JP2019056361A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極酸化処理による疲労強度の低下が抑制された固定スクロール又は可動スクロールを備えたスクロール型流体機械を提供することができる。【解決手段】可動スクロール３を固定スクロール２の中心軸線周りに公転旋回運動させることにより、固定スクロール２と可動スクロール３との間の空間Ｓに流入する流体を圧縮するスクロール型流体機械１００が提供される。固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの一方のスクロールは、Ｓｉを所定の質量％で含有する第１アルミニウム合金からなり、固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの他方のスクロールは、Ｓｉを第１アルミニウム合金の前記所定の質量％より低い所定の質量％で含有する第２アルミニウム合金からなる。前記他方のスクロールにおける少なくとも前記一方のスクロールと対向する表面部位に、陽極酸化処理によるアルマイト層Ｍが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、互いに噛み合わされる固定スクロール及び可動スクロールを有し、両スクロール間の空間に流入する冷媒等の流体を圧縮するスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械としては、例えば、特許文献１に記載されたスクロール型の電動圧縮機（以下では、スクロール型流体機械という）が一般的に知られている。特許文献１に記載されたスクロール型流体機械は、互いに噛み合わされる固定スクロール及び旋回スクロール（以下では、可動スクロールという）を備え、可動スクロールを固定スクロールの中心軸線周りに公転旋回運動させることにより、固定スクロールと可動スクロールとの間の空間に流入する流体を圧縮し、この圧縮した冷媒を吐出するように構成されている。また、特許文献１に記載されたスクロール型流体機械では、固定スクロール及び可動スクロールの材料として、アルミニウム合金が用いられている。そして、可動スクロールにおける固定スクロールとの接触部分に、アルマイト表面処理（陽極酸化処理）が施されている。

特開２０１３−２４１８８２号公報

ここで、一般的に、スクロール型流体機械の軽量化等のためには、特許文献１に記載のスクロール型流体機械のように、固定スクロール及び可動スクロールの材料として、アルミニウム合金を用いることが望ましい。しかしながら、アルミニウム合金の表面に陽極酸化処理を施すと、陽極酸化処理後のアルミニウム合金の疲労強度が陽極酸化処理前のアルミニウム合金の疲労強度よりも低くなるため、その工夫が求められている。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、陽極酸化処理による疲労強度の低下が抑制された固定スクロール又は可動スクロールを備えたスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

本願の発明者は、陽極酸化処理によるアルミニウム合金の疲労強度の低下幅（つまり、アルマイト層無しの場合の疲労強度とアルマイト層有りの場合の疲労強度との差分）に対するアルミニウム合金のＳｉ含有量（質量％）の影響を確認する試験を行った。その結果、本願の発明者は、Ｓｉ含有量が増加するほど前記疲労強度の低下幅が大きくなることを確認した。このように、本願の発明者は、前記疲労強度の低下幅がＳｉ含有量（Ｓｉ質量％）の増加に応じて大きくなるというアルミニウム合金の特性を見出した。

本発明の一側面によると、互いに噛み合わされる固定スクロール及び可動スクロールを備え、前記可動スクロールを前記固定スクロールの中心軸線周りに公転旋回運動させることにより、前記固定スクロールと前記可動スクロールとの間の空間に流入する流体を圧縮するスクロール型流体機械が提供される。前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちの一方のスクロールは、Ｓｉを所定の質量％で含有する第１のアルミニウム合金からなる。前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちの他方のスクロールは、Ｓｉを前記第１のアルミニウム合金の前記所定の質量％より低い所定の質量％で含有する第２のアルミニウム合金からなる。前記他方のスクロールにおける少なくとも前記一方のスクロールと対向する表面部位に、陽極酸化処理によるアルマイト層が形成されている。

前記一側面によるスクロール型流体機械では、前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちの一方のスクロールは、Ｓｉを所定の質量％で含有する第１のアルミニウム合金からなり、前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちの他方のスクロールは、Ｓｉを前記第１のアルミニウム合金の前記所定の質量％より低い所定の質量％で含有する第２のアルミニウム合金からなる。そして、前記他方のスクロールにおける少なくとも前記一方のスクロールと対向する表面部位に、陽極酸化処理によるアルマイト層が形成されている。つまり、前記一側面によるスクロール型流体機械では、陽極酸化処理が前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちのＳｉ質量％の低いスクロール（前記他方のスクロール）に施される。陽極酸化処理によるアルミニウム合金の疲労強度の低下幅がＳｉ含有量（Ｓｉ質量％）の増加に応じて大きくなるという特性をアルミニウム合金が有しているところ、前記一側面によるスクロール型流体機械によれば、陽極酸化処理をＳｉ質量％の低い前記他方のスクロール（前記第２のアルミニウム合金からなる前記固定スクロール又は前記可動スクロール）に施すこととしたため、前記疲労強度の低下を抑制することができる。

このようにして、陽極酸化処理による疲労強度の低下が抑制された固定スクロール又は可動スクロールを備えたスクロール型流体機械を提供することができる。

本発明の一実施形態によるスクロール型流体機械の概略断面図である。 前記スクロール型流体機械のスクロールユニットを含む要部拡大断面図である。 前記スクロールユニットおける隙間を説明するための概念図である。 アルミニウム合金の表面に陽極酸化処理を施すことによる疲労強度の低下現象を説明するためのＳ−Ｎ線図である。 前記スクロールユニットにおける陽極酸化処理の処理範囲の変形例を説明するための概念図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態に係るスクロール型流体機械の概略断面図であり、図２はその要部拡大断面図である。
本実施形態によるスクロール型流体機械は、例えば車両用空調装置の冷媒回路に組み込まれ、冷媒回路の低圧側から吸入した冷媒（流体）を圧縮して吐出する圧縮機である。このスクロール型流体機械１００は、スクロールユニット１と、ハウジング１０と、スクロールユニット１を駆動させる駆動部としての電動モータ２０と、電動モータ２０の駆動軸２１の一端部（図１では上端部）を支持するための軸受保持部３０と、電動モータ２０の駆動制御用のインバータ４０と、を備えている。なお、本実施形態においては、スクロール型流体機械１００は、いわゆるインバータ一体型の場合を一例に挙げて説明する。

