JP6199708B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型圧縮機に関し、特に、軸受ハウジングと称される部材をカシメによりハウジングに固定する密閉型圧縮機に関する。

空気調和装置、その他の冷凍サイクルを備える装置において、冷媒を圧縮するの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、例えば、スクロール圧縮機構と、その駆動源である電動機とを外殻をなす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、互いに渦巻き状のラップを備える固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて配置し、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させることでラップ間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて流体を圧縮する。

密閉型圧縮機において圧縮機構は、軸受ハウジングを介してハウジングに対して固定されるが、この固定手段の一つとして、カシメが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２）。特許文献２によると、密閉型圧縮機における冷媒の圧力仕様が高くなっていることに加え、圧縮機構の運転が高速回転化していることが要因となり、軸受ハウジングを固定する部分の負荷が増大しており、そのためにはカシメが有効である。特許文献２は、ハウジングを塑性変形させたカシメ部を複数箇所に設けることで、高圧冷媒に対して十分な強度の掛かり代を形成した固定構造を提案している。軸受ハウジングは、圧縮機構の動作によりに生じるスラスト荷重を受ける機能と、駆動源の駆動力を圧縮機構に伝える主軸を摺動可能に支持する機能とを備えている。

特許第３５６７２３７号公報 特開２００８−１２８０３６号公報

以上のように、カシメにより固定することで、高い固定強度を得ることができる。ところが、圧縮機構から過大なスラスト荷重が軸受ハウジングに作用すると、カシメが設けられている軸受ハウジングに変形が生じる。例えば、図７に示すように、圧縮機構を支持する軸受ハウジング１１９がハウジング１０３にカシメ１３０により固定されている場合に、軸受ハウジング１１９に形成された窪み１１９ａの開口縁からハウジング１０３のコーナ部Ｏに大きな荷重が作用して、ハウジング１０３が損傷するおそれがあることが確認された。
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、カシメにより軸受ハウジングをハウジングに固定する密閉型圧縮機において、過大なスラスト荷重が圧縮機構に生じても、カシメ部分におけるハウジングの損傷を防止することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、外部に対して密閉された外殻をなすハウジングと、ハウジングの内部に収容される圧縮機構と、圧縮機構の動作によりに生じるスラスト荷重を受ける支持部と、駆動源の駆動力を圧縮機構に伝える主軸を回転可能に支持する軸受部とを備える軸受ハウジングと、を備え、軸受ハウジングに設けられる窪みに、塑性変形されたハウジングの一部が圧入されるカシメにより、軸受ハウジングをハウジングに固定する密閉型圧縮機であって、軸受ハウジングは、カシメに対応する位置であって、圧縮機構に対向する側の面に、変形逃がし溝が設けられている。軸受ハウジングがスラスト荷重（Ｆｓ）を受けると、スラスト荷重（Ｆｓ）を受ける部位が作用点（Ｐａ）となりカシメが支点（Ｐｓ）となる曲げモーメントが生じるものとする。変形逃がし溝は、支点（Ｐｓ）と作用点（Ｐａ）を結ぶ線分の範囲内であって、かつ当該線分を境にしてスラスト荷重（Ｆｓ）が負荷される側に設けられている。
本発明によると、過大なスラスト荷重が軸受ハウジングに作用しても、変形逃がし溝よりも内周側の部分を優先的に変形させることで、変形逃がし溝よりも外周側に位置するカシメにスラスト荷重が伝達されるのを防ぐ。したがって、カシメ部分において、軸受ハウジングの窪みの開口縁がハウジングを損傷させるのを抑制できる。

本発明の密閉型圧縮機において、軸受ハウジングに設けられる窪みの開口縁がＲ加工されていることが、窪みの開口縁から荷重を受けてハウジングに局所的な応力が生ずるのを防止することができるので、好ましい。

本発明の密閉型圧縮機において、軸受ハウジングに設けられる窪みは、開口縁から奥に向けて先細りする、テーパ形状に形成されていることが、窪みにカシメられるハウジングの圧入代を大きく取れるので、好ましい。

