KR100596159B1 - 용량가변형 사판식 압축기용 피스톤 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바디와 엔드캡과의 조립이 용이하고 바디의 개구부에 엔드캡의 압입상태가 균일한 피스톤을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 구동축을 회전가능하게 지지함과 동시에 피스톤을 왕복동자재하게 수용하는 보어가 형성된 실린더 블록, 상기 구동축의 회전에 의해 회전하는 사판, 상기 피스톤의 리세스부의 양측내면의 대향하는 위치에 형성한 슈포켓에 배치한 슈를 통해 상기 사판의 외주부를 습동가능하게 협지하고, 구동축의 회전에 의해 상기 사판을 회전시켜 피스톤을 보어 내에서 왕복동시키는 사판식 압축기에 있어서, 일측이 개구된 원통형의 바디를 갖고, 상기 바디는 밀폐면 내부 둘레방향으로 세팅비드가 형성되며, 상기 바디의 외주면 둘레방향으로 요홈을 갖으며; 상기 바디의 일측에 형성된 개구부의 반대측에 상기 사판의 단부가 삽입되는 Ｕ자형상의 리세스부를 갖고, 상기 바디와 리세스부는 브릿지에 의해 연결되며, 상기 리세스부의 양측 내면에는 피스톤을 협지하는 슈를 수용하기 위한 한 쌍의 슈포켓을 갖고; 상기 바디의 개구부에 삽입되어 결합되는 결합부와 상기 결합부와 일체로 형성되고 냉매를 압착하는 압착부를 갖는 ㅛ자형상의 엔드캡을 갖으며; 상기 엔드캡의 결합부는 상기 바디의 외주면에 형성된 요홈에 대응하는 요홈을 갖고, 상기 결합부의 단부가 상기 바디에 형성된 세팅비드와 접면되는 것을 특징으로 한다.

Description

용량가변형 사판식 압축기용 피스톤 및 그 제조방법{Piston for a capacity variable swash plate type compressor and method of manufacturing thereof}

도 1은 본 발명에 따른 피스톤을 갖는 용량가변형 사판식 압축기의 단면도,

도 2는 본 발명의 피스톤 정면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 본 발명의 피스톤 단면도,

도 5 및 6은 본 발명에 따른 피스톤 제조공정도,

도 7은 종래 피스톤의 제조공정도,

도 8은 종래 피스톤의 결합단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1;압축기 2;구동축

3;실린더보어 4;실린더블록

5;사판 6;슈

7;크랭크실 8;프런트하우징

11;리어하우징 12;밸브시트

17;회전체 20;아암

21;지지아암 22;핀

25;피스톤 26;바디

27;브릿지 28;리세스부

29;슈포켓 30;엔드캡

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기에 이용되는 피스톤의 개량에 관한 것이다.

자동차용 공기조화장치에 사용되는 사판식 압축기에는 구동축에 대하여 사판의 경사각도가 일정하게 되는 고정 사판식 압축기나 또는 경사각도가 가변되는 용량가변 사판식 압축기가 있다.

이들 사판식 압축기는 구동축과 동기 회전되는 원판형태의 사판을 갖고, 구동축을 회전시키면, 경사상태의 사판이 이것에 의해 회전운동하여 실린더실내의 피스톤을 왕복동시키도록 하는 것이다.

예를 들면, 용량가변 사판식 압축기에는 슈를 통해 피스톤과 사판을 직접 연결한 것이 있다. 이 직결식 용량가변 사판식 압축기는 각 피스톤이 실린더블록에 형성된 보어내를 왕복동하는 피스톤 바디와, 사판과 계합하는 단면이 대략 Ｕ자형상의 홈이 형성된 피스톤 리세스부로 되고, 피스톤 리세스부의 양측내면의 대향하는 위치에 형성된 2개의 구면 슈포켓에 대략 반구형상의 슈가 배치되고, 양 슈에 의해 사판 외주부의 표리면이 습동 가능하게 협지되어, 구동축의 회전에 의해 사판 이 회전하면서 피스톤의 왕복운동을 변환시키도록 되어 있다.

