JPH10299681A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受部の部品点数を削減し、かつ、組立性を
向上させると同時に、高い軸受信頼性を有する流体機械
を提供する。 【解決手段】 この流体機械は、密閉状に形成されたシ
ェル１１と、シェル１１内の一側に配置された流体圧縮
機構と、シェル１１内の他側に配置されたモータと、流
体圧縮機構とモータとを駆動連結して設けられた駆動軸
と、駆動軸をラジアル方向に回動自在に支承する軸受１
５と、軸受１５をシェル１１の内周面から離間した位置
で保持するフレーム部２４ｂと、シェル１１の内周面に
締りばめにより固定されフレーム部２４ｂを支持するホ
ルダ部２４ａとを備えているものであって、フレーム部
２４ｂとホルダ部２４ａとを、軸受１５の軸心Ｃを中心
とする円の接線方向にリブ軸心方向を配した６本のリブ
２４ｃを介して一体に連結した構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばスクロー
ル圧縮機，ロータリー圧縮機，レシプロ圧縮機などに代
表される流体機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１９は実開平５−１８８０号公報に開
示された従来のスクロール圧縮機の構造を示す縦断面
図、図２０は従来のスクロール圧縮機のサブフレーム近
傍を示す拡大部分断面図である。図１９において、１は
スクロール圧縮機の固定スクロール、２は固定スクロー
ル１とともに冷媒ガス圧縮用の流体圧縮機構２０を構成
する揺動スクロール、３は吐出ポート、４は吸入ポー
ト、５は吸入管、１０は吐出管、６はクランク軸である
駆動軸、７は駆動軸６を回転可能にラジアル支承する軸
受７ａを有し揺動スクロール１をスラスト支持するメイ
ンフレーム、８は電動機ロータ、９は電動機ロータ８と
ともにモータ２１を構成する電動機ステータ、１１は流
体圧縮機構２０および他の駆動要素を収納して密閉状に
形成されるシェル、１２はシェル１１の下部に位置し駆
動軸６を回転可能にラジアル支承する軸受１５をシェル
１１に支持するサブフレームホルダである。また、図２
０において、１２ａはサブフレームであり、中心部に配
置されたハウジング部１２ｂにボールベアリングなどで
代表される軸受１５を圧入している。また、サブフレー
ム１２ａは、シェル１１の位置決め段部１１ａに焼きば
め固定されたサブフレームホルダ１２にボルト１３で固
定されている。

【０００３】次に従来機械の動作について説明する。シ
ェル１１中間部に支持された電動機ステータ９と、駆動
軸６中間部に固定された電動機ロータ８とにより駆動さ
れた駆動軸６は、メインフレーム７の軸受７ａとサブフ
レーム１２ａの軸受１５に支承されながら、揺動スクロ
ール２を旋回運動させ、固定スクロール１と揺動スクロ
ール２との間に圧縮室を形成する。吸入管５からシェル
１１に流入した冷媒ガスは固定スクロール１と揺動スク
ロール２との圧縮作用により吸入ポート４を経て圧縮室
内に吸いこまれ高圧冷媒ガスに圧縮された後、吐出口３
より吐出され、吐出管１０からシェル１１外へ送り出さ
れる。このような圧縮過程において、冷媒によるガス荷
重および回転バランスによる遠心力が発生し、その力が
駆動軸６を介してメインフレーム７の軸受７ａおよびサ
ブフレーム１２ａの軸受１５にそれぞれ作用する。この
時、作用する荷重によって、駆動軸６には図２１に示す
ようなたわみが生じ、軸受７ａおよび軸受１５がそれぞ
れ駆動軸６に対して相対的に角度ψ₁ ，ψ₂ だけ傾斜し
た状態となる。運転に際しこのような傾斜が生じた軸受
は、一般に「傾斜軸受」と称され、軸の焼付き耐力低下
や軸受寿命の低下の原因となる。

【０００４】そこで、従来のスクロール圧縮機では、荷
重に対する軸受の寿命信頼性を確保するために、駆動軸
６の軸受摺動面と、軸受７ａおよび軸受１５との相対的
な傾きを可能な限り小さくすることを目的として、軸受
７ａに対する軸受１５の平行度（各軸心が平行になって
いる度合い）と同軸度（各軸心が一致している度合い）
とが所定の関係となるように、サブフレームホルダ１２
に対しサブフレーム１２ａを位置決めする調芯作業を行
った上で、サブフレーム１２ａをボルト１３でサブフレ
ームホルダ１２に固定していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のスクロール圧縮機は前述のように手間のかかる
調芯工程を必要とするため、組立効率が悪かった。ま
た、サブフレーム１２ａとサブフレームホルダ１２は独
立した別部品として供給されているので、部品点数が多
くなる。従って、部品点数が多い分組立て作業に手間が
かかるという問題があった。

