KR20020036610A - 선형압축기의 피스톤작동부 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

일체형으로 형성된 선형압축기의 피스톤작동부 및 그 제조방법이 개시된다. 자력에 의해 선형으로 왕복운동하는 피스톤이 냉매를 압축시키는 선형압축기에 있어서, 선형압축기의 피스톤작동부는, 피스톤이 체결되는 피스톤 체결보스와, 피스톤 체결보스를 일단의 중심으로 하는 원통의 원주면상에 등간격으로 배치되는 복수의 마그네트, 및 피스톤 체결보스와 복수의 마그네트를 연결하여 일체화시키며, 수지로 된 연결부재를 포함하여 구성된다. 이와 같이 일체화된 선형압축기의 피스톤작동부에 의해 형상공차 및 조립공차가 개선되며, 가공과 조립에 의한 내구성의 저하가 발생하지 않게 된다.

Description

선형압축기의 피스톤작동부 및 그 제조방법{Piston-drive part of linear compressor and method of producting the same}

본 발명은 자력에 의해 선형으로 왕복운동하는 피스톤을 이용하여 냉매가스를 압축시키는 선형압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 피스톤을 왕복운동시키는 선형압축기의 피스톤작동부 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 선형압축기는 자장의 변화를 이용하여 피스톤의 선형왕복운동을 발생시키고 이로써 냉매가스를 압축하는 장치로서, 도 1내지 도 3에 종래의 기술에 의한 선형압축기를 나타내보여 주고 있다.

도면을 참조하면, 선형압축기는 외부전원이 인입되고 냉매가스가 입출되는 챔버(1)내에 실린더부(10)와 피스턴(20)과 피스턴작동부(30) 및 외측 라미네이션부 (40)가 내장되어 구성된다.

여기서, 피스턴작동부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이 원통형상이며 외주면을 따라 관통공이 등간격으로 형성된 마그네트홀더(32)와, 마그네트홀더(32)의 관통공에 취부된 마그네트(33)와, 마그네트홀더(32)의 외주면에 압입 고정되어 상기 마그네트(32)의 이탈을 방지하는 마그네트커버(35), 및 중앙에 피스턴(20)이 결합될 관통공이 형성되며 외주면이 상기 마그네트홀더(32)의 일단에 결합되는 연결부재(31)로 구성되어 있다.

피스턴(20)은 중공이며, 일단에는 흡입밸브(25)가 부착되고 타단은 상기 피스턴작동부(30)의 연결부재(31)에 용접 등의 결합방법으로 체결된다.

실린더부(10)는 상기 피스턴(20)이 삽입되어 왕복운동을 하는 실린더(11)와 실린더(11)의 외주에 삽입된 내측 라미네이션(13) 및 내측 라미네이션(13)의 중앙에 권선된 코일(15)로 구성되어 있다.

외측 라미네이션부(40)는 내측 라미네이션(13)에 일정 간극을 유지하며 대향되는 위치에 설치되는 외측 라미네이션(41)과 외측 라미네이션(41)을 지지하는 하우징(43)과 프레임(42)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 선형압축기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선 내측 라미네이션의 코일(15)에 교류전원이 인가되면 내측 라미네이션 (13)과 외측 라미네이션(41) 사이에 N-S극이 교차되는 자기장이 형성된다. 내측 및외측 라미네이션(13,41) 사이에 자기장이 생기면, 그 사이에 있는 영구자석인 마그네트(33)에 플레밍의 왼손법칙에 의한 축방향의 힘이 발생하여 마그네트(33)가 N-S극의 변화에 따라 왕복운동을 하게 되고, 이와 같은 마그네트(33)의 왕복운동은 연결부재(31)에 의해 피스턴(20)의 왕복운동으로 나타나게 된다.

이후, 피스턴(20)의 왕복운동에 의해 냉매가 유입튜브(3)를 통해 챔버(1) 내부로 유입되고, 챔버(1) 내부로 유입된 냉매가스는 피스턴(20) 및 흡입밸브(25)를 통해 압축실(5) 내부로 유입되어 상기 압축실(5)에서 연속적으로 압축된 후 토출튜브(7)를 통해 배출되게 된다.

그러나, 이와 같은 종래 기술에 의한 선형압축기에서는 피스톤(20)과 피스톤작동부(30)가 일체로 동작하도록 하기 위하여 각각의 구성요소들을 억지끼움이나 용접과 같은 결합방법으로 결합하기 때문에, 각 구성요소에 열변형 등에 의한 내부응력이 발생하여 내구성이 약화되고, 조립공정이 복잡하여 조립에 시간이 많이 걸리며 또한 조립불량이 다수 발생하여 생산성도 높지 않다는 문제점이 있었다.

