KR102206102B1 - Rotary compressor having a combined vane-roller structure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결합형 베인-롤러 구조를 가지는 로터리 압축기에서 베인의 재료 및 제조 방법의 제어를 통해 생산성과 신뢰성을 향상시킨 로터리 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 압축 공간을 포함하는 실린더; 상기 실린더 내에서 냉매를 압축하는 환형 형상의 롤러; 상기 압축 공간 내에서 흡입 공간과 압축 공간을 나누고 상기 롤러와 결합되는 베인;을 포함하며, 상기 베인은 질소 화합물을 포함하는 백색층의 표면을 가지는, 로터리 압축기를 제공한다.
The present invention relates to a rotary compressor having improved productivity and reliability through control of a vane material and a manufacturing method in a rotary compressor having a combined vane-roller structure.
According to the present invention, a cylinder including a compression space; An annular roller for compressing a refrigerant in the cylinder; And a vane that divides a suction space and a compression space within the compression space and is coupled to the roller, wherein the vane has a surface of a white layer containing a nitrogen compound, and provides a rotary compressor.

Description

결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기{ROTARY COMPRESSOR HAVING A COMBINED VANE-ROLLER STRUCTURE}Rotary compressor of combined vane-roller structure {ROTARY COMPRESSOR HAVING A COMBINED VANE-ROLLER STRUCTURE}

본 발명은 결합형 베인-롤러 구조를 가지는 로터리 압축기에서 베인의 소재 특성을 제어함으로써 내마모성과 신뢰성을 향상시킨 로터리 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary compressor having improved wear resistance and reliability by controlling the material properties of vanes in a rotary compressor having a combined vane-roller structure.

일반적으로 압축기는 냉매를 압축하는 장치를 말한다. 압축기는 왕복동식, 원심식, 베인식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.In general, a compressor refers to a device that compresses a refrigerant. Compressors can be classified into reciprocating type, centrifugal type, vane type, and scroll type.

이 중 로터리 압축기는 실린더의 압축 공간에서 편심 회전 운동하는 롤러(또는 롤링 피스톤이라 한다)와 상기 롤러의 외주면에 접하여 상기 실린더의 압축 공간을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식을 이용하는 압축기이다.Among them, the rotary compressor compresses the refrigerant using a roller (or rolling piston) that rotates eccentrically in the compression space of the cylinder and a vane that divides the compression space of the cylinder into a suction chamber and a discharge chamber by contacting the outer circumferential surface of the roller. It is a compressor that uses.

종래의 로터리 압축기에서는 상기 롤러와 상기 베인 사이로 냉매가 누설되어 압축기의 성능이 저하되는 문제가 있었다. In a conventional rotary compressor, there is a problem in that a refrigerant leaks between the roller and the vane, thereby deteriorating the performance of the compressor.

최근 들어 상기 롤러와 베인 사이의 누설을 해결하고자 상기 베인이 상기 롤러에 삽입되어 결합된 구조의 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기가 소개되었다.Recently, in order to solve the leakage between the roller and the vane, a rotary compressor having a combined vane-roller structure in which the vane is inserted into the roller and coupled has been introduced.

결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 종래의 롤러는 통상적으로 샤프트(shaft)나 엑슬(axles) 등의 높은 스트레스를 받는 부품에 적용되며 Ni-Cr-Mo 강이라 일컬어지는 SNCM 815 강(KS D3867 또는 JIS G4053에서 스펙이 규정됨)을 열처리하여 제조된다. 상기 SNCM 815 강은 통상 담금질과 템퍼링의 열처리를 통해 강도와 인성을 조절하여 사용된다. 그 결과 담금질 후 템퍼링 된 종래의 롤러는 통상 비커스 경도 기준 약 550Hv 정도의 높은 경도를 가진다.In the rotary compressor of the combined vane-roller structure, the conventional rollers are usually applied to parts subject to high stress such as shafts and axles, and SNCM 815 steel (KS D3867), which is called Ni-Cr-Mo steel. Or, it is manufactured by heat treatment (specified in JIS G4053). The SNCM 815 steel is usually used by controlling strength and toughness through heat treatment of quenching and tempering. As a result, the conventional roller, which is tempered after quenching, usually has a high hardness of about 550 Hv based on the Vickers hardness.

그런데 상기 Ni-Cr-Mo 강이 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기의 롤러에 적용되면, 베인이 결합되는 롤러의 결합 홈부의 가공이 매우 어려워지는 문제가 있었다. However, when the Ni-Cr-Mo steel is applied to a roller of a rotary compressor having a combined vane-roller structure, there is a problem that it becomes very difficult to process the coupling groove of the roller to which the vanes are joined.

구체적으로 살펴보면, 도 1과 같은 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 베인(350)이 결합되는 롤러(340)의 결합 홈부(341)는 방전 가공 또는 와이어 가공을 이용하여 형상이 구현된다. 상기 Ni-Cr-Mo 강은 롤러의 내구성을 위해 높은 경도를 가지도록 열처리 되고 상기 Ni-Cr-Mo 강의 높은 경도는 방전 또는 와이어 가공 이외의 통상적인 기계 가공의 적용을 어렵게 하기 때문이다. Specifically, in the rotary compressor of the combined vane-roller structure as shown in FIG. 1, the coupling groove 341 of the roller 340 to which the vanes 350 are coupled is implemented using electric discharge machining or wire machining. This is because the Ni-Cr-Mo steel is heat treated to have high hardness for durability of the roller, and the high hardness of the Ni-Cr-Mo steel makes it difficult to apply conventional mechanical processing other than electric discharge or wire processing.

종래의 롤러 소재로 사용되는 상기 Ni-Cr-Mo 강의 높은 경도는 다시 롤러의 결합 홈부와 결합되는 베인에도 직접적인 영향을 미친다. The high hardness of the Ni-Cr-Mo steel used as a conventional roller material directly affects the vanes that are again combined with the coupling groove of the roller.

일반적으로 서로 접촉하여 운동하는 물체 사이에는 항상 마찰(friction) 현상이 발생한다. 이 때 접촉면에서 물체의 운동을 방해하는 힘을 마찰력이라 하며 상기 마찰력은 물체의 질량, 물체의 표면 조도 등의 물리적 요인 뿐만 아니라 표면 경도(hardness)와 같은 물체가 가지는 물성에 의해서도 영향을 받는다.In general, friction always occurs between objects moving in contact with each other. At this time, the force that interferes with the motion of the object on the contact surface is called frictional force, and the frictional force is affected not only by physical factors such as mass of the object and surface roughness of the object, but also by physical properties of the object such as surface hardness.

종래 롤러 소재인 상기 Ni-Cr-Mo 강의 높은 경도는 롤러와 결합되는 베인도 높은 경도를 가질 것을 요구한다. 특히 베인(350)은 실린더(310) 내의 베인 슬롯(312) 내에서 왕복 운동을 하는 부품이므로 롤러(340) 보다 높은 경도가 요구된다. 따라서 종래의 베인(350)의 높은 표면 경도는 다시 베인의 가공을 더욱 어렵게 하여 압축기의 생산성을 저하시키는 문제를 발생시킨다.The high hardness of the Ni-Cr-Mo steel, which is a conventional roller material, requires that the vanes combined with the roller also have high hardness. In particular, since the vane 350 is a component that reciprocates within the vane slot 312 in the cylinder 310, a higher hardness than the roller 340 is required. Therefore, the high surface hardness of the conventional vane 350 makes it more difficult to process the vane again, resulting in a problem of lowering the productivity of the compressor.

또한 종래의 베인(350)은 높은 표면 경도를 가지기 위해 통상 열처리 후 급냉(quench) 및 템퍼링 공정을 거친다. 종래의 베인은 상기 급냉 공정 동안 마르텐사이트 변태를 일으켜 기지(matrix)가 마르텐사이트 미세조직을 가진다. 상기 마르텐사이트 변태는 surface relief를 수반하는데 그 결과 베인 형상의 변형을 초래하게 된다. 따라서 종래의 베인은 상기 열처리 후 반드시 후속 가공 및 정형 공정을 필요로 한다. 결국 종래의 베인은 제조 공정 상 생산성이 크게 저하되는 문제점을 필연적으로 가질 수 밖에 없다.In addition, the conventional vane 350 generally undergoes a quench and tempering process after heat treatment to have high surface hardness. Conventional vanes cause martensite transformation during the quenching process, so that the matrix has a martensite microstructure. The martensitic transformation involves surface relief, resulting in a deformation of the vane shape. Therefore, the conventional vane necessarily requires a subsequent processing and shaping process after the heat treatment. As a result, conventional vanes inevitably have a problem in that productivity is greatly reduced in the manufacturing process.

