KR101549868B1

KR101549868B1 - 압축기용 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR101549868B1
Application number: KR1020140040659A
Authority: KR
Inventors: 오준철; 최세헌; 이병철; 안성용; 황은지
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-09-03
Also published as: US9897143B2; US20150285302A1

Abstract

본 발명에 의한 압축기용 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기는, 선회스크롤의 보스부가 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 결합됨에 따라, 부시베어링의 외주면이 보스결합홈의 내주면에 대해 전주 접촉하게 되어 부시베어링의 마모를 줄일 수 있다. 또, 부시베어링에서의 마찰손실이 감소되어 압축효율과 신뢰성은 향상되고, 소음은 감소되며, 재료비용은 절감될 수 있다. 또, 부시베어링이 환형으로 형성되어 보스부에 압입됨에도 불구하고 부시베어링을 형성하는 소재가 열팽창율 또는 연신율, 압입대 등을 고려한 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재로 이루어짐에 따라 부시베어링이 보스부에서 탈거되는 것을 효과적으로 억제하여 압축기의 신뢰성이 향상될 수 있다.

Description

압축기용 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기{BUSH BEARING FOR COMPRESSOR AND SCROLL COMPRESSOR HAVING THE SAME}

본 발명은 압축기용 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 선회스크롤의 보스부와 그 보스부에 삽입되는 크랭크축의 사이에 개지되는 압축기용 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 고정스크롤이 고정되고, 고정스크롤에 선회스크롤이 맞물려 선회운동을 하면서 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축공간을 형성하는 압축기이다.

스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있으면서 냉매의 흡입,압축,토출 행정이 부드럽게 이어져 안정적인 토오크를 얻을 수 있는 장점 때문에 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다.

또, 스크롤 압축기는 압축조건의 변화에 관계없이 선회스크롤이 항상 동일 궤적으로 선회하는 고정반경식과, 압축조건에 따라 선회스크롤이 반경방향으로 후퇴할 수 있는 가변반경식으로 구분될 수 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 밀폐용기(1)와, 밀폐용기(1)의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(2)와, 구동모터(2)의 상측에 고정 설치되는 메인프레임(3)과, 메인프레임(3)의 상면에 고정 설치되는 고정스크롤(4)과, 메인프레임(3)과 고정스크롤(4) 사이에 설치되고 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합되어 고정스크롤(4)과 함께 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성하는 선회스크롤(5)과, 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5) 사이에 설치되어 선회스크롤(5)의 자전운동을 방지하는 올담링(6)을 포함하고 있다.

상기 메인프레임(3)은 밀폐용기(1)의 내주면에 용접 결합되고, 중앙에는 축수구멍(31)이 관통 형성되며, 축수구멍(31)의 상단에는 후술할 선회스크롤(5)의 보스부(53)가 선회 가능하게 삽입되도록 포켓홈(32)이 형성되어 있다.

상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 저면에는 고정랩(42)이 형성되고, 고정스크롤(4)의 경판부(41) 일측에는 흡입구(43)가, 중앙에는 토출구(44)가 각각 형성되어 있다.

상기 선회스크롤(5)의 경판부(51) 상면에는 고정스크롤(4)의 고정랩(42)과 맞물려 압축공간(P)을 형성하도록 선회랩(52)이 형성되며, 선회스크롤(5)의 경판부(51) 저면에는 크랭크축(23)에 결합되도록 보스부(53)가 형성되어 있다. 상기 보스부(53)의 내주면에는 후술할 크랭크축(23)의 핀부(23d)와 결합되도록 슬릿으로 쪼개진 부시베어링(54)이 삽입되어 있다.

상기 크랭크축(23)은 구동모터(2)의 회전자(22)에 압입되는 축부(23a)와, 축부(23a)의 상하 양측에 구비되어 메인프레임(3)과 서브프레임(7)에 지지되는 메인베어링부(23b) 및 서브베어링부(23c)와, 메인베어링부(23b)의 상단에 편심지게 형성되어 선회스크롤(5)의 보스부(53)에 삽입된 부시베어링(54)에 결합되는 핀부(23d)로 이루어져 있다. 상기 메인베어링부(23b) 또는 축부(23a)에는 선회스크롤(5)이 선회운동을 하면서 발생되는 편심 하중을 상쇄시키기 위한 편심 질량(8)이 결합되어 있다.

도면중 미설명 부호인 11은 흡입관, 12는 토출관, 21은 고정자이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는, 구동모터(2)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 구동모터(2)의 회전자(22)에 결합된 크랭크축(23)에 의해 선회스크롤(5)이 고정스크롤(4)에 대해 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성하여 냉매를 흡입·압축·토출시키게 된다.

이때, 상기 선회스크롤(5)은 선회운동을 하면서 발생되는 원심력과 냉매를 압축하면서 발생되는 가스력, 그리고 원심력의 반대방향으로 가스반발력을 받게 되어 거동이 불안정하게 될 수 있지만, 메인프레임(3)에 의해 지지된 상태에서 적절하게 조정되면서 선회운동을 지속하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스크롤 압축기에서는, 상기 크랭크축(23)이 메인프레임(3)에 지지되는 지지점(A)과 크랭크축이 선회스크롤에 작용하는 작용점(B) 사이에 높이차(△h)가 크게 발생되면서 크랭크축(23)이 큰 편심 하중을 받게 되어, 가스력에 의한 베어링 하중이 증가하여 마찰손실로 인한 압축효율이 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 가스력에 의한 용접점에서의 작용력이 높아 압축기 소음이 증가하고 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 상기 크랭크축(23)이 큰 편심 하중이 받게 됨에 따라 크랭크축(23)에 설치되는 편심 질량(8)의 무게가 증가하게 되어 비용이 상승되는 것은 물론 크랭크축(23)의 변형량이 증가하게 되어 마찰손실로 인한 압축효율이 저하하고, 편심 질량(8)의 원심력이 증가하면서 용접점에서의 작용력도 증가하여 압축기 소음은 증가하고 신뢰성은 저하되는 문제점도 있었다.

