KR19980076764A - 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체를 제공한다.

그 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체가 : 실린더블럭(13)의 실린더실(13')내에서 피스톤(14)의 왕복운동에 의해 냉매를 흡입하여 압축하고 토출하며, 그 피스톤(14)의 후방에 형성된 볼수용홈(14')에 압입되어 구면운동하는 볼(31)과 그 볼(31)에 연결되는 커넥팅로드(32)와 커넥팅로드링(33)를 개재하여 그 커넥팅로드링(33)에 연결되는 편심축(21)의 회전운동이 그 피스톤(14)의 왕복운동으로 전환되는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체에 있어서 : 압축행정시 최대면압이 작용하는 부분의 전후에 걸쳐 상기 피스톤(14)의 볼수용홈(14')의 벽면에 외부로부터 오일이 유입될 수 있도록 다수의 오일포켓(40)이 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 볼수용홈(14')에 형성된 다수의 방사상 오일포켓(40)에 의하여 특히 압축행정시 냉매가스의 압축력에 따른 피스톤의 볼수용홈과 볼사이의 접촉면(14a)에서의 강한 마찰에 의해 약간의 완충역할을 하면서 윤활작용을 할 수 있게 되어 마찰손실을 감소시키고 발열을 저감시켜 그 마찰손실과 발열에 따른 효율저하와 마모에 따른 신뢰성저하를 방지하고 나아가 소음이나 진동을 감소시킬 수 있게 되는 등의 효과가 있다.

Description

압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체

본 발명은 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체에 관한 것으로서, 더 상세하게는 볼조인트형 커넥팅로드의 연결구조의 피스톤 조립체를 지니는 압축기에 있어서, 간단한 구조로 피스톤의 왕복운동에 따른 볼조인트부의 마찰과 발열을 감소시켜 압축기의 효율과 신뢰성을 향상시키고 소음과 진동을 저감시킬 수 있는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체에 관한 것이다.

압축기는 통상적으로 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 왕복동형, 회전형 및 터보형이 있다. 이러한 압축기가 냉장고용으로 사용되는 경우, 냉장고 내부를 저열원으로 하고 외부를 고열원으로 하는 저비등점의 냉매의 포화증기를 고압으로 압축하여 응축기로 유동시킨다. 그 응축기에서는 고압, 고열의 냉매로부터 증발의 잠열이 냉장고 외부의 고열원으로 방출되어 액체상태의 냉매로 상변화를 일으키고는 이 액상의 냉매가 팽창밸브를 통과하여 저압, 저온으로 스로틀링된 후, 증발기로 유입된다. 그 증발기에서 그 저압, 저온의 냉매는 대부분 액상으로 냉장고 내부의 저열원으로부터 잠열을 흡수하여 포화증기상태의 냉매로 상변화를 일으킨 후, 다시 상술한 압축기로 유입됨으로써 냉동사이클을 구성하게 된다. 이와 같은 냉동사이클을 반복하는 가운데에 냉장고 내부는 지속적으로 냉기를 공급받아 소망의 냉동(장) 효과를 가져오게 된다.

통상 가정용 냉장고용 압축기는 주로 1단의 왕복동형으로 그 구동 전기모터와 함께 케이스내에 밀폐된 채 냉장고의 하부에 설치되며, 도 1에 상부케이스를 제거한 상태의 내부구조가 평면도로 도시된다.

그 왕복동형 압축기(10)에 있어서, 방음 및 방진을 위하여 전기모터 및 압축기가 상부 및 하부 케이스(12, 11)의 내부에 밀폐되게 수납되며, 또한 그 상부 및 하부 케이스(12, 11)와는 소정의 간격을 두고 적당한 방진 및 방음 수단, 예를 들면 압축스프링 내지는 판스프링으로 그 상부 및 하부 케이스(12, 11)에 하부 내지는 측부에서 프레임(24)을 개재하여 지지된다.

