JP5935579B2 - 容積形圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は冷凍・空調用の冷媒圧縮機や、空気圧縮機などの用途に使用される容積形圧縮機に関し、特に冷凍・空調用の密閉形冷媒圧縮機に好適なものである。

この種の容積形圧縮機としては、密閉形のスクロール圧縮機等があり、例えば、特開２００９−２２２０５２号公報（特許文献１）や特開２００６−２２６２４２号公報（特許文献２）等に記載されているものなどがある。

上記特許文献１のものは、冷媒の吐出圧が作用する円筒状の密閉容器内に収容され、該密閉容器に被固定部材を回り止め固定するための係止構造を備えた密閉型流体機械（容積形圧縮機）が記載されている。また、前記係止構造は、前記密閉容器の前記被固定部材の存する位置に設けた貫通孔に、鋼球や円柱部材などの介在部材を挿入し、該介在部材の上からの肉盛り溶接によって前記貫通孔を塞ぐと共に、前記介在部材が前記フレームを押圧、係止することが記載されている。

この特許文献１に記載のものによれば、前記係止構造は、前記介在部材の上からの肉盛り溶接により前記貫通孔を塞ぐようにし、これにより、溶接材のみで前記被固定部材を前記密閉容器に固定する場合に比べ、前記フレームに伝達される溶接熱を低減でき、前記フレームが溶接熱によって変形するのを防止して、前記密閉型流体機械の効率低下を防止することが記載されている。

また、上記特許文献２には、吐出圧が作用する円筒形の密閉容器内に、圧縮機構部と電動機部を収納し、該圧縮機部と電動機部のどちらか一方、或いは双方共、前記密閉容器に鋲溶接（タック溶接）して固定する密閉形回転式圧縮機（容積形圧縮機）が記載されている。そして、前記密閉容器円筒部の外周面の前記鋲溶接の部分には、予め座繰状の凹部を形成しておき、この凹部が形成された前記密閉容器内面には、前記圧縮機構部が配置されるようにして前記鋲溶接をすることが記載されている。

この特許文献２のものによれば、密閉容器円筒部の鋲溶接対象部位を無加工で鋲溶接する場合に比べて溶接時間を短縮でき、被溶接部品の熱変形を防止できる。また、鋲溶接対象部位に貫通穴を設けて鋲溶接する場合に比べ、穴開け時間を短縮でき、またバリ取り作業も発生しないから、加工コストを低減でき、溶接部の漏洩に対する信頼性も向上できることが記載されている。

特開２００９−２２２０５２号公報 特開２００６−２２６２４２号公報

上述したような容積形圧縮機は、密閉容器内部に、圧縮動作を行う圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部と、この電動機部の回転を前記圧縮機構部に伝達するクランク軸などを備えている。また、前記圧縮機構部は、前記クランク軸を軸受を介して支持するフレームを有しており、前記電動機部の回転動作を、前記クランク軸を介して前記圧縮機構部に伝達することより、圧縮動作を実現している。

前記フレームは前記密閉容器に、プラグ溶接や鋲溶接（タック溶接）などにより接合されて固定されることが多い。前記フレームの材質としては一般に鋳鉄が使用されているため、多くの炭素が含有されており、このため前記溶接時に、フレームの炭素が溶接部に移動して溶接部（溶接金属）を硬化させ、クラック（割れ）が発生し易くなる。また、鋳鉄に含まれている多量の炭素が、溶接中に酸素と反応してＣＯガスなどが発生し易く、前記フレームと溶接金属との間に空隙も発生し易くなる。

このため、フレームと溶接金属との間に生成された隙間や、溶接金属内部に生成された隙間からクラックが発生し易くなり、前記フレームを前記密閉容器に固定する強度が低下することが懸念される。

上記特許文献１のものでは、密閉容器に形成された貫通孔に介在部材を設けることで、溶接熱による被固定部材（フレーム）の熱変形を防止するようにしているが、溶接部にクラックが発生して、フレームの固定強度を低下させることに対する配慮は為されていない。

