(57)【要約】【課題】効率及び耐久性を要求される流体機械では、その摺動部での耐焼付、耐磨耗性向上及び摺動損失低減が課題となっていた。【解決手段】摺動部材表面に陽極酸化皮膜を形成する流体機械の製造方法であって、前記陽極酸化皮膜を形成する工程は、素材を洗浄する前処理工程と、電解温度を２０℃以上、皮膜の厚さを４μｍ以下で電解する陽極酸化処理工程と、封孔乾燥温度を８０℃以下で処理を行う封孔乾燥工程とを備えることにより、耐焼付、耐摩耗性向上及び摺動損失低減を実行できる摺動部材、及び信頼性、効率の高い流体機械の製造方法を提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材表面に陽極酸化皮膜を形成する流体機械の製造方法であって、
前記陽極酸化皮膜を形成する工程は、
素材を洗浄する前処理工程と、
電解温度を２０℃以上、皮膜の厚さを４μｍ以下で電解する陽極酸化処理工程と、
封孔乾燥温度を８０℃以下で処理を行う封孔乾燥工程とを備えている、流体機械の製造方法。
【請求項２】
前記摺動部材は、アルミを主成分とし、シリコン粒子を５％から１５％含有することを特徴とする請求項１に記載の流体機械の製造方法。
【請求項３】
スクロール型の圧縮機構部を有する流体機械であって、前記摺動部材が、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または２に記載の流体機械の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に摺動する部位に用いられる摺動部材と、流体を搬送する流体機械に関するものである。特に、冷凍機器及び空調機器等に用いられ、高圧の冷媒ガスであるＨＦＣ系代替冷媒ガスや自然冷媒である炭酸ガス等を、圧縮または膨張させるスクロール型の流体機械の製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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製造され、広く知られている。いずれの方式も家庭用、業務用の冷凍空調分野で使用されており、その代表的な構造は、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た構造が用いられている。
【０００３】
ここでは、自然冷媒である炭酸ガス（二酸化炭素）冷媒ガスに使用したヒートポンプ給湯用、あるいは空調機用のスクロール圧縮機を例にとり、従来の技術を説明する。まず、図４に示す従来のスクロール型圧縮機の縦断面図を用いてその構造を説明する。密閉容器１は、円筒状の胴シェル２１ａと、その両端を上シェル２１ｂと底シェル２１ｃが冷媒ガスが漏れないよう円周を溶接されて構成され、さらに冷媒ガスの吸入管１１と吐出管１６、電動機７の通電用の端子２５が各々溶接やロー付け等で冷媒ガスが漏れないよう固定設置されている。
【０００４】
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、オルダム継ぎ手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が設置されている。軸受部材６は密閉容器１に溶接などで固定されている。軸受部材６の下方には、シャフト５に固定された回転子７ａと胴シェル２１ａに焼き嵌め等で固定された固定子７ｂが設置されている。
【０００５】
さらに密閉容器１の内部の底部には潤滑油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が、シャフト５の回転に伴いオイルポンプ１７で吸い上げられ、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３などの各摺動面へ供給される構造となっている。また、ジャーナル軸受６ａ及び偏芯軸受３ａは、軸受部材６と可動スクロール３に圧入された軸受ブッシュ８ａ、８ｂ等で構成され耐久性、摺動特性を維持している。軸受ブッシュ８ａ、８ｂには、円筒状の裏金（ＳＰＣＣ等）の内周面に摺動皮膜層（例えば、テフロン（登録商標）、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂に、グラファイト、グラスファイバー、硬質カーボン等が添加されている）が形成されたいわゆる裏金付樹脂含浸軸受ブッシュを用いている。
【０００６】