前記スクロールユニット１は、互いに噛み合わされる固定スクロール２及び可動スクロール３を有する。スクロール型流体機械１００は、可動スクロール３を固定スクロール２の中心軸線周りに公転旋回運動させることにより、固定スクロール２と可動スクロール３との間に流入する冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。

固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの一方のスクロールは、Ｓｉ（ケイ素）を所定の質量％で含有する第１のアルミニウム合金（以下では、第１アルミニウム合金という）からなり、固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの他方のスクロールは、Ｓｉを所定の質量％で含有する第２のアルミニウム合金（以下では、第２アルミニウム合金という）からなる。なお、第１アルミニウム合金及び第２アルミニウム合金として適用する合金の種類及び含有Ｓｉ等の質量％については後に詳述する。

前記他方のスクロールにおける少なくとも前記一方のスクロールと対向する表面部位に、陽極酸化処理によるアルマイト層（換言すると、陽極酸化皮膜）Ｍが形成されている。本実施形態では、アルマイト層Ｍは、前記他方のスクロールの表面全体のうち、前記一方のスクロールと対向する表面部位にのみ形成されている。

本実施形態では、前記一方のスクロールは固定スクロール２であり、アルマイト層Ｍを有する前記他方のスクロールは可動スクロール３であるものとする。したがって、本実施形態では、図１及び図２に示すように、陽極酸化処理は可動スクロール３（第２アルミニウム合金）の表面に対して施され、陽極酸化処理によるアルマイト層Ｍは可動スクロール３における固定スクロール２と対向する表面部位にのみ形成されている。一方、固定スクロール２（第１アルミニウム合金）の表面に対しては、陽極酸化処理は施されておらず、固定スクロール２は第１アルミニウム合金の素材（無垢材）のままである。

具体的には、前記一方のスクロールとしての固定スクロール２は、円盤状に形成されると共に中心部に吐出孔２ａ１が開口された第１底板２ａと、第１底板２ａの一端面から突出される渦巻状の第１ラップ２ｂとを有する。前記他方のスクロールとしての可動スクロール３は、第１底板２ａの前記一端面と対向する一端面を有する円盤状の第２底板３ａと、第２底板３ａの前記一端面から突出される渦巻状の第２ラップ３ｂとを有する。また、固定スクロール２の第１底板２ａは可動スクロール３の第２底板３ａより大きな径を有する。

本実施形態では、アルマイト層Ｍは、より具体的には、図１、図２及び後述する図３に示すように、第２底板３ａの前記一端面の全体と第２ラップ３ｂの表面全体とに形成され、これらの表面部位を覆う膜厚ｔの皮膜を構成している。つまり、可動スクロール３における固定スクロール２と対向する表面部位は、膜厚ｔの皮膜からなるアルマイト層Ｍにより覆われている。第２底板３ａは第１ラップ２ｂの突出端部及び第１底板２ａに対向し、第２ラップ３ｂの突出端部は第１底板２ａに対向し、第２ラップ３ｂの側壁は第１ラップ２ｂの側壁に対向している。つまり、アルマイト層Ｍの形成部位としての可動スクロール３における固定スクロール２と対向する表面部位とは、第２底板３ａの前記一端面の全体と第２ラップ３ｂの表面全体である。なお、可動スクロール３の表面の一部（前記第２底板３ａの前記一端面及び第２ラップ３ｂの表面）に対して陽極酸化処理を施してアルマイト層Ｍを形成するために、陽極酸化処理の際には、アルマイト層Ｍを形成しない部位にマスキングを行う必要がある。

固定スクロール２と可動スクロール３は、第１ラップ２ｂと第２ラップ３ｂとを互いに噛み合わせるように配置される。詳しくは、固定スクロール２と可動スクロール３は、第１ラップ２ｂの突出端部と第２底板３ａとの間に隙間（以下、第１ラップ端隙間という）Ｓ１を有し、第２ラップ３ｂの突出端部と第１底板２ａとの間に隙間（以下、第２ラップ端隙間という）Ｓ２を有するように配設される。

より詳しくは、第１ラップ端隙間Ｓ１とは、各隙間Ｓ１、Ｓ２を説明するための概念図である図３に示すように、第１ラップ２ｂの突出端面と第２底板３ａの前記一端面に形成される膜厚ｔのアルマイト層Ｍの表面との間の隙間である。そして、第２ラップ端隙間Ｓ２とは、第２ラップ３ｂの突出端面に形成される膜厚ｔのアルマイト層Ｍの表面と第１底板２ａの前記一端面との間の隙間である。圧縮運転中に温度等により変動し得る第１ラップ端隙間Ｓ１及び第２ラップ端隙間Ｓ２が圧縮運転中に適切な範囲に維持されていれば、固定スクロール２と可動スクロール３との間の後述する空間（圧縮室）Ｓの気密性が適切に維持され、その結果、スクロール型流体機械１００における冷媒の圧縮性能が維持される。

また、固定スクロール２と可動スクロール３は、第１ラップ２ｂの周方向の角度と第２ラップ３ｂの周方向の角度が互いにずれた状態で、第１ラップ２ｂの側壁と第２ラップ３ｂの側壁が互いに部分的に接触するように配設される。これにより、第１ラップ２ｂと第２ラップ３ｂとの間に、三日月状の空間（圧縮室）Ｓが形成される。つまり、空間Ｓが固定スクロール２と可動スクロール３との間に形成される。また、第２ラップ３ｂの側壁には、膜厚ｔのアルマイト層Ｍが形成さいているため、第１ラップ２ｂの側壁は、第２ラップ３ｂの側壁に形成されたアルマイト層Ｍを介して第２ラップ３ｂに接触する。

