JP7252067B2 - Sliding material - Google Patents

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Description

本発明は、摺動材に関する。 The present invention relates to a sliding member.

空気などの流体を圧縮する流体機械としては、一般に、レシプロ式の流体機械やスクロール式の流体機械が用いられている。例えばレシプロ式流体機械において、金属製のシリンダ内を往復動するピストンには、シリンダの内面と摺動する摺動材として、ピストンリングが取り付けられている。また、例えばスクロール式の流体機械において、金属製の固定スクロールや、固定スクロールに対して旋回運動しながら接触して摺動する旋回スクロールの端部には、摺動材として、チップシールが取り付けられている。 Reciprocating fluid machines and scroll fluid machines are generally used as fluid machines for compressing fluid such as air. For example, in a reciprocating fluid machine, a piston that reciprocates in a metal cylinder is attached with a piston ring as a sliding material that slides on the inner surface of the cylinder. Further, for example, in a scroll-type fluid machine, a tip seal is attached as a sliding material to the end of a metal fixed scroll or a rotating scroll that contacts and slides while rotating on the fixed scroll. ing.

摺動材としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEという。)に代表される樹脂材料が用いられている。例えばPTFEは、結晶性が高く、せん断強度が小さいため、せん断を受けるとミクロレベルで容易に表層剥離し、シリンダ内面などの相手面に移着する。PTFEを母材とした摺動材の低摩擦化や低摩耗化の効果を高めるため、カーボン粒子や金属粒子、無機化合物の粒子といった様々な粒子を配合した複合樹脂材として用いることが常である。 As the sliding material, for example, a resin material represented by polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) is used. For example, PTFE, which has high crystallinity and low shear strength, is easily peeled off at the micro level when sheared, and is transferred to a mating surface such as the inner surface of a cylinder. In order to enhance the effect of reducing friction and wear of sliding materials using PTFE as a base material, it is common to use composite resin materials containing various particles such as carbon particles, metal particles, and inorganic compound particles. .

特許文献1には、スクロール式流体機械において、珪藻土やアルミナなど、歯底面以上の硬度をもった硬質充填材を摺動材に配合することで、コストアップを招かずに高寿命化を実現できるスクロール式流体機械が開示されている。 Patent Document 1 discloses that in a scroll type fluid machine, a hard filler such as diatomaceous earth or alumina having a hardness higher than that of the tooth bottom surface is added to the sliding material, thereby realizing a long life without increasing the cost. A scroll fluid machine is disclosed.

特開2011-179392JP 2011-179392

特許文献1に記載の方法を用いることで、摺動材の耐摩耗性を向上し、それによって流体機械としての耐久性を飛躍的に向上できるようになった。しかし、近年になって、産業界から耐久性のさらなる向上が求められるようになってきた。 By using the method described in Patent Literature 1, the wear resistance of the sliding material is improved, thereby making it possible to dramatically improve the durability of the fluid machine. However, in recent years, the industry has come to demand further improvement in durability.

特許文献1の歯底面以上の硬度をもった硬質充填材を用いることで耐摩耗性の向上を図ることができるが、硬質充填剤が摩耗粉として排出された場合、アブレシブ作用によって摩耗が悪化することがある。 Wear resistance can be improved by using a hard filler having a hardness equal to or greater than the tooth bottom surface of Patent Document 1, but when the hard filler is discharged as abrasion powder, the abrasive action worsens wear. Sometimes.

上記の硬質充填剤は、アトマイズによる金属粒子や、鉱物等の粉砕によるセラミクス粒子や、樹脂粒子の高温焼成によるカーボン粒子であることが多い。硬質充填剤の材質として、特許文献1には珪藻土やアルミナなどのセラミクス粒子を使っている。また、硬質充填剤の材質の他の例としてはカーボン粒子を用いる場合がある。 The above hard fillers are often atomized metal particles, ceramic particles obtained by pulverizing minerals or the like, and carbon particles obtained by high-temperature firing of resin particles. As a hard filler material, Patent Document 1 uses ceramic particles such as diatomaceous earth and alumina. Carbon particles may be used as another example of the material of the hard filler.

多くの場合、これらの粒子は球状やそれに類する形状、機械的粉砕による不定形状である。例えば、PTFEにこれら形状を呈する硬質充填材を配合し、流体機械の摺動材として用いた場合、PTFEとの密着性が弱いため摺動中に摺動材から硬質充填材が脱落することがあった。すると、上記で説明のアブレシブ作用が増強され、摩耗が悪化する問題が顕在化していた。 In many cases, these particles are spherical or similar in shape, or irregularly shaped by mechanical comminution. For example, when PTFE is blended with hard fillers having these shapes and used as sliding materials for fluid machinery, the hard fillers may fall off from the sliding material during sliding due to weak adhesion to PTFE. there were. As a result, the above-described abrasive action is enhanced, and the problem of worsening wear has arisen.

このようなアブレシブ摩耗が発生した場合、さらなる耐久性の向上を図ることができないという問題が生じる。これにより、摺動部における摩耗耐久性が低下し、流体機械のメンテナンスサイクルの短縮や、寿命短縮等の問題が生じていた。 When such abrasive wear occurs, there arises a problem that durability cannot be further improved. As a result, the wear durability of the sliding portion is lowered, and problems such as shortening of the maintenance cycle of the fluid machine and shortening of the service life have arisen.

本発明の目的は、摩耗耐久性の向上やメンテナンスサイクルの延長を図ることができる摺動材を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sliding material that can improve wear resistance and extend the maintenance cycle.

本発明の好ましい一例は、母材である樹脂材と、前記樹脂材中に分散された粒子とを有し、前記粒子は、デンドライト状である摺動材である。 A preferred example of the present invention is a sliding material having a resin material as a base material and particles dispersed in the resin material, the particles being dendrite-like.

本発明の好ましい他の例は、母材となる樹脂材と、前記樹脂材中に分散された粒子とを有し、前記粒子は、板状である摺動材である。 Another preferred example of the present invention is a sliding material having a resin material as a base material and particles dispersed in the resin material, the particles being plate-shaped.

本発明によれば、摩耗耐久性の向上やメンテナンスサイクルの延長、寿命の延長を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve wear durability, extend the maintenance cycle, and extend the service life.

実施例の摺動部を示す断面図である。It is a sectional view showing a sliding part of an example. デンドライト状の粒子のミクロ組織を表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the microstructure of dendrite-like particles. レシプロ式流体機械の全体構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a reciprocating fluid machine; FIG. 図3のシリンダ内部の構成を拡大した図である。4 is an enlarged view of the configuration inside the cylinder of FIG. 3; FIG. スクロール式流体機械の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a scroll fluid machine; FIG. 図5に示すスクロール式流体機械の固定スクロール及び旋回スクロールの一部を拡大した図である。6 is an enlarged view of a part of the fixed scroll and orbiting scroll of the scroll fluid machine shown in FIG. 5; FIG. オルダム継手を備えたスクロール式流体機械の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a scroll-type fluid machine provided with an Oldham's coupling; 図7のケーシング、旋回スクロール及びオルダム継手を示す分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view showing the casing, orbiting scroll and Oldham coupling of FIG. 7; 図7のオルダム継手を拡大した図である。8 is an enlarged view of the Oldham coupling of FIG. 7; FIG. 実施例1、実施例2、比較例1で用いた銅粒子の走査型電子顕微鏡像である。1 is scanning electron microscope images of copper particles used in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1. FIG. 摩擦試験の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a friction test. 摩擦試験で得た摩耗体積と摩擦係数の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the wear volume obtained by the friction test, and the experimental result of a coefficient of friction. 摩擦試験で採取した摩耗粉の光学顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the optical microscope image of the abrasion powder sampled by the friction test. 実施例1、実施例2、および比較例1の成分についての表1を示す図である。1 shows Table 1 for the components of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1. FIG.

