KR100947420B1 - Scroll compressor - Google Patents
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Abstract
스크롤 압축기에 있어서, 쾌삭성 및 양호한 용접성을 갖는 저탄소강을 이용하고 또한 가스 연질화 처리에 의해 내마모성이 높은 베어링 하우징으로 하여 저렴하고 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. In a scroll compressor, a low carbon steel having high machinability and good weldability, and a high wear resistance by a gas soft nitriding treatment, are intended to be inexpensive and to improve reliability.
이를 해결하기 위해, 스크롤 압축기(50)는, 전동기부(5), 압축기구부(6), 크랭크축(11), 베어링, 및 밀폐 용기(1)를 구비한다. 베어링은 주베어링(13) 및 부베어링(14)을 구비한다. 부베어링(14)은, 지지부에 용접되는 동시에 내주에 내구면부(15a)를 갖는 베어링 하우징(15)과, 내구면부(15a)와 미끄럼 이동하여 자동 축 정렬 기능을 갖는 외구면 형상부(16b)를 갖는 구면 베어링(16)을 구비한다. 구면 베어링(16)은, 기계 구조용 탄소강재 또는 주물재의 표면에 질화 처리를 실시하여 경화시키고, 또한 2황화몰리브덴 및 인산망간 피막 처리를 실시하여 구성된다. 베어링 하우징(15)은, 저탄소강재를 이용하고, 그 표면의 적어도 구면 베어링(16)의 외구면부(16b)와의 미끄럼 이동면이 되는 내구면부에 가스 연질화 처리를 실시하여 구성된다.In order to solve this, the scroll compressor 50 is equipped with the electric motor part 5, the compression mechanism part 6, the crankshaft 11, the bearing, and the airtight container 1. As shown in FIG. The bearing has a main bearing 13 and a sub bearing 14. The sub-bearing 14 is welded to the support portion and has a bearing housing 15 having an inner surface portion 15a on the inner circumference thereof, and an outer surface portion 16b having an automatic shaft alignment function by sliding with the inner surface portion 15a. It is provided with a spherical bearing 16 having. The spherical bearing 16 is constituted by nitriding and hardening the surface of a carbon steel or cast material for mechanical structure, and further performing molybdenum sulfide and manganese phosphate coating. The bearing housing 15 is constituted by using a low carbon steel material and performing gas soft nitridation on at least an inner surface portion that is a sliding surface with at least the outer surface portion 16b of the spherical bearing 16 on its surface.
외구면 형상부, 구면 베어링, 자동 축 정렬 기능, 베어링 하우징, 저탄소강재 Spherical bearing, spherical bearing, automatic shaft alignment, bearing housing, low carbon steel
Description
본 발명은, 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 공기 조화기, 냉장고 등에 탑재하는 스크롤 압축기에 적합한 것인다.TECHNICAL FIELD This invention relates to a scroll compressor. Specifically, it is suitable for the scroll compressor mounted in an air conditioner, a refrigerator, etc.
종래의 스크롤 압축기로서는, 일본 특개평6-173877호 공보(특허 문헌1)에 기재된 것이 있다.As a conventional scroll compressor, there exists a thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 6-173877 (patent document 1).
