JP4849030B2 - 圧縮機の溶接方法、及びその溶接方法を用いて溶接された圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機の溶接方法、特に、圧縮機のケーシング胴部とケーシングカバーとの接合箇所を封止する溶接方法に関する。

圧縮機のケーシングは、筒状のケーシング胴部と、ケーシング胴部の開口端を塞ぐケーシングカバーとが溶接されることによって、密閉空間を形成している。その溶接方法は、ケーシング胴部の開口端の内側又は外側にケーシングカバーを圧入して重ね、その重なった接合対象領域に１本の溶接トーチを対向させ、ケーシング胴部を回転させて、接合対象領域を溶接する方法である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３３８７２号公報

例えば、図５に示すように、ケーシング胴部１２１とケーシング上部カバー１２２との接合対象領域を１つの溶接トーチ１５１を用いて溶接した場合、溶接開始から溶接終了までの間、溶接対象部分の温度分布が不均一で、入熱部分と未入熱部分との熱膨張による変位差が大きく、容器内に固定されている軸受１０６が傾き、シャフト１０５の芯ずれ量が増大する可能性がある。

本発明の課題は、圧縮機のケーシング胴部とケーシングカバーとの溶接時に、ケーシング内に固定されている部品の位置ずれ量を抑制する圧縮機の溶接方法を提供することにある。

第１発明に係る圧縮機の溶接方法は、端部に開口が形成されている第１ケーシング部材とその開口を覆う第２ケーシング部材とが接合されたケーシングを備える圧縮機の溶接方法である。ケーシングは、圧縮部、圧縮部へ駆動部の動力を伝達する駆動軸、及び駆動軸を支持する軸受部を収納している。軸受部は、その一部が第１ケーシング部材の端面上に載せられることによって位置決めされている。第１ケーシング部材と第２ケーシング部材とは、第１ケーシング部材と第２ケーシング部材とで形成される環状の接合対象領域を、ケーシングを挟んで対向するようにその接合対象領域に沿って１８０°間隔で配置される２本の溶接トーチで全周溶接することによって接合される。また、溶接トーチは、溶接用電源から電力供給されるアーク溶接用の溶接トーチである。溶接時に溶接トーチから接合対象領域へ入力される熱量は、溶接用電源から溶接トーチへ入力される電流と電圧との積算値で管理されている。その積算値の平均バラツキ幅は、その積算値の許容最大値と許容最小値との中間値の５０％以下である。

この圧縮機の溶接方法では、溶接トーチから最も近い点と最も遠い点との温度差が縮小され、接合対象域全体の温度分布が安定する。その結果、接合対象領域全体が均等に膨張し、ケーシング内部に位置決めされている部品の位置ずれが小さく抑えられる。

また、複数の溶接トーチで溶接する場合、１つの溶接トーチの溶接開始点と他の溶接トーチの溶接終了点とが重なる溶接重なり点は、溶接トーチの数量と同じ数量だけ形成され、その数量が多くなると気密漏れとなる可能性が高くなる、及び外観が損なわれるという弊害があるが、この圧縮機の溶接方法では、溶接トーチが２本であり、溶接重なり点が２点と少ないので気密漏れの可能性が低く、溶接後の外観を損なわず、且つ接合対象領域の温度分布が安定する。

また、この圧縮機の溶接方法では、軸受を支持する端面全域が、２本の溶接トーチからの熱量でほぼ均等に変位するので、溶接による軸受の芯ずれ量が小さく抑えられる。

さらに、積算値の平均バラツキ幅を管理することにより、例えばケーシング内の軸受においては、設備および部品のバラツキから算出される軸受の最大芯ずれ量を加算しても、芯ずれ量が許容範囲内に納まる。

