KR100487777B1 - 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조에 관한 것이다. 본 발명에서 실린더(30) 내부에 형성되는 압축실(32)에는 피스톤(40)이 직선왕복운동된다. 상기 피스톤(40)의 내부에는 후단으로 개구되게 피스톤쳄버(42)가 형성된다. 상기 피스톤쳄버(42)에는 피스톤핀(45)이 설치공(43)에 양단이 지지되어 설치된다. 상기 피스톤핀(45)은 커넥팅로드(50)의 소단경(52)을 관통하여 커넥팅로드(50)와 피스톤(40)을 연결한다. 상기 커넥팅로드(50)의 소단경(52) 내주면과 상기 피스톤(40)의 외주면 사이에는 소정의 간극(s)이 형성되고 상기 간극(s)에는 윤활을 위한 오일이 공급된다. 상기 간극(s)과 피스톤쳄버(45)를 연통시키기 위해 오일유로(60,60')가 형성된다. 상기 오일유로(60,60')는 상기 피스톤쳄버(42)의 내면과 상기 소단경(52)이 접촉되는 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 본 발명에 의하면 피스톤핀(45)과 커넥팅로드(50)의 소단경(52) 사이의 간극(s)에 있는 오일의 압력이 적절한 값으로 유지되어 오일의 캐비테이션에 의한 동작소음이나 오일압력에 의한 커넥팅로드(50)의 승강현상을 방지할 수 있게 된다.

Description

밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조{A connecting structure of piston and connecting rod for hermetic compressor}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤과 커넥팅로드를 연결하는 연결구조에 관한 것이다.

도 1에는 종래 기술에 의한 커넥팅로드 방식의 밀폐형 압축기의 내부 구성이 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드의 연결구조를 보인 단면도가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 상부용기(1t)와 하부용기(1b)로 이루어지는 밀폐용기(1)가 구비되고, 상기 밀폐용기(1)의 내부에는 프레임(2)이 지지되어 있다. 상기 프레임(2)에는 고정자(3)가 고정되어 있고, 이와 같은 프레임(2)은 스프링(2S)에 의해 밀폐용기(1) 내부에 지지되어 있다.

상기 프레임(2)의 중앙을 관통하여서는 크랭크축(5)이 설치되어 있다. 상기 크랭크축(5)에는 회전자(4)가 일체로 설치되어 상기 고정자(3)와의 전자기적 상호작용에 의해 상기 회전자(4)와 함께 회전된다.

상기 크랭크축(5)의 상단에는 편심핀(5b)이 상기 크랭크축(5)의 회전중심에 대해 편심되게 형성되어 있다. 그리고 상기 편심핀(5b)이 형성된 반대쪽에는 균형추(5c)가 형성되어 있다. 상기 크랭크축(5)의 하단에는 하부용기(1b)의 저면에 있는 오일(L)을 크랭크축(5)에 형성되어 있는 오일유로(5a)를 통해 흡상시키기 위한 프로펠러(5d)가 설치되어 있다.

한편, 내부에 압축실(6')이 구비된 실린더(6)가 상기 프레임(2)에 일체로 성형되어 있다. 상기 압축실(6')에는 상기 크랭크축(5)의 편심핀(5b)과 커넥팅로드(8)로 연결된 피스톤(7)이 설치되어 있다. 상기 피스톤(7)과 커넥팅로드(8)는 상기 피스톤(7)의 내부에 형성되어 후단으로 개구된 피스톤쳄버(7c)에서 피스톤핀(7p)으로 연결된다. 즉, 상기 피스톤쳄버(7c)내에 설치된 피스톤핀(7p)에 상기 커넥팅로드(8)의 소단경(8s)이 회전가능하게 연결된다. 여기서, 상기 피스톤핀(7p)과 커넥팅로드(8)의 소단경(8s) 사이에는 소정의 간극(c)이 형성된다.

그리고 상기 실린더(6)의 선단에는 상기 압축실(6')로 유입되고 배출되는 냉매를 제어하는 밸브어셈블리(9)가 설치된다. 도면 부호 10은 헤드커버이고, 11은 흡입머플러이며, 12는 냉매를 밀폐용기(1)의 내부로 전달하는 흡입파이프이고, 13은 압축된 냉매를 압축기의 외부로 토출하는 토출파이프이다.

