JPS61235496A - アモルフアス炭化ホウ素膜を表面に処理した部材及びその表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、エンジンやコンプレッサーあるいは半導体
レーザ高速スキャン用ポリゴンミラーの回転部等の様に
機械的高速摺動による摩擦を受ける摺動部の、耐摩耗性
を強化するアモルファス炭化ホウ素膜を表面に処理した
部材及びその表面処理方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、コンプレッサーやポリゴンミラーの回転部、ある
いはターボエンジンのシャフトのように、１分間に数千
回転あるいは敵方回転という機械的高速摺動を行なう種
々の装置が開発されているが。

これ等装置にあってはその摺動部分の摩耗を防止し回転
精度を保持するため、従来その摺動部分に鋳鉄材料のよ
うに高価ではあるが硬度が大きく、本質的に摩耗しにく
い特殊な材料が使用されている。

しかしながら、近年、コストダウン及び量産性の要請に
より、これらの部分を安価で加工性の良い一般鋼材、ア
ルミダイキャスト等の材料に変更して行く傾向にある。

この場合、これらの材料は本質的に硬度の大きいもので
はないから、特に摩耗の激しい部分には何らかの表面処
理を施す必要があるが、従来では、効果的な表面処理が
行なえないという問題があった。

以下、この問題を、冷蔵庫やニアコンディショナーに用
いられるコンプレッサーを例として詳述する。

第３図〜第５図はレシプロコンプレッサーの摺動部の一
例を示すものであり１図中（１）はシリンダである。こ
のシリンダ（１）内には冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出を
行なうピストン（２）が設けられ、このピストン（２）
にはコンロッド（３）が連結されている。このコンロッ
ド（３）は、その先端部に設けた連結孔（４）の内周面
を（Ｃ５１０１Ｐ）　（ＪＩＳ規格）あるいは（Ｃ５１
９１Ｐ）　（ＪＩＳ規格）等の燐青銅で形成し、これに
、油溝（５）を有する軸受（６）を圧入または鋳ぐるみ
で固定したもので、この軸受（６）を上記ピストン（２
）のピン（７）に軸支している。そして、従来。

上記ピストン（２）やコンロッド（３）は、材料として
、たとえば鉄系を用いた場合は塩浴リン酸被膜のような
被膜処理が行なわれ、アルミニウム系を用いた場合は〔
Ｔ−６処理）（ＪＩＳ規格）等のような焼き入れ。

焼き戻しによる表面処理が施され、耐摩耗性の向上が図
られている。

しかしながら、これらの処理が施されていても。

コンプレッサーの起動直後のいわゆる無潤滑状態では、
シリンダ（１）内で圧縮される高圧高温ガスによって焼
付け、カジリ、摩耗等の劣化が生じる。

また、第６図はロータリコンプレッサーの摺動部の一例
を示すもので、図中（８）はケーシングである。このケ
ーシング（８）内には偏心回転するローラ（９）が設け
られ、また、このローラ（９）に圧接してケーシング（
８）内を高圧側（１０）と低圧側（１１）とに区画する
ブレード（１２）が設けられている。なお、（１３）は
吸入孔、　（１４）は吐出孔である。そして、ローラ（
９）が回転することにより、ブレード（１２）とケーシ
ング（８）とローラ（９）とによって囲まれた圧縮側（
高圧側１０）空間内の冷媒ガスが圧縮されて吐出される
ようになっている。しかしながら、この種のコンプレッ
サーでは、ブレード（１２）の先端とローラ（９）の外
周とが基本的に線接触であるから、ブレード（１２）の
先端部が最も摩耗が激しい。

このため、従来、このブレード（１２）の先端部の耐摩
耗性の向上のために、各種のブレード（１２）の形状や
、あるいは先端の処理の後にさらに先端の加工を行なう
等の提案がなされているが、ロータリーコンプレッサー
の場合、このプレート（１２）の精度がコンプレッサー
の能力そのものに影響を与えるものであり、未だ、本質
的な解決に至っていない。

さらに、第７図はレシプロコンプレッサーの摺動部の他
の例を示すもので、図中（１５）はいわゆるボールジヨ
イントピストン球座部である。これは、ロッド（１６）
の先端に設けられた球座（１７）とピストン（１８）に
設けられ上記球座（１７）を受ける受は部（１９）とか
らなり、従来、この受は部（１９）の内側部分には耐摩
耗のためのたとえば液軟窒化処理等が施されている。し
かしながら、処理後に、その形状のために、内面に気泡
が残存し易いという問題がある。

