JP2024054795A - 軸受およびコンプレッサ - Google Patents
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Abstract
【課題】耐焼付き性の向上を図る。【解決手段】軸受10は、筒状の基材12と、樹脂層14と、を備える。樹脂層14は、基材12内周面C1に接合し、基材12の内周面C1の側に収容される軸部材との対向面C2側の表面に軸部材の延伸方向Zに対して交差する方向に沿った複数の溝部MGが設けられている。樹脂層14は、合成樹脂16および合成樹脂16中に分散された添加剤18を含む。添加剤18の平均粒径は、溝部MGの深さd未満である。【選択図】図2
Description
本発明は、軸受およびコンプレッサに関する。
従来、油保持による耐焼付き性向上等の観点から、円筒状の軸受の内周面の表面に溝部を形成した構成が知られている。例えば、基材上の軸受層に溝部を形成した構成が開示されている。また、基材上に設けられた軸受層として、黒鉛などの添加剤を含む樹脂層を用いた構成が開示されている。
溝部は、基材上に設けられた樹脂材料層を切削すること等によって形成される。しかしながら、樹脂層に含まれる添加剤の影響によって目的形状の溝部の形成が困難となる場合があった。このため、従来技術では、正常な溝部形成ができず、耐焼付き性が不足する場合があった。
本発明は、耐焼付き性の向上を図ることが出来る、軸受およびコンプレッサを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の軸受は、筒状の基材と、前記基材の内周面に接合し、前記基材の前記内周面の側に収容される軸部材との対向面側の表面に前記軸部材の延伸方向に対して交差する方向に沿った複数の溝部が設けられ、合成樹脂および前記合成樹脂中に分散された添加剤を含む樹脂層と、を備え、前記添加剤の平均粒径が、前記溝部の深さ未満である。
本発明によれば、耐焼付き性の向上を図ることができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る軸受およびコンプレッサの実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態の軸受は、筒状の基材と、樹脂層と、を備える。樹脂層は、基材の内周面に接合する。樹脂層には、基材の内周面の側に収容される軸部材との対向面側の表面に、軸部材の延伸方向に対して交差する方向に沿った複数の溝部が設けられている。樹脂層は、合成樹脂および合成樹脂中に分散された添加剤を含む。添加剤の平均粒径は、溝部の深さ未満である。
本実施形態の軸受は、樹脂層に含まれる添加剤の平均粒径が溝部の深さ未満である。このため、本実施形態の軸受は、溝部形成が容易となり、耐焼付き性の向上を図ることができる。
上記効果が奏される理由は明らかとなっていないが、以下のように推測される。しかしながら下記推測によって本発明は限定されない。
樹脂層に含まれる添加剤の平均粒径が溝部の深さ以上であると、目的形状の溝部の形成が困難となる場合があると考えられる。また、樹脂層に含まれる添加剤の平均粒径が溝部の深さ以上であると、溝部の加工時に添加剤が脱落することで形成される脱落部が溝部の形状に大きな欠陥を形成し、目的形状の溝部が形成されない場合が考えられる。目的形状の溝部の形成が困難となると、耐焼付き性を含め、軸受性能を安定して発揮する事ができないと考えられ、軸受製品としての品質に問題が出る。また、樹脂層に含まれる添加剤の平均粒径が溝部の深さ以上であると、軸部材との摺動時に所定の溝部形状が維持されない場合があると考えられる。
一方、樹脂層に含まれる添加剤の平均粒径が溝部の深さ未満であると、目的形状の溝部が好適に形成されると推測される。また、目的形状の溝部の形成によって、溝部による潤滑油の好適な油膜保持力が実現されて潤滑性能が向上し、耐焼付き性の向上を図ることが出来ると推測される。
以下、本実施の形態の軸受およびコンプレッサについて、詳細に説明する。
図1Aおよび図1Bは、本実施形態の軸受10の全体構成の一例の説明図である。図1Aは、軸受10を軸受10の延伸方向Zに対して交差する方向に切断した断面図である。図1Bは、軸受10を軸受10の延伸方向Zに対して交差する方向から視認した外観図である。
