KR101065547B1

KR101065547B1 - 밀폐형 압축기

Info

Publication number: KR101065547B1
Application number: KR1020090010829A
Authority: KR
Inventors: 히로아 스즈끼; 신이찌 사또오; 겐 곤노; 다께히로 아끼자와; 도시아끼 오노; 유우 다까하시
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2011-09-19
Also published as: JP2010059835A; CN101666312A; CN101666312B; JP4778995B2; KR20100027937A

Abstract

신뢰성을 향상시켜 고효율의 밀폐형 압축기를 얻는 것이다.

밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소에 의해 구동되는 크랭크 샤프트를 구비하고, 상기 압축 요소는 실린더와 상기 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고, 상기 크랭크 샤프트와 상기 피스톤이 커넥팅 로드에 의해 볼 조인트 구조로 연결되고, 상기 피스톤은 철을 주성분으로 하는 소결재이며 수증기 처리에 의해 봉공 처리되는 밀폐형 압축기에 있어서, 상기 봉공 처리된 상기 피스톤의 외주면은 연삭 가공되어 인산 망간 처리되는 것을 특징으로 한다.

밀폐 용기, 압축 요소, 전동 요소, 피스톤, 커넥팅 로드

Description

밀폐형 압축기 {CLOSED-TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 냉장고, 룸 에어콘 등에 사용되는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

종래, 볼 조인트 구조를 갖는 압축기의 피스톤의 표면 처리로서는 특허 문헌1에 기재되어 있는 바와 같이, 철을 주성분으로 하는 소결재에 수증기 처리를 실시함으로써 봉공(sealing) 처리된 구조가 알려져 있다.

<특허 문헌1> 일본특허출원공개 제2007-154806호 공보

그러나, 특허 문헌1에 기재된 구조에서는 수증기 처리에 의해 형성되는 표면층의 경도가 높아, 초기 친밀성(initial confomability)이 부족하다. 그 때문에, 수증기 처리에 의해 형성되는 표면층의 막 두께가 얇으면 마모에 의한 시징을 일으킬 가능성이 있었다. 또한, 실린더와의 미끄럼 이동면이 되는 피스톤 외주면의 면 정밀도가 좋지 않은 경우에도 시징을 일으킬 가능성이 있었다. 이들을 피하기 위해, 고점도에 의한 막 두께 및 면 정밀도의 관리가 필요해진다.

또한, 수증기 처리에 의해 형성되는 표면층의 마찰 계수가 크기 때문에, 피 스톤의 왕복 운동에 의한 미끄럼 이동 손실이 커져 효율의 저하 및 소음의 악화를 생각할 수 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하고자 하는 것으로, 신뢰성을 향상시켜 고효율의 밀폐형 압축기를 얻는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 밀폐형 압축기는 밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소에 의해 구동되는 크랭크 샤프트를 구비하고, 상기 압축 요소는 실린더와 상기 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고, 상기 크랭크 샤프트와 상기 피스톤이 커넥팅 로드에 의해 볼 조인트 구조로 연결되고, 상기 피스톤은 철을 주성분으로 하는 소결재이며 수증기 처리에 의해 봉공 처리되는 밀폐형 압축기에 있어서, 상기 봉공 처리된 상기 피스톤의 외주면은 연삭 가공되어, 인산 망간 처리가 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤의 상기 인산 망간 처리에 의해 형성되는 표면층의 막 두께가 4㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤의 상기 실린더와의 미끄럼 이동면이 되는 상기 외주면의 상기 인산 망간 처리 전의 면 거칠기가 1.6㎛ 이하이며, 상기 인산 망간 처리 후의 면 거칠기가 5㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤의 상기 인산 망간 처리에 의해 형성되는 표면층의 경도는 상기 피스톤의 내부의 경도보다도 낮은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 신뢰성을 향상시켜 고효율의 밀폐형 압축기를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 각각 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 밀폐형 압축기의 압축 요소의 조립 상태를 도시하는 사시도이다. 도 2는 밀폐형 압축기의 종단면도이다.

본 실시예의 밀폐형 압축기는 밀폐 용기 내에 설치된 베어링부(1a) 및 프레임(1b)과 일체로 성형된 실린더(1) 내를 피스톤(4)이 왕복 운동하여 압축 요소를 구성하는, 소위 레시프로형의 압축기이다. 프레임(1b)의 하부에는 전동 요소로서 전동기를 구성하는 스테이터(5) 및 로터(6)가 구비되어 있으며, 크랭크 샤프트(3)의 회전 중심으로부터 편심된 위치에 크랭크 핀(3a)이 설치되어 있다.