이와 같은 구성에서 상기 회전자(4)와 고정자(3)의 전자기적 상호작용에 의해 상기 회전자(4)가 회전하면서, 상기 회전자(4)와 일체로 상기 크랭크축(5)이 회전하게 된다. 상기 크랭크축(5)이 회전하면 상기 크랭크축(3)에 편심되게 형성되어 있는 편심핀(5b)이 원을 그리면서 회전하게 되고, 상기 편심핀(5b)과 연결되어 있는 커넥팅로드(8)가 상기 편심핀(5b)과 연동되어 상기 피스톤(7)을 직선왕복운동하게 한다. 이와 같이 되면, 상기와 같이 피스톤(7)이 압축실(6') 내에서 직선왕복 운동하면서 냉매를 압축시켜 주게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점을 가진다.

상기 피스톤핀(7c)으로 상기 피스톤(7)에 연결된 커넥팅로드(8)의 소단경(8s)은 상기 피스톤핀(7c)에 대해 소정 각도의 범위 내에서 회전된다. 따라서 피스톤핀(7c)의 외주면과 커넥팅로드(8)의 소단경(8s) 내주면 사이에는 마찰이 발생할 수 있어 상기 크랭크축(5)을 통해 흡상된 오일(L)이 공급되어 윤활작용을 한다.

하지만, 상기 커넥팅로드(8)가 상기 피스톤(7)의 압축실(6')의 최전방까지 밀어주는 압축행정에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 커넥팅로드(8)의 소단경(8s)과 피스톤핀(7p)사이의 간극(s)중 피스톤(7) 후단부측이 밀착되면서, 상기 간극(s) 내부의 오일 압력이 높아지게 된다. 이와 같이 오일(L)의 압력이 급격하게 상승하면, 캐비테이션(Cavitation)이 일어나면서 소음이 발생하게 된다.

그리고 상기 간극(s) 내부의 오일(L)의 압력이 상승하면서, 오일(L)이 상기 간극(s)사이를 빠져나가려는 힘이 작용하여 커넥팅로드(8)의 소단경(8s)이 도 3에 도시된 바와 같이 들어올려진다. 따라서 상기 커넥팅로드(8)의 소단경(8s)이 상기 피스톤핀(8p)의 길이방향으로 승강되는 운동이 주기적으로 발생하면서 소음을 일으키게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 커넥팅로드와 피스톤을 연결하는 피스톤쳄버 내부에서의 오일유동이 원활하게 일어나도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 실린더내부의 압축실에서 직선왕복운동하고 내부에 후단부로 개구되는 피스톤쳄버가 구비되는 피스톤과, 회전하는 크랭크축으로부터 동력을 전달받아 상기 피스톤의 직선왕복운동으로 변환하는 커넥팅로드와, 상기 커넥팅로드의 소단경 내면과의 사이에 소정의 간극을 가지도록 커넥팅로드를 관통하고 양단부가 상기 피스톤쳄버의 내부에 설치되어 상기 피스톤과 커넥팅로드를 회동가능하게 연결하는 피스톤핀과, 상기 피스톤의 직선왕복운동에 따라 상기 소단경과 피스톤핀 사이의 특정부분의 간극이 좁아져 상기 간극에 존재하는 오일의 압력이 상승되는 것이 방지되도록 상기 간극을 외부와 연통시켜 오일이 유동되게 하는 오일유로를 포함하여 구성된다.

상기 오일유로는 상기 커넥팅로드의 소단경이 밀착되는 피스톤쳄버의 바닥면에 형성된다.

상기 오일유로는 상기 피스톤쳄버의 바닥면과 밀착되는 상기 커넥팅로드의 소단경 하면에 형성된다.

상기 오일유로는 상기 커넥팅로드의 상단과 하단에 대응되는 위치에 각각 대칭으로 형성된다.

상기 오일유로는 상기 커넥팅로드의 소단경을 관통하여 형성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 커넥팅로드와 피스톤핀 사이의 간극에서 오일압력의 급격한 변화가 발생하지 않게 되어 압축기의 동작소음을 최소화할 수 있게 되는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 4에는 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조의 바람직한 실시예가 단면도로 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명 실시예를 구성하는 피스톤의 배면도가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 프레임에 구비되는 실린더(30)의 내부에는 압축실(32)이 형성된다. 상기 압축실(32)의 내부에서는 작동유체의 압축이 수행된다. 참고로 상기 압축실(32)의 입구에는 상기 압축실(32) 내외부로의 작동유체 유동을 제어하는 밸브어셈블리가 설치된다.

