JP5194785B2 - 流体機械の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体を搬送するポンプやブロア、圧縮機、膨張機等の流体機械の製造方法に関するもので、特に、冷凍機器及び空調機器等に用いられ、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関するものである。

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。

ここでは、ＨＣＦＣ系冷媒Ｒ２２を作動ガスに使用している場合の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。従来のスクロール型圧縮機の縦断面図を図６に示す。

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。

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２０に焼き嵌め等で固定された固定子７ｂとともに軸受部材６の下部に配設されている。

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。ジャーナル軸受６ａ、偏芯軸受３ａ、耐久性、摺動特性に優れたブッシュ軸受８ａ，８ｂが圧入されている。これらの軸受ブッシュ８ａ，８ｂは、円筒状の裏金の内週面に摺動材層（例えは、銅等の軟質金属、カーボン、テフロン（登録商標）等の樹脂）が形成されたもので、一般的に利用されているものである。

まず、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。

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。

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、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、外部の熱交換器（図示せず）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。

次に、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上部の空間１ｂへ排出され、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、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より出てガス通路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。これらの潤滑油の循環サイクルにより、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するとともに冷却する。

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、主成分とした代替冷媒等）、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等より作動圧力を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。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劣っている。

例えば、図６に示す従来構成の圧縮機の場合、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するが、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。

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。

これらの摺動部では、過酷な運転条件や代替用冷媒使用で生じる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。例えば、可動スクロール３の基材にアルミを主成分（例えば、Ａｌ−Ｓｉ系合金）とする材料が用いられる場合は、可動スクロールの３の表面に陽極酸化層を形成する方法が用いられている。この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（例えば、非特許文献１参照）。

図８は、陽極酸化皮膜処理の概略工程を示すものである。例えば、まずマスキングおよびラック装着工程では、可動スクロールに陽極酸化皮膜を形成する場合、皮膜を形成させたくない部分（ここでは、軸受ブッシュ）や、穴などに処理液が侵入したり残存したりしないように、必要に応じてマスキング部材を装着する。また、各工程に搬送するために枠（ラック）に装着するとともに、可動スクロールを電気的に処理電源に接続する。

その後、表面の脱脂や下地処理のための前処理工程、陽極酸化処理工程、皮膜の安定性を向上させるための封孔処理工程、乾燥工程を経た後、ラックから外されるとともにマスキング部材が外される。各工程の間には、処理液を完全に除去するために洗浄工程が設けられており、通常は水洗と湯洗を多数の槽を用いて数回行われている。

図９は、従来のマスキング部材の装着を示すものである。従来のスクロール圧縮機の場合、可動スクロール３には軸受ブッシュ８ｂが設置されており（図６参照）、この軸受ブッシュ８ｂの裏金（例えば、ＳＰＣＣ材）などが、陽極酸化処理で用いられる酸性、アルカリ性の各種処理液に浸されて腐食が生じ不良となる。そこで、図９の例のようにマスキング部材３５を装着して処理液の浸入から軸受ブッシュ８ｂを保護する方法がとられている。この従来例では、マスキング部材３５を樹脂やゴムなどの弾性体で構成し、偏心軸受部３ａの外周面に密着させシール部３３ｃを形成することで、マスキング部材３５を固定するとともに処理液の侵入防止のシールしている。

また、陽極酸化処理をする際は、通電用の処理電源３６と可動スクロール３５を接続するが、図９の従来例では、可動スクロール３５の鏡板外周面から軸受けブッシュ８ｂに貫通した横穴３７に、ねじ部３８ａを有する電極３８を挿入固定し、横穴３７への処理液侵入防止のシールとともに電気的に接続している（例えば、特許文献１参照）。
「アルミニウムハンドブック」軽金属協会発刊、１９９４年、Ｐ１５２−１６４ 特開２０００−１０４６８０号公報

しかしながら、図８のような陽極酸化処理工程では、電解用処理液層だけでなく洗浄用、封孔用の処理液層にも浸漬され、この処理液温度は低温から高温（例えば、０℃〜９０℃）まであるため、図９のマスキング部材３５で保護された軸受ブッシュ８ｂが設置された内部空間３９の圧力は温度によって変化しており、内部空間３９の圧力が高くシール部３３ｃの固定がゆるい場合は、マスキング部材３５が外れ、処理液（電解液、洗浄湯水、封孔液）が侵入し軸受けブッシュが腐食、汚染され不良となるという課題を有していた。

特許文献１では、硬質アルマイト（陽極酸化）処理でのマスキング方法が開示されており、この硬質アルマイトの電解処理液温度は室温より低いため内部空間の圧力が高くなりにくいが、洗浄、封孔工程では高温となるため、同様の課題を有していた。

