(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなる雄ロータと雌ロータとを組み合わせて流体の吸入と吐出を行うオイルフリーのスクリュー圧縮機において、
前記雄ロータと雌ロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタンの混合物を4〜14wt％の範囲で含有し、前記酸化アルミニウムと前記酸化チタンとの比が3：7から7：3の範囲にあるように分散し、
かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、
この固体潤滑耐熱性被膜が被覆された前記雄雌ロータを備えたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載のスクリュー圧縮機において、
前記固体潤滑耐熱被膜に防錆顔料を1.5〜3.5wt％さらに添加していることを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項３】
請求項１記載のスクリュー圧縮機において、
前記固体潤滑耐熱性被膜にタルクを0.5wt％〜2.5wt％さらに添加していることを特徴とするスクリュー圧縮機。  
【請求項４】
軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなる雄ロータと雌ロータとを組み合わせて流体の吸入と吐出を行うオイルフリーのスクリュー圧縮機において、
前記雄ロータと雌ロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、
かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、
この固体潤滑耐熱性被膜が被覆された前記雄雌ロータを備えたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項５】
軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなるオイルフリーのスクリューロータにおいて、
前記スクリューロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタンの混合物を4〜14wt％の範囲で含有し、前記酸化アルミニウムと前記酸化チタンとの比が3：7から7：3の範囲にあるように分散し、
かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、
この固体潤滑耐熱性被膜が被覆されたことを特徴とするスクリューロータ。
【請求項６】
請求項５記載のスクリューロータにおいて、
前記固体潤滑耐熱被膜に防錆顔料を1.5〜3.5wt％さらに添加していることを特徴とするスクリューロータ。
【請求項７】
請求項５記載のスクリューロータにおいて、
前記固体潤滑耐熱性被膜にタルクを0.5wt％〜2.5wt％さらに添加していることを特徴とするスクリューロータ。
【請求項８】
軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなるオイルフリーのスクリューロータにおいて、
前記スクリューロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、
かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、
この固体潤滑耐熱性被膜が被覆されたことを特徴とするスクリューロータ。
【請求項９】
イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、
前記樹脂の中に、二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタン二つの合計で4〜14wt％の範囲で含有し、その比率が酸化アルミニウム：酸化チタンが3：7から7：3の範囲にあるように分散し、
かつそれらをバインドするためにイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合したことを特徴とする固体潤滑耐熱性被膜。
【請求項１０】
請求項９記載の固体潤滑耐熱性被膜において、
防錆顔料を1.5〜3.5wt％さらに添加していることを特徴とする固体潤滑耐熱性被膜。
【請求項１１】
請求項９記載の固体潤滑耐熱性被膜において、
タルクを0.5wt％〜2.5wt％さらに添加していることを特徴とする固体潤滑耐熱性被膜。
【請求項１２】
イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、
前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、
かつそれらをバインドするためにイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合したことを特徴とする固体潤滑耐熱性被膜。
【請求項１３】
イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、
前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタン二つの合計で4〜14wt％の範囲で含有し、その比率が酸化アルミニウム：酸化チタンが3：7から7：3の範囲にあるように分散し、それらをバインドするためにイミド基をもつ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した樹脂液を、
