(57)【要約】  酸化被膜（１７０）は、鉄系材料で構成される焼結体の基材（１７５）の表面に形成され、第１層（１７１）、第２層（１７２９、および第３層（１７３）を備えている。第１層（１７１）は、最表面に位置し、少なくとも微結晶からなる。第２層（１７２）は、第１層（１７１）の下側に位置し、柱状組織を含有する。第３層（１７３）は、第２層（１７２）とは界面（１７４）を介して基材（１７５）側に位置し、柱状組織を含有する。第１層（１７１）には緻密層（１７１ａ）が含まれている。この酸化被膜（１７０）は良好な耐摩耗性を発揮することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系材料で構成される焼結体の基材の表面に形成され、
少なくとも微結晶からなる第１層と、
前記第１層の下側に位置し、柱状組織を含有する第２層と、
前記第２層とは界面を介して基材側に位置し、柱状組織を含有する第３層と、
を含むことを特徴とする、
酸化被膜。
【請求項２】
前記第１層には、当該第１層の他の部位よりも前記微結晶が緻密に存在する緻密層が含まれていることを特徴とする、
請求項１に記載の酸化被膜。
【請求項３】
前記第１層から前記第３層は、少なくとも三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）および四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）で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】
前記第１層において最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）であり、
前記第２層において最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であり、
前記第３層において最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であることを特徴とする、
請求項３に記載の酸化被膜。
【請求項５】
前記第１層の結晶粒径は０．００１〜１μｍの範囲内であり、かつ、当該第１層の結晶粒径は、前記第２層の結晶粒径よりも小さいことを特徴とする、
請求項１から４のいずれか１項に記載の酸化被膜。
【請求項６】
前記第２層が含有する前記柱状組織は、アスペクト比が１〜２０の範囲内である縦長の結晶組織であることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか１項に記載の酸化被膜。
【請求項７】
前記第３層が含有する前記柱状組織は、アスペクト比が１〜１５の範囲内である縦長の結晶組織であることを特徴とする、
請求項１から６のいずれか１項に記載の酸化被膜。
【請求項８】
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７のいずれか１項に記載の酸化被膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸化被膜が、鉄系材料で構成される焼結体の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１０】
前記焼結体は、鉄が９０質量％以上を占めることを特徴とする、
請求項９に記載の摺動部材。
【請求項１１】
前記焼結体は、硫黄およびモリブデンの少なくとも一方を含有することを特徴とする、
請求項１０に記載の摺動部材。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の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、基材が鉄系材料で構成される焼結体（鉄系焼結体）であるときに、この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、この摺動部材を備える機器と、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】
例えば、冷媒圧縮機が備えるクランクシャフトの主軸部および軸受部においては、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クランクシャフトの主軸部にリン酸塩被膜が形成されており、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】
【０００６】
【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】
【０００７】
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、特許文献１に開示されるような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。【０００８】
さらに、冷媒圧縮機においては、クランクシャフトが一回転する間にクランクシャフトの主軸部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、クランクシャフトおよび軸受部の間で、潤滑油に溶け込んだ冷媒ガスが気化して発泡することがある。この発泡により油膜が切れて金属接触する頻度が増加する。その結果、クランクシャフトの主軸部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。【０００９】
