JP2000080992A

JP2000080992A - ベーンおよびそれを用いた冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP2000080992A
Application number: JP10251260A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Ishikawa; 和久石川; Takashi Sunaga; 高史須永; Masazo Okajima; 政三岡島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】冷凍機油としてエステル系冷凍機油やエーテ
ル系冷凍機油を用い、ＨＦＣ系冷媒や炭化水素系冷媒を
使用した場合でも、ベーンの表面の摺動部における耐摩
耗性が高いベーンおよびそれを備えた冷媒圧縮機を提供
すること。【解決手段】金属部材の表面にショットピーニング処
理を施した後、その上にＣｒＮコーテイング膜あるいは
硬質炭素薄膜を形成したベーンを用いる。そのベーンを
備えた冷媒圧縮機により課題を解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベーンおよびそれ
を用いた冷媒圧縮機に関するものであり、さらに詳しく
はベーンの摺動面の耐摩耗性を向上したベーン、および
オゾン層を破壊する危険がないＨＦＣ系冷媒などを使用
する冷凍装置に使用される冷媒圧縮機であって、摺動面
の耐摩耗性を向上した冷媒圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機の冷媒としては従来ジクロロジフ
ルオロメタン（Ｒ−１２）や共沸混合冷媒のＲ−２２と
モノクロロペンタフルオロエタン（Ｒ−１１５ａ）とか
らなるＲ−５０２が用いられており、これらの冷媒は、
通常の冷凍装置に好適であり、冷媒と相溶性のある鉱物
油やアルキルベンゼン系油等の冷凍機油を使用した冷凍
サイクルは、信頼性、耐久性など高い品質レベルに至っ
ている。

【０００３】しかしながら、上記の冷媒は、オゾン破壊
が高く、大気中に放出されて地球上空のオゾン層に到達
すると、このオゾン層を破壊する。このオゾン層の破壊
は冷媒中の塩素基（Ｃｌ）により引き起こされる。そこ
で、塩素基の含有量の少ない冷媒、例えばクロロジフル
オロメタン（ＨＣＦＣ−２２、Ｒ−２２）、塩素基を含
まない冷媒、例えはジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２、
Ｒ−３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５、
Ｒ−１２５）や１，１，１，２−テトラフルオロエタン
（ＨＦＣ−１３４ａ、Ｒ−１３４ａ）など、あるいはこ
れらの混合物（以下、ＨＦＣ系冷媒と称す）や、プロパ
ン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素系冷媒や、ＨＦＣ
系冷媒と炭化水素系冷媒の混合物や、ヘリウムなどや、
アンモニアなど、空気などがこれらの代替冷媒として考
えられている。

【０００４】ＨＦＣ系冷媒や炭化水素系冷媒に対して使
用される冷凍機油としては、ＨＦＣ系冷媒などと相溶性
のない鉱物油やアルキルベンゼン系油などや、ＨＦＣ系
冷媒などと相溶性のあるエステル系冷凍機油、エーテル
系冷凍機油、それらの混合油などがある。

【０００５】従来、ロータリ式圧縮機のベーンは、ＳＫ
Ｈ５１などを使用し耐摩耗性の向上を計るために、イオ
ン窒化処理、ＣｒＮコーテイング処理などの表面処理が
行われたベーンが用いられていた。しかし、冷媒がＨＦ
Ｃ系冷媒などに替わり、冷凍機油がエステル系冷凍機油
やエーテル系冷凍機油に移行すると、これら従来の表面
処理、例えば、イオン窒化処理の場合は耐摩耗性が悪
く、冷凍回路内で劣化し、スラッジなどが形成され、こ
のスラッジが冷凍サイクル内のキャピラリ内壁に堆積し
たり閉塞などの問題がある。また、ＣｒＮコーテイング
処理の場合は、被膜が運転中に剥離する問題がある。

