JP5574999B2 - ロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法 - Google Patents

Description

本発明はロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法、特に、円柱の軸心方向の一部に偏心部を具備するクランクシャフトの加工方法によって加工されたクランクシャフトを用いたロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法に関する。

従来、ロータリ圧縮機は、シリンダーヘッドおよびフレームの上下二つの軸受けにクランクシャフト（本発明において「クランクシャフト」と称している）の短軸及び長軸をそれぞれ挿入し、クランクシャフトの偏心部に組み付けたローリングピストンと、シリンダーヘッドおよびフレームにはさまれたシリンダー内に突出するベーンと、によってシリンダー、シリンダーヘッドおよびフレームによって構成される圧縮室を、高圧側と低圧側に区分する。
クランクシャフトの長軸には電動機の回転子が仮固定され、密閉容器に仮固定される固定子による磁界によって回転子が回転することにより、クランクシャフトが回転し、ベーンによって仕切られたシリンダー内の低圧側に冷媒ガスを吸入し、高圧側では同時に冷媒ガスの圧縮が行われる。
このような構成のため、シリンダーヘッドおよびフレームはその内径同士の軸心がずれている（同軸でない）と、クランクシャフトが傾いて取り付けられることになる。そうすると、軸受け内における油膜の発生が阻害されることになり、軸受けの信頼性が悪化する。
このためシリンダーヘッドおよびフレームは高精度の同軸性でもって組み立てる必要がある。

そこで、圧縮機の軸受組み付け方法は２つの軸受けの同軸度を高める為に、クランクシャフトの一部を形成する偏心部の偏心方向と同じ方向にカウンターウエイトを取り付け、クランクシャフトを高速回転させ、偏心部及びカウンターウエイトの遠心力によりクランクシャフトを傾け、上部軸受(シリンダーヘッド)が振れ回った軌跡をセンサーで読み取り、その軌跡の中心を求め下部軸受け(フレーム)との同軸精度を一定水準に保つ位置に組み付けている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３０７３６５号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、クランクシャフトの長軸部および短軸部（以下、「同軸部」と称す場合がある）および偏心部を研削加工（ＮＣ制御された円筒研削加工）する研削盤における研削では、クランクシャフトの外径を受け治具で受けながら加工するため、同軸部の端面に設けられたセンター穴の中心と研削外径中心とは一致しない。
そのため、かかるセンター穴をクランクシャフト圧縮機の組み立てに活用して上下軸受を精度よく同軸に組み立てることができなかった。さらに、偏心部の加工は同軸部の加工とは別に、一旦、クランクシャフトを研削盤から取り外し、再度別の研削盤に組み付けて研削する必要があった。
また、従来の圧縮機組立装置を用いた組立方法では、クランクシャフトを強制的に傾けて振れ回す為、フレームの内径とクランクシャフトの長軸部の外径との間隙（ギャップ）が狭い場合では、油膜反力の不安定さの影響を受けやすく、シリンダーヘッドの振れ回り軌跡が小さくなり、シリンダーヘッドとフレームを精度よく同軸に組み立てることが困難になっていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、同軸部の端面に設けられたセンター穴の中心と研削面（外径）の中心との位置精度が高いクランクシャフトの加工方法によって加工されたクランクシャフトを用いたロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法を得るものである。

