KR20080089288A - 스크롤식 유체 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 미끄럼 부품을 갖는 종래의 올덤 커플링 또는 핀 크랭크 타입의 기구를 이용하지 않고서, 서로 결합되는 2개의 스크롤 사이에 상대 선회운동이 발생하는 스크롤식 유체 기계를 제공하는 것이다. 스크롤 압축기(50)는 스크롤 케이싱(60)에 고정된 고정 스크롤(58), 선회 스크롤(52), 이 선회 스크롤(52)을 선회시키는 오프셋부(100)를 갖는 회전축(86), 및 스크롤들의 스크롤 랩을 둘러싸는 상태에서 고정 스크롤을 선회 스크롤에 연결하는 판 스프링(110a, 110b)을 포함한다.

Description

스크롤식 유체 기계{SCROLL FLUID MACHINE}

본 발명은 유체를 압축하기 위한 스크롤식 유체 기계에 관한 것으로, 특히 스크롤식 유체 기계의 선회 스크롤을 선회 운동시키기 위한 선회 기구에 관한 것이다.

크랭크 기구(crank mechanism)와 올덤 커플링(Oldham coupling) 등의 선회 스크롤의 회전을 방지하고 선회 스크롤의 선회 반경을 규정하기 위한 회전 방지 기구(anti-rotation mechanism)가 스크롤식 유체 기계에 설치되고 있다.

우선, 스크롤식 유체 기계로서 스크롤 압축기의 원리에 대하여 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 간단히 설명한다.

스크롤 압축기는 나선형의 스크롤 랩(lap)(011)을 갖는 고정 스크롤과, 나선형의 랩(013)을 갖는 선회 스크롤로 이루어진다. 흡입구(017)로부터 받아들인 가스는 선회 스크롤의 회전에 의해 압축되어 중앙의 토출구(025)로부터 배출된다. 고정 스크롤 랩(011)은 디스크 상에서 회전축에 대해 수직방향으로 형성된다. 선회 스크롤 랩(013)과 고정 스크롤 랩(011)은 180°위상차로 나선형을 형성한다. 고정 스크롤 랩(011)의 내주부(011b)와 선회 스크롤 랩(013)의 외주부(103a) 사이에 형성된 초생달 형상의 밀폐 공간(압축실)(015)은 선회 스크롤의 선회(궤도 운동)에 의해 용적이 점진적으로 감소되는 스크롤의 중앙으로 이동된다.

도 8a에 있어서, 흡입구(017)로부터 받아들인 가스가 선회 스크롤 랩(013)의 외주부(103a)와 고정 스크롤 랩(011)의 내주부(011b) 사이에 형성된 압축실 내에 가둬지면 흡입 공정을 종결한다. 그 다음, 도 8b에 도시한 바와 같이 선회 스크롤을 지지하는 오프셋 핀(offset pin)을 갖는 회전축이 90°로 더욱 회전하면, 압축실(015) 내의 가스가 스크롤의 중앙을 향해 이동하여, 도 8a의 압축실(015) 보다도 부피가 감소한다.

도 8c에 도시한 바와 같이 회전축을 90°로 더욱 회전하면, 압축실(015) 내의 가스가 중앙으로 더욱 이동하여 부피도 더욱 감소한다.

도 8d에 있어서, 압축실(015)은 중앙에 있는 토출구(025)와 연통하고, 압축 가스는 회전축이 더욱 회전함에 따라 토출구(025)로부터 토출된다.

상술한 바와 같이, 스크롤 압축기는 회전 없이 회전축의 중심 둘레를 돌아야 한다. 회전 없이 선회 스크롤을 돌게 하기 위해서, 선회 스크롤은 올덤 커플링 또는 크랭크 기구를 거쳐 회전축에 연결된다.

올덤 커플링의 원리를 도 9를 참조하여 간단히 설명한다. 올덤 커플링은 서로 편위된 2개의 평행한 축 사이에서 토크를 전달할 수 있는 축 커플링이다. 도 9에 있어서, 구동축(038)은 회전축(C1)을 중심으로 회전가능하게 지지되고, 종동축(039)은 회전축(C1)과 E 만큼 편위된 회전축(C2)을 중심으로 회전가능하게 지지 된다. 구동축(038)과 종동축(039)은 각각 구동 플랜지(034)와 종동 플랜지(036)를 갖는다. 원반(031)의 양 측면에는 장방형 돌출부(032, 033)를 형성하며, 양자의 돌출부(032, 033)는 서로 직각으로 연장되어 구동축(038)의 회전 중심을 지난다. 구동 플랜지(034)에는 직선형 홈부(035)를 가지고, 종동 플랜지(036)는 직선형 홈부(037)를 갖는다. 원반(031)의 돌출부(032)는 구동 플랜지(034)의 홈부(035) 내에 수용되고, 원반(031)의 돌출부(033)는 구동 플랜지(034)의 홈부(037) 내에 수용된다. 구동축(038)이 회전하면, 종동축(039)은 동일속도, 동일방향으로 회전한다.

구동축이 회전하지 않도록 고정되고 종동축(039)을 지지하는 부재(040)가 회전축(C1)을 중심으로 선회하면, 종동 플랜지(036)는 그 자체의 회전 없이 회전축(C1)을 중심으로 선회하며, 장방형 돌출부(032, 033)와 홈부(035, 036)의 결합에 의해 그 회전이 방지되고, 그 대신에 부재(040)는 구동축(039)에 대해 회전한다.

스크롤 압축기의 경우에, 구동 플랜지(034)는 고정 스크롤이고, 종동 플랜지(036)는 선회 스크롤이며, 부재(040)는 압축기를 구동하기 위한 크랭크축의 크랭크부이다. 보통, 상기 부재(040)는 선회 스크롤의 중심 구멍에 있는 베어링을 거쳐 크랭크 핀을 수용하도록 형성되고, 상기 장방형 돌출부 및 홈부는 원반(031)(올덤 링), 구동 플랜지(034)(고정 스크롤) 및 종동 플랜지(036)(선회 스크롤)의 주변부 상에 각각 형성된다.

