KR20070081134A - 리니어 압축기의 오일공급장치용 질량부재의 제조방법 - Google Patents

리니어 압축기의 오일공급장치용 질량부재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 쉘 내부의 오일 실린더 내에서 왕복직선운동하는 질량부재의 제조방법에 있어서, 자기윤활성재료 및 철계재료 중 어느 하나의 분말을 성형하여 소결하고, 증기처리공정, 연삭공정 및 표면처리공정 중 하나 이상의 후처리 고정을 수행하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일공급장치용 질량부재의 제조방법을 제공한다.
리니어 압축기, 오일공급장치, 소결공정

Description

리니어 압축기의 오일공급장치용 질량부재의 제조방법{METHOD FOR PREPARING A MASS MEMBER FOR THE OIL SUPPLY MEANS OF THE LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 쉘 내측에 실린더, 피스톤 및 리니어 모터로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치되는 동시에 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 쉘 하부에 저장된 오일을 펌핑하여 실린더와 피스톤 사이로 공급하는 리니어 압축기의 오일공급장치에 관한 것으로서, 특히 오일 공급 장치에 사용되는 질량부재를 소결공정을 통해 얻는 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스 가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
보통, 리니어 압축기는 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성되되, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 마찰되더라도 냉각 및 윤활시키기 위하여 상기 쉘 하부에 저장된 오일을 펌핑하여 상기 실린더와 피스톤 사이에 형성된 간극을 따라 유동되도록 하는 오일공급장치가 설치된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 리니어 압축기의 오일 공급 장치의 일 단면도이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 오일 공급 장치에 사용되는 질량부재의 제조공정의 불록도이다. 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 오일공급장치는 도 1에 도시된 바와 같이 밀폐된 쉘(미도시) 내부에 설치된 실린더(2), 피스톤(4) 및 리니어 모터(미도시)로 이루어진 구조체(1) 하부에 설치되는데, 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에 형성된 오일순환유로(10)와 연통되도록 일측 본체 프레임(3)에 오일공급유 로(12)과 오일회수유로(14)가 형성되고, 상기 오일공급유로(12) 하측에 연통되도록 설치된 오일실린더(22) 내부에 질량부재(24)가 오일스프링(26a,26b)에 의해 탄성 지지된 상태로 왕복 직선 운동하면서 압력차를 발생시키되, 상기 오일실린더(22) 일측에 상기 쉘(미도시) 하부에 저장된 오일에 담겨지는 오일공급관(21)이 연통되도록 설치되는 동시에 상기 오일공급유로(12)와 오일실린더(22) 사이에는 오일공급을 조절하는 오일밸브 어셈블리(28)가 설치된다.
여기서, 상기 본체 프레임(3)은 상기 실린더(2)와 리니어 모터를 고정시키되, 상기 피스톤(4)이 상기 실린더(2) 내측에서 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성된 압축공간(P)으로 냉매를 흡입하는 흡입행정 후, 압축하여 토출시키는 압축행정을 반복적으로 수행하게 된다. 이때, 상기 피스톤(4) 일단에는 냉매를 흡입하는 흡입밸브(6)가 설치되는 동시에 상기 실린더(2) 일단에는 압축된 냉매를 토출시키는 토출밸브(8a)가 상기 실린더(2) 일단에 고정된 토출커버(8b) 내측에 스프링(8c)에 의해 탄성 지지되어 개폐 가능하도록 설치된다.
다음, 상기 오일공급유로(12)와 오일회수유로(14)는 상기 본체 프레임(3) 내부 및 실린더(2) 내부에 형성되어 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에 형성된 오일순환유로(10)로 오일을 공급 및 회수할 수 있도록 하고, 상기 오일순환유로(10)는 상기 실린더(2) 내주면과 피스톤(4) 외주면에 각각 링 형상의 실린더 홈(2h)과 피스톤 홈(4h)이 서로 겹쳐지도록 형성되어 오일이 순환되도록 한다.
