JP2012193687A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸部材の剛性を向上することによって、安定動作する圧縮機を、提供することにある。
【解決手段】
圧縮機は、ケーシング（１１）と、電動機（２１）と、圧縮要素（３０）と、軸部材（２２）とを、備える。電動機（２１）は、ケーシングの内部に固定される固定子（５０）と、ケーシングの内部で固定子に対向して回転する回転子（４０）とを有する。圧縮要素（３０）は、ケーシングに収納され、作動流体を圧縮する。軸部材（２２）は、軸本体（２２ａ）と筒状部材（２２ｂ）とを、有する。軸本体（２２ａ）は、回転子と圧縮要素とが連結され且つケーシングの内部に回転自在に装着される。筒状部材（２２ｂ）は、表面処理が施されており、回転子と圧縮要素との間において軸本体に装着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関する。

従来の圧縮機は、ケーシングと、電動機と、圧縮要素としての圧縮機構と、駆動軸としてのシャフトとを、備えている（特許文献１を参照）。電動機は、固定子と回転子とから構成されている。固定子は、ケーシングの内部に固定されている。回転子は、固定子に対向してシャフトに装着されている。圧縮機構は、シャフトに設けられた偏心部を有している。圧縮機構では、偏心部が回転することによって、冷媒が圧縮される。このような圧縮機では、偏心部の回転によって、シャフトには遠心力が発生する。このため、シャフトの剛性を向上するために、シャフトを鋼管で形成している。また、シャフトの摺動性能を向上するために、シャフトの表面には、耐摩耗処理が施されている。

従来の圧縮機では、シャフトの剛性及び耐摩耗性を向上するために、シャフトを鋼管で形成し、且つシャフトの表面には耐摩耗処理が施されていた。しかしながら、シャフトは、低回転数から高回転数に至るまでの幅広い領域において回転する。このため、シャフトの長さ及び軸径や偏心力の大きさ等によっては、高回転域において、シャフトの剛性が不足するおそれがある。これにより、例えばシャフトの回転数が高くなると、シャフトに撓みが発生したり、シャフトの撓みに伴う振動音が発生したりするおそれがある。

本発明の課題は、軸部材の剛性を向上することによって、安定動作する圧縮機を、提供することにある。

第１観点に係る圧縮機は、ケーシングと、電動機と、圧縮要素と、軸部材とを、備えている。電動機は、固定子と回転子とを有している。固定子は、ケーシングの内部に固定される。回転子は、ケーシングの内部で固定子に対向して回転する。圧縮要素は、ケーシングに収納され、作動流体を圧縮する。軸部材は、軸本体と筒状部材とを、有している。軸本体には、回転子と圧縮要素とが連結されている。軸本体は、ケーシングの内部に回転自在に装着される。筒状部材は、回転子と圧縮要素との間において軸本体に装着される。筒状部材には、表面処理が施されている。

圧縮機では、軸本体には回転子と圧縮要素とが連結されているので、軸本体における回転子と圧縮要素との間の部分は、軸本体において回転子と圧縮要素とが連結された部分より、剛性が低くなっている。しかしながら、本圧縮機では、筒状部材を回転子と圧縮要素との間において軸本体に装着することによって、軸本体における回転子と圧縮要素との間の部分の剛性を向上することができる。すなわち、筒状部材を上記のように軸本体に装着することによって、軸部材に発生しうる撓みを抑制することができる。

また、本圧縮機では、軸部材において筒状部材を軸本体とは別体にし、軸本体に直接的に表面処理が施されるのではなく、筒状部材に対して表面処理が施されている。すなわち、軸本体より形状が単純な筒状部材に対して、表面処理が施されている。これにより、様々なタイプの表面処理を、軸部材に対して容易に施すことができる。

さらに、本圧縮機では、軸本体に装着された筒状部材を、電動機の回転子を軸本体に連結するときの位置決め部材として、用いることができるので、圧縮機の組み立てを容易に行うことができる。

