JP2005214108A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属製の容器とエンドキャップとを溶接して密閉容器を形成する圧縮機において、溶接の開始起点で加熱時間を延長することなく、容器とエンドキャップとの重合部における十分な溶け込みを確保できるようにする。
【解決手段】 アルミニウム材からなるエンドキャップ３の端部に裏板部３ｃを立設し、この裏板部３ｃの内面の一部にエンドキャップ３の軸線方向と平行方向をなす凹溝３ｆを切り欠いて形成する。凹溝３ｆの溝幅はエンドキャップ３の中心と、凹溝３ｆの両側とをそれぞれ結ぶ２本の線で挟まれた角度が平面から見て５°以下（０＜θ≦５°）とし、且つ裏板部３ｃの板厚の薄い部分が裏板部３ｃの板厚の４０〜７０％（０．４ｄ≦ｐ≦０．７ｄ）となるように溝深さを設定する。エンドキャップ３と容器２の重合部をアーク溶接するに際し、前記板厚の薄い部分を溶接開始起点とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、金属製の容器に金属製のエンドキャップを溶接して密閉容器を形成する圧縮機に関する。

従来、密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを収納した圧縮機が知られており、この種の圧縮機においては、密閉容器は鉄材のものを使用しているのが一般的である。鉄材の密閉容器を使用すると、圧縮機全体の重量が重くなるため使用目的によっては適さない場合がある。例えば、自動車に搭載してエアコンの冷凍サイクル用圧縮機として使用する場合には、重量の重い圧縮機では自動車の総重量を増大させ、燃費が嵩むことになるので好ましくない。このため、圧縮機の密閉容器をアルミニウム材のものに替えて軽量化を図ることが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２等）。
特開２００２−１７４１７９号公報 特開２００２−１３４７５号公報

圧縮機の密閉容器をアルミニウム材のものに替えるには、ほぼ円筒形状の容器と、ほぼ円盤形状又は椀形状のエンドキャップとをボルト締めするか、或いは溶接する手段が採用される。溶接手段による場合には、通常アーク溶接により行われ、溶接による結合部分は密閉容器として高圧に絶え得るに十分な強度を備えていなければならない。鉄材の密閉容器をアーク溶接により形成する場合も同様に、溶接による結合部分は密閉容器として高耐圧の強度を備えることが要求される。

アーク溶接により密閉容器を形成する時には、容器とエンドキャップとの重合部において、容器内への溶接ビードの突き抜けを抑えるため容器の開口端部には薄肉の縁片を円周方向に立ち上げて形成し、エンドキャップの端部には薄肉の裏板部を形成し、このエンドキャップの裏板部を容器の開口端部に圧入して縁片に重合させ、この重合部をほぼ均等に加熱溶融して溶接するようにしている。

しかしながら、熱バランスを配慮した上記アーク溶接の場合であっても、溶接開始の起点となる箇所においては、重合部の加熱溶融が不十分となり、溶け込みが浅くなって他の部分に比して耐圧強度が低下する傾向があった。溶接開始起点での加熱時間を長くして溶け込みを確保することも考えられるが、そのようにすると特に容器とエンドキャップが共にアルミニウム材である場合には、薄肉の重合部が溶融し過ぎて穴が開くなどの欠陥が生じる恐れがある。

本発明者らは、上記従来技術の問題を解決するために種々研究した結果、容器とエンドキャップとの重合部のうちアーク溶接の開始起点を他の部分より薄肉に形成することにより解決できることを見出して本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、アーク溶接の溶接開始起点で加熱時間を延長することなく、容器とエンドキャップとの重合部における溶け込みを確保できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項１は、金属製の容器に金属製のエンドキャップを溶接して密閉容器を形成する圧縮機であって、前記エンドキャップの端部に裏板部を設け、この裏板部を前記容器の開口端部に圧入して重合部を溶接する場合において、重合部のうちの一部に板厚の薄い部分を設け、この板厚の薄い部分を溶接開始起点とすることを特徴とする圧縮機である。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の圧縮機において、前記板厚の薄い部分は、エンドキャップの裏板部の内面を切り欠いて形成することを特徴とする。

本発明の請求項３は、請求項２に記載の圧縮機において、前記容器とエンドキャップは共にアルミニウム材であり、前記裏板部の板厚の薄い部分は凹溝形状とし、その溝幅はエンドキャップの中心から５°以下の開きとし、且つ裏板部の板厚の４０〜７０％となるように溝深さを設定することを特徴とする。

