(57)【要約】【課題】長寿命で信頼性が高く、かつ摺動部材交換の頻度を減らしあるいは交換不要でランニングコストが大幅に低減可能な流体機械を提供する。【解決手段】流体機械は、固定部材と可動部材間に設けられた摺動部Ａ、Ｂが、樹脂材をバインダとして用い、金属基材２２ｂの摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜ｓが形成された一側部材２２、２５と、フッ素樹脂を５０重量％以上含む他側部材２４、５ｃ、５ｄとの組み合わせからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材をバインダとして用い、金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成された一側部材と、フッ素樹脂を５０重量％以上含む他側部材との組み合わせからなる摺動部を有することを特徴とする流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載の流体機械において、前記バインダの樹脂材は、エポキシ樹脂またはポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする流体機械。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体機械において、前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ボロン、酸化アンチモン、雲母の中から１種以上選択されることを特徴とする流体機械。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の流体機械において、前記金属基材は、アルミニウム合金であることを特徴とする流体機械。
【請求項５】
請求項４に記載の流体機械において、前記アルミニウム合金は、硬度がＨＲＢ（ロックウェル硬さ）６０以上であることを特徴とする流体機械。
【請求項６】
請求項４または５に記載の流体機械において、前記固体潤滑剤被膜と前記アルミニウム合金基材の間には、ニッケルが８０重量％以上で、かつＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ−Ｂのいずれかの合金材料を用いた硬質膜が形成されることを特徴とする流体機械。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体機械において、前記他側部材は、可動部材側シール部を形成しかつ、フッ素樹脂が部材の５０重量％以上含み、残部は繊維状強化材または他の充填材を含むことを特徴とする流体機械。
【請求項８】
請求項７に記載の流体機械において、前記他充填材は、有機物であることを特徴とする流体機械。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体機械において、前記摺動部は、潤滑油を供給しない無潤滑条件下で摺動されることを特徴とする流体機械。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流体機械において、前記摺動部は、互いに摺動しつつシールする可動シール部であることを特徴とする流体機械。
【請求項１１】
ヘリカル圧縮機構部及び自転防止機構を構成するオルダムリングを具備し、このオルダムリングは、金属材料からなるリング部と、このリング部に取付けられフッ素樹脂を５０重量％以上含む樹脂材料からなるキー部とを有し、このキー部と摺動する相手部材は、樹脂材をバインダとして用い金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成されたことを特徴とする流体機械。
【請求項１２】
請求項１１に記載の流体機械において、前記キー部の厚さは、このキー部に設けられた取付け用貫通孔を貫通し、頭部、支持部および挿入部からなる取付ピンの前記支持部の長さよりも大きいことを特徴とする流体機械。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の流体機械において、前記キー部には、相手部材に当接して摺動する受け面が設けられたことを特徴とする流体機械。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の流体機械において、前記キー部は、リング部に固着された概略寸法のキー部を切削加工により所定寸法に仕上げられたことにより製造されることを特徴とする流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体機械に係わり、特に摺動部を改良した流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンプレッサあるいは真空ポンプ等の流体機械の摺動部に用いられる部材において、比較的高信頼性のものとしては、フッ素樹脂を含む樹脂と、金属または金属に硬質表面処理をしたもの、あるいは高硬度のセラミック等との組合わせがある。
