(57)【要約】【課題】  簡単な構成で凝着が防止され且つ良好な潤滑性を有するスクロール型流体機械と、それを用いた自動車用空調システムを提供する。【解決手段】  スクロール型流体機械、即ち、圧縮機は、ハウジング２０内に互いに摺接自在に配置され、作動ガスとしての冷媒の吸込み、圧縮及び吐出の一連のプロセスを互いに協働して行う可動及び固定スクロール５４，５６を備える。この圧縮機は、前記可動及び固定スクロール５４，５６がアルミニウム合金からなり、前記可動及び固定スクロール５４，５６のうち少なくとも一方は、他方に対して相対的に摺接する表面に鉄系材料からなるめっき層６１と、前記めっき層６１に分布された多数のクラックとを有することを特徴とする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に互いに摺接自在に配置され、作動ガスの吸込み、圧縮及び吐出の一連のプロセスを互いに協働して行う可動及び固定スクロールを備えたスクロール型流体機械において、
前記可動及び固定スクロールのそれぞれはアルミニウム合金からなり、
前記可動及び固定スクロールのうち少なくとも一方は、
他方に対して相対的に摺接する表面に形成され、鉄系材料からなるめっき層と、
前記めっき層に分布された複数のクラックと
を有することを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記可動及び固定スクロールのそれぞれは、基板と、当該基板に一体的に形成された渦巻きラップとを含み、
これら渦巻きラップのうち少なくとも一方の渦巻き面に前記クラックを含むめっき層が形成されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。
【請求項３】
前記めっき層のクラックは熱衝撃により形成されていることを特徴とする請求項２記載のスクロール型流体機械。
【請求項４】
作動ガスとしての冷媒が循環する循環流路を有する自動車用空調システムにおいて、
前記循環流路に請求項１乃至３記載の何れかのスクロール型流体機械が介挿されていることを特徴とする自動車用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用空調システムに好適したスクロール型流体機械及び自動車用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用空調システムの圧縮機として用いられるスクロール型流体機械は、ハウジング内に互いに噛み合うように配置された固定及び可動スクロールを備え、可動スクロールは固定スクロールに対して摺接しながら旋回運動することができる。固定スクロールと可動スクロールとの間には、旋回運動に伴いその位置及び容積が変化する圧縮室が形成され、この圧縮室を介して、固定及び可動スクロールは流体の吸い込み、圧縮及び吐出の一連のプロセスを互いに協働して行う。
【０００３】
一般に、可動スクロールの材料としては、その軽量化のためアルミニウム合金が主に用いられているけれども、固定スクロールの材料としては、鉄系材料又はアルミニウム合金が用いられている。ここで、スクロール型流体機械の更なる軽量化を目的としてアルミニウム合金製の固定スクロールを用いた場合、旋回運動時における固定スクロールと可動スクロールとの間の凝着を防止するべく、固定及び可動スクロールの一方にアルマイト被膜を形成することが知られている。
【０００４】
しかしながら、アルマイト被膜の形成プロセスは手間がかかり生産コストの上昇を招くことから、他の手段により固定及び可動スクロール間の凝着を防止することが好ましい。
そこで、特許文献１が開示するように、固定及び可動スクロールの一方にアルマイト被膜に代えて、鉄系硬質膜を形成すれば、低コストにて凝着を防止することができるものと考えられる。
【特許文献１】特開２００３−１７２２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、多孔質なアルマイト被膜はその表面に潤滑油を多く保持することができるのに対し、鉄系硬質膜の表面は滑らかなため潤滑油を十分に保持することができない。そのため、アルミニウム合金製の可動及び固定スクロールの一方に鉄系硬質膜を形成した場合、可動スクロールと固定スクロールとの間の摺接部分で潤滑油が不足して、可動スクロールの摺動抵抗が増加し、可動スクロールを駆動するためにより大きなトルクが必要となるという問題が生じる。また、可動スクロールと固定スクロールとの間の摺接部分で潤滑油が不足した場合、圧縮室のシール性が低下して圧縮効率が低下するという問題や、摺動熱による温度上昇が起こり、その耐久性が低下するという問題も生じる。
