JP6004633B2 - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機等に用いられるスクロール型圧縮機に関する。

空気調和機等に用いられるスクロール型圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを備える。固定スクロール、旋回スクロールは、それぞれ円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップ壁が一体に形成されたものである。
このような旋回スクロールを、固定スクロールに対し、ラップ壁どうしを噛み合わせた状態で対向させ、旋回スクロールを公転旋回運動させる。そして、双方のラップ壁の間に形成される圧縮室を外周側から内周側に移動させつつその容積を減少させることで、圧縮室内の流体の圧縮を行う（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、旋回スクロールを公転旋回運動させるため、モータによって回転駆動される主軸に、その中心軸から偏心した位置にボスが形成され、このボスに旋回スクロールが回転自在に保持されている。これにより、主軸がモータにより回転すると、ボスが、主軸の中心軸に対する偏心寸法を半径とした円弧に沿って旋回する。その結果、旋回スクロールは、主軸の中心に対して偏心した寸法を半径とした回転（公転）を行うのである。

上記のような主軸は、複数の軸受を介し、スクロール型圧縮機のハウジングに回転自在に支持されている。
ここで、図６に示すように、旋回スクロール１０３に近い側の上部軸受１０８は、スクロール型圧縮機１０１のハウジング１１０にかしめ加工がなされることによって、ハウジング１１０に固定されている。
かしめ加工がなされたかしめ部１１１は、上部軸受１０８の外周面に断面円形の凹部１１２が形成され、この凹部１１２に対向した位置において、ハウジング１１０の外側からポンチ等によってハウジング１１０を内側に押し込んで塑性変形させることによって形成されている。このようにして形成されたかしめ部１１１は、略半球状の凹部であり、上部軸受１０８側の凹部１１２の周縁部１１２ａに食い込むようになっている。

特開２０００−１８１８２号公報

スクロール型圧縮機１０１が作動すると、固定スクロール１０２と旋回スクロール１０３との間に形成された圧縮室内でガスが圧縮され、その反力により、旋回スクロール１０３が、主軸１０５の軸線に沿い、かつ固定スクロール１０２から離間する方向に押圧される。また、圧縮行程が終わるたびに、反力による押圧も解放され、旋回スクロール１０３が固定スクロール１０２に接近する方向に戻ろうとする。
すると、かしめ部１１１が上部軸受１０８側の凹部１１２の周縁部１１２ａに食い込むようになっている部分において、主軸１０４の軸線に沿って往復する方向に繰り返し応力が発生する。その応力が繰り返し作用したり、応力が過大となると、この部分にクラック等が発生することがある。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、軸受とハウジングのかしめ部におけるクラック等の発生を抑え、信頼性を高めることのできるスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明のスクロール型圧縮機は、スクロール型圧縮機の外殻を形成するハウジングと、ハウジング内に回転自在に支持され、その一端に中心軸からオフセットした偏心軸部が一体に形成された主軸と、主軸の偏心軸部に回転自在に連結された旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、ハウジング側に固定された固定スクロールと、を備え、主軸を固定スクロール側で回転自在に支持する軸受は、その外周面に凹部が形成され、ハウジングに、軸受の凹部に押し込まれたかしめ部が形成されるとともに、かしめ部の近傍に、ハウジングの他の部分よりも主軸の軸線方向における剛性の低い低剛性部が形成され、低剛性部は、その断面の曲率半径が、かしめ部に食い込む凹部の外周縁部の断面の曲率半径よりも大きくなるよう形成されていることを特徴とする。
これにより、スクロール型圧縮機を作動させたときに、固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室で冷媒の圧縮行程が繰り返されると、圧縮の反力により、軸受に、旋回スクロールを介して主軸の軸線方向に沿った方向の荷重が作用する。このとき、かしめ部の近傍に、ハウジングの他の部分よりも主軸の軸線方向における剛性の低い低剛性部が形成されているので、荷重による応力は低剛性部に集中して作用し、これによってかしめ部に作用する応力を軽減することができる。
ここで、低剛性部は、かしめ部の近傍に形成された、ハウジングの他の部分よりも肉厚の薄い部分とすることができる。これ以外にも、低剛性部は、ハウジングの他の部分よりもヤング率の低い材料で形成することも可能である。