【０００３】
このような摺動部材の組合わせは、流体機械の機能上重要で互いに摺動しつつシールする可動シールの一部に適用される例も多く見られる。
【０００４】
特に潤滑油を使用しない無潤滑流体機械では、このような摺動部あるいはシールが一般的であった（例えば、特許文献１、特許文献２など）。
【０００５】
一般に、摺動面は、摺動の初期段階では、摺動部材の表面形状を互いに幾何学的に完全に一致させることは、現実的に困難であるため、実際の運転中においては、非常に複雑な動きをしながら、接触、摺動、離脱を繰り返している。そのため、樹脂と金属（あるいは金属と同等以上の硬質表面）が直接摺動するような従来の構成では、特に圧縮運転の初期段階において、局所的な高い接触面圧が発生し、金属が樹脂を削ることで樹脂側部材が局所的に大きく摩耗する場合があった。
【０００６】
摺動部が摩耗すると部品ガタの増加につながり、機器の運転時の異常振動や異常音が発生する問題があった。また、摺動すると同時にシールする可動シール部の場合、一部でも摩耗すると流体の洩れにつながり、その機能を果たせなくなるため、この局所的摩耗は、このようなシールを構造として持つ流体機械の信頼性を低下させる問題点があった。
【０００７】
このような問題点を解決する方法としては、（ａ）局所的接触面圧の発生がないように、樹脂側のシール部材形状を柔軟に変形し得る形状にする、（ｂ）金属が樹脂を削らないように表面粗さを滑らかにする等の対策があった。しかし、対策（ａ）は、構造が複雑になり設計の自由度を低下させるため組立性の低下につながるという別の問題がある。また、対策（ｂ）は、加工が難しく製造性に欠けるという問題点があった。
【０００８】
さらに、フッ素樹脂と金属の摺動では、表面粗さが滑らか過ぎても摩耗を増加させるという現象を引き起こす場合があり、必ずしも摩耗低減に効果的でないという問題点がある。
【０００９】
この問題点をフッ素樹脂と金属の摺動を例にとって説明する。一般にフッ素樹脂は、無潤滑の摺動において低摩擦、低摩耗という特徴をもつが、これは、フッ素樹脂が他の樹脂に比べ構成原子の共有結合がもっとも強く、従って、化学的に最も安定な化合物であるため、表面エネルギーが低く、微視的接触面における相手材との引力が低いため、巨視的には摺動が低摩擦であり、摺動発熱が低いため、摺動部材の低下を引き起こさないためである。ところが、表面粗さを滑らかにしていくと、摺動の際の相手材との真実接触面積が増加していき、いくらフッ素樹脂との摺動といえども摩擦熱の発熱量が増加して、部材強度の低下（軟化、場合によっては局所的な融解）を招き結果的に摩耗が進行する場合があった。
【００１０】
また、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、フッ素樹脂と金属の摺動で低摩耗を示すもうひとつのメカニズムは、フッ素樹脂が相手の金属の表面に移着して微視的には摺動面がフッ素樹脂同士の摺動面になり安定的な摺動面を形成し、摩耗が低レベルで安定化するというものであるが、金属側の表面粗さが大きすぎると移着膜が表面粗さの谷を埋め尽くすのに足る摩耗量ではシールに洩れが発生してしまい不適であり、また、表面粗さが滑らかすぎると移着膜に対するアンカー効果が小さく、すなわち移着膜が安定的に金属表面に留まるだけの密着強度が得られず、摩耗の進行が止まらず、結局表面粗さをどのような値にしても優れた耐摩耗性能が得られないという問題点があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−２４７９６６号公報（段落番号［０００７］、図２）
【００１２】
【特許文献２】
