KR101570133B1 - 압축기용 밸브플레이트 및 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기용 밸브플레이트 및 밸브플레이트의 레이저 가공방법으로서, 특히 차량의 에어컨 압축기에 주로 사용되고, 레이저빔을 이용하여 표면에 윤활유가 수용되는 홈을 형성함으로써 소음 및 진동을 감소시킬 수 있는 밸브플레이트 및 이러한 밸브플레이트의 레이저 가공방법에 관한 것이다.
본 발명의 압축기용 밸브플레이트는, 압축기의 실린더 보어와 흡기부 및 배기부를 구획하고, 흡기 리드에 의해 개폐되는 흡기공 및 배기 리드에 의해 개폐되는 배기공이 형성되어 있는 밸브플레이트로서, 흡기 리드와 접촉하는 흡기공의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공의 둘레에는 윤활유가 수용되는 다수의 선형(線形) 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기용 밸브플레이트 및 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법{Valve plate for compressor and laser machining method for surface of the valve plate}

본 발명은 압축기용 밸브플레이트 및 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법으로서, 특히 차량의 에어컨 압축기에 주로 사용되고, 레이저빔을 이용하여 표면에 윤활유가 수용되는 홈을 형성함으로써 소음 및 진동을 감소시킬 수 있는 밸브플레이트 및 이러한 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법에 관한 것이다.

차량의 에어컨 냉각시스템은, 고온 저압의 냉매가 압축기를 거쳐 압축기의 압축작용에 의해 고온 고압의 기체가 되고, 이러한 고온 고압의 기체는 응축기를 거쳐 응축기의 응축작용에 의해 고온 고압의 액체가 되며, 고온 고압의 액체는 팽창밸브를 거쳐 팽창밸브의 교축작용에 의해 저온 저압의 액체가 되고, 저온 저압의 액체는 증발기를 거쳐 증발기로부터 이루어지는 열교환을 통해 고온 저압의 기체가 되어 다시 동일한 과정을 반복한다.

상기의 에어컨 냉각시스템에 있어서, 압축기는 고온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체로 만들어 응축기로 보내며, 등록특허공보 제10-0536790호(2005.12.14.)에는 밸브플레이트가 장착된 압축기가 개시되어 있다.

도 1은 종래의 밸브플레이트가 장착된 압축기의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래의 밸브플레이트의 정면도이다.

종래의 압축기는 프런트하우징(1)과 리어하우징(2)이 접합되어 하우징(5)을 형성한다.

리어하우징(2)의 내측에는 단차(6)가 형성되어 있고, 상기 단차(6)에 접하도록 리테이너형성 플레이트(7), 밸브형성 플레이트(8), 밸브 플레이트(9) 및 밸브형성 플레이트(10)가 삽입되어 있다.

리테이너형성 플레이트(7)와 리어하우징(2)의 후단벽부(11) 사이에는 흡입식(12)과 토출실(13)이 서로 격벽(14)을 사이에 두고 구획되어 형성되어 있다.

그리고 리어하우징(2) 내부에는 밸브형성 플레이트(10)에 접하도록 실린더(15)가 삽입 장착되고, 상기 실린더(15)와 프런트하우징(1)에 의해 회전축(16)이 회전 가능하게 지지되어 있다.

이러한 회전축(16)은 일단이 프런트하우징(1)의 외부로 돌출되고ㅡ 차량의 엔진이나 모터 등과 같은 회전구동원에 연결된다.

그리고 프런트하우징(1)의 내부에는 회전지지체(17)가 장착되고, 상기 회전지지체(17)에 결합되는 경사판(18)이 설치되어 있다.

경사판(18)은 중심부에 회전축(16)이 관통하는 관통구멍이 형성되고, 경사판(18)에 돌출되어 있는 가이드핀(19)이 회전지지체(17)에 형성되어 있는 가이드구멍(20)에 슬라이드 가능하게 삽입되며, 가이드핀(19)과 가이드구멍(20)에 의해 회전축(16)과 일체로 회전함과 동시에 회전축(16)의 축방향으로 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.

실린더(15)에는 복수의 실린더보어(21)가 형성되고, 실린더보어(21)는 회전축(16)의 주변에 배열되어 있다.

