特許 7588322 摺動部材およびそれを用いた圧縮機および冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】摺動部材およびそれを用いた圧縮機および冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 18/32 20060101AFI20241115BHJP

   F04C 18/02 20060101ALI20241115BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

C23C18/32

F04C18/02 311S

F04C29/00 D

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023502187

(86)(22)【出願日】2022-01-26

(86)【国際出願番号】 JP2022002821

(87)【国際公開番号】W WO2022181165

(87)【国際公開日】2022-09-01

【審査請求日】2023-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2021026986

(32)【優先日】2021-02-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 貴規

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 敏

(72)【発明者】

【氏名】兵藤 章史

(72)【発明者】

【氏名】森國 太朗

【審査官】相田 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２２７５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６１２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２６２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０２９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１４７３１０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １８／００－２０／０８

Ｆ０４Ｃ １８／０２

Ｆ０４Ｃ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
少なくとも、ニッケルと、前記基材の成分と、リンおよび／またはホウ素と、から構成される混在層と、
前記混在層の上方に、ニッケル、並びに、リンおよび／またはホウ素を含有するニッケル皮膜層と、
を備えており、
前記混在層は、前記ニッケル皮膜層の成分と、前記基材の成分とが、独立して存在するよう構成されている、
摺動部材。

【請求項2】

前記混在層は、ニッケル皮膜層の成分が基材に浸入して形成されたものである、
請求項１に記載の摺動部材。

【請求項3】

前記混在層は、厚みを１００ｎｍ以上で、かつ１０００ｎｍ以下とした、
請求項１または２に記載の摺動部材。

【請求項4】

前記ニッケル皮膜層は、リン濃度またはホウ素濃度を３ｗｔ％よりも高くした、
請求項１から３のいずれか１項に記載の摺動部材。

【請求項5】

前記ニッケル皮膜層が少なくとも２層以上であるときに、
混在層側のニッケル皮膜層のリン濃度またはホウ素濃度は、最表面側のニッケル皮膜層のリン濃度またはホウ素濃度よりも高い、
請求項１から３のいずれか１項に記載の摺動部材。

【請求項6】

前記混在層側のニッケル皮膜層は、リン濃度またはホウ素濃度を３ｗｔ％よりも高くした、
請求項５のいずれか１項に記載の摺動部材。

【請求項7】

最表面側のニッケル皮膜層は、リン濃度またはホウ素濃度を３ｗｔ％以下とした、
請求項５または６に記載の摺動部材。

【請求項8】

ニッケル皮膜層は、無電解ニッケル－リン複合メッキ、または、無電解ニッケル－ホウ素複合メッキとした、
請求項１から７のいずれか１項に記載の摺動部材。

【請求項9】

ニッケル皮膜層の皮膜は、膜厚を２μｍ以上とした、
請求項１から８のいずれか１項に記載の摺動部材。

【請求項10】

基材は、ＨＶ５０～２００の硬さからなり、アルミニウムを主成分とする合金とした、
請求項１から９のいずれか１項に記載の摺動部材。

【請求項11】

冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を駆動する電動機構部と、
前記圧縮機構部および前記電動機構部を収容し、底部に潤滑油を貯留する貯油部を有した密閉容器と、
を備え、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の摺動部材を用いた摺動部が含まれている、
圧縮機。

【請求項12】

圧縮機構部は、固定スクロールと、旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回駆動する回転軸と、を備え、
前記摺動部材は、少なくとも前記固定スクロール、前記旋回スクロールのどちらか一方に用いられる、
請求項１１に記載の圧縮機。

【請求項13】

請求項１１または１２のいずれか１項に記載の圧縮機を用いた冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、摺動部材および圧縮機、並びに冷凍装置に関し、特に、圧縮機の摺動部に用いられる摺動部材と、当該摺動部材を備え、空気調和機、給湯器、冷蔵庫等の冷凍サイクル装置を用いた機器等に用いられる圧縮機と、当該圧縮機を備える冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、２は、空気調和機等に用いられているスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロールの固定渦巻きラップと旋回スクロールの旋回渦巻きラップを互いに噛み合わせ、旋回スクロールを旋回運動させることで冷媒等の作動媒体を圧縮している。

【0003】

上記固定スクロールと旋回スクロールは、作動媒体を圧縮する時に摺動する摺動部材となるものである。それぞれの摺動部材が互いに同種の金属を用いる場合、どちらか一方の表面に陽極酸化被膜処理またはメッキ処理といった表面処理を施して、焼付きを防ぐという方法が採用されている。

【0004】

例えば、特許文献１は、固定スクロールと旋回スクロールにアルミニウムを主成分とする合金を用いて、少なくとも一方の表面に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系硬質粒子を配合したニッケルメッキを行っている。また特許文献２は、同様にアルミニウムを主成分とする合金を用いて、少なくとも一方の表面に窒化ホウ素（ＢＮ）が膜中に分散されたニッケルメッキを行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】実開平３－９９８０１号公報

【文献】特開２０００－６４９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、焼付きまたは異常摩耗を効果的に抑制または回避できる摺動部材と、それを用いて良好な運転効率または信頼性を実現できる圧縮機および冷凍装置とを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の摺動部材は、前記の課題を解決するために、基材と、少なくとも、ニッケルと、前記基材の成分と、リンおよび／またはホウ素と、から構成される混在層と、前記混在層の上方にニッケルを含有するニッケル皮膜層と、を備えている構成である。

【0008】

前記構成によれば、摺動部材に形成されるニッケル皮膜層は良好な耐剥離性を実現できるので、摺動部材の焼付きまたは摩耗を長期に亘って良好に抑制することができる。

【0009】

また、本開示の圧縮機および冷凍装置は、前記の課題を解決するために、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機構部と、前記圧縮機構部および前記電動機構部を収容し、底部に潤滑油を貯留する貯油部を有した密閉容器と、を備え、前記構成の摺動部材を用いた摺動部が含まれている構成である。

【0010】

前記構成によれば、摺動部材が、良好な耐剥離性を有するニッケル皮膜層を備えているので、表面処理の剥離に伴って生じる焼付きまたは摩耗を有効に抑制または回避することができ、より一層良好な長期信頼性を実現することができる。

【0011】

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】

【0012】

以上のように、本発明によれば、焼付きまたは異常摩耗を効果的に抑制または回避できる摺動部材と、それを用いて良好な運転効率または信頼性を実現できる圧縮機および冷凍装置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】

【0013】

【図1】図１は、実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。

【図2】図２は、実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの基材界面近傍の模式的拡大断面模式図である。

【図3】図３Ａ，図３Ｂは、実施の形態１における代表的な実施例において、スクロール圧縮機の固定スクロールの基材界面近傍の断面ＥＤＳ元素マッピング図である。

【図4】図４Ａ，図４Ｂは、代表的な比較例において、リン濃度が低いニッケル皮膜層を用いた場合の基材界面近傍の断面ＥＤＳ元素マッピング図である。

【図5】図５は、リン濃度と混在層の厚さの関係を示す相関図である。

【図6】図６は、実施の形態２におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの基材界面近傍の拡大断面模式図である。

【図7】図７Ａ，図７Ｂは、実施の形態２におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの基材界面近傍の断面ＥＤＳ元素マッピング図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（本開示の基礎となった知見等）
本願発明者らが本開示に想到するに至った当時、スクロール圧縮機は、特許文献１または特許文献２にあるように、基材をアルミニウム合金とした固定スクロールと旋回スクロールの少なくともどちらか一方の表面に硬質皮膜処理を施して、焼付きを防止するようにしている。