上記請求項１の発明によれば、金属製の容器の開口端部に金属製のエンドキャップの端部を圧入した重合部を溶接して密閉容器を形成するに際して、重合部のうちの一部に板厚の薄い部分を設け、この板厚の薄い部分を溶接の開始起点とすることにより、溶接開始起点での熱が伝導しやすくなる。このため、溶接開始起点での加熱時間が短くてよいため穴が開くことはなく、容器内への溶接ビードの突き抜けを抑えることができる。又、重合部における溶け込みが十分となり、溶接開始起点での溶接が完全となり、耐圧強度を高めることができる。更に、エンドキャップに設ける裏板部を廃止して作業性を向上させることが可能である。

上記請求項２の発明によれば、請求項１の発明を実施するに際して、エンドキャップの裏板部内面の一部を切り欠くだけで他の部分より板厚の薄い部分を容易に形成できるため、その加工を簡単に行うことができて作業性が向上する。

上記請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、アルミニウム材の容器とエンドキャップとを溶接するにあたり、エンドキャップの裏板部の板厚の薄い部分は凹溝形状とし、その溝幅はエンドキャップの中心から５°以下の開きとし、且つ裏板部の板厚の４０〜７０％となるように溝深さを設定したことから、溶接開始起点での溶融過剰を抑えると共に、適正な耐圧強度を付与することができる。

次に、本発明に係る圧縮機の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。添付図面中、図１は本発明を内部中間圧型の２段回転圧縮機に適用した実施形態を示す概略縦断面図を示している。図２は図１の２段回転圧縮機における密閉容器の溶接前であって、エンドキャップを容器の開口端部に嵌め込む前の状態を示す部分断面図である。図３は図１の２段回転圧縮機における密閉容器の溶接前であって、エンドキャップを容器の開口端部に嵌め込んだ状態を示す部分断面図である。図４（ａ）は図１の２段回転圧縮機における密閉容器のエンドキャップの裏板部に設けた板厚の薄い部分を示している概略平面図であり、（ｂ）はその概略斜視図である。

図１において、１は密閉容器であり、アルミニウム材で形成されている容器２と、この容器２の開口端部に溶接Ｗにより結合されたアルミニウム材で形成されているエンドキャップ３とから構成され、容器２の内部には電動要素４と、この電動要素４により駆動される回転圧縮要素５とが収納されている。

上記電動要素４は、容器２の内壁面に固定されたステータ４ａと、このステータ４ａの中心部に僅かな間隔をあけて配設されたロータ４ｂとから構成され、ロータ４ｂの中心は回転軸６に固定され、回転軸６の下部は鉛直下方に延伸している。

上記回転圧縮要素５は、第１の回転圧縮部７と、その上に仕切板９を介して配設された第２の回転圧縮部８とから構成され、第１の回転圧縮部７は第１のシリンダ１０と、前記回転軸６に設けられている第１の偏心部６ａに嵌合して第１のシリンダ１０の内部を偏心回転する第１のローラ１１を備えており、第２の回転圧縮部８は第２のシリンダ１２と、前記回転軸６に設けられている第２の偏心部６ｂに嵌合して第２のシリンダ１２の内部を偏心回転する第２のローラ１３を備えている。又、第１のローラ１１にはバネで付勢されているベーン（図略）が常時当接することにより第１のシリンダ１０の内部が低圧室と高圧室とに区画されており、同様に第２のローラ１３にもバネで付勢されているベーン（図略）が常時当接することにより第２のシリンダ１２の内部が低圧室と高圧室とに区画されている。尚、上記回転軸６に設けられている第１の偏心部６ａと、第２の偏心部６ｂとは１８０°位相をずらせてある。

又、第１の回転圧縮部７の下には第１の支持部材１４が配設されると共に、第２の回転圧縮部８の上には第２の支持部材１５が配設され、この第１の支持部材１４と第２の支持部材１５とは、その間に前記第１の回転圧縮部７、仕切板９、第２の回転圧縮部８を挟着した状態で、前記容器２の内壁面に固定されているメインフレーム１６に複数のボルト１６ａで締め付けることにより一体的に固定されている。

第１の支持部材１４は中心に軸受け部１４ａを有し、この軸受け部１４ａの内側にブッシュを嵌装して前記回転軸６の下端部を軸受けしている。又、第１の支持部材１４の下面側には軸受け部１４ａの外周に沿って消音室１４ｂが設けられ、この消音室１４ｂは前記第１のシリンダ１０における高圧室の出口に連通していると共に、第１の支持部材１４に設けられている吐出ポート１４ｃに連通している。消音室１４ｂは第１の支持部材１４の下面にボルト１７ａで固定されたカバー板１７により開口面が被覆され、このカバー板１７の中央には軸受け部１４ａに対応させて孔１７ｂが設けられている。更に、第１の支持部材１４には吸入ポート１４ｄが設けられ、この吸入ポート１４ｄは前記第１のシリンダ１０に設けられている通路１０ａを介して第１のシリンダ１０における低圧室の入口に連通している。尚、回転軸６には軸孔６ｃが設けられ、その下端部は拡径されて内部に潤滑油汲み上げ部材１８が装着されている。

