KR20010020814A - 용량고정형 편측사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

피스톤의 구좌면(球座面)과 슈의 구면(球面)과의 시저에 의한 로킹과, 피스톤의 소성변형을 방지할 수 있는 용량고정형 편측사판식 압축기를 제공한다.

피스톤(6)의 구좌면(6a)과 슈(8)의 구면(8a)과의 사이에는 양자의 미끄럼운동성을 향상시키기 위해, 무전해 도금법에 의하여 주석도금을 실시한 윤활층(6b)이 형성되어 있다.

Description

용량고정형 편측사판식 압축기{A COMPRESSOR OF CAPACITY FIXED TYPE WITH ONE SIDE SLANT PLATE MODE}

본 발명은 용량고정형 편측사판식 압축기에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 이 압축기의 슈와 피스톤에 관한 것이다.

차량용 공조시스템에 사용되는 냉동회로에는 냉매가스를 압축시키기 위한 압축기가 조립되어 있다. 이 압축기에는 용량고정형 이외에, 용량가변형인 것이 있다. 더욱 상세히 설명하면, 용량고정형 압축기에는 편측사판식 이외에, 양두 사판식인 것등이 있다. 용량가변형 압축기에도 편측사판식 이외에, 양두 사판식인 것등이 있다.

이들 압축기 가운데, 용량고정형 편측사판식은 하우징의 내부에 실린더 보어, 크랭크실, 흡입실 및 토출실이 구획형성되며, 각 실린더 보어내에는 단두 피스톤이 왕복운동을 할 수 있도록 수용되어 있다. 또, 하우징에 회전할 수 있도록 지지된 구동축은 엔진 등의 외부의 구동원에 의하여 구동되도록 되어 있으며, 구동축에 대해서는 일정한 경사각을 가지고 동기회전할 수 있도록 사판이 지지되며, 이 사판에는 피스톤을 종동(從動)시키기 위한 슈가 설치되어 있다. 피스톤은 전후에 오목하게 설치된 쌍을 이루는 구좌면을 가지며, 슈는 상기 구좌면에 미끄럼운동할 수 있도록 수용되는 구면과, 이 구면과 대면하여 사판과 미끄럼운동을 하는 단면으로 구성되어 있다.

이와 같은 용량고정형 편측사판식 압축기에서는 외부의 구동원에 의해서 구동축이 구동되면, 사판이 일정한 경사각을 가지고 동기회전함에 따라, 슈를 통해서 피스톤이 실린더 보어내를 왕복운동한다. 이것으로, 실린더 보어는 피스톤 헤드와의 사이에 압축실을 형성하므로써, 이 압축실이 흡입행정일 때에는 그 압축실에 냉동회로의 증발기와 접속된 흡입실로부터 저압의 냉매가스가 흡입되며, 압축실이 압축행정일 때에는 그 압축실로부터 고압의 냉매가스가 토출실로 토출된다. 이 토출실은 냉동회로의 응축기에 접속되며, 냉동회로가 차량용 공기조화시스템으로서 차량의 공조에 제공되게 된다. 이 과정에 있어서, 이 용량고정형 편측사판식 압축기에서는 냉매가스 중에 함유시킨 안개상태의 윤활유에 의하여 피스톤의 구좌면과 슈 구면의 사이 등의 미끄럼운동성을 확보하게 되어 있다.

그러나, 종래의 용량고정형 편측사판식 압축기에서는, 특히 기동시에 피스톤과 슈의 사이에 시저에 의하여 로킹을 일으킬 염려가 있다.

즉, 용량고정형 편측사판식 압축기뿐만 아니라, 다른 형식의 압축기에 있어서도, 차량에 공조시스템으로서 탑재되는 경우, 증발기나 응축기는 열 용량이 작은 한편, 압축기는 열 용량이 크다. 이 때문에 차량의 외부기온이 상승하면, 그 압축기내에 냉매가스가 응축하고, 압축기 내부에 있어서의 윤활유가 희석되어 윤활유의 농도가 얕아진다.

