KR20040067957A

KR20040067957A - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR20040067957A
Application number: KR1020040003662A
Authority: KR
Inventors: 모로즈미나오야
Original assignee: 가부시키가이샤 후지쯔 제네랄
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2004-07-30
Also published as: JP2004225569A; TW200422520A; CN100390417C; US6872062B2; CN1517554A; US20040146420A1

Abstract

본 발명은 보다 슬라이딩 마찰 손실이 적고, 압축효율이 좋은 스크롤 압축기를 제공하기 위하여, 주축(61)의 한쪽 끝측에 형성되는 크랭크축(62)을, 주축의 지름을 Dm, 크랭크축의 지름을 Dc로 한 경우, 주축(61)에 대한 편심량(e)이 e>(Dm-Dc)/2 를 만족하도록 배치한다. 또한 주축(61)에 의하여 주 프레임(3)의 주 베어링(31)을 슬라이딩 베어링으로서 지지하고, 크랭크축(42)에 의하여 선회 스크롤(42)의 크랭크 베어링(421)을 슬라이딩 베어링으로서 지지하기 때문에, 주축(61)과 크랭크축(62)을 연결하는 조인트축(65)을 축방향에서 보아 주축 지름 내 또한 크랭크축 지름 내에 수납되는 형상으로 한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은, 예를 들면 공기조화기의 냉매 등을 압축하는 데 사용되는 스크롤 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하세 말하면, 보다 높은 압축효율 및 저비용화를 가능하게 하기 위한 회전구동축의 개량에 관한 것이다.

먼저, 도 4를 참조하여 냉매압축부를 전동기의 위쪽에 배치한 밀폐 세로형의 스크롤 압축기(1A)의 일반적인 구성에 대하여 설명한다. 이 스크롤 압축기(1A)는밀폐 셀(shell)(2)의 내부가 주 프레임(3)에 의하여 냉매압축부(4)를 가지는 압축실(CC)과, 전동기(5)를 가지는 전동기실(MC)로 구획되어 있다.

전동기(5)에서 생성된 회전구동력은 회전구동축(6)을 거쳐 냉매압축부(4)에 전달되고, 회전구동축(6)의 선단에 설치된 선회 스크롤(42)을 고정 스크롤(41)에 대하여 선회운동시켜, 냉매를 압축하도록 되어 있다.

통상 회전구동축(6)은 전동기실(MC) 내에 동축적으로 배치되는 주축(61)과, 상기 주축(61)의 한쪽 끝측(도 4에서는 상단측)에 일체적으로 설치되는 크랭크축(62)과, 주축(61)의 다른쪽 끝측에 일체로 설치되는 부축(66)을 구비하고 있다.

크랭크축(62)은 냉매압축부(4)의 선회 스크롤(42)을 선회 구동시키기 위하여 주축(61)에 대하여 소정량만큼 편심되어 배치되어 있다. 부축(66)은 주축(61)과 동축으로 설치되어 있다.

또한 주축(61)은 주 프레임(3)의 주 베어링(31)에 지지되고, 그 다른쪽 끝측(도 4의 하단측)의 부축(66)은 부 프레임(7)의 부 베어링(71)에 지지되어 있다.

스크롤 압축기에 있어서, 크랭크축(62)은 다음 2가지 형식으로 크게 구별된다. 먼저, 제 1 형식(이하, 형식 1이라 함)은, 도 4에 나타내는 바와 같이 크랭크축 지름(Dc)이 주축 지름(Dm)보다도 작고, 축방향에서 보아 크랭크축(62)이 주축(61)의 외경 내에 배치되는 타입이다. 즉, 형식 1에 있어서, 크랭크축(62)의 편심량(e)은 편심량 e≤(Dm-Dc)/2의 관계에 있다.

이 형식 1에 의하면, 압축기의 조립시에 있어서, 회전구동축(6)은 주 프레임(3)의 주 베어링(31)에 대하여 압축실(CC)측 또는 전동기실(MC)측의 어느쪽으로부터도 삽입할 수 있다. 그러나 이 회전구동축(6)은 자중을 지지하는 부분을 가지지 않는다. 따라서 주 프레임(3)에 고정 스크롤(41) 및 선회 스크롤(42)로 이루어지는 냉매압축부(4)를 조립한 후에, 전동기실(MC)측으로부터 회전구동축(6)을 선회 스크롤(42)에 삽입하는 것이 일반적이다.

