WO2024257370A1 - 摺動材及び流体機械 - Google Patents

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WO2024257370A1
WO2024257370A1 PCT/JP2023/041969 JP2023041969W WO2024257370A1 WO 2024257370 A1 WO2024257370 A1 WO 2024257370A1 JP 2023041969 W JP2023041969 W JP 2023041969W WO 2024257370 A1 WO2024257370 A1 WO 2024257370A1
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WO
WIPO (PCT)
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sliding
fiber
composite material
composite
resin
Prior art date
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Application number
PCT/JP2023/041969
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English (en)
French (fr)
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颯 斎藤
聡之 石井
義雄 小林
伸之 成澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings

Definitions

  • This disclosure relates to sliding materials and fluid machinery.
  • reciprocating gas compressors and scroll gas compressors are used as gas compressors that compress gases such as air.
  • a piston ring is attached to a piston that reciprocates inside a metal cylinder as a sliding material that slides against the inner surface of the cylinder.
  • chip seals are attached to each end of a metal fixed scroll and an orbiting scroll that slides in contact with the fixed scroll while orbiting against it, as the above-mentioned sliding material.
  • Patent Document 1 states that "The rotating cylinder member 2 and the piston holding member 5 are rotatably supported by the casing and the case top cover, respectively, and the pistons 3 and 4 are held at a rotation center position eccentric to the rotation center position of the piston holding member 5 so that they can rotate around that position.
  • the pistons 3 and 4 move in and out of the cylinder chambers 23a to 23d by rotating around the rotation center position and the rotation center position as a result of the relative rotation between the rotating cylinder member 2 and the piston holding member 5, and the casing is provided with suction ports and discharge ports connected to the cylinder chambers 23a to 23d.
  • the pistons 3 and 4 are made of a resin material containing carbon nanofibers.”
  • the orientation of the carbon nanofibers is not controlled, so that the carbon nanofibers may easily fall off from the pistons 3 and 4 when the pistons 3 and 4 slide.
  • the problem to be solved by the present disclosure is to provide a sliding material and a gas compressor capable of suppressing the falling off of fiber material during sliding.
  • the sliding material disclosed herein is composed of a composite material including a resin material as a base material and a fiber material disposed inside the resin material, has a sliding surface on the surface of the composite material, and the number of fiber materials oriented in a direction within ⁇ 45° with respect to an axis extending in a direction perpendicular to the sliding surface is 50% or more of the total number of fiber materials contained in the composite material.
  • This disclosure provides a sliding material and a gas compressor that can prevent fiber material from falling off during sliding.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sliding portion in a fluid machine according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram showing an ideal orientation of fiber material.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state in which a molten composite material flows within a mold.
  • 3B is a cross-sectional view of the composite material obtained by cutting along the thin solid arrow in FIG. 3A.
  • 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a scroll-type gas compressor as an example of a fluid machine.
  • 5 is an enlarged view of a portion of the fixed scroll and the orbiting scroll of the gas compressor shown in FIG. 4.
  • FIG. 11 is a diagram showing a gas compression section constituting a reciprocating gas compressor as another embodiment of the fluid machine.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a method for a friction test.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of wear volume obtained in a friction test.
  • FIG. 1 is a diagram showing the results of the coefficient of friction
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sliding part 10 in a fluid machine 100 according to one embodiment.
  • the fluid machine 100 is, for example, a gas compressor that compresses gas.
  • the gas compressor may be, for example, a scroll type or a reciprocating type. The specific structure of the gas compressor will be described later with reference to FIG. 4 etc.
  • the sliding part 10 includes a metallic member 11, such as a metal cylinder, and a sliding material 12, such as a piston ring.
  • the sliding material 12 is fitted, for example, around the outer periphery of a piston. In the sliding part 10, the sliding material 12 comes into contact with the member 11 at the sliding surface 11c and slides thereon.
  • the sliding surface 11c is formed on the surface of the member 11.
  • the sliding form between the sliding material 12 and the member 11 may be a reciprocating motion, a circular motion, or an approximately circular motion that is not strictly a circular motion but is similar to a circular motion.
  • the sliding material 12 is composed of a composite material 12c.
  • the composite material 12c includes a resin material 12a, which is a base material, and a fiber material 12b arranged inside the resin material 12a.
  • the fiber material 12b is dispersed, for example, inside the resin material 12a, and preferably dispersed uniformly.
  • the sliding material 12 has a sliding surface 12d on the surface of the composite material 12c. The sliding surface 12d faces the sliding surface 11c, and the sliding surface 12d slides against the sliding surface 11c.
  • the resin material 12a can be made of any resin.
  • the resin material 12a can be a fluororesin, and at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used as the fluororesin.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer
  • ETFE tetrafluoroethylene-ethylene copolymer
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • two or more types of PTFE and other fluororesins can be used in combination.
  • the resin material 12a can be a resin other than fluororesin, such as polyetheretherketone (PEEK), polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), and modified versions of these.
  • the resin material 12a can be a resin that is a combination of two or more types of resin, and for example, PTFE and a fluororesin other than PTFE can be mixed and used in combination.
  • the resin material 12a does not have to be a fluororesin, and can be any other resin.
  • the resin material 12a contains at least one of polyphenylene sulfide, polytetrafluoroethylene, and polyether ether ketone.
  • the durability of the sliding material 12 can be particularly improved.
  • PTFE has high crystallinity and low shear strength. For this reason, when PTFE is subjected to shear, the surface layer easily peels off at a microscopic level and is transferred to the mating surface (sliding surface) such as the inner surface of a cylinder, thereby improving the sliding properties.
  • the fiber material 12b can be made of any material as long as it is a fibrous structure.
  • the fiber material 12b include carbon fiber, glass fiber, metal fiber, and ceramic fiber.
  • the carbon fiber that can be used include pitch-based carbon fiber and PAN-based carbon fiber. Only one type of fiber material 12b may be used, or two or more types may be used in combination.
  • the fiber material 12b contains carbon fiber. Since carbon fiber is relatively soft, it is less aggressive to the sliding surface 11c and causes less damage to the sliding surface 11c during sliding. This improves the durability of the sliding surface 11c. Furthermore, when the carbon fiber wears away due to sliding, a carbon film is formed on the sliding surface 11c. This improves the lubricity of the sliding surface 11c. Therefore, by including carbon fiber, it is possible to obtain an excellent effect in terms of wear resistance. Furthermore, due to the high affinity between the carbon fiber and the resin material 12a, it is possible to make it difficult for the carbon fiber to fall off during sliding.
  • the type of fiber material 12b can be easily identified by performing morphological observation and chemical analysis using a scanning electron microscope, energy dispersive X-ray analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, etc. on samples of the surface of the sliding material 12, crushed pieces of the sliding material 12, etc.
  • the fiber material 12b preferably has a solid rod shape with a fiber length longer than the diameter. With this shape, the fiber material 12b embedded in the resin material 12a can support the load received from the sliding surface 11c when the sliding material 12 slides.
  • the diameter (fiber diameter) of the fiber material 12b is, for example, preferably 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the fiber material 12b is disposed inside the resin material 12a along the wear direction. Therefore, by setting the fiber diameter within this range, the fiber material 12b can bear the load received from the sliding surface 12d through a surface with a relatively wide area. This makes it easier to support the load applied to the fiber material 12b, and prevents the fiber material 12b from falling off the resin material 12a. This effect is particularly noticeable in harsh environments such as high pressure and high temperature.
  • the length (fiber length) of the fiber material 12b is, for example, preferably 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and even more preferably 100 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less. By setting the fiber length within this range, the length of the fiber material 12b is sufficiently maintained even if the sliding material 12 is worn down due to sliding, so that the fiber material 12b is less likely to fall off the resin material 12a.
  • the diameter and length of the fiber material 12b can be measured, for example, based on image analysis. Specifically, it is preferable to measure the diameter and length of the fiber material 12b by, for example, selecting multiple (e.g., five) fiber materials 12b in a cross-sectional micrograph and using the average values of the diameter and length of each selected fiber material 12b. Note that, since a cross-sectional micrograph is usually a two-dimensional image, it is possible that the diameter and length of the fiber material 12b cannot be measured for the same fiber material 12b. For this reason, the diameter and length do not need to be measured for the same fiber material 12b, and may be measured for different fiber materials 12b.
  • the number of fiber materials 12b oriented in a direction within ⁇ 45° to the axis L1 extending in a direction perpendicular to the sliding surface 12d (hereinafter referred to as the number of the present disclosure) is 50% or more of the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c.
  • the number of fiber materials 12b (the number of the present disclosure) whose angle ⁇ between axis L1 and axis L2 is within 45° is 50% or more based on the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c.
  • the orientation of fiber material 12b is 50% or more.
  • the direction perpendicular to the sliding surface 12d is the thickness direction of the sliding material 12, and is also the wear direction of the sliding material 12.
  • the orientation direction of the fiber material 12b is also the longitudinal direction of the fiber material 12b.
  • the fiber material 12b can be arranged along the wear direction (extension direction of axis L1) of the composite material 12c (sliding material 12). This reduces the effect of the load on the side surface of the fiber material 12b during sliding.