또, 상기 메인프레임(3)이 크랭크축(23)을 지지하는 축수구멍(31)과 선회스크롤(5)의 보스부(53)와 선회 가능하게 삽입되는 포켓홈(32) 사이가 일정 간격만큼 이격됨에 따라 크랭크축(23)의 메인베어링부(23b)의 길이가 길어지게 될 뿐만 아니라 크랭크축(23)이 큰 편심 하중(8)을 받게 됨에 따라 메인프레임(3)의 베어링 길이가 증가하게 되어 결국 압축기의 축방향 길이가 길어지게 될 뿐만 아니라 재료 비용이 상승하며 한정된 압축기의 축방향 길이 내에서 모터의 적층높이를 증대시키는데 한계가 있어 동일한 압축기의 길이 대비 압축기 용량을 높이는데 한계가 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 크랭크축이 메인프레임에 지지되는 지지점과 크랭크축이 선회스크롤에 작용하는 작용점 사이의 높이차를 없애거나 줄여 크랭크축이 받는 편심 하중을 낮춤으로써, 베어링의 마찰손실을 낮춰 압축효율이 향상되고 용접점에서의 작용력을 낮춰 압축기 소음을 줄이며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 상기 크랭크축이 받는 편심 하중을 줄여 크랭크축에 설치되는 편심 질량의 무게와 재료 비용을 낮추고 크랭크축의 변형량을 줄여 압축효율을 향상시키며, 편심 질량의 원심력으로 인한 용접점에서의 작용력도 낮춰 압축기 소음은 줄이고 신뢰성은 향상시킬 수 있는 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 상기 메인프레임의 길이와 크기를 줄여 재료비용을 낮추는 동시에 압축기의 축방향 길이를 줄이고 동일한 압축기의 축방향 길이 대비 모터의 적층높이를 증대시킬 수 있는 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 크랭크축의 보스결합홈과 상기 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 상기 크랭크축을 통해 회전력을 전달받는 부재의 보스부 사이에 구비되며 상기 보스부의 외주면에 삽입되어 지지되는 압축기용 부시베어링에 있어서, 상기 부시베어링은 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재가 환형 단면 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 부시베어링의 응력은 그 부시베어링을 이루는 소재가 가진 항복응력의 50% 이하, 상기 부시베어링의 연신율은 그 부시베어링를 이루는 소재가 가진 파단 연신율의 50% 이하, 상기 부시베어링의 최대 압입대는 그 부시베어링을 이루는 플라스틱 소재가 가진 연신율의 50% 이하가 되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링은 그 부시베어링을 이루는 플라스틱 소재의 열팽창 계수가 상기 보스부의 열팽창 계수 대비 0.9배 ~ 5배 이내, 상기 부시베어링의 최소 압입대는 상기 최대 압입대 대비 5% ~ 15% 만큼 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링의 유리전이온도(glass transition temperature)는 압축기 구동온도보다 높은 특성을 가지는 재질로서, 상기 부시베어링은 피크(Polyether ether ketone ; PEEK) 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링는 유리전이온도(glass transition temperature)가 섭씨 143℃ ~ 162℃이며, 압축강도(compressive strength)가 240MPa ~ 310MPa이고, 인장강도(tensile strength, ultimate)가 224MPa ~ 270MPa이며, 파단연신율(elongation at break)이 1.7% ~ 2.0%이고, 열팽창계수(CTE, linear)가 10.0㎛/m-℃ ~ 14.0㎛/m-℃이며, 연속사용온도(Maximum Service Temperature, Air)가 315℃ ~ 387℃이고, 탄소섬유(carbon fiber)가 30% 중량부로 함유되는 소재로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링의 내주면과 상기 보스부의 외주면에는 미끄럼방지돌기와 미끄럼방지홈이 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 크랭크축의 보스결합홈과 상기 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 상기 크랭크축을 통해 회전력을 전달받는 부재의 보스부 사이에 구비되며 상기 보스부의 외주면에 삽입되어 지지되는 압축기용 부시베어링에 있어서, 상기 부시베어링은, 상기 보스부에 삽입되어 결합되는 고정부시; 및 상기 고정부시의 외주면에 삽입되어 결합되는 윤활부시;를 포함하고, 상기 윤활부시는 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재가 환형 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 윤활부시의 응력은 그 윤활부시를 이루는 소재가 가진 항복응력의 50% 이하, 상기 윤활부시의 연신율은 그 윤활부시를 이루는 소재가 가진 파단 연신율의 50% 이하, 상기 윤활부시의 최대 압입대는 그 윤활부시를 이루는 플라스틱 소재가 가진 연신율의 50% 이하가 되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 윤활부시는 그 윤활부시를 이루는 플라스틱 소재의 열팽창 계수가 상기 보스부의 열팽창 계수 대비 0.9배 ~ 5배 이내, 상기 윤활부시의 최소 압입대는 상기 최대 압입대 대비 5% ~ 15% 만큼 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 윤활부시의 유리전이온도(glass transition temperature)는 압축기 구동온도보다 높은 특성을 가지는 재질, 예를 들어 상기 윤활부시는 피크(Polyether ether ketone ; PEEK) 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 윤활부시는 유리전이온도(glass transition temperature)가 섭씨 143℃ ~ 162℃이며, 압축강도(compressive strength)가 240MPa ~ 310MPa이고, 인장강도(tensile strength, ultimate)가 224MPa ~ 270MPa이며, 파단연신율(elongation at break)이 1.7% ~ 2.0%이고, 열팽창계수(CTE, linear)가 10.0㎛/m-℃ 내지 14.0㎛/m-℃이며, 연속사용온도(Maximum Service Temperature, Air)가 315℃ ~ 387℃이고, 상기 베어링부는 탄소섬유(carbon fiber)가 30% 중량부로 함유될 수 있다.

그리고, 상기 윤활부시의 열팽창 계수는 상기 고정부시의 열팽창 계수 대비 0.9 내지 5배 이내가 되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 윤활부시의 내주면과 상기 고정부시의 외주면에는 미끄럼방지돌기와 미끄럼방지홈이 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 크랭크축의 보스결합홈과 상기 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 상기 크랭크축을 통해 회전력을 전달받는 부재의 보스부 사이에 구비되며 상기 보스부의 외주면에 삽입되어 지지되는 압축기용 부시베어링에 있어서, 상기 부시베어링은 상기 보스부의 외주면에 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재가 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 윤활부시는 피크(Polyether ether ketone ; PEEK) 재질로 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기에 고정 결합되고, 축수구멍이 형성되는 프레임; 상기 프레임에 고정 결합되고, 고정랩이 형성되는 고정스크롤; 상기 프레임에 지지되고, 상기 고정랩에 맞물려 연속으로 이동하는 압축공간을 이루는 선회랩이 형성되며, 상기 축수구멍 방향으로 돌출되어 구동모터의 회전력을 전달받는 보스부를 가지는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤의 보스부가 삽입되어 결합되는 보스결합홈이 형성되고, 상기 구동모터의 회전력을 상기 선회스크롤에 전달하는 크랭크축;을 포함하며, 상기 보스부와 상기 보스결합홈 사이에는 부시베어링이 구비되고, 상기 부시베어링은 앞서 설명한 압축기용 부시베어링이 적용되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 보스부는 상기 선회랩이 형성되는 경판부의 저면에서 연장 형성되고, 상기 경판부와 보스부가 접하는 부위에 베어링 삽입홈이 형성되며, 상기 베어링 삽입홈에 상기 부시베어링의 일단이 삽입되어 결합될 수 있다.

그리고, 상기 베어링 삽입홈은 그 베어링 삽입홈의 내주면이 압축기의 구동온도에서 상기 부시베어링의 외주면과 밀착되는 크기로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 보스부의 축방향 하단에는 상기 부시베어링을 상기 보스부에 고정하는 고정부재가 결합될 수 있다.

