KR100531394B1 - 냉동용 압축기의 커넥팅 로드 제조 방법 - Google Patents

Abstract

냉동용 압축기에 있어서, 커넥팅 로드 표면의 내마모성을 향상시키는 동시에, 각 부재 사이의 용접부에서의 크랙에 의한 피로 파괴를 방지하여, 신뢰성을 향상시킨다.

피스톤(8)의 구 시트부(8a)에 요동 가능하게 부착된 구체 부재(10)와 크랭크축(6)을 회전 가능하게 끼워 맞춘 링 부재(12)에 로드 부재(11)를 스폿 용접으로 접합하여 일체로 한 커넥팅 로드(9)를 이용하여, 전동기부(2)의 회전 운동을 왕복 선운동으로 변환시켜 피스톤(8)으로 전달하는 냉동용 압축기에 있어서, 구체 부재(10), 로드 부재(11) 및 링 부재(12)로서 함유 탄소량 0.15 % 이하의 저함유 탄소량의 연강을 이용하는 동시에, 질화 처리에 의한 표면 경화 처리층(15)을 커넥팅 로드(9)에 형성했다.

Description

냉동용 압축기의 커넥팅 로드 제조 방법 {Manufacturing Method of Connecting Rod of Refrigerating Compressor}

본 발명은 냉동용 압축기 및 그 커넥팅 로드 제조 방법에 관한 것으로, 특히 구체 부재 및 링 부재에 로드 부재를 스폿 용접으로 접합하여 일체로 한 커넥팅 로드를 갖는 냉동용 압축기 및 그 커넥팅 로드 제조 방법에 적합한 것이다.

종래의 냉동 사이클에 이용되는 밀폐형 압축기로서는 일본 특허 공개 소59-40063호 공보(제1 종래 기술)에 개시되어 있는 것이 있다. 즉, 이 밀폐형 압축기는 회전자, 고정자 및 샤프트를 갖는 전동기부와, 실린더, 피스톤, 크랭크축 및 커넥팅 로드를 갖는 압축기부를 밀폐 용기 내에 수납하여 구성되어 있다. 그리고, 커넥팅 로드는 피스톤의 구 시트부에 요동 가능하게 부착된 구체 부재와, 크랭크축을 회전 가능하게 끼워 맞춤한 링 부재와 이들 사이에 부착된 로드 부재로 구성되어 있다. 또한, 구 시트부와 구체 부재 사이로 윤활유의 공급을 양호하게 행할 수 있도록 구 시트부를 코오킹 공구에 의해 코오킹할 때에 구 시트부의 일부에 주름이 형성되어, 이 주름에 의해 윤활유 공급 통로를 형성하고 있다.

또한, 종래의 냉동용 압축기의 커넥팅 로드 제조 방법으로서는 일본 특허 공개 소62-3887호 공보(제2 종래 기술)에 개시되어 있는 방법이 있다. 즉, 제2 종래 기술의 커넥팅 로드 제조 방법은 로드 부재의 한쪽 축단부에 볼 조인트를 형성하기 위한 강구를 접합하고, 다른 쪽 축단부에 큰 단부를 형성하기 위해 링 부재를 접합하여 냉동용 압축기의 커넥팅 로드를 제조할 때에, 로드 부재에 연강을 사용하여그 축단부에 모따기를 실시하여, 이 로드 부재의 축단부와 상기 구체 또는 링 부재를 소정의 용접 전류치로 스폿 용접하는 동시에, 그 스폿 용접의 통전 종료기에 용접 전류보다도 큰 전류치를 부여하여, 접합부와 그 주위를 어닐링하여 접합부의 용접 강도를 향상시키도록 하는 방법이 개시되고 있다. 그리고, 시판되는 베어링용 고 크롬강제의 강구 및 담금질 등의 열처리를 한 링 부재를 이용하여 연강제의 로드 부재에 스폿 용접하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 제1 종래 기술에는 구 시트부와 구체 부재 사이로의 윤활유의 공급을 양호하게 하는 것이 개시되어 있지만, 커넥팅 로드를 형성하는 각 부재를 스폿 용접으로 접합하는 동시에, 구 시트부에 대한 구체 부재의 미끄럼 이동부 표면의 내마모성을 향상하는 것 및 크랭크축에 대한 링 부재의 미끄럼 이동부 표면의 내 마모성을 향상하는 것에 관해서는 개시되어 있지 않다.