한편 상기 베인(350)의 높은 경도는 다시 베인(350)과 베인 슬롯(312)에서 마찰을 일으키는 실린더(310)의 마모 특성에도 영향을 미친다.Meanwhile, the high hardness of the vane 350 also affects the wear characteristics of the cylinder 310 causing friction between the vane 350 and the vane slot 312 again.

일반적으로 GC 250과 같은 회주철(grey iron)이 로터리 압축기의 실린더용 재료로 주로 사용된다. 상기 GC 250 회주철은 KS 규격의 명칭이며 Vickers 경도로 환산 시 대략 Hv 250 정도의 표면 경도를 가진다. 상대적으로 무른(soft) 실린더와 상대적으로 딱딱한(hard) 베인이 베인 슬롯에서 마찰을 일으키면, 상대적으로 딱딱한 베인의 표면 경도는 상대적으로 무른 실린더의 마모 특성을 결정하는 주요 요인이 된다. 따라서 기존의 베인의 높은 표면 경도는 다시 실린더에서의 마모를 유발하고 그 결과 압축기의 수명과 신뢰성을 저하시키는 문제를 유발한다.In general, gray iron such as GC 250 is mainly used as a material for cylinders of rotary compressors. The GC 250 gray cast iron is the name of the KS standard and has a surface hardness of approximately Hv 250 when converted to Vickers hardness. When a relatively soft cylinder and a relatively hard vane cause friction in the vane slot, the surface hardness of the relatively hard vane becomes a major factor in determining the wear characteristics of the relatively soft cylinder. Therefore, the high surface hardness of the existing vane causes abrasion in the cylinder again, resulting in a problem of deteriorating the life and reliability of the compressor.

본 발명의 목적은 결합형 롤러-베인 압축기에서 베인의 재료 및 제조 방법을 변경하여 베인의 표면 경도를 제어함으로써 베인 및 실린더의 내마모성을 향상시킬 수 있는 로터리 압축기를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a rotary compressor capable of improving the wear resistance of vanes and cylinders by controlling the surface hardness of the vanes by changing the material and manufacturing method of the vanes in the combined roller-vane compressor.

본 발명의 다른 목적은 결합형 롤러-베인 압축기에서 롤러 및 베인에 새로운 재료 및 제조 방법을 적용하여 롤러 및 베인의 표면 경도를 제어함으로써 롤러와 베인에서의 내마모성을 향상시킬 수 있는 로터리 압축기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a rotary compressor capable of improving wear resistance in rollers and vanes by controlling the surface hardness of rollers and vanes by applying new materials and manufacturing methods to rollers and vanes in a combined roller-vane compressor. will be.

더 나아가 본 발명은 롤러 및 베인 제조에 있어 새로운 재료 및 제조 방법을 적용함으로써 롤러 및 베인의 정밀 가공이 용이하고 생산성이 우수한 로터리 압축기의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Furthermore, it is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a rotary compressor having easy precision processing of rollers and vanes and excellent productivity by applying new materials and manufacturing methods in manufacturing rollers and vanes.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로터리 압축기는 질소 화합물을 포함하는 백색층의 표면을 가지는 베인과 롤러가 결합된 압축기이다.The rotary compressor according to the present invention for solving the above-described problems is a compressor in which a vane and a roller having a surface of a white layer containing a nitrogen compound are combined.

상기 베인은 상기 롤러와 결합하는 노즈부와 실린더 내부를 왕복 운동하는 베인 스템을 포함한다.The vane includes a nose portion coupled to the roller and a vane stem reciprocating within the cylinder.

상기 노즈부 및/또는 상기 베인 스템의 베인 측면부 상에 상기 백색층이 위치할 수 있다.The white layer may be positioned on the nose portion and/or the vane side portion of the vane stem.

상기 베인은 베어링 강으로 형성될 수 있고, SUJ2 강이 바람직하다.The vanes may be formed of bearing steel, and SUJ2 steel is preferred.

상기 베인 측면부와 상기 실린더와의 경도 값의 차이는 비커스 경도 기준 450~650 Hv 인 것이 바람직하다.It is preferable that the difference in hardness value between the side surface of the vane and the cylinder is 450 to 650 Hv based on the Vickers hardness.

상기 롤러는 환형 형상이고 상기 베인의 노즈부와 결합되는 결합 홈부를 외주면에 포함한다.The roller has an annular shape and includes a coupling groove portion coupled to the nose portion of the vane on an outer peripheral surface.

상기 결합 홈부는 ferrosoferric oxide(Fe3O4) 막을 포함한다.The coupling groove includes a ferrosoferric oxide (Fe 3 O 4 ) film.

상기 결합 홈부는 Hv 기준 150~300의 경도를 가지는 것이 바람직하다.It is preferable that the coupling groove has a hardness of 150 to 300 based on Hv.

상기 베인과 상기 롤러의 경도 값의 차이가 비커스 경도 기준 500~700 Hv인 것이 바람직하다.It is preferable that the difference between the hardness value of the vane and the roller is 500 to 700 Hv based on the Vickers hardness.

상기 롤러는 소결에 의해 형성되는 강으로 이루어 진다.The roller is made of steel formed by sintering.

바람직하게는 상기 롤러의 재질은 SMF 4040 강으로 이루어 진다.Preferably, the material of the roller is made of SMF 4040 steel.

본 발명에 따른 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 롤러와 베인 사이의 면접촉을 확보할 수 있다. 그 결과 본 발명의 로터리 압축기는 종래의 롤러-베인 구조의 로터리 압축기보다 낮은 경도를 가지는 베인과 롤러를 사용할 수 있다.The rotary compressor of the combined roller-vane structure according to the present invention can secure surface contact between the roller and the vane. As a result, the rotary compressor of the present invention can use vanes and rollers having lower hardness than the conventional roller-vane rotary compressor.

나아가 본 발명의 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 낮은 경도를 가지는 베인 및/또는 로터를 적용함으로써 베인과 실린더 사이 그리고 베인과 로터 사이에서의 향상된 내마모 특성을 가질 수 있다. 이로 인해 본 발명의 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 신뢰성 및 수명이 크게 향상되는 효과를 가진다.Further, the rotary compressor of the combined roller-vane structure of the present invention may have improved wear resistance characteristics between the vane and the cylinder and between the vane and the rotor by applying a vane and/or a rotor having a low hardness. For this reason, the rotary compressor of the combined roller-vane structure of the present invention has the effect of greatly improving reliability and life.

또한 본 발명의 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 낮은 경도를 가지는 베인을 적용함으로써 베인 제조 시 산화 및 변형을 방지할 수 있고 더 나아가 후속 가공 내지는 정형 공정을 요구하지 않는다. 그 결과 본 발명의 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 생산성이 크게 향상되는 효과를 가진다.In addition, the rotary compressor of the combined roller-vane structure of the present invention can prevent oxidation and deformation during manufacture of the vane by applying a vane having a low hardness, and further, does not require a subsequent processing or shaping process. As a result, the combined roller-vane structure of the rotary compressor of the present invention has an effect of greatly improving productivity.

더 나아가 본 발명의 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 롤러의 경도를 낮춤으로써 롤러의 가공을 보다 용이하게 할 수 있어 생산성이 크게 향상되는 효과를 가진다.Furthermore, the rotary compressor of the combined roller-vane structure of the present invention has the effect of greatly improving productivity since it is possible to more easily process the roller by lowering the hardness of the roller.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the present invention.

도 1은 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기를 도시한 단면도이다.
도 2는 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기의 압축부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러의 단면의 형상을 보여주는 단면도 및 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베인의 형상을 도시한 사시도이다.
도 5는 종래의 SUS 440 강의 열처리 후와 본 발명의 일 실시예에 따른 SUJ2 강의 질화 처리 후의 베인 표면에서의 깊이에 따른 경도 차이를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러의 제조 방법의 단계를 나타낸 모식도이다.
도 7은 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 베인과 실린더의 경도 차이에 따른 베인과 실린더의 마모량을 도시한 것이다.
도 8은 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 베인과 롤러의 경도 차이에 따른 베인과 롤러의 마모량을 도시한 것이다.
1 is a cross-sectional view showing a rotary compressor of a combined vane-roller structure.
2 is a perspective view showing a compression part of a rotary compressor of a combined vane-roller structure.
3 is a cross-sectional view and a photograph showing a cross-sectional shape of a roller according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing the shape of a vane according to an embodiment of the present invention.
5 shows the difference in hardness according to the depth at the vane surface after heat treatment of the conventional SUS 440 steel and after nitriding treatment of the SUJ2 steel according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing the steps of a method of manufacturing a roller according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the wear amount of the vane and the cylinder according to the difference in hardness between the vane and the cylinder in the rotary compressor of the combined vane-roller structure.
8 is a view showing the amount of wear of the vane and the roller according to the difference in hardness between the vane and the roller in the rotary compressor of the combined vane-roller structure.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. Hereinafter, it means that an arbitrary component is disposed on the "top (or lower)" of the component or the "top (or lower)" of the component, the arbitrary component is arranged in contact with the top (or bottom) of the component. In addition, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. In addition, when a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are "interposed" between each component. It is to be understood that "or, each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.

