专利名称：流体机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体机械，特别是涉及改良了滑动部密封性能的流体机械。
背景技术：
现有技术中，作为在压缩机(compressor)或真空泵(vacuum pump)等流体机械滑动部使用的构件组合，具有含氟聚合树脂(fluorolefin copolymerresin)和金属或对金属进行了硬质表面处理的材料的组合，或者含氟聚合树脂与高硬度的陶瓷(ceramics)等的组合。
构成这种滑动部的2个构件的组合对流体机械的功能来说是重要的，要求相互边滑动边在其间保持高密封性(seal)。
特别是在不使用润滑油的无润滑流体机械中，一般都有这种滑动部或密封部(例如专利文献1、专利文献2等)。
一般来说，由于使2个滑动构件的]表面形状在几何学上相互严密一致是困难的，所以，在机械本身的使用开始初期，二者在滑动动作过程中进行很复杂动作的同时，反复进行接触、滑动、脱离。因此，在树脂和金属(或金属和具有同等以上硬度的陶瓷等)能直接进行滑动的现有技术的无润滑滑动结构中，特别是使用压缩机初期，具有在局部产生较高的接触面压、金属刮削树脂、树脂构件具有较大磨耗的倾向。
如果滑动部磨耗，会产生晃动运动，就有设备运动时发生异常振动或异常噪声的问题。另外，在保持密封性进行滑动的运动用密封的情况下，有随着磨耗的增加产生流体泄漏的问题。
解决这个问题的方法对策有(a)使树脂构件具有柔软地可变形的形状，以使局部接触面压不上升；(b)对金属构件表面进行光滑处理等，以便不刮削树脂。但是，对策(a)使结构复杂、设计困难，所以有导致组合性下降的问题。另外，对策(b)具有难以进行金属构件加工的问题。
另外，在含氟树脂与金属进行的滑动，即使金属构件表面过于光滑也会增加磨耗，具有不一定有利于减轻磨耗的问题。
一般来说，含氟树脂在无润滑的滑动中也具有低摩擦、低磨耗的特点。其原因是，含氟树脂与其它树脂相比，构成原子间的共聚力最强，因此化学性质最稳定，表面能(surface energy)低，在接触面内与对方构件之间的引力低，所以滑动摩擦小；因滑动发热少，不会降低滑动构件的材料强度。不过，如果表面越光滑，滑动时同对方构件之间的接触面积增加。由于摩擦热增加，导致材料强度下降(软化，有时会局部熔解)，所以容易被对方构件刮削，有其磨耗继续进行的倾向。
另外，如图14(a)和图14(b)所示，含氟树脂与金属之间的滑动为低磨耗的另一个理由是，含氟树脂移动附着在对方侧金属表面上而形成含氟树脂之间的稳定的滑动面。不过，如果金属侧的表面粗糙度过大，不会发生填满凹凸部的凹处的足够量的移动附着。另外，如果表面过分光滑，对于移动附着膜的固着效果(anchor effect)小，移动附着膜稳定地留在金属表面上的磨耗不停止。金属构件的最佳表面粗糙度是极临界的，难以获得完全的耐磨耗性能。
专利文献1日本专利特开平7-247966号公报(图2)专利文献2日本专利特开2000-314383号公报(图1)发明内容本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种寿命长、可靠性高、且能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、并能大幅度降低运行成本(running cost)的流体机械。
为了达到上述目的，根据本发明的一种方式，提供的流体机械具有由第一构件和第二构件组合而成的滑动部，上述第一构件把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜，第二构件包含重量占50％以上的含氟树脂。由此，能实现寿命长、可靠性高、能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、能大幅度降低运行成本的流体机械。
在一最佳实施例中，上述粘合剂树脂材料是环氧树脂(epoxy resin)或聚酰胺-酰亚胺树脂(polyamide-imide resin)。这种粘合剂树脂(binder polymer)对基材都具有良好的粘着性，难剥离，耐热性良好，可减少摩擦热导致的劣化，而且，由于材料自身的机械强度好、粘合剂树脂自身具有耐磨耗性，可实现高可靠性的滑动部。
在另一最佳实施例中，上述固体润滑剂可以选自石墨、二硫化钼(molybdenum disulfide)、氮化硼(boron nitride)、氧化锑(antimony oxide)、云母中的一种以上。从而，在表现这种固体润滑效果时，自身的结晶结构为层状，通过层之间的滑动表现润滑效果的同时，刮削滑动对方的攻击性非常低，可实现高可靠性的滑动部。
在另一最佳实施例中，上述金属基材是铝合金(aluminium alloy)。从而，因机器的轻量化、基材的导热率高，能更有效地对在滑动部产生的摩擦热进行散热，能更有效地防止滑动部的发热导致的磨耗，提高了可靠性。
在又一最佳实施例中，上述铝合金的硬度为HRB(洛氏硬度(Rockewillhardness)大于60。从而能保证基材强度，能防止异常振动或异常噪声的产生，或者能防止密封流体的泄漏等。
在又一最佳实施例中，在上述固体润滑剂保护膜与铝合金基材之间形成硬质膜，该硬质膜使用镍(nickel)的重量大于80％的、Ni-P(nickel-phosphor)、Ni-B(nickel-boron)、Ni-P-B(nickel-phoshor-boron)中任一种合金材料。从而，至少能大幅度提高基材的保护膜附近的强度，能防止滑动接触面压导致的基材下凹，实现高可靠性。
在又一最佳实施例中，上述第二构件形成有可动构件侧密封部，且含氟树脂占构件重量的50％以上，剩余部分含有纤维状强化材料或其它填充材料。从而，能防止可动构件侧密封部的变形，提高耐漏性，提高热导性，并能降低滑动部温度，减轻磨耗，还能提高因赋予润滑性所致的耐磨耗性的提高，结果能实现更高可靠性、长寿命的滑动部。
在又一最佳实施例中，上述充填材料是有机物。从而，除了能提高含氟树脂的材料强度等以外，因不具有对对方构件(滚子基材(roller base-material))的攻击性，能使对方构件的磨耗尽可能地小，能抑制其它充填材料自身磨耗。
在又一最佳实施例中，上述滑动部能在不供给润滑油的无润滑条件下滑动。从而，即使在无润滑的残酷条件下也能有效地发挥润滑功能，当用于禁止润滑油污染的洁净环境用途的流体机械中时，可很好地实现高功能和高可靠性。
另外，上述滑动部是相互间边滑动边密封(可动密封)的运动用密封。因此，寿命长、可靠性良好。
根据本发明的另一种方式，提供的流体机械具有构成螺旋压缩机构(helical compression mechanism)及防自转机构的十字环(Oldham ring)，上述十字环具有由金属材料构成的环部(ring)，以及安装在该环部上且由含有50％以上重量的含氟树脂的树脂材料构成的键部(key)；在具有与该键部滑动配合的键槽的对方构件上，把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对本身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜。从而，能实现寿命长、可靠性高、能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、能大幅度降低运行成本的流体机械。
