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KR101811291B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

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KR101811291B1
KR101811291B1 KR1020110040386A KR20110040386A KR101811291B1 KR 101811291 B1 KR101811291 B1 KR 101811291B1 KR 1020110040386 A KR1020110040386 A KR 1020110040386A KR 20110040386 A KR20110040386 A KR 20110040386A KR 101811291 B1 KR101811291 B1 KR 101811291B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 고정랩을 갖는 고정 스크롤; 상기 고정랩과 결합되어 압축실을 형성하는 선회랩을 갖는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 대해서 편심되게 위치하는 축부, 상기 축부의 단부에 위치하며 상기 축부 보다 작은 직경을 갖는 핀부, 상기 핀부(126d)의 단부에 위치하는 부시를 포함하는 회전축; 및 상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하며, 상기 핀부가 상기 고정 스크롤 또는 선회 스크롤 중 어느 하나를 관통하여 삽입되고, 상기 선회 스크롤은 상기 부시에 대해서 회전가능하게 결합되는 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기는 고정랩을 갖는 고정 스크롤 및 상기 고정랩과 맞물리는 선회랩을 갖는 선회 스크롤을 포함하고, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤 상에서 선회운동을 하면서, 고정랩과 선회랩 사이에 형성되는 압축실의 연속적인 부피 변화를 통해서 냉매를 흡입 및 압축하는 형태의 압축기이다. 이러한 스크롤 압축기는 흡입, 압축 및 토출이 연속적으로 이루어지므로 작동 과정에서 발생되는 진동 및 소음의 측면에서 다른 형태의 압축기에 비해서 우수한 장점을 갖는다.
한편, 상기 선회 스크롤은 통상적으로는 원판 형태의 경판과 상기 경판의 일측에 상술한 선회랩이 형성된다. 그리고, 선회랩이 형성되지 않은 배면에 보스부가 형성되어 선회 스크롤을 선회구동시키는 회전축과 연결되게 된다. 이러한 형태는 경판의 거의 전면적에 걸쳐서 선회랩을 형성할 수 있어, 동일한 압축비를 얻기 위한 경판부의 직경을 작게 할 수 있는 반면에, 압축시에 냉매의 반발력이 적용되는 작용점과, 상기 반발력을 상쇄하기 위한 반력이 적용되는 작용점이 수직 방향으로서로 이격되어 있어, 작동 과정에서 선회 스크롤이 기울어져 진동이나 소음이 커지는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위한 방법으로서, 회전축과 선회 스크롤이 결합되는 지점이 상기 선회랩과 동일한 면에 형성되는 형태의 스크롤 압축기가 개시된 바 있다. 이러한 형태의 압축기는 냉매의 반발력의 작용점과 그 반력의 작용점이 동일지점에 적용되므로 선회 스크롤이 기울어지는 문제를 해소할 수 있게 된다. 그러나, 이렇게 회전축이 선회랩 부분까지 연장되면 선회 스크롤의 경판부를 회전축의 단부가 관통하여야 하므로, 회전축의 직경에 해당되는 만큼의 축 삽입공이 선회 스크롤의 경판부에 형성되어야 한다. 이로 인해서 경판부의 강도가 저하되는 문제가 있었다. 아울러, 경판부에 형성되는 축 삽입공의 직경이 커질 수록 압축된 냉매가 누설될 가능성도 높아지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 선회랩과 회전축이 동일 측면에서 결합되면서도 선회 스크롤의 경판부의 강도저하를 최소화할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 고정랩을 갖는 고정 스크롤; 상기 고정랩과 결합되어 압축실을 형성하는 선회랩을 갖는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 대해서 편심되게 위치하는 축부, 상기 축부의 단부에 위치하며 상기 축부 보다 작은 직경을 갖는 핀부, 상기 핀부(126d)의 단부에 위치하는 부시를 포함하는 회전축; 및 상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하며, 상기 핀부가 상기 고정 스크롤 또는 선회 스크롤 중 어느 하나를 관통하여 삽입되고, 상기 선회 스크롤은 상기 부시에 대해서 회전가능하게 결합되는 스크롤 압축기가 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는 선회 스크롤의 경판을 관통하는 부분을 회전축의 다른 부분에 비해 작은 직경을 갖도록 하여 경판의 축 삽입공의 크기를 축부의 직경보다도 작게 하도록 하고 있다. 이를 통해서, 경판의 강도저하를 감소시키고, 냉매의 누설가능성을 최소화하게 된다. 특히, 경판이 축부 및 부시의 사이에서 고정되게 되므로, 냉매가 누설되는 경로가 종래에 비해 현저하게 증가하게 되므로, 냉매의 누설 가능성을 최소화할 수 있다.