特開２０００−３１４３８３号公報（段落番号［００３５］、［００３６］、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、長寿命で信頼性が高く、かつ摺動部材交換の頻度を減らしあるいは交換不要でランニングコストが大幅に低減可能な流体機械を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、樹脂材をバインダとして用い、金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成された一側部材と、フッ素樹脂を５０重量％以上含む他側部材との組み合わせからなる摺動部を有することを特徴とする流体機械が提供される。これにより、長寿命で信頼性が高く、かつ摺動部材交換の頻度を減らしあるいは交換不要でランニングコストが大幅に低減可能な流体機械が実現される。
【００１５】
好適な一例では、前記バインダの樹脂材は、エポキシ樹脂またはポリアミドイミド樹脂である。これにより、バインダ樹脂は、いずれも基材への密着性に優れ剥離しにくく、耐熱性に優れ摩擦熱による劣化が少なく、さらには材料自身が機械強度に優れており、バインダ樹脂自身が耐摩耗性を持つため、高信頼性の摺動部が実現される。
【００１６】
また、他の好適な一例では、前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ボロン、酸化アンチモン、雲母の中から１種以上選択される。これにより、その固体潤滑効果が、自身の結晶構造が層状であり、層間がすべることによって潤滑効果を示すと同時に、摺動相手を削るような攻撃性が非常に低く、高信頼性の摺動部が実現される。
【００１７】
また、他の好適な一例では、前記金属基材は、アルミニウム合金である。これにより、機器の軽量化、基材の熱伝導率が高いことにより、摺動部で発生する摩擦熱の放熱をより有効に行え、摺動部の発熱による激しい摩耗をより有効に防止でき、信頼性の向上が実現される。
【００１８】
また、他の好適な一例では、前記アルミニウム合金は、硬度がＨＲＢ（ロックウェル硬さ）６０以上である。これにより、基材の強度が保たれ、異常振動や異常音の発生、あるいはシールの洩れ等の防止が図られる。
【００１９】
また、他の好適な一例では、前記固体潤滑剤被膜と前記アルミニウム合金基材の間には、ニッケルが８０重量％以上で、かつＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ−Ｂのいずれかの合金材料を用いた硬質膜が形成される。これにより、少なくとも基材の被膜近傍の強度を大幅に上げることができ、摺動接触面圧による素材のへこみを防止でき高信頼性が実現される。
【００２０】
また、他の好適な一例では、前記他側部材は、可動部材側シール部を形成しかつ、フッ素樹脂が部材の５０重量％以上含み、残部は繊維状強化材または他の充填材を含む。これにより、可動部材側シール部の変形は防止され、耐漏れ性の向上、熱伝導性の向上が図られて、摺動部温度を低下させることができ、摩耗低減、さらに、潤滑性付与による耐磨耗性の向上を達成でき、結果としてさらに高信頼性長寿命の摺動部が実現される。
【００２１】
また、他の好適な一例では、前記他充填材は、有機物である。これにより、フッ素樹脂の材料強度向上等が図られることに加えて、相手材（ローラ基材側）への攻撃性がないため、相手材の摩耗も最小限に押さえることができて、他充填材自身の摩耗を抑制できる。
【００２２】
また、他の好適な一例では、前記摺動部は、潤滑油を供給しない無潤滑条件下で摺動される。これにより、無潤滑の厳しい環境下においても、効果的に潤滑機能が発揮され、潤滑油汚染を嫌う清浄雰囲気用途の流体機械に適用すると非常に高機能、高信頼性が実現される。
【００２３】
また、前記摺動部は、互いに摺動しつつシールする可動シール部である。これにより、寿命が長く信頼性に優れる。
【００２４】
また、本発明の他の態様によれば、ヘリカル圧縮機構部及び自転防止機構を構成するオルダムリングを具備し、このオルダムリングは、金属材料からなるリング部と、このリング部に取付けられフッ素樹脂を５０重量％以上含む樹脂材料からなるキー部とを有し、このキー部と摺動する相手部材は、樹脂材をバインダとして用い金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜が形成されたことを特徴とする流体機械が提供される。これにより、長寿命で信頼性が高く、かつ摺動部材交換の頻度を減らしあるいは交換不要でランニングコストが大幅に低減可能な流体機械が実現される。
【００２５】
また、好適な一例では、前記キー部の厚さは、このキー部に設けられた取付け用貫通孔を貫通し、頭部、支持部および挿入部からなる取付ピンの前記支持部の長さよりも大きい。これにより、キー部は、支持部が形成された取付ピンにより、弾性変形を利用して強固かつ寸法精度よくリング部に取付けられる。