상술한 왕복동형 압축기는 도 1에서 횡형으로 프레임(24)의 상부에 고정되는 실린더블럭(13)과 그 내부의 실린더에 왕복 운동가능하게 삽입되는 피스톤(14)으로 구비하며(도 2참조), 그 피스톤(14)의 왕복운동에 의해 실린더블럭(13)의 좌측 단부에 설치된 흡입 및 토출 밸브조립체(15)를 개재하여 저압, 저온의 냉매가스가 흡입되고 고압, 고온의 냉매가스가 토출된다. 그 흡입 및 토출 밸브조립체(15)는 소형화를 위하여 통상 탄성을 지니는 플랩퍼(flapper) 내지는 리드(reed)형 박판 구조로 구성되며, 그 플랩퍼 내지는 리드형 흡입 및 토출 밸브(15)는 양면에 작용하는 압력차에 의해 피동적으로 개폐된다.

이와 같이 구성되는 왕복동형 압축기에 있어서, 피스톤(14)의 후진 운동시 상기 저압, 저온의 냉매가스는 상기 상부 내지는 하부 케이스(12, 11)에 밀폐되게 고정된 흡입파이프(연결관)(22) 및 흡입머플러(16)를 개재하여 외부의 증발기(도시생략됨)로부터 흡입 및 토출 밸브(15)의 흡입리드밸브로 유입되고, 피스톤(14)의 전진 운동시에 상기 압축기에서 토출된 고압, 고온의 냉매가스는 그 흡입 및 토출 밸브조립체(15)의 토출밸브로부터 토출파이프(23') 및 상기 상부 내지는 하부 케이스(12, 11)에 밀폐되게 고정된 토출파이프 연결관(23)을 거쳐 외부의 응축기(도시생략됨)로 송출된다. 냉매충전파이프(22')는 상기 하부케이스(11)에 밀폐되게 고정되고 초기에 내부에 냉매가스를 충전시킨 후, 밀봉된다.

냉장고 작동소음의 대부분을 차지하는 압축기 소음은 피스톤(14)의 왕복운동, 흡입 및 토출밸브(15)의 개폐 충격, 냉매가스의 흡입 및 토출 압력의 맥동 등에 의해 발생하며, 그 중 냉매가스의 흡입 및 토출 압력의 맥동에 의한 소음을 감소시키기 위해 흡입파이프(연결관)(22)로 유입된 냉매가스는 상부 및 하부 케이스(12, 11)내부에 충전된 채, 흡입머플러(16)를 통해 실린더(13)로 흡입되고, 실린더(13)에서 압축된 냉매는 토출머플러(17)를 통하여 토출파이프(23')로 토출된다.

한편, 전기모터는 프레임(24)의 하부에 고정되게 설치되는 고정자(18)와, 그 고정자(18)와 간극을 두고 회전하는 회전자(19)로 구성되고(도 2참조), 그 회전자(19)는 회전축(20)에 고정되어 함께 회전하도록 프레임(24)에 회전가능하게 지지된다. 그 전기모터의 회전축(20)의 단부에 그 프레임(24)의 상부로 편심축(21)을 돌출되게 형성하여 피스톤(14)을 연결봉 및 축수를 개재하여 그 편심축(21)에 연결함으로써 그 편심축(21)의 편심회전량만큼 피스톤(14)이 왕복 운동하게 된다. 또한, 그 전기모터의 고정자(18)의 권선코일에는 상부 및 하부 케이스(12, 11)에 밀폐되게 고정되는 외부단자(18')를 개재하여 외부 전원이 인가된다.

상술한 바와 같이 작동하는 압축기 및 구동 모터의 원활한 운전을 위해 하부 케이스(11)의 바닥에 냉동기유가 저장되는 냉동기유 저유조(25)를 형성하고 회전축(20)의 윤활유 공급홈(20')을 따라 상부로 흡입되면서 각 윤활부위에 냉동기유를 공급하여 윤활작용을 하게 하고 있다.