또, 장시간동안 차량을 움직이지 않았던 경우 등, 압축기가 나날의 기온변화의 상태에 놓이게 되면, 외부온도가 상승과 하강을 반복함에 따라 압축기 내부에 있어서의 윤활유가 압축기의 밖으로 나오게 되는 일이 있으며, 결국 윤활유의 양이 적어져서, 현저히 윤활성이 부족해진다.

이렇게 하여, 피스톤의 구좌면과 슈의 구면 등의 미끄럼운동 부위에 윤활유가 충분히 존재하지 않게 되고, 극단적인 경우에는 건조상태가 되며, 이 상태에서 압축기를 기동하게 되면, 상기 양자의 미끄럼운동성의 불량으로 인하여 양자 사이에 시저에 의한 로킹을 발생시킬 우려가 있다. 또, 무리한 구동을 하게 되면, 피스톤의 구좌면에 소성변형도 일어나며, 이상음이 발생하는 원인이 된다. 또한, 경량화 등의 관점에서 알루미늄계 금속으로 이루어지는 피스톤과, 철계 금속으로 이루어지는 슈를 채용하면, 상기와 같은 피스톤의 소성변형이 일어나기 쉽다.

특히, 상기한 압축기가 용량고정형이면, 사판이 그 경사각을 변위할 수 없으므로, 특히 상사점과 하사점 부근의 피스톤에 있어서는 피스톤의 구좌면에 슈의 구면이 얕게 수용되는데 불과하다. 이 때문에, 피스톤의 구좌면과 슈의 구면이 좁은 면적에서 미끄럼운동을 하게 되며, 압축행정할 때의 압축실로부터의 압축반력 등에 의해 양자간에 로킹 등의 문제를 일으키기 쉽게 된다.

또, 상기한 압축기가 단두 피스톤을 사용한 편측사판식이면, 양두 피스톤을 사용한 양두사판식의 것과 비교하여, 피스톤은 헤드측과 슈측에 있어서 밸런스가 좋지 않은데 기인하여, 피스톤의 구좌면과 슈의 구면에 압축반력 이외의 힘이 작용하여 양자간의 로킹 등 문제를 일으키기 쉽다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 용량고정형 편측사판식 압축기에 있어서, 피스톤의 구좌면과 슈의 구면의 시저에 의한 로킹과, 피스톤의 소성변형을 방지하는 것을 해결하여야 할 과제로 한다.

도 1은 실시예 1의 압축기의 전체 종단면도.

도 2는 실시예 1의 압축기 피스톤의 확대 단면도.

도 3은 실시예 2의 압축기 슈의 확대 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 성명)

1a. 실린더 보어 2a. 크랭크실

3a. 흡입실 3b. 토출실

1. 실린더 블록 2. 프론트 하우징

3. 리어 하우징 6. 피스톤

7. 사판 6a. 구좌면

6b, 8b. 윤활층 5. 구동축

8. 슈 8a. 구면(球面)

8c. 단면

본 발명의 용량고정형 편측사판식 압축기는 내부에 실린더 보어, 크랭크실, 흡입실 및 토출실을 구획 형성하는 하우징과, 상기 실린더 보어내에 왕복운동할 수 있게 수용된 단두 피스톤과, 외부의 구동원에 의해서 구동되며 상기 하우징에 회전가능하게 지지된 구동축과, 그 구동축에 대하여 일정한 경사각을 가지고 동기회전할 수 있도록 지지되며 전후로 쌍을 이루는 슈를 통해서 상기 피스톤을 종동시키는 사판을 구비하며, 상기 피스톤은 전후에 오목하게 설치된 쌍을 이루는 슈좌를 가지며, 그 각 슈는 그 각 슈좌에 미끄럼운동할 수 있도록 수납되는 볼록 곡면과 그 볼록 곡면과 대면하여 그 사판과 미끄럼운동하는 단면을 갖는 용량고정형 편측사판식 압축기에 있어서,