溶剤で希釈してワニスタイプとしたことを特徴とする塗布液。
【請求項１４】
請求項１３記載の塗布液において、
防錆顔料を1.5〜3.5wt％さらに添加していることを特徴とする塗布液。
【請求項１５】
請求項１３記載の塗布液において、
タルクを0.5wt％〜2.5wt％さらに添加していることを特徴とする塗布液。
【請求項１６】
イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、
前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、それらをバインドするためにイミド基をもつ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した樹脂液を、
溶剤で希釈してワニスタイプとしたことを特徴とする塗布液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータの表面に表面処理を施したスクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機は、ケーシング内で1対の雄ロータと雌ロータとが互いに噛み合いながら回転し、ケーシングと両ロータとによって形成される空間を軸方向に移動させながら縮小して空間内の流体を圧縮させる構成となっている。
【０００３】
このようなスクリュー圧縮機においては、ケーシング内に流体として油を供給する油冷式と油を供給しないオイルフリー式とがある。
【０００４】
油冷式は、雄ロータと雌ロータとが油膜を介して接触しながら回転するようになっている。この油冷式はロータの回転によって発生する摩擦熱を油で冷却することでロータ間の焼付きを防ぐことが可能である。
【０００５】
このような油冷式は圧縮空気中にオイルミストが混入するために、食品産業や半導体関連などクリーンな空気を必要とする分野では不向きである。
【０００６】
一方、オイルフリー式は油を一切供給しないために、クリーンな空気を提供できるものの、油によるシールがないためロータ間で焼付きが起こらないように両ロータは非接触で回転させるようになっている。そのためオイルフリー式ではロータに回転力を与えるために、ロータの軸端部に同期歯車が取り付けられていることから油冷式と比較すると構造が複雑である。
【０００７】
またオイルフリー式はロータが非接触であるため、両ロータ間やロータとロータケーシングとの間等の隙間から圧縮された空気が吸込側に逆流してスクリュー圧縮機の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、オイルフリー式のスクリュー圧縮機では体積効率などの性能を向上させるために、両ロータ間やロータとロータケーシングとの間等の隙間を極小の非接触にする必要がある。しかしながら実際は熱膨張や機械加工誤差等があり、完全に非接触にすることは不可能であるためロータ表面に固体潤滑機能をもたせることは必須である。
【０００８】
したがってオイルフリー式のスクリュー圧縮機のロータ表面には被膜を施すのが一般的である。ロータ表面に設けられる被膜は、運転中の複雑な熱膨張や機械加工誤差によってロータ表面が接触することがあっても、かじりや焼付きを防止すること、ならびに両ロータ間やロータとロータケーシングとの間等の隙間を小さくすることができる。そのため、この被膜は潤滑性を備え、さらに耐熱性や防錆性などを有している。（特許文献１〜２を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３２６７８１４号公報
【特許文献２】特許第３７４０１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
オイルフリー式のスクリュー圧縮機は油冷式のように摩擦熱を冷却する媒体がないため、ロータの吸入側と吐出側での温度差，圧力差が共に大きくなってしまう。  
ほぼ室温で吸入された空気はスクリューの回転により800kPaまで圧縮され，断熱圧縮より吐出されるときには低いものでも260℃、高ければ360℃の高温に達するため，その高温の空気に触れるロータ表面に塗布される被膜には高い耐熱性が要求される。被膜が熱によって劣化し、それがロータ間の接触摺動等によって剥離する。あるいは被膜が長期間高温下にさらされることによって徐々に劣化して剥離脱落する。
【００１１】
このように被膜の剥離が生じれば、当然両ロータ間やロータとロータケーシングとの間等に隙間が広がり、そこから空気漏れを生じて性能は低下する。漏れた空気はまたスクリューの回転によって圧縮されて、さらに空気温度は上昇する。このように空気漏れが生じると性能が落ちると共に、吐出温度がさらに上がるという悪循環が生じてしまうことになる。
【００１２】
また圧縮機が運転を停止した際には、このような高温の圧縮空気が冷えて、空気中の水分が凝縮して結露が発生してしまい、圧縮機内部に水分が付着してしまう場合がある。その場合、被膜が剥離して母材の金属部が露出していた場合には結露によって、その部分に錆が発生する確率が高くなる。このように運転停止時に発生した錆は、その次に圧縮機を起動する際にかじりの原因となり、圧縮機故障の原因となる。そのため被膜には防錆の効果も要求される。
【００１３】
