JP4069839B2

JP4069839B2 - 摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP4069839B2
Application number: JP2003319708A
Authority: JP
Inventors: 博高安; 馬場　　昇; 雅也高橋; 一朗藤林; 敏昭山中
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2005083339A

Description

本発明は，新規な摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機に関する。

冷凍サイクル等に使用する圧縮機には従来から冷媒としてCFC-12（ジクロロジフロロメタン）やHCFC-22（モノクロロジフロメタン）が主に使用されてきたが、オゾン層の破壊が人体の生物系に及ぼす影響や地球温暖化の観点から、分子内に塩素原子を含まないハイドロフルオロカーボンのHFC系冷媒のHFC-134aやHFC-410A等の代替冷媒が使用されている。今後さらに耐環境性や高効率化のために自然冷媒（ハイドロカーボン、二酸化炭素）が使用されつつある。このように冷媒がCFC-12やHFC-134a及びHFC-410Aから自然冷媒に変わることによって摺動時に摺動部に形成される耐摩耗性及び潤滑効果を呈する塩化鉄やフッ化鉄膜の生成が望めないことから摺動環境は厳しくなる。また、二酸化炭素の場合は冷媒の圧力が１０ＭＰaと高いため摺動環境はさらに過酷になることが予想される。特に、起動時の無給油状態においては摩擦係数が高くなりカジリや焼付きが生じ圧縮機の信頼性が低下する。

特許文献１には基材表面にマグネトロスパッタリング装置、プラズマCVD装置によってダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した摺動部材が圧縮機、ポンプに用いられることが示されている。又、特許文献２には樹脂材料の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を形成した摺動部材を用いた圧縮機が示されている。更に特許文献3にはS45C鋼からなる部材の一方の表面に窒化処理後ダイヤモンド薄膜、他方の表面にダイヤモンド粒子を含む樹脂コーテング層が設けられ、耐摩耗性に優れた摺動部材が示されている。

特開2001-107860号公報特開2001-115959号公報特開2001-200849号公報

従来の圧縮機では、ローラ、ベーン、シリンダ、クランクシャフト摺動部の耐カジリ性、耐焼付き性及び耐摩耗性につては考慮されず、起動時の無給油状態におけるカジリや焼付きが懸念される。

又、特許文献１〜3のいずれにおいても、起動時の無給油状態における摺動部の摩擦係数、耐カジリ性、耐焼付き性並びに耐摩耗性の点が懸念される。

本発明の目的は、起動時の無給油状態における摺動部の摩擦係数を低減し、耐カジリ性、耐焼付き性並びに耐摩耗性を向上させた摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機を提供することにある。

本発明者等は、互いに摺動する部材の両者が基地の硬さ(Hv)が250以上及びその摺動する表面粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍを有する鉄系部材の少なくとも一方の表面に対して、硬さ（Hv）が1500〜2500、ヤング率が150〜250GPaの硬質炭素膜を後述するアンバランスマグネトロンスパッタ法により形成することで、摺動装置において潤滑油が行き渡らない初期において衝撃的な荷重を受ける摺動に対して耐カジリ性、耐焼きつき性及び耐摩耗性が向上することを見出した。先ず、硬質炭素膜を形成する基材の粗さは、Raが0.3μｍを越えると硬質炭素膜が数μｍと薄いため粗さに沿って形成され、突部が相手材との摺動で応力が過大となり剥離をもたらす原因となる。一方、Raが0.02μｍ未満では、膜の初期の摩擦係数が0.15を越え、衝撃的な荷重を受ける摺動に対して耐カジリ性、耐焼きつき性が低下する。
又、硬質炭素膜は、Hv2500を超える高硬度化すると膜中の圧縮応力の増加を伴う。この圧縮応力はスクラッチ試験の印加荷重のような外力にプラスされて膜の破壊をもたらすため、硬質炭素膜の硬さが高いと密着性が得られなくなる。また、その硬さがHv1500未満と低すぎると、硬質炭素膜本来の性能が発揮されない。好ましい硬さはHv1500〜2000にすることにより耐カジリ性、耐焼付き性及び耐摩耗性が得られる。