図1は、実施形態に係る流体機械に備えられる摺動部10を示す図である。流体機械としては、例えばレシプロ式流体機械やスクロール式流体機械を挙げることができる。レシプロ式流体機械やスクロール式流体機械の全体構成は後述する。 FIG. 1 is a diagram showing a sliding portion 10 provided in a fluid machine according to an embodiment. Examples of fluid machines include reciprocating fluid machines and scroll fluid machines. The overall configuration of the reciprocating fluid machine and the scroll fluid machine will be described later.

摺動部10は、金属製の部材11と、フッ素樹脂を母材とする複合樹脂材により形成された摺動材12と、を有している。摺動部10では、摺動材12が、摺動界面13において部材11と接触して摺動する。摺動界面13には、潤滑油やグリースなどが供給されてもよい。但し、実施形態の流体機械は、十分な潤滑油等を供給せず、オイルレスの状態で使用したときに、または全く潤滑油等を供給せず、オイルフリーの状態で使用したときに、特に効果が発揮される。 The sliding portion 10 has a metal member 11 and a sliding member 12 made of a composite resin material having a fluororesin as a base material. In the sliding portion 10 , the sliding member 12 slides in contact with the member 11 at the sliding interface 13 . Lubricating oil, grease, or the like may be supplied to the sliding interface 13 . However, when the fluid machine of the embodiment is used in an oil-less state without supplying a sufficient amount of lubricating oil or the like, or when it is used in an oil-free state without supplying any lubricating oil or the like, Effective.

図1に示す例では、部材11は、基材としての金属材11aの表面に、表面処理11bが形成されている。即ち、図1に示す例では、表面処理11bにより、摺動面が形成されており、この表面処理11bに、摺動材12を接触させて摺動させる。なお、図1では、金属材11aの表面に表面処理11bが形成されている例を示したが、金属材11aには、必ずしも表面処理11bが形成されていなくてもよく、部材11の表面に、金属材11aが露出していていもよい。即ち、部材11の金属表面は、金属材11aを構成する金属により形成されていてもよく、金属材11a上に形成された、表面処理11bにより形成されていてもよい。 In the example shown in FIG. 1, the member 11 has a surface treatment 11b formed on the surface of a metal material 11a as a base material. That is, in the example shown in FIG. 1, the sliding surface is formed by the surface treatment 11b, and the sliding material 12 is brought into contact with and slides on the surface treatment 11b. Although FIG. 1 shows an example in which the surface treatment 11b is formed on the surface of the metal material 11a, the surface treatment 11b may not necessarily be formed on the metal material 11a. , the metal material 11a may be exposed. That is, the metal surface of the member 11 may be formed of the metal forming the metal material 11a, or may be formed by the surface treatment 11b formed on the metal material 11a.

摺動材12を構成する複合樹脂材には、樹脂材である母材12a中に、粒子12bが配合されている。この粒子12bの詳細については、後述する。摺動材12には、上記した粒子12bに加えて、棒状粒子12cを配合する。棒状粒子12cとしては、炭素(カーボン)繊維やガラス繊維、金属繊維、セラミクス繊維などが挙げられる。また、上記した粒子12b、棒状粒子12c以外の粒子、例えば二硫化モリブデンなどの固体潤滑材が配合されていてもよい。 The composite resin material forming the sliding member 12 contains particles 12b in a base material 12a, which is a resin material. Details of the particles 12b will be described later. The sliding material 12 contains rod-like particles 12c in addition to the particles 12b described above. Examples of the rod-shaped particles 12c include carbon fibers, glass fibers, metal fibers, and ceramic fibers. Particles other than the particles 12b and rod-like particles 12c described above, for example, solid lubricants such as molybdenum disulfide may be blended.

部材11を構成する金属材11aとしては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素等の軽金属や、鉄、クロム、ニッケル、モリブデン、チタン、銅等の遷移金属を用いることができる。金属材11aとしては、具体的には、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム系材料、鉄や鉄-ニッケル合金等の鉄系材料、チタンやチタン合金等のチタン系材料、銅や銅合金等の銅系材料を用いることができる。中でも、アルミニウム系材料を用いた場合に、耐摩耗性について優れた効果を得ることができる。アルミニウム系材料には、例えば少量のマグネシウム、ケイ素等が含有されていてもよい。また、鉄系材料には、例えばクロム、ニッケル、モリブデン等が含有されていてもよい。 As the metal material 11a forming the member 11, for example, light metals such as aluminum, magnesium, and silicon, and transition metals such as iron, chromium, nickel, molybdenum, titanium, and copper can be used. Specific examples of the metal material 11a include aluminum-based materials such as aluminum and aluminum alloys, iron-based materials such as iron and iron-nickel alloys, titanium-based materials such as titanium and titanium alloys, and copper and copper alloys. A copper-based material can be used. Among them, when an aluminum-based material is used, excellent wear resistance can be obtained. The aluminum-based material may contain, for example, a small amount of magnesium, silicon, or the like. Also, the iron-based material may contain, for example, chromium, nickel, molybdenum, or the like.

金属材11aの表面に形成される表面処理11bは、金属材11aに自然に生成した自然酸化膜や、人工的に施した表面コーティングのことを言う。自然酸化膜の場合、例えば金属材11aがアルミニウムの場合には酸化アルミニウムであり、鉄の場合には酸化鉄であり、銅の場合には酸化銅である。 The surface treatment 11b formed on the surface of the metal material 11a refers to a natural oxide film naturally formed on the metal material 11a or an artificially applied surface coating. In the case of the natural oxide film, for example, when the metal material 11a is aluminum, it is aluminum oxide, when it is iron, it is iron oxide, and when it is copper, it is copper oxide.

表面コーティングの場合、一例として、メッキ処理や物理蒸着(PVD)法、化学蒸着(CVD)法、浸炭処理等により施すものであり、アルミニウム、リン、クロム、鉄、ニッケル、亜鉛のうち少なくとも1つを含む材料で構成される。このような元素を含む表面コーティングの一例として、アルマイト処理、アルミニウムめっき、ニッケルめっき、ニッケルリンめっき、クロムめっき、鉄めっき、亜鉛めっきなどを挙げることができる。 In the case of surface coating, for example, it is applied by plating, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), carburizing, etc. At least one of aluminum, phosphorus, chromium, iron, nickel and zinc Constructed of materials containing Examples of surface coatings containing such elements include alumite treatment, aluminum plating, nickel plating, nickel phosphorous plating, chrome plating, iron plating, and zinc plating.

摺動材12を構成する複合樹脂材の母材12aとしては、フッ素樹脂材をはじめ、樹脂材を用いることができる。フッ素樹脂の一例として、PTFE、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。例えば、PTFEと、それ以外のフッ素樹脂と、の2種類以上を混合して用いてもよい。 As the base material 12a of the composite resin material forming the sliding member 12, a resin material including a fluororesin material can be used. At least one selected from the group consisting of PTFE, tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene/ethylene copolymer (ETFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF) as an example of the fluororesin can be used. For example, two or more kinds of PTFE and other fluororesins may be mixed and used.

フッ素樹脂以外の樹脂材としては、例えば、超高分子ポリエチレン(UHMWPE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアセタール(POM)、フェノール樹脂などや、これらの変性体が挙げられる。これら樹脂材を2種類以上混合して用いてもよいし、これら樹脂材と上記したフッ素樹脂材を2種類以上混合して用いてもよい。 Examples of resin materials other than fluororesin include ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polyetheretherketone (PEEK), polyamide (PA), polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyacetal (POM), and phenolic resin. etc., and modifications thereof. Two or more kinds of these resin materials may be mixed and used, or two or more kinds of these resin materials and the above fluororesin materials may be mixed and used.