【0015】

しかしながら、アルミニウムのような軟質基材上にニッケルメッキのような硬質皮膜を形成した場合、アルミニウム基材と硬質皮膜との硬さの差、即ち機械的強度の差が著しく大きい。そのため、摩擦摺動によって界面に対し平行方向のせん断力が作用した際に、界面での硬質皮膜の剥離、または、界面直下で基材を伴う破壊（むしれ等）が生じ、摺動面間にアルミニウム基材が露出する可能性があった。

【0016】

また、硬質皮膜が剥離してアルミニウム基材同士が摺動すれば、アルミニウムは活性な金属なため、異常摩耗または凝着による焼付きが発生するおそれがある。そのため、長期に亘って信頼性を確保することが困難になるという課題があった。

【0017】

本願発明者らはこのような課題を見出し、これらを解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

【0018】

そこで本開示は、硬質であるニッケル皮膜層の密着強度、耐剥離性を向上させることで、長期に亘って焼付きまたは摩耗を抑制できる摺動部材を提供する。また、本開示の摺動部材を用いることで、摺動部における硬質皮膜の剥離に伴って生じる焼付きまたは摩耗を回避し、これにより、長期に亘って高い信頼性を有する圧縮機および冷凍装置を提供する。

【0019】

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0020】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0021】

（実施の形態１）
以下、図１～図３Ｂを用いて、実施の形態１を説明する。

【0022】

［１－１．構成］
本実施の形態に係るスクロール圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１内に、冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機構部２０とを配置して構成されている。

【0023】

密閉容器１は、胴部１ａ、下蓋１ｂ、上蓋１ｃを備えている。胴部１ａは、上下方向に沿って延びる円筒状に形成されている。下蓋１ｂは、胴部１ａの下部開口を塞ぐ蓋部材である。上蓋１ｃは、胴部１ａの上部開口を塞ぐ蓋部材である。下蓋１ｂおよび上蓋１ｃは、いずれも外側中央部に向かって湾曲しており、図１に示す構成例では、胴部１ａの下部開口または上部開口の内側にはめ込まれるようなボウル形状を有している。

【0024】

密閉容器１は、冷媒吸込管２と冷媒吐出管３とを備えている。冷媒吸込管２は、圧縮機構部１０に冷媒を導入する。冷媒吐出管３は、圧縮機構部１０にて圧縮された冷媒を密閉容器１の外に吐出する。密閉容器１の上部（上蓋１ｃ）には、冷媒吐出管３とともにインジェクションパイプ１９が接続されている。

【0025】

圧縮機構部１０は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、旋回スクロール１２を旋回駆動する回転軸１３とを有している。電動機構部２０は、密閉容器１に固定されたステータ２１と、ステータ２１の内側に配置されたロータ２２とを備える。ロータ２２には回転軸１３が固定される。

【0026】

回転軸１３の上端には、回転軸１３に対して偏心した偏心軸１３ａが形成されている。偏心軸１３ａには、偏心軸１３ａの上面に開口する凹部によってオイル溜まり１２ｅを形成している。

【0027】

固定スクロール１１および旋回スクロール１２の下方には、固定スクロール１１および旋回スクロール１２を支持する主軸受３０が設けられている。主軸受３０には、回転軸１３を軸支する軸受部３１と、ボス収容部３２とが形成されている。主軸受３０は、密閉容器１に溶接または焼き嵌め等によって固定される。回転軸１３の下端部１３ｂは、密閉容器１の下部に配置された副軸受１８に軸支されている。

【0028】

固定スクロール１１は、固定スクロール鏡板１１ａ、固定渦巻きラップ１１ｂ、外周壁部１１ｃ等を備える。固定スクロール鏡板１１ａは円板状であり、固定渦巻きラップ１１ｂは固定スクロール鏡板１１ａに立設した渦巻状である。外周壁部１１ｃは、固定渦巻きラップ１１ｂの周囲を取り囲むように立設している。固定スクロール鏡板１１ａの略中心部に吐出ポート１４が形成されている。

【0029】

旋回スクロール１２は、旋回スクロール鏡板１２ａ、旋回渦巻きラップ１２ｂ、ボス部１２ｃ等を備える。旋回スクロール鏡板１２ａは円板状であり、旋回渦巻きラップ１２ｂは旋回スクロール鏡板１２ａのラップ側端面に立設した渦巻状である。ボス部１２ｃは、旋回スクロール鏡板１２ａの反ラップ側端面に形成した円筒状である。

【0030】

固定スクロール１１の固定渦巻きラップ１１ｂと旋回スクロール１２の旋回渦巻きラップ１２ｂとは相互に噛み合わされる。これにより、固定渦巻きラップ１１ｂと旋回渦巻きラップ１２ｂとの間に複数の圧縮室１５が形成される。ボス部１２ｃは、旋回スクロール鏡板１２ａの略中央に形成される。偏心軸１３ａはボス部１２ｃに挿入され、ボス部１２ｃはボス収容部３２に収容される。

【0031】

固定スクロール１１は、外周壁部１１ｃで例えば複数本のボルト（図示せず）を用いて主軸受３０に固定される。一方、旋回スクロール１２は、オルダムリング等の自転拘束部材１７を介して固定スクロール１１に支持される。固定スクロール１１と主軸受３０との間には、自転拘束部材１７が設けられる。自転拘束部材１７は、旋回スクロール１２の自転を拘束する。これにより、旋回スクロール１２は、固定スクロール１１に対して、自転しないで旋回運動をする。

【0032】

密閉容器１の底部には、潤滑油を貯留する貯油部４が形成されている。図１に示す例では、下蓋１ｂの内部が貯油部４となっている。回転軸１３の下端には容積型のオイルポンプ５を設けている。オイルポンプ５は、その吸い込み口が貯油部４内に存在するように配置される。オイルポンプ５は、回転軸１３によって駆動され、密閉容器１の底部に設けられた貯油部４にある潤滑油を、圧力条件または運転速度等に関係なく、適切に吸い上げるので、オイル切れのおそれが回避される。

【0033】

回転軸１３には、回転軸オイル供給孔１３ｃが設けられる。回転軸オイル供給孔１３ｃは、回転軸１３の下端部１３ｂから偏心軸１３ａに至るように形成される。オイルポンプ５で吸い上げた潤滑油は、回転軸１３内に形成している回転軸オイル供給孔１３ｃを通じて、副軸受１８の軸受、軸受部３１、ボス部１２ｃ内に供給される。

【0034】

冷媒吸込管２から吸入される冷媒は、吸入ポート１５ａから圧縮室１５に導かれる。圧縮室１５は、外周側から中央部に向かって容積を縮めながら移動する。圧縮室１５で所定の圧力に到達した冷媒は、固定スクロール１１の中央部に設けた吐出ポート１４から吐出室６に吐出される。

【0035】

吐出ポート１４には吐出リード弁（図示せず）が設けられる。圧縮室１５で所定の圧力に到達した冷媒は、吐出リード弁を押し開いて吐出室６に吐出される。吐出室６に吐出された冷媒は、密閉容器１内の上部に導出され、冷媒吐出管３から吐出される。

【0036】

前記構成のスクロール圧縮機は、複数の摺動部を備えている。例えば、摺動部としては、固定スクロール１１および旋回スクロール１２、あるいは、回転軸１３の偏心軸１３ａおよび偏心ブッシュ３３等といった摺動部材の組合せが挙げられる。

