JP2015150590A - 抵抗溶接を用いて溶接した金属配管、それを有する冷凍装置および冷却機器 - Google Patents

抵抗溶接を用いて溶接した金属配管、それを有する冷凍装置および冷却機器 Download PDF

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Abstract

【課題】製造工程における金属配管の溶接を作業者の熟練度によらず、工程の簡素化、品質向上を図ることができる冷凍装置および冷却機器を提供することを目的とする。
【解決手段】円筒状の銅配管である金属配管200、202の端部はそれぞれ面接触するためのフランジ部201、203を全周にわたって有し、フランジ部201とフランジ部203を対向配置して抵抗溶接機300を用いて溶接することにより、従来のようにロウ付け作業者の熟練度に工程品質は左右されることなく、円筒配管を溶接することができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができるので、確実に溶接することができ、金属配管の溶接信頼性を高めることができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、抵抗溶接を用いた金属配管、および、それを用いた冷凍装置および冷却機器に関するものである。
従来より、冷蔵庫等の冷却機器の冷凍サイクルを構成する金属配管、例えば銅管を接続する場合、ロウ付け作業で行われている。ロウ付け作業は、火炎トーチで溶接部を加熱し、銅ロウあるいは銀ロウ等を用いて行うため、ロウ付け作業者の熟練が必要となり、製造工程において、工程品質は、ロウ付け作業者の熟練度に委ねられている。(例えば、特許文献1参照)
特開昭61−49974号公報
しかしながら、冷蔵庫等の冷却機器の冷凍サイクルを構成する金属配管の溶接では、製造工程において、ロウ付け作業者の熟練が必要となり、ロウ付け作業者の熟練度に工程品質は左右されるという課題を有していた。具体的には、トーチにて配管を過熱する際に配管の温度が高すぎると配管が溶解したり、ロウ材内にボイドが発生して冷媒リーク不良が発生する。また、温度が低すぎるとロウ材が配管どうしの隙間全周へ浸透せずに同じく冷媒リーク不良が発生するという課題を有している。冷凍サイクルを構成する配管接合部での冷媒リークは冷凍装置および冷却機器として正常に機能しなくなる致命的な不良である。
加えてトーチによる火炎を利用するため燃焼ガスや酸素ガスなどの原動費用、酸化防止のためのフラックスなど副資材費用がかかる。また火炎によりCO2排出など環境保全面でもリスクを有している。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、製造工程における金属配管の溶接を作業者の熟練度によらず、工程の簡素化、品質向上、費用削減、環境保全向上を図ることができる冷凍装置および冷却機器を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明は、円筒配管どうしを抵抗溶接を用いて溶接する金属配管において、前記円筒配管の端部はそれぞれ面接触するフランジ部を有し、前記フランジ部を対向配置したものである。
これによって、従来のようにロウ付け作業を必要とせず、作業者の熟練度に工程品質は左右されることなく、円筒配管を溶接することができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができ、確実に溶接することができる。
本発明の抵抗溶接を用いて溶接した金属配管は、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができ、確実に溶接することができるので、金属配管の
溶接信頼性を高めることができる。
本発明の実施の形態1における冷却機器(冷蔵庫)の縦断面図 同実施の形態における冷却機器(冷蔵庫)の機械室概略図 同実施の形態における冷却機器(冷蔵庫)の機械室の斜視図 同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する金属配管の断面図 同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する他の金属配管の断面図 同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する他の金属配管の断面図 同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する他の金属配管の断面図 同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する他の金属配管の断面図 (a)同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管を溶接する抵抗溶接機の概要図、(b)同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管を溶接する抵抗溶接機の要部概要図 (a)同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管に抵抗溶接機の電極部を配置する前の概要図、(b)同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管に抵抗溶接機の電極部を配置した後の概要図
