CN102472321B - 滑动轴承装置及压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够从摩擦初期的早期阶段稳定地实现低摩擦状态的滑动轴承装置和压缩机。根据本发明的滑动轴承装置包括轴承；轴，所述轴在滑动的同时受所述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向所述轴承与所述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，轴由金属制成并且在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的槽。槽可具有多条，也可以分别沿任意的方向延伸。另外，轴可以在滑动表面上具有多个凹部的集合。轴的滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度计优选为0.2μm以上。

Description

滑动轴承装置及压缩机
技术领域
本发明涉及能够在不使用润滑油的情况下以小摩擦系数滑动的滑动轴承装置，尤其涉及滑动部分由树脂和金属形成的轴承装置。另外，本发明还涉及利用该滑动轴承装置的压缩机。
背景技术
对于树脂材料来说，由于通常自身润滑性优异，所以作为在不能使用润滑油和润滑脂等润滑剂的环境中使用的滑动轴承装置的滑动材料，被大量供于实用。但是，当使用树脂材料作为滑动材料时，如果单独使用树脂材料，则耐载荷性和耐磨性可能不足。因此，通过将以玻璃纤维和碳纤维等为代表的纤维材料、以石墨、聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化钼等为代表的固体润滑剂等混合于树脂中而形成树脂复合材料，与单独使用树脂的情况相比，能够减小摩擦和损耗，这是已知的。
近年来，要求获得与以往相比摩擦更低、耐磨性更优的滑动轴承装置。这些树脂复合材料多存在下述问题：如果树脂复合材料在不供给润滑油的无润滑的状态下在大气中滑动，则摩擦系数为0.1以上，与使用了润滑油和润滑脂的情况相比，摩擦大。
因此，作为在无润滑的状态下也能够实现使摩擦系数小于0.1的低摩擦化的方法，有使用适于气氛气体的滑动材料、或者构建组合有特定的气氛气体与滑动材料的滑动部构造的方法。例如，除专利文献1中记载的高压干燥气体用滑动部件的提案以外，在非专利文献1和非专利文献2还示出了使树脂复合材料在干燥气体气氛中摩擦的滑动部的结构及其摩擦特性。
专利文献1中记载的滑动部件是在热固性的树脂中混合碳纤维和石墨粉末并进行热压成型而形成的滑动部件，尤其是在高压的干燥气体气氛下，表现出低摩擦、低磨损。
非专利文献1和非专利文献2是使树脂复合材料与不锈钢在空气或干燥氮气等各种气体气氛中摩擦的实验报告，该实验报告示出：当使混合有碳粉、碳纳米管、碳纤维等碳系粒子的聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料在干燥气体气氛中摩擦时，实现了摩擦系数达到0.05左右的低摩擦化。
但是，当在实际中实施这些方法时，根据滑动部件的加工品质和载荷等滑动条件不同，摩擦系数的减小效果发生不均，由此稳定地实现摩擦系数0.1以下的条件多受限制。另外，在摩擦初期，摩擦系数例如高达0.2至0.3，即使随着磨合的进行摩擦系数最终减小，也根据情况有时需要相当长的时间才达到此种程度。因此，在应用于压缩机等一般机械制品或滑动轴承装置时，期望一种更稳定地且早期地实现摩擦系数的减小效果的手段。
专利文献1：日本特开平11-279413号公报
非专利文献1：N.L.McCook，M.A.Hamilton，D.L.Burris，W.G.Sawyer，Tribological results of PEEK nanocomposites in drysliding against 440C in various gas environments，Elsevier，WEAR，262(2007)，第1511-1515页
非专利文献2：T.Oyamada，M.Ono，Y.Murai，H.Miura and T.Kuwano，Friction and wear of PEEK reinforced with carbon fibers innitrogen at normal and cryogenic temperature，Conference Proceedingsof STLE Annual Meeting，Society of Tribologist & LubricationEngineers，2009
发明内容
