KR101122533B1 - 압축기의 접동 부품, 접동 부품 기체, 스크롤 부품 및 압축기 - Google Patents

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타카시 히로우치
야스히로 무라카미
마사노리 마스다
카즈히로 후루쇼
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Abstract

본 발명의 과제는, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 압축기의 접동 부품을 제공하는 것에 있다. 압축기의 접동 부품(17, 23, 24, 26, 39, 60, 96, 310b, 524, 526, 644, 646, 724, 726, 734, 736, 817, 821, 823, 824, 825, 826, 827, 921, 924)은, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작고, 적어도 일부의 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮다.
압축기, 접동 부품, 스크롤 부품, 실린더 블록, 피스톤

Description

압축기의 접동 부품, 접동 부품 기체, 스크롤 부품 및 압축기{SLIDING COMPONENT OF COMPRESSOR, SLIDING COMPONENT BASE, SCROLL COMPONENT, AND COMPRESSOR}
본 발명은, 압축기, 및 압축기의 접동(摺動, 접촉하여 미끄러져 움직음) 부품(스크롤 부품, 실린더 블록, 피스톤 및 롤러 등) 및 접동 부품 기체(基體)(스크롤 부품 기체, 실린더 블록 기체, 피스톤 기체 및 롤러 기체 등)에 관한 것이다.
과거에 「압축기의 접동 부품 기체를 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조한다」라고 하는 압축기의 접동 부품의 제조 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 그리고 이 제조 방법을 채용하면, 사형 주조 방법을 채용하는 것에 비하여 고인장강도 또한 고경도의 성형품을 얻을 수 있다고 되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2005-36693호
[특허 문헌 2] 일본국 공개실용신안공보 실개평4-134686호
그런데, 예를 들면, 스크롤 압축기에서는, 일반적으로, 소용돌이의 치선(齒先) 선단(先端)은 운전 중의 변형을 고려하여 초기 간극(間隙)이 내어지도록 설정되어 있다. 이것은, 운전 중에 소용돌이의 치선의 일부가 접촉하면, 치선 외의 개소에 큰 간극이 생기거나, 스러스트 베어링면이 떠 기능을 완수하지 않게 되거나, 가동 스크롤이 고정 스크롤과 타 부품의 사이에 끼워넣어지거나 하여, 손상이나 성능 저하 등의 문제가 발생하기 때문이다. 그러나 부품의 가공 공차나, 기하 공차, 조합 공차에 의한 조립의 상태나, 소용돌이 내부의 온도의 상승에 의하여, 운전 중에 치선의 접촉이 일어나는 일이 있다. 이 접촉 상태는, 압축기를 운전시켜, 고정 스크롤 혹은 가동 스크롤의 접촉하고 있는 쪽의 스크롤 측의 치선 선단이 마모하여 가는 것에 의하여 서서히 해소되어 간다(이 현상을 「친화」라고 한다). 즉, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 경도는 높으면 높을수록 좋다는 것이 아니라 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나는 경도이고 또한 운전 중에 충분한 내구성을 발현할 수 있는 데에 충분한 경도일 필요가 있다. 덧붙여, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 경도가 현저하게 높은 경우, 내늘어붙음성이 떨어져, 펌프 다운 운전(설치 시의 폐쇄 밸브를 여는 것의 잊음이나 이설(移設) 시의 냉매 회수 운전 시에 발생하기 쉽다)이나, 가스 부족 운전(냉매의 충전 부족이나 배관으로부터의 누설 등이 일어난 경우에 생긴다) 시에 스크롤 압축기의 랩에 있어서 치선과 치저(齒底)(특히 중심부)에 늘어붙음이 생겨, 압축기가 고장나 교환을 어쩔 수 없이 해야 될 우려가 있다. 그 한편, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 경도가 현저하게 낮은 경우, 내마모성이 떨어져, 단시간의 이상 운전(펌프 다운 운전이나 가스 부족 운전 등)으로 이상 마모(수십㎛오더)가 발생하여, 통상 운전 시에 소용돌이부의 선단의 간극이 너무 커져 성능이 저하하고, 극단적인 경우에는 가스 누설에 의한 성능 저하로 토출 가스 온도가 너무 상승하여 운전할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 일반적으로, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 소용돌이부에 대해서는 엔드 밀(end mill) 가공이 필요하기 때문에, 경도가 현저하게 높으면 공구 수명이나 절삭 저항이 문제로 되기 쉽다. 즉, 가동 스크롤이나 고정 스크롤은, 기계 가공을 필요로 하는 경우에는, 충분한 피삭성을 확보할 수 있는 경도이고 또한 완성 후에 충분한 내구성을 발현할 수 있는 데에 충분한 경도일 필요가 있다. 한편, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 경도가 현저하게 낮으면, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 연성이 너무 커지기 때문에, 구성인선(構成刃先)이 생기기 쉬워 연마 처리성이 악화될 우려가 있다. 따라서, 이 점으로부터도 가동 스크롤 및 고정 스크롤 등에는 적절한 경도가 필요하다.
또한, 이와 같은 경도의 적절화에 대해서는, 스윙 압축기의 실린더 블록과 피스톤, 로터리 압축기의 실린더 블록과 롤러에 대해서도 마찬가지의 것을 말할 수 있다. 특히, 스윙 압축기에서는 실린더 블록과 피스톤이 항상 같은 위치에서 접촉하기 때문에, 실린더 블록 및 피스톤의 경도의 적절화는 스크롤 압축기의 스크롤 부품의 경도의 적절화와 동등하게 중요하다.
본 발명의 과제는, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 접동 부품 및 그와 같은 접동 부품을 짜넣은 압축기를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 과제는, 양호한 피삭성을 나타내는 압축기의 접동 부품 기체를 제공하는 것에 있다.
제1 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부(殘部)가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮다. 덧붙여, 경도는 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 것이 보다 바람직하다. 또한, 경도의 조정은, 성형 후의 열처리에 의하여 실현 가능하다. 덧붙여, 여기에 말하는 「접동 부품」이란, 압축기의 접동 부품이고, 예를 들면, 스크롤 압축기의 가동 스크롤, 고정 스크롤, 베어링, 회전 축(크랭크 샤프트), 자전 방지 부재 및 슬라이드 부시(슬라이드 블록), 및, 스윙 압축기나 로터리 압축기의 실린더 블록, 프런트 헤드, 리어 헤드, 미들 플레이트 및 회전 축(크랭크 샤프트), 피스톤, 롤러 등이다. 덧붙여, 「접동 부품」이 스윙 압축기나 로터리 압축기의 실린더 블록인 경우는, 적어도 실린더 구멍을 형성하는 벽부의 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮으면 된다. 덧붙여, 접동 부품의 경도가 HRB90 이하이면, 접동 부품이 내마모성이 떨어져, 단시간의 이상 운전(펌프 다운 운전이나 가스 부족 운전 등)으로 이상 마모(수십㎛오더)가 발생하여, 통상 운전 시에 소용돌이부의 선단의 간극이 너무 커져 성능이 저하하고, 극단적인 경우에는 가스 누설에 의한 성능 저하로 토출 가스 온도가 너무 상승하여 운전할 수 없게 될 우려가 있으며, 또한, 접동 부품이 스크롤 부품인 경우에 인장강도 향상에 의한 소용돌이부의 고인장강도화 효과를 충분히 살릴 수 없을 우려가 있다. 그 한편, 접동 부품의 경도가 HRB100 이상이면, 접동 부품이 내늘어붙음성이 떨어져, 접동 부품이 스크롤 부품인 경우에 이상 운전(펌프 다운 운전이나 가스 부족 운전 등) 시에 소용돌이부에 늘어붙음이 생겨, 압축기가 고장나 교환을 피할 수 없게 될 우려가 있다. 덧붙여, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 기지(基地) 조성 중의 페라이트 면적율은 50%에서 5%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%에서 2%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율이 50%보다 작고 25%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%보다 작고 3%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 이와 같은 압축기의 접동 부품은, 상기의 철을 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형한 후에, 그 성형물을 급냉하여 전체를 백선화(白銑化)시킨 후에 열처리로 경도가 조정되는 것에 의하여 제조된다. 덧붙여, 이와 같은 압축기의 접동 부품을 반용융 다이캐스트 성형이나 반응고 다이캐스트 성형에 의하여 성형하는 경우, 그 성형물은, 니어 넷 쉐이프(near-net-shape)화(제품의 최종 형상에 가까운 형상으로 하는 것)할 수 있다. 한편, 이와 같은 압축기의 접동 부품을 금형 주조 성형에 의하여 성형하는 경우, 그 성형물은 정밀 기계 가공에 의하여 최종 형상으로 가다듬어질 필요가 있다.
그런데, 상기와 같은 성분을 가지는 철을 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형한 후에 급냉하여 전체를 백선화시킨 성형품은, 열처리하는 것에 의하여 자유롭게 인장강도를 조정할 수 있다. 그리고 이 열처리를 거쳐 제조되는 성형품의 인장강도는 그 경도와 비례 관계에 있는 것이 판명되어 있다. 덧붙여, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 인장강도는 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다. 즉, 성형품의 인장강도의 관리는, 측정하기 쉬운 경도로 대용할 수 있게 된다. 또한, 접동 부품이 스크롤 부품인 경우, 소용돌이부의 설계 자유도가 큰 폭으로 향상하여, 소경화나 대용량화할 수 있다고 하는 메리트도 있다. 따라서, 이 압축기의 접동 부품은, 편상 흑연 주철과 같은 접동 부품보다도 고인장강도를 나타낸다. 또한, 본 발명자가 얻은 실험 결과로부터, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위에 있는 경우, 압축기 운전 시에 있어서 그 접동 부품은 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 것이 명백해져 있다. 또한, 접동 부품이 적당한 경도를 나타내기 때문에, 접동 부품에 흠이 생기기 어렵고, 취급이 편해진다고 하는 메리트도 있다. 이상, 정리하면, 이 압축기의 접동 부품은, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없다. 덧붙여, 이 압축기의 접동 부품은, 상기와 같은 성분을 가지는 철이 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형된 후에 급냉되어 전체가 백선화시켜지고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조되고 있기 때문에, 각 부 두께의 감소에 의하여 소경화에 의한 스러스트 손실의 저감이나 대용량화가 가능해지고, 또한, FC재와 비교하면 인성(靭性)이 뛰어나기 때문에 돌발적인 내압 상승이나 이물 끼임에 대하여 손상이 발생하기 어렵고 만일 손상하여도 미세한 티끌이 생기기 어려워져 배관의 세정이 불필요하게 된다고 하는 메리트 등을 향수(享受)할 수 있다. 덧붙여, 이와 같은 압축기는 특히 갱신 수요 전용의 압축기에 적합하다고 말할 수 있다.
제2 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부(殘部)가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 압축기의 접동 부품이고, 반용융 다이캐스트 성형 또는 반응고 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 후에 급냉되고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조된다.
이 압축기의 접동 부품은, 반용융 다이캐스트 성형 또는 반응고 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 후에 급냉되고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조된다. 이 때문에, 이 접동 부품 기체는, 니어 넷 쉐이프화될 수 있다. 따라서, 이 압축기의 접동 부품은, 기계 가공비를 삭감 가능하여, 보다 염가로 제조할 수 있다.
제3 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부(殘部)가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 압축기의 접동 부품이고, 금형 주조 성형에 의하여 성형된 후에 급냉되고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조된다.
이 압축기의 접동 부품은, 금형 주조 성형에 의하여 성형된 후에 급냉되고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조된다. 이 때문에, 성형 공정 중에 필요하게 되는 압력이 낮아도 된다. 따라서, 다이캐스트 성형에 필요한 프레스 장치나 가열 장치가 불필요해져, 설비에 드는 비용을 저감할 수 있다. 이 결과, 이 압축기의 접동 부품은, 성형 가공비가 낮아져, 보다 염가로 할 수 있다.
제4 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나에 관련되는 압축기의 접동 부품이고, 압축기의 접동 부품은, 영률(Young' modulus)에 대한 인장강도의 비가 0.0046 이하이다. 덧붙여, 영률은 175 ~ 190GPa인 것이 바람직하다.
FC250라고 하는 종래의 재료와 비교하여, 금형에 반용융(반응고) 상태의 철 소재를 압입(壓入)하여 주물을 제조하는 다이캐스트에 의하여 생성되는 것은, 소정 시간 소정 온도에서 보지(保持)하거나 냉각 속도를 조정하거나 하는 열처리를 행하는 것에 의하여, 인장강도를 향상시킬 수 있다.
그러나 종래에 없는 레벨로 인장강도가 오르면, 지금까지와 같이 피로 손상이 생기는지 여부라고 하는 강도의 관점으로부터만으로 스크롤 부품의 소용돌이부의 높이(H)와 두께(T)의 비인 비(H/T)를 결정하고 있으면 다른 문제가 발생하는 것을 본원 발명의 발명자는 찾아내었다. 즉, 강도가 확보된다고 하여 비(H/T)를 너무 크게 하면, 강도의 면에서는 문제가 없어도, 절삭 가공을 행할 때에 소용돌이부의 변형이 너무 커지기 때문에 엔드 밀 등의 가공 허용 공차나 절삭 속도를 크게 하지 못하여 가공 시간이 길어져 버리거나, 압축기 운전 중에 소용돌이부의 변형량(굴곡량)이 커져 성능이 저하하거나 상대의 스크롤과의 접촉에 의하여 소음이 커지거나 하는 문제가 일어나는 것을 알아내었다.
이것을 감안하여, 본 발명에서는, 이러한 가공 시간, 성능 저하, 소음이라고 하는 관점으로부터 필요한 소용돌이부의 변형량의 상한을 고려하여 소용돌이부의 비(H/T)를 결정하였을 때에, 피로 강도의 관점으로부터 인장강도가 어느 정도 있으면 충분한가라고 하는 검토에 기초하여, 열처리에 의하여 과잉인 강도 업을 코스트를 들여 행하여 버리는 일이 없도록, 열처리 후의 스크롤 부품의 영률에 대한 인장강도의 비를 결정하는 것으로 하였다. 구체적으로는, 영률에 대한 인장강도의 비가 0.0046 이하가 되도록, 열처리에 의한 강도 업의 정도를 억제하도록 하고 있다. 이와 같이 영률에 대한 인장강도의 비를 결정하고 있기 때문에, 본 발명에 관련되는 스크롤 부품에 있어서는, 코스트나 시간을 들인 열처리에 의한 과잉인 강도 업을 소용돌이부에 대하여 행하여 버리는 사상(事象)이 회피되어, 열처리를 적당히 행하도록 할 수 있다.
덧붙여, 강도를 낮게 억제하기 위하여 반대로 열처리에 시간을 들이게 되면 본말 전도이며, 또한 금속 조직의 페라이트율이 높아지면 내마모성이 저하된다고 하는 문제도 생기는 것으로부터, 영률에 대한 인장강도의 비는, 0.0033 이상인 것이 바람직하다.
또한, 냉매로서 R410A를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스크롤 압축기에 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 경우, 소용돌이부의 평판부와 직교하는 방향의 길이(이하, 소용돌이부의 높이(H)라고 한다.)를 소용돌이부의 두께(이하, 소용돌이부의 두께(T)라고 한다.)로 나눈 값이 19 이하인 것이 바람직하다. 또한, 냉매로서 이산화탄소를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스크롤 압축기에 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 경우, 소용돌이부의 높이(H)를 소용돌이부의 두께(T)로 나눈 값이 8 이하인 것이 바람직하다. 이 이상, 소용돌이부의 두께(T)에 대하여 소용돌이부의 높이(H)가 높아져, 소용돌이부의 높이에 대하여 상대적으로 소용돌이부가 박육화(薄肉化)되면, 소용돌이부의 강성(영률)이 부족하여 버리기 때문이다. 덧붙여, 반용융/반응고 다이캐스트에 의하여 성형되어 있고, 종래의 FC250라고 하는 재료를 사용하는 경우보다도 강도가 증가하고 있는 것으로부터, 냉매로서 R410A를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스크롤 압축기에 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 경우, 비(H/T)를 10 이상으로 하여 소용돌이부의 박육화를 도모하는 것이 바람직하고, 냉매로서 이산화탄소를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스크롤 압축기에 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 경우, 비(H/T)를 2 이상으로하여 소용돌이부의 박육화를 도모하는 것이 바람직하다.
제5 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 제1 발명 내지 제3 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품이고, 압축기의 접동 부품은, 일부, 예를 들면, 응력 집중부나 접동부에 부분 열처리가 행하여져 있다. 덧붙여, 여기에 말하는 「부분 열처리」는, 고주파 가열 방법이나 레이저 가열 방법 등을 이용하여 행하여진다. 또한, 이 접동 부품이 냉매로서 이산화탄소나 R410A 등의 고압 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 압축기의 크랭크 축인 경우, 편심 축부 및 주축부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 이 크랭크 축에 있어서 주축부와 편심 축부의 사이에 노치(notch)부가 설치되는 경우, 노치부의 주변부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다. 덧붙여, 크랭크 축에는 밸런스 웨이트가 일체 성형되는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 냉매로서 이산화탄소나 R410A 등의 고압 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스크롤 압축기의 이너 드라이브형 가동 스크롤 부품인 경우, 이너 드라이브용 핀 축부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 냉매로서 이산화탄소나 R410A 등의 고압 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스크롤 압축기의 자전 방지 부재(예를 들면, 올덤 링(올덤 커플링) 등)인 경우, 접동 부분인 키부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 냉매로서 이산화탄소나 R410A 등의 고압 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스윙 압축기의 실린더 블록인 경우, 부시 수용 구멍을 형성하는 벽부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 냉매로서 이산화탄소나 R410A 등의 고압 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 스윙 압축기의 피스톤인 경우, 블레이드부의 밑부의 주변부나, 블레이드부의 밑부에 형성되는 노치부의 주변부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 냉매로서 이산화탄소나 R410A 등의 고압 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 로터리 압축기의 실린더 블록인 경우, 베인 수용 구멍을 형성하는 벽부에 부분 열처리가 행하여지는 것이 바람직하다.
이 압축기의 접동 부품은, 일부, 예를 들면, 응력 집중부나 접동부 등에 부분 열처리가 행하여져 있다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 응력 집중부나 접동부 등에 충분한 피로 강도나 내마모성을 부여할 수 있다. 덧붙여, 이와 같은 접동 부품은, 고압 냉매, 예를 들면, 이산화탄소 등에 대하여 특히 유효해진다. 또한, 부분 열처리 부분의 강도가 향상하기 때문에, 부분 열처리 부분의 박육 경량화를 실현할 수 있다.
제6 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 제5 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품이고, 부분 열처리가 행하여지는 개소의 경도는, HRC(Hardness of Rockwell C scale: 로크웰 C 스케일 경도)50보다도 높고 HRC65보다도 낮다.
이 압축기의 접동 부품에서는, 부분 열처리가 행하여지는 개소의 경도가 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮다. 이 때문에, 예를 들면, 이 압축기의 접동 부품에, 베어링부 등, 특히 경도가 요구되는 부분이 존재하는 경우, 그 부분의 경도를 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮은 경도로 하면 그 부분의 마모를 충분히 억제할 수 있다.
제7 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 제5 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품이고, 부분 열처리가 행하여지는 개소는 응력 집중부이다. 덧붙여, 여기에 말하는 「응력 집중부」란, 스크롤 부품의 소용돌이부의 밑부의 주변부나, 스크롤 부품의 평판부의 제1 판면 측의 중심 부근에 형성되는 노치부, 스크롤 부품의 베어링부의 밑부의 주변부 등이다.
이 압축기의 접동 부품은, 응력 집중부에 부분 열처리가 행하여져 있다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품에서는, 접동성이 필요한 접동부에 양호한 친화성이 부여되는 것과 함께 응력 집중부에 충분한 피로 강도가 부여된다. 덧붙여, 이와 같은 접동 부품은, 고압 냉매, 예를 들면, 이산화탄소 등에 대하여 특히 유효해진다.
제8 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나에 관련되는 압축기의 접동 부품이고, 볼록부를 가지는 성형형(成形型)을 이용하여 제조되어 있다. 볼록부는, 접동 부품의 중앙 부근의 소정의 부분을 박육으로 형성하는 것이 가능하다. 접동 부품은, 중앙 부근에 박육의 소정의 부분을 구비하고 있다. 덧붙여, 여기에 말하는 「소정의 부분」이란, 예를 들면, 개구(開口) 예정 부분 등이다. 또한, 압축기의 접동 부품이 스크롤 부품인 경우, 「소정의 부분」은, 예를 들면, 경판(鏡板)의 중앙 부근의 부분이나 중앙 부근에 있어서의 토출 구멍을 개구할 예정의 부분 등이다. 덧붙여, 이때, 볼록부의 높이는, 스크롤의 중앙 부근의 소정의 부분의 두께를 4mm 이하로 하는 높이로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 가동 스크롤 부품인 경우, 중실(中實) 환봉(丸棒)의 베어링부가 구동 축의 내측에 감합(嵌合)하는 이너 드라이브의 가동 스크롤 부품보다도 구동 축의 외측에 감합하는 베어링부를 가지는 가동 스크롤 부품의 쪽이 공극의 발생이 억제된다. 접동 부품이 중실 환봉의 베어링부가 구동 축의 내측에 감합하는 이너 드라이브의 가동 스크롤 부품인 경우는, 베어링부의 내부의 적어도 일부가 볼록부에 의하여 주조하여 빼내어지는 것이 바람직하다.
반용융 성형법에서는 반용융 상태의 금속 재료를 이용하여 형(型) 성형이 행하여진다. 이 때문에, 성형된 접동 부품에 있어서의 후육부(厚肉部)에 공극이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한, 성형된 접동 부품의 기체의 내부에 공극이 존재하는 상태로, 그 기체에 한층 더 구멍뚫기 가공을 행한 경우에는, 기체 내부의 공극이 구멍뚫기 부분을 통하여 외부로 노출할 우려가 있다. 공극이 접동 부품의 외표면으로 노출한 경우, 노출한 공극의 부분이 접동 부품의 피로 파괴의 기점이 되기 쉬어, 피로 강도에 바람직하지 않은 영향을 줄 우려가 있다.
이와 같은 문제에 대하여, 본 발명에서는, 볼록부를 가지는 성형형을 이용하여 금속 재료를 반용융 성형하는 것에 의하여, 접동 부품의 중앙 부근에 박육의 소정의 부분이 형성된다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품에서는, 공극의 발생이 억제된다.
제9 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나에 관련되는 압축기의 접동 부품이고, 중앙 부근의 소정의 부분을 박육으로 형성하는 것이 가능한 볼록부를 가지는 성형형을 이용하여 중앙 부근에 박육의 소정의 부분을 구비하고 있는 접동 부품의 기체를 성형하고, 기체에 있어서의 박육의 소정의 부분에 있어서 관통 구멍을 형성하는 것에 의하여 제조된다. 덧붙여, 여기에 말하는 「소정의 부분」이란, 예를 들면, 개구 예정 부분 등이다. 또한, 압축기의 접동 부품이 스크롤 부품인 경우, 「소정의 부분」은, 예를 들면, 경판의 중앙 부근의 부분이나 중앙 부근에 있어서의 토출 구멍을 개구할 예정의 부분 등이다. 덧붙여, 이때, 볼록부의 높이는, 스크롤의 중앙 부근의 소정의 부분의 두께를 4mm 이하로 하는 높이로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 이 접동 부품이 가동 스크롤 부품인 경우, 중실 환봉의 베어링부가 구동 축의 내측에 감합하는 이너 드라이브의 가동 스크롤 부품보다도 구동 축의 외측에 감합하는 베어링부를 가지는 가동 스크롤 부품의 쪽이 공극의 발생이 억제된다. 접동 부품이 중실 환봉의 베어링부가 구동 축의 내측에 감합하는 이너 드라이브의 가동 스크롤 부품인 경우는, 베어링부의 내부의 적어도 일부가 볼록부에 의하여 주조하여 빼내어지는 것이 바람직하다.
이 압축기의 접동 부품은, 볼록부를 가지는 성형형을 이용하는 것에 의하여, 중앙 부근에 박육의 소정의 부분을 가지는 기체가 성형되고, 그 기체에 있어서의 박육의 소정의 부분에 있어서 관통 구멍이 형성되는 것에 의하여 제조된다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품에서는, 공극의 발생이 억제된다. 또한, 개구 예정 부분에 있어서 관통 구멍을 형성하여도 접동 부품 내부의 공극이 외부로 노출할 우려가 없어져, 피로 강도의 저하를 억제하는 것도 가능하다.
제10 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품은, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작은 압축기의 스크롤 부품이고, 평판부 및 소용돌이부를 구비한다. 소용돌이부는, 평판부의 제1 판면으로부터 제1 판면에 수직인 방향을 향하여 소용돌이 형상을 보지하면서 연장되어 있다. 그리고 평판부 및 소용돌이부는, 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮다. 덧붙여, 소용돌이부는 특히 그 선단부의 경도가 상기 경도 범위에 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 경도는 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 것이 보다 바람직하다. 또한, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율은 50%에서 5%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%에서 2%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율이 50%보다 작고 25%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%보다 작고 3%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 경도의 조정은, 성형 후의 열처리에 의하여 실현 가능하다. 또한, 소용돌이부는 제1 판면으로부터의 높이가 소용돌이부의 홈(골의 부분) 폭의 2배 이하인 것이 바람직하다. 기계 가공 전의 가공 허용 공차가 많아도 비교적 용이하게 기계 가공을 할 수 있기 때문이다.
