JP2006322448A - 気密エンクロージャ - Google Patents

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Abstract

【課題】気密外殻内の圧力を直接に感知する、経済性のよい圧力センサを備えた圧縮機等の気密エンクロージャを提供する。
【解決手段】圧力センサ２８は、圧縮機の外殻１２に形成した開口内で該外殻に抵抗溶接したハウジング１００を備える。外殻の内外にまたがるボデー１０２をハウジングに固定し、このボデーの穴１０４内にセンサ機構を設けた。同機構はダイヤフラム１０４、圧力感知器１０６、信号コンディショニング用電子デバイス１０８を備え、ダイヤフラムと圧力感知器間のポケット１１８にはシリコーンオイルを充填した。ダイヤフラムに圧力感知器を直接取り付けた乾式の圧力センサを設けた実施例、外殻によってセンサのダイヤフラム部分を形成した実施例もある。
【選択図】図２

Description

この発明は気密圧縮機等の気密エンクロージャ、特にエンクロージャの気密な外殻に溶
接等で取り付ける圧力センサを備えた気密エンクロージャに関するものである。
気密に密封されたモータ圧縮機ユニットは圧縮機ユニットが冷媒蒸気を圧縮するのに用
いられる冷凍用途において近年、ますます普及して来ている。圧縮機は一般に電動モータ
によって駆動され、モータは圧縮機のクランク軸ないし駆動軸を比較的高速度で回転させ
る。このような気密に密封された圧縮機は、モータ圧縮機ユニットの寿命の間は故障なし
で運転されるものに設計される。
これらの気密に密封された圧縮機はその寿命の間、なにの問題にも遭遇しないのが普通
であるが、冷凍系内の種々の冷媒圧力を監視することは、制御と保護を改善するため及び
万一問題が起きたときに冷凍系と圧縮機の診断を不都合なく行うために有利である。数を
増しつつある空調又は冷凍系において、冷凍回路の一か所又は複数箇所で冷媒の圧力を監
視することが要求されている。監視される圧力には普通、圧縮機における吸入圧力と吐出
圧力が含まれる。これらの圧力は従来、圧縮機に近接した吸入冷媒ラインとか吐出冷媒ラ
イン中に位置させた管継手にねじ込まれた圧力センサを用いて感知されている。これらの
圧力センサは比較的高価であり、冷凍系が正しく機能するのに不可欠でないのであれば経
済的な配慮からしてセンサを組込まない。
比較的安価な圧力センサが冷凍産業に利用できるようにされていることを考慮すると、
現在作られつつあるほとんどの冷凍系は圧力センサを採り入れることによって改善できよ
う。圧力センサは制御と保護を改善するため及び万一問題が起きたときに冷凍系と圧縮機
の診断を不都合なく行うため、限られた数の冷凍系というよりも実際上すべての冷凍系に
おいて利用できるであろう。同様のことは圧縮機の他、燃料タンクその他の圧力容器、す
なわち一般に気密エンクロージャについて当てはまる。
この発明の気密エンクロージャは、
ポケットを形成してある気密な外殻アセンブリ、
上記ポケットに隣接配置してあるダイヤフラム、
このダイヤフラムと結びつけてある圧力感知器、及び
この圧力感知器と電気的に接続してある信号コンディショニング用電子デバイス、
を備えたものに構成される。圧力感知器はダイヤフラムの変形に基づいて圧力を感知する
もので、圧力伝達用の流体を介してダイヤフラムと結びつけてもよいし直接に結合するこ
とでダイヤフラムに結びつけてもよい。信号コンディショニング用電子デバイスは圧力感
知器から信号を受け取って同信号を、圧力を読み取り可能な信号へと調整する。
この発明によれば空調用及び冷凍用圧縮機等の気密エンクロージャに対し、溶接等によ
り簡単に組込むことができる圧力センサが提供される。この圧力センサは圧縮機等の外殻
に容易かつ安価に、溶接等で組込み付設できる低コストの構成部品である。溶接等で組込
める同圧力センサはオイル充填圧力センサ、乾式の圧力センサ、或いは外殻によって圧力
センサのダイヤフラムを形成する形式の乾式圧力センサの何れであってもよい。この発明
に係る組込み容易な圧力センサは、センサの一部である電子デバイスを圧縮機等の外殻の
外部に設置して感知機構のみを密閉外殻内に置くことを、可能とするものである。
この発明の他の利用範囲は、以下の詳細な説明から明らかとなる。以下の詳細な説明と