本発明に係るロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法は、互いに同心である円柱状の長軸部および短軸部と、該長軸部および短軸部の間に形成され前記長軸部および短軸部の中心に対して偏位した中心を具備する１または２以上の円柱状の偏心部と、を具備するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの長軸部が挿入される中心孔を具備するフレームと、前記クランクシャフトの短軸部が挿入される中心孔を具備するシリンダーヘッドと、前記クランクシャフトの偏心部を包囲する中心孔を具備するシリンダーと、を有するロータリ圧縮機の圧縮要素において、前記クランクシャフトの長軸部および短軸部の端面にそれぞれセンター穴を形成する工程と、該センター穴を基準にしてワンチャックで、前記クランクシャフトの長軸部、短軸部および偏心部の外周を研削する工程と、前記フレームと前記シリンダーとを締結固定して締結品を形成し、該締結品を組立装置の載置部に載置する工程と、前記載置された締結品の中心孔に前記クランクシャフトの長軸部を挿入して、前記クランクシャフトを前記センター穴において組立装置の上下チャックによって支持する工程と、該支持されたクランクシャフトを回転して、前記シリンダーの外周の揺動軌跡を測定することによって、前記長軸部の中心と前記フレームの中心とを一致させ、かつ、前記シリンダーを前記上下チャックに対して仮固定する工程と、前記上下チャックによる支持を一旦解放して、前記シリンダーヘッドの中心孔に前記短軸部が挿入された状態で、前記シリンダーヘッドを前記シリンダーに載置する工程と、前記クランクシャフトを前記センター穴において前記上下チャックによって再度支持する工程と、該再度支持されたクランクシャフトを回転して、前記シリンダーヘッドの外周の揺動軌跡を測定することによって、前記短軸部の中心と前記シリンダーヘッドの中心とを一致させ、前記シリンダーヘッドを前記シリンダーに締結固定する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によると、クランクシャフトの長軸部および短軸部の外周と偏心部の外周とを、ワンチャックで研削加工するから、長軸部および短軸部の中心と偏心部の中心との偏位量（以下、単に「偏心量」と称す場合がある）が正確になる。したがって、かかるクランクシャフトを装備したロータリ圧縮機は、圧縮要素（シリンダーヘッド、フレーム等によって構成される）の組み立て精度（同軸度）が向上し、圧縮効率が向上する。

ロータリ圧縮機を示す側面視の断面図。 ロータリ圧縮機を示す側面視の断面図。 本発明の実施の形態１に係るクランクシャフトの加工方法を示す斜視図。 本発明の実施の形態１に係るクランクシャフトの加工方法を示す斜視図。 本発明の実施の形態２に係るロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法を示すフローチャート。 図５に示すフローチャートにおける工程を模式的に示す側面視の断面図。 図５に示すフローチャートにおける工程を模式的に示す側面視の断面図。 図５に示すフローチャートにおける工程を模式的に示す側面視の断面図。 図５に示すフローチャートにおける工程を模式的に示す側面視の断面図。 図５に示すフローチャートにおける工程を模式的に示す側面視の断面図。

［実施の形態１：クランクシャフトの加工方法］
図１および図２はロータリ圧縮機を模式的に説明する側面視の断面図であって、以下に説明する実施の形態２であるロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法によって組み立てられたものである。
図１において、ロータリ圧縮機１００は、密閉容器１内に電動要素２と圧縮要素３Ｓとが収容されている。
電動要素２は、固定子４と回転子５とで構成されている。
圧縮要素３Ｓは、電動要素２を構成する回転子５により駆動されるシングルクランクシャフト６Ｓ（これについては別途詳細に説明する）と、シングルクランクシャフト６Ｓと同心のシリンダー７と、シングルクランクシャフト６Ｓの偏心部６２ａに嵌り、シリンダー７内を偏心回転するローリングピストン８と、シリンダー７の下側端面を閉塞するシリンダーヘッド９と、シリンダー７の上側端面を閉塞するフレーム１０とで構成されている。
そして、密閉容器１の底部には冷凍機油を貯溜する油溜まり部１１が設けられ、冷凍機油は油溜まり部１１からシングルクランクシャフト６Ｓの内部を経由してローリングピストン８の内部に導かれる。
吸入管１２は冷凍サイクルの蒸発器（図示しない）と接続され、冷媒を気液分離器１３を介してシリンダー７内に導き、吐出管１４は冷凍サイクルの凝縮器（図示しない）と接続され、密閉容器１内の高圧冷媒を冷凍サイクルへ送り出す。

図２において、ロータリ圧縮機２００は、ロータリ圧縮機１００におけるシングルクランクシャフト６Ｓをツインクランクシャフト６Ｄ（これについては別途詳細に説明する）に変更したものであって、圧縮要素３Ｄは、ツインクランクシャフト６Ｄと同心のシリンダー７ａ、７ｂと、ツインクランクシャフト６Ｄの偏心部６２ａ、６２ｂに嵌り、シリンダー７ａ、７ｂ内を偏心回転するローリングピストン８ａ、８ｂと、を有している。なお、図１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

