JP4949811B2 - 密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造に関する。

従来より、空気調和装置の冷媒圧縮等に使用される密閉型圧縮機が知られている。この密閉型圧縮機は、たとえばスクロール圧縮機構等の圧縮機構と駆動源の電動機とをハウジング内に収納した構成とされる。スクロール圧縮機構は、渦巻き状とした固定スクロール及び旋回スクロールの壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体を圧縮するものである。
従来の密閉型圧縮機、特に空気調和装置用の密閉型圧縮機においては、圧縮機構をハウジングに固定するため、コスト面や設計自由度等の利点を有する栓溶接構造が広く採用されている。たとえばスクロール圧縮機構の場合、圧縮機構の構成部品である上部軸受を栓溶接によりハウジングに固定する栓溶接構造が一般的である。

また、密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造としては、密閉ケース内に組み込む圧縮機構部を抵抗加熱かしめにより密着固定させることが開示されている。（たとえば、特許文献１参照）
また、密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造としては、ハウジングを非加熱の状態でかしめるものが開示されている。この場合、かしめ工具のベース直径は、軸受ハウジングに形成する凹溝の直径の１．３〜１．３５倍に等しくすることで満足すべき結果が得られるとされる。（たとえば、特許文献２参照）

また、溶接スパッタ等の異物混入や冷媒リークの恐れがなく、密閉容器内に圧縮部機構を固定したときに圧縮部機構が受ける応力を減少させた密閉型圧縮機が提案されている。この密閉型圧縮機では、密閉型容器の内周部に対向する圧縮機構部の外周部に凹部を形成しておき、該凹部の底部方向へ向けて押付治具を密閉容器に押し付けることで、密閉容器の押付部を塑性変形させて固定する。なお、この特許文献には、押付治具による押し付けの前に、凹部に対向する密閉容器を局所的に加熱（たとえば、約１０００℃）すると、押付力や固定時の歪みを低減できることが記載されている。（たとえば、特許文献３参照）
実開平１−１３１８８０号公報 特許第３５６７２３７号公報 特開２００５−３３０８２７号公報

ところで、近年の空気調和装置においては、環境問題対策の冷媒規制により冷媒が高圧冷媒（Ｒ４１０Ａや二酸化炭素等）に移行しつつある。このため、冷媒を圧縮する密閉型圧縮機の圧力仕様が高くなり、ハウジングの板厚が増すとともに、圧縮機構を固定するための栓溶接部分に対する負荷も増大する。
また、近年の空気調和装置においては、インバータ制御の電動機を内蔵した密閉型圧縮機が一般的である。このため、圧縮機構の運転が高速回転化し、圧縮機構を固定する栓溶接部分に対する負荷は増大する。

このような背景から、従来の栓溶接構造による圧縮機構の固定には限界があり、高圧冷媒や高速回転にも耐えられる信頼性の高い密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造が望まれる。なお、特許文献２に記載されたかしめ構造は、高圧冷媒化に伴いハウジングの板厚が増大した場合の適用に問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧冷媒や高速回転にも耐えうる密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る請求項１は、ハウジング内に収納した圧縮機構を固定するための密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造であって、前記圧縮機構の側面適所に内径ｄとしたダイスを形成しておき、前記内径ｄに等しい外径Ｄ（Ｄ＝ｄ）のポンチを用いて前記ハウジングを外側から前記ダイスに向けて押圧することにより、前記ハウジングを塑性変形させたかしめ部を複数箇所に設け、前記かしめ部は、前記ハウジングを７００℃から８００℃の範囲に加熱して塑性変形させることを特徴とするものである。