本発明は、特に過大なスラスト荷重が生じるのに対応して、窪みと塑性変形されたハウジングの一部の間に、自動調心機構を介在させることができる。自動調心機構は、内輪と外輪との間に転動体を配置した軸受からなり、内輪の内周が塑性変形されたハウジングの一部と軸受の径方向に対向するように設けられ、外輪の外周が軸受ハウジングの窪みと軸受の径方向に対向するように設けられ、外輪の軌道面が球面で、軌道面の曲率中心が軸受の中心と一致している。
この密閉型圧縮機によると、スラスト荷重が作用して軸受ハウジングに変形が生じたとしても、自動調心機構が機能してこの変形を吸収するので、ハウジングの損傷を防ぐことができる。

本発明によれば、過大なスラスト荷重が軸受ハウジングに作用しても、カシメ部分において、軸受ハウジングの窪みの開口縁がハウジングを損傷させるのを抑制できる。

第１実施形態のスクロール圧縮機を示す部分断面図である。 図１のスクロール圧縮機にカシメ部を形成する手順を示す図である。 図１のスクロール圧縮機における作用・効果を説明する図である。 図１のスクロール圧縮機における変形逃がし溝の例を示す図である。 図１のスクロール圧縮機のカシメ部の好ましい形態を示す図である。 第２実施形態のカシメ部を示す図である。 従来のスクロール圧縮機におけるカシメ部を示す図である。

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。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を例にして本発明を説明する。

［第１実施形態］
本実施形態に係るスクロール圧縮機１は、図１に示すように、ハウジング３と、固定スクロール５と、旋回スクロール７と、主軸９と、自転阻止部１１と、を備えており、ハウジング３に圧縮機構を構成する軸受ハウジング１９をカシメにより固定する。そして、スクロール圧縮機１は、過大なスラスト荷重が負荷されても、カシメ部分に損傷が生じるのを防止する変形逃がし溝１９ｆが軸受ハウジング１９に設けられている。以下、スクロール圧縮機１の各構成要素を順に説明した後に、変形逃がし溝１９ｆについて説明する。

ハウジング３は、図１に示すように、内部に固定スクロール５、旋回スクロール７などの圧縮機構を構成する部材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、軸受ハウジング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の内部を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分離するものである。
吸入管は、外部から低圧の冷媒を低圧室ＬＲに導くものであり、吐出管１７は、高圧室ＨＲから高圧の冷媒を外部へ導くものである。軸受ハウジング１９は、固定スクロール５及び旋回スクロール７からなる圧縮機構を支持するとともに、主軸９を回転可能に支持するものである。

主軸９は、ハウジング３の内部の下方に設けられる図示を省略する電動モータ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。主軸９は、ハウジング３の内部に略垂直にかつ回転可能に支持されている。主軸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、主軸９の上端面において、主軸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設けられる円柱状の部材である。

固定スクロール５及び旋回スクロール７は、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、ハウジング３の内部において、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、旋回スクロール７を介して軸受ハウジング１９に下方から支持さることにより、ハウジング３の定位置に配置されている。固定スクロール５の端板５ａの背面中央（図１における上側の面中央）には圧縮された流体が吐出される吐出ポート２１が設けられている。一方、旋回スクロール７は、軸受ハウジング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、主軸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２７が配置される凹部２５が形成されている。凹部２５は、主軸９側から見て、略円状に形成されている。

軸受ハウジング１９は、カシメ部３０によりハウジング３に支持される、概ね円環状の部材である。
軸受ハウジング１９は、図３（ａ）に示すように、内周側に位置し、主軸９を回転可能に支持する軸受部１９ｂと、外周側に位置し、ハウジング３に対向する固定部１９ｃと、軸受部１９ｂよりも外周よりに設けられ、旋回スクロール７を支持する支持部１９ｄと、固定部１９ｃと支持部１９ｄの間を繋ぐ連結部１９ｅと、を備えている。
軸受ハウジング１９が支持部１９ｄにおいて旋回スクロール７を鉛直方向に支持しているので、旋回スクロール７と固定スクロール５との間で冷媒が圧縮されると、支持部１９ｄはスラスト荷重Ｆｓを受ける。本実施形態は、複数個所にカシメ部３０を設けることで、過大なスラスト荷重Ｆｓを受けても軸受ハウジング１９が受け止めることができるようにしている。加えて、本実施形態は、過大なスラスト荷重を受けても、軸受ハウジング１９からハウジング３が局所的な荷重を受けて損傷しないように、軸受ハウジング１９に変形逃がし溝１９ｆが形成されている。変形逃がし溝１９ｆについては、後述するカシメ部３０とともにより詳しく説明する。

