JPWO2017043037A1 - 冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

冷媒圧縮機は、密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、電動要素とこの電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素とを収容する。圧縮要素を構成する少なくともひとつの摺動部材が鉄系材料である。この鉄系材料の摺動面には、組成Ａ部分、組成Ｂ部分、および組成Ｃ部分を含む酸化被膜を施している。組成Ａ部分は、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である部分であり、例えば、最外部分（１６０ａ）である。組成Ｂ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む部分であり、例えば、中間部分（１６０ｂ）である。組成Ｃ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い部分であり、例えば、内部分（１６０ｃ）である。

Description

本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー等に使用される冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍装置に関するものである。

近年、地球環境保護の観点から化石燃料の使用を少なくする高効率の冷媒圧縮機の開発が進められている。

このような高効率の冷媒圧縮機は、そのピストンまたはクランクシャフト等の摺動部分の摩耗を防止すべく当該摺動面に、リン酸塩被膜を形成する等の方策がとられている。このリン酸塩被膜の形成によって機械加工仕上げの加工面の凹凸を消し、摺動部材同士の初期なじみを良好にすることができる（例えば、特許文献１参照）。

図１３は、特許文献１に記載された従来の冷媒圧縮機の断面図を示すものである。
図１３に示すように、密閉容器１は、冷媒圧縮機の外筐となるものであり、その底部に潤滑油２を貯留するとともに、固定子３および回転子４からなる電動要素５と、これによって駆動される往復式の圧縮要素６と、を収容している。

そして、上記圧縮要素６は、クランクシャフト７、シリンダーブロック１１、ピストン１５等によって構成されている。以下、圧縮要素６の構成を説明する。

クランクシャフト７は、回転子４を圧入固定した主軸部８と、主軸部８に対し偏心して形成された偏心軸９とからなり、さらに給油ポンプ１０を備えている。

シリンダーブロック１１は、略円筒形のボアー１２からなる圧縮室１３を形成するとともに、主軸部８を軸支する軸受部１４を有する。

ボアー１２に遊嵌されたピストン１５は、ピストンピン１６を介して、偏心軸９との間を連結手段であるコンロッド１７によって連結されている。ボアー１２の端面はバルブプレート１８で封止されている。

バルブプレート１８のボアー１２の反対側にはヘッド１９が固定されており、ヘッド１９により高圧室が形成される。サクションチューブ２０は密閉容器１に固定されるとともに、冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）を密閉容器１内に導く。サクションマフラー２１は、バルブプレート１８およびヘッド１９に挟持される。

クランクシャフト７の主軸部８および軸受部１４、ピストン１５およびボアー１２、ピストンピン１６およびコンロッド１７、クランクシャフト７の偏心軸９およびコンロッド１７は、いずれも互いに摺動部を形成する。

摺動部を構成する摺動部材の中で、鉄系材料同士の組み合わせにおいては、どちらか一方の摺動面に対して、前述した如く多孔質結晶体からなる不溶解性のリン酸塩被膜が形成してある。

以上のような構成において、次に動作を説明する。
商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素５に供給され、電動要素５の回転子４を回転させる。回転子４はクランクシャフト７を回転させ、偏心軸９の偏心運動により連結手段のコンロッド１７及びピストンピン１６を介してピストン１５を駆動する。ピストン１５はボアー１２内を往復運動する。これにより、サクションチューブ２０を通して密閉容器１内に導かれた冷媒ガスは、サクションマフラー２１から圧縮室１３内に吸入され、圧縮室１３内で連続して冷媒ガスが圧縮される。

潤滑油２は、クランクシャフト７の回転に伴って給油ポンプ１０から各摺動部に給油され、各摺動部を潤滑する。また、潤滑油２は、ピストン１５およびボアー１２の間においてはシールを司る。

ここで、クランクシャフト７の主軸部８および軸受部１４においては、回転運動が行われている。冷媒圧縮機の停止中は回転速度が０ｍ／ｓとなり、起動時は金属接触状態からの回転運動開始となって大きな摩擦抵抗力がかかることになる。この冷媒圧縮機では上記クランクシャフト７の主軸部８にリン酸塩被膜が形成されていて、当該リン酸塩被膜が初期なじみ性を有する、それゆえ、リン酸塩被膜により、起動時の金属接触による異常摩耗を防止することができる。

特開平７−２３８８８５号公報

ここで、近年、冷媒圧縮機の高効率化を図るために、より粘度の低い潤滑油２を使用したり、または、摺動部間の摺動長さがより短く設計されたりする。このため、従来のリン酸塩被膜では、早期に摩耗もしくは摩滅して、なじみ効果の持続が困難となりおそれがある。これにより、リン酸塩被膜の自己耐摩耗性が低下する可能性がある。

さらに、冷媒圧縮機においては、クランクシャフト７が一回転する間にクランクシャフト７の主軸部８にかかる荷重は大きく変動する。また、この負荷変動に伴って、クランクシャフト７および軸受部１４の間で、潤滑油２に溶け込んだ冷媒ガスが気化して発泡することがある。この発泡により油膜が切れて金属接触する頻度が増加する。

その結果、クランクシャフト７の主軸部８に形成したリン酸塩被膜が早期に摩耗して摩擦係数が上昇するおそれがある。また、摩耗係数の上昇に伴い摺動部の発熱も大きくなって、凝着等の異常摩耗が生じる懸念がある。さらに、ピストン１５およびボアー１２の間においても同様の現象を起こすおそれがある。それゆえ、ピストン１５およびボアー１２においても、クランクシャフト７と同様の課題を有している。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、摺動部材の自己耐摩耗性を向上させることにより、信頼性および効率に優れた冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供することを目的としている。

本発明に係る冷媒圧縮機は、前記の課題を解決するために、密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、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を収容し、前記圧縮要素を構成する少なくともひとつの摺動部材が鉄系材料であり、前記鉄系材料の摺動面に、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である組成Ａ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む組成Ｂ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、前記組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い組成Ｃ部分と、を含む酸化被膜を施している構成である。

前記構成によれば、摺動部材は耐摩耗性が向上するとともに酸化被膜の密着性が向上する。そのため、摺動部において摺動部材同士の凝着等による異常摩耗（凝着摩耗）を防止することができる。これにより、潤滑油の粘度をより低くできるとともに、各摺動部を構成するそれぞれの摺動部材の摺動長さをより短く設計することができる。したがって、摺動部において摺動ロスの低減を図ることができるので、冷媒圧縮機の信頼性、効率、性能を向上することができる。

また、本発明に係る冷媒圧縮機は、前記の課題を解決するために、前記構成の冷媒圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とを含み、これらを配管によって環状に連結した冷媒回路を備える構成である。

前記構成によれば、冷凍装置は、圧縮機効率が向上した冷媒圧縮機を搭載していることになる。そのため、当該冷凍装置の消費電力を低減し、省エネルギー化を実現することができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明では、以上の構成により、摺動部材の自己耐摩耗性を向上させることにより、信頼性および効率に優れた冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供することができる、という効果を奏する。

本開示の実施の形態１における冷媒圧縮機の模式的断面図である。 図２Ａは、実施の形態１における冷媒圧縮機の摺動部材に施した酸化被膜のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＴＥＭ画像であり、図２Ｂ〜図２Ｄは、図２Ａに示す酸化被膜のＥＤＳ分析を行った結果の一例を示す元素マップである。 図３Ａ〜図３Ｃは、実施の形態１における酸化被膜のＥＥＬＳ分析を行った結果の一例を示すＥＥＬＳマップであり、図３Ｄ〜図３Ｆは、図３Ａ〜図３Ｃに示すＥＥＳＬマップに対応する分析図である。 図４Ａは、実施の形態１における酸化被膜の最外部分のＥＥＬＳ分析を行った結果の一例を示すＥＥＬＳマップであり、図４Ｂは、図４Ａに示すＥＥＬＳマップに対応する分析図である。 図５Ａ〜図５Ｅは、実施の形態１における酸化被膜の中間部分のＥＥＬＳ分析を行った結果の一例を示す分析図である。 実施の形態１における酸化被膜の内部分のＥＥＬＳ分析を行った結果の一例を示す分析図である。 実施の形態１における酸化被膜のリング・オン・ディスク式摩耗試験後のディスクの摩耗量を示す説明図である。 実施の形態１における酸化被膜のリング・オン・ディスク式摩耗試験後のリングの摩耗量を示す説明図である。 実施の形態１における酸化被膜の信頼性試験後のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＴＥＭ画像である。 本開示の実施の形態２における冷媒圧縮機の模式的断面図である。 図１１Ａは、本開示の実施の形態２における酸化被膜のＴＥＭ（走査イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＴＥＭ（走査イオン顕微鏡）画像であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示す酸化被膜のＥＤＳ分析を行った結果の一例を示す元素マップであり、図１１Ｃは、図１１Ａまたは図１１Ｂに示す酸化被膜のＥＥＬＳ分析を行った結果の一例を示す分析図である。 本開示の実施の形態３における冷凍装置の模式図である。 従来の冷媒圧縮機の模式的断面図である。

本開示に係る冷媒圧縮機は、密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、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を収容し、前記圧縮要素を構成する少なくともひとつの摺動部材が鉄系材料であり、前記鉄系材料の摺動面に、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である組成Ａ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む組成Ｂ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、前記組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い組成Ｃ部分と、を含む酸化被膜を施している構成である。

これにより、摺動部材は耐摩耗性が向上するとともに酸化被膜の密着性が向上する。そのため、摺動部において摺動部材同士の凝着等による異常摩耗（凝着摩耗）を防止することができる。これにより、潤滑油の粘度をより低くできるとともに、各摺動部を構成するそれぞれの摺動部材の摺動長さをより短く設計することができる。したがって、摺動部において摺動ロスの低減を図ることができるので、冷媒圧縮機の信頼性、効率、性能を優れたものとすることができる。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記酸化被膜は、最表面から順に、前記組成Ａ部分である最外部分、前記組成Ｂ部分である中間部分、および、前記組成Ｃ部分である内部分から少なくとも構成されてもよい。