【０００６】一方、電気かみそりなどの刃物などの表面
に例えばＳｉなどを主成分とする中間層を設けその上に
硬質炭素薄膜からなる硬質被膜を形成することが提案さ
れている（特開平１−３１７１９７号公報、特開平７−
３１６８１８号公報、特開平７−３３０４９０号公報な
ど）。本発明者等は先に、アンモニアガスと水素ガスを
用いて金属部材の表面を窒化し、その上にＳｉ、Ｔｉな
どの単体、あるいはこれらに炭素、窒素および酸素など
の元素を含む中間層を設け、さらにその上に硬質炭素薄
膜を形成したベーンおよびこのベーンを用いた冷媒圧縮
機を提案した（特願平１０−６８６１８号明細書）。し
かし硬質炭素薄膜の接着性、ベーンの表面の摺動部にお
ける摩擦係数、耐摩耗性などにおいて改良の余地があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、冷凍機油としてエステル系冷凍機油やエーテル系冷
凍機油などを用いたり、ＨＦＣ系冷媒や炭化水素系冷媒
などの冷媒を使用した場合でも、ベーンの表面に形成し
たＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭素薄膜が剥離し
たりせず、摺動部における耐摩耗性があるベーンを提供
することであり、本発明の第２の目的は、このベーンを
用いた長期に亘り安定して運転できる冷媒圧縮機を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記の課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、金属部材の表面
にショットピーニング処理を施した後、その上にＣｒＮ
コーテイング膜あるいは硬質炭素薄膜を形成すれば、シ
ョットピーニング処理によって金属部材の表面の疲労強
度や硬度が高められるとともに微細な凹凸が形成される
ので、形成されたＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭
素薄膜と下地の密着強度の改善につながり、使用中に剥
離することがなくなり、摺動部における耐摩耗性が格段
に向上することを見いだし、本発明を完成するに至っ
た。

【０００９】上記課題を解決するため請求項１の発明
は、金属部材の表面にショットピーニング処理を施した
後、その上にＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭素薄
膜を形成したことを特徴とするベーンである。

【００１０】本発明の請求項２の発明は、請求項１記載
のベーンにおいて、前記金属部材がＳＫＨなどの高速度
工具鋼、ＳＫＤなどの熱間加工鋼、ＳＵＳなどの耐熱耐
酸鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造鋼、あるいはこれらの焼結鋼
から選ばれ、焼入れを施した金属部材であることを特徴
とする。

【００１１】本発明の請求項３の発明は、請求項１ある
いは請求項２記載のベーンにおいて、前記硬質炭素薄膜
は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド構造と非晶質炭素
構造との混合膜、または非晶質炭素薄膜から構成されて
いることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項４の発明は、回転軸を有す
る電動要素と、この電動要素の回転軸によって駆動され
る圧縮要素を備え、吸入したＨＦＣ系冷媒、ＨＦＣ系冷
媒を主体とする冷媒、炭化水素系冷媒あるいはこれらの
混合物から選ばれる冷媒をこの圧縮要素により圧縮して
吐出するようにした冷媒圧縮機であって、前記圧縮要素
はシリンダと、前記回転軸の偏心部によりこのシリンダ
内を回転するローラと、このローラに接してシリンダ内
を分けるベーンなどを備えており、前記ベーンとして、
金属部材の表面にショットピーニング処理を施した後、
その上にＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭素薄膜を
形成したベーンを用いることを特徴とする冷媒圧縮機で
ある。

【００１３】本発明の請求項５の発明は、請求項４記載
の冷媒圧縮機において、前記ローラは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍ
ｏを含み、あるいはさらにＢなどを添加した高合金鋳鉄
の焼入れ材からなるローラであることを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項６の発明は、請求項４ある
いは請求項５記載の冷媒圧縮機において、冷凍機油がエ
ステル系潤滑油、エーテル系潤滑油あるいはこれらの混
合物であることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明を図１〜３に基づいて
説明する。図１に、蒸発気化したＨＦＣ系冷媒を圧縮し
て凝縮器に吐出する本発明の冷媒圧縮機ａ、同冷媒を凝
縮液化する凝縮器ｂ、同冷媒の圧力を減じるキャピラリ
チューブｃ、液化冷媒を蒸発させる蒸発器ｄなどを順次
冷媒管でつないで形成した冷凍装置の冷凍サイクルを示
す。

