(57)【要約】  低コストかつ耐摩耗性に優れた耐摩耗材、パッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器を提供する。本発明に係る耐摩耗材は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、表面に凹凸構造を有する基材（６）と、前記基材（６）の表面に設けられたアルミニウムの水和酸化物皮膜（２２）と、を有し、前記アルミニウムの水和酸化物皮膜（２２）は、その表面に前記基材の凹凸構造よりも微細な凹凸構造（２４）を有することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、表面に凹凸構造を有する基材と、
前記基材の表面に設けられたアルミニウムの水和酸化物皮膜と、を有し、
前記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、その表面に前記基材の凹凸構造よりも微細な凹凸構造を有することを特徴とする耐摩耗材。
【請求項２】
さらに、前記アルミニウムの水和酸化物皮膜の表面に、ロックウェル硬さがＭスケールで７０〜１１０又はＲスケールで１０〜１３０である材料で形成された皮膜が設けられていることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗材。
【請求項３】
前記皮膜は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール及びポリアミドからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項２記載の耐摩耗材。
【請求項４】
前記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、前記基材の化成処理によって形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐摩耗材。
【請求項５】
前記基材の表面の算術平均粗さＲａは、前記アルミニウムの水和酸化物皮膜の表面の算術平均粗さＲａよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の耐摩耗材。
【請求項６】
前記基材の表面の算術平均粗さＲａは、０．５〜２μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の耐摩耗材。
【請求項７】
純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる中空円筒状の部材で形成され、
前記部材の内部にはピストンが嵌合され、前記ピストンが前記部材の内壁面を摺動しながら往復運動する構成を有し、
前記内壁面の表面は、前記ピストンが摺動する少なくとも一部に凹凸構造を有し、
前記凹凸構造の表面は、アルミニウムの水和酸化物皮膜を有し、
前記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、その表面に前記内壁面の凹凸構造よりも微細な凹凸構造を有することを特徴とするパッファシリンダ。
【請求項８】
前記内壁面と前記ピストンとの間にウェアリングが設けられ、
前記ウェアリングを介して前記内壁面と前記ピストンとが摺動する構成を有することを特徴とする請求項７記載のパッファシリンダ。
【請求項９】
前記内壁面の表面全体は、凹凸構造を有し、
前記凹凸構造の表面は、アルミニウムの水和酸化物皮膜を有し、
前記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、その表面に前記内壁面の凹凸構造よりも微細な凹凸構造を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のパッファシリンダ。
【請求項１０】
さらに、前記アルミニウムの水和酸化物皮膜の表面に、前記ピストン又は前記ウェアリングと同じ材料で形成された皮膜が設けられていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のパッファシリンダ。
【請求項１１】
前記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、前記部材の化成処理によって形成されたものであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のパッファシリンダ。
【請求項１２】
前記部材の表面の算術平均粗さＲａは、前記アルミニウムの水和酸化物皮膜の表面の算術平均粗さＲａよりも大きいことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載のパッファシリンダ。