더욱이 압축기는 피스톤의 원활한 왕복동을 확보함과 동시에 습동부의 마찰을 억제하여 내구성을 높이는 것이 필요하다.

도 7 및 도 8은 종래 피스톤 및 그 제조공정을 보인 일예로서 도면을 참조하면, 종래 피스톤(40)은 원통형상의 바디(41)와 Ｕ자형의 홈을 갖는 리세스(42) 및 상기 바디(41)의 길이방향으로 리세스(42)의 내측면 대향하여 형성된 한 쌍의 슈포켓(43)을 갖고, 상기 바디(41)와 리세스(42)를 연결하는 브릿지(44)를 포함하며, 상기 슈포켓(43)과 대향하는 냉매압축 부위는 엔드캡(45)으로 밀폐되는 2개의 개체로 이루어져 있다.

이러한 피스톤은 포깅(Fofging) 또는 케스팅(Casting) 등에 의해 원통형상의 피스톤 바디(41)를 제작한다. 엔드캡(45)은 압출 환봉을 절단, 가공하여 제작하고 바디(41)의 개구부에 조립시킨 후 바디(41)와 엔드캡(45)의 접촉면을 브레이징 또는 웰딩(Welding)으로서 결합시켜 피스톤 완제품을 형성한다.

다른 예로서 브레이징이나 웰딩을 하지 않고 피스톤 바디에 엔드캡을 강제압입(Press Fitting)하는 방식이 있다. 그러나 이러한 2개체로 제작되는 피스톤은 조립 및 결합과정이 복잡하고, 강제압입 방식의 경우에는 압입상태가 고르지 못한 문제가 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로, 특히 바디와 엔드캡과의 조립이 용이하고 바디의 개구부에 엔드캡의 압입상태가 균일한 피스톤을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구동축을 회전가능하게 지지함과 동시에 피스톤을 왕복동자재하게 수용하는 보어가 형성된 실린더 블록, 상기 구동축의 회전에 의해 회전하는 사판, 상기 피스톤의 리세스부의 양측내면의 대향하는 위치에 형성한 슈포켓에 배치한 슈를 통해 상기 사판의 외주부를 습동가능하게 협지하고, 구동축의 회전에 의해 상기 사판을 회전시켜 피스톤을 보어 내에서 왕복동시키는 사판식 압축기에 있어서, 일측이 개구된 원통형의 바디를 갖고, 상기 바디는 밀폐면 내부 둘레방향으로 세팅비드가 형성되며, 상기 바디의 외주면 둘레방향으로 요홈을 갖으며; 상기 바디의 일측에 형성된 개구부의 반대측에 상기 사판의 단부가 삽입되는 Ｕ자형상의 리세스부를 갖고, 상기 바디와 리세스부는 브릿지에 의해 연결되며, 상기 리세스부의 양측 내면에는 피스톤을 협지하는 슈를 수용하기 위한 한 쌍의 슈포켓을 갖고; 상기 바디의 개구부에 삽입되어 결합되는 결합부와 상기 결합부와 일체로 형성되고 냉매를 압착하는 압착부를 갖는 ㅛ자형상의 엔드캡을 갖으며; 상기 엔드캡의 결합부는 상기 바디의 외주면에 형성된 요홈에 대응하는 요홈을 갖고, 상기 결합부의 단부가 상기 바디에 형성된 세팅비드와 접면되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피스톤을 제조하는 제조방법에 있어서, 일측이 개구된 원통형의 바디를 갖고, 상기 바디의 밀폐면 내부 둘레방향으로 세팅비드가 형성되고, 상기 바디의 일측에 형성된 개구부의 반대측에 상기 사판의 단부가 삽입되는 Ｕ자형상의 리세스부를 갖고, 상기 바디와 리세스부는 브릿지에 의해 연결되며, 상기 리세스부의 양측 내면에는 피스톤을 협지하는 슈를 수용하기 위한 한 쌍의 슈포켓을 갖는 바디제조단계;

