JP3551647B2 - モータ軸組立装置、圧縮機及びその組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば圧縮機の軸をモータの回転子に挿入するようなシャフト組立に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シャフトの圧入方法及びその装置に関する技術としては、特開平５−４２４２７号公報に関するものが知られている。
これは図８に示す如く、５２はチャックである保持部、５４ａ，ｂは位置センサー、５９がシャフト、６０が下シリンダ、５３は受け台６１、力センサー６２、Ｘ，Ｙ，Ｚテーブル６３よりなる載置部である。ＶＴＲ等の磁気テープ機構部の下シリンダ６０に該下シリンダを支持するシャフト５９を円滑かつ精度よく垂直に圧入し、上下トランス間のギャップを確実に所定値内に保つとともに、所定の抜去力を得ることができるシリンダ圧入方法及びその装置を提供することを目的として、下シリンダ６０の底面外周部の基準面をＺ軸方向に移動可能に水平に載置し、該載置された下シリンダ軸心のＸＹ面の位置決めを行い、圧入するシャフトの上端面軸心に対する下端面軸心のＸＹ２方向の位置ズレ量を測定し、該位置ズレ量に応じて下シリンダのシャフト圧入用の穴の前記基準面上における中心を、シャフトの軸線に一致させるように補正し、シャフトが圧入されるにともない、前記基準面をＺ軸方向に下降させて底面中心部にてシャフト圧入力を受けさせ、圧入中、圧入量に対する圧入力の大きさ及びその変化量と、上下トランス間のインダクタンスとを計測するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＶＴＲの部品の如く小部品を精度よく挿入し、かつ位置寸法をＸＹテーブル上にて行うことは例えばＮＣ加工等でも知られているが、圧縮機のように重量があり、しかも、長い軸を焼嵌めするようなシャフト組立に対しては時間がかかりすぎるし、かつ、運搬等に問題があり、実用的ではない。
【０００４】
一方、単に圧縮機のシェルのような容器をチャックしてワークのクランクシャフトをセットしてローターに挿入する方法では、ワークとローターの位置決め精度に限界があった。
しかも下記のような近年の電動要素の高効率化方法の為には、この限界を向上させる必要がある。
（１）ローターとステータの半径隙間（エアギャップ）を縮小化する。
（２）ローターの材料に特殊な磁性体を用いたり微妙な形状を持たせる。
これらの項目はローターとステータ衝突やローター挿入失敗を増大させるものである。
【０００５】
これらについて先ず、ワークをチャックする時の種々の誤差とその影響から説明する。
例えば誤差としてはシェルのアークスポット溶接の熱歪みによる真円度悪化、チャックのツメの片当たりによるワーク全体の傾斜、各部品の加工精度等がある。これらの誤差の集積はクランクシャフト中心とチャック中心の軸ずれとなり、最終的にはクランクシャフト中心あるいはステータ中心とロータ中心のの軸ズレとして現れる。
この軸ズレ以下にエアギャップの値を小さくするとローターとステータが衝突し傷ついてしまう。
また、ローターに使用される特殊な磁性材料は一般に高熱により磁気特性が変化しやすく、またローターに微妙な形状をつけてある場合、その形状を歪ませないためにもローターを高熱にすることは避けなければならないが、加熱温度を下げるとローター内径が充分熱膨張（拡径）できないため、クランクシャフト中心とローター中心との軸ずれがわずかでもあると挿入途中で止まってしまう不良が頻発する。
このようなローターとステータの衝突や挿入不良は製品を修復できないほど痛めてしまうことが多いため、発生すると非常な損失になる。
【０００６】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、ローター挿入時のチャックとクランクシャフトの軸ズレを補正することを目的とする。
また、ローターへの挿入失敗を予測し、挿入前に警告を発し製品の破壊を未然に防ぐことを目的とする。