より具体的には、固定スクロール２は、ハウジング１０の後述するリアハウジング１２に固定されると共に、その径方向中央部に、リアハウジング１２側に開口する凹部２ａ２を有する。この凹部２ａ２は、第１底板２ａの他端面（つまり、可動スクロール３とは反対側の端面）に形成されている。固定スクロール２は、リアハウジング１２と軸受保持部３０との間に配置された状態で、リアハウジング１２及び軸受保持部３０と一体的にボルト１４などの締結部材により締結されている。

可動スクロール３は、その自転が阻止された状態で、後述するクランク機構を介して、固定スクロール２の中心軸線周りに公転旋回運動可能に構成されている。これにより、スクロールユニット１は、固定スクロール２と可動スクロール３との間の空間Ｓを中央部に移動させ、その容積を徐々に減少させる。その結果、スクロールユニット１は、第１ラップ２ｂ及び第２ラップ３ｂの渦巻外側から空間Ｓ内に流入する冷媒を空間Ｓ内で圧縮する。

ハウジング１０は、図１に示すように、主に、スクロールユニット１、電動モータ２０、軸受保持部３０、及び、インバータ４０を、その内側に収容するフロントハウジング１１と、リアハウジング１２と、インバータカバー１３と、を有する。そして、これら（１１，１２，１３）がボルト１４などの締結部材によって一体的に締結されてスクロール型流体機械１００のハウジング１０が構成される。

フロントハウジング１１は、概ね円環状の周壁部１１ａと仕切壁部１１ｂとを有する。フロントハウジング１１は、その内部空間が、仕切壁部１１ｂにより主にスクロールユニット１、電動モータ２０、及び、軸受保持部３０を収容するための収容空間とインバータ４０を収容するための収容空間とに仕切られる。周壁部１１ａの一端側（図１では上側）の開口はリアハウジング１２によって閉止される。また、周壁部１１ａの他端側（図１では下側）の開口はインバータカバー１３によって閉止される。仕切壁部１１ｂには、その径方向中央部に駆動軸２１の他端部（図１では下端部）を支持するベアリング１５を保持する筒状の支持部１１ｂ１が、周壁部１１ａの一端側に向って突設されている。

また、周壁部１１ａには、冷媒の吸入ポートＰ１が形成されている。冷媒回路の低圧側からの冷媒は、この吸入ポートＰ１を介してフロントハウジング１１内に吸入される。したがって、フロントハウジング１１内の空間は吸入室Ｈ１として機能している。なお、冷媒が吸入室Ｈ１内で電動モータ２０の周囲等を流通することにより、電動モータ２０が冷却されるように構成されている。そして、図１において、電動モータ２０の上側の空間は、電動モータ２０の下側の空間と連通し、電動モータ２０の下側の空間と共に一つの吸入室Ｈ１を構成する。また、吸入室Ｈ１内には、回転駆動される駆動軸２１等の摺動部位の潤滑のために、適量の潤滑オイルが貯留されている。そのため、吸入室Ｈ１において、冷媒は潤滑オイルとの混合流体として流れている。

リアハウジング１２は、フロントハウジング１１の周壁部１１ａの外径に合わせた外径を有する円盤状に形成されている。そして、このリアハウジング１２は、その周縁部が周壁部１１ａの一端側端部（図１では、上端部）に適宜本数のボルト１４などの締結部材によって締結され、フロントハウジング１１の一端側の開口を閉止する。

また、このリアハウジング１２の一端面には、固定スクロール２の第１底板２ａの前記他端面のうちの周縁部（言い換えると、凹部２ａ２を囲む部位）が当接されている。このリアハウジング１２の一端面と第１底板２ａの凹部２ａ２とにより、冷媒の吐出室Ｈ２が区画される。吐出室Ｈ２は第１底板２ａの中心部に形成された吐出孔２ａ１を経由して空間Ｓに連通する。そして、この吐出室Ｈ２には、一方弁１６が吐出孔２ａ１の開口を覆うように設けられている。この一方弁１６は、吐出室Ｈ２から空間Ｓへの流れを規制する逆止弁である。吐出室Ｈ２内には、空間Ｓで圧縮された冷媒が吐出孔２ａ１及び一方弁１６を介して吐出される。吐出室Ｈ２内の圧縮冷媒は、リアハウジング１２に形成される吐出通路１２ａ及び吐出ポートＰ２を介して冷媒回路の高圧側に吐出される。なお、図示を省略するが、例えば、リアハウジング１２に形成された吐出通路１２ａには、吐出室Ｈ２内の圧縮冷媒から潤滑オイルを分離するためのオイルセパレータが設けられる。このオイルセパレータにより潤滑オイルが分離された冷媒（微量の潤滑オイルが残存する冷媒を含む）が吐出ポートＰ２を介して冷媒回路の高圧側に吐出される。一方、オイルセパレータにより分離された潤滑オイルは、図示を省略した供給通路を介して後述する背圧室Ｈ３へ導かれる。

電動モータ２０は、駆動軸２１と、ロータ２２と、ロータ２２の径方向外側に配置されるステータコアユニット２３とを含んで構成される。電動モータ２０としては、例えば、三相交流モータが適用される。例えば車両のバッテリー（図示省略）からの直流電流が、インバータ４０により交流電流に変換され、電動モータ２０へ給電される。