다음, 상기 오일실린더(22)는 상기 구조체(1)와 함께 동일하게 진동될 수 있 도록 상기 구조체(1) 하부의 오일공급유로(12) 끝단과 연통되도록 설치되고, 상기 질량부재(24)는 상기 오일실린더(22)의 진동에 대한 관성력에 의해 상기 오일실린더(22) 내부에서 왕복 직선 운동 가능하게 설치되며, 상기 오일스프링(26a,26b)은 상기 질량부재(24)의 양단을 축방향으로 탄성 지지하여 상기 오일실린더(22) 내부에 압력차를 발생시킨다. 물론, 상기 오일실린더(22) 하부에는 상기 오일공급관(21)이 연통되도록 설치되며, 상기 오일공급관(21)은 그 끝단이 상기 쉘(미도시)에 저장된 오일에 담겨지도록 설치된다. 구체적으로, 상기 오일실린더(22)는 일단이 상기 본체 프레임(3) 하단에 상기 오일공급유로(12)와 연통되는 부분에 단차지게 형성된 고정홈(3h)에 끼워지도록 고정되는 동시에 타단에 고정캡(27)이 억지 끼움되고, 상기 질량부재(24)는 양단이 상기 오일공급유로의 단차진 고정홈(3h)과 상기 고정캡(27)에 각각 상기 오일스프링(26a,26b)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다. 이때, 상기 고정캡(27)은 타단이 상기 오일실린더(22) 타단에 걸림되는 동시에 일단이 상기 오일실린더(22) 타단 내부에 억지 끼움된 상태에서 상기 오일스프링(26a)에 의해 탄성 지지될 수 있도록 이중으로 단차지게 형성되며, 중심에 관통홀(27h)이 형성되어 상기 질량부재(24)가 상기 오일실린더(22) 내부에서 왕복 직선 운동하더라도 상기 오일실린더(22) 내부의 일측 공간은 압력차가 발생되지 않고 상기 쉘(미도시) 내부의 압력과 동일하게 유지되도록 한다.
다음, 상기 오일밸브 어셈블리(28)는 상기 오일실린더(22)와 오일공급유로(12)가 연통되는 본체 프레임(3) 일측에 설치되어 오일을 흡입하는 오일흡입밸브(미도시) 및 오일을 토출시키는 오일토출밸브(미도시)가 개폐 가능하게 형성된 판 형상의 오일밸브(28a)와, 상기 오일밸브(28a)의 외측에 각각 겹쳐지도록 설치되어 오일이 일시적으로 저장될 수 있는 흡입저장공간(A)과 토출저장공간(B)을 형성하는 오일커버(28b)로 이루어진다. 이때, 상기 오일밸브(28a)와 오일커버(28b) 사이에는 오일의 누설을 방지하기 위하여 개스킷 등과 같은 다양한 구성부품이 더 포함되도록 설치된다. 따라서, 상기와 같이 구성된 오일공급장치는 상기 구조체(1)와 함께 상기 오일실린더(22)가 진동되면, 상기 질량부재(24)가 관성력에 의해 상기 오일실린더(22) 내부에서 왕복 직선 운동하고, 그에 따라 상기 오일실린더(22) 내부의 일측 공간에 압력차가 발생되어 상기 쉘(미도시) 하부에 저장된 오일이 상기 오일공급관(21)으로 유입되어 상기 오일밸브 어셈블리(28a,28b)를 통과한 다음, 상기 오일공급유로(12)를 따라 공급되어 상기 오일순환유로(10)를 순환하면서 냉각 및 윤활 작용을 하고, 다시 상기 오일회수유로(14)를 따라 상기 쉘(미도시) 하부로 회수된다.
이와 더불어, 종래의 기술에 의한 상기 질량부재는 도 2에서 보는 바와 같이, 베어링강을 절단하는 절단공정(S1)과, 절단된 상기 베어링강을 단조하는 단조공정(S2)과, 상기 단조공정을 거친 상기 베어링강을 연삭하는 연삭공정(S3)과, 상기 연삭공정후 윤활성 및 내식성을 부여하기 위해 NIP코팅을 하는 코팅공정(S4)을 통해 제조되었다.