また、量産に都合がよい信頼性が高く、効率の良い圧縮機を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ軸組立装置は、ステータを固定する容器であって、このステータと隙間を介して設けられるローターに挿入可能な様に軸を保持するこの容器をチャックし移動させるロータ挿入手段と、軸が挿入される所定の位置に固定されたローター内径との関係位置が定まった状態で設けられ、ローター挿入手段にてチャックされた容器を移動させて軸の位置寸法を計測する計測手段と、計測手段で計測した軸の位置と固定されたローター内径の位置との寸法関係を調整するローター挿入手段に設けられた寸法調整手段と、を備え、容器をチャックした状態で軸を位置寸法を調整可能に定められた位置に移動させてローター内径に挿入するものである。
【０００８】
本発明のモータ軸組立装置は、ローターを加熱し所定の位置に固定され広げられたローター内径に、ステータとともに容器により保持された軸が挿入可能な様に計測手段にて軸の位置寸法が計測されるものである。
【０００９】
本発明のモータ軸組立装置は、計測手段で計測した軸の位置と固定されたローター内径の位置との寸法関係があらかじめ設定された範囲内にあるかどうかを判断するものである。
【００１０】
本発明のモータ軸組立装置は、軸の位置寸法計測を軸方向の複数箇所にて計測し、チャックされた状態での傾きがあらかじめ設定された範囲内にあるかどうかを判断するものである。
【００１１】
本発明の圧縮機は、モータのステータとともにシェル内に組立てられ圧縮要素に一体に結合された軸と、軸がシェル内に組立てられてからステータ内に挿入されるとともに、ロータ穴に所定数値内の状態で焼嵌されたモータのローターと、所定範囲の数値以上であり、且つ部品組立持の最大集積誤差の数値以下であるステータとローター間のエアーギャップと、を備え、ステータにローターを焼嵌しながら挿入したものである。
【００１２】
本発明の圧縮機の組立方法は、モータのステータとともにシェル内に組立てられ圧縮要素に一体に結合された軸が、シェル内に組立てられてからロータに焼嵌されるステップと、軸が焼嵌される前に軸が焼嵌めされる所定の位置に固定されたローター内径との関係位置が定められた位置で、チャックされたシェルを移動させて軸の位置寸法を計測するステップと、軸が焼嵌めされる所定の位置にシェルをチャックした状態でチャック移動手段を移動させるステップと、を備え、計測した軸の位置寸法と固定されたローター内径の位置との寸法関係を調整するものである。
【００１３】
請求項７の発明は、所定位置に配置されたモータの回転子の回転穴にガイド手段を貫通させ、焼嵌めする軸に当接させた後ガイド手段を軸とともに導いて、軸を回転穴に挿入させるステップと、を備えたものである。
【００１４】
請求項８の発明は、ガイド手段を回転させ所定の軸の回転の位置を決めてから焼嵌めするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態の例を図により説明する。
図１は密閉型圧縮機の構造図であり、１はシェル、２は圧縮要素、３はフレーム、４はクランクシャフト、６はローター８とステータ７からなる電動要素、９はエアギャップである。
密閉型圧縮機は図１のようにシェル１（密閉容器）内に圧縮要素２とステータとローターからなる電動要素６を配置し、圧縮要素のクランクシャフト４がローター８に焼嵌められている。
ここで、ステータとローター間の半径隙間はエアギャップ９と呼ばれ、一般にこの隙間を縮小することで電動要素の効率がアップする。
また、近年ローターの材質に特殊な磁性体を使用したり、その形状を微妙に最適化することでも高効率をはかろうとする試みがなされている。
このような密閉型圧縮機を製造する工程を図２，３にて説明する。
【００１６】
先ず図２のベース組立工程図を説明する。
（１）ベースパレット１１をセットする。
（２）ベースパレット１１にステータ７をセットする。
