JP2001041150A - 機械部品における皮膜形成方法 - Google Patents

機械部品における皮膜形成方法

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JP2001041150A
JP2001041150A JP11212670A JP21267099A JP2001041150A JP 2001041150 A JP2001041150 A JP 2001041150A JP 11212670 A JP11212670 A JP 11212670A JP 21267099 A JP21267099 A JP 21267099A JP 2001041150 A JP2001041150 A JP 2001041150A
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Manabu Sugiura
学 杉浦
Kazuaki Iwama
和明 岩間
Seizo Hirayama
精蔵 平山
Seiji Suzaki
誠次 須崎
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IZUMI KOGYO KK
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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    • F05C2253/12Coating

Abstract

(57)【要約】 【課題】機械部品の被加工面に対する金属材料皮膜の形
成技術としての汎用性に優れると共に、皮膜の膜厚制御
が容易な皮膜形成方法を提供する。 【解決手段】機械部品たる斜板10の被加工面よりも軟
質な金属材料からなる供給体40を準備する。斜板10
と供給体40との間で相対回転を生じさせながら前記被
加工面に供給体の端面を圧接して両者を結合する。結合
位置S1の近傍の切断位置S2において、供給体40を
前記相対回転の軸線L,L’と直交する方向に切断し、
斜板10の被加工面上に所定厚の軟質金属層を付与す
る。必要に応じ、前記軟質金属層に表面仕上げ加工を施
す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品の被加工
面上にその被加工面よりも軟質な金属材料からなる皮膜
を形成する方法に関する。特に、斜板式圧縮機で用いら
れる斜板の表面にシューとの接触摺動性を改善するため
の皮膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】斜板式圧縮機の内部機構を構成する摺動
部材間の潤滑は、通常、その内部に保持された潤滑オイ
ルを圧縮機の運転に伴って流通するガス(例えばフロン
ガス等の冷媒ガス)でミスト化し、そのミスト化したオ
イルを各摺動部位に搬送することでまかなわれている。
但し、圧縮機を運転停止状態で長時間放置した後に再起
動するような場合には、摺動部位に付着していた潤滑オ
イルが冷媒ガスによって洗い流されていることが多い。
このため、圧縮機の起動後で冷媒ガスが圧縮機に帰還し
てオイルのミスト化がすすむまでの期間(1分程度)
が、圧縮機の運転中にもかかわらず潤滑が必要な摺動部
位がオイル不十分な状態に陥る魔の期間となる。それ
故、このようなオイル不十分な期間においても摺動部位
における最低限の潤滑を確保するために、各種摺動部材
の表面にコーティング(皮膜)を施す技術が従来より提
案されている。斜板式圧縮機の斜板の表面(具体的には
シューとの摺接面)にコーティングを施す技術に限って
みても種々の態様がある。特許文献に開示されるのみな
らず実際の製品(斜板)にも実用化されているコーティ
ング技術としては、スズ等の電解又は無電解メッキや、
銅系又はアルミニウム系合金等の溶射技術がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スズ等
の電解又は無電解メッキでは数μm程度の極薄の皮膜を
形成する分にはさほどの困難はないが、数十μm以上と
いった比較的膜厚な皮膜を形成するのは必ずしも容易で