更に、硬質炭素膜のヤング率は、硬さと同じように250GPaを超えると膜内の圧縮応力が大きくなり密着性が悪くなる。また、ヤング率が150GPa未満と小さ過ぎると硬質炭素膜本来の性能が発揮されない。従って、ヤング率は150〜250GPaにすることにより耐カジリ性、耐焼付き性及び耐摩耗性が得られる。
本発明におけるアンバランスマグネトロンスパッタ(UBMS)法による硬質炭素膜の形成は、電場に対し直交する閉磁場を形成するように、被膜の原料となるターゲットの裏面に磁石を配置し、その磁場により、グロー放電で生じた電子を閉じ込める。その結果として、ターゲット表面近くに高密度プラズマを作ることができ、高いスパッタ効率、すなわち高成膜速度の得られる。これはターゲットの裏面に配置する磁石の強さを内側とその外周側とで変えてアンバランスな磁場を作り、内側に対してその外周側の磁石の強さを大きくすることにより、磁力線を基板まで到着させて、プラズマが基板の近くまで拡散するようにしたものである。この結果として成膜中に基板に照射されるArイオンが増加し、被膜の特性改善や密着性の向上が可能となる。
又、バイアス電圧を調整し硬質炭素膜内に金属を分散することにより密着性のより高いものが得られる。その金属として基材の鉄系部材に対して、Fe、Ni、Co、炭化物形成元素(Cr、V、W、Ti、Nb、Ta、Mo)の少なくとも一種が好ましい。

更に、本発明は、硬質炭素膜の下地としてSi、W、Ti、Cr、TiC、WC及びSiCのいずれかの中間層を設けることにより膜質の自由度が高くなり密着力がさらに向上すると共に、本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され、各摺動の無給油状態におけるカジリや焼付きさらに混合潤滑や流体潤滑における長期的な耐摩耗性が得られる。
又、本発明は、基材の硬さ（Hv）を250以上とするものである。これにより基材と硬質炭素膜の密着力がさらに向上し、前述と同様に優れた効果が得られる。

本発明は、シリンダ内を回転軸のクランクシャフトにより回転するローラ及び該ローラの回転によって前記シリンダに設けられたベーンの往復運動による圧縮手段により冷媒を圧縮する圧縮機において、前記シリンダ、クランクシャフト、ローラ及びベーンはいずれも硬さ（Hv）が250以上である鉄系部材からなり、互いに摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、それらの少なくとも一方の表面に前述の硬質炭素膜を有することを特徴とする冷媒圧縮機にある。前記シリンダの内周面、前記クランクシャフトの、前記ローラの外周面及び前記ベーンの全表面に前記硬質炭素膜が形成されていることが好ましい。

硬質炭素膜をローラ外面及びベーンに、シリンダーの内面に、シャフトに各々形成したことにより適正な表面粗さの基材上に硬さとヤング率の調和がとれた硬質炭素膜が形成され高い密着力が得られる。更に、硬質炭素膜が本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され、ローラとベーンの摺動において、ローラとシリンダの摺動において、シャフトと上下軸受の摺動において各々無給油状態におけるカジリや焼付き、さらに混合潤滑や流体潤滑においても長期的に高い耐摩耗性が得られる。
本発明は、固定スクロールと、回転軸のクランクシャフトにより回転する旋回スクロールとによる圧縮手段により冷媒を圧縮する圧縮機において、前記クランクシャフト、固定スクロール及び旋回スクロールさらにスラスト軸受及びオルダムリングはいずれも硬さ(HV)が250以上である鉄系部材からなり、及び互いに摺動する表面の粗さ(Ra)が0.02〜0.3μｍであり、摺動する少なくとも一方の該表面に前述の硬質炭素膜を有することを特徴とする冷媒圧縮機にある。硬質炭素膜をクランクシャフトの表面、旋回スクロールの歯先もしくは固定スクロールさらにスラスト軸受面及びオルダムリングの摺動面に形成したことにより適正な表面粗さの基材上に硬さとヤング率の調和がとれた硬質炭素膜が形成され密着力が増加する。これにより硬質炭素膜が本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され旋回スクロールと固定スクロール、旋回スクロールとスラスト軸受及び旋回スクロールとオルダムリング及びオルダムリングとフレームの摺動において無給油状態におけるカジリや焼付き、さらに混合潤滑や流体潤滑における長期的な耐摩耗性が得られる。