（３）クランクシャフト４を有する圧縮要素２をセットする。
（４）ステータ外径よりわずかに内径の小さいシェル１を加熱し拡径、圧縮要素２・ステータ７に被せた上で冷却しステータと固定する。その後、シェルとフレームをアークスポット溶接固定する（以下、シェルと一体となった圧縮要素、ステータをまとめたワーク１２と呼ぶ）
（５）次の工程に移す為、シェル外周をチャック１３しベースパレット１１より持ち上げる。
【００１７】
次に図３のローター挿入工程図にて説明する。
（６）ローターパレット１５をセットする。
（７）ローター８をセットする。このローターの内径はクランクシャフト４に焼嵌める為、クランクシャフトの直径よりわずかに細くなるよう管理されている。
（８）高周波加熱コイル等のローター加熱装置３５を被せて充分加熱しローター内径を広げる。
（９）前工程にて組み立てたワーク１２（（５）でチャックしたもの）をローターの上に持ってくる。
次にパイロットピン１６がローターを貫きクランクシャフトと接続する。この時クランクシャフト端部の溝とパイロットピン端部の突起が噛み合わさることで、クランクシャフトとローターの位相が決められるようになっている。
（１０）チャックが下降しワークのクランクシャフトをローターに挿入する。この時パイロットピンはチャックに同期して下降する。
（１１）ワークからチャックとパイロットピンが離れる。ワークは次工程へと流れていく。
【００１８】
以上の組立工程を製造装置でどのようにして行うかを図４にて説明する。
ローター挿入機は、チャック１３と、チャックを上下・左右に動かす移動台２０、レール２１、レール上でのチャックの移動を制限するストッパーＡ・Ｂ２２，２３、パイロットピン昇降装置２４及び各駆動装置３１，３３，３４及び制御装置３２、配線３６等からなる。
ベースパレット１１がチャック位置１９までくると、上からチャックがおりてきてワーク１２を保持し持ち上げる。この時チャック移動台２０はチャックがワークを正確につかむようレール上のストッパーＡ２２にて位置決めされている。
移動台はレール上をストッパーＢ２３にぶつかるまでスライドし、ワークをローター挿入コンベア上のパイロットピン昇降装置２４の真上に移動させる。ここでもストッパーＢにより移動台が突き当たった時、ワークがパイロットピン昇降装置の真上に来るよう調整されている。
【００１９】
次にこの発明の特徴とする構成、製造工程を説明する。
レール２１にはＸ方向リニアスケール２５、チャック移動台にはＹ方向リニアスケール２６が設けられ、組になって設けられた各方向への駆動装置と制御装置により設定した座標へと移動できるようになっている。
また、ベース組立コンベア１０とローター挿入コンベア１４の間には計測台２７が設けられている。この計測台はローター挿入部と一体に、かつ、位置関係が定まった状態で強固に固定され、特にレール（リニアスケール）との相対位置がずれないようになっている。またその内部は図５のようにクランクシャフトがはまる部分にマイクロメータが仕込んであり、クランクシャフトの位置及び傾斜角が測定できるようになっている。
また、パイロットピンはローター内径に対しほんのわずか細くしてあり、かつローター挿入部に強固に固定されたパイロットピン昇降装置２４により精度良く上下するため、ローターの位置を精度良く決められるようになっている。
【００２０】
図５は図３のローター挿入工程図の詳細説明であり、ベース組立コンベア１０からチャック１３がチャック位置１９の上でワーク１２をチャックし（５）、次の工程（５）Ａにて、計測台２７上にてワークの状態を計測し、工程（５）Ｂにて、ローター挿入コンベア１４上のローター挿入部にて（５）Ａでの計測結果に基づき位置補正をし、ワークのクランクシャフトとローター中心が一致した状態で挿入するものである。
【００２１】
図６に本発明の処理手順をフローチャートにて示す。
図６のＳＴ１〜ＳＴ６は図２の（２）〜（５）の工程を示す。