【０００６】この発明は、上記の問題点を解消するため
になされたものであって、軸受部の部品点数を削減し、
かつ、組立性を向上させると同時に、高い軸受信頼性を
有する流体機械の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明に係る流体機械は、密閉状に形成された
シェルと、シェル内の一側に配置された流体圧縮機構
と、シェル内の他側に配置されたモータと、流体圧縮機
構とモータとを駆動連結して設けられた駆動軸と、駆動
軸をラジアル方向に回動自在に支承する軸受と、軸受を
シェルの内周面から離間した位置で保持するフレーム
と、シェルの内周面に締りばめにより固定されフレーム
を支持するホルダとを備えている流体機械において、フ
レームとホルダとを一体に連結した構成にしてある。

【０００８】また、前述の構成において、軸受の軸心を
中心とする円の接線方向にリブ軸心方向を配した複数の
リブを用いて、フレームとホルダとを一体に連結したも
のである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて詳しく説明する。 発明の実施の形態１ 図１はこの発明の一実施の形態によるスクロール圧縮機
の一体型サブフレームを示す平面図、図２は図１におけ
るＡ−Ａ矢視断面図である。但し、図１９および図２０
に示した従来の流体機械と同一の構成要素には、同一の
符号を付すとともにその詳細な説明は省略する。図１，
２において、一体型サブフレーム２４は、図１９および
図２０におけるスクロール圧縮機（流体機械の一例）の
下側の軸受１５を保持するものであって、軸受１５をシ
ェル１１の内周面から離間した位置で保持するフレーム
部２４ｂと、シェル１１の内周面に焼きばめにより固定
されフレーム部２４ｂを支持するホルダ部２４ａと、フ
レーム部２４ｂとホルダ部２４ａを連結する６本のリブ
２４ｃとから、全体として一体に構成されている。フレ
ーム部２４ｂは軸受１５の軸心Ｃを中心とする円筒状の
ハウジングとして形成されており、その内周面に軸受１
５の外周面が焼きばめされるようになっている。そし
て、６本のリブ２４ｃは軸受１５の軸心Ｃを中心とした
放射状にそれぞれのリブ軸心を配して設けられている。
また、ホルダ部２４ａはリング状に形成されており、そ
の外径は通常時のシェル１１内径よりも若干大きく設定
されている。ここで、軸受１５の球軸受クリアランスは
外輪の縮径を見込んで収縮時においても規格の許容範囲
内となるように予め設定されている。

【００１０】上記した構成の一体型サブフレーム２４に
よれば、図３に示すように、ホルダ部２４ａがシェル１
１に焼きばめおよび点溶接（点溶接位置は図中符号Ｐで
示す）されたのち、ホルダ部２４ａにシェル１１の収縮
力が作用する。この収縮力は軸心Ｃに向かって放射状内
向きの力Ｆとして各リブ２４ｃに伝わり、更にフレーム
部２４ｂから軸受１５の外輪へと伝達される。ところ
が、軸受１５には外輪がシェル収縮の影響を受けたとし
ても内輪を収縮させない程度の球軸受クリアランスを設
定してあるので、軸受本来の機能に支障を生じない。す
なわち、この一体型サブフレーム２４は、従来のサブフ
レーム１２ａとサブフレームホルダ１２とに相当する部
分（ホルダ部２４ａ，フレーム部２４ｂ，およびリブ２
４ｃ）を一体的に構成してあるので、ホルダ部２４ａの
外周とフレーム部２４ｂの軸心Ｃとの寸法関係が一定に
なる。そこで、この一体型サブフレーム２４とシェル１
１の部品精度を管理することにより、従来のような調芯
工程が不要になり、部品点数の削減化が可能となるので
ある。尚、実施の形態１に係る一体型サブフレームに用
いられるリブとしては、上述したように独立のリブ２４
ｃを用いた構成に限らず、例えば多数の小孔を穿設して
あるパンチングメタルなどを用いることも可能である。
その場合、シェル１１からの収縮力は多数の小孔部分で
かなり吸収される。