예를 들면, 올덤 커플링은 일본 특허 제 2756808 호(특허문헌 1)에 개시된 스크롤식 유체 기계에 설치되어 있다. 스크롤 압축기는 도 10a의 종단면도로 도시되어 있다. 나선형 랩(050)을 갖는 고정 스크롤(051)은 케이싱(052)에 고정된다. 나선형 랩(053)을 갖는 선회 스크롤(054)은 케이싱(052)에 의해 회전을 위해 지지되는 크랭크축(057)의 크랭크 핀(056)에 의해 베어링(058)을 거쳐 지지된다. 올덤 링(059)은 고정 스크롤(051)과 선회 스크롤(054) 사이에 설치된다. 크랭크축(057)이 회전하면, 선회 스크롤(054)은 회전 없이 크랭크축의 회전축을 중심으로 선회한다.

도 10b에 도시한 바와 같이, 올덤 링(Oldham ring)(059)은 일 측부 상에 장방형 돌출부(063)와, 다른 측부 상에 장방형 돌출부(064)를 갖는다. 돌출부(063, 064)는 카본 섬유를 축적하여 수지로 굳혀서 제조되며, 내마모성을 향상시키는 특성을 지닌다.

일본특허공개공보 제 2003-106268 호에는, 핀-크랭크 타입의 회전 방지 장치가 개시되어 있다. 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 압축실(072)은 고정 스크롤(070)과 선회 스크롤(071)의 나선형 랩들 사이에 형성되고, 선회 스크롤(071)은 베어링(074)을 거쳐 크랭크축(073)의 오프셋 핀 부분에 의해 지지된다.

3개의 핀 크랭크 타입의 회전 방지 기구(079)는 핀 크랭크(078)가 케이싱에 의해 지지되도록 동일한 원주방향 이격 거리로 원을 따라 설치되어, 고정 스크롤(070)을 고정하며 2개의 구름 베어링(077, 077)을 거쳐 회전을 위해 크랭크축(073)을 지지하는 케이싱에 의해 핀 크랭크(078)의 저널을 지지하고, 구름 베어링(075)을 거쳐 선회 스크롤(071)의 단부판에 의해 핀 크랭크(078)의 오프셋 핀 부분을 지지한다.

올덤 커프링 타입의 회전 방지 기구에 있어서, 홈부 및 이 홈부 내에 수용되 는 장방형 돌출부는 도 9에 도시한 바와 같이 형성되며, 이에 따라 홈부 및 장방형 돌출부의 마모를 일으킴으로써 그 사이의 간극을 증대시키므로 진동 및 소음을 발생시킨다. 따라서, 특허문헌 1에 의하면, 올덤 커플링 타입의 회전 방지 기구는 내마모성을 개선한다.

도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같은 핀 크랭크 타입의 회전 방지 기구를 채택하는 스크롤식 유체 기계에서는, 보통 3개의 핀 크랭크를 설치하고, 고정 및 선회 스크롤의 정합형 경면(mirror surfaces)과 스크롤 랩의 상부면 사이에 적절한 간극을 유지하는데 각접촉 볼 베어링(angular contact ball bearing)을 이용함으로써, 그 구조가 복잡해지므로 제조비용을 증가시킨다.

또한, 핀 크랭크의 베어링은 윤활유 또는 그리스에 의해 윤활되어야 하므로, 베어링의 온도 제어가 필요하고, 베어링의 마모에 의한 소음이 증가하는 문제점이 남아 있다.

올덤 커플링 기구 또는 핀 크랭크 기구 등의 회전 방지 기구를 채택하는 모든 경우에, 윤활유를 공급하고 마모에 대한 조치를 취할 필요가 있으므로, 오일 없는 스크롤식 유체 기계를 제공하기가 어렵다. 간극이 증대되는 문제점을 완전히 해결하기 위해 회전 방지 기구를 자체 윤활 재료로 형성하더라도, 기구 내에 미끄럼 부품이 있는 한 어려운 것이다.

스크롤 랩에 의해 형성된 압축실 내에 오일 없는 구성이 구현되더라도, 회전 방지 기구를 윤활하기 위한 윤활유 또는 그리스가 스크롤 압축기의 압축실 내로 침투할 가능성이 남아 있다.

본 발명은 상술한 배경기술의 견지에서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 미끄럼 부품을 구비하지 않으며 올덤 커플링 타입 또는 핀 크랭크 타입의 기구에서와 같이 윤활이 필요 없는, 회전 없이 선회 스크롤을 선회시키는 기구를 구비한 스크롤식 유체 기계를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 스크롤 랩을 갖는 제 1 스크롤과, 제 2 스크롤 랩을 갖는 제 2 스크롤을 포함하는 스크롤식 유체 기계를 제안하며, 판 스프링 부재(들)는, 이 판 스프링 부재(들)의 면이 제 1 및 제 2 스크롤을 반경방향 내측으로 면하는 상태로 스크롤 랩을 둘러싸도록 설치되어 제 1 및 제 2 스크롤을 연결하고, 제 1 스크롤의 중심축은 제 2 스크롤의 중심축과 동축이 아니고, 제 1 및 제 2 스크롤 사이에서 상대 선회운동이 발생할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제 1 및 제 2 스크롤은 판 스프링 부재(들)의 면이 반경방향 내측으로 면하는 상태로 양자의 스크롤의 스크롤 랩을 둘러싸는 판 스프링 부재(들)에 의해 연결되므로, 제 1 및 제 2 스크롤 사이의 상대운동은 양자의 스크롤의 회전축에 수직한 평면 내에서 가능하고, 양자의 스크롤의 중심축은 상대 선회운동이 양자의 스크롤 사이에서 발생되도록 서로 편위되므로, 미끄럼 부품을 구비한 올덤 커플링 또는 핀 크랭크 기구를 내장하지 않고서도 상대적인 선회를 성취할 수 있다. 따라서, 스크롤식 유체 기계는 회전 방지 기구를 윤활할 필요가 없어서 유지보수를 하지 않아도 되므로, 미끄럼 부품의 제거로 인한 구동력을 감소시키고, 미끄럼 부품의 간극을 없앰으로써 소음을 감소시킨다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1에 있어서, 제 2 스크롤은 케이싱에 고정된 고정 스크롤이고, 제 1 스크롤은 오프셋의 선회 반경을 갖는 제 2 스크롤의 중심축을 중심으로 선회하는 선회 스크롤인 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명에 의하면, 선회 스크롤인 제 1 스크롤은 그 자체의 회전 없이 고정 스크롤인 제 2 스크롤의 중심축을 중심으로 선회하는 한편, 고정 및 선회 스크롤 양자의 경면과 스크롤 랩의 단부면 사이의 축방향 간극을 일정하게 유지할 수 있다.

