(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された容器内に圧縮機構と、冷媒と、冷凍機油とを内装した密閉型回転式圧縮機において、前記冷媒は塩素原子を含まない冷媒であり、前記圧縮機構におけるローラーを形成する摺動部材が鋳鉄より成り、ベーンを形成する摺動部材がＰＶＤ法により形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物層の結晶がＣｒＮとＣｒ２Ｎの混合結晶系でＸ線回析によるＣｒＮに対するＣｒ２Ｎの結晶配向強度比率が４０％以下の混合結晶である化合物層を表面に有する鉄系材料から成ることを特徴とする密閉型回転式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＦＣ−１３４ａ或いはＣＦＣ対応混合冷媒またはＣＦＣ−１２を用い、冷凍機油としてそれと相溶性を有するエステルを主成分とする潤滑油または、非相溶性潤滑油を封入された冷凍装置に使用される密閉型回転式圧縮機に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型回転式圧縮機に用いられるローラーの材料は一般に鉄系鋳物（共晶黒鉛鋳鉄）、合金鋳鉄（モニクロ鋳鉄）などが使われており、ベーン材料としては鋼材（ステレンス系、工具鋼）、焼結合金、アルミニウム複合材が使われている。
【０００３】
ローラーの最も重要な特性とした耐摩耗性に優れていることが要求される。ローラーの外周面はベーンと摺動しており、ローラーの外周面が摩耗するとシリンダーとローラーの隙間が大きくなって、潤滑油によるオイルシールが出来なくなり、圧縮性能低下を引き起こすし、発生した摩耗粉が２次的な不良原因につながる。ベーンについてもローラー外周と接触する先端部の形状から集中荷重を受けるため、ベーン自身の耐摩耗性と相手側ローラーへの攻撃性の少ない材料の組み合わせが使われてきた。
【０００４】
近年、環境汚染時に、オゾン層の破壊及び地球温暖化の観点から塩素系冷媒（クロロ・フロロ・カーボン、ＣＦＣと略称）が使用規制の対象となっており、その製造は１９９５年末で停止する。規制対象になっているＣＦＣには、冷蔵庫、除湿機、カーエアコン等冷凍機器の冷凍装置に冷媒として専ら使われてきたＣＦＣ−１２がある。
【０００５】
そこで代わりとなる代替冷媒が必要となり、オゾンとの反応性が小さく大気中での分解期間の短い水素化弗化炭素（ハイドロ・フロロ・カーボン、略称ＨＦＣ）が代替冷媒として開発された。ＨＦＣ−１３４ａはその代表的冷媒である。
【０００６】
ＨＦＣ−１３４ａはオゾン破壊係数（ＯＤＰ）がＣＦＣ−１２（ジクロル・ジフロロ・メタン、ＣＣｌ2Ｆ3）を１としたとき零、温暖化係数（ＧＷＰ）がＣＦＣ−１１を１とした時、０．３以下であり不燃性で、温度−圧力特性等の熱物性がＣＦＣ−１２と類似しており、従来からＣＦＣ−１２を用いていた冷蔵庫、除湿機、カーエアコン等冷凍装置や冷媒圧縮機の構造を大幅に変更することなく実用化出来ると言われてきた。
【０００７】
しかしながら、ＨＦＣ−１３４ａ（１、１、１、−テトラ・フロロ・エタン、ＣＨ2Ｆ1ＣＦ3）はその化学構造が特異な為、非常に特徴的な性質を有しており、従来のＣＦＣ−１２の冷凍装置に使用されて来た鉱油やアルキルベンゼン等の合成油といった冷凍機油では相溶性が劣り問題である。
【０００８】
またＣＦＣ−１２冷媒はその分子に塩素原子を有するため潤滑摺動によりこの分子中の塩素と鉄が化学反応を起こして塩化鉄を生成した。この塩化鉄はそれ自身潤滑性を具備していたのでＣＦＣ−１２はそれ自身代替冷媒ＨＦＣ−１３４ａに比べて潤滑摺動には有利であった。
【０００９】
この様な状況では、回転式圧縮機の信頼性を高めるため適当な潤滑油を選定することに加えて冷媒自身の潤滑性を補うために耐摩耗性に優れた表面処理が必要である。
【００１０】
従来の回転式圧縮機としては特開平５−１８３５７号公報に示されているものがある。ここでは摺動部材の一方が鋳鉄から成り、他方がＰＶＤ法によって形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）とを主成分とする化合物層を表面に有する鉄系金属材から成る。
【００１１】
以下図面を参照しながら上記従来の回転式圧縮機の一例について説明する。
図１は従来の回転式圧縮機の縦断面図であり、図２は圧縮機構の横断面図である。
【００１２】
図４，図５において、１は密閉ケーシング、２はステーター、３はローター、４はモーター機構でありシャフト８を介してシリンダー１０、ローラー１３、クランク１２、ベーン１４、ベアリング９及び１１、スプリング１５により構成される圧縮機構５と連結している。そして、摺動部材の一方シリンダ１０は鋳鉄より成り、他方のベーン１４はＰＶＤ法によって形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）とを主成分とする化合物層を表面に有する鉄系金属材から成る。１６及び１７はシリンダー１０内でローラー１３とクランク１２とベーン１４により構成される吸入室と吐出室である。
