KR20000048047A - 경사판식 압축기의 축받이장치 - Google Patents

Abstract

구동축에 평행하게 배치된 실린더보어 내에 슬라이딩 가능하게 피스톤(4)을 포함하며, 이 피스톤은 구동축에 경사지게 설치되는 경사판(2)에 축받이 장치를 통하여 결합되는 경사판식 압축기에 있어서, 축받이장치는 피스톤(4)에 형성된 단일 오목면으로 구성된 구면 시트(seat)(4b)와, 그 구면 시트와 접촉하는 거의 반구형 슈(10)로 구성되고, 슈의 외주면은 스커트(skirt)부(12), 구면 시트(4b)의 곡률반경(R)보다 큰 곡률반경(R₂)을 가진 정상부(16), 그리고 스커트부(16)와 정상부(16) 사이에 구면시트의 곡률반경(R)보다 작은 곡률반경(R₃)을 가지며 구면 시트(4b)와 접하는 이행부(14)로 구성된다.

Description

경사판식 압축기의 축받이장치{BEARING DEVICE FOR SWASH PLATE TYPE COMPRESSORS}

본 발명은 자동차 에어콘 등에 사용되는 경사판식 압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 경사판식 압축기의 경사판과 피스톤 사이에 개재되어 실질적으로 경사판의 회전 운동을 피스톤의 왕복 운동으로 변환하기 위한 반구형 슈를 포함하는 축받이장치에 관한 발명이다.

경사판식 압축기에는 구동축에 대하여 경사판의 경사 각도가 고정되어 있는 것과, 구동축에 대한 경사판의 경사 각도가 변하고, 이로 인해 피스톤의 스트로크가 변하는 가변용량식의 두가지 방식이 있다. 또 다른 면에서 그들은 두가지 형태로 구분되는데, 피스톤이 오로지 한 방향으로 이동할 때 전달 스트로크가 실행되는 단동식과, 양두형 피스톤을 사용하는 복동식이 있으며, 피스톤-실린더 기구 및 축받이부에 관한 한, 이들은 기본적 구성에 있어서 같은 형태이다.

도 4의 도면의 개략적인 구성에서 보듯이, 경사판 압축기에는 경사판(2)이 경사지게 부착된 구동축(3)이 실린더 블록(5)내에 회전 가능하게 지지되어 있다. 실린더 블록(5)에는 구동축(3)에 대하여 평행하게 연장되고, 같은 간격으로 원주방향으로 배치된 복수의 실린더 보어(6)가 형성되어 있고, 각 실린더 보어(6)에는 피스톤(4)이 미끄러짐이 가능하도록 그 안에 고정되어 있다. 피스톤(4)은, 그 일단에 경사판(2)의 외주에 걸치도록 그 안에 형성된 오목부(4a)를 가지고, 그 오목부(4a)의 축방향 대향면에 구면시트(4b)가 형성된다. 슈(1)는 각 구면 시트(4b)에 조립되어 경사판(2)과 피스톤(4) 사이에 개재된다. 그리하여, 슈(1)와 구면 시트(4b)에 의하여, 경사판(2)의 회전 운동을 피스톤(4)의 왕복 운동으로 변환하기 위한 축받이부(A)를 구성하게 된다. 즉, 경사판(2)이 구동축(3)에 의해 회전할 때, 축받이부 (A)에 의해 경사판(2)의 회전 운동이 피스톤(4)의 왕복 운동으로 변환된다. 이 때, 슈(1)는 경사판(2)에 대하여 한 방향으로 미끄럼 운동을 하고, 구면시트(4b)에 대하여는 소정의 각도 이상으로 요동하며 미끄럼 운동을 한다.

