KR100929903B1 - 사판식 압축기의 피스톤 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편구홈의 완전 구면의 형성이 가능함과 아울러 이에 따른 압축기의 작동 불량을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하며,

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤(40)의 일측에 형성된 요홈(43)내에 사판(70)의 외주 일부가 한쌍의 편구(46)를 매개로 결합되도록 상기 요홈(43)의 마주보는 내벽면에 이들의 간극보다 큰 직경의 가상구를 이루는 한쌍의 편구홈(47)(48)을 가공하는 방법으로 이루어진 사판식 압축기의 피스톤 가공방법에 있어서, 커터(100)를 상기 요홈(43)내로 진입되도록 하여 상기 가상구의 직경(d1)보다 소정치 작은 직경(d2)을 갖도록 황삭 가공하는 단계와; 상기 황삭 가공 단계를 진행한 후, 상기 편구홈(47)(48)이 완성되도록 상기 직경(d1)과 직경(d2)의 차만큼 더 정삭 가공하는 단계와; 상기 정삭 가공하는 단계를 진행한 후 커터를 요홈(43)의 외측으로 후퇴시키는 단계를 포함하며,

상기 정삭 가공단계는,

상기 커터(100)를 상기 피스톤(40)의 중심축선(L1)과 직교하는 요홈(43)의 중심축선(L2)을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러 상기 피스톤(40)을 상기 피스톤(40)의 중심축선(L1)을 중심으로 하여 일정한 각도(α)만큼 회전시키는 것을 특징으로 한다.

황삭, 정삭, 피스톤, 가공

Description

사판식 압축기의 피스톤 가공방법{A method for processing piston in swash plate type compressor}

도 1은 일반적인 가변용량형 사판식 압축기의 종단면도.

도 2는 본 발명의 황삭 가공단계를 거쳐 1차 편구홈이 가공된 상태의 피스톤의 정면도.

도 3은 본 발명의 황삭 가공단계를 개시한 후에 일 실시예에 해당되는 커터를 사용하는 정삭 가공단계를 거쳐 최종의 편구홈을 가공하는 공정을 나타낸 정면도.

도 4는 본 발명의 황삭 가공단계를 개시한 후에 다른 실시예에 해당되는 커터를 사용하여 정삭 가공단계를 거쳐 최종의 편구홈을 가공하는 공정을 나타낸 정면도.

도 5는 본 발명의 황삭 가공단계에서 가공된 편구홈의 직경과 정삭 가공단계에서 가공된 편구홈의 직경 차이를 나타낸 피스톤의 정면도.

도 6은 본 발명의 설명에 사용되는 피스톤의 외관을 도시한 사시도.

도 7은 도 6에 도시된 피스톤의 정면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40 : 피스톤

43 : 요홈

46 : 편구

47,48 : 편구홈

70 : 사판

100 : 커터

본 발명은 사판식 압축기의 피스톤 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편구홈의 완전 구면의 형성이 가능함과 아울러 이에 따른 압축기의 작동 불량을 미연에 방지할 수 있도록 한 사판식 압축기의 피스톤 가공방법에 관한 것이다.

자동차의 냉방장치를 구성하는 압축기는 풀리를 통하여 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 공급되는 기상의 냉매를 압축하여 액화하기 쉬운 고온고압의 상태로 변화시켜 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기의 한 종류로서 사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받아 구동축에 경사지게 축설된 디스크 형상의 사판이 구동축에 의해 회전되고, 이 사판의 회전에 따른 사판 외주부의 요동으로 사판 외주에 결합된 다수의 피스톤들이 실린더 블록에 형성된 다수의 보어 내부에서 직선 왕복 운동함으로써, 이들 피스톤들의 흡입과 가압 작용으로 증발기로부터 유입되는 냉매가스를 흡입, 압축하여 배출하는 장치이다.

이러한 사판식 압축기로서 도 1에 도시된 압축기는 특히 냉매량을 가변하면서 압축할 수 있는 가변용량형 사판식 압축기이다.

