(57)【要約】  摺動部材の摺動面に対して二硫化モリブデンの安定した皮膜形成を行うことができる信頼性の高い摺動面改質材料を提供するために、本発明の摺動面改質材料は、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料であり、この摺動面改質材料が摺動面に投射されて皮膜層が形成されている。
2010507014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料であり、摺動面に投射されて皮膜層を形成する摺動面改質材料。
【請求項２】
二硫化モリブデンの平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲である請求項１に記載の摺動面改質材料。
【請求項３】
二硫化モリブデンを含む材料を４５０℃以下で加熱して、前記材料が含有する有機物を燃焼させて除去し、前記有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下とした二硫化モリブデンを９５重量％以上含有する摺動面改質材料の製造方法。
【請求項４】
二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料が、１００℃以上に加熱された状態で摺動面に投射されて二硫化モリブデンの皮膜層を形成する摺動面改質材料の使用方法。
【請求項５】
二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料が摺動面に投射されて二硫化モリブデンが固溶された皮膜層が形成された摺動部材。
【請求項６】
冷媒を循環させるシステムに用いられる圧縮機において、摺動面を有する少なくとも一つの部材に請求項５記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【請求項７】
オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と偏心軸とを有するクランクシャフトと、
前記回転子を回転可能に支持するスラスト面を有し、前記クランクシャフトの主軸を回転可能に軸支する軸受部と、
シリンダボアを構成するシリンダブロックと、
前記シリンダボア内を往復動するピストンと、
前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、
前記偏心軸と前記ピストンとを前記ピストンピンを介して連結するコンロッドと、を備えたレシプロ型の圧縮機構であり、
前記クランクシャフト、前記軸受部、前記シリンダブロック、前記ピストン、前記ピストンピン、及び前記コンロッドにおける摺動面を有する部材の少なくとも一つに請求項５に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【請求項８】
オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と前記主軸の回転軸から偏心した偏心部と前記偏心部から突出し前記主軸と平行な副軸とを有するシャフトと、
前記シャフトの回転軸と同軸の円筒空間を有する圧縮室を構成するシリンダと、
前記偏心部に遊嵌され前記圧縮室内を転動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに当接して前記圧縮室内を高圧側と低圧側に仕切るベーンと、
前記シリンダにおける電動要素側にある一方の側面を封止して前記シャフトの主軸を軸支する主軸受と、
前記シリンダにおける他方の側面を封止して前記シャフトの副軸を軸支する副軸受と、
前記副軸に固定された給油スプリングと、
前記給油スプリングを収納して、開口端が前記オイル中に配置された給油管と、を備えたローリングピストン型の圧縮機構であり、
前記シャフト、前記シリンダ、前記ローリングピストン、前記ベーン、前記主軸受、前記副軸受、前記給油スプリング、及び前記給油管における摺動面を有する部材の少なくとも一つに請求項５に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【請求項９】
二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ二硫化モリブデンに含有される水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下とした摺動面改質材料であり、摺動面に投射されて二硫化モリブデンの皮膜層を形成する摺動面改質材料。
【請求項１０】
二硫化モリブデンの平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲の固体潤滑粉末である請求項９に記載の摺動面改質材料。
【請求項１１】
二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ二硫化モリブデンに含有される水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下とした摺動面改質材料を、摺動面に投射して二硫化モリブデンの皮膜層を形成する摺動面改質材料の使用方法において、
前記摺動面改質材料の投射圧力が０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲であり、投射量が１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲である摺動面改質材料の使用方法。
【請求項１２】
金属材料により構成された摺動部材の摺動面に、請求項９または１０に記載の摺動面改質材料が投射されて二硫化モリブデンが固溶した皮膜層が形成された摺動部材。
【請求項１３】
冷媒を循環させるシステムに用いられる圧縮機において、摺動面を有する少なくとも一つの部材に請求項１２に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【請求項１４】
オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と偏心軸とを有するクランクシャフトと、
前記回転子を回転可能に支持するスラスト面を有し、前記クランクシャフトの主軸を回転可能に軸支する軸受部と、
シリンダボアを構成するシリンダブロックと、
前記シリンダボア内を往復動するピストンと、
前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、
前記偏心軸と前記ピストンとを前記ピストンピンを介して連結するコンロッドと、を備えたレシプロ型の圧縮機構であり、
前記クランクシャフト、前記軸受部、前記シリンダブロック、前記ピストン、前記ピストンピン、及び前記コンロッドにおける摺動面を有する部材の少なくとも一つに請求項１２に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【請求項１５】
オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と前記主軸の回転軸から偏心した偏心部と前記偏心部から突出し前記主軸と平行な副軸とを有するシャフトと、
前記シャフトの回転軸と同軸の円筒空間を有する圧縮室を構成するシリンダと、
前記偏心部に遊嵌され前記圧縮室内を転動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに当接して前記圧縮室内を高圧側と低圧側に仕切るベーンと、
前記シリンダにおける電動要素側にある一方の側面を封止して前記シャフトの主軸を軸支する主軸受と、
前記シリンダにおける他方の側面を封止して前記シャフトの副軸を軸支する副軸受と、
前記副軸に固定された給油スプリングと、
前記給油スプリングを収納して、開口端が前記オイル中に配置された給油管と、を備えたローリングピストン型の圧縮機構であり、
前記シャフト、前記シリンダ、前記ローリングピストン、前記ベーン、前記主軸受、前記副軸受、前記給油スプリング、及び前記給油管における摺動面を有する部材の少なくとも一つに請求項１２に記載の摺動部材を用いた圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材における摺動面の改質を行うための摺動面改質材料、摺動面改質材
料の製造方法、摺動面改質材料の使用方法、摺動面改質材料を有する摺動部材、及びその摺動部材を用いた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から省エネルギーの電気機器の開発が進められており、例えば家庭用の電気冷凍冷蔵庫等に使用される圧縮機においては摺動部材の摺動面の摩擦係数の低減化を図った省エネルギーの機器が提供されている。
【０００３】
従来技術において、摺動部材の摺動面に二硫化モリブデンを投射して、その摺動面を改質し、摺動面に摩擦係数の低い表面層を形成する方法を開示したものがある（例えば、日本の特許３６７０５９８号明細書参照。）。また、摺動部材の摺動面に微細なくぼみを略均一に形成し、その摺動面に給油することにより、微細なくぼみにオイルが保持されて、摺動部材間の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低下させる構成の圧縮機を開示したものがある（例えば、国際公開第２００４／０５５３７１号パンフレット参照。）。
【０００４】
以下、添付の図面を参照しながら従来の圧縮機における摺動部材について説明する。
【０００５】
図１６は従来の圧縮機の構成を示す縦断面図である。図１７は従来の二硫化モリブデン投射用材料を投射して改質させた表面層の断面を模式的に示す拡大斜視図である。
【０００６】
図１６に示すように、密閉容器１はその底部にオイル２を貯留するとともに、固定子３および回転子４で構成された電動要素５と、この電動要素５により駆動される往復式の圧縮要素６を収容している。圧縮要素６はサクションチューブ２０を通して密閉容器１内に導かれた冷媒を圧縮している。
【０００７】
次に、上記のように構成された従来の圧縮機における圧縮要素６について説明する。
【０００８】
圧縮機において、クランクシャフト７は、回転子４が圧入固定された主軸８と、この主軸８に対して偏心した偏心軸９とにより構成されており、偏心軸９の下端には給油ポンプ１０が設けられている。偏心軸９は連結手段であるコンロッド１７を介してピストン１５に連結されている。ピストン１５が往復動作するシリンダボア１２は、シリンダブロック１１内に形成されている。シリンダブロック１１には、略円筒形のシリンダボア１２で内周面が規定される圧縮室１３と、主軸８を軸支する軸受部１４が設けられている。
【０００９】
上記のように、従来の圧縮機において、シリンダボア１２内を摺動するように遊嵌されたピストン１５は、ピストンピン１６を介して、コンロッド１７によって偏心軸９に連結されている。シリンダブロック１１内のシリンダボア１２の端面にはバルブプレート１８により封止されている。また、シリンダブロック１１のシリンダヘッド１９は、高圧室（図示せず）と低圧室（図示せず）を有し、バルブプレート１８におけるシリンダブロック１１とは反対側（図１６における右側）に固定される。
【００１０】
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、冷媒を密閉容器１内に導いている。密閉容器１内に導かれた冷媒を圧縮室１３に導くサクションマフラー２１は、バルブプレート１８とシリンダヘッド１９に挟持されて固定されている。
【００１１】
上記のように構成された従来の圧縮機において、クランクシャフト７の主軸８と軸受部１４、ピストン１５とシリンダボア１２、ピストンピン１６とコンロッド１７、クランクシャフト７の偏心軸９とコンロッド１７は、相互に摺動する摺動部を形成する。そして、これらの摺動部を構成する摺動部材は、どちらか一方の摺動部表面に、二硫化モリブデン投射用材料の粒子を摺動部材の摺動面に衝突させて、表面層２２（図１７参照）が形成されている。
【００１２】
次に、上記のように構成された従来の圧縮機における動作について説明する。
【００１３】
電源（図示せず）から電力が電動要素５に供給されると、電動要素５の回転子４が回転し、回転子４はクランクシャフト７を回転させる。クランクシャフト７の回転により、偏心軸９が偏心運動を行い、その偏心運動が連結手段であるコンロッド１７からピストンピン１６を介してピストン１５を往復動作させる。ピストン１５はシリンダボア１２内を往復運動し、サクションチューブ２０を通して密閉容器１内に導かれた冷媒がサクションマフラー２１から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。
【００１４】
オイル２は、クランクシャフト７の回転に伴い、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、オイル２は、ピストン１５とシリンダボア１２との間のクリアランスにおいてはシールの役割を果たしている。
【００１５】
圧縮機において、摺動部材であるピストン１５とシリンダボア１２とは、漏れ損失を小さくするために非常に狭いクリアランスで遊嵌されている。その結果、ピストン１５とシリンダボア１２の形状、精度のばらつきによっては、部分的に相互接触を起こす部位が存在する。
【００１６】
しかしながら、摺動部材の一方であるピストン１５の摺動面には表面層２２が形成されている。このため、ピストン１５が上死点ならびに下死点において速度が零となり、シリンダボア１２との間で金属接触が生じた場合でも、ピストン１５の表面に形成した表面層２２の二硫化モリブデンが有する固体潤滑性により、摩擦係数が低下し、摺動損失を低減している（特許３６７０５９８号明細書参照。）。また、摺動部の表面に微細なくぼみ２３を設けることにより、冷媒を圧縮する時にラビリンスシールとして作用し、漏れ損失を低減するとともに耐摩耗性を向上させている（国際公開第２００４／０５５３７１号パンフレット参照。）。
【００１７】
しかしながら、従来の圧縮機における摺動部の表面層は、鉱物として産出した二硫化モリブデン材料を選鉱（粉砕、分級）して投射用材料として用いていた。したがって、従来の二硫化モリブデン投射用材料には二硫化モリブデン以外に多くの不純物が含まれており、その中には有機物が多く含まれている。ここで、有機物とはＣとＨを含む化合物、作動油等の油類、埃、塵等をいう。このような二硫化モリブデン材料を摺動面に投射して表面層を形成しようとした場合、表面層形成状態にばらつきが生じて、目的とする皮膜が摺動面全体に均一に形成されないことがあった。