여기서, 상기 고정부재는, 상기 부시베어링의 하단을 횡단하는 바닥부; 및 상기 바닥부의 양단으로부터 돌출되어 상기 부시베어링에 고정되는 적어도 두 개의 주벽부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링의 외주면에는 상기 주벽부가 삽입되도록 피난홈이 형성되고, 상기 피난홈은 상기 주벽부의 두께보다 깊게 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기에 고정 결합되고, 축수구멍이 형성되는 프레임; 상기 프레임에 고정 결합되고, 고정랩이 형성되는 고정스크롤; 상기 프레임에 지지되고, 상기 고정랩에 맞물려 연속으로 이동하는 압축공간을 이루도록 선회랩이 형성되며, 상기 축수구멍 방향으로 돌출되어 구동모터의 회전력을 전달받도록 보스부가 형성되는 선회스크롤; 상기 선회스크롤의 보스부가 삽입되어 결합되도록 보스결합홈이 형성되고, 상기 구동모터의 회전력을 상기 선회스크롤에 전달하는 크랭크축; 및 상기 보스부와 상기 보스결합홈 사이에 개재되는 베어링부재;를 포함하고, 상기 베어링부재는, 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가지며, 유리전이온도(glass transition temperature)가 섭씨 143℃ ~ 162℃이고, 압축강도(compressive strength)가 240MPa ~ 310MPa이며, 인장강도(tensile strength, ultimate)가 224MPa ~ 270MPa이고, 파단연신율(elongation at break)이 1.7% ~ 2.0%이며, 열팽창계수(CTE, linear)가 10.0㎛/m-℃ ~ 14.0㎛/m-℃ 이고, 연속사용온도(Maximum Service Temperature, Air)가 315℃ ~ 387℃인 플라스틱 재질로 형성되는 베어링부가 포함되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 베어링부는 탄소섬유(carbon fiber)가 30% 중량부로 함유될 수 있다.

본 발명에 의한 압축기용 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기는, 선회스크롤의 보스부가 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 결합됨에 따라 크랭크축이 받는 편심 하중이 감소되어 윤활부시에서의 마찰손실이 감소되면서 압축효율과 신뢰성은 향상되고 소음은 감소될 수 있다. 또, 편심 질량의 무게와 재료비용을 낮추고 크랭크축의 변형량을 줄여 압축효율이 향상될 수 있다.

또, 메인프레임에 별도의 포켓홈을 형성할 필요가 없어 메인프레임의 길이와 직경을 줄여 재료비용을 낮추는 동시에 한정된 압축기의 축방향 길이 내에서 모터의 적층높이를 증대시킬 수 있다.

또, 선회스크롤의 보스부에 부시베어링이 결합됨에 따라 부시베어링의 외주면이 보스결합홈의 내주면에 대해 전주 접촉하게 되고, 이로 인해 부시베어링의 외주면이 집중 접촉되는 것을 방지하여 그 부시베어링이 손상되는 것을 억제할 수 있다.

또, 부시베어링이 환형으로 형성되어 보스부에 압입됨에도 불구하고 부시베어링을 형성하는 소재가 열팽창율 또는 연신율, 압입대 등을 고려한 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재로 이루어짐에 따라 부시베어링이 보스부에서 탈거되는 것을 효과적으로 억제하여 압축기의 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 3 및 도 4는 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 보스결합홈의 최소두께를 설명하기 위해 보인 횡단면도 및 선회스크롤과 크랭크축의 분해 단면도,
도 5는 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 각 부위의 규격을 보인 개략도,
도 6은 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 크랭크축의 회전에 따른 부시베어링과 보스결합홈 사이의 접촉관계를 설명하기 위해 보인 평면도,
도 7은 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 부시베어링이 결합된 압축부를 보인 종단면도,
도 8은 도 7에 따른 스크롤 압축기에서 선회스크롤과 크랭크축 그리고 부시베어링을 분리하여 보인 사시도,
도 9는 도 7의 "I-I"선단면도로, 부시베어링이 선회스크롤의 보스부에 복원되면서 압입되는 과정을 보인 개략도,
도 10은 본 발명에 따른 부시베어링의 각종 피크모델에 대한 온도에 따른 인장강도를 보인 그래프,
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 선회스크롤과 부시베어링의 열팽창 계수에 따른 변형량 차이를 보인 것으로, 도 11은 열팽창 계수가 동일한 경우이고, 도 12는 부시베어링의 열팽창 계수가 선회스크롤의 열팽창 계수에 비해 5배 큰 경우를 보인 그래프,
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 부시베어링을 보스부에 결합하기 위한 다른 실시예를 보인 단면도,
도 15는 본 발명에 의한 부시베어링의 내주면에 대한 다른 실시예를 보인 사시도,
도 16 및 도 17은 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 부시베어링에 대한 다른 실시예를 보인 분해 사시도 및 결합된 종단면도,
도 18은 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 부시베어링에 대한 또다른 실시예를 보인 종단면도.

이하, 본 발명에 의한 부시베어링 및 이를 구비한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는, 밀폐용기(110)의 내부공간에 회전력을 발생하는 구동모터(120)가 설치되며, 구동모터(120)의 상측에는 메인프레임(130)이 고정 설치될 수 있다. 상기 메인프레임(130)의 상면에는 고정스크롤(140)이 고정 설치되고, 상기 메인프레임(130)과 고정스크롤(140) 사이에는 선회스크롤(150)이 설치되며, 상기 선회스크롤(150)은 고정스크롤(140)과 함께 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성하도록 구동모터(120)의 크랭크축(123)에 편심 결합될 수 있다. 그리고 상기 고정스크롤(140)과 선회스크롤(150) 사이에는 선회스크롤(150)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(160)이 설치될 수 있다.

상기 메인프레임(130)은 밀폐용기(110)의 내주면에 용접 결합되고, 중앙에는 축수구멍(131)이 관통 형성될 수 있다. 상기 축수구멍(131)은 상단에서 하단까지 동일한 직경으로 형성될 수 있다.

상기 고정스크롤(140)은 그 경판부(141)의 저면에 돌출되어 후술할 선회스크롤(150)의 선회랩(152)과 함께 압축공간(P)을 이루도록 고정랩(142)이 형성되고, 상기 고정스크롤(140)의 경판부(141)에는 흡입관(111)과 압축공간(P)이 연통되도록 흡입구(143)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 고정스크롤(140)의 경판부(141)의 중심에는 압축공간(P)과 밀폐용기(110)의 내부공간이 연통되도록 토출구(144)가 형성되고, 상기 토출구(144)의 단부에는 압축기의 정상운전시에는 토출구(144)를 개방시키는 반면 압축기의 정지시에는 토출구(144)를 폐쇄시켜 토출된 냉매가 토출구(144)를 통해 압축공간(P)으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(미도시)가 설치될 수 있다.

상기 선회스크롤(150)은 그 경판부(151)의 상면에 돌출되어 고정스크롤(140)의 고정랩(142)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 이루도록 선회랩(152)이 형성되고, 상기 선회스크롤(150)의 경판부(151) 저면에는 후술할 크랭크축(123)의 보스결합홈(123d)에 삽입되어 회전력을 전달받을 수 있도록 보스부(153)가 형성될 수 있다.

상기 보스부(153)는 선회스크롤(150)의 기하학적 중심에 형성될 수 있다. 그리고 상기 보스부(153)는 속찬 원봉 형상으로 형성될 수도 있지만, 선회스크롤(150)의 무게를 낮추기 위해서는 속빈 원통 모양으로 형성될 수 있다.