도시된 바와 같이, 사판식 압축기는 크게 실린더 블록(10)과, 전방 하우징(20)과, 후방 하우징(30)과, 피스톤(40)과, 구동축(50)과, 로터(60)와, 사판(70)과, 밸브유니트(80)와, 컨트롤 밸브(90)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 실린더 블록(10)은 센터보어(11)와, 이 센터보어(11)의 주변에 방사상으로 등간격으로 전후 관통 형성된 다수개의 실린더보어(12)를 구비하고 있다.

상기 전방 하우징(20)과 후방 하우징(30)은 실린더 블록(10)의 전후방 단부에 각각 배치되어 장볼트(21)에 의해 이들 세부품들은 하나로 결합되어 있다.

상기 피스톤(40)은 개개의 실린더보어(12)내에 미끄럼 가능하게 배치되는 것으로 몸통(41)과 브릿지부(42)를 갖는다.

상기 구동축(50)은 전방 하우징(20)의 앞쪽 벽면 중앙을 회동 가능하게 관통하여 전방 하우징(20)의 내부에 형성되는 크랭크 실(22)을 거쳐 실린더 블록(10)의 중앙에 후단부가 회동 가능하게 지지되도록 설치되어 있다.

상기 실린더 블록(10)과 전방 하우징(20)에 의하여 형성되는 내부 공간은 기밀 상태의 공간으로 크랭크 실(22)로 사용된다.

상기 로터(60)는 상기 크랭크 실(22)의 내부 앞쪽에 구동축(50) 둘레로 축착되어 배치되어 구동축(50)의 회전에 따라 회전된다.

상기 사판(70)은 크랭크 실(22) 내부 중앙에 설치되는 데, 구동축(50)의 둘 레로 경사 조절 가능하게 설치되어 있다. 좀더 구체적으로, 사판(70)과 로터(60)는 힌지기구에 의해 연결되어 함께 회전하게 된다.

즉, 지지아암(61)이 로터(60)의 한 측면으로부터 축을 따라 바깥 방향으로 돌출되어 있으며, 아암(71)은 사판(70)의 한 표면으로부터 로터(60)의 지지아암(61)쪽으로 돌출되어 있다. 이 지지아암(61)과 아암(71)은 핀(62)에 의해 서로 연결되어 있다.

그리고, 상기 사판(70)의 외주 일부는 상기 피스톤(40)의 브릿지부(42)에 회전 가능하게 삽입된다.

상기와 같이 사판(70)이 로터(60)와 피스톤(40)의 브릿지부(42)에 연결됨으로써, 구동축(50)에 의해 회전되는 로터(60)와 함께 회전함과 아울러 크랭크실(22) 내부의 압력에 따라 핀(62)을 중심으로 전후 회전함으로써 사판(70)의 경사 조절이 가능하게 된다.

한편, 상기 밸브유니트(80)는 실린더 블록(10)과 후방 하우징(30)과의 사이에 설치되어 냉매의 흡입 및 토출을 제어하게 된다.

상기 밸브유니트(80)는 실린더 블록(10)과 후방 하우징(30)과의 사이에 개재되는 밸브 플레이트(81)와, 이 밸브 플레이트(81)와 실린더 블록(10)과의 사이에 개재되는 흡입 리드 밸브(82)와, 밸브 플레이트(81)와 후방 하우징(30)과의 사이에 개재되는 토출 리드 밸브(83)를 포함하여 이루어져 있다.

그리고, 상기 토출 리드 밸브(83)와 후방 하우징(30) 사이에는 토출 리드 밸브(83)의 작동부의 작동 영역을 제한함과 아울러 상기 작동부의 손상을 방지하기 위하여 바깥쪽 단부가 뒤쪽으로 굴곡된 밸브 리테이너(84)가 설치되며, 이 밸브 리테이너(84)는 중앙부가 밸브 유니트(80)와 함께 리벳(85) 또는 결합볼트에 의해 결합되어 있다.

이상의 구성들로 이루어진 가변용량형 사판식 압축기는 상기 각 구성들의 유기적 작동을 통하여 증발기로부터 이송되는 냉매를 압축하여 응축기로 토출하게 된다.

