JP3560973B2 - 往復密閉コンプレッサ用のピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は往復密閉コンプレッサ用のピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリ、ならびに冷蔵庫、フリーザ、噴水水飲み器などの小型機械に用いられる往復密閉コンプレッサのピストンに連接ピンを取り付ける方法に関する。
往復コンプレッサはシリンダ内を往復動するピストンに、連接ピンによって連接される小さいアイと、ピストンのストロークと直交しているクランクシャフトの偏心端部に取り付けられた大きなアイとを有するコネクティング・ロッドを備えている。該クランクシャフトの他端は電気モータのロータを支持しており、モータのステータはクランクシャフトのベアリングを収納しているシリンダ・ブロック上で支持されている。ブロックはスプリングによってケース内に取り付けられている。該ケースは密閉装置を規定するカバーによって閉鎖されている。
コンプレッサの性能を向上させるには、機械的な観点から、相対運動を行う部品がその形状に関して完璧に調整され、容積歩留まりを損なうことになる漏れ、摩耗及びトライボロジ効果を防止することが重要である。
部品の形状の完全性は、たとえば、ピストンの円周度の維持で検証される。
ピストンのこの特性の変動はコンプレッサの作動に影響を及ぼす。
周知の技術におけるピンとピストンの間の取付け（締め代、弾性ピン、接着などによる機械的取付け）は、主として対称性の喪失によって引き起こされる変形により、またピストン−ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリとシリンダに生じる、振動、雑音及び容積歩留まりの損失（漏れ）をもたらす問題によりコンプレッサの性能に影響を及ぼす。
取付け作業に使用される部品が小さければ小さいほど、またこのような部品に必要な精度が高ければ高いほど、上記の欠陥は大きくなる。
周知の技術のうち、ピンやリング、あるいは接着法における接着材料などの付加的な締め付け要素を使用するものは、ピストン−ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリに局所張力、特にアンバランスを引き起こし、これもコンプレッサの性能を損なう。
従来の溶接技法は付加的な材料を組み込み、残留物を生じるという不都合があり、これによって溶接作業中にピストンを変形するので、焼き戻しあるいは焼結材料などの異なる物理特性（融点）を有する材料に適用してはならないものである。さらに、この固定方法は密閉コンプレッサの場合などの小型システム、詳細にいえば、そのピストン−ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリに適用するのが困難である。
接着による固定は溶接による固定の場合などの残留物という不都合がないが、溶接対象面の完全な清掃と接着剤の効果のための所定の時間を必要とするものであり、この時間は触媒を塗布することによって短縮はできるが、コンプレッサの順次取付け作業に生じる問題を回避するものではない。さらに、物理的化学的劣化はコンプレッサの作業条件の関数として接着剤の急速な老化を招くものであり、したがって、その強度を相当程度減少させ、該コンプレッサの取付け作業における信頼性に影響を及ぼすものである。
それ故、本発明の一般的な目的は、装着後に変形を生じることがなく、したがって密閉コンプレッサのアンバランスや振動を生じることのないピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリを提供することである。
本発明の他の目的は、固定される部品の機械加工などの事前準備を装着作業に必要とせず、これによって該コンプレッサの連続した装着が可能となるピストン−コネクティング・ロッド・アセンブリを提供することである。
本発明にさらに他の目的は、変形を生じることがなく、かつピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリにアンバランスや振動を生じ、これによってコンプレッサの信頼性及び歩留まりに影響を及ぼすことのある付加的な材料またはその他の構成を使用することがない、連接ピンを往復密閉コンプレッサ用のピストンに取り付ける方法を提供することである。