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、冷媒圧縮機は、摺動部として、クランクシャフトの主軸部および軸受部以外に、ピストンおよびボアーも備えているが、これらピストンおよびボアーの間においても、前記と同様の現象を起こすおそれがある。【００１０】
また、特許文献１では、リン酸塩被膜が形成される基材が鋳鉄に限定されているが、最近では、基材として焼結体が用いられることも多くなっている。そのため、特に、鉄系焼結体の基材の表面に対して、良好な耐摩耗性被膜を形成することに関しては、特許文献１には何ら開示が見られない。【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、鉄系焼結体である基材の表面に設けられ、良好な耐摩耗性を発揮することが可能な酸化被膜と、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】
【００１２】
本発明に係る酸化被膜は、前記の課題を解決するために、鉄系材料で構成される焼結体の基材の表面に形成され、少なくとも微結晶からなる第１層と、前記第１層の下側に位置し、柱状組織を含有する第２層と、前記第２層とは界面を介して基材側に位置し、柱状組織を含有する第３層と、を含む構成である。【００１３】
前記構成によれば、最表面に緻密な第１層を有しているため、摺動部材の摺動面に良好な耐摩耗性を付与できる。しかも、摺動部材の基材は鉄系焼結体であるが、第１層が最表面は緻密な微結晶で構成されているため、封孔処理が不要となる。それゆえ、耐摩耗性の向上だけでなく製造コストの低減を図ることが可能となる。また、第１層と基材との間には、それぞれ柱状組織を有する第２層および第３層が介在していることになる。そのため、最表面の第１層の基材に対する接着性をより一層良好なものとすることができる。それゆえ、耐摩耗性被膜としての安定性をより一層良好なものにすることができる。さらに、基材が鉄系焼結体であり、その表面に良好な耐摩耗性被膜である酸化被膜が形成されるので、摺動部材の軽量化を図ることができるとともに、これまで鋳鉄製であった摺動部材であっても、鉄系焼結体製の摺動部材に置き換えることができる。【００１４】
また、本発明に係る摺動部材は、前記の課題を解決するために、前記構成の酸化被膜が、鉄系材料で構成される焼結体の基材の摺動面に形成されている構成である。【００１５】
さらに、本発明に係る機器は、前記の課題を解決するために、前記構成の摺動部材を備えている構成である。【００１６】
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】
【００１７】
本発明では、以上の構成により、鉄系焼結体である基材の表面に設けられ、良好な耐摩耗性を発揮することが可能な酸化被膜と、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】
【００１８】
【図１】本開示の実施の形態に係る冷媒圧縮機の構成の一例を示す模式的断面図である。
【図２】図１に示す冷媒圧縮機が備える摺動部に形成された酸化被膜のＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＩＭ画像である。
【図３】図１に示す冷媒圧縮機を備える冷凍装置の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示に係る酸化被膜は、鉄系材料で構成される焼結体の基材の表面に形成され、少なくとも微結晶からなる第１層と、前記第１層の下側に位置し、柱状組織を含有する第２層と、前記第２層とは界面を介して基材側に位置し、柱状組織を含有する第３層と、を含む構成である。
【００２０】
前記構成によれば、最表面に緻密な第１層を有しているため、摺動部材の摺動面に良好な耐摩耗性を付与できる。しかも、摺動部材の基材は鉄系焼結体であるが、第１層が最表面は緻密な微結晶で構成されているため、封孔処理が不要となる。それゆえ、耐摩耗性の向上だけでなく製造コストの低減を図ることが可能となる。また、第１層と基材との間には、それぞれ柱状組織を有する第２層および第３層が介在していることになる。そのため、最表面の第１層の基材に対する接着性をより一層良好なものとすることができる。それゆえ、耐摩耗性被膜としての安定性をより一層良好なものにすることができる。さらに、基材が鉄系焼結体であり、その表面に良好な耐摩耗性被膜である酸化被膜が形成されるので、摺動部材の軽量化を図ることができるとともに、これまで鋳鉄製であった摺動部材であっても、鉄系焼結体製の摺動部材に置き換えることができる。
【００２１】
前記構成の酸化被膜においては、前記第１層には、当該第１層の他の部位よりも前記微結晶が緻密に存在する緻密層が含まれている構成であってもよい。
【００２２】
また、前記構成の酸化被膜においては、前記第１層から前記第３層は、少なくとも三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）および四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）で構成されてもよい。
【００２３】
また、前記構成の酸化被膜においては、前記第１層において最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）であり、前記第２層において最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であり、前記第３層において最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）である構成であってもよい。
【００２４】
また、前記構成の酸化被膜においては、前記第１層の結晶粒径は０．００１〜１μｍの範囲内であり、かつ、当該第１層の結晶粒径は、前記第２層の結晶粒径よりも小さい構成であってもよい。
