JP6523595B2 - 乾燥ガス圧縮機 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態の乾燥ガス圧縮機100を示す一部断面図である。本実施形態の乾燥ガス圧縮機100は、乾燥ガス(詳細は後記する)が導入(給気)されて、この導入された乾燥ガスが圧縮又は膨張されて、外部に排気されるものである。乾燥ガス圧縮機100は、シリンダ21と、ピストン22と、ピストンリング23と、ライダーリング24と、ピストンピン25と、連結棒26と、連結部材27とを備えて構成されている。
ピストン22は、シリンダ21内を紙面上下方向に往復して摺動(往復動)するものである。ピストン22は、シリンダ21と同様の材料により形成され、摺動方向に垂直な方向の断面が円形状になっている。ピストン22には、詳細は後記するが、ピストンピン25等を介して連結棒26が接続され、連結棒26の往復動に伴ってピストン22も往復動し、圧縮室2の容積が変化するようになっている。即ち、ピストン22の変位によって、導入される乾燥ガスの圧縮率が変化するようになっている。
ライダーリング24(摺動機構)は、ピストン22の外周に装着され、ピストン22の重さを支持して、ピストン22をシリンダ21内で往復動可能にするものである。図示の例では、シリンダ21が紙面上下方向に配置され、ピストン22が紙面上下方向に摺動するようになっているが、例えば、シリンダ21が紙面横方向に配置され、ピストン22が紙面左右方向に摺動することもありえる。そのような場合に、ピストン22をシリンダ21内で安定に支持し、シリンダ21内での円滑な摺動を可能にするようになっている。
次に、前記の各部材を備える乾燥ガス圧縮機100における作用を説明する。
〔1〕分子シミュレーション
薄膜3の移着の強さを調べるために、薄膜3とシリンダ21との間での分子シミュレーションを行った。具体的には、密度汎関数理論(DFT)計算を行って、薄膜3の移着の強さを見積もった。DFT計算は、シリンダ21がアルミニウム合金により形成され、その表面には、硫酸アルマイト処理により酸化アルミニウムからなる保護層21aが形成されている状態を模して行った。即ち、酸化アルミニウムの表面に対し、ピストンリング23を形成する樹脂材料としての1分子のエポキシ樹脂のモノマーを吸着させたモデルについて、DFT計算を実施した。
前記の分子シミュレーションから予想されるエポキシ樹脂の酸化アルミニウム表面に対する移着の強さが、摩擦係数及び摩耗量の低減化に実際にどの程度効果があるのかを検証する目的で、耐久試験を行った。具体的には、前記の〔1〕分子シミュレーションにおいて模したモデルを実際に作製し、作製されたものに対して耐久試験を行った。
なお、耐久試験は室温(25℃)下にて行った。
1分子のエポキシ樹脂のモノマーに代えて、従来のPTFEを模したC5F12分子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、分子シミュレーションを行った。また、試験に用いたブロック試験片として、エポキシ樹脂を含む材料に代えて、75質量%でPTFE樹脂を含むほか、青銅、二硫化モリブデン及びカーボン材料を含んでなる樹脂材料(淀川ヒューテック社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、耐久試験を行った。
高純度窒素ガス雰囲気に代えて、相対湿度60%の空気中にて行ったこと以外は実施例1と同様にして、耐久試験を行った。
高純度窒素ガス雰囲気に代えて、相対湿度60%の空気中にて行ったこと以外は比較例1と同様にして、耐久試験を行った。
分子シミュレーション及び耐久試験のそれぞれの結果について、以下の表1に示す。
※ 実施例1の移着強さの項目において、上段の数値はエポキシ基の開環が起きていないときの強さ、下段の数値はエポキシ基の開環が起きたときの強さである。
〔1.分子シミュレーションに基づく移着強さについて〕
実施例1では、比較例1と比べて、エポキシ基の開環が起きていないとき(−222.9kJ/mol)、及び開環が起きたとき(−341.3kJ/mol)の双方で、エポキシ樹脂モノマーは、酸化アルミニウム(図3に示す保護層21aに相当)に対して、より強固に移着することがわかった。
エポキシ樹脂を用いた実施例1では、従来のPTFEを用いた比較例1と比べて、摩擦係数は半分以下になり、また、摩耗量も大きく低下した。これは、前記の〔1.分子シミュレーションに基づく移着強さについて〕において検討したように、例えばエポキシ基等の極性の大きな酸素原子とアルミニウムとのクーロン引力を大きくすることができ、結果、これら原子間の化学結合を強くすることができ、これにより、薄膜3が強固に移着しているためであると考えられる。即ち、薄膜3が強固に結合しているため、例えば無極性分子からなる高純度窒素ガスのような乾燥ガスに晒されても、クーロン引力が弱められて薄膜3が剥離等することが抑制されることによるためであると考えられる。これにより、薄膜3上での滑り性が向上し、また、摩耗量も減少したと考えられる。
3 薄膜
21 シリンダ
21a 保護層
22 ピストン
23 ピストンリング(摺動材)
100 乾燥ガス圧縮機
Claims (1)
- アルミニウムを含む金属材料により形成されたシリンダと、
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに装着されているとともに、高純度窒素からなる乾燥ガスが導入される、前記シリンダ内に形成される圧縮室を気密にする摺動材と、
前記ピストンを前記シリンダ内で摺動させる摺動機構と、を備え、
前記摺動材は20質量%のカーボン材料及び80質量%のエポキシ樹脂により形成されており、
前記シリンダの内面には酸化アルミニウムによる保護層が形成されており、
前記シリンダは、前記摺動材が摺動する摺動面に、潤滑油、液状の潤滑剤及び半固体状の潤滑剤が使用されないことを特徴とする、乾燥ガス圧縮機。
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