これにより、最表面が組成Ａ部分であるため、摺動部材の最表面は、比較的硬質ではあるが結晶構造が柔軟な三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を多く含むことになる。そのため、摺動部材の相手攻撃性が低下するとともに、摺動初期のなじみ性も向上する。その結果、冷媒圧縮機の信頼性が向上する。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記酸化被膜は、前記鉄系材料からなる基材の表面に形成され、ケイ素（Ｓｉ）化合物は、前記組成Ａ部分にも含まれている構成であってもよい。

これにより、組成Ａ部分にも、非常に硬質なケイ素酸化物等といったケイ素（Ｓｉ）化合物が分散することになる。そのため、組成Ａ部分に最も多く含まれる三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）に由来する作用効果は維持されつつ、より強固な酸化被膜を形成することができる。それゆえ、より高負荷な摺動条件で摺動部材同士が摺動動作しても、冷媒圧縮機における優れた信頼性を維持することができる。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記酸化被膜に含まれるケイ素（Ｓｉ）化合物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）もしくはファイヤライト（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）の少なくとも一方である構成であってもよい。

これにより、酸化被膜に含まれる組成Ａ部分〜組成Ｃ部分の少なくともいずれかの部分は、より硬質な部位を含有することになる。これにより、酸化被膜の耐摩耗性がさらに向上するとともに、鉄系材料（基材）と酸化被膜との密着性を向上することができる。その結果、摺動部材の表面に形成される酸化被膜はより一層高耐力になるので、冷媒圧縮機の信頼性が向上する。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記酸化被膜の膜厚は、１〜５μｍの範囲内である構成であってもよい。

これにより、酸化被膜の耐摩耗性が向上するので、酸化被膜の長期信頼性を向上できる。しかも、酸化被膜の寸法精度も安定化するので、摺動部材の生産性を高めることも可能となる。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記鉄系材料は、ケイ素を０．５〜１０％の範囲内で含有するものである構成であってもよい。

これにより、鉄系材料（基材）と酸化被膜との密着性がより一層向上するため、酸化被膜がさらに一層高耐力になる。その結果、冷媒圧縮機の信頼性がさらに向上する。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記鉄系材料が鋳鉄である構成であってもよい。

これにより、鋳鉄が安価で高い生産性を有することから、摺動部材のコストを低くすることができる。しかも、鉄系材料（基材）と酸化被膜との密着性がより一層向上するため、酸化被膜がさらに一層高耐力になる。その結果、冷媒圧縮機の信頼性がさらに向上する。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記冷媒をＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒もしくはその混合冷媒とし、前記潤滑油をエステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油とする構成であってもよい。

これにより、低粘度の潤滑油を使用しても摺動部材の異常摩耗を防止することができる。また、摺動部材の摺動ロスを低減することが可能になる。そのため、冷媒圧縮機の信頼性および効率を優れたものにすることができる。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記冷媒をＲ６００ａ、Ｒ２９０、Ｒ７４４等の自然冷媒もしくはその混合冷媒とし、前記潤滑油を鉱油、エステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油とする構成であってもよい。

これにより、低粘度の潤滑油を使用しても摺動部材の異常摩耗を防止することができる。また、摺動部材の摺動ロスを低減することが可能になる。そのため、冷媒圧縮機の信頼性および効率を優れたものにすることができる。さらに、温室効果の少ない冷媒を使用することで、地球温暖化抑制を図ることができる。

前記構成の冷媒圧縮機においては、前記冷媒をＲ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ系冷媒もしくはその混合冷媒とし、前記潤滑油をエステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油とする構成であってもよい。

これにより、低粘度の潤滑油を使用しても摺動部材の異常摩耗を防止することができる。また、摺動部材の摺動ロスを低減することが可能になる。そのため、冷媒圧縮機の信頼性および効率を優れたものにすることができる。さらに、温室効果の少ない冷媒を使用することで、地球温暖化抑制を図ることができる。

前記構成の冷媒圧縮機においては、電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動される構成であってもよい。

これにより、各摺動部への給油量が少なくなる低速運転時においても、耐磨耗性に優れた酸化被膜により、信頼性を向上させることができる。また、回転数が増加する高速運転時においても、優れた信頼性を維持することができる。これにより、冷媒圧縮機の信頼性をより一層向上することができる。

本開示に係る冷凍装置は、前記構成の冷媒圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とを含む、これらを配管によって環状に連結した冷媒回路を備える構成である。

これにより、冷凍装置は、圧縮機効率が向上した冷媒圧縮機を搭載していることになる。そのため、当該冷凍装置の消費電力を低減し、省エネルギー化を実現することができ、さらに、冷凍装置としての信頼性も向上させることができる。

以下、本開示の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図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］
まず、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機の代表的な一例について、図１および図２Ａを参照して具体的に説明する。図１は、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００の断面図であり、図２Ａは、冷媒圧縮機１００の摺動部材に施した酸化被膜１６０のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示す顕微鏡写真である。

図１に示すように、冷媒圧縮機１００においては、密閉容器１０１内にはＲ１３４ａからなる冷媒ガス１０２が充填されるとともに、底部には潤滑油１０３としてエステル油が貯留されている。また、密閉容器１０１内には、固定子１０４および回転子１０５からなる電動要素１０６と、これによって駆動される往復式の圧縮要素１０７とが収容されている。

そして、圧縮要素１０７は、クランクシャフト１０８、シリンダーブロック１１２、ピストン１３２等によって構成されている。圧縮要素１０７の構成を以下に説明する。

クランクシャフト１０８は、回転子１０５を圧入固定した主軸部１０９と、主軸部１０９に対し偏心して形成された偏心軸１１０と、から少なくとも構成される。クランクシャフト１０８の下端には潤滑油１０３に連通する給油ポンプ１１１を備えている。

クランクシャフト１０８は、基材１６１として、ケイ素（Ｓｉ）を約２％含有してなるねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）を使用し、表面に酸化被膜１６０が形成されている。本実施の形態１における酸化被膜１６０の代表的な一例を図２Ａに示す。図２Ａは、酸化被膜１６０の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察した結果の一例であり、酸化被膜１６０の厚さ方向の全体像を示す。

本実施の形態１における酸化被膜１６０は、図２Ａに示すように、摺動面の最表面から順に、第１層である最外部分１６０ａ、第２層である中間部分１６０ｂと、第３層である内部分１６０ｃとで構成されている。最外部分１６０ａは、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）からなる組成Ａ部分である。中間部分１６０ｂは、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む組成Ｂ部分である。内部分１６０ｃは、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い組成Ｃ部分である。

なお、本実施の形態１における酸化被膜１６０の膜厚は約２μｍである。また、図２Ａに示す酸化被膜１６０は、後述する実施例１において、リング・オン・ディスク式摩耗試験で用いたディスク（基材１６１）に形成されたものである。

シリンダーブロック１１２は鋳鉄からなり、略円筒形のボアー１１３を形成するとともに、主軸部１０９を軸支する軸受部１１４を備えている。

また、回転子１０５にはフランジ面１２０が形成され、軸受部１１４の上端面がスラスト面１２２になっている。フランジ面１２０と軸受部１１４のスラスト面１２２との間には、スラストワッシャ１２４が挿入されている。フランジ面１２０、スラスト面１２２およびスラストワッシャ１２４でスラスト軸受１２６を構成している。

ピストン１３２はある一定量のクリアランスを保ってボアー１１３に遊嵌され、鉄系の材料からなり、ボアー１１３と共に圧縮室１３４を形成する。また、ピストン１３２は、ピストンピン１３７を介して連結手段であるコンロッド１３８により偏心軸１１０と連結されている。ボアー１１３の端面はバルブプレート１３９で封止されている。

ヘッド１４０は高圧室を形成している。ヘッド１４０は、バルブプレート１３９のボアー１１３の反対側に固定される。サクションチューブ（図示せず）は、密閉容器１０１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス１０２を密閉容器１０１内に導く。サクションマフラー１４２は、バルブプレート１３９とヘッド１４０に挟持される。

以上のように構成された冷媒圧縮機１００について、以下その動作を説明する。
商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５はクランクシャフト１０８を回転させ、偏心軸１１０の偏心運動が連結手段のコンロッド１３８からピストンピン１３７を介してピストン１３２を駆動する。ピストン１３２はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブ（図示せず）を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒ガス１０２をサクションマフラー１４２から吸入し、圧縮室１３４内で圧縮する。

潤滑油１０３はクランクシャフト１０８の回転に伴い、給油ポンプ１１１から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１３２とボアー１１３の間においてはシールを司る。なお、摺動部とは、複数の摺動部材が互いの摺動面で接した状態で摺動する部位を意味する。

ここで、近年の冷媒圧縮機１００では、さらなる高効率化を図るため、潤滑油１０３として、（１）既述した如くより粘度の低いものを使用する、または、（２）摺動部を構成するそれぞれの摺動部材の摺動長さ（摺動部間の摺動長さとする。）がより短く設計される、等の対応が行われている。そのため、摺動条件はより過酷な方向に進んでいる。すなわち、摺動部の間の油膜はより薄くなる傾向にあり、あるいは、摺動部の間の油膜が形成され難い傾向にある。

加えて、冷媒圧縮機１００においては、クランクシャフト１０８の偏心軸１１０が、シリンダーブロック１１２の軸受部１１４、並びに、クランクシャフト１０８の主軸部１０９に対して偏心して形成されている。そのため、圧縮された冷媒ガス１０２のガス圧により、クランクシャフト１０８の主軸部１０９と偏心軸１１０とコンロッド１３８との間に、負荷変動を伴う変動荷重が加えられる。この負荷変動に伴って、主軸部１０９と軸受部１１４との間などで、潤滑油１０３に溶け込んだ冷媒ガス１０２が繰り返し気化するため、潤滑油１０３に発泡が発生する。