선회 스크롤을 회전가능하게 지지하는 오프셋 프랭크 핀을 갖는 크랭크축을 회전시킴으로써, 선회 스크롤은 그 자체의 회전 없이 크랭크축의 회전축을 중심으로 선회하는데, 그 이유는 선회 스크롤은, 선회 스크롤을 고정 스크롤에 연결하는 판 스크링 부재(들)에 의해 회전하는 것이 방지되어, 크랭크축의 회전에 의해 양자의 스크롤의 스크롤 랩 사이에 형성된 압축실 내에 가둬진 유체를 점차적으로 압축하기 때문이다. 이에 따라, 스크롤식 유체 기계는 단순한 회전 방지 기구를 이용하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 스크롤식 유체 기계에 의하면, 선회 스크롤의 회전은 미끄럼 부품을 구비하지 않는 회전 방지 기구에 의해 방지되고, 스크롤식 유체 기계는 회전 방지 기구를 윤활할 필요가 없어서 유지보수를 하지 않아도 되므로, 미끄럼 부품의 제거로 인한 구동력을 감소시키고, 미끄럼 부품의 간극을 없앰으로써 소음을 감소시킨다.

청구항 3의 발명은, 청구항 1에 있어서, 제 1 스크롤은 회전되는 구동축에 연결된 구동 스크롤이고, 제 2 스크롤은 종동 스크롤의 회전축이 구동 스크롤의 회전축으로부터 편위된 상태로 케이싱에 의해 회전을 위해 지지되는 종동 스크롤이며, 이로써 구동 스크롤로부터 종동 스크롤로 회전이 전달되고, 구동 및 종동 스크롤 사이에 상대 선회운동이 발생되는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 발명에 의하면, 구동 스크롤 및 종동 스크롤은 구동 스크롤이 회전하는 경우 그들의 회전축이 서로 편위된 상태로 케이싱 부재에 의해 회전을 위해 지지되고, 판 스프링 부재(들)를 거쳐 구동 스크롤에 연결된 종동 스크롤도 또한 회전하며 구동 및 종동 스크롤 사이에 상대 선회운동이 발생한다.

구동 모터에 의해 구동 스크롤을 회전하는 경우, 종동 스크롤은 구동 스크롤을 종동 스크롤에 연결하는 판 스프링 부재(들)를 거치는 한편, 양자의 고정 및 선회 스크롤의 스크롤 랩의 단부면과 경면 사이의 축방향 간극을 일정하게 유지시키고, 구동 및 종동 스크롤 사이에 상대 선회운동이 발생하므로, 구동 스크롤의 회전에 의해 양자의 스크롤의 스크롤 랩 사이에 형성된 압축실 내에 가둬진 유체는 점진적으로 압축된다. 이에 따라, 스크롤식 유체 기계는 단순한 회전 방지 기구를 이용하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 스크롤식 유체 기계에 의하면, 종동 스크롤에 대한 선회 스크롤의 회전은 미끄럼 부품을 구비하지 않는 회전 방지 기구에 의해 방지되고, 스크롤식 유체 기계는 회전 방지 기구를 윤활할 필요가 없어서 유지보수를 하지 않아도 되므로, 미끄럼 부품의 제거로 인한 구동력을 감소시키고, 미끄럼 부품 의 간극을 없앰으로써 소음을 감소시킨다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 동일한 원주방향 이격 거리로 제 1 스크롤의 주변부를 따라 복수의 제 1 지지 플랜지를 설치하고, 동일한 원주방향 이격 거리로 제 2 스크롤의 주변부를 따라 복수의 제 2 지지 플랜지를 설치함으로써, 제 1 및 제 2 지지 플랜지의 위치는 반경 거리가 상이하지만 반경방향은 각각 일치하고, 제 1 지지 플랜지는 판 스프링 부재(들)에 의해 제 2 지지 플랜지에 연결되는 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 발명에 의하면, 판 스프링 부재(들)를 지지 플랜지에 고정함으로써 양자의 스크롤을 연결하도록 제 1 및 제 2 스크롤 각각에 설치된 복수의 지지 플랜지 각각은 동일한 원주방향 이격 거리로 제 1 및 제 2 스크롤 각각의 주변부를 따라 위치되므로, 판 스프링 부재(들)를 거쳐 제 1 스크롤로부터 제 2 스크롤로의 토크 전달은 지지 플랜지 사이에서 균일하게 분포되며 선회 스크롤을 매끄럽게 선회시킬 수 있다.

청구항 5의 발명은, 청구항 4에 있어서, 제 1 지지 플랜지와 제 2 지지 플랜지는 환형의 판 스프링과 연결되는 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 발명에 의하면, 제 1 및 제 2 스크롤이 단일의 환형 판 스프링과 연결되기 때문에, 구조가 단순해지고 제조비용이 절약된다.

