(57)【要約】【課題】コンプレッサの潤滑条件が厳しい位置に使用された場合でも、寿命の長い転がり軸受を提供する。【解決手段】第１のレース１０１および第２のレース１０２の軌道輪１０１ａ，１０２ａと、円筒ころ１０３の周面（転動面）を、有機リン化合物、有機イオウ化合物、有機塩素化合物、および有機金属化合物から選択された少なくとも一つの化合物と反応させて、芯部とは異なる材質の表層部を０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサの駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受において、  転動体および軌道輪は金属製であり、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方は、有機リン化合物、有機イオウ化合物、有機塩素化合物、および有機金属化合物から選択された少なくとも一つの化合物と反応させて得られ、芯部とは異なる材質の表層部が０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成されていることを特徴とするコンプレッサ用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンプレッサ用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーエアコン用のコンプレッサとしては、例えば、容量可変式コンプレッサがある。下記の特許文献１には、容量可変式コンプレッサの一例が記載されている。
図２に示すように、このコンプレッサは斜板式であり、ハウジング１内に配置された駆動軸２と、駆動軸２に対して傾斜角度が可変に取り付けられた斜板３と、斜板３に対してスラスト軸受５を介して摺動自在に取り付けられた円板状のウォブル板４とを備えている。斜板３は駆動軸２と共に回転し、ウォブル板４は斜板３の回転に伴って「みそすり運動」と称される動きをする。
【０００３】
また、ハウジング１の一端にシリンダブロック１１が固定され、他端にプーリ８が配置されている。駆動軸２の一端は、シリンダブロック１１に回転自在に支持されている。駆動軸２の他端は、クラッチ機構１８を介してプーリ８に回転自在に支持されている。駆動軸２のウォブル板４よりプーリ８側の位置に、スラスト板９が圧入されている。スラスト板９とハウジング１との間には、スラストニードル軸受１０が配置されている。
ウォブル板４の周縁部には、複数のピストンロッド６の一端が、円周方向に等間隔に取り付けである。ピストンロッド６の他端は、シリンダブロック１１に形成されたシリンダボア１１ａ内を摺動するピストン７に連結されている。
【０００４】
また、コンプレサ内部を真空排気した後に、冷媒と潤滑油を封入している。
このコンプレッサは、クラッチ機構１８の作動により、駆動軸２の回転が開始されて駆動する。これに伴って斜板が回転し、ウォブル板４が「みそすり運動」をし、ピストンロッド６を介してピストン７が軸線方向に往復運動することにより、シリンダボア１１ａ内に流入する冷媒が圧縮されて吐出される。このとき、駆動軸２には冷媒の圧縮力がスラスト力として伝達され、スラストニードル軸受１０は、このスラスト力をスラスト板９とハウジング１との間で受けることになる。
【０００５】
図２には、冷媒の流れる方向が矢印で示されている。潤滑油は、冷媒にミスト状に含まれた状態となっており、冷媒によって運ばれて各部の潤滑が行われている。そして、スラストニードル軸受１０は、ピストン７から離れた位置にあることから潤滑条件が厳しく、油膜の破断が生じ易い状態になっている。
一般に、大気中で使用されている場合には、金属製の転がり軸受の転がり面（軌道輪の軌道面、転動体の転動面）に対する油膜形成が不十分となった場合、油膜が破断されて金属接触が生じたとしても、大気中の酸素によって表面酸化膜が形成されて、それ以上の金属接触が防止される。しかしながら、このコンプレッサの場合には、冷媒を入れる前にコンプレッサ内部を真空排気しているため、内部の酸素濃度が低い。よって、油膜が破断されて金属接触が生じた場合に表面酸化膜が形成され難い。