또한 제2 종래 기술에는 구체 부재 및 링 부재와 로드 부재를 스폿 용접할 때에 각각의 부재가 갖는 탄소 혹은 합금이 용접 계면에 응축되어 상호 용융을 방해하는 것, 탄소 혹은 합금의 영향으로 용접 후의 공냉에 따른 급격한 담금질 효과로 용융면이 수축되는 것 등의 이유에 의해, 용접부에 크랙이 발생할 우려가 있는 것에 관해서는 개시되어 있지 않다. 제2 종래 기술에 개시되어 있는 시판되는 베어링용 고 크롬강제의 구체 부재나 담금질 등의 열처리를 한 링 부재는 고함유 탄소량으로 되어 있다는 것을 고려할 수 있고, 이 경우에는 구체 부재 및 링 부재에 함유되어 있는 탄소가 용접부에 다량으로 응축되어 미세한 헤어 크랙이 발생할 위험이 있다. 헤어 크랙이 발생하면, 냉동용 압축기를 운전하여 연속적인 응력 부하가 커넥팅 로드에 가해진 경우에 피로 파괴를 일으켜 절손 등에 이를 우려가 있어, 신뢰성이 저하하는 것이 되어 버린다는 과제가 있었다.

또한, 제2 종래 기술의 종래에 있어서의 커넥팅 로드 제조 방법으로서, 커넥팅 로드를 구성하는 구체 부재, 로드 부재 및 링 부재를 연강제로 제작하고, 그들을 스폿 용접으로 접합하여 커넥팅 로드를 조립한 후에 열처리를 가하는 방법이 개시되어 있다. 이 커넥팅 로드 제조 방법에는 각 부재의 함유 탄소량에 관해서는 개시되어 있지 않기 때문에, 함유 탄소량이 많은 구체 부재 및 링 부재를 이용한 경우에는 스폿 용접부에 있어서 크랙 발생의 우려가 있다. 또한, 제2 종래 기술의 종래예에는 열처리를 함으로써 링 부재의 내경 호닝 가공이 현저히 곤란해지는 뜻의 기재가 있는 것을 감안하면, 이 열처리는 담금질로 생각되지만, 담금질의 경우에는 구체 부재 및 링 부재의 표면이 금속면이기 때문에, 구체 부재 및 링 부재와 구 시트부 및 크랭크축이 금속끼리의 미끄럼 이동으로 되어 신뢰성이 떨어진다는 과제가 있었다.

본 발명의 목적은 커넥팅 로드 표면의 내마모성을 향상시킬 수 있는 동시에, 커넥팅 로드를 구성하는 각 부재간의 용접부에서의 크랙에 의한 피로 파괴를 방지할 수 있고, 신뢰성이 높은 냉동용 압축기 및 그 커넥팅 로드 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회전자, 고정자 및 샤프트를 갖는 전동기부와, 실린더, 피스톤, 크랭크축 및 커넥팅 로드를 갖는 압축기부를 구비하고, 상기 피스톤의 구 시트부에 요동 가능하게 부착된 구체 부재와 상기 크랭크축을 회전 가능하게 끼워 맞춘 링 부재에 로드 부재를 스폿 용접으로 접합하여 일체로 한 커넥팅 로드를 이용하여, 전동기부의 회전 운동을 왕복 직선 운동으로 변화시켜 피스톤으로 전달하는 냉동용 압축기에 있어서, 상기 커넥팅 로드는 상기 구체 부재, 상기 로드 부재 및 상기 링 부재로서 탄소 함유량 0.15 % 이하의 저함유 탄소량의 연강을 이용하는 동시에, 질화 처리에 의한 표면 경화 처리층을 형성한 것이다.

(발명의 실시 형태)

이하, 본 발명의 각 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.

우선, 본 발명의 일실시 형태에 관한 냉동용 압축기의 전체 구성에 대하여 도1을 참조하면서 설명한다. 도1은 본 발명의 일실시예에 관한 냉동용 압축기의 종단면도이다.

