(57)【要約】  酸化被膜は、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、次のいずれかの構成を有する。（１）最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分を含むとともに、基材側に、当該基材よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分を含む構成。（２）最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である組成Ａ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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、を含む構成。（３）少なくとも微結晶からなる第一の部分と、柱状組織を含有する第二の部分、および／または、層状組織を含有する第三の部分と、を含む構成。
2017043034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、
最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分を含むとともに、
前記基材側に、当該基材よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分を含むことを特徴とする、
酸化被膜。
【請求項２】
前記ケイ素含有部分よりも表面側に位置し、その周囲よりも部分的にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多い、スポット状ケイ素含有部分を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の酸化被膜。
【請求項３】
最表面から順に、
最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分と、
最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）である部分と、
で少なくとも構成されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の酸化被膜。
【請求項４】
最表面から順に、
最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分と、
最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）である部分と、
最も多く占める成分が酸化鉄（ＦｅＯ）である部分と、
で少なくとも構成されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の酸化被膜。
【請求項５】
摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、
最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である組成Ａ部分と、
最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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、
を含むことを特徴とする、
酸化被膜。
【請求項６】
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５に記載の酸化被膜。
【請求項７】
前記ケイ素（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５または６に記載の酸化被膜。
【請求項８】
前記ケイ素（Ｓｉ）化合物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）もしくはファイヤライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）の少なくとも一方であることを特徴とする、
請求項５から７のいずれか一項に記載の酸化被膜。
【請求項９】
摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、
少なくとも微結晶からなる第一の部分と、
柱状組織を含有する第二の部分、および／または、層状組織を含有する第三の部分と、
を含むことを特徴とする、
酸化被膜。
【請求項１０】
最表面に位置する前記第一の部分、当該第一の部分の下方に位置する前記第二の部分、さらに、当該第二の部分の下方に位置する前記第三の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９に記載の酸化被膜。
【請求項１１】
前記第一の部分の結晶粒径は０．００１〜１μｍの範囲内であり、前記第一の部分の結晶粒径は、第二の部分のそれよりも小さいことを特徴とする、
請求項９または１０に記載の酸化被膜。
【請求項１２】
前記第一の部分は、少なくとも、互いに結晶密度の異なる第一ａの部分および第一ｂの部分から構成されていることを特徴とする、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の酸化被膜。
【請求項１３】
前記第一ａの部分は表面側に位置し、前記第一ｂの部分は、当該第一ａの部分の下方に位置するとともに、
前記第一ａの部分の結晶密度が、前記第一ｂの部分の結晶密度よりも小さいことを特徴とする、
請求項１２に記載の酸化被膜。
【請求項１４】
前記第一ａの部分は、アスペクト比が１から１０００の範囲内となる縦長の針状組織を含有することを特徴とする、
請求項１２または１３に記載の酸化被膜。
【請求項１５】
前記第二の部分は、アスペクト比が１から２０の範囲内となる縦長の結晶組織を含有することを特徴とする、
請求項９から１４のいずれか一項に記載の酸化被膜。
【請求項１６】
前記第三の部分は、アスペクト比が０．０１から１の範囲内となる横長の結晶組織を含有することを特徴とする、
請求項９から１５のいずれか一項に記載の酸化被膜。
【請求項１７】
鉄、酸素、およびケイ素を含有することを特徴とする、
請求項９から１６のいずれか一項に記載の酸化被膜。
【請求項１８】
膜厚が１〜５μｍの範囲内であることを特徴とする、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の酸化被膜。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の酸化被膜が、基材の摺動面に形成されていることを特徴とする、
摺動部材。
【請求項２０】
基材となる鉄系材料が鋳鉄であることを特徴とする、
請求項１９に記載の摺動部材。
【請求項２１】
基材となる鉄系材料は、ケイ素を０．５〜１０％含有していることを特徴とする、
請求項１９または２０に記載の摺動部材。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか一項に記載される、前記酸化被膜が形成された摺動部材を備えていることを特徴とする、機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系材料の基材（鉄系基材）の表面に形成される酸化被膜と、この酸化被膜を形成した摺動部材と、この摺動部材（鉄系材料で構成され、表面に酸化被膜が形成された摺動部材）を用いて構成される機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部は、複数の摺動部材が互いに摺動面を介して組み合わせられることにより構成されている。一般に、摺動の種類がスライド摺動あるいは回転摺動であれば、当該摺動部を構成する少なくとも一方の摺動部材には、その摺動面に耐摩耗性被膜が形成されている。この耐摩耗性被膜は、代表的には、リン酸塩被膜、ガス窒化被膜、または、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）単層からなる酸化鉄系の酸化被膜等が知られている。四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）単層の酸化被膜としては、黒染処理（別名フェルマイト処理とも呼ばれる。）方法で形成されたものが代表的である。【０００３】
このような耐摩耗性被膜は、摺動部材を構成する基材の表面を被覆している。基材は通常金属製であり、この基材の表面の少なくとも一部は摺動面である。摺動部で摺動が行われるときには、摺動面には潤滑油が供給されるので、摺動中の摺動部材では、潤滑油により摩耗が防止または抑制されるとともに、金属（基材）同士の接触による摺動抵抗の増加を抑制する。これにより、摺動部では、長期に亘って円滑な摺動が確保される。【０００４】
例えば、特許文献１には、耐摩耗性被膜としてリン酸塩被膜を用いた摺動部を備える冷媒圧縮機が開示されている。この冷媒圧縮機は、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。【０００５】
図２８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２８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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平７−２３８８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
このように、摺動部を備える機器においては、前述した冷媒圧縮機のように、さらなる高効率化等により摺動部の使用環境が過酷になる傾向にある。そのため、前記の通り、潤滑油としてより粘度の低いものを用いたり、摺動部における摺動長さがより短く設計されたりすることがある。このような状況では、耐摩耗性被膜が早期に摩耗または摩滅するため、摺動面同士のなじみ効果の持続が困難となる。言い換えれば、機器の高効率化等が求められる環境下では、摺動部材に形成される耐摩耗性被膜の耐摩耗性が低下する傾向にある。【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても高い耐摩耗性を発揮する酸化被膜と、この酸化被膜を形成した摺動部材と、この摺動部材を備える機器とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る酸化被膜は、前記の課題を解決するために、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分を含むとともに、前記基材側に、当該基材よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分を含む構成である。【００２３】
前記構成によれば、基材に対する酸化被膜の密着性が向上するとともに、酸化被膜の耐摩耗性が向上する。それゆえ、過酷な使用環境下にある摺動部（例えば、潤滑油の粘度が低く、かつ、摺動部における摺動長さがより短く設計されるような環境）に用いられても、長期に亘って良好な耐摩耗性を発揮することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。【００２４】
本発明に係る他の酸化被膜は、前記の課題を解決するために、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である組成Ａ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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、を含む構成である。【００２５】
前記構成によれば、過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても、長期に亘って剥離を良好に抑制できるとともに優れた耐摩耗性を発揮させることができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。【００２６】
本発明に係る他の酸化被膜は、前記の課題を解決するために、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、少なくとも微結晶からなる第一の部分と、柱状組織を含有する第二の部分、および／または、層状組織を含有する第三の部分と、を含む構成である。【００２７】
前記構成によれば、自己耐摩耗性の向上と相手攻撃性の抑制とを両立できるとともに、基材に対する密着性を向上することができる。過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても、長期にわたって剥離を有効に抑制しつつ優れた耐摩耗性を発揮することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。【００２８】
本発明に係る摺動部材は、前記構成の少なくともいずれかの酸化被膜が、基材の摺動面に形成されている構成である。【００２９】
前記構成によれば、過酷な使用環境下にある摺動部（例えば、潤滑油の粘度が低く、かつ、摺動部における摺動長さがより短く設計されるような環境）に用いられても、長期に亘って良好な耐摩耗性を発揮することができる摺動部材を実現することができる。【００３０】
本発明に係る機器は、前記構成の摺動部材、すなわち、前記構成の少なくともいずれかの酸化被膜が形成された摺動部材を備えている構成である。【００３１】
前記構成によれば、摺動部材の耐摩耗性が高くなることから、摺動部の信頼性を向上することができる。それゆえ、機器の耐久性および信頼性も高いものとすることができる。【００３２】
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。
【発明の効果】
【００３３】
本発明では、以上の構成により、過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても高い耐摩耗性を発揮する酸化被膜と、この酸化被膜を形成した摺動部材と、この摺動部材を備える機器とを提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】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２】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ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＥＭ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３】実施の形態１における酸化被膜のＸ線回折分析を行った結果の一例を示すグラフである。
【図４】図４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画像である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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８】図８Ａは、実施の形態２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８Ｂ〜図８Ｄは、図８Ａ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９】図９Ａ〜図９Ｃは、実施の形態２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９Ｄ〜図９Ｆは、図９Ａ〜図９Ｃに示すＥＥＳＬマップに対応する分析図である。
【図１０】図１０Ａは、実施の形態２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１０Ｂは、図１０Ａに示すＥＥＬＳマップに対応する分析図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｅは、実施の形態２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。
【図１２】実施の形態２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。
【図１３】実施の形態２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。
【図１４】実施の形態２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。
【図１５】実施の形態２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。
【図１６】本開示の実施の形態３における冷媒圧縮機の模式的断面図である。
【図１７】図１７Ａは、本開示の実施の形態３における酸化被膜のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）画像であり、図１７Ｂは、図１７Ａ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１７Ｃは、図１７Ａまたは図１７Ｂ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。
【図１８】本開示の実施の形態４における冷媒圧縮機の模式的断面図である。
【図１９】図１９Ａ〜図１９Ｃは、実施の形態４における冷媒圧縮機の摺動部に形成した酸化被膜のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＴＥＭ画像である。
【図２０】図２０Ａ，図２０Ｂは、実施の形態４における酸化被膜のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像である。
【図２１】実施の形態４における酸化被膜のＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）画像である。
【図２２】実施の形態４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。
【図２３】実施の形態４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。
【図２４】実施の形態４を用いた酸化被膜の実機信頼性試験後の摺動部材におけるＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＴＥＭ（透過電子顕微鏡）画像である。
【図２５】本開示の実施の形態５における冷媒圧縮機の模式的断面図である。
【図２６】図２６Ａ，図２６Ｂは、実施の形態５における酸化被膜のＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）画像である。
【図２７】本開示の実施の形態６における冷凍装置の模式図である。
【図２８】従来の冷媒圧縮機の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本開示に係る第一の酸化被膜は、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分を含むとともに、前記基材側に、当該基材よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分を含む構成である。
【００３６】
これにより、基材に対する酸化被膜の密着性が向上するとともに、酸化被膜の耐摩耗性が向上する。それゆえ、過酷な使用環境下にある摺動部（例えば、潤滑油の粘度が低く、かつ、摺動部における摺動長さがより短く設計されるような環境）に用いられても、長期に亘って良好な耐摩耗性を発揮することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００３７】
前記構成の第一の酸化被膜においては、前記ケイ素含有部分よりも表面側に位置し、その周囲よりも部分的にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多い、スポット状ケイ素含有部分を含む構成であってもよい。
【００３８】
これにより、基材に対する酸化被膜の密着性が向上するとともに、酸化被膜の耐摩耗性がより向上する。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００３９】
