(57)【要約】【課題】本発明に係る摺動部材は、摩擦係数が低い表面を低コストで得ることができる。【解決手段】摺動部材１１１は、球状の黒鉛１１１ｂを含む鋳鉄１１１ａを基材とし、かつ、他の部材と摺動する摺動面１１３を有する。摺動面１１３は、研磨された後に、摺動面１１３に向かって投射材１３１を投射するショットブラスト加工が行われる。ショットブラスト加工によって、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂが除去されて摺動面１１３に凹部１１５が形成される。ショットブラスト加工によって、摺動面１１３のＲｐｋが低下している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の黒鉛（１１１ｂ）を含む鋳鉄（１１１ａ）を基材とし、かつ、他の部材と摺動する摺動面（１１３）を有する摺動部材であって、
前記摺動面は、研磨された後に、前記摺動面に向かって投射材（１３１）を投射するショットブラスト加工が行われ、
前記ショットブラスト加工によって、前記摺動面に存在する前記黒鉛が除去されて前記摺動面に凹部（１１５）が形成され、かつ、前記摺動面のＲｐｋが低下している、
摺動部材（１１１）。
【請求項２】
前記ショットブラスト加工によって、前記摺動面のＲｐｋは、少なくとも０．２μｍ低下している、
請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記摺動面のＲｐｋは、０．３μｍ以下である、
請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動面に占める前記凹部の面積比率は、１０％〜２０％である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の摺動部材。
【請求項５】
前記投射材は、前記ショットブラスト加工において、前記摺動面に衝突した後に前記摺動面を滑ることができる弾性体である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動部材。
【請求項６】
前記投射材は、研磨材である微粒子を含む前記弾性体である、
請求項５に記載の摺動部材。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の摺動部材と、
前記摺動部材の前記摺動面と摺動する被摺動面を有する被摺動部材と、
を備える摺動機構。
【請求項８】
前記被摺動面は、樹脂でコーティングされている、
請求項７に記載の摺動機構。
【請求項９】
互いに噛み合う一対のスクロール部材（２４，２６）を備える摺動機構であって、
前記一対のスクロール部材の一方は、前記摺動部材であり、
前記一対のスクロール部材の他方は、前記被摺動部材である、
請求項７または８に記載の摺動機構（１５）。
【請求項１０】
請求項９に記載の摺動機構を備える圧縮機（１０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材、摺動機構および圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置等に用いられるスクロール圧縮機は、互いに噛み合う一対のスクロール部材を有している。一対のスクロール部材の一方は、他方と摺動する摺動面を有している摺動部材である。摺動部材を用いる装置の効率および信頼性を向上させるために、摺動部材の摩擦損失を低減することが求められている。従来、摺動部材の摺動面の摩擦係数を低下させて摩擦損失を低減するために、摺動部材の摺動面に凹部を形成する方法が用いられている。
【０００３】
摺動面に凹部を形成する方法として、特許文献１（特開２０１１−２１５９７号公報）には、ショットピーニング加工が開示されている。ショットピーニング加工では、鋼およびアルミニウムで成形された摺動部材の摺動面に向かって、ガラスビーズやスチールビーズ等の硬質粒子の投射材を空気圧または機械力によって投射して、投射材を摺動面に衝突させる。ショットピーニング加工によって、摺動面に凹部が形成され、摺動面が塑性変形により硬化する。凹部が形成された摺動面に潤滑油が供給されると、潤滑油は凹部において表面張力により油玉となる。そして、摺動面に荷重が加えられると、隣接する凹部の油玉が互いに連結して、摺動面全域に油膜が形成される。その結果、摺動面の摩擦損失が低減する。
【０００４】
また、摺動面に凹部を形成する他の方法として、特許文献２（特開２００２−２１３６１２号公報）には、ＹＡＧレーザ装置を用いて摺動部材の摺動面にレーザ光線を照射して、略球面形状を有する微細な窪みを摺動面に形成する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、硬質粒子を用いるショットピーニング加工では、摺動面に凸部が形成されてしまうため、摺動面自体の摩擦係数が低下せず、摩擦損失低減効果が現れないおそれがある。また、レーザを用いて摺動面に凹部を形成する方法では、加工コストが高くなるおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、摩擦係数が低い表面を低コストで得ることができる摺動部材、当該摺動部材を備える摺動機構、および、当該摺動機構を備える圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１観点に係る摺動部材は、球状の黒鉛を含む鋳鉄を基材とし、かつ、他の部材と摺動する摺動面を有する摺動部材である。摺動面は、研磨された後に、摺動面に向かって投射材を投射するショットブラスト加工が行われる。ショットブラスト加工によって、摺動面に存在する黒鉛が除去されて摺動面に凹部が形成される。ショットブラスト加工によって、摺動面のＲｐｋが低下している。
