CN108026913B - 冷媒压缩机和使用该冷媒压缩机的冷冻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的冷媒压缩机在密闭容器内储存润滑油，并且收纳电动元件和由该电动元件驱动的压缩冷媒的压缩元件。构成压缩元件的至少一个滑动部件为铁系材料。在该铁系材料的滑动面施加有包含组成A部分、组成B部分和组成C部分的氧化覆膜。组成A部分是占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)的部分，例如为最外部分(160a)。组成B部分是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的部分，例如为中间部分(160b)。组成C部分是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比组成B部分多的部分，例如为内部部分(160c)。

Description

冷媒压缩机和使用该冷媒压缩机的冷冻装置
技术领域
本发明涉及冰箱、空调等所使用的冷媒压缩机、以及使用该冷媒压缩机的冷冻装置。
背景技术
近年来，从地球环境保护的观点考虑，减少化石燃料使用的高效率的冷媒压缩机的开发逐步进展。
这样的高效率的冷媒压缩机采取了在需要防止其活塞或曲轴等滑动部分的磨损的该滑动面形成磷酸盐覆膜等的策略。通过形成该磷酸盐覆膜，能够消除机械加工完成后的加工面的凹凸，并能够使滑动部件彼此的初期磨合变得良好(例如，参照专利文献1)。
图13表示专利文献1所记载的现有的冷媒压缩机的截面图。
如图13所示，密闭容器1是形成冷媒压缩机的外壳的部件，在其底部储存润滑油2，并且收纳包括定子3和转子4的电动元件5、以及由其驱动的往复式的压缩元件6。
并且，上述压缩元件6由曲轴7、缸体11、活塞15等构成。以下，对压缩元件6的构成进行说明。
曲轴7包括压入固定转子4的主轴部8和相对于主轴部8偏心而形成的偏心轴9，还具有供油泵10。
缸体11形成包括大致圆筒形的缸腔12的压缩室13，并且具有对主轴部8进行轴支承的轴承部14。
自由嵌入缸腔12的活塞15经由活塞销16，利用作为连结单元的连杆17将其与偏心轴9之间连结。缸腔12的端面由阀板18密封。
在阀板18的与缸腔12相反的一侧固定有缸盖19，由缸盖19形成高压室。吸引管20固定于密闭容器1，并且与冷冻循环的低压侧(未图示)连接，将冷媒气体(未图示)导入密闭容器1内。吸引消音器21被阀板18和缸盖19夹持。
曲轴7的主轴部8和轴承部14、活塞15和缸腔12、活塞销16和连杆17、曲轴7的偏心轴9和连杆17均彼此形成滑动部。
在构成滑动部的滑动部件中，在铁系材料彼此的组合中，相对于任意一方的滑动面形成如上所述的由多孔结晶体构成的不溶性的磷酸盐覆膜。
在如上所述的构成中，接着对动作进行说明。
从商用电源(未图示)供给的电力被供给到电动元件5，使电动元件5的转子4转动。转子4使曲轴7转动，通过偏心轴9的偏心运动，经由连结单元的连杆17和活塞销16来驱动活塞15。活塞15在缸腔12内往复运动。由此，通过吸引管20被导入密闭容器1内的冷媒气体从吸引消音器21被吸入压缩室13内，在压缩室13内连续对冷媒气体进行压缩。
润滑油2伴随曲轴7的转动从供油泵10被供给到各滑动部，对各滑动部进行润滑。并且，润滑油2在活塞15和缸腔12之间起到密封的作用。
在此，在曲轴7的主轴部8和轴承部14中，进行转动运动。在冷媒压缩机停止时，转动速度为0m/s，在启动时，由金属接触状态开始转动运动，受到大的摩擦阻力。在该冷媒压缩机中，在上述曲轴7的主轴部8形成磷酸盐覆膜，该磷酸盐覆膜具有初期磨合性，因此，利用磷酸盐覆膜，能够防止启动时因金属接触而引起的异常磨损。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－238885号公报
发明内容
发明所要解决的课题
因此，近年来，为了实现冷媒压缩机的高效率化，使用粘度更低的润滑油2、或者将滑动部间的滑动长度设计得更短。因此，利用现有的磷酸盐覆膜，可能导致提早发生磨损或摩耗、磨合效果难以持续。由此，存在磷酸盐覆膜的自身耐磨损性下降的可能性。
并且，在冷媒压缩机中，在曲轴7一次转动期间，曲轴7的主轴部8所受到的负荷发生大幅变动。另外，伴随该负荷变动，在曲轴7和轴承部14之间，有时溶入润滑油2中的冷媒气体气化而起泡。由于该起泡，油膜破裂，金属接触的频率增大。
其结果，可能导致在曲轴7的主轴部8上形成的磷酸盐覆膜提早磨损，摩擦系数升高。并且，伴随磨损系数的升高，滑动部的发热也变大，可能发生固结等异常磨损。并且，在活塞15和缸腔12之间，也可能发生同样的现象。因此，在活塞15和缸腔12中也存在与曲轴7同样的课题。
本发明解决了上述现有的课题，其目的在于：通过提高滑动部件的自身耐磨损性，提供可靠性和效率优异的冷媒压缩机和使用该冷媒压缩机的冷冻装置。
用于解决课题的方法
为了解决上述的课题，本发明所涉及的冷媒压缩机构成为：在密闭容器内储存润滑油，并且收纳电动元件和由上述电动元件驱动的压缩冷媒的压缩元件，构成上述压缩元件的至少一个滑动部件为铁系材料，在上述铁系材料的滑动面施加有氧化覆膜，该氧化覆膜包含：占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)的组成A部分；占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的组成B部分；和占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比上述组成B部分多的组成C部分。
利用上述构成，滑动部件的耐磨损性提高，并且氧化覆膜的密合性提高。因此，能够防止滑动部中因滑动部件彼此的固结等而引起的异常磨损(固结磨损)。由此，能够使润滑油的粘度更低，并且能够将构成各滑动部的各个滑动部件的滑动长度设计得更短。因此，能够在滑动部中实现滑动损失的降低，因此，能够提高冷媒压缩机的可靠性、效率、性能。
另外，为了解决上述的课题，本发明所涉及的冷媒压缩机为包括冷媒回路的构成，上述冷媒回路具有上述构成的冷媒压缩机、散热器、减压装置和吸热器，并利用配管将它们连结成环状。
利用上述构成，冷冻装置搭载有压缩机效率提高了的冷媒压缩机。因此，能够降低该冷冻装置的电力消耗，能够实现节能化。
参照附图，根据以下的优选实施方式的详细说明，本发明的上述目的、其他目的、特征和优点更为明确。
发明效果
在本发明中，利用以上的构成，能够获得如下效果：通过提高滑动部件的自身耐磨损性，能够提供可靠性和效率优异的冷媒压缩机和使用该冷媒压缩机的冷冻装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的冷媒压缩机的截面示意图。
图2的图2A是表示对施加于实施方式1中的冷媒压缩机的滑动部件的氧化覆膜进行TEM(透射型电子显微镜)观察而得到的结果的一例的TEM图像，图2B～图2D是表示对图2A所示的氧化覆膜进行EDS分析所得到的结果的一例的元素分布图。
图3的图3A～图3C是表示对实施方式1中的氧化覆膜进行EELS分析所得到的结果的一例的EELS分布图，图3D～图3F是与图3A～图3C所示的EESL分布图相对应的分析图。
图4的图4A是表示对实施方式1中的氧化覆膜的最外部分进行EELS分析所得到的结果的一例的EELS分布图，图4B是与图4A所示的EELS分布图相对应的分析图。
图5的图5A～图5E是表示对实施方式1中的氧化覆膜的中间部分进行EELS分析所得到的结果的一例的分析图。
图6是表示对实施方式1中的氧化覆膜的内部部分进行EELS分析所得到的结果的一例的分析图。
图7是表示实施方式1中的氧化覆膜的环-盘(ring on disk)式磨损试验后的盘的磨损量的说明图。
图8是表示实施方式1中的氧化覆膜的环-盘式磨损试验后的环的磨损量的说明图。
图9是表示对可靠性试验后的实施方式1中的氧化覆膜进行TEM(透射型电子显微镜)观察所得到的结果的一例的TEM图像。
图10是本发明的实施方式2中的冷媒压缩机的截面示意图。
图11的图11A是表示对本发明的实施方式2中的氧化覆膜进行TEM(扫描离子显微镜)观察所得到的结果的一例的TEM(扫描离子显微镜)图像，图11B是表示对图11A所示的氧化覆膜进行EDS分析所得到的结果的一例的元素分布图，图11C是表示对图11A或图11B所示的氧化覆膜进行EELS分析所得到的结果的一例的分析图。