前記構成の第一の酸化被膜においては、最表面から順に、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）である部分と、少なくとも構成されてもよい。
【００４０】
これにより、過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても、最表面の部分により相手攻撃性を低下させるとともに摺動面のなじみ性を促進することが可能になる。それゆえ、長期に亘ってより一層良好な耐摩耗性を発揮させることができる。
【００４１】
前記構成の第一の酸化被膜においては、最表面から順に、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）である部分と、最も多く占める成分が酸化鉄（ＦｅＯ）である部分と、で少なくとも構成されてもよい。
【００４２】
これにより、最表面の部分により相手攻撃性を低下させて、摺動面のなじみ性を促進するとともに、基材側の部分により、摺動時の負荷に対する耐力が向上する。それゆえ、酸化被膜の剥離の抑制および密着力の向上が可能となるので、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００４３】
本開示に係る第二の酸化被膜は、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である組成Ａ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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、を含む構成である。
【００４４】
これにより、過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても、長期に亘って剥離を良好に抑制できるとともに優れた耐摩耗性を発揮させることができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００４５】
前記構成の第二の酸化被膜においては、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。
【００４６】
これにより、最表面の部分が、比較的硬質であるが結晶構造的に柔軟であるため、酸化被膜の相手攻撃性を低下させるとともに、初期なじみ性を向上することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００４７】
前記構成の第二の酸化被膜においては、前記ケイ素（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。
【００４８】
これにより、最表面の部分に硬質な部位が含まれるので、酸化被膜の相手攻撃性を低下させて初期なじみ性を向上するとともに、より強固な酸化被膜を形成することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００４９】
前記構成の第二の酸化被膜においては、前記ケイ素（Ｓｉ）化合物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）もしくはファイヤライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）の少なくとも一方である構成であってもよい。
【００５０】
これにより、酸化被膜はより硬質な部位を含むことになるため、さらに耐摩耗性が向上するとともに基材に対する密着性もさらに向上する。それゆえ、より耐力に優れた酸化被膜を実現することができるので、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００５１】
本開示に係る第三の酸化被膜は、摺動部材の基材である鉄系材料の表面に形成され、少なくとも微結晶からなる第一の部分と、柱状組織を含有する第二の部分、および／または、層状組織を含有する第三の部分と、を含む構成である。
【００５２】
これにより、自己耐摩耗性の向上と相手攻撃性の抑制とを両立できるとともに、基材に対する密着性を向上することができる。過酷な使用環境下にある摺動部に用いられても、長期にわたって剥離を有効に抑制しつつ優れた耐摩耗性を発揮することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００５３】
前記構成の第三の酸化被膜においては、最表面に位置する前記第一の部分、当該第一の部分の下方に位置する前記第二の部分、さらに、当該第二の部分の下方に位置する前記第三の部分から少なくとも構成されてもよい。
【００５４】
これにより、効果的に自己耐摩耗性の向上および相手攻撃性の抑制を両立することができるので、酸化被膜の長期信頼性を確保することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００５５】
前記構成の第三の酸化被膜においては、前記第一の部分の結晶粒径は０．００１〜１μｍの範囲内であり、前記第一の部分の結晶粒径は、第二の部分のそれよりも小さい構成であってもよい。
【００５６】
これにより、第一の部分が「保油性」に優れた構造となるので、摺動部が貧油条件下にあったとしても、油膜の形成を促進することができる。それゆえ、酸化被膜の耐摩耗性がさらに向上するので、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００５７】
前記構成の第三の酸化被膜においては、前記第一の部分は、少なくとも、互いに結晶密度の異なる第一ａの部分および第一ｂの部分から構成されてもよい。
【００５８】
これにより、第一の部分はより「保油性」に優れた構成になるので、摺動部が貧油条件下にあったとしても、摺動面に油膜の形成を促進することができる。それゆえ、酸化被膜の耐摩耗性がさらに向上するので、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００５９】
前記構成の第三の酸化被膜においては、前記第一ａの部分は表面側に位置し、前記第一ｂの部分は、当該第一ａの部分の下方に位置するとともに、前記第一ａの部分の結晶密度が、前記第一ｂの部分の結晶密度よりも小さい構成されてもよい。
【００６０】
これにより、第一の部分は、第一ａの部分により「保油性」により一層すぐれた構成になるとともに、第一ｂの部分により第一ａの部分を良好に支持することができる。それゆえ、酸化被膜の耐摩耗性がさらに向上するので、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００６１】
前記構成の第三の酸化被膜においては、前記第一ａの部分は、アスペクト比が１から１０００の範囲内となる縦長の針状組織を含有する構成であってもよい。
【００６２】
これにより、摺動部材の摺動面において、相手材の摺動面との「なじみ」を促進させることができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００６３】
前記構成の第三の酸化被膜においては、前記第二の部分は、アスペクト比が１から２０の範囲内となる縦長の結晶組織を含有する構成であってもよい。
【００６４】
これにより、第二の部分には、摺動方向に対して略垂直な縦長結晶が密集形成した組織が含有されることになる。それゆえ、第二の部分の機械的特性が向上するので、酸化被膜の耐久性をさらに向上することができる。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００６５】
前記構成の第三の酸化被膜においては、前記第三の部分は、アスペクト比が０．０１から１の範囲内となる横長の結晶組織を含有する構成であってもよい。
【００６６】
これにより、第三の部分には、摺動方向に対して略平行な横長結晶が密集形成した組織が含有されることになる。それゆえ、第三の部分に滑り性を持たせることができるので、酸化被膜の耐剥離性および密着性が向上する。そのため、酸化被膜の耐久性が一段と向上するため、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００６７】
前記構成の第三の酸化被膜においては、鉄、酸素、およびケイ素を含有する構成であってもよい。
【００６８】
これにより、酸化被膜の機械的強度、耐剥離性、および密着性を優れたものにできるので、その耐久性が向上する。それゆえ、摺動部の信頼性を向上することができる。
【００６９】
前記構成の第一の酸化被膜、第二の酸化被膜、または第三の酸化被膜においては、膜厚が１〜５μｍの範囲内である構成であってもよい。
【００７０】
これにより、酸化被膜の耐摩耗性が向上して、長期信頼性が向上するとともに、寸法精度も安定化して高い生産性を得ることができる。
【００７１】
本開示に係る摺動部材は、前記構成の第一の酸化被膜、第二の酸化被膜、または第三の酸化被膜が、基材の摺動面に形成されている構成である。
【００７２】
これにより、過酷な使用環境下にある摺動部（例えば、潤滑油の粘度が低く、かつ、摺動部における摺動長さがより短く設計されるような環境）に用いられても、長期に亘って良好な耐摩耗性を発揮することができる摺動部材を実現することができる。
【００７３】
前記構成の摺動部材においては、基材となる鉄系材料が鋳鉄である構成であってもよい。
【００７４】
これにより、鋳鉄が安価で生産性が高いところから、摺動部材のコストを低くすることができる。また、基材に対する酸化被膜の密着性をより向上することができるので、良好な耐力を有する酸化被膜を備える摺動部材を得ることができる。これにより、摺動部材および摺動部の信頼性を向上することができる。
【００７５】
前記構成の摺動部材においては、基材となる鉄系材料は、ケイ素を０．５〜１０％含有している構成であってもよい。
【００７６】
これにより、基材に対する酸化被膜の密着性がより一層向上するので、より良好な耐力を有する酸化被膜を備える摺動部材を得ることができる。これにより、摺動部材および摺動部の信頼性を向上することができる。
【００７７】
本開示に係る機器は、前記構成の摺動部材、すなわち、前記構成の第一の酸化被膜、第二の酸化被膜、または第三の酸化被膜が形成された摺動部材を備えている構成である。
【００７８】
これにより、摺動部材の耐摩耗性が高くなることから、摺動部の信頼性を向上することができる。それゆえ、機器の耐久性および信頼性も高いものとすることができる。
【００７９】
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。
【００８０】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本開示に係る酸化被膜が、冷媒圧縮機の摺動部に形成された構成を例に挙げて、当該酸化被膜およびこれを用いた摺動部材、並びに、この摺動部材を備える機器について説明する。なお、説明の便宜上、本開示に係る酸化被膜が形成された摺動部材を備える機器を「酸化被膜適用機器」と称する。したがって、本実施の形態１（および後述する実施の形態２〜６等）で例示する冷媒圧縮機は、酸化被膜適用機器に該当する。
【００８１】
［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の摺動部のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＥＭ画像である。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
クランクシャフト１０８は、基材１７１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１７０が形成されている。本実施の形態１における酸化被膜１７０の代表的な一例を図２Ａに示す。図２Ａは、酸化被膜１７０の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察した結果の一例であり、酸化被膜１７０の厚さ方向の全体像を示す。
【００８６】
なお、本実施の形態１における酸化被膜１７０の膜厚は約３μｍである。また、図２Ａに示す酸化被膜１７０は、後述する実施例１−１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１７１）に形成されたものである。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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１７０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。
【００９７】
［酸化被膜の構成］
次に、図２Ａに加えて、図２Ｂ〜図２Ｄを参照して、摺動部の摩耗を抑制する酸化被膜１７０についてさらに詳述する。なお、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０は、前述した「第一の酸化被膜」に該当する。
【００９８】
図２は、図２Ｂ〜図２Ｄは、いずれも、図２Ａに示す酸化被膜１７０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１７０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１７０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１７０におけるケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果を示す。
【００９９】
本実施の形態１では、クランクシャフト１０８は、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）を基材１７１としている。酸化被膜１７０は、この基材１７１の表面に形成されている。具体的には、例えば、基材１７１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１７０が形成されている。
【０１００】
前述したように、図２Ａに示すように、酸化被膜１７０は、本実施の形態１では、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）からなる基材１７１の上（図２Ａでは基材１７１の右側）に、酸化被膜１７０が形成されている。
【０１０１】
次に、この酸化被膜１７０に含まれる元素の濃度（すなわち、酸化被膜１７０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１７０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１７０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１７０に対応するケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果である。
【０１０２】
図２Ｂ〜図２Ｄでは、黒いバックグラウンド（背景）に対して、ドット（微小な点）が多くなるほど、対象となる元素が多く存在することを示している。また、図２Ｂ〜図２Ｄ中に示される線は、元素の強度比を示しており、図２Ｂ〜図２Ｄのいずれにおいても、上方に向かうほど、元素の強度比すなわち該当元素の占める割合が高いことを示している。
【０１０３】
これらの元素分析の結果から、酸化被膜１７０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。
【０１０４】
球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）は、鉄（Ｆｅ）に加えてケイ素（Ｓｉ）を含んでいる。そのため、本実施の形態１では、基材１７１は、実質的に鉄（Ｆｅ）およびケイ素（Ｓｉ）の２種類の元素で構成される。この基材１７１を基準として酸化被膜１７０における各元素の強度比を比較する。
【０１０５】
図２Ｂに示すように、鉄（Ｆｅ）の強度比は、基材１７１よりも酸化被膜１７０の方が小さく、さらに酸化被膜１７０の内部でやや増加に転じる傾向を示す。また、図２Ｃに示すように、酸素（Ｏ）の強度比は、酸化被膜１７０中で顕著に高いことが分かる。
【０１０６】
さらに、図２Ｄに示すように、ケイ素（Ｓｉ）の強度比は、基材１７１よりも酸化被膜１７０の基材１７１側が高いことが分かる。また、酸化被膜１７０の内部では、ケイ素（Ｓｉ）の強度比は一気に減少し、最表面側では、ほとんど検出限界以下に転じることが分かる。
【０１０７】
さらに、図２Ａ〜図２Ｄに示す酸化被膜１７０の断面について、Ｘ線回折分析を行った結果の一例を図３に示す。
【０１０８】
図３に示すように、酸化被膜１７０においては、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）または四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）の結晶に起因するピークは明瞭に検出される。しかしながら、ケイ素および鉄からなる酸化生成物、例えば、ファイアライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）等の結晶に起因するピーク位置は、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）または四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）に起因するピーク位置と重なるために、存在の明確な判定は難しい。さらに、ＦｅＯに起因するピークは非常に弱く、存在の明確な判定は難しい。
【０１０９】
本実施の形態１では、酸化被膜１７０は、前記の通り、酸化性ガスを用いた酸化反応Ｓ酸化処理）により基材１７１の表面に形成したものである。酸化反応の初期には、基材１７１側の界面近傍には、例えば、ファイアライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）といったような鉄およびケイ素の酸化物が形成される。この酸化物は、いわゆる鉄拡散バリヤ機能を発揮し、酸化反応の進行に伴い、基材１７１の表面に鉄が不足したような状態を作り出すと考えられる。その結果、酸化反応の進行により酸素の内方拡散を助長させていると推察される。
【０１１０】
その結果として、酸化反応の初期に形成された酸化鉄（ＦｅＯ）の酸化が加速されるので、酸化被膜１７０には、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）および／または四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）といった、耐摩耗性に寄与する結晶構造が生成されたと考えられる。
【０１１１】
このような酸化鉄（ＦｅＯ）の加速的な酸化は、図３に示す酸化被膜１７０のＸ線回折分析において、酸化鉄（ＦｅＯ）の結晶に起因するピークが非常に弱かった（すなわち、酸化鉄（ＦｅＯ）がほとんど検出されなかった）理由の一つであると考えられる。この推察は、図２Ｄに示すケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果からも裏付けられる。あるいは、別の視点として、酸化被膜１７０においては、酸化鉄（ＦｅＯ）は、結晶構造を有しないアモルファスである可能性も考えられる。
【０１１２】
それゆえ、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０では、最表面（摺動面）から順に、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分（便宜上、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）すなわち「酸化鉄（ＩＩＩ）」の名称に基づいて「ＩＩＩ部分」と称する。）と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）である部分（便宜上、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）すなわち「酸化鉄（ＩＩＩ）鉄（ＩＩ）」の名称に基づいて「ＩＩ，ＩＩＩ部分」と称する。）と、で少なくとも構成されていればよい（被膜構成１）。
【０１１３】