軸受10は、基材12と、樹脂層14と、を備える。
基材12は、筒状の部材である。本実施形態では、基材12が円筒状の部材である形態を一例として説明する。なお、基材12は筒状であればよく、円筒状に限定されない。
基材12は、内周面C1の側に軸部材30を収容するための部材である。軸部材30は、延伸方向Zに長い棒状部材である。本実施形態では、基材12の延伸方向Zと軸部材30の延伸方向Zとが一致する形態を一例として説明する。なお、基材12の延伸方向Zと軸部材30の延伸方向Zとは不一致であってもよい。
樹脂層14は、基材12の内周面C1に接合する層である。樹脂層14の軸部材30との対向面C2側の表面には、軸部材30の延伸方向Zに対して交差する方向に沿った複数の溝部MGが設けられている。延伸方向Zに対して交差する方向に沿った溝部MGとは、延伸方向Zに対して交差する方向に沿って延伸された溝部MGであることを意味する。
溝部MGは、軸部材30の延伸方向Zに対して交差する方向に沿って設けられていればよく、延伸方向Zに対して直交する方向、該直交する方向に対して90°未満の角度傾斜した方向、の何れであってもよい。本実施形態では、溝部MGが、軸部材30の延伸方向Zに対して直交する方向、すなわち円筒状の軸受10の周方向Qに沿って設けられている形態を一例として説明する。また、溝部MGは、樹脂層14における延伸方向Zの一端部から他端部に渡って螺旋状に連続して形成されていてもよい。なお、樹脂層14には、互いに非連続の複数の溝部MGが延伸方向Zの一端側から他端部側に向かって設けられた構成であってもよい。
次に、軸受10の詳細を説明する。
図2は、軸受10の一例の断面拡大図である。
軸受10は、基材12と、基材12上に形成された樹脂層14と、の積層体である。
基材12は、軸受10に機械的強度を与えるための層である。基材12は、裏金、または裏金層と称される場合がある。基材12は、例えば、Fe合金、Cu、Cu合金などの金属板を用いることができる。
基材12における樹脂層14との接触面側の少なくとも一部の領域は、焼結層によって構成してもよい。焼結層は、金属粉の焼結体であり、複数の孔を有する多孔質層である。焼結層を構成する金属粉は、基材12と同じ金属であってもよいし、基材12とは異なる金属または材料であってもよい。焼結層を備えた構成とすることで、基材12と樹脂層14との密着性向上を図ることができる。
樹脂層14は、上述したように、基材12の内周面C1に接合する層である。上述したように、樹脂層14における軸部材30との対向面C2側の表面には、溝部MGが設けられている。
溝部MGは、樹脂層14の表面に形成されたマイクロレベルの微細及び精密な溝加工部である。溝部MGは、マイクロ溝、または、マイクログルーブと称される場合がある。
溝部MGの形状は限定されない。溝部MGは、軸受10の回転駆動時などに供給される潤滑油を保持し軸部材30との間に油を保持可能な形状であればよい。
図2には、溝部MGの断面形状がV字状である形態を一例として示す。しかし、溝部MGの断面形状はV字状に限定されない。例えば、溝部MGの断面形状は、U字状、平面状の底部および底部に対して立設された一対の側壁部とからなる形状、などであってもよい。
溝部MGの深さdおよび溝部MGの幅は限定されない。溝部MGの深さdおよび幅は、軸受10の回転駆動時などに供給される潤滑油を保持し軸部材30との間で油を保持可能な深さおよび幅であればよい。
溝部MGの深さdとは、溝部MGの底部Bと溝部MGの山部の頂点部Tとの間の、樹脂層14の厚み方向の距離を表す。溝部MGの幅とは、隣接する溝部MGの底部Bの中央間の距離を表す。
溝部MGの深さdは、例えば、4.0μm以上7.0μm以下の範囲などであるが、この範囲に限定されない。また、溝部MGの幅は、例えば、0.045mm以上0.145以下、好ましくは0.075mm以上0.095mm以下の範囲などであるが、この範囲に限定されない。更に、溝部MGは幅方向に連続して形成されている。
樹脂層14は、樹脂材料を主成分とする層である。詳細には、樹脂層14は、合成樹脂16と、合成樹脂16中に分散された添加剤18と、からなる。
