KR101710930B1

KR101710930B1 - 용량 가변형 사판식 압축기

Info

Publication number: KR101710930B1
Application number: KR1020150040103A
Authority: KR
Inventors: 신야 야마모토; 히로유키 나카이마; 켄고 사카키바라; 유스케 야마자키
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2017-02-28
Also published as: CN104948420B; US9784259B2; CN104948420A; EP2924287A1; EP2924287B1; JP2015183563A; KR20150110417A; US20150267692A1; JP6194830B2

Abstract

본 발명의 압축기에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 가동체(13a)의 제1 원통부(131)의 후단에 형성된다. 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 상사점 평면(F)을 가로질러 단차 모양으로 함으로써 형성되고, 상사점 평면(F)에 대하여 평면 대칭이다. 또한, 작용 수용부(5f)가 사판(5)의 전방면(5a) 상에 형성된다. 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)와 작용 수용부(5f)는 구동 축선(O)으로부터 상사점 위치 대응부(T) 측으로 편심되게 위치된다. 압축기에서, 사판(5)의 경사각을 감소시킬 때, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 상사점 평면(F)을 기준으로 작용 수용부(5f)를 개별적으로 가압한다. 이로 인해, 압축기에서, 사판(5)의 경사각을 감소시킬 때, 가동체(13a)는 구동 축선(O) 방향으로 적합하게 이동한다.

Description

용량 가변형 사판식 압축기 {VARIABLE DISPLACEMENT SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 용량 가변형 사판식 압축기에 관한 것이다.

종래의 용량 가변형 사판식 압축기(이하, 압축기로 기술됨)가 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 압축기에는, 흡입 챔버, 토출 챔버, 사판 챔버, 및 복수의 실린더 보어가 하우징에 형성된다. 하우징에는 구동축이 회전 가능하게 지지된다. 사판 챔버에는, 구동축의 회전에 의해 회전 가능한 사판이 마련된다. 구동축과 사판 사이에는 링크 기구가 마련된다. 링크 기구에 의해 사판의 경사각이 변경될 수 있다. 여기서, 경사각은 구동축의 구동 축선에 직교하는 방향에 대한 사판의 각도를 지칭한다. 각 실린더 보어에는 피스톤이 왕복 이동 가능하게 수용된다. 사판의 회전에 의해 경사각에 대응하는 행정(stroke)으로 각 피스톤을 실린더 보어 내에서 왕복 이동가능하게 하도록 전환 기구(conversion mechanism)가 구성된다. 또한, 액츄에이터는 경사각을 변경시킨다. 제어 기구는 액츄에이터를 제어한다. 제어 기구는 압력 조절 밸브를 가진다.

링크 기구는 러그 부재(lug member), 힌지 볼(hinge ball) 및 링크를 가진다. 러그 부재는 사판 챔버 내에서 구동축에 고정된다. 힌지 볼은 구동축이 관통 삽입되어 사판의 중앙에 배치된다. 힌지 볼 및 액츄에이터는 구동 축선 측에서, 즉 사판의 중앙에서 상호 결합된다. 링크는 러그부재와 사판 사이에 마련된다. 사판은 링크를 통하여 러그 부재에 회전 가능하게 연결된다.

액츄에이터는 러그 부재, 가동체, 제어 압력 챔버를 가진다. 가동체는, 구동축을 통하여 삽입되고 경사각을 변경시킬 수 있도록 구동 축선 방향으로 이동한다. 제어 압력 챔버는 러그 부재 및 가동체에 의해 구획되고, 내부 압력에 의해 가동체를 이동시킨다.

압축기에서, 제어 기구는 압력 조절 밸브에 의해 토출 챔버 및 제어 압력 챔버를 상호 연통하게 하고, 이로 인해 제어 압력 챔버 내의 압력이 증가된다. 이로 인해, 가동체는 구동 축선 방향으로 이동하여 힌지 볼을 가압한다. 따라서, 압축기에서, 사판은 힌지 볼에서 경사각을 감소시키는 방향으로 회전한다. 이러한 방식으로, 압축기에서는 구동축의 1 회전 당 토출 용량이 감소될 수 있다.

일본 공개특허공보 소52-131204호

그러나, 상술한 종래의 압축기에서는, 힌지 볼 및 액츄에이터가 사판의 중앙에서 상호 결합되어 있다. 따라서, 압축기에서는, 액츄에이터가 힌지 볼을 가압할 때 가동체의 구동 축선 방향으로의 행정이 커지게 된다. 따라서, 압축기에서는, 행정을 보장하기 위해 축의 길이를 길게 하지 않을 수 없다.

따라서, 사판에서, 각 피스톤의 상사점(top dead center)에 대응하는 부분으로서 상사점 대응부와 각 피스톤의 하사점(bottom dead center)에 대응하는 부분으로서 하사점 대응부를 형성할 수 있고, 압축기에서, 액츄에이터 및 사판이, 사판의 중앙으로부터 사판에서의 상사점 대응부 측으로 편심된(eccentric) 위치에서 상호 결합하도록 하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에, 가동체의 구동 축선 방향으로의 행정은, 액츄에이터 및 사판이 사판의 중앙에서 상호 결합되는 경우에서보다 더 작아질 수 있다. 이로 인해, 압축기의 축에 있어서의 소형화가 실현될 수 있다.

