KR102308157B1 - 압축기 및 압축기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기 및 압축기의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 압축기를 구성하는 회전축(30)과 베어링 사이의 접촉면, 회전축(30)과 압축유닛(50) 사이의 접촉면 또는 압축유닛(50)의 회전구조 사이의 접촉면 중에서 적어도 어느 일부를 표면처리하여 미세홈부를 만든다. 즉, 압축기를 구성하는 부품들 중에서 마찰이 일어나는 부품의 표면을 처리하여 미세홈부(D)를 만들고, 이를 통해 마찰력을 줄인다.

Description

압축기 및 압축기의 제조방법{A compressor and a method for manufacturing the same}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작동과정에서 발생하는 마찰손실을 줄인 압축기와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 고압의 생성 또는, 고압 유체의 수송 등에 사용되는 기계이며, 냉장고나 에어컨 등의 냉동사이클에 적용되는 압축기의 경우 냉매가스를 압축시켜 응축기로 전송하는 역할을 수행한다. 이러한 압축기는 냉매가스를 압축하는 방식에 따라 왕복동 압축기, 로터리 압축기 및 스크롤 압축기 등으로 구분된다.

이러한 압축기는 모터의 회전력을 이용해서 압축실에 투입된 냉매를 압축한 후 배출하게 된다. 모터의 회전력은 회전축을 통해 압축실에 전달되고, 회전과정에서 여러 부품 사이에 마찰이 발생하게 된다. 예를 들어, 스크롤 압축기의 경우에는 회전축-선회스크롤 사이에서 마찰이 일어나고, 선회스크롤-고정스크롤 사이에서도 마찰이 일어난다. 또한 회전축을 지지하는 베어링과 회전축 사이에서도 마찰이 일어난다.

이러한 마찰은 마찰손실이 되어 압축기의 에너지효율을 떨어뜨리게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 마찰면(접촉면)을 가공하여 마찰계수를 줄이는 방법을 고려할 수 있는데, 금속재질의 압축기 부품을 표면가공하는 것은 처리공정이 복잡하거나 비용이 높은 단점이 있다. 예를 들어 마찰면을 가공하여 윤활특성을 향상시키기 위해서는 특별한 조성물을 표면처리하거나 레이저가공을 하게 되는데, 이러한 가공법은 양산성이 떨어지고 제조비용을 크게 높이는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0001700호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 압축기가 작동하는 과정에서 발생하는 부품 사이의 마찰을 줄이는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기를 구성하는 부품의 마찰면(접촉면)을 물리적으로 표면처리하여 마찰력을 낮추는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 압축기를 구성하는 회전축과 베어링 사이의 접촉면, 회전축과 압축유닛 사이의 접촉면 또는 압축유닛의 회전구조 사이의 접촉면 중에서 적어도 어느 일부를 표면처리하여 미세홈부를 만든다. 즉, 압축기를 구성하는 부품들 중에서 마찰이 일어나는 부품의 표면을 처리하여 미세홈부를 만들고, 이를 통해 마찰력을 줄인다.

상기 미세홈부는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 상기 접촉면에 분사하여 만들어질 수 있다.

그리고, 상기 회전축의 한쪽에는 베어링과 연결되는 제1축접촉면이 있고, 반대쪽에는 압축유닛 또는 다른 베어링과 회전가능하게 연결되는 제2축접촉면이 있으며, 상기 제1축접촉면 및 제2축접촉면은 각각 표면처리되어 미세홈부가 만들어지되, 상기 제1축접촉면과 제2축접촉면은 표면처리되는 면적 또는 미세홈부의 크기가 서로 다르게 만들어질 수 있다. 이에 따라 마찰력이 큰 접촉면은 미세홈부를 크게 하여 마찰계수를 더욱 줄일 수 있다.

이때 미세홈부는 20㎛ 내지 50㎛의 직경과, 2㎛ 내지 5㎛의 깊이를 갖는 홈형상이고, 상기 미세홈부의 가장자리 및 미세홈부의 안쪽에는 오일에 의한 유막이 만들어질 수 있다. 따라서 부품간의 상대운동시에 마찰특성이 더욱 개선된다.

상기 압축유닛은 상기 내부공간에 고정설치되는 고정스크롤과 상기 회전축에 연결되어 선회운동하되 상기 고정스크롤과 맞물려 그 사이에 압축실을 만드는 선회스크롤을 포함하는데, 상기 선회스크롤을 구성하는 선회랩 상면과, 상기 선회랩의 상면과 밀착되고 고정스크롤을 구성하는 고정랩의 저면 중 적어도 어느 일부는 외면이 표면처리되어 미세홈부가 만들어지는 랩접촉면이 된다. 따라서 압축유닛의 마찰계수도 줄어들 수 있다.