【００１８】
その原因として、二硫化モリブデン投射用材料中に含まれる不純物である有機物の存在が考えられる。そこで、従来の二硫化モリブデン投射用材料中に含まれる有機物量を測定したところ、重量比で２０００ｐｐｍ以上存在することが分かった。
【００１９】
二硫化モリブデン投射用材料中に有機物が含まれると、この投射用材料を投射したとき、有機物が先に摺動部表面に付着して緩衝材の役割を果たし、二硫化モリブデンが摺動部表面に衝突する力を弱め、かつ投射時や衝突時のエネルギーが有機物及び有機物と投射用材料の化学反応に用いられて表面改質のためのエネルギーが減少したものと推定される。
【００２０】
また、有機物が二硫化モリブデン投射用材料に付着する等の物理的に吸着をしていれば投射時に有機物の脱着作用が起こり、脱着のためにエネルギーが消費されて表面改質のためのエネルギーが減少したものと推定される。
【００２１】
なお、二硫化モリブデン投射用材料中に有機物が含まれる原因としては、選鉱時に除去できずに残留した場合や、二硫化モリブデン投射用材料を投射装置に投入してから実際に投射されるまでの投射工程内の雰囲気中に含まれるオイルミストや作動油の付着や、さらには、埃、塵の混入によって含まれたものと考えられる。
【００２２】
したがって、圧縮機の摺動部材の表面に有機物を多く含有した従来の二硫化モリブデン投射用材料を用いて投射を行い表面層を形成しようとした場合、表面膜形成状態にばらつきが生じ、所望の摩擦係数を確保することができず、その結果、摺動損失を十分に低減することができない可能性があった。
【００２３】
また、前述の従来の圧縮機における摺滑面となる表面層等は、二硫化モリブデン投射用材料を摺動部表面に投射して形成されているが、表面層は金属の摺動部表面との密着力が低く、摺動部材の母材から剥離しやすいものが存在した。この結果、目的とする潤滑面の皮膜である表面層が形成されない場合があった。
【００２４】
発明者は、これらの剥離が生じた摺動部材を調査した結果、二硫化モリブデンの表面層と摺動部材との間には、鉄、モリブデン、硫黄で構成される化学反応物層がほとんど形成されていないことが分かった。
【００２５】
その原因として、投射手法の条件である投射圧力と投射量の関係の他に、二硫化モリブデン投射用材料中に含まれる不純物の存在が考えられる。そこで、剥離が生じた時に使用された二硫化モリブデン投射材料に含有される水分量を測定した。その結果、二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量は、重量比で約７５００ｐｐｍであった。
【００２６】
二硫化モリブデンの表面層と摺動部材との間で形成される化学反応物層は、二硫化モリブデンの粒子が母材である金属の摺動面に衝突する際に生じる熱エネルギーにより、母材と二硫化モリブデンの粒子がともに反応して形成される。この化学反応物層が二硫化モリブデンの表面層と母材とのバインダーの役割を果たすことで二硫化モリブデンが固溶した表面層と摺動部材との密着力を高めている。
【００２７】
しかし、従来の投射用材料である二硫化モリブデンは微細粉末であるために外気の水分を吸収しやすい性質を有している。そのため、二硫化モリブデン投射用材料中に水分が含まれていると、二硫化モリブデン粒子が塊となって投射され、塊の粒が摺動部材の母材に衝突する際に衝突エネルギーが分散して表面層と母材とをバインダーする化学反応物層を形成するためのエネルギーが不足し、表面層と摺動部材の母材との密着力が低くなり、表面層の剥離が生じたと推察される。
【００２８】
上記のように、圧縮機に用いる摺動材料の表面に、水分を多く含有した二硫化モリブデン投射用材料を用いて表面層形成処理を行った場合、表面層の剥離が生じて、摺動部材の摩擦係数が十分に低下しない場合があった。その結果、従来の圧縮機における摺動部材は、摺動損失を十分に低減することができず、耐摩耗性が低下する可能性があった。
【発明の開示】
【００２９】
本発明は、上記のような従来の圧縮機等の摺動部における問題を解決するものであり、摺動部材の摺動面に対して二硫化モリブデンの安定した皮膜形成を行うことができる信頼性の高い摺動面改質材料、その摺動面改質材料の製造方法、二硫化モリブデンの安定した皮膜を確実に形成することができる摺動面改質材料の使用方法、摺動面改質材料により改質された信頼性の高い摺動部材、及びその摺動部材を用いた高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することを目的としている。
【００３０】
また、本発明は、摺動面改質材料における水分の含有量を低減することにより、二硫化モリブデンと摺動部材の母材との密着力が高い皮膜層を形成して、皮膜層と摺動部材の母材との剥離を低減することができる摺動面改質材料を提供するとともに、形成された皮膜層の固体潤滑性により摩擦係数が低下して、摺動損失を低減することができる信頼性の高い摺動部材を提供し、さらにその摺動部材を用いて信頼性が高く高効率の圧縮機を提供することを目的としている。
【００３１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る第１の観点の摺動面改質材料は、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料であり、この摺動面改質材料が摺動面に投射されて皮膜層を形成する。このように構成された本発明の摺動面改質材料は、風圧等により摺動部表面に投射したとき、有機物が二硫化モリブデンより先に摺動部表面に付着する確率が低減し、有機物が緩衝材の役割を果たして二硫化モリブデンが摺動部表面に衝突する力を弱めてしまう悪影響を少なくすることができる。また、投射時や衝突時のエネルギーが、有機物及び有機物と投射材料の化学反応に用いられて摺動面改質のためのエネルギーの減少を抑制するとともに、二硫化モリブデン投射用材料に物理的に吸着した有機物が投射時に脱着作用を起こすことを抑制して、有機物の脱着作用のためにエネルギーが消費されて摺動面改質のためのエネルギーの減少を抑制することができる。
【００３２】
本発明に係る第２の観点の摺動面改質材料は、前記第１の観点の二硫化モリブデンの平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲に設定されている。このように構成された本発明の摺動面改質材料は、風圧等で投射された時に有機物と二硫化モリブデンが干渉して、二硫化モリブデンの投射軌道がばらつくことを防ぐことができる。
【００３３】
本発明に係る第３の観点の摺動面改質材料の製造方法は、二硫化モリブデンを含む材料を４５０℃以下で加熱して、前記材料が含有する有機物を燃焼させて除去し、前記有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下とし、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有している。このように構成された本発明の摺動面改質材料の製造方法においては、二硫化モリブデンを４５０℃以下で加熱し、有機物を燃焼させることにより除去しており、二硫化モリブデンが酸化されることを防止することで、二硫化モリブデン本来の固体潤滑機能を失うことなく、安定した皮膜形成を妨げる有機物を除去することができる。
【００３４】
本発明に係る第４の観点の摺動面改質材料の使用方法は、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料が、１００℃以上に加熱された状態で摺動面に投射されて二硫化モリブデンの皮膜層を形成する。このように構成された本発明の摺動面改質材料の使用方法は、投射サイクル中に含まれる湿分によって二硫化モリブデンの粒子同士が癒着することを低減し、癒着による投射時のエネルギー損失が大きくなることを防止することができる。また、本発明の摺動面改質材料の使用方法においては、摺動面改質材料が予め加温されているので、少ない投射エネルギーで安定した皮膜を形成させることができる。
【００３５】
本発明に係る第５の観点の摺動部材は、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下含有した摺動面改質材料が摺動面に投射されて二硫化モリブデンが固溶された皮膜層が形成されている。このように構成された本発明の摺動部材は、摺動部表面に二硫化モリブデンの皮膜処理が施されているので、二硫化モリブデンが低い摩擦係数で劈開して固体潤滑作用を発揮する。
【００３６】
本発明に係る第６の観点の圧縮機は、冷媒を循環させるシステムに用いられる圧縮機において、摺動面を有する少なくとも一つの部材に前記第５の観点の摺動部材を用いている。このように構成された本発明の圧縮機は、摺動部材における摺動部表面に二硫化モリブデンの皮膜処理が施されているので、二硫化モリブデンが低い摩擦係数で劈開して固体潤滑作用を発揮し、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減している。
【００３７】
本発明に係る第７の観点の圧縮機は、オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と偏心軸とを有するクランクシャフトと、
前記回転子を回転可能に支持するスラスト面を有し、前記クランクシャフトの主軸を回転可能に軸支する軸受部と、
シリンダボアを構成するシリンダブロックと、
前記シリンダボア内を往復動するピストンと、
前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、
前記偏心軸と前記ピストンとを前記ピストンピンを介して連結するコンロッドと、を備えたレシプロ型の圧縮機構であり、
前記クランクシャフト、前記軸受部、前記シリンダブロック、前記ピストン、前記ピストンピン、及び前記コンロッドにおける摺動面を有する部材の少なくとも一つに前記第５の観点の摺動部材を用いている。このように構成された本発明のレシプロ型の圧縮機においては、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低減されており、高信頼性かつ高効率の往復式の圧縮要素を持つ圧縮機となる。
【００３８】
本発明に係る第８の観点の圧縮機は、オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒を圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と前記主軸の回転軸から偏心した偏心部と前記偏心部から突出し前記主軸と平行な副軸とを有するシャフトと、
前記シャフトの回転軸と同軸の円筒空間を有する圧縮室を構成するシリンダと、
前記偏心部に遊嵌され前記圧縮室内を転動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに当接して前記圧縮室内を高圧側と低圧側に仕切るベーンと、
前記シリンダにおける電動要素側にある一方の側面を封止して前記シャフトの主軸を軸支する主軸受と、
前記シリンダにおける他方の側面を封止して前記シャフトの副軸を軸支する副軸受と、
前記副軸に固定された給油スプリングと、
前記給油スプリングを収納して、開口端が前記オイル中に配置された給油管と、を備えたローリングピストン型の圧縮機構であり、
前記シャフト、前記シリンダ、前記ローリングピストン、前記ベーン、前記主軸受、前記副軸受、前記給油スプリング、及び前記給油管における摺動面を有する部材の少なくとも一つに前記第５の観点の摺動部材を用いた圧縮機である。このように構成された本発明のローリングピストン型の圧縮機においては、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低減されており、高信頼性かつ高効率の回転式の圧縮要素を持つ圧縮機となる。
【００３９】
本発明に係る第９の観点の摺動面改質材料は、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ二硫化モリブデンに含有される水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下とした摺動面改質材料であり、摺動面に投射されて二硫化モリブデンの皮膜層を形成するよう構成されている。このように構成された本発明の摺動面改質材料は、二硫化モリブデンの粉末が凝集することを防止し、投射された摺動面改質材料のエネルギーのほとんどを摺動部材の母材の表面改質のための化学反応に用いることができるので、皮膜層と摺動部材の母材との密着力が高くなり、摺動部材の母材から剥離しにくい高性能な摺動面改質材料を提供することができる。
【００４０】
本発明に係る第１０の観点の摺動面改質材料は、前記第９の観点の二硫化モリブデンの平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲の固体潤滑粉末に設定されている。このように構成された本発明の摺動面改質材料は、二硫化モリブデンの粒子を均一に分散させて投射することができるため、高充填密度で均一な二硫化モリブデンの皮膜層を形成することができ、高性能な摺動面改質材料を提供することができる。
【００４１】
本発明に係る第１１の観点の摺動面改質材料の使用方法は、二硫化モリブデンを９５重量％以上含有し、且つ二硫化モリブデンに含有される水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下とした摺動面改質材料を、摺動面に投射して二硫化モリブデンの皮膜層を形成する摺動面改質材料の使用方法において、前記摺動面改質材料の投射圧力が０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲であり、投射量が１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲である。このように設定された本発明の摺動面改質材料の使用方法は、いずれの投射用材料の平均径においても微細粉末である投射材を凝集させることなく、また十分に加速させることができ、摺動部材の母材表面に均一に皮膜層と化学反応物層を形成するための衝突エネルギーを与えることができる。この結果、均一な密着性を有する化学反応物層と皮膜層を形成し、かつ均一な皮膜層を形成することができる高性能な摺動面改質材料を提供することができる。