각 실린더보어(21)에는 피스톤(22)이 슬라이드 가능하게 수용되어 있고, 피스톤(22)은 슈(23)를 통해 경사판(18)에 결합되어 있으며, 경사판(118)이 회전축(16)과 함께 회전하면 각 피스톤(22)은 슈(23)를 통해 실린더보어(21) 내부에서 회전축(16)의 축방향으로 왕복운동한다.

이러한 피스톤(22)은 실린더보어(21) 내를 후퇴하는 복동동작에 의해 흡입실(12) 내의 냉매가 흡입리드부를 밀면서 밸브플레이트(9)의 흡입포트(24)를 통해 실린더보어(21) 내로 유입되도록 한다.

또한, 피스톤(22)은 실린더보어(21) 내를 전진하는 왕동동작에 의해 실린더보어(21) 내의 냉매가 토출리드부를 밀면서 밸브플레이트(9)의 토출포트(25)를 통해 토출실(13)로 토출되도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 흡입포트(24)는 삼각형 형상으로 개구되어 있고, 이 개구 형상에 적합하도록 각 흡입포트(24)의 주변부에는 조면화영역(31)이 형성되어 있다.

조면화영역(31)에는 오목부(45)가 형성되며, 오목부(45)에는 윤활유가 수용된다.

그리고 공개특허공보 제10-2005-0093898호(2005.09.23.)에는 압축기의 밸브유니트가 개시되어 있다.

도 3은 종래의 밸브유니트의 분해사시도이고, 도 4는 종래의 밸브유니트의 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 압축기의 밸브유니트는, 냉매흡입공(112) 및 냉매토출공(111)이 형성된 밸브플레이트(110)와, 밸브플레이트(110)를 사이에 두고 그 양측에 각각 배치되면서 냉매흡입공(112)과 냉매토출공(111)을 개폐하는 흡입리드부(130) 및 토출리드부(120)를 포함하는 것으로서, 밸브플레이트(110)의 냉매토출공(111)의 주위에 환형의 홈(140)이 형성됨과 동시에 미세요철면(150)이 형성된다.

미세요철면(150)에는 냉매에 포함된 오일이 침적되어 유막을 형성하게 되면서 토출리드부(120)와 밸브플레이트(110) 간의 타격음을 줄일 수 있다.

전술한 바와 같이 종래의 밸브플레이트에 형성되어 있는 조면화영역 및 미세요철면에는 냉매에 포함된 윤활유 또는 오일이 수용되어 토출리드부와 밸브플레이트 사이의 마찰면을 줄이고 완충작용을 함으로써, 토출리드부와 밸브플레이트에 의해 발생하는 소음 및 진동을 감소시킨다.

그러나 종래의 밸브플레이트에 형성되어 있는 조면화영역 또는 미세요철면에는 윤활유를 수용하는 다수의 홈이 도트(dot) 형태로 불규칙하게 형성되어 있어서 많은 양의 윤활유가 수용되지 못하고, 윤활유가 상기 홈에 수용되어 유지되는 시간 또한 길지 않기 때문에, 소음 및 진동 감소효과가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플레이트의 표면에 형성된 홈에 수용되는 윤활유의 양 및 수용된 윤활유가 유지되는 시간을 증가시켜 소음 및 진동 감소효과를 증대시킬 수 있는 압축기용 밸브플레이트 및 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 압축기용 밸브플레이트는, 압축기의 실린더 보어와 흡기부 및 배기부를 구획하고, 흡기 리드에 의해 개폐되는 흡기공 및 배기 리드에 의해 개폐되는 배기공이 형성되어 있는 밸브플레이트로서, 흡기 리드와 접촉하는 흡기공의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공의 둘레에는 윤활유가 수용되는 다수의 선형(線形) 홈이 형성된다.

그리고 상기 홈은 직선 또는 곡선 형상으로 형성되고, 폭과 깊이가 일정하다.

그리고 다수의 상기 홈은 등 간격으로 나란히 형성된다.

그리고 상기 홈의 둘레에는 융기부가 돌출 형성된다.

