KR940000190Y1 - Scroll compressor - Google Patents

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KR940000190Y1 KR2019910019116U KR910019116U KR940000190Y1 KR 940000190 Y1 KR940000190 Y1 KR 940000190Y1 KR 2019910019116 U KR2019910019116 U KR 2019910019116U KR 910019116 U KR910019116 U KR 910019116U KR 940000190 Y1 KR940000190 Y1 KR 940000190Y1
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Abstract

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Description

스크롤압축기의 스크롤Scroll Scroll Scroll

제1도는 종래의 스크롤압축기의 전체 구조를 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of a conventional scroll compressor.

제2도는 제1도의 압축실 구조에 대한 확대 단면도.2 is an enlarged cross-sectional view of the compression chamber structure of FIG.

제3도는 압축가스의 온도와 압력에 의한 스크롤 랩의 변형상태를 보인 설명도.3 is an explanatory view showing the deformation state of the scroll wrap by the temperature and pressure of the compressed gas.

제4도는 종래의 스크롤압축기에서 압축가스와 접촉하는 스크롤면에 대한 열팽창계수의 차이에 따른 잔류인 장응력 분포도.4 is a residual stress distribution diagram according to the difference in the coefficient of thermal expansion of the scroll surface in contact with the compressed gas in a conventional scroll compressor.

제5도는 본 고안 스크롤압축기의 압축실 구조에 대한 확대 단면도.5 is an enlarged cross-sectional view of a compression chamber structure of the present invention scroll compressor.

제6도는 본 고안 스크롤압축기의 스크롤에서 압축가스와 접촉하는 스크롤면에 대한 열팽창계수의 차이에 따른 잔류인장응력 분포도.6 is a residual tensile stress distribution according to the difference in the coefficient of thermal expansion for the scroll surface in contact with the compressed gas in the scroll of the scroll compressor of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11 : 선회스크롤 11a : 선회스크롤 랩11: turning scroll 11a: turning scroll wrap

11b : 경판 14 : 고정스크롤11b: Hard board 14: fixed scroll

14a : 고정스크롤 랩 14b : 경판14a: fixed scroll wrap 14b: hard board

C. L : 경질세라믹층 B. L : 중간층C. L: Hard Ceramic Layer B. L: Intermediate Layer

15 : 압축실15: compression chamber

본 고안은 스크롤압축기의 스크롤부재에 관한 것으로, 특히 압축실을 구성하는 고정스크롤과 선회스크롤의 표면상에 내마모성 경질층과 스크롤부재의 모재의 사이에 이들 두 층의 재질의 열팽창계수의 사이값을 갖는 재질로 구성된 중간층을 형성하여 스크롤 압축기의 가동시 열피로응력에 의한 경질표면층과 스크롤부재의 모재간의 계면에서 발생되는 균열을 방지한 스크롤압축기의 스크롤에 관한 것이다.The present invention relates to a scroll member of a scroll compressor, in particular, between the wear-resistant hard layer and the base material of the scroll member on the surface of the fixed scroll and the rotating scroll constituting the compression chamber, the value of the coefficient of thermal expansion of the two layers of material The present invention relates to a scroll compressor scroll formed by forming an intermediate layer made of a material having a crack and preventing cracks generated at the interface between the hard surface layer and the base member of the scroll member due to thermal fatigue stress during operation of the scroll compressor.

일반적으로 스크롤압축기는 기존의 왕복동식 압축기나 회전식압축기에 비교하여 볼때 압축가동시 압축가스의 누출이 적고 압축효율이 높음은 물론 토오크 변동이 적고 저소음이라는 이점이 있어서 최근에 이르러 그 사용범위가 확대되고 있는 데, 이같은 스크롤압축기의 전체적인 구조는 제1도에 도시되어 있다.In general, compared with conventional reciprocating compressors or rotary compressors, scroll compressors have the advantages of less leakage of compressed gas during compression operation, high compression efficiency, less torque fluctuations, and low noise. In one embodiment, the overall structure of such a scroll compressor is shown in FIG.