特定の例はこの発明の好ましい実施例を示してはいるが、例示のためのみのものであって
この発明の範囲を限定する意図のものではない点を、理解すべきである。
好ましい実施例についての以下の説明は単に例示的なものであって、この発明、その利
用分野、或いは用途を限定する意図のものでは決してない。図面において全図を通じ同一
の符号は、同一又は類似の部分を示している。
図１には、この発明に従った圧力センサを組込んであるスクロール式圧縮機１０を示し
てある。圧縮機１０はほぼ円筒形の気密な外殻１２を備え、この外殻１２はそれぞれ溶着
されている上端のキャップ１４及び下端の基部１６を有する。基部１６は、それと一体に
形成された複数の据え付け脚（図示せず）を有する。キャップ１４には、通常の吐出弁（
図示せず）を内部に有していてもよい冷媒吐出管接手１８が設けられている。外殻１２に
取り付けられた他の主要な構成要素には、キャップ１４が溶着されているのと同一の点で
周縁を外殻１２へと溶着されている横向きの仕切り板２２、外殻１４に対し適当な方法で
固定してある主軸受けハウジング２４、放射方向の外向きに延出する複数の脚部端で外殻
１２に対し適宜に溶着されている下部軸受けハウジング２６、及び外殻１２に溶着されて
いる圧力センサ２８とキャップ１４に溶着されている圧力センサ２８が、含まれる。横断
面形状がほぼ正方形であるが４隅を丸めてあるモータ固定子３０を、外殻１２にプレス嵌
めして設けてある。この固定子３０の丸められた４隅間の平坦面は固定子３０と外殻１２
間に通路を付与して、外殻１２の頂部から底部への潤滑油流れを促進する。
上端に偏心クランクピン３４を有する駆動軸ないしクランク軸３２を、主軸受けハウジ
ング２４内の軸受３６と下部軸受けハウジング２６内の第２の軸受３８とに回転自在に支
承させて設けてある。クランク軸３２はその下端に比較的大径の同心的な穴４０を有し、
この穴４０は、より小径でクランク軸３２の上端にまで延びているところの放射方向外向
きに傾斜させた穴４２に連ねてある。穴４０内には撹拌器４４を配置してある。外殻１２
内の低方部分は吸入チャンバ４６を形成しており、この吸入チャンバ４６にはモータ回転
子４８の下端よりも僅かに上方のレベルにまで潤滑油を収容してある。クランク軸３２内
の上記の穴４０は潤滑油を、クランク軸３２内を上向きに汲み上げて穴４２内へともたら
し最終的には潤滑を必要とする圧縮機１０の種々の部分の全てに対し供給するポンプとし
て働く。
クランク軸３２は固定子３０、それを貫通する巻線５０、及びクランク軸３２上にプレ
ス嵌めされ上下の釣り合い重り５２，５４を有する回転子４８を含む電動モータによって
回転駆動される。
主軸受けハウジング２４の上面には平坦なスラスト受け面５６を設けてあり、同スラス
ト受け面５６上に旋回スクロール部材５８を配置してある。旋回スクロール部材５８はそ
の上面上に通常の螺旋翼６０を有する。内部にジャーナル軸受６２を有する円筒状のハブ
を、旋回スクロール部材５８の下面から下向きに突出させてあり、この軸受６２内に駆動
ブッシュ６４を回転可能に配置してある。駆動ブッシュ６４は穴６６を有し、この穴６６
内にクランクピン３４を突入させてある。クランクピン３４はその一面上に平坦面を有し
、この平坦面が穴６６の一部に形成した平坦面（図示せず）に対し駆動を与えるように係
合して、例えば出願人の所有する米国特許Ｎｏ．４，８７７，３８２に示されているよう
に放射方向で融通性を有する駆動機構が提供されており、ここに同米国特許を引用してそ
の記載を加入する。旋回スクロール部材５８と主軸受けハウジング２４間にはオルダム接
手６８を設けてあり、このオルダム接手６８は、旋回スクロール部材５８の回転運動を阻
止するために該旋回スクロール部材５８と非旋回スクロール部材７０とに対し係合させて
ある。オルダム接手６８は出願人の所有する米国特許Ｎｏ．５，３２０，５０６に記載さ
れたタイプのものであるのが好ましく、ここに同米国特許を引用してその記載を加入する
。
米国特許Ｎｏ．４，８７７，３８２ 米国特許Ｎｏ．５，３２０，５０６
旋回スクロール部材５８の螺旋翼６０と噛合うように位置づけられている螺旋翼７２を
備えた非旋回スクロール部材７０が、設けられている。この非旋回スクロール部材７０は