구체적으로 상기 홈은 지그재그 선 또는 물결선 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 홈은 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 홈은 서로 교차하도록 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법은, 압축기의 실린더 보어와 흡기부 및 배기부를 구획하고, 흡기 리드에 의해 개폐되는 흡기공 및 배기 리드에 의해 개폐되는 배기공이 형성되어 있는 밸브플레이트의 표면 가공을 위한 레이저 가공방법으로서, 흡기 리드와 접촉하는 흡기공의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공의 둘레에 레이저빔을 조사하여 다수의 선형(線形) 홈을 형성한다.

그리고 상기 레이저빔은 싱글 모드(single mode)에 의한 에너지 분포를 가지며, 하나의 상기 홈을 형성할 때 연속적으로 조사된다.

그리고 상기 레이저빔의 주파수는 10~50khz이고, 상기 레이저빔은 100~500W의 출력으로 조사되며, 100~5000mm/s의 속도로 이동한다.

본 발명에 따른 압축기용 밸브플레이트는 흡기 리드와 접촉하는 흡기공의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공의 둘레에 윤활유가 수용되는 다수의 선형(線形) 홈을 형성함으로써, 수용되는 윤활유의 양 및 수용된 윤활유가 유지되는 시간을 증가시켜 소음 및 진동 감소효과를 증대시킬 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법은, 가공 후 불순물이 잔존하지 않기 때문에 불순물에 의한 스크래치 불량 현상이 나타나지 않고 세척 및 건조 공전이 필요하지 않은 이점이 있으며, 세라믹 쇼트볼을 이용한 가공방법이나 펀치를 이용한 프레스 가공과 비교하여 환경오염물질 발생을 최소화할 수 있고, 비접촉 가공으로서 가공 소모품을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 밸브플레이트가 장착된 압축기의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 종래의 밸브플레이트의 정면도.
도 3은 종래의 밸브유니트의 분해사시도.
도 4는 종래의 밸브유니트의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브플레이트의 정면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 밸브플레이트의 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 홈을 확대하여 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 선형 홈의 다양한 형태를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 밸브플레이트의 배면도.
도 10은 싱글 모드 레이저빔의 에너지 분포를 나타낸 도면.
도 11은 레이저빔의 조사 방식을 간략히 도시한 도면.

본 발명의 실시예에 따른 압축기용 밸브플레이트(200)는 압축기의 실린더 보어와 흡기부 및 배기부를 구획하고, 흡기 리드에 의해 개폐되는 흡기공(220) 및 배기 리드에 의해 개폐되는 배기공(210)이 형성되어 있다.

흡기부에 있는 냉매는 흡기 리드에 의해 흡기공(220)이 개방되면 흡기공(220)을 통해 실린더 보어로 유입되고, 실린더 보어로 유입된 냉매는 배기 리드에 의해 배기공(210)이 개방되면 배기공(210)을 통해 배기부로 배출된다.

구체적으로 밸브플레이트(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 대략 원판 형상으로 형성되고, 배기공(210)은 다수로 이루어져 밸브플레이트(200)의 중심을 중심으로 원형 배열되어 있으며, 흡기공(220)은 다수로 이루어져 밸브플레이트(200)의 중심을 중심으로 배기공(210)의 외측에 원형 배열되어 있다.

배기 리드(미도시)는 밸브플레이트(200)의 정면에 결합되어 배기공(210)을 덮고, 흡기 리드(미도시)는 밸브플레이트(200)의 배면에 결합되어 흡기공(220)을 덮는다.

본 실시예에서 밸브플레이트(200)의 정면 및 배면은 설명의 편의를 위하여 임의로 정한 방향으로서, 밸브플레이트(200)를 바라보는 방향에 따라 달라질 수 있고, 밸브플레이트(200)가 장착되는 압축기의 전후 방향을 따를 수도 있다.

그리고 배기 리드와 접촉하는 배기공(210)의 둘레에는 다수의 선형(線形) 홈(211)이 형성된다.

또한, 흡기 리드와 접촉하는 흡기공(220)의 둘레에도 동일한 형상의 다수의 선형(線形) 홈(221)이 형성된다.

이러한 홈(211,221)에는 윤활유(또는 냉매)가 수용되어 밸브플레이트(200)와 배기 리드 또는 밸브플레이트(200)와 흡기 리드의 마찰면을 줄이고, 배기 리드와 흡기 리드에 의해 흡기공(220) 및 배기공(210)의 개폐시 완충작용을 하여 소음 및 진동을 감소시킨다.

