專利名稱：滑動軸承裝置及壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠在不使用潤滑油的情況下以小摩擦系數(shù)滑動的滑動軸承裝置，尤其涉及滑動部分由樹脂和金屬形成的軸承裝置。另外，本發(fā)明還涉及利用該滑動軸承裝置的壓縮機。
背景技術(shù)：
對于樹脂材料來說，由于通常自身潤滑性優(yōu)異，所以作為在不能使用潤滑油和潤滑脂等潤滑劑的環(huán)境中使用的滑動軸承裝置的滑動材料，被大量供于實用。但是，當使用樹脂材料作為滑動材料時，如果單獨使用樹脂材料，則耐載荷性和耐磨性可能不足。因此，通過將以玻璃纖維和碳纖維等為代表的纖維材料、以石墨、聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化鉬等為代表的固體潤滑劑等混合于樹脂中而形成樹脂復合材料，與單獨使用樹脂的情況相比，能夠減小摩擦和損耗，這是已知的。近年來，要求獲得與以往相比摩擦更低、耐磨性更優(yōu)的滑動軸承裝置。這些樹脂復合材料多存在下述問題如果樹脂復合材料在不供給潤滑油的無潤滑的狀態(tài)下在大氣中滑動，則摩擦系數(shù)為0.1以上，與使用了潤滑油和潤滑脂的情況相比，摩擦大。因此，作為在無潤滑的狀態(tài)下也能夠?qū)崿F(xiàn)使摩擦系數(shù)小于0. 1的低摩擦化的方法，有使用適于氣氛氣體的滑動材料、或者構(gòu)建組合有特定的氣氛氣體與滑動材料的滑動部構(gòu)造的方法。例如，除專利文獻1中記載的高壓干燥氣體用滑動部件的提案以外，在非專利文獻1和非專利文獻2還示出了使樹脂復合材料在干燥氣體氣氛中摩擦的滑動部的結(jié)構(gòu)及其摩擦特性。專利文獻1中記載的滑動部件是在熱固性的樹脂中混合碳纖維和石墨粉末并進行熱壓成型而形成的滑動部件，尤其是在高壓的干燥氣體氣氛下，表現(xiàn)出低摩擦、低磨損。非專利文獻1和非專利文獻2是使樹脂復合材料與不銹鋼在空氣或干燥氮氣等各種氣體氣氛中摩擦的實驗報告，該實驗報告示出當使混合有碳粉、碳納米管、碳纖維等碳系粒子的聚醚醚酮(PEEK)樹脂復合材料在干燥氣體氣氛中摩擦時，實現(xiàn)了摩擦系數(shù)達到 0. 05左右的低摩擦化。但是，當在實際中實施這些方法時，根據(jù)滑動部件的加工品質(zhì)和載荷等滑動條件不同，摩擦系數(shù)的減小效果發(fā)生不均，由此穩(wěn)定地實現(xiàn)摩擦系數(shù)0. 1以下的條件多受限制。 另外，在摩擦初期，摩擦系數(shù)例如高達0. 2至0. 3，即使隨著磨合的進行摩擦系數(shù)最終減小， 也根據(jù)情況有時需要相當長的時間才達到此種程度。因此，在應用于壓縮機等一般機械制品或滑動軸承裝置時，期望一種更穩(wěn)定地且早期地實現(xiàn)摩擦系數(shù)的減小效果的手段。專利文獻1 日本特開平11-279413號公報非專禾Ij 文獻 1 :N. L.McCook，M. A.Hamilton，D.L.Burris，W.G.Sawyer， Tribological results of PEEK nanocomposites in dry sliding against 440C in various gas environments, Elsevier, WEAR, 262 (2007),第 1511-1515 頁2 :T. Oyamada, Μ. Ono, Y. Murai, H. Miura and Τ. Kuwano, Frictionand wear of PEEK reinforced with carbon fibers in nitrogen at normal and cryogenic temperature,Conference Proceedings of STLE Annual Meeting,Society of Tribologist & Lubrication Engineers,2009

發(fā)明內(nèi)容
在滑動軸承裝置和使用滑動軸承裝置的壓縮機中，在上述的以往的滑動部的構(gòu)成中，根據(jù)滑動部件的加工品質(zhì)和載荷等滑動條件不同，摩擦系數(shù)的減小效果發(fā)生不均或者實現(xiàn)摩擦系數(shù)的減小效果需要相當長的時間，因此存在難以獲得穩(wěn)定的低摩擦狀態(tài)的問題。本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在滑動軸承裝置和壓縮機中、從摩擦初期的盡早階段起穩(wěn)定地實現(xiàn)低摩擦狀態(tài)。為了解決上述問題，本發(fā)明的滑動軸承裝置具備如下的特征。包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受上述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向上述軸承與上述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，其中，上述軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成，上述軸由金屬制成，并且在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的槽。