이 특허 문헌1의 스크롤 압축기는, 밀폐 용기 내에 전동기부와, 작동 유체를 압축하는 압축 기구부와, 상기 전동기부의 회전력을 상기 압축 기구부에 전달하여 당해 압축 기구부를 구동하는 크랭크축과, 상기 크랭크축을 상기 전동기부의 양측에서 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링과, 상기 전동기부, 상기 압축 기구부, 상기 크랭크축, 및 상기 복수의 베어링을 수납하는 밀폐 용기를 구비하고 있다.The scroll compressor of
그리고, 상기 압축 기구부는, 각각의 단부판 상에 설치된 스파이럴 형상의 랩을 맞물리게 함으로써 압축실을 형성하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤과, 상기 선회 스크롤의 자전 방지 수단과, 상기 자전 방지 수단을 지지하는 프레임을 구비하고 있다. 상기 복수의 베어링은, 상기 프레임에 내장되고 상기 크랭크축을 지지하는 주베어링과, 상기 전동기부보다 압축 기구부의 반대측에서 상기 크랭크축을 지지하는 부베어링을 구비하고 있다. 상기 부베어링은, 지지부에 용접되는 동시에 내주에 구면 형상부를 갖는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 구면 형상부에 수납되고 자동 축 정렬 기능을 갖고 상기 크랭크축을 지지하는 구면 베어링을 구비하고 있다.The compression mechanism unit includes a fixed scroll and swing scroll for forming a compression chamber by engaging spiral wraps provided on each end plate, a rotation preventing means for the swing scroll, and a frame for supporting the rotation prevention means. Equipped with. The said plurality of bearings are equipped with the main bearing which is built in the said frame, and supports the said crankshaft, and the sub bearing which supports the said crankshaft on the opposite side to a compression mechanism part rather than the said electric motor part. The sub-bearing is provided with a bearing housing welded to the support portion and having a spherical shape at its inner circumference, and a spherical bearing accommodated in the spherical shape of the bearing housing and having an automatic shaft alignment function to support the crankshaft.
또한, 상기 구면 베어링은, 기계 구조용 탄소강재 또는 주물재의 표면에 질화 처리를 실시하여 경화시키고, 또한 2황화몰리브덴 및 인산망간 피막 처리를 실시하여 구성되어 있다.In addition, the spherical bearing is formed by nitriding and hardening the surface of a carbon steel or cast material for mechanical structure, and further performing molybdenum sulfide and manganese phosphate coating.
<특허 문헌1> 일본 특개평6-173877호 공보<
특허 문헌1에서는, 기계 구조용 탄소강재 또는 주물재의 표면에 질화 처리를 실시하여 경화시키고, 또한 2황화몰리브덴 및 인산망간 피막 처리를 실시하여 구성된 구면 베어링을 이용하고 있으므로, 표면 경도가 강화되어, 구면 베어링의 신뢰성이 향상된다. 그러나, 특허 문헌1에는, 베어링 하우징의 신뢰성에 관해서는 개시되어 있지 않다.
그 베어링 하우징에는 기계 구조용 탄소강재가 이용되지만, 베어링 하우징의 탄소 함유량이 많을 경우에는, 지지부에 용접할 때에 베어링 하우징에 크랙이 생기기 쉬워, 가공 정밀도가 뒤떨어진다. 따라서, 용접 시의 크랙 방지나 가공 정밀도의 향상을 우선시키기 위해, 베어링 하우징에 저탄소강재를 이용하는 것을 생각할 수 있지만, 그 경우에는, 베어링 하우징과 구면 베어링의 경도차 및 내마모성에 현 저한 차가 생겨, 고부하 운전 등에 의해 베어링 하우징이 일방적으로 이상 마모될 우려가 있어, 소음 이상이나, 입력 증대 등의 압축기의 품질 저하 등의 원인이 될 가능성이 있는 것을 알았다.Mechanical bearing carbon steel is used for the bearing housing, but when the carbon content of the bearing housing is large, cracks are likely to occur in the bearing housing when welded to the support portion, resulting in inferior machining accuracy. Therefore, in order to give priority to crack prevention during welding and improvement of machining accuracy, it is conceivable to use a low carbon steel material for the bearing housing, but in that case, there are significant differences in the hardness difference and the wear resistance between the bearing housing and the spherical bearing. It has been found that the bearing housing may be abnormally worn unilaterally due to operation or the like, which may cause noise abnormality and deterioration of the compressor quality such as increased input.
