JP5012153B2 - 密閉型圧縮機及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば冷凍空調システムやヒ−トポンプ給湯機などの冷媒ガスを圧縮する回転式密閉形圧縮機で、密閉容器の耐圧強度を満足する板厚維持しつつ、ロール加工成型を可能とし、量産性を向上させることを可能とする。

一般に密閉容器の耐圧に対する安全性を確保するため、ＪＩＳ Ｂ８６２０「小形冷凍装置の安全基準」に規定されているように、その密閉容器が曝される圧力に対し何倍かの耐圧性が要求される。

従来技術としては、たとえば特許文献１に密閉容器の電力タ−ミナル取付け部分を高耐圧化する構造が、特許文献２に密閉容器円筒部の圧力変形防止技術が開示されている。
特開２００３−１６１２６１号公報 特開平１１−２８０６５１号公報

しかしながら、従来の技術では密閉容器の耐圧を向上させる手段として密閉容器を形成する板材の厚みを必要にして十分なものにすることであり、例えば自然冷媒Ｒ７４４の場合では数１０トンの耐圧力が必要となるため、板厚は５ｍｍ以上となる。その際課題となるのが圧縮機の外郭を形成するハウジングであり、耐圧を満足するために火力発電所などで用いているボイラ管を用いる他なく、その製造は非常に特殊で一部のメーカしか行うことができないため、従来の圧縮機のようにハウジングを独自に製造し圧縮機に最適な形状に成型することができない。

図４は従来の圧縮機ハウジング製造工程である。図４において、コイル状に巻かれた鋼板９ａをルーバ９ｂで平板に引き伸ばし、そのままの状態で圧延方向に垂直方向へロール加工成型９ｃを行い、円筒状に加工し突合せ部を溶接９ｄする。

しかしながら板厚が５ｍｍ以上の場合で内径がφ１３０ｍｍ以下のような急激な曲率を持つハウジング１を形成しようとすると、材料のスプリングバックや歪エネルギーによりロール加工成型９ｃ時にうまく円筒形状に成型することができない。また成型できた場合でも材料が硬化してしまうため、内径を再加工により拡菅することは不可能であり、固定子７や軸受３を内挿し固定するために必要な内径精度に仕上げることは不可能であった。

このように、従来の圧縮機で用いているようなコイル状鋼板を素材とし、ロール加工成型と溶接で成型を試みると、ロール加工成型はコイル状鋼板を一度平板に圧延し、素材ロール方向に垂直に加工ロール成型し円筒状に加工するため、耐圧を満足する５ｍｍ以上の板厚においてはスプリングバックや歪エネルギー等によりロール加工成型することが難しいだけでなく、内径の真円度等が要求される精度を満足できない。また、コイル状鋼板の初期の素材ロール方向と同一方向でロール加工成型・溶接を行った場合でもそれらのエネルギーにより溶接ハジキが発生し、溶接が均等にできないといった問題が発生していた。

本発明はこのような問題点を解消するもので、コイル状鋼板を素材とし、一度平板にして切断後、素材ロール方向と同一方向にロール加工成型し、しかる後溶接を行うことで板厚が５ｍｍ以上であっても加工を可能するものである。

ハウジングの円筒をロール加工する際に、そのロール材の巻方向と同一方向にロールすることにより加工性を向上させるが、材料のもつ歪エネルギーを溶接および材料のたわみ性で許容できるよう溶接用鋼板を用い、且つ従来よりも高い引張り強度の材料を用いることで耐圧性も確保することができる。

本発明により密閉容器の耐圧強度を満足する板厚を維持しつつ、ロール加工成型を可能とし、量産性の向上したハウジングを用いた圧縮機の提供を可能とする。

請求項１記載の発明は、板厚５ｍｍ以上のロール状鋼板を素材とし、一度平板に圧延した後切断し、素材ロール方向と同一方向にロール加工成型を行い、溶接によりハウジングを成型させるが、スプリングバックや歪エネルギーを許容するために溶接性・たわみ性の高い溶接用鋼板を用いることにより生産性・耐圧性・精度を満足することができる。

ここで、溶接用鋼板を用いることができたのは板厚が５ｍｍ以上であるためであり、４ｍｍ以下の圧縮機のハウジングであれば、溶接時に内径側にスケールが発生してしまい適用できない。

請求項２記載の発明はハウジング内径がφ１３０ｍｍ以下であり、通常ヒートポンプなどで用いられている圧縮機の電動機の固定子外径と同一寸法となるため、従来の部品をそのまま適用することができ、圧縮機の量産性・耐圧性を向上させることができる。

請求項３記載の発明は従来の冷媒よりも高い作動圧にも対応することができ、圧縮機の量産性・耐圧性を向上させることができる。

請求項４記載の発明は自然冷媒Ｒ７４４等で必要とされる従来よりも高い耐圧性に必要な引張り強度である４９０ｔ／ｃｍ^２以上の溶接用鋼板を用いることで、特殊な高張力鋼板などを用いることなく耐圧性を確保でき、圧縮機の量産性・耐圧性を向上させることができる。