在滑动轴承装置和使用滑动轴承装置的压缩机中，在上述的以往的滑动部的构成中，根据滑动部件的加工品质和载荷等滑动条件不同，摩擦系数的减小效果发生不均或者实现摩擦系数的减小效果需要相当长的时间，因此存在难以获得稳定的低摩擦状态的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明要解决的技术问题是在滑动轴承装置和压缩机中、从摩擦初期的尽早阶段起稳定地实现低摩擦状态。
为了解决上述问题，本发明的滑动轴承装置具备如下的特征。
包括：轴承；轴，所述轴在滑动的同时受上述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向上述轴承与上述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，其中，上述轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，上述轴由金属制成，并且在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的槽。
包括：轴承；轴，所述轴在滑动的同时受上述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向上述轴承与上述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，其中，上述轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，上述轴由金属制成，并且在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的多条槽的集合。
在上述的滑动轴承装置中，优选地，上述多条槽分别沿任意方向延伸。
或者，包括：轴承；轴，所述轴在滑动的同时受上述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向上述轴承与上述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，其中，上述轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，上述轴由金属制成，并且在滑动表面上具有多个凹部的集合。
优选地，上述轴的上述滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度计为0.2μm以上。
另外，本发明的压缩机具备以下的特征。
具有：滑动轴承；驱动轴，所述驱动轴受上述滑动轴承支承并进行旋转驱动；以及压缩部，所述压缩部与上述驱动轴连接并压缩流体，其中，所述压缩机包括：上述滑动轴承，所述滑动轴承由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成；以及气体供给部，所述气体供给部向上述滑动轴承与上述驱动轴滑动的轴承滑动部供给干燥
图4是示出用于根据本发明的实施例2的滑动轴承装置的、带有沿着与滑动方向正交的方向延伸的槽的圆筒轴的图。
图5是示出滑动轴承装置的不带槽的圆筒轴的图。
图6是示出本发明的实施例2中的、圆筒轴的摩擦系数相对于槽的有无的测量结果的图。
图7是示出本发明的实施例2中的、带有沿着与滑动方向和轴向不同的方向延伸的槽的圆筒轴的图。
图8是示出本发明的实施例2中的、带有不固定的取向性的槽的集合的圆筒轴的图。
图9是示出本发明的实施例2中的、表面上散布有通过喷丸加工形成的多个微小凹部的圆筒轴的图。
图10是示出本发明的实施例2中的、圆筒轴的摩擦系数相对于喷丸加工的有无的测量结果的图。
图11是示出在本发明的实施例2中、通过喷丸加工产生的圆筒轴的滑动表面的粗糙度与摩擦系数之间的关系的图。
图12是示出根据本发明的实施例3的离心压缩机的轴承部的图。
图13是根据本发明的实施例3的离心压缩机的轴承部分的放大图。
图14是示出在根据本发明的实施例3的离心压缩机中、被构造为通过在密封件与轴之间设置间隙而形成气体供给部、将该压缩机压缩的气体的一部分供给至轴承滑动部的轴承部的图。
图15是示出在根据本发明的实施例3的离心压缩机中、通过在密封件与轴之间设置间隙而形成了气体供给部的轴承部分的放大图。
具体实施方式
本发明人为了使由树脂复合材料制成的轴承和由金属制的轴制成的滑动轴承装置从摩擦初期的极早阶段稳定地实现摩擦系数0.1气体，上述驱动轴在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的槽。
