used as necessary.
  • the solid lubricant used preferably has an average particle size of 0.1 to 45 ⁇ m.
  • particles such as titanium oxide, copper oxide, and alumina as a friction modifier may be added. These friction modifiers preferably have an average particle size of 1 nm to 10 ⁇ m.
  • the content of the solid lubricant in the resin film can be appropriately set as necessary, but is generally preferably 20 to 70% by volume, more preferably 30 to 60% by volume.
  • the resin film can be formed according to a conventional method for forming a resin film in the manufacture of a sliding member for a thrust bearing.
  • a predetermined amount of a thermosetting resin and a solid lubricant and an appropriate amount of an organic solvent are mixed by a Henschel mixer, a super mixer, a ball mill, a tumbler mixer, a bead mill, a kneader, etc.
  • a Henschel mixer a super mixer, a ball mill, a tumbler mixer, a bead mill, a kneader, etc.
  • the organic solvent those capable of dissolving the thermosetting resin to be used can be used as appropriate, and N-methyl-2-pyrrolidone, xylene, alcohol or the like is used depending on the kind of the thermosetting resin. Can do.
  • the usage-amount of an organic solvent can be suitably set according to the desired viscosity of the coating material for resin film formation obtained.
  • the prepared resin film-forming paint is sprayed, roll coated, dipped, screen-printed, padded on the chemical conversion coating of zinc calcium phosphate of the intermediate layer formed on the iron substrate It can be applied by printing or the like, and the resin film-forming paint film can be dried and fired to form a resin film.
  • the coating film of the resin film-forming coating material may be dried in a drying furnace, and the firing may be performed in an inert furnace at a temperature at 200 ° C. or higher and at a temperature at which the resin component and solid lubricating component of the coating material do not decompose.
  • the film thickness of the resin film to be formed can be appropriately set as necessary, but is preferably 2 to 50 ⁇ m.
  • the firing time is preferably 10 minutes to 2 hours depending on the firing temperature.
  • the thrust bearing sliding member according to the present invention has been fired at a temperature of 200 ° C. or higher.
  • the sliding member for a thrust bearing of the present invention can be widely and suitably applied to a swash plate of a swash plate compressor and sliding parts of various machines, for example, a sliding part of a thrust slide bearing such as a washer. Can be applied to.
  • Example 1 An iron swash plate substrate having a surface roughness of 1 to 10 ⁇ m Rz that has been shot blasted is immersed in an aqueous solution of zinc calcium phosphate, and then dried in a drying furnace, and the zinc calcium phosphate film having a thickness of 3 ⁇ m is formed on the substrate. An intermediate layer of the chemical conversion coating was formed. Next, 60% by volume of polyamideimide resin (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), 20% by volume of polytetrafluoroethylene (manufactured by Kitamura Co., Ltd.) and 20% by volume of graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.
  • the organic solvent N-methyl-2-pyrrolidone was mixed with a kneader to prepare a resin film-forming coating material.
  • the resin film-forming coating material is applied by roll coating on the intermediate layer of the zinc phosphate calcium chemical conversion coating on the iron swash plate substrate, and the resin film-forming coating material is applied to a drying oven. And dried. Thereafter, it was baked in an inert furnace at 270 ° C. for 1 hour.
  • the fired resin film is subjected to a lathe process, and concentric continuous grooves having a depth of 1 to 10 ⁇ m and a pitch of 0.05 to 0.20 mm are formed on the surface of the resin film.
  • a plate was made.
  • the resin film was firmly adhered to the iron swash plate substrate through the zinc calcium phosphate chemical conversion treatment film.
  • a photograph of the appearance of the obtained swash plate is shown in FIG.
  • the obtained swash plate was subjected to a high-pressure atmosphere friction and wear test described later.
