밀폐형 회전식 압축기용 실린더 및 그 제조방법

밀폐형 회전식 압축기용 실린더 및 그 제조방법{Manufacturing Method Of Cylinder for Compressor}

본 발명은 밀폐형 회전식 압축기의 실린더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재질과 구조가 개선된 밀폐형 압축기의 실린더에 관한 것이다.

밀폐형 회전식 압축기(101)는 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐공간을 형성하는 케이싱(110) 내에 구동력을 발생시키는 구동유닛(120)과, 구동유닛(120)의 구동력에 의해 냉매를 압축하는 실린더(130)가 설치되어 있는 구조를 가지고 있다.

구동유닛(120)은 케이싱(110)내부에 압입되는 고정자(121)와, 고정자(121)에 의해 회전하는 회전자(123)와, 회전자(123)의 중앙에 결합된 회전축(125)으로 구성되어 있다.

그리고, 실린더(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매 압축실(131a)을 형성하는 실린더본체(131)와, 구동유닛(120)의 회전축(125) 하단부에 편심지게 결합되어 실린더본체(131)의 압축실(131a) 내주면을 따라 구름접촉하면서 회전하여 냉매를 압축 및 토출하는 압축롤러(133)와, 실린더본체(131)의 상하부에 볼트(137) 결합되어 구동유닛(120)의 회전축(125)을 지지하는 상부저어널(135) 및 하부저어널(136)을 갖는다.

이러한 종래 밀폐형 회전식 압축기의 실린더(130)는 실린더본체(131)와 상부 및 하부저어널(135,136)이 주물 성형품으로 제작되는데, 그 제작공정을 도 4를 참고하여 간략하게 살펴보면, 실린더본체(131) 및 각 저어널(135,136)의 외관을 형성하는 성형공정(S101)과, 실린더본체(131)의 압축실(131a) 및 볼트통과공(139) 등의 가공과 각 저어널(135,136)의 축공을 가공을 하는 가공공정(S102)과,세척공정(S103) 및 최종 검사공정(S104)으로 이루어진다.

성형공정(S101)은 실린더본체(131)와 각 저어널(135,136)에 대응하는 주형성형하고(S101a), 주철 등의 금속 원재료를 용광로에서 용해하여(S101b), 용해된 금속 용해물을 미리 준비된 실린더본체(131)의 금형(주형) 또는 각 저어널(135,136)의 금형(주형)에 주입하여 실린더본체(131) 또는 각 저어널(135,136)의 주물품을 성형한 다음(S101c), 소정의 냉각시간이 경과 된 후에 금형으로부터 성형된 실린더본체(131) 또는 각 저어널(135,136)을 분리하여 불순물을 제거하는 사상작업을 행하고(S101d), 성형품을 검사(S101e)하는 과정으로 이루어진다.

그리고, 가공공정(S102)은 성형 공정에서 제작된 실린더본체(131) 및 각 저어널(135,136)의 결합부위(압축실(131a) 및 볼트통과공(139), 축공 등)를 정밀하게 기계 가공하여 실린더본체(131) 및 각 저어널(135,136)의 완제품을 제작하는 공정으로서, 실린더본체(131)의 상부 및 하부면과 이에 접하는 각 저어널(135,136)의 일측면 등의 기준면을 1차 가공하고(S102a), 볼트통과공(139)의 내경면에 암나사를 가공하는 결합부가공(S102b)과 각 저어널(135,136)의 축공 가공(S102c) 및 압축실의 내주면을 정밀 가공(S102d)하는 공정, 그리고, 기준면을 2차가공하는 후가공(S102e) 공정을 포함한다. 이때, 각 가공 공정에서는 검사과정이 포함된다.

가공공정(S102)을 거친 실린더본체(131) 및 각 저어널(135,136)은 제품세척공정(S103)과 최종검사공정(S104)을 거쳐 완제품으로 완성된다.

