KR100231382B1 - 사판형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변성 변이 장치를 구비한 사판형 압축기에 관한 것이다. 이 압축기는 다수의 실린더와 크랭크실이 형성된 실린더 블록을 구비한 압축기 하우징을 포함한다. 피스톤은 각각의 실린더내에 활주가능하게 고정되어 구동장치에 의해 왕복운동을 한다. 이 구동장치는 압축기 하우징에 의해 회전가능하게 지지된 구동 샤프트와, 이 구동 샤프트에 고정된 한쌍의 회전판과, 그리고 조절가능한 경사각 혹은 기울기를 지닌 표면을 구비한 사판을 포함한다. 회전판은 사판의 양측면에 배열된다. 사판은 구동 샤프트의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시키며, 상기 피스톤은 베어링을 통해 사판에 결합된다. 사판과 회전판 사이에 돌출된 다수의 슬라이드 접촉 커플링 장치는 사판의 경사각 혹은 기울기를 조절하도록 사판의 아암부분 및 회전판의 돌출부에 활주가능하게 접촉한다. 이러한 슬라이드 접촉 커플링 장치는 사판의 양측면에서 연장하는 두개의 아암과 두개의 회전판 각각에서 연장하는 돌출부를 포함한다. 사판의 양측면상의 이러한 슬라이드 커플링 장치의 구조는 제조 과정에서 조립을 용이하게 해주면 구동샤프트의 회전운동의 불균형이 줄여주기 때문에 슬라이드 접촉 커플링 장치의 기계부품의 수를 감소시킬 수 있다.

Description

사판형(斜板型)압축기

제1도는 종래기술에 의해 제작된 가변성 변이 장치를 구비한 사판 압축기의 종단면도.

제2도는 종래기술에 의한 힌지 커플링 장치를 구비한 구동장치의 사시도.

제3도는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 가변성이 변이 장치를 구비한 사판 압축기의 종단면도.

제4도는 제3도에 도시된 종래기술에 의한 접촉 커플링 장치를 구비한 구동 장치의 사시도.

제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 제작된 변이 장치를 구비한 사판 압축기의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더 하우징 11 : 실린더 블록

20 : 환상의 케이싱(cashing) 21 : 후방 단부판

23 : 전방 단부판 24 : 구동 샤프트

25 : 실린더 26 : 피스톤

27 : 사판 27c, 27d : 아암부분

29 : 제2회전판 30 : 제1회전판

30a, 29a : 돌출부 31 : 액츄에이터

37a, 37b : 핀 33 : 제어실

38 : 크랭크실 100 : 배출실

본 발명은 자동차용 에어컨 시스템에 사용되는 냉동 압축기에 특히 적합하고 가변성 변이 장치를 구비한 사판형(swash plate type)압축기에 관한 것이다.

자동차용 에어컨 시스템에 적합하게 사용되는 가변성 이동 장치를 구비한 사판 냉동 압축기는 미합중국 특허 제 4,963,074호에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 사판은 회전 가능한 압축기의 샤프트에 장착되기 때문에 경사판의 경사각 혹은 기울기 변화에 의해 각 피스톤의 왕복 행정 또는 행정 거리를 변화시킨다. 상기 사판은 단일 힌지 커플링 장치를 통과하여 회전 샤프르상에 회전가능하게 장착된 회전판과 연결되기 때문에 이 사판과 회전판은 일제히 회전하게 된다.

