KR20190036993A - 레시프로 압축기의 조립 방법 및 그에 의해 조립된 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직으로 연장된 회전축과 수평으로 연장된 실린더와 실린더헤드를 포함하는 압축기의 실린더와 실린더 헤드의 결합 방법에 관한 것으로, 피스톤의 압입부에 피스톤핀을 압입함으로 인해 변형되는 피스톤의 형상과, 실린더 및 실린더 헤드의 볼트 체결에 의해 의해 변형되는 실린더 보어의 형상을 일치하도록 하는 압축기의 조립 방법과 그와 같은 방법으로 조립한 압축기를 제공한다.

Description

레시프로 압축기의 조립 방법 및 그에 의해 조립된 압축기{Assembling Method for Reciprocating Type Compressor and a Compressor Assembled thereby}

본 발명은 레시프로 압축기와 그 조립 방법에 관한 것이다.

압축기는 기체를 압축하여 압력을 높여주는 장치이다. 압축기가 기체를 압축하는 방식은, 실린더에 흡입된 기체를 피스톤으로 압축하여 방출하는 왕복동식(reciprocating type) 압축기, 두 스크롤을 상대적으로 회전시켜 기체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.

왕복동식 압축기는 실린더의 보어를 왕복 운동하는 피스톤이, 보어 내에 유입된 유체를 압축하는 원리를 따른다. 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 보어 내에서 지속적으로 왕복운동을 하기 때문에, 보어의 내경과 피스톤의 외경의 형상과 치수 정밀도가 압축기의 효율에 큰 영향을 미친다.

그러나 피스톤이 정밀하게 가공 제작되었다 하더라도, 피스톤과 커넥팅로드를 체결하는 조립 과정에서 피스톤이 미세하게 변형될 수 있다. 아울러 실린더의 보어 역시, 실린더와 실린더 헤드를 체결하는 조립 과정에서 미세하게 변형될 수 있다.

이와 같은 조립 과정에서의 변형은 예측이 어려울 뿐만 아니라, 정량적인 제어가 매우 어렵다. 따라서 아무리 정밀하게 실린더 보어와 피스톤을 가공하더라도, 조립 과정에서 틀어진 형상으로 인해 실린더 보어와 피스톤의 간극이 설계 수치와 달라진다는 문제가 발생한다.

특히 틀어진 형상에 의해 피스톤과 실린더 보어 간 간극이 더욱 좁아진 부위에는 윤활유의 유막이 깨지게 됨은 물론, 피스톤과 실린더 보어가 직접 접촉하며 마모가 발생하게 된다. 이는 피스톤과 실린더 보어의 마모 신뢰성을 악화시키는 원인이 된다.

이러한 점을 감안하여, 피스톤과 실린더 보어의 설계 간극을 조금 더 넓게 함으로써, 압축기의 조립 과정에서 피스톤과 실린더 보어가 변형하더라도 그 간극이 유막을 깨지 않도록 하면, 마모 신뢰성은 확보할 수 있지만, 그만큼 간극이 넓어지기 때문에 유체의 기밀이 되지 않아 압축 효율의 저하가 일어난다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 조립 과정에서 피스톤이 변형되는 형상과 실린더 보어가 변형되는 형상이 서로 유사하게 되는 조립 방법으로 압축기를 조립함으로써, 조립으로 인해 발생하는 변형에 의해 피스톤과 실린더 보어 간 간극이 좁아지는 현상을 최소화 할 수 있는 압축기의 조립 방법과, 그러한 방법으로 조립된 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50); 상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30); 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40); 상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51); 일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46); 상기 제1축(91)과 나란한 방향으로 연장되어 상기 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)을 회전 가능하게 체결하는 피스톤핀(42); 상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70); 상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71); 상기 실린더헤드(70)와 마주하는 상기 실린더(30)의 단부 면에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀(31); 상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 일측에 위치하는 관통홀(71)을 관통하여, 너트홀(31)에 제1방향으로 나사 결합되는 제1방향 잠금볼트(81); 및 상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 타측에 위치하는 관통홀(71)을 관통하여, 너트홀에(31)에 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 나사 결합하는 제2방향 잠금볼트(82);를 포함하는 압축기를 제공한다.

