JP2021032089A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸に対してモータの回転子を適切に配置する【解決手段】圧縮機は、圧縮機構と、クランク軸２０と、クランク軸２０と連結する回転子４０を有するモータと、クランク軸２０に装着されるスペーサ３０と、を備える。クランク軸２０は、第１部２１と第２部２２と段差面２５とを有している。第１部２１の外径Ｄ１よりも、第２部２２の外径Ｄ２は大きい。段差面２５は、第１部２１と第２部２２との間に形成される。スペーサ３０は、段差面２５と接触する第１接触面３１と、回転子の一端４２ａと接触する第２接触面３２とを有する。スペーサ３０は、第１接触面３１が段差面２５に当たった状態で、第１部２１に配置される。回転子４０は、その一端４２ａが第２接触面３２に当たった状態で、第１部２１に配置される。回転軸視において、第２接触面３２の外縁３２ａは、第２部２２の外縁２２ａよりも、回転軸から離れている。【選択図】図２Ｂ

Description

圧縮機に関する。

特許文献１（特開昭５９−２８０８８号公報）には、スクロール圧縮機が開示されている。このようなスクロール圧縮機では、一般的に、クランク軸に段差面を形成し、その段差面を利用して各部品をクランク軸に装着する。

このように各部品をクランク軸に装着する構造において、クランク軸の剛性を確保するためには段差面を小さくしなければならないが、小さな段差面ではクランク軸への部品の安定的な装着が難しくなる。

第１観点の圧縮機は、圧縮機構と、クランク軸と、モータと、スペーサと、を備えている。クランク軸は、回転軸を中心に回転し、圧縮機構を駆動させる。モータは、クランク軸と連結する回転子を有し、クランク軸を回転させる。スペーサは、クランク軸に装着される。クランク軸は、第１部と第２部と段差面とを有している。第１部は、外径が第１寸法である。第２部は、外径が、第１寸法よりも大きい第２寸法である。段差面は、第１部と第２部との間に形成されている。スペーサは、第１接触面と第２接触面とを有する。第１接触面は、クランク軸の段差面と接触する。第２接触面は、モータの回転子の一端と接触する。スペーサは、第１接触面が段差面に当たった状態で、クランク軸の第１部に配置される。回転子は、その一端が第２接触面に当たった状態で、クランク軸の第１部に配置される。回転軸視において、第２接触面の外縁は、クランク軸の第２部の外縁よりも、回転軸から離れている。

ここでは、クランク軸の段差面と、モータの回転子との間に、スペーサを介在させている。スペーサの第２接触面の外縁が、クランク軸の第２部の外縁よりも、回転軸から離れているため、段差面が小さい場合にもクランク軸に対してモータの回転子を適切に配置することができる。

第２観点の圧縮機は、第１観点の圧縮機であって、バランスウェイトをさらに備えている。バランスウェイトは、クランク軸の第２部に固定される。

第３観点の圧縮機は、第１観点又は第２観点の圧縮機であって、スペーサは、円筒形状である。スペーサの内径は、クランク軸の第２部の外径よりも小さい。スペーサの外径は、クランク軸の第２部の外径よりも大きい。

ここでは、シンプルな円筒形状のスペーサによって、製造コストを抑えながら、クランク軸に対してモータの回転子を適切に配置することができる。

第４観点の圧縮機は、第１観点から第３観点のいずれかの圧縮機であって、クランク軸を軸支する軸受、をさらに備えている。クランク軸は、第３部をさらに有している。その第３部は、外径が、回転軸視において第２寸法よりも大きい第３寸法である。軸受は、クランク軸の第３部に配置される。

第５観点の圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれかの圧縮機であって、回転子は、積層鋼板と、その積層鋼板の回転軸方向における端部を覆う端板と、を有している。