또한, 회전축의 외면 및 슬라이드부시의 내면 중 적어도 어느 하나에는 축-부시접촉면이 만들어지고, 상기 슬라이드부시의 외면과 선회스크롤의 결합부 내면 중 적어도 어느 하나에는 스크롤-부시접촉면이 만들어지는데, 이들 접촉면에도 미세홈부가 가공되어 마찰계수가 줄어든다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 피가공부품의 피처리면 주변을 마스킹하는 마스킹단계와, 상기 피가공부품을 고정하는 고정단계, 그리고 상기 피가공부품을 회전시킴과 동시에 접촉면이 되는 피처리면에 미세한 입자를 분사하는 분사가공단계를 포함한다. 이를 통해 부품간의 접촉면 중에서 적어도 어느 하나는 표면처리를 통해 미세홈부가 만들어져 마찰력을 줄일 수 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 압축기 및 압축기의 제조방법에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 압축기를 구성하는 부품들 중에서 마찰이 일어나는 부품의 표면을 처리하여 미세홈부를 만들고, 이를 통해 마찰력을 줄인다. 예를 들어 회전축과 베어링 사이의 접촉면, 회전축과 압축유닛 사이의 접촉면 또는 압축유닛의 회전구조 사이의 접촉면에는 미세홈부가 생성되어 마찰력이 줄어드는 것이다. 미세홈부는 마찰면을 줄일 뿐 아니라 미세홈부의 가장자리 및 미세홈부의 안쪽에 유막이 만들어줄 수 있다. 따라서 부품간의 상대운동시에 마찰특성이 개선되고, 결과적으로 압축기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 부품의 표면에 미세홈부를 만들기 위해 접촉면을 표면처리하는데, 이때 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 접촉면에 분사하여 미세홈부를 만들 수 있다. 즉, 특별한 조성물을 표면에 도포하거나 화학적 처리를 하지 않고, 부품의 표면을 물리적으로 가공하기 때문에, 가공이 쉽고 가공비용이 상대적으로 낮아 가공효율이 높아지는 효과가 있다.

또한 이렇게 만들어진 미세홈부는 부품의 마찰계수를 작게 해주는데, 접촉면의 조건에 따라 미세홈부의 크기를 다르게 만들 수 있다. 예를 들어 마찰력이 큰 접촉면은 미세홈부를 크게 하여 마찰계수를 더욱 줄일 수 있는 것인데, 본 발명은 미세입자를 분사하여 미세홈부를 만들기 때문에 미세입자의 크기를 바꾸어줌으로써 접촉면의 조건에 맞는 미세홈부와, 그에 따른 마찰계수를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 압축기 제조방법은 비교적 간단한 방법으로 압축기의 다양한 조건을 만족시킬 수 있다.

그리고 본 발명에 따르면 미세홈부가 가공되는 접촉면을 제외한 주변의 표면은 간단한 마스킹 작업을 통해서 비가공면으로 처리할 수 있고, 따라서 접촉면의 표면에 미세홈부를 가공하기 위한 작업이 비교적 수월한 방법으로 정확하게 이루어질 수 있다.

특히, 지그를 이용하여 부품을 회전시키면서 미세입자를 분사하여 줌으로써 가공면에 고르게 미세홈부를 만들어낼 수 있는데, 회전속도를 조절하면 미세홈부의 밀집도를 다르게 할 수 있다. 즉, 지그의 회전속도를 조절하여 압축기 부품의 마찰계수를 설정할 수도 있으므로 압축기의 다양한 조건을 만족시킬 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 압축기의 일실시례의 내부구조를 보인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시례에서 압축기를 구성하는 부품들 사이에 마찰이 일어나는 부분을 표시한 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 실시례에서 압축기를 구성하는 일부 부품을 분해하여 보인 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 실시례에서 압축기를 구성하는 회전축의 구성을 보인 사시도.
도 5는 도 1에 도시된 실시례에서 회전축-슬라이드부시-선회스크롤의 구조를 분해한 상태로 보인 사시도.
도 6은 도 1에 도시된 실시례에서 압축유닛을 구성하는 고정스크롤과 선회스크롤을 분해하여 접촉면을 보인 사시도.
도 7은 도 4에 도시된 회전축을 가공하기 위해 지그를 결합한 상태를 보인 사시도.
도 8(a) 및 도 8(b)는 도 1에 도시된 실시례에서 슬라이드부시의 가공면을 각각 보인 사시도.
도 9는 본 발명에 의한 압축기 제조방법을 통해 가공된 회전축의 표면을 가공전의 표면과 비교한 확대도.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 실시례에 따른 압축기는 크게 케이스(10)와, 구동유닛(20), 압축유닛(50), 회전축(30)을 포함하고, 작동과정에서 마찰이 일어나는 접촉면의 마찰계수를 줄여 효율을 향상시키는 구조를 가지고 있다. 여기서 접촉면이란 마찰면을 의미하는 것으로, 주요 접촉부위를 도 2에서 도면부호 ①~④로 표시하였다. 이러한 접촉면의 구조에 대해서는 아래에서 자시히 설명하기로 한다.

참고로, 아래에서는 스크롤압축기를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 로터리압축기나 사판식 압축기에도 적용될 수 있다. 즉, 구동유닛(20, 모터)과 구동유닛(20)에 의해 회전하는 회전축(30), 그리고 회전축(30)에 의해 압축실(V1,V2, 도 3참조)의 체적이 가변되는 압축유닛(50)을 갖는 다양한 압축기에 본 발명이 적용될 수 있는 것이다.