在又一最佳实施例中，上述键部的厚度大于贯通设置于上述键部上的安装用贯通孔且由头部、支承部和插入部构成的安装销(fixing pin)的上述支承部的长度。从而，通过具有支承部的安装销、并利用弹性变形，能把键部坚固且尺寸精确地安装在环部上。
在又一最佳实施例中，上述键部被预先粗加工而固定在上述环部上，并切削加工成所需尺寸。从而，能获得键部的尺寸精确、特别是键部的平行或垂直方向的位置精度，另外，由于树脂材料的切削阻力小且发热也少，所以容易加工，为得到键部位置的精度，不仅对键部，对环(ring)、连结构件、组合精度等全部不必要求较高的尺寸精度，可降低成本(cost)、提高生产率。
图1是本发明涉及的流体机械实施例的剖面图。
图2是本发明涉及的流体机械中设置的一滑动部的剖面图。
图3是本发明涉及的流体机械中设置的另一滑动部的剖面图。
图4是本发明涉及的流体机械中使用的十字环的平面图。
图5是本发明涉及的流体机械中使用的十字环的分解图。
图6是本发明涉及的流体机械中的十字环中所用的安装销和键部的侧视图。
图7(a)和(b)是表示本发明涉及的流体机械中的十字环中所用键部的承受面制造方法的示意图。
图8是本发明涉及的流体机械中设置的另一滑动部的剖面图。
图9是本发明涉及的流体机械中的十字环中所用安装销和键部的剖面图。
图10是本发明涉及的流体机械中的十字环中所用安装销和键部的另一实施例的剖面图。
图11是本发明涉及的流体机械中设置的滑动部另一实施例的剖面图。
图12(a)和(b)是表示本发明涉及的流体机械中设置的一滑动部的磨耗状态的示意图。
图13是本发明涉及的流体机械中设置的叶片磨耗试验结果图。
图14(a)和(b)是表示现有技术的流体机械中设置的一滑动部的磨耗状态示意图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明涉及的流体机械的实施例进行说明。
图1是本发明涉及的流体机械第一实施例中水平式螺旋状压缩机(horizontal helical compressor)的纵剖面图。
如图1所示，螺旋状压缩机(helical compressor)1是无外壳式(casingless)压缩机(compressor)，具有螺旋状压缩机构2、驱动该螺旋状压缩机构2的驱动部3、设置在该驱动部3和螺旋状压缩机构2之间并把驱动部3的动力传递给螺旋状压缩机构2的曲轴(crank shaft) 4、构成用于防止螺旋状压缩机构2的滚子22自转的防自转机构的十字环5。
上述螺旋状压缩机构2具有作为可动构件的环状滚子22，可旋转自如地偏心配置在作为固定构件的气缸(cylinder)21内；具有不等间距(unequalpitch)的螺旋叶片(helical blade)24，该螺旋叶片分割在该滚子22和气缸21之间沿轴向容积逐渐变小的压缩室23。在滚子22的外周面上，具有规定尺寸的螺旋槽22a，从图1中的左端吸入口21a一侧开始朝向右端排出口121b，间距(pitch)渐渐变小，在该螺旋槽22a内出没自如地嵌入有具弹性的螺旋状的螺旋叶片24。
如图1及图2所示，螺旋状压缩机1的滑动部A是由第一构件即滚子22和第二构件即螺旋叶片24组合而成的，二者相互滑动且密封，形成运动用密封。
滚子22包括由金属材料、例如中空圆筒状的铝合金制成的滚子基材22b，和以树脂材料为粘合剂、把自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持在该滚子基材22b上来作为滑动部的保护膜s构成。因上述滚子基材22b是导热率高的铝合金，在滑动部产生的摩擦热的散热更有效，能更有效地防止因滑动部发热导致的磨耗，能提高可靠性。
上述铝合金制滚子基材22b的HRB(洛氏硬度)大于60。从而能保证基材的强度，能防止异常振动、异常噪声或密封流体泄漏等。如果HRB小于60，基材太软，即使滑动面没有磨耗，滑动接触面压也会把基材压凹，结果也产生与磨耗相同的问题，两者之间的晃动产生异常振动或异常噪声，或者产生密封流体泄漏等。
另外，作为上述粘合剂的树脂材料，可以是环氧树脂或聚酰胺-酰亚胺树脂。从而，粘合剂树脂在任一基材上都具有良好的粘着性，难剥离，耐热性良好，可减少摩擦热导致的劣化，而且，材料自身的机械强度好，因粘合剂树脂自身具有耐磨耗性，可实现高可靠性的滑动部。
上述固体润滑剂可以选择石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锑(antimonyoxide)、云母中的一种以上。从而，在表现这种固体润滑效果时，由于自身的结晶结构为层状，通过层间的滑动表现润滑效果的同时，对滑动对方进行切削的攻击性很低，可适于构成高可靠性的滑动部。
形成螺旋叶片24的第二构件，除了含有重量占有50％以上的含氟树脂外，还可以含有纤维状强化材料或其它填充材料。从而，能防止螺旋叶片24的变形，提高耐漏性，提高热导性，并能降低滑动部温度，减轻磨耗，还能提高润滑性所致的耐磨耗性，结果能进一步实现高可靠性且长寿命的滑动部。作为上述含氟树脂，可以是聚四氟乙烯树脂(polytetra fluoroethylene resin)、全氟乙烯-丙烯树脂(perfluoroethylene-propylene resin)、全氟烷氧基树脂(perfluoroalkoxy resin)、乙烯-四氟乙烯树脂(ethylene-polytetra fluoroethyleneresin)、聚偏二氟乙烯树脂(poly-vinylidene-fluoride resin)、聚氟乙烯树脂(poly-vinyl-fluoride resin)、三氟氯乙烯树脂(chloro-trifluoroethylene resin)、乙基-三氟氯乙烯树脂(ethylene-chloro-trifluoroethylene resin)等。
作为上述纤维状强化材料希望选用芳香族聚亚胺纤维(aromaticpolyimide fiber)、芳香族聚酰胺纤维(aramid fiber)等有机纤维，碳素纤维、玻璃纤维(glass fiber)、石墨纤维(graphite fiber)、硅灰石(wollastonite)、晶须状物类(whisker)(钛酸钾(potassium-titanate)、碳(carbon)、碳化硅(silicon carbide)、兰宝石(sapphire)、钢丝、铜丝、不锈钢丝(stainlesssteel wire)等无机纤维，硼纤维(boron fiber)、碳化硅纤维(silicon carbidefiber))、其它复合纤维等。