상기 크랭크축(123)은 구동모터(120)의 회전자(122)에 압입되는 축부(123a)와, 상기 축부(123a)의 상하 양측에 구비되어 메인프레임(130)과 서브프레임(170)에 지지되는 메인베어링부(123b) 및 서브베어링부(123c)와, 메인베어링부(123b)의 상단에 편심지게 형성되어 선회스크롤(150)의 보스부(153)가 삽입 결합되는 보스결합홈(123d)으로 이루어질 수 있다. 상기 메인베어링부(123b) 또는 축부(123a)에는 선회스크롤(150)이 선회운동을 하면서 발생되는 편심 하중을 상쇄시키기 위한 편심 질량(180)이 결합될 수 있다.

도 3 및 도 4는 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 보스결합홈의 최소두께를 설명하기 위해 보인 횡단면도 및 선회스크롤과 크랭크축의 분해 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 메인베어링부(123b)는 축부(123a)에 비해 단면적이 크게 형성되고, 보스결합홈(123d)은 메인베어링부(123b)의 상면에서 한 쪽으로 편심지게 형성될 수 있다. 상기 메인베어링부(123b)의 외경(D)은 그 메인베어링부(123b)의 외주면에서 보스결합홈(123d)의 내주면까지의 최소간격(a)에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 메인베어링부의 외경을 D, 선회스크롤의 보스부 외경을 d, 보스결합홈의 편심량을 r_s라고 할 때, 최소간격(a)는

a = (D-d)/2 - r_s가 될 수 있다

여기서, 상기 메인베어링부의 직경이 작은 경우에는 최소간격(a)이 너무 얇게 되어 메인베어링부의 신뢰성이 저하될 수 있고, 반대로 상기 메인베어링부의 직경이 너무 큰 경우에는 최소간격(a)이 충분히 확보되어 메인베어링부의 신뢰성을 높일 수는 있지만 베어링면적이 증가하여 마찰손실이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 메인베어링부의 신뢰성 확보 및 마찰손실을 최소화하기 위한 최소간격을 적절하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 최소간격(a)는 d/20 < a < d/4의 범위내에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

도면중 미설명 부호인 121은 고정자이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 구동모터(120)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 상기 크랭크축(123)에 편심 결합된 선회스크롤(150)이 선회운동을 하면서 고정스크롤(140)과의 사이에 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성하게 된다. 그러면 압축공간(P)은 흡입구(또는, 흡입실)(143)에서 토출구(또는, 토출실)(144) 방향으로 점차 체적이 좁아지는 압축공간(P)이 연속하여 여러 단계로 형성하게 된다.

그러면, 상기 밀폐용기(110)의 외부에서 제공되는 냉매는 흡입관(111)을 통하여 고정스크롤(140)의 흡입구(143)를 통해 유입되어 선회스크롤(150)에 의해 최종 압축공간 방향으로 이동하면서 압축되었다가 그 최종 압축공간에서 고정스크롤(140)의 토출구(144)를 통해 밀폐용기(110)의 내부공간으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 도 5에서와 같이, 상기 선회스크롤(150)의 보스부(153)가 크랭크축(123)의 보스결합홈(123d)에 삽입되어 결합됨에 따라 크랭크축(123)이 메인프레임(130)에 지지되는 지지점(A)과 크랭크축(123)이 선회스크롤(150)에 작용하는 작용점(B) 사이의 높이차(△h=0)를 없앨 수 있어 크랭크축(123)이 받는 편심 하중이 감소될 수 있고, 이를 통해 메인베어링부(123b)에서의 마찰손실이 감소되어 압축효율이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 밀폐용기(110)와 메인프레임(130) 사이의 용접점에서의 작용력(C)(D)을 낮춰 압축기 소음을 줄이며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 크랭크축(123)이 받는 편심 하중을 줄여 크랭크축(123)에 설치되는 편심 질량(180)의 무게와 재료비용을 낮추고 크랭크축(123)의 변형량을 줄여 압축효율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 상기 편심 질량(180)의 원심력으로 인한 밀폐용기(110)와 메인프레임(130) 사이의 용접점(C)(D)에서의 작용력도 낮춰 압축기 소음은 줄이고 신뢰성은 향상시킬 수 있다.

또, 상기 메인프레임(130)에 별도의 포켓홈이 필요 없어 메인프레임(130)의 길이(L1)와 직경(D1)을 줄여 재료비용을 낮추는 동시에 압축기의 축방향 길이(L2)를 줄여 동일 용량 대비 압축기를 소형화할 수 있다. 또, 한정된 압축기의 축방향 길이(L2) 내에서 모터의 적층높이를 증대시켜 압축기 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 선회스크롤(150)의 보스부(153)와 크랭크축(123)의 보스결합홈(123d) 사이에는 상기 보스부(153)와 보스결합홈(123d) 사이를 윤활하기 위한 베어링부재(200)가 설치될 수 있다.

상기 베어링부재(200)는 니들 베어링, 롤러 베어링, 볼 베어링 등이 적용될 수 있으나, 이 경우에는 베어링 크기가 커서 메인베어링의 축수구멍(131)이 커져 마찰손실이 증가될 수 있으므로, 본 실시예와 같이 베어링부재(200)는 부시베어링이 적용되는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 부시베어링 타입의 베어링부재(200)는 선회스크롤(150)의 보스부(153)에 형성되는 것이 보스결합홈(123d)의 내주면에 형성되는 것에 비해 바람직할 수 있다. 즉, 상기 베어링부재(200)가 보스부(153)에 형성되는 경우에는 베어링부재(200)의 외주면이 보스결합홈(123d)의 내주면에 대해 전주(全州) 접촉하게 되고, 이로 인해 상기 베어링부재(200)의 어느 한 점이 집중 접촉되면서 마모되는 것을 방지하여 마모로 인한 베어링부재(200)의 손상을 현저하게 줄일 수 있다.

도 6에서와 같이, 상기 선회스크롤(150)의 보스부(153)가 크랭크축(123)의 보스결합홈(123d)에 삽입되는 경우에는 크랭크축(123)의 회전시 그 크랭크축(123)의 중심(O)이 보스부(153)의 중심(O')과 일치된 상태에서 회전을 하게 되므로, 상기 보스결합홈(123d)의 내주면은 한 점에서 보스부(153)의 외주면 전체와 접촉을 하게 된다. 즉, 상기 보스부(153)의 외주면 전체가 보스결합홈(123d)의 내주면 한 점과 접촉을 하게 된다.

