JP6238784B2 - ロータリ圧縮機の製造方法、およびその製造方法によって得られるロータリ圧縮機 - Google Patents
ロータリ圧縮機の製造方法、およびその製造方法によって得られるロータリ圧縮機Info
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Description
図18は、従来のロータリ圧縮機の仕切板の内円102の形状を示す概念図、図19は、従来のロータリ圧縮機の圧縮機構部を示す概念図である。なお、図18の(A)〜(C)は、仕切板の内円102の形状の異なるパターンをそれぞれ示しており、図19の(A)は圧縮機構部を平面視して仕切板の内円102と上軸受108の内円110および下軸受109の内円111とを示した図で、(B)は圧縮機構部を正面視した図である。
図1は、本発明の実施の形態1に係るロータリ圧縮機の構成を概略的に示す縦断面図、図2は、本発明の実施の形態1に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部2の横断面図、図3は、本発明の実施の形態1に係るロータリ圧縮機の仕切板11を平面視した図である。
まずは図1〜図3に基づいて、冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯機などに用いられる冷凍サイクル装置の主要部品となるロータリ圧縮機の構成および動作について説明する。なお、本実施の形態1に係るロータリ圧縮機は、2つのシリンダを有する2シリンダ型であり、実施の形態2〜6についても同様とする。
このように構成されたロータリ圧縮機は、回転子6が回転することで、回転子6に嵌入されたクランクシャフト7が回転し、上下2つの偏心部8が回転する。この2つの偏心部8が回転することで、上シリンダ9、下シリンダ10の内部で上ローリングピストン14、下ローリングピストン15がそれぞれ回転摺動する。つまり、上ローリングピストン14、下ローリングピストン15が上シリンダ9、下シリンダ10の内壁に沿ってそれぞれ回転する。
ロータリ圧縮機に対する市場要求の主たるものとして、冷凍空調装置の商品価値を高めるため、あるいは適用範囲を広げるため、「冷凍能力の拡大」という項目が挙げられる。それと合わせて「外径寸法と価格については据え置き、もしくは低減」の要求が付随される。
さらに冷凍能力の向上を達成するためには、シリンダ(上シリンダ9、下シリンダ10)の高さの拡大や、3気筒、4気筒といった多気筒化の構造にする必要がある。しかし、いずれの手法においても冷媒ガスの作用面積が増加するためクランクシャフト7への圧縮負荷が増大するとともに、負荷を受止める上軸受12と下軸受13との距離が幾何学的に離れるため、クランクシャフト7の撓み変形量が増大し、クランクシャフト7、上軸受12、および下軸受13の磨耗や焼付の危険が生じる。このため、本実施の形態1のように左右に分割した2枚の仕切板11(第1仕切板100の半円部21aと第2仕切板101の半円部21bと)によって内円21を形成し、中間軸受として機能する構造とすることで、上・中・下合わせた軸受負荷容量を増大させることができ、クランクシャフト7の撓みを抑制できる。
図20は、一般的なロータリ圧縮機における軸受の原理と機能を示す概略図である。
ここで、図20に基づいて、仕切板11の内円21の精度の必要SPECについて説明する。
固定側となるジャーナル軸受である軸受200に、回転側となる軸(クランクシャフト)201が嵌め合わされており、軸受200と軸201との隙間202には潤滑油が満たされている。図20において、軸201は時計回り(矢印)方向に回転し、また軸201には下方向に荷重が作用している。軸201の中心Ojと軸受200の中心Obとは偏位しており、軸201の回転とともにくさび状の隙間hに流入した潤滑油は高い圧力を発生させて油膜を形成し、軸201と軸受200とは接触することなく浮上して回転を行う。
そのため、仕切板11の内円21についても、最終組立後の軸受面にて同様の加工精度と位置決め・組立精度が要求される。