그러나, 회전하는 사판에는 상사점 대응부로부터 회전 방향으로 뒤쪽에서 압축 반력이 작용한다. 따라서, 액츄에이터가 상사점 대응부 측으로 편심된 위치에서 단순히 사판을 가압하는 경우, 회전 중심으로서 상사점 대응부와 하사점 대응부를 연결하는 선과 같은 방향으로 사판을 기울게 하는 모멘트가 사판에 작용한다. 따라서, 사판에 우묵해짐(hollowing)이 일어나고, 경사각을 변경할 때 액츄에이터가 구동 축선 방향으로 이동하기 어렵다. 따라서, 이 경우의 압축기에서는, 경사각을 변경하기가 어렵고 제어 가능성이 감소된다.

본 발명은 상술한 종래 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 액츄에이터를 사용하여 토출 용량을 변경하는 압축기에서 소형화를 실현하면서 높은 제어 가능성을 나타낼 수 있는 용량 가변형 사판식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 용량 가변형 사판식 압축기는, 흡입 챔버, 토출 챔버, 사판 챔버, 및 실린더 보어가 형성된 하우징과, 상기 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 구동축과, 상기 구동축의 회전에 의해 상기 사판 챔버 내에서 회전 가능한 사판과, 상기 구동축과 상기 사판 사이에 마련되며, 상기 구동축의 구동 축선에 직교하는 방향에 상기 사판의 경사각을 변경할 수 있는 링크 기구와, 상기 실린더 보어 내에서 왕복 이동 가능하도록 수용되는 피스톤과, 상기 사판의 회전에 의해 상기 경사각에 대응하는 행정으로 상기 피스톤을 상기 실린더 보어 내에서 왕복 이동하게 하는 전환 기구와, 상기 경사각을 변경시킬 수 있는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터를 제어하는 제어 기구를 포함하고,

상기 흡입 챔버 및 상기 사판 챔버는 상호 연통(ommunication)하고,

상기 링크 기구는, 상기 사판 챔버 내에서 상기 구동축에 고정되고 상기 사판 챔버와 대면하는 러그 부재와, 상기 구동축의 회전이 상기 러그 부재로부터 상기 사판으로 전달되는 사판 아암을 가지고,

상기 액츄에이터는, 상기 러그 부재와, 상기 러그 부재와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판과 일체로 회전 가능하도록 결합되며, 상기 경사각을 변경시킬 수 있도록 상기 구동 축선의 방향으로 이동하는 가동체와, 상기 러그 부재 및 상기 가동체에 의해 구획되고, 내부 압력에 의해 상기 가동체를 이동시키는 제어 압력 챔버를 가지고,

상기 가동체 상에는, 상기 사판과 결합하는 제1 작용부 및 제2 작용부가 형성되고,

상기 사판 상에는, 상기 제1 작용부 및 제2 작용부와 결합하는 작용 수용부(affected portion)가 형성되고,

상기 사판에는, 상기 피스톤의 상사점에 대응하는 부분으로서 상사점 대응부가 형성되고,

상기 제1 작용부, 상기 제2 작용부, 및 상기 작용 수용부는 상기 구동 축선으로부터 상기 사판에서 상기 상사점 대응부 측으로 편심되게 위치되고,

상기 제1 작용부 및 상기 제2 작용부는, 상기 상사점 대응부 및 상기 구동 축선에 의해 형성되는 상사점 평면을 가로질러 단차(stepping)가 형성됨으로써 쌍을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 형태들과 이점들은, 이하의 설명 및 첨부 도면에 개시된 실시 형태, 예시된 도면, 그리고 설명 및 도면 전체에 개시되는 본 발명의 개념으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 제1 실시 형태의 압축기에서 최대 용량 시의 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 제어 기구를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 실시 형태의 압축기에 따른 액츄에이터를 나타내는 주요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 압축기에 따른 도 1의 Ⅳ-Ⅳ로부터 화살표 방향에 따른 주요부 확대 단면도이다.
도 5a는 본 실시 형태의 압축기에 따른 가동체 등을 나타내는 측면 확대도이다.
도 5b는 본 실시 형태의 압축기에 따른 가동체 등을 나타내는 후방부로부터의 전방 확대도이다.
도 6은 본 실시 형태의 압축기에서 최소 용량 시의 단면도이다.

이하, 본 발명을 구현하는 실시 형태들을 도면을 참조하여 설명한다. 실시 형태의 압축기는 편두(single head) 용량 가변형 사판식 압축기이다. 이 압축기는 차량에 탑재되고, 차량 공조 장치의 냉매 회로를 구성한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 압축기는, 하우징(1), 구동축(3), 사판(5), 링크 기구(7), 피스톤(9), 한 쌍의 슈(shoes; 11a, 11b), 액츄에이터(13), 및 도 2에 도시된 제어 기구(15)를 포함한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 하우징(1)은 압축기의 전방부에 위치되는 전방 하우징(17)과, 압축기의 후방부에 위치되는 후방 하우징(19)과, 전방 하우징(17)과 후방 하우징(19) 사이에 위치되는 실린더 블록(21)과, 밸브 형성 플레이트(23)를 포함한다.

전방 하우징(17)은, 전방부에서 압축기의 상하 방향으로 연장되는 전방벽(17a)과, 전방벽(17a)과 일체화되고 압축기의 전방부로부터 후방부를 향하여 연장되는 둘레벽(peripheral wall; 17b)을 가진다. 전방벽(17a)과 둘레벽(17b)에 의해서, 전방 하우징(17)은 바닥이 있는 실질적으로 원통형 형상을 형성한다. 또한, 전방벽(17a)과 둘레벽(17b)에 의해서, 전방 하우징(17) 내에 사판 챔버(25)가 형성된다.