第２観点に係る圧縮機では、第１観点に係る圧縮機において、筒状部材の材質が、金属である。金属製の筒状部材には、表面硬化処理及び表面滑化処理の少なくともいずれか一方の表面処理が、施されている。

この場合、筒状部材が金属で形成されているので、様々なタイプの表面処理を容易に施すことができる。また、金属製の筒状部材には、表面硬化処理及び表面滑化処理の少なくともいずれか一方の表面処理が、施されているので、軸部材の耐摩耗性及び耐疲労性を、向上することができる。

第３観点に係る圧縮機では、第２観点に係る圧縮機において、表面硬化処理が、物理的表面硬化処理及び化学的表面硬化処理を、含んでいる。

この場合、筒状部材が軸本体とは別体になっているので、筒状部材に対して、様々なタイプの表面処理、例えば物理的表面硬化処理や化学的表面硬化処理を、容易に施すことができる。詳細には、筒状部材の表面層を、物理的に容易に変化させたり化学的に容易に反応させたりすることができる。

第４観点に係る圧縮機では、第３観点に係る圧縮機において、化学的表面硬化処理が、浸炭処理、窒化処理、及び酸化処理を含んでいる。物理的表面硬化処理は、高周波焼入れ処理、ガス焼入れ処理、レーザ焼入れ処理、アーク放電焼入れ処理、及び溶融処理を、含んでいる。

ここでは、浸炭処理、ガス焼入れ処理、レーザ焼入れ処理、又は溶融処理が、表面硬化処理として用いられた場合、軸部材の耐摩耗性を向上することができる。また、窒化処理や高周波焼入れ処理が表面硬化処理として用いられた場合、軸部材の耐摩耗性及び耐疲労性を、向上することができる。また、酸化処理やアーク放電焼入れ処理が表面硬化処理として用いられた場合、耐摩耗性及び耐食性を向上することができる。

第５観点に係る圧縮機では、第２観点から第４観点のいずれかに係る圧縮機において、表面滑化処理が、浸硫処理を含んでいる。この場合、浸硫処理を表面滑化処理として用いることによって、摩擦係数が小さくなり、焼付きが起こりづらくなる。これにより、軸部材の耐摩耗性及び耐疲労性を向上することができる。

第６観点に係る圧縮機では、第１観点から第６観点のいずれかに係る圧縮機において、筒状部材が、締まり嵌めによって軸本体に装着されている。この場合、特別な部材を用いることなく、筒状部材を軸部材に密着させた状態で、筒状部材を軸部材に確実に装着することができる。これにより、筒状部材と軸部材とを確実に一体回転させることができる。

第７観点に係る圧縮機では、第６観点に係る圧縮機において、締まり嵌めが、筒状部材を加熱することによって軸本体に装着する焼き嵌めである。この場合、筒状部材が焼き嵌めによって軸本体に装着されているので、筒状部材を軸部材に確実に密着させることができる。また、焼き嵌めによって筒状部材を軸部材に密着させることによって、軸部材の剛性を向上することができる。

第１観点に係る圧縮機では、筒状部材を回転子と圧縮要素との間において軸本体に装着することによって、軸本体における回転子と圧縮要素との間の部分の剛性を向上することができる。すなわち、筒状部材を上記のように軸本体に装着することによって、軸部材に発生しうる撓みを抑制することができる。また、本圧縮機では、軸部材において筒状部材を軸本体とは別体にすることによって、様々なタイプの表面処理を、軸部材に対して容易に施すことができる。さらに、本圧縮機では、軸本体に装着された筒状部材を、電動機の回転子を軸本体に連結するときの位置決め部材として、用いることができるので、圧縮機の組み立てを容易に行うことができる。

第２観点に係る圧縮機では、筒状部材が金属で形成されているので、様々なタイプの表面処理を容易に施すことができる。また、金属製の筒状部材には、表面硬化処理及び表面滑化処理の少なくともいずれか一方の表面処理が、施されているので、軸部材の耐摩耗性、及び耐疲労性を、向上することができる。