【0037】

本実施の形態において、摺動部材となる固定スクロール１１と旋回スクロール１２は、例えば、いずれもＨＶ５０～２００の硬さを有する非鉄材料の基材（図１では固定スクロール１１の基材１１ｄを図示）で形成される。非鉄材料の基材としては、具体的には、例えば、アルミニウム合金（例えば、４０００番系の各種のアルミニウム（Ａｌ）－ケイ素（Ｓｉ）系合金）を挙げることができるが、特に限定されなない。当該アルミニウム合金の比重は２．６～２．８ｇ／ｃｍ³ であるがこれに限定されない。

【0038】

なお、硬さＨＶについては、ＪＩＳ Ｚ２２４４に規定されるビッカース硬さ試験―試験方法に基づいて多点測定した結果である。以降に記述している硬さＨＶについても同様である。ＪＩＳ Ｚ２２４４に規定される試験方法は、各国の国家規格または国際規格で代替できる。

【0039】

また、本実施の形態の固定スクロール１１および旋回スクロール１２には、それぞれ表面を硬質化する表面処理が形成される。例えば、旋回スクロール１２がアルミニウム合金製であれば、当該旋回スクロール１２の表面には、基材よりも硬い、例えばＨＶ２００～３００の硬さを有する陽極酸化皮膜（アルマイト皮膜）が形成される。硬質化する表面処理は、これに限定されず、基材の材質に合わせて公知の方法が用いられる。

【0040】

一方の固定スクロール１１の基材１１ｄには、当該基材１１ｄの表面に積層される混在層と、混在層の上に積層されるニッケル皮膜層と、を備える表面処理膜（硬質皮膜）が形成されている。なお、本開示では、ニッケル皮膜層のみを硬質皮膜（単層硬質皮膜）と見なしてもよいし、ニッケル皮膜層および下層の混在層とをまとめて硬質皮膜（複合硬質皮膜）と見なしてもよいし、複合硬質皮膜には、ニッケル皮膜層および混在層に加えて、必要に応じて公知の他の層を含んでもよい。

【0041】

複合硬質皮膜の代表的な一例を図２に示す。図２は、固定スクロール１１の基材１１ｄ上に形成されている混在層４１ａ、並びにニッケル皮膜層４１ｂの拡大断面模式図である。混在層４１ａは、少なくとも、ニッケルと、基材１１ｄの成分と、リン（あるいは、後述するように、リンおよび／またはホウ素）と、から構成されればよい。後述するように、ニッケル皮膜層４１ｂの下層に形成される混在層４１は、本開示によって初めて明らかになったものと考えられる。

【0042】

本実施の形態では、固定スクロール１１の基材１１ｄがアルミニウムなので、混在層４１ａは、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）とから構成される。混在層４１ａの上方（表面側、以下同じ）に形成されるニッケル皮膜層４１ｂは、ニッケルを主成分とする単層硬質皮膜が形成される。なお、ここでいう主成分とは、全成分中８０ｗｔ％以上を意味する。また、本明細書における含有率または濃度には公知の不純物は含まれない（公知の不純物の含有は実質的に無視できる）。

【0043】

図２では、混在層４１ａを、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）で構成される「基材成分部位４１ｃ」と、ニッケル（Ｎｉ）および（Ｐ）で構成される「皮膜層成分部位４１ｄ」とが交互に配置されるように模式的に示している。この図２の図示は、混在層４１ａを理解しやすくするための模式的な図示であり、本開示における混在層４１ａはこの図示に限定されない。

【0044】

混在層４１ａおよびニッケル皮膜層４１ｂは、例えば無電解ニッケル－リンメッキ処理により形成することができる。なお、本明細書では、ｗｔ％（重量％）はｍａｓｓ％（質量％）に置き換えることができる。

【0045】

ニッケル皮膜層４１ｂは、無電解ニッケル－リンメッキ処理により得られるものであれば、ニッケルおよびリンを含有する。当該ニッケル皮膜層４１ｂに含有するリン濃度（リンの含有率）は８～１０ｗｔ％であり、残りをニッケルがほぼ占める（ニッケルの含有率９０～９２ｗｔ％）。後述するように、本実施の形態における代表的な実施例では、ニッケル皮膜層４１ｂの表面硬さはＨＶ５５０～６００であった。

【0046】

図３Ａおよび図３Ｂは、本実施の形態における代表的な実施例において、固定スクロール１１の基材１１ｄの界面近傍の断面ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析；Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）元素マッピングの一例である。

【0047】

図３Ａに示すＥＤＳ元素マッピング（ニッケル：Ｎｉ）から、向かって上方から順にやや薄い黒色部位（図中、ニッケル皮膜層４１ｂが該当）、やや薄い黒色部位と濃い黒色部位が混在している領域（図中、混在層４１ａが該当）、その下方に濃い黒色部位（図中、１１ｄが該当）が確認される。上方のやや薄い黒色部位にはニッケル（Ｎｉ）が存在し、下方の濃い黒色部位には、ニッケル以外の元素であるアルミニウム（Ａｌ）が主として存在している。

【0048】

図３Ｂに示すＥＤＳ元素マッピング（リン：Ｐ）から、向かって上方の明るいねずみ色で表される領域と、図３Ｂのやや薄い黒色で表される領域がほぼ同じである。明るいねずみ色部位にはリン（Ｐ）が存在し、下方の黒色部位には同様にアルミニウム（Ａｌ）が主として存在している。

【0049】

図３Ａおよび図３Ｂに基づいて、固定スクロール１１の基材１１ｄの断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）またはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡；Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などで観察しながら、ＥＤＳ元素マッピングすることで、基材１１ｄ（主にアルミニウム）の上方に、ニッケル（Ｎｉ）と、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）と、リン（Ｐ）とから構成される混在層４１ａと、混在層４１ａの上方にニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル皮膜層４１ｂと、が形成されていることを容易に認識可能である。

【0050】

さらに、ニッケル（Ｎｉ）、リン（Ｐ）が存在する領域にはアルミニウム（Ａｌ）はほとんど存在していない。このような結果から、混在層４１ａは、ニッケル皮膜層４１ｂの成分（ニッケルとリン）と基材１１ｄの成分（アルミニウム）とが化合物として構成されているのではなく、ニッケル（Ｎｉ）、リン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）とは個々に独立して構成されていることがわかる。

【0051】

また、このような結果から、ニッケル（Ｎｉ）とリン（Ｐ）とが、基材１１ｄ（アルミニウム合金）の界面１１ｅから基材１１ｄの内部に浸食して、あたかも根を張るような分布を呈している。なお、本実施例における混在層４１ａの厚みは、最大６００ｎｍ程度であった。

【0052】

すなわち、前述した代表的な実施例から明らかなように、本開示に係る摺動部材には、ニッケル皮膜層の下層に、少なくとも、ニッケルと、アルミニウム（基材１１ｄの成分）と、リンと、から構成される混在層が形成され、この混在層は、図２に示すように、アルミニウム（基材１１ｄの成分）で構成される「基材成分部位４１ｃ」と、ニッケル（Ｎｉ）および（Ｐ）で構成される「皮膜層成分部位４１ｄ」とが交互に配置されるような構成として模式化できることがわかる。

【0053】

なお、前記構成のスクロール圧縮機の具体的な構成は特に限定されず、公知の各種構成を好適に用いることができる。例えば、スクロール圧縮機が横置きであっても、旋回スクロール１２の基材は鉄系であってもよい。また、スクロール圧縮機に限定されず、レシプロ圧縮機またはロータリー圧縮機などであってもよい。