청구항 6의 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

동일한 원주방향 이격 거리로 상기 제 1 스크롤의 주변부를 따라 4개, 즉 1번째 내지 4번째의 제 1 지지 플랜지를 설치하고, 동일한 원주방향 이격 거리로 상 기 제 2 스크롤의 주변부를 따라 4개, 즉 1번째 내지 4번째의 제 2 지지 플랜지를 설치하여, 상기 제 1 및 제 2 지지 플랜지의 위치는 반경 거리가 상이하지만 반경방향은 각각 일치하고,

서로 인접한 상기 제 1 및 제 2 지지 플랜지는 원호형 스프링에 의해 연결되어, 원호형 스프링은 상기 1번째의 제 1 지지 플랜지를 상기 2번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 2번째의 제 1 지지 플랜지를 상기 3번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 3번째의 지지 플랜지를 상기 4번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 4번째의 제 1 지지 플랜지를 상기 1번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하며, 이들 원호형 판 스프링은 상기 제 1 지지 플랜지를 상기 제 2 지지 플랜지에 연결하는 제 1 열의 원호형 판 스프링으로 구성되고,

상기 제 1 열의 원호형 판 스프링에 축방향으로 인접하게 또다른 열의 원호형 지지 플랜지가 설치되어, 원호형 판 스프링은 상기 1번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 2번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 2번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 3번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 3번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 4번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하며, 원호형 판 스프링은 상기 4번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 1번째의 제 1 지지 플랜지에 연결한다.

청구항 6의 발명에 의하면, 4개의 원호형 판 스프링으로 구성된 2개 그룹의 원호형 판 스프링 각각은 원호형 판 스프링의 단부를 제 1 스크롤의 제 1 지지 플 랜지에 고정하며 원호형 판 스프링의 타단부를 제 2 스크롤의 제 2 지지 플랜지에 고정함으로써 제 1 스크롤을 제 2 스크롤에 연결하는데 이용되고, 이로써 동일한 원주방향 이격 거리로 제 1 스크롤에 설치된 제 1 지지 플랜지와, 동일한 원주방향 이격 거리로 제 2 스크롤에 설치된 제 2 지지 플랜지는 축방향으로 2열 내에서 순차적으로 원호형 판 스프링에 의해 연결되므로, 하나의 열에 속하는 원호형 판 스프링의 그룹 중 하나 내에 인장 응력이 발생되도록 제 1 스크롤로부터 제 2 스크롤에 토크가 전달되는 경우, 다른 열에 속하는 원호형 판 스프링의 다른 그룹 내에 압축 응력이 발생한다. 따라서, 제 2 스크롤에 대한 제 1 스크롤의 비틀림의 발생이 효과적으로 방지될 수 있고, 선회 스크롤의 안정된 선회 및 양자의 스크롤 사이의 상대 선회운동이 성취될 수 있다.

본 발명에 의하면, 2개의 스크롤 사이의 상대 선회운동을 발생시킬 수 있는 스크롤 압축기는 종래의 올덤 커플링 또는 핀 크랭크 타입의 기구를 이용하지 않고서 서로 결합한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시의 형태를 예시적으로 자세히 설명한다. 단, 이 실시의 형태에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 불과하다.

참조하는 도면에 있어서, 도 1은 본 발명의 스크롤식 유체 기계의 선회 기구 를 설명하기 위한 축 커플링의 사시도이다. 도 2는 도 1의 화살표 A의 방향으로 본 도면이고, 도 3은 도 1의 화살표 B의 방향으로 본 도면이며, 도 4는 도 1의 화살표 C의 방향으로 본 도면이다. 도 5는 스크롤 압축기의 제 1 실시예의 전체 구조를 도시한 종단면도이다. 도 6은 도 5의 스크롤 압축기의 선회 기구의 사시도이다. 도 7은 스크롤 압축기의 제 2 실시예의 전체 구조를 도시한 종단면도이다. 도 8a 내지 도 8d는 스크롤 압축기의 압축 공정을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 발명의 스크롤식 유체 기계의 선회 기구의 원리에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시한 축 커플링(5)은 그 일단부에 주축 플랜지(7)를 갖는 주축(1), 주축에 면하는 단부에 종축 플랜지(follower shaft flange)(9)를 갖는 종축(3)을 포함한다. 각각의 플랜지(7, 9)는 전체적으로 U자 형상의 반경방향으로 연장된 아암부와 축방향으로 연장된 아암부를 갖는다. 주축(7)과 종축(9) 각각의 회전축으로부터 반경방향으로 연장된 아암 각각의 반경방향 거리는 서로 평행하게 위치되어, 플랜지(7, 9) 각각의 반경방향으로 연장된 아암이 서로 면하는 상태로 플랜지(7, 9)는 서로 면한다.

플랜지(7, 9)는 환형의 판 스프링(18)을 갖는 상태로 둘러싸인다. 환형의 판 스프링(18)은 나사 또는 용접에 의해 주축(1)과 종축(3)의 플랜지(7, 9)의 반경방향으로 연장된 아암에 고정된다. 복수의 판 스프링을 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 축 커플링의 경우, 주축(1)의 회전은 종축(3)은 환형 판 스프링(18)을 거쳐 종축(3)으로 전달될 수 있다. 토크가 전달되면, 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같은 방향(D)으로 인장 및 압축 응력이 발생한다.

주축(1)의 회전축(1Z)이 종축(3)의 회전축(3Z)과 일치하는 경우, 판 스프링은 원형이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 주축 플랜지(7)의 아암의 반경방향으로의 오프셋(d1) 및 종축 플랜지(9)의 아암의 반경방향으로의 오프셋(d2)으로 이루어진 d에 의해 회전축(3Z)이 주축(1)의 회전축(1Z)으로부터 편위되면, 환형 판 스프링(18)이 변형되어 환형의 판 스프링(18)의 초기 원형 형상은 도 4에 도시한 바와 같이 접힌다.