도 3에는 종래의 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체가 일예로서 상세히 도시된다. 그 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체는, 후방에 볼수용홈(14')이 형성된 피스톤(14), 볼(31), 커넥팅로드(32) 및 커넥팅로드링(33)으로 구성된다.

상기 피스톤(14)은 그 볼수용홈(14')와 함께 대개 단조에 의해 제조되며, 볼(31)과 커넥팅로드(32) 및 커넥팅로드링(33)은 서로 용접이나 나사체결에 의해 일체로 교정되거나, 일체로 형성될 수도 있다.

이와 같이 제조된 피스톤(14)과 연결봉(31,32,33)은 그 연결봉(31,32,33)의 볼(31)이 피스톤(14)에 압입되게 되고 그 볼수용홈(14')의 원주단부(14)가 압착되어 그 볼(31)이 피스톤(14)의 볼수용홈(14')내에서 구면접촉을 하게 되어 볼조인트를 구성한다.

또, 그 연결봉(31,32,33)의 커넥팅로드링(33)은 편심축(21)에 대해 회전운동 가능하게 삽입되며, 회전자(19)의 회전운동에 의해 회전축(20)과 함께 회전운동하는 편심축(21)을 개재하여 연결봉(31,32,33)과 피스톤(14)이 왕복운동을 실린더실(13')내에서 하게 된다.

그러나, 상술한 한 바와 같이 볼(31)이 직접 피스톤(14)의 볼수용홈(14')에 접촉하여 볼조인트로서의 구면운동을 일으키게 되기 때문에 압축행정시 피스톤(14)의 상단에 작용하는 냉매의 압축하중에 의해 그 구면운동에 따른 마찰이 특히 크게 발생하게 되고 이에 따라, 마찰손실과 함께 마모, 열, 소음 등이 발생하게 된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 볼조인트형 커넥팅로드의 연결구조의 피스톤 조립체를 지니는 압축기에 있어서, 간단한 구조로 피스톤의 왕복운동에 따른 볼조인트부의 마찰과 발열을 감소시켜 압축기의 효율과 신뢰성을 향상시키고 소음과 진동을 저감시킬 수 있는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 밀폐형 왕복동 압축기의 내부구조를 나타내는 평면도,

도 2는 밀폐형 압축기의 내부구조를 도시하는 도 1의 선 2-2 단면도,

도 3은 종래의 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체를 도시한 상세 부분 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체의 구조를 도시하는 상세 부분 단면도,

도 5는 도 4의 피스톤의 볼수용홈의 내측벽부를 도시한 도 4의 선 5-5 단면도,

도 6은 도 4의 피스톤의 볼수용홈과 볼사이의 접촉관계를 도시한 부분 확대단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압축기11 : 하부케이스

12 : 상부케이스13 : 실린더블럭

14 : 피스톤14' : 볼수용홈

14 : 압착원주단부15 : 흡입 및 토출밸브 조립체

16 : 흡입머플러17 : 토출머플러

18 : 고정자(스테이터)19 : 회전자(로터)

20 : 회전축21 : 편심축

22 : 흡입파이프(연결관)23 ; 토출파이프연결관

23' : 토출파이프24 : 프레임

25 : 냉동기유 저유조31 : 볼

32 : 커넥팅로드33 : 커넥팅로드링

40 : 오일포켓

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체는, 실린더블럭의 실린더실내에서 피스톤의 왕복운동에 의해 냉매를 흡입하여 압축하고 토출하며, 그 피스톤의 후방에 형성된 볼수용홈에 압입되어 구면운동하는 볼과 그 볼에 연결되는 커넥팅로드와 커넥팅로드링를 개재하여 그 커넥팅로드링에 연결되는 편심축의 회전운동이 그 피스톤의 왕복운동으로 전환되는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체에 있어서 : 압축행정시 최대면압이 작용하는 부분의 전후에 걸쳐 상기 피스톤의 볼수용홈의 벽면에 외부로부터 오일이 유입될 수 있도록 다수의 오일포켓이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 오일포켓은 방사상으로 배열되는 가는 홈형상이며, 그 홈들의 폭의 합계가 볼수용홈의 면압강도에 지장이 없는 범위이고, 그 홈들의 깊이가 최대 면압강도에서의 볼수용홈의 접촉면의 압축량보다 커서 압축행정시에 오일이 잔류하게 되어 더욱 그 압축행정시에 유막이 유지될 수 있게 된다.