【請求項１３】
前記基材の表面の算術平均粗さＲａは、０．５〜２μｍであることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載のパッファシリンダ。
【請求項１４】
消弧性気体が充填された容器と、
前記容器内に設けられた固定側接触子と、可動側接触子と、パッファシリンダと、ピストンと、を有し、
前記可動側接触子は、前記固定側接触子と接離可能に接続され、
前記パッファシリンダは、前記可動側接触子に連結され、
前記ピストンは、前記パッファシリンダの内部に設けられ、前記パッファシリンダの内壁面を摺動しながら移動すると共に、前記消弧性気体を吸引及び噴出して前記固定側接触子と前記可動側接触子の開離によって発生するアークに吹き付けて消滅させる構成を有し、
前記パッファシリンダは、請求項７乃至１３のいずれか１項に記載のパッファシリンダであることを特徴とするパッファ型ガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗材、パッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用のパッファ型ガス遮断器は、消弧性気体を充填した容器内に、固定側接触子と、これに接離する可動側接触子と、該可動側接触子に連結されたパッファシリンダと、該パッファシリンダの内壁面と相対的に運動するピストンと、上記消弧性気体を吸引するための吸引孔及び上記接触子方向に噴出するための噴出孔を有するパッファ室と、上記ピストンの外周部に設けられ、上記パッファシリンダの内壁面と摺動するウェアリングとを備え、上記噴出孔より噴出する消弧性気体を上記固定側及び可動側接触子の開離によって発生するアークに吹き付けて消滅させるように構成されている。【０００３】
このように構成されるパッファ型ガス遮断器におけるパッファシリンダは、軽量化のためにアルミニウム（純アルミニウム又はアルミニウム合金）が用いられることが多い。しかし、アルミニウムは摩耗しやすい材料であり、摺動部の摩耗を防ぐために各種表面処理が施されることがある。【０００４】
一般に、アルミニウムの耐摩耗性を高めるために、アルマイト処理、めっき処理或いは各種コーティングを行うことが知られている。【０００５】
アルミニウムの耐摩耗性を高める技術として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１には、パッファシリンダと操作ロッド及び押え板を純アルミニウム又はアルミニウム合金で形成し、これらの部品が相接する部分にアルマイト処理による酸化アルミニウムの皮膜を形成することが記載されている。【０００６】
また、特許文献２には、ガス容器の貫通部でシールロッドを摺動可能に支持し、ガス容器内の消弧ガスが操作機構側に流出するのを防止するための合成ゴム又はフッ素樹脂から成るシール部材のシールロッドと摺動する摺動面に、耐摩耗で、かつ、低摩擦の材料である非晶質炭素又はダイヤモンドライクカーボンのコーティング層を形成することが記載されている。【０００７】
さらに、特許文献３には、固定アーク接触子と可動アーク接触子を開離動作する際に摺動するシリンダの外周面に、摩擦を低減するために潤滑性のシリコーングリスを塗布することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３‐１８４２２３号公報
【特許文献２】特開２００８‐２７７０１４号公報
【特許文献３】特開２００７‐２５８１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、パッファシリンダと操作ロッド及び押え板が相接する部分にアルマイト処理が行われているが、アルマイト処理により形成されるアルマイト皮膜は、耐食性や耐摩耗性に優れているものの、アルマイト処理に陽極酸化を必要とするため、設備に掛る電力が嵩み、また、硫酸を使用する場合は排水処理の設備が必要であり、コストの面で改善の余地がある。【００１０】
また、特許文献２に記載された技術では、非晶質炭素又はダイヤモンドライクカーボン等の低摩擦材料のコーティングにより、摺動部材の耐摩耗性を高めているが、これらは高周波プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるコーティングであるため、パッファシリンダに適用しようとした場合、パッファシリンダを処理できるだけの大きさを有する真空装置が必要となり、設備コストの面で改善の余地がある。【００１１】