次に、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に吸収される。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）には入り、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固定スクロール２ａの中央部に設けた吐出孔１２より吐出される。
【０００７】
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、可動子７ａ上部の空間１ｂに流れ、つ
いで回転子７ａ内部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を通じ上方に流れ固定子上部空間１ｄに出て、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の上方空間１ｅに流れ出てた後、吐出管１６より外部の熱交換器（図示せず）などのヒートポンプシステムへ吐出搬送される。熱交換器等を循環し高圧ガスは低圧ガスとなり、再び吸入管１１より圧縮機に戻り、周知のヒートポンプサイクルを循環する。
【０００８】
次に、圧縮機内部での潤滑油９の循環サイクルを説明する。潤滑油９は油溜め１０からオイルポンプ１７で吸い上げられ、シャフト５の貫通穴１３を上昇し、偏心軸受３ａ、の隙間から可動スクロール３のボス部が収納されるボス部空間１９に出て、ジャーナル軸受６ａの隙間を経て、ジャーナル軸受６ａの下部の油排出口から可動子７ａ上部の空間１ｂへ排出される。その後、可動子７ａ内の通路１８ａを通って底部の油溜め１０に戻る。また、偏心軸受３ａを通った潤滑油９の一部は、ボス部空間１９から、オルダム継ぎ手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に導かれる。その後、可動スクロール３の旋回運動により冷媒ガスとともに圧縮され吐出孔１２より出て、先の冷媒ガスと同様の経路を経て、固定子上方空間１ｂで先のジャーナル軸受６ａの下部から出た潤滑油と合流し、底部の油溜め１０に戻る。これらの潤滑油の循環サイクルにより、シャフト５と偏心軸受３ａ及びジャーナル軸受６ａ、またオルダム継ぎ手４、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している。
【０００９】
近年、地球温暖化抑制のために、従来冷媒として用いられていたＲ１２等のＣＦＣ系やＲ２２などのＨＣＦＣ系冷媒に代わり、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）、二酸化炭素（以後ＣＯ２と記す）等の自然冷媒を用いた機器の利用が進められるとともに、効率向上が求められている。しかしながら、これらの冷媒は、冷媒の特性上、上記従来冷媒より作動圧力が高くなるため、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。また、ＨＦＣ系冷媒はＨＣＦＣ系で潤滑作用を有していた塩素がなく、自然冷媒ＣＯ２は洗浄作用が強く、ともに従来のＨＣＦＣ系冷媒より潤滑面で不利となる側面をもっている。すなわち、温暖化抑制には効果的だが、信頼性及び効率向上には課題を有していた。
【００１０】
図５は、従来の摺動部の拡大断面図である。可動スクロール３はその下方よりボス部空間１９及び背圧空間２２の圧力により、固定スクロール２ａ側にスラスト方向荷重を受け押付けられながら旋回運動をするが、そのスラスト荷重を、固定スクロール２ａの圧縮室スラスト面５２ｂと可動スクロール３のラップ端面５３ａ（図中では上面）、同様に固定スクロール２ａのラップ端面５２ａ（図中では下面）と可動スクロール３の圧縮室スラスト面５３ｂが受けながら、互いに摺動している。
【００１１】
また、回転方向の荷重を、オルダム継ぎ手４のキー部４ａと可動スクロール３のキー溝部３ｂと、図示しないがオルダム継ぎ手４のキー部と軸受部材６のキー溝部が、受けながら互いに摺動している。
【００１２】
上記構成の圧縮機をＣＯ２冷媒のヒートポンプサイクルに用いる際、従来冷媒より高差圧運転が行われるため、上記スクロール、オルダム継ぎ手の摺動部が受ける過大な荷重により、摺動面同士が部分的に接触する（境界潤滑に近い）混合潤滑状態となりやすくなる。この（境界潤滑に近い）混合潤滑状態が続く場合には、摺動部には磨耗や、焼付きが発生する事となる。
【００１３】
従来のスクロール圧縮機では、軽量化と高速回転に対応するため可動スクロール３をアルミ合金材で形成し、固定スクロール２に鋳鉄材、オルダムリングに鉄系焼結材を用いて