【００２６】
また、他の好適な一例では、前記キー部は、リング部に固着された概略寸法のキー部を切削加工により所定寸法に仕上げられる。これにより、キー部の寸法精度、特にキー部の平行や直行方向の位置精度が得られ、また、樹脂材料の切削抵抗が小さく発熱も少ないため、加工が容易であり、キー部位置の精度を得るために、キー部のみならずリング、締結部材、組立て精度など全てについて高い寸法精度が要求されず、コストも易く生産性もよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる流体機械の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明に係わる流体機械の第１実施形態としての横型ヘリカル圧縮機の縦断面図である。
【００２９】
図１に示すように、ヘリカルコンプレッサ１は、ケーシングレスのコンプレッサであり、ヘリカル機構部としてのヘリカル圧縮機構部２と、このヘリカル圧縮機構部２を駆動させる駆動部３と、この駆動部３とヘリカル圧縮機構部２間に設けられ駆動部３の動力をヘリカル圧縮機構部２に伝達するクランクシャフト４と、ヘリカル圧縮機構部２のローラ２２が自転するのを防止するための自転防止機構を構成するオルダムリング５を有している。
【００３０】
上記ヘリカル圧縮機構部２は、固定部材としてのシリンダ２１内に、旋回（公転）自在に偏心配置された可動部材としての環状のローラ２２と、このローラ２２とシリンダ２１間に軸方向に次第に容積が小さくなる圧縮室２３を区画する不等ピッチのヘリカルブレード２４とを有している。ローラ２２の外周面には、所定寸法の螺旋溝２２ａが図１中左端の吸込口２１ａ側端から右端の吐出口２１ｂ端に向けてピッチが徐々に小さくなるように形成されており、この螺旋溝２２ａ内には弾性を有する螺旋状のヘリカルブレード２４が出没自在に嵌め込まれている。
【００３１】
図１及び図２に示すように、ヘリカルコンプレッサ１における摺動部Ａは、一側部材のローラ２２と、他側部材のヘリカルブレード２４との組み合わせからなっており、さらに、摺動部Ａは、互いに摺動しつつシールする可動シール部を形成している。
【００３２】
一側部材としてのローラ２２は、金属基材、例えば中空円筒状のアルミニウム合金製ローラ基材２２ｂと、このローラ基材２２ｂに、樹脂材をバインダとして用い、摺動面として自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜ｓとからなっている。上記金属基材がアルミニウム合金であるので、機器の軽量化、基材の熱伝導率が高いことにより、摺動部で発生する摩擦熱の放熱をより有効に行え、摺動部の発熱による激しい摩耗をより有効に防止でき、信頼性を向上できる。
【００３３】
上記アルミニウム合金製ローラ基材２２ｂは、硬度がＨＲＢ（ロックウェル硬さ）６０以上である。これにより、基材の強度が保たれ、異常振動や異常音の発生、あるいはシールの洩れ等を防止できる。ＨＲＢが６０より小さいと、基材が柔らか過ぎ、摺動面が摩耗しなくても摺動接触面圧によって基材がへこんでしまい、結果として摩耗と同じ問題が発生し、部品ガタの増加による異常振動や異常音の発生、あるいはシールの洩れ等が発生する。
【００３４】
また、上記バインダとしての樹脂材は、エポキシ樹脂またはポリアミドイミド樹脂が好ましい。これにより、バインダ樹脂は、いずれの基材に対しても密着性に優れ剥離しにくく、耐熱性に優れ摩擦熱による劣化が少なく、さらには材料自身の機械強度に優れるので、バインダ樹脂自身が耐摩耗性をもつため、高信頼性の摺動部を実現できる。
【００３５】
上記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ボロン、酸化アンチモン、雲母の中から１種以上選択されるのが好ましい。これにより、その固体潤滑効果が、自身の結晶構造が層状であり、層間がすべることによって潤滑効果を示すと同時に、摺動相手を削るような攻撃性が非常に低く、高信頼性の摺動部を構成するのに好適である。
【００３６】