請求項５記載の発明は、ハウジングの製造工程が、板厚が５ｍｍ以上のロール状に巻かれた溶接用鋼板を平板に成型加工する第１の工程と、前記平板を所定の寸法に切断する第２の工程と、前記切断された平板を平板に加工される前の素材ロール方向と同じ方向に曲げ加工して円筒形状にする第３の工程と、円筒形状にすることによって形成された突合せ面を溶接により接合する第４の工程とを有するものであり、耐圧性を確保する為板厚の大きな密閉容器を必要とする場合でも量産性を犠牲にすることなく製造することが可能となる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施例を示すスクロール圧縮機の断面図、図２は本発明の密閉容器ハウジングの第１及び第２の製造工程を示す図、図３は本発明の密閉容器ハウジングの第３及び第４の製造工程を示す図である。

図１において、電動機の回転子６は回転軸５に固定されており、回転することにより旋回スクロール部品８を回転させ、固定スクロール部品２との間で圧縮室を形成し、冷媒を
圧縮する。電動機の固定子７および圧縮室を形成するメカ部を支持する軸受３はハウジング１に溶接などで固定されており、ハウジング１の内部は圧縮室より吐出された高圧冷媒ガスが流れる。

このとき、図４に示すような従来技術による密閉型圧縮機のハウジングでは、前述したように板厚が５ｍｍ以上の場合で内径がφ１３０ｍｍ以下のような急激な曲率を持つハウジングを形成しようとすると、材料のスプリングバックや歪エネルギーによりロール加工成型９ｃ時にうまく円筒形状に成型することができない。また成型できた場合でも材料が硬化してしまうため、内径を再加工により拡管することは不可能であり、固定子７や軸受３を内挿し固定するために必要な内径精度に仕上げることは不可能であるなどの課題を有していた。

そこで本発明は、図２にあるようにルーバ９ｂ後に切断１０ａを行い、平板１０ｂを作成し、図３のように一旦コイル９ａを圧延した方向と同一の素材ロール方向に巻加工１１ａを行い、突合せ溶接１１ｂを行うようにしたものである。本発明では材料時にコイル状であったため、板厚が５ｍｍ以上の状態であっても円筒状に加工できる。しかしながらスプリングバックや歪エネルギーは存在するため、溶接時に溶接ハジキが生じてしまうが、例えば溶接用鋼板ＳＭ４９０材などを用いることで、歪等の影響を材料の持つたわみ性や、溶接性により許容することができる。また、内径に関しても圧縮機として機能を満足する精度に仕上げることができる。ここで溶接用鋼板を用いることができたのは板厚が５ｍｍ以上と厚いからこそであり、４ｍｍｍ以下の板厚であれば逆に溶接時にスケール等が内径側に発生してしまい、品質上採用することはできない。

（実施の形態２）
現在のヒートポンプなどで用いられているユニットはエアコンとほぼ同一の容積を持つため、圧縮機のサイズを大きくできない。そのため、電動機・ハウジング共にφ１３０ｍｍ以下で設計する必要があり、板厚５ｍｍ以上の場合、圧延方向と垂直にロール加工成型することは材料のしわ・ワレなどが発生するために不可能であったが、素材ロール方向と同一にすることにより可能となった。

（実施の形態３）
Ｒ７４４等の自然冷媒では許容圧力が数１０トンであり、且つ繰返し耐圧性も求められるが、材料として４９０ｔ／ｃｍ^２以上を用いることで溶接用鋼板でも構成することが可能となる。

以上のように、本発明により、板厚５ｍｍ以上のハウジングを加工により形成することが可能となり、密閉容器の耐圧強度を確保しつつ、精度を確保し、生産性を向上させることを可能とする。

本発明の実施例を示すスクロール圧縮機の断面図 本発明の密閉容器ハウジング第１及び第２の工程を示す図 本発明の密閉容器ハウジング第３及び第４の工程を示す図 従来の密閉容器ハウジングの製造工程を示す図

符号の説明

１ ハウジング
２ 固定スクロール部品
３ 軸受
４ 吸入管
５ 回転軸
６ 回転子
７ 固定子
８ 旋回スクロール部品
９ａ 鋼板
９ｂ ルーバ
９ｃ ロール加工成型
９ｄ 溶接
１０ａ 切断
１０ｂ 平板
１１ａ ロール加工成型
１１ｂ 溶接

Claims (4)

1. 密閉容器ハウジングの製造工程が、
   板厚が５ｍｍ以上のロール状に巻かれた溶接用鋼板素材を平板に成型加工する第１の工程と、
   前記平板を所定の寸法に切断する第２の工程と、
   前記切断された平板を加工される前の素材ロール方向と同じ方向に曲げ加工して円筒形状にする第３の工程と、
   円筒形状にすることによって形成された突合せ面を溶接により接合する第４の工程とを有する密閉型圧縮機の製造方法。
2. 前記ハウジングの内径がφ１３０ｍｍ以下である請求項１記載の密閉型圧縮機の製造方法。
3. 圧縮機が搭載されている冷凍空調システムやヒートポンプ給湯器の作動冷媒がＲ７４４（炭酸ガス）やアンモニアなどの自然冷媒である請求項１又は２記載の密閉型圧縮機の製造方法。
4. クランクシャフトで連結される圧縮機構部と電動機部とを密閉容器に収納する密閉型圧縮機であって、
   前記密閉容器のハウジングが、板厚が５ｍｍ以上のロール状に巻かれた溶接用鋼板素材を平板に成型加工する第１の工程と、前記平板を所定の寸法に切断する第２の工程と、前記切断された平板を加工される前の素材ロール方向と同じ方向に曲げ加工して円筒形状にする第３の工程と、円筒形状にすることによって形成された突合せ面を溶接により接合する第４の工程とを有する製造方法によって形成されている密閉型圧縮機。

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