JP2006312688A - Sliding member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種装置の摺動部に用いられる摺動部材に関する。 The present invention relates to a sliding member used for sliding portions of various devices.
異種の構成素材を組み合わせてできた複合材料は、構成素材の種類や体積比率を変化させることにより、従来の材料では達成できないような様々な特性を有する材料となるため、工業材料の多くの分野で極めて有用である。たとえば、各種マトリックス材料に、炭素繊維やガラス繊維などを補強素材として用いた、高強度の繊維強化複合材料が知られている。また、焼却処理が可能であったり微生物などに分解される植物繊維も、地球環境に優しいことから、補強素材として注目されている。 Composite materials made by combining dissimilar constituent materials become materials with various characteristics that cannot be achieved with conventional materials by changing the types and volume ratios of constituent materials. It is extremely useful. For example, a high-strength fiber-reinforced composite material using carbon fiber or glass fiber as a reinforcing material for various matrix materials is known. Plant fibers that can be incinerated or decomposed into microorganisms are also attracting attention as reinforcing materials because they are friendly to the global environment.
繊維強化複合材料の一例として、特許文献１では、炭素繊維とフェノールノボラック樹脂とからなる樹脂複合体が摺動部材の摺動面に用いられている（実施例１参照）。また、特許文献１には、炭素繊維の代わりに、セルロース繊維などの有機繊維を用いてもよいことが記載されている。
As an example of the fiber-reinforced composite material, in
ところが、セルロース繊維などの一般的な植物繊維は、繊維径が大きいため、樹脂への分散性が低く、また、補強素材としての効果が小さい。さらに、植物繊維の表面に表面処理を施して界面を補強しても、炭素繊維やガラス繊維に比べ、補強効果は小さいものである。 However, general plant fibers such as cellulose fibers have a large fiber diameter, and therefore have low dispersibility in the resin and have a small effect as a reinforcing material. Furthermore, even if the surface of the plant fiber is subjected to surface treatment to reinforce the interface, the reinforcing effect is small as compared with carbon fiber or glass fiber.
また、炭素繊維は、それ自体が高強度である。そのため、炭素繊維を含む樹脂複合体は、摺動部材と摺接する相手材の材質によっては、摺動時に相手材を傷付けて相手材の表面が荒れ、摺動性能が低下することがある。
本発明は、上記問題点に鑑み、摺動特性に優れ、環境問題の観点からも有用な摺動部材を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sliding member that is excellent in sliding characteristics and is useful from the viewpoint of environmental problems.
本発明の摺動部材は、少なくとも摺動面側が、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、該繊維材を保持する樹脂と、を含む複合材料から構成されることを特徴とする。 The sliding member of the present invention is characterized in that at least the sliding surface side is composed of a composite material including a fiber material made of cellulose microfibril and a resin that holds the fiber material.
前記複合材料は、該複合材料を１００重量％としたときに前記繊維材を１〜９９重量％含むのが好ましく、さらに好ましくは５０〜７５重量％である。 The composite material preferably contains 1 to 99% by weight of the fiber material, more preferably 50 to 75% by weight, when the composite material is 100% by weight.
さらに、前記複合材料は、フッ素樹脂、黒鉛、および、二硫化モリブデンのうちの少なくとも１種を含む固体潤滑剤を含むのが好ましい。 Further, the composite material preferably includes a solid lubricant containing at least one of fluororesin, graphite, and molybdenum disulfide.
また、前記摺動部材は、圧縮機の摺動部品であるのが望ましい。 The sliding member is preferably a sliding part of a compressor.
本発明の摺動部材は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材を用いた複合材料から構成される。この複合材料を用いた摺動部材は、セルロースミクロフィブリルの特徴的な形状（後に詳説）により、優れた摺動特性をもつ。 The sliding member of this invention is comprised from the composite material using the fiber material which consists of a cellulose microfibril. A sliding member using this composite material has excellent sliding characteristics due to the characteristic shape of cellulose microfibrils (detailed later).
この際、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を１〜９９重量％とすれば、繊維材が樹脂に良好に保持され、摺動特性に優れた摺動部材となる。また、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を５０〜７５重量％とすれば、さらに耐摩耗性に優れた摺動部材となる。 In this case, if the fiber material is 1 to 99% by weight when the composite material is 100% by weight, the fiber material is favorably retained by the resin, and the sliding member has excellent sliding characteristics. Further, when the fiber material is 50 to 75% by weight when the composite material is 100% by weight, the sliding member is further excellent in wear resistance.
さらに、固体潤滑剤を含む複合材料を用いれば、摺動部材の摺動特性が向上する。 Furthermore, if a composite material containing a solid lubricant is used, the sliding characteristics of the sliding member are improved.
なお、本発明の摺動部材は、繊維材と樹脂との複合材料から構成されるため、高強度で軽量であることから、特に、圧縮機の摺動部品として好適である。 In addition, since the sliding member of this invention is comprised from the composite material of a fiber material and resin, since it is high intensity | strength and lightweight, it is especially suitable as a sliding component of a compressor.
