Compressor including lower frame, and method of manufacturing the same

本発明は、下部フレームを備えた密閉型圧縮機及びその製造方法に関し、特に、圧縮機の回転軸を支持する下部フレームを備えた密閉型圧縮機及びその製造方法に関する。

一般に、圧縮機は、冷媒を吸入、圧縮及び吐出する圧縮機構部と、圧縮機構部を回転駆動する回転駆動部とを含み、圧縮機構部の形態及び圧縮方式によって様々なタイプの圧縮機がある。

そのうち、スクロール圧縮機は、螺旋状のラップを有する固定スクロールと固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールを用いる圧縮機であって、固定スクロールと旋回スクロールとが噛み合って回転してそれらの間に形成される圧縮室の容積が旋回スクロールの旋回運動により減少し、それにより流体の圧力が上昇して固定スクロールの中心部に形成された吐出口から吐出される形態の圧縮機である。

このようなスクロール圧縮機は、旋回スクロールが旋回する間吸入、圧縮及び吐出が連続的に行われるという特徴を有し、それにより原則的に吐出バルブ及び吸入バルブを必要とせず、部品点数が少ないことから構造が簡単であるだけでなく、高速回転が可能であるという特徴を有する。 また、圧縮に必要なトルクの変動が少なく、吸入及び圧縮が連続的に行われるので、振動及び騒音が少ないという利点を有する。

このようなスクロール圧縮機においては、固定スクロールと旋回スクロール間の漏洩防止及び潤滑が重要である。 固定スクロールと旋回スクロール間の漏洩を防止するためには、ラップの端部と鏡板部の表面とを密着させて圧縮された冷媒が漏洩しないようにしなければならない。 それに対して、旋回スクロールが固定スクロールに対して円滑に旋回運動できるようにするためには、摩擦による抵抗を最小限に抑えなければならない。 すなわち、漏洩と潤滑とは相反関係にある。 つまり、ラップの端部と鏡板部の表面とを強く密着させると、漏洩面では有利であるが、摩擦が大きくなって騒音及び摩耗による損傷が増加するのに対して、密着強度を低下させると、摩擦は小さくなるが、シール力が減少して漏洩が増加する。

よって、旋回スクロールが固定スクロールに対して正確に平行を維持しながら旋回運動するようにすることにより、各部品を正確に密着させ、騒音及び摩耗を低減しなければならない。 このためには、旋回スクロールを回転させる回転軸が圧縮機のケーシングに対して同心に設けられなければならず、これはスクロール圧縮機の製造を難しくする要因の１つである。

図６は従来のスクロール圧縮機の一例を示す断面図である。 図６を参照すると、従来のスクロール圧縮機は、内部にメインフレーム１１及び下部フレーム１２が固定されるケーシング１０を備えており、ケーシング１０の上部には、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構部２０が設けられ、ケーシング１０の下部には、圧縮機構部２０を回転駆動する回転駆動部３０が設けられる。 回転駆動部３０により回転する回転軸４０は、圧縮機構部２０に備えられた旋回スクロール２４と結合され、メインフレーム１１に備えられたベアリング部１３及び下部フレーム１２に備えられたベアリング部１４により、ケーシング１０に対して同心を維持するように設けられる。

下部フレーム１２は、ケーシング１０の内壁に溶接で固定され、下部フレーム１２に備えられるベアリング部１４は、下部フレーム１２にボルトなどで締結される。 また、ケーシング１０の下端部にベース（符号なし）が溶接固定され、ケーシング１０内が密閉される。

このような構造を有する従来のスクロール圧縮機においては、下部フレーム１２をケーシング１０に固定する際に、まず、下部フレーム１２にベアリング部１４を締結し、その後、下部フレーム１２をケーシング１０の内部に挿入した状態で、ケーシング１０の内壁と下部フレーム１２の外周部とを溶接して固定する。 この過程で、熱膨張などによりケーシング１０と下部フレーム１２との間に隙間が発生し、それにより下部フレーム１２がケーシング１０に対して同心をなすことができず、一方向に偏って固定されてしまうという問題があった。

本発明は、このような従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、本発明の技術的課題は、回転軸及び下部フレームを容易に設けることのできる圧縮機及びその製造方法を提供することにある。

