KR100903060B1 - 사판식 압축기의 샤프트 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트를 지지하는 스러스트 베어링과 코일스프링을 대신하는 구성을 설치하여 샤프트 회전시 불필요한 마찰저항이 발생되지 않는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조에 관한 것으로, 샤프트의 일단부를 지지할 수 있도록 센터보어가 형성된 실린더블록을 구비한 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 압축기 정지시 샤프트의 일단부와 접촉하는 상태로 상기 센터보어 내에 위치하되, 상기 샤프트가 정상 회전할 시 샤프트와 간극을 유지하도록 하는 백 레이스가 설치된 것을 특징으로 하므로, 샤프트가 회전할 때 발생되던 마찰저항을 근본적으로 차단하여 마찰열 및 진동과 소음을 차단하는 동시에, 샤프트의 구동능력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스러스트 베어링과 코일스프링을 생산하고 설치하는 공정을 생략할 수 있어 전체 압축기의 부품수 감소에 따른 제품원가의 절감과 조립공정이 단순화되는 효과가 있다.

사판식 압축기, 샤프트, 백 레이스,

Description

사판식 압축기의 샤프트 지지구조{SHAFT SUPPORT STRUCTURE OF A SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 사판식 압축기의 샤프트 지지구조에 관한 것으로, 특히 샤프트를 지지하는 스러스트 베어링과 코일스프링을 대신하는 구성을 설치하여 샤프트 회전시 불필요한 마찰저항이 발생되지 않는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공조장치를 구성하는 압축기는 풀리를 통하여 전달되는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 냉매를 내부로 흡입한 후 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기는 압축구조에 따라 다양한 종류가 있으며, 일반적으로 압축방식 및 구조에 따라 크게 왕복식과 회전식으로 나뉜다. 왕복식은 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식으로, 회전식은 메인 로터리식 및 스크롤식 등으로 다시 나뉘며, 이들 압축기들 중에는 압축 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형의 것도 있다.

사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받는 샤프트에 경사지게 설치된 디스크 형상의 사판이 샤프트에 의해 회전하고, 이 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈를 통해 설치된 다수의 피스톤들이 실린더 블록에 형성된 실린더 보어 내부에서 직선 왕복운동함으로써, 냉매를 흡입/압축하여 토출하도록 구성된다.

가변 용량형 사판식 압축기는, 열부하에 따라 샤프트에 설치된 사판의 경사각이 가변되도록 구성된 것으로, 이에 따라 피스톤의 왕복 이송량이 변화되면서 냉매 토출량이 가변 조절된다.

상기와 같은 가변 용량형 사판식 압축기의 일 예로써 대한민국등록특허 제748140호(이하, '종래기술'이라 함)의 구성을 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 사판식 압축기(1)는 센터보어(4)와 그 주변에 방사상으로 형성된 다수의 실린더보어(cylinder bore)(6)를 갖는 실린더블록(2)을 가지며, 실린더블록(2)의 양측은 전방 하우징(8)과 후방 하우징(10)에 의해 밀폐된다. 실린더블록(2)과 전방 하우징(8)의 사이에는 기밀상태의 크랭크 실(12)이 구비되며, 실린더블록(2)의 후단부와 후방 하우징(10) 사이에는 밸브 플레이트(14)가 개재되고, 후방 하우징(10)에는 냉매가스의 유출입을 위한 유출구 및 유입구, 흡입실(16) 및 토출실(18)이 각각 형성된다. 흡입실(16) 및 토출실(18)은 각기 흡입 및 토출 밸브 기구를 통해 개개의 실린더보어(6)와 냉매의 소통이 이루어진다. 샤프트(20)는 전방 하우징(8)을 지나 실린더블록(2)까지 연장되도록 중심부에 배치되며, 또한 전방 하우징(8)과 실린더블록(2)에 장착된 레이디얼 베어링(22)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 실린더보어(6)에 삽입된 샤프트(20)의 일측 단부는 지지수단에 의해 축방향으로 지지되어 샤프트(20)의 축방향 유동을 방지 하게 된다. 실린더블록(2)과 전후방 하우징(8,10)은 관통볼트(24)로서 결합된다. 크랭크실(12)내에는 회전체(rotor)(26)가 샤프트(20)와 함께 회전 가능하게 샤프트(20)에 장착되며, 또한 회전체(26)는 샤프트(20)와 함께 회전되도록 크랭크실(12)을 가로지르는 샤프트(20)에 고정되게 장착된다. 사판(swash plate)(28)은 샤프트(20)에 회전 가능하게 지지되며, 샤프트(20)와 사판(28) 사이에는 구형 슬리브(spherical sleeve)가 개재될 수 있으며, 이 경우 사판(28)은 구형 슬리브의 외부 지지면에 회전 가능하게 지지된다. 도 1에서 사판(28)은 최대 경사각의 위치에 있으며, 이때 스프링(30)은 최대로 압축된 상태이고, 돌출부(32)의 스톱면(stop surface)(32a)은 회전체(26)와 접촉되므로 사판(28)의 경사각은 회전체(26)에 의해 제한된다. 또한 샤프트(20)에는 스토퍼(34)가 제공되어 사판(28)의 최소 경사각이 제한된다.

