KR20020074404A - 스크롤압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 스크롤압축기에 있어서, 올덤커플링과 그 상대부재의 내마모성향상을 도모하는 것이다.

이를 위하여 고정 스크롤과 선회 스크롤을 구비하고, 선회 스크롤에 선회운동을 시키기 위한 올덤커플링이 설치된 스크롤압축기에 있어서, 올덤커플링은 그 상대부재와의 슬라이딩면이 모재(31)에 실리콘(32)을 함유시킨 재료로 구성되고, 또한 슬라이딩면에 표출하는 실리콘(32)의 표면(32A)이 평면으로 형성되고, 그 평면에 형성된 실리콘(32)의 슬라이딩면적에 차지하는 비율이 3% 내지 20%, 바람직하게는 5% 내지 15%로 설정되어 있다.

Description

스크롤압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 냉매 또는 공기 등을 압축하는 스크롤압축기에 관한 것으로, 특히 선회 스크롤에 선회운동을 부여하기 위한 올덤커플링에 대하여, 그 슬라이딩부의 내마모성 향상을 도모한 스크롤압축기에 관한 것이다.

스크롤압축기는, 다른 형태의 압축기와 비교하여 고효율, 고신뢰성, 정음 등의 우위성을 갖추고 있기 때문에, 냉동·공조기기나 기타 여러가지 분야에서 널리 이용되고 있다.

이와 같은 스크롤압축기는, 프레임에 고정된 고정 스크롤과, 이 고정 스크롤에 대향 배치된 선회 스크롤을 구비하고 있다. 고정 스크롤은 원판형상의 대판(臺板)을 가지고, 이 대판에는 나선형상 랩이 형성되어 있다. 또 선회 스크롤도 원판형상의 대판을 가지고, 이 대판에는 나선형상 랩이 형성되어 있다. 그리고 고정 스크롤과 선회 스크롤은 각각의 나선형상 랩이 서로 맞물리는 상태로 배치되어 고정 스크롤에 대하여 선회 스크롤을 선회운동시킴으로써, 유체를 연속적으로 압축하여 토출한다.

일반적으로 스크롤압축기에 있어서는, 선회 스크롤을 선회운동시키기 위하여 선회 스크롤의 대판 뒷면에는 크랭크축을 거쳐 모터가 연결되고, 또 선회 스크롤의 대판 뒷면과 프레임 사이에 올덤커플링이 설치되어 있다. 이 올덤커플링은 링형상부재로 이루어지고, 그 링형상 부재의 양면에는 링형상 부재의 지름방향을 따라 2개의 돌기(키)가 각각 설치되어 있다. 또한 링형상 부재의 한쪽 면에 설치된 2개의 돌기와 다른 면에 설치된 2개의 돌기는, 링형상 부재의 원주방향을 따라 서로90도어긋난 위치에 형성되어 있다.

한편, 선회 스크롤의 대판 뒷면과 프레임에는 홈이 형성되고, 링형상 부재의 한쪽 면에 설치된 2개의 돌기는 대판 뒷면의 홈에, 링형상 부재의 다른 면에 설치된 2개의 돌기는 프레임의 홈에 각각 슬라이딩 자유롭게 끼워 맞춰져 있다. 그리고 모터에 의해 크랭크축을 회전구동하면, 올덤커플링의 각 돌기가 대판 뒷면이나 프레임의 홈 내를 왕복이동하고, 이에 의하여 선회 스크롤이 선회운동을 한다.

그런데, 올덤커플링의 각 돌기는 상기한 바와 같이 대판 뒷면이나 프레임의 홈 내를 왕복이동하기 때문에, 마모되기 쉽다. 특히 돌기부에 가해지는 하중(키하중)이 큰 경우, 대판 뒷면이나 프레임의 홈 내를 슬라이딩하는 돌기부의 면압이 증대하고 돌기부의 슬라이딩면에 유막이 형성되기 어렵게 되어 돌기부가 마모될 염려가 있다.

또한 최근에는 인버터제어된 가변속 스크롤압축기에 의해 온/오프 빈도를 적게 하여 부하에 따라 토출량을 연속적으로 제어함으로써, 에너지절약화를 도모하는 시도가 이루어지고 있고, 이와 같은 상황하에서 스크롤압축기를 저속회전시키면 돌기부의 슬라이딩속도가 저하하기 때문에, 돌기부의 슬라이딩면에는 유막이 더욱 형성되기 어렵게 되어 돌기부의 마모가 가속된다.

또한 염소분자를 포함하지 않은 HFC 냉매의 경우, 돌기부의 슬라이딩면의 윤활성이 저하하기 때문에, 특히 키하중이 크고 슬라이딩속도가 작은 조건하에서는 돌기부의 마모량이 증대한다.

