KR100548487B1

KR100548487B1 - 스크롤 압축기 및 그의 표면 처리 방법

Info

Publication number: KR100548487B1
Application number: KR1020030094014A
Authority: KR
Inventors: 조용일
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2006-02-02
Also published as: KR20050062992A

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기는, 내부에 밀폐된 공간을 형성하며 흡입관과 토출관을 갖는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 내측에 고정되는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤과 상대 선회운동하며 연속적인 압축공간을 형성하여 냉매를 압축하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 회전력을 전달하며 내부에 오일유로가 형성된 회전축과, 상기 회전축을 지지함과 동시에 상기 선회스크롤이 선회할 수 있도록 선회스크롤을 지지하는 상부프레임이 구비되어 구성된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회스크롤과 상부프레임이 접촉되는 스러스트 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 저감하며 상기 선회스크롤의 하중을 견디도록, 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면과 마찰하는 상부프레임의 스러스트 베어링면에 루브라이트 처리 후 열경화 수지와 함께 이황화 몰르브덴 입자로 표면처리된 표면처리부가 구비되어 구성됨으로써, 스러스트 베어링면의 표면처리에 의해 경계윤활 시 이황화 몰리브덴이 활성화되어 지속적으로 단분자 윤활피막이 형성되어 마찰에 의한 마모를 극소화시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

스크롤 압축기 및 그의 표면 처리 방법{SCROLL COMPRESSOR AND SURFACE TREATMENT METHOD THEREOF}

도 1은 종래 구조의 스크롤 압축기 내부 구조를 도시한 종단면도,

도 2는 도 1에 도시된 "B-B" 부분을 단면하여 도시한 단면도,

도 3은 선회스크롤에 작용하는 힘을 간략하게 도시한 상태도,

도 4는 본 발명의 일 실시예인 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조를 도시한 단면도,

도 5는 도 4에 도시된 "A" 부분을 확대하여 도시한 단면도

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조를 도시한 단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

2 : 상부프레임 6 : 회전축

6b : 오일유로 7 : 고정스크롤

8 : 선회스크롤 10 : 밀폐용기

102b, 108b : 스러스트 베어링면 103, 109 : 표면처리부

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전스크롤 및 상부프레임의 스러스트 베어링면을 표면처리하여 마찰손실을 저감시킬 수 있도록 하는 스크롤 압축기 및 그의 표면 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기다. 상기 압축기의 일예로 스크롤 압축기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기(1) 내부에 상,하부 프레임(2)(3)이 각각 결합되며, 상기 상부프레임(2)과 하부 프레임(3)의 사이에 전동기구부를 구성하는 고정자(4) 및 회전자(5)가 장착되어 있다.

상기 회전자(5)에 편심부(6a)가 형성된 회전축(6)이 압입되며 상기 상부프레임(2)의 상측에 고정스크롤(7)이 소정 간격을 두고 고정 결합되고 상기 상부프레임(2)과 고정스크롤(7)사이에 고정스크롤(7)과 선회 운동 가능하도록 선회스크롤(8)이 삽입되어 있다. 상기 회전축(6)의 편심부(6a)는 선회스크롤(8)과 연결되고 상기 선회스크롤(8)과 상부프레임(2)사이에 선회스크롤(8)의 자전을 방지하는 자전방지기구인 올담링(9)이 결합되어 있다.

상기 고정스크롤(7)에 상기 밀폐용기(1)의 내부를 고압영역과 저압영역으로 분리하는 고저압 분리판(10)이 결합되며, 그 고저압 분리판(10)과 고정스크롤(7)의 상면사이에 고온고압의 냉매가스의 흐름을 조절하는 가스흐름 조절수단(11)이 결합되어 있다. 상기 밀폐용기(1)의 저압영역과 고압영역에 흡입관(12)과 토출관(13)이 각각 결합되어 있다.

그리고 상기 밀폐용기(1)의 저면에 오일이 채워지고 상기 회전축(6)의 단부에 오일흡상수단(14)이 결합되며 상기 회전축(6)에 상기 오일흡상수단(14)에서 피딩된 오일이 흡상되는 오일유로(6b)가 형성되어 있다.

