(57)【要約】【課題】ロータとシャフトを摩擦圧接工法で接続固定した際に発生するバリ取りを不用とし、高周波焼入れなどの安価な焼入れ工法での製造を可能とする。【解決手段】ロータ１の両端面に略円筒状の窪み１ａ・１ｂを形成し、この両端面の窪み１ａ、１ｂの部分に一対のシャフトを、摩擦圧接工法により接続固定した構成としてある。これにより摩擦圧接で発生するバリは窪み部分に存することになってこれの除去が不要となり、低コスト化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のロータと、前記ロータの中心軸と同軸となるように設けられた一対の円柱状のシャフトからなり、ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に略円筒状の窪みを設け、前記ロータとシャフトを前記窪み部分で摩擦圧接工法により接続固定したロータシャフト。
【請求項２】
前記ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に設けた略円筒状の窪みの容積は、摩擦圧接工法により溶融し接合面よりはみ出す容積以上とした、請求項１に記載のロータシャフト。
【請求項３】
前記ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に設けた略円筒状の窪みは、径の異なる複数段の窪みとした請求項１または２に記載のロータシャフト。
【請求項４】
前記ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に設けた略円筒状の径の異なる複数段の窪みで、最も接合面に近い窪みの容積は、摩擦圧接工法により溶融し接合面よりはみ出す容積以上とした、請求項３に記載のロータシャフト。
【請求項５】
ロータの材料は鉄系で、シャフトの材料は高炭素鋼とした、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータシャフト。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のローターャフトを用いた圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍空調用などに用いられる圧縮機のロータシャフトおよびそれを用いた圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のロータシャフトは、円柱状のロータと、中心軸が同軸となるように設けた一対のシャフトを、摩擦圧接工法にて一体的に接合し、所定の形状に切削加工した後、シャフト部の耐摩耗性を向上させるために浸炭等の熱処理を施し、研磨加工にて所定の寸法に仕上げ使用している（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１７１９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図７は上記従来のロータシャフトを示すもので、（ａ）はロータ１とシャフト２ａ、２ｂの接合前の状態、（ｂ）は接合時の状態、（ｃ）はあと加工後の状態を示す。前記従来の構成では、ロータ１とシャフト２ａ、２ｂの接合面がロータ１の端面となっていることから、摩擦圧接工法にて接合時する際に接合部は溶融し、接合部周辺には溶融し凝固した金属分がバリ８となり付着することとなる。この接合部付近のバリ８は切削工法などで取り除いた後、所定の形状に加工・仕上げすることとなるが、接合時のバリ８は一種の焼き入れ状態となるため、バリ８はかなり高硬度となっており、旋盤加工等にて除去するには、高硬度のチップを用いる等、あと加工の生産性が悪いという課題を有していた。
【０００４】
従って、一般的にロータ１とシャフト２ａ、２ｂの材料は、摩擦圧接後に切削加工できるように、摩擦圧接時の熱で焼入れが入らない低炭素鋼を用いている。又、切削加工後、必要な硬度を得るため、ガス浸炭法などの熱処理を施していた。そのため、バリ取り工程の発生や、不必要な部分までも焼入れしてしまう高価なガス浸炭など、多額の加工費用が発生するという課題を有していた。
【０００５】