ヘリカルブレード２４を形成する他側部材は、５０重量％以上のフッ素樹脂を含む外、繊維状強化材あるいはその他充填材を含むのが好ましい。これにより、ヘリカルブレード２４の変形は防止され、耐漏れ性向上、熱伝導性が向上して、摺動部温度を低下させることができ、摩耗低減、さらに、潤滑性付与による耐磨耗性の向上を達成でき、結果としてさらに高信頼性、長寿命の摺動部を実現できる。上記フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、パープルオロエチレンプロピレン樹脂、パープルオロアルコキシ樹脂、エチレン−４フッ化エチレン樹脂、ビニリデンフルオライド樹脂、ビニルフルオライド樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、エチレンークロロトリフルオロエチレン樹脂等が好ましい。
【００３７】
上記繊維状強化材としては、芳香族ポリイミド繊維、アラミド繊維等の有機物繊維、炭素繊維、ガラス繊維、グラファイト繊維、ウォラストナイト、ホイスカ類（チタン酸カリウム、カーボン、シリコンカーバイド、サファイア）、鋼線、銅線、ステンレス線等の無機繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、その他複合繊維などが好ましい。
【００３８】
上記他充填材は、有機物であるのが好ましい。これにより、フッ素樹脂の材料強度向上等が図れることに加えて、相手材（ローラ基材側）への攻撃性がないため、相手材の摩耗も最小限に押さえることができて、他充填材自身の摩耗を抑制できる。他充填材としては、芳香族ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、耐熱性ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの有機物が好ましいが、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等金属およびその酸化物、青銅等の熱伝導改良用無機粉末、ガラスビーズ、シリカバルーン、珪藻土、炭酸マグネシウム、雲母、滑石、二硫化モリプデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素、リン酸化合物、酸化鉄、グラファイト、カーボンブラック等の無機質潤滑性向上物質、さらには、シリコンオイル、エステルオイル、ワックス、ステアリン酸亜鉛等の内部潤滑剤的添加剤等であってもよい。
【００３９】
図３乃至図５に示すように、上記オルダムリング５は、金属材料、例えばアルミニウム合金からなるリング部５ａと、このリング部５ａとは別体に形成されフッ素樹脂を５０重量％以上含む樹脂材料からなり、リング部５ａに取付ピン５ｂにより取付けられた直方体形状のキー部５ｃ、５ｄを有している。リング部５ａが、アルミニウム合金で形成されているので、鉄、ステンレス材などより軽量であり、振動を減少することができる。図６に示すように、キー部５ｃ、５ｄには受け面５ｃ１、５ｄ１が形成され、また、キー部５ｃ、５ｄの厚さＬ１は、頭部５ｂ１、支持部５ｂ２および挿入部５ｂ３からなる取付ピン５ｂの支持部５ｂ１の長さＬ２よりも大きくなっている。これにより、キー部５ｃ、５ｄは、支持部５ｂ２が形成された取付ピン５ｂにより弾性変形を利用して強固かつ寸法精度よくリング部５ａに取付けられる。但し、弾性変形範囲を逸脱した大きな寸法差は、過度の変形から寸法不良を招くと共に、塑性変形により取付力低下のおそれがあり好ましくない。
【００４０】
図７に示すように、キー部５ｃ、５ｄの受け面５ｃ１、５ｄ１は、取付ピン５ｂにより、概略寸法のキー部５ｃ、５ｄがリング部５ａに取付られた後、加工刃具Ｊにより、切削して形成されるのが好ましい。これにより、フッ素樹脂を５０重量％以上含む樹脂材料からなるキー部５ｃ、５ｄを切削するので、キー部の寸法精度、特にキー部５ｃ、５ｄの平行や直行方向の位置精度が得られ、また、従来の金属材料よりも樹脂材料は切削抵抗が小さく発熱も少ないため、加工が容易である。さらに、キー部５ｃ、５ｄがリング部５ａに取付けられた後に切削するので、キー部位置の精度を得るために、キー部のみならずリング、締結部材、組立て精度など全てについて高い寸法精度が要求されず、コストも易く生産性もよい。取付ピン５ｂの材質をリング部５ａと同じ材質、例えばアルミニウム合金で作れば、熱膨張差などの影響がなくリング部５ａとの取付力は安定に維持され、また、リング部５ａと取付ピン５ｂの取付部に接着剤等を塗布し併用することによって、振動等による緩み防止など取付の安定性をより一層高めることができる。
【００４１】