以下に、本発明の摺動部材を実施するための最良の形態を説明する。 Below, the best form for implementing the sliding member of this invention is demonstrated.
本発明の摺動部材は、少なくとも摺動面側が、複合材料から構成される。複合材料は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、繊維材を保持する樹脂と、を含む。なお、「摺動面側」とは、摺動部材の表面部の少なくとも一部であり、相手材と直接または油膜などを介して間接的に接触する摺動面を含む部分であるのがよい。すなわち、本発明の摺動部材は、摺動部材の全部が複合材料で構成されていても、摺動部材の摺動面を含む一部分が複合材料で構成されていても構わない。 In the sliding member of the present invention, at least the sliding surface side is composed of a composite material. The composite material includes a fiber material made of cellulose microfibril and a resin that holds the fiber material. The “sliding surface side” is at least a part of the surface portion of the sliding member, and preferably includes a sliding surface that is in direct contact with the counterpart material or indirectly through an oil film. . That is, in the sliding member of the present invention, the entire sliding member may be composed of a composite material, or a part including the sliding surface of the sliding member may be composed of a composite material.
本発明において、セルロースミクロフィブリルとは、ミクロフィブリル化したセルロース繊維である。ミクロフィブリル化とは、繊維の中のミクロフィブリル（微小繊維）が摩擦によって表面に現れて毛羽立ち、ささくれる現象である。具体的には、セルロース繊維に強力な機械的剪断力を加えてミクロフィブリル化すると、セルロース繊維は数万本に引き裂かれ、繊維径が０．１〜０．０１μｍの太さにまで細分化される。また、セルロース繊維の種類に特に限定はなく、原料としては、樹木などの植物の他、バクテリア、ホヤの被嚢など微生物や動物由来の繊維であってもよい。 In the present invention, the cellulose microfibril is a microfibrillated cellulose fiber. Microfibrillation is a phenomenon in which microfibrils (microfibers) in fibers appear on the surface due to friction and become fuzzy. Specifically, when a strong mechanical shearing force is applied to the cellulose fiber to form a microfibril, the cellulose fiber is torn into tens of thousands and subdivided into a fiber diameter of 0.1 to 0.01 μm. The In addition, the type of cellulose fiber is not particularly limited, and the raw material may be a plant such as a tree, or a fiber derived from microorganisms or animals such as bacteria and squirts.
セルロース繊維はリグニンやヘミセルロースなどを含む通常の植物繊維に比べ高強度であり、炭素繊維やガラス繊維と同程度の機械的強度（２ＧＰａ程度）を有する。また、セルロースミクロフィブリルは、ミクロフィブリル化による表面積の増大と、微小繊維の絡み合いによる三次元網目構造の形成により、補強素材としての分散性、および、繊維材を保持する樹脂との接合性がよい。つまり、セルロースミクロフィブリルは補強素材としての効果が高いので、セルロースミクロフィブリルを用いた複合材料は、高強度、かつ、優れた耐摩耗性を発現する。 Cellulose fibers are higher in strength than ordinary plant fibers including lignin and hemicellulose, and have mechanical strength (about 2 GPa) comparable to carbon fibers and glass fibers. Cellulose microfibrils have good dispersibility as a reinforcing material and bondability with the resin that holds the fiber material by increasing the surface area by microfibrillation and forming a three-dimensional network structure by entanglement of microfibers. . That is, since cellulose microfibrils are highly effective as reinforcing materials, composite materials using cellulose microfibrils exhibit high strength and excellent wear resistance.
さらに、セルロースミクロフィブリルは、ミクロフィブリル化により繊維が細分化されている。そのため、通常の植物繊維を用いた場合に比べ、複合材料の表面（摺動面）の表面粗さが小さくなるので、摺動特性が向上する。なお、複合材料の表面粗さは、繊維材の含有量が少ないほど小さくなる。また、炭素繊維など、繊維径の大きい通常の繊維材を用いた場合に比べ、摺動中に摺動部材の摺動面と摺接する相手材に生じる摺接面の損傷が低減される。すなわち、本発明の摺動部材は、相手材に対する相手攻撃性が低い。摺動部材の相手攻撃性が低いと、摺動による相手材の摩耗が低減され、相手材の表面粗さが保たれる。その結果、初期の摺動特性が長期間保たれる。 Further, cellulose microfibrils have finely divided fibers by microfibrillation. For this reason, the surface roughness of the surface (sliding surface) of the composite material is reduced as compared with the case of using ordinary plant fibers, so that the sliding characteristics are improved. Note that the surface roughness of the composite material decreases as the fiber content decreases. Further, compared to the case of using a normal fiber material such as carbon fiber having a large fiber diameter, damage to the sliding contact surface that occurs in the mating member that is in sliding contact with the sliding surface of the sliding member during sliding is reduced. That is, the sliding member of the present invention has a low opponent attack against the counterpart material. When the mating attack of the sliding member is low, wear of the mating material due to sliding is reduced, and the surface roughness of the mating material is maintained. As a result, the initial sliding characteristics can be maintained for a long time.