摺動材12を構成する複合樹脂材が配合する粒子12bとして、デンドライト状(または樹枝状と呼ぶ)や板状(または薄片状、鱗片状、フレーク状などと呼ぶ)の粒子を用いる。デンドライトとは、一本の軸から複数の枝が伸びて成る形状であり、棒状、針状、柱状、紡錘状などを含む細長い形状でかつ枝分かれしている形状のことを言う。 As the particles 12b mixed with the composite resin material constituting the sliding member 12, dendrite-like (or dendritic) or plate-like (or flaky, scale-like, or flake-like) particles are used. A dendrite has a shape in which a plurality of branches extend from a single axis, and refers to elongated and branched shapes including rod-like, needle-like, columnar, and spindle-like shapes.

図2は、枝部が棒状の場合のデンドライトを模式的に示した図である。棒状の細長い形状である複数の枝部12dが相互に連結されて構成される形状である。さらに具体的には、各枝部が放射状に配置されて端部が連結される形状である。枝部は必ずしも極端に細長い形状でなくてもよく、先端が鋭く尖った形状である必要もない。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a dendrite with rod-shaped branches. It has a configuration in which a plurality of branch portions 12d each having an elongated rod-like shape are connected to each other. More specifically, each branch is radially arranged and the ends are connected. The branches do not necessarily have to be extremely elongated, nor do they need to have sharply pointed ends.

デンドライト状または板状の粒子12bを用いる理由について説明する。例えば、特許文献1に記載の摺動材は、母材に対しアルミナ粒子や珪藻土の粒子などの酸化物系材料が添加されている。酸化物系材料は、硬く、摺動材の耐摩耗性向上に有効ではあったが、球状もしくはそれに準ずる形状もしくは不定形状のため、せん断による脱落が起きやすい。これら粒子の脱落物は、切削作用を有するアブレシブ粒子となり、摩耗が拡大することがあった。 The reason for using the dendrite-like or plate-like particles 12b will be described. For example, in the sliding material disclosed in Patent Document 1, an oxide-based material such as alumina particles or diatomaceous earth particles is added to the base material. Oxide-based materials are hard and effective in improving the wear resistance of sliding materials. These particles that have fallen off become abrasive particles that have a cutting action, which may increase wear.

デンドライト状や板状の粒子は、一般的な球状もしくはそれに準ずる形状を有する粒子に比べ、表面積が大きい。粒子の表面積が大きいと、母材との接触面積が増え、よって密着性が高く、せん断によって脱落する頻度を大幅に下げることが可能である。よって、デンドライト状や板状の粒子12bを母材に配合し複合樹脂材とした摺動材は、摩耗耐久性が高い。 Dendrite-like or plate-like particles have a larger surface area than particles having a general spherical shape or similar shape. When the surface area of the particles is large, the contact area with the base material is increased, so the adhesion is high, and the frequency of falling off due to shearing can be greatly reduced. Therefore, a sliding member made of a composite resin material in which dendrite-like or plate-like particles 12b are blended into a base material has high abrasion resistance.

粒子12bとして用いるデンドライト状の粒子を構成する材料の一例は金属材である。例えば金属イオンを含む水溶液を電気分解し、デンドライト状の粒子を析出させることで、デンドライト状の粒子を得ることができる。 An example of a material forming the dendrite-like particles used as the particles 12b is a metal material. For example, dendrite-like particles can be obtained by electrolyzing an aqueous solution containing metal ions to deposit dendrite-like particles.

また、粒子12bとして用いる板状の粒子を構成する材料の一例は金属材であり、例えば粉砕粉など扁平でない粒子を、つき砕くことによって扁平加工することで得られる。 An example of the material forming the plate-like particles used as the particles 12b is a metal material, which is obtained by crushing and flattening non-flat particles such as pulverized powder.

上記した粒子12bを構成する金属材の一例は、銅または銅合金である。ここに示した粒子の製法や材質は一例であり、類似の形状であればセラミクスやカーボンなどの材料も用いることができる。 An example of the metal material forming the particles 12b is copper or a copper alloy. The manufacturing method and material of the particles shown here are examples, and materials such as ceramics and carbon can also be used as long as they have similar shapes.

摺動材12の耐摩耗性の向上のため、粒子12bの粒径は特に限定されるものではないが、例えばレーザー回折式粒度分布計で測定される球形近似の粒径として10nmから300μmの範囲で用いると好適である。 In order to improve the wear resistance of the sliding material 12, the particle size of the particles 12b is not particularly limited, but is, for example, in the range of 10 nm to 300 μm as an approximate spherical particle size measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer. It is suitable for use in

摺動材12を構成する複合樹脂材を製造する際には、母材12aの粉末、上記した方法で作成した粒子12b、棒状粒子12c、二硫化モリブデンなどその他の粉末を、ミキサーで均一に混合して混合物とし、続いて混合物を圧縮成型又は射出成型で任意の形状に成型して成形物とした後、成形物を電気炉等で焼成して、複合樹脂材を得ることができる。焼成は、使用する母材の種類に応じて、その温度範囲を適宜調整して行う。 When manufacturing the composite resin material that constitutes the sliding member 12, the powder of the base material 12a, the particles 12b produced by the above-described method, the rod-like particles 12c, molybdenum disulfide, and other powders are uniformly mixed in a mixer. Then, the mixture is molded into an arbitrary shape by compression molding or injection molding to obtain a molding, and the molding is baked in an electric furnace or the like to obtain a composite resin material. Firing is performed by appropriately adjusting the temperature range according to the type of base material to be used.

摺動材12における、粒子12bの存在を確認するためには、摺動材12の表面や摺動材12の破砕物を、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてミクロ観察し、デンドライト状や板状などの粒子形状を確認することにより、容易に確認することができる。その他の確認方法としては、(a)摺動材12を焼くことで、母材12aが熱分解して消失し、残渣として残った粒子12bを観察することでその形状を確認できる。(b)摺動材12を酸性の水溶液に浸漬することで、粒子12bを構成する金属粒子が溶け、粒子12bの形状を確認できる。さらに(c)X線CTを使うことで、直接的に摺動材12に含まれる粒子の形状を確認することができる。 In order to confirm the existence of the particles 12b in the sliding material 12, the surface of the sliding material 12 and the crushed material of the sliding material 12 are microscopically observed using an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). It can be easily confirmed by confirming the particle shape such as dendrite shape or plate shape. As another confirmation method, (a) by baking the sliding member 12, the base material 12a is thermally decomposed and disappeared, and the shape can be confirmed by observing the particles 12b remaining as a residue. (b) By immersing the sliding member 12 in an acidic aqueous solution, the metal particles forming the particles 12b are dissolved, and the shape of the particles 12b can be confirmed. Furthermore, (c) by using X-ray CT, the shape of the particles contained in the sliding member 12 can be directly confirmed.

図3は、レシプロ式流体機械40の全体構成を示す図である。レシプロ式流体機械40は、シリンダ41と、シリンダ41内部を往復動するピストン42と、を有している。シリンダ41内の、ピストン42により画成された空間には、流体を圧縮又は膨張させる作動空間としての圧縮/膨張室43が形成されている。 FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of the reciprocating fluid machine 40. As shown in FIG. The reciprocating fluid machine 40 has a cylinder 41 and a piston 42 that reciprocates inside the cylinder 41 . A compression/expansion chamber 43 as a working space for compressing or expanding fluid is formed in the space defined by the piston 42 within the cylinder 41 .