  • Example 1 A swash plate was produced in the same manner as in Example 1 except that manganese phosphate was used in place of zinc calcium phosphate and an intermediate layer of the manganese phosphate chemical conversion coating was formed. In the obtained swash plate, the resin film was swollen, and the adhesion of the resin film to the iron swash plate substrate was poor. A photograph of the appearance of the obtained swash plate is shown in FIG.
  • Example 2 a swash plate was produced in the same manner as in Example 1 except that the intermediate layer of the zinc phosphate calcium chemical conversion coating was not formed on the iron swash plate substrate. The obtained swash plate was subjected to the rotational load test described later.
  • Adhesion strength test An adhesion strength test was performed on the swash plates obtained in Example 1 and Comparative Example 2 using a SHIMADZU autograph. Test conditions: A jig was affixed to the resin film surface of the swash plate with an adhesive, and the jig was pulled outward in the radial direction of the swash plate. ⁇ Test results ⁇ The test results are shown in Table 1.
  • FIG. 7 shows a graph of the change over time in the temperature of the back surface of the shoe 3 in contact with the swash plate 2 and the change over time in the friction coefficient of the swash plate 2 in the high-pressure atmosphere friction wear test. From the graph of FIG. 7, the swash plate obtained in Example 1 is more time-dependent than the swash plate obtained in Comparative Example 2 for both the time-dependent change in the temperature of the back surface of the shoe and the change in the coefficient of friction over time. It is clear that the change is small and it can be used stably over a long period of time.
  • FIG. 8 shows the appearance of the swash plate obtained in Example 1 after the end of the rotational load test
  • FIG. 9 shows the appearance of the swash plate obtained in Comparative Example 2 after the end of the rotational load test. Indicated.
  • (a) is the entire appearance
  • (b) is an enlarged portion of the appearance.
  • the iron base material is exposed in the swash plate of Comparative Example 2, which causes seizure. Therefore, it is clear that the swash plate obtained in Example 1 has much less damage to the resin film after use than the swash plate obtained in Comparative Example 2, and these figures also show a long period of time. It is clear that it can be used stably.
  • FIG. 10 shows the appearance of the swash plate obtained in Example 1 after the end of the rotational load test.
  • (a) is the same appearance as in FIG. 8, and (b) is (C) is an enlarged portion with magnification of 500 times with an external scanning electron microscope, (d) is an analysis result of C component of a swash plate by EDX.
  • (E) is the analysis result of the Zn component of the swash plate by EDX.
  • the swash plate obtained in Example 1 has a zinc calcium phosphate chemical conversion treatment layer exposed, but has a greater effect on sliding performance than Comparative Example 2 in which the iron base material is exposed. It is clear that there is no.
  • the chemical conversion treatment film of the intermediate layer does not thermally decompose to generate gas, and has excellent heat resistance that can withstand a high temperature of 200 ° C. or higher
  • a sliding member for a thrust bearing is provided. Further, by performing shot blasting before chemical conversion treatment, the surface area of the base material is increased, and the adhesion between the iron base material and the chemical conversion treatment film is improved. Further, even when the base is exposed during sliding for a long time, the chemical conversion treatment film and the resin film are mixed, so that seizure hardly occurs compared to the case where the counterpart material is mainly iron.