이 압축기의 스크롤 부품은, 상기와 같은 성분을 가지는 철이 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형된 후에 급냉되어 전체가 백선화시켜지고, 나아가 그 후 열처리가 행하여져 제조되어 있다. 이 때문에, 소용돌이부의 인장강도를 충분히 높일 수 있다. 따라서, 소용돌이부의 설계 자유도가 큰 폭으로 향상하여, 소경화나 대용량화할 수 있다. 또한, 본 발명자가 얻은 실험 결과로부터, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위에 있는 경우, 압축기 운전 시에 있어서 그 스크롤 부품은 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 것이 명백해져 있다. 이 때문에, 이 압축기의 스크롤 부품은, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없다.
제11 발명의 압축기의 스크롤 부품은, 제10 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품이고, 소용돌이부는, 성형형에 대한 빼기 구배가 감기 각에 따라 변화하고 있다.
종래의 스크롤에서는, 랩의 빼기 구배가 없거나, 또는 일정하기 때문에, 강도나 품질에 따라 랩 형상을 결정할 수 없어, 스크롤의 제조 시에 있어서 소재의 낭비가 생긴다고 하는 문제가 있다. 또한, 스크롤의 형상을 본 경우, 랩의 곡률 반경이 소용돌이 형상을 가지는 랩의 중심부만큼 작기 때문에, 금형은, 스크롤을 금형으로부터 분리하는 경우에 응력을 받기 쉬워진다. 이 때문에, 금형의 수명을 길게 하는 것은 곤란하다.
이와 같은 문제에 대하여, 본 발명에 관련되는 스크롤 부품에서는, 소용돌이부에 있어서의 성형형에 대한 빼기 구배가 소용돌이부의 감기 각에 따라 변화하고 있다. 이 때문에, 이 스크롤 부품에서는, 강도나 품질에 따라 소용돌이부의 형상이 결정되어, 소재의 낭비를 없애는 것이 가능하다.
제12 발명의 압축기의 스크롤 부품은, 제11 발명의 압축기의 스크롤 부품이고, 소용돌이부는, 중심에 가까운 감기 시작의 부분에 있어서의 성형형에 대한 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분의 빼기 구배보다도 큰 형상을 나타낸다. 덧붙여, 소용돌이부는 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이형(離型) 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스가 작아져, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것과 함께, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 소용돌이부는 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 단계적으로 변화하도록 설정되는 것도 바람직하다. 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스가 작아져, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것과 함께, 소용돌이부의 개개의 각도 범위에 있어서의 빼기 구배의 설정이 용이하고, 또한, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 소용돌이부는 감기 시작과 감기 끝의 사이 중의 소정의 각도 범위에 있어서, 빼기 구배를 다른 각도 범위에 있어서의 빼기 구배보다도 커지도록 설정되는 것이 바람직하다. 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스가 작아져, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것과 함께, 소용돌이부 전체에 있어서의 니어 넷 쉐이프화에 대한 폐해를 한층 더 작게 하는 것이 가능하고, 또한, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 이 스크롤 부품에 있어서 적어도 소용돌이부가 수지로 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 성형 부재를 직접 가공하는 것보다도 코팅된 수지를 가공하는 쪽이 가공하기 쉽기 때문에 가공 정밀도를 향상할 수 있고, 또한, 간극을 채우는 것으로 압축되는 매체의 누설을 저감할 수 있으며, 나아가 수지의 탄성에 의하여 소용돌이부끼리가 접촉하였다고 하여도 소음을 저감할 수 있기 때문이다.
이 스크롤 부품에서는, 소용돌이부의 중심에 가까운 감기 시작의 부분에 있어서의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분의 빼기 구배보다도 크다. 이 때문에, 스크롤을 성형형으로부터 분리하는 이형 시에 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스(응력)를 작게 할 수 있다. 그 결과, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해진다.
제13 발명의 압축기의 스크롤 부품은, 제11 발명의 압축기의 스크롤 부품이고, 소용돌이부는, 외측의 감기 끝의 부분에 있어서의 성형형에 대한 빼기 구배가 중심에 가까운 감기 시작의 부분의 빼기 구배보다도 큰 소용돌이 형상을 나타낸다. 덧붙여, 소용돌이부는 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스가 작아져, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것과 함께, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 소용돌이부는 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 단계적으로 변화하도록 설정되는 것도 바람직하다. 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스가 작아져, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것과 함께, 소용돌이부의 개개의 각도 범위에 있어서의 빼기 구배의 설정이 용이하고, 또한, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 소용돌이부는 감기 시작과 감기 끝의 사이 중의 소정의 각도 범위에 있어서, 빼기 구배를 다른 각도 범위에 있어서의 빼기 구배보다도 커지도록 설정되는 것이 바람직하다. 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스가 작아져, 성형형의 수명을 길게 하는 것이 가능해지는 것과 함께, 소용돌이부 전체에 있어서의 니어 넷 쉐이프화에 대한 폐해를 한층 더 작게 하는 것이 가능하고, 또한, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능해지기 때문이다. 또한, 이 스크롤 부품에 있어서 적어도 소용돌이부가 수지로 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 압축되는 매체의 누설을 저감하고, 또한 소음을 저감하는 것이 가능해지기 때문이다.
이 스크롤 부품에서는, 소용돌이부의 외측의 감기 끝의 부분에 있어서의 빼기 구배가 중심에 가까운 감기 시작의 부분의 빼기 구배보다도 크다. 이 때문에, 소용돌이부의 외주(外周) 부분의 두께가 얇다. 따라서, 가공 시의 정밀도가 나오기 어려운 경우에 유효하고, 소용돌이부의 두께가 얇아져도 소용돌이부의 외주 부분의 정밀도를 유지할 수 있다.
제14 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품은, 제10 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품이고, 소용돌이부는, 중심의 가까이에 위치하는 감기 시작 근방 부분의 내주(內周) 측의 제1 면은, 평판부에 직교하는 선에 대하여 소정 각도만큼 경사하고 있다. 또한, 소용돌이부 중, 제1 면 이외의 면은, 평판부에 직교하는 선에 대한 경사 각도가 소정 각도보다도 작다. 덧붙여, 소용돌이부의 제1 면은 고정 스크롤 및 가동 스크롤의 상대 이동에 있어서 맞물리는 상대의 스크롤에 접하는 것이 없는 면인 것이 바람직하다. 큰 경사를 이루게 하면 통상은 면 정밀도의 관리의 점에서 불리해지지만, 그 면(제1 면)은 상대의 스크롤에 접하여 압축실의 밀폐 정도에 영향을 주는 면으로는 되지 않게 되기 때문에, 디메리트가 생기지 않기 때문이다. 또한, 소용돌이부의 제1 면 이외의 면(맞물리는 상대의 스크롤에 접하게 되는 면이며, 압축실의 밀폐 정도에 영향을 주는 면)은 평판부에 직교하는 선에 대한 경사 각도가 실질적으로 0°인 것이 바람직하다. 스크롤의 면 정밀도를 높게 확보할 수 있고, 스크롤 압축기의 운전 중에 양 스크롤의 맞물림 부분으로부터 가스 냉매가 옆의 실(室)로 누설한다고 하는 문제를 줄일 수 있기 때문이다.
여기에서는, 중심에 가깝게 수압력(受壓力)이 커지는 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분에 대해서는 내주 측의 제1 면에 소정 각도(이하, '제1 각도'로 명명함)의 경사를 이루게 하여 강도 업이나 변형량 억제를 큰 폭으로 도모하는 한편, 소용돌이부 중 중심으로부터 떨어진 부분에 대해서는 제1 각도보다도 작은 경사 각도로 하여 용량이 크게 저하하는 것을 회피하고 있다. 또한, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분의 외주 측의 면에 대해서는, 상대의 스크롤과 접하여 압축 작업을 행하는 면이며, 큰 경사를 이루게 하면, 소용돌이부의 평판부로부터의 높이마다의 윤곽 형상 정밀도나 소용돌이부와 평판부와의 경계에 있어서의 라운드 형상의 정밀도라고 하는, 경사면의 면 정밀도의 관리가 어려워져, 양 스크롤의 접촉 부분에서의 냉매 가스의 누설이 증가할 우려가 있기 때문에, 제1 각도보다도 경사 각도를 작게 하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 스크롤을 채용한 스크롤 압축기에서는, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분 이외의 부분에 대해서는, 압력이 비교적 낮은 것으로부터 강도나 변형량보다도 용량 업을 중시하여 경사 각도를 작게 하고, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분의 내주 측의 제1 면에 대해서는, 압력이 비교적 높은 것으로부터 강도 업이나 변형량 억제를 중시하여 경사 각도를 크게 하며, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분의 외주 측의 면에 대해서는, 면 정밀도의 관리 및 압축실의 밀폐 정도를 고려하여 경사 각도를 작게 하고 있다. 이 때문에, 전체적으로는 소용돌이부의 두께가 작게 억제되어 용량이 크게 확보되는 한편, 압력이 높은 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분에 대하여 제1 각도의 경사를 이루게 하는 것에 의하여, 강도를 확보하고, 변형량에 대해서도 허용 레벨로 억제할 수 있다.
덧붙여, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분 이외의 부분에 대해서도, 경사 각도를 작게 하고 있기 때문에, 면 정밀도의 관리 및 압축실의 밀폐 정도의 확보의 점에서 유리해진다.
또한, 이산화탄소 등의 고압 냉매 압축용의 압축기에서는, 스크롤에 있어서 응력이 집중하는 소용돌이 중심부의 강도를 높이는 것이 필요하다. 본 발명에 관련되는 스크롤 부품에서는, 중심에 가까운 감기 시작 근방 부분의 내주 측에 위치하는 제1 면이, 평판부에 직교하는 선에 대하여 제1 각도(θ)만큼 경사하고 있다. 이 때문에, 이 스크롤 부품에서는, 소용돌이 중심부의 강도가 높여져 있다. 따라서, 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 스크롤 압축기에서는, 이산화탄소 등의 고압 냉매가 압축되는 경우여도 접동 부품이 고차압에 의한 응력 증대에 견딜 수 있다. 또한, 이 효과에 의하여 이 스크롤의 톱니 높이를 높게 할 수 있다. 즉, 소용돌이부를 소경화하면서도 압축실의 용량을 크게 할 수 있다. 그리고 스크롤의 소경화에 의하여 스크롤 압축기의 소경화가 실현되면, 케이싱의 몸통 부분이 소경화된다. 케이싱의 몸통 부분이 소경화된 경우, 그 케이싱은 종래의 케이싱에 비하여 얇은 두께로 같은 내압 강도를 나타낼 수 있다. 이 때문에, 케이싱의 원료 코스트 등을 저감할 수 있다. 또한, 스크롤이 소경화되면, 소용돌이 부분을 작게 하여 접동이 어려운 스러스트부의 접동 면적을 크게 할 수 있다. 또한, 이와 같은 스크롤이 반용융 다이캐스트 성형법 등에 의하여 성형되어 있는 경우, 그 스크롤은, 종래의 주조 성형법으로 얻어지는 것보다도 표면조도가 작아진다. 이 때문에, 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 스크롤 압축기에서는, 이산화탄소 등의 고압 냉매가 압축되는 경우여도, 스크롤 부품의 표면으로부터의 균열이 발생하기 어렵다. 덧붙여, 비록 그 스크롤 부품이 미가공품이어도 그와 같은 손상은 발생하기 어렵다. 또한, 이산화탄소는 체적 순환량이 작다. 이 때문에, 이산화탄소 등의 고압 냉매 압축용의 압축기에서는, 토출 포트의 직경이 종래품보다도 작아도 무방하다. 따라서, 토출 포트로부터 소용돌이 벽면까지의 간격을 크게 취할 수 있다. 따라서, 제1 면의 경사 각도 θ를 크게 취하기 쉽고, 소용돌이 중심부의 강도를 보다 높일 수 있다. 그 결과, 이와 같은 스크롤 부품이 짜넣어지는 스크롤 압축기에서는, 보다 큰 효과가 얻어진다.
제15 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품은, 제14 발명의 스크롤 부품이고, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분은, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분 외의 부분보다도, 평판부와의 경계에 있어서의 두께가 크다.
제16 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품 기체는, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮다. 덧붙여, 경도는 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 것이 보다 바람직하다. 또한, 여기에 말하는 「접동 부품 기체」란, 기계 가공 등을 행하여(완성) 접동 부품을 얻기 전의 전 구체를 의미한다. 덧붙여, 접동 부품 기체의 경도가 HRB90 이하이면, 접동 부품 기체의 기계 가공 시에 구성인선이 생기기 쉬워 연마 처리성이 악화될 우려가 있다. 그 한편, 접동 부품 기체의 경도가 HRB100 이상이면, 접동 부품 기체의 기계 가공에 있어서 인구(刃具, 칼날 도구)의 마모나 깨짐 등이 발생하기 쉬워지기 때문에 가공 코스트가 증대할 우려가 있고, 또한, 절삭 저항이 커져 노치 깊이나 가공 속도의 제약으로부터도 가공 코스트가 증대할 우려가 있다. 덧붙여, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율은 50%에서 5%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%에서 2%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율이 50%보다 작고 25%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%보다 작고 3%보다 큰 범위에 거의 상당한다.
상기와 같은 성분을 가지는 철을 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형한 후에 급냉하여 전체를 백선화시킨 성형품은, 열처리하는 것에 의하여 자유롭게 인장강도를 조정할 수 있다. 그리고 이 열처리를 거쳐 제조되는 성형품의 인장강도는 그 경도와 비례 관계에 있는 것이 판명되어 있다. 덧붙여, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 인장강도는 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다. 즉, 성형품의 인장강도의 관리는, 측정하기 쉬운 경도로 대용할 수 있게 된다. 또한, 접동 부품 기체가 스크롤 부품 기체인 경우, 소용돌이부의 설계 자유도가 큰 폭으로 향상하여, 소경화나 대용량화할 수 있다고 하는 메리트도 있다. 따라서, 이 압축기의 접동 부품 기체는, 편상 흑연 주철과 같은 접동 부품 기체보다도 고인장강도를 나타낸다. 또한, 본 발명자가 얻은 실험 결과로부터, 상기와 같은 성분을 가지는 철을 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형한 후에 급냉하여 전체를 백선화시키고, 나아가 그 후 열처리가 행하여진 접동 부품 기체에 기계 가공을 더하여 접동 부품을 완성시키는 경우에는, 접동 부품 기체의 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위에 있으면, 양호한 피삭성을 나타내는 것이 판명되어 있다. 그리고 피삭성이 양호하면, 공구 마모나 공구의 깨짐이 발생하기 어려워져 공구 수명이 연장되고, 또한, 구성인선이 생기기 어려워져 연마의 처리성이 양호해지는 것과 함께 가공 시간을 단축할 수 있기 때문에 가공 코스트가 저감한다고 하는 메리트를 향수할 수 있다. 또한, 접동 부품 기체가 적당한 경도를 나타내기 때문에, 접동 부품 기체에 흠이 생기기 어렵고, 취급이 편해진다고 하는 메리트도 있다. 덧붙여, 동 인장강도의 FCD에 대하여, 경도가 낮기(같은 경도이면 인장강도가 높다) 때문에, 공구 마모나 가공 시간이 뛰어난 것에도 불구하고, 고인장강도화할 수 있다고도 말할 수 있다. 또한, 접동 부품 기체를 연삭 가공하는 경우, FC재와 비교하면 표면조도를 작게 하기 쉽기 때문에, 상대 측의 접동 부품(접동 부품이 가동 스크롤인 경우는, 올덤 링이나 실 링 등)을 공격하지 않는다. 이상, 정리하면, 이 압축기의 접동 부품 기체는, 고인장강도이며, 기계 가공이 필요한 경우에는 양호한 피삭성을 나타낸다.
제17 발명에 관련되는 압축기는, 증발기, 응축기, 팽창 기구와 함께 냉매 회로를 구성하고, 상기 냉매 회로 중의 가스 냉매를 압축하는 압축기이고, 이 압축기에는 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 접동 부품이 짜넣어져 있다. 덧붙여, 여기에 말하는 「압축기」는, 예를 들면, 스크롤 압축기, 스윙 압축기, 로터리 압축기 등이다. 또한, 경도는 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 것이 보다 바람직하다. 또한, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율은 50%에서 5%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%에서 2%의 범위에 거의 상당한다. 또한, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB95보다도 낮은 범위는, 기지 조성 중의 페라이트 면적율이 50%보다 작고 25%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 그 흑연 면적율은 6%보다 작고 3%보다 큰 범위에 거의 상당한다. 또한, 경도의 조정은, 성형 후의 열처리에 의하여 실현 가능하다.
그런데, 상기와 같은 성분을 가지는 철을 반용융 다이캐스트 성형이나, 반응고 다이캐스트 성형, 금형 주조 성형한 후에 급냉하여 전체를 백선화시킨 성형품은, 열처리하는 것에 의하여 자유롭게 인장강도를 조정할 수 있다. 그리고 이 열처리를 거쳐 제조되는 성형품의 인장강도는 그 경도와 비례 관계에 있는 것이 판명되어 있다. 덧붙여, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위는, 인장강도는 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다. 즉, 성형품의 인장강도의 관리는, 측정하기 쉬운 경도로 대용할 수 있게 된다. 또한, 접동 부품이 스크롤 부품인 경우, 소용돌이부의 설계 자유도가 큰 폭으로 향상하여, 소경화나 대용량화할 수 있다고 하는 메리트도 있다. 따라서, 이 압축기에서는, 편상 흑연 주철과 같은 접동 부품보다도 고인장강도의 접동 부품을 이용하고 있게 된다. 또한, 본 발명자가 얻은 실험 결과로부터, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위에 있는 경우, 압축기 운전 시에 있어서 그 접동 부품은 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 것이 명백해져 있다. 이 때문에, 이 압축기에서는, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것을 방지할 수 있다. 덧붙여, 이 압축기에서는, 접동 부품이 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작기 때문에, 각 부 두께의 감소에 의하여 소경화에 의한 스러스트 손실의 저감이나 대용량화가 가능해지고, 또한, FC재와 비교하면 인성이 뛰어나기 때문에 돌발적인 내압 상승이나 이물 끼임에 대하여 손상이 발생하기 어렵고 만일 손상하여도 미세한 티끌이 생기기 어려워져 배관의 세정이 불필요하게 된다고 하는 메리트 등을 향수할 수 있다. 덧붙여, 이와 같은 압축기는 특히 갱신 수요 전용의 압축기에 적합하다고 말할 수 있다.
제18 발명에 관련되는 압축기는, 제17 발명에 관련되는 압축기이고, 가스 냉매는 이산화탄소(CO2) 냉매이다.
이 압축기는, 냉매로서 이산화탄소(CO2)를 이용한다. 이 때문에, 이 압축기는 지구 환경 문제에 공헌할 수 있다.
<발명의 효과>
제1 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없다. 덧붙여, 이 압축기의 접동 부품은, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작기 때문에, 각 부 두께의 감소에 의하여 소경화에 의한 스러스트 손실의 저감이나 대용량화가 가능해지고, 또한, FC재와 비교하면 인성이 뛰어나기 때문에 돌발적인 내압 상승이나 이물 끼임에 대하여 손상이 발생하기 어렵고 만일 손상하여도 미세한 티끌이 생기기 어려워져 배관의 세정이 불필요하게 된다고 하는 메리트 등을 향수할 수 있다. 덧붙여, 이와 같은 압축기는 특히 갱신 수요 전용의 압축기에 적합하다고 말할 수 있다.
제2 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 접동 부품 기체가 니어 넷 쉐이프화될 수 있다. 따라서, 이 압축기의 접동 부품은, 기계 가공비를 삭감 가능하여, 보다 염가로 제조할 수 있다.
제3 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 성형 공정 중에 필요하게 되는 압력이 낮아도 된다. 따라서, 다이캐스트 성형에 필요한 프레스 장치나 가열 장치가 불필요해져, 설비에 드는 비용을 저감할 수 있다. 이 결과, 이 압축기의 접동 부품은, 성형 가공비가 낮아져, 보다 염가로 할 수 있다.
제4 발명에서는, 압축기의 접동 부품이 스크롤 부품인 경우, 가공 시간, 성능 저하, 소음이라고 하는 관점으로부터 필요한 소용돌이부의 변형량의 상한을 고려하여 소용돌이부의 비(H/T)를 결정하였을 때에, 피로 강도의 관점으로부터 인장강도가 어느 정도 있으면 충분한가라고 하는 검토에 기초하여, 열처리에 의하여 과잉인 강도 업을 코스트를 들여 실시하여 버리는 일이 없도록, 열처리 후의 스크롤의 영률에 대한 인장강도의 비를 결정하는 것으로 하였다. 구체적으로는, 영률에 대한 인장강도의 비가 0.0046 이하가 되도록, 열처리에 의한 강도 업의 정도를 억제하도록 하고 있다. 이와 같이 영률에 대한 인장강도의 비를 결정하고 있기 때문에, 본 발명에 관련되는 스크롤에 있어서는, 코스트나 시간을 들인 열처리에 의한 과잉인 강도 업을 소용돌이부에 대하여 행하여 버리는 사상이 회피되어, 열처리를 적당히 헹하게 할 수 있다.
제5 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품에서는, 응력 집중부나 접동부 등에 충분한 피로 강도나 내마모성이 부여된다. 또한, 부분 열처리 부분의 강도가 향상하기 때문에, 부분 열처리 부분의 박육 경량화를 실현할 수 있다.
제6 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품에서는, 베어링부 등, 특히 경도가 요구되는 부분이 존재하는 경우, 그 부분의 경도를 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮은 경도로 하면 그 부분의 마모를 충분히 억제할 수 있다.
제7 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 접동성이 필요한 접동부에 양호한 친화성이 부여되는 것과 함께 응력 집중부에 충분한 피로 강도가 부여된다.
제8 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품에서는 공극의 발생이 억제된다.
제9 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품에서는 공극의 발생이 억제된다. 또한, 개구 예정 부분에 있어서 관통 구멍을 형성하여도 접동 부품 내부의 공극이 외부로 노출할 우려가 없어져, 피로 강도의 저하를 억제하는 것도 가능하다.
제10 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품은, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없다.
제11 발명에 관련되는 압축기의 스크롤 부품에서는, 강도나 품질에 따라 소용돌이부의 형상을 결정할 수 있어, 소재의 낭비를 없애는 것이 가능하다.
제12 발명에 의하면, 스크롤을 성형형으로부터 분리하는 이형 시에 있어서 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 성형형에 가해지는 스트레스를 작게 할 수 있고, 그 결과, 성형형의 수명을 길게 할 수 있다.
제13 발명에 의하면, 소용돌이부의 두께가 얇아져도 소용돌이부의 외주 부분의 정밀도를 유지할 수 있다.
제14 발명 및 제15 발명에 관련되는 스크롤 부품 및 그것을 구비한 스크롤 압축기에서는, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분 이외의 부분에 대해서는, 압력이 비교적 낮은 것으로부터 소용돌이부의 강도나 변형량보다도 용량 업을 중시하여 경사 각도를 작게 하고, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분의 내주 측의 제1 면에 대해서는, 압력이 비교적 높은 것으로부터 강도 업이나 변형량 억제를 중시하여 경사 각도를 크게 하며, 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분의 외주 측의 면에 대해서는, 면 정밀도의 관리 및 압축실의 밀폐 정도를 고려하여 경사 각도를 작게 하고 있다. 이 때문에, 전체적으로는 소용돌이부의 두께가 작게 억제되어 용량이 크게 확보되는 한편, 압력이 높은 소용돌이부의 감기 시작 근방 부분에 대하여 제1 각도의 경사를 이루게 하는 것에 의하여, 강도를 확보하여, 변형량에 대해서도 허용 레벨로 억제할 수 있다.
제16 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품 기체는, 고인장강도이며, 기계 가공이 필요한 경우에는 양호한 피삭성을 나타낸다.
제17 발명에 관련되는 압축기에서는, 편상 흑연 주철과 같은 접동 부품보다도 고인장강도의 접동 부품을 이용하고 있게 된다. 또한, 본 발명자가 얻은 실험 결과로부터, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 범위에 있는 경우, 압축기 운전 시에 있어서 그 접동 부품은 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 것이 명백해져 있다. 이 때문에, 이 압축기에서는, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것을 방지할 수 있다. 덧붙여, 이 압축기에서는, 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고, 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이며, 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 흑연이 편상 흑연 주철의 편상 흑연보다도 작기 때문에, 각 부 두께의 감소에 의하여 소경화에 의한 스러스트 손실의 저감이나 대용량화가 가능해지고, 또한, FC재와 비교하면 인성이 뛰어나기 때문에 돌발적인 내압 상승이나 이물 끼임에 대하여 손상이 발생하기 어렵고 만일 손상하여도 미세한 티끌이 생기기 어려워져 배관의 세정이 불필요하게 된다고 하는 메리트 등을 향수할 수 있다.
제18 발명에 관련되는 압축기는 지구 환경 문제에 공헌할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기의 종단면도.
