JP2006070823A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器本体とエンドキャップとの接合部において、容器本体部分と同程度の強度が容易に得られるようにする。
【解決手段】 容器本体２の開口部を溶接により取着するエンドキャップ３により気密状態に封止して電動要素４と、その電動要素４により駆動される回転圧縮要素５とを密閉容器１内に封入した圧縮機１００において、Ｙ字状に形成された開先Ｇの容器本体２側のルート面２ａおよびエンドキャップ側のルート面３ａと、さらにエンドキャップ３側から容器本体２側に延設されて開先Ｇの背面に位置する裏板部３ｃとを完全溶け込み溶接により接合するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空調装置、給湯機、カーエアコン、ショーケース、冷凍・冷蔵庫、自動販売機などの冷凍装置において冷媒を圧縮する圧縮機に関する。

この種の圧縮機として、電動モータにより駆動されるピストンなどの冷媒圧縮手段を密閉容器内に備えた構造の圧縮機が周知である。そして、圧縮手段を収納した容器本体の開口端部を溶接により取着するエンドキャップにより封止して圧縮手段を密閉容器内に封入する技術も周知である（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１７４１７９号公報

しかし、特許文献１に提案された圧縮機においては、容器本体の開口端部をエンドキャップの外側に位置するように配置して、エンドキャップの外周面と、容器本体の開口端面とを隅肉溶接により接合して密閉容器を作製していたので、溶接金属の厚みが容器本体を構成している板の厚みより薄く、溶接部の強度が容器本体部分より不足していた。

そのため、容器本体とエンドキャップとの接合部において、容器本体部分と同程度の強度が得られるようにする必要があり、その解決が課題となっていた。

本発明は、圧縮手段が内在する容器本体の開口部を溶接により取着するエンドキャップにより気密状態に封止して圧縮手段を密閉容器内に封入した圧縮機において、容器本体とエンドキャップの対向する端面のＹ開先に形成された容器本体側のルート面、エンドキャップ側のルート面、およびエンドキャップ側から容器本体側に延設されてＹ開先の背面に位置する裏板部とを完全溶け込み溶接により接合したことを主要な特徴とする圧縮機である。

本発明によれば、容器本体とエンドキャップとを接続する溶接金属は、容器本体のＹ開先を臨む端部より厚肉となっているので、容器本体部分と同程度の強度が得られる。

容器本体とエンドキャップの対向する端面のＹ開先に形成された容器本体側のルート面、エンドキャップ側のルート面、およびエンドキャップ側から容器本体側に延設されてＹ開先の背面に位置する裏板部とを完全溶け込み溶接により接合するに際し、Ｙ開先に臨む容器本体、エンドキャップそれぞれの端部の板厚差が裏板部の板厚に略一致すると共に、容器本体の開口端部に裏板部が圧入可能な寸法に容器本体とエンドキャップとを作製して組み付け溶接し、容器本体とエンドキャップとが接合された圧縮機。

以下、本発明の一実施例を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
図１において、１は密閉容器であり、廉価な鋼製の容器本体２と、その容器本体２の開口端部に溶接により取着された鋼製のエンドキャップ３とから構成され、その内部に電動要素４と、その電動要素４により駆動される回転圧縮要素５とが収納されて、例えば二酸化炭素を冷媒として使用する内部中間圧型多段（２段）式圧縮機１００を構成している。

電動要素４は、容器本体２の内壁面に固定されたステータ４ａと、そのステータ４ａの中心部に僅かな間隔を有して配設されたロータ４ｂとから構成され、ロータ４ｂの中心には回転軸６が固定され、その回転軸６の下部は鉛直下方に延伸されている。

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、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、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。

また、第１のローラ１１にはバネで付勢されているベーン（図示せず）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、同様に第２のローラ１３にもバネで付勢されているべーン（図示せず）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。なお、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度位相をずらせてある。

また、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、その間に第１の回転圧縮都７、仕切板９、第２の回転圧縮部８を挟着した状態で、容器本体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は中心に軸受部１４ａを備え、その軸受部１４ａの内側にブッシュを嵌装して回転軸６の下端部を軸受けしている。