本発明は、シリンダ内を回転軸のクランクシャフトの回転によって前記シリンダに設けられたシュー内を往復運動する揺動ピストンによる圧縮手段により冷媒を圧縮する圧縮機において、前記シュー及び揺動ピストンはいずれも硬さ（Hv）が250以上である鉄系部材からなり、互いに摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、少なくとも一方の該表面に前述の硬質炭素膜を有することを特徴とする冷媒圧縮機にある。硬質炭素膜を揺動ピストンもしくはシューに形成したことにより適正な表面粗さの基材上に硬さとヤング率の調和がとれた硬質炭素膜が形成され密着力が増加する。これにより硬質炭素膜が本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され、揺動ピストンとシューの摺動において無給油状態におけるカジリや焼付きさらに混合潤滑や流体潤滑における長期的な耐摩耗性が得られる。
本発明の冷媒圧縮機は、給湯機、空調機及び冷凍機等に用いることができる。これらの用途に本発明の冷媒圧縮機を用いることにより摺動部における耐カジリ性、耐焼付き性及び耐摩耗性が向上し、寒冷地での使用にも対応でき長期にわたり高い信頼性が得られるものである。
本発明は、CO₂冷媒を用い一時的に潤滑油が供給されない可能性のある圧縮機の摺動部において低摩擦を実現し、カジリや焼付きを防止するとともに、混合潤滑や流体潤滑状態においても長期的に摩耗を低減する高い耐摩耗性と耐焼付き性を有するものである。

本発明は、CO₂冷媒の他、代替冷媒のHFC134a又はHFC410Aを用いた圧縮機においても硬質炭素膜が本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され、各摺動の無給油状態におけるカジリや焼付きさらに混合潤滑や流体潤滑における長期的な耐摩耗性が得られ、高い信頼性が得られる。
潤滑油には冷凍サイクルの雰囲気中において冷媒が潤滑油に溶解している。冷媒の溶解する量は、冷媒及び潤滑油の組合せにより異なるが、通常は圧力が高いほど該溶解量は増大する。潤滑油の粘度は溶解量の増大に伴い小さくなるため、圧力の高い雰囲気では摩擦摺動が過酷になるが、以上で述べた潤滑油の冷媒溶解状態の差異に起因する摺動条件の制約に影響せずに、本発明の硬質炭素膜を有する摺動部材は様々な冷媒圧縮機に広く適用することができる。

本発明によれば、起動時の無給油状態における摺動部の摩擦係数を低減し、耐カジリ性、耐焼付き性並びに耐摩耗性を向上させた摺動部材とその製造方法及び冷媒圧縮機並びにそれを用いた給湯機、空調機及び冷凍機を提供することができる。

本発明は、基地の硬さ（Hv）が250以上及び摺動する表面の表面粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍである鉄系部材からなり、少なくとも一方の摺動する表面に、前述のアンバランスマグネトロンスパッタ法により形成された硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaの特性を有し、好ましくは、摩擦係数0.03〜0.15及び臨界荷重40N以上の硬質炭素膜を有することを特徴とする摺動装置にある。

更に、本発明は、基地の硬さ（Hv）が250以上及び各々の摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍである鉄系部材からなり、少なくとも一方の表面に前述のアンバランスマグネトロンスパッタ法により硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaの特性を有し、好ましくは、摩擦係数0.03〜0.15及び臨界荷重40N以上の硬質炭素膜を形成することを特徴とする摺動部材の製造法にある。