이로써, 주축(1)의 회전은 주축 플랜지(7), 환형의 판 스프링(18) 및 종축 플랜지(9)를 거쳐 종축(3)으로 전달될 수 있다. 이에 따라, 축 커플링의 경우, 종래의 올덤 커플링에서 필요한 미끄럼 부품 없이 회전축(1Z, 3Z)이 서로 편위된 상태로 2개의 평행하게 위치된 축 사이로 회전이 전달될 수 있다.

미끄럼 부품이 축 커플링(5) 내에 존재하지 않기 때문에, 마모로 인한 미끄럼 부품 사이의 간극이 증대되지 않아서 축 커플링의 내구성이 증대된다. 또한, 윤활유 또는 그리스에 의한 윤활이 불필요하고, 유지보수가 없는 축 커플링을 성취할 수 있다. 또한, 축 커플링 기구 내에 미끄럼 부품이 없기 때문에, 동력 전달 손실 및 소음을 감소시킨 축 커플링 기구를 얻을 수 있다.

주축 플랜지(7)를 고정 스크롤에 고정하고 종축 플랜지(9)를 선회 스크롤에 고정하여, 스크롤식 유체 기계용의 선회 기구를 구성할 수 있다.

상술한 축 커플링 기구를 이용하는 스크롤식 유체 기계의 제 1 실시예를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5를 참조하면, 스크롤 압축기(50)는 선회 스크롤 랩(54)을 갖는 선회 스크롤(52), 고정 스크롤 랩(58)을 갖는 고정 스크롤(58), 고정 스크롤(58)에 고정되며 선회 스크롤(52)을 덮는 스크롤 케이싱(60), 및 선회 스크롤(52)을 구동하기 위한 모터(62)의 모터 케이싱(64)을 포함한다.

토출구(68)와, 이 토출구(68)와 연통하는 토출 개구(70)는 내부면을 경면(58a)으로 마무리한 고정 스크롤 판의 중앙에서 고정 스크롤(58)에 설치된다. 고정 스크롤 랩(56)은 배출구(68)의 주변 근방으로부터 외측방향 나선형으로 연장된 경면(58a)으로부터 직립한다. 자체 윤환 재료로 이루어진 팁 시일(tip seal)(도시하지 않음)은 고정 스크롤 랩(56)의 팁 시일 홈부(도시하지 않음) 내에 수용된다.

고정 스크롤(58)은 90°의 원주방향 이격 거리로 경면(58a)으로부터 돌출하는 4개의 고정 스크롤 플랜지(71)를 갖는다.

선회 스크롤(52)은 도 6에 도시한 바와 같이 거의 원형 형상의 단부판(72)을 갖는다. 선회 스크롤 랩(54)은 나선형으로 연장되는 단부판(72)의 경면(72a)으로부터 직립한다. 자체 윤활 재료로 이루어진 팁 시일(도시하지 않음)은 선회 스크롤 랩(54)의 팁 시일 홈부(도시하지 않음) 내에 수용된다.

볼 베어링(74)을 수용하기 위한 베어링 하우징(76)은 선회 스크롤(52)의 단부판(72)의 경면(72a)에 반대측 측면 상에 형성된다.

선회 스크롤(52)은 90°원주방향 이격 거리로 단부판(72)의 주변부에서 경면(72a)으로부터 돌출하는 4개의 선회 스크롤 플랜지(73)를 갖는다. 고정 스크롤 플랜지(71)는 선회 스크롤 플랜지(73)의 각각의 위치로부터 반경방향 직선 외측으로의 위치에 배치된다.

스크롤 케이싱(60)은 그 주변부에 흡입구(78)를 가지며, 모터 케이싱(64)의 측면 단부벽에 볼 베어링(80)을 수용하기 위한 베어링 하우징(82)을 갖는다.

모터 하우징(64) 내에는, 로터(84), 및 이 로터(84)와 코일(90)을 둘러싸는 전자석으로 구성된 스테이터(92)를 갖는 회전축(86)을 설치한다. 냉각 팬(94)은 회전축(86)에 부착된다.

스크롤 케이싱(60)과 모터 케이싱(64)은 도면에 도시하지 않은 볼트에 의해 연결된다.

회전축(86)은 모터 케이싱(64)의 베어링 하우징부 내에 수용된 볼 베어링(96)과, 스크롤 케이싱(60)의 베어링 하우징 내에 수용된 볼 베어링(80)에 의해 회전을 위해 지지된다.

회전축(86)은 그의 선회 스크롤 측단부에 회전축(86)의 회전 중심으로부터 편위된 오프셋부(100)를 갖는다. 선회 스크롤(52)은 볼 베어링(74)을 거쳐 오프셋부(100) 상에 지지된다.

균형추(102)는 회전축의 일단부에 부착되고, 균형추(104)는 오프셋부(10))에 의해 발생한 회전축(86)의 회전 불균형을 제거하기 위해 회전축(86)의 다른 단부측에 부착된다. 도 6에 도시한 회전 방지 기구의 회전 방지 작용, 및 회전축(86)의 오프셋부(100)의 선회운동에 의해, 회전축(86)이 회전함에 따라 선회 스크롤(52)은 회전 없이 선회한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 고정 스크롤 플랜지(71)와 선회 스크롤 플랜지(73)는 원호형 판 스프링(110)과 연결된다. 원호형 판 스프링(110)은 축방향으로의 2개의 열, 즉 전방 그룹의 원호형 판 스프링(110a)과 후방 그룹의 원호형 판 스프링(110b)으로 설치된다. 전방 그룹의 원호형 판 스프링(110a)은 4개의 원호형 판 스프링(110aa, 110ab, 110ac, 110ad)으로 이루어지며, 각각의 원호형 판 스프링은 원의 1/4 원주를 둘러싼다. 후방 그룹의 원호형 판 스프링(110b)은 4개의 원호형 판 스프링(110ba, 110bb, 110bc, 110bd)으로 이루어지며, 각각의 원호형 판 스프링은 원의 1/4 원주를 둘러싼다.