여기서, 상기 핀부와 축부는 일체로 형성되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 부시는 상기 핀부의 내부에 삽입되어, 상기 핀부와 함께 회전하도록 고정될 수 있다. 이를 위해서, 상기 부시를 용접, 열박음 등의 방법으로 상기 핀부에 고정할 수도 있고, 상기 핀부가 다각형 또는 비원형의 단면 형태를 갖도록 하여, 부시가 핀부에 대해서 회전되지 않도록 결합시킬 수도 있다.
그리고, 상기 핀부는 상기 축부에 대해서 동심으로 배치되고, 상기 부시는 상기 핀부에 대해서 편심되게 배치될 수 있다.
한편, 상기 핀부와 부시가 일체로 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 핀부는 상기 축부의 내부에 삽입되어, 축부와 함께 회전하도록 고정될 수 있다. 이 경우에도, 상기 핀부는 다각형 또는 비원형의 단면 형태를 가질 수 있다.
아울러, 상기 핀부는 상기 축부에 대해서 동심으로 배치되고, 상기 부시는 상기 핀부에 대해서 편심되게 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 선회 스크롤의 경판을 관통하는 부분을 회전축의 다른 부분에 비해 작은 직경을 갖도록 하여 경판의 축 삽입공의 크기를 축부의 직경보다도 작게 할 수 있다. 이를 통해서, 경판의 강도저하를 감소시키고, 냉매의 누설가능성을 최소화할 수 있다. 특히, 경판이 축부 및 부시의 사이에서 고정되게 되므로, 냉매가 누설되는 경로가 종래에 비해 현저하게 증가하게 되므로, 냉매의 누설 가능성을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 일 실시예의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예 중 압축 유닛을 도시한 부분 절개도이다.
도 3은 도 2에 도시된 압축 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 압축 유닛의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 5는 상기 실시예에 구비된 회전축의 변형예를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 다른 실시예의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하에서는, 첨부된 도면으로부터 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 일 실시예의 내부 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 상기 실시예 중 압축 유닛을 도시한 부분 절개도이고, 도 3은 도 2에 도시된 압축 유닛을 도시한 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 상기 실시예는 원통형의 케이싱(110)과 상기 케이싱의 상부 및 하부를 각각 덮는 상부 쉘(112) 및 하부 쉘(114)을 갖는다. 상기 상부 쉘과 하부 쉘은 상기 케이싱에 용접되어 케이싱과 함께 하나의 밀폐 공간을 형성하게 된다.
상기 상부 쉘(112)의 상부에는 토출파이프(116)가 설치되어 있다. 상기 토출파이프(116)는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로에 해당되며, 토출되는 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(미도시)가 상기 토출파이프(116)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 케이싱(110)의 측면으로 흡입파이프(118)가 설치된다. 상기 흡입파이프(118)는 압축될 냉매가 유입되는 통로로서, 도 1에서는 상기 흡입파이프(118)가 상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112)의 경계면에 위치하고 있으나 그 위치는 임의로 설정할 수 있다. 아울러, 상기 하부 쉘(114)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 공급되는 오일을 저장하는 오일챔버로서도 기능하게 된다.
상기 케이싱(110) 내부의 대략 중앙부에는 구동유닛으로서의 모터(120)가 설치된다. 상기 모터(120)는 상기 케이싱(110)의 내면에 고정되는 고정자(122)와 상기 고정자(122)의 내부에 위치하며, 고정자(122)와의 상호작용에 의해 회전되는 회전자(124)를 포함한다. 상기 회전자(124)의 중심에는 회전축(126)이 배치되어, 상기 회전자(124)와 회전축(126)은 함께 회전하게 된다.