【００１６】図２は、本発明の冷媒圧縮機の一例の縦断
面図である。図３は、図２に示した本発明の冷媒圧縮機
の横断面図である。図２及び図３において、１は密閉容
器で、この容器内には上側に電動要素２が、下側にこの
電動要素によって駆動される回転圧縮要素３が夫々収納
されている。電動要素２は有機系材料で絶縁された巻線
４を有する固定子５とこの固定子の内側に設けられた回
転子６とで構成されている。回転圧縮要素３はシリンダ
７と、回転軸８の偏心部９によってシリンダ７の内壁に
沿って回転させるローラ１０と、このローラの周面に圧
接されてシリンダ７内を吸込側と吐出側とに区画するよ
うにバネ１１で押圧されるベーン１２と、シリンダ７の
開口を封じるとともに、回転軸８を軸支する上部軸受１
３及び下部軸受１４とで構成されている。

【００１７】そして、上部軸受１３にはシリンダ７の吐
出側と連通する吐出孔１５が設けられている。また、上
部軸受１３には吐出孔１５を開閉する吐出弁１６と、こ
の吐出弁を覆うように吐出マフラ１７とが取付けられて
いる。

【００１８】密閉容器１内の底部にはＨＦＣ系冷媒、例
えば、Ｒ１３４ａとＲ３２とＲ１２５との３種混合冷媒
あるいはＲ３２とＲ１２５との２種混合冷媒が封入され
ている。

【００１９】そして、冷凍機油としてのエステル系冷凍
機油（オイル）あるいはエーテル系冷凍機油（オイル）
１８は回転圧縮要素３の摺動部材であるローラ１０とベ
ーン１２との摺動面を潤滑している。

【００２０】本発明で用いるエステル系冷凍機油は特に
限定されない。具体的には例えば、ペンタエリスリトー
ル（ＰＥＴ）、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）、ネ
オペンチルグリコール（ＮＰＧ）などの多価アルコール
と炭素数５〜１０の脂肪酸、好ましくは炭素数７〜９の
脂肪酸、さらに好ましくは炭素数７〜９の側鎖脂肪酸と
からなるエステル系油を挙げることができる。さらに具
体的には、平均分子量５１２、粘度（ｃＳｔ）（４０
℃）５１．８のポリオールエステル系油（α５６、ジャ
パンエナジー社製）、平均分子量６６８、粘度（ｃＳ
ｔ）（４０℃）６４．２のポリオールエステル系油（α
６８、ジャパンエナジー社製）などを挙げることができ
る。

【００２１】本発明で用いるエーテル系冷凍機油は特に
限定されない。具体的には例えば、下記の一般式（１）
で表されるポリビニルエーテル系油は好ましく使用でき
る。式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₃ は各々水素原子または炭素数１〜
８の炭化水素基を示し、それらは同一でもよく、異なっ
ていてもよい。Ｒ₄ は炭素数１〜４の炭化水素基を示
す。ｎは１以上の整数である。

【００２２】

【化１】

【００２３】これらの冷凍機油に対して熱化学的安定性
を向上させるためにエポキシやカルボジイミドを添加し
たり、酸化劣化を防止する目的でフェノール系酸化防止
剤を加えたり、必要に応じてベンゾトリアゾール系の銅
不活性化剤を加えることができる。これらは単独である
いは組み合わせて添加することができる。

【００２４】回転圧縮要素３のシリンダ７内に流入して
ローラ１０とベーン１２との協働で圧縮される冷媒は上
述のように、例えばＲ４０７Ｃ［Ｒ１３４ａとＲ３２と
Ｒ１２５との混合冷媒］やＲ４１０Ａ［Ｒ３２とＲ１２
５との混合冷媒］などである。

【００２５】１９は密閉容器１に取付けてシリンダ７の
吸込側に冷媒を案内する吸込管、２０は密閉容器１の上
壁に取付けられて回転圧縮要素３で圧縮されて電動要素
２を介して密閉容器１外に冷媒を吐出する吐出管であ
る。