作为上述填充材料希望是有机物。从而，除了能提高含氟树脂的材料强度等外，因对对方构件(滚子基材侧)没有攻击性，能使对方构件的磨耗尽可能地小，能抑制其它填充材料自身的磨耗。作为其它填充材料，也可以是芳香族聚醚醚酮树脂(aromatic polyether ether ketone resin)、聚酰亚胺树脂(polyimideresin)、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂(polyether imide resin)、聚醚砜树脂(polyether sulphone resin)、耐热性聚酰胺树脂(heat-resistant polylamideresm)、酚醛树脂(phenol resin)、芳香族聚酯树脂(aromatic polyester resin)、聚苯硫醚树脂(polyphenylene sulfide resin)等有机物，或者是铝(aluminium)、锰(magnesium)、锌等金属及其氧化物，青铜等导热改良用无机粉末，或者是玻璃珠(glass beads)、碳化硅(silicon carbide)、硅藻土、碳化锰(magnesiumcarbonate)、云母、滑石、二硫化钼、二硫化钨(Tungsten disolfide)、氮化硼(boron nitride)、碳化硅、氮化硅、磷化物(phosphate compound)、氧化铁、石墨(graphite)、碳黑(carbon balck)等无机的且提高润滑性的物质，还可以是硅油(silicon oil)、酯油(ester oil)、蜡(wax)、硬脂酸锌(zinc stearate)等内部润滑剂性质的添加剂等。
如图3至图5所示，上述十字环5具有环部5a，由金属材料如铝合金构成；以及长方体形状的键部5c、5d，该键部5c、5d与该环部5a分体形成，且由含氟树脂占重量50％以上的树脂材料构成，并通过安装销5b安装在环部5a上。由于环部5a是由铝合金制成的，所以比铁、不锈钢等轻，并能减小振动。如图6所示，在键部5c、5d上形成有承受面5c1、5d1，并且，键部5c、5d的厚度L1比由头部5b1、支承部5b2和插入部5b3构成的安装销5b的支承部5b2长度L2大。从而，键部5c、5d由形成有支承部5b2的安装销5b并利用弹性变形进行加固、且尺寸精确地安装在环部5a上。不过，超出弹性变形范围的较大的尺寸误差，会因过度变形而导致尺寸不佳，以及可塑变形导致安装力下降，因此不希望发生。
如图7所示，键部5c、5d的承受面5c1、5d1最好是通过安装销5b把预先粗加工的键部5c、5d安装在环部5a上之后，用加工刀具J再切削成所需尺寸。从而，由于对由含氟树脂重量占50％以上的树脂材料构成的键部5c、5d进行切削，能获得键部的尺寸精度、特别是键部5c、5d的平行或垂直方向的位置精度，另外，因树脂材料的切削阻力比现有技术中的金属材料小、发热也少，所以容易加工。由于把键部5c、5d安装在环部5a上后进行切削，所以，为了获得键部位置的精度，不仅对键部、而且对环、连结构件、组合精度等全部不要求有高的尺寸精度，降低成本、提高生产率。如果安装销5b的材质与环部5a的材质相同、例如用铝合金制作，则没有热彭胀差等影响，能稳定地维持与环部5a的安装力，另外，在环部5a和安装销5b的安装部均匀涂敷使用粘接剂等，能防止振动等导致松散等，更进一步地提高安装稳定性。
另外，如图8所示，键部5c可自由滑动地与设置于滚子22上的键槽22c配合，并在承受面5c1处与滚子侧面滑动面22d相接触，键部5d可自由滑动地与设置在副轴承25上的键槽25a配合，在承受面5d1处与副轴承25的副轴承侧面滑动面25b相接触，从而形成滑动部B。通过设置承受面5c1和承受面5d1，滚子侧面滑动面22d和副轴承侧面滑动面25b不同环5a接触，滑动损失小，能得到较高的性能。
再者，作为金属基材的滚子22及副轴承25的滑动面，例如滚子22的键槽22c、滚子侧面滑动面22d、副轴承25的键槽25a以及副轴承侧面滑动面25b上都把树脂材料用作粘合剂，形成对自身具有润滑性的固体润滑剂进行密合保持的保护膜s。
另外，如图9所示，键部5Ac、5Ad也可以是没有承受面的长方体形状，或者如图10所示，也可以在环5Ba上形成凹部5Ba1，在该凹部5Ba1中插入键部5Bc、5Bd的一部分。从而能把键部固定在转动方向上而防止转动，能承受更大的转矩，还能防止键部的松动，具有较高的可靠性。
另外，如图11所示，由固体润滑剂构成的保护膜s与铝合金基材22Cb之间也可以使用镍重量占80％以上的Ni-P、Ni-B、Ni-P-B中任何一种合金材料来形成作为中间层的硬质膜hs。因此，至少能大幅提高基材的保护膜附近的强度，即使滑动面没有磨耗，也能防止因滑动接触面压压凹原材，实现高可靠性。如果基材过软，即使滑动面没有磨耗，滑动接触面压也会压凹原材，结果仍会产生与磨耗相同的问题，即因晃动运动产生异常振动或异常噪声，或者导致密封流体的泄漏等。另外，万一固体润滑剂保护膜的一部分剥离，滑动组合成为Ni合金与含氟树脂的组合，或者，即使比固体润滑保护膜与含氟树脂的组合更差，也是具有较好耐磨耗性能的材料组合，在最差的情况下也能实现不进行磨耗的高可靠性的滑动部。
另外，作为流体机械的滑动部，以上述滚子22和螺旋叶片24之间处(滑动部A)、以及十字环5的键部5c、5d和滚子22及副轴承25的组合(滑动部B)为例进行了说明，但本发明中的滑动部并不局限于叶片(blade)与气缸、推力密封(スラストシ一ル)与轴承、推力密封与滚子等运动用密封或压缩机中，也可适用于真空泵，还适用于涡旋式流体机械(scroll-type fluid machine)、螺旋式流体机械(rotary-type fluid machine)、可逆式流体机械(reciprocal-typefluid machine)。
下文，对使用本发明流体机械的冷却剂压缩方法进行说明。
向图1所示的螺旋状压缩机1的驱动部3施加作用力，通过曲轴4使滚子22偏心转动(公转)。利用该滚子22的偏心转动，滚子22与气缸21的内周面内接触的同时滑动着进行公转。通过上述滚子22的偏心转动，在气缸21与滚子22之间由螺旋叶片24形成的各气缸压缩室23，一边向气缸轴(cylinder shaft)方向螺旋状移动，一边使容积依次缩小。这时，经吸入管21a吸入气缸压缩室23中的冷却剂因气缸压缩室23的容积缩小，依次被压缩高压化后，经排出管21b被排出。
在这种压缩行程中，上述滑动部A由第一构件即滚子22和第二构件即螺旋叶片24组合构成，另外，滑动部A形成相互间边滑动边密封的运动用密封，在气缸21的滑动面上，把树脂材料用作为粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂进行密合保持的保持膜s，作为另一侧构件即固定构件的滚子22则含有重量占50％以上的含氟树脂，所以两滑动面的表面材质自身均具有润滑性，并且两者的刚性都较低，因形状不一致而产生的局部的较高面压如图12(a)和图12(b)所示，由于在初期双方构件的表面稍微变形，随后，面压较高部分的双方构件均快速进行磨耗，形状磨合而减低。