상기 피스톤의 상기 슈좌와 상기 슈의 상기 볼록 곡면의 사이에는 양자의 미끄럼운동성을 향상시키는 윤활층이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 윤활층은 피스톤의 슈좌과 슈의 볼록 곡면의 어느 쪽에 설치되어도 좋고, 슈좌와 볼록 곡면의 양방에 설치되어도 좋다. 또, 별도의 부재로서 윤활층을 설치할 수도 있다. 피스톤의 슈좌와 슈의 볼록 곡면 사이에 충분한 윤활유가 존재하지 않는 상황하에서도, 이 윤활층에 의하여 양자의 시저가 방지되고 로킹이 방지된다. 또, 알루미늄계 금속으로 이루어지는 피스톤과, 철계 금속으로 이루어지는 슈를 채용하고 있는 경우라도, 피스톤의 슈좌에 소성변형이 일어나기 어렵고, 이상음 등의 원인이 되지 않는다.

본 발명의 윤활층으로서는 수지제의 것 이외에, 금속제의 것을 채용할 수 있다. 수지제의 윤활층으로서는 PTFE 등의 불소수지, PAI(폴리아미드 이미드), 에폭시수지 등을 채용할 수 있다. 이와 같은 수지내에 2유화 몰리브덴 및 그라파이트의 적어도 한 쪽을 포함시키는 것이 바람직하다. 이들은 윤활성 물질이기 때문에, 슈의 볼록 곡면과 피스톤의 슈좌와의 미끄럼운동성을 더욱 높여주는 효과가 있다.

수지제의 윤활층은 볼록 곡면이나 국부적인 곳에 용이하게 형성할 수 있다. 이 때문에, 수지제의 윤활층을 슈의 볼록 곡면에 형성하는 것이 바람직하다. 수지제의 윤활층을 피스톤의 슈좌에 형성하게 되면, 통상의 형성방법으로서는 두께가 20∼40μm로 되며, 사용 중에 윤활층이 마모되어, 피스톤의 슈좌와 슈의 볼록 곡면의 클리어런스가 확대되어 이상음 등을 일으키게 된다. 이 때문에 이 경우에는 피스톤의 슈좌와 슈의 볼록 곡면과의 간극을 작게 하기 위하여, 그 표면을 미리 연마하지 않으면 안되며, 따라서 윤활층의 형성이 고비용의 것으로 된다. 이에 대하여, 수지제의 윤활층을 슈의 볼록 곡면에 형성하면, 두께1∼2μm의 윤활층을 비교적 저렴한 비용으로 형성할 수 있으므로 압축기의 저렴화를 실현할 수 있다.

금속제의 윤활층은 금속제의 슈나 피스톤에 대하여 알맞는 습성을 발휘하여 슈나 피스톤에 알맞게 밀착된다. 그리고, 금속제의 윤활층으로서는 주석제 등의 윤활층을 채용할 수 있다. 윤활층의 형성방법으로서는 도금이나 증착(CVD, PVD), 용사(溶射) 등 여러 가지 방법을 채용할 수 있다. 특히 윤활층은 주석도금으로 하는 것이 좋고, 저렴할 뿐만 아니라 금속제의 슈나 피스톤의 부식을 억제하는 효과도 있다.

주석도금으로 이루어지는 윤활층은 피스톤의 슈좌에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 철계 금속으로 이루어지는 슈를 채용하는 경우, 값싼 무 전해 도금법으로는 주석도금을 형성할 수 없으며, 값비싼 전해도금법에 의해 주석도금을 형성하지 않으면 안된다. 이에 대해서, 알루미늄계 금속으로 이루어지는 피스톤을 채용하는 경우, 저렴한 무전해도금법에 의해서도 주석도금을 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 피스톤의 슈좌에 주석도금으로 이루어지는 윤활층을 형성하는 경우, 기초처리인 알루마이트처리, 아연도금처리, 인산아연처리, 인산망간처리 등을 사전처리로 시행하는 것이 바람직하다.