먼저 케이스(10)는 압축기의 외관을 형성하는 것으로, 내부에 내부공간(S1)이 있다. 상기 내부공간(S1)에는 압축기의 작동을 위한 부품들이 설치된다. 상기 케이스(10)는 상하로 개방된 원통형의 몸체쉘(11)과, 상기 몸체쉘(11)의 상부를 덮는 상부쉘(13)과, 상기 몸체쉘(11)의 하부를 덮는 하부쉘(17)을 포함한다. 상기 몸체쉘(11)과 상부쉘(13) 및 몸체쉘(11)과 하부쉘(17)은 서로 용접되어 고정된다.

상기 내부공간(S1)은 냉매가 유입되는 냉매유입공간(S1)이 되기도 하는데, 상기 냉매는 몸체쉘(11)에 있는 냉매흡입관(12)을 통해서 냉매유입공간(S1)으로 유입될 수 있다. 상측에 설치되는 고저압 분리판(90)에 의해 저압부인 냉매유입공간(S1)과 고압부인 냉매토출공간(S2)으로 분리된다.

여기서, 냉매유입공간(S1)은 고저압 분리판(90)의 아래쪽 공간에 해당되고, 냉매토출공간(S2)은 고저압 분리판(90)의 위쪽 공간에 해당될 수 있다. 상부쉘(13)에는 냉매토출공간(S2)에 연결되어 냉매를 바깥쪽으로 배출하는 배출관(14)이 있다. 배출관은 냉동사이클의 응축기(도시되지 않음)로 냉매를 전달하도록 연결된다.

상기 냉매유입공간(S1)에는 구동유닛(20)이 있다. 상기 구동유닛(20)은 회전력을 발생시키는 것으로, 회전축(30)을 회전시켜준다. 본 실시례에서 상기 구동유닛(20)은 압축유닛(50) 보다 상대적으로 아래쪽에 배치되는데, 이와 반대로 압축유닛(50)이 구동유닛(20)의 아래쪽에 배치될 수도 있다.

상기 구동유닛(20)은 크게 로터(21)와 스테이터(23)로 구성된다. 여기서 로터(21)와 스테이터(23)는 서로 상대회전하는 부품으로, 스테이터(23)는 케이스(10) 내의 둘레측에 고정 설치되고 로터(21)는 스테이터(23)의 안쪽에 회전 가능하게 설치된다. 여기서, 상기 스테이터(23)는 다수가 적층된 고정자철심과, 이 고정자철심에 권선되는 코일로 구성된다. 이와 달리 스테이터(23)가 고정자철심과 이에 권선되는 코일로 구성될 수도 있다.

한편, 상기 로터(21)에는 밸런스 웨이트(27)가 구비될 수 있으며, 이로써 해당 로터(21)는 회전축(30)이 편심부를 가지고 있다 하더라도 안정적인 회전 동작이 이루어질 수 있게 된다.

스테이터(23)는 케이스(10)의 내벽면에 열박음 방식으로 고정되고, 로터(21)의 중앙부에는 회전축(30)이 삽입된다. 회전축(30)은 로터(21)와 함께 회전하면서 회전력을 압축유닛(50)의 선회스크롤(70)에 전달하는 역할을 한다. 상기 회전축(30)은 압축기의 상하방향으로 연장된디.

상기 회전축(30)의 하단부(33)는 케이스(10) 하부에 설치되는 하부베어링(19)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 하부베어링(19)은 케이스(10) 내면에 고정되는 하부 프레임(18)에 지지되어, 회전축(30)을 안정적으로 지지할 수 있다. 하부 프레임(18)은 케이스(10)의 내벽면에 용접 고정될 수 있고, 케이스(10)의 바닥면은 오일 저장공간으로서 사용될 수 있다. 오일 저장공간에 저장된 오일은 회전축(30) 등에 의해서 상측으로 이송되어, 오일이 구동유닛(20)과 압축유닛(50)의 압축실(V1,V2)로 들어가 윤활을 수행할 수 있다.

상기 회전축(30)의 상단부(34)는 메인 프레임(40)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 메인 프레임(40)은 하부 프레임(18)과 같이 케이스(10)의 내벽면에 고정 설치되며, 하면에는 아래쪽으로 돌출되는 상부베어링(45)이 있다. 상기 상부베어링(45)의 내부에 회전축(30)의 상단부(34)가 끼워지는데, 메인 프레임(40)과 상부베어링(45)은 고정되어 있고 회전축(30)이 회전함에 따라, 회전축(30)의 상단부(34)와 상부베어링(45)이 서로 밀착된 상태로 상대회전하게 된다.