예를 들면, 피스톤(20)과 연결부재(31), 그리고 연결부재(31)와 마그네트홀더(32)는 각각 서로 용접에 의해 결합되어 있으며, 또한 마그네트홀더(32)는 제작시 절단, 펀칭 및 용접의 공정을 거치게 되므로 내구성이 가장 취약할 것으로 우려되는 부분이다.

도 3을 참조하여 마그네트홀더(32)의 제작과정을 더 자세히 설명하면, 먼저 소정의 크기를 갖는 금속판(32a)을 준비한 후, 상기 금속판(32a)을 롤링하고 그 양끝단을 용접으로 연결하여 원형관(32b)을 만든다. 이후, 상기 원형관(32b)의 외주면에 마그네트(33)가 삽입될 복수개의 관통공(32c)을 펀칭한다. 상기 원형관(32b)에 형성된 복수의 관통공(32c)의 각각에 마그네트(33)를 삽입하고, 상기 마그네트(33)의 이탈이 방지되도록 상기 원형관(32b)의 외주면에 마그네트커버(35)를 강제 압입시켜 고정한다.

따라서, 종래 기술은 마그네트(33)들의 치수의 편차로 인하여 마그네트커버 (35)의 압입, 즉 억지끼움이 어려울뿐만 아니라 상기한 마그네트(33)들의 치수의 편차에도 불구하고 마그네트커버(35)를 무리하게 압입하려 할 경우 그로 인해 취성이 큰 마그네트(33)들이 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 기술에 의한 선형압축기의 피스톤작동부(30)를 조립할 경우, 피스톤(20) 및 마그네트홀더(32)를 연결부재(31)에 용접하여 결합시 발생하는 동심도 불량, 마그네트홀더(32)에 삽입된 마그네트(33)를 마그네트커버(35)로 압입 조립시 발생하는 진원도 및 동심도 불량 등이 다수 발생하여 생산성이 저하되고, 다수의 구성요소들이 조립되므로써 형상공차가 나빠짐은 물론 각각의 구성요소들의 개별 공차의 누적으로 인해 조립공차가 커지며, 이 형상공차와 조립공차가 일정치 이상이 되면 불량요인이 되어 선형압축기의 작동불량이 야기되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 기술에서는 마그네트(33)의 자기력 누설을 방지하기 위하여 상기 마그네트홀더(32)의 재질로 비자성체 금속을 사용하고 있으나, 이러한 비자성체 금속은 전도성이 높아 마그네트(33)의 자기력 누설을 완전히 방지할 수는 없다. 따라서, 마그네트(33)의 자기력 누설로 인해 선형압축기의 압축효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 피스톤이 체결되는 피스톤 체결보스와 마그네트 및 이 피스톤 체결보스와 마그네트를 연결하는 연결부재가 일체로 사출성형되어, 형상공차 및 조립공차가 개선되며 내구성의 저하가 없는 선형압축기의 피스톤작동부를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제조공정이 단순화 되어 생산성이 향상되는선형압축기의 피스톤작동부를 제조하는 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 선형압축기의 구조를 간략하게 나타내보인 구성도,

도 2는 종래 기술에 의한 선형압축기의 피스톤작동부를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3은 종래 기술에 의한 마그네트홀더의 제작과정을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부에 사용되는 마그네트의 평면도,

도 5는 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부에 사용되는 피스톤 체결보스의 단면도,

도 6은 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부를 보여주는 사시도,

도 7a는 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부의 제조에 사용되는 코어금형의 평면도,

도 7b는 도 7a의 A-A의 단면도,

도 8은 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부를 제조하는 사출기내 금형에 코어금형이 장착된 상태를 보여주는 개략 단면도,

도 9는 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부의 제조방법을 나타내는순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1; 챔버3; 유입튜브