따라서 종래에는 알루미늄제의 올덤커플링의 경우는, 돌기부의 슬라이딩면에SiC분산형의 전기도금 등의 처리를 실시하여 돌기부의 내마모성을 향상시키는 것이 제안되어 있다(일본국 특개평3-206383호 공보). 또 철계 소결제의 올덤커플링의 경우는, 돌기부의 슬라이딩면에 붕화철을 생성하는 표면처리를 실시하여 돌기부의 내마모성을 향상시키는 것이 제안되어 있다(일본국 특개평6-81779호 공보).

그러나 상기 종래기술 중, SiC 분산형의 전기도금 등의 처리를 실시한 것에서는 전기도금의 두께의 치수관리가 필요한 데다가 도금층이 박리, 탈락 등을 한 경우는 돌기부의 마모를 피할 수 없다.

또 돌기부의 슬라이딩면에 붕화철을 생성하는 표면처리를 실시한 것에서는 돌기부의 경도는 증가하나, 그 돌기부가 슬라이딩하는 상대부재, 즉 선회 스크롤의 대판 뒷면이나 프레임에 형성된 홈부가 마모될 염려가 있다.

또한 돌기부의 슬라이딩면적을 확대하여 내마모성을 향상시키는 것도 생각할 수 있으나, 슬라이딩면적을 확대시키면 올덤커플링이 대형화하고, 그것에 의하여 스크롤압축기의 구조를 대폭 변경하지 않으면 안되어 현실적이지 않다.

본 발명은 스크롤압축기에 있어서 올덤커플링과 그 상대부재의 내마모성 향상을 도모하는 것을 과제로 한다.

도 1은 스크롤압축기의 구성도이다.

도 2는 선회 스크롤의 종단면도이다.

도 3은 도 1의 상태로부터 선회 스크롤나 올덤커플링 등을 떼어 내고, 프레임 A-A 선을 따라 보았을 때의 화살표시도,

도 4는 올덤커플링의 사시도,

도 5는 올덤커플링의 상면도,

도 6은 올덤커플링에 설치된 돌기의 조성을 나타낸 확대단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스크롤압축기 11 : 프레임

12 : 고정 스크롤 12B : 나선형상 랩

13 : 선회 스크롤 13B : 나선형상 랩

14 : 올덤커플링 14A, 14B : 돌기

15 : 크랭크축 31 : 모재

32 : 실리콘 32A : 실리콘의 표면

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 대판에 나선형상 랩을 가지고 이 대판이 프레임에 고정된 고정 스크롤과, 대판에 나선형상 랩을 가지고 상기 나선형상 랩과 고정 스크롤의 나선형상 랩이 서로 맞물린 상태로 설치된 선회 스크롤과, 선회 스크롤의 대판 뒷면과 프레임 사이에 설치된 올덤커플링과, 선회 스크롤의 대판 뒷면에 크랭크축을 거쳐 연결되어 올덤커플링과 협동하여 선회 스크롤에 선회운동을 시키는 구동부를 구비하고, 올덤커플링은 적어도 선회 스크롤의 대판 뒷면 및 프레임과의 슬라이딩면이 모재에 실리콘을 함유시킨 재료로 구성되고, 또한 슬라이딩면에 표출하는 실리콘의 표면이 평면으로 형성되고, 그 평면에 형성된 실리콘의 슬라이딩면적에 차지하는 비율이 3% 내지 20%, 바람직하게는 5% 내지 15%인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 슬라이딩면의 내마모성이 향상함과 동시에, 슬라이딩면에 표출하는 실리콘의 표면을 평면으로 형성할 때에, 모재가 약간 깎아 내지므로, 이 깎아 내진 움푹 패인 부분에 유막이 형성되어 윤활유의 유지성이 좋아져 올덤커플링의 상대부재인 선회 스크롤의 대판 뒷면이나 프레임의 마모도 억제할 수 있다. 이 경우, 실리콘의 비율이 너무 많으면 깎여져 오목한 부분의 면적이 작아져 윤활유의 유지성이 저하하고, 또 실리콘의 비율이 너무 적으면, 슬라이딩면의 내마모성을 유지할 수 없다. 따라서 평면으로 형성된 실리콘의 슬라이딩면적에 차지하는 비율을 3% 내지 20%, 바람직하게는 5% 내지 15%에 설정하고 있다.

또 본 발명에서는 실리콘은 그 최대 입자지름이 1OO㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하의 초정(初晶)규소인 것을 특징으로 하고 있다. 이 경우도 실리콘의 최대 입자지름이너무 크면 깎아 내져 움푹 패인 부분의 면적이 작아져 윤활유의 유지성이 저하하기 때문에, 최대 입자지름이 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하로 설정하고 있다. 또한 초정규소는 고경도이고, 내마모성이 우수하다.