あるいは、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０では、最表面（摺動面）から順に、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）であるＩＩＩ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）であるＩＩ，ＩＩＩ部分と、最も多く占める成分が酸化鉄（ＦｅＯ）である部分（便宜上、酸化鉄（ＦｅＯ）すなわち「酸化鉄（ＩＩ」の名称に基づいて「ＩＩ部分」と称する。）と、で少なくとも構成されてもよい（被膜構成２）。
【０１１４】
酸化被膜１７０の被膜構成１および被膜構成２のいずれも、最表面のＩＩＩ部分では、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を主成分としており、その下方には、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を主成分とするＩＩ，ＩＩＩ部分が位置する。四酸化二鉄（Ｆｅ３Ｏ４）は、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）よりも結晶構造上より強い立方晶であるので、ＩＩＩ部分は、下層のＩＩ，ＩＩＩ部分により支えられることになる。
【０１１５】
さらに、酸化被膜１７０の被膜構成２では、ＩＩ，ＩＩＩ部分の下方に、酸化鉄（ＦｅＯ）を主成分とするＩＩ部分が位置する。酸化鉄（ＦｅＯ）は、基材１７１の表面の界面に結晶構造を有しないアモルファス状で存在するので、結晶粒界または格子欠陥のような弱い構造の存在を十分に抑制することができる。そのため、摺動部材が摺動するときに、負荷に対する酸化被膜１７０の耐力が向上する。その結果、酸化被膜１７０の剥離の抑制、並びに、基材１７１に対する酸化被膜１７０の密着力の向上に寄与している可能性が考えられる。
【０１１６】
ここで、図２Ｄに示すケイ素（Ｓｉ）の元素マッピング結果から明らかなように、酸化被膜１７０では、基材１７１よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分を含んでいる。酸化被膜１７０の構成が被膜構成１であっても被膜構成２であっても、少なくともＩＩ，ＩＩＩ部分には、最も多く占める成分である四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）に加えて、ケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれる。ＩＩ，ＩＩＩ部分の下方にＩＩ部分が存在する場合にも、ケイ素（Ｓｉ）化合物が含まれる。
【０１１７】
図２Ｄに示すケイ素（Ｓｉ）の強度比からも明らかなように、酸化被膜１７０においては、基材１７１側にケイ素（Ｓｉ）が多い部分、すなわち「ケイ素含有部分」が存在する。このケイ素含有部分は、ＩＩ，ＩＩＩ部分の少なくとも一部、あるいは、ＩＩ，ＩＩＩ部分およびＩＩ部分と実質的に一致する。
【０１１８】
なお、ＩＩ，ＩＩＩ部分は、ケイ素（Ｓｉ）の含有量を基準として、表面側の含有量の少ない部分と、基材１７１側の含有量の少ない部分と、に区分することができる。ケイ素（Ｓｉ）の含有量が少ない上側の部分を、便宜上「ＩＩ，ＩＩＩ部分ａ」と称し、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が多い下側の部分を、便宜上「ＩＩ，ＩＩＩ部分ｂ」と称する。ＩＩ，ＩＩＩ部分ａとＩＩ，ＩＩＩ部分ｂとの界面は、図２Ｄにおいて、ケイ素（Ｓｉ）の強度比が一気に減少に転ずる箇所に一致する。
【０１１９】
また、図２Ａ〜図２Ｄに示す試料（基材１７１上に形成された酸化被膜１７０）とは別の試料について、酸化被膜１７０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画像を図４に示す。なお、この試料は、後述する実施の形態２で観察した試料と同じであり、本実施の形態１の特徴ととともに実施の形態２の特徴も備えている（図８Ａ参照）。
【０１２０】
図４に示すように、酸化被膜１７０において基材１７１側に位置する部分（ＩＩ，ＩＩＩ部分、または、ＩＩ，ＩＩＩ部分およびＩＩ部分）は、基材１７１よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分１７０ａとなっている。さらに、酸化被膜１７０において、ケイ素含有部分１７０ａよりも表面側となる部位（ＩＩ，ＩＩＩ部分およびＩＩＩ部分の少なくともいずれか）には、周囲の組成物に比較して部分的にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いスポット状ケイ素含有部分１７０ｂを含んでいる。このスポット状ケイ素含有部分１７０ｂは、図４に示すＴＥＭ観察等では白色のスポットとして観察されるので「白色部」ということもできる。この「白色部」では、ケイ素（Ｓｉ）の濃度または強度の上昇が見られる。
【０１２１】
特に、ＩＩ，ＩＩＩ部分のうち上側のＩＩ，ＩＩＩ部分ａでは、下側のＩＩ，ＩＩＩ部分ｂ（ケイ素含有部分１７０ａ）に比べて、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が低いが、その内部には、「白色部」すなわちスポット状ケイ素含有部分１７０ｂを含んでいる、同様に、本実施の形態１では、最表面側のＩＩＩ部分には、ほとんどケイ素（Ｓｉ）を含まないが、諸条件の調整により、ＩＩＩ部分中にも「白色部」すなわちスポット状ケイ素含有部分１７０ｂを存在させることができる。
【０１２２】
スポット状ケイ素含有部分１７０ｂには、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および／またはファイヤライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）等といった構造の異なるケイ素（Ｓｉ）化合物が存在している。さらに、「白色部」には、ケイ素（Ｓｉ）化合物ではなく、ケイ素（Ｓｉ）が固溶した状態で存在（ケイ素（Ｓｉ）が単体で存在）している場合もある。それゆえ、ＩＩＩ部分および／またはＩＩ，ＩＩＩ部分ａには、スポット状ケイ素含有部分１７０ｂとして、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む部分が存在するだけでなく、ケイ素（Ｓｉ）固溶部も存在している場合がある。
【０１２３】
酸化被膜１７０は、少なくとも、基材１７１側に層状のケイ素含有部分１７０ａ（ＩＩ，ＩＩＩ部分の一部、ＩＩ部分等）を有していればよく、好ましくは、ケイ素含有部分１７０ａよりも表面側となる位置に、周囲よりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いスポット状ケイ素含有部分１７０ｂを有していればよい。酸化被膜１７０の具体的な構成としては、前記の通り、ＩＩＩ部分およびＩＩ，ＩＩＩ部分を含む被膜構成１、あるいは、ＩＩＩ部分、ＩＩ，ＩＩＩ部分およびＩＩ部分を含む被膜構成２が挙げられるが、酸化被膜１７０の構成はこれらに限定されない。
【０１２４】
好ましい一例として、酸化被膜１７０は、前述したように、最表面からＩＩＩ部分、ＩＩ，ＩＩＩ部分ａ、およびＩＩ，ＩＩＩ部分ｂ（並びにＩＩ部分）の順で積層されている構成を挙げることができるが、酸化被膜１７０は、これら３層または４層構成に限定されない。これら以外の他の層を含んでもよいし、一部の層を含まない構成であってもよいし、一部の層が入れ替わる構成であってもよい。
【０１２５】
このように、他の層を含む構成、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。さらには、ケイ素含有部分１７０ａの基材１７１側への形成、ケイ素含有部分１７０ａのケイ素（Ｓｉ）濃度の調整、スポット状ケイ素含有部分１７０ｂの形成についても、諸条件を調整することにより実現することができる。
【０１２６】
代表的な諸条件としては、酸化被膜１７０の製造方法（形成方法）が挙げられる。酸化被膜１７０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１７１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１７０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１７１であるねずみ鋳鉄を酸化することにより、基材１７１の表面に酸化被膜１７０を形成することができる。
【０１２７】
特に、本開示では、酸化被膜１７０の基材１７１側にケイ素含有部分１７０ａを形成したり、酸化被膜１７０の表面側にスポット状ケイ素含有部分１７０ｂを形成したりするためには、酸化被膜１７０の製造（形成）に際して、次のような手法を好ましく採用することができる。例えば、（１）基材１７１に対して付加的にケイ素（Ｓｉ）を添加してから基材１７１を酸化する手法、（２）酸化反応の初期に、基材１７１の表面に、ケイ酸塩等の鉄拡散バリヤ機能を有する化合物を形成させる（もしくは存在させる）手法等を採用することができる。
【０１２８】
［酸化被膜の評価］
次に、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０の代表的な一例について、その特性を評価した結果を、図５および図６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１７０の摩耗抑制効果、すなわち、酸化被膜１７０の耐摩耗性について評価している。なお、以下の実施例、従来例、および比較例では、後述する他の実施の形態における実施例等と区別する便宜上、実施例１−１、従来例１−１、比較例１−１等と表記する。
【０１２９】
（実施例１−１）
摺動部材として球状黒鉛鋳鉄製のディスクを用いた。したがって、基材１７１の材質は球状黒鉛鋳鉄であり、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１７０を形成した。この酸化被膜１７０は、前述したように、基材１７１側にケイ素含有部分１７０ａを含むとともに、表面側にスポット状ケイ素含有部分１７０ｂも含む構成であった。このようにして本実施例１−１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。
【０１３０】
（従来例１−１）
表面処理膜として、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０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１−１と同様にして従来例１−１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。
【０１３１】
（比較例１−１）
表面処理膜として、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０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１−１と同様にして比較例１−１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。
【０１３２】
（比較例１−２）
表面処理膜として、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０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（Ｆｅ３Ｏ４）単部分被膜を形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして比較例１−２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。
【０１３３】
（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３ｍｍ２／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。
【０１３４】
（実施例１−１、従来例１−１、および比較例１−１，１−２の対比）
図５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６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。
【０１３５】
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５に示すように、実施例１−１、比較例１−１、および比較例１−２のいずれの表面処理膜も、従来例１−１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１−１、比較例１−１、および比較例１−２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１−２すなわち四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０１３６】
これに対して、図６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１−１の表面処理膜すなわち本実施の形態１に係る酸化被膜１７０では、従来例１−１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１−１のガス窒化被膜、および、比較例１−２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１７０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。
【０１３７】
このように、本開示に係る酸化被膜１７０を採用した実施例１−１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。
【０１３８】
酸化被膜１７０の自己耐摩耗性について検討する。酸化被膜１７０が鉄の酸化物であることから、酸化被膜１７０は、従来のリン酸塩被膜と比較して化学的に非常に安定的である。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１７０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１７０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。
【０１３９】
次に、酸化被膜１７０の相手攻撃性について検討する。酸化被膜１７０は、最表面側にＩＩＩ部分、すなわち、最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分で構成されている。そのため、下記の理由から、酸化被膜１７０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。
【０１４０】
三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の結晶構造が菱面体晶であるのに対して、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ２Ｏ３）は、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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、ＩＩＩ部分は、粒子レベルの高度が低くなっている。
【０１４１】
これにより、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を最表面に有する酸化被膜１７０は、比較例１−１のガス窒化被膜または比較例１−２の一般的な酸化被膜（四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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１−１の酸化被膜１７０は、比較例１−１または比較例１−２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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
（実施例１−２）
次に、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０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１−１等と同様に、Ｒ１３４ａ冷媒およびＶＧ３（４０℃での粘度グレードが３ｍｍ２／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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
（従来例１−２）
クランクシャフト１０８に対して従来のリン酸塩被膜を形成した以外は、実施例１−２と同様にして、当該クランクシャフト１０８を備える冷媒圧縮機１００の実機信頼性試験を行った。その後、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。
【０１４６】
（実施例１−２および従来例１−２の対比）
従来例１−２では、クランクシャフト１０８の摺動面に摩耗が発生しており、リン酸塩被膜の損耗が認められた。これに対して、実施例１−２では、クランクシャフト１０８の摺動面の損傷は極めて軽微であった。このように、冷媒圧縮機１００を過酷な条件で動作させたにもかかわらず、クランクシャフト１０８の摺動面には、酸化被膜１７０が残存していた。そのため、酸化被膜１７０を備える摺動部材（実施例１−２ではクランクシャフト１０８）は、冷媒を圧縮する環境下においても、耐摩耗性が非常に良好であることが分かる。
【０１４７】
実施例１−１および実施例１−２の結果を踏まえ、酸化被膜１７０が、特に、比較例１−２の一般的な酸化被膜（四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）単部分被膜）と比較して、自己耐摩耗性が向上するとともに、剥離強度にも優れている点について考察する。
【０１４８】
前述したように、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０では、製造時（被膜形成時）の初期に、基材１７１の界面近傍において、酸化反応時に鉄が不足したような状態が生じ、酸素の内方拡散が助長されていると推察される。そのため、反応初期に形成された酸化鉄（ＦｅＯ）の酸化が加速され、ＩＩＩ部分の主成分である三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、あるいは、ＩＩ，ＩＩＩ部分の主成分である四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が生成されると考えられる。
【０１４９】
これら鉄の酸化物は、いずれも耐摩耗性に寄与する結晶構造を有している。しかも、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）に比べて結晶構造の面で柔軟であり、言い換えれば、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）は、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）に比べて結晶構造の面で強固である。そのため、柔軟な三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）層を、強固な四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）層で支持していることになるので、酸化被膜１７０は優れた自己耐摩耗性を発揮できると考えられる。
【０１５０】
また、前述したように、酸化被膜１７０における基材１７１の界面近傍には、結晶構造を有しないアモルファスの酸化鉄（ＦｅＯ）が形成されていると推測される。アモルファスの酸化鉄（ＦｅＯ）層には、結晶粒界または格子欠陥のような弱い構造の存在を十分に抑制することができる。それゆえ、酸化被膜１７０の自己耐摩耗性だけでなく、剥離強度の向上も実現できると考えられる。
【０１５１】
しかも、酸化被膜１７０の基材１７１側に位置する部分（ＩＩ，ＩＩＩ部分の少なくとも一部およびＩＩ部分）は、ケイ素含有部分１７０ａとなっている。このケイ素含有部分１７０ａの存在により、酸化被膜１７０の密着力（耐力）が向上していると考えられる。
【０１５２】
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。