いるが、可動スクロール３の表面に耐摩耗性を向上させる目的でその表面に陽極酸化層を形成している（例えば、特許文献１参照）。図６は、陽極酸化処理された従来の可動スクロールの断面図である。図６中の点線に示す様にほぼ全表面（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ等）に陽極酸化層を形成している。陽極酸化処理は、電解液中に可動スクロールを浸漬し、図６のように、処理用電源１３６から電極１３７を介して通電されて皮膜形成が行われるが、処理中に、ボス部の鉄系の裏金を有するブッシュ１０３が電解液の侵入により腐食するのを防止するため、ボス部にはマスキング１３５が被せられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１１２３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら陽極酸化層は処理時割れやすく、耐摩耗性、潤滑性が損なわれる課題を有していた。本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、耐磨耗性能および潤滑性能の高い摺動部材を用いて信頼性と性能向上を実現する流体機械の製造方法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】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明は、アルミを主成分とする摺動部材の表面に陽極酸化処理時、工程を管理することで割れのない皮膜を形成したものである。これによって、信頼性の高い皮膜を形成できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の流体機械の製造方法によれば、耐摩耗性能および摺動特性に優れた摺動部材を実現できると共に、また優れた耐久性及び高い効率を有する流体機械の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１における可動スクロール表面の断面図
【図２】実施の形態１における陽極酸化処理工程のフローチャート図
【図３】従来の陽極酸化皮膜と、本発明の実施の形態１における陽極酸化皮膜とのＳＥＭ写真図
【図４】従来のスクロール圧縮機の縦断面図
【図５】従来の摺動部の拡大断面図
【図６】従来の可動スクロールの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、摺動部材表面に陽極酸化皮膜を形成する流体機械の製造方法であって、前記陽極酸化皮膜を形成する工程は、素材を洗浄する前処理工程と、電解温度を２０℃以上、皮膜の厚さを４μｍ以下で電解する陽極酸化処理工程と、封孔乾燥温度を８０℃以下で処理を行う封孔乾燥工程とを備えることにより、膜の成長が一定になり割れのない皮膜を形成することができる。
【００２０】
第２の発明は、前記摺動部材は、アルミを主成分とし、シリコン粒子を５％から１５％含有することにより、製造コストの低減および機械的強度の向上を図ることができる。
【００２１】
第３の発明は、スクロール型の圧縮機構部を有する流体機械であって、前記摺動部材が、可動スクロールまたは固定スクロールであることにより、第１の発明と同様の効果を奏
する。
【００２２】
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。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
アルミと５〜１５％Ｓｉ粒子を含有したアルミ合金を素材とした可動スクロール３に、割れのない陽極酸化皮膜（アルマイト層）を形成する場合を、図１〜３を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における可動スクロール表面の断面図である。図２は、実施の形態１における陽極酸化処理工程のフローチャート図である。図３は、従来の陽極酸化皮膜と、本発明の実施の形態１における陽極酸化皮膜とのＳＥＭ写真図である。
【００２４】
図１は本実施の形態に係る陽極酸化処理後の表層断面を示し、可動スクロール３の素材はアルミ合金である。Ｓｉ粒子３１は、平均径３〜５μｍ程度の粒子である。３２は摺動表面、３５ａは陽極酸化皮膜である。Ｓｉ粒子３１はアルミ部より導電性が悪いため陽極酸化皮膜３５ａの成長過程でＳｉ粒子３１の周りに隙間３６が生じている。ここでは、陽極酸化処理は、２５℃の硫酸アルマイト処理を用い厚みσａは約３μｍとし、Ｓｉ粒子３１の平均径は５μｍとした。陽極酸化皮膜３５ａは柱状組織であり柱状に沿って中空部を有し皮膜上面から皮膜下部（アルミ基材）へとつながっている。