第３観点に係る圧縮機では、筒状部材が軸本体とは別体になっているので、筒状部材に対して、様々なタイプの表面処理、例えば物理的表面硬化処理や化学的表面硬化処理を、容易に施すことができる。詳細には、筒状部材の表面層を、物理的に容易に変化させたり化学的に容易に反応させたりすることができる。

第４観点に係る圧縮機では、浸炭処理、窒化処理、及び酸化処理を含む化学的表面硬化処理や、高周波焼入れ処理、ガス焼入れ処理、レーザ焼入れ処理、アーク放電焼入れ処理、及び溶融処理を含む物理的表面硬化処理を、用いることによって、軸部材の耐摩耗性、耐疲労性、及び耐食性等を向上することができる。

第５観点に係る圧縮機では、浸硫処理を表面滑化処理として用いることによって、摩擦係数が小さくなり、焼付きが起こりづらくなる。これにより、軸部材の耐摩耗性を向上することができる。

第６観点に係る圧縮機では、筒状部材が締まり嵌めによって軸本体に装着されているので、特別な部材を用いることなく、筒状部材を軸部材に密着させた状態で、筒状部材を軸部材に確実に装着することができる。これにより、筒状部材と軸部材とを確実に一体回転させることができる。

第７観点に係る圧縮機では、筒状部材が焼き嵌めによって軸本体に装着されているので、筒状部材を軸部材に確実に密着させることができる。これにより、筒状部材と軸部材とを確実に一体回転させることができ、軸部材の剛性も向上することができる。

本発明の一実施形態に係るロータリー圧縮機の断面図である。 駆動軸の部分断面図である。 一変形例としてのロータリー圧縮機の断面図である。

（１）ロータリー圧縮機の構成
以下、図面に基づいて、本発明に係るロータリー圧縮機の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るロータリー圧縮機の断面図である。以下、本発明の一実施形態に係る電動機２１を備えたロータリー圧縮機１０について詳細に説明する。

ロータリー圧縮機１０は、図１に示すように、１シリンダ型のロータリー圧縮機である。ロータリー圧縮機１０は、密閉ケーシング１１と、駆動機構２０と、圧縮機構３０（圧縮要素）とを、備えている。

このロータリー圧縮機１０では、圧縮機構３０が、密閉ケーシング１１内に配置されている。詳細には、密閉ケーシング１１内において、圧縮機構３０が、駆動機構２０の下側に配置されている。圧縮機構３０は、低圧のガス冷媒を圧縮する。圧縮機構３０は、ロータリー型の圧縮機構である。圧縮機構３０は、主として、駆動軸２２の軸受けとして機能するフロントヘッド部材３１及びリアヘッド部材３２と、シリンダ３３と、ピストン３４と、マフラ部材３５とを有している。

フロントヘッド部材３１は、電動機２１に近い側でシリンダ３３に装着されている。具体的には、フロントヘッド部材３１は、シリンダ３３の上面に装着されている。フロントヘッド部材３１は、円筒状に形成された第１円筒部３１ａと、第１円筒部３１ａの一端から外方に延びた第１フランジ部３１ｂとを、有している。第１円筒部３１ａには、駆動軸２２が挿通される。第１フランジ部３１ｂは、シリンダ３３の上面に配置され、ボルトによりシリンダ３３に固定される。

リアヘッド部材３２は、電動機２１から遠い側でシリンダ３３に装着されている。具体的には、リアヘッド部材３２は、シリンダ３３の下面に装着されている。リアヘッド部材３２は、円筒状に形成された第２円筒部３２ａと、第１円筒部３１ａの一端から外方に延びた第２フランジ部３２ｂとを、有している。第２円筒部３２ａには、駆動軸２２が挿通される。第２フランジ部３２ｂは、シリンダ３３の下面に配置され、図示しないボルトによりシリンダ３３に固定される。

シリンダ３３は、略円板状の金属製の鋳造部材である。シリンダ３３には、吸入通路３６とシリンダ室Ｓ１とが、形成されている。吸入通路３６は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入するための通路である。吸入通路３６は、シリンダ３３の外周面と内周面とを径方向に貫通するように形成されている。そして、吸入通路３６は、内側端がシリンダ室Ｓ１に開口し、外側端がシリンダ３３の外周部において開口している。