駆動軸２１は、可動スクロール３にクランク機構を介して連結され、電動モータ２０の回転力を可動スクロール３に伝達するものである。駆動軸２１の一端部（つまり、可動スクロール側端部）は、軸受保持部３０に形成された貫通孔を挿通して、ベアリング１７によって回転可能に支持され、駆動軸２１の他端部（インバータ側端部）は、支持部１１ｂ１に嵌合されるベアリング１５によって回転可能に支持される。

ロータ２２は、その径方向中心に形成された軸孔に嵌合（例えば圧入）される駆動軸２１を介して、ステータコアユニット２３の径方向内側で回転可能に支持される。インバータ４０からの給電によりステータコアユニット２３に磁界が発生すると、ロータ２２に回転力が作用して駆動軸２１が回転駆動される。

軸受保持部３０は、駆動軸２１の可動スクロール側端部を回転可能に支持する軸受部としてのベアリング１７を保持するものである。軸受保持部３０は、例えば、固定スクロール２の第１底板２ａの外径と合わせた外径を有する有底筒状に形成され、円筒部３０ａと、円筒部３０ａの一端側に位置する底壁部３０ｂとを有する。円筒部３０ａは、その開口側の内径が底壁部３０ｂ側の内径より大きくなるように拡径され、その大径部位３０ａ１と小径部位３０ａ２の間を接続する肩部３０ａ３を有する。大径部位３０ａ１と肩部３０ａ３とによって区画される空間内に可動スクロール３が収容される。円筒部３０ａの開口側端部は、第１底板２ａの前記一端面のうちの周縁部に当接される。したがって、軸受保持部３０の開口は、固定スクロール２によって閉止される。また、円筒部３０ａの小径部位３０ａ２には、ベアリング１７が嵌合される。そして、底壁部３０ｂの径方向中央部には、駆動軸２１の可動スクロール側端部を挿通させるための貫通孔が開口されている。

軸受保持部３０の肩部３０ａ３と可動スクロール３の第２底板３ａとの間には、環状のスラストプレート１８が配置される。肩部３０ａ３は、スラストプレート１８を介して可動スクロール３からのスラスト力を受ける。肩部３０ａ３及び第２底板３ａのスラストプレート１８と当接する部位には、それぞれシール部材１９が配置される。これらのシール部材１９により、第２底板３ａと小径部位３０ａ２との間に区画される背圧室Ｈ３の気密性が保たれる。軸受保持部３０には、図示を省略するが、吸入室Ｈ１からスクロールユニット１の第１ラップ２ｂ及び第２ラップ３ｂの渦巻外端部付近の空間Ｈ４へ冷媒（詳しくは冷媒と潤滑オイルとの混合流体）を導入するための冷媒導入通路が形成される。この冷媒導入通路は、空間Ｈ４と吸入室Ｈ１との間を連通しているので、空間Ｈ４内の圧力は吸入室Ｈ１内の圧力（吸入室内圧力）と等しい。

本実施形態では、前記クランク機構は、図２に示すように、第２底板３ａの他端面（背圧室側端面）に突出形成された円筒状のボス部２４と、駆動軸２１の可動スクロール側端部に設けたクランク２５に偏心状態で取付けられた偏心ブッシュ２６と、ボス部２４内に嵌合するすべり軸受２７と、を含んで構成される。偏心ブッシュ２６はボス部２４内にすべり軸受２７を介して回転可能に支持される。なお、駆動軸２１の可動スクロール側端部には、可動スクロール３の動作時の遠心力に対向するバランサウエイト２８が取付けられる。また、図示を省略したが、可動スクロール３の自転を阻止する自転阻止機構が適宜に備えられる。これにより、可動スクロール３は、その自転が阻止された状態で、前記クランク機構を介して固定スクロール２の中心軸線周りに公転旋回運動可能に構成される。スクロール型流体機械１００は、電動モータ２０を駆動させて可動スクロール３を固定スクロール２の中心軸線周りに公転旋回運動させることにより、固定スクロール２と可動スクロール３との間の空間Ｓに流入する冷媒を圧縮する。

次に、スクロール型流体機械１００における冷媒の流れを説明する。
冷媒回路の低圧側からの冷媒は、吸入ポートＰ１を介して吸入室Ｈ１に導入され、その後、冷媒導入通路（図示省略）を介してスクロールユニット１の渦巻外端部付近の空間Ｈ４に導かれる。そして、空間Ｈ４内の冷媒は、第１ラップ２ｂと第２ラップ３ｂとの間の空間Ｓ内に取り込まれ、この空間Ｓ内で圧縮される。圧縮された冷媒は、吐出孔２ａ１及び一方弁１６を経由して吐出室Ｈ２に吐出され、その後、吐出室Ｈ２から吐出通路１２ａ及び吐出ポートＰ２を介して冷媒回路の高圧側に吐出される。

次に、第１アルミニウム合金及び第２アルミニウム合金として適用する合金の種類及び含有Ｓｉの質量％について詳述する。

前述したように、固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの一方のスクロールとしての固定スクロール２は、Ｓｉを所定の質量％で含有する第１アルミニウム合金からなり、固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの他方のスクロールとしての可動スクロール３は、Ｓｉを所定の質量％で含有する第２アルミニウム合金からなる。

第２アルミニウム合金は、Ｓｉを第１アルミニウム合金の前記所定の質量％より低い所定の質量％で含有している。つまり、陽極酸化処理の施される前記他方のスクロールとしての可動スクロール３の第２アルミニウム合金のＳｉ質量％が、陽極酸化処理の施されない前記一方のスクロールとしての固定スクロール２の第１アルミニウム合金のＳｉ質量％より、意図的に、低く設定されている。

本実施形態では、第１アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金であり、第２アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金である。換言すると、第１アルミニウム合金は、合金番号が４０００番台の４０００系アルミニウム合金であり、第２アルミニウム合金は、合金番号が６０００番台の６０００系アルミニウム合金である。

