KR100822508B1 - 밀폐형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 콘로드와 피스톤의 연결 구조를 낮은 마찰 손실의 볼 조인트 구조로 하여, 안정되고 고성능이면서 또한 고신뢰성인 밀폐형 압축기를 제공하는 것이다.

밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 수납되는 압축 요소, 전동 요소 및 전동 요소의 회전력을 압축 요소에 전달하는 크랭크 기구를 구비하고, 압축 요소는 실린더와, 이 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고, 크랭크 기구는 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고, 콘로드에 설치한 볼과 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서, 피스톤과 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이며, 피스톤과 콘로드의 다른 쪽 재료는 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도에 대해 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기이다.

실린더, 피스톤, 콘로드, 회전자 샤프트, 크랭크샤프트

Description

밀폐형 압축기 {HERMETIC COMPRESSOR}

도1은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 밀폐형 압축기의 종단면도.

도2는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 피스톤 내측 구조를 도시하는 도면.

도3은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 도1의 A-A 단면도.

도4는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 도1의 B-B 단면도.

도5는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 콘로드의 사시도.

도6은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 회전 방지부의 사시도.

도7은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 피스톤과 콘로드의 조립 상태를 도시하는 도면.

도8은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 피스톤과 콘로드의 조립 상태에 대해 회전 방지부를 부가하여 도시한 도면.

도9는 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로, 피스톤과 콘로드와 회전 방지부와의 관계를 나타내는 단면도.

도10은 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로, 회전 방지부의 사시도.

도11은 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로, 크랭크샤프트와 크랭크 베어링부의 단면도.

도12는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 피스톤 재료와 콘로드 재료의 마모 시험 결과를 나타내는 도면.

도13은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 소결재의 경도 측정 결과를 나타내는 도면.

도14는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 각종 강재의 경도 측정 결과를 나타내는 도면.

도15는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 피스톤 재료 및 콘로드 재료의 마모 시험 결과를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실린더

4 : 피스톤

2 : 콘로드

2a : 볼

4a : 볼 받이부

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-214343호 공보

본 발명은 냉장고, 에어컨 등에 이용되는 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 왕복 운동하는 피스톤을 갖는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

종래, 압축기의 피스톤과 콘로드에 볼 조인트 구조로서는 일본 특허 공개 제2003-214343호 공보(특허문헌 1)와 같이, 질화 처리 및 인산 망간 처리를 구면 받이 구멍(볼 받이부)이나 볼의 양쪽 혹은 한쪽에 실시하여 구면에 고탄소 크롬 강재를 사용한 구조가 알려져 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-214343호 공보

그러나, 특허문헌 1의 구조에서는 다음과 같은 과제가 있었다.

특허문헌 1의 연결 구조에서는, 구면에 사용하는 고탄소 크롬 강재의 경도가 커서 가공이 어렵다. 또한, 볼 조인트 기구, 즉 구면 베어링(볼과 볼 받이부)에 공급되는 윤활유의 통로는 피스톤을 실린더로부터 인발할 때에는 피스톤과 실린더의 접촉부가 되어 윤활유의 통로가 되는 간극은 좁아진다.

이 간극을 통해서는 윤활유가 충분히 흐르지 않을 가능성이 있고, 그로 인해 구면 베어링(볼과 볼 받이부)의 온도가 상승하여 손상될 가능성이 있다.

또한, 밀폐형 압축기는 용기, 즉 챔버가 내부 기구 삽입 후에 용접에 의해 밀폐된다.

이에 의해, 불가피하게 용접시의 용융 비말, 즉 스퍼터 입자가 용기 내에 혼입ㆍ잔존한다. 잔존하는 스퍼터 입자가 순환하는 윤활유에 혼입하여 미끄럼 이동부에 침입하면 미끄럼 이동 부품의 표면을 손상시키고, 찰상을 발생시켜 마모나 고착에 이르는 것을 알 수 있다.

또한 각 미끄럼 이동면에서 발생하는 마모분도 윤활유에 혼입하고, 특히 볼 조인트부 등의 좁은 미끄럼 이동부에 진입하면 스퍼터 입자와 마찬가지로 마모나 고착에 이르러 압축기의 신뢰성을 현저하게 저하시킨다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하고자 하는 것으로, 피스톤과 로드를 구면 베어링에 의해 연결하고, 또한 윤활유를 충분히 공급하고, 또한 내마모성이 높은 재료를 사용함으로써 압축기의 능력 및 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고, 콘로드에 설치한 볼과 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서, 피스톤과 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이며, 피스톤과 콘로드의 다른 쪽 재료가 상기 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도보다도 고경도화인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 각각 도면을 기초로 하여 설명한다.