图12是本发明的实施方式3中的冷冻装置的示意图。
图13是现有的冷媒压缩机的截面示意图。
具体实施方式
本发明所涉及的冷媒压缩机构成为：在密闭容器内储存润滑油，并且收纳电动元件和由上述电动元件驱动的压缩冷媒的压缩元件，构成上述压缩元件的至少一个滑动部件为铁系材料，在上述铁系材料的滑动面施加有氧化覆膜，该氧化覆膜包含：占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)的组成A部分；占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的组成B部分；和占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比上述组成B部分多的组成C部分。
由此，滑动部件的耐磨损性提高，并且氧化覆膜的密合性提高。因此，能够防止滑动部中因滑动部件彼此的固结等而引起的异常磨损(固结磨损)。由此，能够使润滑油的粘度更低，并且能够将构成各滑动部的各个滑动部件的滑动长度设计得更短。因此，能够在滑动部中实现滑动损失的降低，因此，能够使冷媒压缩机的可靠性、效率、性能优异。
在上述构成的冷媒压缩机中，上述氧化覆膜可以从最表面起至少依次由作为上述组成A部分的最外部分、作为上述组成B部分的中间部分和作为上述组成C部分的内部部分构成。
由此，最表面为组成A部分，因此滑动部件的最表面虽然质地较硬，但含有大量的结晶结构上柔软的三氧化二铁(Fe2O3)。因此，滑动部件的对方侵蚀性下降，并且滑动初期的磨合性也提高。其结果，冷媒压缩机的可靠性提高。
在上述构成的冷媒压缩机中，也可以构成为：上述氧化覆膜形成于包含上述铁系材料的基材的表面，上述组成A部分也含有硅(Si)化合物。
由此，非常硬质的硅氧化物等这样的硅(Si)化合物也分散于组成A部分。因此，来自在组成A部分中含量最多的三氧化二铁(Fe2O3)的作用效果能够维持，并能够形成更坚固的氧化覆膜。因此，即使滑动部件彼此在更高负荷的滑动条件下进行滑动动作，也能够维持冷媒压缩机的优异的可靠性。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：上述氧化覆膜所含的硅(Si)化合物为二氧化硅(SiO2)或者铁橄榄石(Fe2SiO4)中的至少一种。
由此，氧化覆膜所含的组成A部分～组成C部分的至少任一部分含有更硬质的部位。由此，氧化覆膜的耐磨损性进一步提高，并能够提高铁系材料(基材)与氧化覆膜的密合性。其结果，形成于滑动部件的表面的氧化覆膜进一步形成更高耐受力，因此，冷媒压缩机的可靠性提高。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：上述氧化覆膜的膜厚在1～5μm的范围内。
由此，氧化覆膜的耐磨损性提高，因此，能够提高氧化覆膜的长期可靠性。并且，氧化覆膜的尺寸精度也稳定化，因此，还能够提高滑动部件的生产率。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：上述铁系材料含有0.5～10％的范围内的硅。
由此，铁系材料(基材)与氧化覆膜的密合性更进一步提高，因此，氧化覆膜进一步形成更高耐受力。其结果，冷媒压缩机的可靠性进一步提高。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：上述铁系材料为铸铁。
由此，由于铸铁廉价且具有高的生产率，因此能够使滑动部件的成本降低。并且，铁系材料(基材)与氧化覆膜的密合性更进一步提高，因此氧化覆膜进一步形成更高耐受力。其结果，冷媒压缩机的可靠性进一步提高。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：使上述冷媒为R134a等的HFC系冷媒或其混合冷媒，使上述润滑油为酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
由此，即使使用低粘度的润滑油，也能够防止滑动部件的异常磨损。还能够降低滑动部件的滑动损失。因此，能够使冷媒压缩机的可靠性和效率优异。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：使上述冷媒为R600a、R290、R744等的自然冷媒或其混合冷媒，使上述润滑油为矿物油、酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
由此，即使使用低粘度的润滑油，也能够防止滑动部件的异常磨损。还能够降低滑动部件的滑动损失。因此，能够使冷媒压缩机的可靠性和效率优异。通过进一步使用温室效应小的冷媒，能够实现全球变暖抑制。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：使上述冷媒为R1234yf等的HFO系冷媒或其混合冷媒，使上述润滑油为酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
由此，即使使用低粘度的润滑油，也能够防止滑动部件的异常磨损。还能够降低滑动部件的滑动损失。因此，能够使冷媒压缩机的可靠性和效率优异。通过进一步使用温室效应小的冷媒，能够实现全球变暖抑制。
在上述构成的冷媒压缩机中，可以构成为：以多个运转频率变频驱动电动元件。
由此，即使在向各滑动部的供油量减少的低速运转时，利用耐磨耗性优异的氧化覆膜，也能够提高可靠性。另外，即使在转速增加的高速运转时，也能够维持优异的可靠性。由此，能够更进一步提高冷媒压缩机的可靠性。
本发明所涉及的冷媒压缩机为包括冷媒回路的构成，上述冷媒回路具有上述构成的冷媒压缩机、散热器、减压装置和吸热器，并利用配管将它们连结成环状。
由此，冷冻装置搭载有压缩机效率提高了的冷媒压缩机。因此，能够降低该冷冻装置的电力消耗，并能够实现节能化，进而，还能够提高作为冷冻装置的可靠性。
下面，参照附图对本发明的代表性的实施方式进行说明。其中，以下在所有附图中对相同或相应的元件标注相同的参照符号，省略重复说明。
(实施方式1)
[冷媒压缩机的构成]
首先，参照图1和图2A对本实施方式1所涉及的冷媒压缩机的代表性的一例进行具体说明。图1是本实施方式1所涉及的冷媒压缩机100的截面图，图2A是表示对施加于冷媒压缩机100的滑动部件的氧化覆膜160进行TEM(透射型电子显微镜)观察所得到的结果的一例的显微镜照片。
如图1所示，在冷媒压缩机100中，在密闭容器101内填充有由R134a构成的冷媒气体102，并且在底部储存有作为润滑油103的酯油。另外，在密闭容器101内收纳有包括定子104和转子105的电动元件106、以及由其驱动的往复式的压缩元件107。
并且，压缩元件107由曲轴108、缸体112、活塞132等构成。以下，对压缩元件107的构成进行说明。
曲轴108至少由压入固定转子105的主轴部109和相对于主轴部109偏心而形成的偏心轴110构成。在曲轴108的下端具有与润滑油103连通的供油泵111。
关于曲轴108，使用含有约2％的硅(Si)的灰铸铁(FC铸铁)作为基材161，表面形成有氧化覆膜160。将本实施方式1中的氧化覆膜160的代表性的一例示于图2A。图2A是利用TEM(透射型电子显微镜)观察氧化覆膜160的截面所得到的结果的一例，表示氧化覆膜160的厚度方向的整体图像。
如图2A所示，本实施方式1中的氧化覆膜160从滑动面的最表面起依次由作为第一层的最外部分160a、作为第二层的中间部分160b和作为第三层的内部部分160c构成。最外部分160a是占比最多的成分由三氧化二铁(Fe2O3)构成的组成A部分。中间部分160b是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的组成B部分。内部部分160c是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比组成B部分多的组成C部分。
其中，本实施方式1中的氧化覆膜160的膜厚约为2μm。另外，在后述的实施例1中，图2A所示的氧化覆膜160形成于环-盘式磨损试验所使用的盘(基材161)。