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Abstract

　コスト低減のために中間層を化成処理方法により形成せしめて、低コストで製造することができる、鉄基材上に、化成処理皮膜、並びに熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成してなり、２００°C以上の高温に耐え得る高耐熱性のスラスト軸受用摺動部材を提供することを目的とする。本発明は、ショットブラスト処理を行った鉄基材上に、リン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜を形成し、さらに２００°C以上の温度での焼成が必要な熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成してなることを特徴とするスラスト軸受用摺動部材に関する。

Description

スラスト軸受用摺動部材
　本発明は、スラスト軸受用摺動部材に関する。更に詳しくは、鉄基材上に、リン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜、並びに熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜が形成されている、鉄基材と樹脂皮膜との密着性に優れ、耐熱性に優れたスラスト軸受用摺動部材に関する。
　一般に、スラスト軸受は、ラジアル軸受とは異なり軸の回転に伴うくさび油膜が形成され難く、潤滑油を十分にすべり面（スラスト面）に供給することが難しく、所謂境界潤滑状態で使用される場合が多い。即ち、スラスト軸受は、ラジアル軸受に比べて過酷な摺動条件となるので、この過酷な摺動条件に耐えるために、スラスト軸受用摺動部材の基本構成としては、鉄などの金属性基材上に、熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成してなるものなどがある。
　そして、かかるスラスト軸受用摺動部材は、例えば、斜板式コンプレッサーの斜板に用いられている。斜板式コンプレッサーは、回転する斜板に追従してシリンダ内を往復動するピストンによってシリンダ内の気体を圧縮するものであり、斜板とピストンとの間に介在する相手材であるシューに対して、斜板が摺動するものである。この斜板式コンプレッサーの斜板は、高速で回転すると共に、シューから高い圧力を受けるものである。
　したがって、斜板式コンプレッサーの斜板に用いられるスラスト軸受用摺動部材は、摺動時の温度が２００℃程度の高温になる場合があるため、高い耐熱性が要求される。このため、スラスト軸受用摺動部材に形成される樹脂皮膜は、２００℃程度の高温に耐え得る高い耐熱性が必要であり、樹脂成分としては一般に耐熱性の高い熱硬化性樹脂が用いられている。したがって、スラスト軸受用摺動部材の製造に当たっては、樹脂皮膜形成後の最終製造工程で、２００℃以上の温度での焼成が行われている。
　また、樹脂皮膜付きのスラスト軸受用摺動部材においては、金属製基材と樹脂皮膜との密着性を向上させ、金属製基材の露出による焼付を防止する等の目的で、基材と樹脂皮膜の間に中間層を設けることが行われている。そして、この中間層として、金属溶射法や金属焼結法により、金属の中間層を形成することが一般的に行われていた。しかしながら、この金属溶射法や金属焼結法はコスト高であるため、より低コストの中間層の形成方法として、リン酸マンガンやリン酸亜鉛の溶液を用いた化成処理方法により、リン酸マンガンやリン酸亜鉛の化成処理皮膜を形成することが注目されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５８－８１２２０号公報
　上記従来のスラスト軸受用摺動部材においては、コスト高にはなるが金属溶射法や金属焼結法により中間層を形成した場合には、最終製造工程において２００℃以上の温度で樹脂皮膜を焼成しても膨れ等の発生がなく、２００℃以上の高温に耐え得る高耐熱性のものが容易に得られた。しかし、コスト低減のために化成処理方法により中間層を形成した場合には、最終製造工程の２００℃以上の温度での焼成において、化成処理皮膜が熱分解してガスを発生するため、樹脂皮膜の膨れ等が生じ、２００℃以上の高温に耐え得る高耐熱性のものが得られなかった。