도1에는 밀폐 용기 내의 베어링(1a)과 프레임(1b)과 일체로 형성된 압축 요소의 실린더(1) 내를 콘로드(2)에 의해 크랭크샤프트(7a)에 결합된 피스톤(4)이 왕복 운동하여 압축 요소를 구성하는 본 발명을 적용한 왕복 운동식 밀폐형 압축기가 도시되어 있다.

프레임(1b)의 하부에는 전동 요소인 전동기를 구성하는 고정자(5) 및 회전자(6)가 설치되어 있다. 회전자(6)의 회전자 샤프트(7)의 회전 중심보다 편심한 위치에 크랭크샤프트(7a)가 있다.

이 회전자 샤프트(7)는 프레임(1b)의 베어링부(1a)에 관통하여 설치되어 있다. 이 회전자 샤프트(7)와 회전자(6)는 직결하고 있어, 회전자 샤프트(7)의 회전(시계 방향으로 회전하는 것으로 함)에 의해 콘로드(2)를 통해 피스톤(4)을 왕복 운동시킨다.

회전자 샤프트(7)의 크랭크샤프트(7a), 콘로드(2)를 포함하여 크랭크 기구라 한다.

압축 요소의 피스톤에 대해 도2, 도3, 도4를 이용하여 상세하게 설명한다.

도2는 피스톤(4)을 회전자 샤프트(7)로부터 본 내부측을 도시하는 도면이고, 볼 받이부(내구면)(4a)를 갖고 있다. 도3은 도2의 A-A 단면도이다. 도4는 도2의 B-B 단면이다.

피스톤의 볼 받이부(내구면)(4a)는 A-A 단면에서는 콘로드(2)의 볼(외구면)(2a)의 선단부로부터 180도 이상의 각도에서 둘러싸는 형상이지만, B-B 단면에서는 180도 이하의 각도에서만 콘로드(2)의 볼(외구면)(2a)을 둘러싸는 형상이다.

따라서, B-B 단면에서는 A-A 단면보다도 미끄럼 이동 면적이 적은 볼 조인트 구조가 되고, 윤활유가 통과하는 경로가 짧기 때문에 윤활유가 흐르기 쉬워 충분히 윤활유를 공급할 수 있는 구조가 된다.

콘로드에 대해 도5를 이용하여 설명한다.

도5는 콘로드(2)의 사시도이다. 콘로드(2)는 피스톤(4)의 볼 받이부(내구면)(4a)에 삽입되는 볼(외구면)(2a)과, 크랭크샤프트(7a)가 삽입되는 크랭크 베어 링부(2b)와, 볼(외구면)(2a)과 크랭크 베어링부(2b)를 연결하는 로드부(2c)로 구성되어 있다.

급유 구멍(2d)은 볼(외구면)(2a) 및 로드부(2c)의 내부를 관통하도록 마련된다. 윤활유는 이 급유 구멍(2d)을 흘러 크랭크 베어링부(2b)로부터 볼(외구면)(2a)의 미끄럼 이동부에 공급된다.

또한, 볼(외구면)(2a)은 피스톤(4)의 볼 받이부(내구면)(4a)와 마찬가지로, 구면의 일부를 절결한 구조로 되어 있다. 따라서 윤활유가 통과하는 경로가 짧고, 윤활유가 흐르기 쉬워 충분히 윤활유를 공급할 수 있는 구조가 된다.

회전 방지부에 대해 도6, 도7 및 도8을 이용하여 설명한다.

도6은 회전 방지부를 도시하는 사시도이다. 도7은 회전 방지부를 볼 조인트 구조로 조립한 상태의 사시도이다. 도8의 (a)는 볼 조인트 구조로서 조립된 회전 방지부를 크랭크 베어링부측으로부터 본 도면이다. 도8의 (b)는 관점을 바꾼 도7과 동등해지는 사시도이다.

회전 방지부에 대해 설명하기 전에, 콘로드의 볼(외구면)과, 피스톤의 볼 받이부(내구면)에 대해 설명을 부가한다.

볼(외구면)(2a)은 콘로드(2)의 길이 방향에 따르도록 형성된 한 쌍의 평탄면(2e)을 대칭으로 갖는다.

볼 받이부(내구면)(4a)는 양 평탄면(2e) 사이의 두께폭과 동등하거나 또는 어느 정도 크게 형성된 한 쌍의 삽입용 절결 개구(4b)를 갖는다. 삽입용 절결 개구(4b)의 폭은 L이다. 피스톤(4)은 한 쌍의 삽입용 절결 개구(4b)의 외측에 대략 반원 형상을 한 한 쌍의 보유 지지 오목부(4c)를 갖는다.

피스톤(4)은 볼 받이부(내구면)(4a)가 형성되는 전방에 볼 받이부(내구면)(4a)보다도 큰 원형 구멍(4f)을 갖는다. 즉, 볼 받이부(내구면)(4a)는 원형 구멍(4f)의 중앙 바닥부에 함몰되도록 형성된다.