また上記特許文献２のものでは、密閉容器に予め座繰状の凹部を形成して、鋲溶接をするようにし、これにより、溶接時間を短縮して被溶接部品の熱変形を防止し、また穴開け時間を短縮するようにしているが、この特許文献２のものにも、溶接部にクラックが発生して、フレームの固定強度を低下させることに対する配慮は為されていない。

本発明の目的は、フレームの炭素が溶接部に移動して、溶接部（溶接金属）を硬化させたり、ガスが発生するのを抑制して、フレームと密閉容器との固定強度が低下するのを抑制できる容積形圧縮機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動するための電動機部と、該電動機部の回転を前記圧縮機構部に伝達するためのクランク軸と、前記圧縮機構部、電動機部及びクランク軸を収容する密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は前記クランク軸を支持するための軸受を設けたフレームを有し、このフレームを前記密閉容器に数箇所の溶接部により固定するようにした容積形圧縮機であって、前記フレームと前記密閉容器との溶接部は、密閉容器に予め形成された貫通孔に炭素含有量の少ない鉄系材料の介在物を挿入して溶接された構成であることを特徴とする

本発明によれば、フレームと密閉容器との溶接部は、密閉容器に予め形成された貫通孔に炭素含有量の少ない介在物を挿入して溶接するように構成しているので、フレームの炭素が溶接部に移動しにくくなり、これにより溶接部（溶接金属）を硬化させたり、ガスが発生するのを抑制することができ、フレームと密閉容器との固定強度が低下するのを抑制できる容積形圧縮機を得ることができる。

本発明の容積形圧縮機の実施例１を示す縦断面図。 図１のＡ部を拡大して示す要部拡大図で、密閉容器に形成された貫通孔に介在物を挿入する状態を示す図。 図２に示す介在物の拡大断面図。 図１のＡ部を拡大して示す要部拡大図で、密閉容器に形成された貫通孔に介在物を挿入して溶接した後の状態を示す図。 本発明の容積形圧縮機の実施例２を示す図で、図２に相当する図。 図５に示す介在物の拡大断面図。 密閉容器に形成された貫通孔に介在物を挿入して溶接した後の状態を示す図で、図４に相当する図。 従来の容積形圧縮機の溶接前の状態を示す要部拡大図で、図２に相当する図。 従来の容積形圧縮機の溶接後の状態を示す要部拡大図で、図４に相当する図。

以下、本発明の容積形圧縮機の具体的実施例を図面に基づいて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

本発明の容積形圧縮機の実施例１を、図１〜図４を用いて説明する。
図１は本実施例の容積形圧縮機の全体構造を示す縦断面図で、本実施例では密閉形のスクロール圧縮機に本発明を適用した例を説明する。

密閉形スクロール圧縮機（容積形圧縮機）１は、密閉容器２１内に、圧縮機構部２、この圧縮機構部２を駆動するための電動機部３、この電動機部３の回転を前記圧縮機構部２に伝達するためのクランク軸１１等を収容している。

前記圧縮機構部２は、前記クランク軸１１の主軸部１１ａを支持するための主軸受（軸受）１４を設けたフレーム１２を備えており、このフレーム１２は、Ａ部に示すように、その外周面を、周方向に数箇所、前記密閉容器２１に溶接（本実施例ではプラグ溶接）した溶接部により固定されている。また、前記圧縮機構部２には、非旋回スクロール１９と、この非旋回スクロール１９と噛み合って旋回運動をする旋回スクロール２０を有している。前記非旋回スクロール１９は前記フレーム１２に固定されており、またその外周側には吸込管６が接続され、中央部には吐出ポート４が設けられている。

前記旋回スクロール２０の背面にはボス部２０ａが形成されており、このボス部２０ａに前記クランク軸１１の偏心ピン部１１ｂが係合されて、前記旋回スクロール２０は旋回運動される。また、前記旋回スクロール２０の背面と前記フレーム１２との間には、前記旋回スクロール２０の自転を防止するオルダムリング２９が設けられている。

