KR100964532B1 - 사판식 압축기 - Google Patents

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KR100964532B1
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이석봉
이동희
장영일
김기범
이건호
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학교법인 두원학원
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Abstract

본 발명의 사판식 압축기는, 하우징과, 다수개의 실린더보어가 형성되며 상기 하우징에 결합되는 실린더블록과, 상기 실린더보어에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤과, 상기 하우징과 실린더블록에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축에 의해 회전하며 피스톤에 연동되게 설치되는 사판을 포함하는 사판식 압축기에 있어서, 상기 사판의 보스부 일측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 탄성 지지하는 제1지지부재 및 상기 사판의 보스부 타측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 강체 지지하는 제2지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 스러스트 베어링과 스러스트 워셔에 의해 경사판의 불안정한 진동을 효과적으로 억제하여 소음을 저감하는 효과가 있다.
사판식 압축기, 사판, 진동, 스러스트 워셔

Description

사판식 압축기{Swash pate type compressor}
본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경사판의 불안정한 진동을 효과적으로 억제하여 소음을 저감하는 사판식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 공조장치는 냉매를 이용하여 차 실내의 온도를 외부의 온도보다 낮게 유지하는 장치로서, 냉매의 순환 사이클을 구성하기 위하여 압축기, 응축기 및 증발기를 구비하고 있다.
이러한 상기 압축기는 냉매를 압축 및 압송하는 장치로서 엔진의 동력이나 모터에 의해 구동된다.
왕복동식 압축기의 일종인 사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 디스크 형상의 사판이 구동축의 회전에 대응되어 경사각이 가변 또는 고정된 상태로 설치되고, 상기 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈(shoe)를 개재하여 설치된 다수의 피스톤이 실린더블록에 형성된 다수의 실린더 보어 내부에서 직선 왕복 운동함으로써 냉매가스를 흡입하고 압축하여 배출하도록 구성된다.
또한, 일반적으로 상기 냉매가스를 흡입하고 압축하여 배출시키는 과정에 있 어, 하우징과 실린더블록 사이에는 냉매가스의 흡입 및 토출을 단속하는 밸브플레이트가 설치된다.
구체적으로, 도 1 내지 도 2를 참조하여 통상의 사판식 압축기의 구성을 보다 상세히 설명한다.
도시한 바와 같이, 한 쌍의 실린더 블럭(10A, 10B)과, 상기 한 쌍의 실린더 블럭(10A, 10B)에 의해 지지가 되는 구동축(11)과, 상기 구동축(11)에 장착되는 경사판(12)과, 상기 경사판(12) 양측에 밀착되도록 상기 구동축(11)에 끼워 장착되는 스러스트 베어링(13)과, 상기 한 쌍의 실린더 블럭(10A, 10B)의 개방된 단부를 폐쇄하는 전,후방하우징(14, 15) 및 상기 한 쌍의 실린더 블럭(10A, 10B)과 상기 전,후방하우징(14, 15)을 고정하는 관통 볼트(16)로 구성된다.
여기서, 상기 관통 볼트(16)가 체결되는 것에 의해 구동축(11) 방향의 수축을 스러스트 베어링(13)의 레이스에 생기는 탄성 변형에 의해 흡수하며, 상기 레이스는 이너 레이스(inner race : 13a)와 아우터 레이스(outer race : 13b)로 구성된다.
여기서, 상기 이너 레이스(inner race : 13a)는 그 외경 근방에서 경사판(12)의 양 보스부에 형성된 고리형상 압력받이 시트(12a)와 접합하며, 상기 아우터 레이스(outer race : 13b)는 그 내경 근방에서 실린더 블럭(10A, 10B)의 지지부에 형성된 고리형상 압력받이 시트(10a)와 접합하도록 구성되는 것이다.
이와 같이 구성된 통상의 사판식 압축기에 따르면, 상기 경사판(12)의 회전에 따른 냉매 가스의 압축 반력에 의해 생기는 축 하중은 상기 스러스트 베어 링(13)에 의해 지지며, 특히 이들 스러스트 베어링(13)의 양쪽은 상술한 서로 다른 지름의 고리형상 압력받이 시트(10a, 12)에 의해 탄성지지된다.
