WO2020250743A1

WO2020250743A1 - 摺動材

Info

Publication number: WO2020250743A1
Application number: PCT/JP2020/021689
Authority: WO
Inventors: 拓小野寺; 小林　義雄
Original assignee: 株式会社日立産機システム
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2020-12-17
Also published as: JP7252067B2; JP2020200422A

Abstract

摺動材は、母材である樹脂材と、樹脂材の中に分散された粒子とを有し、粒子は、デンドライト状である。

Description

摺動材

　本発明は、摺動材に関する。

　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。

　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。

　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。

特開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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　本発明の好ましい一例は、母材である樹脂材と、前記樹脂材の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。

　本発明の好ましい他の例は、母材となる樹脂材と、前記樹脂材の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。

　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。

実施例の摺動部を示す断面図である。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。レシプロ式流体機械の全体構成を示す断面図である。図３のシリンダ内部の構成を拡大した図である。スクロール式流体機械の構成を示す断面図である。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。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。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。図７のオルダム継手を拡大した図である。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。摩擦試験の構成を示す図である。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。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。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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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により形成された空間には、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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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との間に形成された圧縮／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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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する。その旋回運動により、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との間に形成された圧縮／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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　（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。

　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。

　（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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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

Claims

母材である樹脂材と、
前記樹脂材の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ことを特徴とする摺動材。
母材となる樹脂材と、
前記樹脂材の中に分散された粒子とを有し、
前記粒子は、
板状であることを特徴とする摺動材。
母材となる樹脂材と、
前記樹脂材の中に分散された粒子とを有し、
前記粒子は、
金属イオンを含む水溶液の電気分解によって析出されたことを特徴とする摺動材。
母材となる樹脂材と、
前記樹脂材の中に分散された粒子とを有し、
前記粒子は、
扁平加工された粒子であることを特徴とする摺動材。
請求項１から４のいずれか一つ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。
請求項１から４のいずれか一つに記載の摺動材において、
前記粒子は、金属粒子であることを特徴とする摺動材。
請求項６に記載の摺動材において、
前記粒子は、銅または銅を含有する合金であることを特徴とする摺動材。
請求項１から４のいずれか一つに記載の摺動材において、
前記樹脂材の中に分散された棒状粒子を有する
ことを特徴とする摺動材。
請求項８に記載の摺動材において、
前記棒状粒子は、炭素繊維であることを特徴とする摺動材。
請求項１から４のいずれか一つに記載の摺動材を、
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。
請求項１０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。
母材となる樹脂材と前記樹脂材の中に分散された粒子とを有する複合樹脂材を製造する方法であって、
金属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、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複合樹脂材の製造方法。