另外，如图1和图8所示，由于滑动部B由第一构件即滚子22的键槽22c、滚子侧面滑动面22d及副轴承25的键槽25a、副轴承侧面滑动面25b和第二构件即螺旋叶片24组合而形成滑动面，所以与滑动部A一样，面压较高部分的双方构件均快速磨耗，形状磨合而减低。
同双方构件都可变形、且可变形的刚性较弱构件是滑动构件中的树脂侧一方的现有技术的金属/树脂组合相比，这种滑动部的变形引起的面压低减效果会大幅度提高。
另外，对滑动部的面压较高部分磨耗而磨合的效果来说，现有技术的金属/树脂组合中，快速磨耗而磨合的刚性较弱部分是滑动构件中的树脂侧一方，与此相比，本发明中因滑动构件双方均是树脂，双方均能快速磨耗而磨合。
此外，因双方构件具有自身润滑性，按压时摩擦系数小，结果(a)不会产生以前发生的局部的较高面压或大摩擦系数引起滑动部发热而导致的激烈的磨耗，与现有技术相比，能有效发挥减少异常磨耗发生的效果。(b)结果，两构件初期的表面粗糙度的凹部中填充稍微磨耗的双方材料，会产生双方的磨耗粉相互移动附着到对方材料上、且磨耗粉被保持在滑动部上的现象，与现有技术的金属/树脂组合相比，能够以更少的磨耗量达到表面形状磨合的状态。
由此，在两构件的磨耗量较少的时候能形成稳定的滑动面，由此可见，能实现几乎不进行磨耗的状态。
以上结果，可以实现包含较高可靠性的密封机构的压缩机或真空泵等流体机械。而且，特别是因运行初期的摩擦小，能实现从初期开始机械负荷(相当于马达输入)稳定地小、且高性能的流体机械。另外，滑动部是运动用密封的情况下，能减少密封构件的更换频率，或者不需更换，能大幅度降低运行成本，并且能获得寿命长且可靠性高的流体机械。
另外，上述实施例中的流体机械是在不供给润滑油的无润滑条件下滑动的流体机械，即使在对无润滑滑动来说非常严酷的环境中，也能有效地发挥润滑功能，所以，用于禁止润滑油污染的清净环境用途的压缩机或真空泵等中时，能实现非常高的功能和高可靠性。
使用图1所示的本发明涉及的螺旋式压缩机，并使滑动部形成使用下述材质的叶片/滚子部的运动用密封机构，进行实际运行试验，研究叶片磨耗量，并与现有技术例进行比较。
实施例叶片是在全氟烷氧基树脂(PFA)中充填重量少于50％的聚酰亚胺树脂而形成的，滚子是在HRB为60的铝基材上实施无电解Ni-P电镀(electroless Ni-P plating)之后，在其上以聚酰胺亚胺树脂为粘合剂形成含有MoS2的保护膜。
比较例1叶片是在全氟烷氧基树脂(PFA)中充填重量少于50％的玻璃纤维而形成的，滚子是由HRB为60的铝材制成的。
比较例2叶片是在全氟烷氧基树脂(PFA)中充填重量少于50％的聚亚酰胺树脂而形成的，滚子是在HRB为60的铝基材上实施Ni-P无电解电镀而形成的。
图13中表示出比较结果。
从图13可以看出，实施例只在初期引起磨合磨耗后，磨耗基本完全停止。
与此对比明显可见，比较例1在非常短的时间内急速地进行磨耗，比较例2是具有相当高润滑性的组合，与比较例1相比，虽然磨耗小，但也有磨耗继续进行，不会长久地维持性能。
发明效果根据本发明涉及的流体机械，能提供一种寿命长、可靠性高、可以减少滑动构件更换频率或者不用更换而能够大幅度降低运行成本的流体机械。
权利要求
1.一种流体机械，其特征在于，具有由第一构件和第二构件组合而成的滑动部，上述第一构件把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜，第二构件包含重量占50％以上的含氟树脂。
2.据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述粘合剂的树脂材料是环氧树脂或聚酰胺-酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述固体润滑剂选自石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锑、云母中的一种以上。
4.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述金属基材是铝合金。
5.根据权利要求4记载的流体机械，其特征在于，上述铝合金的HRB(洛氏硬度)大于60。
6.根据权利要求4记载的流体机械，其特征在于，在上述固体润滑剂保护膜与上述铝合金基材之间形成硬质膜，该硬质膜使用镍的重量大于80％的、Ni-P、Ni-B、Ni-P-B中任一种合金材料。
7.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述第二构件形成有可动构件侧密封部，且含氟树脂占构件重量的50％以上，剩余部分含有纤维状强化材料或其它填充材料。
8.根据权利要求7记载的流体机械，其特征在于，上述填充材料是有机物。
9.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述滑动部在不供给润滑油的无润滑条件下滑动。
10.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述滑动部是相互边滑动边密封的运动用密封。
11.一种流体机械，其特征在于，具有构成螺旋压缩机构及防自转机构的十字环，上述十字环具有由金属材料构成的环部，以及安装在该环部上且由含有50％以上重量的含氟树脂的树脂材料构成的键部；在具有与该键部滑动配合的键槽的对方构件上，把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对本身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜。
12.根据权利要求11记载的流体机械，其特征在于，上述键部的厚度比贯通设置于上述键部上的安装用贯通孔且由头部、支承部和插入部构成的安装销的上述支承部的长度大。
13.根据权利要求11记载的流体机械，其特征在于，上述键部上设有与上述对方构件的上述键槽相接触进行滑动的承受面。
14.根据权利要求11记载的流体机械，其特征在于，上述键部被预先粗加工而固定在上述环部上，并切削加工成所需尺寸。
全文摘要
提供一种寿命长、可靠性高、能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、并能大幅度降低运行成本的流体机械。在流体机械中，在固定构件和可动构件之间设置的滑动部(A、B)由第一构件(22、25)和第二构件(24、5c、5d)组合而成，其中，第一构件是把树脂材料用作粘合剂、在金属基材(22b)的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜s而形成，第二构件含有重量占50％以上的含氟树脂。
文档编号F04C18/08GK1515799SQ20031012475
公开日2004年7月28日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月12日