ＳＴ７〜ＳＴ１１は図５の工程（５）Ａを示すよう、マイクロメータ２８、これは２個で１組をなし、上下２ヶ所、かつ、相互に直角の位置、計８個によってクランクシャフト中心位置（ＸＳ ，ＹＳ ）と長い軸であるクランクシャフトの傾斜角度を測定（ＳＴ９）し、制御装置３２のマイクロコンピューターにて軸ズレ量を算出し、この軸ズレ量と傾斜角度があらかじめ決められた範囲内に入っているかどうか判断する。もし範囲内でなければ制御装置３２は警告を発する（ＳＴ１２）とともに不良処理工程（ＳＴ１３）へとワークを移動させる。
もし正常であれば、図５の（５）Ｂの如く、軸ズレ補正（ＳＴ１４）し、チャックを移動させ、図３（９）〜（１１）の如くＳＴ１６〜Ｓ１８を処理する。
【００２２】
次に動作について説明する。
図４において、ベースパレット１１がチャック位置１９にくるとチャックにより保持され、チャック移動台に内蔵されたチャック移動装置により持ち上げられる。
次にワークを保持したまま、駆動装置によりチャック移動台がレールに沿って計測台上へとスライドする。
その後、ワーク１２をチャックしたまま計測台２７におろし、（５）Ａにおいて先ずチャック移動台の座標（Ｘｃ ，Ｙｃ ）をＸ方向リニアスケール、Ｙ方向リニアスケールにより測定する。次にやはりワークをチャックしたままクランクシャフトの位置（Ｘｓ ，Ｙｓ ）と傾き（Ｘθ，Ｙθ）を計測台で測定する。
【００２３】
チャックの位置ズレはチャックの中心を基準としたクランクシャフトの中心位置、傾きを測定するので、すなわち、与えられた座標によりフローチャートＳＴ８〜ＳＴ１０に示すようにチャック移動台（チャック中心）を基準としたワークのクランクシャフト中心軸の軸ズレ量（ΔＸ，ΔＹ）を計算する。
次にこの軸ズレ量と傾きがあらかじめ設定された範囲内か比較し、超えた場合は挿入が失敗する可能性が高いとして作業者に警告し、通常の挿入工程を実施せず、別に定めた不良品処理を行う。このような挿入可否判断を行う判断工程により、挿入が可能と判断した場合は、クランクシャフト中心がローター中心（パイロットピン中心）に来るように軸ズレ分補正したローター挿入位置座標（Ｘｐ２，Ｙｐ２）を算出する。
その後、チャック台をローター挿入位置座標（Ｘｐ２，Ｙｐ２）に移動する。
最後にパイロットピンがローターを貫き上昇しクランクシャフトと接続し、チャックと同期してすなわちくっついたまま降下することで、ローターにクランクシャフトがスムースに挿入され一体となる。
【００２４】
以上説明したように、この発明によれば、チャック中心軸とワークのクランクシャフト中心軸の軸ズレを測定し、挿入可否判断、補正する工程があるので、ローターとステータの衝突や、挿入不良の発生を防ぐことができる。このことはリニアスケールと計測台、パイロットピン昇降装置の位置が固定されているためチャックのズレを補正すればよいからである。
しかも、衝突、挿入失敗が発生しそうな時は事前に判断して不良として処理を行える。
このため、ローターやスクロールのような圧縮機の如く長いクランクシャフトを有していても、各種の不良に基づく製品不良を起こさない信頼性が高い製品を連続的に、自動的に生産できる製造装置が得られる。
【００２５】
次に上述のようなローター挿入を失敗を起こす組立誤差の原因を図７の集積誤差説明図で説明する。
チャック中心軸とクランクシャフト中心軸のズレ量や傾きによってローター挿入時衝突は、図７（ａ）の如き誤差があり、ワークをチャックでチャックする際の位置決め精度や、チャックツメ当たり不均等、熱加工によるシェルの真円度悪化や各部品の組立精度、ステータ単品公差の内外径同軸度などの影響により、図７（ｂ）の如くステータとローター間のエアギャップより先端同士の位置が大きくなってしまい発生する。
【００２６】
また、さらに図７（ｃ）の如くクランクシャフトをローターに挿入する際のローター挿入失敗は上記以外にシェルと圧縮要素の溶接時の位置ズレ等も加わり、チャック−クランクシャフト軸ズレ量が大きくなってしまい発生する。このような誤差があったとしても位置ズレを補正したり傾きに制限を設けギャップクリアランスを小さくできる。