図3に示すように、仕切板11を構成する第1仕切板18および第2仕切板19は、平面視して半円の上下を平坦にした形状で、合わせ面22を対称面にした対称形である(つまり、合わせ面22は仕切板11の中央に位置している)。そのため、仕切板11の外周形状は、上下を平坦にした円形状である。
仕切板11の合わせ面22上には、クランクシャフト7の中間軸受として機能する内円21が、第1仕切板18の半円部21aと第2仕切板19の半円部21bとによって形成されている。また、第1仕切板18および第2仕切板19を合わせボルトで締結するために、合わせボルトネジ穴23が上下に2つ形成されている。また、上下のシリンダ(上シリンダ9、下シリンダ10)と上下の軸受(上軸受12、下軸受13)とを積層して締結するボルトが貫通する穴や、冷媒ガスが通過する流路となる穴などが形成されている。
図4は、本発明の実施の形態1に係るロータリ圧縮機の仕切板11の製造工程を示すフローチャート図である。なお、図4については実施の形態2でも用いる。
図4に示すように、仕切板11の製造工程は、加工工程(S1〜S8)、搬送工程、および組立工程(S9〜S13)からなる。
仕切板11は、素材(S1)から粗加工・ネジ穴加工(S2)を経て、両端面仕上げ加工(S3)、合わせ面仕上げ加工(S4)を行う。この際、圧縮機の性能と信頼性を確保するために、左右の第1仕切板18と第2仕切板19との厚さを揃えること、および合わせ面22の平面度・直角度を揃えること、が重要となる。次に、内円仕上げ加工(S5)を行う。
図5に示すように、第1仕切板18と第2仕切板19(以下、2部品とも称する)とは、仕切板11の最終組立形態と同じように合わせ面22で密着した状態で、加工機90に保持されている。なお、図5に示す加工機90は、チャック30、チャック爪31、および軸付砥石32で構成されている。
図5においては加工機90のチャック30のチャック爪31にて外側から2部品を挟み込むことで、合わせ面22を密着させている。別の方法として、合わせボルトネジにて2部品を締結してもよく、また連結治具などを用意して2部品を密着させてもよい。
図4に示すように、仕切板11は内円仕上げ加工(S5)の後、同時加工された2部品が離れることなく1セットの状態で搬送される。セット搬送用の容器や籠、袋などを用いて2部品の離散を防止する。ボルトネジ締結や連結治具を使用した場合は、これを付けたままで搬送してもよい。以後のエッジ仕上げ加工(S6)、検査(S7)、防錆処理(S8)、洗浄(S9)、乾燥(S10)、手入れ(S11)、検測(S12)、および組立(S13)の各工程に至るまで、一貫して2部品の離散を防止する。途中、傷付きや錆発生、落下、散逸などのトラブルがあった場合、セットが不明の場合や片方しか無い場合は全て廃棄して、セットが揃ったもののみ組立を行う。こうしたセット混入への対策として、内円仕上げ加工(S5)にてセットの2部品に刻印、印刷、レーザ加工などにて合いマーキングを実施し、後工程での再確認を実施することが有効である。
以下、本実施の形態2について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図4に示すように、仕切板11は、素材(S1)から粗加工・ネジ穴加工(S2)を経て、両端面仕上げ加工(S3)、合わせ面仕上げ加工(S4)を行う。この際、圧縮機の性能と信頼性を確保するために、左右の第1仕切板18と第2仕切板19との厚さを揃えること、および合わせ面22の平面度・直角度を揃えること、が重要となる。次に、内円仕上げ加工(S5)を行う。
本実施の形態2の内円仕上げ加工(S5)では、同一加工設備の同一チャック治具にて2部品を保持し、仕切板11の内円21の仕上げと外円(つまり、第1仕切板18および第2仕切板19の合わせ面22を除いた外周)の仕上げとを同時、または連続的に加工(以下、同時加工と称する)を行う。同時加工の効果としては「内円21と外円との同軸度を極めて高い精度で出すことができる」ことである。
第1仕切板18と第2仕切板19とは、仕切板11の最終組立形態と同じように合わせ面22で密着した状態で、加工機91に保持されている。図6に示すように加工機91のチャック30のチャック爪31にて外側から2つの部品を挟み込むことで、合わせ面22を密着させている。別の方法として、合わせボルトネジにて2部品を締結してもよく、また連結治具などを用意して2部品を密着させてもよい。