도시된 바와같이, 스크롤압축기는 측면과 상부 일측에 각각 흡입관(2)과 토출관(3)이 형성된 밀폐하우징(1)의 안쪽 중앙부에 모터(4)에 의해 회전구동되며 하단부에 오일펌프(5)가 설치된 주축(6)이 수직으로 형성되어 상부의 프레임(7)을 통해 지지되며, 프레임(7)과 일체로 형성된 크랭크축(8)의 안쪽으로는 편심베어링(9)과 스프링(10)을 통해 주축(6)과는 편심을 이루는 선회스크롤(11)이 자전방지구(12) 및 트러스트베어링(13)에 의해 선회가능하게 지지되고, 선회스크롤(11)의 상부에 형성된 인볼류트형상의 선회스크롤 랩(11a)은 그 상부의 고정스크롤(14) 하부에 역시 인볼류트 형상으로 돌출형성된 고정스크롤 랩(14a)과 접촉을 이룬 상태로 결합되어 상기 흡입관(2)을 통해 유입되는 압축가스의 압축이 이루어지는 압축실(15)이 구성되는 한편, 압축실(15)의 중앙부와 토출챔버(16) 사이의 고정스크롤(14) 중앙부에는 압축공기배출용 통로(17)가 형성되어 구성된다.As shown, the scroll compressor is rotationally driven by the motor 4 at the inner center of the hermetic housing 1 in which the suction pipe 2 and the discharge pipe 3 are formed at the side and the upper side, respectively, and the oil pump 5 at the lower end. The main shaft (6) is installed vertically and is supported through the upper frame (7), the eccentric bearing (9) and the spring (10) inside the crank shaft (8) formed integrally with the frame (7) The rotating scroll 11 which is eccentric with the main shaft 6 is pivotally supported by the anti-rotation tool 12 and the thrust bearing 13, and has an involute shape formed on the upper portion of the rotating scroll 11. The swing scroll wrap 11a is coupled to the fixed scroll wrap 14a protruding in an involute shape to a lower portion of the fixed scroll 14 at an upper portion thereof, so that the orbiting scroll wrap 11a of the compressed gas flows through the suction pipe 2. The compression chamber 15 which compresses is comprised, and the center of the compression chamber 15 is comprised The compressed air discharge passage 17 is formed at the center of the fixed scroll 14 between the unit and the discharge chamber 16.

이와같은 구조로 이루어진 종래의 스크롤압축기는 모터(4)의 구동에 의해 주축(6)과 크랭크축(8)이 회전함에 따라 크랭크축(8)으로부터 회전력으로 전달받는 선회스크롤(11)은 자전방지구(12)에 의해 자전이 방지된 상태에서 선회운동을 하게되고 이같은 선회스크롤(11)의 선회운동에 의해 하우징(1)측면의 흡입관(2)을 통해 선회스크롤(11)과 고정스크롤(14)의 외측으로 유입된 냉매가스는 압축실(15)의 중심부로 이동되면서 압축되어 압축공기배출용 통로(17)를 통해 그 상부의 토출챔버(16)를 거쳐 토출관(3)을 향하게 된다.In the conventional scroll compressor having such a structure, as the main shaft 6 and the crankshaft 8 are rotated by the driving of the motor 4, the turning scroll 11 received by the rotational force from the crankshaft 8 is rotated forward. The rotating motion is prevented by the rotation of the earth 12 and the rotating scroll 11 and the fixed scroll 14 through the suction pipe 2 on the side of the housing 1 by the rotating motion of the rotating scroll 11. Refrigerant gas introduced to the outside of the) is moved to the center of the compression chamber 15 is compressed to be directed to the discharge pipe (3) via the discharge chamber 16 of the upper portion through the compressed air discharge passage (17).

제2도는 상기와 같은 종래의 스크롤압축기의 압축실에 대한 확대 단면도로서, 압축실(15)은 하부의 선회스크롤(11)의 상면을 이루는 경판(4b) 및 그 경판(11b)상에 돌출형성된 선회스크롤 랩(11a)과 상부의 공정스크롤(14)의 저면을 이루는 경판(14b) 및 그 경판(14b)상에 돌출형성되어 상기 선회스크롤 랩(11a)과 일측면이 선접촉하고 있는 고정스크롤 랩(14a)으로 둘러싸인 고간으로서 선회스크롤(11)이 선회운동을 하게되면 상대측 경판(14b)과 면접촉을 이루고 있는 선회스크롤 랩(11a)상면과, 고정스크롤 랩(14a)의 측면과 선 접촉하는 선회스크롤 랩(11a)은 그 접촉상태를 유지한 상태에서 이동을 하게됨에 따라 그 접촉부에는 압축가동시 항상 마찰접촉이 이루어지게 되어 마찰접촉에 의한 마모가 발생하게 된다.2 is an enlarged cross-sectional view of the compression chamber of the conventional scroll compressor as described above, the compression chamber 15 is protruded on the hard plate 4b and the hard plate 11b constituting the upper surface of the lower swing scroll (11). Fixed scroll which is formed on the hard disk 14b and the hard disk 14b forming the bottom surface of the rotating scroll wrap 11a and the upper process scroll 14 so that the rotating scroll wrap 11a and one side thereof are in line contact. When the turning scroll 11 is pivoted by the lap 14a, the turning scroll 11 is in line contact with the upper surface of the turning scroll wrap 11a which is in surface contact with the counterpart side plate 14b, and the side of the fixed scroll wrap 14a. As the turning scroll wrap 11a is moved in a state of maintaining the contact state, frictional contact is always made at the contact portion, and wear due to the friction contact occurs.