【０００６】
一方、従来より、転がり軸受等の耐摩耗性および耐焼き付き性をさらに向上させるための提案がなされている。例えば下記の特許文献２には、転がり軸受等の転動体の転動面あるいは第１および第２部材の軌道溝に、０．０５〜０．５μｍの厚さで潤滑性の「化合物反応膜層」を設けることが開示されている。
特許文献２の技術では、金属製の転動体あるいは第１および第２部材を処理液に浸漬して所定温度で所定時間保持することにより、処理液に含まれている化合物（例えば、有機リン化合物や有機硫黄化合物）と転動体あるいは第１および第２部材をなす金属とを反応させて、転動体の転動面あるいは第１および第２部材の軌道溝に金属化合物層（金属リン化合物や金属硫黄化合物）を形成している。そして、このようにして形成された金属化合物層を「化合物反応膜層」と称している。
【特許文献１】特開２００３−２９４０３９号公報
【特許文献２】特許第２９６９７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、コンプレッサの潤滑条件が厳しい位置に使用された場合でも、寿命の長い転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、コンプレッサの駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受において、転動体および軌道輪は金属製であり、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方は、有機リン化合物、有機イオウ化合物、有機塩素化合物、および有機金属化合物から選択された少なくとも一つの化合物と反応させて得られ、芯部とは異なる材質の表層部が０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成されていることを特徴とするコンプレッサ用転がり軸受を提供する。
【０００９】
ここで、金属製の転動面および軌道面を、化学的に活性な「有機リン化合物、有機イオウ化合物、有機塩素化合物、および有機金属化合物」から選択された少なくとも一つの化合物と反応させると、前記各化合物に含まれるリン、イオウ、塩素、金属と前記転動面および軌道面をなす金属との化合物からなる金属化合物層が、前記転動面および軌道面の表面下に形成される。すなわち、前記転動面および軌道面に、芯部とは異なる材質の表層部（前記金属化合物層）が形成される。
【００１０】
前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面を有機リン化合物と反応させることにより、前記転動面および軌道面の表層部に金属リン化合物層（有機リン化合物−反応膜層）が形成される。前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面を有機イオウ化合物と反応させることにより、前記転動面および軌道面の表層部に金属イオウ化合物層（有機イオウ化合物−反応膜層）が形成される。
【００１１】
前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面を有機塩素化合物と反応させることにより、前記転動面および軌道面の表層部に金属塩素化合物層（有機塩素化合物−反応膜層）が形成される。前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面を有機金属化合物と反応させることにより、前記転動面および軌道面の表層部に、転動面および軌道面をなす金属と前記有機金属化合物に含まれる金属とが結合された金属化合物層（有機金属化合物−反応膜層）が形成される。
特に、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方に、有機リン化合物と有機イオウ化合物との混合物との反応により形成された金属化合物層が形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記金属化合物層（化合物反応膜層）の厚さは、オージェ電子分光分析機（ＡＥＳ）を用いて測定することができる。この分析機は、試料表面に電子線を照射し、試料の表層部（最表面から数Åの深さまで）より放出されるオージェ電子のエネルギー解析によって、試料表層部の元素の情報（定性，定量）及び結合状態を得る。更にアルゴンイオン（Ａｒ+ ）銃を用いて試料表面をスパッタしながら測定を行うことにより、試料の表面から深さ方向での元素の分布状態が解析できる。