低剛性部は、いかなる形状、配置としても良い。
本発明のスクロール型圧縮機は、スクロール型圧縮機の外殻を形成するハウジングと、ハウジング内に回転自在に支持され、その一端に中心軸からオフセットした偏心軸部が一体に形成された主軸と、主軸の偏心軸部に回転自在に連結された旋回スクロールと、旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、ハウジング側に固定された固定スクロールと、を備え、主軸を固定スクロール側で回転自在に支持する軸受は、その外周面に凹部が形成され、ハウジングに、軸受の凹部に押し込まれたかしめ部が形成されるとともに、かしめ部の近傍に、ハウジングの他の部分よりも主軸の軸線方向における剛性の低い低剛性部が形成され、低剛性部は、かしめ部の外周側に形成され、当該かしめ部と同心円状に形成された円環状の溝であることを特徴とする。
また、低剛性部は、主軸の軸線に沿った方向に沿って、かしめ部の一方の側と他方の側に形成されたドット状の凹部とすることもできる。

本発明によれば、スクロール型圧縮機を作動させたときに、固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室で冷媒の圧縮行程が繰り返されることで、軸受に主軸の軸線方向に沿った方向の荷重がかかっても、かしめ部だけでなく、かしめ部の近傍に形成された低剛性部にも応力が作用する。これにより、かしめ部に作用する応力を軽減することができ、かしめ部でクラック等が生じるのを防ぎ、スクロール型圧縮機の信頼性を高めることができる。

本実施の形態におけるスクロール型の圧縮機の構成を示す断面図である。 第一の実施形態にかかるかしめ部の構成を示す圧縮機の要部拡大断面図である。 第二の実施形態にかかるかしめ部の構成を示す圧縮機の要部拡大断面図である。 比較例におけるかしめ部の応力発生状況を示す図である。 実施例におけるかしめ部の応力発生状況を示す図である。 従来のかしめ部の構成を示す圧縮機の要部拡大断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は、本実施の形態における圧縮機の構成を説明するための断面図である。
この図１に示すように、圧縮機１０Ａは、縦型のスクロール型で、ハウジング１１Ａ内に、主軸１２と、主軸１２とともに公転する旋回スクロール２０と、上部軸受１４に固定されることでハウジング１１Ａ側に固定された固定スクロール３０と、を備える。
このような圧縮機１０Ａにおいては、ハウジング１１Ａの一端側に形成された冷媒導入ポートＰ１からハウジング１１Ａ内に冷媒が導入され、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に形成された圧縮室５０において冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、ハウジング１１Ａの他端側に形成された冷媒吐出ポートＰ２から吐出される。

旋回スクロール２０は、円板状の端板２１に、渦巻き状で所定の高さを有したラップ壁２２が一体に形成されている。
一方、固定スクロール３０は、旋回スクロール２０に対向する端板３１に、旋回スクロール２０のラップ壁２２に対向して噛み合う渦巻き状のラップ壁３２が形成されている。

このようにして、旋回スクロール２０と固定スクロール３０は、ラップ壁２２とラップ壁３２を互いに組み合わせている。これにより、旋回スクロール２０と固定スクロール３０との間に、圧縮室５０を形成している。
旋回スクロール２０、固定スクロール３０の外周側から圧縮室５０に導入された冷媒は、固定スクロール３０に対する旋回スクロール２０の公転により、外周側から内周側に順次送られて圧縮される。圧縮室５０で圧縮された冷媒は、固定スクロール３０に形成された吐出孔３７、吐出孔３７に設けられたリード弁３８を介し、ハウジング１１Ａの他端側に形成された冷媒吐出ポートＰ２から吐出される。

主軸１２は、その両端部が、ハウジング１１Ａに下部軸受１３、上部軸受１４を介して回転自在に支持されている。主軸１２は、ハウジング１１Ａの内面に固定された固定子１５と、主軸１２の外周面に固定され、固定子１５と対向する回転子１６とからなるモータ１７によって回転駆動される。なお、主軸１２は、一端をハウジング１１Ａを貫通して外部に突出させ、エンジンや外部に設けられたモータ等の図示しない駆動源が主軸１２の一端に連結されることで回転駆動される構成とすることもできる。

主軸１２の他端部には、主軸１２の中心軸から予め定められた寸法だけ偏心した位置に、ボス１９が筒状に突出形成されている。旋回スクロール２０の主軸１２側には、円筒状の筒状壁２３が形成され、筒状壁２３の内側に形成された凹部２３ａにボス１９が収容されて回転自在に保持されている。これにより、旋回スクロール２０は、主軸１２の中心に対し、予め定められた寸法だけ偏心して設けられ、主軸１２がその軸線周りに回転すると、旋回スクロール２０は、主軸１２の中心に対して偏心した寸法を半径とした回転（公転）を行う。なお、旋回スクロール２０が公転しつつも自転はしないよう、旋回スクロール２０と主軸１２との間には、オルダムリング（図示無し）が介在している。