また、図８に示すように、キー部５ｃは、ローラ２２に設けられたキー溝２２ｃに摺動自在に係合し、さらに、受け面５ｃ１でローラ側面摺動面２２ｄと当接し、キー部５ｄは、副軸受２５に設けられたキー溝２５ａに摺動自在に係合し、受け面５ｄ１で副軸受２５の副軸受側面摺動面２５ｂと当接して、摺動部Ｂが形成される。受け面５ｃ１及び受け面５ｄ１を設けることにより、ローラ側面摺動面２２ｄ及び副軸受側面摺動面２５ｂがリング部５ａとは接触せず、摺動損失小となり高い性能が得られる。
【００４２】
さらに、金属基材であるローラ２２及び副軸受２５の摺動面、例えばローラ２２のキー溝２２ｃ、ローラ側面摺動面２２ｄ、副軸受２５のキー溝２５ａ及びの副軸受側面摺動面２５ｂに樹脂材をバインダとして用い、自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜ｓが形成される。
【００４３】
なお、図９に示すように、キー部５Ａｃ、５Ａｄは受け面を有しない直方体形状であってもよく、また、図１０に示すように、リング部５Ｂａに凹部５Ｂａ１を形成し、この凹部５Ｂａ１にキー部５Ｂｃ、５Ｂｄの一部を嵌め込むようにしてもよい。これにより、キー部が回転方向に固定されて回り止めとなって、より大きなトルクに耐えることができ、キー部のゆるみ防止にもなり、高い信頼性が得られる。
【００４４】
さらに、図１１に示すように、固体潤滑剤からなる被膜ｓとアルミニウム合金基材２２Ｃｂの間には、ニッケルが８０重量％以上で、かつＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ−Ｂのいずれかの合金材料を用いた中間層として硬質膜ｈｓが形成されるものでもよい。これにより、少なくとも基材の被膜近傍の強度を大幅に上げることができ、摺動面が摩耗しなくても、摺動接触面圧によって素材がへこんでしまうようなことを防止でき高信頼性を実現できる。基材が柔らかすぎると、摺動面が摩耗しなくても摺動接触面圧によって素材がへこんでしまい、やはり結果として摩耗と同じ問題点の発生、すなわち部品ガタの増加による異常振動や異音の発生、あるいはシールの洩れなどにつながる。また、万一、固体潤滑剤被膜の一部が剥がれて、摺動組合わせが、Ｎｉ合金とフッ素樹脂とになるが、固体潤滑被膜とフッ素樹脂との組合わせよりも劣化するとはいえ、比較的良好な耐摩耗性を持つ材料組合わせであり、万一の場合でも磨耗の進行をさせない高信頼性の摺動部を実現できる。
【００４５】
また、流体機械の摺動部としては、上述したローラ２２とヘリカルブレード２４との組み合わせ（摺動部Ａ）、及びオルダムリング５のキー部５ｃ、５ｄとローラ２２及び副軸受２５との組み合わせ（摺動部Ｂ）を例にとり説明したが、本発明における摺動部は、ブレードとシリンダ、スラストシールと軸受け、スラストシールとローラ等の可動シール部分、あるいは、コンプレッサに限らず真空ポンプにも適用され、さらに、スクロール流体機械、ロータリ流体機械、レシプロ流体機械にも適用される。
【００４６】
次に本発明に係わる流体機械を用いた冷媒の圧縮方法について説明する。
【００４７】
図１に示すようなヘリカルコンプレッサ１の駆動部３を付勢して、クランクシャフト４を介してローラ２２を偏心回転（公転）させる。このローラ２２の偏心回転により、ローラ２２はシリンダ２１の内周面に内接しながら摺動し、公転される。上記ローラ２２の偏心回転によりシリンダ２１とローラ２２との間にヘリカルブレード２４により形成される各シリンダ圧縮室２３はシリンダ軸方向にヘリカル状に移動しながら容積が次第に小さくなるように体積変化する。各シリンダ圧縮室２３は体積変化により吸込管２１ａを経て吸込まれた冷媒が順次圧縮されて高圧化され、吐出管２１ｂを経て吐出される。
【００４８】
このような圧縮工程において、上記摺動部Ａは、一側部材としてのローラ２２と、他側部材としてのヘリカルブレード２４との組み合わせからなっており、さらに、摺動部Ａは、互いに摺動しつつシールする可動シール部を形成しているが、シリンダ２１の摺動表面は、樹脂材をバインダとして用い、金属基材の摺動面に自己潤滑性固体潤滑剤を密着保持してなる被膜ｓが形成され、他側部材である固定部材としてのローラ２２はフッ素樹脂を５０重量％以上含むので、両者の摺動面の表面材質が共に自己潤滑性を有し、かつ両者とも剛性が低い同士であり、形状の不一致による局所的な高い面圧は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、初期には両方の部材の表面がわずかに変形することによって、さらに後には面圧が高い部分の両方の部材が共にすばやく摩耗することで形状がなじみ、低減する。
【００４９】
