JP6675107B2 - 冷媒圧縮機及びそれを備えた冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷蔵庫及びエアーコンディショナー等に使用される冷媒圧縮機及びそれを備えた冷凍装置に関する。
近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を削減するために、高効率の冷媒圧縮機の開発が進められている。このため、特許文献１の密閉形コンプレッサでは、圧縮機械の摺動部の一方にリン酸マンガン系等で不溶解性皮膜処理を施した鋳鉄を用い、他方に炭素鋼を用いている。また、特許文献２のロータリー式コンプレッサでは、互いに摺動するローラー及びベーン板の少なくともいずれか一方に、軟窒化処理した鉄系焼結合金を用いている。
特開平７−２３８８８５号公報 特公昭５５−４９５８号公報
例えば、図１６に示すような一般的な冷媒圧縮機は、回転する主軸８、及び、これを軸支する主軸受１４等の摺動部材を有している。この主軸８が主軸受１４に対して回転し始める際、これらの間に大きな摩擦抵抗力が発生する。また、近年、冷媒圧縮機の高効率化のために、摺動部間に供給される潤滑油２の低粘度化、及び、摺動部の寸法の短縮化が図られており、潤滑条件が厳しくなっている。これにより、例えば、上記特許文献１のようなリン酸マンガン系皮膜が摺動部に施されていても、早期に摩耗し、冷媒圧縮機への入力が高くなるため、冷媒圧縮機の効率が低下してしまう。
また、近年、冷媒圧縮機の高効率化のために、インバータ駆動による低速化（例えば２０Ｈｚ未満）が進んでいる。このような状況では、摺動部間の油膜が薄くなるため、表面に存在する多数の微細な突起による摺動部間の接触が頻発し、冷媒圧縮機の入力が高くなってしまう。例えば、この摺動部に上記特許文献２のような硬い軟窒化処理皮膜が施されると、被膜が摺動部の突起を覆うため、突起の摩耗の進行が遅くなり、入力が高い状態が長期化し、冷媒圧縮機の効率が低下してしまう。
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、効率低下の低減を図った冷媒圧縮機及びそれを備えた冷凍装置を提供することを目的とする。
本発明の冷媒圧縮機は、上記目的を達成するため、電動要素と、前記電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記電動要素及び前記圧縮要素を収容する密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記電動要素によって回転する軸部品と、前記軸部品を回転可能に摺接する軸受部品と、を有し、前記軸部品の摺動面には、前記軸受部品の摺動面の硬さ以上の硬さを有する皮膜が設けられており、前記軸受部品の摺動面は前記軸受部品の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に内径が拡がる曲面部を有している、又は、前記軸部品の摺動面は前記軸部品の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に外径が縮まる曲面部を有している。
本発明の別の冷媒圧縮機は、電動要素と、前記電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記電動要素及び前記圧縮要素を収容する密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記電動要素によって回転する主軸と、前記主軸を回転自在に支持する主軸受と、を有し、前記主軸の摺動面には、前記主軸受の摺動面の硬さ以上の硬さを有する皮膜が設けられており、前記主軸受は、一端部及び他端部の少なくともいずれか一方の端部に、前記一端部と前記他端部との間の中間部よりも剛性が低い低剛性部を有する。
本発明に係る冷凍装置は、放熱器、減圧装置、吸熱器、並びに、前記冷媒圧縮機を備えている。
本発明は、上記構成により、効率低下の低減を図った冷媒圧縮機及びそれを備えた冷凍装置を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機を概略的に示す断面図である。 図１の酸化皮膜のＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＩＭ像である。 図１のクランクシャフト、主軸受及び偏心軸受の深さ方向の硬さを表したグラフである。 図１の一部Ｅを示す拡大図である。 図５Ａは、図１の冷媒圧縮機の入力の時系列変化曲線図である。図５Ｂは、図１の冷媒圧縮機のＣＯＰの時系列変化曲線図である。 図１の冷媒圧縮機における荷重を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る冷媒圧縮機を概略的に示す断面図である。 図７のクランクシャフト、主軸受及び偏心軸受の深さ方向の硬さを表したグラフである。 図７の一部Ｆを示す拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍装置を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態４に係る冷媒圧縮機を概略的に示す断面図である。 図１１の酸化皮膜のＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＩＭ像である。 図１１のクランクシャフト及び主軸受の深さ方向の硬さを表したグラフである。 図１１の主軸受を示す拡大図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍装置を概略的に示す図である。 従来の冷媒圧縮機を概略的に示す断面図である。
第１の態様に係る冷媒圧縮機は、電動要素と、前記電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記電動要素及び前記圧縮要素を収容する密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記電動要素によって回転する軸部品と、前記軸部品を回転可能に摺接する軸受部品と、を有し、前記軸部品の摺動面には、前記軸受部品の摺動面の硬さ以上の硬さを有する皮膜が設けられており、前記軸受部品の摺動面は前記軸受部品の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に内径が拡がる曲面部を有している、又は、前記軸部品の摺動面は前記軸部品の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に外径が縮まる曲面部を有している。
これにより、軸部品が軸受部品内で傾斜しても、この間の片当りによる局所的な接触を曲面部が緩和する。このため、軸部品と軸受部品との間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制し、効率低下の低減を図った冷媒圧縮機を提供することができる。
第２の態様に係る冷媒圧縮機は、第１の態様において、前記曲面部は、前記軸心方向の端に近いほど曲率半径が小さい形状を有していてもよい。これにより、軸部品と軸受部品との間の接触面積を広くするため、軸部品と軸受部品との間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制することができる。
第３の態様に係る冷媒圧縮機は、第１又は２の態様において、前記軸受部品の摺動面は、前記軸部品の摺動面の角又は当該摺動面と同一径を有し且つ当該摺動面から延長された延長面の角に対向しないように配置されていてもよい。これにより、軸部品の角が摺動面に接触しないため、軸部品と軸受部品との間において局部接触を低減することができる。よって、軸部品と軸受部品との間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制することができる。
第４の態様に係る冷媒圧縮機は、第１〜３のいずれかの態様において、前記軸受部品の前記曲面部は、前記軸受部品の軸心を通る平面において、前記軸受部品の軸心方向における寸法Ａ、及び、当該軸心方向に直交する方向における寸法Ｂとの関係が、Ｂ／Ａ＝１／５０００以上且つ１／５０以下になるように形成されていてもよい。これにより、軸部品と軸受部品との間の接触面積を広くするため、軸部品と軸受部品との間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制することができる。
第５の態様に係る冷媒圧縮機は、第１又は２の態様において、前記軸部品の摺動面は、前記軸受部品の摺動面の角又は当該摺動面と同一径を有し且つ当該摺動面から延長された延長面の角に対向しないように配置されていてもよい。これにより、軸部品の角が摺動面に接触しないため、軸部品と軸受部品との間において局部接触を低減することができる。よって、軸部品と軸受部品との間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制することができる。
第６の態様に係る冷媒圧縮機は、第１〜３のいずれかの態様において、前記軸部品の前記曲面部は、前記軸部品の軸心を通る平面において、前記軸部品の軸心方向における寸法Ｃ、及び、当該軸心方向に直交する方向における寸法Ｄとの関係が、Ｄ／Ｃ＝１／５０００以上且つ１／５０以下になるように形成されていてもよい。これにより、軸部品と軸受部品との間の接触面積を広くするため、軸部品と軸受部品との間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制することができる。
第７の態様に係る冷媒圧縮機は、第１〜６のいずれかの態様において、前記軸部品は、主軸、及び、前記主軸に偏心して設けられた偏心軸を有し、前記軸受部品は、前記主軸を回転自在に支持する主軸受、及び、前記偏心軸を回転自在に支持する偏心軸受を有していてもよい。これにより、主軸と主軸受との間、及び／又は、偏心軸と偏心軸受との間においても、油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制することができる。
第８の態様に係る冷媒圧縮機は、電動要素と、前記電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記電動要素及び前記圧縮要素を収容する密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記電動要素によって回転する主軸と、前記主軸を回転自在に支持する主軸受と、を有し、前記主軸の摺動面には、前記主軸受の摺動面の硬さ以上の硬さを有する皮膜が設けられており、前記主軸受は、一端部及び他端部の少なくともいずれか一方の端部に、前記一端部と前記他端部との間の中間部よりも剛性が低い低剛性部を有する。
これにより、主軸により主軸受に荷重が付加されると、主軸受における剛性が低い端部が弾性変形する。このため、主軸と主軸受との間の片当りによる局所的な接触が緩和され、この間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制する。よって、効率低下の低減を図った冷媒圧縮機を提供することができる。
第９の態様に係る冷媒圧縮機は、第８の態様において、前記低剛性部は、前記主軸受の径方向の厚みが前記中間部の径方向の厚みよりも小さくてもよい。これにより、別途部品を用いることなく、主軸受の端部の剛性を中間部の合成よりも低くできるため、コストの増加を低減することができる。
第１０の態様に係る冷媒圧縮機は、第８の態様において、前記端部において、前記主軸により最大荷重が付加される領域に、前記低剛性部が設けられていてもよい。これにより、加工領域を狭くすることができ、コストの増加を低減することができる。