図１は、本発明におけるアンバランスマグネトロンスパッタ(UBMS)法による硬質炭素膜の形成方法を示す模式図である。電場に対し直交する閉磁場を形成するように、電極の裏面に磁力の強さを内側と外側とで変えて磁石を配置し、アンバランスな磁場により、グロー放電で生じた電子（プラズマ）を閉じ込める。その結果として、部材表面近くに高密度プラズマを作ることができ、高いスパッタ効率で高成膜速度が得られる。又、アンバランスな磁場により、磁力線を部材まで到着させて、プラズマが部材の近くまで拡散するようにしたものである。この結果として成膜中に部材に照射される炭素イオンが増加し、ダイヤモンドライクカーボン被膜からなる以下に示す特定の特性を有する硬質炭素膜が高い密着性で形成することが可能となる。又、バイアス電圧を調整することにより硬質炭素膜内に金属を分散することができ、より密着性の高いものが得られる。更に、硬質炭素膜の下地としてSi、W、Ti、Cr、TiC、WC及びSiCのいずれかの中間層を設けることにより膜質の自由度が高くなり密着力がさらに向上すると共に、本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され、各摺動の無給油状態におけるカジリや焼付きさらに混合潤滑や流体潤滑における長期的な耐摩耗性が得られる。
図２は、基材として表面粗さ(Ra:0.1μm)のSKH51(高速度工具鋼)を用いて図１に示すアンバランスマグネトロンスパッタ法によって形成した硬質炭素膜（A）と従来のマグネトロンスパッタ法によって形成した硬質炭素膜（B）との臨界荷重の比較を示すグラフである。従来のマグネトロンスパッタ法は内周部とその外周部に対して同じ磁力を有する磁石を配置してスパッタリングしたものである。本発明の硬質炭素膜(A)は、厚さが2μm、硬さ（Hv）が2000、ヤング率が200GPaを有するものである。従来の硬質炭素膜(B)は、厚さが2μm、硬さ（Hv）が2500を超え、ヤング率が250GPaを超えるものである。臨界荷重はスクラッチ試験機(CSEM製Revetest)を用いて、負荷条件100N/min、圧子速度10mm/minで行い硬質炭素膜の破壊荷重を求めた。本発明の硬質炭素膜（A）の臨界荷重は50Ｎで、従来の硬質炭素膜（B）の30Nよりも1.7倍大きく、膜の密着性が著しく向上していることが分かる。又、本発明における比較材として、表面粗さ（Ra）が0.3μmを超えるものについて同様に試験した結果、硬質炭素膜の破壊荷重が従来の硬質炭素膜（B）と同等に低いものであった。

図３は、基材として表面粗さ(Ra:0.1mm)のSKH51(高速度工具鋼)を用い、本発明の硬質炭素膜（A）、従来の硬質炭素膜（B）及び未処理（C）の摩耗試験による摩擦係数を示すグラフである。本発明の硬質炭素膜（A）及び従来の硬質炭素膜（B）は前述と同様である。摩耗試験は、硬質炭素膜を有する試験片を固定片とし、Mo-Ni-Cr合金鋳鉄を可動片とした。摩耗試験は、オリエンテック製の高圧雰囲気摩耗試験機を用いて、面圧9.8MPa、摺動速度0.12m/sでCO₂雰囲気にて5時間行った。摩擦係数は未処理材（C）では0.6と高く、従来の硬質炭素膜（B）が0.13と低いが、本発明の硬質炭素膜（A）が0.06とさらに低いものであった。
図４は、基材として表面粗さ(Ra:0.1mm)のSKH51(高速度工具鋼)を用い、本発明の硬質炭素膜（A）、従来の硬質炭素膜（B）及び未処理（C）の摩耗試験による固定片と可動片の摩耗量を示すグラフである。本発明の硬質炭素膜（A）及び従来の硬質炭素膜（B）は前述と同様である。摩耗試験は、硬質炭素膜を有する試験片を固定片とし、Mo-Ni-Cr合金鋳鉄を可動片とした。摩耗量は、未処理（C）の場合が固定片2.8mg及び可動片29μmと共に多いが、従来の硬質炭素膜（B）では固定片1mg及び可動片0.2μmと共に少なくなり、更に本発明の硬質炭素膜（A）では固定片0.5mg及び可動片0.06μmと一段と少なくなる。
図５は、部材の表面粗さを0.3μm及び0.02μmとしたSKH51(高速度工具鋼)を用いた本発明の硬質炭素膜における部材の表面粗さ(Ra)と摩擦係数及び摺動試験時間(h)の関係を示す線図である。本発明の硬質炭素膜は前述と同様である。摩耗試験は、硬質炭素膜を有する試験片を固定片とし、Mo-Ni-Cr合金鋳鉄を可動片とした。図に示すように、摺動試験の直後は部材の表面粗さが0.3μmより0.02μmと小さい方が摩耗係数が大きいが、摺動試験が約15分になると表面粗さが0.3μmより0.02μmの小さい方が摩耗係数が小さくなり、約半分になる。従って、部材の表面粗さが0.3μmより大きい場合は、摺動試験直後とその後の経過に影響が小さく、大きい摩擦係数となる。しかし、表面粗さが0.02μmと更に小さくすることにより摩擦係数が0.1付近から0.05と低くなる。従って、部材の表面粗さが0.3μmより大きい場合は摩擦係数が0.15を越え、更に表面粗さが0.02μmより小さい場合は初期の摩擦係数が0.15を大きく越えることが予想され、以下の実施例に示すように、摺動装置において潤滑油が行き渡らない初期において苛酷な荷重を受ける摺動に対して対応できない。そのため、本実施例における部材の表面粗さは0.02〜0.3μmが好ましいことが分かる。