상기 힌지 커플링 장치는 회전판의 외측면에서 축방향으로 돌출하는 제1아암 부분과 사판에서 상기 제1아암 부분으로 돌출하는 제2아암 부분으로 구성된다. 제1및 제2아암 부분은 서로 겹쳐지며, 제1아암 부분을 통과하여 형성된 직사각형의 구멍 혹은 슬롯 및 제2아암 부분을 통과하여 형성된 핀 구멍으로 연장하는 가이드의 핀에 의해 서로 연결된다. 상기 제1및 제2아암 부분은 직사각형의 구멍을 통과하는 하나의 가이드핀과 하나의 스냅핀으로 활주가능하게 연결된다. 상기 힌지 커플링 장치는 유일한 압축기의 구성 요소이다. 전술한 압축기의 단점중 하나는 단일 힌지 커플링 장치에 큰 축방향의 힘이 작용하여 가이드핀의 외주면과 회전판의 직사각형 구멍 혹은 슬롯의 표면 사이에 지나친 마모가 발생한다는 것이다. 이러한 마모와 힌지 커플링 장치의 손상의 발생은 압축기의 제어 능력에 해로운 영향을 끼치며, 그리고 압축기의 용량을 변화시키기 위해 사판의 경사각 또는 기울기를 조절함으로써 이루어지는 피스톤 행정의 조절에 대한 신뢰성을 얻을 수 없는 원인이 된다.

또한, 제1도에 도시된 바와 같이 사판(27)의 제1아암 부분(27d)과 제2아암 부분(27c)은 사판(27)을 중심으로 하여 대칭되게 배치된다. 제1아암 부분(27d)는 제1회전판(30)의 돌출부(30a)에 연결되어 있다. 제1아암부분(27d)와 제2아암 부분(27c)는 직사각형의 구멍 혹은 슬롯(30b) 및 (29b)을 관통하는 핀(37b) 및 (37a)에 의해 상기 돌출부(30a)와 제2돌출부(29a)에 각각 연결되어 있다. 핀(37a) 및 (37b)는 스냅링(48)에 의해 한 위치에 고정된다. 실린더(25)내의 가스 압축에 의해 발생되는 피스톤(26)의 작용력은 사판(27)에 반하여 작용하여 결국에는 힌지 커플링 장치에 그 힘이 가해진다. 따라서 피스톤(26)에 가해지는 작용력에 의해 발생된 모우멘트는 힌지 커플링 장치를 사판(27)을 중심으로 시계방향의 회전을 유발시킨다. 이러한 모우멘트는 전술한 피스톤의 작용력과 사판이 단부 사이의 거리에 의해 생성된다.

또한, 힌지 커플링 장치에 걸리는 모우멘트는 2개의 힌지 커플링 장치상에 작용하는 작용력과 두개의 힌지 커플링 장치 사이의 거리에 의해 생성된다. 따라서, 상기의 종래 기술에 따른 힌지 커플링 장치에 걸리는 작용력은 그 이전에 설명한 종래 기술에 따른 작용력에 비해 작으면, 그 이유는 상기의 종래기술에 따른 2개의 힌지 커플링 장치 사이의 거리가 전술한 종래 기술에 따른 하나의 힌지 커플링 장치와 사판의 중심간의 거리에 비해 크기 때문이다.

그러므로, 두개의 힌지를 구비한 장치는 피스톤으로 부터의 압축에 의한 작용력으로 유발된 큰 모우멘트에 대응하여 사판을 한개의 힌지 커플링 장치 보다 더 견고히 지지한다.

그러나, 이러한 압축기는 사판과 회전판 사이에 위치한 커플링 장치가 핀 및 스냅링, 아암 부분의 직사각형 구멍 혹은 슬롯을 포함하기 때문에 더 많은 부품과 복잡한 구조를 가져야 하는 문제점을 안고 있다.

본 발명의 목적은 사판과 회전판 사이에 위치한 커플링 장치의 구조가 간단한 가변성 변이를 지닌 사판형 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구동샤프트의 회전운동에 대해 균형 유지 효율에 우수한 가변성의 회전판을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 회전경사판 형식의 압축기는 다수의 실린더를 구비한 실린더 블록을 포함한다. 피스톤은 각각의 실린더내에 활주가능하게 수용된다. 구동샤프트는 상기 실린더 블록내에서 회전가능하게 지지된다. 사판은 피스톤과 구동 샤프트에 결합된다.