【００２５】
また、前記構成の酸化被膜においては、前記第２層が含有する前記柱状組織は、アスペクト比が１〜２０の範囲内である縦長の結晶組織である構成であってもよい。
【００２６】
また、前記構成の酸化被膜においては、前記第３層が含有する前記柱状組織は、アスペクト比が１〜１５の範囲内である縦長の結晶組織である構成であってもよい。
【００２７】
また、前記構成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。
【００２８】
本開示に係る摺動部材は、前記構成の酸化被膜が、鉄系材料で構成される焼結体の基材の摺動面に形成されている構成である。
【００２９】
また、前記構成の摺動部材においては、前記焼結体は、鉄が９０質量％以上を占める構成であってもよい。
【００３０】
また、前記構成の摺動部材においては、前記焼結体は、硫黄およびモリブデンの少なくとも一方を含有する構成であってもよい。
【００３１】
本開示に係る機器は、前記構成の摺動部材を備えている構成である。
【００３２】
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。
【００３３】
（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で例示する冷媒圧縮機は、酸化被膜適用機器に該当する。
【００３４】
［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２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２は、冷媒圧縮機１００の摺動部に設けられる酸化被膜のＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）観察を行った結果の一例を示すＳＩＭ画像である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
クランクシャフト１０８は、基材１７５として、鉄系材料で構成される焼結体（鉄系焼結体）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２に示す。図２は、酸化被膜１７０の断面をＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）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。なお、図２に例示する摺動部材はピストン１３２である。
【００３９】
本実施の形態１における酸化被膜１７０は、第１層１７１、第２層１７２、および第３層１７３から構成され、第２層１７２および第３層１７３の間には界面１７４が存在している。酸化被膜１７０の具体的構成については後述する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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）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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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３層を含む構成の酸化被膜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。
【００５０】
本実施の形態１では、摺動部材としては、クランクシャフト１０８を例示しているが、酸化被膜適用機器が冷媒圧縮機１００である場合、摺動部材はクランクシャフト１０８の主軸部１０９および軸受部１１４に限定されない。前記構成の冷媒圧縮機１００における摺動部材としては、ピストン１３２およびボアー１１３であってもよいし、コンロッド１３８であってもよい。例えば、図２に例示する摺動部材は、前記の通り、ピストン１３２である。本開示では、これら摺動部材の表面に、耐摩耗性被膜として酸化被膜１７０が形成されていればよい。
【００５１】
［酸化被膜の構成］
次に、本開示に係る酸化被膜１７０について、より具体的に説明する。前述したように、本開示に係る酸化被膜１７０は、第１層１７１、第２層１７２、および第３層１７３から構成され、第２層１７２および第３層１７３の間には界面１７４が存在している。
【００５２】
第１層１７１は、鉄系焼結体である基材１７５の最表面に位置し、少なくとも微結晶からなる。第１層１７１を構成する微結晶は、少なくとも第２層１７２（あるいは第３層１７３）を構成する結晶よりも結晶粒径が小さいものであればよいが、本開示では、第１層１７１の結晶粒径は０．００１〜１μｍの範囲内であればよい。また、図２に示すように、第１層１７１には、より緻密な微結晶により構成される緻密層１７１ａが含まれている。緻密層１７１ａは、第１層１７１の他の部位よりも微結晶が緻密に存在することにより構成されている。
【００５３】
第２層１７２は、第１層１７１の下側に位置し、縦長（酸化被膜１７０の厚さ方向に長い）の結晶組織である柱状組織を含有する。第３層１７３は、第２層１７２とは界面を介して基材１７５側に位置し、第２層１７２と同様に縦長の結晶組織である柱状組織を含有する。このように、第２層１７２および第３層１７３は、いずれも柱状組織を含有するが、これらは図２に示すように、界面１７４により明確に区分される。
【００５４】