이같이 상호 접촉마찰을 하고 있는 선회 스크롤(11)과 고정스크롤(14)간에 마모가 발생하게 되면 결국 압축가스의 누출을 초래하게 되어 압축기 효율을 떨어뜨리게 되므로 일본 공개특허공보소1-224488호에서는 이같은 마모를 방지하기 위하여 압축실을 형성하는 선회스크롤(11)과 고정스크롤(14)의 마찰접촉부상에 내마모성이 우수한 경질세라믹층(C. L)을 형성시키는 기술이 알려져 있다.If wear occurs between the swinging scroll 11 and the fixed scroll 14 which are in contact with each other in this way, the compression gas will eventually leak, thereby reducing the efficiency of the compressor. In order to prevent abrasion, there is known a technique of forming a hard ceramic layer (C. L) having excellent wear resistance on the friction contact portion of the turning scroll 11 and the fixed scroll 14 forming the compression chamber.

그러나, 선회스크롤(11)과 고정스크롤(14)의 재질로서 가공성이 우수하고 경량인 알루미늄을 사용하고 그 알루미늄으로 이루어진 선회스크롤(11) 및 고정스크롤(14)의 압축실(15) 구성부 표면상에 TiC, Al2O3, WC, SiC 또는 Si3N4등의 경질세라믹층(C. L)을 형성한 종래의 스크롤압축기는 압축가동시 상기 경질세라믹층(C. L)에 의한 마찰면의 마모방지라는 소기의 목적은 달성되더라도 제3도에 도시된 바와같이 압축실 내부에 존재하는 압축가스에 의한 고온고압상태에서 선회/고정스크롤 랩(11a), (14a) 측면방향으로 가해진 힘에 의해 선회/고정 스크롤 랩(11a), (14a)이 외측방향으로 휘어지게 되는 현상이 발생하게 된다.However, the surface of the components of the compression chamber 15 of the turning scroll 11 and the fixed scroll 14 made of the aluminum using the aluminum having excellent workability and light weight as the material of the turning scroll 11 and the fixed scroll 14. Conventional scroll compressors having a hard ceramic layer (C. L) such as TiC, Al 2 O 3 , WC, SiC or Si 3 N 4 formed on the surface thereof are subjected to friction by the hard ceramic layer (C. L) during compression operation. Even if the intended purpose of preventing the wear of the surface is achieved, the force applied in the lateral direction of the swing / fixed scroll wraps 11a and 14a under high temperature and high pressure by the compressed gas present in the compression chamber as shown in FIG. This causes the swing / fixed scroll wrap 11a, 14a to bend outward.

한편, 종래의 스크롤압축기의 선회/고정스크롤(11), (14)을 이루고 있는 모재와 그 모재의 표면상에 형성된 경질세라믹층(C. L)재질간에는 열팽창계수가 상당한 차이를 보임에 따라 제2도에 도시된 고온, 고압을 받는 상태의 압축실(15) 노출부위의 선회/고정스크롤(11), (14)에서 선회/고정스크롤(11), (14) 모재와 그 표면의 경질세라믹층(C. L)간에 나타나는 잔류인장응력의 분포는 제4도에 도시된 바와같다.On the other hand, the coefficient of thermal expansion between the base material constituting the swing / fixed scroll (11, 14) of the conventional scroll compressor and the hard ceramic layer (C. L) formed on the surface of the base material is significantly different, Swiveling / fixed scrolls (11) and (14) exposed areas of the compression chamber (15) exposed to high temperature and high pressure shown in FIG. 2, turning / fixed scrolls (11) and (14). The distribution of residual tensile stress between layers C. L is shown in FIG.