以上説明した構成を有するスクロール圧縮機１は、ハウジング３の内部に収納した軸受ハウジング１９を固定するため、圧縮機構の側面適所に、円周方向へ等間隔、たとえば１２０度間隔に配設した複数のカシメ部３０が形成されている。

カシメ部３０は、図２（ｃ）に示すように、軸受ハウジング１９の一部を窪ませた窪み１９ａにハウジング３の一部を嵌入させて形成している。窪み１９ａは、図２（ａ）に示すように、予め形成しておく。図２（ｂ）に示すようにハウジング３を被せた後に、図２（ｃ）に示すようにポンチ４０をハウジング３の外側から窪み１９ａに向けて打ち込むように押圧することにより、ハウジング３の一部を凹部形状に塑性変形させて形成する。

カシメ部３０を形成する際には、図２に示すように、窪み１９ａの内径ｄ及びポンチ４０の外径Ｄは、同一寸法（ｄ＝Ｄ）に設定されることが好ましい。そうするとポンチ４０の凸部に押圧されたハウジング３が塑性変形して窪み１９ａの内部に入り込み、軸受ハウジング１９側と係合することで掛かり代の長さを確保できるため、十分なカシメ強度を得ることができる。
このように十分な強度を有するカシメ部３０を円周方向へ等ピッチに複数の箇所に形成すれば、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カシメ部３０により、軸受ハウジング１９を確実に固定することができる。
なお、ハウジング３と軸受ハウジング１９の間にカシメ部３０を形成する際には、ハウジング３のカシメ部３０に対応する部位を加熱(例えば７００℃〜８００℃)して塑性変形させることが、加工性を大幅に向上できるので好ましい。

スクロール圧縮機１は、カシメ部３０を形成することに対応して、図１、図３及び図４に示すように、軸受ハウジング１９に周方向に沿って変形逃がし溝１９ｆが形成されている。変形逃がし溝１９ｆは、連結部１９ｅの上面、つまり固定スクロール５及び旋回スクロール７からなる圧縮機構に対向する側の面に形成されている。

軸受ハウジング１９において、図３（ａ）に示すように、スラスト荷重Ｆｓを受ける支持部１９ｄが作用点Ｐａとなり、カシメ部３０が支点Ｐｓとなるので、軸受ハウジング１９にはカシメ部３０を支点Ｐｓとして、図中の反時計回りの曲げモーメントＭが生じる。このとき、変形逃がし溝１９ｆは、支点Ｐｓと作用点Ｐａを結ぶ線分の範囲内であって、かつ当該線分を境にしてスラスト荷重Ｆｓが負荷される側に設けられている。

以上のように変形逃がし溝１９ｆを備える軸受ハウジング１９に、過大なスラスト荷重Ｆｓが支持部１９ｄに作用したとする。そうすると、図３（ｂ）に示すように、変形逃がし溝１９ｆよりも内周側の部分が変形することで、変形逃がし溝１９ｆよりも外周側に位置するカシメ部３０にスラスト荷重Ｆｓが伝達されるのを抑制する。したがって、カシメ部３０において、軸受ハウジング１９の窪み１９ａの角部がハウジング３を損傷させるのを防止できる。