전방벽(17a)에는, 전방으로 돌출되는 보스(boss; 17c)가 형성된다. 보스(17c)에는 축 밀봉 장치(shaft seal device; 27)가 마련된다. 또한, 보스(17c)에는, 압축기의 길이 방향으로 연장되는 제1 축 구멍(17d)이 형성된다. 제1 축 구멍(17d)에는 제1 슬라이딩 베어링(29a)이 마련된다.

둘레벽(17b)에는, 사판 챔버(25)와 연통하는 유입구(250)가 형성된다. 사판 챔버(25)는, 유입구(250)를 통하여, 도시되지 않은 증발기(evaporator)에 연결된다. 증발기를 통과하는 저압 냉매 가스가 유입구(250)를 통해 사판 챔버(25)로 유입됨에 따라, 사판 챔버(25) 내의 압력은 후술할 토출 챔버(35) 내의 압력보다 더 낮다.

후방 하우징(19)에는 제어 기구(15)의 일부가 마련된다. 또한, 후방 하우징(19)에는, 제1 압력 조절 챔버(31a), 흡입 챔버(33) 및 토출 챔버(35)가 형성된다. 제1 압력 조절 챔버(31a)는 후방 하우징(19)의 중앙부에 위치된다. 토출 챔버(35)는 후방 하우징(19)의 외주 측에 환상으로(annularly) 위치된다. 또한, 흡입 챔버(33)는, 후방 하우징(19)에서, 제1 압력 조절 챔버(31a)와 토출 챔버(35) 사이에 환상으로 형성된다. 토출 챔버(35)는, 도시되지 않은 배출구에 연결된다.

실린더 블록(21)에는, 피스톤(9)의 개수와 동일 개수의 실린더 보어(21a)가 원주 방향으로 등각도(equal angle) 간격으로 형성된다. 각 실린더 보어(21a)의 전단 측은 사판 챔버(25)와 연통한다. 또한, 실린더 블록(21)에는, 후술할 흡입 리드 밸브(suction reed valve; 41a)의 최대 개도(maximum opening degree)를 조절하는 리테이너 홈(retainer groove; 21b)이 형성된다.

또한, 실린더 블록(21)에는, 사판 챔버(25)와 연통하면서 압축기의 길이 방향으로 연장되는 제2 축 구멍(21c)이 실린더 블록(21)을 관통하여 마련된다. 제2 축 구멍(21c)에는 제2 슬라이딩 베어링(29b)이 제공된다. 상술한 제1 슬라이딩 베어링(29a) 및 제2 슬라이딩 베어링(29b) 대신에 구름 베어링이 채용될 수 있다.

또한, 실린더 블록(21)에는 스프링 챔버(21d)가 형성된다. 스프링 챔버(21d)는 사판 챔버(25)와 제2 축 구멍(21c) 사이에 위치된다. 스프링 챔버(21d)에는 리턴 스프링(37)이 배치된다. 리턴 스프링(37)은, 최소 경사각의 사판(5)을 사판 챔버(25)의 전방부를 향하여 가압한다. 또한, 실린더 블록(21)에는, 사판 챔버(25)와 연통하는 흡입 통로(39)가 형성된다.

밸브 형성 플레이트(23)는 후방 하우징(19)과 실린더 블록(21) 사이에 마련된다. 밸브 형성 플레이트(23)는 밸브 플레이트(40), 흡입 밸브 플레이트(41), 토출 밸브 플레이트(43) 및 리테이너 플레이트(45)로 구성된다.

밸브 플레이트(40), 토출 밸브 플레이트(43) 및 리테이너 플레이트(45)에는, 실린더 보어(21a)의 개수와 동일한 개수의 흡입 포트(40a)가 형성된다. 또한, 밸브 플레이트(40)와 흡입 밸브 플레이트(41)에는, 실린더 보어(21a)의 개수와 동일한 개수의 토출 포트(40b)가 형성된다. 각 실린더 보어(21a)는, 각 흡입 포트(40a)를 통하여 흡입 챔버(33)와 연통하고, 각 토출 포트(40b)를 통하여 토출 챔버(35)와 연통한다. 또한, 밸브 플레이트(40), 흡입 밸브 플레이트(41), 토출 밸브 플레이트(43) 및 리테이너 플레이트(45)에는, 제1 연통 구멍(40c) 및 제2 연통 구멍(40d)이 형성된다. 제1 연통 구멍(40c)에 의해, 흡입 챔버(33)와 흡입 통로(39)가 상호 연통한다. 이로 인해, 사판 챔버(25)와 흡입 챔버(33)가 서로 연통한다.

흡입 밸브 플레이트(41)는 밸브 플레이트(40)의 전방면(front surface)에 마련된다. 흡입 밸브 플레이트(41)에는, 탄성 변형에 의해 각 흡입 포트(40a)를 개폐할 수 있는 복수의 흡입 리드 밸브(41a)가 형성된다. 또한, 토출 밸브 플레이트(43)는 밸브 플레이트(40)의 후방면(rear surface)에 마련된다. 토출 밸브 플레이트(43)에는, 탄성 변형에 의해 각 토출 포트(40b)를 개폐할 수 있는 복수의 토출 리드 밸브(43a)가 형성된다. 리테이너 플레이트(45)는 토출 밸브 플레이트(43)의 후방면에 마련된다. 리테이너 플레이트(45)는 토출 리드 밸브(43a)의 최대 개도를 제한한다.