樹脂は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材を保持することができれば、その種類に特に限定はないが、耐熱性樹脂であるのが好ましい。樹脂が耐熱性樹脂であれば、使用環境が高温下であったり、使用中に温度が上昇したりする摺動部材であっても、熱により樹脂成分が変性することなく使用できる。また、セルロース繊維は、その耐熱温度が２００℃程度であり、リグニンやヘミセルロースなどを含む通常の植物繊維に比べ、耐熱性に優れる。そのため、セルロースミクロフィブリルと耐熱性樹脂とを併用しても、耐熱性樹脂の耐熱性を大きく損なうことはない。 The resin is not particularly limited as long as it can hold a fiber material composed of cellulose microfibrils, but is preferably a heat resistant resin. If the resin is a heat-resistant resin, it can be used without the resin component being denatured by heat, even if it is a sliding member in which the usage environment is high or the temperature rises during use. Cellulose fibers have a heat resistant temperature of about 200 ° C., and are superior in heat resistance compared to ordinary plant fibers containing lignin, hemicellulose, and the like. Therefore, even when cellulose microfibrils and a heat resistant resin are used in combination, the heat resistance of the heat resistant resin is not greatly impaired.
樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が好適である。また、熱可塑性樹脂を用いる場合には、セルロースミクロフィブリルの分解温度を考慮すると、成形時に非常に高温になる樹脂（たとえば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）樹脂など）は望ましくない。ポリアミド（ＰＡ）樹脂、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などが、好適である。 The resin is preferably a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, or an unsaturated polyester resin. In addition, when a thermoplastic resin is used, considering the decomposition temperature of cellulose microfibrils, a resin (for example, polyetheretherketone (PEEK), thermoplastic polyimide (PI) resin, etc.) that becomes very hot during molding is used. Not desirable. Polyamide (PA) resin, modified polyphenylene ether (PPE) resin, polyacetal resin (POM), polypropylene (PP) resin and the like are suitable.
複合材料は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材を少しでも含有すれば摺動特性を向上させる効果があるが、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を１重量％以上含むのが好ましく、さらに好ましくは１０重量％以上、３５重量％以上、５０重量％以上である。繊維材を１重量％以上含む複合材料であれば、補強素材としての効果が良好に発現されるため好ましい。繊維材を１０重量％以上含む複合材料であれば、さらに補強効果が大きく現れる。また、繊維材を３５重量％以上、さらには５０重量％以上含む複合材料であれば、特に優れた耐摩耗性を示す。なお、後に詳説するように、複合材料に占める繊維材の割合が大きいほど、線膨張係数の低減効果が高くなる。 The composite material has an effect of improving sliding properties if it contains even a small amount of fiber material composed of cellulose microfibrils, but preferably contains 1% by weight or more of the fiber material when the composite material is 100% by weight, More preferably, they are 10 weight% or more, 35 weight% or more, and 50 weight% or more. A composite material containing 1% by weight or more of a fiber material is preferable because the effect as a reinforcing material is exhibited well. If it is a composite material containing 10% by weight or more of a fiber material, the reinforcing effect is even greater. A composite material containing 35% by weight or more, more preferably 50% by weight or more of fiber material exhibits particularly excellent wear resistance. As will be described in detail later, the larger the proportion of the fiber material in the composite material, the higher the effect of reducing the linear expansion coefficient.
また、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を９９重量％以下含むのが好ましく、さらに好ましくは９０重量％以下、７５重量％以下である。繊維材を９９重量％以下含む複合材料であれば、繊維材は樹脂に良好に保持されるため好ましい。繊維材を９０重量％以下含む複合材料であれば、空隙の少ない緻密な複合材料となる。繊維材を７５重量％以下含む複合材料であれば、複合材料の表面粗さがより小さくなるため好ましい。 Further, when the composite material is 100% by weight, the fiber material is preferably contained in an amount of 99% by weight or less, more preferably 90% by weight or less and 75% by weight or less. A composite material containing 99% by weight or less of the fiber material is preferable because the fiber material is well retained by the resin. A composite material containing 90% by weight or less of a fiber material is a dense composite material with few voids. A composite material containing 75% by weight or less of a fiber material is preferable because the surface roughness of the composite material becomes smaller.