  • the load can be mainly received by the end surface (e.g., the circular upper surface) of the fiber material 12b during sliding, and the fiber material 12b can be prevented from falling off.
  • the wear resistance of the sliding material 12 can be improved, and friction during sliding (e.g., the friction coefficient described below) can be reduced.
  • a cross section in the thickness direction of the sliding material 12 is observed using a scanning electron microscope or the like, and the directionality of each fiber material 12b in the observed cross section is calculated by image analysis.
  • the orientation of the fiber material 12b may be confirmed for the entire cross section of the sliding material 12, but for simplicity, the orientation of the fiber material 12b may be confirmed based on only a portion of a cross section (for example, any one) of a micrograph, and the result may be used to consider the orientation of the fiber material 12b in the entire cross section of the sliding material 12.
  • the angle ⁇ can be determined as follows. For example, in a cross-sectional photograph taken using a scanning electron microscope, the axis L2 indicating the extension direction of the fiber material 12b can be determined by a suitable approximation method or other method, and the angle between the axis L1 and the axis L2 can be measured.
  • Figure 2 shows the ideal orientation of the fiber material 12b.
  • the fiber material 12b faces in the same direction as the axis L1.
  • the axis L1 and the axis L2 are parallel, and the angle ⁇ ( Figure 1) is 0°.
  • the number of fiber materials 12b oriented in a direction preferably within ⁇ 30°, more preferably within ⁇ 15°, of the axis L1 is 50% or more of the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c.
  • the number of fiber materials 12b having an axis L2 with an angle ⁇ of preferably 30° or less, more preferably 15° or less is 50% or more of the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c.
  • the number of the present disclosure described above is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more of the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c (based on the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c). In this way, as many fiber materials 12b as possible can be arranged along the axis L1, making it more difficult for the fiber materials 12b to fall off.
  • the reason for controlling the orientation of the fiber material 12b will be explained.
  • the inventors conducted numerous friction tests and found that there is a correlation between the wear of the sliding material 12, which is a composite resin, and the orientation of the fiber material 12b. Specifically, it was determined that when the number of the above-mentioned present disclosure is less than 50% of the total number of fiber materials 12b contained in the composite material 12c, the shear strength of the sliding material 12 is significantly reduced. Furthermore, it was confirmed that in this case, the fiber material 12b falls off from the sliding material 12, and the effect of supporting the shear stress by the fiber material 12b is lost. As a result, it was revealed that wear increases due to the abrasive action of the fallen fiber material 12b. It was also confirmed that the abrasive action tends to increase friction because it impairs the smoothness of the surface of the sliding material 12.
  • the fiber material 12b is oriented so that it is embedded in the sliding material 12 (ideally, in a direction perpendicular to the sliding surface 12d, as shown in FIG. 2, for example) in response to shear stress. Therefore, the contact area between the fiber material 12b and the sliding material 12 on the sliding surface 12d increases. This suppresses the fiber material 12b from falling off. As a result, it has been revealed that the effect of supporting the shear stress by the fiber material 12b is maintained and the abrasive action is also reduced, thereby reducing wear and friction.
  • the shear strength of the composite material 12c can be maintained and the abrasive action of the fallen fiber material 12b can be reduced. This contributes to improving the wear resistance of the sliding material 12 and reducing friction.
  • the "pistons 3 and 4" described in Patent Document 1 may be made of various resins as a base material and contain carbon nanotubes (hereinafter referred to as CNTs).
  • CNTs have a smaller diameter than fibrous materials such as carbon fiber. Therefore, they cannot effectively support shear stress in harsh environments such as high pressure and high temperature.
  • CNTs have a small diameter and are short in length, so the contact area with the base material is small. Therefore, they are prone to falling off from the base material and being worn away by abrasive action, especially in harsh environments.
  • Orientation control of the fiber material 12b can be performed, for example, as follows, but the method of orientation control is not limited to the following example.
  • FIG. 3A is a diagram showing the flow of molten composite material 12c inside mold 70.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of composite material 12c obtained by cutting at the portion indicated by the thin solid arrow in FIG. 3A.
  • the hollow arrow indicates the flow direction of molten composite material 12c.
  • the composite material 12c When a composite material 12c containing a resin material 12a and a fiber material 12b is injection molded in a mold 70, for example, the composite material 12c flows from one direction to the other in the mold 70, away from the injection port (injection port) of the composite material 12c, as shown by the white arrow. Due to the flow, the fiber material 12b in the composite material 12c is generally arranged along the flow direction of the composite material 12c (i.e., the longitudinal direction of the fiber material 12b faces the flow direction). Therefore, in the solidified composite material 12c, the orientation direction of the fiber material 12b is generally the same. Therefore, the orientation of the fiber material 12b of the composite material 12c molded in this way is confirmed by a cross-sectional micrograph. Then, the orientation of the fiber material 12b in the sliding material 12 can be controlled by, for example, cutting the composite material 12c at the part indicated by the thin solid arrow so that the orientation of the fiber material 12b is in the desired direction.
  • the content of fiber material 12b in composite material 12c is preferably 5% by mass to 50% by mass, more preferably 5% by mass to 30% by mass.
  • content of fiber material 12b is preferably 5% by mass to 50% by mass, more preferably 5% by mass to 30% by mass.
  • the composite material 12c may contain any additives other than the resin material 12a and the fiber material 12b.
  • the composite material 12c may contain a solid lubricant (not shown) disposed in the resin material 12a.
  • the solid lubricant is preferably in particulate form and is disposed, preferably dispersed, in the resin material 12a.
  • the solid lubricant may be, for example, at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), molybdenum disulfide, graphite, boron nitride, etc.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the solid lubricant may be, for example, at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), molybdenum disulfide, graphite, boron nitride, etc.
  • PTFE as a solid lubricant is preferably included when the resin material 12a is a resin material other than PTFE. Even when the resin material 12a is PTFE, it is preferable that the PTFE constituting the resin material 12a and the PTFE constituting the solid lubricant have different physical properties, such as number average molecular weight and degree of polymerization.
  • the solid lubricant preferably contains at least one of polytetrafluoroethylene, molybdenum disulfide, and graphite. By including these, the lubricity of the sliding material 12 can be particularly improved.
  • the solid lubricant may have a particle shape with an average particle size of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ or less, based on a laser diffraction particle size distribution measurement device, for example.
  • the composite material 12c may contain a metal material (not shown, e.g., a filler) disposed in the resin material 12a.
  • the metal material is preferably in particulate form and is disposed, preferably dispersed, in the resin material 12a.
  • the metal material include at least one of copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, and the like.
  • the metal material preferably contains at least one of copper or a copper alloy.
  • the metal material may have a particle shape with an average particle size of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ or less based on a laser diffraction particle size distribution measurement device, for example.
  • the composite material 12c may contain at least one of ceramics, carbon, etc. By including these, it is possible to obtain the same effect as a metal material. These materials may have a particle shape with an average particle size of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ or less based on a laser diffraction particle size distribution measuring device, for example.
  • the sliding surfaces (sliding interfaces) 11c, 12d may contain lubricants such as lubricating oil, grease, etc.
  • lubricants such as lubricating oil, grease, etc.
  • the fluid machine 100 is a fluid machine that is particularly effective when used in an oil-less state without sufficient lubricating oil, or when used in an oil-free state without any lubricating oil.
  • the member 11 preferably has a surface treatment layer 11b on the surface of the metal material 11a serving as a base material. That is, the sliding surface 11c, which is the further surface of the surface treatment layer 11b, comes into contact with the sliding surface 12d, and the sliding material 12 slides.
  • the member 11 does not necessarily have to have the surface treatment layer 11b, and the metal material 11a may be exposed without having the surface treatment layer 11b. Therefore, the sliding surface 11c, which is the surface of the member 11, may be formed of the metal constituting the metal material 11a, or may be formed of the surface treatment layer 11b.
  • the metal material 11a may be at least one of light metals such as aluminum, magnesium, and silicon, and transition metals such as iron, chromium, nickel, molybdenum, titanium, and copper.
  • Specific examples of the metal material 11a include: Aluminum, aluminum alloys and other aluminum-based materials, Iron-based materials such as iron and iron-nickel alloys, Titanium, titanium alloys and other titanium-based materials, Copper, copper alloys and other copper-based materials, At least one of the above can be used. Among them, when an aluminum-based material is used, excellent effects can be obtained in terms of wear resistance.
  • the aluminum-based material may contain, for example, a small amount of magnesium, silicon, etc.
  • the iron-based material may contain, for example, chromium, nickel, molybdenum, etc.
  • the surface treatment layer 11b is, for example, a natural oxide film that is naturally formed on the metal material 11a, an artificially applied surface coating, etc.
  • the surface treatment layer 11b may be a layer that is formed by natural processing in the natural environment, or a layer that is artificially processed by any surface treatment (for example, sulfuric acid anodizing).
  • a natural oxide film for example, if the metal material 11a is aluminum, the surface treatment layer 11b is made of aluminum oxide, if the metal material 11a is iron, it is made of iron oxide, and if the metal material is copper, it is made of copper oxide.
  • the surface coating layer 11b is a surface coating layer
  • the surface coating layer can be formed by plating, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), carburizing, etc.
