(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸の回転運動が前記駆動軸と一体に回転可能な斜板及び当該斜板に摺動するシューによりピストンの往復運動に変換される斜板式圧縮機において、
前記斜板及びシューの双方には、互いに摺動する硬質膜が設けられ、
前記硬質膜は、クロムモリブデン鋼製の基材上に形成され、
前記基材の表面領域には、ラジカル窒化処理により窒化鉄が拡散浸透された窒化層が形成され、
前記窒化層の研削仕上げ除去厚さを５０μｍ以下とし且つ面粗度をＲａ０．１以下としていると共にビッカース硬さをＨｖ５００〜１０００の範囲とし、
前記硬質膜と前記窒化層との間には、窒化クロム又は窒化チタンからなる中間膜が形成され、
前記硬質膜は、前記中間膜側に連続的に成膜された実質的に水素を含まないダイヤモンドライクカーボンから成る第一硬質膜、及び、この第一硬質膜に連続的に成膜されて第一硬質膜よりもグラファイト比率が高く設定された第二硬質膜とで構成され、
前記第一硬質膜の厚さを２〜６μｍの範囲とし且つビッカース硬さをＨｖ１０００〜２５００の範囲とすると共に、第二硬質膜の厚さを０．１〜０．５μｍの範囲とし且つビッカース硬さをＨｖ７００〜１３００の範囲とし、
前記斜板に被覆する前記第一硬質膜のビッカース硬さを前記シューに被覆する第一硬質膜よりもHｖ３００〜７００高くしてある
ことを特徴とする斜板式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は斜板式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用空調システムの冷凍回路等に適用される流体機械としての斜板式圧縮機は、駆動軸から斜板及びシューを介して動力供給を受けたピストンがシリンダボア内を往復運動するのに伴い、吸入室からシリンダボア内への作動流体としての冷媒の吸入工程、吸入した作動流体の圧縮工程及びシリンダボアから吐出室への圧縮した作動流体の吐出工程からなる一連のプロセスを実行する。
【０００３】
より詳しくは、駆動軸は環状の斜板を貫通し、斜板は駆動軸に対し傾斜して若しくは傾動可能にして固定されている。一方、各ピストンのテール部には、夫々が略半球状をなす１対のシューが配置され、１対のシューは互いの間に斜板の外周部を挟み込んでこの外周部に摺動する。
斜板及びシューの互いの摺動面は、冷媒に含まれる冷凍機油（潤滑油）からなる油膜により潤滑されるが、摺動面の耐摩耗性及び耐焼付き性を向上すべく、従来、斜板の摺動面にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる被膜が形成されていた。
【０００４】
そして、近年では、耐摩耗性及び耐焼付き性を更に向上させるべく、斜板及びシューの摺動面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）と称され、水素を含む非晶質炭素からなる被膜（ＤＬＣ膜）を形成することが行われている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
ところが、特許文献１の斜板と特許文献２のシューとを組み合わせた場合、つまり、斜板及びシューの双方の摺動面に水素を含むＤＬＣ膜を形成した場合、ＤＬＣ膜の異常摩耗や焼付きが発生する虞がある。これは以下の理由による。
【０００５】
低温下で且つ圧縮機の作動直後にその回転数が高い場合、油膜が冷媒により洗い流されてしまい、斜板及びシューの摺動面がドライ状態になり易い。このため、低温下で圧縮機が作動と停止を繰り返すような場合、油膜切れが生じてＤＬＣ膜同士が直接接触するようになる。
ここで、ＤＬＣ膜の主成分は非金属である炭素原子であることから、金属膜同士が直接接触する場合に比べ、凝着による摩耗や焼付きは起き難いと考えられていた。しかしながら、現実には、水素を含むＤＬＣ膜同士が摺動する場合、面圧が低くても凝着によりＤＬＣ膜の異常摩耗や焼付きが発生してしまう。
【０００６】
そこで、本発明者らは、水素を含まないＤＬＣ膜を有する斜板及びシューの研究・開発を進めたところにおいて、水素を含まないＤＬＣ膜は、互いに凝着しづらく、斜板及びシューの一方に適用した場合でも、水素を含むＤＬＣ膜に比べて同等以上の耐摩耗性及び耐焼付き性を有することを見出し、斜板及びシューのうち少なくとも一方が、耐摩耗性、耐焼付き性及び密着性の向上したＤＬＣからなる硬質膜を有する斜板式圧縮機を提案した（特許文献３及び特許文献４）。
【特許文献１】特開2001-280236号公報
【特許文献２】特開2001-271741号公報
【特許文献３】特開2007-56720号公報
【特許文献４】特開2007-56721号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、実質的に水素を含まないＤＬＣ膜を種々の条件にて斜板及びシューに形成して、これらのＤＬＣ膜の耐摩耗性、耐焼付き性及び密着性の評価を行い、より一層高性能なＤＬＣ膜を形成するためには、更に研究開発を進めて斜板及びシューに施す表面処理のより好適な仕様を決定する必要があるとの結論に至った。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、斜板及びシューの双方が、耐摩耗性、耐焼付き性及び密着性のより一層向上したＤＬＣからなる硬質膜を有する斜板式圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明者らは、斜板及びシューの最適なマッチング仕様を決定するべく、基材、下地層、中間膜、基本硬質膜及び最外表面硬質膜について、鋭意研究開発を進めた結果、以下の発明に想到した。