缸体112由铸铁构成，形成大致圆筒形的缸腔113，并且具有对主轴部109进行轴支承的轴承部114。
并且，转子105形成有凸缘面120，轴承部114的上端面成为推力面122。在凸缘面120与轴承部114的推力面122之间插入有推力垫圈124。由凸缘面120、推力面122和推力垫圈124构成推力轴承126。
活塞132确保某一定量的间隙地自由嵌入缸腔113，由铁系的材料构成，与缸腔113一起形成压缩室134。并且，活塞132经由活塞销137，通过作为连结单元的连杆138与偏心轴110连结。缸腔113的端面被阀板139密封。
缸盖140形成高压室。缸盖140固定于阀板139的与缸腔113相反的一侧。吸引管(未图示)固定于密闭容器101，并且与冷冻循环的低压侧(未图示)连接，将冷媒气体102导入密闭容器101内。吸引消音器142被阀板139和缸盖140夹持。
下面，对如上所述构成的冷媒压缩机100的动作进行说明。
从商用电源(未图示)供给的电力被供给到电动元件106，使电动元件106的转子105转动。转子105使曲轴108转动，偏心轴110的偏心运动从连结单元的连杆138经由活塞销137而驱动活塞132。活塞132在缸腔113内往复运动，通过吸引管(未图示)导入密闭容器101内的冷媒气体102从吸引消音器142吸入，在压缩室134内压缩。
润滑油103伴随曲轴108的转动从供油泵111被供给到各滑动部，对滑动部进行润滑，并且在活塞132与缸腔113之间起到密封的作用。其中，滑动部意指多个滑动部件以在彼此的滑动面接触的状态发生滑动的部位。
在此，在近年来的冷媒压缩机100中，为了实现进一步的高效化，采取(1)如上所述使用低粘度润滑油作为润滑油103、或者(2)将构成滑动部的各个滑动部件的滑动长度(作为滑动部间的滑动长度)设计得更短等的策略。因此，滑动条件向着更为严苛的方向发展。即，存在滑动部间的油膜变得更薄的倾向，或者存在难以形成滑动部间的油膜的倾向。
此外，在冷媒压缩机100中，曲轴108的偏心轴110相对于缸体112的轴承部114以及曲轴108的主轴部109偏心而形成。因此，利用被压缩的冷媒气体102的气压，在曲轴108的主轴部109、偏心轴110和连杆138之间，施加伴随负荷变动的变动负荷。伴随该负荷变动，溶入润滑油103中的冷媒气体102在主轴部109与轴承部114之间等反复气化，因此润滑油103发生起泡。
由于这样的理由，在曲轴108的主轴部109与轴承部114之间等的滑动部，油膜破裂，滑动面彼此发生金属接触的频率增加。
但是，在该冷媒压缩机100的滑动部、例如本实施方式1中作为一例表示的曲轴108的滑动部，施加有上述构成的氧化覆膜160。因此，即使油膜破裂的频率增加，也能够长期地抑制伴随这种情况而产生的滑动面的磨损。
[氧化覆膜的构成]
下面，除了参照图2A之外，还参照图2B～图6，进一步对抑制滑动部磨损的氧化覆膜160进行详细说明。
(EDS分析的结果)
首先，基于图2A～图2D，对氧化覆膜160中的元素的浓度分布进行说明。图2B～图2D都是表示对图2A所示的氧化覆膜160的截面进行EDS(能量色散型X射线光谱法)分析所得到的结果的一例的元素分布图。其中，图2B表示氧化覆膜160中的铁(Fe)的元素分布结果，图2C表示氧化覆膜160中的氧(O)的元素分布结果，图2D表示氧化覆膜160中的硅(Si)的元素分布结果。
在本实施方式1中，曲轴108将灰铸铁(FC铸铁)作为基材161。氧化覆膜160形成于该基材161的表面。具体而言，例如将基材161的滑动表面研磨加工后，利用使用氧化性气体的氧化处理形成氧化覆膜160。
如上所述，如图2A所示，在本实施方式1中，氧化覆膜160在由灰铸铁(FC铸铁)形成的基材161上(图2A中为基材161的右侧)形成有氧化覆膜160。明确地确认氧化覆膜160形成为如上所述的从最
表面起为最外部分160a(第一层)、中间部分160b(第二层)和内部部分160c(第三层)的三部分结构(三层结构)。还确认在作为第二层的中间部分160b局部地存在白色部160d。
接着，参照图2B～图2D对该氧化覆膜160所含的元素的浓度(即，构成氧化覆膜160的各部分的元素组成)进行说明。如上所述，图2B是与图2A所示的氧化覆膜160相对应的铁(Fe)的元素分布结果，图2C是与氧化覆膜160相对应的氧(O)的元素分布结果，图2D是与氧化覆膜160相对应的硅(Si)的元素分布结果。在图2B～图2D中，利用黑白的浓淡表示作为对象的元素的浓度比，图像的颜色越白，表示该元素所占的比例越高。
另外，在图2A和图2B～图2D中，一对虚线之间相当于氧化覆膜160，图中左侧相当于基材161，图中右侧相当于最表面。如上所述，氧化覆膜160的膜厚约为2μm。另外，用点划线图示最外部分160a、中间部分160b和内部部分160c的彼此的边界。
由这些元素分析的结果可知，氧化覆膜160中的铁(Fe)、氧(O)和硅(Si)的各元素的浓度比具有如下的倾向。
首先，根据图2B所示的铁(Fe)的元素分布结果，对铁(Fe)的浓度分布倾向进行说明。如图2B所示，遍及全部氧化覆膜160(距基材161的表面约2μm)形成了铁(Fe)的浓度比基材161低的区域。因而可知由铁的氧化物构成的氧化覆膜160的铁(Fe)的浓度比作为铁系材料的基材161低，虽然这是必然的。
并且，在氧化覆膜160内，从最表面起遍及基材161的方向，铁(Fe)的浓度分布没有看到大的浓度差(黑白的浓淡之差)。因此可知铁(Fe)在氧化覆膜160内基本均匀地分布。另外，如图2B所示，在氧化覆膜160内，在相当于上述的白色部160d的一部分的位置，看到了铁(Fe)浓度的下降。
接着，根据图2C所示的氧(O)的元素分布结果，对氧(O)的浓度分布的倾向进行说明。如图2C所示，遍及全部氧化覆膜160(距基材161的表面约2μm)形成了氧(O)的浓度明显高于基材161的区域。在与图2B所示的铁(Fe)的浓度分布基本相同的区域确认到该氧(O)的浓度分布。因此，在氧化覆膜160中形成了与作为铁系材料的基材161不同的以铁的氧化物为主要成分的部分。
另外，氧(O)的浓度分布与铁(Fe)的浓度分布同样，在全部氧化覆膜160内，从最表面起遍及基材161的方向，在全部区域内没有看到大的浓度差。因此可知氧(O)与铁(Fe)同样，在氧化覆膜160内基本均匀地分布。另外，如图2C所示，在氧化覆膜160内，在相当于上述的白色部160d的一部分的位置，与铁(Fe)同样看到了氧(O)浓度的下降。
接着，根据图2D所示的硅(Si)的元素分布结果，对硅(Si)的浓度分布的倾向进行说明。如图2D所示，在基材161中硅(Si)的浓度高，在氧化覆膜160中的作为基材161侧的内部部分160c，硅(Si)的浓度也高。相对于此，在内部部分160c与中间部分160b的界面，硅(Si)的浓度骤然下降。
其中，在中间部分160b，在相当于上述的白色部160d的一部分的位置，看到了硅(Si)浓度的上升。另外，在图2D所示的例子中，在最外部分160a几乎确认不到硅(Si)。
由图2B～图2D所示的元素分布结果可知，在氧化覆膜160中，从最外部分160a至内部部分160c，遍及全部地存在铁(Fe)和氧(O)的各元素。然而可知，在最外部分160a几乎不存在硅(Si)，或者存在量少。另外可知，在中间部分160b的一部分和内部部分160c的大部分的部位存在硅(Si)。
(EELS分析的结果)
接着，基于图3A～图3F，对铁(Fe)、氧(O)和硅(Si)的各元素的状态进行更具体的说明。图3A～图3C表示在图2A所示的氧化覆膜160的截面中利用EELS(电子射线能量损失分光法)分析对其部分区域进行分析而得到的元素分布结果，图3D～图3F是表示与图3A～图3C相对应的EESL波形的分析图。
EELS分析是通过测定电子透过试样时因该电子与原子的相互作用而损失的能量，对试样的组成或结合状态进行解析、评价的方法。利用EESL分析，根据构成试样的元素或其电子结构，能够获得特定的能量波形。
图3D是表示针对氧化覆膜160的截面的部分区域、限定于铁(Fe)的EESL波形(图3D的网格区域)的分析图，图3A是与图3D相对应的区域内的铁(Fe)的元素分布结果。另外，图3E是表示针对氧化覆膜160的截面的部分区域、限定于氧(O)的EESL波形(图3E的网格区域)的分析图，图3B是与图3E相对应的区域内的氧(O)的元素分布结果。另外，图3F是表示针对氧化覆膜160的截面的部分区域、限定于硅(Si)的EESL波形(图3F的网格区域)的分析图，图3C是与图3F相对应的区域内的硅(Si)的元素分布结果。