前記第２の支持部材１５は中心に軸受け部１５ａを有し、この軸受け部１５ａは前記メインフレーム１６の中心孔を貫通して上方に突出し、軸受け部１５ａの内側にスリーブを嵌装して前記回転軸６を軸受けしている。又、第２の支持部材１５の上面側には軸受け部１５ａの外周に沿って消音室１５ｂが設けられ、この消音室１５ｂは前記第２のシリンダ１２における高圧室の出口に連通していると共に、第２の支持部材１５に設けられている吐出ポート１５ｃに連通している。更に、第２の支持部材１５には吸入ポート１５ｄが設けられ、この吸入ポート１５ｄの上端は前記メインフレーム１６に設けられている吸入用通路１６ｂを介して前記容器２の内部に連通しており、吸入ポート１５ｄの下端は前記第２のシリンダ１２に設けられている通路１２ａを介して第２のシリンダ１２における低圧室の入口に連通している。尚、メインフレーム１６には吐出用通路１６ｃが設けられ、この吐出用通路１６ｃによって容器内部のメインフレーム１６より下方領域と、メインフレーム１６より上方領域とを連通させてある。

前記容器２は、前記第１の支持部材１４における吸入ポート１４ｄに臨む側壁部分に吸入側の孔２ａが設けられ、この吸入側の孔２ａの位置にスリーブ１９がボルト１９ａにより固定され、前記第２の支持部材１５における吐出ポート１４ｃに臨む側壁部分には吐出側の孔２ｂが設けられ、この吐出側の孔２ｂの位置にスリーブ２０がボルト２０ａにより固定されている。

上記吸入側のスリーブ１９は、孔１９ｂの内側端部と前記吸入ポート１４ｄの入口端部とが吸入用連通管２１により接続され、気密保持のためにスリーブ１９側では吸入用連通管２１との接続部にＯリングを嵌装し、吸入ポート１４ｄ側では吸入用連通管２１との接続部にブッシュを嵌装してある。この吸入側のスリーブ１９には冷媒ガスの導入管（図略）が接続される。

上記吐出側のスリーブ２０は、孔２０ｂの内側端部と前記吐出ポート１５ｃの出口端部とが吐出用連通管２２により接続され、気密保持のためにスリーブ２０側では吐出用連通管２２との接続部にＯリングを嵌装し、吐出ポート１５ｃ側では吐出用連通管２２との接続部にブッシュを嵌装してある。この吐出側のスリーブ２０には冷媒ガスの導出管（図略）が接続される。

前記エンドキャップ３は中央に孔３ａが設けられ、この中央孔３ａの位置にターミナル２３がボルト３ｂにより固定される。ターミナル２３はエンドキャップ３への取付用の基盤２３ａと、この基盤２３ａにガラス材やエポキシ樹脂等の電気絶縁材２３ｂを介して貫通固定された複数の接続用端子２３ｃとから構成され、接続用端子２３ｃの下端部は前記電動要素４のステータ４ａにリード線（図略）を介して接続され、接続用端子２３ｃの上端部は図示しない外部電源にリード線を介して接続される。

上記エンドキャップ３は、ターミナル２３を取り付けてステータ４ａに結線した後に前記容器２の開口端部に嵌合し、その重合部をアーク溶接することにより固定して密閉容器１を構成する。このエンドキャップ３のアーク溶接について以下に説明する。

図２は、エンドキャップ３を容器２の開口端部に嵌め込む前の状態を示している部分断面図であり、エンドキャップ３は、内側端部に裏板部３ｃが円周方向に沿って立設されている。又、エンドキャップ３の外周面の下部には内側に下向き傾斜するテーパ面３ｄが円周方向に沿って設けられ、このテーパ面３ｄと裏板部３ｃの外周面との境界領域には突出段部３ｅが同じく円周方向に沿って設けられている。更に、裏板部３ｃの内面の一部にはエンドキャップ３の軸線方向と平行方向をなす凹溝３ｆが切り欠いて形成されている。