도 2는 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 하면도.
도 3은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 III-III 단면도.
도 4는 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 상면도.
도 5는 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 V-V 단면도.
도 6은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 올덤 링의 상면도.
도 7은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 올덤 링의 측면도.
도 8은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 올덤 링의 하면도.
도 9는 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤을 제조하기 위한 금형 및 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 고정 스크롤의 기체를 도시하는 단면도.
도 10은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 기체의 개구 예정 부분의 확대도.
도 11은 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤을 제조하기 위한 금형 및 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 가동 스크롤의 기체의 종단면도.
도 12는 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 기체의 중심 부분의 확대도.
도 13은 종래의 고정 스크롤의 기체를 도시하는 종단면도.
도 14는 종래의 가동 스크롤의 기체의 종단면도.
도 15는 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 크랭크 축의 종단면도.
도 16의 (a)는 종래의 고정 스크롤에 있어서의 격벽 면적을 도시하는 도면, (b)는 종래의 고정 스크롤에 있어서의 압축 작업 영역을 도시하는 도면,　(c)는 종래의 고정 스크롤에 있어서의 스러스트 영역을 도시하는 도면, (d)는 제1 실시예에 관련되는 고정 스크롤에 있어서의 격벽 면적을 도시하는 도면, (e)는 제1 실시예에 관련되는 고정 스크롤에 있어서의 압축 작업 영역을 도시하는 도면, (f)는 제1 실시예에 관련되는 고정 스크롤에 있어서의 스러스트 영역을 도시하는 도면.
도 17의 (a)는 종래의 가동 스크롤에 있어서의 격벽 면적을 도시하는 도면, (b)는 종래의 가동 스크롤에 있어서의 압축 작업 영역을 도시하는 도면, (c)는 종래의 가동 스크롤에 있어서의 스러스트 영역을 도시하는 도면, (d)는 제1 실시예에 관련되는 가동 스크롤에 있어서의 격벽 면적을 도시하는 도면, (e)는 제1 실시예에 관련되는 가동 스크롤에 있어서의 압축 작업 영역을 도시하는 도면, (f)는 제1 실시예에 관련되는 가동 스크롤에 있어서의 스러스트 영역을 도시하는 도면.
도 18의 (a)는 종래의 스크롤에 의하여 형성되는 흡입 용적을 도시하는 도면, (b)는 제1 실시예에 관련되는 스크롤에 의하여 형성되는 흡입 용적을 도시하는 도면.
도 19는 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 내마모성 시험 및 내늘어붙음성 시험에 이용되는 시험 장치의 개요도.
도 20은 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 경도와 내마모성과의 관계를 나타내는 그래프.
도 21은 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 스크롤 부품의 경도와 「친화」와의 관계를 나타내는 그래프.
도 22는 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 경도와 내늘어붙음성과의 관계를 나타내는 그래프.
도 23은 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 경도와 인장 신장과의 관계를 나타내는 그래프.
도 24는 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 노치량과 절삭 저항력의 관계를 나타내는 그래프.
도 25는 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 인구 마모량의 비교를 나타내는 그래프.
도 26은 제1 실시예의 변형예 (J)에 관련되는 금형 주조 성형 공정의 간이 공정도.
도 27은 제1 실시예의 변형예 (K)에 관련되는 고정 스크롤의 기체의 개구 예정 부분의 확대도.
도 28은 제1 실시예의 변형예 (K)에 관련되는 고정 스크롤의 기체의 개구 예정 부분의 확대도.
도 29는 제1 실시예의 변형예 (L)에 관련되는 가동 스크롤의 단면도.
도 30은 제1 실시예의 변형예 (L)에 관련되는 가동 스크롤의 개구 예정 부분의 확대도.
도 31은 제1 실시예의 변형예 (L)에 관련되는 가동 스크롤의 개구 예정 부분의 확대도.
도 32의 (a)는 종래의 스크롤에 의하여 형성되는 흡입 용적을 도시하는 도면, (b)는 제1 실시예의 변형예 (O)의 스크롤에 의하여 형성되는 흡입 용적을 도시하는 도면.
도 33은 제2 실시예에 관련되는 이너 드라이브형의 가동 스크롤의 단면도.
도 34는 제2 실시예에 관련되는 가동 스크롤을 제조하기 위한 금형 및 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 가동 스크롤의 기체를 도시하는 단면도.
도 35는 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤을 제조하기 위한 금형 및 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 가동 스크롤의 단면도.
도 36은 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤을 제조하기 위한 금형의 랩 성형 부분의 확대도.
도 37은 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 상면도.
도 38은 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 A-A 단면도.
도 39는 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 감기 각 α와 빼기 구배 θ의 관계를 나타내는 그래프.
도 40은 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 하면도.
도 41은 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 B-B 단면도.
도 42는 제3 실시예의 변형예 (A)에 관련되는 가동 스크롤의 감기 각 α와 빼기 구배 θ의 관계를 나타내는 그래프.
도 43은 제3 실시예의 변형예 (B)에 관련되는 가동 스크롤의 감기 각 α와 빼기 구배 θ의 관계를 나타내는 그래프.
도 44는 제3 실시예의 변형예 (C)에 관련되는 가동 스크롤의 감기 각 α와 빼기 구배 θ의 관계를 나타내는 그래프.
도 45는 제3 실시예의 변형예 (D)에 관련되는 가동 스크롤을 수지 코팅하는 것에 의하여 제조된 가동 스크롤의 단면도.
도 46은 제3 실시예의 변형예 (F)에 관련되는 고정 스크롤의 종단면도.
도 47은 제3 실시예의 변형예 (F)에 관련되는 가동 스크롤의 종단면도.
도 48은 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤을 제조하기 위한 금형 및 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 가동 스크롤의 기체의 종단면도.
도 49는　제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 하면도.
도 50은 제4 실시예에 관련되는 고정 스크롤 기체의 하면도.
도 51은 제4 실시예에 관련되는 고정 스크롤 기체의 C-C 단면도.
도 52는 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 D-D 단면도.
도 53은 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 고정 스크롤의 D-D 단면의 일부 확대도.
도 54는 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 짜넣어지는 가동 스크롤의 종단면도.
도 55는 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 있어서 양 스크롤의 랩의 맞물림 상태 변화에 의하여 가스 냉매가 압축되는 상태를 도시하는 도면.
도 56은 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 있어서 양 스크롤의 랩의 맞물림 상태 변화에 의하여 가스 냉매가 압축되는 상태를 도시하는 도면.
도 57은 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기에 있어서 양 스크롤의 랩의 맞물림 상태 변화에 의하여 가스 냉매가 압축되는 상태를 도시하는 도면.
도 58의 (a)는 제4 실시예에 관련되는 고정 스크롤의 랩의 감기 시작 근방 부분의 내주 측의 면의 범위를 도시하는 도면, (b)는 제4 실시예에 관련되는 가동 스크롤의 랩의 감기 시작 근방 부분의 내주 측의 면의 범위를 도시하는 도면.
도 59는 제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기의 종단면도.
도 60은 제5 실시예에 관련되는 실린더 블록의 상면도.
도 61은 제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기의 실린더실의 횡단면도.
도 62는 제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기의 피스톤의 상면도.
도 63은 제5 실시예의 변형예 (A)에 관련되는 로터리 압축기의 실린더 블록의 상면도.
도 64는 제5 실시예의 변형예 (A)에 관련되는 로터리 압축기의 실린더실의 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 고저압 돔형 스크롤 압축기(압축기)
17, 817 : 크랭크 축(접동 부품)
17a : 편심 축부(부분 열처리 개소)
17b : 주축부(부분 열처리 개소)
23 : 하우징(접동 부품)
24, 524, 644, 734 : 고정 스크롤(접동 부품, 스크롤 부품)
24a, 26a, 96a, 184, 186 : 경판(평판부)
24b, 26b, 96b, 524b, 526b, 185, 187 : 랩(소용돌이부)
24P, 26P, 96P, 184a, 186a : 경면(제1 판면)
26, 96, 526, 646, 736 : 가동 스크롤(접동 부품, 스크롤 부품)
39 : 올덤 링(접동 부품)
39a, 39b : 가동 스크롤 측 키부(부분 열처리 개소)
39c, 39d : 하우징 측 키부(부분 열처리 개소)
60 : 하부 주 베어링(접동 부품)
70, 80, 90, 180, 280 : 금형
71a, 72a, 81a, 91a : 볼록부
124, 724 : 고정 스크롤의 기체(접동 부품 기체)
126, 196, 626, 726 : 가동 스크롤의 기체(접동 부품 기체)
185a : 고정 스크롤의 랩의 감기 시작 근방 부분(중심에 가까운 감기 시작 근방 부분)
187a : 가동 스크롤의 랩의 감기 시작 근방 부분(중심에 가까운 감기 시작 근방 부분)
310b : 최종 제품(접동 부품)
821 : 피스톤
823 : 프런트 헤드(접동 부품)
824 : 제1 실린더 블록(접동 부품)
825 : 미들 플레이트(접동 부품)
826 : 제2 실린더 블록(접동 부품)
827 : 리어 헤드(접동 부품)
801 : 스윙 압축기(압축기)
901 : 로터리 압축기(압축기)
921 : 롤러(접동 부품)
924 : 실린더 블록(접동 부품)
IS85a, IS87a : 랩의 감기 시작 근방 부분의 내주 측의 면(제1 면)
SC1 : 고정 스크롤의 랩의 밑부의 주변부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC2 : 고정 스크롤의 랩의 최내부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC3 : 가동 스크롤의 랩의 밑부의 주변부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC4 : 가동 스크롤의 베어링부의 밑부의 주변부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC5 : 가동 스크롤의 베어링부의 경판의 설계 중심 부근에 형성되는 노치부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC6 : 가동 스크롤의 랩의 최내부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC7 : 크랭크 축의 편심 축부와 주축부의 사이에 존재하는 노치부의 주변부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
SC8 : 피스톤에 있어서의 블레이드부의 밑부의 주변부(부분 열처리 개소, 응력 집중부)
-제1 실시예-
이하, 제1 실시예에 관련되는 접동 부품을 이용한 압축기에 대하여, 고저압 돔형 스크롤 압축기를 예로 들어 설명한다. 덧붙여, 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 압축기는, 냉매로서 이산화탄소 냉매(CO2)나 R410A 등의 고압 냉매에 견딜 수 있도록 설계되어 있다.
제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)는, 증발기나, 응축기, 팽창 기구 등과 함께 냉매 회로를 구성하고, 그 냉매 회로 중의 가스 냉매를 압축하는 역할을 담당하는 것이며, 도 1에 도시되는 바와 같이, 주로, 원통상(圓筒狀)의 밀폐 돔형의 케이싱(10), 스크롤 압축 기구(15), 올덤 링(39), 구동 모터(16), 하부 주 베어링(60), 흡입관(19) 및 토출관(20)으로 구성되어 있다. 이하, 이 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)의 구성 부품에 대하여 각각 상세히 서술하여 간다.
＜고저압 돔형 스크롤 압축기의 구성 부품의 상세＞
(1) 케이싱
케이싱(10)은, 주로, 대략 원통상의 몸통부 케이싱부(11)과, 몸통부 케이싱부(11)의 상단부에 기밀상(氣密狀)으로 용접되는 완상(椀狀)의 상벽부(12)와, 몸통부 케이싱부(11)의 하단부에 기밀상으로 용접되는 완상의 저벽부(13)로 구성된다. 그리고 이 케이싱(10)에는, 주로, 가스 냉매를 압축하는 스크롤 압축 기구(15)와, 스크롤 압축 기구(15)의 하방(下方)에 배치되는 구동 모터(16)가 수용되어 있다. 이 스크롤 압축 기구(15)와 구동 모터(16)는, 케이싱(10) 내를 상하 방향으로 연장되도록 배치되는 크랭크 축(17)에 의하여 연결되어 있다. 그리고 이 결과, 스크롤 압축 기구(15)와 구동 모터(16)의 사이에는, 간극 공간(18)이 생긴다.
(2) 스크롤 압축 기구
스크롤 압축 기구(15)는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 주로, 하우징(23)과, 하우징(23)의 상방(上方)에 밀착하여 배치되는 고정 스크롤(24)과, 고정 스크롤(24)에 맞물리는 가동 스크롤(26)로 구성되어 있다. 이하, 이 스크롤 압축 기구(15)의 구성 부품에 대하여 각각 상세히 서술하여 간다.
a) 하우징
하우징(23)은, 그 외주면에 있어서 둘레 방향의 전체에 걸쳐 몸통부 케이싱부(11)에 압입 고정되어 있다. 즉, 몸통부 케이싱부(11)와 하우징(23)은 전체 둘레에 걸쳐 밀착되어 있다. 이 때문에, 케이싱(10)의 내부는, 하우징(23)의 하방의 고압 공간(28)과 하우징(23)의 상방의 저압 공간(29)으로 구획되어 있게 된다. 또한, 이 하우징(23)에는, 상단면이 고정 스크롤(24)의 하단면과 밀착하도록, 고정 스크롤(24)이 볼트(38)에 의하여 체결 고정되어 있다. 또한, 이 하우징(23)에는, 상면(上面) 중앙에 오목하게 설치된 하우징 오목부(31)와, 하면(下面) 중앙으로부터 하방으로 연장하여 설치된 베어링부(32)가 형성되어 있다. 그리고 이 베어링부(32)에는, 상하 방향으로 관통하는 베어링 구멍(33)이 형성되어 있고, 이 베어링 구멍(33)에 크랭크 축(17)의 주축부(17b)가 베어링(34)을 통하여 회전 가능하게 감입(嵌入)되어 있다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 하우징(23)은, 신규 또한 특수한 제조 방법에 의하여 제조된다. 이 제조 방법에 대해서는, 하기 「접동 부품의 제조 방법」의 란에서 상세히 서술한다.
b) 고정 스크롤
고정 스크롤(24)은, 도 1 ~ 3에 도시되는 바와 같이, 주로, 경판(24a)과, 경판(24a)의 경면(鏡面, 24P)으로부터 하방으로 연장되는 소용돌이 형상(인볼루트(involute) 형상)의 랩(24b)으로 구성되어 있다. 경판(24a)에는, 후술하는 압축실(40)에 연통(連通)하는 토출 구멍(41)과, 토출 구멍(41)에 연통하는 확대 오목부(42)가 형성되어 있다. 토출 구멍(41)은, 경판(24a)의 중앙 부분에 있어서 상하 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 확대 오목부(42)는, 경판(24a)의 상면에 수평 방향으로 넓어지도록 형성된 오목부이다. 덧붙여, 이 고정 스크롤(24)에서는, 후술하는 제조 방법에 나타내지는 바와 같이, 토출 구멍(41)이 형성되는 개구 예정 부분(P, 도 9 참조)을 미리 박육(薄肉)으로 형성하는 것에 의하여, 공극(CN, 도 9 참 조)의 발생이 억제되어 있다. 또한, 랩(24b)에 대한 두께와 랩(24b)의 높이의 비는, 15 이상으로 되어 있다. 랩(24b)의 모서리부 및 구석부는, 가동 스크롤의 랩(26b)의 모서리부 및 구석부에 피트하는 라운드 형상으로 되어 있다.
또한, 고정 스크롤(24)의 상면에는, 이 확대 오목부(42)를 가리도록 덮개(44)가 볼트(44a)에 의하여 체결 고정되어 있다. 그리고 확대 오목부(42)에 덮개(44)가 덮어씌워지는 것에 의하여 스크롤 압축 기구(15)의 운전음을 소음(消音)시키는 머플러 공간(45)이 형성되어 있다. 고정 스크롤(24)과 덮개(44)는, 도시하지 않는 패킹을 통하여 밀착시키는 것에 의하여 실(seal)되어 있다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 고정 스크롤(24)은, 신규 또한 특수한 제조 방법에 의하여 제조된다. 이 제조 방법에 대해서는, 하기 「접동 부품의 제조 방법」의 란에서 상세히 서술한다.
c) 가동 스크롤
가동 스크롤(26)은, 아우터 드라이브형의 가동 스크롤이며, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 주로, 경판(26a)과, 경판(26a)의 경면(26P)으로부터 상방으로 연장되는 소용돌이 형상(인볼루트 형상)의 랩(26b)과, 경판(26a)의 하면으로부터 하방으로 연장되고 크랭크 축(17)의 외측에 감합하는 베어링부(26c)와, 경판(26a)의 양 단부에 형성되는 홈부(26d, 도 5 참조)로 구성되어 있다.
그리고 이 가동 스크롤(26)은, 홈부(26d)에 올덤 링(39, 도 1 참조)이 끼워넣어지는 것에 의하여 하우징(23)에 지지된다. 또한, 베어링부(26c)에는 크랭크 축(17)의 편심 축부(17a)가 감입된다. 가동 스크롤(26)은, 이와 같이 스크롤 압축 기구(15)에 짜넣어지는 것에 의하여 크랭크 축(17)의 회전에 의하여 자전하는 것 없이 하우징(23) 내를 공전한다. 그리고 가동 스크롤(26)의 랩(26b)은 고정 스크롤(24)의 랩(24b)에 맞물려져 있고, 양 랩(24b, 26b)의 접촉부의 사이에는 압축실(40)이 형성된다(도 18(b) 참조). 그리고 이 압축실(40)에서는, 가동 스크롤(26)의 공전에 수반하여 중심을 향하여 변위하고, 그 용적이 수축하여 간다. 이 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)에서는, 이와 같이 하여 압축실(40)에 들어간 가스 냉매가 압축된다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 가동 스크롤(26)은, 신규 또한 특수한 제조 방법에 의하여 제조된다. 이 제조 방법에 대해서는, 하기 「접동 부품의 제조 방법」의 란에서 상세히 서술한다.
d) 기타
또한, 이 스크롤 압축 기구(15)에는, 고정 스크롤(24)과 하우징(23)에 걸쳐, 연락 통로(46)가 형성되어 있다. 이 연락 통로(46)는, 고정 스크롤(24)에 노치 형성된 스크롤 측 통로(47)와, 하우징(23)에 노치 형성된 하우징 측 통로(48)로 구성된다. 그리고 연락 통로(46)의 상단, 즉 스크롤 측 통로(47)의 상단은 확대 오목부(42)에 개구하고, 연락 통로(46)의 하단, 즉 하우징 측 통로(48)의 하단은 하우징(23)의 하단면에 개구하고 있다. 즉, 이 하우징 측 통로(48)의 하단 개구는, 연락 통로(46)의 냉매를 간극 공간(18)에 유출시키는 토출구(49)로 되어 있다.
(3) 올덤 링
올덤 링(39)은, 가동 스크롤(26)의 자전 운동을 방지하기 위한 부재이며, 도 6 ~ 8에 도시되는 바와 같이, 주로, 본체(39e), 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b) 및 하우징 측 키부(39c, 39d)로 구성되어 있다. 본체(39e)는, 도 6 및 도 8에 도시되는 바와 같이, 대략 원환상(圓環狀)의 성형체이다. 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b)는, 본체(39e)의 축을 사이에 두고 대향하고 본체(39e)의 반경 방향 외주 측으로 연장되는 돌기부로부터 축 방향을 따라 편측(片側)으로 연장되는 한 쌍의 돌기이다. 하우징 측 키부(39c, 39d)는, 본체(39e)의 축을 사이에 두고 대향하고 본체(39e)의 반경 방향 외주 측으로 연장되는 돌기부로부터 축 방향을 따라 가동 스크롤 측 키부(39a, 39c)의 반대 측으로 연장되는 한 쌍의 돌기이며, 축을 중심으로 하여 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b)로부터 대략 90° 경사진 위치에 배치되어 있다. 그리고 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b)는 가동 스크롤(26)의 홈부(26d)에 끼워넣어지고, 하우징 측 키부(39c, 39d)는 하우징(23)에 형성되는 올덤 홈(도시하지 않음)에 끼워넣어진다. 덧붙여, 이 올덤 홈은, 타원 형상의 홈이며, 하우징(23)에 있어서 서로 대향하는 위치에 배설되어 있다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 올덤 링(39)은, 신규 또한 특수한 제조 방법에 의하여 제조된다. 이 제조 방법에 대해서는, 하기 「접동 부품의 제조 방법」의 란에서 상세히 서술한다.
(4) 구동 모터
구동 모터(16)는, 제1 실시예에 있어서 직류 모터이며, 주로, 케이싱(10)의 내벽면에 고정된 환상(環狀)의 고정자(51)와, 고정자(51)의 내측에 작은 간극(에어 갭 통로)을 가지고 회전 가능하게 수용된 로터(52)로 구성되어 있다. 그리고 이 구 동 모터(16)는, 고정자(51)의 상측에 형성되어 있는 코일 엔드(53)의 상단이 하우징(23)의 베어링부(32)의 하단과 거의 같은 높이 위치가 되도록 배치되어 있다.
고정자(51)에는, 티스부에 구리선이 감겨져 있고, 상방 및 하방에 코일 엔드(53)가 형성되어 있다. 또한, 고정자(51)의 외주면에는, 고정자(51)의 상단면으로부터 하단면에 걸쳐 또한 둘레 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개소에 노치 형성되어 있는 코어 컷부가 설치되어 있다. 그리고 이 코어 컷부에 의하여, 몸통부 케이싱부(11)과 고정자(51)의 사이에 상하 방향으로 연장되는 모터 냉각 통로(55)가 형성되어 있다.
로터(52)는, 상하 방향으로 연장되도록 몸통부 케이싱부(11)의 축심에 배치된 크랭크 축(17)을 통하여 스크롤 압축 기구(15)의 가동 스크롤(26)에 구동 연결되어 있다. 또한, 연락 통로(46)의 토출구(49)를 유출한 냉매를 모터 냉각 통로(55)에 안내하는 안내판(58)이, 간극 공간(18)에 배설되어 있다.
(5) 크랭크 축
크랭크 축(17)은, 도 1에 도시되는 바와 같이, 대략 원기둥 형상의 일체 성형 부품이고, 주로, 편심 축부(17a), 주축부(17b), 밸런스 웨이트부(17c) 및 부축부(17d)를 구비하고 있다. 편심 축부(17a)는 가동 스크롤(26)의 베어링부(26c)에 수용된다. 주축부(17b)는, 하우징(23)의 베어링 구멍(33)에 베어링(34)을 통하여 수용된다. 부축부(17d)는 하부 주 베어링(60)에 수용된다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 크랭크 축(17)은, 신규 또한 특수한 제조 방법에 의하여 제조된다. 이 제조 방법에 대해서는, 하기 「접동 부품의 제조 방법 」의 란에서 상세히 서술한다.
(6) 하부 주 베어링
하부 주 베어링(60)은, 구동 모터(16)의 하방의 하부 공간에 배설되어 있다. 이 하부 주 베어링(60)은, 몸통부 케이싱부(11)에 고정되는 것과 함께 크랭크 축(17)의 하단 측 베어링을 구성하고, 크랭크 축(17)의 부축부(17d)를 수용하고 있다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 하부 주 베어링(60)은, 신규 또한 특수한 제조 방법에 의하여 제조된다. 이 제조 방법에 대해서는, 하기 「접동 부품의 제조 방법」의 란에서 상세히 서술한다.
(7) 흡입관
흡입관(19)은, 냉매 회로의 냉매를 스크롤 압축 기구(15)로 유도하기 위한 것이며, 케이싱(10)의 상벽부(12)에 기밀상으로 감입되어 있다. 흡입관(19)은, 저압 공간(29)을 상하 방향으로 관통하는 것과 함께, 내단부가 고정 스크롤(24)에 감입되어 있다.
(8) 토출관
토출관(20)은, 케이싱(10) 내의 냉매를 케이싱(10) 밖으로 토출시키기 위한 것이며, 케이싱(10)의 몸통부 케이싱부(11)에 기밀상으로 감입되어 있다. 그리고 이 토출관(20)은, 상하 방향으로 연장되는 원통 형상으로 형성되고 하우징(23)의 하단부에 고정되는 내단부(36)를 가지고 있다. 덧붙여, 토출관(20)의 내단 개구, 즉 유입구는, 하방을 향하여 개구되어 있다.
＜접동 부품의 제조 방법＞
제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)에 있어서, 크랭크 축(17), 하우징(23), 고정 스크롤(24), 가동 스크롤(26), 올덤 링(39) 및 하부 주 베어링(60)은 접동 부품이고, 이와 같은 접동 부품은 하기 제조 방법에 의하여 제조된다.
(1) 원재료
제1 실시예에 있어서 상기 접동 부품의 원재료로 되는 철 소재로서는, C : 2.3 ~ 2.4wt%, Si : 1.95 ~ 2.05wt%, Mn : 0.6 ~ 0.7wt%, P : <0.035wt%, S : <0.04wt%, Cr : 0.00 ~ 0.50wt%, Ni : 0.50 ~ 1.00wt%가 첨가되어 있는 빌릿이 채용된다. 덧붙여, 여기에 말하는 중량 비율은 전량에 대한 비율이다. 또한, 여기에 「빌릿」이란, 일단, 상기 성분의 철 소재가 용융로에 있어서 용융된 후에, 연속 주조 장치에 의하여 원기둥 형상 등으로 성형된 최종 성형 전의 소재를 의미한다. 덧붙여, 여기서, C 및 Si의 함유량은, 인장강도 및 인장 탄성률이 편상 흑연 주철보다 높아지는 점, 및 복잡한 형상의 접동 부품 기체를 성형하는데 적절한 유동성을 구비하고 있는 점의 양방을 만족하도록 결정된다. 또한, Ni의 함유량은, 금속 조직의 인성을 향상시켜 성형 시의 표면 크랙을 방지하는데 적절한 금속 조성을 구성하도록 결정되어 있다.