包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受上述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向上述軸承與上述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，其中，上述軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成，上述軸由金屬制成，并且在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的多條槽的集合。在上述的滑動軸承裝置中，優(yōu)選地，上述多條槽分別沿任意方向延伸。或者，包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受上述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向上述軸承與上述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，其中，上述軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成，上述軸由金屬制成，并且在滑動表面上具有多個凹部的集合。優(yōu)選地，上述軸的上述滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計為0. 2μπι以上。另外，本發(fā)明的壓縮機具備以下的特征。具有滑動軸承；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸受上述滑動軸承支承并進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及壓縮部，所述壓縮部與上述驅(qū)動軸連接并壓縮流體，其中，所述壓縮機包括上述滑動軸承， 所述滑動軸承由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成；以及氣體供給部，所述氣體供給部向上述滑動軸承與上述驅(qū)動軸滑動的軸承滑動部供給干燥圖4是示出用于根據(jù)本發(fā)明的實施例2的滑動軸承裝置的、帶有沿著與滑動方向正交的方向延伸的槽的圓筒軸的圖。圖5是示出滑動軸承裝置的不帶槽的圓筒軸的圖。圖6是示出本發(fā)明的實施例2中的、圓筒軸的摩擦系數(shù)相對于槽的有無的測量結(jié)果的圖。圖7是示出本發(fā)明的實施例2中的、帶有沿著與滑動方向和軸向不同的方向延伸的槽的圓筒軸的圖。圖8是示出本發(fā)明的實施例2中的、帶有不固定的取向性的槽的集合的圓筒軸的圖。圖9是示出本發(fā)明的實施例2中的、表面上散布有通過噴丸加工形成的多個微小凹部的圓筒軸的圖。圖10是示出本發(fā)明的實施例2中的、圓筒軸的摩擦系數(shù)相對于噴丸加工的有無的測量結(jié)果的圖。圖11是示出在本發(fā)明的實施例2中、通過噴丸加工產(chǎn)生的圓筒軸的滑動表面的粗糙度與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系的圖。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例3的離心壓縮機的軸承部的圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例3的離心壓縮機的軸承部分的放大圖。圖14是示出在根據(jù)本發(fā)明的實施例3的離心壓縮機中、被構(gòu)造為通過在密封件與軸之間設(shè)置間隙而形成氣體供給部、將該壓縮機壓縮的氣體的一部分供給至軸承滑動部的軸承部的圖。圖15是示出在根據(jù)本發(fā)明的實施例3的離心壓縮機中、通過在密封件與軸之間設(shè)置間隙而形成了氣體供給部的軸承部分的放大圖。
具體實施例方式本發(fā)明人為了使由樹脂復合材料制成的軸承和由金屬制的軸制成的滑動軸承裝置從摩擦初期的極早階段穩(wěn)定地實現(xiàn)摩擦系數(shù)0.1氣體，上述驅(qū)動軸在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的槽?；蛘撸哂谢瑒虞S承；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸受上述滑動軸承支承并進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及壓縮部，所述壓縮部與上述驅(qū)動軸連接并壓縮流體，其中，所述壓縮機包括上述滑動軸承，所述滑動軸承由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成；以及氣體供給部，所述氣體供給部向上述滑動軸承與上述驅(qū)動軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，上述驅(qū)動軸在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的多條槽的集合。在上述的壓縮機中，優(yōu)選地，上述多條槽分別沿任意方向延伸?；蛘?，具有滑動軸承；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸受上述滑動軸承支承并進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及壓縮部，所述壓縮部與上述驅(qū)動軸連接并壓縮流體，其中，所述壓縮機包括上述滑動軸承，所述滑動軸承由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成；以及氣體供給部，所述氣體供給部向上述滑動軸承與上述驅(qū)動軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，上述驅(qū)動軸在滑動表面上具有多個凹部的集合。