図4に示すように、仕切板11は内円仕上げ加工(S5)の後、同時加工された2部品が離れることなく1セットの状態で、搬送される。
図7は、本発明の実施の形態2に係るロータリ圧縮機の仕切板11の組立工程を示すフローチャート図、図8は、本発明の実施の形態2に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部2の組立方法の一例を示す正面図、図9は、本発明の実施の形態2に係るロータリ圧縮機の仕切板11の組立方法を平面視した図である。
なお、図9に示すように、仕切板11の組立に用いられるV字クランパは、クランプシリンダ(第1クランプシリンダ42、第2クランプシリンダ44)およびV字クランプ爪(第1V字クランプ爪43、第2V字クランプ爪45)で構成されている。
まず、上シリンダ9を上軸受12と締結し、ベースプレート40上のワークセット治具41上に設置し(S201)、上ローリングピストン14および上ベーン16aを上シリンダ9に挿入し(S202)、クランクシャフト7を上軸受12に挿入する(S203)。そして、第1仕切板18および第2仕切板19を上シリンダ9上に設置し(S204)、V字クランパを閉じ、V字クランプ爪にて第1仕切板18および第2仕切板19を互いに寄せ、合わせ面22を密着させる(S205)。すると、図9に示すように仕切板11はV字クランプ爪のV字形状により案内されてY方向の位置が正確に位置決めされる。また、左右のV字クランプ爪の求心性によりX方向の位置が正確に位置決めされる。つまり、仕切板11の外円(外周)を基準面として内円21の芯出し・位置決めが極めて精密に行われる。
以下、本実施の形態3について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図10は、本発明の実施の形態3に係るロータリ圧縮機の仕切板11の組立工程を示すフローチャート図、図11は、本発明の実施の形態3に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部2の組立方法の一例を示す正面図、図12は、本発明の実施の形態3に係るロータリ圧縮機の仕切板11の組立方法を平面視した図である。
なお、図12に示すように、仕切板11の組立に用いられるクランパは、クランプシリンダ(第1クランプシリンダ42、第2クランプシリンダ44)およびクランプ爪(第1クランプ爪46、第2クランプ爪47)で構成されている。
まず、上シリンダ9を上軸受12と締結し、ベースプレート40上のワークセット治具41上に設置し(S301)、上ローリングピストン14および上ベーン16aを上シリンダ9に挿入し(S302)、クランクシャフト7を上軸受12に挿入する(S303)。次に、第1仕切板18および第2仕切板19を上シリンダ9上に設置し(S304)、クランクシャフト7の中間軸部20と中間軸受として機能する内円21を形成する半円部21a、21bとの間へ油を注入する(S305)。そして、クランクシャフト7をモータ装置(図示せず)にて回転させながら(S306)、クランパをゆっくり閉じ、クランプ爪にて第1仕切板18および第2仕切板19を互いに寄せ、合わせ面22を密着させる(S307)。
以下、本実施の形態4について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図13は、本発明の実施の形態4に係るロータリ圧縮機の仕切板11の組立工程を示すフローチャート図、図14は、本発明の実施の形態4に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部2の組立方法の一例を示す正面図、図15は、本発明の実施の形態4に係るロータリ圧縮機の仕切板11の組立方法を平面視した図である。
なお、図15に示すように、仕切板11の組立に用いられるV字クランパは、クランプシリンダ(第1クランプシリンダ42、第2クランプシリンダ44)およびV字クランプ爪(第1V字クランプ爪43、第2V字クランプ爪45)で構成されている。