그러나, 상술한 바와 같은 제조공정에 의해 생산되는 상기 질량부재(24)는 상기 코팅공정(S4)이 고가의 공정에 해당하여 단가가 상승하고, 여러 공정을 거쳐야 됨에 따라 생산률이 저하되는 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 소결공정을 이용하여 질량부재를 제조함으로써 상기 질량부재의 단가를 낮춤에 따라, 제품의 가격을 낮추는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 소결공정에 의해 전체 제조공정이 단순화됨에 따라, 생산률이 향상되는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 리니어 압축기의 쉘 내부의 오일 실린더 내에서 왕복직선운동하는 질량부재의 제조방법에 있어서, 자기윤활성재료 및 철계재료 중 어느 하나의 분말을 성형하여 소결하고, 증기처리공정, 연삭공정 및 표면처리공정 중 하나 이상의 후처리 고정을 수행하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일공급장치용 질량부재의 제조방법을 제공한다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은 소결공정을 이용하여 질량부재를 제조함으로써 상기 질량부재의 단가를 낮춤에 따라, 제품의 가격을 낮추는 효과가 있다.
또한, 상기 소결공정에 의해 전체 제조공정이 단순화됨에 따라, 생산률이 향상되는 다른 효과가 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 후술되는 상세한 설명 또는 도면에 의하여 본 발며의 권리범위가 제한되지는 않으며, 오직 특허청구범위에 의해 제한된다. 또한, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 권리범위에 해당함은 물론이다.
도 3는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일 공급 장치의 일 단면도이고, 도 4은 본 발명에 따른 오일 공급 장치에 사용되는 질량부재의 제조공정의 블록도이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일공급장치는 도 3에 도시된 바와 같이 실린더(52)와 피스톤(54) 및 리니어 모터(55)로 구성된 구조체(51)의 하측에 설치된 오일펌핑수단(70)이 오일을 펌핑하여 상기 구조체(51) 내부에 형성된 각각의 유로를 따라 유동되도록 구성되되, 상기 구조체(51)의 양단을 지지하는 동시에 각 구성부품들을 서로 고정시키도록 본체 프레임(53)과 모터 커버(80)가 설치되고, 상기 오일펌핑수단(70)은 상기 본체 프레임(53) 하단에 일단이 고정되는 동시에 상기 모터 커버(80) 하단에 타단 일부가 지지되도록 설치된다.
여기서, 상기 실린더(52)는 상기 피스톤(54)의 일단이 내부에서 왕복 직선 운동되도록 설치되고, 그 사이에 형성된 압축공간(P)으로 냉매가 흡입될 수 있도록 상기 피스톤(54)의 일단에는 흡입홀(54h)이 형성되는 동시에 상기 흡입홀(54h)을 개폐시키도록 박형의 흡입밸브(56)가 설치되고, 상기 압축공간(P)에서 압축된 냉매가 토출될 수 있도록 상기 실린더(52) 일단에 토출밸브(58a)가 상기 실린더(52) 일 단에 고정된 토출커버(58b) 내측에 토출밸브 스프링(58c)에 의해 탄성 지지되어 개폐 가능하게 설치된다. 이때, 상기 실린더(52) 내주면 및 피스톤(54) 외주면에는 링 형상의 실린더 홈(미도시) 및 피스톤 홈(미도시)이 형성되고, 상기 실린더 홈 및 피스톤 홈이 서로 맞물려져 오일이 순환될 수 있는 오일순환유로(60)를 형성한다.
다음, 상기 리니어 모터(55)는 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층된 이너스테이터(552)와, 상기 이너스테이터(552) 외주면에 소정 간격을 두고 위치되어 권선된 코일(554a) 주변에 역시 복수개의 라미네이션이 적층된 코어 블록(554b)들이 일정 간격을 두고 설치된 아우터스테이터(554)와, 상기 이너스테이터(552)와 아우터스테이터(554) 사이에 위치되어 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동하는 영구자석(556)으로 이루어지되, 상기 영구자석(556)이 연결부재(558)에 의해 상기 피스톤(54) 타단과 직접 연결되어 상기 피스톤(54)을 구동시키도록 구성된다.