上記裏板部３ｃの凹溝３ｆは、図４（ａ）、（ｂ）に示すようにその溝幅θはエンドキャップ３の中心と、凹溝３ｆの両側とをそれぞれ結ぶ２本の線で挟まれた角度が平面から見て５°以下（０＜θ≦５°）に設定されており、且つ凹溝３ｆにより裏板部３ｃの板厚が薄くなった部分Ｐの板厚（ｐとする）が裏板部３ｃの板厚（ｄとする）の４０〜７０％（０．４ｄ≦ｐ≦０．７ｄ）となるように溝深さを設定してある。この板厚の薄い部分Ｐは、後記するアーク溶接の溶接開始起点となる。

前記容器２の開口端部は、図２に示すように外周面の上部には内側に下向き傾斜するテーパ面２ｃが円周方向に沿って設けられ、このテーパ面２ｃに続いて薄肉で低寸の縁片２ｄが内周面側に立設されている。

アーク溶接する前に、容器２の開口端部にエンドキャップ３を圧入する。前記エンドキャップ３における裏板部３ｃの外径は、容器２の内径より若干大きめに設定されており、その裏板部３ｃを容器２の内側に圧入することによりエンドキャップ３を容器２の開口端部に嵌め込む。これにより、エンドキャップ３のガタツキを防止でき、溶接作業性の向上を図ることができる。

図３はエンドキャップ３を容器２の開口端部に嵌め込んだ状態を示しており、エンドキャップ３の突出段部３ｅに容器２の縁片２ｄが当接して受け止され、エンドキャップ３と容器２との重合部が形成されると共に、エンドキャップ３のテーパ面３ｄ、突出段部３ｅと、容器２のテーパ面２ｃ、縁片２ｄとにより断面形状が略Ｖ字形の開先Ｇ（ｇｒｏｏｖｅ）が円周方向に沿って形成される。

次いで、エンドキャップ３と容器２との重合部をアーク溶接する。アーク溶接としては、例えばミグ（ＭＩＧ）溶接又はティグ（ＴＩＧ）溶接が作業上適している。このアーク溶接において、前記エンドキャップ３の裏板部３ｃに設けた板厚の薄い部分Ｐを溶接開始起点とする。溶接開始時において、前記開先Ｇの底部に向けてアークを放射し、エンドキャップ３と容器２との重合部を溶かすと共に開先Ｇに芯線を溶かし込むが、本発明の場合には前記のように重合部のうち裏板部３ｃに板厚の薄い部分Ｐを設けてあるためエンドキャップ３への熱が伝わり易くなる。その結果、溶接開始起点で長時間加熱する必要がなくなるため穴が開くのを防止し、容器２内への溶接ビードの突き抜けを抑えることができる。又、場合によっては裏板部３ｃを不要にして、作業性を向上させることも可能である。更に、従来に比して重合部の溶け込みを十分確保することができるため、溶接開始起点での溶接が良好に行われて強い耐圧強度を付与することが可能となる。裏板部３ｃにおける板厚の薄い部分Ｐの面積が大き過ぎたり或いは厚さが薄す過ぎたりすると、溶接開始時に溶融過剰が生じて穴が開く危険があるため、板厚の薄い部分Ｐを構成するための凹溝３ｆの溝幅と深さ（Ｐの板厚に関係する）を前記のように設定したのである。この後、開先Ｇに沿って円周方向にアーク溶接を続行することで、エンドキャップ３と容器２との重合部のアーク溶接作業が完了する。

このようにして構成される本発明に係る圧縮機は、従来の鉄材密閉容器を用いた圧縮機よりも軽量であるため、例えば自動車に搭載してエアコンの冷凍サイクル用圧縮機として使用するのに好適なものとなる。

次に、本発明に係る圧縮機の作用を説明する。前記ターミナル２３を介して電動要素４のステータ４ａに通電するとロータ４ｂが回転し、このロータ４ｂの回転により回転軸６が回転して回転圧縮要素５を駆動させる。回転圧縮要素５が駆動すると、冷媒ガスが前記吸入側のスリーブ１９に接続される冷媒ガス導入管及び吸入用連通管２１を介して第１の支持部材１４の吸入ポート１４ｄに吸入される。

第１の支持部材１４の吸入ポート１４ｄに吸入された冷媒ガスは、第１の回転圧縮部７における第１のシリンダ１０の通路１０ａを通って第１のシリンダ１０の低圧室に吸入される。この第１のシリンダ１０では、回転軸６の第１の偏心部６ａに嵌合している第１のローラ１１が偏心回転して冷媒ガスを圧縮する。圧縮された冷媒ガスは、第１のシリンダ１０の高圧室から第１の支持部材１４の消音室１４ｂに吐出され、ここで消音された後に吐出ポート１４ｃから容器内部の下方領域に吐出される。そして、この吐出された圧縮冷媒ガスは、メインフレーム１６の吐出用通路１６ｃを通って容器内部の上方領域に吐出される。