第２発明に係る圧縮機の溶接方法は、端部に開口が形成されている第１ケーシング部材とその開口を覆う第２ケーシング部材とが接合されたケーシングを備える圧縮機の溶接方法である。第１ケーシング部材と第２ケーシング部材とは、第１ケーシング部材と第２ケーシング部材とで形成される環状の接合対象領域を、ケーシングを挟んで対向するようにその接合対象領域に沿って１８０°間隔で配置される２本の溶接トーチで全周溶接することによって接合される。溶接トーチは、溶接用電源から電力供給されるアーク溶接用の溶接トーチである。溶接時に溶接トーチから接合対象領域へ入力される熱量は、溶接用電源から溶接トーチへ入力される電流と電圧との積算値で管理されている。その積算値の平均バラツキ幅は、その積算値の許容最大値と許容最小値との中間値の５０％以下である。

この圧縮機の溶接方法では、溶接トーチから最も近い点と最も遠い点との温度差が縮小され、接合対象域全体の温度分布が安定する。その結果、接合対象領域全体が均等に膨張し、ケーシング内部に位置決めされている部品の位置ずれが小さく抑えられる。

また、複数の溶接トーチで溶接する場合、１つの溶接トーチの溶接開始点と他の溶接トーチの溶接終了点とが重なる溶接重なり点は、溶接トーチの数量と同じ数量だけ形成され、その数量が多くなると気密漏れとなる可能性が高くなる、及び外観が損なわれるという弊害があるが、この圧縮機の溶接方法では、溶接トーチが２本であり、溶接重なり点が２点と少ないので気密漏れの可能性が低く、溶接後の外観を損なわず、且つ接合対象領域の温度分布が安定する。

また、この圧縮機の溶接方法では、積算値の平均バラツキ幅を管理することにより、例えばケーシング内の軸受においては、設備および部品のバラツキから算出される軸受の最大芯ずれ量を加算しても、芯ずれ量が許容範囲内に納まる。

第３発明に係る圧縮機は、第１発明または第２発明に係る圧縮機の溶接方法を用いて溶接されている。

この圧縮機では、ケーシング内に位置決めされている内部部品の溶接後の位置ずれが小さく抑えられるので、圧縮機の性能が向上する。

第１発明に係る圧縮機の溶接方法では、溶接トーチから最も近い点と最も遠い点との温度差が縮小され、接合対象域全体の温度分布が安定する。その結果、接合対象領域全体が均等に膨張し、ケーシング内部に位置決めされている部品の位置ずれが小さく抑えられる。また、溶接トーチが２本であり、溶接重なり点が２点と少ないので気密漏れの可能性が低く、溶接後の外観を損なわず、且つ接合対象領域の温度分布が安定する。さらに、軸受を支持する端面全域が、複数の溶接トーチからの熱量でほぼ均等に変位するので、溶接による軸受の芯ずれ量が小さく抑えられる。

さらに、積算値の平均バラツキ幅を管理することにより、例えばケーシング内の軸受においては、設備および部品のバラツキから算出される軸受の最大芯ずれ量を加算しても、芯ずれ量が許容範囲内に納まる。

第２発明に係る圧縮機の溶接方法では、接合対象領域全体が均等に膨張し、ケーシング内部に位置決めされている部品の位置ずれが小さく抑えられる。また、気密漏れの可能性が低く、溶接後の外観を損なわず、且つ接合対象領域の温度分布が安定する。さらに、ケーシング内の軸受においては、設備および部品のバラツキから算出される軸受の最大芯ずれ量を加算しても、芯ずれ量が許容範囲内に納まる。

第３発明に係る圧縮機では、ケーシング内に位置決めされている内部部品の溶接後の位置ずれが小さく抑えられるので、圧縮機の性能が向上する。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜圧縮機の構成＞
図１は圧縮機の縦断面図であり、図２は、図１のＡ部の拡大図である。図１において、圧縮機１は、ガス冷媒等の圧縮媒体を圧縮する圧縮機である。圧縮機１は、ケーシング２と、圧縮部３と、モータ４と、モータ４のロータ１８に連結されたシャフト５と、シャフト５の上端を支持する上部軸受ハウジング６と、シャフト５の下端を支持する下部軸受ハウジング７とを備えている。