其中，在图3A～图3C中，利用黑白的浓淡表示EESL波形的强度，图像的颜色越白，表示该EESL波形所占的比例越高。
由这些EESL分析的结果可知，氧化覆膜160中的铁(Fe)、氧(O)和硅(Si)的各元素的EESL波形的强度(以下，适当省略为“波形强度”)具有如下的倾向。
首先，根据图3A和图3D所示的铁(Fe)的EESL分析的结果，对铁(Fe)的波形强度进行说明。如图3A所示，在氧化覆膜160内，从最表面侧(图中左侧)向基材161侧(图中右侧)，铁(Fe)的波形强度的分布没有看到大的强度差。因此可知遍及全部氧化覆膜160，铁(Fe)均匀地分布。但是，在相当于上述的白色部160d的一部分的位置，看到了铁(Fe)的波形强度的下降。
接着，根据图3B和图3E所示的氧(O)的EESL分析的结果，对氧(O)的波形强度进行说明。如图3B所示，与铁(Fe)同样，在氧化覆膜160内，从最表面侧(图中左侧)向基材161侧(图中右侧)，氧(O)的波形强度的分布没有看到大的强度差。因此可知遍及全部氧化覆膜160，氧(O)均匀地分布，氧化覆膜160整体上由铁的氧化物构成。但是，在相当于上述的白色部160d的一部分的位置，看到了氧(O)的波形强度的下降。
接着，根据图3C和图3F所示的硅(Si)的EESL分析的结果，对硅(Si)的波形强度进行说明。如图3C所示，可知硅(Si)的波形强度在基材161侧(图中右侧)高，但朝向最表面侧(图中右侧)时，波形强度转为下降。硅(Si)的波形强度下降的位置在氧化覆膜160中相当于内部部分160c与中间部分160b的界面(参照图2D)。但是，在中间部分160b，在相当于上述的白色部160d的一部分的位置，看到了硅(Si)的波形强度的上升。
由图3A～图3F所示的EESL分析的结果可知，与图2B～图2D所示的EDS分析的结果(元素分布结果)同样，在氧化覆膜160中，从最外部分160a至内部部分160c，遍及全部地存在铁(Fe)和氧(O)的各元素。然而可知，在最外部分160a几乎不存在硅(Si)，或者存在量少。还可知在中间部分160b的一部分和内部部分160c的大部分的部位存在硅(Si)。
(氧化覆膜中的各部分的EESL分析的结果)
接着，通过对氧化覆膜160中的最外部分160a、中间部分160b和内部部分160c的各自进一步进行EESL分析，对氧化覆膜160的更具体的构成进行说明。即，基于图4A～图6，对氧化覆膜160的各部分中铁(Fe)、氧(O)和硅(Si)的强度分布以及这些各元素的状态进行说明。
图4B是表示氧化覆膜160中的最外部分160a的EESL波形中的相当于铁(Fe)的部分的放大波形的分析图，图4A是氧化覆膜160的截面中与图4B所示的放大波形的峰匹配的铁(Fe)的元素分布结果。图4B所示的EESL波形是表示三氧化二铁(Fe2O3)的典型的波形。
在图3A中，是对于铁(Fe)整体的元素分布结果，没有特别看到铁(Fe)的强度分布。相对于此，如图4A所示，限定于三氧化二铁(Fe2O3)时，在最表面侧(图中左侧)的部分、即最外部分160a中，图像的颜色最白，因此表示波形强度非常高。因此可知最外部分160a含有三氧化二铁(Fe2O3)最多。
图5A是表示中间部分160b的EELS波形中的相当于铁(Fe)的部分的放大波形的分析图。该EESL波形是表示四氧化三铁(Fe3O4)的典型的波形。在中间部分160b中，在与图5A相对应的部位以外的其他的部位，也确认到与图5A相同的EESL波形。因此可知中间部分160b含有四氧化三铁(Fe3O4)最多。
图5B和图5C是表示中间部分160b所包括的白色部160d的EELS波形中的相当于氧(O)的相同部分的放大波形的分析图。在图5B中，在525eV附近看到了峰，但在图5C中没有看到峰。525eV附近的峰是铁的氧化物所见的特有的峰。因此可知，在图5C所示的放大波形的测定位置、即白色部160d，氧(O)以不与铁(Fe)结合的结构存在。
图5D和图5E是表示中间部分160b所包括的白色部160d的EELS波形中的相当于硅(Si)的相同部分的放大波形的分析图。另外，图5B和图5C以及图5D和图5E分别是相同位置的EELS波形。图5D和图5E所示的EESL波形基本相同，因此可知，在白色部160d存在与氧(O)结合的状态的硅(Si)。
另外，由图5B和图5C所示的EESL波形与图5D和图5E所示的EESL波形的对比可知，在中间部分160b所包括的白色部160d存在不与铁(Fe)结合、而与硅(Si)结合的氧(O)，并且存在与铁(Fe)和硅(Si)都结合的氧(O)。因此可知，在白色部160d存在如二氧化硅(SiO2)和铁橄榄石(Fe2SiO4)等那样的结构不同的多种硅(Si)化合物。
此外，虽然没有图示，但确认了氧化覆膜160中的内部部分160c的黑色部的EELS波形中的相当于铁(Fe)的部分的放大波形，显示与图5A所示的放大波形基本相同的形状。因此可知，内部部分160c也与中间部分160b同样，含有四氧化三铁(Fe3O4)最多。
图6是表示氧化覆膜160中的内部部分160c的EELS波形中的相当于硅(Si)的部分的放大波形的分析图。图6所示的EESL波形显示与图5D所示的EESL波形和图5E所示的EESL波形都不同的形状。由图6所示的EESL波形无法确认在该位置硅(Si)为与氧(O)结合的状态。因此暗示在该位置硅(Si)以发生了固溶的状态存在(硅(Si)以单质存在)。另外，在内部部分160c的其他位置，确认到与图5B所示的EESL波形和图5D所示的EESL波形相同的波形。因此可知，在内部部分160c与中间部分160b同样地存在硅(Si)化合物，并且还存在硅(Si)固溶部。
如此可知，在本发明所涉及的氧化覆膜160中，包含作为彼此组成不同的3个部分的组成A部分、组成B部分和组成C部分。其中，组成A部分是如最外部分160a那样占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)的部分。另外，组成B部分是如中间部分160b那样占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的部分。另外，组成C部分是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比组成B部分多的部分。
关于氧化覆膜160的代表性的构成之一，如上所述，从最表面起至少依次由作为组成A部分的最外部分160a、作为组成B部分的中间部分160b和作为组成C部分的内部部分160c构成。但是，氧化覆膜160的构成并不限定于此。
氧化覆膜160只要是包含上述的组成A部分、组成B部分和组成C部分的构成即可，当然也可以包含作为这些以外的组成的部分。另外，氧化覆膜160并不限定于从最表面起按照组成A部分、组成B部分和组成C部分的顺序叠层而成的构成。例如，作为氧化覆膜160的其他的构成，可以列举从最表面起按照组成B部分、组成A部分和组成C部分的顺序叠层而成的构成。如此，通过调整各项条件，能够容易地实现包含其他部分的构成或者各部分的叠层顺序不同的构成。
作为代表性的各项条件，可以列举氧化覆膜160的制造方法(形成方法)。氧化覆膜160的制造方法能够适当使用公知的铁系材料的氧化方法，没有特别限定。可以根据作为基材161的铁系材料的种类、其表面状态(上述的研磨加工等)、所需求的氧化覆膜160的物性等各项条件，对制造条件等进行适当设定。在本发明中，通过使用碳酸气体(二氧化碳气体)等公知的氧化性气体和公知的氧化设备，在数百℃的范围内、例如400～800℃的范围内将作为基材161的灰铸铁氧化，由此能够在基材161的表面形成氧化覆膜160。
[氧化覆膜的评价]
接着，关于本实施方式1所涉及的氧化覆膜160的代表性的一例，参照图7～图9说明对其特性进行评价所得到的结果。在以下的说明中，基于实施例、现有例和比较例的结果，对氧化覆膜160的磨损抑制效果、即氧化覆膜160的耐磨损性进行评价。
(实施例1)
作为滑动部件，使用灰铸铁制的盘。因此，基材161的材质为灰铸铁，盘的表面成为滑动面。如上所述，使用碳酸气体等氧化性气体，在400～800℃的范围内将盘氧化，由此在滑动面上形成本实施方式1所涉及的氧化覆膜160。如图2A～图4所示，该氧化覆膜160是具有第一部分151、第二部分152和第三部分153的构成。如此操作，准备本实施例1的评价用试样。对该评价用试样进行后述的自身耐磨损性和对方侵蚀性的评价。