다음, 상기 본체 프레임(53)은 중앙에 상기 실린더(52)의 일단이 관통된 상태에서 고정되는 동시에 상기 실린더(52) 방향의 본체 프레임(53) 일면에 상기 아우터스테이터(554)의 일단이 지지되도록 설치되며, 그 내측에는 상기 오일순환유로(60)로 오일을 공급하거나, 공급된 오일을 회수할 수 있도록 오일공급유로(62) 및 오일회수유로(64)가 형성된다.
다음, 상기 모터 커버(80)는 중앙에 상기 피스톤(54)의 타단이 관통할 수 있도록 홀(H)이 형성되고, 상기 실린더(52) 방향의 모터 커버(80) 일면에 상기 아우터스테이터(554)의 타단이 지지된 상태에서 상기 모터 커버(80)의 둘레부분이 상기 아우터스테이터(554)를 관통하여 상기 본체 프레임(53)에 고정된다. 이때, 상기 실린더(52) 반대방향의 모터 커버(80) 일면에는 상기 피스톤(54)을 축방향으로 탄성 지지하는 복수개의 스프링(미도시)이 탄성 지지된다.
다음, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일 공급 장치는 상기 오일펌핑수단(70)과 상기 오일공급유로(62)를 포함하는데, 상기 오일펌핑수단(70)은 상기 오일공급유로(62)와 연통되도록 상기 본체 프레임(53)과 하단에 형성된 단차진 고정홈(53h)에 일단이 안착되는 동시에 상기 모터 커버(80)의 하단과 인접하도록 타단이 위치되는 오일실린더(72)와, 상기 오일실린더(72) 내측에 왕복 직선 운동 가능하게 설치되는 질량부재(74)와, 상기 질량부재(74) 양단을 상기 본체 프레임의 고정홈(53h) 및 상기 모터 커버(80)의 하단에 탄성 지지하는 오일탄성부재(76a,76b)를 포함한다.
이와 더불어, 상기 오일 공급 유로(62)는 오일이 공급될 수 있도록 하단이 오일에 담겨지는 동시에 상단이 상기 오일실린더(72)와 연통되는 공간에 위치된 오일공급관(71)을 구비한다. 아울러, 상기 오일공급유로(62)와 오일실린더(72) 사이에 오일 공급을 조절할 수 있도록 오일밸브 어셈블리(78)가 설치되는데, 상기 오일밸브 어셈블리(78)는 상기 오일공급유로(62)가 연통되는 본체 프레임(53) 일측에 밀착되어 오일을 흡입하는 오일흡입밸브(미도시) 및 오일을 토출시키는 오일토출밸브(미도시)가 개폐 가능하게 형성된 판 형상의 오일밸브(78a)와, 상기 오일밸브(78a)의 외측에 각각 겹쳐지도록 설치되어 오일이 일시적으로 저장될 수 있는 흡입저장공간(A)과 토출저장공간(B)을 형성하는 오일커버(78b)로 이루어진다. 이때, 상기 오일실린더(72)는 원통형상으로 형성되어 일단이 상기 본체 프레임(53)의 하단 일면에 단차지게 형성된 고정홈(53h)에 끼움되어 고정되고, 타단이 상기 모터 커버(80)의 일면에 근접하게 위치되어 상기 본체 프레임(53)과 모터 커버(80)에 대해 수직하게 위치되도록 설치되며, 그 내측에 상기 오일실린더(72)의 내경과 동일한 직경을 가진 질량부재(74)가 축방향으로 왕복 직선 운동 가능하게 설치되는데, 상기 질량부재(74)의 일단이 상기 본체 프레임의 고정홈(53h)에 압축 코일스프링의 일종인 제1오일탄성부재(76a)에 의해 지지되는 동시에 상기 질량부재(74)의 타단이 상기 모터 커버(80)의 하단에 역시 압축 코일스프링의 일종인 제2오일탄성부재(76b)에 의해 지지되도록 설치된다.