이하 본 발명의 로터리 압축기를 실시예들을 참고로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the rotary compressor of the present invention will be described in detail with reference to embodiments.

도 1 및 2는 각각 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기를 도시한 단면도와 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기의 압축부를 도시한 사시도이다.1 and 2 are a cross-sectional view showing a rotary compressor having a combined vane-roller structure and a perspective view showing a compression unit of a rotary compressor having a combined vane-roller structure, respectively.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이 결합형 베인-롤러 구조를 가지는 로터리 압축기는 밀폐용기(100)의 내부 공간에 전동부(200)와 압축부(300)가 함께 위치한다.1 and 2, a rotary compressor having a combined vane-roller structure has an electric unit 200 and a compression unit 300 located together in an inner space of the hermetic container 100.

상기 전동부(200)는 코일이 권선되어 밀폐용기(100)에 고정 설치되는 고정자(210)와 상기 고정자(210)의 내측에 회전 가능하게 위치하는 회전자(220)와 상기 회전자(220)에 압입되어 회전자와 함께 회전하는 크랭크축(230)을 포함한다.The electric unit 200 includes a stator 210 fixedly installed in the sealed container 100 by winding a coil, a rotor 220 and the rotor 220 rotatably positioned inside the stator 210 It is press-fit into and includes a crankshaft 230 that rotates with the rotor.

한편 압축부(300)는 환형으로 형성되는 실린더(310)와 상기 실린더(310)의 상부에 위치하는 상부 베어링(320, 또는 메인 베어링)과 상기 실린더(310)의 하측을 복개하는 하부 베어링(330, 또는 서브 베어링)과 상기 크랭크축(230)의 편심부에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(310)의 내주면에 접하고 상기 실린더(310)의 압축 공간에 배치되는 롤러(340)와 상기 롤러(340)에 결합되어 상기 실린더(310)에 위치하는 베인 슬롯(312)에서 직선으로 왕복 운동하도록 위치하는 베인(350)을 포함한다.Meanwhile, the compression unit 300 includes a cylinder 310 formed in an annular shape, an upper bearing 320 (or a main bearing) positioned above the cylinder 310, and a lower bearing 330 covering the lower side of the cylinder 310. , Or a sub-bearing) and a roller 340 and the roller 340 which are rotatably coupled to the eccentric portion of the crankshaft 230 to contact the inner circumferential surface of the cylinder 310 and disposed in the compression space of the cylinder 310 ) And a vane 350 positioned to reciprocate in a straight line in the vane slot 312 positioned in the cylinder 310.

상기 압축부(300)는 다시 상기 베인(350)을 기준으로, 도 2에서의 베인(350)의 왼쪽 부분에 흡입 공간('S')이 위치하고 베인(350)의 오른쪽 부분에 압축 공간('P')이 위치한다. 따라서 상기 베인(350)은 롤러와 결합되어 물리적으로 그리고 안정적으로 흡입 공간과 압축 공간을 분리할 수 있다.The compression unit 300 is again based on the vane 350, the suction space ('S') is located in the left portion of the vane 350 in FIG. 2 and the compression space (' P') is located. Accordingly, the vane 350 may be physically and stably separated from the suction space and the compression space by being combined with the roller.

이 때 상기 실린더(310)에는 그 일 측에 압축 반경 방향으로 냉매 흡입을 위한 흡입구(311)가 반경 방향으로 위치된다. 또한 상기 실린더(310)에는 상기 베인(350)이 삽입되는 베인 슬롯(312)이 반경 방향으로 위치된다. 한편 상부 베어링(320)의 일측에는 상기 압축 공간('P')에서 압축되는 냉매가 밀폐용기(100)의 내부 공간으로 토출되도록 토출구(321)가 위치한다.At this time, in the cylinder 310, a suction port 311 for suctioning the refrigerant in the compression radial direction is disposed on one side thereof in the radial direction. In addition, a vane slot 312 into which the vane 350 is inserted is positioned in the radial direction in the cylinder 310. Meanwhile, a discharge port 321 is positioned at one side of the upper bearing 320 so that the refrigerant compressed in the compression space'P' is discharged into the inner space of the sealed container 100.

상기 상부 베어링(320)과 하부 베어링(330)은 각각의 중심부에 크랭크축(230)이 위치하며, 상기 중심부는 상기 크랭크축(230)이 반경 방향으로 지지되도록 저널 베어링 면들(322, 331)이 위치한다. 또한 상기 저널 베어링면들(322, 331)에 수직인 면, 즉 흡입 공간('S')과 압축 공간('P')을 이루는 면에는 상기 크랭크축(230)과 롤러(340) 및 베인(350)을 크랭크축(230)의 축 방향으로 지지하도록 스러스트 면들(323, 332)이 위치한다. 따라서 상기 롤러(340)의 양 측면과 함께 상기 베인(350)의 양 측면은 상기 상부 베어링(320) 및 상기 하부 베어링(330)과 간극(또는 클리어런스)를 가지고 접하게 된다.Each of the upper bearing 320 and the lower bearing 330 has a crankshaft 230 positioned at its center, and the center has journal bearing surfaces 322 and 331 so that the crankshaft 230 is supported in a radial direction. Located. In addition, a surface perpendicular to the journal bearing surfaces 322 and 331, that is, a surface forming a suction space'S' and a compression space'P', has the crankshaft 230, the roller 340, and the vane ( Thrust surfaces 323 and 332 are positioned to support 350 in the axial direction of the crankshaft 230. Therefore, both sides of the roller 340 and both sides of the vane 350 come into contact with the upper bearing 320 and the lower bearing 330 with a gap (or clearance).

상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 로터리 압축기는 다음과 같이 동작된다.With the above configuration, the rotary compressor of the present invention operates as follows.

전동부(200)의 고정자(210)에 전원이 인가되면, 고정자(210)와 회전자(220) 사이에 형성된 자기장에 따라 발생하는 힘에 의해 회전자(220)가 회전되며 회전자(220)의 중심을 관통하는 크랭크축(230)에 회전력이 전달된다. 이에 따라 크랭크축(230)에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(310)의 압축 공간(도 3에서의 'P')에 배치되는 롤러(340)가 상기 크랭크축(230)과 편심된 거리만큼 상기 롤러(340)는 선회운동을 한다. When power is applied to the stator 210 of the electric unit 200, the rotor 220 is rotated by the force generated according to the magnetic field formed between the stator 210 and the rotor 220, and the rotor 220 The rotational force is transmitted to the crankshaft 230 passing through the center of. Accordingly, the roller 340 which is rotatably coupled to the crankshaft 230 and disposed in the compression space ('P' in FIG. 3) of the cylinder 310 is above the crankshaft 230 by an eccentric distance from the crankshaft 230. The roller 340 performs a turning motion.

상기 압축 공간(P)이 상기 롤러(340)의 선회운동에 의해 중심으로 이동되며 체적이 감소됨에 따라, 냉매가스는 흡입관(110)의 흡입구(311)를 통해 베인(350)에 의해 물리적으로 구분된 흡입 공간(S)으로 흡입된다. 상기 흡입된 냉매가스는 롤러(340)의 선회운동에 의해 압축되면서 토출홀(313)을 따라 이동한 후 토출구(321)를 통해 토출관(120)으로 토출된다. As the compression space (P) is moved to the center by the rotational motion of the roller (340) and the volume is reduced, the refrigerant gas is physically separated by the vane (350) through the suction port (311) of the suction pipe (110). It is sucked into the suction space (S). The sucked refrigerant gas is compressed by the rotational motion of the roller 340 and moves along the discharge hole 313 and is discharged to the discharge pipe 120 through the discharge port 321.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러(340)의 단면의 형상을 보여주는 단면도 및 사진이다.3 is a cross-sectional view and a photograph showing a cross-sectional shape of a roller 340 according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베인의 형상을 도시한 사시도이다.4 is a perspective view showing the shape of a vane according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 롤러(340)는 환형(ring shape)으로 형성되어 상기 크랭크축(230)과 편심 회전 가능하게 결합되고 상기 롤러(340)의 외주면의 일측, 다시 말하면 상기 베인(350)과 접하는 부분에는 상기 베인(350)의 노즈부(351)가 삽입될 수 있도록 롤러(340)의 결합 홈부(341)가 크랭크축(230)의 축 방향으로 길게 위치한다. As shown in Figs. 2 to 4, the roller 340 is formed in a ring shape and is eccentrically rotatably coupled to the crankshaft 230, and one side of the outer peripheral surface of the roller 340, that is, the In a portion in contact with the vane 350, the coupling groove 341 of the roller 340 is positioned long in the axial direction of the crankshaft 230 so that the nose portion 351 of the vane 350 can be inserted.