また、図１及び図８に示すように、摺動部Ｂは、一側部材としてのローラ２２のキー溝２２ｃ、ローラ側面摺動面２２ｄ及び副軸受２５のキー溝２５ａ、副軸受側面摺動面２５ｂと他側部材としてのヘリカルブレード２４との組み合わせからなる摺動面に形成されるので、摺動部Ａと同様面圧が高い部分の両方の部材が共にすばやく摩耗することで形状がなじみ低減する。
【００５０】
このような摺動部の変形による面圧低減効果は、両方の部材が変形可能であり、変形できる剛性の弱い部材が摺動部材のうち樹脂側片方であった従来の金属／樹脂組合わせに比べ、大幅に向上する。
【００５１】
また、摺動部の面圧が高い部分が摩耗してなじむ効果についても、従来の金属／樹脂組み合わせでは、すばやく摩耗してなじみを起こせる剛性の弱い部分は摺動部材のうち樹脂側片方であったのに比べ、本発明の場合摺動部材両者が樹脂であるため、両者がすばやく摩耗してなじむことができる。
【００５２】
さらに両方の部材が自己潤滑性を持つため摩擦係数が低く押さえられ、結果として、（ａ）従来発生していた局所的な高い面圧あるいは大きな摩擦係数が引き起こす摺動部の発熱による激しい摩耗を起すこともなく、従来に比べ異常摩耗の発生を低減する効果を有効に発揮できる。また、（ｂ）結果的に両部材の初期の表面粗さの谷部分を、わずかに摩耗した両者の材料が埋め、両者の摩耗粉が互いに相手材に移着しつつ摩耗粉が摺動部に保持される現象が起こり従来の金属／樹脂組合わせに比べより少ない摩耗量で表面形状がなじんだ状態に到達する。
【００５３】
これにより、両部材の摩耗量が少ないうちに安定的な摺動面を形成することができ、見かけ上、ほとんど摩耗が進行しない状態を実現できる。
【００５４】
以上の結果として信頼性の高いシール機構をもったコンプレッサあるいは真空ポンプ等の流体機械を実現できる。さらには、特に運転当初において低摩擦であるため、当初から機器の損失が安定的に小さく、高性能の流体機械を実現できる。また、摺動部がシール部分である場合、シール部材交換の頻度を減らし、あるいは交換不要とすることができ、ランニングコストの大幅な低減を実現でき、かつ非常に長寿命で高い信頼性の流体機械が得られる。
【００５５】
さらに、上記実施形態の流体機械にあっては、潤滑油を供給しない無潤滑条件下で摺動させる流体機械であるが、無潤滑という摺動にとって非常に厳しい環境においても、効果的に潤滑機能が発揮されるため、潤滑油汚染を嫌う清浄雰囲気用途の高機能コンプレッサまたは真空ポンプ等に適用すると非常に高機能、高信頼性を実現できる。
【００５６】
【実施例】
図１に示すような本発明に係わるヘリカル式コンプレッサを用い摺動部を、下記のような材質を使用したブレード／ローラ部の可動シール機構に形成し、実機運転試験を行い、ブレード摩耗量を調べ、従来例と比較した。
【００５７】
実施例：ブレードはパープルオロエチレンプロピレン樹脂（ＰＦＡ）にポリイミド樹脂を５０重量％以下充填したもの、ローラはＨＲＢ６０のアルミニウム基材上にＮｉ−Ｐ無電解メッキを施し、その上にポリアミドイミド樹脂をバインダーとしてＭｏＳ２を含む被膜を形成した。
比較例１：ブレードはＰＦＡにガラス繊維を５０重量％以下充填し、ローラをＨＲＢ６０のアルミニウム材としたものである。
比較例２：ブレードＨＰＦＡにホリイミド樹脂を５０重量％以下充填したもの、ローラはＨＲＢ６０のアルミニウム基材上にＮｉ−Ｐ無電解メッキをほどこしたもの。
【００５８】
結果：  図１３に示す。
図１３からもわかるように、実施例は、ごく初期になじみの摩耗を起こした後は、摩耗の進行がほぼ完全に止まった状態になることがわかった。
【００５９】
これに対して、比較例１は、非常に短時間で摩耗が一気に進行し、比較例２は、多少の潤滑性向上効果をもつ組合わせであり、比較例１よりは摩耗が少ないが、それでも摩耗の進行があり、ある寿命までしか性能を維持できないことがわかった。
【００６０】
【発明の効果】
本発明に係わる流体機械によれば、長寿命で信頼性が高く、かつ摺動部材交換の頻度を減らしあるいは交換不要でランニングコストが大幅に低減可能な流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる流体機械の実施形態の断面図。
【図２】本発明に係わる流体機械に設けられた一摺動部の断面図。
【図３】本発明に係わる流体機械に設けられた他摺動部の断面図。
【図４】本発明に係わる流体機械に用いられるオルダムリングの平面図。
【図５】本発明に係わる流体機械に用いられるオルダムリングの分解図。