피스톤(40)은 상기 압축실(32)의 내부에 설치되는 것으로, 압축실(32) 내에서 직선왕복운동하면서 작동유체를 압축하게 된다. 상기 피스톤(40)의 내부에는 피스톤쳄버(42)가 구비된다. 상기 피스톤쳄버(42)는 피스톤(40)의 후단으로 개구되게 형성되는 것으로, 피스톤핀(45)이 설치되는 설치공(43)이 천공되어 있다. 상기 피스톤핀(45)은 피스톤(40)과 아래에서 설명될 커넥팅로드(50)를 연결하는 것이다.

커넥팅로드(50)는 크랭크축의 회전운동을 피스톤(40)의 직선왕복운동으로 변환하는 것으로, 일단부는 크랭크축의 편심핀과 연결되고 타단부인 소단경(52)은 상기 피스톤핀(45)을 통해 피스톤(40)과 연결된다. 즉, 상기 소단경(52)의 중앙을 상기 피스톤핀(45)이 관통한 상태로, 상기 피스톤핀(45)의 양단이 상기 설치공(43)에 설치됨에 의해 피스톤(40)과 커넥팅로드(50)가 연결된다.

이때 상기 피스톤핀(45)을 중심으로 상기 커넥팅로드(50)의 소단경(52)이 소정 각도 범위내에서 회동되어야 하므로, 상기 피스톤핀(45)의 외주면과 소단경(52)의 내주면 사이에는 소정의 간극(s)이 형성된다. 상기 간극(s)으로는 윤활을 위한 오일이 공급된다.

한편, 상기 피스톤쳄버(42)의 바닥에는 오일유로(60)가 형성된다. 상기 오일유로(60)는 홈형상으로 길게 형성되는 것으로, 상기 간극(s)과 상기 피스톤쳄버(42)의 내부를 연통시키는 역할을 한다. 참고로, 상기 커넥팅로드(50)는 상기 피스톤쳄버(42)에 설치된 상태에서 자중에 의해 상기 소단경(52)이 피스톤쳄버(42)의 바닥면에 밀착된다. 따라서 상기 간극(s)의 하부와 피스톤쳄버(42)의 내부 사이는 상기 오일유로(60)를 통해서 연통된다.

본 실시예에서 상기 오일유로(60)는 상기 피스톤쳄버(42)의 천정에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 피스톤쳄버(42)의 바닥면과 천정면에 각각 서로 대칭되게 오일유로(60)가 형성된다. 상기 오일유로(60)를 피스톤쳄버(42)의 천정에도 형성하게 되면, 압축기의 동작시 상기 커넥팅로드(50)가 상기 피스톤핀(45)의 상부로 상승된 상태로 피스톤핀(45)과 습동될 수도 있기 때문이다. 그리고, 피스톤(40)과 커넥팅로드(50)의 연결시에 방향을 고려하지 않고 조립작업을 할 수 있도록 하기 위함이다.

다음으로 도 6에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 피스톤핀(45)의 외주면과 커넥팅로드(50)의 소단경(52) 사이의 간극(s)과 피스톤쳄버(42)를 연통시키기 위한 오일유로(60')를 상기 소단경(52)의 상단면과 하단면에 형성한다. 상기 오일유로(60')는 상기 소단경(52)의 상단면과 하단면에 방사방향으로 되는 것이 바람직하다.

그리고, 도면으로 도시되지는 않았지만, 오일유로를 상기 커넥팅로드의 소단경의 상단면이나 하단면이 아닌 위치에 상기 소단경의 내부와 관통되게 형성할 수도 있다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조의 작용을 설명한다.

압축기가 구동되면 회전자와 고정자로 구성되는 모터부에 의해 크랭크축이 회전한다. 상기 크랭크축에 형성된 편심핀은 크랭크축의 회전중심을 기준으로 원을 그리면서 회전되고, 상기 편심핀에 연결된 커넥팅로드(50)는 피스톤(40)을 압축실(32) 내에서 직선왕복운동시키게 된다.

이때, 상기 커넥팅로드(50)의 소단경(52)과 피스톤(40)은 피스톤쳄버(42)의 내부에서 피스톤핀(45)에 의해 연결되고, 상기 피스톤핀(45)의 외주면과 커넥팅로드(50)의 소단경(52) 내주면 사이는 서로 습동된다. 상기 간극(s)에는 윤활을 위한 오일이 공급된다. 참고로 상기 간극(s)으로는 크랭크축의 내부를 통해 흡상된 오일이 비산되면서 공급된다.