はない。又、メッキを実現するためには母材金属と付着
金属との電気化学的関係が問題となり常に採用できる手
法ではない。
【0004】他方、粉末状の金属材料等を溶融状態とし
て火炎と共に被加工面に吹き付ける溶射技術によれば、
厚膜化とか電気化学的相性といった点での困難はさほど
ないが、それでも以下に述べるような作業上の問題を本
質的に内在している。即ち、多くの場合、溶射を施す前
に機械部品の被加工面に対しショットブラスト等による
事前の粗化処理を行う必要がある。かかる前処理の手間
及び粗化処理に用いる硬質粒子(副材料)の費用がかさ
むことは、溶射加工における時間とコストを上昇させる
一因となる。又、粗化処理時にはかなりの騒音が発生し
作業環境を悪化させる。溶射に際しては、溶射加工の不
要な部分へのマスキングを行う必要があり、そのことが
時間とコストを更に上昇させる一因となる。このように
溶射技術は、金属被加工面に対する金属皮膜の形成技術
としては高い汎用性を有するものの、上述のように作業
現場での作業環境の悪化、並びに、作業の手間、時間及
びコストといった面で多くの問題を残している。
【0005】本発明の目的は、機械部品の被加工面に対
する金属材料皮膜の形成技術としての汎用性に優れると
共に、作業現場での作業環境の良好維持並びに作業の手
間、時間及びコストの効果的な削減が可能な皮膜形成方
法を提供することにある。また、皮膜の膜厚制御が容易
な皮膜形成方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)は、
機械部品の被加工面に皮膜を形成する方法であって、機
械部品の少なくとも被加工面よりも軟質な金属材料から
なる供給体を準備する準備工程と、機械部品と供給体と
の間で相対回転を生じさせながら機械部品の被加工面に
供給体の端面を圧接することにより機械部品に供給体を
結合する圧接工程と、機械部品と供給体との結合位置の
近傍においてその供給体を前記相対回転の軸線とほぼ直
交する方向に切断することにより機械部品の被加工面上
に所定厚の軟質金属層を付与する切断工程とを備えてな
ることをその要旨とする。
【0007】この方法によれば、機械部品と供給体との
摩擦圧接による結合とその後の供給体の切断とを経て機
械部品の被加工面上に所定厚の軟質金属層が付与され
る。このため、供給体の切断位置を適宜選択することに
より前記被加工面上での金属材料皮膜の膜厚制御が容易
に行なわれる。又、機械部品の被加工面上に所望の膜厚
の金属材料皮膜を簡便且つ低コストで形成することがで
きる。
【0008】請求項1記載の皮膜形成方法が、機械部品
の被加工面上に付与された前記軟質金属層に対して表面
仕上げ加工を施す表面仕上げ工程を更に備えることは好
ましい(請求項2)。前記切断工程の後に当該表面仕上
げ工程を用意することで、軟質金属層の表面円滑性を向
上させ得るのみならず、供給体の切断位置を決める際の
選択の幅が広がり、供給体の切断作業がやり易くなる。
【0009】請求項3及び4は本発明の最も好ましい態
様を示すものである。即ち、前記供給体を構成する金属
材料は、前記機械部品を構成する材料よりも低融点であ
ること(請求項3)、及び、前記機械部品を構成する材
料は鉄系材料であり、前記供給体を構成する金属材料は
アルミニウム系材料又は銅系材料であること(請求項
4)は好ましい。
【0010】請求項5は、前記機械部品が斜板式圧縮機
で用いられる斜板であることを限定するものである。本
件の方法は、斜板の表面への皮膜形成方法として極めて
優れた適性を有している。尚、機械部品としての斜板の
被加工面は、好ましくはシューとの摺接面である。
【0011】
【発明の実施の形態】まず、本発明の適用対象となる容
量可変型斜板式圧縮機の一例を簡単に説明する。図1に
示すように斜板式圧縮機は、シリンダブロック1と、そ
の前端に接合されたフロントハウジング2と、シリンダ
ブロック1の後端に弁形成体3を介して接合されたリヤ
ハウジング4とを備え、これらは複数の通しボルト(図
示略)により相互に接合固定されて圧縮機のハウジング
を構成する。このハウジング内には、クランク室5、吸
入室6及び吐出室7が区画されている。シリンダブロッ
ク1には複数のシリンダボア1a(一つのみ図示)が形