図６はロータリー型圧縮機の断面図である。図７は図６のA−A断面である。本実施例は、ロータリー型圧縮機の摺動部に実施例１によって形成した硬質炭素膜を形成したものである。本ロータリー型圧縮機は、密閉容器１、クランクシャフト2、電動機部3、圧縮機部4を有するものである。圧縮機部4はシリンダ10、上ベアリング11、下ベアリング12、ローラ13、ベーン14より構成される。クランクシャフト2は、上ベアリング11と下ベアリング12により軸受支持され、クランク部6は摺動してローラ13に偏心回転を与える。ローラ13の外周面とに摺接されたベーン14が摺動自在に設けられている。
クランクシャフト2は鉄系材料として硬さ（Hv）800のクロムモリブデン鋼(SCM415)、シリンダ10、上ベアリング11、下ベアリング12は鉄系材料として硬さ（Hv250）の鋳鉄、ベーン１４は鉄系材料として硬さ（Hv）800の高速度工具鋼(SKH51)、ローラ13は鉄系材料として硬さ（Hv600）の鋳鉄を用いることができる。これらローラ外周、ベーン、シリンダ及びシャフトの各々の摺動面の粗さ(Ra)を0.2μmとし、実施例１と同様にアンバランスマグネトロンスパッタ法によって硬質炭素膜を形成することにより、いずれの部材においても実施例１と同様に、厚さが2μm、硬さ（Hv）が2000、ヤング率が200Gpa、摩擦係数が初期で0.15以下の特性を有する硬質炭素膜が得られ、又、実施例１と同様の効果が得られるものであった。
従って、潤滑効果が期待できない自然冷媒のCO₂冷媒を用いた圧縮機の摺動部において低摩擦を実現し耐摩耗性が向上し、さらに潤滑油の供給が困難もしくは一時的に潤滑油が供給されない可能性のある圧縮機の摺動部における苛酷な荷重に対してカジリや焼付きを防止し，圧縮機全体としても耐久性を著しく高めることが出来る。また，突発的給油不足にも対応し給湯機、空調機及び冷凍機の信頼性向上に極めて有用である。

更に、本実施例は、CO₂冷媒の他、代替冷媒のハイドロフルオロカーボンのHFC134a又はHFC410Aを用いた圧縮機においても硬質炭素膜が本来持つ自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が遺憾なく発揮され、各摺動の無給油状態におけるカジリや焼付きさらに混合潤滑や流体潤滑における長期的に安定な耐摩耗性が得られ、高い信頼性が得られる。

図８はスクロール圧縮機の断面図である。本実施例は、スクロール型圧縮機の摺動部に実施例1によって形成した硬質炭素膜を形成したものである。本スクロール型圧縮機は、密閉容器1、クランクシャフト2、電動機部3、圧縮機部4を有する。圧縮機部4はフレーム5、クランク部6、旋回スクロール7、固定スクロール8、スラスト軸受15及びオルダムリング16で構成される。上記クランクシャフト2はフレーム5、旋回スクロール7、副軸受19及びスラスト軸受15により軸受支持される。旋回スクロール7は自転防止のためオルダムリング16を備えている。クランク部6は摺動して旋回スクロール7に偏心回転を与える。
クランクシャフト２は鉄系材料として硬さ（Hv）800のクロムモリブデン鋼(SCM415)、旋回スクロール７、固定スクロール8及びスラスト軸受15には鉄系材料として硬さ（Hv）280の鋳鉄を用いることができる。オルダムリング16には、鉄系材料として硬さ（Hv）250の焼結材を用いることができる。これら旋回スクロール、固定スクロール及びシャフトの各々の摺動面の粗さ(Ra)を0.2μmとし、実施例１と同様にアンバランスマグネトロンスパッタ法によって硬質炭素膜を形成することにより、いずれの部材においても実施例１と同様に、厚さが2μm、硬さ（Hv）が2000、ヤング率が200Gpa、摩擦係数が初期で0.15以下の特性を有する硬質炭素膜が得られ、又、実施例１と同様の効果が得られるものであった。更に実施例２と同様に長期にわたり信頼性の高い圧縮機が得られるものである。