发明者福田岳, 藤原尚义, 奥田正幸, 平山卓也, 小山聪, 义, 也, 幸 申请人:东芝开利株式会社
技术领域：
本发明涉及流体机械，特别是涉及改良了滑动部密封性能的流体机械。
背景技术：
现有技术中，作为在压缩机(compressor)或真空泵(vacuum pump)等流体机械滑动部使用的构件组合，具有含氟聚合树脂(fluorolefin copolymerresin)和金属或对金属进行了硬质表面处理的材料的组合，或者含氟聚合树脂与高硬度的陶瓷(ceramics)等的组合。
构成这种滑动部的2个构件的组合对流体机械的功能来说是重要的，要求相互边滑动边在其间保持高密封性(seal)。
特别是在不使用润滑油的无润滑流体机械中，一般都有这种滑动部或密封部(例如专利文献1、专利文献2等)。
一般来说，由于使2个滑动构件的]表面形状在几何学上相互严密一致是困难的，所以，在机械本身的使用开始初期，二者在滑动动作过程中进行很复杂动作的同时，反复进行接触、滑动、脱离。因此，在树脂和金属(或金属和具有同等以上硬度的陶瓷等)能直接进行滑动的现有技术的无润滑滑动结构中，特别是使用压缩机初期，具有在局部产生较高的接触面压、金属刮削树脂、树脂构件具有较大磨耗的倾向。
如果滑动部磨耗，会产生晃动运动，就有设备运动时发生异常振动或异常噪声的问题。另外，在保持密封性进行滑动的运动用密封的情况下，有随着磨耗的增加产生流体泄漏的问题。
解决这个问题的方法对策有(a)使树脂构件具有柔软地可变形的形状，以使局部接触面压不上升；(b)对金属构件表面进行光滑处理等，以便不刮削树脂。但是，对策(a)使结构复杂、设计困难，所以有导致组合性下降的问题。另外，对策(b)具有难以进行金属构件加工的问题。
另外，在含氟树脂与金属进行的滑动，即使金属构件表面过于光滑也会增加磨耗，具有不一定有利于减轻磨耗的问题。
一般来说，含氟树脂在无润滑的滑动中也具有低摩擦、低磨耗的特点。其原因是，含氟树脂与其它树脂相比，构成原子间的共聚力最强，因此化学性质最稳定，表面能(surface energy)低，在接触面内与对方构件之间的引力低，所以滑动摩擦小；因滑动发热少，不会降低滑动构件的材料强度。不过，如果表面越光滑，滑动时同对方构件之间的接触面积增加。由于摩擦热增加，导致材料强度下降(软化，有时会局部熔解)，所以容易被对方构件刮削，有其磨耗继续进行的倾向。
另外，如图14(a)和图14(b)所示，含氟树脂与金属之间的滑动为低磨耗的另一个理由是，含氟树脂移动附着在对方侧金属表面上而形成含氟树脂之间的稳定的滑动面。不过，如果金属侧的表面粗糙度过大，不会发生填满凹凸部的凹处的足够量的移动附着。另外，如果表面过分光滑，对于移动附着膜的固着效果(anchor effect)小，移动附着膜稳定地留在金属表面上的磨耗不停止。金属构件的最佳表面粗糙度是极临界的，难以获得完全的耐磨耗性能。
专利文献1日本专利特开平7-247966号公报(图2)专利文献2日本专利特开2000-314383号公报(图1)发明内容本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种寿命长、可靠性高、且能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、并能大幅度降低运行成本(running cost)的流体机械。
为了达到上述目的，根据本发明的一种方式，提供的流体机械具有由第一构件和第二构件组合而成的滑动部，上述第一构件把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜，第二构件包含重量占50％以上的含氟树脂。由此，能实现寿命长、可靠性高、能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、能大幅度降低运行成本的流体机械。
在一最佳实施例中，上述粘合剂树脂材料是环氧树脂(epoxy resin)或聚酰胺-酰亚胺树脂(polyamide-imide resin)。这种粘合剂树脂(binder polymer)对基材都具有良好的粘着性，难剥离，耐热性良好，可减少摩擦热导致的劣化，而且，由于材料自身的机械强度好、粘合剂树脂自身具有耐磨耗性，可实现高可靠性的滑动部。
在另一最佳实施例中，上述固体润滑剂可以选自石墨、二硫化钼(molybdenum disulfide)、氮化硼(boron nitride)、氧化锑(antimony oxide)、云母中的一种以上。从而，在表现这种固体润滑效果时，自身的结晶结构为层状，通过层之间的滑动表现润滑效果的同时，刮削滑动对方的攻击性非常低，可实现高可靠性的滑动部。
在另一最佳实施例中，上述金属基材是铝合金(aluminium alloy)。从而，因机器的轻量化、基材的导热率高，能更有效地对在滑动部产生的摩擦热进行散热，能更有效地防止滑动部的发热导致的磨耗，提高了可靠性。
在又一最佳实施例中，上述铝合金的硬度为HRB(洛氏硬度(Rockewillhardness)大于60。从而能保证基材强度，能防止异常振动或异常噪声的产生，或者能防止密封流体的泄漏等。
在又一最佳实施例中，在上述固体润滑剂保护膜与铝合金基材之间形成硬质膜，该硬质膜使用镍(nickel)的重量大于80％的、Ni-P(nickel-phosphor)、Ni-B(nickel-boron)、Ni-P-B(nickel-phoshor-boron)中任一种合金材料。从而，至少能大幅度提高基材的保护膜附近的强度，能防止滑动接触面压导致的基材下凹，实现高可靠性。
在又一最佳实施例中，上述第二构件形成有可动构件侧密封部，且含氟树脂占构件重量的50％以上，剩余部分含有纤维状强化材料或其它填充材料。从而，能防止可动构件侧密封部的变形，提高耐漏性，提高热导性，并能降低滑动部温度，减轻磨耗，还能提高因赋予润滑性所致的耐磨耗性的提高，结果能实现更高可靠性、长寿命的滑动部。
在又一最佳实施例中，上述充填材料是有机物。从而，除了能提高含氟树脂的材料强度等以外，因不具有对对方构件(滚子基材(roller base-material))的攻击性，能使对方构件的磨耗尽可能地小，能抑制其它充填材料自身磨耗。
在又一最佳实施例中，上述滑动部能在不供给润滑油的无润滑条件下滑动。从而，即使在无润滑的残酷条件下也能有效地发挥润滑功能，当用于禁止润滑油污染的洁净环境用途的流体机械中时，可很好地实现高功能和高可靠性。
另外，上述滑动部是相互间边滑动边密封(可动密封)的运动用密封。因此，寿命长、可靠性良好。
根据本发明的另一种方式，提供的流体机械具有构成螺旋压缩机构(helical compression mechanism)及防自转机构的十字环(Oldham ring)，上述十字环具有由金属材料构成的环部(ring)，以及安装在该环部上且由含有50％以上重量的含氟树脂的树脂材料构成的键部(key)；在具有与该键部滑动配合的键槽的对方构件上，把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对本身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜。从而，能实现寿命长、可靠性高、能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、能大幅度降低运行成本的流体机械。