구동축(3)은 보스(17c) 측으로부터 하우징(1)의 후방 측을 향하여 삽입된다. 구동축(3)의 전단 측은 축 밀봉 장치(27)를 통해 보스(17c)에 삽입되고, 제1 축 구멍(17d)에서 제1 슬라이딩 베어링(29a)에 의하여 지지된다. 또한, 구동축(3)의 후단 측은 제2 축 구멍(21c)에서 제2 슬라이딩 베어링(29b)에 의해 지지된다. 이러한 방식으로, 구동축(3)은 하우징(1)에 대하여 구동 축선(O)의 주위로 회전 가능하게 지지된다. 제2 축 구멍(21c)에는, 구동축(3)의 후단으로부터의 공간에 제2 압력 조절 챔버(31b)가 구획된다. 제2 압력 조절 챔버(31b)는 제2 연통 구멍(40d)을 통해 제1 압력 조절 챔버(31a)와 연통한다. 이들 제1 압력 조절 챔버(31a) 및 제2 압력 조절 챔버(31b)에 의해 압력 조절 챔버(31)가 형성된다.

구동축(3)의 후단에는 O-링(49a, 49b)이 제공된다. 이로 인해, 각 O-링(49a, 49b)은 구동축(3)과 제2 축 구멍(21c) 사이에 위치되어, 사판 챔버(25)와 압력 조절 챔버(31) 사이의 공간을 밀봉한다.

또한, 링크 기구(7), 사판(5) 및 액츄에이터(13)가 구동축(3)에 끼워맞춤 된다. 링크 기구(7)는, 러그 플레이트(lug plate; 51)와, 러그 플레이트(51)에 형성되는 한 쌍의 러그 아암(lug arm; 53)과, 사판(5)에 형성되는 한 쌍의 사판 아암(5e)으로 구성된다. 러그 플레이트(51)는 본 발명에서 러그 부재에 대응한다. 도 1에는, 러그 아암(53) 및 사판 아암(5e)에 대하여, 하나의 러그 아암(53) 및 하나의 사판 아암(5e)만이 도시되어 있다. 이는 도 6에도 동일하게 적용된다.

러그 플레이트(51)는 실질적으로 환형의 링 형상으로 형성된다. 러그 플레이트(51)는 구동축(30)으로 압입(press-fitted)되어 구동축(3)과 일체로 회전 가능하다. 러그 플레이트(51)는 사판 챔버(25)에서 전단 측에 위치되고, 사판(5)의 전방에 배치되며, 사판(5)과 대면한다. 또한, 러그 플레이트(51)와 전방벽(17a) 사이에는 스러스트 베어링(thrust bearing: 55)이 제공된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 러그 플레이트(51)에는, 러그 플레이트(51)의 길이 방향으로 연장되는 원통형의 실린더 챔버(51a)가 오목하게 마련된다. 실린더 챔버(51a)는 러그 플레이트(51)의 후단면(rear end surface)으로부터 러그 플레이트(51)에서 스러스트 베어링(55)의 내측이 되는 지점으로 연장된다.

각 러그 아암(53)은 러그 플레이트(51)로부터 후방으로 연장된다. 또한, 러그 플레이트(51)에는, 각 러그 아암(53)과의 사이의 위치에 안내면(51b)이 형성된다. 도시되어 있지 않지만, 각 러그 아암(53)에 각각 대응하도록 한 쌍의 안내면(51b)이 형성된다. 안내면(51b)은, 러그 플레이트(51)의 전단 측으로부터 후단 측으로 아래쪽으로 기울도록 형성된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 사판(5)은 환형 평판 형상으로 형성되고 전방면(5a) 및 후방면(5b)을 가진다. 전방면(5a) 상에는, 사판(5)의 전방으로 돌출하는 중량부(weight portion; 5c)가 형성된다. 중량부(5c)는 사판(5)의 경사각이 최대가 될 때 러그플레이트(51)와 접촉하게 된다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 사판(5)에는 삽입 구멍(5d)이 형성된다. 삽입 구멍(5d)을 통해 구동축(5)이 삽입된다. 설명의 편의를 위해, 도 4에는 각 사판 아암(5e), 중량부(5c) 등이 생략되어 있음에 유의해야 한다.

또한, 전방면(5a) 상에는 작용 수용부(5f)가 형성된다. 작용 수용부(5f)는 편평하게 형성된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 사판(5)에는, 각 피스톤(9)의 상사점에 대응하는 부분으로서 상사점 대응부(T)가 형성된다. 작용 수용부(5f)는 전방면(5a)에서 구동 축선(O)으로부터 사판(5)의 상사점 대응부(T) 측에 편심되게 위치된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 각 사판 아암(5e)은 전방면(5a) 상에 형성된다. 각 사판 아암(5e)은 전방면(5a)으로부터 전방으로 연장된다.