상기 바디의 개구부에 삽입되어 결합되는 결합부와 상기 결합부와 일체로 형성되고 냉매를 압착하는 압착부를 갖는 ㅛ자형상의 엔드캡을 갖으며, 상기 엔드캡의 결합부는 외주면 둘레방향으로 요홈을 갖고, 상기 결합부의 단부가 상기 바디에 형성된 세팅비드와 접면되는 엔드캡제조단계;

상기 바디의 개구부에 상기 엔드캡을 삽입하고 상기 바디의 외주면을 노치 형성용 툴로 압착하고 이로인해 내주연으로 돌설된 비드가 상기 엔드캡의 결합부에 형성된 요홈에 삽입되어 결합되는 바디/엔드캡 결합단계;를 포함한다.

이러한 제조방법에 의해 제작된 피스톤은 바디와 엔드캡을 용접하지 않고 일체적으로 결합하므로 비교적 간단하고 저렴하게 피스톤을 제조할 수 있고, 바디에 엔드캡이 균일하게 압입상태를 유지할 수 있도록 하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에 이용되는 용량가변 사판식 압축기를 보인 종단면도로써 전체를 부호 1로 표시한 용량가변 사판식 압축기는 구동축(2)을 회전 가능하게 지지함과 동시에 피스톤(25)을 왕복동 가능하게 수용하는 실린더보어(3)가 형성된 실린더블록(4)과, 구동축(2)과 함께 회전하는 실린더블록(4)을 포함하고 있다.

그리고 피스톤(25)의 브릿지(27)에 형성된 리세스부(28)내에 배치한 슈(6)를 통해 사판(5)의 외주부를 습동가능하게 협지하고, 구동축(2)의 회전에 의해 사판(5)을 회전시켜 피스톤(25)을 실린더보어(3)내에서 왕복동시키도록 되어 있다.

실린더블록(4)에는 전방 내부에 크랭크실(7)이 형성된 프론트 하우징(8)이 설치되고 후방 내부에 귀환냉매가 유입되는 흡입실(9)과, 압축된 냉매가 도입되는 토출실(10)이 형성된 리어하우징(11)이 밸브시트(12)를 사이에 두고 설치되고, 볼트(13)에 의해 3곳에서 일체적으로 연결되어 있다.

밸브시트(12)와 실린더블록(4) 사이에는 밸브형성 플레이트가 각각 설치되고, 토출실(10)측에는 토출밸브용 리테이너(14)가 결합되어 있다.

또한 도면중 부호 (15) 및 (16)은 밸브시트(12)에 형성한 흡입구 및 토출구를 표시하고 있다.

크랭크실(7)내에는 구동축(2)에 대해 경사지게 사판(5)이 설치되고, 이 사판(5)에 피스톤(25)이 반구형상의 슈(6)을 통해 연결되어 있다.

구동축(2)은 프론트 하우징(8)의 중앙에 형성된 축수를 통해 지지되고, 축수의 내측에는 구동축(2)에 의해 회전되는 회전체(17)가 설치되어 있다.

회전체(17)는 프론트 하우징(8)의 내면에 설치된 쓰러스트 베어링(18)에 의해 지지된다.

사판(5)에는 슬릿(19)이 형성된 아암(20)이 돌설되고, 회전체(17)에 형성된 지지아암(21)과 핀(22)을 통해 연결되어 회전체(17)의 회전에 의해 사판(5)이 회전하게 된다. 이때 회전체(17)가 회전할 경우 핀(22)이 아암(20)에 형성된 슬릿(19)을 따라 이동하면서 사판(5)의 경사각이 변화하게 되고, 그에 따라 압축기의 용량이 변하게 된다.