  • the surface coating layer is also composed of a material containing at least one of aluminum, phosphorus, chromium, iron, nickel, and zinc. Examples of surface coatings containing such elements include anodizing, aluminum plating, nickel plating, chromium plating, iron plating, and zinc plating.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a scroll-type gas compressor 20 as an example of a fluid machine 100.
  • the gas compressor 20 includes a casing 23 forming the outer shell of the gas compressor 20, a drive shaft 24 rotatably mounted in the casing 23, a fixed scroll 21 attached to the casing 23, and an orbiting scroll 22 rotatably mounted on a crankshaft 24A of the drive shaft 24.
  • the fixed scroll 21 comprises a fixed mirror plate 21a and a fixed scroll wrap 21b formed in a spiral shape on one main surface side of the fixed mirror plate 21a.
  • the orbiting scroll 22 comprises a orbiting mirror plate 22a and a orbiting scroll wrap 22b formed in a spiral shape on one main surface side of the orbiting mirror plate 22a.
  • the orbiting scroll 22 has a boss portion 22f protruding from the center of the back side of the orbiting mirror plate 22a.
  • the orbiting scrolls 22 are arranged facing each other so that the orbiting scroll wrap 22b meshes with the fixed scroll wrap 21b. This forms a compression/expansion chamber 25 between the fixed scroll wrap 21b and the orbiting scroll wrap 22b as a working space for compressing or expanding gas.
  • the compression/expansion chamber 25 is provided in the gas compressor 20 (an example of a fluid machine 100) and is an example of a chamber that performs at least one of compression and expansion. However, the compression/expansion chamber 25 may be a chamber that performs both compression and expansion.
  • the sliding portion 30 is provided in the gas compressor 20 and has a sliding material 12 that slides on a sliding surface 12d that defines the compression/expansion chamber 25.
  • the sliding material 12 is the chip seals 291, 292 described below.
  • the sliding surface 12d is the wrap bottom surfaces 21e, 22e ( Figure 5) described below.
  • An intake port 26 is drilled on the outer periphery of the fixed mirror plate 21a.
  • the intake port 26 is connected to the compression/expansion chamber 25 on the outermost periphery.
  • An exhaust port 27 is drilled in the center of the fixed mirror plate 21a. The exhaust port 27 opens into the compression/expansion chamber 25 on the innermost periphery.
  • the drive shaft 24 is rotatably supported in the casing 23 via ball bearings 28.
  • One end of the drive shaft 24 is connected to an electric motor (not shown) or the like outside the casing 23, and the other end of the drive shaft 24 extends into the casing 23 to form the crankshaft 24A.
  • the axis of the crankshaft 24A is eccentric by a predetermined distance with respect to the axis of the drive shaft 24.
  • a circular thrust receiving portion 31 is provided on the inner circumference on the side of the orbiting scroll 22.
  • a thrust plate 32 is provided between the thrust receiving portion 31 and the orbiting mirror plate 22a.
  • the thrust plate 32 is formed as a circular plate body made of a metal material such as iron.
  • An Oldham ring 33 is provided between the thrust receiving portion 31 and the rotating head 22a, closer to the center than the thrust plate 32.
  • the Oldham ring 33 suppresses the rotation of the rotating scroll 22 and gives the crankshaft 24A a circular motion with a predetermined orbital radius.
  • the orbiting scroll 22 orbits with a predetermined orbital radius.
  • the outside air sucked in from the intake port 26 is compressed sequentially in the compression/expansion chamber 25 defined between the fixed scroll wrap 21b and the orbiting scroll wrap 22b.
  • the compressed air thus generated is discharged from the discharge port 27 of the fixed scroll 21 to an external air tank (not shown) or the like.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the fixed scroll 21 and the orbiting scroll 22 of the gas compressor 20 shown in FIG. 4.
  • a groove 21d is formed in the end face 21c of the fixed scroll wrap 21b facing the orbiting mirror plate 22a, and a chip seal 291 (sliding material) is fitted into the groove 21d.
  • a groove 22d is also formed in the end face 22c of the orbiting scroll wrap 22b facing the fixed mirror plate 21a, and a chip seal 292 (sliding material) is also fitted into the groove 22d.
  • the tip seal 291 slides against the wrap bottom surface 21e (sliding surface) of the orbiting mirror plate 22a, and the tip seal 292 slides against the wrap bottom surface 22e (sliding surface) of the fixed mirror plate 21a. This makes it possible to suppress contact between the fixed scroll wrap 21b and the wrap bottom surface 21e, and between the orbiting scroll wrap 22b and the wrap bottom surface 22e, and to obtain a smooth sliding state.
  • the fixed scroll 21 and the orbiting scroll 22 correspond to the member 11 in FIG. 1.
  • the fixed scroll 21 and the orbiting scroll 22 (particularly the wrap bottom surfaces 21e, 22e) are made of an aluminum-based material, such as aluminum or an aluminum alloy.
  • An anodized layer (not shown) is formed on each surface of the fixed scroll 21 and the orbiting scroll 22 as an example of the surface treatment layer 11b (FIG. 1). Therefore, in the gas compressor 20, the sliding surface 11c is formed on the surface of an aluminum member containing aluminum, and is the surface of the anodized layer.
  • the surface of the thrust plate 32 or the surface of the swiveling mirror plate 22a that forms the sliding surface may be coated with the composite resin material described above.
  • the thrust plate 32 was made of a metal material such as iron, but the thrust plate 32 itself may be made of the sliding material 12 (composite resin material).
  • the gas compressor 20 is provided with a mechanism (rotation suppression mechanism) that suppresses the rotation of the orbiting scroll 22 by using the thrust plate 32 and the Oldham ring 33 located closer to the center than the thrust plate 32.
  • the gas compressor 20 is not limited to the above description, and may be a scroll-type gas compressor that is provided with a rotation prevention mechanism such as an auxiliary crank or an Oldham coupling (not shown).
  • FIG. 6 is a diagram showing a gas compression section 40 constituting a reciprocating gas compressor 400 as another embodiment of the fluid machine 100.
  • gas compressors 400 There are two types of gas compressors 400.
  • the first type is a normal piston type in which a piston supported by a bearing that can oscillate is provided at the compression/expansion chamber side end of the connecting rod.
  • a normal piston type gas compressor compresses gas by the reciprocating motion of a piston supported by a bearing that can oscillate.
  • the second type is a rocking piston type in which a piston is integrated with the connecting rod and there is no bearing provided at the compression/expansion chamber side of the connecting rod.
  • FIG. 6 shows a gas compression section 40 of the rocking piston type, which is the second type, as an example.
  • the gas compression section 40 includes a cylinder 41 and a piston 42 that reciprocates while oscillating inside the cylinder 41.
  • the cylinder 41 (an example of a member 11) is made of an aluminum-based material such as aluminum or an aluminum alloy.
  • An anodized aluminum layer (not shown) is formed on the inner surface 48 of the cylinder 41 as an example of the surface treatment layer 11b (FIG. 1).
  • the surface treatment layer 11b such as the anodized aluminum layer does not have to be formed.
  • the anodized aluminum layer may be formed by natural oxidation or by anodizing.
  • the inner surface 48 is an example of the sliding surface 11c, and is formed on the surface of an aluminum member containing aluminum, and is the surface of the anodized aluminum layer.
  • a piston ring 43 (an example of a sliding material 12) is fitted around the piston 42.
  • a compression/expansion chamber 44 is formed as a working space for compressing or expanding the gas.
  • the compression/expansion chamber 44 is provided in a gas compressor 400 (an example of a fluid machine 100), and is an example of a chamber that performs at least one of compression or expansion.
  • the compression/expansion chamber 44 may also be a chamber that performs both compression and expansion.
  • the upper end of the cylinder 41 is closed by a partition plate 45, which has an intake port 45a and an exhaust port 45b.
  • the intake port 45a and the exhaust port 45b are provided with an intake valve 45c and an exhaust valve 45d.
  • the intake port 45a and the exhaust port 45b are each connected to a pipe (not shown).
  • the operating principle of gas compression is explained below.
  • the piston 42 is integral with the connecting rod 46.
  • the crankshaft 47 rotates, the piston 42 moves up and down.
  • gas is sucked into the compression/expansion chamber 44 from the intake port 45a, and the gas is compressed in the compression/expansion chamber 44.
  • the compressed gas is discharged to the outside through the discharge port 45b and is collected by piping (not shown).
  • the sliding part 50 in the gas compressor 400 is described below.
  • the sliding part 50 is provided in the gas compressor 400 (an example of a fluid machine 100), and includes a piston ring 43 (an example of a sliding material 12) that slides on an inner surface 48 that defines the compression/expansion chamber 44.
  • the piston ring 43 is fitted onto the outer periphery of the piston 42.
  • the piston 42 is a separate part from the connecting rod 46 that supports the piston 42.
  • the connecting rod 46 may be made of metal or resin.
  • the reciprocating gas compressor 400 is of the oscillating piston type, but is not limited to this and may be of the normal piston type described above.
  • the sliding material 12 can be applied to a piston ring, a rider ring, etc. (neither of which are shown in the figure).
  • the gas supplied by the gas compressor 20, 400 is not limited to air, but may be atmospheric air or a dry gas with extremely low water vapor content.
  • dry gases include gases with a dew point of -30°C or lower.