ここでは、端板の内径が積層鋼板の内径よりも大きい場合であっても、それらを有する回転子を、スペーサを介してクランク軸の段差面で位置決めすることが可能になる。

第６観点の圧縮機は、第５観点の圧縮機であって、スペーサの回転軸方向に沿った長さは、回転子の端板の厚みよりも長い。

ここでは、スペーサの剛性が大きいため、スペーサを介したクランク軸の段差面による回転子の位置決めが、適切に為されるようになる。

第７観点の圧縮機は、第１観点又は第２観点の圧縮機であって、スペーサの第１接触面は、第２接触面よりも小さい。

ここでは、回転子の内径が大きく、それに合わせてスペーサの第２接触面を大きくしたとしても、スペーサの第１接触面はクランク軸の段差面に合わせた大きさにすることができる。

第８観点の圧縮機は、第１観点から第７観点のいずれかの圧縮機であって、回転子には、回転軸方向に沿って貫通する穴が形成されている。スペーサの第２接触面は、その回転子の穴を塞がない大きさ及び／又は形状になっている。

ここでは、スペーサを設けた場合であっても、圧縮機内の冷媒ガスの流れを、回転子の穴によって良くすることができる。

スクロール圧縮機の縦断面図。 クランク軸に固定されたスペーサ及び回転子の拡大縦断面図。 図２Ａの部分拡大図。 スペーサの斜視図。 クランク軸へのスペーサの挿入を示す図。 スペーサが固定されたクランク軸への回転子の挿入を示す図。 クランク軸への回転子の挿入後の状態を示す図。 変形例のスペーサの斜視図。

（１）全体構成
スクロール圧縮機１０（以下、圧縮機１０と言う）の縦断面図を図１に示す。圧縮機１０は、ケーシング１０ａによって密閉される密閉型の圧縮機であって、主として、圧縮機構１５、クランク軸２０、スペーサ３０、モータ４５、バランスウェイト５０、軸受６０、などを備える。スペーサ３０、モータ４５の回転子４０、バランスウェイト５０及び軸受６０は、クランク軸２０に装着される。これらの各部品は、軸受６０、バランスウェイト５０、スペーサ３０、回転子４０の順に、クランク軸２０に装着される。

（２）詳細構成
（２−１）圧縮機構１５
圧縮機構１５は、低圧の冷媒ガスを圧縮し、高圧の冷媒ガスを吐出する。圧縮機構１５は、主として、固定スクロール１５ａと、可動スクロール１５ｂとを有する。固定スクロール１５ａと可動スクロール１５ｂとは、圧縮室を構成する。可動スクロール１５ｂは、後述するクランク軸の偏芯部２４によって旋回する。可動スクロール１５ｂが旋回することで、圧縮室内のガス冷媒が圧縮され、高圧の冷媒ガスになる。

（２−２）クランク軸２０
図１に示すように、クランク軸２０は、主軸部と偏芯部２４からなる。主軸部は、回転軸ＡＸを中心とする中空の軸であり、第１部２１と、第２部２２と、第３部２３と、を含む。第１部２１の外径Ｄ１は、図２Ａに示すように、３２ｍｍである。第２部２２の外径Ｄ２は、３４ｍｍである。第３部２３の外径は、第２部２２の外径Ｄ２よりも大きく、３５ｍｍである。偏芯部２４は、その中心が回転軸ＡＸに対して平面視においてオフセットしている。

また、第１部２１と第２部２２との間には、外径Ｄ１，Ｄ２の違いにより、段差面２５が形成されている（図２Ａ参照）。第２部２２と第３部２３との間にも別の段差面が形成されているが、ここでは説明を省略する。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、段差面２５は、環状の、周方向の各位置で幅が等しい面である。段差面２５の幅は、（Ｄ２−Ｄ１）の半分であり、約１ｍｍとなっている。