본 발명의 목적은, 쾌삭성 및 양호한 용접성을 갖는 저탄소강을 이용하고 또한 가스 연질화 처리에 의해 내마모성이 높은 베어링 하우징으로 하여 저렴하고 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a low cost and reliable scroll compressor using a low carbon steel having high machinability and good weldability and having a high wear resistance by gas soft nitriding treatment.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전동기부와, 작동 유체를 압축하는 압축 기구부와, 상기 전동기부의 회전력을 상기 압축 기구부에 전달하여 당해 압축 기구부를 구동하는 크랭크축과, 상기 크랭크축을 상기 전동기부의 양측에서 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링과, 상기 전동기부, 상기 압축 기구부, 상기 크랭크축, 및 상기 복수의 베어링을 수납한 밀폐 용기를 구비하고, 상기 압축 기구부는, 각각의 단부판 상에 설치된 스파이럴 형상의 랩을 맞물리게 함으로써 압축실을 형성하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤과, 상기 선회 스크롤의 자전 방지 수단과, 상기 자전 방지 수단을 지지하는 프레임을 구비하고, 상기 복수의 베어링은, 상기 프레임에 내장되고 상기 크랭크축을 지지하는 주베어링과, 상기 전동기부보다 압축 기구부의 반대측에서 상기 크랭크축을 지지하는 부베어링을 구비하고, 상기 부베어링은, 지지부에 용접되는 동시에 내주에 내구면부를 갖는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징 내에 수납되고 상기 내구면부와 미끄럼 이동하여 자동 축 정렬 기능을 갖는 외구면 형상부를 갖는 구면 베어링을 구비하고, 상기 구면 베어링은, 기계 구조용 탄소강재 또는 주물재의 표면에 질화 처리를 실시하여 경화시키고, 또한 2황화몰리브덴 및 인산망간 피막 처리를 실시하여 구성된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 베어링 하우징은, 저탄소강재를 이용하고, 그 표면의 적어도 상기 구면 베어링의 외구면부와의 미끄럼 이동면이 되는 내구면부에 가스 연질화 처리를 실시하여 구성하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electric motor unit, a compression mechanism unit for compressing a working fluid, a crank shaft for transmitting the rotational force of the motor unit to the compression mechanism unit to drive the compression mechanism unit, and the crank shaft. A plurality of bearings rotatably supported on both sides of the electric motor part, and a sealed container in which the electric motor part, the compression mechanism part, the crankshaft, and the plurality of bearings are housed, wherein the compression mechanism parts are respectively end portions. A fixed scroll and a pivoting scroll which form a compression chamber by engaging a spiral wrap provided on a plate, a rotation preventing means of said pivoting scroll, and a frame supporting said rotation preventing means, said plurality of bearings comprising: A main bearing embedded in the frame and supporting the crankshaft, and a compression mechanism portion rather than the electric motor portion; And a sub-bearing supporting the crankshaft, wherein the sub-bearing is welded to the support and simultaneously has a bearing housing having an inner surface portion at an inner circumference thereof, and is accommodated in the bearing housing and slides with the inner surface portion to provide automatic shaft alignment. A spherical bearing having a spherical bearing having an outer spherical shape, wherein the spherical bearing is formed by performing a nitriding treatment on the surface of a carbon steel or a casting material for mechanical structure to harden it, and further performing a molybdenum sulfide and manganese phosphate coating. In the bearing housing, a low carbon steel material is used, and a gas soft nitridation treatment is provided on an inner surface portion that is a sliding surface of at least the outer surface portion of the spherical bearing.
이러한 본 발명의 보다 바람직한 구체적인 구성예는 다음과 같다. A more preferable specific structural example of this invention is as follows.
(1) 상기 베어링 하우징은 탄소 함유량이 0.25% 미만인 저탄소강재를 이용한 것.(1) The bearing housing is made of a low carbon steel having a carbon content of less than 0.25%.
(2) 상기 베어링 하우징의 표면층의 경도를 400Hv 이상으로 한 것. (2) The hardness of the surface layer of the said bearing housing is 400 Hv or more.
이러한 본 발명의 스크롤 압축기에 의하면, 쾌삭성 및 양호한 용접성을 갖는 저탄소강을 이용하고 또한 가스 연질화 처리에 의해 내마모성이 높은 베어링 하우징으로 하여 저렴하고 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.According to such a scroll compressor of the present invention, a low-carbon steel having high machinability and good weldability and a high wear resistance by gas soft nitridation treatment can be inexpensively improved in reliability.
