JPH0987830A

JPH0987830A - 圧縮機用摺動部材

Info

Publication number: JPH0987830A
Application number: JP7251595A
Authority: JP
Inventors: Yasukichi Egami; 保吉江上; Takeshi Aizawa; 健相沢
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1997-03-31
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JP3408366B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れているだけでなく、耐衝撃性
にも優れており表面の欠けや剥離等が極めて少なく、さ
らに相手部材の摩耗も極めて少ない圧縮機用摺動部材を
提供する【解決手段】圧縮機用摺動部材の表面に、ＣｒＮとＣ
ｒ₂Ｎ、又はＣｒＮとＣｒ₂Ｎと金属Ｃｒからなる混合
イオンプレーティング皮膜が形成されている。その組成
は、２元系の場合はＣｒＮ：４５．０〜９８．０重量％
及びＣｒ₂Ｎ：残部であり、３元系の場合はＣｒＮ：４
５．０〜９８．０重量％、Ｃｒ：０．５〜１５．５重量
％及びＣｒ₂Ｎ：残部である。好適には、母材表面を窒
化してから該皮膜を形成し、或いは、該皮膜の気孔率を
０．５〜２０．０％とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機用摺動部材に
関し、特に、圧縮機内で相対的に摺動運動を行うベーン
やローラ等の摺動部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】エアコンディショナーや冷蔵庫等におい
て熱交換を行うために、各種の圧縮機が使用されてい
る。圧縮機には、例えばロータリー式の密閉型圧縮機、
レシプロ式の密閉型圧縮機、或いはカーエアコン用の半
密閉型圧縮機等があるが、どの圧縮機の内部にもいくつ
かの摺動部品が組み込まれている。例えばロータリー式
圧縮機においては、そのローラハウジング内にローラが
偏心回転可能に支持されており、一方、ローラハウジン
グに形成されたベーン溝内にはスプリング等の弾性体を
介してベーンが保持されており、ベーン溝から突出した
ベーンの先端部（ノーズ部）はローラの外周面に摺接し
ている。このようなロータリー式圧縮機において、ベー
ンのノーズ部とローラの外周面は、ローラが回転するこ
とによって相対的に摺動運動を行う。またベーンはロー
ラの偏心回転に合わせてローラハウジングの半径方向に
沿ってベーン溝内を往復運動するので、ベーンの側面部
とベーン溝の内壁も相対的に摺動運動を行う。さらに、
ローラはクランクを介して又は介さずにシャフトに支持
されているが、このシャフトは、ローラを介してベーン
溝中のスプリングやシリンダ内壁から圧力を受け、この
圧力によってシャフトを支える軸受に押し付けられるの
で、若干湾曲した形状のまま高速回転する。従って、シ
ャフトの外面と軸受の内面とも、やはり相対的に摺動運
動を行う。

【０００３】上記のように圧縮機内で相対的に摺動運動
を行う摺動部材には、優れた耐摩耗性が望まれる。例え
ば特開昭６４−６３６９２号公報には、摺動時の耐摩耗
性の向上を図ることを目的として、母材上に被覆層が形
成されたベーン等の圧縮機用摺動部材が開示されてい
る。この被覆層は、処理温度を比較的低温（１５０〜４
００℃程度）とすることができ、例えばアルミニウム合
金や鉄系合金からなる母材の劣化を防止しつつ緻密且つ
平滑な被覆層を形成できるという理由から、主にイオン
プレーティング法により形成されている。

【０００４】しかしながらイオンプレーティング法によ
る場合には、母材と被覆膜との硬度差が大きいために耐
衝撃性が劣り、被覆膜が剥離し易いという問題があっ
た。具体的には、母材材料として広く用いられている高
速度工具鋼（ＳＫＨ５１）の硬度はＨｖ７５０程度であ
るのに対し、イオンプレーティング法による窒化チタン
被覆膜の硬度はＨｖ２５００程度であり、両者間にはか
なりの硬度差がある。

【０００５】一方、焼結合金等の母材に窒化処理を施し
てなるベーン（特開昭６０−２２８７９４号公報）にお
いては、例えば母材のひとつである高速度工具鋼（ＳＫ
Ｈ５１）の硬度は上記のようにＨｖ７５０程度であるの
に対し、これに窒化処理を施すとその硬度はＨｖ１２５
０程度になる。よって母材の硬度が上がって耐摩耗性は
かなり向上するものの、過酷な環境条件下での耐摩耗性
については必ずしも充分でないという問題があった。