【００２７】
なお、上記失敗例は本装置を使用しても補正しなければ起こる可能性があるが、さらに例えば、ワーク端面はフリーとし、チャックにて中心を出す。このためチャック時にはシェルを押さえつけない。
また、計測台にてクランクシャフトの位相出しをクランクシャフトを回転させ行うことにより、確実に方向とズレが確保できる。また、チャックの移動は高速制御することにより量産化が可能となる。また、ローター挿入部でチャック加工前に挿入可否を判断し、可ならクランクシャフト先端が来るようにチャック位置を補正できればより精度が高くなるが、この機能なしでもこの製造装置を動かすことは可能である。各部品等組立時の最大集積誤差をローター挿入時にチャックしズレを修正したり、それでも不可のケースは不良品として除くことにより小さなエアギャップのモータでも製造可能となり、効率もよくなる。
【００２８】
本装置では、チャックや挿入工程においてＸ，Ｙ，Ｚ方向のサーボ機構により芯出し調整を行っている。パイロットピン１６を中心とするローター挿入部では、ローター挿入コンベア上にて中心座標Ｘｐ ，Ｙｐ に対し、Ｘ軸、Ｙ軸方向へパイロットピン昇降装置の上にローターが搬入される。このパイロットピン昇降装置にはＺ軸サーボがあり、クランクシャフトの位相ズレ防止が可能である。
ローター焼嵌めパレットはローターコア端面にてワークを受けローターを保持したまま搬送中にローター加熱装置３５で加熱され、ワークが挿入された後次工程へ搬送される。
【００２９】
パイロットピンはローターを貫通しクランクシャフトに当たるよう導かれ、シェルの下降とともにピンはチャックと同期して下降する。ローターにクランクシャフトが入り始めたらワークはアンチャックされ、落下する。落下後シェルを押さえて高さが計測されて挿入が良好かどうかの確認が行われる。
【００３０】
上記のような製造装置を用いることにより高速で、かつ、例え最大集積誤差が大きくなりすぎてもローター挿入時に修正できるので不良品発生が少なく、確実な製造装置が得られ、安価な製品を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に係るこの発明のモータ軸組立装置は、チャックと軸焼嵌め部のズレを修正できるので信頼性の高い装置が得られる。
【００３２】
請求項２に係るこの発明は、軸焼嵌め部の軸方向の傾きを計測するので確実な焼嵌めが可能になる。
【００３３】
請求項３に係るこの発明は、チャックと軸焼嵌め部の寸法関係が所定範囲内かを判断するので組立不良を防止できる。
【００３４】
請求項４に係るこの発明は、軸焼嵌め部の傾きが設定された範囲内かどうかを判断するので組立不良を防止できる。
【００３５】
請求項５に係るこの発明は、エアギャップを小さくでき効率のよい圧縮機が得られる。
【００３６】
請求項６に係るこの発明は、効率のよい圧縮機を量産化できる。
【００３７】
請求項７に係るこの発明は、精度レベルの安定した圧縮機を組み立てることができる。
【００３８】
請求項８に係るこの発明は、安定した状態での組立が可能で、圧縮機を常によい品質で組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の圧縮機の構造図である。
【図２】この発明のベース組立工程図である。
【図３】この発明のローター挿入工程図である。
【図４】この発明のモータ軸組立装置の説明図である。
【図５】この発明のモータ軸組立工程図である。
【図６】この発明の処理工程を示すフローチャートである。
【図７】この発明のモータ組立時の集積誤差説明図である。