請求項1に記載の発明は、円筒配管同士を溶接するものにおいて、前記円筒配管の端部はそれぞれ面接触するフランジ部を有し、前記フランジ部を対向配置したことにより、従来のようにロウ付け作業者の熟練度に工程品質は左右されることなく、円筒配管を溶接することができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができるので、確実に溶接することができ、金属配管の溶接信頼性を高めることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記フランジ部の寸法は前記円筒配管の肉厚より大きく設定したことにより、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部をより確実に安定して保持することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記フランジ部の少なくとも一方は、フランジを折り返して形成したことにより、フランジ部の強度を高めることができ、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部をより確実に安定して保持することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の抵抗溶接を用いて溶接した金属配管を備えた冷凍サイクルを有する冷凍装置であり、金属配管の溶接信頼性を高めた冷凍装置を提供することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の冷凍装置を備えた冷却機器であり、金属配管の溶接信頼性を高めた冷凍装置を備えた冷却機器を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における冷却機器(冷蔵庫)の縦断面図、図2は同実施の形態における冷却機器(冷蔵庫)の機械室概略図、図3は同実施の形態における冷却機器(冷蔵庫)の機械室の斜視図、図4は、同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する金属配管の断面図、図5から図8は、同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの抵抗溶接を用いて溶接する他の金属配管の断面図、図9(a)は、同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管を溶接する抵抗溶接機の概要図、図9(b)は、同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管を溶接する抵抗溶接機の要部概要図、図10(a)は、同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管に抵抗溶接機の電極部を配置する前の概要図、図10(b)は、同実施の形態1における冷凍装置を構成する冷凍サイクルの金属配管に抵抗溶接機の電極部を配置した後の概要図である。
図1から図3において、冷蔵庫本体30は複数の断熱区画に区分されている断熱箱体31と各断熱区画に設けられた扉にて構成されている。断熱箱体31はABSなどの樹脂体を真空成型した内箱32とプリコート鋼板などの金属材料を用いた外箱33とで構成された空間に発泡断熱材34を注入してなる断熱壁を備えている。発泡断熱材34はたとえば硬質ウレタンフォームやフェノールフォームやスチレンフォームなどが用いられる。発泡材としてはハイドロカーボン系のシクロペンタンを用いると、温暖化防止の観点でさらによい。
断熱箱体31は、複数の貯蔵室を形成し、上から冷蔵室40、製氷室41、野菜室42と冷凍室43の構成となっている。各断熱区画の前面開口にはそれぞれ断熱扉が図示しないガスケットを介して設けられている。上から冷蔵室扉40a、製氷室扉41a、野菜室扉42a、冷凍室扉43aである。なお、製氷室41は断熱箱体31の全幅で構成せず、隣室を図示しない仕切り壁で区画した貯蔵室を形成しても構わない。
断熱箱体31は、天面後方部を一段低い段差状に窪ませた凹部50を形成し、断熱箱体31の上方及び背方を開口している。凹部50は機械室51として圧縮機52と放熱ファン53と凝縮器の一部を圧縮機52の吐出側と直接接続される予冷の配管となる予冷凝縮器54を収納し、その位置を機械室51の左右方向の端から圧縮機52、放熱ファン53、予冷凝縮器54と配置している。放熱ファン53を挟んで圧縮機52を収容する第1の区画91aを吐出区画91bとし、予冷凝縮器54を収容する第2の区画92aを吸込区画92bとして区画形成している。放熱ファン53は、圧縮機52と予冷凝縮器54との中間位置即ち機械室51の幅方向の中間位置に配置されており、上流側が吸込区画92b、下流側が吐出区画91bとし圧縮機52に風を当てるような流れで循環するよう構成されている。また、予冷凝縮器54に続く凝縮器配管が断熱箱体31の外箱33内面に熱伝導的に配設されている。
次に、凹部50内の構成について説明する。