(现有例1)
作为表面处理膜，代替本实施方式1所涉及的氧化覆膜160，形成现有的磷酸盐覆膜。除此以外，与实施例1同样操作，准备现有例1的评价用试样。对该评价用试样进行后述的自身耐磨损性和对方侵蚀性的评价。
(比较例1)
作为表面处理膜，代替本实施方式1所涉及的氧化覆膜160，形成通常作为硬质膜使用的气体氮化覆膜。除此以外，与实施例1同样操作，准备比较例1的评价用试样。对该评价用试样进行后述的自身耐磨损性和对方侵蚀性的评价。
(比较例2)
作为表面处理膜，代替本实施方式1所涉及的氧化覆膜160，形成现有的一般的氧化覆膜、通过所谓的发黑处理、别名被称为Ferromite(フェルマイト)处理的方法形成的四氧化三铁(Fe3O4)单部分覆膜。除此以外，与实施例1同样操作，准备比较例2的评价用试样。对该评价用试样进行后述的自身耐磨损性和对方侵蚀性的评价。
(自身耐磨损性和对方侵蚀性的评价)
在R134a冷媒和VG3(40℃时的粘度等级为3mm2/s)的酯油的混合氛围下，使用上述的评价用试样，实施环-盘式磨损试验。准备作为评价用试样的盘，另外作为对方材料，准备将灰铸铁作为基材且在其表面(滑动面)仅实施了表面研磨的环。磨损试验使用株式会社A&D制造的中压氟利昂摩擦磨损试验机AFT－18－200M(商品名)，在负荷1000N的条件下进行。由此，一并评价形成于评价用试样(盘)的表面的处理膜的磨损特性(自身耐磨损性)和该表面处理膜对对方材料(环)的滑动面的侵蚀性(对方侵蚀性)。
(实施例1、现有例1和比较例的对比)
图7是实施环-盘式磨损试验所得到的结果，表示作为评价用试样的盘的滑动面的磨损量。另外，图8是实施环-盘式磨损试验所得到的结果，表示作为对方材料的环的磨损量。
首先，对作为评价用试样的盘的表面(滑动面)的磨损量进行比较。如图7所示，实施例1、比较例1和比较例2的任意例中的表面处理膜与现有例1的磷酸盐覆膜相比，盘的表面的磨损量都有所减少。因此可知，实施例1、比较例1和比较例2中的表面处理膜都具有良好的自身耐磨损性。但是，关于比较例2、即由四氧化三铁(Fe3O4)单部分构成的表面处理膜(一般的氧化覆膜)，在盘的表面处处可见从基材的界面剥离的痕迹。
相对于此，如图8所示，对作为对方材料的环的表面(滑动面)的磨损量进行比较。在实施例1的表面处理膜、即本实施方式1所涉及的氧化覆膜160中，与现有例1的磷酸盐覆膜相比，环的表面的磨损量几乎为同等程度。而在比较例1的气体氮化覆膜和比较例2的一般的氧化覆膜中，可知环的表面的磨损量明显增加。因此，可知本实施方式1所涉及的氧化覆膜160与现有的磷酸盐覆膜同样，对对方材料的侵蚀性(对方侵蚀性)低。
这样，只有采用本发明所涉及的氧化覆膜170的实施例1中的盘和环都几乎看不到磨损。因此，可知本发明所涉及的氧化覆膜170在自身耐磨损性和对方侵蚀性方面显示良好的结果。
对氧化覆膜160的自身耐磨损性进行研究。由于氧化覆膜160为铁的氧化物，因此氧化覆膜160与现有的磷酸盐覆膜相比，化学性质非常稳定。并且，铁的氧化物的覆膜与磷酸盐覆膜相比，具有高硬度。因此，通过在滑动面形成氧化覆膜160，能够有效地防止磨损粉的产生和附着等，因此可以认为能够有效地避免氧化覆膜160本身的磨损量的增加。
接着，对氧化覆膜160的对方侵蚀性进行研究。氧化覆膜160的最外部分160a由组成A部分构成。在组成A部分中，占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)，因此，基于下述的理由，可以认为使氧化覆膜160的对方侵蚀性下降，并且使滑动面的磨合性提高。
作为组成A部分的主要成分的三氧化二铁(Fe2O3)的结晶结构是菱方晶，而四氧化三铁(Fe3O4)的结晶结构是立方晶，氮化覆膜的结晶结构是紧密六方晶、面心立方晶、体心正方晶。因此，三氧化二铁(Fe2O3)与四氧化三铁(Fe3O4)或氮化覆膜相比，在结晶结构方面较为柔软(或者弱的状态)。因此，作为组成A部分的最外部分160a的颗粒水平的硬度降低。
由此，含有大量三氧化二铁(Fe2O3)的组成A部分与比较例1的气体氮化覆膜或比较例2的一般的氧化覆膜(四氧化三铁(Fe3O4)单部分覆膜)相比，颗粒水平的硬度降低。因此，可以认为实施例1的氧化覆膜160与比较例1或比较例2的表面处理膜相比，能够良好地抑制对方侵蚀性，并且使滑动面的磨合性提高。
其中，在本实施方式1的环-盘式磨损试验中，将氧化覆膜设置于盘侧而实施试验，但即使将氧化覆膜设置于环侧也能够获得相同的结果。并且，氧化覆膜的耐磨损性的评价不限定于环-盘式磨损试验，也可以利用其他的试验方法进行评价。
(实施例2)
接着，为了确认本实施方式1所涉及的氧化覆膜160的优越性(效果)，使用搭载了形成有氧化覆膜160的曲轴108的冷媒压缩机100，进行实机可靠性试验。如上所述，冷媒压缩机100为图1所示的构成，因此省略其说明。在进行实机可靠性试验时，与上述的实施例1等同样地使用R134a冷媒和VG3(40℃时的粘度等级为3mm2/s)的酯油。为了加速曲轴108的主轴部109的磨损，使冷媒压缩机100在高温环境下、以在短时间内反复运转和停止的高温高负荷间歇运转模式工作。
在实机可靠性试验结束后，将冷媒压缩机100拆解，取出曲轴108，对其滑动面进行确认。基于该滑动面的观察结果，进行实机可靠性试验的评价。
图9表示对于实施实机可靠性试验后的曲轴108利用TEM(透射型电子显微镜)观察滑动面附近的截面而得到的结果(TEM图像)。如图9所示，可知在滑动面附近的截面，在由灰铸铁(FC铸铁)形成的基材161上(基材161的右侧)形成了氧化覆膜160。确认氧化覆膜160即使在实施实机可靠性试验后，还是最外部分160a、中间部分160b和内部部分160c的三部分结构，各部分的构成状态没有发生变化。
根据实施例1和实施例2的结果，对于通过氧化覆膜160具有最外部分160a(组成A部分)、中间部分160b(组成B部分)和内部部分160c(组成C部分)而获得优异的作用效果这一点进行考察。
如上述的环-盘式磨损试验的结果(实施例1的结果)可知，最外部分160a(组成A部分)包含三氧化二铁(Fe2O3)作为主要成分。三氧化二铁(Fe2O3)的结晶结构与四氧化三铁(Fe3O4)或氮化覆膜相比，在结晶结构方面较为柔软。因此，如上所述，具有最外部分160a的氧化覆膜160具有良好地抑制对方侵蚀性并且提高滑动面的磨合性的作用。
另外，如实机可靠性试验的结果(实施例2的结果)可知，氧化覆膜160即使在实机可靠性试验之后，也没有确认到磨损。因此能够明确在实用水平上耐磨损性也高。因此可以认为氧化覆膜160的最外部分160a(组成A部分)具有提高自身耐磨损性的作用。
在滑动部件的表面处理膜中，与磨损直接相关的物理特性之一是硬度。关于作为最外部分160a的主要成分的三氧化二铁(Fe2O3)，其硬度为537Hv左右。相对于此，关于作为现有的一般的氧化覆膜的主要成分的四氧化三铁(Fe3O4)，其硬度为420Hv左右。这样，三氧化二铁(Fe2O3)与四氧化三铁(Fe3O4)相比，硬度高。因此推测实施例1的氧化覆膜160在表面形成了比比较例2的一般的氧化覆膜(四氧化三铁(Fe3O4)单部分覆膜)具有更坚固的耐磨损性的部分(即最外部分160a)。
另外，中间部分160b和内部部分160c含有硅(Si)化合物。该硅(Si)化合物通常具有比铁的氧化物高的硬度，因此推测即使最外部分160a发生了磨损，中间部分160b和内部部分160c自身也能够发挥比现有的一般的氧化覆膜(比较例2的四氧化三铁(Fe3O4)单部分覆膜)更优异的耐磨损性。
另外，氧化覆膜160与现有的一般的氧化覆膜相比，相对基材161(铁系材料)的密合性优异。如此，关于氧化覆膜160的密合性(耐受力)提高的理由，考虑如下。
例如，根据神户制钢技报Vol.1.55(No.1Apr.2005)，记载了如下内容：(1)在钢铁材料的热轧工序中，在钢板表面生成氧化覆膜(氧化皮)；(2)伴随钢铁材料所含的硅量的增加，脱去氧化皮的特性下降。根据这些记载，暗示了由硅和铁形成的氧化产物能够在铁系材料的表面提高氧化覆膜的密合性。
