KR100984944B1 - 가변용량형 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

주축과, 상기 주축에 대하여 경사가능하게 설치되며 주축과 함께 회전하는 사판과, 상기 사판을 끼우도록 배치된 한 쌍의 슈와, 상기 한 쌍의 슈를 통해 사판에 연결되는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤의 스트로크량이 사판의 경사각에 따라 정해지는 가변용량형 사판식 압축기로서, 슈의 평면부가 접촉하는 사판의 슬라이딩면에, 상기 사판의 경사각이 최대일 때의 슈와 사판 슬라이딩면간의 접촉면적보다, 사판의 경사각이 최소일 때의 슈와 사판 슬라이딩면간의 접촉면적이 작아지도록 형성된 홈이 마련된다. 이러한 구조에서는, 압축기의 신뢰성을 손상시키지 않으면서 작은 토출용량으로 운전할 때의 소비동력을 저감시킬 수가 있다.

Description

가변용량형 사판식 압축기{VARIABLE DISPLACEMENT SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 가변용량형 사판식(斜板式) 압축기에 관한 것으로서, 특히 그 사판과 슈(shoe)의 걸림결합부의 구조에 대한 개량에 관한 것이다.

냉동 사이클 등에 설치되는 가변용량형 압축기로서, 사판식 압축기, 예컨대 클러치리스 기능을 부가한 가변용량형 사판식 압축기가 알려져 있다. 이 가변용량형 사판식 압축기는, 가령 도 1에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. 즉, 가변용량형 사판식 압축기(1)는, 주축(2)과, 주축(2)에 대하여 경사가능하게 설치된 사판(3)을 가지며, 사판(3)은 주축(2)에 고정된 로터(4), 링크기구(5)를 통해 크랭크실(6) 내에서 주축(2)과 함께 회전하도록 되어 있다. 상기 사판(3)을 끼우도록 한 쌍의 슈(7,7)가, 피스톤(8)의 일단측에 형성된 오목부(9) 내에 설치되어 있으며, 한 쌍의 슈(7,7)를 통해 사판(3)에 연결된 피스톤(8)이, 사판(3)의 회전에 따라 왕복이동하도록 되어 있다. 사판(3)의 경사각에 따라 피스톤(8)의 스트로크량이 정해지며, 압축기(1)의 토출용량이 정해지도록 되어 있다. 즉, 사판(3)의 경사각이 최대일 때 최대토출용량이 되고, 최소토출용량일 때에는 사판(3)의 경사각은 거의 0°인 상태가 된다. 또한, 도 1에서 도면부호 10은 압축할 유체(가령, 냉매)의 흡 입실을 나타내고, 11은 압축된 유체의 토출실을 각각 나타낸다.

상기와 같은 가변용량형 사판식 압축기에서는, 최소토출용량일 때, 사판(3)의 경사각이 거의 0°인 상태가 되고, 피스톤(8)의 스트로크도 거의 제로가 되기 때문에, 피스톤의 관성저항 및 슬라이딩저항은 한없이 제로에 가까워진다. 이에 대하여, 슈(7)는 항상 사판(3) 위를 상대적으로 슬라이딩하여, 윤활유의 점성저항에 의한 소비동력이 큰 것으로 알려져 있다.

사판 슬라이딩면에서의 윤활성능을 향상시키기 위하여, 사판 위, 특히 그 슈와의 슬라이딩 면 위에, 사판의 지름방향으로 연장되는 홈을 복수로 형성하도록 한 구조가 알려져 있다(특허문헌 1). 그러나, 이러한 구조에서는 사판의 지름방향으로 연장되는 홈에 의해, 슈와 사판의 간격이 단속적(斷續的)으로 변화할 우려가 있으며, 최악의 경우에는 슈가 사판에 대하여 유동(遊動)할 우려가 있다. 그 결과, 피스톤의 동작이 불안정해져 압축기의 성능, 신뢰성이 저하될 우려가 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 H8(1996)-159024호