或者，具有：滑动轴承；驱动轴，所述驱动轴受上述滑动轴承支承并进行旋转驱动；以及压缩部，所述压缩部与上述驱动轴连接并压缩流体，其中，所述压缩机包括：上述滑动轴承，所述滑动轴承由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成；以及气体供给部，所述气体供给部向上述滑动轴承与上述驱动轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，上述驱动轴在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的多条槽的集合。
在上述的压缩机中，优选地，上述多条槽分别沿任意方向延伸。
或者，具有：滑动轴承；驱动轴，所述驱动轴受上述滑动轴承支承并进行旋转驱动；以及压缩部，所述压缩部与上述驱动轴连接并压缩流体，其中，所述压缩机包括：上述滑动轴承，所述滑动轴承由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成；以及气体供给部，所述气体供给部向上述滑动轴承与上述驱动轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，上述驱动轴在滑动表面上具有多个凹部的集合。
优选地，上述驱动轴的上述滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度计为0.2μm以上。
根据本发明，能够提供一种滑动轴承装置，其促进在初期的滑动中轴承与轴的磨合磨损从而能够从开始使用起尽早地减小摩擦系数。另外，由于随着磨合的进行抑制了磨损的进展，并且还抑制了摩擦系数的减小效果由于载荷等滑动条件发生不均，因此能够稳定地减小以压缩机为首的各种机械机器的驱动能。另外，由于不使用润滑油或润滑脂，还能够抑制资源的消耗而减小环境负担。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例1的滑动轴承装置的图。
图2是示出包括不带槽的轴的滑动轴承装置的图。
图3是示出根据本发明的实施例2的滑动轴承装置的图。以下的低摩擦状态，进行了反复深入研究。其结果是，本发明人发现：在供给了干燥气体的状态下，在滑动过程中，由树脂复合材料制成的轴承的微小的磨损粉末在相对于轴滑动的滑动部的表面上形成分散的表面层，并且在金属制的轴的表面上形成树脂滑动材料的移附表面层，在两表面层被稳定地保持的状态时，处于稳定的低摩擦状态。并且，本发明人认为两表面层是由树脂复合材料在滑动初期的磨合磨损所产生的磨损粉末形成的想到了积极地利用磨合磨损。于是，基于这样的考虑，本发明人进行了多次的实验和研究，从而获知：通过向滑动部供给干燥气体并保持适当的接触状态，从而适当地促进磨合磨损，并且在金属制的轴上形成不给予过度的损伤的表面形状，由此，能够尽早且有效地减小摩擦系数，由此完成了本发明。
即，根据本发明的滑动轴承装置的特征在于，包括：树脂中混合有碳材料的树脂复合材料制的轴承、在滑动的同时受所述轴承支承的金属制的轴、向轴承和轴滑动的部分(以下，称为“轴承滑动部”)供给干燥气体的干燥气体供给部，在轴上，在与轴承摩擦的表面范围内(滑动表面)，形成有沿着与滑动方向不同的方向延伸的槽、沿着与滑动方向不同的方向延伸的多个槽的集合、沿着与滑动方向不同的任意的方向延伸的多个槽的集合或者多个凹部的集合。只要轴承的至少与轴摩擦的表面(滑动表面)由树脂复合材料构成即可。
在根据本发明的滑动轴承装置中，轴承与轴之间的滑动可以是基于旋转、摆动或者往复运动中的任一者所产生的滑动。作为轴承部的形态，例如，可以是圆筒端面型、圆筒平面型、销盘型、轴颈型、往复型、这些轴承的部分轴承、或者组合有这些轴承的复合轴承。
轴承部的树脂材料是将纤维状、球状、鳞片状、粒子状、或者粒状的碳材料和树脂混合而成的树脂复合材料。碳材料可以是从上述的形状中选用的一种材料，也可以是选用的多种材料。对于树脂，选用热塑性树脂中的至少一种以上。作为热塑性树脂，例如，可以举出聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚缩醛、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮等。
另外，向轴承滑动部供给的干燥气体可以是含有氧气的气体。作为含有氧气的干燥气体的例子，包括露点温度为-50℃以下的湿度的干燥空气。
另外，向轴承滑动部供给的干燥气体也可以是不含有氧气的气体。作为不含有氧气的干燥气体的例子，包括氮气或氩气等不活泼气体、氢气或烃气等。
