KR101308753B1 - 합성수지제 베어링 및 이를 이용한 스크롤 압축기 - Google Patents

합성수지제 베어링 및 이를 이용한 스크롤 압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성수지제 베어링 및 이를 이용한 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 의하면, 스크롤 압축기의 선회 스크롤 또는 메인 프레임에 고정되어 회전축에 대해서 상대 회전하는 저널 베어링으로서, 상기 저널 베어링은 PEEK 재질로 이루어지고, 상기 저널 베어링의 두께(t)는 스크롤 압축기의 작동 과정에서 상기 회전축과의 접촉면에서의 온도가 유리전이온도(Tg)가 되는 두께(t1) 보다 작은 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링이 제공된다.

Description

합성수지제 베어링 및 이를 이용한 스크롤 압축기{SYNTHETIC RESINE BEARING AND SCROLL COMPRESSOR WITH THE SAME}
본 발명은 합성수지제 베어링 및 이를 이용한 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스크롤 압축기의 회전축과 선회 스크롤 사이에 개재되어 마찰손실을 저감하는 베어링 및 그를 갖는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 스크롤 압축기는 대향하는 한 쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 압축기이다. 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기 또는 로타리 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 소형 및 경량화가 가능하여 특히 공기조화기에 넓게 사용되고 있다.
도 1은 이러한 스크롤 압축기의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 도시되지 않은 케이싱의 내부에 고정되는 메인 프레임(10)이 포함되고, 상기 메인 프레임(10)의 상부에 선회 스크롤(20)이 선회구동될 수 있도록 설치된다. 아울러, 상기 선회 스크롤(20)의 상부에는 고정 스크롤(30)이 배치되고, 상기 고정 스크롤(30)에 대해서 상기 선회 스크롤(20)을 선회구동시키는 회전축(40)이 상기 메인 프레임(10) 및 선회 스크롤(20)의 내부에 장착된다.
구체적으로, 상기 회전축은 상기 메인 프레임(10)에 형성되는 축 삽입공(12)을 통과한 후, 그 단부가 상기 선회 스크롤(20) 저면에 형성되는 보스부(22)에 삽입된 상태로 고정되게 된다. 이때, 상기 회전축이 원활하게 회전될 수 있도록 하기 위해서 상기 축 삽입공 및 보스부에는 부시 형태의 저널 베어링이 각각 삽입되게 된다.
종래의 스크롤 압축기에 있어서, 이러한 저널 베어링으로는 강재로 이루어지는 지지체의 표면에 윤활기능을 보강하기 위한 소결입자 또는 자기 윤활성 수지를 도포한 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 계열 베어링과, 지지체의 표면에 알루미늄 합금을 적층하여 윤활특성을 보강한 white metal 계열의 베어링이 사용되어 왔다. 구체적으로는, 약 2mm 정도의 두께를 갖는 지지체의 표면에 청동 소결층과 테플론을 함유한 기능성 표면을 형성하거나, 알루미늄 합금과 같은 white metal을 적층하여 강성, 내마모성 및 윤활성능을 만족시킬 수 있도록 하고 있다.
한편, 압축기의 전체 크기 및 중량을 줄이려는 시도가 종래부터 있어 왔다. 특히, 회전축의 단부가 선회 스크롤의 경판부를 관통하여 경판의 상부까지 연장되는 형태의 스크롤 압축기에 있어서는 충분한 압축비를 얻기 위해서는 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 크기를 늘려야 하기 때문이 이러한 부피 및 중량 축소의 필요성이 더욱 커지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 충분한 정도의 윤활 성능 및 내마모성을 가지면서도 압축기의 크기를 축소할 수 있는 합성수지제 베어링을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 합성수지제 베어링을 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 스크롤 압축기의 선회 스크롤 또는 메인 프레임에 고정되어 회전축에 대해서 상대 회전하는 저널 베어링으로서, 상기 저널 베어링은 PEEK 재질로 이루어지고, 상기 저널 베어링의 두께(t)는 스크롤 압축기의 작동 과정에서 상기 회전축과의 접촉면에서의 온도가 유리전이온도(Tg)가 되는 두께(t1) 보다 작은 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링이 제공된다.