【００２６】吸込管１９からシリンダ７内の吸込側に流
入した冷媒はローラ１０とベーン１２との協働で圧縮さ
れ、吐出孔１５を通って吐出弁１６を開放して吐出マフ
ラ１７内に吐出される。この吐出マフラ１７内の冷媒は
電動要素２を介して吐出管２０から密閉容器１外に吐出
れさる。そして、密閉容器１の底部に入れられたオイル
１８は、回転軸８の高速回転によって上方開放端にでき
る渦流による真空現象によって回転軸８の中空孔２１を
通って吸い上げられ、回転圧縮要素３のローラ１０やベ
ーン１２等の摺動部材の摺動面、回転軸８と上部軸受１
３、下部軸受１４との摺動面などに供給されて潤滑を行
っている。また、シリンダ７内で圧縮された冷媒が低圧
側にリークしないようにしている。

【００２７】本発明において、ベーン１２として、ＳＫ
Ｈなどの高速度工具鋼、ＳＫＤなどの熱間加工鋼、ＳＵ
Ｓなどの耐熱耐酸鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造鋼、あるいは
これらの焼結鋼から選ばれ、焼入れを施した金属部材の
表面にショットピーニング処理を施した後、その上にＣ
ｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭素薄膜を形成したベ
ーンを用いることが好ましい。

【００２８】このショットピーニング処理は、金属部材
の表面にスチールやセラミックなどの微細粒子で形成さ
れるショット粒を加圧空気などによって高速度で噴射し
て、ショット粒を多数衝突させて被処理面に圧縮残留応
力を与えることで被処理面の疲労強度や硬度を高めるも
のである。ショットピーニング処理を行うと、金属部材
の表面に形成されるＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質
炭素薄膜と下地との硬度の差が少なくなる。また、ショ
ットピーニング処理によって、被処理面に微細な凹凸が
形成される。これらの理由によりＣｒＮコーテイング膜
あるいは硬質炭素薄膜が下地とよく接着するので、ベー
ン１２の使用中にＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭
素薄膜が剥離することがなくなり、摺動部における耐摩
耗性が格段に高められる。したがって冷媒がＨＦＣ系冷
媒などに替わり、冷凍機油がエステル系冷凍機油やエー
テル系冷凍機油に移行しても、ベーン１２とローラ１０
との摺動面において耐摩耗性が格段に向上する。

【００２９】本発明において、ショットピーニング処理
に用いられる装置は公知のもの（例えば、実開平６−７
１０５８号公報、実開平５−２４２６４号公報などに記
載のもの）を用いることができる。ショット粒の材質、
粒径、噴射速度、処理時間、処理温度などによりショッ
トピーニング処理効果が影響を受けるので何回処理して
も、あるいは長時間処理しても均一で優れたショットピ
ーニング処理効果が得られるように諸条件を選定するこ
とが好ましい。

【００３０】自動車関係、工具などの分野において部品
や工具などの長寿命化などに利用されるショットピーニ
ング処理に用いられるショット粒子の粒径は一般的に約
４００〜８００μｍ程度であるが、本発明においては、
被処理面の疲労強度や硬度を高め、そして被処理面に微
細な凹凸を形成するためには、粒径約３０〜１００μｍ
程度の鋼球、セラミックビーズなどのショット粒子を用
いることが好ましい。そしてこのショット粒子を噴射速
度約８０〜２６０ｍ／ｓｅｃ．で噴射して衝突エネルギ
ーを被処理面に与えることが好ましい。平均粒径が３０
μｍ未満であると、金属部材やＣｒＮ、硬質炭素系薄膜
などを形成した金属部材にショットピーニングした場
合、衝突エネルギーが小さく、残留応力の形成が十分で
なく、素材と形成したＣｒＮ、硬質炭素系薄膜間の硬さ
の差を少なくする傾斜機能が得られず密着強度改善効果
がない。噴射速度が８０ｍ／ｓｅｃ．未満であると、や
はり衝突エネルギーが小さく、残留応力の形成が十分で
なく、素材と形成したＣｒＮ、硬質炭素系薄膜間の硬さ
の差を少なくする傾斜機能が得られず密着強度改善効果
がない。平均粒径が１００μｍを越えると、過大エネル
ギーが生じて、金属被処理材の面粗度の悪化やクラック
の発生を伴い、効果が得られない。噴射速度が２６０ｍ
／ｓｅｃ．を越えると、やはり過大エネルギーが生じ
て、金属被処理材の面粗度の悪化やクラックの発生を伴
い、効果が得られない。