另外，在轴的滑动部的表面(滑动表面)上形成的槽可以为与滑动方向正交的直线状、两个方向以上的槽正交的格子状、自由曲线状、波浪形等，但需要在与轴承摩擦的表面范围内具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的部分。即使在轴的滑动部的表面上形成未沿滑动方向取向的多条短的槽的集合、或者通过喷丸等加工方法形成多条凹部的集合，也可获得与上述的槽相同的效果。但是，轴的滑动部的表面粗糙度以算术平均粗糙度(Ra)计为0.2μm以上，优选0.8μm以上。
以下，参照附图对根据本发明的滑动轴承装置和压缩机的实施例进行说明。需要说明的是，本发明不限于这些实施例。
实施例1
使用图1对根据本发明的滑动轴承装置的基本的结构进行说明。在图1中，作为本发明的实施例，示出了轴颈型的滑动轴承装置。
在该滑动轴承装置中，具有树脂滑动部2的轴承1被压入机壳3中并支承轴4a使之自由旋转。机壳3形成对轴承1施加载荷的构造。在轴4a的一端连接有旋转驱动用的马达(未图示)。轴承滑动部是轴承1的树脂滑动部2与轴4a滑动的部分，简称作“滑动部”。
轴承1的树脂滑动部2的材料是热塑性树脂的聚醚醚酮(PEEK)中混合有30重量％的碳纤维的树脂合成材料。轴4a由不锈钢制成。
轴承1被保护罩5覆盖，在保护罩5的上部设置有通气孔6。
气体供给部7以贯穿保护罩5的方式设置在滑动轴承装置上。如气流8所示，气体供给部7向保护罩5的内部导入干燥气体。如气流8所示，干燥气体从气体供给部7被供给至轴承1和轴4a边摩擦边相对运动的轴承滑动部。
轴4a为圆柱状的形状，由于使用车床使轴4a沿圆周方向边旋转边进行表面加工而成型，所以轴4a沿圆周方向形成有加工痕9。轴4a沿圆周方向旋转滑动，因此加工痕9沿与轴4a的滑动方向大致相同的方向取向。此时，如果测量轴4a的滑动表面的粗糙度，则以算术平均粗糙度(Ra)计为0.8μm。此外，对于轴4a，在与轴承1滑动的表面范围，通过切削加工形成宽度为0.15mm、深度为0.03mm的沿着与滑动方向正交的方向延伸的槽10。即，槽10与加工痕9大致正交。
经由气体供给部7以20L/min的流量向保护罩5内部连续供给氮气作为干燥气体，并将轴承1附近的相对湿度控制在小于2％。干燥气体经由轴承1与轴4a的滑动部的端部、轴承1与轴4a之间(滑动部间隙)、以及槽10被供给到滑动部及其附近，并向轴承1和轴4a的滑动部全体扩散。
在该状态下，通过机壳3施加载荷使得轴承1和轴4a的平均接触面压力为8MPa，并测量动作时的摩擦系数。摩擦系数在滑动的初期为0.25左右，但在1000次的滑动后减小至0.07。当增加载荷使得平均接触面压力为25MPa而再次进行测量时，摩擦系数同样减小，并在1000次的滑动后变为0.06。
为了比较，使用在轴上不带槽的滑动轴承装置进行同等条件下的测量。图2是示出包括不带槽的轴4b的滑动轴承装置的图。在图2中，与图1相同的符号表示与图1相同或者通用的元件。图2所示的滑动轴承装置包括与图1所示的滑动轴承装置相同的构造和形状，不同之处仅在于在轴4b上未形成有槽10。
使用图2所示的滑动轴承装置在平均接触面压力为8MPa的状态下测量摩擦系数，其结果是，在滑动的初期在摩擦系数为0.25左右的状态下开始滑动，如此重复滑动1000次后摩擦系数仍为0.2以上。当增加载荷使得平均接触面压力为25MPa而再次进行测量时，滑动重复1000次后的摩擦系数减小至0.07。
如此，在包括不带槽的轴4b的滑动轴承装置(图2)中，随着滑动条件不同，摩擦系数的变化不均匀，有时不能有效地减小摩擦。另一方面，在包括形成有槽10的轴4a的滑动轴承装置(图1)中，即使改变载荷条件，摩擦系数也同样地减小。
槽10只要在滑动轴承装置的动作范围内通过轴承1与轴4a的滑动面上即可，即使仅在轴4a上存在最低限度的一条，也能够有效果。但是，在反复微动的滑动轴承装置或者产生平面接触的滑动轴承装置的情况下，优选与滑动动作范围或接触范围相应地增加槽10的条数，使得在动作中无死角地使槽10通过滑动面。
实施例2
使用图3至图11，来说明根据本发明的圆筒平面型的滑动轴承装置以及本发明的效果的检验结果。
图3中示出了根据本发明的圆筒平面型的滑动轴承装置。图3所示的滑动轴承装置中，形成平面型轴承22与金属制的圆筒轴21的外周面接触地滑动的构造。如果将平面型轴承22安装在悬臂23上并在悬臂23上悬挂锤24，则平面型轴承22被压向圆筒轴21的外周面。
圆筒轴21由不锈钢制成。平面型轴承22由其中混合有30重量％碳纤维而成的聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料制成。
圆筒轴21的一端连接有旋转驱动用的马达(未图示)，圆筒轴21通过马达沿着它的圆周方向进行旋转运动，并与平面型轴承22滑动。圆筒轴21和平面型轴承22的滑动部(轴承滑动部)的周围由保护罩5覆盖。干燥气体从贯穿保护罩5的气体供给部7被导入到保护罩5的内部，并被供给至平面型轴承22和圆筒轴21所接触的轴承滑动部。
