(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部動力によって回転するクランクシャフトを備えた多気筒ロータリ圧縮機において、
前記多気筒ロータリ圧縮機の圧縮機構部は、同軸に並設された複数の円筒型のシリンダと、
前記クランクシャフトに一体成形して各前記シリンダ内に設けられ、前記クランクシャフトと同芯に回転する、前記クランクシャフトの軸方向に垂直な断面が円形の偏心部と、
それぞれの前記偏心部の外周面に回転自在に取り付けられ、前記シリンダの内壁面にそって前記シリンダ内を回転するローリングピストンと、
各前記シリンダ間を仕切るために、前記クランクシャフトを取り囲むように複数に分割して設けられた中間仕切板であって、隣り合う２つの前記偏心部の一方の偏心部が中間仕切板面の一方の板面を、他方の偏心部が中間仕切板面の他方の板面を摺動する中間仕切板を備え、
前記中間仕切板の分割合わせ面は、マルテンサイト化したことを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記マルテンサイト化は、高周波焼入れ法によって施されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記マルテンサイト化は、レーザ焼入れ法によって施されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記マルテンサイト化は、分割合わせ面のエッジ部にのみ施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧縮機機構部の冷媒などの漏れが少ない、空調・冷熱機器に用いられるロータリ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷熱機器や空調機器に用いられているロータリ圧縮機は、密閉容器内に圧縮機構と、これを駆動する電動機が内蔵されている。電動機のロータにはクランクシャフトの一端が連結固定され、クランクシャフトの他端には圧縮機構部を備えている。
クランクシャフトは、圧縮機構部を構成する並設した複数のシリンダの中心を貫通し、シリンダの上端開口面を密封すると共にこのクランクシャフトを支持する第一の軸受と、シリンダの下端を密封するとともにクランクシャフトを支持する第二の軸受で支持されている。
【０００３】
そしてクランクシャフトは、このクランクシャフトと一体成形した円筒状の偏芯部をシリンダの数と同数備えている。クランクシャフトが回転すると、この偏心部と、この偏心部の外周面に回転自在に装着したローリングピストンとが、それぞれのシリンダの内壁に沿って回転する。
また、各シリンダの内壁には、ローリングピストンの動きに合わせてシリンダから出没するベーンを備えている。
特許文献１のロータリ圧縮機では、組み立て性を考慮して、隣接するシリンダ間を仕切る中間仕切板を備えている。中間仕切板は２等分されており、クランクシャフトを挟み込むようにして組み立てる工法が示されている。
【０００４】
以上のように構成したロータリ圧縮機は、外部からシリンダ内に吸入した冷媒を圧縮して外部に排出する。
特許文献１では、分割した中間仕切板を一体化させるときに生じる微小な隙間対策として、耐熱性および耐冷媒性を持った接着剤で中間仕切板の分割面同士を結合している。これにより微小な隙間からの冷媒の漏れを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１３６５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
分割型の中間仕切板を用いたロータリ圧縮機の場合、中間仕切板は、複数に分割されていて、それぞれの分割面を合わせて組み立てている。このようにして組み立てられた中間仕切板には２つの機能が求められる。１つは、隣接する２つの圧縮室の間を仕切り、冷媒の漏れを防止し効率よく圧縮するための機能であり、圧縮機の性能を大きく左右する。もう１つは、回転しているローリングピストンとの摺動性を保持する機能である。
分割面からの冷媒の漏れを低減するためには、分割面を形状精度良く仕上げ加工する必要があり、そのためには中間仕切板に高い剛性が求められる。そこで、中間仕切板の材質としては一般的には鉄鋼材が用いられる。
【０００７】