따라서, 본 발명의 과제는 신뢰성을 손상시키지 않으며, 특히 작은 토출용량으로 운전할 때의 소비동력을 저감시킬 수 있는 가변용량형 사판식 압축기를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 가변용량형 사판식 압축기는, 주축과, 상기 주축에 대하여 경사가능하게 설치되며 상기 주축과 함께 회전하는 사판과, 상기 사판을 끼우도록 배치된 한 쌍의 슈와, 상기 한 쌍의 슈를 통해 상기 사판에 연결되는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤의 스트로크량이 상기 사판의 경사각에 따라 정해지는 가변용량형 사판식 압축기로서, 상기 압축기는, 상기 슈의 평면부가 접촉하는 상기 사판의 슬라이딩면에, 상기 사판의 경사각이 최대일 때의 슈와 사판 슬라이딩면간의 접촉면적보다, 상기 사판의 경사각이 최소일 때의 슈와 사판 슬라이딩면간의 접촉면적이 작아지도록 형성된 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 것으로 이루어진다.

상기 홈은, 상기 사판의 중심점을 중심으로 하는 복수의 링형상 홈으로 형성할 수 있다. 복수의 링형상 홈은, 홈 자체의 폭이 서로 다른 홈으로 형성할 수도 있는데, 가공의 용이화의 측면에서는 같은 폭의 홈을 형성하는 것이 바람직하다. 특히 이와 같이 같은 폭의 홈을 형성할 경우, 상기 복수의 링형상 홈은, 사판의 지름방향 외측부분에서의 홈간의 폭이 지름방향 내측부분에서의 홈간의 폭보다 커지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 홈간의 폭은, 사판의 지름방향 외측방향으로 단계적으로 확대되어 있는 구조로 할 수도 있고, 사판의 지름방향 외측방향으로 연속적으로(즉, 순차적으로) 확대되어 있는 구조로 할 수도 있다.

또한, 상기 복수의 링형상 홈은, 사판의 슈와의 슬라이딩면의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성할 수도 있고, 후술하는 실시양태에 나타낸 바와 같이, 상기 복수의 링형상 홈이, 사판 중심부측에 위치하는 영역에만 형성되어 있는 구조로 할 수도 있다.

이러한 본 발명에 관한 가변용량형 사판식 압축기는, 특히 내구성 등이 요구되는 차량용 공조장치의 냉동사이클에 이용되는 압축기로서 적합한 것이다.

(효과)

본 발명에 관한 가변용량형 사판식 압축기에 따르면, 최대토출용량일 때에는 슈의 평면부와 사판간의 접촉면적이 커지고, 최소토출용량일 때에는 슈의 평면부와 사판간의 접촉면적이 작아지므로, 최대토출용량일 때의 슈 및 사판에 가해지는 면압(面壓)을 높이지 않으면서 최소토출용량일 때의 소비동력을 저감시킬 수가 있다. 또, 홈을 링형상 홈으로 형성함으로써, 상술한 특허문헌 1과 같은 문제를 발생시키지 않으면서 슈와 사판간의 간격은 항상 일정하게 유지되므로, 슈가 유동(遊動)하는 일이 없어 압축기의 성능, 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 가변용량형 사판식 압축기의 기본구성의 일례를 나타낸 종단면도이다.

도 2는 도 1의 압축기의 사판에 본 발명을 적용한 경우의 일 실시양태를 나타내는, 사판의 종단면도(A) 및 확대부분단면도(B)이다.

도 3은 도 2의 사판의 정면도이다.

도 4는 도 3의 사판에서의, 최대용량일 때의 슈의 궤적을 나타낸 정면도이다.