成され、各ボア1aには片頭型のピストン8が往復動可
能に収容されている。吸入室6及び吐出室7は、弁形成
体3に設けられた各種フラッパ弁を介して各ボア1aと
選択的に連通可能となっている。クランク室5内には駆
動軸9が回転可能に支持され、又、カムプレートたる斜
板10が収容されている。斜板10の中央部には挿通孔
10aが貫設され、この挿通孔10aに駆動軸9が挿通
されている。この斜板10は、ヒンジ機構13及びラグ
プレート11を介して駆動軸9に作動連結され、駆動軸
6と同期回転可能で且つ駆動軸の軸線方向への摺動を伴
いながら駆動軸に対し傾動可能となっている。そして、
斜板10の外周部が前後一対のシュー20A,20Bを
介して各ピストン8の端部に摺動自在に係留されること
で、全てのピストン8が斜板10に作動連結されてい
る。所定角度に傾斜した斜板10が駆動軸9と共に回転
すると、各ピストン8が斜板の傾角に対応したストロー
クで往復動され、各ボア1aでは、吸入室6(吸入圧P
s領域)からの冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出室7(吐出
圧Pd領域)への圧縮冷媒ガスの吐出が順次繰り返され
る。
【0012】斜板10は、傾角減少バネ14によってシ
リンダブロックに接近する方向(傾角減少方向)に付勢
されている。但し、例えば駆動軸9上に固定されたサー
クリップ15で斜板10の傾角減少方向への傾動及び摺
動を規制することで斜板の最小傾角θmin(例えば3
〜5°)が制限される。他方、斜板10の最大傾角θm
axは、例えば斜板のカウンタウェイト部10bがラグ
プレート11の規制部11aに当接することで制限され
る。斜板10の傾角は、斜板回転時の遠心力に基づく回
転運動のモーメント、傾角減少バネ14の付勢作用に基
づくバネ力によるモーメント、ピストンの往復慣性力に
よるモーメント、ガス圧によるモーメント等の各種モー
メントの相互バランスに基づいて決定される。ガス圧に
よるモーメントとは、シリンダボアの内圧とピストン背
圧にあたるクランク室の内圧(クランク圧Pc)との相
互関係に基づいて発生するモーメントであり、クランク
圧Pcに応じて傾角減少方向にも増大方向にも作用す
る。図1の斜板式圧縮機では図示しない制御弁16を用
いてクランク圧Pcを調節することで前記ガス圧による
モーメントを適宜変更し、斜板10の傾角を最小傾角θ
minと最大傾角θmaxとの間の任意の角度θに設定
できるようになっている。
【0013】かかる圧縮機において皮膜形成の対象とな
る機械部品は、例えば斜板10である。図1〜図3に示
すように、斜板10の外周部のフロント側及びリヤ側に
はそれぞれ環状の摺接面30A,30Bが形成されてい
る。フロント側及びリヤ側の環状摺接面30A,30B
は、前記一対のシュー20A,20Bとそれぞれ摺接す
る。斜板10には、斜板回転時の遠心力に基づく回転運
動のモーメントを適正に発生させるために比較的重い鉄
系材料(例えばFCD700等の鋳鉄)が用いられる。
他方、シュー20A,20Bには、その機械的強度等を
配慮して同じく鉄系材料(例えば軸受鋼)が用いられ
る。同種金属からなる二つの部材(この場合は斜板とシ
ュー)を過酷な条件で摺接させると、いわゆる「ともが
ね現象」による焼き付きを生じてしまうので、本実施形
態では、図2に示すように斜板10の少なくとも前記摺
接面30A,30B上に、シューとの接触摺動性を改善
するための摺動層としての皮膜31A,31Bが形成さ
れている。つまり、本実施形態では斜板10の摺接面3
0A,30Bが被加工面となる。
【0014】各皮膜31A,31Bは、斜板10の母材
やシュー20A,20Bを構成する鉄系材料とは種類の
異なる金属材料からなっている。皮膜31A,31Bを
構成する金属材料としては、例えば珪素含有のアルミニ
ウム合金、アルミニウムと珪素との金属間化合物(以下
両者を含めて「Al−Si系金属材料」と呼ぶ)や、銅
系材料があげられる。アルミニウム系材料としてのAl
−Si系金属材料では珪素含有量に応じて硬度や融点等
の物性が種々変化するが、ここで使用するAl−Si系
金属材料は、珪素含有量が15〜20重量%のものであ