이하, 본 발명에 있어서의 일 실시 형태에 대하여 도1 내지 도3을 참조하면서 설명한다. 도1은 본 발명의 일 실시 형태의 스크롤 압축기의 종단면도이고, 도2는 도1의 스크롤 압축기의 부베어링부의 확대도이고, 도3은 도2의 베어링 하우징의 부분 확대 횡단면도이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one Embodiment in this invention is described, referring FIGS. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a scroll compressor of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a sub-bearing part of the scroll compressor of FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the bearing housing of FIG.
스크롤 압축기(50)는, 전동기부(5)와, 작동 유체를 압축하는 압축 기구부(6)와, 전동기부(5)의 회전력을 압축 기구부(6)에 전달하여 당해 압축 기구부(6)를 구 동하는 크랭크축(11)과, 크랭크축(11)을 전동기부(5)의 양측에서 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링(12 내지 14)과, 윤활유(2)와, 이들을 수납하는 밀폐 용기(1)를 구비한다.The
전동기부(5)는, 중심부에 크랭크축(11)을 관통하여 설치한 회전자(3)와, 외주가 밀폐 용기(1)에 용접되어 고정된 고정자(4)로 이루어진다.The
압축 기구부(6)는, 각각의 단부판 상에 설치된 스파이럴 형상의 랩을 맞물리게 함으로써 압축실을 형성하는 고정 스크롤(7) 및 선회 스크롤(8)과, 이 선회 스크롤(8)의 자전을 방지하고 공전을 허용하는 자전 방지 수단을 구성하는 올담 링(9)과, 선회 스크롤(8) 및 올담 링(9)을 지지하는 프레임(10)을 구비한다.The
크랭크축(11)은, 그 일측단부에 편심부(11a)를 갖고, 그 편심부(11a)를 선회 스크롤(8)의 보스부에 끼워 맞추어, 전동기부(5)의 회전력을 선회 스크롤(8)에 전달하여 선회 스크롤(8)을 공전시키는 것이다. 크랭크축(11)의 중심부에는, 밀폐 용기(1)의 저부에 저류된 윤활유(2)를 베어링(12 내지 14) 및 압축 기구부(6)의 미끄럼 이동부에 공급하기 위한 급유 구멍(11b)이 형성되어 있다.The
복수의 베어링(12 내지 14)은, 선회 스크롤(8)의 보스부에 내장되어 크랭크축(11)의 편심부(11a)를 지지하는 선회 베어링(12)과, 프레임(10)에 내장되어 크랭크축(11)을 지지하는 주베어링(13)과, 전동기부(5)보다 압축 기구부의 반대측에서 크랭크축(11)을 지지하는 부베어링(14)으로 이루어져 있다. 선회 베어링(12)과 주베어링(13)은 통 형상의 미끄럼 베어링으로 구성되어 있다.The plurality of
부베어링(14)은, 내주에 내구면부(15a)를 갖는 베어링 하우징(15)과, 베어링 하우징(15) 내에 수납되고, 내주에 크랭크축(11)을 지지하는 미끄럼 이동면(16a)을 갖고, 외주에 내구면부(15a)와 미끄럼 이동하여 자동 축 정렬 기능을 갖는 외구면부(16b)를 갖는 구면 베어링(16)으로 이루어지는 미끄럼 베어링으로 구성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 크랭크축(11)이 부베어링(14) 내에서 자동 축 정렬 기능에 의해 자유롭게 자세를 바꿀 수 있기 때문에, 조립 시의 크랭크축(11)의 기울기를 흡수하여 조립성의 향상을 도모할 수 있다. 마찬가지로 운전 중인 크랭크축(11)의 휨을 흡수하여, 이상한 하중의 치우침을 방지하여 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.The
또한, 베어링 하우징(15)은 하우징 지지 부재(17)의 내주부 하면에 용접되어 고정되어 있다. 하우징 지지 부재(17)의 외주부는 밀폐 용기(1)에 용접되어 고정되어 있다. 따라서, 베어링 하우징(15)은 하우징 지지 부재(17)를 통하여 밀폐 용기(1)에 지지되게 된다.Moreover, the bearing