上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、円筒状シェルと、前記円筒状シェルの内部に回転可能に取り付けられる回転軸と、前記回転軸を回転駆動する回転駆動部と、前記回転軸により駆動される圧縮機構部と、前記回転軸の一側を回転可能に支持する下部ベアリングと、前記下部ベアリングを支持し、前記円筒状シェルの下端部に圧入される下部フレームと、前記円筒状シェルの下端部を密封するベースとを含む密閉型圧縮機であって、前記下部フレームは、前記円筒状シェルの内周面に圧接される圧入部と、前記圧入部に隣接して配置され、前記円筒状シェルの下端部に接して圧入深さを制限する圧入制限部とを含む、密閉型圧縮機が提供される。

本発明の一態様においては、前記下部フレームを前記円筒状シェルの下端部に圧入することにより、溶接過程で発生する前記下部フレームの偏りを防止している。 このために、前記下部フレームは、圧入部を含み、ジグを用いることなく前記下部フレームを所定の深さで圧入できるように、圧入深さを制限する圧入制限部をさらに含む。

ここで、前記圧入制限部は、前記下部フレームの外周部にフランジ状に形成されてもよい。 前記圧入制限部の表面に前記円筒状シェルの下端部が接するように挿入することにより、前記下部フレームの圧入深さを一定に維持することができる。 前記圧入制限部は、前記下部フレームの下端部の周囲に配置されるようにしてもよい。 なお、前記圧入制限部は、前記下部フレームの外周部全体にフランジ状に形成されるのではなく、前記下部フレームの外周部の一部にのみ突設される例も考えられる。

また、前記圧入制限部の外側端部は、前記円筒状シェルの外周面と内周面との間に配置されるようにしてもよい。 つまり、前記圧入制限部の外周部が前記円筒状シェルの外周面から内側に離隔して配置されることにより、前記円筒状シェルと前記ベースとを結合する溶接部が前記圧入制限部の側面にも接するので、接合強度を向上させることができる。

また、前記ベースには、前記圧入制限部が取り付けられる取付部が形成されてもよい。 前記取付部は、前記下部フレームが前記ベースに対して定位置に載置されるようにガイドする役割を果たす。

ここで、前記圧入制限部は、前記下部フレームの下端部の周囲にフランジ状に形成され、前記取付部は、前記圧入制限部の底面に接する取付面と、前記圧入制限部の外周部に接する環状壁とを備えるようにしてもよい。

ここで、前記環状壁の上部の内径は、前記円筒状シェルの外径よりも大きくしてもよい。 これにより、前記圧入制限部の外周部が前記環状壁と前記円筒状シェルの外壁との間から露出するので、前記ベース、前記円筒状シェル及び前記下部フレームを１回の溶接で共に固定することができる。

また、前記ベースと前記円筒状シェルとは、前記取付面及び前記円筒状シェルの下端部がそれぞれ前記圧入制限部に接触するように溶接結合されてもよい。

一方、前記下部フレームの圧入部は、前記円筒状シェルの内周面全部又は一部に接するように、円周状に形成されてもよい。 これにより、前記下部フレームの圧入部が前記円筒状シェルの内周面にさらに安定して接触し、前記円筒状シェルに前記ベースを溶接する過程で前記円筒状シェルの変形を最小限に抑えることができる。

また、前記下部ベアリングは、前記回転軸の外周面を回転可能に支持する内周面を備え、前記下部ベアリングの内周面と前記下部フレームの圧入部とは、同心に配置されるようにしてもよい。 これにより、前記下部フレームを前記円筒状シェルと同心に配置するだけで、前記下部ベアリングも共に同心をなすようにすることができる。 ここで、「同心」とは、物理的に完全な同心を意味するのではなく、加工技術上の公差があるものと理解されるべきである。

本発明の他の態様によれば、円筒状シェル、下部ベアリング、前記円筒状シェルの内周面に接する圧入部を有する下部フレーム、及びベースを準備する段階と、前記下部ベアリングを前記下部フレームに結合し、前記下部ベアリングの内周面の中心と前記下部フレームの圧入部の中心とを一致させる段階と、前記下部フレームを前記円筒状シェルの下端部に圧入する段階と、前記円筒状シェルに圧入された下部フレームを前記ベースに取り付ける段階と、前記円筒状シェルの下端部と前記ベースとを溶接結合する段階とを含む、密閉型圧縮機の製造方法が提供される。