(2) 제조 공정
제1 실시예에 관련되는 접동 부품은, 반용융 다이캐스트 성형 공정, 열처리 공정, 마무리 공정 및 부분 열처리 공정을 거쳐 제조된다. 이하, 각 공정에 대하여 상세히 서술한다.
a) 반용융 다이캐스트 성형 공정
반용융 다이캐스트 성형 공정에서는, 먼저, 빌릿을 고주파 가열하는 것에 의하여 반용융 상태로 한다. 다음으로, 그 반용융 상태의 빌릿을 소정의 금형에 주입할 때에, 다이캐스트 머신으로 소정 압력을 가하면서 빌릿을 소망하는 형상으로 성형하여 접동 부품 기체를 얻는다. 그리고 접동 부품 기체를 금형으로부터 꺼내어 급냉시키면, 그 접동 부품 기체의 금속 조직은, 전체적으로 백선화한 것으로 된다. 덧붙여, 접동 부품 기체는 최종적으로 얻어지는 접동 부품보다도 약간 크고, 이 접동 부품 기체는, 후의 최종 마무리 공정에 있어서 가공대가 제거되어 최종적인 접동 부품으로 된다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 고정 스크롤(24)의 기체(124)는 도 9에 도시되는 금형(70)을 이용하여 성형되고, 가동 스크롤(26)의 기체(126)는 도 11에 도시되는 금형(80)을 이용하여 성형된다.
(고정 스크롤의 성형)
도 9에 도시되는 바와 같이, 고정 스크롤(24)의 기체(124)를 반용융 다이캐스트 성형하기 위한 금형(70)은, 제1 형 부분(71)과 제2 형 부분(72)으로 이루어진다. 제1 형 부분(71)과 제2 형 부분(72)을 조합하였을 때에 생기는 공간부(73)의 형상은, 절삭 가공 전의 고정 스크롤(24)(즉, 기체(124))의 외형 형상에 대응한다.
또한, 제1 형 부분(71) 및 제2 형 부분(72)에는, 고정 스크롤(24)의 기체(124)의 중앙 부근에 있어서의 토출 구멍(41)을 개구할 예정의 부분인 개구 예정 부분(P)을 형성하기 위하여, 볼록부(71a) 및 볼록부(72a)가 각각 대향하도록 형성되어 있다. 볼록부(71a)와 볼록부(72a)의 간격은 4mm 이하로 설정되어 있기 때문에, 개구 예정 부분(P)의 두께 t2(도 9 및 도 10 참조)는, 4mm 이하까지 얇아져, 공극(CN)의 발생을 한층 더 억제하는 것이 가능하다.
덧붙여, 여기서, 비교예로서 도 13에 도시되는 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 종래의 고정 스크롤의 기체(224)를 본 경우, 기체(224)의 중앙 부근의 개구 예정 부분(Q)의 두께는, 주위의 부분의 두께와 동일한 정도로 두껍다. 따라서, 공극(CN)은, 경판 상당 부분(224a)의 중앙 부근에도 발생하고 있기 때문에, 경판 상당 부분(224a) 내부에 광범위하게 발생하고 있다. 이 때문에, 기체(224)의 중앙 부근의 개구 예정 부분(Q)에 드릴 가공에 의하여 토출 구멍(241)(도 13에 있어서의 2개의 상상선으로 둘러싸인 부분)을 형성한 경우에, 토출 구멍(241)으로부터 공극(CN)이 외부로 노출한다. 그 결과, 제조 후의 고정 스크롤의 피로 강도는 큰 폭으로 저하한다.
(가동 스크롤의 성형)
도 11에 도시되는 바와 같이, 가동 스크롤(26)의 기체(126)를 반용융 다이캐스트 성형하기 위한 금형(80)은, 제1 형 부분(81)과 제2 형 부분(82)으로 이루어진다. 제1 형 부분(81)과 제2 형 부분(82)을 조합하였을 때에 생기는 공간부(83)의 형상은, 절삭 가공 전의 가동 스크롤(26)(즉, 기체(126))의 외형 형상에 대응한다.
또한, 제1 형 부분(81)에는, 가동 스크롤(26)의 베어링부(26c)의 내부 공간(26f, 도 5 참조)을 형성하는 볼록부(81a)가 형성되어 있다. 볼록부(81a)와 제2 형 부분(82)의 간격은 4mm 이하로 설정되어 있기 때문에, 가동 스크롤(26)의 기체(126)의 경판 상당 부분의 중심 부분의 두께 t1(도 11 및 도 12 참조)는, 4mm 이하까지 얇아진다. 따라서, 이 부분에서는, 공극(CN)의 발생이 억제되어 있다.
또한, 이 가동 스크롤(26)의 기체(126)는, 이너 드라이브의 가동 스크롤, 즉 중실 환봉의 베어링부가 구동 축의 내측에 감합하는 가동 스크롤의 기체와 비교하여, 경판 상당 부분의 중심 부분(26e)의 두께 t1이 얇아진다. 이 때문에, 이 가동 스크롤(26)은 이너 드라이브의 가동 스크롤과 비교한 경우, 공극(CN)의 발생이 보다 억제되게 된다.
덧붙여, 여기서, 비교예로서 도 14에 도시되는 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 종래의 가동 스크롤의 기체(226)를 본 경우, 중심 부분(226e)의 두께는, 주위의 부분의 두께와 동일한 정도로 두껍다. 따라서, 공극(CN)은, 경판 상당 부분(226a)의 중앙 부근에도 많이 발생한다. 이 때문에, 이와 같은 방법으로 성형된 가동 스크롤의 강도는 저하한다. 특히, 중심 부분(226e)은, 스크롤 압축기의 운전 중에 가장 큰 가스 하중(또는 압력)이 발생하기 때문에, 중심 부분(226e)의 강도가 저하하면, 경판이 변형할 우려가 있다. 나아가, 경판이 변형하면, 가동 스크롤과 고정 스크롤 사이의 접동 상태가 악화되어, 마모나 늘어붙음의 원인이 된다.
b) 열처리 공정
열처리 공정에서는, 반용융 다이캐스트 성형 공정 후의 접동 부품 기체가 열처리된다. 이 열처리 공정에 있어서, 접동 부품 기체의 금속 조직은, 백선화조직으로부터 펄라이트/페라이트 기지, 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직으로 변화한 다. 덧붙여, 이 백선화 조직의 흑연화, 펄라이트화에 대해서는 열처리 온도, 보지 시간, 냉각 속도 등을 조절하는 것에 의하여 조절할 수 있다. 예를 들면, Honda R&D Technical Review의 Vol.14 No.1의 논문 「철의 반용융 성형 기술의 연구」에 있는 바와 같이, 950℃에서 60분 보지한 후에 0.05 ~ 0.10℃/sec의 냉각 속도로 노(爐) 내에서 서냉(徐冷)하는 것에 의하여, 500MPa ~ 700MPa 정도의 인장강도, HB150(HRB81(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값)) ~ HB200(HRB96(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값)) 정도의 경도를 가지는 금속 조직을 얻을 수 있다. 이와 같은 금속 조직은 페라이트 중심이기 때문에 부드럽고 피삭성이 뛰어나지만, 기계 가공 시에 구성인선을 형성하여 인구 수명을 저하시킬 가능성이 있다. 또한, 1000℃에서 60분 보지한 후에 공냉하고, 나아가 최초의 온도보다 조금 낮은 온도에서 소정 시간 보지한 후에 공냉하는 것에 의하여, 600MPa ~ 900MPa 정도의 인장강도, HB200(HRB96(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값)) ~ HB250(HRB105, HRC26(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값, 덧붙여 HRB105는 시험 타입의 유효한 실용 범위를 넘기 때문에 참고값이다)) 정도의 경도를 가지는 금속 조직을 얻을 수 있다. 이와 같은 금속 조직에 있어서, 편상 흑연 주철과 동등한 경도를 가지는 것은, 편상 흑연 주철과 동등한 피삭성을 가져, 동등한 연성?인성을 가지는 구상 흑연 주철과 비교하면 피삭성이 뛰어나다. 또한, 1000℃에서 60분 보지한 후에 유냉(油冷)하고, 나아가 최초의 온도보다 조금 낮은 온도에서 소정 시간 보지한 후에 공냉하는 것에 의하여, 800MPa ~ 1300MPa 정도의 인장강도, HB250(HRB105, HRC26(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값, 덧붙여 HRB105는 시험 타입의 유 효한 실용 범위를 넘기 때문에 참고값이다)) ~ HB350(HRB122, HRC41(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값, 덧붙여 HRB122는 시험 타입의 유효한 실용 범위를 넘기 때문에 참고값이다)) 정도의 경도를 가지는 금속 조직을 얻을 수 있다. 이와 같은 금속 조직은 펄라이트 중심이기 때문에 딱딱하고, 피삭성이 떨어지지만, 내마모성이 뛰어나다. 다만, 너무 딱딱한 것에 의한 접동 상대재에의 공격성을 가질 가능성이 있다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 열처리 공정에서는, 접동 부품 기체의 경도가 HRB90(HB176(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값))보다도 높고 HRB100(HB219(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값))보다도 낮아지는 조건 하에서 열처리된다. 덧붙여, 접동 부품 기체가 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조되는 경우, 접동 부품 기체의 경도는 그 접동 부품 기체의 인장강도와 비례 관계가 되는 것이 명백해져 있기 때문에, 이때의 접동 부품 기체의 인장강도는 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다.
덧붙여, 제1 실시예에 있어서, 이 열처리 공정에서는, 접동 부품 기체의 경도가 HRB90(HB176(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값))보다도 높고 HRB100(HB219(SAE　J　417 경도 환산표로부터의 환산값))보다도 낮아지는 조건 하에서 열처리된다. 덧붙여, 접동 부품 기체가 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조되는 경우, 접동 부품 기체의 경도는 그 접동 부품 기체의 인장강도와 비례 관계가 되는 것이 명백해져 있기 때문에, 이때의 접동 부품 기체의 인장강도는 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다.
또한, 고정 스크롤(24)의 기체(124) 및 가동 스크롤(26)의 기체(126)의 열처리 공정에서는, 영률에 대한 인장강도의 비가 0.0046 이하가 되도록 열처리가 행하여진다. 또한, 내마모성을 확보할 수 있을 정도로 페라이트율이 낮게 억제되도록, 나아가 절삭 가공 시에 구성인선이 형성되기 어렵도록, 영률에 대한 인장강도의 비가 0.0033 이상이 되도록 열처리가 행하여진다. 영률이 열처리에 관계없이 175 ~ 190GPa이기 때문에, 인장강도로서는 600MPa ~ 900MPa 정도가 되도록 열처리가 행하여지게 된다.
c) 마무리 공정
마무리 공정에서는, 접동 부품 기체가 기계 가공되어 접동 부품이 완성된다.
덧붙여, 고정 스크롤(24)의 기체(124)의 마무리 공정에서는, 종래 공지의 드릴 가공 등에 의하여, 개구 예정 부분(P)에 관통 구멍인 토출 구멍(41)이 형성되는 것과 함께 랩 상당 부분이 엔드 밀 등에 의하여 절삭 가공되고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 경면(24P)으로부터 선단까지의 높이 H나 두께 T가 소정의 설계값대로의 치수로 된다.
또한, 가동 스크롤(26)의 기체(126)의 마무리 공정에서는, 랩 상당 부분이 엔드 밀 등에 의하여 절삭 가공되는 것과 함께, 가스 하중의 응력 분산을 위한 노치부(카운터보어부, SC5)가 엔드 밀 등에 의하여 형성되고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 경면(26P)으로부터 선단까지의 높이 H나 두께 T가 소정의 설계값대로의 치수로 된다. 덧붙여, 노치부(카운터보어부, SC5)는, 가장 응력이 집중하는 부분인 랩(26b)의 근원 부분의 응력을 분산하는 역할을 완수한다.
덧붙여, 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)가 R410A 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 경우, 랩(24b, 26b)의 높이 H 및 두께 T는, 고정 스크롤(24) 및 가동 스크롤(26)의 영률에 대한 인장강도의 비가 0.0033 ~ 0.0046이 되어 있는 것을 전제로 하여, 그 비(H/T)가 10 ~ 19가 되도록 설계된다. 이와 같이 설계하는 것에 의하여, 냉동 장치에 있어서 가스 냉매인 R410A가 가장 고압이 되었을 때에도, 랩(24b, 26b)의 소용돌이 중심의 단부(감기 시작의 단부)에 있어서의 선단의 굴곡량(변형량)이 허용 범위에 들어가는 것과 함께 강도의 면에서도 문제가 없게 된다.
또한, 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)가 이산화탄소 냉매를 이용하는 냉동 장치의 냉매 회로에 짜넣어지는 경우, 랩(24b, 26b)의 높이 H 및 두께 T는, 고정 스크롤(24) 및 가동 스크롤(26)의 영률에 대한 인장강도의 비가 0.0033 ~ 0.0046이 되어 있는 것을 전제로 하여 그 비(H/T)가 2 ~ 8이 되도록 설계된다. 이와 같이 설계하는 것에 의하여, 냉동 장치에 대하여 가스 냉매인 이산화탄소가 가장 고압이 되었을 때에도, 랩(24b, 26b)의 소용돌이 중심의 단부(감기 시작의 단부)에 있어서의 선단의 굴곡량(변형량)이 허용 범위에 들어가는 것과 함께 강도의 면에서도 문제가 없게 된다.
d) 부분 열처리 공정
부분 열처리 공정에서는, 접동 부품의 특정 부위에 레이저 가열 처리 혹은 고주파 가열 처리가 행하여지고, 그 특정 부위의 피로 강도나 내마모성이 향상시켜진다. 덧붙여, 레이저 가열 처리 및 고주파 가열 처리에서는, 가열 부분의 표면 경 도가 HRC50 ~ HRC65로 되도록 레이저광이나 고주파가 조사된다.
덧붙여, 고정 스크롤(24)의 부분 열처리 공정에서는, 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)의 운전 중에 응력이 집중하는 랩(24b)의 밑부의 주변부(SC1)에 레이저 가열 처리가 행하여지고, 랩(24b)의 최내부(SC2)에 고주파 가열 처리가 행하여진다(도 2 및 도 3 참조. 도면 중, 레이저 가열 처리 개소에는 격자 형상의 해칭이 넣어져 있다).
또한, 가동 스크롤(26)의 부분 열처리 공정에서는, 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)의 운전 중에 응력이 집중하는 랩(26b)의 밑부의 주변부(SC3) 및 베어링부(26c)의 밑부의 주변부(SC4)에 레이저 가열 처리가 행하여지고, 경판(26a)의 설계 중심 부근에 형성되는 노치부(SC5) 및 랩(26b)의 최내부(SC6)에 고주파 가열 처리가 행하여진다(도 4 및 도 5 참조. 도면 중, 레이저 가열 처리 개소에는 격자 형상의 해칭이 넣어져 있다).
또한, 크랭크 축(17)의 부분 열처리 공정에서는, 내마모성이 요구되는 편심 축부(17a) 및 주축부(17b)에 고주파 가열 처리가 행하여지고, 압축기의 운전 중에 응력이 집중하는 편심 축부(17a)와 주축부(17b)의 사이에 존재하는 노치부의 주변부(SC7)에 레이저 가열 처리가 행하여진다(도 15 참조. 도면 중, 레이저 가열 처리 개소에는 격자 형상의 해칭이 넣어져 있다).
또한, 올덤 링(39)의 부분 열처리 공정에서는, 내마모성이 요구되는 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b) 및 하우징 측 키부(39c, 39d)에 고주파 가열 처리가 행하여진다(도 6, 도 7 및 도 8 참조. 도면 중 고주파 가열 처리 개소에는 격자 형상의 해칭이 넣어져 있다).
＜고저압 돔형 스크롤 압축기의 운전 동작＞
다음으로, 고저압 돔형 압축기(1)의 운전 동작에 대하여 간단하게 설명한다. 우선, 구동 모터(16)가 구동되면, 크랭크 축(17)이 회전하고, 가동 스크롤(26)이 자전하는 것 없이 공전 운전을 행한다. 그러면, 저압의 가스 냉매가, 흡입관(19)을 통하여 압축실(40)의 둘레 가장자리 측으로부터 압축실(40)로 흡인되고, 압축실(40)의 용적 변화에 수반하여 압축되어, 고압의 가스 냉매로 된다(도 18(b)를 참조). 그리고 이 고압의 가스 냉매는, 압축실(40)의 중앙부로부터 토출 구멍(41)을 통하여 머플러 공간(45)으로 토출되고, 그 후, 연락 통로(46), 스크롤 측 통로(47), 하우징 측 통로(48), 토출구(49)를 통하여 간극 공간(18)으로 유출하여, 안내판(58)과 몸통부 케이싱부(11)의 내면과의 사이를 하측을 향하여 흐른다. 그리고 이 가스 냉매는, 안내판(58)과 몸통부 케이싱부(11)의 내면과의 사이를 하측을 향하여 흐를 때에, 일부가 분류하여 안내판(58)과 구동 모터(16)와의 사이를 원둘레 방향으로 흐른다. 덧붙여, 이때, 가스 냉매에 혼입되어 있는 윤활유가 분리된다. 한편, 분류한 가스 냉매의 타부는, 모터 냉각 통로(55)를 하측을 향하여 흐르고, 모터 하부 공간에까지 흐른 후, 반전하여 고정자(51)와 로터(52) 사이의 에어 갭 통로, 또는 연락 통로(46)에 대향하는 측(도 1에 있어서의 좌측)의 모터 냉각 통로(55)를 상방을 향하여 흐른다. 그 후, 안내판(58)을 통과한 가스 냉매와, 에어 갭 통로 또는 모터 냉각 통로(55)를 흘러 온 가스 냉매는, 간극 공간(18)에서 합류하여 토출관(20)의 내단부(36)로부터 토출관(20)으로 유입하여, 케이싱(10) 밖으로 토출된다. 그리고 케이싱(10) 밖으로 토출된 가스 냉매는, 냉매 회로를 순환한 후, 재차 흡입관(19)을 통하여 스크롤 압축 기구(15)로 흡입되어 압축된다.
(FC재를 이용한 종래의 스크롤과 제1 실시예의 스크롤과의 비교)
다음으로, 도 16 ~ 도 18을 참조하여, FC250를 이용한 종래의 고정 스크롤(324), 가동 스크롤(326)과, 제1 실시예에 관련되는 압축기(1)의 고정 스크롤(24), 가동 스크롤(26)을 비교한다. 여기에서는, 각각의 스크롤(324, 326, 24, 26)의 랩(285, 287, 24b, 26b)의 높이 H를 모두 동일하게 하고, 종래의 고정 스크롤(324), 가동 스크롤(326)에서는 종래대로의 강도에 의한 설계 지침에 기초하여 랩(285, 287)의 두께 T를 결정하고, 고정 스크롤(24), 가동 스크롤(26)에서는 상술의 설계 지침에 기초하여 랩(24b, 26b)의 두께 T를 결정하고 있다. 고정 스크롤(24), 가동 스크롤(26)에서는, 반용융 다이캐스트 성형재를 사용하고 있고, 종래의 FC250에 비하여 강도가 높아지고 있는 것으로부터, 종래의 고정 스크롤(324), 가동 스크롤(326)에 비하여 랩의 두께 T가 얇게 되어 있다.
도 16(a), (c), (e)의 해칭 부분은, 각각, 종래의 고정 스크롤(324)에 있어서의 격벽 면적, 압축 작업 영역, 스러스트 영역을 나타내고 있다. 격벽 면적은, 랩(여기에서는, 랩(285))의 횡단면적이다. 이것에 대하여, 도 16(b), (d), (f)의 해칭 부분은, 각각, 고정 스크롤(24)에 있어서의 격벽 면적, 압축 작업 영역, 스러스트 영역을 나타내고 있다. 도 16(a)와 도 16(b)를 비교하면, 종래의 고정 스크롤(324)에 비하여 고정 스크롤(24)에서는 격벽 면적이 작게 되어 있다. 이것은, 강도 업에 수반하여 랩(24b)의 높이 H 및 두께 T의 비(H/T)를 크게 한 것에 의한 것 이다. 또한, 나아가 도 16(c)와 도 16(d)를 참조하면, 압축 작업 영역의 면적으로부터 격벽 면적을 뺀 유효 압축 면적으로 비교하였을 때에, 종래의 고정 스크롤(324)의 40평방 센티미터에 대하여, 고정 스크롤(24)에서는 약 20% 큰 48평방 센티미터로 되어 있다.
도 17(a), (c), (e)의 해칭 부분은, 각각, 종래의 가동 스크롤(326)에 있어서의 격벽 면적, 압축 작업 영역, 스러스트 영역을 나타내고 있다. 격벽 면적은, 랩(여기에서는, 랩(287))의 횡단면적이다. 이것에 대하여, 도 17(b), (d), (f)의 해칭 부분은, 각각, 가동 스크롤(26)에 있어서의 격벽 면적, 압축 작업 영역, 스러스트 영역을 나타내고 있다. 도 17(a)와 도 17(b)을 비교하면, 종래의 가동 스크롤(326)에 비하여 가동 스크롤(26)에서는 격벽 면적이 작게 되어 있다. 이것은, 강도 업에 수반하여 랩(26b)의 높이 H 및 두께 T의 비(H/T)를 크게 한 것에 의한 것이다. 또한, 나아가 도 17(c)와 도 17(d)를 참조하면, 압축 작업 영역의 면적으로부터 격벽 면적을 뺀 유효 압축 면적으로 비교하였을 때에, 종래의 가동 스크롤(326)의 28평방 센티미터에 대하여, 가동 스크롤(26)에서는 약 15% 큰 32평방 센티미터로 되어 있다.
도 18(a)의 해칭 부분은, 두께 T가 비교적 큰 랩(285, 287)을 가지는 종래의 고정 스크롤(324), 가동 스크롤(326)에 의하여 형성되는 흡입 용적을 나타내고 있고, 도 18(b)의 해칭 부분은, 두께 T가 비교적 작은 랩(24b, 26b)을 가지는 고정 스크롤(24), 가동 스크롤(26)에 의하여 형성되는 흡입 용적을 나타내고 있다. 압축기(1)에서는, 랩(24b, 26b)의 두께 T를 얇게 하여 비(H/T)를 크게 하고 있는 것으 로, 종래의 스크롤(324, 326)을 채용하는 것에 비하여, 흡입 용적이 약 1.5배로 되어 있다.
＜시험＞
(1) 내마모성 시험 및 「친화」성 시험
먼저, 반용융 다이캐스트법에 의하여 제작한 소재로부터 도 19에 도시되는 핀 형상의 테스트 피스(412a) 및 디스크 형상의 테스트 피스(412b)를 제작하고, 그 반용융 다이캐스트법에 의하여 제작한 소재의 열처리 조건을 여러 가지 변화시키는 것에 의하여 경도가 다른 테스트 피스(412a, 412b)를 제작하였다. 그리고 각각의 테스트 피스(412a, 412b)를, 도 19에 도시되는 바와 같은 핀/디스크 시험 장치(401)에 세트하여, 용기(410) 내에 모아져 있는 R410A 냉매와 에테르유(100℃)와의 혼합액(416) 중, 평균 접동 속도 2.0m/s 및 일정 면압 하중 20MPa의 조건 하에서 홀더(413)에 세트되어 있는 핀 형상의 테스트 피스(412a)를 디스크 형상의 테스트 피스(412b)와 2시간 접동시켰을 때의 마모량을 측정하였다. 덧붙여, 이때의 면압은, 하측의 샤프트(411b)에 부하하는 하중에 의하여 조정되고 있다. 또한, 상측의 로터 샤프트(411a)와 용기(410)의 사이에는 메커니컬 실(mechanical seal, 414)이 시공되어 있다. 또한, 이때의 마모량은 핀 마모량과 디스크 마모 깊이와의 합계값으로 하였다.
이 실험으로부터 얻어진 데이터를 도 20에 도시되는 막대 그래프로 정리하였다. 그래프를 보았을 때 좌측의 에리어에는, 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 테스트 피스(이하, 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스라고 한다)의 경도 와 마모량의 관계가 나타내져 있다. 또한, 그래프를 보았을 때 우측의 에리어에는, 참고로서 종래 소재인 FC250의 테스트 피스(이하, FC250 테스트 피스라고 한다)의 경도와 마모량이 나타내져 있다. 덧붙여, 이 FC250의 테스트 피스는, 종래의 압축기에 있어서, 양호한 「친화」성을 나타내는 경도(HRB101.0)를 가진다. 또한, 이 경도를 나타내는 FC250 테스트 피스의 기지 조직에는 95% 이상의 펄라이트 조직이 포함되어 있다.