【０００８】
この摺動部材は、黒鉛を含む鋳鉄を基材とし、その摺動面は、研磨加工された後に、ショットブラスト加工されている。ショットブラスト加工では、摺動面に向かって投射材が投射されて、摺動面に存在する黒鉛が除去されることにより、摺動面に凹部が形成される。ショットブラスト加工によって、摺動面のＲｐｋが低下して、摩擦係数が低下する。ショットブラスト加工では、摺動面に存在する黒鉛が除去されるように、例えば、投射材として弾性体が用いられる。弾性体の投射材が摺動面に衝突する場合、摺動面に存在する鋳鉄が変形して摺動面に凸部が形成されることが起こりにくい。一方、投射材として硬質の粒子を用いる場合、投射材が摺動面に衝突すると、摺動面に存在する鋳鉄が変形して摺動面に凸部が形成され、摺動面のＲｐｋが増加して、摩擦係数が増加するおそれがある。また、ショットブラスト加工は、レーザを用いて摺動面に凹部を形成する方法に比べて、加工コストが低い。従って、この摺動部材は、摩擦係数が低い表面を低コストで得ることができる。
【０００９】
本発明の第２観点に係る摺動部材は、第１観点に係る摺動部材であって、ショットブラスト加工によって、摺動面のＲｐｋは、少なくとも０．２μｍ低下している。
【００１０】
本発明の第３観点に係る摺動部材は、第１観点または第２観点に係る摺動部材であって、摺動面のＲｐｋは、０．３μｍ以下である。
【００１１】
本発明の第４観点に係る摺動部材は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る摺動部材であって、摺動面に占める凹部の面積比率は、１０％〜１５％である。
【００１２】
本発明の第５観点に係る摺動部材は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係る摺動部材であって、投射材は、ショットブラスト加工において、摺動面に衝突した後に摺動面を滑ることができる弾性体である。
【００１３】
この摺動部材では、摺動面のショットブラスト加工において、摺動面に衝突した投射材は、扁平に変形して摺動面に留まる。その後、扁平に変形した投射材は、摺動面を滑りながら移動する。すなわち、摺動面に衝突した投射材は、摺動面において直ちに跳ね返らない。投射材のこの性質は、投射材が摺動面に衝突する際に生じる、摺動面に垂直な方向の反発エネルギーが、投射材の変形によって発散されることによる。そのため、投射材が摺動面に衝突して跳ね返ることによって、摺動面に存在する鋳鉄が変形して、摺動面に凸部が形成されることが抑制される。また、摺動面に衝突した投射材は、扁平化した状態で、摺動面を滑りながら移動することができる。そのため、摺動面において跳ね返る投射材に比べて、弾性体の投射材は、より大きい面積の摺動面を研磨することができる。
【００１４】
本発明の第６観点に係る摺動部材は、第５観点に係る摺動部材であって、投射材は、研磨材である微粒子を含む弾性体である。
【００１５】
この摺動部材では、摺動面のショットブラスト加工において、投射材である弾性体に含まれる研磨材によって、摺動面に存在する黒鉛が効率的に除去される。
【００１６】
本発明の第７観点に係る摺動機構は、第１観点から第６観点のいずれか１つに係る摺動部材と、摺動部材の摺動面と摺動する被摺動面を有する被摺動部材とを備える。
【００１７】
この摺動機構では、摺動部材の摺動面に凹部が形成されている。凹部が形成された摺動面に潤滑油が供給されると、潤滑油は凹部において表面張力により油玉となる。そして、摺動部材の摺動面と被摺動部材の被摺動面との間に荷重が加えられると、隣接する凹部の油玉が互いに連結して、摺動面全域に油膜が形成される。従って、この摺動機構は、摺動部に潤滑油を供給することによって、摺動部の摩擦損失を低減することができる。
【００１８】
本発明の第８観点に係る摺動機構は、第７観点に係る摺動機構であって、被摺動面は、樹脂でコーティングされている。
【００１９】
この摺動機構では、被摺動面を樹脂でコーティングすることにより、摺動面と被摺動面との間の摩擦係数が低減されている。従って、この摺動機構は、摺動部の摩擦損失をさらに低減することができる。
【００２０】
本発明の第９観点に係る摺動機構は、第７観点または第８観点に係る摺動機構であって、互いに噛み合う一対のスクロール部材を備える。一対のスクロール部材の一方は、摺動部材であり、一対のスクロール部材の他方は、被摺動部材である。
【００２１】
本発明の第１０観点に係る圧縮機は、第９観点に係る摺動機構を備える。