  • synthetic air high-purity nitrogen gas, oxygen gas, helium gas, argon gas, and hydrogen gas.
  • the sliding material 12 can exhibit sufficient wear resistance and low friction regardless of the type of gas being compressed. For this reason, a gas compressor using the sliding material 12 can also be used to compress dry gas, for example.
  • the orientation of the fiber material 12b was set to 50% or more. Specifically, it was 75% in Example 1, 60% in Example 2, and 50% in Example 3.
  • the orientation of the fiber material 12b was set to less than 50%. Specifically, it was 35% in Comparative Example 1 and 20% in Comparative Example 2.
  • the materials used and the orientation of the fiber material 12b are summarized in Table 1 below.
  • Fig. 7 is a diagram for explaining the method of the friction test.
  • Each of the composite materials 12c of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 was molded into a block-shaped test piece 61.
  • the test piece 61 imitates the above-mentioned sliding material 12 (Fig. 1).
  • the test piece 61 was a rectangular parallelepiped with a width of 6 mm, a length of 20 mm, and a height of 5 mm, and was produced by chamfering two opposing longitudinal sides of the upper surface. The chamfering was set to 0.5 mm each.
  • the test piece 62 used in the friction test was prepared by the following method.
  • the test piece 62 imitates, for example, the above-mentioned member 11 (Fig. 1).
  • the test piece 62 was prepared by molding an aluminum alloy into a ring shape (annular, cylindrical) with an outer diameter of 13 mm and an inner diameter of 9 mm.
  • An anodized aluminum layer was formed on the surface of the test piece 62 (particularly the lower surface) by sulfuric acid anodizing treatment.
  • the friction test was performed by contacting and rotating (i.e., sliding) the bottom surface of ring-shaped test piece 62 against the top surface of test piece 61.
  • the test conditions were controlled as follows: contact pressure 0.9 MPa, rotation speed 1.9 m/s, temperature 90°C, and rotation for 15 hours.
  • Figure 8 shows the results of the wear amount obtained in the friction test.
  • the wear amount was the difference in mass of the test piece 61 before and after the wear test.
  • the wear amount is expressed as a relative value when Comparative Example 2 is set to 1.
  • the wear amount was reduced to about 0.3 (30%) compared to Comparative Example 2.
  • Comparative Example 1 the wear amount was about 0.9 (90%) compared to Comparative Example 2, and it was found that there was no significant difference in the wear amount between Comparative Examples 1 and 2.
  • Figure 9 shows the results of the friction coefficient obtained in the friction test.
  • the friction coefficient was calculated by dividing the mass loss (amount of wear) before and after the friction test by the density of the test piece 61. The smaller the friction coefficient, the less likely it is to wear, and the higher the durability, such as wear resistance, is. In Examples 1 to 3, the friction coefficient was reduced to about 0.6 (60%) compared to Comparative Example 2. On the other hand, Comparative Example 1 was almost the same as Comparative Example 2, and it was found that there was no significant difference in the friction coefficient.
  • the fiber material 12b can support the load from the sliding surface 12d for a long period of time, and it is considered that the abrasive action can be suppressed. Therefore, it was confirmed that by setting the orientation of the fiber material 12b to 50% or more, it is possible to achieve both improvement of the wear resistance of the sliding material 12 and reduction of the friction coefficient.
  • the sliding material 12 to, for example, the tip seal of a scroll gas compressor or the piston of a reciprocating gas compressor, the wear resistance of the tip seal, piston, etc. can be improved, and the replacement life of these can be extended. In addition, loss due to friction can be reduced. As a result, the maintenance cycle and life of fluid machinery such as scroll gas compressors and reciprocating gas compressors can be extended and their efficiency can be improved.
  • Comparative Example 1 was almost the same as Comparative Example 2, with no significant difference in the amount of wear and coefficient of friction. This result is believed to be due to a decrease in the shear strength of the composite material 12c and an increase in the loss of the fiber material 12b due to a decrease in the contact area with the resin material 12a on the sliding surface 12d. As a result, it is believed that the amount of wear increased and the coefficient of friction increased due to the abrasive action.