여기서, 좌측의 에리어를 보면, 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스의 경도와 그 마모량은, 거의 비례 관계에 있는 것을 알 수 있다. 또한, 각 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스와 FC250 테스트 피스를 비교하면, HRB103.7의 경도를 가지는 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스는 FC250 테스트 피스보다도 현저하게 마모량이 적고, HRB98.0의 경도를 가지는 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스는 FC250 테스트 피스와 거의 동등한 마모량으로 되며, HRB87.4의 경도를 가지는 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스는 FC250 테스트 피스보다도 현저하게 마모량이 많은 것을 알 수 있다. 즉, HRB98.0의 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스가 HRB100 이상의 FC250 테스트 피스와 동등한 「친화」성을 가지고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 마모라고 하는 현상이 경도뿐만 아니라 기지 조직에도 의존하는 것을 시사하고 있다. 즉, 경도가 동등하였다고 하여도 기지 조직에 차지하는 펄라이트 조직의 비율이 높은 경우에는, 그 성형품은 「친화」성이 떨어지는 것이다. 그리고 여기서, 양호한 「친화」성을 실현할 수 있는 경도는, 경험적으로, 5㎛보다도 크고 13㎛보다도 작은 마모량을 가지는 경도이다. 이 때문에, 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스에서는, 경도가 HRB90보다도 크게 HRB100보다도 작은 것이 「친화성」이 뛰어나다. 덧붙여, 이것은, 도 21에 도시되는 반용융 다이캐스트 성형품의 친화 곡선에서도 지지된다. 도 21로부터 분명한 바와 같이, HRB100 이상에서는 충분히 친화되기까지 100시간을 필요로 하고 있지만, HRB100 이하에서는 수십 시간에 거의 완전하게 친화되어 있다.
(2) 내늘어붙음성 시험
먼저, 반용융 다이캐스트법에 의하여 제작한 소재로부터 도 19에 도시되는 바와 같은 핀 형상의 테스트 피스(412a) 및 디스크 형상의 테스트 피스(412b)를 제작하고, 그 반용융 다이캐스트법에 의하여 제작한 소재의 열처리 조건을 여러 가지 변화시키는 것에 의하여 경도가 다른 테스트 피스(412a, 412b)를 제작하였다. 그리고 각각의 테스트 피스(412a, 412b)를, 도 19에 도시되는 바와 같은 핀/디스크 시험 장치(401)에 세트하여, 용기(410) 내에 모아져 있는 R410A 냉매와 에테르유(100℃)와의 혼합액(416) 중, 평균 접동 속도 2.0m/s의 조건 하, 15.6MPa씩 스텝 하중(면압)을 인가하여, 토크 검출기(415)에 의하여 마찰 토크가 급증한 시점을 늘어붙음 발생 시점으로 하고, 그때의 면압을 늘어붙음 발생 면압으로 하였다. 덧붙여, 이때의 면압은, 하측의 샤프트(411b)에 부하하는 하중에 의하여 조정되고 있다. 또한, 상측의 로터 샤프트(411a)와 용기(410)의 사이에는 메커니컬 실(414)이 시공되어 있다.
이 실험으로부터 얻어진 데이터를 도 22에 도시되는 막대 그래프로 정리하였다. 이 그래프에는, 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 테스트 피스(이하, 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스라고 한다)의 경도와 늘어붙음 발생 면압과의 관계가 나타내져 있다.
도 22로부터 분명한 바와 같이, 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스의 경도가 HRB98.0과 HRB103.8의 사이의 곳에서, 늘어붙음 발생 면압이 현저하게 저하되고 있다. 즉, 이것은 반용융 다이캐스트 성형 테스트 피스의 경도가 HRB100 이상이 되면, 늘어붙음이 생기기 쉬워지는 것을 나타내고 있다. 즉, 반용융 다이캐스트 성형법을 이용하여 가동 스크롤이나 고정 스크롤을 제조하는 경우, 압축기의 이상 운전 시의 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 늘어붙음을 방지하기 위해서는, 가동 스크롤이나 고정 스크롤의 경도를 HRB100 미만으로 할 필요가 있다.
(3) 연성 시험
도 23에는, 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 경도와 인장 신장과의 관계를 나타내었다. 덧붙여, 인장 신장은, JIS　Z2241에 나타내지는 시험 방법에 따라 측정하였다. 또한, 이 인장 시험에 있어서, 테스트 피스의 형상은, JIS　Z2201에 나타내지는 4호 혹은 5호 시험편의 형상으로 하였다.
도 23으로부터 분명한 바와 같이, 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조되는 성형품(이하, 반용융 다이캐스트 성형품이라고 한다)에 있어서, 그 경도와 신장은 역비례의 관계에 있다. 그리고 종래의 FC250이나 FCD600의 성형품(이하, 종래 성형품이라고 한다)과 비교한 경우, 반용융 다이캐스트 성형품은 종래 성형품에 비하여 현저하게 높은 연성을 나타내는 것을 알 수 있다. 덧붙여, 여기서, 반용융 다이캐스트 성형품의 경우, 인장 신장이 14% 이상이 되면 기계 가공에 있어서 구성인 선이 생기기 쉬워 연마 처리성이 악화되는 사실이 있고, 인장 신장이 8% 이하로 되면 균열이 생긴 경우(반용융 다이캐스트 성형품이 가동 스크롤이나 고정 스크롤인 경우, 액 백(액 압축)에 의한 균열을 생각할 수 있다)에 미세한 티끌이 나오기 쉬워진다고 하는 사실이 있으며, 연성 향상에 의한 이 방지 효과를 충분히 향수할 수 없다고 하는 사실이 있다. 이 때문에, 반용융 다이캐스트 성형품은 이상적으로는 8%보다도 크고 14%보다도 작은 인장 신장을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 반용융 다이캐스트 성형품의 경도는, HRB90보다도 크고 HRB100보다도 작은 것이 이상적이다.
(4) 절삭성 시험
도 24에는, 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 노치량과 절삭 저항력의 관계를 나타내었다. 덧붙여, 이 절삭성 시험은, 절삭날(切削刃)로서 엔드 밀을 이용하고, 드라이 조건 하에서, 엔드 밀의 회전 속도를 6000rpm, 전송 속도를 1800mm/min-0.05/날로 설정하여, 다운 컷 방식으로 행하였다. 또한, 이때의 반용융 다이캐스트 성형품의 경도는 HRB98이며, 레퍼런스의 FC250 성형품의 경도는 HRB101였다.
도 24로부터 분명한 바와 같이, 반용융 다이캐스트 성형품에서는, FC250 성형품과 마찬가지로, 노치량이 커지면 절삭 저항력이 비례적으로 증가하지만, 그 절대값은 FC250 성형품보다도 작아진다.
(5) 인구 마모 시험
도 25에는, 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 성형품의 인구 마모 량의 비교를 나타내었다. 덧붙여, 이 인구 마모 시험은, 절삭성 시험과 마찬가지로, 절삭날로서 엔드 밀을 이용하고, 드라이 조건 하에서, 엔드 밀의 회전 속도를 8000rpm, 전송 속도를 1920mm/min-0.04/날로 설정하여, 다운 컷 방식으로 행하였다. 또한, 도 25 중의 데이터는 막대의 상방에 기재되어 있는 절삭 거리까지 인구를 회전시켰을 때의 값이다. 또한, 이때의 반용융 다이캐스트 성형품의 경도는 HRB93 ~ 95 및 HRB98 ~ 100이며, 레퍼런스의 FC250 성형품의 경도는 HRB101이었다.
도 25로부터 분명한 바와 같이, 경도 93 ~ 95의 반용융 다이캐스트 성형품과 FC250 성형품을 비교하면, 경도 93 ~ 95의 반용융 다이캐스트 성형품 쪽이 FC250 성형품보다도 절삭 거리가 긴 것에도 불구하고 양자의 인구 마모량은 외주날(外周刃), 바닥날(底刃) 모두 거의 같다. 따라서, 경도 93 ~ 95의 반용융 다이캐스트 성형품은 FC250 성형품과 동등하거나 그것보다도 뛰어난 피삭성을 가진다. 또한, 경도 93 ~ 95의 반용융 다이캐스트와 경도 98 ~ 100의 반용융 다이캐스트 성형품을 비교하면, 경도 93 ~ 95의 반용융 다이캐스트 성형품 쪽이 경도 98 ~ 100의 반용융 다이캐스트 성형품보다도 절삭 거리가 긴 것에도 불구하고 바닥날의 마모량이 적다. 즉, 경도 93 ~ 95의 반용융 다이캐스트 성형품은, 경도 98 ~ 100의 반용융 다이캐스트 성형품보다도 현저하게 피삭성이 뛰어나다.
＜제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기의 특징＞
(1)
제1 실시예에서는, 가동 스크롤(26) 및 고정 스크롤(24)이 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조된다. 이 때문에, 종래의 사형 주조 방법 에 의하여 제조되는 편상 흑연 주철제의 가동 스크롤이나 고정 스크롤보다도 고인장강도 또한 고경도의 가동 스크롤이나 고정 스크롤을 용이하게 얻을 수 있다.
(2)
제1 실시예에서는, 가동 스크롤 기체 및 고정 스크롤 기체가 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조되고, 그 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 작아지도록 조정된다. 그리고 이때, 가동 스크롤 기체 및 고정 스크롤 기체의 인장강도는, 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 제조 방법을 채용하면, 가동 스크롤(26) 및 고정 스크롤(24)의 경판(24a, 26a)이나 소용돌이부(24b, 26b)를 박육화할 수 있다. 따라서, 스크롤 압축기(1)를 소경화할 수 있고, 나아가서는 스러스트 손실의 저감이나 대용량화가 가능해진다. 또한, 언로더 피스톤에 의한 용량 제어기에 있어서도, 고압축비 운전 시에 용량 제어를 행한 경우에는, 소용돌이에 발생하는 응력이 통상 운전 시(풀 로드 시)보다도 커지지만, 강도가 높아지고 있는 것에 더하여, 인성이 풍부하기 때문에, 소용돌이에 손상 등이 발생할 가능성을 작게 할 수 있다. 또한, 이와 같은 가동 스크롤(26) 및 고정 스크롤(24)은, FC재와 비교하면 인성이 뛰어나기 때문에, 돌발적인 내압 상승이나 이물 끼임에 대하여 손상이 발생하기 어렵다. 만일 손상하여도 미세한 티끌이 생기기 어려워져 배관의 세정이 불필요하게 된다. 또한, 사형 주조 방법에 의하여 제조되는 편상 흑연 주철과 같은 가동 스크롤 기체나 고정 스크롤 기체를 기계 가공하여 최종적인 가동 스크롤이나 고정 스크롤로 하는 경우, 통상, 가공에 의한 뒤틀림을 제거하기 위하여, 가동 스크롤 기체나 고정 스크롤 기 체를 몇 번인가 재차 고정하고 있다. 그러나 이와 같은 인장강도가 높은 가동 스크롤 기체나 고정 스크롤 기체를 기계 가공하는 경우, 가공에 의한 뒤틀림을 걱정할 필요가 없다. 따라서, 본 제조 방법을 채용하면, 이 재차 고정하는 것에 드는 코스트를 삭감할 수 있다.
(3)
반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 접동 부품이 열처리 되는 경우, 그 접동 부품의 인장강도는 그 경도와 비례 관계에 있는 것이 판명되어 있다. 따라서, 제1 실시예에 관련되는 접동 부품에 대해서는, 경도를 측정하는 것만으로 인장강도를 보증할 수 있다.
(4)
제1 실시예의 열처리 공정에서는, 가동 스크롤 기체 및 고정 스크롤 기체의 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮아지는 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 제조 방법을 채용하면, 압축기 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 가동 스크롤(26) 및 고정 스크롤(24)를 제조할 수 있다. 또한, 경도가 이 범위인 경우, 가동 스크롤 기체 및 고정 스크롤 기체의 피삭성이 양호해지는 것과 함께 가동 스크롤 기체 및 고정 스크롤 기체에 흠이 생기기 어려워져 취급이 편해진다. 이 때문에, 공구 마모나 공구의 깨짐이 발생하기 어려워져 공구 수명이 연장되고, 또한, 구성인선이 생기기 어려워져 연마의 처리성이 양호해지는 것과 함께 가공 시간을 단축할 수 있기 때문 에 가공 코스트가 저감한다. 덧붙여, 동 인장강도의 FCD에 대하여, 경도가 낮기(같은 경도이면 인장강도가 높다) 때문에, 공구 마모나 가공 시간이 뛰어난 것에도 불구하고, 고인장강도화할 수 있다고도 말할 수 있다. 또한, FC재와 비교하면 표면조도를 작게 하기 쉽기 때문에, 가동 스크롤(26)이, 올덤 링(39)이나 실 링(도시하지 않음) 등을 공격할 우려가 없어진다.
(5)
제1 실시예에서는, 고정 스크롤(24)은, 기체(124)의 중앙 부근의 개구 예정 부분(P)을 박육으로 형성하는 것이 가능한 볼록부(71a, 72a)를 가지는 금형(70)을 이용하여 금속 재료를 반용융 다이캐스트 성형하는 것에 의하여 성형된 후, 박육의 개구 예정 부분(P)에 토출 구멍(41)이 형성되는 것에 의하여 제조되어 있다. 이 볼록부(71a, 72a)에 의하여, 고정 스크롤(24)의 기체(124)의 경판 상당 부분의 중앙 부근에 있어서의 토출 구멍(41)의 개구 예정 부분(P)을 4mm 이하로 형성하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 고정 스크롤(24)의 기체(124)에 있어서 공극(CN)의 발생이 억제된다. 따라서, 고정 스크롤(24)에 있어서 경판(24a) 내부의 중앙 부근 이외의 주위의 부분에서 작은 공극(CN)이 나뉘어 존재할 뿐이다. 이 결과, 기체(124)의 개구 예정 부분(P)에 토출 구멍(41)이 형성되어도 기체(124)의 내부의 공극(CN)이 외부로 노출할 우려가 없어져, 피로 강도의 저하를 억제할 수 있다.
(6)
제1 실시예에서는, 가동 스크롤(26)은, 기체(126)의 중앙 부근의 소정의 부분을 4mm 이하로 형성하는 것이 가능한 볼록부(81a)를 가지는 금형(80)을 이용하여 금속 재료를 반용융 다이캐스트 성형하는 것에 의하여 제조된다. 이 때문에, 가동 스크롤(26)의 기체(126)에 있어서 공극(CN)의 발생이 억제된다. 따라서, 가동 스크롤(26)에 있어서 경판(26a) 내부의 중앙 부근 이외의 주위의 부분에서 작은 공극(CN)이 나뉘어 존재할 뿐이다.
(7)
제1 실시예의 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)에는, 결함이 매우 적은 구성 부품이 채용되고 있다. 이 때문에, 이 고저압 돔형 압축기(1)는, 이산화탄소 등의 고압 냉매를 압축할 수도 있다.
(8)
고강도 재료인 덕타일 주철이나 고탄소강으로는 니어 넷 쉐이프화가 곤란하고 가공성도 나쁘다고 하는 과제가 있는 것으로부터, 종래의 스크롤 압축기에서는, FC250 등의 보통 주철을 사용하여 스크롤을 제조하고 있는 것이 많다.
이것에 대하여, 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)에서는, 반용융 다이캐스트 성형법을 이용하여 성형하는 것으로, 고정 스크롤(124) 및 가동 스크롤(126)을 고강도인 것으로 하고 있다.
이 때문에, 도 18 등에 도시하는 바와 같이, 압축기(1)에서는, 외경을 대부분 바꾸는 일 없이, 대폭적인 용량 업을 실현하고 있다.
(9)
FC250라고 하는 종래의 재료와 비교하여, 금형에 반용융(반응고) 상태의 철 소재를 압입하여 주물을 제조하는 다이캐스트(여기에서는, 반용융 다이캐스트 성 형)에 의하여 생성되는 것은, 특별한 열처리를 행하지 않아도 고강도가 되지만, 나아가 소정 시간 소정 온도에서 보지하거나 냉각 속도를 조정하거나 하는 열처리를 행하는 것에 의하여, 인장강도를 향상시킬 수 있다.
그러나 종래에 없는 레벨로 인장강도가 오르면, 지금까지와 같이 피로 손상이 생기는지 여부라고 하는 강도의 관점으로부터만으로 랩의 높이(H)와 두께(T)와의 비인 비(H/T)를 결정하고 있으면 다른 문제가 발생한다. 즉, 강도가 확보된다고 하여 비(H/T)를 너무 크게 하면, 강도의 면에서는 문제가 없어도, 절삭 가공을 행할 때에 랩(24b, 26b)의 변형이 너무 커지기 때문에 엔드 밀 등의 가공 허용 공차나 절삭 속도를 크게 하지 못하여 가공 시간이 길어져 버리거나, 압축기(1)의 운전 중에 랩(24b, 26b)의 변형량(굴곡량)이 커켜 성능이 저하하거나 상대의 스크롤과의 접촉에 의하여 소음이 커지거나 하는 문제가 일어난다. 나아가, 스크롤(24, 26)과 같이 소용돌이 형상의 랩(24b, 26b)을 가지는 경우, 열처리에 의하여 크게 강도를 업시키면 뒤틀림이 나와 버릴 우려가 있다. 또한, 경도가 너무 높아지면, 절삭 가공 시의 가공 속도가 저하하여 코스트 업으로도 된다.
이와 같은 것을 감안하여, 압축기(1)에서는, 이러한 가공 시간, 성능 저하, 소음이라고 하는 관점으로부터 필요한 랩(24b, 26b)의 변형량의 상한을 고려하여 랩의 비(H/T)를 결정하였을 때에, 피로 강도의 관점으로부터 인장강도가 어느 정도 있으면 충분한가라고 하는 검토에 기초하여, 열처리에 의하여 과잉인 강도 업을 코스트를 들여 실시하여 버리는 일이 없도록, 열처리 후의 스크롤(24, 26)의 영률에 대한 인장강도의 비를 결정하고 있다. 구체적으로는, 상술과 같이, 영률에 대한 인 장강도의 비가 0.0046 이하가 되도록, 열처리에 의한 강도 업의 정도를 억제하도록 하고 있다.
이상과 같이, 여기에서는, 스크롤(24, 26)의 설계에 있어서, 과잉으로 강도 업시키는 일 없이, 영률(강성)과의 밸런스를 취하고 있기 때문에, 강도를 만족시키면서, 랩(24b, 26b)의 굴곡에 의한 성능 저하나 소음이 커진다고 하는 운전 시의 문제를 억제하는 것이 가능해져 있다. 또한, 절삭 가공 시의 랩(24b, 26b)의 굴곡도 억제되기 때문에, 가공 시간의 단축 등에 의하여 제조 코스트를 내리는 것이 가능해져 있다.
상기와 같이, 열처리에 의해서는 스크롤(24, 26)의 인장강도를 1000MPa 이상으로 되도록 하는 것도 가능하지만, 여기에서는 열처리에 의한 강도 업의 정도를 억제하고 있다.
한편, 냉각 속도를 떨어뜨리는 것으로 스크롤(24, 26)의 인장강도를 500MP정도로 하는 것도 가능하지만, 강도를 낮게 억제하기 위하여 반대로 열처리에 시간을 들이게 되면 본말 전도이며, 또한 금속 조직의 페라이트율이 높아지면 내마모성이 저하된다고 하는 문제도 생기는 것으로부터, 압축기(1)에서는, 영률에 대한 인장강도의 비를 0.0033 이상이 되도록 열처리를 행하고 있다.
(10)
제1 실시예에서는, 크랭크 축(17), 가동 스크롤(26), 고정 스크롤(24) 및 올덤 링(39)이 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조된다. 이 때문에, 종래의 사형 주조 방법 등에 비하여 원재료비나, 기계 가공비, 공구 소모품 대를 낮게 억제할 수 있는 것과 함께 연삭 폐재나 가공 폐수 등의 파기물을 저감할 수 있다. 또한, 종래의 사형 주조 방법 등에 의하여 제조되는 편상 흑연 주철제의 크랭크 축, 가동 스크롤, 고정 스크롤 및 올덤 링보다도 고인장강도 또한 고경도의 크랭크 축(17), 가동 스크롤(24), 고정 스크롤(26) 및 올덤 링(39)을 용이하게 얻을 수 있다.
(11)
제1 실시예에서는, 크랭크 축 기체, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체 및 올덤 링 기체가 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조되고, 그 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 작아지도록 조정된다. 그리고 이때, 크랭크 축 기체, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체 및 올덤 링 기체의 인장강도는, 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 제조 방법을 채용하면, 가동 스크롤(26) 및 고정 스크롤(24)의 경판(24a, 26a)이나 소용돌이부(24b, 26b)를 박육화하거나, 올덤 링(39)을 박육화하거나 할 수 있다. 또한, 크랭크 축(17)을 소경화할 수도 있다. 따라서, 스크롤 압축기(1)를 소경화할 수 있고, 나아가서는 스러스트 손실의 저감이나 대용량화가 가능해진다. 또한, 언로더 피스톤에 의한 용량 제어기에 있어서도, 고압축비 운전 시에 용량 제어를 행한 경우에는, 소용돌이에 발생하는 응력이 통상 운전 시(풀 로드 시)보다도 커지지만, 강도가 높아지고 있는 것에 더하여, 인성이 풍부하기 때문에, 소용돌이에 손상 등이 발생할 가능성을 작게 할 수 있다. 또한, 이와 같은 크랭크 축(17)이나, 가동 스크롤(26), 고정 스크롤(24), 올덤 링(39)은, FC재와 비교하면 인성이 뛰어나기 때문에, 돌발적인 내압 상승이나 이물 끼임에 대하여 손상이 발생하기 어렵다. 만일 손상하여도 미세한 티끌이 생기기 어려워져 배관의 세정이 불필요하게 된다. 또한, 사형 주조 방법에 의하여 제조되는 편상 흑연 주철과 같은 크랭크 축 기체나, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체, 올덤 링 기체를 기계 가공하여 최종적인 크랭크 축(17)이나, 가동 스크롤(26), 고정 스크롤(24), 올덤 링(39)으로 하는 경우, 통상, 가공에 의한 뒤틀림을 제거하기 위하여, 크랭크 축 기체나, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체, 올덤 링 기체를 몇 번인가 재차 고정하고 있다. 그러나 이와 같은 인장강도가 높은 크랭크 축 기체나, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체, 올덤 링 기체를 기계 가공하는 경우, 가공에 의한 뒤틀림을 걱정할 필요가 없다. 따라서, 본 제조 방법을 채용하면, 이 재차 고정하는 것에 드는 코스트를 삭감할 수 있다.
(12)
반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조된 접동 부품이 열처리되는 경우, 그 접동 부품의 인장강도는 그 경도와 비례 관계에 있는 것이 판명되어 있다. 따라서, 제1 실시예에 관련되는 접동 부품에 대해서는, 경도를 측정하는 것만으로 인장강도를 보증할 수 있다.
(13)
제1 실시예의 열처리 공정에서는, 크랭크 축 기체, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체 및 올덤 링 기체의 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮아지도록 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 제조 방법을 채용하면, 압축기 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 크랭크 축(17), 가동 스크롤(26), 고정 스크롤(24) 및 올덤 링(39)을 제조할 수 있다. 또한, 경도가 이 범위인 경우, 크랭크 축 기체, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체 및 올덤 링 기체의 피삭성이 양호해지는 것과 함께 크랭크 축 기체, 가동 스크롤 기체, 고정 스크롤 기체 및 올덤 링 기체에 흠이 생기기 어렵게 되어 취급이 편해진다. 이 때문에, 공구 마모나 공구의 깨짐이 발생하기 어려워져 공구 수명이 연장되고, 또한, 구성인선이 생기기 어려워져 연마의 처리성이 양호해지는 것과 함께 가공 시간을 단축할 수 있기 때문에 가공 코스트가 저감한다. 덧붙여, 동 인장강도의 FCD에 대하여, 경도가 낮기(같은 경도이면 인장강도가 높다) 때문에 공구 마모나 가공 시간이 뛰어난 것에도 불구하고, 고인장강도화할 수 있다고도 말할 수 있다. 또한, FC재와 비교하면 표면조도가 나오기 쉽기 때문에, 가동 스크롤(26)이, 올덤 링(39)나 실 링(도시하지 않음) 등을 공격할 우려가 없어진다.
(14)
제1 실시예의 부분 열처리 공정에서는, 고정 스크롤(24)의 응력 집중부(랩(24b)의 밑부의 주변부(SC1) 및 랩(24b)의 최내부(SC2))에 부분 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 이 고정 스크롤(24)에 있어서, 접동성이 필요한 접동부에 양호한 친화성을 가지게 한 채로 응력 집중부에 충분한 피로 강도를 부여할 수 있다.
(15)
제1 실시예의 부분 열처리 공정에서는, 가동 스크롤(26)의 응력 집중부(랩(26b)의 밑부의 주변부(SC3), 경판(26a)의 설계 중심 부근에 형성되는 노치부(SC5), 베어링부(26c)의 밑부의 주변부(SC4) 및 랩(26b)의 최내부(SC6))에 부분 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 이 가동 스크롤(26)에 있어서, 접동성이 필요한 접동부에 양호한 친화성을 가지게 한 채로 응력 집중부에 충분한 피로 강도를 부여할 수 있다.