そして、シングルクランクシャフト６Ｓおよびツインクランクシャフト６Ｄは何れも、以下に説明する実施の形態１であるクランクシャフトの加工方法によって加工されたものであり、また、ロータリ圧縮機１００およびロータリ圧縮機２００は何れも、以下に説明する実施の形態２であるロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法によって組み立てられたものである。

図３および図４は本発明の実施の形態１に係るクランクシャフトの加工方法を説明する斜視図である。
図３の（ａ）および（ｂ）において、シングルクランクシャフト６Ｓ（以下、「クランクシャフト６Ｓ」と称す）は、円柱状の長軸部６１ａと、長軸部６１ａの中心（以下、「回転中心」と称す）と同心の中心を有する短軸部６１ｂと、長軸部６１ａと短軸部６１ｂとに挾まれた円柱状の偏心部６２ａとを有している。偏心部６２ａの中心は所定の距離だけ回転中心から偏位している。なお、長軸部６１ａと短軸部６１ｂとを纏めて同軸部６１と称す。
そして、長軸部６１ａの端部には、回転中心の位置にセンター穴６３ａを形成し、短軸部６１ｂの端部には、回転中心の位置にセンター穴６３ｂを形成する工程を有する（後記する図５のＳ１参照）。

図３の（ａ）において、クランクシャフト６Ｓのセンター穴６３ａ、６３ｂに、研削盤（図示しない）のセンター押さえ（芯押し部に同じ）３０１ａ、３０１ｂを侵入させ、センター押さえ３０１ａ、３０１ｂによって、クランクシャフト６Ｓを回転軸の方向（軸方向）に押し付けてチャック（挾持）する（以下、「チャッキング」と称す場合がある）。このとき、センター押さえ３０１ａは図示しない回転駆動機構に連結されているため、回転駆動され、一方、センター押さえ３０１ｂは回転自在である。

そして、回転するクランクシャフト６Ｓの長軸部６１ａ（同軸部６１）に、回転する砥石３０２の外周を押し付けて、長軸部６１ａの外周を研削する工程を有する（後記する図５のＳ２参照）。このとき、クランクシャフト６Ｓの回転によって、センター押さえ３０１ｂは回転させられる。砥石３０２の押し付け力や軸方向への進み量は、クランクシャフト６Ｓに要求される品質（面粗度等）に応じて、適宜決定される、したがって、必ずしも長軸部６１ａの全長に渡って研削条件が同じ訳ではない。
なお、長軸部６１ａを挟んで、砥石３０２に対向する位置に図示しない撓み防止手段が設けられているため、砥石３０２の押し付けによる長軸部６１ａの曲がり（撓み）が防止されている。
さらに、前記チャキングのまま（ワンチャックで）、砥石３０２を軸方向に移動し、短軸部６１ｂを研削する工程を有する。

図３の（ｂ）において、クランクシャフト６Ｓは、前記チャキングのまま（ワンチャックで）、回転する偏心部６２ａの外周に回転する砥石３０２の外周を押し付けて、偏心部６２ａの外周を研削する工程（後記する図５のＳ２参照）を有する。
このとき、砥石３０２は数値制御（ＮＣ制御）によって、同軸部６１（長軸部６１ａおよび短軸部６１ｂ）の回転（正確には、円周方向の位相）に合わせて、回転中心に向かって前進と後退とを繰り返すため、偏心部６２ａの外周は、同軸部６１の中心に対して所定の偏心量を中心にした断面円形に研削される。
すなわち、クランクシャフト６Ｓの外周は全長に渡って「ワンチャック」において研削されるから、高い精度が得られる（要求された偏心量が満足される）。
このとき、砥石３０２の押し付け力や軸方向への進み量は、クランクシャフト６Ｓに要求される品質（面粗度等）に応じて、適宜決定される。したがって、必ずしも各部分が同じ研削条件で研削される訳ではない。
なお、本発明は同一のセンター穴基準でのチャッキングならば、２回以上でも、異なる設備での研削工程分割でも高い加工精度が得られる。