（２−３）軸受６０
軸受６０は、転がり軸受である。軸受６０の内輪は、クランク軸２０の第３部２３に挿入され、固定される。

（２−４）バランスウェイト５０
バランスウェイト５０は、クランク軸２０に軸受６０が固定された後に、クランク軸２０の第２部２２に挿入され、固定される。

（２−５）モータ４５
モータ４５は、周知のとおり、固定子と回転子４０とを備える。固定子は、圧縮機１０のケーシング１０ａに固定される。回転子４０は、固定子の内側（回転軸ＡＸ側）に配置される円筒状の部品であり、クランク軸２０に固定される。固定子に電流を流し、回転子４０が回転することで、モータ４５はクランク軸２０を回転させる。

（２−５−１）回転子４０
回転子４０は、図２Ａに示すように、積層鋼板４１と、上下の端板４２，４３とを有する。積層鋼板４１の上下に端板４２，４３が配置され、リベットで一体化されている。回転子４０には、上下を貫通する複数の穴が形成されており、それらの穴の中を冷媒ガスが流れる。これにより、モータ４５の冷却などが行われる。

積層鋼板４１の内径は、クランク軸２０の第１部２１の外径Ｄ１と概ね等しく、３２ｍｍである。端板４２，４３の内径Ｄ６は、図２Ｂに示すように、３３ｍｍであり、積層鋼板４１の内径よりも大きい。

（２−６）スペーサ３０
スペーサ３０の斜視図を図３に示す。スペーサ３０は、金属製の円筒状の部品である。スペーサ３０の内径Ｄ４は、クランク軸２０の第１部２１の外径Ｄ１と概ね等しく、３２ｍｍである。スペーサ３０の外径Ｄ５は、４０ｍｍである。したがって、クランク軸２０の段差面２５と接触する第１接触面３１となる上面は、環状の面であって、その幅が４ｍｍである。回転子４０の端板４２と接触する第２接触面３２となる下面も、環状の面であって、その幅が４ｍｍである。

回転軸ＡＸに沿ったスペーサ３０の長さＬ１は、図２Ｂに示す回転子４０の端板４２，４３の厚みＴよりも大きい。具体的には、スペーサ３０の長さＬ１は、端板４２，４３の厚みＴの３倍以上の寸法になっている。

（３）回転子４０のクランク軸２０への固定
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、クランク軸２０に回転子４０を装着する手順を説明する。

上述のように、軸受６０が第３部２３に、バランスウェイト５０が第２部２２に固定されたクランク軸２０に対して、回転子４０を固定する前に、まずスペーサ３０がクランク軸の第１部２１に挿入される（図４Ａ参照）。ここでは、スペーサ３０の上面である第１接触面３１がクランク軸２０の段差面２５に当たるまで、スペーサ３０がクランク軸の第１部２１に挿入される。図４Ｂに示すように、スペーサ３０が圧入される形でクランク軸の第１部２１の段差面２５に当たった状態で固定されると、次に、回転子４０がクランク軸の第１部２１に挿入される。回転子４０は、その上端である端板４２の上面４２ａがスペーサ３０の下面（第２接触面３２）に当たるまで、クランク軸の第１部２１に挿入される。図４Ｃに示すように、スペーサ３０の下面（第２接触面３２）に端板４２が接触した状態で、回転子４０はクランク軸の第１部２１に固定される。ここでは、回転子４０が、クランク軸の第１部２１に圧入されている。

クランク軸の第１部２１にスペーサ３０及び回転子４０が固定された状態では、図２Ｂに示すように、スペーサ３０が、クランク軸２０の段差面２５と回転子４０の端板４２とに挟まれた状態になる。上述のように、段差面２５の幅は１ｍｍであり、回転軸ＡＸ視において、段差面２５の外縁２２ａは、回転子４０の端板４２（内径Ｄ６が３３ｍｍ）の内縁よりも、僅か０．５ｍｍだけ内側に位置する状態である。