(실시예)

이하, 본 발명의 용량고정형 편측사판식 압축기를 구체화시킨 실시예1, 2를 도면을 참조하면서 설명한다.

실시예1

이 압축기는 도 1에 나타낸 바와 같이, 실린더블록(1)의 전단에 프론트하우징(2)이 결합되고, 실린더블록(1) 및 프론트하우징(2)내에 크랭크실(2a)이 형성되어 있다. 실린더블록(1)의 후단에는 흡입밸브(13), 밸브판(4), 토출밸브(14) 및 도시하지 않은 리테이너를 통해서 리어하우징(3)이 결합되어 있다. 리어하우징(3)의 중앙영역에는 흡입실(3a)이 형성되며, 외주영역에는 환상의 토출실(3b)이 형성되어 있다.

흡입실(3a)은 외부 냉동회로의 증발기(EV)에 배관에 의하여 접속되며, 증발기(EV)는 배관에 의해 팽창밸브(V)를 통해서 응축기(CO)에 접속되어 있다. 다시 응축기(CO)는 배관에 의하여 토출실(3b)에 접속되어 있다.

프론트하우징(2) 및 실린더블록(1)에는 축받이장치(2b),(1b)를 통해서 구동축(5)이 회전이 가능하게 지지되어 있다. 실린더블록(1)에는 구동 축(5)의 축선과 평행으로 5개의 실린더보어(1a)가 형성되며, 각 실린더보어(1a)내에 단두피스톤(6)이 왕복운동할 수 있도록 수용되어 있다. 구동축(5)에는 프론트하우징(2)과의 사이에 축받이장치(2c)를 통해서 크랭크실(2a)내에 회전할 수 있도록 사판(7)이 고착되어 있으며, 사판(7)에는 한 쌍의 슈(8)를 끼고 피스톤(6)이 계류되어 있다. 또한, 밸브판(4)에는 실린더보어(1a)와 흡입실(3a) 및 토출실(3b)에 각각 연이어 통하는 흡입구멍(4a) 및 토출구멍(4b)이 형성되어 있다. 그리고, 흡입구멍(4a)은 피스톤(6)의 왕복운동에 호응하는 흡입밸브(13)에 의해서 개폐되며, 마찬가지로 토출구멍(4b)은 피스톤(6)의 왕복운동에 호응하는 토출밸브(14)에 의해서 개폐되도록 되어 있다.

이 용량고정형 편측사판식 압축기의 특징적 구성으로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 피스톤(6)의 목부(6c)에 있어서의 전단의 전후에 오목하게 설치된 쌍을 이루는 슈좌로서의 구좌면(6a)을 가지고 있다. 이 피스톤(6)은 알루미늄 합금제이며, 이 피스톤(6)의 구좌면(6a)에는 무전해도금법에 의해 주석도금을 실시한 윤활층(6b)이 피막되어 있다.

한편, 도 1에 나타낸 바와 같이, 슈(8)는 구좌면(6a)에 미끄럼운동이 가능하게 수납되는 볼록 곡면으로서의 구면(8a)과, 이 구면(8a)과, 대면하여 사판(7)과 미끄럼운동을 하는 단면(8c)을 가지고 있다. 슈(8)는 SUJ2재(고탄소크롬 축받이강 강재)로 이루어진다.