又、かかる課題の解決のために、必要な部分のみ焼入れを施す高周波焼入れなどの工法が考えられるが、高周波焼入れでは、高炭素鋼を用いなければ必要な硬度が得られない。しかし、高炭素鋼を使用すると、摩擦圧接時の熱で焼入れ状態となり、その後のバリ取りが困難となり、バリ除去に多額の費用が発生することとなるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ロータとシャフトを摩擦圧接工法で接続固定した際に発生するバリ取りを不用とし、高周波焼入れなどの安価な焼入れ工法での製造を可能にしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、円筒状のロータと、前記ロータの中心軸と同軸となるように設けられた一対の円柱状のシャフトからなり、ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に略円筒状の窪みを設け、前記ロータとシャフトを前記窪み部分で摩擦圧接工法により接続固定したものである。
【０００８】
かかる構成によって、摩擦圧接で発生するバリは窪み部分に存することになってこれの除去が不要となり、低コスト化が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のロータシャフトは、摩擦圧接工法による接合をしても、バリ取りが不要であり、さらに、材料を高炭素鋼とすることにより、高硬度が必要な部分のみ焼入れを行なうことが可能となり、信頼性を確保しつつ低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、円筒状のロータと、前記ロータの中心軸と同軸となるように設けられた一対の円柱状のシャフトからなり、ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に略円筒状の窪みを設け、前記ロータとシャフトを前記窪み部分で摩擦圧接工法により接続固定することにより、摩擦圧接で発生するバリが窪み部分に存することになってこれの除去が不要となり、低コスト化が可能となる。
【００１１】
第２の発明は、ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に設けた略円筒状の窪みの容積は、摩擦圧接工法により溶融し接合面よりはみ出す容積以上とすることにより、摩擦圧接で発生するバリがロータ端面の窪みからはみ出すのを確実に抑制し、バリ除去が不要となり、低コスト化が可能となる。
【００１２】
第３の発明は、ロータとシャフトの接合面のいずれか一方に設けた略円筒状の窪みは、径の異なる複数段の窪みとすることにより、摩擦圧接で発生するバリのロータ端面の窪みからのはみ出しをより確実に抑制し、かつ、万が一バリが脱落しても圧縮室内や摺動面に流入することのない様に、ロータとシャフトで構成する空間部に滞留できるようになり、バリ除去不要による低コスト化と、高信頼性が可能となる。
【００１３】
第４の発明は、ロータの材料を鉄系で、シャフトの材料を高炭素鋼とすることにより、高炭素鋼を使用して高硬度が必要な部分のみ、高周波焼入れが可能となり、熱処理に対するコストがさらに低減可能となる。したがって、高硬度が必要な部分のみ焼入れが可能で、摩擦圧接による接合でのバリ取りが不要となるため、低コストで信頼性が確保できるロータシャフトが得られる。
【００１４】
第５の発明は上記第１〜４の発明のロータリシャフトを用いた圧縮機であり、低コストで信頼性が高い圧縮機とすることができる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態におけるロータシャフトの断面図を示すものである。図１（ａ）において、１は円筒状のロータで、円筒の中心に相当する部分には、ロータ１の両端面に略円筒状の窪み１ａ・１ｂが形成されている。２ａ・２ｂはそれぞれ前記ロータ１の両端面１ａ・１ｂに接合する一対のシャフトで、この略円筒状の窪み１ａ、１ｂの部分に、摩擦圧接工法により接続固定され、前記ロータ１とシャフト２ａ・２ｂは一体の構造体となり、ロータシャフト３が形成される。
【００１７】
ここで、上記ロータ１の略円筒状の窪み１ａ・１ｂはその径をシャフト２ａ、２ｂの径がより大きくしてある。従って、図１（ｂ）に示すようにロータ１とシャフト２ａ・２ｂを摩擦圧接工法により接続固定した際に生じるバリ８は窪み１ａ・１ｂ内に残存することになり、ロータ１の端面１ｃ・１ｄからはみ出すことはない。
【００１８】
なお、上記のように組立加工されたロータシャフト３は、図１（ｂ）に示すにロータの側面１ｆを基準に、各シャフト２ａ・２ｂのシャフト側面２ｃ・２ｄ、ロータ１の端面１ｃ・１ｄ、ロータ１の側面１ｆを、例えば研削加工法あるいは、切削加工法等により同軸