すなわち、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を１〜９９重量％含むのが好ましく、繊維材が樹脂に良好に保持され、摺動特性に優れた複合材料となる。また、繊維材を３５〜９９重量％含むのがより好ましく、より優れた耐摩耗性をもつ複合材料となる。また、繊維材を５０〜７５重量％含むのがさらに好ましく、特に耐摩耗性に優れた複合材料となる。 That is, when the composite material is 100% by weight, the fiber material is preferably contained in an amount of 1 to 99% by weight, and the fiber material is favorably held by the resin and becomes a composite material having excellent sliding characteristics. Further, it is more preferable that the fiber material is contained in an amount of 35 to 99% by weight, resulting in a composite material having better wear resistance. Further, it is more preferable that the fiber material is contained in an amount of 50 to 75% by weight, and the composite material is particularly excellent in wear resistance.
複合材料は、従来行われているように、樹脂の種類に応じて適切な温度、時間で処理することにより製造すればよい。たとえば、樹脂が熱可塑性樹脂であれば、セルロースミクロフィブリルと樹脂との混合物を、加熱により溶融させたあと成形する方法を用いることができる。また、フィルム状または粉末状の樹脂とセルロースミクロフィブリルを抄造したシートとを積層し、ホットプレスすることにより溶融含浸、冷却させて成形してもよい。また、樹脂が熱硬化性樹脂であれば、熱硬化性樹脂の溶液にセルロースミクロフィブリルを分散させた混合液を用いて成形することも可能であるし、セルロースミクロフィブリルのシートに熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状態のシート状成型用中間材料から熱硬化性樹脂を硬化させて成形することも可能である。 What is necessary is just to manufacture a composite material by processing by suitable temperature and time according to the kind of resin like conventionally performed. For example, if the resin is a thermoplastic resin, a method can be used in which a mixture of cellulose microfibril and resin is melted by heating and then molded. Alternatively, a film-form or powder-form resin and a sheet made of cellulose microfibrils may be laminated and melt-impregnated and cooled by hot pressing to be molded. In addition, if the resin is a thermosetting resin, it can be molded using a mixed solution in which cellulose microfibrils are dispersed in a thermosetting resin solution, or a thermosetting resin can be formed on a cellulose microfibril sheet. It is also possible to mold by curing the thermosetting resin from the semi-cured sheet-form molding intermediate material impregnated with.
また、複合材料は、固体潤滑剤を含んでもよい。固体潤滑剤は、黒鉛やタルクなどの層状構造物、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ等の軟質金属やその化合物、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素化合物など、固体潤滑剤として通常用いられているものであればよく、特に、フッ素樹脂、黒鉛、および、二硫化モリブデンのうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。固体潤滑剤は、平均一次粒径が０．０１〜１００μｍの粉末状で用いるとよい。この際、固体潤滑剤は、複合材料の中で繊維材とともに樹脂に保持される。固体潤滑剤は、複合材料を１００重量％としたときに９０重量％以下添加されるのが好ましく、さらに好ましくは５〜７０重量％である。 The composite material may also include a solid lubricant. Solid lubricants are usually used as solid lubricants, such as layered structures such as graphite and talc, soft metals such as Pb, Ag, and Cu and their compounds, and fluorine compounds such as polytetrafluoroethylene (PTFE). In particular, it is preferable to include at least one of fluororesin, graphite, and molybdenum disulfide. The solid lubricant may be used in the form of a powder having an average primary particle size of 0.01 to 100 μm. At this time, the solid lubricant is held in the resin together with the fiber material in the composite material. The solid lubricant is preferably added in an amount of 90% by weight or less, more preferably 5 to 70% by weight, based on 100% by weight of the composite material.
本発明の摺動部材は、少なくとも摺動面側が複合材料から構成されていれば十分である。つまり、必ずしも全体が複合材料からなる必要はなく、たとえば、その摺動面側以外の部分が樹脂を主成分とする部材や、金属製、セラミックス製の部材であってもよい。具体的には、金属製の基材と、その基材の表面に形成された複合材料からなる摺動層と、を有する摺動部材であってもよい。また、摺動部材の形態や機能等も問わないものであり、用いられる各種装置の形態に応じたものであればよい。なお、摺動面以外の部分（基材）が金属等である場合には、各種接着剤により両者を接着したり、他の部分と一体的に複合材料を形成してもよい。また、摺動部材の形状も、摺動に適する形状であれば限定はない。たとえば、摺動面が、平面からなる摺動面の他、球面などの曲面からなる摺動面であってもよい。 In the sliding member of the present invention, it is sufficient that at least the sliding surface side is made of a composite material. That is, it is not always necessary that the whole is made of a composite material. For example, a portion other than the sliding surface side may be a member whose main component is a resin, a metal member, or a ceramic member. Specifically, it may be a sliding member having a metal base material and a sliding layer made of a composite material formed on the surface of the base material. Further, the form and function of the sliding member are not questioned, and any structure may be used according to the form of various devices used. In addition, when parts (base materials) other than a sliding surface are metals etc., both may be adhere | attached with various adhesive agents, or you may form a composite material integrally with another part. The shape of the sliding member is not limited as long as it is a shape suitable for sliding. For example, the sliding surface may be a sliding surface made of a curved surface such as a spherical surface in addition to a sliding surface made of a flat surface.