본 실시 형태의 압축기에서, 각 사판 아암(5e)은 각 러그 아암(53)의 사이에 삽입되고, 이로 인해 러그 플레이트(51) 및 사판(5)이 연결된다. 이로 인해, 구동축(3)의 회전이 각 러그 아암(53)으로부터 각 사판 아암(5e)으로 전달되고, 사판(5)은 사판 챔버(25) 내에서 러그 플레이트(51)와 함께 회전 가능하다. 상술한 것처럼, 러그 플레이트(51) 및 사판(5)이 연결되고, 이로 인해 각 사판 아암(5e)에 있어서 각 선단 측은 안내면(51b) 상에서 접촉한다. 이어서, 각 사판 아암(5e)은 안내면(51b) 상에서 슬라이딩하고, 이로 인해 사판(5)은, 구동 축선(O)에 직교하는 방향에 대한 자신의 경사각에 대하여, 상사점 대응부(T) 측에서의 위치를 실질적으로 유지하면서, 도 5b에 도시된 회전 축선(M) 주위로 회전 가능하다. 회전 축선(M)의 상세한 내용에 대해서는 후술한다. 이러한 방식으로, 사판(5)은, 도 1에 도시된 최대 경사각에서부터 도 6에 도시된 최소 경사각으로 변할 수 있다.

액츄에이터(13)는 러그 플레이트(51), 가동체(13a), 및 제어 압력 챔버(13b)로 구성된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가동체(13a)는 구동축(3)을 통하여 삽입되고, 구동축(3)과 접촉하여 슬라이딩하면서 구동 축선(O) 방향으로 사판 챔버(25) 내에서 길이 방향으로 이동 가능하다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 가동체(13a)는 구동축(3)과 동축의(coaxial) 원통 형상을 형성한다. 가동체(13a)는 제1 원통부(131), 제2 원통부(132) 및 연결부(133)를 가진다. 제1 원통부(131)는 가동체(13a)의 후방부에, 즉 사판(5)에 가까운 측에 위치되고, 내주면 상에서 구동축(3)과 접촉하여 슬라이딩 가능하다. 제1 원통부(131)의 내주면상에는 링 홈(131a)이 형성되고, 링 홈(131a)에는 O-링(49c)이 마련된다. 제2 원통부(132)는 가동체(13a)의 전방부에 위치된다. 제2 원통부(132)는 제1 원통부(131)보다 더 큰 직경을 가진다. 제2 원통부(132)의 외주면 상에는 링 홈(132a)이 형성되고, 링 홈(132a)에는 O-링(49d)이 마련된다. 연결부(133)는 제1 원통부(131)와 제2 원통부(132) 사이에 위치되고, 가동체(13a)의 후방부로부터 전방부를 향해 점진적으로 직경이 확장되면서 연장된다. 연결부(133)에서, 후단은 제1 원통부(131)에 이어지고, 전단은 제2 원통부(132)에 이어진다.

또한, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 제1 원통부(131)의 후단에는 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)가 형성된다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 제1 원통부(131)의 외주면으로부터 가동체(13a)의 후방부를 향해 연장된다.

또한, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 사판(5)의 상사점 대응부(T) 및 구동 축선(O)에 의해 형성되는 상사점 평면(F)을 가로질러 단차가 형성되게 제1 원통부(131) 상에 형성된다. 가동체(13a)는 자신을 관통하여 삽입되는 구동축(3)을 가지며, 이로 인해 구동축(3)은 제1 작용부(134)와 제2 작용부(135) 사이에 위치된다.

또한, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 상사점 평면(F)에 대하여 평면 대칭으로 형성된다. 이로 인해, 제1 작용부(134)로부터 상사점 평면(F)까지의 거리(L1), 그리고 제2 작용부(135)로부터 상사점 평면(F)까지의 거리(L2)는 동일한 길이를 가진다. 또한, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 제1 원통부(131) 상에서 구동 축선(O)으로부터의 높이가 동일하도록 형성된다.

상술한 것처럼, 가동체(13a)에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 양자 모두 제2 원통부(132) 내부에 위치되도록 마련된다. 더욱 상세하게는, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 제1 원통부(131)로부터 외측이고 제2 원통부(132) 내측의 위치에 마련된다.

또한, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 구동 축선(O)으로부터 상사점 대응부(T) 측으로 편심되게 위치된다.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)의 후단은 사판(5) 측을 향해 돌출하는 원통형으로 형성된다. 더욱 구체적으로, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)의 후단은 회전 축선(M)과 평행한 모선(generating line)을 가지는 원통형으로 형성된다. 회전 축선(M)은 구동축(3)의 외주면과 상사점 평면(F)의 교차선 상에 위치되는 회전 지점(X)을 포함하며, 구동 축선(O)에 직교하는 방향으로 연장된다.

이로 인해, 도 5b에 파선으로 나타낸 것처럼, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 각각 회전 축선(M)과 평행하게 사판(5)의 작용 수용면(5f)과 선 접촉(line contact)한다. 즉, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)와 작용 수용면(5f)은, 구동 축선(O)으로부터 상사점 대응부(T) 측으로 편심된 위치에서 서로 선 접촉한다(도 5a 참조). 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)가 이와 같이 작용 수용면(5f)과 선 접촉하고, 이로 인해 가동체(13a)는 러그 플레이트(51) 및 사판(5)과 일체로 회전 가능하다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 실린더 챔버(51a)는, 제2 원통부(132) 및 연결부(133)를 내부로 진입시킴으로써 제2 원통부(132) 및 연결부(133)를 수용할 수 있다.

제어 압력 챔버(13b)는, 제2 원통부(132), 연결부(133), 실린더 챔버(51a), 및 구동축(3) 사이에 형성된다. 제어 압력 챔버(13b)와 사판 챔버(25) 사이의 공간은 O-링(49c, 49d)에 의해 밀봉된다.