状に加工成形し、図１（ｃ）のように後加工する。
【００１９】
この同軸状の加工成形については、ロータの側面１ｆ、シャフト側面２ｃ・２ｄ、ロータの底面１ｃ・１ｄを同時に加工成形してもよく、また個々に加工成形しても良い。要は、ロータ１の軸芯とシャフト２ａ・２ｂの軸芯がそれぞれ、偏心しない状態とすればよい。
【００２０】
ここで、図１（ｃ）に示すように、前記ロータ１に略円筒状の窪み１ａ、１ｂを形成しているため、前記ロータ１の側面１ｃとロータ２ａの外周面２ｅとの加工部には、ロータ１とシャフト２ａ，２ｂを摩擦圧接工法により溶融したバリ８が存在しないため、バリ除去の工程が発生せず、低コストで加工することが出来る。
【００２１】
（実施の形態２）
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態におけるロータシャフトの断面図を示すもので、先の実施の形態と同じ部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００２２】
この第２の実施の形態では図２（ｂ）に示すように、ロータ１の略円筒状の窪み１ａ・１ｂは、当該窪み１ａ・１ｂとシャフト２ａ、２ｂとで構成する空間４ａ、４ｂが、摩擦圧接工法により接続固定する際の部材同士が溶融しはみ出すバリ８の容積以上としている。
【００２３】
従って、図２（ｃ）に示すようにロータ１とシャフト２ａ・２ｂを摩擦圧接工法により接続固定した際に生じるバリ８は窪み１ａ・１ｂ内に納まり、ロータ１の端面１ｃ・１ｄからはみ出すことはない。すなわち、前記ロータ１の側面１ｃとロータ２ａの外周面２ｅとの加工部には、摩擦圧接工法により溶融したバリ８が確実に存在しないため、バリ除去の工程が発生せず、低コストで加工することが出来る。
【００２４】
（実施の形態３）
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態におけるロータシャフトの断面図を示すもので、第２の実施の形態同様先の各実施の形態と異なる部分のみ説明する。
【００２５】
この第３の実施の形態では、ロータ１の両端面に略円筒状の径の異なる複数段の窪み１ａ・１ｂを形成するとともに、シャフト２ａ、２ｂはこれと対応させて階段状に形成してある。
【００２６】
このように、ロータ１に径の異なる複数段の略円筒状の窪み１ａ、１ｂを形成しているため、前記ロータ１の端面１ｃとロータ２ａの外周面２ｅとの加工部には、摩擦圧接工法により溶融したバリ８が存在しないし、たとえ、運転中にバリ８が脱落しても、圧縮室内や摺動面に流入することのない様に、ロータ１とシャフト２ａ・２ｂで構成する空間部に滞留できるようになり、バリ除去不要による低コスト化と、高信頼性が確保できる。
【００２７】
（実施の形態４）
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態におけるロータシャフトの断面図を示すもので、第２の実施の形態同様先の各実施の形態と異なる部分のみ説明する。
【００２８】
この第４の実施の形態では、ロータ１の径の異なる複数段の略円筒状の窪み１ａ・１ｂの最も接合面に近い窪みとシャフト２ａ、２ｂとで構成する空間は、摩擦圧接工法により接続固定する際の部材同士が溶融しはみ出すバリ８の容積以上としている。
【００２９】
従って、図４（ｃ）に示すように、前記ロータ１に径の異なる複数段の略円筒状の窪みの最も接合面に近い窪み１ａ、１ｂと、前記ロータ１の端面１ｃとロータ２ａの外周面２ｅとの加工部には、ロータ１とシャフト２ａ，２ｂを摩擦圧接工法により溶融したバリ８が存在しないし、たとえ、運転中にバリ８が脱落しても、圧縮室内や摺動面に流入することのない様に、ロータとシャフトで構成する空間部に滞留でき、バリ８除去不要による低コスト化と、高信頼性が確保できる。
【００３０】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態におけるロータシャフトは、図１から図４に示す、本発明の第１から第４の実施の形態におけるロータシャフトのシャフト２ａ、２ｂの材料を高炭素鋼として、ロータシャフト３が形成される。そして、上記のように組立加工されたロータシャフト３は、摩擦圧接工法により接続固定されているため、接合部は溶融されバリは、熱処理されたように高硬度となっている。
【００３１】