【０００６】さらに、イオンプレーティング法及び窒化
処理のいずれの場合においても、ローラやベーン溝に対
するベーンの摩耗上の相性は必ずしも理想的ではないの
で、相手攻撃性をできるだけ低くすることが望まれてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みて成し遂げられたものであり、その目的は、耐摩耗性
に優れているだけでなく、被覆膜の剥離や亀裂を防止す
るのに充分な耐衝撃性、及び相手部材の摩耗量を減らす
ことができる優れた摩耗上の相性をも併せ持つ圧縮機用
摺動部材を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するために、圧縮機用摺動部材の表面に、Ｃｒ
Ｎ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとの混合物又は
ＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムと金属Ｃｒ
との特定組成の混合物からなるイオンプレーティング皮
膜を形成した。そして好適には、これらの皮膜を、母材
に予め窒化処理を施した後に形成することとし、また、
イオンプレーティング皮膜の気孔率を特定した。

【０００９】すなわち本発明は、先ず第１に、圧縮機内
で相対的に摺動運動を行う圧縮機用摺動部材であって、
少なくともその一摺動面領域にＣｒＮ型窒化クロムとＣ
ｒ₂Ｎ型窒化クロムとの混合物からなるイオンプレーテ
ィング皮膜が形成されており、該イオンプレーティング
皮膜の混合組成比率はＣｒＮ型窒化クロム：４５．０〜
９８．０重量％、及びＣｒ₂Ｎ型窒化クロム：残部であ
ることを特徴とする圧縮機用摺動部材を提供するもので
ある。

【００１０】また、第２に、圧縮機内で相対的に摺動運
動を行う圧縮機用摺動部材であって、少なくともその一
摺動面領域にＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロ
ムと金属Ｃｒとの混合物からなるイオンプレーティング
皮膜が形成されており、該イオンプレーティング皮膜の
混合組成比率はＣｒＮ型窒化クロム：４５．０〜９８．
０重量％、Ｃｒ：０．５〜１５．５重量％、及びＣｒ₂
Ｎ型窒化クロム：残部であることを特徴とする圧縮機用
摺動部材を提供するものである。

【００１１】そして好適な態様として、圧縮機用摺動部
材の少なくとも一摺動面領域において母材上に窒化層が
形成されており、且つ該窒化層上に前記イオンプレーテ
ィング皮膜が形成されていることを特徴とする前記第１
及び第２の圧縮機用摺動部材を提供する。

【００１２】さらに別の好適な態様として、前記イオン
プレーティング皮膜の気孔率が０．５〜２０．０％であ
ることを特徴とする前記第１及び第２の圧縮機用摺動部
材を提供する。なお、上記２つの好適な態様は、前記第
１及び第２の圧縮機用摺動部材に対して単独に付加する
だけでなく、当然ながら両者を組み合わせて付加しても
よい。

【００１３】本発明の摺動部材は、その摺動面にＣｒＮ
型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとの特定組成の混
合物からなる２元系のイオンプレーティング皮膜、又は
ＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムと金属Ｃｒ
との特定組成の混合物からなる３元系のイオンプレーテ
ィング皮膜が形成されている。これらの皮膜中では、性
質及び晶系が異なるＣｒＮの結晶（立方晶）とＣｒ₂Ｎ
の結晶（六方晶）とが、一定の混合組成比率の下、相互
に複雑に絡み合っている。このため、これらの皮膜は、
イオンプレーティング皮膜本来の優れた耐摩耗性と耐ス
カッフィング性を備えているだけでなく、優れた耐衝撃
性と靭性、さらには高い緻密性と平滑性を兼ね備えてい
る。従って、本発明の摺動部材は、皮膜の優れた耐衝撃
性と靭性によって表面の欠け、剥離、折損等が極めて少
なく、また皮膜の高い緻密性と平滑性によって相手部材
との摩耗上の相性も非常によい。

【００１４】また、上記の３元系のイオンプレーティン
グ皮膜の場合には、窒化クロム含有セラミックスの結晶
粒界に金属Ｃｒが介在し、これによって結晶粒相互間の
粘着力が強化されているので、イオンプレーティング皮
膜の靭性がより高められている。従って、この３元系の
場合には、２元系の場合よりも、さらに表面の欠け、剥
離、折損等が少ない。

