KR20150085727A

KR20150085727A - 크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR20150085727A
Application number: KR1020140005709A
Authority: KR
Inventors: 반원규; 김현희; 오해진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-24
Also published as: CN104791366A

Abstract

본 발명은 크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기는, 철(Fe) 외에 탄소(C)와 망간(Mn), 그리고 황(S)을 포함하고, 상기 각 성분 함량비는 C:0.37 ~ 0.40%, Mn:1.25 ~ 1.35%, S:0.10~0.12% 및 잔부는 Fe로 된 금속합금을 고주파 열처리하여 크랭크 샤프트를 제작함으로써 크랭크 샤프트로 쓰일 금속합금의 열처리 시간을 단축하여 압축기의 제조원가를 절감할 수 있다. 또, 크랭크 샤프트를 이루는 성분 중에서 망간과 황의 비율을 적절하게 조절하여 기존의 저탄소 쾌삭강 대비 동등 이상의 피삭성을 확보할 수 있으며, 고주파 열처리 과정에서 크랙이 발생하는 것을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기{CRANK SHAFT AND COMPRESSOR HAVING THE SAME}

본 발명은 중탄소 쾌삭강으로 된 크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 쉘(shell)의 내부공간에 구동력을 발생하는 구동 모터와 그 구동 모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛을 포함한다. 이러한 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 여러가지의 형태로 구분할 수 있는데, 예컨대, 스크롤 압축기의 경우 모터와 선회 스크롤을 기구적으로 연결하는 크랭크 샤프트는 저탄소용 쾌삭강(free cutting steel)이 널리 사용되고 있다.

저탄소 쾌삭강은 침탄 열처리를 통해 피삭성, 내마모성, 구조 강성 등을 높일 수 있어 건 드릴이나 대구경 가공이 많고 베어링 접촉부에서의 표면 마찰이 많은 스크롤 압축기의 크랭크 샤프트에 적합할 수 있다.

이러한 저탄소 쾌삭강으로 널리 알려진 SUM32는 철(Fe) 외에 탄소(C) 0.12~0.20%, 망간(Mn) 0.60~1.10%, 황(S) 0.1.~0.2.%로 된 망간-황 화합물이다. SUM32와 같이 탄소 함량이 낮으면 침탄 열처리시 표면에서 탄소 확산을 유용하게 하여, 표면은 경화되어 내마모성을 향상되는 반면 심부(心府)는 인성이 향상되는 특성을 띄게 된다. 이에 따라 SUM32와 같은 저탄소 쾌삭강을 침탄 열처리 하여 크랭크 샤프트를 제작하게 되면 그 표면은 경도가 높아 마모를 방지할 수 있는 한편 속은 물러 오일 유로 등을 용이하게 형성할 수 있다.

하지만, 침탄 열처리는 상대적으로 열처리 시간이 길고 그에 따른 열변형이 발생되어 결국 압축기의 생산원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 고주파 열처리가 가능한 중탄소 쾌속강으로 제작하되 망간과 황의 비율을 적절하게 설계하여 고주파 열처리 후 내마모성을 높이고 기존 동등 이상의 피삭성을 확보하며 고주파 열처리 과정에서 크랙이 발생되지 않는 금속합금으로 된 크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 철(Fe) 외에 탄소(C)를 포함하고, 상기 탄소의 함량비가 0.37 ~ 0.40%인 금속합금으로 된 크랭크 샤프트가 제공될 수 있다.

또, 철(Fe) 외에 망간(Mn)과 황(S)을 포함하고, 상기 망간의 함량비는 1.25 ~ 1.35%, 상기 황의 함량비는 0.10~0.12%인 금속합금으로 된 크랭크 샤프트가 제공될 수 있다.

또, 철(Fe) 외에 탄소(C)와 망간(Mn), 그리고 황(S)을 포함하고, 상기 각 성분 함량비는 C:0.37 ~ 0.40%, Mn:1.25 ~ 1.35%, S:0.10~0.12% 및 잔부는 Fe로 되는 금속합금으로 된 크랭크 샤프트가 제공될 수 있다.

또, 철(Fe) 외에 망간(Mn)과 황(S)을 포함하고, 상기 망간의 함량비가 황의 함량비에 비해 10.4 ~ 13.5배가 되는 금속합금으로 된 크랭크 샤프트가 제공될 수 있다.