구동축(3)에는, 구동축(3)의 후단으로부터 전단을 향하여 구동 축선(O) 방향으로 연장되는 축방향 경로(3a)와, 축방향 경로(3a)의 전단으로부터 반경 방향으로 연장되고 구동축(3)의 외주면으로 개구되는 반경 방향 경로(3b)가 형성된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 축방향 경로(3a)의 후단은 압력 조절 챔버(31)에 개구된다. 한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 반경 방향 경로(3b)는 제어 압력 챔버(13b)에 개구된다. 축방향 경로(3a) 및 반경 방향 경로(3b)에 의해, 압력 조절 챔버(31) 및 제어 압력 챔버(13b)가 상호 연통한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 구동축(3)의 선단에 나사부(3c)가 형성된다. 구동축(3)은 나사부(3c)를 통해, 도시되지 않은 풀리 또는 전자(electromagnetic) 클러치에 연결된다.

각 피스톤(9)은 각 실린더 보어(21a)에 각각 수용되고 각 실린더 보어(21a) 내에서 왕복 이동 가능하다. 각 피스톤(9) 및 밸브 형성 플레이트(23)에 의해 실린더 보어(21a) 내에 압축 챔버(57)가 구획된다.

또한, 각 피스톤(9)에는 결합부(9a)가 각각 오목하게 제공된다. 결합부(9a)에는 반구형 슈(11a, 11b)가 각각 제공된다. 각 슈(11a, 11b)는 사판(5)의 회전을 피스톤(9)의 왕복 운동으로 전환한다. 각 슈(11a, 11b)는 본 발명에서 전환 기구에 대응한다. 이러한 방식으로, 각 피스톤(9)은 사판(5)의 경사각에 대응하는 행정으로 실린더 보어(21a)에서 왕복 이동할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제어 기구(15)는 저압 통로(15a), 고압 통로(15b), 제어 밸브(15c), 오리피스(15d), 축방향 경로(3a), 및 반경 방향 경로(3b)로 구성된다.

저압 통로(15a)는 압력 조절 챔버(31) 및 흡입 챔버(33)에 연결된다. 이로 인해, 저압 통로(15a), 축방향 경로(3a), 및 반경 방향 통로(3b)에 의해, 제어 압력 챔버(13b), 압력 조절 챔버(31), 및 흡입 챔버(33)는 서로 연통하는 상태가 된다. 고압 통로(15b)는 압력 조절 챔버(31) 및 토출 챔버(35)에 연결된다. 고압 통로(15b), 축방향 경로(3a), 및 반경 방향 경로(3b)에 의해, 제어 압력 챔버(13b), 압력 조절 챔버(31), 및 토출 챔버(35)가 서로 연통한다.

제어 밸브(15c)는 저압 통로(15a)에 제공된다. 제어 밸브(15c)는 흡입 챔버(33)의 압력에 기초하여 저압 통로(15a)의 개도를 조절할 수 있다. 또한, 오리피스(15d)는 고압 통로(15b)에 제공된다.

본 실시 형태의 압축기에서, 도 1에 도시된 유입구(250)에는 증발기에 연결된 배관이 연결되고, 배출구에는 응축기에 연결된 배관이 연결된다. 응축기는 배관 및 팽창 밸브를 통하여 증발기에 연결된다. 압축기, 증발기, 팽창 밸브, 응축기 등에 의해서, 차량용 공조 장치의 냉각 회로가 구성된다. 증발기, 팽창 밸브, 응축기 및 각 배관의 예시는 생략되어 있음에 유의해야 한다.

상술한 것처럼 구성된 압축기에서, 구동축(3)이 회전하여, 사판(5)이 회전하고, 각 피스톤(9)은 각 실린더 보어(21a) 내에서 왕복 운동한다. 따라서, 압축 챔버(59)는 피스톤 행정에 따라 용량을 변경한다. 따라서, 증발기로부터 유입구(250)에 의해 사판 챔버(25)로 흡입된 냉매 가스는, 흡입 통로(39)로부터 흡입 챔버(33)를 통과하고, 압축 챔버(57)에서 압축된다. 이어서, 압축 챔버(57)에서 압축된 냉매 가스는 토출 챔버(35)로 토출되고, 배출구로부터 응축기로 토출된다.

본 실시 형태의 압축기에서는, 사판(5)의 경사각이 액츄에이터(13)에 의해 변경되어 피스톤(9)의 행정이 증가되거나 감소되고, 이로 인해 토출 용량이 변경될 수 있다.

더욱 구체적으로, 제어 기구(15)에서, 도 2에 도시된 제어 밸브(15c)가 저압 통로(15a)의 개도를 크게 하면, 압력 조절 챔버(31) 내의 압력, 나아가서는 제어 압력 챔버(13b) 내의 압력은 흡입 챔버(33) 내의 압력과 실질적으로 동일해진다. 따라서, 사판(5)에 작용하는 피스톤 압축력에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이, 가동체(13a)는 구동 축선(O) 방향으로 사판(5) 측으로부터 러그 플레이트(51) 측을 향해 이동한다. 계속해서, 가동체(13a)의 전단 측은 실린더 챔버(51a)내로 진입한다.

또한, 동시에, 압축기에서는, 피스톤 압축력과 사판(5) 자체에 작용하는 리턴 스프링(37)의 가압력에 의해, 사판 아암(5e)이 구동 축선(O)으로부터 멀어지도록 각각 슬라이딩면(51b) 상에서 슬라이딩한다.