【００１５】本発明においては、摺動部材の母材表面を
窒化した後でイオンプレーティングを行うのが好まし
い。この場合、イオンプレーティング皮膜は母材上に直
接形成されるのではなく、母材表面を覆う硬い窒化層上
に形成されることになり、イオンプレーティング皮膜と
該皮膜によって被覆される表面の硬度差が減少する。こ
のため、イオンプレーティング皮膜の耐衝撃性がさらに
向上して、表面の欠け、剥離、折損等が少なくなる。

【００１６】本発明においてイオンプレーティング皮膜
の気孔率を０．５〜２０．０％とした場合には、皮膜の
強度や耐摩耗性を損なわずに靭性を高めることができる
ので、欠け、剥離、折損等の克服にさらなる効果を発揮
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、ロータリー式圧縮機用ベー
ンを例にして本発明をさらに詳しく説明するが、本発明
の実施形態はこれに限定されるわけではなく、圧縮機用
の摺動部材全般に応用可能である。

【００１８】図１〜図４は、本発明の摺動部材に該当す
るロータリー式圧縮機用ベーン１（１ａ〜１ｄ）を示し
たものである。図５に示すように、これらのベーン１
は、ロータリー圧縮機のローラハウジング１０に形成さ
れたベーン溝５内にスプリング７等の弾性体を介して保
持されている。そして、ローラ８がローラハウジング１
０内で偏心回転するのに伴って、ベーン１のノーズ部と
ローラ８の外周面とが、そしてベーン１の側面部とベー
ン溝の内壁６とが、それぞれ摺動する。

【００１９】従って、ベーン１には、ノーズ部及び側面
部の２つの摺動面領域があるが、図１（ベーン１ａ）の
場合はノーズ部と側面部の母材２上にイオンプレーティ
ング皮膜４が直接形成されており、図２（ベーン１ｂ）
の場合はノーズ部の母材２上にのみイオンプレーティン
グ皮膜４が直接形成されており、図３（ベーン１ｃ）の
場合はノーズ部と側面部の母材２上に窒化層３とイオン
プレーティング皮膜４が順次形成されており、図４（ベ
ーン１ｄ）の場合はノーズ部と側面部の母材２上に窒化
層３が形成されていると共にノーズ部の窒化層３上のみ
にイオンプレーティング皮膜４が形成されている。

【００２０】本発明において母材の形成材料は特に限定
されず、従来から用いられている摺動部材用の形成材料
を全般的に使用できる。図示したベーン１の母材２の場
合も同様であり、従来からベーンの形成材料として用い
られている鉄系材料、黒鉛系材料、鉄系焼結材料、アル
ミニウム系材料、チタン系材料等を使用できる。これら
の中でも鉄系材料が好ましく、高速度工具鋼（例えばＳ
ＫＨ５１等）は特に好ましい。

【００２１】ベーン１の摺動面上には、母材に直接的に
又は窒化層を間に介して、ＣｒＮとＣｒ₂Ｎからなるか
又はさらに金属Ｃｒを含む２元系又は３元系の混合イオ
ンプレーティング皮膜４が形成されている。この皮膜４
の混合組成比率は、（１）２元系の場合にはＣｒＮ型窒化クロム：４５．０〜９８．０重量％、Ｃｒ₂Ｎ型窒化クロム：残部（２）３元系の場合にはＣｒＮ型窒化クロム：４５．０〜９８．０重量％、金属Ｃｒ：０．５〜１５．５重量％、Ｃｒ₂Ｎ型窒化クロム：残部とする必要がある。

【００２２】第１表にＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型
窒化クロムの諸物性を示す。ＣｒＮ及びＣｒ₂Ｎは優れ
た耐摩耗性と耐スカッフィング性を有しているが、この
表からも理解できるように、いずれも単独では硬くて脆
い。従って、ＣｒＮ又はＣｒ ₂Ｎのみからなる単一成分
のイオンプレーティング皮膜を用いた場合には、いずれ
の場合も研削・研磨時における加工性等が悪く、そのた
めに欠けや剥離が多く発生し、良品率が著しく低下す
る。また、得られた完成品は、圧縮機に組み込んで使用
するに際し運転中の動的衝撃及び熱的衝撃に対して極め
て弱いので、折損等を引き起こし易く、イオンプレーテ
ィング皮膜によって本来的にもたらされる耐摩耗性や耐
スカッフィング性を充分に活用することができない。