図3に示すようにシリンダ41の上端は、仕切り板44により閉塞されており、仕切り板44に、吸入口44a、吐出口44bが設けられている。吸入口44a、吐出口44bには、それぞれ、吸入弁44c、吐出弁44dが設けられており、吸入弁44c、吐出弁44dの先には、それぞれ配管が接続されている。 As shown in FIG. 3, the upper end of the cylinder 41 is closed by a partition plate 44, and the partition plate 44 is provided with a suction port 44a and a discharge port 44b. The suction port 44a and the discharge port 44b are provided with a suction valve 44c and a discharge valve 44d, respectively, and pipes are connected to the suction valve 44c and the discharge valve 44d, respectively.

図3に示すように、シリンダ41は、下端側が開放されており、この下端部において、筐体45と接続されている。ピストン42には、ピストンピン46aを介して連結棒46が接続されている。筐体45内には、モータ47が収容されている。モータ47は、プーリ48、及びプーリ48間に巻き回されたベルト49を介して、連結棒46に接続されている。 As shown in FIG. 3, the cylinder 41 is open on the lower end side and connected to the housing 45 at the lower end. A connecting rod 46 is connected to the piston 42 via a piston pin 46a. A motor 47 is accommodated in the housing 45 . The motor 47 is connected to the connecting rod 46 via a pulley 48 and a belt 49 wound between the pulleys 48 .

レシプロ式流体機械40の作動時には、モータ47の動力を、ベルト49、プーリ48を介して、連結棒46によりピストン42に伝える。ピストン42を上下動させることで、吸入口44aから圧縮/膨張室43内に外気を吸入し、圧縮/膨張室43内で吸入ガスを圧縮する。圧縮されたガスは、吐出口44bを通って、圧縮/膨張室43の外部に吐出され、配管により回収される。 During operation of the reciprocating fluid machine 40 , the power of the motor 47 is transmitted to the piston 42 by the connecting rod 46 via the belt 49 and pulley 48 . By moving the piston 42 up and down, outside air is sucked into the compression/expansion chamber 43 through the suction port 44a, and the suction gas is compressed in the compression/expansion chamber 43. As shown in FIG. The compressed gas is discharged to the outside of the compression/expansion chamber 43 through the discharge port 44b and recovered by piping.

図4は、図3に示すレシプロ式流体機械40のシリンダ41内部の構成を拡大した図である。ピストン42には、ピストンリング421、ライダーリング422が環装されており、ピストン42の上下動に伴い、ピストンリング421、ライダーリング422が、シリンダ41の内周面と摺動する。これにより、ピストン42とシリンダ41との接触やカジリを防止することができ、ピストン42とシリンダ41とのスムーズな摺動状態を得ることができる。 FIG. 4 is an enlarged view of the internal configuration of the cylinder 41 of the reciprocating fluid machine 40 shown in FIG. A piston ring 421 and a rider ring 422 are attached to the piston 42 , and the piston ring 421 and the rider ring 422 slide on the inner peripheral surface of the cylinder 41 as the piston 42 moves up and down. As a result, contact and galling between the piston 42 and the cylinder 41 can be prevented, and a smooth sliding state between the piston 42 and the cylinder 41 can be obtained.

シリンダ41は、図1における部材11に該当し、ピストンリング421は、図1における摺動材12に該当する。ピストン42は、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。シリンダ41は、金属材11a(図1参照)を基材とする金属製であり、金属材11aについて説明したのと同様の材料を用いて形成することができる。 The cylinder 41 corresponds to the member 11 in FIG. 1, and the piston ring 421 corresponds to the sliding member 12 in FIG. The piston 42 may be made of metal or resin. The cylinder 41 is made of metal using the metal material 11a (see FIG. 1) as a base material, and can be formed using the same materials as those described for the metal material 11a.

シリンダ41には、金属材11aに対する表面処理11bにより、適宜被膜を形成してもよい。例えば、金属材11aの表面は自然酸化膜が生じたまま用いてもよいし、アルマイト処理やニッケルめっき等を形成してもよい。なお、シリンダ41の金属材11aの表面には、被膜を形成しなくてもよい。 A film may be appropriately formed on the cylinder 41 by surface treatment 11b on the metal material 11a. For example, the surface of the metal material 11a may be used with a natural oxide film formed thereon, or may be subjected to alumite treatment, nickel plating, or the like. Note that the surface of the metal material 11a of the cylinder 41 does not have to be coated.

ピストンリング421は、上記した複合樹脂材料により形成する。即ち、ピストンリング421は、樹脂材の母材に対し粒子12bと棒状粒子12cが配合されている複合樹脂材を用いて形成する。ライダーリング422についても、ピストンリング421と同様、複合樹脂材を用いて形成してもよい。 The piston ring 421 is made of the composite resin material described above. That is, the piston ring 421 is formed using a composite resin material in which the particles 12b and the rod-like particles 12c are blended with a resin base material. As with the piston ring 421, the rider ring 422 may also be formed using a composite resin material.

図5は、スクロール式流体機械50の構成を示す断面図である。図5において、スクロール式流体機械50は、スクロール式流体機械50の外殻をなすケーシング53と、ケーシング53に回転可能に設けられた駆動軸54と、ケーシング53に取り付けられた固定スクロール51と、駆動軸54のクランク軸54Aに旋回可能に設けられた旋回スクロール52と、を有している。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the scroll fluid machine 50. As shown in FIG. 5, the scroll fluid machine 50 includes a casing 53 forming an outer shell of the scroll fluid machine 50, a drive shaft 54 rotatably provided in the casing 53, a fixed scroll 51 attached to the casing 53, and an orbiting scroll 52 that is rotatably provided on the crankshaft 54A of the drive shaft 54 .

固定スクロール51は、固定鏡板51aと、固定鏡板51aの一主面側に渦巻状に形成された固定スクロールラップ51bと、を有している。旋回スクロール52は、旋回鏡板52aと、旋回鏡板52aの一主面側に渦巻状に形成された旋回スクロールラップ52bと、を有している。旋回スクロール52には、旋回鏡板52aの背面側中央にボス部52fが突設されている。 The fixed scroll 51 has a fixed end plate 51a and a fixed scroll wrap 51b spirally formed on one main surface side of the fixed end plate 51a. The orbiting scroll 52 has an orbiting end plate 52a and an orbiting scroll wrap 52b spirally formed on one main surface side of the orbiting end plate 52a. The orbiting scroll 52 has a boss portion 52f projecting from the center of the back side of the orbiting end plate 52a.

旋回スクロール52は、旋回スクロールラップ52bが、固定スクロールラップ51bと互いに噛み合うように、互いに対向して配置されている。これにより、固定スクロールラップ51bと旋回スクロールラップ52bとの間に、流体を圧縮又は膨張する作動空間としての圧縮/膨張室55が形成される。 The orbiting scrolls 52 are arranged to face each other so that the orbiting scroll wraps 52b and the fixed scroll wraps 51b are meshed with each other. Thereby, a compression/expansion chamber 55 is formed between the fixed scroll wrap 51b and the orbiting scroll wrap 52b as a working space for compressing or expanding fluid.

固定スクロール51の固定鏡板51aの外周側には、吸入口56が穿設されている。吸入口56は、最外周側の圧縮/膨張室55に連通している。また、固定スクロール51の固定鏡板51aの中心部には、吐出口57が穿設されている。吐出口57は、最内周側の圧縮/膨張室55に開口している。 A suction port 56 is formed on the outer peripheral side of the fixed end plate 51 a of the fixed scroll 51 . The suction port 56 communicates with the outermost compression/expansion chamber 55 . A discharge port 57 is formed in the central portion of the fixed end plate 51a of the fixed scroll 51. As shown in FIG. The discharge port 57 opens into the innermost compression/expansion chamber 55 .