오일 저장부(4d)는 볼 받이부(내구면)(4a)의 중앙의 바닥에 형성된다. 이 오일 저장부(4d)에는 급유 구멍(2d)을 흘러 공급되는 윤활유가 저장된다. 여기에 저장되는 윤활유에 의해 볼 받이부(내구면)(4a)와 볼(외구면)(2a)과의 미끄럼 이동면이 충분히 윤활해져 원활한 회전이 행해진다.

볼 받이부(내구면)(4a)에 볼(외구면)(2a)을 삽입하여 볼(외구면)(2a)을 평탄면(2e)이 삽입용 절결 개구(4b)에 오도록 돌림으로써, 볼 받이부(내구면)(4a)와 볼(외구면)(2a)이 원활하게 미끄러지도록 결합하는 볼 조인트의 빠짐 방지가 행해진다.

회전 방지부(10)는 볼 조인트된 볼(외구면)(2a)이 볼 받이부(내구면)(4a)로부터 탈락하지 않도록 볼(외구면)(2a)의 회전 방지를 행한다.

이 회전 방지부(10)는 피스톤(4)에 설치된 한 쌍의 보유 지지 오목부(4c)에 삽입되는 한 쌍의 끼워 넣음 다리(10a)와, 한 쌍의 끼워 넣음 다리(10a)에 걸쳐지는 연결부(10b)를 갖는다. 한 쌍의 끼워 넣음 다리(10a)는 평탄판부(10a1)와, 이 평탄판부(10a1)의 양단부측으로부터 외측으로 접혀 원호를 그리면서 서로 근접하도록 연장되는 2개의 원호부(10a2)를 갖는다.

또한 평탄판부(10a1)의 중앙에는 내측을 향해 오목해지도록 설치되고, 볼(외구면)(2a)의 평탄면(2e)에 접합하는 오목부(10a3)를 갖는다. 회전 방지부(10)는 강판을 절곡하여 형성한다. 강판이나 인청동판을 포함하는 스프링성의 금속판을 이용하여 만들어진다.

회전 방지부(10)는 도7, 도8에 도시한 바와 같이 피스톤(4)에 설치된다. 피스톤(4)의 원형 구멍(4f)으로부터 삽입된 회전 방지부(10)는 끼워 넣음 다리(10a)가 보유 지지 오목부(4c)에 삽입되어 보유 지지된다. 끼워 넣음 다리(10a)는 두 개의 원호부(10a2)가 탄성을 이용하여 휘도록 보유 지지 오목부(4c)에 끼워지므로 쉽게 빠지지 않는다.

이 탄성을 갖는 원호부(10a2)가 설치된 회전 방지부(10)를 이용함으로써, 피스톤(4)의 볼 받이부(내구면)(4a) 및 콘로드(2)의 볼(외구면)을 변형시키지 않고 볼 조인트 구조를 조립하는 것이 가능해지고, 미끄럼 이동성이 우수한 볼 조인트 구조가 된다.

회전 방지부(10)가 피스톤(4)에 설치된 상태에서는, 평탄판부(10a1)의 오목부(10a3)가 볼(외구면)(2a)의 평탄면(2e)에 접합하고 있다. 이로 인해, 볼(외구면)(2a)은 평탄면(2e)과 오목부(10a3)와의 접합을 해제하는 방향의 회전은 저지된다. 이 회전 저지에 의해, 볼(외구면)(2a)과 볼 받이부(내구면)(4a)가 결합하는 볼 조인트는 탈락하지 않도록 유지되는 것이다.

볼 받이부(내구면)(4a)에 대한 볼(외구면)(2a)의 회전은 콘로드(2)의 로드부(2c)가 흔들리는 요동의 회전 작동이 된다.

회전 방지의 다른 실시예에 대해 도9, 도10을 인용하여 서술한다.

이 회전 방지부(10)는 도10에 도시한 바와 같이 연결부(10b)에 계지 갈고리(10c)를 설치한 것이 특징이다. 그 밖에는 앞서 서술한 회전 방지부와 공통된 구성을 갖는다.

피스톤(4)은 도9에 도시한 바와 같이 원형 구멍(4f)에 환형의 고정홈(4g)을 마련한 점이 특징이다. 그 밖에는 앞서 서술한 피스톤과 공통된 구성을 갖는다.

계지 갈고리(10c)가 고정홈(4g)에 결합함으로써, 회전 방지부(10)는 원형 구멍(4f)으로부터 빠지지 않게 된다. 2개의 원호부(10a2)의 탄성에 의한 보유 지지에 계지 갈고리(10c)의 결합이 가해지므로, 회전 방지부(10)는 더 확실하게 보유 지지된다.

윤활유의 공급에 관한 다른 실시예에 대해 도11을 인용하여 서술한다.