図４の（ａ）および（ｂ）において、ツインクランクシャフト６Ｄは、円柱状の長軸部６１ａと、長軸部６１ａの中心（以下、「回転中心」と称す）と同心の中心を有する短軸部６１ｂと、長軸部６１ａと短軸部６１ｂとに挾まれた円柱状の偏心部６２ａおよび偏心部６２ｂとを有している。偏心部６２ａの中心および偏心部６２ｂの中心は、何れも回転中心から同一距離だけ偏位し、偏心部６２ａ、６２ｂの中心同士を結んだ線上に同軸部６１の中心が位置している。なお、図３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

図４の（ａ）において、図３の（ａ）に示すクランクシャフト６Ｓと同様に、ワンチャックで、ツインクランクシャフト６Ｄの長軸部６１ａおよび短軸部６１ｂを研削する。

図４の（ｂ）において、図３の（ｂ）に示すクランクシャフト６Ｓと同様に、ワンチャックで、ツインクランクシャフト６Ｄの偏心部６２ａおよび偏心部６２ｂを研削する。

クランクシャフト６Ｓは、前記チャキングのまま（ワンチャックで）、回転する偏心部６２ａの外周に回転する砥石３０２の外周を押し付けて、偏心部６２ａの外周を研削する。
このとき、砥石３０２は数値制御（ＮＣ制御）によって、同軸部６１の回転に合わせて、回転中心に向かって前進と後退とを繰り返すため、偏心部６２ａおよび偏心部６２ｂの中心は、それぞれ同軸部６１の中心に対して正確な偏心量でもって、偏心部６２ａおよび偏心部６２ｂの外周は、それぞれ円形に研削される。
したがって、ツインクランクシャフト６Ｄの外周は全長に渡って「ワンチャック」において研削されるから、高い精度が得られる（要求された偏心量が満足される）。
なお、本発明は偏心部の数を限定するものではなく、３以上であってもよい。

［実施の形態２：ロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法］
図５〜図１０は本発明の実施の形態２に係るロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法を説明するものであって、図５は工程を示すフローチャート、図６〜図１０は工程を模式的に示す側面視の断面図である。
図６の（ａ）において、ロータリ圧縮機の圧縮要素の組立装置（以下、単に「組立装置」と称す）４００は、下ベース４０１に緩衝バネ４０２によって支持された下センター押さえ部４０３が立設され、下ベース４０１の上方には、脚４０４に支持された中ベース４０５が設置されている。中ベース４０５には下センター押さえ部４０３と同一位相の位置に、貫通孔４０５ａが形成され、貫通孔４０５ａを包囲するように載置部４０６が設けられている。
また、シリンダークランプ４０７およびシリンダーヘッドクランプ４０９（図９の（ａ）参照）がそれぞれ中ベース４０５に旋回自在に設置されている。
さらに、昇降自在な上ベース４１０には図示しない回転駆動機構が設けられ、該回転駆動機構によって回転される上センター押さえ部４０８が、下センター押さえ部４０３と同一位相になる位置に配置されている。また、上ベース４１０にはボルト締結手段４１１が設置されている。

図６の（ｂ）において、フレーム１０とシリンダー７とは図示しない締結ボルトによって締結固定されている（以下、フレーム１０とシリンダー７とが締結固定されたものを「フレーム・シリンダー締結品１７」または単に「締結品１７」と称す）。
そして、フレーム・シリンダー締結品１７を組立装置４００の載置部４０６に載置する（図５のＳ３参照）。

図７の（ａ）において、フレーム・シリンダー締結品１７の中心孔にクランクシャフト６Ｓを挿入し、センター穴６３ａに下センター押さえ部４０３を侵入させ、センター穴６３ｂに上センター押さえ部４０８を侵入させてチャックする。すなわち、クランクシャフト６Ｓを、センター穴６３ａ、６３ｂにおいて、組立装置４００に設置する（図５のＳ４参照）。
そして、図示しない回転駆動機構を起動することによって、クランクシャフト６Ｓを回転して、フレーム・シリンダー締結品１７の水平面上の位置を調整する。
すなわち、シリンダー７の外周の揺動軌跡を、中ベース４０５に設けられた図示しないシリンダー位置センサーによって測定する。このとき、シリンダー位置センサーは直交する２方向からシリンダー７の外周位置を測定するため、この揺動軌跡がある一定の範囲に収束した場合、フレーム１０の中心とクランクシャフト６Ｓの中心とが一致したことになる（以下、「芯出しする」と称す場合がある）。