さてここで、図２に示すように、上部軸受１４は、スクロール型圧縮機１のハウジング１１Ａにかしめ加工がなされることによって、ハウジング１１Ａに固定されている。
かしめ加工がなされたかしめ部６０は、上部軸受１４の外周面に断面円形の凹部６１が形成され、この凹部６１に対向した位置において、ハウジング１１Ａの外側からポンチ等によってハウジング１１Ａを内側に押し込んで塑性変形させることによって形成されている。このようにして形成されたかしめ部６０は、略半球状の凹部であり、上部軸受１４側の凹部６１の周縁部６１ａに食い込むようになっている。

また、ハウジング１１Ａには、かしめ部６０の近傍に、低剛性部７０Ａが形成されている。この低剛性部７０Ａは、かしめ部６０の周囲において、主軸１２の軸線方向におけるハウジング１１Ａの剛性を下げるもので、かしめ部６０の外周側に、かしめ部６０と同心円状に位置する環状の溝とすることができる。
この低剛性部７０Ｂの溝断面における曲率半径Ｒ１は、かしめ部６０が食い込む上部軸受１４側の凹部６１の周縁部６１ａの断面の曲率半径Ｒ０よりも大きくなるよう形成されている。
この低剛性部７０Ａにより、ハウジング１１Ａが、かしめ部６０の外周側で肉厚の小さい部分が形成されている。

このような低剛性部７０Ａは、ハウジング１１Ａに予め形成しておく。低剛性部７０Ａが形成されたハウジング１１Ａ内に上部軸受１４を挿入し、ハウジング１１Ａの外側から、ポンチ等によりハウジング１１Ａを押圧してかしめ部６０を形成する。

圧縮機１０Ａが作動したときには、固定スクロール３０と旋回スクロール２０との間に形成された圧縮室５０内でガスが圧縮を繰り返し、旋回スクロール２０に主軸１２の軸線に沿った方向に荷重が作用する。上記のような構成によれば、かしめ部６０の近傍に環状の溝からなる低剛性部７０Ａが形成されているので、旋回スクロール２０に主軸１２の軸線に沿った方向に荷重が作用することでハウジング１１Ａに生じる応力の一部が低剛性部７０Ａに作用する。これによって、かしめ部６０に作用する応力が軽減される。したがって、かしめ部６０が、上部軸受１４側の凹部６１の周縁部６１ａに食い込む部分において、クラック等が生じるのを防ぐことができる。
その結果、スクロール型の圧縮機１０Ａの信頼性を高めることが可能となる。

［第二の実施形態］
次に、本発明に係るスクロール型圧縮機の第二の実施形態について説明する。以下の説明においては、上記第一の実施形態と異なる構成について中心に説明し、上記第一の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態のスクロール型の圧縮機１０Ｂにおいては、ハウジング１１Ｂにおいて、かしめ部６０の近傍に、低剛性部７０Ｂが形成されている。この低剛性部７０Ｂは、かしめ部６０の周囲におけるハウジング１１Ｂの剛性を下げるもので、かしめ部６０に対し、主軸１２の軸線に沿ってかしめ部６０の両側（上下）にそれぞれ位置する円形状（ドット状）の凹部である。低剛性部７０Ｂを形成する凹部は、その直径Ｄ１がかしめ部６０の直径Ｄ０よりも小さくなるよう形成されている。

この低剛性部７０Ｂは、かしめ部６０の中心に対し、主軸１２の軸線方向を中心として、４５〜１３５°の範囲内に形成するのが好ましい。この低剛性部７０Ｂにより、ハウジング１１Ｂは、主軸１２の軸線方向に対して直交する方向における剛性が、ハウジング１１Ｂの他の部分よりも低くなるようにするのが好ましい。
この低剛性部７０Ｂの断面における曲率半径Ｒ２は、かしめ部６０が食い込む上部軸受１４側の凹部６１の周縁部６１ａの断面の曲率半径Ｒ０よりも大きくなるよう形成されている。
この低剛性部７０Ｂにより、ハウジング１１Ｂが、かしめ部６０の外周側で肉厚の小さい部分が形成されている。

このような低剛性部７０Ｂは、ハウジング１１Ｂに予め形成しておくのが好ましい。低剛性部７０Ｂが形成されたハウジング１１Ｂ内に上部軸受１４を挿入し、ハウジング１１Ｂの外側から、ポンチ等によりハウジング１１Ｂを押圧してかしめ部６０を形成する。

