JP2007132297A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウムを主成分とする材料で形成されて表面がアルマイト処理された可動スクロールを用い、手間をかけることなくハウジングなどの摺動面の摩耗を低減して耐久性の優れたスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】可動スクロール３０が、アルミニウムを主成分とする材料で形成され、一方の面が、ハウジングを構成する駆動ケーシング４に対して摺動可能に設けられた端板３４及び同端板３４の他方の面に固定されたうず巻壁３６を有しており、可動スクロール３０は、その表面にアルマイト処理が施されると共に、端板３４の前記一方の面に、アルマイト処理の後に加圧処理を施して表面の平滑化が行われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定スクロールと可動スクロールとを組み合わせ、流体の吸入および排出を行うスクロール型流体機械に関する。

このようなスクロール型流体機械は、例えば空調装置用の圧縮機などとして従来から知られている。空調装置用スクロール型圧縮機においては、固定スクロールのうず巻壁と可動スクロールのうず巻壁との間に閉塞空間を形成し、可動スクロールをその軸線方向に平行な回転軸を中心とする円軌道上に公転運動させることにより、前記閉塞空間の容積を変化させて冷媒の吸入、圧縮および排出を行う。

軽量化や小型化を目的として、圧縮機の固定スクロールや可動スクロールを、アルミニウムを主成分とする材料で形成した場合、上記圧縮を行う際に可動スクロールと固定スクロールのうず巻壁同士が比較的高い接触圧で摺動すると、双方のうず巻壁が変形して凝着し、両うず巻壁の摺動面が焼き付いてしまうという問題があった。
このような問題を解消するため、アルミニウムを主成分とする材料で形成された可動スクロールと固定スクロールの摺動表面に、硬質皮膜処理としてアルマイト処理を施した場合には、アルマイト処理された表面が粗くなる上、互いに硬質の表面で摺動するため、両スクロールの摺動接触部分が相互に攻撃しあって、摩耗の助長や摺動抵抗の増大といった問題が発生する。

そこで、可動スクロールの摺動面にのみアルマイト処理を施し、固定スクロールの摺動面はアルミニウムの素地のままとすることにより、上記問題を解決したスクロール型圧縮機が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
このようなスクロール型圧縮機においては、固定スクロールの摺動面がアルミニウムの素地のままで比較的軟質であるため、アルマイト処理された可動スクロールの摺動面が摺動する際に、固定スクロールの摺動面が接触圧を吸収するように変形することにより上記問題が解消される。
特公昭６３−３２９９２号公報 実開昭５９−１４２４８１号公報

可動スクロールは、その公転運動により固定スクロールとの間に形成した閉塞空間で冷媒の圧縮を行う際、閉塞空間内の冷媒圧力を受けるため、可動スクロールには固定スクロールからその軸線方向に離間させるように大きなスラスト荷重が加わる。
そして、このようなスラスト荷重は圧縮機のハウジングによって支持されており、可動スクロールは、その公転運動の際に大きなスラスト荷重を受けた状態で、ハウジングに対して摺動する。圧縮機のハウジングは一般的に鋳鉄などで形成されており、大きなスラスト荷重と相俟って、ハウジングの可動スクロールとの摺動面については、可動スクロールとの接触圧を十分に吸収できず、アルマイト処理された可動スクロールの表面がハウジングの摺動面を攻撃し、摩耗の助長や摺動抵抗の増大といった問題が発生する。このような問題は、可動スクロールとハウジングとの間にスラストメタルを介装させた場合にも、このスラストメタルにおいて同様に発生する。

このような問題を解消するためには、アルミニウムで形成された可動スクロールの表面をアルマイト処理する際に、ハウジングとの摺動面をマスキングして、同摺動面にアルマイト処理が施されないようにするか、一旦アルマイト処理を施した後に、ハウジングとの摺動面を切削してアルマイト面を除去する必要がある。
可動スクロールのハウジングとの摺動面をアルマイト処理しないようにするには、摺動面のマスキングやアルマイト処理後のマスキング除去作業が必要となり、作業に手間がかかりコストも増大するという問題がある。また、一旦アルマイト処理をした後に、これを切削除去する場合も切削作業に時間がかかり切削粉の除去などに手間がかかるという問題がある。