(16)
제1 실시예의 부분 열처리 공정에서는, 크랭크 축(17)의 편심 축부(17a) 및 주축부(17b)에 고주파 가열 처리가 행하여진다. 이 때문에, 편심 축부(17a) 및 주축부(17b)에 충분한 내마모성을 부여할 수 있다. 따라서, 크랭크 축(17)을 장기 수명화할 수 있다.
(17)
제1 실시예의 부분 열처리 공정에서는, 크랭크 축(17)의 편심 축부(17a)와 주축부(17b)의 사이에 존재하는 노치부의 주변부(SC7)에 레이저 가열 처리가 행하여진다. 이 때문에, 크랭크 축(17)의 응력 집중부에 충분한 피로 강도를 부여할 수 있다.
(18)
제1 실시예의 반용융 다이캐스트 성형에서는, 밸런스 웨이트부(17c)가 크랭크 축(17)과 일체로 성형되어 있다. 이 때문에, 밸런스 웨이트로서의 별체의 링부 등을 설치할 필요가 없다. 따라서, 밸런스 웨이트에 드는 재료비를 저감할 수 있 다. 또한, 종래, 밸런스 웨이트의 제조에서는, 밸런스 웨이트를 대략의 형상으로 주조하여 뺀 후, 가공하여 그 밸런스를 조정하는 등의 공정이 필요하였지만, 본 발명에 관련되는 크랭크 축(17)은 반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 제조되기 때문에, 최종 형상에 매우 가까운 형상까지 성형할 수 있어, 압축기 제조의 공정 수를 저감할 수 있다. 따라서, 이 압축기의 크랭크 축(17)은, 압축기의 제조 코스트를 저감할 수 있다.
(19)
제1 실시예의 부분 열처리 공정에서는, 올덤 링(39)의 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b) 및 하우징 측 키부(39c, 39d)에 고주파 가열 처리가 행하여진다. 이 때문에, 가동 스크롤 측 키부(39a, 39b) 및 하우징 측 키부(39c, 39d)에 충분한 내마모성을 부여할 수 있다. 따라서, 올덤 링(39)을 장기 수명화 할 수 있다.
＜제1 실시예의 변형예＞
(A)
제1 실시예에서는 밀폐형의 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)가 채용되었지만, 압축기는, 고압 돔형의 압축기여도 저압 돔형의 압축기여도 무방하다. 또한, 반밀폐형이나 개방형의 압축기여도 무방하다.
(B)
제1 실시예에 관련되는 스크롤 압축기(1)에서는 스크롤 압축 기구(15)가 채용되었지만, 압축 기구는, 로터리 압축 기구나, 레시프로 압축 기구, 스크류 압축 기구 등이어도 무방하다. 또한, 스크롤 압축 기구(15)는, 양톱니나 함께 회전하는 타입의 스크롤이어도 무방하다.
(C)
제1 실시예에서는 철 소재로서 C : 2.3 ~ 2.4wt%, Si : 1.95 ~ 2.05wt%, Mn : 0.6 ~ 0.7wt%, P : <0.035wt%, S : <0.04wt%, Cr : 0.00 ~ 0.50wt%, Ni : 0.50 ~ 1.00wt%가 첨가되어 있는 빌릿이 채용되었지만, 철 소재의 원소 비율은, 본 발명의 취지를 해치지 않는 한, 임의로 결정할 수 있다.
(D)
제1 실시예에서는 자전 방지 기구로서 올덤 링(39)이 채용되어 있지만, 자전 방지 기구로서 핀, 볼 커플링, 크랭크 등, 어떠한 기구가 채용되어도 무방하다.
(E)
제1 실시예에서는 스크롤 압축기(1)가 냉매 회로 내에서 이용되는 경우를 예로 들었지만, 용도에 대해서는 공조용에 한정하는 것은 아니고, 단체(單體) 혹은 시스템에 짜넣어져 이용되는 압축기나 송풍기, 과급기, 펌프 등이어도 무방하다.
(F)
제1 실시예에 관련되는 스크롤 압축기(1)에는 윤활유가 존재하였지만, 오일레스(oilless) 혹은 오일 프리(기름이 있어도 없어도 무방하다) 타입의 압축기, 송풍기, 과급기, 펌프여도 무방하다.
(G)
제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)는, 아우터 드라이브형의 스크롤 압축기였지만, 본 발명에 관련되는 스크롤 압축기는 이너 드라이브형의 스크롤 압축기여도 무방하다. 또한, 이러한 경우, 열처리 공정 후에, 가동 스크롤의 이너 드라이브용 핀 축부를 고주파 가열 등의 처방에 의하여 선택적으로 가열하여 그 표면 경도를 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮아지도록 하여도 무방하다. 이와 같이 하면, 이너 드라이브용 핀 축부의 내마모성을 크게 향상시킬 수 있다.
(H)
제1 실시예에서는, 접동 부품 기체가 최종 마무리 공정을 거쳐 최종적인 접동 부품으로 되었지만, 반용융 다이캐스트 성형 공정에 있어서 거의 완성품에 가까운 니어 넷 쉐이프화가 가능한 경우는, 마무리 공정을 생략하여도 무방하다.
(I)
제1 실시예의 열처리 공정에서는, 접동 부품 기체의 전부를 열처리하였지만, 접동 부품 기체가 가동 스크롤(26)이나 고정 스크롤(24)인 경우는, 내늘어붙음성이나, 내마모성, 친화성에 대하여 중요해지는 개소인 경판 측의 표면(스러스트 표면) 부분과 랩(24b, 26b)의 선단부만, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮아지도록 하여도 무방하고, 페라이트 면적율이 5%보다도 크고 50%보다도 작아지도록 하여도 무방하며, 흑연 면적율이 2%보다도 크고 6%보다도 작아지도록 하여도 무방하다.
(J)
제1 실시예에 관련되는 접동 부품은 반용융 다이캐스트 성형 공정, 열처리 공정, 마무리 공정 및 부분 열처리 공정을 거쳐 제조되었지만, 이와 같은 접동 부품은 금형 주조 성형 공정, 열처리 공정, 마무리 공정 및 부분 열처리 공정을 거쳐 제조되어도 무방하다. 덧붙여, 원재료는 동일하다.
금형 주조 성형 공정에서는, 도 26에 도시되는 바와 같이, 고정형(302) 및 가동형(301)에 의하여 구성되는 주형 공간(303)에, 고온이 가해지는 것에 의하여 액체상으로 된 원재료가 흘러가게 된다. 그리고 이 후, 고정형(302) 및 가동형(301)을 통하여 주형 공간(303) 내의 액체상의 원재료가 급냉된다. 그러면, 주형 공간(303) 내의 액체상의 원재료는, 응고하여 고체상의 성형물(310)로 된다. 덧붙여, 이때, 이 성형물(310)은 열 수축한다. 이 때문에, 이 성형물(310)은 용이하게 이형(離型)할 수 있다. 그리고 이 후, 이 고체상의 성형물(310)의 불필요 부분이 절단된다(이하, 이 절단되어 생긴 성형물(310)을 예비 성형물(301a)이라고 한다). 다음으로, 열처리 공정에 있어서, 예비 성형물(301a)이 열처리되고, 그 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다 낮게 조정된다. 덧붙여, 이때, 목표 경도를 HRB90 ~ HRB95의 범위로 하여도 무방하다. 그리고 최종 마무리 공정에 있어서, 열처리 공정을 끝낸 예비 성형물(301a)이 정밀 기계 가공되어, 최종 제품(310b)으로 된다. 덧붙여, 본 변형예에 있어서, 열처리 공정 및 최종 마무리 공정은, 제1 실시예에 관련되는 열처리 공정 및 최종 마무리 공정과 마찬가지로 행하여진다.
(K)
제1 실시예에서는, 고정 스크롤(24)의 기체(124)의 성형에 있어서, 도 9 및 도 10에 도시되는 바와 같이, 대향하는 볼록부(71a) 및 볼록부(72a)에 의하여 경판(24a)을 상하 양측으로부터 오목하게 하여 경판(24a)의 두께를 얇게 하도록 성형하고 있다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
제1 실시예의 변형예로서, 예를 들면, 도 27에 도시되는 바와 같이 경판 상 당 부분을 상면 측으로부터만 오목하게 하거나, 또는, 도 28에 도시되는 바와 같이 경판 상당 부분을 하면 측으로부터만 오목하게 하는 것에 의하여 경판 상당 부분의 두께를 소정의 두께 t2(예를 들면 4mm 이하)까지 얇게 하도록 성형하여도 무방하고, 이러한 경우도, 제1 실시예와 마찬가지로, 공극(CN)의 발생이 억제된다.
(L)
제1 실시예에서는, 가동 스크롤(26)의 기체(126)의 성형에 있어서, 도 11 및 도 12에 도시되는 바와 같이, 베어링부(26c)의 내부 공간(26f)을 형성하는 볼록부(81a)와 제2 형 부분(82)의 간격을 소정의 간격(예를 들면 4mm 이하)으로 설정하는 것에 의하여, 경판 상당 부분의 중심 부분에 있어서의 두께 t1을 소정의 두께(예를 들면 4mm 이하)로 성형하고 있다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
제1 실시예의 다른 변형예로서, 예를 들면, 고정 스크롤(24)에 토출 구멍(41)을 형성하는 대신에, 도 29에 도시되는 바와 같이, 가동 스크롤(26)의 경판(26a)에 토출 구멍(26h)을 형성하는 경우도 생각할 수 있다. 이와 같은 토출 구멍(26h)을 가지는 가동 스크롤(26)을 제조하는 경우에는, 고정 스크롤(24)의 기체(124)를 제조하기 위한 금형(70)과 마찬가지로, 가동 스크롤(26)의 기체(126)를 제조하기 위한 금형(80, 도 11 참조)의 제1 형 부분(81) 및 제2 형 부분(82)에 각각 대향하는 볼록부를 설치하여 두고, 이와 같은 대향하는 볼록부를 가지는 금형(80)을 이용하여 반용융 다이캐스트 성형을 하면 된다. 이와 같이 성형하면, 도 30 또는 도 31에 도시되는 바와 같은 경판 상당 부분의 중앙 부근에 박육의 개구 예정 부분(R)을 가지는 가동 스크롤(26)의 기체(126)가 성형된다. 이 경우도, 공극(CN)의 발생이 억제되고, 게다가, 드릴 가공에 의하여 개구 예정 부분(R)에 토출 구멍을 형성하여도 기체(126) 내부의 공극(CN)이 외부로 노출할 우려가 없어진다.
여기서, 도 30의 가동 스크롤(26)의 기체(126)의 경우에는, 경판 상당 부분의 상측으로부터 오목하게 하는 것과 함께 경판 상당 부분의 하측에 있어서도 베어링부(26c)의 내부 공간(26f)의 바닥의 높이를 기존의 가동 스크롤의 경우보다도 약간 상방이 되도록 설정하는 것에 의하여, 개구 예정 부분(R)을 박육으로 하고 있다. 이것에 의하여, 공극(CN)의 발생이 억제된다.
또한, 도 31의 가동 스크롤(26)의 기체(126)의 경우에는, 내부 공간(26f)의 바닥의 높이를 기존의 가동 스크롤의 경우와 동일한 정도로 설정하여 두고, 경판 상당 부분의 상측으로부터의 파임을 크게 하는 것에 의하여, 개구 예정 부분(R)을 박육으로 하고 있다. 이것에 의하여, 공극(CN)의 발생이 억제된다.
(M)
제1 실시예에 관련되는 가동 스크롤(26)에서는 노치부(SC5)가 엔드 밀 등에 의하여 형성되었지만, 도 4 및 도 5에 도시되는 가동 스크롤(26)의 경판(26a)의 중심 부분의 상면에 있어서 노치부(카운터보어부, SC5)가 반용융 다이캐스트 성형 공정에 있어서 미리 형성되어도 무방하다.
이러한 경우, 노치부(카운터보어부, SC5)와 베어링부(26c)의 내부 공간(26f)을 동시에 성형하게 되어, 경판 상당 부분의 중심 부분의 두께를 한층 더 박육화시키게 되어, 공극(CN)의 발생이 한층 더 억제된다.
게다가, 제1 실시예에 관련되는 가동 스크롤(26)의 제조 방법과 같이, 반용융 다이캐스트 성형의 후에, 엔드 밀 등에 의한 절삭 가공에 의하여 노치부(카운터보어부, SC5)를 형성하지 않아도 되기 때문에, 공정 수를 삭감할 수 있는 것과 함께, 절삭 조각도 발생하지 않는다.
(N)
제1 실시예에서는, 접동 부품의 원재료로서 철 소재가 이용되었지만, 본 발명의 취지를 해치지 않는 한, 철 이외의 금속 재료가 이용되어도 무방하다.
(O)
제1 실시예에서는, 도 18(b)에 도시하는 바와 같이, 종래의 고정 스크롤(324), 가동 스크롤(326)보다도 두께 T가 얇은 랩(24b, 26b)을 채용한 고정 스크롤(24), 가동 스크롤(26)을 사용하여, 흡입 용적을 약 1.5배로 증가시키고 있지만, 어느 일방(一方)의 스크롤의 랩만을 박육화하는 것도 가능하다. 예를 들면, 제1 실시예의 가동 스크롤(26)과 종래의 고정 스크롤(324)을 조합하여 사용하는 경우, 도 32(b)에 도시하는 바와 같이, 종래보다도 흡입 용적이 약 1.25배만큼 증가하게 된다.
-제2 실시예-
이하, 제2 실시예에 관련되는 접동 부품을 이용한 압축기에 대하여, 고저압 돔형 스크롤 압축기를 예로 들어 설명한다. 덧붙여, 제2 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기는, 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)의 아우터 드라이브형의 가동 스크롤(26)이 이너 드라이브형의 가동 스크롤로 치환된 것 이다. 따라서, 이하, 가동 스크롤에 대해서만 설명한다.
＜가동 스크롤의 구성＞
가동 스크롤(96)은, 도 33에 도시되는 바와 같이, 주로, 경판(96a)과, 경판(96a)의 경면(96P)으로부터 상방으로 연장되는 소용돌이 형상(인볼루트 형상)의 랩(96b)과, 경판(96a)의 하면으로부터 하방으로 연장되는 베어링부(96c)와, 경판(96a)의 양 단부에 형성되는 홈부(96d)로 구성되어 있다.
가동 스크롤(96)은, 이너 드라이브형의 가동 스크롤이다. 즉, 가동 스크롤(96)은, 크랭크 축(17)의 선단에 형성된 오목부의 내측에 감합하는 베어링부(96c)를 가지고 있다.
도 33에 도시되는 바와 같이, 경판(96a)의 중심 부분에 있어서의 두께 t3은, 다른 부분(예를 들면 경판(96a)의 둘레 가장자리에 가까운 부분)의 두께와 비교하여 얇게 형성되어 있다. 즉, 베어링부(96c)의 내측에는, 반용융 다이캐스트 성형 시에 주조하여 빼내어진 공동(空洞) 오목부(96f)가 형성되어 있다. 따라서, 기체(196)에 있어서, 경판 상당 부분에 있어서의 공극(CN, 도 34 참조)의 발생이 억제된다. 덧붙여, 기체(196)에 있어서, 베어링부 상당 부분의 중심 부분의 두께 t3은 4mm 이하로 설정되어 있다.
또한, 베어링부(96c)의 두께는, 공동 오목부(96f)가 없으면 두께 t4가 매우 두꺼워져 베어링부(96c)의 내부에 공극(CN)이 발생하기 쉬워지지만, 공동 오목부(96f)의 존재에 의하여 베어링부(96c)의 두께 t5는 얇게 되어 있다. 따라서, 베어링부(96c)의 내부에 있어서의 공극(CN)의 발생이 억제되고, 베어링부(96c)의 강 도 저하가 억제된다. 덧붙여, 베어링부(96c)의 두께 t5는 4mm 이하로 설정되어 있다.
＜가동 스크롤 성형＞
도 34에 도시되는 바와 같이, 가동 스크롤(96)의 기체(196)를 반용융 다이캐스트 성형하기 위한 금형(90)은, 제1 형 부분(91)과 제2 형 부분(92)으로 이루어진다. 제1 형 부분(91)과 제2 형 부분(92)을 조합하였을 때에 생기는 공간부(93)의 형상은, 성형되는 가동 스크롤(96)의 기체(196)의 외형 형상에 대응한다.
또한, 제1 형 부분(91)에는, 가동 스크롤(96)의 베어링부(96c)의 공동 오목부(96f)를 형성하는 볼록부(91a)가 형성되어 있다. 볼록부(91a)와 제2 형 부분(92)의 간격은 4mm 이하로 설정되어 있기 때문에, 경판(96a)의 중심 부분(96e)에 있어서의 두께 t3은 4mm 이하까지 얇아진다.
이상과 같이 구성된 금형(90)을 이용하여 철 등의 금속 재료를 반용융 다이캐스트 성형하는 것에 의하여, 경판 상당 부분의 중심 부분에 있어서의 두께 t3이 4mm 이하인 가동 스크롤(96)의 기체(196)를 제조할 수 있다.
＜제2 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기의 특징＞
(1)
제2 실시예에서는, 가동 스크롤(96)의 기체(196)를 반용융 다이캐스트 성형할 때에, 금형(90)의 볼록부(91a)를 이용하여, 베어링부(96c) 내부의 적어도 일부에 공동 오목부(96f)를 형성하고, 그것에 따라, 가동 스크롤(96)의 기체(196)의 경판 상당 부분의 중심 부분이 4mm 이하로 형성되어 있다. 그 결과, 가동 스크롤(96) 에 있어서의 공극(CN)의 발생이 억제된다.
또한, 가동 스크롤(96)의 베어링부(96c)에 공동 오목부(96f)가 형성되는 것에 의하여, 가동 스크롤(96)의 중량을 큰 폭으로 경감할 수 있어, 가동 스크롤(96)이 경량화된다.
(2)
제2 실시예에서는, 가동 스크롤(96)의 기체(196)의 베어링부 상당 부분에 공동 오목부(96f)를 형성하는 것에 의하여, 베어링부 상당 부분이 4mm 이하로 형성되어 있다. 그 결과, 베어링부(96c)의 내부에 있어서의 공극(CN)의 발생이 억제되고, 베어링부(96c)의 강도 저하가 억제된다.
-제3 실시예-
이하, 제3 실시예에 관련되는 접동 부품을 이용한 압축기에 대하여, 고저압 돔형 스크롤 압축기를 예로 들어 설명한다. 덧붙여, 제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기와 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)의 차이점은, 고정 스크롤 및 가동 스크롤의 랩 형상뿐이다. 따라서, 이하, 고정 스크롤 및 가동 스크롤에 대해서만 설명한다.
제3 실시예에 관련되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)는, 예를 들면, 도 35에 도시되는 금형(180)을 이용하여 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된다.
구체적으로는 이하와 같다.
도 35에 도시되는 바와 같이, 가동 스크롤(526)의 기체(626)를 반용융 다이캐스트 성형하기 위한 금형(180)은, 제1 형 부분(181)과 제2 형 부분(182)로 이루 어진다. 제1 형 부분(181)과 제2 형 부분(182)을 조합하였을 때에 생기는 공간부(183)의 형상은, 성형되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)의 외형 형상에 대응한다.
또한, 금형(180)은, 랩 성형 부분(182a)을 구비하고 있다. 랩 성형 부분(182a)은, 가동 스크롤(526)의 기체(626)의 랩 상당 부분의 중심에 가까운 감기 시작의 부분 Q0의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분 Q4의 빼기 구배보다도 커지도록 외형 형상이 설정되어 있다(도 36의 가동 스크롤(26)의 빼기 구배 θ1, θ2 참조).
예를 들면, 도 35 및 도 36에 도시되는 바와 같이, 랩 성형 부분(182a)의 측면(182b) 및 측면(182c)은, 랩 상당 부분의 부분 Q1과 부분 Q3의 사이에서는, 부분 Q1의 쪽이 부분 Q3보다도 중심에 가깝기 때문에, 부분 Q1의 빼기 구배 θ1이 외측의 부분 Q3의 빼기 구배 θ3보다도 커지도록 설정되어 있다.
그리고 이 기체(626)는, 마무리 공정을 거쳐 가동 스크롤(526)로 된다. 이하, 이 가동 스크롤(526)의 랩 형상에 대하여 상세히 서술한다.
가동 스크롤(526)에서는, 도 37 및 도 38에 도시되는 바와 같이, 랩(526b)의 소용돌이 형상이, 중심에 가까운 감기 시작의 부분 Q10에 있어서의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분 Q14의 빼기 구배보다도 크게 되어 있고, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 랩(526b)의 감기 시작의 부분 Q10은, 빼기 구배가 최대(예를 들면 2도)로 설정되고, 도중의 부분(Q11 ~ Q13)에 있어서의 빼기 구배는, 감기 각 α가 변화하는 것 에 따라 연속적으로 작아지도록 설정되며, 감기 끝의 부분 Q14의 빼기 구배는, 최소(예를 들면 0.5도)로 설정되어 있다. 즉, 랩의 감기 각 α와 빼기 구배 θ의 관계는, 도 39의 그래프에 도시되는 바와 같이, 빼기 구배 θ는 감기 각 α가 감기 시작의 각도일 때에는 최대값인 2도이고, 감기 각 α의 증가에 비례하여 빼기 구배 θ는 감소하며, 감기 각 α가 감기 끝의 각도일 때에는 최소값인 0.5도이다.
덧붙여, 고정 스크롤(524)도 가동 스크롤(526)과 마찬가지로 하여 제조된다. 이하, 마무리 공정 후의 가동 스크롤의 랩 형상에 대하여 상세히 서술한다.
고정 스크롤(524)에서는, 도 40 및 도 41에 도시되는 바와 같이, 랩(524b)의 소용돌이 형상이, 중심에 가까운 감기 시작의 부분 P0에 있어서의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분 P4의 빼기 구배보다도 크게 되어 있고, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 랩(524b)의 감기 시작의 부분 P0은, 빼기 구배가 최대(예를 들면 2도)로 설정되고, 도중의 부분(P1 ~ P3)에 있어서의 빼기 구배는, 감기 각 α가 변화하는 것에 따라 연속적으로 작아지도록 설정되며, 감기 끝의 부분 P4의 빼기 구배는, 최소(예를 들면 0.5도)로 설정되어 있다. 즉, 랩의 감기 각 α와 빼기 구배 θ의 관계는, 도 39의 그래프에 도시되는 바와 같이, 빼기 구배 θ는 감기 각 α가 감기 시작의 각도일 때에는 최대값인 2도이고, 감기 각 α의 증가에 비례하여 빼기 구배 θ는 감소하며, 감기 각 α가 감기 끝의 각도일 때에는 최소값인 0.5도이다.
＜제3 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기의 특징＞
(1)
제3 실시예에 관련되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)에서는, 랩 상당 부분에 있어서의 성형형에 대한 빼기 구배가 랩 상당 부분의 감기 각에 따라 변화하고 있기 때문에, 강도나 품질에 따라 랩 형상이 결정되어, 소재의 낭비를 없앨 수 있다.
(2)
제3 실시예에 있어서의 가동 스크롤(526)의 기체(626)는, 랩 상당 부분의 소용돌이 형상이, 랩 상당 부분의 중심에 가까운 감기 시작의 부분 Q0에 있어서의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분 Q4의 빼기 구배보다도 커지고, 게다가 랩 상당 부분에 있어서의 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 설정되어 있다. 따라서, 고정 스크롤(524)의 기체(626)를 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형할 때에, 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 금형에 가해지는 스트레스가 작아진다. 그 결과, 규정의 균열을 억제할 수 있는 것과 함께 금형의 수명을 길게 할 수 있다. 따라서, 금형에 드는 비용을 저감할 수 있고, 그것에 관련하여, 고정 스크롤(24) 및 가동 스크롤(26)의 제조 코스트를 저감할 수 있다.
(3)
제3 실시예에서는, 가동 스크롤(526)의 기체(626)의 랩 상당 부분의 중심에 가까운 감기 시작의 부분 Q0에 있어서의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분 Q4의 빼기 구배보다 크게 되어 있다. 이 때문에, 랩 상당 부분의 중심부에 있어서의 빼기 구배를 크게 하여도, 랩 전체에 있어서의 니어 넷 쉐이프화(즉, 최종 형상에 가 까운 성형)에 대한 폐해를 작게 하는 것이 가능하다.
즉, 랩 상당 부분의 전체에 대하여 빼기 구배를 크게 하면, 이형 시의 랩 상당 부분 전체에 있어서의 금형에 가해지는 스트레스가 작아지는 한편으로 니어 넷 쉐이프화에 대한 폐해가 커진다. 그러나 제3 실시예에서는, 랩 상당 부분의 중심 부근의 빼기 구배를 외측의 감기 끝의 부분의 빼기 구배보다도 크게 하는 것에 의하여, 니어 넷 쉐이프화에 대한 폐해가 작게 되어 있다.
＜제3 실시예의 변형예＞
(A)
제3 실시예에 관련되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)에서는, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 랩 상당 부분의 형상이 설정되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 42의 그래프에 도시되는 바와 같이, 랩 상당 부분의 감기 각 α대한 빼기 구배 θ의 변화를, 감기 시작에 가까운 범위에서는 빼기 구배 θ의 감소 정도가 커지도록 설정하고, 감기 끝에 가까운 범위에서는 빼기 구배 θ의 감소 정도가 작아지도록 설정하여도 무방하다(덧붙여, 빼기 구배 θ의 최대값은 2도, 최소값은 0.5도이다). 이 경우도, 가동 스크롤(526)의 기체(626)를 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형할 때에, 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 금형에 가해지는 스트레스가 작아져, 금형의 수명이 길어진다.