シリンダ室Ｓ１は、吸入通路３６から吸入される冷媒が流入する空間である。シリンダ室Ｓ１には、ピストン３４が収容されている。シリンダ室Ｓ１は、ピストン３４によって、図示しない低圧室及び高圧室に、区画されている。低圧室には、吸入通路３６の内側端が連通している。

ピストン３４は、シリンダ室Ｓ１内に流入した冷媒を圧縮するためのものである。ピストン３４は、シリンダ室Ｓ１の内部の冷媒を圧縮する円筒状のローラ部４１を、有している。ローラ部４１は、駆動軸２２に設けられた偏心部２３において、駆動軸２２に回動自在に装着されている。このローラ部４１は、シリンダ室Ｓ１の内部に配置される。

このような圧縮機構３０では、吸入通路３６から低圧室に吸入された冷媒が、高圧室において圧縮される。詳細には、圧縮機構３０は、ピストン３４をシリンダ室Ｓ１の内部において揺動させることによって、シリンダ室Ｓ１の容積を変化させている。これにより、冷媒が、高圧室において圧縮される。

駆動機構２０は、図１に示すように、密閉ケーシング１１内に配置されている。詳細には、駆動機構２０は、密閉ケーシング１１内の上部側に収容されている。駆動機構２０は、圧縮機構３０を駆動する。駆動機構２０は、駆動源となる電動機２１と、電動機２１に取り付けられる駆動軸２２（軸部材）とを有する。

電動機２１は、駆動軸２２を回転駆動するためのものである。電動機２１は、主として、回転子４０と、固定子５０とを、有している。回転子４０は、駆動軸２２に固定される。具体的には、回転子４０は、焼き嵌めによって駆動軸２２（後述する軸本体２２ａ）に固定されており、駆動軸２２と共に回転する。回転子４０は、回転子本体４０ａと、回転子本体に埋設された磁石（図示しない）とを、有している。固定子５０は、回転子４０の径方向外方に所定の空間を隔てて、密閉ケーシング１１の内部に固定されている。固定子５０は、円筒状の固定子本体５１と、固定子本体に巻かれたコイル（図示しない）とを、有している。上記のような電動機２１では、固定子５０のコイルに電気が流されると、コイルの内側に回転磁界が発生し、回転子４０が駆動軸２２と共に回転する。なお、以下では、回転子本体４０ａを回転子４０と同義で用い、固定子本体５１を固定子５０と同義で用いる場合がある。

駆動軸２２は、密閉ケーシング１１の内部に回転自在に装着されている。また、駆動軸２２は、回転子４０に挿嵌している。また、駆動軸２２は、偏心部２３を介して、ピストン３４のローラ部４１に挿通されている。これにより、駆動軸２２が回転子４０と共に回転すると、偏心部２３が駆動軸２２まわりに偏心しながら回転する。すると、ピストン３４が揺動し、上記の圧縮機構３０において説明したように、シリンダ室Ｓ１の冷媒が圧縮される。

駆動軸２２は、軸本体２２ａと筒状部材２２ｂとを有している。軸本体２２ａは、金属製の鋼管から構成されている。軸本体２２ａには、回転子４０と圧縮機構３０とが連結されている。軸本体２２ａは、密閉ケーシング１１の内部に回転自在に装着されている。具体的には、軸本体２２ａは、フロントヘッド部材３１、シリンダ３３、及びリアヘッド部材３２に挿通された状態で、密閉ケーシング１１の内部に回転自在に装着されている。

筒状部材２２ｂは、金属製である。例えば、筒状部材２２ｂの材質としては、例えば、鋼材が用いられている。この筒状部材２２ｂを軸本体２２ａに装着することによって、駆動軸２２の剛性を、確実に向上することができる。