또, 밀폐된 내부공간을 갖는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 삽입되어 고정되는 고정자; 상기 고정자의 안쪽에 회전 가능하게 결합되는 회전자; 상기 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크 샤프트; 상기 크랭크 샤프트에 결합되어 상기 회전력에 의해 선회운동을 하는 선회 스크롤; 및 상기 선회 스크롤에 맞물려 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되는 고정 스크롤;을 포함하고, 상기 크랭크 샤프트는 제1항 내지 제4항의 어느 한 항으로 된 크랭크 샤프트로 이루어지는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기는, 크랭크 샤프트를 고주파 열처리를 실시하여 제작함으로써 크랭크 샤프트로 쓰일 금속합금의 열처리 시간을 단축하여 압축기의 제조원가를 절감할 수 있다. 또, 크랭크 샤프트를 이루는 성분 중에서 망간과 황의 비율을 적절하게 조절하여 기존의 저탄소 쾌삭강 대비 동등 이상의 피삭성을 확보할 수 있으며, 고주파 열처리 과정에서 크랙이 발생하는 것을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 스크롤 압축기에 대한 일실시예를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 크랭크 샤프트를 보인 정면도.

이하, 본 발명에 의한 크랭크 샤프트 및 이를 구비한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 스크롤 압축기에 대한 일실시예를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 크랭크 샤프트를 보인 정면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동 모터(2)와, 상기 구동 모터(2)의 상하 양측에서 상기 케이싱에 각각 고정 설치되는 메인 프레임(3) 및 서브 프레임(4)과, 상기 메인 프레임(3)의 상면에 고정 설치되는 고정 스크롤(5)과, 상기 메인 프레임(3)과 고정 스크롤(5) 사이에 설치되고 후술할 회전자(22)에 결합된 크랭크 샤프트(100)에 편심 결합되어 상기 고정 스크롤(5)과의 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되는 선회 스크롤(6)을 포함할 수 있다.

상기 메인 프레임(3)과 서브 프레임(4)은 각각 케이싱(1)의 내주면에 용접되어 결합되고, 상기 메인 프레임(3)과 서브 프레임(4)의 각 중앙에는 상기 크랭크 샤프트(100)가 삽입되어 반경방향으로 지지되는 축수 구멍(31)(41)이 각각 관통되어 형성될 수 있다.

상기 고정 스크롤(5)의 경판부(51) 저면에는 고정랩(52)이 형성되고, 고정 스크롤(5)의 경판부(51) 일측에는 상기 흡입실과 연통되는 흡입구(53)가, 중앙에는 상기 토출실과 연통되는 토출구(54)가 각각 형성될 수 있다.

상기 선회 스크롤(6)의 경판부(61) 상면에는 상기 고정 스크롤(5)의 고정랩(52)과 맞물려 흡입실, 중간압실, 토출실을 이루도록 선회랩(62)이 형성되고, 상기 선회 스크롤(6)의 경판부(61) 저면에는 크랭크 샤프트(100)에 결합되도록 보스부(63)가 형성될 수 있다.

도 2에서와 같이, 상기 크랭크 샤프트(100)은 구동 모터(2)의 회전자(22)에 압입되는 축부(110)와, 상기 축부(110)의 상하 양측에 형성되어 메인 프레임(3)의 축수 구멍(31)과 서브 프레임(4)의 축수 구멍(41)에 각각 지지되는 메인 베어링부(121) 및 서브 베어링부(122)로 이루어질 수 있다.

상기 축부(110)는 그 내부를 관통하여 오일 유로(101)가 형성되고, 상기 메인 베어링부(121)와 서브 베어링부(122)의 외주면에는 상기 오일 유로(101)와 연통되도록 오일 그루브(102)(103)가 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 11은 흡입공간, 12는 토출공간, 13은 흡입관, 14는 토출관, 21은 고정자이다.

상기와 같은 본 발명의 스크롤 압축기는, 구동 모터(2)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 상기 구동 모터(2)의 회전자(22)에 결합된 크랭크 샤프트(100)에 의해 선회 스크롤(6)이 고정 스크롤(5)에 대해 선회운동을 하면서 흡입실, 중간압실, 토출실로 이어지는 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하여 냉매를 흡입·압축·토출시키게 된다.

여기서, 상기 크랭크 샤프트(100)는 상하 양측의 메인 베어링부(121)와 서브 베어링부(122)가 각각 메인 프레임(3)과 서브 프레임(4)의 축수 구멍(31)(41)에 삽입되어 반경방향으로 지지되면서 구동 모터(2)의 회전력을 선회 스크롤(6)에 전달하여야 하므로 소정의 강성을 확보하여야 한다. 아울러, 상기 크랭크 샤프트(100)는 제작시 오일 유로(101)와 오일 그루브(102)(103) 등을 형성하여야 하므로 그만큼 피삭성을 확보하여야 한다.