【0054】

［１－２．動作］
以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用について説明する。

【0055】

前記構成のスクロール圧縮機は、固定スクロール１１のアルミニウム合金からなる基材１１ｄの表面に、基材１１ｄよりも硬い表面処理膜を形成している。

【0056】

本実施の形態では、固定スクロール１１の基材１１ｄのニッケル皮膜層４１ｂの表面硬さは、基材１１ｄの硬さに比べて４～１２倍である。ここで、基材の表面上に、直に硬質の表面処理膜を形成した場合では、すでに述べている通りアルミニウム基材と表面処理膜との硬さの差、すなわち機械的強度の違いが過大となる。そのため、摩擦摺動による界面に対し平行方向のせん断力が作用すると、界面にて硬質の表面処理膜の剥離、界面直下の基材を伴う「むしれ」といった破壊を生じさせる。これにより、硬質の表面処理膜が欠落し、摺動面間にアルミニウム基材が露出することがあった。

【0057】

本実施の形態では、基材表面に、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）とから構成される混在層４１ａと、混在層４１ａに上方にニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル皮膜層４１ｂを形成させる構成を採用している。

【0058】

これにより、摺動によるせん断力が作用しても、ニッケル皮膜層４１ｂの成分（ニッケル、リン）が基材１１ｄ内に浸入して形成された混在層４１ａが、釘またはくさびのような働きをする、いわゆるアンカー効果を発揮する。そのため、基材１１ｄと表面処理膜との硬さの差が大きい場合であっても、基材１１ｄの界面１１ｅ付近での皮膜の剥離または破壊が回避、抑制され、十分な皮膜密着性を確保することができる。その結果、ニッケル皮膜層４１ｂの耐摩耗性が十分に発揮されることで、圧縮機の長期信頼性を向上させることができる。

【0059】

本実施の形態では、基材１１ｄのニッケル皮膜層４１ｂの表面硬さは、基材１１ｄの硬さに比べて４～１２倍とした。本願発明者らによる、これまでの実験的な取組みから、ニッケル皮膜層４１ｂの硬さは基材１１ｄの６倍以上であれば、より一層顕著なアンカー効果が得られることが明らかとなっている。

【0060】

一方、相手側の旋回スクロール１２の表面硬さは、固定スクロール１１の表面硬さよりも低いので、圧縮機の運転中に、旋回スクロール１２の表面は適度に摩耗して馴染む。すなわち、摺動表面の粗さの先端突起（山部）がトランケートされて平坦化することで、局所的な接触面圧が低減して摺動状態を緩和することができる。これにより、適度な摩耗以上に摩耗が進行することを顕著に抑制できる。

【0061】

また、本実施の形態では、無電解ニッケル－リンメッキ処理により形成されたもので、ニッケル皮膜層４１ｂにおけるリン濃度を８～１０ｗｔ％としている。

【0062】

ここで、本実施の形態における代表的な比較例として、リン濃度を２ｗｔ％未満とした無電解ニッケル－リンメッキ処理により形成されたニッケル皮膜層４１ｂの基材界面近傍の断面ＥＤＳ元素マッピングの一例を図４Ａおよび図４Ｂに示す。

【0063】

図４Ａに示すＥＤＳ元素マッピング（ニッケル：Ｎｉ）から、向かって上方からやや薄い黒色部位（図中、４１ｂが該当）、その直下に濃い黒色部位（図中、１１ｄが該当）がある。上方のやや薄い黒色部位にはニッケル（Ｎｉ）が存在し、下方の濃い黒色部位には、ニッケル以外の元素であるアルミニウム（Ａｌ）が主として存在している。

【0064】

図４Ｂに示すＥＤＳ元素マッピング（リン：Ｐ）から、明るいねずみ色で表される領域と、図４Ａのやや薄い黒色で表される領域がほぼ同じである。ＥＤＳ元素マッピング（リン：Ｐ）から、上方の明るいねずみ色部位にはリン（Ｐ）が存在し、下方の黒色部位には同様にアルミニウム（Ａｌ）が主として存在している。

【0065】

図４Ａおよび図４Ｂから明らかなように、比較例では、前述した実施例のように、図３Ａおよび図３Ｂに示されたような混在層４１ａは確認できず、基材１１ｄの上方にニッケル（Ｎｉ）とリン（Ｐ）からなるニッケル皮膜層４１ｂが直接的に形成されていることが認識できる。

【0066】

以上の結果から、本開示においては、無電解ニッケル－リンメッキ処理工程において形成されるニッケル皮膜層４１ｂに関し、リン濃度が低いと、混在層４１ａが形成されないことを明確化された。

【0067】

本願発明者らによる、これまでの実験的な取組みから得られた、ニッケル皮膜層４１ｂ中のリン濃度と混在層４１ａの最大厚さの関係を図５に示す。

【0068】

ニッケル皮膜層４１ｂ中のリン濃度を３ｗｔ％よりも高くすることで、混在層４１ａの最大厚さが１００ｎｍ以上となる。これにより、摩擦摺動による界面１１ｅに対し平行方向のせん断力が作用しても、ニッケル皮膜層４１ｂの成分（ニッケル、リン）が基材１１ｄに浸入して形成された混在層４１ａがアンカー効果を発揮する。よって、基材１１ｄと表面処理膜との硬さの差が大きい場合であっても、界面１１ｅ付近での皮膜の剥離または破壊を回避、抑制し、十分な皮膜密着性を確保することができる。

【0069】

本願発明者らの鋭意検討によれば、ニッケル皮膜層４１ｂにおけるリン濃度が３ｗｔ％よりも高い場合には、当該ニッケル皮膜層４１ｂは、相対的に硬くないものとなり、その耐久性も低い傾向にあるが、基材１１ｄの界面との密着性が高くなる傾向にある。一方、ニッケル皮膜層４１ｂのリン濃度が３ｗｔ％以下と低い場合には、当該ニッケル皮膜層４１ｂは、相対的に硬いものとなり、その耐久性も高い傾向にあるが、基材１１ｄの界面との密着力が低くなる傾向にある。

【0070】

本開示では、摺動部材（特に冷媒圧縮機用の摺動部材）に形成する無電解ニッケル－リンメッキにおいて、基材１１ｄの密着力をより一層良好なものにできる最少のリン濃度を明らかにできたとともに、基材１１ｄとニッケル皮膜層４１ｂとの間に混在層４１ａが生じ、この混在層４１ａによりニッケル皮膜層４１ｂの密着力を高くできることを、初めて明らかにしたものである。

【0071】

これにより、摺動部材に形成されたニッケル皮膜層４１ｂは、基材１１ｄに対して、より一層良好な密着性を実現できるとともに、ニッケル皮膜層４１ｂそのものも優れた耐久性を保持できることになる。その結果、本開示に係る摺動部材は、長期に亘る信頼性が求められる圧縮機の分野で広く好適に活用することができる。

【0072】

混在層４１ａを形成するためには、前記の通り、少なくとも、ニッケル皮膜層４１ｂにおけるリン濃度を３ｗｔ％以上とすればよいが、このような表面処理膜を形成するためには、例えば、無電解ニッケル－リンメッキ処理における建浴温度を、例えば８０～１００℃の範囲内とすることができる。

【0073】

建浴温度が８０℃よりも低くなると、諸条件にもよるが、メッキ形成速度が遅くなり過ぎて、析出ムラ（メッキ膜（ニッケル皮膜層４１ｂ）が所々にしか形成されない現象）が発生したりする可能性がある。一方、建浴温度が１００℃よりも高くなると、諸条件にもよるが、メッキ形成速度が速くなりすぎて、メッキ膜（ニッケル皮膜層４１ｂ）の膜厚にバラつきが大きくなる可能性があることに加え、混在層４１ｂの厚さが１０００ｎｍを超えたり、混在層４１ｂに占める基材１１ｄの成分比率が著しく低下したりする可能性がある。