第２層１７２および第３層１７３は、いずれも、少なくとも柱状組織により構成されていればよく、それぞれの柱状組織も同様であってもよいが、本開示においては、第２層１７２を構成する柱状組織（便宜上「第２層柱状組織］と称する）の方が、第３層１７３を構成する柱状組織（便宜上「第３層柱状組織］と称する）よりもアスペクト比が大きくなる傾向がある。
【００５５】
例えば、本実施の形態１に係る酸化被膜１７０においては、第２層柱状組織のアスペクト比は１〜２０の範囲内であり、第３層柱状組織のアスペクト比は１〜１５の範囲内である。もちろん、第２層柱状組織および第３層柱状組織のアスペクト比は、それぞれこれらの範囲内に限定されない。
【００５６】
酸化被膜１７０全体の厚さ（膜厚）は特に限定されないが、１〜５μｍの範囲内であればよい。同様に、第１層１７１、第２層１７２、および第３層１７３の厚さ、並びに、第１層１７１に含まれる緻密層１７１ａ、第２層１７２および第３層１７３の間に介在する界面１７４の厚さは、いずれも特に限定されない。
【００５７】
図２に示す例では、第１層１７１の厚さが約０．５μｍであり、第２層１７２の厚さが約２．０μｍであり、第３層１７３の厚さが約０．６μｍであり、界面１７４の厚さが約０．１６μｍである。また、第１層１７１には結晶が緻密な層が含まれており、その厚さは約０．４μｍである。それゆえ、酸化被膜１７０の全体の厚さは、約３．２６μｍである。
【００５８】
酸化被膜１７０を構成する成分の具体的な種類も特に限定されないが、第１層１７１から第３層１７３は、少なくとも三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）および四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）で構成されていればよい。より具体的には、例えば、第１層１７１において最も多く占める成分が三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）であればよく、第２層１７２において最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であればよく、第３層１７３において最も多く占める成分が四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）であればよい。また、第１層１７１〜第３層１７３（および界面１７４）には、三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）および四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）以外の成分が含まれてもよい。
【００５９】
酸化被膜１７０は、少なくとも第１層１７１、第２層１７２、および第３層１７３、並びに、第２層１７２および第３層１７３を区画する界面１７４を備えていればよいが、これら以外の層等を備えていてもよい。また、第１層１７１は、図２に示すように、最表面側に形成され、より緻密に配列される微結晶により構成される緻密層１７１ａを含んでもよいが、第１層１７１には緻密層１７１ａは必ずしも含まれなくてもよい。第１層１７１そのものが、他の２層に比べて緻密な微結晶により構成されているため、緻密層１７１ａが含まれなくても第１層１７１そのものが他の２層よりも結晶組織が緻密なものとなっている。
【００６０】
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１７５である鉄系焼結体の種類、その表面状態、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１７５である鉄系焼結体を酸化することにより、基材１７５の表面に酸化被膜１７０を形成することができる。
【００６１】
基材１７５である鉄系焼結体の具体的な構成は特に限定されず、鉄系材料を用いて公知の手法で製造される焼結体であればよい。鉄系焼結体（基材１７５）に含まれる鉄の含有量は特に限定されないが、本実施の形態１では、鉄が９０質量％以上を占める焼結体が用いられることが好ましい。また、鉄系焼結体には、鉄以外の種々の成分を含んでもよいが、本開示では、例えば、硫黄（Ｓ）およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一方を含有する構成を挙げることができる。なお、鉄系焼結体の基材１７５には、一般的には、ケイ素（Ｓｉ）は含まれない。
【００６２】
本開示に係る酸化被膜１７０は、最表面に緻密な第１層１７１を有している。そのため、摺動部材の摺動面に良好な耐摩耗性を付与できる。しかも、摺動部材の基材１７５は鉄系焼結体であり、通常であれば封孔処理が必要であるが、酸化被膜１７０の最表面は緻密な微結晶で構成されているため、封孔処理が不要となる。それゆえ、耐摩耗性の向上だけでなく製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００６３】
また、第１層１７１と基材１７５である鉄系焼結体の間には、それぞれ柱状組織を有する第２層１７２および第３層１７３が介在していることになる。そのため、第１層１７１を基材１７５に固定（密着）させるための層が２層構造になるため、第１層１７１の基材１７５に対する密着性をより一層良好なものとすることができる。それゆえ、耐摩耗性被膜としての安定性をより一層良好なものにすることができる。
【００６４】
さらに、従来では、基材１７５が鉄系材料である場合、鋳鉄等が用いられていたが、本開示に係る摺動部材は、基材１７５が鉄系焼結体であり、その表面に酸化被膜１７０が形成されている。それゆえ、鋳鉄製の基材１７５に比較して、摺動部材の軽量化を図ることができる。しかも、鋳鉄では加工が難しいような形状の摺動部材であっても、鉄系焼結体では、その形状を実現することが可能になる。それゆえ、これまで鋳鉄製であった摺動部材であっても、鉄系焼結体製の摺動部材に置き換えることができる。