中心に配置の吐出通路７４を有し、この吐出通路７４は上向きに開口する凹溝７６に連な
り、この凹溝７６を、キャップ１４と仕切り板２２とによって区画形成されている吐出消
音室７８と連通させてある。非旋回スクロール部材７０には環状凹溝８０も形成してあり
、この環状凹溝８０内にはシール組立体８２が配置されている。凹溝７６，８０とシール
組立体８２は互いに協力して環状凹溝８０内の低部に次のような軸線方向での圧力付勢チ
ャンバ、すなわち螺旋翼６０，７２間で圧縮されつつある加圧流体を受け入れて非旋回ス
クロール部材７０に対し軸線方向での付勢力を作用させ、それによりそれぞれの螺旋翼６
０，７２の翼先を相対する端板面に押し付けることとする圧力付勢チャンバ、を形成する
。シール組立体８２は米国特許Ｎｏ．５，１５６，５３９に詳細に記載されているタイプ
のものであるのが好ましく、ここに同米国特許を引用してその記載を加入する。非旋回ス
クロール部材７０は主軸受けハウジング２４に、例えば前述の米国特許Ｎｏ．４，８７７
，３８２又はＮｏ．５，１０２，３１６に記載されているような適当な方法で支架されて
おり、ここに同米国特許を引用してその記載を加入する。
米国特許Ｎｏ．５，１５６，５３９ 米国特許Ｎｏ．５，１０２，３１６
センサを圧縮機１０と一体的に設けるには、２つの方法がある。第１にセンサを完全に
外殻１２自体の内部に配置して信号線を、気密性の貫通機構を用い外殻１２を通し導く方
法がある。しかしこの方法はセンサの一部である感受性の電子デバイスを冷媒、潤滑油、
極端な温度及び圧力振動を含む苛酷な環境にさらすことになる。この苛酷な環境はセンサ
の信頼性に影響を与える。したがってこれはあまり望ましくない方法である。
第２の方法ではセンサ装置の一部である電子デバイスを圧縮機１０における外殻１２の
外部に置いて、感知機構のみを外殻１２の内部に配置することである。この方法は、電子
デバイスを外殻１２内の苛酷な環境にさらすことを避けさせる。この方法を利用するとき
は感知機構を、電子デバイスに極力近接した位置に置くことが必要である。これは感知機
構によって発生せしめられる信号（電流／電圧等）レベルが極めて低く（ミリアンペア／
ミリボルト）、同信号を極力少ないリード線でもって増幅及び処理用の電子デバイスに供
給しなければならないからである。圧力センサ２８は第２の方法を利用したものであり、
電子デバイスの所望のアイソレーションと至近位置への配置といった所期の両目標を達成
する。
図２には圧力センサ２８を詳細に示してある。圧力センサ２８はハウジング１００、ボ
デー１０２、ダイヤフラム１０４、圧力感知器１０６、信号コンディショニング用電子デ
バイス１０８、及び保護部材ないしキャップ１１０を備えたオイル充填圧力センサである
。
ハウジング１００は、外殻１２に形成された開口内で外殻１２に抵抗溶接するものに設
計されたコップ状の金属ハウジングである。抵抗溶接は入念に設計された幾何学的形状の
２つの物体を、低電圧のＡＣ又はＤＣ電力源に接続した２つの銅電極間に置く方法である
。２つの電極には、接合すべき２つの金属片を圧搾する大きな力が加えられる。圧搾力が
要求されるレベルに達すると、ＡＣ又はＤＣ電圧が両電極間に加えられる。これによって
非常に大きな電流（普通、数千アンペア）が、一方の電極から金属片を通して他方の電極
へと流れる。この大電流によって接合部で集中した高温が生ぜしめられる。この高温によ
って所期の接合領域におき２つの金属片が溶解され、２つの金属片が互いに結合する。注
意深く管理した時間の経過後に電流が切られ、溶解した金属は放冷される。冷却した領域
は、２つの金属片の溶接接合を呈示する。抵抗溶接はかなり一般的な方法であり低いコス
トと制御性、及び強固で漏れ防止性の接合を得させることから圧縮機の組み立てにおいて
広く採用されている。
ボデー１０２は図２で、明瞭に示すために拡大されている。ボデー１０２はハウジング
１００を貫通する穴１１２に挿通されており溶接、ガラス・フュージング、或いはその他
の公知の手段で穴１１２内で気密に密封されている。ボデー１０２は内部に穴１１４を有
し、この穴１１４は拡大部１１６、ポケットないし中間部１１８、径縮小部１２０、及び
上部チヤンバないしネジ付け部１２２を備えている。ダイヤフラム１０４は拡大部１１６