【００２２】
この圧縮機は、一対のスクロール部材を有する圧縮機構を備えるスクロール圧縮機である。一対のスクロール部材の一方は、他方のスクロール部材と摺動する摺動面を有している。この摺動面は、ショットブラスト加工によって凹部が形成されているので、一対のスクロール部材の間の摩擦損失が低減されている。従って、この圧縮機は、圧縮機構のスラスト損失を低減して、効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１乃至第６観点に係る摺動部材は、摩擦係数が低い表面を低コストで得ることができる。
【００２４】
本発明の第７乃至第９観点に係る摺動機構は、摺動部の摩擦損失を低減することができる。
【００２５】
本発明の第１０観点に係る圧縮機は、スラスト損失を低減して、効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る摺動部材の模式的な斜視図である。
【図２】摺動部材の模式的な断面図である。
【図３】摺動部材の製造方法の模式図である。
【図４】投射体の模式図である。
【図５】ショットブラスト加工前の摺動部材の模式的な断面図である。
【図６】ショットブラスト加工における投射体の形状の変化の様子を示した図である。
【図７】スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図８】圧縮機構の断面図である。
【図９】低摩擦効果試験方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（１）摺動部材の構成
本発明の実施形態に係る摺動部材について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る摺動部材１１１の模式的な斜視図である。図２は、摺動部材１１１の模式的な断面図である。図３は、摺動部材１１１の製造方法の模式図である。
【００２８】
摺動部材１１１は、球状の黒鉛を含む鋳鉄を基材とする部材である。摺動部材１１１は、他の部材の表面と摺動する摺動面１１３を有している。図１および図２に示されるように、摺動面１１３には、多数の凹部１１５が形成されている。摺動面１１３において、凹部１１５の間には、平坦部１１７が形成されている。平坦部１１７は、凸部を有さない平面である。凹部１１５は、図３に示されるショットブラスト装置１２１を用いて形成される。ショットブラスト装置１２１は、摺動部材１１１の摺動面１１３に向かって投射体１３１を投射して、摺動面１１３に多数の凹部１１５を形成する。次に、ショットブラスト装置１２１および投射体１３１の構成について説明する。
【００２９】
（１−１）ショットブラスト装置の構成
ショットブラスト装置１２１は、主として、投射体配管１２２と、ガス配管１２３と、ノズル１２４とを備えている。投射体配管１２２は、投射体タンク（図示せず）内に貯蔵されている投射体１３１を移送するための配管である。ガス配管１２３は、ガスタンク（図示せず）内に貯蔵されているキャリアガス１３２を移送するための配管である。キャリアガス１３２は、乾燥空気である。投射体配管１２２は、ガス配管１２３の配管接合部位１２３ａにおいて、ガス配管１２３に接合されている。ノズル１２４は、ガス配管１２３の先端に取り付けられている。ノズル１２４は、摺動部材１１１の摺動面１１３に向いている。
【００３０】
投射体タンクに貯蔵されている投射体１３１は、電動ギアポンプ（図示せず）によって投射体配管１２２を通過して、配管接合部位１２３ａまで移送される。ガスタンクに貯蔵されているキャリアガス１３２は、エアーポンプ（図示せず）によってガス配管１２３を通過して、配管接合部位１２３ａまで移送される。配管接合部位１２３ａまで移送された投射体１３１は、キャリアガス１３２によってノズル１２４の先端口より摺動部材１１１の摺動面１１３に向かって発射される。図３に示されるように、投射体１３１は、摺動面１１３に垂直な方向に対して所定の入射角を形成して、摺動面１１３に向かって発射される。
【００３１】
（１−２）投射体の構成
図４は、投射体１３１の模式図である。投射体１３１は、核体１３２と砥粒１３３とから構成される。核体１３２は、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの径を有する弾性体である。核体１３２の材質は、例えば、ポリウレタン系のエラストマーである。砥粒１３３は、０．１μｍ〜１２μｍの径を有する炭化ケイ素の粒子である。核体１３２の表面には、多数の砥粒１３３が接着されている。なお、投射体１３１は、核体１３２の表面において、核体１３２の径方向に複数の砥粒１３３が接着された積層構造を有してもよい。
【００３２】