【００６５】
［変形例］
このように、本開示に係る酸化被膜１７０は、鉄系焼結体である基材１７５の表面に形成され、少なくとも微結晶からなる第１層１７１と、この第１層１７１の下側に位置し、柱状組織を含有する第２層１７２と、この第２層１７２とは界面１７４を介して基材１７５側に位置し、柱状組織を含有する第３層１７３と、を含む構成である。また、本開示に係る摺動部材は、鉄系焼結体である基材１７５の表面（摺動面）に前記酸化被膜１７０が設けられている構成である。さらに、本開示に係る機器は、本開示に係る摺動部材を備えているものであり、本実施の形態１では、本開示に係る機器として、冷媒圧縮機１００を例示している。
【００６６】
ここで、冷媒圧縮機１００の具体的な構成は、前述した構成に限定されない。例えば、本実施の形態１では、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。
【００６７】
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の優れた効率化および優れた信頼性を実現することが可能となる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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（摺動部材により構成される）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、当該摺動部において、自己耐摩耗性の向上および相手攻撃性の抑制の双方を実現することができる。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。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００を備える冷凍装置の一例について、図３を参照して具体的に説明する。図３は、前記実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００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２では、冷凍装置の基本構成の概略についてのみ説明する。
【００７５】
図３に示すように、本実施の形態２に係る冷凍装置は、本体２７５、区画壁２７８、および冷媒回路２７０等を備えている。本体２７５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２７５の内部は、区画壁２７８により物品の貯蔵空間２７６と機械室２７７とに区画される。貯蔵空間２７６内には、図示しない送風機が設けられている。なお、本体２７５の内部は、貯蔵空間２７６および機械室２７７以外の空間等に区画されてもよい。
【００７６】
冷媒回路２７０は、貯蔵空間２７６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２７２と、減圧装置２７３と、吸熱器２７４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２７４は、貯蔵空間２７６内に配置されている。吸熱器２７４の冷却熱は、図３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２７６内を循環するように撹拌される。これにより貯蔵空間２７６内は冷却される。
【００７７】
冷媒回路２７０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、基材１７５が鉄系焼結体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。
【００７８】
このように、本実施の形態２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を搭載している。冷媒圧縮機１００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２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。
【００７９】
なお、前述したように、前記実施の形態１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２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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８２】
また、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】
【００８３】
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】
【００８４】
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）
１１３：ボアー（摺動部材）
１３２：ピストン（摺動部材）
１３８：コンロッド（摺動部材）
１７０：酸化被膜
１７１：第１層
１７１ａ：緻密層
１７２：第２層
１７３：第３層
１７４：界面
１７５：基材
２７０：冷媒回路
２７２：放熱器
２７３：減圧装置
２７４：吸熱器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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