優(yōu)選地，上述驅(qū)動軸的上述滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計為0. 2μπι以上。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種滑動軸承裝置，其促進在初期的滑動中軸承與軸的磨合磨損從而能夠從開始使用起盡早地減小摩擦系數(shù)。另外，由于隨著磨合的進行抑制了磨損的進展，并且還抑制了摩擦系數(shù)的減小效果由于載荷等滑動條件發(fā)生不均，因此能夠穩(wěn)定地減小以壓縮機為首的各種機械機器的驅(qū)動能。另外，由于不使用潤滑油或潤滑脂，還能夠抑制資源的消耗而減小環(huán)境負擔。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例1的滑動軸承裝置的圖。圖2是示出包括不帶槽的軸的滑動軸承裝置的圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例2的滑動軸承裝置的圖。以下的低摩擦狀態(tài)，進行了反復深入研究。其結(jié)果是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在供給了干燥氣體的狀態(tài)下，在滑動過程中， 由樹脂復合材料制成的軸承的微小的磨損粉末在相對于軸滑動的滑動部的表面上形成分散的表面層，并且在金屬制的軸的表面上形成樹脂滑動材料的移附表面層，在兩表面層被穩(wěn)定地保持的狀態(tài)時，處于穩(wěn)定的低摩擦狀態(tài)。并且，本發(fā)明人認為兩表面層是由樹脂復合材料在滑動初期的磨合磨損所產(chǎn)生的磨損粉末形成的想到了積極地利用磨合磨損。于是， 基于這樣的考慮，本發(fā)明人進行了多次的實驗和研究，從而獲知通過向滑動部供給干燥氣體并保持適當?shù)慕佑|狀態(tài)，從而適當?shù)卮龠M磨合磨損，并且在金屬制的軸上形成不給予過度的損傷的表面形狀，由此，能夠盡早且有效地減小摩擦系數(shù)，由此完成了本發(fā)明。S卩，根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承裝置的特征在于，包括樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料制的軸承、在滑動的同時受所述軸承支承的金屬制的軸、向軸承和軸滑動的部分 (以下，稱為“軸承滑動部”)供給干燥氣體的干燥氣體供給部，在軸上，在與軸承摩擦的表面范圍內(nèi)(滑動表面)，形成有沿著與滑動方向不同的方向延伸的槽、沿著與滑動方向不同的方向延伸的多個槽的集合、沿著與滑動方向不同的任意的方向延伸的多個槽的集合或者多個凹部的集合。只要軸承的至少與軸摩擦的表面(滑動表面)由樹脂復合材料構(gòu)成即可。在根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承裝置中，軸承與軸之間的滑動可以是基于旋轉(zhuǎn)、擺動或者往復運動中的任一者所產(chǎn)生的滑動。作為軸承部的形態(tài)，例如，可以是圓筒端面型、圓筒平面型、銷盤型、軸頸型、往復型、這些軸承的部分軸承、或者組合有這些軸承的復合軸承。軸承部的樹脂材料是將纖維狀、球狀、鱗片狀、粒子狀、或者粒狀的碳材料和樹脂混合而成的樹脂復合材料。碳材料可以是從上述的形狀中選用的一種材料，也可以是選用的多種材料。對于樹脂，選用熱塑性樹脂中的至少一種以上。作為熱塑性樹脂，例如，可以舉出聚酰胺、聚鄰苯二甲酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚縮醛、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮等。另外，向軸承滑動部供給的干燥氣體可以是含有氧氣的氣體。作為含有氧氣的干燥氣體的例子，包括露點溫度為_50°C以下的濕度的干燥空氣。另外，向軸承滑動部供給的干燥氣體也可以是不含有氧氣的氣體。作為不含有氧氣的干燥氣體的例子，包括氮氣或氬氣等不活潑氣體、氫氣或烴氣等。另外，在軸的滑動部的表面(滑動表面)上形成的槽可以為與滑動方向正交的直線狀、兩個方向以上的槽正交的格子狀、自由曲線狀、波浪形等，但需要在與軸承摩擦的表面范圍內(nèi)具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的部分。即使在軸的滑動部的表面上形成未沿滑動方向取向的多條短的槽的集合、或者通過噴丸等加工方法形成多條凹部的集合，也可獲得與上述的槽相同的效果。但是，軸的滑動部的表面粗糙度以算術(shù)平均粗糙度(Ra)計為0. 2μπι以上，優(yōu)選0. 8μπι以上。以下，參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承裝置和壓縮機的實施例進行說明。需要說明的是，本發(fā)明不限于這些實施例。實施例1使用圖1對根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承裝置的基本的結(jié)構(gòu)進行說明。