更に、特許文献３に記載された技術では、摺動部であるシリンダの外周面に潤滑性のシリコーングリスを使用しているため、長期間の使用になるとシリコーングリスの劣化を考慮しなければならないため、周期的なメンテナンスが必要である。潤滑油を使用しないパッファシリンダに適用した場合でも、耐摩耗性を向上する技術が必要である。【００１２】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、低コストかつ耐摩耗性に優れた耐摩耗材、パッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、表面に凹凸構造を有する基材と、上記基材の表面に設けられたアルミニウムの水和酸化物皮膜と、を有し、上記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、その表面に上記基材の凹凸構造よりも微細な凹凸構造を有することを特徴とする耐摩耗材を提供する。【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するために、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる中空円筒状の部材で形成され、上記部材の内部にはピストンが嵌合され、上記ピストンが上記部材の内壁面を摺動しながら往復運動する構成を有し、上記内壁面の表面は、上記ピストンが摺動する少なくとも一部に凹凸構造を有し、上記凹凸構造の表面は、アルミニウムの水和酸化物皮膜を有し、上記アルミニウムの水和酸化物皮膜は、その表面に上記内壁面の凹凸構造よりも微細な凹凸構造を有することを特徴とするパッファシリンダを提供する。【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するために、消弧性気体が充填された容器と、上記容器内に設けられた固定側接触子と、可動側接触子と、パッファシリンダと、ピストンと、を有し、上記可動側接触子は、上記固定側接触子と接離可能に接続され、上記パッファシリンダは、上記可動側接触子に連結され、上記ピストンは、上記パッファシリンダの内部に設けられ、上記パッファシリンダの内壁面を摺動しながら移動すると共に、上記消弧性気体を吸引及び噴出して上記固定側接触子と上記可動側接触子の開離によって発生するアークに吹き付けて消滅させる構成を有し、上記パッファシリンダは、上記本発明に係るパッファシリンダであることを特徴とするパッファ型ガス遮断器を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低コストで、優れた耐摩耗性を有する耐摩耗材と、それを用いたパッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器を提供することができる。さらに、アルミニウム又はアルミニウム合金製の基材が耐摩耗性に優れ、摩耗によって生じる摩耗粉を低減することができるので、摺動特性に優れた耐摩耗材と、それを用いたパッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るパッファ型ガス遮断器の一例を模式的に示す断面図（電流投入状態）である。
【図２】本発明に係るパッファ型ガス遮断器の一例を模式的に示す断面図（電流遮断状態）を示すものである。
【図３】本発明に係るパッファシリンダ６の内壁面（機械加工後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係るパッファシリンダ６の内壁面（化成処理後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に係るパッファシリンダ６の内壁面（相手材移着後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例２に係るパッファ型ガス遮断器の一部を模式的に示す断面図である。
【図７】実施例３に係るパッファ型ガス遮断器の一部を模式的に示す断面図である。
【図８】実施例４に係るパッファ型ガス遮断器の一部を模式的に示す断面図である。
【図９】実施例８に係るパッファシリンダ６の内壁面（ショットピーニング加工後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施例８に係るパッファシリンダ６の内壁面（化成処理後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施例９に係るパッファシリンダ６の内壁面の凹凸構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】ピンオンディスク型の試験機の一例を模式的に示す断面図である。
【図１３】ピンオンディスク型の試験機の他の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例及び図面に基づいて、本発明の耐摩耗材、パッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器を説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明に係るパッファ型ガス遮断器の一例を模式的に示す断面図（電流投入状態）である。【００２０】