【０００６】
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、簡単な構成で凝着が防止され且つ良好な潤滑性を有するスクロール型流体機械と、それを用いた自動車用空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、ハウジング内に互いに摺接自在に配置され、作動ガスの吸込み、圧縮及び吐出の一連のプロセスを互いに協働して行う可動及び固定スクロールを備えたスクロール型流体機械において、前記可動及び固定スクロールのそれぞれはアルミニウム合金からなり、前記可動及び固定スクロールのうち少なくとも一方は、他方に対して相対的に摺接する表面に形成された鉄系材料からなるめっき層と、前記めっき層に分布された複数のクラックとを有することを特徴とするスクロール型流体機械が提供される（請求項１）。
【０００８】
つまり、アルミニウム合金からなる可動及び固定スクロールのうち少なくとも一方には、他方に対して相対的に摺接する表面に複数のクラックを含む鉄系材料のめっき層が形成されている。
上記した構成によれば、めっき層により可動スクロールと固定スクロールとの間の凝着が防止されるのは勿論、めっき層には複数のクラックが分布されているので、めっき層の表面が滑らかであっても、これらクラックに潤滑油を十分に保持させることができる。従って、可動スクロールと固定スクロールとの間の摺接部分での潤滑性は、クラックから潤滑油が十分に供給され、良好に維持される。それ故、上記した構成によれば、可動スクロールの駆動に要するトルクが低減されて省エネを達成するとともに、圧縮室のシール性も十分に確保されて圧縮効率を高めることができ、更には、摺動熱の発生が抑制されて、流体機械の耐久性も向上する。
【０００９】
上記した構成の具体的な態様として、前記可動及び固定スクロールのそれぞれは、基板と、当該基板に一体的に形成された渦巻きラップとを含み、これら渦巻きラップのうち少なくとも一方の渦巻き面に前記クラックを含むめっき層が形成されている（請求項２）。
上記した構成において、前記めっき層のクラックは熱衝撃により形成されたものであることが好ましい（請求項３）。
【００１０】
つまり、めっき層には、そのスクロールの母材であるアルミニウム合金とめっき層の鉄系材料との間の線膨張係数の差を利用してクラックを形成するのが好ましい。熱衝撃によるクラックの形成によれば、めっき層に対して直接的に複雑な加工を施すことなく、微小なクラックをめっき層に容易に形成することができる。
また、本発明によれば、作動ガスとして冷媒が循環する循環流路を有する自動車用空調システムにおいて、前記循環流路に請求項１乃至３記載の何れかのスクロール型流体機械が介挿されていることを特徴とする自動車用空調システムが提供される（請求項４）。
【００１１】
上記した構成の自動車用空調システムは、スクロール型流体機械の駆動トルク低減により省エネ運転が可能なばかりでなく、スクロール型流体機械の固定スクロールがアルミニウム合金からなるので軽量であり、自動車の燃費向上に貢献する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスクロール型流体機械は、簡単な構成にて固定スクロールと可動スクロールとの間での凝着が防止されるとともに良好な潤滑性が保証される。それ故、このスクロール型流体機械は、省エネルギーで運転可能であり、圧縮効率及び耐久性も高く、産業上有用である。
また、本発明の自動車用空調システムは、圧縮機としてのスクロール型流体機械が軽量であるとともに省エネルギーで運転可能なので、自動車の燃費向上に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は自動車用空調システムの冷凍回路を示す。
冷凍回路は、自動車のエンジンルーム２内に配置されたスクロール型流体機械、即ち、圧縮機４を備え、この圧縮機４は、エンジンルーム２と車室６との間を区画するインストルメントパネル８内に配置された蒸発器１２に循環管路１４を介して接続され、この循環管路１４の往路には凝縮器１６及び膨張弁１８が介挿されている。
【００１４】