使用图3所示的滑动轴承装置，按时间序列测量从滑动初期起的动作时的摩擦系数。以流量20L/min连续供给氮气作为干燥气体，并将平面型轴承22附近的相对湿度控制在小于2％。
在图4和图5中示出了实施例2中使用的圆筒轴。由于使圆筒轴21a、21b沿圆周方向旋转，同时使用车床对其表面进行加工成型，所以圆筒轴21a、21b沿圆周方向形成有加工痕9。如果此时测量圆筒轴21a、21b的外周面的表面粗糙度，则算术平均粗糙度(Ra)为0.8μm。此外，仅对于图4所示的圆筒轴21a，在圆周表面上形成槽10。在圆筒轴21a与平面型轴承22滑动的表面范围，通过切削加工形成槽10，槽10沿着与箭头所示的圆筒轴21a的旋转方向正交的方向即与滑动方向正交的方向延伸，宽度为0.15mm、深度为0.03mm。
分别将图4和图5所示的圆筒轴21a、21b装备于图3所示的滑动轴承装置，在此状态下测量摩擦系数。其结果示于图6中。无论使用哪一个圆筒轴，滑动初期的摩擦系数都在0.25左右，因此是相等的。
当使用具有槽10的圆筒轴21a时，随着重复进行滑动，摩擦系数减小，滑动重复300次以后，摩擦系数维持在小于0.1。滑动重复数为2000次时的摩擦系数是0.07。另一方面，当使用未加工有槽10的圆筒轴21b时，随着重复进行滑动，摩擦系数一度增加，其后，随着时间经过而减小，但即使滑动重复数超过2000次，摩擦系数仍为0.3以上。需要说明的是，两者的测量是在相等的载荷条件设定下进行的，根据测量后的接触痕计算出的平均接触压力为8MPa。
图7示出了具有槽的圆筒轴的另一个例子。对于图7所示的圆筒轴21c来说，使用车床使其沿圆周方向旋转，同时对其表面进行加工成型，之后，在圆筒轴21c与平面型轴承22滑动的表面范围，通过切削加工形成槽10，槽10沿着与圆筒轴21c的滑动方向(在图7中由箭头表示的旋转方向)和轴向均不同的方向延伸，宽度为幅0.15mm、深度为0.03mm的槽10。
将图7所示的圆筒轴21c装备于图3所示的滑动轴承装置中，在此状态下，在与前面说明过的测量相同的条件下测量摩擦系数。在这种情况下，随着滑动的重复，摩擦系数也减小，并且滑动的重复数为2000次时的摩擦系数是0.07。如此，通过使槽10的延伸方向与圆筒轴的滑动方向和轴向均不同，即使是圆筒轴除了沿旋转方向动作以外还沿轴向动作的机械，也能够稳定地获得槽10的效果，从而能够减小摩擦系数。
图8是示出具有槽的圆筒轴的另一个例子。图8所示的圆筒轴21d在表面上分散地形成具有随机的方向性分布的长度短的槽10。在槽10沿任意的方向延伸但不沿滑动方向取向的条件下，槽10的长度和布置是任意的，只要形成由于滑动动作使槽10在平面型轴承22的滑动面上通过的构造即可。
将图8所示的圆筒轴21d装备于图3所示的滑动轴承装置中使其滑动，并测量摩擦系数。摩擦系数在滑动的初期为0.25左右，重复滑动2000次时，摩擦系数减小到0.08。如此，通过将槽10形成为取向性不固定的槽的集合，即使在产生向所有方向的动作的滑动轴承装置中，也能够稳定地实现槽的效果。
本发明人通过重复大量的实验和分析观察，获知：在由槽10的形成产生的摩擦系数的减小效果中，重要的是下面两种作用，作为第一作用，在轴与轴承的接触状态下给予面压分布从而促进磨合磨损及因磨合磨损引起的表面层形成，作为第二作用，经由槽10向滑动部供给干燥气体从而不会过度地扩大树脂复合材料的轴承的磨损。通过使槽10形成为更短的不连续的槽的集合，第二作用减小，但可通过第一作用发挥摩擦减小的效果。
图9是在表面分散有多个微小的凹部的圆筒轴21e。凹部是通过对圆筒轴21e的外周面进行喷丸而加工形成的。如果测量外周面的表面粗糙度，则外周面的算术平均粗糙度(Ra)为0.8μm。将圆筒轴21e装备于图3所示的滑动轴承装置中，并在与对于圆筒轴21a、21b实施的条件同等的条件下使圆筒轴21e滑动，测量摩擦系数。
测量结果示于图10中。在图10中，为了调查喷丸加工的效果，还示出了圆筒轴21b的摩擦系数的测量结果(图6)。圆筒轴21e的摩擦系数在滑动初期为0.25左右，但随着滑动的重复，摩擦系数减小，滑动重复2000次时的摩擦系数减小至0.1左右。虽然获得了摩擦系数随着滑动的重复减小的效果，但也存在上述的第二作用减弱的影响，与使用图4所示的圆筒轴21a(带槽10的轴)的情况相比，第二作用略微地减小。但是，如此，通过利用喷丸在圆筒轴上形成方向性小的微小的凹部的集合来取代槽10，具有对于向所有方向进行动作的滑动轴承装置、能够共通地使用圆筒轴的优点。
需要说明的是，本发明人发现：例如，在图9所示的通过喷丸加工表面等而在表面上形成有微小的凹部的集合的圆筒轴21e中，随着表面粗糙度和施加于滑动面的面压不同，摩擦系数的减小效果显著不同。