그런데, 이러한 종래의 압축기용 실린더는 실린더본체와 상부 및 하부저어널이 주철 등의 금속 재료를 이용하여 주물 성형품으로 제작되고, 여러 단계의 기계적인 가공을 거쳐 제작되기 때문에, 제작공정이 복잡하고 대량생산이 어려우며 제작비가 상승하는 문제점이 있다.

그리고, 실린더본체와 상부 및 하부저어널이 무거운 금속 주물 성형품으로 제작되기 때문에, 운반 및 조립 등의 제품관리가 어려운 문제가 있으며, 주물제품의 경우 기포불량이 많이 생겨서 주물품의 전수검사가 불가피하므로 품질관리에 많은 애로가 있다.

또한, 실린더본체와 상부 및 하부저어널이 강도 확보에 한계가 있는 주물 성형품으로 제작되기 때문에, 롤러가 구름 접촉되는 실린더본체의 압축실 내주면과 구동유닛의 회전축이 접촉하는 상부 및 하부저어널의 축공 내주면의 내구성과 내마모성에 한계가 따른다. 이에 의해, 압축효율저하 및 소음 등에 따른 압축기의 성능저하를 초래하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 제작 및 대량생산이 용이하고 제작비가 절감되며, 제품의 무게를 경량화 할 수 있고 관리가 용이하며, 내구성과 내마모성이 우수하고 압축기의 성능을 향상시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기의 실린더 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 밀폐형 회전식 압축기의 단면도,

도 2는 도 1의 실린더 설치영역의 확대단면도,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 실린더의 평단면도,

도 4는 종래 밀페형 회전식 압축기용 실린더 부품의 제조공정도,

도 5는 본 발명에 따른 도 1의 실린더 설치영역의 확대단면도,

도 6은 도 5의 실린더본체의 확대사시도,

도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 실린더 평단면도,

도 8은 본 발명에 따른 밀페형 회전식 압축기용 실린더 부품의 제조공정도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 10 : 실린더본체

11 : 압축실 20 : 롤러접촉부재

30 : 결합너트 35 : 상부저어널

36 : 하부저어널 50 : 메탈베어링

상기 목적은, 본 발명에 따라, 밀폐형 회전식 압축기의 실린더에 있어서, 중앙영역에 압축롤러가 수용되는 압축실이 형성된 엔지니어링 플라스틱 재질의 실린더본체와, 상기 압축실의 내주면에 인써트 결합되는 내마모성 금속재질의 롤러접촉부재와, 상기 실린더본체 상부 및 하부에 결합되며 중앙에 축공이 형성되어 있는 엔지니어링 플라스틱 재질의 상부저어널 및 하부저어널과, 상기 상부 및 하부저어널의 축공 내주면에 인써트결합되는 내마모성 금속재질의 메탈베어링을 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 실린더에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 실린더본체의 둘레영역에는 상기 상부 및 하부저어널의 볼트 결합을 위한 복수의 결합너트가 인써트 결합되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따라서, 압축실을 형성하는 실린더본체와, 상기 실린더본체의 상부 및 하부에 결합되며 중앙에 축공이 형성되어 있는 상부저어널 및 하부저어널을 갖는 밀폐형 회전식 압축기의 실린더 제조방법에 있어서, 미리 마련된 상기 실린더본체와 상부 및 하부저어널의 사출금형에 상기 압축실의 내주면을 형성하는 금속재의 롤러접촉부재와 상기 축공의 내주면을 형성하는 메탈베어링을 인써트 하는 단계와, 상기 롤러접촉부재와 상기 메탈베어링이 인써트 된 상기 각 사출금형에 엔지니어링 플라스틱 재료를 주입하여 상기 실린더본체와 상기 상부 및 하부저어널을 사출 성형하는 단계와, 성형된 상기 실린더본체와 상기 상부 및 하부저어널로부터 이물질을 제거하는 세척단계와, 성형된 상기 실린더본체와 상기 상� �� 및 하부저어널을 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 실린더 제조방법에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 인써트단계에서는 상기 실린더본체의 둘레영역에는 상기 상부 및 하부저어널의 볼트 결합을 위한 복수의 결합너트가 인써트 되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 롤러접촉부재 및 상기 메탈베어링의 내주면과, 상기 실린더본체와 상기 상부 및 하부저어널의 접촉면을 정밀 가공하는 가공단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 도 1의 실린더 설치영역의 확대단면도이고, 도 6은 도 5의 실린더 확대사시도이며, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 실린더 평단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 밀폐형 회전식 압축기의 실린더(1)는 플라스틱 재질의 실린더본체(10)와, 실린더본체(10)의 상부 및 하부에 결합되는 플라스틱 재질의 상부저어널(35) 및 하부저어널(36)을 가지고 있으며, 실린더본체(10)에 인써트 결합되는 금속재의 롤러접촉부재(20)와, 상부 및 하부저어널(35,36)의 축공(35a) 내주면에 인써트 결합되는 메탈베어링(50)을 갖는다.