【００４２】
本発明に係る第１２の観点の摺動部材は、金属材料により構成された摺動部材の摺動面に、前記第９の観点または前記第１０の観点の摺動面改質材料が投射されて二硫化モリブデンが固溶された皮膜層が形成されている。このように構成された本発明の摺動部材においては、皮膜層は層状格子構造であるため低いせん断力で容易に滑りやすく、摩擦係数を低下させることができるため、摩擦係数が低く、高信頼性で高効率の摺動部材を提供することができる。
【００４３】
本発明に係る第１３の観点の圧縮機は、冷媒を循環させるシステムに用いられる圧縮機において、摺動面を有する少なくとも一つの部材に前記第１２の観点の摺動部材を用いている。このように構成された本発明の圧縮機は、皮膜層と摺動部材の母材との密着力が高く、皮膜層が摺動部材の母材から剥離することが防止されており、信頼性が高くエネルギー効率の高い圧縮機を提供することができる。
【００４４】
本発明に係る第１４の観点の圧縮機は、オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と偏心軸とを有するクランクシャフトと、
前記回転子を回転可能に支持するスラスト面を有し、前記クランクシャフトの主軸を回転可能に軸支する軸受部と、
シリンダボアを構成するシリンダブロックと、
前記シリンダボア内を往復動するピストンと、
前記偏心軸と平行に配置され前記ピストンに固定されたピストンピンと、
前記偏心軸と前記ピストンとを前記ピストンピンを介して連結するコンロッドと、を備えたレシプロ型の圧縮機構であり、
前記クランクシャフト、前記軸受部、前記シリンダブロック、前記ピストン、前記ピストンピン、及び前記コンロッドにおける摺動面を有する部材の少なくとも一つに前記第１２の観点の摺動部材を用いている。このように構成された本発明のレシプロ型の圧縮機は、摺動部材がクランクシャフト、軸受部、シリンダブロック、ピストン、ピストンピン、およびコンロッドにおける少なくともいずれか一つの摺動面に皮膜層が形成されているため、皮膜層と摺動部材の母材との密着力が高く、皮膜層が摺動部材の母材から剥離しにくい構造となる。また、皮膜層は層状格子構造であるため低いせん断力で容易に滑りやすい構造であるため、摺動部材の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減し、高信頼性で高効率のレシプロ型の圧縮機を提供することができる。
【００４５】
本発明に係る第１５の観点の圧縮機は、オイルを貯留する密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収容して冷媒圧縮する圧縮機であって、
前記圧縮要素は、前記電動要素の回転子が固定された主軸と前記主軸の回転軸から偏心した偏心部と前記偏心部から突出し前記主軸と平行な副軸とを有するシャフトと、
前記シャフトの回転軸と同軸の円筒空間を有する圧縮室を構成するシリンダと、
前記偏心部に遊嵌され前記圧縮室内を転動するローリングピストンと、
前記ローリングピストンに当接して前記圧縮室内を高圧側と低圧側に仕切るベーンと、
前記シリンダにおける電動要素側にある一方の側面を封止して前記シャフトの主軸を軸支する主軸受と、
前記シリンダにおける他方の側面を封止して前記シャフトの副軸を軸支する副軸受と、
前記副軸に固定された給油スプリングと、
前記給油スプリングを収納して、開口端が前記オイル中に配置された給油管と、を備えたローリングピストン型の圧縮機構であり、
前記シャフト、前記シリンダ、前記ローリングピストン、前記ベーン、前記主軸受、前記副軸受、前記給油スプリング、及び前記給油管における摺動面を有する部材の少なくとも一つに前記第１２の観点の摺動部材を用いている。このように構成された本発明のローリングピストン型の圧縮機は、摺動部品がシャフト、シリンダ、ローリングピストン、ベーン、主軸受、副軸受、給油スプリング、給油管の少なくともいずれか一つの摺動面に皮膜層が形成されているため、皮膜層と摺動部材の母材との密着力が高く、皮膜層が摺動部材の母材から剥離しにくい構造となる。また、皮膜層は層状格子構造であるため低いせん断力で容易に滑りやすいため、摺動部材の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減し、高信頼性で高効率のローリングピストン型の圧縮機を提供できる。
【００４６】
本発明の摺動面改質材料を用いることにより、摺動部の表面に二硫化モリブデンの安定した皮膜形成を確実に行うことができ、信頼性の高い摺動部材及び圧縮機を提供することができる。また、本発明の摺動面改質材料の製造方法によれば、二硫化モリブデンの安定した皮膜形成を確実にかつ容易に形成することが可能となる。さらに、本発明の摺動面改質材料の使用方法によれば、摺動面を確実に改質して信頼性の高い摺動部材を形成することができる。本発明の圧縮機は摺動部における信頼性が高く、かつ優れた冷媒圧縮効率を有する装置となる。
【００４７】
本発明は、摺動面改質材料における水分の含有量を所定値より低くして、二硫化モリブデンと摺動部材の母材との密着力が高い皮膜層を形成し、皮膜層と摺動部材の母材との剥離を低減することができるとともに、形成された皮膜層の固体潤滑性により摩擦係数が低下し、摺動損失を低減することができる信頼性の高い摺動部材、およびその摺動部材を用いて高信頼性で高効率の圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明に係る摺動面改質材料、摺動面改質材料の製造方法、摺動面改質材料の使用方法、および摺動面改質材料により改質された摺動部材について、摺動部材を用いた圧縮機を好適な実施の形態として添付の図面を参照しつつ説明する。なお、下記実施の形態においては発明をある程度の詳細さをもって好適な実施の形態について説明するが、この好適な実施の形態の開示内容は構成の細部において変化してしかるべきであり、各要素の組合せや順序の変化等は本発明の技術的思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る実施の形態１のレシプロ型の圧縮機の内部構成を示す縦断面図である。図２は図１における符号Ａで示す部分の拡大断面図である。図３は図２における符号Ｂで示す部分を拡大し斜視断面で示した模式図である。図４は実施の形態１の圧縮機における摺動部の皮膜層の形成方法を模式的に示した図である。
【００５０】
図１において、密閉容器１０１内にはＲ６００ａまたはＲ１３４ａで構成された冷媒１０２が充填されているとともに、その底部にはオイル１０３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により構成された電動要素１０６と、この電動要素１０６により駆動される往復式の圧縮要素１０７が収容されている。圧縮要素１０７はサクションチューブ１２５を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒１０２がサクションマフラー１２７を介して吸入され圧縮される。圧縮された冷媒１０２はディスチャージチューブ（図示せず）を通して冷媒循環システムである冷凍サイクルに送られる。
【００５１】
次に、上記のように構成された実施の形態１のレシプロ型の圧縮機における圧縮要素１０７について説明する。
【００５２】
実施の形態１の圧縮機において、圧縮要素１０７の駆動軸となるクランクシャフト１０８は、回転子１０５が圧入固定された主軸１０９と、この主軸１０９に対して偏心した偏心軸１１０とにより構成されている。偏心軸１１０の下端にはオイル１０３を潤滑するため給油口がオイル内となる給油ポンプ１１１が設けられている。偏心軸１１０は連結手段であるコンロッド１２２を介して圧縮要素１０７のピストン１１９に連結されている。ピストン１１９が往復動作するシリンダボア１１３は、鋳鉄で構成されたシリンダブロック１１２内に形成されている。シリンダブロック１１２は、略円筒形のシリンダボア１１３で内周面が規定される圧縮室１２０を有しており、主軸１０９を軸支する軸受部１１４が設けられている。
【００５３】
主軸１０９を回転させる回転子１０５には、軸受部１１４と対向する位置（図１における下向き面の位置）にフランジ面１１５が形成されており、そのフランジ面１１５と対向する軸受部１１４の上端面はスラスト面１１６になっている。回転子１０５のフランジ面１１５と軸受部１１４のスラスト面１１６との間にはスラストワッシャ１１７が挿入されている。フランジ面１１５、スラスト面１１６及びスラストワッシャ１１７によりスラスト軸受部１１８が構成されている。
【００５４】
漏れ損失を小さくするために微小なクリアランスでシリンダボア１１３内に遊嵌されたピストン１１９は、鋳鉄または鉄系の焼結材等の鉄系の材料により構成されており、シリンダボア１１３とともに圧縮室１２０を形成している。このピストン１１９はピストンピン１２１を介して回動可能な連結手段であるコンロッド１２２によって偏心軸１１０と連結されている。実施の形態１においては、ピストン１１９とシリンダボア１１３は、例えば直径の差で５μｍ〜１５μｍ程度のクリアランス寸法で遊嵌されている。また、シリンダボア１１３におけるピストン１１９の天井面と対向する端面は、シリンダブロック１１２に固定されたバルブプレート１２３により封止されている。
【００５５】
バルブプレート１２３におけるシリンダブロック１１２とは反対の面にはシリンダヘッド１２４が設けられており、このシリンダヘッド１２４にはシリンダボア１１３と連通可能な高圧室（図示せず）と低圧室（図示せず）が形成されている。
【００５６】
密閉容器１０１には冷媒１０２を密閉容器１０１内に供給するサクションチューブ１２５と、圧縮された冷媒１０２を密閉容器１０１から排出するディスチャージチューブ（図示せず）が設けられている。サクションチューブ１２５とディスチャージチューブ（図示せず）は、密閉容器１０１に固定され、冷凍サイクル（図示せず）に接続されている。したがって、サクションチューブ１２５は冷媒１０２を密閉容器１０１内に導き、ディスチャージチューブ（図示せず）は冷媒１０２を冷凍サイクル（図示せず）へと送り出している。密閉容器１０１内に導かれた冷媒を圧縮室１２０に導くように接続された消音装置であるサクションマフラー１２７は、バルブプレート１２３とシリンダヘッド１２４に挟持されている。
【００５７】
上記のように圧縮要素１０７が構成されて、動作する実施の形態１の圧縮機において、ピストン１１９とシリンダブロック１１２、主軸１０９と軸受部１１４、軸受部１１４のスラスト面１１６とスラストワッシャ１１７、ピストンピン１２１とコンロッド１２２、偏心軸１１０とコンロッド１２２は、それぞれが相互に摺動する摺動部を形成している。それぞれの摺動部における少なくとも一方の摺動部表面には皮膜層１２８が形成されている。この皮膜層１２８は、平均粒子径が８μｍであり、二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料が投射されて形成されたものである。実施の形態１の圧縮機における皮膜層１２８を形成するため用いられる二硫化モリブデン投射用材料では、投射直前の二硫化モリブデン投射用材料に含まれる有機物の含有量を重量比で１５００ｐｐｍ以下のものを使用している。
【００５８】
以下、実施の形態１の圧縮機における摺動部の皮膜層１２８について、ピストン１１９の摺動面に皮膜層１２８を形成した場合を例にとって詳しく説明する。
【００５９】
図３は、シリンダボア１１３内のピストン１１９とシリンダブロック１１２が相互に形成する摺動部の部分拡大図である。図３に示すように、ピストン１１９とシリンダブロック１１２の摺動部のうち、ピストン１１９の摺動面には特別の構成を有する二硫化モリブデン投射用材料が投射されて、皮膜層１２８が形成されている。図３において、ピストン１１９はシリンダブロック１１２に形成されたシリンダボア１１３の内周面である摺動面上を左右方向に往復運動している。
【００６０】
次に、摺動部の摺動面に皮膜層１２８を形成する方法について説明する。
【００６１】
図４は二硫化モリブデン投射用材料を用いて摺動部表面に皮膜層１２８を形成する方法を説明する模式図である。
【００６２】
本発明に係る実施の形態１の圧縮機における摺動部（例えば、ピストン１１９）の皮膜層形成方法において用いられる投射用材料は、二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上であり、その平均粒子径が８μｍである。
【００６３】
皮膜層形成において先ず始めに、天然物である二硫化モリブデン材料を４５０℃で加熱して、有機物の含有量が重量比で１５００ｐｐｍ以下にされ、平均粒子径が８μｍで二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料Ｘを製造する。このように製造された二硫化モリブデン投射用材料が１００℃以上の温度に保たれたまま、ドライエアー等のキャリアガスとともに１００ｍ／ｓ以上の速度で金属である摺動部材の摺動面（例えば、ピストン１１９の表面）に対して投射され、二硫化モリブデン投射用材料Ｘと摺動面とを衝突させる（図４の（ａ）参照）。二硫化モリブデン投射用材料Ｘの好ましい投射速度は、対象となる摺動面の材質により異なるが、少なくとも１００ｍ／ｓ以上である必要がある。もし、投射速度が１００ｍ／ｓより速度が遅い場合には、二硫化モリブデン投射用材料Ｘの摺動面への衝突時の熱エネルギーが不足し好ましい皮膜層１２８の形成ができない場合がある。
【００６４】
このように、二硫化モリブデン投射用材料（Ｘ）が摺動部表面に対して投射されることにより、二硫化モリブデン投射用材料（Ｘ）の運動エネルギーが摺動部表面に衝突して熱エネルギーに変換される（図４の（ｂ）参照）。この結果、摺動面上には二硫化モリブデン投射用材料Ｘの衝突による表面改質処理が行われて皮膜層１２８が形成される（図４の（ｃ）参照）。
【００６５】
以上のように摺動部材に皮膜層１２８が形成された実施の形態１のレシプロ型の圧縮機の動作について説明する。
【００６６】
電源（図示せず）からの電力が電動要素１０６に供給され、電動要素１０６の回転子１０５が回転する。回転子１０５はクランクシャフト１０８を回転させ、クランクシャフト１０８の偏心軸１１０が偏心動作を行う。偏心軸１１０の偏心動作によりコンロッド１２２とピストンピン１２１を介して、圧縮要素１０７のピストン１１９はシリンダボア１１３内を往復動作する。サクションチューブ１２５を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒１０２は、シリンダボア１１３内におけるピストン１１９の往復動作により、サクションマフラー１２７から吸入され、圧縮室１２０内で圧縮される。