【００１１】ところで、従来のスクロール圧縮機（図２
０参照）ではサブフレーム１２ａがサブフレームホルダ
１２にボルト１３により固定されるため、シェル１１の
収縮力がサブフレーム１２ａに圧入された軸受１５に伝
達されることはない。これに対し、一体型サブフレーム
２４は、図３に示したようにリブ２４ｃが軸受１５のフ
レーム部２４ｂの軸心Ｃに対して放射線状に配置されて
いるため、焼きばめや点溶接によるシェル１１の収縮力
Ｆはリング部２４ａからリブ２４ｃを経てフレーム部２
４ｂの中心方向に作用し、フレーム部２４ｂの径を図中
の破線ＯＤで示す径まで収縮させる。その結果、フレー
ム部２４ｂに圧入されている軸受１５の玉軸受クリアラ
ンスを減少させることとなる。

【００１２】ここで、一体型サブフレーム２４を用いた
場合の玉軸受クリアランスの減少量と焼きばめ代との関
係につき、図４により説明する。シェル１１の収縮によ
る玉軸受クリアランスの減少量は最大で１１μｍ程度見
込まれており、玉軸受クリアランスの設定は収縮量のば
らつきを考慮して、ホルダ部２４ａの外径（直径）とシ
ェル１１の内径（直径）との差である焼きばめ代が目標
最小値Χ₁ から目標最大値Χ₂ までの範囲内となるよう
に設定しなければならない。すなわち、図５に示すよう
に、シェル収縮を考慮した玉軸受クリアランスの設定範
囲は従来例における設定範囲よりも広くする必要があ
り、その分軸受１５の寿命が短くなり、軸受１５の信頼
性を低下させてしまうという問題がある。そこで、以下
の実施の形態に示すように、リブの構造を様々に改良し
て軸受１５の長寿命化を図った。

【００１３】発明の実施の形態２ 図６はこの発明の別実施の形態による一体型サブフレー
ムを示す平面図、図７は図６におけるＢ−Ｂ矢視断面
図、図８は一体型サブフレームを用いたスクロール圧縮
機を示す部分断面図である。図６，７に示した一体型サ
ブフレーム２４Ａは、既述したホルダ部２４ａと、同じ
く既述したフレーム部２４ｂと、フレーム部２４ｂとホ
ルダ２４ａを連結する３本のリブ２４ｄとから一体に構
成されている。ここで、３本のリブ２４ｄは、フレーム
部２４ｂ外周面の接線方向にリブ軸心方向を配した状態
でそれぞれ配備されており、平面視正三角形に配置され
ている。上記構成の一体型サブフレーム２４Ａは、図８
に示すように、スクロール圧縮機のシェル１１内下部に
配備されるものであるが、まずシェル１１にメインフレ
ーム７と電動機ステータ９が順次焼きばめ固定される。
別途、一体型サブフレーム２４Ａのフレーム部２４ｂに
は軸受１５が圧入されており、駆動軸６にも電動機ロー
タ８が焼きばめ固定されている。そして、駆動軸６の一
端がメインフレーム７の軸受７ａに挿入された状態のワ
ークに対して、ホルダ部２４ａを焼きばめすると同時に
駆動軸６の他端を軸受１５に挿入することにより、一体
型サブフレーム２４Ａがシェル１１の位置決め段部１１
ａに固着支持されるようになっている。

【００１４】ここで、シェル１１に焼きばめおよび点溶
接されたのちに一体型サブフレーム２４Ａに作用する力
について、図９により説明する。一体型サブフレーム２
４Ａは上記のようにシェル１１の内周面に焼きばめされ
たのち、リブ２４ｄがホルダ部２４ａと連結される部分
近傍の位置でシェル１１に点溶接される。そののち生じ
るシェル１１の収縮力は、直線状のリブ２４ｄの両端か
ら中央に向かう逆向きの力（破線矢印）としてそれぞれ
働き、これら逆向きの力はリブ２４ｄ上で互いに相殺さ
れるので、フレーム部２４ｂおよび軸受１５の外輪を縮
径させる力にはならない。従って、収縮力により軸受１
５の玉軸受クリアランスを減少させることはない。

【００１５】尚、この一体型サブフレーム２４Ａでは、
図９に示すように、リブ２４ｄのフレーム部２４ｂなら
びにホルダ部２４ａとの接続部に、アール部Ｇやアール
部Ｈが形成されている。これらのアール部Ｇ，Ｈにおけ
るアールの大きさは、それぞれが軸心Ｃからの放射線Ｅ
を超え、シェル１１の収縮力がこの放射線Ｅ上をフレー
ム部２４ｂ中心に向かって作用しないように設定されて
いる。また、アール部Ｇ，Ｈにより応力集中による金属
疲労を解消できる。また、図１０に示すように、リブ２
４ｄはホルダ部２４ａに対して直角となるように形成さ
れている。これにより、シェル１１の収縮力によっても
フレーム部２４ｂが軸受１５の軸心Ｃ方向に移動しない
ようになっている。