スクロール型圧縮機４にはエンジン１５から動力が駆動ベルト１７を介して伝達され、冷凍回路内を満たす作動ガスとしての冷媒を循環管路１４の復路から吸い込んで圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器１６に向けて吐出する。この後、圧縮冷媒は凝縮器１６にて凝縮された後、膨張弁１８を通じて蒸発器１２内にて膨張し、蒸発器１２は冷媒と車室６内の空気との間にて熱交換を行い、車室６内の空気を冷却する。なお、蒸発器１２を通過した冷媒は循環管路１４の復路を通じてスクロール型圧縮機４に戻される。
【００１５】
スクロール型圧縮機４の詳細は図２に示されており、この圧縮機４はハウジング２０を備えている。ハウジング２０は駆動ケーシング２２及び圧縮ケーシング２４を有し、駆動ケーシング２２は圧縮ケーシング２４側が大径となる段付きの筒形状をなし、それぞれ開口した両端を有する。一方、圧縮ケーシング２４は駆動ケーシング２２の大径端に向けて開口したカップ形状をなし、その開口端が駆動ケーシング２２の大径端にシールリング２６を介して気密に嵌合され、そして、複数の連結ねじ２８を介して駆動ケーシング２２の大径端に連結されている。
【００１６】
駆動ケーシング２２内には回転軸３０が配置され、この回転軸３０もまた段付き形状をなし、一端側の小径軸部３２と、その他端の大径端部３４とを有する。
回転軸３０の大径端部３４はニードル軸受３６を介して駆動ケーシング２２に回転自在に支持されている。ここで、ニードル軸受３６は開放型であって、その両側の空間をその内部を通じて自由に流通させることができる。
【００１７】
また、回転軸３０の小径軸部３２もまたボール軸受３８を介して駆動ケーシング２２の小径端に回転自在に支持されている。
更に、駆動ケーシング２２内にはボール軸受３８とニードル軸受３６との間に軸封止ユニット、即ち、リップシール４０が配置されており、このリップシール４０は回転軸３０の小径軸部３２に相対的に摺接し、駆動ケーシング２２内を気密に区画している。
【００１８】
更に、回転軸３０の小径軸部３２は駆動ケーシング２２の小径端から突出し、その突出端に駆動ディスク４２がナット４４を介して取付けられている。駆動ディスク４２は電磁クラッチ４６を介して駆動プーリ４８に連結されており、駆動プーリ４８は電磁クラッチ４６のソレノイドを内蔵し、プーリ軸受５０を介して駆動ケーシング２２の小径端に回転自在に支持されている。
【００１９】
駆動プーリ４８には前述した駆動ベルト１７が掛け回されており、そして、電磁クラッチ４６は駆動プーリ４８から駆動ディスク４２、即ち、回転軸３０に伝達される駆動力を断続する。従って、電磁クラッチ４６がオン作動したとき、電磁クラッチ４６は駆動プーリ４８と駆動ディスク４２を一体的に連結し、駆動ディスク４２、即ち、回転軸３０を駆動プーリ４８とともに一方向に回転させる。これに対し、電磁クラッチ４６がオフ作動されているとき、電磁クラッチ４６は駆動プーリ４８と駆動ディスク４２との間の連結を解除し、駆動プーリ４８から回転軸３０の動力の伝達を断つ。
【００２０】
一方、圧縮ケーシング２４内にはスクロールユニット５２が収容され、このスクロールユニット５２は、可動スクロール５４及び固定スクロール５６を有する。可動スクロール５４及び固定スクロール５６は互いに噛み合うような渦巻きラップ５４ａ，５６ａを有し、これら渦巻きラップ５４ａ，５６ａは、それらの径方向内面及び外面（以下、これら内面及び外面を単に渦巻き面といい、符号６０を付す）にて相互に局所的に摺接し、可動スクロール５４の旋回運動に伴なって渦巻き面６０，６０間での摺接個所がそれらの周方向に移動する。また、可動スクロール５４及び固定スクロール５６は、渦巻きラップ５４ａ，５６ａの軸線方向両側に、渦巻きラップ５４ａ，５６ａと一体的に形成された基板５４ｂ，５６ｂを有し、渦巻きラップ５４ａ，５６ａの先端は、シールを介して基板５４ｂ，５６ｂの内面にそれぞれ摺接自在になっている。従って、可動スクロール５４及び固定スクロール５６は、互いに協働して、渦巻きラップ５４ａ，５６ｂ間に相互の摺接部分及びシールを介して圧縮室５８を形成することができる。そして、この圧縮室５８は可動スクロール５４の旋回運動により、渦巻きラップ５４ａ，５６ａの径方向外周側から中心に向けて移動し、この際、その容積が減少される。
【００２１】