이와 같이, 상기 회전축(30)의 하단부(33)는 하부베어링(19)에 지지되고, 상단부(34)는 다른 베어링인 상부베어링(45)에 의해 지지된다. 따라서 상기 회전축(30)의 하단부(33)의 외면에는 하부베어링(19)과 연결되는 제1축접촉면(도 7의 A부분 참조)이 만들어지고, 반대쪽인 상단부(34)에는 상부베어링(45)과 연결되는 제2축접촉면(도 7의 B부분 참조)이 만들어진다. 상기 제1축접촉면 및 제2축접촉면은 각각 표면처리되어 미세홈부(D, 도 4참조)가 만들어진다. 도 2를 보면, 제1축접촉면과 하부베어링(19)의 접촉부분이 도면부호 ①로 표시되어 있고, 제2축접촉면과 상부베어링(45)의 접촉부분이 도면부호 ②로 표시되어 있다.

미세홈부(D)는 접촉면의 외면에 만들어지는 것으로, 상기 미세홈부(D)는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 상기 접촉면에 분사하여 만들어진다. 즉, 상기 미세홈부(D)는 접촉면에 작은 알갱이들을 강하게 분사하여 접촉면에 미세한 홈형상들이 만들어진 것을 의미한다. 이러한 미세홈부(D)는 분말(Ceramic Powder)이나 금속구(Steel Ball)를 고압분사하여 접촉면에 충돌시켜 만들어질 수 있다.

본 실시례에서 상기 미세홈부(D)는 20㎛ 내지 50㎛의 직경과, 2㎛ 내지 5㎛의 깊이를 갖는 홈형상이다. 도 4의 확대된 부분에서 보듯이, 미세홈부(D)는 마찰면의 접촉면적을 줄여 마찰계수를 작게하고, 또한 움푹 들어간 형상에 의해 상기 미세홈부(D)의 가장자리 및 미세홈부(D)의 안쪽에는 오일에 의한 유막이 만들어질 수도 있다. 도 4에는 미세홈부(D)의 안쪽과 주변에 유막이 만들어진 모습이 표현되었다. 도 7에는 미세홈부(D) 가공을 위해 회전축(30)에 고정지그(100)가 연결된 모습이 도시되어 있는데, 도 7에서 미세홈부(D)가 만들어지는 접촉면 부분은 표면의 질감표현을 달리하여 구분하였다.

이때, 상기 제1축접촉면과 제2축접촉면은 표면처리되는 면적 또는 미세홈부(D)의 크기가 서로 다르게 만들어질 수도 있다. 이것은 압축기의 작동과정에서 제1축접촉면과 제2축접촉면에 가해지는 외력이 서로 다를 수 있기 때문인데, 예를 들어 보다 큰 외력과 축하중이 가해지는 제2축접촉면에 만들어지는 미세홈부(D)의 면적과, 미세홈들의 직경과 깊이가 더 클 수 있는 것이다. 이러한 표면처리되는 면적 또는 미세홈부(D)의 크기를 조절하는 과정은 아래에서 살펴보기로 한다.

한편 압축유닛(50)은 상기 케이스(10)의 내부공간(S1)에서 상기 회전축(30)에 의해 회전하면서 냉매를 압축하는 역할을 하는데, 본 실시례에서 상기 압축유닛(50)은 두 개의 상대회전하는 부품, 즉 고정스크롤(60)과 선회스크롤(70)로 구성된다. 선회스크롤(70)은 회전축(30)의 상단부(34)에서 돌출된 편심돌부(35)와 맞물려 회전하면서 고정스크롤(60)과의 사이에 있는 압축실(V1,V2)의 체적을 가변시키고, 이 과정에서 압축실(V1,V2)에 있는 냉매가 압축되어 토출된다.

압축유닛(50)의 구체적인 설명에 앞서, 압축유닛(50)과 회전축(30) 사이의 결합구조를 보면, 도 5에서 보듯이, 선회스크롤(70)의 선회플레이트(72) 저면에는 결합부(73)가 있고, 결합부(73) 안쪽에는 결합공간(73')이 있다. 이 결합공간(73')에는 슬라이드부시(37)가 끼워지고, 슬라이드부시(37)에는 다시 회전축(30)의 편심돌부(35)가 끼워진다. 이들이 결합된 상태는 도 2의 ③으로 표현된 부분에서 볼 수 있다.

상기 슬라이드부시(37)는 회전축(30)의 편심돌부(35)와는 직선경로를 따라 미끄러지면서 상대이동하지만, 선회스크롤(70)과는 원주방향으로 미끄러지면서 상대운동을 한다. 구조를 보면, 상기 슬라이드부시(37)는 대략 원통형상이고, 중심에는 상하방향으로 관통된 슬라이드공간(39)이 있다. 상기 슬라이드공간(39)에는 편심돌부(35)가 끼워지되, 서로 상대회전하지는 않는다.

즉 슬라이드부시(37)는 편심돌부(35)에 끼워진 상태로 자전하지는 않는 것이며, 직선경로로 왕복이동은 할 수 있다. 이를 위해서 슬라이드공간(39)의 내면에는 편심돌부(35)의 외면에 있는 제1평면부(36)와 맞닿는 제2평면부(39')가 D-컷 형상으로 있다. 이들 제1평면부(36)와 제2평면부(39')가 맞닿은 상태이므로 서로 상대회전이 방지될 수 있는데, 제2평면부(39')는 슬라이드공간(39)의 양쪽 측면에 나란히 있다.