本発明のさらにまた他の目的は、連接ピンを往復密閉コンプレッサ用のピストンに取り付ける連続方法であって。少なくとも該往復密閉コンプレッサの耐用寿命中に該コンプレッサの作動条件の物理的及び化学的に耐用性のあるピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリの固定をもたらすものを提供することである。
これらの目的はクランクシャフト及びシリンダを支持するためのベアリングを有しているシリンダ・ブロックを備えており、該シリンダ内でピストンが往復動し、前記クランクシャフトの上部にコネクティング・ロッドを介してピストンに接続された偏心端部が設けられており、コネクティング・ロッドの小さいアイが前記ピストンの内部に導入され、連接ピンによって保持されており、該連接ピンはピストンのそれぞれの横方向放射状開口上で支持された端部を有しており、該端部は連接ピンの少なくとも一端の周縁により、またピストンのそれぞれの横方向放射状開口の隣接する内面によって規定され、それぞれの第１溶接領域に含まれている少なくとも１個の溶接点によって互いに取り付けられており、該溶接領域は連接ピンの前記端部の周縁の一部を含み、かつ前記端部の約90度のセクタに、前記連接ピン端部の直径線に対称に配置されており、該直径線がピストンの長手方向軸線に関して平行で、かつ同一平面上にあり、少なくとも１個の溶接点が前記第１直径線と直交する直径線に関して前記第１溶接領域と対向している少なくとも１つの第２溶接領域に設けられていることを特徴とするタイプの往復密閉コンプレッサ用のピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリによって達成される。
このピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリは
ａ コネクティング・ロッドの小さいアイをピストン内部へ導入し、
ｂ ピストンの横方向放射状開口ならびにコネクティング・ロッドの小さいアイを介して連接ピンを導入し、
ｃ 連接ピンをピストン内部で中心におき、
ｄ 連接ピンの端部の少なくとも一方をピストンに関する軸方向の変位に関して移動しないようにし、
ｅ 高速マイクロ溶接機に関してピン−ピストン・アセンブリを位置決めして、前記連接ピンの端部の約90度のセクタに、前記端部の、ピストンの長手方向軸に関して平行で同一平面上にある直径線に対称に含まれている前記連接ピン端部の周縁部分を含んでいるそれぞれの第１溶接領域に適用される少なくとも１つの溶接点を有するようにし、
ｆ 所定の時間の間マイクロ溶接機を付勢して、前記溶接点をもたらすようにし、
ｇ マイクロ溶接機を不活動化し、
ｈ ステップｅ−ｇを必要に応じて反復し、前記第１溶接領域に付加的な溶接点を獲得し、
ｉ 前記装置をピン−ピストン・アセンブリに関して再配置して、第１直径線と直交する直径線に関して、前記第１溶接領域と対向する少なくとも１つの第２溶接領域に少なくとも１つの第２溶接点を規定し、
ｊ 任意選択で、ステップｉを反復して、前記第２溶接領域に他の溶接点を獲得し、
ｋ マイクロ溶接機を不活動化し、
ｌ ピストン−連接ピン−アセンブリをリリースするステップを備えていることを特徴とする方法によって取り付けられる。
マイクロ溶接技法は、何らかの材料または構成要素を付加することなく、それぞれの縁部に隣接するピン−ピストン表面の部分だけを溶融し、それ故、きわめて小さい溶接点だけしかもたらさず、結果として、ピストンに影響を及ぼさず、これによってコンプレッサの良好な性能を保証するような少ない張力しか前記構成要素にかけないピン−ピストン・アセンブリの溶接を可能とする。さらに、このような技法はエネルギーを節減し、コンプレッサの連続性能のために連接ピンとピストンの間の固定を自動化することを可能とする。
添付図面に基づいて、本発明を以下で説明する。添付図面中、第１図は、往復密閉コンプレッサの長手方向部分略断面図である。
第２図は、本発明によるピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリを示し、互いに対称の２対の溶接点を示す、第１図の一部の拡大詳細図である。