【0074】

このように、建浴温度によってメッキ形成速度が遅くなったり早くなったりすると、特に、良好な混在層４１ａの形成に影響を及ぼすおそれがある。その結果、得られる表面処理膜において、十分な耐剥離性を確保できなくなる可能性がある。

【0075】

特に、圧縮機のように、長期に亘る信頼性確保が求められる分野では、建浴温度を８５～９５℃の範囲内にすることもできる。諸条件にもよるが、建浴温度がこの範囲内であれば、より一層良好な混在層４１ａを形成しやすくなり、表面処理膜の耐剥離性をより一層良好なものとすることができる。

【0076】

なお、前記の建浴温度の好適な範囲は、前述した通り、主として、良好なメッキ形成速度を実現するために設定されるものである。したがって、本開示において、基材１１ｄに表面処理膜（ニッケル皮膜層４１ｂおよび混在層４１ａを備える膜）を形成するために、無電解ニッケル－リンメッキ処理における建浴温度は、必ずしも前記の範囲内に限定されるものではなく、諸条件に応じて前記の範囲外の建浴温度を採用することもできる。さらに、本開示においては、無電解ニッケル－リンメッキ処理における公知の他の条件を好適な範囲内に設定することもできる。

【0077】

このように、本開示においては、従来の無電解ニッケル－リンメッキ処理工程を踏襲した上で、ニッケル皮膜層４１ｂ内のリン濃度を所定の値（３ｗｔ％より高く）となるように調合して、当該ニッケル皮膜層４１ｂを形成すれば、本開示に係る表面処理膜（混在層４１ａおよびニッケル皮膜層４１ｂを備える複合硬質皮膜）を形成することができる。そのため、処理前の基材１１ｄに対して、その表面を予め荒らす、例えばショットブラストなどの工程を追加する必要がなく、かつ、一般的な無電解ニッケル－リンメッキ処理を利用することができるので、安価に表面処理膜を形成することができるとともに、表面処理膜が形成された基材１１ｄ、すなわち本開示に係る摺動部材において、その量産性の観点でも非常に優れている。

【0078】

なお、本実施の形態（本開示）においては、混在層４１ａは、厚みを１００ｎｍ以上で、かつ１０００ｎｍ以下としてもよい。

【0079】

混在層４１ａの厚みが１００ｎｍ未満では前記した如く十分なアンカー効果は得られ難い。一方、ニッケル皮膜層４１ｂのリン濃度を上げれば必然的に混在層４１ａの厚みは厚くなる。しかしながら、リン濃度が１５ｗｔ％以上になると、ニッケル皮膜層４１ｂの硬さが低くなり、高い耐摩耗性を確保することが困難となる可能性がある。耐摩耗性確保の観点から、リン濃度は１５ｗｔ％以下が望ましく、リン濃度が１５ｗｔ％での混在層４１ａの厚みは約１０００ｎｍとなる。よって、混在層４１ａの厚みは１０００ｎｍ以下が望ましい。

【0080】

また、本実施の形態では、摺動部材の基材をアルミニウム（Ａｌ）－ケイ素（Ｓｉ）系合金としたが、基材の比重が３．０ｇ／ｃｍ³ 以下で、かつ、ＨＶ５０～２００の硬さを有する軟質の非鉄材料であっても、前述したアルミニウム－ケイ素系合金と同様の効果が得られる。

【0081】

例えば、アルミニウム合金であれば、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とするアルミニウム（Ａｌ）－銅（Ｃｕ）－マグネシウム（Ｍｇ）系（２０００番系など）、アルミニウム（Ａｌ）－マグネシウム（Ｍｇ）系（５０００番系）、アルミニウム（Ａｌ）－マグネシウム（Ｍｇ）－ケイ素（Ｓｉ）系（６０００番系）、アルミニウム（Ａｌ）－亜鉛（Ｚｎ）－マグネシウム（Ｍｇ）系（７０００番系）、リチウム（Ｌｉ）添加系アルミニウム合金（８０００番系など）においても、前述したアルミニウム－ケイ素系合金と同様の効果が得られる。

【0082】

また、マグネシウム（Ｍｇ）を主成分とするマグネシウム合金であれば、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）－アルミニウム（Ａｌ）－亜鉛（Ｚｎ）系合金においても、前述したアルミニウム－ケイ素系合金と同様の効果が得られる。

【0083】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、摺動部材は、基材１１ｄと、少なくとも、ニッケルと、前記基材１１ｄの成分、本実施の形態ではアルミニウムと、リンと、から構成される混在層４１ａと、前記混在層４１ａの上方にニッケルを主成分とするニッケル皮膜層４１ｂとからなる構成である。

【0084】

これにより、摺動部材は、硬質皮膜処理による焼付き防止性に加えて、十分な皮膜密着性も併せ持つことができる。これにより、基材１１ｄと硬質皮膜（ニッケル皮膜層４１ｂ）との硬さの差を起因とする基材界面付近での破壊または皮膜の剥離を回避することが可能となる。

【0085】

なお、本開示においては、後述する実施の形態２も含めて、摺動部材は、基材１１ｄ、混在層４１ａ、およびニッケル皮膜層４１ｂ以外の構成を含んでもよい。すなわち、本開示に係る摺動部材は、基材１１ｄ、混在層４１ａおよびニッケル皮膜層４１ｂを備える構成であればよい。

【0086】

また、本実施の形態のように、前記混在層４１ａは、前記ニッケル皮膜層４１ｂの成分と、前記基材１１ｄの成分とは、独立して存在する構成とすることができる。

【0087】

これにより、ニッケル皮膜層４１ｂの成分（ニッケル、リン）が基材１１ｄに浸入して形成された混在層４１ａが、釘またはくさびのような働きをする、いわゆるアンカー効果を十分に発揮し、皮膜密着性を顕著に向上させることができる。

【0088】

また、本実施の形態のように、前記混在層４１ａは、厚みを１００ｎｍ以上で、かつ１０００ｎｍ以下とした構成とすることができる。

【0089】

これにより、ニッケル皮膜層４１ｂの成分（ニッケル、リン）が基材１１ｄに浸入して形成された混在層４１ａのアンカー効果と、ニッケル皮膜層４１ｂの高い耐摩耗性を併せ持たせた摺動部材とすることができる。

【0090】

また、ニッケル皮膜層４１ｂは、無電解ニッケル－リン複合メッキとした構成とすることができる。この構成においては、ニッケル皮膜層４１ｂは、リン濃度を３ｗｔ％よりも高くした構成とすることができる。

【0091】

これにより、ニッケル皮膜層４１ｂ内のリン濃度を所定の値（３ｗｔ％より高く）になるように調合した従来の無電解ニッケル－リンメッキ処理工程を踏襲することで、本実施の形態のような、ニッケル皮膜層４１ｂと混在層４１ａとからなる表面処理膜を形成することができる。そのため、基材１１ｄの表面を予め荒らすなどの工程を追加する必要がなく、優れた量産性を実現できる。

【0092】

また、ニッケル皮膜層４１ｂの皮膜は、膜厚を２μｍ以上とした構成とすることができる。

【0093】

これにより、ニッケル皮膜層４１ｂの成分（ニッケル、リン）が基材１１ｄに浸入して形成された混在層４１ａのアンカー効果を十分に発揮させ、長期信頼性の高い摺動部材とすることができる。用途または運転条件、運転時間等の諸条件に応じて適切な膜厚を選択することも可能である。

【0094】

また、基材は、ＨＶ５０～２００の硬さを有し、アルミニウムを主成分とする合金とした構成とすることができる。これにより、高耐摩耗性と高耐剥離性を併せ持つ軽量な摺動部材とすることができる。