스크롤 압축기(50)는 전동기부(5)의 회전 동력에 의해 압축 기구부(6)를 종동시킴으로써 압축 일을 행한다. 이에 의해, 전동기부(5)의 회전을 전달하는 크랭크축(11)과, 이 크랭크축(11)을 지지하는 주베어링(13) 및 부베어링(14)의 구면 베어링(16) 내지 베어링 하우징(15)은, 압축 일에 의한 부하 및 가동 부품의 운동에 의한 부하를 유지할 필요가 있다. 그 때문에 각각의 미끄럼 이동부에는 강도와 내마모성이 요구된다.The
구면 베어링(16)은, 전술한 바와 같이, 내주에 크랭크축(11)의 저널부와의 미끄럼 이동면인 미끄럼 이동면부(16a)를 갖고, 외주에 베어링 하우징(15)의 내구 면부(15a)와의 미끄럼 이동면인 외구면부(16b)를 갖는다. 따라서, 구면 베어링(16)은, 비고정으로 지지되고, 내주 및 외주의 쌍방에 미끄럼 이동면을 갖게 된다. 고정된 베어링으로는 내주면으로만 크랭크축(11)의 부하 및 주속을 모두 받는 것에 비해, 비고정의 구면 베어링(16)으로는 크랭크축(11)의 부하 및 주속을 내주면(16a)과 외주면(16b)으로 각각 받는 것이 가능하다. 즉, 구면 베어링(16)이 크랭크축(11)의 회전에 수반하여 동일한 회전 방향이고 또한 크랭크축(11)보다 낮은 회전 속도로 회전할 때는, 크랭크축(11)의 주속을 구면 베어링(16)의 내주면(16a) 및 외주면(16b)의 2면으로 받을 수 있어, 크랭크축(11)의 발열을 억제할 수 있다.As mentioned above, the
그러나, 구면 베어링(16)의 2개의 미끄럼 이동면(16a, 16b)에 있어서, 윤활성이나 표면 거칠기 등에 차이가 생겨, 예를 들어 구면 베어링(16)이 크랭크축(11)과 거의 동일한 회전 속도 또는 이것에 가까운 회전 속도로 된 경우, 부하 및 주속은 구면 베어링(16)의 외구면과 베어링 하우징(15)의 내구면에 집중하게 된다. 이 때문에, 구면 베어링(16)의 미끄럼 이동면(16b)과 베어링 하우징(15)의 미끄럼 이동면(15a)의 면에서도 상기 부하에 대응할 수 있도록 배려할 필요가 있다. However, in the two
여기서, 구면 베어링(16)은, 기계 구조용 탄소강재 또는 주물재의 표면에 질화 처리를 실시하여 경화시키고, 또한 2황화몰리브덴 및 인산망간 피막 처리를 실시하여 구성되어 있어, 표면 경도가 강화되어 있다. 그러나, 베어링 하우징(15)은 쾌삭성 및 용접성을 고려하여 저탄소강재를 이용하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 구면 베어링(16)의 표면 경도가 400 내지 600Hv인 것에 대해, 베어링 하우징(15)으로서 단순히 저탄소강재(S20C)를 그대로 이용한 경우에는 베어링 하우 징(15)의 표면 경도가 120 내지 160Hv 정도로 되어, 이들 미끄럼 이동면에서는 표면 경도가 크게 상이하다. 이 상태에서, 전술한 바와 같이 구면 베어링(16)의 미끄럼 이동면(16b)과 베어링 하우징(15)의 미끄럼 이동면(15a)에 부하가 집중되면, 표면 경도의 차에 의해 베어링 하우징(15)이 마모되어, 신뢰성을 손상시킬 우려가 있다.Here, the
따라서, 본 실시예에서는, 베어링 하우징(15)의 경도 증가에 의한 신뢰성의 향상을 도모하기 위해, 베어링 하우징(15)의 적어도 내구면부(15a)에 가스 연질화 처리가 실시되고 있다. 도3에 베어링 하우징(15)에 가스 연질화 처리를 실시했을 때의 표면 근방의 단면도를 도시한다. 도3에 모식적으로 도시한 바와 같이 베어링 하우징(15)의 소재부(15b)의 표면 근방에, 질소의 확산층(15c)이 생성되고, 그 표면에 화합물층(15d)이 생성된다. 이 확산층(15c)에 의해, 베어링 하우징(15)의 경도가 증가하여, 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 동시에, 구면 베어링(16)을 크랭크축(11)의 회전보다도 확실하게 저속으로 회전시킬 수 있다.Therefore, in this embodiment, in order to improve the reliability by increasing the hardness of the bearing