크랭크샤프트(7a)는 축 방향으로 연장하는 윤활유의 오일 유통 구멍(110)과, 외주에 관통하는 오일 유출 구멍(111)을 갖는다. 또한, 크랭크 베어링부(2b)는 미끄럼 이동면에 환형의 오일 받이 홈(112)을 갖는다. 이 오일 받이 홈(112)에 급유 구멍(2d)이 연통하도록 형성되어 있다.

크랭크 베어링부(2b)에는 오일 유통 구멍(110)을 흐르는 윤활유가 오일 유출 구멍(111), 오일 받이 홈(112)을 경유하여 공급되어 크랭크 베어링부(2b)와 크랭크샤프트(7a)의 미끄럼 이동면을 윤활하게 한다. 오일 받이 홈(112) 내의 윤활유는 급유 구멍(2d)에도 흘러들어가므로, 볼 받이부(내구면)(4a)와 볼(외구면)(2a)의 미끄럼 이동면도 윤활하게 한다.

오일 저장이 되는 오일 받이 홈(112)이 크랭크 베어링부(2b)에 설치되어 있으므로, 크랭크 베어링부(2b)와 크랭크샤프트(7a)의 미끄럼 이동면에 윤활유의 공급이 잘 행해진다. 또한, 오일 저장이 되는 오일 받이 홈(112)에 급유 구멍(2d)이 연통하고 있으므로, 볼 받이부(내구면)(4a)와 볼(외구면)(2a)의 미끄럼 이동면에 윤활유의 공급이 잘 행해진다.

다음에 충분히 윤활유가 공급되는 구조에 적합한 볼 조인트부의 신뢰성을 확보하기 위한 재료에 대해 설명한다.

도12에 피스톤(4) 및 콘로드(2)에 사용하는 재료에 대해, 링온 블럭 마찰 시험기에 의해 미끄럼 이동 시험을 행한 결과를 나타낸다.

본 시험은 윤활유 중에서, 미끄럼 이동 속도는 1.01 m/s로 하고, 시험 부하는 123.5 N으로 하였다. 본 시험 결과로부터, 콘로드(2)의 재료에는 밀봉 처리하지 않고, 피스톤(4)의 재료만 수증기 처리를 실시하여 밀봉된 소결재(14)를 사용한 것은 마모량이 많은 것이 확인되었다.

이는 밀봉 처리되어 있지 않으므로, 오일막이 형성되지 않기 때문이다. 한편, 공공(空孔)이 없는 주철이나 양쪽에 밀봉 처리를 실시한 소결재를 채용한 경우, 콘로드(2) 재료의 마모가 적어지는 경향이 있어, 필요로 하는 한계 마모량을 콘로드(2)의 재료로 만족시킬 수 있었다.

그러나, 피스톤(4) 재료의 마모가 증가하는 것도 확인된다. 소결재끼리의 경우, 콘로드(2)의 재료에 질화한 소결재(4SN)와 질화하지 않는 피스톤(4) 재료의 소결재(8S)를 조합한 것은 질화한 콘로드(2)의 재료로 마모 한계를 하회하였지만, 질화하고 있지 않은 피스톤(4) 재료의 마모를 증가시키는 결과가 되었다.

양쪽에 질화를 한 경우에는 모두 마모가 증대해 버렸다. 금형강에 후술하는 열처리(처리 조건 103)를 실시하여 표면을 경화시킨 상대재(A3)와 소결재(8S)에서는 콘로드(2)의 재료와 피스톤(4)의 재료 모두 내마모성이 향상되어 마모 한계를 하회하였다. 이들 시험이나 시행 검토로부터, 조합하는 재료 표면의 경도의 비가 내마모성 향상에 크게 영향을 미치고 있는 것을 발견하였다.

도13은 소결재의 표면 경도 측정 결과를 나타낸다. 소결재(4SN)와 소결재(8S)의 표면 경도의 비교는 약 1.4배이고, 이 경도비를 높게 함으로써 도12에 나타내는 마모 한계치를 만족할 수 있는 것을 추측할 수 있다.

[표1]

처리 번호	켄칭 온도	템퍼링 온도	질화 방법	질화 처리 온도	표면층의 평균 경도	재료 내부의 평균 경도
101	1030 ℃	200 ℃	가스 연질화	575 ℃	HV750	HV500
103	1030 ℃	520 ℃	가스 연질화	575 ℃	HV760	HV550
104	1030 ℃	520 ℃	염욕 질화	480 ℃	HV900	HV680

표1은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 금형강 켄칭 질화재의 처리 조건과 경도 측정 결과를 정리한 것이다.

표1은 상대재로서, 보다 경도비를 크게 하기 위해 JIS에 있어서의 SKD11 상당의 냉간 금형강을 이용하여 열처리 및 질화 처리를 실시한 상대재(A1, A3, A4)의 표면층 및 내부의 경도 측정 결과를 나타낸다.