크랭크 샤프트(3)는 프레임의 베어링부(1a)에 관통하여 프레임(1b)의 하부로부터 상부로 연신되어 있으며, 크랭크 핀(3a)이 프레임(1b)의 상방측에 위치하도록 설치되어 있다. 크랭크 샤프트(3)의 하부는 로터(6)와 직결되어 있으며, 전동기의 동력에 의해 크랭크 샤프트(3)는 회전된다. 크랭크 핀(3a)과 피스톤(4) 사이는 커넥팅 로드(2)에 의해 연결되어 있으며, 크랭크 핀(3a) 및 커넥팅 로드(2)를 통해 피스톤(4)이 왕복 운동하는 구성으로 되어 있다.

즉, 본 실시예의 밀폐형 압축기는 밀폐 용기 내에 실린더(1), 피스톤(4) 등의 압축 요소와, 전동기 등의 전동 요소가 수납되어 있으며, 크랭크 샤프트(3)에 의해 전동 요소로부터의 회전력을 전하는 구성을 전제로 하고 있다. 커넥팅 로 드(2)와 피스톤(4)의 연결 구조에 관해서는 후술한다.

또한, 크랭크 샤프트(3)의 회전에 의해 밀폐 용기 내에 저류된 냉동기유(윤활유)가 상방으로 유도되어, 크랭크 샤프트(3)의 상방 위치에 형성된 개구로부터 윤활유가 분출되는 구조로 되어 있다. 크랭크 샤프트(3)의 하단부에 설치된 통 형상의 급유 피스(7)의 원심력을 이용하여 윤활유를 상승시켜, 크랭크 샤프트(3)의 상단부로부터 윤활유가 분출된다.

다음에 커넥팅 로드(2)와 피스톤(4)의 연결 구조에 관하여 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 연결된 커넥팅 로드(2)와 피스톤(4)의 상태를 도시하는 사시도이다. 피스톤(4)의 내구면(內球面 : 4a)은 커넥팅 로드(2)의 선단부에 설치되는 구체부의 외구면(外球面 : 2a)을 받는 베어링 구조를 구성하는 것이며, 커넥팅 로드(2)의 외구면(2a)을 180° 이상의 각도로 둘러싸는 형상으로 하고 있다. 이 구조에 의해 미끄럼 이동 면적이 적은 볼 조인트 구조로 되어 있다.

또한, 충격 등의 어떠한 작용에 의해 양자가 상대적으로 회전되면 커넥팅 로드(2)와 피스톤(4)의 연결이 해제되어 버리기 때문에 본 실시예에서는 연결 해제 방지를 위해 빠짐 방지 부재(8)를 구비하고 있다.

다음에, 도 1에 도시하는 압축 요소를 구성하는 실린더(1)와 피스톤(4)의 신뢰성을 확보하기 위한 피스톤(4)의 표면 처리에 대하여 설명한다.

도 4, 도 5에 피스톤(4)에 실시하는 표면 처리에 대해 왕복 운동 마찰 시험기에 의해 미끄럼 이동 시험을 행한 결과를 도시한다.

본 시험의 시험 조건 및 시험에 사용한 샘플A 내지 C의 사양을 표1에 나타낸 다. 본 시험은 윤활유 중에서 미끄럼 이동 속도는 1180cpm로 하고, 시험 스텝 하중은 10kgf/5min으로 했다. 표 1에 있어서의 고정편과 가동편은 피스톤(4) 및 실린더(1)에 대응한다. 또한, 윤활유의 점도는 샘플A 및 C는 ISO3448에서 규정되는 점도 그레이드 VG10으로 하고, 샘플B는 동일하게 점도 그레이드 VG8로 했다.

또한, 표1의 샘플의 표면 처리에 있어서 표면 처리1은 피스톤에 대응하는 고정편의 연삭 가공 전의 표면 처리, 표면 처리2는 고정편의 연삭 가공 후의 표면 처리를 나타낸다. 표면 처리1은 샘플A 내지 C 모두를 수증기 처리로 했다. 표면 처리2는 샘플A를 수증기 처리로 하고 샘플B 및 C를 인산 망간 처리로 했다.

도 4의 평균 마찰 계수의 결과로부터 연삭 가공 후에 수증기 처리를 실시한 샘플A보다도 인산 망간 처리를 실시한 샘플B 및 C에서는 평균 마찰 계수가 약 40％ 저감되는 것이 확인되었다.