そして、X軸ステージ駆動部でX軸ステージ部をX軸方向に移動させ、Y軸ステージ駆動部でY軸ステージ部をY軸方向に移動させることで、XYステージ53上に設けられたV字クランパの位置を2方向において調整することができるようになっている。なお、位置調整において、XYステージ53は、上記機構(サーボモータ駆動されたボールネジの送り機構)により移動量を微小かつ高精度に行うことが可能となっているが、上記機構ではなく、圧電素子などの精密位置決め機構にて変位センサ、エンコーダ、リニアスケールなどのセンシングによるフィードバック制御を行うようにしてもよい。
また、X軸ベースプレート54上には位置センサ50が複数設けられており、位置センサ50はセンサ前後シリンダ52に設けられたセンサホルダ51に取り付けられている。そして、センサ前後シリンダ52を動作させることにより位置センサ50の位置を1方向において調整することができるようになっている。
まず、上シリンダ9を上軸受12と締結し、ベースプレート40上のワークセット治具41上に設置し、上ローリングピストン14および上ベーン16aを上シリンダ9に挿入し、クランクシャフト7を上軸受12に挿入する。次に、第1仕切板18および第2仕切板19を上シリンダ9上に設置し、クランクシャフト7の中間軸部20と中間軸受として機能する内円21を形成する半円部21a、21bとの間へ油を注入する(S401)。そして、V字クランパを閉じ、V字クランプ爪にて第1仕切板18および第2仕切板19を互いに寄せ、合わせ面22を密着させたら(S402)、複数の位置センサ50の位置を仕切板11の外周上に調整する(S403)。
そして、仕切板11の外周(の前後左右)に配された複数の位置センサ50で仕切板11の振れ軌跡を測定し(S405)、その軌跡線データから最小2乗法により上軸受12の内円の中心を求める(S406)。
以下、本実施の形態5について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
ロータリ圧縮機の機械要素部品の潤滑を行うために、圧縮機シェル内には潤滑油4が貯留されている。潤滑油4は、圧縮機の摺動部品の磨耗・焼付を防止し、また可動部品の滑らかな動作により摩擦を低減させ、また圧縮室の隙間からの冷媒ガスの漏れを防止するなど、大変重要な役割を担っている。
図16は、本発明の実施の形態5に係るロータリ圧縮機の仕切板11の内円21およびクランクシャフト7の中間軸部20の加工形状の一例を概略的に示す図である。なお、図16の(A)〜(C)は、仕切板11に形成される油溝80の位置および数の異なるパターンをそれぞれ示している。
図16(A)に示すように、クランクシャフト7の中間軸部20には、給油横穴81が径方向に形成されており、仕切板11の内円21を形成する半円部21aには、円周方向または鉛直方向の油溝80が成形されている。この油溝80は、油を溜めるための溝である。
以下、本実施の形態6について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図17(A)〜(C)に示すように、給油横穴81の出口側(クランクシャフト7の外周側)の出口部82の形状を、円を直線で切欠いたDカット形状としている。そのため、遠心力により中間軸部20の外周側へと給油されやすく、クランクシャフト7の給油ポンプ穴28から給油横穴81(の出口部82)を通じて、潤滑油4が中間軸受(仕切板11の内円21)に供給されやすい構造となっている。
また、仕切板11を左右に分割する構造にて組立時に仕切板11の内円21をクランクシャフト7の偏心部8を通過させる必要がある際に生じる寸法上の制約を回避し、クランクシャフト7の偏心量を大きくすることでストロークボリュームを拡大させる。加えて上軸受12・下軸受13・および仕切板11の内円21(中間軸受)による3点以上の多点支持により、クランクシャフト7の撓みを抑制し、シリンダの高さの拡大や、3気筒、4気筒といった多気筒化を可能にするものであり、多気筒ロータリ圧縮機の冷凍能力の向上を達成することにより、空気調和装置や冷凍装置の能力向上、小型化、低コスト化、省エネルギー化、を実現するものである。