그리고, 사판(28)과 회전체(26)는 힌지기구에 의해 연결되어 함께 회전하게 된다. 즉, 지지아암(36)이 회전체(26)의 한 측면으로부터 축을 따라 바깥방향으로 돌출되며, 아암(38)은 사판(34)의 한 표면으로부터 회전체(26)의 지지아암(36)쪽으로 돌출된다. 지지아암(36)과 아암(38)은 핀(40)에 의해 서로 연결된다.

개개의 실린더보어(6)에는 피스톤(42)이 미끄럼 가능하게 배치되며, 각각의 피스톤(42)은 실린더보어(6)내에 미끄럼 가능하게 배치되는 몸통(44)과 브릿지부(46)를 갖는다. 피스톤(42)의 브릿지부(46)에는 리세스(recess)(48)가 형성되며, 이 리세스(48)에는 사판(28)의 외주 부분이 위치하게 된다. 반구형 슈들(50)은 피스톤(42)의 브릿지부(46)에 형성된 슈 포켓(shoe pocket)(52)에 배치되어 사판(28) 의 외주 부분의 양면과 미끄럼 가능하게 맞물리게 된다. 따라서, 샤프트(20)가 회전함에 따라 사판(28)도 회전하게 되며, 사판(28)의 회전운동은 슈들(50)을 통해 피스톤(42)의 왕복운동으로 전환된다. 피스톤(42)의 일측 단부에는 절취부(cutout portion)(54)가 형성되는데, 이 절취부(54)는 피스톤(42)이 하사점에 위치했을 때 사판(28)의 표면과 피스톤(42)의 몸통(44)이 서로 접촉되는 것을 방지하기 위한 것이다.

계속해서, 도 2를 참조하여 샤프트를 축방향으로 지지하는 지지수단의 구성을 보면, 지지수단(56)은 실린더블록(2)의 센터보어(4)내에 위치하면서 샤프트(20)의 일단부에 결합되는 스러스트 베어링(58)의 일측면에 밀접되게 결합되어 샤프트(20)와 함께 회전되는 구동레이스(80)와, 스러스트 베어링(58)의 타측면에 밀접되게 결합되어 샤프트(20)의 회전에 관계없이 고정상태를 유지하는 고정레이스(82)를 갖는다. 아울러 스러스트 베어링(58)을 포함한 두 레이스(80,82)를 축방향으로 지지하므로써 결국 샤프트(20)를 지지하게 되는 코일스프링(64)을 갖는다.