第3a図，第3b図、及び第3c図は、連接ピンの端部の隣接表面とピストンのそれぞれの放射状開口の間の溶接点の分布を構造上さまざまに変えた、連接ピン接続点の配置に関する好ましい円形部分を示す、上述のアセンブリの側面図である。
第１図によれば、モータ／コンプレッサ・ユニット１がバネ２（１個だけが示されている）によって、ケース３内部で懸吊されている。シリンダ・ブロック４は電気モータのステータ５を支持し、クランクシャフト７を支持するためのベアリング６を備えている。シリンダブロックの下部には、電気モータのロータ８が取り付けられている。クランクシャフト７はその上端に、上端10が自由になっている偏心ピン９を担持している。
シリンダ・ブロック４は内部でピストン20が往復動するシリンダ11も収納している。
第１図及び第２図に示すように、シリンダ11のクランクシャフトに対向する端部には、周知のようにして構成することのできるバルブ・プレート12とカバー13が設けられている。
ピストン20とクランクシャフト７の偏心ピン９との間の接続はコネクティング・ロッド30によって行われる。該コネクティング・ロッドは小さいアイ31を備えたおり、該アイの半径方向突出部32は大きなアイ33の取り付けることのできるコネクティング・ロッド30のロッドを規定している。小さいアイ31が連接ピン40によってピストン20の内に保持されているのに対し、大きなアイ33はクランクシャフト７の偏心ピン９の周囲に取り付けられている。上述のコネクティング・ロッド30は特に２つの部片で形成されているが、この点は本発明に属するものではない。
第１図から第3c図によれば、ピストン20はその端面の一方において、第１開口21を備えており、該開口にコネクティング・ロッド30の小さいアイ31が導入され、前記コネクティング・ロッド30のロッド32の一部が緩やかに嵌合している。
前記第１開口21はピストン20の本体内部を貫通して延びており、直径方向に整合している一対の横方向放射状開口23及び24と連通している。好ましい図示の形態において、前記端部開口は円形であって、連接ピンの形状と一致する形状となっている。前記横方向放射状開口23、24の一方を通して、コネクティング・ピン−ピストン・アセンブリは連接ピン40を受入れ、該連接ピンを中心として、コネクティング・ロッド30は、クランクシャフト７の偏心ピン９によって規定される２つの最大作動角位置の間を移動する。
連接ピン40はその対向端部41、42がそれぞれの端部開口23、24の周縁に隣接したピストン20のそれぞれの横方向放射状開口23、24の内部表面縁部23a、24aにやっと到達するような態様で配置されており、前記ピストンの円周度を損なわないようになっている。連接ピン40の各対向端部41、42は、対応する端部開口23、34の内部表面縁部23a、24aとともに、２つの角度のある溶接領域が規定されている面を備えている。各溶接領域はピストン20のそれぞれの内部表面縁部23a、24aの形状と一致した形状を有している、溶接線Ｌ上に形成される所定の最大数の溶接点を受け入れることができる。
前記溶接領域の各々は連接ピン40のそれぞれの端面に関して同心であり、かつ連接ピン40の各端部に規定される、ピストン20の長手方向軸に関して平行であり、かつ同一平面上にある直径線に関して−45度と＋45度の間、好ましくは−15度と＋15度の間に設置されている角度についたセクタを備えている。セクタの角度のある開口は連接ピン40の前記端面がピストンのシリンダ状形状に関して存在している最小距離の関数であるから、連接ピンのそれぞれの端面の縁部上の溶接点がピストンの側壁に、ピストンの円周度に影響を及ぼす変形を生じることはない。
好ましい図示の形態において、各溶接領域は、連接ピン40の端面の周縁との前記直径線の交点の１つに規定されたそれぞれの溶接点を受け入れる。該交点において、上述の距離は最大となり、それ故、ピストンの円周度に影響を及ぼすことのない溶接点の最大の変形を可能とする。この位置において、各対向開口の溶接点は整合している。