【００１３】
ここで、有機リン化合物（トリデシルアッシドフォスフェート）と鋼製板状の試料の表面を反応させて、試料の表層部に形成された金属リン化合物層（有機リン化合物−反応膜層）の厚さを測定した結果を示す。図３は、ＡＥＳを用いてこの試料を深さ方向に分析して得られた「オージェ電子強度とＡｒ+ （アルゴンイオン）スパッタ時間との関係」を示すグラフである。このグラフから、リンのオージェ電子強度が変化しなくなるまでのスパッタ時間を読み取り、そのスパッタ時間にスパッタ速度を掛けて得られた数値が、金属リン化合物層（有機リン化合物−反応膜層）の厚さに相当する。
【００１４】
ここでは、Ａｒ+ スパッタ時間７．５分でリンのオージェ電子強度が変化しなくなり、スパッタ速度が２．１９ｎｍ／ｍｉｎであるため、厚さは７．５×２．１９＝１６ｎｍとなる。
前記金属化合物層（化合物反応膜層）の厚さは、使用する化合物の種類に応じて、溶液中のその化合物の濃度と、反応温度および反応時間を調整することにより制御できる。
本発明で使用できる有機リン化合物としては、亜リン酸エステル類，正リン酸エステル類，酸性リン酸エステル類等がある。
【００１５】
上記亜リン酸エステル類は、C1〜C18 の炭化水素類（例えば、アルキル，フェニル，ベンジル，クレジル，シンナミル，アリル）の亜リン酸エステルで、例えばトリオクチルフォスファイト，トリフェニルフォスファイト，トリクレンジフォスファイト，ビス−２−エチルヘキシルフォスファイト，トリデシルフォイスファイト，ジブチルハイドロジェンフォスファイト，トリス（ノニルフェニル）フォスファイト，ジラウリルハイドロジェンフォスファイト，ジフェニルモノデシルフォスファイト，トリラウリルトリチオフォスファイト，ジフェニルハイドロジェンフォスファイトなどが好ましい。
【００１６】
又、正リン酸エステル類は、C1〜C18 の炭化水素類（例えば、アルキル，フェニル，ベンジル，クレジル，シンナミル，アリル）の正リン酸エステルで、例えばトリフェニルフォスフェート，トリエチルフォスフェート，トリブチルフォスフェート，トリス（２−エチルヘキシル）フォスフェート，トリデシルフォスフェート，ジフェニルモノ（２−エチルヘキシル）フォスフェート，トリクレジルフォスフェート，トリオクチルフォスフェート，トリステアリルフォスフェートなどが好ましい。
【００１７】
又、酸性リン酸エステル類は、C1〜C20 のモノ又はジヒドロカルビルアッシドフォスフェートであり、例えばメチルアッシドフォスフェート，イソプロピルアッシドフォスフェート，ブチルアッシドフォスフェート,2−エチルヘキシルアッシドフォスフェート，イソデシルアッシドフォスフェート，トリデシルアッシドフォスフェート，ラウリルアッシドフォスフェートなどが好ましい。
【００１８】
本発明で使用できる有機イオウ化合物としては、例えば硫化鯨油などの硫化油脂類、硫化オレフィン類，メルカプタン類，サルファイド類，スルホキシド類、スルホン類等がある。
上記の硫化オレフィン類は、C2〜C8のオレフィン又はその誘導体である低分子量ポリオレフィンの硫化物で、例えば硫化ペンテン，硫化ブチレン，硫化オクテンなどが好ましい。メルカプタン類は、C4〜C20 のアルキルメルカプタン及びメルカプト脂肪酸エステルで、例えばｎ−ブチルメルカプタン，イソブチルメルカプタン，第三ブチルメルカプタン,n−オクチルメルカプタン，第三ノニルメルカプタン，第三ドデシルメルカプタン，チオグリコール酸ブチル，チオロピオン酸エチル,3−メルカプトプロピオン酸オクチルなどが好ましい。
【００１９】
サルファイド類は、C4〜C18 の炭化水素類（例えば、アルキル，フェニル，ベンジル，シンナミル，アリル）のモノサルファイド（−Ｓ−），ジサルファイド（−Ｓ−Ｓ−），ポリサルファイド（−Ｓ−Ｓ−Ｓ−）で、例えばジブチルモノサルファイド，ジブチルジサルファイド，ジフェニルサルファイド，ジベンジルサルファイドなどが好ましい。