又、本実施例は、CO₂冷媒の他、代替冷媒のハイドロフルオロカーボンのHFC134a又はHFC410Aを用いた圧縮機においても高い自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が発揮され、実施例２と同様に高い効果が得られる。

図９は揺動型圧縮機の断面図である。図10は図７のA―A線における断面図である。本実施例は、揺動型圧縮機の摺動部に実施例１によって形成した硬質炭素膜を形成したものである。揺動ピストン圧縮機の圧縮動作は以下のように行われる。回転子17aの回転がクランクシャフト2を駆動し、偏心部2aに嵌合された揺動ピストン20がシリンダ3内を揺動運動する。ベーン部20aによってシリンダ10内の作動室18が吸込室と圧縮室に仕切られ、吸込パイプ22より吸込室内に吸込まれた作動流体は吐出ポート25から吐出弁装置24を通って吐出室27に入り、その後密閉容器1内に吐出されここから外部に吐出される。
クランクシャフト2は硬さ（Hv）800のクロムモリブデン鋼(SCM415)、シリンダ10には硬さ（Hv）280の鋳鉄、揺動ピストン20、ベーン部20aには硬さ（Hv）600の鋳鉄や焼結材を用いることができる。これらシリンダー10、シュー21及び揺動ピストン20の各々の摺動面の粗さ(Ra)を0.2μmとし、実施例１と同様にアンバランスマグネトロンスパッタ法によって硬質炭素膜を形成することにより、いずれの部材においても実施例１と同様に厚さが2μm、硬さ（Hv）が2000、ヤング率が200Gpa、摩擦係数が初期で0.15以下の特性を有する硬質炭素膜が得られ、又、実施例１と同様の効果が得られるものであった。又、実施例２と同様に長期にわたり信頼性の高い圧縮機を提供できる。

又、本実施例は、CO₂冷媒の他、代替冷媒のHFC134a又はHFC410Aを用いた圧縮機においても高い自己潤滑性、低摩擦係数及び耐摩耗性が発揮され、実施例２と同様に高い信頼性が得られる。

本発明に係る硬質炭素膜の形成方法を示す構成図である。硬質炭素膜を有する部材の臨界荷重を示す図である。未処理材と硬質炭素膜を有する部材の摩擦係数を示す図である。未処理材と硬質炭素膜を有する部材の摩耗量を示す図である。本発明の硬質炭素膜を有する部材の摩擦係数と試験時間との関係を示す線図である。本発明に係るロータリー圧縮機の断面図である。図６のロータリ−圧縮機のA−A断面図である。本発明に係るスクロール圧縮機の断面図である。本発明に係る揺動ピストン型圧縮機の断面図である。図４の揺動ピストン型圧縮機のA−A断面である。

符号の説明

1…密閉容器、2…クランクシャフト、3…電動機部、4…圧縮機部、5…フレーム、6…クランク部、7…旋回スクロール、8…固定スクロール、9…副軸受、10…シリンダ、10a…円筒溝部、11…上ベアリング、12…下ベアリング、13…ローラ、14…ベーン、15…スラスト軸受、16…オルダムリング、17…固定子、17a…回転子、18…主軸受、19…副軸受、20…揺動ピストン、21…シュー、22…吸い込みパイプ、23…吐出パイプ、24…吐出弁装置、25…吐出ポート、26…吐出カバー、27…吐出室、28…弁体、29…作動室。