또한 상기 베인(350)은 상기 노즈부(351)와 함께 베인 스템(352)를 포함한다. 상기 베인 스템(352)는 상기 노즈부(351)과 함께 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 베인 스템(352)는 상기 노즈부(351)와 연결되어 상기 롤러(340)의 회전 운동 시 상기 실린더(310) 내의 베인 슬롯(312) 내부로 삽입되어 베인 슬롯(312) 내부를 왕복 운동한다. 상기 베인 스템(352)은 상기 베인 슬롯(312) 내부와 접하는 베인 측면부(352-1)와 상기 상부 베어링(320, 메인 베어링) 및 하부 베어링(330, 하부 베어링)과 접하는 베인 상하면부(352-2)로 이루어 진다. In addition, the vane 350 includes a vane stem 352 together with the nose portion 351. The vane stem 352 is preferably formed integrally with the nose portion 351. The vane stem 352 is connected to the nose part 351 and is inserted into the vane slot 312 in the cylinder 310 when the roller 340 rotates to reciprocate the inside of the vane slot 312 . The vane stem 352 includes a vane side portion 352-1 in contact with the inside of the vane slot 312 and an upper and lower vane portion 352- in contact with the upper bearing 320 (main bearing) and the lower bearing 330 (lower bearing). It consists of 2).

크랭크축(230)의 회전운동으로 인해 상기 롤러(340)가 선회운동을 하면, 상기 롤러의(340)의 결합 홈부(341)의 내면과 상기 베인(350)의 상기 노즈부(351)의 외면 사이에서는 마찰이 발생한다. 또한 상기 베인 스템(352)이 상기 베인 슬롯(312) 내부에서 왕복 운동함에 따라, 상기 베인 측면부(352-1)와 상기 베인 슬롯(312) 사이에서 상기 크랭크축(230)의 반경 방향으로 마찰이 발생한다. When the roller 340 rotates due to the rotational motion of the crankshaft 230, the inner surface of the coupling groove 341 of the roller 340 and the outer surface of the nose part 351 of the vane 350 There is friction between them. In addition, as the vane stem 352 reciprocates inside the vane slot 312, friction between the vane side portion 352-1 and the vane slot 312 in the radial direction of the crankshaft 230 Occurs.

한편 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기에서는 롤러의 거동이 베인에 의해 제약을 받는다. 그 결과 결합형 롤러-베인 구조에서의 롤러의 높이 방향(크랭크 축 방향)의 변위는 다른 구조의 로터리 압축기 대비 매우 크게 된다. 그 결과 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 베인(350)의 상하부면(352-2)과 상부 베어링(320) 및 하부 베어링(330) 사이에서도 마찰이 많이 발생하게 된다.On the other hand, in the rotary compressor of the combined roller-vane structure, the behavior of the rollers is limited by the vanes. As a result, the displacement in the height direction (crankshaft direction) of the roller in the combined roller-vane structure becomes very large compared to the rotary compressor of the other structure. As a result, in the rotary compressor of the combined roller-vane structure, a lot of friction occurs between the upper and lower surfaces 352-2 of the vane 350 and the upper and lower bearings 320 and 330.

본 발명의 베인-롤러 결합형 구조의 로터리 압축기의 결합 홈부(341)는 도 3에서 도시하는 바와 같이 크랭크축(230)의 축 방향에 수직한 단면 방향에서 보았을 때 롤러(340)의 원호의 180도 이상까지 형상이 구현되는 특징을 가진다. 따라서 베인-롤러 결합형 구조의 로터리 압축기는 베인(350)과 롤러(340)의 결합 홈부(341)가 선 접촉이 아닌 면 접촉을 할 수 있다. The coupling groove 341 of the rotary compressor of the vane-roller coupling structure of the present invention is 180 of the circular arc of the roller 340 when viewed in a cross-sectional direction perpendicular to the axial direction of the crankshaft 230 as shown in FIG. 3. It has a feature that the shape is implemented up to degrees or more. Therefore, in the rotary compressor of the vane-roller coupling type structure, the coupling groove 341 of the vane 350 and the roller 340 may have surface contact, not line contact.

만일 베인(350)과 롤러(340)가 면 접촉을 하게 되면, 롤러(340)의 표면 경도가 높지 않아도 롤러(340)의 마모 특성이 저하되지 않을 수 있다. 왜냐하면 롤러(340)와 베인(350)이 면접촉한다는 것은 동일한 하중을 받는 롤러(340)의 면적이 실질적으로 증가함을 의미하기 때문이다. 다만 롤러(340)의 표면 경도가 변화하면 롤러(340)와 접촉하는 베인(350)의 마모 특성도 영향을 받게 된다. 또한 베인(350)의 마모 특성이 변화하면, 상기 베인(350)과 접촉하는 실린더(310)는 물론 상부 베어링(320) 및 하부 베어링(330)의 마모 특성도 영향을 받는다. If the vane 350 and the roller 340 are in surface contact, the wear characteristics of the roller 340 may not be deteriorated even if the surface hardness of the roller 340 is not high. This is because the fact that the roller 340 and the vane 350 are in surface contact means that the area of the roller 340 receiving the same load is substantially increased. However, when the surface hardness of the roller 340 changes, the wear characteristic of the vane 350 in contact with the roller 340 is also affected. In addition, when the wear characteristics of the vanes 350 change, the wear characteristics of the upper bearing 320 and the lower bearing 330 as well as the cylinder 310 in contact with the vanes 350 are affected.

따라서 본 발명은 상기와 같은 롤러(340)와 베인(350)이 면 접촉하는 점에 착안하여 내마모성이 우수한 롤러(340)와 베인(350) 및 베인(350)과 실린더(310) 조합을 도출하였다.Therefore, the present invention derives a combination of rollers 340 and vanes 350 and vanes 350 and cylinders 310 having excellent wear resistance by paying attention to the point of contact between the rollers 340 and vanes 350 as described above. .

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 베인(350)과 상기 결합 홈부(341)를 가지는 롤러(340)는 새로운 소재 및 제조 방법에 의해 구체적으로 구현될 수 있다. The roller 340 having the vane 350 and the coupling groove 341 according to an embodiment of the present invention may be specifically implemented by a new material and a manufacturing method.

먼저 본 발명의 하나의 기술적 특징은 실린더(310) 및 롤러(340)와 결합되는 베인(350)의 재질, 제조 방법 및 표면 경도를 변경한 점에 있다.First, one technical feature of the present invention is that the material, manufacturing method, and surface hardness of the vane 350 coupled with the cylinder 310 and the roller 340 are changed.

보다 구체적으로 살펴보면, 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 종래의 베인(350)은 베인은 STS440 스테인레스 강과 같이 소입(quench)에 의해 경도를 높일 수 있는 마르텐사이트계 스테인레스 강으로 제조되었다. 상기 마르텐사이트계 스테인레스 강의 기지(matrix)는 소입 공정에 의해 고온의 오스테나이트에서 저온의 마르텐사이트로 변태된다. 그런데 상기 마르텐사이트 변태는 surface relief를 수반하므로 열처리 후에 베인(350)의 치수 변형을 유발한다. 따라서 종래의 베인(350)은 열처리 공정 이후 반드시 형상 가공 및 정형 공정을 포함하는 후속 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다. More specifically, in the rotary compressor of the combined vane-roller structure, the conventional vane 350 is made of martensitic stainless steel that can increase hardness by quench, such as STS440 stainless steel. The matrix of the martensitic stainless steel is transformed from high temperature austenite to low temperature martensite by a quenching process. However, since the martensite transformation involves surface relief, dimensional deformation of the vane 350 is caused after heat treatment. Therefore, there is a problem that the conventional vane 350 must undergo a subsequent process including shape processing and shaping after the heat treatment process.

한편 상기 마르텐사이트 기지로 이루어진 종래의 베인(350)은 표면뿐만 아니라 내부까지도 높은 경도를 가진다. 따라서 종래의 베인(350)은 높은 경도로 인해 후속 가공 공정 및 정형 공정이 매우 어려운 문제가 있다.Meanwhile, the conventional vane 350 made of the martensite matrix has high hardness not only on the surface but also on the inside. Therefore, the conventional vane 350 has a very difficult problem in the subsequent processing process and shaping process due to its high hardness.