核体１３２の材質は、架橋ポリロタキサン化合物が好ましい。架橋ポリロタキサン化合物は、分子量が４０００００以上であり、反発係数が低い弾性体である。架橋ポリロタキサン化合物の主要構成材料であるポリロタキサンは、複数の環状分子の孔を貫通した直鎖状分子の両端にブロック基を結合させることにより、環状分子から直鎖状分子を抜き取ることができない構造を有している。ポリロタキサンは、最初に、環状分子の孔内に直鎖状分子を挿入して擬ポリロタキサンを生成し、次に、擬ポリロタキサンの直鎖状分子の両端をブロック基に結合させることで得られる。ポリロタキサンの環状分子間を化学的に結合させて架橋させることで、弾性体である架橋ポリロタキサン化合物が得られる。そして、架橋ポリロタキサン化合物を所定の粒径に成形することにより、核体１３２が得られる。架橋ポリロタキサン化合物は、ゴム硬度（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３）が低く、圧縮永久歪（ＪＩＳ  Ｋ  ６２６２）が低いという性質を有する。
【００３３】
核体１３２のゴム硬度に関して、投射体１３１の弾性率が低いほど、投射体１３１は、摺動部材１１１の摺動面１１３との衝突時の衝撃をよく吸収するので、摺動面１１３に凸部が形成されにくく好ましい。また、核体１３２の表面には砥粒１３３が接着されているので、投射体１３１のゴム硬度は、核体１３２のゴム硬度よりも高い。そのため、核体１３２のゴム硬度は、低いほど好ましい。核体１３２のゴム硬度は、３０以下であり、好ましくは１０以下である。
【００３４】
また、核体１３２の圧縮永久歪が低いほど、核体１３２の応力緩和率が小さい。すなわち、圧縮永久歪が低い核体１３２を含む投射体１３１は、摺動部材１１１の摺動面１１３と繰り返し衝突しても、圧縮応力の変化が小さい。そのため、投射体１３１を繰り返し使用しても、投射体１３１の弾性体としての性質が長期間保たれる。すなわち、核体１３２の圧縮永久歪が低いほど、投射体１３１の寿命が長くなる。
【００３５】
また、核体１３２は、自己粘着性が高い性質を有することが好ましい。自己粘着性が高い核体１３２は、砥粒１３３を安定的に保持することができる。
【００３６】
（１−３）ショットブラスト加工の詳細
摺動部材１１１の摺動面１１３は、研磨加工された後、ショットブラスト装置１２１によって投射体１３１が投射されるショットブラスト加工が行われる。ショットブラスト加工によって、摺動面１１３には多数の凹部１１５が形成される。
【００３７】
図５は、ショットブラスト加工前の摺動部材１１１の模式的な断面図である。摺動部材１１１は、鋳鉄１１１ａと、球状の黒鉛１１１ｂとから構成される。図５において、一部の黒鉛１１１ｂは、摺動面１１３に存在する。
【００３８】
ショットブラスト加工では、投射体１３１は、摺動面１１３に衝突して、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂを除去する。摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂが除去されることにより、図１および図２に示されるように、摺動面１１３に凹部１１５が形成される。
【００３９】
図６は、ショットブラスト装置１２１が投射体１３１を摺動面１１３に投射した場合に、投射体１３１が摺動面１１３に衝突して、摺動面１１３に沿って滑走し、摺動面１１３から跳ね返るまでの間における、投射体１３１の形状の変化を示した図である。
【００４０】
最初に、投射体１３１は、所定の入射角で摺動面１１３に向かって投射される。このとき、投射体１３１の形状は、図４に示されるような略球状である。投射体１３１の核体１３２の内部では、ポリロタキサンの直鎖状分子が丸まって縮んだ状態となっている。そのため、核体１３２のエントロピーは大きく、投射体１３１の形状は安定している。
【００４１】
その後、投射体１３１は、摺動面１１３に衝突する。投射体１３１は、変形して潰れ始め、最終的には著しく扁平化された形状になる。この間、投射体１３１の核体１３２の内部では、衝突による摺動面１１３からの反発エネルギーによって、丸まっていたポリロタキサンの直鎖状分子が摺動面１１３に沿って伸び、さらに、架橋剤と反応して架橋されているポリロタキサンの環状分子が直鎖状分子上を動いて滑車の働きをすることで応力が分散される。
【００４２】
また、摺動面１１３に衝突した投射体１３１は、上述したように核体１３２のゴム硬度が低いため、跳ね返りにくい。これにより、摺動面１１３に衝突した投射体１３１が有する摺動面１１３に沿った残余エネルギー、および、摺動面１１３に衝突した後に摺動面１１３に沿って流れるキャリアガス１３２によって、投射体１３１は、摺動面１１３に沿って滑走する。
【００４３】
投射体１３１が摺動面１１３に沿って滑走している間、投射体１３１は著しく扁平化された形状を有しているため、摺動面１１３に対する投射体１３１の接触面積は大きい。これにより、投射体１３１は摺動面１１３を研磨して、その際に、投射体１３１に含まれる砥粒１３３が、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂを除去する。また、上述したように、ポリロタキサンの環状分子が滑車の働きをすることにより、投射体１３１が摺動面１１３に衝突する力が分散される。分散された力は、投射体１３１の各砥粒１３３に付与されるため、投射体１３１は、摺動面１１３を均一に研磨することができる。
【００４４】