凹部50は断熱箱体31の外郭である外箱33の天面後方を切り欠いて、その切り欠いた箇所に、前壁と左右両側壁と圧縮機52や放熱ファン53を載置するための底面とを一体で成形した樹脂部品56を断熱箱体31の後方からはめ込むように形成されている。なお、切り欠いて形成された凹部50は強度が弱くなるため、周辺には図示しない補強手段を設けることが一般的である。補強手段としては、特に凹部50の底面と側面の合わせ箇所に傾斜部57を設けて底面と側面を繋いだり、側面と外箱33との間の左右両側に発泡断熱材34を注入すると効果は大きい。
また、凹部50には機械室カバーが設けられ、内部の圧縮機52や放熱ファン53予冷
凝縮器54を覆うように構成される。機械室カバーには機械室51内外に空気を行き来させるための開口部が設けられている。
また、放熱ファン53はファンカバー90の中にポリウレタンフォームなどの柔らかい緩衝部材(図示せず)を介して挿入固定され、このファンカバー90は、樹脂部品56が圧縮機52の設置底面に略垂直になるよう配置構成される。すなわち、放熱ファン53を機械室51の下方側へ設置し、圧縮機52の中心位置よりも放熱ファン53の中心位置を低く位置させている。また、ファンカバー90の外周にはポリウレタンフォームなどの柔らかいシール部材93を介して、ファンカバー90と樹脂部品56及び機械室カバー62とを密着させるよう構成している。
このような構成によって、放熱ファン53の吐出側と吸込側を確実にシールして区画し、吐出側の区画である吐出区画91bと吸込側の区画である吸込区画92bを機械室51に構成する。ここでは圧縮機52が吐出区画91bに位置することになる。
また、機械室カバー62に設けられた開口部は、機械室51内の吸込区画92bに位置し、冷蔵庫本体30周辺の空気を機械室51の中に吸い込むために利用される。一方、機械室51内の吐出区画91bに位置する開口部は、圧縮機52で放熱された空気を機械室51の外へ排熱するために利用される。
断熱箱体31の底面部には、その前方に冷凍サイクルの凝縮器100を、後方には蒸発器101で除霜された水を貯留するための蒸発皿102を配置構成している。両部品とも冷蔵庫本体30の内容積向上のため、高さを抑え小型で高効率なものを採用している。凝縮器100は代表的なものとしてスパラルフィンチューブ方式があり、外箱33の内側に熱伝達よく貼り付けられた配管や、各室断熱扉体間の仕切りに配設して防滴防止を行うための配管を組み合わせてもよい。なお、断熱箱体31の底面部の空気を循環させるための図示しないファンを設置することで、凝縮器100の能力、結露の防止はより効果がでる。
そして、機械室51内の冷凍サイクルを構成する金属配管200は、板厚0.2〜0.5mm程度の銅管が用いられ、製造工程で溶接される。従来、金属配管の溶接は、ロウ付け作業で行われるが、本実施の形態では、抵抗溶接を用いて行われる。
抵抗溶接とは、溶接部に電極を当てて加圧しながら強い電流(数十アンペアから数万アンペア)を短時間(数ミリ秒から数百ミリ秒)流し、金属の抵抗発熱を利用して合金層を形成して溶融接合するもので、ロウ材やフラックスなどの補助材料を使わずリサイクルしやすいクリーンな接合ができる点、また、スパッタ、紫外線などの発生はほとんどなく作業環境もクリーンな点、さらに、アーク溶接、ガス溶接などと比べ作業者の熟練を必要としない点などの利点を有している。
しかしながら、溶接部に電極を当てて加圧しながら強い電流を流すため、平板どうしを溶接する場合は適しているが、冷凍サイクルを構成する金属配管どうしを溶接する場合、肉厚が0.2〜0.5mmと薄く、直管の状態では加圧により配管自体が変形してしまうという課題が存在する。
本実施の形態では、加圧による配管自体の変形を抑えながら、薄肉配管どうしを抵抗溶接を用いて確実に行うために、図4から図8に示すように、予備加工を施した金属配管を用いて抵抗溶接を行うことを技術的特徴とするものである。
すなわち、図4に示すように、円筒状の銅配管である金属配管200、202の端部は
それぞれ面接触するためのフランジ部201、203を全周にわたって有し、フランジ部201とフランジ部203を対向配置して抵抗溶接機300を用いて溶接するものである。
金属配管200、202の端部のフランジ部201、203は、フレア加工等で予備加工を施したもので、フランジ部201、203の出代寸法Hは金属配管200、202の肉厚より大きく設定している。
具体的には、図9(a)、(b)に示すように、溶接部204はフランジ部201とフランジ部203を対向配置し、抵抗溶接機300の電極A304を備えたクランプ部302と、電極B305を備えたクランプ部303とで挟み込み、加圧しながら、電源301から電極A304と電極B305との間に電流が供給される。これにより、溶接部204は、抵抗発熱の発生により溶融状態となり合金層を形成し溶融接合される。
このとき、フランジ部201と203は全周にわたって、それぞれ面接触しているので、供給される電流も均一にフランジ部201、203間に流れ、抵抗発熱の発生も均一に行われる。したがって、フランジ部201、203での合金層の形成も均一に生成され、確実な抵抗溶接が可能となる。
なお、金属配管200、202は、それぞれ銅管としてもよいし、一方を銅管とし、他方を鉄管としてもよい。鉄管は、銅管に比べ低コスト化を図ることができるメリットがある。鉄管と銅管の溶接は、一般的に銀ロウを用いたロウ付け作業で行われるため、トータルのコストメリットが小さくなるという課題を有していたが、本実施の形態のように、抵抗溶接を用いることで、銀ロウなどの補助材料を使わず低コストでクリーンな接合ができる点や、ガス溶接などと比べ作業者の熟練を必要とせず、確実に溶接することができるという作用効果を有し、金属配管の溶接信頼性を高めることができる。