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Abstract

摺動時に繊維材の脱落を抑制可能な摺動材を提供する。この課題の解決のために、摺動材（１２）は、母材である樹脂材（１２ａ）と、樹脂材（１２ａ）の内部に配置される繊維材（１２ｂ１）とを含む複合材（１２ｃ）により構成され、複合材（１２ｃ）の表面に摺動面（１２ｄ）を備え、摺動面（１２ｄ）に垂直な方向に延在する軸（Ｌ１）に対して±４５°以内の方向に配向する繊維材（１２ｂ）の数が、複合材（１２ｃ）に含まれる繊維材（１２ｂ）の全体数に対して５０％以上である。

Description

摺動材及び流体機械
　本開示は、摺動材及び流体機械に関する。
　空気等の気体を圧縮する気体圧縮機としては、一般に、レシプロ式の気体圧縮機、スクロール式の気体圧縮機等が用いられる。例えばレシプロ式の気体圧縮機では、金属製のシリンダ内を往復動するピストンに、シリンダの内面と摺動する摺動材として、ピストンリングが取り付けられる。また、例えばスクロール式の気体圧縮機では、金属製の固定スクロール、及び、固定スクロールに対して旋回運動しながら接触して摺動する旋回スクロールの各端部には、上記摺動材として、チップシールが取り付けられる。
　特許文献１の要約書には「回転シリンダ部材２とピストン保持部材５とを、ケーシング及びケース上蓋にそれぞれ回転自在に支持すると共に、ピストン保持部材５の回転中心位置から偏心した自転中心位置には、その位置を中心として回動可能にピストン３，４が保持され、回転シリンダ部材２とピストン保持部材５との相対回動によりピストン３，４自体が自転中心位置を中心として回動しながらかつ回転中心位置を中心として回転することによってシリンダ室２３ａ～２３ｄに出入りすると共に、ケーシングに、シリンダ室２３ａ～２３ｄに連なる吸込口及び吐出口を備えたロータリ式シリンダ装置であって、ピストン３，４を、カーボンナノファイバを含有した樹脂材料で形成するようにしている。」ことが記載されている。
特開２００４－２７０５０６号公報
　特許文献１に記載のピストン３，４では、カーボンナノファイバの配向が制御されていない。このため、ピストン３，４の摺動時、カーボンナノファイバがピストン３，４から脱落し易くなることがある。
　本開示が解決しようとする課題は、摺動時に繊維材の脱落を抑制可能な摺動材及び気体圧縮機の提供である。
　本開示の摺動材は、母材である樹脂材と、前記樹脂材の内部に配置される繊維材とを含む複合材により構成され、前記複合材の表面に摺動面を備え、前記摺動面に垂直な方向に延在する軸に対して±４５°以内の方向に配向する繊維材の数が、前記複合材に含まれる前記繊維材の全体数に対して５０％以上である。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。
　本開示によれば、摺動時に繊維材の脱落を抑制可能な摺動材及び気体圧縮機を提供できる。
一実施形態の流体機械における摺動部を示す断面図である。 理想的な繊維材の配向を示す図である。 金型内を溶融した複合材が流動する様子を示す図である。 図３Ａにおいて細い実線矢印の部分で切断することで得られた複合材の断面図である。 流体機械の一例として、スクロール式の気体圧縮機の構成を示す断面図である。 図４に示す気体圧縮機の固定スクロール及び旋回スクロールの一部を拡大した図である。 流体機械に関する別の実施形態として、レシプロ式の気体圧縮機を構成する気体圧縮部を示す図である。 摩擦試験の方法を説明する図である。 摩擦試験で得た摩耗量の結果を示す図である。 摩擦試験で得た摩擦係数の結果を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態（実施形態と称する）を説明する。以下の一の実施形態の説明の中で、適宜、一の実施形態に適用可能な別の実施形態の説明も行う。本開示は以下の一の実施形態に限られず、異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更したり、図面間で一部の部材の図示を省略したり変形したりすることがある。また、同じ実施形態で、必ずしも全ての構成を備える必要はない。
　図１は、一実施形態の流体機械１００における摺動部１０を示す断面図である。流体機械１００は、例えば気体に対し圧縮を行う気体圧縮機である。気体圧縮機は、例えばスクロール方式でもよく、レシプロ方式式でもよい。気体圧縮機の具体的な構造は図４等を参照しながら後記する。
　摺動部１０は、例えば金属シリンダ等の金属製の部材１１と、例えばピストンリング等の摺動材１２と、を備える。摺動材１２は、例えばピストンの外周に嵌装される。摺動部１０では、摺動材１２が摺動面１１ｃにおいて部材１１と接触して摺動する。摺動面１１ｃは部材１１の表面に形成される。摺動材１２と部材１１との摺動形態は往復動でもよいし、円運動でもよいし、厳密には円運動ではないが円運動に似た略円運動でもよい。
　摺動材１２は、複合材１２ｃにより構成される。複合材１２ｃは、母材である樹脂材１２ａと、樹脂材１２ａの内部に配置される繊維材１２ｂとを含む。繊維材１２ｂは、例えば樹脂材１２ａの内部に分散し、好ましくは一様に分散する。摺動材１２は、複合材１２ｃの表面に摺動面１２ｄを備える。摺動面１２ｄは摺動面１１ｃと対向し、摺動面１２ｄは摺動面１１ｃに対して摺動する。
　樹脂材１２ａは、任意の樹脂により構成できる。例えば、樹脂材１２ａとしてはフッ素樹脂が挙げられ、フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のうちの少なくとも１種を使用できる。例えば、ＰＴＦＥと、それ以外のフッ素樹脂と、の２種以上を併用してもよい。また、樹脂材１２ａとしてはフッ素樹脂以外の樹脂も挙げられ、例えば、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のほか、これらの変性体が挙げられる。樹脂材１２ａは、２種以上の樹脂を併用してもよく、例えば、ＰＴＦＥと、ＰＴＦＥ以外のフッ素樹脂とを混合して併用してもよい。また、樹脂材１２ａは、フッ素樹脂でなくてもよく、他の任意の樹脂でもよい。
　中でも、樹脂材１２ａは、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。これらを含むことで、摺動材１２の耐久性を特に向上できる。中でも、ＰＴＦＥは、結晶性が高く、せん断強度が小さい。このため、ＰＴＦＥは、せん断を受けるとミクロレベルで容易に表層剥離し、シリンダ内面等の相手面（摺動面）に移着するため、摺動性を向上できる。
　繊維材１２ｂは、繊維状を有する構造体であれば、任意の材料で構成できる。繊維材１２ｂとしては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、セラミクス繊維等が挙げられる。炭素繊維としては、例えば、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維等を使用できる。繊維材１２ｂは、１種のみでもよく、２種以上が併用されてもよい。
　中でも、繊維材１２ｂは、炭素繊維を含むことが好ましい。炭素繊維はある程度柔らかいため、摺動面１１ｃへの攻撃性が低く、摺動時の摺動面１１ｃへのダメージが小さい。このため、摺動面１１ｃの耐久性を向上できる。また、摺動により炭素繊維が摩耗すると、摺動面１１ｃに炭素皮膜が形成される。これにより、摺動面１１ｃでの潤滑性を向上できる。従って、炭素繊維を含むことで、摩耗耐久性について優れた効果を得ることができる。また、炭素繊維と樹脂材１２ａとの高い親和性によって、摺動時に炭素繊維が脱落し難くできる。
　繊維材１２ｂの種類を確認するためには、摺動材１２の表面、摺動材１２の破砕物等の試料について、走査型電子顕微鏡、エネルギ分散型Ｘ線分析、赤外分光分析、Ｘ線回折等の形態観察及び化学分析を行うことにより、容易に確認できる。
　繊維材１２ｂは、直径よりも長い繊維長を有する中実の棒形状を有することが好ましい。このような形状を有することで、摺動材１２の摺動時、樹脂材１２ａに埋没した繊維材１２ｂが摺動面１１ｃから受ける荷重を支持できる。
　繊維材１２ｂの直径（繊維径）は、例えば、好ましくは２μｍ以上３０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下である。詳細は後記するが、本開示では繊維材１２ｂは、摩耗方向に沿って樹脂材１２ａの内部に配置される。このため、繊維径をこの範囲にすることで、摺動面１２ｄから受ける荷重を、比較的広い面積の面を通じて繊維材１２ｂが受けることができる。これにより、繊維材１２ｂにかかる荷重を支持易くでき、樹脂材１２ａからの繊維材１２ｂの脱落を抑制できる。この効果は、特に高圧、高温等の過酷環境において顕著である。
　また、繊維材１２ｂの長さ（繊維長）は、例えば、好ましくは１μｍ以上１０００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上１０００μｍ以下、より更に好ましくは１００μｍ以上２５０μｍ以下である。繊維長をこの範囲にすることで、摺動により摺動材１２が摩耗しても繊維材１２ｂの長さが十分に維持されるため、繊維材１２ｂが樹脂材１２ａから脱落し難くできる。
　繊維材１２ｂの直径及び長さは、例えば画像解析に基づいて測定できる。具体的には、繊維材１２ｂの直径及び長さは、例えば断面顕微鏡写真における任意の繊維材１２ｂを複数（例えば５本）選び、選んだ各繊維材１２ｂにおける直径及び長さの各平均値を採用することが好ましい。なお、断面顕微鏡写真は通常は２次元画像であるため、繊維材１２ｂの径と、繊維材１２ｂの長さとを、同一の繊維材１２ｂにおいて測定できない可能性がある。このため、直径及び長さは、同一の繊維材１２ｂについて測定される必要は無く、異なる繊維材１２ｂについて測定されてもよい。
　本開示の摺動材１２では、摺動面１２ｄに垂直な方向に延在する軸Ｌ１に対して±４５°以内の方向に配向する繊維材１２ｂの数（以下、本開示の数という。）が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数に対して５０％以上である。即ち、繊維材１２ｂの延在方向に延びる軸を軸Ｌ２とすると、軸Ｌ１と軸Ｌ２とのなす角度θが４５°以内になる繊維材１２ｂの数（本開示の数）が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数を基準として５０％以上である。以下、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数（全体量。全本数）に対する、軸Ｌ１に対して±４５°以内の方向に配向する繊維材１２ｂの数（量。本数）の割合を、適宜「繊維材１２ｂの配向性、本開示の配向性」等という。従って、本開示において、繊維材１２ｂの配向性は５０％以上である。