一方、中間仕切板と摺動するローリングピストンは、ベーンやシリンダ内壁とも接触して圧縮室を形成しているため、耐摩耗性を高める必要がある。そこで、ＨＲＣ４５−５３程度の硬度を有する鉄鋼材を使用する。
ローリングピストンの摩耗劣化を抑えるためには、ローリングピストンの硬度は中間仕切板の硬度よりも大きくなければならない。
このため通常は、中間仕切板は焼き入れしても、硬度をローリングピストン以下に焼き戻すか、或いは焼き入れをおこなわない材料を使用する。焼き入れ、焼き戻しのコストを考えると一般的には焼き入れ無しの材料が用いられる。
鉄鋼材は、焼き入れ処理を行わなくても剛性が高く、また靭性も高く壊れにくいのであるが、この高い靭性のため、加工時にバリが発生し易い。
【０００８】
通常、加工時に発生したバリは、研磨用の砥粒を付着させたブラシなどの工具を用いて除去される。しかし、靭性が高い材料の場合、大きなバリが発生し、これを除去する時に分割面端部に欠けが生じてしまう。
このように、分割型中間仕切板の加工工程において、その分割合わせ面のエッジ部に発生したバリを効率よく短時間に除去しようとすると、バリの根元から一度に折れて、エッジ部までがバリと共に欠けてしまう。このエッジ部の欠けは、圧縮室内部と隣接する他の圧縮室を連通させて冷媒漏れの原因となり、ロータリ圧縮機の圧縮効率が低下する課題があった。また、エッジ部に欠けが生じないように丁寧にバリ取り作業を実施すると、作業時間が長くなり生産効率が低下するという問題があった。
【０００９】
そこで、特許文献１のロータリ圧縮機の製造工程では、分割型中間仕切板の分割面の加工をした後で、圧縮機構部を組み立てる時に、中間仕切板の分割面に接着剤を塗布して接合する。したがって、バリを除去したときに発生する欠けや、加工時に微妙に丸みを帯びたエッジの間の隙間も埋めることが出来る。しかしながら、接着剤塗布工程および結合工程が別途必要となりロータリ圧縮機の生産性が低下する。さらに、余剰の接着剤のカスが運転中に圧縮機内部に剥離して進入し、異物となって圧縮機の信頼性を低下させる問題があった。
【００１０】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、圧縮機構部のローリングピストンの耐摩耗性を確保し、分割型中間仕切板の接合面からの冷媒の漏出が少ないロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
外部動力によって回転するクランクシャフトを備えた多気筒ロータリ圧縮機において、
多気筒ロータリ圧縮機の圧縮機構部は、同軸に並設された複数の円筒型のシリンダと、
クランクシャフトに一体成形して各シリンダ内に設けられ、クランクシャフトと同芯に回転する、クランクシャフトの軸方向に垂直な断面が円形の偏心部と、
それぞれの偏心部の外周面に回転自在に取り付けられ、シリンダの内壁面にそってシリンダ内を回転するローリングピストンと、
各シリンダ間を仕切るために、クランクシャフトを取り囲むように複数に分割して設けられた仕切板であって、隣り合う２つの偏心部の一方の偏心部が仕切板面の一方の板面を、他方の偏心部が仕切板面の他方の板面を摺動する仕切板を備え、
仕切板の分割面は、マルテンサイト化したことを特徴とするロータリ圧縮機を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係るロータリ圧縮機の圧縮機構部は、同軸に並設された複数の円筒型のシリンダと、
クランクシャフトに一体成形して各シリンダ内に設けられ、クランクシャフトと同芯に回転する、クランクシャフトの軸方向に垂直な断面が円形の偏心部と、
それぞれの偏心部の外周面に回転自在に取り付けられ、シリンダの内壁面にそってシリンダ内を回転するローリングピストンと、
各シリンダ間を仕切るために、クランクシャフトを取り囲むように複数に分割して設けられた仕切板であって、隣り合う２つの偏心部の一方の偏心部が仕切板面の一方の板面を、他方の偏心部が仕切板面の他方の板面を摺動する仕切板を備え、
仕切板の分割面は、マルテンサイト化したことを特徴とするものなので、
研削加工時に発生する研削バリを小さくできる。またバリが発生しても脆性が高いことから除去しやすく、高能率の研削バリ取り作業を実施しても分割合わせ面のエッジ部に欠けが発生しない。