5; 압축실7; 토출튜브

10; 실린더부20; 피스톤

30; 피스톤작동부40; 외측 라미네이션부

50; 피스톤작동부51; 마그네트

52; 피스톤 체결보스53; 연결부재

60; 코아금형61; 직선 돌기

62; 자석70; 사출기의 상형

80; 사출기의 하형

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선형압축기의 피스톤작동부는, 자력에 의해 선형으로 왕복운동하는 피스톤이 냉매를 압축시키는 선형압축기에 있어서, 상기 피스톤이 체결되는 피스톤 체결보스와; 상기 피스톤 체결보스를 일단의 중심으로 하는 원통의 원주면상에 등간격으로 배치되는 복수의 마그네트; 및 상기 피스톤 체결보스와 상기 복수의 마그네트를 연결하여 일체화시키며, 수지로 된 연결부재;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 마그네트는 전 둘레에 걸쳐 계단형의 단부가 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적인 선형압축기의 피스톤작동부의 제조방법은, 사출성형으로 일체화시킬 복수의 마그네트와 피스톤 체결보스를 준비하는 단계와; 상기 복수의 마그네트와 피스톤 체결보스를 코아금형에 조립하여 사출기에 장착하는 단계와; 상기 사출기에 의해 성형수지를 사출하여 상기 복수의 마그네트와 피스톤 체결보스가 일체로된 상기 선형압축기의 피스톤작동부를 사출하는 단계; 및 상기 사출단계에서 사출이 완료된 상기 선형압축기의 피스톤작동부를 취출하는 단계;를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명에 의한 피스톤작동부를 나타내는 사시도이다.

도면에 나타내보인 바와 같이 본 발명에 의한 피스톤작동부(50)는, 원통형의 외주면에 등간격으로 배치된 복수의 마그네트(51)와, 원형관의 일단의 중심부에 그 선단이 결합된 중공의 피스톤 체결보스(52)와, 상기 마그네트(51)와 피스톤 체결보스(52)의 단부를 연결하는 연결부재(53)가 일체로 형성되어 있다.

냉매가스를 압축하기 위해 실린더내에서 왕복운동하는 피스톤은 피스톤작동부(50)의 피스톤 체결보스(52)의 나사부(52b)에 나사결합된다. 피스톤 체결보스 (52)는 도 5에 보여주는 바와 같이 일체성형수지를 사출하여 일체형 피스톤작동부재를 만드는 경우 성형수지와의 결합력을 높이기 위해 암나사가 형성된 단부(52b)의 반대측에 요철부(52a)가 형성되어 있다. 또한, 피스톤 체결보스(52)의 재질로는 심주를 사용하는 것이 바람직하다.

선형압축기의 내측 및 외측 라미네이션에 의한 자장의 변화에 따라 피스톤의 왕복운동을 일으키는 마그네트(51)는 전둘레에 걸쳐 계단형의 단부를 갖는다. 도 4에서 나타내보인 바와 같이 마그네트(51)는 일정한 곡률을 갖는 판상의 사각형으로 마주보는 대변을 'ㄴ'자 형상이 되도록 가공하고 반대면에서는 가공되지 않은 양변을 상기와 동일한 방법으로 'ㄴ'자 형상으로 가공한다. 이와 같이 마그네트(51)의전둘레의 단부를 'ㄴ'자, 즉 계단형으로 형성하는 것은 일체성형수지를 사출하여 일체형 피스톤작동부(50)를 만드는 경우에 성형수지와의 결합력을 높이기 위해서이다.

여기서, 상기 일체성형수지는 비자성, 비전도체의 열경화성수지로 주원료인 폴리에스텔수지에 강화제인 글래스파이버(Glass fiber)가 함유되고, 그 밖에 필러 (Filler), 촉매제 등이 혼합된 BMC(Bulk Moulding Compound)이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 선형압축기의 피스톤작동부(50)는 피스톤 체결보스52)와, 복수의 마그네트(51)가 연결부재(53)를 이루는 일체성형수지에 내포되어 일체로 형성되기 때문에, 별도로 마그네트(51)를 조립하고 마그네트커버를 압입하는 공정이 필요 없게 되며, 피스톤은 피스톤 체결보스(52)에 나사결합하는 것으로 조립이 완료된다.

이와 같이 일체로 형성된 피스톤작동부(50)는, 이 피스톤작동부(50)에 내포되어 있는 마그네트(51)와 대응되는 위치의 안쪽에 설치되어 있는 내측 라미네이션 및 코일과 상기 마그네트(51)의 외측에 설치되어 있는 외측 라미네이션에 의해 발생되는 자장의 변화에 의해 직선왕복운동을 하게 된다. 상기 피스톤작동부(50)가 직선왕복운동을 하면 피스톤작동부(50)에 나사결합된 피스톤이 실린더내에서 직선왕복운동을 하게 되어 압축실 내로 냉매가스를 흡입하여 압축하게 된다.

