JPS59155595A - 圧縮機用ロ−タシヤフトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業−にの利用分野 本発明は冷暖房用ロークリ圧縮機のロークンヤフト及び
その製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 一般にスライティングベーン式のロークリ圧縮機は、第
１図及び第２図に示すように、内部に円筒空間を有する
シリンダ１とこの両端面に固定され、シリンダ１の内部
空間である羽根室２を、その側面において密閉する側板
３ａ、３ｂとＯ７ｔ記ンリンタ１内に、その中心○と偏
心した中心０′を回転軸（以Ｆシャフトと呼ぶ）４にも
つロータ６に設けられたベーン摺動溝６ａ、６ｂに摺動
可能なように係合されたベーン７ａ、７ｂより構成され
る。尚、８はシリンダ１に形成される吸入孔、９はシリ
ンダ１に形成された吐出孔である。各ベーン７ａ、７ｂ
（ｄロータ５０回転に伴ない、遠心力によって飛ひ出し
、その先端かシリンダ１の内壁面に接触しつつ圧縮か２
の吸入、圧縮、吐出を繰り返している。

このようなスライティンクベーン式のロークリ圧縮機は
、構造が複雑で部品点数の多いレシプロ式圧縮機と比べ
小型で簡単な構成か可能てあり、カークーラ川の圧縮機
に適用されるようになった。

さらにこのような圧縮機に対して自・筋型の燃比向」−
の観点から、近年、本構成による圧縮機の軽率化と低価
格化への要求が強く要請されている。

しかしながら前記ロータリ圧縮機の各構成部品を軽量化
と、価格を左右する加工技術の面から検削してみると多
くの課題を含んでおり、そのためいまだ充分な軽量化及
Ｑ・低価格化のだめの簡易加工がなされていないのが実
状である。数多くの圧縮機構成部品の中ても特に軽量化
と１ハ１易加工が望まれているものに前記ロークンヤフ
ト（ロータとソヤフトか締結されたもの（以下ロータシ
ャフトというつ）かある。又、現状においてその製造費
用の最も高価なものの一つがロータシャフトである。

従って従来より各社製造部門において、ロータシャフト
の軽量化と低価格化に取組１れているか、い寸た充分な
課題解決に至っていない。

次に従来のロータシャフトの製造方法について説明する
。１す、ロータの利質は耐摩耗性、強度及びシャフトと
の結合に容易な材質か選定される。

つまり耐＋Ｓ＋耗性については口〜夕かノコずみ鋳鉄製
の７リンク、アルミ合金製のへ一ノ及びねすみ鋳鉄製の
両側板に常に接触して回転しているだめ、これらのイオ
質に対して耐ｊメ７動特性の優れたイオ質をは定するこ
とが必要とされる。次に強度については、圧縮機起動時
の圧縮工程、及びしばしば生しる液圧縮時において、ベ
ーンを介して伝達される応力がロータシャフトの回転方
向と逆方向っ址り第２　＋３ＪｌにおけるＸ方向及びＹ
方向に作用し、を苺の最深部（第２図のＡＡ’）に過大
なカが発生ずることにより、Ｉし深部てのロータの破壊
を防ぐ／こめ相応の強ＬＷをもった材質を選定する必要
がある。又シャツＩ・との結合について（／ｉ、現在は
ロータとンヤフトを別部品で加工し焼ハメ式で両部品を
結合しているだめ、これらの工法に適する材質が選定さ
れる。以−１−１のことからロータの材質にはクロム。

モリブテンを含有した構造用合金１１１′ωを使用しＣ
いるのが現状である。

従ってζ１ｉ、’ｆｌ　ＩｔＪ−、その比！Ｔｊ７．　
ｓと大きいため、ｊＴｉ、　：ｊ’、’ｆがかさみ圧縮
機（ｊη成部品の中でも最もｌ　、ｐｉ）の大きい部品
とな−）でおり、１イ宿化をＩｌｌ、％’している。

このようにロータ部分のｆｒｉ′・ｄか大きいとい・う
ことけ、圧縮機の回１１ム巾にロータ部分の遠心力が過
大となり、シリンダとの最小ずき丑部分（第２図のＢ）
でロータとシリンダが接触することになり４付き、片当
り等不具合を招くことにもなる。

次にこの材質によるロータ／ギフトの製造工程について
第３図〜第１０図により説明する。

丑ず所定材質の丸棒素材１０を一定寸法りに切断しく第
３図）、この切断された素材１１にボール盤で中心孔１
２の加工を行う（第４図）。次にその中心孔１２、を利
用して外径切削及び片側端面切削を行ない（第６図）、
ワークを反転して他端面の端面切削を行う（第６図）。

次に中心孔１２の両側にドリルで孔１３ａ、１３ｂをあ
け（第７図）た後、ベーンが摺動するベーン溝１４ａ、
１４ｂの加工を行う（第８図）。さらにとのロータ１１
と別に加工した７ヤフト（第９図）、を焼バメ方式によ
り締結しく第１０図）、一体化した後、砥石による研磨
加工で仕上げられ完成品となる。