【図８】従来のシャフト組立装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１ シェル（密閉容器）、２ 圧縮要素、３ フレーム、４ クランクシャフト、５ クランクシャフト軸端溝、６ 電動要素、７ ステータ（固定子）、８ローター（回転子）、９ エアギャップ、１０ ベース組立工程コンベア、１１ ベースパレット、１２ ワーク、１３ チャック、１４ ローター挿入工程コンベア、１５ ローターパレット、１６ パイロットピン、１７ パイロットピン端部突起、１８ ローター挿入機、１９ チャック位置、２０ チャック移動台（チャック上下装置内蔵）、２１ レール、２２ ストッパーＡ、２３ ストッパーＢ、２４ パイロットピン昇降装置、２５ Ｘ方向リニアスケール、２６ Ｙ方向リニアスケール、２７ 計測台（クランクシャフト位置・傾斜）、２８ マイクロメータ、２９ ローター挿入機本体、３０ Ｘ方向駆動装置、３１Ｙ方向駆動装置、３２ 制御装置、３３ コンベア駆動モーター、３４ コンベア駆動モーター、３５ ローター加熱装置、３６ 配線。

Claims (8)

1. ステータを固定する容器であって、このステータと隙間を介して設けられるローターに挿入可能な様に軸を保持するこの容器をチャックし移動させるロータ挿入手段と、前記軸が挿入される所定の位置に固定されたローター内径との関係位置が定まった状態で設けられ、前記ローター挿入手段にてチャックされた前記容器を移動させて前記軸の位置寸法を計測する計測手段と、前記計測手段で計測した軸の位置と固定された前記ローター内径の位置との寸法関係を調整する前記ローター挿入手段に設けられた寸法調整手段と、を備え、前記容器をチャックした状態で前記軸を位置寸法を調整可能に定められた位置に移動させて前記ローター内径に挿入することを特徴とするモータ軸組立装置。
2. 前記ローターを加熱し所定の位置に固定され広げられたローター内径に、前記ステータとともに前記容器により保持された前記軸が挿入可能な様に前記計測手段にて前記軸の位置寸法が計測されることを特徴とする請求項１記載のモータ軸組立装置。
3. 前記計測手段で計測した軸の位置と固定された前記ローター内径の位置との寸法関係があらかじめ設定された範囲内にあるかどうかを判断することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ軸組立装置。
4. 前記軸の位置寸法計測を軸方向の複数箇所にて計測し、チャックされた状態での傾きがあらかじめ設定された範囲内にあるかどうかを判断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ軸組立装置。
5. モータのステータとともにシェル内に組立てられ圧縮要素に一体に結合された軸と、前記軸が前記シェル内に組立てられてから前記ステータ内に挿入されるとともに、ロータ穴に所定数値内の状態で焼嵌されたモータのローターと、前記所定範囲の数値以上であり、且つ部品組立持の最大集積誤差の数値以下であるステータとローター間のエアーギャップと、を備え、前記ステータに前記ローターを焼嵌しながら挿入したことを特徴とする圧縮機。
6. モータのステータとともにシェル内に組立てられ圧縮要素に一体に結合された軸が、前記シェル内に組立てられてからロータに焼嵌されるステップと、前記軸が焼嵌される前に前記軸が焼嵌めされる所定の位置に固定されたローター内径との関係位置が定められた位置で、チャックされた前記シェルを移動させて軸の位置寸法を計測するステップと、前記軸が焼嵌めされる所定の位置に前記シェルをチャックした状態でチャック移動手段を移動させるステップと、を備え、計測した前記軸の位置寸法と固定された前記ローター内径の位置との寸法関係を調整することを特徴とする圧縮機の組立方法。
7. 前記軸が焼嵌めされる所定の位置に固定されたローター内径にガイド手段を貫通させ、焼嵌する軸に当接させた後前記ガイド手段を軸とともに導いて、前記軸を前記ローター内径に挿入させるステップと、を備えたことを特徴とする請求項６記載の圧縮機の組立方法。
8. 前記ガイド手段を焼嵌する軸に当接させた後前記軸とともに回転させ所定の軸の回転方向の位置を決めてから焼嵌することを特徴とする請求項７記載の圧縮機の組立方法。

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