제1커플링 장치는 회전판을 피스톤에 결합시키기 때문에 이 피스톤은 사판이 회전함에 따라 실린더내에서 구동되어 왕복운동을 할 수 있다.

제2커플링 장치는 사판을 구동샤프트에 결합시켜 그것과 함께 회전하도록 해준다. 경사 조절장치는 구동 샤프트를 따라 움직임으로써 사판의 경사를 조절하기 위해 상기 사판과 활주 가능하게 접촉한다. 제1 및 제2조절기구는 협동하여 사판이 틸팅(tilting)운동을 하는 동안 사판의 경사를 조절한다.

제1및 제2조절기구중 하나는 제2커플링 기구와 상호 작동한다.

제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변성 용량의 회전 경사판 냉동 압축기가 도시되어 있다. 이 압축기는 환상의 케이싱(20), 실린더 블록(11), 크랭크실(38)과 같은 중공 부분, 그리고 전방 단부판(23) 및 후방단부판(21)으로 구성된 밀폐된 실린더 하우징 조립체(10)를 포함한다.

전방 단부판(23)과 밸브 플레이트(22a)는 크랭크실(38)의 일단을 폐쇄시키기 위해 환상의 케이싱(20)의 일단상에 장착된다. 전방 단부판(23)과 밸브 플레이트(22b)는 다수의 보울트(15)로 케이싱(20)에 고정된다. 후방 단부판(21)과 밸브 플레이트(22a)는 실린더 블록(11)의 다른쪽 단부를 덮기위해 다수의 보울트(15)로 환상 케이싱(20)의 타단상에 장착된다. 구동 샤프트(24)를 수용하도록 구멍(12)은 전방 단부판(23)에 형성되어 있다. 내부 공간(14)을 지닌 환상의 슬리이브(13)는 전방 단부판(23)의 전방 단면에서 돌출한다. 실린더 블록(11)내에 배치된 베어링(45)은 구동 샤프트(24)를 지지한다. 구동 샤프트(24)의 내측 단부에는 제1회전판(30)이 형성되어 있다.

스러스트 니들 베어링(46)은 제1회전판(30)에 작용하는 스러스트 하중을 수용하고 원할한 운동을 보장하도록 실린더 블록(11)의 내측 단면과 제1회전판(30)의 인접한 축방향의 단면 사이에 위치한다. 슬라리브(13)에서 외측으로 연장하는 구동 샤프트(24)의 타단은 통상적인 풀리 동력 전달 방식으로 자동차의 엔진에 의해 구동된다.

구동 샤프트(24)의 내측 단부는 제2회전판(29)과 실린더 블록(11)의 중앙에 형성된 중앙 보어(20a)속으로 연장한다. 제2회전판(29)은 래디얼니들 베이링(36)과 같은 베어링으로 상기 보어내에 회전 가능하게 장착된다. 구동 샤프트(24)의 내측 단부는 경사 조정 장치의 일부를 형성하는 액츄에이터(31)의 내측에 회전가능하게 지지된다. 이 액츄에이터(31)의 일단에 접한 코일 스프링(32)은 액츄에이터(31)와 밸브 플레이트(22a)사이에 배치되어 액츄에이터(31)와 제2회전판(29)을 크랭크실(38)쪽으로 밀친다. 전달 통로(18)는 원통형 블록(11)의 내측에서 밸브 플레이트(22a)의 후방 단면까지 종방향으로 뚫려 있다. 통로(19)는 상기 전달 통로(18)에서 체임버(39)까지 길이방향으로 뚫려 있다. 전달 통로(18)를 지나 배출실(100)에서 제어실(33)로 통과하는 냉매 가스의 압력을 감소시키는 모세관(17)과 통로(19) 및 제어실(33)은 0링(8)을 구비한 밸브 플레이트(22a)에 고정되며, 필터 스크린(screen)(16)에 결합된다. 액츄에이터(31)의 후측면상의 체임버(39)는 밸브 플레이트(22a)의 구멍(22c)을 통해 제어실(33)과 연통한다. 액츄에이터(31)의 움직임은 배출실(100)과 연통되는 압력 제어 시스템의 압력 제어 밸브(35)에 의해 제어되는 제어실(33)의 내부 가스 압축으로 의해 조절가능하게 제어된다. 실린더 블록(20)은 피스톤(26) 각각이 그속으로 활주하게 되는 다수의 환상으로 배열된 실리더(25)를 포함한다. 각각의 피스톤(26)은 이중 헤드의 피스톤으로 각 실린더내에 활주가능하게 자리한 피스톤 부분과 이 피스톤 부분을 연결하는 커넥팅 부분(26a)로 구성된다.