該図に示す如く、本実施例のパッファ型ガス遮断器１００ａは、固定側接触子１と、この固定側接触子１の外部に配置された固定側主接触子２とにより固定側通電部を構成し、この固定側通電部と接する可動側通電部は、可動側接触子５と、その可動側接触子５の外側に配置された可動側主接触子４で構成され、中空円筒状の部材で形成されたパッファシリンダ６に固定されている。【００２１】
パッファシリンダ６の中央部には、シリンダシャフト７が設置され、このシリンダシャフト７は、リンク１８を介して絶縁操作ロッド１４に接続され、この絶縁操作ロッド１４を操作器（図示せず）により駆動することで、固定側通電部と可動側通電部との閉極又は開極の動作を行う。また、パッファシリンダ６の外周部には外部集電子８が配置され、この外部集電子８は、絶縁筒（図示せず）により支持される可動側主回路導体（図示せず）に接続される。【００２２】
一方、パッファシリンダ６の内部にはピストン１０が嵌合されており、パッファシリンダ６の内壁面とシリンダシャフト７の外表面及びピストン１０で囲まれて、消弧性気体を圧縮するためのパッファ室１３が形成されている。パッファシリンダ６は、一般的には純アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、ピストン１０はアルミニウム合金または鉄等の金属製である。本実施例では、パッファシリンダ６及びピストン１０ともにアルミニウム合金製とした。ピストン１０の先端の外周部には、径の異なるウェアリング１１及び１２がそれぞれ設けられており、ピストン１０の移動に伴い、ウェアリング１１及び１２を介して、ピストン１０とパッファシリンダ６の内壁面及びピストン１０とシリンダシャフト７の外表面が摺動する。【００２３】
図２は本発明に係るパッファ型ガス遮断器の一例を模式的に示す断面図（電流遮断状態）を示すものである。すなわち、図２は、図１の電流投入状態から電流遮断動作を行った時の状態を示している。この電流遮断動作の際には、パッファシリンダ６が図２の紙面右方向に移動し、それに伴い、固定側接触子１と可動側接触子５が離れると共に、ピストン１０が移動してパッファ室１３の容積が小さくなるように圧縮されることで、絶縁ノズル３から消弧性気体が、固定側接触子１と可動側接触子５間に発生するアークに吹付けられるため、アークが消滅する。【００２４】
このように構成される本実施例のパッファ型ガス遮断器１００ａにおいて、パッファシリンダ６の内壁面に、ウェアリング１１及び１２と摺動する部分よりも広い範囲（符号１５で示す鎖線部分）に、機械加工によって凹凸構造を形成した。図３は本発明に係るパッファシリンダ６の内壁面（機械加工後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。凹凸構造の凸部２０は、パッファシリンダの移動方向と直交する方向に向かって突出する。図３では、パッファシリンダ６の内壁面の表面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）  Ｂ  ０６０１：２００３（ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎａｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）  ４２８７：１９９７）に対応）が、０．７μｍであり、断面が略三角形状となる凹凸構造を形成した。【００２５】
このようにパッファシリンダ６の内壁面に凹凸構造を設けることで、相手材であるウェアリング１１及び１２との真実接触面積を小さくすることができる。また、この凸部２０は、相手材であるウェアリング１１及び１２を削ることでパッファシリンダ６自身の摩耗を抑制し、パッファシリンダ６から発生する摩耗粉の発生を抑制する。この結果、優れた摺動特性を得ることができる。このような効果を得るために、機械加工後のパッファシリンダ６の表面のＲａは、０．５〜２μｍ（０．５μｍ以上２μｍ以下）が好ましい。Ｒａが０．５μｍより小さいと相手材の摩耗が少なくなり、２μｍより大きいと相手材の摩耗が増加しすぎてしまう。初期のなじみ性（初期の摺動性）とウェアリングの耐摩耗性（ウェアリングが過剰に削られないこと）を満たすには、Ｒａは０．５〜２μｍが好ましく、０．５〜１．５μｍがより好ましい。本実施例では、Ｒａを０．７μｍとした。【００２６】
さらに、この凹凸構造を有するパッファシリンダ６を基材とし、パッファシリンダ６の内壁面の表面に、アルミニウムの水和酸化物皮膜を形成する。この水和酸化物皮膜を形成する処理方法として、機械加工後に表面を洗浄（酸洗浄や脱脂洗浄等）したパッファシリンダ６を、９５℃以上に加熱した純水に所定の時間浸漬する化成処理を行った。【００２７】