이상과 같이 구성된 압축기는 외부 냉동회로의 증발기(EV), 팽창밸브(V) 및 응축기(CO)와 함께, 차량의 공조시스템에 조립된다. 이와 같은 압축기에서는 도시하지 않은 엔진에 의해 구동축(5)이 구동되면, 사판(7)이 일정한 경사각을 가지고 동기회전하게 되므로써, 슈(8)를 통해서 피스톤(6)이 실린더 보어(1a)내를 왕복운동한다. 이것에 의해서, 실린더보어(1a)는 피스톤(6)헤드와의 사이에 압축실을 형성하므로써, 이 압축실이 흡입행정일 때에는 그 압축실에 냉동회로의 증발기(EV)와 접속된 흡입실(3a)로부터 저압의 냉매가스가 흡입되며, 압축실이 압축행정일 때에는 그 압축실로부터 고압의 냉매가스가 토출실(3b)로 토출하게 된다. 이 사이에, 이 압축기에서는 냉매가스 중에 함유시킨 안개상태의 윤활유에 의해, 피스톤(6)의 구좌면(6a)과 슈(8)의 구면(8a)과의 사이 등의 미끄럼운동성을 확보한다.

이때, 도 2에 나타내는 바와 같이, 피스톤(6)의 구좌면(6a)에는 슈(8)의 구면(8a)과의 사이에 윤활층(6b)이 형성되어 있기 때문에, 피스톤(6)의 구좌면(6a)과 슈(8)의 구면(8a)과의 사이에 충분한 윤활유가 존재하지 않는 상황하에서도, 이 윤활층(6b)에 의해서 양자의 시저가 방지되고 로킹이 방지된다. 또, 알루미늄 합금으로 이루어지는 피스톤(6)과, SUJ2로 이루어지는 슈(8)를 채용하고 있더라도, 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 소성변형이 일어나기 어렵고, 이상음 등의 원인으로 되지 않는다.

또, 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 형성한 윤활층(6b)은 주석도금이기 때문에, 피스톤(6)에 대해서 적당한 습성을 발휘하여, 알맞게 피스톤(6)에 밀착하고 있다. 또한, 주석도금으로 이루어지는 윤활층(6b)을 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 형성하고 있기 때문에, 저렴한 무전해도금법으로 형성할 수 있다. 또, 주석도금으로 이루어지는 윤활층(6b)은 알루미늄 합금으로 이루어지는 피스톤(6)의 부식을 억제하는 효과가 있다.

여기에서, 발명자들은 차량의 외부기온을 상승시키는 것에 의해서, 압축기내에 냉매가스가 응축되며, 압축기 내부에 있어서의 윤활유가 희석되어, 윤활유의 농도가 얕아진 상태를 상정하여, 다음과 같은 실험을 실시하였다.

먼저, 피스톤(6)의 구좌면(6a)과, 슈(8)의 구면(8a)이 아무것도 피막 되지 않는 상태로 구동축(5)을 회전시켰다. 이 경우에, 구동축(5)의 회전수가 2000rpm 정도에서 슈(8)의 구면(8a)이 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 로킹 되었다.

이에 대하여, 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 주석도금으로 이루어지는 윤활층(6b)을 피막하고, 슈(8)의 구면(8a)에는 아무것도 하지 않은 상태로 구동축(5)을 회전시켰다. 이 경우에, 구동축(5)의 회전수가 5000∼6000rpm이 되어도, 슈(8)의 구면(8a)이 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 로킹되지 않았다.

또, 발명자들은 장시간동안 차량을 움직이지 않고, 압축기를 나날의 기온이 변화하는 상태에 두어, 압축기 내부에 있어서의 윤활유가 압축기 외부로 나가서, 윤활유의 양이 현저히 적어진 상태를 상정하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

먼저, 피스톤(6)의 구좌면(6a)과 슈(8)의 구면(8a)에 아무것도 피막하지 않고, 윤활유가 없는 상태로 압축기를 조립하여 구동축(5)을 손으로 회전시켰다. 이 경우에, 슈(8)의 구면(8a)이 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 로킹되었다.