また、第１の支持部材１４の下面側には軸受部１４ａの外周に沿って消音室１４ｂが設けられ、その消音室１４ｂは第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、そのカバー板１７の中央には軸受部１４ａに対応させて孔１７ｂが設けられている。

さらに、第１の支持部材１４には吸入ポート１４ｄが設けられ、その吸入ポート１４ｄは第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。なお、回転軸６に軸孔６ｃが設けられ、その下端部は拡径されて内部にオイル汲み上げ部材１８が装着されている。

第２の支持部材１５は中心に軸受部１５ａを備え、その軸受部１５ａはメインフレーム１６の中心孔を貫通して上方に突出し、軸受部１５ａの内側にスリーブを嵌装して回転軸６を軸受けしている。また、第２の支持部材１５の上面側には軸受部１５ａの外周に沿って消音室１５ｂが設けられ、その消音室１５ｂは第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。

さらに、第２の支持部材１５には吸入ポート１５ｄが設けられ、その吸入ポート１５ｄの上端はメインフレーム１６に設けられている吸入用通路１６ｂを介して容器本体２の内部に連通しており、吸入ポート１５ｄの下端は第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。

なお、メインフレーム１６には吐出用通路１６ｃが設けられ、その吐出用通路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。

容器本体２は、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２ｃが設けられ、その吸入側の孔２ｃの位置にスリーブ１９がボルト１９ａにより固定され、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２ｄが設けられ、その吐出側の孔２ｄの位置にスリーブ２０がボルト２０ａにより固定されている。

吸入側のスリーブ１９は、孔１９ｂの内側端部と吸入ポート１４ｄの入口端部とが吸入用連通管２１により接続され、気密性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。その吸入側のスリーブ１９には冷媒ガスの導入管（図示せず）が接続される。

吐出側のスリーブ２０は、孔２０ｂの内側端部と吐出ポート１５ｃの出口端部とが吐出用連通管２２により接続され、気密性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（図示せず）が接続される。

エンドキャップ３は中央に孔３ｅが設けられ、その孔３ｅの位置にターミナル２３がボルト３ｆ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、その基盤２３ａにガラス材やエポキシ樹脂などの電気絶縁材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、その接続用端子２３ｃの下端部は電動要素４のステータ４ａにリード線（図示せず）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。

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に結線した後に容器本体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容器本体２に気密状態に取着されて密閉容器１を構成する。密閉容器２とエンドキャップ３のアーク溶接について、以下に説明する。

図２は、溶接を行うために容器本体２の開口端部と、エンドキャップ３の周端部とを加工して形成する開先Ｇの形状を示している。容器本体２とエンドキャップ３とは図２（Ｂ）に示したように外周面側が断面Ｙ字状、すなわちＹ開先に加工され、その開先Ｇの背面側にはエンドキャップ３側から容器本体２側に延設した裏板部３ｃが配置される。

すなわち、容器本体２は図２（Ａ）に示したように内周面側にルート面２ａ（例えば開先深さ方向の寸法１ｍｍ）を備え、そのルート面２ａから外周面に至る傾斜面２ｂを傾斜角α（例えば３０度）に加工される。

他方のエンドキャップ３も、図２（Ａ）に示したように背面側の裏板部３ｃの上端部表側から外周面側にルート面３ａ（例えば開先深さ寸法１ｍｍ）が加工され、さらにそのルート面３ａから外周面に至る傾斜面３ｂが傾斜角β（例えば３０度）に加工され、裏板部３ｃが容器本体２の開口端部に嵌め入れられることで、ルート面２ａ、３ａと、傾斜面２ｂ、３ｂとで、Ｙ開先の開先Ｇが円周方向に形成される。

なお、エンドキャップ３の裏板部３ｃは容器本体２の開口端部に遊嵌状態に嵌入するのではなく、力を加えて初めて嵌入できるように、容器本体２の開口端側の内径Ａよりエンドキャップ３の裏板部３ｃの外径Ｂの方が僅かに、例えば１０〜１７０μｍ程度大きく形成する。

したがって、裏板部３ｃを容器本体２の開口端部に嵌入すると、容器本体２とエンドキャップ３との同軸度が向上し、また、容器本体２のルート面２ａとエンドキャップ３のルート面３ａとが密着し、開先Ｇの形状は円周方向に安定したものとなる。