本発明は上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、アルミニウムを主成分とする材料で形成されて表面がアルマイト処理された可動スクロールを用い、手間やコストをかけることなくハウジングなどの摺動面の摩耗を低減して耐久性の優れたスクロール型流体機械を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のスクロール型流体機械は、アルミニウムを主成分とする材料で形成され、第１端板の一方の面に固定された第１うず巻壁を有し、ハウジングに固定された固定スクロールと、アルミニウムを主成分とする材料で形成され、一方の面が前記ハウジングに対して摺動可能に設けられた第２端板及び同第２端板の他方の面に固定された第２うず巻壁を有し、前記第２端板の前記他方の面を前記第１端板の前記一方の面と対向させると共に、第２うず巻壁の壁面が前記第１うず巻壁の壁面と接触した状態で、その軸線方向に平行な回転軸を中心とする円軌道上を公転運動可能に配設された可動スクロールと、前記可動スクロールを駆動して前記公転運動を行わせる駆動手段とを具備し、前記第１うず巻壁と前記第２うず巻壁との間に閉塞空間を形成し、前記可動スクロールの前記公転運動により前記閉塞空間の容積を変化させて流体の吸入および排出を行うスクロール型流体機械において、前記可動スクロールは、その表面にアルマイト処理が施されると共に、前記第２端板の前記一方の面に、前記アルマイト処理の後に加圧処理を施して表面の平滑化が行われていることを特徴とする（請求項１）。

このようなスクロール型流体機械では、可動スクロールの表面のうち、ハウジングとの摺動面にもアルマイト処理が施され、その後加圧処理にて前記摺動面の平滑化が行われるので、可動スクロールの摺動面が相手側の摺動面を攻撃して摩耗を助長することがなくなり、摺動抵抗が増大することもない。
上記の構成において、より具体的には、前記加圧処理が、前記第２端板の前記一方の面に荷重をかけて面押しを行うもの（請求項２）、或いは前記第２端板の前記一方の面にサンドブラスト処理を行うものである（請求項３）。

上記の構成において、前記可動スクロールは、前記第２端板の前記他方の面にも前記アルマイト処理の後に前記加圧処理が施されているのが好ましく（請求項４）、また、前記第１端板の前記一方の面と摺動する前記第２うず巻壁の端部にも前記アルマイト処理の後に前記加圧処理が施されているのが好ましい（請求項５）。
また、上記の構成において、前記第２うず巻壁の端部には前記第２うず巻壁と前記第１端板との間のシールを行うシール部材を収納するための凹部が形成されており、この凹部内も前記アルマイト処理の後に前記加圧処理が行われているのが好ましい（請求項６）。

請求項１乃至３のスクロール型流体機械によれば、アルマイト処理された可動スクロールの摺動面に加圧処理を施すことによって平滑化されているので、ハウジングの摺動面における摩耗の助長や摺動抵抗の増大といった問題を防止するためにハウジングとの摺動面をマスキングして、同摺動面にアルマイト処理が施されないようにしたり、一旦アルマイト処理を施した後に、ハウジングとの摺動面を切削してアルマイト面を除去したりする必要がなくなる。従って、手間やコストをかけることなくハウジングなどの摺動面の摩耗を低減して耐久性の優れたスクロール型流体機械を実現することができる。

また、請求項４および５のスクロール型流体機械によれば、固定スクロールの第１うず巻壁端部が摺動する第２端板の他方の面や、固定スクロールの第１端板と摺動する第２うず巻壁の端部もアルマイト処理の後に加圧処理がなされることにより、これら摺動部分の摩耗を低減し、より一層耐久性の優れたスクロール型流体機械を実現することができる。
特に請求項６のスクロール型流体機械によれば、第２うず巻壁の端部には第２うず巻壁と第１端板との間のシールを行うシール部材を収納するための凹部が形成されており、この凹部内に収容されたシール部材により第２うず巻壁と第１端板との間のシール性が向上するが、この凹部内もアルマイト処理の後に加圧処理が施されることにより、シール部材の摩耗を抑制し、より耐久性の優れたスクロール型流体機械を実現することができる。