さらに近年、オイルフリー式スクリュー圧縮機に対して高メンテナンスフリー化の要求が高くなっているため、より高性能で長寿命の被膜の開発が求められている。そのため被膜の劣化、剥離に深くかかわる被膜の耐熱性を向上させることでオイルフリー式スクリュー圧縮機の性能低下や錆によるかじり等を防ぐことが必要となった。
【００１４】
本発明の目的は、高い固体潤滑性と高い耐熱性を有する被膜によるスクリューロータを備えたスクリュー圧縮機、スクリューロータ、固体潤滑耐熱性被膜及び塗付液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため本発明は、軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなる雄ロータと雌ロータとを組み合わせて流体の吸入と吐出を行うオイルフリーのスクリュー圧縮機において、前記雄ロータと雌ロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタンの混合物を4〜14wt％の範囲で含有し、前記酸化アルミニウムと前記酸化チタンとの比が3：7から7：3の範囲にあるように分散し、かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、この固体潤滑耐熱性被膜が被覆された前記雄雌ロータを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の特徴は、軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなる雄ロータと雌ロータとを組み合わせて流体の吸入と吐出を行うオイルフリーのスクリュー圧縮機において、前記雄ロータと雌ロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、この固体潤滑耐熱性被膜が被覆された前記雄雌ロータを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の更に他の特徴は、軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなるオイルフリーのスクリューロータにおいて、前記スクリューロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタンの混合物を4〜14wt％の範囲で含有し、前記酸化アルミニウムと前記酸化チタンとの比が3：7から7：3の範囲にあるように分散し、かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、この固体潤滑耐熱性被膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に他の特徴は、軸方向の外表面に螺旋状の歯形を形成してなるオイルフリーのスクリューロータにおいて、前記スクリューロータの表面にイミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、かつイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜を形成し、この固体潤滑耐熱性被膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に他の特徴は、イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に、二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタン二つの合計で4〜14wt％の範囲で含有し、その比率が酸化アルミニウム：酸化チタンが3：7から7：3の範囲にあるように分散し、かつそれらをバインドするためにイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜にある。
【００２０】
本発明の更に他の特徴は、イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、かつそれらをバインドするためにイミド結合を持つ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した固体潤滑耐熱性被膜にある。
【００２１】
本発明の更に他の特徴は、イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化アルミニウムと酸化チタン二つの合計で4〜14wt％の範囲で含有し、その比率が酸化アルミニウム：酸化チタンが3：7から7：3の範囲にあるように分散し、それらをバインドするためにイミド基をもつ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した樹脂液を、溶剤で希釈してワニスタイプとした塗布液にある。
【００２２】
本発明の更に他の特徴は、イミド結合を持つ樹脂をベースレジンとし、前記樹脂の中に二硫化モリブデン15〜35wt％、酸化チタンと窒化ケイ素の合計を8〜15wt％の範囲で含有し、前記窒化ケイ素を4wt％以下の範囲で分散し、それらをバインドするためにイミド基をもつ樹脂を少なくとも50wt％以上となるように配合した樹脂液を、溶剤で希釈してワニスタイプとした塗布液にある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高い固体潤滑性と高い耐熱性を有する被膜を被覆したスクリューロータを備えたスクリュー圧縮機、スクリューロータ、固体潤滑耐熱性被膜及び塗付液を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】雄ロータと雌ロータとが噛み合った状態を示す斜視図である。