따라서, 상기 보스부(153)의 외주면은 보스결합홈(123d)의 내주면과 어느 한 점에서 집중 접촉되지 않고 고르게 접촉되어 마모가 방지될 수 있지만, 상기 보스결합홈(123d)은 한 점에서만 보스부(153)의 외주면과 접촉되므로 그 접촉되는 지점에서 집중 마모가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 보스결합홈(123d)에 베어링부재(200)를 설치할 경우에는 그 베어링부재(200)의 한 점에서 집중 마모가 발생되면서 신뢰성이 저하될 수 있으므로, 가급적 전주(全州) 접촉되는 보스부(153)의 외주면에 베어링부재(200)를 설치하는 것이 베어링부재(200)의 파손을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

한편, 상기 베어링부재(200)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 도 7은 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 부시베어링이 결합된 압축부를 보인 종단면도이고, 도 8은 도 7에 따른 스크롤 압축기에서 선회스크롤과 크랭크축 그리고 부시베어링을 분리하여 보인 사시도이며, 도 9는 도 7의 "I-I"선단면도로, 부시베어링이 선회스크롤의 보스부에 복원되면서 압입되는 과정을 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 베어링부재(200)는 자기윤활성을 가지는 소재를 단일 부재로 하여 슬릿(slit)이 없는 환형상의 부시 모양으로 형성하여 선회스크롤(150)의 보스부(153)에 압입되어 결합될 수도 있다.

이 경우에는 상기 베어링부재(200)가 단일 부재로 형성됨에 따라 후술할 고정부시와 윤활부시로 이루어지는 베어링부재(200)에 비해 두께가 크게 증가하지 않으면서도 후술할 코팅으로 베어링부재(200)가 형성되는 것에 비해 일정 정도의 베어링 두께를 확보할 수 있어 마모로 인해 베어링부재(200)가 파손되는 것을 완화시킬 수 있다.

여기서, 상기 베어링부재(200)가 보스부(153)의 외주면에 삽입되는 경우에는 그 베어링부재(이하에서는 부시베어링으로 통칭함)의 재질 선정이 신뢰성 측면에서 중요할 수 있다. 즉, 상기 부시베어링(200)은 압축기의 구동온도인 120 ~ 150℃ 내외의 높은 사용 온도에 놓이게 되므로 이에 따른 화학적 안정성을 가지고 높은 경도 특성을 가지며 내마찰과 내마모성을 가져야 할 필요가 있다.

또, 상기 부시베어링(200)은 적절한 열팽창 계수를 가진 소재를 채용해야 보스부(153)로부터 탈거되지 않고 베어링 역할을 안정적으로 수행할 수 있다. 즉, 상기 부시베어링(200)과 보스부(153)는 압축기의 운전중에 구동온도가 상승하게 되면 이에 따라 열팽창을 하게 되는데, 상기 부시베어링(200)의 열팽창 계수가 보스부(153)의 열팽창 계수보다 너무 크면 운전 중 고온 환경에서 부시베어링(200)의 내경이 보스부(153)의 외경보다 커져 탈거될 수 있다. 반면, 상기 부시베어링(200)의 열팽창 계수가 보스부(153)의 열팽창 계수보다 너무 작으면 부시베어링(200)이 보스부(153)의 열팽창에 의해 소성 변형되거나 파손될 수 있다.

이를 고려하여, 상기 부시베어링(200)은 외경 압입이 가능하며 무급유 특성이 좋은 재질, 즉 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재인 피크(Polyether ether ketone ; PEEK) 재질로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이 피크 재질로 부시베어링을 형성할 경우, 부시베어링의 열팽창 계수, 최대 압입대 또는 최소 압입대 등을 적절하게 고려하여 구체적인 소재를 선정하여야 운전 중에 부시베어링이 보스부에서 탈거되지 않고 원활하게 베어링 역할을 할 수 있다.

상기 부시베어링(200)은 그 부시베어링의 열팽창 계수가 상기 보스부의 열팽창 계수의 0.9배 ~ 5배 이내가 되는 재질로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 상기 부시베어링(200)의 열팽창 계수는 보스부(153)의 열팽창 계수보다 대략 5배 이내에서 큰 재질로 형성되는 것이 열팽창에 의한 부시베어링의 소성 변형이나 파손을 억제하는데 바람직할 수 있다. 하지만, 상기 부시베어링(200)의 열팽창 계수보다 보스부(153)의 열팽창 계수가 더 크게 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 보스부(153)의 열팽창 계수가 부시베어링(200)의 열팽창 계수보다 현저하게 클 경우 압축기 구동온도에 의해 보스부(153)가 열팽창을 할 때 부시베어링(200)이 소성 변형되거나 또는 파손될 수 있으므로 상기 부시베어링(200)의 열팽창 계수가 보스부(153)의 열팽창 계수 대비 대략 0.9배보다 크게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기 보스부(153)의 열팽창 계수보다 부시베어링(200)의 열팽창 계수가 더 큰 경우에는 압축기의 운전시 상기 부시베어링(200)이 보스부보다 더 열팽창하면서 탈거될 수 있다. 따라서, 상기 보스부(153)의 열팽창 계수보다 부시베어링(200)의 열팽창 계수가 더 큰 경우에는 상기 부시베어링이 열팽창에 의해 보스부로부터 탈거되는 것을 방지할 수 있는 수단이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 상기 부시베어링(200)은 그 소재의 물성치를 고려하여 상기 부시베어링(200)을 최대한으로 늘려 보스부(153)에 압입함으로써 상기 부시베어링(200)이 보스부(153)보다 더 큰 열팽창 계수를 가지더라도 보스부(153)에서 탈거되지 않도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 부시베어링(200)은 연신되었다가 탄성 복원되는 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 그러면, 상기 부시베어링(200)의 내경이 보스부(153)의 외경보다 작게 형성되어 그 부시베어링(200)을 연신(elongation)하여 보스부에 삽입한 뒤 탄성 복원시켜 고정되도록 할 수 있다.

이 경우에는 상기 부시베어링(200)의 압입대(press-fit range) 설정이 중요할 수 있다. 통상, 압입대는 압입물과 압입 대상물 간의 길이 차이로 정의된다. 여기서, 상기 부시베어링(200)의 최소 압입대가 너무 작으면 열팽창에 의해 그 부시베어링(200)의 내경이 보스부(153)의 외경보다 커지게 되어 빠짐이 발생될 수 있다. 반면, 상기 부시베어링(200)의 최대 압입대가 너무 크면 압입을 위해 부시베어링(200)을 연신할 때 상기 부시베어링(200)에 소성변형이 발생되어 복원이 이루어지지 않으면서 아예 압입이 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 상기 부시베어링(200)의 최소 압입대와 최대 압입대를 최적으로 설정하여야 상기 부시베어링(200)이 보스부(153)에서 빠지지 않으면서도 견고하게 고정될 수 있다.

여기서, 상기 부시베어링(200)의 최대 압입대는 응력을 기준으로 설명될 수 있으나, 일반적으로 탄성 범위 내에서 연신에 필요한 힘은 복귀 힘과 같으므로 응력과 연신율은 비례할 수 있고, 따라서 상기 부시베어링의 최대 압입대는 연신율 기준으로 설명될 수도 있다.

상기 부시베어링(200)의 최대 압입대는 그 부시베어링(200)으로 사용되는 소재가 가진 연신율(elongation) 또는 파단 연신율의 50%이하 정도로 설정하는 것이 바람직하고, 최소 압입대는 최대 압입대 대비 5% ~ 15% 정도 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 온도에 따른 소성 변형이 없는 조건에서 선형 소재를 좌우로 인장시키기 위해 필요한 힘은 늘어난 환형 소재가 오므라들려는 힘과 같다. 이 경우 일반 선형 탄성 소재의 안전율(안전계수는 3)을 고려하여 연신율 0.6% ~ 0.7%가 적절하며 이를 압입대로 나타내면 아래의 표 1과 같이 대략 160㎛ ~ 180㎛ 정도가 될 수 있다.