도 1에서 사판(5)은 최대 경사각의 위치에 있으며, 이때 스프링(23)은 최대로 압축된 상태이고, 돌출부(5a)의 스톱면(5b)은 회전체(17)와 접촉하게 되므로 사판(5)의 경사각은 회전체(17)에 의해 제한된다. 또한 구동축(2)에는 스토퍼(24)가 제공되어 사판(5)의 최소 경사각을 제한한다.

도 2 내지 도 4는 피스톤을 도시하고 있다. 도면을 참조하면 피스톤(25)은 실린더보어(3)내를 왕복동하는 중공형상의 바디(26)와, 사판(5)의 외주부가 슈(6)를 통해 연결되는 Ｕ자형의 리세스부(28)와, 바디(26)의 개구부에 결합되는 엔드캡(30)을 포함하고, 상기 바디(26)와 리세스부(28)는 브릿지(27)에 의해 일체로 연결된다.

바디(26)의 내부에는 그 외주면과 밀폐면을 결합하면서 둘레방향으로 세팅비드(26a)가 돌설되어 있고, 이 세팅비드(26a)는 엔드캡(30)의 단부와 밀착하게 된다.

더욱이 바디(26)의 외주면에는 둘레방향으로 요홈(26b)을 갖고 이와 대응하는 내주면은 비드(26c)가 돌설되며, 이 비드(26c)는 바디(26)의 외주면에 요홈(26b)을 형성하기 위해 노치 형성용 툴(33)로 압착할 경우 돌설되는 것으로 엔드캡(30)을 결합한 후 형성하게 된다.

리세스부(28)에는 양측 내면에 슈(6)를 수용하기 위한 슈포켓(29)이 대향하여 형성되어 있다.

이 슈포켓(29)에 배치한 슈(6)의 평면부는 사판(5)의 표리면에 접촉하고, 사판(5)의 외주부를 습동가능하게 협지하고 있다.

엔드캡(30)은 ㅛ자형상으로 이루어져 바디(26)의 개구부에 억지삽입되며 포깅(Forging)이나 케스팅(Casting)으로 제조된다.

엔드캡(30)은 바디(26)의 개구부에 삽입되어 결합되는 결합부(31)와 상기 결합부(31)와 일체로 형성되고 냉매를 압착하는 압축부(32)를 포함한다.

상기 엔드캡(30)의 결합부(31)는 바디(26)의 외주면에 형성된 요홈(26b)에 대응하는 요홈(31a)을 갖고, 결합부(31)의 단부가 바디(26)에 형성된 세팅비드(26a)와 접면된다.

본 발명의 피스톤은 바디(26)와 엔드캡(30)으로 이루어진 분할형으로 이들은 포깅이나 케스팅에 의해 제조된다.

이하, 피스톤의 제조과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 바디(26)는 일측이 개구된 원통형으로, 밀폐면 내부 둘레방향으로 세팅비드(26a)를 형성한다. 상기 바디(26)의 개구부 반대측에는 사판(5)의 단부가 삽입되는 Ｕ자형상의 리세스부(28)가 일체로 형성된다.

상기 바디(26)와 리세스부(28)는 브릿지(27)에 의해 연결되고, 상기 리세스부(28)의 양측 내면에는 피스톤을 협지하는 슈(6)를 수용하기 위한 한 쌍의 슈포켓(29)을 갖게 된다.

엔드캡(30)은 ㅛ자형상으로 바디(26)의 개구부에 삽입되어 결합되는 원통형의 결합부(31)를 갖고 이 결합부(31)의 외주면 둘레방향으로 요홈(31a)이 형성되며, 상기 결합부(31)는 냉매를 압착하는 압축부(32)와 일체로 형성되게 제조된다.