在圖1中，作為本發(fā)明的實施例，示出了軸頸型的滑動軸承裝置。在該滑動軸承裝置中，具有樹脂滑動部2的軸承1被壓入機殼3中并支承軸如使之自由旋轉(zhuǎn)。機殼3形成對軸承1施加載荷的構(gòu)造。在軸如的一端連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動用的馬達(未圖示)。軸承滑動部是軸承1的樹脂滑動部2與軸如滑動的部分，簡稱作“滑動部”。軸承1的樹脂滑動部2的材料是熱塑性樹脂的聚醚醚酮(PEEK)中混合有30重量％的碳纖維的樹脂合成材料。軸如由不銹鋼制成。軸承1被保護罩5覆蓋，在保護罩5的上部設(shè)置有通氣孔6。氣體供給部7以貫穿保護罩5的方式設(shè)置在滑動軸承裝置上。如氣流8所示，氣體供給部7向保護罩5的內(nèi)部導入干燥氣體。如氣流8所示，干燥氣體從氣體供給部7被供給至軸承1和軸如邊摩擦邊相對運動的軸承滑動部。軸如為圓柱狀的形狀，由于使用車床使軸如沿圓周方向邊旋轉(zhuǎn)邊進行表面加工而成型，所以軸如沿圓周方向形成有加工痕9。軸如沿圓周方向旋轉(zhuǎn)滑動，因此加工痕9 沿與軸如的滑動方向大致相同的方向取向。此時，如果測量軸如的滑動表面的粗糙度，則以算術(shù)平均粗糙度(Ra)計為0.8μπι。此外，對于軸如，在與軸承1滑動的表面范圍，通過切削加工形成寬度為0. 15mm、深度為0. 03mm的沿著與滑動方向正交的方向延伸的槽10。艮口， 槽10與加工痕9大致正交。經(jīng)由氣體供給部7以20L/min的流量向保護罩5內(nèi)部連續(xù)供給氮氣作為干燥氣體，并將軸承1附近的相對濕度控制在小于2%。干燥氣體經(jīng)由軸承1與軸如的滑動部的端部、軸承1與軸如之間(滑動部間隙)、以及槽10被供給到滑動部及其附近，并向軸承1 和軸如的滑動部全體擴散。在該狀態(tài)下，通過機殼3施加載荷使得軸承1和軸如的平均接觸面壓力為8MPa， 并測量動作時的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)在滑動的初期為0. 25左右，但在1000次的滑動后減小至0. 07。當增加載荷使得平均接觸面壓力為25MPa而再次進行測量時，摩擦系數(shù)同樣減小，并在1000次的滑動后變?yōu)?. 06。為了比較，使用在軸上不帶槽的滑動軸承裝置進行同等條件下的測量。圖2是示出包括不帶槽的軸4b的滑動軸承裝置的圖。在圖2中，與圖1相同的符號表示與圖1相同或者通用的元件。圖2所示的滑動軸承裝置包括與圖1所示的滑動軸承裝置相同的構(gòu)造和形狀，不同之處僅在于在軸4b上未形成有槽10。使用圖2所示的滑動軸承裝置在平均接觸面壓力為SMPa的狀態(tài)下測量摩擦系數(shù)， 其結(jié)果是，在滑動的初期在摩擦系數(shù)為0. 25左右的狀態(tài)下開始滑動，如此重復滑動1000次后摩擦系數(shù)仍為0. 2以上。當增加載荷使得平均接觸面壓力為25MPa而再次進行測量時， 滑動重復1000次后的摩擦系數(shù)減小至0. 07。如此，在包括不帶槽的軸4b的滑動軸承裝置(圖2、中，隨著滑動條件不同，摩擦系數(shù)的變化不均勻，有時不能有效地減小摩擦。另一方面，在包括形成有槽10的軸如的滑動軸承裝置(圖1)中，即使改變載荷條件，摩擦系數(shù)也同樣地減小。槽10只要在滑動軸承裝置的動作范圍內(nèi)通過軸承1與軸如的滑動面上即可，即使僅在軸如上存在最低限度的一條，也能夠有效果。但是，在反復微動的滑動軸承裝置或者產(chǎn)生平面接觸的滑動軸承裝置的情況下，優(yōu)選與滑動動作范圍或接觸范圍相應地增加槽10的條數(shù)，使得在動作中無死角地使槽10通過滑動面。實施例2使用圖3至圖11，來說明根據(jù)本發(fā)明的圓筒平面型的滑動軸承裝置以及本發(fā)明的效果的檢驗結(jié)果。圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的圓筒平面型的滑動軸承裝置。圖3所示的滑動軸承裝置中，形成平面型軸承22與金屬制的圓筒軸21的外周面接觸地滑動的構(gòu)造。如果將平面型軸承22安裝在懸臂23上并在懸臂23上懸掛錘對，則平面型軸承22被壓向圓筒軸21的外周面。圓筒軸21由不銹鋼制成。平面型軸承22由其中混合有30重量％碳纖維而成的聚醚醚酮(PEEK)樹脂復合材料制成。圓筒軸21的一端連接有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動用的馬達(未圖示)，圓筒軸21通過馬達沿著它的圓周方向進行旋轉(zhuǎn)運動，并與平面型軸承22滑動。圓筒軸21和平面型軸承22的滑動部 (軸承滑動部)的周圍由保護罩5覆蓋。干燥氣體從貫穿保護罩5的氣體供給部7被導入到保護罩5的內(nèi)部，并被供給至平面型軸承22和圓筒軸21所接觸的軸承滑動部。使用圖3所示的滑動軸承裝置，按時間序列測量從滑動初期起的動作時的摩擦系數(shù)。以流量20L/min連續(xù)供給氮氣作為干燥氣體，并將平面型軸承22附近的相對濕度控制在小于2%。在圖4和圖5中示出了實施例2中使用的圓筒軸。由于使圓筒軸21a、21b沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，同時使用車床對其表面進行加工成型，所以圓筒軸21a、21b沿圓周方向形成有加工痕9。如果此時測量圓筒軸21a、21b的外周面的表面粗糙度，則算術(shù)平均粗糙度(Ra) 為0.8 μ m。此外，僅對于圖4所示的圓筒軸21a，在圓周表面上形成槽10。