【００２３】

【表１】これに対して本発明で用いられる混合イオンプレーティ
ング皮膜は、性質の異なる２つの窒化クロムが、両者の
晶系が異なる（ＣｒＮは立方晶でありＣｒ₂Ｎは六方晶
である）ことも効果的に作用して複雑に絡み合いながら
生成したものであり、優れた耐衝撃性と靭性を有すると
共に、極めて緻密且つ平滑である。しかも、この皮膜
は、２つの窒化クロムの間では相対的に硬度と弾性率が
低いＣｒＮと、相対的に耐摩耗性と皮膜密着性が悪いＣ
ｒ₂Ｎとの混合物ではあるが、両窒化クロムの混合組成
比率が適切に調節されているため、Ｃｒ₂Ｎに起因する
耐摩耗性と皮膜密着性の悪化を招くことなく耐衝撃性、
靭性、緻密性、及び平滑性の向上が図られている。

【００２４】従って、本発明によれば、耐摩耗性、耐ス
カッフィング性に優れているだけでなく、耐衝撃性及び
相手部材との摩耗上の相性の点でも優れた摺動部材を得
ることができる。すなわち本発明によれば、ＣｒＮ及び
Ｃｒ₂Ｎのうちでも特に優れた耐摩耗性と耐スカッフィ
ング性を有するＣｒＮ単独からなるイオンプレーティン
グ皮膜と同等又はそれ以上の耐摩耗性と耐スカッフィン
グを維持したまま耐衝撃性と靭性を向上させることがで
き、これによって摺動部材の欠け、剥離、折損等を克服
できる。それと同時に、緻密性と平滑性を向上させるこ
とによって摺動部材の相手部材攻撃性を弱め、相手部材
の摩耗量を極めて少なくすることもできる。例えば図５
中のベーン１であれば、ローラ８の外周面やベーン溝の
内壁６のような相手部材の摩耗を抑えることが可能とな
る。

【００２５】本発明においてイオンプレーティング皮膜
中に占めるＣｒＮ型窒化クロムの割合は、その下限値を
４５．０重量％、好ましくは５５重量％とし、その上限
値を９８．０重量％、好ましくは８８重量％とする。こ
こで、ＣｒＮの混合組成比率が４５．０重量％未満の場
合には、ＣｒＮよりも相対的に耐摩耗性と皮膜密着性の
低いＣｒ₂Ｎが多くなり過ぎてしまうので、混合イオン
プレーティング皮膜の耐摩耗性と皮膜密着性が急激に低
下する。一方、ＣｒＮの比率が９８．０重量％を超えて
も、耐摩耗性或いは皮膜密着性の急激な増加は見込めな
い。

【００２６】本発明の摺動部材には、ＣｒＮとＣｒ₂Ｎ
に加えてさらに金属Ｃｒを含む３元系の混合イオンプレ
ーティング皮膜を形成してもよい。この３元系の混合皮
膜の場合には、ＣｒＮとＣｒ₂Ｎの２種類の窒化クロム
を含有するセラミックスの結晶粒界に金属Ｃｒが介在
し、これによって結晶粒相互間の粘着力が強化されてい
るので、イオンプレーティング皮膜の靭性がより高めら
れている。従って、この３元系の場合には、２元系の場
合よりも、さらに摺動部材の欠け、剥離、折損等が少な
くなる。金属Ｃｒの混合組成比率は、その下限値を０．
５重量％、好ましくは５重量％とし、その上限値を１
５．５重量％、好ましくは１０重量％とする。金属Ｃｒ
の比率が０．５重量％未満の場合には効果がなく、一
方、その比率が１５．５重量％を超える場合にはかえっ
て耐スカッフィング性を低下させる。

【００２７】イオンプレーティング皮膜の靭性は皮膜の
気孔率によっても変化するので、気孔率を適切に調節し
て靭性を高めることによって、欠け、剥離、折損等をさ
らに減らすことができる。かかる観点から、本発明にお
いてはイオンプレーティング皮膜の気孔率の下限値を、
好ましくは０．５％、特に好ましくは５％とし、その上
限値を、好ましくは２０．０％、特に好ましくは１５％
とする。この気孔率が０．５％未満の場合には、皮膜の
緻密度が高くて脆いので、欠けや剥離等が発生しやすく
なる。一方、気孔率が２０．０％を超える場合には、イ
オンプレーティング皮膜自体の強度が低下しコラプショ
ン気味となるので、耐摩耗性が低下しやすい。