종래의 스크롤압축기는 압축가동시 선회/고정스크롤(11), (14)의 모재와 경질세라믹층(C. L)간의 상기와 같은 열팽창계수의 차이로 인하여 선회/고정스크롤(11), (14)의 모재와 경질세라믹층(C. L)간의 계면에서 균열이 발생하게 되고, 이와같은 균열은 고압에 의해 표면층의 파괴인성(fracture toughness)값을 초과하여 표면으로 전파됨으로써 결국은 선회/고정스크롤 랩(11a), (14)의 파괴를 가져오게 된다.Conventional scroll compressors have a swing / fixed scroll (11), (14) due to the difference in coefficient of thermal expansion between the base material of the swing / fixed scroll (11, 14) and the hard ceramic layer (C. L) during compression operation. Cracks are generated at the interface between the base material and the hard ceramic layer (C. L), and these cracks propagate to the surface by exceeding the fracture toughness value of the surface layer by high pressure and eventually turn / fix scroll. This leads to destruction of the wraps 11a and 14.

다시말하면, 종래의 스크롤압축기는 그 압축가동시 반복적인 열응력에 의해 선회/고정스크롤 랩(11a), (14a)이 파괴되어 압축효율의 저하는 물론 스크롤압축기의 내구성 및 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.In other words, the conventional scroll compressor has a problem that the swing / fixed scroll wrap 11a, 14a is destroyed by repeated thermal stress during its compression operation, thereby lowering the compression efficiency and deteriorating the durability and reliability of the scroll compressor. .

따라서, 본 고안은 종래의 스크롤압축기가 지니고 있는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 고온, 고압이 가해지는 압축실을 구성하는 선회/고정스크롤의 경판과 선회/고정스크롤 랩의 표면부상에 선회/고정스크롤의 모재와 경질세라믹층의 열팽창계수의 사이값을 갖는 재질로 이루어진 완충층으로서의 중간층을 상기 모재와 경질세라믹층의 사이에 형성하여 계면에서 발생하는 균열의 발생을 억제한 스크롤압축기의 스크롤을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention is designed to solve the above problems of the conventional scroll compressor, by rotating / fixed scroll on the surface of the hard plate of the swing / fixed scroll and the swing / fixed scroll wrap, which constitute a compression chamber to which high temperature and high pressure are applied. An intermediate layer serving as a buffer layer made of a material having a value between the thermal expansion coefficient of the base material and the hard ceramic layer is formed between the base material and the hard ceramic layer to provide a scroll compressor scroll which suppresses the occurrence of cracking at the interface. There is a purpose.

본 고안은 선회/고정스크롤의 압축실 노출부 표면을 최외측에는 종래의 경질세라믹층이 형성되고 경질세라믹층과 모재 표면간에는 중간층이 형성되어 압축기의 압축가동에 의한 마찰접촉에 의해서 발생되는 마모는 상기 경질세라믹층에 의해 방지되고 고온, 고압에 의한 계면의 균열발생은 중간층에 의해 억제토록 한 데 기술적 특징이 있다.According to the present invention, the conventional hard ceramic layer is formed on the outermost surface of the compression chamber exposed part of the swing / fixed scroll and the intermediate layer is formed between the hard ceramic layer and the base material surface. The hard ceramic layer prevents cracking at the interface due to high temperature and high pressure.

따라서, 본 고안 스크롤압축기의 스크롤에서 선회/고정스크롤의 모재로는 가공성이 양호하고 경량인 알루미늄합금등으로 구성하고, 경질세라믹층은 경도값이 크고 내마모성이 우수한 TiB2, TiC, WC, BC, Si3N4, Al2O3등의 재질로 구성하며, 중간층으로는 경 값은 낮지만 열팽창계수가 금속과 유사한 ZrO2, Cr3C2등으로 구 하게 되는 데, 위에서 열거한 각층 재질의 미소경도 및 열팽창 수는 다음의 표 1과 같다.Thus, in the scroll of the subject innovation scroll compressor as the base material of the turning / fixed scroll is the configuration of an aluminum alloy, such as workability is good, and light-weight, rigid ceramic layer is large and the wear resistance is excellent TiB 2, TiC, WC, hardness BC, It is composed of Si 3 N 4 , Al 2 O 3, etc., and the intermediate layer is obtained with ZrO 2 , Cr 3 C 2, etc., which have low hardness but similar thermal expansion coefficient. The microhardness and the number of thermal expansions are shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

이와같은 본 고안의 스크롤압축기의 스크롤 구성에 대하여 제5도의 압축실 단면을 나타낸 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.The scroll configuration of the scroll compressor according to the present invention will be described with reference to the drawing showing the cross section of the compression chamber of FIG.