このような理由により、クランクシャフト１０８の主軸部１０９と軸受部１１４との間などの摺動部において、油膜が切れて摺動面同士が金属接触する頻度が増加する。

しかしながら、この冷媒圧縮機１００の摺動部、例えば、本実施の形態１で一例として示すクランクシャフト１０８の摺動部には、前述した構成の酸化被膜１６０が施してある。そのため、油膜が切れる頻度が増加したとしても、これに伴い発生する摺動面の摩耗を長期間にわたって抑制することができる。

［酸化被膜の構成］
次に、図２Ａに加えて、図２Ｂ〜図６を参照して、摺動部の摩耗を抑制する酸化被膜１６０についてさらに詳述する。

（ＥＤＳ分析の結果）
まず、図２Ａ〜図２Ｄに基づいて、酸化被膜１６０における元素の濃度分布を説明する。図２Ｂ〜図２Ｄは、いずれも、図２Ａに示す酸化被膜１６０の断面について、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析を行った結果の一例を示す元素マップである。このうち、図２Ｂは、酸化被膜１６０における鉄（Ｆｅ）の元素マッピング結果を示し、図２Ｃは、酸化被膜１６０における酸素（Ｏ）の元素マッピング結果を示し、図２Ｄは、酸化被膜１６０におけるケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果を示す。

本実施の形態１では、クランクシャフト１０８は、ねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）を基材１６１としている。酸化被膜１６０は、この基材１６１の表面に形成されている。具体的には、例えば、基材１６１の摺動表面を研磨仕上げした後、酸化性ガスを用いた酸化処理により酸化被膜１６０が形成されている。

前述したように、図２Ａに示すように、酸化被膜１６０は、本実施の形態１では、ねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）からなる基材１６１の上（図２Ａでは基材１６１の右側）に、酸化被膜１６０が形成されている。酸化被膜１６０は、前述したように、最表面から、最外部分１６０ａ（第１層）、中間部分１６０ｂ（第２層）、および内部分１６０ｃ（第３層）の三部分構造（三層構造）になっていることが明確に確認される。また、第２層である中間部分１６０ｂには、部分的に白色部１６０ｄが存在することが確認される。

次に、この酸化被膜１６０に含まれる元素の濃度（すなわち、酸化被膜１６０を構成する各部分の元素組成）を、図２Ｂ〜図２Ｄを参照して説明する。前記の通り、図２Ｂは、図２Ａに示す酸化被膜１６０に対応する鉄（Ｆｅ）の元素マッピング結果であり、図２Ｃは、酸化被膜１６０に対応する酸素（Ｏ）の元素マッピング結果であり、図２Ｄは、酸化被膜１６０に対応するケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果である。図２Ｂ〜図２Ｄでは、白黒の濃淡によって、対象となる元素の濃度比を示しており、画像の色が白くなるほど該当元素の占める割合が高いことを示す。

なお、図２Ａおよび図２Ｂ〜図２Ｄでは、一対の破線の間が酸化被膜１６０に相当し、図中左側が基材１６１に相当し、図中右側が最表面に相当する。前記の通り、酸化被膜１６０の膜厚は約２μｍとなっている。また、最外部分１６０ａ，中間部分１６０ｂ，および内部分１６０ｃの互いの境界は、一点鎖線で図示している。

これらの元素分析の結果から、酸化被膜１６０における鉄（Ｆｅ）、酸素（Ｏ）、およびケイ素（Ｓｉ）の各元素の濃度比は、以下のような傾向を有していることが分かる。

まず、図２Ｂに示す鉄（Ｆｅ）の元素マッピング結果から、鉄（Ｆｅ）の濃度分布の傾向について説明する。図２Ｂに示すように、酸化被膜１６０全体に亘って（基材１６１の表面から約２μｍ）、基材１６１よりも鉄（Ｆｅ）の濃度が低い領域が形成されている。それゆえ、鉄の酸化物で構成される酸化被膜１６０は、当然であるが、鉄系材料である基材１６１よりも鉄（Ｆｅ）の濃度が低いことが分かる。

そして、酸化被膜１６０内では、最表面から基材１６１の方向に亘って鉄（Ｆｅ）の濃度分布には、大きな濃度差（白黒の濃淡の差）は見られない。それゆえ、酸化被膜１６０内では、鉄（Ｆｅ）は、基本的に一様に分布していることが分かる。なお、図２Ｂに示すように、酸化被膜１６０内では、前述した白色部１６０ｄに相当する一部の箇所では、鉄（Ｆｅ）の濃度の低下が見られる。

次に、図２Ｃに示す酸素（Ｏ）の元素マッピング結果から、酸素（Ｏ）の濃度分布の傾向について説明する。図２Ｃに示すように、酸化被膜１６０全体に亘って（基材１６１の表面から約２μｍ）、基材１６１よりも酸素（Ｏ）の濃度が明らかに高い領域が形成されている。この酸素（Ｏ）の濃度分布は、図２Ｂに示す鉄（Ｆｅ）の濃度分布とほぼ同じ領域で確認されている。それゆえ、酸化被膜１６０には、鉄系材料である基材１６１とは異なる、鉄の酸化物を主成分とする部分が形成されている。

また、酸素（Ｏ）の濃度分布は、鉄（Ｆｅ）の濃度分布と同様に、酸化被膜１６０全体において、最表面から基材１６１の方向に亘って、全領域で大きな濃度差は見られない。それゆえ、酸化被膜１６０内では、酸素（Ｏ）は、鉄（Ｆｅ）と同様に、基本的に一様に分布していることが分かる。なお、図２Ｃに示すように、酸化被膜１６０内では、前述した白色部１６０ｄに相当する一部の箇所では、鉄（Ｆｅ）と同様に酸素（Ｏ）の濃度の低下が見られる。

次に、図２Ｄに示すケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果から、ケイ素（Ｓｉ）の濃度分布の傾向について説明する。図２Ｄに示すように、基材１６１ではケイ素（Ｓｉ）の濃度が高く、酸化被膜１６０のうち基材１６１側である内部分１６０ｃでもケイ素（Ｓｉ）の濃度が高い。これに対して、内部分１６０ｃと中間部分１６０ｂとの界面では、ケイ素（Ｓｉ）の濃度が一気に低下している。

ただし、中間部分１６０ｂでは、前述した白色部１６０ｄに相当する一部の箇所では、ケイ素（Ｓｉ）の濃度の上昇がみられる。また、図２Ｄに示す例では、最外部分１６０ａでは、ケイ素（Ｓｉ）は、ほとんど確認されない。

図２Ｂ〜図２Ｄに示す元素マッピング結果から、酸化被膜１６０では、最外部分１６０ａから内部分１６０ｃまで全体に亘って鉄（Ｆｅ）および酸素（Ｏ）の各元素が存在することが分かる。しかしながら、最外部分１６０ａには、ケイ素（Ｓｉ）はほとんど存在していないか、存在量が少ないことが分かる。また、中間部分１６０ｂの一部と、内部分１６０ｃのほとんどの部位では、ケイ素（Ｓｉ）が存在していることが分かる。

（ＥＥＬＳ分析の結果）
次に、図３Ａ〜図３Ｆに基づいて、鉄（Ｆｅ）、酸素（Ｏ）、およびケイ素（Ｓｉ）の各元素の状態をさらに具体的に説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ａに示す酸化被膜１６０の断面において、その一部の領域をＥＥＬＳ（電子線エネルギー損失分光法）分析で分析した元素マッピング結果を示し、図３Ｄ〜図３Ｆは、図３Ａ〜図３Ｃに対応するＥＥＳＬ波形を示す分析図である。

ＥＥＬＳ分析は、電子が試料を透過する際に、当該電子と原子との相互作用により失うエネルギーを測定することによって、試料の組成または結合状態を解析、評価する手法である。ＥＥＳＬ分析によれば、試料を構成する元素またはその電子構造によって、特定のエネルギー波形を得ることが可能である。

図３Ｄは、酸化被膜１６０の断面の一部領域について、鉄（Ｆｅ）に限定したＥＥＳＬ波形（図３Ｄのメッシュ領域）を示す分析図であり、図３Ａは、図３Ｄに対応する領域における鉄（Ｆｅ）の元素マッピング結果である。また、図３Ｅは、酸化被膜１６０の断面の一部領域について、酸素（Ｏ）に限定したＥＥＳＬ波形（図３Ｅのメッシュ領域）を示す分析図であり、図３Ｂは、図３Ｅに対応する領域における酸素（Ｏ）の元素マッピング結果である。また、図３Ｆは、酸化被膜１６０の断面の一部領域について、ケイ素（Ｓｉ）に限定したＥＥＳＬ波形（図３Ｆのメッシュ領域）を示す分析図であり、図３Ｃは、図３Ｆに対応する領域におけるケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果である。

なお、図３Ａ〜図３Ｃでは、白黒の濃淡によってＥＥＳＬ波形の強度を示しており、画像の色が白くなるほど該当するＥＥＳＬ波形の占める割合が高いことを示す。

これらのＥＥＳＬ分析の結果から、酸化被膜１６０における鉄（Ｆｅ）、酸素（Ｏ）、およびケイ素（Ｓｉ）の各元素におけるＥＥＳＬ波形の強度（以下、適宜「波形強度」と略す。）は、以下のような傾向を有していることが分かる。

まず、図３Ａおよび図３Ｄに示す鉄（Ｆｅ）のＥＥＳＬ分析の結果から、鉄（Ｆｅ）の波形強度について説明する。図３Ａに示すように、酸化被膜１６０内では、最表面側（図中左側）から基材１６１側（図中右側）に向かって、鉄（Ｆｅ）の波形強度の分布には大きな強度差が見られない。それゆえ、酸化被膜１６０全体に亘って、鉄（Ｆｅ）は一様に分布していることが分かる。ただし、前述した白色部１６０ｄに相当する一部の箇所では、鉄（Ｆｅ）の波形強度の低下が見られる。