【図２】雄ロータと雌ロータの形状を示す断面図である。
【図３】オイルフリースクリュー圧縮機本体の断面図である。
【図４】被膜組成の割合を説明するための図である。
【図５】酸化チタン添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図６】酸化アルミニウム添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図７】酸化アルミニウムと酸化チタン配合比に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図８】酸化チタンと酸化アムルミニウム合計の添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図９】窒化ケイ素添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図１０】酸化チタンと窒化ケイ素合計の添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図１１】モリブテン酸化カルシウム（防錆剤）添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図１２】タルク添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。
【図１３】検討被膜の耐熱性評価結果を表したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ところで、スクリュー圧縮機には二段機と単段機の２種類がある。これは圧縮機の吐出温度に関係するものである。二段機はスクリュー圧縮機が配管、クーラーを介して直列に２台連結されたものであり、１台目の圧縮機から吐出された高温の吐出ガスを外気空気又は水を冷媒とするクーラーで冷却した後２台目の圧縮機で再度圧縮するものである。これにより吐出ガスの温度が一旦冷却されるため２台目の吐出ガス温度を低く抑えることができる。
【００２６】
これに対して単段機は１台の圧縮機のみであるためコストパフォーマンスの面では極めて有利であるが吐出温度が360℃と、高温になる。したがって、特にメンテナンスフリーの要求が高い単段機にとって高温に耐え得る雄雌ロータ用被膜の開発が急務となったので本発明の発明者らが種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。
【００２７】
以下、本発明の実施例を図にしたがって説明するが、実施例を説明する前に一般的なオイルフリースクリュー圧縮機の構造を図１、図２、図３を用いて説明する。  
図１は雄ロータと雌ロータとが噛み合った状態を示す斜視図である。
【００２８】
図２は雄ロータと雌ロータの形状を示す断面図である。
【００２９】
図３はオイルフリースクリュー圧縮機本体の断面図である。
【００３０】
本発明は図１〜図３に示したオイルフリースクリュー圧縮機の雄雌両ロータの表面に被膜処理するものであり、特に単段機のスクリュー圧縮機に適している。
【００３１】
図１，図２において、スクリュー圧縮機は雄ロータ１と雌ロータ２の二つのロータが噛み合って回転することによって空気を圧縮する構成になっている。圧縮機本体にはこの雄雌ロータ１，２を納めるケーシング６ならびにSケーシング９がある。両ロータ１，２間の回転伝達ならびに回転位相維持のためにロータ端部には後述する同期歯車５が備えられている。なおロータ軸に設けられたシール（図３で後述する）は、圧縮室からの空気漏れを抑制するため、またロータ軸に設置した軸受へ給油した潤滑油が圧縮室に侵入するのを防ぐために設置されている。雄ロータ１は矢印で示すように吸込側から見て時計方向に回転し、雌ロータ２は矢印で示すように吸込側から見て反時計方向に回転する。オイルフリースクリュー圧縮機の場合、雄ロータ１の凸部と雌ロータ２の凹部とが非接触で噛み合い、同期歯車５によって雄ロータ１と雌ロータ２が回転するようになっている。
【００３２】
図３において、互いに噛み合う雄ロータ１および雌ロータ２は、それぞれ両端部を軸受4によって回転自在に支持され、かつシール７によって圧縮室Ａからの空気漏れを抑制している。またシール７は軸受4を潤滑した油がケーシング６および雄雌ロータ１，２によって形成される圧縮室Ａ内に侵入するのを防止している。圧縮室Ａ内には、例えば油を噴射して上記一対の雄雌ロータ１，２などを冷却することは行なわれていない。雄雌ロータ１，２を回転支持するロータ軸とケーシング６，及び雌雄ロータ１，２によって形成される圧縮室Ａ内の間はシール７によってシールされている。
【００３３】
さらに、雄ロータ１は、その一方先端部に駆動ピニオン３を固定し、その他方先端部および雌ロータ２の他方先端部に１対の同期歯車５が固定されている。したがって、駆動ピニオン３を駆動すると、一対の同期歯車５によって一対の雄雌ロータ１，２が同期回転して吸入ポート８から吸入された空気を圧縮して吐出する。このとき、一対の雄雌ロータ１，２間には、冷却用の油を給入していないので、これら一対の雄雌ロータ１，２の表面は高温空気に晒され、温度上昇することになる。
【００３４】
具体的には以下の順序で空気の圧縮が行なわれる。