【００１６】引続き、実施の形態１，２の一体型サブフ
レームに用いられるリブとして、種々の変形例を以下に
示す。まず、図１１に示す一体型サブフレーム２４Ｂで
は、直線状のリブ２４ｅを４本用い、井桁状に組んであ
る。各リブ２４ｅの中央部分がフレーム部２４ｂと一体
に連結され、両端部分がホルダ部２４ａと一体に連結さ
れている。

【００１７】また、図１２に示した一体型サブフレーム
２４Ｃのように、片持ちのリブ２４ｆを４本（３本でも
よい）用いてフレーム部２４ｂを一体に支えるようにし
てもよい。この場合、フレーム部２４ｂとの連結位置に
おけるリブ２４ｆのリブ軸心方向はフレーム部２４ｂ外
周面に対し接線方向となるように配置されている。

【００１８】そして、図１３に示す一体型サブフレーム
２４Ｄでは、軸心Ｃに向けて湾曲した円弧状のリブ２４
ｇを４本（３本でもよい）用いてフレーム部２４ｂを一
体に支えるようにしてある。この場合も、フレーム部２
４ｂとの連結位置におけるリブ２４ｇの接線方向はフレ
ーム部２４ｂ外周面の接線方向と平行になるように設定
されている。このような構成をとれば、焼きばめ後のシ
ェル１１の収縮力はリブ２４ｇの接線方向に作用して分
散されるため、フレーム部２４ｂに収縮力が作用せず、
極めて好適である。

【００１９】ところで、図１４に示すように、２本のリ
ブ２４ｇが突き合わさってホルダ部２４ａと接続される
部分に、貫通孔３０を設けることもできる。このように
貫通孔３０を設けた場合は、シェル１１の収縮力の一部
が貫通孔３０の部分で吸収されるので、焼きばめ後に軸
受１５にかかる力を一層少なくして信頼性を向上させる
ことができる。加えて、一体型サブフレーム全体の軽量
化に役立つ。尚、かかる貫通孔３０を設ける構成は、上
記したリブ２４ｄやリブ２４ｅにも応用できるのはいう
までもない。

【００２０】また、図１５に示すように、片持ちタイプ
のリブ２４ｆにおいても、ホルダ部２４ａとの接線位置
近傍に貫通孔３１を穿設することができる。この場合
も、前記した貫通孔３０と同様の作用、効果を得ること
ができる。

【００２１】一方、図１６に示すように、リブ２４ｇに
底部を切り欠いた切欠部３２を設けてもよい。これによ
り、意図的にリブ２４ｇの剛性が小さくされるので、駆
動軸６からの振動がシェル１１に伝達されにくくなる。
同時に、固有振動数が変更されるので、一体型サブフレ
ームの共振を回避することができる。

【００２２】前記した図１６のリブ２４ｇでは、収縮力
による下向きのモーメントＭの発生が避けられないが、
図１７に示すように、リブ２４ｇの中央部分は残しつ
つ、底部に切欠部３２を形成するとともに上部にも切欠
部３３を形成するようにすると、収縮力によるモーメン
トの発生を回避することができる。無論、このような切
欠部３２や切欠部３３を設ける構成は、リブ２４ｃ，２
４ｄ，２４ｅ，２４ｆにも応用できる。

【００２３】他方、図１８に示した一体型サブフレーム
２４Ｅでは、これまで述べたようなリング状のホルダ部
２４ａを用いることなく、３本のリブ２４ｈでフレーム
部２４ｂを支えるようにしてある。但し、各リブ２４ｈ
が突き合わせられた部分の外周部をそれぞれホルダ部２
４ｉとした。これら３ケ所のホルダ部２４ｉは、シェル
１１内径よりも若干大きめな直径の仮想円周上に位置す
るようにそれぞれ位置決めされており、フレーム部２４
ｂの外径も３本のリブ２４ｈに内接するように設定され
ている。このように構成された一体型サブフレーム２４
Ｅはより一層コンパクトで軽量のものとして提供され
る。