第１の回転圧縮部７で圧縮されて容器内部の上方領域に吐出された冷媒ガスは中間圧力になっており、この中間圧力の冷媒ガスは、メインフレーム１６の吸入用通路１６ｂから第２の支持部材１５の吸入ポート１５ｄに吸入される。第２の支持部材１５の吸入ポート１５ｄに吸入された中間圧力の冷媒ガスは、第２の回転圧縮部８における第２のシリンダ１２の通路１２ａを通って第２のシリンダ１２の低圧室に吸入される。この第２のシリンダ１２では、回転軸６の第２の偏心部６ｂに嵌合している第２のローラ１３が偏心回転して冷媒ガスを圧縮する。圧縮された冷媒ガスは、第２のシリンダ１２の高圧室から第２の支持部材１５の消音室１５ｂに吐出され、ここで消音された後に吐出ポート１５ｃから吐出されると共に、吐出用連通管２２を通って吐出側のスリーブ２０に接続される冷媒ガス導出管により容器外部に吐出される。容器外部に吐出される冷媒ガスは、第２の回転圧縮部８で圧縮されて高圧になっている。この高圧の冷媒ガスは、例えば自動車エアコンの冷凍サイクル用冷媒ガスとして使用され、冷凍サイクルを一巡した後に低圧の冷媒ガスとなって圧縮機に戻される。

上記実施形態では、容器とエンドキャップがアルミニウム材で形成されている例で説明したが、容器とエンドキャップが鉄材その他の金属材で形成されている場合であっても、本発明を適用して溶接開始起点での溶け込みを確保することができる。又、エンドキャップを容器の開口端部の内側に嵌合して重合部を形成する例であったが、エンドキャップを容器の開口端部の外側に嵌合して重合部を形成する場合にも本発明を適用することができる。その場合には、図示は省略するが重合部において内側となる容器の開口端部の側に板厚の薄い部分を設けるようにすればよい。

本発明は、金属製の容器とエンドキャップとを溶接して密閉容器を形成する圧縮機に適用することができ、特にアルミニウム材の容器とエンドキャップとをアーク溶接して密閉容器を形成する圧縮機に適用すると有効である。又、本発明は、内部中間圧型の２段回転圧縮機に適用するだけでなく、３段以上の多段回転圧縮機、内部高圧型の単段回転圧縮機、その他の各種形式の圧縮機に適用することが可能である。更に、本発明に係る圧縮機は、自動車エアコンに限らず、家庭用エアコン、業務用エアコン、その他冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機等に使用することができる。

本発明を内部中間圧型の２段回転圧縮機に適用した実施形態を示す概略縦断面図である。 図１の２段回転圧縮機における密閉容器の溶接前であって、エンドキャップを容器の開口端部に嵌め込む前の状態を示す部分断面図である。 図１の２段回転圧縮機における密閉容器の溶接前であって、エンドキャップを容器の開口端部に嵌め込んだ状態を示す部分断面図である。 （ａ）は図１の２段回転圧縮機における密閉容器のエンドキャップの裏板部に設けた板厚の薄い部分を示している概略平面図であり、（ｂ）はその概略斜視図である。

符号の説明

１ 密閉容器
２ 容器
２ｃ テーパ面
２ｄ 縁片
３ エンドキャップ
３ｃ 裏板部
３ｄ テーパ面
３ｅ 段部
３ｆ 凹溝
４ 電動要素
５ 回転圧縮要素
６ 回転軸
７ 第１の回転圧縮部
８ 第２の回転圧縮部
９ 仕切板
１４ 第１の支持部材
１５ 第２の支持部材
１６ メインフレーム
２３ ターミナル
Ｐ 板厚の薄い部分

Claims (3)

1. 金属製の容器に金属製のエンドキャップを溶接して密閉容器を形成する圧縮機であって、前記エンドキャップの端部に裏板部を設け、この裏板部を前記容器の開口端部に圧入して重合部を溶接する場合において、重合部のうちの一部に板厚の薄い部分を設け、この板厚の薄い部分を溶接開始起点とすることを特徴とする圧縮機。
2. 前記板厚の薄い部分は、エンドキャップの裏板部の内面を切り欠いて形成することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記容器とエンドキャップは共にアルミニウム材で形成され、前記裏板部の板厚の薄い部分は凹溝形状とし、その溝幅はエンドキャップの中心から５°以下の開きとし、且つ裏板部の板厚の４０〜７０％となるように溝深さを設定することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。

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