다음에, 제 2 형식은, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 주축 지름(Dm)과 크랭크축 지름(Dc)을 거의 동일한 지름으로 하고, 크랭크축(62)을 편심량(e)만큼 주축(61)으로부터 어긋나게 한 타입이다. 즉, 형식 2에 있어서, 편심량 e>(Dm-Dc)/2의 관계에 있다. 이 제 2 형식은 다시 2개의 소분류로 분류된다.

먼저, 제 1 소분류(이하, 형식 2-1이라 함)는, 예를 들면 일본국 특허 제2572215호 공보에 나타내는 바와 같이, 주 프레임의 주 베어링을 구름 베어링으로 구성하고, 크랭크축과 주축과의 사이에 갈고리형상의 「릴리프」를 설치하여, 이 「릴리프」를 주 베어링부에서 지름방향으로 슬라이드시킴으로써, 크랭크축을 전동기실(MC)측으로부터 삽입할 수 있도록 한 타입이다. 이에 의하면, 크랭크축의 축 지름을 작게 하는 일 없이, 상기한 형식 1과 같이 크랭크축을 전동기실(MC) 측으로부터 삽입할 수 있다.

다음에, 제 2 분류(이하, 형식 2-2라 함)의 스크롤 압축기(1B)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 회전구동축(6)의 자중을 주 프레임(3)으로 지지하기 위하여, 주축(61)과 크랭크축(62)과의 사이에 주축(61)에 대하여 동축이고 또한 큰 지름의 플랜지부(63)를 설치한 타입이다. 이 경우, 회전구동축(6)은 압축부(4)를 주 프레임(3)에 조립하기 전에 주 프레임(3)에 삽입해 둘 필요가 있으나, 압축부(4)가 조립된 후는 압축기 전체의 조립 중에 압축기를 상하이동시켜도 회전구동축(6)은 주 프레임(3)으로부터 빠지는 일은 없다.

그러나 상기한 각 스크롤 압축기(1A, 1B)에는, 다음과 같은 과제가 있었다. 즉, 형식 1의 경우는, 냉매의 압축에 필요한 선회운동을 선회 스크롤(42)에 부여하기 위해서는 크랭크축 지름(Dc)을 주축 지름(Dm)보다도 약 30% 정도 작게 설계할 필요가 있었다. 그 때문에 필연적으로 크랭크축(62)의 작은 지름화에 의하여 내하중 강도가 작아져, 강도적인 신뢰성이 저하될 우려가 있다.

또한 그 신뢰성을 높이기 위하여 크랭크축 지름(Dc)을 크게 하려고 하면, 상대적으로 주축 지름(Dc)을 내하중 강도 이상으로 크게 할 필요가 있어, 이에 수반되는 주축의 슬라이딩 마찰 손실이 커진다는 문제가 생긴다.

도 4를 참조하여, 압축가스에 저항하여 크랭크축(62)의 베어링부(421)에 관한 부하하중을 Fc, 크랭크축(62)으로부터 주 프레임(3)의 주 베어링(31)까지의 축간 거리를 Lm, 크랭크축(62)으로부터 부 베어링(71)까지의 축간 거리를 Ls라 한 경우, 주 베어링(31)에 관한 부하하중(Fm)은,

Fm= Fc×(Ls/(Ls-Lm))

으로 표시된다. 이에 의하여, Lm이 작을 수록 주 베어링(31)에 관한 부하하중(Fm)은 작아지는 것을 알 수 있다.

그런데 형식 2-1의 경우는, 필연적으로 주 베어링(31)과 크랭크 베어링(421)의 축방향 거리(축간 거리)가 길어져, 주 베어링(31)에 작용하는 부하가 커진다. 그 때문에 주 베어링(31)을 슬라이딩 베어링으로 지지하는 것이 곤란하게 되어, 구름 베어링으로 바꿀 필요가 있다. 그러나 구름 베어링은 슬라이딩 베어링에 대하여 고가이다.