合成樹脂16の組成は限定されない。合成樹脂16の組成は、耐摩耗性の向上などの観点から、耐熱性樹脂から構成されることが好ましい。
例えば、合成樹脂16は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を含む。本実施の形態では、粒子状のPTFEであるPTFE粒子16Aが合成樹脂16中に分散されている形態を一例として説明する。
合成樹脂16におけるPTFE粒子16Aの含有量は限定されない。例えば、合成樹脂16におけるPTFE粒子16Aの含有量は、5体積%以上30体積%以下が好ましく、10体積%以上25体積%以下が更に好ましく、12体積%以上20体積%以下が特に好ましい。
合成樹脂16におけるPTFE粒子16Aの含有量が上記範囲であると、樹脂層14の摩擦係数を下げることができる。また、PTFE粒子16Aは、耐熱性が高く、溶解及び分解し難い。このため、合成樹脂16にPTFE粒子16Aを含有した構成とすることで、樹脂層14の摩擦係数を効果的に低下させることができる。すなわち、PTFE粒子16Aを含有することで、軸受10の耐焼付き性の更なる向上を図ることが出来る。
PTFE粒子16Aの平均粒径は限定されない。PTFE粒子16Aの平均粒径は、溝部MGの深さd以上、溝部MGの深さd未満、の何れであってもよい。具体的には、PTFE粒子16Aの平均粒径は、例えば、1.0μ以上25.0μm以下が好ましく、1.0μm以上15.0μm以下が更に好ましく、0.2μm以上12.0μm以下が特に好ましい。
PTFE粒子16Aの平均粒径が上記範囲であると、合成樹脂16中に分散されているPTFE粒子16Aの表面積の総面積が増大する。このため、PTFE粒子16Aの含有量が上記範囲内の中でより少ない含有量であっても、樹脂層14の摩擦係数の低下および耐焼付き性の向上を図ることができる。
PTFE粒子16Aの平均粒径とは、PTFE粒子16Aの平均一次粒径を示す。平均一次粒径は、体積平均粒径の累積の50%粒径を指す。PTFE粒子16Aの平均粒径の測定には走査型電子顕微鏡(SEM)を用いる事ができる。PTFE粒子16Aの粒子をSEM観察により適切な倍率(例えば、5000倍程度)で観察し、一次粒子100個のそれぞれの直径を測長してその体積を算出し、累積の50%粒径を平均一次粒径とすることができる。なお、PTFE粒子16Aの粒子が球形でない場合には、長径と短径の平均値をその一次粒子の直径とみなす。
PTFE粒子16Aの形状は限定されない。例えば、PTFE粒子16Aの形状は、球状、長球状、の何れであってもよい。また、PTFE粒子16Aの作製方法は限定されない。例えば、PTFE粒子16Aには、懸濁重合法により作製したPTFE粒子、乳化重合法により作製したPTFE粒子、および、再生PTFE粒子のいずれを用いてもよい。
合成樹脂16は、更に、PI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)、PBI(ポリベンゾイミダゾール)、PA(ポリアミド)、フェノール、エポキシ、POM(ポリアセタール)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PE(ポリエチレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)およびPEI(ポリエーテルイミド)のうちから選ばれる1種または2種以上を更に含む構成であってもよい。
また、合成樹脂16は、添加剤18との結合を強化させる観点から、シランカップリング剤を更に含有した構成であってもよい。
次に、添加剤18について説明する。
添加剤18とは、樹脂層14の特性を改善するための物質である。本実施形態では、添加剤18は、樹脂以外の物質を意味する。すなわち、添加剤18には、樹脂が含まれない。
本実施形態の添加剤18の平均粒径は、溝部MGの深さd未満である。例えば、添加剤18の平均粒径は、溝部MGの深さdの1倍未満であることが必須であり、溝部MGの深さdの3/4倍未満であることが好ましく、溝部MGの深さdの1/2倍未満であることが更に好ましい。