このような構成によれば、かしめ部６０の近傍（主軸１２の軸線に沿った方向の上下）にトッド状の溝からなる低剛性部７０Ｂが形成されているので、圧縮機１０Ｂが作動したときに、旋回スクロール２０に主軸１２の軸線に沿った方向に荷重が作用することで生じる応力の一部が、低剛性部７０Ｂに作用する。これによって、かしめ部６０に作用する応力が軽減される。したがって、かしめ部６０が、上部軸受１４側の凹部６１の周縁部６１ａに食い込む部分において、クラック等が生じるのを防ぐことができる。
その結果、スクロール型の圧縮機１０Ｂの信頼性を高めることが可能となる。

［実施例］
次に、第一の実施形態で示した構成について、従来の構成との比較を行ったのでその結果を示す。
（比較例）
直径１５０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの鋼材からなるハウジング内に、直径１３ｍｍの凹部が形成された上部軸受を配した。
そして、直径１３ｍｍ、底面の断面の曲率半径Ｒ０が０．５ｍｍのかしめ部を形成することで、上部軸受をハウジングに固定した。
（実施例１）
直径１５０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの鋼材からなるハウジング内に、直径１３ｍｍの凹部６１と、が形成された上部軸受を配した。ハウジングには、かしめ部を形成すべき位置を中心として、直径１１ｍｍ、底面の断面の曲率半径Ｒ１が６ｍｍの環状の溝を低剛性部として形成した。
そして、直径１３ｍｍ、断面の曲率半径Ｒ０が０．５ｍｍのかしめ部６０を形成することで、上部軸受をハウジングに固定した。

上記したような比較例および実施例１において、２０００Ｎの引張荷重が作用したときにハウジングのかしめ部に作用する応力をＦＥＭ（Finite Element Method,有限要素法）により解析した。
その結果を図４、５に示す。

図４に示すように、低剛性部７０Ａを備えない比較例では、かしめ部に作用する荷重が最大１４１．５ＭＰａであった。これに対し、図５に示すように、かしめ部の周囲に環状の低剛性部７０Ａを形成した実施例１においては、かしめ部に作用する荷重が最大１３１．７ＭＰａであり、約７％の応力低減が確認された

なお、上記に示した各構成は、適宜組み合わせて採用することが可能であるのは言うまでもない。
例えば、圧縮機１０Ａ，１０Ｂの全体構成については、上記実施形態で示した構成に限らず、適宜に他の構成とすることが可能である。
また、上記第二の実施形態において、ドット状の低剛性部７０Ｂは、かしめ部６０の上下だけでなく、さらに他の部位に追加して設けても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０Ａ，１０Ｂ 圧縮機
１１Ａ、１１Ｂ ハウジング
１２ 主軸
１３ 下部軸受
１４ 上部軸受
１５ 固定子
１６ 回転子
１７ モータ
１９ ボス
２０ 旋回スクロール
３０ 固定スクロール
５０ 圧縮室
６０ かしめ部
６１ 凹部
６１ａ 周縁部
７０Ａ、７０Ｂ 低剛性部

Claims (3)

1. スクロール型圧縮機の外殻を形成するハウジングと、
   前記ハウジング内に回転自在に支持され、その一端に中心軸からオフセットした偏心軸部が一体に形成された主軸と、
   前記主軸の前記偏心軸部に回転自在に連結された旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、前記ハウジング側に固定された固定スクロールと、を備え、
   前記主軸を前記固定スクロール側で回転自在に支持する軸受は、その外周面に凹部が形成され、
   前記ハウジングに、前記軸受の凹部に押し込まれたかしめ部が形成されるとともに、
   前記かしめ部の近傍に、前記ハウジングの他の部分よりも前記主軸の軸線方向における剛性の低い低剛性部が形成され、
   前記低剛性部は、その断面の曲率半径が、前記かしめ部に食い込む前記凹部の外周縁部の断面の曲率半径よりも大きくなるよう形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. スクロール型圧縮機の外殻を形成するハウジングと、
   前記ハウジング内に回転自在に支持され、その一端に中心軸からオフセットした偏心軸部が一体に形成された主軸と、
   前記主軸の前記偏心軸部に回転自在に連結された旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールと対向することで冷媒を圧縮する圧縮室を形成し、前記ハウジング側に固定された固定スクロールと、を備え、
   前記主軸を前記固定スクロール側で回転自在に支持する軸受は、その外周面に凹部が形成され、
   前記ハウジングに、前記軸受の凹部に押し込まれたかしめ部が形成されるとともに、
   前記かしめ部の近傍に、前記ハウジングの他の部分よりも前記主軸の軸線方向における剛性の低い低剛性部が形成され、
   前記低剛性部は、前記かしめ部の外周側に形成され、当該かしめ部と同心円状に形成された円環状の溝であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
3. 前記低剛性部は、前記主軸の軸線に沿った方向に沿って、前記かしめ部の一方の側と他方の側に形成されたドット状の凹部であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。