따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 사판(5)에서, 각 피스톤(9)의 하사점에 대응하는 부분으로서 하사점 대응부(U)가 형성된다. 사판(5)에서 하사점 대응부(U) 측은, 상사점 대응부(T)의 위치가 사판(5)에서 실질적으로 유지되면서, 회전 축선(M) 주위로 시계 방향으로 회전한다. 이러한 방식으로, 본 실시 형태의 압축기에서는, 구동축(3)의 구동 축선(O)에 대한 사판(5)의 경사각이 증가한다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서 각 피스톤(9)의 행정이 증가하고, 구동축(3)의 1 회전당 토출 용량이 커진다. 도 1에 도시된 사판(5)의 경사각은 본 실시 형태의 압축기에서 최대 경사각임에 유의해야 한다.

한편, 도 2에 도시된 제어 밸브(15c)가 저압 통로(15a)의 개도를 작게 하면, 압력 조절 챔버(31) 내의 압력, 그리고 제어 압력 챔버(13b) 내의 압력이 높아진다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 가동체(13a)는, 러그 플레이트(51)로부터 멀어지게 이동하면서 사판(5) 측을 향해 구동 축선(O) 방향으로 이동한다.

이로 인해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 압축기에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135) 각각은 사판 챔버(25)의 후방부를 향해 사판(5)을 가압한다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 사판 아암(5e)은 구동 축선(O)에 가까워지도록 각 슬라이딩면(51b) 상에서 슬라이딩한다.

따라서, 사판(5)에 있어서, 사판(5)은 상사점 대응부(T)의 위치를 실질적으로 유지하면서, 하사점 대응부(U) 측이 회전 축선(M) 주위로 반시계 방향으로 회전한다. 이러한 방식으로, 본 실시 형태의 압축기에서는, 구동축(3)의 구동 축선(O)에 대한 사판(5)의 경사각이 감소된다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서 각 피스톤(9)의 행정이 감소하고, 구동축(3)의 1 회전당 토출 용량이 적어진다. 또한, 사판(5)은 경사각 감소에 의해 리턴 스프링(37)에 접촉하게 된다. 도 6에 도시된 사판(5)의 경사각은 본 실시 형태의 압축기에서 최소 경사각임에 유의해야 한다.

상술한 것처럼, 본 실시 형태의 압축기에서, 제1 작용부(134), 제2 작용부(135), 및 작용 수용부(5f)는 구동 축선(O)으로부터 사판(5)의 전방면(5a)의 상사점 대응부(T) 측으로 편심된 위치에서 선 접촉하고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서는, 사판(5)의 전방면(5a)의 상사점 대응부(T) 측으로 편심된 위치에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)가 작용 수용부(5f)를 가압하여, 사판(5)의 경사각이 감소될 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 압축기에서는, 사판(5)의 경사각을 변경할 때 가동체(13a)의 구동축 방향(O)의 행정이 작아질 수 있다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 압축기에서는, 상술한 것처럼 압축기가 작동되는 경우, 상사점 대응부(T)로부터 회전 방향으로 뒤쪽에서 사판(5)에 압축 반력이 작용한다. 따라서, 예컨대, 상사점 대응부(T) 측으로 편심된 위치의 일 지점에서 가동체(13a)가 피안내면(5f)을 가압하는 경우, 압축기에서는, 상사점 대응부(T)와 하사점 대응부(U)를 연결하는 선(Y; 도 5b 참조)을 회전 중심으로 하는 방향으로 사판(5)을 기울게 하는 모멘트 M(도 4에서 파선 화살표 참조)이 사판(5)에 작용한다.

이와 관련하여, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 압축기에서 상사점 평면(F)을 가로질러 단차가 형성되게 쌍으로 되어 있다. 따라서, 본 실시 형태의 압축기에서, 경사각을 감소시킬 때, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 작용 수용부(5f)를 상사점 평면(F)을 기준으로 하여 개별적으로 가압한다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서는, 회전 중심으로서 상사점 대응부(T)와 하사점 대응부(U)를 연결하는 선(Y)에 대한 사판의 경사가 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)에 의해 지지될 수 있다.

여기서, 본 실시 형태의 압축기에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 제1 원통부(131) 상에 상사점 평면(F)에 대하여 평면 대칭이 되도록 형성된다. 따라서, 본 실시 형태의 압축기에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 상사점 평면(F)으로부터 동일 거리의 위치에서 사판(5)의 경사를 지지할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태의 압축기에서는, 사판(5)의 상사점 대응부(T) 측으로 편심된 위치에서 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)가 작용 수용부(5f)를 가압하는 경우에도, 상술한 바와 같은 모멘트 M이 사판(5)에 거의 작용하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태의 압축기에서는, 경사각을 감소시킬 때, 가동체(13a)가, 러그 플레이트(51)로부터 멀어지게 이동하면서 사판(5) 측을 향하여 구동 축선(O) 방향으로 적합하고 용이하게 이동한다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서는, 경사각이 용이하게 변경된다.

그 결과로서, 본 실시 형태의 압축기는, 액츄에이터(13)를 사용하여 토출 용량을 변경하는 압축기에서, 소형화를 실현하면서 높은 제어 가능성을 나타낸다.