【０１５３】
実施例１−１の酸化被膜１７０は、最表面から順に、ＩＩＩ部分、ＩＩ，ＩＩＩ部分ａ，およびＩＩ，ＩＩＩ部分ｂ（諸条件によっては、さらにＩＩ部分）で積層される構成となっている。このうちＩＩ，ＩＩＩ部分ｂ（ＩＩ部分を含む場合にはＩＩ部分も）は、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が基材１７１よりも多いケイ素含有部分１７０ａとなっている。このように、基材１７１の側にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多くなっており、しかも、基材１７１そのものよりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が多くなっていれば（図２Ｄ参照）、酸化被膜１７０の密着性（耐力）は、単にケイ素を含む鉄系材料を単純に酸化して形成される従来の酸化被膜よりも、優れた密着性を発揮することができる。
【０１５４】
さらに、実施例１−１の酸化被膜１７０では、ＩＩ，ＩＩＩ部分ａおよびＩＩＩ部分は、いずれもＩＩ，ＩＩＩ部分ｂよりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が低くなっているが、部分的にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いスポット状ケイ素含有部分１７０ｂを含んでいる。スポット状ケイ素含有部分１７０ｂの存在により、相対的に硬質なケイ素（Ｓｉ）化合物が酸化被膜１７０の表面側に分散して存在することになる。そのため、酸化被膜１７０の耐摩耗性をより一層向上することができる。
【０１５５】
［変形例等］
このように、本実施の形態１では、密閉容器１０１内に粘度がＶＧ２〜ＶＧ１００の潤滑油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、鉄系材料からなる基材１７１と、基材１７１表面に形成された酸化被膜１７０とから構成され、酸化被膜１７０は、最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分（ＩＩＩ部分）を含むとともに、基材１７１側に、当該基材１７１よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分１７０ａを含んでいる。
【０１５６】
これにより、ケイ素含有部分１７０ａにより基材１７１に対する酸化被膜１７０の密着性が向上するとともに、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分により、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。それゆえ、摺動部材の耐摩耗性をより一層向上することができる。そのため、潤滑油１０３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。その結果、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。
【０１５７】
酸化被膜１７０の膜厚としては、本実施の形態１では約３μｍを例示したが、酸化被膜１７０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。
【０１５８】
基材１７１としては、本実施の形態１では球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）を用いているが、基材１７１の材質はこれに限定されない。酸化被膜１７０が形成される基材１７１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１７１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、前記の通り球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ鋳鉄）であってもよいし、ねずみ鋳鉄（普通鋳鉄、ＦＣ鋳鉄）であってもよいし、その他の鋳鉄であってもよい。
【０１５９】
ねずみ鋳鉄は、通常、ケイ素を約２％含有しているが、基材１７１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１７０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１７１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１７１として用いた場合と同様の作用効果が得られる。
【０１６０】
酸化被膜１７０が形成される基材１７１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１７１の表面を研磨した研磨面であればよいが、基材１７１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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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１７０を形成することで、基材１７１に対する密着性が向上するとともに摺動面のなじみ性等も向上するので、摺動部材の耐摩耗性をより一層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。
【０１６９】
さらに、本実施の形態１では、本開示に係る酸化被膜１７０を備える酸化被膜適用機器として、前述した冷媒圧縮機１００を例示したが、酸化被膜適用機器は、冷媒圧縮機１００に限定されない。本開示に係る酸化被膜１７０は、摺動部材を用いて構成される摺動部を備える機器または部品等、例えば、ポンプ、モータ等に好適に用いられる。したがって、本実施の形態１に開示される内容は、本開示に係る酸化被膜１７０の適用に何ら制約を与えるものではないことは言うまでもない。
【０１７０】
（実施の形態２）
前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０は、最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分（ＩＩＩ部分）を含むとともに、基材１７１側に、当該基材１７１よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分１７０ａを含む構成であり、さらに、ケイ素含有部分１７０ａよりも表面側に位置し、その周囲よりも部分的にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多い、スポット状ケイ素含有部分１７０ｂを含んでもよい構成であった。
【０１７１】
これに対して、本実施の形態２に係る酸化被膜は、鉄の酸化物の種類およびケイ素（Ｓｉ）化合物等の含有量がそれぞれ異なる部分を３つ含む構成である。以下、本実施の形態２に係る酸化被膜について、前記実施の形態１と同様に、酸化被膜適用機器として冷媒圧縮機を例に挙げて具体的に説明する。
【０１７２】
［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７および図８Ａを参照して具体的に説明する。図７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８Ａは、冷媒圧縮機２００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。
【０１７３】
図７に示すように、本実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００は、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００と同様の構成を有している。そのため、その具体的な構成および動作等についての説明は省略する。ただし、摺動部材の代表的な一例であるクランクシャフト２０８は、本実施の形態２に係る酸化被膜が形成されている。
【０１７４】
クランクシャフト２０８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２における酸化被膜１６０の代表的な一例を図８Ａに示す。図８Ａは、前記の通り、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。
【０１７５】
本実施の形態２における酸化被膜１６０は、図８Ａ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（Ｆｅ２Ｏ３）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（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０１７６】
なお、本実施の形態２における酸化被膜１６０の膜厚は約２μｍである。また、図８Ａに示す酸化被膜１６０は、後述する実施例２−１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。
【０１７７】
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１６０が施してある。そのため、例えば、過酷な使用環境において、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としても、摺動面に酸化被膜１６０が形成されていることで、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。
【０１７８】
［酸化被膜の構成］
次に、図８Ａに加えて、図８Ｂ〜図１２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。なお、本実施の形態２に係る酸化被膜１６０は、前述した「第二の酸化被膜」に該当する。
【０１７９】
（ＥＤＳ分析の結果）
まず、図８Ａ〜図８Ｄ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８Ｂ〜図８Ｄは、いずれも、図８Ａ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８Ｂ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８Ｃ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８Ｄ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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
前述したように、図８Ａに示すように、酸化被膜１６０は、本実施の形態２では、ねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）からなる基材１６１の上（図８Ａ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。
【０１８２】
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８Ｂ〜図８Ｄを参照して説明する。前記の通り、図８Ｂは、図８Ａ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８Ｃ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８Ｄ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８Ｂ〜図８Ｄ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。
【０１８３】
なお、図８Ａおよび図８Ｂ〜図８Ｄ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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
まず、図８Ｂ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８Ｂ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。
【０１８６】
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８Ｂ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。
【０１８７】
次に、図８Ｃ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８Ｃ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８Ｂ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。
【０１８８】
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８Ｃ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。
【０１８９】
次に、図８Ｄ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８Ｄ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。
【０１９０】
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８Ｄ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。
【０１９１】
図８Ｂ〜図８Ｄ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。
【０１９２】
（ＥＥＬＳ分析の結果）
次に、図９Ａ〜図９Ｆ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９Ａ〜図９Ｃは、図８Ａ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９Ｄ〜図９Ｆは、図９Ａ〜図９Ｃに対応するＥＥＳＬ波形を示す分析図である。
【０１９３】
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。
【０１９４】
図９Ｄ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９Ｄのメッシュ領域）を示す分析図であり、図９Ａは、図９Ｄ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９Ｅ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９Ｅのメッシュ領域）を示す分析図であり、図９Ｂは、図９Ｅ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９Ｆ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９Ｆのメッシュ領域）を示す分析図であり、図９Ｃは、図９Ｆ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。
【０１９５】
なお、図９Ａ〜図９Ｃ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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
まず、図９Ａおよび図９Ｄ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９Ａ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。
【０１９８】
次に、図９Ｂおよび図９Ｅ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９Ｂ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。
【０１９９】
次に、図９Ｃおよび図９Ｆ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９Ｃ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８Ｄ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。
【０２００】
図９Ａ〜図９Ｆに示すＥＥＳＬ分析の結果から、図８Ｂ〜図８Ｄ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。
【０２０１】
（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１０Ａ〜図１２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。
【０２０２】
図１０Ｂ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１０Ａは、酸化被膜１６０の断面において、図１０Ｂ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１０Ｂに示すＥＥＳＬ波形は、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を示す典型的な波形である。
【０２０３】
図９Ａ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１０Ａに示すように三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）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（Ｆｅ２Ｏ３）を最も多く含有することが分かる。
【０２０４】
図１１Ａ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（Ｆｅ３Ｏ４）を示す典型的な波形である。中間部分１６０ｂでは、図１１Ａに対応する部位以外の他の部位でも、図１１Ａ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（Ｆｅ３Ｏ４）を最も多く含有することが分かる。
【０２０５】
図１１Ｂおよび図１１Ｃ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１１Ｂでは、５２５ｅＶ近傍にピークが見られるが、図１１Ｃ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１１Ｃ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。
【０２０６】
図１１Ｄおよび図１１Ｅ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１１Ｂおよび図１１Ｃと、図１１Ｄおよび図１１Ｅとは、それぞれ同一箇所のＥＥＬＳ波形である。図１１Ｄおよび図１１Ｅ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。
【０２０７】
さらに、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示すＥＥＳＬ波形と、図１１Ｄおよび図１１Ｅ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（ＳｉＯ２）およびファイヤライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）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。
【０２０８】
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１１Ａ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（Ｆｅ３Ｏ４）を最も多く含有することが分かる。
【０２０９】