添加剤18の平均粒径が溝部MGの深さd未満であると、軸受10B作製時に目的形状の溝部MGが好適に形成されると考えられる。目的形状の溝部MGが好適に形成されることで、溝部MGによる好適な潤滑油保持力が得られ、耐焼付き性の向上を図ることが出来ると考えられる。
添加剤18の平均粒径は、以下の方法で測定すればよい。詳細には、例えば、樹脂層14の延伸方向Zに沿った方向の断面を、電子顕微鏡を用いて適切な倍率(例えば、1000倍)で撮影した電子像を得る。そして、得られた電子像に含まれる添加剤18の面積を、添加剤18の種類ごとに一般的な画像解析手法により測定し、それを円と想定した場合の平均直径に換算する。これらの処理により、添加剤18の種類ごとの平均粒径を求めればよい。
添加剤18としては、具体的には、黒鉛20およびクレー22の少なくとも一方を含む。
添加剤18が黒鉛20を含むことで、樹脂層14の耐焼付き性の向上などを図ることができる。
黒鉛20などの添加剤18の平均粒径は、上述したように、溝部MGの深さd未満であればよい。例えば、溝部MGの深さdが4.0μm以上7.0μm以下の範囲である場合を想定する。この場合、黒鉛20の平均粒径は、例えば、1.0μm以上4.0μm未満が好ましく1.0μm以上2.0μm未満であることが好ましい。
合成樹脂16中の黒鉛20の含有量は限定されない。合成樹脂16中の黒鉛20の含有量は、例えば、1体積%以上15体積%未満が好ましく、3体積%以上12体積%以下が更に好ましく、5体積%以上9体積%未満が特に好ましい。
合成樹脂16中の黒鉛20の含有量が上記範囲内であると、樹脂層14の親油性を向上させ、耐焼付き性の更なる向上を図ることができる。
黒鉛20の形状は限定されない。例えば、黒鉛20の形状は、鱗片状、球状、の何れであってもよい。なお、黒鉛20の形状は、鱗片状であることが好ましい。
鱗片状とは、形状が鱗片形状であることを意味する。鱗片形状の黒鉛20は、炭素原子が規則正しく網目構造を形成することで平面状に広がったAB面(六角網面平面、ベーサル面)が多数積層し、AB面に垂直なC軸方向に厚みを有する結晶である。積層したAB面相互間のファンデルワールス力による結合力がAB面の面内方向の結合力に比べてはるかに小さいため、AB面間でせん断が起きやすい。そのため、鱗片状の黒鉛20は、AB面の広がりに対して積層方向の厚みが薄く、全体としては薄板状となっている。
鱗片状の黒鉛20は、外力を受けた場合にAB面間のせん断が起こることで、固体潤滑剤として機能する。このため、合成樹脂16に分散される黒鉛20として、鱗片状の黒鉛20を用いることで、樹脂層14の耐焼付き性の更なる向上を図ることができる。
また、黒鉛20の黒鉛化度は、摩擦係数低減の観点から、高い事が好ましい。例えば、黒鉛20の黒鉛化度は、95%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましい。
クレー22は、Al2O3-SiO2-H2O系粘土鉱物全般である。クレー22は、焼成クレーであってもよい。添加剤18がクレー22を含むことで、樹脂層14の耐摩耗性の向上を図ることができる。
クレー22の平均粒径は、上述したように、溝部MGの深さd未満であればよい。例えば、溝部MGの深さdが4.0μm以上7.0μm以下の範囲である場合を想定する。この場合、クレー22の平均粒径は、例えば、2.0μm以上4.0μm以下が好ましく、2.0μm以上3.5μm未満であることが好ましい。
合成樹脂16中のクレー22の含有量は限定されない。合成樹脂16中のクレー22の含有量は、例えば、1体積%以上5体積%以下であることが好ましく、1体積%以上3体積%以下が更に好ましい。クレー22の含有量が上記範囲であると、樹脂層14の耐摩耗性の向上と、耐疲労性の低下の抑制と、を図ることができる。
(軸受の作製方法)
本実施の形態の軸受10は、例えば、下記工程によって作製される。
本実施の形態の軸受10は、例えば、下記工程によって作製される。
図3Aおよび図3Bは、軸受10の作製方法の一例の説明図である。
図3Aに示すように、基材12上に上記構成の樹脂層14の構成材料を塗布することで、樹脂材料層15を形成する(樹脂材料層形成工程)。そして、基材12上に形成した樹脂材料層15を乾燥する。塗布条件および乾燥条件には、公知の条件を用いればよい。