なお、基材が金属やセラミックスである場合には、複合材料との密着性が問題となる。密着性に影響する要因のひとつに線膨張係数があり、両者の線膨張係数の差が大きいと温度変化に起因して界面に亀裂が発生し、摺動層に割れや剥離が生じる。ところが、セルロースミクロフィブリルは、その線膨張係数が０．１×１０-6／Ｋ程度で非常に小さいため、複合材料に占める繊維材の割合を変えることにより複合材料の線膨張係数を調整することが可能である。たとえば、フェノール樹脂の線膨張係数は、４０〜７０×１０-6／Ｋ程度であるが、鋼材の線膨張係数は１１〜１２×１０-6／Ｋ、アルミニウム合金の線膨張係数は２０〜２５×１０-6／Ｋ程度である。そこで、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材の割合を調整することにより、複合材料の線膨張係数を基材の線膨張係数にまで低下させることが可能である。さらに、セルロースミクロフィブリルの含有量によっては、複合材料の線膨張係数が小さくなるため、精度よく成形体を製造することができる。 In addition, when a base material is a metal and ceramics, adhesiveness with a composite material becomes a problem. One of the factors affecting the adhesion is the linear expansion coefficient. If the difference between the two linear expansion coefficients is large, a crack occurs at the interface due to a temperature change, and a crack or peeling occurs in the sliding layer. However, since the linear expansion coefficient of cellulose microfibrils is as small as about 0.1 × 10 −6 / K, the linear expansion coefficient of the composite material can be adjusted by changing the proportion of the fiber material in the composite material. Is possible. For example, the linear expansion coefficient of phenol resin is about 40 to 70 × 10 −6 / K, the linear expansion coefficient of steel is 11 to 12 × 10 −6 / K, and the linear expansion coefficient of aluminum alloy is 20 to 25. It is about × 10 -6 / K. Therefore, it is possible to reduce the linear expansion coefficient of the composite material to the linear expansion coefficient of the base material by adjusting the ratio of the fiber material made of cellulose microfibrils. Furthermore, depending on the content of cellulose microfibrils, the linear expansion coefficient of the composite material becomes small, so that a molded product can be produced with high accuracy.
本発明の摺動部材において、摺動面と摺接する相手材の材質に特に限定はなく、相手材の摺接面が鋼などの鉄系金属、アルミニウム系金属、銅系金属、等の何れの材質であっても、優れた摺動特性を示す。中でも、本発明の摺動部材の摺動面がアルミニウム系金属からなる相手材と摺接する場合には、摺動部材は、高い耐摩耗性を示すとともに、相手攻撃性が低い。 In the sliding member of the present invention, there is no particular limitation on the material of the mating material that is in sliding contact with the sliding surface, and the sliding contact surface of the mating material is any of iron-based metal such as steel, aluminum-based metal, copper-based metal, etc. Even if it is a material, it exhibits excellent sliding characteristics. In particular, when the sliding surface of the sliding member of the present invention is in sliding contact with a mating material made of an aluminum-based metal, the sliding member exhibits high wear resistance and low mating attack.
本発明の摺動部材は、圧縮機の摺動部品とすることができる。高強度であり摺動特性に優れる本発明の摺動部材は、高荷重、高摺動速度が要求される圧縮機のような装置の摺動部位に好適である。たとえば、摺動部品は、斜板式圧縮機の斜板やシューであるのが望ましい。また、摺動部品は、ピストン式圧縮機のピストンであってもよい。摺動特性に優れる本発明の摺動部材を斜板式圧縮機の斜板やシュー等に用いることで、圧縮機の摺動部品に要求される条件を十分に満たすことができる。 The sliding member of the present invention can be a sliding component of a compressor. The sliding member of the present invention having high strength and excellent sliding characteristics is suitable for a sliding portion of a device such as a compressor that requires high load and high sliding speed. For example, the sliding component is preferably a swash plate or a shoe of a swash plate compressor. The sliding component may be a piston of a piston type compressor. By using the sliding member of the present invention having excellent sliding characteristics for a swash plate, a shoe or the like of a swash plate type compressor, the conditions required for the sliding parts of the compressor can be sufficiently satisfied.
以上、本発明の摺動部材の実施形態を説明したが、本発明の摺動部材は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の摺動部材は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施してもよく、たとえば、繊維材の補強や複合材料の線膨張係数を低減するために無機充填材を添加してもよいし、摺動部材の摺動面側の表面にさらに種類の異なる摺動層を形成してもよい。 As mentioned above, although embodiment of the sliding member of this invention was described, the sliding member of this invention is not limited to the said embodiment. The sliding member of the present invention may be modified or improved by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. For example, to reinforce fiber materials or reduce the linear expansion coefficient of composite materials. An inorganic filler may be added to the sliding member, or different types of sliding layers may be formed on the sliding surface of the sliding member.