又、ポリゴンミラーの回転部にあっては量産にも適する
よう固定軸及び回転体をステンレス鋼のように安価で加
工性の良い材料で形成し、更に両者をチタンナイトライ
ド（ＴｉＮ）で被覆したり、あるいは両者に酸化アルミ
ニウム（ＡＱ２０３　］のセラミック溶射を行なう等、
耐摩耗性を有するもので表面処理を施したものが開発さ
れているが、チタンナイトライド（ＴｉＮ）の被覆はそ
の原料が高い事から高価格となる一方、酸化アルミニウ
ム〔Ａρ２０コ〕のセラミック溶射は、数〔μｍ〕単位
の薄膜状での溶射が不能であり、一度２〜３（＋＋ｕｉ
）に溶射した後。

必要な寸法に加工し直さなければならずその製造費がか
さみやはり高価格になるという欠点を有している。

以上説明したようにコンプレッサーやポリゴンミラー等
高速摺動部では、総じて、その能力を十分発揮するため
の、形状精度が最大３〜４〔μｍ〕と小さいにもかかわ
らず０、その部分に１〜２〔μｌ〕の均一な耐摩耗のた
めの処理を施すのは、従来、きわめて困難であり、かつ
、それらの処理が必ずしも充分なものではなく、しかも
高価になるという種々の問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は上記事情にもとづいてなされたもので、電動
機器やエンジン等数〔μｌ〕単位の形状精度が要求され
る機械的摺動部にｃμ耐単位の均一な表面処理が可能で
あり、かつ充分な耐摩耗性を得られしかも、製造容易で
あり更には価格低減を図る事が出来るアモルファス炭化
ホウ素膜を表面に処理した部材及びその表面処理方法を
提供する事を目的とする。

〔発明の概要〕

この発明は、上記目的を達成するために電動機器やエン
ジン等の機械的摺動部にアモルファス炭化ホウ素膜を被
覆したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を第１図及び第２図を参照しな
がら説明する。

第１図はこの発明に係る機械的摺動部分の表面処理方法
を実施するための成膜装置を示すもので、この図中（２
１）は反応容器である。この反応容器（２１）内には、
底部に基台（２２）が配置されているとともにその上方
に対向電極（２３）が配置されている。

また、基台（２２）にはヒータ（２４）が設けられ、基
台（２２）上に載置された被成膜部材であり摺動部（２
５ａ）を有し、摺動を受ける本体であるところのステン
レス環のコンプレッサーのコンロッド（２５）を加熱す
るようになっている。また、上記対向電極（２３）には
放電生起用電源である周波数１３．５６（ＭＨｚ）、電
力２００（Ｗ）の高周波電源（２６）が、グロー放電下
でのプラズマを整合するためのマツチングボックス（２
７）を介して接続されている。さらに反応容器（２１）
には図示しないガス供給系により、メタンガス（ＣＨ４
）、エチレンガス（Ｃ２Ｈ４）、ジボランガス（Ｂ２Ｈ
６）等を必要に応じて導入するガス導入管（２８）およ
びガス排出管（２９）が接続され、このガス導入管（２
８）にはガス導入バルブ（３０）が、ガス排出管（２９
）にはガス排出バルブ（３１）がそれぞれ接続されてい
る。なお、ガス排出管（２９）は図示しないメカニカル
ブースターポンプおよび回転ポンプに接続されて、さら
に、その後段には図示しない排ガス処理装置が接続され
ている。また１図中、　（３２）は絶縁体である。

しかして先ずコンロッド（２５）をその摺動部（２５ａ
）を含め高精度に加工した後、反応容器（２１）内の基
台（２２）にセットし、反応容器（２１）内を１０−’
　（ｔｏｒｒ）の真空とするようガス排出管（２９）よ
り排ガス処理を行なうと共にヒータ（２４）によりコン
ロッドを約３００（”Ｃ）に加熱する。そしてガス導入
管（２８）を介してガス供給系（図示せず）より１０Ｃ
％〕希釈のジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を５００（ＳＣＣ
Ｍ）、メタンガス（ＣＨ４）を１０１００（ＳＣＣの流
量で反応容器（２１）内に導入する。

尚反応容器（２１）内に導入された混合ガスは、排出時
には、ガス排出管（２９）　、メカニカルブースターポ
ンプ（図示せず）および回転ポンプ（図示せず）を通過
した後、排ガス処理装置（図示せず）によって安全に大
気へ廃棄される。

ついでガス排出バルブ（３０）を調整し、反応容器（２
１）内のガス圧を０．６［ｔｏｒｒ〕に維持しつつ高周
波電源（２６）により対向電極（２３）に周波数１３．
５６（Ｍ）ｌｚ）の高周波電力２００（Ｗ）を印加する
。これにより反応容器（２１）内で対向電極（２３）と
基台（２２）との間にホウ素ＣＢ）と炭素（Ｃ）を含む
ラジカルによるプラズマを生起し、これ等プラズマが本
質的に減圧下の気相である事から、コンロッド（２５）
の摺動部分（２５ａ）へ回り込んで、摺動部分（２５ａ
）にアモルファス炭化ホウ素膜の成膜を開始する。つい
で！５分経過後高周波電源（２６）を遮断し、ガス導入
バルブ（３０）を閉にして、ジボランガス（８２１（６
）とメタンガス（ＣＨ４）の反応容器（２１）内への導
入を止め、ガス排出バルブ（３１）を全開にして反応容
器（２１）内を１０−’　（ｔｏｒｒ）の真空とする。