【0095】

一方、上記摺動部材を用いて構成した圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機構部と、前記圧縮機構部および前記電動機構部を収容し、底部に潤滑油を貯留する貯油部を有した密閉容器と、を備え、前記構成の摺動部材を用いた摺動部が含まれている構成、すなわち、摺動部分の少なくともいずれかに前記構成の摺動部材を配した構成とすることができる。

【0096】

これにより、高い自己耐摩耗性と皮膜密着性を併せ持つ摺動部材を擁することによって、圧縮機の摺動部における摩耗または剥離に起因する性能低下または動作不良などを回避、抑制することができる。これにより、当該圧縮機を、長期に亘って、高い性能を維持した状態で安定的に稼働させることができる。

【0097】

そして、この圧縮機を搭載して冷凍装置を構成すれば、冷凍装置の高効率化に加え、信頼性を顕著に向上させることができる。なお、本開示に係る冷凍装置の具体的な構成は限定されず、本開示に係る圧縮機を含む公知の冷媒回路（冷凍サイクル）を備える構成であればよい。冷凍装置の具体的な構成も特に限定されず、空気調和機、給湯器、冷蔵庫等の公知の冷凍装置であればよい。

【0098】

また、圧縮機構部は、固定スクロールと、旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回駆動する回転軸とを備え、摺動部材は、少なくとも前記固定スクロール、前記旋回スクロールのどちらか一方に用いられる構成、すなわち、前記工程スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくともいずれか一方の摺動部が、前記構成の摺動部材を含む構成とすることができる。

【0099】

これにより、高い自己耐摩耗性と皮膜密着性を併せ持つ摺動部材を擁することによって、スクロール圧縮機の長期信頼性を向上できる。さらに、固定スクロールまたは旋回スクロールの基材に比重の軽いアルミニウムなどを使用することで、顕著な軽量化を図ることができる。それゆえ、軽量化が望まれる分野、例えば車載式等への展開が可能なスクロール圧縮機を提供することができる。

【0100】

加えて、旋回スクロールを軽量化すれば、圧縮機構部に作用する遠心力が低減して、運転中の圧縮機の振動を抑制することができる。そのため、高速回転による冷凍能力の増加を図ることができる。さらに、回転軸に作用するラジアル荷重が低くなるので、回転軸の直径を小さくする設計変更が可能となる。これにより、入力損失低減による高効率化、または、圧縮機の小型化を図った商品力の高いスクロール圧縮機を提供することができる。

【0101】

また、本発明の圧縮機には、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、イソブタン、プロパン、二酸化炭素、又は、炭素間に二重結合を有する冷媒などの作動媒体を用いる構成とすることができる。

【0102】

これにより、圧縮機に配設された摺動部材は、いずれの冷媒に暴露されても変質、変形することを有効に抑制、回避できる。これにより、当該圧縮機は、長期に亘って高い自己耐摩耗性と皮膜密着性を安定的に発揮することができる。

【0103】

加えて、圧縮機に配設された摺動部材は、摺動の過程で生じた冷媒が分解して生成された物質（例えば、炭素間に二重結合を有する冷媒に見られるフッ化物など）に曝されても変質、変形することを有効に抑制できる。これにより、当該圧縮機は、長期に亘って高い自己耐摩耗性と皮膜密着性を安定的に発揮することができる。

【0104】

（実施の形態２）
以下、図６～図７Ｂを用いて、実施の形態２を説明する。適宜、図１～図５を参照する。また、図１から図５で説明した構成と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。

【0105】

［２－１．構成］
本実施の形態において、摺動部材となる固定スクロール１１と旋回スクロール１２は、例えば、いずれも基材を、ＨＶ５０～２００の硬さを有する非鉄材料の基材で形成される。非鉄材料の基材としては、具体的には、アルミニウム合金（例えば、４０００番系の各種のアルミニウム（Ａｌ）－ケイ素（Ｓｉ）系合金）を挙げることができるが、特に限定されない。当該アルミニウム合金の比重は２．６～２．８ｇ／ｃｍ³ であるがこれに限定されない。

【0106】

また、本実施の形態の固定スクロール１１および旋回スクロール１２には、それぞれ表面を硬質化する表面処理が形成される。例えば、旋回スクロール１２がアルミニウム合金製であれば、当該旋回スクロール１２の表面には、基材１１ｄよりも硬い、例えばＨＶ２００～３００の硬さを有する陽極酸化皮膜（アルマイト皮膜）が形成されている。硬質化する表面処理は、これに限定されず、基材１１ｄの材質に合わせて公知の方法が用いられる。

【0107】

一方の固定スクロール１１の基材１１ｄには、前記実施の形態１と同様に、当該基材１１ｄの表面に積層される混在層と、混在層の上に積層されるニッケル皮膜層と、を備える表面処理膜が形成されている。本実施の形態における表面処理膜の代表的な一例を図６に示す。図６は、固定スクロール１１の基材１１ｄ上に形成されている混在層５１ａ、並びに第一のニッケル皮膜層５１ｂおよび第二のニッケル皮膜層５１ｃの拡大断面模式図である。

【0108】

本実施の形態では、固定スクロール１１の基材１１ｄがアルミニウムなので、混在層５１ａは、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）とから構成される。混在層４１ａの上方には第一のニッケル皮膜層５１ｂが形成され、当該第一のニッケル皮膜層５１ｂのさらに上方（最表面側）には、第二のニッケル皮膜層５１が形成される。

【0109】

第一のニッケル皮膜層５１ｂおよび第二のニッケル皮膜層５１ｃは、いずれもニッケルを主成分とする単層硬質皮膜である。これらニッケル皮膜層５１ｂ，５１ｃは、複層ニッケル皮膜層５１ｄを構成している。なお、複層ニッケル皮膜層５１ｄは３層以上で構成されてもよいし、各層の成分（ニッケル濃度またはリン濃度等）に違いがあってもよい。

【0110】

図６でも、前記実施の形態１で参照した図２と同様に、混在層５１ａを、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）で構成される「基材成分部位５１ｅ」と、ニッケル（Ｎｉ）および（Ｐ）で構成される「皮膜層成分部位５１ｆ」とが交互に配置されるように模式的に示している。この図６の図示は、図２と同様に模式的な図示であり、本開示における混在層５１ａはこの図示に限定されない。

【0111】

第一のニッケル皮膜層５１ｂおよび第二のニッケル皮膜層５１ｃは、いずれも無電解ニッケル－リンメッキ処理により形成されている。本実施の形態では、第一のニッケル皮膜層５１ｂはリン濃度（リンの含有率）が８～１０ｗｔ％であり、残りをニッケルがほぼ占め（ニッケルの含有率９０～９２ｗｔ％）、第二のニッケル皮膜層５１ｃはリン濃度が１～３ｗｔ％であり、残りをニッケルがほぼ占める（ニッケルの含有量９７～９９ｗｔ％）。この含有量には公知の不純物は含まれない。

【0112】

本実施の形態における代表的な実施例では、複層構造のメッキ皮膜層を安定的に形成させるために、基材１１ｄ表面に亜鉛皮膜を形成させるジンケート（zincate）処理を予め行った。この前処理工程で形成された亜鉛皮膜を、第一のニッケル皮膜層５１ｂ用の無電解メッキ液中でニッケルに置換させて、第一のニッケル皮膜層５１ｂ（メッキ皮膜）を形成した。続けて第二のニッケル皮膜層５１ｃ用の無電解メッキ液に浸漬させて第二のニッケル皮膜層５１ｃを形成した。これにより、図６に模式的に示すような、複層ニッケル皮膜層５１ｄを作製（製造）した。