【００６７】
密閉容器１０１内に貯留しているオイル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、それぞれの摺動部を潤滑するとともに、ピストン１１９とシリンダボア１１３の間のクリアランスに供給されてシールとしての機能を果たしている。
【００６８】
圧縮要素１０７の圧縮室１２０内で圧縮された冷媒１０２は、ディスチャージチューブ（図示せず）を通って冷凍サイクル内（図示せず）に送り出され、冷凍サイクル内を循環して、再びサクションチューブ１２５より密閉容器１０１内に導かれる。
【００６９】
従来の圧縮機においては、ピストンがシリンダボア内で往復動作を行うとき、ピストンとシリンダボアのクリアランスが非常に狭いため、ピストンとシリンダボアの形状や精度のばらつきによって部分的に相互接触を引き起こす部位が存在していた。しかし、本発明に係る実施の形態１の圧縮機においては、二硫化モリブデン投射用材料を投射して形成された皮膜層１２８が摺動部の少なくとも一方の摺動面に形成されているため、摺動部において部分的に相互接触することがなく、スムーズな摺動運動となる。
【００７０】
二硫化モリブデンは摺動方向に劈開する性質を持ち、分子の大きさが約６×１０−４μｍと小さいことから、低い摩擦係数で劈開するので、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下する。したがって、二硫化モリブデンを有する皮膜層１２８を摺動部に形成することにより、高効率、かつ高信頼性の圧縮機を提供することができる。
【００７１】
次に、二硫化モリブデン投射用材料に含有される有機物の含有量が、皮膜層形成及び摺動部の、例えばピストン１１９の摩耗に及ぼす影響について説明する。
【００７２】
下記（表１）は、二硫化モリブデン投射用材料に含まれる有機物の含有量を９００ｐｐｍから１６００ｐｐｍまで変化させて、当該二硫化モリブデン投射用材料を摺動部表面に投射して皮膜層１２８を形成させ、その皮膜層１２８を有するピストン１１９を圧縮機に組み込み、冷媒１０２としてＲ６００ａまたはＲ１３４ａ、オイル１０３として鉱油またはエステル油を用いた場合の信頼性試験の結果である。
【００７３】
【表１】
2010507014.tif 000003
【００７４】
（表１）の結果を示した信頼性試験は、凝縮温度が５１℃、蒸発温度が−２５℃の運転条件で５００時間運転を行い、ピストン１１９の摩耗状況を調査したものである。また、圧縮機に組み込む前に、ピストン１１９の皮膜層１２８に含まれる二硫化モリブデン濃度をＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）により測定した。
【００７５】
（表１）に示すように、有機物の含有量が１６００ｐｐｍの場合、二硫化モリブデン濃度は有機物の含有量が１５００ｐｐｍ以下の場合よりも少なくなっている。この原因としては、実施の形態１において用いた二硫化モリブデンの平均粒径が８μｍと小さいため、投射したときに有機物と干渉し合って投射軌道がばらつき、ピストン１１９の摺動部表面における二硫化モリブデン濃度が減少したことが一因と考えられる。なお、ここで述べる平均粒径は、一般的に用いられている細孔電気抵抗法による測定器により測定したものである。
【００７６】
さらに、信頼性試験の結果では、有機物の含有量が１６００ｐｐｍの二硫化モリブデン投射材料の投射によりピストン１１９の摺動面に皮膜層１２８を形成した場合には、皮膜層１２８の一部分に剥離が起こっていた。なお、有機物の含有量が１６００ｐｐｍの二硫化モリブデン投射材料により皮膜層１２８を形成した場合、摩耗については肉眼での確認はできなかった。
【００７７】
この剥離に関しては、二硫化モリブデン投射用材料に有機物が含まれているため、この投射用材料を投射したとき、有機物が摺動部表面に先に付着して、緩衝材の役割を果たし、二硫化モリブデンが摺動部表面に衝突する力を弱めたこと、投射時や衝突時のエネルギーが有機物及び有機物と投射材料の化学反応に用いられて表面改質のためのエネルギーが減少したこと、及び二硫化モリブデン投射用材料に付着等の物理的に吸着していた有機物が投射時に脱着作用を起こし、脱着のためにエネルギーが消費されて表面改質のためのエネルギーが減少したために、摺動部表面との密着性が弱くなって剥離が生じたと考えられる。
【００７８】
したがって、実施の形態１における皮膜層形成方法によれば、二硫化モリブデン投射用材料中に含有される有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下とすることにより、風圧等で摺動部表面に投射した際に、有機物が二硫化モリブデンより先に摺動部表面に付着する確率を大幅に低減して、有機物が緩衝材の役割を果たして二硫化モリブデンが摺動部表面に衝突する力を弱めてしまうという悪影響を少なくしていると推定される。
【００７９】
また、実施の形態１における皮膜層形成方法によれば、投射時や衝突時のエネルギーが有機物及び有機物と投射材料の化学反応に用いられて、表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制することができるとともに、二硫化モリブデン投射用材料に付着等で物理的に吸着した有機物が投射時に脱着作用を起こすことを抑制し、有機物の脱着作用のためにエネルギーが消費されて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制したものと推定される。
【００８０】
実施の形態１における皮膜層形成方法においては、投射用材料である二硫化モリブデン材料が４５０℃以下で短時間加熱され、二硫化モリブデン材料に含まれる有機物を燃焼させることで、二硫化モリブデンが酸化されること無く、また二硫化モリブデンの潤滑機構が変質することなく、ほとんどの有機物が除去される。このように二硫化モリブデン材料を所望の温度で加熱することにより、二硫化モリブデン本来の固体潤滑機能を失うことなく、安定した皮膜形成を妨げる有機物を除去することができる。
【００８１】
したがって、実施の形態１における皮膜層形成方法においては、二硫化モリブデン材料を所望の温度で加熱して有機物の含有量を１５００ｐｐｍ以下とすることにより、ピストン１１９のような金属製摺動部材の摺動部表面に二硫化モリブデン投射用材料を投射処理して確実に皮膜層１２８を形成することにより、摺動部表面の摩耗を防止し、かつ高信頼性の摺動部材を提供することが可能になる。
【００８２】
また、実施の形態１における皮膜層形成方法における二硫化モリブデン投射用材料の投射のとき、二硫化モリブデン投射用材料が１００℃以上の温度に保持された状態で摺動部表面へ投射されるよう構成されているため、投射サイクル内で生じた結露や僅かにキャリアガスに含まれる湿分によって、二硫化モリブデンの粒子同士が癒着することを抑制し、癒着による投射時のエネルギー損失が大幅に抑制されている。
【００８３】
さらに１００℃以上の温度に二硫化モリブデン投射用材料を保持しておくことにより、キャリアガスや空気中にオイルミストが混入しても二硫化モリブデン投射用材料への混入を抑制することができ、安定した皮膜を形成させることができる。さらに、皮膜層形成方法においては二硫化モリブデン投射用材料が予め加温されているので、少ない投射エネルギーで安定した皮膜を形成させることができる。なお、二硫化モリブデン投射用材料を４５０℃まで温度を高くすることにより、キャリアガスや空気中にオイルミストが混入しても二硫化モリブデン投射用材料へ混入する可能性をさらに低くすることができる。
【００８４】
また、二硫化モリブデンは４５０℃で加熱しても短時間（例えば、１分以内）であれば、酸化反応によって二硫化モリブデンの潤滑機構が変質することによる悪影響を抑制することができる。このため、錆止め油のような高沸点（例えば、４００℃）のオイルが付着した二硫化モリブデン投射用材料を加熱する場合でも有機物の含有量を１５００ｐｐｍ以下に調節することが可能となる。
【００８５】
なお、実施の形態１における皮膜層形成方法においては、平均粒子径が８μｍの二硫化モリブデン投射用材料を用いたが平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲であれば同様の効果が得られる。発明者による実験によれば、平均粒子径が１μｍ未満であれば二硫化モリブデン投射用材料を摺動部材表面に投射処理しても皮膜が形成されないことが多いことが確かめられた。これは、平均粒子径が１μｍ未満であれば二硫化モリブデン投射用材料が摺動部材表面に衝突したときに発生するエネルギーが小さくなりすぎるためと推測される。また、平均粒子径が５０μｍを越える場合、摺動部材表面に二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層１２８を形成した摺動部材を圧縮機に組み込んで運転したときにそれによる効果が出ないことがあった。これは、摺動部材表面の表面粗さが悪化するため摩擦係数を低減する効果が得られ難くなるためと推測される。
【００８６】
また、実施の形態１においては、一定速度の圧縮機について述べたが、最近のインバーター化に伴い圧縮機の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを下回るような超低速運転においてはさらに流体潤滑を維持しにくくなり、摺動部同士が金属接触して異常摩耗を起こすという問題が大きくなってきている。このため、実施の形態１において説明した皮膜層を摺動部表面に形成することにより、超低速運転時における異常摩耗という問題が解決され、その効果がより顕著に表れる。
【００８７】
さらに、実施の形態１においては、摺動部における一方の摺動面であるピストン１１９の摺動部表面に二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層１２８を形成させた例について説明したが、他方の摺動面であるシリンダボア１１３の摺動部表面に皮膜層１２８を形成してもよく、またはピストン１１９とシリンダボア１１３の双方に皮膜層１２８を形成してもよい。このように、摺動部の双方に皮膜層１２８を形成することにより、更に高い耐摩耗性が得られる。
【００８８】
また、実施の形態１においては、ピストン１１９の摺動部表面に皮膜層１２８を形成した例について詳しく説明したが、圧縮機において相互に摺動する他の摺動部、例えばクランクシャフト１０８の主軸１０９と軸受部１１４、回転子１０５のフランジ面１１５とスラストワッシャ１１７、軸受部１１４の上端面であるスラスト面１１６とスラストワッシャ１１７、ピストンピン１２１とコンロッド１２２、偏心軸１１０とコンロッド１２２等の摺動部においても、前述の皮膜層１２８を形成することにより実施の形態１において説明した効果と同様の効果を奏する。
【００８９】
さらに、実施の形態１において、回転子１０５と軸受部１１４との間の摺動部材であるスラスト軸受部１１８は、フランジ面１１５と、スラスト面１１６と、その間に配設されたスラストワッシャ１１７とにより構成したものを例にとって説明したが、他の部位に設けてもよい。例えば、クランクシャフト１０８の主軸１０９と偏心軸１１０との間に形成されたフランジ部１２９における軸受部１１４と対向する位置に、クランクシャフト１０８のフランジ面１１５Ａを形成し、このフランジ面１１５Ａに対向して摺動する軸受部１１４の位置にスラスト面１１６Ａを形成してスラスト軸受部を構成してもよい。この場合において、摺動部の少なくとも一方に皮膜層１２８を形成することにより、実施の形態１において説明した効果と同様の効果を奏する。
【００９０】
なお、本発明に係る実施の形態１の圧縮機においては、冷媒１０２としてＲ６００ａ、Ｒ２９０、若しくはこれらを含んだ混合冷媒、またはＲ１３４ａ、Ｒ１５２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０のいずれかの冷媒であれば同等の効果が得られる。
【００９１】
以上のように、本発明に係る実施の形態１において説明したように、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を用いて摺動部表面に皮膜層を形成して、信頼性の高い摺動部材を提供することが可能となるとともに、その摺動部材を組み込んだ圧縮機は高い信頼性を有し、且つ高い効率で圧縮できる装置を提供することができる。
【００９２】
本発明に係る実施の形態１における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、その中に含有される有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下としたものであり、風圧等で摺動部表面に投射した際に、有機物が二硫化モリブデンより先に摺動部表面に付着する確率を低減し、有機物が緩衝材の役割を果たして二硫化モリブデンが摺動部表面に衝突する力を弱めてしまう影響を少なくすることができる。
【００９３】
また、本発明に係る実施の形態１における摺動面改質材料は、投射時や衝突時のエネルギーが、有機物及び有機物と投射材料の化学反応に用いられて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制するとともに、二硫化モリブデン投射用材料に物理的に吸着した有機物が投射時に脱着作用を起こすことを抑制して、有機物の脱着作用のためにエネルギーが消費されて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制することができる。
【００９４】
実施の形態１における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、投射用材料の原料である二硫化モリブデン材料を４５０℃以下で加熱し、その中に含まれる有機物を燃焼させることにより、有機物を除去したものである。このように形成された実施の形態１における摺動面改質材料は、短時間の加熱により二硫化モリブデンが酸化されることを防止して、二硫化モリブデン本来の固体潤滑機能を失うことなく、皮膜層形成を妨げる有機物を除去して安定した皮膜層を形成することができる。