반-구 스러스트 베어링(28)은 회전 경사판(27)과 커넥팅 부분(26a)을 활주 가능하게 결합시킨다. 구동 샤프트(24)의 회전으로 인해 사판(27)은 베어링(28) 사이에서 회전하게 되며, 사판(27)의 경사면은 피스톤과 대응하는 실린더에 대해 축방향을 따라 좌우로 움직이기 때문에 피스톤(26)은 실린더(25)내에서 왕복운동을 하게 된다.

후방 단부판(21)의 형상은 흡입실(101)과 배출실(100)을 형성하게끔 되어 있다. 이 후방 단부판(21)과 함께 보울트(15)로 실린더 블록(20)의 단부에 체결된 밸브 플레이트(22a)에는 흡입실(101)과 각각의 실린더(25) 사이에 연결된 다수의 밸브 흡입구(111)와, 그리고 배출실(100)과 실린더(25) 사이에 연결된 다수의 밸브 배출구(110)가 형성되어 있다. 배출실(100)과 제어실(33)은 압력 제업 밸트(35)에 의해 연결된다.

제1회전판(30)은 이것의 일측면에서 외부로 향해 축방향으로 돌출하는 돌출구(30c)를 구비한다. 사판(27)은 구동 샤프트(24)가 관통하여 자리할 구멍(48)을 포함한다. 또한 사판(27)은 다수의 제1아암(27a) 및 제2아암(27c)을 포함한다.

다수의 제1아암(27a)은 제1아암(27)의 방사방향의 일측면이 돌출부(30c)의 일측면과 대면하여 접촉하고 제1아암(27)의 둥근 단부가 거의 원뿔형인 돌출부(30c)의 축방향 외측면상에서 활주할때 제1아암의 일측면에서 연장하는 제1회전판(30)의 돌출부(30c)를 향해 돌출한다. 제2아암(27c)의 둥근 단부는 거의 원뿔형이고 제2아암의 일측면에서 연장하는 제2회전판(29)의 표면(29)과 활주 가능하게 접촉한다.

전술한 구조에 따라, 사판(27)은 제1회전판(30)과 일치하여 회전하도록 2개의 슬라이드 접촉 커플링 장치를 통과하는 제1회전판(30) 및 제2회전판(29) 모두에 연결된다.

더우기, 제4도에 도시된 바와 같이 제1아암(27a) 및 제2아암(27c)은 사판(27)의 중심에 대해 대칭적으로 자리한다. 제1아암(17a)은 제1회전판(30)의 외면(30d)과 활주 가능하게 접촉하는 제1아암 부분(27b)을 포함한다. 이 제2아암(27c)은 제2회전판(29)의 외면(29d)과 활주 가능하게 접촉하는 제2아암 부분(27d)을 포함한다. 제1회전판(30)은 한쌍의 제1아암(27a)사이에서 축방향으로 배치되고 구동 샤프트(24)의 회전 운동의 축방향 토오크를 사판(27)으로 전달하는 돌출구(30c)를 포함한다. 이와 같은 구조에 따라, 회전판(27)은 경사각 또는 기울기가 큰 위치에서 경사각이 적은 위치로 전환 할 수 있다. 이같은 위치가 전환되는 동안 제1아암 부분(27d)은 표면(30d)상을 마찰하면서 활주하고 제2아암 부분(27b)은 표면(29d)을 활주한다.

