KR100556616B1 - 왕복동식 압축기의 피스톤 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더와 피스톤이 구비된 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤과 커넥팅로드를 연결시키는 연결장치의 구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 피스톤 연결장치는 커넥팅로드가 결합되는 피스톤핀의 외면이 볼록한 곡면으로 형성되고, 이에 대응되는 커넥팅로드의 결합공 내면이 곡면으로 형성되며, 피스톤핀의 양단부가 지지되는 피스톤의 지지공에는 피스톤핀의 유동을 방지하는 고정링이 설치되었다. 따라서, 커넥팅로드가 피스톤핀의 외면방향으로 뿐만 아니라 핀의 길이 방향으로도 자유롭게 회동을 할 수 있게 되어, 피스톤의 동작시에 자동조심(self-aligning)이 이루어짐으로써 실린더벽의 마모가 방지되고, 피스톤의 동작이 최적의 상태로 유지되게된다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 연결장치{Piston connecting apparatus for reciprocating compressor}

도 1은 종래의 압축기의 피스톤 연결장치 구조를 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 왕복동식 압축기의 전체적인 구조를 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤 연결장치의 구조를 보인 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 피스톤 연결장치의 구조를 보인 분해 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 밀폐용기,20: 모터부,

21: 고정자,22: 회전자,

23: 회전축,24: 크랭크축,

30: 압축부,31: 실린더,

32: 피스톤,33: 실린더헤드,

34: 커넥팅로드,35: 피스톤핀,

36: 결합공,37: 지지공,

38: 고정링,40: 고정핀.

본 발명은 실린더와 피스톤이 구비된 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤과 커넥팅로드를 연결시키는 연결장치의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 유체를 흡입하여 압축할 수 있도록 실린더의 내부를 왕복운동하는 피스톤이 구비되며, 이 피스톤은 모터의 회전축에 편심 장착되는 커넥팅로드의 일단부와 연결되어 모터가 회전될 때 실린더의 내부를 직선 왕복운동 하게 된다.

이러한 종래 왕복동식 압축기의 피스톤은 도 1에 도시된 바와 같이, 커넥팅로드(1)의 일단부가 진입되어 고정될 수 있도록 중앙부가 비어있는 구조로 마련되고, 피스톤(2)의 내부로 진입된 커넥팅로드(1)의 일단부와 피스톤(2) 사이에는 피스톤핀(3)이 끼워져 결합된다.

피스톤핀(3)은 원통상으로 마련되며 피스톤(2)의 운동방향과 직교되는 방향으로 피스톤(2)과 커넥팅로드(1)의 단부를 관통하여 끼워진다. 그리고, 피스톤(2)과 커넥팅로드(1)에는 피스톤핀(3)이 끼워지도록 관통공(4,5)이 형성되며, 피스톤(2)의 동작중에 피스톤핀(3)의 이탈이 방지되도록 피스톤(2)의 일측에는 고정핀(6)이 끼워져 결합된다.

이와 같이 구성된 피스톤(2)은 모터의 회전력이 커넥팅로드(1)로 전달되면 직선왕복운동을 하게 되고, 이러한 동작이 이루어지는 동안 커넥팅로드(1)는 피스톤핀(3)의 외면 방향을 따라 소정의 각도만큼 회동을 하게 된다.

그런데, 이러한 종래 피스톤(2)과 커넥팅로드(1) 결합구조는 피스톤(2)과 커넥팅로드(1)에 형성되는 관통공(4,5) 및 이에 결합되는 피스톤핀(3)의 구조적인 특성상 커넥팅로드(1)가 피스톤핀(3)의 외면방향으로는 회동 가능하지만, 피스톤핀(3)의 길이방향으로 는 회동될 수 없게 된다.