전방 그룹의 원호형 판 스프링(110aa)은 제 1 고정 스크롤 플랜지(71a)와 제 2 선회 스크롤 플랜지(73b)를 연결하고, 후방 그룹의 원호형 판 스프링(110ba)은 제 1 선회 스크롤 플랜지(73a)와 제 2 고정 스크롤 플랜지(71b)를 연결한다.

마찬가지로, 90°의 범위로 둘러싸는 전방 그룹의 원호형 판 스프링(110ab)은 제 2 고정 스크롤 플랜지(71b)와 제 3 선회 스크롤 플랜지(73c)를 연결하고, 후방 그룹의 원호형 판 스프링(110bb)은 제 2 선회 스크롤 플랜지(73b)와 제 3 고정 스크롤 플랜지(71c)를 연결한다.

다른 전방 원호형 판 스프링(110ac)(도시하지 않음), 다른 후방 원호형 판 스프링(110bc)(도시하지 않음), 또다른 전방 원호형 판 스프링(110ad) 및 또다른 후방 원호형 판 스프링(110bd)은, 상술한 바와 같이 선회 스크롤 플랜지(73c, 73d)(도시하지 않음)와 고정 스크롤 플랜지(71c, 71d)를 연결한다.

도 6에 도시한 바와 같이 선회 스크롤(52)의 단부판(72)에 방향(E)으로 토크 가 인가되고, 제 1 선회 스크롤 플랜지(73a) 상에 회전력이 방향(E)으로 발휘되면, 제 1 스크롤 스프링(110ad)에는 인장 응력이 발생하고, 후방 원호형 판 스프링(110ba)에는 압축 응력이 발생하며, 단부판(72)의 회전이 방지된다. 이것은 4개의 선회 스크롤 플랜지(73a~d)와 4개의 고정 스크롤 플랜지(71a~d) 사이에서 발생하고, 선회 스크롤(52)의 회전은 방지된다. 이로써, 회전 없이 선회 스크롤을 선회시키는 오일 없는 기구가 단순한 구성으로 얻어질 수 있다.

원호형 판 스프링(110)이 4개의 전방 원호형 판 스프링(110a)(110aa, 110ab, 110ac, 110ad) 및 후방 원호형 판 스프링(110b)(110ba, 110bb, 110bc, 110bd)으로 이루어진 축방향으로 2개의 열 내에 설치되기 때문에, 선회 스크롤(52)의 축방향 안정성이 축방향으로의 원호형 판 스프링의 강성에 의해 충분하게 유지되고, 양지의 고정 및 선회 스크롤(58, 72)의 경면(58a, 72a)과 스크롤 랩(54, 56)의 팁 면 사이의 축방향 간극이 일정하게 유지될 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 구성된 스크롤 압축기(50)의 경우, 회전축(86)이 모터(62)에 의해 회전되면, 회전축(86)의 오프셋부(100)는 회전축(86)의 축을 중심으로 선회하고, 고정 및 선회 스크롤의 경면과 스크롤 랩의 팁 면 사이의 축방향 간극이 전방 원호형 판 스프링(110a)과 후방 원호형 판 스프링(110b)에 의해 일정하게 유지된 상태에서 선회 스크롤(52)은 회전 없이 회전축(86)의 축을 중심으로 선회한다.

상기의 축방향 간극을 판 스프링에 의해 일정하게 유지한 상태로 선회 스크롤(52)이 회전 없이 선회될 수 있기 때문에, 선회 스크롤 랩(54)과 고정 스크롤 랩(56)에 의해 형성된 압축실 사이의 밀봉이 열화되지 않고, 단순하고 유지보수가 없는 선회 기구를 구비한 효율적인 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

흡입구(78)로부터 흡입된 유체는 도 8에서 설명된 바와 같이 압축실 내에 가둬지고, 압축실 내에 가둬진 유체는 회전축(86)의 회전에 의해 압축되어 토출구(68)로부터 고정 스크롤(58)의 중앙으로 토출된다.

스크롤 압축기(50)에 의하면, 회전 방지 기구는 고정 스크롤 플랜지(71)와 선회 스크롤 플랜지(73)를 연결하는 전방 원호형 판 스프링(110a)과 후방 원호형 판 스프링(110b)을 이용하여 구성되므로, 올덤 커플링 타입 및 핀 크랭크 타입 등의 종래의 회전 방지 기구에서 필요로 하는 미끄럼 부품 없이 회전 방지 기구를 구성할 수 있다. 따라서, 윤활이 필요 없고 유지보수 없는 회전 방지 기구를 구비한 스크롤식 유체 기계를 제공할 수 있다. 또한, 회전 방지 기구가 미끄럼 부품을 구비하지 않으므로, 작동시의 소음이 감소한다.

다음으로, 회전 방지 기구를 이용하는 스크롤식 유체 기계의 제 2 실시예에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.

제 2 실시예의 스크롤 압축기(200)는 소위 전체 회전 타입의 스크롤 압축기이다. 전체 회전 타입의 스크롤 압축기는 구동 스크롤과, 회전축이 구동 스크롤의 회전축으로부터 편위된 종동 스크롤을 포함하며, 이 종동 스크롤은 종동 스크롤의 나선형 스크롤 랩과 정합하는 구동 스크롤의 나선형 스크롤 랩에 의해 구동되고, 양자의 스크롤의 스크롤 랩 사이에 상대 선회운동이 발생한다. 도 7에 있어서, 도 5의 스크롤 압축기와 동일한 부품은 동일한 참조번호로 나타내며 그 설명은 생략한 다.