駆動軸54は、玉軸受58を介してケーシング53に回転可能に支持されている。駆動軸54の一端側は、ケーシング53外で電動モータ等に連結されており、駆動軸54の他端側は、ケーシング53内に伸張してクランク軸54Aとなる。クランク軸54Aの軸線は、駆動軸54の軸線に対して、所定寸法だけ偏心している。 The drive shaft 54 is rotatably supported by the casing 53 via ball bearings 58 . One end side of the drive shaft 54 is connected to an electric motor or the like outside the casing 53, and the other end side of the drive shaft 54 extends into the casing 53 to become a crankshaft 54A. The axis of the crankshaft 54A is eccentric with respect to the axis of the drive shaft 54 by a predetermined dimension.

ケーシング53の旋回スクロール52側の内周には、円環状のスラスト受部61が設けられている。スラスト受部61と旋回鏡板52aとの間には、スラストプレート62が設けられている。スラストプレート62は、例えば鉄等の金属材料により円環状の板体として形成されている。旋回スクロール52が旋回運動したときに、旋回鏡板52aに対してその表面が摺動し、主に圧縮運転時に旋回スクロール52に作用するスラスト方向(旋回スクロール52を固定スクロール51から離間させる方向)の荷重を、スラストプレート62はスラスト受部61と共に受けとめる。これにより、ケーシング53と旋回鏡板52aとのかじりや異常摩耗を防止する。 An annular thrust receiving portion 61 is provided on the inner circumference of the casing 53 on the orbiting scroll 52 side. A thrust plate 62 is provided between the thrust receiving portion 61 and the turning end plate 52a. The thrust plate 62 is formed as an annular plate made of a metal material such as iron. When the orbiting scroll 52 orbits, its surface slides against the orbiting end plate 52a, and the thrust direction acting on the orbiting scroll 52 mainly during the compression operation (direction separating the orbiting scroll 52 from the fixed scroll 51). The thrust plate 62 receives the load together with the thrust receiving portion 61 . This prevents galling and abnormal wear between the casing 53 and the turning end plate 52a.

また、スラスト受部61と旋回鏡板52aとの間には、スラストプレート62より中心寄りの位置に、オルダムリング63が設けられている。オルダムリング63は、駆動軸54によって旋回スクロール52が回転駆動されたときに、旋回スクロール52の自転を防止し、クランク軸54Aによる所定寸法の旋回半径を持った円運動を与える。 An Oldham ring 63 is provided between the thrust receiving portion 61 and the turning end plate 52a at a position closer to the center than the thrust plate 62. As shown in FIG. The Oldham ring 63 prevents the rotation of the orbiting scroll 52 when the orbiting scroll 52 is rotationally driven by the drive shaft 54, and provides circular motion with a predetermined orbital radius by the crankshaft 54A.

不図示の電動モータ等により駆動軸54を回転駆動させると、旋回スクロール52が所定寸法の旋回半径で旋回運動し、吸入口56から吸い込まれた外部の空気が、固定スクロールラップ51bと旋回スクロールラップ52bとの間に画成された圧縮/膨張室55で順次圧縮される。この圧縮空気は、固定スクロール51の吐出口57から、外部の空気タンク等に吐出される。 When the drive shaft 54 is driven to rotate by an electric motor (not shown) or the like, the orbiting scroll 52 orbits with a predetermined orbital radius, and the external air sucked from the suction port 56 moves between the fixed scroll wrap 51b and the orbiting scroll wrap. 52b are sequentially compressed in a compression/expansion chamber 55 defined between them. This compressed air is discharged from the discharge port 57 of the fixed scroll 51 to an external air tank or the like.

図6は、図5に示すスクロール式流体機械50の固定スクロール51及び旋回スクロール52の一部を拡大した図である。固定スクロールラップ51bの旋回鏡板52aとの対向側の端面51cには、溝51dが形成されており、この溝51dには、チップシール591が嵌め込まれている。 FIG. 6 is an enlarged view of a part of the fixed scroll 51 and the orbiting scroll 52 of the scroll fluid machine 50 shown in FIG. A groove 51d is formed in the end face 51c of the stationary scroll wrap 51b on the opposite side to the orbiting end plate 52a, and a tip seal 591 is fitted in the groove 51d.

また、旋回スクロールラップ52bの固定鏡板51aとの対向側の端面52cにも、溝52dが形成されており、この溝52dにもチップシール592が嵌め込まれている。 A groove 52d is also formed in the end face 52c of the orbiting scroll wrap 52b on the opposite side to the fixed end plate 51a, and a tip seal 592 is fitted in this groove 52d as well.

旋回スクロール52の旋回運動に伴い、チップシール591が旋回鏡板52aのラップ底面52eと摺動し、チップシール592が固定鏡板51aのラップ底面51eと摺動する。これにより、固定スクロールラップ51bと旋回鏡板52aのラップ底面52eとの接触や、旋回スクロールラップ52bと固定鏡板51aのラップ底面51eとの接触を防止することができ、スムーズな摺動状態を得ることができる。 As the orbiting scroll 52 orbits, the tip seal 591 slides against the wrap bottom surface 52e of the orbiting end plate 52a, and the tip seal 592 slides against the wrap bottom surface 51e of the fixed end plate 51a. As a result, contact between the fixed scroll wrap 51b and the wrap bottom surface 52e of the orbiting end plate 52a and contact between the orbiting scroll wrap 52b and the wrap bottom surface 51e of the fixed end plate 51a can be prevented, and a smooth sliding state can be obtained. can be done.

図6において、固定スクロール51及び旋回スクロール52は、図1における部材11に該当し、チップシール591及びチップシール592は、図1における摺動材12に該当する。固定スクロール51及び旋回スクロール52は、金属材11a(図1参照)を基材とする金属製であり、金属材11aについて説明したのと同様の材料を用いて形成することができる。固定スクロール51の固定鏡板51aのラップ底面51e及び固定スクロールラップ51bの側面には、金属材11aに対する表面処理により、適宜メッキ膜等の被膜を形成してもよい。 6, a fixed scroll 51 and an orbiting scroll 52 correspond to the member 11 in FIG. 1, and a tip seal 591 and a tip seal 592 correspond to the sliding member 12 in FIG. The fixed scroll 51 and the orbiting scroll 52 are made of metal using the metal material 11a (see FIG. 1) as a base material, and can be formed using the same material as described for the metal material 11a. On the wrap bottom surface 51e of the fixed end plate 51a of the fixed scroll 51 and the side surface of the fixed scroll wrap 51b, a film such as a plating film may be appropriately formed by surface treatment of the metal material 11a.

チップシール591及びチップシール592は、複合樹脂材料により形成する。即ち、チップシール591及びチップシール592は、母材12aに対し、粒子12bと棒状粒子12cが配合されている複合樹脂材料を用いて形成する。 The tip seal 591 and the tip seal 592 are made of a composite resin material. That is, the tip seal 591 and the tip seal 592 are formed using a composite resin material in which the particles 12b and the rod-like particles 12c are blended with the base material 12a.

また、スラストプレート62と旋回鏡板52aとの摺動部において、これらの摺動面を形成するスラストプレート62表面又は旋回鏡板52aの表面に、上記した、複合樹脂材をコーティングしてもよい。また、上記した説明では、スラストプレート62を、鉄等の金属材料により形成した例を示したが、スラストプレート62自体を、複合樹脂材料により形成してもよい。 Further, in the sliding portion between the thrust plate 62 and the swivel panel 52a, the surface of the thrust plate 62 or the surface of the swivel panel 52a forming the sliding surfaces thereof may be coated with the composite resin material described above. Also, in the above description, an example in which the thrust plate 62 is made of a metal material such as iron is shown, but the thrust plate 62 itself may be made of a composite resin material.