즉, 통상의 사판식 압축기의 스러스트 베어링(13)은 도 2에 도시한 바와 같이 변동 하중을 지지하는 경사판(12)의 양측에 개재되는 스프링 수단(S)에 상응한다.
그러나, 스프링 수단(S)에 의해 압축 반력이 경사판(12)에 작용하는 가운데 공진현상이 발생하면 경사판(12)에 불안정한 진동을 초래하며, 특히 고속 회전시에 생기는 투과성이 강한 주파수 성분에 의해 소음이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 스러스트 베어링(13)의 결합구조는 복잡하여 조립이 어려움과 동시에 비용이 많이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 경사판의 불안정한 진동을 효과적으로 억제하여 소음을 저감하는 사판식 압축기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 그 구성이 단순하여 제조원가를 낮출 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사판식 압축기는, 하우징과, 다수개의 실린더보어가 형성되며 상기 하우징에 결합되는 실린더블록과, 상기 실린더보어에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤과, 상기 하우징과 실린더블록에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축에 의해 회전하며 피스톤에 연동되게 설치되는 사판을 포함하는 사판식 압축기에 있어서, 상기 사판의 보스부 일측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 탄성 지지하는 제1지지부재 및 상기 사판의 보스부 타측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 강체 지지하는 제2지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2지지부재는 상기 사판의 보스부 또는 상기 실린더블록에 대하여 상대회전방지 수단에 의하여 결합된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상대회전방지수단은 상기 제2지지부재와 상기 사판의 보스부 중 어느 하나에는 결합홈이 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합홈에 수용되는 결합돌기가 형성되고, 서로 접촉하는 제2지지부재와 상기 실린더 블록 중 어느 하나에는 결합홈이 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합홈에 수용되는 결합돌기가 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제2지지부재는 복수 개로 구성되며, 각각에 대해 미끄럼 접촉하는 것이 바람직하다.
또한, 서로 이웃하는 제2지지부재에는 가이드돌기와 상기 가이드돌기가 수용되는 원형의 가이드홈이 형성되어 결합되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2지지부재는 합성수지로 형성된 스러스트 워셔인 것이 바람직하다.
한편, 상기 제2지지부재는 테프론 코팅이 형성된 스러스트 워셔인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1지지부재는 상기 사판의 보스부 또는 상기 실린더블럭에 대하여 상대회전방지 수단에 의하여 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 사판식 압축기는, 하우징과, 다수개의 실린더보어가 형성되며 상기 하우징에 결합되는 실린더블록과, 상기 실린더보어에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤과, 상기 하우징과 실린더블록에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축에 의해 회전하며 피스톤에 연동되게 설치되는 사판을 포함하는 사판식 압축기에 있어서, 상기 사판의 보스부 일측과 실린더 블록 사이에 결합되어 사판을 탄성 지지하는 스러스트 베어링 및 상기 사판의 보스부 타측과 실린더블록은 서로 밀착되어 고정지지하고 그 사이에 테프론 코팅이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스러스트 베어링과 마주하는 실린더 블럭의 둘레방향으로 홈을 형성하며, 상기 스러스트 베어링과 마주하는 상기 보스부 내측으로 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 사판식 압축기에 따르면, 스러스트 베어링과 스러스트 워셔에 의해 경사판의 불안정한 진동을 효과적으로 억제하여 소음을 저감하는 효과가 있다.
또한, 그 구성이 단순하여 제조원가를 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명에 따른 사판식 압축기(1000)는 양두식 피스톤 압축기에 대하여 실시예를 적용하였으나, 반드시 양두식 피스톤 압축기에 한정하지 않고 통상의 편두식 피스톤 압축기에도 적용할 수 있다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사판식 압축기(1000)는 다수개의 실린더보어(110)를 갖는 실린더블록(100)과, 상기 실린더블록(100)의 실린더보어(110)에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤(200)과, 상기 실린더블록(100)의 전,후방에 각각 밀폐가능하게 결합되는 전,후방하우징(310,320)과, 상기 전방하우징(310)과 실린더블록(100)에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축(400)과, 상기 구동축(400)과 피스톤(200)에 연동 설치되는 사판(500)과, 상기 실린더블록(100)과 전,후방하우징(310,320)의 사이에 각각 개재되는 밸브플레이트(600)로 구성된다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 실린더블록(100)은 전,후방하우징(310,320) 사이에 개재되는 것으로, 내부에는 상기 피스톤(200)이 왕복운동하는 다수개의 실린더보어(110)가 형성된다.