형식 2-2의 경우는, 형식 2-1의 경우보다도 축간 거리(Lm)를 짧게 할 수 있으나, 주축(61)과 크랭크축(62)과의 사이에 플랜지부(63)를 설치하고 있기 때문에, 아무래도 플랜지부(63)의 두께분(축 길이분)만큼 주 베어링(31)과 크랭크 베어링(421)과의 축간 거리가 길어진다. 따라서 주 베어링(31)에 작용하는 하중이 여전히 커, 결과적으로 슬라이딩 마찰 손실이 커진다는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 보다 슬라이딩 마찰 손실이 적고, 압축 효율이 좋은 스크롤 압축기를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 스크롤 압축기의 개략적인 단면도,

도 2a는 상기 스크롤 압축기의 회전구동축의 상단측을 확대한 확대도,

도 2b는 스크롤 압축기의 하단측을 확대한 확대도,

도 3a는 주축과 크랭크축과의 관계를 설명하는 모식도,

도 3b는 주축과 크랭크축을 축방향에서 본 상태의 평면도,

도 3c는 가공릴리프에 대하여 설명하기 위한 설명도,

도 4는 종래의 스크롤 압축기의 단면도,

도 5는 종래의 스크롤 압축기의 주요부 단면도이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 밀폐 셀의 내부가 주 프레임에 의하여 압축실과 전동기실로 구획되고, 상기 전동기실 내에서 생성된 회전구동력을 상기 압축실에 전달하는 회전구동축을 가지는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 회전구동축은, 상기 전동기실 내에 동축적으로 배치되는 주축과, 상기 주축의 한쪽 끝측에 일체적으로 형성되어, 상기 압축실 내의 선회 스크롤을 선회운동시키는 크랭크축을 가지고, 상기 주축의 지름을 Dm, 상기 크랭크축의 지름을 Dc라 하고, 상기 크랭크축은 상기 주축에 대하여 편심량(e)이 e>(Dm-Dc)/2를 만족하도록 배치되어 있음과 동시에, 상기 주축과 상기 크랭크축과의 사이에는, 상기 주축이 상기 주 프레임의 주 베어링에 대하여 슬라이딩 베어링으로서, 상기 크랭크축이 상기 선회 스크롤의 크랭크 베어링에 대하여 슬라이딩 베어링으로서 기능하기 위하여 필요한 정밀도로 가공할 때의 가공 릴리프에 상당하는 길이를 가지는 조인트축을 구비하고 있고, 상기 조인트축은 축방향에서 보아 상기 주축의 지름(Dm) 내 또한 상기 크랭크축의 지름(Dc) 내에 수납되는 형상인 것을 특징으로 하고 있다.

이에 의하면, 크랭크축의 신뢰성을 손상시키는 일 없이, 주축의 슬라이딩 마찰 손실을 최소한으로 억제할 수 있고, 따라서 고효율의 스크롤 압축기를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 있어서, 상기 조인트축의 길이는 3 mm 이내인 것이 바람직하다.

또 본 발명의 바람직한 형태로서, 상기 밀폐 셀 내에는 다시 상기 회전구동축의 다른쪽 끝측에 설치된 부축을 레이디얼방향으로 지지하는 부 베어링을 구비한 부 프레임이 설치되고, 상기 부 프레임에는 리테이닝 링을 거쳐 스러스트 플레이트가 고정된다. 이에 의하면, 상기 스러스트 플레이트에 의하여 회전구동축의 자중이 지지되기 때문에, 도 5에 나타낸 바와 같이 플랜지부(63)를 설치하지 않아도 축방향의 지지를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 스크롤 압축기의 개략적인 단면도이다. 도 2는 회전구동축의 주요부를 확대한 단면도이다. 또한 상기한 도 4의 종래예와 동일 또는 동일하게 간주되는 구성요소에는 동일한 참조부호가 사용되고 있다.

이 스크롤 압축기(10)는 원통형상의 밀폐 셀(2)을 구비하고 있다. 이 밀폐 셀(2)은 세로놓기로 배치되어 있고, 그 내부는 주 프레임(3)에 의하여 위쪽이 압축실(CC), 아래쪽이 전동기실(MC)로 구획되어 있다. 압축실(CC) 내에는 고정 스크롤(41) 및 선회 스크롤(42)로 이루어지는 냉매압축부(4)가 수납되어 있다. 전동기실(MC) 내에는 냉매압축부(4)를 구동하는 모터(전동기)(5)와, 그 출력축으로서의 회전구동축(6)이 수납되어 있다.

이 예에 있어서, 스크롤 압축기(10)는 내부 고압형이고, 밀폐 셀(2)의 상부에는 도시 생략한 냉동사이클로 작업을 마친 저압냉매를 냉매압축부(4) 내로 인입하기 위한 냉매흡입관(21)이 설치되어 있다. 밀폐 셀(2)의 측부에는, 냉매압축부(4)에 의하여 압축된 고압냉매를 전동기실(MC)로부터 냉동 사이클로 송출하기 위한 냉매토출관(22)이 설치되어 있다. 또 밀폐 셀(2) 내의 바닥부에는, 윤활유(O)가 일정량 저류되어 있다.