먼저, 상기 구동축(50)이 엔진의 동력으로 회전하면, 이 구동축(50)에 축착된 로터(60)가 사판(70)과 함께 회전하고, 사판(70)의 가장자리에 설치된 피스톤(40)들이 사판(70)의 경사각 크기에 비례하는 거리만큼 왕복동한다.

이때, 피스톤(40)이 후진(도 1에서 좌측방향으로의 이동)하는 동안 흡입구(81a)를 통하여 흡입실(32)의 냉매가 실린더보어(12)내로 유입되고, 피스톤(40)이 하사점에 이른 후 다시 전진하는 동안 실린더보어(12)에 유입된 냉매가 피스톤(40)의 가압작용으로 압축되어 고압의 상태로 배출구(81b)를 통하여 배출실(31)로 배출되며, 이어 배출실(31)의 고압냉매는 냉매유로(미도시)를 통하여 응축기(미도시)로 토출된다.

이상과 같은 냉매압축작용에 있어서, 사판(70)은 회전운동을 하는데 반해 이 사판(70)의 외주부에 결합되어 사판(70)의 회전에 의해 왕복동되는 피스톤(40)은 직선 왕복운동한다.

따라서, 이들 사이에는 동력을 소모하여 압축기의 압축성능을 저하시키는 마찰이 필연적으로 일어나게 되므로, 이들이 직접적으로 마찰되는 부분에 마찰력을 최소화할 수 있는 미끄럼수단이 필요하다.

그리고, 피스톤(40)의 직선왕복운동은 경사진 사판(70)의 회전에 따른 사판 외주의 경사각 변위에 의한 것으로 피스톤(40)이 사판(70)의 경사각 변위를 수용할 수 있는 수단도 필요하다.

이에, 압축기의 피스톤(40)은, 일반적으로 그 일측에 형성된 요홈(43)의 양측 내벽(44)(45)에, 사판(70)의 표면과 직접적으로 접촉하면서 피스톤(40)과 사판(70) 사이의 마찰력을 줄이고 또 피스톤(70)에 대한 사판(40) 외주 표면의 경사각 변위를 수용할 수 있는 편구(46)를 개재한 채로 사판(40)의 외주가 피스톤(70)의 요홈(43)에 끼워짐으로써 사판(70)에 결합된다.

상기 편구(46)는 평면(平面)과 구면(球面)으로 이루어진 편구형(便球形)의 강제(鋼製) 슈(shoe)이다.

이 편구(46)는 피스톤 요홈 양측 내벽(44)(45)에 편구(46)의 구면과 대응하는 형상으로 형성된 편구홈(47)(48)에 안치된다.

따라서, 편구(46)는 사판(70)이 회전할 때 피스톤(40)과 사판(70) 사이에서 사판(70)의 경사각 변위에 따라 편구홈(47)(48)에 접하여 슬라이딩됨으로써 사판(70) 표면의 경사각 변위를 구면에 의한 회전으로 수용하여 사판(70) 외주의 축방향 요동력을 피스톤(40)에 원활하게 전달하게 된다.

한편, 상기 편구(46)가 안치되는 피스톤 요홈(43) 양측 내벽의 편구홈(47)(48)들은 앞서 설명한 바와 같이 편구(46)의 구면에 대응하는 구형 곡면을 가져야 하는 바, 편구(46)가 원활하게 회전될 수 있게 하기 위해서는 양측 편구 홈(47)(48)의 곡률 중심이 서로 같아야 하고, 또 그 곡률 중심은 편구(46)의 곡률 중심과 같아야 한다.

그 이유는 두 개의 편구홈들(47)(48)이 하나의 구(球)를 이루도록 하기 위함이다.

최근에 상기한 바와 같이 하나의 가상구(假象求)(i)를 이루게 되도록 요홈 양측 내벽(44)(45)에 형성되는 두 개의 편구홈(47)(48)을 정밀 가공하기 위한 피스톤 가공방법들이 개발되고 있다.

