KR20030062479A - 사판식 압축기용 중공피스톤 - Google Patents

Abstract

공기조화장치의 사판식 압축기용 중공피스톤이 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 중공피스톤은, 압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 헤드부로 이루어져, 상기 구동축에 의해 회전되는 상기 사판의 축방향 요동으로 왕복운동하면서 그 헤드부가 보어 내에 형성하는 압축실에 정압과 부압을 교번하여 생성시키는 압축기용 피스톤에 있어서, 상기 헤드부는 선단이 개방된 중공형으로서, 그 헤드부와 마주 대하는 상기 보어의 전방 내벽으로부터 헤드부를 향해 돌출된 내입부의 바깥쪽으로 끼워져 헤드부 내부에 상기 내입부에 의해 밀폐되는 압축실을 형성하는 것을 특징한다. 이에 의하면, 피스톤의 중량이 적어 그에 따른 왕복동시의 관성력이 줄어듦으로써 압축기의 압축성능을 크게 향상할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 브릿지부와 헤드부를 다이캐스팅을 통해 일체로 가공한 다음 기계 가공하는 단순한 공정을 통해 제조할 수 있으므로 제조단가가 저렴하며 전자빔 용접 공정이 배제되어 완제품 수율(收率)이 매우 높고 수명 단축의 주요인이었던 접합부가 배제되어 내구수명도 길다.

Description

사판식 압축기용 중공피스톤{HOLLOW PISTON FOR SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 공기조화장치의 냉매 압축용으로 사용되는 사판식 압축기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 사판식 압축기용 중공피스톤에 관한 것이다.

자동차의 냉방장치를 구성하는 압축기는 풀리를 통하여 전달되는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 공급되는 기상의 냉매를 압축하여 액화하기 쉬운 고온고압의 상태로 변화시켜 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기의 한 형태인 사판식 압축기는 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 경사지게 축설(軸設)된 디스크 형상의 사판(斜板)이 구동축에 의해 회전하고, 이 사판의 회전에 의하여 사판 둘레에 슈(shoe)를 개재하여 결합된 다수의 피스톤들이 실린더에 형성된 다수의 보어 내부에서 직선 왕복운동함으로써 냉매가스를 흡입 및 압축하여 배출하도록 구성되어 있다.

도 1은 이러한 사판식 압축기의 일 예로써 부하에 따라 압축용량을 가변할 수 있게 구성된 가변용량형 사판식 압축기의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 가변용량형 사판식 압축기는, 서로 결합되어 내부에 크랭크실(1a), 흡입실(2a) 및 토출실(2b) 등을 형성하는 전,후부하우징(1)(2)과, 상기 전,후부하우징(1)(2) 사이에 내장되고 내부에 다수의 보어(3a)가 원주방향으로 배열 형성된 실린더 블록(3)과, 전부하우징(1)에 지지되고 회전되는 구동축(4)과, 상기 크랭크실(1a) 내 상기 구동축(4)에 결합되어 회전되는 러그플레이트(5)와, 상기 구동축(4)에 경사각을 가지고 슬라이딩 가능하게 끼워지고 일측이 상기 러그플레이트(5)에 힌지되어 러그플레이트(5)와 함께 회전되는 사판(6)과, 상기 사판(6)의 외주에 슈(7)의 개재하에 결합되어 회전되는 사판(6)의 축방향 요동으로 실린더 블록(3)의 각 보어(3a) 내에서 왕복동하는 다수의 피스톤(8)과, 상기 피스톤(8)의 왕복동에 의한 보어 내부의 압력변화에 의하여 밸브 플레이트(9)의 흡입구(9a)와 배출구(9b)를 개폐하는 흡입리드밸브(10) 및 토출리드밸브(11) 등을 포함하며, 그 외에도 상기 크랭크실(1a)과 흡입실(2a) 그리고, 토출실(2b)의 압력을 조정하여 피스톤(8)의 이송량을 조정하는 제어밸브(12)와, 상기 러그플레이트(5)와 사판(6) 사이에 탄성적으로 설치되어 러그플레이트(5)의 비회전시 최소 경사각으로 사판(6)을 탄성지지하는 사판 지지용 스프링(13) 등을 포함하여 이루어진다.

이상과 같은 구성요소들로 이루어짐에 따라 가변용량형 사판식 압축기는 다음과 같은 작동을 통해 증발기로부터 이송되어 오는 냉매를 압축하여 응축기로 송출한다.