第１１の態様に係る冷媒圧縮機は、第８〜１０のいずれか一の態様において、前記主軸を有するクランクシャフトと、前記主軸受を有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックのスラスト面に配置され且つ前記クランクシャフトを前記主軸受の軸心方向に支持する円筒形状のボールベアリングと、をさらに備え、前記端部は、前記スラスト面から突出した円筒形状であって、円筒形状のスリット溝によって相対的に大径の第１端部と、前記第１端部よりも軸心側に配置された相対的に小径の第２端部とに径方向に分割され、前記第１端部は、前記ボールベアリングに挿入され、前記第２端部は、前記主軸を回転自在に支持し且つ前記中間部の剛性よりも低い前記低剛性部を成していてもよい。これにより、スリット溝によって第２端部の変形に影響されることなく、第１端部はボールベアリングを保持することができる。
第１２の態様に係る冷媒圧縮機は、第１〜１１のいずれかの態様において、前記電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動するように構成されていてもよい。これにより、インバータ駆動によって冷媒圧縮機が低速回転運転された場合であっても、効率低下の低減を図った冷媒圧縮機を提供することができる。
第１３の態様に係る冷凍装置は、放熱器、減圧装置、吸熱器、並びに、第１〜１２のいずれかの態様に係る冷媒圧縮機を備えている。このような効率低下の低減を図った冷媒圧縮機を備えることにより、冷凍装置の消費電力を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
＜冷媒圧縮機の構成＞
実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００は、図１に示すように、密閉容器１０１を備えている。密閉容器１０１にＲ６００ａを冷媒ガスとして充填されていると共に、密閉容器１０１の底部に潤滑油１０３として鉱油が貯留されている。
また、密閉容器１０１は、電動要素１０６及び圧縮要素１０７を収容している。電動要素１０６は、固定子１０４、及び、固定子１０４に対して回転する回転子１０５を有している。圧縮要素１０７は、電動要素１０６により駆動されて冷媒を圧縮し、例えば、往復式機構であって、クランクシャフト１０８、シリンダブロック１１２及びピストン１３２を有している。
クランクシャフト１０８は、主軸１０９及び偏心軸１１０を有している。主軸１０９は、円柱形状の軸部品であって、下部が回転子１０５に圧入固定されており、下端には潤滑油１０３に連通する給油ポンプ１２０が設けられている。偏心軸１１０は、円柱形状の軸部品であって、主軸１０９に対し偏心して配置されている。
シリンダブロック１１２は、例えば、鋳鉄等の鉄系材料からなり、シリンダボア１１３、及び主軸受１１１を有している。このシリンダボア１１３は、円筒形であって、内部空間を有し、端面がバルブプレート１３９で封止されている。
主軸受１１１は、円筒形状の軸受部品であって、内周面によって主軸１０９を回転可能に支持しており、主軸１０９のラジアル荷重を支えるジャーナル軸受である。このため、主軸受１１１の内周面と主軸１０９の外周面とは対向し、主軸受１１１の内周面に対して主軸１０９が摺動する。このように主軸受１１１の内周面及び主軸１０９の外周面において互いに摺動する部分が摺動面であって、この摺動面を有する主軸受１１１及び主軸１０９は一対の摺動部材を構成する。
ピストン１３２の一端部は、主軸１０９の回転によって往復可動にシリンダボア１１３の内部空間に挿入されている。これにより、シリンダボア１１３、バルブプレート１３９及びピストン１３２により囲まれた圧縮室１３４が形成される。また、ピストン１３２の他端部に、ピストンピン孔１１６が設けられている。
ピストンピン１１５は、略円筒形状をなし、偏心軸１１０と平行に配置され、ピストンピン孔１１６に回転不能に係止されている。コンロッド（連結手段）１１７は、アルミ鋳造品からなり、一端部に偏心軸受１１９が設けられ、他端部はピストンピン１１５を介してピストン１３２を連結されている。これにより、コンロッド１１７は、偏心軸受１１９により軸支する偏心軸１１０とピストン１３２とを連結する。
偏心軸受１１９は、円筒形状の軸受部品であって、内周面によって円柱形状の偏心軸１１０を軸支しており、偏心軸１１０のラジアル荷重を支えるジャーナル軸受である。このため、偏心軸受１１９の内周面と偏心軸１１０の外周面とは対向し、偏心軸受１１９の内周面に対して偏心軸１１０が摺動する。このような偏心軸受１１９の内周面及び偏心軸１１０の外周面において互いに摺動する部分が摺動面であって、この摺動面を有する偏心軸受１１９及び偏心軸１１０は一対の摺動部材を構成する。
シリンダヘッド１４０は、バルブプレート１３９におけるシリンダボア１１３側と反対側に固定され、バルブプレート１３９の吐出孔を覆うことにより高圧室（図示せず）を形成している。また、サクションチューブ（図示せず）は、密閉容器１０１に固定されると共に冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスを冷凍サイクルから密閉容器１０１内に導く。さらに、サクションマフラー１４２は、バルブプレート１３９とシリンダヘッド１４０に挟持されている。
＜皮膜＞
クランクシャフト１０８は、基材１５０、及び、基材１５０の表面を被覆する皮膜により構成されている。基材１５０は、ねずみ鋳鉄等の鉄系材料により形成されている。皮膜は、主軸受１１１及び偏心軸受１１９の硬さ以上の硬さを有し、例えば、酸化皮膜１６０により形成されている。例えば、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）等の公知の酸化性ガス及び公知の酸化設備を用いて、数百℃（例えば４００〜８００℃）の範囲内で基材１５０であるねずみ鋳鉄を酸化することにより、基材１５０の表面に酸化皮膜１６０を形成することができる。
図２に示すように、酸化皮膜１６０は縦方向の寸法（膜厚）は、約３μｍである。また、酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１、第二の部分１５２及び第三の部分１５３を有しており、これらの部分はこの順で表面側から基材１５０側に積層されている。なお、図２において、第一の部分１５１の上には観察試料を保護するための保護膜（樹脂膜）が形成されている。また、酸化皮膜１６０の表面に平行な方向を横方向と称し、酸化皮膜１６０の表面に直交する方向を縦方向と称する。
第一の部分１５１は、酸化皮膜１６０の表面を構成し、第二の部分１５２上に形成されており、微結晶の組織により形成されている。ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析及びＥＥＬＳ（電子線エネルギー損失分光法）分析を行った結果、第一の部分１５１は、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）であって、ケイ素（Ｓｉ）化合物も含んでいた。また、第一の部分１５１は、結晶密度が異なる２つの部分（第一ａの部分１５１ａ及び第一ｂの部分１５１ｂ）を有している。
第一ａの部分１５１ａは、第一ｂの部分１５１ｂ上に形成され、酸化皮膜１６０の表面を構成する。第一ａの部分１５１ａの結晶密度は、第一ｂの部分１５１ｂの結晶密度よりも小さい。また、第一ａの部分１５１ａは、所々に空隙部１５８（図２中の黒く見える部分）、及び、針状組織１５９を含有している。針状組織１５９は、縦長であって、例えば、横方向の短径側の長さが１００ｎｍ以下であって、縦方向の径を横方向の径で除した比率（アスペクト比）が１以上且つ１０以下である。
第一ｂの部分１５１ｂは、粒径１００ｎｍ以下からなる微結晶１５５が敷き詰められた組織である。第一ｂの部分１５１ｂには、第一ａの部分１５１ａで見られたような空隙部１５８及び針状組織１５９は殆ど見られない。
第二の部分１５２は、第三の部分１５３上に形成されており、互いに同じ方向に並ぶ多数の縦長の柱状組織１５６を含有している。例えば、柱状組織１５６は、縦方向の径が約１００ｎｍ以上且つ１μｍ以下であって、横方向の径が約１００ｎｍ以上且つ１５０ｎｍ以下であって、アスペクト比が約３以上且つ１０以下である。また、ＥＤＳ及びＥＥＬＳの分析結果、第二の部分１５２は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であって、ケイ素（Ｓｉ）化合物も含んでいる。
第三の部分１５３は、基材１５０上に形成されており、横長の層状組織１５７を含有している。例えば、層状組織１５７は、縦方向の径が数十ｎｍ以下であって、横方向の径が数百ｎｍ程度であり、アスペクト比が０．０１以上且つ０．１以下と横方向に長い。また、ＥＤＳ及びＥＥＬＳの分析結果、第三の部分１５３は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であって、ケイ素（Ｓｉ）化合物及びケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでいる。
なお、図２では、酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１、第二の部分１５２、及び、第三の部分１５３により構成されており、この順で積層されている。ただし、酸化皮膜１６０の構成及び積層順はこれに限定されない。
例えば、酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１の単層によって構成されていてもよい。酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１が酸化皮膜１６０の表面を形成するように第一の部分１５１及び第二の部分１５２の二層によって構成されていてもよい。酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１が酸化皮膜１６０の表面を形成するように第一の部分１５１及び第三の部分１５３の二層によって構成されていてもよい。
また、酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１、第二の部分１５２及び第三の部分１５３以外の組成を含んでいてもよい。酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１が酸化皮膜１６０の表面を形成するように第一の部分１５１、第二の部分１５２、第一の部分１５１及び、第三の部分１５３の四層によって構成されていてもよい。
このような酸化皮膜１６０の構成及び積層順は諸条件を調整することにより容易に実現することができる。代表的な諸条件としては、酸化皮膜１６０の製造方法（形成方法）が挙げられる。酸化皮膜１６０の製造方法には、公知の鉄系材料の酸化方法を好適に用いることができるが、これに限定されない。製造方法における条件は、基材１５０を形成する鉄系材料の種類、基材１５０の表面状態（研磨仕上げ等）、求める酸化皮膜１６０の物性等の条件に応じて、適宜、設定される。
＜硬さ＞
図３は、クランクシャフト１０８、主軸受１１１及び偏心軸受１１９の深さ方向の硬さを表したグラフである。なお、硬さはビッカース硬さで示している。硬さの計測には、シエンタ・オミクロン株式会社製のナノインデンテーション装置（トライボインデンター）を使用した。