このような密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造によれば、圧縮機構の側面適所に内径ｄとしたダイスを形成しておき、内径ｄに等しい外径Ｄ（Ｄ＝ｄ）のポンチを用いてハウジングを外側からダイスに向けて押圧することにより、ハウジングを塑性変形させたかしめ部を複数箇所に設けたので、高圧冷媒対応により板厚を増したハウジングに対しても、十分な強度の掛かり代を形成したかしめにより圧縮機構を固定することができる。
このようなかしめ部による圧縮機構固定構造は、かしめにより塑性変形して凸部を形成する側のハウジングの素材が、特に、板厚を３．５ｍｍ以上とした圧延鋼板の厚板である場合に好適である。

この場合、前記かしめ部は、前記ハウジングを所定温度以上に加熱して、具体的には、ハウジングを７００℃から８００℃の範囲に加熱して塑性変形させることが好ましく、これにより、かしめの加工性が大幅に向上する。なお、この場合、より好適な加熱温度は７５０℃から８００℃の範囲となる。
また、上記の発明において、前記ポンチの先端角部にＲ加工を施すことが好ましく、これにより、良好な掛かり代を容易に形成することができる。この場合のＲ加工は、ポンチの押付深さと同等の値に設定することが好ましい。

上述した本発明によれば、高圧冷媒に対応するためハウジングの板厚が３．５ｍｍ以上となる厚板の場合にも、ダイスの内径ｄとポンチの外径Ｄとを同一（ｄ＝Ｄ）にしてかしめることにより、塑性変形したハウジングの部材が圧縮機構のダイスに密接する十分な掛かり代を備えた高強度で信頼性の高いかしめ部を形成することができる。従って、高圧冷媒に対応するためハウジングの板厚を増す厚板化や、インバータの採用により圧縮機構を高速回転化した場合にも十分耐えることができ、高強度で信頼性の高い密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造を提供することができる。

以下、本発明に係る密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、密閉型圧縮機としてスクロール圧縮機の構成を説明する。
スクロール圧縮機１は、図３に示すように、ハウジング（筐体）３と、固定スクロール５と、旋回スクロール７と、回転シャフト９と、自転阻止部１１と、を備えている。

ハウジング３は、図３に示すように、内部に固定スクロール５や旋回スクロール７などが収納設置される密封容器である。ハウジング３には、ディスチャージカバー１３と、吸入管（図示せず）と、吐出管１７と、フレーム（筐体）１９と、が設けられている。ディスチャージカバー１３は、ハウジング３内を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分離するものである。
吸入管は、外部から流体を低圧室ＬＲに導くものであり、吐出管１７は、高圧室ＨＲから流体を外部へ導くものである。フレーム１９は、固定スクロール５及び旋回スクロール７を支持するものである。

回転シャフト９は、図３に示すように、ハウジング３内の下方に設けられたモータ（図示せず）の回転駆動力を旋回スクロール７に伝達するものである。回転シャフト９は、ハウジング３内に略垂直に支持されているとともに、回転可能に支持されている。回転シャフト９の上側の端部には、旋回スクロール７を公転旋回駆動する偏心ピン９ａが設けられている。偏心ピン９ａは、回転シャフト９の端面において、回転シャフト９の回転中心から、旋回スクロール７の旋回公転半径ｒだけ偏心した位置に、上記端面から上方へ延びる円柱部である。

固定スクロール５及び旋回スクロール７は、図３に示すように、ハウジング３の低圧室ＬＲに流入した流体を圧縮して、高圧室ＨＲに吐出するものである。固定スクロール５及び旋回スクロール７は、図３に示すように、固定スクロール５が上側に旋回スクロール７が下側に配置され、両スクロール５,７が噛み合うように配置されている。
固定スクロール５は、フレーム１９に固定支持さることにより、ハウジング３に固定されている。固定スクロール５の端板５ａの背面中央（図３における上側の面中央）には圧縮された流体の吐出ポート２１が設けられている。一方、旋回スクロール７は、フレーム１９に、固定スクロール５に対して公転旋回運動できるように支持されている。旋回スクロール７の端板７ａの背面中央（図１における下側の面中央）には、回転シャフト９の偏心ピン９ａが挿入されるボス２３が設けられている。同じく、端板７ａの背面には、旋回スクロール７の中心から所定半径の円周上に、自転阻止部１１のリング４１が配置される凹部２５が形成されている。凹部２５は、回転シャフト９側から見て、略円状に形成されている。