상기 스크롤 압축기의 작동은 먼저, 전원이 인가되어 전동기구부가 작동함에 따라 전동기구부를 구성하는 회전자(5)가 회전하게 되면 그 회전력이 회전자(5)에 압입된 회전축(6)을 통해 선회스크롤(8)에 전달되며 그 선회스크롤(8)은 올담링(9)에 의해 자전이 방지되면서 그 선회스크롤의 랩(8a)이 상기 고정스크롤의 랩(7a)과 맞물려 선회 운동하게 된다. 상기 선회스크롤(8)의 선회 운동에 의해 흡입관(12)을 통해 흡입된 냉매 가스가 고정스크롤(7)의 일측에 형성된 흡입구(미도시)를 통해 고정스크롤의 랩(7a)과 선회스크롤의 랩(8a)사이로 흡입되어 가운데 부분으로 이동함과 동시에 압축되면서 고정스크롤(7)에 형성된 토출포트(7b)를 통해 토출되며 그 토출포트(7b)로 토출되는 고온고압 상태의 냉매가스는 토출관(13)을 통해 토출된다.

그리고 상기 회전축(6)이 회전함에 따라 밀폐용기(1)의 저면에 채워진 오일이 오일흡상수단(14)에 의해 펌핑되어 회전축(6)에 형성된 오일유로(6b)를 통해 흡상하면서 슬라이딩 접촉이 이루어지는 부분에 공급되고 그 공급된 오일은 밀폐용기(1) 저면으로 귀환된다.

한편 상기 슬라이딩 접촉이 가장 크게 일어나는 부분은 선회 운동하면서 가스를 압축시키는 선회스크롤(8)의 하면, 즉 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b) 및 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)을 지지하는 상부프레임(2)의 상면, 즉 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)이다.

도 2는 상기 선회스크롤(8)과 그 선회스크롤(8)을 지지하는 상부프레임(2)에 오일이 공급되는 종래 구조를 도시한 것으로, 이를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 상부프레임은 그 프레임 몸체(2a)의 상면에 스러스트 베어링면(2b)이 형성되고 그 스러스트 베어링면(2b) 가운데 상기 선회스크롤의 보스부(8c)가 삽입되도록 일정 내경과 깊이를 갖는 삽입홈(2c)이 형성되고 그 삽입홈(2c)에 이어 회전축(6)이 삽입되는 축 삽입구멍(2d)이 형성되며 상기 스러스트 베어링면(2b)에 상기 삽입홈(2c)을 중심으로 일정 폭과 깊이를 갖는 환형 형태의 오일 그루브(2f)가 형성되어 있다. 한편, 상기 프레임 몸체(2a)의 상면에 상기 올담링(9)의 키가 삽입되는 키홈(2g)이 형성되어 있다.

그리고 상기 선회스크롤(8)은 일정 두께와 면적을 갖는 경판(8d)의 상면에 선회 랩(8a)이 형성되고 그 하면에 상기 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 대면되는 스러스트 베어링면(8b)이 형성되고 그 가운데 상기 보스 삽입홈(2c)에 삽입되는 보스부(8c)가 형성되며 상기 경판(8d)의 하면에 상기 올담링(9)의 키가 삽입되는 키홈(8e)이 형성되어 있다.

상기 선회스크롤(8)은 그 보스부(8c)가 상부프레임 보스 삽입홈(2c)에 삽입됨과 아울러 그 스러스트 베어링면(8b)이 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)에 대면되도록 결합된다. 그리고 상기 회전축(6)이 상부프레임의 축 삽입구멍(2d)에 삽입됨과 아울러 그 편심부(6a)가 선회스크롤의 보스부(8c)내에 삽입된다.

이와 같은 구조에서 회전축(6)의 오일유로(6b)로 흡상되어 유출된 오일은 상기 보스 삽입홈(2c)에 채워짐과 아울러 상부프레임의 오일 그루브(2f)로 유입되면서 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)사이로 공급된다. 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)에 공급된 오일의 일부는 키홈(2g)을 거치면서 밀폐용기(1) 저면으로 귀환된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 상기 선회스크롤의 랩(8a)과 고정스크롤의 랩(7a)이 서로 맞물려 선회 운동하면서 냉매를 흡입하고 압축하여 토출시키는 과정에서, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 선회스크롤의 경판(8d) 가운데 부분으로 가장 큰 압력이 작용하는 압력 분포를 이루게 되어 상기 선회스크롤의 경판(8d) 가운데 가장 큰 압력이 작용하게 되므로 인하여 보스 삽입홈(2c)을 통해 유입되는 오일이 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b) 사이로 원활하게 공급되지 못하게 된다.