그러나, 종래 기술에 따른 가변 용량형 사판식 압축기는 샤프트(20)가 정상적인 운전시 가스력을 받아 전방 하우징(8) 쪽으로 이동한 상태에서 회전하게 되는데, 후방 하우징(10) 쪽에 배치된 코일스프링(64)에 의해 스러스트 베어링(58), 레이스(80,82)가 회전하는 샤프트(20)에 항상 접촉되게 하여 마찰저항을 발생시키게 된다. 이로 인해 마찰시 발생되는 열에 의해 두 부품간은 마모와 고열을 유발하여 전체 압축기의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 샤프트(20)를 지지하기 위한 스러스트 베어링(58)과 코일스프링(64)을 이용하므로 제조비용이 상승시키는 원인으로 작용하였을 뿐만 아니라, 상기 샤프트(20)에는 스러스트 베어링(58)과 상기 스러스트 베어링(58)의 양 측면에 배치되는 구동레이스(80) 및 고정레이스(82)와, 코일스프링(64)을 순차적으로 결합시켜야 하는 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 샤프트의 정상적인 운전시 지지구조로부터 발생되는 마찰저항을 근본적으로 차단할 수 있는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 별도로 제작되는 스러스트 베어링과 코일스프링의 생산을 배제시켜 생산원가를 절감하며, 조립공정의 간소화로 작업성과 생산성을 동시에 향상시킬 수 있는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 사판식 압축기의 샤프트 지지구조는, 샤프트의 일단부를 지지할 수 있도록 센터보어가 형성된 실린더블록을 구비한 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서, 상기 압축기 정지시 샤프트의 일단부와 접촉하는 상태로 상기 센터보어 내에 위치하되, 상기 샤프트가 정상 회전할 시 샤프트와 간극을 유지하도록 하는 백 레이스가 설치된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 백 레이스는 판형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백 레이스는 다양한 두께로 제작되고, 상기 사판식 압축기의 전체 공차를 고려하여 선별 조립되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 백 레이스에는 연성의 방진재료로 제작되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 백 레이스는 중앙에 관통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샤프트와 백 레이스의 간극은 압축기의 탑 클리어런스보다 작게 설정된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 샤프트와 백 레이스의 간극은 0.05 ~ 0.35mm인 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 백 레이스를 설치함으로써 샤프 트가 회전할 때 발생되던 마찰저항을 근본적으로 차단하여 마찰열 및 진동과 소음을 차단하는 동시에, 샤프트의 구동능력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스러스트 베어링과 코일스프링을 생산하고 설치하는 공정을 생략할 수 있어 전체 압축기의 부품수 감소에 따른 제품원가의 절감과 조립공정이 단순화되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 사판식 압축기의 샤프트 지지구조를 나타내는 도면이다.

또한, 설명의 편의상 종래기술과 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명도 생략하며, 차이가 있는 구성에 대해서만 설명하도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사판식 압축기의 샤프트 지지구조는, 샤프트(20)와, 상기 샤프트(20)의 일단부를 지지할 수 있도록 센터보어(4)가 형성된 실린더블록(2)을 구비하며, 상기 센터보어(4)에는 상기 샤프트(20)를 지지하는 백 레이스(100)가 설치된다.

즉, 상기 센터보어(4)에는 샤프트(20)의 일단부를 지지하도록 하는 스러스트 베어링(58)과 코일스프링(64)이 설치되는 것이 아니라 백 레이스(100)를 이용하여 지지하는 구조이다.

특히, 도 4를 참조하여, 본 발명의 특징적인 구성요소인 백 레이스(100)에 대하여 설명한다.

상기 백 레이스(100)는 중앙에 관통홀(110)이 형성된 판의 형상으로 금속 또는 합금강의 재질로 제작한다.

이러한 상기 백 레이스(100)는 샤프트(20)와 접촉하는 면이 매끈하도록 가공하는 것이 바람직하다. 이는, 샤프트(20)가 백 레이스(100)에 지지된 상태에서 차량의 정상적인 운행에 따른 샤프트(20)의 회전시, 두 부품간의 마찰저항을 최소화하기 위함이다.

한편, 도 5는 백 레이스(100')의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 소정의 간극(L)을 두고 구동하는 샤프트(20)가 구동을 멈추는 과정에서 발생하는 충격진동과 충격소음을 감소시키기 위해 연성의 방진재료(고무, 실리콘, 코르크 등)로 구성된 백 레이스(100')가 채택된다.

본 발명에 따른 상기 백 레이스(100)는 압축기의 정지시나 가동시, 상기 샤프트(20)의 일단부와 접촉하는 상태로 상기 센터보어(4) 내에 위치하되, 상기 샤프트(20)의 정상 회전시에는 샤프트(20)의 단부로부터 소정의 간극(L)을 유지하여 두 부품간의 마찰저항을 근본적으로 차단하는 역할을 수행한다.

또한, 상기 백 레이스(100)는 샤프트(20)의 단부에 대응하는 크기를 갖으며, 상기 실린더블록(2)의 센터보어(4) 내에 설치가능한 형태로 제작한다.