ケーシング２は、筒状のケーシング胴部２１と、ケーシング胴部２１の上端を密閉するケーシング上部カバー２２と、ケーシング胴部２１の下端を密閉するケーシング下部カバー２３とからなる密閉された容器である。また、ケーシング２側面において、モータ４よりも下の位置には外部から圧縮媒体を吸入する吸入口２ａが形成され、さらに、圧縮部３よりも上の位置には圧縮後の圧縮媒体を外部へ吐出する吐出口２ｂが形成されている。ケーシング２内部の底部には、潤滑油を溜める油溜まり２３ａが形成されている。

圧縮部３は、ケーシング２内部に吸入された圧縮媒体を圧縮する機構であり、可動スクロール１１と、固定スクロール１２を含んでいる。可動スクロール１１は、上向きの螺旋状の突条部分１１ａを有している。固定スクロール１２は、下向きの螺旋状の突条部分１２ａを有している。固定スクロール１２の螺旋状の突条部分１２ａと可動スクロール１１の螺旋状の突条部分１１ａとが噛み合っている部分の隙間が、スクロール圧縮室となる。固定スクロール１２は、ケーシング２内壁および上部軸受ハウジング６に固定されている。

モータ４は、電磁コイルを含むステータ１７と、永久磁石および積層鋼板を含むロータ１８とから構成されている。ステータ１７は、ケーシング２のケーシング胴部２１にスポット溶接またはかしめ等により固定されている。また、ステータ１７は、上部軸受ハウジング６にも固定されている。

シャフト５の内部には、潤滑油導入通路５ａが形成されている。シャフト５の回転時には、潤滑油導入通路５ａ内部は負圧になるので、ケーシング下部カバー２３の油溜まり２３ａから潤滑油が吸い上げられ、圧縮部３の摺動部、具体的には、可動スクロール１１の軸部、シャフト５の摺動部に給油される。

上部軸受ハウジング６は、外径寸法がケーシング胴部２１の外径と同じ、又は僅かに小さい円柱状の固定部６１を有している。図２において、固定部６１は、上位置決め面６１ａと下位置決め面６１ｂとを有している。

上部軸受ハウジング６がケーシング胴部２１の開口２１ａへ組み込まれるとき、下位置決め面６１ｂが、ケーシング胴部２１の端面２１ｂに当接することによって位置決めされる。そして、ケーシング上部カバー２２が開口２１ａを覆うときに、ケーシング上部カバー２２の押さえ面２２ａで上位置決め面６１ａを押さえる。

＜ケーシングとケーシング上部カバーとの溶接＞
図３は、溶接トーチの位置を含む圧縮機の部分断面図である。図３において、上部軸受ハウジング６の下位置決め面６１ｂからケーシング上部カバー２２の端面２２ｂまでが、ケーシング胴部２１とケーシング上部カバー２２との接合対象領域３０である。

２つの溶接トーチ５１，５２は、ケーシング胴部２１の中心軸Ｂに対して中心角１８０°の間隔で配置されており、溶接トーチ５１，５２の先端は、接合対象領域３０の外側端部に向いた状態で設置されている。したがって、溶接時は、ケーシング胴部２１が１８０°回転するだけで、溶接が完了する。溶接トーチの数量は２つに限定されるものではなく、例えば、溶接トーチの数量が３つの場合は、ケーシング胴部２１の中心軸Ｂに対して中心角１２０°の間隔で配置され、溶接時は、ケーシング胴部２１が１２０°回転するだけで、溶接が完了する。

本実施形態では、上部軸受ハウジング６は、ケーシング胴部２１の端面２１ｂに載っているので、溶接時に、上部軸受ハウジング６及び端面２１ｂが、熱膨張によって端面２１ｂと垂直な方向へ変位する。ここで、溶接トーチが１つの場合、溶接トーチから最も近い点が最大変位し、最も遠い点が最小変位した状態で溶接されるので、上部軸受ハウジング６は傾いて芯ずれが生じる。しかし、溶接トーチの数量が２つの場合、溶接トーチから最も近い点と最も遠い点との温度差が小さく、溶接対象域全体の温度分布が安定するので、最大変位と最小変位との差が縮まり、上部軸受ハウジング６の芯ずれ量が小さく抑えられる。