すなわち、本発明は、駆動軸の回転運動が前記駆動軸と一体に回転可能な斜板及び当該斜板に摺動するシューによりピストンの往復運動に変換される斜板式圧縮機において、前記斜板及びシューの双方には、互いに摺動する硬質膜が設けられ、前記硬質膜は、クロムモリブデン鋼製の基材上に形成され、前記基材の表面領域には、ラジカル窒化処理により窒化鉄が拡散浸透された窒化層が形成され、前記窒化層の研削仕上げ除去厚さを５０μｍ以下とし且つ面粗度をＲａ０．１以下としていると共にビッカース硬さをＨｖ５００〜１０００の範囲とし、前記硬質膜と前記窒化層との間には、窒化クロム又は窒化チタンからなる中間膜が形成され、前記硬質膜は、前記中間膜側に連続的に成膜された実質的に水素を含まないダイヤモンドライクカーボンから成る第一硬質膜、及び、この第一硬質膜に連続的に成膜されて第一硬質膜よりもグラファイト比率が高く設定された第二硬質膜とで構成され、前記第一硬質膜の厚さを２〜６μｍの範囲とし且つビッカース硬さをＨｖ１０００〜２５００の範囲とすると共に、第二硬質膜の厚さを０．１〜０．５μｍの範囲とし且つビッカース硬さをＨｖ７００〜１３００の範囲とし、前記斜板に被覆する前記第一硬質膜のビッカース硬さを前記シューに被覆する第一硬質膜よりもHｖ３００〜７００高くしてある構成としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１に係る斜板式圧縮機によれば、斜板及びシューの双方に、実質的に水素を含まないＤＬＣからなる硬質膜を形成したので、斜板とシューとの間の摺動部位において極めて良好な耐摩耗性及び耐焼付き性が確保され、硬質膜の異常摩耗や焼付きが発生する可能性がほとんど皆無となる。
加えて、この圧縮機において、斜板及びシューの両方に形成した硬質膜は実質的に水素を含まないＤＬＣからなっているので、硬質膜同士の凝着による異常摩耗や焼付きが防止される。このため、この斜板式圧縮機は、斜板とシューとの間での摺動状態が良好に保たれ、安定に動作する。
【００１０】
また、本発明に係る斜板式圧縮機では、クロムモリブデン鋼からなる基材に形成した窒化層の表面面粗度がＲａ０．１以下に磨かれているので、硬質膜の密着性が向上したものとなっている。
すなわち、窒化層の面粗度がＲａ０．１以下であれば、窒化層上に形成された硬質膜が平坦になり、摺動時に硬質膜に局所的に大きな応力が加わることがなくなる。この結果、硬質膜が局所的に変形して剥離するのが防止され、硬質膜の密着性が向上する。
【００１１】
さらに、本発明に係る斜板式圧縮機では、窒化層の硬度をビッカース硬さＨｖ５００〜１０００の範囲とすることによっても、硬質膜の密着性が向上したものとなっている。
すなわち、硬質膜を形成する基材の表面領域の硬度が低いと、摺動時に硬質膜が変形して剥離し易くなる。この圧縮機では、窒化層の硬度をビッカース硬さＨｖ５００〜１０００の範囲とすることで、摺動時に硬質膜の変形が防止され、硬質膜の密着性が向上する。
【００１２】
さらにまた、本発明に係る斜板式圧縮機では、硬質膜と基材の窒化層との間に、窒化クロム又は窒化チタンからなる中間膜を形成したことで、硬質膜の密着性が更に向上したものとなっている。
さらにまた、本発明に係る斜板式圧縮機では、硬質膜を構成する実質的に水素を含まないダイヤモンドライクカーボンから成る第一硬質膜が中間膜側に連続的に成膜され、この第一硬質膜よりもグラファイト比率が高く設定された同じく硬質膜を構成する第二硬質膜が第一硬質膜に連続的に成膜され、第一硬質膜の厚さを２〜６μｍの範囲とし且つ硬度をビッカース硬さＨｖ１０００〜２５００の範囲とし、第二硬質膜の厚さを０．１〜０．５μｍの範囲とし且つ硬度をビッカース硬さＨｖ７００〜１３００の範囲とすることで、第一硬質膜及び第二硬質膜の各密着性が更に向上するとともに、第一硬質膜及び第二硬質膜のせん断強さが増大して両硬質膜の変形が防止される。この結果、斜板とシューとの間での摩擦トルクが低減され、圧縮機の消費動力が削減される。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る斜板式圧縮機では、斜板の第一硬質膜のビッカース硬さが、シューの第一硬質膜よりもHｖ３００〜７００だけ高くすることで、これら第一硬質膜の耐摩耗性及び耐焼付き性がより一層向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、自動車用空調システムの冷凍回路に適用した一実施例の斜板式圧縮機を示す。
冷凍回路は、例えばＲ１３４ａ等のＨＦＣ冷媒（以下、単に冷媒と称す）が循環する循環流路２を有する。斜板式圧縮機は循環流路２に介挿され、冷媒の流れ方向でみて、斜板式圧縮機の下流には凝縮器４、膨張弁６及び蒸発器８が順次介挿されている。