これにより、分割合わせ面のエッジ部からの冷媒の漏れを低減するとともにローリングピストンの耐摩耗性を確保することができる信頼性の高いロータリ圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るロータリ圧縮機の実施の形態１における断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における中間仕切板の平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における仕切板部材の加工工程を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態１における研削バリの発生部位を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における組み立て中の圧縮機の圧縮機構部の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における分割合わせ面の焼き入れ部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、ロータリ圧縮機１００（以下圧縮機１００という）の断面模式図である。圧縮機１００は、アッパーシェル２１とロワーシェル２２で構成する密閉容器２０の中に、電動機３０と圧縮機構部５０を格納して構成する。この圧縮機１００は、電動機３０を動力源として圧縮機構部５０を駆動することにより、外部から吸入する冷媒をシリンダ５４ａ・５４ｂ内で圧縮して外部に排出する。
【００１５】
圧縮機構部５０はロワーシェル２２の下部に格納されている。ロワーシェル２２の上部に格納した電動機３０の回転軸４０は、下方へ突出して圧縮機１００の圧縮機構部５０のクランクシャフト４１と結合されている。そして、クランクシャフト４１は第１の軸受５１ａと第２の軸受け５１ｂに軸支されている。このクランクシャフト４１と、第１・第２の偏心部４２ａ・４２ｂとは金属材料から切削加工等によって一体成型されている。
【００１６】
第１・第２の偏心部４２ａ・４２ｂは、１８０度の位相差を有しており、クランクシャフト４１の回転軸に対して垂直方向の断面形状はいずれも円形である。
第１・第２の偏心部４２ａ・４２ｂの外周面には、ローリングピストン５３ａ・５３ｂが回転可能に装着されている。
【００１７】
中間仕切板５２はクランクシャフト４１を取り囲み、且つ第１のシリンダ５４ａと第２のシリンダ５４ｂとの間を仕切るために、第１の偏心部４２ａと第２の偏心部４２ｂの間に設けられている。
図２は中間仕切板５２の平面図及び断面図である。図２に示すように、本実施の形態１の中間仕切板５２は、２つの仕切板部材５２ａ・５２ｂを組み合わせて構成されている。  また、中間仕切板５２の分割部分は、クランクシャフト回転角で０度と１８０度の方向に２分割とした。仕切板部材５２ａ・５２ｂは、分割合わせ面１ａ・１ｂ、上端面２ａ・２ｂ、下端面３ａ・３ｂ、外周面４ａ・４ｂの４つの面で構成される。また、分割面にはクランクシャフト４１挿入用の溝５ａ・５ｂを設けている。この２つの仕切板部材５２ａ・５２ｂには、上下に隣接して設置される第１・第２のシリンダ５４ａ・５４ｂ及び第１・第２の軸受５１ａ・５１ｂと締結するボルトが通るボルト穴を複数箇所に開けてある。
【００１８】
分割型の中間仕切板５２を構成する２つの仕切板部材５２ａ・５２ｂの製造工程を説明する。図３は、仕切板部材５２ａ・５２ｂの製造工程を示すフローチャートである。
仕切板部材５２ａ・５２ｂは圧縮室を構成するため、剛性のある材料を使用する必要がある。また、ローリングピストン５３ａ・５３ｂの摩耗に影響しないようにするため、焼き入れ未処理の構造用合金鋼（例えばＳ４５Ｃなど）を用意する。
仕切板部材５２ａ・５２ｂは、まず板状の素材から板金加工により製品に近い形に加工される。そして、特に精度が要求される上端面２ａ・２ｂ、下端面３ａ・３ｂおよび分割合わせ面１ａ・１ｂに関しては、焼き入れ前に高精度な加工が可能な研削加工による仕上げ処理を実施する（Ｓ１）。
【００１９】
次に、分割合わせ面１ａ・１ｂに対して焼き入れ加工を施す（Ｓ２）。
分割合わせ面１ａ・１ｂへの焼き入れには高周波加熱方式を採用し、分割合わせ面１ａ・１ｂの正面にコイルを設置することで、分割合わせ面１ａ・１ｂのみを部分的に焼き入れする。図２（ａ）〜（ｃ）の斜線で示す部分が焼き入れ加工された部分である。
高周波加熱方式はコイルからの熱輻射により加熱するため、分割合わせ面１ａ・１ｂの全面を効率よく焼き入れすることができる。
【００２０】