１．雄ロータ１と雌ロータ２は両者の歯溝１つずつが連通してＶ字形の作動室を形成する。
２．この状態で両者を回転させると，作動室は吸入端から吐出端に向かって平行移動する。
３．作動室はロータ両端で塞がれた形のため，一方の側面に面する作動室は内容積を次第に増加させて両側面にまたがる最大容積室となる。
４．その後は作動室が吐出側面に面して内容積を次第に減少する。
５．容積拡大中の作動室に面してＳケーシング９に吸入ポート８を開けているので，ここから気体を作動室内に吸入する。
６．容積縮小の過程で前半は開口部を設けずに内部圧縮し，所定の圧力となるべき位置から作動室滅に至るまで開口する吐出ポートを開け，圧縮した気体を吐出する。
【００３５】
このような一連の吸入と圧縮の動きから、ほぼ室温で吸入された空気はスクリューの回転により800kPaまで圧縮される。圧縮された空気は吐出されるときには低いものでも260℃、高ければ360℃の高温に達する。なお装置のロック機構として吐出空気温度が398℃になると圧縮機は非常停止するように設定されている。
【００３６】
さて、上述したようにオイルフリースクリュー圧縮機には、圧縮機本体1台で所定の圧力まで圧縮する単段機と、圧縮機本体２台を配管で接続し、１台目の圧縮機で圧縮した空気を一旦取り出してから冷却した後２台目の圧縮機で所定の圧力まで圧縮する二段機とがある。二段機で冷却する方法としては、機種や容量に合わせて水冷、または空冷方式で圧縮空気を冷却している。そのため、より高い耐熱性被膜は高温となる単段機において有効である。このようにオイルフリー圧縮機の単段機の吐出空気は油冷式圧縮機とは異なり、260℃以上の高温となる。
【００３７】
オイルフリースクリュー圧縮機ではロータが相互に接触しないことを原則として設計されている。したがってロータ間には隙間が存在するので、本発明が対象とする固体潤滑被膜は、このロータ間の隙間を縮小して性能向上するとともに、万一接触した際のかじりを防止し、さらには防錆のために約20μmの膜厚で塗布するものとする。
【００３８】
次に被膜の構成要素について、比較検討した結果を説明する。
【００３９】
まずベースとなる樹脂(以下、ベースレジンという)の選定であるが、これは最低でも260℃、単段機の最も高温を想定すれば360℃まであがるロータ表面に塗布するため、耐熱性の高い樹脂を選択する。ただし螺旋状にねじれているスクリューロータのような複雑な形状に均一に塗布できる溶液状のワニスタイプで供給可能な耐熱性樹脂としてイミド基を持つ樹脂を選択した。
【００４０】
イミド基を持つ樹脂としてはポリアミドイミド、ポリイミド樹脂などがある。ポリアミドイミドは熱可塑性の樹脂でありワニスタイプで供給可能である。またポリイミドでもポリイミドの前駆体であるポリアミック酸溶液を使用すればワニスタイプで供給可能となる。いずれも塗布液として調整する際は適切な溶剤で希釈した状態である。これらの樹脂溶液に固体潤滑剤と耐熱性を向上させるための添加剤を加えて被膜構成とする。
【００４１】
このような複合材料においては、まず材料として成立することが必要となる。
【００４２】
図４は塗布液で塗布後、溶剤が揮発した後に残る被膜の組成割合を示した図である。  
図４において、ベースレジンは50wt%以上必要となる。50wt%以下の場合、複合する固体潤滑剤や添加剤を保持できず被膜がボロボロに壊れてしまい、被膜として機能できないからである。また樹脂の割合が70wt%を超えてくると、樹脂の性質が主となり固体潤滑剤の機能が十分に発揮されない。
【００４３】
また固体潤滑剤は15〜35wt%入れることが望ましい。これは配合する樹脂の割合によって変わる。即ち固体潤滑剤の配合量は樹脂の重量の30〜50％の時に固体潤滑剤としての機能がもっとも有効に発揮されるからである。これ以外に耐熱性を高める添加剤を数種類、ベースレジン、固体潤滑剤を除く残量分としてトータル100wt%となるように添加する。
【実施例１】
【００４４】
本発明の一実施例を図５〜図１２を使って説明する。
【００４５】
耐熱性に効果があると思われる添加剤について品質工学の手法（例えば「品質工学講座１  開発・設計段階の品質工学」田口玄一/吉澤正孝  編、日本企画協会（1988）を用いて詳細な検討を行った。今回用いた品質工学とは、材料の製造段階での諸問題から生じる品質のばらつきを低減させ、機能を向上させるために用いる手法である。今回は被膜へ配合する添加剤の種類や含有量等をパラメーターとして割り付け、被膜の熱特性を熱分析装置で評価した。品質工学では、結果は各パラメーター毎に、今回は添加剤毎にその要因効果が得られるため、その中から最適な組み合わせで設計することができる。
【００４６】
検討結果から、耐熱性に効果があることが判った添加剤について図５〜図１２で説明する。
【００４７】
図５は酸化チタン添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図６は酸化アルミニウム添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図７は酸化アルミニウムと酸化チタン配合比に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図８は酸化チタンと酸化アムルミニウム合計の添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図９は窒化ケイ素添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図１０は酸化チタンと窒化ケイ素合計の添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図１１はモリブテン酸化カルシウム（防錆剤）添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図１２はタルク添加量に対応する耐熱性の効果を表すグラフ図である。  
