KR0137358B1 - 스크롤유체기계의 날개 및 제조법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤날개의 가공정밀도의 향상과 가공공수의 단축을 도모하기 위하여, 스크롤날개의 재료로서 공정흑연주철을 채용하고, 공정셀의 크기중 크기의 최대의 것의 폭을 랩의 높이의 1/4한 것을 특징으로 한다.

Description

스크롤유체기계의 날개 및 제조법

제1도는 본 발명의 일실시예의 스크롤날개의 랩의 단면도.

제2도는 다른 실시예의 스크롤날개의 형상이 없는 재료의 사시도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예의 날개형상을 만든 상태의 사시도.

제4도는 주형에 구리합금 또는 흑연을 사용한 스크롤날개의 단면도.

제5도는 주형을 사형(砂型)으로 하고, 조성성분에 의해서 공정(共晶) 조직을 얻은 스크롤날개의 단면도.

제6도는 스크롤유체기계의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:경판2:탭

1a:고정스크롤경판1b:선회스크롤경판

2a:스크롤랩(고정스크롤경판의)2b:스크롤랩(선회스크롤경판의)

3:절삭가공 안한부분4:공정셀의 경계

11,11a,11b:스크롤날개12:밀폐셀

13:크랭크 샤아프트15:로터

16:스테이터(자전방지기구)17:압축실

최근 스크롤유체기계의 날개의 제조에 관한 것으로서, 더 한층의 가공정밀도의 향상, 및 가공시간의 단축이 요망되고 있다.

제6도는 스크롤유체기계의 일종인 스크롤압축기의 단면도이다. 이와 같은 스크롤유체기계의 스크롤날개(11)는 요구되는 강도에서 주철 또는 강철로 제작되는 일이 많고, 요구정밀도가 높기 때문에, 주로 엔드밀 등의 절삭에 의한 가공을 실시해서 사용되는 경우가 있다. 실제로는 회색주철 또는 구상흑연주철제 재료와 주로 엔드밀 등의 절삭에 의한 완성가공의 조합에 의한 종래예가 많다.

제3도에 표시한 바와 같이 스크롤날개(11)는 그 형상이 복잡하고, 요구정밀도가 높기 때문에, 주로 엔드밀 등의 절삭에 의한 가공시간이 극히 긴 경향이 있다. 따라서, 스크롤유체기계를 염가로 제작하기 위해서는, 스크롤날개(11)를 염가로 제작하는 일이 필요하다.

스크롤날개(11)의 가공시간을 단축하기 위하여, 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구의 절삭속도를 향상시킬 필요가 있으나, 그 수단으로서 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구의 1회전당의 가공량을 증가시키는 방법과 주로 엔드밀 등의 절삭공공구의 1회전의 속도를 증가시키는 방법을 일반적으로 생각할 수 있다.

주로 엔드밀 등의 절삭가공공구의 1회전당의 가공량을 증가시키면, 가공정밀도가 저하하기 때문에, 높은 정밀도가 요구되는 스크롤날개의 가공에 있어서는, 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구의 1회전당의 가공량을 증가시키는 일은 곤란하며, 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구의 1회전의 속도를 증가시키므로서 절삭속도를 향상시켜, 가공시간 및 공수를 단축하지 않으면 안된다. 그런데, 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구의 1회전의 속도를 향상시키면 공구수명이 짧아지고, 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구 교환에 소요되는 시간 및 공수가 걸려서 생산성이 저하한다. 일반적으로, 가공정밀도와 가공시간 밸런스를 취하는 일이 스크롤날개(11)를 염가로 제작하는 포인트로 되어 있다. 또, 주물을 사용하는 경우라도, 재료를 완성형상에 가까운 형상으로 제작하는 일이 곤란하며 스크롤날개(11)를 완성하기까지에 재료를 가공제거하는 체적이 많기 때문에, 가공공수가 걸려서 생산성이 낮아진다.