또한, 스러스트 베어링면(2b, 8b)에서의 마찰손실을 저감하기 위해 오일에 의한 윤활에만 의지하므로 후막윤활 상태에서 하중이 증가하거나 유온이 상승해서 점도가 떨어지면 후막윤활에서 벗어나서 국부적으로 금속간의 직접적인 접촉이 일어나게 되어 마찰손실이 커지게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 상부프레임 및 선회스크롤의 스러스트 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 저감할 수 있도록 하는 스크롤 압축기 및 그의 표면 처리 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 스크롤 압축기는 내부에 밀폐된 공간을 형성하며 흡입관과 토출관을 갖는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 내측에 고정되는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤과 상대 선회운동하며 연속적인 압축공간을 형성하여 냉매를 압축하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 회전력을 전달하며 내부에 오일유로가 형성된 회전축과, 상기 회전축을 지지함과 동시에 상기 선회스크롤이 선회할 수 있도록 선회스크롤을 지지하는 상부프레임이 구비되어 구성된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회스크롤과 상부프레임이 접촉되는 스러스트 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 저감하며 상기 선회스크롤의 하중을 견디도록, 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면과 마찰하는 상부프레임의 스러스트 베어링면에 루브라이트 처리 후 열경화 수지와 함께 이황화 몰르브덴 입자로 표면처리된 표면처리부가 구비되어 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 표면 처리 방법은 스크롤 압축기의 선회스크롤의 스러스트 베어링면과 접촉되는 메인 프레임의 스러스트 베어링면에 부착된 이물질을 제거하는 탈지작업단계와, 상기 메인프레임의 스러스트 베어링면에 미세한 결정성 피막을 생성하는 표면조정단계와, 철판소지와 인상 망간계 피막액을 화학반응시켜 상기 메인 프레임의 스러스트 베어링면에 인산망간 피막을 형성하는 단계와, 상기 메인 프레임의 스러스트 베어링면에 이황화 몰리브덴 입자를 열경화 수지와 함께 부착, 배열 건조하여 표면처리를 완성하는 단계를 포함하여 구성된다.

삭제

이하 본 발명의 일 실시예인 스크롤 압축기 및 그의 표면처리방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같고, 종래 구조와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고, 그 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 도 1을 인용한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예인 스크롤 압축기를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 "A" 부분을 확대하여 도시한 단면도로써, 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 스크롤 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기(1) 내부에 상,하부 프레임(2)(3)이 각각 결합되며, 상기 상부프레임(2)과 하부 프레임(3)의 사이에 전동기구부를 구성하는 고정자(4) 및 회전자(5)가 장착되며, 상기 회전자(5)에 편심부(6a)가 형성된 회전축(6)이 압입된다. 그리고 상기 상부프레임(2)의 상측에 고정스크롤(7)이 소정 간격을 두고 고정 결합되고 상기 상부프레임(2)과 고정스크롤(7)사이에 고정스크롤(7)과 선회 운동 가능하도록 선회스크롤(8)이 삽입되어 있다. 상기 회전축(6)의 편심부(6a)는 선회스크롤(8)과 연결되고 상기 선회스크롤(8)과 상부프레임(2)사이에 선회스크롤(8)의 자전을 방지하는 자전방지기구인 올담링(9)이 결합된다.