通过与图9所示的圆筒轴21e同样的喷丸加工，以各表面粗糙度不同的方式对多个圆筒轴21的外表面进行喷丸加工。将这些圆筒轴21分别装备于图3所示的滑动轴承装置中，使它们在与对圆筒轴21a、21b实施的条件相同的条件下进行滑动。其结果是，在滑动初期，无论使用哪个圆筒轴21，摩擦系数都是0.25左右，但随着滑动的重复，摩擦系数减小的程度随着圆筒轴21的不同而不同。
图11示出了滑动2000次时测量的摩擦系数与圆筒轴21的滑动表面的粗糙度之间的关系。圆筒轴21的滑动表面的粗糙度用算术平均粗糙度(Ra)表示。由图11可知，为了使摩擦系数为0.1以下，有必要使圆筒轴21的滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度(Ra)计为0.2μm以上。
需要说明的是，在本实施例中，虽然通过喷丸加工在圆筒轴21的表面上形成了微小的凹部的集合，但加工方法不限于此，只要在滑动表面上形成的凹部集合的算术平均粗糙度(Ra)为0.2μm以上即可。例如，通过激光加工、蚀刻加工等也能够形成同样的微小的凹部的集合。
另外，即使在轴的轴承滑动部上形成有槽的情况下，只要轴的滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度(Ra)计为0.2μm以上，就能够使摩擦系数为0.1以下。
在此，对从气体供给部7供给的气体进行描述。将作为外部气体的湿润大气从气体供给部7供给至保护罩5的内部并将其导向轴承滑动部，从而进行滑动，在此状态下，即使在槽10存在的情况下，摩擦系数也为0.25左右。与此相对，在按照同样方式以20L/min的流量供给干燥氮气、干燥氩气等干燥气体时，摩擦系数从初期的0.25左右随着滑动的重复减小到0.1以下。即使使用含有氧气的干燥空气作为干燥气体的情况下，摩擦系数也从初期的0.25左右减小到0.15，从而获得一定的效果。使用脱氧气体作为干燥气体时的摩擦系数的减小效果好。作为脱氧气体的例子，包括氮气、氩气等不活泼气体、氢气、烃气等。另外，供给液氮气化后的气体来代替干燥空气，控制供给量以使得保护罩5内的温度为-100℃，在此状态下，摩擦系数为0.05，该摩擦系数低于供给常温下的干燥氮气时的摩擦系数。
需要说明的是，在本实施例中说明的圆筒轴21a、21c、21d、21e也可用于在实施例1中说明的轴颈型的滑动轴承装置的轴。
实施例3
使用图12、图13来说明根据本发明的压缩机的实施例。本实施例是将根据本发明的滑动轴承装置应用于离心压缩机的例子。图12是示出离心压缩机的轴承部的图，图13是离心压缩机的轴承部分的放大图。
本实施例的离心压缩机51通过驱动装置(未图示)使安装在主轴(未图示)上的叶轮52旋转，从而利用叶轮52的旋转压缩经由设置在机壳53上的管道54被供给至叶轮52的气体。被压缩的气体经由喷出口(未图示)被供给至外部。需要说明的是，使叶轮52旋转的主轴在图12中未示出，但主轴设置在叶轮52的下侧。
在离心压缩机51中，在向叶轮52引导气体的管道54内设置有用于控制气体的流量的多个叶片55。
通过包括第一齿轮57、第二齿轮60以及第三齿轮59的齿轮机构使叶片55摆动。第一齿轮57是被固定在与驱动机构(未图示)连接的驱动轴56上的驱动齿轮。第三齿轮59是被固定在与叶片55连接的叶片轴58上的叶片齿轮。第二齿轮60是介于第一齿轮57与第三齿轮59之间、向第三齿轮59传递来自第一齿轮57(驱动齿轮)的旋转的环形齿轮。
第一齿轮57、第二齿轮60、以及第三齿轮59被容纳在机壳53内。第一齿轮57和第三齿轮59分别设置在驱动轴56和叶片轴58上，并被固定在机壳53内的包含碳纤维的聚苯硫醚(PPS)树脂的轴承62和轴承64支承可自由旋转。
如图13的轴承部分放大图所示，在叶片轴58与轴承64滑动的范围内，在叶片轴58的表面上形成有沿着与叶片轴58的旋转方向不同的方向延伸的槽10。同样地，在驱动轴56与轴承62滑动的范围内，在驱动轴56的表面上形成有沿着与驱动轴56的旋转方向不同的方向延伸的槽10(未图示)。
叶片轴58在管道54侧包括密封件65，以防止气体从管道54内流入。在本实施例中，密封件65使用了接触式密封，但也可使用非接触式的迷宫密封。
气体供给部61分别与轴承62、64连接，并且包括气瓶的气体供给装置73与气体供给部61连接。气体供给装置73以大约0.02MPa的压力供给露点温度-50℃以下的氮气。被供给的氮气由在包括齿轮机构的机壳53的一部分上设有止回阀(未图示)的、与外部连通的连通孔63回收，并在气体供给装置73内被除湿。
也可以供给已除湿和除尘的高压空气、氩气等不活泼气体来代替氮气，也可以使用气体制造装置来代替气瓶。被回收的氮气经由除尘装置71、泵72返回到气体供给装置73，并进行循环而被供给至轴承64。