在又一最佳实施例中，上述键部的厚度大于贯通设置于上述键部上的安装用贯通孔且由头部、支承部和插入部构成的安装销(fixing pin)的上述支承部的长度。从而，通过具有支承部的安装销、并利用弹性变形，能把键部坚固且尺寸精确地安装在环部上。
在又一最佳实施例中，上述键部被预先粗加工而固定在上述环部上，并切削加工成所需尺寸。从而，能获得键部的尺寸精确、特别是键部的平行或垂直方向的位置精度，另外，由于树脂材料的切削阻力小且发热也少，所以容易加工，为得到键部位置的精度，不仅对键部，对环(ring)、连结构件、组合精度等全部不必要求较高的尺寸精度，可降低成本(cost)、提高生产率。
图1是本发明涉及的流体机械实施例的剖面图。
图2是本发明涉及的流体机械中设置的一滑动部的剖面图。
图3是本发明涉及的流体机械中设置的另一滑动部的剖面图。
图4是本发明涉及的流体机械中使用的十字环的平面图。
图5是本发明涉及的流体机械中使用的十字环的分解图。
图6是本发明涉及的流体机械中的十字环中所用的安装销和键部的侧视图。
图7(a)和(b)是表示本发明涉及的流体机械中的十字环中所用键部的承受面制造方法的示意图。
图8是本发明涉及的流体机械中设置的另一滑动部的剖面图。
图9是本发明涉及的流体机械中的十字环中所用安装销和键部的剖面图。
图10是本发明涉及的流体机械中的十字环中所用安装销和键部的另一实施例的剖面图。
图11是本发明涉及的流体机械中设置的滑动部另一实施例的剖面图。
图12(a)和(b)是表示本发明涉及的流体机械中设置的一滑动部的磨耗状态的示意图。
图13是本发明涉及的流体机械中设置的叶片磨耗试验结果图。
图14(a)和(b)是表示现有技术的流体机械中设置的一滑动部的磨耗状态示意图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明涉及的流体机械的实施例进行说明。
图1是本发明涉及的流体机械第一实施例中水平式螺旋状压缩机(horizontal helical compressor)的纵剖面图。
如图1所示，螺旋状压缩机(helical compressor)1是无外壳式(casingless)压缩机(compressor)，具有螺旋状压缩机构2、驱动该螺旋状压缩机构2的驱动部3、设置在该驱动部3和螺旋状压缩机构2之间并把驱动部3的动力传递给螺旋状压缩机构2的曲轴(crank shaft) 4、构成用于防止螺旋状压缩机构2的滚子22自转的防自转机构的十字环5。
上述螺旋状压缩机构2具有作为可动构件的环状滚子22，可旋转自如地偏心配置在作为固定构件的气缸(cylinder)21内；具有不等间距(unequalpitch)的螺旋叶片(helical blade)24，该螺旋叶片分割在该滚子22和气缸21之间沿轴向容积逐渐变小的压缩室23。在滚子22的外周面上，具有规定尺寸的螺旋槽22a，从图1中的左端吸入口21a一侧开始朝向右端排出口121b，间距(pitch)渐渐变小，在该螺旋槽22a内出没自如地嵌入有具弹性的螺旋状的螺旋叶片24。
如图1及图2所示，螺旋状压缩机1的滑动部A是由第一构件即滚子22和第二构件即螺旋叶片24组合而成的，二者相互滑动且密封，形成运动用密封。
滚子22包括由金属材料、例如中空圆筒状的铝合金制成的滚子基材22b，和以树脂材料为粘合剂、把自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持在该滚子基材22b上来作为滑动部的保护膜s构成。因上述滚子基材22b是导热率高的铝合金，在滑动部产生的摩擦热的散热更有效，能更有效地防止因滑动部发热导致的磨耗，能提高可靠性。
上述铝合金制滚子基材22b的HRB(洛氏硬度)大于60。从而能保证基材的强度，能防止异常振动、异常噪声或密封流体泄漏等。如果HRB小于60，基材太软，即使滑动面没有磨耗，滑动接触面压也会把基材压凹，结果也产生与磨耗相同的问题，两者之间的晃动产生异常振动或异常噪声，或者产生密封流体泄漏等。
另外，作为上述粘合剂的树脂材料，可以是环氧树脂或聚酰胺-酰亚胺树脂。从而，粘合剂树脂在任一基材上都具有良好的粘着性，难剥离，耐热性良好，可减少摩擦热导致的劣化，而且，材料自身的机械强度好，因粘合剂树脂自身具有耐磨耗性，可实现高可靠性的滑动部。
上述固体润滑剂可以选择石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锑(antimonyoxide)、云母中的一种以上。从而，在表现这种固体润滑效果时，由于自身的结晶结构为层状，通过层间的滑动表现润滑效果的同时，对滑动对方进行切削的攻击性很低，可适于构成高可靠性的滑动部。
形成螺旋叶片24的第二构件，除了含有重量占有50％以上的含氟树脂外，还可以含有纤维状强化材料或其它填充材料。从而，能防止螺旋叶片24的变形，提高耐漏性，提高热导性，并能降低滑动部温度，减轻磨耗，还能提高润滑性所致的耐磨耗性，结果能进一步实现高可靠性且长寿命的滑动部。作为上述含氟树脂，可以是聚四氟乙烯树脂(polytetra fluoroethylene resin)、全氟乙烯-丙烯树脂(perfluoroethylene-propylene resin)、全氟烷氧基树脂(perfluoroalkoxy resin)、乙烯-四氟乙烯树脂(ethylene-polytetra fluoroethyleneresin)、聚偏二氟乙烯树脂(poly-vinylidene-fluoride resin)、聚氟乙烯树脂(poly-vinyl-fluoride resin)、三氟氯乙烯树脂(chloro-trifluoroethylene resin)、乙基-三氟氯乙烯树脂(ethylene-chloro-trifluoroethylene resin)等。
作为上述纤维状强化材料希望选用芳香族聚亚胺纤维(aromaticpolyimide fiber)、芳香族聚酰胺纤维(aramid fiber)等有机纤维，碳素纤维、玻璃纤维(glass fiber)、石墨纤维(graphite fiber)、硅灰石(wollastonite)、晶须状物类(whisker)(钛酸钾(potassium-titanate)、碳(carbon)、碳化硅(silicon carbide)、兰宝石(sapphire)、钢丝、铜丝、不锈钢丝(stainlesssteel wire)等无机纤维，硼纤维(boron fiber)、碳化硅纤维(silicon carbidefiber))、其它复合纤维等。