上述した構成のスクロール圧縮機１においては、ハウジング３の内部に収納した圧縮機構を固定するため、圧縮機構の側面適所に、円周方向へ等ピッチ（たとえば１２０度ピッチ）に配設した複数箇所のかしめ部３０が形成されている。なお、スクロール圧縮機１における圧縮機構は、固定スクロール５、旋回スクロール７、自転阻止部１１及び上部軸受として機能するフレーム等により構成される。
このかしめ部３０は、たとえば図１に示すように、フレーム１９に内径ｄとしたダイス１９ａを形成しておき、外径Ｄのポンチ４０を用いてハウジング３の部材を外側からダイス１９ａに向けて打ち込むように押圧することにより、低圧室ＬＲを形成する部分のハウジング３を凹部形状に塑性変形させたものである。

ここで、ダイス１９ａの内径ｄ及びポンチ４０の外径Ｄは、同一寸法（ｄ＝Ｄ）に設定されている。
このように、圧縮機構を構成するフレーム１９の側面適所に内径ｄとしたダイス１９ａを形成しておき、内径ｄと同一寸法に設定した外径Ｄのポンチ４０を用いてハウジング３を外側からダイス１９ａに向けて押圧すると、ハウジング３が塑性変形したかしめ部３０には十分な強度を有する掛かり代が形成される。すなわち、ポンチ４０の凸部に押圧されたハウジング３が塑性変形してダイス１９ａの空間に入り込み、フレーム１９側と係合することで掛かり代となるハウジング側素材の長さＬを十分に確保できるため、十分なかしめ強度を得ることができる。

従って、同様のかしめ部３０を円周方向へ等ピッチに複数箇所形成すると、高圧冷媒対応により板厚を増したハウジング３に対しても、十分な強度の掛かり代を形成したかしめにより、圧縮機構を確実に固定することができる。このようなかしめ部３０による圧縮機構固定構造は、かしめにより塑性変形して凸部を形成する側のハウジング３の素材が、特に、板厚を３．５ｍｍ以上とした軟鋼（ＳＧ２５５Ｒ）等の圧延鋼板よりなる厚板である場合に好適である。なお、上述したフレーム１９の素材は、鋳鉄（ＦＣ２０）が一般的に使用される。

ところで、上述したかしめ部３０を形成する際には、ハウジング３のかしめ部周辺または全体を所定温度以上に加熱して塑性変形させることが好ましい。この場合の所定温度、すなわちハウジング３を加熱する温度は、７００℃〜８００℃の範囲が好ましく、より好ましい加熱の所定温度は７５０℃〜８００℃となる。なお、ここに記載した温度範囲は、７００℃、７５０℃及び８００℃を含むものとする。
このような加熱を施してかしめ部３０を形成すると、ハウジング３の素材である圧延鋼板よりなる厚板の加工性が大幅に向上するので、十分なかしめ強度を有する掛かり代を容易かつ確実に形成することができる。

ここで、７００℃という下限値は、ハウジング３の素材（鋼材）が少し赤くなる温度であり、この程度までハウジング３を加熱しないと、非常に大きな荷重が必要になるなどして所望のかしめ形状を形成することは困難である。
また、８００℃という上限値は、これ以上加熱するとハウジング３の内外両表面に酸化被膜が形成されるため好ましくない。特に、ハウジング３の内部は、かしめ部３０を形成した後に酸化被膜を処理することは不可能である。