상기 관통홀(71)은 네 개 구비될 수 있다.

상기 복수 개의 관통홀(71)의 배치는 상기 제1축을 기준으로 선대칭을 이루거나, 상기 피스톤의 중심(O)을 기준으로 점대칭을 이룰 수 있다.

상기 피스톤핀(42)은 상기 피스톤(40)의 압입홀(44)에 압입 고정되는데, 상기 압입홀(44)은 피스톤의 중심(O)에 대해 일측으로 편심된 위치에 위치할 수 있다.

상기 제1방향은, 상기 제1방향 잠금볼트(81)의 둘레 중 상기 제1축(91)에 가깝게 배치되는 부분이 상기 압입홀(44)에 가까워지는 방향으로 회전하는 방향일 수 있다.

상기 제1방향 잠금볼트(81)와 상기 제2방향 잠금볼트는 실질적으로 동일한 체결력으로 나사 결합될 수 있다.

상기 제1축(91)은 수직축이며, 상기 제2축(92)은 수평축일 수 있다.

상기 제1축(91)의 일측은 좌측이고, 상기 제1축(91)의 타측은 우측일 수 있다.

상기 압입홀(44)은 피스톤의 중심(O)보다 더 하방에 위치하며, 상기 제1방향은 시계방향이고, 상기 제2방향은 반시계 방향일 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀(31)에 나사 결합되는 잠금볼트(80)를 포함하는 압축기의 조립 방법으로서, 상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 일측에 위치하는 너트홀(31)에는 상기 잠금볼트를 제1방향으로 나사 결합하고, 상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 타측에 위치하는 너트홀(31)에는 상기 잠금볼트를 상기 제1방향의 반대방향인 제2방향으로 나사 결합하는 압축기의 조립 방법을 제공한다.

상기 조립 방법은, 상기 피스톤의 중심(O)에 대해, 상기 잠금볼트의 둘레 중 상기 제1축에 가깝게 배치되는 부분이 회전하는 방향과 대응하는 쪽으로 편심된 위치에 압입홀(44)을 형성하는 단계를 더 포함한다.

상기 조립 방법은, 상기 피스톤핀(42)을 상기 피스톤(42)과 커넥팅로드(46)에 관통 삽입하여, 상기 압입홀(44)에 압입하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 압축기 조립 방법에 의하면, 실린더와 실린더헤드의 조립 과정에서 발생하는 실린더 보어의 변형 양상과, 피스톤과 커넥팅로드를 조립하는 과정에서 발생하는 피스톤의 변형 양상이 서로 유사하기 때문에, 조립에 의해 발생하는 변형이 마모 신뢰성을 떨어뜨리는 현상을 방지할 수 있다.

또한 피스톤과 실린더 보어 간 설계 간극을 더 작게 할 수 있으므로, 그만큼 압축 효율이 더 높아지게 된다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 왕복동식 압축기의 내부 구성들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 압축기의 측면 단면도이다.
도 3은 피스톤을 도 1의 I 위치에서 바라본 형태와, II 위치에서 바라본 단면을 각각 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3과 같이 피스톤에 피스톤핀을 압입하였을 때 피스톤의 외경부의 변형을 나타낸 도면이다.
도 5는 제2축 방향으로 실린더 헤드를 바라본 상태에서 잠금볼트를 모두 시계방향으로 회전시켜 조립하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5와 같이 실린더 헤드와 실린더를 조립하였을 때 실린더 보어의 변형을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5와 달리 좌측의 잠금볼트는 시계방향으로, 우측의 잠금볼트는 반시계방향으로 회전시켜 조립하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7과 같이 실린더 헤드와 실린더를 조립하였을 때 실린더 보어의 변형을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[압축기 구조와 작동 원리]

도 1과 도 2를 참조하여, 본 발명의 조립 방법이 적용되는 왕복동식 압축기의 구조를 설명한다.