クランクシャフト１０８の硬さの計測では、圧子をクランクシャフト１０８の表面に押し込んで荷重を負荷した状態を一定時間維持させるステップを行った。そして、次のステップでは、一旦、荷重を除荷した後、除荷前のステップの荷重よりも高い荷重で圧子をクランクシャフト１０８の表面に押し込み、再び荷重を負荷した状態を一定時間維持するようにした。このような段階的に荷重を増加させるステップを１５回、繰り返した。また、最大荷重が１Ｎになるように各ステップの荷重を設定した。そして、各ステップ後にクランクシャフト１０８の酸化皮膜１６０及び基材１５０の硬さ及び深さを計測した。
また、主軸受１１１及び偏心軸１１０の硬さの計測では、主軸受１１１及び偏心軸１１０のそれぞれの一部をファインカッターで切り出した。この一部において、主軸受１１１及び偏心軸１１０の内周面に圧子を荷重０．５ｋｇｆを負荷して、硬さを計測した。
この結果から、クランクシャフト１０８の主軸１０９の硬さは、この相手摺動部材である主軸受１１１の硬さ以上であった。また、クランクシャフト１０８の偏心軸１１０の硬さは、この相手摺動部材である偏心軸受１１９の硬さ以上であった。
このような硬さは、物質及び材料等の物体において表面又は表面近傍の機械的性質の一つであって、物体に外力が加えられた時の、物体の変形し難さ及び傷つき難さである。硬さにはさまざまな測定手段（定義）及びそれに対応する値（硬さの尺度）が存在する。このため、測定対象に応じた測定手段を用いてもよい。
例えば、測定対象が金属又は非鉄金属である場合、押込み硬さ試験法（例えば、先にあげたナノインデンテーション法や、ビッカースやロックウェル硬さ法等）が測定に用いられる。
また、樹脂膜及びリン酸塩皮膜等の皮膜のような、押込み硬さ試験法による測定が困難な測定対象には、例えば、リング・オン・ディスク方式などの摩耗試験が用いられる。この測定方法の一例では、ディスクの表面に皮膜を施した試験片を形成する。この試験片を油中に浸漬した状態で、リングによって皮膜に荷重１０００Ｎを負荷しながら、回転速度１ｍ／ｓで１時間、回転させて、皮膜上をリングで摺動する。この皮膜及びリングの表面の摺動面の状態を観察する。この結果、リング及び皮膜のうち摩耗量が相対的に大き方を、硬さが低いと判断してもよい。
＜形状＞
図４に示すように、主軸受１１１の内周面には面取り面１７１及び摺動面（第１摺動面１１１ｂ）が設けられ、第１摺動面１１１ｂにはベルマウス１７０が設けられている。これらは、主軸受１１１の軸心１１１ａを中心に周方向の全周に亘って形成されている。主軸受１１１の軸心１１１ａに平行な方向（軸心方向）において、面取り面１７１は主軸受１１１の両端のそれぞれに形成され、ベルマウス１７０は第１摺動面１１１ｂの両端のそれぞれに形成されている。なお、図４では、主軸受１１１の一端側を示しているが、他端側もこれに同様であるため、説明及び図示を省略する。
面取り面１７１は、主軸受１１１の軸心方向において第１摺動面１１１ｂよりも主軸受１１１の端側に配置されており、傾斜面により形成されている。この傾斜面は、主軸受１１１の端に近いほど内径が大きくなり、一定の角度で傾斜する。面取り面１７１によって、主軸受１１１のバリが除去される。
第１摺動面１１１ｂは、ベルマウス１７０と、第１ストレート部１１１ｃとを有している。第１ストレート部１１１ｃは、主軸受１１１の軸心１１１ａに平行であって、主軸受１１１の軸心方向において内径が一定である。
ベルマウス１７０は、主軸受１１１の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に内径が拡がる曲面部であって、この内径は、第１ストレート部１１１ｃから拡径している。ベルマウス１７０は、面取り面１７１と隣接するように第１摺動面１１１ｂの端部に設けられており、例えば、面取り面１７１の形成後に主軸受１１１に形成される。主軸受１１１の軸心方向において、一端（第１端）１７０Ｋは、第１摺動面１１１ｂの端に一致し、面取り面１７１の端に接続している。第１端１７０Ｋと反対側の他端（第２端）１７０Ｇは、第１ストレート部１１１ｃの端に接続している。
ベルマウス１７０は、主軸受１１１の軸心１１１ａを通る断面において、第２端１７０Ｇから第１端１７０Ｋに向かって内径が連続的に大きくなる曲線形状である。この曲線形状は、第１端１７０Ｋから第２端１７０Ｇまでの領域において対数関数により近似される形状である。ベルマウス１７０は、第２端１７０Ｇから第１端１７０Ｋに向かって曲率半径が小さくなり、第２端１７０Ｇ側の曲率半径が第１端１７０Ｋ側の曲率半径よりも大きい形状を有している。
主軸１０９の外周面には、摺動面（第２摺動面１０９ａ）、及び、第２摺動面１０９ａから延長された面（延長面１０９ｂ）が設けられている。第２摺動面１０９ａ及び延長面１０９ｂは、主軸１０９の軸心に平行であって、互いに同一径を有している。この延長面１０９ｂの角１１０Ｔは、第１摺動面１１１ｂと対向せず、ベルマウス１７０よりも主軸受１１１の端側の面取り面１７１に対向している。これにより、主軸１０９が主軸受１１１内で傾いても、角１１０Ｔが主軸受１１１の内周面と直接的に接触しない。なお、主軸１０９に延長面１０９ｂが設けられていないとき、主軸１０９の角１１０Ｔは延長面１０９ｂの端ではなく、第２摺動面１０９ａの端に設けられる場合もある。
ベルマウス１７０において、軸心方向の長さをＡ（以下、ベルマウス幅Ａと称す）とし、軸心方向に垂直方向の長さをＢ（以下、ベルマウス深さＢと称す）とする。本実施の形態では、ベルマウス幅Ａが３ｍｍであって、ベルマウス深さＢが６μｍのベルマウス１７０を形成した。このベルマウス深さＢをベルマウス長さＡで除した値（比Ｂ／Ａ）は２／１０００である。
＜冷媒圧縮機の動作＞
商用電源（図示せず）から供給される電力は、外部のインバータ駆動回路（図示せず）を介して電動要素１０６に供給される。これにより、電動要素１０６は複数の運転周波数でインバータ駆動され、電動要素１０６の回転子１０５はクランクシャフト１０８を回転させる。このクランクシャフト１０８の偏心軸１１０の偏心運動は、コンロッド１１７及びピストンピン１１５によってピストン１３２の直線運動に変換されて、ピストン１３２はシリンダボア１１３内の圧縮室１３４を往復運動する。このため、サクションチューブを通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒ガスをサクションマフラー１４２から圧縮室１３４に吸入し、さらに、冷媒ガスを圧縮室１３４内で圧縮して密閉容器１０１から吐出する。
また、クランクシャフト１０８の回転に伴い、潤滑油１０３は給油ポンプ１２０から各摺動面に給油され、摺動面を潤滑する。これと共に、潤滑油１０３はピストン１３２とシリンダボア１１３との間においてはシールを形成し、圧縮室１３４を密閉している。
＜冷媒圧縮機の性能＞
図５Ａは冷媒圧縮機の入力の時系列経時変化を示し、図５Ｂは冷媒圧縮機の成績係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の時系列経時変化を示す。ＣＯＰは、冷凍冷蔵機器などの冷媒圧縮機のエネルギー消費効率の目安として使われる係数であって、冷凍能力（Ｗ）を入力（Ｗ）で除した値である。ここでは、運転周波数１７Ｈｚにて冷媒圧縮機を低速運転した場合の入力及びＣＯＰを得た。また、従来の冷媒圧縮機は、ベルマウスを有していないものである。
図５Ａから、本実施の形態の冷媒圧縮機、及び従来の冷媒圧縮機のいずれも運転開始直後の入力（以下、初期入力と称す）が最も高い。その後の運転時間の経過に伴って入力は徐々に低下し、最終的には殆ど変化がない一定の値（以下、定常入力と称す）を示している。さらに、本実施の形態の冷媒圧縮機は、従来の冷媒圧縮機よりも初期入力が低く、また、初期入力から定常入力へ移行する時間（移行時間）も短い。本実施の形態の冷媒圧縮機の移行時間ｔ１、及び、従来の冷媒圧縮機の移行時間ｔ２について、ｔ１はｔ２の約１／２である。これにより、図５Ｂに示すように、本実施の形態の冷媒圧縮機は、従来の冷媒圧縮機よりもＣＯＰが早期に安定し、かつ向上している。
＜作用、効果＞
この点について、図６を参照しながら、以下のように考察する。図６は、冷媒圧縮機における圧縮荷重の作用図である。本実施の形態に係る冷媒圧縮機は、往復動（レシプロ）式であって、圧縮室１３４内の圧縮荷重Ｐよりも密閉容器１０１内の圧力が低い。一般的に、この圧縮荷重Ｐが偏心軸１１０に作用する状態において、偏心軸１１０に繋がる主軸１０９を一つの主軸受１１１で片持ち支持している。
このため、伊藤らの文献（日本機械学会年次大会論文集 Ｖｏｌ．５−１ （２００５） Ｐ．１４３）に示されるように、主軸１０９及び偏心軸１１０を有するクランクシャフト１０８は、圧縮荷重Ｐの影響により主軸受１１１内で傾いた状態で振れ回っている。圧縮荷重Ｐの分力Ｐ１が、対向する主軸１０９の摺動面及び主軸受１１１の上端部の摺動面に作用する。一方、圧縮荷重Ｐの分力Ｐ２が、対向する主軸１０９の摺動面及び主軸受１１１の下端部の摺動面に作用する。このように、いわゆる、片当りが発生する。
通常の仕上げ研磨工程を経ても、主軸１０９及び主軸受１１１の双方において、摺動面に多数の微小な突起が存在している。従来の冷媒圧縮機の場合では、主軸が主軸受内で傾くと、局所的な接触が生じて、面圧が高くなる。さらに、より低速運転では、主軸の摺動面と主軸受の摺動面と間の油膜厚さｈが薄くなったり、気膜が切れたりして、突起による固体接触の発生が頻発する。しかも、主軸の摺動面が耐摩耗性の高い酸化皮膜によって形成されている場合、主軸の表面に点在する硬度が硬い微小な突起が摩耗しにくく、主軸と主軸受との間でなじみ難くなる。よって、固体接触の時間が長くなるため、冷媒圧縮機の初期入力が高くなると共に、初期入力から定常入力への移行時間も長くなる。
これに対し、本実施の形態に係る冷媒圧縮機では、第１摺動面１１１ｂの上下端部にベルマウス１７０を形成している。これにより、主軸１０９が主軸受１１１内で傾いても、主軸１０９と主軸受１１１との局所的な接触を低減し、応力集中を緩和している。これにより、これらの間の油膜形成が促されるため、冷媒圧縮機の初期入力を低く抑え、かつ初期入力から定常入力への移行時間の短縮化を図ることができる。さらに、主軸１０９の表面に耐摩耗性の高い皮膜を形成していることによって、耐久性も確保することができる。
すなわち、従来の冷媒圧縮機の場合、主軸１０９が傾くと、主軸１０９の摺動面が第１摺動面１１１ｂの端部にある角（摺動面の端部が面取りされている場合には、この面取り部分とこれ以外の分との境目の角）に当る。この角と摺動面との接触となって両者間の面圧が高くなり、油膜が薄くなる、若しくは切れた状態となって、突起による固体接触の発生が頻発する。
一方、本実施の形態に係る冷媒圧縮機では、第１摺動面１１１ｂにおける端部に曲線形状のベルマウス１７０が形成されている。これにより、主軸１０９がベルマウス１７０に当っても、これらの接触面積が従来の冷媒圧縮機よりも広いため、接触応力集中が緩和されて、両者間の面圧が大幅に低減される。よって、主軸１０９とベルマウス１７０との間には油膜が形成されやすく、その結果、初期入力を低く抑え、かつ初期入力から定常入力への移行時間の短縮化を図ることができる。
また、主軸１０９の角１１０Ｔが、ベルマウス１７０よりも主軸受１１１の端側に対向している。これにより、主軸１０９が主軸受１１１内で傾斜しても、角１１０Ｔと第１摺動面１１１ｂとが接触するのを回避でき、これらを線接触もしくは面接触に近い状態を維持することができる。したがって、これらの間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制するため、長期信頼性を確保し、かつ運転初期から入力が低い高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。