【００２８】本発明においてイオンプレーティング皮膜
の形成方法は特に限定されない。一例として、例えば、
次のような方法でイオンプレーティング皮膜を形成する
ことができる。すなわち、先ず、窒化層が形成されてい
るか叉は形成されていない母材を真空槽内に置く。ここ
で窒化層がある場合には、イオンプレーティング皮膜を
形成するに先だって、窒化層最上部の化合物層を除去し
てもよい。次に、母材温度を通常２００〜６００℃程度
に制御し、反応ガスとして窒素ガスを導入し、該反応ガ
ス雰囲気中にＣｒを蒸発させ次いでイオン化させる。そ
して、マイナスにバイアスされた母材表面に、反応ガス
とイオン化したＣｒとの反応生成物（すなわちＣｒＮ、
Ｃｒ₂Ｎ）を形成させることによって、イオンプレーテ
ィング皮膜を形成することができる。この場合、皮膜中
に存在するＣｒＮとＣｒ₂Ｎ、或いはＣｒＮとＣｒ₂Ｎ
とＣｒの混合組成比率は、反応ガスである窒素ガスのガ
ス圧を変えることによって調節できる。

【００２９】このようにして形成されるイオンプレーテ
ィング皮膜４の硬さは、ビッカース硬度Ｈｖ１８００以
上である。また、該皮膜４の厚さは、通常２μｍ以上、
好ましくは５μｍ以上である。

【００３０】本発明においては、母材上に直接イオンプ
レーティング皮膜を形成してもよいが、図示したベーン
１ｃ（図３）及びベーン１ｄ（図４）のように、母材表
面を窒化した後、窒化層３を介してイオンプレーティン
グ皮膜を形成するのが好ましい。母材２よりも硬度が高
い窒化層３上にイオンプレーティング皮膜４を形成する
場合には、イオンプレーティング皮膜と該皮膜による被
覆面の硬度差が減少する。そのため、イオンプレーティ
ング皮膜の耐衝撃性がさらに向上して、表面の欠け、剥
離、折損、亀裂等の発生が少なくなる。

【００３１】窒化層３を形成するための方法は特に限定
されず、イオン純窒化やイオン軟窒化のようなイオン窒
化法、或いはガス窒化法等を適宜採用できる。例えばイ
オン純窒化処理の場合には、母材２を脱脂、洗浄した
後、予備加熱し、加熱した母材２を圧力０．５〜１０to
rr程度の（Ｈ₂＋Ｎ₂）ガス雰囲気或いはＮＨ₃ガス雰
囲気を有する密閉容器に入れる。そして、母材２を陰
極、密閉容器を陽極として１００〜５００Ｖの電圧を印
加し、この時に生じるグロー放電により発生したイオン
化窒素と母材２とを加熱反応させるによって窒化を行
う。

【００３２】また、イオン軟窒化処理の場合には、上記
のイオン純窒化処理における（Ｈ₂＋Ｎ₂）ガス雰囲気
又はＮＨ₃ガス雰囲気を、（Ｎ₂＋Ｃ₃Ｈ₈）ガス雰囲
気、又は（Ｃ₄Ｈ₁₀、Ｃ₂Ｈ₂、ＣＨ₄等の炭化水素系
ガス）雰囲気に代えればよい。

【００３３】このようにして形成される窒化層３の表面
硬さは、ビッカース硬度Ｈｖ１２００以上である。ま
た、窒化層３の厚さは、化合物層の厚さが通常１μｍ以
上、好ましくは５μｍ以上であり、拡散層の厚さは通常
４０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上である。

【００３４】本発明においてイオンプレーティング皮膜
は、摺動部材の表面全体に形成する必要はなく、摺動面
の領域にだけ形成すれば充分であり、また、摺動部材上
に摺動面が複数ある場合には、特にイオンプレーティン
グ皮膜を必要とする摺動面だけに限定して形成してもよ
い。母材表面とイオンプレーティング皮膜の間に介在す
る窒化層も同様であり、摺動部材の表面全体に形成する
必要はない。このように、イオンプレーティング皮膜や
窒化層を限局的に形成する場合には、これらを全面的に
形成する場合と比べて生産効率が向上するので、コスト
低減を図ることができる。

【００３５】例えば、図示したベーン１ａ（図１）の場
合には、摺動面ではない基部側の先端部には皮膜がな
く、ノーズ部と側面部という２つの摺動面にイオンプレ
ーティング皮膜４が形成されている。これに対してベー
ン１ｂ（図２）の場合には、上記２つの摺動面のうちの
ノーズ部にだけイオンプレーティング皮膜４が形成され
ている。図３、図４は窒化層がある場合を示している
が、ベーン１ｃ（図３）の場合には、ノーズ部と側面部
に窒化層３とイオンプレーティング皮膜４が順次形成さ
れている。これに対してベーン１ｄ（図４）の場合に
は、窒化層３は上記２つの摺動面に形成されているが、
イオンプレーティング皮膜４の方は、２つの摺動面のう
ちでも特に過酷な摺動条件に晒されるノーズ部にだけ形
成されている。