本発明の他の態様においては、前記下部ベアリングと前記下部フレームとが同心をなすようにした状態で、前記下部フレームを前記円筒状シェルに圧入して固定することにより、前記下部フレームを前記円筒状シェルに対して偏ることなく結合することができ、前記下部ベアリングの中心と前記円筒状シェルの中心とを一致させるための作業が不要となる。

本発明の他の態様による密閉型圧縮機の製造方法は、前記圧入部に隣接するように圧入制限部を形成する段階をさらに含み、前記下部フレームを圧入する段階において、前記圧入制限部が前記円筒状シェルの下端部に接するまで、前記下部フレームが前記円筒状シェルに圧入されるようにしてもよい。 これにより、前記下部フレームが前記円筒状シェルに対して所定の深さで圧入されるようにすることができる。

また、前記圧入制限部は、前記下部フレームの下端部にフランジ状に形成されてもよい。 ここで、本発明の他の態様による密閉型圧縮機の製造方法は、前記圧入制限部の上面を前記回転軸に対して垂直に加工する段階をさらに含んでもよい。 前記圧入制限部の上面は前記円筒状シェルの下端部に接するが、前記圧入制限部の上面を前記回転軸に対して垂直に加工する段階をさらに含むことにより、前記下部フレームの整列度をさらに向上させることができる。

一方、前記下部ベアリングの中心と前記下部フレームの中心とを一致させるために、前記下部ベアリングと前記下部フレームとが結合された状態で、前記下部ベアリングの内周面と前記下部フレームの圧入部とを同心加工してもよい。 すなわち、前記下部ベアリングと前記下部フレームとを別途加工した後に結合して中心を一致させるのではなく、前記下部ベアリングを前記下部フレームに結合した状態で前記下部ベアリングの内周面及び前記下部フレームの圧入部を加工することにより、容易に中心を一致させることができる。

ここで、前記下部ベアリングの内周面と前記下部フレームの圧入部とは同時に加工されてもよい。

また、本発明の他の態様による密閉型圧縮機の製造方法は、前記ベースに前記圧入制限部が取り付けられる取付部を形成する段階をさらに含んでもよい。

さらに、前記取付部に前記圧入制限部を取り付けることにより、前記円筒状シェルに対する前記ベースの位置が決定されるようにしてもよい。

本発明の一態様による密閉型圧縮機においては、下部フレームを円筒状シェルの下端部に圧入することにより、溶接過程で発生する下部フレームの偏りを防止することができるので、回転軸の傾きによる騒音及び摩耗を防止することができ、圧縮機の性能及び信頼性を向上させることができる。

また、圧入制限部を含むことにより、ジグを用いることなく下部フレームを所定の深さで圧入することができるので、圧縮機の製造過程を単純化することができ、圧縮機の品質を一定に維持することができる。

本発明の他の態様による密閉型圧縮機の製造方法においては、下部ベアリングと下部フレームとが同心をなすようにした状態で、下部フレームを円筒状シェルに圧入して固定することにより、下部フレームを円筒状シェルに対して偏ることなく結合することができ、下部ベアリングの中心と円筒状シェルの中心とを一致させるための作業が不要となる。 これにより、圧縮機の製造過程を単純化することができ、生産性を向上させることができる。

また、下部ベアリングを下部フレームに結合した状態で下部ベアリングの内周面及び下部フレームの圧入部を加工することにより、容易に中心を一致させることができるので、生産性をさらに向上させることができる。

本発明の一実施形態による密閉型圧縮機の内部構造を示す断面図である。

図１におけるシェル、下部フレーム及びベースの結合構造を示す分解斜視図である。

図１の部分拡大断面図である。

図１におけるシェル、下部フレーム及びベースの結合構造を示す断面図である。

図４ＡのＡ部拡大図である。

本発明の他の実施形態による密閉型圧縮機を示す分解斜視図である。

従来のスクロール圧縮機の一例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明による密閉型圧縮機の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態による密閉型圧縮機の内部構造を示す断面図であり、図２は図１におけるシェル、下部フレーム及びベースの結合構造を示す分解斜視図である。 図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による密閉型圧縮機１００は、円筒状シェル１０を含む。 円筒状シェル１０は、作動流体が流入する吸入ポートＳＰと圧縮された作動流体を吐出する吐出ポートＤＰとを含み、内部には後述する圧縮機構部２０を支持するためのメインフレーム１１が備えられる。