이와 같이 제조된 바디(26)와 엔드캡(30)은 바디(26)의 개구부에 엔드캡(30) 의 결합부(31)를 삽입하여 밀착시키면 결합부(31)의 단부가 바디(26) 내부에 형성된 세팅비드(26a)에 밀착된다. 이후 상기 엔드캡(30)의 결합부(31)에 형성된 요홈(31a)과 대응되는 바디(26)의 외주면을 노치 형성용 툴로 압착하면 바디(26)의 외주면에 요홈(26b)이 형성됨과 동시에 내주면이 돌설되면서 결합부(31)의 요홈(31a)과 형합되므로 바디와 엔드캡(30)이 일체로 결합된다.

이러한 구조로 된 피스톤은 바디와 엔드캡을 용접하지 않고 일체적으로 결합하므로 비교적 간단하고 저렴하게 피스톤을 제조할 수 있고, 바디에 엔드캡을 균일하게 압입시킬 수 있다.

이와 같이 제조된 피스톤은 도 1과 같이 리세스부(28)의 내면에 대향하여 형성된 슈포켓(29)에 한 쌍의 반구형 슈(6)가 미끄럼 가능하게 배치됨과 동시에 반구형 슈(6)들의 평면부는 사판(5)의 외주면상의 양측면에서 미끄럼 가능하게 접촉하게 되며, 이로인해 사판(5)이 회전하면 피스톤(25) 실린더보어(3)내에서 왕복하게 된다.

상술한 구조의 피스톤이 결합된 압축기의 작용을 설명하면, 구동축(2)이 회전할 때 힌지 기구를 통해 일정한 경사각을 갖는 사판(5) 또한 회전하게 되고, 따라서 슈(6)을 통해 사판(5)의 회전운동은 개개의 실린더보어(3)내에서 피스톤(25)의 왕복운동으로 전환된다. 그에 따라 냉매가스는 리어하우징(11)의 흡입실(9)로부터 개개의 실린더보어(3)로 유입되어 피스톤(25)의 왕복운동에 의해 압축된다. 압축된 냉매 가스는 개개의 실린더보어(3)로부터 토출실(10)로 토출된다.

이 때, 개개의 실린더보어(3)로부터 토출실(10)로 토출되는 냉매 가스의 양 은 크랭크실(7)의 압력 수준을 조정하는 압력조절수단에 의해 조절된다. 즉, 증발기의 부하가 증가하면 흡입실(9)내의 압력이 높아지게 되고 그에 따라 압력조절밸브(34)는 토출실(10)로부터 크랭크실(7)로 이동되는 냉매 가스를 차단시키게 되므로 크랭크실(7)의 압력수준은 낮아지게 된다.

크랭크실(7)의 압력 수준이 낮아질 때, 크랭크실(7)의 압력이 피스톤(25)에 작용하는 힘이 감소하게 되고, 따라서 사판(5)의 경사각은 증가하게 된다. 이에 따라 힌지 수단을 이루는 핀(22)은 슬릿(19)을 따라 아래쪽으로 미끄럼 이동된다. 따라서, 사판(5)은 스프링(23) 힘에 대항하여 압축기의 전방으로 이동하여 경사각은 커지게 되고, 그 결과 개개의 피스톤(25)의 행정길이가 연장되게 되어 압축기의 압축용량이 증가하게 된다.

반면, 증발기의 부하가 감소하면 흡입실(9)내의 압력이 저하되고 그에 따라 조절밸브(34)는 토출실(10)의 압축된 냉매가스를 크랭크실(7)로 보내게 된다. 크랭크실(7)의 압력 수준이 높아짐에 따라 크랭크실(7)의 압력이 피스톤(25)에 작용하는 힘은 증가하게 되고, 따라서 사판(5)의 경사각은 작아지게 된다. 즉, 힌지 수단을 이루는 핀(22)은 슬릿(19)을 따라 상단부 쪽으로 미끄럼 이동된다. 따라서, 사판(5)은 압축기의 후방으로 이동하여 경사각이 감소하게 되므로 피스톤(25)의 행정길이가 짧아지게 되어 압축기의 압축용량이 감소된다.