次に、図３Ｂおよび図３Ｅに示す酸素（Ｏ）のＥＥＳＬ分析の結果から、酸素（Ｏ）の波形強度について説明する。図３Ｂに示すように、鉄（Ｆｅ）と同様に、酸化被膜１６０内では、最表面側（図中左側）から基材１６１側（図中右側）に向かって、酸素（Ｏ）の波形強度の分布には大きな強度差が見られない。それゆえ、酸化被膜１６０全体に亘って、酸素（Ｏ）は一様に分布しており、酸化被膜１６０は、全体的に鉄の酸化物で構成されていることが分かる。ただし、前述した白色部１６０ｄに相当する一部の箇所では、酸素（Ｏ）の波形強度の低下が見られる。

次に、図３Ｃおよび図３Ｆに示すケイ素（Ｓｉ）のＥＥＳＬ分析の結果から、ケイ素（Ｓｉ）の波形強度について説明する。図３Ｃに示すように、ケイ素（Ｓｉ）の波形強度は、基材１６１側（図中右側）で高いが、最表面側（図中右側）に向かうと、波形強度が低下に転じていることが分かる。ケイ素（Ｓｉ）の波形強度が低下している位置は、酸化被膜１６０のうち、内部分１６０ｃと中間部分１６０ｂとの界面に相当する（図２Ｄ参照）。ただし、中間部分１６０ｂにおいて、前述した白色部１６０ｄに相当する一部の箇所では、ケイ素（Ｓｉ）の波形強度の上昇がみられる。

図３Ａ〜図３Ｆに示すＥＥＳＬ分析の結果から、図２Ｂ〜図２Ｄに示すＥＤＳ分析の結果（元素マッピング結果）と同様に、酸化被膜１６０では、最外部分１６０ａから内部分１６０ｃまで全体に亘って鉄（Ｆｅ）および酸素（Ｏ）の各元素が存在することが分かる。しかしながら、最外部分１６０ａには、ケイ素（Ｓｉ）はほとんど存在していないか、存在量が少ないことが分かる。また、中間部分１６０ｂの一部と、内部分１６０ｃのほとんどの部位では、ケイ素（Ｓｉ）が存在していることが分かる。

（酸化被膜における各部分のＥＥＳＬ分析の結果）
次に、酸化被膜１６０における最外部分１６０ａ，中間部分１６０ｂ，および内部分１６０ｃのそれぞれについて、ＥＥＳＬ分析をさらに進めることにより、酸化被膜１６０のより具体的な構成について説明する。すなわち、図４Ａ〜図６に基づいて、酸化被膜１６０の各部分において、鉄（Ｆｅ）、酸素（Ｏ）、およびケイ素（Ｓｉ）の強度分布とともに、これら各元素の状態について説明する。

図４Ｂは、酸化被膜１６０のうち最外部分１６０ａにおけるＥＥＳＬ波形のうち、鉄（Ｆｅ）に該当する部分の拡大波形を示す分析図であり、図４Ａは、酸化被膜１６０の断面において、図４Ｂに示す拡大波形のピークに合致する、鉄（Ｆｅ）の元素マッピング結果である。図４Ｂに示すＥＥＳＬ波形は、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を示す典型的な波形である。

図３Ａでは、鉄（Ｆｅ）全体についての元素マッピング結果であり、鉄（Ｆｅ）の強度分布は特に見られない。これに対して、図４Ａに示すように三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）に限定すると、最表面側（図中左側）の部分、すなわち、最外部分１６０ａにおいて画像の色が最も白くなっているので、波形強度が非常に高いことを示す。したがって、最外部分１６０ａは、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を最も多く含有することが分かる。

図５Ａは、中間部分１６０ｂにおけるＥＥＬＳ波形のうち、鉄（Ｆｅ）に該当する部分の拡大波形を示す分析図である。このＥＥＳＬ波形は、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）を示す典型的な波形である。中間部分１６０ｂでは、図５Ａに対応する部位以外の他の部位でも、図５Ａと同様のＥＥＳＬ波形が確認されている。それゆえ、中間部分１６０ｂは、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）を最も多く含有することが分かる。

図５Ｂおよび図５Ｃは、中間部分１６０ｂに含まれる白色部１６０ｄにおけるＥＥＬＳ波形のうち、酸素（Ｏ）に該当する同一部分の拡大波形を示す分析図である。図５Ｂでは、５２５ｅＶ近傍にピークが見られるが、図５Ｃではピークが見られない。５２５ｅＶ近傍のピークは、鉄の酸化物に見られる特有のピークである。それゆえ、図５Ｃに示す拡大波形の測定箇所、すなわち、白色部１６０ｄでは、酸素（Ｏ）は鉄（Ｆｅ）と結合しない構造で存在していることが分かる。

図５Ｄおよび図５Ｅは、中間部分１６０ｂに含まれる白色部１６０ｄにおけるＥＥＬＳ波形のうち、ケイ素（Ｓｉ）に該当する同一部分の拡大波形を示す分析図である。なお、図５Ｂおよび図５Ｃと、図５Ｄおよび図５Ｅとは、それぞれ同一箇所のＥＥＬＳ波形である。図５Ｄおよび図５Ｅに示すＥＥＳＬ波形はほぼ同じであるため、白色部１６０ｄでは、酸素（Ｏ）と結合した状態のケイ素（Ｓｉ）が存在していることが分かる。

さらに、図５Ｂおよび図５Ｃに示すＥＥＳＬ波形と、図５Ｄおよび図５Ｅに示すＥＥＳＬ波形との対比から、中間部分１６０ｂに含まれる白色部１６０ｄには、鉄（Ｆｅ）と結合せずケイ素（Ｓｉ）に結合する酸素（Ｏ）が存在するとともに、鉄（Ｆｅ）およびケイ素（Ｓｉ）のいずれにも結合する酸素（Ｏ）が存在することが分かる。したがって、白色部１６０ｄには、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）およびファイヤライト（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）等のように、構造の異なる複数種類のケイ素（Ｓｉ）化合物が存在していることが分かる。

加えて、図示しないが、酸化被膜１６０における内部分１６０ｃの黒色部におけるＥＥＬＳ波形のうち、鉄（Ｆｅ）に該当する部分の拡大波形を確認したが、図５Ａに示す拡大波形とほぼ同様の形状を示している。それゆえ、内部分１６０ｃも、中間部分１６０ｂと同様に、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）を最も多く含有することが分かる。

図６は、酸化被膜１６０における内部分１６０ｃのＥＥＬＳ波形のうち、ケイ素（Ｓｉ）に該当する部分の拡大波形を示す分析図である。図６に示すＥＥＳＬ波形は、図５Ｄに示すＥＥＳＬ波形および図５Ｅに示すＥＥＳＬ波形のいずれとも異なる形状を示している。図６に示すＥＥＳＬ波形から、この箇所では、ケイ素（Ｓｉ）は、酸素（Ｏ）と結合した状態であるとは確認できない。それゆえ、この箇所では、ケイ素（Ｓｉ）が固溶した状態で存在（ケイ素（Ｓｉ）が単体で存在）していることが示唆される。また、内部分１６０ｃの他の箇所では、図５Ｂに示すＥＥＳＬ波形、および、図５Ｄに示すＥＥＳＬ波形と同様の波形が確認されている。それゆえ、内部分１６０ｃには、中間部分１６０ｂと同様にケイ素（Ｓｉ）化合物が存在しているとともに、ケイ素（Ｓｉ）固溶部も存在していることが分かる。

このように、本開示に係る酸化被膜１６０では、互いに組成の異なる３つの部分である、組成Ａ部分、組成Ｂ部分、および組成Ｃ部分を含むことが分かる。このうち、組成Ａ部分は、最外部分１６０ａのように、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である部分である。また、組成Ｂ部分は、中間部分１６０ｂのように、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む部分である。また、組成Ｃ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い部分である。

酸化被膜１６０の代表的な構成の一つは、前述したように、最表面から順に、組成Ａ部分である最外部分１６０ａ、組成Ｂ部分である中間部分１６０ｂ、および、組成Ｃ部分である内部分１６０ｃから少なくとも構成されている。ただし、酸化被膜１６０の構成はこれに限定されない。

酸化被膜１６０は、前述した組成Ａ部分、組成Ｂ部分、および組成Ｃ部分を含む構成であればよいので、これら以外の組成となる部分を含んでもよいことは言うまでもない。また、酸化被膜１６０は、最表面から組成Ａ部分、組成Ｂ部分、および組成Ｃ部分の順で積層されている構成に限定されない。例えば、酸化被膜１６０の他の構成としては、最表面から組成Ｂ部分、組成Ａ部分、および組成Ｃ部分の順で積層される構成が挙げられる。このように、他の部分を含む構成、あるいは、各部分の積層順が異なる構成は、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、酸化被膜１６０の製造方法（形成方法）が挙げられる。酸化被膜１６０の製造方法は、公知の鉄系材料の酸化方法を好適に用いることができ、特に限定されない。基材１６１である鉄系材料の種類、その表面状態（前述した研磨仕上げ等）、求める酸化被膜１６０の物性等の諸条件に応じて、製造条件等については適宜設定することができる。本開示では、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）等の公知の酸化性ガスおよび公知の酸化設備を用いて、数百℃の範囲内、例えば４００〜８００℃の範囲内で基材１６１であるねずみ鋳鉄を酸化することにより、基材１６１の表面に酸化被膜１６０を形成することができる。