더욱 구체적으로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브플레이트(200)의 정면에는 배기공(210)의 둘레를 따라 요홈(212)이 형성되고, 배기공(210)과 흡기공(220)의 주위에 다수의 홈(211)이 형성된 홈부(213)가 형성된다.

상기 홈(211)은 레이저빔에 의해 홈부(213) 및 요홈(212)에 모두 형성된다.

이러한 홈(211)은 폭과 깊이가 일정하고, 직선 또는 곡선 형상으로 형성될 수 있다.

그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저빔에 의해 홈(211)이 형성됨에 따라 상기 홈(211)의 둘레에 융기부(214)가 돌출 형성된다.

이와 같이 홈(211)의 둘레에 융기부(214)가 돌출 형성됨으로써, 홈(211)에 수용할 수 있는 윤활유의 양이 증가한다.

이러한 홈(211)은 도 5에 도시된 바와 같이 직선 또는 사선 형상으로 형성될 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 지그재그 선(a), 물결선(b) 등과 같은 형상으로 형성되거나 원형(c) 또는 다각형 형상으로 형성되어 다수 홈(211)이 등 간격으로 나란히 형성될 수 있다.

또한, 이러한 홈(211)은 다수의 선을 서로 교차시켜 격자 형상(d)으로 형성할 수도 있다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이 밸브플레이트(200)의 배면에도 흡기공(220)의 둘레를 따라 요홈(222)이 형성되고, 요홈(222)에는 전술한 바와 같은 다수의 선형(線形) 홈(221)이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 밸브플레이트(200)에는 흡기 리드와 접촉하는 흡기공(220)의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공(210)의 둘레에 윤활유가 수용되는 다수의 선형(線形) 홈(211,221)이 형성됨으로써, 홈(211,221)에 수용되는 윤활유의 양 및 수용된 윤활유가 유지되는 시간을 증가시켜 소음 및 진동 감소효과를 증대시킬 수 있다.

도 5 내지 도 9에 도시되어 있는 홈(211,221)은 그 형상을 보여주기 위하여 간략히 표시하였으며, 실제로는 더욱 세밀하고 촘촘히 형성된다.

전술한 바와 같은 밸브플레이트(200)는 흡기 리드와 접촉하는 흡기공(220)의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공(210)의 둘레에 레이저빔을 조사하여 다수의 선형(線形) 홈(211,221)을 형성한다.

이때, 레이저빔은 싱글 모드(single mode)(또는 가우스 모드(gaussian mode))에 의한 에너지 분포를 가지며, 하나의 홈(211,221)을 형성할 때 연속적으로 조사된다.

그리고 홈(211,221)의 둘레에는 레이저빔에 의해 용융된 밸브플레이트(200) 일부가 홈(211,221)의 외측으로 밀려나게 되면서 융기부(214)를 형성하게 된다.

전술한 바와 같이 융기부(214)는 더 많은 윤활유를 수용하는데 유리한 역할을 한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 싱글 모드에 의한 레이저빔의 에너지분포는 도면에 도시된 바와 같이 종 모양의 곡선으로 나타나며, 중심부에 에너지가 가장 많이 밀집되어 있어서 강도가 가장 높고, 가장자리로 갈수록 강도가 차츰 감소한다.

그리고 도 11(a)에 도시된 바와 같이, 밸브플레이트(200)에 홈(211)을 형성하기 위하여 조사되는 레이저빔은 하나의 홈(211)을 형성할 때 연속적으로 조사되기 때문에, 일정 폭과 깊이로 홈(211)을 형성한다.

반면, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 펄스 레이저에 의해 홈을 형성할 경우, 레이저빔이 불연속적으로 조사되어 레이저빔이 조사된 부분과 그 사이에 형성된 부분의 깊이 및 폭이 상이하게 형성된다.

따라서 펄스 레이저에 의해 형성된 홈의 경우 더 많은 윤활유를 수용하는데 불리함이 있다.