템퍼링 온도를 높게 함으로써 표면 경도는 높아지고, 또한 질화 처리의 온도를 낮게 함으로써 표층 및 내부 모두 고경도화하는 것을 알 수 있다. 이 최고 고도의 재료[상대재(A4)]를 이용하면, 경도의 비를 약 3배로 할 수 있어, 도11에 도 시한 바와 같이 콘로드(2)의 재료와 피스톤(4) 재료의 양쪽에서 마모를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

상대재를 경화하는 것은 동시에 가공하기 어려워지므로, 가공성을 감안하여 상대재의 검토를 실시하였다. 표1의 상대재(A1, A3, A4)에 부가하여, JIS에 있어서의 SCM415재(케이스 하드닝 강)를 이용하여 질화와 고주파 켄칭에 의해 도14에 나타내는 상대재(B6, B8)를 작성하였다.

도15에 도12와 같은 시험 조건으로 소결재(8S)와 조합한 마모 시험의 결과를 나타낸다.

이 결과로부터 표면층의 경도의 비가 1.5배 이상이면, 정상의 마모에 관해서는 원하는 내구성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 상대재(B6, B8)를 이용하여 각각 소결재(8S)와 조합하여 도12와 같은 링온 블럭 마찰 시험기에 의해 다시 미끄럼 이동 시험을 행하였다. 재시험은 평균 입경 10 마이크로미터로 조정한 연강 용접시의 용접 스퍼터를 혼입시킨 윤활유 중에서 미끄럼 이동 속도는 1.01 m/s로 하고, 시험 부하는 123.5 N으로 하여 단시간의 시험을 행하였다.

시험 후에 마찰면을 관찰한 결과, 상대재(B6)의 표면에는 스퍼터 입자에 의한 손상, 즉 어브레이시브 마모흔이 관찰되었지만, 상대재(B8)의 표면에는 어브레이시브 마모흔은 거의 관찰되지 않았다.

이상의 결과에 의해 피스톤(4)의 재료로서 소결재에 수증기 처리로 밀봉을 행한 것, 및 콘로드(2)의 재료로서 소결재에 수증기 처리로 밀봉한 후에 질화한 것 및 금형강을 켄칭하고 고온 템퍼링 후에 템퍼링 온도 이하에서 질화를 행한 것을 사용하는 것으로 하였다.

[제1 실시 형태]

피스톤(4)의 재료로서 수증기 처리에 의한 밀봉 처리를 실시한 Fe-Cu(1 내지 2 %)-C(0.7 내지 1.0 %)의 소결재를 사용하고, 콘로드(2)의 재료로서 철계 합금을 이용한 압축기를 제작하였다.

이 철계 합금은 용제재로 Cr(11 내지 13 중량 %)-Mo(0.8 내지 1.2 중량 %)-Mn(0.3 내지 0.6 중량 %)-C(0.6 내지 1.6 중량 %)와 기타 불가피적 원소를 포함하는 잔량부 철의 철기 합금을 1010 ℃ 내지 1040 ℃에서 켄칭 후, 520 ℃ 2시간의 템퍼링을 2회 행하고, 480 ℃의 염욕 중에서 90분 질화 처리를 실시하였다.

이 밀폐형 압축기를 장비한 냉동 사이클에 냉매로서 이소부탄, 윤활유로서 에스테르유를 봉입하여 운전 회전수 매분 4900 회전, 토출 압력 1.6 ㎫로 30일간 운전한 결과, 볼 조인트 구조부에 마모가 발생하지 않고 양호한 미끄럼 이동성을 유지할 수 있는 결과를 얻었다.

또한 토출 압력을 2.0 ㎫까지 높인 동일한 시험을 실시한 결과, 볼 조인트 구조부에 이상 마모가 발생하는 일 없이 양호한 특성을 유지할 수 있었다.

또한, 용접에 의한 스퍼터 입자를 관리 상한의 10배를 윤활유에 첨가한 압축기를 제작하여 동일한 조건에서 5일간 운전한 결과, 회전이 정지하는 일이 없이 안정적으로 운전할 수 있고, 마찰면에 미세한 마찰 손상이 관찰되는 것 이외에 이상 마모는 없었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예를 적용하면, 볼 조인트 구조의 볼 받이부(내구면)(4a) 및 볼(외구면)(2a)에 이상 마모가 발생하지 않으므로, 밀폐형 압축기의 장기 신뢰성이 확보되고, 또한 밀폐형 압축기의 동작시에 있어서의 미끄럼 이동 손실의 저감에 의해 밀폐형 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 볼 조인트부의 마모를 저감시킬 수 있고, 신뢰성이 높은 압축기로 할 수 있다.