이것으로부터, 인산 망간 처리를 실시한 샘플B 및 C에서는 수증기 처리를 실시한 샘플A에 비해 미끄럼 이동 마찰 손실이 저감되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5의 시징 면압의 결과로부터 연삭 가공 후에 수증기 처리를 실시한 샘플A보다도 인산 망간 처리를 실시한 샘플B 및 C에서는 시징 시의 면압이 약 16％ 향상되는 것이 확인되었다.

이것으로부터, 인산 망간 처리를 실시한 샘플B 및 C에서는 수증기 처리를 실시한 샘플A와 비교하여 미끄럼 이동 마모에 의한 한계값이 상승하는 것을 알 수 있다.

또한, 수증기 처리에 의해 형성되는 표면층과, 인산 망간 처리에 의해 형성되는 표면층의 경도를 비교하면 인산 망간 처리에 의해 형성되는 표면층쪽이 경도가 낮은 것이 일반적으로 알려져 있다. 그 때문에, 인산 망간 처리를 실시한 피스톤에서는 피스톤 외주면은 경도가 낮은 인산 망간층으로 덮여 있으며, 미끄럼 이동 초기에 실린더의 면 형상에 따라 인산 망간층이 깎이기 때문에, 피스톤 외주면의 형상이 실린더의 면 형상에 적합한 형상으로 된다.

이것으로부터 인산 망간 처리는 초기 친밀성이 높아, 수증기 처리에 비하여 미끄럼 이동 마모를 저감할 수 있다.

이 경도의 차에 의해, 표면층의 막 두께 및 면 정밀도의 관리값을 완화시키는 것이 가능해진다. 수증기 처리층에서는 경도가 높기 때문에, 효율의 향상 및 신뢰성의 확보를 위해 막 두께와 면적도를 고정밀도로 관리할 필요가 있었다. 그러나, 인산 망간층에서는 초기 친밀성이 우수하기 때문에 막 두께와 면 정밀도의 관리의 점밀도가 높지 않은 경우에 있어서도 인산 망간층이 깎여, 피스톤 외주면의 형상이 실린더의 면 형상에 적합한 형상으로 된다. 이 때문에, 인산 망간 처리 전의 면 정밀도가 충분히 확보되어 있으면 효율과 신뢰성을 확보할 수 있다.

다음에 인산 망간 처리의 공정 순서에 대해서 서술한다. 본 실시예에서는 철을 주성분으로 하는 소결재인 피스톤(4)을 수증기 처리에 의해 봉공 처리하고, 피스톤(4)의 외주면의 연삭 가공 후에 인산 망간 처리를 실시하는 것으로 하고 있다.

수증기 처리는, 내부 및 표면의 중공을 중공 표면에 생성하는 수증기 처리막에 의해 봉공하여 윤활유막이 중공을 통과하여 용이하게 배출되지 않도록 하기 위한 처리이다.

이 상태에서 인산 망간 처리를 실시하면 인산 망간층의 막 두께를 충분히 확보할 수 없다. 그 때문에, 수증기 처리 후에 외주면의 연삭 가공을 실시하여 인산 망간 처리를 실시하는 것으로 하고 있다.

또한, 이 공정 순서로 함으로써 인산 망간 처리를 실시하기 전의 면 정밀도를 용이하게 고정밀도로 할 수 있다.

이상의 결과에 의해, 실린더(1)의 재질은 FC200에 표면 처리를 행하지 않은 것 및 피스톤(4)의 재료로서 소결재 SMF4040A에 수증기 처리에 의해 봉공 처리하고, 연삭 가공 후에 인산 망간 처리를 행한 것을 사용하기로 했다.

또한, 피스톤(4)의 외주면으로의 인산 망간 처리는 볼 조인트 방식의 밀폐형 압축기에 있어서 높은 효과를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 인산 망간층은 미끄럼 이동에 의해 깎임으로써 미끄럼 이동에 최적의 형상으로 된다. 그러나, 피스톤(4)의 외주면에 가해지는 면압이 높으면 미끄럼 이동면이 친밀해지기 전에 인산 망간층이 모두 깎여 버릴 가능성이 높아진다. 이에 의해, 고압 운전 하에 있어서 부하가 증가한 경우에는 마모나 시징을 발생시킬 리스크가 높아진다.

볼 조인트 구조에서는 크랭크 샤프트(3)와 피스톤(4)은 커넥팅 로드(2)에 의해 연결되어 있으며, 피스톤(4)과 커넥팅 로드(2)는 구 형상으로 연결되어 있기 때문에 연결부의 자유도가 높아 치우침을 방지할 수 있어, 피스톤(4)의 외주면에 가해지는 면압도 작게 할 수 있다.