　そこで、本発明の目的は、コスト低減のために中間層を化成処理方法により形成して、低コストで製造することができる、鉄基材上に、化成処理皮膜、並びに熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成してなり、２００℃以上の高温に耐え得る高耐熱性のスラスト軸受用摺動部材を提供することにある。
　本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、リン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜が、高耐熱性で、最終製造工程の２００℃以上の温度での焼成において熱分解してガスを発生せず、樹脂層の膨れ等を生じないこと、そして、鉄基材と樹脂層を該化成処理皮膜を介して強固に密着させ得ることを見い出して、本発明を完成した。
　即ち、本発明は、上記目的を達成するために、次のスラスト軸受用摺動部材を提供する。
　（１）ショットブラスト処理を行った鉄基材上に、リン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜を形成し、さらに２００℃以上の温度での焼成が必要な熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成してなることを特徴とするスラスト軸受用摺動部材。
　（２）前記熱硬化性樹脂が、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする上記（１）に記載のスラスト軸受用摺動部材。
　（３）前記固体潤滑剤が、フッ素系樹脂、黒鉛、及び二硫化モリブデンからなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のスラスト軸受用摺動部材。
　本発明によれば、樹脂皮膜を２００℃以上の高温で焼成しても中間層の化成処理皮膜が熱分解してガスを発生することがなく、２００℃以上の高温に耐え得る優れた耐熱性を有するスラスト軸受用摺動部材が提供される。
　また、化成処理前にショットブラスト処理をすることで基材の表面積が増大し、鉄基材と化成処理皮膜との密着性が向上する。
　さらに、長時間使用により摺動時に下地が露出した場合であっても、化成処理皮膜と樹脂皮膜が混在しているため、相手材が主に鉄の場合に比べて焼付きが起こりにくい。すなわち、鉄基材のショットブラスト処理で生じた凹凸のある表面の凸部において、樹脂皮膜も化成処理皮膜も摩耗してしまって鉄基材が露出しても、凹凸のある表面の凹部には化成処理皮膜あるいは樹脂皮膜と化成処理皮膜の両方が残存しているため、ショットブラスト処理されてない平滑な鉄基材の表面が露出した場合に比べて、相手材との焼付きが起こりにくい。
リン酸亜鉛カルシウムの示差熱分析結果のグラフである。 リン酸マンガンの示差熱分析結果のグラフである。 リン酸亜鉛の示差熱分析結果のグラフである。 実施例１で得られた斜板の外観である。 比較例１で得られた斜板の外観である。 実施例１及び比較例２で得られた斜板の高圧雰囲気摩擦摩耗試験に用いた高圧雰囲気摩擦摩耗試験装置の模式図である。 実施例１及び比較例２で得られた斜板の高圧雰囲気摩擦摩耗試験における、斜板に当接するシュー背面の温度の経時変化、及び斜板の摩擦係数の経時変化のグラフである。 高圧雰囲気摩擦摩耗試験の終了後の実施例１で得られた斜板の外観である。 高圧雰囲気摩擦摩耗試験の終了後の比較例２で得られた斜板の外観である。 図８と同様の高圧雰囲気摩擦摩耗試験の終了後の実施例１で得られた斜板の外観と、その走査電子顕微鏡による拡大部分である。
符号の説明
１　回転軸
２　斜板
３　シュー
４　受治具
５　固定軸
　本発明のスラスト軸受用摺動部材に用いる鉄基材としては、炭素鋼等の従来からスラスト軸受用摺動部材の鉄基材として用いられているものを適宜用いることができる。そして、本発明においては、鉄基材は、ショットブラスト処理をした後、その上に化成処理皮膜が形成される。このショットブラスト処理は、基材表面にショット材の微粒子を高圧で吹きつける周知のショットブラスト処理方法によって行うことができる。また、このショットブラスト処理により、鉄基材の表面粗さを１～１５μｍＲｚとすることが好ましい。このショットブラスト処理により、鉄基材の表面積が大きくなり、その上に中間層として形成する化成処理皮膜との密着性が向上し、延いては、化成処理皮膜の表面積が大きくなって、化成処理皮膜と、その上に形成する樹脂皮膜との密着性が向上する。