종래에는, 도 5A와 도 5B에서 보듯이, 슈(1)의 볼록 구면상의 외면중, 구면시트와 접하는 접촉부와 스커트부는 서로 다른 곡률로 구성되는 배열로 알려졌다(특허공고 평3-51912호 공보참조). 도 5A와 도 5B는 슈(1)가 피스톤(4)의 구면시트 (4b)에 조립된 상태를 보여주고 있다. 구면시트(4b)는 단일의 곡률반경을 이용하여 형성된다. 다른 한편, 슈(1)의 외주면은 구면시트(4b)와 실제로 동일한 곡률반경을 가지는 정상부에 있는 기준구면(1a)과 스커트 구면(1b)으로 구성되는데, 이 스커트 구면(1b)은 기준구면(1a)에서 슈(1)의 중심방향으로 물러나면서 구면시트(4b)와 결합, 이탈을 반복하는 스커트부로 인해 만들어진다. 즉, 스커트 구면(1b)의 곡률은 기준구면(1a)의 곡률과 다를 뿐만 아니라 다른 부의 곡률도 서서히 변한다. 이에 의하여, 기준 구면(1a)과 스커트 구면(1b) 사이의 경계부로부터 서서히 증가하는 간극이 슈(1)가 요동함에 따라 크기가 변하며, 미끄러지는 기준구면(1a)의 접촉 영역에 효과적으로 윤활유를 공급하도록 쐐기 작용을 돕는다.

경사판의 회전 운동에 수반하여, 경사판식 압축기의 슈는 소위 프로페셔널 운동이 강제로 실행되어, 국부 마모를 포함한 결점을 발생시키는 국부 접촉부가 생기기 쉽다. 그래서, 슈의 제조공정에 있어서, 슈의 정확한 접촉부를 확보하여 접촉부의 위치를 소정의 범위 내로 떨어뜨리기 위한 관리가 필요하다. 그러나, 피스톤의 구면 시트에 접하는 슈의 외주면이 실제적으로 구면 시트와 동일한 곡률반경을 가진 구면일 경우, 접촉부의 위치가 일정하지 않고 변하게 된다. 더 나아가, 구면 시트에 대한 슈의 접촉부의 위치는, 슈 구면의 완성도의 여하에 따라 좌우되며, 슈의 고도의 관리, 즉, 슈와 경사판과의 간극 관리를 어렵게 만든다.

이에따라, 본 발명의 목적은, 간단한 구성으로, 슈의 정상부와 피스톤의 구면 시트가 접촉하는 것을 피하고, 또한, 경사판의 경사 각도가 커질지라도, 적절한 접촉 영역를 확보하여, 이에 의해 만족스러운 윤활상태를 얻기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 종단면도.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 종단면도.

도 3A는 마스터 피스의 측면도, 도 3B는 측정 방법을 설명하는 단면도.

도 4는 가변용량형 경사판식 압축기의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도.

도 5A는 종래의 기술을 나타내는 종단면도로서, 슈가 구면 시트와 동축의 형태, 도 5B는 도 5A와 같은 종단면도로서, 슈가 구면 시트에 대하여 경사진 형태.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

2 경사판

3 주축

4 피스톤

4a 오목부

4b 구면 시트

4c 개구부

10 슈

12 스커트부

R₁스커트부의 곡률반경

O₁, O₂곡률중심

e 옵셋(offset)량

14 이행부

R₃이행부의 곡률반경(조인트 R)

16 정상부

R₂정상부의 곡률반경

본 발명에 의한 경사판식 압축기는, 구동축에 평행하게 연장되는 실린더보어 내에 슬라이딩 가능하게 피스톤을 포함하며, 피스톤은 구동축에 경사지게 설치한 경사판에 축받이장치를 통하여 결합시키고, 경사판의 회전에 의하여 피스톤을 실린더보어 내에서 왕복 운동시키며, 상기 축받이장치는, 상기 피스톤에 형성된 단일 오목구면으로 구성된 구면 시트와, 구면 시트와 접촉하는 거의 반구체인 슈로 구성되고, 슈의 외주면은 스커트부, 구면 시트의 곡률반경보다 더 큰 곡률반경을 가진 정상부, 그리고, 스커트부와 정상부와의 사이에 위치하면서 구면 시트의 곡률반경 보다 작은 곡률반경을 가진, 구면 시트와 접하는 이행부로 구성되는 것을 특징으로 한다. 정상부의 곡률반경을 구면 시트의 곡률반경보다 크게 만들게 되면, 슈의 외주면 또는 구면 시트의 크기가 변할지라도, 정상부가 구면 시트에 접촉할 가능성이 없게 되며, 그래서, 그들 사이에 윤활유가 그 안에 보존되도록 적당한 간극이 유지된다. 또한, 스커트부와 정상부 사이에 위치하는 이행부는 스커트부와 정상부가 연결되는 부분이고, 스커트부 및 정상부는 구면 시트와 접촉하지 않는다. 슈는 항상 이행부에서만 구면 시트와 접촉한다.