前記非旋回スクロール１９と前記旋回スクロール２０が噛み合って旋回運動することにより、前記吸込管６から前記非旋回スクロール１９外周側の吸込室１９ａに吸い込まれた冷媒などのガスは、前記両スクロール１９，２０で形成される圧縮室により圧縮されながら中心側に移動し、前記吐出ポート４から密閉容器２１内上部に形成された吐出空間５ａに吐出される。その後、この圧縮ガスは、前記密閉容器２１の内周面と前記圧縮機構部２の外周面で形成された通路（図示せず）を通って、前記電動機部３側の吐出空間５ｂに流れ、圧縮ガスに混入されている油を分離して、吐出管７から冷凍サイクルなどに吐出される。

前記分離された油は密閉容器２１下部の油溜り１８に溜まる。また、前記油溜り１８の油は、前記クランク軸１１下端に取り付けた給油ポンプ３０により、前記主軸受１４や前記偏心ピン部１１ｂなどの各摺動部に給油される。１０は前記主軸受１４や前記偏心ピン部１１ｂなどに供給されて潤滑した後の油を前記油溜り１８に導くための排油管である。

前記クランク軸１１下部の副軸部１１ｃは副軸受１５で支持されている。この副軸受１５は副軸受ハウジング１６に設けられ、この副軸受ハウジング１６は、前記密閉容器２１にプラグ溶接などで溶接固定された副フレーム１３に取り付けられている。前記副軸受１５にも前記油溜り１８の油が前記給油ポンプ３０を介して供給されるように構成されている。

前記電動機部３は、固定子８と回転子９から構成され、前記固定子８は前記密閉容器２１内周面に固定され、前記回転子９は前記クランク軸１１に固定されている。また、前記電動機部３は、電気端子１７を経由したインバータ（図示せず）からの電気入力により駆動され、その回転子９の回転は、前記クランク軸１１を介して前記圧縮機構部２の旋回スクロール２０を旋回運動させる。

本実施例においては、図１のＡ部に示すように、前記フレーム１２の外周面を、周方向に数箇所、前記密閉容器２１にプラグ溶接で溶接固定しているが、このプラグ溶接部の本実施例の構成を説明する前に、比較のために、従来のプラグ溶接部の構成を図８、図９により説明する。図８は従来の容積形圧縮機におけるプラグ溶接部の溶接前の状態を示す要部拡大図、図９は同じく溶接後の状態を示す要部拡大図である。

図８に示すように、プラグ溶接部は、その溶接前に、フレーム１２をプラグ溶接する箇所に対応する位置の前記密閉容器２１に、予めプラグ溶接のための貫通穴２２を設けておく。そして、この貫通孔２２の位置をアーク溶接などにより溶接してフレーム１２を密閉容器２１に固定すると共に前記貫通孔２２を溶接金属で塞ぐ。
フレーム１２と密閉容器２１をプラグ溶接した後の状態を図９に示す。プラグ溶接を行うことにより、フレーム１２と密閉容器２１とは溶接金属２３で接合されて固定される。
ところで、フレーム１２の材質には鋳鉄（例えば、ＦＣ２５０のねずみ鋳鉄）を使用しているが、鋳鉄には多くの炭素（２〜７％程度）が含有されている。このため、溶接時に鋳鉄の炭素が溶接金属に移動して溶け込み、溶接金属の硬度を高め、延性・靱性を阻害して割れが発生し易くなる。また、鋳鉄は多量の炭素を含んでいるため、それが溶接中に酸素により酸化されてＣＯガスとなり、溶接金属と母材（フレーム）との間や、溶接金属中に空隙を生じる原因となる。更に、鋳鉄は、溶融状態から空気に触れて急冷されると白銑化し易くなり、白銑化すると熱膨張係数がねずみ鋳鉄に比べて著しく異なるため、溶接部と母材（フレーム）との収縮に差ができ、また白銑は硬くもろいために割れが発生し易くなる。