斜板式圧縮機は容量可変型であって、シリンダブロック１０を備え、シリンダブロック１０の一端にはクランクケース１２が設けられている。また、シリンダブロック１０の他端にはバルブプレート１４を介してシリンダヘッド１６が設けられ、クランクケース１２及びシリンダヘッド１６は、シリンダブロック１０及びバルブプレート１４を貫通する連結ボルトにより互いに連結されている。
【００１５】
シリンダブロック１０及びクランクケース１２により区画されたクランク室１８内には、その中央に駆動軸２０が配置され、この駆動軸２０の一端側はクランクケース１２を貫通し、軸受２２を介してクランクケース１２に回転自在に支持されている。一方、駆動軸２０の他端は、シリンダブロック１０の中央を軸線方向に貫通して形成された中央孔２４に進入し、軸受２６を介してシリンダブロック１０に回転自在に支持されている。
【００１６】
クランクケース１２から突出した駆動軸２０の一端には、電磁クラッチ２８のドリブン側ユニットが固定され、電磁クラッチ２８のドライブ側ユニットを構成するロータ３０は、軸受３２を介してクランクケース１２に回転自在に支持されている。ロータ３０はソレノイドを内蔵するとともに、その外周には駆動プーリ３４が固定され、駆動プーリ３４と車両のエンジン３６との間にはベルト３７が架け回されている。従って、駆動プーリ３４は、エンジン３６の作動中、ベルト３７により回転駆動され、このとき電磁クラッチ２８がオン作動されると、駆動プーリ３４の回転が駆動軸２０に伝達され、駆動軸２０は一方向に回転される。
【００１７】
シリンダブロック１０には、例えば７個のシリンダボア３８が形成されている。これらシリンダボア３８はシリンダブロック１０の周方向に等間隔を存して配置され、各シリンダボア３８は駆動軸２０と平行にしてシリンダブロック１０をその軸線方向に貫通している。
一方、シリンダヘッド１６内には、その中央に吐出室４０が区画され、吐出室４０の回りに環状の吸入室４２が区画されている。これら吐出室４０及び吸入室４２は、シリンダヘッド１６の外壁に形成された吐出ポート及び吸入ポート（図示せず）を通じて循環流路２の往路及び復路にそれぞれ接続されている。
【００１８】
これらシリンダブロック１０とシリンダヘッド１６との間に挟まれたバルブプレート１４には、各シリンダボア３８と吐出室４０及び吸入室４２との間をそれぞれ連通する吐出孔４４及び吸入孔４６が形成され、これら吐出孔４４及び吸入孔４６は、逆止弁としてのリード弁４８,５０によりそれぞれ開閉される。
また、吐出室４０とクランク室１８との間には、シリンダブロック１０及びバルブプレート１４を貫通して高圧側流路５２が形成され、シリンダブロック１０内を延びる高圧側流路５２の部分には、オリフィスフィルタ５４が配置されている。オリフィスフィルタ５４は、極小の内径を有するオリフィスチューブ５６を有し、オリフィスチューブ５６は、吐出室４０の圧力をクランク室１８に減圧して伝達可能である。また、オリフィスフィルタ５４は、オリフィスチューブ５６の目詰まりを防止すべく、吐出室４０側のオリフィスチューブ５６の端部を囲む筒状のフィルタ材５８を有する。
【００１９】
一方、吸入室４２とクランク室１８との間は、シリンダヘッド１０の中央孔２４を一部に含む低圧側流路を通じて接続され、この低圧側流路は、中央孔２４に配置された開閉弁６０により所定の条件にて開閉される。より詳しくは、開閉弁６０は、吸入室４２の圧力が所定の上限値を超えたときに閉作動し、もってクランク室１８の圧力を上昇させる一方、吐出室４０の圧力が所定の上限値を超えたときに開作動し、もってクランク室１８の圧力を低下させる。
【００２０】
前述した各シリンダボア３８内にはピストン６２が摺動自在に嵌合され、シリンダボア３８内でのピストンの往復運動は、吸入室４２からシリンダボア３８への冷媒の吸入工程、シリンダボア３８内での吸入した冷媒の圧縮工程及びシリンダボア３８から吐出室４０への圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを実施する。換言すれば、ピストン６２の往復運動は、循環流路２の復路から圧縮機への冷媒の吸入工程、圧縮機での冷媒の圧縮工程及び圧縮機から循環流路２への冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを実施する。
【００２１】
上述したピストン６２に往復運動を付与すべく、駆動軸２０にはベースロータ６４が同心上に固定され、ベースロータ６４とクランクケース１２の端壁との間には、スラストベアリング６６が配置されている。ベースロータ６４には、ヒンジ６８によりチルトロータ７０が連結され、チルトロータ７０の中央を駆動軸２０は貫通している。チルトロータ７０には、環状の斜板７２が外側から嵌合され、斜板７２は、ベースロータ６４、ヒンジ６８及びチルトロータ７０を介して駆動軸２０に対して傾動可能であるとともに、駆動軸２０と一体に回転可能である。
【００２２】
なお、ベースロータ６４とチルトロータ７０との間には、駆動軸２０に挿通されたコイルスプリング７４が配置され、コイルスプリング７４はチルトロータ７０をシリンダブロック１０に向けて押圧付勢している。
一方、シリンダブロック１０からクランク室１８に突出した各ピストン６２の端部は、テール部７６として形成されている。テール部７６は、駆動軸２０の方向及び周方向に開口したコの字形状をなし、ピストン６２の軸線方向にて互いに離間した各テール部７６の内面には、それぞれ半球状に凹んだ一対の球面座が形成されている。一対の球面座には、それぞれ半球状の一対のシュー７８が配置され、これらシュー７８間に斜板７２の外周部が摺動自在に挟み付けられている。