そして、次に、溝部加工工程を実行する。溝部加工工程では、樹脂材料層15の表面に沿って切削工具の刃先を移動させることで、樹脂材料層15の表面を目的形状の溝部MGの切断面CSに沿って削り取る。この溝部加工工程によって、図3Bに示すように、溝部MGの形成された樹脂層14を備えた軸受10を作製する。
溝部MGの形成は、切削工具による樹脂材料層15の切削による形成に限定されない。例えば、溝部MGは、エッチングやローラなどによって形成されてもよい。
ここで、樹脂材料層15には添加剤18が含まれる。樹脂材料層15に含まれる添加剤18の溝部MGに対する相対サイズが大きいほど、溝部MGの加工が困難となる場合がある。しかし上述したように、本実施形態では、添加剤18の平均粒径は溝部MGの深さd未満である。このため、本実施形態では、樹脂材料層15に添加剤18が含まれていても、容易に溝部MGの形成を行うことができる。
また、溝部MGの形成時には、樹脂材料層15の切削などによって添加剤18が樹脂層14から脱落し、樹脂層14の表面に脱落部Fが形成される場合がある(図3B参照)。しかし上述したように、本実施形態では、添加剤18の平均粒径は溝部MGの深さd未満である。このため、溝部MGの形成時の添加剤18の脱落によって樹脂層14の表面に脱落部Fが形成された場合であっても、本実施形態の軸受10における溝部MGの形状は、目的形状を略維持した状態となる(図3B参照)。すなわち、本実施形態では、目的形状に対する形状欠陥率の抑制された(すなわち正常な)溝部MGを有する軸受10を作製することができる。
一方、添加剤18の平均粒径が溝部MGの深さd以上である従来の軸受では、目的形状の溝部MGを形成することが困難となる場合があった。
図4は、比較軸受1000の一例の説明図である。比較軸受1000では、比較樹脂層17の合成樹脂16中に分散された黒鉛21およびクレー23などの添加剤19の平均粒径が、溝部MGの深さd以上である。このため、比較軸受1000では、溝部MGに対する添加剤19の相対サイズが大きく、比較樹脂層17の樹脂材料層の表面に溝部MGの加工を行うことが困難となる場合があった。
また、比較軸受1000では、溝部MGの形成時に添加剤19が脱落することで形成された脱落部Fの溝部MGに対する相対サイズが大きく、結果的に目的形状から大幅に変形した形状の溝部MGが形成される場合があった(図4参照)。このため、比較軸受1000では、正常な溝部MGを付ける事が出来ず、安定した軸受性能を発揮する事は困難と考えられ、軸受製品としては、品質に問題が出る。
一方、本実施形態の軸受10は、添加剤18の平均粒径が溝部MGの深さd未満である。このため、本実施形態では、樹脂材料層15に添加剤18が含まれていても、容易に溝部MGの形成を行うことができる。また、図3Bに示すように、本実施形態の軸受10は、従来の比較軸受1000に比べて溝部MGの目的形状に対する形状欠陥率が小さく、より目的形状に近いまたは一致する溝部MGを備えた軸受10を作製することができると考えられる。
このため、本実施形態では、目的形状の溝部MGが形成されることで、溝部MGによる好適な潤滑油保持力が得られ、軸受10の耐焼付き性の向上を図ることができると考えられる。
(コンプレッサ)
次に、軸受10の適用形態の一例を説明する。軸受10は、例えば燃料噴射ポンプにおけるブシュ、各種の軸受、またはコンプレッサなどとして用いられる。
次に、軸受10の適用形態の一例を説明する。軸受10は、例えば燃料噴射ポンプにおけるブシュ、各種の軸受、またはコンプレッサなどとして用いられる。
図5は、コンプレッサ40の一例の模式図である。コンプレッサ40は、軸受10の適用形態の一例である。図5には、スクロール式コンプレッサを一例として示す。スクロール式コンプレッサは、例えば、自動車用、家庭用、鉄道用、または業務用の空気調和機において、冷媒ガスなどの気体の圧縮に用いられる。
コンプレッサ40は、両端を閉鎖した円筒形のハウジング41を有する。例えば、ハウジング41の中心はz軸に沿って配置されている。z軸方向は、鉛直方向に平行な方向に一致する。+z方向は鉛直方向であり上方と称して説明する場合がある。-z方向は反鉛直方向であり下方と称して説明する場合がある。