したがって、仮にスペーサ３０を用いずに、回転子４０をクランク軸２０の段差面２５に直接当てたとすれば、回転子４０の端板４２の内周側の幅０．５ｍｍの部分だけが段差面２５に接触している状態となってしまう。この場合、端板４２が変形し、積層鋼板４１の内周部も変形し、回転子４０の性能に悪影響を与える恐れがある。

しかし、上下の第１接触面３１及び第２接触面３２の幅が４ｍｍであるスペーサ３０を採用し、スペーサ３０を介して段差面２５によって回転子４０の回転軸ＡＸ方向の位置決めを行っている圧縮機１０では、回転子４０の端板４２とスペーサ３０の第２接触面３２（幅４ｍｍ）との接触は、幅３．５ｍｍの環状の面によって行われることになる。したがって、端板４２や積層鋼板４１の変形は殆ど生じず、回転子４０の性能が悪くなることはない。

（４）圧縮機１０の特徴
（４−１）
圧縮機１０は、圧縮機構１５と、クランク軸２０と、モータ４５と、スペーサ３０と、を備えている。クランク軸２０は、回転軸ＡＸを中心に回転し、圧縮機構１５を駆動させる。モータ４５は、クランク軸２０と連結する回転子４０を有し、クランク軸２０を回転させる。スペーサ３０は、クランク軸２０に装着される。クランク軸２０は、第１部２１と第２部２２と段差面２５とを有している。第１部２１は、外径Ｄ１が第１寸法（３２ｍｍ）である。第２部２２は、外径Ｄ２が、第１寸法（３２ｍｍ）よりも大きい第２寸法（３４ｍｍ）である。段差面２５は、第１部２１と第２部２２との間に形成されている。スペーサ３０は、図２Ｂに示すように、第１接触面３１と第２接触面３２とを有する。第１接触面３１は、クランク軸２０の段差面２５と接触する。第２接触面３２は、モータ４５の回転子４０の一端（端板４２の上面４２ａ）と接触する。スペーサ３０は、第１接触面３１が段差面２５に当たった状態で、クランク軸２０の第１部２１に配置される。回転子４０は、その一端が第２接触面３２に当たった状態で、クランク軸２０の第１部２１に配置される。回転軸ＡＸ視において、第２接触面３２の外縁３２ａは、クランク軸２０の第２部２２の外縁２２ａよりも、回転軸ＡＸから離れている（図２Ａ、図２Ｂ参照）。

ここでは、クランク軸２０の段差面２５と、回転子４０との間に、スペーサ３０を介在させている。スペーサ３０の第２接触面３２の外縁３２ａが、クランク軸２０の第２部２２の外縁２２ａよりも、回転軸ＡＸから離れているため、段差面２５の幅が１ｍｍと小さい圧縮機１０においても、クランク軸２０に対して回転子４０を適切に位置決めすることができている。

（４−２）
圧縮機１０のスペーサ３０は、図３に示すように、円筒形状である。スペーサ３０の内径Ｄ４（３２ｍｍ）は、クランク軸２０の第２部２２の外径Ｄ２（３４ｍｍ）よりも小さい。スペーサ３０の外径Ｄ５（４０ｍｍ）は、クランク軸２０の第２部２２の外径（３４ｍｍ）よりも大きい。

ここでは、シンプルな円筒形状のスペーサ３０によって、コストを抑えながら、クランク軸２０に対する回転子４０の位置決めを適切に行っている。上下の第１接触面３１及び第２接触面３２の幅が４ｍｍであるスペーサ３０を採用し、スペーサ３０を介して段差面２５によって回転子４０の回転軸ＡＸ方向の位置決めを行っている圧縮機１０では、回転子４０の端板４２とスペーサ３０の第２接触面３２（幅４ｍｍ）との接触は、幅３．５ｍｍの環状の面によって行われる。したがって、端板４２や積層鋼板４１の変形は殆ど生じず、回転子４０の性能が高く維持される。