図４は本発明に係るパッファシリンダ６の内壁面（化成処理後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。化成処理の処理時間を適正化することにより、図４に示すように、パッファシリンダ６の凹凸構造（マクロ凹凸構造）上に、パッファシリンダ６の凹凸構造よりも微細な針状又は花弁状の凹凸構造（ミクロ凹凸構造）２４を有するアルミニウムの水和酸化物皮膜２２が形成された。図４の部分拡大図に示すように、アルミニウムの水和酸化物皮膜２２は、パッファシリンダ６の表面を侵食しながら形成される。アルミニウムの水和酸化物皮膜２２は、パッファシリンダ６の機械加工で形成された凹凸構造よりもさらに微細な凹凸構造を有する。このアルミニウムの水和酸化物皮膜２２の凹凸構造は、相手材であるウェアリング１１及び１２を削り取る効果を有する。【００２８】
図４のアルミニウムの水和酸化物皮膜２２の平均膜厚は１μｍ以下で、凹凸の大きさ（凸部２０の突出長さ）は平均０．１μｍであった。本実施例では化成処理に純水を使用したが、炭酸塩、シュウ酸塩、トリエタノールアミン、ヒドラジン、海水の溶質、マグネシウムイオンと炭酸水素イオンの混合物、マグネシウムイオンと炭酸水素イオンと硫酸イオンの混合物、水酸化物イオンとリチウムイオンの混合物、水酸化物イオンとカルシウムイオンの混合物、水酸化物イオンとリチウムイオンと硝酸イオンの混合物、水酸化物イオンとナトリウムイオンの混合物（水酸化ナトリウム）、水酸化物イオンとカリウムイオンの混合物（水酸化カリウム）、水酸化混合物及び硫酸塩等を用いても構わない。【００２９】
アルミニウムの水和酸化物皮膜２２の平均膜厚は、１μｍより大きくても構わないが、化成処理では３μｍ程度までにしかならない。なお、パッファシリンダ６の凹凸構造の大きさ、アルミニウムの水和酸化物皮膜２２の凹凸構造の大きさ及びアルミニウムの水和酸化物皮膜２２の膜厚は、断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察によって行うことができる。【００３０】
処理液のｐＨは、７〜９程度が好ましい。ｐＨが１０よりも大きいとパッファシリンダ６の浸食が大きすぎて好ましくない。また、ｐＨが７よりも小さいとアルミニウムの水和酸化物皮膜２２が十分に形成されない。【００３１】
化成処理を行ったパッファシリンダ６の表面を粉末Ｘ線回折測定装置により分析すると、ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）、バイヤライト及びギブサイト（Ａｌ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ）等のピークが検出された。【００３２】
機械加工及び化成処理を施す場所は、少なくともパッファシリンダ６とウェアリング１１及び１２が摺動する部分であればよいが、パッファシリンダの外周面も同時に処理してもよい、また、純アルミニウム又はアルミニウム合金製のシリンダシャフト７に処理しても構わない。【００３３】
図５は本発明に係るパッファシリンダ６の内壁面（相手材移着後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。上述した本実施例によれば、パッファシリンダ６の、相手材であるウェアリング１１及び１２と摺動する部分の内壁面に機械加工で凹凸構造を設けることで、相手材であるウェアリング１１及び１２（本実施例では、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂製とした）との真実接触面積が減少する。また、パッファシリンダ６の凸部２０及びアルミニウムの水和酸化物皮膜２２の凹凸構造２４により相手材を削りやすく（摩耗させやすく）なり、パッファシリンダ６の凹部２１に、ウェアリング材の摩耗粉２３を保持することができる（符号２５部分）。このことによって、ウェアリング材同士の摩擦となり、アルミニウム合金製のパッファシリンダの摩耗が抑制されて摩耗粉の発生が抑制される。この結果、耐摩耗性及び摺動特性を向上することができる。【００３４】
特許文献１に記載のアルマイト処理（陽極酸化法）で形成された皮膜（酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３））は、円筒状の微細孔が規則的に並んだ形状を有するが、本発明に係るアルミニウムの水和酸化物皮膜は、上述したように不規則的に並んだ微細な凹凸構造を有するものであり、両者は形状の点で全く異なるものである。
【実施例２】
【００３５】