상술한 압축기의 압축행정동안 각각의 피스톤(25)에는 크랭크실(7)의 압력과 압축반력이 작용하게 되며, 이 힘들은 슈(6)를 통해 사판(5)에 작용하게 되고, 크기는 같으나 방향이 반대인 반력이 다시 슈(6)를 통해 사판(5)으로부터 피스톤(25) 에 작용하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 원통형상의 피스톤 바디에 엔드캡을 형합에 의해 결합한 것으로, 바디와 엔드캡을 용접하지 않고 일체적으로 결합하므로 비교적 간단하고 저렴하게 피스톤을 제조할 수 있고, 바디에 엔드캡이 균일하게 압입상태를 유지할 수 있다.

Claims (2)

1. 구동축을 회전가능하게 지지함과 동시에 피스톤을 왕복동자재하게 수용하는 보어가 형성된 실린더 블록, 상기 구동축의 회전에 의해 회전하는 사판, 상기 피스톤의 리세스부의 양측내면의 대향하는 위치에 형성한 슈포켓에 배치한 슈를 통해 상기 사판의 외주부를 습동자재하게 협지하고, 구동축의 회전에 의해 상기 사판을 회전시켜 피스톤을 보어 내에서 왕복동시키는 사판식 압축기에 있어서,

   일측이 개구된 원통형의 바디를 갖고, 상기 바디는 밀폐면 내부 둘레방향으로 세팅비드가 형성되며, 상기 바디의 외주면 둘레방향으로 요홈을 갖으며;

   상기 바디의 일측에 형성된 개구부의 반대측에 상기 사판의 단부가 삽입되는 U자형상의 리세스부를 갖고, 상기 바디와 리세스부는 브릿지에 의해 연결되며, 상기 리세스부의 양측 내면에는 피스톤을 협지하는 슈를 수용하기 위한 한 쌍의 슈포켓을 갖고;

   상기 바디의 개구부에 삽입되어 결합되는 결합부와 상기 결합부와 일체로 형성되고 냉매를 압착하는 압축부를 갖는 ㅛ자형상의 엔드캡을 갖으며; 상기 엔드캡의 결합부는 상기 바디의 외주면에 형성된 요홈에 대응하는 요홈을 갖고, 상기 결합부의 단부가 상기 바디에 형성된 세팅비드와 접면되는 것을 특징으로 용량가변형 사판식 압축기용 피스톤.
2. 일측이 개구된 원통형의 바디를 갖고, 상기 바디의 밀폐면 내부 둘레방향으로 세팅비드가 형성되고, 상기 바디의 일측에 형성된 개구부의 반대측에 상기 사판의 단부가 삽입되는 U자형상의 리세스부를 갖고, 상기 바디와 리세스부는 브릿지에 의해 연결되며, 상기 리세스부의 양측 내면에는 피스톤을 협지하는 슈를 수용하기 위한 한 쌍의 슈포켓을 갖는 바디제조단계;

   상기 바디의 개구부에 삽입되어 결합되는 결합부와 상기 결합부와 일체로 형성되고 냉매를 압착하는 압축부를 갖는 ㅛ자형상의 엔드캡을 갖으며, 상기 엔드캡의 결합부는 외주면 둘레방향으로 요홈을 갖고, 상기 결합부의 단부가 상기 바디에 형성된 세팅비드와 접면되는 엔드캡제조단계;

   상기 바디의 개구부에 상기 엔드캡을 삽입하고 상기 바디의 외주면을 노치 형성용 툴로 압착하여 돌설된 비드가 상기 엔드캡의 결합부에 형성된 요홈에 삽입되어 결합되는 바디/엔드캡 결합단계;를 포함하는 용량가변형 사판식 압축기용 피스톤 제조방법.

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