また、上記した説明では、スラストプレート62と、スラストプレート62より中心寄りの位置に設けられたオルダムリング63により、旋回スクロール52の自転を防止する機構について示したが、これに限られるものではなく、例えば補助クランク(図示しない)など他の自転防止機構を用いたスクロール式流体機械にも実施例を適用することができる。 Further, in the above description, the thrust plate 62 and the Oldham ring 63 provided at a position closer to the center than the thrust plate 62 are used to prevent the orbiting scroll 52 from rotating. The embodiment can also be applied to a scroll type fluid machine using other anti-rotation mechanisms such as an auxiliary crank (not shown).

図5、図6では、旋回スクロール52の自転を防止する機構として、オルダムリング63を備えたスクロール式流体機械50の構成を示した。図7~図9では、旋回スクロールの自転防止機構として、オルダム継手90を備えたスクロール式流体機械70の構成を示す。 FIGS. 5 and 6 show the configuration of the scroll fluid machine 50 including the Oldham ring 63 as a mechanism for preventing the orbiting scroll 52 from rotating. 7 to 9 show the configuration of a scroll type fluid machine 70 having an Oldham's coupling 90 as an anti-rotation mechanism for the orbiting scroll.

図7は、旋回スクロールの自転防止機構として、オルダム継手90を備えたスクロール式流体機械70の構成を示す断面図である。
図7において、71は固定スクロール、72は旋回スクロール、73はケーシング、74は駆動軸である。旋回スクロール72は、旋回スクロール本体75と、旋回スクロール本体75の背面側に取り付けられた、略円板状の背面プレート76とを有している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a scroll-type fluid machine 70 having an Oldham's coupling 90 as an anti-rotation mechanism for the orbiting scroll.
In FIG. 7, 71 is a fixed scroll, 72 is an orbiting scroll, 73 is a casing, and 74 is a drive shaft. The orbiting scroll 72 has an orbiting scroll main body 75 and a substantially disk-shaped rear plate 76 attached to the rear side of the orbiting scroll main body 75 .

固定スクロール71は、固定鏡板71aの表面側に固定スクロールラップ71bが設けられ、固定鏡板71aの背面側に放熱板71cが設けられている。また、旋回スクロール本体75は、旋回鏡板75aの表面側に、固定スクロールラップ71bと対向するように、旋回スクロールラップ75bが設けられ、旋回鏡板75aの背面側に放熱板75cが設けられている。 The fixed scroll 71 is provided with a fixed scroll wrap 71b on the surface side of the fixed end plate 71a, and a radiator plate 71c on the back side of the fixed end plate 71a. The orbiting scroll main body 75 is provided with an orbiting scroll wrap 75b on the surface side of the orbiting end plate 75a so as to face the fixed scroll wrap 71b, and a radiator plate 75c on the back side of the orbiting end plate 75a.

背面プレート76は、旋回スクロール本体75の放熱板75cの先端に、ボルト等により固着されており、その背面中央部には、ボス部76dが軸方向に突出している。なお、スクロール式流体機械70の基本的な構成は、上記した点以外は、図5に示す構成と同様である。このため、図5と共通する部分については説明を省略する。 The rear plate 76 is fixed to the tip of the heat radiating plate 75c of the orbiting scroll body 75 by bolts or the like, and a boss portion 76d protrudes in the axial direction from the central portion of the rear surface. Note that the basic configuration of the scroll fluid machine 70 is the same as the configuration shown in FIG. 5 except for the points described above. Therefore, the description of the parts common to FIG. 5 will be omitted.

図8は、ケーシング73、旋回スクロール72及びオルダム継手90を示す分解斜視図である。また、図9は、図7のオルダム継手90を拡大した図である。スクロール式流体機械70では、旋回スクロール72の背面プレート76と、ケーシング73のフランジ部77との間に、自転防止機構であるオルダム継手90が設けられている。 FIG. 8 is an exploded perspective view showing the casing 73, orbiting scroll 72 and Oldham coupling 90. As shown in FIG. 9 is an enlarged view of the Oldham coupling 90 of FIG. In the scroll fluid machine 70 , an Oldham's coupling 90 as an anti-rotation mechanism is provided between the back plate 76 of the orbiting scroll 72 and the flange portion 77 of the casing 73 .

図8と図9に示すように、オルダム継手90は、X軸方向に延びるX軸ガイド91、91、X軸方向に直交するY軸方向に延びるY軸ガイド92、92、X軸ガイド91及びY軸ガイド92に摺接するスライダ93、及びスライダ93に配置された各球体94を有している。 As shown in FIGS. 8 and 9, the Oldham coupling 90 includes X-axis guides 91, 91 extending in the X-axis direction, Y-axis guides 92, 92 extending in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, an X-axis guide 91, and It has a slider 93 in sliding contact with the Y-axis guide 92 and each sphere 94 arranged on the slider 93 .

X軸ガイド91、91、Y軸ガイド92、92は、いずれも細長い角板状に形成されている。X軸ガイド91、91は、ケーシング73のフランジ部77の摺動面77Aに一体に設けられており、Y軸方向に一定の寸法だけ離間して設置されている。Y軸ガイド92、92は、背面プレート76の摺動面76Aに一体に設けられており、X軸方向に一定の寸法だけ離間して設置されている。 Each of the X-axis guides 91, 91 and the Y-axis guides 92, 92 is formed in an elongated square plate shape. The X-axis guides 91, 91 are provided integrally with the sliding surface 77A of the flange portion 77 of the casing 73, and are spaced apart by a constant dimension in the Y-axis direction. The Y-axis guides 92, 92 are provided integrally with the sliding surface 76A of the rear plate 76, and are spaced apart by a constant dimension in the X-axis direction.

スライダ93は、略正方形の平板状に形成されており、側面93a、93aが、X軸ガイド91、91の内面に摺接し、側面93b、93bが、Y軸ガイド92、92の内面に摺接するように装着されている。スライダ93の中央部には、背面プレート76のボス部76dが貫通する逃し穴93cが穿設されており、その4隅には、貫通孔93d、93d、93d、93dが穿設されている。貫通孔93dには、球体94、94、94、94が挿入されている。 The slider 93 is formed in a substantially square flat plate shape, and side surfaces 93a, 93a are in sliding contact with the inner surfaces of the X-axis guides 91, 91, and side surfaces 93b, 93b are in sliding contact with the inner surfaces of the Y-axis guides 92, 92. It is worn as A relief hole 93c through which the boss portion 76d of the rear plate 76 penetrates is formed in the central portion of the slider 93, and through holes 93d, 93d, 93d, and 93d are formed in the four corners thereof. Balls 94, 94, 94, 94 are inserted into the through holes 93d.

オルダム継手90は、スライダ93をX軸方向、Y軸方向に摺動変位させることにより、旋回スクロール72の自転を防止し、旋回スクロール72に所定寸法の旋回半径をもった円運動を与える自転防止機構として機能する。 The Oldham's coupling 90 prevents the rotation of the orbiting scroll 72 by slidingly displacing the slider 93 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and gives the orbiting scroll 72 circular motion with a predetermined orbiting radius. function as a mechanism.

図7に示すスクロール式流体機械70は、不図示の電動モータ等により駆動軸74を回転駆動させると、旋回スクロール72が所定寸法の旋回半径で旋回運動し、吸込口78から吸込まれた外部の空気が、固定スクロールラップ71bと旋回スクロールラップ75bとの間に画成された圧縮/膨張室79内で順次圧縮される。この圧縮空気は、固定スクロール71の吐出口80から、吐出パイプ81を介して吐き出され、外部のタンクに貯留される。 In a scroll-type fluid machine 70 shown in FIG. 7, when a drive shaft 74 is rotationally driven by an electric motor or the like (not shown), an orbiting scroll 72 orbits at a predetermined orbital radius, and external air sucked from a suction port 78 is rotated. Air is sequentially compressed in compression/expansion chambers 79 defined between fixed scroll wrap 71b and orbiting scroll wrap 75b. This compressed air is discharged from a discharge port 80 of the fixed scroll 71 through a discharge pipe 81 and stored in an external tank.