상기 슬라이드부시(37)의 외면(38a)은 선회스크롤(70)의 결합부(73) 안쪽에 있는 결합공간(73')에 삽입되어 선회스크롤(70)을 선회운동하도록 한다. 이 과정에서 상기 슬라이드부시(37)는 결합공간(73') 안에서 원주방향으로 미끄러지면서 상대운동을 할 수 있다. 미설명부호 38b는 슬라이드부시(37)의 외면에 있는 평면구간이다.

이와 같이, 상기 슬라이드부시(37)와 편심돌부(35) 및 결합부(73)에는 서로 상대동작을 하므로 마찰면, 즉 접촉면이 발생한다. 보다 정확하게는, (i) 회전축(30)의 편심돌부(35)에는 제1평면부(36)가 있고, 이 평면부는 슬라이드부시(37)의 슬라이드공간(39) 내면에 있는 제2평면부(39')와 면접촉하기 때문에 이들 제1평면부(36)와 제2평면부(39')는 중 적어도 어느 하나에는 미세홈부(D)가 있는 축-부시접촉면이 만들어지고, (ii) 선회스크롤(70)의 결합부(73)에 있는 결합공간(73') 내면과 상기 슬라이드부시(37)의 외면(38a) 중 적어도 어느 하나에도 미세홈부(D)가 있는 스크롤-부시접촉면이 만들어진다.

도 2에는 축-부시접촉면과 스크롤-부시접촉면이 ③으로 표시되어 있다. 이와 같이 축-부시접촉면과 스크롤-부시접촉면에도 미세홈부(D)가 만들어지는데, 그 과정은 앞서 설명한 제1축접촉면과 제2축접촉면에 만들어지는 것과 같다. 즉, 미세홈부(D)는 접촉면의 외면에 만들어지는 것으로, 상기 미세홈부(D)는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 상기 접촉면에 분사하여 만들어진다. 즉, 상기 미세홈부(D)는 접촉면에 작은 알갱이들을 강하게 분사하여 접촉면에 미세한 홈형상들이 만들어진 것을 의미한다. 참고로 도 5에서 미세홈부(D)가 만들어지는 접촉면 부분은 표면의 질감표현을 달리하여 구분하였다.

한편, 압축유닛(50)을 계속 설명하면, 상기 고정스크롤(60)과 선회스크롤(70)은 서로 접촉한 상태로 회전하는데, 아래에서 설명되는 바와 같이, 선회스크롤(70)의 선회접촉면과 고정스크롤(60)의 고정접촉면이 서로 밀착된 상태로 상대회전한다. 도 2를 보면, 선회스크롤(70)의 선회접촉면과 고정스크롤(60)의 고정접촉면이 서로 밀착되어 회전하는 접촉부분이 도면부호 ④로 표시되어 있다. 이들 스크롤의 회전구조에는 랩접촉면이 만들어진다.

먼저 고정스크롤(60)을 보면, 고정스크롤(60)에는 상부에 원판 형태로 형성되는 고정플레이트(62)와, 상기 고정플레이트(62)에서 아래쪽으로 돌출되는 고정랩(65)이 있다. 상기 고정랩(65)은 아래에서 설명될 선회스크롤(70)의 선회랩(75)에 맞물리도록 나선형으로 만들어지고, 측면에는 냉매유입공간(S1) 내부에 존재하는 냉매가 흡되는 유입구가 있다. 그리고 고정스크롤(60)의 중심에는 압축된 냉매가 토출되는 토출구(67)가 형성될 수 있다.

도 6을 참고하면, 상기 고정스크롤(60)의 내면(66)은 여러개로 구분될 수 있는데, 먼저 고정랩(65)의 측면인 제1고정면(66a), 선회스크롤(70)의 선회플레이트(72)를 향하는 고정랩(65)의 저면인 제2고정면(66b), 그리고 고정플레이트(62)의 저면이자 고정랩(65)이 돌출되는 부분인 제3고정면(66c)으로 나눌 수 있다. 이 중에서 선회플레이트(72)를 향하는 제2고정면(66b)과 제3고정면(66c)은 선회스크롤(70)과 밀착된 상태로 상대회전하므로 접촉면이 된다. 보다 정확하게는 제2고정면(66b)과 제3고정면(66c)은 고정접촉면이 되는 것이다. 고정접촉면도 표면처리를 통해서 미세홈부(D)가 만들어질 수 있다. 참고로 도 6에서 미세홈부(D)가 만들어지는 접촉면 부분은 표면의 질감표현을 달리하여 구분하였다.

선회스크롤(70)을 보면, 선회스크롤(70)에는 대략 원판 형태를 갖는 선회플레이트(72)와 선회플레이트(72)에서 고정플레이트(62) 방향으로 돌출되는 나선형의 선회랩(75)이 있다. 상기 선회랩(75)은 상기 고정랩(65)과 함께 압축실(V1,V2)을 만든다.