이와 같은 밸브플레이트(200)의 레이저 가공방법은 더 많은 양의 윤활유를 수용하기 위한 선형 홈(211,221)을 형성하기 용이하고, 밸브플레이트(200)의 표면을 가공함에 따라 불순물이 잔존하지 않기 때문에 불순물에 의한 스크래치 불량 현상이 나타나지 않고 세척 및 건조 공전이 필요하지 않은 이점이 있다.

또한, 세라믹 쇼트볼을 이용한 가공방법이나 펀치를 이용한 프레스 가공과 비교하여 환경오염물질 발생을 최소화할 수 있고, 비접촉 가공으로서 가공 소모품을 절약할 수 있는 효과가 있다.

다음은 밸브플레이트(200)에 윤활유가 수용되는 홈(211,221)을 형성하기 위한 밸브플레이트(200)의 레이저 가공방법의 구체적인 예이다.

먼저, 밸브플레이트(200)를 지그로 고정하고, 레이저빔의 출력, 주파수 및 이동스피드를 설정한다.

레이저빔은 출력 100~500W, 주파수 10~50khz, 이동스피드 100~5000mm/s 범위 내에서 조절 가능하다.

본 실시예에서는 밸브플레이트(200)에 홈(211,221)을 형성하기 위하여 출력 300W, 주파수 20khz, 이동스피드 3000mm/s로 설정한 후, 밸브플레이트(200)의 표면에 미리 설정된 홈(211,221)의 형상을 따라 반복적으로 레이저빔을 조사하였다.

이와 같이 형성되는 홈(211,221)은 약 1~200㎛ 깊이로 형성될 수 있고, 융기부(214)는 약 20㎛ 돌출 형성된다.

위의 실시예에 따른 레이저빔의 설정은 레이저장비, 밸브플레이트(200)의 재질, 홈(211,221)의 형상 및 깊이에 따라 달라질 수 있으며, 레이저빔의 출력을 조절하여 홈(211,221)의 깊이를 조절할 수 있다.

본 발명인 압축기용 밸브플레이트 및 밸브플레이트 표면의 레이저 가공방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

200 : 밸브플레이트,
210 : 배기공, 211 : 홈, 212 : 요홈, 213 : 홈부, 214 : 융기부,
220 : 흡기공, 221 : 홈, 222 : 요홈,

Claims (10)

1. 압축기의 실린더 보어와 흡기부 및 배기부를 구획하고, 흡기 리드에 의해 개폐되는 흡기공 및 배기 리드에 의해 개폐되는 배기공이 형성되어 있는 밸브플레이트에 있어서,
   흡기 리드와 접촉하는 흡기공의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공의 둘레에는 윤활유가 수용되는 다수의 선형(線形) 홈이 형성되되,
   상기 홈은 중심부에 에너지가 밀집되어 강도가 가장 높고 가장자리로 갈수록 강도가 차츰 감소하는 형태의 싱글 모드(single mode) 레이저빔을 조사하여 폭과 깊이가 일정한 다수의 선을 서로 교차시켜 격자 형상으로 형성되고,
   상기 홈의 둘레에는 융기부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 밸브플레이트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 압축기의 실린더 보어와 흡기부 및 배기부를 구획하고, 흡기 리드에 의해 개폐되는 흡기공 및 배기 리드에 의해 개폐되는 배기공이 형성되어 있는 밸브플레이트의 표면 가공을 위한 레이저 가공방법에 있어서,
   흡기 리드와 접촉하는 흡기공의 둘레 또는 배기 리드와 접촉하는 배기공의 둘레에 레이저빔을 조사하여 다수의 선형(線形) 홈을 형성하되,
   상기 홈은 중심부에 에너지가 밀집되어 강도가 가장 높고 가장자리로 갈수록 강도가 차츰 감소하는 형태의 싱글 모드(single mode) 레이저빔을 조사하여 폭과 깊이가 일정한 다수의 선을 서로 교차시켜 격자 형상으로 형성되며,
   상기 레이저빔의 주파수는 10~50khz이고,
   상기 레이저빔은 100~500W의 출력으로 조사되며, 100~5000mm/s의 속도로 이동하여 상기 홈의 둘레에 20㎛ 높이의 융기부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브플레이트의 레이저 가공방법.
9. 삭제
10. 삭제

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