냉동용 압축기(20)는 냉장고, 공조기 등의 냉동 장치의 냉동 사이클에 이용되는 것이며, 밀폐 용기(1) 내에 전동기부(2)와 압축기부(3)가 수납되어 구성되어 있다. 이 전동기부(2)는 회전자(2a)와, 고정자(2b)와, 회전자(2a)에 고정된 샤프트(5)를 구비하여 형성되어 있다. 고정자(2b)는 프레임(4)에 고정 부착되어 있다. 샤프트(5)는 프레임(4)에 회전 가능하게 저어널되어 있다.

압축기부(3)는 샤프트(5)의 상단부에 고정되어 편심 회전하는 크랭크축(6)과, 실린더(7)와, 실린더(7) 내를 왕복 운동하는 피스톤(8)과, 이 피스톤(8)과 크랭크축(6)을 연접하는 커넥팅 로드(9)를 구비하여 구성되어 있다. 이 커넥팅 로드(9)는 로드 부재(11)의 양단부에 구체 부재(10) 및 링 부재(12)를 스폿 용접으로 접합하여 일체로 형성된 것이다. 실린더(7)는 프레임(4)에 고정 부착되어 있다. 구체 부재(10)는 피스톤(8)의 구 시트부(8a)에 요동 가능하게 부착되어, 볼 조인트를 형성하고 있다. 링 부재(12)는 크랭크축(6)을 회전 가능하게 끼워 맞추고 있다. 또한, 크랭크축(6)은 샤프트(5)와 완전한 일체물이라도 좋다.

프레임(4)은 복수의 코일 스프링(14)에 의해 밀폐 용기(1)에 탄성적으로 지지되어 있다. 이에 따라, 전동기부(2) 및 압축기부(3)는 밀폐 용기(1)에 탄성적으로 지지되는 것이 된다. 밀폐 용기(1)의 바닥부에는 윤활유(13)가 저류되어 있고, 그 중에는 샤프트(5)의 하단부가 침지되어 있다.

전동기부(2)에 통전하여 샤프트(5)를 회전시키면, 크랭크축(6)이 샤프트(5)의 중심축에 대해 편심되어 회전한다. 이에 수반하여 링 부재(12)가 편심 운동하고, 구체 부재(10)가 구 시트부(8a) 내를 요동하면서 피스톤(8)을 실린더(7) 내에서 왕복 운동시키고, 실린더(7) 내의 냉매를 압축한다. 이와 같이 커넥팅 로드(9)는 크랭크축(6)과 피스톤(8)을 결합하여, 전동기부(2)의 회전 운동을 왕복 직선 운동으로 변환시켜 압축기부(3)의 피스톤(8)으로 전달하도록 되어 있다. 또한, 샤프트(5)의 회전에 의해, 샤프트(5)에 편심되어 형성된 급유 구멍(도시하지 않음) 및 이것에 연통하여 크랭크축(6)에 형성된 급유 구멍(도시하지 않음)을 통해 윤활유(13)가 공급되어, 각 미끄럼 이동부에 공급된다. 이 윤활유는 샤프트(5)와 프레임(4)과의 미끄럼 이동부에는 샤프트(5)의 급유 구멍으로부터 직접적으로 공급되고, 크랭크축(6)과 링 부재(12)와의 미끄럼 이동부, 구체 부재(10)와 구 시트부(8a)와의 미끄럼 이동부 및 피스톤(8)과 실린더(7)와의 미끄럼 이동부에는 크랭크축(6)의 공급 구멍의 상단부로부터 분출됨으로써 공급된다.

다음에, 커넥팅 로드(9)의 제조 방법 및 상세한 구성에 대해 도2 내지 도4를 참조하면서 설명한다. 도2는 도1의 냉동용 압축기에 이용되는 커넥팅 로드를 구성하는 부재의 접합전의 측면도이고, 도3은 동일 커넥팅 로드의 각 부재의 접합후의 측면도이고, 도4는 같은 커넥팅 로드의 질화 처리후의 완성 상태의 단면도이다.

도2에 도시한 구체 부재(10), 로드 부재(11) 및 링 부재(12)의 각 소재는 함유 탄소량 0.15 % 이하의 저함유 탄소량의 연강이 이용되고 있다.