선회스크롤(11)의 경판(11b) 및 선회스크롤 랩(11a)과 고정스크롤(14)의 경판(14b) 및 고정스크롤 랩(14a)은 각기 그 모재층상에 중간층(B. L)이 형성되고 그 중간층(B. L)의 표면으로 경질세라믹층(C. L)이 형성되어 이루어진다.The hard plate 11b and the rotating scroll wrap 11a of the turning scroll 11 and the hard plate 14b and the fixed scroll wrap 14a of the fixed scroll 14 are each formed with an intermediate layer (B.L) on the base material layer. The hard ceramic layer C. L is formed on the surface of the intermediate layer B. L.

본 고안에서 선회/고정스크롤(11), (14) 모재와 경질세라믹층(C. L)의 사이에 형성된 중간층의 재질은 상기 모재와 경질세라믹층(C. L)의 열팽창계수의 사이값을 가짐에 따라 이들 층부재의 잔류인장응력분포는 제6도와 같이 각층간의 잔류인장응력의 차이가 감소되어 각각의 계면에서 압축공기의 고온고안에 의해 균열이 발생되는 것이 억제되고, 만일 균열이 발생하게 되더라도 각층의 파괴강도값을 초과하지 못하므로 최외곽의 표면으로 균열이 전파되는 것이 억제되어 스크롤 랩(11a), (14a)의 파괴를 방지할 수 있게된다.In the present invention, the material of the intermediate layer formed between the pivoting / fixed scrolls (11) and (14) the base material and the hard ceramic layer (C. L) is the value of the thermal expansion coefficient between the base material and the hard ceramic layer (C. L). As a result, the residual tensile stress distribution of these layer members decreases the difference in residual tensile stress between the layers as shown in Fig. 6, thereby suppressing the occurrence of cracking due to the high temperature of compressed air at each interface. Even if it does not exceed the breaking strength value of each layer, the propagation of cracks to the outermost surface is suppressed, thereby preventing the destruction of the scroll wraps 11a and 14a.

이상에서 설명한 바와같이 본 고안은 스크롤압축기의 압축가동시 고온, 고압이 가해지는 압축실을 구성하는 선회/고정스크롤 압축실 노출부가 스크롤의 모재와 경질세라믹층의 열팽창계수의 사이값을 갖는 중간층을 갖도록 형성함으로써 계면간의 완충작용을 하는 중간층에 의한 계면에서 균열이 발생되는 것을 방지함과 아울러 발생된 균열의 표면으로의 전파를 억제하여 반복열응력에 의한 스크롤 랩의 파괴를 배제함으로써 스크롤압축기의 압축효율향상과 내구성 및 신뢰성의 개선을 가져오는 효과가 있다.As described above, the present invention provides an intermediate layer having a value between the base material of the scroll and the thermal expansion coefficient of the hard ceramic layer. Compression of the scroll compressor by preventing the cracks from occurring at the interface due to the intermediate layer buffering the interface between the interfacial layer and suppressing the propagation of the generated cracks on the surface of the cracks by the repeated thermal stress It has the effect of improving efficiency and improving durability and reliability.

Claims (4)

밀폐용기 내부에 고정스크롤, 선회스크롤, 크랭크축, 자전방지구를 구비한 스크롤압축기에 있어서, 고정스크롤과 선회스크롤의 표면부에 중간층과 경질세라믹층을 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 스크롤 구조.A scroll compressor having a fixed scroll, a rotating scroll, a crank shaft, and a rotating prevention device in a sealed container, wherein the intermediate structure and the hard ceramic layer are formed on the surface of the fixed scroll and the rotating scroll. . 제1항에 있어서, 중간층은 고정스크롤과 선회스크롤을 구성하는 재질과 경질세라믹층의 열팽창계수의 사이값을 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 스크롤 구조.The scroll structure of a scroll compressor according to claim 1, wherein the intermediate layer has a value between a material constituting the fixed scroll and the swing scroll and a coefficient of thermal expansion of the hard ceramic layer. 제1항에 있어서, 중간층은 Cr3C2또는 ZrO2인 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 스크롤 구조.The scroll structure of a scroll compressor according to claim 1, wherein the intermediate layer is Cr 3 C 2 or ZrO 2 . 제1항에 있어서, 경질세라믹층은 TiC 또는 WC 또는 SiC 또는 BC 또는 Si3N4또는 Al2O3인 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 스크롤 구조.The scroll structure of a scroll compressor according to claim 1, wherein the hard ceramic layer is TiC or WC or SiC or BC or Si 3 N 4 or Al 2 O 3 .
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KR100915059B1 (en) * 2007-04-11 2009-09-02 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 Slip movable member and scroll type motor compressor using the same

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