このスクロール型流体機械においては、可動及び固定スクロール５４，５６は共にアルミニウム合金からなり、そして、図３に模式的に示したように、可動スクロール５４の渦巻き面６０にはめっき層６１が形成されている。めっき層６１は鉄から形成され、図４に示したように、その表面にはランダムに延びる無数の微小なクラックが略一様に分布して形成されている。これらクラックは、めっき層６１に熱衝撃を加えることで形成することができ、例えば、焼き鏝をめっき層６１に押し当てることで形成することができる。
【００２２】
可動スクロール５４の基板５４ｂは、上述した可動スクロール５４の旋回運動を達成するため、駆動ケーシング２２側に向けて突出するボス６２を有しており、このボス６２は開放型のニードル軸受６４を介して偏心ブッシュ６６に回転自在に支持されている。この偏心ブッシュ６６はクランクピン６８に支持され、このクランクピン６８は回転軸３０の大径端部３４から偏心して突出している。従って、回転軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動することなる。
【００２３】
また、偏心ブッシュ６６にはこの偏心ブッシュ６６と大径端部３４との間に挟持されるようにしてカウンタウエイト７０が取付けられており、このカウンタウエイト７０は複数の大小の円弧状プレートを重ね合わせて構成され、可動スクロール５４の旋回運動に対するバランスウエイトとなる。より詳しくは、カウンタウエイト７０は偏心ブッシュ６６に連結ピン７１を介して取付けられ、この連結ピン７１回りの回転がクランクピン６８により阻止されている。従って、カウンタウエイト７０もまた可動スクロール５４と同様に、その旋回姿勢を一定にした状態で旋回運動する。
【００２４】
更に、駆動ケーシング２２の大径端と可動スクロール５４の基板５４ｂとの間には自転阻止機構としてのボールカップリング７２が介装されている。例えば、ボールカップリング７２は駆動ケーシング２２の大径端及び基板５４ｂにそれぞれ支持され、その周方向に等間隔を存して環状レースを有した一対のリングプレート７４と、これらリングプレート７４の環状レース間に挟持されたボール７６とからなり、ニードル軸受６４の軸線を中心とした可動スクロール５４の自転を阻止する。
【００２５】
一方、固定スクロール５６は圧縮ケーシング２４内にて固定され、その基板５６ｂが圧縮ケーシング２４内を圧縮室５８側と吐出室８０とに仕切っている。基板５６ｂにはその中央に圧縮室５８に連なる吐出孔８２が形成され、この吐出孔８２は吐出弁としてのリード弁８４により開閉される。このリード弁８４はその弁押さえ８６とともに基板５６ｂの外面にボルトを介して取付けられている。
【００２６】
なお、図２には示されていないが、圧縮ケーシング２４の周壁には圧縮室５８及び吐出室８０にそれぞれ連通する吸込口及び送出口が形成されており、吸込口は前述した循環管路の復路に接続され、そして、送出口は循環管路の往路に接続されている。
上述したスクロール型圧縮機によれば、回転軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動し、この際、可動スクロール５４の自転がボールカップリング７２の働きにより阻止された状態にある。この結果、可動スクロール５４はその旋回姿勢を一定に維持した状態で、固定スクロール５６に対して旋回運動し、この旋回運動は循環管路の往路から吸込口を通じて圧縮室５８内に冷媒を吸い込んで、吸い込んだ冷媒の圧縮を行い、そして、圧縮冷媒をリード弁８４を通じて吐出室８０内に吐出する一連のプロセスを実施し、この後、圧縮冷媒は吐出室８０から送出口を通じて循環管路の往路に供給される。
【００２７】
ここで、可動スクロール５４の旋回運動に伴ない、可動スクロール５４及び固定スクロール５６の渦巻きラップ５４ａ，５６ａが相互に摺接するけれども、このスクロール型流体機械においては、可動スクロール５４の渦巻きラップ５４ａに多数のクラックが略一様に分布されためっき層６１が形成され、めっき層６１により形成された渦巻き面６０を介して渦巻きラップ５４ａ，５６ａ同士が摺接する（図５参照）。従って、可動スクロール５４及び固定スクロール５６の双方がアルミニウム合金より成るときでも、鉄からなるめっき層６１の存在により、可動スクロール５４及び固定スクロール５６の渦巻き面６０，６０同士の凝着が防止される。
【００２８】