在圓筒軸21a與平面型軸承22滑動的表面范圍，通過切削加工形成槽10，槽10沿著與箭頭所示的圓筒軸 21a的旋轉(zhuǎn)方向正交的方向即與滑動方向正交的方向延伸，寬度為0. 15mm、深度為0. 03mm。分別將圖4和圖5所示的圓筒軸21a、21b裝備于圖3所示的滑動軸承裝置，在此狀態(tài)下測量摩擦系數(shù)。其結(jié)果示于圖6中。無論使用哪一個圓筒軸，滑動初期的摩擦系數(shù)都在0. 25左右，因此是相等的。當使用具有槽10的圓筒軸21a時，隨著重復進行滑動，摩擦系數(shù)減小，滑動重復 300次以后，摩擦系數(shù)維持在小于0. 1?；瑒又貜蛿?shù)為2000次時的摩擦系數(shù)是0.07。另一方面，當使用未加工有槽10的圓筒軸21b時，隨著重復進行滑動，摩擦系數(shù)一度增加，其后， 隨著時間經(jīng)過而減小，但即使滑動重復數(shù)超過2000次，摩擦系數(shù)仍為0.3以上。需要說明的是，兩者的測量是在相等的載荷條件設(shè)定下進行的，根據(jù)測量后的接觸痕計算出的平均接觸壓力為8MPa。圖7示出了具有槽的圓筒軸的另一個例子。對于圖7所示的圓筒軸21c來說，使用車床使其沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，同時對其表面進行加工成型，之后，在圓筒軸21c與平面型軸承 22滑動的表面范圍，通過切削加工形成槽10，槽10沿著與圓筒軸21c的滑動方向(在圖7 中由箭頭表示的旋轉(zhuǎn)方向)和軸向均不同的方向延伸，寬度為幅0. 15mm、深度為0. 03mm的槽10。將圖7所示的圓筒軸21c裝備于圖3所示的滑動軸承裝置中，在此狀態(tài)下，在與前面說明過的測量相同的條件下測量摩擦系數(shù)。在這種情況下，隨著滑動的重復，摩擦系數(shù)也減小，并且滑動的重復數(shù)為2000次時的摩擦系數(shù)是0. 07。如此，通過使槽10的延伸方向與圓筒軸的滑動方向和軸向均不同，即使是圓筒軸除了沿旋轉(zhuǎn)方向動作以外還沿軸向動作的機械，也能夠穩(wěn)定地獲得槽10的效果，從而能夠減小摩擦系數(shù)。圖8是示出具有槽的圓筒軸的另一個例子。圖8所示的圓筒軸21d在表面上分散地形成具有隨機的方向性分布的長度短的槽10。在槽10沿任意的方向延伸但不沿滑動方向取向的條件下，槽10的長度和布置是任意的，只要形成由于滑動動作使槽10在平面型軸承22的滑動面上通過的構(gòu)造即可。將圖8所示的圓筒軸21d裝備于圖3所示的滑動軸承裝置中使其滑動，并測量摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)在滑動的初期為0. 25左右，重復滑動2000次時，摩擦系數(shù)減小到0. 08。 如此，通過將槽10形成為取向性不固定的槽的集合，即使在產(chǎn)生向所有方向的動作的滑動軸承裝置中，也能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)槽的效果。本發(fā)明人通過重復大量的實驗和分析觀察，獲知在由槽10的形成產(chǎn)生的摩擦系數(shù)的減小效果中，重要的是下面兩種作用，作為第一作用，在軸與軸承的接觸狀態(tài)下給予面壓分布從而促進磨合磨損及因磨合磨損引起的表面層形成，作為第二作用，經(jīng)由槽10向滑動部供給干燥氣體從而不會過度地擴大樹脂復合材料的軸承的磨損。通過使0形成為更短的不連續(xù)的槽的集合，第二作用減小，但可通過第一作用發(fā)揮摩擦減小的效果。圖9是在表面分散有多個微小的凹部的圓筒軸21e。凹部是通過對圓筒軸21e的外周面進行噴丸而加工形成的。如果測量外周面的表面粗糙度，則外周面的算術(shù)平均粗糙度(Ra)為0.8 μ m。將圓筒軸21e裝備于圖3所示的滑動軸承裝置中，并在與對于圓筒軸 21a、21b實施的條件同等的條件下使圓筒軸21e滑動，測量摩擦系數(shù)。測量結(jié)果示于圖10中。在圖10中，為了調(diào)查噴丸加工的效果，還示出了圓筒軸 21b的摩擦系數(shù)的測量結(jié)果(圖6)。圓筒軸21e的摩擦系數(shù)在滑動初期為0. 25左右，但隨著滑動的重復，摩擦系數(shù)減小，滑動重復2000次時的摩擦系數(shù)減小至0. 1左右。雖然獲得了摩擦系數(shù)隨著滑動的重復減小的效果，但也存在上述的第二作用減弱的影響，與使用圖4 所示的圓筒軸21a(帶槽10的軸)的情況相比，第二作用略微地減小。但是，如此，通過利用噴丸在圓筒軸上形成方向性小的微小的凹部的集合來取代槽10，具有對于向所有方向進行動作的滑動軸承裝置、能夠共通地使用圓筒軸的優(yōu)點。需要說明的是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)例如，在圖9所示的通過噴丸加工表面等而在表面上形成有微小的凹部的集合的圓筒軸21e中，隨著表面粗糙度和施加于滑動面的面壓不同，摩擦系數(shù)的減小效果顯著不同。通過與圖9所示的圓筒軸21e同樣的噴丸加工，以各表面粗糙度不同的方式對多個圓筒軸21的外表面進行噴丸加工。將這些圓筒軸21分別裝備于圖3所示的滑動軸承裝置中，使它們在與對圓筒軸21a、21b實施的條件相同的條件下進行滑動。其結(jié)果是，在滑動初期，無論使用哪個圓筒軸21，摩擦系數(shù)都是0. 25左右，但隨著滑動的重復，摩擦系數(shù)減小的程度隨著圓筒軸21的不同而不同。圖11示出了滑動2000次時測量的摩擦系數(shù)與圓筒軸21的滑動表面的粗糙度之間的關(guān)系。圓筒軸21的滑動表面的粗糙度用算術(shù)平均粗糙度(Ra)表示。由圖11可知，為了使摩擦系數(shù)為0. 1以下，有必要使圓筒軸21的滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度(Ra) 計為0. 2μπι以上。