図６は実施例２に係るパッファ型ガス遮断器の一部を模式的に示す断面図である。該図に示す本実施例では、パッファシリンダ６とシリンダシャフト７のウェアリング１１及び１２と摺動する部分の一部１６に、他の部分よりも表面粗さＲａが大きく（Ｒａ＝１．３）なるように実施例１と同様に断面が略三角形状を有する凹凸構造を機械加工し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。【００３６】
このように、本実施例によれば、電源遮断状態のウェアリング１１，１２の位置の周辺のパッファシリンダ６の内壁面及びシリンダシャフト７の外壁面に機械加工で凹凸構造を施し、表面粗さＲａを大きくして真実接触面積を小さくすることで、パッファシリンダ６の内壁面全体に凹凸構造を形成した場合に比べてウェアリング１１，１２の摩耗量を低減できる。また、停止状態（ウェアリング１１，１２及びピストン１０の停止状態）の位置に、ウェアリング１１，１２の移着膜の形成を促進できるため、パッファシリンダ６及びシリンダシャフト７とウェアリング１１，１２とがなじみやすく（摺動初期の摺動特性を確保しつつ）、基材のアルミニウム合金とウェアリング材の直接接触を防止して安定した動作を行うことが出来る。
【実施例３】
【００３７】
図７は実施例３に係るパッファ型ガス遮断器の一部を模式的に示す断面図である。該図に示す本実施例では、パッファシリンダ６のウェアリング１１及び１２と摺動する部分の一部１７に、他の部分よりも表面粗さＲａが大きく（Ｒａ＝１．５）なるように実施例１と同様に断面が略三角形状を有する凹凸構造を機械加工し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。【００３８】
このように、本実施例によれば、電源遮断状態のウェアリング１１，１２の位置の周辺のパッファシリンダ６の内壁面及びシリンダシャフト７の外壁面に機械加工で凹凸構造を施し、表面粗さＲａを実施例２よりも大きくして真実接触面積を小さくすることで、パッファシリンダ６の内壁面全体に凹凸構造を形成した場合に比べてウェアリング１１，１２の摩耗量を低減できる。また、停止状態（ウェアリング１１，１２及びピストン１０の停止状態）の位置に、ウェアリング１１，１２の移着膜の形成を促進できるため、パッファシリンダ６及びシリンダシャフト７とウェアリング１１，１２とがなじみやすく（摺動初期の摺動特性を確保しつつ）、基材のアルミニウム合金とウェアリング材の直接接触を防止して安定した動作を行うことが出来る。
【実施例４】
【００３９】
図８は実施例４に係るパッファ型ガス遮断器の一部を模式的に示す断面図である。該図に示す本実施例では、パッファシリンダ６のウェアリング１１及び１２と摺動する部分の一部１８ａ，１８ｂに、他の部分よりも表面粗さＲａが大きく（Ｒａ＝１．０）なるように実施例１と同様に断面が略三角形状を有する凹凸構造を機械加工し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。Ｒａは、上述した０．５〜２μｍの範囲内にあれば、二箇所（１８ａ，１８ｂ）の値が一致しなくても構わない。【００４０】
このように、本実施例によれば、電源投入状態と遮断状態の両方におけるウェアリング１１，１２の位置付近のパッファシリンダ６の内壁面及びシリンダシャフト７の外壁面に機械加工で凹凸構造を施し、表面粗さＲａを大きくすることで、パッファシリンダ全体を粗く加工した場合に比べてウェアリング１１，１２の摩耗量を低減できる。また、停止状態の位置にウェアリングの移着膜の形成を促進できるため、なじみやすく、基材のアルミニウム合金とウェアリング１１，１２の直接接触を防止して安定した動作を行うことが出来る。
【実施例５】
【００４１】
本実施例は、パッファシリンダ６に実施例１と同様の方法で凹凸構造を形成し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。ウェアリング１１，１２の材料として、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂を用いた。この組合せで摺動試験を行っても、パッファシリンダ６に顕著な摩耗は見られなかった。
【実施例６】
【００４２】
本実施例は、パッファシリンダ６に実施例１と同様の方法で凹凸構造を形成し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。ウェアリング１１，１２の材料として、ポリアセタール樹脂を用いた。この組合せで摺動試験を行っても、パッファシリンダ６に顕著な摩耗は見られなかった。
【実施例７】
【００４３】
本実施例は、パッファシリンダ６に実施例１と同様の方法で凹凸構造を形成し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。ウェアリング１１，１２の材料として、ＰＡ（ポリアミド）樹脂を用いた。この組合せで摺動試験を行っても、パッファシリンダ６に顕著な摩耗は見られなかった。【００４４】
