(57)【要約】【課題】塩素を含まず耐摩耗特性の乏しいＨＦＣｓ冷媒あるいは使用圧力が高いＣＯ２などの自然冷媒を用いた場合や、高負荷で運転した場合等で生じていた可動スクロール等の摩耗を低減する。【解決手段】可動スクロール３の摺動部表面において、陽極酸化処理工程後に摺動部表面から所定の厚みを除去することで、可動スクロールの摺動面の表面層に表面粗さを向上した陽極酸化層３６を設け、安価で容易に可動部軽量かつ摺動部が耐磨耗性に優れた流体機械を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面に陽極酸化層を形成され、前記陽極酸化層は陽極酸化処理工程後に表面より所定の厚みまで除去された摺動部材を有することを特徴とする流体機械。
【請求項２】
陽極酸化層の除去厚みが、除去前の陽極酸化層表面の粗さ（Ｒａ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
摺動部材は、アルミを主成分としシリコンを１０％から３０％程度含有することを特徴とする請求項１または２記載の流体機械。
【請求項４】
スクロール型の圧縮機構部を有する流体機械であって、摺動部材が、可動スクロールまたは固定スクロールであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の流体機械。
【請求項５】
作動ガスがＨＦＣ系冷媒または二酸化炭素を主成分とすることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を搬送する流体機械に関するもので、特に、冷凍機器及び空調機器等に用いられる圧縮機に関し、高圧の冷媒ガスである炭酸ガス等を、高圧に圧縮する圧縮機に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調用の圧縮機としては、圧縮機構の方式がレシプロ式、ローリングピストン式およびスクロール式のものがあり、いずれの方法も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されている。いずれの方式の圧縮機も、密閉容器内に、圧縮機構部と、その駆動用のシャフト、及び電動機等を収容して構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここでは、ＨＣＦＣ系冷媒Ｒ２２を作動ガスに使用している場合のスクロール圧縮機を例にとり、従来の技術を説明する。
【０００４】
図２に従来のスクロール圧縮機の縦断面図を示す。
【０００５】
密閉容器１の内部には、固定スクロール２ａと可動スクロール３とから構成された圧縮機構部２、オルダム継手４を介して可動スクロール３を固定スクロール２ａに対して旋回運動させるシャフト５と、固定スクロール２ａを固定されシャフト５を回転自在に支持する軸受部材６を設けている。
【０００６】
シャフト５には電動機７の回転子７ａが取り付けられており、胴シェル２１に焼き嵌め固定された固定子７ｂとともに軸受部材６の下部に配設されている。
【０００７】
密閉容器１の下方底部には潤滑油９を貯溜する油溜め１０が設けられており、シャフト５の貫通穴１３の下端より油溜め１０の潤滑油９をシャフト５の回転に伴いオイルポンプ１７で吸い上げ、ジャーナル軸受６ａ、偏芯軸受３ａ、および固定スクロール２ａと可動スクロール３ｆなどの各摺動面へ供給する。
【０００８】
次に、以上のような構成を有する従来のスクロール圧縮機における、冷媒ガスの圧縮サイクルを説明する。空調機の熱交換器（図示せず）などを循環してきた低圧の冷媒ガスは吸入管１１より圧縮機構部２に吸入される。
【０００９】
吸入された冷媒ガスは、固定スクロール２ａと可動スクロール３との間に形成された三日月状の圧縮空間（図示せず）に入り、可動スクロール３の旋回運動により三日月状の圧縮空間が外側から中央に向かって次第に縮小することで、冷媒ガスは圧縮され高圧ガスとなり吐出孔１２より吐出される。
【００１０】
吐出孔１２より吐出された高圧ガスは、一旦密閉容器１内の固定スクロール２ａの上方の吐出空間１ａへ吐出され、ガス通路１４を通じ、電動機７が収容された下部空間１ｂに流れ、回転子７ａ内に設けられたガス通路１８ａから密閉容器１の底部空間１ｃへ、さらに固定子７ｂの外周に設けられた通路１８ｂを通じ上方に流れ、通路１４とは別に設けられたガス通路１５を通じ、固定スクロール２ａより上方の空間１ｃに流れ、吐出管１６より、外部の図示しない熱交換器などの空調システムへ吐出される。そして、高圧ガスは該空調システムにおいて空調機の熱交換器などを循環し低圧ガスとなり、再び吸入管１１より圧縮機に戻る周知の圧縮サイクルを構成する。
【００１１】