구동축(4)이 엔진의 동력으로 회전하면, 구동축(4)에 고정된 러그플레이트(5)가 사판(6)과 함께 회전되며 이에 사판(6)에 결합된 피스톤(8)들이 경사각에 따른 사판(6)의 축방향 요동으로 사판(6) 경사각에 비례하는 거리를 왕복동한다. 이러한 피스톤(6) 왕복동 과정에 있어서 피스톤(8)이 크랭크실측(1a)으로 후진하는 동안[사판(6)에 의해 끌어당겨지는 동안] 흡입구(9a)를 통하여 흡입실(2a)의 냉매가 보어(3a) 내로 유입되고, 피스톤(8)이 하사점에 이른 후 다시전진하는 동안에 보어(3a)에 유입된 냉매가 압축되어 높은 압력으로 토출구(9b)를 통해 토출실(2b)로 토출된다. 그리고 토출실(2b)에 토출된 고압의 냉매는 냉매유로를 통하여 응축기(미도시)로 송출된다.

이상과 같은 압축기의 냉매 압축과정에 있어서, 사판(6)에 의해 왕복동하는 피스톤(8)에는 그 중량에 비례하는 관성력이 운동방향과 그 반대방향으로 작용하기 때문에 중량이 무거울수록 압축기의 압축효율을 떨어뜨린다. 이에, 압축기의 피스톤은 통상 경량의 소재로 제조되는 바, 최근에는 그 내부가 중공화(中空化)되어 더욱 경량된 중공피스톤(8)들이 개발되어 가변용량형 압축기에 사용되고 있다.

중공피스톤(8)은 도 2에 도시된 바와 같이, 사판(6)에 결합되는 브릿지부(8a)와 헤드부(8b)로 이루어져 있으며, 피스톤 부피의 대부분을 차지하는 원통형 헤드부(8b)의 내부가 중공으로 형성되어 있다. 이러한 중공피스톤(8)은 체적 대비 중량이 아주 가벼워 왕복운동시 관성이 아주 작기 때문에, 중량이 상대적으로 무거운 중실 피스톤에 비해 압축기의 압축성능을 크게 높일 수 있다.

반면, 중공피스톤(8)은 제조가 어려워 제조원가가 높다는 문제점을 가지고 있었다. 즉, 다이캐스팅 공정만으로는 중공부 성형이 불가능하여 부득이 브릿지부(8a)과 헤드부(8b)의 두 부재로 나누어 다이캐스팅 하고 그 각각을 정밀하게 기계 가공한 다음 고가(高價)의 진공장비로 진공 상태에서 전자빔 용접으로 결합하고 다시 그 결합품을 기계가공 하는 일련의 복잡한 제조과정을 통해 제조할 수 있기 때문에, 다이캐스팅 후 기계 가공만을 거쳐 완성되는 중실 피스톤에 비해 제조시 불량이 많이 발생하고 제조단가도 매우 높다는 취약점을 가지고 있었다. 뿐만아니라 종래 중공피스톤(8)은 그 조직 내에 전자빔용접과정에서 발생한 미세한 구멍들을 함유하는 데다 용접부위의 접합강도가 취약하여 내구성이 떨어지기 때문에, 압축기의 수명 단축을 촉진하고 또 그 미세한 구멍들을 통해 중공부 내에 냉매와 오일이 침투하여 냉매량과 오일량 부족상태를 유발하는 문제점을 가지고 있었다. 또한 그 미세한 구멍들이 헤드 외주면과 보어 내벽에 리크(leak)를 발생시키고 또 그 구멍들이 헤드를 관통하는 경우 그 구멍을 통해 유입되는 냉매나 오일이 중공부에 충전되어 피스톤(8) 중량을 가중시키기 때문에 압축기 성능도 크게 떨어뜨리게 되는 문제점도 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 중공피스톤이 가지는 문제를 감안하여 안출한 것으로, 원가 상승의 요인이 되는 용접이 불필요하여 제조단가가 낮고, 냉매나 오일의 중공부에 충전에 따른 압축기 성능 저하의 문제를 유발할 우려가 전혀 없으며, 또 용접부가 배제되어 용접부 파열로 인한 압축기 수명단축의 우려도 없고, 조직 내에 리크 존재의 유무에 관계없이 중공부의 냉매 충전에 따른 압축기 성능 저하의 문제도 근본적으로 해소할 수 있는 사판식 압축기용 중공피스톤을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 중공피스톤이 적용된 사판식 압축기 단면도,

도 2는 종래 사판식 압축기용 중공피스톤 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 중공피스톤이 적용된 사판식 압축기 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤 단면도,

도 6a는 본 발명에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤의 흡입행정 작동도, 그리고,

도 6b는 본 발명에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤의 배출행정 작동도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 실린더 블록, 30 : 내입부