ハウジング41の上方(-z方向)には、大気を吸入する吸入管44が設けられている。ハウジング41の側面には、ハウジング41内のチャンバ45に貯留された圧縮空気を吐出する吐出管46が設けられている。ハウジング41の内部には、ハウジング41に固定された軸受10と、軸受10によって回転可能に支持さされた軸部材30と、がz軸に沿った方向に配置されている。すなわち、図5には、軸部材30および軸受10の延伸方向Zと、鉛直方向に平行な方向であるz軸方向と、が一致する形態を一例として示す。言い換えると、図5には、コンプレッサ40が縦型コンプレッサである形態を一例として説明する。
コンプレッサ40のハウジング41内の上方には、渦巻状の羽根が設けられた固定スクロール部材47が固定されている。固定スクロール部材47の下方には、固定スクロール部材47の羽根と巻方向が逆の渦巻状の羽根が設けられた可動スクロール部材48が、固定スクロール部材47に対向配置されている。可動スクロール部材48は、固定スクロール部材47とともに圧縮室を形成する。
軸部材30は、クランクピン30Aを上部にする。ハウジング41の内部に設けられたモータ43によって軸部材30が回転駆動されると、クランクピン30Aが旋回する。クランクピン30Aは、可動スクロール部材48の下方側に設けられたピン受け48Aに収容されており、自身が旋回することによって可動スクロール部材48を旋回させる。
可動スクロール部材48が旋回すると、吸入管44から吸入した大気は可動スクロール部材48と固定スクロール部材47とにより形成される圧縮室に流入して圧縮され、チャンバ45内に貯留される。コンプレッサ40は、チャンバ45内に貯留した圧縮空気を吐出管46から外部へ吐出する。
一般に、冷媒を圧縮するコンプレッサ40(エアコン用コンプレッサ)は、冷媒に潤滑油(冷凍機油)を含んでおり、冷媒の循環によって潤滑油を各軸受10へ供給している。停止状態では冷媒が循環していないため潤滑油は供給されない。従って、停止から始動初期にかけては、軸受10の潤滑は、軸受10と軸部材30との間に保持された(付着した)油によってのみ行われる事となる。
コンプレッサ40の始動時には、軸受10と軸部材30との間に保持された油で潤滑されて、軸部材30が回転駆動する。冷媒が循環するまでにこの油が枯渇すると焼付きが発生する。
本実施形態の軸受10では、樹脂層14の軸部材30との対向面C2に、溝部MGが設けられている。
このため、樹脂層14に設けられた溝部MGによって、軸受10と軸部材30との隙間に入り込んだ潤滑油の油保持力が高くなる。よって、コンプレッサ40の始動時に、軸受10の樹脂層14と軸部材30とが潤滑され軸部材30の回転始動初期に油切れが発生して焼付くことが抑制されると考えられる。
従って、本実施形態の軸受10を備えたコンプレッサ40は、耐焼付き性の向上を図ることが出来ると考えられる。
なお、図5には、コンプレッサ40が縦型コンプレッサである形態を一例として示した。しかし、コンプレッサ40は、軸部材30および軸受10の延伸方向Zが水平方向に一致する方向に配置された横型コンプレッサであってもよい。また、コンプレッサ40は、軸部材30および軸受10の延伸方向Zが水平方向および鉛直方向の双方に対して交差する方向に配置された形態であってもよい。
なお、溝部MGの形成タイミングは限定されない。例えば、コンプレッサ40に軸受10を取り付ける前に、溝部MGを形成してもよい。すなわち、溝部MGの形成された軸受10をコンプレッサ40に取り付けることで、コンプレッサ40を作製してもよい。
また、コンプレッサ40に溝部MG未形成の樹脂材料層15を有する軸受10を取り付けた後に、樹脂材料層15に対して溝部加工工程を行うことで、溝部MGを形成してもよい。上述したように、本実施形態の軸受10は、樹脂材料層15に含まれる添加剤18の平均粒径が形成対象の溝部MGの深さd未満である。このため、本実施形態では、樹脂材料層15に添加剤18が含まれていても、容易に溝部MGの形成を行うことができる。すなわち、本実施形態では、コンプレッサ40に軸受10を取り付けた後に溝部MGを形成する場合であっても、容易且つ高精度に、目的形状の溝部MGを形成することができる。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