このため、従来の容積形圧縮機におけるプラグ溶接部は、図９に示すように、溶接金属２３とフレーム１２との間などに空隙（隙間）２８が生じ、更に溶接金属２３が、炭素の溶け込みによる硬化や、前述した白銑化により、前記空隙２８の部分を起点として割れ（クラック）２９が発生し、これらの空隙２８や割れ２９の部分から、密閉容器２１内部の圧縮ガスが漏れる虞があることがわかった。
また、前記溶接部に空隙や割れが発生するとフレーム１２を密閉容器２１に固定する強度が低下するため、容積形圧縮機の信頼性を低下させる。

そこで、本実施例の容積形圧縮機では、前記プラグ溶接部を図２〜図４に示すように構成している。
図２は、図１のＡ部を拡大して示す要部拡大図で、密閉容器２１に形成された貫通孔２２に介在物２４を挿入する状態を示す図である。即ち、本実施例においても、従来と同様に、前記フレーム１２を前記密閉容器２１にプラグ溶接を行なうため、前記密閉容器２１の溶接対象箇所に前記貫通孔２２を形成するところまでは同じである。この状態から従来は、前記貫通孔２２を塞ぐように、直接プラグ溶接していたが、本実施例では、プラグ溶接を実施する前に、前記貫通孔２２に炭素含有量の少ない鉄系材料の介在物２４を挿入した後、アーク溶接などにより、前記貫通孔２２を塞ぐようにプラグ溶接を実施する。

前記介在物２４の形状は、図３の拡大断面図に示すように、円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの一端側を塞ぐ底部材２４ｂとで構成された形状となっている。また、この介在物２４の材質としては、炭素含有量が０．３％以下の焼入れ硬化の小さい、或いは無視できる鉄系材料を使用している。好ましくは、炭素含有量が０．２５〜０．１％の軟鋼を使用すると良い。例えば、機械構造用炭素鋼鋼材のＳ２５ＣやＳ１５Ｃ、一般構造用圧延鋼材のＳＳ４００などの軟鋼を用いると良い。

なお、図３に示した例では、前記介在物２４として、一端側が塞がれた円筒部材を使用しているが、必ずしもこの形状に限定されるものではなく、例えば円板形状（図３の底部材２４ｂに相当する部材のみで構成されたのもの）などの介在物を使用しても、ほぼ同様の効果を得ることができる。但し、好ましくは図３に示したような、円筒部２４ａと底部材２４ｂで構成された介在物を使用すれば、貫通孔２２に挿入後、前記介在物２４を安定した姿勢に保つことができるので、溶接作業を容易に行える効果が得られる。

図４は、図２と同様に図１のＡ部を拡大して示す要部拡大図で、密閉容器２１に形成された貫通孔２２に介在物２４を挿入してプラグ溶接した後の状態を示す図である。前記介在物２４を設けてプラグ溶接することにより、溶接時に、前記介在物も溶融し、更に前記介在物に接している部分の前記フレーム１２や密閉容器２１も溶融することで、フレーム１２は密閉容器２１に固定され、更に前記貫通孔２２は溶接金属で塞がれる。また、前記介在物２４を設けて溶接を行なうため、鋳鉄製のフレーム１２に多量に含有されている炭素が溶接金属２３に移動して溶け込むのを、前記介在物２４により抑制することができる。これにより、前記溶接金属２３の硬度を高め、延性・靱性を阻害して割れが発生し易くなるのを防止できる。