여기서, t1은 2mm 보다 작게 설정될 수 있다. 그리고, t < 1mm을 만족하도록 할 수도 있다.
한편, 상기 저널 베어링은 상기 선회 스크롤 또는 메인 프레임에 압입되어 고정되고, 상기 두께(t)는 저널 베어링이 소성 변형없이 압입되는 최저 두께(t2) 보다 크게 설정될 수 있다.
그리고, 상기 선회 스크롤 또는 메인 프레임이 주철로 이루어지는 경우, 0.17mm < t를 만족하도록 할 수도 있다.
한편, 상기 저널 베어링의 두께(t)는 0.17mm < t < 1mm를 만족하도록 할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 케이싱; 상기 케이싱에 고정되며, 축 삽입공이 형성되는 메인 프레임; 상기 케이싱에 고정되며, 상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤과 함께 압축실을 형성하고, 저면에 보스부가 형성되는 선회 스크롤; 회전 구동되며, 상기 축 삽입공에 삽입된 상태에서 단부가 상기 보스부 내에 삽입되어 고정되는 회전축; 및 상기 축 삽입공과 상기 보스부에 각각 압입되어 고정되는 PEEK 재질의 저널 베어링;을 포함하며, 스크롤 압축기의 작동 과정에서 상기 회전축과 저널 베어링의 접촉면에서의 온도가 유리전이온도(Tg)가 되는 두께를 t1, 상기 저널 베어링이 소성 변형없이 상기 축 삽입공 또는 보스부에 압입되는 최저 두께를 t2라 할 때, 상기 저널 베어링의 두께(t)는 t2 < t < t1을 만족하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공된다.
여기서, 상기 t1은 1mm일 수 있다.
그리고, 상기 t2는 0.17mm일 수 있다.
또한, 상기 보스부는 상기 선회 스크롤의 선회랩과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, PEEK 재질로 저널 베어링을 형성하여 종래의 지지체를 갖는 PTFE 계열 베어링 또는 white metal 계열 베어링 대비 동등 또는 그 이상의 내마모성 및 윤활성능을 확보하면서도 베어링의 두께를 축소할 수 있게 된다. 이로 인해서, 압축기의 크기를 축소할 수 있고, 설계 자유도도 향상시킬 수 있다. 특히, 회전축이 선회랩과 동일 평면상에 위치하게 되는 형태의 스크롤 압축기의 경우 보다 큰 압축비를 얻을 수 있다.
또한, 저널 베어링의 최대 두께를 결정함에 있어서, 유리전이온도를 고려하여 결정하는 것을 통해서, 저널 베어링이 작동 과정에서 열에 의해 변형되거나 융착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
아울러, 저널 베어링의 최소 두께를 결정함에 있어서, 압입 과정에서의 소성 변형을 고려하여 결정하는 것을 통해서, 저널 베어링을 용이하면서도 견고하게 결합할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 일반적인 스크롤 압축기의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 합성수지제 베어링의 일 실시예가 적용된 스크롤 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 저널 베어링의 두께 및 베어링 부하에 따른 베어링 내외부에서의 온도차를 도시한 그래프이다.
도 4는 종래의 저널 베어링과 상기 실시예의 마모량을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 합성수지제 베어링의 일 실시예가 적용된 스크롤 압축기의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 합성수지제 베어링 및 그를 이용한 스크롤 압축기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 합성수지제 베어링의 일 실시예를 갖는 스크롤 압축기의 일 실시예를 도시한 내부단면도이다. 여기서, 상기 실시예는 스크롤 압축기를 대상으로 한 것이지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 회전축과의 마찰 저항을 줄이기 위해 베어링을 사용하는 임의의 형태의 압축기에도 적용될 수 있음은 자명하다. 도 2를 참조하면, 상기 실시예(100)는 밀폐용기(110)의 내부에 메인프레임(120)과 서브프레임(130)이 설치되고, 상기 메인프레임(120)과 서브프레임(130) 사이에는 전동유닛인 구동모터(140)가 설치되며, 상기 메인프레임(120)의 상측에는 구동모터(140)에 결합되어 냉매를 압축하도록 고정스크롤(150)과 선회스크롤(160)로 된 압축유닛이 설치된다.