図５から図８に示すように、品質工学の手法により耐熱性に特に効果がある添加剤は酸化チタンと酸化アルミニウムであることが判り、それぞれ2〜7wt％添加するのが望ましいことが分かった。またこれらを組み合わせて入れた時には相乗効果によってさらに耐熱性が向上することがわかった。これら二つの合計で4〜14wt％、そしてその比率が酸化アルミニウム：酸化チタンが3：7から7：3の範囲にあるとき、より耐熱性の効果が表れることが分かった。
【００４８】
また図９，１０に示すように窒化ケイ素については入れすぎると耐熱性は落ちるが、酸化チタンとの組み合わせによって効果のでる領域があることがわかった。窒化ケイ素は0〜4wt％の添加量が望ましく、酸化チタンとの合計で8〜15wt％の時に耐熱性の効果が表れることが分かった。
【００４９】
また図１１に示す錆を抑えるための防錆顔料（モリブデン酸カルシウム）であるが耐熱性に悪影響は与えないことを確認し、かつ1.5〜3.5wt％の範囲ならばむしろ耐熱性を高める効果があることが分かった。
【００５０】
この他にも図１２に示す微量成分としてタルク（滑石）等も摺動性に効果がありかつ耐熱性に悪影響は与えないことを確認した。タルクについては2.5wt％超えるとその効果は一定となるため、必要最小限の量0.5wt％〜2.5wt％の範囲で加えることが望ましいことが分かった。
【００５１】
このような複合材料においては素材として成立する即ち、ベースレジンがそれ以外に配合している材料をバインドして保持し、かつそれらの機能を有効に発揮できる状態になるように調整することが必要である。したがって添加剤は必要最小限入れることが原則となる。
【００５２】
そのため図５から図１２において同じような耐熱性の効果があるならば添加量の少ない側に、添加剤の合計含有量が15wt％以内になることが望ましい。
【００５３】
なお今回選択した添加剤は、一般的にいろいろなところで使用されている酸化物や天然物であり、環境関連規則にかかる環境に負荷を与えるような化学物質は含まないので環境に配慮した被膜と言える。
【００５４】
【表１】
0005416072.tif 000002
【００５５】
上記の要素検討を基に表１に示す配合比の被膜を作成した。従来使用していた被膜はポリアミドイミド樹脂をベースレジンとして、二硫化モリブデンに、三酸化アンチモンとグラファイトを添加した被膜で、これと検討被膜を比較した。耐熱性については熱分析装置で、潤滑性はピンオンディスクの摺動試験で、防錆性は高温多湿環境試験での錆の発生量で比較した。
【００５６】
ベースレジンをポリイミド樹脂に変更すると耐熱性は向上することは明らかである。しかしポリアミドイミドであっても従来と同等の耐熱性を持ちながら潤滑性の向上を確認できた。また防錆剤の添加によって防錆性の向上を確認し、さらにこれらの添加剤が耐熱性に影響を与えず、むしろ向上させる効果があることを確認した。
【００５７】
表１の被膜から数種類を選択して熱分析装置で被膜寿命を評価した結果を図１３に示す。
【００５８】
図１３は検討被膜の耐熱性評価結果を表したグラフ図である。  
図１３において、これはある一定温度環境下(320℃、360℃、390℃)に被膜を暴露した際の被膜劣化までの時間を示したものである。この場合の被膜劣化は被膜樹脂部の一定量が熱分解するまでを指標としている。実際の圧縮機のロータ、特に温度が上がる吐出側では、今回指標とした状態よりももっと被膜が劣化した状態まで運転されている。これと同様の熱履歴をかけた被膜を査型電子顕微鏡で観察すると、固体潤滑剤や添加剤が粉状に付着している状態となっている。
【００５９】
図１３から明らかなように、本発明の実施例である検討被膜は高温条件ほどその耐熱性の効果が発揮されることがわかる。ベースレジンとしてポリイミド樹脂を使用した検討被膜は360℃の高温下において従来被膜の約２倍の、また390℃においては約６倍の寿命持つことがわかる。スクリュー圧縮機では吐出側の温度が高くなる部分での圧縮空気の内部漏洩が、圧縮機の性能低下や吐出温度異常に直結している。そのため高温での被膜寿命が延びる本発明の被膜は、圧縮機の性能向上に有効となる。
【００６０】
以上のごとく、本発明による固体潤滑耐熱性被膜を処理したスクリューロータは、添加剤の組み合わせとその配合量を最適にすることによって被膜の潤滑性を保ちながら耐熱性を向上させることができた。そのため、被膜の劣化による剥離が生じにくくなることから、常に最適なスクリューロータ間の隙間を維持できるため性能低下がなく、また錆の発生を抑えてかじりを防止することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…雄ロータ、２…雌ロータ、３…駆動ピニオン、４…軸受、５…同期歯車、６…ケーシング、７…シール、８…吸入ポート、９…Ｓケーシング、Ａ…圧縮室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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