특히, 상기 실린더블록(100)에는 결합공(120)이 형성되어 있으며, 상기 결합공(120) 내에는 미끄럼회전이 자유롭게 로터리밸브(R)가 설치되어 있다. 상기 로터리밸브(R)는 구동축(400)의 자체에 형성되어 있다.
또한, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 로터리밸브(R)의 외주면과 대면하는 결합공(120)의 내주면에는 상기 다수의 실린더보어(110) 각각으로 냉매를 공급하는 연통홀(130)이 형성되어 있는 것과 함께, 사판실(101)로부터 하우징(310)(320)까지 연통되는 냉매흡입공(140)이 형성되어 있다.
상기 냉매흡입공(140)은 이웃하는 실린더보어들(110)(110) 사이에 배치되는 것이 냉매 흡입에 효과적이다. 엄밀하게는, 상기 냉매흡입공(140)이 상기 이웃하는 연통홀들(130)(130) 사이에 하나씩 배치되도록 하는 것이 좋다.
그리고, 상기 구동축(400)에는 길이방향으로 냉매전달공(420)이 형성되어 있고, 상기 냉매전달공(420)과 연통되도록 냉매유입구(410)가 형성되며, 상기 냉매유입구(410)는 상기 냉매흡입공(140)을 통과하여 냉매저장실(P1)에 수용된 냉매를 로터리밸브(R)로 전달하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 냉매유입구(410)는 상기 구동축(400)의 길이방향 일단부로부터 형성되거나 상기 구동축(400)의 외주면에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 냉매흡입공(140)과 냉매유입구(410)는 상기 전,후방하우징(310,320)에 형성된 냉매저장실(P1)에 의해 서로 연통된다.
따라서, 흡입냉매는 사판실(101), 냉매흡입공(140), 냉매저장실(P1), 냉매유입구(410), 냉매전달공(420), 로터리밸브(R), 연통홀(130) 및 실린더 보어(110)를 순차적으로 경유한 후 압축된다. 이후, 압축된 흡입냉매는 냉매토출실(P2)로 토출된다.
한편, 상기 로터리밸브(R) 대신 밸브플레이트에 흡입구와 배출구를 형성하여 냉매의 흡입과 배출을 담당하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 사판(500)의 일측과 실린더블록(100) 사이에는 제1지지부재가 설치되며, 상기 사판(500)의 타측과 실린더블록(100) 사이에는 제2지지부재가 설치된다.
한편, 상기 제1지지부재는 스러스트 베어링(700)으로 구성되며, 상기 제2지지부재는 스러스트 워셔(800)로 구성될 수 있다.
엄밀하게는 상기 스러스트 베어링(700)과 스러스트 워셔(800)가 설치되는 부 분은 사판(500)의 보스부(510)이다.
상기 스러스트 베어링(700)은 이너 레이스(inner race;710)와 아우터 레이스(outer race;720) 및 상기 이너 레이스(710)와 아우터 레이스(720) 사이에 설치되는 굴림체(730;볼 또는 원통)로 구성된다.
한편, 상기 이너 레이스(inner race : 710)는 그 외경 근방에서 경사판(100)의 보스부(510)에 형성된 고리형상 압력받이 시트(501)와 접합하며, 상기 아우터 레이스(outer race : 720)는 상기 실린더 블럭(100)의 지지부에 형성된 고리형상 압력받이 시트(102)와 접합하도록 구성된다.
이때, 실린더 블럭(100)의 압력 받이 시트(102)의 외측에 홈을 형성하여 상기 아우터 레이스(720)의 중심을 가압함과 동시에 상기 사판(500)의 보스부(510)에 형성된 압력 받이 시트(501)의 내측으로 홈을 형성하여 이너 레이스(710)의 외주면 끝을 가압하여 이너 레이스(710)와 아우터 레이스(720)의 휨이 발생함에 따라 사판(500)과 실린더블럭(100) 사이에 탄성이 작용하도록 한다.