【００３６】

【実施例】

次に、本発明の実験例を示す。実験例１アムスラー型試験機を用いて圧縮機用摺動部材の耐摩耗
性と相手攻撃性を試験した。母材としてドーナツ状（外
径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）の高速度工
具鋼（ＳＫＨ５１）を用い、その外周面に後述する種々
の表面処理を施してベーンに相当するテスト片（サンプ
ル、比較サンプル１〜２）を作製した。一方、テスト片
に対する相手材として、ローラに相当する平板状（１８
ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）のモニクロ（モリブデ
ン、ニッケル、クロムを含有する鋳鉄）を用いた。そし
て図６に示すように、ドーナツ状のテスト片を平面接触
滑り摩耗試験における回転片２３として使用し、これを
容器２１に貯留されている潤滑油２２に浸す一方、平板
状の相手材を固定片２４として使用し、これを回転片
（試験片）上に荷重Ｐをかけて圧接し、回転片２３を回
転させた。その試験条件とテスト片の詳細は次の通りで
ある。

【００３７】［試験条件］試験機：アムスラー型試験機回転片：ドーナツ状（外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚
さ１０ｍｍ）のサンプル及び比較サンプル１〜２固定片：平板状（１８ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の
モニクロ回転速度：１ｍ／秒（４７８ｒ．ｐ．ｍ．）潤滑油：エステル油油温：７５℃ 荷重：１００ｋｇ時間：７時間［テスト片の詳細］テスト片（サンプル及び比較１〜２）は次のように作製
した。

【００３８】（１）サンプルドーナツ状の高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）を４３０℃で
２時間予備加熱した後、ガス圧４torr、Ｎ₂ガスとＨ₂
ガスとの混合比率がＮ₂：Ｈ₂＝７：３、温度５２０℃
の条件下で３０分間イオン純窒化処理を行い、母材表面
に窒化層を形成した。この窒化層は、厚さ５μｍの化合
物層と、その下にある厚さ８０μｍの拡散層を有し、表
面硬さがＨｖ１２００であった。

【００３９】そして、ドーナツ形状を有する母材の外周
面の窒化層上に、反応イオンプレーティング法によって
イオンプレーティング皮膜を形成した。すなわち、窒素
等の反応ガス中にＣｒを蒸発させ、気相状態でイオン化
して、マイナスにバイアスされた母材表面に反応ガスと
蒸発物質イオンとの反応生成物であるＣｒＮ型窒化クロ
ムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとの混合物からなるイオンプ
レーティング皮膜を形成した。

【００４０】このようにして作製されたサンプルは、母
材であるＳＫＨ５１上に、窒化層と、厚さ４μｍのＣｒ
Ｎ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムの混合イオンプ
レーティング皮膜（混合組成比率はＣｒＮ：Ｃｒ₂Ｎ＝
５０：５０）が順次形成されたものであった。

【００４１】（２）比較１サンプルの場合と同様にして窒化を行い、次いで、ドー
ナツ形状を有する母材の外周面の窒化層上に反応イオン
プレーティング法を施すことによって、ＣｒＮ型窒化ク
ロムのみからなるイオンプレーティング皮膜を形成し
た。

【００４２】このようにして作製された比較１は、母材
であるＳＫＨ５１上に、窒化層と、厚さ４μｍのＣｒＮ
型窒化クロムのみからなるイオンプレーティング皮膜が
順次形成されたものであった。

【００４３】（３）比較２比較１の場合と同様にして窒化を行い、次いで、ドーナ
ツ形状を有する母材の外周面の窒化層上に反応イオンプ
レーティング法を施すことによって、Ｃｒ₂Ｎ型窒化ク
ロムのみからなるイオンプレーティング皮膜を形成し
た。

【００４４】このようにして作製された比較２は、母材
であるＳＫＨ５１上に、窒化層と、厚さ４μｍのＣｒ₂
Ｎ型窒化クロムのみからなるイオンプレーティング皮膜
が順次形成されたものであった。