作为上述填充材料希望是有机物。从而，除了能提高含氟树脂的材料强度等外，因对对方构件(滚子基材侧)没有攻击性，能使对方构件的磨耗尽可能地小，能抑制其它填充材料自身的磨耗。作为其它填充材料，也可以是芳香族聚醚醚酮树脂(aromatic polyether ether ketone resin)、聚酰亚胺树脂(polyimideresin)、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂(polyether imide resin)、聚醚砜树脂(polyether sulphone resin)、耐热性聚酰胺树脂(heat-resistant polylamideresm)、酚醛树脂(phenol resin)、芳香族聚酯树脂(aromatic polyester resin)、聚苯硫醚树脂(polyphenylene sulfide resin)等有机物，或者是铝(aluminium)、锰(magnesium)、锌等金属及其氧化物，青铜等导热改良用无机粉末，或者是玻璃珠(glass beads)、碳化硅(silicon carbide)、硅藻土、碳化锰(magnesiumcarbonate)、云母、滑石、二硫化钼、二硫化钨(Tungsten disolfide)、氮化硼(boron nitride)、碳化硅、氮化硅、磷化物(phosphate compound)、氧化铁、石墨(graphite)、碳黑(carbon balck)等无机的且提高润滑性的物质，还可以是硅油(silicon oil)、酯油(ester oil)、蜡(wax)、硬脂酸锌(zinc stearate)等内部润滑剂性质的添加剂等。
如图3至图5所示，上述十字环5具有环部5a，由金属材料如铝合金构成；以及长方体形状的键部5c、5d，该键部5c、5d与该环部5a分体形成，且由含氟树脂占重量50％以上的树脂材料构成，并通过安装销5b安装在环部5a上。由于环部5a是由铝合金制成的，所以比铁、不锈钢等轻，并能减小振动。如图6所示，在键部5c、5d上形成有承受面5c1、5d1，并且，键部5c、5d的厚度L1比由头部5b1、支承部5b2和插入部5b3构成的安装销5b的支承部5b2长度L2大。从而，键部5c、5d由形成有支承部5b2的安装销5b并利用弹性变形进行加固、且尺寸精确地安装在环部5a上。不过，超出弹性变形范围的较大的尺寸误差，会因过度变形而导致尺寸不佳，以及可塑变形导致安装力下降，因此不希望发生。
如图7所示，键部5c、5d的承受面5c1、5d1最好是通过安装销5b把预先粗加工的键部5c、5d安装在环部5a上之后，用加工刀具J再切削成所需尺寸。从而，由于对由含氟树脂重量占50％以上的树脂材料构成的键部5c、5d进行切削，能获得键部的尺寸精度、特别是键部5c、5d的平行或垂直方向的位置精度，另外，因树脂材料的切削阻力比现有技术中的金属材料小、发热也少，所以容易加工。由于把键部5c、5d安装在环部5a上后进行切削，所以，为了获得键部位置的精度，不仅对键部、而且对环、连结构件、组合精度等全部不要求有高的尺寸精度，降低成本、提高生产率。如果安装销5b的材质与环部5a的材质相同、例如用铝合金制作，则没有热彭胀差等影响，能稳定地维持与环部5a的安装力，另外，在环部5a和安装销5b的安装部均匀涂敷使用粘接剂等，能防止振动等导致松散等，更进一步地提高安装稳定性。
另外，如图8所示，键部5c可自由滑动地与设置于滚子22上的键槽22c配合，并在承受面5c1处与滚子侧面滑动面22d相接触，键部5d可自由滑动地与设置在副轴承25上的键槽25a配合，在承受面5d1处与副轴承25的副轴承侧面滑动面25b相接触，从而形成滑动部B。通过设置承受面5c1和承受面5d1，滚子侧面滑动面22d和副轴承侧面滑动面25b不同环5a接触，滑动损失小，能得到较高的性能。
再者，作为金属基材的滚子22及副轴承25的滑动面，例如滚子22的键槽22c、滚子侧面滑动面22d、副轴承25的键槽25a以及副轴承侧面滑动面25b上都把树脂材料用作粘合剂，形成对自身具有润滑性的固体润滑剂进行密合保持的保护膜s。
另外，如图9所示，键部5Ac、5Ad也可以是没有承受面的长方体形状，或者如图10所示，也可以在环5Ba上形成凹部5Ba1，在该凹部5Ba1中插入键部5Bc、5Bd的一部分。从而能把键部固定在转动方向上而防止转动，能承受更大的转矩，还能防止键部的松动，具有较高的可靠性。
另外，如图11所示，由固体润滑剂构成的保护膜s与铝合金基材22Cb之间也可以使用镍重量占80％以上的Ni-P、Ni-B、Ni-P-B中任何一种合金材料来形成作为中间层的硬质膜hs。因此，至少能大幅提高基材的保护膜附近的强度，即使滑动面没有磨耗，也能防止因滑动接触面压压凹原材，实现高可靠性。如果基材过软，即使滑动面没有磨耗，滑动接触面压也会压凹原材，结果仍会产生与磨耗相同的问题，即因晃动运动产生异常振动或异常噪声，或者导致密封流体的泄漏等。另外，万一固体润滑剂保护膜的一部分剥离，滑动组合成为Ni合金与含氟树脂的组合，或者，即使比固体润滑保护膜与含氟树脂的组合更差，也是具有较好耐磨耗性能的材料组合，在最差的情况下也能实现不进行磨耗的高可靠性的滑动部。
另外，作为流体机械的滑动部，以上述滚子22和螺旋叶片24之间处(滑动部A)、以及十字环5的键部5c、5d和滚子22及副轴承25的组合(滑动部B)为例进行了说明，但本发明中的滑动部并不局限于叶片(blade)与气缸、推力密封(スラストシ一ル)与轴承、推力密封与滚子等运动用密封或压缩机中，也可适用于真空泵，还适用于涡旋式流体机械(scroll-type fluid machine)、螺旋式流体机械(rotary-type fluid machine)、可逆式流体机械(reciprocal-typefluid machine)。
下文，对使用本发明流体机械的冷却剂压缩方法进行说明。
向图1所示的螺旋状压缩机1的驱动部3施加作用力，通过曲轴4使滚子22偏心转动(公转)。利用该滚子22的偏心转动，滚子22与气缸21的内周面内接触的同时滑动着进行公转。通过上述滚子22的偏心转动，在气缸21与滚子22之间由螺旋叶片24形成的各气缸压缩室23，一边向气缸轴(cylinder shaft)方向螺旋状移动，一边使容积依次缩小。这时，经吸入管21a吸入气缸压缩室23中的冷却剂因气缸压缩室23的容积缩小，依次被压缩高压化后，经排出管21b被排出。
在这种压缩行程中，上述滑动部A由第一构件即滚子22和第二构件即螺旋叶片24组合构成，另外，滑动部A形成相互间边滑动边密封的运动用密封，在气缸21的滑动面上，把树脂材料用作为粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂进行密合保持的保持膜s，作为另一侧构件即固定构件的滚子22则含有重量占50％以上的含氟树脂，所以两滑动面的表面材质自身均具有润滑性，并且两者的刚性都较低，因形状不一致而产生的局部的较高面压如图12(a)和图12(b)所示，由于在初期双方构件的表面稍微变形，随后，面压较高部分的双方构件均快速进行磨耗，形状磨合而减低。