본 장치의 작동에 있어서, 구동 샤프트(24)가 풀리 동력 전달 방식으로 자동차의 엔진에 의해 회전할때 제1회전판(30)과 제2회전판(29)은 구동 샤프트(27)와 함께 회전한다. 제1회전판(30)의 회전운동은 한쌍의 제1아암(27a)과 돌출부(30c) 사이에서 접촉하도록 배열된 슬라이드 커플링 장치를 통해 사판(27)으로 전달된다. 또한, 이러한 제1회전판(30)의 회전 운동은 구동 샤프트(24)를 통해 회전하는 돌출부(30c)의 방향으로 배열된 다수의 제1아암(27a)을 구비하는 사판(27)으로 전달될 수 있다. 이러한 회전판이 회전운동을 시작하자마자 사판(27)의 경사면은 피스톤과 대응하는 실린더에 대해 좌우를 따라 축방향으로 움직이며, 베이링(28)에 의해 사판(27)에 작동가능하게 연결된 이중-헤드 피스톤(26)은 실린더(25) 내에서 왕복 운동을 한다. 상기 이중-헤드 피스톤(26)이 왕복운동을 할때, 유체 유입구에서 흡입실(10)으로 유입된 냉매 가스는 각각의 실린더(25)로 전송되어 압축된다. 이렇게 압축된 냉매는 배출구(111)를 통해 각 실린더(25)에서 배출실(100)로 배출된 다음 유체 배출구를 통해 냉각 회로와 같은 외부 유체 회로로 배출된다.

피스톤(26)이 피스톤 행정의 바닥 고정 센터에 도달할때 가스압축의 최대 작용력이 사판(27)에 가해지기 때문에 피스톤(26)의 가스압축에 의한 작용력은 베어링(28)을 통해 회전판(27)을 구동 샤프트(24)에 수직하고 일정하게 만드는 것으로 가정한다.

압축기의 냉각 능력을 감소시키고 싶을 경우, 제어 밸브(35)를 조절하고 배출실(101)과 연통시킴으로써 배출 압력과 비교하여 제어실(33)내의 압력을 감소시킨다. 제어실(33)의 집중된 압력의 작용력과 스프링(32)의 신축력은 가스 압축에 의해 피스톤(26)의 작용력보다 더 적게된다. 제1아암 부분(27d)은 표면(29d)아래로 활주하며 제2회전판(29)는 액츄에이터(31)로 향해 움직인다. 액츄에이터(31)는 마찰하면서 제어실(33)로 활주한다. 그 결과, 회전 경사판(27)의 경사각은 수직한 평면에 대해 최소가 되며, 실린더(25)내의 이중-헤드 피스톤(26)의 최소 행정이 일어난다.

한편으로, 압축기의 냉각 능력을 증가시키고 싶을 경우, 제어 밸브(35)를 조절하고 배출실(101)과 연통하지 못하게 함으로써 배출 압력과 비교하여 제어실(33)내의 압력을 증가시킨다. 제어실(33)의 집중된 압력의 작용력과 스프링(32)의 신축력은 가스 압축에 의한 피스톤(26)의 작용력 보다 더 크다. 액츄에이터(31)는 마찰하면서 제어실(33)로 활주하며 제2회전판(29)은 사판을 향해 움직인다. 제1아암 부분(27d)은 표면(29d)상에서 상향으로 활주한다. 그리고, 사판(27)의 경사각은 수직한 평면에 대해 최대가 되며, 실린더(25)내의 이중-헤드 피스톤(26)의 최대 행정이 일어난다.