その後、摺動面１１３を滑走している扁平化した投射体１３１は、摺動面１１３を滑走しながら当初の略球状に変形する過程を経て、最終的には摺動面１１３から跳ね返る。この間、投射体１３１の核体１３２の内部では、ポリロタキサンの直鎖状分子が伸びて環状分子が移動したエントロピーが低い不安定な状態から、衝突前のエントロピーが高い安定な状態に自発的に移行する。
【００４５】
ここで、ポリロタキサンの直鎖状分子が伸びて環状分子が移動することによってエントロピーが減少する根拠について説明する。核体１３２の架橋ポリロタキサン化合物中は、架橋剤と反応して架橋された環状分子と、架橋剤と反応しなかった環状分子とが混在している。ポリロタキサンの直鎖状分子は、架橋された環状分子を自由に通り抜けることができるのに対し、架橋されていない環状分子は、架橋された環状分子を通り抜けることができない。核体１３２が摺動面１１３に衝突する際に、ポリロタキサンの直鎖状分子が伸長することによって、架橋された環状分子が引っ張られて直鎖状分子上を動くが、一部において、２つの架橋された環状分子は、その間の架橋されていない環状分子を圧縮するように動く。これにより、環状分子が密な状態が発生して、環状分子の分布が不均一となり、エントロピーが減少する。
【００４６】
すなわち、摺動面１１３に衝突した後に扁平化した投射体１３１の核体１３２の内部では、伸長した直鎖状分子が元の丸まった縮んだ状態に戻ろうとする弾性力だけでなく、上述の圧縮された環状分子が元の状態に戻ろうとする反発力も働く。これにより、投射体１３１は、低弾性率でありながら、通常のゴムに比べて優れた復元力を発揮する。従って、投射体１３１は、摺動面１１３と衝突する際のエネルギーによって潰れて破壊されにくい。
【００４７】
（１−４）摺動面の特性
次に、摺動部材１１１の摺動面１１３の特性について説明する。上述のショットブラスト加工によって、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂが除去されて、摺動面１１３に凹部１１５が形成されている。ショットブラスト加工によって、摺動面１１３のＲｐｋは、低下している。摺動面１１３のＲｐｋは、ショットブラスト加工によって、少なくとも０．２μｍ低下していることが好ましい。また、ショットブラスト加工された摺動面１１３のＲｐｋは、０．３μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
ここで、Ｒｐｋとは、表面の粗さを表すパラメータである。Ｒｐｋは、ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２で規格化されている。Ｒｐｋは、表面の「突出山部高さ」を表し、コア部の上にある突出山部の平均高さである。Ｒｐｋは、摺動面１１３に形成される凸部に関係する。Ｒｐｋが小さいほど、摺動面１１３または平坦部１１７に形成される凸部の数および平均の高さは小さい。
【００４９】
また、ショットブラスト加工された摺動面１１３における凹部１１５の面積比率は、１０％〜１５％であることが好ましい。面積比率とは、摺動面１１３の面積に対する、全ての凹部１１５の開口部分の総面積の割合である。
【００５０】
（２）摺動部材の特徴
本実施形態に係る摺動部材１１１は、球状の黒鉛１１１ｂを含む鋳鉄１１１ａを基材とする。摺動部材１１１の摺動面１１３は、研磨加工された後に、ショットブラスト加工されている。ショットブラスト加工では、摺動面１１３に向かって投射材１３１が投射されて、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂが除去されることにより、摺動面１１３に凹部１１５が形成される。ショットブラスト加工によって、摺動面１１３のＲｐｋは低下している。摺動面１１３のＲｐｋが低下することによって、摺動面１１３が他の部材の表面と摺動する際における摩擦係数が低下する。
【００５１】
ショットブラスト加工では、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂが除去されるように、投射材１３１として弾性体が用いられる。弾性体の投射材１３１が摺動面１１３に衝突する場合、摺動面１１３に存在する鋳鉄１１１ａが衝突エネルギーにより変形して摺動面１１３に凸部が形成されることが起こりにくい。一方、投射材としてスチールビーズ等の硬質粒子を用いる場合、投射材が摺動面１１３に衝突すると、摺動面１１３に存在する鋳鉄１１１ａが衝突エネルギーにより変形して摺動面１１３に凸部が形成され、摺動面のＲｐｋが増加するおそれがある。そして、摺動面１１３のＲｐｋが増加すると、摺動面１１３が他の部材の表面と摺動する際における摩擦係数が増加するおそれがある。
【００５２】
また、ショットブラスト加工は、レーザを用いて摺動面１１３に凹部１１５を形成する方法に比べて、加工コストが低い。従って、本実施形態に係る摺動部材１１１は、摩擦係数が低い摺動面１１３を低コストで得ることができる。
【００５３】