상기 회전축(126)의 중심부에는 오일유로(126a)가 회전축(126)의 길이방향을 따라서 연장되도록 형성되어 있고, 상기 회전축(126)의 하단부에는 상기 하부 쉘(114)에 저장되어 있는 오일을 상부로 공급하기 위한 오일펌프(126b)가 설치된다. 상기 오일펌프(126b)는 상기 오일유로의 내부에 나선형의 홈을 형성하거나 별도의 임펠러를 설치한 형태일 수 있고, 별도의 용적식 펌프를 설치할 수도 있다.
상기 회전축(126)의 상단부에는 후술할 고정 스크롤에 형성되는 보스부 내부에 삽입되는 축부(126c)가 배치된다. 상기 축부의 단부에는 상기 축부보다 작은 직경을 갖는 핀부(126d)가 일체로 형성되어 있다. 상기 핀부(126d)에는 편심 부시(128)가 끼워지는데, 도 3을 참조하면, 상기 편심 부시(128)는 상기 핀부(126d)에 대해서 편심되게 끼워지며, 핀부(126d)에 대해서 편심 부시(128)가 회전하지 않도록 양자의 결합부는 대략 "D"자 형태를 갖도록 형성된다. 이외에도, 상기 핀부(126d)는 다각형 또는 비원형의 형태를 갖도록 할 수도 있으며, 원형의 단면을 갖는 경우에도 용접 또는 열박음과 같은 방법에 의해 편심 부시(128)가 회전하지 않도록 결합할 수 있다.
상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112)의 경계부에 고정 스크롤(130)이 장착된다. 상기 고정 스크롤(130)은 그 외주면이 상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112) 사이에 열박음 방식으로 압입되어 고정되거나, 케이싱(110)과 상부 쉘(112)와 함께 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 고정 스크롤(130)의 저면에는 상술한 회전축(126)이 삽입되는 보스부(132)가 형성된다. 상기 보스부(132)의 상측면(도 1 기준)에는 상기 회전축(126)의 핀부(126d)가 관통될 수 있도록 하는 관통공이 형성되어 이를 통해 상기 핀부(126d)는 상기 고정 스크롤(130)의 경판부(134)의 상측으로 돌출되게 된다.
상기 경판부(134)의 상부면에는 후술할 선회랩과 결합되어 압축실을 형성하는 고정랩(136)이 형성되어 있으며, 상기 경판부(134)의 외주부에는 후술할 선회 스크롤(140)을 수용하는 공간부를 형성하고, 상기 케이싱(110)의 내주면과 접하는 측벽부(138)가 형성된다. 상기 측벽부(138)의 상단부 내측에는 상기 선회 스크롤(140)의 외주부가 안착되는 선회 스크롤 지지부(138a)가 형성되며, 상기 선회 스크롤 지지부(138a)의 높이는 상기 고정랩(136)과 동일 높이 또는 고정랩 보다 약간 작은 높이를 갖도록 형성되어 선회랩의 단부가 고정 스크롤의 경판부 표면과 접할 수 있도록 하고 있다.
상기 고정 스크롤(130)의 상부에는 선회 스크롤(140)이 설치된다. 상기 선회 스크롤(140)은 대략 원형을 갖는 경판부(142) 및 상기 고정랩(136)과 결합되는 선회랩(144)이 형성된다. 그리고, 경판부(142)의 중심부에는 상기 편심 부시(128)가 회전가능하게 삽입 및 고정되는 대략 원형의 회전축 결합부(146)가 형성된다. 상기 회전축 결합부(146)의 외주부는 상기 선회랩과 연결되어 있어, 압축과정에서 상기 고정랩과 함께 압축실을 형성하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 회전축 결합부(146)에는 상기 편심 부시(128)가 회전가능하게 삽입되어, 상기 회전축(126)의 핀부(126d)가 상기 고정 스크롤의 경판부를 관통하여 삽입되고, 상기 선회랩, 고정랩 및 편심 부시(128)는 상기 압축기의 측방향으로 중첩되도록 설치된다. 압축시에는 냉매의 반발력이 상기 고정랩과 선회랩에 가해지게 되고, 이에 대한 반력으로서 회전축 지지부와 편심 부시(128) 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.