変形逃がし溝１９ｆは、図４（ａ）に示すように、円周方向に連続的に連なったリング状に形成することができるし、図４（ｂ）に示すように、円周方向に複数に分割して形成することもできる。いずれであっても、カシメ部３０に対応して変形逃がし溝１９ｆが設けられることが必要である。ここで、カシメ部３０に対応して、とは、各々のカシメ部３０と軸受ハウジング１９の中心を結ぶ線分に変形逃がし溝１９ｆが重複して形成されることをいう。こうなっていれば、前述した、カシメ部３０にスラスト荷重Ｆｓが伝達されるのを防ぐ効果を享受できる。
また、ここまでは変形逃がし溝１９ｆは平面視して、円弧状をなしているが、本発明はこれに限定されず、カシメ部３０にスラスト荷重Ｆｓが伝達されるのを防ぐという効果を奏する限り、平面視した形状は問われない。例えば、変形逃がし溝１９ｆを直線状に形成してもよいし、外周側に向けて突となる山形形状に形成してもよい。

変形逃がし溝１９ｆは、深さが深いほど内周側の部分が変形しやすくなるが、軸受ハウジング１９の強度を落としてしまうので、両者を考慮した深さを選択することが望まれる。一つの指針として、変形逃がし溝１９ｆを設ける部分（本実施形態では連結部１９ｅ）の肉厚の１／１０〜２／１０程度を基準にする。変形逃がし溝１９ｆの幅も同様の指針に従って設定すればよい。例えば、軸受ハウジング１９の肉厚が１０〜２０ｍｍの範囲にあれば、変形逃がし溝１９ｆの深さを１〜２ｍｍ、幅を１〜２ｍｍ程度にする。

第１実施形態に採用することが好ましい要素について、図５を参照して説明する。
はじめに、図５（ａ）に示すように、軸受ハウジング１９の窪み１９ａの開口縁をＲ加工することにより、ハウジング３に局所的な応力が生ずるのをより確実に防止することができる。Ｒ加工における曲率半径は、応力集中を低減するために、１ｍｍ以上にすることが好ましい。
また、Ｒ加工と同様の効果を面取り加工により得ることもできる。

次に、窪み１９ａ形状についてあるが、図５（ｂ）に示すように、開口縁から窪み１９ａの奥に向けて先細りするテーパ形状に加工することが好ましい。窪み１９ａの奥に近くなると開口径が狭くなるので、窪み１９ａにカシメられるハウジング３の圧入代を大きく取れる。したがって、カシメ部３０における軸受ハウジング１９とハウジング３の締結力を大きくすることができるので、カシメ部３０による固定をより確実にできる。
テーパの傾斜の程度には好ましい範囲が存在し、窪み１９ａの開口縁の直径をφＤとし、奥側の直径をφｄとすると、次式に従うとテーパ形成による効果が顕著になる。
φｄ ≦ φ０．９９８×φＤ

［第２実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、スラスト荷重がより大きな場合に対応する。なお、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同じ部位には同じ符号を図６に示している。

第２実施形態は、カシメ部３０に自動調心軸受５０を介在させる。
自動調心軸受５０は、図６（ａ）に示すように、内輪５１と、外輪５３と、内輪５１と外輪５３の間に設けられる転動体５５と、図示を省略する保持器と、を備えている。自動調心軸受５０は、外輪５３の軌道面が球面で、曲率中心が軸受中心と一致しているため、内輪５１、転動体５５、保持器の軸が、軸受中心の周りを自由に回転できるという調心性を備えている。一般的に、許容調心角は約０．０７〜０．１２ラジアン(４〜７度)である。

自動調心軸受５０は、図６に示すように、内輪５１がハウジング３の側と径方向に対向し、外輪５３が軸受ハウジング１９の側と径方向に対向して設けられ、窪み１９ａと塑性変形されたハウジング３の一部の間に介在している。
自動調心軸受５０をカシメ部３０に設けるには、第１実施形態と同様にして、カシメ部３０を形成した後に、カシメを解除する。そして、自動調心軸受５０を圧入できるように軸受ハウジング１９の開口径を拡大する加工を行ってから、自動調心軸受５０をハウジング３と軸受ハウジング１９の間に介在させて組み付ける。