【００４５】［結果］試験結果を図７に示す。Ｃｒ₂Ｎ
単独のイオンプレーティング皮膜を有する比較２の場合
には、自己の摩耗量が１．５μｍ、相手材の摩耗量が
１．１μｍであり、充分な耐摩耗性を具備せず、相手攻
撃性も高い。また、ＣｒＮ単独のイオンプレーティング
皮膜を有する比較１の場合には、自己の摩耗量が０．４
μｍ、相手材の摩耗量が０μｍであり、Ｃｒ₂Ｎ単独に
比べれば耐摩耗性が幾分か向上し、相手攻撃性も低下し
ている。これらと比較してＣｒＮとＣｒ₂Ｎとの混合イ
オンプレーティング皮膜を有するサンプル（本発明品）
は、自己の摩耗量が０．２μｍ、相手材の摩耗量が０μ
ｍであり、耐摩耗性が著しく向上していることが判る。

【００４６】実験例２次に、本発明の摺動部材の優秀性を確認するために、母
材である高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）上に様々な表面処
理を行ってテスト片（サンプル１〜６、比較サンプル１
〜３）を作製し、その耐摩耗性、耐スカッフィング性及
び密着性（剥離性）を試験した。

【００４７】実験例２のテスト片は、実験例１と同様の
ドーナツ状の高速度工具鋼（形状、サイズも同一）を用
い、実験例１と同様の方法で窒化とイオンプレーティン
グを施すことによって作製したものである。

【００４８】このようにして作製された各テスト片は、
第２表に示すように、母材であるＳＫＨ５１上に、窒化
層と、厚さ４μｍの混合又は単一のイオンプレーティン
グ皮膜が順次形成されたものであった。

【００４９】

【表２】＊１組成：Ｘ線解析図形の各組成の反射強度比によ
り決定＊２気孔率：断面方向の切断された検鏡試料面の画像
処理から算定（１）耐摩耗性試験実験例１と同様に操作して、各テスト片（回転片）と相
手材（固定片）の摩耗量を測定した。結果を図８に示
す。従来のＣｒＮ単独のイオンプレーティング皮膜を有
するテスト片（比較サンプル３）の摩耗量を１００とし
た場合、サンプル１〜５自体の摩耗指数は５０であり耐
摩耗性に優れており、一方、相手材の摩耗指数は４０で
あり相手攻撃性も低いことが判る。

【００５０】本発明品よりもＣｒＮの含有率が低い（４
０重量％）比較サンプル１と、本発明品ではあるが気孔
率が大きい（２５％）サンプル６は、自己の摩耗指数が
それぞれ９５、８５、相手材の摩耗指数がそれぞれ８
０、７０であり、ＣｒＮ単独の場合よりも若干良い程度
であった。Ｃｒが多すぎる（２０重量％）比較サンプル
２は、自己の摩耗指数が８０、相手材の摩耗指数が７０
であり、改善が少なかった。

【００５１】（２）耐スカッフィング性試験本試験は、基本的に実験例１の耐摩耗性と同様に操作し
て行った。すなわち、アムスラー型試験機を用い、テス
ト片（回転片）としてドーナツ状（外径４０ｍｍ、内径
１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）のサンプル１〜６及び比較サ
ンプル１〜３を用い、相手材として平板状（１８ｍｍ×
１５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）のモニクロを用いた。そして、
先ず始めに回転片と固定片の摺動面を馴染ませるため
に、荷重２５ｋｇ／ｃｍ²をかけて固定片を回転片に圧
接し、潤滑油を供給しながら２０分間、回転させた。次
に面圧を３０ｋｇ／ｃｍ²に上げ、引き続き２分毎に５
ｋｇ／ｃｍ²ずつ上昇させて最終的にスカッフィングを
起こさせ、スカッフィングが生じたときの荷重を限界面
圧として測定した。試験条件を以下に示す。

【００５２】［試験条件］試験機：アムスラー型試験機回転片：ドーナツ状（外径４０ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚
さ１０ｍｍ）のサンプル１〜６及び比較サンプル１〜３固定片：平板状（１８ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の
モニクロ回転速度：５ｍ／秒潤滑油：ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１）油温：５０℃ 油量：０．２リットル／分荷重：２５ｋｇ／ｃｍ²で２０分経過後、３０ｋｇ／
ｃｍ²とし、以後、２分毎に５ｋｇ／ｃｍ²ずつスカッ
フィング発生まで順次上昇試験結果は、ＣｒＮ単独（比較サンプル３）の場合の限
界面圧を指数１００として図９に示した。図９に示すよ
うに、従来のＣｒＮ単独のイオンプレーティング皮膜を
有するテスト片（比較サンプル３）の限界面圧を指数１
００とした場合、サンプル１〜５の指数は３００であ
り、耐スカッフィング性に優れていることがわかる。