【００２３】
より詳しくは、図２は、斜板式圧縮機の斜板７２及びシュー７８のみを模式的に示し、斜板７２は、その厚さ方向両側に互いに平行な主面を有し、各主面の外周領域がシュー７８に対しての摺動面になる。一方、シュー７８は、斜板７２の摺動面により摺動される円形かつ平坦な被摺動面と、被摺動面の外縁に連なり、球面座に合致可能な半球状の凸面とを有する。
【００２４】
なお、図２中、斜板及びシューの一部が切欠かれるとともに、７組のシューのうち１組のシューが省略されている。
図２の円内は、斜板７２とシュー７８とが互いに摺動する部位の断面を拡大して示しており、斜板７２及びシュー７８の各々は、クロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４３５製の基材８０を有する。
【００２５】
基材８０の各表面には、基材８０をラジカル窒化処理することにより、窒化鉄を主成分とする窒化層８２が形成されている。この窒化層８２の厚さは概ね２００μｍ程度であり、窒化層表面部を研削加工で５０μｍ以下除去してあって、窒化層８２のビッカース硬さＨｖは５００以上１０００以下の範囲にある。そして、窒化層８２の面粗度は、Ｒａ０．１以下である。
【００２６】
窒化層８２の各直上には、中間膜８４がＰＶＤ法により成膜されている。この中間膜８４は窒化クロム（ＣｒＮ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）からなり、中間膜８４の厚さは２μｍ以上５μｍ以下の範囲にある。
中間膜８４の各直上には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）からなる硬質膜８６が形成され、これらの硬質膜８６は、いずれも第一硬質膜８６ａ及び第二硬質膜８６ｂで構成されている。
【００２７】
第一硬質膜８６ａは、実質的に水素を含まないＤＬＣから成り、厚さは２〜６μｍの範囲にあり、硬度はビッカース硬さＨｖ１０００〜２５００の範囲にある。
一方、第二硬質膜８６ｂは、第一硬質膜８６ａと比べてグラファイト比率を高く設定してあって、厚さは０．１〜０．５μｍの範囲にあり、硬度はビッカース硬さＨｖ７００〜１３００の範囲にある。
【００２８】
このように、硬質膜８６はいずれも積層構造を有し、硬質膜８６のビッカース硬さＨｖは、表面から中間膜８４にかけて大きくなる。
ここで、水素を実質的に含まないとは、硬質膜８６の成膜時に水素を意図的には含有させなかったことをいい、定量的にいえば、硬質膜８６での水素濃度が、不可避的不純物レベルとしての０．５質量％以下であることをいう。
【００２９】
そして、ＤＬＣとは、ｓｐ２結合及びｓｐ３結合により短距離的に結合した炭素元素を主成分とし、全体としては非晶質構造を有する炭素材料をいう。
この場合、斜板７２に被覆する第一硬質膜８６ａの硬度は、シュー７８に被覆する第一硬質膜８６ａの硬度よりも高くしてあり、その差は、ビッカース硬さでHｖ３００〜７００の範囲にある。
【００３０】
また、第二硬質膜８６ｂは、層内に分散した状態で２０原子％以上５０原子％以下のＣｕ元素を含有している。
上述した斜板７２及びシュー７８は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、所定形状に粗加工されたＳＣＭ４３５からなる鉄系合金材を用意し、硬質膜を形成する鉄系合金材の領域に、研削加工及びラップ加工のうち一方又は両方を施して表面粗さを調整し、基材８０を得る。
【００３１】
次に、得られた基材８０の表面に、ラジカル窒化処理により窒素を拡散させ、窒化層８２を形成する。この後、ＰＶＤ装置のチャンバに、中間膜（ＣｒＮ又はＴｉＮ）用、硬質膜８６の第二硬質膜８６ｂに分散されるＣｕ用の３種類のターゲット材とともに基材８０を配置してから、ＰＶＤ法（物理的気相成長法）により、まず、窒化層８２上に中間膜８４を形成する。そして、成膜された中間膜８４の上に、やはりＰＶＤ法によりＤＬＣからなる硬質膜８６を形成して、斜板７２及びシュー７８を得る。
【００３２】
なお、硬質膜８６を成膜する際には、成膜条件を変化させることで、第一硬質膜８６ａ及び第二硬質膜８６ｂを順次成膜する。
以下、上述した冷凍回路の動作について説明する。
この冷凍回路では、斜板式圧縮機がエンジン３６から動力供給を受けて作動すると、圧縮機は、低温低圧のガス冷媒（ＨＦＣ冷媒）を循環流路２の復路から吸入して圧縮し、高温高圧のガス冷媒を循環流路２の往路に吐出する。吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器４を通過する際に凝縮し、液化状態になる。液化した冷媒は、膨張弁６を通過する際に断熱膨張し、その温度及び圧力が低下し、気液混合状態になる。気液混合状態の冷媒が蒸発器８に流入すると、気液混合状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発器８内で気化し、蒸発器８からはガス冷媒が流出する。そして、蒸発器８から流出したガス冷媒は、循環流路２の復路を通じて圧縮機に吸入される。
【００３３】