实施例1的氧化覆膜160在最外部分160a的下层具有中间部分160b，在中间部分160b的下层具有内部部分160c。中间部分160b是组成B部分，内部部分160c是组成C部分。组成B部分和组成C部分都含有硅(Si)化合物，因此可以认为能够增强包含最外部分160a的氧化覆膜160相对基材161的密合力。而且，作为组成C部分的内部部分160c，硅的含量比组成B部分多。如此可以认为通过叠层含有硅(Si)化合物的部分，并使与基材161相接的一侧的硅的含量多，能够更进一步增强氧化覆膜160的密合力。其结果，相对于滑动时的负荷，氧化覆膜160的耐受力提高，因此可以认为能够有效地防止氧化覆膜160的剥离。
另外，如上所述，作为内部部分160c的组成C部分可以不仅含有硅(Si)化合物，还含有作为硅单质的硅(Si)固溶部。通过含有硅(Si)固溶部，能够期待更进一步提高氧化覆膜160的密合性。进一步而言，通过设定各项条件，硅(Si)固溶部不仅可以存在于内部部分160c(组成C部分)，也可以局部地存在于中间部分160b(组成B部分)。由此，能够期待提高各部分彼此之间的密合性等，因此，可以获得与上述的作用效果同等的作用效果，或者可能获得更加优异的作用效果。
[变形例等]
如此，在本实施方式1中，在密闭容器101内储存润滑油103，并且收纳电动元件106和由该电动元件106驱动的压缩冷媒的压缩元件107，构成压缩元件107的至少一个滑动部件为铁系材料，在该铁系材料的滑动面施加有包含组成A部分、组成B部分和组成C部分的氧化覆膜160。
关于氧化覆膜160中的组成A部分，占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)。关于组成B部分，占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)，且含有硅(Si)化合物，也可以含有硅(Si)固溶部。组成C部分是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)、且硅的含量比组成B部分多的部分，例如可以含有硅(Si)化合物和硅(Si)固溶部，也可以含有硅(Si)化合物而不含硅(Si)固溶部。
通过在滑动部件的滑动面形成这样的氧化覆膜160，该滑动部件的耐磨损性提高，并且氧化覆膜160相对基材161的密合性(氧化覆膜160的耐受力)提高。因此，能够在滑动部实现滑动损失的降低，因此，能够提高冷媒压缩机100的可靠性、效率、性能。
另外，本发明中的硅(Si)化合物并不限定于上述的二氧化硅(SiO2)等硅氧化物或者铁橄榄石(Fe2SiO4)等硅酸盐，是指化学结构中含硅的化合物。进一步而言，本发明中的硅(Si)化合物也包括硅进入由其他元素构成的晶格之间的状态。因此，关于本发明中的硅(Si)化合物，对其分子状态不作任何规定。本发明中的硅(Si)化合物定义为包括含硅的化合物、结构中含硅的无机组成物等，因此，也可以改称为“硅组成物”。
作为氧化覆膜160的膜厚，在本实施方式1中例示了约2μm，但氧化覆膜160的膜厚并不限定于此。作为代表性的膜厚，可以列举1～5μm的范围内。在膜厚小于1μm时，虽然也依赖于各项条件，但有时难以长期地维持耐磨损性等特性。而在膜厚超过5μm时，虽然也依赖于各项条件，但滑动面的面粗糙度变得过大。因此，有时难以管理由多个滑动部件构成的滑动部的精度。
作为基材161，在本实施方式1中使用灰铸铁，但基材161的材质并不限定于此。形成有氧化覆膜160的基材161只要是铁系材料即可，其具体的构成没有特别限定。代表性地适合使用铸铁，但并不限定于此，基材161可以为钢材，也可以为烧结材料，还可以为除此以外的铁系材料。另外，铸铁的具体种类也没有特别限定，如上所述，可以为灰铸铁(普通铸铁、FC铸铁)，也可以为球状石墨铸铁(FCD铸铁)，还可以为其他的铸铁。
灰铸铁通常含有约2％的硅，但基材161的硅的含量没有特别限定。如果铁系材料含有硅，则有时能够提高氧化覆膜160的密合性。一般而言，由于铸铁通常含有1～3％左右的硅，作为基材161，例如可以使用球状石墨铸铁(FCD铸铁)等。另外，关于钢材或烧结材料，多数情况下实质上不含硅，或者硅的含量比铸铁低，但也可以向这些钢材或烧结材料中添加0.5～10％左右的硅。由此，能够获得与使用铸铁作为基材161的情况相同的作用效果。
形成有氧化覆膜160的基材161的表面、即滑动面的状态也没有特别限定。通常，只要是如上所述对基材161的表面进行研磨而成的研磨面即可，但根据基材161的种类或滑动部件的种类等，也可以是未经研磨的面，还可以在进行氧化处理之前实施公知的表面处理。
作为冷媒，在本实施方式1中使用R134a，但冷媒的种类并不限定于此。同样地，作为润滑油103，在本实施方式1中使用酯油，但润滑油103的种类也不限定于此。作为冷媒和润滑油103的组合，适合使用公知的各种组合。
作为特别适合的冷媒和润滑油103的组合，例如可以列举下述的3个例子。通过使用这些组合，能够与本实施方式1同样地在冷媒压缩机100中实现优异的效率和可靠性。
首先，作为组合1，可以列举如下的例子：作为冷媒，例如使用R134a或除此以外的其他的HFC系冷媒或者HFC系的混合冷媒，作为润滑油103，使用酯油或酯油以外的烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇或它们的混合油。
另外，作为组合2，可以列举如下的例子：作为冷媒，使用R600a、R290、R744等自然冷媒或其混合冷媒，作为润滑油103，使用矿物油、酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
进而，作为组合3，可以列举如下的例子：作为冷媒，使用R1234yf等HFO系冷媒或其混合冷媒，作为润滑油103，使用酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
在这些组合中，特别是组合2或组合3，通过使用温室效应小的冷媒，还能够实现全球变暖的抑制。另外，在组合3中，作为润滑油103例示的一组物质中还可以包含矿物油。
另外，在本实施方式1中，如上所述，冷媒压缩机100是活塞式(往复运动式)，但本发明所涉及的冷媒压缩机并不限定于活塞式，当然也可以是旋转式、涡旋式、振动式等公知的其他构成。能够适用本发明的冷媒压缩机只要是具有滑动部和喷出阀等的公知构成，就能够获得与本实施方式1所说明的作用效果相同的作用效果。
另外，在本实施方式1中，冷媒压缩机100利用商用电源进行驱动，但本发明所涉及的冷媒压缩机并不限定于此，例如也可以以多个运转频率进行变频驱动。即使冷媒压缩机为这样的构成，通过在该冷媒压缩机所具有的滑动部的滑动面上形成上述构成的氧化覆膜160，也能够提高滑动部件的耐磨损性，并且能够提高氧化覆膜160的耐受力(相对基材161的密合性)。由此，即使在向各滑动部的供油量减少那样的低速运转时、或者在电动元件的转速增加的高速运转时，也能够提高冷媒压缩机的可靠性。
(实施方式2)
在上述实施方式1中，作为氧化覆膜160的优选的一个例子，例示了包含组成A部分、组成B部分和组成C部分且组成A部分实质上由三氧化二铁(Fe2O3)构成的结构，但本发明并不限定于此。在本实施方式2中，对组成A部分也含有硅(Si)化合物等的构成进行具体说明。
[冷媒压缩机的构成]
首先，参照图10和图11A对本实施方式2所涉及的冷媒压缩机的代表性的一例进行具体说明。图10是本实施方式2所涉及的冷媒压缩机200的截面图，图11A是表示对氧化覆膜260的截面进行TEM(透射型电子显微镜)观察所得到的结果的TEM图像。
如图10所示，在冷媒压缩机200中，在密闭容器201内填充有由R134a构成的冷媒气体102，并且在底部储存有作为润滑油103的酯油。另外，在密闭容器201内收纳有包括定子104和转子105的电动元件106、和由其驱动的往复式的压缩元件207。
并且，压缩元件207由曲轴208、缸体112、活塞132等构成。以下，对压缩元件207的构成进行说明。
曲轴208至少由压入固定转子105的主轴部209和相对于主轴部209偏心而形成的偏心轴210构成。在曲轴208的下端具有与润滑油103连通的供油泵211。关于曲轴208，如图11A所示，使用含有约2％的硅(Si)的灰铸铁(FC铸铁)作为基材261，在表面形成有氧化覆膜260。
缸体112由铸铁形成，形成大致圆筒形的缸腔113，并且具有对主轴部209进行轴支承的轴承部114。