【0113】

作製した複層ニッケル皮膜層５１ｄについて、ＪＩＳ Ｚ２２４４に基づいて、ハイジトロン社製のナノインデンテーション装置ＴＩ－９５０トライボインデンター（商品名）により硬さ測定を行った。第一のニッケル皮膜層５１ｂの硬さはＨＶ５５０～６００、第二のニッケル皮膜層５１ｃの硬さはＨＶ６５０～７００であった。

【0114】

一般的に、リン濃度が低くなるほど、ニッケル皮膜層の硬さは硬くなる傾向にあることは知られている。すなわち、リン濃度が異なるメッキ処理を複数回行うことで、段階的に各層の硬さを制御された複層構造のメッキ皮膜層を形成することが可能である。本実施の形態では二回メッキ処理を行い二層からなる複層ニッケル皮膜層５１ｄとしたが、前記の通り、三層以上の複層ニッケル皮膜層としてもよい。

【0115】

図７Ａおよび図７Ｂは、本実施の形態における代表的な実施例において、固定スクロール１１の基材１１ｄの界面１１ｅ近傍の断面ＥＤＳ元素マッピングの一例である。

【0116】

図７Ａに示すＥＤＳ元素マッピング（ニッケル：Ｎｉ）から、向かって上方から順にやや薄い黒色部位（図中、５１ｂ、５１ｃが該当）、その下方にやや薄い黒色部位と濃い黒色部位が混在している領域（図中、５１ａが該当）がある。やや薄い黒色部位にはニッケル（Ｎｉ）が存在し、一方の濃い黒色部位には、ニッケル以外の元素であるアルミニウム（Ａｌ）が主として存在している。

【0117】

図７Ｂに示すＥＤＳ元素マッピング（リン：Ｐ）から、明るいねずみ色で表される領域と、前記実施の形態１で説明した、比較例である図４Ａに示す、やや薄い黒色で表される領域がほぼ同じである。

【0118】

図７Ｂに示す、明るいねずみ色部位にはリン（Ｐ）が存在し、下方の黒色部位には同様にアルミニウム（Ａｌ）が主として存在している。また、上方のねずみ色部位（図中、５１ｃが該当）は、下方のねずみ色部位（図中、５１ｂが該当）に比べて色調が異なる。これはリン濃度の違いを表しており、上方の色調が濃い部位（図中、５１ｃが該当）のリン濃度が、下方の部位（図中、５１ｂが該当）に比べて低いことを示している。

【0119】

図７Ａおよび図７Ｂより、固定スクロール１１の基材１１ｄの断面をＳＥＭまたはＴＥＭなどで観察しながら、ＥＤＳ元素マッピングすることで、基材１１ｄ（図示せず）の上方に、ニッケル（Ｎｉ）と、基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）から構成される混在層５１ａと、混在層５１ａの上方にニッケル（Ｎｉ）を主成分とする第一のニッケル皮膜層５１ｂ、並びに第二のニッケル皮膜層５１ｃが形成されていることを容易に認識可能である。

【0120】

さらに、ニッケル（Ｎｉ）、リン（Ｐ）が存在する領域にはアルミニウム（Ａｌ）が存在していない。このことから、混在層５１ａは、第一のニッケル皮膜層５１ｂおよび第二のニッケル皮膜層５１ｃの成分（ニッケルとリン）と、基材１１ｄの成分（アルミニウム）が化合物として構成されているのではなく、ニッケル（Ｎｉ）、リン（Ｐ）とアルミニウム（Ａｌ）とは個々に独立して構成されていることがわかる。

【0121】

また、このような結果から、ニッケル（Ｎｉ）とリン（Ｐ）が、基材１１ｄ（アルミニウム合金）の界面１１ｅから基材１１ｄの内部に浸食して、あたかも根を張るような分布を呈している。混在層５１ａの厚みは、図示していないが、最大６００ｎｍ程度であった。

【0122】

すなわち、前述した代表的な実施例から明らかなように、本開示に係る摺動部材には、ニッケル皮膜層の下層に、少なくとも、ニッケルと、アルミニウム（基材１１ｄの成分）と、リンと、から構成される混在層が形成され、この混在層は、図６に示すように、アルミニウム（基材１１ｄの成分）で構成される「基材成分部位５１ｅ」と、ニッケル（Ｎｉ）および（Ｐ）で構成される「皮膜層成分部位５１ｆ」とが交互に配置されるような構成として模式化できることがわかる。

【0123】

ここで、本実施の形態においても、混在層５１ａを形成するためには、前記実施の形態１の通り、少なくとも、第一のニッケル皮膜層５１ｂにおけるリン濃度を３ｗｔ％以上、好ましくは前記の通り８～１０ｗｔ％とすればよく、この場合も、前記実施の形態１と同様に、例えば、無電解ニッケル－リンメッキ処理における建浴温度を好適な範囲内に設定することができる。

【0124】

さらに、本実施の形態では、最表面（あるいは最外面）側となるニッケル皮膜すなわち第二のニッケル皮膜５１ｃのリン濃度を１～３ｗｔ％と、基材１１ｄに接する第一のニッケル皮膜５１ｂ（混在層５１ａに接するニッケル皮膜、最内面側のニッケル皮膜）よりも低く設定している。このような低リン濃度のニッケル皮膜を形成するには、無電解ニッケル－リンメッキ処理における建浴温度を６０～１００℃の範囲内とすることができる。

【0125】

建浴温度が６０℃よりも低くなると、諸条件にもよるが、メッキ形成速度が遅くなり過ぎて、析出ムラ（メッキ膜（第二のニッケル皮膜層５１ｃ）が所々にしか形成されない現象）が発生したりする可能性がある。一方、建浴温度が１００℃よりも高くなると、諸条件にもよるが、メッキ形成速度が速くなりすぎて、量産時の安定的な膜厚の管理が困難となる。また、第二のニッケル皮膜層５１ｃが良好に形成されないと、その下層に位置する第一のニッケル皮膜層５１ｂまたは混在層５１ａにも影響が生じるおそれもある。

【0126】

特に、圧縮機のように、長期に亘る信頼性確保が求められる分野では、最表面側となるニッケル皮膜を形成するための建浴温度を７０～９５℃の範囲内にすることもできる。諸条件にもよるが、建浴温度がこの範囲内であれば、複数のニッケル皮膜と混在層５１ａを備える表面処理膜の物性をより一層良好なものとすることができる。

【0127】

［２－２．動作］
以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用について説明する。

【0128】

前記構成のスクロール圧縮機は、固定スクロール１１のアルミニウム合金からなる基材１１ｄの表面に、基材１１ｄよりも硬い表面処理膜を形成している。

【0129】

本実施の形態では、固定スクロール１１の基材１１ｄの第一のニッケル皮膜層５１ｂの表面硬さは、基材１１ｄの硬さに比べて４～１２倍である。ここで、基材１１ｄの表面上に、直に硬質の表面処理膜を形成した場合では、アルミニウム基材と表面処理膜との硬さの差、すなわち機械的強度の違いが過大となる。そのため、摩擦摺動による界面に対し平行方向のせん断力が作用すると、界面において硬質の表面処理膜の剥離、あるいは、界面直下の基材を伴う「むしれ」といった破壊を生じさせる。これにより、硬質の表面処理膜が欠落し、摺動面間にアルミニウム基材が露出することがあった。

【0130】

本実施の形態のように、基材１１ｄの表面に、当該基材１１ｄの主成分であるアルミニウム（Ａｌ）と、ニッケル（Ｎｉ）と、リン（Ｐ）とから構成される混在層５１ａと、混在層５１ａの上方にニッケルを主成分とする第一のニッケル皮膜層５１ｂと、を形成させる構成を採用している。