　摺動面１２ｄに垂直な方向は、摺動材１２の厚み方向であり、摺動材１２の摩耗方向でもある。また、繊維材１２ｂの配向方向は、繊維材１２ｂの長手方向でもある。
　繊維材１２ｂをこのように配向制御することで、繊維材１２ｂを、複合材１２ｃ（摺動材１２）の摩耗方向（軸Ｌ１の延在方向）に沿って配置できる。これにより、摺動時に繊維材１２ｂの側面への荷重の影響を小さくできる。即ち、摺動時に繊維材１２ｂの端面（例えば円形の上面）で主に荷重を受けることができ、繊維材１２ｂの脱落を抑制できる。この結果、摺動材１２の摩耗耐久性を向上できるとともに、摺動時の摩擦（例えば、後記の摩擦係数）を低減できる。
　摺動材１２における、繊維材１２ｂの配向性を確認するためには、摺動材１２の厚み方向の断面を走査型電子顕微鏡等の形態観察し、観察した断面における各繊維材１２ｂの方向性を画像解析で算出することで実行できる。このとき、摺動材１２における全断面について繊維材１２ｂの配向性を確認してもよいが、簡略化のため、一部のみ（例えば任意の１枚）の断面顕微鏡写真に基づいて繊維材１２ｂの配向性を確認し、その結果を、摺動材１２における全断面での繊維材１２ｂの配向性を考えてもよい。
　また、角度θは以下のようにして決定できる。例えば、走査型電子顕微鏡を用いた断面写真において、繊維材１２ｂの延在方向を示す軸Ｌ２を適宜近似等の手法により決定し、軸Ｌ１とのなす角度として測定できる。
　図２は、理想的な繊維材１２ｂの配向を示す図である。理想的には、全ての繊維材１２ｂが軸Ｌ１と同方向を向くことが好ましい。即ち、軸Ｌ１と軸Ｌ２とが平行であり、角度θ（図１）は０°であることが好ましい。このようにすることで、摺動材１２の摩耗時に、摺動面１１ｃから受ける荷重を、繊維材１２ｂの端面（摺動面１２ｄ側の面）で受けることができ、特に脱落し難くできる。
　しかし、現実には、このような配向制御は困難な場合が多い（ただし、本開示は、図２のような形態を排除するものではない）。そこで、配向制御の手間、容易性等を考慮し、軸Ｌ１に対して好ましくは±３０°以内、より好ましくは±１５°以内の方向に配向する繊維材１２ｂの数が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数に対して５０％以上である。即ち、角度θが好ましくは３０°以内、より好ましくは１５°以内となる軸Ｌ２を有する繊維材１２ｂの数が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数に対して５０％以上であることが好ましい。
　図１に戻って、上記の本開示の数が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数に対して（複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数を基準として）、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上、より更に好ましくは８０％以上である。このようにすることで、できるだけ多くの繊維材１２ｂを軸Ｌ１に沿って配置でき、繊維材１２ｂをより脱落し難くできる。
　繊維材１２ｂの配向性を制御する理由を説明する。本発明者らは、多数の摩擦試験を行い、複合樹脂である摺動材１２の摩耗と、繊維材１２ｂの配向性とに、相関があることを見出した。具体的には、上記の本開示の数が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数に対して５０％未満の場合、摺動材１２のせん断強度が著しく低下することを特定した。更に、この場合に、繊維材１２ｂが摺動材１２から脱落し、繊維材１２ｂによるせん断応力を支持する効果が失われることを確認した。この結果、脱落した繊維材１２ｂのアブレシブ作用によって、摩耗が増加することを明らかにした。また、アブレシブ作用は、摺動材１２の表面の平滑性を損なうため、摩擦を増加させる傾向があることも確認した。
　一方で、上記の本開示の数が、複合材１２ｃに含まれる繊維材１２ｂの全体数に対して５０％以上の場合、摺動材１２のせん断強度の低下が抑制されるため、複合材１２ｃ自身が有する耐久性が維持される。また、せん断応力に対して、繊維材１２ｂが摺動材１２に埋まる（理想的には、例えば図２示すような、摺動面１２ｄに対して垂直な方向）ような配向となる。このため、摺動面１２ｄにおいて、繊維材１２ｂと摺動材１２との接触面積が増加する。これにより、繊維材１２ｂの脱落が抑制される。この結果、繊維材１２ｂによるせん断応力を支持する効果を維持し、且つアブレシブ作用も低減するため、摩耗及び摩擦擦が低減することを明らかにした。
　以上より、摺動材１２の中の繊維材１２ｂの配向性を適切に制御することで、複合材１２ｃが有するせん断強度を維持し、しかも、脱落した繊維材１２ｂによるアブレシブ作用を低減できる。これにより、摺動材１２の摩耗耐久性向上及び摩擦低減に寄与できる。
　例えば上記特許文献１に記載の「ピストン３，４」は、各種樹脂を母材とし、カーボンナノチューブ（以下ＣＮＴという）を含有し得る。ＣＮＴは、例えば炭素繊維等の繊維材と比較して、直径が小さい。そのため、高圧、高温等の過酷環境では、せん断応力を効果的に支持できない。また、ＣＮＴは、直径が小さく、長さも短いため、母材との接触面積が小さい。そのため、特に過酷環境においては、母材から脱落し易く、アブレシブ作用によって摩耗し易い。
　以上のように、摺動材１２の中の繊維材１２ｂの配向性の制御により、過酷環境にて摺動材の摩耗耐久性向上と摩擦低減を両立できる。
　繊維材１２ｂの配向制御は、例えば以下のようにして実行できるが、配向制御の方法は以下の例に限定されない。
　図３Ａは、金型７０内を溶融した複合材１２ｃが流動する様子を示す図である。図３Ｂは、図３Ａにおいて細い実線矢印の部分で切断することで得られた複合材１２ｃの断面図である。図３Ａにおいて、白抜き矢印は溶融した複合材１２ｃの流動方向を示す。
　樹脂材１２ａ及び繊維材１２ｂを含む複合材１２ｃを例えば金型７０内で射出成型する場合、白抜き矢印で示すように、複合材１２ｃは、金型７０内を、複合材１２ｃの射出口（注入口）から遠ざかる方向に、一方向から他方向に向かって流れる。流動により、複合材１２ｃ中の繊維材１２ｂは、複合材１２ｃの流れる方向に沿って概ね配置される（即ち繊維材１２ｂの長手方向が流れる方向に向く）。このため、固化した複合材１２ｃにおいて、繊維材１２ｂの配向方向は概ね同方向である。そこで、このようにして成形された複合材１２ｃについて、断面顕微鏡写真によって繊維材１２ｂの配向が確認される。そして、繊維材１２ｂの配向が所望の方向になるように、例えば複合材１２ｃを細い実線矢印の部分で切断することで、摺動材１２における繊維材１２ｂの配向を制御できる。
　図１に戻って、複合材１２ｃに対する繊維材１２ｂの含有量（複合材１２ｃにおける繊維材１２ｂの含有量）は、好ましくは５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは５質量％以上３０質量％以下である。繊維材１２ｂの含有量をこの範囲にすることで、複合材１２ｃｂの内部での繊維材１２ｂの凝集を抑制でき、繊維材１２ｂに対して分散して荷重を与え易くできる。また、上記射出成型時に溶融した複合材１２ｃの剛性が過度に高くなることを抑制でき、容易に射出成型できるため、繊維材１２ｂの配向制御を容易に実行できる。繊維材１２ｂの含有量は、例えば、熱質量－示唆熱同時測定装置を用いた熱分析、質量変化評価等に基づいて測定できる。
　複合材１２ｃは、樹脂材１２ａ及び繊維材１２ｂ以外にも、任意の添加剤を含んでもよい。例えば、複合材１２ｃは、樹脂材１２ａ中に配置された固体潤滑剤（不図示）を含むことができる。固体潤滑剤は、好ましくは粒子形状で、樹脂材１２ａ中に配置、好ましくは分散する。
　固体潤滑剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素等の少なくとも１種が挙げられる。固体潤滑剤を含むことで、摺動性を向上できる。なお、固体潤滑剤としてのＰＴＦＥは、樹脂材１２ａがＰＴＦＥ以外の樹脂材である場合に含まれることが好ましい。また、樹脂材１２ａがＰＴＦＥの場合においても、樹脂材１２ａを構成するＰＴＦＥと、固体潤滑剤を構成するＰＴＦＥとは、例えば数平均分子量、重合度等の異なる物性を有することが好ましい。
　中でも、固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、又はグラファイトのうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。これらを含むことで、摺動材１２の潤滑性を特に向上できる。
　固体潤滑剤は、例えば、レーザ回折式粒度分布測定装置に基づく平均粒径が１０μｍ以上５００μ以下の粒子形状を有することができる。
　複合材１２ｃは、樹脂材１２ａ中に配置された金属材（不図示。例えばフィラー）を含むことができる。金属材は、好ましくは粒子形状で、樹脂材１２ａ中に配置、好ましくは分散する。金属材としては、例えば、銅、銅合金、アルミ二ウム、アルミニウム合金等の少なくとも１種が挙げられる。中でも、金属材は、銅又は銅合金のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。これらを含むことで、摺動材１２の耐摩耗性を特に向上できる。
　金属材は、例えば、レーザ回折式粒度分布測定装置に基づく平均粒径が１０μｍ以上５００μ以下の粒子形状を有することができる。
　複合材１２ｃは、セラミクス、カーボン等のうちの少なくとも１種を含むことができる。これらを含むことで、金属材と同様の効果を得ることができる。これらの材料は、例えば、レーザ回折式粒度分布測定装置に基づく平均粒径が１０μｍ以上５００μ以下の粒子形状を有することができる。
　摺動面（摺動界面）１１ｃ，１２ｄには、例えば潤滑油、グリース等の潤滑剤が存在してもよい。ただし、流体機械１００は、十分な潤滑油等を存在させず、オイルレスの状態で使用したとき、又は、潤滑油等を全く存在させず、オイルフリーの状態で使用したときに、特に効果を示す流体機械であることが好ましい。