さらに、ベルマウス１７０は、第１端１７０Ｋから第２端１７０Ｇまでの間の領域において対数関数により近似される形状である。また、ベルマウス１７０は、第２端１７０Ｇ側の曲率半径が第１端１７０Ｋ側の曲率半径よりも大きい。よって、主軸１０９が主軸受１１１内で傾斜しても、曲率半径が大きい第２端１７０Ｇ側に主軸１０９が接するため、両者の接触面積を広くすることができる。したがって、これらの間の面圧の増加を抑制し、これらの間の油膜の薄膜化及び油膜切れを抑制するため、長期信頼性を確保し、かつ運転初期から入力が低い高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。
また、酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１、第二の部分１５２及び第三の部分１５３を有している。このため、酸化皮膜１６０によって主軸１０９は、硬くて耐摩耗性が向上すると共に、主軸受１１１に対する攻撃性（相手攻撃性）が低下し、摺動初期のなじみ性も向上する。よって、主軸受１１１にベルマウス１７０を設けたことによる効果と相まって、冷媒圧縮機の運転初期から入力が低い高効率な運転が可能となる。
この酸化皮膜１６０の高い耐摩耗性と、相手攻撃性の低下及び摺動初期のなじみ性の向上については本出願人の特願２０１６−００３９１０号、特願２０１６−００３９０９号に詳述している通りである。この理由の一つは以下のように考えられる。
酸化皮膜１６０は鉄の酸化物であるから、従来のリン酸塩皮膜と比較して化学的に非常に安定である。また、鉄の酸化物の皮膜は、リン酸塩皮膜と比較して高い硬度を有する。それゆえ、摺動面に酸化皮膜１６０が形成されることで、摩耗粉の発生及び付着等を効果的に防止することができる。この結果、酸化皮膜１６０そのものの摩耗量の増加を有効に回避でき、高い耐摩耗性を示す。
しかも、第一の部分１５１には、鉄の酸化物よりも硬度が高いケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれている。それゆえ、酸化皮膜１６０は、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含有する第一の部分１５１により表面を構成することにより、より高い耐摩耗性を発揮できる。
一方、酸化皮膜１６０の表面を構成する第一の部分１５１は、最も多く占める成分として三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を有している。この三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の結晶構造は、菱面体晶であって、その下方に位置する四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）の立方晶の結晶構造、並びに、窒化皮膜の周密六方晶、面心立方晶及び体心正方晶の結晶構造よりも、結晶構造の面において柔軟である。そのため、三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を多く含む第一の部分１５１は、従来のガス窒化皮膜又は一般的な酸化皮膜（四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）単部分皮膜）と比べて適度な硬さを有しつつ、相手攻撃性が低くて、摺動初期のなじみ性が向上すると考えられる。
つまり、主軸１０９の表面を構成する酸化皮膜１６０は、その表面側に比較的硬質ではあるが結晶構造が菱面体であって柔軟な三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を多く含む。このため、相手攻撃性が低下し、油膜切れ等を抑制して、摺動初期のなじみ性を向上させる。また、これは、主軸受１１１にベルマウス１７０を設けたことによる効果と相まって、冷媒圧縮機の運転初期から入力が低い高効率な運転が可能となる。
さらに、酸化皮膜１６０の第二の部分１５２及び第三の部分１５３は、いずれもケイ素（Ｓｉ）化合物を含み、第一の部分１５１と基材１５０との間に位置する。このため、酸化皮膜１６０の基材１５０に対する密着力は強力なものとなる。しかも、第三の部分１５３は、第二の部分１５２よりもケイ素の含有量が多い。このように、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む第二の部分１５２及び第三の部分１５３が積層され、ケイ素の含有量がより多い第三の部分１５３が基材１５０に接する。これにより、酸化皮膜１６０の密着力をより一層強化する。その結果、摺動時の負荷に対して、酸化皮膜１６０の耐力が向上し、酸化皮膜１６０の耐摩耗性が一段と高いものとなる。そして、仮に酸化皮膜１６０の表面を形成する第一の部分１５１が摩耗したとしても、第二の部分１５２及び第三の部分１５３が残るため、酸化皮膜１６０はより優れた耐摩耗性を発揮する。
また、酸化皮膜１６０の高い耐摩耗性、相手攻撃性の低下及び摺動初期のなじみ性の向上については別の観点から見ると、以下の理由によるものとも考えられる。
すなわち、酸化皮膜１６０の表面を構成する第一の部分１５１はケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれている上、緻密な微結晶組織となっている。このため、酸化皮膜１６０は、高い耐摩耗性を発揮する。
また、第一の部分１５１は微結晶の組織であって、これら微結晶の間には所々にわずかな空隙部１５８が形成されている、あるいは、表面に微小な凹凸が生じている。そのため、毛細管現象により潤滑油１０３が酸化皮膜１６０の表面（摺動面）に保持され易い。つまり、このようなわずかな空隙部１５８及び／又は微少な凹凸が存在することで、摺動状態が厳しい状況であっても摺動面に潤滑油１０３を留めること、いわゆる「保油性」を発揮することが可能となる。その結果、摺動面に油膜が形成され易くなる。
さらに、酸化皮膜１６０は、第一の部分１５１の下方の基材１５０側に柱状組織１５６（第二の部分１５２）及び層状組織１５７（第三の部分１５３）が存在している。これら組織は、第一の部分１５１の微結晶１５５に比べて相対的に硬度が低く、軟らかい。そのため、摺動時には、柱状組織１５６及び層状組織１５７が「緩衝材」のように機能する。これにより、摺動時の表面に対する圧力により微結晶１５５は基材１５０側に圧縮されるように挙動する。その結果、酸化皮膜１６０の相手攻撃性は、他の表面処理膜よりも著しく低く、相手材の摺動面の摩耗を有効に抑制する。
なお、「緩衝材」の機能は第二の部分１５２及び第三の部分１５３のいずれか一方のみであっても発揮される。このため、第一の部分１５１の下方には第二の部分１５２又は第三の部分１５３が位置していればよい。好ましくは、第一の部分１５１の下方に第二の部分１５２及び第三の部分１５３の両方が位置していればよい。
また、酸化皮膜１６０は、相手攻撃性が低く、且つ、良好な「保油性」を発揮することができる。このため、酸化皮膜１６０を備える軸部品は、油膜形成能力が格段に高くなる。この油膜形成能力の高さが、主軸受１１１にベルマウス１７０を設けたことによる効果と相まって、冷媒圧縮機の運転初期から入力が低い高効率な運転を可能とする。
＜変形例＞
上記の構成では、軸部品として主軸１０９を用い、軸受部品として主軸受１１１を用いたが、軸部品及び軸受部品はこれに限定されない。例えば、偏心軸１１０を軸部品とし、偏心軸受１１９を軸受部品として用いてもよい。このため、主軸１０９及び偏心軸１１０の少なくともいずれか一方の軸部品に、これに対向する軸受部品の硬さ以上の硬さを有する皮膜が表面に設けられてもよい。また、主軸受１１１及び偏心軸受１１９の少なくともいずれかに一方の軸受部品にベルマウス１７０を形成してもよい。これにより、偏心軸１１０と偏心軸受１１９との間においても、薄膜化及び油膜切れを抑制するため、より効果的に初期入力を低く抑え、かつ初期入力から定常入力への移行時間の短縮化を図ることができ、さらには耐久性も確保することが可能となる。
また、上記全ての構成では、軸部品の表面に酸化皮膜１６０を備えたが、軸部品の表面の皮膜は軸受部品の硬さ以上の硬さを有するものであれば、これに限定されない。例えば、軸部品の皮膜は、例えば、化合物層、機械的強度改善層及び被覆法により形成した層等が挙げられる。
すなわち、軸部品の基材１５０が鉄系である場合、皮膜は、一般的な焼入れ方法、並びに、表層に炭素又は窒素等を浸み込ませる方法で形成した皮膜であってもよい。また、皮膜は、水蒸気による酸化処理、及び、水酸化ナトリウムの水溶液に浸漬させた酸化処理によって形成された皮膜であってもよい。さらに、皮膜は、冷間加工、加工硬化、固溶強化、析出強化、分散強化及び結晶粒微細化によって形成され、転位のすべり運動を抑制させて基材１５０の強化を図った層（機械的強度改善層）であってもよい。さらに、皮膜は、メッキ、溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤの被覆法により形成した層であってもよい。
なお、上記全ての構成では、軸部品の基材１５０に鉄系材料を用いたが、基材１５０は、軸受部品と同等以上の硬さを有する皮膜を形成できるものであれば、鉄系以外の材料を用いることができる。
また、上記全ての構成では、ベルマウス１７０は第１摺動面１１１ｂの両端のそれぞれに設けられていたが、第１摺動面１１１ｂの両端のいずれか一方に設けられていてもよい。
また、上記全ての構成では、ベルマウス１７０の比Ｂ／Ａは２／１０００としたが、これに限定されない。比Ｂ／Ａは、冷媒圧縮機の仕様及び使用環境等の条件に応じて設定でき、例えば、１／５０００以上且つ１／５０以下の範囲に設定される。なお、比Ｂ／Ａが１／５０００未満の場合、油膜の薄膜化及び油膜切れによって初期入力が高くなる可能性がある。一方、比Ｂ／Ａが１／５０よりも大きくなると、クランクシャフト１０８の振れ回りが過剰となり、運転時の振動や騒音が大きくなる可能性がある。
また、上記全ての構成では、第１摺動面１１１ｂにおける端部にベルマウス１７０を設けたが、配置はこれに限定されない。例えば、ベルマウス１７０を面取り面１７１と兼用させてもよい。この場合、ベルマウス１７０の形成によってバリ取りするため、面取り加工工程を省くことも可能である。
また、上記全ての構成では、低速運転（例えば、運転周波数１７Ｈｚ）によって冷媒圧縮機が駆動される場合を例にしてその効果を説明したが、冷媒圧縮機の運転はこれに限定されない。商用回転数による運転、及び、回転数が増加する高速運転が行われた場合であっても、冷媒圧縮機は低速運転された場合と同様に、性能及び信頼性を向上させることができる。
また、上記全ての構成では、往復動式（レシプロ）の冷媒圧縮機を例示したが、冷媒圧縮機は、回転式、スクロール式及び振動式等の他の形式のものであってもよい。また、軸受部品の硬さ以上の硬さの皮膜を軸部品に備えた構成は、冷媒圧縮機に限定されず、摺動面を有する機器においても同様に用いられ、また、これにより同様の効果が得られる。この摺動面を有する機器としては、例えば、ポンプ及びモータ等であってもよい。
（実施の形態２）
＜冷媒圧縮機の構成＞
図７は、実施の形態２に係る冷凍装置の模式図を示す。ここでは、冷凍装置の基本構成の概略について説明する。冷凍装置は冷媒圧縮機２００を備え、冷媒圧縮機２００は、電動要素１０６によって駆動される往復動式の圧縮要素２０７を有している。
圧縮要素２０７は、クランクシャフト２０８、シリンダブロック２１２及びピストン１３２を有している。このクランクシャフト２０８、シリンダブロック２１２及びピストン１３２は、クランクシャフト１０８、シリンダブロック１１２及びピストン１３２とそれぞれ同様であるため、その説明を省略する。