なお、凝縮器４及び蒸発器８のそれぞれ近傍には、これら凝縮器４及び蒸発器８の外側を通過する風を形成する凝縮器ファン及び蒸発器ファン（図示せず）がそれぞれ配置され、凝縮器４が送風を受けることで、凝縮器４を通過する冷媒が冷却される。また、蒸発器８を通過する送風は、蒸発器８内の液冷媒により気化熱を奪われて冷風になり、この冷風が車室に吹出すことで、車室が冷房される。
【００３４】
以下、斜板式圧縮機の動作について詳細に説明する。
斜板式圧縮機の駆動プーリ３４には、エンジン３６の作動時、ベルト３７を介してエンジン３６からの動力が伝達されており、このとき電磁クラッチ２８がオン作動されると、駆動プーリ３４と一体的に駆動軸２０が回転駆動される。この駆動軸２０の回転に伴って、ベースロータ６４及びチルトロータ７０を介して斜板７２も回転駆動され、この斜板７２の回転運動は、シュー７８を介してピストン６２の往復運動に変換される。各ピストン６２の往復運動に伴い、吸入室４２内の冷媒がリード弁５０を介してシリンダボア３８に吸入される吸入工程と、シリンダボア３８内で冷媒が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒がリード弁４８を介して吐出室４０に吐出される吐出工程が実施される。
【００３５】
このように斜板式圧縮機が吸入、圧縮及び吐出工程を実行している間、開閉弁６０の自律的な開閉作動によって、圧縮機から循環流路２の往路に吐出される圧縮冷媒の吐出量が増減される。
より詳しくは、例えばエンジン３６の回転数上昇に伴い、吐出室４０の圧力が所定の上限値を超えて上昇した場合、開閉弁６０が閉作動してクランク室１８と吸入室４２との間が遮断され、クランク室１８の圧力が低下する。これにより、クランク室１８内の圧力（背圧）が、吸入室４２内の圧力、即ち吸入工程を実行しているシリンダボア３８内の圧力よりも大きくなると、そのピストン６２に対して前方（バルブプレート１４側）に向かう付勢力が加えられる。このためピストン６２のストローク長が減少し、各シリンダボア３８からの吐出室４０内への圧縮冷媒の吐出量が減少する。
【００３６】
なお、ピストン６２に加わる前方への付勢力はテール部７６及びシュー７８を介して斜板７２にも伝達されるので、この付勢力によって、斜板７２は、駆動軸２０と直交する仮想面に対して平行に近づくように傾動される。つまり、図１には、冷媒吐出量が最小のときの圧縮機の断面が示されている。
一方、蒸発器８での熱負荷が大きくなって吸入室４２の圧力が所定の上限値を超えて上昇した場合、開閉弁６０が開作動してクランク室１８と吸入室４２とが連通し、クランク室１８の圧力が吸入室４２の圧力まで低下する。従って、ピストン６２に加わる前方への付勢力が減少するので、ピストン６２のストローク長が増大し、各シリンダボア３８から吐出室４０内への圧縮冷媒の吐出量が増大する。
【００３７】
なお、ピストン６２に加わる前方への付勢力が減少するのに伴い、斜板７２は、駆動軸２０と直交する仮想面に対して傾斜するように傾動する。
また、斜板式圧縮機が、吸入、圧縮及び吐出工程を実行している間、高圧側流路２６に配置されたオリフィスフィルタ５４を通じて、吐出室４０の底部に溜まった潤滑油がクランク室１８に還流され、斜板７２とシュー７８との間での摺動部位、軸受２２，２６及びスラストベアリング６６の潤滑に供される。
【００３８】
上述した斜板式圧縮機では、吐出室４０の圧力、つまりシリンダボア３８の圧力がおよそ３〜４MPaにも達し、斜板７２とシュー７８との間の摺動部位に非常に大きな圧縮反力が加わる。つまり、硬質膜８６には非常に大きな面圧が加わるけれども、硬質膜８６は水素を含まないＤＬＣからなるので、硬質膜８６同士の凝着が防止され、硬質膜８６の異常摩耗や焼付きが防止される。この結果、この斜板式圧縮機は安定に動作し、優れた耐久性を有する。
【００３９】
そこで、上述した斜板式圧縮機の斜板及びシューにおける耐焼き付き性、耐膜剥離、耐摩耗特性及び最小摩擦係数を評価するための試験を下記要領で行った。
この試験では、図３に示すように、コンプレッサー内部構造を模した試験機の上部回転軸１０１に斜板７２を取り付けると共に、下部受台１０２の凹部１０２ａにシュー７８をはめ込み、斜板７２及びシュー７８を互いに接触させた状態で、上部回転軸１０１とともに斜板７２を回転させつつ下部受台１０２を介して段階的に押し付け荷重Ｆを負荷するようにした。
【００４０】
そして、これで測定した摩擦力から摩擦係数を算出して評価すると共に、異常摩擦力を検出した荷重から耐焼き付き性を評価するようにした。
まず、クロムモリブデン鋼からなる基材に形成した窒化層において、ビッカース硬さがＨｖ５５０以上の硬度を有する窒化鉄の拡散浸透深さは精々６０〜８０μｍでしかない。ラジカル窒化処理温度は４５０〜５５０℃なので、通常の焼入れに比較して処理温度が低く、熱処理変形や歪や表面皮膜変質層の生成は少ないが、斜板７２に要求される精度（平面度、平坦度、平行度、面粗度等）を満足するための研削加工や精密仕上げ加工（ラッピング、バフ）をラジカル窒化処理後に行わなければならない。
【００４１】
研削加工や精密仕上げ加工後の表面硬度は、斜板７２とシュー７８との摺接による焼き付き荷重の大きさ及び望ましい摩擦係数を確保するために、実験結果から、ビッカース硬さがＨｖ５００以上であることが望ましく、より望ましくはビッカース硬さＨｖ５５０以上である。したがって、ラジカル窒化処理後の研削仕上げ除去厚さ（取り代）は５０μｍ以下とすることが望ましく、より望ましくは３０μｍ以下である。