一般的に、４０００系アルミニウム合金は、Ｓｉを他の系のアルミニウム合金より多く含有することにより、線膨張係数（熱膨張率）が低く抑えられており、また優れた耐磨耗性を有する。６０００系アルミニウム合金は、良好な強度及び耐食性を有する。しかし、６０００系アルミニウム合金のＳｉ質量％は４０００系アルミニウム合金のＳｉ質量％より著しく低いので、６０００系アルミニウム合金の線膨張係数は、４０００系アルミニウム合金の線膨張係数より高い。したがって、６０００系アルミニウム合金における温度変化による寸法変化量は、４０００系アルミニウム合金における寸法変化量よりも大きい。

具体的には、第１アルミニウム合金（非陽極酸化処理側スクロール用合金）としてのＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（４０００系アルミニウム合金）は、Ｓｉを４．５〜１３．５質量％で含有する。そして、第２アルミニウム合金（陽極酸化処理側スクロール用合金）としてのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（６０００系アルミニウム合金）は、Ｓｉを０．２〜１．５質量％で含有している。つまり、陽極酸化処理される第２アルミニウム合金のＳｉ質量％が陽極酸化処理されない第１アルミニウム合金のＳｉ質量％より低く設定されている。

より具体的には、第１アルミニウム合金としての前記Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金は、合金番号が４０３２のアルミニウム合金（つまり、Ａ４０３２）であり、第２アルミニウム合金としての前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金は、合金番号が６０６１のアルミニウム合金（つまり、Ａ６０６１）である。詳しくは、合金番号４０３２の第１アルミニウム合金は、Ｓｉ：１１〜１３．５質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｃｕ：０．５〜１．３質量％、Ｍｇ：０．８〜１．３質量％、Ｃｒ：０．１質量％以下、Ｚｎ：０．２５質量％以下、Ｎｉ：０．５〜１．３質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。合金番号６０６１の第２アルミニウム合金は、Ｓｉ：０．４〜０．８質量％、Ｆｅ：０．７質量％以下、Ｃｕ：０．１５〜０．４質量％、Ｍｎ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｒ：０．０４〜０．３５質量％、Ｚｎ：０．２５質量％以下、Ｔｉ：０．１５質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。したがって、第２アルミニウム合金のＳｉ質量％は、第１アルミニウム合金のＳｉ質量％より小さい。また、本実施形態では、第１アルミニウム合金及び第２アルミニウム合金は、例えば、ＪＩＳ規格の質別記号Ｔ６に準拠する熱処理が施されており、第１アルミニウム合金はＡ４０３２−Ｔ６であり、第２アルミニウム合金はＡ６０６１−Ｔ６である。Ａ４０３２−Ｔ６の引張強さは、約３８０（Ｎ／ｍｍ^２）であり、Ａ６０６１−Ｔ６の引張強さは、約３１０（Ｎ／ｍｍ^２）である。つまり、第１アルミニウム合金は第２アルミニウム合金よりも高い強度を有している。質別記号Ｔ６は、溶体化処理後に人工時効硬化処理したものを意味する。

次に、第１ラップ端隙間Ｓ１及び第２ラップ端隙間Ｓ２について、図２を参照して詳述する。

本実施形態では、Ａ４０３２−Ｔ６のアルミニウム合金（第１アルミニウム合金）が固定スクロール２に用いられ、Ａ６０６１−Ｔ６のアルミニウム合金（第２アルミニウム合金）が可動スクロール３に用いられている。したがって、第２ラップ３ｂにおける線膨張係数は第１ラップ２ｂにおける線膨張係数より高い。したがって、第２ラップ端隙間Ｓ２は、渦巻き全領域に亘って、第１ラップ端隙間Ｓ１より大きくなるように設定するとよい（Ｓ２＞Ｓ１）。

また、スクロールユニット１の空間Ｓは渦巻き中心側に近づくにしたがって高温高圧になる。そのため、第２ラップ３ｂの渦巻き中心側領域の寸法変化量は、第２ラップ３ｂの渦巻き外側領域の寸法変化量より大きい。この点を考慮して、本実施形態では、図２に示すように、第２ラップ３ｂの渦巻き中心側領域における第２ラップ端隙間Ｓ２としての中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａは、第２ラップ３ｂの渦巻き外側領域における第２ラップ端隙間Ｓ２としての外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定されている（Ｓ２ａ＞Ｓ２ｂ）。第２ラップ端隙間Ｓ２は、渦巻き中心に向かうにしたがって、段階的に又は段階的に増加するように設定されている。

具体的には、第２ラップ３ｂの前記渦巻き中心側領域におけるラップ高さは、第２ラップ３ｂの前記渦巻き外側領域におけるラップ高さより低くなるように設定されている。これにより、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定されている。

次に、Ｓｉ成分と、疲労強度及びアルマイト層Ｍの表面欠陥との関係について、図４を参照して説明する。図４は、アルミニウム合金の表面に陽極酸化処理を施すことによる疲労強度の低下現象を説明するための概略のＳ−Ｎ線図である。