そのため、容器本体２のルート面２ａと、エンドキャップ３のルート面３ａの実質的な熱容量は共に円周方向に安定するので、溶接時の溶け込み深さは円周方向に安定する。また、溶接熱による曲げモーメントが発生しても、容器本体２にエンドキャップ３の裏板部３ｃを圧入しているので熱変形も起こり難い。

なお、開先Ｇに臨む容器本体２の板厚ｔ１と、開先Ｇに臨むエンドキャップ３の板厚ｔ２との差が、裏板部３ｃの板厚ｔ３となる寸法の板材が使用される。すなわち、容積の大きい容器本体２の板厚ｔ１を、容積の小さいエンドキャップ３の板厚ｔ２より小さくしてあるので、圧縮機を軽量化する上で好都合である。

しかも、容器本体２とエンドキャップ３とを図２（Ｂ）に示したようにセットすると、容器本体２の外周面のエンドキャップ３側延長線と、エンドキャップ３の外周面の容器本体２側延長線は一致するので、開先Ｇを完全溶け込み溶接すれば、十分な耐圧強度が得られると共に、すっきりした外観的となる。

裏板部３ｃは、エンドキャップ３と一体的に設けられて溶接時の熱がエンドキャップ３の本体部分に流れるので実質的な熱容量は大きい。そのため、溶接条件が適正であれば、裏板部３ｃの板厚ｔ３は１〜２ｍｍ程度であっても溶接時の熱で、裏板部３ｃに貫通した穴が開くことはない。なお、裏板部３ｃの容器本体２に臨む側の下端部に切欠部３ｄが設けられて、裏板部３ｃを容器本体２の開口端部に嵌め入れる作業を容易にしている。

そして、開先Ｇの部分を、例えば直径が１．２ｍｍのソリッドワイヤＷ１を用いたＣＯ_２−Ｏ_２シールド下の完全溶け込み自動溶接、すなわち溶接条件（電流、電圧、溶接速度、ウイービングの有無など）と溶け込み深さとの関係を事前に調査し、最適溶接条件でのロボットなどによる自動溶接により、容器本体２とエンドキャップ３とを気密状態に接合し、密閉容器１を作製する。

すなわち、ＣＯ_２−Ｏ_２の雰囲気中でソリッドワイヤＷ１と、母材である容器本体２とエンドキャップ３との間で発生させたアークＷ２により、容器本体２とエンドキャップ３のルート面２ａ、３ａの開先深さ方向全域と、裏板部３ｃの表側とを溶融すると共に、そこにアーク熱で溶融したソリッドワイヤＷ１の溶滴Ｗ３を加え、母材成分とソリッドワイヤ成分との混合成分からなる溶融金属Ｗ４の凝固した溶接金属Ｗにより、容器本体２とエンドキャップ３とを気密状態に接続する。

容器本体２とエンドキャップ３とをこのように、すなわち突合せ継ぎ手の完全溶け込み溶接により気密状態に接続して密閉容器１を作製すると、溶接金属Ｗの断面積は容器本体２の板厚ｔ１部分を超えるので、適正な成分のソリッドワイヤＷ１を用いて溶接することにより、溶接金属Ｗの破断強度を容器本体２の破断強度より容易に大きくすることができる。換言すれば、容器本体２とエンドキャップ３とを溶接により接合しても、容器本体２の部分より耐圧強度が低下することはない。

なお、余盛Ｗ５、すなわち溶接金属Ｗの内で容器本体２およびエンドキャップ３の外周面より高く盛られた部分はグラインダなどにより削除しても良いし、そのまま残しても良い。また、要求されている耐圧強度がそれほど高くない仕様のときには、溶接金属Ｗの断面積が容器本体２の板厚ｔ１部分前後となる溶接が行われても良い。そして、容器本体２の板厚ｔ１が６ｍｍ以下の時には１パス、６ｍｍ超、９ｍｍ以下の時には２パス、９ｍｍ超のときには３パス以上の多パスで溶接するのが好ましい。