따라서 피스톤(2)과 커넥팅로드(1)의 조립정도나 각 부분의 가공정도가 떨어질 경우 피스톤(2)에 작용되는 힘의 방향이 피스톤(2)의 운동방향과 어긋나게 되어 피스톤(2)과 실린더(7)의 내벽 사이의 마찰이 커지게 되고, 이로써 실린더(7)의 내벽이 마모되어 피스톤(2)의 동작시에 소음과 진동이 커질 뿐만 아니라 기기의 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피스톤핀에 결합되는 커넥팅로드가 피스톤핀의 외면 방향 뿐만 아니라 길이 방향으로도 회동 가능하게 하여 피스톤의 동작시에 자동조심(self-aligning)이 이루어지도록 함으로써 피스톤의 동작을 정연하게 하고 실린더벽의 마모를 방지할 수 있게 하는 압축기의 피스톤 연결장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유체를 흡입하여 압축하도록 실린더의 내부에 미끄럼운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤을 동작시키도록 회전축의 단부에 편심된 크랭크축이 설치된 모터부와, 상기 모터부의 크랭크축과 상기 피스톤을 연결시키는 커넥팅로드와, 상기 커넥팅로드와 상기 피스톤이 결합되 도록 상기 피스톤과 상기 커넥팅로드의 일단부를 관통하여 끼워지는 피스톤핀과, 상기 피스톤핀의 양단부가 끼워지도록 상기 피스톤에 형성되는 지지공 및 상기 피스톤핀의 중앙부가 결합되도록 상기 커넥팅로드의 단부에 형성되는 결합공을 구비하는 왕복동식 압축기에 있어서,

상기 커넥팅로드의 움직임이 자유롭도록 상기 피스톤핀의 외면은 양단부에서 중앙부 쪽으로 갈수록 외경이 커지는 볼록면으로 마련되고, 상기 볼록면에 결합되는 상기 결합공도 양단부에서 중앙부로 갈수록 내경이 커지는 내곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명이 적용되는 왕복동식 압축기의 구조를 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 피스톤 연결장치의 구조를 보인 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 피스톤 연결장치의 구조를 보인 분해 사시도이다.

본 발명에 따른 왕복동식 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이, 상부용기(10a)와 하부용기(10b)가 상호 결합되어 밀폐구조를 이루는 밀폐용기(10)가 마련되고, 이 밀폐용기(10)의 내부에는 회전력을 발생시키도록 모터부(20)와, 모터부(20)의 회전력에 의해 유체를 압축하는 압축부(30)가 구비된다.

모터부(20)는 고정자(21)와 회전자(22), 그리고 회전자(22)와 함께 회전되는 회전축(23)이 마련되고, 회전축(23)의 단부에는 회전축의 축선과 편심을 이루는 크랭크축(24)이 설치된다.

압축부(30)는 유체를 흡입하여 압축할 수 있도록 압축실을 형성하는 실린더(31)와, 실린더(31)의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤(32)이 마련된다. 또, 실린더(31)의 머리부에는 내부에 흡입실과 토출실이 구획되게 형성되고, 유체의 흐름을 안내하기 위한 밸브판, 리드밸브 등이 설치된 실린더헤드(33)가 마련된다. 그리고, 피스톤(32)과 크랭크축(24) 사이에는 모터부(20)의 회전운동을 피스톤(32)의 직선운동으로 변환하는 동시에 동력전달을 매개하는 커넥팅로드(34)가 설치된다.

한편, 본 발명에 따른 압축기는 피스톤(32)과 커넥팅로드(34)가 연결되는 연결부가 곡면으로 구성되어 커넥팅로드(34)의 동작이 자유롭도록 한 것이 특징이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 실린더(31)의 내부에 설치되는 피스톤(32)은 알루미늄 다이케스팅으로 성형되는데, 피스톤(32)의 내부는 커넥팅로드(34)의 일단부가 진입될 수 있도록 중공부(32a)가 형성되고, 피스톤(32)의 외면 일측에는 피스톤(32)과 실린더(31) 사이에 밀폐구조를 이루도록 다수의 피스톤링(b)이 결합되는 피스톤링 홈이 형성된다.

피스톤(32)의 중공부 내측으로 진입되는 커넥팅로드(34)의 단부에는 피스톤(32)과 커넥팅로드(34)가 결합될 수 있도록, 피스톤핀(35)이 관통되어 끼워지는 결합공(36)이 형성되고, 이와 대응되는 피스톤(32)에도 피스톤핀(35)이 지지될 수 있도록 피스톤핀(35)의 양단부가 지지되는 지지공(37)이 형성된다. 이 지지공(37)은 피스톤(32)의 운동방향과 직교하는 방향으로 관통되어 형성된다.