クランクシャフト２０８は主軸２０９及び偏心軸２１０を有している。主軸２０９及び偏心軸２１０は、クラウニング２７０が設けられている点を除いて、主軸１０９及び偏心軸１１０とそれぞれ同様である。主軸受２１１及び偏心軸受２１９は、ベルマウス１７０が設けられていない点を除いて、主軸受１１１及び偏心軸受１１９とそれぞれ同様である。
図８に示すように、クランクシャフト２０８の表面に酸化皮膜１６０が形成されている。クランクシャフト２０８の主軸２０９の酸化皮膜１６０は、この相手摺動部材である主軸受２１１よりも硬く、クランクシャフト２０８の偏心軸２１０の酸化皮膜１６０は、この相手摺動部材である偏心軸受２１９よりも硬い。
図９に示すように、主軸２０９の外周面に第２摺動面２０９ｂ及び径小部２０９Ｕが設けられ、第２摺動面２０９ｂにクラウニング２７０が設けられている。これらは、主軸２０９の軸心２０９ａを中心に周方向の周方向に亘って形成されている。径小部２０９Ｕは主軸２０９の両端のそれぞれに形成され、クラウニング２７０は第２摺動面２０９ｂの両端のそれぞれに形成されている。なお、図９では、主軸２０９の一端側を示しているが、他端側もこれに同様であるため、説明及び図示を省略する。
径小部２０９Ｕは、第２摺動面２０９ｂよりも主軸２０９の端側に設けられている。径小部２０９Ｕは、主軸２０９の軸心２０９ａに平行な面であって、外径が第２摺動面２０９ｂの径よりも外径が小さく、主軸２０９の軸心２０９ａに平行な方向（軸心方向）において径が一定である。
第２摺動面２０９ｂは、クラウニング２７０と、これ以外の面（第２ストレート部２０９ｃ）とを有している。第２ストレート部２０９ｃは、主軸２０９の軸心２０９ａに平行であって、主軸２０９の軸心方向において外径が一定である。
クラウニング２７０は、主軸２０９の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に外径が縮まる曲面部であって、この外径は、第２ストレート部２０９ｃから縮径している。クラウニング２７０は、径小部２０９Ｕと隣接するように第２摺動面２０９ｂの端部に設けられており、主軸受２１１の第１摺動面２１１ａに対向して配置されている。主軸２０９の軸心２０９ａに平行な方向（軸心方向）において、クラウニング２７０の一端（第１端２７０Ｋ）は、第１摺動面２１１ａの端と一致し、径小部２０９Ｕの端と接続している。第１端２７０Ｋと反対側の他端（第２端２７０Ｇ）は、第２ストレート部２０９ｃの端と接続している。
クラウニング２７０は、主軸２０９の軸心２０９ａを通る断面において、第２端２７０Ｇから第１端２７０Ｋに向かって径が連続的に縮小する曲線形状である。この曲線形状は、第１端２７０Ｋから第２端２７０Ｇまでの領域で対数関数により近似される形状である。クラウニング２７０は、第２端２７０Ｇ側から第１端２７０Ｋ側に向かって曲率半径が小さくなり、第２端２７０Ｇ側の曲率半径が第１端２７０Ｋ側の曲率半径よりも大きい形状を有している。
主軸受２１１の内周面には、第１摺動面２１１ａ及び面取り面が設けられている。第１摺動面２１１ａは、主軸受２１１の軸心に平行な面である。面取り面は、第１摺動面２１１ａよりも主軸受２１１の端側に設けられており、端に近づくほど内径が大きくなる傾斜面により形成されている。
主軸受２１１の第１摺動面２１１ａの角２１１Ｔは、クラウニング２７０よりも主軸２０９の端側（図９の例では、第１端２７０Ｋよりもクラウニング２７０の外側（上側）の径小部２０９Ｕ）に対向するように配置されている。これにより、主軸２０９が主軸受２１１内で傾いても、角２１１Ｔが、クラウニング２７０と直接接触する事を回避できる。なお、主軸受２１１に、第１摺動面２１１ａと同一径を有し且つ第１摺動面２１１ａから延長された延長面が設けられていてもよい。この場合、主軸受２１１の角２１１Ｔは、第１摺動面２１１ａの端でなく、延長面の端に設けられてもよい。
図９に示すように、クラウニング２７０において、主軸２０９の軸心方向における長さをＣ（以下、クラウニング幅Ｃと称す）とし、軸心方向に垂直な方向における長さをＤ（以下、クラウニング深さＤと称す）とする。本実施の形態では、クラウニング幅Ｃが３ｍｍであって、ベルマウス深さＤが８μｍのクラウニング２７０を形成した。このクラウニング深さＤをクラウニング長さＣで除した値（比Ｄ／Ｃ）は８／３０００である。
＜冷媒圧縮機の性能＞
このような冷媒圧縮機２００を運転周波数１７Ｈｚにてインバータ駆動による低速運転した場合の入力を得た。また、従来の冷媒圧縮機は、主軸受１１１にベルマウス１７０を設けていないものである。
この結果、冷媒圧縮機２００及び従来の冷媒圧縮機のいずれも初期入力が最も高い。その後の運転時間の経過に伴って入力は徐々に低下し、最終的には定常入力を示した。さらに、冷媒圧縮機２００は、従来の冷媒圧縮機よりも初期入力が低く、また、初期入力から定常入力への移行時間も短い。
この点について、以下のように考察する。冷媒圧縮機２００では、主軸２０９が主軸受２１１内で傾いても、クラウニング２７０によって主軸２０９と主軸受２１１との局所的な接触を緩和して、この間の油膜の薄膜化及び油膜切れを低減している。このため、初期入力を低く抑え、かつ初期入力から定常入力への移行時間の短縮化を図ることができる。さらに、軸部品の表面に耐摩耗性の高い皮膜を形成していることによって、耐久性も確保できる。
また、クラウニング２７０が曲線形状であるため、このクラウニング２７０と主軸受２１１とが局所接触ではなく面接触に近い状態になる。これにより、接触応力集中が緩和され、両者間の面圧は大幅に低減するため、この間の油膜の薄膜化及び油膜切れが低減される。この結果、初期入力を低く抑え、かつ初期入力から定常入力に移行する時間の短縮化を図ることができる。
さらに、主軸受２１１の角２１１Ｔは、クラウニング２７０の範囲外に対向するため、主軸２０９が主軸受２１１内で傾斜しても、クラウニング２７０と直接、接触しない。このため、主軸２０９と主軸受２１１とは線接触もしくは面接触に近い状態を維持し、この間の油膜の薄膜化及び油膜切れを低減できる。したがって、長期信頼性を確保し、かつ運転初期から入力が低い高効率な冷媒圧縮機とすることができる。
また、クラウニング２７０は、第１端２７０Ｋから第２端２７０Ｇまでにおいて対数関数でおよそ近似される形状であって、第２端２７０Ｇ側の曲率半径が第１端２７０Ｋ側の曲率半径より大きい。このため、主軸２０９が主軸受２１１内で傾斜しても、第２端２７０Ｇ側のクラウニング２７０が主軸受２１１に接することにより、両者の接触面積を広くすることができる。したがって、主軸２０９と主軸受２１１との間の面圧増加をより効果的に抑制でき、この間の油膜の薄膜化及び油膜切れを低減できる。したがって、長期信頼性を確保し、かつ運転初期から入力が低い高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。
＜変形例＞
上記の構成では、クラウニング２７０は、第２摺動面２０９ｂの両端のそれぞれに設けられていたが、第２摺動面２０９ｂの両端のいずれか一方に設けられていてもよい。
また、上記全ての構成では、主軸２０９と共に、偏心軸２１０にも硬い皮膜及びクラウニング２７０を設けてもよい。また、主軸２０９に代えて、偏心軸２１０に硬い皮膜及びクラウニング２７０を設けてもよい。つまり、軸部品（主軸２０９、偏心軸２１０）に、これに対向する軸受部品（主軸受２１１、偏心軸受２１９）の硬さ以上の硬さを有する皮膜、及び、クラウニング２７０を設ければよい。これにより、高効率な冷媒圧縮機を提供することができる。
また、上記全構成では、クラウニング２７０の比Ｄ／Ｃを８／３０００に設定したが、これに限定されない。比Ｄ／Ｃは、冷媒圧縮機２００の仕様及び使用環境に応じて、例えば、１／５０００以上１／５０以下の範囲に設定されてもよい。これにより、上記と同様な効果が得られる。なお、比Ｄ／Ｃが１／５０００未満の場合、軸部品と軸受部品の接触状態が従来の冷媒圧縮機と大きく変わらず、冷媒圧縮機の初期入力が高くなる可能性がある。一方、比Ｄ／Ｃが１／５０よりも大きい場合、軸部品の振れ回りが過剰となり、振動及び騒音が大きくなる可能性がある。
また、上記全ての構成では、低速運転（例えば、運転周波数１７Ｈｚ）によって冷媒圧縮機が駆動される場合を例にしてその効果を説明したが、冷媒圧縮機の運転はこれに限定されない。商用回転数による運転、及び、回転数が増加する高速運転が行われた場合であっても、冷媒圧縮機は低速運転された場合と同様に、性能及び信頼性を向上させることができる。
また、上記全ての構成では、往復動式（レシプロ）の冷媒圧縮機を例示したが、冷媒圧縮機は、回転式、スクロール式及び振動式等の他の形式のものであってもよい。また、軸受部品の硬さ以上の硬さの皮膜を軸部品に備えた構成は、冷媒圧縮機に限定されず、摺動面を有する機器においても同様に用いられ、また、これにより同様の効果が得られる。この摺動面を有する機器としては、例えば、ポンプ及びモータ等であってもよい。
（実施の形態３）
図１０は、上記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００又は実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００を冷媒圧縮機３００として用いた冷凍装置を示す。ここでは、冷凍装置の基本構成の概略についてのみ説明する。
図１０において、冷凍装置は、本体３０１、区画壁３０７及び冷媒回路３０９を備えている。本体３０１は、一面が開口した断熱性の箱体、及び、その開口を開閉する扉体を有している。区画壁３０７は、本体３０１の内部を、物品の貯蔵空間３０３と機械室３０５とに区画する。冷媒回路３０９は、冷媒圧縮機３００、放熱器３１３、減圧装置３１５及び吸熱器３１７を配管によって環状に接続した構成であって、貯蔵空間３０３内を冷却する。
吸熱器３１７は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間３０３内に配置されている。吸熱器３１７の冷却空気は、矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間３０３内を循環するように撹拌され、貯蔵空間３０３内を冷却する。
以上の構成からなる冷凍装置は、冷媒圧縮機３００として上記実施の形態１又は実施の形態２に係る冷媒圧縮機１００、２００を備えている。これにより、冷媒圧縮機３００の軸部品（主軸２０９、偏心軸２１０）に、これに対向する軸受部品（主軸受２１１、偏心軸受２１９）の硬さ以上の硬さを有する皮膜を有している。また、軸受部品にベルマウス１７０を設けている、又は、軸部品にクラウニング２７０を設けている。これにより、軸部品と軸受部品と間の耐摩耗性を向上できると共に、これらの間の局所的な接触摺動を緩和できる。よって、冷凍装置の消費電力が低減でき、省エネルギー化を実現し、かつ信頼性を向上させることができる。
（実施の形態４）
＜冷媒圧縮機の構成＞
実施の形態４に係る冷媒圧縮機１０００は、図１１に示すように、密閉容器１１０１を備え、密閉容器１１０１に冷媒ガス１１０２が充填され、底部に潤滑油１１０３が貯留されている。また、密閉容器１１０１は電動要素１１０６及び圧縮要素１１０７を収容し、電動要素１１０６は固定子１１０４及び回転子１１０５を有する。圧縮要素１１０７は、電動要素１１０６によって駆動されて冷媒を圧縮し、例えば、往復式圧縮機構であって、クランクシャフト１１０８、シリンダブロック１１０９及びピストン１１１０を有している。
クランクシャフト１１０８は主軸１１１１、偏心軸１１１２及びフランジ１１０８ａを有している。主軸１１１１は、円柱形状の軸部品であって、下部が回転子１１０５に圧入固定されており、下端には潤滑油１１０３に連通する給油ポンプ（図示せず）が設けられている。偏心軸１１１２は、円柱形状の軸部品であって、主軸１０９に対し偏心して配置されている。フランジ１１０８ａは、主軸１１１１と偏心軸１１１２との間においてこれらを連結している。