また、フランジ部201、203の出代寸法Hは、円筒状の金属配管の肉厚(0.2〜0.5mm)より大きく、円筒状の金属配管の内径より小さく設定している。
フランジ部201、203の寸法は、抵抗溶接機300の電極A304を備えたクランプ部302と電極B305を備えたクランプ部303とで確実に挟み込み可能な点、フランジ部201、203のフレア加工等の予備加工性、フランジ部201、203での合金層の均一形成性、などの技術要素から上記の寸法を設定したものである。
さらに、図10(a)、(b)に示すように、製造工程で円筒状の金属配管のフランジ部どうしを抵抗溶接で溶接する際、抵抗溶接機300の電極A304を備えたクランプ部302は、支軸306を支点として回動可能な半円状に分割した可動部材307、308を備えている。
なお、電極B305を備えたクランプ部303も同様に、支軸309を支点として回動可能な半円状に分割した可動部材310、311を備えている。
そして、抵抗溶接機300で溶接する際、図10(a)に示すように、支軸306、309を支点として可動部材307、308、および可動部材310、311を開放した状態で金属配管200、202に移動し、その後、金属配管200、202を可動部材307、308、および可動部材310、311の内面の中空部で挟み込みながら、クランプ部302とクランプ部303を近づける方向に加圧する。
なお、可動部材307、308、および可動部材310、311の内面の中空部の寸法
は、対象とする金属配管200、202の外径に合わせて形成されるが、兼用化の観点から、内面中空部の寸法を可変式としてもよい。
また、本実施の形態では、支軸306、309を支点として回動可能なもので説明したが、金属配管200、202を外側から挟み込み可能な構造であれば、クランプ部が並行に可動するものでもよい。
また、溶接部に電極を当てて加圧する圧力と、電流値、電圧値、通電時間等は、それぞれ対象となる金属配管200、202の材料、フランジ部201、203の寸法等により実験的に最適値の幅が設定される。特に冷凍サイクルを構成する金属配管では、内部の冷媒や用途(低温用〜高温用)により異なるが、1M?以上になる場合も多々あり、溶接の信頼性が冷凍・冷却機能の信頼性に直結する点から、重要な要素となる。
本実施の形態では、円筒配管(金属配管200、202)同士を溶接するものにおいて、円筒配管の端部はそれぞれ面接触するフランジ部201、203を有し、フランジ部201、203を対向配置したことにより、従来のようにロウ付け作業者の熟練度に工程品質は左右されることなく、円筒配管を溶接することができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができ、確実に溶接することができ、金属配管の溶接信頼性を高めることができる。
また、上記実施の形態とは異なる別の実施の形態を図5から図8を用いて説明する。なお、金属配管のフランジ部以外については、上述と同様であり、異なる部分のみ説明する。
図5において、金属配管200、202の端部はそれぞれ面接触するためのフランジ部205、206を全周にわたって有している。フランジ部205、206は、折り返し部205a、206aを備え、フランジ部205、206を2重構造とした点を特徴としている。
これにより、フランジ部205、206の強度を高めることができ、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管の溶接部207をより確実に安定して保持することができる。
なお、2重構造のフランジ部205、206を予備加工として形成する際、一旦ビーディング加工してから、圧縮して形成することができる。
また、図6に示すように、一方の金属配管200の端部を、折り返し部205aを備えた2重構造のフランジ部205とし、他方の金属配管202の端部は折り返し部のない単層のフランジ部203とした組み合わせとして、溶接部208とすることもできる。
これにより、金属配管の特性を考慮した溶接部208を構成することができ、抵抗溶接における更なる信頼性向上を図ることができる。
なお、上記の単層のフランジ部と複層のフランジ部との組み合わせは、それぞれ金属配管の材質や肉厚による予備加工性を考慮して選定することができる。
また、図7に示すように、一方の金属配管200の端部をフレア加工したフランジ部209とし、他方の金属配管202の端部をビーディング加工したフランジ部210とし、フレア加工したフランジ部209とビーディング加工したフランジ部210とを突き合わせて溶接部211とすることもできる。
これにより、フレア加工したフランジ部209とビーディング加工したフランジ部210とを突き合わせることで、それぞれの金属配管200、202の溶接部211のズレ(金属配管200と202との中心線のズレ)を防止できる。したがって、溶接部211の内面に生じる管壁面のズレを防止でき、内部を流れる冷媒、オイルの流れを阻害することなく、管内圧損を低減することができる。
また、図8に示すように、金属配管200の端部をフレア加工したフランジ部209に加え、その途中に拡管部212を有し、他方の金属配管202のビーディング加工したフランジ部210の先端部に延出部213を備え、溶接時に金属配管202の延出部213を金属配管200の拡管部212に挿入することもできる。