また、鋳鉄製のフレーム１２に多量に含有されている炭素が、溶接中に空気中の酸素に触れるのも抑制できるから、ＣＯガスの発生を抑制でき、フレーム１２と溶接金属２３との間や、溶接金属中に空隙を生じるのも抑制できる。
更に、鋳鉄製のフレーム１２も溶接時には溶融するが、前記介在物２４により空気との接触が抑制されるから、溶融状態から空気に触れ急冷されて白銑化するのも抑制できる。従って、溶接部２３とフレーム１２との収縮時の熱膨張差を軽減でき、この点からも割れや空隙の発生を抑制できる。

従って、本実施例によれば、フレーム１２と溶接金属２３との間や前記溶接金属中に隙間が発生するのを抑えることができ、更に溶接金属２３の硬化も抑制して延性・靱性を改善できるから、前記空隙の部分を起点として割れ（クラック）が発生したり、これらの空隙や割れの部分から、密閉容器２１内部の圧縮ガスが漏れるのも防止することができる。

また、溶接部に前記割れ（クラック）などを生じさせないことでフレーム１２の固定強度を増加させることができる。その結果、前記主軸受１４によるクランク軸１１の支持剛性や、前記非旋回スクロール１９の支持剛性を確保できるから、信頼性の高い容積形圧縮機を得ることができる。

本発明の容積形圧縮機の実施例２を、図５〜図７を用いて説明する。図５は図２に相当する図、図６は図５に示す介在物の拡大断面図、図７は密閉容器に形成された貫通孔に介在物を挿入して溶接した後の状態を示す図で、図４に相当する図である。これらの図により本実施例２が上記実施例１と異なる点を説明する。なお、上記図１〜図４と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であるので、それらの説明については省略する。

本実施例２が上記実施例１と異なる点は、図５に示すように、プラグ溶接されるフレーム１２の部分（溶接箇所）に、予め凹部２５を設けておき、密閉容器２１に形成されている貫通孔２２と前記凹部２５に跨るように、円筒部と、前記凹部２５に嵌め込むための凸形状の底部材を有する介在物（以下、凸形状介在物と称す）２６を挿入する。その後、プラグ溶接を実施するようにしている。図５はプラグ溶接前の状態を示しており、２７は前記凸形状介在物２６を、前記貫通孔２２と前記凹部２５に圧入するための圧入部材である。

図６は図５に示す前記凸形状介在物２６を拡大して示す図で、フレーム１２を密閉容器２１にプラグ溶接する前の形状を示し、またこの凸形状介在物２６の材質も実施例１と同様に、炭素含有量の少ない鉄系材料で構成されている。上記実施例１に示した介在物２４（図３参照）は、円筒部２４ａの一端側を塞ぐ底部材２４ｂが円板形状に構成されているが、この実施例２における介在物２６は、円筒部２６ａと、この円筒部２６ａの一端側を塞ぐ底部材２６ｂとで構成され、且つ前記底部材２６ｂが凸形状に構成されている。このような凸形状部を有する介在物２６を、図５に示す圧入部材２７を使用して、前記貫通孔２２及び前記凹部２５に押し込むことにより、図７の２６に示すように、介在物は前記貫通孔２２と前記凹部２５の形状に沿った形状に変形しながら圧入される。

なお、図７は、前記凸形状介在物２６を、前記貫通孔２２と前記凹部２５に圧入後、プラグ溶接した状態を示している。２３は溶接金属で、プラグ溶接時には前記介在物２６も溶融し、この介在物２６に接している部分の前記フレーム１２や前記密閉容器２１も溶融して、前記フレーム１２は前記密閉容器２１に固定される。また、前記溶接金属２３により、前記貫通孔２２も塞がれる。

本実施例２によれば、上記実施例１と同様の効果が得られ、前記介在物２６を圧入して溶接しているため、鋳鉄製のフレーム１２に含有されている炭素が溶接金属２３に移動して溶接金属を硬化させたり、前記炭素が、溶接中に空気中の酸素に触れてＣＯガスが発生するのを抑制でき、更に溶接部の白銑化も抑制できる。従って、フレーム１２と溶接金属２３との間や、溶接金属中に空隙を生じたり、溶接金属２３に割れが発生するのを抑制することができる。