メインフレーム１１の下側には、後述する回転軸４０の上部を回転可能に支持するための上部ベアリング１３が備えられ、メインフレーム１１の上側には、圧縮機構部２０が支持される。 具体的には、圧縮機構部２０は、メインフレーム１１に支持される固定スクロール２２と、メインフレーム１１の上面で旋回運動するようにメインフレーム１１に支持される旋回スクロール２４とを含む。 旋回スクロール２４の下面には、回転軸４０の端部が挿入されるボス２６が形成される。

また、メインフレーム１１の下方には、回転軸４０を回転させるための回転駆動部３０が配置される。 回転駆動部３０は、円筒状シェル１０の内壁面に固定される固定子３２と、固定子３２の内側に位置し、内部に回転軸４０が挿入されて固定される回転子３４とを含む。

一方、回転軸４０は、上側がメインフレーム１１の下側に備えられた上部ベアリング１３により支持され、下側が円筒状シェル１０の下方に備えられた下部ベアリング５０により支持される。 また、下部ベアリング５０は、リベット１６により、円筒状シェル１０の下端部に圧入されて固定された下部フレーム６０に固定される。

下部フレーム６０が円筒状シェル１０の下端部に固定された状態で、円筒状シェル１０の下端部にベース７０が溶接固定される。 ベース７０の外周面には４つの装着部７２が形成されている。

図２を参照すると、下部ベアリング５０は、上端部に備えられる略三角形のフランジ部５２を含み、フランジ部５２の外周側には、３つのリベット挿入孔５２ａが形成されている。 さらに、下部ベアリング５０は、フランジ部５２の下面から円筒状に延びるブッシュ部５４を含み、ブッシュ部５４の内面は、回転軸４０に接して回転軸４０との摩擦を最小限に抑えるベアリング面として機能する。

下部フレーム６０は、円盤状の支持プレート６２と、支持プレート６２の外周部に形成される環状の圧入部６３とを含む。 支持プレート６２の中央には、下部ベアリング５０のブッシュ部５４を挿入するためのブッシュ挿入孔６４が形成されており、ブッシュ挿入孔６４の外側には、リベット挿入孔５２ａに対応するリベット締結孔６５が形成されている。 リベット挿入孔５２ａとリベット締結孔６５とが一致するように整列された状態で、リベット１６により下部ベアリング５０と下部フレーム６０とが結合される。

圧入部６３は、環状の壁をなすように形成され、その外周面が円筒状シェル１０の内周面に接する面となる。 ここで、圧入部６３の外径は円筒状シェル１０の内径よりも大きくなっており、圧入部６３が円筒状シェル１０の内周面に接した後は下部フレーム６０が円筒状シェル１０から離脱しない。 また、圧入部６３の下端部には、フランジ状の圧入制限部６６が形成される。 圧入制限部６６は、その上面６６ａが円筒状シェル１０の下端部に接するように配置され、下部フレーム６０を圧入する際に下部フレーム６０が所定の深さ以上圧入されることを防止する役割を果たす。 ここで、圧入制限部６６の外径は、円筒状シェル１０の外径よりは小さく、円筒状シェル１０の内径よりは大きい。 すなわち、下部フレーム６０が円筒状シェル１０に取り付けられた状態で、圧入制限部６６の外周部は円筒状シェル１０の外側に突出しない。

ベース７０には、下部フレーム６０が取り付けられる取付部７５が形成される。 取付部７５は、下部フレーム６０の圧入制限部６６の底面６６ｂに接する取付面７３と、圧入制限部６６の側面に接する環状壁７４とを含む。 環状壁７４は、下方に行くほど内径が小さくなるテーパ状に形成され、上端部の内径は圧入制限部６６の外径より大きく、下端部の内径は圧入制限部６６の外径と同じである。

従って、圧入制限部６６の下部が環状壁７４の下端部に接し、下部フレーム６０とベース７０とが定位置で結合される。 また、圧入制限部６６の上部は、環状壁７４から離隔しているので、円筒状シェル１０の下端部と環状壁７４の上端部との間から外部に露出し、露出した圧入制限部６６の上部は、溶接により円筒状シェル１０及び環状壁７４と共に接合される。 ここで、円筒状シェル１０、ベース７０及び下部フレーム６０を１回の溶接で接合できるように、溶接部Ｗを形成してもよい。 特に、圧入制限部６６の外周部が円筒状シェル１０の外周面から内側に離隔して配置されることにより、溶接部Ｗが圧入制限部６６の側面にも接するので、接合強度を向上させることができる。