なお、ウェアリング１１，１２に同一の樹脂材料を用いたが、別の樹脂材料にしても構わない。ウェアリング１１，１２の材料は、樹脂材料全般を適用することができるが、樹脂材料の中でもポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール及びポリアミドからなる群から選択された少なくとも１つが好ましい。【００４５】
このように、アルミニウム合金の表面に凹凸を形成し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成すると、未処理に比べてパッファシリンダ６の耐摩耗性が向上し、本発明のパッファ型ガス遮断器の動作条件では、アルマイト等と同等の耐摩耗性を示しており、アルマイト等に比べ簡易な設備で皮膜の形成処理や廃液処理ができる。
【実施例８】
【００４６】
本実施例は、パッファシリンダ６の凹凸構造を、機械加工ではなく、微細な鋼球を高速で相手材（パッファシリンダ６の内壁面）に投射するショットピーニングにより形成した。本実施例では、パッファシリンダ６の内壁面及びシリンダシャフト７とウェアリング１１，１２とが摺動する摺動部全域にショットピーニングを行ったが、実施例２〜４の如く、摺動部の一部に処理しても構わない。【００４７】
図９は実施例８に係るパッファシリンダ６の内壁面（ショットピーニング加工後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。図９に示すように、加工後の断面形状はクレータ状の凹部を有する構造となっている。本実施例では、内壁面の表面粗さＲａは１．２μｍであった。【００４８】
図１０は、実施例８に係るパッファシリンダ６の内壁面（化成処理後）の凹凸構造を模式的に示す断面図である。上記ショットピーニング加工後の表面に、アルミニウムの水和酸化物皮膜２２を形成した。凸部によって相手材を摩耗させやすくなり、図１０に示すように水和酸化物皮膜２２の凹凸構造上にウェアリング材の摩耗粉を保持し、クレータ状の凹部２６にもウェアリング材の摩耗粉を保持できるため、実施例１と同様にアルミニウム合金製パッファシリンダの摩耗を抑制できるので、耐摩耗性が向上する。【００４９】
さらに、本実施例のようにショットピーニング加工を行うと、加工時の衝撃によって、ショットピーニングの対象物（パッファシリンダ６及びシリンダシャフト７等）に残留応力が生じ、材料の強度を高めることができる。
【実施例９】
【００５０】
図１１は、実施例９に係るパッファシリンダ６の内壁面の凹凸構造を模式的に示す断面図である。本実施例は、パッファシリンダ６に実施例１と同様に、断面が略三角形状となる凹凸を形成し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜２２を形成した。この表面に、ウェアリング１１，１２と同じ材料で形成された皮膜２７を設けた。皮膜２７は、ウェアリング１１，１２と同じ材料を、平均粒径が１００μｍ以下の微細な粉末状に加工して、水和酸化物皮膜２２の表面に粉末層として形成したものである。このとき、凹部２１により容易に粉末が保持される。【００５１】
このように、パッファシリンダの動作前にウェアリングと同種材をパッファシリンダの表面に形成することにより、初期から安定した摺動特性が得られる。皮膜２７は相手材であるウェアリング１１，１２と同じ材料でなくても、同じ硬さを有する材料であるならば摩耗を抑制することができる。すなわち、ウェアリング材として一般的に適用される樹脂材料（ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール又はポリアミド等）は、ロックウェル硬さ（ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）Ｄ７８５  （ＩＳＯ  ２０３９‐２：１９８７）に対応）がＭスケールで７０〜１１０又はＲスケールで１０〜１３０であるので、このような硬度を有する材料で皮膜２７を形成することが好ましい。上述したポリテトラフルオロエチレンはＲスケールで１８、ポリエーテルエーテルケトンはＭスケールで１０４、ポリアセタールはＭスケールで８０及びポリアミドはＲスケールで１２０である。【００５２】
本実施例のように、もともと相手材と同じ材料で形成された皮膜をアルミニウムの水和酸化物皮膜２２上に設けたものであってもよいが、前述した実施例のように相手材を削り取って皮膜２７を形成する方が、皮膜作製のプロセスを省略できるので、プロセスコストの観点でより好ましい。
【実施例１０】
【００５３】