另外，转子105形成有凸缘面120，轴承部114的上端面形成推力面122。在凸缘面120与轴承部114的推力面122之间插入推力垫圈124。由凸缘面120、推力面122和推力垫圈124构成推力轴承126。
活塞132保持某一定量的间隙地自由嵌入缸腔113，由铁系材料形成，与缸腔113一起形成压缩室134。另外，活塞132经由活塞销137，利用作为连结部件的连杆138与偏心轴210连结。缸腔113的端面被阀板139密封。
缸盖140形成高压室。缸盖140固定于阀板139的与缸腔113相反的一侧。吸引管(未图示)固定于密闭容器201，并且与冷冻循环的低压侧(未图示)连接，将冷媒气体102导入密闭容器201内。吸引消音器142被阀板139和缸盖140夹持。
下面，对如上构成的冷媒压缩机200的动作进行说明。
从商用电源(未图示)供给的电力被供给到电动元件106，使电动元件106的转子105转动。转子105使曲轴208转动，偏心轴210的偏心运动从连结部件的连杆138经由活塞销137而驱动活塞132。活塞132在缸腔113内往复运动，通过吸引管(未图示)导入密闭容器201内的冷媒气体102从吸引消音器142吸入，在压缩室134内压缩。
润滑油103伴随曲轴208的转动从供油泵211被供给到各滑动部，对滑动部进行润滑，并且在活塞132与缸腔113之间起到密封的作用。
在此，在近年来的冷媒压缩机200中，为了实现进一步的高效化，采取(1)如上所述使用低粘度润滑油作为润滑油103、或者(2)将滑动部间的滑动长度设计得更短等的策略。因此，滑动条件向着更为严苛的方向发展。即，存在滑动部间的油膜变得更薄的倾向，或者存在难以形成滑动部间的油膜的倾向。
此外，在冷媒压缩机200中，曲轴208的偏心轴210相对于缸体112的轴承部114以及曲轴208的主轴部209偏心而形成。因此，利用被压缩的冷媒气体102的气压，在曲轴208的主轴部209、偏心轴210和连杆138之间，施加伴随负荷变动的变动负荷。伴随该负荷变动，溶入润滑油103中的冷媒气体102在主轴部209与轴承部114之间等反复气化，因此润滑油103发生发泡。
由于这样的理由，在曲轴208的主轴部209与轴承部114之间等的滑动部，油膜破裂，滑动面彼此发生金属接触的频率增加。
但是，在该冷媒压缩机200的滑动部、例如本实施方式2中作为一例表示的曲轴208的滑动部，施加有上述构成的氧化覆膜260(参照图11A)。因此，即使油膜破裂的频率增加，也能够长期地抑制伴随这种情况而产生的滑动面的磨损。
[氧化覆膜的构成]
接着，参照图11A～图11C对本实施方式2中形成于滑动部的氧化覆膜260进行具体说明。其中，如上所述，图11A是表示对氧化覆膜260的截面进行TEM(透射型电子显微镜)观察所得到的结果的TEM图像，图11B是对图11A所示的氧化覆膜260的截面进行EDS分析所得到的元素分布结果，图11C是对图11A所示的氧化覆膜260的截面进行EELS分析所得到的结果。
在本实施方式2中，关于曲轴208，将灰铸铁(FC铸铁)作为基材261。氧化覆膜260形成于该基材261的表面。具体而言，例如与上述实施方式1同样，将基材261的滑动表面研磨加工后，利用使用氧化性气体的氧化处理形成氧化覆膜260。
如上所述，如图11A所示，氧化覆膜260在本实施方式2中，在未图示的基材261上形成有氧化覆膜260。明确地确认氧化覆膜260形成为从最表面起为最外部分260a(第一层)、中间部分260b(第二层)和内部部分260c(第三层)的三部分结构(三层结构)。
最外部分260a与上述实施方式1中的最外部分160a同样是组成A部分，是占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)的部分。中间部分260b与上述实施方式1中的中间部分160b同样是组成B部分，是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的部分。内部部分260c与上述实施方式1中的内部部分160c同样是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比组成B部分多的组成C部分。
接着，参照图11B和图11C对该氧化覆膜260所含的硅(Si)的浓度进行说明。如上所述，图11B是与图11A所示的氧化覆膜260相对应的硅(Si)的元素分布结果。在图11B中，利用黑白的浓淡表示硅(Si)的浓度比，图像的颜色越白，表示硅(Si)所占的比例越高。其中，在图11A和图11B中，氧化覆膜260的膜厚约为2.5μm，用点划线图示氧化覆膜260的最外部分260a、中间部分260b和内部部分260c的彼此的边界。
根据该元素分析的结果，如图11B所示，在基材261中硅(Si)的浓度高，在氧化覆膜260中的作为基材261侧的内部部分260c中，硅(Si)的浓度也高。相对于此，在内部部分260c与中间部分260b的界面，硅(Si)的浓度骤然下降。
其中，在中间部分260b，与上述实施方式1中的中间部分160b的白色部160d同样，存在白色部260d。在相当于该白色部260d的一部分的位置，如图11B所示，看到了硅(Si)浓度的上升。另外，在上述实施方式1中的最外部分160a，几乎确认不到硅(Si)，但如图11B所示，在本实施方式2中，在最外部分260a也确认到白色部260e的存在，在相当于该白色部260e的一部分的位置，看到了硅(Si)浓度的上升。
接着，在图11C中表示与图11A中编号为1～4的位置相对应的部位的EESL波形。由这些EESL波形对氧化覆膜260所含的硅(Si)进行分析时，可以确认在任意位置都存在与氧(O)结合的硅(Si)。即，可知在氧化覆膜260中，不仅在内部部分260c(例如图11A和图11C的位置4)和中间部分260b(例如图11A和图11C的位置3)，而且在最外部分260a(例如图11A和图11C的位置1和位置2)也存在二氧化硅(SiO2)等硅(Si)化合物。
其中，虽然在本实施方式2中省略说明，但关于氧化覆膜260中的铁(Fe)和氧(O)，分析结果也与上述实施方式1所涉及的氧化覆膜160相同。
因此，在本实施方式2所涉及的氧化覆膜260中，在最外部分260a也确认到作为白色部260e的位置，确认在该白色部260e存在硅(Si)化合物。
接着，对于本实施方式2中的氧化覆膜260通过具有最外部分260a(组成A部分)、中间部分260b(组成B部分)和内部部分260c(组成C部分)、并且在最外部分260a(组成A部分)也至少含有硅(Si)化合物，能够获得优异的作用效果这一点进行考察。
如上述实施方式1中所说明的那样，最外部分260a(组成A部分)包含三氧化二铁(Fe2O3)作为主要成分。三氧化二铁(Fe2O3)的结晶结构与四氧化三铁(Fe3O4)或氮化覆膜相比，在结晶结构方面较为柔软。因此具有最外部分260a的氧化覆膜260如上所述具有良好地抑制对方侵蚀性并提高滑动面的磨合性的作用。另外，如上述实施方式1中所说明的那样，可以认为氧化覆膜260的最外部分260a(组成A部分)具有提高自身耐磨损性的作用。
另外，中间部分260b和内部部分260c含有硅(Si)化合物。如上述实施方式1中所说明的那样，该硅(Si)化合物通常具有比铁的氧化物高的硬度。因此推测即使最外部分260a磨损，中间部分260b和内部部分260c自身也发挥更优异的耐磨损性。另外，如上述实施方式1中所说明的那样，氧化覆膜260与现有的一般的氧化覆膜相比，相对基材261(铁系材料)的密合性(耐受力)优异。
并且，在本实施方式2所涉及的氧化覆膜260中，最外部分260a也含有硬度高于铁的氧化物的硅(Si)化合物。因此可以认为该硅(Si)化合物有助于抑制最外部分260a的磨损。因此推测通过氧化覆膜260具有含有硅(Si)化合物的最外部分260a，能够发挥更高的耐磨损性。
其中，在本实施方式2中，如上所述，内部部分260c(组成C部分)可以不仅含有硅(Si)化合物，还含有作为硅单质的硅(Si)固溶部。通过含有硅(Si)固溶部，能够期待更进一步提高氧化覆膜260的密合性。进一步而言，通过设定各项条件，硅(Si)固溶部不仅能够存在于内部部分260c(组成C部分)，也能够局部地存在于中间部分260b(组成B部分)或最外部分260a(组成A部分)。由此，能够期待提高各部分彼此之间的密合性等，因此，可以获得与上述的作用效果同等的作用效果，或者可能获得更为优异的作用效果。