内に配置してあり、拡大部１１６と中間部１１８間に形成された肩部１２４にレーザ溶接
或いは他の方法で取り付けられている。ポケットないし中間部１１８にはシリコーンオイ
ル又は他のタイプの液体を充填してある。圧力感知器１０６は径縮小部１２０とネジ付け
部１２２間に形成された肩部１２６に、レーザ溶接或いは他の方法で取り付けられている
。圧力感知器１０６とダイヤフラム１０４は、中間部１１８内のシリコーンオイルを密封
する。圧力感知器１０６は圧力感知チップ１２８、及びこの圧力感知チップ１２８に対し
電気的接続を行うための気密性の貫通端子１３０を有する。
信号コンディショニング用電子デバイス１０８はネジ付け部１２２内に配置してあり、
気密性の貫通端子１３０を介し圧力感知チップ１２８に対し電気的に接続されている。保
護キャップ１１０はネジ付け部１２２にネジ込み、又は他の方法で固定されている。保護
キャップ１１０は透孔１３２を有し、圧縮機１０用の運転制御システムに対し接続するた
めの複数の信号出力リード線１３４を信号コンディショニング用電子デバイス１０８から
該透孔１３２を通して導いてある。
他の実施例に係る圧力センサ２８’を、図３に示してある。この圧力センサ２８’は、
前記圧力センサ２８に直ちに置き換えうるものに構成されている。圧力センサ２８’は乾
式のものでハウジング２００、圧力感知器２０６、信号コンディショニング用電子デバイ
ス２０８、及びポッティング材２１０の形の保護部材を備えている。
ハウジング２００は、外殻１２に対し抵抗溶接するものに設計されたカップ状の金属ハ
ウジングである。ハウジング２００は、外殻１２の外部に開口するポケット２１２を有す
る。ポケット２１２の底は、ダイヤフラム２１４を形成している。圧力感知器２０６はポ
ケット２１２内でダイヤフラム２１４に対し結合、又は他の手段で取り付けられている。
信号コンディショニング用電子デバイス２０８はポケット２１２内に配置してあり、圧力
感知器２０６に対し電気的に接続されている。ポッティング材２１０はポケット２１２を
、信号コンディショニング用電子デバイス２０８の上方位置まで満たし、圧力センサ２８
’の保護部材を提供している。圧縮機１０用の運転制御システムに対し接続するための複
数の信号出力リード線２３４を、信号コンディショニング用電子デバイス２０８からポッ
ティング材２１０を通して導いてある。
別の実施例に係る圧力センサ２８”を、図４に示してある。この圧力センサ２８”も、
前記圧力センサ２８に直ちに置き換えうるものに構成されている。圧力センサ２８”は乾
式のものでハウジング３００、圧力感知器３０６、信号コンディショニング用電子デバイ
ス３０８、及び保護用のポッティング材３１０を備えている。
ハウジング３００は、外殻１２の一部として該外殻１２と一体形成されたカップ状のハ
ウジングである。外殻１２の一体的な部分としてハウジング３００を形成することにより
、前述した抵抗溶接工程が無くされる。ハウジング３００は外殻１２の外部に開口するポ
ケット３１２を有し、このポケット３１２の底はダイヤフラム３１４を形成している。圧
力感知器３０６はポケット３１２内でダイヤフラム３１４に結合、又は他の手段で取り付
けられている。信号コンディショニング用電子デバイス３０８はポケット３１２内に配置
してあり、圧力感知器３０６に対し電気的に接続されている。ポッティング材３１０はポ
ケット３１２を、信号コンディショニング用電子デバイス３０８の上方位置まで満たし、
圧力センサ２８”の保護部材を提供している。圧縮機１０用の運転制御システムに対し接
続するための複数の信号出力リード線３３４を、信号コンディショニング用電子デバイス
３０８からポッティング材３１０を通して導いてある。
以上に述べた実施例についての説明は単に例示的なものであり、この発明の要旨とする
ところを外れることのない変形例はすべて、この発明の範囲内にあることを意図したもの
である。そのような変形例を、この発明の範囲から逸脱するものと見做すべきではない。
この発明に従った１対の圧力センサを組み込んであるスクロール式の冷凍用圧縮機を示す縦断面図である。 図１に示した圧力センサの１つを示す拡大縦断面図である。 この発明の他の実施例に係る圧力センサ示す拡大縦断面図である。 この発明の別の実施例に係る圧力センサ示す拡大縦断面図である。