図１２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１２に示すＥＥＳＬ波形は、図１１Ｄに示すＥＥＳＬ波形および図１１Ｅに示すＥＥＳＬ波形のいずれとも異なる形状を示している。図１２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１１Ｂに示すＥＥＳＬ波形、および、図１１Ｄ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。
【０２１０】
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（Ｆｅ２Ｏ３）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（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
［酸化被膜の評価］
次に、本実施の形態２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１３〜図１５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。なお、以下の実施例、従来例、および比較例では、前記実施の形態１または後述する実施の形態４における実施例等と区別する便宜上、実施例２−１、従来例２−１、比較例２−１等と表記する。
【０２１５】
（実施例２−１）
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２に係る酸化被膜１６０を形成した。この酸化被膜１６０は、図８Ａ〜図１０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２−１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。
【０２１６】
（従来例２−１）
表面処理膜として、本実施の形態２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２−１と同様にして従来例２−１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。
【０２１７】
（比較例２−１）
表面処理膜として、本実施の形態２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２−１と同様にして比較例２−１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。
【０２１８】
（比較例２−２）
表面処理膜として、本実施の形態２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（Ｆｅ３Ｏ４）単部分被膜を形成した。これ以外は、実施例２−１と同様にして比較例２−２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。
【０２１９】
（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３ｍｍ２／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。
【０２２０】
（実施例２−１、従来例２−１、および比較例２−１，２−２の対比）
図１３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１４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。
【０２２１】
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１３に示すように、実施例２−１、比較例２−１、および比較例２−２のいずれの表面処理膜も、従来例２−１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２−１、比較例２−１、および比較例２−２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２−２すなわち四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２２２】
これに対して、図１４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２−１の表面処理膜すなわち本実施の形態２に係る酸化被膜１６０では、従来例２−１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２−１のガス窒化被膜、および、比較例２−２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２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。
【０２２３】
このように、本開示に係る酸化被膜１７０を採用した実施例２−１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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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（Ｆｅ２Ｏ３）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。
【０２２６】
組成Ａ部分の主成分である三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の結晶構造が菱面体晶であるのに対して、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ２Ｏ３）は、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２２７】
これにより、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を多く含む組成Ａ部分は、比較例２−１のガス窒化被膜または比較例２−２の一般的な酸化被膜（四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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２−１の酸化被膜１６０は、比較例２−１または比較例２−２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。
【０２２８】
なお、本実施の形態２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。
【０２２９】
（実施例２−２）
次に、本実施の形態２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２０８を搭載した冷媒圧縮機２００を用いて実機信頼性試験を行った。冷媒圧縮機２００は、前述したように、図７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２−１等と同様に、Ｒ１３４ａ冷媒およびＶＧ３（４０℃での粘度グレードが３ｍｍ２／ｓ）のエステル油を用いた。クランクシャフト２０８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２００を動作させた。
【０２３０】
実機信頼性試験の終了後、冷媒圧縮機２００を解体してクランクシャフト２０８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。
【０２３１】
図１５は、実機信頼性試験を実施した後のクランクシャフト２０８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１５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。
【０２３２】
実施例２−１および実施例２−２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。
【０２３３】
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２−１の結果）から明らかなように、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を主成分として含んでいる。三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の結晶構造は、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２３４】
また、実機信頼性試験の結果（実施例２−２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。
【０２３５】
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（Ｆｅ２Ｏ３）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（Ｆｅ３Ｏ４）では、その硬度は４２０Ｈｖ程度である。このように、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の方が、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）よりも硬度は高い。そのため、実施例２−１の酸化被膜１６０は、比較例２−２の一般的な酸化被膜（四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２３６】
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２−２の四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
実施例２−１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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
［変形例等］
このように、本実施の形態２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。
【０２４２】
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（Ｆｅ２Ｏ３）である。組成Ｂ部分は、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２４３】
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２００の信頼性、効率、性能を向上することができる。
【０２４４】
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（ＳｉＯ２）等のケイ素酸化物、あるいは、ファイヤライト（Ｆｅ２ＳｉＯ４）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。
【０２４５】
また、本実施の形態２に係る酸化被膜１６０に関する具体的な構成、例えば、基材１６１である鉄系材料の種類（鋳鉄、鋼材、焼結材）、膜厚の代表的な範囲、基材１６１の表面（摺動面）の状態（研磨面、表面処理面等）については、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０２４６】
同様に、本実施の形態２に係る酸化被膜１６０を冷媒圧縮機２００に適用したときに、好適に用いられる冷媒および潤滑油の種類、冷媒圧縮機２００の駆動方法、冷媒圧縮機２００の具体的な種類等についても、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０２４７】
さらに、本実施の形態２に係る酸化被膜１６０が適用可能な、酸化被膜適用機器の種類も、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０同様、特に限定されないので、その具体的な説明は省略する。
【０２４８】
（実施の形態３）
前記実施の形態２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（Ｆｅ２Ｏ３）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３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。
【０２４９】
［冷媒圧縮機の構成］
まず、本実施の形態３に係る冷媒圧縮機の代表的な一例について、図１６および図１７Ａを参照して具体的に説明する。図１６は、本実施の形態３に係る冷媒圧縮機３００の断面図であり、図１７Ａ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。
【０２５０】
図１６に示すように、本実施の形態３に係る冷媒圧縮機３００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と同様の構成を有している。そのため、その具体的な構成および動作等についての説明は省略する。ただし、摺動部材の代表的な一例であるクランクシャフト３０８は、本実施の形態３に係る酸化被膜が形成されている。
【０２５１】
クランクシャフト３０８は、図１７Ａ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。本実施の形態３における酸化被膜２６０も、前記実施の形態２に係る酸化被膜１６０と同様に、摺動面の最表面から順に、第１層である最外部分２６０ａ、第２層である中間部分２６０ｂと、第３層である内部分２６０ｃとで構成されている。なお、本実施の形態３における酸化被膜２６０の膜厚は、前記実施の形態２に係る酸化被膜１６０と同様に、約２μｍである。
【０２５２】
この冷媒圧縮機３００の摺動部、例えば、本実施の形態３で一例として示すクランクシャフト３０８の摺動部には、前述した構成の酸化被膜２６０が施してある。そのため、例えば、過酷な使用環境において、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としても、摺動面に酸化被膜２６０が形成されていることで、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。
【０２５３】
［酸化被膜の構成］
次に、図１７Ａ〜図１７Ｃを参照して、本実施の形態３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、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０は、前述した「第二の酸化被膜」に該当する。
【０２５４】
図１７Ａ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１７Ｂは、図１７Ａ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１７Ｃは、図１７Ａ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。
【０２５５】
本実施の形態３では、クランクシャフト３０８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２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。
【０２５６】
前述したように、図１７Ａに示すように、酸化被膜２６０は、本実施の形態３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。
【０２５７】
最外部分２６０ａは、前記実施の形態２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（Ｆｅ２Ｏ３）である部分である。中間部分２６０ｂは、前記実施の形態２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（Ｆｅ３Ｏ４）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２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（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２５８】
次に、この酸化被膜２６０に含まれるケイ素（Ｓｉ）の濃度を、図１７Ｂおよび図１７Ｃを参照して説明する。前記の通り、図１７Ｂは、図１７Ａ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１７Ｂ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１７Ａおよび図１７Ｂ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。
【０２５９】
この元素分析の結果から、図１７Ｂ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。
【０２６０】
ここで、中間部分２６０ｂには、前記実施の形態２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１７Ｂ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２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１７Ｂに示すように、本実施の形態３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。
【０２６１】
次に、図１７Ｃには、図１７Ａ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１７Ａおよび図１７Ｃの４の箇所）および中間部分２６０ｂ（例えば、図１７Ａおよび図１７Ｃの３の箇所）だけでなく、最外部分２６０ａ（例えば、図１７Ａおよび図１７Ｃの１および２の箇所）にも、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等のケイ素（Ｓｉ）化合物が存在していることが分かる。
【０２６２】
なお、本実施の形態３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２に係る酸化被膜１６０と同様である。
【０２６３】
したがって、本実施の形態３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。
【０２６４】
次に、本実施の形態３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。
【０２６５】
前記実施の形態２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（Ｆｅ２Ｏ３）を主成分として含んでいる。三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の結晶構造は、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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２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。
【０２６６】
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２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２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。
【０２６７】
しかも、本実施の形態３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。
【０２６８】
ここで、本実施の形態３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。
【０２６９】