【００３１】ショットピーニング処理した表面にＣｒＮ
コーテイング膜を形成したベーン１２を作る方法は特に
限定されるものではない。ショットピーニング処理した
表面にＣｒＮコーテイング膜を形成する前にグロー放電
により窒化処理して、その上にＣｒＮコーテイング膜を
形成する例を次に説明する。本発明においては、勿論、
ショットピーニング処理した表面に窒化処理せずに直接
ＣｒＮコーテイング膜を形成することができる。使用す
る装置はグロー放電用電極、プラズマ化ガス用配管、真
空ポンプに接続された排気管を備えた真空チャンバを備
えたものであればよく、例えば、図４に示す装置を使用
する。装置は真空容器３１、真空排気ポンプ３２、ガス
制御弁３３、プラズマ電源３４、外部加熱ヒータ３５、
クーラー３６、陰極３７、フローコントローラ３８、自
動圧力調整弁３９を備え、処理ガスとしては水素とアン
モニアの混合ガスを用いる。処理ガスはフロートコント
ローラ３８により流量制御されて、混合された後に真空
容器３１内に供給される。真空容器３１内の圧力は圧力
調整弁３９により数Ｔｏｒｒの値に保持する。

【００３２】そしてショットピーニング処理した金属部
材３０を保持する電極３７に直流電圧を印加し、グロー
放電を発生させる。この放電により、処理ガスをプラズ
マ化し、窒素イオン、窒素−水素分子イオンや各種のラ
ジカルなどの活性種を発生させ、窒化処理を行う。金属
部材３０は主に外部加熱ヒータ３５により昇温し、一定
温度に保持する。プラズマは陰極３７を陰極とし、真空
容器３１を陽極として発生したグロー放電によって生成
する。プラズマのイオン化率やエネルギー状態を低くし
てあるので、プラズマにより金属部材３０はほとんど加
熱されない。アンモニアガス成分比率を約２０％以下と
してイオン化率を押さえ、高い反応性を有するラジカル
を発生させることが好ましい窒化層を形成できる。

【００３３】グロー放電を行って窒化する際の条件の１
例を次に示す。処理温度；３００〜６５０℃、例えば５１０℃ 電圧；４００〜５００Ｖ、例えば４５０Ｖ電流密度；０．００１〜２ｍＡ／ｃｍ² アンモニアガス濃度；１０〜５０％、例えば２０％放電時間；１〜１０時間、例えば３時間。電流密度を０．００１〜２ｍＡ／ｃｍ² とするのは、こ
の電流密度の範囲においてのみグロー放電はアンモニア
ガスおよび水素ガスをプラズマ化することができ、余熱
を発生させないからである。電流密度が０．００１ｍＡ
／ｃｍ² 未満ではプラズマ化を充分に起こすことができ
ず、電流密度が２ｍＡ／ｃｍ² を超えると金属部材の表
面に過熱状態が生じたりして有効な窒化処理が行われな
い。グロー放電を発生する放電は、直流放電、高周波放
電のいずれでもよい。

【００３４】このようにしてグロー放電を行って窒化し
た後、その上にＣｒＮをイオンプレーテイングする。Ｃ
ｒＮをイオンプレーテイングする方法は公知の方法（例
えば特開平６−９３９９０号公報に記載の方法）を用い
ることができる。イオンプレーテイング層の厚さは特に
限定されないが、約１〜１０μｍが好ましく、約４〜５
μｍがさらに好ましい。１μｍ未満では耐摩耗性が劣
り、１０μｍを超えると表面に凹凸ができるので好まし
くない。ショットピーニング処理した後、グロー放電を
行って窒化した窒化層の上のＣｒＮのイオンプレーテイ
ング層は密着性がよく長期の使用によっても剥離せず、
耐摩耗性が高い。