실린더본체(10)는 중앙영역에 원형의 냉매 압축실(11)이 관통 형성되고, 일측에 냉매흡입구(13) 및 베인결합부(15)가 형성되도록 사출 성형된다.

실린더본체(10)의 압축실(11) 내주면에는 롤러접촉부재(20)가 실린더본체(10)의 사출 성형시 인써트 결합되며, 실린더본체(10)의 둘레영역에는 상부저어널(35) 및 하부저어널(36)의 볼트(137) 결합을 위해서 복수의 결합너트(30)가 인써트 결합된다. 이 실린더본체(10)의 재질은 강도, 내열성, 내구성, 내마모성이 우수한 폴리아미드, 폴리아세탈, ABS 등의 엔지니어링 플라스틱을 이용하는 것이 바람직하다.

상부 및 하부저어널(35,36)은 중앙에 구동유닛(도 1의 120)의 회전축(125)이 통과하는 축공(35a)이 관통되어 있고, 둘레영역에는 실린더본체(10)의 결합너트(30)에 대응하는 볼트통과공(35b)이 형성되도록 사출 성형된다.

한편, 롤러접촉부재(20)는 압축롤러(33)의 구름접촉을 고려하여 내구성, 내마모성이 우수한 합금관재 또는 합금 소결관재로 제작하여 압축실(11) 내주면에 인써트 결합된다. 그리고, 결합너트(30)는 시중에 규격품으로 유통되는 것을 구비하여 실린더본체(10)의 성형시 인써트 시킨다.

이때, 롤러접촉부재(20)와 결합너트(30)의 외주면에는 유동방지홈(미도시) 및/또는 유동방지돌기(21,31)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이는 실린더본체(10)에 인써트 결합된 롤러접촉부재(20)와 결합너트(30)의 임의적인 유동 및 이탈을 방지하기 위함이다.

메탈베어링(50)은 상부 및 하부저어널(35,36)의 축공(35a) 내주면에 인써트결합된다. 이 메탈베어링(50)은 회전축과의 마찰을 고려하여 내구성, 내마모성이 우수한 합금 관재 또는 합금 소결관재로 제작하는 것이 바람직하다. 이 메탈베어링(50)의 외주면에는 롤러접촉부재와 마찬가지로 유동방지홈 및/또는 유동방지돌기(25)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 실린더(1)를 구성하는 실린더본체(10)와 상부 및 하부저어널(35,36)의 각 제작공정은 도 8에 도시된 바와 같이, 미리 준비된 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)의 사출금형에 롤러접촉부재(20),결합너트(30), 메탈베어링(50) 등 부품을 인써트하는 부품인써트공정(S01)과, 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)을 사출 성형하는 성형공정(S02)과, 성형된 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)을 가공하는 가공공정(S03)과, 세척공정(S04) 및 검사공정(S050)으로 이루어진다.