符号の説明
１０ スクロール式圧縮機
１２ 外殻
１４ キャップ
１６ 基部
２８，２８’，２８” 圧力センサ
１００，２００，３００ ハウジング
１０２ ボデー
１０４ ダイヤフラム
１０６，２０６，３０６ 圧力感知器
１０８，２０８，３０８ 信号コンディショニング用電子デバイス
１１０ 保護部材（キャップ）
１１４ 穴
１１８ 中間部（ポケット）
１２８ 圧力感知チップ
１３０ 貫通端子
１３４，２３４，３３４ 信号出力リード線
２１０，３１０ ポッティング材
２１２，３１２ ポケット
２１４，３１４ ダイヤフラム

Claims (20)

  1. ポケットを形成してある気密な外殻アセンブリ、
    上記ポケットに隣接配置してあるダイヤフラム、
    このダイヤフラムと結びつけてある圧力感知器、及び
    この圧力感知器と電気的に接続してある信号コンディショニング用電子デバイス、
    を備えた気密エンクロージャ。
  2. 前記した気密な外殻アセンブリが開口とこの開口内で固定されたハウジングを備えてい
    て、前記ポケットを該ハウジング内に配置してある請求項１の気密エンクロージャ。
  3. 前記ハウジングが穴を有し、前記圧力感知器が該穴に挿通され前記ポケットを形成して
    あるボデーを備えていて、前記ダイヤフラムを該ボデーに取り付けてある請求項２の気密
    エンクロージャ。
  4. 前記圧力感知器を前記ボデーに取り付け、前記ポケットを前記したダイヤフラムと圧力
    感知器間に配置して、該ポケットに流体を充填してある請求項３の気密エンクロージャ。
  5. 前記信号コンディショニング用電子デバイスを、前記ボデーによって形成されたチャン
    バ内に配置してある請求項３の気密エンクロージャ。
  6. 前記信号コンディショニング用電子デバイスを取り囲む保護部材を設けた請求項３の気
    密エンクロージャ。
  7. 前記保護部材が、前記ボデーに固定したキャップである請求項６の気密エンクロージャ
    。
  8. 前記ポケットが閉鎖されたポケットを備え、前記ダイヤフラムが該閉鎖されたポケット
    の一部を形成している請求項２の気密エンクロージャ。
  9. 前記圧力感知器を、前記した閉鎖されたポケット内で前記ダイヤフラムに固定してある
    請求項８の気密エンクロージャ。
  10. 前記信号コンディショニング用電子デバイスを、前記した閉鎖されたポケット内に配置
    してある請求項９の気密エンクロージャ。
  11. 前記信号コンディショニング用電子デバイスを取り囲む保護部材を設けてあり、該保護
    部材が、前記した閉鎖されたポケット内に設けたポッティング材を備えている請求項１０
    の気密エンクロージャ。
  12. 前記ポケットが前記外殻アセンブリと一体に形成した閉鎖ポケットを備えており、前記
    ダイヤフラムが該閉鎖ポケットの一部を形成している請求項１の気密エンクロージャ。
  13. 前記圧力感知器を、前記閉鎖ポケット内で前記ダイヤフラムに固定してある請求項１２
    の気密エンクロージャ。
  14. 前記信号コンディショニング用電子デバイスを、前記閉鎖ポケット内に配置してある請
    求項１３の気密エンクロージャ。
  15. 前記閉鎖ポケット内に配置したポッティング材を備えている請求項１４の気密エンクロ
    ージャ。
  16. 前記外殻アセンブリが開口を備えており、該開口内で外殻アセンブリに対し該外殻アセ
    ンブリを気密に密封するように抵抗溶接してあるハウジングを備えていて、前記圧力感知
    器を該ハウジングに取り付けてある請求項１の気密エンクロージャ。
  17. 前記圧力感知器が、オイル充填圧力センサを備えている請求項１６の気密エンクロージ
    ャ。
  18. 前記外殻アセンブリが、前記オイル充填圧力センサによって気密に密封されている請求
    項１７の気密エンクロージャ。
  19. 前記圧力感知器が、乾式の圧力センサを備えている請求項１の気密エンクロージャ。
  20. 前記ダイヤフラムを、前記外殻アセンブリと一体に形成してある請求項１の気密エンク
    ロージャ。
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