次に、従来のスクロール圧縮機における、各摺動部へ潤滑油９を供給する潤滑油の循環サイクルを説明する。油溜め１０からオイルポンプ１７で吸い上げられた潤滑油９は、シャフト５の貫通穴１３の中を上昇し、偏心軸受３ａ、ジャーナル軸受６ａおよび各摺動部を潤滑、冷却して、ジャーナル軸受６ａの下部の油排出口から可動子７ａ上部へ排出され、可動子７ａ内の通路１８ｂを通って底部の油溜め１０に戻る潤滑油の循環サイクルを形成している。
【００１２】
また、偏心軸受３ａを通った潤滑油９の一部も、可動スクロール３の下方のボス部空間２１から、オルダム継手４が設置された背圧空間２２、そして背圧空間２２の圧力を調整する吸入背圧調整弁２３を通じて吸入側の圧縮室２４に導かれ、可動スクロール３の旋回運動により圧縮された冷媒ガスとともに吐出孔１２よりでてガス通路１４、１８ａを通じ、底部の油溜め１０に戻る潤滑油の循環サイクルを形成している。この循環サイクルの過程で、オルダム継手４および可動スクロール３、固定スクロール２ａ等の各摺動部を潤滑、冷却する。
【００１３】
しかしながら、地球環境への問題へ対応から、従来用いられていたＲ１２等のＣＦＣ系やＲ２２などのＨＣＦＣ系冷媒より地球温暖化抑制に適した、高効率で地球温暖化係数の小さいＨＦＣ系冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ，またはＲ３２等を、主成分としたＨＦＣ系冷媒等）、あるいは地球温暖化係数がさらに小さい自然冷媒（例えば、二酸化炭素（以後ＣＯ２と記す）等）を冷媒に用いた機器の利用が進められている。これらの冷媒に対応するために、従来の構成の圧縮機では次のような課題が生じていた。
【００１４】
これらの冷媒の多くは、冷媒の特性上、機器のシステム効率を高めるために、従来冷媒Ｒ２２等より作動圧力が高くする必要があり、その圧力に応じて摺動部は大きい力を受けながら摺動する。
【００１５】
例えば、図６に示す上記圧縮機の構成の場合、ボス部空間２１及び背圧空間２２の圧力により可動スクロール３は、固定スクロール２ａに押付けられながら旋回運動しているが、その際図７に示すように、固定スクロール２ａの圧縮室スラスト面３２ｂと可動スクロール３のラップ端面３３ａ（図中では上面側）、同様に固定スクロール２ａのラップ端面３２ａ（図中では下面側）と可動スクロール３の圧縮室スラスト面３３ｂが、上記荷重を受けながら互いに摺動している。
【００１６】
またオルダム継手４のキー部４ａと可動スクロール３のキー溝部３ｂも、上記同様に荷重を受け互いに摺動している。
【００１７】
これらの摺動部では、過酷な運転条件や従来フロンＨＣＦＣの代替用冷媒ガス（潤滑作用を有していた塩素がないＨＦＣ系冷媒Ｒ４１０Ａ、自然冷媒ＣＯ２等）での高差圧の運転条件において、運転時には過大な荷重が発生し摺動部の潤滑油膜が非常に薄くなり、部分的に接触する（境界潤滑に近い）混合潤滑状態となる。この（境界潤滑に近い）混合潤滑状態が続いた場合には、摺動部の表面に摩耗が発生し、信頼性を損なう課題が生じていた。
【００１８】
この課題に対応するため、摺動部の表面に耐摩耗性の高い、材料や表面処理を有する構成が考案、実施されている。
【００１９】
例えば、可動スクロール３の基材にアルミを主成分とする材料が用いられる場合、アルミの表面に陽極酸化層を形成する方法が提案されている。陽極酸化層の形成には、硫酸やシュウ酸などを用いた方法が一般的に用いられている。アルミを主成分とする材料上に形成された陽極酸化層は、通常アルマイトと呼ばれている。
【００２０】
図８に、従来の陽極酸化皮膜を形成する場合の、可動スクロール３の製作工程の概略を示す。まず、可動スクロール素材から加工取り代（例えば、約２０μｍ程度）を残し略仕上げ形状にまで工する前仕上加工工程、次に所定の精度に仕上げる仕上加工工程を経る。そして、陽極酸化処理工程で、所定の陽極酸化皮膜を表面に形成される。また、陽極酸化処理工程の前に必要に応じて、陽極酸化層を形成させない部分や、陽極酸化工程での処理液等を混入させたくない部分を樹脂などで覆うマスキング工程を有する場合もある（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
また、陽極酸化皮膜を形成する際の印加電流に整流した直流を用いて表面粗さを小さくすることにより、耐磨耗性を向上させ、摺動損失を低減させるものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１８５６号公報
【特許文献２】特開平６−１６７２４３号公報