その他に、環状壁７４全体の内径を圧入制限部６６の外径と同一にする例も考えられる。 この場合、ベース７０への下部フレーム６０の取り付けをより安定して行うことができ、溶接過程でベース７０が円筒状シェル１０に対して整列された状態をより安定して維持することができる。

また、環状壁７４全体の内径を圧入制限部６６の外径より大きくする例も考えられる。 この場合、円筒状シェル１０とベース７０との溶接部Ｗを大きくすることができ、溶接強度を向上させることができる。

以下、図４を参照して本発明の一実施形態による密閉型圧縮機の製造方法を説明する。 円筒状シェル１０、メインフレーム１１、固定子３２、固定スクロール２２、旋回スクロール２４を結合する過程は周知であるので、本明細書においてはその説明を省略する。 任意の過程により、円筒状シェル１０の内部にメインフレーム１１及び固定子３２を取り付けた状態で、前述したような下部フレーム６０、下部ベアリング５０及びベース７０をそれぞれ準備する。

次に、リベット１６を用いて下部フレーム６０に下部ベアリング５０を固定し、その後１つの工作機械に取り付け、下部ベアリング５０のブッシュ部５４の内面、すなわちベアリング面及び下部フレーム６０の圧入部６３を加工する。 ここで、ベアリング面及び圧入部６３は、順次加工してもよく同時に加工してもよいが、加工速度及び同心加工の精度を高めるためには同時に加工することが好ましい。 １つの工作機械を用いて２つの面を同時に加工することにより、別途加工した後に結合する場合に比べて、同心度を著しく向上させることができる。

このように下部ベアリング５０と下部フレーム６０とが同心をなすように加工された状態で、下部フレーム６０を円筒状シェル１０の下端部に圧入する。 この過程で、圧入制限部６６の上面６６ａを円筒状シェル１０の下端部に接するまで挿入することにより、円筒状シェル１０に対して下部フレーム６０を所定の圧入深さで結合することができる。 また、圧入部６３は、圧入により円筒状シェル１０に結合されるので、結合過程で下部フレーム６０と円筒状シェル１０の整列が維持され、下部ベアリング５０の中心と円筒状シェル１０の中心とを一致させる作業が不要となる。

一方、圧入制限部６６の底面６６ｂ及びベース７０の取付面７３が平面状に加工されているので、下部フレーム６０が圧入された状態で圧入制限部６６の底面６６ｂをベース７０の取付面７３に取り付けると、圧入制限部６６の底面６６ｂとベース７０の取付面７３とは平行に接する。 また、環状壁７４の下端部が圧入制限部６６の外周部に接するので、単に環状壁７４内に圧入制限部６６を挿入するだけで、ベース７０と円筒状シェル１０の整列が行われる。 以上の過程によれば、回転軸４０、円筒状シェル１０及び下部ベアリング５０の中心が一致するように配置されるので、環状壁７４及び円筒状シェル１０の下端部の周囲に沿って溶接し、ベース７０を円筒状シェル１０に結合する。

一方、下部フレーム６０は、前述した実施形態のものに限定されるものではなく、様々な形態に変形可能である。 図５は本発明の他の実施形態による密閉型圧縮機を示す分解斜視図であり、下部フレームの変形例を示す。 本実施形態の下部フレーム１６０は、前述した実施形態の下部フレーム６０とは異なり、圧入部１６３が環状ではなく、円筒状シェル１０の内壁面と３地点で接するように形成される。 また、各圧入部１６３の下端部には、圧入制限部１６６が外側に突設される。

図５に示す実施形態の組立過程は、図１に示す実施形態と同様であるので、その説明を省略する。 本実施形態においては、圧入部１６３の接触面積を小さくすることにより、小さな力で下部フレーム１６０を円筒状シェル１０に圧入することができる。 もっとも、圧入部１６３の接触面積が小さいことから圧入強度が低くなることがあるが、圧入部１６３の上下方向の長さを長くすることにより、適度な圧入強度を確保することができる。

１０ 円筒状シェル ２０ 圧縮機構部 ３０ 回転駆動部 ４０ 回転軸 ５０、１５０ 下部ベアリング ６０、１６０ 下部フレーム ６３、１６３ 圧入部 ６６、１６６ 圧入制限部 ７０ ベース ７２ 装着部 ７３ 取付面 ７４ 環状壁 ７５ 取付部 １００ 密閉型圧縮機