図７の（ｂ）において、芯出ししたフレーム・シリンダー締結品１７をシリンダークランプ４０７によって、載置部４０６に仮固定する（図５のＳ５参照）。

図８の（ａ）において、上ベース４１０を上昇させて、前記チャッキングを一旦解放し、シリンダー７の中心孔にベーンおよびローリングピストン（何れも図示しない）を設置し、クランクシャフト６Ｓの短軸部６１ｂがシリンダーヘッド９の中心孔に挿入された状態で、シリンダーヘッド９をシリンダー７に載置する（図５のＳ６参照）。

図８の（ｂ）において、上ベース４１０を下降して、センター穴６３ｂに上センター押さえ部４０８を侵入させ、クランクシャフト６Ｓを下センター押さえ部４０３および上センター押さえ部４０８によって再度チャックする（図５のＳ７参照）。
そして、図示しない回転駆動機構を起動することによって、クランクシャフト６Ｓを回転して、シリンダーヘッド９の水平面上の位置を調整する。
。
すなわち、シリンダーヘッド９の外周の揺動軌跡を、中ベース４０５に設けられた図示しないシリンダーヘッド位置センサーによって測定する。このとき、シリンダーヘッド位置センサーは直交する２方向からシリンダーヘッド９の外周位置を測定するため、この揺動軌跡がある一定の範囲に収束した場合、シリンダーヘッド９の中心とクランクシャフト６Ｓの中心とが一致したことになる（以下、「芯出しする」と称す場合がある）。

図９の（ａ）において、芯出ししたシリンダーヘッド９をシリンダーヘッドクランプ４０９によって、フレーム・シリンダー締結品１７に仮固定する。
図９の（ｂ）において、芯出ししたシリンダーヘッド９とフレーム・シリンダー締結品１７とを締結ボルト１９（上ベース４１０に設置されたボルト締結手段４１１によって回転される）によって締結固定する（ボルト締結手段４１１によって回転する）ことによって、圧縮要素３Ｓを完成させる（図５のＳ８参照）。

以上のように、実施の形態２に係る組立方法は、実施の形態１に係るクランクシャフトの加工方法によって加工されたクランクシャフト６Ｓを用いるものであって、クランクシャフト６Ｓの加工から圧縮要素３Ｓの完成まで、センター穴６３ａ、６３ｂを基準に（チャック）するから、シリンダーヘッド９の中心とフレーム１０の中心との同軸度を精度良く組立てることができるという効果を有する。
また、組立装置４００は構造が簡素であって、操作が容易であるから、組立作業の迅速化を図ることができると共に、組み立てを実施する作業者を熟練者に限定する必要がなくなる。
なお、以上は、各部材の中心を一致させる（芯出し）場合について説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、下センター押さえ部４０３と上センター押さえ部４０８との平面上の相対位置をわずかにずらすことで、実際のロータリ圧縮機の運転での負荷状態を考慮して自在に位置を調整して組み立てることができる。

図１０は、ツインクランクシャフト６Ｄを具備する圧縮要素３Ｄの組立方法を説明するものであって、クランクシャフト６Ｓを具備する圧縮要素３Ｓの組立方法を説明した図９の（ｂ）に対応するものである。なお、図５〜９と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
圧縮要素３Ｄの組立方法は圧縮要素３Ｓの組立方法に準じるものである。すなわち、芯出しされ、シリンダークランプ４０７によってフレーム・シリンダー締結品１７に仮固定されたシリンダー７ａに、スペーサ１５を載置し、スペーサ１５にシリンダー７ｂを載置する。