【００３５】ショットピーニング処理した後、その上に
硬質炭素薄膜（ダイヤモンドライクカーボン薄膜：以
下、ＤＬＣ薄膜と称す）を形成したベーン１２を作る方
法は特に限定されるものではない。ショットピーニング
処理した後、その上にＤＬＣ薄膜を形成する前にイオン
窒化、プラズマ窒化、ラジカル窒化などの各種方法で窒
化処理し、窒化した後、さらにその上にＳｉ、Ｔｉなど
の単体、あるいはこれらに炭素、窒素および酸素などの
元素を含む中間層を設け、その上にＤＬＣ薄膜を形成す
る例を次に説明する。例えば、ショットピーニング処理
した後、その上にＤＬＣ薄膜を形成する前にグロー放電
を行って窒化処理する方法を用いる場合は、具体的には
例えば、図４に示した前記装置を使用しかつ前記の窒化
条件で処理する例を挙げることができる。

【００３６】ＤＬＣ薄膜は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤ
モンド構造と非晶質炭素構造との混合膜、または非晶質
炭素薄膜から構成される。図５は、前記中間層およびＤ
ＬＣ薄膜形成のための装置の一例を示す概略断面図であ
る。真空チャンバ４８には、プラズマ発生室４４が設け
られている。プラズマ発生室４４には、導波管４２の一
端が取り付けられており、導波管４２の他端には、マイ
クロ波供給手段４１が設けられている。マイクロ波供給
手段４１で発生したマイクロ波は、導波管４２及びマイ
クロ波導入窓４３を通って、プラズマ発生室４４に導か
れる。プラズマ発生室４４には、プラズマ発生室４４内
にアルゴン（Ａｒ）ガスなどの放電ガスを導入させるた
めの放電ガス導入管４５が設けられている。またプラズ
マ発生室４４の周囲には、プラズマ磁界発生装置４６が
設けられている。マイクロ波による高周波磁界と、プラ
ズマ磁界発生装置４６からの磁界を作用させることによ
り、プラズマ発生室４４内に高密度のプラズマが形成さ
れる。

【００３７】真空チャンバ４８内には筒状の金属部材ホ
ルダ５２が設けられている。この筒状の金属部材ホルダ
５２は、真空チャンバ４８の壁面に対し垂直に設けられ
た軸（図示せず）のまわりに回転自在に設けられてい
る。金属部材ホルダ５２の周面には、前記のようにして
ショットピーニング処理した後、窒化処理した複数の金
属部材５３が等しい間隔で装着されている。なお、本実
施形態では金属部材ホルダ５２の周面に金属部材５３を
２４個装着している。金属部材ホルダ５２には、高周波
電源５０が接続されている。

【００３８】金属部材ホルダ５２の周囲には、金属製の
筒状のシールドカバー５４が所定の距離隔てて設けられ
ている。このシールドカバー５４は、接地電極に接続さ
れている。このシールドカバー５４は、被膜を形成する
ときに、金属部材ホルダ５２に印加されるＲＦ電圧によ
って被膜形成箇所以外の金属部材ホルダ５２と真空チャ
ンバ４８との間で放電が発生するのを防止するために設
けられている。金属部材ホルダ５２とシールドカバー５
４との間の間隙は、気体分子の平均自由行程以下の距離
となるように配置されている。気体分子の平均自由行程
は、何らかの原因で発生したイオン及び電子が電界によ
り加速され、衝突せずに移動できる平均距離と同じある
いはそれ以下の距離である。従って、金属部材ホルダ５
２とシールドカバー５４との間隙を気体分子の平均自由
行程以下にすることにより、イオン及び電子が気体分子
と衝突する確率を小さくし、連鎖的に電離が進行するの
を防止している。

【００３９】金属部材ホルダ５２とシールドカバー５４
との間隙は、特に気体分子の平均自由行程の１／１０以
下の距離にすることが好ましい。本実施形態では、金属
部材ホルダ５２とシールドカバー５４との間隙を気体分
子の平均自由行程の１／１０以下である約５ｍｍとして
いる。