일반적으로, 가공정밀도·가공시간과 가공제거체적의 밸런스를 취하는 일이 스크롤날개를 염가로 제작하는 포인트로 되어 있다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하고, 스크롤날개(11)를 실용화함에 있어서, 높은 가공정밀도의 실현과 가공공수의 단축을 도모해서, 스크롤날개(11)의 염가의 제조코스트를 실현하는 일을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하고, 높은 가공정밀도의 실현가 가공공수의 단축을 도모하기 위해서 이루어진 것이다. 그리고 목적달성의 수단은 이하와 같다.

1) 날개재료에 금속의 주형을 사용해서 냉각속도를 빠르게 하여 주조하든가 또는 공정조직을 성장시키는 성분으로 주조함으로써 절삭가공성이 양호한 공정흑연주철을 사용하고, 그 공정셀의 크기를 스크롤날개의 랩높이의 평균 1/4 이하로만 한 재료를 사용한다.

2) 날개재료에 절삭가공성이 양호한 공정흑연주철을 사용하고, 그 공정셀의 크기를 스크롤날개의 랩높이의 평균 1/4 이하로 하고, 그 주형에 금속을 사용함으로써 냉각속도를 빠르게 한 날개재료제작법에 의해서 제작된 재료를 사용한다.

또한, 주형의 재료를 열전도율이 주철보다 높은 구리 또는 흑연을 선정함으로써 절삭가공성이 양호한 공정흑연주철로 완성형상에 가까운 형상으로 날개재료를 제작해서, 가공제거체적의 감소를 행한 날개재료제작법에 있어서 제작된 재료를 사용한다.

3) 날개재료에 절삭가공성이 양호한 공정흑연주철을 사용하고, 그 공정셀의 크기를 스크롤날개의 랩높이의 평균 1/4 이하로 하고, 그 성분을 공정조직을 성장시키는 것으로 하고, 주형에 사형을 사용한 날개재료제작법에 의해서 제작된 재료를 사용한다.

또한, 셀몰드나 로스트왁스로 한 주형제작법을 선정하고, 또한 공정조직을 성장시키는 성분으로 주조함으로써 절삭가공성이 양호한 재료를 완성형상에 가까운 형상으로 날개재료를 제작해서, 가공제거체적의 감소를 행하고 스크롤날개재료로부터 완성까지의 가공공수의 저감을 행한 날개재료제작법에 의해서 제작된 재료를 사용한다고 하는 수단을 강구한 것이다.

이상의 수단에 의하면, 이하와 같은 일을 실현할 수 있다.

제1도는 공정흑연주철에 의해서 작성된 스크롤날개의 종단면조작의 상세도이다. 스크롤날개는 (1)의 경판과 그것에 세운 랩(2)으로 이루어진다.

일반적으로, 공정흑연주철은, 그 흑연현상(눈이 미세한 점)이 미세하고 균일하게 분포되어 있기 때문에 흑연간 거리가 작고 그 때문에, 절삭가공성이 양호하고 로링피스톤유체기계의 실린더에 대해서는 그 절삭성 때문에 거의 공정흑연주철에 의해서 제작되고 있다. 그런데, 공정셀의 경계(4)(검은 부분)에는, 경도가 높은 펄라이트가 석출(析出)되고, 주로 엔드밀 등의 절삭가공을 한 경우, 다른 부분(3)과의 경도차 때문에 파도 형상이 생겨 높은 정밀도를 유지하는 일이 곤란하다. 본 발명에서는 공정셀중 크기가 최대인 것의 폭의 평균치를 스크롤날개의 1/4 이하로 한정된 공정흑연주철을 채용하므로서 조직내의 경도차에 의한 랩의 높이방향의 파도형상을 균일화하여 높은 가공정밀도의 스크롤날개의 실현을 가능하게 하고 있다.

또, 공정흑연주철은 엔드밀 등에 의한 절삭가공성이 양호하기 때문에, 주로 엔드밀 등에 의한 절삭가공시간을 단축하는 수단으로서, 절삭공구의 1회전의 속도를 향상시켜도 절삭공구의 수명이 짧아지는 일이 거의 없기 때문에, 절삭가공공구의 1회전의 속도를 향상시키므로서 스크롤날개 가공시간의 단축을 실현할 수 있다.