【００９５】
また、実施の形態１における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、その平均粒子径が１〜５０μｍの範囲であり、有機物が１５００ｐｐｍ以下しか含まれていないので、風圧等で投射した時に有機物と二硫化モリブデンが干渉して、二硫化モリブデンの投射軌道がばらつくことを防止している。
【００９６】
また、実施の形態１における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、１００℃以上に加熱された状態で対象となる摺動部表面へ投射されるため、投射サイクル中に含まれる湿分によって二硫化モリブデンの粒子同士が癒着することが低減されており、癒着による投射時のエネルギー損失の増大を防止することができる。また、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料をさらに高温に保持して投射することにより、キャリアガスや空気中にオイルミストが混入しても二硫化モリブデン投射用材料へ混入する可能性を低くすることができ、安定した皮膜を形成させることができる。さらに、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、皮膜層形成工程において予め加温されているので、少ない投射エネルギーで安定した皮膜を形成させることができる。
【００９７】
また、実施の形態１における摺動部材の摺動部、例えばピストン等、の摺動面に二硫化モリブデン投射用材料を投射して二硫化モリブデンの皮膜処理を施しているので、二硫化モリブデンが低い摩擦係数で劈開して固体潤滑作用を発揮することにより、摺動面の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減することができる。
【００９８】
さらに、実施の形態１における摺動部材を用いたレシプロ型の圧縮機においては、金属材料からなる摺動部材であるクランクシャフト、軸受部、シリンダブロック、ピストン、ピストンピン、コンロッドの少なくとも一つの摺動部材の摺動面に二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層を形成しているため、摺動部材の摩擦係数が低くなり、摺動損失を大幅に低減できるという優れた効果を奏する。特に、ピストンとシリンダボアとの間においては、クリアランスが大きくなることがなく、圧縮した冷媒がピストンとシリンダボアのクリアランスから漏れることがないため、本発明に係る実施の形態１における圧縮機は、高信頼性かつ高効率の往復式の圧縮要素を持つ圧縮機を提供することができる。
【００９９】
（実施の形態２）
次に、本発明に係る実施の形態２のローリングピストン型の圧縮機について添付の図面を参照して説明する。
【０１００】
図５は本発明に係る実施の形態２のローリングピストン型の圧縮機の縦断面図である。図６は図５のVI−VI線による断面図である。図７は図６のＥ部の拡大斜視図である。
【０１０１】
図５および図６において、密閉容器２０１には冷媒２０２が封入されており、固定子２０３と回転子２０４により構成された電動要素２０５と、電動要素２０５によって駆動されるローリングピストン型の圧縮要素２０６と、がオイル２０７とともに収納されている。
【０１０２】
圧縮要素２０６は、電動要素２０５により駆動されるシャフト２１１と、このシャフト２１１に貫通されるシリンダ２１３と、シリンダ２１３の一方の面である電動要素側の面に固着された主軸受２１４と、シリンダ２１３の他方の面に固着された副軸受２１５と、シャフト２１１と連動するローリングピストン２１６と、ローリングピストン２１６に対して圧接するベーン２１７とを具備している。シャフト２１１は、偏心部２０８、主軸２０９、および副軸２１０を有して構成されている。シャフト２１１の主軸２０９には電動要素２０５の回転子２０４が圧入固定されている。シャフト２１１の偏心部２０８が配置されるシリンダ２１３内には圧縮室２１２が形成されており、圧縮室２１２の両端面は主軸２０９を軸支する主軸受２１４と副軸２１０を軸支する副軸受２１５とにより封止されている。ローリングピストン２１６は偏心部２０８に遊嵌されて圧縮室２１２内を転動するよう構成されている。板状のベーン２１７の一端には押圧手段が設けられ、ベーンの他端がローリングピストン２１６の表面に当接するよう構成されており、ベーン２１７は圧縮室２１２を高圧側（図示せず）と低圧側（図示せず）に仕切る機能を有している。
【０１０３】
密閉容器２０１には冷媒２０２を密閉容器２０１内に供給するサクションチューブ２２２と、圧縮された冷媒２０２を密閉容器２０１から排出するディスチャージチューブ２２３が設けられている。サクションチューブ２２２とディスチャージチューブ２２３は、密閉容器２０１に固定され、冷媒循環システムである冷凍サイクル（図示せず）に接続されている。したがって、サクションチューブ２２２は冷媒２０２を密閉容器２０１内に導き、ディスチャージチューブ２２３は冷媒２０２を冷凍サイクル（図示せず）へと送り出している。
【０１０４】
図５に示したように、副軸受２１５にはオイルポンプ２１８が固定されており、オイルポンプ２１８は給油管２１９とこの給油管２１９内に配設された給油スプリング２２０により構成されている。給油管２１９の先端の開口端はオイル２０７中に配置されている。オイルポンプ２１８は密閉容器２０１内に収納されたオイル２０７を圧縮機における摺動部、例えば、偏心部２０８とローリングピストン２１６、主軸２０９と主軸受２１４、副軸２１０と副軸受２１５等のそれぞれにより構成される摺動部へ供給する。
【０１０５】
実施の形態２のローリングピストン型の圧縮機においては、シャフト２１１の偏心部２０８、主軸２０９、および副軸２１０の摺動部表面に、平均粒子径が８μｍであり、二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層２２１を形成している。この皮膜層２２１を形成するときにおいて、投射直前の二硫化モリブデン投射用材料に含まれる有機物の含有量は重量比で１５００ｐｐｍ以下に設定されている。
【０１０６】
次に、実施の形態２において二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層２２１を形成する方法について説明する。実施の形態２の圧縮機における摺動部（例えば、偏心部２０８）に対する皮膜層形成方法において用いられる投射用材料は、前述したように二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上であり、平均粒子径が８μｍである。実施の形態２における皮膜層形成方法において、前述の実施の形態１と同様に、先ず始めに、投射用材料が４５０℃で加熱されて、有機物の含有量を重量比で１５００ｐｐｍ以下にする。実施の形態２における皮膜層形成方法は、前述の実施の形態１の皮膜層形成方法と同じであるため前述の図４を参照して、以下説明する。
【０１０７】
上記のように有機物の含有量が重量比で１５００ｐｐｍ以下となった二硫化モリブデン投射用材料を１００℃以上の温度に保ったまま、ドライエアー等のキャリアガスとともに１００ｍ／ｓ以上の速度で金属である摺動部の摺動面（例えば、偏心部２０８の表面）に対して投射して、二硫化モリブデンを金属の摺動面に衝突させる。（図４の（ａ）参照）。
【０１０８】
このように、二硫化モリブデン投射用材料が摺動部表面に対して投射されることにより、二硫化モリブデン投射用材料の運動エネルギーが摺動部表面に衝突して熱エネルギーに変換される（図４の（ｂ）参照）。この結果、摺動面上には二硫化モリブデン投射用材料の衝突による表面改質処理が行われて皮膜層２２１（図４においては皮膜層１２８として表示）が形成される。
【０１０９】
以上のように摺動部に皮膜層２２１が形成されたローリングピストン型の圧縮機の動作について説明する。
【０１１０】
電源（図示せず）からの電力が電動要素２０５に供給され、電動要素２０５の回転子２０４が回転する。この回転子２０４の回転に伴ってシャフト２１１が回転し、シャフト２１１の偏心部２０８に遊嵌されたローリングピストン２１６が圧縮室２１２内を転動する。この結果、圧縮室２１２の高圧側と低圧側の容積比率は連続的に変化し、これに伴って冷媒２０２は連続して圧縮される。圧縮された冷媒２０２は密閉容器２０１内に一旦吐出され、密閉容器２０１内が高圧の雰囲気となり、密閉容器２０１内が高圧であることからベーン２１７に密閉容器２０１内の雰囲気圧力が背圧として作用し、ローリングピストン２１６の外周表面にベーン２１７の先端を押しつけている。
【０１１１】
また、圧縮室２１２内で圧縮された冷媒２０２は、密閉容器２０１内に吐出された後、ディスチャージチューブ２２３から冷凍サイクル内（図示せず）へと送り出され、冷凍サイクル内を循環して、再びサクションチューブ２２２より密閉容器２０１内に導かれる。また、シャフト２１１の回転に伴って給油管２１９内に遊嵌された給油スプリング２２０はオイル２０７を連続的に各摺動部へ給油する。
【０１１２】
実施の形態２においては、ローリングピストン型の圧縮機であるため、ローリングピストン２１６が偏心部２０８に回転自在に遊嵌されている。したがって、ローリングピストン２１６と偏心部２０８との間の相対速度は、主軸２０９と主軸受２１４との間の相対速度や、副軸２１０と副軸受２１５との間の相対速度に比較して遅くなっている。このことは、軸受半径Ｒと軸受隙間Ｃと軸回転数Ｎとオイル粘度μと軸受面圧Ｐから求められるジャーナル軸受の特性を示すゾンマーフェルト数Ｓ（下記式（１）に示す）が小さくなることであり、摺動潤滑上金属接触が発生しやすい不利な条件である。
【０１１３】
Ｓ＝μ×Ｎ／Ｐ×（Ｒ／Ｃ）２                    （１）
さらにローリングピストン型の圧縮機は一般に密閉容器２０１内が凝縮圧力となるため、内圧が高く、オイル２０７に冷媒２０２が溶け込みやすい構造である。この構造はオイル２０７の粘度を低下させるものであり、オイル２０７の粘度が低下すれば、上述したジャーナル軸受の特性を示すゾンマーフェルト数Ｓが小さくなり、摺動潤滑上不利な条件になる。
【０１１４】
しかしながら、実施の形態２のローリングピストン型の圧縮機においては、式（１）に示すゾンマーフェルト数Ｓが小さくなる摺動潤滑上不利な条件下においても、シャフト２１１における偏心部２０８、主軸２０９、および副軸２１０の摺動部表面に、二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層２２１が形成されているので、二硫化モリブデンは摺動方向に劈開する性質を持ち、分子の大きさが約６×１０−４μｍと小さいため、低い摩擦係数で劈開する。この結果、実施の形態２の圧縮機においては、摺動部の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下するため、高効率かつ高信頼性の圧縮機となっている。
【０１１５】
前述の実施の形態１において説明したように、二硫化モリブデン投射用材料が含有する有機物の含有量が、摺動部表面の二硫化モリブデンの濃度や皮膜層２２１の剥離に大きな影響を及ぼすことは、実施の形態２の構成においても同様である。
【０１１６】
すなわち、二硫化モリブデン投射用材料中に含有される有機物が重量比で１５００ｐｐｍ以上であれば投射処理後のシャフト２１１の表面の二硫化モリブデン濃度が低下する傾向が見られた。これは、二硫化モリブデンの平均粒径が８μｍと小さいために、投射したときに有機物と干渉し合って投射軌道がばらつきシャフト２１１の表面の二硫化モリブデン濃度が減少したことが一因と考えられる。また、信頼性試験を実施したところ、二硫化モリブデン投射用材料中に含有される有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下とすることにより、剥離現象が起きないことを確認した（表１参照）。
【０１１７】
実施の形態２における皮膜層形成方法は、前述の実施の形態１における皮膜層形成方法と同じ形成方法であるため、実施の形態２の圧縮機において形成された皮膜層２２１は、実施の形態１の圧縮機において形成された皮膜層１２８と同じように金属表面を改質して所望の二硫化モリブデン濃度を有しており、ばらつきのない安定した皮膜となっている。また、実施の形態２における皮膜層２２１は、実施の形態１における皮膜層１２８による効果と同等の効果を奏するものである。
【０１１８】
実施の形態２の構成によれば、投射時や衝突時のエネルギーが、有機物及び有機物と投射材料の化学反応に用いられて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制するとともに、二硫化モリブデン投射用材料に物理的に吸着した有機物が投射時に脱着作用を起こすことを抑制して、有機物の脱着作用のためにエネルギーが消費されて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制していると推定できる。
【０１１９】
投射用材料となる二硫化モリブデン投射用材料においては、４５０℃以下で短時間加熱されて、有機物を燃焼させることにより除去したものである。これにより、二硫化モリブデンが酸化されることを防止することで、二硫化モリブデン本来の固体潤滑機能を失うことなく、安定した表面改質を妨げる有機物を除去することができる。
【０１２０】
上記のように有機物を燃焼させて、有機物の含有量を１５００ｐｐｍ以下とすることにより、二硫化モリブデン投射用材料は、シャフト２１１のような金属製摺動部材の摺動部表面に二硫化モリブデン投射用材料を投射処理したときに摩耗を防いで、かつ高信頼性の摺動部材を提供する。
【０１２１】
また、皮膜層形成方法において、二硫化モリブデン投射用材料を１００℃以上に保持した状態で、摺動部表面へ投射することにより、投射サイクル内で生じた結露や僅かにキャリアガスに含まれる湿分によって、二硫化モリブデンの粒子同士が癒着することを抑制し、癒着による投射時のエネルギー損失が大きくなることを防止している。
【０１２２】
さらに二硫化モリブデン投射用材料を１００℃以上の温度に保持しておくことにより、キャリアガスや空気中にオイルミストが混入しても二硫化モリブデン投射用材料へ混入することを抑制することができ、安定した皮膜を形成させることができる。さらに、二硫化モリブデン投射用材料を予め加温して投射するよう構成されているため、少ない投射エネルギーで安定した皮膜層を形成させることができる。なお、二硫化モリブデン投射用材料を４５０℃まで温度を高くすることにより、キャリアガスや空気中にオイルミストが混入しても二硫化モリブデン投射用材料へ混入する可能性をさらに低くすることができる。