압축기(1)의 각 구성은 하우징(10) 내부에 설치된다. 하우징(10)은 깊은 용기 형태의 메인 하우징(11)과, 상기 메인 하우징(11)의 상부를 덮어 밀봉하는 커버 하우징(12)을 포함한다. 메인 하우징(11)의 저부에는 레그(13)가 마련되어 있다. 상기 레그(13)는 상기 압축기(1)를 설치 위치에 고정하기 위한 구성이다.

하우징(10)의 내부 공간에서 바닥에는 돌기(15)가 마련된다. 돌기(15)는 코일스프링과 같은 탄성체(16)를 고정한다. 상기 탄성체(16)의 상부에는 프레임(20)이 고정된다. 상기 탄성체(16)는 상기 하우징(10)과 상기 프레임(20)이 직접 연결되지 않도록 하면서 상기 프레임(20)을 상기 하우징(10)에 고정한다. 따라서 탄성체(16)에 의해, 상기 프레임(20)의 진동이 상기 하우징(10)으로 전달되는 것이 방지된다.

프레임(20)의 회전지지부(25)는 회전축(50)의 회전을 지지한다. 회전축(50)은 수직 방향으로 연장되고, 두 지점에서 프레임에 의해 회전 지지된다. 본 발명에서 예시한 실시예의 압축기에서, 회전축(50)은 크랭크핀(51)의 하부에서 2점 지지된다. 이 외에도 크랭크핀의 상부와 하부에서 회전축이 각각 1점씩 2점 지지되는 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

회전축(50)은 모터 방식으로 회전하며, 이는 인버터 제어된다. 프레임(20)에는 스테이터(21)가 고정되고, 회전축(50)에는 로터(52)가 고정되며, 인버터 제어에 의해 상기 회전축(50)이 회전하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 이너 로터 구조가 예시되어 있으나, 아우터 로터 구조가 적용될 수도 있음은 물론이다. 아우터 로터를 활용할 경우 로터에 의해 발생하는 회전축의 토크가 더 커지므로, 회전축의 길이를 그만큼 줄일 수 있다는 이점이 있다.

상기 회전축(50)은 상하 방향으로 연장된다. 즉 회전축(50)은 수직 방향으로 배치된다. 회전축(50)은 수직축인 제1축(91)을 중심으로 회전한다.

회전축(50)의 상부에는 크랭크핀(51)이 마련된다. 크랭크핀(51)은 제1축(91)과 평행하게 연장된다. 그리고 상기 크랭크핀(51)은 상기 회전축의 중심에서 편심하여 위치한다.

상기 크랭크핀(51)이 마련된 높이와 대응하는 높이에는 수평 방향으로 연장되는 실린더(30)가 구비된다. 참고로 본 발명에서 예시하는 압축기의 실린더(30)는 회전지지부(25)와 일체로 제작되는 구조이다. 그러나 본 발명은, 실린더(30)가 회전지지부(25)와 별개의 부품으로 제작되어 조립되는 구조에도 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 실린더(30)의 보어는 제1축(91)과 수직을 이루며 교차하는 제2축(92) 방향으로 배열된다. 즉 실린더(30)의 보어는 수평으로 배치된다. 상기 실린더는 상기 회전축으로부터 반경 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 있다.

실린더(30)의 보어에는 보어의 길이방향, 즉 수평방향을 따라 왕복 운동하는 피스톤(40)이 삽입된다. 피스톤(40)의 운동 방향은 제2축(92)의 방향과 일치하고, 피스톤의 중심(O)은 제2축(92) 상에 위치한다.

피스톤(40)과 크랭크핀(51)은 커넥팅로드(46)에 의해 연결된다. 커넥팅로드(46)의 일측 단부는 크랭크핀(51)에 외삽되고, 크랭크핀(51)에 대해 회전 가능하게 체결된다. 그 회전축은 제1축(91)과 평행하다.

커넥팅로드(46)의 타측 단부는, 피스톤핀(42)에 의해 피스톤(40)과 회전 가능하게 체결된다. 그리고 그 회전축은 제1축(91)과 평행하다.