또 스크롤날개는 그 랩벽면에 큰 압력을 받기 때문에 특히 강도가 요구된다. 이 때문에 엔드밀 등의 절삭가공성에 영향이 없는 범위에서 펄라이트(4)를 석출시키므로, 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는, 강도를 구하고 또한 주로 엔드밀 등의 절삭가공성에 영향이 없는 조지으로서 공정흑연주철의 기지(基地)의 펄라이트량을 7∼30%로 하므로서 해결하고 있다.

제6도에 표시한 압축기 등의 스크롤유체기계에서는 일반적으로 그 스크롤날개의 랩의 높이는 10mm∼30mm이다. 이와 같은 스크롤날개(11)에 있어서 공정셀중 최대의 것이, 그 날개(11)의 높이 H의 1/4 이하의 공정셀의 폭의 평균치를 가진 공정흑연주철을 얻기 위해서는 특수한 조건을 필요로 한다.

먼저 그 조성성분은 탄소 C와 실리콘 Si의 양을 될 수 있는 한 공정영역에 접근하는 것이며, 그 때문에 C 2.0∼4.5%, Si 1.0∼4.0%가 적당하다. 또 공정조직을 성장시키는 Ti를 0.05%∼1.3%를 넣는 것이 좋다. 또 공정셀의 크기를 지배하는 것은 주탕(pouring) 후의 냉각속도이며, 본 발명에서는, 이와 같은 조직의 공정흑연주철을 얻기 위한 제작방법으로서, 냉각속도를 빠르게 하기 위하여 주형에 금속을 사용하는 날개재료제작방법을 제공하고 있다.

금속을 주형으로 하였을 경우, 제2도와 같은 단순형상은 용이하게 형성할 수 있으나, 제3도에 표시한 바와 같은 복잡한 형상을 제작하는 경우는, 금형의 열변형 등에 의해, 주형으로부터 주물이 빠지기가 어렵게 될 가능성이 있다. 본 발명에서는, 주형에 구리합금을 사용하고, 물냉각하므로서, 주형의 형상을 완성형상에 가까운 복잡한 형상으로 하는 날개재료제작방법을 제공하고 있다. 주형의 형상을 완성형상에 가까운 형상으로 하므로서, 스크롤날개의 재료로부터 완성까지의 가공제거체적의 감소가 가능하게 되어 가공공수가 저감되고, 그 흑연형상이 미세하고 균일되게 분포되어 있기 때문에 흑연간 거리가 작고, 그 때문에 주로 엔드밀 등에 의한 절삭가공성이 양호한 공정흑연주철의 효과도 추가되어, 높은 가공정밀도로, 더욱 염가의 스크롤날개의 제작이 가능하게 된다.

상기 공정흑연주철을 얻기 위한 제작방법으로서, 본 발명에서는, 주형에 흑연을 사용하므로서, 주형의 형상을 완성형상에 가까운 형상으로 할 수 있는 날개재료 제작방법을 제공하고 있다.

또 다른 방법으로서 상기 공정흑연주철을 얻는 수단으로서, 주형에 사형을 사용하여, 조성성분조정에 의해서 공정흑연조직을 얻는 날개재료제작방법을 제공하고 있다.

또 주형의 제작법의 한 수단으로서 셀몰드법을 사용하므로서, 보다 주형의 형상을 완성형상에 가까운 형상으로 할 수 있다.

또 상기 공정흑연주철을 얻기 위한 제작방법으로서, 본 발명에서는, 주형의 제작법에 로스트왁스법을 사용하므로서, 더욱 주형의 형상을 완성형상에 가까운 형상으로 하는 날개재료제작방법을 제공하고 있다.

이와 같은 방법으로 주형의 형상을 완성형상에 가까운 형상으로 하므로서, 스크롤날개의 재료로부터 완성까지의 가공제거체적의 감소가 가능하게 되고 가공공수가 저감되어, 그 흑연형상이 미세하고 균일하게 분포되고 있기 대문에 흑연간 거리가 작고, 그 때문에 주로 엔드밀 등에 의한 절삭가공성이 양호한 공정흑연주철의 효과도 더해져서 높은 가공정밀도로 더욱 염가의 스크롤날개의 제작이 가능하게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

먼저, 스크롤압축기의 구성에 대해서 설명한다.