需要說明的是，在本實施例中，雖然通過噴丸加工在圓筒軸21的表面上形成了微小的凹部的集合，但加工方法不限于此，只要在滑動表面上形成的凹部集合的算術(shù)平均粗糙度(Ra)為0.2μπι以上即可。例如，通過激光加工、蝕刻加工等也能夠形成同樣的微小的凹部的集合。另外，即使在軸的軸承滑動部上形成有槽的情況下，只要軸的滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度(Ra)計為0. 2μπι以上，就能夠使摩擦系數(shù)為0. 1以下。在此，對從氣體供給部7供給的氣體進行描述。將作為外部氣體的濕潤大氣從氣體供給部7供給至保護罩5的內(nèi)部并將其導向軸承滑動部，從而進行滑動，在此狀態(tài)下， 即使在槽10存在的情況下，摩擦系數(shù)也為0. 25左右。與此相對，在按照同樣方式以20L/ min的流量供給干燥氮氣、干燥氬氣等干燥氣體時，摩擦系數(shù)從初期的0. 25左右隨著滑動的重復減小到0.1以下。即使使用含有氧氣的干燥空氣作為干燥氣體的情況下，摩擦系數(shù)也從初期的0. 25左右減小到0. 15，從而獲得一定的效果。使用脫氧氣體作為干燥氣體時的摩擦系數(shù)的減小效果好。作為脫氧氣體的例子，包括氮氣、氬氣等不活潑氣體、氫氣、烴氣等。另外，供給液氮氣化后的氣體來代替干燥空氣，控制供給量以使得保護罩5內(nèi)的溫度為-100°C，在此狀態(tài)下，摩擦系數(shù)為0. 05，該摩擦系數(shù)低于供給常溫下的干燥氮氣時的摩擦系數(shù)。需要說明的是，在本實施例中說明的圓筒軸21a、21C、21d、21e也可用于在實施例 1中說明的軸頸型的滑動軸承裝置的軸。實施例3使用圖12、圖13來說明根據(jù)本發(fā)明的壓縮機的實施例。本實施例是將根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承裝置應用于離心壓縮機的例子。圖12是示出離心壓縮機的軸承部的圖，圖13 是離心壓縮機的軸承部分的放大圖。本實施例的離心壓縮機51通過驅(qū)動裝置(未圖示)使安裝在主軸(未圖示)上的葉輪52旋轉(zhuǎn)，從而利用葉輪52的旋轉(zhuǎn)壓縮經(jīng)由設(shè)置在機殼53上的管道M被供給至葉輪52的氣體。被壓縮的氣體經(jīng)由噴出口(未圖示)被供給至外部。需要說明的是，使葉輪 52旋轉(zhuǎn)的主軸在圖12中未示出，但主軸設(shè)置在葉輪52的下側(cè)。在離心壓縮機51中，在向葉輪52引導氣體的管道M內(nèi)設(shè)置有用于控制氣體的流量的多個葉片陽。通過包括第一齒輪57、第二齒輪60以及第三齒輪59的齒輪機構(gòu)使葉片55擺動。 第一齒輪57是被固定在與驅(qū)動機構(gòu)(未圖示)連接的驅(qū)動軸56上的驅(qū)動齒輪。第三齒輪 59是被固定在與葉片55連接的葉片軸58上的葉片齒輪。第二齒輪60是介于第一齒輪57 與第三齒輪59之間、向第三齒輪59傳遞來自第一齒輪57 (驅(qū)動齒輪)的旋轉(zhuǎn)的環(huán)形齒輪。第一齒輪57、第二齒輪60、以及第三齒輪59被容納在機殼53內(nèi)。第一齒輪57和第三齒輪59分別設(shè)置在驅(qū)動軸56和葉片軸58上，并被固定在機殼53內(nèi)的包含碳纖維的聚苯硫醚(PPQ樹脂的軸承62和軸承64支承可自由旋轉(zhuǎn)。如圖13的軸承部分放大圖所示，在葉片軸58與軸承64滑動的范圍內(nèi)，在葉片軸 58的表面上形成有沿著與葉片軸58的旋轉(zhuǎn)方向不同的方向延伸的槽10。同樣地，在驅(qū)動軸56與軸承62滑動的范圍內(nèi)，在驅(qū)動軸56的表面上形成有沿著與驅(qū)動軸56的旋轉(zhuǎn)方向不同的方向延伸的槽10(未圖示)。
葉片軸58在管道M側(cè)包括密封件65，以防止氣體從管道M內(nèi)流入。在本實施例中，密封件65使用了接觸式密封，但也可使用非接觸式的迷宮密封。氣體供給部61分別與軸承62、64連接，并且包括氣瓶的氣體供給裝置73與氣體供給部61連接。氣體供給裝置73以大約0. 02MPa的壓力供給露點溫度_50°C以下的氮氣。 被供給的氮氣由在包括齒輪機構(gòu)的機殼53的一部分上設(shè)有止回閥(未圖示)的、與外部連通的連通孔63回收，并在氣體供給裝置73內(nèi)被除濕。也可以供給已除濕和除塵的高壓空氣、氬氣等不活潑氣體來代替氮氣，也可以使用氣體制造裝置來代替氣瓶。被回收的氮氣經(jīng)由除塵裝置71、泵72返回到氣體供給裝置 73，并進行循環(huán)而被供給至軸承64。在軸承64中，如圖13的軸承部分放大圖所示，氮氣經(jīng)由與葉片軸58滑動的軸承面、與氣體供給部61連通的連通孔Ma被供給至軸承滑動部。在軸承62中，氮氣沿著驅(qū)動軸56從軸承62的端部經(jīng)由與驅(qū)動軸56的間隙被供給至軸承滑動部。在以這種方式向軸承循環(huán)供給氮氣的狀態(tài)下，進行了離心壓縮機的預定的動作。 根據(jù)氣體種類不同，流經(jīng)管道討的氣體的溫度設(shè)定為從-160°C至60°C的較寬范圍。