次に、上記構成になる本発明の圧縮機１００の動作を説明する。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、そのロータ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、冷媒ガスが吸入側のスリーブ１９に接続される冷媒ガス導入管および吸入用連通管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。その第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、そこで消音された後に吐出ポート１４ｃから密閉容器１の下方領域に吐出される。そして、そ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を通って密閉容器１の上方領域に吐出される。

第１の回転圧縮部７で圧縮されて密閉容器１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、そ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の低圧側に吸入される。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、そ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密閉容器１の外に吐出される。

密閉容器１の外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。そして、この高圧の冷媒ガスは、例えば自動車用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て低圧の冷媒ガスとなって圧縮機１００に戻される。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

例えば、溶接により取着したエンドキャップ３により、容器本体２の下部開口端を気密状態に封止した圧縮機であっても良いし、容器本体２の上下両開口端を気密状態に封止した圧縮機であっても良いし、容器本体２の左右何れか一方の開口端、若しくは両方の開口端を気密状態に封止した圧縮機であっても良い。

また、容器本体２とエンドキャップ３とが、アルゴンなどの不活性ガスを用いるＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接により接合されたものであっても良い。密閉容器１をアルミニウム製、若しくはアルミ合金製とするときには、アルゴンなどの不活性ガスによりアークＷ２と溶融金属Ｗ４とをシールドして溶接する必要がある。

また、本発明を内部中間圧型２段圧縮機を例示して説明したが、より強度の要求される内部高圧型２段圧縮機であっても良く、この場合も密閉容器１を鋼製とすれば、高強度で、且つ、廉価な圧縮機を提供することができる。

また、密閉容器１に内在させる圧縮手段としては、単段、または３段以上の多段圧縮機で、回転式（ロータリ、スクロール）でも、レシプロ（ピストン）式であっても良い。さらには、前記のように内部中間圧型圧縮機以外に内部高圧型圧縮機とすることもできる。

一実施例（内部中間圧型２段回転圧縮機）を示す概略縦断面図である。 一実施例の容器本体とエンドキャップの溶接前の形状を示す説明図であり、（Ａ）は容器本体とエンドキャップそれぞれの被溶接部の形状を示す説明図、（Ｂ）は溶接可能な状態に容器本体とエンドキャップとがセットされた時の説明図である。 一実施例の容器本体とエンドキャップとの溶接時の状態を示す説明図である。 一実施例の容器本体とエンドキャップとの溶接部の説明図である。

符号の説明

１ 密閉容器
２ 容器本体
２ａ ルート面
２ｂ 傾斜面
２ｃ 孔
２ｄ 孔
２ｇ 容器本体
３ エンドキャップ
３ａ ルート面
３ｂ 傾斜面
３ｃ 裏板部
３ｄ 切欠部
３ｅ 孔
３ｆ ボルト
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
１０ 第１のシリンダ
１１ 第１のローラ
１２ 第２のシリンダ
１３ 第２のローラ
１４ 第１の支持部材
１５ 第２の支持部材
１６ メインフレーム
１８ オイル扱み上げ部材
２３ ターミナル
Ａ 内径
Ｂ 外径
Ｇ 開先
Ｗ 溶接金属
Ｗ１ ソリッドワイヤ
Ｗ２ アーク
Ｗ３ 溶滴
Ｗ４ 溶融金属
Ｗ５ 余盛
１００ 圧縮機

Claims (3)

1. 圧縮手段が内在する容器本体の開口部を溶接により取着するエンドキャップにより気密状態に封止して圧縮手段を密閉容器内に封入した圧縮機において、容器本体とエンドキャップの対向する端面のＹ開先に形成された容器本体側のルート面、エンドキャップ側のルート面、およびエンドキャップ側から容器本体側に延設されてＹ開先の背面に位置する裏板部とを完全溶け込み溶接により接合したことを特徴とする圧縮機。
2. 容器本体の開口部に裏板部が圧入されて溶接され、容器本体とエンドキャップとが接合されたことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. Ｙ開先に臨む容器本体、エンドキャップそれぞれの端部の板厚差が、裏板部の板厚に略一致することを特徴とする請求項１または２記載の圧縮機。

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