【００２４】尚、以上では、流体機械として冷媒ガスを
圧縮し吐出するスクロール圧縮機を例示したが、それ以
外に、例えばロータリー圧縮機やレシプロ圧縮機にも適
用可能である。また、圧縮される流体としては空気など
であってもよい。また、縦型式の流体機械を例示した
が、モータと流体圧縮機構を横方向に配置した横置型の
流体機械にも適用できる。また、駆動軸をラジアル方向
に回動自在に支承する軸受としては、ボールベアリング
に限らず、すべり軸受であってもよい。また、上述の一
体型フレームはスクロール圧縮機の場合に用いたが、ロ
ータリー圧縮機やレシプロ圧縮機に用いてもよく、ま
た、モータ寄りのサブフレームのみならず、流体圧縮機
構寄りのメインフレームに適用しても構わない。尚、上
記実施の形態では、一体型サブフレームのシェルへの固
着支持方法を焼きばめを例に述べたが、焼きばめ以外の
圧入などによっても同様の問題が生じることとなる。つ
まり、本発明は、一体型サブフレームをシェルに対して
締りばめにより固着支持する場合に効果がある。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係る流
体機械によれば、フレームとホルダとを一体に連結した
ので、部品点数の削減化を図ることができる。また、従
来のような調芯工程を廃止することができるので、組立
て効率も向上化することができる。

【００２６】また、軸受の軸心を中心とする円の接線方
向にリブ軸心方向を配した複数のリブを用い、フレーム
とホルダとを一体に連結するようにしてリブ構造を改良
したので、焼きばめや溶接などを施した後のシェル収縮
力が軸受へ伝達することを防止できる。従って、シェル
収縮によっても軸受のクリアランスが減少することな
く、信頼性の高い流体機械を提供することができるので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態によるスクロール圧
縮機の一体型サブフレームを示す平面図である。

【図２】 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】 前記一体型サブフレームに作用する力を説明
するための説明図である。

【図４】 焼きばめ代と玉軸受クリアランスの関係を示
す説明図である。

【図５】 玉軸受の寿命と玉軸受クリアランスの関係を
表した説明図である。

【図６】 この発明の別実施の形態による一体型サブフ
レームを示す平面図である。

【図７】 図６におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図８】 前記一体型サブフレームを用いたスクロール
圧縮機を示す部分断面図である。

【図９】 この発明の更に別実施の形態による一体型サ
ブフレームを示す平面図である。

【図１０】 前記一体型サブフレームを用いたスクロー
ル圧縮機の要部を示す部分断面図である。

【図１１】 この発明の更に別実施の形態による一体型
サブフレームを示す平面図である。

【図１２】 この発明の更に別実施の形態による一体型
サブフレームを示す平面図である。

【図１３】 この発明の更に別実施の形態による一体型
サブフレームを示す平面図である。

【図１４】 一体型サブフレームの要部の一例を示す部
分平面図である。

【図１５】 一体型サブフレームの要部の別例を示す部
分平面図である。

【図１６】 一体型サブフレームの要部の一例を示す部
分側面図である。

【図１７】 一体型サブフレームの要部の別例を示す部
分側面図である。

【図１８】 この発明の更に別実施の形態による一体型
サブフレームを示す平面図である。

【図１９】 従来のスクロール圧縮機の構造を示す縦断
面図である。

【図２０】 従来のスクロール圧縮機のサブフレーム近
傍を示す拡大部分断面図である。

【図２１】 スクロール圧縮機運転中における駆動軸の
たわみを示す説明図である。

【符号の説明】

６ 駆動軸 １１ シェル １５ 軸受 ２０ 流体圧縮機構 ２１ モータ ２４ 一体型サブフレーム ２４Ａ 一体型サブフレーム ２４Ｂ 一体型サブフレーム ２４Ｃ 一体型サブフレーム ２４Ｄ 一体型サブフレーム ２４Ｅ 一体型サブフレーム ２４ａ ホルダ部（ホルダ） ２４ｂ フレーム部（フレーム） ２４ｃ リブ ２４ｄ リブ ２４ｅ リブ ２４ｆ リブ ２４ｇ リブ ２４ｈ リブ ２４ｉ ホルダ部（ホルダ） Ｃ 軸心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 憲彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉状に形成されたシェルと、前記シェ
   ル内の一側に配置された流体圧縮機構と、前記シェル内
   の他側に配置されたモータと、前記流体圧縮機構と前記
   モータとを駆動連結して設けられた駆動軸と、前記駆動
   軸をラジアル方向に回動自在に支承する軸受と、前記軸
   受を前記シェルの内周面から離間した位置で保持するフ
   レームと、前記シェルの内周面に締りばめにより固定さ
   れ前記フレームを支持するホルダとを備えている流体機
   械において、前記フレームと前記ホルダとを一体に連結
   したことを特徴とする流体機械。
2. 【請求項２】 軸受の軸心を中心とする円の接線方向に
   リブ軸心方向を配した複数のリブで、フレームとホルダ
   とを一体に連結したことを特徴とする請求項１に記載の
   流体機械。