아울러, 상기 고정 스크롤의 경판부를 관통하는 핀부(126d)의 직경이 축부에 비해서 작으므로, 고정 스크롤에 형성되는 축 삽입공의 직경도 그만큼 줄일 수 있게 된다. 이로 인해서, 축 삽입공으로 인한 고정 스크롤의 강도 저하를 최소화할 수 있고, 핀부(126d)와 축 삽입공 사이에서 압축된 냉매가 누설되는 것도 최소화할 수 있게 된다.
특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 핀부(126d)의 단부와 편심 부시(128)의 단부 사이에서 고정 스크롤의 경판부(134)가 고정되기 때문에, 냉매가 압축실에서 외부로 누설되기 위해서는 화살표로 표시된 경로를 따라야 한다. 따라서, 축부가 직접 경판부를 관통하던 종래의 스크롤 압축기의 경우에 비해서 누설 경로가 현저하게 길어지고, 그에 따라서, 누설 방지 효과도 향상되게 된다.
이때, 상기 편심 부시(128)는 상기 선회 스크롤이 원활하게 회전될 수 있도록 하는 베어링으로서도 기능하게 된다. 이외에도, 편심 부시(128)의 외주부에 별도의 베어링을 설치하는 예도 고려할 수 있다.
그리고, 도시되지 않았으나 상기 경판부(142)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(140)의 상측에는 상기 선회 스크롤의 자전을 방지하기 위한 올담링(150)이 설치된다. 상기 올담링(150)은 상기 선회 스크롤(140)의 경판부 배면에 끼워지는 대략 원 형태를 갖는 링부(152)와 상기 링부(152)의 일측면으로 돌출되는 한 쌍의 제1 키(154) 및 제2 키(156)를 포함한다. 상기 제1 키(154)는 상기 선회 스크롤(140)의 경판부(142) 외주측의 두께보다 길게 돌출되어, 상기 고정 스크롤(130)의 측벽부(138)의 상단 및 상기 선회 스크롤 지지부(138a)에 걸쳐서 형성되는 제1 키홈(154a)의 내부에 삽입된다. 아울러, 상기 제2 키(156)는 상기 선회 스크롤(140)의 경판부(142)의 외주부에 형성되는 제2 키홈(156a)에 각각 끼워진 상태로 결합된다.
여기서, 상기 제1 키홈(154a)은 상방향으로 연장되는 수직부와 좌우방향으로 연장되는 수평부를 갖도록 형성되는데, 상기 선회 스크롤의 선회 운동 시에 상기 제1 키(154)의 하측 단부는 항상 상기 제1 키홈(154a)의 수평부에 끼워진 상태를 유지하지만, 제1 키(154)의 반경방향 외측 단부는 상기 제1 키홈(154a)의 수직부로부터 이탈될 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 제1 키홈(154a)과 고정 스크롤 사이의 결합이 상하 방향으로 이루어지기 때문에, 고정 스크롤의 직경을 작게 할 수 있다.
구체적으로, 상기 선회 스크롤의 경판부와 상기 고정 스크롤의 내벽 사이에는 선회 반경에 해당되는 만큼의 유격을 확보하여야 한다. 만일, 올담링의 키가 고정 스크롤과 반경방향으로 결합되는 경우에는, 선회 과정에서 올담링이 키홈으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해서는 고정 스크롤에 형성되는 키홈의 길이가 적어도 선회 반경보다는 커야 하고 이는 고정 스크롤의 크기를 증가시키는 원인이 된다.
반면에, 상기 실시예와 같이 키홈이 선회 스크롤의 경판부와 선회랩 사이의 공간 하부로 연장되도록 하면 충분한 키홈의 길이를 확보하면서도 고정 스크롤의 크기를 작게 할 수 있다. 아울러, 상기 실시예에서의 올담링은 링부의 일측면에 모든 키가 형성되어 있어, 양측면에 각각 키가 형성되는 경우에 비해서 압축 유닛의 상하방향의 높이를 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기 케이싱(110)의 하부에는 상기 회전축(126)의 하측을 회전가능하게 지지하기 위한 하부 프레임(160)이 설치되어 있고, 상기 선회 스크롤의 상부에는 상기 선회 스크롤과 상기 올담링(150)을 지지하는 상부 프레임(170)이 각각 설치된다. 상기 상부 프레임(170)의 중앙에는 상기 선회 스크롤(140)의 토출공과 연통되어 압축된 냉매를 상기 상부 쉘측으로 토출되도록 하는 홀이 형성된다.