［酸化被膜の評価］
次に、本実施の形態１に係る酸化被膜１６０の代表的な一例について、その特性を評価した結果を、図７〜図９を参照して説明する。以下の説明では、実施例、従来例、および比較例の結果に基づき、酸化被膜１６０の摩耗抑制効果、すなわち、酸化被膜１６０の耐摩耗性について評価している。

（実施例１）
摺動部材としてねずみ鋳鉄製のディスクを用いた。したがって、基材１６１の材質はねずみ鋳鉄であり、ディスクの表面が摺動面となる。前述した通り、炭酸ガス等の酸化性ガスを用いて、４００〜８００℃の範囲内でディスクを酸化することにより、摺動面に対して本実施の形態１に係る酸化被膜１６０を形成した。この酸化被膜１６０は、図２Ａ〜図４に示すように、第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３を備える構成であった。このようにして本実施例１の評価用試料を準備した。この評価用試料について、後述する自己耐摩耗性および相手攻撃性の評価を行った。

（従来例１）
表面処理膜として、本実施の形態１に係る酸化被膜１６０の代わりに、従来のリン酸塩被膜を形成した。これ以外は、実施例１と同様にして従来例１の評価用試料を準備した。この評価用試料について、後述する自己耐摩耗性および相手攻撃性の評価を行った。

（比較例１）
表面処理膜として、本実施の形態１に係る酸化被膜１６０の代わりに、一般的に硬質膜として使用されるガス窒化被膜を形成した。これ以外は、実施例１と同様にして比較例１の評価用試料を準備した。この評価用試料について、後述する自己耐摩耗性および相手攻撃性の評価を行った。

（比較例２）
表面処理膜として、本実施の形態１に係る酸化被膜１６０の代わりに、従来の一般的な酸化被膜、いわゆる黒染処理、別名フェルマイト処理と呼ばれている方法で形成された四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）単部分被膜を形成した。これ以外は、実施例１と同様にして比較例２の評価用試料を準備した。この評価用試料について、後述する自己耐摩耗性および相手攻撃性の評価を行った。

（自己耐摩耗性および相手攻撃性の評価）
Ｒ１３４ａ冷媒およびＶＧ３（４０℃での粘度グレードが３ｍｍ^２／ｓ）のエステル油の混合雰囲気下で、前述した評価用試料を用いて、リング・オン・ディスク式摩耗試験を実施した。評価用試料であるディスクとは別に、相手材として、ねずみ鋳鉄を基材とし、その表面（摺動面）に表面研磨のみ施したリングを準備した。摩耗試験は、株式会社エイ・アンド・ディ製の中圧フロン摩擦摩耗試験機 ＡＦＴ−１８−２００Ｍ（商品名）を用いて、荷重１０００Ｎの条件にて行った。これにより、評価用試料（ディスク）に形成された表面処理膜の摩耗特性（自己耐摩耗性）と、当該表面処理膜の相手材（リング）の摺動面への攻撃性（相手攻撃性）とを併せて評価した。

（実施例１、従来例１、および比較例の対比）
図７は、リング・オン・ディスク式摩耗試験を実施した結果であって、評価用試料であるディスクの摺動面の摩耗量を示す。また、図８は、リング・オン・ディスク式摩耗試験を実施した結果であって、相手材であるリングの摩耗量を示す。

まず、評価用試料であるディスクの表面（摺動面）の摩耗量について比較する。図７に示すように、実施例１、比較例１、および比較例２のいずれの表面処理膜も、従来例１のリン酸塩被膜と比較すると、ディスクの表面の摩耗量は減少している。そのため、実施例１、比較例１、および比較例２における表面処理膜は、いずれも良好な自己耐摩耗性を有することが分かる。ただし、比較例２すなわち四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）単部分で構成される表面処理膜（一般的な酸化被膜）については、ディスクの表面の所々に基材の界面から剥離している痕跡が認められた。

これに対して、図８に示すように、相手材であるリングの表面（摺動面）の摩耗量について比較する。実施例１の表面処理膜すなわち本実施の形態１に係る酸化被膜１６０では、従来例１のリン酸塩被膜と比較して、リングの表面の摩耗量はほぼ同等である。これに対して、比較例１のガス窒化被膜、および、比較例２の一般的な酸化被膜では、リングの表面の摩耗量は、明らかに増加していることが分かる。したがって、本実施の形態１に係る酸化被膜１６０は、従来のリン酸塩被膜と同様に相手材に対する攻撃性（相手攻撃性）が低いことが分かる。

このように、本開示に係る酸化被膜１７０を採用した実施例１のみが、ディスクおよびリングともにほとんど摩耗が認められていない。それゆえ、本開示に係る酸化被膜１７０は、自己耐摩耗性および相手攻撃性について良好な結果を示すことが分かる。

酸化被膜１６０の自己耐摩耗性について検討する。酸化被膜１６０は鉄の酸化物であることから、酸化被膜１６０は、従来のリン酸塩被膜と比較して化学的には非常に安定である。また、鉄の酸化物の被膜は、リン酸塩被膜と比較して高い硬度を有する。それゆえ、摺動面に酸化被膜１６０が形成されることで、摩耗粉の発生および付着等を効果的に防止することができるので、酸化被膜１６０そのものの摩耗量の増加を有効に回避できると考えられる。

次に、酸化被膜１６０の相手攻撃性について検討する。酸化被膜１６０は、その最外部分１６０ａが組成Ａ部分で構成されている。組成Ａ部分は、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）であるので、下記の理由から、酸化被膜１６０の相手攻撃性を低下させるとともに、摺動面のなじみ性を向上させていると考えられる。

組成Ａ部分の主成分である三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の結晶構造が菱面体晶であるのに対して、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の結晶構造は立方晶であり、窒化被膜の結晶構造は、周密六方晶、面心立方晶、体心正方晶である。それゆえ、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）は、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）または窒化被膜に比較して、結晶構造の面で柔軟（あるいは弱い状態）になっている。そのため、組成Ａ部分である最外部分１６０ａは、粒子レベルの硬度が低くなっている。

これにより、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を多く含む組成Ａ部分は、比較例１のガス窒化被膜または比較例２の一般的な酸化被膜（四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）単部分被膜）と比較して粒子レベルの硬度が低くなる。したがって、実施例１の酸化被膜１６０は、比較例１または比較例２の表面処理膜と比較して、相手攻撃性を良好に抑制できるとともに、摺動面のなじみ性を向上させていると考えられる。

なお、本実施の形態１におけるリング・オン・ディスク式摩耗試験では、酸化被膜をディスク側に設けて試験を実施しているが、酸化被膜をリング側に設けても同様の結果が得られる。また、酸化被膜の耐摩耗性の評価は、リング・オン・ディスク式摩耗試験に限定されず他の試験方法によって評価することもできる。

（実施例２）
次に、本実施の形態１に係る酸化被膜１６０の優位性（効果）を確認するため、酸化被膜１６０が形成されたクランクシャフト１０８を搭載した冷媒圧縮機１００を用いて実機信頼性試験を行った。冷媒圧縮機１００は、前述したように、図１に示す構成であるため、その説明を省略する。実機信頼性試験に際しては、前述した実施例１等と同様に、Ｒ１３４ａ冷媒およびＶＧ３（４０℃での粘度グレードが３ｍｍ^２／ｓ）のエステル油を用いた。クランクシャフト１０８の主軸部１０９の摩耗を加速させるべく、高温環境の下、短時間で運転および停止を繰り返す、高温高負荷断続運転モードで、冷媒圧縮機１００を動作させた。

実機信頼性試験の終了後、冷媒圧縮機１００を解体してクランクシャフト１０８を取り出し、その摺動面を確認した。この摺動面の観察結果に基づいて、実機信頼性試験の評価を行った。

図９は、実機信頼性試験を実施した後のクランクシャフト１０８について、摺動面近傍の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察した結果（ＴＥＭ画像）を示す。図９に示すように、摺動面近傍の断面では、ねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）からなる基材１６１の上に（基材１６１の右側に）、酸化被膜１６０が形成されていることが分かる。酸化被膜１６０は、実機信頼性試験を実施した後においても、最外部分１６０ａ、中間部分１６０ｂ、および内部分１６０ｃの三部分構造になっており、各部分の構成状態も変化していないことが確認された。

実施例１および実施例２の結果を踏まえ、酸化被膜１６０が、最外部分１６０ａ（組成Ａ部分）、中間部分１６０ｂ（組成Ｂ部分）、および内部分１６０ｃ（組成Ｃ部分）を備えていることにより、優れた作用効果が得られる点について考察する。

最外部分１６０ａ（組成Ａ部分）は、前述したリング・オン・ディスク式摩耗試験の結果（実施例１の結果）から明らかなように、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を主成分として含んでいる。三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の結晶構造は、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）または窒化被膜と比較して結晶構造面で柔軟になっている。そのため、最外部分１６０ａを備える酸化被膜１６０は、前述したように、相手攻撃性を良好に抑制させるとともに、摺動面のなじみ性を向上させる作用を有する。

また、実機信頼性試験の結果（実施例２の結果）から明らかなように、酸化被膜１６０は、実機信頼性試験の後であっても摩耗が確認されていない。そのため、実用レベルでも耐摩耗性が高いことが明らかである。それゆえ、酸化被膜１６０の最外部分１６０ａ（組成Ａ部分）は、自己耐摩耗性を高める作用があると考えられる。

摺動部材の表面処理膜においては、摩耗に直結する物理的特性の一つが硬度である。最外部分１６０ａの主成分である三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）では、その硬度は５３７Ｈｖ程度である。これに対して、従来の一般的な酸化被膜の主成分である四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）では、その硬度は４２０Ｈｖ程度である。このように、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の方が、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）よりも硬度は高い。そのため、実施例１の酸化被膜１６０は、比較例２の一般的な酸化被膜（四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）単部分被膜）より強固な耐摩耗性を有する部分（すなわち最外部分１６０ａ）を表面に形成していると推察される。