【００１３】
６は吸入管でシリンダー１０の吸入口を介して吸入室１６と連通している。１９は吐出口で密閉ケーシング１内に連通している。２０はケーシング内の冷凍機油である。
【００１４】
７は吐出管、１８は吸入管、１９は吐出口である。
上記従来の技術はＰＶＤ法によって形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）とを主成分とする化合物層を表面に有する鉄系金属材からなることを特徴としており、クロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）を主成分とする化合物が全て耐摩耗性を向上させる物であるとして使われている。
【００１５】
ＰＶＤ法によって形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物は多種類の結晶から構成されており結晶の並び方によって耐摩耗性が異なる事が明らかになりつつある。
【００１６】
例えば、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ５，Ｍａｙ１９９３のＷｅａｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  ａｒｃ  ｉｏｎ−ｐｌａｔｅｄ  ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｃｏａｒｔｉｎｇｓによれば図６のファレックスＮｏ２試験で各種結晶の耐摩耗性を比較してライフタイムで示しているのが図７である。
【００１７】
ライフタイムが長いものほど、耐摩耗性が優れていることを意味する。ＣｒＮ（１，１，１）、ＣｒＮ（２，２，０）は結晶面の相違を示している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、耐摩耗性に効果のあるクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物が特定されておらずその効果は不明である。
【００１９】
ＰＶＤ法によって形成されるクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物の各種結晶の並び方を調べるため化合物層をＸ線解説した一例を図８に示す。
【００２０】
図８について若干の説明を加える。縦軸は化合物層に特性Ｘ線を照射して反射してきたカウント数、横軸はＸ線を照射する角度を示している。カウント数の大小はある照射角度にたいして特定のＣｒＮあるいはＣｒ2Ｎ結晶面が並んでいる 程度（配向性）の強弱を意味する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明はＰＶＤ法により混合結晶系（ＣｒＮ＋Ｃｒ2Ｎ）、単独結晶系（ＣｒＮまたは 、Ｃｒ2Ｎ） をそれぞれ主成分とする化合物層を部品表面に形成させた部品を組込んだ回転式圧縮機を組立て、ユニット試験を実施してそれぞれの結晶配向強度比率と回転式圧縮機部品としての耐摩耗性を調べて耐摩耗性の良い結晶系と結晶配向強度比率を特定する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、冷媒は塩素原子を含まない冷媒であり、ローラーを形成する摺動部材が鋳鉄より成り、ベーンを形成する摺動部材がＰＶＤ法により形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物層の結晶がＣｒＮとＣｒ２Ｎの混合結晶系でＸ線回析によるＣｒＮに対するＣｒ２Ｎの結晶配向強度比率が４０％以下の混合結晶である化合物層を表面に有する鉄系材料から成るものである。
【００２４】
このことにより、混合結晶系と単独結晶系のＣｒＮとＣｒ2Ｎについて耐摩耗性はＰＶＤ法によって形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物層の耐摩耗性がその結晶系とその結晶配向強度比率によって同等でなく異なることが明らかである。
【００２５】
また、混合結晶系（ＣｒＮ＋Ｃｒ2Ｎ）ではその化合物層を構成するクロム（ Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物の結晶の中でＣｒ2Ｎ配向が強い、即ちＣｒ2Ｎ／ＣｒＮ比率が高い物は、この比率の低い物より耐摩耗性が劣ることになる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明による単独結晶系の第一の実施例について（表１）から（表３）と図１，図２を参照しながら説明する。ＰＶＤ法による化合物層は図４及び図５のベーン１４の表面に実施して試験を行った。摺動相手のローラー１３には合金鋳鉄材を用いた。