도 1을 다시 참조하면, 주축(1)과 종축(3)이 회전축(1Z, 3Z) 사이의 d의 편심률로 회전을 위해 각각 지지되면, 주축(1)의 회전은 환형 판 스프링(18)을 거쳐 종축(3)으로 전달되고, 주축과 종축 사이에 상대 선회운동이 발생한다. 따라서, 2개의 스크롤 부재 사이의 선회운동은 도 5의 경우에서와 같이 고정 스크롤(58)을 스크롤 케이싱(60)에 고정하지 않고서 발생할 수 있다.

도 7을 참조하면, 스크롤 압축기(200)는 구동 스크롤 랩(204)을 갖는 구동스크롤(202), 종동 스크롤 랩(206)을 갖는 종동 스크롤(208), 구동 및 종동 스크롤(202, 208)을 덮기 위한 스크롤 케이싱, 및 구동 스크롤(202)을 구동하기 위한 코터(62)를 덮는 모터 케이싱(64)을 포함한다.

구동 스크롤(202)은 단부판(212)을 갖고, 구동 스크롤 랩(204)은 경면의 중앙부로부터 나선형 외측으로 연장되는 단부판(212)의 경면(212a)으로부터 직립한다. 자체 윤활 재료로 이루어진 팁 시일(도시하지 않음)은 구동 스크롤 랩(204)의 팁 시일 홈부(도시하지 않음) 내에 수용된다. 구동 스크롤(202)의 단부판(212)의 경면(212a)에 반대측 후방면은 구동축(214)의 일단부에 연결된다.

종동 스크롤(208)은 단부판(222)을 갖고, 종동 스크롤 랩(206)은 경면의 중앙부로부터 나선형 외측으로 연장되는 단부판(212)의 경면(222a)으로부터 직립한다. 자체 윤활 재료로 이루어진 팁 시일(도시하지 않음)은 종동 스크롤 랩(206)의 팁 시일 홈부(도시하지 않음) 내에 수용된다. 구동 스크롤(202)의 단부판(212)의 경면(212a)에 반대측 후방면은 구동축(214)의 일단부에 연결된다.

종동 스크롤(208)은 단부판(222)의 경면(222a)에 반대측 배면으로부터 연장되는 종동 스크롤 축(224)을 갖는다. 토출 구멍(226)은 토출구(228)로 개방하도록 종동 스크롤 축(226)의 중앙을 통해 천공된다. 종동 스크롤 축(224)은 회전을 위해 볼 베어링(230)을 거쳐 스크롤 케이싱(210)에 의해 지지된다. 종동 스크롤 축(224)의 회전축은 구동축(214)의 회전축으로부터 δ만큼 편위된다.

스크롤 케이싱(210)은 그 주변부에 흡입구(231)와, 볼 베어링(80)을 수용하기 위한 베어링 하우징(82)을 갖는다. 스크롤 케이싱(210)과 모터 케이싱(64)은 도시하지 않은 볼트에 의해 연결된다.

구동 스크롤(202)은 90°원주방향 이격 거리로 구동 스크롤(202)의 단부판(212)의 주변부에 경면(212a)으로부터 종동 스크롤(208) 쪽으로 돌출하는 4개의 구동 스크롤 플랜지(213)를 갖는다. 종동 스크롤(208)은 90°원주방향 이격 거리로 종동 스크롤(222)의 단부판(222)의 주변부에 경면(222a)으로부터 구동 스크롤(202) 쪽으로 돌출하는 4개의 종동 스크롤 플랜지(215)를 갖는다.

종동 스크롤 플랜지(215)는 구동 스크롤 플랜지(213) 각각으로부터 반경방향 직선 외측의 위치에 배치된다.

전방 원호형 판 스프링(220a)과 후방 원호형 판 스프링(220b)은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 마찬가지로 스크롤 플랜지(213)와 스크롤 플랜지(215)를 연결하도록 설치된다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 전방 원호형 판 스프링(220a)은 제 1 지지 플랜지(213)를 제 2 지지 플랜지(215)에 연결하도록 90°의 범위를 덮는 4개의 1/4 원형 스프링을 포함하고, 후방 원호형 판 스프링(220b)은 제 1 지지 플랜 지(213)를 제 2 지지 플랜지(215)에 연결하도록 90°의 범위를 덮는 4개의 1/4 원형 스프링을 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 도 7의 스크롤 압축기(200)에 있어서, 구동축(214)이 모터(21)에 의해 회전되면, 구동 스크롤(202)의 회전은 구동 스크롤(202)과 종동 스크롤(208)을 연결하는 전방 원호형 판 스프링(220a)과 후방 원호형 판 스프링(220b)으로 구성된 기구를 거쳐 종동 스크롤(208)로 전달되고, 구동 스크롤(202)과 종동 스크롤(208) 사이에 상대 선회운동이 발생하는데, 그 이유는 종동 스크롤(208)의 회전축이 구동 스크롤(202)의 회전축으로부터 δ만큼 편위되고, 전방 및 후방 원호형 판 스프링(220a, 220b)이 스크롤의 회전축에 수직인 평면에서 구동 스크롤과 종동 스크롤 사이에서 상대운동을 허용하기 때문이다.

구동 스크롤(202)과 종동 스크롤(208) 사이의 상대 선회운동에 의해, 양자의 스크롤의 스크롤 랩 사이에 형성된 압축실 각각의 용적은 스크롤의 회전에 의해 연속적으로 감소하므로, 흡입구(231)로부터 흡입되어 압축실 내에 가둬진 유체는 스크롤의 회전에 의해 용적이 감소하고, 압축된 유체는 토출구(228)로부터 토출된다.