또한, 도 42의 그래프에 도시되는 랩 상당 부분의 감기 각 α에 대한 빼기 구배 θ의 변화의 경우, 도 39의 그래프(빼기 구배 θ가 감기 각 α의 증가에 대하 여 비례하여 직선적으로 감소하는 변화)의 경우와 비교하여, 감기 시작과 감기 끝의 부분 이외의 부분에서는, 빼기 구배 θ가 작게 설정되어 있기 때문에, 랩 상당 부분의 전체에 있어서의 니어 넷 쉐이프화에 대한 폐해를 한층 더 작게 하는 것이 가능하다.
(B)
제3 실시예에 관련되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)에서는, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 랩 상당 부분의 형상이 설정되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 43의 그래프에 도시되는 바와 같이, 랩 상당 부분의 감기 각 α에 대한 빼기 구배 θ의 변화를, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배 θ를 단계적으로 감소하여 가도록 설정하여도 무방하다(덧붙여, 빼기 구배 θ의 최대값은 2도, 최소값은 0.5도이다). 이 경우도, 가동 스크롤(526)의 기체(626)를 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형할 때에, 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 금형에 가해지는 스트레스가 작아져, 금형의 수명이 길어진다. 또한, 랩 상당 부분의 개개의 감기 각 α의 범위에 있어서의 빼기 구배 θ의 설정이 용이해진다.
(C)
제3 실시예에 관련되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)에서는, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록 랩 상당 부분의 형상이 설정되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 44의 그래프에 도시되는 바와 같이, 랩 상당 부분의 감기 각 α에 대한 빼기 구배 θ의 변화를, 감기 시작에 가까운 소정의 감기 각 α의 범위의 빼기 구배 θ를 최대값(2도)으로 설정하고, 그 외의 각도 범위에 있어서의 빼기 구배 θ를 최소값(0.5도)으로 설정하고 있다. 이 경우도, 가동 스크롤(526)의 기체(626)를 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형할 때에, 이형 시의 소용돌이의 중심 부근에 있어서의 금형에 가해지는 스트레스가 작아져, 금형의 수명이 길어진다. 또한, 랩 상당 부분의 전체에 있어서의 니어 넷 쉐이프화에 대한 폐해를 한층 더 작게 하는 것이 가능하다.
(D)
제3 실시예에서는 특별히 언급하지 않았지만, 스크롤의 표면을 수지로 코팅하여도 무방하다. 예를 들면, 도 45에 도시되는 바와 같이 가동 스크롤(536)의 표면 전체를 수지(RS)로 코팅하면, 압축기에서 압축되는 가스 냉매의 누설이 저감되는 것과 함께 소음을 저감하는 것이 가능해진다. 덧붙여, 가동 스크롤(536)의 적어도 랩(536b)을 수지(RS)로 코팅하면 가스 냉매의 누설 저감 및 소음 저감이 가능하다.
이와 같이, 스크롤을 수지 코팅하는 경우, 랩(536b)의 중심에 가까운 감기 시작의 부분의 빼기 구배를 크게 하는 것에 의하여, 필요 부위만, 수지 코팅 내부의 스크롤의 강도를 향상하는 것이 가능해진다.
나아가, 가동 스크롤(536)의 랩(536b)을 수지(RS)로 코팅 한 후, 수지(RS)의 표면을 절삭 가공하면, 가동 스크롤(536)을 소정의 외형 형상으로 정밀도 좋게 가공하는 것이 가능해진다.
덧붙여, 가동 스크롤(536)과 마찬가지로, 고정 스크롤에 대해서도 수지(RS) 로 코팅하여도 무방하다. 이 경우도, 고정 스크롤의 적어도 랩을 수지(RS)로 코팅하면 가스 냉매의 누설 저감 및 소음 저감이 가능하다.
(E)
제3 실시예에서는, 반용융 다이캐스트 성형 등의 반용융 성형법에 의하여 압축기의 스크롤을 제조하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 본 발명에서는 재료를 성형형에 주입하여 성형되는 압축기의 스크롤이면, 성형형의 수명을 연장하는 것이 가능하다. 예를 들면, 금속 재료의 고온의 쇳물을 성형형에 주입하는 것에 의하여 주조되는 스크롤의 경우에서도, 스크롤의 랩의 중심에 가까운 감기 시작의 부분에 있어서의 빼기 구배를 외측의 감기 끝의 부분의 빼기 구배보다도 크게 하는 것에 의하여, 성형형의 수명을 연장하는 것이 가능하다.
(F)
제3 실시예에 관련되는 가동 스크롤(526)의 기체(626)에서는, 랩 상당 부분의 중심에 가까운 감기 시작의 부분 Q0에 있어서의 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분 Q4의 빼기 구배보다도 크게 되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 외측의 빼기 구배를 크게 하여도 무방하다.
즉, 도 46 및 도 47에 도시되는 바와 같이, 고정 스크롤의 기체(644) 및 가동 스크롤의 기체(646)에 있어서, 랩 상당 부분의 외측의 감기 끝의 부분 P23, Q24에 있어서의 빼기 구배가 중심에 가까운 감기 시작의 부분 P21, Q21의 빼기 구배보다도 크게 되어 있어도 무방하다.
이 경우, 랩 상당 부분의 외주 부분의 두께가 얇고, 가공 시의 정밀도가 나 오기 어려운 경우에 유효하다. 예를 들면, 랩 상당 부분의 외주단은 캔틸레버 형상이기 때문에, 랩 상당 부분 전체의 두께를 얇게 하면 랩 상당 부분의 외주 부분의 강도가 약해진다. 이 때문에, 가공 시에 랩 상당 부분의 외주 부분이 변형하기 쉬워진다. 그래서, 랩 상당 부분의 외주 부분을 중심 부분보다도 빼기 구배를 크게 하는 것에 의하여 정밀도를 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 제3 실시예와 마찬가지로, 랩 상당 부분은, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 연속적으로 서서히 변화하도록(즉, 중심에 가까운 감기 시작의 부분으로부터 외측의 감기 끝의 부분에 걸쳐 연속적으로 크게 하도록) 설정되어 있어도 무방하다. 이 경우, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능하다.
또한, 제3 실시예의 변형예 (B)와 마찬가지로, 랩 상당 부분은, 감기 시작부터 감기 끝에 걸쳐 빼기 구배가 단계적으로 변화하도록(즉, 중심에 가까운 감기 시작의 부분으로부터 외측의 감기 끝의 부분에 걸쳐 단계적으로 크게 하도록) 설정되어 있어도 무방하다. 이 경우, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능하다.
또한, 제3 실시예의 변형예 (C)와 마찬가지로, 랩 상당 부분은, 감기 시작과 감기 끝의 사이 중의 소정의 각도 범위(즉, 감기 끝의 부분에 가까운 소정의 범위)에 있어서, 빼기 구배가 다른 각도 범위에 있어서의 빼기 구배보다도 커지도록 설정되어 있어도 무방하다. 이 경우, 소재의 낭비를 보다 효과적으로 없애는 것이 가능하다.
또한, 제3 실시예의 변형예 (D)와 마찬가지로, 적어도 랩 상당 부분이 수지 로 코팅되어 있어도 무방하다. 이 경우, 가스 냉매의 누설 저감 및 소음 저감이 가능하다.
-제4 실시예-
이하, 제4 실시예에 관련되는 접동 부품을 이용한 압축기에 대하여, 고저압 돔형 스크롤 압축기를 예로 들어 설명한다. 덧붙여, 제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기와 제1 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기(1)의 차이점은, 고정 스크롤 및 가동 스크롤의 랩 형상뿐이다. 따라서, 이하, 고정 스크롤 및 가동 스크롤에 대해서만 설명한다.
제4 실시예에 관련되는 가동 스크롤 기체(726)는, 예를 들면, 도 48에 도시되는 금형(280)을 이용하여 반용융 다이캐스트 성형에 의하여 성형된다.
구체적으로는 이하와 같다.
도 48에 도시되는 바와 같이, 가동 스크롤 기체(726)를 반용융 다이캐스트 성형하기 위한 금형(280)은, 제1 형 부분(281)과 제2 형 부분(282)으로 이루어진다. 제1 형 부분(281)과 제2 형 부분(282)을 조합하였을 때에 생기는 공간부의 형상은, 성형되는 가동 스크롤 기체(726)의 외형 형상에 대응한다. 또한, 금형(280)의 제2 형 부분(282)의 랩 상당 부분은, 가동 스크롤 기체(726)를 금형(280)으로부터 분리할 때의 빼기 구배가 확보되도록 외형 형상이 설정되어 있다. 구체적으로는, 랩 상당 부분(87)의 전면(全面)에 대하여, 경면 상당 부분(86a)에 직교하는 선에 대하여 제1 각도 θ만큼 경사하도록, 제2 형 부분(282)의 랩 상당 부분의 형상이 정해져 있다. 이것에 의하여, 가동 스크롤 중간체(726)의 랩 상당 부분(87)은, 선단의 두께 t에 대하여, 경면 상당 부분(86a)과의 경계에 있어서의 두께가, t+t1+t1로 된다.
덧붙여, 고정 스크롤 기체(724)도 가동 스크롤 기체(726)와 마찬가지로 하여 제조된다.
반용융 다이캐스트 성형법에 의하여 성형된 고정 스크롤 기체(724) 및 가동 스크롤 기체(726)는, 한층 더 절삭 가공을 행하는 것에 의하여, 압축기에 짜넣는 최종의 고정 스크롤(734) 및 가동 스크롤(736)로 된다.
도 49에 도시하는 고정 스크롤(734)은, 도 50 및 도 51에 도시하는 고정 스크롤 기체(724)에 대하여 기계 가공을 행하는 것에 의하여 제조된다. 토출 구멍(741)의 구멍뚫기 가공 등을 포함한 기계 가공 중, 여기에서는, 랩(85)을 랩(185)으로 하기 위한 절삭 가공에 대하여 설명을 행한다.
여기에서는, 랩(85)을, 맞물리는 상대인 가동 스크롤(736)의 랩(187)과 밀접하여 압축실(740)의 단부와 이룰 수 있는 면(OS85a, IS85b, OS85b)과, 맞물리는 상대인 가동 스크롤(736)의 랩(187)과 밀접하는 일이 없는 감기 시작 근방 부분(85a)(랩(85)의 중심에 가까운 부분)의 내주 측의 면(IS85a)으로 구별하고, 전자의 면(OS85a, IS85b, OS85b)을 절삭 가공하는 것과 함께, 후자의 면(IS85a)에 대해서는 절삭 가공을 행하지 않는다. 면(OS85a, IS85b, OS85b)은, 감기 시작 근방 부분(85a)의 외주 측의 면(OS85a)과, 감기 시작 근방 부분(85a)보다도 감기 끝에 가까운 부분(85b)의 내주 측의 면(IS85b) 및 외주 측의 면(OS85b)이다. 면(OS85a, IS85b, OS85b)에 대해서는, 엔드 밀에 의한 절삭 가공이 행하여져, 도 50 및 도 51 에 도시하는 경사가 없어져, 도 49 및 도 52에 도시하는 면(OS185a, IS185b, OS185b)으로 된다. 도 52에 있어서 점선으로 도시하는 면(OS85a, IS85b, OS85b)이 깎여, 실선으로 도시하는 면(OS185a, IS185b, OS185b)으로 완성된다. 이러한 면(OS185a, IS185b, OS185b)의 경면(184a)에 직교하는 선에 대한 경사 각도는 0도이다. 한편, 랩(85)의 감기 시작 근방 부분(85a)의 내주 측의 면(IS85a)은, 최종의 랩(185)에 있어서도 감기 시작 근방 부분(185a)의 내주 측의 면으로서 그대로 남겨진다. 도 52에 있어서의 감기 시작 근방 부분(185a)의 확대도를, 도 53에 도시한다. 랩(185)의 감기 시작 근방 부분(185a)은, 외주 측의 면(OS185a)이 경면(184a)에 직교하는 면으로 되어 있는 것에 대하여, 내주 측의 면(IS85a)이 경면(184a)에 직교하는 선에 대하여 제1 각도 θ만큼 경사하고 있다. 이것에 의하여, 랩(185)의 감기 시작 근방 부분(85a)은, 랩(185)의 그 외의 부분(85b)보다도, 경면(184a)과의 경계에 있어서의 두께 ta가 크게 되어 있다. 랩(185)의 감기 시작 근방 부분(85a) 이외의 부분(85b)에 대해서는, 경면(184a)과의 경계로부터 선단까지 같은 두께가 되도록 절삭 가공이 행하여지고, 그 두께는, 도 53에 도시하는 감기 시작 근방 부분(85a)의 선단의 두께 t와 같게 되어 있다.
도 54에 도시하는 가동 스크롤(736)은, 도 48에 도시하는 가동 스크롤 기체(726)에 대하여 기계 가공을 행하는 것에 의하여 제조된다. 기계 가공 중, 여기에서는, 랩(87)을 랩(187)으로 하기 위한 절삭 가공에 대하여 설명을 행한다.
여기에서는, 랩(87)을, 맞물리는 상대인 고정 스크롤(734)의 랩(185)과 밀접하여 압축실(740)의 단부와 이룰 수 있는 면(OS87a, IS87b, OS87b)과, 맞물리는 상 대인 고정 스크롤(734)의 랩(185)과 밀접하는 일이 없는 감기 시작 근방 부분(87a)(랩(87)의 중심에 가까운 부분)의 내주 측의 면(IS87a)으로 구별하고, 전자의 면(OS87a, IS87b, OS87b)를 절삭 가공하는 것과 함께, 후자의 면(IS87a)에 대해서는 절삭 가공을 행하지 않는다. 면(OS87a, IS87b, OS87b)은, 감기 시작 근방 부분(87a)의 외주 측의 면(OS87a)과, 감기 시작 근방 부분(87a)보다도 감기 끝에 가까운 부분(87b)의 내주 측의 면(IS87b) 및 외주 측의 면(OS87b)이다. 면(OS87a, IS87b, OS87b)에 대해서는, 엔드 밀에 의한 절삭 가공이 행하여져, 도 48에 도시하는 경사가 없어져, 도 54에 도시하는 면(OS187a, IS187b, OS187b)으로 된다. 도 54에 있어서 점선으로 도시하는 면(OS87a, IS87b, OS87b)이 깎여, 실선으로 도시하는 면(OS187a, IS187b, OS187b)으로 완성된다. 이러한 면(OS187a, IS187b, OS187b)의 경면(186a)에 직교하는 선에 대한 경사 각도는 0도이다. 한편, 랩(87)의 감기 시작 근방 부분(87a)의 내주 측의 면(IS87a)은, 최종의 랩(187)에 있어서도 감기 시작 근방 부분(187a)의 내주 측의 면으로서 그대로 남겨진다. 랩(187)의 감기 시작 근방 부분(187a)은, 외주 측의 면(OS187a)이 경면(186a)에 직교하는 면으로 되어 있는 것에 대하여, 내주 측의 면(IS87a)이 경면(186a)에 직교하는 선에 대하여 제1 각도 θ만큼 경사하고 있다. 이것에 의하여, 랩(187)의 감기 시작 근방 부분(87a)은, 랩(187)의 그 외의 부분(87b)보다도, 경면(186a)과의 경계에 있어서의 두께 ta가 크게 되어 있다. 랩(187)의 감기 시작 근방 부분(87a) 이외의 부분(87b)에 대해서는, 경면(186a)과의 경계로부터 선단까지 같은 두께가 되도록 절삭 가공이 행하여지고, 그 두께는, 도 54에 도시하는 바와 같이, 두께 ta보다도 작은 두께 t로 되 어 있다.
＜압축기 운전 중의 스크롤의 움직임＞
압축실(740)의 용적 변화에 수반하여 가스 냉매가 압축되는 상태를, 도 55 ~ 도 57에 도시한다. 도 55 ~ 도 57은, 고정 스크롤(734)의 랩(185)과 가동 스크롤의 랩(187)의 맞물림 부분을 횡단면도로 하여 위에서 본 도면이며, 고정 스크롤(734)에 대하여 가동 스크롤(736)이 선회하는 것에 의하여, 도 55(a), 도 55(b), 도 56(a), 도 56(b), 도 57(a), 도 57(b)의 순으로 상태 변이하여 간다. 이러한 도면으로부터 분명한 바와 같이, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 내주 측의 면(IS85a, IS87a)(도면 중에 있어서 굵은 선으로 되어 있는 면 ; 도 58 참조)에 대해서는, 상대의 랩에 접하는 일이 없고, 압축실(740)의 단부를 구성하지 않으며, 압축 작업에 기여하지 않는 면으로 되어 있다. 따라서, 제1 각도 θ의 경사를 이루고 있지만, 이러한 면(IS85a, IS87a)의 면 정밀도가 압축실(740)의 밀폐 정도에 영향을 주는 일은 없다.
＜제4 실시예에 관련되는 고저압 돔형 스크롤 압축기의 특징＞
(1)
고강도 재료인 덕타일 주철이나 고탄소강으로는 니어 넷 쉐이프화가 곤란하고 가공성도 나쁘다고 하는 과제가 있는 것으로부터, 종래의 스크롤 압축기에서는, FC250 등의 보통 주철을 사용하여 스크롤을 제조하고 있는 것이 많다.
이것에 대하여, 제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 고정 스크롤 기체(724)나 가동 스크롤 기체(726)를, 반용융 다이캐스트 성형법을 이용하여 성형하 는 것으로, 고강도?고강성으로 하는 것과 함께, 최종의 고정 스크롤(734) 및 가동 스크롤(736)에 대하여 니어 넷 쉐이프로 성형하고 있다.
그러나 반용융 다이캐스트재인 스크롤 기체(724, 726)는, 열처리에 의하여 고강도로 되어 있는 한편, 강성(영률)은 일정하여 조정할 수 없기 때문에, 강도 업에 따라 랩(185, 187)을 단지 박육화하면, 운전 시에 랩(185, 187)의 변형량(굴곡)이 커져, 소음이나 마모가 생길 우려가 있다. 이 소음이나 마모를 회피하기 위하여, 큰 변형량을 허용할 수 있도록 양 랩(185, 187) 간의 간극을 크게 설정하면, 압축실의 밀폐 정도가 저하하여 압축 성능이 떨어진다.
이것을 회피하기 위하여, 랩(185, 187)을 단지 박육화하는 것이 아니라, 경판(184, 186) 측의 근원 부분을 두껍고, 선단 부분을 얇게 하는 것으로, 랩(185, 187) 전체를 강성 업시키는 것을 생각할 수 있지만, 근원 부분을 전체적으로 두껍게 하여 버리면 압축실의 용적이 좁아진다고 하는 디메리트가 생긴다. 또한, 높은 정밀도가 요구되는 랩(185, 187)의 측면에 경사를 남기는 것에 의하여, 품질 관리(면으로서의 정밀도 관리)가 어려워져 성능 악화를 초래할 우려도 있다.
그래서, 제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 중심에 가깝게 압축된 냉매 가스로부터의 수압력(受壓力)이 커지는 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)에 대해서는 내주 측의 면(IS85a, IS87a)에 제1 각도 θ의 경사를 이루게 하여 강도 업이나 변형량 억제를 큰 폭으로 도모하는 한편, 랩(185, 187) 중 중심으로부터 떨어진 부분(185b, 187b)에 대해서는 경사를 없애 용량이 저하하는 것을 회피하고 있다. 또한, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 외주 측의 면(OS185a, OS187a)에 대해서는, 상대의 스크롤과 접하여 압축 작업을 행하는 면이며, 큰 경사를 이루게 하면 면 정밀도의 관리가 어려워져 양 스크롤(734, 736)의 접촉 부분에서의 냉매 가스의 누설이 증가할 우려가 있기 때문에, 경사를 없애고 있다. 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 내주 측의 면(IS85a, IS87a)에 대하여 제1 각도 θ의 경사를 이루게 하고 있지만, 이러한 면(IS85a, IS87a)은, 상대의 스크롤에 접하여 압축실(740)의 밀폐 정도에 영향을 주는 면은 아니기 때문에, 디메리트가 생기지 않는다.
이와 같이, 제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a) 이외의 부분(185b, 187b)에 대해서는, 압력이 비교적 낮은 것으로부터 강도나 변형량보다도 용량 업을 중시하여 경사 각도를 0으로 하고, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 내주 측의 면(IS85a, IS87a)에 대해서는, 압력이 비교적 높은 것으로부터 강도 업이나 변형량 억제를 중시하여 경사 각도를 이루게 하며(제1 각도 θ), 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 외주 측의 면(OS185a, OS187a)에 대해서는, 면 정밀도의 관리 및 압축실(740)의 밀폐 정도를 고려하여 경사 각도를 0으로 하고 있다. 이 때문에, 전체적으로는 랩(185, 187)의 두께가 작게 억제되어 용량이 크게 확보되는 한편, 압력이 높은 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)에 대하여 제1 각도 θ의 경사를 이루게 하는 것에 의하여, 강도를 확보하여, 변형량에 대해서도 허용 레벨로 억제하는 것이 가능해져 있다.
덧붙여, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a) 이외의 부 분(185b, 187b)에 대해서도, 경사 각도를 0으로 하고 있기 때문에, 면 정밀도의 관리 및 압축실(740)의 밀폐 정도의 확보의 점에서 유리해져 있다.
(2)
제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 스크롤(124, 126)에 있어서, 제1 각도 θ의 경사를 이루고 있는 면(IS85a, IS87a)을 제외하고, 다른 면(OS185a, IS185b, OS185b, OS187a, IS187b, OS187b)에 대해서는 모두 경사 각도를 0으로 하고 있다. 이와 같이, 맞물리는 상대의 스크롤의 랩에 접하여 압축 작업을 행하는 면에 대해서는, 모두 경사 각도를 0으로 하고 있기 때문에, 이러한 면의 면 정밀도의 관리가 용이해져, 압축기의 운전 중에 양 스크롤(124, 126)의 랩(185, 187)의 맞물림 부분으로부터 가스 냉매가 외측의 압축실(740)로 누설한다고 하는 문제를 줄이는 것이 가능해져 있다.
(3)
제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 내주 측의 면(IS85a, IS87a)이 맞물리는 상대의 랩(187, 185)에 접하는 일이 없는 면이며, 그 면 정밀도에 대하여 높은 정밀도가 요구되지 않는 것을 감안하여, 이러한 면(IS85a, IS87a)에의 절삭 가공을 생략하고 있다. 이것에 의하여, 코스트 삭감을 도모할 수 있는 것과 함께, 절삭 가공에 요하는 시간이 단축화되어 있다.
(4)
제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 성형형을 뺄 때의 빼기 구배가 절삭 가공 전의 스크롤(734, 736)의 기체(724, 726)에 존재하고, 그 빼기 구배가 그대로 랩(185, 187)의 면(IS85a, IS87a)의 경사가 되어 있다. 따라서, 랩(185, 187)의 면(IS85a, IS87a)을, 절삭 가공없이 제1 각도 θ로 하는 것이 가능해져 있다.
(5)
제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 스크롤(734, 736)에 있어서, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)은, 외주 측의 면(OS185a, OS187a)이 경면(184a, 186a)에 직교하는 면으로 되어 있는 것에 대하여, 내주 측의 면(IS85a, IS87a)이 경면(184a, 186a)에 직교하는 선에 대하여 제1 각도 θ만큼 경사하고 있다. 이것에 의하여, 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(85a, 87a)은, 랩(185, 187)의 그 외의 부분(85b, 87b)보다도, 경면(184a, 186a)과의 경계에 있어서의 두께 ta가 크게 되어 있다. 이 때문에, 이 압축기에서는, 스크롤(734, 736)에 있어서 랩(185, 187)의 감기 시작 근방 부분(185a, 187a)의 강도가 높아져 있다. 따라서, 이 압축기에서는, 이산화탄소 등의 고압 냉매가 압축되는 경우여도 스크롤(734, 736)이 고차압에 의한 응력 증대에 견딜 수 있다. 또한, 이 효과에 의하여 이 스크롤(734, 736)의 톱니 높이를 높게 할 수 있다. 즉, 랩(185, 187)을 소경화하면서도 압축실(740)의 용량을 크게 할 수 있다. 그리고 압축기를 이와 같이 소경화할 수 있으면, 몸통부 케이싱부(11)가 소경화된다. 소경화된 몸통 케이싱부(11)는, 종래의 몸통 케이싱에 비하여 얇은 두께이고 같은 내압 강도를 나타낼 수 있다. 이 때문에, 몸통 케이싱부(11)의 원료 코스트 등을 저감할 수 있다. 또한, 스크롤(734, 736)의 랩(185, 187)의 소경화가 가능해진다. 이 때문에, 접동이 어려운 스러스트 부의 접동 면적을 크게 할 수 있다.
(6)
제4 실시예에 관련되는 압축기에서는, 스크롤(734, 736)이 반용융 성형법에 의하여 제조된다. 이 때문에, 스크롤(734, 736)은, 종래의 주조 성형법에서 얻어지는 것보다도 표면조도가 작아진다. 이 때문에, 이 압축기에서는, 이산화탄소 등의 고압 냉매가 압축되는 경우여도, 스크롤(734, 736)의 표면으로부터의 균열이 발생하기 어렵다.