상기 구동모터(140)는 코일이 감기는 고정자(141)와, 상기 고정자(141)에 회전 가능하게 삽입되는 회전자(142)와, 상기 회전자(142)의 중심에 압입되어 회전력을 압축기구부에 전달하는 회전축(143)으로 이루어진다. 상기 회전축(143)은 그 상단에 축의 회전중심에 대해 편심지게 구동핀부(144)가 돌출 형성된다.
상기 압축기구부는 메인프레임(120)의 상면에 고정되는 고정스크롤(150)과, 상기 고정스크롤(150)에 맞물리도록 메인프레임(120)의 상면에 얹히는 선회스크롤(160)과, 상기 선회스크롤(160)과 메인프레임(120) 사이에 배치되어 상기 선회스크롤(160)의 자전을 방지시키는 올담링(170)을 포함한다.
상기 고정스크롤(150)에는 나선형으로 감겨 후술할 선회랩(161)과 함께 압축실(P)을 이루는 고정랩(151)이 형성되고, 상기 선회스크롤(160)에는 나선형으로 감겨 상기 고정랩(151)과 맞물려 압축실(P)을 이루는 선회랩(161)이 형성된다. 그리고 상기 선회스크롤(160)의 저면, 즉 상기 선회랩(161)의 반대쪽 측면에는 상기 회전축(143)에 결합되어 회전력을 전달받도록 보스부(162)가 돌출 형성된다.
상기 선회스크롤(160)의 보스부(162)에는 상기 회전축(143)의 구동핀부(144)에 반경방향으로 미끄러지게 결합되는 제1 베어링(163)이 결합된다. 상기 제1 베어링(163)의 외경은 상기 선회스크롤(160)의 보스부 내경과 거의 동일하게 형성되며, 상기 회전축(143)과 상기 선회스크롤(160) 사이의 마찰을 줄이는 역할을 한다. 그리고, 상기 메인프레임(120)의 내측에도 제2 베어링(122)이 설치되어 회전축과 메인프레임 사이의 마찰을 감소시키게 되며, 상기 서브프레임(130)의 내측에도 제3 베어링(132)이 설치된다. 상기 제1 내지 제3 베어링(122, 132, 163)에는 원활한 윤활작용이 이루어지도록 하기 위해서 오일이 공급되게 된다.
구체적으로, 상기 구동모터(140)에 전원을 인가하여 회전축(143)이 회전을 하면, 상기 회전축(143)에 편심 결합한 선회스크롤(160)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하고, 상기 선회스크롤(160)과 고정스크롤(150) 사이에 형성되는 압축실(P)이 선회운동의 중심으로 연속적으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매를 연속적으로 흡입 압축하면서 토출한다.
이러한 과정에서 상기 압축유닛을 구성하는 각각의 구성요소들 사이에서 발생되는 마찰을 줄이기 위해서는 적정량의 오일을 공급하여야 하며, 이러한 오일은 상기 밀폐용기(110)의 베이스(112)측에 주입되어 저장된다. 이렇게 주입된 오일은 상기 회전축(143)의 내부에 형성되는 오일유로(180)를 통해서 상기 압축유닛 내부 및 상기 제1 내지 제3 베어링으로 공급될 수 있다.
도면 중 미설명 부호인 152는 흡입구, 153은 토출구, SP는 흡입관, DP는 토출관이다.