상기와 같은 종래의 베인(350)의 문제점을 개선하고자 본 발명은 기지 자체의 경도나 강도가 높지 않아서 가공 및 정형이 용이하며 베어링 강으로 사용되는 SUJ2 강(JIS G4805 규격에 의해 성분이 규정되어 있음)을 베인에 적용하였다. 다만 본 발명의 베인(350)의 재질이 SUJ2 강으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 베인(350)은 질화 처리에 의해 표면이 경화될 수 있는 모든 강재가 적용될 수 있다.In order to improve the problems of the conventional vane 350 as described above, the present invention is easy to process and shape because the hardness or strength of the base itself is not high, and SUJ2 steel used as a bearing steel (the composition is defined by JIS G4805 standards) ) Was applied to the vanes. However, the material of the vane 350 of the present invention is not limited to SUJ2 steel. As for the vane 350 of the present invention, any steel material whose surface can be hardened by nitriding treatment may be applied.

한편 상기 SUJ2 강의 경도를 포함한 기계적 특성도 통상적으로는 종래의 마르텐사이트 스테인레스강과 같이 담금질 및 템퍼링의 열처리에 의해 제어된다. 상기와 같은 열처리는 본 발명의 일 실시예에서의 SUJ2 강의 표면뿐만 아니라 내부까지도 경도를 높이므로 그로 인해 상기 SUJ2 강의 가공 및 정형을 매우 어렵게 한다. 따라서 본 발명에서는 열처리가 아닌 표면 처리에 의해 상기 SUJ2 강의 표면 경도를 제어하였다.On the other hand, the mechanical properties including hardness of the SUJ2 steel are also controlled by heat treatment of quenching and tempering, like conventional martensitic stainless steel. The heat treatment as described above increases hardness not only on the surface of the SUJ2 steel but also on the inside of the SUJ2 steel in an embodiment of the present invention, thereby making it very difficult to process and shape the SUJ2 steel. Therefore, in the present invention, the surface hardness of the SUJ2 steel was controlled by surface treatment rather than heat treatment.

구체적으로 본 발명에서 상기 SUJ2 강에 적용한 표면 처리는 질화 처리이다. 다만 본 발명의 표면 처리가 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서의 질화 처리는 종래의 담금질을 포함한 열처리보다 낮은 온도에서 진행되므로 재료의 표면에서의 산화나 기지의 경도 저하 등의 문제에 보다 자유로운 이점이 있다. 더 나아가 본 발명에서의 질화 처리는 담금질 후 발생하는 변형을 원천적으로 차단할 수 있는 또 다른 이점이 있다.Specifically, the surface treatment applied to the SUJ2 steel in the present invention is a nitriding treatment. However, the surface treatment of the present invention is not limited thereto. Since the nitriding treatment in the present invention proceeds at a lower temperature than the conventional heat treatment including quenching, there is an advantage of being more free from problems such as oxidation on the surface of the material and a decrease in known hardness. Furthermore, the nitriding treatment in the present invention has another advantage of being able to fundamentally block the deformation occurring after quenching.

본 발명의 일 실시예에 따라 질화 처리된 베인(350)은 표면으로부터 내부 방향으로 각각 백색층 및 확산층을 포함한다.The vanes 350 subjected to a nitriding treatment according to an embodiment of the present invention include a white layer and a diffusion layer, respectively, in an inward direction from the surface.

상기 백색층은 SUJ2 강의 질화 처리 시 분위기(atmosphere) 내의 질소와 표면에서의 Fe 원자가 반응하여 형성된 질소 화합물층이며, 조성은 주로 Fe2N 질화물을 많이 함유한 FexN으로 표시된다. 상기 백색층의 두께는 질소의 높은 확산 속도에도 불구하고 낮은 질화 처리 온도로 인해 통상 10~20㎛ 정도이다. 상기 백색층은 비교적 경(hard)한 질소 화합물로 인해 기지(matrix) 또는 심부(core)보다 높은 경도를 가진다.The white layer is a nitrogen compound layer formed by a reaction between nitrogen in an atmosphere and Fe atoms on the surface during nitriding of SUJ2 steel, and the composition is mainly expressed as Fe x N containing a large amount of Fe 2 N nitride. The thickness of the white layer is usually about 10 to 20 μm due to the low nitriding temperature despite the high diffusion rate of nitrogen. The white layer has a hardness higher than that of a matrix or core due to a relatively hard nitrogen compound.

베인(350)의 표면에 위치하는 백색층 아래에는 확산층이 형성된다. 상기 확산층은 질소의 높은 확산속도에도 불구하고 표면 아래까지 확산되는 질소의 량이 제한됨에 따라 Fe 기지 내에 질소가 고용되거나 또는 SUJ2 강에 포함된 합금 원소와 질소가 반응하여 형성되는 약간의 질화물이 Fe 기지 내에 포함된 층을 말한다. 상기 확산층은 고용된 질소 또는 석출된 질화물에 의해 심부(core) 보다 높은 경도를 가지나 표면의 백색층보다는 낮은 경도를 가진다.A diffusion layer is formed under the white layer located on the surface of the vane 350. In the diffusion layer, in spite of the high diffusion rate of nitrogen, as the amount of nitrogen diffused to the bottom of the surface is limited, nitrogen is dissolved in the Fe matrix, or a little nitride formed by reacting the alloying elements contained in the SUJ2 steel with nitrogen is the Fe matrix. It refers to the layer contained within. The diffusion layer has a higher hardness than a core by dissolved nitrogen or precipitated nitride, but lower than a white layer on the surface.

도 5는 종래의 SUS 440 강의 열처리 후와 본 발명의 일 실시예에 따른 SUJ2 강의 질화 처리 후의 베인 표면에서의 깊이에 따른 경도 차이를 도시한 것이다.5 shows the difference in hardness according to the depth at the vane surface after the heat treatment of the conventional SUS 440 steel and after the nitriding treatment of the SUJ2 steel according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화 처리 후의 베인은 표면에서 약 20 ㎛ 정도의 깊이까지 위치하는 질소 화합물을 포함하는 백색층과 상기 백색층 아래에 위치하며 표면에서 약 100 ㎛ 정도의 깊이까지 위치하는 확산층을 포함한다. 상기 도 5에서는 도시하지는 않았으나 상기 백색층은 평균적으로 비커스 경도 기준 약 700~900 Hv의 경도 값을 가지는 것으로 측정되었다.As shown in FIG. 5, the vane after the nitriding treatment according to an embodiment of the present invention has a white layer containing a nitrogen compound located to a depth of about 20 μm from the surface, and is located under the white layer, and is located under the white layer. It includes a diffusion layer positioned to a depth of about 100 μm. Although not shown in FIG. 5, the white layer was measured to have a hardness value of about 700 to 900 Hv based on the Vickers hardness on average.

반면 마르텐사이트 스테인레스 강을 열처리한 종래의 베인은 표면에서 심부까지 대략 균일한 경도를 가진다. 상기 종래의 베인은 표면에서 비커스 경도 기준 약 1,000 Hv의 경도 값을 가지는 것으로 측정되었다.On the other hand, a conventional vane heat-treated martensitic stainless steel has approximately uniform hardness from the surface to the core. The conventional vane was measured to have a hardness value of about 1,000 Hv based on the Vickers hardness on the surface.

도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 상기 결합 홈부(341)을 가지는 롤러(340)의 제조 방법의 단계를 나타낸 모식도이다.6 is a schematic diagram showing the steps of a method of manufacturing the roller 340 having the coupling groove 341 according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 하나의 실시예에서의 롤러(340)는 출발 물질로 파우더 상태의 SMF(sinter metal ferrous) 4040 강을 이용하였다. 다만 본 발명에서의 롤러(340)의 출발 물질은 상기 SMF 4040 강으로만 한정되지 않는다. 본 발명에서의 롤러(340) 제조를 위한 출발 물질은 상기 SMF 4040 강 이외에도 소결에 의해 그 형상을 제어할 수 있고 더 나아가 열처리에 의해 롤러(340)의 표면 경도를 제어할 수 있는 모든 강재가 사용될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the roller 340 used a powdered sinter metal ferrous (SMF) 4040 steel as a starting material. However, the starting material of the roller 340 in the present invention is not limited to the SMF 4040 steel. As the starting material for manufacturing the roller 340 in the present invention, in addition to the SMF 4040 steel, all steel materials capable of controlling the shape of the roller 340 by sintering and further controlling the surface hardness of the roller 340 by heat treatment are used. I can.