但し、複数の溶接トーチを使用する場合、１つの溶接トーチによる溶接開始点に、もう１つの溶接トーチによる溶接終了点が重なるので、溶接開始点および終了点が目立つことになる。外観を損なわないために、溶接トーチ数量は、２本〜４本が好ましい。

＜溶接トーチの入力バラツキ幅と上部軸受ハウジングの芯ずれ量比＞
複数の溶接トーチを使用する場合、接合対象領域３０の温度分布を安定させるために、溶接トーチから接合対象領域３０に入力される熱量が一定範囲内に収まるように管理する必要がある。しかし、実際に熱量を測定するのは困難であるので、本実施形態では、溶接用電源から溶接トーチに入力される電流と電圧との積算値の平均バラツキ幅が、所定範囲に収まるように管理されている。

図４は、溶接トーチの入力バラツキ幅に対する軸受の芯ずれ量比を示すグラフである。本実施形態では、２つの溶接トーチ５１，５２を使用し、入力バラツキ幅に対する芯ずれ量比を予め測定して、図４のグラフを作成している。

図４において、入力バラツキ幅とは、溶接用電源から溶接トーチに入力される電流と電圧との積算値の平均バラツキ幅を、積算値の許容最大値と許容最小値との中間値を基準にして百分率値で表した値である。また、芯ずれ量比とは、入力バラツキ０％のときの芯ずれ量を基準として、芯ずれ量を百分率値で表した値である。

入力バラツキ幅が０％であっても、組立設備精度や部品精度などのバラツキによって軸受スパンに対する芯ずれは、常に１／１０００程度の芯ずれ量が発生しており、一般的に許容される最大芯ずれ量は３／１０００である。したがって、仮に溶接時の入力バラツキによって芯ずれが発生した場合でも、芯ずれ量は３／１０００以下でなければならない。したがって、入力バラツキ０％のときの芯ずれ量を基準としたとき、入力バラツキによる芯ずれ量比を３００％以下で管理する必要がある。

図４から明らかなように、溶接トーチの入力バラツキ幅が５０％以下ならば、軸受の芯すれ量比を３００％以下に維持することができる。

＜特徴＞
（１）
圧縮機１のケーシング２は、筒状のケーシング胴部２１と、ケーシング胴部２１の上端を密閉するケーシング上部カバー２２と、ケーシング胴部２１の下端を密閉するケーシング下部カバー２３とからなる密閉された容器である。２つの溶接トーチ５１，５２は、ケーシング胴部２１の中心軸Ｂに対して中心角１８０°の間隔で配置されており、溶接トーチ５１，５２の先端は、接合対象領域３０の外側端部に向いた状態で設置されている。したがって、溶接時は、ケーシング胴部２１が１８０°回転するだけで、溶接が完了する。上部軸受ハウジング６は、ケーシング胴部２１の端面２１ｂに載っているので、溶接時に、上部軸受ハウジング６及び端面２１ｂが、熱膨張によって端面２１ｂと垂直な方向へ変位する。溶接トーチの数量が２つの場合、溶接トーチから最も近い点と最も遠い点との温度差が小さく、溶接対象域全体の温度分布が安定するので、最大変位と最小変位との差が縮まり、上部軸受ハウジング６の芯ずれが抑制される。

（２）
この圧縮機の溶接方法では、溶接トーチの数量は２つに限定されるものではなく、例えば、溶接トーチの数量が３つの場合は、ケーシング胴部２１の中心軸Ｂに対して中心角１２０°の間隔で配置され、溶接時は、ケーシング胴部２１が１２０°回転するだけで、溶接が完了する。但し、複数の溶接トーチを使用する場合、１つの溶接トーチによる溶接開始点に、もう１つの溶接トーチによる溶接終了点が重なるので、溶接開始点および終了点が目立つことになる。外観を損なわないために、溶接トーチ数量は、２本〜４本が好ましい。