このように、本実施の形態３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。
【０２７０】
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（Ｆｅ２Ｏ３）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（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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。
【０２７１】
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３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３００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。
【０２７２】
［変形例等］
なお、前記実施の形態２に係る酸化被膜１６０、並びに、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０は、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と組み合わせた形の酸化被膜（複合型の酸化被膜）とすることができる。すなわち、第一の酸化被膜および第二の酸化被膜の構成は組み合わせることができる。
【０２７３】
したがって、例えば、前記実施の形態２に係る酸化被膜１６０の基材１６１側には、当該基材１６１よりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いケイ素含有部分１７０ａが存在してもよい。同様に、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０の基材２６１側には、当該基材２６１よりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いケイ素含有部分１７０ａが存在してもよい。さらに、前記実施の形態２に係る酸化被膜１６０は、白色部１６０ｄを含んでおり、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０は、白色部２６０ｄおよび白色部２６０ｅを含んでいるが、これら白色部１６０ｄ，２６０ｄ，２６０ｅは、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０におけるスポット状ケイ素含有部分１７０ｂに対応すると見なすことができる。
【０２７４】
このように、実施の形態１および２、もしくは、実施の形態１および３の構成を組み合わせることで、得られる酸化被膜は、より一層高い耐摩耗性を実現することができる。
【０２７５】
また、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０に関する具体的な構成、例えば、基材２６１である鉄系材料の種類（鋳鉄、鋼材、焼結材）、膜厚の代表的な範囲、基材２６１の表面（摺動面）の状態（研磨面、表面処理面等）については、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０２７６】
同様に、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０を冷媒圧縮機３００に適用したときに、好適に用いられる冷媒および潤滑油の種類、冷媒圧縮機３００の駆動方法、冷媒圧縮機３００の具体的な種類等についても、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０２７７】
さらに、本実施の形態３に係る酸化被膜２６０が適用可能な、酸化被膜適用機器の種類も、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０同様、特に限定されないので、その具体的な説明は省略する。
【０２７８】
（実施の形態４）
前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０は、最表面側に、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を含有する部分（ＩＩＩ部分）を含むとともに、基材１７１側に、当該基材１７１よりもケイ素（Ｓｉ）が多く含有されるケイ素含有部分１７０ａを含む構成であり、さらに、ケイ素含有部分１７０ａよりも表面側に位置し、その周囲よりも部分的にケイ素（Ｓｉ）の含有量が多い、スポット状ケイ素含有部分１７０ｂを含んでもよい構成であった。
【０２７９】
また、前記実施の形態２に係る酸化被膜１６０、および、前記実施の形態３に係る酸化被膜２６０は、も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である組成Ａ部分と、最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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（Ｆｅ３Ｏ４）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、を含む構成であった。
【０２８０】
これに対して、本実施の形態４に係る酸化被膜は、当該酸化被膜を構成する結晶または組織がそれぞれ異なる少なくとも２つの部分を含む構成である。以下、本実施の形態４に係る酸化被膜について、前記実施の形態１〜３と同様に、酸化被膜適用機器として冷媒圧縮機を例に挙げて具体的に説明する。
【０２８１】
［冷媒圧縮機の構成］
まず、本実施の形態４に係る冷媒圧縮機の代表的な一例について、図１８および図１９Ａを参照して具体的に説明する。図１８は、本実施の形態４に係る冷媒圧縮機４００の断面図であり、図１９Ａは、冷媒圧縮機４００の摺動部における酸化被膜１５０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を示す顕微鏡写真である。
【０２８２】
図１８に示すように、本実施の形態４に係る冷媒圧縮機４００は、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００、前記実施の形態２で説明した冷媒圧縮機２００、または、前記実施の形態３で説明した冷媒圧縮機３００と同様の構成を有している。そのため、その具体的な構成および動作等についての説明は省略する。ただし、摺動部材の代表的な一例であるクランクシャフト４０８は、本実施の形態４に係る酸化被膜が形成されている。
【０２８３】
クランクシャフト４０８は、基材１５４として、基材１５４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１５０が形成されている。本実施の形態４における酸化被膜１５０の代表的な一例を図１９Ａに示す。図１９Ａは、前記の通り、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による観察結果の一例であり、酸化被膜１５０の厚さ方向の全体像を示す。
【０２８４】
本実施の形態４における酸化被膜１５０は、図１９Ａに示すように、最表面から、微結晶１５５からなる第一の部分１５１、その下に縦長の柱状組織１５６を含有する第二の部分１５２、さらにその下方に横長の層状組織１５７を含有する第三の部分１５３を有する構成であり、さらにその下に基材１５４が位置している。なお、後述するように、酸化被膜１５０には、第二の部分１５２または第三の部分１５３のいずれか一方のみが含まれてもよい。したがって、酸化被膜１５０は、第一の部分１５１および第二の部分１５２を含む構成であってもよいし、第一の部分１５１および第三の部分１５３を含む構成であってもよい。
【０２８５】
なお、本実施の形態４における酸化被膜１５０の膜厚は約３μｍである。また、図１９Ａに示す酸化被膜１５０は、後述する実施例４−１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１５４）に形成されたものである。
【０２８６】
この冷媒圧縮機４００の摺動部、例えば、本実施の形態４で一例として示すクランクシャフト４０８の摺動部には、前述した構成の酸化被膜１５０が施してある。そのため、例えば、過酷な使用環境において、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としても、摺動面に酸化被膜１５０が形成されていることで、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。
【０２８７】
［酸化被膜の構成］
次に、図１９Ａに加えて、図１９Ｂ〜図２１を参照して、摺動部の摩耗を抑制する酸化被膜１５０についてさらに詳述する。なお、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０は、前述した「第三の酸化被膜」に該当する。
【０２８８】
図１９Ａは、前述したように、酸化被膜１５０の厚さ方向の全体像を示すＴＥＭ画像であり、図１９Ｂは、図１９Ａにおいて破線で囲んだ［ｉ］の部分を拡大したＴＥＭ画像であり、図１９Ｃは、図１９Ａにおいて破線で囲んだ［ｉｉ］の部分を拡大したＴＥＭ画像である。
【０２８９】
また、図２０Ａは、本実施の形態４における酸化被膜１５０において、第一の部分１５１および第二の部分１５２をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した結果の一例を示すＳＥＭ画像であり、図２０Ｂは、図２０Ａにおける［ｉｉｉ］の部分を拡大したＳＥＭ画像である。また、図２１は、本実施の形態４における酸化被膜１５０をＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）で観察した結果の一例を示すＳＩＭ画像である。
【０２９０】
本実施の形態４では、クランクシャフト４０８は、ねずみ鋳鉄（ＦＣ鋳鉄）を基材１５４としている。酸化被膜１５０は、この基材１５４の表面に形成されている。具体的には、例えば、基材１５４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１５０が形成されている。
【０２９１】
なお、図１９Ａにおいては、向かって上側が最表面、向かって下側が基材１５４に相当する（図１９Ａでは、実際には、酸化被膜１５０の厚さ方向は向かって左側に傾斜しているが、便宜上、略上下方向とする）。それゆえ、図１９Ａを説明する上では、略上下方向を「縦方向」と称し、この「縦方向」に直交する方向（縦方向の垂直方向）を「横方向」と称する。
【０２９２】
前述したように、図１９Ａに示すように、酸化被膜１５０は、本実施の形態４では、最表面から、微結晶１５５からなる第一の部分１５１、その下に縦長の柱状組織１５６を含有する第二の部分１５２、さらにその下方に横長の層状組織１５７を含有する第三の部分１５３から少なくとも構成されており、第三の部分１５３の下方が基材１５４となっている。
【０２９３】
なお、酸化被膜１５０が形成された試料（クランクシャフト４０８の一部）をＴＥＭで観察する際には、当該試料を保護するために、酸化被膜１５０の上に保護膜（カーボン蒸着膜）を形成する。図１９Ａにおいて、第一の部分１５１の上方は、この保護膜である。
【０２９４】
図１９Ａ〜図１９Ｃ並びに図２０Ａ，図２０Ｂに示すように、本実施の形態４における酸化被膜１５０においては、最表面に形成される第一の部分１５１は、粒径１００ｎｍ以下の微結晶１５５が敷き詰められたような組織で構成されていることが分かる。なお、酸化被膜１５０が形成された試料（クランクシャフト４０８の一部）をＳＥＭで観察する際には、当該試料を保護するために、酸化被膜１５０の上に保護用の樹脂膜を形成している。そのため、酸化被膜１５０の表面は樹脂により包埋されている。図２０Ａ，図２０Ｂにおいて、第一の部分１５１の上方は、この樹脂である。
【０２９５】
また、図２０Ａ，図２０Ｂに示すように、第一の部分１５１の下方には第二の部分１５２が位置する。この第二の部分１５２は、縦方向の径が５００ｎｍから１μｍ程度、横方向の径が１００ｎｍから１５０ｎｍ程度の組織で構成されている。この組織の縦方向の径を横方向の径で除したアスペクト比は、約３から１０の範囲となるので、この組織は縦方向に長いものである。それゆえ、第二の部分１５２は、アスペクト比の大きい「縦長」の柱状組織１５６が同じ方向に無数に形成されていることが分かる。
【０２９６】
図１９Ａ〜図１９Ｃ、図２０Ａ，図２０Ｂ、並びに図２１に示すように、本実施の形態４における酸化被膜１５０においては、第二の部分１５２の下方には第三の部分１５３が位置する。この第三の部分１５３は、縦方向の径が数十ｎｍ以下、横方向の径が数百ｎｍ程度の組織で構成されている。この組織の縦方向の径を横方向の径で除したアスペクト比は、０．０１から０．１の範囲となるので、この組織は横方向に長いものである。それゆえ、第三の部分１５３は、アスペクト比の小さい「横長」の層状組織１５７が形成されていることが分かる。なお、図２１において、第一の部分１５１の上方は、前述した保護用の樹脂膜である。
【０２９７】
ここで、図２１に示すように、第三の部分１５３には基材１５４の組織であるセメンタイト１５８が確認される。これに対して、第一の部分１５１および第二の部分１５２には、セメンタイト１５８は確認されない。それゆえ、第三の部分１５３は、基材１５４の酸化処理により、基材１５４に酸素が拡散されることにより形成されると推測される。これに対して、第一の部分１５１および第二の部分１５２は、基材１５４の表面に酸化物が成長することにより形成されると推測される。
【０２９８】
酸化被膜１５０の製造方法（形成方法）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１５４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１５０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１５４であるねずみ鋳鉄を酸化することにより、基材１５４の表面に酸化被膜１５０を形成することができる。
【０２９９】
また、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０は、第一の部分１５１と、第二の部分１５２および第三の部分１５３の少なくとも一方を含む構成であればよい。つまり、酸化被膜１５０は、諸条件を調整することにより、第一の部分１５１および第二の部分１５２の２層を含む構成であるか、第一の部分１５１および第三の部分１５３の２層を含む構成となり得る。また、諸条件を調整することにより、酸化被膜１５０は、前述したように、第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３の３層を含む構成となる。
【０３００】
特に、酸化被膜１５０の代表的な構成としては、図１９Ａ〜図２１に示すように、最表面から順に、第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３となる３層構造を挙げることができるが、これら以外の部分を含んでもよいし、これら部分の積層順も諸条件の調整により適宜設定することができる。この点は、例えば、後述する比較例４−１または比較例４−２のように、諸条件を設定することで、第二の部分１５２のみの酸化被膜、あるいは、第二の部分１５２および第三の部分１５３からなる酸化被膜を形成することができることからも自明である。
【０３０１】
また、後述する実施の形態５で例示するように、第一の部分１５１は、さらに下位の部分に区分することも可能である。つまり、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０は、第一の部分１５１が必須であり、第二の部分１５２または第三の部分１５３のいずれかを含んでいればよく、第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３のいずれも含んでもよく、さらに他の部分を含んでもよい。
【０３０２】
ここで、第一の部分１５１は、微結晶１５５からなる組織で構成されるが、第一の部分１５１には、これは微結晶１５５以外の組織等を全く含まないという意味ではない。本開示においては、第一の部分１５１は、実質的に微結晶１５５からなる構成であり、「不純物」の範囲内で他の組織等を含んでもよい。したがって、第一の部分１５１は、少なくとも微結晶１５５からなる構成、言い換えれば、微結晶１５５を主たる組織とする構成であればよく、他の組織を含んでもよい（例えば、後述する実施の形態５参照）。
【０３０３】
また、第二の部分１５２は、柱状組織１５６を含有していればよく、他の組織を含有してもよいし、実質的に柱状組織１５６から構成されてもよい。同様に、第三の部分１５３は、層状組織１５７を含有していればよく、他の組織を含有してもよいし、実質的に層状組織１５７から構成されてもよい。第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３は、例えば、後述する実施例等で得られる作用効果を発揮できるものであればよいので、これら部分に必須の組織以外の組織を含んでもよいことは言うまでもない。
【０３０４】
実施の形態４に係る酸化被膜１５０においては、第一の部分１５１は、ナノレベルの微結晶１５５が敷き詰められたような組織であればよく、微結晶１５５の粒径の上限は１００ｎｍ以下に限定されない。例えば、微結晶１５５の粒径は、０．００１μｍ（１ｎｍ）〜１μｍ（１０００ｎｍ）の範囲内であればよい。これにより、後述する実施例４−１〜４−３で得られる作用効果と同様の作用効果を良好に実現することができる。
【０３０５】
同様に、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０においては、第二の部分１５２は、アスペクト比の大きい「縦長」の柱状組織１５６が同じ方向に無数に形成されている構成であればよく、柱状組織１５６のアスペクト比は３〜１０の範囲内に限定されない。例えば、柱状組織１５６のアスペクト比は、１〜２０の範囲内であればよい。これにより、後述する実施例４−１〜４−３で得られる作用効果と同様の作用効果を良好に実現することができる。
【０３０６】
同様に、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０においては、第三の部分１５３は、アスペクト比の小さい「横長」の層状組織１５７が形成されている構成であればよく、層状組織１５７のアスペクト比は、０．０１〜０．１の範囲内に限定されない。例えば、層状組織１５７のアスペクト比は、０．０１〜１の範囲内であればよい。これにより、後述する実施例４−１〜４−３で得られる作用効果と同様の作用効果を良好に実現することができる。
【０３０７】
なお、第一の部分１５１の微結晶１５５の粒径、第二の部分１５２の柱状組織１５６のアスペクト比、および第三の部分１５３の層状組織１５７のアスペクト比は、基材１５４の種類または表面状態等の「基材条件」に応じて前述した酸化被膜１５０の製造条件を適宜設定することで、好適な範囲内に設定することができる。
【０３０８】
［酸化被膜の評価］
次に、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０の代表的な一例について、その特性を評価した結果を、図２２〜図２４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、第一の部分１５１、第二の部分１５２、および第三の部分１５３のそれぞれの組織が、酸化被膜１５０の特性にどのように寄与するかについて検討している。なお、以下の実施例、従来例、および比較例では、前述した実施の形態１または実施の形態２における実施例等と区別する便宜上、実施例４−１、従来例４−１、比較例４−１等と表記する。
【０３０９】
（実施例４−１）
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１５４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４に係る酸化被膜１５０を形成した。この酸化被膜１５０は、図１９Ａ〜図２１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４−１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。
【０３１０】
（従来例４−１）