【００４０】シールドカバー５４には、開口部５５が形
成されている。この開口部５５を通って、プラズマ発生
室４４から引き出されたプラズマが金属部材ホルダ５２
に装着された金属部材５３に放射されるようになってい
る。真空チャンバ４８内には、反応ガス導入管５６が設
けられている。この反応ガス導入管５６の先端は、開口
部５５の上方に位置する。反応ガス導入管５６は、外部
から真空チャンバ４８内にＣＨ₄ ガスを導入する。

【００４１】第１開口部５５の反対側には、第２開口部
６３が形成されている。第２開口部６３の下方には、中
間層を構成する材料原子からなるターゲット６６が設け
られている。またターゲット６６の近傍には、ターゲッ
ト６６をスパッタするため、不活性ガスのイオンをター
ゲット６６に放射するイオンガン６７が設けられてい
る。本実施形態では、不活性ガスとしてＡｒガスを用い
ている。本実施形態においては、ターゲット６６及びイ
オンガン６７により、中間層形成手段が構成されてい
る。ターゲット６６及びイオンガン６７により第２開口
部６３を介して、ショットピーニング処理した後、窒化
処理した金属部材５３上に中間層を構成する材料原子が
放射される。

【００４２】以下、Ｓｉを主成分とする中間層を形成
し、その中間層の上にＤＬＣ薄膜を形成する実施形態に
ついて説明する。まず、真空チャンバ４８内を１０^-5〜
１０^-7Ｔｏｒｒに排気して、金属部材ホルダ５２を約１
０ｒｐｍの速度で回転させる。次に、イオンガン６７に
Ａｒガスを供給して、Ａｒイオンを取り出し、これをＳ
ｉからなるターゲット６６の表面に放射する。このとき
のＡｒイオンの加速電圧は９００ｅＶ、イオン電流密度
は０．３ｍＡ／ｃｍ² に設定した。以上の工程を約２０
分間行い、ショットピーニング処理した後、窒化処理し
た金属部材５３の表面に膜厚２００ÅのＳｉを主成分と
する中間層を形成した。

【００４３】次に、イオンガン６７からのＡｒイオンの
放射を止めた後、ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス導
入管４５からＡｒガスを５．７×１０^-4Ｔｏｒｒで供給
するとともに、マイクロ波供給手段４１から２．４５Ｇ
Ｈｚ、１００Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生
室４４内に形成されたＡｒプラズマを金属部材５３の表
面に放射する。これと同時に、金属部材５３に発生する
自己バイアスが−５Ｖとなるように、高周波電源５０か
ら１３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧を金属部材ホルダ５２に
印加し、反応ガス導入管５６からのＣＨ₄ ガスを１．３
×１０^-3Ｔｏｒｒで供給する。

【００４４】以上の工程を約３０分間行い、金属部材５
３上に形成した中間層の上に膜厚１２０００ÅのＤＬＣ
薄膜を形成した。以上の２つの工程の結果、ショットピ
ーニング処理後に窒化処理した金属部材５３の表面にＳ
ｉを主成分とする中間層を形成し、この中間層上に、Ｄ
ＬＣ薄膜を形成した積層薄膜が得られた。

【００４５】本発明において、ローラ１０としては、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含み、あるいはさらにＢなどを添加し
た高合金鋳鉄の焼入れ材からなるローラを用いることが
好ましい。前記ベーン１２と上記のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏを
含み、あるいはさらにＢなどを添加した高合金鋳鉄の焼
入れ材からなるローラ１０はそれぞれ耐摩耗性が従来よ
り向上しているので、これらを用いた本発明の冷媒圧縮
機は、冷媒がＨＦＣ系冷媒などに替わり、冷凍機油がエ
ステル系冷凍機油やエーテル系冷凍機油に移行しても、
ベーン１２とローラ１０の摺動部における耐摩耗性が高
く、長期に亘り安定して運転できる。

【００４６】本発明の冷媒圧縮機の形式は上記のような
密閉型圧縮機でもよいが、開放型圧縮機でもよく特に限
定されない。なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００４７】