【００４２】
クロムモリブデン鋼からなる基材に形成した窒化層の評価試験において、荷重は２００Ｎ毎のステップ荷重とし、この荷重を５分間保持して焼き付きによる異常摩擦力を検知した際の荷重を焼き付き荷重とした。
下地層をラジカル窒化処理したラジカル窒化処理品と、下地層を全体焼入れ処理した全体焼入れ処理品とを焼き付き荷重及び摩擦係数で比較したところ、図４のグラフに示すように、全体焼入れ処理品は、ラジカル窒化処理品よりも焼き付き荷重が低く、摩擦係数は高い。そして、荷重を負荷する毎に、アブレッシブ摩耗が生じ、摩擦係数の不安定化傾向が顕著である。
【００４３】
一方、ラジカル窒化処理品は、表面層が窒化鉄による拡散浸透で硬化してはいるが、内部硬度は生材であるため低く、荷重を受けて摺接によるなじみ（表面の微細な突起部分が削られてシュー形状に倣って面粗度が良化する現象、以下「なじみ」と称する）が生じ易く、初期摩擦係数は小さく安定している。
焼き付き摩耗性能において、全体焼入れ処理品は、初期の掘り起こしアブレッシブ摩耗時の暴れの大きさに影響を受けていることが分かる。またステップ荷重変動時にもアブレッシブ摩耗による摩擦係数の不安定さも表れている。
【００４４】
次に、斜板７２及びシュー７８に設けた硬質膜８６の第一硬質膜８６ａは、斜板７２及びシュー７８の基本膜であり、焼き付き負荷荷重及び摩擦係数を決定付けると共に高負荷荷重及び高速回転時の膜寿命をも大きく左右する。
そこで、斜板７２及びシュー７８にそれぞれ種類及び厚さが異なるＤＬＣの皮膜を形成して多くの実験を試みたところ、クロムモリブデン鋼の熱処理方法、熱処理後の面粗度、及び第二硬質膜８６ｂとの相互作用が複雑に影響し合うことが判り、この実験結果に基づいて、第一硬質膜８６ａの仕様を決定した。
【００４５】
すなわち、図５〜図８に示すように、斜板７２及びシュー７８の双方に設ける第一硬質膜８６ａは、実質的に水素を含まないUBMS式のPVD（物理的蒸着法）による標準ＤＬＣ（炭素原子による単層、同一硬度）であって、硬度はビッカース硬さＨｖ１０００〜２５００の範囲にあり、膜厚さは２〜６μｍの範囲とすることが望ましい。
一方、斜板７２及びシュー７８に設けた硬質膜８６の第二硬質膜８６ｂは、斜板７２及びシュー７８の摺接の初期なじみを創生して、初期段階での斜板７２及びシュー７８間の摩擦ダメージを抑え、且つ、以降の摩擦係数を決定する重要な膜となる。
【００４６】
この第二硬質膜８６ｂにおいても、水素含有ＤＬＣを含め複数のＤＬＣ膜を選定し、厚さや硬度等を変えて、さらに第一硬質膜８６ａとの相互作用をも確認実験しながら望ましい仕様を決定した。
すなわち、斜板７２及びシュー７８の双方に設ける第二硬質膜８６ｂは、実質的に水素を含まないUBMS式のPVD（物理的蒸着法）によるＤＬＣであって、アモルファスカーボンの分類図でいうSP２（グラファイト）成分が多く含まれるいわゆるグラファイトリッチ膜で、ビッカース硬さはＨｖ７００〜１３００、膜厚は０．１〜０．５μｍであり、いずれも望ましくはビッカース硬さＨｖ１０００±２００、膜厚は０．２〜０．３μｍである。
【００４７】
この際、第二硬質膜８６ｂの膜厚は０．２〜０．３μｍであることが望ましいから、第二硬質膜８６ｂが摩耗して第一硬質膜８６ａに摺接面が移った場合であったとしても、大きな摩擦力の変動はなく、したがって、焼き付きに到ることもない。
これは、第二硬質膜８６ｂ及び第一硬質膜８６ａは連続して成膜され、且つ、第二硬質膜８６ｂから第一硬質膜８６ａへの摩耗も徐々に進行していくためと考えられる。
【００４８】
そこで、第二硬質膜（グラファイトリッチ膜）８６ｂの硬度を同一とし、斜板７２の第一硬質膜８６ａの硬度をシュー７８の第一硬質膜８６ａよりも高くしたパターンＡと、斜板７２の第一硬質膜８６ａの硬度をシュー７８の第一硬質膜８６ａと同じにしたパターンＢと、斜板７２の第一硬質膜８６ａの硬度をシュー７８の第一硬質膜８６ａよりも低くしたパターンＣとの各パターンにおいて、斜板７２の第一硬質膜８６ａのビッカース硬さをＨｖ１０００，１５００，２０００，２５００の四通りに設定すると共に、パターンＡ，Ｃにおける硬度差をＨｖ５００，１０００の二通りに設定して上記試験機による実験を行ったところ、図９に示す結果（抜粋）を得た。
【００４９】
図９の結果から、斜板７２の第一硬質膜８６ａの硬度をシュー７８の第一硬質膜８６ａの硬度よりもビッカース硬さをＨｖ３００〜７００だけ高くしたパターンにおいて、第一硬質膜８６ａは第二硬質膜８６ｂ（いわゆるグラファイトリッチ層）の摩耗進行に影響されながらではあるが、初期段階における第二硬質膜８６ｂ，８６ｂ同士の摺接において、初期アブレッシブ摩耗の掘り起こし作用における摩耗量が少なく、且つ、摩耗進行プロセス中における安定性（摩擦力の変動度）に優れることが判る。
【００５０】
つまり、斜板７２の第一硬質膜８６ａの硬度をシュー７８の第一硬質膜８６ａよりもビッカース硬さＨｖ３００〜７００（５００±２００）だけ高くするのが望ましいことが実証された。