表面処理膜として、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０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４−１と同様にして従来例４−１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。
【０３１１】
（比較例４−１）
表面処理膜として、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０の代わりに、層状組織１５７を含有する部分（第三の部分１５３）単層からなる比較酸化被膜を形成した。これ以外は、実施例４−１と同様にして比較例４−１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。
【０３１２】
（比較例４−２）
表面処理膜として、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０の代わりに、層状組織１５７を含有する部分（第三の部分１５３）の上方に柱状組織１５６を含有する部分（第二の部分１５２）のみを形成させた２層からなる比較酸化被膜を形成した。これ以外は、実施例４−１と同様にして比較例４−２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。
【０３１３】
（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３ｍｍ２／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。
【０３１４】
（実施例４−１、従来例４−１、および比較例４−１，４−２の対比）
図２２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２３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。
【０３１５】
図２２に示すように、実施例４−１、比較例４−１、および比較例４−２のいずれの表面処理膜（酸化被膜）も、従来例４−１の表面処理膜（リン酸塩被膜）に比べて摩耗量が少なく、自己耐摩耗性が優れていることが分かる。特に、実施例４−１の酸化被膜１５０および比較例４−２の比較酸化被膜を施したディスクでは、その表面に摩耗がほとんど認められない。それゆえ、リン酸塩被膜に比べて酸化被膜そのものの自己耐摩耗性が優れていることが分かる。
【０３１６】
一方、図２３に示すように、相手材であるリングの摩耗量は、実施例４−１、比較例４−１および従来例４−１では、ほとんど摩耗が認められないが、比較例４−２において有意な摩耗が認められる。それゆえ、比較例４−２の比較酸化被膜は相手攻撃性が高いことが分かる。
【０３１７】
以上の結果から、実施例４−１すなわち前述した酸化被膜１５０を備える摺動部材のみが、ディスクおよびリングのいずれもほとんど摩耗が認められなかった。それゆえ、酸化被膜１５０を備える摺動部材は良好な自己耐摩耗性を実現できるとともに、相手材に対する相手攻撃性が良好に低下することが分かる。
【０３１８】
これら実施例４−１、従来例４−１および比較例４−１，４−２の結果から、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０は、次のような作用効果を奏すると考えられる。
【０３１９】
まず、比較例４−１のように、表面処理膜が実質的に第三の部分１５３のみである構成、すなわち、摺動方向に対し平行で単層からなる層状組織１５７を含有する部分のみである構成では、摺動により組織に滑りが生じると推測される。それゆえ、表面処理膜を有する摺動部材（ディスク）の摺動面には、ある程度の摩耗が生じるが、相手材（リング）の摺動面の摩耗はほとんど認められない。それゆえ、従来例４−１ほどではないにせよ自己耐摩耗性は低い傾向にあるが、相手攻撃性は低くなっていると考えられる。
【０３２０】
また、比較例４−２のように、表面処理膜が最表面から第二の部分１５２および第三の部分１５３の２層からなる構成、すなわち、層状組織１５７を含有する部分の上に、柱状組織１５６を含有する部分を備える構成では、摺動面に無数の束状の柱状組織１５６が存在するため、摺動面の機械的強度が高くなり、その結果、摺動部材（ディスク）の自己耐摩耗性は高くなると推測される。しかしながら、摺動が開始されてしばらくの間、いわゆる「初期摩耗域」の間に、摺動面が未処理のままの相手材（リング）を攻撃する傾向にあり、結果的に、相手材の摺動面に摩耗が生じると考えられる。
【０３２１】
また、リング・オン・ディスク式摩耗試験の後に、摺動部材（ディスク）の摺動面を観察したところ、柱状組織１５６および層状組織１５７の界面付近に剥離は確認されなかった。それゆえ、柱状組織１５６を含有する第二の部分１５２と層状組織１５７を含有する第三の部分１５３とは、互いに界面の密着強度に優れており、表面処理膜としての耐剥離性が高いと推測される。
【０３２２】
実施例４−１では、表面処理膜が、第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３を備える酸化被膜１５０であり、比較例４−１および比較例４−２のいずれの摺動部材（ディスク）に比べても自己耐摩耗性に優れている。しかも、実施例４−１の摺動部材であれば、相手材（リング）の摺動面においても摩耗がほとんど認められないため、相手攻撃性も十分に低下させることができる。
【０３２３】
このように、実施例４−１では、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０が良好な自己耐摩耗性と、非常に低い相手攻撃性とを実現している。その要因としては、当該酸化被膜１５０が第一の部分１５１を備えることによると推測される。第一の部分１５１は、粒径１００ｎｍ以下の微結晶１５５で構成され、これら微結晶１５５の間にはわずかな空隙が生じ、あるいは、表面に微小な凹凸が生ずる。このような空隙および／または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り、その結果、摺動面に油膜が形成され易くなると考えられる。
【０３２４】
また、酸化被膜１５０においては、基材１５４側に柱状組織１５６および層状組織１５７が存在するが、これら組織は、微結晶１５５に比べて相対的に硬度が低い（軟らかい）。そのため、摺動時には、柱状組織１５６および層状組織１５７が「緩衝材」のように機能すると推測される。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１５４側に圧縮されるように挙動すると考えられる。その結果、酸化被膜１５０の相手攻撃性は、他の表面処理膜と比較して顕著に低下し、相手材の摺動面の摩耗を有効に抑制していると考えられる。
【０３２５】
また、前述した観点から、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０においては、少なくとも第一の部分１５１を備えていることが必須であるとともに、第二の部分１５２または第三の部分１５３のいずれかを備えていればよいことが分かる。より好ましくは、比較例４−１および比較例４−２の結果からも明らかなように、酸化被膜１５０は、第一の部分１５１、第二の部分１５２および第三の部分１５３を全て備えていればよいことが分かる。
【０３２６】
なお、本実施の形態４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。
【０３２７】
（実施例４−２）
摺動部材としてねずみ鋳鉄製の丸棒を用いた。したがって、基材１５４の材質はねずみ鋳鉄であり、鋳鉄丸棒の表面が摺動面となる。実施例４−１と同様にして、鋳鉄丸棒の表面に、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０を形成した。この酸化被膜１５０は、図１９Ａ〜図２１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４−２の評価用試料を準備した。この評価用試料の一端を潤滑油１０３に浸漬させた。その結果、評価用試料の一端から他端に向かって潤滑油１０３が顕著に上昇することが観察された。
【０３２８】
第一の部分１５１は、粒径１００ｎｍ以下の微結晶１５５を敷き詰めたような組織となっている。そのため、毛細管現象により潤滑油１０３が酸化被膜１５０の表面（摺動面）に保持されやすいことが実験的に裏付けられた。したがって、実施例４−２の結果から、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０は良好な「保油性」を発揮することができるため、当該酸化被膜１５０を備える摺動部材は、自己耐摩耗性が高くかつ相手攻撃性も低いものとすることができることが分かる。
【０３２９】
（実施例４−３）
次に、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０が形成されたクランクシャフト４０８を搭載した冷媒圧縮機４００を用いて実機信頼性試験を行った。冷媒圧縮機４００は、前述したように、図１８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４−１等と同様に、Ｒ１３４ａ冷媒およびＶＧ３（４０℃での粘度グレードが３ｍｍ２／ｓ）のエステル油を用いた。クランクシャフト４０８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４００を動作させた。
【０３３０】
実機信頼性試験の終了後、冷媒圧縮機４００を解体してクランクシャフト４０８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。
【０３３１】
（従来例４−２）
クランクシャフト４０８に対して従来のリン酸塩被膜を形成した以外は、実施例４−３と同様にして、当該クランクシャフト４０８を備える冷媒圧縮機４００の実機信頼性試験を行った。その後、冷媒圧縮機４００を解体してクランクシャフト４０８を取り出し、その摺動面を確認した。
【０３３２】
（実施例４−３および従来例４−２の対比）
従来例４−２では、クランクシャフト４０８の摺動面に摩耗が発生しており、リン酸塩被膜の損耗が認められた。これに対して、実施例４−３では、クランクシャフト４０８の摺動面の損傷は極めて軽微であった。
【０３３３】
さらに、実施例４−３におけるクランクシャフト４０８の摺動面の断面をＴＥＭにより観察した。その結果を図２４に示す。なお、図２４は、摺動面の断面のＴＥＭ画像であり、第一の部分１５１の上方は、図１９Ａで説明したように、試料を保護するために形成された保護膜である。
【０３３４】
図２４に示すように、冷媒圧縮機４００を過酷な条件で動作させたにもかかわらず、クランクシャフト４０８の摺動面には、微結晶１５５を含有する第一の部分１５１が残存していた。これにより、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０は、第一の部分１５１を備えているため、この第一の部分１５１が定常摩耗域（摺動面がいわゆる「なじんだ」状態になる領域、摩耗の進行速度が非常に遅い領域）になっていると考えられる。そのため、酸化被膜１５０を備える摺動部材（実施例４−３ではクランクシャフト４０８）は、冷媒を圧縮する環境下においても、耐摩耗性が非常に良好であることが分かる。
【０３３５】
［変形例等］
このように、本実施の形態４では、冷媒圧縮機４００が備える摺動部材の少なくとも一つが鉄系材料であり、この鉄系材料の摺動面に、微結晶１５５からなる第一の部分１５１と、柱状組織１５６を含有する第二の部分１５２と、層状組織１５７を含有する第三の部分１５３とを備える酸化被膜１５０が形成されている。
【０３３６】
これにより、摺動部材の自己耐摩耗性を向上するとともに、相手攻撃性を十分に抑制することができる。そのため、従来の表面処理膜では困難であった、冷媒圧縮機４００の高効率設計（すなわち、潤滑油１０３の粘度をより低く、かつ、摺動部間の摺動長さをより短くする設計）を実現することができる。その結果、冷媒圧縮機４００においては、摺動部の摺動ロスを低減することが可能となり、高信頼性かつ高効率化を実現することができる。
【０３３７】
また、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０に関する具体的な構成、例えば、基材１５４である鉄系材料の種類（鋳鉄、鋼材、焼結材）、膜厚の代表的な範囲、基材１５４の表面（摺動面）の状態（研磨面、表面処理面等）については、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０３３８】
同様に、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０を冷媒圧縮機４００に適用したときに、好適に用いられる冷媒および潤滑油の種類、冷媒圧縮機４００の駆動方法、冷媒圧縮機４００の具体的な種類等についても、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０３３９】
さらに、本実施の形態４に係る酸化被膜１５０が適用可能な、酸化被膜適用機器の種類も、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０同様、特に限定されないので、その具体的な説明は省略する。
【０３４０】
（実施の形態５）
前記実施の形態４においては、酸化被膜１５０の好ましい一例として、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５では、第一の部分１５１が、互いに結晶密度の異なる第一ａの部分および第一ｂの部分により区分可能である構成について、具体的に説明する。
【０３４１】
［冷媒圧縮機の構成］
まず、本実施の形態５に係る冷媒圧縮機の代表的な一例について、図２５および図２６Ａを参照して具体的に説明する。図２５は、本実施の形態５に係る冷媒圧縮機５００の断面図であり、図２６Ａは、酸化被膜２５０の厚さ方向の全体像を示すＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）画像である。
【０３４２】
図２５に示すように、本実施の形態４に係る冷媒圧縮機４００は、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００、前記実施の形態２で説明した冷媒圧縮機２００、前記実施の形態３で説明した冷媒圧縮機３００、または、前記実施の形態４で説明した冷媒圧縮機４００と同様の構成を有している。そのため、その具体的な構成および動作等についての説明は省略する。ただし、摺動部材の代表的な一例であるクランクシャフト５０８は、本実施の形態５に係る酸化被膜が形成されている。
【０３４３】
クランクシャフト５０８は、図２６Ａに示すように、基材２５４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２５０が形成されている。本実施の形態５における酸化被膜２５０は、図２６Ａに示すように、最表面から、第一の部分２５１、その下に第二の部分２５２、さらにその下方に第三の部分２５３を有する構成であり、その下に基材２５４が位置している。また、第一の部分２５１は、第一ａの部分２５１ａと第一ｂの部分２５１ｂとの区分することができる。なお、本実施の形態５における酸化被膜２５０の膜厚は約３μｍである。
【０３４４】
この冷媒圧縮機５００の摺動部、例えば、本実施の形態５で一例として示すクランクシャフト５０８の摺動部には、前述した構成の酸化被膜２５０が施してある。そのため、例えば、過酷な使用環境において、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としても、摺動面に酸化被膜２５０が形成されていることで、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。
【０３４５】
［酸化被膜の構成］
次に、図２６Ａ，図２６Ｂを参照して、摺動部の摩耗を抑制する酸化被膜２５０について具体的に説明する。なお、本実施の形態５に係る酸化被膜２６０は、前述した「第三の酸化被膜」に該当する。
【０３４６】
図２６Ａは、前記の通り、酸化被膜２５０の厚さ方向の全体像を示すＳＩＭ（走査イオン顕微鏡）画像であり、図２６Ｂは、図１９Ａにおける［ｉｖ］の部分を拡大したＳＩＭ画像である。
【０３４７】
本実施の形態５では、クランクシャフト５０８は、ねずみ鋳鉄を基材２５４としている。酸化被膜２５０は、この基材２５４の表面に、前記実施の形態４と同様に、酸化処理により形成されている。
【０３４８】
なお、図２６Ａにおいては、向かって上側が最表面、向かって下側が基材２５４に相当する。それゆえ、図２６Ａおよびその拡大画像である図２６Ｂを説明する上では、上下方向を「縦方向」と称し、この「縦方向」に直交する方向（縦方向の垂直方向）を「横方向」と称する。
【０３４９】
図２６Ａに示すように、酸化被膜２５０は、本実施の形態５では、最表面から、微結晶２５５からなる第一の部分２５１、その下に縦長の柱状組織２５６を含有する第二の部分２５２、さらにその下方に横長の層状組織２５７を含有する第三の部分２５３から少なくとも構成されており、第三の部分２５３の下方が基材２５４となっている。ここで、図２６Ｂに示すように、第一の部分２５１は、結晶密度が異なる第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂに区分することが可能となっている。
【０３５０】
なお、酸化被膜２５０が形成された試料（クランクシャフト５０８の一部）をＳＩＭで観察する際には、前記実施の形態４でも説明したように、当該試料を保護するために、酸化被膜２５０の上に保護用の樹脂膜を形成している。そのため、酸化被膜２５０の表面は樹脂により包埋されている。図２６Ａ，図２６Ｂにおいて、第一の部分２５１の上方は、この樹脂膜である。
【０３５１】
図２６Ａ，図２６Ｂに示すように、本実施の形態５における酸化被膜２５０においては、最表面に形成される第一の部分２５１は、前記実施の形態４における第一の部分１５１と同様に、粒径１００ｎｍ以下の微結晶２５５が敷き詰められたような組織で構成されていることが分かる。
【０３５２】
ここで、第一の部分２５１は、実質的に微結晶２５５からなる構成である、という点で、前記実施の形態４における第一の部分１５１と同様に「単一層」と見なすことができる。しかしながら、特に図２６Ｂに示すように、微結晶２５５の密度を基準として見れば、最表面側の第一ａの部分２５１ａと、基材２５４（第二の部分２５２）側の第一ｂの部分２５１ｂとに区分することができる。第一ａの部分２５１ａは、その下の第一ｂの部分２５１ｂに比べて結晶密度が小さい（低密度である）。
【０３５３】
具体的には、図２６Ｂに示すように、第一ａの部分２５１ａは、少なくとも微結晶２５５からなるとともに、所々に空隙部２５８（図２６Ｂにおいて黒っぽく見える部分）を有する。また、第一ａの部分２５１ａは、短径側の長さが１００ｎｍ以下で、かつ、アスペクト比が１から１０の範囲内となる縦長の針状組織２５９を含有している。これに対して、第一ａの部分２５１ａの下方の第一ｂの部分２５１ｂには、空隙部２５８も針状組織２５９はほとんど含有されていない。第一ｂの部分２５１ｂは、ナノレベルの微結晶２５５が敷き詰められたような組織となっている。
【０３５４】
また、図２６Ａ，図２６Ｂに示すように、第一の部分２５１（第一ｂの部分２５１ｂ）の下方には第二の部分２５２が位置する。この第二の部分２５２は、縦方向の径が５００ｎｍから１μｍ程度、横方向の径が１００ｎｍから１５０ｎｍ程度の組織で構成されている。この組織の縦方向の径を横方向の径で除したアスペクト比は、約３から１０の範囲となるので、この組織は縦方向に長いものである。それゆえ、第二の部分２５２は、アスペクト比の大きい「縦長」の柱状組織２５６が同じ方向に無数に形成されていることが分かる。
【０３５５】
また、図２６Ａ，図２６Ｂに示すように、第二の部分２５２の下方には第三の部分２５３が位置する。この第三の部分２５３は、縦方向の径が数十ｎｍ以下、横方向の径が数百ｎｍ程度の組織で構成されている。この組織の縦方向の径を横方向の径で除したアスペクト比は、０．０１から０．１の範囲となるので、この組織は横方向に長いものである。それゆえ、第三の部分２５３は、アスペクト比の小さい「横長」の層状組織２５７が形成されていることが分かる。
【０３５６】