また、中間部分１６０ｂおよび内部分１６０ｃには、ケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれる。このケイ素（Ｓｉ）化合物は、一般的に鉄の酸化物よりも高い硬度を有するため、最外部分１６０ａが摩耗したとしても、中間部分１６０ｂおよび内部分１６０ｃ自体も、従来の一般的な酸化被膜（比較例２の四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）単部分被膜）より優れた耐摩耗性を発揮すると推察される。

また、酸化被膜１６０は、従来の一般的な酸化被膜に比べて、基材１６１（鉄系材料）に対する密着性に優れている。このように、酸化被膜１６０の密着性（耐力）が向上した理由は、次のように考えられる。

例えば、神戸製鋼技報Ｖｏｌ．１．５５（Ｎｏ．１ Ａｐｒ．２００５）によれば、（１）鉄鋼材料の熱間圧延工程では、鋼板表面に酸化被膜（スケール）が生成されること、（２）鉄鋼材料に含まれるケイ素量の増加に伴って、脱スケール性が低下すること、という記述がある。これらの記述から、ケイ素および鉄からなる酸化生成物は、鉄系材料の表面において酸化被膜の密着性を向上することが示唆される。

実施例１の酸化被膜１６０は、最外部分１６０ａの下層に中間部分１６０ｂを有し、中間部分１６０ｂの下層に内部分１６０ｃを有する。中間部分１６０ｂは組成Ｂ部分であり、内部分１６０ｃは組成Ｃ部分である。組成Ｂ部分および組成Ｃ部分は、いずれもケイ素（Ｓｉ）化合物を含むため、最外部分１６０ａを含む酸化被膜１６０の基材１６１に対する密着力を強化していると考えられる。しかも、組成Ｃ部分である内部分１６０ｃは、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い。このように、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む部分が積層され、基材１６１に接する側のケイ素の含有量が多いことで、酸化被膜１６０の密着力をより一層強化すると考えられる。その結果、摺動時の負荷に対して、酸化被膜１６０の耐力が向上するため、酸化被膜１６０の剥離が有効に防止されるものと考えられる。

また、内部分１６０ｃである組成Ｃ部分は、前述したように、ケイ素（Ｓｉ）化合物だけでなくケイ素単体であるケイ素（Ｓｉ）固溶部も含んでもよい。ケイ素（Ｓｉ）固溶部を含むことで、酸化被膜１６０の密着性をより一層向上することが期待される。さらに、ケイ素（Ｓｉ）固溶部は、諸条件を設定することにより、内部分１６０ｃ（組成Ｃ部分）だけでなく、中間部分１６０ｂ（組成Ｂ部分）にも局所的に存在させることができる。これにより、各部分相互の密着性を向上させること等が期待されるので、前述した作用効果と同等の作用効果が得られるか、または、より一層優れた作用効果が得られる可能性がある。

［変形例等］
このように、本実施の形態１では、密閉容器１０１内に潤滑油１０３を貯留するとともに、電動要素１０６とこの電動要素１０６により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素１０７とを収容し、圧縮要素１０７を構成する少なくともひとつの摺動部材が鉄系材料であり、この鉄系材料の摺動面に、組成Ａ部分と、組成Ｂ部分と、組成Ｃ部分とを含む酸化被膜１６０を施している。

酸化被膜１６０における組成Ａ部分は、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である。組成Ｂ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含んでおり、ケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでもよい。組成Ｃ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い部分であり、例えば、ケイ素（Ｓｉ）化合物およびケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでいてもよいし、ケイ素（Ｓｉ）化合物は含むがケイ素（Ｓｉ）固溶部は含んでいなくてもよい。

このような酸化被膜１６０を摺動部材の摺動面に形成することで、当該摺動部材の耐摩耗性が向上するとともに、酸化被膜１６０の基材１６１に対する密着性（酸化被膜１６０の耐力）が向上する。したがって、摺動部において摺動ロスの低減を図ることができるので、冷媒圧縮機１００の信頼性、効率、性能を向上することができる。

なお、本開示におけるケイ素（Ｓｉ）化合物は、前述した二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のケイ素酸化物、あるいは、ファイヤライト（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）等のケイ酸塩に限定されず、化学構造中にケイ素を含んだ化合物を意味する。さらに、本開示におけるケイ素（Ｓｉ）化合物は、ケイ素が他の元素により構成される結晶格子間に侵入した状態も含むものとする。したがって、本開示におけるケイ素（Ｓｉ）化合物は、その分子状態を何ら規定するものではない。本開示におけるケイ素（Ｓｉ）化合物は、ケイ素を含む化合物、ケイ素を構造中に含む無機組成物等を包含するものであると定義されるので、「ケイ素組成物」と言い換えることもできる。

酸化被膜１６０の膜厚としては、本実施の形態１では約２μｍを例示したが、酸化被膜１６０の膜厚はこれに限定されない。代表的な膜厚としては、１〜５μｍの範囲内を挙げることができる。膜厚が１μｍ未満の場合では、諸条件にもよるが、長期にわたって耐摩耗性等の特性を維持することが難しくなる場合がある。一方、膜厚が５μｍを超える場合には、諸条件にもよるが、摺動面の面粗度が過大となる。そのため、複数の摺動部材で構成される摺動部の精度を管理することが難しくなる場合がある。

基材１６１としては、本実施の形態１ではねずみ鋳鉄を用いているが、基材１６１の材質はこれに限定されない。酸化被膜１６０が形成される基材１６１は、鉄系材料であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。代表的には、鋳鉄が好適に用いられるが、これに限定されず、基材１６１は、鋼材であってもよいし焼結材であってもよいし、それ以外の鉄系材料であってもよい。また、鋳鉄の具体的な種類も特に限定されず、前記の通りねずみ鋳鉄（普通鋳鉄、ＦＣ鋳鉄）であってもよいし、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）であってもよいし、その他の鋳鉄であってもよい。

ねずみ鋳鉄は、通常、ケイ素を約２％含有しているが、基材１６１のケイ素の含有量は特に限定されない。鉄系材料がケイ素を含有すれば、酸化被膜１６０の密着性を向上できる場合がある。一般的に、鋳鉄には通常１〜３％程度のケイ素を含有しているため、基材１６１としては、例えば、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）等を用いることができる。さらに、鋼材または焼結材は、ケイ素を実質的に含有しなかったり、ケイ素の含有量が鋳鉄に比べて低かったりするものが多いが、これら鋼材または焼結材に対してケイ素を０．５〜１０％程度添加してもよい。これにより、鋳鉄を基材１６１として用いた場合と同様の作用効果が得られる。

酸化被膜１６０が形成される基材１６１の表面、すなわち、摺動面の状態も特に限定されない。通常は、前述したように基材１６１の表面を研磨した研磨面であればよいが、基材１６１の種類または摺動部材の種類等によっては研磨していない面であってもよいし、酸化処理する前に公知の表面処理が施されてもよい。

冷媒としては、本実施の形態１ではＲ１３４ａを用いているが、冷媒の種類はこれに限定されない。同様に、潤滑油１０３としては、本実施の形態１ではエステル油が用いられているが、潤滑油１０３の種類もこれに限定されない。冷媒および潤滑油１０３の組合せとしては、公知の種々のものを好適に用いることができる。

特に好適な冷媒および潤滑油１０３の組合せとしては、例えば、下記の３例を挙げることができる。これら組合せを用いることで、本実施の形態１と同様に、冷媒圧縮機１００において優れた効率および信頼性を実現することが可能となる。

まず、組合せ１としては、冷媒として、例えば、Ｒ１３４ａまたはこれ以外の他のＨＦＣ系冷媒、あるいはＨＦＣ系の混合冷媒を用い、潤滑油１０３として、エステル油またはエステル油以外のアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール、またはこれらの混合油を用いる例を挙げることができる。

また、組合せ２としては、冷媒として、Ｒ６００ａ、Ｒ２９０、Ｒ７４４等の自然冷媒もしくはその混合冷媒を用い、潤滑油１０３として、鉱油、エステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油を用いる例を挙げることができる。

さらに、組合せ３としては、冷媒として、Ｒ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ系冷媒もしくはその混合冷媒を用い、潤滑油１０３としては、エステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油を用いる例を挙げることができる。

これらの組合せのうち、特に、組合せ２または組合せ３であれば、温室効果の少ない冷媒を使用することで地球温暖化の抑制を図ることもできる。また、組合せ３では、潤滑油１０３として例示した一群にさらに鉱油が含まれてもよい。

また、本実施の形態１では、冷媒圧縮機１００は、前記の通りレシプロ式（往復動式）であるが、本開示に係る冷媒圧縮機は、レシプロ式に限定されず、回転式、スクロール式、振動式等のように、公知の他の構成であってもよいことは言うまでもない。本開示が適用可能な冷媒圧縮機は、摺動部および吐出弁等を有する公知の構成であれば、本実施の形態１で説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態１では、冷媒圧縮機１００は、商用電源によって駆動されるものであるが、本開示に係る冷媒圧縮機は、これに限定されず、例えば、複数の運転周波数でインバータ駆動されるものであってもよい。冷媒圧縮機がこのような構成であっても、当該冷媒圧縮機が備える摺動部の摺動面に、前述した構成の酸化被膜１６０を形成することで、摺動部材の耐摩耗性を向上するとともに、酸化被膜１６０の耐力（基材１６１に対する密着性）を向上することができる。これにより、各摺動部に給油量が少なくなるような低速運転時、あるいは、電動要素の回転数が増加する高速運転時においても、冷媒圧縮機の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１においては、酸化被膜１６０の好ましい一例として、組成Ａ部分、組成Ｂ部分、および組成Ｃ部分を含み、組成Ａ部分は、実質的に三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）からなる構成を例示したが、本開示はこれに限定されない。本実施の形態２では、組成Ａ部分にもケイ素（Ｓｉ）化合物等が含まれる構成について、具体的に説明する。