이 편구홈(47)(48) 가공에 있어서 가장 어려운 점은, 두 개의 편구홈(47)(48)이 피스톤 요홈(43)의 정중앙에 구심(球心)을 갖는 하나의 정확한 가상구(I)를 이루어야 하는 반면에 이 편구홈(47)(48)을 절삭하기 위한 절삭공구인 커터를 삽입할 수 있는 피스톤 요홈(43)의 양측내벽(44)(45) 사이의 간극은 상기 가상구(I)의 구경에 비해 매우 협소하다는 점이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술의 일례로 일본국 특개평10-220354호(1998.8.18;공개)가 있다.

상기 기술은 피스톤을 회전시키면서 회전되고 있지 않은 커터를 이송시키면서 구면을 가공하는 방법이다.

그리고, 종래 기술의 다른예로 일본국 특개평2000-179452호(2000.6.27;공개)가 있다.

상기 기술은 피스톤을 고정시킴과 아울러 커터를 회전시키되, 커터의 회전 중심으로부터 이송시키면서 가공하는 방법이다.

또한, 종래 기술의 또 다른예로 대한민국 특허공개 제2000-59857호(2000.10.16;공개)가 있다.

상기 기술은 피스톤을 고정시키되, 커터를 회전시켜 구면의 원 형상대로 원호 보간을 하여 가공하는 방법이다.

그런데, 전술한 종래 기술들은 구면을 가공하는 커터의 형상은 일반적으로 커터의 회전 반경보다 크고 이에 따라 커터를 이송시켜 구면의 형성할 경우 이송되는 거리의 오차로 인하여 완전 구면의 형성이 불가능하여 압축기의 작동 불량을 초래하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, 편구홈의 완전 구면의 형성이 가능함과 아울러 이에 따른 압축기의 작동 불량을 미연에 방지할 수 있도록 한 사판식 압축기의 피스톤 가공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤의 일측에 형성된 요홈내에 사판의 외주 일부가 한쌍의 편구를 매개로 결합되도록 상기 요홈의 마주보는 내벽면에 이들의 간극보다 큰 직경의 가상구를 이루는 한쌍의 편구홈을 가공하는 방법으로 이루어진 사판식 압축기의 피스톤 가공방법에 있어서, 커터를 상기 요홈내로 진입되도록 하여 상기 가상구의 직경(d1)보다 소정치 작은 직경(d2)을 갖도록 황삭 가공하는 단계와; 상기 황삭 가공 단계를 진행한 후, 상기 편구홈이 완성되도록 상기 직경(d1)과 직경(d2)의 차만큼 더 정삭 가공하는 단계와; 상기 정삭 가공하는 단계를 진행한 후 커터를 요홈의 외측으로 후퇴시키는 단계를 포함하며, 상기 정삭 가공단계는, 상기 커터를 상기 피스톤의 중심축선(L1)과 직교하는 요홈의 중심축선(L2)을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러 상기 피스톤을 상기 피스톤의 중심축선(L1)을 중심으로 하여 일정한 각도(α)만큼 회전시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 사판식 압축기의 피스톤 가공방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 황삭 가공단계를 거쳐 1차 편구홈이 가공된 상태의 피스톤의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 황삭 가공단계를 개시한 후에 일 실시예에 해당되는 커터를 사용하는 정삭 가공단계를 거쳐 최종의 편구홈을 가공하는 공정을 나타낸 정면도이며, 도 4는 본 발명의 황삭 가공단계를 개시한 후에 다른 실시예에 해당되는 커터를 사용하여 정삭 가공단계를 거쳐 최종의 편구홈을 가공하는 공정을 나타낸 정면도이며, 도 5는 본 발명의 황삭 가공단계에서 가공된 편구홈의 직경과 정삭 가공단계에서 가공된 편구홈의 직경 차이를 나타낸 피스톤의 정면도이며, 도 6은 본 발명의 설명에 사용되는 피스톤의 외관을 도시한 사시도이며, 도 7은 도 6에 도시된 피스톤의 정면도이다.