以下の樹脂層14および比較樹脂層を有する試験片を作製し、これらの試験片について、耐焼付き性を評価した。
-試験片の作製-
基材12として、厚さ1.5mmの鋼板(SPCC(JIS))を用意した。また、表1の実施例1~実施例3に示す組成の合成樹脂に、表1の実施例1~実施例3に示す添加剤を添加した樹脂層14の構成材料の溶液を調整した。そして、この溶液を、基材12上にナイフコート法により塗布した。塗布後、室温~約200℃の範囲で60分~90分乾燥した。その後、約300℃まで昇温し、30分~90分焼成した。これらの工程により、基材12上に樹脂材料層15を形成した。さらに、樹脂材料層15の表面に沿って切削工具の刃先を移動させることで、樹脂材料層15の表面を目的形状の溝部MGの切断面CSに沿って削り取った。目的形状は、溝部MGの深さd4.0μm、溝部MGの幅0.075μm、断面形状V字状とした。
基材12として、厚さ1.5mmの鋼板(SPCC(JIS))を用意した。また、表1の実施例1~実施例3に示す組成の合成樹脂に、表1の実施例1~実施例3に示す添加剤を添加した樹脂層14の構成材料の溶液を調整した。そして、この溶液を、基材12上にナイフコート法により塗布した。塗布後、室温~約200℃の範囲で60分~90分乾燥した。その後、約300℃まで昇温し、30分~90分焼成した。これらの工程により、基材12上に樹脂材料層15を形成した。さらに、樹脂材料層15の表面に沿って切削工具の刃先を移動させることで、樹脂材料層15の表面を目的形状の溝部MGの切断面CSに沿って削り取った。目的形状は、溝部MGの深さd4.0μm、溝部MGの幅0.075μm、断面形状V字状とした。
これらの処理により、実施例1~実施例3の各々の樹脂層14の試験片を作製した。
また、比較樹脂層17の構成材料として、表1の比較例1~比較例3に示す合成樹脂、添加剤を用いた点以外は、実施例1~実施例3の樹脂層14と同様にして、比較例1~比較例3の比較樹脂層17の試験片を作製した。
なお、黒鉛としては、鱗片状であり、黒鉛化度が99%の黒鉛を用いた。また、クレーとしては、構造式がAl2O3・2SiO2のクレーを用いた。
―評価―
―耐焼付き性―
実施例の試験片および比較例の試験片について、耐焼付き性を評価した。耐焼付き性の評価は、図6に示す試験機を用いて行った。
―耐焼付き性―
実施例の試験片および比較例の試験片について、耐焼付き性を評価した。耐焼付き性の評価は、図6に示す試験機を用いて行った。
図6は、耐焼付き性試験の説明図である。樹脂層14または比較樹脂層17の各々に相当する試験片の溝部MG側を軸部材30に対向配置し、溝部MG側の表面に45mgの潤滑油を塗布した。そして、荷重をかけながら軸部材30を回転させることで、耐焼付き性を評価した。評価は、以下の条件で行った。
・試験機:焼付試験機(図6参照)
・荷重:5Mpa
・回転速度(周速):2m/s
・試験温度(雰囲気温度):40℃
・軸部材30の材質:SCM415(Hv500以上)
・軸部材30の表面粗さRa:0.15μm
・潤滑油:流動パラフィン(粘度:4.4×10-3Pa・s)
・潤滑方法:潤滑油の塗布 45mg
・オイルクリアランス:100μm
・焼付き判定:軸部材30の回転駆動開始から摩擦トルクが4.8N・mとなるまでに要する時間(秒)
・荷重:5Mpa
・回転速度(周速):2m/s
・試験温度(雰囲気温度):40℃
・軸部材30の材質:SCM415(Hv500以上)
・軸部材30の表面粗さRa:0.15μm
・潤滑油:流動パラフィン(粘度:4.4×10-3Pa・s)
・潤滑方法:潤滑油の塗布 45mg
・オイルクリアランス:100μm
・焼付き判定:軸部材30の回転駆動開始から摩擦トルクが4.8N・mとなるまでに要する時間(秒)
上記条件で軸部材30を回転させ、軸部材30の回転駆動開始から摩擦トルクが4.8N・mとなるまでに要する時間(秒)を、焼付きまでの経過時間として測定した。焼付きまでの経過時間とは、軸部材30の回転駆動開始から焼付き発生までに要する時間を意味する。測定結果を表1に示した。表1中、焼付きまでの経過時間が長いほど、耐焼付き性が高い、すなわち耐焼付き性に優れていることを示す。