在根據(jù)本實施例的離心壓縮機中，在各種的溫度條件下不使用潤滑脂和固體潤滑劑的情況下， 與不流通干燥氣體的情況相比能夠減小驅(qū)動軸56的扭矩。另外，對于向軸承滑動部供給干燥氣體的供給方法，除使用圖12所示的氣體供給裝置73作為供給源以外，在該壓縮機所壓縮的對象氣體是以除濕過的空氣、或者氮氣、氬氣等不活潑氣體、或者氫氣、烴氣等為代表的干燥氣體時，使用該壓縮的對象氣體的管道作為供給源，也能夠取得同樣的扭矩減小效果。當利用該壓縮機所壓縮的對象的氣體時，可設(shè)置從管道M與軸承滑動部連通的通路，或者如圖14所示的在葉片軸58與密封件65之間設(shè)置間隙而形成從管道M與各軸承的周圍連通的氣體供給部61，并從該處經(jīng)由葉片軸58 與軸承64之間的間隙以及驅(qū)動軸56與軸承62之間的間隙向各軸承滑動部供給氣體。圖 15中示出了由圖14所示的構(gòu)造形成的軸承部分的放大圖。作為與軸承的材料相關(guān)的比較例，使用由未混合碳材料的聚醚醚酮(PEEK)樹脂制成的軸承進行了與在實施例2中說明的測量同樣的測量。其結(jié)果是，摩擦系數(shù)從滑動初期開始持續(xù)維持0. 3以上，在滑動重復2000次后仍未實現(xiàn)與應用本發(fā)明的情況相同程度的減小，未變?yōu)?. 1以下。需要說明的是，在葉片軸58和驅(qū)動軸56的表面上形成的槽可以是在實施例1和 2中說明的沿著與滑動方向正交的方向延伸的槽(圖4)、沿著與旋轉(zhuǎn)方向和軸向不同的方向延伸的槽(圖7)、或者朝向任意的方向的槽(圖8)。此外，可以在葉片軸58和驅(qū)動軸56 的表面上形成微小的凹部(圖9)而不形成槽。在用于軸承的樹脂復合材料中，作為與碳材料混合的樹脂的種類，在本實施例中示出了聚醚醚酮(PEEK)和聚苯硫醚(PPS)，但也可以使用例如聚酰胺、聚鄰苯二甲酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚縮醛、聚醚酰亞胺、超高分子量聚乙烯等。另外，在用于軸承的樹脂復合材料中，作為與樹脂混合的碳材料，在本實施例中示出了碳纖維，除此以外也可使用球狀、鱗片狀、粒子狀、粒狀等各種形態(tài)的碳材料。特別地， 通過添加包含石墨的碳材料，具有更早期地穩(wěn)定地減小摩擦的傾向。作為樹脂復合材料，可以將單獨的形態(tài)的碳材料添加到樹脂中，也可以根據(jù)用途混合多種形態(tài)的碳材料。通過混合多種形態(tài)的碳材料，能夠獲得使用單獨的形態(tài)的碳材料難以獲得的特性。例如，如果使用組合碳纖維和石墨質(zhì)的粒子狀的碳材料與樹脂混合而形成的樹脂復合材料，則具有在維持相對載荷負載的強度的同時在更早期獲得大幅的低摩擦化效果的優(yōu)點。另外，不需要將碳材料同樣地混合于樹脂復合材料全體中。例如，在由混合有碳纖維的樹脂復合材料制成的軸承中，同時使用涂層處理和投射處理，能夠?qū)崿F(xiàn)在滑動面附近處石墨質(zhì)的碳材料大量存在的傾斜組成的構(gòu)造。在這種構(gòu)造中，特別是具有能夠有效地減小初期的摩擦系數(shù)的優(yōu)點。如此，根據(jù)本發(fā)明，通過使用由碳材料以單獨的形態(tài)或者多種形態(tài)(纖維狀、球狀、鱗片狀、粒子狀、粒狀等)與樹脂混合而成的樹脂復合材料制成的軸承，并控制滑動部的氣氛，能夠在不使用油和潤滑脂、固體潤滑劑等的情況下得到具有低摩擦的滑動部的滑動軸承裝置和壓縮機。符號說明L···軸承、2…樹脂滑動部、3…機殼、如…帶有沿著與滑動方向正交的方向延伸的槽的軸、4b…不帶槽的軸、5…保護罩、6…通氣孔、7…氣體供給部、8…氣流、9…加工痕、 10…槽、21···圓筒軸、21a…帶有沿著與滑動方向正交的方向延伸的槽的圓筒軸、21b…不帶槽的圓筒軸、21c…帶有沿著與旋轉(zhuǎn)方向和軸向不同的方向延伸的槽的圓筒軸、21d…帶有朝向任意方向的槽的圓筒軸、21e…表面上分散有多個微小的凹部的圓筒軸、22···平面型軸承、23···懸臂、24···錘、51···離心壓縮機、52···葉輪、53···機殼、54···管道、55···葉片、56···驅(qū)動軸、57···第一齒輪、58…葉片軸、59···第三齒輪、60···第二齒輪、61···氣體供給部、62，6如·· 軸承、71···除塵裝置、72···泵、73···氣體供給裝置。
權(quán)利要求
1.一種滑動軸承裝置，包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受所述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述軸承與所述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，其特征在于，所述軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成， 所述軸由金屬制成，并且在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的槽。
2.一種滑動軸承裝置，包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受所述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述軸承與所述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，其特征在于，所述軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成， 所述軸由金屬制成，并且在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的多條槽的集合。