另外，如图1和图8所示，由于滑动部B由第一构件即滚子22的键槽22c、滚子侧面滑动面22d及副轴承25的键槽25a、副轴承侧面滑动面25b和第二构件即螺旋叶片24组合而形成滑动面，所以与滑动部A一样，面压较高部分的双方构件均快速磨耗，形状磨合而减低。
同双方构件都可变形、且可变形的刚性较弱构件是滑动构件中的树脂侧一方的现有技术的金属/树脂组合相比，这种滑动部的变形引起的面压低减效果会大幅度提高。
另外，对滑动部的面压较高部分磨耗而磨合的效果来说，现有技术的金属/树脂组合中，快速磨耗而磨合的刚性较弱部分是滑动构件中的树脂侧一方，与此相比，本发明中因滑动构件双方均是树脂，双方均能快速磨耗而磨合。
此外，因双方构件具有自身润滑性，按压时摩擦系数小，结果(a)不会产生以前发生的局部的较高面压或大摩擦系数引起滑动部发热而导致的激烈的磨耗，与现有技术相比，能有效发挥减少异常磨耗发生的效果。(b)结果，两构件初期的表面粗糙度的凹部中填充稍微磨耗的双方材料，会产生双方的磨耗粉相互移动附着到对方材料上、且磨耗粉被保持在滑动部上的现象，与现有技术的金属/树脂组合相比，能够以更少的磨耗量达到表面形状磨合的状态。
由此，在两构件的磨耗量较少的时候能形成稳定的滑动面，由此可见，能实现几乎不进行磨耗的状态。
以上结果，可以实现包含较高可靠性的密封机构的压缩机或真空泵等流体机械。而且，特别是因运行初期的摩擦小，能实现从初期开始机械负荷(相当于马达输入)稳定地小、且高性能的流体机械。另外，滑动部是运动用密封的情况下，能减少密封构件的更换频率，或者不需更换，能大幅度降低运行成本，并且能获得寿命长且可靠性高的流体机械。
另外，上述实施例中的流体机械是在不供给润滑油的无润滑条件下滑动的流体机械，即使在对无润滑滑动来说非常严酷的环境中，也能有效地发挥润滑功能，所以，用于禁止润滑油污染的清净环境用途的压缩机或真空泵等中时，能实现非常高的功能和高可靠性。
使用图1所示的本发明涉及的螺旋式压缩机，并使滑动部形成使用下述材质的叶片/滚子部的运动用密封机构，进行实际运行试验，研究叶片磨耗量，并与现有技术例进行比较。
实施例叶片是在全氟烷氧基树脂(PFA)中充填重量少于50％的聚酰亚胺树脂而形成的，滚子是在HRB为60的铝基材上实施无电解Ni-P电镀(electroless Ni-P plating)之后，在其上以聚酰胺亚胺树脂为粘合剂形成含有MoS2的保护膜。
比较例1叶片是在全氟烷氧基树脂(PFA)中充填重量少于50％的玻璃纤维而形成的，滚子是由HRB为60的铝材制成的。
比较例2叶片是在全氟烷氧基树脂(PFA)中充填重量少于50％的聚亚酰胺树脂而形成的，滚子是在HRB为60的铝基材上实施Ni-P无电解电镀而形成的。
图13中表示出比较结果。
从图13可以看出，实施例只在初期引起磨合磨耗后，磨耗基本完全停止。
与此对比明显可见，比较例1在非常短的时间内急速地进行磨耗，比较例2是具有相当高润滑性的组合，与比较例1相比，虽然磨耗小，但也有磨耗继续进行，不会长久地维持性能。
发明效果根据本发明涉及的流体机械，能提供一种寿命长、可靠性高、可以减少滑动构件更换频率或者不用更换而能够大幅度降低运行成本的流体机械。
权利要求
1.一种流体机械，其特征在于，具有由第一构件和第二构件组合而成的滑动部，上述第一构件把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜，第二构件包含重量占50％以上的含氟树脂。
2.据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述粘合剂的树脂材料是环氧树脂或聚酰胺-酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述固体润滑剂选自石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化锑、云母中的一种以上。
4.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述金属基材是铝合金。
5.根据权利要求4记载的流体机械，其特征在于，上述铝合金的HRB(洛氏硬度)大于60。
6.根据权利要求4记载的流体机械，其特征在于，在上述固体润滑剂保护膜与上述铝合金基材之间形成硬质膜，该硬质膜使用镍的重量大于80％的、Ni-P、Ni-B、Ni-P-B中任一种合金材料。
7.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述第二构件形成有可动构件侧密封部，且含氟树脂占构件重量的50％以上，剩余部分含有纤维状强化材料或其它填充材料。
8.根据权利要求7记载的流体机械，其特征在于，上述填充材料是有机物。
9.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述滑动部在不供给润滑油的无润滑条件下滑动。
10.根据权利要求1记载的流体机械，其特征在于，上述滑动部是相互边滑动边密封的运动用密封。
11.一种流体机械，其特征在于，具有构成螺旋压缩机构及防自转机构的十字环，上述十字环具有由金属材料构成的环部，以及安装在该环部上且由含有50％以上重量的含氟树脂的树脂材料构成的键部；在具有与该键部滑动配合的键槽的对方构件上，把树脂材料用作粘合剂、在金属基材的滑动面上形成对本身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜。
12.根据权利要求11记载的流体机械，其特征在于，上述键部的厚度比贯通设置于上述键部上的安装用贯通孔且由头部、支承部和插入部构成的安装销的上述支承部的长度大。
13.根据权利要求11记载的流体机械，其特征在于，上述键部上设有与上述对方构件的上述键槽相接触进行滑动的承受面。
14.根据权利要求11记载的流体机械，其特征在于，上述键部被预先粗加工而固定在上述环部上，并切削加工成所需尺寸。
全文摘要
提供一种寿命长、可靠性高、能减少滑动构件的更换频率或不用进行更换、并能大幅度降低运行成本的流体机械。在流体机械中，在固定构件和可动构件之间设置的滑动部(A、B)由第一构件(22、25)和第二构件(24、5c、5d)组合而成，其中，第一构件是把树脂材料用作粘合剂、在金属基材(22b)的滑动面上形成对自身具有润滑性的固体润滑剂密合保持的保护膜s而形成，第二构件含有重量占50％以上的含氟树脂。
文档编号F04C18/08GK1515799SQ20031012475
公开日2004年7月28日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月12日
发明者福田岳, 藤原尚义, 奥田正幸, 平山卓也, 小山聪, 义, 也, 幸 申请人:东芝开利株式会社
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