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、高い潤滑性能および耐摩耗性能を有し、高い生産性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。

上記の目的を達成するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、他方のスクロールに対して旋回する可動スクロールに設けられた突部に回転軸が挿入される軸受部を有した流体機械において、前記可動スクロールを処理液中に浸漬して表面処理を行う際に、前記軸受部へ処理液の浸入を防止するマスキング部材は、前記マスキング部材と前記軸受部の空間内の圧力を外部圧力より低く密封して前記突部に被せて装着され、前記可動スクロールの表面処理が行われるものである。これによって、簡単にまた確実にマスキング部材を装着、固定できる。

本発明の流体機械の製造方法によれば、表面処理する際に確実にマスキングでき、着脱も容易にできるため、耐摩耗性能および潤滑性能に優れたスクロールを有する流体機械の生産性を向上、ひいては信頼性の高い流体機械を安価に提供することが実現できる。

第１の発明は、他方のスクロールに対して旋回する可動スクロールに設けられた突部に回転軸が挿入される軸受部を有した流体機械において、前記可動スクロールを処理液中に浸漬して表面処理を行う際に、前記軸受部へ処理液の浸入を防止するマスキング部材は、前記マスキング部材と前記軸受部の空間内の圧力を外部圧力より低く密封して前記突部に被せて装着され、前記可動スクロールの表面処理が行われるものであり、確実にマスキング部材を可動スクロールに装着、固定できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の流体機械の製造方法で、前記マスキング部材は、ゴム等の弾性材料で構成され形状復元性を有し、弾性変形により軸受部との空間を縮小させ空間内の気体を排出し、前記マスキング部材と前記軸受部の空間の圧力を前記マスキング部材の外部圧力より低く密封して前記突部に被せて装着されたものであり、マスキング部材の装着、固定が確実にできるとともに、その着脱が容易できる。

第３の発明は、特に、第２の発明の流体機械の製造方法で、前記マスキング部材は、帽子形状を有し、前記帽子形状が押潰され前記空間を縮小させ空間内の気体を排出し前記突部に被せて装着されたマスキング部材の装着、固定が確実にできるとともに、その着脱が容易にできる。

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型圧縮機の構成において、図６〜図９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。

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、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。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。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、アルミを主成分とする可動スクロールを陽極酸化処理する場合を例に、図１を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における、マスキング部材４０が可動スクロール３に装着された状態の断面図である。マスキング部材４０は、円筒状のシール部４１と蓋となる底面部４２からなるキャップ形状の弾性体であり、ここでは硬度４０程度のＥＰＤＭやＳｉ系ゴムなどを用いている。

マスキング部材４０は、可動スクロール３の軸受ブッシュ８ａが内挿設置された円筒状のボス部４３に被せて外周面に圧入されており、シール部４１とボス部４３の締代を調整し、外周面に圧入し密着させることで処理液の侵入を防止し、その密着力でマスキング部材４０を固定し装着されている。

マスキング部材４０を装着後、軸受ブッシュ部８ａが内挿設置された内部空間３９内の圧力を外部圧力より低くするため、注射針４４を底面部４２に外部から貫通させ、注射針４４を介して真空ポンプ４５」で空間３９のガスを吸引する。尚、底面部４２の注射針４４貫通部分を適度の硬度と厚み（例えば、硬度４０、厚み５ｍｍ）とすることで、注射針４４を抜いても貫通された箇所から内部空間３９の内部にガスが流入せず、負圧を維持することができる。これにより、内部空間３９の圧力が外部圧力より低いため、その差圧による力によりマスキング部材４０はより固定され、はずれにくくなる。

上記構成によれば、マスキング部材４０が装着され低温から高温となる各陽極酸化処理工程においても、内部空間３９のガスがほとんどないため内部空間３９の圧力増加は低く、外部圧力より高くなることはなく、マスキング部材４０が外れる事がない。したがって、品質と歩留まりが向上し、可動スクロール３ひいてはそれを組み込まれた圧縮機の生産性を向上することができる。

尚、上記構成では、注射針４４を底面部４３に貫通させたが、これに限るものではなく、電極３８を中空とし弾性体を圧入した構成としてその弾性体に注射針４４を貫通させ真空ポンプ４５で吸引する方法、または電極３８を逆止弁を兼ねた構成として真空ポンプ４５で吸引する方法で、内部空間３９を負圧にしてもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図２及び図３を用いて説明する。図２はマスキング部材の断面図、図３は、可動スクロール３に装着された状態の断面図である。