（４−３）
圧縮機１０では、軸受６０が第３部２３に、バランスウェイト５０が第２部２２に、回転子４０が第１部２１に、順にクランク軸２０に装着されていく。第３部２３、第２部２２、第１部２１と、外径を段々と小さくしていくことで、段差面２５などを設け、それらによって各部品の回転軸ＡＸ方向の位置決めを行わせている。これにより、精度良く部品をクランク軸２０へ組み付けることや、装着が可能になっている。

（４−４）
圧縮機１０の回転子４０は、端板４２の内径Ｄ６（３３ｍｍ）が、積層鋼板４１の内径（３２ｍｍ）よりも大きい。このため、回転子４０の位置決めを行うためのクランク軸２０の段差面２５との重なり面積（回転軸ＡＸ視における重複面積）が小さくなっている。具体的には、図２Ｂから分かるように、環状の重なり部分の径方向幅が０．５ｍｍしかない。しかし、圧縮機１０では、スペーサ３０を介して段差面２５による回転子４０の位置決めを行わせているため、上述のように、クランク軸２０に対して回転子４０を適切に位置決めすることができている。

（４−５）
圧縮機１０では、スペーサ３０の回転軸ＡＸ方向に沿った長さＬ１（図３参照）は、回転子４０の端板４２の厚みＴ（図２Ｂ参照）よりも長い。

ここでは、図２Ａや図２Ｂから明らかなように、回転子４０の端板４２に比べ、金属製のスペーサ３０の剛性が非常に大きい。このため、スペーサ３０を介したクランク軸２０の段差面２５による回転子４０の位置決めが、適切に為されている。

（４−６）
圧縮機１０では、回転子４０に、回転軸ＡＸ方向に沿って貫通する穴が形成されている。スペーサ３０の第２接触面３２は、その回転子４０の穴を塞がない大きさ及び／又は形状になっている。

ここでは、スペーサ３０を設けているけれども、圧縮機１０内の冷媒ガスの流れを、回転子４０の穴によって良くすることができている。

（５）変形例
（５−１）
上記実施形態では、コストや重量を重視して、円筒形状の図３に示すスペーサ３０を採用している。しかし、図５に示すように、円筒形状ではないスペーサ１３０を採用してもよい。

図５に示すスペーサ１３０では、第１接触面１３１の面積が、第２接触面１３２の面積よりも小さい。第１接触面１３１の内径Ｄ４、外径Ｄ５は、上述のスペーサ３０の第１接触面３１の内径Ｄ４、外径Ｄ５と同じである。回転子４０と接触する下面である第２接触面１３２は、内径Ｄ４、外径Ｄ７である。内径Ｄ４は３２ｍｍ、外径Ｄ７は４６ｍｍである。このような、正面視が台形形状のスペーサ１３０を用いる場合、第２接触面１３２の径方向の幅が７ｍｍと大きくなり、第２接触面１３２の外縁１３２ａが外側に張り出し、回転子４０との接触面積が更に大きくなる。この場合、もしも、回転子４０の端板４２の内径が更に大きくなり、端板４２の内縁が回転軸ＡＸ視においてクランク軸２０の第２部２２の外縁２２ａよりも外側に位置する構造になったとしても、スペーサ１３０によって回転子４０の端板４２との接触面積を十分に確保することが可能である。

（５−２）
上記実施形態では、クランク軸２０に装着される各部品が、圧入によって挿入固定される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、各部品をクランク軸２０に挿入固定する方法としては、特にこれに限定されるものではなく、例えば焼き嵌め等による方法であっても良い。