또한, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 피스톤과 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이며, 피스톤과 콘로드의 다른 쪽 재료가 상기 철을 주성분으로 하는 합금재 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서는, 볼 조인트부에 설치한 콘로드의 내부를 통과하는 급유구를 통해 윤활유를 공급하고, 피스톤과 콘로드의 접촉면(볼과 볼 받이부)에 오일막을 형성함으로써 마찰력을 저감시키고, 또한 효율을 향상시켜 오일막에 의해 상기 피스톤과 콘로드의 고체 접촉을 저감시켜 마모 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 피스톤측은 볼 받이부의 내구면의 성형성을 좋게 하기 위해 철계의 소결재인 것이 바람직하다. 한편, 콘로드는 볼의 외구면의 성형ㆍ가공 및 급유구를 형성하기 위해 소결재인 것이 바람직하지만, 마모 내구성을 감안한 조합에 있어서는 용제재도 적용할 수 있다.

철계 소결재는 크랭크핀으로부터의 회전력을 왕복 운동으로 하여 기체를 압축하기 위해 피스톤 또는 콘로드 혹은 양쪽에 충분한 강도를 갖게 할 필요가 있어 상기 철계 소결재의 밀도는 6.6 g/㎤ 이상으로 한다.

급유를 충분히 행하여 오일막을 유효하게 형성하기 위해, 볼 조인트의 조합에 이용하는 소결재는 더욱 고밀도로 해야만 한다.

원료분의 소결 후에 적절한 형상을 가공하여 수증기 처리를 함으로써 내부 및 표면의 구멍을 구멍 표면에 생성되는 산화물막에 의해 밀봉하여, 윤활유막이 구멍을 통해 용이하게 배출되지 않도록 한다. 수증기 처리에 의한 밀봉부의 산화물은 소결재의 강도를 향상시키는 동시에 응착 마모를 방지하는 효과도 있다.

냉매 압축의 운전 조건에 따라서는 일시적으로 볼 조인트부에 높은 하중이 가해지는 경우가 있으므로, 마찰면에 고체 접촉이 발생해도 동종재끼리의 접촉이 되지 않도록 한쪽 표면을 질화 혹은 황화물화 혹은 이들의 혼합층으로 하여 이종재화한다.

미끄럼 이동부(볼과 볼 받이부)에 공급하는 윤활유에는 압축기 내에서 사용 개시시의 길들임 운전이나 일시적 고부하 운전에 의해 생성된 마모분 입자나, 챔버 밀봉시의 스퍼터 입자가 혼입한다. 마모분은 연질인 측의 재료에 있어서, 미끄럼 이동부(볼과 볼 받이부) 표면의 가공 경화층이 탈락 혹은 탈락한 마모분은 미끄럼 이동면의 간극에서 변형되므로 그 경도는 원래 재료의 1.5배 내지 2배가 된다.

미끄럼 이동부(볼과 볼 받이부)에 있어서, 보다 경질인 쪽의 표면 경도를 연질인 측의 1.5배 이상으로 함으로써, 경질인 쪽의 재료의 표면 거칠어짐을 방지하고, 마모분이 연질인 재료의 표면을 변형시키면서 구름 이동 혹은 윤활유에 의해 흘려 보내져 마찰면 밖으로 배출될 수 있다.

또한 마모분의 배출 후에는 경질인 쪽의 재료 표면 형상에 연질인 쪽의 재료가 길들여져 마모분 형성ㆍ배출 전의 매끄러운 형상에 유사한 표면으로 복구할 수 있다.

정상 운전시의 미끄럼 이동부(볼과 볼 받이부)의 간극은 최대 10 마이크로미터 이하로 하는 것이 압축 효율을 향상시키는 데 유효하고, 대략 간극에 생성 혹은 윤활유와 함께 침입하는 입자의 크기는 약 10 마이크로미터 이하가 되므로, 경질인 쪽의 재료가 구름 이동하는 입자에 의해 변형ㆍ마모되지 않도록 표면 입자의 크기에 비해 2배 이상의 깊이까지 표면 확산 처리의 유효 깊이를 확보한다.

스퍼터 입자는 챔버 용접시에 용융된 철제의 챔버재가 공간에서 다시 응고한 것으로, 대략 구형이며 비커스 경도는 약 800에 이르는 것도 있다. 용접 방법의 개선이나 급유 경로에 필터를 설치할 수도 있지만, 필터는 급유 효율을 낮추어 윤활을 악화시키는 경우도 있다. 따라서, 스퍼터 입자에 의한 볼 조인트부의 손상 마모를 방지하기 위해 경질인 쪽의 경도를 더 향상시키는 것이 유효하다.