実施の形態１との違いは、マスキング部材の底面部が凸部形状の膨らみを有し変形しやすく構成されている点である。

図２において、マスキング部材５０は、円筒状のシール部５１と蓋となる底面部５２からなるキャップ状の弾性体であり、ここでは、硬度４０程度のＥＰＤＭやＳｉ系ゴムなどを用いている。底面部５２は外側に膨らんだ凸形状部５３であり、へこませても元の凸形状に復元する。したがって、図３に示すように装着時に、凸形状部５３を押しこみながら装着することで内部空間３９のガスを追出して、その凸形状部５３の復元力により内部空間３９を負圧にすることができる。

上記構成によれば、真空ポンプなど使うことなく、容易に内部空間３９内のガスを追出して圧力を負圧にできるため、マスキング部材５０が装着され低温から高温となる各陽極酸化処理工程においても、内部空間３９のガスがほとんどないため内部空間３９の圧力増加は低く、外部圧力より高くなることはなく、マスキング部材５０が外れる事がない。したがって、品質と歩留まりが向上し、可動スクロール３ひいてはそれを組み込まれた圧縮機の生産性を向上することができる。

また、異物の噛みこみや、ボス部４３の外周面の傷などによりシール部５１に異常があった場合には、内部空間３９の負圧が保持できないため、凸部形状５３が復元するため、装着時にその異常を判断でき、不良発生を未然に防ぐことができる。さらに、上記構成では、各陽極酸化処理工程において処理液侵入の不具合が発生した場合も、凸部形状５３が復元していればすぐ異常を判断でき、不良発生の発見と選別が容易になり、生産性の向上が実現できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図４、図５を用いて説明する。図４はマスキング部材の断面図、図５は、可動スクロール３に装着された状態の断面図である。

実施の形態２との違いは、マスキング部材の内部空間容積の復元時と装着時の比がより小さく構成されている点である。

図４において、マスキング部材６０は指サック状であり、円筒状のシール部６１と帽子状の蓋となるキャップ部６２からなり、その内側の空洞部６３は上記の図２の物より大きい。図５は、このマスキング部材６０を、キャップ部６２をつぶすことで内部空間３９内のガスを追出してボス部４３に装着した状態であるが、装着時（負圧の状態）の内部空間３９の空間容積Ａに対する復元した状態の空間容積Ｂの比（＝Ｂ／Ａ）が小さくなっているため、高温時にも内部空間３９の圧力が上がりにくく、マスキン部材６０も外れにくい。したがって、より品質と歩留まりが向上し、可動スクロール３ひいてはそれを組み込まれた圧縮機の生産性を向上することができる。

尚、上記実施の形態１から３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膨張機、ポンプにも、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が用いられ陽極酸化処理などすることが多く、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、高温となる工程においてもマスキング部材が外れにくくしっかりと固定されるため、可動スクロールなどの被処理部品の品質と歩留まりを向上するとともに、信頼性及び生産性の高い流体機械を実現できる。

尚、本発明は特にＣＯ２冷媒を用いた場合に効果があるため、上記実施の形態１から３では、それを例に説明したが、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。

以上のように、本発明にかかる流体機械の製造方法は、高温となる工程においてもマスキング部材が外れにくくしっかりと固定されるため、可動スクロールなどの被処理部品の品質と歩留まりを向上するとともに、信頼性及び生産性の高い流体機械を実現できるので、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適用することができる。

本発明の実施の形態１におけるマスキング部材の装着された断面図 本発明の実施の形態２におけるマスキング部材の断面図 本発明の実施の形態２におけるマスキング部材の装着された断面図 本発明の実施の形態３におけるマスキング部材の断面図 本発明の実施の形態３におけるマスキング部材の装着された断面図 従来のスクロール型圧縮機の縦断面図 従来のスクロール型圧縮機の詳細部の断面図 従来の陽極酸化処理の工程図 従来の可動スクロールにマスキング部材の装着された断面図

符号の説明

３ 可動スクロール
８ａ 軸受ブッシュ
３８ 電極
３９ 内部空間
６０ マスキング部材
６１ シール部
６２ キャップ部
６３ 空洞部

Claims (2)

1. 他方のスクロールに対して旋回する可動スクロールに設けられた突部に回転軸が挿入される軸受部を有した流体機械において、前記可動スクロールを処理液中に浸漬して表面処理を行う際に、前記軸受部へ処理液の浸入を防止するマスキング部材は、前記マスキング部材と前記軸受部の空間内の圧力を外部圧力より低く密封して前記突部に被せて装着され、前記可動スクロールの表面処理が行われ、前記マスキング部材は、ゴム等の弾性材料で構成され形状復元性を有し、弾性変形により前記軸受部との前記空間を縮小させ前記空間内の気体を排出する流体機械の製造方法。
2. 前記マスキング部材は、帽子形状を有し、前記帽子形状が押潰され前記空間を縮小させ空間内の気体を排出し前記突部に被せて装着されたことを特徴とする請求項１記載の流体機械の製造方法。