상기 선회스크롤(70)의 선회플레이트(72)는 메인 프레임(40)의 상면에 지지된 상태에서 선회 구동하게 되는데, 선회플레이트(72)와 메인 프레임(40) 사이에는 올담링(48)이 설치되어 선회스크롤(70)의 자전을 방지해준다. 그리고, 선회스크롤(70)의 선회플레이트(72) 하면에는 회전축(30)의 편심돌부(35)가 삽입되는 결합부(73)가 대략 링형태로 돌출되어 있고, 이를 통해 회전축(30)의 회전력이 선회스크롤(70)을 선회 운동시킬 수 있다. 보다 정확하게는 편심돌부(35)와 결합부(73) 사이에 슬라이드부시(37)가 위치하는데, 이는 아래에서 다시 설명하기로 한다.

도 6을 참고하면, 상기 선회스크롤(70)의 내면(76)은 여러개로 구분될 수 있는데, 먼저 선회랩(75)의 측면인 제1선회면(76a), 고정스크롤(60)의 고정플레이트(62)를 향하는 선회랩(75)의 상면인 제2선회면(76b), 그리고 선회플레이트(72)의 상면이자 선회랩(75)이 돌출되는 부분인 제3선회면(76c)으로 나눌 수 있다. 이 중에서 고정플레이트(62)를 향하는 제2선회면(76b)과 제3선회면(76c)은 고정스크롤(60)과 밀착된 상태로 상대회전하므로 접촉면이 된다. 보다 정확하게는 제2선회면(76b)과 제3선회면(76c)은 선회접촉면이 되는 것이다. 선회접촉면도 표면처리를 통해서 미세홈부(D)가 만들어질 수 있다. 물론, 앞서 설명한 고정접촉면과 선회접촉면 중 적어도 어느 일부에만 미세홈부(D)가 만들어질 수도 있다.

이때, 고정스크롤(60)과 선회스크롤(70)의 높이차이는 -2㎛~4㎛ 이내인 것이 바람직한데, 이것은 두 스크롤의 회전과정에서 발생할 수 있는 동작유격이나 압축실(V1,V2)의 누설을 방지하기 위한 것이다. 이에 따라 본 실시례에서 고정접촉면과 선회접촉면에 만들어지는 상기 미세홈부(D)는 2㎛ 내지 4㎛의 깊이를 갖는다.

상기 압축유닛(50)의 상부에는 배압어셈블리(80)가 설치된다. 상기 배압어셈블리(80)는 고정스크롤(60)의 고정플레이트(62) 위쪽에 설치되는데, 대략 환형의 몸체가 골격을 만들고, 고정스크롤(60)과 접촉될 수 있다.

상기 배압어셈블리(80)의 위쪽에는 앞서 설명한 고저압 분리판(90)이 있고, 고저압 분리판(90)에 의해 저압부인 냉매유입공간(S1)과 고압부인 냉매토출공간(S2)으로 분리된다. 상기 배압어셈블리(80) 중심에는 배압구멍(도면부호 미부여)이 있어서 고저압 분리판(90)을 통과하여 냉매토출공간(S2)으로 냉매를 전달할 수 있다.

다음으로, 이와 같이 접촉면을 가공하는 본 발명의 압축기 제조방법을 살펴보기로 한다.

먼저 본 발명은 압축기를 구성하는 구동부품들의 접촉면을 가공하여 마찰계수를 줄이고, 이를 통해 압축기의 효율을 높인다. 여기서 접촉면은, 회전축(30)과 베어링 사이의 접촉면, 회전축(30)과 압축유닛(50) 사이의 접촉면 또는 상기 압축유닛(50)의 회전구조 사이의 접촉면을 의미한다.

순서대로 보면, 먼저 피가공부품의 피처리면 주변을 마스킹하는 마스킹단계가 선행된다. 여기서 마스킹이란 피가공부품의 가공면을 제외한 부분을 차폐하여 불필요한 부분 또는 가공되면 안되는 부분까지 표면처리되는 것을 방지하기 위한 것이다.

예를 들어, 회전축(30)의 경우에는 하단부(33)와 상단부(34), 즉 제1축접촉면 및 제2축접촉면이 되는 부분을 제외한 나머지 부분을 가리는 것인데, 도 7을 보면, 하단부(33)인 A부분과 상단부(34)인 B부분을 제외하고 마스킹이 이루어질 수 있다. 또는 회전축(30)의 편심돌기의 외면중에서 슬라이드부시(37)의 슬라이드공간(39) 내면과 접촉하는 제1평면부(36)도 마스킹에서 제외될 수 있다.

압축유닛(50)의 경우에는 상기 선회스크롤(70)을 구성하는 선회랩(75) 상면과, 상기 선회랩(75)의 상면(76b)과 밀착되고 고정스크롤(60)을 구성하는 고정랩(65)의 저면(66c)이 표면처리되므로, 이를 제외한 나머지 부분은 마스킹된다. 즉, 마스킹단계에서 상기 선회랩(75)과 고정랩(65)의 측면은 마스킹되고, 회전축(30) 방향으로 마주보는 선회랩(75)의 상면(76b)과 고정랩(65)의 저면(66c)만 표면가공을 위해 노출되는 것이다.