在轴承64中，如图13的轴承部分放大图所示，氮气经由与叶片轴58滑动的轴承面、与气体供给部61连通的连通孔64a被供给至轴承滑动部。在轴承62中，氮气沿着驱动轴56从轴承62的端部经由与驱动轴56的间隙被供给至轴承滑动部。
在以这种方式向轴承循环供给氮气的状态下，进行了离心压缩机的预定的动作。根据气体种类不同，流经管道54的气体的温度设定为从-160℃至60℃的较宽范围。在根据本实施例的离心压缩机中，在各种的温度条件下不使用润滑脂和固体润滑剂的情况下，与不流通干燥气体的情况相比能够减小驱动轴56的扭矩。
另外，对于向轴承滑动部供给干燥气体的供给方法，除使用图12所示的气体供给装置73作为供给源以外，在该压缩机所压缩的对象气体是以除湿过的空气、或者氮气、氩气等不活泼气体、或者氢气、烃气等为代表的干燥气体时，使用该压缩的对象气体的管道作为供给源，也能够取得同样的扭矩减小效果。当利用该压缩机所压缩的对象的气体时，可设置从管道54与轴承滑动部连通的通路，或者如图14所示的在叶片轴58与密封件65之间设置间隙而形成从管道54与各轴承的周围连通的气体供给部61，并从该处经由叶片轴58与轴承64之间的间隙以及驱动轴56与轴承62之间的间隙向各轴承滑动部供给气体。图15中示出了由图14所示的构造形成的轴承部分的放大图。
作为与轴承的材料相关的比较例，使用由未混合碳材料的聚醚醚酮(PEEK)树脂制成的轴承进行了与在实施例2中说明的测量同样的测量。其结果是，摩擦系数从滑动初期开始持续维持0.3以上，在滑动重复2000次后仍未实现与应用本发明的情况相同程度的减小，未变为0.1以下。
需要说明的是，在叶片轴58和驱动轴56的表面上形成的槽可以是在实施例1和2中说明的沿着与滑动方向正交的方向延伸的槽(图4)、沿着与旋转方向和轴向不同的方向延伸的槽(图7)、或者朝向任意的方向的槽(图8)。此外，可以在叶片轴58和驱动轴56的表面上形成微小的凹部(图9)而不形成槽。
在用于轴承的树脂复合材料中，作为与碳材料混合的树脂的种类，在本实施例中示出了聚醚醚酮(PEEK)和聚苯硫醚(PPS)，但也可以使用例如聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚缩醛、聚醚酰亚胺、超高分子量聚乙烯等。
另外，在用于轴承的树脂复合材料中，作为与树脂混合的碳材料，在本实施例中示出了碳纤维，除此以外也可使用球状、鳞片状、粒子状、粒状等各种形态的碳材料。特别地，通过添加包含石墨的碳材料，具有更早期地稳定地减小摩擦的倾向。
作为树脂复合材料，可以将单独的形态的碳材料添加到树脂中，也可以根据用途混合多种形态的碳材料。通过混合多种形态的碳材料，能够获得使用单独的形态的碳材料难以获得的特性。例如，如果使用组合碳纤维和石墨质的粒子状的碳材料与树脂混合而形成的树脂复合材料，则具有在维持相对载荷负载的强度的同时在更早期获得大幅的低摩擦化效果的优点。
另外，不需要将碳材料同样地混合于树脂复合材料全体中。例如，在由混合有碳纤维的树脂复合材料制成的轴承中，同时使用涂层处理和投射处理，能够实现在滑动面附近处石墨质的碳材料大量存在的倾斜组成的构造。在这种构造中，特别是具有能够有效地减小初期的摩擦系数的优点。
如此，根据本发明，通过使用由碳材料以单独的形态或者多种形态(纤维状、球状、鳞片状、粒子状、粒状等)与树脂混合而成的树脂复合材料制成的轴承，并控制滑动部的气氛，能够在不使用油和润滑脂、固体润滑剂等的情况下得到具有低摩擦的滑动部的滑动轴承装置和压缩机。
符号说明
1…轴承、2…树脂滑动部、3…机壳、4a…带有沿着与滑动方向正交的方向延伸的槽的轴、4b…不带槽的轴、5…保护罩、6…通气孔、7…气体供给部、8…气流、9…加工痕、10…槽、21…圆筒轴、21a…带有沿着与滑动方向正交的方向延伸的槽的圆筒轴、21b…不带槽的圆筒轴、21c…带有沿着与旋转方向和轴向不同的方向延伸的槽的圆筒轴、21d…带有朝向任意方向的槽的圆筒轴、21e…表面上分散有多个微小的凹部的圆筒轴、22…平面型轴承、23…悬臂、24…锤、51…离心压缩机、52…叶轮、53…机壳、54…管道、55…叶片、56…驱动轴、57…第一齿轮、58…叶片轴、59…第三齿轮、60…第二齿轮、61…气体供给部、62，64…轴承、71…除尘装置、72…泵、73…气体供给装置。

Claims (8)

1.一种滑动轴承装置，包括：轴承；轴，所述轴在与所述轴承接触地滑动的同时受所述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向所述轴承与所述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，其特征在于，还包括覆盖轴承的罩或机壳，气体供给部设于罩或机壳，所述气体供给部向被所述罩或机壳覆盖的所述轴承滑动部供给所述干燥气体，