例えばX軸ガイド91、91、Y軸ガイド92、92が金属製であり、スライダ93が樹脂製である場合、スライダ93における、摺動面を構成する領域を、上記した複合樹脂材料により形成してもよい。また、スライダ93の摺動面を形成する面を、複合樹脂材料によりコーティングしてもよい。 For example, when the X-axis guides 91, 91 and the Y-axis guides 92, 92 are made of metal and the slider 93 is made of resin, the region constituting the sliding surface of the slider 93 is formed of the composite resin material described above. may Also, the surface forming the sliding surface of the slider 93 may be coated with a composite resin material.

また、X軸ガイド91、91、Y軸ガイド92、92が金属製である場合には、X軸ガイド91、91、Y軸ガイド92、92の表面に、複合樹脂材料をコーティングしてもよい。また、X軸ガイド91、91、Y軸ガイド92、92を複合樹脂材により構成し、スライダ93を金属製としてもよい。 Further, when the X-axis guides 91, 91 and the Y-axis guides 92, 92 are made of metal, the surfaces of the X-axis guides 91, 91 and the Y-axis guides 92, 92 may be coated with a composite resin material. . Alternatively, the X-axis guides 91, 91 and the Y-axis guides 92, 92 may be made of a composite resin material, and the slider 93 may be made of metal.

図3と図4に示すレシプロ式流体機械、及び図5~図9に示すスクロール式流体機械においては、いずれも圧縮/膨張室内に供給するガスとして、大気を用いてもよいし、水蒸気が極端に少ない乾燥ガスを用いてもよい。即ち、高純度窒素ガス等の、露点が低く、湿度が低いガスを圧縮する際には、フッ素樹脂を母材とする摺動材の摩耗が悪化し易く、流体機械のメンテナンスサイクルや寿命が短くなり易かった。 In both the reciprocating fluid machines shown in FIGS. 3 and 4 and the scroll fluid machines shown in FIGS. A less dry gas may be used. That is, when compressing a gas with a low dew point and low humidity, such as high-purity nitrogen gas, wear of the sliding material whose base material is fluororesin is likely to worsen, shortening the maintenance cycle and service life of fluid machinery. It was easy.

上記した実施例の摺動材は、圧縮する流体の種類に拠らずに、十分な摩耗耐久性を発現できる。このため、実施例の摺動材を適用した流体機械を、例えば乾燥ガスの圧縮に供することもできる。 The sliding member of the above-described embodiment can exhibit sufficient abrasion resistance regardless of the type of fluid to be compressed. Therefore, a fluid machine to which the sliding member of the embodiment is applied can be used for, for example, compressing dry gas.

乾燥ガスの例としては、露点-30℃以下のガスを挙げることができる。乾燥ガスとしては、例えば合成空気、高純度窒素ガス、酸素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、水素ガス等が挙げられる。 Examples of dry gases include gases with a dew point of −30° C. or lower. Examples of dry gases include synthetic air, high-purity nitrogen gas, oxygen gas, helium gas, argon gas, and hydrogen gas.

上記した実施形態では、圧縮機に代表される流体機械に、図1に示す摺動材12を適用した場合を例に説明した。但し、実施例の摺動材12は、流体機械以外にも、真空装置、印刷装置、分析装置、宇宙関連機器等の、固体潤滑性が求められる機械装置に用いてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the sliding member 12 shown in FIG. 1 is applied to a fluid machine represented by a compressor has been described as an example. However, the sliding material 12 of the embodiment may be used in mechanical devices requiring solid lubricity, such as vacuum devices, printing devices, analytical devices, and space-related equipment, in addition to fluid machinery.

(実施例1)
以下、摩擦試験法を用いた実験により、実施例である摺動材12の耐摩耗性向上の効果を示す。以下の検討では、デンドライト状や板状の形状を呈する粒子12bの代表例として、銅粒子を用いた。実施例1は、母材12a、銅の粒子12b、炭素繊維の棒状粒子12cを有する摺動材12である。
銅粒子の材質は、純銅であり、純度99.99%である。実施例1、実施例2および比較例の成分についての表1を図14に示す。
(Example 1)
The effect of improving the wear resistance of the sliding member 12 of the example will be shown below by experiments using the friction test method. In the following studies, copper particles were used as representative examples of the particles 12b having a dendrite-like or plate-like shape. Example 1 is a sliding material 12 having a base material 12a, copper particles 12b, and carbon fiber rod-like particles 12c.
The material of the copper particles is pure copper with a purity of 99.99%. Table 1 for the components of Example 1, Example 2 and Comparative Example is shown in FIG.

実施例1は、デンドライト状の銅粒子を配合した摺動材である。デンドライト状の銅粒子は、銅イオンを含む水溶液の電気分解によって形成された銅粒子である。 Example 1 is a sliding material containing dendritic copper particles. Dendrite-like copper particles are copper particles formed by electrolysis of an aqueous solution containing copper ions.

(実施例2)
実施例2は、母材12a、銅の粒子12b、炭素繊維の棒状粒子12cを有する摺動材12である。実施例2では、実施例1のデンドライト状の銅粒子に代わり、板状の銅粒子を配合した摺動材である。板状の銅粒子は、銅の粉砕粉を、つき砕くことによって扁平加工された銅粒子である。
(Example 2)
Example 2 is a sliding material 12 having a base material 12a, copper particles 12b, and carbon fiber rod-like particles 12c. In Example 2, instead of the dendrite-like copper particles of Example 1, plate-like copper particles were added to the sliding material. Plate-like copper particles are copper particles that have been flattened by crushing pulverized copper powder.

比較例1は、母材12a、球状の銅の粒子12b、炭素繊維の棒状粒子12cを有する摺動材12である。実施例1、2とは、比較例1は球状の銅粒子を配合した摺動材であることで相違する。実施例1、2および比較例1において、母材12aとしてPTFEを用いた。 Comparative Example 1 is a sliding material 12 having a base material 12a, spherical copper particles 12b, and carbon fiber rod-like particles 12c. Comparative Example 1 differs from Examples 1 and 2 in that it is a sliding material containing spherical copper particles. In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, PTFE was used as the base material 12a.

実施例1、実施例2、比較例1それぞれの複合樹脂材に配合した銅粒子のSEM観察像を図10に示す。図10に示すように、実施例1の銅粒子はデンドライト状であり、実施例2の銅粒子は板状であり、比較例1の銅粒子は球状であることが明確にわかる。 FIG. 10 shows SEM observation images of the copper particles blended in the composite resin materials of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, respectively. As shown in FIG. 10, it can be clearly seen that the copper particles of Example 1 are dendritic, the copper particles of Example 2 are tabular, and the copper particles of Comparative Example 1 are spherical.

摩擦試験は、図11に示す構成で行った。図14に示した実施例1、実施例2、および比較例1の材料をブロック状試験片31に加工し、金属製のリング状試験片32を接触、回転させた。金属製のリング状試験片32は、アルミニウム合金である。その表面には、硫酸アルマイト処理を施した。摩擦試験の実験条件として、接触圧は1MPa、速度は2m/s、温度は120℃に制御し、15時間摺動させた。 The friction test was conducted with the configuration shown in FIG. The materials of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 shown in FIG. 14 were processed into block-shaped test pieces 31, and metal ring-shaped test pieces 32 were contacted and rotated. The metal ring-shaped test piece 32 is an aluminum alloy. Sulfuric acid alumite treatment was applied to the surface. As experimental conditions for the friction test, the contact pressure was controlled to 1 MPa, the speed to 2 m/s, and the temperature to 120° C., and sliding was performed for 15 hours.