상기 SMF 4040 강의 물성 및 성분, 그리고 조성범위는 일본 표준규격 JIS Z 2550:2000에 의해 규정되어 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 SMF 4040 강은 중량 %로, 0.2~1.0% C 및 1~5% Cu와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가진다.The properties, components, and composition range of the SMF 4040 steel are defined by the Japanese standard JIS Z 2550:2000. More specifically, the SMF 4040 steel has a composition including 0.2 to 1.0% C and 1 to 5% Cu and the rest of Fe and other unavoidable impurities in weight %.

다음으로 상기 파우더는 롤러 형상으로 컴팩팅(compacting) 공정을 거친 후 소결 공정을 통해 롤러의 반제품으로 가공되었다.Next, the powder was processed into a semi-finished product of a roller through a compacting process in a roller shape and then a sintering process.

상기 컴팩팅(conpacting) 공정은 분말 야금 또는 세라믹 분야에서 널리 사용되는 전처리 공정으로, 파우더 상태의 원재료가 상온 또는 고온에서 원하는 형상의 틀에 장입된 후 압력을 받아 물리적 또는 화학적인 결합에 의해 원하는 형상을 유지할 수 있게 하는 공정이다. The compacting process is a pretreatment process widely used in powder metallurgy or ceramic fields, and a raw material in a powder state is charged into a frame having a desired shape at room temperature or high temperature, and then subjected to pressure to obtain a desired shape by physical or chemical bonding. It is a process that makes it possible to maintain.

한편 상기 소결 공정은 분말 야금 또는 세라믹 분야에서 파우더 상태의 출발물질로부터 벌크(bulk) 상태의 제품을 제조하기 위해 적용되는 공정이다. 상기 소결 공정의 초기에는 본 발명의 상기 SMF 4040 강의 파우더들 사이에서 일어나는 확산(diffusion)에 의해 각각의 상기 파우더들 사이에 네크(neck)들이 형성된다. 그 후 소결이 진행됨에 따라, 상기 형성된 네크들은 서로 결합되어 연결 기공(inter-connected pore)을 형성하게 된다. 그 후 소결이 더 진행되면, 상기 연결 기공들은 서로 떨어지고 그 결과 각각의 기공이 존재하는 형태인 고립 기공(isolated pore)들이 형성된다. 그리고 소결 공정의 후기 단계에서는 상기 고립 기공들 각각이 파우더 물질들에 의해 채워지게 된다. 그 결과 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 소결된 물품(product)은 이론 밀도에 근접한 벌크(bulk) 상태의 롤러 형상을 가질 수 있다.Meanwhile, the sintering process is a process applied to manufacture a product in a bulk state from a powdery starting material in the field of powder metallurgy or ceramics. At the beginning of the sintering process, necks are formed between each of the powders by diffusion occurring between the powders of the SMF 4040 steel of the present invention. Thereafter, as sintering proceeds, the formed necks are bonded to each other to form inter-connected pores. Thereafter, as the sintering proceeds further, the connecting pores are separated from each other, and as a result, isolated pores in the form in which the respective pores exist are formed. In the later stage of the sintering process, each of the isolated pores is filled by powder materials. As a result, the final sintered product according to an embodiment of the present invention may have a roller shape in a bulk state close to the theoretical density.

이 때 본 발명의 일 실시예에서의 소결 공정은 800~1,200℃에서 1~8 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. At this time, the sintering process in an embodiment of the present invention is preferably performed for 1 to 8 hours at 800 ~ 1,200 ℃.

만일 소결 온도 또는 시간이 상기 조건보다 낮거나 짧으면, 확산이 일어날 충분한 온도 또는 시간이 담보되지 못한다. 그 결과 소결 제품은 내부에 기공이 지나치게 크고 많아 최종 제품인 롤러의 강도와 경도가 요구되는 특성을 맞출 수 없는 문제가 있다.If the sintering temperature or time is lower or shorter than the above conditions, a sufficient temperature or time for diffusion to occur cannot be guaranteed. As a result, the sintered product has too large pores inside, and thus there is a problem in that the properties required for the strength and hardness of the final product, the roller, cannot be met.

반면 소결 온도 또는 시간이 상기 조건보다 높거나 길면, 소결이 완료된 후 소결 제품의 내부에서 결정립 성장(grain growth)이 일어난다. 그 결과 최종 소결 제품은 강도와 연신율이 저하된다.On the other hand, when the sintering temperature or time is higher or longer than the above conditions, grain growth occurs inside the sintered product after the sintering is completed. As a result, the final sintered product is deteriorated in strength and elongation.

상기 소결된 롤러(340) 제품은 롤러로 사용되기 위해 1차 가공 단계를 거친다.The sintered roller 340 product undergoes a primary processing step to be used as a roller.

본 발명의 일 실시예에서의 1차 가공은 먼저 1차 정형과 선삭 가공이 포함될 수 있다.The first processing in an embodiment of the present invention may include first shaping and turning.

상기 1차 정형은 이전의 컴팩팅 및 소결된 반제품이 본 발명의 롤러-베인 결합형 롤러에 적용될 수 있도록 상기 반제품의 외경과 결합 홈부 등의 크기 및 형상을 롤러(340)에 적합하도록 가공하는 공정이다.The primary shaping is a process of processing the outer diameter of the semi-finished product and the size and shape of the coupling groove to be suitable for the roller 340 so that the previously compacted and sintered semi-finished product can be applied to the roller-vane combined roller of the present invention. to be.

상기 1차 정형 공정 이후 상기 소결된 반제품은 추가적을 단면, 내경 및 내경의 면치 부위 등의 가공을 위해 선삭 가공 될 수도 있다.After the first shaping process, the sintered semi-finished product may be additionally turned for processing such as cross-section, inner diameter, and inner diameter chamfered portions.

더 나아가 보다 정밀한 치수 가공 및 표면 가공을 위해 브러쉬 가공 공정도 포함될 수 있다.Furthermore, a brush processing process may be included for more precise dimensional processing and surface processing.

다음으로 상기 1차 정형된 반제품은 본 발명의 롤러-베인 결합형 롤러(340)에서 요구하는 표면 특성, 보다 정확하게는 표면에서의 경도(hardness) 제어를 위해 스팀 처리된다.Next, the primary shaped semi-finished product is steam-treated to control the surface properties required by the roller-vane combined roller 340 of the present invention, and more precisely, the hardness on the surface.

상기 스팀 처리 공정은 강 제품을 비교적 고온인 500 ~ 600℃에서 수증기와 접촉시켜 강 제품 표면에 산화물을 형성함으로써 표면 경도를 높이는 열처리이다.The steam treatment process is a heat treatment in which the steel product is brought into contact with water vapor at a relatively high temperature of 500 to 600°C to form oxides on the surface of the steel product to increase the surface hardness.

상기 스팀 처리된 강 제품은 표면에 특징적인 변화가 일어난다. 보다 구체적으로 다음의 화학식에 의해 스팀 처리된 강 제품의 표면에는 ferrosoferric oxide(Fe3O4) 산화막이 형성된다. 상기 산화막은 기지인 강 제품의 표면과의 접착력이 매우 우수하며 고유의 흑색의 컬러를 가진다(도 3의 사진 참조).The steamed steel product has a characteristic change on the surface. More specifically, a ferrosoferric oxide (Fe 3 O 4 ) oxide film is formed on the surface of the steam-treated steel product by the following formula. The oxide film has very good adhesion to the surface of a known steel product and has a unique black color (refer to the photo in FIG. 3).

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

상기 스팀 처리된 제품, 즉 롤러(340)는 다시 필요에 따라 2차 정형 공정을 거칠 수 있다. The steam-treated product, that is, the roller 340 may be subjected to a secondary shaping process again as needed.

본 발명에서의 상기 2차 정형 공정은 소위 말하는 사이징 공정에 해당하며 상기 일련의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러(340)를 정확한 설계 치수 대로 정밀 가공하는 공정이다.The secondary shaping process in the present invention corresponds to a so-called sizing process, and is a process of precisely processing the roller 340 according to an embodiment of the present invention manufactured by the series of manufacturing methods according to accurate design dimensions.

또한 필요한 경우 상기 2차 정형 공정 이후 롤러(340)의 단면, 외경 및 내경까지 연마하는 공정이 추가될 수도 있다.In addition, if necessary, a process of polishing the end face, outer diameter and inner diameter of the roller 340 may be added after the secondary shaping process.