올덤커플링의 모재는 알루미늄을 포함하는 금속으로 형성할 수 있다.

상기 올덤커플링은 단조(鍛造) 또는 다이캐스트에 의해 성형된 것이다. 이와 같이 하면, 올덤커플링의 비용절감과 양산성의 향상을 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 스크롤압축기의 구성을 나타내고 있다. 일반적으로 스크롤압축기(10)는 주요부품으로서, 프레임(11)에 고정된 고정 스크롤(12)과, 이 고정 스크롤(12)에 대향 배치된 선회 스크롤(13)과, 선회 스크롤(13)과 프레임(11) 사이에 설치된 올덤커플링(14)과, 선회 스크롤(13)에 크랭크축(15)을 거쳐 연결되어 올덤커플링(14)과 협동하여 선회 스크롤(13)에 선회운동을 시키는 구동부(도시 생략)를 구비하고 있다. 고정 스크롤(12)은 원판형상의 대판(12A)을 가지고, 그 대판(12A)에는 나선형상 랩(12B)이 설치되어 있다. 마찬가지로 선회 스크롤(13)도 원판형상의 대판(13A)을 가지고, 그 대판(13A)에는 나선형상 랩(13B)이 설치되어 있다. 그리고 고정 스크롤(12)과 선회 스크롤(13)은 나선형상 랩(12B)과 나선형상 랩(13B)이 서로 맞물리도록 배치되어 선회 스크롤(13)이 선회운동을 함으로써 흡입관(16)으로부터 흡입포트(17)를 거쳐 흡입한 유체를 압축하여 압축 후의 유체를 대판(12A) 중앙의 토출포트(18)로부터 상부 공간(19)으로 토출한다. 상부 공간(19)으로 토출된 유체는 토출관(20)으로부터 외부로 이끌어 내진다.

선회 스크롤(13)과 프레임(11) 사이에 설치된 올덤커플링(14)은, 도 4에 나타내는 바와 같이 링형상 부재로 구성되고, 그 한쪽 면(상면)에 2개의 돌기(키)(14A, 14A)가, 다른쪽 면에 2개의 돌기(키)(14B, 14B)가 각각 설치되어 있다. 돌기(14A, 14A)는 링의 지름방향을 따라 형성되고, 돌기(14B, 14B)도 링의 지름방향을 따라 형성되어 있다. 또 돌기(14A, 14A)와 돌기(14B, 14B)는 링의 원주방향을 따라 서로 90도 어긋난 위치에 형성되어 있다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이 돌기(14A, 14A)를 연결하는 직선(L1)과 돌기(14B, 14B)를 연결하는 직선(L2)이 교차하는 각도는 90도이다.

또 선회 스크롤(13)의 대판(13A)의 뒷면에는 도 2에 나타내는 바와 같이 홈 (키홈)(13C)이 형성되고, 이 홈(13C)내에 올덤커플링(14)의 돌기(14A)가 슬라이딩 자유롭게 끼워 맞춰진다. 한편 프레임(11)에는 도 3에 나타내는 바와 같이 프레임 대좌(臺座)(11A)에 홈(키홈)(11B)이 형성되고, 이 홈(11B)내에 올덤커플링(14)의 돌기(14B)가 슬라이딩 자유롭게 끼워 맞춰진다. 또 도 1에 나타내는 바와 같이 선회스크롤(13)의 대판(13A)의 뒷면에는 그 편심위치에 보스부(13D)가 형성되고, 크랭크축(15) 선단의 크랭크핀(15A)은 보스부(13D)에 약간 여부를 가지고 끼워 맞춰져 있다.

또한 도 1에 있어서, 21은 크랭크축(15)을 회전 자유롭게 지지하는 베어링, 22는 크랭크축(15)에 설치된 균형추이다. 또 23은 밀폐용기이고, 스크롤압축기를 구성하는 상기 각 요소는 밀폐용기(23)내에 수납되어 있다.

상기 구성에 있어서, 선회 스크롤(13)에는 운전시 자전토오크가 작용한다. 올덤커플링(14)은 이 자전토오크를 올덤커플링(14)의 돌기(14A, 14B)와, 상대부재 인 프레임(11)에 설치된 홈(11B) 및 선회 스크롤(13)의 대판(13A) 뒷면에 설치된 홈(13C)과의 걸어맞춤으로 받아냄으로써 선회 스크롤(13)의 자전을 저지하고 있다.이 때문에 올덤커플링(14)의 돌기(14A, 14B)에는 자전 토오크를 받아내기 위한 힘으로서 도 5에 나타내는 바와 같이 가스하중 및 원심하중(도면 중 F)이 돌기(14A, 14B)의 슬라이딩방향과 직각방향으로 작용한다.