図４に示すＳ−Ｎ線図において、縦軸はアルミニウム合金に繰り返し負荷する応力の振幅（応力振幅）σを示し、横軸はアルミニウム合金が疲労により破断に至ったときの応力負荷の繰り返し数Ｎｆを示す。負荷される応力は一定の振幅で繰り返されるものとし、一回の疲労試験で一つの応力振幅σとＮｆの関係が得られる。応力振幅σを下げると繰り返し数Ｎｆは大きくなり、応力振幅σを上げると繰り返し数Ｎｆは小さくなる。いくつかの応力振幅σから得られる破断結果をプロットすることでアルミニウム合金のＳ−Ｎ線図が得られる。図４では、疲労試験の試験対象物として、Ａ４０３２−Ｔ６のアルミニウム合金を用いた場合の一例が示されている。詳しくは、図４には、Ａ４０３２−Ｔ６のアルミニウム合金の表面に陽極酸化処理を施さない素材（無垢材）のままの試験対象物（アルマイト層無し）についてのＳ−Ｎ線が太線で示され、Ａ４０３２−Ｔ６のアルミニウム合金の表面に陽極酸化処理を施した試験対象物（アルマイト層有り）についてのＳ−Ｎ線が破線で示されている。図４から分かるように、アルマイト層有りのＡ４０３２−Ｔ６のアルミニウム合金の疲労強度は、アルマイト層無しのＡ４０３２−Ｔ６のアルミニウム合金の疲労強度より大幅に低下していることが分かる。ここで、図示を省略するが、同様の疲労試験を、Ａ６０６１−Ｔ６に対してアルマイト層有りの場合とアルマイト層無しの場合について行った結果、Ａ４０３２−Ｔ６よりＳｉ含有量の低いＡ６０６１−Ｔ６における疲労強度の低下幅（つまり、アルマイト層無しの場合の疲労強度とアルマイト層有りの場合の疲労強度との差分）が、Ａ４０３２−Ｔ６における疲労強度の低下幅より小さくなることが確認された。つまり、本願の発明者は、Ｓｉ含有量が増加するほど前記疲労強度の低下幅が大きくなることを確認した。

詳しくは、Ａ４０３２−Ｔ６を含むＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（４０００系アルミニウム合金）は、Ｓｉ含有量が多く、共晶化したＳｉが表面に多く点在している。そして、アルマイト層ＭはＳｉ上には成長せずＳｉを避けて成長することになるため、アルマイト層Ｍの表面に、Ｓｉ成分に起因した多くの欠陥（表面欠陥）が生じる。その結果、Ｓｉ成分は、アルマイト層Ｍの表面の面粗度を低下させる。さらに、表面欠陥の部位（つまり、表面のうちのＳｉ成分の部位）が疲労破壊の起点となる。そのため、Ｓｉ含有量が増加して、アルミニウム合金（アルマイト層Ｍ）の表面にＳｉが多く点在するほど、前記疲労強度の低下幅が大きくなることが確認された。このように、本願の発明者は、前記疲労強度の低下幅がＳｉ含有量（Ｓｉ質量％）の増加に応じて大きくなるというアルミニウム合金の特性を見出した。

アルミニウム合金の上記特性に着目し、前述したように、陽極酸化処理の施される前記他方のスクロールとしての可動スクロール３の第２アルミニウム合金のＳｉ質量％が、陽極酸化処理の施されない前記一方のスクロールとしての固定スクロール２の第１アルミニウム合金のＳｉ質量％より低くなるように、可動スクロール３にはＡ６０６１−Ｔ６が用いられ、固定スクロール２にはＡ４０３２−Ｔ６が用いられている。

本実施形態によるスクロール型流体機械１００では、固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの一方のスクロール（本実施形態では固定スクロール２）は、Ｓｉを所定の質量％で含有する第１アルミニウム合金からなり、固定スクロール２及び可動スクロール３のうちの他方のスクロール（本実施形態では可動スクロール３）は、Ｓｉを第１アルミニウム合金の前記所定の質量％より低い所定の質量％で含有する第２アルミニウム合金からなる。そして、前記他方のスクロールにおける少なくとも前記一方のスクロールと対向する表面部位に、陽極酸化処理によるアルマイト層Ｍが形成されている。つまり、スクロール型流体機械１００では、陽極酸化処理が固定スクロール２及び可動スクロール３のうちのＳｉ質量％の低いスクロール（前記他方のスクロール）に施される。陽極酸化処理によるアルミニウム合金の疲労強度の低下幅がＳｉ含有量（Ｓｉ質量％）の増加に応じて大きくなるという特性をアルミニウム合金が有しているところ、スクロール型流体機械１００によれば、陽極酸化処理をＳｉ質量％の低い前記他方のスクロールに施すこととしたため、前記疲労強度の低下を抑制することができる。
このようにして、陽極酸化処理による疲労強度の低下が抑制された可動スクロール３を備えたスクロール型流体機械１００を提供することができる。また、アルマイト層Ｍの表面欠陥の発生を抑制することができるため、アルマイト層Ｍの表面の面粗度の低下を抑制することができると共に、アルマイト層Ｍの膜厚ｔのバラツキを抑えて膜厚ｔの均一化を図ることができる。そして、アルマイト層Ｍの膜厚ｔのバラツキを抑えることができるため、第１ラップ端隙間Ｓ１や第２ラップ端隙間Ｓ２を容易に所定の範囲に設定することができる。

ここで、固定スクロール２の中心部には、吐出孔２ａ１が開口されているため、固定スクロール２の中心部に応力が集中し易い。その結果、固定スクロール２には、可動スクロール３よりも大きな応力が発生する。したがって、固定スクロール２には可動スクロール３よりも高い疲労強度が要求される。この点、本実施形態では、前記一方のスクロールは、固定スクロール２であり、アルマイト層Ｍを有する前記他方のスクロールは、可動スクロール３である。つまり、可動スクロール３に陽極酸化処理を施している。したがって、陽極酸化処理による疲労強度の低下が固定スクロール２に発生しないため、固定スクロール２において高い疲労強度を容易に維持することができる。

本実施形態では、第１アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（つまり、４０００系アルミニウム合金）であり、第２アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（つまり、６０００系アルミニウム合金）である。これにより、陽極酸化処理が施されない第１アルミニウム合金については、素材（無垢材）のままでも優れた耐摩耗性を有する４０００系アルミニウム合金を適用することにより、第１アルミニウム合金からなる前記一方のスクロールの摺動性を容易に維持することができる。一方、陽極酸化処理が施される第２アルミニウム合金については、良好な強度を有する６０００系アルミニウム合金を適用することにより、陽極酸化処理後においても容易に必要十分な疲労強度を維持することができる。