本発明の図示していない実施例において、第１の直径線に直交する第２の直径線によって規定される連接ピンの各端面の一方または両方の半球は、前記第１直径線に関して対称な２つの溶接領域を備えている。ただし、上述の限度が守られており、溶接点がいかなる理由によっても、前記の第１直径線上にないことを条件とする。
ピン−ピストン・アセンブリの構造は、開口23、24の一方の表面縁部の周囲に形成された制限部材によって、連接ピン40とピストン20の間の事前ロックを行えるものである。該制限部材は連接ピン40の対応する端部であって、該連接ピン40の他の部分に関して広がっている端部を支持する。
前記開口23、24の他方の表面縁部は上述したような制限部材が設けられた領域を備えていることができる。該制限部材はピン及びピストンの事前ロックを行う目的のものではないが、対称性を維持するものであり、したがって、連接ピン−ピストン・アセンブリのバランスを維持するものである。
上述のアセンブリの連結は、本発明によれば、レーザであることが好ましい高エネルギーの細いビームが溶接領域の所定の部分に入射し、それ故、短時間ではあるが、局部的な表面の溶融を引き起こすには充分な時間の間高い集中エネルギーを供給し、それ故、前記の隣接した表面の間に溶接点を規定するマイクロ溶接法によって達成される。
両方の隣接表面の溶融は、ピストン20及び連接ピン40が同一の材料製であり、かつ同一の構成技法によるものである場合に生じる。前記部品の物理的条件が異なっている場合には、溶接点の領域において、エネルギー材料のビームを高い融点を有する部品に、該融点に達するまで照射することによって、マイクロ溶接が達成される。この溶融材料は溶接すべき他方の部片の隣接表面上に広がり、他方の部片もその領域の温度条件によって溶融し、一様な溶接をもたらす。連接ピン−ピストン・アセンブリに適用した場合、エネルギー材料ビームはピンに向かって照射されるが、これはピンがアセンブリのうち高い融点を有する部分だからである。きわめて異なった材料製の部品の場合、エネルギーの供給は前記隣接表面の溶融を生じさせるが、この溶融は前記部片の連結をもたらすことがない。この状況においては、加熱によって得られる部片のロックは機械的なものとなる。溶融及び冷却工程が遅いものであるから、影響を受ける領域はきわめて小さくなる。
本発明の他の好ましい実施例において、溶接点は第3b図に示すように分散されており、この場合、溶接領域の一方は前記第１直径線上にそれぞれの溶接点を備えている。この溶接点は上記の領域に関して直径方向に対向しており、かつ前記第１直径線と対称な他の溶接領域に配置された２つの溶接点から等距離にある。第3c図に示す他の考えられる実施例においては、溶接領域の溶接点は第１直径線上で規定されたそれぞれの溶接領域の一部を占めるにすぎず、該溶接点は上述の溶接領域に直径方向に対向しているそれぞれの溶接領域の対応する部分に設けられたそれぞれの点に関して直径方向に配置されている。
それぞれの溶接領域の部分の間に分散された他の組合せの溶接点も、前記溶接点の作成に望まれる技術的効果の範囲内が可能である。さらに、同一溶接領域内の溶接点の間の間隔は、密閉コンプレッサの作動中に前記溶接点が受ける張力、ならびに連接ピン−ピストン・アセンブリの故障の破壊を可能とするために、前記溶接点に必要とされる脆弱性を考慮した、連接ピン−ピストン・アセンブリによって達成される高いあるいは低い強度の関数である。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、互いに離隔した溶接点、互いに接している溶接点、あるいは部分的に重なり合った溶接点が可能である。
マイクロ溶接作業のための位置決め時に、連接ピン40をピストン20の横方向放射状開口23、24に関して中心位置及び対称性を維持し、部品のアンバランス、したがってこれらの摩耗を回避し、さらに溶接点での過剰な張力を回避しなければならない。
連接ピン及びピストンの部品の取付け及び位置決めのステップの後、高速マイクロ溶接機をまず、ピストン20の端部開口23、24に隣接表面及びそれぞれの端面41、42の一方の溶接領域の一方の周囲におく。
溶接点は高速マイクロ溶接機と連接ピン−ピストン・アセンブリの間の相対移動によって得られる。本発明の一実施例において、前記連接ピン−ピストン・アセンブリは固定されたままであるのに対し、高速マイクロ溶接機は少なくとも１つの傾斜経路にしたがって移動する。連接ピン40の対応する端面に関する該経路の角度は溶接点の数及び位置の関数であり、かつ連接ピン−ピストン・アセンブリの溶融点の関数である。