슈의 스커트부의 곡률반경은 구면 시트의 곡률반경보다 근소하게 작은 것이 적합하다. 스커트부의 곡률반경을 구면 시트의 곡률반경보다 작게 만들면 스커트부와 구면 시트사이에 적당한 간극이 형성된다. 그래서, 구면 시트의 코너의 가장자리가 슈와 접촉하는 것을 막을 수 있고, 슈와 구면 시트 사이의 공간에 윤활유의 적당한 인입이 보장된다.

슈의 스커트부의 곡률 중심은 슈의 중심선을 가로질러, 그리고 반경 방향으로 소정거리 떨어져 있는 것이 적합하다. 이 경우에, 슈의 외주면이 구면 시트와 이행부에서 항상 접촉하기 때문에, 슈가 구면 시트에 대하여 접촉하는 지점을 정확하게 설정할 수 있다. 더 나아가, 간극은 구면 시트의 곡률반경과 스커트부의 곡률반경을 같게 하거나 그것을 미세하게 줄임으로써 스커트부와 구면 시트 사이에 형성될 수 있다.

슈의 정상부의 곡률 반경은 구면 시트의 곡률반경의 약 1.5∼2.0배의 범위 내에 설정하는 것이 바람직하다. 정상부의 곡률반경을 구면 시트의 곡률반경보다 크게 만드는 것은 슈의 정상부와 피스톤의 구면 시트 사이의 접촉을 피하게 만드는 것을 가능하게 한다. 그래서 상기한 대로, 거기에 윤활유가 보존되도록 적당한 간극이 유지된다. 그러나 정상부의 곡률반경이 구면 시트의 곡률반경을 두배 초과한다면, 정상부와 이행부사이의 매끄러운 접합은 얻을 수 없고, 구면 시트에 접촉하는 이행부와의 매끄러움이 손상을 입게 된다. 또한, 이 경우, 슈의 이행부의 곡률반경을 예시하면, 정상부의 곡률반경의 약 1/3∼2/3배이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 경사판(2)과 피스톤(4)의 사이에 개재된 슈(10)를 보여준다. 앞서 설명하였듯이, 슈(10)와 구면 시트(4b)로 축받이장치를 구성하고, 경사판(2)의 회전에 따른, 축받이장치의 작용에 의해, 경사판(2)의 회전운동이 피스톤(4)의 왕복운동으로 변환된다.

슈(10)는 프레스 가공에 의해 강구(steel ball)로 형성되며, 도시한 바와같이 거의 반구상의 외관을 가진다. 슈(10)는 한 방향으로는 저면(18)에서 경사판(2)과 접하며, 다른 방향으로는 거의 구형 외면에서 피스톤(4)의 구면 시트(4b)와 접한다. 저면(18)은 평편하고, 비교적 큰 곡률의 곡면을 통하여 외주면과 매끄럽게 연결된다. 또한, 저면(18)은 반드시 중심선 X에 수직한 평면일 필요는 없고, 예를 들어, 큰 곡률의 볼록 구면, 또는, 주상 영역에 대하여 중앙부가 서서히 올라간 정수리형도 가능하지만, 가공이 용이한 점에서 평면이 유리하다.

슈(10)의 외주면은, 도 1의 아래에 보이듯이, 스커트부(12), 이행부(14), 정상부(16) 등과 같은 부분구면의 조합으로 구성된다. 스커트부(12)는 구면 시트(4b)의 곡률반경(R)보다 근소하게 작은 곡률반경(R₁)의 부분구면으로서 저면(18)과 매끄럽게 연결된다. 스커트부(12)의 곡률반경(R₁)을 구면 시트(4b)의 곡률반경(R) 보다 근소하게 작게 만들면, 스커트부(12)와 구면 시트(4b) 사이에 적당한 크기의 간극이 형성된다. 그래서, 구면 시트(4b)의 코너의 가장자리가 슈(10)와 접촉하는 것을 방지하여, 슈(10)와 구면 시트(4b) 사이의 윤활유의 만족스러운 인입을 확보해 준다.