철계의 재료는 켄칭에 의해 경질로 하여 내마모성을 향상시킬 수 있지만, 표면은 금속질이고 철계 소결재와 조합한 경우에 상대재와의 응착을 일으키기 쉽다. 또한 표면을 질화 혹은 침탄함으로써 경도를 증대시켜, 더욱 비금속화하여 상대재와의 응착이나 마모분에 의한 변형ㆍ마모를 방지한다. 비금속화에는 황화물 처리 도 유효하다. 적절하게 이들 확산 처리를 조합해도 좋다. 확산 처리에서는, 켄칭 후의 내부 경도를 유지하기 위해 확산 처리 온도 이상의 온도로 템퍼링할 수 있는 것이 필요하다.

본 발명의 구조에 이용하는 윤활유는 오일막을 견고하게 보유 지지시키기 위해 철계 소결재 및 질화 또는 침탄 혹은 황화한 표면에 양호한 흡착력을 갖는 에스테르계 합성 오일이 유효하다. 광물유와 에스테르유를 혼합해도, 에스테르계의 분자가 선택적으로 미끄럼 이동부 표면에 부착하여 고체 접촉을 방지할 수 있다.

밀봉 처리는 공급하는 윤활유의 오일막을 보유 지지하기 위해 필수이다. 그러나, 불가피하게 잔존하는 구멍에 윤활유가 충전되도록 해 둠으로써, 마모가 발생하여 구멍이 표면에 드러난 경우에도 충전된 윤활유가 마모부의 금속 접촉을 방지하여 마모를 방지할 수 있다.

또한 본 발명은, 피스톤과 콘로드의 연결 구조를 갖는 압축기에 있어서, 연결 구조(볼과 볼 받이부)가 탈락하지 않는 볼 조인트 기구로 하고, 또한 콘로드 내부로부터 윤활유를 공급하는 구조로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 냉매 자체로는 마모 방지의 효과를 발휘할 수 없는 이소부탄 냉매나 R134a 등의 비염소 냉매의 압축시에 유효한 밀폐형 압축기가 된다.

상술한 구성에 의해, 윤활성이 우수한 볼 조인트 기구를 구성할 수 있고, 밀폐형 압축기의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (20)

1. 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 수납되는 압축 요소, 전동 요소 및 상기 전동 요소의 회전력을 압축 요소에 전달하는 크랭크 기구를 구비하고,

   상기 압축 요소는 실린더와, 이 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고,

   상기 크랭크 기구는 상기 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고,

   상기 콘로드에 설치한 볼과 상기 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서,

   상기 피스톤과 상기 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이고,

   상기 피스톤과 상기 콘로드의 다른 쪽 재료는 상기 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도에 대해 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 철을 주성분으로 하는 합금재는 소결재이고, 상기 소결재의 밀도는 6.6 g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 소결재는 산화막에 의해 밀봉 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
4. 제3항에 있어서, 상기 밀봉 처리는 상기 피스톤 혹은 상기 콘로드의 성형, 절삭 가공 후에 수증기 처리에 의해 상기 소결재에 잔존하는 공공(空孔)의 밀봉 처리인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
5. 제1항에 있어서, 상기 다른 쪽 재료는 외구면 혹은 상기 미끄럼 이동부가 질화 처리 혹은 탄화 처리, 침탄 처리, 침류 질화 처리 중 어느 하나의 표면 확산 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
6. 제5항에 있어서, 상기 표면 확산 처리에 의해 형성된 질화물층 혹은 황화물층, 또는 황화물과 질화물의 혼합층은 표면 경화층이고, 상기 1.5배 이상의 경도가 되는 범위가 상기 표면 경화층의 최표면으로부터 적어도 깊이 20 마이크로미터 이상인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
7. 제5항에 있어서, 상기 표면 확산 처리는 재료의 템퍼링 온도 이하에서 행하는 표면 확산 처리인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
8. 제1항에 있어서, 상기 윤활유는 에스테르계 윤활유 또는 에스테르계 윤활유와 광물유를 혼합한 윤활유인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
9. 제2항에 있어서, 에스테르계 윤활유 또는 에스테르계 윤활유와 광물유를 혼합한 윤활유가 상기 소결재에 잔존하는 공공(空孔)에 충전ㆍ함침하고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
10. 제1항에 있어서, 상기 실린더에서 압축하는 냉매를 이소부탄으로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
11. 제1항에 있어서, 상기 실린더에서 압축하는 냉매에 에스테르계 윤활유와 상용성을 갖는 R134a 등의 비염소계 냉매를 이용하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
12. 제1항에 있어서, 상기 콘로드를 세로로 관통하여 상기 볼의 미끄럼 이동부측으로 빠지는 급유 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
13. 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 수납되는 압축 요소, 전동 요소 및 상기 전동 요소의 회전력을 압축 요소에 전달하는 크랭크 기구를 구비하고,