【００２０】
スルホキシド類は、C4〜C20 の炭化水素類（例えば、アルキル，フェニル，ベンジル，シンナミル，アリル）のスルホキシドで、例えばジブチルスルホキシド，ジベンジルスルホキシドなどが好ましい。
スルホン類は、C4〜C20 のアルキル，フェニル，ベンジル，シンナミル，アリルのスルホンで、例えばジブチルスルホン，ジドデシルスルホン，フェニルスルホンなどが好ましい。
【００２１】
本発明で使用できる有機塩素化合物としては、塩素化パラフィン類，塩素化油脂類等がある。塩素化パラフィン類としては、例えば、ｎ−オクチルクロライド，塩化パラフィン，塩化オクタデシルが存在し、塩素化油脂類としては、例えば、塩化鯨油が存在する。
本発明で使用できる有機金属化合物としては、金属ジヒドロカルビルジチオフォスフェート類，金属ジヒドロカルビルジチオカーバメート類，ナフテン酸塩類等がある。
【００２２】
上記金属ジヒドロカルビルジチオフォスフェート類としては、各ヒドロカルビル基がC4〜C20 である金属ジヒドロカルビルジチオフォスフェートが挙げられる。例えば、Znジメチルジチオフォスフェート,Zn ブチルイソオクチルジチオフォスフェート,Zn ジ（４−メチル−２−ペンチル）ジチオフォスフェート,Zn ジ（テトラプロペニルフェニル）ジチオフォスフェート,Zn （２−エチル−１−ヘキシル）ジチオフォスフェート,Zn （イソオクチル）ジチオフォスフェート,Zn （エチルフェニル）ジチオフォスフェート,Zn （アミル）ジチオフォスフェート,Zn ジ（ヘキシル）ジオチフォスフェート。或いは金属として上記亜鉛（Zn）の他、鉛（Pb），カドミウム（Cd），アンチモン（Sb），モリブデン（Mo）等が好ましい。
【００２３】
金属ジヒドロカルビルジチオカーバメート類としては、各ヒドロカルビル基がC4〜C20 である金属ジヒドロカルビルジチオカーバメートが挙げられる。例えば、Znジメチルジチオカーバメート,Zn ブチルイソオクチルジチオカーバメート,Zn ジ（４−メチル−２−ペンチル）ジチオカーバメート,Zn ジ（テトラプロペニルフェニル）ジチオカーバメート,Zn （２−エチル−１−ヘキシル）ジチオカーバメート,Zn （イソオクチル）ジチオカーバメート,Zn （エチルフェニル）ジチオカーバメート,Zn （アミル）ジチオカーバメート,Zn ジ（ヘキシル）ジチオカーバメート。或いは金属として上記亜鉛（Zn）の他、鉛（Pb），カドミウム（Cd），アンチモン（Sb），モリブデン（Mo）などが好ましい。又、ナフテン酸塩類はナフテン酸の金属塩で、例えばナフテン酸鉛などが好ましい。
【００２４】
これらの化合物は、そのまま、或いは油や溶剤に溶解し希釈された状態で、濃度０．１〜１００質量％の範囲で使用することができる。ここで油としては、例えば、精製パラフィン，ジフェニル等の非極性のものが使用できる。溶剤としては、例えば、トルエン等の非極性溶剤を使用できる。その他の油，溶媒を使用することができるが、非極性のものであることが好ましい。
【００２５】
被処理物である転動体または軌道輪を、予め所定濃度に調整した化合物液中に浸漬し、温度を室温から１２０℃の範囲内の所定温度に制御しつつ、０．５〜８時間の範囲内の所定時間維持して、前記液中の化合物を被処理物と反応させることにより、被処理物の表面下に厚さ０．０５〜０．５μｍの範囲の金属化合物層（化合物反応膜層）を形成することができる。なお、金属化合物層（化合物反応膜層）の形成を、例えば、所定温度で超音波振動下で行うと、金属化合物層（化合物反応膜層）の均一性を改善したり、反応速度を速くしたりすることができる。
【００２６】