本実施形態では、第１アルミニウム合金としての前記Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金は、合金番号が４０３２のアルミニウム合金であり、第２アルミニウム合金としての前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金は、合金番号が６０６１のアルミニウム合金である。これにより、第１アルミニウム合金としては、ＪＩＳ規格の質別記号Ｔ６に準拠する熱処理（焼入れ焼き戻し）により良好な引張強度（約３８０（Ｎ／ｍｍ^２））を備えることが可能なＡ４０３２を適用することができる。一方、第２アルミニウム合金としては、同様の熱処理（質別記号Ｔ６）により良好な引張強度（約３１０（Ｎ／ｍｍ^２））を備えることができると共に、極めて良好な面粗度を有するアルマイト層Ｍを形成することが可能なＡ６０６１を適用することができる。その結果、第２アルミニウム合金の陽極酸化処理による疲労強度の低下を極めて小さく抑えることができる。したがって、例えば、第２アルミニウム合金としてＡ４０３２−Ｔ６を適用した場合における疲労強度と同程度の疲労強度を、Ａ６０６１−Ｔ６からなる第２アルミニウム合金に持たせることができる。

本実施形態では、第２ラップ３ｂの渦巻き中心側領域における第２ラップ端隙間Ｓ２としての中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａは、第２ラップ３ｂの渦巻き外側領域における第２ラップ端隙間Ｓ２としての外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定されている。これにより、例えば、外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂについては必要最小限の隙間に抑えつつ、高温になる渦巻き中心側領域における第２ラップ３ｂの突出端部が第１底板２ａに接触することを確実に抑制又は防止することができる。その結果、高温時における空間（圧縮室）Ｓの気密性を維持しつつ、摺動損失の発生を抑制又は防止することができ、消費電力を抑制することができ、効率的に流体を圧縮することができる。

本実施形態では、第２ラップ３ｂの渦巻き中心側領域におけるラップ高さは、第２ラップ３ｂの渦巻き外側領域におけるラップ高さより低くなるように設定されている。これにより、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａを外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように容易に設定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

例えば、固定スクロール２の形状変更や吐出孔２ａ１の開口位置の変更等をすることにより、陽極酸化処理による低下後の疲労強度が固定スクロール２に求められる疲労強度を満足することができる場合には、可動スクロール３ではなく、固定スクロール２に陽極処理を施してもよい。つまり、前記一方のスクロールが可動スクロール３であり、アルマイト層Ｍを有する前記他方のスクロールが固定するスクロール２であってもよい。この場合、例えば、可動スクロール３が第１アルミニウム合金としてのＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（４０００系アルミニウム合金）からなり、固定スクロール２が第２アルミニウム合金としてのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（６０００系アルミニウム合金）からなる。これにより、陽極酸化処理による疲労強度の低下が抑制された固定スクロール２を備えたスクロール型流体機械１００を提供することができる。

本実施形態では、前記一方のスクロールは、第１アルミニウム合金としてのＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（４０００系アルミニウム合金）であり、前記他方のスクロールは、第２アルミニウム合金としてのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金（６０００系アルミニウム合金）であるものとしたが、これに限らない。前記他方のスクロールとしての第２アルミニウム合金のＳｉ質量％が、前記一方のスクロールとしての第１アルミニウム合金のＳｉ質量％より低く設定されていれば、合金番号の系列は４０００系や６０００系に限らない。また、前記一方のスクロールの合金番号の系列と前記他方のスクロールの合金番号の系列が同じであってもよいし、前記一方のスクロールの合金番号と前記他方のスクロールの合金番号が同じであってもよい。合金番号が同じ場合には、Ｓｉ質量％の許容される変動範囲内で、前記他方のスクロールの実際のＳｉ質量％が前記一方のスクロールの実際のＳｉ質量％より低く設定されていればよい。

本実施形態では、第２ラップ３ｂのラップ高さを調整することにより、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定される場合を一例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第１底板２ａの前記一端面の中心側領域に凹部を形成することにより、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定してもよいし、第１底板２ａに前記凹部を形成すると共に、第２ラップ３ｂのラップ高さを調整することにより、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定してもよい。

本実施形態では、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより大きくなるように設定したが、これに限らない。例えば、許容される消費電力及び吐出量で流体を圧縮することができる場合等には、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが、外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂより小さい又は外側第２ラップ端隙間Ｓ２ｂと同じであってもよい。

本実施形態では、第２ラップ端隙間Ｓ２は、渦巻き全領域に亘って、第１ラップ端隙間Ｓ１より大きくなるように設定されているものとしたが、これに限らない。少なくとも、中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａが、第１ラップ２ｂの渦巻き中心側領域における第１ラップ端隙間Ｓ１としての中心側第１ラップ端隙間Ｓ１ａ（図２参照）より大きくなるように設定されていればよい（Ｓ２ａ＞Ｓ１ａ）。つまり、第２ラップ３ｂの渦巻き中心側領域における第２ラップ３ｂの突出端部と第１底板２ａとの間の隙間（中心側第２ラップ端隙間Ｓ２ａ）は、第１ラップ２ｂの渦巻き中心側領域における第１ラップ２ｂの突出端部と第２底板３ａとの間の隙間（中心側第１ラップ端隙間Ｓ１ａ）より大きくなるように設定されていればよい。なお、前述したように、許容される消費電力及び吐出量で流体を圧縮することができる場合等には、第２ラップ端隙間Ｓ２と第１ラップ端隙間Ｓ１の大小関係は適宜に設定することができる。