본 발명에 있어서, 밀폐 셀(2), 주 프레임(3), 냉매압축부(4) 및 모터(5)의 구성은 어디까지나 스크롤 압축기구를 구비하는 것에 필요한 구성요소를 구비하고 있으면 좋고, 그 구성은 종래의 것과 동일하여도 되기 때문에 설명은 생략한다.

회전구동축(6)은 모터(5)에 대하여 동축적으로 배치되는 주축(61)과, 주축(61)의 상단측에 일체적으로 형성된 크랭크축(62)을 구비하고 있다. 크랭크축(62)은 주축(61)에 대하여 편심 배치되어 있다.

회전구동축(6)의 내부에는, 밀폐 셀(2)의 바닥부에 고여 있는 윤활유(O)를 냉매압축부(4)측에 공급하기 위한 윤활유 공급구멍(64)이 형성되어 있다. 윤활유 공급구멍(64)은 주축(61)의 회전축선에 대하여 편심적으로 형성되어 있다. 이에 의하면, 회전구동축(6)의 회전에 의하여 윤활유(O)가 윤활유 공급구멍(64) 내를 통하여 빨아 올려져, 선회 스크롤(42)의 뒷면에 공급된다.

도 2a 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 주축(61)은 그 상단측이 주 프레임(3)의 주 베어링(31)에 의하여 레이디얼방향으로 지지되어 있다. 주축(61)의 하단측은 부 프레임(7)에 고정되는 부 베어링(71)에 의하여 레이디얼방향으로 지지되어 있다.

주축(61)의 하단은 부 프레임(7)에 리테이닝 링을 거쳐 고정된 스러스트 플레이트(72)에 의하여 스러스트방향으로 지지되어 있다. 회전구동축(6)의 자중은 스러스트 플레이트(72)에 의하여 지지되어 있다.

선회 스크롤(42)의 뒷면측(도 1에서는 하면측)에는, 크랭크축(62)의 크랭크베어링(421)이 형성되어 있고, 이 크랭크 베어링(421)에 크랭크축(62)이 연결되어 있다. 이에 의하여, 크랭크축(62)을 거쳐 선회 스크롤(42)이 선회운동한다.

도 3a에 나타내는 바와 같이, 크랭크축(62)은 주축(61)의 지름을 Dm, 크랭크축(62)의 지름을 Dc라 한 경우에, 주축(61)에 대한 편심량(e)이 e>(Dm-Dc)/2를 만족하도록 배치되어 있다. 이것은 즉, 크랭크축(62)의 일부분이 주축(61)의 외경보다도 바깥쪽으로 돌출된 상태인 것을 의미한다. 이 예에 있어서, 주축(61)과 크랭크축(62)은 거의 동일한 지름이다.

주축(61)과 크랭크축(62)과의 사이에는, 조인트축(65)이 일체로 연결되어 있다. 조인트축(65)은 주축(61) 및 크랭크축(62)이 서로 겹치는 범위 내(도 3a의 해칭부분)에 수납되도록 형성되어 있다. 조인트축(65)은 도 3b에 나타내는 바와 같이, 주축(61)이 주 프레임(3)의 주 베어링(31)에 대하여 슬라이딩 베어링이 되고, 크랭크축(62)이 선회 스크롤(42)의 크랭크 베어링(421)에 대하여 슬라이딩 베어링이 되도록 기능하기 위하여 필요한 정밀도로 가공할 때의 가공 릴리프에 상당하는 길이를 구비하고 있다.

즉, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 주축(61)과 크랭크축(62)에 슬라이딩 베어링으로서 기능하는 데 필요한 정밀도를 내기 위하여, 최종 마무리로서 숫돌(8)을 거는데, 주축(61)과 크랭크축(62)과의 사이에 소정의 간극이 없으면 슬라이딩 베어링이 되는 부분 전체를 정밀도 좋게 연마할 수 없기 때문이다.

이 실시형태에 있어서, 조인트축(65)의 축 길이는 2 mm로 되어 있으나, 어디까지나 가공 릴리프에 상당하는 길이를 구비하고 있으면 좋고, 더욱 바람직한 형태로서는 3 mm 이내이면 좋다.