따라서, 상기 스러스트 베어링(700)은 상술한 서로 다른 지름의 고리형상 압력받이 시트(501,102)를 지지하여 사판(500)의 일측을 탄성 지지하며, 상기 스러스트 워셔(800)는 사판(500)의 타측을 강체 지지하여 상기 사판(500)의 진동 및 소음발생을 억제하게 되는 것이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 제2지지부재인 스러스트 워셔(800)를 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스러스트 워셔(800)는 1개 또는 2개 이상으로 구성되어 미끄럼 접촉을 하도록 구성된다.
또한, 상기 스러스트 워셔(800)는 상기 사판(500)의 보스부(501) 또는 상기 실린더블록(100)에 대하여 상대회전방지 수단에 의하여 결합된다.
상기 스러스 워셔(800)가 2개 이상으로 구성될 경우의 상기 상대회전방지수단은, 상기 스러스트 워셔(800)와 상기 사판(500)의 보스부(501) 중 어느 하나에는 결합홈(801)이 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합홈(801)에 수용되는 결합돌기(802)가 형성되고, 서로 접촉하는 스러스트 워셔(800)와 상기 실린더 블록(100) 중 어느 하나에는 결합홈(801)이 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합홈(801)에 수용되는 결합돌기(802)가 형성되는 것이 바람직하다.
결국, 2개 이상으로 이루어진 스러스트 워셔(800) 중 하나는 실린더블록(100)과 고정되고, 스러스트 워셔(800) 중 다른 하나는 사판(500)과 함께 회전하도록 고정되어 스러스트 워셔(800)끼리만 서로 마주한 상태에서 미끄럼 접촉하게 된다.
일반적으로, 스러스트 워셔(800)는 보통 스틸로 구성되고, 실린더 블럭(100)과 사판(500)은 알루미늄 합금으로 구성되는데, 스틸과 알루미늄 합금은 직접 접촉시키지 않아 마모가 방지된다.
그리고, 도 5의 스러스트 워셔(800)의 일측면과 타측면 중 하나에도 결합홈(801) 또는 결합돌기(802)가 형성되는 것도 가능하며, 상기 스러스트 워셔(800)의 양측 모두에 결합홈(801) 또는 결합돌기(802)가 형성되지 않아도 무방하다.
그리고, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 스러스트 워셔(800)로 구성되면, 이웃하는 2개의 스러스트(800) 와셔 중에서 어느 하나에는 가이드홈(803)이 형성되고, 상기 가이드홈(803)이 형성되지 않은 다른 하나에는 가이드돌기(804)가 서로 마주보게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 가이드홈(803)과 가이드 돌기(804)의 결합으로 2개 이상의 스러스트 워셔(800)가 서로 이탈하는 것을 방지한다.
도시한 바와 같이, 상기 가이드홈(803)과 가이드 돌기(804)는 원형으로 되어 있다.
특히, 도 7과 같이 스러스트 워셔(800)가 3개로 구성되면, 양측의 스러스트 워셔(800)는 상술한 결합홈(801)과 결함돌기(802)에 의해 실린더블록(100)과 사판(500)에 의해 지지되고, 중간에 위치한 스러스트 워셔(800)는 원형의 가이드홈(803)과 가이드돌기(804)에 의해 양측의 스러스트 워셔(800)와 지지되어 이탈을 방지하게 되는 것이다.
한편, 상기 스러스트 워셔(800)는 내열성 및 내피로성이 우수한 합성수지(PEEK;Poly Ether Ether Ketone)로 형성되어 사판(500)의 고속회전에 따른 마모를 최소화할 수 있다.
이에 더해, 상기 스러스트 워셔(800)에는 마찰계수가 작은 테프론(PTFE) 코팅을 실시하여 마찰에 따른 동력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 제1지지부재 또한 상술한 스러스트 워셔(800)로 구성되는 것도 가능하며 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 실린더블록(100)과 사판(500)의 마주보는 면에 테프론 코팅을 실시하고 서로 직접 밀착 설치하여 강체 지지하도록 구성하는 것도 가능함을 밝혀둔다.