そして、シリンダー７ａと同様にシリンダー７ｂを芯出しし、図示しないクランプによって、シリンダー７ｂをスペーサ１５を介してフレーム・シリンダー締結品１７に仮固定し、図示しない締結ボルトによってフレーム・シリンダー締結品１７に締結固定する。
さらに、シリンダー７ｂにシリンダーヘッド９を載置し、シリンダーヘッド９を芯出しした後、締結ボルト１９によって、シリンダーヘッド９をシリンダー７ｂに締結固定する。

よって、圧縮要素３Ｓの組立方法と同様に、クランクシャフト６Ｄの加工から圧縮要素３Ｄの完成まで、センター穴６３ａ、６３ｂを基準に（チャック）するから、シリンダーヘッド９の中心とフレーム１０の中心との同軸度を精度良く組立てることができるという効果を有する。

１：密閉容器、２：電動要素、３Ｄ：圧縮要素、３Ｓ：圧縮要素、４：固定子、５：回転子、６Ｄ：ツインクランクシャフト、６Ｓ：シングルクランクシャフト、７：シリンダー、７ａ：シリンダー、７ｂ：シリンダー、８：ローリングピストン、８ａ：ローリングピストン、８ｂ：ローリングピストン、９：シリンダーヘッド、１０：フレーム、１１：油溜まり部、１２：吸入管、１３：気液分離器、１４：吐出管、１５：スペーサ、１７：フレーム・シリンダー締結品、１９：締結ボルト、６１：同軸部、６１ａ：長軸部、６１ｂ：短軸部、６２ａ：偏心部、６２ｂ：偏心部、６３ａ：センター穴、６３ｂ：センター穴、１００：ロータリ圧縮機、２００：ロータリ圧縮機、３０１ａ：センター押さえ、３０１ｂ：センター押さえ、３０２：砥石、４００：組立装置、４０１：下ベース、４０２：緩衝バネ、４０３：下センター押さえ部、４０４：脚、４０５：中ベース、４０５ａ：貫通孔、４０６：載置部、４０７：シリンダークランプ、４０８：上センター押さえ部、４０９：シリンダーヘッドクランプ、４１０：上ベース、４１１：ボルト締結手段。

Claims (1)

1. 互いに同心である円柱状の長軸部および短軸部と、該長軸部および短軸部の間に形成され前記長軸部および短軸部の中心に対して偏位した中心を具備する１または２以上の円柱状の偏心部と、を具備するクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトの長軸部が挿入される中心孔を具備するフレームと、
   前記クランクシャフトの短軸部が挿入される中心孔を具備するシリンダーヘッドと、
   前記クランクシャフトの偏心部を包囲する中心孔を具備するシリンダーと、
   を有するロータリ圧縮機の圧縮要素において、
   前記クランクシャフトの長軸部および短軸部の端面にそれぞれセンター穴を形成する工程と、
   該センター穴を基準にしてワンチャックで、前記クランクシャフトの長軸部、短軸部および偏心部の外周を研削する工程と、
   前記フレームと前記シリンダーとを締結固定して締結品を形成し、該締結品を組立装置の載置部に載置する工程と、
   前記載置された締結品の中心孔に前記クランクシャフトの長軸部を挿入して、前記クランクシャフトを前記センター穴において組立装置の上下チャックによって支持する工程と、
   該支持されたクランクシャフトを回転して、前記シリンダーの外周の揺動軌跡を測定することによって、前記長軸部の中心と前記フレームの中心とを一致させ、かつ、前記シリンダーを前記上下チャックに対して仮固定する工程と、
   前記上下チャックによる支持を一旦解放して、前記シリンダーヘッドの中心孔に前記短軸部が挿入された状態で、前記シリンダーヘッドを前記シリンダーに載置する工程と、
   前記クランクシャフトを前記センター穴において前記上下チャックによって再度支持する工程と、
   該再度支持されたクランクシャフトを回転して、前記シリンダーヘッドの外周の揺動軌跡を測定することによって、前記短軸部の中心と前記シリンダーヘッドの中心とを一致させ、前記シリンダーヘッドを前記シリンダーに締結固定する工程と、
   を有することを特徴とするロータリ圧縮機の圧縮要素の組立方法。

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