本発明の１実施形態について図１乃至３に基づき以下に説明する。
図１はスクロール型流体機械としての圧縮機を示し、この圧縮機は例えば車両用空調装置の冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路の冷媒（流体）を圧縮するために使用される。
圧縮機はハウジング２を備え、このハウジング２は駆動ケーシング４及び圧縮ケーシング６からなる。これらケーシング４，６は複数の連結ボルト８により相互に連結されている。

駆動ケーシング４内には駆動軸１０が配置され、この駆動軸１０は圧縮ケーシング６側に大径端部１２を有し、この大径端部１２から小径軸部１４が延びている。大径端部１２はニードル軸受１６を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持され、小径軸部１４はボール軸受１８を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持されている。更に、小径軸部１４にはボール軸受１８と大径端部１２との間にリップシール２０が取付けられ、このリップシール２０は小径軸部１４に相対的に摺接し、駆動ケーシング４内を気密に区画している。

駆動軸１０における小径軸部１４は駆動ケーシング４から突出し、その突出端に電磁クラッチ２２を内蔵した駆動プーリ２４が取付けられており、この駆動プーリ２４は、軸受２６を介して駆動ケーシング４に回転自在に支持されている。
駆動プーリ２４は車両のエンジンからの動力を受けて回転され、駆動プーリ２４の回転はその電磁クラッチ２２を介して駆動軸１０に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ２２がオン作動されれば、駆動軸１０は駆動プーリ２４とともに回転される。

一方、圧縮ケーシング６内にはスクロールユニット２８が収容され、このスクロールユニット２８は可動スクロール３０及び固定スクロール３２を備えている。固定スクロール３２はアルミニウムを主な成分とするアルミニウム合金からなり、第１端板としての端板３８と、この端板３８に一体に形成された第１うず巻壁としてのうず巻壁４０とから形成されている。この固定スクロール３２については、その表面に硬質アルマイト処理は行わず、アルミニウム合金の素地のままとなっている。

また可動スクロール３０は固定スクロールと同様にアルミニウム合金からなり、第２端板としての端板３４と、この端板３４に一体に形成された第２うず巻壁としてのうず巻壁３６とから形成されている。この可動スクロール３０は、その表面全体に硬質アルマイト処理が施され、表面硬度の向上が図られている。
図１から明らかなように可動スクロール３０及び固定スクロール３２は端板３４と端板３８とが互いに対向し、且つ、うず巻壁３６とうず巻壁４０とが互いに噛み合うようにして配置され、これにより、うず巻壁３６とうず巻壁４０との間に圧力室４２が形成されている。この圧力室４２の容積は、可動スクロール３０がその軸線方向に平行な回転軸を中心とする円軌道上を公転運動すること、すなわち固定スクロール３２に対して可動スクロール３０が旋回運動することに伴い増減され、これにより、圧力室４２内への冷媒の吸込工程及び冷媒の圧縮／吐出工程が実行される。

上述した可動スクロール３０に上記公転運動を付与するため、可動スクロール３０の端板３４には駆動ケーシング４内に突出するボス４４を有し、このボス４４はニードル軸受４６を介して偏心ブッシュ４８に回転自在に支持されている。この偏心ブッシュ４８はクランクピン５０に支持されており、このクランクピン５０は駆動軸１０の大径端部１２から偏心した状態で突出している。また、偏心ブッシュ４８にはカウンタウエイト５２が取付けられており、駆動軸１０が回転されると、カウンタウエイト５２によってバランスを保った状態で、クランクピン５０及び偏心ブッシュ４８を介して可動スクロール３０が上記公転運動を行う。