シリンダブロック１１０９は、例えば、鋳鉄等の鉄系材料からなり、シリンダボア１１１４、主軸受１１１５及びスラスト面１１３６を有している。このシリンダボア１１１４は、円筒形であって、内部空間を有し、端面がバルブプレート１１１９で封止されている。スラスト面１１３６は、主軸受１１１５の軸心から直交する方向に延びる環状面である。
主軸受１１１５は、円筒形状の軸受部品であって、内周面によって主軸１１１１を軸支しており、主軸１１１１のラジアル荷重を支えるジャーナル軸受である。このため、主軸受１１１５の内周面と主軸１１１１の外周面とは対向し、主軸受１１１５の内周面に対して主軸１１１１が摺動する。このように主軸受１１１５の内周面及び主軸１１１１の外周面において互いに摺動する部分が摺動面であって、この摺動面を有する主軸受１１１５及び主軸１１１１は一対の摺動部材を構成する。
ピストン１１１０は、鉄系の材料からなり、一端部がシリンダボア１１１４の内部空間に往復可動に挿入されている。これにより、シリンダボア１１１４、バルブプレート１１１９及びピストン１１１０により囲まれた圧縮室が形成される。また、ピストン１３２の他端部は、ピストンピン１１１７を介して連結手段（コンロッド１１１８）により偏心軸１１１２と連結されている。さらに、主軸１１１１はコンロッド１１１８及び偏心軸１１１２を介してピストン１３２に連結されている。
シリンダヘッド１１２０は、バルブプレート１１１９のシリンダボア１１１４側と反対側に固定され、バルブプレート１１１９の吐出孔を覆うことにより高圧室（図示せず）を形成している。サクションチューブ１１１３は、密閉容器１１０１に固定されると共に冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス１１０２を密閉容器１１０１内に導く。サクションマフラー１１２１は、バルブプレート１１１９とシリンダヘッド１１２０に挟持されている。
＜皮膜＞
クランクシャフト１１０８は、図１２に示すように、基材１１２２、及び、基材１１２２の表面を被覆する皮膜により構成されている。基材１１２２は、ねずみ鋳鉄等の鉄系材料により形成されている。皮膜は、主軸受１１１及び偏心軸受１１９の硬さ以上の硬さを有し、例えば、酸化皮膜１１２３により形成されている。例えば、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）等の公知の酸化性ガス及び公知の酸化設備を用いて、数百℃（例えば４００〜８００℃）の範囲内で基材１１２２であるねずみ鋳鉄を酸化することにより、基材１１２２の表面に酸化皮膜１１２３を形成することができる。
図１２の例では、酸化皮膜１１２３は縦方向の寸法（膜厚）は、約３μｍである。また、酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５、第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９を有しており、これらの部分はこの順で表面側から基材１１２２側に積層されている。なお、図１２において、第一の部分１５１の上には観察試料を保護するための保護膜（樹脂膜）が形成されている。また、酸化皮膜１１２３の表面に平行な方向を横方向と称し、酸化皮膜１６０の表面に直交する方向を縦方向と称する。
第一の部分１１２５は、酸化皮膜１１２３の表面を構成し、第二の部分１１２７上に形成されており、微結晶の組織により形成されている。ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析及びＥＥＬＳ（電子線エネルギー損失分光法）分析を行った結果、第一の部分１５１は、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）であって、ケイ素（Ｓｉ）化合物も含んでいた。また、第一の部分１１２５は、結晶密度が異なる２つの部分（第一ａの部分１１２５ａ及び第一ｂの部分１１２５ｂ）を有している。
第一ａの部分１１２５ａは、第一ｂの部分１１２５ｂ上に形成され、酸化皮膜１１２３の表面を構成する。第一ａの部分１１２５ａの結晶密度は、第一ｂの部分１１２５ｂの結晶密度よりも小さい。また、第一ａの部分１１２５ａは、所々に空隙部１１３０（図１２中の黒く見える部分）、及び、針状組織１１３１を含有している。針状組織１１３１は、縦長であって、例えば、横方向の短径側の長さが１００ｎｍ以下であって、縦方向の径を横方向の径で除した比率（アスペクト比）が１以上１０以下である。
第一ｂの部分１１２５ｂは、粒径１００ｎｍ以下からなる微結晶１１２４が敷き詰められた組織である。第一ｂの部分１１２５ｂには、第一ａの部分１１２５ａで見られたような空隙部１１３０及び針状組織１１３１は殆ど見られない。
第二の部分１１２７は、第三の部分１１２９上に形成されており、互いに同じ方向に並ぶ多数の縦長の柱状組織１１２６を含有している。例えば、柱状組織１１２６は、縦方向の径が約１００ｎｍ以上１μｍ以下であって、横方向の径が約１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であって、アスペクト比が約３以上１０以下である。また、ＥＤＳ及びＥＥＬＳの分析結果、第二の部分１５２は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であって、ケイ素（Ｓｉ）化合物も含んでいる。
第三の部分１１２９は、基材１１２２上に形成されており、横長の層状組織１１２８を含有している。例えば、層状組織１１２８は、縦方向の径が数十ｎｍ以下であって、横方向の径が数百ｎｍ程度であり、アスペクト比が０．０１以上０．１以下と横方向に長い。また、ＥＤＳ及びＥＥＬＳの分析結果、第三の部分１１２９は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であって、ケイ素（Ｓｉ）化合物及びケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでいる。
なお、図１２では、酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５、第二の部分１１２７、及び、第三の部分１１２９により構成されており、この順で積層されている。ただし、酸化皮膜１１２３の構成及び積層順はこれに限定されない。
例えば、酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５の単層によって構成されていてもよい。酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５が酸化皮膜１１２３の表面を形成するように第一の部分１１２５及び第二の部分１１２７の二層によって構成されていてもよい。酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５が酸化皮膜１１２３の表面を形成するように第一の部分１１２５及び第三の部分１１２９の二層によって構成されていてもよい。
また、酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５、第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９以外の組成を含んでいてもよい。酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５が酸化皮膜１１２３の表面を形成するように第一の部分１１２５、第二の部分１１２７、第一の部分１１２５及び、第三の部分１１２９の四層によって構成されていてもよい。
このような酸化皮膜１１２３の構成及び積層順は諸条件を調整することにより容易に実現することができる。代表的な諸条件としては、酸化皮膜１１２３の製造方法（形成方法）が挙げられる。酸化皮膜１１２３の製造方法には、公知の鉄系材料の酸化方法を好適に用いることができるが、これに限定されない。製造方法における条件は、基材１１２２を形成する鉄系材料の種類、基材１１２２の表面状態（研磨仕上げ等）、求める酸化皮膜１１２３の物性等の条件に応じて、適宜、設定される。
＜硬さ＞
図１３は、主軸１１１１及び主軸受１１１５の深さ方向の硬さを表したグラフである。なお、硬さはビッカース硬さで示している。硬さの計測には、シエンタ・オミクロン株式会社製のナノインデンテーション装置（トライボインデンター）を使用した。
主軸１１１１の硬さの計測では、圧子を主軸１１１１の表面に押し込んで荷重を負荷した状態を一定時間維持させるステップを行った。そして、次のステップでは、一旦、荷重を除荷した後、除荷前のステップの荷重よりも高い荷重で圧子を主軸１１１１の表面に押し込み、再び荷重を負荷した状態を一定時間維持するようにした。このような段階的に荷重を増加させるステップを１５回、繰り返した。また、最大荷重が１Ｎになるように各ステップの荷重を設定した。そして、各ステップ後に主軸１１１１の酸化皮膜１１２３及び基材１１２２の硬さ及び深さを計測した。
また、主軸受１１１５の硬さの計測では、主軸受１１１５の一部をファインカッターで切り出した。この一部において、主軸受１１１５の内周面に圧子を荷重０．５ｋｇｆを負荷して、硬さを計測した。
この結果から、主軸１１１１の酸化皮膜１１２３の硬さは、この相手摺動部材である主軸受１１１５の硬さ以上であった。
このような硬さは、物質及び材料等の物体において表面又は表面近傍の機械的性質の一つであって、物体に外力が加えられた時の、物体の変形し難さ及び傷つき難さである。硬さにはさまざまな測定手段（定義）及びそれに対応する値（硬さの尺度）が存在する。このため、測定対象に応じた測定手段を用いてもよい。
例えば、測定対象が金属又は非鉄金属である場合、押込み硬さ試験法（例えば、先にあげたナノインデンテーション法や、ビッカースやロックウェル硬さ法等）が測定に用いられる。
また、樹脂膜及びリン酸塩皮膜等の皮膜のような、押込み硬さ試験法による測定が困難な測定対象には、例えば、リング・オン・ディスク方式などの摩耗試験が用いられる。この測定方法の一例では、ディスクの表面に皮膜を施した試験片を形成する。この試験片を油中に浸漬した状態で、リング によって皮膜に荷重１０００Ｎを負荷しながら、回転速度１ｍ／ｓで１時間、回転させて、皮膜上をリングで摺動する。この皮膜及びリングの表面の摺動面の状態を観察する。この結果、リング及び皮膜のうち摩耗量が相対的に大き方を、硬さが低いと判断してもよい。
＜剛性＞
図１４に示すように、主軸受１１１５は、略円筒形状であって、一端部（上端部１１１５ａ）、他端部（下端部１１１５ｂ）及び中間部１１３７を有している。中間部１１３７は、上端部１１１５ａと下端部１１１５ｂとの間であって、軸方向において径方向の寸法（厚み）が一定の部分である。上端部１１１５ａ、下端部１１１５ｂ及び中間部１１３７は、軸方向において、内周面が連続しており、主軸受１１１５の軸心に平行に設けられている。
上端部１１１５ａは、円筒形状であって、この外周縁から径方向にスラスト面１１３６が拡がる。このスラスト面１１３６とクランクシャフト１１０８のフランジ１１０８ａとの間にはスラストボールベアリング１１３３が配置されている。スラストボールベアリング１１３３は、円筒形状であって、上端部１１１５ａを取り囲むように配置され、クランクシャフト１１０８の鉛直方向の荷重を支持している。
上端部１１１５ａは、スラスト面１１３６よりも主軸受１１１５の軸心側に配置され、スラスト面１１３６から上方へ突出している。上端部１１１５ａは、スラストボールベアリング１１３３の内側に挿入されており、主軸受１１１５の軸方向寸法（高さ）がスラストボールベアリング１１３３の高さよりも低い。