【０１２３】
また、二硫化モリブデンは４５０℃で加熱しても短時間（例えば、１分以内）であれば、酸化反応によって二硫化モリブデンの潤滑機構が変質することによる影響を無視できる。このため、錆止め油のような高沸点（例えば、４００℃）のオイルが付着した二硫化モリブデン投射用材料を加熱する場合でも有機物の含有量を１５００ｐｐｍ以下に調節することが可能となる。
【０１２４】
なお、実施の形態２における皮膜層形成方法においては平均粒子径が８μｍの二硫化モリブデン投射用材料を用いたが平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲であれば同様の効果が得られる。発明者による実験によれば、平均粒子径が１μｍ未満であれば二硫化モリブデン投射材料を摺動部材表面に投射処理しても皮膜が形成されないことが多いことが確かめられた。これは、平均粒子径が１μｍ未満であれば二硫化モリブデン投射材料が摺動部材表面に衝突したときに発生するエネルギーが小さくなりすぎるためと推測される。また、平均粒子径が５０μｍを越えていれば表面に二硫化モリブデン投射材料を投射して皮膜層を形成させた摺動部材を圧縮機に組み込んで運転したときに効果が出ないことがあった。これは、摺動部材表面の表面粗さが悪化するため摩擦係数を低減する効果が得られ難くなるためであると推測される。
【０１２５】
さらに、実施の形態２においては、摺動部における一方の摺動面である偏心部２０８、主軸２０９、および副軸２１０の摺動部表面に二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層２２１を形成させた例について説明したが、他方の摺動面であるローリングピストン２１６の内周表面、主軸受２１４、副軸受２１５の摺動部表面に皮膜層を形成してもよく、または偏心部２０８とローリングピストン２１６の内周表面の双方、主軸２０９と主軸受２１４の双方、副軸２１０と副軸受２１５の双方に皮膜層２２１を形成してもよい。このように、摺動部の双方に皮膜層２２１を形成することにより、更に高い耐摩耗性が得られる。
【０１２６】
また、実施の形態２においては、シャフト２１１の摺動部表面に皮膜層２２１を形成した例について詳しく説明したが、圧縮機において相互に摺動する他の摺動部、例えばローリングピストン２１６とベーン２１７、主軸受２１４とベーン２１７、副軸受２１５とベーン２１７、主軸受２１４とローリングピストン２１６、副軸受２１５とローリングピストン２１６、シリンダ２１３とベーン２１７、シリンダ２１３とローリングピストン２１６、及び給油管２１９と給油スプリング２２０の摺動部表面に、二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層２２１を形成することにより、実施の形態２において説明した効果と同様の効果を奏する。
【０１２７】
なお、本発明に係る実施の形態２の圧縮機においては、冷媒２０２としてはＲ６００ａ、Ｒ２９０、若しくはこれらを含んだ混合冷媒、またはＲ１３４ａ、Ｒ１５２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０のいずれかの冷媒であれば同等の効果が得られる。
【０１２８】
最近のインバーター化に伴い圧縮機の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを下回るような超低速運転においてはさらに摺動部同士が金属接触して異常摩耗を起こすという問題が大きくなってきている。実施の形態２においては、一定速度の圧縮機について説明したが、実施の形態２において説明した皮膜層を可変速度の圧縮機の摺動部表面に形成することにより、超低速運転時における異常摩耗という問題が解決され、その効果がより顕著に表れる。
【０１２９】
以上のように、本発明に係る実施の形態２において説明したように、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を用いて摺動部表面に皮膜層を形成して、信頼性の高い摺動部材を提供することが可能となるとともに、その摺動部材を組み込んだ圧縮機は高い信頼性を有し、且つ高い効率で圧縮できる装置を提供することができる。
【０１３０】
本発明に係る実施の形態２における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、その中に含有される有機物を重量比で１５００ｐｐｍ以下に規定したものであり、風圧等で摺動部表面に投射した際に、有機物が二硫化モリブデンより先に摺動部表面に付着する確率を低減し、有機物が緩衝材の役割を果たして二硫化モリブデンが摺動部表面に衝突する力を弱めてしまう悪影響を少なくすることができる。
【０１３１】
また、本発明に係る実施の形態２における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を用いることにより、投射時や衝突時のエネルギーが、有機物及び有機物と投射材料の化学反応に用いられて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制するとともに、二硫化モリブデン投射用材料に物理的に吸着した有機物が投射時に脱着作用を起こすことを抑制して、有機物の脱着作用のためにエネルギーが消費されて表面改質のためのエネルギーが減少することを抑制することができる。
【０１３２】
また、実施の形態２における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、投射用材料の原料である二硫化モリブデン材料を４５０℃以下で加熱し、その中に含まれる有機物を燃焼させることにより、有機物を除去するものであり、短時間の加熱により二硫化モリブデンが酸化されることを防止して、二硫化モリブデン本来の固体潤滑機能を失うことなく、安定した皮膜層形成を妨げる有機物を除去したものである。
【０１３３】
また、実施の形態２における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、その平均粒子径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲であり、有機物が１５００ｐｐｍ以下しか含まれていないので、風圧等で投射した時に有機物と二硫化モリブデンが干渉して、二硫化モリブデンの投射軌道がばらつくことを防止している。
【０１３４】
また、実施の形態２における摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、１００℃以上に加熱された状態で対象となる摺動部表面へ投射されるため、投射サイクル中に含まれる湿分によって二硫化モリブデンの粒子同士が癒着することが低減されており、癒着による投射時のエネルギー損失の増大を防止することができる。また、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料をさらに高温に保持して投射することにより、キャリアガスや空気中にオイルミストが混入しても二硫化モリブデン投射用材料へ混入する可能性を低くすることができ、安定した皮膜を形成させることができる。さらに、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、予め加温されているので、少ない投射エネルギーで安定した皮膜を形成させることができる。
【０１３５】
また、実施の形態２における摺動部材の摺動部、例えばピストン等、の摺動面に二硫化モリブデン投射用材料を投射して二硫化モリブデンの皮膜処理を施しているので、二硫化モリブデンが低い摩擦係数で劈開して固体潤滑作用を発揮することにより、摺動面の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低減することができる。
【０１３６】
さらに、本発明に係る実施の形態２における摺動部材を用いたローリングピストン型の圧縮機においては、金属材料からなる摺動部材であるシャフト、シリンダ、ローリングピストン、ベーン、主軸受、副軸受、給油スプリング、給油管の少なくとも一つに二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層を形成しているため、二硫化モリブデンの固体潤滑作用が発揮されて、摺動部材の摩擦係数が低くなり、摺動損失を大幅に低減できるという優れた効果を奏する。このため、本発明に係る実施の形態２における圧縮機は、高信頼性かつ高効率の回転式の圧縮要素を持つ圧縮機を提供することができる。
【０１３７】
（実施の形態３）
次に、本発明に係る実施の形態３のレシプロ型の圧縮機について添付の図面を参照して説明する。実施の形態３のレシプロ型の圧縮機の内部構成は、前述の図１で示した実施の形態１の圧縮機と実質的に同じ構成を有しているため、図１を用いて実施の形態３の圧縮機について説明する。
【０１３８】
図８は、図１に示した圧縮機における符号Ａで示す部分に対応する部分の拡大断面図である。図９は図８における符号Ｃで示す部分を拡大して斜視的に示した図である。図１０は実施の形態３の圧縮機における摺動部の皮膜層の形成方法を模式的に示した図である。図１１は摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量と化学反応物層の膜厚との関係を示すグラフである。図１２は実施の形態３のレシプロ型圧縮機と従来の圧縮機の特性図である。
【０１３９】
図１に示した実施の形態１のレシプロ型の圧縮機と同じように、実施の形態３のレシプロ型の圧縮機においても、密閉容器１０１内にはＲ６００ａまたはＲ１３４ａで構成された冷媒１０２が充填されているとともに、その底部にはオイル１０３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により構成された電動要素１０６と、この電動要素１０６により駆動される往復式の圧縮要素１０７が収容されている。圧縮要素１０７はサクションチューブ１２５を通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒１０２がサクションマフラー１２７を介して吸入され圧縮される。圧縮された冷媒１０２はディスチャージチューブ（図示せず）を通して冷媒循環システムである冷凍サイクルに送られる。
【０１４０】
実施の形態３のレシプロ型の圧縮機における圧縮要素１０７の構成は、前述の実施の形態１のレシプロ型の圧縮機と同じであるため、ここでは省略する。
【０１４１】
上記のように構成された実施の形態３の圧縮機において、ピストン１１９とシリンダブロック１１２、主軸１０９と軸受部１１４、軸受部１１４のスラスト面１１６とスラストワッシャ１１７、ピストンピン１２１とコンロッド１２２、偏心軸１１０とコンロッド１２２は、それぞれが相互に摺動する摺動部を形成している。それぞれの摺動部における少なくとも一方の摺動部表面には皮膜層３２８が形成されている。この皮膜層３２８は、平均粒子径が８μｍであり、二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料が投射されて固溶したものである。
【０１４２】
以下、実施の形態３の圧縮機における摺動部の皮膜層３２８について、ピストン１１９の摺動面に皮膜層３２８を形成した場合を例にとって詳しく説明する。
【０１４３】
ピストン１１９とシリンダブロック１１２のシリンダボア１１３の内面が相互に摺動する摺動部のうち、ピストン１１９の摺動面に、二硫化モリブデン投射用材料を固溶させた皮膜層３２８が形成されている。
【０１４４】
図１０は二硫化モリブデン投射用材料を用いて摺動部表面に皮膜層３２８を形成する方法を説明する模式図である。実施の形態３においては、ドライエアー等の気体と共に水分量が管理された二硫化モリブデン投射用材料を、所定の速度で摺動部材の摺動面に衝突させる方法を用いている。
【０１４５】
実施の形態３における皮膜層形成方法において、投射用材料は二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上であり、平均粒子径が８μｍである。また、投射直前の二硫化モリブデンに含有される水分量は重量比で５０００ｐｐｍ以下である。投射条件としては、投射圧力が０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲であり、投射量が１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲である。この皮膜層形成方法により形成された摺動部材であるピストン１１９においては、皮膜層３２８と摺動部材の母材との間に、鉄、炭素、モリブデン、硫黄で構成された化学反応物層３２９が形成される（図９参照）。
【０１４６】
皮膜層形成において先ず始めに、二硫化モリブデン材料に含有される水分量が重量比で５０００ｐｐｍ以下で、平均粒子径が８μｍで二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料Ｘが製造される。このように製造された二硫化モリブデン投射用材料Ｘがドライエアー等のキャリアガスとともに投射圧力が０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲で、投射量が１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲で金属である摺動部材の摺動面（例えば、ピストン１１９の表面）に対して投射され、二硫化モリブデン投射用部材Ｘと摺動面とを衝突させる（図１０の（ａ）参照）。二硫化モリブデン投射用材料Ｘの好ましい投射量は、対象となる摺動面の材質等により異なるが、少なくとも１００ｇ／ｍｉｎ以上である必要がある。もし、投射量が１００ｇ／ｍｉｎより少ない場合には、二硫化モリブデン投射用材料Ｘの摺動面への衝突時の熱エネルギーが不足し好ましい皮膜層３２８の形成ができない場合がある。
【０１４７】
このように、二硫化モリブデン投射用材料Ｘが摺動部表面に対して投射されることにより、二硫化モリブデン投射用材料Ｘの運動エネルギーが摺動部表面に衝突して熱エネルギーに変換される（図１０の（ｂ）参照）。この結果、摺動面上には二硫化モリブデン投射用材料Ｘの衝突による表面改質処理が行われて皮膜層３２８と化学反応物層３２９が摺動部材の母材上の摺動面に形成される。