【００２７】
【表１】
0003708194.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003708194.tif 000003
【００２９】
（表１），（表２）のＣとＤを比べると、Ｃは相対比較の摩耗率が最大で耐摩耗性が無いといえる。これは（表１）のＣｒ2ＮとＣｒＮのトータルカウントを 観るとＣｒＮが零で、両者の比率は∞（無限大）となる。
【００３０】
これに対してＤは相対比較では試験した４試料の内Ａに次ぐ良い耐摩耗性を示している。これは（表１）ではＣｒＮが全てで、耐摩耗性の悪いＣｒ2Ｎは観ら れない。
【００３１】
ちなみに、ＣｒＮとＣｒ2Ｎの結晶を比較したものが次の（表３）である。
【００３２】
【表３】
0003708194.tif 000004
【００３３】
熱処理された摺動相手材の金属組織であるマルテンサイト（Ｆｅ−Ｃ）の格子定数はａ：０．２８５，ｃ：０．３０９である。
【００３４】
Ｃｒ2Ｎの格子定数ａが鉄の熱処理された組織であるマルテンサイトの格子定数ａに近いため固体接触した場合、Ｃｒ2Ｎと相手側のマルテンサイトが凝着し易く、Ｃｒ2Ｎが少ないものほど耐磨耗性が向上すると考えられる。
【００３５】
従って、単独結晶系ではＣｒＮ結晶のみの化合物層は十分な耐摩耗性を有している事は明らかである。
【００３６】
次に、本発明による混合結晶系の第二の実施例について（表１）と図１を参照しながら説明する。
【００３７】
図１のＡとＢを比べるとＡの相対摩耗率はＣに次ぐ高い値を示している。それに対してＢは試験した４試料の内で最良の耐摩耗性を示している。
【００３８】
（表１）のＣｒ2ＮとＣｒＮの比率ではＡが４４％に対し、Ｂは１４％である 。Ｃｒ2ＮとＣｒＮの結晶配向強度比率が４４％の耐摩耗性が悪く、１４％のものは 良い事からこの両者の間に境界があることは明らかである。
【００３９】
Ｃｒ2ＮとＣｒＮの結晶配向強度比率と耐摩耗性の関係を整理したものが図２である。
【００４０】
混合結晶系ではＸ線回折の精度とバラツキを考慮して、Ｃｒ2ＮとＣｒＮの結 晶配向強度比率が１７％以下のＰＶＤ法による化合物層は十分な耐摩耗性を有していると考えられる。
【００４１】
さらに、冷媒をＨＦＣ−１３４ａ、潤滑油をエステルオイル（ジャパンエナージ社のエステルオイルで４０℃で３２ｃＳｔのものを使用）として、Ｃｒ2ＮとＣｒＮの比率を変えて試験時間を１０００時間以上の結果を見てみると（表４）の結果となった。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
この結果を長期的信頼性の保証の観点から２５００時間以上のデータで評価するとＣｒ2ＮとＣｒＮの比率が４０％以下が優れた結果を出していることが理解できる。
【００４４】
従って、単独結晶系のＣｒ2Ｎは耐磨耗性が無く、混合結晶系でもＣｒ2Ｎの比率が小さくなることによって摺動相手材のマルテンサイトに近い格子定数ａを持つＣｒ2Ｎとの接触の機会が減少する結果、近似した格子定数ａを持つマルテンサイトとＣｒ2Ｎが凝着する確率が減って、回転式圧縮機の部品としての耐磨耗性が向上することになる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ＰＶＤ法によって形成されたクロム（Ｃｒ）と窒素（Ｎ）の化合物層のＣｒ2ＮとＣｒＮの単独結晶系と混合結晶系のそれぞれ の結晶系について、Ｃｒ2ＮとＣｒＮ結晶配向比率を４０％以下することによって回転式圧縮機の摺動部品の耐摩耗性を向上させて、ＨＦＣ−１３４ａ冷媒を用いる冷媒圧縮機の信頼性を確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】混合結晶系と単独結晶系の耐摩耗性を示すグラフ
【図２】結晶配向比率と耐摩耗性の関係を示すグラフ
【図３】ＨＦＣ−１３４ａ冷媒とエステルオイルを使用したときの結晶配向強度比率と耐摩耗性の関係を示すグラフ
【図４】一般的な回転式圧縮機の縦断面図
【図５】図１の一般的な圧縮機構の要部断面図
【図６】ファレックス摩耗試験Ｎｏ２試験機の概念図
【図７】ファレックス試験による耐摩耗性比較グラフ
【図８】化合物層をＸ線回析したグラフ
【符号の説明】
１０  シリンダー
１２  クランク
１３  ローラー
１４  ベーン
１５  スプリング
１６  吸入室
１７  吐出室
１８  吸入口
１９  突出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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