여기서, 상기 제1 내지 제3 베어링은 PEEK 재질로 이루어지며 상기 회전축의 외주면과 대응되는 내경을 갖는 링 형태를 갖게 된다. 상술한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 베어링에는 밀폐용기(110)의 베이스(112)에 저장된 오일이 공급되면서, 윤활 및 냉각이 이루어지도록 구성되어 있다. 오일 공급량은 압축기의 작동 조건 및 외부 변수로 인해 영향을 받게 되므로 일정하게 유지되지 못하는 문제가 있다. 특히, 오일 급유가 없는 경우에는 상기 회전축과 베어링 사이의 마찰로 인해 발생된 열은 상기 메인 프레임, 선회 스크롤 또는 서브 프레임으로 전달되어 냉각이 이루어지게 된다.
이러한 열전달은 상기 베어링의 두께에 의해 영향을 받게 된다. 즉, 베어링이 두꺼울수록 열전달 저항이 증가하여 열전달량이 작아지게 되므로, 베어링이 열을 견디지 못해 주위 구조물에 융착될 가능성이 높아지게 된다. 도 3은 본 발명자의 실험을 통해서 얻어진 것으로서, 베어링 두께에 따른 베어링 내외면 사이에서의 온도차를 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 베어링에 가해지는 하중이 4500N인 경우에 보다 많은 마찰열이 생기게 되고, 그에 따라 온도차가 증가하는 것을 알 수 있다.
비정질인 PEEK 재질의 경우 152℃의 유리전이온도를 갖는다. 그리고, 메인 프레임의 외부온도를 상온으로 가정한다면, 메인프레임으로의 열전달로 인해서 냉각될 수 있는 베어링의 최저 온도는 25℃로 가정할 수 있다. 따라서, 회전축과의 마찰면에서의 온도가 유리전이온도인 152℃ 미만으로 유지되기 위해서는, 상기 온도차가 127℃ 미만으로 유지되어야 한다.
압축기의 운전 조건 중 소위 "Cheer" 조건 하에서는 대략 2500N의 하중이 가해지므로, 상기 도 3의 그래프에 의하면 상기 베어링의 두께는 1mm 미만이어야 한다. 그러나, 이러한 두께는 상기 베어링의 PEEK 재질이 0.9W/mk의 열전달계수를 가지고 있는 점을 전제로 한 것이어서, 열전달계수가 더욱 높은 PEEK 재질을 이용하는 경우 상기 두께의 한계는 늘어날 수 있다. 가령, 열전달계수가 1.8W/mk인 경우에는 베어링 두께의 상한치는 2mm로 증가될 수 있다.
연구결과, 0.9W/mk의 열전달계수를 갖는 PEEK 재질의 경우, Cheer 조건에서는 0.9mm, ARI 조건에서는 0.7mm, 4500N의 하중이 가해지는 과부하 조건에서는 0.5mm가 두께의 상한치임을 확인하였다.
상기와 같은 점을 감안하면, 열로 인한 융착방지의 차원에서는 베어링의 두께는 작을수록 유리하지만, 지나치게 얇은 경우에는 강도 및 압입력의 측면에서 문제가 생길 수 있다. 상기 베어링은 메인 프레임, 서브 프레임 및 선회 스크롤에 압입되어 고정되게 된다. 이때, 압입량은 대략 40㎛ 정도이다. 메인 프레임, 서브 프레임 및 선회 스크롤이 주철로 이루어지고, PEEK 재질의 물성을 고려하면 40㎛의 압입량을 갖도록 압입하는 경우 PEEK 재질은 최대 약 33㎛의 변형이 있을 수 있다.
PEEK 재질의 연신율이 최대 20%인 점을 감안하면, 33㎛/0.2=0.17mm이므로, 베어링이 최소한 0.17mm 이상의 두께를 가져야만 소성 변형 없이 압입이 가능해진다. 이상을 종합하면, 상기 제1 내지 제3 베어링은 링 형태를 가지며, PEEK 재질로 이루어지되 0.17 내지 2mm의 두께를 갖도록 형성된다. 물론, 상기 두께의 상한치는 상술한 바와 같이, 압축기의 운전조건에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기의 연구결과에 따라서, 상기 실시예(100)에서 제1 내지 제3 베어링은 1mm의 두께를 갖도록 형성하였다. 그리고, 이렇게 제조된 베어링을 2mm의 두께를 갖는 종래의 구리계열의 백스틸의 표면에 테프론 재질을 코팅하여 형성한 베어링 및 Al 재질의 베어링과 함께 시험하였다.