第２実施形態のカシメ部３０によると、非常に大きなスラスト荷重が作用して軸受ハウジング１９に変形が生じたとしても、図６（ｂ）に示すように、自動調心軸受５０が機能してこの変形を吸収するので、ハウジング３の損傷を防ぐことができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、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。
例えば、以上では、密閉型圧縮機としてスクロール圧縮機の例を説明したが、圧縮機構としてロータリー圧縮機構とスクロール圧縮機構の両者を備える密閉型圧縮機のスクロール圧縮機構の部分について本発明を適用することもできる。
また、軸受ハウジング１９の構造は、圧縮機構の動作によりに生じるスラスト荷重を支持する機能と、駆動源の駆動力を圧縮機構に伝える主軸を摺動可能に支持する機能とを備える限り、任意である。

１ スクロール圧縮機
３ ハウジング
５ 固定スクロール
５ａ 端板
７ 旋回スクロール
７ａ 端板
９ 主軸
９ａ 偏心ピン
１１ 自転阻止部
１３ ディスチャージカバー
１７ 吐出管
１９ 軸受ハウジング
１９ａ 窪み
１９ｂ 軸受部
１９ｃ 固定部
１９ｄ 支持部
１９ｅ 連結部
１９ｆ 変形逃がし溝
２１ 吐出ポート
２３ ボス
２５ 凹部
２７ リング
３０ カシメ部
４０ ポンチ
５０ 自動調心軸受
５１ 内輪
５３ 外輪
５５ 玉
Ｄ 外径
ｄ 内径
Ｆｓ スラスト荷重
ＨＲ 高圧室
ＬＲ 低圧室
Ｍ モーメント

Claims (4)

1. 外部に対して密閉された外殻をなすハウジングと、
   前記ハウジングの内部に収容される圧縮機構と、
   前記圧縮機構の動作により生じるスラスト荷重を受ける支持部と、駆動源の駆動力を前記圧縮機構に伝える主軸を摺動可能に支持する軸受部と、を備える軸受ハウジングと、を備え、
   前記軸受ハウジングに設けられる窪みに、塑性変形された前記ハウジングの一部が圧入されるカシメにより、前記軸受ハウジングを前記ハウジングに固定する密閉型圧縮機であって、
   前記軸受ハウジングは、
   前記カシメに対応する位置であって、圧縮機構に対向する側の面に、変形逃がし溝が設けられており、
   前記軸受ハウジングがスラスト荷重（Ｆｓ）を受けると、前記スラスト荷重（Ｆｓ）を受ける部位が作用点（Ｐａ）となり前記カシメが支点（Ｐｓ）となる曲げモーメントが生じるものとし、
   前記変形逃がし溝は、
   前記支点（Ｐｓ）と前記作用点（Ｐａ）を結ぶ線分の範囲内であって、かつ当該線分を境にして前記スラスト荷重（Ｆｓ）が負荷される側に設けられている
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記軸受ハウジングに設けられる前記窪みの開口縁がＲ加工されている、
   請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記軸受ハウジングに設けられる前記窪みは、開口縁から奥に向けて先細りする、テーパ形状に形成されている、
   請求項１又は請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 外部に対して密閉された外殻をなすハウジングと、
   前記ハウジングの内部に収容される圧縮機構と、
   前記圧縮機構の動作により生じるスラスト荷重を受ける支持部と、駆動源の駆動力を前記圧縮機構に伝える主軸を摺動可能に支持する軸受部と、を備える軸受ハウジングと、を備え、
   前記軸受ハウジングに設けられる窪みに、塑性変形された前記ハウジングの一部が圧入されるカシメにより、前記軸受ハウジングを前記ハウジングに固定する密閉型圧縮機であって、
   前記窪みと塑性変形された前記ハウジングの一部の間に、自動調心機構が介在し、
   前記自動調心機構は、
   内輪と外輪との間に転動体を配置した軸受からなり、
   前記内輪の内周が前記塑性変形されたハウジングの一部と前記軸受の径方向に対向するように設けられ、前記外輪の外周が前記軸受ハウジングの前記窪みと前記軸受の径方向に対向するように設けられ、
   前記外輪の軌道面が球面で、前記軌道面の曲率中心が前記軸受の中心と一致する
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。

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