ところで、従来型の斜板式圧縮機に用いられている斜板は、Ｓ４５Ｃの基材にＡｌ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｕ等を混ぜ合わせた金属溶射物を溶射固着させ、さらに上層にＰＴＦＥ皮膜を形成して成っており、従来型の斜板式圧縮機に用いられているシューは、ＳＵＪ−２（軸受鋼）を略半球状に成形し、焼入れ及び焼き戻し処理を施した後に、ラッピング加工やバレル加工などの精密仕上げ研磨が成されるようになっていて、性質的には全く正反対の潤滑性に優れた摺接物同士において、低い優れた摩擦係数を実現している。
【００５１】
しかしながら、斜板に溶射及びコーティングされたＰＴＦＥ皮膜は、柔らかく低い摩擦係数を実現してはいるものの、実用段階において摩耗は着実に進む。例えば、自動車に搭載される圧縮機に求められる長期に亘る使用を可能にするためには、斜板とシューとの間で焼き付きを起こさせないこと、及び、異常な負荷変動を生じさせないことが強く求められている。
【００５２】
したがって、斜板の摩耗が進むことによるシューとのギャップ（クリアランス）の広がりは、圧縮機の圧縮工程におけるピストン及びシリンダヘッド間のクリアランスの増大となる。これは圧縮比の低下、すなわち、成績係数の低下につながり、冷房性能の低下を招くうえ、斜板とシューとの間でのクリアランス増、及び、ピストン間のクリアランス増による機械的ロスが大きくなる。
【００５３】
斜板は上述した製造工程を経て製造されるので、コスト高を招いてしまううえ、溶射を含めて厳しい作業環境を避けがたかった。一方、シューは軸受鋼を半球状に潰した後に、焼入れ及び焼き戻しといった熱処理を施すため、再結晶温度を大きく超えた温度遷移が生じることとなり、歪の開放や熱歪の発生による寸法変位が大きくなって不良率が必然的に高くなり、その結果、最終仕上げ後における球座面と摺動平坦部との寸法ランク分けが必要となっていた。そして、これが組立工程まで大きな影響を及ぼし、結果的に直行率を下げる要因にもなり、コスト高及び管理工数増加を招いていた。
【００５４】
上記した本実施形態による斜板式圧縮機によれば、斜板７２及びシュー７８に実質的に水素を含まないＤＬＣからなる硬質膜８６を形成したことにより、斜板７２とシュー７８との間の摺動部位において良好な耐磨耗性及び耐焼き付き性が確保される。
ここで、全体性能を定量化した数値で表現すれば、下記のようになる。
すなわち、摺動速度を一定にして付加荷重を段階的に上げ、初期の負荷荷重を４００Ｎ、中期の負荷荷重を２０００Ｎ、安定期の負荷荷重を３６００Ｎとしたときの、ＰＴＦＥ斜板及び軸受鋼シューの組合わせを有する従来型斜板式圧縮機の摩擦力から算出した摩擦係と、ＤＬＣ斜板及びＤＬＣシューの組合わせを有する本実施形態型斜板式圧縮機の摩擦力から算出した摩擦係数とを比較した。
【００５５】
図１０に示すように、本実施形態型の斜板式圧縮機のＤＬＣ斜板とＤＬＣシューとの摺動は、初期なじみ層を形成するためのアブレッシブ摩耗力が大きくなるが、負荷荷重が６００〜８００Ｎを超えてなじみ層が形成された後は、摩擦係数が極小となって上記実施形態の斜板式圧縮機による成果は明らかなものとなる。
本実施形態型の斜板式圧縮機によれば、摩擦係数が従来型斜板式圧縮機に比べて約１/５となるため、摩耗量は概ね１/１０となり、上記した従来型斜板式圧縮機の問題を解消することができる。
【００５６】
また、シュー７８は斜板７２と同じく素材としてＳＣＭ４５を用い、金型で半球状に成型加工した後、ラジカル窒化処理を行うが、このラジカル窒化処理温度は、４００〜５５０℃、望ましくは４５０〜５００℃であり、精密研削やバレル研磨を経てＤＬＣ処理を施す。
このＤＬＣ処理において、第一硬質膜８６ａ及び第二硬質膜８６ｂをＤＬＣ処理炉中で連続成膜するが、このＤＬＣ処理温度は１５０〜３００℃であり、望ましくは２００〜２５０℃である。
【００５７】
このような処理温度とすることにより、ＳＣＭ４５の変態点温度（約７２０℃）を超えることはなく、したがって、上記した従来型斜板式圧縮機の製造工程における不具合を解消することができる。
本発明は上述した一実施形態に限定されることはなく種々変更が可能である。例えば、上述した一実施形態の斜板式圧縮機を適用した冷凍回路では、冷媒としてＨＦＣ冷媒が循環していたけれども、冷媒の種類は特には限定されず、例えばＣＯ２のような自然系冷媒等を冷媒として用いてもよい。
【００５８】
なお、硬質膜８６の全体の厚さは、特には限定されないけれども、斜板７２での硬質膜８６の厚さは１μｍ以上８μｍ以下の範囲にあるのが好ましく、シュー７８での硬質膜８６の厚さは、２μｍ以上８μｍ以下の範囲にあるのが好ましい。硬質膜８６の厚さが１μｍ若しくは２μｍよりも小さいと、耐摩耗性及び耐焼付き性を十分に確保することが困難になり、硬質膜８６の厚さが８μｍを超えると、成膜に時間がかかるばかりでなく、硬質膜８６の内部残留応力が増大し、硬質膜８６の密着性低下を招くからである。
【００５９】
上述した一実施形態では、基材８０を用意する際のＳＣＭ４５の研削方法は、特には限定されず、図１１（ａ）〜（ｃ）に示したように、１つの直線方向（平行）、互いに交差する２つの直線方向（綾目）、周方向（同心円）及びこれらの方向を組み合わせて研削加工することができるが、綾目に研削加工するのが好ましい。
上述した一実施形態では、硬質膜８６を形成するＰＶＤ法は、特には限定されないが、例えば特開２０００−１１９８４３号公報に開示されたＵＢＭＳ（アンバランスドマグネトロンスパッタリング）法を用いるのが好ましい。