또한, 피스톤핀(35)은 커넥팅로드의 결합공(36)에 피스톤핀(35)이 끼워졌을 때 커넥팅로드(34)가 피스톤핀의 길이방향으로 소정의 각도 만큼 회동될 수 있도록 피스톤의 지지공(37)에 지지가 되는 양단부의 직경이 작게 형성되고 중앙부 쪽으로 갈수록 직경이 점차 크게 형성되어 외면이 볼록면을 이루게 된다.

그리고, 피스톤핀(35)의 외면에 끼워져 결합되는 커넥팅로드(34)의 결합공(36)도 피스톤핀(35)의 형상에 상응하도록 결합공(36)의 양단부 내경이 작게 형성되고 중앙부 쪽으로 갈수록 내경이 크게 형성되어 내면이 내곡면을 이루게 된다.

이때, 결합공(36)의 내곡면 곡률반경은 피스톤핀(35)의 외면 곡률반경보다 더 큰 완만한 구조를 형성되어, 결합공(36)의 양단부 쪽으로 갈수록 피스톤핀의 외면과 결합공의 내면사이의 틈이 커지게 함으로써, 커넥팅로드의 회동이 자유롭도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 피스톤(32)에 형성되는 지지공(37)의 내경은 피스톤핀(35)의 최대 직경부가 지지공(37)을 관통하여 커넥팅로드의 결합공(36)에 끼워질 수 있도록, 피스톤핀(35)의 최대 직경부와 같거나 크게 형성된다. 그리고, 지지공(37)의 내경보다 작게 형성되는 피스톤핀(35)의 양단부의 외면과 지지공(37)의 내면 사이에 형성되는 틈새에는 피스톤핀(35)의 유동이 방지되도록 피스톤핀(35)을 지지해 주는 고정링(38)이 설치된다.

이 고정링(38)은 외경이 지지공(37)의 내경과 동일하게 형성되고, 고정링(38)의 내면은 피스톤핀(35)의 양단부 외면 형상에 상응하는 형상으로 마련된다. 그리고, 피스톤핀(35)을 지지하는 고정링(38)이 지지공(37)에 고정이 될 수 있도록 피스톤(32)의 후단부와 지지공(37) 사이에는 연통구멍(39)이 형성되고, 이 연통구멍(39)에는 고정링(38)을 고정시는 고정핀(40)이 끼워져 결합된다. 이때, 고정링(38)에는 연통구멍(39)을 통해 끼워지는 고정핀(40)의 일부가 고정링(38)에 걸릴 수 있도록 외주면에 걸림홈(38a)이 형성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 피스톤(32)과 커넥팅로드(34)를 결합시킬 때에는 피스톤의 중공부(32a)로 커넥팅로드의 결합공(36)을 진입시킨 후 피스톤핀(35)을 끼우게 된다. 이때 본 발명에 따른 결합공(36)의 내면과 피스톤핀(35)의 외면은 곡면으로 구성되고, 피스톤핀(35)의 최대 직경부가 결합공(36)의 양단부 내경보다 크게 형성되어 있기 때문에, 이들의 조립하기 전에 커넥팅로드의 결합공(36) 부분을 고온으로 가열한 후, 피스톤핀(35)을 결합공(36)에 강제 압입하여 결합시킨다. 일단 결합이 되면 결합공(36)의 내부공간이 커지기 때문에 피스톤핀(35)과 결합공(36)은 자유롭게 움직여지게 된다.

피스톤핀(35)을 커넥팅로드(34)에 끼운 다음에는 피스톤핀(35)의 양단부가 지지공(37)에 고정되도록 지지공(37)에 고정링(38)을 끼우고, 끝으로 고정핀(40)을 결합시키면 피스톤핀(35)이 안정된 상태로 고정이 된다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 피스톤 연결장치의 동작을 설명한다.