그리고 피가공부품을 고정하는 고정단계가 이어지는데, 도 7에서 보듯이 상기 고정단계에서는 고정지그(100)를 이용하여 회전축(30)의 한쪽을 고정할 수 있다. 상기 고정지그(100)의 지그몸체(101)에는 회전을 위한 회전바(105)가 돌출되는데, 회전바를 잡고 피가공부품을 회전시킬 수 있다. 압축유닛(50)의 경우에는 선회스크롤(70)의 선회플레이트(72) 외면과 고정스크롤(60)의 고정플레이트(62) 외면에 지그가 결합될 수 있다.

이 상태에서 피가공부품을 회전시킴과 동시에 접촉면이 되는 피처리면에 미세한 입자를 분사하는 분사가공단계가 이어진다. 피가공부품의 회전은 회전지그를 회전시킴으로써 이루어질 수 있는데, 회전지그는 작업자가 수작업으로 회전시키거나 별도의 장치에 고정시켜 회전시킬 수도 있다.

미세한 입자의 분사는 일종의 블라스팅 공정으로 볼 수도 있는데, 예를 들어 압축 공기 등을 이용하여 모래나 금속볼을 표면에 고속으로 분사하는 방식일 수 있다. 이러한 블라스팅에 사용하는 입자의 종류에 따라 샌드블라스팅(sand blasting)과 쇼트블라스팅(shot blasting) 모두 가능하나, 본 실시례에서는 약 100㎛의 직경인 금속볼을 분사하여 미세홈부(D)를 생성한다.

이렇게 만들어진 미세홈부(D)는 부품의 마찰계수를 작게 해주는데, 접촉면의 조건에 따라 미세홈부(D)의 크기를 다르게 만들 수 있다. 예를 들어 마찰력이 큰 접촉면은 미세홈부(D)를 크게 하여 마찰계수를 더욱 줄일 수 있는 것인데, 본 발명은 미세입자를 분사하여 미세홈부(D)를 만들기 때문에 미세입자의 크기를 바꾸어줌으로써 접촉면의 조건에 맞는 미세홈부(D)와, 그에 따른 마찰계수를 얻을 수 있다.

특히, 고정지그(100)를 이용하여 부품을 회전시키면서 미세입자를 분사하여 줌으로써 가공면에 고르게 미세홈부(D)를 만들어낼 수 있는데, 회전속도를 조절하면 미세홈부(D)의 밀집도를 다르게 할 수 있다. 즉, 고정지그(100)의 회전속도를 조절하여 압축기 부품의 마찰계수를 설정할 수도 있으므로 압축기의 다양한 조건을 만족시킬 수 있는 것이다.

이렇게 하여, 20㎛ 내지 50㎛의 직경과, 2㎛ 내지 5㎛의 깊이를 갖는 홈형상의 미세홈부(D)가 만들어진다. 이러한 미세홈부(D)는 마찰면의 접촉면적을 줄여 마찰계수를 작게하고, 또한 움푹 들어간 형상에 의해 상기 미세홈부(D)의 가장자리 및 미세홈부(D)의 안쪽에는 오일에 의한 유막이 만들어질 수도 있다. 도 9에는 이렇게 미세홈부(D)가 만들어진 회전축(30)의 외면(오른쪽 사진)을 가공하지 않은 외면(왼쪽 사진)과 비교한 모습이 표현되어 있다.

이때, 미세홈부(D)의 직경이 20㎛ 미만이 되면 마찰계수 감소의 효과가 적어 압축효율 향상을 기대하기 어렵고, 50㎛ 이상이 되면 오히려 마찰계수가 증가하거나 유막이 줄어들 수 있다. 미세홈부(D)의 가공에 따른 압축기의 효율을 보면, 미세홈부(D)의 표면홈너비 20㎛~50㎛, 깊이 3㎛~5㎛인 조건에서 입력값은 0.5% 내지 0.6% 저감되었고, 그에 따라 압축기의 효율은 0.4% 내지 0.6% 향상되었다. 이를 벗어나는 조건에서는 발생하는 효율상승이 0.3% 미만으로 떨어진다.

이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 케이스 20: 구동유닛
30: 회전축 35: 편심돌부
37: 슬라이드부시 40: 메인프레임
50: 압축유닛 60: 고정스크롤
62: 고정플레이트 65: 고정랩
70: 선회스크롤 72: 선회플레이트
75: 선회랩

Claims (11)