30a : 흡입통로, 30b : 배출통로

80 : 중공피스톤, 81 : 브릿지부

81a : 요홈, 81b : 슈 안치홈

82 : 헤드부, 82a : 압축실

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤은, 압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 헤드부로 이루어져, 상기 구동축에 의해 회전되는 상기 사판의 축방향 요동으로 왕복운동하면서 그 헤드부가 보어 내에 형성되는 압축실에 정압과 부압을 교번하여 생성시키는 압축기용 피스톤에 있어서, 상기 헤드부는 선단이 개방된 중공형으로서, 그 헤드부와 마주 대하는 상기 보어의 전방 내벽으로부터 헤드부를 향해 돌출된 내입부의 바깥쪽으로 끼워져 헤드부 내부에 상기 내입부에 의해 밀폐되는 압축실을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤의 구조와 작용을 첨부도면을 통해 구체적으로 살펴본다.

도 3은 본 발명에 따른 중공피스톤이 적용된 사판식 압축기의 일 예로써 부하에 따라 압축용량을 가변할 수 있게 구성된 가변용량형 사판식 압축기의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 가변용량형 사판식 압축기는, 내부에 크랭크실(1a), 흡입실(2a) 및 토출실(2b) 등의 밀폐공간을 형성하는 전,후부하우징(1)(2)과, 상기 전,후부하우징(1)(2) 사이에 내장되고 그 내부에 다수의 보어(3a)가 원주방향으로 배열되어 형성되는 실린더 블록(3)과, 상기 전부하우징(1)의 중심을 통해 크랭크실(1a)에 삽입되어 상기 실린더 블록(3)의 중심에 회전가능하게 지지되는 구동축(4)과, 상기 크랭크실(1a)의 구동축(4) 상에 결합되어 구동축(4)에 의해 회전되는 러그플레이트(5)와, 상기 구동축(4)에 경사각을 가지고 슬라이딩 가능하게 끼워져 그 일측이 상기 러그플레이트(5)의 일측에 힌지됨으로써 그 러그플레이트(5)와 함께 회전되면서 축방향으로 요동하되, 상기 구동축(4)에 대하여 축방향으로 슬라이딩되면서 그 경사각이 가변됨으로써 축방향 요동변위량이 변화되는 사판(6)과, 상기 사판(6)의 외주에 슈(7)를 개재하고 결합되어 상기 사판(6)의 회전에 따른 축방향 요동으로 상기 실린더 블록(3)의 각 보어(3a) 내에서 왕복동하는 다수의 피스톤(80)과, 상기 피스톤(80)의 왕복동에 의한 보어 내부의 압력변화에 의하여 밸브 플레이트(9)의 흡입구(9a)와 배출구(9b)를 개폐하는 흡입리드밸브(10) 및 토출리드밸브(11) 등을 포함하며, 그 외에도 상기 크랭크실(1a)과 흡입실(2a), 그리고, 토출실(2b)의 압력을 조정하여 피스톤(80)의 이송량을 조정하는 제어밸브(12)와, 상기 러그플레이트(5)와 사판(6) 사이에 탄성적으로 설치되어 러그플레이트(5)의 비회전시 최소 경사각으로 사판(6)을 탄성지지하는 사판 지지용 스프링(13) 등을 포함하여 이루어진다.

이상과 같은 압축기의 구성에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기용 중공피스톤(80)은 도 4와 5에 도시된 바와 같이, 사판(6)의 가장자리에 결합되는 브릿지부(81)와 그 브릿지부(81)에서 연장되어 상기 실린더 블록(3)의 보어에 삽입되는 헤드부(82)로 이루어진다.

브릿지부(81)에는 사판(6)이 끼워지는 요홈(81a)이 측방향으로 형성되고, 그 요홈(81a)의 내벽에는 사판(6)에 대한 마찰력을 감소시키기 위한 슈(7)가 안치되는 슈 안치홈(81b)이 각각 형성된다. 그리고, 헤드부(82)는 내부가 빈 중공형으로 그 선단이 개방된다.

한편, 도 6a와 6b에 도시된 바와 같이, 상기 헤드부(82)가 삽입되는 실린더 블록(3)의 보어(3a) 선단부분은 밀폐되고 그 밀폐된 안쪽 내벽에는 피스톤헤드부(82) 내경에 남짓한 외경을 가지고 피스톤(80)측을 향하여 돌출된 내입부(30)가 성형된다. 이에 헤드부(82)는 상기 내입부(30)의 바깥쪽으로 끼워지며, 그 내부에 상기 내입부(30)에 의해 밀폐되는 압축실(82a)을 형성한다. 상기 실린더 블록(3)의 내입부(30)에는 흡입리드밸브(10)와 토출리드밸브(11)에 의해 개폐되는 흡입통로(30a)와 배출통로(30b)가 각각 형성된다.