　本発明において、鉄基材上に中間層として形成するリン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜は、亜鉛イオン、カルシウムイオン、及びリン酸イオンを含有する水溶液、即ちリン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜形成用の水溶液を用いて形成される。そして、化成処理皮膜の形成は、その方法は特に制限されないが、上記の化成処理皮膜形成用の水溶液中に、ショットブラスト処理をした鉄基材を浸漬した後、それを乾燥すればよい。また、形成するリン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜の膜厚は、必要に応じて適宜設定することができるが、１０μｍ以下（０μｍを除く）が好ましい。
　本発明においては、上記のようにして鉄基材上に中間層として形成させたリン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜の上に、２００℃以上の温度での焼成が必要な熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成する。この際、樹脂皮膜の樹脂成分としては、従来からスラスト軸受用摺動部材に用いられているポリイミド樹脂や、ポリアミドイミド樹脂などの各種の耐熱性に優れた熱硬化性樹脂を用いることができ、中でも、ポリイミド樹脂とポリアミドイミド樹脂が好ましく用いられ、高温での摺動特性（特に低摩擦）の観点からポリイミド樹脂が特に好ましく用いられる。熱硬化性樹脂は、必要に応じて、一種の熱硬化性樹脂を単独で用いることも、複数種を混合して用いることもできる。また、熱硬化性樹脂は、例えば東レ製「トレニース（登録商標）」や宇部興産製「Ｕ－ワニス」などを好ましく用いることができる。樹脂皮膜中の樹脂成分の含有量は、必要に応じて適宜設定することができるが、一般に、３０～８０容量％が好ましく、４０～７０容量％が更に好ましい。
　また、樹脂皮膜中の固体潤滑剤としては、従来からスラスト軸受用摺動部材に用いられているポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素等の各種の固体潤滑剤を用いることができ、中でも、フッ素系樹脂、黒鉛、及び二硫化モリブデンが好ましく用いられる。固体潤滑剤は、必要に応じて、一種の固体潤滑剤を単独で用いることも、複数種を混合して用いることもできる。また、用いる固体潤滑剤は、平均粒径が０．１～４５μｍであることが好ましい。さらに、摩擦調整剤としての酸化チタン、酸化銅、アルミナ等の粒子を添加してもよい。これら摩擦調整剤の平均粒径は１ｎｍ～１０μｍであることが好ましい。樹脂皮膜中の固体潤滑剤の含有量は、必要に応じて適宜設定することができるが、一般に、２０～７０容量％が好ましく、３０～６０容量％が更に好ましい。
　樹脂皮膜の形成は、従来のスラスト軸受用摺動部材の製造における樹脂皮膜の形成方法に準じて行うことができる。一般に、まず、熱硬化性樹脂と固体潤滑剤の所定量と有機溶剤の適量とを、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー、ビーズミル、混練機等によって混合して、樹脂皮膜形成用塗料を調製する。この際、有機溶剤としては、用いる熱硬化性樹脂を溶解できるものを適宜用いることができ、熱硬化性樹脂の種類にもよるが、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、キシレン、アルコール等を用いることができる。また、有機溶剤の使用量は、得られる樹脂皮膜形成用塗料の所望の粘度に応じて適宜設定することができる。次いで、調製された樹脂皮膜形成用塗料を、鉄基材上に形成されている中間層のリン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜の上に、スプレー法、ロールコート法、ディッピング法、スクリーン印刷、パッド印刷等により塗布し、その樹脂皮膜形成用塗料の塗膜を、乾燥、焼成して樹脂皮膜を形成することができる。この際、樹脂皮膜形成用塗料の塗膜の乾燥は、乾燥炉で行えばよく、焼成はイナート炉において２００℃以上かつ塗料の樹脂成分や固体潤滑成分が分解しない温度で行えばよい。また、形成する樹脂皮膜の膜厚は、必要に応じて適宜設定することができるが、２～５０μｍが好ましい。焼成時間は、焼成温度にもよるが、１０分～２時間が好ましい。この２００℃以上の温度での焼成を経たものが本発明に係るスラスト軸受用摺動部材である。