この第５の実施の形態においても、実施の形態１から４による構成と同様、バリ除去が不要なため、低コストでの加工が可能であるとともに、更にシャフト２ａ、２ｂの材料が高炭素鋼であるため、高周波焼入れなど、加工工程中に焼き入れ工程を組み込むことが可能となり、熱処理により必要な硬度を確保しつつ、熱処理による費用が大幅に低減可能となる。
【００３２】
以上のように構成されたロータシャフト３は、図５、図６に示す如く圧縮機に組み込まれる。
【００３３】
同図において、圧縮機の圧縮機構部は、内部に作動空間４ａを形成するよう中央部が空洞（円筒状）のシリンダ４と、このシリンダ４の作動空間４ａ内に側面１ｆの一部が近接して配置されたロータシャフト３と、前記ロータシャフト３の配置状態を維持する如くロータシャフト３を軸支持し、前記シリンダ４の両端開口を閉塞する前部側板５、後部側板６と、前記ロータシャフト３に出没自在に挿入され、前記シリンダ４内周との当接により複数の区画された作動空間４ａを形成する複数のベーン７より構成されている。
【００３４】
なお、圧縮機の圧縮機構部以外の構造については、本発明の要旨ではなく、周知の構成でよいため、説明を省略する。
【００３５】
上記構成において、モータ、エンジン等の駆動源（図示せず）により、ロータシャフト３が回転駆動されると、その回転に伴ってシリンダ４内は、吸入・圧縮・吐出の各作動空間４ａが形成され、冷凍サイクルを構成する場合であれば、吸入口１０より吸入された冷媒は、シリンダ４内の各作動空間４ａで吸入・圧縮・吐出の工程を経て吐出口９より吐出され、図示しない冷凍サイクル内を循環する。
【００３６】
そしてこの圧縮機はロータシャフト３の低コスト化と、高信頼性確保により安価で信頼性の高い圧縮機とすることができる。
【００３７】
なお、上記各実施の形態１〜４の説明では、ロータ１側に窪み１ａ、１ｂを設けたが、図３，４のような階段状でなくともシャフト２ａ、２ｂのほうに窪みを設けるだけの構成としても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかるロータシャフトおよび圧縮機は、摩擦圧接工法でのロータとシャフトの接合において、バリ除去が不要となるため、低コスト化と、高信頼性が確保でき、空調用以外のロータリ型ポンプ等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるロータシャフトの断面図（ｂ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図（ｃ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態２におけるロータシャフトの断面図（ｂ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図（ｃ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態３におけるロータシャフトの断面図（ｂ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図（ｃ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態４におけるロータシャフトの断面図（ｂ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図（ｃ）同実施の形態におけるロータシャフトの断面図
【図５】本発明の実施の形態１から４におけるロータシャフトを使用した圧縮機の断面図
【図６】図５に示す圧縮機のＡ−Ａ断面図
【図７】（ａ）従来例のロータシャフトの断面図（ｂ）従来例のロータシャフトの断面図（ｃ）従来例のロータシャフトの断面図
【符号の説明】
【００４０】
１  ロータ
１ａ  ロータの略円筒状の窪み
１ｂ  ロータの略円筒状の窪み
１ｃ  ロータの側面
１ｄ  ロータの側面
２ａ  シャフト
２ｂ  シャフト
２ｃ  シャフトの端面
２ｄ  シャフトの端面
２ｅ  シャフトの外周面
２ｆ  シャフトの外周面
３  ロータシャフト
４  シリンダ
４ａ  作動空間
５  前部側板
６  後部側板
７  ベーン
８  バリ
９  吐出口
１０  吸入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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