［冷媒圧縮機の構成］
まず、本実施の形態２に係る冷媒圧縮機の代表的な一例について、図１０および図１１Ａを参照して具体的に説明する。図１０は、本実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００の断面図であり、図１１Ａは、酸化被膜２６０の断面におけるＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果を示すＴＥＭ画像である。

図１０に示すように、冷媒圧縮機２００においては、密閉容器２０１内にはＲ１３４ａからなる冷媒ガス１０２が充填されるとともに、底部には潤滑油１０３としてエステル油が貯留されている。また、密閉容器２０１内には、固定子１０４および回転子１０５からなる電動要素１０６と、これによって駆動される往復式の圧縮要素２０７とが収容されている。

そして、圧縮要素２０７は、クランクシャフト２０８、シリンダーブロック１１２、ピストン１３２等によって構成されている。圧縮要素２０７の構成を以下に説明する。

クランクシャフト２０８は、回転子１０５を圧入固定した主軸部２０９と、主軸部２０９に対し偏心して形成された偏心軸２１０と、から少なくとも構成される。クランクシャフト２０８の下端には潤滑油１０３に連通する給油ポンプ２１１を備えている。クランクシャフト２０８は、図１１Ａに示すように、基材２６１として、ケイ素（Ｓｉ）を約２％含有してなるねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）を使用し、表面に酸化被膜２６０が形成されている。

シリンダーブロック１１２は鋳鉄からなり、略円筒形のボアー１１３を形成するとともに、主軸部２０９を軸支する軸受部１１４を備えている。

また、回転子１０５にはフランジ面１２０が形成され、軸受部１１４の上端面がスラスト面１２２になっている。フランジ面１２０と軸受部１１４のスラスト面１２２との間には、スラストワッシャ１２４が挿入されている。フランジ面１２０、スラスト面１２２およびスラストワッシャ１２４でスラスト軸受１２６を構成している。

ピストン１３２はある一定量のクリアランスを保ってボアー１１３に遊嵌され、鉄系の材料からなり、ボアー１１３と共に圧縮室１３４を形成する。また、ピストン１３２は、ピストンピン１３７を介して連結手段であるコンロッド１３８により偏心軸２１０と連結されている。ボアー１１３の端面はバルブプレート１３９で封止されている。

ヘッド１４０は高圧室を形成している。ヘッド１４０は、バルブプレート１３９のボアー１１３の反対側に固定される。サクションチューブ（図示せず）は、密閉容器２０１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス１０２を密閉容器２０１内に導く。サクションマフラー１４２は、バルブプレート１３９とヘッド１４０に挟持される。

以上のように構成された冷媒圧縮機２００について、以下その動作を説明する。
商用電源（図示せず）から供給される電力は電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５を回転させる。回転子１０５はクランクシャフト２０８を回転させ、偏心軸２１０の偏心運動が連結手段のコンロッド１３８からピストンピン１３７を介してピストン１３２を駆動する。ピストン１３２はボアー１１３内を往復運動し、サクションチューブ（図示せず）を通して密閉容器２０１内に導かれた冷媒ガス１０２をサクションマフラー１４２から吸入し、圧縮室１３４内で圧縮する。

潤滑油１０３はクランクシャフト２０８の回転に伴い、給油ポンプ２１１から各摺動部に給油され、摺動部を潤滑するとともに、ピストン１３２とボアー１１３の間においてはシールを司る。

ここで、近年の冷媒圧縮機２００では、さらなる高効率化を図るため、潤滑油１０３として、（１）既述した如くより粘度の低いものを使用する、または、（２）摺動部間の摺動長さがより短く設計される、等の対応が行われている。そのため、摺動条件はより過酷な方向に進んでいる。すなわち、摺動部の間の油膜はより薄くなる傾向にあり、あるいは、摺動部の間の油膜が形成され難い傾向にある。

加えて、冷媒圧縮機２００においては、クランクシャフト２０８の偏心軸２１０が、シリンダーブロック１１２の軸受部１１４、並びに、クランクシャフト２０８の主軸部２０９に対して偏心して形成されている。そのため、圧縮された冷媒ガス１０２のガス圧により、クランクシャフト２０８の主軸部２０９と偏心軸２１０とコンロッド１３８との間に、負荷変動を伴う変動荷重が加えられる。この負荷変動に伴って、主軸部２０９と軸受部１１４との間などで、潤滑油１０３に溶け込んだ冷媒ガス１０２が繰り返し気化するため、潤滑油１０３に発泡が発生する。

このような理由により、クランクシャフト２０８の主軸部２０９と軸受部１１４との間などの摺動部において、油膜が切れて摺動面同士が金属接触する頻度が増加する。

しかしながら、この冷媒圧縮機２００の摺動部、例えば、本実施の形態２で一例として示すクランクシャフト２０８の摺動部には、前述した構成の酸化被膜２６０が施してある（図１１Ａ参照）。そのため、油膜が切れる頻度が増加したとしても、これに伴い発生する摺動面の摩耗を長期間にわたって抑制することができる。

［酸化被膜の構成］
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、本実施の形態２において摺動部に形成した酸化被膜２６０について具体的に説明する。なお、図１１Ａは、前記の通り、酸化被膜２６０の断面におけるＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果を示すＴＥＭ画像であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示す酸化被膜２６０の断面についてＥＤＳ分析を行った元素マッピング結果であり、図１１Ｃは、図１１Ａに示す酸化被膜２６０の断面についてＥＥＬＳ分析を行った結果である。

本実施の形態２では、クランクシャフト２０８は、ねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）を基材２６１としている。酸化被膜２６０は、この基材２６１の表面に形成されている。具体的には、例えば、前記実施の形態１と同様に、基材２６１の摺動表面を研磨仕上げした後、酸化性ガスを用いた酸化処理により酸化被膜２６０が形成されている。

前述したように、図１１Ａに示すように、酸化被膜２６０は、本実施の形態２では、図示しない基材２６１の上に、酸化被膜２６０が形成されている。酸化被膜２６０は、最表面から、最外部分２６０ａ（第１層）、中間部分２６０ｂ（第２層）、および内部分２６０ｃ（第３層）の三部分構造（三層構造）になっていることが明確に確認される。

最外部分２６０ａは、前記実施の形態１における最外部分１６０ａと同様に、組成Ａ部分であり、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である部分である。中間部分２６０ｂは、前記実施の形態１における中間部分１６０ｂと同様に、組成Ｂ部分であり、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む部分である。内部分２６０ｃは、前記実施の形態１における内部分１６０ｃと同様に、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い、組成Ｃ部分である。

次に、この酸化被膜２６０に含まれるケイ素（Ｓｉ）の濃度を、図１１Ｂおよび図１１Ｃを参照して説明する。前記の通り、図１１Ｂは、図１１Ａに示す酸化被膜２６０に対応するケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果である。図１１Ｂでは、白黒の濃淡によってケイ素（Ｓｉ）の濃度比を示しており、画像の色が白くなるほどケイ素（Ｓｉ）の占める割合が高いことを示す。なお、図１１Ａおよび図１１Ｂでは、酸化被膜２６０の膜厚は約２．５μｍであり、酸化被膜２６０における最外部分２６０ａ，中間部分２６０ｂ，および内部分２６０ｃの互いの境界は、一点鎖線で図示している。

この元素分析の結果から、図１１Ｂに示すように、基材２６１ではケイ素（Ｓｉ）の濃度が高く、酸化被膜２６０のうち基材２６１側である内部分２６０ｃでもケイ素（Ｓｉ）の濃度が高い。これに対して、内部分２６０ｃと中間部分２６０ｂとの界面では、ケイ素（Ｓｉ）の濃度が一気に低下している。

ここで、中間部分２６０ｂには、前記実施の形態１における中間部分１６０ｂの白色部１６０ｄと同様に、白色部２６０ｄが存在している。この白色部２６０ｄに相当する一部の箇所では、図１１Ｂに示すように、ケイ素（Ｓｉ）の濃度の上昇が見られる。さらに、前記実施の形態１における最外部分１６０ａには、ケイ素（Ｓｉ）は、ほとんど確認されなかったが、図１１Ｂに示すように、本実施の形態２では、最外部分２６０ａにも、白色部２６０ｅの存在が確認され、この白色部２６０ｅに相当する一部の箇所では、ケイ素（Ｓｉ）の濃度上昇が見られる。

次に、図１１Ｃには、図１１Ａにおいてナンバリングした１〜４の箇所に対応する部位のＥＥＳＬ波形を示している。これらＥＥＳＬ波形から、酸化被膜２６０に含まれるケイ素（Ｓｉ）について分析すると、いずれの箇所においても、酸素（Ｏ）と結合するケイ素（Ｓｉ）が存在することが確認される。つまり、酸化被膜２６０においては、内部分２６０ｃ（例えば、図１１Ａおよび図１１Ｃの４の箇所）および中間部分２６０ｂ（例えば、図１１Ａおよび図１１Ｃの３の箇所）だけでなく、最外部分２６０ａ（例えば、図１１Ａおよび図１１Ｃの１および２の箇所）にも、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のケイ素（Ｓｉ）化合物が存在していることが分かる。

なお、本実施の形態２では説明を省略するが、酸化被膜２６０における、鉄（Ｆｅ）および酸素（Ｏ）についても分析結果は、前記実施の形態１に係る酸化被膜１６０と同様である。

したがって、本実施の形態２に係る酸化被膜２６０においては、最外部分２６０ａにおいても、白色部２６０ｅとなる箇所が確認され、この白色部２６０ｅには、ケイ素（Ｓｉ）化合物が存在することが確認される。