以下に、本発明の摺動部材の実施例を、比較例とともに、図１および図２を用いて説明する。 Below, the Example of the sliding member of this invention is described using FIG. 1 and FIG. 2 with a comparative example.
［実施例１］
セルロースミクロフィブリル（ダイセル化学工業株式会社製、セリッシュＫＹ−１００Ｇ）と、水溶性のフェノール樹脂と、を所定の割合で混合・攪拌した。得られた混合物をシート状に成形して乾燥させて、プリプレグを作製した。また、３０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍの鉄（Ｓ４５Ｃ鋼）製の基板を準備し、その表面をサンドペーパー（＃２００）で処理した。
[Example 1]
Cellulose microfibril (Daicel Chemical Industry Co., Ltd., Selish KY-100G) and a water-soluble phenol resin were mixed and stirred at a predetermined ratio. The obtained mixture was molded into a sheet and dried to prepare a prepreg. Moreover, the board | substrate made from 30 mm x 30 mm x 3 mm iron (S45C steel) was prepared, and the surface was processed with sandpaper (# 200).
得られたプリプレグを複数枚積層して、処理した基板上に載置した。その後、使用したフェノール樹脂に応じた加圧・加熱の条件で厚さ方向（積層方向）に熱プレスを行い、基板の表面に複合材料からなる摺動層を有する板状の摺動部材Ａを得た。なお、摺動層は、セルロースミクロフィブリル５０ｗｔ％、フェノール樹脂５０ｗｔ％の複合材料からなり、厚さは１ｍｍであった。 A plurality of the obtained prepregs were stacked and placed on the processed substrate. Thereafter, a plate-like sliding member A having a sliding layer made of a composite material on the surface of the substrate is subjected to heat pressing in the thickness direction (lamination direction) under the pressure and heating conditions according to the phenol resin used. Obtained. The sliding layer was made of a composite material of cellulose microfibrils 50 wt% and phenol resin 50 wt%, and the thickness was 1 mm.
［実施例２］
セルロースミクロフィブリルとフェノール樹脂との混合割合を変えた他は、実施例１と同様にして摺動部材Ｂを作製した。なお、摺動部材Ｂの摺動層は、セルロースミクロフィブリル７５ｗｔ％、フェノール樹脂２５ｗｔ％であった。
[Example 2]
A sliding member B was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of cellulose microfibril and phenol resin was changed. In addition, the sliding layer of the sliding member B was cellulose microfibril 75 wt% and
［実施例３］
セルロースミクロフィブリルとフェノール樹脂との混合割合を変えた他は、実施例１と同様にして摺動部材Ｃを作製した。なお、摺動部材Ｃの摺動層は、セルロースミクロフィブリル２０ｗｔ％、フェノール樹脂８０ｗｔ％であった。
[Example 3]
A sliding member C was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of cellulose microfibril and phenol resin was changed. The sliding layer of the sliding member C was
［比較例１］
セルロースミクロフィブリルを炭素繊維（短繊維）に変えた他は、実施例１と同様にして摺動部材Ｄを作製した。なお、得られた摺動部材Ｄの摺動層は、炭素繊維５０ｗｔ％、フェノール樹脂５０ｗｔ％であった。
[Comparative Example 1]
A sliding member D was produced in the same manner as in Example 1 except that the cellulose microfibrils were changed to carbon fibers (short fibers). In addition, the sliding layer of the obtained sliding member D was carbon fiber 50 wt% and phenol resin 50 wt%.
［比較例２］
セルロースミクロフィブリルを木粉に変えた他は、実施例１と同様にして摺動部材Ｅを作製した。なお、得られた摺動部材Ｅの摺動層は、木粉５０ｗｔ％、フェノール樹脂５０ｗｔ％であった。
[Comparative Example 2]
A sliding member E was produced in the same manner as in Example 1 except that cellulose microfibrils were changed to wood powder. In addition, the sliding layer of the obtained sliding member E was wood powder 50 wt% and phenol resin 50 wt%.
なお、各摺動部材の摺動層の繊維材と樹脂との配合割合を、表１にまとめて示す。 The blending ratio of the fiber material and the resin of the sliding layer of each sliding member is summarized in Table 1.