모터(21, 52)의 작동에 의해 회전축(50)은 제1축(91)을 중심으로 회전한다. 그러면 제1축(91)을 중심으로 크랭크핀(51)은 선회(공전)하게 되고, 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)로 연결된 피스톤(40)은 제2축(92)을 따라 왕복운동을 하게 된다.

상기 회전축(50)의 하부에는 윤활유 공급부(60)가 설치된다. 하우징(10) 내부 공간의 하부에는 윤활유가 저장된다. 그리고 상기 윤활유 공급부(60)는 상기 윤활유에 담겨 있다. 상기 윤활유 공급부(60)는, 프레임(20)에 대해 고정되어 있는 고정부(61)와, 회전축(50)과 함께 회전하는 회전부(62)를 구비한다. 고정부(61)에 대한 회전부(62)의 상대적인 회전은, 윤활유를 상부로 펌핑한다.

도 2에는, 외주면에 나선의 돌출부가 형성된 고정부(61)가 프레임(20)에 대해 고정되어 있고, 상기 고정부(61)를 둘러싸는 회전부(62)가 회전축(50)에 고정되어 회전축(50)과 함께 회전하는 구조가 도시되어 있다. 회전부(62)가 회전하면, 윤활유의 점성에 의해, 윤활유가 상기 고정부(61)의 돌출부를 타고 나선 방향으로 상부로 공급된다.

상기 회전축(50)에는 중공의 윤활유 공급유로(53)가 마련된다. 윤활유 공급유로(53)는 회전축의 하단부로부터 윤활이 필요한 위치 부근까지 연장 형성된다. 가령 오일(윤활유)은 실린더(30)와 피스톤(40)의 접촉 구간의 간극 부위, 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)의 연결 부위, 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)의 연결 부위인 피스톤핀(42) 주변, 및 회전축(50)의 지지 부위에 공급될 수 있다.

상기 윤활유 수요처에 공급된 윤활유는 해당 부위를 적신 후 중력에 의해 다시 하우징(10)의 바닥으로 흘러 내리거나 떨어진다.

제1축(91)에서 멀리 위치하는 실린더(30)의 단부에는 상기 보어를 덮기 위해 실린더헤드(70)가 설치된다. 실린더헤드(70)에는 상기 실린더(30)의 보어와 각각 연통하는 흡입실(72)과 토출실(73)이 마련된다.

상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32)가 압착 개재되어, 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이의 틈으로 유체가 누설되는 것이 방지된다.

또한, 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는, 상기 흡입실(72)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브 부분과, 상기 토출실(73)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브 부분을 각각 포함하는 체크밸브(33)가 설치된다.

상기 흡입실(72)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브는 흡입실(72)의 유체가 실린더 보어 쪽으로 유동하는 것은 허용하고, 그 반대로 유동하는 것은 차단한다.

상기 토출실(73)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브는 실린더 보어의 유체가 토출실(73) 쪽으로 유동하는 것은 허용하고, 그 반대로 유동하는 것은 차단한다.

따라서 모터에 의해 회전축(50)이 회전함에 따라 피스톤(40)이 실린더헤드(70)로부터 멀어지는 방향으로 이동하면, 흡입실(72)의 유체가 실린더의 보어 내부로 유입되고, 피스톤(40)이 실린더헤드(70)에 가까워지는 방향으로 이동하면, 실린더 보어 내부의 유체는 압축되며 상기 토출실(73)로 토출된다.

[피스톤과 커넥팅로드의 조립 방식과 피스톤의 변형]

도 1 내지 도 3을 참조하여 피스톤과 커넥팅로드의 조립 구조를 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(40)에는 상기 회전축을 향하는 방향으로 중공부가 형성되어 있으며, 상기 피스톤에는 상기 중공부와 연통하도록 상하 방향으로 관통홀이 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 피스톤의 중공부 상부에는 피스톤핀(42)이 별다른 어려움 없이 관통할 수 있는 내경을 가지는 관통홀이 형성되고, 피스톤의 중공부 하부에는 피스톤핀(42)이 강제로 압입되어 고정될 수 있는 내경을 가지는 압입홀(44)이 형성되어 있음이 예시된다.