＜제4 실시예의 변형예＞
제4 실시예에서는, 반용융 다이캐스트 성형법 등의 반용융 성형법에 의하여 압축기의 스크롤(734, 736)의 기체(724, 726)를 제조하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 금속 재료의 고온의 쇳물을 성형형에 주입하는 것에 의하여 주조되는 스크롤의 경우에서도, 압축 동작에 있어서 상대의 스크롤에 접하지 않는 랩 중심의 감기 시작 근방 부분의 내주 측의 면의 경사 각도만을 크게 하여, 강도 업이나 변형량 삭감을 도모하면서 압축실의 용적을 크게 확보할 수 있다.
단, 고강도 재료를 이용하여, 강도 업에 비하여 비교적 강성의 업을 바랄 수 없는 스크롤의 경우에 있어서는, 랩의 중심의 감기 시작 근방 부분에 있어서의 변형량(굴곡)의 문제가 클로즈 업되게 되기 때문에, 이 부분만을 강성 업시키는 본 발명의 유용성이 높아진다.
-제5 실시예-
이하, 제5 실시예에 관련되는 접동 부품을 이용한 압축기에 대하여, 스윙 압축기를 예로 들어 설명한다.
제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기(801)는, 도 59에 도시되는 바와 같이, 2실린더 타입의 스윙 압축기이며, 주로, 원통상의 밀폐 돔형의 케이싱(810), 스윙 압축 기구(815), 구동 모터(816), 흡입관(819), 토출관(820) 및 머플러(860)로 구성되어 있다. 덧붙여, 이 스윙 압축기(801)에는, 케이싱(810)에 어큐뮬레이터(기액분리기, 895)가 취부되어 있다. 이하, 이 스윙 압축기(801)의 구성 부품에 대하여 각각 상세히 서술하여 간다.
＜스윙 압축기의 구성 부품의 상세＞
(1) 케이싱
케이싱(810)은, 대략 원통상의 몸통부 케이싱부(811)와, 몸통부 케이싱부(811)의 상단부에 기밀상으로 용접되는 완상의 상벽부(812)와, 몸통부 케이싱부(811)의 하단부에 기밀상으로 용접되는 완상의 저벽부(813)를 가진다. 그리고 이 케이싱(810)에는, 주로, 가스 냉매를 압축하는 스윙 압축 기구(815)와, 스윙 압축 기구(815)의 상방에 배치되는 구동 모터(816)가 수용되어 있다. 이 스윙 압축 기구(815)와 구동 모터(816)는, 케이싱(810) 내를 상하 방향으로 연장되도록 배치되는 크랭크 축(817)에 의하여 연결되어 있다.
(2) 스윙 압축 기구
스윙 압축 기구(815)는, 도 59 및 도 61에 도시되는 바와 같이, 주로, 크랭크 축(817)과 피스톤(821)과 부시(822)와 프런트 헤드(823)와 제1 실린더 블 록(824)과 미들 플레이트(825)와 제2 실린더 블록(826)과 리어 헤드(827)로 구성되어 있다. 덧붙여, 제5 실시예에 있어서, 프런트 헤드(823), 제1 실린더 블록(824), 미들 플레이트(825), 제2 실린더 블록(826) 및 리어 헤드(827)는, 복수 개의 볼트(890)에 의하여 일체로 체결되어 있다. 또한, 제5 실시예에 있어서, 이 스윙 압축 기구(815)는 케이싱(810)의 저부(底部)에 모여져 있는 윤활유(L)에 침지(浸漬)되어 있고, 스윙 압축 기구(815)에는 윤활유(L)가 차압 급유되도록 되어 있다. 이하, 이 스윙 압축 기구(815)의 구성 부품에 대하여 각각 상세히 서술하여 간다.
a) 제1 실린더 블록
제1 실린더 블록(824)에는, 도 60에 도시되는 바와 같이, 실린더 구멍(824a), 흡입 구멍(824b), 토출로(824c), 부시 수용 구멍(824d) 및 블레이드 수용 구멍(824e)이 형성되어 있다. 실린더 구멍(824a)은, 도 59 및 도 60에 도시되는 바와 같이, 판두께 방향을 따라 관통하는 원기둥 형상의 구멍이다. 흡입 구멍(824b)은, 외주 벽면으로부터 실린더 구멍(824a)에 관통하고 있다. 토출로(824c)는, 실린더 구멍(824a)을 형성하는 원통부의 내주 측의 일부가 노치되는 것에 의하여 형성되어 있다. 부시 수용 구멍(824d)은, 판두께 방향을 따라 관통하는 구멍이며, 판두께 방향을 따라 본 경우에 있어서 흡입 구멍(824b)과 토출로(824c)의 사이에 배치되어 있다. 블레이드 수용 구멍(824e)은, 판두께 방향을 따라 관통하는 구멍이며, 부시 수용 구멍(824d)과 연통하고 있다.
그리고 이 제1 실린더 블록(824)은, 실린더 구멍(824a)에 크랭크 축(817)의 편심 축부(817a) 및 피스톤(821)의 롤러부(821a)가 수용되고, 부시 수용 구 멍(824d)에 피스톤(821)의 블레이드부(821b) 및 부시(822)가 수용되며, 블레이드 수용 구멍(824e)에 피스톤(821)의 블레이드부(821b)가 수용된 상태로 토출로(824c)가 프런트 헤드(823) 측을 향하도록 하여 프런트 헤드(823)와 미들 플레이트(825)에 감합된다(도 61 참조). 이 결과, 스윙 압축 기구(815)에는 제1 실린더실(Rc1)이 형성되고, 이 제1 실린더실(Rc1)은 피스톤(821)에 의하여 흡입 구멍(824b)과 연통하는 흡입실과, 토출로(824c)와 연통하는 토출실로 구획되게 된다.
b) 제2 실린더 블록
제2 실린더 블록(826)에는, 제1 실린더 블록(824)과 마찬가지로, 도 60에 도시되는 바와 같이, 실린더 구멍(826a), 흡입 구멍(826b), 토출로(826c), 부시 수용 구멍(826d) 및 블레이드 수용 구멍(826e)이 형성되어 있다. 실린더 구멍(126a)은, 도 59 및 도 60에 도시되는 바와 같이, 판두께 방향을 따라 관통하는 원기둥 형상의 구멍이다. 흡입 구멍(826b)은, 외주 벽면으로부터 실린더 구멍(826a)에 관통하고 있다. 토출로(826c)는, 실린더 구멍(826a)을 형성하는 원통부의 내주 측의 일부가 노치되는 것에 의하여 형성되어 있다. 부시 수용 구멍(826d)은, 판두께 방향을 따라 관통하는 구멍이며, 판두께 방향을 따라 본 경우에 있어서 흡입 구멍(826b)과 토출로(826c)의 사이에 배치되어 있다. 블레이드 수용 구멍(826e)은, 판두께 방향을 따라 관통하는 구멍이며, 부시 수용 구멍(826d)과 연통하고 있다.
그리고 이 제2 실린더 블록(826)은, 실린더 구멍(826a)에 크랭크 축(817)의 편심 축부(817b) 및 피스톤(821)의 롤러부(821a)가 수용되고, 부시 수용 구멍(826d)에 피스톤(821)의 블레이드부(821b) 및 부시(822)가 수용되며, 블레이드 수용 구멍(826e)에 피스톤(821)의 블레이드부(821b)가 수용된 상태로 토출로(826c)가 리어 헤드(827) 측을 향하도록 하여 리어 헤드(827)와 미들 플레이트(825)에 감합된다(도 61 참조). 이 결과, 스윙 압축 기구(815)에는 제2 실린더실(Rc2)이 형성되고, 이 제2 실린더실(Rc2)은 피스톤(821)에 의하여 흡입 구멍(826b)과 연통하는 흡입실과, 토출로(826c)와 연통하는 토출실로 구획되게 된다.
c) 크랭크 축
크랭크 축(817)에는, 일방의 단부에 2개의 편심 축부(817a, 817b)가 설치되어 있다. 덧붙여, 이 2개의 편심 축부(817a, 817b)는, 서로의 편심 축이 크랭크 축(817)의 중심 축을 사이에 두고 대향하도록 형성되어 있다. 또한, 이 크랭크 축(817)은, 편심 축부(817a, 817b)가 설치되어 있지 않은 측이 구동 모터(816)의 로터(852)에 고정되어 있다.
d) 피스톤
피스톤(821)은, 도 59 및 도 62에 도시되는 바와 같이, 대략 원통상의 롤러부(821a)와, 롤러부(821a)의 직경 방향 외측으로 돌출하는 블레이드부(821b)를 가진다. 덧붙여, 롤러부(821a)는, 크랭크 축(817)의 편심 축부(817a, 817b)에 감합된 상태로 실린더 블록(824, 826)의 실린더 구멍(824a, 826a)에 삽입된다. 이것에 의하여, 롤러부(821a)는, 크랭크 축(817)이 회전하면, 크랭크 축(817)의 회전 축을 중심으로 한 공전 운동을 행한다. 또한, 블레이드부(821b)는, 부시 수용 구멍(824d, 826d) 및 블레이드 수용 구멍(824e, 826e)에 수용된다. 이것에 의하여 블레이드부(821b)는, 요동하는 것과 함께 긴쪽 방향을 따라 진퇴 운동을 행하게 된 다.
e) 부시
부시(822)는, 대략 반원기둥 형상의 부재이며, 피스톤(821)의 블레이드부(821b)를 사이에 두도록 하여 부시 수용 구멍(824d, 826d)에 수용된다.
f) 프런트 헤드
프런트 헤드(823)는, 제1 실린더 블록(824)의 토출로(824c) 측을 덮는 부재이며, 케이싱(810)에 감합되어 있다. 이 프런트 헤드(823)에는 베어링부(823a)가 형성되어 있고, 이 베어링부(823a)에는 크랭크 축(817)이 삽입된다. 또한, 이 프런트 헤드(823)에는, 제1 실린더 블록(824)에 형성된 토출로(824c)를 통하여 흘러 오는 냉매 가스를 토출관(820)으로 유도하기 위한 개구(823b)가 형성되어 있다. 그리고 이 개구(823b)는, 냉매 가스의 역류를 방지하기 위한 토출 밸브(도시하지 않음)에 의하여 폐색되거나 개방되거나 한다.
g) 리어 헤드
리어 헤드(827)는, 제2 실린더 블록(826)의 토출로(826c) 측을 덮는다. 이 리어 헤드(827)에는 베어링부(827a)가 형성되어 있고, 이 베어링부(827a)에는 크랭크 축(817)이 삽입된다. 또한, 이 리어 헤드(827)에는, 제2 실린더 블록(826)에 형성된 토출로(826c)를 통하여 흘러 오는 냉매 가스를 토출관(820)으로 유도하기 위한 개구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그리고 이 개구는, 냉매 가스의 역류를 방지하기 위한 토출 밸브(도시하지 않음)에 의하여 폐색되거나 개방되거나 한다.
h) 미들 플레이트
미들 플레이트(825)는, 제1 실린더 블록(824)과 제2 실린더 블록(826)의 사이에 배치되고, 제1 실린더실(Rc1)과 제2 실린더실(Rc2)을 구획한다.
(3) 구동 모터
구동 모터(816)는, 제5 실시예에 있어서 직류 모터이며, 주로, 케이싱(810)의 내벽면에 고정된 환상의 고정자(851)와, 고정자(851)의 내측에 작은 간극(에어 갭 통로)을 가지고 회전 가능하게 수용된 로터(852)로 구성되어 있다.
고정자(851)에는, 티스부(도시하지 않음)에 구리선이 감겨져 있고, 상방 및 하방에 코일 엔드(853)가 형성되어 있다. 또한, 고정자(851)의 외주면에는, 고정자(851)의 상단면으로부터 하단면에 걸쳐 또한 둘레 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개소에 노치 형성되어 있는 코어 컷부(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
로터(852)에는, 회전 축을 따르도록 크랭크 축(817)이 고정되어 있다.
(4) 흡입관
흡입관(819)은, 케이싱(810)을 관통하도록 설치되어 있고, 일단(一端)이 제1 실린더 블록(824) 및 제2 실린더 블록(826)에 형성되는 흡입 구멍(824b, 826b)에 끼워넣어져 있고, 타단(他端)이 어큐뮬레이터(895)에 끼워넣어져 있다.
(5) 토출관
토출관(820)은, 케이싱(810) 상벽부(812)를 관통하도록 설치되어 있다.
(6) 머플러
머플러(860)는, 냉매 가스의 토출음을 소음하기 위한의 것이며, 프런트 헤드(823)에 취부되어 있다.
＜접동 부품의 제조 방법＞
제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기(801)에 있어서, 실린더 블록(824, 826), 피스톤(821) 및 크랭크 축(817)은, 제1 실시예의 접동 부품의 제조 방법과 마찬가지의 제조 방법으로 제조된다. 덧붙여, 이때, 열처리 공정에서는, 피스톤(821) 및 크랭크 축(817)은, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮아지는 조건 하에서 열처리된다.
또한, 제5 실시예에서는, 마무리 공정 후, 실린더 블록(824, 826)의 부시 수용 구멍(824d, 826d)에 고주파 가열기가 삽입되어, 부시 수용 구멍(824d, 826d) 주변의 부분의 경도가 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮아지도록 실린더 블록(824, 826)에 고주파 가열 처리가 행하여진다. 덧붙여, 고주파 가열 처리 전의 실린더 블록(824, 826)은, 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮아지는 조건 하에서 열처리된다. 또한, 크랭크 축(817)은, 마무리 공정 후, 프런트 헤드(823) 및 리어 헤드(827)에 수용되는 주축부 및 부축부의 부분에 고주파 가열 처리가 행하여진다.
또한, 제5 실시예에서는, 마무리 공정 후, 피스톤(821) 중 응력이 집중하기 쉬운 블레이드부(821b)의 밑부의 주변부 SC8(도 62 참조. 부분 열처리 개소에는 격자 형상의 해칭이 넣어져 있다.)에 부분 열처리가 행하여진다.
＜스윙 압축기의 운전 동작＞
구동 모터(816)가 구동되면, 편심 축부(817a, 817b)가 크랭크 축(817) 주위에 편심 회전하여, 이 편심 축부(817a, 817b)에 감합된 롤러부(821a)가, 외주면이 실린더실(Rc1, Rc2)의 내주면에 접하여 공전한다. 그리고 롤러부(821a)가 실린더 실(Rc1, Rc2) 내에서 공전하는 것에 수반하여, 블레이드부(821b)는 양 측면을 부시(822)에 의하여 보지되면서 진퇴 운동한다. 그러면, 흡입구(819)로부터 저압의 냉매 가스가 흡입실로 흡입되어, 토출실에서 압축되어 고압으로 된 후, 토출로(824c, 826c)로부터 고압의 냉매 가스가 토출된다.
＜스윙 압축기의 특징＞
(1)
제5 실시예에서는, 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)이 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조된다. 이 때문에, 종래의 사형 주조 방법에 의하여 제조되는 편상 흑연 주철제의 실린더 블록이나 피스톤보다도 고인장강도 또한 고강성의 실린더 블록이나 피스톤을 용이하게 얻을 수 있다(열처리를 행하는 것에 의하여 FC250보다 고강도?고강성으로 되기 때문에).
(2)
제5 실시예에서는, 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)이 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조되고, 그 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 작아지도록 조정된다. 그리고 이때, 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)은, 600MPa에서 900MPa의 범위에 거의 상당한다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 제조 방법을 채용하면, 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)을 박육화할 수 있다. 따라서, 스윙 압축기(801)를 소경화할 수 있고, 나아가서는 실린더 블록(824, 826)이나 피스톤(821)의 마모의 저감이나 압축 용량의 대용량화가 가능해진다.
(3)
제5 실시예의 열처리 공정에서는, 실린더 블록 기체 및 피스톤 기체의 경도가 HRB90보다도 높고 HRB100보다도 낮아지는 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 이 압축기의 접동 부품의 제조 방법을 채용하면, 압축기 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없는 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)을 제조할 수 있다. 또한, 경도가 이 범위인 경우, 실린더 블록 기체 및 피스톤 기체의 피삭성이 양호해지는 것과 함께 실린더 블록 기체 및 피스톤 기체에 흠이 생기기 어려워져 취급이 편해진다. 이 때문에, 공구 마모나 공구의 깨짐이 발생하기 어려워져 공구 수명이 연장되고, 또한, 구성인선이 생기기 어려워져 연마의 처리성이 양호해지는 것과 함께 가공 시간을 단축할 수 있기 때문에 가공 코스트가 저감한다. 덧붙여, 동 인장강도의 FCD에 대하여, 경도가 낮기(같은 경도이면 인장강도가 높다) 때문에, 공구 마모나 가공 시간이 뛰어난 것에도 불구하고, 고인장강도화할 수 있다고도 말할 수 있다.
(4)
제5 실시예에서는, 실린더 블록(824, 826)이 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조된 후, 한층 더 부시 수용 구멍(824d, 826d)에 고주파 가열기가 삽입되어, 부시 수용 구멍(824d, 826d) 주변의 부분의 경도가 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮아지도록 담금질처리가 행하여진다. 이 때문에, CO2 등의 자 연 냉매가 흡입되어도 부시 수용 구멍(824d, 826d) 주변의 부분의 마모가 억제된다.
(5)
제5 실시예에서는, 크랭크 축(817) 중 프런트 헤드(823) 및 리어 헤드(827)에 수용되는 주축부, 부축부 및 피스톤(821)이 감합되는 편심 축부의 부분에 고주파 가열 처리가 행하여진다. 이 때문에, 주축부, 부축부 및 편심 축부의 부분에 충분한 내마모성을 부여할 수 있다. 따라서, 크랭크 축(817)을 장기 수명화할 수 있다.
(6)
제5 실시예에서는, 피스톤(821) 중 응력이 집중하기 쉬운 블레이드부(821b)의 밑부의 주변부 SC8에 부분 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 블레이드부(121b)에 약간 큰 하중이 가해져도 피스톤(121)이 파괴하기 어렵다.
＜제5 실시예의 변형예＞
(A)
제5 실시예에서는, 스윙 압축기(801)의 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)의 경도가 HRB90보다도 크고 HRB100보다도 작아지도록 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)이 열처리 된 후, 부시 수용 구멍(824d, 826d)에 고주파 가열기가 삽입되어, 부시 수용 구멍(824d, 826d) 주변의 부분의 경도가 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮아지도록 담금질처리가 행하여졌다. 여기서, 이와 같은 경도 조절 기술을 도 64에 도시되는 바와 같은 로터리 압축기(901)의 실린더 블록(924)이 나 롤러(921)에 적용하여도 무방하다. 즉, 로터리 압축기(901)의 실린더 블록(924) 및 롤러(921)의 경도가 HRB90보다도 크고 HRB100보다도 작아지도록 실린더 블록(924) 및 롤러(921)가 열처리된 후, 베인 수용 구멍(924d)에 고주파 가열기가 삽입되어, 베인 수용 구멍(924d) 주변의 부분의 경도가 HRC50보다도 높고 HRC65보다도 낮아지도록 실린더 블록(924)에 담금질처리가 행하여져도 무방하다고 하는 것이다(도 63 참조). 또한, 베인(922)이 같은 방법으로 제조되어도 무방하다. 덧붙여, 도 63 및 도 64에 있어서, 부호 924a는 실린더 구멍을 나타내고, 부호 924c는 토출로를 나타내며, 부호 924b는 흡입 구멍을 나타내고, 부호 917은 크랭크 축을 나타내며, 부호 917a는 크랭크 축의 편심 축부를 나타내고, 부호 923은 스프링을 나타내며, 부호 Rc3은 실린더실을 나타내고 있다.
덧붙여, 롤러(921) 및 실린더 블록(924)은, 제1 실시예의 변형예 (H)에 기재되는 제조 방법에 따라 제조되어도 무방하다.
(B)
제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기(801)는 2실린더 타입의 스윙 압축기였지만, 1실린더 타입의 스윙 압축기여도 무방하다.
(C)
제5 실시예에 관련되는 스윙 압축기(801)에서는, 실린더 블록(824, 826) 및 피스톤(821)이 반용융 다이캐스트 성형 공정 및 열처리 공정을 거쳐 제조되었지만, 나아가 크랭크 샤프트(817)나, 프런트 헤드(823), 리어 헤드(827), 미들 플레이트(825) 등의 접동 부품이 같은 공정을 거쳐 제조되어도 무방하다.
본 발명에 관련되는 압축기의 접동 부품은, 고인장강도이며, 운전 시에 있어서 충분한 내구성을 발현할 수 있고, 또한, 가급적 빠른 시기에 「친화」가 일어나기 쉬우며, 또한, 이상 운전 시에 있어서 늘어붙음이 생기는 것이 없기 때문에, 갱신 수요 전용의 압축기로서 유용하다.

Claims (18)

  1. 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부(殘部)가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은,
    압축기의 접동 부품.
  2. 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부(殘部)가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 압축기의 접동 부품이고,
    반용융 다이캐스트 성형 또는 반응고 다이캐스트 성형에 의하여 성형된 후에 급냉되고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조되는,
    압축기의 접동 부품.
  3. 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부(殘部)가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 압축기의 접동 부품이고,
    금형 주조 성형에 의하여 성형된 후에 급냉되고, 나아가 그 후에 열처리되어 제조되는,
    압축기의 접동 부품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기의 접동 부품은, 영률(Young' modulus)에 대한 인장강도의 비가 0.0046 이하인,
    압축기의 접동 부품.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기의 접동 부품은, 일부에 부분 열처리가 행하여져 있는,
    압축기의 접동 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부분 열처리가 행하여진 개소의 경도는, HRC(Hardness of Rockwell C scale: 로크웰 C 스케일 경도)50보다도 높고 HRC65보다도 낮은,
    압축기의 접동 부품.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 부분 열처리가 행하여지는 개소는 응력 집중부인,
    압축기의 접동 부품.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙 부근의 소정의 부분을 박육(薄肉)으로 형성하는 것이 가능한 볼록부를 가지는 성형형(成形型)을 이용하여 제조되고, 중앙 부근에 박육의 소정의 부분을 구비하는,
    압축기의 접동 부품.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙 부근의 소정의 부분을 박육으로 형성하는 것이 가능한 볼록부를 가지는 성형형을 이용하여 중앙 부근에 박육의 소정의 부분을 구비하고 있는 접동 부품의 기체(基體)를 성형하고, 상기 기체에 있어서의 박육의 소정의 부분에 관통 구멍을 형성하는 것에 의하여 제조되는,
    압축기의 접동 부품.
  10. 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지는 압축기의 스크롤 부품이고,
    판부와,
    상기 판부의 제1 판면으로부터 상기 제1 판면에 수직인 방향을 향하여 소용돌이 형상을 보지(保持)하면서 연장되는 소용돌이부
    를 구비하고,
    상기 판부 및 상기 소용돌이부는, 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은,
    압축기의 스크롤 부품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소용돌이부는, 성형형에 대한 빼기 구배가 감기 각에 따라 변화하고 있는,
    압축기의 스크롤 부품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소용돌이부는, 중심에 가까운 감기 시작의 부분에 있어서의 상기 성형형에 대한 빼기 구배가 외측의 감기 끝의 부분의 빼기 구배보다도 큰 소용돌이 형상을 나타내는,
    압축기의 스크롤 부품.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 소용돌이부는, 외측의 감기 끝의 부분에 있어서의 상기 성형형에 대한 빼기 구배가 중심에 가까운 감기 시작의 부분의 빼기 구배보다도 큰 소용돌이 형상을 나타내는,
    압축기의 스크롤 부품.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 소용돌이부는, 중심에 가까운 감기 시작 근방 부분의 내주 측에 위치하는 제1 면이 상기 판부에 직교하는 선에 대하여 소정 각도만큼 경사하고,
    상기 제1 면 이외의 면은, 상기 판부에 직교하는 선에 대한 경사 각도가 상기 소정 각도보다도 작은,
    압축기의 스크롤 부품.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소용돌이부의 상기 감기 시작 근방 부분은, 상기 소용돌이부의 상기 감기 시작 근방 부분 외의 부분보다도, 상기 판부와의 경계에 있어서의 두께가 큰,
    압축기의 스크롤 부품.
  16. 탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은,
    압축기의 접동 부품 기체.
  17. 증발기, 응축기, 팽창 기구와 함께 냉매 회로를 구성하고, 상기 냉매 회로 중의 가스 냉매를 압축하는 압축기이고,
    탄소 함유량이 2.0wt% ~ 2.7wt%이고 규소 함유량이 1.0wt% ~ 3.0wt%이고 잔부가 불가피 불순물을 포함하는 철로 이루어지는 것과 함께 펄라이트 조직, 페라이트 조직 및 입상 흑연으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 전부 또는 일부의 경도가 HRB(Hardness of Rockwell B scale: 로크웰 B 스케일 경도)90보다도 높고 HRB100보다도 낮은 접동 부품이 짜넣어져 있는,
    압축기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가스 냉매는 이산화탄소(CO2) 냉매인,
    압축기.
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