【０１４８】
以上のように摺動部材に皮膜層３２８が形成された実施の形態３のレシプロ型の圧縮機の動作については、前述の実施の形態１のレシプロ型の圧縮機の動作と同じであるため、ここでは省略する。
【０１４９】
従来の圧縮機においては、ピストンがシリンダボア内で往復圧縮動作を行う際、ピストンとシリンダボアのクリアランスが非常に狭いため、ピストンとシリンダボアの形状や、精度のばらつきによって部分的に相互接触を引き起こす部位が存在していた。しかし、本発明に係る実施の形態３の圧縮機においては、投射用材料として用いた二硫化モリブデンが摺動方向に劈開する性質を持ち、二硫化モリブデンの皮膜層３２８が層状格子構造であるため、低いせん断力で容易に滑りやすい性質を有する。この結果、実施の形態３の圧縮機の構成によれば、摺動面の摩擦係数が低くなり、摺動損失が低下し、高信頼性で高効率の圧縮機を提供することができる。
【０１５０】
また、本発明に係る実施の形態３の圧縮機においては、皮膜層３２８と摺動部材、例えばピストン１１９の母材との密着性が高く、ピストン１１９の母材から皮膜層３２８が剥離することがほとんど無いために、ピストン１１９とシリンダボア１１３の摺動部が摩耗しにくい構造となる。この結果、実施の形態３の圧縮機においては、摩耗によるピストン１１９とシリンダボア１１３との間のクリアランスの拡大が抑制され、圧縮した冷媒１０２がピストン１１９とシリンダボア１１３との間のクリアランスから漏れることが大幅に低減されている。この結果、実施の形態３の構成によれば、より高信頼性で高効率の圧縮機を提供することができる。なお、以上のように構成された本発明に係る圧縮機としての効率に関しては後述する。
【０１５１】
次に、二硫化モリブデンの皮膜層３２８と摺動部材の母材との密着力を高める化学反応物層３２９について図１１を参照しつつ説明する。図１１は摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量と化学反応物層３２９との関係を示したグラフである。図１１において、横軸が二硫化モリブデン投射用材料に含有している水分量［ｐｐｍ］を示し、縦軸が摺動部材の摺動面に形成された化学反応物層３２９の膜厚［ｎｍ］を示している。
【０１５２】
図１１に示されているように、二硫化モリブデン投射用材料が重量比で５０００ｐｐｍより多くの水分を含有すると、形成される化学反応物層３２９の膜厚が急激に薄くなることが理解できる。したがって、二硫化モリブデン投射用材料に含有する水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下に抑えることにより、安定した膜厚の化学反応物層３２９が形成され、皮膜層３２８と摺動部材の母材との大きな密着力を確実に確保できることが理解できる。また、この密着力は、二硫化モリブデン投射用材料の平均粒子径が５０μｍ以下で、投射圧力を０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲とし、投射量を１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲としたときに確保されることが実験により確認された。
【０１５３】
二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量を低減することにより、水分の影響による二硫化モリブデン粉末の凝集を防止し、また、投射圧力を０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲とし、投射量を１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲で二硫化モリブデン投射用材料を投射することにより、二硫化モリブデン粉末を凝集させることなく十分に加速させることができる。
【０１５４】
そのため、二硫化モリブデン投射用材料を投射することにより発生した運動エネルギーのほとんどを摺動部材に供与することができる。そして、その運動エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、摺動部材に二硫化モリブデン投射用材料が熱拡散され、二硫化モリブデン投射用材料と摺動部材との反応が促進されることにより、鉄、炭素、モリブデン、硫黄で構成された安定した膜厚の化学反応物層３２９が、皮膜層３２８と摺動部材との間に形成される。
【０１５５】
このようにして形成された化学反応物層３２９が、ピストン１１９などの摺動部材と皮膜層３２８とのバインダーの役割を果たし、二硫化モリブデンが固溶した皮膜層３２８とピストン１１９などの摺動部材の母材との間の密着力を高めることができる。その結果、摺動部材の母材に対して極めて密着力の強い皮膜層３２８を形成することができる。
【０１５６】
本発明に係る実施の形態３において、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料は、湿度が５０％以下、好ましくは３０％以上４０％以下の範囲で、温度が１９℃以上３５℃以下の範囲に設定された場所にて保管されている。また、上記の保管場所にて二硫化モリブデン投射用材料を７日間保管した場合のデータとしては、含有する水分が２８５６ｐｐｍから１２１５ｐｐｍに減少しており、二硫化モリブデン投射用材料に含まれる有機物の増減は認められなかった。ここで、有機物とは基本的にＣとＨと含む化合物、作動油等の油類、埃、塵を言う。上記のように、所定の条件下で摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を保管した場合には、含有する水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下とすることが容易となる。なお、上記のような保管条件が設定されていない通常の倉庫に二硫化モリブデン投射用材料を保管した場合には、７日間の保管で５０００ｐｐｍを越える値となることが確かめられている。
【０１５７】
次に、本発明に係る実施の形態３における二硫化モリブデン投射材料を投射して皮膜層３２８を形成した摺動部材を組み込んだ圧縮機の特性について説明する。
【０１５８】
図１２は、本発明に係る実施の形態３における摺動部材を用いた圧縮機と従来の圧縮機との特性比較を示すグラフである。図１２において、縦軸が効率［Ｃ．Ｏ．Ｐ．（成績係数）］を示し、右側が本発明に係る実施の形態３の圧縮機であり、左側が従来の圧縮機の効率を示している。
【０１５９】
図１２に示した実施の形態３の圧縮機においては二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層３２８および化学反応物層３２９が形成された摺動部材としてピストン１１９が組み込まれている。また、実施の形態３の圧縮機におけるピストン１１９とシリンダボア１１３のクリアランスは、従来の圧縮機のピストンとシリンダボアと同一のクリアランスとしている。
【０１６０】
図１２から明らかなように、本発明に係る実施の形態３の圧縮機の方が従来の圧縮機に比べて効率のばらつきが小さく、平均値で効率が高いことが判る。
【０１６１】
図１に示したレシプロ型の圧縮機においては、ピストン１１９が上死点ならびに下死点に到達したとき、速度が零となり理論的に油圧が発生せず油膜が形成されなくなる。このため、ピストン１１９の上死点ならびに下死点において、ピストン１１９とシリンダボア１１３との間で金属接触が生じることが多い。
【０１６２】
また、ピストン１１９が上死点付近にあるときは、ピストン１１９が圧縮された高圧冷媒により大きな圧縮荷重を受け、この圧縮荷重はピストンピン１２１、コンロッド１２２を介してクランクシャフト１０８に伝わり、クランクシャフト１０８がピストン１１９の移動方向と反対の方向へ押されて傾斜する。クランクシャフト１０８が傾斜すると、シリンダボア１１３の中でピストン１１９が傾斜する。その結果、ピストン１１９の上端面側（図８において符号１３０で示す面側）と下端面側（図８において符号１３１で示す面側）においてシリンダボア１１３の内面との間でこじりが生じ、ピストン１１９がシリンダボア１１３と接触しつつ移動して摩耗が生ずる。
【０１６３】
しかしながら、本発明に係る実施の形態３においては二硫化モリブデンの皮膜層３２８が化学反応物層３２９によりピストン１１９の母材との密着性が高められている。このため、皮膜層３２８はピストン１１９の母材から剥離し難く、かつ皮膜層３２８は層状格子構造であるため、低いせん断力で滑りやすい構造を有しているため、摺動部材の摺動面における摩擦係数が低くなり、摺動損失が大幅に低下している。この結果、本発明に係る実施の形態３の圧縮機の構成により、高信頼性かつ高効率の圧縮機を提供することができる。
【０１６４】
特に、実施の形態３に示す片持ち軸受構造のレシプロ型の圧縮機の場合には、前述したピストン１１９の上死点付近におけるクランクシャフト１０８の傾斜が特に大きくなるため、ピストン１１９がシリンダボア１１３との接触、こじり、摩耗が顕著に表れる構造であり、皮膜層３２８に対する荷重が大きくなるが、その際においても、実施の形態３に示した皮膜層３２８と化学反応物層３２９を有するピストン１１９では、皮膜層３２８が剥離し難いという優れた効果が十分に発揮される。
【０１６５】
なお、実施の形態３においては平均粒子径が８μｍの二硫化モリブデン投射用材料を用いたが平均粒子径が５０μｍ以下の固体潤滑粉末であれば同様の効果が得られる。平均粒子径が５０μｍを越える場合、摺動部材表面に二硫化モリブデン投射材料を投射して皮膜層を形成させた摺動部材を圧縮機に組み込んで構成しても、その圧縮機の運転時において効果が発揮されないことがあった。これは、摺動部材表面の表面粗さが悪化するため摩擦係数を低減する効果が得られにくくなるためであると推測される。
【０１６６】
インバーター化に伴って圧縮機の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを下回るような超低速動作においてはさらに流体潤滑を成立させにくくなり、金属接触を起こし易くなるので、実施の形態３においては一定速度のレシプロ型の圧縮機について述べたが、実施の形態３における摺動部材を超低速動作が可能な圧縮機に用いることによりその効果がより顕著に現れる。
【０１６７】
なお、実施の形態３においてはピストン１１９の摺動部表面に、二硫化モリブデンを固溶させた皮膜層３２８を形成させたが、シリンダボア１１３の摺動部表面に形成してもよく、さらにピストン１１９とシリンダボア１１３の双方に形成してもよい。ピストン１１９とシリンダボア１１３の双方に皮膜層３２８を形成した場合には、更に高い耐摩耗性が得られる。
【０１６８】
また、実施の形態３においては、ピストン１１９の摺動部表面に二硫化モリブデンを固溶させた皮膜層３２８を形成させた場合を例にとって詳しく説明したが、相互に摺動部を形成しているクランクシャフト１０８の主軸１０９と軸受部１１４、回転子１０５のフランジ面１１５とスラストワッシャ１１７、軸受部１１４の上端面のスラスト面１１６とスラストワッシャ１１７、ピストンピン１２１とコンロッド１２２、偏心軸１１０とコンロッド１２２のそれぞれ摺動部において皮膜層３２８を形成しても、実施の形態３の構成において述べた効果と同様の優れた効果が得られる。
【０１６９】
さらに、実施の形態３において、回転子１０５と軸受部１１４との間の摺動部材であるスラスト軸受部１１８は、フランジ面１１５と、スラスト面１１６と、その間に配設されたスラストワッシャ１１７とにより構成したものを例にとって説明したが、スラスト軸受部を他の部位に設けてもよい。例えば、クランクシャフト１０８の主軸１０９と偏心軸１１０との間に形成されたフランジ部１２９における軸受部１１４と対向する位置に、クランクシャフト１０８のフランジ面１１５Ａを形成し、このフランジ面１１５Ａに対向して摺動する軸受部１１４の位置にスラスト面１１６Ａを形成してスラスト軸受を構成してもよい。この場合において、摺動部の少なくとも一方に皮膜層３２８を形成することにより、実施の形態３において説明した効果と同様の効果を奏する。
【０１７０】
なお、本発明に係る実施の形態３の圧縮機においては、冷媒１０２としてＲ６００ａ、Ｒ２９０、若しくはこれらを含んだ混合冷媒、またはＲ１３４ａ、Ｒ１５２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０のいずれの冷媒であっても、摺動部に関しては同等の効果が得られる。
【０１７１】
以上のように、本発明に係る実施の形態３において説明したように、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を用いて摺動部表面に皮膜層および化学反応物層を形成して、信頼性の高い摺動部材を提供することが可能となるとともに、その摺動部材を組み込んだ圧縮機は高い信頼性を有し、且つ高い効率で圧縮できる装置となる。
【０１７２】
（実施の形態４）
次に、本発明に係る実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機について添付の図面を参照して説明する。実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機の内部構成は、前述の図５および図６で示した実施の形態２の圧縮機と実質的に同じ構成を有しているため、図５および図６を用いて実施の形態４の圧縮機について説明する。
【０１７３】
図１３は図６のＥ部に対応する実施の形態４における摺動部分を示す拡大斜視図である。図１４は実施の形態４における二硫化モリブデンの皮膜層形成を説明する図である。図１５は摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料の含有水分量と化学反応物層との関係を示すグラフである。
【０１７４】
図５および図６に示したように、実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機は、密閉容器２０１には冷媒２０２が充填されているとともに、固定子２０３と回転子２０４により構成された電動要素２０５と、電動要素２０５によって駆動されるローリングピストン型の圧縮要素２０６とがオイル２０７とともに収納されている。
【０１７５】