상기 커넥팅로드(46)의 타측 단부는 상기 피스톤의 중공부에 수용되는데, 상기 중공부에 수용되는 커넥팅로드 부분에도 역시 상하 방향으로 관통된 관통홀이 형성된다.

상기 피스톤의 관통홀과 커넥팅로드의 관통홀이 정렬된 상태에서, 도 1에 도시된 바와 같이 상부에서 하방으로 피스톤핀(42)이 삽입된다. 그러면 상기 피스톤핀(42)은, 피스톤의 상부에 마련된 관통홀, 커넥팅로드의 관통홀을 통과하여 피스톤핀 하부의 압입홀(44)에 끼워진다. 피스톤의 관통홀과 커넥팅로드의 관통홀에는 피스톤핀(42)이 회전 가능하게 끼워지지만, 상기 압입홀(44)에는 피스톤핀(42)이 억지 끼움 결합된다. 따라서 커넥팅로드(46)는 피스톤(40)에 대해 회전 자유롭게 결합한다. 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)의 회전 중심은 상기 피스톤핀(42)의 중심축이 되며, 상기 피스톤핀(42)의 중심축은 제1축(91)과 평행하다.

이처럼 피스톤핀(42)이 압입홀(44)에 억지로 끼워짐에 따라, 피스톤(40)에는 변형이 발생한다.

가령 도 4에 도시된 바와 같이, 진원(a) 형태의 피스톤(40)은, 상기 피스톤핀(42)의 압입력이 커짐에 따라 그 변형이 b, c, d의 프로파일로 점차 변형하게 된다. 물론 도 4의 변형 표시 정도는 이해를 돕기 위해 매우 과장된 것이다.

압입홀(44)이 하부에 있기 때문에, 피스톤은 점차 아래가 넓은 라운드진 삼각형 형태로 변하게 된다. 만약 압입홀(44)이 상부에 있다면, 피스톤의 변형 형태는 도 4를 상하로 뒤집은 형태일 것이다.

압입홀(44)은, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 하부에 마련되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하부에 배치된 압입홀(44)의 하단부가 막혀 있도록 제작하면, 피스톤핀(42)이 중력에 의해 밑으로 빠질 우려를 원천적으로 차단할 수 있다.

[실린더와 실린더헤드의 조립 방식과 실린더 보어의 변형]

이하 도 1, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하여 통상적인 방법으로 실린더와 실린더헤드를 체결하였을 때 실린더 보어가 어떻게 변형되는지 설명한다.

실린더는 도 1에 도시된 바와 같이 사각형의 블록 형태로 제작된다. 실린더는 금속 주물로 제작하거나, 금속 분말을 소결하거나, 소정의 부피를 가지는 금속을 단조로 제작하는 등 다양한 방식으로 제작된다.

실린더(30)는 통상 직육면체 형태의 블록 형상을 이루며, 실린더(30)의 중심에는 제2축(92)의 길이방향으로 관통된 형태의 보어가 마련된다. 상기 보어는 진원 형태로 가공된다.

실린더(30)의 일측 단부는 상기 회전축(50)과 가깝게 배치되고, 실린더(30)의 타측 단부는 상기 회전축(50)으로부터 멀리 배치된다. 상기 실린더(30)의 타측 단부에는 실링부재(32)나 체크밸브(33)를 개재한 상태에서 실린더헤드(70)가 결합된다.

실린더(30)와 실린더헤드(70)는 강하게 압착 결합되어야 냉매 등의 유체가 누출되는 것이 방지된다. 이를 위해 실린더헤드(70)에는 체결볼트(80)가 관통할 수 있는 관통홀(71)이 마련되고, 실린더(30)에서 상기 관통홀(71)과 대응하는 위치에는 너트홀(31)이 마련된다. 관통홀(71)은 체결볼트(80)가 간섭 없이 관통할 수 있는 내경 형상과 크기를 가진다. 반면 너트홀(31)은 그 내경부가, 체결볼트(80)의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합할 수 있는 형태로 제작된다.