다만 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러(340)의 외경부에 형성된 결합 홈부(341)는 상기 2차 정형 공정 단계에서 추가 가공되지 않는다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러는 결합 홈부(341)의 표면에 흑색(도 4의 사진 참조)의 ferrosoferric oxide를 포함한 산화막을 가지는 것을 다른 주요 기술적 특징으로 한다.However, the coupling groove 341 formed on the outer diameter portion of the roller 340 according to the embodiment of the present invention is not further processed in the second shaping process step. Accordingly, the roller according to an embodiment of the present invention has another major technical feature in that it has an oxide film including black ferrosoferric oxide on the surface of the coupling groove 341 (see the photo in FIG. 4 ).

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 소결 공정과 스팀처리 공정을 통해 제조된 롤러(340)는 Hv(비커스 경도) 기준으로 약 150~300의 경도 값을 가지는 것으로 측정되었다. 본 발명의 일 실시예에 의한 롤러(340)의 표면에서의 상기 경도 값은 종래의 SNCM 815 강을 담금질 후 템퍼링 공정하여 제조된 롤러(340)의 경도 값인 Hv 550 대비 매우 낮은 특징을 가진다.As described above, the roller 340 manufactured through the sintering process and the steam treatment process according to an embodiment of the present invention was measured to have a hardness value of about 150 to 300 based on Hv (Vickers hardness). The hardness value at the surface of the roller 340 according to an embodiment of the present invention has a very low characteristic compared to Hv 550, which is the hardness value of the roller 340 manufactured by tempering after quenching the conventional SNCM 815 steel.

이하 실험예를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러-베인 결합형 롤러를 가지는 로터리 압축기의 특성에 대해 검증하고자 한다.Hereinafter, the characteristics of a rotary compressor having a roller-vane combined roller according to an embodiment of the present invention will be verified through experimental examples.

실험예 1 - 실린더와 베인의 마모량 측정Experimental Example 1-Measurement of wear of cylinders and vanes

아래의 표 1은 결합형 롤러-베인 구조를 가지는 로터리 압축기에서 실린더와 베어링의 소재에 따른 마모량을 측정한 결과를 요약한 표이다.Table 1 below is a table summarizing the results of measuring the amount of wear according to the material of the cylinder and bearing in a rotary compressor having a combined roller-vane structure.

<표 1> 결합형 롤러-베인 구조에서의 실린더-베인의 마모량(㎛)<Table 1> Amount of wear of cylinder-vane in combined roller-vane structure (㎛)

Figure 112019063505812-pat00001
Figure 112019063505812-pat00001

앞에서 설명한 바와 같이, 로터리 압축기의 실린더는 통상 GC 250과 같은 회주철(grey iron)로 제조되며, 상기 GC 250 회주철은 Vickers 경도로 환산 시 대략 Hv 250 정도의 표면 경도를 가진다. As described above, the cylinder of the rotary compressor is usually made of gray iron such as GC 250, and the GC 250 gray cast iron has a surface hardness of approximately Hv 250 in terms of Vickers hardness.

본 발명의 로터리 압축기와 같은 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기에서는 베인(350)이 실린더(310) 내의 베인 슬롯(312)과 상대적인 왕복 운동을 한다. 그에 따라 실린더(310)와 마찰이 일어나는 베인(350)의 구성 요소는 베인 스템(352)의 베인 측면부(352-1)이다. 따라서 실험예 1에서의 베인(350)의 마모 특성은 베인 측면부(352-1)의 표면 상태에 크게 영향을 받는다.In a rotary compressor having a combined roller-vane structure such as the rotary compressor of the present invention, the vane 350 makes a relative reciprocating motion with the vane slot 312 in the cylinder 310. Accordingly, the constituent element of the vane 350 causing friction with the cylinder 310 is the vane side portion 352-1 of the vane stem 352. Therefore, the wear characteristic of the vane 350 in Experimental Example 1 is greatly affected by the surface condition of the vane side portion 352-1.

먼저 기존 상용품인 STS 440 스테인레스 강으로 제조된 베인과 일반적인 GC250 회주철로 제조된 실린더로 이루어진 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 베인과 실린더 모두에서 상당량의 마모(각각 0.5 ㎛ 및 3.0 ㎛)가 발생한 것으로 측정되었다. 특히 상대적으로 더 무른(soft) 실린더의 마모량이 더 경한(hard) 베인의 마모량보다 더 큼을 알 수 있다.First, the rotary compressor with a combined roller-vane structure consisting of vanes made of STS 440 stainless steel, which is a conventional commercial product, and cylinders made of general GC250 gray cast iron, suffers a significant amount of wear (0.5 ㎛ and 3.0 ㎛, respectively) in both the vane and the cylinder. It was determined to have occurred. In particular, it can be seen that the wear amount of the relatively softer cylinder is greater than that of the harder vane.

반면 상기 SUJ2 강의 질화 처리 후 형성된 백색층을 유지한 베인 측면부(352-1)를 포함하는 베인과 회주철로 제조된 실린더로 이루어진 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 베인과 실린더 모두에서 마모 량이 크게 감소함을 알 수 있다. 특히 백색층을 포함하는 베인은 종래의 STS 440 스테인레스 강으로 된 베인 대비 경도가 감소하였음에도 베인에서의 마모량은 거의 제로(zero) 수준으로 감소하는 것으로 측정되었다.On the other hand, a rotary compressor of a combined roller-vane structure consisting of a cylinder made of gray cast iron and a vane including a vane side portion 352-1 that maintains a white layer formed after nitriding the SUJ2 steel has a large amount of wear in both the vane and the cylinder. It can be seen that it decreases. In particular, it was measured that the amount of wear in the vanes decreased to almost zero level even though the hardness of the vanes including the white layer decreased compared to the conventional vanes made of STS 440 stainless steel.

반면 상기 SUJ2 강의 질화 처리 후 형성된 백색층을 제거한 베인 측면부(352-1)를 포함하는 베인과 회주철로 제조된 실린더로 이루어진 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 기존의 STS 440 스테인레스 강 + 회주철로 제조된 실린더의 조합보다 마모 특성이 크게 저하되는 것으로 측정되었다. On the other hand, a rotary compressor with a combined roller-vane structure consisting of a cylinder made of gray cast iron and a vane including a vane side portion 352-1 from which the white layer formed after nitriding the SUJ2 steel is removed is made of STS 440 stainless steel + gray cast iron. It was measured that the wear characteristics were significantly lowered than the combination of the manufactured cylinders.

도 7은 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 실린더와 베인의 경도 차이에 따른 롤러와 베인의 마모량을 도시한 것이다.7 is a view showing the amount of wear of the roller and the vane according to the difference in hardness between the cylinder and the vane in the rotary compressor of the combined vane-roller structure.

도 7에서 도시하는 바와 같이 결합형 롤러-베인 구조에서는 베인과 실린더의 경도 차이가 실린더와 베인의 각각의 경도 값 보다 마모 특성에 보다 더 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 도 7은 베인과 실린더의 경도 차이가 Hv 기준 450~650 구간일 때, 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기의 마모 특성 및 신뢰성이 매우 향상됨을 명확하게 제시하고 있다.As shown in FIG. 7, in the combined roller-vane structure, it can be seen that the difference in hardness between the vane and the cylinder has a greater influence on the wear characteristics than the respective hardness values of the cylinder and the vane. 7 clearly shows that the wear characteristics and reliability of the rotary compressor of the combined roller-vane structure are very improved when the difference in hardness between the vane and the cylinder is 450 to 650 based on Hv.

실험예 2 - 롤러와 베인의 마모량 측정Experimental Example 2-Measurement of wear of rollers and vanes

아래의 표 2는 결합형 롤러-베인 구조를 가지는 로터리 압축기에서 롤러와 베어링의 소재에 따른 마모량을 평가한 결과를 요약한 표이다.Table 2 below is a table summarizing the results of evaluating the amount of wear according to the material of rollers and bearings in a rotary compressor having a combined roller-vane structure.

<표 2> 결합형 롤러-베인 구조에서의 롤러-베인의 마모량(㎛)<Table 2> Wear amount of roller-vane in combined roller-vane structure (㎛)

Figure 112019063505812-pat00002
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먼저 기존 상용품인 STS 440 스테인레스 강으로 제조된 베인과 SMF 4040 강의 소결 및 스팀 처리된 롤러로 이루어진 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 베인과 롤러 모두에서 상당량의 마모(각각 0.6 ㎛ 및 2.5 ㎛)가 발생한 것으로 측정되었다. 특히 상대적으로 더 무른(soft) 롤러의 마모량이 더 경한(hard) 베인의 마모량보다 더 큼을 알 수 있다.First, the rotary compressor of the combined roller-vane structure consisting of vanes made of STS 440 stainless steel and rollers sintered and steamed of SMF 4040 steel, which are conventional commercial products, has a considerable amount of wear on both vanes and rollers (0.6 µm and 2.5 µm, respectively). ) Was measured to have occurred. In particular, it can be seen that the wear amount of the relatively softer roller is larger than that of the harder vane.