시험 조건은 3500N의 하중, 60Hz의 속도로 10초간 운전하고 다시 10초간 정지하는 과정을 반복적으로 수행하였다. 도 4는 상기 시험결과를 정리한 것으로서, 테플론 재질의 베어링의 경우 대략 100시간이 경과한 후에 43㎛ 정도의 마모량을 가짐을 알 수 있다. Al의 경우 10㎛ 정도의 마모량을 가지며, 상기 실시예에서는 6㎛ 정도의 마모량을 가짐을 알 수 있다.
상기 실시예의 경우 기존의 베어링에 비해서 절반의 두께를 가짐에도 불구하고, 우수한 내마모 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. 아울러, 두께 대비 마모량을 고려하면, 냉각 성능만 확보된다면 더욱 낮은 두께를 갖는 것도 고려될 수 있다. 이렇게 감소된 두께는 스크롤 압축기의 크기를 줄이는 것을 가능하게 하며, 동일 사이즈 대비 더 높은 압축비를 제공하도록 활용될 수 있다. 아울러, 스크롤 압축기의 경우 가스압으로 인해서 선회 스크롤이 후퇴하는 것을 방지하기 위해서 선회 스크롤의 배면에 배압을 가하여야 한다. 상기 배압은 압축실에 존재하는 압축 가스의 일부를 유입하여 가해지게 되는데, 종래의 베어링을 사용하는 경우에 이러한 배압공급구조로 인해서 베어링 사이즈를 원하는 만큼 증가시키는 것이 어려운 경우가 종종 발생하지만, 상기 실시예에 의하면 그러한 설계상의 제약도 없앨 수 있게 된다.
또한, 상기 실시예는 소정의 표면에 내마모 특성을 갖는 물질을 도포한 형태가 아니라, 전체가 동일한 재질로 이루어지는 것이기 때문에, 장기간 사용하여 마모가 발생하더라도 윤활특성 및 내마모성은 거의 일정하게 유지되는 장점도 갖게 된다.
한편, 본 발명의 합성수지계 베어링은 메인 프레임을 생략하고 고정 스크롤이 메인 프레임의 역할을 겸하게 되는, 소위 "축관통" 형태의 스크롤 압축기에도 적용될 수 있다. "축관통"이라는 용어는 회전축이 고정 스크롤의 경판을 관통하도록 삽입되는 점을 감안하여 붙어진 것으로서, 도 5에 이러한 축관통 스크롤 압축기에 본 발명의 합성수지계 베어링의 일 실시예가 적용된 스크롤 압축기이 제2 실시예를 도시하였다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 실시예(200)는 상부 쉘(212)과 하부 쉘(214)로 이루어지는 케이싱(210)을 포함하며, 상기 상부 쉘과 하부 쉘은 상기 케이싱에 용접되어 케이싱과 함께 하나의 밀폐 공간을 형성하게 된다.
상기 상부 쉘(212)의 상부에는 토출파이프(216)가 설치되어 있다. 상기 토출파이프(216)는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로에 해당되며, 토출되는 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(미도시)가 상기 토출파이프(216)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 케이싱(210)의 측면으로 흡입파이프(218)가 설치된다. 상기 흡입파이프(218)는 압축될 냉매가 유입되는 통로로서, 도 5에서는 상기 흡입파이프(218)가 상기 케이싱(210)과 상부 쉘(212)의 경계면에 위치하고 있으나 그 위치는 임의로 설정할 수 있다. 아울러, 상기 하부 쉘(214)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 공급되는 오일을 저장하는 오일챔버로서도 기능하게 된다.