상기 너트홀(31)은 실린더(30)의 네 꼭지점 부근에 가깝게 마련되고, 보어의 중심 또는 피스톤의 중심(O)에 대해 점대칭을 이루는 위치에 마련된다. 상기 너트홀(31)은 또한 도 5에 도시된 바와 같이 제2축의 방향으로 바라보았을 때 제1축(91)을 기준으로 좌우가 선대칭을 이루는 위치에 마련된다. 참고로 본 발명의 실시예에서, 좌우방향으로 이웃하는 너트홀의 중심 사이의 간격은 35.5mm 정도이고, 상하방향으로 이웃하는 너트홀의 중심 사이의 간격은 31mm 정도가 된다.

상술한 피스톤(40)을 상기 실린더 보어에 삽입하면, 피스톤(40)에 마련된 압입홀(44)은 도 5에 도시된 바와 같이 보어의 중심 또는 피스톤의 중심(O)보다 하부에 위치한다.

통상적으로 체결볼트(80)는, 도 5에 화살표로 도시된 바와 같이 시계방향으로 체결된다. 체결볼트(80)가 시계방향으로 조여짐에 따라, 체결볼트의 헤드 부분이 실린더헤드(70)의 표면에 압착되며 실린더헤드(70)를 시계방향으로 비트는 결과가 발생한다. 그리고 이러한 힘은 실린더(30)에도 전달된다.

또한 체결볼트(80)의 나사산 부분 역시 실린더(30)의 너트홀(31)의 나사산 부분을 시계방향으로 비트는 결과가 발생한다.

체결볼트(80)의 체결력은 모두 동일한 수준으로 맞춰진다. 복수 개의 체결볼트의 체결력 간에 차이가 발생하면, 실린더와 실린더헤드의 접촉면의 압착력에 부분적으로 편차가 발생하고, 누설이 발생할 우려가 있다. 또한 이는 실린더헤드와 실린더의 불규칙한 변형을 유발할 수 있어, 조립 공정에서 발생하는 변형을 제어하는 것이 매우 어렵게 된다. 본 발명의 실시예에서는 각 체결볼트가 12Nm의 토크로 조여지는 것이 예시된다.

체결볼트의 체결력으로 인해 실린더에는 미세하게 변형이 발생하는데, 이에 따라 보어의 형상에도 변형이 발생하게 된다. 도 6을 참조하면, 실린더와 실린더헤드의 조립 전에는 진원(e)의 형태를 가지던 보어가, 실린더와 실린더헤드를 체결하는 체결볼트의 체결력이 증가함에 따라 점차 f, g, h의 형태로 그 변형이 더 진행된다. 물론 도 6의 변형 표시 정도는 이해를 돕기 위해 매우 과장된 것이다.

만약 도 5에서 모든 체결볼트(80)가 반시계방향으로 체결된다면, 그로 인한 실린더 보어의 변형 양상은, 도 6의 변형 형태의 좌우가 반전된 형태로 진행될 것이다.

도 6에 도시된 보어의 변형 양상은, 도 4에 도시된 피스톤의 변형 양상과 전혀 다르게 진행된다. 따라서 도 4와 같이 변형된 피스톤이 도 6과 같이 변형된 실린더의 보어에 삽입되면, 도면상 좌측 상부는 피스톤과 보어 사이의 간극이 더 증가해버리고, 도면상 좌측 하부는 피스톤과 보어 사이의 간극이 더 줄어들어 버린다. 따라서 좌측 상부로는 압축되는 유체의 누설이 증가하여 압축 효율이 떨어지고, 좌측 하부에서는 마모가 발생할 우려가 매우 높다.

[피스톤의 변형과 실린더 보어의 변형의 양상 제어]

이러한 점을 감안하여, 본 발명에서는, 도 7에 도시된 방법으로 체결볼트를 체결한다. 도 7에 도시된 구조는 도 5와 대비하였을 때 체결볼트의 체결 방향에 차이가 있다.