제5도에 도시된 바와 같이, 또한 제1회전판(30)은 구동 샤프트(24)에 대해 비스듬히 위치하는 사각형의 구멍 혹은 슬롯(30b)을 지닌 돌출부(30a)를 포함한다. 돌출부(30a)는 핀(37)에 의해 사각형의 구멍 혹은 슬롯(30b)을 통해 제1아암(27a)과 상호 연결된다. 핀(37)은 스냅링(도시생략)에 의해 한 위치에 고정된다. 핀(37)의 활주운동은 사판(27)의 경사면의 경사각 또는 기울기를 변화시킨다. 이와 같은 구조는 전술한 실시예와 매우 유사한 방법으로 작동한다.

그러므로, 두개의 활주 접촉 커플링 장치는 첫번째의 종래 기술에 따른 두개의 힌지 장치와 동일한 피스톤으로 부터의 압축에 의한 작용력으로 발생된 큰 모우멘트에 대응하여 사판(27)과 제1 및 제2회전판을 견고하게 지지한다.

또한, 이러한 구조는 사판(27)이 핀(37)과 스냅링, 돌출부(30a)의 구멍 혹은 슬롯(30b)와 같은 기계 부품을 사용하지 않고 단지 회전판(30)에 마찰하면서 활주하도록 조립되기 때문에 종래 기술과 비교하여 간단한 구조를 제공한다. 그 결과, 제작 비용은 종래 기술에 의한 장치보다 적게 든다.

그리고 이러한 압축기는 핀(37)과 스냅링, 구멍 혹은 슬롯(30b)과 같이 사판(27)과 회전판(30) 사이에 위치하는 기계 부품의 수를 줄일 수 있기 때문에 기계 부품의 관성력에 의해 발생되는 구동 샤프트(24)의 회전 운동의 불균형을 감소시킨다.

본 발명은 양호한 실시예를 통해서만 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 영역내에서 당업자들에 의해 변경 및 수정이 가능하다는 것을 의도한다.

Claims (5)

1. 다수의 실린더를 구비한 실린더 블록과; 상기 각각의 실린더내에 활주가능하게 수용된 피스톤과; 상기 실린더 블록내에 회전 가능하게 지지된 구동 샤프트와; 상기 피스톤과 상기 구동 샤프트에 결합된 사판과; 상기 사판의 회전에 따라 상기 피스톤을 구동시켜 상기 실린더내에서 왕복운동을 하도록 상기 사판을 상기 피스톤에 결합 시키기 위한 제1커플링 수단과; 상기 사판을 회전시키기 위해 상기 구동 샤프트에 결합시키기 위한 제2커플링 수단과; 상기 사판을 상기 구동 샤프트를 따라 이동시켜 상기 사판의 기울기를 조절하기 위해 상기 사판과 활주가능하게 접촉한 경사 제어 수단과; 상기 사판이 틸팅 운동을 하는 동안 상기 사판의 기울기를 협동하여 조절하기 위한 제1 및 제2조절장치를 포함하며, 상기 제1 및 제2조절장치중 하나는 상기 제2커플링 수단과 상호 협동하는 것을 특징으로 하는 사판형 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2조절장치는 상기 압축기가 작동할때 상기 제1및 제2조절 장치에 의해 제공된 작용력의 모우멘트를 균형잡기 위해 상기 사판의 양측면상에 대칭적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 사판형 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2커플링 수단은 상기 사판의 일측면에서 연장하는 제1아암부분과 상기 제1아암 부분과 겹쳐지도록 상기 구동샤프트에서 연장하는 제2아암 부분을 구비하며, 상기 제1 및 제2아암 부분은 상기 경사 제어 수단의 이동에 대응하여 상기 사판의 기울기를 변환시키기 위해 서로 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 사판형 압축기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1및 제2아암 부분은 핀과 슬롯에 의해 서로 힌지 운동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 사판형 압축기.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1및 제2아암 부분은 상기 구동 샤프트가 회전하는 동안 구동 샤프트의 회전방향으로 서로 잠겨지는 것을 특징으로 하는 사판형 압축기.