구동 스크롤(202)의 경면(212a)과 종동 스크롤(288)의 경면(222a) 사이의 거리는 전방 원호형 판 스프링(220a)과 후방 원호형 판 스프링(220b)에 의해 거의 일정하게 유지될 수 있으므로, 구동 스크롤 랩과 종동 스크롤 랩에 의해 형성된 압축실 사이의 밀봉이 열화되지 않고, 단순하고 유지보수 없는 선회 기구를 구비한 효율적인 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

스크롤 압축기(200)에 의하면, 구동 스크롤과 종동 스크롤 사이에 상대 선회 운동이 발생되는 한편, 양자의 스크롤이 회전하여 미끄럼 부품을 구비하는 크랭크 기구 등의 기구를 이용하지 않고서 전방 원호형 판 스프링과 후방 원호형 판 스프링에 의해 연결된다. 따라서, 윤활이 필요 없고 유지보수가 없고 구동력을 감소시키며 소음을 감소시키는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 윤활을 필요로 하는 미끄럼 부품을 구비하는 종래의 올덤 커플링 또는 핀 크랭크 타입의 기구를 이용하지 않고서, 서로 결합하는 2개의 스크롤 사이의 상대 선회운동을 발생시킬 수 있는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 스크롤식 유체 기계의 선회 기구를 설명하기 위한 축 커플링의 사시도,

도 2는 도 1의 화살표 A의 방향으로 본 도면,

도 3은 도 1의 화살표 B의 방향으로 본 도면,

도 4는 도 1의 화살표 C의 방향으로 본 도면,

도 5는 스크롤 압축기의 제 1 실시예의 전체 구조를 도시한 종단면도,

도 6은 도 5의 스크롤 압축기의 선회 기구의 사시도,

도 7은 스크롤 압축기의 제 2 실시예의 전체 구조를 도시한 종단면도,

도 8a 내지 도 8d는 스크롤 압축기의 압축 공정을 설명하기 위한 도면,

도 9는 올덤 커플링을 설명하기 위한 도면,

도 10a는 종래의 스크롤 압축기의 일례의 종단면도이고, 도 10b는 도 10a의 압축기의 올덤 링의 평면도,

도 11a는 종래의 스크롤 압축기의 다른 예의 부분 단면도이고, 도 11b는 도 11a의 압축기의 선회 기구로서의 크랭크의 부분 단면도.

Claims (6)

1. 제 1 스크롤 랩을 갖는 제 1 스크롤과, 제 2 스크롤 랩을 갖는 제 2 스크롤을 포함하며,

   판 스프링 부재 또는 부재들은, 판 스프링 부재 또는 부재들의 면이 반경방향 내측으로 면하는 상태로 상기 스크롤 랩을 둘러싸도록 설치되어 상기 제 1 및 제 2 스크롤을 연결하고, 상기 제 1 스크롤의 중심축은 상기 제 2 스크롤의 중심축과 동축이 아니고, 상기 제 1 및 제 2 스크롤 사이에서 상대 선회운동이 발생할 수 있는

   스크롤식 유체 기계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 스크롤은 케이싱에 고정된 고정 스크롤이고,

   상기 제 1 스크롤은 상기 편위의 선회반경으로 상기 제 2 스크롤의 중심축을 중심으로 선회하는 선회 스크롤인 것을 특징으로 하는

   스크롤식 유체 기계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 스크롤은 회전하는 구동축에 연결된 구동 스크롤이고,

   상기 제 2 스크롤은 상기 종동 스크롤의 회전축이 상기 구동 스크롤의 회전축으로부터 편위된 상태로 케이싱에 의해 회전을 위해 지지되는 종동 스크롤이며,

   상기 구동 스크롤로부터 상기 종동 스크롤로 회전이 전달되고, 상기 구동 및 종동 스크롤 사이에 상대 선회운동이 발생하는 것을 특징으로 하는

   스크롤식 유체 기계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   동일한 원주방향 이격 거리로 상기 제 1 스크롤의 주변부를 따라 복수의 제 1 지지 플랜지를 설치하고, 동일한 원주방향 이격 거리로 상기 제 2 스크롤의 주변부를 따라 복수의 제 2 지지 플랜지를 설치함으로써, 상기 제 1 및 제 2 지지 플랜지의 위치는 반경 거리에서 상이하지만 반경방향은 각각 일치하고, 상기 제 1 지지 플랜지는 판 스프링 부재 또는 부재들에 의해 상기 제 2 지지 플랜지에 연결되는 것을 특징으로 하는

   스크롤식 유체 기계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 지지 플랜지와 상기 제 2 지지 플랜지는 환형의 판 스프링과 연결 되는 것을 특징으로 하는

   스크롤식 유체 기계.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   동일한 원주방향 이격 거리로 상기 제 1 스크롤의 주변부를 따라 4개, 즉 1번째 내지 4번째의 제 1 지지 플랜지를 설치하고, 동일한 원주방향 이격 거리로 상기 제 2 스크롤의 주변부를 따라 4개, 즉 1번째 내지 4번째의 제 2 지지 플랜지를 설치하여, 상기 제 1 및 제 2 지지 플랜지의 위치는 반경 거리가 상이하지만 반경방향은 각각 일치하고,

   서로 인접한 상기 제 1 및 제 2 지지 플랜지는 원호형 스프링에 의해 연결되어, 원호형 스프링은 상기 1번째의 제 1 지지 플랜지를 상기 2번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 2번째의 제 1 지지 플랜지를 상기 3번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 3번째의 지지 플랜지를 상기 4번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 4번째의 제 1 지지 플랜지를 상기 1번째의 제 2 지지 플랜지에 연결하며, 이들 원호형 판 스프링은 상기 제 1 지지 플랜지를 상기 제 2 지지 플랜지에 연결하는 제 1 열의 원호형 판 스프링으로 구성되고,

   상기 제 1 열의 원호형 판 스프링에 축방향으로 인접하게 또다른 열의 원호형 지지 플랜지가 설치되어, 원호형 판 스프링은 상기 1번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 2번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 2번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 3번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하고, 원호형 판 스프링은 상기 3번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 4번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하며, 원호형 판 스프링은 상기 4번째의 제 2 지지 플랜지를 상기 1번째의 제 1 지지 플랜지에 연결하는 것을 특징으로 하는

   스크롤식 유체 기계.

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