Claims

鉄系部材同士が互いに摺動する少なくとも一方の表面に硬質炭素膜を有し、前記部材の両者はその基地の硬さ（Hv）が250以上及び前記摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、前記硬質炭素膜は、弱磁場を有する内側磁石と該内側磁石の外周にそれより強磁場を有する外周側磁石とによるアンバランスな磁場により磁力線及びプラズマを前記部材まで到達させるマグネトロンスパッタ法により形成され、硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaを有することを特徴とする摺動装置。
請求項１において、前記硬質炭素膜は、摩擦係数0.03〜0.15及び臨界荷重40N以上を有することを特徴とする摺動装置。
請求項１において、前記部材と硬質炭素膜との間にSi、W、Ti、Cr、TiC、WC及びSiCのいずれかの中間層を有することを特徴とする摺動装置。
請求項１において、前記硬質炭素膜中に金属を有することを特徴とする摺動装置。
鉄系部材同士が互いに摺動する前記部材の両者がその基地の硬さ（Hv）が250以上及び前記摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、前記部材の少なくとも一方の表面に、弱磁場を有する内側磁石と該内側磁石の外周にそれより強磁場を有する外周側磁石とによるアンバランスな磁場により磁力線及びプラズマを前記部材まで到達させるアンバランスマグネトロンスパッタ法により、硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaを有する硬質炭素膜を形成することを特徴とする摺動部材の製造法。
請求項５において、前記部材の表面にSi、W、Ti、Cr、TiC、WC及びSiCのいずれかの中間層を形成した後、前記硬質炭素膜を形成することを特徴とする摺動部材の製造法。
請求項５において、前記アンバランスマグネトロンスパッタ法におけるバイアス電圧を調整し、前記硬質炭素膜中に金属を形成させることを特徴とする摺動部材の製造法。
シリンダ内を回転軸のクランクシャフトにより回転するローラ及び該ローラの回転によって前記シリンダに設けられたベーンの往復運動による圧縮手段により冷媒を圧縮する圧縮機において、前記シリンダ、クランクシャフト、ローラ及びベーンは、いずれも基地の硬さ（Hv）が250以上である鉄系部材からなり、互いに摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、前記摺動する少なくとも一方の前記表面に、弱磁場を有する内側磁石と該内側磁石の外周にそれより強磁場を有する外周側磁石とによるアンバランスな磁場により磁力線及びプラズマを前記部材まで到達させるマグネトロンスパッタ法により、硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaを有する硬質炭素膜が形成されていることを特徴とする冷媒圧縮機。
請求項８において、前記硬質炭素膜は、摩擦係数0.03〜0.15及び臨界荷重40N以上であることを特徴とする冷媒圧縮機。
固定スクロールと、回転軸のクランクシャフトにより回転する旋回スクロールとによる圧縮手段により冷媒を圧縮する圧縮機において、前記クランクシャフト、固定スクロール及び旋回スクロール、スラスト軸受及びオルダムリングは、いずれも基地の硬さ（Hv）が250以上である鉄系部材からなり、互いに摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、前記摺動する少なくとも一方の前記表面に、弱磁場を有する内側磁石と該内側磁石の外周にそれより強磁場を有する外周側磁石とによるアンバランスな磁場により磁力線及びプラズマを前記部材まで到達させるマグネトロンスパッタ法により、硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaを有する硬質炭素膜が形成されていることを特徴とする冷媒圧縮機。
請求項１０において、前記硬質炭素膜は、摩擦係数0.03〜0.15及び臨界荷重40N以上であることを特徴とする冷媒圧縮機。
シリンダ内を回転軸のクランクシャフトの回転によって前記シリンダに設けられたシュー内を往復運動する揺動ピストンによる圧縮手段により冷媒を圧縮する圧縮機において、前記クランクシャフト、シリンダ、シュー及び揺動ピストンは、いずれも基地の硬さ（Hv）が250以上である鉄系部材からなり、互いに摺動する表面の粗さ（Ra）が0.02〜0.3μｍであり、前記摺動する少なくとも一方の前記表面に、弱磁場を有する内側磁石と該内側磁石の外周にそれより強磁場を有する外周側磁石とによるアンバランスな磁場により磁力線及びプラズマを前記部材まで到達させるマグネトロンスパッタ法により、硬さ（Hv）1500〜2500及びヤング率150〜250GPaを有する硬質炭素膜が形成されていることを特徴とする冷媒圧縮機。
請求項１２において、前記硬質炭素膜は、摩擦係数0.03〜0.15及び臨界荷重40N以上であることを特徴とする冷媒圧縮機。