정상부(16)는, 스커트부(12) 및 이행부(14)보다 더 큰 곡률반경(R₂)을 가진 부분구면이다. 정상부(16)의 곡률반경(R₂)은, 구면 시트(4b)의 곡률반경(R)의 약 1.5∼2.0배의 범위내에 설정한다. 정상부(16)의 곡률반경(R₂)을 구면 시트(4b)의 곡률반경(R)보다 크게 만들면, 슈(10)의 외주면 또는 구면 시트(4b)의 크기가 변할지라도, 구면 시트(4b)와 정상부(16)가 접촉할 가능성이 없으므로, 그들 사이에 윤활유가 보존되도록 적당한 간극이 유지된다. 그러나, 정상부(16)의 곡률반경(R₂)을 지나치게 크게 만든다면, 정상부(16)와 이행부(14) 사이의 조인트가 각도가 형성될 정도로 굴곡이 생겨, 이행부(14)와 구면 시트(4b)와의 접촉은 그 매끄러움이 손상되기 쉽고, 이행부(14)의 마모가 증가할 경우, 이러한 경향이 더욱 분명해진다. 그래서, 이것은 이행부(14)에 대한 윤활을 부족하게 만들어, 수명을 단축하게 되는 요인이 된다. 또한, 제조공정에 있어서, 정상부(R)를 과도하게 더 크게 만들수록, 금형을 이용하여 형성하는 단일 공정을 수행하기가 더욱 어렵게 되어, 2단 공정을 사용해야만 하고, 또는, 단일 공정이 사용된다면, 금형의 수명저하가 발생한다. 이런 점에서 정상부(16)의 곡률반경(R₂)의 상한이 확정된다.

이행부(14)는 스커트부(12)와 정상부(16) 사이에 위치하는 부분구면으로서, 양자와 각각 매끄럽게 연결된다. 즉, 이행부(14)는 스커트부(12)와 정상부(16) 사이를 연결하는 부분으로, 이런 의미에서, 이행부(14)의 곡률반경(R₃)을 "조인트 라운딩(joint rounding)"이라고 한다. 이 조인트 라운딩(R₃)은, 또한, 정상부(16)의 곡률반경(R₂)의 약 1/3∼2/3로 설정된다. 상기 설명한 바와 같이, 스커트부(12) 및 정상부(16)는 구면 시트(4b)와 접촉하지 않고, 슈(10)는 이 이행부(14)에서 구면 시트(4b)와 접촉한다. 즉, 구면 시트(4b)에 대하여 슈(10)의 접촉부는 항상 이행부(14)에 존재한다.

또한, 도 2에 보인 실시 형태는, 슈(10)의 외주면이 스커트부(12), 이행부(14), 그리고 정상부(16)로 구성되는 점은 상기한 도 1의 실시 형태와 동일하지만, 스커트부(12)의 구성이 아래와 같이 서로 다르다. 스커트부(12)는 원호를 모선으로서 가지는 곡면으로 구성되며, 원호의 곡률중심은 슈(10)의 중심선(X)을 가로질러, 중심선(X)에서 반경 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한다. 즉, 곡률중심(O₁및 O₂)은, 중심선(X)을 가로질러 서로 역방향으로 옵셋(또는, 크로스옵셋)하며, 옵셋양을 부호 e 로 표시한다. 이 경우, 슈(10)의 외주면은 항상, 종단면에서 보이는 바와 같이, 두 이행부(14)에서 구면 시트(4b)와 접촉한다. 그래서, 구면 시트(4b)에 대한 슈(10)의 접촉점을 정확히 설정하는 것이다. 또한, 스커트부(12)의 곡률반경(R₁)을 구면 시트(4b)의 곡률반경(R)과 같게 하거나, 근소하게 줄임으로써, 스커트부(12)와 구면 시트(4b) 사이에 간극이 형성될 수 있다.