한편 상기 SUJ2 강의 질화 처리 후 형성된 백색층을 유지한 베인 노즈부(351)를 포함하는 베인과 SMF 4040 강의 소결 및 스팀 처리된 롤러로 이루어진 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 베인과 롤러 모두에서 마모 량이 크게 감소함을 알 수 있다. 특히 백색층을 포함하는 베인은 기존 STS 440 스테인레스 강으로 된 베인 대비 경도가 감소하였음에도 베인에서의 마모량은 거의 1/3 수준으로 감소하는 것으로 측정되었다.Meanwhile, the rotary compressor of the combined roller-vane structure consisting of a vane including a vane nose portion 351 that maintains a white layer formed after nitriding the SUJ2 steel and a sintered and steam-treated roller of SMF 4040 steel is used in both the vane and the roller. It can be seen that the amount of wear is greatly reduced. In particular, it was measured that the amount of wear on the vanes decreased to almost 1/3 level even though the hardness of the vanes including the white layer decreased compared to the existing vanes made of STS 440 stainless steel.

반면 상기 SUJ2 강의 질화 처리 후 형성된 백색층을 제거한 베인 노즈부(351)를 포함하는 베인과 SMF 4040 강의 소결 및 스팀 처리된 롤러로 이루어진 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기는 기존의 STS 440 스테인레스 강 + SMF 4040 소결 및 스팀 처리된 롤러의 조합보다 마모 특성이 크게 저하되는 것으로 측정되었다. On the other hand, a rotary compressor of a combined roller-vane structure consisting of a vane including a vane nose portion 351 from which the white layer formed after nitriding the SUJ2 steel is removed, and a sintered and steam-treated roller of SMF 4040 steel is used in the conventional STS 440 stainless steel. + SMF 4040 It was determined that the wear properties were significantly lowered than the combination of sintered and steamed rollers.

도 8은 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기에서 롤러와 베인의 경도 차이에 따른 롤러와 베인의 마모량을 도시한 것이다.8 is a view showing the wear amount of the roller and the vane according to the difference in hardness between the roller and the vane in the rotary compressor of the combined vane-roller structure.

도 8에서 도시하는 바와 같이 결합형 롤러-베인 구조에서는 베인과 롤러의 경도 차이가 각각의 롤러와 베인의 경도 값 보다 마모 특성에 보다 더 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 도 8은 베인과 롤러의 경도 차이가 Hv 기준 500~700 구간일 때, 결합형 롤러-베인 구조의 로터리 압축기의 마모 특성 및 신뢰성이 매우 향상됨을 명확하게 제시하고 있다.As shown in FIG. 8, in the combined roller-vane structure, it can be seen that the difference in hardness between the vanes and the rollers has a greater influence on the wear characteristics than the hardness values of the respective rollers and vanes. FIG. 8 clearly shows that when the difference in hardness between the vane and the roller is 500 to 700 based on Hv, the wear characteristics and reliability of the rotary compressor of the combined roller-vane structure are very improved.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above with reference to the drawings illustrated for the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification, and various by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformation can be made. In addition, even if not explicitly described and described the effects of the configuration of the present invention while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the predictable effects of the configuration should also be recognized.

100: 밀폐용기 110: 흡입관
120: 토출관 200: 전동부
210: 고정자 220: 회전자
230: 크랭크축 300: 압축부
310: 실린더 311: 흡입구
312: 베인 슬롯 313: 토출홀
320: 상부 베어링(메인 베어링) 321: 토출구
322: 저널 베어링 면 323: 스터스트 면
330: 하부 베어링(서브 베어링) 331: 저널 베어링면
332: 스러스트 면 340: 롤러
341: 결합 홈부 350: 베인
351: 베인 노즈부 352: 베인 스템
352-1: 베인 측면부 352-2: 베인 상하면부
P: 압축 공간 S: 흡입 공간
100: sealed container 110: suction pipe
120: discharge pipe 200: electric part
210: stator 220: rotor
230: crankshaft 300: compression unit
310: cylinder 311: inlet
312: vane slot 313: discharge hole
320: upper bearing (main bearing) 321: discharge port
322: journal bearing surface 323: stud surface
330: lower bearing (sub bearing) 331: journal bearing surface
332: thrust surface 340: roller
341: coupling groove 350: vane
351: vane nose part 352: vane stem
352-1: vane side portion 352-2: vane upper and lower portion
P: compression space S: suction space

Claims (10)

압축 공간을 포함하는 실린더;
상기 실린더 내에서 냉매를 압축하는 환형 형상의 롤러;
상기 압축 공간 내에서 흡입 공간과 압축 공간을 나누고 상기 롤러와 결합되는 베인;을 포함하며,
상기 베인은 질소 화합물을 포함하는 백색층의 표면을 가지며,
상기 롤러는 상기 베인의 노즈부와 결합하는 결합 홈부를 가지고 상기 결합 홈부는 표면에 ferrosoferric oxide(Fe3O4) 막을 포함하는
로터리 압축기.
A cylinder including a compression space;
An annular roller for compressing a refrigerant in the cylinder;
Includes; a vane that divides the suction space and the compression space within the compression space and is coupled to the roller,
The vane has a surface of a white layer containing a nitrogen compound,
The roller has a coupling groove portion coupled to the nose portion of the vane, and the coupling groove portion includes a ferrosoferric oxide (Fe3O4) film on its surface.
Rotary compressor.
제1항에 있어서
상기 베인은 상기 롤러와 결합되는 노즈부를 포함하고 상기 노즈부는 상기 백색층의 표면을 가지는, 로터리 압축기.
According to claim 1
The vane includes a nose portion coupled to the roller, and the nose portion has a surface of the white layer.
제1항에 있어서
상기 베인은 상기 실린더 내의 베인 슬롯과 마찰되는 베인 측면부를 포함하고,
상기 베인 측면부는 상기 백색층의 표면을 가지는, 로터리 압축기.
According to claim 1
The vane includes a vane side portion that rubs against the vane slot in the cylinder,
The vane side portion has a surface of the white layer, rotary compressor.
제1항에 있어서,
상기 베인의 재질은 SUJ2 강인, 로터리 압축기.
The method of claim 1,
The material of the vane is SUJ2 tough, rotary compressor.
제3항에 있어서,
상기 베인과 상기 실린더의 경도 값의 차이가 비커스 경도 기준 450~650 Hv인, 로터리 압축기.
The method of claim 3,
The difference between the hardness value of the vane and the cylinder is 450 to 650 Hv based on Vickers hardness, a rotary compressor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 결합 홈부는 Hv 기준 150~300 의 경도를 가지는, 로터리 압축기.
The method of claim 1,
The coupling groove portion has a hardness of 150 to 300 based on Hv, rotary compressor.
제7항에 있어서,
상기 베인과 상기 결합 홈부의 경도 값의 차이가 비커스 경도 기준 500~700 Hv인, 로터리 압축기.
The method of claim 7,
A rotary compressor in which a difference between the vane and the hardness value of the coupling groove is 500 to 700 Hv based on Vickers hardness.
제1항에 있어서
상기 롤러의 재질은 소결 강인, 로터리 압축기.
According to claim 1
The material of the roller is sintered steel, rotary compressor.
제9항에 있어서
상기 롤러의 재질은 SMF 4040 강인, 로터리 압축기.
The method of claim 9
The material of the roller is SMF 4040 tough, rotary compressor.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100201207B1 (en) * 1996-05-10 1999-06-15 모리시타 요이찌 Compressor for a refrigerator
KR100230790B1 (en) * 1997-08-25 1999-11-15 구자홍 Method for manufacturing bush of scroll compressor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100398563B1 (en) * 1999-11-15 2003-09-19 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 Rotary compressor and method for manufacturing same
JP2006161702A (en) * 2004-12-08 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Refrigerant compressor
WO2011114555A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Panasonic Corporation Refrigeration cycle apparatus
KR102249115B1 (en) * 2014-09-19 2021-05-07 엘지전자 주식회사 Compressor
EP3348663B1 (en) * 2015-09-07 2021-05-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Oxide coating formed on ferrous substrate, sliding member on which said oxide coating is formed, and apparatus provided with sliding member
CN107461336B (en) * 2017-09-30 2023-10-24 广东美芝制冷设备有限公司 Compression mechanism, compressor and refrigeration equipment

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100201207B1 (en) * 1996-05-10 1999-06-15 모리시타 요이찌 Compressor for a refrigerator
KR100230790B1 (en) * 1997-08-25 1999-11-15 구자홍 Method for manufacturing bush of scroll compressor

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