　部材１１は、基材としての金属材１１ａの表面に表面処理層１１ｂを備えることが好ましい。即ち、表面処理層１１ｂの更に表面である摺動面１１ｃと摺動面１２ｄとが接触し、摺動材１２が摺動する。ただし、部材１１は必ずしも表面処理層１１ｂを備える必要はなく、表面処理層１１ｂを備えずに、金属材１１ａが露出してもよい。従って、部材１１の表面である摺動面１１ｃは、金属材１１ａを構成する金属で形成されてもよく、表面処理層１１ｂにより形成されてもよい。
　金属材１１ａとしては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素等の軽金属、鉄、クロム、ニッケル、モリブデン、チタン、銅等の遷移金属のうちの少なくとも１種が挙げられる。金属材１１ａとしては、具体的には例えば、
　アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系材料、
　鉄、鉄－ニッケル合金等の鉄系材料、
　チタン、チタン合金等のチタン系材料、
　銅、銅合金等の銅系材料、
　のうちの少なくとも１種を使用できる。中でも、アルミニウム系材料を用いた場合に、摩耗耐久性について優れた効果が得られる。アルミニウム系材料には、例えば少量のマグネシウム、ケイ素等が含まれてもよい。また、鉄系材料には、例えばクロム、ニッケル、モリブデン等が含まれてもよい。
　表面処理層１１ｂは、例えば、金属材１１ａに自然に生成した自然酸化膜、人工的に施した表面コーティング等である。即ち、表面処理層１１ｂは、自然環境にとって自然に処理されることで生成した層でもよく、任意の表面処理（例えば硫酸アルマイト処理）によって人工的に処理された層でもよい。自然酸化膜の場合、例えば金属材１１ａがアルミニウムの場合には、表面処理層１１ｂは酸化アルミニウムにより構成され、鉄の場合には酸化鉄により構成され、銅の場合には酸化銅により構成される。
　表面処理層１１ｂが表面コーティング層である場合、一例として、表面コーティング層は、例えばメッキ処理、物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、浸炭処理等により形成できる。また、表面コーティング層は、例えばアルミニウム、リン、クロム、鉄、ニッケル、亜鉛のうち少なくとも１つを含む材料で構成される。このような元素を含む表面コーティングの一例として、アルマイト処理、アルミニウムめっき、ニッケルめっき、クロムめっき、鉄めっき、亜鉛めっき等が挙げられる。
　図４は、流体機械１００の一例として、スクロール式の気体圧縮機２０の構成を示す断面図である。気体圧縮機２０は、気体圧縮機２０の外殻をなすケーシング２３と、ケーシング２３に回転可能に設けられた駆動軸２４と、ケーシング２３に取り付けられた固定スクロール２１と、駆動軸２４のクランク軸２４Ａに旋回可能に設けられた旋回スクロール２２と、を備える。
　固定スクロール２１は、固定鏡板２１ａと、固定鏡板２１ａの一主面側に渦巻状に形成された固定スクロールラップ２１ｂと、を備える。旋回スクロール２２は、旋回鏡板２２ａと、旋回鏡板２２ａの一主面側に渦巻状に形成された旋回スクロールラップ２２ｂと、を備える。旋回スクロール２２には、旋回鏡板２２ａの背面側中央にボス部２２ｆが突設される。
　旋回スクロール２２は、旋回スクロールラップ２２ｂが、固定スクロールラップ２１ｂと互いに噛み合うように、互いに対向して配置される。これにより、固定スクロールラップ２１ｂと旋回スクロールラップ２２ｂとの間に、気体を圧縮又は膨張する作動空間としての圧縮膨張室２５が形成される。
　圧縮膨張室２５は、気体圧縮機２０（流体機械１００の一例）に備えられ、圧縮又は膨張の少なくとも一方を行う室の一例である。ただし、圧縮膨張室２５は、圧縮及び膨張の双方を行う室でもよい。また、摺動部３０は、気体圧縮機２０に備えられ、圧縮膨張室２５を区画する摺動面１２ｄを摺動する摺動材１２を備える。摺動材１２は、後記のチップシール２９１，２９２である。摺動面１２ｄは、後記のラップ底面２１ｅ，２２ｅ（図５）である。
　固定鏡板２１ａの外周側には、吸入口２６が穿設される。吸入口２６は、最外周側の圧縮膨張室２５に連通する。また、固定鏡板２１ａの中心部には、吐出口２７が穿設される。吐出口２７は、最内周側の圧縮膨張室２５に開口する。
　駆動軸２４は、玉軸受２８を介してケーシング２３に回転可能に支持される。駆動軸２４の一端は、ケーシング２３外で電動モータ（不図示）等に連結され、駆動軸２４の他端側は、ケーシング２３内に伸張してクランク軸２４Ａとなる。クランク軸２４Ａの軸線は、駆動軸２４の軸線に対して、所定寸法だけ偏心する。
　旋回スクロール２２側の内周には、円環状のスラスト受部３１が設けられる。スラスト受部３１と旋回鏡板２２ａとの間には、スラストプレート３２が設けられる。スラストプレート３２は、例えば鉄等の金属材料により円環状の板体として形成される。旋回スクロール２２が旋回運動したときに、旋回鏡板２２ａに対して旋回スクロール２２の表面が摺動する。このとき、スラストプレート３２は、主に圧縮運転時に旋回スクロール２２に作用するスラスト方向（旋回スクロール２２を固定スクロール２１から離間させる方向）の荷重を、スラスト受部３１と共に受けとめる。これにより、ケーシング２３と旋回鏡板２２ａとのかじり、異常摩耗等が抑制される。
　スラスト受部３１と旋回鏡板２２ａとの間には、スラストプレート３２より中心寄りの位置に、オルダムリング３３が設けられる。オルダムリング３３は、駆動軸２４によって旋回スクロール２２が回転駆動されたときに、旋回スクロール２２の自転を抑制し、クランク軸２４Ａによる所定寸法の旋回半径を持った円運動を与える。
　不図示の電動モータ等により駆動軸２４を回転駆動させると、旋回スクロール２２が所定寸法の旋回半径で旋回運動する。これにより、吸入口２６から吸い込まれた外部の空気が、固定スクロールラップ２１ｂと旋回スクロールラップ２２ｂとの間に画成された圧縮膨張室２５で順次圧縮される。生成した圧縮空気は、固定スクロール２１の吐出口２７から、外部の空気タンク（不図示）等に吐出される。
　図５は、図４に示す気体圧縮機２０の固定スクロール２１及び旋回スクロール２２の一部を拡大した図である。固定スクロールラップ２１ｂの、旋回鏡板２２ａとの対向側の端面２１ｃには溝２１ｄが形成され、溝２１ｄにはチップシール２９１（摺動材）が嵌め込まれる。旋回スクロールラップ２２ｂの、固定鏡板２１ａとの対向側の端面２２ｃにも、溝２２ｄが形成され、溝２２ｄにもチップシール２９２（摺動材）が嵌め込まれる。
　旋回スクロール２２の旋回運動に伴い、チップシール２９１が旋回鏡板２２ａのラップ底面２１ｅ（摺動面）と摺動し、チップシール２９２が固定鏡板２１ａのラップ底面２２ｅ（摺動面）と摺動する。これにより、固定スクロールラップ２１ｂとラップ底面２１ｅとの接触、及び、旋回スクロールラップ２２ｂとラップ底面２２ｅとの接触を抑制でき、スムーズな摺動状態を得ることができる。
　図５において、固定スクロール２１及び旋回スクロール２２は、図１における部材１１に該当する。固定スクロール２１及び旋回スクロール２２（特にラップ底面２１ｅ，２２ｅ）は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系材料により構成される。ラップ底面２１ｅ，２２ｅは、固定スクロールラップ２１ｂ及び旋回スクロールラップ２２ｂとともに、圧縮膨張室２５を区画する。固定スクロール２１及び旋回スクロール２２のそれぞれの表面には、表面処理層１１ｂ（図１）の一例として、アルマイト層（不図示）が形成される。従って、気体圧縮機２０において、摺動面１１ｃは、アルミニウムを含むアルミニウム部材の表面に形成されるとともに、アルマイト層の表面である。
　スラストプレート３２と旋回鏡板２２ａとの摺動部３０において、これらの摺動面を形成するスラストプレート３２表面又は旋回鏡板２２ａの表面に、上記した、複合樹脂材をコーティングしてもよい。また、上記した説明では、スラストプレート３２を、鉄等の金属材料により形成した例を示したが、スラストプレート３２自体を、摺動材１２（複合樹脂材）により形成してもよい。
　なお、上記の説明では、気体圧縮機２０は、スラストプレート３２と、スラストプレート３２より中心寄りの位置に設けられたオルダムリング３３により、旋回スクロール２２の自転を抑制する機構（自転抑制機構）を備える。ただし、気体圧縮機２０は、上記の説明に限定されず、例えば補助クランク、オルダム継手（不図示）等の自転防止機構を備えるスクロール式の気体圧縮機でもよい。
　図６は、流体機械１００に関する別の実施形態として、レシプロ式の気体圧縮機４００を構成する気体圧縮部４０を示す図である。気体圧縮機４００には、２種の方式が存在する。１種目の方式は、コンロッドの圧縮膨張室側端部に軸受があり、その軸受により首振り可能に支持されたピストンを有する通常ピストン方式である。通常ピストン方式の気体圧縮機は、軸受により首振り可能に支持されたピストンが往復動することにより気体を圧縮する。２種目の方式は、コンロッドの圧縮膨張室側に軸受がなく、コンロッドと一体になったピストンを有する揺動ピストン方式である。図６は、一例として、２種目の方式である揺動ピストン方式の気体圧縮部４０を示す。
　気体圧縮部４０は、シリンダ４１と、シリンダ４１内部を揺動しながら往復動するピストン４２と、を備える。シリンダ４１（部材１１の一例）は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系材料により構成される。シリンダ４１の内表面４８には、表面処理層１１ｂ（図１）の一例として、アルマイト層（不図示）が形成される。ただし、アルマイト層等の表面処理層１１ｂは形成されなくてもよい。アルマイト層は、自然参加により形成されてもよく、アルマイト処理により形成されてもよい。内表面４８は摺動面１１ｃの一例であり、内表面４８は、アルミニウムを含むアルミニウム部材の表面に形成されるとともに、アルマイト層の表面である。また、内表面４８は、仕切り板４５、ピストン４２とともに、圧縮膨張室４４を区画する。
　ピストン４２には、ピストンリング４３（摺動材１２の一例）が環装される。シリンダ４１内の、ピストン４２の上部の空間には、気体を圧縮又は膨張させる作動空間の圧縮膨張室４４が形成される。圧縮膨張室４４は、気体圧縮機４００（流体機械１００の一例）に備えられ、圧縮又は膨張の少なくとも一方を行う室の一例である。ただし、圧縮膨張室４４は、圧縮及び膨張の双方を行う室でもよい。
　シリンダ４１の上端は、仕切り板４５により閉鎖され、仕切り板４５には、吸入口４５ａと吐出口４５ｂとが設けられる。吸入口４５ａ及び吐出口４５ｂには、吸入弁４５ｃ及び吐出弁４５ｄが設けられる。吸入口４５ａ及び吐出口４５ｂには、それぞれ配管（不図示）に接続される。