이에 대해, 다른 밀폐형 압축기에 사용되고 있는 스카치 요크 구조에서는 크랭크 샤프트와 피스톤의 연결에 커넥팅 로드를 사용하지 않고, 바로 연결되어 있다. 또한, 피스톤 핀 구조에서는 크랭크 샤프트와 피스톤은 커넥팅 로드에 의해 연결되어 있으나, 커넥팅 로드와 피스톤은 피스톤 핀을 통하여 연결되어 있다. 이러한 구조를 취하기 때문에, 양자 모두 볼 조인트 구조에 대하여 연결부의 자유도가 낮기 때문에 치우침을 피할 수는 없어, 피스톤의 외주면에 가해지는 면압도 커진다.

이상으로부터, 피스톤의 외주면으로의 인산 망간 처리는 스카치 요크 구조나 피스톤 핀 구조보다도 볼 조인트 구조의 밀폐형 압축기가 더 적합하다. 따라서, 도 4, 도 5에 도시한 마찰 계수의 저감 효과, 시징 면압의 상승 효과가 최대한으로 얻어지는 동시에, 고부하 시의 마모나 시징의 발생에 의한 신뢰성의 저하의 리스크도 없어, 성능 향상, 소음 저감, 신뢰성 향상에 크게 공헌할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 피스톤 외주면에 초기 친밀성을 갖는 인산 망간층을 형성함으로써 실린더(1)와 피스톤(4)의 마찰 계수가 저감되어, 시징 시의 면압 및 온도가 향상되기 때문에 미끄럼 이동 마모의 저감 및 한계값이 향상된다. 또한, 표면 처리층의 경도가 낮기 때문에 초기 친밀성이 우수하다. 이에 의해 신뢰성이 높아, 고효율화와 저소음화 양면에 우수한 압축기를 얻을 수 있다.

또한, 미끄럼 이동 마모의 저감 및 한계값이 향상되기 때문에, 막 두께 및 면 정밀도의 관리값을 완화시킬 수 있어, 생산성이 높은 압축기라고 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 것으로, 압축 요소의 조립 상태를 도시하는 사시도.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 밀폐형 압축기의 종단면도.

도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 것으로, 피스톤과 커넥팅 로드의 조립 상태를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 것으로, 피스톤 표면 처리의 마모 시험에 있어서의 평균 마찰 계수를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 피스톤 표면 처리의 마모 시험에 있어서의 시징 면압을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실린더

1a : 베어링부

1b : 프레임

2 : 커넥팅 로드

2a : 커넥팅 로드 외구면

3 : 크랭크 샤프트

3a : 크랭크 핀

4 : 피스톤

4a : 피스톤 내구면

5 : 스테이터

6 : 로터

7 : 급유 피스

8 : 빠짐 방지 부재

Claims

밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소에 의해 구동되는 크랭크 샤프트를 구비하고, 상기 압축 요소는 실린더와 상기 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고, 상기 크랭크 샤프트와 상기 피스톤이 커넥팅 로드에 의해 볼 조인트 구조로 연결되고, 상기 피스톤은 철을 포함하는 소결재이며 수증기 처리에 의해 봉공 처리되는 밀폐형 압축기에 있어서,

상기 봉공 처리된 상기 피스톤의 외주면은 연삭 가공되어 인산 망간 처리가 되고, 상기 피스톤의 상기 실린더와의 미끄럼 이동면이 되는 상기 외주면의 상기 인산 망간 처리 전의 면 거칠기가 1.6㎛ 이하이고, 상기 인산 망간 처리 후의 면 거칠기가 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
밀폐 용기 내에 압축 요소 및 전동 요소가 수납되고, 상기 전동 요소에 의해 구동되는 크랭크 샤프트를 구비하고, 상기 압축 요소는 실린더와 상기 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 갖고, 상기 크랭크 샤프트와 상기 피스톤이 커넥팅 로드에 의해 볼 조인트 구조로 연결되고, 상기 피스톤은 철을 포함하는 소결재이며 수증기 처리에 의해 봉공 처리되는 밀폐형 압축기에 있어서,

상기 봉공 처리된 상기 피스톤의 외주면은 연삭 가공되어 인산 망간 처리가 되고, 상기 피스톤의 상기 인산 망간 처리에 의해 형성되는 표면층의 경도는 상기 피스톤의 내부의 경도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
제2항에 있어서, 상기 피스톤의 상기 인산 망간 처리에 의해 형성되는 표면층의 막 두께가 4㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
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