Elongation(%)	압입대(㎛)	Tensile Strength(MPa)
0.1	28	11.2
0.5	140	56
1.0	280	112
2.0	560	224

통상, 소재의 피로 한도는 그 소재가 가진 항복 응력 대비 30% ~ 50% 이하의 범위내로 설정되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 항복응력(Tensile Strength)과 연신율(Elongation)은 비례하므로 상기 부시베어링(200)의 최대 압입대는 해당 소재의 연신율 50% 이하로 잡는 것이 바람직할 수 있다.

또, 압입되는 부품(부시베어링)의 소재와 그 상대물(보스부) 간의 열팽창 계수의 차이는 상기 부시베어링(200)이 보스부(153)로부터 빠질 수 있다. 그러므로, 최소 압입대는 압축기의 최대 운전 모드에서 빠지지 않을 정도의 인장력(압입대)이 필요한데, 이 인장력은 두 소재 간 열팽창 계수의 차이(비율)와 대략 동일한 정도가 될 수 있다.

상기와 같은 부시베어링의 특성을 고려할 때 알려진 피크 재질 중에서 부시베어링으로는 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가지는 피크로서 시료①(탄소섬유(carbon fiber)가 30% 중량부, 유리전이온도(glass transition temperature)가 섭씨 143℃, 압축강도(compressive strength)가 240MPa, 인장강도(tensile strength, ultimate)가 224MPa, 파단연신율(elongation at break)이 2.0%, 열팽창계수(CTE, linear)가 14.0㎛/m-℃, 연속사용온도(Maximum Service Temperature, Air)가 315℃) 또는 시료②(탄소섬유가 30% 중량부, 유리전이온도가 섭씨 162℃, 압축강도가 310MPa, 인장강도가 270MPa, 파단연신율이 1.7%이며, 열팽창계수가 10.0㎛/m-℃, 연속사용온도가 387℃)가 적절할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 적용되는 피크 재질은 탄소섬유가 30% 중량부로 함유되며, 유리전이온도가 섭씨 143℃ ~ 162℃이고, 압축강도가 240MPa ~ 310MPa이며, 인장강도가 224MPa ~ 270MPa이고, 파단연신율이 1.7% ~ 2.0%이며, 열팽창계수가 10.0㎛/m-℃ ~ 14.0 ㎛/m-℃이고, 연속사용온도가 315℃ ~ 387℃인 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 만약, 유리전이온도가 143℃ 보다 낮은 경우에는 부시베어링이 변형 될 수 있으므로 가급적 유리전이온도는 140℃ 이상인 것이 바람직할 수 있다. 또, 압축강도는 본 실시예에서 사용되는 부시베어링이 수MPa 정도의 베어링 하중을 받지만 부분적으로 수배 ~ 수십배 수준의 집중 하중이 받을 수 있으므로 높은 수준의 압축 강도를 가지고 있어야 한다. 따라서, 피크 재질이면서 대략 240MPa ~ 310MPa 정도의 압축강도를 가지는 것이 바람직할 수 있다. 또, 인장강도는 일정 수준이상 형성 되어야 압입용 부시베어링으로 사용 할 수 있는데, 피크 재질인 경우 인장강도가 224MPa ~ 270MPa 정도가 바람직할 수 있다. 또, 파단연신율이 너무 작은 소재는 압입대를 잡기가 곤란하므로 대략 1% 이상, 1.7% ~ 2.0% 정도의 소재가 적당할 수 있다. 또, 열팽창 계수가 상대물 보다 일정 수준 이상 작으면 소성 변형 발생 우려가 있으므로 본 실시예와 같은 피크 재질인 경우 대략 열팽창계수가 10.0㎛/m-℃ ~ 14.0 ㎛/m-℃인 것이 바람직할 수 있다. 또, 사용온도가 200℃ 이하이면 장기간 사용시 수명 보증이 어려울 수 있으므로 본 실시예와 같은 피크 재질인 경우 연속사용온도가 315℃ ~ 387℃의 소재가 바람직할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 부시베어링의 각종 피크 시료에 대한 온도에 따른 인장강도를 보인 그래프이다.

이를 보면, 시료①보다 인장강도가 큰 시료③의 경우는 온도에 따른 인장강도가 너무 커서 압입 작업을 위해 연신율을 높여야 되고 이로 인해 압축기의 운전시 부시베어링(200)이 쉽게 탈거될 수 있다. 반면, 시료①보다 인장강도가 낮은 시료④ 또는 시료⑤의 경우는 온도에 따른 인장강도가 낮아 압축기의 운전시 부시베어링(200)이 쉽게 벌어져 탈거될 수 있고, 이를 감안하여 시료④ 또는 시료⑤의 경우는 부시베어링(200)의 내경을 작게 형성하여야 하지만 그러면 압입 작업를 고려하여 압입대를 과도하게 늘려야 하므로 소성 변형이 발생될 수 있다. 따라서, 인장강도와 소성변형 등을 고려하면 시료① 또는 시료②와 같은 인장강도를 갖는 피크 재질을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 부시베어링(200)으로 시료① 또는 시료②와 같은 피크재질를 사용하는 경우 그 압입량 역시 신뢰성 측면에서 중요한 인자가 될 수 있다. 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 선회스크롤과 부시베어링의 열팽창 계수에 따른 변형량 차이를 보인 것으로, 도 11은 열팽창 계수가 동일한 경우이고, 도 12는 부시베어링의 열팽창 계수가 선회스크롤의 열팽창 계수에 비해 5배 큰 경우를 보인 그래프이다.

예를 들어, 상기 보스부(153)와의 열팽창 계수가 동일한 경우에는 이상적으로는 부시베어링(200)를 굳이 보스부(153)에 압입할 필요가 없다. 왜냐면 부시베어링(200)이 보스부(153)에 삽입만 되더라도 상기 보스부(153)와 부시베어링(200)의 열팽창율이 동일하여 부시베어링(200)이 탈거되지 않기 때문이다. 하지만, 실제로는 보스부와 부시베어링의 열팽창 계수를 동일하게 하더라도 압축기의 운전 중에는 원심력 등에 의해 부시베어링이 벌어지게 되므로 부시베어링은 열팽창을 고려한 압입량이 필요하게 된다. 예를 들어, 시료① 또는 시료②의 경우는 열팽창량이 보스부 대비 대략 1.35배 또는 그 이상이 되므로 부시베어링(200)의 압입량은 대략 20~220㎛ 이내의 범위내에서 압입을 하는 것이 바람직할 수 있다.

도 11과 같이, 부시베어링(200)이 시료① 또는 시료②의 경우 그 부시베어링(200)과 보스부(153)의 열팽창 계수가 동일하더라도 압축기 구동온도가 높아짐에 따라 상기 부시베어링(200)의 변형량이 보스부(153)의 변형량보다 작게나마 점진적으로 증가하게 된다. 따라서 상기 부시베어링(200)의 필요 압입량을 20㎛ 정도 확보하는 것이 바람직할 수 있다.