一方、固定スクロール３２は圧縮ケーシング６内にて固定されており、端板３８と圧縮ケーシング６の内壁との間にて吐出室６０が形成されている。この吐出室６０は固定スクロール３２の吐出ポート６２及び吐出弁６４を通じて圧力室４２に連通可能である。
より詳しくは、吐出ポート６２は端板３８の中央に貫通して形成され、吐出弁６４により開閉される。吐出弁６４は吐出室６０側から吐出ポート６２を開閉するリード弁体６６と、このリード弁体６６の開度を規制するストッパプレート６８とからなり、これらリード弁体６６及びストッパプレート６８は共に取付けねじ７０を介して端板３８に取付けられている。

圧縮ケーシング６の外周壁とスクロールユニット２８との間には吸入室７２が形成され、そして、図１には示されていないが、圧縮ケーシング６の外周壁には吸入室７２及び吐出室６０のそれぞれに連通する吸込口及び吐出口が形成されている。吸込口は冷凍回路の蒸発器に冷媒管路を介して接続され、吐出口は冷凍回路の凝縮器に接続される。
上述したスクロール型圧縮機によれば、駆動軸１０の回転に伴い可動スクロール３０が公転運動し、この際、可動スクロール３０の自転は図示しない自転阻止手段により阻止された状態にある。可動スクロール３０の公転運動は前述した圧力室４２を吐出ポート６２に対して接離する方向に周期的に移動させ、これに伴い、圧力室４２の容積が増減される。この結果、吸入室７２から圧力室４２内に冷媒が吸い込まれ、そして、吸い込まれた冷媒は圧力室４２が吐出ポート６２に向けて移動し、その容積が減少していく過程にて圧縮される。そして、圧力室４２が吐出ポート６２に達すると、圧力室４２内の冷媒の圧力は吐出弁６４の締切圧に打ち勝って吐出弁６４を開き、圧縮冷媒が圧力室４２から吐出ポート６２を通じて吐出室６０内に吐出される。

上述した冷媒の圧縮／吐出工程において、圧力室４２内の冷媒圧力が高圧になることから、可動スクロール３０は固定スクロール３２から離間する方向に向けて大きなスラスト荷重を受け、このようなスラスト荷重は、ハウジング２を構成する駆動ケーシング４に形成された支持面５４によって支持される。
より具体的には、可動スクロール３０は、端板３４のうず巻壁３６とは反対側の面のうち、ボス４４の外側の部分、すなわち図２中に示す摺動面３４ａで駆動ケーシング４の支持面５４に摺動することにより、上記スラスト荷重が駆動ケーシング４に支持される。この摺動面３４ａは、その製造工程において、プレス機により加圧処理を受けて面押しされることにより、硬質アルマイト処理面の平滑化が施されている。従って、硬質アルマイト処理が施された摺動面であっても駆動ケーシング４の支持面５４を攻撃して摩耗を助長したり、摺動抵抗を増大させたりすることがない。

また、可動スクロール３０の端板３４におけるうず巻壁３６側の面のうち、うず巻壁３６の間に位置する部分、すなわち図２中に示す摺動面３４ｂが、固定スクロール３２に設けられたうず巻壁４０の端部とシール部材８０を介して摺動するが、この摺動面３４ｂについても摺動面３４ａと同様に、その製造工程において、プレス機により加圧処理を受けて面押しされることにより、硬質アルマイト処理面の平滑化が施されている。従って、硬質アルマイト処理が施された摺動面であっても、うず巻壁４０の端部やシール部材８０を攻撃して摩耗を助長したり、摺動抵抗を増大させたりすることがない。

さらに、可動スクロール３０に設けられたうず巻壁３６の端部はシール部材８２を介して固定スクロールの端板３８と摺動する。図３は図２中の２点鎖線で囲まれた部分を拡大して示すものであるが、うず巻壁３６の端部には上記シール部材８２を介装するための凹所が形成されており、この凹所の面３６ａと固定スクロール３８の端板３８との間にシール部材８２が介装される。

上記面３６ａに対しても、その製造工程において、プレス機により加圧処理を受けて面押しされることにより、硬質アルマイト処理面の平滑化が施されている。また、うず巻壁３６の末端部３６ｂについても、同様に加圧処理を受けることにより、硬質アルマイト処理面の平滑化が施されている。従って、うず巻壁３６の端部に硬質アルマイト処理が施されていても、シール部材８２や固定スクロール３２における端板３８の摺動面を攻撃して摩耗を助長したり、摺動抵抗を増大させたりすることがない。