【図６】本発明に係わる流体機械のオルダムリングに用いられる取付ピンとキー部の側面図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係わる流体機械のオルダムリングに用いられるキー部の受け面の製造方法を示す概念図。
【図８】本発明に係わる流体機械に設けられた他摺動部の断面図。
【図９】本発明に係わる流体機械のオルダムリングに用いられる取付ピンとキー部の断面図。
【図１０】本発明に係わる流体機械のオルダムリングに用いられる取付ピンとキー部の他の実施形態の断面図。
【図１１】本発明に係わる流体機械に設けられた摺動部の他の実施形態の断面図。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係わる流体機械に設けられた一摺動部の摩耗状態を示す概念図。
【図１３】本発明に係わる流体機械に設けられたブレードの摩耗試験の結果図。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は従来の流体機械に設けられた一摺動部の摩耗状態を示す概念図。
【符号の説明】
１  ヘリカルコンプレッサ
２  ヘリカル圧縮機構部
３  駆動部
４  クランクシャフト
５  オルダムリング
５ａ  リング部
５ｂ  取付ピン
５ｃ、５ｄ  キー部
５ｂ１  支持部
５ｂ２  段部
５ｃ１、５ｄ１  受け面
２１  シリンダ
２１ａ  吸込口
２１ｂ  吐出口
２２  ローラ
２２ａ  螺旋溝
２２ｂ  ローラ基材
２２ｃ  キー溝
２２ｄ  ローラ側面摺動面
２３  圧縮室
２４  ヘリカルブレード
２５  副軸受
２５ａ  キー溝
２５ｂ  副軸受側面摺動面
Ａ、Ｂ  摺動部
ｓ  摺動部被膜
【図１】
2004190605.tif 000003
【図２】
2004190605.tif 000004
【図３】
2004190605.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004190605.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2004190605.tif 000010
【図９】
2004190605.tif 000011
【図１０】
2004190605.tif 000012
【図１１】
2004190605.tif 000013
【図１２】
2004190605.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2004190605.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月2日(2003.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
ヘリカルブレード２４を形成する他側部材は、５０重量％以上のフッ素樹脂を含む外、繊維状強化材あるいはその他充填材を含むのが好ましい。これにより、ヘリカルブレード２４の変形は防止され、耐漏れ性向上、熱伝導性が向上して、摺動部温度を低下させることができ、摩耗低減、さらに、潤滑性付与による耐磨耗性の向上を達成でき、結果としてさらに高信頼性、長寿命の摺動部を実現できる。上記フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、パーフルオロエチレンプロピレン樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂、エチレン−４フッ化エチレン樹脂、ビニリデンフルオライド樹脂、ビニルフルオライド樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、エチレンークロロトリフルオロエチレン樹脂等が好ましい。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
実施例：ブレードはパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）にポリイミド樹脂を５０重量％以下充填したもの、ローラはＨＲＢ６０のアルミニウム基材上にＮｉ−Ｐ無電解メッキを施し、その上にポリアミドイミド樹脂をバインダーとしてＭｏＳ２を含む被膜を形成した。
比較例１：ブレードはＰＦＡにガラス繊維を５０重量％以下充填し、ローラをＨＲＢ６０のアルミニウム材としたものである。
比較例２：ブレードはＰＦＡにポリイミド樹脂を５０重量％以下充填したもの、ローラはＨＲＢ６０のアルミニウム基材上にＮｉ−Ｐ無電解メッキをほどこしたもの。