【００６０】
このＵＢＭＳ法では、固体カーボンからなる円形のターゲット材の背面中央に設置される第１磁石と当該第１磁石の回りに配置された第２磁石とが異なる磁気特性を有することで、これら第１及び第２磁石により形成される磁力線の一部がターゲット材から基材８０（中間膜８４）に向けて延びる。この磁力線の一部は、ターゲット材のスパッタ時に発生したプラズマの一部を中間膜８４の表面近傍にまで導き、中間膜８４の表面近傍に導かれたプラズマのイオンアシスト効果によって、より硬質なＤＬＣからなる硬質膜８６が中間膜８４上に容易に成膜される。
【００６１】
そして、ＵＢＭＳ法によれば、基材８０に印加するバイアス電圧を増大することにより、硬質膜８６の硬度を増大させることができる。
また、ＵＢＭＳ法によれば、中間膜８４を形成した後、ＰＶＤ装置のチャンバ内で引き続き硬質膜８６を形成することで、中間膜８４の表面が酸化されるのが防止され、中間膜８４に対する硬質膜８６の密着性が更に向上する。
【００６２】
上述した一実施形態では、シュー７８の被摺動面は、斜板７２とシュー７８との間での摺動部位での面圧（極圧）を低減させるべく、図１２（ａ）に示したように平坦であるのが好ましいが、図１２（ｂ）に模式的に示したように、シュー７８の被摺動面は、製法上の制約により１μｍ程度突出していてもよい。
上述した一実施形態の斜板式圧縮機は、開閉弁６０が自律的に開閉作動する内部制御タイプの容量可変型斜板式圧縮機であったけれども、本発明の斜板式圧縮機は、開閉弁６０に代えて、外部に設けられた駆動回路により開閉作動される電磁開閉弁を備えた外部制御タイプの容量可変型斜板式圧縮機にも適用可能であり、更には、容量固定型斜板式圧縮機にも適用可能である。
【００６３】
最後に、本発明の斜板式圧縮機は、自動車用空調システムの冷凍回路の他に、家庭用・業務用空調システムの冷凍回路、冷凍・冷蔵庫、ヒートポンプシステム等に適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】自動車用空調システムの冷凍回路に適用した一実施形態の斜板式圧縮機の縦断面を示す図である。
【図２】図１における斜板式圧縮機の斜板及びシューの一部を切欠いて模式的に示した斜視図とともに、円内に、斜板とシューとの間での摺動部位の断面の一部を拡大して示す図である。
【図３】図１における斜板式圧縮機の斜板及びシューの摩擦摩耗試験機の構成を簡略的に示す説明図である。
【図４】硬質膜を形成する際の下地処理を焼入れ処理とラジカル窒化処理とで比較し、摩擦係数と焼き付き荷重とで比較したグラフである。
【図５】図１における斜板式圧縮機の斜板及びシューに適用される硬質膜の各種ＤＬＣと摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図６】図１における斜板式圧縮機の斜板及びシューに適用される硬質膜の標準ＤＬＣと摩擦係数との関係及び水素含有ＤＬＣと摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図７】図１における斜板式圧縮機の標準ＤＬＣ硬質膜が適用された斜板及びシューの硬度と摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図８】図１における斜板式圧縮機の標準ＤＬＣ硬質膜が適用された斜板及びシューのうちの標準ＤＬＣ斜板の硬度をＨｖ１５００とし、この斜板硬度に対してシュー硬度を高くした場合の摩擦係数と低くした場合の摩擦係数とを比較したグラフである。
【図９】図１における斜板式圧縮機の標準ＤＬＣ硬質膜が適用された斜板及びシューの負荷荷重と摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図１０】図１における斜板式圧縮機の標準ＤＬＣ硬質膜が適用された斜板及びシュー間の摩擦係数と従来型斜板式圧縮機の斜板及びシュー間の摩擦係数とを比較するグラフである。
【図１１】斜板に加工される鉄系合金材の研削方法を説明するための図であり、（ａ）は１つの直線方向にて研削された鉄系合金材、（ｂ）は互いに交差する２つの直線方向研削された鉄系合金材、（ｃ）は周方向で研削された鉄系合金材をそれぞれ示す。
【図１２】シューを模式的に示した側面図であり、（ａ）は実施例のシュー、（ｂ）は変形例のシューの側面を示す。
【符号の説明】
【００６５】
７２    斜板
７８    シュー
８０    基材
８２    窒化層
８４    中間膜
８６    硬質膜
８６ａ  第一硬質膜
８８ｂ  第二硬質膜
【図１】
0004944706.tif 000002
【図２】
0004944706.tif 000003
【図３】
0004944706.tif 000004
【図４】
0004944706.tif 000005
【図５】
0004944706.tif 000006
【図６】
0004944706.tif 000007
【図７】
0004944706.tif 000008
【図８】
0004944706.tif 000009
【図９】
0004944706.tif 000010
【図１０】
0004944706.tif 000011
【図１１】
0004944706.tif 000012
【図１２】
0004944706.tif 000013