특히, 본 실시 형태의 압축기에서는, 상술한 것처럼 구동축(3)이 제1 작용부(134)와 제2 작용부(135) 사이에 위치된다. 더욱 구체적으로, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 제1 원통부(131)로부터 외측이고 제2 원통부(132)의 내측의 위치에 마련된다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서는, 가동체(13a)의 크기가 증가되는 것을 제한하면서, 제1 작용부(134)와 제2 작용부(135) 사이의 공간을 가능한 한 크게 할 수 있다. 이로 인해, 상술한 것처럼, 가동체(13a)의 크기, 나아가서는 압축기의 크기가 증가되는 것을 제한하면서, 사판(5)의 경사가 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)에 의해 적합하게 지지될 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 압축기에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)의 각 후단 측은, 회전 축선(M)과 평행한 모선을 갖는 원통형으로 형성된다. 따라서, 본 실시 형태의 압축기에서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)는 작용 수용부(5f)와 각각 선 접촉한다. 이로 인해, 본 실시 형태의 압축기에서는, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)가 사판(5)을 가압할 때의 접촉압이 감소되고, 가동체(13a) 및 사판(5)의 내구성이 향상된다.

지금까지 실시 형태에 기초하여 본 발명을 서술하였지만, 본 발명이 상술한 실시 형태로 제한되지 않고 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 변경되어 적용될 수 있다는 점은 말할 나위도 없다.

예컨대, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)가, 제1 작용부(134)로부터 상사점 평면(F)까지의 거리(L1)와 제2 작용부(135)로부터 상사점 평면(F)까지의 거리(L2)는 상호 동일하게 유지되면서, 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)에 있어서 구동 축선(O)으로부터의 높이가 상호 다르도록 제1 원통부(131) 상에 형성될 수도 있다.

또한, 작용 수용부(5f)에 대하여, 작용 수용부(5f)는 사판(5)의 전방면(5a)으로부터 제1 작용부(134) 및 제2 작용부(135)를 향하여 도출하는 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 제어 기구(15)에 대하여, 제어 기구(15)는 제어 밸브(15c)가 고압 통로(15b)에 마련되고 오리피스(15d)가 저압 통로(15a)에 마련되는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우에, 고압 통로(15b)의 개도는 제어 밸브(15c)에 의해 조절되고, 이로 인해 제어 압력 챔버(13b) 내의 압력이 토출 챔버(35) 내의 고압에 의해 빠르게 증가될 수 있고, 토출 용량이 빠르게 감소될 수 있다.

Claims

용량 가변형 사판식 압축기로서,
흡입 챔버, 토출 챔버, 사판 챔버, 및 실린더 보어가 형성된 하우징;
상기 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되는 구동축;
상기 구동축의 회전에 의해 상기 사판 챔버 내에서 회전 가능한 사판;
상기 구동축과 상기 사판 사이에 마련되며, 상기 구동축의 구동 축선에 직교하는 방향에 상기 사판의 경사각을 변경할 수 있는 링크 기구;
상기 실린더 보어 내에서 왕복 이동 가능하도록 수용되는 피스톤;
상기 사판의 외주부와 상기 피스톤을 연결하여, 상기 사판의 회전에 의해 상기 경사각에 대응하는 행정으로 상기 피스톤을 상기 실린더 보어 내에서 왕복 이동하게 하는 전환 기구(11a, 11b);
상기 경사각을 변경시킬 수 있는 액츄에이터; 및
상기 액츄에이터를 제어하는 제어 기구;
를 포함하고,
상기 흡입 챔버 및 상기 사판 챔버는 상호 연통(communication)하고,
상기 링크 기구는, 상기 사판 챔버 내에서 상기 구동축에 고정되고 상기 사판 챔버와 대면하는 러그 부재와, 상기 러그 부재로부터 상기 구동축의 회전이 상기 사판으로 전달되는 사판 아암을 가지고,
상기 액츄에이터는, 상기 러그 부재와, 상기 러그 부재와 상기 사판 사이에 배치되어 상기 사판과 일체로 회전 가능하도록 결합되며, 상기 경사각을 변경시킬 수 있도록 상기 구동 축선의 방향으로 이동하는 가동체와, 상기 러그 부재 및 상기 가동체에 의해 구획되고, 내부 압력에 의해 상기 가동체를 이동시키는 제어 압력 챔버를 가지고,
상기 가동체 상에는, 상기 사판과 결합하는 제1 작용부 및 제2 작용부가 형성되고,
상기 사판 상에는, 상기 제1 작용부 및 제2 작용부와 결합하는 작용 수용부가 형성되고,
상기 사판에는, 상기 피스톤의 상사점에 대응하는 부분으로서 상사점 대응부가 형성되고,
상기 제1 작용부, 상기 제2 작용부, 및 상기 작용 수용부는 상기 구동 축선으로부터 상기 사판에서 상기 상사점 대응부 측으로 편심되게 위치되고,
상기 제1 작용부 및 상기 제2 작용부는, 상기 상사점 대응부 및 상기 구동 축선에 의해 형성되는 상사점 평면을 가로질러 단차가 형성됨으로써 쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 작용부로부터 상기 상사점 평면까지의 거리와 상기 제2 작용부로부터 상기 상사점 평면까지의 거리는 상호 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제1 작용부 및 상기 제2 작용부는 상기 상사점 평면에 대하여 평면 대칭인 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
제3항에 있어서,
상기 구동축은 상기 제1 작용부와 상기 제2 작용부 사이에 있는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사판은 상기 구동축의 외주면과 상기 상사점 평면의 교차선 상에 위치되는 회전 지점을 포함하는 회전 축선 주위로 회전 가능하게 마련되고,
상기 제1 작용부 및 상기 제2 작용부는 상기 회전 축선과 평행한 모선(generating line)을 가지는 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.