【0131】

これにより、摩擦摺動によるせん断力が作用しても、第一のニッケル皮膜層５１ｂの成分（ニッケル、リン）が基材１１ｄに浸入して形成された混在層５１ａが、釘またはくさびのような働きをする、いわゆるアンカー効果を発揮する。そのため、基材１１ｄと表面処理膜との硬さの差が大きい場合であっても、基材１１ｄの界面１１ｅ付近での剥離または破壊が回避、抑制され、十分な皮膜密着性を確保することができる。

【0132】

加えて、本実施の形態では、第二のニッケル皮膜層５１ｃは、第一のニッケル皮膜層５１ｂに比べてリン濃度を低く（１～３ｗｔ％）設定している。これにより、相手材と摺動する最表面の皮膜層の硬さ（ＨＶ）が非常に高くなるので、顕著に優れた自己耐摩耗性を確保することができる。

【0133】

一方、相手側の旋回スクロール１２の表面硬さは、固定スクロール１１の表面硬さよりも低いので、圧縮機の運転中に、旋回スクロール１２の表面は適度に摩耗して馴染む。すなわち、摺動表面の粗さの先端突起（山部）がトランケートされて平坦化することで、局所的な接触面圧が低減して摺動状態を緩和することができる。これにより、適度な摩耗以上に摩耗が進行することを顕著に抑制できる。

【0134】

［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、摺動部材は、基材１１ｄと、少なくとも、ニッケルと、前記基材１１ｄの成分、本実施の形態ではアルミニウムと、リンと、から構成される混在層５１ａと、前記混在層５１ａの上方にニッケルを主成分とする、本実施の形態では第一のニッケル皮膜層５１ｂ、第二のニッケル皮膜層５１ｃとからなる構成である。

【0135】

これにより、摺動部材は、基材と硬質皮膜の硬さの差を起因とする基材界面付近での破壊または皮膜の剥離を回避する十分な皮膜密着性を有することができる。

【0136】

また、ニッケル皮膜層は、主成分をニッケルとするものであるが、前記の通り、少なくとも２層以上である複層ニッケル皮膜層とすることができ、混在層側のニッケル皮膜層のリン濃度は、最表面側のニッケル皮膜層のリン濃度よりも高い構成とすることができる。

【0137】

さらに詳しくは、前記混在層側のニッケル皮膜層（本実施の形態では第一のニッケル皮膜層５１ｂ）は、リン濃度を３ｗｔ％よりも高くし、最表面側のニッケル皮膜層（本実施の形態では第二のニッケル皮膜層５１ｃ）は、リン濃度を３ｗｔ％以下とした構成とすることができる。

【0138】

これにより、摺動部材は、硬質皮膜処理による焼付き防止性に加えて、十分な皮膜密着性も併せ持つことができる。これにより、基材と硬質皮膜との硬さの差を起因とする基材界面付近での破壊または皮膜の剥離を回避することが可能となる。しかも、焼付き防止性および皮膜密着性に加えて、最表面側のニッケル皮膜層に十分な自己耐摩耗性も併せ持たせることができる。

【0139】

また、本実施の形態および前記実施の形態１では、ニッケル皮膜層はリンを配合した構成であるが、本願発明者のこれまでの取り組みによれば、本開示はリンの配合に限定されず、ホウ素が配合されてもよい。

【0140】

ホウ素を配合したニッケル皮膜層であっても、さらにリンおよびホウ素双方を配合したニッケル皮膜層でも、リンを配合したニッケル皮膜層と同様に、優れた密着強度と自己耐摩耗性を得ることができる。したがって、混在層には、ニッケルおよび基材の成分に加えて、リンおよびホウ素の少なくとも一方が含まれていればよい。

【0141】

なお、ニッケル皮膜層へのホウ素の配合については、無電解ニッケル－ホウ素（ボロン）複合メッキ等の公知の手法を用いることで、前述した実施の形態１または本実施の形態における、ニッケル皮膜層へのリンの配合と同様に実施することができる。したがって、リンの配合をホウ素に置き換えれば、当業者は、ホウ素を含有するニッケル皮膜層の構成および形成を容易に理解することができる。

【0142】

また、ニッケル皮膜層がリンではなくホウ素を含む場合、あるいは、リンおよびホウ素の双方を含む場合、前記実施の形態１または本実施の形態２で説明したリン濃度を、ホウ素濃度に置き換えることができる。

【0143】

また、ニッケル皮膜層がホウ素を含む場合、無電解ニッケル－ホウ素メッキ処理については、前記実施の形態１または本実施の形態２で説明した諸条件をそのまま適用することができる。代表的には、無電解ニッケル－ホウ素メッキ処理における建浴温度を８０～１００℃の範囲内に設定したり、８５～９５℃の範囲内に設定したりすることができる。あるいは、本実施の形態２のように、ニッケル皮膜を複数層形成する場合には、最表面側のニッケル皮膜を無電解ニッケル－ホウ素メッキ処理で形成する際に、建浴温度を６０～１００℃の範囲内に設定したり、７０～９５℃の範囲内に設定したりすることができる。これにより、混在層を含む表面処理膜を好適に形成することができる。

【0144】

また、ニッケル皮膜層は、ニッケル以外の成分を含有してもよいし、混在層は、ニッケルおよびリン、またはニッケルおよびホウ素以外の成分を含有してもよい。このような他の成分の含有量は特に限定されず、皮膜密着性および自己耐摩耗性に影響を及ぼさない範囲内であればよい。ニッケル皮膜層または混在層は、技術常識的に不可避的不純物を含有し得るが、このような不可避的不純物は、ニッケル皮膜層および混在層の成分としては無視できる。したがって、他の成分の含有量の下限は不可避的不純物を超える量であればよい。

【0145】

なお、前述した各実施の形態では、本開示に係る摺動部材について、冷媒を作動媒体としてこれを圧縮する圧縮機で説明したが、冷媒ではない作動媒体を圧縮する圧縮機であってもよい。あるいは、本開示に係る摺動部材は、圧縮機だけでなく、車のエンジン等に用いても同様の効果を得ることが可能である。そのため、冷媒を作動媒体としない圧縮機に適用することもできる。

【0146】

このように、本開示に係る摺動部材は、基材界面付近での破壊または皮膜の剥離を抑制し、十分な皮膜密着性が確保できるので、摺動部を構成したときに長期に亘る信頼性を高めることができる。

【0147】

また、本開示に係る圧縮機は、前記の摺動部材を備えているため、信頼性及び効率が向上し、冷凍冷蔵庫または、温水暖房装置、空気調和装置、給湯器、または冷凍機などの冷凍サイクルを用いた冷凍装置に有用である。

【0148】

前述した説明から、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、前述した説明は、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】

【0149】

本発明は、摺動部材の分野に広く好適に用いることができ、特に、冷媒圧縮機等の圧縮機の分野、あるいは、当該圧縮機を用いた冷凍サイクルの分野、さらには、圧縮機と同様の摺動部を有する分野に好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0150】

１：密閉容器
４：貯油部
１０：圧縮機構部
１１：固定スクロール
１１ａ：固定スクロール鏡板
１１ｂ：固定渦巻きラップ
１１ｄ：基材
１２：旋回スクロール
１２ａ：旋回スクロール鏡板
１２ｂ：旋回渦巻きラップ
１３：回転軸
２０：電動機構部
４１ａ、５１ａ：混在層
４１ｂ：ニッケル皮膜層
５１ｂ 第一のニッケル皮膜層
５１ｃ 第二のニッケル皮膜層
５１ｄ：複層ニッケル皮膜層（ニッケル皮膜層）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】