JP2005226472A

JP2005226472A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2005226472A
Application number: JP2004033350A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 孝佐藤; Takayasu Saito; 隆泰斎藤; Toshiyuki Ebara; 俊行江原; Takayuki Saito; 貴之斎藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】アルミニウム材で形成されている容器の開口端部に、アルミニウム材で形成されているエンドキャップの外周部を溶接し、しかも溶接部の強度が密閉容器として高圧力に充分耐え得る溶接条件を設定する。
【解決手段】アルミニウム材で形成されている容器２の開口端部２ｃに、アルミニウム材で形成されているエンドキャップ３を嵌めてその外周部３ｃをアーク溶接する。溶接部には断面略Ｖ字形の開先２４が設けられており、溶接時に開先に肉盛りするビード２５は、その断面積Ｓｂを開先断面積Ｓａの９０〜１７０％に、開先上面から上の肉盛り部分の厚さ寸法を容器２の板厚ｔの２０〜１８０％に、開先上面の幅寸法を容器２の板厚ｔの１０〜４００％にそれぞれ設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機に係るもので、特にアルミニウム材で形成された容器に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

上記特許文献１に開示されている圧縮機は、アルミニウム材で形成されているハウジング（略円筒状の容器）と、このハウジングの軸方向端部を閉塞するアルミニウム材で形成されている蓋部材とを有し、蓋部材はハウジングに圧入した後にハウジングに溶接している。
このように溶接により形成される密閉容器は、容器内部の高圧力に耐え得るに充分な強度を備えていなければならない。特に、圧縮すべき冷媒ガスとしてＣＯ_２冷媒ガスが用いられる場合には、フロン系の冷媒ガスよりも遥かに高圧力となるため、溶接部はその高圧力に充分耐え得る強度が要求されることになる。このため、適正な溶接条件を設定する問題が発生する。

上記特許文献２に開示されている圧縮機は、圧縮部容器とこの圧縮部容器の端部を閉塞する駆動機収納容器とを備え、圧縮部容器はアルミニウム材で形成され、駆動機収納容器はステンレス材で形成されており、これらは摩擦圧接により溶融接合されている。この場合、溶融接合とは、溶融現象を伴った連結方法をいい、連結すべき物の間又は周囲に溶融物が入り込んで両者を連結すると共に、両者間の隙間を封止する接合という意味であると定義されている。従って、アルミニウム−ステンレス鋼の溶融接合であってアルミニウム−アルミニウムの溶接ではない。

共にアルミニウム材で形成されている容器と蓋部材（以下、エンドキャップという）とを結合するにあたり、例えば図６に示すように略円筒状の容器Ａと、略円盤状又は略椀状のエンドキャップＢとを複数のボルトＣで締め付け固定して密閉容器Ｄを形成する手段も従来採用されている。この場合には、エンドキャップＢの外周部Ｅを容器Ａの開口端部ＦにボルトＣで締着しており、開口端部ＦはボルトＣとの結合力を強化するため板厚が厚く形成されている。

このようなボルト締めによる結合構造によると、エンドキャップＢの外周部ＥにはボルトＣを通すための複数の挿通孔を、容器Ａの開口端部ＦにはボルトＣに螺合するための複数のネジ孔をそれぞれ設けなければならず、それらの加工及び位置決めが厄介で作業性の低下を招いている。又、複数のボルトＣの締め付けトルクが一定でないと、エンドキャップＢの取付状態が均一にならず、容器Ａの内部から圧縮ガスがリークする恐れが生じる。このため、エンドキャップＢと容器Ａの開口端部Ｆとの接合部にＯリング等のシール材Ｇを装着しなければならない。

本発明は、上記のような従来技術の難点を解消するためになされ、アルミニウム材で形成された容器の開口端部に、アルミニウム材で形成されたエンドキャップの外周部を溶接して密閉容器を形成する圧縮機において、溶接部分の強度がＣＯ_２冷媒ガスの高圧力に対しても充分耐え得るように溶接条件を設定することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、アルミニウム材で略円筒状に形成された容器の開口端部に、アルミニウム材で略円盤状又は略椀状に形成されたエンドキャップの外周部を溶接して密閉容器を形成する圧縮機であって、前記容器の開口端部とエンドキャップの外周部との溶接部に設けた断面略Ｖ字形の開先に肉盛りするビードの断面積が、開先断面積の９０〜１７０％となるように設定したことを特徴とする。

本発明の請求項２は、請求項１の圧縮機において、前記ビードの断面における開先上面から上の肉盛り部分の厚さ寸法が前記容器の板厚の２０〜１８０％となるように設定したことを特徴とする。

本発明の請求項３は、請求項１又は請求項２の圧縮機において、前記ビードの断面における開先上面の幅寸法が前記容器の板厚の１０〜４００％となるように設定したことを特徴とする。