また、摺動部材１１１の摺動面１１３のショットブラスト加工において、摺動面１１３に衝突した投射材１３１は、図６に示されるように、扁平に変形して摺動面１１３に留まることができる。その後、扁平に変形した投射材１３１は、摺動面１１３を滑りながら移動する。すなわち、摺動面１１３に衝突した投射材１３１は、摺動面１１３において直ちに跳ね返らない。投射材１３１のこの性質は、投射材１３１が摺動面１１３に衝突する際に生じる、摺動面１１３に垂直な方向の反発エネルギーが、投射材１３１の変形によって発散されることによる。そのため、投射材１３１が摺動面１１３に衝突して跳ね返るエネルギーによって、摺動面１１３に存在する鋳鉄１１１ａが変形して、摺動面１１３に凸部が形成されることが抑制される。また、摺動面１１３に衝突した投射材１３１は、図６に示されるように、扁平化された形状を維持しながら摺動面１１３を滑りながら移動することができるため、摺動面１１３に対する投射体１３１の接触面積は大きい。従って、投射体１３１は、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂを効率的に除去することができる。
【００５４】
また、投射材１３１に含まれる研磨材１３３は、炭化ケイ素からなる硬質粒子である。そのため、摺動部材１１１の摺動面１１３のショットブラスト加工において、研磨材１３３は、研磨材１３３によって、摺動面１１３に存在する黒鉛１１１ｂを効率的に除去することができる。
【００５５】
また、摺動部材１１１は、圧縮機等の摺動部を有する装置に用いることができる。圧縮機は、冷媒を循環する冷凍サイクルを繰り返す冷媒回路において冷媒ガスを圧縮する役割を有する。次に、圧縮機の一種であるスクロール圧縮機における、摺動部材１１１の具体的な利用例について説明する。スクロール圧縮機は、互いに噛み合う渦巻状のラップを有する２つのスクロール部材によって形成される空間の容積が変化することによって冷媒が圧縮される圧縮機である。
【００５６】
図７は、スクロール圧縮機１０１の縦断面図である。スクロール圧縮機１０１は、主として、ケーシング１０と、圧縮機構１５と、駆動モータ１６と、クランクシャフト１７と、吸入管１９と、吐出管２０とから構成される。
【００５７】
ケーシング１０は、圧縮機構１５、駆動モータ１６およびクランクシャフト１７等を収容する。ケーシング１０の壁部には、吸入管１９および吐出管２０が気密状に溶接されている。スクロール圧縮機１０１は、吸入管１９から低温低圧の冷媒ガスを吸引し、圧縮機構１５で吸引した冷媒ガスを圧縮し、吐出管２０から圧縮された高温高圧の冷媒ガスを吐出する。駆動モータ１６は、圧縮機構１５を駆動する。クランクシャフト１７は、駆動モータ１６の駆動力を圧縮機構１５に伝達する。ケーシング１０の底部には、潤滑油が貯留される空間である油貯留部１０ａが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機１０１の運転中において、圧縮機構１５等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。
【００５８】
圧縮機構１５は、固定スクロール２４と、可動スクロール２６とから構成される。図８は、圧縮機構１５の断面図である。固定スクロール２４は、第１鏡板２４ａと、第１鏡板２４ａに直立して形成されるインボリュート形状の第１ラップ２４ｂとを有する。可動スクロール２６は、第２鏡板２６ａと、第２鏡板２６ａに直立して形成されるインボリュート形状の第２ラップ２６ｂとを有する。
【００５９】
固定スクロール２４および可動スクロール２６は、第１ラップ２４ｂと第２ラップ２６ｂとが噛み合うことにより、第１鏡板２４ａと、第１ラップ２４ｂと、第２鏡板２６ａと、第２ラップ２６ｂとによって囲まれる空間である圧縮室４０を形成する。圧縮室４０の容積は、可動スクロール２６の公転運動によって変化する。可動スクロール２６の公転中に、固定スクロール２４の第１鏡板２４ａおよび第１ラップ２４ｂの下面は、可動スクロール２６の第２鏡板２６ａおよび第２ラップ２６ｂの上面と摺動する。以下、可動スクロール２６と摺動する固定スクロール２４の面を、スラスト摺動面２４ｄと呼ぶ。スラスト摺動面２４ｄと摺動する可動スクロール２６の面を、スラスト被摺動面２６ｄと呼ぶ。
【００６０】
スクロール圧縮機１０１において、固定スクロール２４は摺動部材１１１に相当し、スラスト摺動面２４ｄは摺動面１１３に相当する。すなわち、スラスト摺動面２４ｄは、本実施形態のショットブラスト加工により多数の凹部が形成されている面である。凹部が形成されたスラスト摺動面２４ｄに潤滑油が供給されると、潤滑油は凹部において表面張力により油玉となる。そして、スラスト摺動面２４ｄとスラスト被摺動面２６ｄとの間にスラスト荷重が加えられると、隣接する凹部の油玉が互いに連結して、スラスト摺動面２４ｄ全域に油膜が形成される。これにより、スラスト摺動面２４ｄとスラスト被摺動面２６ｄとの間の摩擦損失が低減される。従って、スクロール圧縮機１０１は、多数の凹部が形成されたスラスト摺動面２４ｄにより、圧縮機構１５のスラスト損失を低減して、効率を向上させることができる。
【００６１】
（３）実施例