また、筒状部材２２ｂには、表面処理例えば表面硬化処理が、施されている。ここでは、例えば、表面硬化処理として、化学的表面硬化処理又は物理的表面硬化処理が、用いられる。化学的表面硬化処理は、浸炭処理、窒化処理、及び酸化処理を含んでいる。また、物理的表面硬化処理は、高周波焼入れ処理、ガス焼入れ処理、レーザ焼入れ処理、アーク放電焼入れ処理、及び溶融処理を、含んでいる。

浸炭処理は、筒状部材２２ｂの表面に炭素を浸透させた後に焼入れすることによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。窒化処理は、筒状部材２２ｂの表面に窒素を浸透させることによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。この処理では、焼入れをする必要はない。酸化処理は、筒状部材２２ｂの表面に酸化膜を形成することによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。酸化処理は、窒化処理と同時に行われることもあり、この処理は、酸窒化処理と呼ばれる。

高周波焼入れ処理は、高周波による表皮効果（スキン・エフェクト）を利用して筒状部材２２ｂの表面だけを加熱することによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。ガス焼入れ処理は、ガス火炎を用いて筒状部材２２ｂの表面を加熱することによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。レーザ焼入れ処理は、レーザ・ビームを用いて筒状部材２２ｂの表面を線状の螺旋状あるいは縦線状に加熱することによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。アーク放電焼入れ処理は、アーク放電を用いて筒状部材２２ｂの表面を加熱することによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。溶融処理は、火炎や高周波加熱によって筒状部材２２ｂの表面を溶融することによって、筒状部材２２ｂの表面を硬化させる処理である。筒状部材２２ｂの外周面には、図２に破線で示すように、上記のような表面処理のいずれか１つが施される。

このように筒状部材２２ｂに表面処理を施すことによって、筒状部材２２ｂによる駆動軸２２の剛性を向上した上で、少なくとも駆動軸２２の耐摩耗性を向上することができる。また、この表面処理によって、耐疲労性及び耐食性等の少なくともいずれか１つを、耐摩耗性に加えて、さらに向上することができる。

上記のような筒状部材２２ｂは、回転子４０と圧縮機構３０との間において軸本体２２ａに装着されている。筒状部材２２ｂは、締まり嵌めによって軸本体２２ａに装着される。例えば、筒状部材２２ｂは、焼き嵌めによって軸本体２２ａに装着される。すなわち、筒状部材２２ｂを加熱することによって膨張させた状態で、筒状部材２２ｂが軸本体２２ａに装着される。また、筒状部材２２ｂは、フロントヘッド部材３１の第１円筒部３１ａの内周面と、軸本体２２ａとの間に配置される。

このように筒状部材２２ｂを軸本体２２ａに焼き嵌め装着することによって、本駆動軸２２が、筒状部材２２ｂを用いていない場合の駆動軸（従来タイプの駆動軸）と同径で同じ厚さに形成されたとしても、筒状部材２２ｂを用いない場合の駆動軸より、剛性、耐摩耗性、耐疲労性、及び耐食性等の少なくともいずれか１つを、確実に向上することができる。

（２）特徴
本実施形態に係る圧縮機１０では、筒状部材２２ｂを回転子４０と圧縮機構３０との間において軸本体２２ａに装着することによって、軸本体２２ａにおける回転子４０と圧縮機構３０との間の部分の剛性を向上することができる。すなわち、筒状部材２２ｂを上記のように軸本体２２ａに装着することによって、駆動軸２２に発生しうる撓みを抑制することができる。また、本圧縮機１０では、駆動軸２２において筒状部材２２ｂを軸本体２２ａとは別体にすることによって、様々なタイプの表面処理を、駆動軸２２に対して容易に施すことができる。さらに、本圧縮機１０では、軸本体２２ａに装着された筒状部材２２ｂを、電動機２１の回転子４０を軸本体２２ａに連結するときの位置決め部材として、用いることができるので、圧縮機１０の組み立てを容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る圧縮機１０では、筒状部材２２ｂが金属で形成されているので、様々なタイプの表面処理を容易に施すことができ、駆動軸２２の耐摩耗性、耐疲労性、及び耐食性等を、向上することができる。