본 실시형태에서는, 상기 가스하중 및 원심하중이 돌기(14A, 14B)에 작용하여 돌기(14A, 14B), 프레임(11)의 홈(11B), 또는 선회 스크롤(13)의 홈(13C)이 마모하는 것을 억제하기 위하여 돌기(14A, 14B)가 도 6과 같이 구성되어 있다. 즉 돌기(14A, 14B)는 모재(31)에 실리콘(32)을 함유시킨 재료로 구성되어 상대부재와의 슬라이딩면에 표출하는 실리콘(32)의 표면(32A)이 평면으로 형성되고, 그 평면에 형성된 실리콘(32)의 슬라이딩면적에 차지하는 비율이 3% 내지 20%, 바람직하게는 5% 내지 15%로 설정되어 있다. 슬라이딩면에 표출한 실리콘(32)은 최대 입자지름이 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하의 고경도인 초정규소로 이루어져 있다. 또 모재(31)는 알루미늄과 실리콘과의 공정(共晶) 알루미늄으로 이루어져 있다.

슬라이딩면에 표출하는 실리콘(32)의 표면(32A)을 평면으로 형성할 때, 모재 (31)는 실리콘과 비교하여 유연하기 때문에, 모재(31)의 부분이 깎아 내져 도 6과 같이 실리콘(32)의 부분이 모재(31)보다도 약간 돌출한다. 그리고 모재(31)가 깎아내져 움푹 패인 부분에는 윤활유를 유지시킬 수 있어 돌기(14A, 14B)는 물론, 상대부재인 선회 스크롤(13)의 홈(13C) 및 프레임(11)의 홈(11B)의 마모도 억제할 수 있다. 이 경우 실리콘의 비율이 너무 많으면, 깎아 내져 움푹 패인 부분의 면적이 작아져 윤활유의 유지성이 저하하고, 또 실리콘의 비율이 너무 적으면, 슬라이딩면의 내마모성을 유지할 수 없다. 따라서 본 실시형태에서는 평면으로 형성된 실리콘의 슬라이딩면적에 차지하는 비율을 3% 내지 20%, 바람직하게는 5% 내지 15%로 설정하고 있다.

또 실리콘의 최대 입자지름이 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하로 한 이유는 최대 입자지름이 너무 크면 깎아 내져 움푹 패인 부분의 면적이 작아져 윤활유의 유지성이 저하하기 때문이다. 또 초정규소는 고경도이고, 내마모성이 우수하다.

상기 올덤커플링(14)은 단조 또는 다이캐스트 등의 성형법을 사용하여 제작할 수 있다. 이와 같이 하면, 재료의 수율을 향상시키고, 올덤커플링을 저비용으로 양산할 수 있다.

또한 상기 실시형태에서는, 도 6과 같은 구성을 올덤커플링(14)의 돌기(14A, 14B)에만 적용하였으나, 올덤커플링(14) 전체를 도 6과 같은 구성으로 하여도 좋다. 또 돌기(14A, 14B) 중, 상대부재와의 슬라이딩면만을 도 6과 같은 구성으로 하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 올덤커플링과 그 상대부재의 내마모성향상을 도모할 수 있다.

Claims (6)

1. 대판에 나선형상 랩을 가지고,

   상기 대판이 프레임에 고정된 고정 스크롤과;

   대판에 나선형상 랩을 가지고, 상기 나선형상 랩과 상기 고정 스크롤의 나선형상 랩이 서로 맞물린 상태로 설치된 선회 스크롤과;

   상기 선회 스크롤의 대판 뒷면과 상기 프레임 사이에 설치된 올덤커플링과;

   상기 선회 스크롤의 대판 뒷면에 크랭크축을 거쳐 연결되어 상기 올덤커플링과 협동하여 선회 스크롤에 선회운동을 시키는 구동부를 구비하고,

   상기 올덤커플링은 적어도 상기 선회 스크롤의 대판 뒷면 및 상기 프레임과의 슬라이딩면이 모재에 실리콘을 함유시킨 재료로 구성되고,

   또한 상기 슬라이딩면에 표출하는 실리콘의 표면이 평면으로 형성되어 상기 평면에 형성된 실리콘의 슬라이딩 면적에 차지하는 비율이 3% 내지 20%, 바람직하게는 5% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 실리콘은 상기 최대 입자지름이 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하인 초정규소인 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 실리콘의 표면은 모재보다도 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 올덤커플링의 모재는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 올덤커플링은 단조에 의해 성형된 것임을 특징으로 하는 스크롤압축기.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 올덤커플링은 다이캐스트에 의해 성형된 것임을 특징으로 하는 스크롤압축기.