하지만, 도 12와 같이 부시베어링(200)이 앞선 실시예와 동일한 경우 부시베어링(200)의 열팽창 계수가 보스부(153)의 열팽창 계수보다 5배 정도 크게 형성하는 경우에는 상기 부시베어링(200)의 변형량이 보스부(153)의 변형량보다 앞선 실시예에 비해 훨씬 큰 폭으로 증가하게 된다. 따라서 이 경우에는 필요 압입량을 220㎛ 정도 확보하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기와 같이 보스부(153)와 부시베어링(200)의 재질적 특성을 고려하여 부시베어링(200)의 성분비(모델)나 내경을 한정할 수도 있지만, 기구적으로도 부시베어링(200)을 보스부(153)에 고정할 수도 있다.

도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 부시베어링을 보스부에 결합하기 위한 다른 실시예를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 선회스크롤(150)의 보스부(153)에 삽입되는 부시베어링(200)의 하단을 지지하여 보스부(153)에 고정하도록 고정부재(300)가 더 구비될 수 있다. 상기 고정부재(300)는 부시베어링(200)의 하단 전체를 지지하도록 원판 모양으로 형성될 수도 있지만, 굳이 부시베어링(200)의 하단 전체를 지지하지 않고 그 부시베어링(200)의 하단을 횡단하여 보스부(153)의 양단에서 지지하도록 장방형으로 형성될 수도 있다.

그리고 상기 고정부재(300)는 그 중앙부를 볼트로 보스부(153)에 체결하거나 용접하여 고정할 수도 있으며, 상기 고정부재(300)의 바닥부(310) 양단에서 주벽부(320)를 절곡 형성하여 그 절곡된 주벽부(320)를 부시베어링(200)의 외주면에 밀착시킨 상태에서 볼트(350)로 고정하거나 바닥부를 보스부(153)의 저면에 용접(360)으로 고정할 수도 있다.

그리고 상기 고정부재(300)는 그 양단이 절곡되어 상기 부시베어링(200)의 외주면에 밀착되는 경우에는 상기 부시베어링(200)의 외주면에 상기 주벽부(320)가 삽입되도록 피난홈(221)이 주벽부(320)의 두께보다 깊게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링(200)의 하단은 개구된 형상으로 형성될 수도 있지만 경우에 따라서는 캡 형상과 같이 막힌 모양으로 형성되어 보스부(153)에 압입될 수도 있다.

한편, 도 13에서와 같이, 상기 부시베어링(200)을 원심력 방향으로 구속하기 위해 선회스크롤(150)의 경판부(151)와 보스부(153)가 만나는 지점에 베어링 삽입홈(155)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 베어링 삽입홈(155)에 부시베어링(200)의 상단을 끼워 삽입함에 따라 부시베어링(200)의 외주면이 밀착되면서 구속되어 외부로 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 도 7과 같이 상기 부시베어링(200)의 내주면과 보스부(153)의 외주면에 각각 돌기(222)와 홈(156)이 형성되어 후크 조립될 수도 있다.

한편, 상기 부시베어링(200)은 그 내주면이 원형으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 도 15와 같이, 다각형 모양으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 보스부(153)의 외주면 역시 부시베어링(200)의 내주면과 대응하도록 다각형 모양으로 형성될 수 있다. 이로써, 상기 부시베어링은 보스부에 대해 겉돌지 않게 되어 압입강도 또는 연신율을 좀더 낮출 수 있다.

한편, 본 실시예에 의한 부시베어링의 형상에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다. 도 16 및 도 17은 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 부시베어링에 대한 다른 실시예를 보인 분해 사시도 및 결합된 종단면도이다.

즉, 전술한 실시예에서는 부시베어링이 단일한 부품으로 형성되는 것이었으나, 본 실시예에서는 부시베어링(200)이 보스부에 압입되는 고정부시(210) 및 상기 고정부시의 외주면에 삽입되는 윤활부시(220)로 이루어질 수 있다.

상기 고정부시(210)는 보스부(153)와 동일한 금속재질이나 유사한 물성치를 가지는 금속재질로 형성될 수 있다. 물론, 상기 고정부시(210)는 금속재질로 한정되지 않고 적어도 윤활부시(220)보다는 큰 강성을 가지는 재질이면 족할 수 있다.

그리고 상기 고정부시(210)는 보스부(153)에 압입되어야 하므로 환형 단면 형상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 윤활부시(220)는 전술한 실시예에서 설명한 단일 부품으로서의 부시베어링(200)과 같은 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 윤활부시(220)는 고정부시(210)의 외주면에 삽입되어 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 윤활부시(220)는 고정부시(210)의 외주면에 압입되거나 접착제를 이용하여 부착될 수 있다. 하지만, 상기 윤활부시(220)는 금형을 이용하여 고정부시(210)의 외주면에 인서트 사출로 형성되는 것이 압축기의 구동시 높은 온도 변화에 대해서도 안정적인 결합력을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 부시베어링의 치수 변화를 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

다만, 상기 윤활부시(220)가 고정부시(210)에 압입되는 경우에는 전술한 실시예와 같이 슬릿(slit)이 없는 환형 단면의 부시 모양으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 상기 윤활부시(220)가 슬릿이 있는 스냅링 모양으로 형성되는 경우에는 상기 윤활부시(220)가 연신되었다가 가해진 힘이 제거되었을 때 복원이 되지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 윤활부시(220)가 고정부시(210)에 압입 결합되는 경우에는 윤활부시가 슬릿이 없는 구조로 형성되어야 한다.

아울러, 상기 윤활부시(220)가 고정부시(210)에 사출되어 결합되는 경우에는, 사출된 윤활부시(220)가 열수축하면서 고정부시(210)와의 결합력이 높아지고, 금속재질의 고정부시(210)가 보스부(153)에 높은 압입대로 압입 결합될 때 변형이 발생되지 않으면서 보스부(153)와의 결합력이 높아질 수 있다.

여기서, 상기 윤활부시(220)가 고정부시(210)에 견고하게 고정되기 위해서는 상기 윤활부시(220)의 열팽창 계수가 고정부시(210)의 열팽창 계수보다 작거나 같도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 윤활부시(220)의 재질은 전술한 실시예와 같은 재질, 즉 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재인 피크(Polyether ether ketone ; PEEK) 재질로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이 피크 재질로 윤활부시를 형성할 경우, 고정부시(210) 및 윤활부시(220)의 열팽창 계수, 윤활부시(220)의 최대 또는 최소 압입대 등을 적절하게 고려하여 구체적인 소재를 선정하여야 운전 중에 윤활부시(220)가 고정부시(210)에서 탈거되지 않고 원활하게 베어링 역할을 할 수 있다. 하지만, 고정부시(210)가 보스부(153)와 대략 동일한 열팽창율을 가지므로 윤활부시(220)는 전술한 실시예의 부시베어링과 동등한 수준의 재질을 선택할 수 있다.