구체 부재(10)의 소재는 강구의 완성품이 이용되고, 침류 질화 처리층을 형성한 상태에서의 외경이 구 시트부(8a)의 내경에 합치되도록 소재의 상태에서 외경이 구 시트부(8a)의 내경보다 작게 설정되어 있다. 또한 구체 부재(10)는 후가공에 따라서 반완성품을 이용해도 좋고, 혹은 필요에 따라서 강구로부터 일부 절삭한 상태로 형성된 것을 이용해도 좋다.

로드 부재(11)의 소재는 냉간 단조품 혹은 절삭 가공품이 이용되고, 원주형 부재의 양단부(2a, 2b)에 모따기가 가해져 있다. 이 모따기는 디플래싱의 목적으로 행해지는 것이며, 용접 부위로서 필요로 하는 것은 아니다.

링 부재(12)의 소재는 강관 등으로부터의 절삭품 혹은 강판의 소성 가공품이 이용되고, 침류 질화 처리층을 형성한 상태에서의 내경이 크랭크축(6)의 외경보다 약간 작아지도록 소재의 상태에서 내경이 설정되어 있다.

로드 부재(11)의 소재의 일측단부(2a)를 구체 부재(10) 소재의 외면에 접촉시키고, 로드 부재(11)의 소재의 다른 측단부(2b)를 링 부재(12)의 소재의 외면에 접촉시키고, 각각의 부재 사이에 용접 전류를 흘려서 스폿 용접하여 접합하고, 이들을 일체화시킨 도3에 도시한 커넥팅 로드(9)가 된다. 이 스폿 용접에 있어서, 구체 부재(10), 로드 부재(11) 및 링 부재(12)의 각 소재로서 함유 탄소량이 0.15 % 이하의 저함유 탄소량의 연강이 이용되고 있으므로, 용접 계면에 탄소가 거의 응축되는 일 없이, 각 소재의 상호 용융이 확실히 행해지는 동시에, 탄소의 영향으로 용접 후의 공랭에 의한 급격한 담금질 효과로 용융면이 수축되어 버리는 일도 없다. 이에 따라, 용접부에 크랙이 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 따라서, 냉동용 압축기(20)를 운전하여 연속적인 응력 부하가 커넥팅 로드(9)에 가해진 경우에도 피로 파괴를 일으켜 절손 등에 이르는 일은 없어, 신뢰성이 높은 냉동용 압축기로 할 수 있다.

이어서, 이러한 커넥팅 로드(9)의 왜곡 제거 어닐링을 행한다. 이 왜곡 제거 어닐링을 후술하는 질화 처리전 및 링 부재(12)의 내경 가공전에 행함으로써, 질화 처리에 의한 변형을 억제할 수 있는 동시에, 링 부재(12)의 내경 가공이 용이하게 되어, 고정밀도의 커넥팅 로드(9)로 하는 것이 가능하고, 냉동용 압축기(20)의 신뢰성을 높일 수 있다.

이어서, 도3에 도시한 커넥팅 로드(9)의 표면 전체에 질화 처리를 행하여, 도4에 도시한 바와 같이 커넥팅 로드(9)의 표면 전체에 질화물층인 표면 경화 처리층(15)을 형성한다. 이 질화 처리로서는 테프트 라이드 처리나 침류 질화 처리 등이 있다. 본 실시예에서는 침류 질화 처리를 이용함으로써, 표면 경화 처리층(15)의 최외면층에 비금속 화합물층인 황화물층을 생성하고 있다.

이러한 표면 경화 처리층(15)을 형성한 상태의 구체 부재(10)의 외경은 구 시트부(8a)의 내경에 합치하도록 설정되어 있다. 이에 따라, 구체 부재(10)를 후가공할 필요가 없고, 커넥팅 로드(9)를 저렴하게 제작할 수 있다. 또한, 표면 경화 처리층(15)을 형성한 상태의 구체 부재(10)의 외형을 구 시트부(8a)의 내경보다 극히 조그만 크게 해 놓고 마무리 가공을 하도록 해도 좋고, 이 경우에는 간단한 마무리 가공에 의해 더욱 정밀도 높은 구체 부재(10)를 얻을 수 있다.