以」二のように現状の口〜タシャフトの製造方法は極め
て多工程から成立しており、又、加工時間も長く、高価
な機械設備を必閥とするため製造価格も高価となり、経
済的見地から見ても課題となっている。

発明の目的 本発明は上記従来の欠点であるローターの重量が過大で
、かつ製造工程を多く必要とするという欠点を解決する
ものであり、ローターの軽量化と製造方法の簡略化を図
るものである。

発明の構成 本発明は熱可塑性樹脂を母材として有機質繊維あるし値
はおよび無機質繊維を各々５〜５０質量％配合して繊維
強化樹脂を形成し金型の中において予め回り止めを設け
たシャフトの周囲に前記繊組強化樹脂でロータ部分を形
成し、前記、金型内でシャツにと一体成形してなるロー
タシャフト及びその製造方法を提供するものであり、ロ
ータ重量を犬ＨＪに軽量化でき、かつ、製造工程の簡易
化が図れ、さらに圧縮機効率の向」二が図れるものであ
る。

実施例の説明 以下に本発明の一実施例を第１１図〜第１４図にもとづ
いて説明する。

丑ず熱可塑性樹脂に長さ３聰９、下の炭素繊維及びガラ
ス繊維を各々１５質量係づつ配合し混練したのち射出成
形用ペレットとする。ペレットサイズは直径３ｍｍ、長
さ６陥のものである。

炭素繊維及びガラス繊維の強化材の配合量の選定に当っ
ては、炭素繊維は強度が強い反面２価格が高く、一方ガ
ラス繊維は価格が安い反面、脆く摺動する相手材料を傷
つけやすい欠点があることを考慮する必要がある。本実
施例では炭素縁そぞガラス繊維を各々１６質量係とした
。発明者らの試験によれば表に示すように繊維が５質量
係を越えない量では、繊維が分散されてし甘うだめにほ
とんど強度向上に寄与しない状態となり、ローターにお
いて最も荷重を受けやすいベーン摺動溝の最深部で亀裂
生じる結果となった。又５０係を越える量では０−ター
が回転する時に接触する相手部品である側板に異状摩耗
を馬える結果となった。

以下余白 本実施例では、中耕気量（９０〜１２０ｃｃ）型圧縮機
でかっ、ベーン枚数が２枚であることにより構造解析及
び応力Ｒ１，の結果か゛ら、上記、充填出の配合割合と
した。

次に予め用意した、クロム、モリブテン等を含イイし／
ね構造用合金鋼より機株加工されたシャフトを脱脂洗浄
したのち、射出成形の金型内に挿入する。ンーＶフトの
形状は第１１図に示すように繊維強化位１脂ロータとの
結合部分を六角形に加工している。これは圧縮機使用時
において、シャフトの回転に伴ない必然的に圧縮機内が
温度上列し、樹脂ロータ部分が膨張してシャフトとの間
で空まわりすることを防ぐためである。

尚、上記、結合部分の形状は六角形にこだわることなく
他の多角形状、ローレット形状、又はキーミゾ形状によ
る回り止め方式のいずれでもよい。

次に第１２図に示すように樹脂製ロータの、射出成形時
において、強化材である繊維がロータのベーン摺動溝と
平行方向に配合されるように射出成形のゲートを設ける
。すなわち圧縮機内におけるロータシャフトの荷重の受
ける部分はシャフトの回転方向（第２図の回転方向を示
す矢印）と逆方向に応力を受ける（第２図のＸ方向、Ｙ
方向）０樹脂製ロータの採用にあたってはこの部分の強
度解析の結果にもとづいて強化繊維の配向方向を定める
ことが大きなポイントとなる。発明者らは壱限要素法に
よる構造解析によってロータ部分の応力のかかり方を解
析した。

第１３図は構造解析の分割モデル図、第１４図は圧縮・
応力解析図、第１５図は引張応力解析図であるが同図で
示されるように、圧縮応力は第１４図ｘ、ｘ′）５向に
又、引張応力は第１６図のＹＹ’方向に働らくことを解
明した。すなわちロータのベーン摺動溝の位置でベーン
摺動溝と平行方向に力が働らくことが解かる。このよう
な応力を受けるのに最も理想的な繊維の配向方向は射出
成形時において金型のゲートを第１２図に示すようにロ
ータのベーン摺動溝入口部分（第１２図１６ａ、１６ｂ
）に配置する必要があり、配向方向は同図で示されるよ
うにベーン摺動溝と平行方向に整えることが必要である
。これは繊維の方向は射出成形におけるゲートと平行方
向に並ぶこと有効に利用したものである。この配向方向
、つ寸り応力の方向と繊維の方向を合致させることで、
強度の強い繊維が各応力を受けもち、ロータの破壊、変
形に耐えることができるものである。