도 5는 도 3의 사판에서의, 최소용량일 때의 슈의 궤적을 나타낸 정면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가변용량형 사판식 압축기 2 : 주축

3 : 사판 3a : 슬라이딩면

4 : 로터 5 : 링크기구

6 : 크랭크실 7 : 슈

7a : 평면부 8 : 피스톤

9 : 오목부 10 : 흡입실

11 : 토출실 21 : 중심점

22 : 홈 23 : 제 1 영역

24 : 제 2 영역

이하에 본 발명의 바람직한 실시형태를 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

가변용량형 사판식 압축기의 기본구성은 도 1에 나타낸 구성과 같다. 도 2 및 도 3에 본 발명의 일 실시양태에 관한 가변용량형 사판식 압축기의 사판부의 구성을 나타낸다. 도 2(A), 도 2(B)에 나타낸 바와 같이 사판(3)의, 슈(7)의 평면부(7a, 도 1에 도시함)가 접촉하는 슬라이딩면(3a)에는, 사판(3)의 경사각이 최대일 때의 슈(7)와 사판 슬라이딩면(3a)간의 접촉면적보다, 사판(3)의 경사각이 최소일 때의 슈(7)와 사판 슬라이딩면(3a)간의 접촉면적을 작게 하는 복수의 홈(22)이 형성되어 있다. 본 실시양태에서는 상기 홈(22)은 사판(3)의 중심점(21)을 중심으로 하는 복수의 링형상 홈으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시양태에서는 복수의 홈(22)의 폭을 동일하게 하여(홈의 단면형 상을 동일하게 하여) 가공의 용이화를 도모하였다. 그리고, 상기 사판(3)의 경사각이 최대일 때의 슈(7)와 사판 슬라이딩면(3a)간의 접촉면적보다, 사판(3)의 경사각이 최소일 때의 슈(7)와 사판 슬라이딩면(3a)간의 접촉면적을 작게 하는 구성을 달성하기 위하여, 각 홈(22)간의 폭이 변화되어 있다. 즉, 복수의 링형상 홈(22)은, 사판(3)의 지름방향 외측부분에서의 홈간의 폭(W2)이, 지름방향 내측부분에서의 홈간의 폭(W1)보다 커지도록 형성되어 있다. 본 실시양태에서는 홈간의 폭이, 사판(3)의 지름방향 외측방향으로 단계적으로 확대되어 있다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 사판(3)의 지름방향 내측부분에서의 좁은 홈간의 폭(W1)을 갖는 영역(제 1 영역 ; 23)과, 그 외측에, 사판(3)의 지름방향 외측부분에서의 넓은 홈간의 폭(W2)을 갖는 영역(제 2 영역 ; 24)이 링형상으로 형성되어 있다.

상기 복수의 홈(22)의 형성영역은 반드시 사판(3)의 슈(7)와의 슬라이딩면(3a) 전체 영역에 걸쳐 형성되어 있을 필요는 없다. 사판(3)에 대한 슈(7)의 상대이동에 따른 궤적은, 가령 도 4(최대용량시), 도 5(최소용량시)와 같게 된다. 이러한 슈(7)의 궤적에 대하여, 복수의 홈(22)의 형성영역(상기 제 1 영역(23), 제 2 영역(24)의 형성영역)은, 예컨대 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이 설정할 수 있다. 즉, 사판(3)의 경사각이 최대이면서 가장 하중이 높아지는 피스톤(8)이 상사점일 때의 슈(7)의 평면부(7a)와 사판(3)의 슬라이딩면(3a)간 접촉부(슬라이딩영역)의 약 20% 범위의 영역에 홈(22)을 형성하고, 사판(3)의 경사각이 최소일 때에는, 슈(7)의 평면부(7a)와의 접촉부의 약 50% 범위까지 홈 형성영역을 확대할 수 있도록 설정한다. 그리고, 상술한 바와 같이, 가공성을 용이하게 하기 위해 각 홈(22)의 형상은 동일하게 하고, 피스톤이 상사점일 때 슈(7)의 궤도에 걸리는 부분의 홈간 거리를 크게 하며(W2로 하며), 이것보다 내측인 부분의 홈간 거리는 작게(W1로) 설정하는 것이 바람직하다.