상기와 같이 구성된 리니어 압축기의 오일공급장치의 조립과정을 살펴보면, 상기 이너스테이터(552)가 상기 실린더(52) 외주면에 고정되도록 설치되는 동시에 상기 실린더(52) 일단 및 아우터스테이터(554)의 일단이 상기 본체 프레임(53)에 지지되도록 설치되고, 상기 피스톤(54)의 일단이 상기 실린더(52) 내측에 삽입된 상태에서 상기 피스톤(54)의 타단이 상기 이너스테이터(552)와 아우터스테이터(554) 사이에 위치된 영구자석(556)과 연결되도록 설치되며, 상기 오일실린더(72) 일단이 상기 본체 프레임의 고정홈(53h)에 끼움된 상태에서 상기 오일실린더(72)의 타단으로 상기 제1오일스프링(76a)과 질량부재(74) 및 제2오일스프링(76b)이 순차적으로 삽입된 다음, 상기 고정캡(77)이 삽입된다.
보다 자세히, 본 발명에 따른 상기 질량부재(74)는 도 4에서 보는 바와 같이, 소결공정(S10)에 의해 제조된다. 일반적으로 소결공정(S10)은 고분자 합성 수 지 등으로 이루어진 바인더에 얻고자 하는 제품의 원재료를 섞어 사출 또는 압출 등을 통해 원하는 형상을 얻는 것을 말하는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 바인더에 자기윤활성재료나 철계재료의 분말을 섞어 제조하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 소결공정(S10)을 통해 상기 질량부재(74)를 얻는데, 상기 소결공정(S10)을 통해 얻은 상기 질량부재(74)는 자체적인 윤활특성이 우수하여 윤활 특성을 부여하기 위한 고가의 코팅공정이 생략될 수 있다.
더불어, 제조자가 원하는 특성을 상기 질량부재(74)에 부가하기 위해 상기 소결공정(S10)외에 증기처리공정(S11), 연삭공정(S12), 표면처리공정(S13)이 추가적으로 하나 또는 그 이상이 추가 될 수 있다. 상기 증리처리공정(S11)은 상기 소결공정(S10)을 거친 상기 질량부재를 뜨거운 증기를 통해 가열하여 상기 바인더를 증발시키고, 상기 자기윤활성재료 또는 철계재료가 더욱 단단히 응집되어 상기 질량부재(74)의 강도, 내구성 및 내마모성을 강화하기 위한 것이다. 또한, 상기 연삭공정(S12)은 상기 소결공정(S10)을 통해 얻어진 상기 질량부재(74)를 더욱 정밀하게 가공하기 위한 것으로 일반적으로 밀링머신, 멀티커팅머신, 선반 등의 공작기계를 통해 이루어진다. 상기 표면처리공정(S13)은 상기 질량부재(74)의 표면에 산화막 특성을 부여하거나, 표면을 개질하기 위한 것으로 일반적으로 증기처리 또는 약품처리등을 통해 이루어진다. 이때, 상기 증기처리공정(S11), 연삭공정(S12), 표면처리공정(S13)은 선택적으로 상기 소결공정(S10)에 부가 될 수 있으며, 하나 또는 그 이상이 더 추가될 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 리니어 압축기의 오일 공급 장치의 일 단면도.
도 2는 종래의 기술에 의한 오일 공급 장치에 사용되는 질량부재의 제조공정의 블록도.
도 3는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일 공급 장치의 일 단면도.
도 4은 본 발명에 따른 오일 공급 장치에 사용되는 질량부재의 제조공정의 블록도.

Claims (1)

  1. 리니어 압축기의 쉘 내부의 오일 실린더 내에서 왕복직선운동하는 질량부재의 제조방법에 있어서,
    자기윤활성재료 및 철계재료 중 어느 하나의 분말을 성형하여 소결하고,
    증기처리공정, 연삭공정 및 표면처리공정 중 하나 이상의 후처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일공급장치용 질량부재의 제조방법.
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