本実施の形態５に係る酸化被膜２５０は、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０と同様の構成を有している。そのため、酸化被膜２５０においても、前記実施の形態４で説明したように、摺動部材の自己耐摩耗性を向上するとともに、相手攻撃性を十分に抑制することができる。また、酸化被膜２５０を形成した摺動部材を用いた冷媒圧縮機５００においては、高効率設計を実現することができるので、摺動部の摺動ロスを低減することが可能となり、優れた信頼性かつ優れた効率を実現することができる。
【０３５７】
さらに、酸化被膜２５０においては、第一の部分２５１が、少なくとも第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂにより構成されている。そのため、第一ａの部分２５１ａには、前記実施の形態４における第一の部分１５１と同様に、微結晶２５５の間に空隙および／または凹凸が存在する。特に、第一ａの部分２５１ａは、微結晶２５５の結晶密度が低いために、前記実施の形態４における微小な空隙よりも「広い」空隙である空隙部２５８を有する。そのため、摺動部に潤滑油１０３が給油されにくいような状況（貧油状況）であっても、摺動面に良好に潤滑油１０３を留めることができる。その結果、摺動部材として良好な「保油性」を発揮することができる。
【０３５８】
しかも、第一ａの部分２５１ａには、「保油性」に寄与する空隙部２５８が生じるだけでなく、針状組織２５９も含有されている。針状組織２５９は、微結晶２５５に比べて硬度が低いため、摺動面においては自己犠牲型の摩耗を呈する。その結果、相手材の摺動面との「なじみ」を促進させることができる。それゆえ、冷媒圧縮機５００においては、起動時に、摺動部における静摩擦の発生を抑制するため、早期に安定した低入力を実現することができる。
【０３５９】
また、第一ａの部分２５１ａの下方に位置する第一ｂの部分２５１ｂは、第一ａの部分２５１ａよりも結晶密度が大きい。そのため、微結晶２５５が敷き詰められた組織としては、第一ａの部分２５１ａより緻密になり機械的強度も向上する。その結果、良好な「保油性」を発揮する第一ａの部分２５１ａを、機械的強度の高い第一ｂの部分２５１ｂで支持することになる。それゆえ、第一の部分２５１全体として見れば、より良好な「保油性」を発揮できるとともに、第一の部分２５１の耐剥離性を向上することができる。
【０３６０】
さらに、第一の部分２５１の下方には、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０と同様に、第二の部分２５２および第三の部分２５３の少なくとも一方（好ましくは双方）が位置している。第二の部分２５２に含有される柱状組織２５６と、第三の部分２５３に含有される層状組織２５７は、第一の部分２５１に含有される微結晶２５５に比べて相対的に硬度が低い（軟らかい）。
【０３６１】
そのため、前記実施の形態４で説明したように、摺動時には、第二の部分２５２（柱状組織２５６）および第三の部分２５３（層状組織２５７）が「緩衝材」のように機能し、第一の部分２５１（微結晶２５５）は基材２５４側に圧縮されるように挙動すると考えられる。その結果、酸化被膜２５０の相手攻撃性は、他の表面処理膜と比較して顕著に低下し、相手材の摺動面の摩耗を有効に抑制することが可能となる。
【０３６２】
本実施の形態５に係る酸化被膜２５０においては、第一の部分２５１（第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂ）は、ナノレベルの微結晶２５５が敷き詰められたような組織であればよく、微結晶２５５の粒径の上限は１００ｎｍ以下に限定されない。前記実施の形態４における第一の部分１５１と同様に、微結晶２５５の粒径は、例えば、０．００１μｍ（１ｎｍ）〜１μｍ（１０００ｎｍ）の範囲内であればよい。これにより、前記実施の形態４で説明した作用効果と同様の作用効果を良好に実現することができる。
【０３６３】
また、第一ａの部分２５１ａにおいては、空隙部２５８の占める割合は１０％以上であることが望ましい。これにより、摺動面に油膜を形成させやすくする（摺動面の「保油性」を高める）ことができるとともに、相手攻撃性をより良好に抑制することができる。これに対して、第一ｂの部分２５１ｂにおいては、空隙部２５８の占める割合は１０％未満であることが望ましい。空隙部２５８の占める割合が大きすぎると、第一ａの部分２５１ａとの対比にもよるが、組織の緻密性（機械的強度）が十分に向上されず、第一ａの部分２５１ａを良好に支持できなくなる恐れがある。
【０３６４】
つまり、第一の部分２５１においては、第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂを区分する際の境界値（もしくは閾値）として、例えば、空隙部２５８の体積占有率（例えば１０％）を用いることができる。
【０３６５】
また、第一ａの部分２５１ａは、微結晶２５５だけでなく縦長の針状組織２５９も含有しているが、この針状組織２５９のアスペクト比は特に限定されない。本実施の形態５では、針状組織２５９は、短径側の長さが１００ｎｍ以下で、アスペクト比が１から１０の範囲内であるが、アスペクト比は１から１０００の範囲内であってもよい。
【０３６６】
なお、酸化被膜２５０のより具体的な構成は、第一の部分２５１が結晶密度の違いから第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂの２層に区分可能であることを除いて、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０と同様である。それゆえ、酸化被膜２５０のより詳細な説明は省略する。酸化被膜２５０の具体的構成については、前記相違点を除いて、前記実施の形態４で説明した酸化被膜１５０の説明をほぼそのまま援用することができる。また、第一の部分２５１は、結晶密度の違いから、第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂ以外の部分を含んでもよい。
【０３６７】
このように、本実施の形態５では、冷媒圧縮機５００が備える摺動部材の少なくとも一つが鉄系材料であり、この鉄系材料の摺動面に、微結晶２５５からなる第一の部分２５１と、柱状組織２５６を含有する第二の部分２５２と、層状組織２５７を含有する第三の部分２５３とを備え、第一の部分２５１は、結晶密度の異なる第一ａの部分２５１ａおよび第一ｂの部分２５１ｂから少なくとも構成されている、酸化被膜２５０が形成されている。
【０３６８】
これにより、摺動部材の自己耐摩耗性を向上するとともに、相手攻撃性を十分に抑制することができる。そのため、従来の表面処理膜では困難であった、冷媒圧縮機５００の高効率設計（すなわち、潤滑油１０３の粘度をより低く、かつ、摺動部間の摺動長さをより短くする設計）を実現することができる。その結果、冷媒圧縮機５００においては、摺動部の摺動ロスを低減することが可能となり、優れた信頼性かつ優れた効率を実現することができる。
【０３６９】
［変形例等］
なお、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０、並びに、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０は、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と組み合わせた形の酸化被膜（複合型の酸化被膜）とすることができる。したがって、例えば、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０の基材１５４側には、当該基材１５４よりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いケイ素含有部分１７０ａが存在してもよい。同様に、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０の基材２５４側には、当該基材２５４よりもケイ素（Ｓｉ）の含有量が多いケイ素含有部分１７０ａが存在してもよい。
【０３７０】
さらに、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０または本実施の形態３に係る酸化被膜１５０には、ケイ素含有部分１７０ａよりも表面側に、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０におけるスポット状ケイ素含有部分１７０ｂが含まれてもよい。
【０３７１】
また、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０、並びに、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０は、前記実施の形態３に係る酸化被膜１６０、並びに、前記実施の形態４に係る酸化被膜２６０と組み合わせた形の複合型の酸化被膜であってもよい。すなわち、第一の酸化被膜、第二の酸化被膜、および第三の酸化被膜の構成はそれぞれ組み合わせることができる。
【０３７２】
したがって、例えば、前記実施の形態４に係る酸化被膜１５０における第一の部分１５１が、前記実施の形態２または前記実施の形態３における組成Ａ部分（最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である部分）であり、第二の部分１５２が、前記実施の形態２または前記実施の形態３における組成Ｂ部分（最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）であり、かつ、ケイ素（Ｓｉ）化合物を含む部分）であり、第三の部分１５３が、前記実施の形態２または前記実施の形態３における組成Ｃ部分（最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）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）である構成であってもよい。
【０３７３】
同様に、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０における第一の部分２５１が、前記実施の形態２または前記実施の形態３における組成Ａ部分であり、第二の部分２５２が、前記実施の形態２または前記実施の形態３における組成Ｂ部分であり、第三の部分２５３が、前記実施の形態２または前記実施の形態３における組成Ｃ部分である構成であってもよい。
【０３７４】
このように、実施の形態１から実施の形態５のいずれかのうち少なくとも２つの構成を適宜組み合わせることで、得られる酸化被膜は、より一層高い耐摩耗性を実現することができる。
【０３７５】
また、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０に関する具体的な構成、例えば、基材２５４である鉄系材料の種類（鋳鉄、鋼材、焼結材）、膜厚の代表的な範囲、基材２５４の表面（摺動面）の状態（研磨面、表面処理面等）については、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０３７６】
同様に、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０を冷媒圧縮機５００に適用したときに、好適に用いられる冷媒および潤滑油の種類、冷媒圧縮機５００の駆動方法、冷媒圧縮機５００の具体的な種類等についても、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０と同様であるので、その具体的な説明は省略する。
【０３７７】
さらに、本実施の形態５に係る酸化被膜２５０が適用可能な、酸化被膜適用機器の種類も、前記実施の形態１に係る酸化被膜１７０同様、特に限定されないので、その具体的な説明は省略する。
【０３７８】
（実施の形態６）
本実施の形態６では、前記実施の形態１〜５で説明した冷媒圧縮機１００〜冷媒圧縮機５００のいずれかを備える冷凍装置の一例について、図２７を参照して具体的に説明する。
【０３７９】
図２７は、前記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００、前記実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００、前記実施の形態３に係る冷媒圧縮機３００、前記実施の形態４に係る冷媒圧縮機４００、または前記実施の形態５に係る冷媒圧縮機５００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６では、冷凍装置の基本構成の概略についてのみ説明する。
【０３８０】
図２７に示すように、本実施の形態６に係る冷凍装置は、本体６７５、区画壁６７８、および冷媒回路６７０等を備えている。本体６７５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６７５の内部は、区画壁６７８により物品の貯蔵空間６７６と機械室６７７とに区画される。貯蔵空間６７６内には、図示しない送風機が設けられている。なお、本体６７５の内部は、貯蔵空間６７６および機械室６７７以外の空間等に区画されてもよい。
【０３８１】
冷媒回路６７０は、貯蔵空間６７６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６７２と、減圧装置６７３と、吸熱器６７４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６７４は、貯蔵空間６７６内に配置されている。吸熱器６７４の冷却熱は、図２７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６７６内を循環するように撹拌される。これにより貯蔵空間６７６内は冷却される。
【０３８２】
冷媒回路６７０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１７０が形成されている。
【０３８３】
この冷媒回路６７０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は、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１６０が形成されている。同様に、冷媒回路６７０は、冷媒圧縮機１００に代えて、前記実施の形態３で説明した冷媒圧縮機３００を備えてもよい。冷媒圧縮機３００は、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。
【０３８４】
また、冷媒回路６７０は、冷媒圧縮機１００に代えて、前記実施の形態４で説明した冷媒圧縮機４００を備えてもよい。冷媒圧縮機４００は、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１５０が形成されている。同様に、冷媒回路６７０は、冷媒圧縮機１００に代えて、前記実施の形態５で説明した冷媒圧縮機５００を備えてもよい。冷媒圧縮機５００は、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２５０が形成されている。
【０３８５】
このように、本実施の形態６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、前記実施の形態２に係る冷媒圧縮機２００、前記実施の形態３に係る冷媒圧縮機３００、前記実施の形態４に係る冷媒圧縮機４００、または、前記実施の形態５に係る冷媒圧縮機５００を搭載している。冷媒圧縮機１００〜冷媒圧縮機５００が備える摺動部は、耐摩耗性に優れ、摺動面への密着性にも優れている。そのため、冷媒圧縮機１００〜冷媒圧縮機５００は、摺動部の摺動ロスを低減することが可能となり、優れた信頼性かつ優れた効率を実現することができる。その結果、本実施の形態６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とともに、信頼性も向上させることができる。
【０３８６】
なお、前述したように、実施の形態１〜実施の形態５においては、酸化被膜適用機器として、冷媒圧縮機を例示しており、本実施の形態６では、酸化被膜適用機器として、冷媒圧縮機を備えた冷凍装置を例示している。しかしながら、本開示が適用可能な酸化被膜適用機器は、冷媒圧縮機またはこれを備える冷凍装置に限定されない。本開示に係る酸化被膜は、スライド摺動（往復動摺動）または回転摺動等の各種の摺動を実行するための摺動部材を用いる機器であれば、どのような機器に対しても適用することができる。
【０３８７】
具体的には、例えば、各種のポンプ、モータ、エンジン、膨張機等の各種動作装置；冷蔵庫、冷凍ショーケース、エアコン等の各種冷凍装置；洗濯機、掃除機等の家電機器；遠心分離機；ビルトイン機器等の設備機器等を挙げることができる。
【０３８８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０３８９】
以上のように、本発明に係る酸化被膜は、例えば過酷な環境下であっても長期にわたって高い耐摩耗性を発揮させることができるので、摺動部の信頼性を向上させることができる。それゆえ、本発明は、さまざまな摺動部材、もしくは、さまざまな摺動部を備える部品または機器に幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【０３９０】
１００  冷媒圧縮機（酸化被膜適用機器）
１０８  クランクシャフト（摺動部材）
１５０  酸化被膜
１５１  第一の部分
１５２  第二の部分
１５３  第三の部分
１５４  基材
１５５  微結晶
１５６  柱状組織
１５７  層状組織
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
１７０  酸化被膜
１７０ａ  ケイ素含有部分
１７０ｂ  スポット状ケイ素含有部分
１７１  基材
２００  冷媒圧縮機（酸化被膜適用機器）
２０８  クランクシャフト（摺動部材）
２５０  酸化被膜
２５１  第一の部分
２５１ａ  第一ａの部分
２５１ｂ  第一ｂの部分
２５２  第二の部分
２５３  第三の部分
２５４  基材
２５５  微結晶
２５６  柱状組織
２５７  層状組織
２５８  空隙部
２５９  針状組織
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
３００  冷媒圧縮機（酸化被膜適用機器）
３０８  クランクシャフト（摺動部材）
４００  冷媒圧縮機（酸化被膜適用機器）
５０８  クランクシャフト（摺動部材）
５００  冷媒圧縮機（酸化被膜適用機器）
５０８  クランクシャフト（摺動部材）
６７０  冷媒回路
６７２  放熱器
６７３  減圧装置
６７４  吸熱器
【図１】
2017043034.tif 000003
【図２】
2017043034.tif 000004
【図３】
2017043034.tif 000005
【図４】
2017043034.tif 000006
【図５】
2017043034.tif 000007
【図６】
2017043034.tif 000008
【図７】
2017043034.tif 000009
【図８】
2017043034.tif 000010
【図９】
2017043034.tif 000011
【図１０】
2017043034.tif 000012
【図１１】
2017043034.tif 000013
【図１２】
2017043034.tif 000014
【図１３】
2017043034.tif 000015
【図１４】
2017043034.tif 000016
【図１５】
2017043034.tif 000017
【図１６】
2017043034.tif 000018
【図１７】
2017043034.tif 000019
【図１８】
2017043034.tif 000020
【図１９】
2017043034.tif 000021
【図２０】
2017043034.tif 000022
【図２１】
2017043034.tif 000023
【図２２】
2017043034.tif 000024
【図２３】
2017043034.tif 000025
【図２４】
2017043034.tif 000026
【図２５】
2017043034.tif 000027
【図２６】
2017043034.tif 000028
【図２７】
2017043034.tif 000029
【図２８】
2017043034.tif 000030
【国際調査報告】
2017043034.tif 000031
2017043034.tif 000032
2017043034.tif 000033
2017043034.tif 000034