도 1은 통상의 사판식 압축기의 구성을 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 스러스트(Thrust) 베어링의 하중흡수 기능을 간략히 나타낸 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 사판식 압축기를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 사판식 압축기의 실린더블록을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 사판식 압축기의 주요부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 사판식 압축기의 주요부를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 사판식 압축기의 주요부를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 사판식 압축기의 주요부를 도시한 단면도이다.
*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*
1000 - 사판식 압축기 100 - 실린더블럭
101 - 사판실 110 - 실린더보어
120 - 결합공 130 - 연통홀
140 - 냉매흡입공 200 - 피스톤
310 - 전방하우징 320 - 후방하우징
400 - 구동축 410 - 냉매유입구
500 - 사판 600 - 밸브플레이트
700 - 스러스트 베어링 800 - 스러스트 워셔
P1 - 냉매저장실 P2 - 냉매토출실

Claims (10)

  1. 하우징과, 다수개의 실린더보어가 형성되며 상기 하우징에 결합되는 실린더블록과, 상기 실린더보어에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤과, 상기 하우징과 실린더블록에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축에 의해 회전하며 피스톤에 연동되게 설치되는 사판을 포함하는 사판식 압축기에 있어서,
    상기 사판의 보스부 일측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 탄성 지지하는 제1지지부재; 및
    상기 사판의 보스부 타측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 강체 지지하는 제2지지부재를 포함하되,
    상기 제2지지부재는 복수 개로 구성되며, 각각에 대해 미끄럼 접촉하고, 서로 이웃하는 제2지지부재에는 가이드돌기와 상기 가이드돌기가 수용되는 원형의 가이드홈이 형성되어 결합되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  2. 하우징과, 다수개의 실린더보어가 형성되며 상기 하우징에 결합되는 실린더블록과, 상기 실린더보어에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤과, 상기 하우징과 실린더블록에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축에 의해 회전하며 피스톤에 연동되게 설치되는 사판을 포함하는 사판식 압축기에 있어서,
    상기 사판의 보스부 일측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 탄성 지지하는 제1지지부재; 및
    상기 사판의 보스부 타측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 강체 지지하는 제2지지부재를 포함하되,
    상기 제2지지부재는 복수 개로 구성되며, 각각에 대해 미끄럼 접촉하고, 상기 제2지지부재는 합성수지로 형성된 스러스트 워셔인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  3. 하우징과, 다수개의 실린더보어가 형성되며 상기 하우징에 결합되는 실린더블록과, 상기 실린더보어에 각각 왕복운동 가능하게 수용되는 피스톤과, 상기 하우징과 실린더블록에 대하여 회전가능하게 설치되는 구동축과, 상기 구동축에 의해 회전하며 피스톤에 연동되게 설치되는 사판을 포함하는 사판식 압축기에 있어서,
    상기 사판의 보스부 일측과 실린더블록 사이에 결합되어 사판을 탄성 지지하는 스러스트 베어링; 및
    상기 사판의 보스부 타측과 실린더블록은 서로 밀착되어 고정지지하고 그 사이에 테프론 코팅이 형성되되,
    상기 스러스트 베어링과 마주하는 실린더 블럭의 둘레방향으로 홈을 형성하며, 상기 스러스트 베어링과 마주하는 상기 보스부 내측으로 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2지지부재는 상기 사판의 보스부 또는 상기 실린더블록에 대하여 상대회전방지 수단에 의하여 결합된 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상대회전방지수단은 상기 제2지지부재와 상기 사판의 보스부 중 어느 하나에는 결합홈이 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합홈에 수용되는 결합돌기가 형성되고, 서로 접촉하는 제2지지부재와 상기 실린더 블록 중 어느 하나에는 결합홈이 형성되고, 다른 하나에는 상기 결합홈에 수용되는 결합돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2지지부재는 테프론 코팅이 형성된 스러스트 워셔인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  7. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1지지부재는 상기 사판의 보스부 또는 상기 실린더블럭에 대하여 상대회전방지 수단에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
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