次に、ローリングピストン５３ａ・５３ｂが摺動する上端面２ａ・２ｂおよび下端面３ａ・３ｂを平面研削加工するし（Ｓ３）。上端面２ａ・２ｂおよび下端面３ａ・３ｂの加工については、仕切板部材５２ａ・５２ｂを２枚一組に組み合わせて、１枚の中間仕切板５２として平面研削加工を実施し、厚みのばらつきが最小になるように加工する。
【００２１】
次に、分割合わせ面１ａ・１ｂの平面研削加工を実施する。（Ｓ４）
分割合わせ面１ａ・１ｂは、それぞれ溝５ａ・５ｂを挟んで同一平面上に形成されているので、平面研削加工により１枚ずつ加工する。
【００２２】
そして最後に、平面研削加工により分割合わせ面１ａ・１ｂの周囲に発生した研削バリ取り工程を実施する（Ｓ５）。具体的には、研磨剤を塗布したブラシを用いて研削バリを除去する。
【００２３】
図４は、仕切板部材５２ａの研削加工時に発生する研削バリ９および、仕切板部材５２ａ・５２ｂの研削バリ９を取り除いた後の状態を示す図である。図４（ａ）は、仕切板部材５２ａの焼き入れ部分６ａを示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）をＢ方向から見た側面図である。この図の丸印で囲んだエッジ部８は、研削バリ９の発生場所を示し、その部分の拡大図が図４（ｃ）である。図４（ｄ）は研削バリ９を取り除いた後の同部分を示す図であり、図４（ｅ）は研削バリ９を取り除いた後の仕切板部材５２ａ・５２ｂの分割合わせ面１ａ・１ｂ同士を合わせた状態を示す図である。
【００２４】
分割合わせ面１ａ・１ｂの表面は焼き入れ加工され、マルテンサイト化されている。これにより分割合わせ面１ａ・１ｂの靭性は低下している。この状態で平面研削工程に起因する研削バリ９が発生しても、その研削バリ９は比較的薄いために折れ易い。したがって、通常のバリ取り工程を実施するだけで、図４（ｄ）に示すように研削バリ９の部分だけが綺麗に除去される。このように加工された仕切板部材５２ａ・５２ｂを組み合わせると、分割合わせ面１ａ・１ｂのエッジ部８に欠けがないため、図４（ｅ）に示すようにシリンダの内側と外側が連通することなく、冷媒などの漏れを低減できる。
【００２５】
次に、仕切板部材５２ａ・５２ｂの圧縮機１００への組み込みについて説明する。図５（ａ）は、組み立て中の圧縮機１００の圧縮機構部５０の断面図である。
図５（ｂ）は組み立て完了直前の圧縮機１００の圧縮機構部５０の断面図である。
まず、第２の軸受５１ｂにクランクシャフト４１の下端部を挿入する。次に、第２の偏心部４２ｂの周囲にローリングピストン５３ｂを装着する。第２のシリンダ５４ｂをクランクシャフト４１の上方から装着する。そして仕切板部材５２ａ・５２ｂを、これらがクランクシャフト４１を取り囲むように左右から挿入する。この時、仕切板部材５２ａ・５２ｂは丁度、第１の偏心部４２ａと第２の偏心部４２ｂの間に挿入されることになる。次に、第１の偏心部４２ａの周囲にローリングピストン５３ａを装着する。そして、第１のシリンダ５４ａをクランクシャフト４１の上方から設置し、更に第１の軸受５１ａを上方からクランクシャフト４１に通して載置する。
最後にボルト・ナット５５でこれらの部材を締結する。これにより、第１のシリンダ５４ａと第２のシリンダ５４ｂと中間仕切板５２の上端面、下端面の相互間に大きな摩擦力が生じて、分割合わせ面１ａ・１ｂが密着した状態を保持する。
【００２６】
次に、組み立てた後の中間仕切板５２とローリングピストン５３ａ・５３ｂとの摺動性について説明する。
図２に示すように、中間仕切板５２に対する焼き入れ処理は、分割合わせ面１ａ・１ｂの部分のみに施している。この部分は、焼き入れによってマルテンサイト化し、硬度が高くなる。しかし、分割合わせ面１ａ・１ｂは、組み立て後に中間仕切板５２の内部に殆どの部分が隠れて、ローリングピストン５３ａ・５３ｂとは極一部しか接触しない。したがって、ローリングピストン５３ａ・５３ｂとの摺動性は、部分焼入れをしない中間仕切板の場合とほぼ同等となる。これにより部分焼入れによるローリングピストン５３ａ・５３ｂの摩耗劣化はなく、圧縮冷媒の漏れの増加もない。
【００２７】
次に、圧縮機１００の圧縮動作について図１を用いて説明する。
圧縮機１００の圧縮室５８ａは、第１のシリンダ５４ａの内壁面と、ローリングピストン５３ａの外周面と、第１の軸受５１ａの下面と、中間仕切板５２の上端面と第１のシリンダ５４ａの内壁面からバネによって出没自在に付勢されて突出する図示しないベーンの壁面とで囲まれている。シリンダ５４ａには、気化して膨張した冷媒を外部から吸入する吸入パイプ５６が接続されており、これを通して冷媒がシリンダ内の圧縮室５８ａに吸入される。