도 7에 있어서, 제1축(91)을 기준으로 일측, 즉 좌측은, 시계방향으로 조이는 오른나사 형태의 제1방향 잠금볼트(81)를 사용하여 체결한다. 이에 반해, 제1축(91)을 기준으로 타측, 즉 우측은, 시계반대방향으로 조이는 왼나사 형태의 제2방향 잠금볼트(82)를 사용하여 체결한다.

피스톤(40)의 압입홀(44)은 실린더 보어의 중심(O)을 기준으로 일측, 즉 하방으로 치우쳐져 위치한다. 그리고 상기 제1방향 잠금볼트(81)는 제1축(91)과 가까운 쪽이 아래로 내려가는 방향으로 회전시켜 체결되고, 상기 제2방향 잠금볼트(82) 역시 제1축(91)과 가까운 쪽이 아래로 내려가는 방향으로 회전시켜 체결된다.

즉, 상기 제1방향은 상기 제1방향 잠금볼트(81)의 둘레 중 상기 제1축(91)에 가깝게 배치되는 부분이 상기 압입홀(44)에 가까워지는 방향으로 회전하는 방향이 되고, 상기 제2방향은 상기 제2방향 잠금볼트(82)의 둘레 중 상기 제1축(91)에 가깝게 배치되는 부분이 상기 압입홀(44)에 가까워지는 방향으로 회전하는 방향이 되며, 결과적으로 제1방향과 제2방향은 서로 반대 방향이 된다.

도 7에 도시된 바와 같이 제1축을 기준으로 제1방향 잠금볼트(81)와 제2방향 잠금볼트(82)를 각각 시계방향과 반시계방향으로 조여서 체결하면, 실린더의 보어는 도 8에 도시된 바와 같이 변형된다.

도 8을 참조하면, 실린더 보어의 변형 형상은 대략 아래가 넓은 라운드진 삼각형 형태가 됨을 확인할 수 있다. 이러한 형상은, 도 4에 도시된, 피스톤에 피스톤핀을 압입하여 발생하는 피스톤의 변형된 형상과 대체적으로 부합하게 된다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이 피스톤에 피스톤핀을 체결하고, 도 7에 도시된 바와 같이 실린더와 실린더헤드를 체결볼트(80)로 체결하는 조립 방법에 의해 압축기를 제작하면, 피스톤과 실린더 보어의 변형 양상이 유사하게 진행되므로, 조립 과정에서 변형이 발생하더라도, 피스톤과 보어 사이의 간극에 큰 변화가 발생하지 않는다.

따라서 설계 단계에서 피스톤과 보어의 간극을 크게 설정하지 않더라도, 조립 후, 유막이 생기지 않을 정도로 피스톤과 보어 사이의 간극이 가까워지는 현상이 방지되고, 이에 따라 마모 신뢰성을 더욱 확보할 수 있다.

아울러 피스톤과 보어의 간극을 크게 설정하는 설계를 피할 수 있으므로, 피스톤과 보어 간의 간격을 최적의 상태로 줄일 수 있고, 이에 따라 보어와 피스톤 사이로 누출되는 유체의 양을 최소화할 수 있으므로, 압축기의 압축 효율을 더욱 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 압축기(왕복동식; reciprocating type)
10: 하우징
11: 메인 하우징
12: 커버 하우징
13: 레그(leg)
15: 돌기
16: 탄성체
20: 프레임
21: 스테이터
25: 회전지지부
30: 실린더
31: 너트홀
32: 실링부재
33: 체크밸브
40: 피스톤
42: 피스톤핀
44: 압입홀
46: 커넥팅로드
50: 회전축
51: 크랭크핀
52: 로터
53: 윤활유 공급 유로
60: 윤활유 공급부
61: 고정부
62: 회전부
70: 실린더헤드
71: 관통홀
72: 흡입실
73: 토출실
80: 체결볼트
81: 제1방향 잠금볼트
82: 제2방향 잠금볼트
91: 제1축
92: 제2축
O: 피스톤 중심

Claims (13)