스커트부(12)의 곡률중심을 스커트부(12)와 구면 시트(4b)의 개구부(4c) 사이에 소정량의 간극이 확보되도록 크로스 옵셋한다면, 그 때, 스커트부(12)의 곡률반경(R₁)이 옵셋이 없는 도 1의 경우 보다 옵셋량 e 량 만큼 크게 되어, 도 1의 경우보다 구면 시트(4b)의 곡률반경(R)에 거의 같아지게 된다. 한편, 이행부(14)로부터 소정의 각도만큼 사이를 두고 배치된 점에 소정량의 간극을 확보한 경우, 구면 시트(4b)의 출구에 있어서의 R의 변화가 감소하고, 따라서 구면 시트(4b) 개구부(4c)의 간극이 줄어든다. 그러므로, 스커트부(12)와 구면 시트(4b) 사이에서 경사판(2)이 회전함에 따라 각도가 변하는 경우, 슈(10)가 제멋대로 운동하는 것을 막을 수 있어서, 안정된 작동이 확보된다. 이와같이, 크로스 옵셋에 의해서, 설계 자유도가 커진다.

슈(10)의 접촉부의 관리는 다음의 방법으로 구한 슈의 높이를 기준으로 실시한다. 도 3A 및 도 3B에 보이는 바와 같이, 소정의 곡률 및 높이(h₀)로 처리된 마스터 피스(M)를 평판(20)상에 설치하고, 이 위에 소정의 원추각을 가진 원추 형태의 오목부(24)를 구비한 지그(jig)(22)를 얹고, 평판(20)으로부터 지그(22)의 상면까지의 거리(마스터 높이(h₁))를 측정한다. 그 후, 평판(20) 위에 측정하려는 슈(10)를 놓고, 그 위에 지그(22)를 얹고, 평판(20)에서 지그(22)의 상면까지의 거리(슈 조립 높이(h₂))를 구한다. 그리고, 구하려는 슈(10)의 높이(H)를 다음식에 의해 계산한다.

H = h₀+ (h₂- h₁)

슈의 높이(H)가 소정의 범위에 있도록 제어함으로써, 소정의 접촉부와 축받이 간극을 확보하는 것이 가능하다.

또한, 여기서는 단동식 피스톤을 구비할 경우를 예시하여 설명하고 있으나, 본 발명은, 양두형 피스톤을 구비한 복동식에도 적용가능하다. 본 발명은 가변용량식 뿐만아니라 고정 경사판식 압축기에도 적용할 수 있다.

이상의 상기한 바에 의하면, 본 발명에 의하여, 간단한 구성으로, 슈의 정상부와 피스톤의 구면 시트가 접촉하는 것을 피하고, 또한, 경사판의 경사각도가 증가하여도 적절한 접촉부를 확보하여 적합한 윤활상태를 얻게 된다.

Claims (5)

1. 구동축에 평행하게 연장되는 실린더 보어 내에 슬라이딩 가능하게 피스톤을 포함하며, 이 피스톤은 구동축에 경사지게 설치된 경사판에 축받이장치를 통해 결합되고, 경사판의 회전에 의해 피스톤을 실린더 보어 내에서 왕복운동하도록 한 경사판식 압축기에 있어서, 상기 축받이장치는 상기 피스톤에 형성된 단일 오목면으로 구성된 구면 시트와, 상기 구면 시트와 접하는 거의 반구체 슈로 구성되며, 상기 슈의 외주면은 스커트부, 구면 시트의 곡률반경 보다 큰 곡률반경의 정상부, 스커트부와 정상부 사이에 위치하며, 구면 시트의 곡률반경보다 작은 곡률반경을 가지고, 구면 시트와 접하는 이행부에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 경사판식 압축기의 축받이장치.
2. 제1항에 있어서, 슈의 스커트부의 곡률반경이, 구면 시트의 곡률반경보다 근소하게 작은 것을 특징으로 하는 경사판식 압축기의 축받이장치.
3. 제1항에 있어서, 슈의 스커트부의 곡률중심이, 슈의 중심선을 가로질러, 중심선으로부터 반경방향으로 소정 거리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 경사판식 압축기의 축받이장치.
4. 제1항에 있어서, 슈의 정상부의 곡률반경이, 구면 시트의 곡률반경의 약 1.5∼2.0배인 것을 특징으로 하는 경사판식 압축기의 축받이장치.
5. 제4항에 있어서, 슈의 이행부의 곡률반경이, 정상부의 곡률반경의 1/3∼2/3배인 것을 특징으로 하는 경사판식 압축기의 축받이 장치.