摩擦試験の結果得られた、摩擦係数の定常値と、上記した複合樹脂材で構成されたブロック状試験片31の摩耗体積と、を図12に示す。摩耗体積は棒グラフで表し、摩耗係数は○印のプロットで値を示す。なお、摩耗体積は、試験前後での質量減少量を密度で除することで求めた。また、結果を理解しやすくするため、摩耗体積は、比較例1を100としたときの相対値を示した。 FIG. 12 shows the steady-state value of the coefficient of friction and the wear volume of the block-shaped test piece 31 made of the composite resin material, which were obtained as a result of the friction test. The wear volume is represented by a bar graph, and the wear coefficient is plotted with circles. The wear volume was obtained by dividing the amount of mass reduction before and after the test by the density. Also, in order to facilitate understanding of the results, the wear volume is shown as a relative value when Comparative Example 1 is set to 100.

実施例1と実施例2ともに、比較例1と比べ少ない摩耗量を示した。特に実施例1の場合に最も少ない摩耗量となった。また、実施例1と実施例2ともに、比較例1と比べ小さな摩擦係数を示した。特に実施例2の場合に最も小さな摩耗量となった。よって、摺動材の摩擦と摩耗は、デンドライト状や板状の銅粒子を配合した場合に、球状の銅粒子を用いた場合よりも少なくなる結果となった。 Both Example 1 and Example 2 exhibited a smaller amount of wear than Comparative Example 1. Especially in the case of Example 1, the amount of wear was the smallest. In addition, both Example 1 and Example 2 showed a smaller coefficient of friction than Comparative Example 1. Especially in the case of Example 2, the amount of wear was the smallest. Therefore, the friction and wear of the sliding material were less when dendrite-like or plate-like copper particles were blended than when spherical copper particles were used.

次に、上記の摩擦試験後にサンプリングした摩耗粉の状態を、光学顕微鏡で観察した。図13は、実施例1、実施例2、比較例1それぞれの場合において採取された摩耗粉の光学顕微鏡像を示す図である。比較例1では、複合樹脂材の表面から脱落した銅粒子が観察されるのに対し、実施例1と実施例2では銅粒子の脱落物は全く観察されない。 Next, the state of abrasion powder sampled after the friction test was observed with an optical microscope. 13A and 13B are diagrams showing optical microscopic images of abrasion powder collected in each case of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1. FIG. In Comparative Example 1, copper particles dropped from the surface of the composite resin material were observed, whereas in Examples 1 and 2, no removed copper particles were observed.

以上、説明した摩擦試験および摩耗粉の光学顕微鏡観察の結果から明らかなように、実施形態に係る摺動材12は、部材11との摺動時に、摺動材12に含まれるデンドライト状や板状の銅粒子が脱落しない。このため、アブレシブ粒子の発生を抑えることができ、結果として摺動材12自身の摩耗耐久性を向上できる。 As is clear from the results of the friction test and the optical microscope observation of the abrasion powder described above, the sliding material 12 according to the embodiment has a dendrite-like or plate-like shape contained in the sliding material 12 when sliding against the member 11 . shaped copper particles do not fall off. Therefore, the generation of abrasive particles can be suppressed, and as a result, the wear durability of the sliding material 12 itself can be improved.

従って、この摺動材12を、例えばレシプロ式流体機械のピストンリングやスクロール式流体機械のチップシールに適用することで、ピストンリングやチップシールの摩耗耐久性が高められるため、これらの交換寿命が長くなる。このため、レシプロ式流体機械やスクロール式流体機械のメンテナンスサイクルや寿命を延長できる。 Therefore, by applying this sliding member 12 to, for example, the piston ring of a reciprocating fluid machine or the tip seal of a scroll fluid machine, the wear durability of the piston ring or the tip seal can be enhanced, and the replacement life of these parts can be extended. become longer. Therefore, the maintenance cycle and life of the reciprocating fluid machine and the scroll fluid machine can be extended.

10…摺動部、11…部材、11a…金属材、11b…表面処理、12…摺動材、12a…母材、12b…粒子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Sliding part, 11... Member, 11a... Metal material, 11b... Surface treatment, 12... Sliding material, 12a... Base material, 12b... Particles

Claims (8)

母材である樹脂材と、
前記樹脂材中に分散された粒子と炭素繊維の棒状粒子とを有し、
前記粒子は、
デンドライト状もしくは板状であることを特徴とする摺動材。
a resin material as a base material;
Having copper particles and carbon fiber rod-shaped particles dispersed in the resin material,
The copper particles are
A sliding material characterized by being dendrite-shaped or plate-shaped .
請求項1に記載の摺動材において、
前記樹脂材は、
フッ素樹脂材であることを特徴とする摺動材。
In the sliding material according to claim 1,
The resin material is
A sliding material characterized by being a fluororesin material.
請求項1または請求項2に記載の摺動材を、
流体の圧力を変動させる流体機械の摺動部に配置したことを特徴とする流体機械。
The sliding material according to claim 1 or claim 2 ,
A fluid machine, wherein the fluid machine is disposed in a sliding portion of the fluid machine that fluctuates the pressure of the fluid.
請求項に記載の流体機械において、前記摺動材を、ピストンリング、ライダーリング、チップシール、もしくはスライダとして用いたことを特徴とする流体機械。 4. A fluid machine according to claim 3 , wherein said sliding material is used as a piston ring, a rider ring, a tip seal, or a slider. 請求項1に記載の摺動材において、
前記銅粒子の材質は、純銅であることを特徴とする流体機械。
In the sliding material according to claim 1,
A fluid machine , wherein the copper particles are made of pure copper .
母材となる樹脂材と前記樹脂材中に分散された粒子とを有する摺動材を製造する方法であって、
イオンを含む水溶液を電気分解し、
前記電気分解によりデンドライト状の粒子を析出し、
前記粒子と、炭素繊維の棒状粒子と、前記樹脂材の粉末を混合して混合物とし、
前記混合物を成形して成形物とし、
前記成形物を焼成することを特徴とする摺動材の製造方法。
A method for manufacturing a sliding material having a resin material as a base material and particles dispersed in the resin material, the method comprising:
Electrolyze an aqueous solution containing copper ions,
Dendrite-like copper particles are deposited by the electrolysis,
The copper particles, the rod-shaped particles of carbon fiber, and the powder of the resin material are mixed to form a mixture,
Molding the mixture into a molding,
A method for producing a sliding material, characterized by firing the molding.
母材となる樹脂材と前記樹脂材中に分散された粒子とを有する摺動材を製造する方法であって、
扁平加工により板状の銅粒子を作成し、
前記粒子と、炭素繊維の棒状粒子と、前記樹脂材の粉末を混合して混合物とし、
前記混合物を成形して成形物とし、
前記成形物を焼成することを特徴とする摺動材の製造方法。
A method for manufacturing a sliding material having a resin material as a base material and particles dispersed in the resin material, the method comprising:
Create plate-shaped copper particles by flattening ,
The copper particles, the rod-shaped particles of carbon fiber, and the powder of the resin material are mixed to form a mixture,
Molding the mixture into a molding,
A method for producing a sliding material, characterized by firing the molding.
請求項6または請求項7に記載の摺動材の製造方法において、
前記混合物には、二硫化モリブデンが含まれることを特徴とする摺動材の製造方法。
In the method for manufacturing a sliding member according to claim 6 or 7,
A method for producing a sliding material , wherein the mixture contains molybdenum disulfide .
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