次に、本実施形態に係る摺動部材１１１の摺動面１１３および摩擦係数の評価のために行った低摩擦効果試験について説明する。図９は、低摩擦効果試験方法の概略図である。この試験では、図８に示される圧縮機構１５の固定スクロール２４および可動スクロール２６と同じ環境を再現した。この試験では、固定ディスク１９１および回転ディスク１９２からなる２種類の試験片を使用した。固定ディスク１９１および回転ディスク１９２は、ねずみ鋳鉄により成形され、円筒形状を有する部材である。固定ディスク１９１は、固定スクロール２４に対応し、回転ディスク１９２は、可動スクロール２６に対応する。固定ディスク１９１は、回転ディスク１９２の上方に配置されている。固定ディスク１９１の下面は、回転ディスク１９２の上面と対向している。固定ディスク１９１の下面は、固定スクロール２４のスラスト摺動面２４ｄに対応し、回転ディスク１９２の上面は、可動スクロール２６のスラスト被摺動面２６ｄに対応する。
【００６２】
この試験では、最初に、回転ディスク１９２を１．０ｍ／ｓの一定速度で回転させた。次に、回転ディスク１９２の回転軸１９２ａの方向に沿って、回転ディスク１９２に向かう荷重１９３を固定ディスク１９１に加えた。これにより、回転ディスク１９２の上面に固定ディスク１９１を押し付けて、固定ディスク１９１と回転ディスク１９２とを互いに摺動させた。このとき、固定ディスク１９１に加えられた荷重は７２０Ｎであった。固定ディスク１９１に加えられた荷重は、１０分間保持された。この試験は、冷媒Ｒ４１０Ａと冷凍機油としてのエーテル油ＦＶＣ６８Ｄとを２０：３０の割合で混合した雰囲気中で行われた。そのため、固定ディスク１９１と回転ディスク１９２との間の摺動部には、冷凍機油の膜が形成されている。また、試験中、固定ディスク１９１と回転ディスク１９２との間の摺動部における摩擦係数を測定した。次の表は、低摩擦効果試験の測定結果である。
【００６３】
【表１】
2016003597.tif 000003
上の表において、「固定ディスクの下面」は、回転ディスク１９２の上面と摺動する固定ディスク１９１の下面の加工方法を表す。「Ｒｐｋ」は、固定ディスク１９１の下面の粗さを表すパラメータＲｐｋである。「面積比率」は、固定ディスク１９１の下面の面積に対する、当該下面に形成された全ての凹部の開口部分の総面積の割合を意味する。「径(μｍ)／深さ(μｍ)」は、固定ディスク１９１の下面に形成された凹部の径および深さの平均である。「摩擦係数」は、固定ディスク１９１の下面と回転ディスク１９２の上面との間の摩擦係数である。
【００６４】
サンプルＡ、Ｂは、本実施形態の摺動部材１１１の摺動面１１３を再現した試験である。これらの試験において、固定ディスク１９１は、摺動部材１１１に相当し、固定ディスク１９１の下面は、摺動面１１３に相当する。固定ディスク１９１の下面は、研磨加工された後に、本実施形態の投射体１３１を用いてショットブラスト加工されている。投射体１３１は、株式会社不二製作所の鏡面加工用研磨メディア「シリウスＺ」を使用した。
【００６５】
サンプルＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、比較例であり、固定ディスク１９１の下面は、研磨加工のみされている。
【００６６】
サンプルＧ、Ｈ、Ｉは、比較例であり、固定ディスク１９１の下面は、研磨加工された後に、硬質粒子を用いてショットブラスト加工されている。硬質粒子は、通常のショットブラスト加工に使用されるスチールビーズである。硬質粒子の平均粒径は、サンプルＧでは５０μｍであり、サンプルＨでは１００μｍであり、サンプルＩでは２００μｍである。硬質粒子の投射圧力は、サンプルＧ、Ｈ、Ｉにおいて、０．４ＭＰａである。
【００６７】
この低摩擦効果試験では、以下の結果が確認された。第一に、球状の黒鉛を含む鋳鉄を基材とする摺動部材に対して、その摺動面に存在する黒鉛を除去する加工を行い、摺動面のＲｐｋを０．３μｍ以下にすると、摩擦係数が低下することが確認された。第二に、摩擦係数が低い摺動面は、摺動面を研磨加工した後に、本実施形態の投射体１３１を用いてショットブラスト加工を行うことで得られることが確認された。第三に、摺動面を研磨した後に、硬質粒子を用いる通常のショットブラスト加工を行った場合、硬質粒子の径が大きくなるほど摺動面のＲｐｋが大きくなり、低い摩擦係数を得ることができないことが確認された。
【００６８】
また、本実施形態の投射体１３１を用いるショットブラスト加工が行われた摺動面と、硬質粒子を用いる通常のショットブラスト加工が行われた摺動面とを比較すると、摺動面に形成される凹部の径および深さの平均はほとんど同じであった。しかし、面積比率に関しては、本実施形態の投射体１３１を用いるショットブラスト加工が行われた摺動面は、１０％以上であり、通常のショットブラスト加工が行われた摺動面よりも高かった。
【００６９】
以上より、低摩擦効果試験において、摺動部材の摺動面の低いＲｐｋおよび高い面積比率が、摺動面の摩擦係数の低下に貢献していることが確認された。
【００７０】
（４）変形例
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本発明の実施形態に係る圧縮機に対する適用可能な変形例について説明する。
【００７１】