所述轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，
所述轴由金属制成，并且在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的槽。
2.一种滑动轴承装置，包括：轴承；轴，所述轴在与所述轴承接触地滑动的同时受所述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向所述轴承与所述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，其特征在于，还包括覆盖轴承的罩或机壳，气体供给部设于罩或机壳，所述气体供给部向被所述罩或机壳覆盖的所述轴承滑动部供给所述干燥气体，
所述轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，
所述轴由金属制成，并且在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的多条槽的集合。
3.一种滑动轴承装置，包括：轴承；轴，所述轴在与所述轴承接触地滑动的同时受所述轴承支承；以及气体供给部，所述气体供给部向所述轴承与所述轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体，其特征在于，还包括覆盖轴承的罩或机壳，气体供给部设于罩或机壳，所述气体供给部向被所述罩或机壳覆盖的所述轴承滑动部供给所述干燥气体，
所述轴承的至少滑动表面由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成，
所述轴由金属制成，并且在滑动表面上具有多个凹部的集合。
4.如权利要求1至3中任一项所述的滑动轴承装置，其特征在于，
所述轴的所述滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度计为0.2μm以上。
5.一种压缩机，具有：滑动轴承；驱动轴，所述驱动轴受所述滑动轴承支承并与所述滑动轴承接触地进行旋转驱动；以及压缩部，所述压缩部与所述驱动轴连接并压缩流体，其特征在于，
所述压缩机包括：
所述滑动轴承，所述滑动轴承由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成；
气体供给部，所述气体供给部向所述滑动轴承与所述驱动轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体；以及
覆盖所述滑动轴承的罩或机壳，气体供给部设于罩或机壳，所述气体供给部向被所述罩或机壳覆盖的所述轴承滑动部供给所述干燥气体，
所述驱动轴在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的槽。
6.一种压缩机，具有：滑动轴承；驱动轴，所述驱动轴受所述滑动轴承支承并与所述滑动轴承接触地进行旋转驱动；以及压缩部，所述压缩部与所述驱动轴连接并压缩流体，其特征在于，
所述压缩机包括：
所述滑动轴承，所述滑动轴承由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成；
气体供给部，所述气体供给部向所述滑动轴承与所述驱动轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体；以及
覆盖所述滑动轴承的罩或机壳，气体供给部设于罩或机壳，所述气体供给部向被所述罩或机壳覆盖的所述轴承滑动部供给所述干燥气体，
所述驱动轴在滑动表面上具有沿着与滑动方向不同的方向延伸的多条槽的集合。
7.一种压缩机，具有：滑动轴承；驱动轴，所述驱动轴受所述滑动轴承支承并与所述滑动轴承接触地进行旋转驱动；以及压缩部，所述压缩部与所述驱动轴连接并压缩流体，其特征在于，
所述压缩机包括：
所述滑动轴承，所述滑动轴承由树脂中混合有碳材料的树脂复合材料构成；
气体供给部，所述气体供给部向所述滑动轴承与所述驱动轴滑动的轴承滑动部供给干燥气体；以及
覆盖所述滑动轴承的罩或机壳，气体供给部设于罩或机壳，所述气体供给部向被所述罩或机壳覆盖的所述轴承滑动部供给所述干燥气体，
所述驱动轴在滑动表面上具有多个凹部的集合。
8.如权利要求5至7中任一项所述的压缩机，其特征在于，
所述驱动轴的所述滑动表面的粗糙度以算术平均粗糙度计为0.2μm以上。
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