図１２は、ピンオンディスク型の試験機の一例を模式的に示す断面図である。本実施例では、パッファシリンダ以外の耐摩耗材に本発明が適用できることについて、図１２を用いて説明する。なお、以下に説明する摩耗試験は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２１８：１９８６  Ｂ法（ＡＳＴＭ  Ｄ２７１６に対応）に準拠して行った。【００５４】
該図に示す如く、アルミニウム合金製の基材にショットピーニングにより、表面粗さＲａが０．８μｍとなるように凹凸構造を加工し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成してディスク試験片３３とし、ウェアリング材を直径８ｍｍのピン状試験片３１として試験装置３０ａに設置した。試験条件は、ディスクの回転速度を１ｍ／ｓとして、摺動部にカバー３２を介して押し付け荷重３４を加えた。【００５５】
その結果、面圧が９ＭＰａにおいてもディスク試験片３３及びピン試験片３１とも異常摩耗が見られなかった。即ち、本発明に係る水和酸化物皮膜を形成したアルミニウム合金は、パッファシリンダ以外の摺動品（耐摩耗材）としても効果があると言える。
【実施例１１】
【００５６】
図１３は、ピンオンディスク型の試験機の他の一例を模式的に示す断面図である。本実施例のピンオンディスク型の試験機３０ｂでは、図１３に示すように、実施例１０の装置の摺動部付近に連通穴３６を設け、そこから窒素ガス３７を１０Ｌ／ｍｉｎ供給した。その他は先の試験と同様である。【００５７】
その結果、面圧が９ＭＰａの不活性ガス中においてもディスク試験片３３及びピン試験片３１とも異常摩耗が見られなかった。
【実施例１２】
【００５８】
本実施例では、実施例１０と同様にアルミニウム合金製のディスク試験片に凹凸構造を設け、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成した。その表面に、あらかじめ移着膜を形成したものと同様の効果が得られるように、ウェアリング材を微細な粉末状に加工してアルミニウムの水和酸化物皮膜の表面に付着形成した。本実施例では、ウェアリング材の微細な粉末を使用したが、ウェアリング材を直接水和酸化物皮膜の上に押し付けるようにしてウェアリング材からなる層を形成しても良い。このように摺動前にディスク試験片上にウェアリングからなる層を形成することで、摺動初期から摩擦及びウェアリング材の摩耗を低減できる。【００５９】
［比較例１］
アルミニウム合金製の基材に、Ｒａが０．８μｍとなるように機械加工を施し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成しないで実施例１０と同様の試験を行った。その結果、０．５ＭＰａの低い面圧においてアルミニウム合金に著しい摩耗が生じた。【００６０】
［比較例２］
比較例１と同様に、アルミニウム合金製の基材に、Ｒａが０．８μｍとなるように機械加工を施し、その表面にアルミニウムの水和酸化物皮膜を形成しないで実施例１１と同様に摺動部に窒素ガスを供給した。本比較例においても０．５ＭＰａの低い面圧においてアルミニウム合金に著しい摩耗が生じた。【００６１】
以上の結果から、本発明に係る耐摩耗材は、空気中だけでなく窒素ガス中でも耐摩耗性に優れることがわかる。【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、耐摩耗性に優れた耐摩耗材、パッファシリンダ及びパッファ型ガス遮断器を提供することが可能であることが実証された。【００６３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１…固定側アーク接触子、２…固定側主接触子、３…絶縁ノズル、４…可動側主接触子、５…可動側接触子、６…パッファシリンダ（基材）、７…シリンダシャフト、８…外部集電子、１０…ピストン、１１，１２…ウェアリング、１３…パッファ室、１４…絶縁操作ロッド、１５…機械加工及び水和酸化物皮膜処理部、１６，１７…パッファシリンダの一部、１８…リンク、２０…凸部、２１…凹部、２２…水和酸化物皮膜、２３…パッファシリンダに移着した相手材、２４…水和酸化物皮膜の凹凸構造、２５…ウェアリング材が移着した凹部、２６…凹部、２７…皮膜、３０ａ，３０ｂ…ピンオンディスク型の試験機、３１…ピン状試験片、３２…カバー、３３…ディスク試験片、３４…押し付け荷重、３５…回転軸、３６…連通穴、３７…窒素ガス、１００ａ，１００ｂ…パッファ型ガス遮断器。
【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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【国際調査報告】
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