성형공정(S02)은 롤러접촉부재(20)와 결합너트(30) 또는 메탈베어링(50)이 인써트된 실린더본체(10) 또는 각 저어널(35,36)의 금형에 엔지니어링 플라스틱 재료를 고온고압으로 주입하여 실린더본체(10) 또는 각 저어널(35,36)을 성형하는 공정이다.

그리고, 가공공정(S03)은 실린더본체(10)의 상부 및 하부면과, 실린더본체(10)의 상부면 및 하부면에 접하는 각 저어널(35,36)의 접촉면을 가공하고(S03a), 실린더본체(10)에 인써트 되어 있는 롤러접촉부재(20)의 내주면과 메탈베어링(50)의 내주면을 정밀하게 가공(S03b)하는 공정이다.

여기서, 실린더(1)의 상부 및 하부면과 각 저어널(35,36)의 접촉면을 면 가공하는 것은 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)의 결합시 각 저어널(35,36)과 실린더본체(10) 사이에 개재되는 가스킷(미도시)의 실링면을 확보하는 것이다.

그리고, 롤러접촉부재(20)와 메탈베어링(50)의 내주면 가공은 인써트 사출 전에 미리 가공할 수도 있지만, 사출할 때 발생되는 고온 등의 사출 환경에 따른 부품변형 등을 고려하여 사출 후에 가공하는 것이 바람직하다.

가공공정(S03)을 거친 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)은 제품세척(S04)과 검사(S05)를 거쳐서 완제품 출하된다.

이상과 같은 구조와 제작공정을 갖는 본 발명에 따른 밀폐형 회전식 압축기의 실린더(1)는 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)이 엔지니어링 플라스틱을 이용하여 사출 성형되기 때문에, 아래 표-1에서 비교된 바와 같이, 종래 금속 주물품의 실린더(130)에 비해 제작비가 싸고 제작공정이 간단하며, 대량생산이 용이하다.

표 - 1

또한, 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)의 무게를 현저하게 경량화 할 수 있으므로 운반 및 조립 등의 제품관리가 용이하다.

그리고, 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)의 사출성형시 롤러접촉부재와 메탈베어링(50)이 인써트결합되고, 실린더본체(10)와 각 저어널(35,36)의 결합을 위한 결합너트(30)가 인써트 되기 때문에, 도 8과 표-1에서 볼 수 있는 바와 같이, 복잡한 후가공공정이 현격하게 줄어든다. 이에 의해, 제작비가 절감되고 대량생산이 용이해진다.

또한, 내구성 및 내마모성이 우수한 별도의 롤러접촉부재(20)와 메탈베어링(50)을 각각 실린더본체(10)의 압축실과 각 저어널(35,36)의 축공(35a)에 인써트 시킴으로써, 롤러와 회전축의 구름접촉에 따른 압축실 및 축공(35a)의 내주면 마모를 최소화 할 수 있다. 이에 의해, 압축효율개선 및 소음감소, 기기수명연장 등의 압축기 성능이 향상된다.

이와 같이, 실린더를 구성하는 실린더본체와 상부 및 하부저어널을 엔지니어링 플라스틱으로 사출 성형하고, 실린더본체의 압축실 내주면과 각 저어널의 축공내주면에 각각 금속재의 내마모성이 우수한 롤러접촉부재와 메탈베어링을 인써트 결합시킴으로써, 제작 및 대량생산이 용이하고 제작비가 절감되며, 제품의 무게를 경량화 할 수 있고, 내구성과 내마모성이 우수하며 압축기의 성능을 향상시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기의 실린더가 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제작 및 대량생산이 용이하고 제작비가 절감되며, 제품의 무게를 경량화 할 수 있고 관리가 용이하며, 내구성과 내마모성이 우수하고 압축기의 성능을 향상시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기의 실린더 및 그 제조방법이 제공된다.