このようにして種々の膜厚の金属化合物層（化合物反応膜層）を形成した転動体および軌道輪について高速四球試験を行ったところ、膜厚が０．０５μｍ未満の場合および０．５μｍを越える場合には、焼付きが発生したり振動が発生するのに対して、０．０５〜０．５μｍの範囲内、好ましくは０．０５〜０．３μｍであれば、極めて良好な結果が得られることが確認できた。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の転がり軸受によれば、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方に、芯部とは異なる材質の表層部（金属化合物層）が０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成されていることにより、コンプレッサの潤滑条件が厳しい位置に使用された場合でも、早期摩耗が抑制されて寿命が長くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
この実施形態の転がり軸受を図１に示す。この転がり軸受１００は、第１のレース（軌道輪）１０１と第２のレース（軌道輪）１０２と円筒ころ（転動体）１０３と保持器１０４とからなるスラストニードル軸受であり、図２に示すコンプレッサのスラストニードル軸受１０として使用できる。
【００２９】
このスラストニードル軸受１００として、寸法が、内径４０ｍｍ、外径６０ｍｍ、高さ５ｍｍであるものを作製した。
第１のレース１０１、第２のレース１０２、および円筒ころ１０３は以下の方法で作製した。先ず、ＳＵＪ２からなる素材を各形状に加工した後、焼入れ（８２０〜８３０℃で０．５〜１．０時間）および焼戻し（１６０〜２００℃で１〜２時間）を行った。次に、トリデシルモノアッシドフォスフェートとトリデシルジアッシドフォスフェートとの混合液を精製油で希釈して、前記混合液の濃度が５質量％となるようにした。
【００３０】
次に、この希釈液に第１のレース１０１、第２のレース１０２、および円筒ころ１０３を浸漬して、第１のレース１０１、第２のレース１０２、および円筒ころ１０３と前記混合液を反応させた。これにより、第１のレース１０１の軌道面１０１ａと、第２のレース１０２の軌道面１０２ａと、円筒ころ１０３の周面（転動面）に金属リン化合物層を形成した。
ここで、希釈液の温度を４０℃とし、浸漬時間を４時間とした場合、第１のレース１０１の軌道面１０１ａ、第２のレース１０２の軌道面１０２ａ、および円筒ころ１０３の周面の各表層部に、金属リン化合物層が厚さ０．３μｍで形成された。この厚さは、前述のようにオージェ電子分光分析機（ＡＥＳ）を用いて測定した。
【００３１】
また、希釈液の温度と浸漬時間を変化させて、円筒ころ１０３の周面の表層部に、金属リン化合物層を厚さ０．００６μｍ、０．０２５μｍ、０．０５μｍ、０．０８μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μｍ、１．０μｍ、２．０μｍで形成した。そして、同じ厚さで金属リン化合物が形成された円筒ころ１０３と、金属リン化合物層を形成しない第１のレース１０１と第２のレース１０２とを組み合わせ、同じ保持器１０４を用いてスラストニードル軸受１００を組み立てた。
【００３２】
これらのスラストニードル軸受１００を用いて摩耗試験を行った。試験条件は、アキシャル荷重（スラスト力）：１５００Ｎ、回転速度：３０００ｍｉｎ-1、雰囲気ガス：ＨＣＦＣ１３４ａ（ＰＡＧ含有）、試験時間：５００時間とした。
この試験の前後で、スラストニードル軸受１００の高さＨ（図１参照）とスラストニードル軸受１００に生じた振動を測定した。そして、高さ（Ｈ）の減少量および振動の増加量を算出した。これらの算出値と、円筒ころ１０３に形成された金属リン化合物層の厚さとの関係を図４にグラフで示す。
【００３３】
また、第１のレース１０１の軌道面１０１ａ、第２のレース１０２の軌道面１０２ａ、および円筒ころ１０３の周面に、各種厚さで金属リン化合物層を形成し、表１に示す組み合わせでスラストニードル軸受１００を組み立てた。このスラストニードル軸受１００についても、同じ試験条件で摩耗試験を行って、高さ（Ｈ）の減少量を調べた。その結果を表１に併せて示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１から分かるように、第１のレース１０１の軌道面１０１ａ、第２のレース１０２の軌道面１０２ａ、および円筒ころ１０３の周面（転動面）の少なくともいずれかに、金属リン化合物層が０．０５μｍ以上の厚さで形成されているNo. ５〜１１では、高さの減少量が４．０μｍ以下と少なかった。これに対して、いずれにも金属リン化合物層が形成されていないか、その厚さが０．０２５μｍ以下であるNo. １〜４では、高さの減少量が１８〜３０μｍと多かった。