　本発明のスラスト軸受用摺動部材は、斜板式コンプレッサーの斜板や、種々の機械類の摺動部に広く好適に適用することができ、例えばワッシャー等のスラストすべり軸受の摺動部に好適に適用することができる。
　以下、実施例により更に具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
〔示差熱分析〕
　温度範囲２６～３５０℃、昇温速度１５ｃｅｌ／ｍｉｎ、Ｎ２雰囲気下にて、リン酸亜鉛カルシウム、リン酸マンガン、リン酸亜鉛について示差熱分析を行った。リン酸亜鉛カルシウムの示差熱分析結果のグラフを示せば図１のとおりであり、リン酸マンガンの示差熱分析結果のグラフを示せば図２のとおりであり、リン酸亜鉛の示差熱分析結果のグラフを示せば図３のとおりである。
　これらの示差熱分析結果のグラフから明らかなように、リン酸亜鉛カルシウムでは３５０℃に達しても熱分解は起こらず、リン酸マンガンでは約２００℃で熱分解が起こり、リン酸亜鉛では約１７０℃で熱分解が起こることが分かった。
＜実施例１＞
　ショットブラスト処理をした表面粗さ１～１０μｍＲｚの鉄斜板基材を、リン酸亜鉛カルシウムの水溶液に浸漬し、その後乾燥炉にて乾燥し、該基材上に膜厚３μｍのリン酸亜鉛カルシウム化成処理皮膜の中間層を形成した。次いで、ポリアミドイミド樹脂（日立化成社製）６０容量％と、ポリテトラフルオロエチレン（喜多村社製）２０容量％と、グラファイト（日本黒鉛社製（平均粒径１μｍ））２０容量％を、適量の有機溶剤のＮ－メチル－２－ピロリドンと共に、混練機で混合して、樹脂皮膜形成用塗料を調製した。この樹脂皮膜形成用塗料を、上記鉄斜板基材のリン酸亜鉛カルシウム化成処理皮膜の中間層の上に、ロールコートにて塗布し、その樹脂皮膜形成用塗料の塗膜を、乾燥炉にて乾燥した。その後、イナート炉にて２７０℃、１時間焼成した。焼成完了後の樹脂皮膜に対して旋盤加工を施し、深さ１～１０μｍ、ピッチ０．０５～０．２０ｍｍの同心円状の連続する溝を樹脂皮膜表面に形成して、斜板式コンプレッサー用の斜板を作製した。
　得られた斜板は、樹脂皮膜が鉄斜板基材にリン酸亜鉛カルシウム化成処理皮膜を介して強固に密着されていた。得られた斜板の外観の写真を図４に示した。また、得られた斜板について後記高圧雰囲気摩擦摩耗試験を行った。
＜比較例１＞
　実施例１において、リン酸亜鉛カルシウムに代えてリン酸マンガンを用い、リン酸マンガン化成処理皮膜の中間層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして斜板を作製した。
　得られた斜板は、樹脂皮膜に膨れが生じていて、樹脂皮膜の鉄斜板基材への密着性が不良であった。得られた斜板の外観の写真を図５に示した。
＜比較例２＞
　実施例１において、鉄斜板基材にリン酸亜鉛カルシウム化成処理皮膜の中間層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして斜板を作製した。
　得られた斜板について後記の回転荷重試験を行った。
　〔密着強度試験〕
　ＳＨＩＭＡＤＺＵ製オートグラフを用い、実施例１及び比較例２で得られた斜板について、密着強度試験を行った。
試験条件：斜板の樹脂皮膜表面に、治具を接着剤で貼付し、この治具を斜板の半径方向外側に引っ張った。
　〔試験結果〕
　試験結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から、本発明のスラスト軸受用摺動部材が密着力に優れたものであることは明らかである。
　〔高圧雰囲気摩擦摩耗試験〕