이상에서 설명한 선형압축기의 피스톤작동부(50)를 제조하는 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

피스톤작동부(50)의 제조방법은, 사출성형으로 일체화된 피스톤작동부(50)를제조하는데 사용할 복수의 마그네트(51)와 피스톤 체결보스(52)를 준비하는 단계 (S100)와; 상기 복수의 마그네트(51)와 피스톤 체결보스(52)를 코아금형(60)에 조립하여 사출기에 장착하는 단계(S200)와; 상기 사출기에 의해 성형수지를 사출하여 상기 복수의 마그네트(51)와 피스톤 체결보스(52)가 일체로된 선형압축기의 피스톤작동부(50)를 사출하는 단계(S300)와; 및 상기 사출단계에서 사출이 완료된 상기 선형압축기의 피스톤작동부(50)를 취출하는 단계(S400);로 이루어 진다.

사출준비단계(S100)에서는 별도의 공정에서 제작된 마그네트(51)와 피스톤 체결보스(52)를 코아금형(60)에 조립할 수 있도록 준비한다. 실시예에서는 한개의 피스톤작동부(50)에 8개의 마그네트(51)가 사용되므로 8개의 마그네트(51)와 1개의 피스톤 체결보스(52)를 준비한다. 여기서 마그네트(51)는 아직 자화되지 않은 상태로 자력을 갖고 있지 않다.

금형장착단계(S200)에서는 코어금형(60)에 8개의 마그네트(51)와 피스톤 체결보스(52)를 조립하여 사출기에 설치된 상형(70)과 하형(80)사이에 장착한다. 코어금형(60)은 마그네트(51)를 등간격으로 배치할 수 있도록 코어금형(60)의 외주면에 축방향으로 복수의 직선 돌기(61)가 형성되어 있으며, 자성이 없는 마그네트 (51)를 고정하기 위하여 코어금형(60) 내부에 자석(62)이 마련되어 있다(도 7a 및 7b 참조).

사출기에 코아금형(60)을 장착한 뒤 사출을 하면 도 8에 나타낸 화살표 P방향으로 성형수지가 인입되어 금형내의 공간(사선친 부분)에 충만되면서 피스톤 체결보스(52)와 마그네트(51)도 동시에 감싸게 되므로 일체화된 피스톤작동부(50)를형성하게 된다(S300). 이 때 성형수지는 코아금형(60)에 형성된 복수의 돌기(61)와 금형과의 틈새로 흘러 마그네트(51)의 전둘레를 감싸게 되므로 마그네트(51)와 성형수지가 단단하게 결합된다.

일정시간이 지나 성형수지가 경화되면, 서서히 냉각시킨 후 사출된 피스톤작동부(50)를 취출하면 피스톤작동부(50)의 제작이 완료된다(S400).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 선형압축기의 피스톤작동부에 의하면, 피스톤이 체결되는 피스톤 체결보스와 마그네트 및 이 피스톤 체결보스와 마그네트를 연결하는 연결부재가 일체로 사출성형되기 때문에, 형상공차 및 조립공차가 개선되며 내구성의 저하가 없는 선형압축기의 피스톤작동부를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선형압축기의 피스톤작동부 제조방법에 의하면 피스톤작동부를 만드는 공정이 사출공정으로 단순화되기 때문에 생산성이 향상될 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 자력에 의해 선형으로 왕복운동하는 피스톤이 냉매를 압축시키는 선형압축기에 있어서,

   상기 피스톤이 체결되는 피스톤 체결보스와;

   상기 피스톤 체결보스를 일단의 중심으로 하는 원통의 원주면상에 등간격으로 배치되는 복수의 마그네트; 및

   상기 피스톤 체결보스와 상기 복수의 마그네트를 연결하여 일체화시키며, 수지로 된 연결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형압축기의 피스톤작동부.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네트는, 전 둘레에 걸쳐 계단형의 단부가 형성된 것을 특징으로 하는 선형압축기의 피스톤작동부.
3. 자력에 의해 선형으로 왕복운동하는 피스톤이 냉매를 압축시키는 선형압축기의 제 1 항에 의한 선형압축기의 피스톤작동부를 제조하는 방법에 있어서,

   사출성형으로 일체화시킬 복수의 마그네트와 피스톤 체결보스를 준비하는 단계와;

   상기 복수의 마그네트와 피스톤 체결보스를 코아금형에 조립하여 사출기에 장착하는 단계와;

   상기 사출기에 의해 성형수지를 사출하여 상기 복수의 마그네트와 피스톤 체결보스가 일체로된 상기 선형압축기의 피스톤작동부를 사출하는 단계; 및

   상기 사출단계에서 사출이 완료된 상기 선형압축기의 피스톤작동부를 취출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형압축기의 피스톤작동부의 제조방법.