1. 냉매를 흡입하기 위한 냉매흡입관이 내부공간에 연결되도록 있는 케이스와,
   구동유닛에 의해 회전하되 베어링부에 의해 회전가능하도록 상기 내부공간에 지지되는 회전축과,
   상기 케이스의 내부공간에서 상기 회전축에 의해 회전하면서 냉매를 압축하는 압축유닛을 포함하고,
   상기 회전축과 상기 압축유닛을 구성하는 선회스크롤의 결합부 사이에는 슬라이드부시가 결합되며,
   상기 회전축의 외면과 접촉되는 상기 슬라이드부시의 슬라이드공간 내면과, 상기 선회스크롤의 결합부의 내면과 접촉되는 상기 슬라이드부시의 외면에는 각각 미세홈부가 형성되되,
   상기 미세홈부는 상기 회전축의 편심돌부의 외면에 있는 제1평면부와 맞닿는 상기 슬라이드공간의 제2평면부와, 상기 결합부의 내면과 맞닿는 상기 슬라이드부시의 외면 중 곡면구간에 형성되며,
   상기 슬라이드공간에서 상기 제2평면부를 제외한 부분과, 상기 슬라이드부시의 외면 중 평면구간에는 상기 미세홈부가 생략되고,
   상기 미세홈부는 서로 구획되는 다수개로 구성되는 압축기.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 미세홈부는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 상기 슬라이드부시의 슬라이드공간 내면과, 상기 슬라이드부시의 외면에 분사하여 만들어지는 압축기.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 회전축의 한쪽에는 베어링과 연결되는 제1축접촉면이 있고, 반대쪽에는 압축유닛 또는 다른 베어링과 회전가능하게 연결되는 제2축접촉면이 있으며, 상기 제1축접촉면 및 제2축접촉면은 각각 표면처리되어 미세홈부가 만들어지는 압축기.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1축접촉면과 제2축접촉면은 표면처리되는 면적 또는 미세홈부의 크기가 서로 다르게 만들어지는 압축기.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 미세홈부는 20㎛ 내지 50㎛의 직경과, 2㎛ 내지 5㎛의 깊이를 갖는 홈형상이고, 상기 미세홈부의 가장자리 및 미세홈부의 안쪽에는 오일에 의한 유막이 만들어지는 압축기.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 압축유닛은 상기 내부공간에 고정설치되는 고정스크롤과 상기 회전축에 연결되어 선회운동하되 상기 고정스크롤과 맞물려 그 사이에 압축실을 만드는 선회스크롤을 포함하고,
   상기 선회스크롤을 구성하는 선회랩 상면과, 상기 선회랩의 상면과 밀착되고 고정스크롤을 구성하는 고정랩의 저면 중 적어도 어느 일부는 외면이 표면처리되어 미세홈부가 만들어지는 랩접촉면인 압축기.
   
7. 삭제
8. 압축기를 구성하는 구동부품의 접촉면을 표면처리하여 미세홈부를 만드는 압축기 제조방법에 있어서,
   피가공부품의 피처리면 주변을 마스킹하는 마스킹단계와,
   상기 피가공부품을 고정하는 고정단계와,
   상기 피가공부품을 회전시킴과 동시에 접촉면이 되는 피처리면에 미세한 입자를 분사하는 분사가공단계를 포함하여,
   상기 압축기의 회전축의 외면과 접촉되는 슬라이드부시의 슬라이드공간 내면과, 상기 압축기의 압축유닛을 구성하는 선회스크롤의 결합부의 내면과 접촉되는 상기 슬라이드부시의 외면에는 각각 미세홈부가 만들어지되,
   상기 미세홈부는 상기 회전축의 편심돌부의 외면에 있는 제1평면부와 맞닿는 상기 슬라이드공간의 제2평면부와, 상기 결합부의 내면과 맞닿는 상기 슬라이드부시의 외면 중 곡면구간에 형성되며,
   상기 슬라이드공간에서 상기 제2평면부를 제외한 부분과, 상기 슬라이드부시의 외면 중 평면구간에는 상기 미세홈부가 생략되고,
   상기 미세홈부는 서로 구획되는 다수개로 구성되는 압축기의 제조방법.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 미세홈부는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 상기 접촉면에 분사하여 만들어지되, 상기 미세홈부는 20㎛ 내지 50㎛의 직경과, 2㎛ 내지 5㎛의 깊이를 갖는 홈형상이고, 상기 미세홈부의 가장자리 및 미세홈부의 안쪽에는 오일에 의한 유막이 만들어질 수 있는 압축기의 제조방법.
   
10. 청구항 8에 있어서, 상기 회전축의 한쪽에는 베어링과 연결되는 제1축접촉면이 있고, 반대쪽에는 압축유닛 또는 다른 베어링과 회전가능하게 연결되는 제2축접촉면이 있으며, 상기 제1축접촉면 및 제2축접촉면은 각각 표면처리되어 미세홈부가 만들어지고, 상기 고정단계에서는 고정지그를 이용하여 상기 회전축의 한쪽을 고정하고 회전시키는 압축기의 제조방법.
    
11. 청구항 8에 있어서, 상기 압축유닛은 상기 압축기의 내부공간에 고정설치되는 고정스크롤과 상기 회전축에 연결되어 선회운동하되 상기 고정스크롤과 맞물려 그 사이에 압축실을 만드는 선회스크롤을 포함하고,
    상기 선회스크롤을 구성하는 선회랩 상면과, 상기 선회랩의 상면과 밀착되고 고정스크롤을 구성하는 고정랩의 저면이 표면처리되어 미세홈부가 만들어지되,
    상기 마스킹단계에서 상기 선회랩과 고정랩의 측면은 마스킹되고, 회전축 방향으로 마주보는 선회랩의 상면과 고정랩의 저면만 표면가공되는 압축기의 제조방법.

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