    상기 압축 요소는 실린더와, 이 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고,

    상기 크랭크 기구는 상기 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고,

    상기 콘로드에 설치한 볼과 상기 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서,

    상기 볼은 상기 콘로드의 길이 방향에 따르도록 형성된 한 쌍의 평탄면을 대칭으로 갖고,

    상기 볼 받이부는 상기 양 평탄면간의 두께 폭과 동등하거나 또는 어느 정도 크게 형성된 한 쌍의 삽입용 절결 개구를 갖고,

    상기 볼 받이부에 삽입한 상기 볼을 상기 평탄면이 삽입용 절결 개구에 오도록 돌려 볼 조인트의 빠짐 방지를 이루고,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이고,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 다른 쪽 재료는 상기 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도에 대해 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
14. 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 수납되는 압축 요소, 전동 요소 및 상기 전동 요소의 회전력을 압축 요소에 전달하는 크랭크 기구를 구비하고,

    상기 압축 요소는 실린더와, 이 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고,

    상기 크랭크 기구는 상기 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고,

    상기 콘로드에 설치한 볼과 상기 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서,

    상기 볼은 상기 콘로드의 길이 방향에 따르도록 형성된 한 쌍의 평탄면을 대칭으로 갖고,

    상기 볼 받이부는 상기 양 평탄면간의 두께 폭과 동등 내지 어느 정도 크게 형성된 한 쌍의 삽입용 절결 개구를 갖고,

    상기 볼 받이부에 삽입한 상기 볼을 상기 평탄면이 삽입용 절결 개구에 오도록 돌려 볼 조인트의 빠짐 방지를 이루고,

    상기 피스톤은 상기 한 쌍의 삽입용 절결 개구의 외측에 대략 반원 형상을 한 한 쌍의 보유 지지 오목부를 갖고,

    상기 볼 받이부에 삽입한 상기 볼이 빠지는 방향으로 돌리는 것을 저지하는 회전 방지부를 구비하고,

    상기 회전 방지부는 상기 한 쌍의 보유 지지 오목부에 삽입되는 한 쌍의 끼워 넣음 다리와, 상기 한 쌍의 끼워 넣음 다리에 걸쳐지는 연결부를 갖고,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이며,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 다른 쪽 재료는 상기 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도에 대해 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
15. 제14항에 있어서, 상기 한 쌍의 끼워 넣음 다리는 평탄판부와, 이 평탄판부의 양단부측으로부터 외측으로 접혀 원호를 그리면서 서로 근접하도록 연장되는 두 개의 원호부를 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
16. 제15항에 있어서, 상기 끼워 넣음 다리는 평탄판부의 중앙에 내측을 향해 오목해지도록 설치되고, 또한 상기 볼의 평탄면에 접합하는 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
17. 제14항에 있어서, 상기 회전 방지부의 연결부는 상기 피스톤에 설치된 고정홈에 계지하는 계지 갈고리를 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
18. 제14항에 있어서, 상기 회전 방지부는 강판을 포함하는 금속판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
19. 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 수납되는 압축 요소, 전동 요소 및 상기 전동 요소의 회전력을 압축 요소에 전달하는 크랭크 기구를 구비하고,

    상기 압축 요소는 실린더와, 이 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고,

    상기 크랭크 기구는 상기 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고,

    상기 콘로드에 설치한 볼과 상기 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서,

    상기 크랭크 기구는 전동 요소측에 설치한 크랭크샤프트와, 상기 콘로드에 구비되어 상기 볼의 반대측이 되는 상기 콘로드의 단부에 설치되고 또한 상기 크랭크샤프트를 회전 가능하게 지지하는 크랭크 베어링을 갖고,

    상기 크랭크 베어링은 미끄럼 이동면에 환형의 오일 받이 홈을 갖고,

    상기 콘로드는 상기 오일 받이 홈으로부터 상기 볼의 미끄럼 이동부측으로 빠지는 급유 구멍을 갖고,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이며,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 다른 쪽 재료는 상기 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도에 대해 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
20. 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 수납되는 압축 요소, 전동 요소 및 상기 전동 요소의 회전력을 압축 요소에 전달하는 크랭크 기구를 구비하고,

    상기 압축 요소는 실린더와, 이 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고,

    상기 크랭크 기구는 상기 피스톤에 연결되는 콘로드를 갖고,

    상기 콘로드에 설치한 볼과 상기 피스톤에 마련한 볼 받이부가 회전하여 미끄럼 이동 가능하게 볼 조인트되고, 이 볼 조인트의 미끄럼 이동부에 윤활유의 공급이 행해지는 밀폐형 압축기에 있어서,

    상기 볼 받이부는 바닥에 오일 저장부를 갖고,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 어느 한쪽이 철을 주성분으로 하는 합금재이고,

    상기 피스톤과 상기 콘로드의 다른 쪽 재료는 상기 철을 주성분으로 하는 합금재의 표면층의 경도에 대해 비커스 경도에 있어서 1.5배 이상의 경도인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.

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