（３）
この圧縮機１の溶接方法では、溶接用電源から溶接トーチに入力される電流と電圧との積算値の平均バラツキ幅が、所定範囲に収まるように管理されている。そして、溶接トーチの入力バラツキ幅が５０％以下ならば、軸受の芯すれ量比を許容最大である３００％以下に維持することができる。

＜変形例＞
ケーシング胴部２１とケーシング上部カバー２２との接合対象領域３０を全周溶接する前に、複数個所に仮止めの溶接を施してから、全周溶接することも可能である。

以上のように、本発明によれば、圧縮機のケーシング内に位置決めされている内部部品の溶接後の位置ずれが小さく抑えられるので、回転体の軸および軸受との位置精度が厳しく管理されるスクロール圧縮機やロータリー圧縮機に有用である。

圧縮機の縦断面図。 図１のＡ部の拡大図。 溶接トーチの位置を含む圧縮機の部分断面図。 溶接トーチの入力バラツキ幅に対する軸受の芯ずれ量比を示すグラフ。 従来の溶接方法の概略図

１ 圧縮機
２ ケーシング
３ 圧縮部
５ 駆動軸
６ 軸受部
２１ ケーシング胴部（第１ケーシング部材）
２１ａ 開口
２１ｂ 端面
２２ ケーシング上部カバー（第２ケーシング部材）
３０ 接合対象領域
５１，５２ 溶接トーチ

Claims (3)

1. 端部に開口（２１ａ）が形成されている第１ケーシング部材（２１）と前記開口（２１ａ）を覆う第２ケーシング部材（２２）とが接合されたケーシング（２）を備える圧縮機の溶接方法であって、
   前記ケーシング（２）は、圧縮部（３）、前記圧縮部（３）に駆動部の動力を伝達する駆動軸（５）、及び前記駆動軸（５）を支持する軸受部（６）を収納し、
   前記軸受部（６）は、その一部が前記第１ケーシング部材（２１）の端面（２１ｂ）上に載せられることによって位置決めされており、
   前記第１ケーシング部材（２１）と前記第２ケーシング部材（２２）とは、前記第１ケーシング部材（２１）と前記第２ケーシング部材（２２）とで形成される環状の接合対象領域（３０）を、前記ケーシング（２）を挟んで対向するように前記接合対象領域（３０）に沿って１８０°間隔で配置される２本の溶接トーチ（５１，５２）で全周溶接することによって接合され、
   前記溶接トーチ（５１，５２）は、溶接用電源から電力供給されるアーク溶接用の溶接トーチであり、
   溶接時に前記溶接トーチ（５１，５２）から前記接合対象領域（３０）へ入力される熱量は、前記溶接用電源から前記溶接トーチ（５１，５２）へ入力される電流と電圧との積算値で管理されており、
   前記積算値の平均バラツキ幅は、前記積算値の許容最大値と許容最小値との中間値の５０％以下である、
   圧縮機の溶接方法。
2. 端部に開口（２１ａ）が形成されている第１ケーシング部材（２１）と前記開口（２１ａ）を覆う第２ケーシング部材（２２）とが接合されたケーシング（２）を備える圧縮機の溶接方法であって、
   前記第１ケーシング部材（２１）と前記第２ケーシング部材（２２）とは、前記第１ケーシング部材（２１）と前記第２ケーシング部材（２２）とで形成される環状の接合対象領域（３０）を、前記ケーシング（２）を挟んで対向するように前記接合対象領域（３０）に沿って１８０°間隔で配置される２本の溶接トーチ（５１，５２）で全周溶接することによって接合され、
   前記溶接トーチ（５１，５２）は、溶接用電源から電力供給されるアーク溶接用の溶接トーチであり、
   溶接時に前記溶接トーチ（５１，５２）から前記接合対象領域（３０）へ入力される熱量は、前記溶接用電源から前記溶接トーチ（５１，５２）へ入力される電流と電圧との積算値で管理されており、
   前記積算値の平均バラツキ幅は、前記積算値の許容最大値と許容最小値との中間値の５０％以下である、
   圧縮機の溶接方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧縮機の溶接方法を用いて溶接された、
   圧縮機。

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