　図６に示す高圧雰囲気摩擦摩耗試験装置１を用い、実施例１及び比較例２で得られた斜板について、下記条件により高圧雰囲気摩擦摩耗試験を行った。この試験装置では、回転軸１の下部に斜板２を取付けるとともに、受治具４の上面に３個のシュー３を載置し、固定軸５より上向きに荷重を加えるようになっている。そして、回転軸１を回転させると、斜板２がシュー３に対して回転する仕組みとなっている。
　試験条件：回転数を１０００ｒｐｍ一定とした。荷重は７．５ＭＰａで保持した。試験時間は３６０分間とした。
　潤滑条件：冷媒雰囲気ドライ条件
　〔評価基準と試験結果〕
　評価基準：１０００ｒｐｍ、７．５ＭＰａ、３６０分完走で合格（クリア）
　試験結果：実施例１＝クリア
　　　　　　比較例２＝６８分で焼付き
　上記高圧雰囲気摩擦摩耗試験における、斜板２に当接するシュー３背面の温度の経時変化、及び斜板２の摩擦係数の経時変化のグラフを図７に示した。図７のグラフから、シュー背面の温度の経時変化も、摩擦係数の経時変化も共に、実施例１で得られた斜板が、比較例２で得られた斜板に比べて、長期にわたり経時変化が少ないことは明らかであり、長期にわたり安定して使用することができることは明らかである。
　また、図８に上記回転荷重試験の終了後の実施例１で得られた斜板の外観を示し、図９に上記回転荷重試験の終了後の比較例２で得られた斜板の外観を示した。図９において、（ａ）は外観の全体であり、（ｂ）は外観の拡大部分である。これらの図によれば、比較例２の斜板は鉄基材が露出しており、それによって焼付きが発生したことが分かる。したがって、実施例１で得られた斜板が、比較例２で得られた斜板に比べて、使用後における樹脂皮膜の損傷がはるかに少ないことは明らかであり、これらの図からも長期にわたり安定して使用することができることは明らかである。
　更に、図１０に上記回転荷重試験の終了後の実施例１で得られた斜板の外観を示した、図１０において、（ａ）は図８と同じ外観の全体であり、（ｂ）は外観の走査電子顕微鏡による拡大倍率１００倍の拡大部分であり、（ｃ）は外観の走査電子顕微鏡による拡大倍率５００倍の拡大部分であり、（ｄ）はＥＤＸによる斜板のＣ成分の分析結果であり、（ｅ）はＥＤＸによる斜板のＺｎ成分の分析結果である。図１０から明らかなように、実施例１で得られた斜板はリン酸亜鉛カルシウムの化成処理層が露出しているが、鉄基材が露出した比較例２よりも摺動性能に大きな影響はないことが明らかである。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２００７年１２月２１日出願の日本特許出願（特願２００７－３３０６９８）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明によれば、樹脂皮膜を２００℃以上の高温で焼成しても中間層の化成処理皮膜が熱分解してガスを発生することがなく、２００℃以上の高温に耐え得る優れた耐熱性を有するスラスト軸受用摺動部材が提供される。
　また、化成処理前にショットブラスト処理をすることで基材の表面積が増大し、鉄基材と化成処理皮膜との密着性が向上する。
　さらに、長時間使用により摺動時に下地が露出した場合であっても、化成処理皮膜と樹脂皮膜が混在しているため、相手材が主に鉄の場合に比べて焼付きが起こりにくい。すなわち、鉄基材のショットブラスト処理で生じた凹凸のある表面の凸部において、樹脂皮膜も化成処理皮膜も摩耗してしまって鉄基材が露出しても、凹凸のある表面の凹部には化成処理皮膜あるいは樹脂皮膜と化成処理皮膜の両方が残存しているため、ショットブラスト処理されてない平滑な鉄基材の表面が露出した場合に比べて、相手材との焼付きが起こりにくい。

Claims (3)

  1. 　ショットブラスト処理を行った鉄基材上に、リン酸亜鉛カルシウムの化成処理皮膜を形成し、さらに２００℃以上の温度での焼成が必要な熱硬化性樹脂及び固体潤滑剤を含む樹脂皮膜を形成してなることを特徴とするスラスト軸受用摺動部材。
  2. 　前記熱硬化性樹脂が、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受用摺動部材。
  3. 　前記固体潤滑剤が、フッ素系樹脂、黒鉛、及び二硫化モリブデンからなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト軸受用摺動部材。
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