1. 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50);
   상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30);
   상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40);
   상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51);
   일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46);
   상기 제1축(91)과 나란한 방향으로 연장되어 상기 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)을 회전 가능하게 체결하는 피스톤핀(42);
   상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70);
   상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71);
   상기 실린더헤드(70)와 마주하는 상기 실린더(30)의 단부 면에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀(31);
   상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 일측에 위치하는 관통홀(71)을 관통하여, 너트홀(31)에 제1방향으로 나사 결합되는 제1방향 잠금볼트(81); 및
   상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 타측에 위치하는 관통홀(71)을 관통하여, 너트홀에(31)에 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 나사 결합하는 제2방향 잠금볼트(82);를 포함하는 압축기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개의 관통홀(71)의 배치는 상기 제1축을 기준으로 선대칭을 이루는 압축기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개의 관통홀(71)의 배치는 상기 피스톤의 중심(O)을 기준으로 점대칭을 이루는 압축기.
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 관통홀(71)은 네 개 구비되는 압축기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 피스톤핀(42)은 상기 피스톤(40)의 압입홀(44)에 압입 고정되고,
   상기 압입홀(44)은 피스톤의 중심(O)에 대해 일측으로 편심된 위치에 위치하며,
   상기 제1방향은, 상기 제1방향 잠금볼트(81)의 둘레 중 상기 제1축(91)에 가깝게 배치되는 부분이 상기 압입홀(44)에 가까워지는 방향으로 회전하는 방향인 압축기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1방향 잠금볼트(81)와 상기 제2방향 잠금볼트는 실질적으로 동일한 체결력으로 나사 결합되는 압축기.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1축(91)은 수직축이며, 상기 제2축(92)은 수평축인 압축기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1축(91)의 일측은 좌측이고, 상기 제1축(91)의 타측은 우측인 압축기.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 피스톤핀(42)은 상기 피스톤(40)의 압입홀(44)에 압입 고정되고,
   상기 압입홀(44)은 피스톤의 중심(O)보다 더 하방에 위치하며,
   상기 제1방향은 시계방향이고, 상기 제2방향은 반시계 방향인 압축기.
   
10. 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50);
    상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30);
    상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40);
    상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51);
    일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46);
    상기 제1축(91)과 나란한 방향으로 연장되어 상기 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)을 회전 가능하게 체결하는 피스톤핀(42);
    상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70);
    상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71);
    상기 실린더헤드(70)와 마주하는 상기 실린더(30)의 단부 면에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀(31); 및
    상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀(31)에 나사 결합되는 잠금볼트(80)를 포함하는 압축기의 실린더와 실린더헤드의 결합 방법으로서,
    상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 일측에 위치하는 너트홀(31)에는 상기 잠금볼트를 제1방향으로 나사 결합하고,
    상기 제2축(92)의 길이방향을 따라 바라보았을 때 상기 제1축(91)을 기준으로 타측에 위치하는 너트홀(31)에는 상기 잠금볼트를 상기 제1방향의 반대방향인 제2방향으로 나사 결합하는 압축기의 조립 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 피스톤의 중심(O)에 대해, 상기 잠금볼트의 둘레 중 상기 제1축에 가깝게 배치되는 부분이 회전하는 방향과 대응하는 쪽으로 편심된 위치에 압입홀(44)을 형성하고,
    상기 피스톤핀(42)을 상기 피스톤(42)과 커넥팅로드(46)에 관통 삽입하여, 상기 압입홀(44)에 압입하는 압축기의 조립 방법.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 잠금볼트를 모두 실질적으로 동일한 체결력으로 나사 결합하는 압축기의 조립 방법.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 압입홀(44)은 피스톤의 중심(O)보다 더 하방에 위치하고,
    상기 제1축(91)은 수직축이고, 상기 제2축(92)은 수평축이며,
    상기 제1축(91)의 일측은 좌측이고, 상기 제1축(91)의 타측은 우측이며,
    상기 제1방향은 시계방향이고, 상기 제2방향은 반시계 방향인 압축기의 조립 방법.
    

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