여기서, 설명의 편의상 본 발명과 관련된 도 2 및 도 7에 도시된 도면에 도시되지 않은 구성요소에 대한 부재번호는 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤(40)의 일측에 형성된 요홈(43)내에 사판(70)의 외주 일부가 한쌍의 편구(46)를 매개로 결합되도록 도 2에 도시된 바와 같이, 요홈(43)의 마주보는 내벽면(45)(45a)에 이들의 간극보다 큰 직경의 가상구를 이루는 한쌍의 편구홈(47)(48)을 가공하는 방법으로 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 피스톤(40)을 가공하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 피스톤 가공방법은 다음과 같다.

먼저, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이, 커터(100)를 상기 요홈(43)내로 진입되도록 하여 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가상구의 직경(d1)보다 소정치 작은 직경(d2)을 갖도록 황삭 가공하는 제1 단계를 진행한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같은 상태가 되도록 가공한다.

상기 제1 단계인 황삭 가공 단계를 진행한 후, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 커터(100)를 요홈(43)내로 진입시켜 상기 편구홈(47)(48)이 완성되도록 상기 직경(d1)과 직경(d2)의 차만큼 더 정삭 가공하는 제2 단계를 진행한다.

상기 제2 단계인 정삭 가공하는 단계를 진행한 후, 커터(100)를 요홈(43)의 외측으로 후퇴시키는 제3 단계를 포함하여 진행한다.

좀더 상세하게 상기 제2 단계인 정삭 가공단계는, 상기 커터(100)를 상기 피스톤(40)의 중심축선(L1)과 직교하는 요홈(43)의 중심축선(L2)을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러 상기 피스톤(40)을 상기 피스톤(40)의 중심축선(L1)을 중심으로 하여 일정한 각도(α)만큼 회전시키는 방법으로 이루어진다.

여기서, 상기 피스톤(40)의 회전 각도(α)는 90°~180° 범위로 하는 것이 가장 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축기 피스톤 가공방법은, 종래 기술에 의한 피스톤 가공방법에 비하여 편구홈에 대한 가공치수 정밀도를 크게 높일 수 있어 편구홈 가공공정에서 피스톤의 불량률을 크게 낮출 수 있다.

그리고, 피스톤을 그 중심축선으로 회전시킴으로 인해, 커터만 회전하는 경 우에 비해 보다 더 가상구에 가까운 구면으로 된 편구홈을 얻을 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 피스톤 가공방법에 따르면, 편구홈의 완전 구면의 형성이 가능함과 아울러 이에 따른 압축기의 작동 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 피스톤(40)의 일측에 형성된 요홈(43)내에 사판(70)의 외주 일부가 한쌍의 편구(46)를 매개로 결합되도록 상기 요홈(43)의 마주보는 내벽면에 이들의 간극보다 큰 직경의 가상구를 이루는 한쌍의 편구홈(47)(48)을 가공하는 방법으로 이루어진 사판식 압축기의 피스톤 가공방법에 있어서,

   커터(100)를 상기 요홈(43)내로 진입되도록 하여 상기 가상구의 직경(d1)보다 소정치 작은 직경(d2)을 갖도록 황삭 가공하는 단계와;

   상기 황삭 가공 단계를 진행한 후, 상기 편구홈(47)(48)이 완성되도록 상기 직경(d1)과 직경(d2)의 차만큼 더 정삭 가공하는 단계와;

   상기 정삭 가공하는 단계를 진행한 후 커터를 요홈(43)의 외측으로 후퇴시키는 단계를 포함하며,

   상기 정삭 가공단계는,

   상기 커터(100)를 상기 피스톤(40)의 중심축선(L1)과 직교하는 요홈(43)의 중심축선(L2)을 중심으로 하여 회전시킴과 아울러 상기 피스톤(40)을 상기 피스톤(40)의 중심축선(L1)을 중심으로 하여 일정한 각도(α)만큼 회전시키는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 피스톤 가공방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤(40)의 회전 각도(α)는 90°~180° 범위인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 피스톤 가공방법.

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