以上、スクロール圧縮機の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１０ スクロール圧縮機
１５ 圧縮機構
２０ クランク軸
２１ 第１部
２２ 第２部
２２ａ 第２部の外縁
２３ 第３部
２５ 段差面
３０ スペーサ
３１ 第１接触面
３２ 第２接触面
３２ａ 第２接触面の外縁
４０ 回転子
４１ 積層鋼板
４１ａ 積層鋼板の回転軸方向における端部
４２ 端板
４２ａ 端板の上面（回転子の一端）
４５ モータ
５０ バランスウェイト
６０ 軸受
１３０ スペーサ
１３１ 第１接触面
１３２ 第２接触面
１３２ａ 第２接触面の外縁
ＡＸ 回転軸
Ｄ１ 第１部の外径（第１寸法）
Ｄ２ 第２部の外径（第２寸法）
Ｄ４ スペーサの内径
Ｄ５ スペーサの外径
Ｌ１ スペーサの回転軸方向に沿った長さ
Ｔ 回転子の端板の厚み

特開昭５９−２８０８８号公報

Claims (8)

1. 圧縮機構（１５）と、
   回転軸（ＡＸ）を中心に回転し、前記圧縮機構を駆動させるクランク軸（２０）と、
   前記クランク軸と連結する回転子（４０）を有し、前記クランク軸を回転させるモータ（４５）と、
   前記クランク軸に装着されるスペーサ（３０、１３０）と、
   を備え、
   前記クランク軸（２０）は、
   外径が第１寸法（Ｄ１）である第１部（２１）と、
   外径が前記第１寸法よりも大きい第２寸法（Ｄ２）である第２部（２２）と、
   前記第１部と前記第２部との間に形成される段差面（２５）と、
   を有し、
   前記スペーサ（３０、１３０）は、
   前記クランク軸の前記段差面（２５）と接触する第１接触面（３１、１３１）と、
   前記モータの前記回転子の一端（４２ａ）と接触する第２接触面（３２、１３２）と、
   を有し、
   前記スペーサ（３０、１３０）は、前記第１接触面（３１、１３１）が前記段差面（２５）に当たった状態で、前記クランク軸の前記第１部（２１）に配置され、
   前記回転子（４０）は、前記回転子の一端（４２ａ）が前記第２接触面（３２、１３２）に当たった状態で、前記クランク軸の前記第１部（２１）に配置され、
   前記回転軸（ＡＸ）視において、前記第２接触面の外縁（３２ａ、１３２ａ）は、前記クランク軸の前記第２部の外縁（２２ａ）よりも、前記回転軸（ＡＸ）から離れている、
   圧縮機（１０）。
2. 前記クランク軸の前記第２部（２２）に固定されるバランスウェイト（５０）
   をさらに備える、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記スペーサ（３０）は、円筒形状であって、
   前記スペーサの内径（Ｄ４）は、前記クランク軸の前記第２部（２２）の外径（Ｄ２）よりも小さく、
   前記スペーサの外径（Ｄ５）は、前記クランク軸の前記第２部（２２）の外径（Ｄ２）よりも大きい、
   請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記クランク軸（２０）を軸支する軸受（６０）、
   をさらに備え、
   前記クランク軸（２０）は、第３部（２３）をさらに有し、
   前記第３部（２３）は、外径が、前記回転軸（ＡＸ）視において前記第２寸法（Ｄ２）よりも大きい第３寸法であり、
   前記軸受（６０）は、前記クランク軸の前記第３部（２３）に配置される、
   請求項１から３のいずれか１つに記載の圧縮機。
5. 前記回転子（４０）は、
   積層鋼板（４１）と、
   前記積層鋼板の前記回転軸方向における端部（４１ａ）を覆う端板（４２）と、
   を有する、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の圧縮機。
6. 前記スペーサ（３０）の前記回転軸方向に沿った長さ（Ｌ１）は、前記回転子の前記端板（４２）の厚み（Ｔ）よりも長い、
   請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記スペーサ（１３０）の前記第１接触面（１３１）は、前記第２接触面（１３２）よりも小さい、
   請求項１又は２に記載の圧縮機。
8. 前記回転子（４０）は、前記回転軸方向に沿って貫通する穴を形成し、
   前記スペーサの前記第２接触面（１３２）は、前記穴を塞がない、
   請求項１から７のいずれか１つに記載の圧縮機。

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