이에 의하면, 주축(61)이 주 프레임(3)의 주 베어링(31)에 대하여 슬라이딩 베어링이 되고, 크랭크축(62)이 선회 스크롤(42)의 크랭크 베어링(421)에 대하여 슬라이딩 베어링이 됨으로써, 베어링으로서의 기능을 손상시키는 일 없이, 회전구동축(6)의 자중을 지지할 수 있다. 따라서 종래와 같은 플랜지부(63)(도 5 참조)를 설치한 경우보다도 축간 거리가 더욱 짧아져, 주 베어링(311)에 인가되는 부하를 작게 할 수 있다. 또한 크랭크 베어링(421)의 신뢰성을 손상시키는 일 없이,주 베어링(31)의 슬라이딩 마찰 손실을 최소한으로 억제할 수 있다.

이 스크롤 압축기(10)를 작동시키면, 저압냉매는 냉매흡입관(21)으로부터 냉매압축부(4) 내로 도입되고, 냉매압축부(4)에 있어서 중심을 향함에 따라 압축되어 고압냉매로서 압축실(CC) 내에 토출된다. 토출된 고압냉매는, 고정 스크롤(41)및 주 프레임(3)의 일부에 형성된 통로(43)를 통하여 전동기실(MC) 내에 일단 인입되고, 그곳으로부터 냉매토출관(22)을 통하여 냉동 사이클로 송출된다.

이 때, 윤활유(O)는 밀폐 셀(2) 바닥부로부터 회전구동축(6) 내의 윤활유 공급구멍(64)을 통하여 선회 스크롤(42)의 뒷면까지 운반되어, 각 베어링부 및 슬라이딩부에 공급된다. 윤활유(O)는 이들을 윤활한 후, 다시 전동기실(MC) 내로 흘러 내려져 되돌아온다.

또한 상기한 실시형태에 있어서, 스크롤 압축기(10)는 내부 고압형을 예로 나타내었으나, 본 발명은 밀폐 셀(2) 내를 흡입가스로 하는 저압냉매를 도입하는, 소위 내부 저압형의 스크롤 압축기에도 적용 가능하다.

이상, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 공기조화기의 분야에 종사하는 통상의 기술지식을 가지는 당업자이면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적사상의 범위내에 있어서 상기할 수 있을 각종의 변형예 또는 수정예도 당연히 본 발명의 기술적범위에 포함된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 크랭크축의 신뢰성을 손상시키는일 없이, 주축의 슬라이딩 마찰 손실을 작게 억제하는 것이 가능하게 되고, 나아가서는 고효율의 스크롤 압축기를 얻을 수 있다.

Claims

밀폐 셀의 내부가 주 프레임에 의하여 압축실과 전동기실로 구획되고, 상기전동기실 내에서 생성된 회전구동력을 상기 압축실에 전달하는 회전구동축을 가지는 스크롤 압축기에 있어서,

상기 회전구동축은, 상기 전동기실 내에 동축적으로 배치되는 주축과, 상기 주축의 한쪽 끝측에 일체적으로 형성되어, 상기 압축실 내의 선회 스크롤을 선회운동시키는 크랭크축을 가지고, 상기 주축의 지름을 Dm, 상기 크랭크축의 지름을 Dc라 하고, 상기 크랭크축은 상기 주축에 대하여 편심량(e)이 e>(Dm-Dc)/2를 만족하 도록 배치되어 있음과 동시에,

상기 주축과 상기 크랭크축과의 사이에는, 상기 주축이 상기 주 프레임의 주 베어링에 대하여 슬라이딩 베어링으로서, 상기 크랭크축이 상기 선회 스크롤의 크랭크 베어링에 대하여 슬라이딩 베어링으로서 기능하기 위하여 필요한 정밀도로 가공할 때의 가공 릴리프에 상당하는 길이를 가지는 조인트축을 구비하고 있고, 상기 조인트축은 축방향에서 보아 상기 주축의 지름(Dm) 내 또한 상기 크랭크축의 지름(Dc) 내에 수납되는 형상인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

상기 조인트축의 길이는 3 mm 이내인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 밀폐 셀 내에는 다시 상기 회전구동축의 다른쪽 끝측을 받아내기 위한 부 프레임이 설치되어 있고, 상기 부 프레임을 거쳐 상기 회전구동축의 다른쪽 끝측이 스러스트 방향으로 베어링되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.