連接ピン−ピストン・アセンブリの対向端部における溶接点の溶接は、前記装置を該対向端部前面の新しい位置へ移動するか、あるいは前記連接ピン−ピストン・アセンブリを対応して回転させ、この新しい位置を達成するかによって行われる。
高速マイクロ溶接機がエネルギー・ビームを受けることになる溶接領域に対して配置された後、トリガ手段を作動させて、前記装置を付勢させる。該装置は前記ビームのエネルギー放出を開始する。この放出は局所的なものであり、小さな局所変形を引き起こし、小さな寸法のTAZ（熱影響領域）を生じさせるに充分な時間の間継続する。
溶接作業時に、TAZはその部分がこうむる変形の度合いを決定する。この値が高ければ高いほど、溶接領域が受ける変形及び張力は大きくなり、したがってこれらの領域で材料が割れる可能性が高くなる。
エネルギー・ビームを連接ピン−ピストン・アセンブリの端部23、24の一方の溶接領域に当てた後、マイクロ溶接機を手動または機械的ないずれかで不活動化し、連接ピン−ピストン・アセンブリと高速マイクロ溶接機を再配置し、前記端部23、24の他方の溶接領域におけるマイクロ溶接を行えるようにする。
図示していない好ましい実施例において、連接ピン−ピストン・アセンブリの第１端部の各溶接領域のマイクロ溶接は、該連接ピン−ピストン・アセンブリをその長手方向軸を中心として所定の角度回転させることによって行われる。前記第１端部におけるマイクロ溶接が完了した後、連接ピン−ピストン・アセンブリをピストンの長手方向軸に直角な軸を中心として回転させることができる。この回転は前記端部開口の他方の溶接点もマイクロ溶接できるようにするために必要なものである。
この解決策の構造上の改変形は、連接ピン40のそれぞれの端部と整合した２台の高速マイクロ溶接機を備えており、これによって前記連接ピンと高速マイクロ溶接機の間の再配置のための運動を回避するものである。
他の考えられる実施例では、連接ピン−ピストン・アセンブリを、所定の端部のマイクロ溶接作業全体の間１つの位置だけに維持しておく。この場合、固定装置はすでに溶接されている表面の前記端部に作用する。この作業の後、前記高速マイクロ溶接機と前記連接ピン−ピストン・アセンブリに、上述の作業の１つを行うことができる。
マイクロ溶接には冷却期間が必要ないので、各開口のすべての領域の溶接点の溶接を実施した後、前記固定装置は連接ピン−ピストン・アセンブリを開放する。
マイクロ溶接によって、連接ピン−ピストンの連結を長期間、少なくともコンプレッサの耐用寿命に等しい時間の間、アセンブリを一体状態に維持し、コンプレッサ内部に存在する温度変化及び腐食という環境条件に耐えるに充分な強度のものとし、かつ溶接領域の故意の破壊を可能とするのに充分な弱さのものとし、しかもコンプレッサの他の部品に影響を及ぼすことなく、何の抵抗もなく連接ピン40を抜き出すことが可能となる。

Claims (11)

1. クランクシャフト（７）及びシリンダ（11）を支持するためのベアリング（６）を有しているシリンダ・ブロック（４）を備えており、該シリンダ（４）内でピストン（20）が往復動し、前記クランクシャフト（７）の上部にコネクティング・ロッド（30）を介してピストン（20）に接続された偏心端部（９）が設けられており、コネクティング・ロッド（30）の小さいアイ（31）が前記ピストン（20）の内部に導入させ、連接ピン（40）によって保持されており、該連接ピン（40）はピストンのそれぞれの横方向放射状開口上で支持された端部を有しているタイプの往復密閉コンプレッサ用のピストン−連接ピン−コネクティング・ロッド・アセンブリであって、連接ピンの少なくとも一端の周縁及びピストン（20）のそれぞれの横方向放射状開口の隣接する内面（23、24）によって規定される前記端部が、それぞれの第１溶接領域に含まれている少なくとも１個の溶接点によって互いに取り付けられており、該第１溶接領域は連接ピン（40）の前記端部の周縁の一部を含み、かつ該第１溶接領域は連接ピン（40）の前記端部の第１直径線に関して対称な、前記端部の約90度のセクタに位置しており、該直径線がピストン（20）の長手方向軸線に関して平行で、かつ同一平面上にあり、少なくとも１個の溶接点が前記第１直径線と直交する第２直径線に関して前記第１溶接領域と対向している少なくとも１つの第２溶接領域に設けられていることを特徴とする、前記ピストン−コネクティング・ロッド・アセンブリ。