る。かかるAl−Si系金属材料からなる皮膜31A,
31Bを形成することで、前記ともがね現象による焼き
付きが防止されるのみならず、斜板10とシュー20
A,20Bとの接触摺動性が改善される。つまり皮膜3
1A,31Bの形成によって、斜板10とシュー20
A,20Bとの間にはオイルレス環境下においても一定
の潤滑性が確保される。なお、斜板10やシュー20
A,20Bに用いられている鉄系材料が非常に硬くて融
点も千数百度以上と比較的高いのに対し、皮膜31A,
31Bを構成する前記Al−Si系金属材料は、前記鉄
系材料に比して相対的に柔らかく且つ融点も600〜7
00℃程度と前記鉄系材料に比して低い。Al−Si系
金属材料の前記鉄系材料との物性上の差異が接触摺動性
の改善に寄与していることは間違いないが、それに留ま
らず、以下に説明する皮膜形成方法を採用する上でも両
者の物性上の差異が重要な意味を持つ。
【0015】次に、機械部品としての斜板10のリヤ側
摺接面(被加工面)30Bへの皮膜31Bの形成手順に
ついて以下に具体的に説明する。尚、フロント側摺接面
30Aに対する皮膜31Aの形成も以下の手順に準ず
る。
【0016】第一工程(準備工程)として、図3に示す
ような供給体40を用意する。この供給体40はその全
体が前記Al−Si系金属材料からなると共に、肉厚な
円筒形状をなしている。その肉厚円筒状の供給体40の
一端面41は、斜板10の環状の摺接面30B(又は3
0A)に対応した環状端面となっている。このため、供
給体40の端面41を斜板の摺接面30Bに接合する際
には、当該端面41でその摺接面30Bの全体を覆い隠
すことができる。
【0017】第二工程(圧接工程)では、図4に示すよ
うに、斜板10を回転保持機構51(二点鎖線で概念的
に示す)にセットすると共に、供給体40をスライド保
持機構52(二点鎖線で概念的に示す)にセットする。
回転保持機構51はモータMに作動連結され、該モータ
Mの駆動力に基づいて保持した斜板10を軸線Lを中心
として回転させる。斜板10を回転保持機構51にセッ
トした状態では、環状の摺接面30Bは前記軸線Lに直
交する面として存在し、供給体の端面41から離間した
状態でそれに対向する。他方、スライド保持機構52は
前後スライド手段53に作動連結され、該スライド手段
53の動作により供給体40を斜板10に対し接近、圧
接および離間させることができる。供給体40をスライ
ド保持機構52にセットした状態では肉厚円筒状の供給
体40の軸線L’と前記斜板10の軸線Lとは一致し、
供給体40を斜板10に向けて前進させたときにはその
端面41が斜板の摺接面30Bにピタリと接合する。
【0018】斜板10及び供給体40をそれぞれの機構
51,52にセットした後、モータM及び回転保持機構
51によって斜板10を図7に示す所定の回転数N1
(例えば1800rpm以上)で回転させる。つまり静
止状態にある供給体40と斜板10との間で周方向にお
ける相対速度差を生じさせ、両者に共通の軸線L,L’
の周りで相対回転を生じさせる。斜板10の回転を維持
しながら、前後スライド手段53によりスライド保持機
構52と共に供給体40を斜板10に向けて前進させ、
端面41を摺接面30Bに接触させる。図7の時点t1
で供給体40が斜板10に接触した後も供給体40を前
進方向に付勢することで、斜板10に対する供給体40
の押圧力Pを中間圧P1まで上昇させる。そして、この
中間圧P1を所定時間T=t3−t2だけ維持する。中
間圧P1を維持したまま前記所定時間Tだけ斜板10と
供給体40とを相対回転させることで、供給体40側の
Al−Si系金属材料が溶融して斜板10側の鉄系材料
と馴染む。その結果、斜板10と供給体40との接触領
域(又は界面)には双方の構成元素が相互に拡散してな
る拡散層が形成される。
【0019】前記所定時間Tの経過後、供給体40は前
進方向に更に付勢されて、斜板10に対する供給体40
の押圧力Pが最終圧P2にまで高められる(時点t
4)。すると図5に示すように、供給体40の円筒状端
部が径方向の内外に少しはみ出すように塑性変形すると
共に、斜板10に対する供給体40の結合が確実とな
る。押圧力Pが最終圧P2に達したところで斜板10及