이에 대하여, 피스톤(6)의 구좌면(6a)에는 주석도금으로 이루어지는 윤활층(6b)이 피막되며, 슈(8)의 구면(8a)에는 아무것도 하지 않고, 윤활층이 없는 상태로 압축기를 조립하여 구동축(5)을 수동으로 회전시켰다. 이 경우에, 슈(8)의 구면(8a)이 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 로킹되지 않았으며, 구동축(5)을 손으로 돌릴 수가 있었다.

따라서, 이 압축기는 슈(8)의 구면(8a)이 피스톤(6)의 구좌면(6a)에 시저에 의해서 로킹되는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 피스톤(6)의 소성변형을 방지할 수 있다는 것을 알 수 있다.

실시예 2

이 압축기는 도 3에 나타낸 바와 같이, 슈(8)의 구면(8a)에 2유화 몰리브덴을 포함한 에폭시 수지로 이루어지는 윤활층(8b)을 피막하고 있다. 피스톤(6)의 구좌면(6a)에는 아무것도 되어 있지 않은 상태이다. 윤활층(8b)은 무수한 슈(8)를 바스킷 내에 넣고, 이를 회전시키면서 스프레이 건에 의해 2유화 몰리브덴을 포함한 에폭시 수지를 분사시켜서 형성시켰다. 이와 같이, 비용이 많이 들지 않는 방법에 의해, 윤활층(8b)을 슈(8)의 구면(8a)에 두께 1∼2μm으로 형성할 수 있었다.

이 압축기에 있어서도, 실시예 1의 압축기와 동일한 작용효과를 나타낼 수 있다.

본 발명의 용량고정형 편측사판식 압축기에 있어서, 피스톤의 슈좌와 슈의 볼록 곡면과의 사이에 양자의 미끄럼운동성을 향상시키는 윤활층이 형성되며, 이 윤활층은 상기 양자간에 충분한 윤활유가 존재하지 않는 상황하에서도, 이 윤활층에 의해 상기 양자의 시저가 방지되며, 로킹이 방지된다.

또한, 알루미늄계 금속으로 이루어지는 피스톤과, 철계 금속으로 이루어지는 슈를 채용하더라도 피스톤의 슈좌에 변형이 일어나기 어렵고, 이상음의 발생원인이 되지 않는다.

또, 수지제의 윤활층을 슈의 볼록 곡면에 형성하면, 두께 1∼2μm의 윤활층을 비교적 저렴하게 형성할 수 있으므로, 압축기의 저렴화를 실현할 수 있다.

또한, 상기 윤활층은 주석도금이 바람직하며, 저렴하고, 금속제의 슈나 피스톤의 부식을 억제하는 효과도 있기 때문이다.

Claims (7)

1. 내부에 실린더 보어, 크랭크실, 흡입실 및 토출실을 구획형성하는 하우징과, 상기 실린더보어 내에 왕복운동할 수 있게 수용된 단두피스톤과, 외부의 구동원에 의해서 구동되며 상기 하우징에 회전이 가능하게 지지된 구동축과, 그 구동축에 대하여 일정한 경사각을 가지고 동기회전할 수 있게 지지되며, 전후로 쌍을 이루는 슈를 통하여 상기 피스톤을 종동시키는 사판을 구비하며, 상기 피스톤은 전후에 오목하게 설치된 쌍을 이루는 슈좌를 가지며, 그 각 슈는 그 각 슈좌에 미끄럼운동할 수 있도록 수납되는 볼록 곡면과, 그 볼록 곡면과 대면하여 그 사판과 미끄럼운동을 하는 단면을 갖는 용량고정형 편측사판식 압축기에 있어서,

   상기 피스톤의 상기 슈좌와 상기 슈의 상기 볼록 곡면과의 사이에는 양자의 미끄럼운동성을 향상시키는 윤활층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 윤활층은 수지제인 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 윤활층은 2유화 몰리브덴 및 그라파이트의 적어도 한 쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 윤활층은 슈의 볼록 곡면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 윤활층은 금속제인 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 윤활층은 주석도금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 윤활층은 피스톤의 슈좌에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량고정형 편측사판식 압축기.