이를 위해, 상기 크랭크 샤프트(100)는 전술한 바와 같이 SUM32와 같은 저탄소 쾌삭강을 이용하여 침탄 열처리 방식으로 제작할 수 있다. 이 경우, 침탄 열처리는 저탄소강의 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 고탄소강으로 만드는 공정으로, 표면은 딱딱하지만 내부는 무르게 하여 크랭크 샤프트에 요구되는 기계적 성질을 확보할 수 있다. 하지만, 상기와 같은 침탄 열처리의 경우는 열처리 작업에 과도하게 많은 시간이 소요되어 그만큼 생산성이 저하되면서 압축기의 제조원가를 높이게 되는 단점이 있다. 이를 감안하여, 본 실시예에서는 열처리 작업을 단축하면서도 크랭크 샤프트의 표면은 딱딱하지만 내부는 무르게 할 수 있도록 고주파 열처리 공법을 적용하고자 하는 것이다.

예를 들어, 상기 크랭크 샤프트(100)는 SUM42와 같은 중탄소 쾌삭강의 표면을 급가열하여 담금질 하는 방법으로 표면만 경화시키는 열처리 공법, 즉 고주파 열처리 공법으로 제작된 금속합금을 이용하여 제작할 수 있다. 이 경우, 상기 금속합금의 성분비를 적절하게 조절하여야 고주파 열처리 과정에서 크랙이 발생되는 것을 미연에 방지하면서도 적절한 피삭성을 띌 수 있다.

표 1.은 중탄소 쾌삭강을 고주파 열처리하여 본 실시예의 크랭크 샤프트를 제작하는 경우 중탄소 쾌삭강의 성분 함량비(중량비)를 보인 표이다.

성분	C	Mn	S	Fe
함량비	0.37 ~ 0.40	1.25 ~ 1.35	0.10 ~ 0.12	그 외

위 표에서와 같이, 본 실시예에 의한 중탄소 쾌삭강은 철(Fe) 외에 탄소(C)와 망간(Mn), 그리고 황(S)을 포함하며, 상기 Mn의 함량비가 S의 함량비에 비해 ㄷ대략 10.4 ~ 13.5배가 되도록 구성될 수 있다.

즉, 고주파 열처리 후에 내마모성을 발휘하도록 소재 중 탄소는 중탄소강을 띄도록 대략 0.37 ~ 0.40%의 함량비를 가지며, 이 중탄소강을 건 드릴 또는 대구경 가공을 위해 종래와 동등 수준 이상의 피삭성을 확보하도록 소재 중 망간은 1.25 ~ 1.35%, 황은 0.10~0.12%의 함량비를 각각 가지고, 고주파 열처리 공정 중 크랙이 발생되지 않도록 소재 중 철 외의 망간과 황의 비율을 대략 10.4 ~ 13.5배 정도가 되도록 구성될 수 있다.

이렇게, 고주파 열처리를 실시하여 크랭크 샤프트를 제작함으로써 크랭크 샤프트로 쓰일 금속합금의 열처리 시간을 단축하여 압축기의 제조원가를 절감할 수 있다. 그러면서도 망간과 황의 비율을 적절하게 조절하여 기존의 저탄소 쾌삭강과 대비하여 동등 이상의 피삭성(machinability)을 확보할 수 있으며, 고주파 열처리 과정에서 크랙이 발생하는 것을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

철(Fe) 외에 탄소(C)를 포함하고,
상기 탄소의 함량비가 0.37 ~ 0.40%인 금속합금으로 된 크랭크 샤프트.
철(Fe) 외에 망간(Mn)과 황(S)을 포함하고,
상기 망간의 함량비는 1.25 ~ 1.35%, 상기 황의 함량비는 0.10~0.12%인 금속합금으로 된 크랭크 샤프트.
철(Fe) 외에 탄소(C)와 망간(Mn), 그리고 황(S)을 포함하고,
상기 각 성분 함량비는 C:0.37 ~ 0.40%, Mn:1.25 ~ 1.35%, S:0.10~0.12% 및 잔부는 Fe로 되는 금속합금으로 된 크랭크 샤프트.
철(Fe) 외에 망간(Mn)과 황(S)을 포함하고,
상기 망간의 함량비가 황의 함량비에 비해 10.4 ~ 13.5배가 되는 금속합금으로 된 크랭크 샤프트.
밀폐된 내부공간을 갖는 케이싱;
상기 케이싱의 내부공간에 삽입되어 고정되는 고정자;
상기 고정자의 안쪽에 회전 가능하게 결합되는 회전자;
상기 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크 샤프트;
상기 크랭크 샤프트에 결합되어 상기 회전력에 의해 선회운동을 하는 선회 스크롤; 및
상기 선회 스크롤에 맞물려 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되는 고정 스크롤;을 포함하고,
상기 크랭크 샤프트는 제1항 내지 제4항의 어느 한 항으로 된 크랭크 샤프트로 이루어지는 스크롤 압축기.