【００３６】
図４から分かるように、円筒ころ１０３の周面に形成された金属リン化合物層の厚さが０．５μｍを超えると、振動増加量が著しく多くなる。また、円筒ころ１０３の周面に形成された金属リン化合物層の厚さが０．０５μｍ未満であると、高さ減少量が著しく多くなる。
これらの結果から、第１のレース１０１の軌道面１０１ａ、第２のレース１０２の軌道面１０２ａ、および円筒ころ１０３の周面（転動面）の少なくともいずれかに、金属リン化合物層を０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成することにより、スラストニードル軸受１００は、ＨＣＦＣ１３４ａ（ＰＡＧ含有）の雰囲気での早期摩耗が抑制されて、寿命が長くなることが分かる。
【００３７】
なお、この実施形態では、カーエアコン用コンプレッサ用のスラストニードル軸受について説明しているが、本発明の転がり軸受は、コンプレッサの種類に関わらず、コンプレッサの駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受であれば、いずれの軸受にも適用できる。
例えば、図５に示す深溝玉軸受１６を、図２のコンプレッサで、駆動軸２のシリンダブロック１１側を支持するスラスト軸受１５に代えて、使用することができる。この深溝玉軸受１６は、内輪１６１、外輪１６２、玉（転動体）１６３、および保持器１６４からなる。内輪１６１、外輪１６２、および玉１６３はＳＵＪ２製である。保持器１６４は鋼板製の波形保持器であるが、合成樹脂製の冠型保持器等であってもよい。
【００３８】
そして、この深溝玉軸受１６の内輪１６１の軌道面１６１ａ、外輪１６２の軌道面１６２ａ、および玉（転動体）１６３の表面（転動面）の少なくともいずれかを、有機リン化合物、有機イオウ化合物、有機塩素化合物、および有機金属化合物から選択された少なくとも一つの化合物と反応させて、芯部とは異なる材質の表層部を０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成することにより、早期摩耗が抑制されて深溝玉軸受１６の寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に相当するスラストニードル軸受を示す断面図である。
【図２】容量可変式コンプレッサの一例を示す断面図である。
【図３】ＡＥＳによる深さ方向分析結果である「オージェ電子強度とＡｒ+ （アルゴンイオン）スパッタ時間との関係」を示すグラフである。
【図４】実施形態で行った試験結果である「高さ減少量および振動増加量と金属リン化合物層の厚さとの関係」を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に相当する深溝玉軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ハウジング
２  駆動軸
３  斜板
４  ウォブル板
５  スラスト軸受
８  プーリ
９  スラスト板
１０  スラストニードル軸受
１１  シリンダブロック
１１ａ  シリンダボア
１５  スラスト軸受
１６  深溝玉軸受（転がり軸受）
１８  クラッチ機構
１００  スラストニードル軸受（転がり軸受）
１０１  第１のレース（軌道輪）
１０１ａ  軌道面
１０２  第２のレース（軌道輪）
１０２ａ  軌道面
１０３  円筒ころ（転動体）
１０４  保持器
１６１  内輪（軌道輪）
１６２ａ  軌道面
１６２  外輪（軌道輪）
１６２ａ  軌道面
１６３  玉（転動体）
１６４  保持器
【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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