実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機における圧縮要素２０６等の構成は、実施の形態２の圧縮機と同じであるため、ここでは省略する。
【０１７６】
実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機においては、シャフト２１１の偏心部２０８、主軸部２０９、および副軸部２１０の摺動部表面に、平均粒子径が８μｍであり、二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料を摺動面に衝突させて、固溶させた二硫化モリブデンの皮膜層４２１を形成している。
【０１７７】
次に、本発明に係る実施の形態４において摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を投射して皮膜層４２１を形成する方法について説明する。実施の形態４の圧縮機における摺動部（例えば、図６に示した偏心部２０８）に対する皮膜層形成方法において用いられる投射用材料は、前述したように二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上であり、平均粒子径が８μｍである。実施の形態４における皮膜層形成方法においては、ドライエアー等の気体と共に水分量が管理された二硫化モリブデン投射用材料を、所定の速度で摺動部材の摺動面に衝突させる方法を用いている。
【０１７８】
実施の形態４においては、投射直前の二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量は重量比で５０００ｐｐｍ以下であり、投射条件として、投射圧力が０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲であり、投射量が１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲である。この皮膜層形成方法により形成された摺動部材においては、皮膜層４２１と摺動部材の母材との間に、鉄、炭素、モリブデン、硫黄で構成された化学反応物層４２２が形成される（図１３参照）。
【０１７９】
皮膜層形成において先ず始めに、二硫化モリブデン材料に含有される水分量が重量比で５０００ｐｐｍ以下であり、平均粒子径が８μｍであり、二硫化モリブデンの含有量が９５重量％以上である二硫化モリブデン投射用材料Ｘを製造する。このように製造された二硫化モリブデン投射用材料Ｘがドライエアー等のキャリアガスとともに投射圧力が０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲であり、投射量が１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲で金属である摺動部材の摺動面（例えば、偏心部２０８の表面）に対して投射され、二硫化モリブデン投射用材料Ｘと摺動面とを衝突させる（図１４の（ａ）参照）。二硫化モリブデン投射用材料Ｘの好ましい投射量は、対象となる摺動面の材質等により異なるが、少なくとも１００ｇ／ｍｉｎ以上である必要がある。もし、投射量が１００ｇ／ｍｉｎより少ない場合には、二硫化モリブデン投射用材料Ｘの摺動面への衝突時の熱エネルギーが不足し好ましい皮膜層４２１の形成ができない場合がある。
【０１８０】
このように、二硫化モリブデン投射用材料Ｘが摺動部表面に対して投射されることにより、二硫化モリブデン投射用材料Ｘの運動エネルギーが摺動部表面に衝突して熱エネルギーに変換される（図１４の（ｂ）参照）。この結果、摺動面上には二硫化モリブデン投射用材料Ｘの衝突による表面改質処理が行われて皮膜層４２１と化学反応物層４２２が摺動部材の母材上の摺動面に形成される（図１４の（ｃ）参照）。
【０１８１】
以上のように摺動部材に皮膜層４２１が形成された実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機の動作については、前述の実施の形態２の圧縮機の動作と同じであるため、ここでは省略する。
【０１８２】
実施の形態４においては、ローリングピストン型の圧縮機であるため、ローリングピストン２１６が偏心部２０８に回転自在に遊嵌されている。したがって、ローリングピストン２１６と偏心部２０８との間の相対速度は、主軸２０９と主軸受２１４との間の相対速度や、副軸部２１０と副軸受２１５との間の相対速度に比較して遅くなっている。このため、油膜形成が比較的難しく、金属接触が発生しやすい構造である。
【０１８３】
また、ローリングピストン型の圧縮機は、一般に密閉容器２０１内が凝縮圧力となるため、内圧が高く、オイル２０７に冷媒２０２が溶け込みやすい構造である。このことはオイル２０７の粘度を低下させる原因となり、摺動潤滑上においては不利になる。
【０１８４】
しかしながら、実施の形態４においては二硫化モリブデンの皮膜層４２１が化学反応物層４２２によりシャフト２１１の偏心部２０８の母材との密着性が高いため、皮膜層４２１が剥離し難く、かつ皮膜層４２１が層状格子構造であるため低いせん断力で容易に滑りやすいため、摺動面の摩擦係数が低くなり、摺動損失を低下させている。したがって、実施の形態４における皮膜層４２１と化学反応物層４２２を摺動部材に設けることにより、高信頼性かつ高効率のローリングピストン型の圧縮機を提供することができる。
【０１８５】
なお、上記のように構成された実施の形態４のローリングピストン型の圧縮機における効率については後述する。
【０１８６】
次に、二硫化モリブデンの皮膜層４２１と摺動部材の母材との密着力を高める化学反応物層４２２について図１５を参照しつつ説明する。図１５は摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量と化学反応物層４２２との関係を示したグラフである。図１５において、横軸が二硫化モリブデン投射用材料に含有している水分量［ｐｐｍ］を示し、縦軸が摺動部材の摺動面に形成された化学反応物層４２２の膜厚［ｎｍ］を示している。
【０１８７】
図１５に示されているように、二硫化モリブデン投射用材料に重量比で５０００ｐｐｍより多くの水分が含有すると、形成される化学反応物層４２２の膜厚が急激に薄くなることが理解できる。したがって、二硫化モリブデン投射用材料に含有する水分量を重量比で５０００ｐｐｍ以下に抑えることにより、安定した膜厚の化学反応物層４２２が形成され、皮膜層４２１と摺動部材の母材との間に高い密着力を確保できる。また、二硫化モリブデン投射用材料の平均粒径が５０μｍ以下であり、投射圧力を０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲とし、投射量を１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲としたときに、高い密着力が確保されることが実験により確認された。
【０１８８】
二硫化モリブデン投射用材料に含有される水分量を低減することにより、水分の影響による二硫化モリブデン粉末の凝集を防止し、また、投射圧力を０．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の範囲とし、投射量を１００ｇ／ｍｉｎ以上３００ｇ／ｍｉｎ以下の範囲で二硫化モリブデン投射用材料を投射することにより、二硫化モリブデン粉末を凝集させることなく十分に加速させることができる。
【０１８９】
そのため、二硫化モリブデン投射用材料を投射することにより発生した運動エネルギーのほとんどを摺動部材に供与することができる。そして、その運動エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、摺動部材に二硫化モリブデン投射用材料が熱拡散され、二硫化モリブデン投射用材料と摺動部材との反応が促進されることにより、鉄、炭素、モリブデン、硫黄で構成された安定した膜厚の化学反応物層４２２が、二硫化モリブデンの皮膜層４２１と摺動部材との間に形成される。
【０１９０】
このようにして形成された化学反応物層４２２が、偏心部２０８などの摺動部材と皮膜層４２１とのバインダーの役割を果たすことにより、二硫化モリブデンが固溶した皮膜層４２１とシャフト２１１などの摺動部材との密着力を安定して高めることができる。その結果、摺動部材の母材に対して極めて密着力の強い皮膜層４２１を形成することができたものと考えられる。
【０１９１】
なお、実施の形態４においては平均粒子径が８μｍの二硫化モリブデン投射用材料を用いたが平均粒子径が５０μｍ以下の固体潤滑粉末であれば同様の効果が得られる。平均粒子径が５０μｍを越える場合、表面に二硫化モリブデン投射材料を投射して皮膜層を形成させた摺動部材を圧縮機に組み込んで構成しても、その圧縮機の運転時に効果が発揮されないことがあった。これは、摺動部材表面の表面粗さが悪化するため摩擦係数を低減する効果が得られにくくなるためであると推測される。
【０１９２】
インバーター化に伴って圧縮機の低速化が進む中、特に２０Ｈｚを下回るような超低速動作においてはさらに流体潤滑を成立させにくくなり、金属接触を起こし易くなる。このため、実施の形態４においては、一定速度のローリングピストン型の圧縮機について説明したが、実施の形態４における摺動部材を超低速動作の圧縮機に用いることによりその効果がより顕著に現れる。
【０１９３】
なお、実施の形態４においてはシャフト２１１の偏心部２０８の摺動面に、二硫化モリブデンを固溶させた皮膜層４２１を形成させたが、ローリングピストン２１６の内周表面に形成してもよく、さらに偏心部２０８とローリングピストン２１６の双方に形成してもよい。偏心部２０８とローリングピストン２１６の双方に皮膜層４２１を形成した場合には、更に高い耐摩耗性が得られる。
【０１９４】
また、実施の形態４においては、シャフト２１１の偏心部２０８の摺動部表面に二硫化モリブデンを固溶させた皮膜層４２１を形成させた場合を例にとって詳しく説明したが、摺動面を有する主軸受２１４および副軸受２１５に皮膜層４２１を形成してシャフト２１１の回転をより効率高く保持する構成とすることができる。さらに、相互に摺動部を形成している主軸部２０９と主軸受２１４の双方、副軸部２１０と副軸受２１５の双方に皮膜層４２１を形成してもよく、さらなる優れた効果を奏することは言うまでもない。
【０１９５】
また、実施の形態４の圧縮機において、相互に摺動部を形成しているローリングピストン２１６とベーン２１７、主軸受２１４とベーン２１７、副軸受２１５とベーン２１７、主軸受２１４とローリングピストン２１６、副軸受２１５とローリングピストン２１６、シリンダ２１３とベーン２１７、シリンダ２１３とローリングピストン２１６、及び給油管２１９と給油スプリング２２０のそれぞれの摺動部表面に、二硫化モリブデン投射用材料を固溶させた皮膜層４２１を形成させた場合においても、優れた効果が得られる。
【０１９６】
なお、本発明に係る実施の形態４においては、冷媒２０２としてＲ６００ａ、Ｒ２９０、若しくはこれらを含んだ混合冷媒、またはＲ１３４ａ、Ｒ１５２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０のいずれか冷媒であっても摺動部に関しては同等の効果が得られる。
【０１９７】
以上のように、本発明に係る実施の形態４において説明したように、摺動面改質材料である二硫化モリブデン投射用材料を用いて摺動部表面に皮膜層および化学反応物層を形成して、信頼性の高い摺動部材を提供することが可能となるとともに、その摺動部材を組み込んだ圧縮機は高い信頼性を有し、且つ高い効率で圧縮できる装置となる。
【０１９８】
なお、上記の各実施の形態においては、摺動部材を圧縮機に用いた例で説明したが、本発明は圧縮機に特定されるものではなく、摺動動作を行う部材の摺動面であれば適用することが可能であり、適用された機器の摺動部材の摩擦係数を大幅に低減することが可能となる。
【０１９９】
また、上記の各実施の形態においては、摺動部材が金属の場合について説明したが、本発明は摺動部材を金属に限定するものではなく、樹脂、硝子、セラミック等の部材であっても同様に適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
以上のように、本発明は、摺動部分における摩擦係数を少なくし、摺動損失を大幅に低減することが可能となり、摺動部分を有する機器において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２０１】
【図１】図１は本発明に係る実施の形態１のレシプロ型圧縮機の構成を示す縦断面図である。
【図２】図２は図１におけるＡ部の拡大図である。
【図３】図３は図２におけるＢ部の拡大斜視図である。
【図４】図４は本発明に係る実施の形態１における二硫化モリブデンの皮膜層形成方法を説明する図である。
【図５】図５は本発明に係る実施の形態２のローリングピストン型圧縮機の構成を示す縦断面図である。
【図６】図６は図５のVI−VI線による断面図である。
【図７】図７は図６におけるＥ部の拡大斜視図である。
【図８】図８は本発明に係る実施の形態３における圧縮要素の近傍を示す拡大図である。
【図９】図９は図８における摺動部分であるＣ部の拡大斜視図である。
【図１０】図１０は本発明に係る実施の形態３における二硫化モリブデンの皮膜層形成方法を説明する図である。
【図１１】図１１は本発明に係る実施の形態３における二硫化モリブデン投射用材料の含有水分量と化学反応物層との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は本発明に係る実施の形態３の圧縮機と従来の圧縮機の特性図である。
【図１３】図１３は本発明に係る実施の形態４における摺動部分を示す拡大斜視図である。
【図１４】図１４は本発明に係る実施の形態４における二硫化モリブデンの皮膜層形成方法を説明する図である。
【図１５】図１５は本発明に係る実施の形態４における二硫化モリブデン投射用材料の含有水分量と化学反応物層との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は従来の圧縮機の構成を示す縦断面図である。
【図１７】図１７は従来の摺動部材の摺動面を示す拡大斜視図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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