KR20040099906A - 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조에 관한 것으로, 피스톤과 부품간의 마찰저항을 최소화하여 부품의 파손 및 구동 과부하를 막을 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조는, 가변 용량형 사판식 압축기의 각 피스톤(10)의 양쪽 윙부(10c)와 대응하는 전방 하우징(2)의 내벽면에 상기 윙부가 접촉되면서 피스톤의 롤링시 구름동작하는 구름부재가 각각 설치되어 상기 피스톤 윙부와의 마찰저항을 최소화하도록 구성된다. 상기 구름부재는 상기 전방 하우징의 내벽면에 회전 가능하게 축방향으로 설치되는 다수의 니들 베어링(20)일 수 있다. 예컨대, 상기 전방 하우징의 내벽면에 개방부를 가지는 장착홈(2b)이 형성되고, 이 장착홈에 외주면 일부가 상기 개방부를 통해 돌출되도록 구름부재인 니들 베어링이 슬라이딩 결합될 수 있다. 이에 의하여, 상기 피스톤이 전방 하우징에 접촉되지 않고 니들 베어링에 선접촉되며, 니들 베어링이 피스톤의 운동에 의해 회전하게 되어 상호간에 마찰저항이 매우 작다.

Description

가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조{STRUCTURE FOR SUPPORTING PISTON OF VARIABLE DISPLACEMENT SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤의 직선 왕복운동시 윙부와 하우징과의 마찰 저항을 최소화할 수 있도록 한 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조에 관한 것이다.

자동차용 공조장치를 구성하는 압축기는 풀리를 통하여 전달되는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 냉매를 내부로 흡입한 후 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기는 압축구조에 따라 다양한 종류가 있으며, 일반적으로 압축방식 및 구조에 따라 크게 왕복식과 회전식으로 나뉜다. 왕복식은 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식으로, 회전식은 메인 로터리식 및 스크롤식 등으로 다시 나뉘며, 이들 압축기들 중에는 압축 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형의 것도 있다.

사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 경사지게 설치된 디스크 형상의 사판이 구동축에 의해 회전하고, 이 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈를 통해 설치된 다수의 피스톤들이 실린더 블록에 형성된 실린더 보어 내부에서 직선 왕복운동함으로써, 냉매를 흡입/압축하여 토출하도록 구성된다.

가변 용량형 사판식 압축기는, 열부하에 따라 구동축에 설치된 사판의 경사각이 가변되도록 구성된 것으로, 이에 따라 피스톤의 왕복 이송량이 변화되면서 냉매 토출량이 가변 조절된다.

상기와 같은 가변 용량형 사판식 압축기의 전형적인 한 예가 도 1에 도시되어 있으며, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 사판식 압축기는, 동심원을 따라 축방향으로 다수의 실린더 보어(1a)가 형성된 실린더 블록(1)과, 상기 실린더 블록(1)의 전방에 장착되어 내부에 밀폐된 크랭크실(2a)을 형성하는 전방 하우징(2)과, 상기 실린더 블록(1)의 후방에 밸브 플레이트(3)의 개재하에 장착되며 냉매흡입실(4a) 및 토출실(4b)을 갖는 후방 하우징(4)과, 상기 전방 하우징(3)을 회전 가능하게 관통하여 후단부가 실린더 블록(1)의 중앙에 회전 가능하게 지지되는 구동축(5)과, 상기 크랭크실(2a) 내부에서 상기 구동축(5) 상에 장착되어 이와 함께 회전하는 로터(6)와, 상기 로터(6)에 힌지기구(7)로 연결되며 크랭크실(2a)의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있게 상기 구동축(5)상에 장착된 사판(8)과, 상기 사판(8)의 외주에 슈(9)를 통해 연결되어 사판(8)의 회전 운동에 따라 실린더 보어(1a) 내를 왕복 운동하면서 냉매를 압축하는 다수의 피스톤(10)과, 실린더 보어(1a) 내의 냉매 흡입압과 크랭크실(2a) 내의 가스압과의 차압을 가변시켜 사판(8)의 경사각을 변화시키는 압력조절밸브(11)와, 상기 사판(8)을 탄성적으로 지지하도록 로터(6)와 사판(8)과의 사이에 탄설된 압축코일스프링(12) 등을 포함하여 구성된다.

가변 용량형 사판식 압축기에서는 일반적으로 편두 피스톤(single-headed piston)을 사용하게 된다. 편두 피스톤(10)은, 실린더 보어(1a) 내에서 전후진함으로써 실질적으로 냉매를 흡입 및 압축하는 피스톤 헤드부(10a), 상기 피스톤 헤드부(10a)의 후방으로 연장되며 슈(9)가 수용되는 브릿지부(10b) 및 브릿지부(10b)의양측에 각각 형성되는 윙부(10c)(도 2에 도시됨)를 포함한다.