한편, 상기 실시예에서는 핀부(126d)와 축부가 일체로 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 편심 부시(128)와 핀부(126d)가 일체로 형성되고, 핀부(126d)가 축부에 삽입되어 고정되는 예도 고려할 수 있다.
도 5는 상기와 같은 구조를 갖는 회전축을 도시한 분해 사시도이다. 도시된바와 같이, 편심 부시(128)와 핀부(126d)가 대략 T자 형태를 갖도록 일체로 형성되어 있고, 상기 축부(126c)의 단부에 상기 핀부(126d)가 삽입되어 고정되도록 하는 핀 고정홈(126e)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 핀부(126d) 및 핀 고정홈(126e)의 단면은 대략 D자 형태를 가져서, 핀부(126d)가 핀 고정홈(126e) 내에서 회전되지 않도록 고정될 수 있도록 한다.
아울러, 상기 도 1에 도시된 실시예에서 상기 핀부(126d)는 고정 스크롤의 경판부를 관통하도록 배치되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 상기 핀부(126d)가 선회 스크롤의 경판부를 관통하도록 배치되는 실시예(200)를 도시한 단면도이다. 이하의 설명에서, 상기 도 1에 도시된 구성과 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 6을 참조하면, 상기 케이싱(110)의 내벽면에는 경판부(134) 및 고정랩(136)을 갖는 고정 스크롤(130)이 고정되어 있다. 상기 고정 스크롤의 고정랩(136)은 도 1과는 달리 경판부(134)의 하부에 배치되어 있다.
상기 고정 스크롤의 하부에는 선회 스크롤(140)이 배치된다. 상기 선회 스크롤의 경판부(142) 상부에는 상기 고정랩과 결합하여 압축실을 형성하는 선회랩(144)이 형성되어 있고, 상기 선회랩의 중앙부에는 회전축이 결합되는 회전축 결합부(146)가 형성되어 있다. 상기 회전축 결합부의 하측에 회전축의 축부(126c)가 회전가능하게 삽입되는 보스부(145)가 형성된다. 상기 보스부와 상기 회전축 결합부 사이에 배치되는 경판부에 회전축의 핀부(126d)가 관통되어 삽입되는 축 삽입공이 형성된다.
따라서, 상기 실시예(200)에서는 회전축의 축부, 핀부(126d) 및 편심 부시(128)가 모두 선회 스크롤 상에 결합되고, 고정 스크롤과는 결합되지 않는 점에서 상기 도 1에 도시된 실시예와는 차이를 갖는다.

Claims (9)

  1. 고정랩을 갖는 고정 스크롤;
    상기 고정랩과 결합되어 압축실을 형성하는 선회랩을 갖는 선회 스크롤;
    상기 선회 스크롤에 대해서 편심되게 위치하는 축부, 상기 축부의 단부에 위치하며 상기 축부 보다 작은 직경을 갖는 핀부(126d), 상기 핀부(126d)의 단부에 위치하는 부시를 포함하는 회전축; 및
    상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하며,
    상기 핀부(126d)가 상기 고정 스크롤 또는 선회 스크롤 중 어느 하나를 관통하여 삽입되고, 상기 선회 스크롤은 상기 부시에 대해서 회전가능하게 결합되는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핀부(126d)와 축부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부시는 상기 핀부(126d)의 내부에 삽입되어, 상기 핀부(126d)와 함께 회전하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 핀부(126d)는 다각형 또는 비원형의 단면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 핀부(126d)는 상기 축부에 대해서 동심으로 배치되고, 상기 부시는 상기 핀부(126d)에 대해서 편심되게 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 핀부(126d)와 부시는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 핀부(126d)는 상기 축부의 내부에 삽입되어, 축부와 함께 회전하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 핀부(126d)는 다각형 또는 비원형의 단면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 핀부(126d)는 상기 축부에 대해서 동심으로 배치되고, 상기 부시는 상기 핀부(126d)에 대해서 편심되게 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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