이상과 같은 구성요소들로 이루어짐에 따라 가변용량형 사판식 압축기는 다음과 같은 작동을 통해 증발기로부터 이송되어 오는 냉매를 압축하여 응축기로 송출한다.

구동축(4)이 엔진의 동력으로 회전하면, 구동축(4)에 고정된 러그플레이트(5)가 사판(6)과 함께 회전되며 이에 사판(6)에 결합된 피스톤(80)들이 경사각에 따른 사판(6)의 축방향 요동으로 사판(6) 경사각에 비례하는 거리를 왕복동한다. 이러한 피스톤(80) 왕복동 과정에 있어서 도 6a에 나타난 바와 같이, 피스톤(80)이 크랭크실(1a)으로 후진하는 동안[사판(6)에 의해 끌어당겨지는 동안] 내입부(30)에 의해 밀폐된 헤드부(82)내 압축실(82a)이 팽창되어 그에 따른 부압으로 흡입통로(30a)를 통하여 흡입실(2a)의 냉매가 압축실(82a) 내로 유입되고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 피스톤(80)이 하사점에 이른 후 다시 전진하는 동안에 압축실(82a)의 축소로 냉매가 압축되어 높은 압력으로 토출구(9b)를 통해 토출실(2b)로 토출된다. 그리고 토출실(2b)에 토출된 고압의 냉매는 냉매유로를 통하여 응축기(미도시)로 송출된다.

이상과 같은 냉매 압축과정에 있어서, 피스톤(80)에는 앞에서도 언급한 바와같이, 왕복운동시 그 중량에 비례하는 관성력이 운동방향과 그 반대방향으로 작용하여 중량이 무거울수록 압축기의 압축효율을 떨어뜨리게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공피스톤(80)의 경우에는 그 중량이 매우 가볍기 때문에 상대적으로 무거운 종래 중실 피스톤를 사용하는 경우 보다 압축성능을 크게 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공피스톤(80)을 적용하는 경우 압축실(82a)이 중공피스톤의 헤드부(82) 내부에 형성되기 때문에, 압축실이 피스톤의 헤드부(82) 앞쪽에 형성하는 종래 압축기 중공피스톤을 사용하는 경우보다 실린더 블록(3)의 길이를 줄일 수 있어 압축기의 체적도 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 압축기용 중공피스톤을 자동차 공기조화장치의 압축기에 적용하는 경우, 피스톤의 중량이 적어 그에 따른 왕복동시의 관성력이 줄어듬으로써 압축기의 압축성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 압축기용 중공피스톤의 경우, 브릿지부와 헤드부를 다이캐스팅을 통해 일체로 가공한 다음 기계 가공하는 단순한 공정을 통해 제조할 수 있으므로 브릿지부와 헤드부를 각각 다이캐스팅 성형한 후 기계가공을 거쳐 전자빔 용접기로써 전자빔 용접하여 일체화하고 다시 기계가공을 하는 복잡한 제조공정을 거쳐 제조해야 하는 종래 중공피스톤에 비해 제조단가가 훨씬 저렴한다. 또한, 제조시 불량 발생의 주요인이었던 전자빔 용접 공정이 배제됨에 따라 제조공정에서의 완제품 수율(收率)이 매우 높고 수명 단축의 주요인이었던 접합부가 배제되어 내구수명도 매우 길다.

뿐만 아니라, 실린더 블록의 보어 길이를 축소하여 압축기의 소형화에도 기여할 수 있다.

아울러, 밀폐된 중공부를 갖지 않음으로써 종래 중공피스톤 적용시 중공부 내 냉매 충전에 따른 피스톤 중량 증가가 원인이 되는 압축기의 성능 저하의 우려가 전혀 없다. 따라서 압축기의 성능을 안정화하는데에도 기여할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. 압축기의 하우징 내에서 구동축에 결합된 사판의 가장자리에 결합되는 브릿지부와 상기 하우징에 내장된 실린더 블록의 보어에 삽입되는 헤드부로 이루어져, 상기 구동축에 의해 회전되는 상기 사판의 축방향 요동으로 왕복운동하면서 그 헤드부가 보어 내에 형성되는 압축실에 정압과 부압을 교번하여 생성시키는 압축기용 피스톤에 있어서,

   상기 헤드부는 선단이 개방된 중공형으로서, 그 헤드부와 마주 대하는 상기 보어의 전방 내벽으로부터 헤드부를 향해 돌출된 내입부의 바깥쪽으로 끼워져 헤드부 내부에 상기 내입부에 의해 밀폐되는 압축실을 형성하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 중공피스톤.