한편, 이 외에도, 윤활부시(220)가 고정부시(210)의 외주면에 소정의 두께만큼 코팅되어 형성되는 등 그 방식은 다양할 수 있다. 도 18은 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 부시베어링에 대한 또다른 실시예를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 베어링부재(200)의 두께가 최소화 되어 프레임의 축수구멍이 최소화 될 수 있다. 이에 의하여, 접촉면적 축소에 따른 마찰손실이 감소되어 압축기 효율이 증가될 수 있을 뿐만 아니라 선회스크롤(150)의 무게를 최소화할 수 있다.

120 : 구동모터 123 :크랭크축
123b : 메인베어링부 123d : 보스결합홈
130 : 메인프레임 131 : 축수구멍
140 : 고정스크롤 142 : 경판부
142 : 고정랩 150 : 선회스크롤
152 : 선회랩 153 : 보스부
155 : 베어링 삽입홈 156 : 요철돌기
200 : 베어링부재(부시베어링) 210 : 고정부시
220 : 윤활부시 221 : 피난홈
222 : 요철홈 300 : 고정부재
D : 보스결합홈의 직경 d : 보스부의 외경
a : 최소두께

Claims

크랭크축의 보스결합홈과 상기 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 상기 크랭크축을 통해 회전력을 전달받는 부재의 보스부 사이에 구비되며 상기 보스부의 외주면에 삽입되어 지지되는 압축기용 부시베어링에 있어서,
상기 압축기용 부시베어링은 전체가 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재가 환형 단면 형상으로 형성되어, 상기 보스부의 외주면에 압입되어 고정되는 윤활부시를 포함하며,
상기 윤활부시의 열팽창 계수가 상기 고정부시의 열팽창 계수에 비해 1.0배보다 크고 5.0배보다 작은 소재로 형성되고,
상기 윤활부시의 최대 응력은 그 윤활부시를 이루는 소재가 가진 항복응력의 50% 이하가 되며,
상기 윤활부시의 최대 연신율은 그 윤활부시를 이루는 소재가 가진 파단 연신율의 50% 이하가 되고,
상기 윤활부시의 최대 압입대는 그 윤활부시를 이루는 플라스틱 소재가 가진 최대 연신율의 50% 이하가 되도록 형성되며,
상기 윤활부시가 보스부 또는 고정부시에 압입된 상태에서의 상기 윤활부시의 최소 압입대는 상기 윤활부시의 최대 압입대 대비 5% ~ 15% 만큼 작은 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
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크랭크축의 보스결합홈과 상기 크랭크축의 보스결합홈에 삽입되어 상기 크랭크축을 통해 회전력을 전달받는 부재의 보스부 사이에 구비되며 상기 보스부의 외주면에 삽입되어 지지되는 압축기용 부시베어링에 있어서,
상기 압축기용 부시베어링은,
상기 보스부에 삽입되어 결합되는 고정부시; 및
상기 고정부시의 외주면에 삽입되어 결합되는 윤활부시;를 포함하고,
상기 윤활부시는 전체가 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재가 환형 단면 형상으로 형성되며,
상기 윤활부시의 열팽창 계수가 상기 고정부시의 열팽창 계수에 비해 1.0배보다 크고 5.0배보다 작은 소재로 형성되고,
상기 윤활부시의 최대 응력은 그 윤활부시를 이루는 소재가 가진 항복응력의 50% 이하가 되며,
상기 윤활부시의 최대 연신율은 그 윤활부시를 이루는 소재가 가진 파단 연신율의 50% 이하가 되고,
상기 윤활부시의 최대 압입대는 그 윤활부시를 이루는 플라스틱 소재가 가진 최대 연신율의 50% 이하가 되도록 형성되며,
상기 윤활부시가 보스부 또는 고정부시에 압입된 상태에서의 상기 윤활부시의 최소 압입대는 상기 윤활부시의 최대 압입대 대비 5% ~ 15% 만큼 작은 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
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제1항 또는 제12항에 있어서,
상기 윤활부시의 유리전이온도(glass transition temperature)는 압축기 구동온도보다 높은 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
제1항 또는 제12항에 있어서,
상기 윤활부시는 피크(Polyether ether ketone ; PEEK) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
제1항 또는 제12항에 있어서,
상기 윤활부시는 유리전이온도(glass transition temperature)가 섭씨 143℃ 내지 162℃이며, 압축강도(compressive strength)가 240MPa ~ 310MPa이고, 인장강도(tensile strength, ultimate)가 224MPa ~ 270MPa이며, 파단연신율(elongation at break)이 1.7% ~ 2.0%이고, 열팽창계수(CTE, linear)가 10.0㎛/m-℃ ~ 14.0㎛/m-℃이며, 연속사용온도(Maximum Service Temperature, Air)가 315℃ ~ 387℃인 소재로 된 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
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제12항에 있어서,
상기 윤활부시의 내주면과 상기 고정부시의 외주면 사이에는 미끄럼방지돌기와 미끄럼방지홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
제1항에 있어서,
상기 윤활부시의 내주면과 상기 보스부의 외주면 사이에는 미끄럼방지돌기와 미끄럼방지홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 부시베어링.
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밀폐용기;
상기 밀폐용기에 고정 결합되고, 축수구멍이 형성되는 프레임;
상기 프레임에 고정 결합되고, 고정랩이 형성되는 고정스크롤;
상기 프레임에 경판부가 지지되고, 상기 고정랩에 맞물려 연속으로 이동하는 압축공간을 이루는 선회랩이 상기 경판부의 일측면에 형성되며, 상기 축수구멍 방향으로 돌출되어 구동모터의 회전력을 전달받는 보스부가 상기 경판부의 타측면에 형성되는 선회스크롤;
상기 선회스크롤의 보스부가 삽입되어 결합되는 보스결합홈이 형성되고, 상기 구동모터의 회전력을 상기 선회스크롤에 전달하는 크랭크축; 및
상기 보스부와 상기 보스결합홈 사이에 구비되고, 부시베어링이 구비되고, 상기 부시베어링은 제1항, 제12항, 제23항 및 제24항 중 어느 한 항으로 된 압축기용 부시베어링으로 형성되며,
상기 경판부와 보스부가 접하는 부위에는 상기 부시베어링의 일단이 삽입되도록 환형으로 된 베어링 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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제26항에 있어서,
상기 베어링 삽입홈은 그 베어링 삽입홈의 내주면이 압축기의 구동온도에서 상기 부시베어링의 외주면과 밀착되는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제26항에 있어서,
상기 보스부의 축방향 하단에는 상기 부시베어링을 상기 보스부에 고정하는 고정부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제29항에 있어서, 상기 고정부재는,
상기 부시베어링의 하단을 횡단하는 바닥부; 및
상기 바닥부의 양단으로부터 돌출되어 상기 부시베어링에 고정되는 적어도 두 개의 주벽부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제30항에 있어서,
상기 부시베어링의 외주면에는 상기 주벽부가 삽입되도록 피난홈이 형성되고,
상기 피난홈은 상기 주벽부의 두께보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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제26항에 있어서,
상기 보스결합홈은 축중심에 대해 편심지게 형성되고,
상기 선회스크롤의 보스부 직경(d)을 기준으로 할 때, 부시베어링의 외주면에서 보스결합홈의 내주면까지의 최소간격(a)이 d/20 < a < d/4 의 범위에 해당하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.