또한, 표면 경화 처리층(15)을 형성한 상태의 링 부재(12)의 내경은 크랭크축(6)의 외경보다도 약간 작아지도록 설정되어 있다.

상술한 바와 같이, 커넥팅 로드(9)에 표면 경화 처리층(15)을 형성함으로써, 구 시트부(8a) 및 크랭크축(6)에 대한 구체 부재(10) 및 링 부재(12)의 미끄럼 이동부의 내마모성을 한층 향상시킬 수 있고, 이런 점으로부터도 냉동용 압축기(20)의 신뢰성을 높일 수 있다.

특히 침류 질화 처리에 의한 표면 경화 처리층(15)의 최외면에 황화물층을 생성시킴으로써 조화된 윤활성이 현격히 향상되고, 저속으로 고하중을 가하는 구 시트부(8a)와 구체 부재(10)의 볼 조인트에 있어서의 응착을 방지할 수 있고, 냉동용 압축기(20)의 신뢰성의 현저한 향상을 도모할 수 있다.

이어서, 링 부재(12)의 내경을 형성하는 표면 경화 처리(15)의 최외면의 황화물층을 절삭하여 크랭크축(6)의 외경에 합치되도록 형성한다. 이 경우, 최외면의 황화물층을 절삭하므로, 그 가공이 현저하게 용이하며, 이러한 점으로부터도 저렴하게 제작 가능하게 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 커넥팅 로드 표면의 내마모성을 향상시킬 수 있는 동시에 커넥팅 로드를 구성하는 각 부재 사이의 용접부에서의 크랙에 의한 피로 파괴를 방지할 수 있고, 신뢰성이 높은 냉동용 압축기 및 그 커넥팅 로드 제조 방법을 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 관한 냉동용 압축기의 종단면도.

도2는 도1의 냉동용 압축기에 이용되는 커넥팅 로드를 구성하는 부재의 접합전의 측면도.

도3은 동일 커넥팅 로드의 각 부재의 접합후의 측면도.

도4는 동일 커넥팅 로드의 질화 처리후의 완성 상태의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐 용기

2 : 전동기부

2a : 회전자

2b : 고정자

3 : 압축기부

4 : 프레임

5 : 샤프트

6 : 크랭크축

7 : 실린더

8 : 피스톤

8a : 구 시트부

9 : 커넥팅 로드

10 : 구체 부재

11 : 로드 부재

12 : 링 부재

13 : 윤활유

14 : 코일 스프링

15 : 표면 경화 처리층

20 : 냉동용 압축기

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 회전자, 고정자 및 샤프트를 갖는 전동기부와 실린더, 피스톤, 크랭크축 및 커넥팅 로드를 갖는 압축기부를 구비한 냉동용 압축기에 이용되는 커넥팅 로드 제조 방법에 있어서,

   상기 피스톤의 구 시트부에 요동 가능하게 부착된 구체 부재와 상기 크랭크축을 회전 가능하게 끼워 맞춘 링 부재와 그 양자를 접속하는 로드 부재를 함유 탄소량 0.15 % 이하의 저함유 탄소량의 연강을 이용하여 구성하고,

   상기 로드 부재의 양단부를 상기 구체 부재 및 상기 링 부재에 스폿 용접하여 이들을 일체로 한 커넥팅 로드로 형성한 후에,

   상기 커넥팅 로드의 표면을 침류 질화 처리하여 상기 커넥팅 로드의 최외면에 황화물층을 갖는 표면 경화 처리층을 형성하고,

   상기 구체 부재의 외면 형상이 상기 구 시트부의 내면 형상보다 작은 것을 이용하여, 상기 침류 질화 처리 후의 상기 구체 부재의 외면 형상을 상기 구 시트부의 내면 형상에 합치하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동용 압축기의 커넥팅 로드 제조 방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 표면 경화 처리층을 형성한 상기 링 부재의 내경을 상기 크랭크축의 외경보다 약간 크게 하고, 상기 링 부재의 내경을 형성하는 표면 경화 처리의 최외면의 황화물층을 절삭하여 크랭크축의 외경에 합치되도록 한 것을 특징으로 하는 냉동용 압축기의 커넥팅 로드 제조 방법.