上記実施形態では、加圧処理としてプレス機による面押しを適用したが、加圧処理はこれに限られるものではなく、加圧処理を行う面に、サンドブラストにより砂などの粒子を所定圧力で吹き付けることによって、硬質アルマイト処理面を加圧し平滑化しても良い。
また、加圧処理を行う面に対し一括して加圧処理を行わずに、表面を分割して順次治工具などで押圧するようにしても良い。

上記実施形態では可動スクロール３０の端板３４が直接駆動ケーシング４の支持面５４に摺動するようにしたが、端板３４と支持面５４との間にスラストプレートを介装し、このスラストプレートを介して端板３４が支持面５４に摺動するようにしても良い。この場合、端板３４の硬質アルマイト面が加圧処理されて平滑化されているので、端板３４がスラストプレートと摺動する際に、スラストプレートの摩耗の助長や摺動抵抗の増大が防止され、耐久性を向上させることができる。

また、上記実施形態では車両用空調装置に用いる圧縮機に適用した例を説明したが、車両用に限らず他の用途のスクロール型圧縮機に適用することが可能であるだけではなく、圧縮機以外にもスクロール型の流体機械であれば広く適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。

スクロール型流体機械としての圧縮機を示す縦断面図である。 図１の圧縮機に適用される可動スクロールの断面図である。 図２中、２点鎖線で囲んだ部分を拡大して示した断面図である。

符号の説明

２ ハウジング
４ 駆動ケーシング
３０ 可動スクロール
３２ 固定スクロール
３４ 端板（第２端板）
３６ うず巻壁（第２うず巻壁）
３８ 端板（第１端板）
４０ うず巻壁（第１うず巻壁）
５４ 支持面

Claims (6)

1. アルミニウムを主成分とする材料で形成され、第１端板の一方の面に固定された第１うず巻壁を有し、ハウジングに固定された固定スクロールと、
   アルミニウムを主成分とする材料で形成され、一方の面が前記ハウジングに対して摺動可能に設けられた第２端板及び同第２端板の他方の面に固定された第２うず巻壁を有し、前記第２端板の前記他方の面を前記第１端板の前記一方の面と対向させると共に、第２うず巻壁の壁面が前記第１うず巻壁の壁面と接触した状態で、その軸線方向に平行な回転軸を中心とする円軌道上を公転運動可能に配設された可動スクロールと、
   前記可動スクロールを駆動して前記公転運動を行わせる駆動手段とを具備し、
   前記第１うず巻壁と前記第２うず巻壁との間に閉塞空間を形成し、前記可動スクロールの前記公転運動により前記閉塞空間の容積を変化させて流体の吸入および排出を行うスクロール型流体機械において、
   前記可動スクロールは、その表面にアルマイト処理が施されると共に、前記第２端板の前記一方の面に、前記アルマイト処理の後に加圧処理を施して表面の平滑化が行われていることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記加圧処理は、前記第２端板の前記一方の面に荷重をかけて面押しを行うものであることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記加圧処理は、前記第２端板の前記一方の面にサンドブラスト処理を行うものであることを特徴とする請求項１のスクロール型流体機械。
4. 前記可動スクロールは、前記第２端板の前記他方の面にも前記アルマイト処理の後に前記加圧処理が施されていることを特徴とする請求項１のスクロール型流体機械。
5. 前記可動スクロールは、前記第１端板の前記一方の面と摺動する前記第２うず巻壁の端部にも前記アルマイト処理の後に前記加圧処理が施されていることを特徴とする請求項１のスクロール型流体機械。
6. 前記第２うず巻壁の端部には前記第２うず巻壁と前記第１端板との間のシールを行うシール部材を収納するための凹部が形成され、同凹部内も前記アルマイト処理の後に前記加圧処理が行われていることを特徴とする請求項５のスクロール型流体機械。

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