クランクシャフト４１と一体成型されている偏心部４２ａが１回転する間に、上述した圧縮室５８ａの体積が次第に小さくなって冷媒が圧縮される。ローリングピストン５３ａが最もベーンに近付いた所で圧縮率が最高となり、圧縮された冷媒が吐出パイプ５７から圧縮機１００の外部に排出される。
【００２８】
以上のように、この発明に係るロータリ圧縮機の実施の形態１によれば、シリンダ５４ａ・５４ｂ間を間仕切る中間仕切板５２の分割合わせ面１ａ・１ｂに対して部分焼入れを行い、分割合わせ面１ａ・１ｂ近傍の金属組織のみをマルテンサイト化し、靭性を低下させて脆性を高めることで研削加工時の研削バリ９を小さくできる。また研削バリ９が発生しても脆性が高いことから除去しやすく、高能率のバリ取り作業を実施しても分割合わせ面１ａ・１ｂのエッジ部８に欠けが発生しない。これにより、接着剤を使用しなくとも分割合わせ面１ａ・１ｂのエッジ部８からの冷媒の漏れを低減できるとともにローリングピストン５３ａ・５３ｂの耐摩耗性を確保することができ、信頼性の高いロータリ圧縮機１００を提供できる。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。図６は、この実施の形態で使用する中間仕切板２５２の焼き入れ部分を示す図である。
圧縮機の構成は、先に実施の形態１で説明したものと同じ構成である。
実施の形態１と異なる点は中間仕切板２５２の分割合わせ面２０１ａ・２０１ｂの焼き入れ方法と焼き入れ加工部分である。この実施の形態では、分割合わせ面２０１ａ・２０１ｂへの焼き入れ方法として、局所的な加熱が可能な、レーザ光のエネルギーを利用したレーザ焼入れ法を用いている。そして、分割合わせ面２０１ａ・２０１ｂの周囲のエッジ部の焼き入れ部分２０６ａ・２０６ｂのみを焼き入れ加工し、マルテンサイト化させている。
【００３０】
図４（ｂ）の丸印に示すように、平面研削工程での研削バリ９の発生箇所は、分割合わせ面１ａ、１ｂのエッジ部８なので、研削バリ９の発生を抑制するためにマルテンサイト化する最小の領域は本実施例のように当該エッジ部８だけで十分である。また、レーザ焼入れ法では、焼き入れする深さを１ｍｍ以下に制御することができるため、分割合わせ面２０１ａ・２０１ｂの平面研削仕上げ加工後に残るマルテンサイト化領域を少なくすることが出来る。
このように加工した仕切板部材２５２ａ・２５２ｂを組み合わせ、圧縮機構部に組み立てると、部分焼入れによりマルテンサイト化されて硬度が上がった領域は、ローリングピストン５３ａ・５３ｂとの摺動面となる上端面２０２ａ・２０２ｂ、下端面２０３ａ・２０３ｂにはほとんど露出しないようにすることができる。
【００３１】
以上、本実施の形態に係るロータリ圧縮機は、実施の形態１と同様に圧縮機の組み立て性が向上するとともに、分割合わせ面２０１ａ・２０１ｂの加工精度が向上する。また、少ない工数で生産性を低下させることなく分割合わせ面を加工でき、加工不良による冷媒の漏れを低減し、さらにローリングピストン５３ａ・５３ｂの耐摩耗性能を向上したロータリ圧縮機を提供することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００  ロータリ圧縮機、１ａ，１ｂ  分割合わせ面、
２ａ，２ｂ，２０２ａ，２０２ｂ  上端面、３ａ，３ｂ  下端面、４ａ，４ｂ  外周面、
５ａ，５ｂ  溝、６ａ，６ｂ，２０６ａ，２０６ｂ  焼き入れ部分、８  エッジ部、
９  研削バリ、２０  密閉容器、２１  アッパーシェル、２２  ロワーシェル、
３０  電動機、４０  回転軸、４１  クランクシャフト、４２ａ，４２ｂ  偏心部、
５０  圧縮機構部、５１ａ，５１ｂ  軸受、５２  中間仕切板、
５２ａ，５２ｂ，２５２ａ，２５２ｂ  仕切板部材、
５３ａ，５３ｂ  ローリングピストン、５４ａ，５４ｂ  シリンダ、
５５  ボルト・ナット、５６  吸入パイプ、５７  吐出パイプ、５８ａ  圧縮室。
【図１】
0005467915.tif 000002
【図２】
0005467915.tif 000003
【図３】
0005467915.tif 000004
【図４】
0005467915.tif 000005
【図５】
0005467915.tif 000006
【図６】
0005467915.tif 000007