【特許文献３】特開平７−１２６８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献２の構成では、耐摩耗性は向上するが、陽極酸化層の皮膜を厚く形成すると表面粗さが大きくなっていた。図９に陽極酸化皮膜を形成された可動スクロール３の表面近傍の断面図を示す。表面から厚みδ０の陽極酸化層２６が形成されている。その表面粗さは仕上工程後の表面粗さより通常粗くなるため、目的の表面粗さを得る事が難しかった。例えば、厚みが約２０μｍの陽極酸化層２６を形成した場合、表面粗さＲｍａｘは約１０μｍと大きくなるため、摺動部の摩擦係数が大きいことや、なじみ性が悪いなどの課題があった。
【００２３】
また、特許文献３で提案されているものの場合、処理設備の改造、導入が必要となり、容易に実施することができなかった。また、その効果による表面粗さ、及び膜厚の精度も、上記実施例の可動スクロールに適用するには不十分な精度であり、そのままでは、製造歩留まりから生産性が低くく、また表面のなじみ性から摺動損失が大きく十分な効率が確保できないという課題を有していた。
【００２４】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するものであり、耐摩耗性が高く、摺動損失が低い可動スクロールなどの高精度な摺動部材を歩留まりよく実現すると共に、それを用いた信頼性、効率が高い圧縮機またはポンプなどの流体機械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】
【００２５】
上記の目的を達成するために本発明は、摺動面に陽極酸化層を形成し、前記陽極酸化層は陽極酸化処理工程後に表面より所定の厚みまで除去された摺動部材を有する構成としたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＣＯ２などの作動圧力が高い冷媒を用いる場合に、摺動部材の摺動面に表面粗さの低い陽極酸化層を形成でき、耐摩耗が高く摺動損失の低い摺動部材を生産性よくできる為、信頼性の高い流体機械が安価に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、本発明の一実施の形態で用いたスクロール圧縮機の構成において、図６で説明した従来の技術の例と同一機能部品については同一番号を使用し、同一の構成および作用の説明は省く。
【００２８】
また、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機は、二酸化炭素を冷媒（以後ＣＯ２と記載）に用いた場合を例に説明するが、これに限るものではなく、従来用いられている冷媒でも作動圧力が５ＭＰａを超えて使用する場合や、ＨＦＣ系冷媒Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、またはハイドロカーボン（ＨＣ））等や、それより低い従来のＨＣＦＣ２２などの冷媒を用いた場合にも同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００２９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１から図３を用いて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態における可動スクロールに形成された陽極酸化層の近傍を示した断面図である。図２は本発明の実施の形態における可動スクロールの製作工程図、及び図３は、その可動スクロールの縦断面図である。
【００３１】
本実施の形態１である図１の構成と従来構成との違いは、陽極酸化工程後に、陽極酸化層の表面から所定の厚みまで除去し仕上げる、仕上工程を設けたことにある。その製作工程を図２を用いて説明する。
【００３２】
まず、図２の可動スクロール３（図３及び図６参照）の製作工程の概略を説明する。まず、可動スクロール素材から前仕上加工工程で、加工取り代（例えば、仕上精度から約２０μｍ程必要）を考慮し略仕上げ形状にまで加工する。次に陽極酸化処理工程で、所定の厚さ（ここでは約４０μｍ〜５０μｍ）まで陽極酸化層を表面に形成する。陽極酸化層２６を形成後、仕上加工工程で、所定の寸法および精度（取り代はほぼ太り分であり、表面を目的の粗さまで仕上げる）で仕上を行い可動スクロール３を完成する。
【００３３】
図１は、陽極酸化処理工程後の陽極酸化層３６近傍の断面図である。前仕上工程後の加工面は図中のＡ−Ａ線である。陽極酸化層３６の形成にともないＡ−Ａ線より表面側（図中上方）に太り、厚みδ１の初期陽極酸化層が形成される。例えば、この太りが処理条件により初期陽極酸化層の厚みδ１の約１／２となる場合、初期陽極酸化層の厚みδ１が約４０μｍの場合、太り約２０μｍ（図のＡＡ線から初期陽極酸化層の表面まで）が生じる。また、その表面の粗さは処理前の表面粗さより荒くなり、例えばＲａで約５μｍ（処理前のＲａより変わる）となるが、陽極酸化処理工程後の仕上工程で陽極酸化層を除去厚みδ３だけ除去することにより、目的の表面粗さ（例えばＲａ０．２μｍ以下）にできる。