上記請求項１の発明によれば、アルミニウム材で形成された容器の開口端部に、アルミニウム材で形成されたエンドキャップの外周部を溶接するにあたり、その溶接部の開先に肉盛りするビードの断面積を、開先断面積の９０〜１７０％としたので溶接部の強度が強くなり、ＣＯ_２冷媒ガスを圧縮するための圧縮機として充分高圧力に耐え得る密閉容器を形成することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の圧縮機において、ビードの断面における開先上面から上の肉盛り部分の厚さ寸法を、前記容器の板厚の２０〜１８０％としたので溶接部の強度を充分確保することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の圧縮機において、ビードの断面における開先上面の幅寸法を、前記容器の板厚の１０〜４００％としたので密閉容器としての耐圧設計を満足する溶接強度が得られる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。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である。図２は図１の２段回転圧縮機における溶接前の状態を示す概略断面図である。図３は図１の２段回転圧縮機における溶接部の開先に肉盛りする状態を示す概略断面図である。図４は図１の２段回転圧縮機における溶接部の開先に肉盛りするビードの厚さを説明する概略断面図である。図５は溶接部の開先に肉盛りする他の実施形態を示す概略断面図である。図６はエンドキャップの外周部をボルト止めした従来の圧縮機を示す部分断面図である。

図１において、１は密閉容器であり、アルミニウム材で略円筒状に形成されている容器２と、アルミニウム材で略円盤状又は略椀状に形成されているエンドキャップ３とから構成され、エンドキャップ３の外周部３ｃが容器２の開口端部２ｃに溶接Ｗされている。アルミニウム材としては、アルミニウム又はＳｉ、Ｍｇ、Ｃｕを含むアルミニウム合金を使用することができる。そして、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とが配設されている。

上記電動要素４は、容器２の内面に固定された円環状のステータ４ａと、このステータ４ａの中心部に僅かな間隔をあけて挿入配置されているロータ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、この回転軸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の回転圧縮要素７と、その上に仕切板９を介して配設された第２の回転圧縮圧縮要素８とから構成され、第１の回転圧縮要素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を備えている。第２の回転圧縮要素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の外周面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いる。これと同様に、第２のローラ１３の外周面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の回転圧縮要素７の下には第１の支持部材１４が配設されると共に、第２の回転圧縮要素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の回転圧縮要素７、仕切板９、第２の回転圧縮要素８を挟着した状態で、前記容器２の内面に固定されているメインフレーム１６に対して複数のボルト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の内側にスリーブ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の外周部に沿って消音室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の外周部に沿って消音室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によって容器内部におけるメインフレーム１６より下方領域と、メインフレーム１６より上方領域とが連通されている。

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との接続部にカラーを嵌装してある。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との接続部にカラーを嵌装してある。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にガラス又は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に内部リード線（図略）を介して接続され、接続用端子２３ｃの上端部は外部電源に外部リード線（図略）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２ｃに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。

エンドキャップ３は、図２のように外周部３ｃの内側に裏板部３ｄが円周方向に沿って設けられ、外周部３ｃの下端には内側に傾斜するテーパ面３ｅが設けられ、このテーパ面３ｅと裏板部３ｄ外周面との境界部分には段部面３ｆが円周方向沿って設けられている。

前記容器２の開口端部２ｃは肉厚に形成され、この開口端部２ｃの上端には図２のように内側に傾斜するテーパ面２ｄと、このテーパ面２ｄに続く段部面２ｅが円周方向に沿って設けられている。

前記エンドキャップ３の裏板部３ｄの外径は、容器２の開口端部２ｃの内径より若干大きく形成されており、裏板部３ｄを開口端部２ｃに圧入することでエンドキャップ３を容器２の開口端部２ｃに嵌め込む。これにより、図３に示すようにエンドキャップ３の段部面３ｆと容器２の段部面２ｅとが密着し、双方の段部面３ｆ、２ｅと、前記エンドキャップ３のテーパ面３ｅと、容器２のテーパ面２ｄとにより断面略Ｖ字形の開先開先２４（ｇｒｏｏｖｅ）が円周方向に沿って形成される。尚、双方の段部面３ｆ、２ｅの密着状態において段差が生じないようにしてある。

この後、開先２４に沿ってアーク溶接がなされる。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、開先２４に芯線による溶融物を肉盛りしてビード２５が形成されるが、本発明においてはその溶接条件を設定する。

本実施形態では、前記容器２の内径が１０９ｍｍであって、密閉容器１の耐圧設計を２７〜３３ＭＰａにしてある。容器２は素材の引っ張り応力が４２ｋｇｆ／ｍｍ^２のものを選定しており、耐圧設計に必要な最小肉厚は３．５ｍｍであるが、この場合は安全率を高めるために容器２の最小肉厚ｔを４．５ｍｍに設定してある。このような容器２の条件下において、前記開先２４の断面積をＳａ、ビードの断面積をＳｂとすると、ビード２５の断面積Ｓｂは開先断面積Ｓａの９０〜１７０％（０．９Ｓａ≦Ｓｂ≦１．７Ｓａ）となるようにビード量を設定する。尚、本実施形態での開先断面積Ｓａは２５．４ｍｍ^２である。