【発明の効果】金属部材の表面にショットピーニング処
理を施した後、その上にＣｒＮコーテイング膜あるいは
硬質炭素薄膜を形成した本発明のベーンは、ショットピ
ーニング処理により被処理面の疲労強度や硬度が高めら
れるので、その上に形成されるＣｒＮコーテイング膜あ
るいは硬質炭素薄膜と下地の硬度の差が少なくなり、ま
た、ショットピーニング処理によって、被処理面に微細
な凹凸が形成されるために下地との接着性が改善され、
使用中にＣｒＮコーテイング膜あるいは硬質炭素薄膜が
下地から剥離することがなくなり、摺動部における耐摩
耗性が格段に高められる。したがって冷媒がＨＦＣ系冷
媒などに替わり、冷凍機油がエステル系冷凍機油やエー
テル系冷凍機油に移行しても、ベーンとローラとの摺動
面において耐摩耗性が格段に向上する。

【００４８】このような本発明のベーンを備えた本発明
の冷媒圧縮機は、ベーンとローラとの摺動面などにおい
て耐摩耗性が高められ長期に亘り安定して運転できる。

【００４９】ローラとして、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含み、
あるいはさらにＢなどを添加した高合金鋳鉄の焼入れ材
からなるローラを用いた本発明の冷媒圧縮機は耐摩耗性
が格段に向上し、一層長期に亘り安定して運転できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷凍装置の冷凍回路図である。

【図２】本発明の冷媒圧縮機の一例の縦断面図であ
る。

【図３】図２の冷媒圧縮機の横断面図である。

【図４】本発明におけるＣｒＮコーテイング膜形成の
ための装置の一例を示す概略断面図である。

【図５】本発明におけるＤＬＣ薄膜形成のための装置
の一例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

ａ本発明の冷媒圧縮機１密閉容器２電動要素３圧縮要素７シリンダ８回転軸９偏心部１０ローラ１２ベーン１８オイル（冷凍機油）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡島政三大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 3H029 AA04 AA13 AB03 BB31 BB44 CC01 CC03 CC05 CC38 CC40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属部材の表面にショットピーニング処
理を施した後、その上にＣｒＮコーテイング膜あるいは
硬質炭素薄膜を形成したことを特徴とするベーン。
【請求項２】前記金属部材がＳＫＨなどの高速度工具
鋼、ＳＫＤなどの熱間加工鋼、ＳＵＳなどの耐熱耐酸
鋼、Ｓ４５Ｃなどの構造鋼、あるいはこれらの焼結鋼か
ら選ばれ、焼入れを施した金属部材であることを特徴と
する請求項１記載のベーン。
【請求項３】前記硬質炭素薄膜は、ダイヤモンド薄
膜、ダイヤモンド構造と非晶質炭素構造との混合膜、ま
たは非晶質炭素薄膜から構成されていることを特徴とす
る請求項１あるいは請求項２記載のベーン。
【請求項４】回転軸を有する電動要素と、この電動要
素の回転軸によって駆動される圧縮要素を備え、吸入し
たＨＦＣ系冷媒、ＨＦＣ系冷媒を主体とする冷媒、炭化
水素系冷媒あるいはこれらの混合物から選ばれる冷媒を
この圧縮要素により圧縮して吐出するようにした冷媒圧
縮機であって、前記圧縮要素はシリンダと、前記回転軸
の偏心部によりこのシリンダ内を回転するローラと、こ
のローラに接してシリンダ内を分けるベーンなどを備え
ており、前記ベーンとして、金属部材の表面にショット
ピーニング処理を施した後、その上にＣｒＮコーテイン
グ膜あるいは硬質炭素薄膜を形成したベーンを用いるこ
とを特徴とする冷媒圧縮機。
【請求項５】前記ローラは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを含
み、あるいはさらにＢなどを添加した高合金鋳鉄の焼入
れ材からなるローラであることを特徴とする請求項４記
載の冷媒圧縮機。
【請求項６】冷凍機油がエステル系潤滑油、エーテル
系潤滑油あるいはこれらの混合物であることを特徴とす
る請求項４あるいは請求項５記載の冷媒圧縮機。