제6도에는, 스크롤압축기의 단면도가 표시되어 있으며, 이하 그 구성 및 동작에 대해서 간단하게 설명한다.

(12)는 밀폐셀이며, (1a)는 밀폐셀내에 배설된 고정스크롤경판, (1b)는 선회스크롤경판이며, 이 스크롤경판(1)과, 스크롤랩(2)에 의해서 스크롤날개(11)를 구성하고 있다. (13)은 크랭크샤아프트, (15)는 전동기부의 로터(16)은 스테이터이다. 이상과 같은 구성에 의해, 다음과 같은 동작을 한다.

로터(15)가 회전하므로서, 크랭크샤아프트(13)가 회전하고, 그 회전에 의해 선회스크롤경판(1b)이 선회운동을 한다. 이 경우에 있어서, 크랭크샤아프트의 회전이 선회스크롤경판(1b)에 직접으로 전달되면, 선회스크롤(1b)은, 선회운동은 아니고, 자전운동을 해버리는 것으로 되나, 자전방지기구(16)에 의해서, 크랭크샤아프트(15)의 자전운동을 선회운동으로 변환하여, 선회스크롤경판(1b)에 전달하고 있다. 그리고 이 선회스크롤경판(1b)이 선회운동을 하므로서, 고정스크롤경판(1a)의 스크롤랩(2a)과, 선회스크롤랩의 스크롤랩(2b)과의 사이에 생기는 압축실(17)의 용적이 스크롤경판(1)의 중심부분을 향해서 서서히 작아지고, 그 결과 냉매가스가 압축된다.

다음에 본 발명의 주요부분인 스크롤날개(11)에 대해서 설명한다.

제1도는, 본 발명의 일실시예의 스크롤날개의 랩의 단면조직이다. 스크롤날개는 경판(1)과 이 경판에 세운 랩(2)에 의해 구성되어 있으며, 주형에 금속을 사용함으로써 주탕후의 냉각속도를 빠르게 해서 공정조직으로 한 공정흑연주철 또는 공정조직을 성장시키는 성분으로 제작한 공정흑연주철로 제작되어 있으며, 그 공정셀의 크기가 상기 랩의 크기의 평균 1/4 이하로 되어 있는 것을 표시하고 있다.

제2도는, 본 발명의 다른 실시예의 스크롤날개재료의 사시도이다. 주형에 주탕후의 냉각속도가 빠른 금속을 사용한 제작법 또는 사형을 사용한 제작법에 의해서 제작된 실시예를 표시하고 있으며, 스크롤날개의 완성형상에 가까운 형상이 전혀 없는 현상으로 되어 있다.

제3도는, 본 발명의 다른 실시예의 스크롤날개재료의 사시도이다. 일반적으로 주탕후의 냉각속도를 빠르게 하기 위해 금속의 주형을 사용한 경우에도 체적이 커지면 냉각속도에 차가 발생하고, 냉각속도가 느린 소재중심부에서는 공정셀이 커지게 되어 경계(4)에 석출한 경도가 높은 펄라이트의 분포가 거칠게 되고, 날개완성면에 파도 형상이 발생해서 날개의 높은 정밀도를 유지하기가 곤란하게 된다. 이것을 방지하기 위해서 완성형상에 가까운 형상으로 홈을 형성함으로써 살두께를 얇게 하면 주탕후의 냉각속도의 차가 적게 되어 공정셀의 크기를 랩높이의 평균 1/4 이하로 하는 것이 용이하게 되지만, 일반적으로 사용되는 주물제의 주형에서는 날개부에 눌어붙음이 발생해서 금형이 파손하는 일이 있다. 또한, 주형의 날개부를 제작하기 위한 소용돌이형상의 볼록부의 두께가 얇아지기 때문에 금형의 냉각이 늦어져서 금형의 수명이 짧아진다고 하는 일이 있다. 이에 대응하기 위해서 금형의 재료에 열전도율이 높은 구리합금 또는 흑연을 사용함으로써 제3도에 표시한 바와 같은 완성형상에 가까운 소용돌이형상을 가진 스크롤날개재료를 제작할 수 있다.