ビード断面積Ｓｂが開先断面積Ｓａの９０％未満であると、肉盛り不足となって溶接部の強度が弱くなり、１７０％を超えると肉盛り過剰となって芯線の無駄が生じる。本実施形態では１３３％に設定してある。ビード断面積Ｓｂが開先断面積Ｓａの９０％であると、図３のようにビード２５の頂点がほぼ開先２４の開口先端に位置する大きさであり、耐圧試験の実測値は２６．９ＭＰａであった。この実測値は上記耐圧設計の最小値をほぼ満足するため、このレベルがビード量の最小値に相当するものと考えられる。又、ビード断面積Ｓｂが開先断面積Ｓａの１７０％であると、耐圧試験の実測値は３３ＭＰａであって、上記耐圧設計の最大値を満足するものである。これ以上ビード量を増大させてもビード２５のダレを大きくするだけであり、ビード断面積Ｓｂを大きくすることで応力低下を求めてもさほど有益ではなく、無用な熱劣化を伴なうためかえって溶接部の強度低下を招くことになる。

図４は溶接部におけるビード２５の肉盛り厚さについて検討したものである。前記ビード２５の断面における開先上面から上の肉盛り部分の厚さ寸法をＴとすると、０．２ｔ≦Ｔ≦１．８ｔとなるように設定した。上記実施形態では容器２の板厚ｔは４．５ｍｍであるから、厚さＴの下限Ｔａは０．９ｍｍ、上限Ｔｂは８．１ｍｍである。ビード２５の肉盛り部分の厚さＴが０．９ｍｍ未満であると、肉盛り不足となって溶接部の強度が弱くなり、８．１ｍｍを超えると肉盛り過剰となって芯線の無駄が生じる。肉盛り部分の厚さＴが大きくなれば成る程ビード２５のダレが大きくなり、開先２４を挟んで対峙している容器２における開口端部２ｃの外周面、及びエンドキャップ３における外周部３ｃの外周面に熱劣化が生じてかえって溶接部の強度を低下させることになる。

図５は上記の開先と形状が異なる開先に肉盛りする場合であって、ビード２５における略Ｖ字形の開先上面の幅寸法をｄとすると、０．１ｔ≦ｄ≦４．０ｔとなるように設定した。
上記実施形態では容器２の板厚ｔは４．５ｍｍであるから、幅ｄの下限ｄａは０．４５ｍｍ、上限ｄｂは１８ｍｍである。幅ｄが０．４５ｍｍ未満であると、前記耐圧設計に必要な強度の確保が困難となる。幅ｄが１８ｍｍであると、図５に仮想線で示す三角形の領域がすべて溶接により溶融金属を形成して溶接部となる場合、この断面積は前記ビード量の最大断面積にほぼ等しくなる。幅ｄをこれ以上大きくしても熱劣化による強度低下が懸念されるため１８ｍｍ以下とすることが好ましい。

このように構成された本発明に係る２段回転圧縮機は、上記の溶接条件によるアーク溶接によりエンドキャップ３が容器２の開口端部２ｃに強固に固定されるため、ＣＯ_２冷媒ガスを圧縮する密閉容器１として充分高圧に耐え得る強度を備えることができる。又、溶接部は高いシール性を有するため、従来のボルト止めで用いていたＯリング等のシール材を介在させる必要がなくなる。

次に、この２段回転圧縮機の作用について説明する。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部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の回転圧縮要素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の回転圧縮要素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の回転圧縮要素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の回転圧縮要素８で圧縮されて高圧力になっている。この高圧力の冷媒ガスは、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力の冷媒ガスとなって吸入側のスリーブ１９から圧縮機に戻される。

本発明は、アルミニウム材で形成されている容器と、アルミニウム材で形成されている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ことができる。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溶接前の状態を示す概略断面図である。図１の２段回転圧縮機における溶接部の開先に肉盛りする状態を示す概略断面図である。図１の２段回転圧縮機における溶接部の開先に肉盛りするビードの厚さを説明する概略断面図である。溶接部の開先に肉盛りする他の実施形態を示す概略断面図である。エンドキャップの外周部をボルト止めした従来の圧縮機を示す部分断面図である。

符号の説明

１密閉容器
２容器
２ｃ開口端部
３エンドキャップ
３ｃ外周部
４電動要素
５回転圧縮要素
６回転軸
７第１の回転圧縮要素
８第２の回転圧縮要素
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
２４開先
２５ビード

Claims

アルミニウム材で略円筒状に形成された容器の開口端部に、アルミニウム材で略円盤状又は略椀状に形成されたエンドキャップの外周部を溶接して密閉容器を形成する圧縮機であって、前記容器の開口端部とエンドキャップの外周部との溶接部における断面略Ｖ字形の開先に肉盛りするビードの断面積が、開先断面積の９０〜１７０％となるように設定したことを特徴とする圧縮機。
前記ビードの断面における開先上面から上の肉盛り部分の厚さ寸法が前記容器の板厚の２０〜１８０％となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記ビードの断面における開先上面の幅寸法が前記容器の板厚の１０〜４００％となるように設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。