또한, 가스 연질화 처리에 필요한 처리 온도는, 약 500 내지 600℃이며, 다른 표면 경화법인 침탄 담금질이나 고주파 담금질에 필요한 처리 온도인 800 내지 900℃에 비하여 낮고, 저탄소강의 A3 변태점(약 850 내지 900℃)에 비해서도 충분히 낮다. 따라서, 본 실시 형태의 베어링 하우징(15)의 큰 치수 변화도 발생하지 않아, 베어링 하우징(15)의 내구면부(15a)의 형상을 유지할 수 있어, 구면 베어링(16)과의 치수 클리어런스를 처리 전의 기계 가공에 의해 결정할 수 있다. 이에 의해, 국소적인 치수 변화에 의한 국부 미끄럼 이동에 의한 신뢰성의 저하를 억제 하여, 후공정을 필요로 하지 않기 때문에, 저렴하고 신뢰성이 높은 부베어링(14)으로 할 수 있다. Further, the processing temperature required for the gas soft nitridation treatment is about 500 to 600 ° C., which is lower than the processing temperature required for carburizing quenching or high frequency quenching, which is another surface hardening method, and is 800 ° C. to 900 ° C., and the A3 transformation point of low carbon steel (about 850 to 900). It is also low enough compared to Therefore, a large dimensional change of the bearing
본 실시 형태에 의하면, 쾌삭성 및 양호한 용접성을 갖는 저탄소강을 이용하고 또한 가스 연질화 처리에 의해 내마모성이 높은 베어링 하우징으로 하여 저렴하고 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 제공할 수 있다. According to this embodiment, it is possible to provide a scroll compressor having low cost and high reliability by using a low carbon steel having high machinability and good weldability and by using a gas soft nitriding treatment as a bearing housing having high wear resistance.
도1은 본 발명의 일 실시 형태의 스크롤 압축기의 종단면도.1 is a longitudinal sectional view of a scroll compressor of one embodiment of the present invention;
도2는 도1의 스크롤 압축기의 부베어링부의 확대도.2 is an enlarged view of a sub-bearing part of the scroll compressor of FIG.
도3은 도2의 베어링 하우징의 부분 확대 횡단면도.3 is a partially enlarged cross sectional view of the bearing housing of FIG. 2;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 밀폐 용기1: sealed container
2 : 윤활유2: lubricating oil
3 : 회전자3: rotor
4 : 고정자4: stator
5 : 전동기부5: motor part
6 : 압축 기구부6: compression mechanism
7 : 고정 스크롤7: fixed scroll
8 : 선회 스크롤8: turning scroll
9 : 올담 링(자전 방지 수단)9: olddam ring (anti-rotation means)
10 : 프레임10: frame
11 : 크랭크축11: crankshaft
12 : 선회 베어링12: slewing bearing
13 : 주베어링13: main bearing
14 : 부베어링14: vice bearing
15 : 베어링 하우징15: bearing housing
15a : 내구면부15a: Durable surface part
16 : 구면 베어링16: spherical bearing
16a : 내주면부16a: inner circumference
16b : 외구면부16b: outer surface part
17 : 하우징 지지 부재(지지부)17: housing support member (support)
50 : 스크롤 압축기50: scroll compressor
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