특히, 상기 백 레이스(100)는 샤프트(20)와 실린블록(2)간의 치수공차 범위를 고려하여 선별조립할 수 있도록 다양한 두께로 제작되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(20)와 실린더 블럭(2)의 센터보어(4)를 성형하는 가공 단계에서 각각은 오차범위 내의 치수공차가 발생되며, 이 두 부품을 조립하는데 있어서도 조립공차가 발생된다. 따라서, 샤프트(20)가 정지시에는 샤프트(20)와 접촉하여 지지하고(도 6참조), 샤프트(20)가 회전시에는 샤프트(20)의 단부로부터 소정의 간극(L)이 유지되도록 하여 마찰저항이 발생되지 않도록 하는 백 레이스(100)를 다양한 두께로 제작하므로써, 조립시 발생되는 압축기 공차에 대하여 선별 조립이 가능한 것이다.

여기서, 상기 소정의 간극(L)은 피스톤(42)의 탑 클리어런스(CT:top clearence) 보다 좁은 상태에서 유지되도록 한다. 통상적으로 피스톤(42)의 탑 클리어런스(CT)는 밸브 플레이트(14) 및 흡입실(16)로부터 0.1 ~ 0.4mm 정도로 유지된 상태이다.(도 3참조).

따라서, 샤프트(20)와 백 레이스(100)의 소정의 간극은 0.05 ~ 0.35mm 내에서 설치되도록 한다.

즉, 샤프트(20)의 정지시 샤프트(20)가 백 레이스(100) 쪽으로 이동하여 밀착지지 될 경우에도 피스톤(42)은 밸브 플레이트(14) 및 흡입실(16)에 밀착되지 않도록 하기 위함이다.

또한, 상기 백 레이스(100)가 설치되는 실린더블록(2) 센터보어(4)의 경우, 스러스트 베어링(58)과 코일스프링(64)을 설치할 공간을 마련할 필요가 없으므로 강재를 보다 효율적으로 가공할 수 있다.

도 1은, 종래기술의 가변 용량형 사판식 압축기의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 2는, 도 1의 샤프트를 지지하는 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.

도 3은, 본 발명에 따른 사판식 압축기의 샤프트 지지구조를 나타낸 단면도이다.

도 4는, 도 3의 샤프트와 백 레이스간의 간극이 유지된 상태로 작동하는 상태도를 나타낸 단면도이다.

도 5는, 도 4의 백 레이스의 재질을 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 6은, 도 3의 샤프트의 정지시 백 레이스에 지지되는 구조를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 100' : 백 레이스 110 : 관통홀

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 샤프트의 일단부를 지지할 수 있도록 센터보어가 형성된 실린더블록을 구비한 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서,

   상기 압축기 정지시 샤프트의 일단부와 접촉하는 상태로 상기 센터보어 내에 위치하되, 상기 샤프트가 정상 회전할 시 샤프트와 간극을 유지하도록 하는 백 레이스를 포함하며,

   상기 백 레이스는 판형상으로 하되, 다양한 두께로 제작하고 상기 사판식 압축기의 전체 공차를 고려하여 선별 조립되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조.
4. 샤프트의 일단부를 지지할 수 있도록 센터보어가 형성된 실린더블록을 구비한 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서,

   상기 압축기 정지시 샤프트의 일단부와 접촉하는 상태로 상기 센터보어 내에 위치하되, 상기 샤프트가 정상 회전할 시 샤프트와 간극을 유지하도록 하는 백 레이스를 포함하며,

   상기 백 레이스에는 연성의 방진재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조.
5. 제3항에 있어서,

   상기 백 레이스는 중앙에 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조.
6. 샤프트의 일단부를 지지할 수 있도록 센터보어가 형성된 실린더블록을 구비한 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서,

   상기 압축기 정지시 샤프트의 일단부와 접촉하는 상태로 상기 센터보어 내에 위치하되, 상기 샤프트가 정상 회전할 시 샤프트와 간극을 유지하도록 하는 백 레이스를 포함하며,

   상기 샤프트와 백 레이스의 간극은 압축기의 탑 클리어런스보다 작게 설정된 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조.
7. 제6항에 있어서,

   상기 샤프트와 백 레이스의 간극은 0.05 ~ 0.35mm인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 샤프트 지지구조.

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