ついで基台（２２）およびコンロッド（２５）の温度が
１００（’Ｃ）以下になるのを待ってコンロッド（２５
）を大気中に取り出し成膜工程を終了する。

この結果コンロッド（２５）の摺動部（２５ａ）には膜
厚が平均２〔μ履〕±０．５〔μｍ〕、ビッカース硬度
（１０００）以上のアモルファス炭化ホウ素膜が成膜さ
れる。更に同様の工程でステンレス環のピストンレリン
ダ（図示せず）に上記と同一条件で平均２〔μｍ〕のア
モルファス炭化ホウ素膜の成膜を行ない、コンロッド（
２５）及びピストンシリンダ（図示せず）をコンプレッ
サー（図示せず）に組込み、試験運転を行なって従来の
ものと摩耗変形量で比較したところ、第２図に示すよう
な結果を得た。尚、第２図中実線（ａ）はこの実施例に
よる表面処理を行なったサンプルを示し、鎖線（ｂ）は
従来の表面処理を施したサンプルを示している。

この結果から、この実施例による表面処理を行なったコ
ンロッド（２５）及びピストンシリンダ（図示せず）は
、２０００（時間〕の運転に対してもほとんど摩耗によ
る変形が生じないことが確認された。

このように構成すれば、数〔μ腸〕単位の形状精度が要
求されるコンロッド（２５）やピストンシリンダに、耐
摩耗性に優れたアモルファス炭化ホウ素膜を約２〔μｍ
〕の厚さで容易に被覆する事が出来、耐摩耗性に優れた
コンプレッサーを得られひいてはその長寿命化を図る事
が出来、更にはコンロッド（２５）の材質や被覆の原料
とされるガスが安価である事から、コストの低減を図る
事も出来る。

尚この発明は上記実施例に限定されず種々設計変更可能
であり１例えば被成膜部材である本体は、エンジンの摺
動部、あるいはポリゴンミラーの回転部等であっても良
いし、その材質もアルミニウム等であっても良い、又、
使用する反応ガスも、ホウ素（Ｂ）、及び炭素（Ｃ）を
含有すものであれば限定されないし、対向電極を印加す
る電源も直流高圧電源であっても良く、その他成膜時間
等の成膜条件も任意である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、電動機器やエン
ジン等の機械的摺動部を有する本体を安価で加工性の良
い材質で形成するにもかかわらず、その摺動部にホウ素
（Ｂ）含有ガス及び炭素（Ｃ）含有ガス等安価な反応ガ
スを用いて、耐摩耗性に優れたアモルファス炭化ホウ素
膜を数〔μ層〕単位の高精度で容易に被膜できるので１
本体の耐摩耗性を著しく向上出来、摺動部の焼付け、カ
ジリ、摩耗現象を防止する事が出来る。更に従来の鋳鉄
材料等に比し、本体を安価かつ製造容易とする事が・出
来、その生産性が向上されると共にコストの低減を図る
事も出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示し第１図は
その成膜装置を示す概略構成図、第２図はその成膜処理
したコンロッドと従来のコンロッドの運転時間と摩耗変
形量との関係を示す図、第３図ないし第７図は従来の装
置を示し、第３図はそのレシプロコンプレッサーのピス
トン部分を示す断面図、第４図はそのレシプロコンプレ
ッサーのコンロッドを示す正面図、第５図はそのレシプ
ロコンプレッサーのコンロッドの軸受部分を示す断面図
、第６図はそのロータリーコンプレッサーの圧縮室部分
を示す断面図、第７図はそのレシプロコンプレッサーの
ポールジヨイントピストン球座部を示す断面図である。 ２１・・・反応容器、２２・・・基台、２３・・・対向
電極、２４・・・ヒータ、２５・・・コンロッド、２５
ａ・・・摺動部、２６・・・高周波電源、２８・・・ガ
ス導入管、２９・・・ガス排出管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記械的摺動を受けるものにおいて、本体と、その表
   面に被覆されるアモルファス炭化ホウ素膜とからなるア
   モルファス炭化ホウ素膜を表面に処理した部材。 ２、機械的摺動を受けるものにおいて、本体を形成した
   後、表面にアモルファス炭化ホウ素膜を被覆する事を特
   徴とする表面処理方法。 ３、本体を収納する反応容器に炭素を含む反応ガス及び
   ホウ素を含む反応ガスを導入し、前記反応容器内でグロ
   ー放電を発生させる事により前記本体表面にアモルファ
   ス炭化ホウ素膜を被膜する事を特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の表面処理方法。