이와 같이 구성된 가변 용량형 사판식 압축기는, 구동축(5)이 엔진의 동력으로 회전하게 되면, 이 구동축(5)에 경사각 조절 가능하게 장착된 사판(8)이 구동축(5)과 함께 회전하면서 전후 방향으로 운동하게 되고, 이에 따라 사판(8)의 외주에 연결된 다수의 피스톤(10)들이 사판(8)의 경사각에 비례하는 거리만큼 실린더 블록(1)의 실린더 보어(1a) 내에서 왕복운동하게 된다. 그 결과 실린더 보어(1a)내의 압축실의 용적이 변화하게 되고, 이 용적변화에 의하여 냉매가스의 흡입, 압축 및 토출이 차례로 진행되며, 사판(8)의 경사각에 따른 용량의 고압냉매가스가 토출된다. 이때, 압력조절밸브(11)에 의한 크랭크실(2a) 내의 압력과 실린더 보어(1a) 내의 흡입압과의 차압에 대응하여 사판(8)의 경사각이 가변되면서 토출 냉매량이 변경된다.

한편, 상기 사판(8)은 압축기가 정지되어 있을 때, 압축코일스프링(12)에 의해 최소의 경사각을 유지하도록, 구동축(5)에 대하여 수직하게 위치하도록 지지되어 있다. 이 상태에서 압축기가 구동하게 되면, 사판(8)이 압축코일스프링(12)의 탄력을 극복하면서 요구되는 경사각으로 경사지게 되고, 압축작용이 수행된다. 이때, 상기 압축코일스프링(12)은 일정한 탄성계수를 가지고 있어, 사판(8)의 경사각이 증가 또는 감소하는 경우 스프링의 변위에 비례하는 만큼의 힘이 사판 경사각 변위에 전달됨으로써 사판(8)의 경사각이 유지된다.

그러나, 종래 기술에 따른 가변 용량형 사판식 압축기에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.

사판(8)의 회전시 피스톤(10)은 직선왕복운동과 함께 사판의 회전력에 의해 롤링을 하게 되는데, 이때 운동체인 피스톤(10)과 고정체인 전방 하우징(2)의 내면이 선 또는 면접촉하여 이들간에 마찰저항이 크며, 이 마찰저항에 의해 부품이 마모되고, 마찰시 발생되는 열에 의해 압축기의 성능에 영향을 주고, 구동부하가 상승하는 문제점이 있다.

이와 같은 피스톤(10)과 전방 하우징(2) 사이의 마찰저항을 저감시키기 위하여 전방 하우징(2)의 내벽면에 홈 또는 회전방지턱을 가공하거나 피스톤(10) 또는 하우징(2) 벽면을 도장하고 있으나, 이 방법에 의해서는 전술한 피스톤(10)과 전방 하우징(1) 사이의 마찰저항을 효과적으로 줄이지 못한다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 사판의 회전에 의해 피스톤이 직선왕복운동할 때 피스톤과 하우징 간의 마찰저항을 최소화할 수 있도록 한 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 가변 용량형 사판식 압축기의 구조를 보인 압축기의 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조를 보인 압축기의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조를 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요 부분에 사용된 부호설명 >

2 : 전방 하우징, 2b : 장착홈

5 : 구동축, 6 : 로터

8 : 사판, 9 : 슈

10 : 피스톤, 20 : 니들 베어링

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조는, 가변 용량형 사판식 압축기의 각 피스톤의 양쪽 윙부와 대응하는 전방 하우징의 내벽면에 상기 윙부가 접촉되면서 피스톤의 롤링시 구름동작하는 구름부재가 각각 설치되어 상기 피스톤 윙부와의 마찰저항을 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 구름부재는, 상기 전방 하우징의 내벽면에 회전가능하게 축방향으로 설치되는 다수의 니들 베어링일 수 있다.

예컨대, 전방 하우징의 내벽면에 개방부를 가지는 장착홈이 형성되고, 이 장착홈에 외주면 일부가 상기 개방부를 통해 돌출되도록 구름부재인 니들베어링이 슬라이딩 결합될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 도 1 및 도 2에 사용된 부호와 동일 부호는 동일한 구성요소를 가리키며, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3에 도시된 가변 용량형 사판식 압축기에서 보이는 바와 같이, 압축기 구동축(5)과 함께 회전하는 로터(6)에 힌지기구(7)로 연결되며 전방 하우징(2)의 크랭크실(2a)의 압력 변화에 대응하여 경사각이 변화할 수 있도록 구동축(5) 상에 설치된 사판(8)의 둘레부에 이 사판(8)의 회전운동에 따라 실린더 보어(1a) 내를 직선 왕복운동하면서 냉매를 압축하는 다수의 피스톤(10)이 슈(9)를 통해 설치되고, 피스톤(10)의 직선 왕복운동시 후술하는 각 피스톤(10)의 윙부(10c)와 대응되는 전방 하우징(2)의 내벽면에 윙부(10c)와의 마찰을 최소화하기 위한 구름부재가 각각설치된다.