そして、めっき層６１からなる渦巻き面６０は従来技術のアルマイト被膜に比べて滑らかであるけれども、めっき層６１は多数のクラックを含んでいるので、潤滑油がクラック内に保持される。従って、可動スクロール５４と固定スクロール５６との摺接部分にクラックから潤滑油が十分に供給され、これらスクロール５４，５６の潤滑は良好に維持される。それ故、上記した構成によれば、可動スクロール５４の摺動抵抗が小さくなるので、その駆動に要するトルクが低減されて省エネを達成することができる。また、可動スクロール５４と固定スクロール５６との摺接部分に潤滑油が十分に供給されることで、この摺接部分を介して形成される圧縮室５８のシール性が確保され、圧縮時における圧縮室５８からの冷媒の漏れを低減して圧縮効率を高めることができる。更には、可動スクロール５４と固定スクロール５６との摺接部分に潤滑油が十分に供給されることで、摺動熱の発生が抑制されて焼き付きや潤滑油の熱劣化等が防止され、耐久性も向上する。
【００２９】
また、上記したスクロール型流体機械は、いずれもアルミニウム合金からなる可動スクロール５４及び固定スクロール５６を備えているので、駆動トルク低減により省エネ運転が可能なばかりでなく、鉄系材料の固定スクロールを使用した流体機械に比べて場合軽量であり、自動車の燃費向上に貢献する。
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３０】
例えば、上記した一実施例では、可動スクロール５４の渦巻き面６０にのみ、めっき層６１を形成したが、図６に模式的に示したように、めっき層６１を可動スクロール５４の全面に形成してもよく、更には、可動スクロール５４と固定スクロール５６との間の凝着が発生する部位のみに形成するだけでもよい。
また、上記した一実施例では、可動スクロール５４にめっき層６１を形成したが、図７に模式的に示したように、可動スクロール５４に代えて固定スクロール５６にめっき層６１を形成しても良い。つまり、可動スクロール５４及び固定スクロール５６のうち少なくとも一方にめっき層６１を形成すればよい。
【００３１】
そして、めっき層６１の材料としては、そのスクロールの母材であるアルミ合金と異なる組成及び線膨張係数を有する材料であれば格別限定されることはないが、硬質めっきを容易に形成することができる点や、生産性やコストの点から、鉄や鉄クロム合金等の鉄系材料が好ましく、鉄がより好ましい。
また、上記した一実施例では、めっき層６１の全面に微小なクラックを略一様に分布させているが、特に可動及び固定スクロール５４，５６間の摺動の激しい部分にのみ局所的にクラックを形成してもよい。
【００３２】
そして、上記した一実施例では、焼き鏝を用いて熱衝撃をめっき層６１に加えたが、加熱炉への投入や熱風の吹き付けにより熱衝撃を加えても良く、あるいは、液体窒素等に浸漬して熱（低温）衝撃を加えても良い。要は、めっき層６１とスクロールの母材と間の線膨張係数の差を利用して、急激な温度変化によりめっき層６１にクラックを形成することができれば良い。だたし、焼き鏝利用すると、焼き鏝の形状を選択することで、めっき層６１の所望部分のみに熱衝撃を容易に加えることができるので好ましい。また、焼き鏝を利用すると、めっき層６１とそのスクロールの母材を局所的に加熱することができるので、母材のアルミニウム合金組織への悪影響もまた少なくなるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】自動車用空調システムの冷凍回路を示した概略図である。
【図２】図１のスクロール型圧縮機の縦断面である。
【図３】図２の可動スクロールの模式図である。
【図４】図３のめっき層の顕微鏡観察写真である。
【図５】図２の領域Vの拡大図である。
【図６】図２の可動スクロールの変形例を示した模式図である。
【図７】図２の固定スクロールの変形例を示した模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
２０              ハウジング
５２              スクロールユニット
５４              可動スクロール
５６              固定スクロール
５４ａ，５６ａ    渦巻きラップ
５４ｂ，５６ｂ    基板
６０              渦巻き面
６１              めっき層
【図１】
2005146874.tif 000003
【図２】
2005146874.tif 000004
【図３】
2005146874.tif 000005
【図５】
2005146874.tif 000006
【図６】
2005146874.tif 000007
【図７】
2005146874.tif 000008
【図４】
2005146874.tif 000009