【００３４】
また、陽極酸化処理工程の前に必要に応じて、陽極酸化層を形成させない部分や、陽極酸化工程での処理液等を混入させたくない部分を耐薬品性樹脂などで覆うマスキング工程を設けることができる。
【００３５】
図３は、可動スクロール３の断面図である。ここでは、偏心軸受部３ａ部に陽極酸化層が形成されないようにマスキング治具３７ａを装着している。陽極酸化層３６は図中の破線部分の表面（ラップ端面３３ａ、ラップ側面３３ｃ、スラスト面３３ｂ、鏡板面３３ｄ、キー溝部３３ｅ）に形成される。その陽極酸化層３６を形成後、鏡板厚みｔ１、ラップ高さｔ２、ラップ厚みｔ３を、所定の精度に仕上げる。
【００３６】
例えば、鏡板厚さを仕上る際を説明する。摺動面となるスラスト面３３ｂを所定表面粗さ（例えば、Ｒａで約０．２μｍ）の陽極酸化層３６とするために、仕上前の陽極酸化層３６の表面粗さ（例えば、Ｒａで約５μｍの場合）以上を表面より除去（除去厚みδ３）し仕上げることで、先の表面粗さを得ることができる。このスラスト面３３ｂ側の仕上より先に、鏡板面３３ｄ側から所定の加工代（＝仕上前鏡板厚み−鏡板厚みｔ１−スラスト面３３ｂ側からの除去厚みδ３）を除去し、その後、スラスト面３３ｂ側から除去厚みδ３を除去する。尚、手順はこれに限るものではなく、これとは逆に、先にスラスト面側を仕上げてもよい。ラップ高さ、ラップ厚みも同様の方法で仕上を行う。
【００３７】
尚、図４のようにマスク治具３７ｂを設置することで、鏡板面３３ｄ、キー溝部３３ｅに、陽極酸化層３６を形成せず、ラップ端面３３ａ、ラップ側面３３ｃ、スラスト面３３ｂのみに形成できる。
【００３８】
また、可動スクロール３が、アルミを主成分とし、例えば、平均粒子径が３〜５μｍのシリコン粒子が１０％〜３０％程度含まれる材料の場合は、シリコン粒子が電気を通しにくいため、陽極酸化層もアルミ単体の場合より形成しにくい。シリコン粒子の分布のために、陽極酸化層の不均一が生じやすく、表面粗さが粗くなりやすい。特にこのような場合に表面粗さの向上に効果がある。即ち、上記実施例の方法を適用すれば、陽極酸化工程後にその表面を仕上る事で、その影響をなくし表面粗さの良い、陽極酸化層を得ることができる。当然、シリコンが１０％以下の場合でも適用可能である。または３０％以上の場合も適用可能と思われるが、材料の製造コストが高く、陽極酸化層の形成速度も低く、生産性は低くなる。
【００３９】
尚、シリコン平均粒子径は３〜５μｍに限定するものではなく、より大きい粒子径や、小さい場合でも、適用可能であることはいうまでもない。
【００４０】
尚、上記実施の形態では、スクロール型圧縮機構を有する場合を例にして説明したが、他のロータリ型、レシプロ型等の圧縮機や、ポンプににも、本発明は適用可能であり、同様の効果を実現できる事は、いうまでもない。特に、小型、軽量化の要求される場合は、機構部もアルミ合金となることが多く、特にそのような場合に、本発明は効果をより発揮できる。即ち、本発明を適用する事で、表面粗さを向上でき、信頼性及び生産性の高い流体機械が実現できる。
【００４１】
このように、上記実施の形態の構成によれば、従来より格段に陽極酸化層の表面粗さを向上することが可能となり、安価に、スクロールなどの密閉型圧縮機の信頼性を向上することができる。
【００４２】
尚、上記実施の形態では、ＣＯ２冷媒を用いた場合を例に説明したが、冷媒はＣＯ２冷媒に限定するものではなく、作動圧力がＣＯ２冷媒同等以下、またはそれ以上となる冷媒を用いる場合でも、上記同様に効果を得られることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態による摺動面表層部の断面図
【図２】本発明の実施の形態による可動スクロールの製作工程図
【図３】本発明の実施の形態による可動スクロールの断面図
【図４】本発明の実施の形態による可動スクロールの断面図
【図５】従来例のスクロール圧縮機の縦断面図
【図６】従来例の主要部の断面図
【図７】従来例の可動スクロールの製作工程図
【図８】従来例の摺動面表層部の断面図
【符号の説明】
【００４４】
１    密閉容器
２    圧縮機構
２ａ  固定スクロール
３    可動スクロール
３６  陽極酸化層
３７  マスク治具
【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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