Claims (8)
- 密閉用器内に収納される圧縮機構部とモータ部とを備え、
前記圧縮機構部は、
複数の偏心部を有し、前記モータ部により駆動されるクランクシャフトと、
前記クランクシャフトを回転自在に支持する軸受と、
前記偏心部のそれぞれに嵌入されたローリングピストンと、
前記ローリングピストンとの間で圧縮室を形成する圧縮室部を有する複数のシリンダと、
前記複数のシリンダ間を仕切る仕切板と、を備え、
前記仕切板は、
分割された第1仕切板と第2仕切板とからなり、
前記第1仕切板および前記第2仕切板は、合わせ面に半円部をそれぞれ有し、
前記第1仕切板と前記第2仕切板とを合わせ面で密着させた際に、それらの半円部で前記クランクシャフトが貫通する内円を構成し、該内円は軸受を構成するロータリ圧縮機の製造方法であって、
前記仕切板の製造工程において、
前記第1仕切板と前記第2仕切板とを前記合わせ面で密着させた状態でそれらの半円部を同時に加工する工程と、
前記同時に加工した前記第1仕切板と前記第2仕切板とをセットの状態で後工程へ搬送する工程と、を備え、
前記加工する工程は、
前記第1仕切板および前記第2仕切板の外周も同時に加工する
ことを特徴とするロータリ圧縮機の製造方法。 - 前記圧縮機構部の組立において、
前記第1仕切板および前記第2仕切板の外周を基準として前記内円の位置決めを行う
ことを特徴とする請求項1に記載のロータリ圧縮機の製造方法。 - 前記圧縮機構部の組立において、
前記クランクシャフトと、前記第1仕切板の半円部と、前記第2仕切板の半円部との間に油を注入する工程と、
前記クランクシャフトを回転させる工程と、
前記第1仕切板の半円部と前記第2仕切板の半円部とを前記合わせ面で密着させて前記内円の位置決めを行う工程と、を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載のロータリ圧縮機の製造方法。 - 密閉用器内に収納される圧縮機構部とモータ部とを備え、
前記圧縮機構部は、
複数の偏心部を有し、前記モータ部により駆動されるクランクシャフトと、
前記クランクシャフトを回転自在に支持する軸受と、
前記偏心部のそれぞれに嵌入されたローリングピストンと、
前記ローリングピストンとの間で圧縮室を形成する圧縮室部を有する複数のシリンダと、
前記複数のシリンダ間を仕切る仕切板と、を備え、
前記仕切板は、
分割された第1仕切板と第2仕切板とからなり、
前記第1仕切板および前記第2仕切板は、合わせ面に半円部をそれぞれ有し、
前記第1仕切板と前記第2仕切板とを合わせ面で密着させた際に、それらの半円部で前記クランクシャフトが貫通する内円を構成し、該内円は軸受を構成するロータリ圧縮機の製造方法であって、
前記仕切板の製造工程において、
前記第1仕切板と前記第2仕切板とを前記合わせ面で密着させた状態でそれらの半円部を同時に加工する工程と、
前記同時に加工した前記第1仕切板と前記第2仕切板とをセットの状態で後工程へ搬送する工程と、を備え、
前記圧縮機構部の組立において、
前記第1仕切板の半円部と前記第2仕切板の半円部とを前記合わせ面で密着させる工程と、
前記クランクシャフトを回転させる工程と、
前記第1仕切板と前記第2仕切板の外周の振れを測定する工程と、
前記振れの測定結果に基づいて前記内円の位置決めを行う工程と、を備えた
ことを特徴とするロータリ圧縮機の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のロータリ圧縮機の製造方法によって得られたロータリ圧縮機。
- 前記第1仕切板の半円部および前記第2仕切板の半円部のうち、少なくともいずれか一方に油を溜めるための油溝を有する
ことを特徴とする請求項5に記載のロータリ圧縮機。 - 前記クランクシャフトは前記油溝に油を供給するための給油横穴を有する
ことを特徴とする請求項6に記載のロータリ圧縮機。 - 前記給油横穴の出口部の形状は、円を直線で切欠いたDカット形状である
ことを特徴とする請求項7に記載のロータリ圧縮機。
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