次に、本実施の形態２における酸化被膜２６０が、最外部分２６０ａ（組成Ａ部分）、中間部分２６０ｂ（組成Ｂ部分）、および内部分２６０ｃ（組成Ｃ部分）を備え、さらに、最外部分２６０ａ（組成Ａ部分）にも、少なくともケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれているとことにより、優れた作用効果が得られる点について考察する。

前記実施の形態１においても説明したように、最外部分２６０ａ（組成Ａ部分）は、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を主成分として含んでいる。三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）の結晶構造は、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）または窒化被膜と比較して結晶構造面で柔軟になっている。そのため、最外部分２６０ａを備える酸化被膜２６０は、前述したように、相手攻撃性を良好に抑制させるとともに、摺動面のなじみ性を向上させる作用を有する。また、前記実施の形態１においても説明したように、酸化被膜２６０の最外部分２６０ａ（組成Ａ部分）は、自己耐摩耗性を高める作用があると考えられる。

また、中間部分２６０ｂおよび内部分２６０ｃには、ケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれる。前記実施の形態１においても説明したように、このケイ素（Ｓｉ）化合物は、一般的に鉄の酸化物よりも高い硬度を有する。そのため、最外部分２６０ａが摩耗したとしても、中間部分２６０ｂおよび内部分２６０ｃ自体も、より優れた耐摩耗性を発揮すると推察される。また、酸化被膜２６０は、前記実施の形態１においても説明したように、従来の一般的な酸化被膜に比べて、基材２６１（鉄系材料）に対する密着性（耐力）に優れている。

しかも、本実施の形態２に係る酸化被膜２６０では、最外部分２６０ａにも、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、このケイ素（Ｓｉ）化合物が最外部分２６０ａの摩耗抑制に寄与すると考えられる。したがって、酸化被膜２６０は、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含有する最外部分２６０ａを備えることで、より高い耐摩耗性を発揮できると推察される。

ここで、本実施の形態２では、内部分２６０ｃ（組成Ｃ部分）は、前述したように、ケイ素（Ｓｉ）化合物だけでなくケイ素単体であるケイ素（Ｓｉ）固溶部も含んでもよい。ケイ素（Ｓｉ）固溶部を含むことで、酸化被膜２６０の密着性をより一層向上することが期待される。さらに、ケイ素（Ｓｉ）固溶部は、諸条件を設定することにより、内部分２６０ｃ（組成Ｃ部分）だけでなく、中間部分２６０ｂ（組成Ｂ部分）または最外部分２６０ａ（組成Ａ部分）にも局所的に存在させることができる。これにより、各部分相互の密着性を向上させること等が期待されるので、前述した作用効果と同等の作用効果が得られるか、または、より一層優れた作用効果が得られる可能性がある。

このように、本実施の形態２では、密閉容器２０１内に潤滑油１０３を貯留するとともに、電動要素１０６とこの電動要素１０６により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素２０７とを収容し、圧縮要素２０７を構成する少なくともひとつの摺動部材が鉄系材料であり、この鉄系材料の摺動面に、組成Ａ部分と、組成Ｂ部分と、組成Ｃ部分とを含む酸化被膜１６０を施している。

酸化被膜２６０における組成Ａ部分は、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）であり、ケイ素（Ｓｉ）化合物またはケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでもよい。組成Ｂ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含んでおり、ケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでもよい。組成Ｃ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い部分であり、例えば、ケイ素（Ｓｉ）化合物およびケイ素（Ｓｉ）固溶部を含んでいてもよいし、ケイ素（Ｓｉ）化合物は含むがケイ素（Ｓｉ）固溶部は含んでいなくてもよい。

このような酸化被膜２６０を摺動部材の摺動面に形成することで、当該摺動部材の耐摩耗性が向上するとともに、酸化被膜２６０の基材２６１に対する密着性（酸化被膜２６０の耐力）が向上する。また、本実施の形態２では、組成Ａ部分である最外部分２６０ａにもケイ素（Ｓｉ）化合物が存在している。そのため、このような組成Ａ部分が、摺動面の最外部に位置することで、摺動部における摺動動作の開始直後であっても、摺動面における高い耐摩耗性を発揮することができる。これにより、冷媒圧縮機２００を断続運転させるときに、再稼働時に生じやすい「こじり」等の起動不良の改善に有効な効果を発揮することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００または前記実施の形態２で説明した冷媒圧縮機２００を備える冷凍装置の一例について、図１２を参照して具体的に説明する。

図１２は、前記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００または前記実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００を備える冷凍装置の概略構成を模式的に示している。そのため、本実施の形態３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１２に示すように、本実施の形態３に係る冷凍装置は、本体３７５、区画壁３７８、および冷媒回路３７０等を備えている。本体３７５は、断熱性の箱体および扉体等により構成されており、箱体はその一面が開口した構成であり、扉体は箱体の開口を開閉する構成である。本体３７５の内部は、区画壁３７８により物品の貯蔵空間３７６と機械室３７７とに区画される。貯蔵空間３７６内には、図示しない送風機が設けられている。なお、本体３７５の内部は、貯蔵空間３７６および機械室３７７以外の空間等に区画されてもよい。

冷媒回路３７０は、貯蔵空間３７６内を冷却する構成であり、例えば、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００と、放熱器３７２と、減圧装置３７３と、吸熱器３７４とを備え、これらが環状に配管で接続された構成となっている。吸熱器３７４は、貯蔵空間３７６内に配置されている。吸熱器３７４の冷却熱は、図１２の破線の矢印で示すように、図示しない送風機によって貯蔵空間３７６内を循環するように撹拌される。これにより貯蔵空間３７６内は冷却される。

冷媒回路３７０が備える冷媒圧縮機１００は、前記実施の形態１で説明したように、鉄系材料で構成される摺動部材を備え、この摺動部材の摺動面に前述した酸化被膜１６０が形成されている。この冷媒回路３７０は、冷媒圧縮機１００に代えて、前記実施の形態２で説明した冷媒圧縮機２００を備えてもよい。冷媒圧縮機２００も、冷媒圧縮機１００と同様に、鉄系材料で構成される摺動部材を備え、この摺動部材の摺動面に前述した酸化被膜２６０が形成されている。

このように、本実施の形態３に係る冷凍装置は、前記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００（または前記実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００）を搭載している。冷媒圧縮機１００（または冷媒圧縮機２００）が備える摺動部は、摺動部材の耐摩耗性が向上するとともに、酸化被膜１６０（または酸化被膜２６０）の基材１６１（または基材２６１）に対する密着性（酸化被膜１６０または酸化被膜２６０の耐力）が向上する。そのため、冷媒圧縮機１００（または冷媒圧縮機２００）は、摺動部の摺動ロスを低減することが可能となり、優れた信頼性および効率を実現することができる。その結果、本実施の形態３に係る冷凍装置は、消費電力を低減することができるので、省エネルギー化を実現することができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

以上のように、本発明は、低粘度の潤滑油を用いながら信頼性に優れた冷媒圧縮機と、この冷媒圧縮機を用いた冷凍装置を提供することが可能となる。そのため、本発明は、冷凍サイクルを用いた各種機器に幅広く適用することができる。

１００ 冷媒圧縮機
１０１ 密閉容器
１０３ 潤滑油
１０６ 電動要素
１０７ 圧縮要素
１０８ クランクシャフト（摺動部材）
１６０ 酸化被膜
１６０ａ 最外部分
１６０ｂ 中間部分
１６０ｃ 内部分
１６０ｄ 白色部
１６１ 基材
２００ 冷媒圧縮機
２０１ 密閉容器
２０７ 圧縮要素
２０８ クランクシャフト（摺動部材）
２６０ 酸化被膜
２６０ａ 最外部分
２６０ｂ 中間部分
２６０ｃ 内部分
２６０ｄ 白色部
２６０ｅ 白色部
３７０ 冷媒回路
３７２ 放熱器
３７３ 減圧装置
３７４ 吸熱器

Claims (12)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、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を収容し、
   前記圧縮要素を構成する少なくともひとつの摺動部材が鉄系材料であり、
   前記鉄系材料の摺動面に、
   最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である組成Ａ部分と、
   最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む組成Ｂ部分と、
   最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、かつ、前記組成Ｂ部分よりもケイ素の含有量が多い組成Ｃ部分と、
   を含む酸化被膜を施していることを特徴とする、
   冷媒圧縮機。
2. 前記酸化被膜は、最表面から順に、前記組成Ａ部分である最外部分、前記組成Ｂ部分である中間部分、および、前記組成Ｃ部分である内部分から少なくとも構成されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 前記酸化被膜は、前記鉄系材料からなる基材の表面に形成され、
   ケイ素（Ｓｉ）化合物は、前記組成Ａ部分にも含まれていることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
4. 前記酸化被膜に含まれるケイ素（Ｓｉ）化合物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）もしくはファイヤライト（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）の少なくとも一方であることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
5. 前記酸化被膜の膜厚は、１〜５μｍの範囲内であることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
6. 前記鉄系材料は、ケイ素を０．５〜１０％の範囲内で含有するものであることを特徴とする、
   請求項１から５にいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
7. 前記鉄系材料が鋳鉄であることを特徴とする、
   請求項６に記載の冷媒圧縮機。
8. 前記冷媒をＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒もしくはその混合冷媒とし、
   前記潤滑油をエステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油とすることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
9. 前記冷媒をＲ６００ａ、Ｒ２９０、Ｒ７４４等の自然冷媒もしくはその混合冷媒とし、
   前記潤滑油を鉱油、エステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油とすることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
10. 前記冷媒をＲ１２３４ｙｆ等のＨＦＯ系冷媒もしくはその混合冷媒とし、
    前記潤滑油をエステル油またはアルキルベンゼン油、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコールのいずれかひとつ、またはこれらの混合油とすることを特徴とする、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
11. 前記電動要素は、複数の運転周波数でインバータ駆動されることを特徴とする、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とを含む、これらを配管によって環状に連結した冷媒回路を備えることを特徴とする、冷凍装置。