상기 케이싱(210) 내부의 대략 중앙부에는 구동유닛으로서의 모터(220)가 설치된다. 상기 모터(220)는 상기 케이싱(210)의 내면에 고정되는 고정자(222)와 상기 고정자(222)의 내부에 위치하며, 고정자(222)와의 상호작용에 의해 회전되는 회전자(224)를 포함한다. 상기 회전자(224)의 중심에는 회전축(226)이 배치되어, 상기 회전자(224)와 회전축(226)은 함께 회전하게 된다.
상기 회전축(226)의 중심부에는 오일유로(226a)가 회전축(226)의 길이방향을 따라서 연장되도록 형성되어 있고, 상기 회전축(226)의 하단부에는 상기 하부 쉘(214)에 저장되어 있는 오일을 상부로 공급하기 위한 오일펌프(226b)가 설치된다. 상기 오일펌프(226b)는 상기 오일유로의 내부에 나선형의 홈을 형성하거나 별도의 임펠러를 설치한 형태일 수 있고, 별도의 용적식 펌프를 설치할 수도 있다.
상기 회전축(226)의 상단부에는 후술할 고정 스크롤에 형성되는 보스부 내부에 삽입되는 확경부(226c)가 배치된다. 상기 확경부는 다른 부분에 비해서 큰 직경을 갖도록 형성되고, 확경부의 단부에는 핀부(226d)가 형성되어 있다. 상기 핀부(226d)에는 편심 베어링(228)이 끼워진다.
상기 케이싱(210)과 상부 쉘(212)의 경계부에 고정 스크롤(230)이 장착된다. 상기 고정 스크롤(230)은 그 외주면이 상기 케이싱(210)과 상부 쉘(212) 사이에 열박음 방식으로 압입되어 고정되거나, 케이싱(210)과 상부 쉘(212)와 함께 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 고정 스크롤(230)의 저면에는 상술한 회전축(226)이 삽입되는 보스부(232)가 형성된다. 상기 보스부(232)의 상측면(도 5 기준)에는 상기 회전축(226)의 핀부(226d)가 관통될 수 있도록 하는 관통공이 형성되어 이를 통해 상기 핀부(226d)는 상기 고정 스크롤(230)의 경판부(234)의 상측으로 돌출되게 된다. 그리고, 상기 보스부(232)의 내면에는 회전축(226)과의 마찰을 저감시키기 위한 제1 베어링(234)이 설치된다.
상기 경판부(234)의 상부면에는 후술할 선회랩과 치합되어 압축실을 형성하는 고정랩(236)이 형성되어 있으며, 상기 경판부(234)의 외주부에는 후술할 선회 스크롤(240)을 수용하는 공간부를 형성하고, 상기 케이싱(210)의 내주면과 접하는 측벽부(238)가 형성된다.
상기 고정 스크롤(230)의 상부에는 선회 스크롤(240)이 설치된다. 상기 선회 스크롤(240)는 대량 원형을 갖는 경판부(242) 및 상기 고정랩(236)과 치합되는 선회랩(144)이 형성된다. 그리고, 경판부(242)의 중심부에는 상기 편심 베어링(228)이 회전가능하게 삽입 및 고정되는 대략 원형의 회전축 결합부(246)가 형성된다. 상기 회전축 결합부(246)의 외주부는 상기 선회랩과 연결되어 있어, 압축과정에서 상기 고정랩과 함께 압축실을 형성하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 회전축 결합부(246)에는 상기 편심 베어링(228)이 삽입되어, 상기 회전축(226)의 단부가 상기 고정 스크롤의 경판부를 관통하여 삽입되고, 상기 선회랩, 고정랩 및 편심 베어링(228)은 상기 압축기의 측방향으로 중첩되도록 설치된다. 압축시에는 냉매의 반발력이 상기 고정랩과 선회랩에 가해지게 되고, 이에 대한 반력으로서 회전축 지지부와 편심 베어링 사이에 압축력이 가해지게 된다. 상기와 같이, 축의 일부가 경판부를 관통하여, 랩과 중첩되는 경우 냉매의 반발력과 압축력이 경판을 기준으로 하여 동일 측면에 가해지므로 서로 상쇄되게 된다. 이로 인해서, 압축력과 반발력의 작용에 의한 선회 스크롤의 기울어짐이 방지될 수 있다.