상기 피스톤(40)이 상기 압축실(32)의 내부에서 직선왕복운동할 때, 상기 피스톤(40)과 커넥팅로드(50) 사이에는 사이클의 각 행정에 따라 다른 방향으로 힘이 작용한다. 예를 들어 압축행정에서는 상기 커넥팅로드(50)는 피스톤(40)을 밀어주고 상기 피스톤(40)은 압축실(32) 내부의 압력에 의해 커넥팅로드(50)방향으로 밀리게 된다.

따라서, 상기 피스톤핀(45)과 소단경(52) 사이의 간극(s)중 상대적으로 피스톤(40) 후단부 측은 좁아지게 되면서, 간극(s) 내부의 오일압력이 올라가게 된다. 상기 간극(s) 내부의 오일압력이 올라가게 되면, 오일은 상기 오일유로(60)를 통해 빠져나가게 된다. 이와 같이 되면 상기 간극(s)내부의 오일압력이 상승함에 의한 캐비테이션이나 소단경(52)이 피스톤핀(45)을 따라 승강하는 현상이 발생하지 않게 된다.

그리고, 도 6에 도시된 실시예에서는 상기 간극(s)내부의 오일압력이 높아질 때, 상기 소단경(52)의 상단면이나 하단면에 형성된 오일유로(60')중 피스톤쳄버(42)에 밀착되는 오일유로(60')를 통해 피스톤쳄버(42) 내부로 빠져나가게 된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조에 의하면, 피스톤과 커넥팅로드의 소단경이 접촉되는 부분에 피스톤핀의 외주면과 커넥팅로드의 내주면 사이의 간극 내부와 피스톤쳄버를 연통시키는 오일유로를 형성하였다.

따라서 상기 간극 내부의 오일압력이 적절하게 유지될 수 있어 오일에 캐비테이션이 발생하는 것을 방지할 수 있게 되어 동작소음을 줄일 수 있다.

그리고, 상기 간극 내부의 오일압력이 적절하게 유지되므로 압축기의 구동중에 피스톤핀과 연결된 커넥팅로드의 소단경이 피스톤핀을 따라 승강되는 현상이 방지되어 역시 동작소음을 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서 오일유로를 피스톤에 대칭으로 형성하면 피스톤과 커넥팅로드의 조립시 방향을 고려하지 않아도 되므로 상대적으로 조립작업의 작업성이 개선되는 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 밀폐형 압축기의 내부 구성을 보인 단면도.

도 2는 종래 기술에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조를 보인 단면도.

도 3은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 동작상태도.

도 4는 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조의 바람직한 실시예를 보인 단면도.

도 5는 도 4에 도시된 실시예를 구성하는 피스톤의 배면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 구성을 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30: 실린더 32: 압축실

40: 피스톤 42: 피스톤쳄버

43: 설치공 45: 피스톤핀

50: 커넥팅로드 52: 소단경

60,60': 오일유로 s: 간극

Claims (5)

1. 실린더내부의 압축실에서 직선왕복운동하고 내부에 후단부로 개구되는 피스톤쳄버가 구비되는 피스톤과,

   회전하는 크랭크축으로부터 동력을 전달받아 상기 피스톤의 직선왕복운동으로 변환하는 커넥팅로드와,

   상기 커넥팅로드의 소단경 내면과의 사이에 소정의 간극을 가지도록 커넥팅로드를 관통하고 양단부가 상기 피스톤쳄버의 내부에 설치되어 상기 피스톤과 커넥팅로드를 회동가능하게 연결하는 피스톤핀과,

   상기 피스톤의 직선왕복운동에 따라 상기 소단경과 피스톤핀 사이의 특정부분의 간극이 좁아져 상기 간극에 존재하는 오일의 압력이 상승되는 것이 방지되도록 상기 간극을 외부와 연통시켜 오일이 유동되게 하는 오일유로를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일유로는 상기 커넥팅로드의 소단경이 밀착되는 피스톤쳄버의 바닥면에 형성됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오일유로는 상기 피스톤쳄버의 바닥면과 밀착되는 상기 커넥팅로드의 소단경 하면에 형성됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 오일유로는 상기 커넥팅로드의 상단과 하단에 대응되는 위치에 각각 대칭으로 형성됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 오일유로는 상기 커넥팅로드의 소단경을 관통하여 형성됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 피스톤과 커넥팅로드 연결구조.