2. 連接ピン−ピストン・アセンブリの各端部が互いに直径方向に対向した２つの溶接領域を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記両溶接領域が同一であることを特徴とする、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 各溶接領域が前記第１直径線の辺の各々に関して15度の角度のあるセクタによって、角度に関して規定されていることを特徴とする、請求項３に記載のアセンブリ。
5. 溶接領域の少なくとも一方が前記第１直径線から等距離にある溶接点を備えていることを特徴とする、請求項２に記載のアセンブリ。
6. 第１溶接領域の溶接点が第２溶接領域の対応する溶接点から等距離にあることを特徴とする、請求項２に記載のアセンブリ。
7. 各溶接領域が互いの等距離にある少なくとも３個の溶接点を備えていることを特徴とする、請求項６の記載のアセンブリ。
8. 各溶接領域の少なくとも一部分において、前記第１直径線に対して横方向にある該部分が前記溶接領域の他方の一部のそれぞれの溶接点と直径方向に対向している少なくとも１個の溶接点を備えていることを特徴とする、請求項６に記載のアセンブリ。
9. 各溶接領域が互いに隣接した溶接点を備えていることを特徴とする、請求項６に記載のアセンブリ。
10. 各溶接点が前記第１直径線上に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のアセンブリ。
11. クランクシャフト（７）及びシリンダ（11）を支持するためのベアリング（６）を有しているシリンダ・ブロック（４）を備えており、該シリンダ（11）内でピストン（20）が往復動し、前記クランクシャフト（７）の上部にコネクティング・ロッド（30）を介してピストン（20）に接続された偏心端部（９）が設けられており、コネクティング・ロッド（30）の小さいアイ（31）が前記ピストン（20）の内部に導入され、連接ピン（40）によって保持されており、該連接ピン（40）はピストンのそれぞれの横方向放射状開口上で支持された端部を有しているタイプの往復密閉コンプレッサのピストンに連接ピンを取り付ける方法において、
    ａ コネクティング・ロッド（30）の小さいアイ（31）をピストン（20）内部へ導入し、
    ｂ ピストン（20）の横方向放射状開口ならびにコネクティング・ロッド（30）の小さいアイ（31）を介して連接ピン（40）を導入し、
    ｃ 連接ピン（40）をピストン（20）内部で中心におき、
    ｄ 連接ピンの端部の少なくとも一方をピストン（20）に関する軸方向の変位に関して移動しないようにし、
    ｅ 高速マイクロ溶接機に関してピン−ピストン・アセンブリを位置決めして、前記連接ピンの、ピストンの長手方向軸に関して平行で同一平面上にある第１直径線に関して対称な、端部の約90度のセクタに含まれている前記連接ピン端部の周縁部分を含んでいるそれぞれの第１溶接領域に適用される少なくとも１つの溶接点を有するようにし、
    ｆ 所定の時間の間マイクロ溶接機を付勢して、前記溶接点をもたらすようにし、
    ｇ マイクロ溶接機を不活動化し、
    ｈ ステップｅ−ｇを必要に応じて反復し、前記第１溶接領域に付加的な溶接点を獲得し、
    ｉ 前記装置をピン−ピストン・アセンブリに関して再配置して、第１直径線と直交する第２直径線に関して、前記第１溶接領域と対向する少なくとも１つの第２溶接領域に少なくとも１つの第２溶接点を規定し、
    ｊ 任意選択で、ステップｉを反復して、前記第２溶接領域に他の溶接点を獲得し、
    ｋ マイクロ溶接機を不活動化し、
    ｌ ピストン−連接ピン・アセンブリをリリースする
    ステップを備えていることを特徴とする前記方法。

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