上端部１１１５ａにはスリット溝１１３４が設けられている。スリット溝１１３４は、環状であって、上端部１１１５ａと同軸になるように設けられている。これによりスリット溝１１３４は、上端部１１１５ａを径方向に２分している。このため、上端部１１１５ａは、スリット溝１１３４よりも外側（軸心側の反対側）の第１端部１１３２とスリット溝１１３４よりも内側（軸心側）の第２端部１１３５とに分かれる。第１端部１１３２及び第２端部１１３５は、円筒形状であって、同軸に配置されている。径方向の寸法（厚み）が周方向の全周に亘って均一である。第１端部１１３２は第２端部１１３５に対し相対的に大径であって、第２端部１１３５は第１端部１１３２に対し相対的に小径である。
第２端部１１３５は、径方向の寸法（厚み）が第１端部１１３２及び中間部１１３７の厚みよりも薄い、薄肉部である。これにより、第２端部１１３５は中間部１１３７よりも剛性が低い、低剛性部である。
下端部１１１５ｂは、円筒形状であって、厚みが周方向の全周に亘って均一である。また、下端部１１１５ｂは、段差部によって外径が縮径されており、径方向の寸法（厚み）が中間部１１３７の厚みよりも薄い、薄肉部である。これにより、下端部１１１５ｂは中間部１１３７よりも剛性が低い、低剛性部である。
このように、主軸受１１１５の両端部のそれぞれは、第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂによって、薄肉部であって、低剛性部である。第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂは、この内側に挿入される主軸１１１１を内周面によって支持している。
＜冷媒圧縮機の動作＞
商用電源（図示せず）から供給される電力は、外部のインバータ駆動回路（図示せず）を介して電動要素１１０６に供給される。これにより、電動要素１１０６は複数の運転周波数でインバータ駆動され、電動要素１１０６の回転子１１０５はクランクシャフト１１０８を回転させる。このクランクシャフト１１０８の偏心軸１１１２の偏心運動は、コンロッド１１１８及びピストンピン１１１７によってピストン１１１０の直線運動に変換されて、ピストン１１１０はシリンダボア１１１４内の圧縮室１１１６を往復運動する。このため、サクションチューブ１１１３を通して密閉容器１１０１内に導かれた冷媒ガスをサクションマフラー１１２１から圧縮室１１１６に吸入し、さらに、冷媒ガスを圧縮室１１１６内で圧縮して密閉容器１１０１から吐出する。
また、クランクシャフト１１０８の回転に伴い、潤滑油１１０３は給油ポンプから各摺動面に給油され、摺動面を潤滑する。これと共に、潤滑油１１０３はピストン１１１０とシリンダボア１１１４との間においてはシールを形成し、圧縮室１１１６を密閉している。
＜作用、効果＞
このような冷媒圧縮機において、近年の高効率化のため、潤滑油１１０３の低粘度化、及び、摺動部材の摺動長の短縮化が図られている。このため、摺動条件が過酷化し、摺動部材間の油膜の薄膜化及び油膜切れが生じやすくなっている。
また、主軸１１１１及び主軸受１１１５の双方には多数の微小な突起が存在している。従来の冷媒圧縮機の構成では、主軸が主軸受内で傾くと、主軸の上端部及び下端部と主軸受との間において局所的な接触が生じて面圧が高くなる。さらに、インバータ駆動によって冷媒圧縮機が低速（例えば２０Ｈｚ未満）で運転されると、主軸と主軸受との間の油膜が薄くなり、突起による固体接触の発生が頻発する。しかも、主軸の表面に耐摩耗性の高い酸化皮膜が形成されていると、表面の突起が摩耗しにくく、主軸と主軸受との間でなじみ難くなる。この結果、固体接触する時間が長くなると考えられる。故に、初期入力が高く、加えて、初期入力から定常入力に移行する時間も長くなると考えられる。
これに対し、本実施の形態に係る冷媒圧縮機では、主軸受１１１５の第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂの剛性を中間部１１３７の剛性より低くしている。これにより、主軸１１１１により主軸受１１１５に荷重が付加されると、第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂが弾性変形して、主軸１１１１と主軸受１１１５との間の局所的な接触が緩和され、これらの間の油膜の薄膜化及び油膜切れが防がれる。よって、低速運転時（例えば２０Ｈｚ未満）においても初期入力を低く抑え、かつ初期入力から定常入力への移行時間の短縮化が図られる。さらに、主軸１１１１の表面に耐摩耗性の高い酸化皮膜１１２３を形成していることによって、冷媒圧縮機の耐久性も確保することができる。
また、第２端部１１３５が変形しても、この変形がスリット溝１１３４内で行われる。これにより、第２端部１１３５との間にスリット溝１１３４を挟んで配置される第１端部１１３２には、第２端部１１３５の変形による荷重が作用しない。よって、第１端部１１３２が変形しないため、第１端部１１３２に支持されるスラストボールベアリング１１３３の位置ずれ及び変形を防止することができる。
さらに、スリット溝１１３４により、低剛性部の第２端部１１３５、及び、スラストボールベアリング１１３３を支持する第１端部１１３２を形成している。このように、部品点数を増やすことないため、コスト上昇を抑制することができる。
また、酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５、第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９を有している。このような酸化皮膜１１２３によって主軸１１１１は、硬くて耐摩耗性が向上すると共に、主軸受１１１５に対する攻撃性（相手攻撃性）が低下し、摺動初期のなじみ性も向上する。よって、主軸受１１１５の端部の剛性を低くしたことによる効果と相まって、冷媒圧縮機の運転初期から入力が低い高効率な運転が可能となる。
この酸化皮膜１１２３の高い耐摩耗性と、相手攻撃性の低下及び摺動初期のなじみ性の向上については本出願人の特願２０１６−００３９１０号、特願２０１６−００３９０９号に詳述している通りである。この理由の一つは以下のように考えられる。
酸化皮膜１１２３は鉄の酸化物であるから、従来のリン酸塩皮膜と比較して化学的に非常に安定である。また、鉄の酸化物の皮膜は、リン酸塩皮膜と比較して高い硬度を有する。それゆえ、摺動面に酸化皮膜１１２３が形成されることで、摩耗粉の発生及び付着等を効果的に防止することができる。この結果、酸化皮膜１１２３そのものの摩耗量の増加を有効に回避でき、高い耐摩耗性を示す。
しかも、第一の部分１１２５には、鉄の酸化物よりも硬度が高いケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれている。それゆえ、酸化皮膜１１２３は、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含有する第一の部分１１２５により表面を構成することにより、より高い耐摩耗性を発揮できる。
一方、酸化皮膜１１２３の表面を構成する第一の部分１１２５は、最も多く占める成分として三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を有している。この三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の結晶構造は、菱面体晶であって、その下方に位置する四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）の立方晶の結晶構造、並びに、窒化皮膜の周密六方晶、面心立方晶及び体心正方晶の結晶構造よりも、結晶構造の面において柔軟である。そのため、三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を多く含む第一の部分１１２５は、従来のガス窒化皮膜又は一般的な酸化皮膜（四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）単部分皮膜）と比べて適度な硬さを有しつつ、相手攻撃性が低くて、摺動初期のなじみ性が向上すると考えられる。
つまり、主軸１１１１の表面を構成する酸化皮膜１１２３は、その表面側に比較的硬質ではあるが結晶構造が菱面体であって柔軟な三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を多く含む。このため、相手攻撃性が低下し、油膜切れ等を抑制して、摺動初期のなじみ性を向上させる。また、これは、主軸受１１１にベルマウス１７０を設けたことによる効果と相まって、冷媒圧縮機の運転初期から入力が低い高効率な運転が可能となる。
さらに、酸化皮膜１１２３の第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９は、いずれもケイ素（Ｓｉ）化合物を含み、第一の部分１１２５と基材１１２２との間に位置する。このため、酸化皮膜１１２３の基材１１２２に対する密着力は強力なものとなる。しかも、第三の部分１１２９は、第二の部分１１２７よりもケイ素の含有量が多い。このように、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９が積層され、ケイ素の含有量がより多い第三の部分１５３が基材１５０に接する。これにより、酸化皮膜１１２３の密着力をより一層強化する。その結果、摺動時の負荷に対して、酸化皮膜１１２３の耐力が向上し、酸化皮膜１１２３の耐摩耗性が一段と高いものとなる。そして、仮に酸化皮膜１１２３の表面を形成する第一の部分１１２５が摩耗したとしても、第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９が残るため、酸化皮膜１１２３はより優れた耐摩耗性を発揮する。
また、酸化皮膜１１２３の高い耐摩耗性、相手攻撃性の低下及び摺動初期のなじみ性の向上については別の観点から見ると、以下の理由によるものとも考えられる。
すなわち、酸化皮膜１１２３の表面を構成する第一の部分１１２５はケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれている上、緻密な微結晶組織となっている。このため、酸化皮膜１１２３は、高い耐摩耗性を発揮する。
また、第一の部分１１２５は微結晶の組織であって、これら微結晶の間には所々にわずかな空隙部１１３０が形成されている、あるいは、表面に微小な凹凸が生じている。そのため、毛細管現象により潤滑油１１０３が酸化皮膜１１２３の表面（摺動面）に保持され易い。つまり、このようなわずかな空隙部１１３０及び／又は微少な凹凸が存在することで、摺動状態が厳しい状況であっても摺動面に潤滑油１１０３を留めること、いわゆる「保油性」を発揮することが可能となる。その結果、摺動面に油膜が形成され易くなる。
さらに、酸化皮膜１１２３は、第一の部分１１２５の下方の基材１１２２側に柱状組織１１２６（第二の部分１１２７）及び層状組織１１２８（第三の部分１１２９）が存在している。これら組織は、第一の部分１１２５の微結晶１１２４に比べて相対的に硬度が低く、軟らかい。そのため、摺動時には、柱状組織１１２６及び層状組織１１２８が「緩衝材」のように機能する。これにより、摺動時の表面に対する圧力により微結晶１１２４は基材１１２２側に圧縮されるように挙動する。その結果、酸化皮膜１１２３の相手攻撃性は、他の表面処理膜よりも著しく低く、相手材の摺動面の摩耗を有効に抑制する。