さらに、本実施形態に係る圧縮機１０では、筒状部材２２ｂが締まり嵌め例えば焼き嵌めによって軸本体２２ａに装着されているので、特別な部材を用いることなく、筒状部材２２ｂを駆動軸２２に密着させた状態で、筒状部材２２ｂを駆動軸２２に確実に装着することができる。これにより、筒状部材２２ｂと駆動軸２２とを確実に一体回転させることができ、駆動軸２２の剛性も向上することができる。

（３）変形例
以下に変形例を示す。以下の変形例では、上記実施形態に対応する部材や部分については、同じ符号を付している。

（３−１）
上記実施形態の圧縮機１０では、筒状部材２２ｃの外周面に表面硬化処理が施される場合の例を示したが、筒状部材２２ｃの表面処理の形態については、上記実施形態に限定されず、どのようにしてもよい。例えば、筒状部材２２ｃの外周面には、表面滑化処理が施されてもよい。ここで用いられる表面滑化処理には、浸硫処理が含まれている。浸硫処理を表面滑化処理として用いた場合、筒状部材２２ｃを軸本体２２ａに装着した状態における駆動軸２２の摩擦係数を小さくすることができ、焼付きを起こりづらくすることができる。これにより、駆動軸２２の耐摩耗性を向上することができる。

（３−２）
上記実施形態の圧縮機１０では、電動機２１と圧縮機構３０との間において、筒状部材２２ｂをフロントヘッド部材３１の第１円筒部３１ａの内周面と軸本体２２ａとの間に配置することによって、駆動軸２２の剛性及び耐摩耗性を向上している。これに加えて、図３に示すように、リアヘッド部材３２の第２円筒部３２ａの内周面と軸本体２２ａとの間にも、上記実施形態と同様の筒状部材２２ｂを配置するようにしてもよい。すなわち、上記実施形態と同様の筒状部材２２ｂを、軸本体２２ａの下端部に締まり嵌め例えば焼き嵌め固定してもよい。これにより、上記実施形態の効果に加えて、駆動軸２２の耐摩耗性、耐疲労性、及び耐食性等を、さらに向上することができる。

１１ 密閉ケーシング（ケーシング）
２１ 電動機
２２ 駆動軸（軸部材）
２２ａ 軸本体
２２ｂ，２２ｃ 筒状部材
３０ 圧縮機構（圧縮要素）
４０ 回転子
５０ 固定子

特開２０００−２２７０８３号公報

Claims (7)

1. ケーシング（１１）と、
   前記ケーシングの内部に固定される固定子（５０）と、前記ケーシングの内部で前記固定子に対向して回転する回転子（４０）とを有する電動機（２１）と、
   前記ケーシングに収納され、作動流体を圧縮する圧縮要素（３０）と、
   前記回転子と前記圧縮要素とが連結され且つ前記ケーシングの内部に回転自在に装着される軸本体（２２ａ）と、前記回転子と前記圧縮要素との間において前記軸本体に装着される、表面処理が施された筒状部材（２２ｂ）とを、有する軸部材（２２）と、
   を備える圧縮機。
2. 前記筒状部材の材質は、金属であり、
   金属製の前記筒状部材には、表面硬化処理及び表面滑化処理の少なくともいずれか一方の表面処理が、施されている、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記表面硬化処理は、物理的表面硬化処理及び化学的表面硬化処理を、含んでいる、
   請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記化学的表面硬化処理は、浸炭処理、窒化処理、及び酸化処理を含み、
   前記物理的表面硬化処理は、高周波焼入れ処理、ガス焼入れ処理、レーザ焼入れ処理、アーク放電焼入れ処理、及び溶融処理を、含んでいる、
   請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記表面滑化処理は、浸硫処理を含んでいる、
   請求項２から４のいずれかに記載の圧縮機。
6. 前記筒状部材は、締まり嵌めによって前記軸本体に装着されている、
   請求項１から５のいずれかに記載の圧縮機。
7. 前記締まり嵌めは、前記筒状部材を加熱することによって前記軸本体に装着する焼き嵌めである、
   請求項６に記載の圧縮機。

Images