상기 고정스크롤(7)에 상기 밀폐용기(1)의 내부를 고압영역과 저압영역으로 분리하는 고저압 분리판(10)이 결합되며, 그 고저압 분리판(10)과 고정스크롤(7)의 상면사이에 고온고압의 냉매가스의 흐름을 조절하는 가스흐름 조절수단(11)이 결합되어 있다. 상기 밀폐용기(1)의 저압영역과 고압영역에 흡입관(12)과 토출관(13)이 각각 결합된다. 그리고 상기 밀폐용기(1)의 저면에 오일이 채워지고 상기 회전축(6)의 단부에 오일흡상수단(14)이 결합되며 상기 회전축(6)에 상기 오일흡상수단(14)에서 피딩된 오일이 흡상되는 오일유로(6b)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 상부프레임은 그 프레임 몸체(2a)의 상면에 스러스트 베어링면(102b)이 형성되고 그 스러스트 베어링면(102b) 가운데 상기 선회스크롤의 보스부(8c)가 삽입되도록 일정 내경과 깊이를 갖는 삽입홈(2c)이 형성되고 그 삽입홈(2c)에 이어 회전축(6)이 삽입되는 축 삽입구멍(2d)이 형성되고 상기 스러스트 베어링면(102b)에 상기 삽입홈(2c)을 중심으로 일정 폭과 깊이를 갖는 환형 형태의 오일 그루브(2f)가 형성된다. 한편, 상기 프레임 몸체(2a)의 상면에 상기 올담링(9)의 키가 삽입되는 키홈(2g)이 형성되어 있다.

그리고 상기 선회스크롤(8)은 일정 두께와 면적을 갖는 경판(8d)의 상면에 선회 랩(8a)이 형성되고 그 하면에 상기 상부프레임의 스러스트 베어링면(102b)과 대면되는 스러스트 베어링면(8b)이 형성되고 그 가운데 상기 보스 삽입홈(2c)에 삽입되는 보스부(8c)가 형성되며 상기 경판(8d)의 하면에 상기 올담링(9)의 키가 삽입되는 키홈(8e)이 형성되어 있다.

상기 선회스크롤(8)은 그 보스부(8c)가 상부프레임 보스 삽입홈(2c)에 삽입됨과 아울러 그 스러스트 베어링면(8b)이 상부프레임의 스러스트 베어링면(102b)에 대면되도록 결합된다. 그리고 상기 회전축(6)이 상부프레임의 축 삽입구멍(2d)에 삽입됨과 아울러 그 편심부(6a)가 선회스크롤의 보스부(8c)내에 삽입된다.

상기와 같이 구성된 상부프레임(2)과 선회스크롤(8)의 스러스트 베어링면(102b, 8b)에서 발생되는 마찰손실을 저감할 수 있도록 상부프레임(2)의 스러스트 베어링면(102b)을 루브라이트 처리한 후에 이황화 몰리브덴(MoS2) 표면처리하여 표면처리부(103)를 형성한다.

상기 루브라이트 처리는 피도물 표면에 부착된 이물질을 제거하는 탈지작업 과, 피도물 표면에 미세한 결정성 피막을 생성하도록 표면처리하는 표면조정과, 철판소지와 인산 망간계 피막액을 화학반응시켜 금속소지 표면에 인산망간 피막(Mn₃(po₄)₂ FeHPo₄)을 형성시키는 처리이며 다공질의 피막이므로 윤활유 침투성을 향상시켜 윤활성능을 좋게 한다.

그리고, 이황화 몰리브덴 표면처리는 루브라이트 표면처리된 상부프레임(2)의 스러스트 베어링면(102b) 표면에 이황화 몰리브덴 입자를 열경화 수지와 함께 부착, 배열 건조하여 표면처리부(103)가 형성되도록 하는 것이다.

상기와 같이 구성된 스크롤 압축기에 있어서 회전축(6)의 오일유로(6b)로 흡상되어 유출된 오일은 상기 보스 삽입홈(2c)에 채워짐과 아울러 상부프레임의 오일 그루브(2f)로 유입되면서 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부프레임의 스러스트 베어링면(102b)사이로 공급되어 마찰손실을 저감하는 윤활이 이루어진다. 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부프레임의 스러스트 베어링면(102b)에 공급된 오일의 일부는 키홈(2g)을 거치면서 밀폐용기(1) 저면으로 귀환된다.