【００５３】比較サンプル１、比較サンプル２、及びサ
ンプル６の指数は、それぞれ１５０、１３５、及び１２
５であり、サンプル１〜５の約半分であった。（３）密着性試験（スクラッチ試験）スクラッチ試験により、イオンプレーティング皮膜の密
着力や耐久性に関連する臨界荷重を測定した。試験結果
は、ＣｒＮ単独（比較サンプル３）の臨界荷重を指数１
００として図１０に示した。図１０に示すように、従来
のＣｒＮ単独のイオンプレーティング皮膜を有するテス
ト片（比較サンプル３）の剥離指数を１００とした場
合、サンプル１〜６の指数は１００〜１３０であり、Ｃ
ｒＮ単独と同等か又はそれよりも優れていた。

【００５４】比較サンプル１は、ＣｒＮ単独よりも剥離
性が劣っていた。なお、比較サンプル２の指数は１２０
であり剥離性は優れているが、既に述べたように図８の
耐摩耗性、図９の耐スカッフィング性を同時に具備して
いないので、使用に適さない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧縮機用
摺動部材は、従来のイオンプレーティング皮膜を用いた
場合と同等又はそれ以上の耐摩耗性、耐スカッフィング
性を保持しているにとどまらず、欠け、剥離、折損、亀
裂等が非常に少ないことから製造時の加工性や運転時の
耐久性に優れ、しかも、相手部材攻撃性も低いので相手
部材の摩耗量を非常に少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロータリー圧縮機用ベーンの一例
（１ａ）の縦断面図である。

【図２】本発明に係るロータリー圧縮機用ベーンの一例
（１ｂ）の縦断面図である。

【図３】本発明に係るロータリー圧縮機用ベーンの一例
（１ｃ）の縦断面図である。

【図４】本発明に係るロータリー圧縮機用ベーンの一例
（１ｄ）の縦断面図である。

【図５】本発明に係るロータリー圧縮機用ベーンを用い
たロータリー圧縮機を示す説明図である。

【図６】アムスラー型試験機の概略を示す説明図であ
る。

【図７】実験例１で行った耐摩耗性試験の結果である。

【図８】実験例２で行った耐摩耗性試験の結果である。

【図９】実験例２で行った耐スカッフィング性試験の結
果である。

【図１０】実験例２で行ったスクラッチ試験の結果であ
る。

【符号の説明】

１（１ａ〜１ｄ）…ベーン２…母材３…窒化層４…イオンプレーティング皮膜５…ベーン溝６…ベーン溝の内壁７…スプリング８…ローラ９…シャフト１０…ローラハウジング２１…容器２２…潤滑油２３…回転片（テスト片）２４…固定片（相手部材）Ｐ…荷重

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機内で相対的に摺動運動を行う圧縮
機用摺動部材であって、少なくともその一摺動面領域に
ＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムとの混合物
からなるイオンプレーティング皮膜が形成されており、
該イオンプレーティング皮膜の混合組成比率はＣｒＮ型
窒化クロム：４５．０〜９８．０重量％、及びＣｒ₂Ｎ
型窒化クロム：残部であることを特徴とする圧縮機用摺
動部材。
【請求項２】圧縮機用摺動部材の少なくとも一摺動面
領域において母材上に窒化層が形成されており、且つ該
窒化層上に前記イオンプレーティング皮膜が形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の圧縮機用摺動部
材。
【請求項３】圧縮機内で相対的に摺動運動を行う圧縮
機用摺動部材であって、少なくともその一摺動面領域に
ＣｒＮ型窒化クロムとＣｒ₂Ｎ型窒化クロムと金属Ｃｒ
との混合物からなるイオンプレーティング皮膜が形成さ
れており、該イオンプレーティング皮膜の混合組成比率
はＣｒＮ型窒化クロム：４５．０〜９８．０重量％、Ｃ
ｒ：０．５〜１５．５重量％、及びＣｒ₂Ｎ型窒化クロ
ム：残部であることを特徴とする圧縮機用摺動部材。
【請求項４】圧縮機用摺動部材の少なくとも一摺動面
領域において母材上に窒化層が形成されており、且つ該
窒化層上に前記イオンプレーティング皮膜が形成されて
いることを特徴とする請求項３記載の圧縮機用摺動部
材。
【請求項５】前記イオンプレーティング皮膜の気孔率
が０．５〜２０．０％であることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の圧縮機用摺動部材。