3.如權(quán)利要求2所述的滑動軸承裝置，其特征在于， 所述多條槽分別沿任意方向延伸。
4.一種滑動軸承裝置，包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受所述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述軸承與所述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，其特征在于，所述軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成， 所述軸由金屬制成，并且在滑動表面上具有多個凹部的集合。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的滑動軸承裝置，其特征在于， 所述軸的所述滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計為0. 2 μ m以上。
6.一種壓縮機，具有滑動軸承；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸受所述滑動軸承支承并進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及壓縮部，所述壓縮部與所述驅(qū)動軸連接并壓縮流體，其特征在于，所述壓縮機包括所述滑動軸承，所述滑動軸承由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述滑動軸承與所述驅(qū)動軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，所述驅(qū)動軸在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的槽。
7.—種壓縮機，具有滑動軸承；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸受所述滑動軸承支承并進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及壓縮部，所述壓縮部與所述驅(qū)動軸連接并壓縮流體，其特征在于，所述壓縮機包括所述滑動軸承，所述滑動軸承由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述滑動軸承與所述驅(qū)動軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，所述驅(qū)動軸在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的多條槽的集合。
8.如權(quán)利要求7所述的壓縮機，其特征在于， 所述多條槽分別沿任意方向延伸。
9.一種壓縮機，具有滑動軸承；驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸受所述滑動軸承支承并進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及壓縮部，所述壓縮部與所述驅(qū)動軸連接并壓縮流體，其特征在于，所述壓縮機包括所述滑動軸承，所述滑動軸承由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述滑動軸承與所述驅(qū)動軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，所述驅(qū)動軸在滑動表面上具有多個凹部的集合。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項所述的壓縮機，其特征在于，所述驅(qū)動軸的所述滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計為0. 2 μ m以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠從摩擦初期的早期階段穩(wěn)定地實現(xiàn)低摩擦狀態(tài)的滑動軸承裝置和壓縮機。根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承裝置包括軸承；軸，所述軸在滑動的同時受所述軸承支承；以及氣體供給部，所述氣體供給部向所述軸承與所述軸滑動的軸承滑動部供給干燥氣體，軸承的至少滑動表面由樹脂中混合有碳材料的樹脂復合材料構(gòu)成，軸由金屬制成并且在滑動表面上具有沿著與滑動方向不同的方向延伸的槽。槽可具有多條，也可以分別沿任意的方向延伸。另外，軸可以在滑動表面上具有多個凹部的集合。軸的滑動表面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計優(yōu)選為0.2μm以上。
文檔編號F16C33/10GK102472321SQ20098016081
公開日2012年5月23日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者小山田具永, 小野雅彥 申請人:株式會社日立制作所