また、７５０℃という加熱温度は、ハウジング３の素材が組織変化する温度であり、従って、この温度以上の高温では組織変化によりかしめに必要な荷重が大幅に低減される。なお、一般的に鋼材は、上述した組織変化がなくても温度が高いほど変形しやすいという特性を有している。
すなわち、ハウジング３の加熱温度は、素材が少し赤熱してかしめに必要な荷重が低下する温度の７００℃から、素材に酸化被膜を発生させない温度の８００℃までの範囲が好ましい。そして、より好ましいハウジング３の加熱温度は、組織変化を生じてかしめに必要な荷重が大幅に低下する７５０℃から、素材に酸化被膜を発生させない温度の８００℃までとなる。

また、上述したかしめ部３０を形成するポンチ４０は、その先端角部４１にＲ加工を施すことが好ましい。このＲ加工における半径Ｒは、ポンチ４０による押し付け深さと同等の値に設定することが好ましい。すなわち、図１に示すように、ポンチ４０の先端角部４１に形成したＲ加工の半径Ｒと、ポンチ４０の押し付け深さＨとが同じ寸法（Ｒ＝Ｈ）に設定されている。
このような先端形状のポンチ４０を使用することにより、ダイス１９ａの内周面になじむように密着し、十分なかしめ強度を有する良好な掛かり代を容易に形成することができる。

また、ダイス１９ａ側においては、たとえば図２に示すように、かしめ加工時にハウジング３の素材がスムーズに塑性変形するように、入口の角部に対して寸法Ｓの面取加工を施した面取部１９ｂを設けることが好ましい。従って、ダイス１９ａの入口径ｄ′は、ポンチ４０の外形Ｄに２Ｓを加えた値（ｄ′＝Ｄ＋２Ｓ）となる。なお、この場合に好適な寸法Ｓは、０．５〜１ｍｍ程度である。

このように、上述した本発明によれば、高圧冷媒に対応するためハウジング３の板厚が３．５ｍｍ以上となる厚板の場合であっても、ダイス１９ａの内径ｄとポンチの外径Ｄとを同一（ｄ＝Ｄ）にしてかしめることにより、塑性変形したハウジング３の部材が圧縮機構側となるフレーム１９のダイス１９ａに密接する十分な掛かり代を備えた高強度で信頼性の高いかしめ部３０を形成することができる。
また、上述した実施形態の説明では、ハウジング３をかしめる圧縮機構側の部材をスクロール圧縮機構のフレーム１９としたが、圧縮機構の構成等に応じて適宜変更することができる。

従って、高圧冷媒に対応するためハウジング３の板厚を増す厚板化や、インバータの採用により圧縮機構を高速回転化した場合にも、必要に応じて形成される複数箇所のかしめ部３０により十分耐えることができ、高強度で信頼性の高いスクロール圧縮機の圧縮機構固定構造を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば密閉型圧縮機がスクロール圧縮機に限定されないなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造の一実施形態として、かしめ部を示す拡大断面図である。 図１に示したダイスの形状例であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造の一実施形態としてスクロール圧縮機の要部構成を示す断面図である。

符号の説明

１ スクロール圧縮機（密閉型圧縮機）
３ ハウジング
５ 固定スクロール
７ 旋回スクロール
１９ フレーム
１９ａ ダイス
３０ かしめ部
４０ ポンチ

Claims (3)

1. ハウジング内に収納した圧縮機構を固定するための密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造であって、
   前記圧縮機構の側面適所に内径ｄとしたダイスを形成しておき、前記内径ｄに等しい外径Ｄ（Ｄ＝ｄ）のポンチを用いて前記ハウジングを外側から前記ダイスに向けて押圧することにより、前記ハウジングを塑性変形させたかしめ部を複数箇所に設け、
   前記かしめ部は、前記ハウジングを７００℃から８００℃の範囲に加熱して塑性変形させることを特徴とする密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造。
2. 前記かしめ部は、前記ハウジングを７５０℃から８００℃の範囲に加熱して塑性変形させることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造。
3. 前記ポンチの先端角部にＲ加工を施したことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型圧縮機の圧縮機構固定構造。

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