압축기의 회전축(23)이 회전되면, 이 회전력은 크랭크축(24)과 커넥팅로드(34)를 통해 회전운동이 직선운동으로 변환되어 피스톤(32)에 전달되고, 피스톤(32)은 실린더(31)의 내부에서 직선왕복운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축시키게 된다.

이때 피스톤(32)에 작용되는 힘의 방향과 피스톤(32)의 운동방향이 어긋나게 되면, 피스톤(32)과 실린더(31)의 내벽 사이의 마찰이 커지게 되고, 실린더(31)의 내벽이 마모되어 소음과 진동이 발생되게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 피스톤(32) 연결구조는 이처럼 피스톤(32)의 힘의 방향과 커넥팅로드(34)를 통해 작용되는 힘의 방향이 약간 어긋나게 되더라도 커넥팅로드(34)의 움직임이 자유롭기 때문에 피스톤(32)의 동작이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

즉, 커넥팅로드(34)와 결합되는 피스톤핀(35)의 외면이 곡면으로 형성되고, 이에 대응되는 커넥팅로드의 결합공(36) 내면이 곡면으로 형성되기 때문에 커넥팅로드가 피스톤핀(35)의 외면방향으로 뿐만 아니라, 피스톤핀(35)의 길이 방향 쪽으로도 회동할 수 있게 된다. 따라서, 운동방향과 작용되는 힘의 방향이 어긋나더라도 커넥팅로드(34)가 회동되면서 보상해 주게 되어, 항상 최적의 동작상태를 유지시킬 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 피스톤 연결장치는 커넥팅로드가 결합되는 피스톤핀의 외면이 볼록한 곡면으로 형성되고, 이에 대응되는 커넥팅로드의 결합공 내면이 곡면으로 형성되며, 피스톤핀의 양단부가 지지되는 피스톤의 지지공에는 피스톤핀의 유동을 방지하는 고정링이 설치되었다. 따라서, 커넥팅로드가 피스톤핀의 외면방향으로 뿐만 아니라 핀의 길이 방향으로도 자유롭게 회동을 할 수 있게 되어, 피스톤의 동작시에 자동조심(self- aligning)이 이루어짐으로써 실린더벽의 마모가 방지되고, 피스톤의 동작이 최적의 상태로 유지되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 유체를 흡입하여 압축하도록 실린더의 내부에 미끄럼운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤을 동작시키도록 회전축의 단부에 편심된 크랭크축이 설치된 모터부와, 상기 모터부의 크랭크축과 상기 피스톤을 연결시키는 커넥팅로드와, 상기 커넥팅로드와 상기 피스톤이 결합되도록 상기 피스톤과 상기 커넥팅로드의 일단부를 관통하여 끼워지는 피스톤핀과, 상기 피스톤핀의 양단부가 끼워지도록 상기 피스톤에 형성되는 지지공 및 상기 피스톤핀의 중앙부가 결합되도록 상기 커넥팅로드의 단부에 형성되는 결합공을 구비하는 왕복동식 압축기에 있어서,

   상기 커넥팅로드(34)의 움직임이 자유롭도록 상기 피스톤핀(35)의 외면은 양단부에서 중앙부 쪽으로 갈수록 외경이 커지는 볼록면으로 형성되고, 상기 볼록면에 결합되는 상기 결합공(36)도 양단부에서 중앙부로 갈수록 내경이 커지는 내곡면으로 형성되며, 상기 결합공(36)의 양단부 쪽으로 갈수록 상기 피스톤핀(35)의 외면과 상기 결합공(36)의 내면사이의 틈이 형성되도록 상기 결합공(36)의 내곡면 곡률반경은 상기 피스톤핀(35)의 외면 곡률반경보다 큰 완만한 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 연결장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤(32)에 형성되는 상기 지지공(37)과 상기 피스톤핀(35)의 양단부 외면사이에 형성되는 틈새에는 상기 피스톤핀(35)이 견고하게 결합되도록 상기 피스톤핀의 외면과 상기 지지공의 내면을 지지해 주는 고정링(38)이 설치된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 연결장치.

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