本実施形態では、アルマイト層Ｍは、前記他方のスクロールの表面全体のうち、前記一方のスクロールと対向する表面部位にのみ形成されるものとしたが、これに限らない。例えば、アルマイト層Ｍは、図５に示すように、前記他方のスクロール（図では可動スクロール３）の表面全体に形成されてもよい。これにより、前記他方のスクロールに対するマスキングが不要となり、低コストでアルマイト層Ｍを形成することができる。また、前述したように、前記他方のスクロールのＳｉ質量％を低く設定することにより、アルマイト層Ｍの膜厚ｔのバラツキを抑えて膜厚ｔの均一化を図ることができる。したがって、前記他方のスクロールが可動スクロール３である場合には、例えば、すべり軸受２７の圧入部位である可動スクロール３におけるボス部２４の内側や、可動スクロール３の第２底板３ａの前記他端面に形成される図示省略した前記自転阻止機構の回転阻止リングの圧入部位の内側に、アルマイト層Ｍが形成されても、これらの圧入部位に適切な圧入代を確保することができる。つまり、圧入部位等へのマスキングが不要となる。

本実施形態では、スクロール型流体機械１００は、いわゆるインバータ一体型の場合を一例に挙げて説明したが、これに限らず、インバータ４０と別体であってもよい。この場合、ハウジング１０は、フロントハウジング１１とリアハウジング１２を備えていればよい。また、電動モータ２０を内蔵するものとしたが、電動モータ２０をハウジング１０外に設けてもよい。また、駆動源として電動モータ２０を用いたが、これに限らず、車両のエンジンから駆動軸２１に回転動力を伝達するように構成してもよい。

本実施形態では、第１ラップ２ｂの突出端部と第２底板３ａとの間に第１ラップ端隙間Ｓ１が設けられ、第２ラップ３ｂの突出端部と第１底板２ａとの間に、第２ラップ端隙間Ｓ２が設けられているものとして説明したが、これに限らず、この第１ラップ端隙間Ｓ１と第２ラップ端隙間Ｓ２を埋めるように、チップシールを設けてもよい。圧縮運転中に変動し得るこれらの隙間（Ｓ１、Ｓ１）が圧縮運転中に適切な範囲に維持されていれば、このチップシールにより、固定スクロール２と可動スクロール３との間の空間Ｓの気密性がより適切に維持される。また、本実施形態では、流体は冷媒であるものとしたが、これに限らず、適宜の流体を適用することができる。

２…固定スクロール（一方のスクロール）、２ａ…第１底板、２ｂ…第１ラップ、２ａ１…吐出孔、３…可動スクロール（他方のスクロール）、３ａ…第２底板、３ｂ…第２ラップ、１００…スクロール型流体機械、Ｍ…アルマイト層、Ｓ…空間、Ｓ１…第１ラップ端隙間（前記第１ラップの突出端部と前記第２底板との間の隙間）、Ｓ１ａ…中心側第１ラップ端隙間（前記第１ラップの渦巻き中心側領域における前記第１ラップの突出端部と前記第２底板との間の隙間）、Ｓ２…第２ラップ端隙間（前記第２ラップの突出端部と前記第１底板との間の隙間）、Ｓ２ａ…中心側第２ラップ端隙間（前記第２ラップの渦巻き中心側領域における前記第２ラップの突出端部と前記第１底板との間の隙間）、Ｓ２ｂ…外側第２ラップ端隙間（前記第２ラップの渦巻き外側領域における前記第２ラップの突出端部と前記第１底板との間の隙間）

Claims (6)

1. 互いに噛み合わされる固定スクロール及び可動スクロールを備え、前記可動スクロールを前記固定スクロールの中心軸線周りに公転旋回運動させることにより、前記固定スクロールと前記可動スクロールとの間の空間に流入する流体を圧縮するスクロール型流体機械であって、
   前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちの一方のスクロールは、Ｓｉを所定の質量％で含有する第１のアルミニウム合金からなり、
   前記固定スクロール及び前記可動スクロールのうちの他方のスクロールは、Ｓｉを前記第１のアルミニウム合金の前記所定の質量％より低い所定の質量％で含有する第２のアルミニウム合金からなり、
   前記他方のスクロールにおける少なくとも前記一方のスクロールと対向する表面部位に、陽極酸化処理によるアルマイト層が形成されている、スクロール型流体機械。
2. 前記一方のスクロールは、前記固定スクロールであり、
   前記アルマイト層を有する前記他方のスクロールは、前記可動スクロールである、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記第１のアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金であり、
   前記第２のアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金である、請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記一方のスクロールは、円盤状に形成されると共に中心部に流体の吐出孔が開口された第１底板と、該第１底板の一端面から突出される渦巻状の第１ラップとを有し、
   前記他方のスクロールは、前記第１底板の前記一端面と対向する一端面を有する円盤状の第２底板と、該第２底板の前記一端面から突出される渦巻状の第２ラップとを有し、
   前記第２ラップの渦巻き中心側領域における前記第２ラップの突出端部と前記第１底板との間の隙間は、前記第２ラップの渦巻き外側領域における前記第２ラップの突出端部と前記第１底板との間の隙間より大きくなるように設定されている、請求項１〜３のいずれか一つに記載のスクロール型流体機械。
5. 前記第２ラップの前記渦巻き中心側領域におけるラップ高さは、前記第２ラップの前記渦巻き外側領域におけるラップ高さより低くなるように設定されている、請求項４に記載のスクロール型流体機械。
6. 前記第２ラップの渦巻き中心側領域における前記第２ラップの突出端部と前記第１底板との間の隙間は、前記第１ラップの渦巻き中心側領域における前記第１ラップの突出端部と前記第２底板との間の隙間より大きくなるように設定されている、請求項４又は５に記載のスクロール型流体機械。