（４−１）変形例Ａ
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１では、固定スクロール２４のスラスト摺動面２４ｄは、研磨加工が行われた後に、本実施形態の投射体１３１を用いるショットブラスト加工が行われた面である。ここで、スラスト摺動面２４ｄと摺動する、可動スクロール２６のスラスト被摺動面２６ｄは、樹脂でコーティングされてもよい。
【００７２】
スラスト被摺動面２６ｄに樹脂被膜を形成して、スラスト被摺動面２６ｄを樹脂でコーティングすることにより、スラスト摺動面２４ｄとスラスト被摺動面２６ｄとの間の摩擦係数がさらに低下する。従って、スクロール圧縮機１０１は、スラスト被摺動面２６ｄの樹脂コーティングにより、圧縮機構１５のスラスト損失をさらに低減して、効率をさらに向上させることができる。
【００７３】
スラスト被摺動面２６ｄの樹脂コーティングに使用される樹脂は、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とから成る樹脂である。この樹脂は、２０質量％〜４５質量％のＰＴＦＥを含むことが好ましい。スラスト摺動面２４ｄに樹脂を塗布して樹脂塗膜を形成し、樹脂塗膜を焼成してスラスト摺動面２４ｄに固定することによって、スラスト被摺動面２６ｄに樹脂被膜が形成される。
【００７４】
次に、被摺動面の樹脂コーティングによる低摩擦効果試験について説明する。この試験では、本実施形態の低摩擦効果試験で使用された固定ディスク１９１および回転ディスク１９２を使用した。次の表は、本変形例の低摩擦効果試験の測定結果である。
【００７５】
【表２】
2016003597.tif 000004
上の表において、「固定ディスクの下面」は、回転ディスク１９２の上面と摺動する固定ディスク１９１の下面の加工方法を表し、本実施形態と同じ方法である。「回転ディスクの上面」は、固定ディスク１９１の下面と摺動する回転ディスク１９２の上面の加工方法を表す。サンプルＪ、Ｌの「コーティングなし」では、回転ディスク１９２の上面は、樹脂コーティングされていないねずみ鋳鉄の表面である。サンプルＫ、Ｍの「コーティングあり」では、回転ディスク１９２の上面は、樹脂コーティングされている表面である。
【００７６】
この低摩擦効果試験では、本実施形態の投射体１３１を用いるショットブラスト加工が行われた摺動面１１３を有する摺動部材１１１に関して、摺動面１１３と摺動する面である被摺動面を樹脂でコーティングすることにより、摺動面１１３と被摺動面との間の摩擦係数がさらに低下することが確認された。
【００７７】
（４−２）変形例Ｂ
本実施形態では、摺動部材１１１の利用例として、スクロール圧縮機１０１について説明した。このスクロール圧縮機１０１では、圧縮機構１５の固定スクロール２４は、摺動部材１１１に相当し、固定スクロール２４のスラスト摺動面２４ｄは、摺動部材１１１の摺動面１１３に相当する。しかし、摺動部材１１１は、他の装置に利用されてもよい。例えば、摺動部材１１１は、ロータリー圧縮機の圧縮機構が有する摺動部材として利用されてもよい。
【００７８】
（４−３）変形例Ｃ
本実施形態では、砥粒１３３は、炭化ケイ素の粒子である。しかし、砥粒１３３は、切削能力および研磨能力を有するものであれば、他の材質からなる粒子であってもよい。砥粒１３３として使用可能な材質は、例えば、ダイヤモンド、炭化ホウ素、アルミナ、炭化タングステン、ジルコニア、ジルコン、ガーネット、石英、ガラス、鉄クロムボロン鋼、鋳鋼、タングステン、ナイロンおよびポリカーボネイト等である。また、砥粒１３３として、これらの物質の内の一種を単独で使用してもよく、また、二種以上を混在させて使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る摺動部材は、摩擦係数が低い表面を低コストで得ることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１５    摺動機構
２４    固定スクロール（スクロール部材）
２６    可動スクロール（スクロール部材）
１０１    スクロール圧縮機（圧縮機）
１１１    摺動部材
１１１ａ  鋳鉄
１１１ｂ  黒鉛
１１３    摺動面
１１５    凹部
１３１    投射材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特開２０１１−２１５９７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３６１２号公報
【図１】
2016003597.tif 000005
【図２】
2016003597.tif 000006
【図３】
2016003597.tif 000007
【図４】
2016003597.tif 000008
【図５】
2016003597.tif 000009
【図６】
2016003597.tif 000010
【図７】
2016003597.tif 000011
【図８】
2016003597.tif 000012
【図９】
2016003597.tif 000013