도 4를 통해 알 수 있듯이, 최대용량일 때에는 피스톤(8)의 상사점 근방의, 피스톤(8)으로부터의 하중은 높아지지만, 슈(7)의 평면부(7a)와 사판(3)의 슬라이딩면(3a)간 접촉부의 약 20%가, 제 2 영역(24)의 형성영역(커다란 홈간 거리(W2)로 홈(22)이 형성되어 있는 영역)에 걸려, 슈(7)의 평면부(7a)와 사판(3)의 슬라이딩면(3a)간의 면압이 낮게 유지된다. 또한, 최소용량일 때에는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 상사점 근방을 포함한 피스톤(8)의 전체 행정(行程)에 걸쳐, 슈(7)의 평면부(7a)와 사판(3)의 슬라이딩면(3a)간 접촉부의 약 50%가, 상기 제 2 영역(24)의 형성영역과 제 1 영역(23)의 형성영역(작은 홈간 거리(W1)로 홈(22)이 형성되어 있는 영역)의 양쪽에 걸려, 슈(7)의 평면부(7a)와 사판(3)의 슬라이딩면(3a)간의 접촉면적이 작게 유지됨으로써 소비동력이 저감된다.

또한, 이들 제 1 영역(23) 및 제 2 영역(24)을 형성하는 것은 링형상의 홈(22)이기 때문에, 슈(7)가 사판(3)에 대하여 도 4나 도 5에 나타낸 것과 같은 궤적을 따라 상대적으로 슬라이딩할 경우, 슈(7)와 사판(3)의 간격이 급격히 혹은 단속적으로 변화하는 부위는 발생하지 않으며, 슈(7)의 유동(遊動)과 같은 문제의 발생이 방지되어 안정적인 동작, 나아가 압축기의 신뢰성이 확보된다.

본 발명에 관한 압축기의 구조는, 모든 가변용량형 사판식 압축기에 적용가 능하며, 특히 차량용 공조장치의 냉동사이클에 이용되는 가변용량형 사판식 압축기에 적합한 것이다.

Claims (7)

1. 주축과, 상기 주축에 대하여 경사가능하게 설치되며 상기 주축과 함께 회전하는 사판과, 상기 사판을 끼우도록 배치된 한 쌍의 슈와, 상기 한 쌍의 슈를 통해 상기 사판에 연결되는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤의 스트로크량이 상기 사판의 경사각에 따라 정해지는 가변용량형 사판식 압축기로서,

   상기 압축기는, 상기 슈의 평면부가 접촉하는 상기 사판의 슬라이딩면에, 상기 사판의 경사각이 최대일 때의 슈와 사판 슬라이딩면간의 접촉면적보다, 상기 사판의 경사각이 최소일 때의 슈와 사판 슬라이딩면간의 접촉면적이 작아지도록 형성된 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 가변용량형 사판식 압축기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 홈은, 상기 사판의 중심점을 중심으로 하는 복수의 링형상 홈으로 이루어지는 가변용량형 사판식 압축기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 링형상 홈은, 사판의 지름방향 외측부분에서의 홈간의 폭이 지름방향 내측부분에서의 홈간의 폭보다 커지도록 형성되어 있는 가변용량형 사판식 압축기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 홈간의 폭이 사판의 지름방향 외측방향으로 단계적으로 확대되어 있는 가변용량형 사판식 압축기.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 홈간의 폭이 사판의 지름방향 외측방향으로 연속적으로 확대되어 있는 가변용량형 사판식 압축기.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 링형상 홈이, 상기 사판의 슈와의 슬라이딩면을 형성하는 링형상 영역 중의 사판 중심부측에 위치하는 영역에만 형성되어 있는 가변용량형 사판식 압축기.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   차량용 공조장치의 냉동사이클에 이용되는 가변용량형 사판식 압축기.

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