-溝部MGによる耐焼付き性向上の評価-
表1に示すように、溝部MGを付けた実施例の試験片は全て、比較例の溝部MGの無い試験片に比べて焼き付きまでの経過時間が長かった。このため、実施例の樹脂層14の試験片は、比較例の比較樹脂層17の試験片に比べて、耐焼付き性が高いという評価結果が得られた。
表1に示すように、溝部MGを付けた実施例の試験片は全て、比較例の溝部MGの無い試験片に比べて焼き付きまでの経過時間が長かった。このため、実施例の樹脂層14の試験片は、比較例の比較樹脂層17の試験片に比べて、耐焼付き性が高いという評価結果が得られた。
―溝部形状加工性判定―
実施例の試験片および比較例の試験片について、溝部MGの形状加工性を評価した。評価結果を表2に示した。
実施例の試験片および比較例の試験片について、溝部MGの形状加工性を評価した。評価結果を表2に示した。
表2に示すように、Gr粒径が溝部MGの深さよりも小さい場合には、溝部形状の形状欠陥率が小さかった(形状正常)。また、表2に示すように、Gr粒径が溝部MGの深さよりも大きい場合には、溝部形状の形状欠陥率が大きかった(形状異常)。
詳細には、実施例の試験片および比較例の試験片について、軸受10および比較軸受1000の溝部MGの表面を延伸方向Zに沿って粗さ測定装置(小坂研究所製SE-3400)でトレースし、溝部MGの延伸方向Zに沿った表面形状拡大曲線を得た。そして、実施例の試験片および比較例の試験片の各々について、表面形状拡大曲線に含まれる複数の溝部MGの各々の深さdの平均値av、および溝部MGの深さdの標準偏差σを算出した。
さらに、実施例の試験片および比較例の試験片の各々について、含まれる複数の溝部MGの内、上記平均値avに対して標準偏差σ×1/2の範囲内の深さdの溝部MGを正常とし、該範囲外の深さdの溝部MGを欠陥とした。そして、実施例の試験片および比較例の試験片の各々について、含まれる複数の溝部MGの内、欠陥と判断した溝部MGの割合が20%以上である場合、溝部MGの形状異常と判定した。また、実施例の試験片および比較例の試験片の各々について、含まれる複数の溝部MGの内、欠陥と判断した溝部MGの割合が20%未満である場合、溝部MGの形状正常と判定し、20%以上を形状異常と判定した。判定結果を表1および表2に示す。
また、表2に示すように、実施例の試験片は全て溝部MGの形状正常と判定された。一方、比較例の試験片は、全て溝部MGの形状異常と判定された。
なお、上述の実施例において使用した各種の材料およびその組成はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る樹脂層14は、不可避不純物などを更に含んでもよい。また、軸受10の具体的構造は、図1A~図2などに例示したものに限定されない。
10 軸受
12 基材
14 樹脂層
16 合成樹脂
16A PTFE粒子
18 添加剤
20 黒鉛
22 クレー
40 コンプレッサ
12 基材
14 樹脂層
16 合成樹脂
16A PTFE粒子
18 添加剤
20 黒鉛
22 クレー
40 コンプレッサ
Claims (5)
- 筒状の基材と、
前記基材の内周面に接合し、前記基材の前記内周面の側に収容される軸部材との対向面側の表面に前記軸部材の延伸方向に対して交差する方向に沿った複数の溝部が設けられ、合成樹脂および前記合成樹脂中に分散された添加剤を含む樹脂層と、
を備え、
前記添加剤の平均粒径が、前記溝部の深さ未満である、
軸受。 - 前記添加剤は、
黒鉛およびクレーの少なくとも一方を含む、
請求項1に記載の軸受。 - 前記黒鉛の平均粒径が1.0μm以上4.0μm未満であり、
前記クレーの平均粒径が2.0μm以上3.5μm未満であり、
前記溝部の深さが4μm以上7μm以下である、
請求項2に記載の軸受。 - 前記合成樹脂は、PTFE粒子を含む、
請求項1に記載の軸受。 - 請求項1に記載の軸受を備えたコンプレッサ。
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