［評価１］
摺動部材Ａ〜Ｅについて、リングオンディスク試験を行った。リングオンディスク試験に用いた装置の断面図を図１に示す。油槽２の底部に試料台３を載置し、ディスク１として摺動部材Ａ〜Ｅのいずれかを、摺動層１’が表を向くように試料台３の凹部内に固定した。また、ディスク１の摺動相手材として、直径２３ｍｍ（外径）で炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製のリング４を用い、リング４の一端面を摺動層１’に当接させて載置した。油槽２には、ディスク１とリング４の端面との界面が液面下に位置するように、潤滑油Ｏ（冷凍機油）を入れた。そして、軸Ｘを中心としてリング４を回転させて、ディスク１とリング４とを摺動させた。ディスク１とリング４との摺動面積は、１００ｍｍ2 であった。この際、滑り速度を１．２ｍ／ｓとし、荷重をかけない状態から荷重５０００Ｎまでを２５０Ｎ毎にステップアップさせて試験を行った。各荷重での保持時間は２分間とした。そして、摺動層１’が摩滅したときの摩滅荷重を測定した。
[Evaluation 1]
A ring-on-disk test was performed on the sliding members A to E. A cross-sectional view of the apparatus used for the ring-on-disk test is shown in FIG. The
また、摺動部材Ａ、ＣおよびＥの摺動層について、１００〜２００℃における平均線膨張係数を測定した。線膨張係数の測定には、熱機械分析法を用いた。 Moreover, about the sliding layer of sliding member A, C, and E, the average linear expansion coefficient in 100-200 degreeC was measured. Thermomechanical analysis was used to measure the linear expansion coefficient.
リングオンディスク試験と線膨張係数の測定結果を表２に示す。 Table 2 shows the results of the ring-on-disk test and the linear expansion coefficient.
繊維材としてセルロースミクロフィブリルを用いた摺動部材Ａ〜Ｃは、摩滅荷重が２０００Ｎ以上であり、優れた耐摩耗性を有し、セルロースミクロフィブリルの含有量が多いほど耐摩耗性が高い傾向にあった。また、摺動部材Ａと摺動部材Ｅとは、同量（５０ｗｔ％）の繊維材を含有するが、繊維材にセルロースミクロフィブリルを用いた摺動部材Ａは、木粉を用いた摺動部材Ｅよりも、耐摩耗性に優れた。さらに、繊維材として炭素繊維を用いた複合材料は耐摩耗性に優れることが知られているが、セルロースミクロフィブリルを５０ｗｔ％以上含む摺動部材ＡおよびＢは、炭素繊維を用いた摺動部材Ｄに匹敵する高い耐摩耗性を示した。 The sliding members A to C using cellulose microfibril as a fiber material have an abrasion load of 2000 N or more, have excellent wear resistance, and the higher the content of cellulose microfibril, the higher the wear resistance tends to be. there were. The sliding member A and the sliding member E contain the same amount (50 wt%) of fiber material, but the sliding member A using cellulose microfibril as the fiber material is slid using wood powder. It was superior to member E in wear resistance. Furthermore, although it is known that composite materials using carbon fibers as the fiber material are excellent in wear resistance, the sliding members A and B containing 50% by weight or more of cellulose microfibrils are sliding members using carbon fibers. High wear resistance comparable to D was exhibited.
また、繊維材にセルロースミクロフィブリルを用いた摺動部材ＡおよびＣの摺動層（複合材料）は、線膨張係数が３０×１０-6／Ｋ以下に低減された。そのため、摺動部材ＡおよびＣは、基材に用いた鋼材（１１×１０-6／Ｋ）との密着性に優れると推測できる。なお、セルロースミクロフィブリルの含有量が多い方が、線膨張係数の低減効果が大きく現れる傾向にあった。一方、繊維材として木粉を５０ｗｔ％用いた摺動部材Ｅでは、複合材料の部分の線膨張係数は大きいものであった。すなわち、摺動部材Ｅは、線膨張係数の低減効果が小さく、基材との密着性に劣ると考えられる。 Further, the sliding layers (composite materials) of the sliding members A and C using cellulose microfibril as the fiber material had a linear expansion coefficient reduced to 30 × 10 −6 / K or less. Therefore, it can be estimated that the sliding members A and C are excellent in adhesiveness with the steel material (11 × 10 −6 / K) used for the base material. In addition, there existed a tendency for the direction with much content of a cellulose microfibril to show the reduction effect of a linear expansion coefficient largely. On the other hand, in the sliding member E using 50 wt% of wood powder as the fiber material, the linear expansion coefficient of the composite material portion was large. That is, it is considered that the sliding member E has a small effect of reducing the linear expansion coefficient and is inferior in adhesion to the base material.
［実施例４］
摺動部材Ａからなるディスクと、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）製のリングと、から構成される摺動装置を作製した。本実施例の摺動装置は、評価１のリングオンディスク試験に用いた装置と同様の構成とした。
[Example 4]
A sliding device comprising a disk made of the sliding member A and an aluminum alloy (ADC12) ring was produced. The sliding device of this example had the same configuration as the device used for the ring-on-disk test in
［比較例３］
ディスクを摺動部材Ｄにした他は、実施例４と同様の摺動装置を作製した。
[Comparative Example 3]
A sliding device similar to that of Example 4 was produced, except that the disk was a sliding member D.