이에 따라, 특히 압축행정시 냉매가스의 압축력에 따른 피스톤의 볼수용홈과 볼사이의 접촉면의 강한 마찰을 감소시키고 발열을 저감시켜 마찰손실과 발열에 따른 효율저하와 마모에 따른 신뢰성 저하를 방지하고 나아가 소음을 감소시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 4에는 본 발명에 따른 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체가 단면도로서 도시되며, 도 5에는 도 4의 피스톤의 볼수용홈의 내측벽부에 대한 도 4의 선 5-5 단면도시 도시되고, 도 6에는 도 4의 피스톤의 볼수용홈과 볼사이의 접촉관계의 부분 확대 단면도가 도시된다.

그 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체는 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체에서와 같이 후방에 볼수용홈(14')이 형성된 피스톤(14), 볼(31), 커넥팅로드(32) 및 커넥팅로드링(33)을 포함하여 구성되며, 본 발명에 따라서는 오일포켓(40)이 다수 그 볼수용홈(14')의 벽면에 형성된다.

상기 피스톤(14)은 그 볼수용홈(14')와 함께 종래와 같이 대개 단조에 의해 제조되며, 그 오일포켓(40)은 동시에 형성될 수도 있고 단조후 볼수용홈(14')의 가공시에 형성될 수도 있다. 또, 볼(31)과 커넥팅로드(32) 및 커넥팅로드링(33)도 종래와 같이 서로 용접이나 나사체결에 의해 일체로 고정되거나, 일체로 형성될 수도 있다.

이와 같이 제조된 피스톤(14)와 연결봉(31,32,33)은 볼수용홈(14')에 볼(31)을 압입함으로써 조립되게 된다.

상기 오일포켓(40)은 압축행정시 최대면압이 작용하는 부분의 전후에 걸쳐 외부로부터 오일이 유입될 수 있도록 형성된다.

또, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 오일포켓(40)은 방사상으로 배열되는 가는 홈형상이며, 그 홈들의 폭(W)의 합계가 볼수용홈(14')의 면압강도에 지장이 없는 범위내이어야 한다. 또한, 최대면압강도하에서 볼수용홈(14')의 접촉면(14a)이 압축되는 압축량보다 오일포켓(40)인 홈들의 깊이(d)를 크게 하여 압축행정시에 오일이 잔류되게 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서도 종래의 기술과 관련하여 상술한 바와 같이 작동하는 압축기 및 구동 모터의 원활한 운전을 위해 하부 케이스(11)의 바닥에 냉동기유가 저장되는 냉동기유 저유조(25)를 형성하고 회전축(20)의 윤활유 공급홈(20')을 따라 상부로 흡입되면서 각 윤활부위에 냉동기유를 공급하여 윤활작용을 하게 하고 있다(도 2 참조). 그 윤활유 공급홈(20')은 상부에서 편심축(21)에 형성된 윤활유 공급공(21')으로 연결되어 윤활유인 냉동기유가 그 윤활유 공급공(21')을 개재하여 편심축(21)의 상부로 비산되게 되는데, 그 비산되는 냉동기유가 피스톤(14)에도 비산도어 윤활작용을 하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체의 상세한 작용을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 실린더블럭(13)의 실린더실(13')내에서 피스톤(14)은 왕복운동에 의해 냉매를 흡입하고 압축하여 토출하게 되는데, 그 피스톤(14)의 왕복운동은, 후방에 형성된 볼수용홈(14')에 압입되어 구면운동하는 볼(31)과 그 볼(31)에 연결되는 커넥팅로드(32)와 커넥팅로드링(33)를 개재하여 그 커넥팅로드링(33)에 연결되는 편심축(21)의 회전운동이 그 피스톤(14)의 왕복운동으로 전환됨으로써 이루어지게 된다.