更に、本実施例によれば、溶接前に、前記凸形状介在物２６を前記凹部２５に圧入して、仮固定した状態で溶接するため、溶接前に行うフレーム１２と密閉容器２１の位置決め作業を容易且つ確実に行なうことができ、前記フレーム１２と密閉容器２１の位置決め精度を向上させることができる。その結果、容積形圧縮機１の信頼性を更に向上することができる。

以上述べたように、本発明の各実施例によれば、フレーム１２と密閉容器２１との溶接部を、前記密閉容器２１に予め形成された貫通孔２２に炭素含有量の少ない鉄系材料で構成された介在物２４を挿入した後、溶接するように構成しているので、フレーム１２の炭素が溶接金属２３に移動し難くなり、これにより溶接金属２３を硬化させたり、ガスが発生して、フレーム１２と溶接金属２３との間や、溶接金属中に空隙を生じるのを抑制できる。
従って、前記隙間から溶接金属２３に割れ（クラック）が発生するのを抑制して、フレーム１２と密閉容器２１との固定強度が低下するのを抑制できるから、信頼性の高い容積形圧縮機を得ることができる効果がある。

１：容積形圧縮機、２：圧縮機構部、３：電動機部、４：吐出ポート、
５ａ，５ｂ：吐出空間、
６：吸込管、７：吐出管、
８：固定子、９：回転子、
１０：排油管、
１１：クランク軸、１１ａ：主軸部、１１ｂ：偏心ピン部、１１ｃ：副軸部、
１２：フレーム、１３：副フレーム、
１４：主軸受、１５：副軸受、１６：副軸受ハウジング、
１７：電気端子、１８：油溜り、
１９：非旋回スクロール、２０：旋回スクロール、
２１：密閉容器、
２２：貫通穴、２３：溶接金属、
２４，２６：介在物、２４ａ，２６ａ：円筒部、２４ｂ，２６ｂ：底部材、
２５：凹部、２７：圧入部材、
２８：空隙、２９：割れ（クラック）、
３０：給油ポンプ。

Claims (5)

1. 圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動するための電動機部と、該電動機部の回転を前記圧縮機構部に伝達するためのクランク軸と、前記圧縮機構部、電動機部及びクランク軸を収容する密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は前記クランク軸を支持するための軸受を設けたフレームを有し、このフレームを前記密閉容器に数箇所の溶接部により固定するようにした容積形圧縮機の製造方法であって、
   前記フレームと前記密閉容器との溶接部は、密閉容器に予め形成された貫通孔に炭素含有量の少ない鉄系材料の介在物を挿入して溶接された構成であり、
   前記フレームの溶接される部分に予め凹部を設けておき、また前記介在物は、円筒部と、この円筒部の一端側を塞ぐ底部材とで構成されると共に、前記底部材は前記凹部に嵌め込むために凸形状に形成されており、
   前記介在物を前記貫通孔と前記凹部に跨るように圧入して挿入した後、溶接した構成である
   ことを特徴とする容積形圧縮機の製造方法。
2. 請求項１に記載の容積形圧縮機の製造方法であって、前記介在物は、炭素含有量が０．３％以下の焼入れ硬化の小さい、或いは無視できる鉄系材料で構成されていることを特徴とする容積形圧縮機の製造方法。
3. 請求項２に記載の容積形圧縮機の製造方法であって、前記介在物は、炭素含有用が０．２５〜０．１％の軟鋼で構成されていることを特徴とする容積形圧縮機の製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の容積形圧縮機の製造方法であって、前記フレームは前記密閉容器にプラグ溶接により固定されていることを特徴とする容積形圧縮機の製造方法。
5. 請求項４に記載の容積形圧縮機は、前記圧縮機構部に、非旋回スクロールと、この非旋回スクロールと噛み合って旋回運動する旋回スクロールを有する密閉形のスクロール圧縮機であることを特徴とする容積形圧縮機の製造方法。

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