び供給体40の回転を停止し(時点t5)、その後に押
圧力Pを解除する(時点t6)。その後一定の冷却期間
を置いて又は特に冷却期間を置くことなく、第三工程に
移行する。
【0020】第三工程(切断工程)では、斜板10から
の供給体40の切り離しが行なわれる。図5に示す斜板
10と供給体40との結合位置S1から所定距離Rだけ
供給体側に変位した切断位置S2において、供給体40
の切断が行なわれる。この切断作業には、機械加工用バ
イト等の切断工具又は切断装置(図示略)が用いられ
る。そして、供給体40は、前記切断位置S2において
軸線L’と直交する方向に切断される。換言すれば、軸
線L’と直交する面で供給体40は前後に分断される
(図6(A)参照)。なお、結合位置S1と切断位置S
2との距離Rは、皮膜31Bの必要膜厚に後述の仕上げ
加工時の削り代を加味した長さに相当する。距離(又は
厚み)Rの好ましい数値範囲は、200〜400μm
(マイクロメートル)である。
【0021】第四工程(表面仕上げ工程)では、斜板1
0の摺接面30Bに形成されたプレ皮膜(Al−Si系
金属材料からなる前記厚みRの軟質金属層)に対して表
面仕上げ加工が施される。仕上げ加工には、例えば三角
チップ等の工具を用いた旋盤加工や研磨加工が利用でき
る。かかる表面仕上げ加工により、前記プレ皮膜の粗い
表面が削り取られて皮膜31Bが所望の膜厚(例えば1
0〜150μm、より好ましくは50〜100μm)に
仕上げられると共に、皮膜31Bの表面が滑らかになる
(図6(B)参照)。なお、前記第三及び第四工程の作
業は、斜板10を回転保持機構51から取り外して別の
作業場に移って行なってもよい。
【0022】(効果)本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。 ○ 本件の皮膜形成方法によれば、簡便な手順で比較的
短時間のうちに、斜板10の摺接面30A,30Bに対
してAl−Si系金属材料からなる皮膜31A,31B
を効率的に形成することができる。
【0023】○ 既存の溶射技術とは異なり、斜板10
の被加工面に対し特段の前処理を必要としない。又、被
加工面の形状と供給体40の端面形状とを対応させるこ
とで特段のマスキング等も必要とされない。このため、
作業に必要な手間、時間およびコストを大幅に低減する
ことができる。
【0024】○ 斜板10に対する供給体40の圧接時
に特に大きな騒音を発することも無いため、騒音等によ
る作業環境悪化の心配がない。 ○ この方法では被加工面に対する皮膜31A,31B
の付与は、第一義的には圧接による物理的結合を利用す
るものであり、厳格な化学的親和性が要求されないた
め、皮膜の形成技術としての汎用性に優れている。
【0025】○ この方法では斜板10に供給体40を
圧接結合した後に、切断位置S2で供給体40を前後に
分断することで斜板10の被加工面にプレ皮膜を付与す
る。このため、プレ皮膜の厚さRを、皮膜31A,31
Bの最終膜厚と表面仕上げ時の削り代とを考慮した厚さ
にすることができる。故に、皮膜31A,31Bの表面
円滑性を確保しつつ、その膜厚を所望の厚さに調節する
ことが容易となる。
【0026】(別例)本発明の実施形態を以下のように
変更してもよい。 ○ 前記実施形態では、斜板10を回転させ供給体40
をスライドさせたが、供給体40を回転させ斜板10を
スライドさせるようにしてもよい。又、斜板10と供給
体40とを異なる回転速度で回転させて両者間に相対的
な回転速度差を生じさせ、そのうえで相互に押圧するよ
うにしてもよい。
【0027】○ 本件の皮膜形成方法が適用可能な部位
は、斜板10の摺接面30A,30Bに限られるもので
はなく、斜板摺接面と接するシュー20A,20Bの平
端面側に本件方法によって同様のAl−Si系金属皮膜
を形成してもよい。
【0028】〇 被加工面上に所定厚の軟質金属層を形
成した後、更にその表面に二硫化モリブデン等の固体潤
滑剤を含有する固体潤滑剤皮膜を形成してもよい。 (前記各請求項に記載した以外の技術的思想)請求項1
〜5のいずれか一項に記載の皮膜形成方法において、前
記機械部品は一軸線を中心として回転可能な回転体であ