피스톤(10)은 편두 피스톤이며, 실린더 보어(1a) 내에서 전후진함으로써 실질적으로 냉매를 흡입 및 압축하는 피스톤 헤드부(10a), 상기 피스톤 헤드부(10a)의 후방으로 연장되며 슈(9)가 수용되는 브릿지부(10b) 및 브릿지부(10b)의 양측에 각각 형성되는 윙부(10c)(도 4에 도시됨)를 포함한다.

구름부재는, 상기 피스톤(10)의 직선왕복운동시 사판(8)의 회전력에 의해 롤링하는 피스톤(10) 양측의 윙부(10c)의 접촉에 따라 제자리 회전하는 니들 베어링(20)일 수 있다.

니들 베어링(20)의 장착 구조의 일 예로, 전방 하우징(2)의 내벽면에는 축방향을 따라 피스톤(10)의 윙부(10c)와 대응되도록 장착홈(2b)이 형성되며, 상기 장착홈(2b)에는 니들 베어링(20)이 회전 가능하게 슬라이딩 삽입될 수 있다. 이때 피스톤(10)이 접촉될 수 있도록 니들 베어링(20)의 일부분이 전방 하우징(2)의 내벽면보다 돌출되도록 설치된다. 즉, 장착홈(2b)이, 니들 베어링(20)의 외주면 일부가 돌출될 수 있는 개방부를 가짐으로써, 니들 베어링(20)의 외주면과 윙부(10c)가 구름 접촉할 수 있다.

니들 베어링(20)은 피스톤(10)의 행정거리를 감안하여 충분한 길이로 이루어지는 것이 바람직하다.

구름부재는 니들 베어링(20)에 한정되지 않고, 피스톤(10)에 접촉되면서 이 피스톤(10)의 운동에 의해 고정되지 않고 제자리 회전하는 모든 것이 사용 가능할 것이며, 그 중 하나로 볼이 사용될 수 있으며, 이 경우 피스톤의 전/후진 경로를따라 볼이 다수개 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조의 작용은 다음과 같다.

구동축(5)이 엔진의 동력으로 회전하게 되면, 이 구동축(5)에 경사각 조절 가능하게 장착된 사판(8)이 구동축(5)과 함께 회전하면서 전후 방향으로 운동하게 되고, 이에 따라 사판(8)의 외주에 연결된 다수의 피스톤(10)들이 사판(8)의 경사각에 비례하는 거리만큼 실린더 블록(1)의 실린더 보어(1a) 내에서 왕복운동하게 된다. 피스톤(10)은 직선왕복운동하면서 롤링을 하게 되고, 피스톤(10)의 윙부(10c)는 전방 하우징(2)의 내벽면에 접촉하지 않고 니들 베어링(20)에 구름접촉한 채로 직선왕복 및 롤링하게 되며, 이때, 피스톤 윙부(10c)의 롤링에 의해 니들 베어링(20)이 제자리 회전하게 된다.

피스톤(10)의 왕복운동 결과 실린더 보어(1a)내의 압축실의 용적이 변하게 되고, 이 용적변화에 의하여 냉매가스의 흡입, 압축 및 토출이 차례로 진행되며, 사판(8)의 경사각에 따른 용량의 고압냉매가스가 토출된다. 이 과정에서 압력조절밸브(11)에 의한 크랭크실(2a) 내의 압력과 실린더 보어(1a) 내의 흡입압과의 차압에 대응하여 사판(8)의 경사각이 가변되면서 토출 냉매량이 변경된다.

따라서, 피스톤(10)의 직선왕복운동시 피스톤 윙부(10c)가 종래와 같이 전방 하우징에 접촉되지 않고 니들 베어링(20)에 구름접촉되므로 윙부(10c)와 니들 베어링(20) 사이에는 롤링에 의한 마찰이 거의 없다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조에 의하면, 피스톤 윙부가 직선왕복이동 및 롤링할 때 윙부가 전방 하우징의 내벽면에 면접촉되지 않고, 니들 베어링에 구름접촉되어 결과적으로 윙부와 니들 베어링의 사이에는 롤링에 의한 마찰저항이 거의 없으므로 마찰에 의해 발생될 수 있는 부품의 마모, 구동 과부하 및 압축기의 성능 저하 등을 방지할 수 있는 등의 효과가 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 (3)

1. 가변 용량형 사판식 압축기의 각 피스톤(10)의 양쪽 윙부(10c)와 대응하는 전방 하우징(2)의 내벽면에 상기 윙부가 접촉되면서 피스톤의 롤링시 구름동작하는 구름부재가 각각 설치되어 상기 피스톤 윙부와의 마찰저항을 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구름부재는, 상기 전방 하우징의 내벽면에 회전가능하게 축방향으로 설치되는 다수의 니들 베어링(20)인 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전방 하우징의 내벽면에 개방부를 가지는 장착홈(2b)이 형성되고, 상기 장착홈에 외주면 일부가 상기 개방부를 통해 돌출되도록 구름부재가 슬라이딩 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판식 압축기의 피스톤 지지구조.