그리고, 도시되지 않았으나 상기 경판부(242)에는 토출공이 형성되어 압축된 냉매가 상기 케이싱의 내부로 토출될 수 있도록 한다. 상기 토출공의 위치는 요구되는 토출압 등을 고려하여 임의로 설정할 수 있다.
그리고, 상기 선회 스크롤(240)의 상측에는 상기 선회 스크롤의 자전을 방지하기 위한 올담링(250)이 설치된다. 한편, 상기 케이싱(210)의 하부에는 상기 회전축(226)의 하측을 회전가능하게 지지하기 위한 하부 프레임(260)이 설치되어 있고, 상기 선회 스크롤의 상부에는 상기 선회 스크롤과 상기 올담링(250)을 지지하는 상부 프레임(270)이 각각 설치된다. 상기 상부 프레임(270)의 중앙에는 상기 선회 스크롤(240)의 토출공과 연통되어 압축된 냉매를 상기 상부 쉘측으로 토출되도록 하는 홀이 형성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 제2 실시예에서, 상기 편심 베어링(228) 및 제1 베어링(234)은 상기 제1 실시예에서와 같은 형태 및 재질을 갖는다. 특히, 제2 실시예에 있어서, 선회 스크롤의 중심부에 회전축 결합부가 위치하고 있어, 선회 스크롤의 경판부 중 압축공간으로 활용할 공간이 대폭적으로 축소되게 된다. 따라서, 축관통형 스크롤 압축기의 경우 그렇지 않은 압축기에 비해서 동일 압축비를 얻기 위해서는 그 크기가 증가되어야 하지만, 본 발명에 의하면 베어링의 두께를 종래의 절반 이하로 줄일 수 있으므로, 크기 증가를 최소화할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 스크롤 압축기의 선회 스크롤 또는 메인 프레임에 고정되어 회전축에 대해서 상대 회전하는 저널 베어링으로서,
    상기 저널 베어링은 PEEK 재질로 이루어지고,
    상기 저널 베어링의 두께(t)는 스크롤 압축기의 작동 과정에서 상기 회전축과의 접촉면에서의 온도가 유리전이온도(Tg)가 되는 두께(t1) 보다 작은 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    t1은 2mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링.
  3. 제2항에 있어서,
    t < 1mm인 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저널 베어링은 상기 선회 스크롤 또는 메인 프레임에 압입되어 고정되고, 상기 두께(t)는 저널 베어링이 소성 변형없이 압입되는 최저 두께(t2) 보다 큰 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선회 스크롤 또는 메인 프레임이 주철로 이루어지는 경우,
    0.17mm < t
    인 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저널 베어링의 두께(t)는
    0.17mm < t < 1mm
    인 것을 특징으로 하는 합성수지제 베어링.
  7. 케이싱;
    상기 케이싱에 고정되며, 축 삽입공이 형성되는 메인 프레임;
    상기 케이싱에 고정되며, 상기 메인 프레임의 상부에 배치되는 고정 스크롤;
    상기 고정 스크롤과 함께 압축실을 형성하고, 저면에 보스부가 형성되는 선회 스크롤;
    회전 구동되며, 상기 축 삽입공에 삽입된 상태에서 단부가 상기 보스부 내에 삽입되어 고정되는 회전축; 및
    상기 축 삽입공과 상기 보스부에 각각 압입되어 고정되는 PEEK 재질의 저널 베어링;을 포함하며,
    스크롤 압축기의 작동 과정에서 상기 회전축과 저널 베어링의 접촉면에서의 온도가 유리전이온도(Tg)가 되는 두께를 t1, 상기 저널 베어링이 소성 변형없이 상기 축 삽입공 또는 보스부에 압입되는 최저 두께를 t2라 할 때,
    상기 저널 베어링의 두께(t)는
    t2 < t < t1
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 t1은 1mm인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 t2는 0.17mm인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 보스부는 상기 선회 스크롤의 선회랩과 동일 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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