그리고, 상부프레임(2)의 스러스트 베어링면(102b)에 표면처리부(103)된 스크롤 압축기가 고하중, 고속의 운전 조건으로 회전하여 윤활을 위해 스러스트 베어링면(102b, 8b)에 유입된 오일의 유막 두께가 순간적으로 분자 크기 정도가 되는 경우가 생겨 윤활 유막이 틈새 설계의 예상값보다 작아져 마찰손실이 상대적으로 커지게 되므로 경계 윤활층의 대표적 인자를 경계 윤활층의 두께라 판단할 때, 이 황화 몰리브덴 표면처리를 통한 틈새의 축소를 시켜줄 수 있고, 내마모성을 강화시켜 줄수 있다. 즉, 경계 윤활을 막아주는 방법으로 상부프레임(2)의 스러스트 베어링면(102b)을 황화 몰리브덴 표면처리함으로써, 경계 윤활 발생시 이황화 몰리브덴이 활성화되어 지속적으로 단분자 윤활피막이 형성되어 금속끼리의 접촉을 방지하여 마찰손실을 저감하게 되는 것이다.

마찬가지로 본 발명의 또 다른 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 선회스크롤(8)은 일정 두께와 면적을 갖는 경판(8d)의 상면에 선회 랩(8a)이 형성되고 그 하면에 상기 상부프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 대면되는 스러스트 베어링면(108b)이 형성되고 그 가운데 상기 보스 삽입홈(2c)에 삽입되는 보스부(8c)가 형성되며 상기 경판(8d)의 하면에 상기 올담링(9)의 키가 삽입되는 키홈(8e)이 형성되어 있다. 그리고, 스러스트 베어링면(108b)은 루브라이트 처리한 후에 이황화 몰리브덴(MoS2) 표면처리하여 표면처리부(109)를 형성하여 경계 윤활 발생 시 이황화 몰리브덴이 활성화되어 지속적으로 단분자 윤활피막이 형성되어 금속끼리의 접촉을 방지하여 마찰손실을 저감하게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는 상부프레임(2)의 스러스트 베어링면(102b)을 이황화 몰리브덴 표면처리하여 표면처리부(103)를 형성함으로써, 경계윤활 시에 이황화 몰리브덴이 활성화되어 지속적으로 단분자 윤활피막이 형성되고, 단분자 윤활피막에 의해 금속끼리의 접촉을 방지하게 되는 것이다. 또한, 선회스크롤(8)의 스러스트 베어링면(108b)을 이황화 몰리브덴 표면처리하여 표면처리부(109)를 형성함으로써, 마찰손실을 저감하게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 저감구조는 상부프레임의 스러스트 베어링면을 이황화 몰리브덴 표면처리하여 표면처리부를 형성하거나, 선회스크롤의 스러스트 베어링면을 이황화 몰리브덴 표면처리함으로써, 경계윤활 시에 이황화 몰리브덴이 활성화되어 지속적으로 단분자 윤활피막이 형성되고, 단분자 윤활피막에 의해 금속끼리의 접촉을 방지하여 마찰에 의한 손실이 저감하는 윤활성능 및 압축효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims

내부에 밀폐된 공간을 형성하며 흡입관과 토출관을 갖는 밀폐용기와,

상기 밀폐용기의 내측에 고정되는 고정스크롤과,

상기 고정스크롤과 상대 선회운동하며 연속적인 압축공간을 형성하여 냉매를 압축하는 선회스크롤과,

상기 선회스크롤에 회전력을 전달하며 내부에 오일유로가 형성된 회전축과,

상기 회전축을 지지함과 동시에 상기 선회스크롤이 선회할 수 있도록 선회스크롤을 지지하는 상부프레임이 구비되어 구성된 스크롤 압축기에 있어서,

상기 선회스크롤과 상부프레임이 접촉되는 스러스트 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 저감하며 상기 선회스크롤의 하중을 견디도록, 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면과 마찰하는 상부프레임의 스러스트 베어링면에 루브라이트 처리 후 열경화 수지와 함께 이황화 몰르브덴 입자로 표면처리된 표면처리부가 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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스크롤 압축기의 선회스크롤의 스러스트 베어링면과 접촉되는 메인 프레임의 스러스트 베어링면에 부착된 이물질을 제거하는 탈지작업단계와,

상기 메인프레임의 스러스트 베어링면에 미세한 결정성 피막을 생성하는 표면조정단계와,

철판소지와 인상 망간계 피막액을 화학반응시켜 상기 메인 프레임의 스러스트 베어링면에 인산망간 피막을 형성하는 단계와,

상기 메인 프레임의 스러스트 베어링면에 이황화 몰리브덴 입자를 열경화 수지와 함께 부착, 배열 건조하여 표면처리를 완성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 표면 처리 방법.