그 피스톤(14)의 왕복운동중 후진운동 즉 흡입행정시에는 실린더실(13')로 냉매가스를 흡입하게 되고, 전진운동 즉, 압축행정시에는 그 실린더실(13')내에 흡입된 냉매를 압축하여 토출하게 된다. 따라서, 압축행정시에 피스톤(14)과 연결봉(31,32,33)에 큰 힘이 걸리게 되는데, 특히 피스톤(14)의 볼수용홈(14')과 연결봉(31,32,33)의 볼(31)사이에는 직접 금속끼리의 마찰에 의한 구면운동이 일어나게 된다.

그 구면 마찰은, 본 발명에 따라 제공되는 오일포켓(40)으로부터 공급되는 오일에 의해 윤활이 이루어지게 된다.

즉, 냉동기유 저유조(25)로부터 윤활유 공급홈(20')과 윤활유 공급공(21')을 따라 상부로 흡입되어 상부로 비산되는 냉동기유인 오일이 도 6에서 상부에 도시된 바와 같이 볼(31)과 압착원주단부(14) 사이에 압축행정시 발생하는 틈새를 통해 화살표 방향으로 모세관현상에 의해 오일포켓(40)으로 유입되고, 그 오일포켓(40) 내에 유입된 오일은 도 6의 하부에 도시한 흡입행정시에 볼(31)과 압착원주단부(14) 사이에 갖히게 되며, 다시 압축행정시에 볼수용홈(14')을 압착하더라도 오일이 오일포켓(40)로부터 일부는 볼(31)과 볼수용홈(14') 사이에 퍼지면서 오일포켓(40)에 일부가 잔류하게 되어 냉매 압축에 대해 고압이 작용하더라도 약간의 완충작용과 함께 구면운동마찰에 윤활작용을 하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체의 구성과 그 작용에 의하면, 볼수용홈(14')에 형성된 다수의 방사상 오일포켓(40)에 의하여 특히 압축행정시 냉매가스의 압축력에 따른 피스톤의 볼수용홈과 볼사이의 접촉면(14a)에서의 강한 마찰에 대해 약간의 완충역할을 하면서 윤활작용을 할 수 있게 되어 마찰손실을 감소시키고 발열을 저감시켜 그 마찰손실과 발열에 따른 효율저하와 마모에 따른 신뢰성저하를 방지하고 나아가 소음을 감소시킬 수 있게 되는 등의 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 고안이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (2)

1. 실린더블럭(13)의 실린더실(13')내에서 피스톤(14)의 왕복운동에 의해 냉매를 흡입하여 압축하고 토출하며, 그 피스톤(14)의 후방에 형성된 볼수용홈(14')에 압입되어 구면운동하는 볼(31)과 그 볼(31)에 연결되는 커넥팅로드(32)와 커넥팅로드링(33)를 개재하여 그 커넥팅로드링(33)에 연결되는 편심축(21)의 회전운동이 그 피스톤(14)의 왕복운동으로 전환되는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체에 있어서 :

   압축행정시 최대면압이 작용하는 부분의 전후에 걸쳐 상기 피스톤(14)의 볼수용홈(14')의 벽면에 외부로부터 오일이 유입될 수 있도록 다수의 오일포켓(40)이 형성된 것을 특징으로 하는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 오일포켓(40)은 방사상으로 배열되는 가는 홈형상이며, 그 홈들의 폭(W)의 합계가 볼수용홈(14')의 면압강도에 지장이 없는 범위이고, 그 홈들의 깊이(d)가 최대면압강도에서의 볼수용홈(14')의 접촉면(14a)의 압축량보다 커서 압축행정시에 오일이 잔류하게 되는 것을 특징으로 하는 압축기의 볼조인트형 피스톤 조립체.