尚、第１２図の１７８，１７ｂの部分は樹脂の流れが金
型内でぶつかり合い繊維の方向性は任意となる。（一定
方向へ揃わない）　しかし前記の部分はロータとしてほ
とんど荷重を受ける部分でないので任意の配向となって
も別設差しつかえない。要は繊維強化材をベーン摺動溝
の最深部とその外周付近をベーン摺動溝と平行方向に配
向することが本発明のポイントである。上記の方向性を
考慮せず単に繊維強化樹脂をシャフトと一体成形とした
場合は、繊維方向が任意の方向を向き耐荷重に寄与しな
い。

このようにして鋼製シャフトと繊維強化樹脂を一体成形
したロータシャフトは金型より取り出され、トリミング
加工したのち仕上研磨によって仕上寸法に加工される。

以上のようにして鋼製シャフトと繊維強化樹脂製ロータ
を結合したロータシャフトは、極めて軽量であり従来の
鋼製シャフトと鋼製口°−夕との組み合せによるロータ
ソヤフトに比較して、Ｍ量は１３００ｇが４００ｇにな
り７０％減少された。

又、従来のロータが特殊鋼を、旋盤、ボール盤。

及びフライス盤により加工されていたものに比べて加工
時間は〆に短縮された。

さらに高速回転で駆動するロータシャフトの遠心力が、
鋼製ロータに比べて極めて小さくなり、シリンダーとロ
ータの最小スキマ部分での接触がなくなり、焼付き２片
当り等が解消される。

このことハ、最小スキマ部分のクリアランスを極めて狭
くすることができ、圧縮され／ζ冷媒の吸入室へのもれ
が少なくなり、圧縮機効率の向上をも図ることができる
。

発明の効果 このように本発明は、ロータ部分を繊維強化樹脂で成形
じ、かっベーン溝摺動部に繊維を平行方向に配向させる
ことにより、高強度を維持しつつ、ロータの大巾な軒昂
化が図られ、射出成形による工法を採用することにより
加工時間の短縮化ひいてｄ：低コスト化が実現できる。

合わぜて高速回転するロータの遠心力が小さくなること
により、シリンダとロータの最小隙間部分のクリアラン
スを極めて小さく（１０〃以下）でき、圧縮機効率の向
上をもはかれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はスライディングベーン式ロータリ圧縮機の正面
部分断面図、第２図は同側面断面図、第３図はロータ累
月の正面図、第４図〜第６図はロータ加工上程における
ロータの前面図、第７図および第８図は各々ロータ加工
工程におけるロータの側面図、第９図はシャフトの正面
図、第１０図はロータソヤフトの正面図、第１１図（ａ
）　、　ｃｂ）は本発明の一実施例におけるンヤフトの
正面図及び側面図、第１２図は繊維強化樹脂ロータの射
出成形時におけるゲート位置と繊維の配向方向を示すモ
デル図、第１３図は構造解析の分割モデル図、第１４図
はロータの圧縮応力解析図、第１５図はロータの部分拡
大の引張応力解析図である。 １６ａ　　、　１６ｂ−＝　ゲート、１７ａ、１７ｂロ
一タ肉厚部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）有機質繊維あるいはおよび無機質繊維を６〜６０
   　＠　用％有した熱可塑性樹脂からなり、ベーンが摺動
   可能なベーン溝を設けた略円柱状のロータと、このロー
   タと結合する部分に回り止めを有し、かつ前記ロータの
   ・軸方向の略中心部に取り付けられたノヤフトとからな
   る圧縮槻用ロータシャフト。 （２）前記有機質繊維あるいはおよ０・無機質繊維は、
   ［）１１記ヘーン溝に近接する少くとも一方の部分にお
   いて、ベーンの摺動方向と平行方向に配向されてなる特
   許請求の範囲第１項記載の圧縮機用ローフシャフト。 （３）　　＋ｉｌ記′Ｊ！Ｒ機質縄維は炭素繊維あるい
   １はおよびカヂス１維である特許請求の範囲第１項記載
   の圧縮（幾組ロータンヤフト。 （４）熱可塑性樹脂を母材として、有機質繊維あるいは
   および無機質繊維を５〜６ｏ質■％配合して繊維強化樹
   脂を形成し、次に金型内において回り止めを設けた回転
   軸の周囲に前記繊維強化樹脂でベーンが摺動可能なベー
   ン溝を有したロータを形成し、前記金型内で回転軸と一
   体成形してなる圧縮機用ロータシャフトの製造方法。 （６）前記金型に設けられ、前記繊維強化樹脂を射出す
   るゲートを、前記ベーン溝の開口部の少なくとも一方の
   側に、かつｎＩＩ記ベーンの摺動方向に前謔繊維強化樹
   脂を平行に射出するよう設けた特許言ｉ！ｊ求の範囲第
   ４項記載の圧縮機用ロータシャフトの製造方法。 （６）　　Ｒ：］記無機質繊維は炭素繊維あるい（ｄ：
   およびカラス繊維である特許請求の範囲第４項記載の圧
   縮機用ロータシャフトの製造方法。