なお、「緩衝材」の機能は第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９のいずれか一方のみであっても発揮される。このため、第一の部分１１２５の下方には第二の部分１１２７又は第三の部分１１２９が位置していればよい。好ましくは、第一の部分１１２５の下方に第二の部分１１２７及び第三の部分１１２９の両方が位置していればよい。
また、酸化皮膜１１２３は、相手攻撃性が低く、且つ、良好な「保油性」を発揮することができる。このため、酸化皮膜１１２３を備える軸部品は、油膜形成能力が格段に高くなる。この油膜形成能力の高さが、主軸受１１１５の端部の剛性を低くしたことによる効果と相まって、冷媒圧縮機の運転初期から入力が低い高効率な運転を可能とする。
＜変形例＞
上記構成では、主軸受１１１５の両端部のそれぞれに低剛性部の第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂを形成したが、主軸受１１１５の両端部のいずれか一方の端部に低剛性部を形成してもよい。つまり、主軸受１１１５は第２端部１１３５又は下端部１１１５ｂを有していてもよい。
上記全構成では、スリット溝１１３４により低剛性部の第２端部１１３５を形成し、段差部により低剛性の下端部１１１５ｂを形成した。ただし、低剛性部の形成方法はこれらに限定されない。
上記全構成では、スリット溝１１３４は環状であったが、低剛性部が主軸受１１１５の一方端部に形成されればその形状は限定されない。
上記全構成では、第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂでは、周方向の全周に亘って低剛性部が設けられていた。ただし、低剛性部の範囲はこれに限定されない。例えば、第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂにおいて、主軸１１１１により最大荷重が付加される領域に、低剛性部が設けられていてもよい。このため、この領域の厚みは、第２端部１１３５及び下端部１１１５ｂのそれぞれにおける周方向の他の領域よりも小さくなるように形成されていてもよい。
上記全構成では、スリット溝１１３４が主軸受１１１５と同軸に設けられたが、スリット溝１１３４の位置はこれに限定されない。例えば、主軸受１１１５の周方向において主軸１１１１の最大荷重が作用する領域の厚みを他の領域よりも薄くなるように、スリット溝１１３４が主軸受１１１５と偏心するように配置してもよい。これにより、主軸１１１１の最大荷重の作用方向に主軸受１１１５の低剛性部の弾性変形量が最大となる。このため、周方向において主軸１１１１と主軸受１１１５との間の油膜を均一にすることができる。
上記の構成では、主軸１１１１の表面に酸化皮膜１１２３を備えたが、主軸１１１１の表面の皮膜は主軸受１１１５の硬さ以上の硬さを有するものであれば、これに限定されない。例えば、主軸１１１１の皮膜は、例えば、化合物層、機械的強度改善層及び被覆法により形成した層等が挙げられる。
すなわち、軸部品の基材１１２２が鉄系である場合、皮膜は、一般的な焼入れ方法、並びに、表層に炭素又は窒素等を浸み込ませる方法で形成した皮膜であってもよい。また、皮膜は、水蒸気による酸化処理、及び、水酸化ナトリウムの水溶液に浸漬させた酸化処理によって形成された皮膜であってもよい。さらに、皮膜は、冷間加工、加工硬化、固溶強化、析出強化、分散強化及び結晶粒微細化によって形成され、転位のすべり運動を抑制させて基材１５０の強化を図った層（機械的強度改善層）であってもよい。さらに、皮膜は、メッキ、溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤの被覆法により形成した層であってもよい。
なお、上記全ての構成では、軸部品の基材１５０に鉄系材料を用いたが、基材１５０は、軸受部品と同等以上の硬さを有する皮膜を形成できるものであれば、鉄系以外の材料を用いることができる。
また、本実施の形態では、主軸受１１１５の低剛性部は、主軸受１１１５の厚みを薄くすることにより形成したものを例示したが、上下端部を低剛性の部品（樹脂製のブッシュ等）を設けるなどして構成してもよいものであり、同様な効果が得られる。
また、本実施の形態では、主軸受１１１５の低剛性部を主軸受１１１５の上端部１１１５ａ及び下端部１１１５ｂの両方に設けたものを例示したが、これは上下どちらか一方の端部のみに形成してもある程度の効果が期待できるものである。
また、本実施の形態では、主軸受１１１５の上端部１１１５ａ及び下端部１１１５ｂに低剛性部を形成したが、偏心軸１１１２が挿入されるコンロッド１１１８の上下端部に低剛性部を形成しても同様の効果が得られる。
また、上記全ての構成では、低速運転（例えば、運転周波数１７Ｈｚ）によって冷媒圧縮機が駆動される場合を例にしてその効果を説明したが、冷媒圧縮機の運転はこれに限定されない。商用回転数による運転、及び、回転数が増加する高速運転が行われた場合であっても、冷媒圧縮機は低速運転された場合と同様に、性能及び信頼性を向上させることができる。
また、上記全ての構成では、往復動式（レシプロ）の冷媒圧縮機を例示したが、冷媒圧縮機は、回転式、スクロール式及び振動式等の他の形式のものであってもよい。また、軸受部品の硬さ以上の硬さの皮膜を軸部品に備えた構成は、冷媒圧縮機に限定されず、摺動面を有する機器においても同様に用いられ、また、これにより同様の効果が得られる。この摺動面を有する機器としては、例えば、ポンプ及びモータ等であってもよい。
（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５における冷凍装置の構成を示す模式図である。ここでは、冷凍装置の冷媒回路として、上記実施の形態４に係る冷媒圧縮機を用いている。この冷凍装置の基本構成の概略について説明する。
図９において、冷凍装置１２００は、本体１２０１、区画壁１２０４及び冷媒回路１２０５を備えている。本体１２０１は、一面が開口した断熱性の箱体、及び、その開口を開閉する扉体を有している。区画壁１２０４は、本体１２０１の内部を、物品の貯蔵空間１２０２と機械室１２０３とに区画する。冷媒回路３０９は、冷媒圧縮機１２０６、放熱器１２０７、減圧装置１２０８及び吸熱器１２０９を配管によって環状に接続した構成であって、貯蔵空間１２０２内を冷却する。
吸熱器１２０９は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間１２０２内に配置されている。吸熱器１２０９の冷却空気は、破線の矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間１２０２内を循環するように撹拌され、貯蔵空間１２０２内を冷却する。
以上の構成からなる冷凍装置１２００は、冷媒圧縮機１２０６として上記実施の形態４に係る冷媒圧縮機を備えている。これにより、冷媒圧縮機１２０６の主軸１１１１の皮膜は、これに対向する主軸受１１１５の硬さ以上の硬さを有し、主軸受１１１５の端部の剛性を中間部の剛性よりも低くした。このため主軸１１１１と主軸受１１１５との間において耐摩耗性の向上、局所的な接触摺動の軽減、及び、油膜形成の維持が実現される。よって、冷媒圧縮機１２０６について性能が向上するので、冷凍装置１２００の消費電力の低減による省エネルギー化を実現し、かつ信頼性を向上させることができる。
以上、本発明に係る冷媒圧縮機及びそれを備えた冷凍装置について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以上のように、本発明は、効率低下の低減を図った冷媒圧縮機及びそれを備えた冷凍装置を提供することが可能となるので、冷凍サイクルを用いた各種機器に幅広く適用できる。
１００ ：冷媒圧縮機
１０１ ：密閉容器
１０６ ：電動要素
１０７ ：圧縮要素
１０９ ：主軸（軸部品）
１０９ａ ：第２摺動面（摺動面）
１０９ｂ ：延長面
１１０ ：偏心軸（軸部品）
１１０Ｔ ：角
１１１ ：主軸受（軸受部品）
１１１ａ ：軸心
１１１ｂ ：第１摺動面（摺動面）
１１９ ：偏心軸受（軸受部品）
１６０ ：酸化皮膜（皮膜）
１７０ ：ベルマウス（曲面部）
２００ ：冷媒圧縮機
２０７ ：圧縮要素
２０９ ：主軸（軸部品）
２０９ａ ：軸心
２０９ｂ ：第２摺動面（摺動面）
２１０ ：偏心軸（軸部品）
２１１ ：主軸受（軸受部品）
２１１Ｔ ：角
２１１ａ ：第１摺動面（摺動面）
２１９ ：偏心軸受（軸受部品）
２７０ ：クラウニング（曲面部）
３００ ：冷媒圧縮機
１０００ ：冷媒圧縮機
１１０１ ：密閉容器
１１０６ ：電動要素
１１０７ ：圧縮要素
１１０８ ：クランクシャフト
１１０９ ：シリンダブロック
１１１１ ：主軸
１１１２ ：偏心軸
１１１５ ：主軸受
１１１５ａ ：上端部（一端部）
１１１５ｂ ：下端部（他端部）
１１２３ ：酸化皮膜（皮膜）
１１３２ ：第１端部
１１３３ ：スラストボールベアリング（ボールベアリング）
１１３４ ：スリット溝
１１３５ ：第２端部
１１３６ ：スラスト面
１１３７ ：中間部
１２００ ：冷凍装置

Claims (7)

  1. 電動要素と、
    前記電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素と、
    前記電動要素及び前記圧縮要素を収容し、潤滑油が貯留されている密閉容器と、を備え、
    前記圧縮要素は、
    前記電動要素によって回転する軸部品と、
    前記軸部品を回転可能に摺接する軸受部品と、を有し、
    前記軸受部品の摺動面は前記軸受部品の軸心方向の端に向かうにつれて連続的に曲線形状に内径が拡がる曲面部を有し、
    前記軸部品の角が、前記曲面部よりも前記軸受部品の軸心方向の端側の前記軸受部品に対向し、
    前記軸受部品は、前記摺動面、及び、前記摺動面よりも前記軸受部品の軸心方向の端側に設けられた面取り面を内周面に有し、
    前記面取り面は、前記軸受部品の軸心方向の端に向かうにつれて前記軸受部品の内径が大きくなるように一定の角度で傾斜し、前記軸受部品の軸心方向に直交する方向において前記軸部品の角に対向し、
    前記曲面部及び前記面取り面は、互い隣接している、冷媒圧縮機。
  2. 前記軸部品の摺動面には、前記軸受部品の摺動面の硬さ以上の硬さを有する皮膜が設けられている、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
  3. 前記曲面部は、前記軸受部品の軸心を通る平面において、対数関数により近似される形状である、請求項１又は２に記載の冷媒圧縮機。
  4. 前記軸受部品の前記曲面部は、前記軸受部品の軸心を通る平面において、前記軸受部品の軸心方向における寸法Ａ、及び、当該軸心方向に直交する方向における寸法Ｂとの関係が、Ｂ／Ａ＝１／５０００以上且つ１／５０以下になるように形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
  5. 前記軸部品は、主軸、及び、前記主軸に偏心して設けられた偏心軸を有し、
    前記軸受部品は、前記主軸を回転自在に支持する主軸受、及び、前記偏心軸を回転自在に支持する偏心軸受を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
  6. 前記電動要素は、２０Ｈｚ未満の周波数を含む複数の運転周波数でインバータ駆動するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
  7. 放熱器、減圧装置、吸熱器、並びに、請求項１〜６のいずれかの前記冷媒圧縮機を備えている、冷凍装置。
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