또한, 탄소와 실리콘을 공정영역에 가깝게 하고 또한 공정조직을 성장시키는 티탄을 0.05%∼1.3% 첨가함으로써 공정조직을 얻을 수 있다.

이 성분의 탕을 모래로 만든 주형에 주탕했을 경우 날개부를 제작하기 위한 소용돌이 형상의 볼록부의 두께가 얇아져서 주탕시에 주형의 파손이 발생하는 일이 있다. 그런데, 주형에 셀몰드법으로 제작한 주형이나 로스트왁스법으로 제작한 주형에 주탕함으로써 완성형상에 가까운 형상의 소용돌이형상의 홈을 가진 공정셀의 크기가 랩높이의 평균 1/4 이하의 공정조직을 가진 스크롤날개재료를 실현할 수 있다.

제4도는 제3도의 주형에 냉각속도가 빠르고 또한 열전도율이 높은 구리합금 또는 흑연을 사용한 제작법에 의해서 제작된 스크롤날개의 랩의 단면이며, 냉각속도가 빠르기 때문에 한층 미세한 공정셀조직으로 되어 있다. 제5도는 조성성분에 의해 공정흑연주철을 얻고, 주형의 제작법을 셀몰드법 또는 로스트왁스법으로 제작된 스크롤날개의 랩의 단면이며, 금속으로 만든 주형에 비해서 주형에 의한 냉각속도가 느리기 때문에 약간 큰 공정셀조직으로 되어 있다. 그러나, 공정셀조직의 크기는 랩높이의 평균 1/4 이하의 크기로 되어 있으며, 공정셀의 경계에 석출한 경도가 높은 펄라이트이 분포는 미세하고, 높은 가공정밀도를 충분히 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 날개재료로서 공정흑연주철을 채용하므로서 스크롤날개(11)의 제작에 있어서, 주로 엔드밀 등에 의한 절삭가공에 있어서의 가공시간을 단축할 수 있고, 또한 주로 엔드밀 등의 절삭가공공구수명의 단축이 거의 없기 때문에, 스크롤유체기계용의 스크롤날개(11)를 염가로 실용화할 수 있고 또한 그 공정셀중 크기가 최대의 것의 폭의 평균치를 날개의 랩높이의 1/4 이하의 크기로 하므로서, 조직내의 경도차에 의한 파도형상을 억제하고, 보다 정밀도 높은 가공이 가능하게 된다고 하는 효과가 있다.

또, 구리, 흑연 등의 금형, 또 셀몰드법, 로스트왁스법 등의 주조방법에 의해, 복잡한 형상으로 성형할 수 있고, 재료형상으로부터 완성형상까지의 가공제거체적을 감소할 수 있기 때문에 가공공수의 감소를 행할 수 있고, 스크롤유체기계용의 스크롤날개를 염가로 제작할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 경판과 이 경판에 세운 랩에 의해 구성되고, 재료를, 조성성분 Ti 0.05∼1.3%, C 2.0∼4.5%, Si 1.0∼4.0%로 한 공정흑연주철로 하고, 그 공정셀의 크기를 상기 랩의 높이의 1/4 이하로 한 스크롤유체기계의 날개.
2. 제1항에 있어서, 공정흑연주철의 기지(基地)의 펄라이트를 7%∼30%로 한 스크롤유체기계의 날개.
3. 경판과 이 경판에 세운 랩에 의해 구성되고, 재료를, 조성성분 Ti 0.05∼1.3%, C 2.0∼4.5%, Si 1.0∼4.0%로 한 공정흑연주철로 하고, 그 공정셀의 크기를 상기 랩의 높이의 1/4 이하로 하고, 그 주형으로서 사형을 사용한 스크롤유체기계의 날개제조법.