［評価２］
実施例４および比較例２の摺動装置について、リングの回転数を１０００ｒｐｍとした他は、評価１と同様の条件でングオンディスク試験を行った。そして、試験終了時のディスク（摺動部材）の摩耗深さを測定した。なお、試験は、摺動層が摩滅する前に終了した。
[Evaluation 2]
For the sliding devices of Example 4 and Comparative Example 2, the Ng-on-disk test was performed under the same conditions as in
また、リングおよびディスクの摺動面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）を算出した。表面粗さは、リングオンディスク試験の試験前後で測定した。なお、算出方法は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定された方法に従う。 Further, the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the sliding surfaces of the ring and the disk was calculated. The surface roughness was measured before and after the ring-on-disk test. The calculation method follows the method defined in JIS B 0601 (1994).
試験前後の摺動面の表面粗さと、試験終了時のディスクの摩耗深さ並びに試験荷重と、を表３に示す。 Table 3 shows the surface roughness of the sliding surface before and after the test, the wear depth of the disk at the end of the test, and the test load.
実施例４の摺動装置では、比較例２の摺動装置に比べ、試験前後でのリングおよびディスクの摺動面の表面粗さの変化が少なく、ディスク（摺動層）の摩耗も少なかった。 In the sliding device of Example 4, the surface roughness of the sliding surface of the ring and the disk before and after the test was small and the wear of the disk (sliding layer) was small compared to the sliding device of Comparative Example 2. .
実施例４の摺動装置は、試験荷重を３０００Ｎまで上昇させたときのディスク（摺動部材Ａ）の摩耗深さは１０μｍであり、摺動部材Ｄ（２５００Ｎまで上昇させたときに３０μｍ摩耗）よりも優れた耐摩耗性を示した。また、実施例４の摺動装置は、試験前後でディスクの摺動面の表面粗さの変化が少なく、その変化量は摺動部材Ｄよりも小さかった。したがって、実施例４の摺動装置において、摺動部材Ａは、耐摩耗性が高く、摺動中の表面粗さに変化が小さいため、長期間使用しても高い摺動特性が保持される。 In the sliding device of Example 4, the wear depth of the disk (sliding member A) when the test load is raised to 3000 N is 10 μm, and the sliding member D (30 μm wear when raised to 2500 N). Better wear resistance than that. Further, in the sliding device of Example 4, there was little change in the surface roughness of the sliding surface of the disk before and after the test, and the amount of change was smaller than that of the sliding member D. Therefore, in the sliding device of Example 4, since the sliding member A has high wear resistance and a small change in the surface roughness during sliding, high sliding characteristics are maintained even after long-term use. .
また、実施例４の摺動装置は、試験前後でリングの摺動面の表面粗さの変化がほとんど無かった。つまり、実施例４の摺動装置において、摺動部材Ａのリングに対する相手攻撃性は、低かった。そのため、実施例４の摺動装置は、長期間使用しても高い摺動特性が保たれる。 The sliding device of Example 4 had almost no change in the surface roughness of the ring sliding surface before and after the test. That is, in the sliding device of Example 4, the opponent attack against the ring of the sliding member A was low. Therefore, the sliding device of Example 4 maintains high sliding characteristics even when used for a long time.
すなわち、セルロースミクロフィブリルを繊維材として用いた摺動部材は、特にアルミニウム系金属からなる相手材に対して、優れた耐摩耗性を有するとともに、相手攻撃性が低い。 That is, a sliding member using cellulose microfibrils as a fiber material has excellent wear resistance and low opponent attack property, particularly against a counterpart material made of an aluminum-based metal.
なお、上記の摺動部材を斜板式圧縮機の斜板に適用した場合には、以下のような構成となる。 In addition, when the above sliding member is applied to a swash plate of a swash plate compressor, the configuration is as follows.
（斜板式圧縮機の構成）
図２に、斜板式圧縮機の構成を示す。図２に示すように、駆動軸２０は、シリンダブロック２２とフロントハウジング２３により形成される斜板室２４に収容されており、ラジアル軸受により回転自在に支持されている。そして、シリンダブロック２２内には、駆動軸２０を囲む位置に複数個のボア２５が配設されている。各ボア２５には、片頭形のピストン２６がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。斜板室２４内においては、駆動軸２０にはロータ２７が結合され、そのロータ２７の後方に斜板２８が嵌合されている。特に、可変容量型の片頭型斜板式圧縮機では、斜板２８は支点回りに傾動可能となっており、斜板室２４の圧力変化に基づくピストン２６の両端面に作用するガス圧の釣り合いによって、斜板２８の傾角変位を制御するようになっている。また、斜板２８は、両端面外周側にセルロースミクロフィブリルと樹脂との複合材料からなる摺動層（図示せず）をもち、この摺動層の表面が摺動面２８ｐとなる。摺動面２８ｐにはシュー２９の摺接面２９ｐが当接されている。これらのシュー２９は、ピストン２６の半球面座２６ｐと係合されている。このシューを介してピストン２６が斜板２８と連係することにより、斜板２８の回転運動がピストン２６の直線運動に変換されて媒体の圧縮が行われる。
(Configuration of swash plate compressor)
FIG. 2 shows the configuration of the swash plate compressor. As shown in FIG. 2, the
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