これにより、それぞれの金属配管200、202の溶接部214のズレを確実に防止することができる。
以上のように、本実施の形態では、円筒状の銅配管である金属配管200、202の端部はそれぞれ面接触するためのフランジ部201、203を全周にわたって有し、フランジ部201とフランジ部203を対向配置して抵抗溶接機300を用いて溶接することにより、従来のようにロウ付け作業者の熟練度に工程品質は左右されることなく、円筒配管を溶接することができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができるので、確実に溶接することができ、金属配管の溶接信頼性を高めることができる。
また、金属配管200、202の端部のフランジ部201、203は、フレア加工等で予備加工を施したもので、フランジ部201、203の出代寸法Hは金属配管200、202の肉厚より大きく設定しているので、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部をより確実に安定して保持することができる。
また、金属配管200、202の少なくとも一方のフランジ部は折り返し部を備え、フランジ部を2重構造としているので、フランジ部の強度を高めることができ、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部をより確実に安定して保持することができる。
また、本実施の形態における抵抗溶接装置である抵抗溶接機300は、溶接部となる金属配管200、202のフランジ部201とフランジ部203を対向配置し、抵抗溶接機300の電極A304を備えたクランプ部302と、電極B305を備えたクランプ部303とで挟み込み、加圧しながら、電源301から電極A304と電極B305との間に電流が供給されるものであり、従来のようにロウ付け作業者の熟練度に工程品質は左右されることなく、円筒配管を溶接することができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができ、確実に溶接することができ、金属配管の溶接信頼性を高めることができる。
また、さらに、抵抗溶接装置である抵抗溶接機300は、製造工程で円筒状の金属配管のフランジ部どうしを抵抗溶接で溶接する際、抵抗溶接機300の電極A304を備えたクランプ部302は、支軸306を支点として回動可能な半円状に分割した可動部材307、308を備えているので、溶接工程作業をスムーズに行うことができるとともに、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部をより確実に安定して保持することができる。
また、さらに、金属配管200、202を可動部材307、308、および可動部材310、311の内面の中空部で挟み込みながら、クランプ部302とクランプ部303を近づける方向に加圧しながら、所定の電流を流し、金属配管を溶接することにより、金属
配管の溶接信頼性を、より高めることができる。
なお、本実施の形態では、冷蔵庫の冷凍サイクルに用いられる冷却システムの金属配管について説明したが、これに限定されることなく、エアコンやショーケース等の冷凍装置を備えた冷却機器に用いられる金属配管の溶接に適用することができる。
以上のように、本発明にかかる抵抗溶接を用いて溶接した金属配管は、抵抗溶接の際の溶接機電極部が円筒配管溶接部を安定して保持することができ、確実に溶接することができるので、円筒配管どうしを溶接する必要がある機器に適用できる。
30 冷蔵庫本体
31 断熱箱体
32 内箱
33 外箱
34 発泡断熱材
40 冷蔵室
41 製氷室
42 野菜室
43 冷凍室
40a 冷蔵室扉
41a 製氷室扉
42a 野菜室扉
43a 冷凍室扉
50 凹部
51 機械室
52 圧縮機
53 放熱ファン
54 予冷凝縮器
56 樹脂部品
57 傾斜部
62 機械室カバー
90 ファンカバー
91a 第1の区画
91b 吐出区画
92b 吸込区画
93 シール部材
100 凝縮器
101 蒸発器
102 蒸発皿
200、202 金属配管
201、203、205、206、209、210 フランジ部
204、207、208、211、214 溶接部
205a、206a 折り返し部
212 拡管部
213 延出部
300 抵抗溶接機
301 電源
302、303 クランプ部
304 電極A
305 電極B
306、309 支軸
307、308、310、311 可動部材

Claims (5)

  1. 円筒配管同士を溶接するものにおいて、前記円筒配管の端部はそれぞれ面接触するフランジ部を有し、前記フランジ部を対向配置して抵抗溶接を用いて溶接した金属配管。
  2. 前記フランジ部の寸法は前記円筒配管の肉厚より大きく設定したことを特徴する請求項1に記載の抵抗溶接を用いて溶接した金属配管。
  3. 前記フランジ部の少なくとも一方は、フランジを折り返して形成したことを特徴する請求項1または2に記載の抵抗溶接を用いて溶接した金属配管。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の抵抗溶接を用いて溶接した金属配管を備えた冷凍サイクルを有する冷凍装置。
  5. 請求項4に記載の冷凍装置を備えた冷却機器。
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