如此，在本实施方式2中，在密闭容器201内储存润滑油103，并且收纳电动元件106和由该电动元件106驱动的压缩冷媒的压缩元件207，构成压缩元件207的至少一个滑动部件为铁系材料，在该铁系材料的滑动面施加有包含组成A部分、组成B部分和组成C部分的氧化覆膜160。
关于氧化覆膜260的组成A部分，占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)，可以含有硅(Si)化合物或硅(Si)固溶部。关于组成B部分，占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)，并且含有硅(Si)化合物，也可以含有硅(Si)固溶部。组成C部分是占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)、且硅的含量比组成B部分多的部分，例如可以含有硅(Si)化合物和硅(Si)固溶部，也可以含有硅(Si)化合物而不含硅(Si)固溶部。
通过在滑动部件的滑动面形成这样的氧化覆膜260，该滑动部件的耐磨损性提高，并且氧化覆膜260相对基材261的密合性(氧化覆膜260的耐受力)提高。另外，在本实施方式2中，在作为组成A部分的最外部分260a也存在硅(Si)化合物。因此，通过这样的组成A部分位于滑动面的最外部，即使在滑动部的滑动动作刚刚开始之后，也能够发挥滑动面的高的耐磨损性。由此，在使冷媒压缩机200间断运转时，能够在再运转时容易发生的“卡阻”等的起动不良的改善方面发挥有效的效果。
(实施方式3)
在本实施方式3中，参照图12对具有上述实施方式1中所说明的冷媒压缩机100或上述实施方式2中所说明的冷媒压缩机200的冷冻装置的一例进行具体说明。
图12示意地表示具有上述实施方式1所涉及的冷媒压缩机100或上述实施方式2所涉及的冷媒压缩机200的冷冻装置的大致构成。因此，在本实施方式3中，仅对冷冻装置的基本构成的概况进行说明。
如图12所示，本实施方式3所涉及的冷冻装置具有主体375、划分壁378和冷媒回路370等。主体375由隔热性的箱体和门体等构成，箱体为其一面开口的构成，门体为将箱体的开口开关的构成。主体375的内部被划分壁378划分为物品的储存空间376和机械室377。在储存空间376内设置有未图示的鼓风机。另外，主体375的内部也可以被划分为储存空间376和机械室377以外的空间等。
冷媒回路370是对储存空间376内进行冷却的构成，例如具有上述实施方式1中所说明的冷媒压缩机100、散热器372、减压装置373和吸热器374，形成利用配管将它们连接成环状的构成。吸热器374配置于储存空间376内。如图12的虚线的箭头所示，吸热器374的冷却热被未图示的鼓风机搅拌，从而在储存空间376内循环。由此，储存空间376内被冷却。
如上述实施方式1中所说明的那样，具有冷媒回路370的冷媒压缩机100具有由铁系材料构成的滑动部件，在该滑动部件的滑动面形成有上述的氧化覆膜160。该冷媒回路370也可以具有上述实施方式2中所说明的冷媒压缩机200来代替冷媒压缩机100。冷媒压缩机200也与冷媒压缩机100同样，具有由铁系材料构成的滑动部件，在该滑动部件的滑动面形成有上述的氧化覆膜260。
如此，本实施方式3所涉及的冷冻装置搭载有上述实施方式1所涉及的冷媒压缩机100(或上述实施方式2所涉及的冷媒压缩机200)。关于冷媒压缩机100(或冷媒压缩机200)所具有的滑动部，滑动部件的耐磨损性提高，并且氧化覆膜160(或氧化覆膜260)相对基材161(或基材261)的密合性(氧化覆膜160或氧化覆膜260的耐受力)提高。因此，冷媒压缩机100(或冷媒压缩机200)能够降低滑动部的滑动损失，并能够实现优异的可靠性和效率。其结果，本实施方式3所涉及的冷冻装置能够降低电力消耗，因此能够实现节能化。
对本领域技术人员而言，能够根据上述说明获知本发明的多种改良或其他实施方式。因此，上述说明应该仅理解为例示，提供上述说明的目的在于向本领域技术人员教导用于实施本发明的最佳方式。只要不脱离本发明的宗旨，可以对其结构和/或功能的详细内容进行实质性的变更。
产业上的可利用性
如上所述，本发明能够提供使用低粘度的润滑油且可靠性优异的冷媒压缩机、和使用该冷媒压缩机的冷冻装置。因此，本发明能够广泛适用于使用冷冻循环的各种设备。
符号说明
100：冷媒压缩机；101：密闭容器；103：润滑油；106：电动元件；107：压缩元件；108：曲轴(滑动部件)；160：氧化覆膜；160a：最外部分；160b：中间部分；160c：内部部分；160d：白色部；161：基材；200：冷媒压缩机；201：密闭容器；207：压缩元件；208：曲轴(滑动部件)；260：氧化覆膜；260a：最外部分；260b：中间部分；260c：内部部分；260d：白色部；260e：白色部；370：冷媒回路；372：散热器；373：减压装置；374：吸热器。

Claims (12)

1.一种冷媒压缩机，其特征在于：
在密闭容器内储存润滑油，并且收纳电动元件和由所述电动元件驱动的压缩冷媒的压缩元件，
构成所述压缩元件的至少一个滑动部件为铁系材料，
在所述铁系材料的滑动面施加有氧化覆膜，该氧化覆膜包含：
占比最多的成分为三氧化二铁(Fe2O3)的组成A部分；
占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且含有硅(Si)化合物的组成B部分；和
占比最多的成分为四氧化三铁(Fe3O4)且硅的含量比所述组成B部分多的组成C部分。
2.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述氧化覆膜从最表面起至少依次由作为所述组成A部分的最外部分、作为所述组成B部分的中间部分和作为所述组成C部分的内部部分构成。
3.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述氧化覆膜形成于包含所述铁系材料的基材的表面，
所述组成A部分也含有硅(Si)化合物。
4.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述氧化覆膜所含的硅(Si)化合物为二氧化硅(SiO2)或者铁橄榄石(Fe2SiO4)中的至少一种。
5.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述氧化覆膜的膜厚在1～5μm的范围内。
6.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述铁系材料含有0.5～10％的范围内的硅。
7.如权利要求6所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述铁系材料为铸铁。
8.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
使所述冷媒为R134a的HFC系冷媒或其混合冷媒，
使所述润滑油为酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
9.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
使所述冷媒为R600a、R290、R744的自然冷媒或其混合冷媒，
使所述润滑油为矿物油、酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
10.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
使所述冷媒为R1234yf的HFO系冷媒或其混合冷媒，
使所述润滑油为酯油或烷基苯油、聚乙烯醚、聚亚烷基二醇中的任一种或它们的混合油。
11.如权利要求1所述的冷媒压缩机，其特征在于：
所述电动元件以多个运转频率被变频驱动。
12.一种冷冻装置，其特征在于：
包括冷媒回路，具有权利要求1～11中任一项所述的冷媒压缩机、散热器、减压装置和吸热器，并利用配管将它们连结成环状。
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