　気体圧縮の作動原理が以下で説明される。ピストン４２はコンロッド４６と一体で構成される。クランクシャフト４７の回転に伴い、ピストン４２が上下動する。これにより、吸入口４５ａから圧縮膨張室４４内に気体が吸入され、圧縮膨張室４４内で気体が圧縮される。圧縮された気体（圧縮気体）は、吐出口４５ｂを通って外部に排出され、配管（不図示）により回収される。
　気体圧縮機４００における摺動部５０が以下で説明される。摺動部５０は、気体圧縮機４００（流体機械１００の一例）に備えられ、圧縮膨張室４４を区画する内表面４８を摺動するピストンリング４３（摺動材１２の一例）を備える。ピストンリング４３は、上記のようにピストン４２の外周に嵌装される。ピストン４２は、ピストン４２を支持するコンロッド４６とは別部品である。コンロッド４６は、金属製でもよいし、樹脂製でもよい。ピストン４２の上下の往復動に伴い、ピストン４２及びピストンリング４３がシリンダ４１の内周面を摺動する。
　上記の説明では、レシプロ式の気体圧縮機４００は揺動ピストン方式であるが、これに限定されず、例えば上記通常ピストン方式でもよい。通常ピストン方式では、例えば、摺動材であるピストンリング、ライダーリング等（何れも不図示）に摺動材１２を適用できる。
　気体圧縮機２０，４００により供給される気体は、空気に限定されず、大気でもよく、水蒸気が極端に少ない乾燥ガスでもよい。乾燥ガスの例としては、露点が－３０℃以下のガスが挙げられる。例えば、合成空気、高純度窒素ガス、酸素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、水素ガス等が挙げられる。
　摺動材１２は、圧縮する気体の種類に拠らずに、十分な摩耗耐久性及び低摩擦効果を発現できる。このため、摺動材１２を適用した気体圧縮機を、例えば乾燥ガスの圧縮に供することもできる。
　以下、実施例を挙げて、本開示が更に具体的に説明される。
　摩擦試験法を用いた実験により、摺動材１２の摩耗耐久性向上及び摩擦低減の効果を確認した。
＜使用材料＞
　実施例１～３、比較例１及び２の検討において、樹脂材１２ａ（図１）としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、繊維材１２ｂ（図１）として炭素繊維を用いた。複合材１２ｃ（図１）に対する繊維材１２ｂの含有量は１０質量％とした。炭素繊維の長さ及び直径は、上記測定方法に基づく平均長さ及び平均直径として、長さ１３０μｍ、直径１２μｍであった。
　実施例１～３では、繊維材１２ｂの配向性（本開示の配向性）が５０％以上とした。具体的には、実施例１では７５％、実施例２では６０％、実施例３では５０％であった。一方で、比較例１及び２では、繊維材１２ｂの配向性（本開示の配向性）が５０％未満とした。具体的には、比較例１では３５％、比較例２では２０％であった。使用した材料、及び、繊維材１２ｂの配向性を以下の表１に纏めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜摩擦試験の方法＞
　図７は、摩擦試験の方法を説明する図である。実施例１～３、比較例１及び２の各複合材１２ｃを、ブロック状の試験片６１に成型した。試験片６１は、上記摺動材１２（図１）を模したものである。試験片６１は、幅６ｍｍ、長さ２０ｍｍ、高さ５ｍｍの直方体において、上面のうちの長手方向の対向する２辺においてＣ面取りを行うことで作製した。Ｃ面取りは、０．５ｍｍずつとした。
　摩擦試験で使用した試験片６２を以下の方法で作製した。試験片６２は、例えば上記部材１１（図１）を模したものである。アルミニウム合金を、外径１３ｍｍ及び内径９ｍｍのリング状（円環状、円筒状）に成型することで、試験片６２を作製した。試験片６２の表面（特に下面）には、硫酸アルマイト処理によりアルマイト層を形成した。
　摩擦試験は、試験片６１の上面に、リング状の試験片６２の下面を接触及び回転（即ち摺動）させることで行った。試験条件として、接触圧は０．９ＭＰａ、回転速度は１．９ｍ／ｓ、温度は９０℃に制御し、１５時間回転させた。
　図８は、摩擦試験で得た摩耗量の結果を示す図である。摩耗量は、摩耗試験前後での試験片６１の質量差とした。図８及び後記図９の何れにおいても、比較例２を１としたときの相対値で表した。実施例１～３では、何れも比較例２と比べて、摩耗量が０．３（３０％）程度に迄低減された。一方で、比較例１では、比較例２と比べて摩耗量が０．９（９０％）程度であり、比較例１と比較例２とでは摩耗量に大きな差が無いことがわかった。
　図９は、摩擦試験で得た摩擦係数の結果を示す図である。摩擦係数は、摩擦試験前後での質量減少量（摩耗量）を試験片６１の密度で除することで求めた。摩擦係数が小さいほど摩耗し難く、耐摩耗性等の耐久性が高いといえる。実施例１～３では、何れも比較例２と比べて、摩擦係数が０．６（６０％）程度に迄小さくなった。一方で、比較例１は、比較例２とほぼ同じであり、摩擦係数に大きな差が無いことがわかった。
　これらの結果から、繊維材１２ｂの配向性（本開示の配向性）を５０％以上に制御することで、摩耗量を低減し、及び摩擦係数を小さくできることが分かった。特に図９に示すように、５０％を境界に、実施例１～３と、比較例１～２とで全く異なる結果が得られており、繊維材１２ｂの配向性を５０％以上にすることの優位性が図９から確認できる。このような結果は、繊維材１２ｂの大部分が摺動材１２の摩耗方向に沿って配向しているため、摺動時に繊維材１２ｂが樹脂材１２ａから抜け難くなった結果と考えられる。そして、抜け難いため、繊維材１２ｂは長期に亘って摺動面１２ｄからの荷重を支持でき、アブレシブ作用を抑制できたと考えられる。従って、繊維材１２ｂの配向性を５０％以上にすることにより、摺動材１２の摩耗耐久性の向上及び摩擦係数の低減を両立できることを確認できた。
　従って、摺動材１２を、例えばスクロール式気体圧縮機のチップシール、レシプロ式気体圧縮機のピストン等に適用することで、チップシール、ピストン等の摩耗耐久性を向上できるため、これらの交換寿命を長期化できる。また、摩擦による損失を低減できる。このため、例えばスクロール式気体圧縮機、レシプロ式気体圧縮機等の流体機械のメンテナンスサイクル及び寿命の延長と、効率の向上とを図ることができる。
　一方で、比較例１は、比較例２とほぼ同じであり、摩耗量及び摩擦係数に大きな差が無いことがわかった。この結果は、複合材１２ｃのせん断強度が低下し、且つ摺動面１２ｄにおける樹脂材１２ａとの接触面積が減るために繊維材１２ｂの脱落が増加したためと考えられる。この結果、アブレシブ作用により、摩耗量が増加し、摩擦係数が高くなったと考えられる。
１０　摺動部
１００　流体機械
１１　部材
１１ａ　金属材
１１ｂ　表面処理層
１１ｃ　摺動面
１２　摺動材
１２ａ　樹脂材
１２ｂ　繊維材
１２ｃ　複合材
１２ｃ　複合材
１２ｄ　摺動面
２０　気体圧縮機
２１　固定スクロール
２１ａ　固定鏡板
２１ｂ　固定スクロールラップ
２１ｃ　端面
２１ｄ　溝
２１ｅ　ラップ底面（摺動面）
２２　旋回スクロール
２２ａ　旋回鏡板
２２ｂ　旋回スクロールラップ
２２ｃ　端面
２２ｅ　ラップ底面（摺動面）
２５　圧縮膨張室（室）
２９１　チップシール（摺動材）
２９２　チップシール（摺動材）
３０　摺動部
４０　気体圧縮部
４００　気体圧縮機
４１　シリンダ
４２　ピストン
４３　ピストンリング（摺動材）
４４　圧縮膨張室（室）
４５　仕切り板
４８　内表面（摺動面）
５０　摺動部
６１，６２　試験片
Ｌ１，Ｌ２　軸

Claims (12)

  1. 　母材である樹脂材と、前記樹脂材の内部に配置される繊維材とを含む複合材により構成され、前記複合材の表面に摺動面を備え、
    　前記摺動面に垂直な方向に延在する軸に対して±４５°以内の方向に配向する繊維材の数が、前記複合材に含まれる前記繊維材の全体数に対して５０％以上である
    　ことを特徴とする摺動材。
  2. 　前記繊維材は、直径よりも長い繊維長を有する中実の棒形状を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動材。
  3. 　前記繊維長は、１μｍ以上１０００μｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項２に記載の摺動材。
  4. 　前記繊維材は、炭素繊維を含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動材。
  5. 　前記樹脂材は、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１種を含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動材。
  6. 　前記複合材は、前記樹脂材中に配置された固体潤滑剤を含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動材。
  7. 　前記固体潤滑剤は、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、又はグラファイトのうちの少なくとも１種を含む
    　ことを特徴とする請求項６に記載の摺動材。
  8. 　前記複合材は、前記樹脂材中に配置された金属材を含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動材。
  9. 　前記金属材は、銅又は銅合金のうちの少なくとも１種を含む
    　ことを特徴とする請求項８に記載の摺動材。
  10. 　前記複合材に対する前記繊維材の含有量は、５質量％以上３０質量％以下である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の摺動材。
  11. 　気体に対し、圧縮又は膨張の少なくとも一方を行う室と、
    　前記室を区画する摺動面を摺動する摺動材を備える摺動部と、を備え、
    　前記摺動材は、
    　　母材である樹脂材と、前記樹脂材の内部に配置される繊維材とを含む複合材により構成され、前記複合材の表面に摺動面を備え、
    　　前記摺動面に垂直な方向に延在する軸に対して±４５°以内の方向に配向する繊維材の数が、前記複合材に含まれる前記繊維材の全体数に対して５０％以上である
    　ことを特徴とする流体機械。
  12. 　前記摺動面は、
    　　アルミニウムを含むアルミニウム部材の表面に形成されるとともに、
    　　アルマイト層の表面である
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の流体機械。
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