【００２５】
尚、５〜１５％Ｓｉのアルミ合金の場合だけでなく、１５％以上含まれる材料の場合も効果はあるが、材料の製造コストが高くなることや機械的強度が逆に低く、また陽極酸化層の形成速度も低く、生産性は低く現実的でない。また、逆に５％以下でも効果があることは言うまでもない。
【００２６】
なお、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言うまでもない。
【００２７】
以上の構成によれば、摺動部材である可動スクロール３の摺動部に、磨耗性に優れた陽極酸化皮膜３５ａを割れることなく形成できるため、摺動部の損失低減、耐摩耗性向上を実現できる。また、流体機械であるスクロール圧縮機に、その酸化皮膜を形成した可動スクロール３を用いることで、効率、耐久性、信頼性向上を実現できる。
【００２８】
可動スクロール３は、図２に示す陽極酸化処理工程でその表面に所望の陽極酸化皮膜３５ａが形成されて完成する。
（工程１）前処理工程であり、素材を洗浄（酸洗浄、アルカリ洗浄）し表面から不純物を取り除く。
（工程２）陽極酸化電解処理工程であり、前処理された状態の表面にアルミの酸化層である陽極酸化皮膜３５ａを形成する工程である。電解時、電流一定、温度２０℃以上、膜厚４μｍ以下で電解することで、弾性のある膜を均一に形成することができ、割れのない陽極酸化皮膜（アルマイト層）が形成される。
（工程３）封孔処理工程であり、形成された陽極酸化皮膜３５ａの空孔部分に酸化封孔する工程である。
（工程４）乾燥処理工程であり、封孔処理工程と共に、温度を８０℃以下にして乾燥するする工程である。
【００２９】
図３により、本工程によって作成された陽極酸化皮膜３５ａは、表面に熱膨張による亀裂の発生が防止されたことが確認される。
【００３０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。可動スクロール３と軸受部材６に鋳鉄材、オルダム継ぎ手４にアルミ合金材を用いる場合は、オルダム継ぎ手４の摺動部に酸化皮膜を実施の形態１と同様にして形成することで、摺動部の損失低減、耐摩耗性向上が実現できる。また、そのオルダム継ぎ手４を用いた流体機械であるスクロール圧縮機は、効率、耐久性、信頼性向上を実現できる。
【００３１】
以上、上記実施の形態１から２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、他のロータリー型、レシプロ型等の圧縮機や膨張機、ポンプ、さらにはエンジン等ない熱機関などにも、本発明は適用可能であり、同様の効果を実現できる事は言うまでもない。特に、小型、軽量化が要求される車用の圧縮機やエンジンでは、摺動部にアルミ合金が用いられることも多く、陽極酸化処理が必用とされることも多いため、特にそのような場合に本発明はより効果を発揮できる。尚、相対摺道する摺動部材の双方がアルミ合金であって、片方または双方に同様に酸化皮膜を形成してもよいことは、言うまでもない。
【００３２】
また、本発明の実施の形態１から２におけるスクロール圧縮機は、ＣＯ２を冷媒に潤滑油にＰＡＧ油を用いた場合を例に説明するが、これに限るものではなく、ＨＦＣ系冷媒Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、またはハイドロカーボン（ＨＣ）、ＨＣＦＣ２２などの冷媒と、エーテル、エステル、ＰＡＯ、アルキルベンゼンまたは鉱油等を潤滑油に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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係る摺動部材及び流体機械によれば、耐摩耗性能および摺動特性に優れた摺動部材を実現できると共に、また優れた耐久性及び高い効率を有する流体機械を実現することが可能となるので、空気調和機や冷蔵庫などの冷凍機器、除湿機や乾燥機、給湯器ヒートポンプ応用機器に使用される冷媒圧縮機のほかに、エンジンなどの用途にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
３  可動スクロール
３１  Ｓｉ粒子
３２  摺動表面
３５ａ  陽極酸化皮膜
３６    隙間
【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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