り、その回転体の被加工面は前記一軸線に直交する環状
又は円状の面であり、前記機械部品に圧接される前記供
給体の端面は前記機械部品の環状又は円状の被加工面に
対応した端面形状を有していること。機械部品が上述の
ような回転体であり、その被加工面が回転軸線に直交す
る環状又は円状の面である場合には、本発明の手法上の
要点である「機械部品と供給体との間で相対回転を生じ
させながら機械部品の被加工面に供給体の端面を圧接す
ること」を極めて円滑に行ない得る。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法は、機
械部品の被加工面に対する金属材料皮膜の形成技術とし
ての汎用性に優れ、作業現場での作業環境の良好維持並
びに作業の手間、時間及びコストの効果的な削減を可能
とする。又、本発明によれば、皮膜の膜厚制御が容易に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】容量可変型斜板式圧縮機の縦断面図。
【図2】シューと接する斜板の外周部付近を拡大して示
す断面図。
【図3】斜板のリヤ面及び供給体の全体を示す正面図及
び斜視図。
【図4】圧接装置を概念的に示す側面図。
【図5】圧接工程を示す図4相当の側面図。
【図6】(A)は供給体を切断直後の斜板の側面図、
(B)はプレ皮膜の表面仕上げ後の斜板の側面図。
【図7】圧接工程における回転数及び押圧力の経時的変
化を示すグラフ。
【符号の説明】
10…斜板(機械部品)、30A,30B…摺接面(被
加工面)、31A,31B…皮膜、40…供給体、41
…端面、L,L’…軸線、S1…結合位置、S2…切断
位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩間 和明 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 平山 精蔵 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 須崎 誠次 愛知県大府市北崎町清水1番地の3 イヅ ミ工業株式会社内 Fターム(参考) 3H076 AA06 BB32 BB50 CC20 CC99

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機械部品の被加工面に皮膜を形成する方
    法であって、 機械部品の少なくとも被加工面よりも軟質な金属材料か
    らなる供給体を準備する準備工程と、 機械部品と供給体との間で相対回転を生じさせながら機
    械部品の被加工面に供給体の端面を圧接することにより
    機械部品に供給体を結合する圧接工程と、 機械部品と供給体との結合位置の近傍においてその供給
    体を前記相対回転の軸線とほぼ直交する方向に切断する
    ことにより機械部品の被加工面上に所定厚の軟質金属層
    を付与する切断工程とを備えてなることを特徴とする機
    械部品における皮膜形成方法。
  2. 【請求項2】 機械部品の被加工面上に付与された前記
    軟質金属層に対して表面仕上げ加工を施す表面仕上げ工
    程を更に備えてなる請求項1に記載の機械部品における
    皮膜形成方法。
  3. 【請求項3】 前記供給体を構成する金属材料は、前記
    機械部品を構成する材料よりも低融点であることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の機械部品における皮膜形
    成方法。
  4. 【請求項4】 前記機械部品を構成する材料は鉄系材料
    であり、前記供給体を構成する金属材料はアルミニウム
    系材料又は銅系材料であることを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか一項に記載の機械部品における皮膜形成方
    法。
  5. 【請求項5】 前記機械部品が斜板式圧縮機で用いられ
    る斜板である請求項1〜4のいずれか一項に記載の機械
    部品における皮膜形成方法。
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