KR20230035413A - 압축기 - Google Patents

Abstract

실린더 본체 및 실린더 본체의 단부를 폐쇄하는 실린더 플레이트를 갖는 실린더와, 실린더 내를 왕복동하는 피스톤(33)과, 피스톤(33)을 지지하는 커넥팅 로드(32)와, 커넥팅 로드(32)의 단부에 회전력을 부여하는 크랭크 샤프트와, 크랭크 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 크랭크 케이스를 구비하고, 피스톤(33)은 크랭크 샤프트의 회전에 수반하여 실린더 내를 요동하면서 왕복동하는 요동 피스톤이며, 피스톤(33)은 적어도, 실린더 본체의 내주측에 접촉하는 면이 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성되고, 피스톤(33)의 외주면은, 실린더 본체의 직경보다 작은 직경의 구면으로 되어 있고, 피스톤(33)과 실린더 본체와 실린더 플레이트에 의해 압축실이 형성되고, 피스톤(33)과 커넥팅 로드 사이에 중공부(41b)가 형성되고, 압축실에 기체를 도입하기 위한 흡기구가 실린더 플레이트에 배치되어 있는 압축기(1).

Description

압축기

본 발명은 압축기에 관한 것이다.

피스톤의 원반부와 리테이너 사이에 기체층을 마련함으로써, 압축실에서 발생한 압축열이 커넥팅 로드의 베어링에 전열되는 것을 억제한 왕복동 압축기가 알려져 있다(특허문헌 1).

일본 특허 공개 제2008-248812호 공보

특허문헌 1의 왕복동 압축기에서는, 리테이너와 피스톤의 원반부 사이에 전면적으로 간극이 마련되어 있다. 이 간극이 기체의 통로로 되어 있고, 또한 복수의 통로 구멍을 통해 크랭크 케이스의 내측과 연통하고 있다. 이와 같이 하여, 리테이너와 피스톤의 원반부 사이에 기체층이 형성되어 있다. 이 기체층에 의해, 압축실에서 발생한 압축열이 커넥팅 로드에 전해지는 것이 억제되어 있다.

이 왕복동 압축기에서는, 리테이너 상면에 설치된 흡입 밸브가 개방됨으로써, 크랭크 케이스의 공간으로부터 기체층을 통과한 새로운 기체가 흡입 구멍을 통해 실린더 내에 흡입되어 있다.

이 구성에 의해, 피스톤의 작동 시에 크랭크 케이스측으로부터 기체가 흐르므로, 기체층의 온도 상승이 억제되어 있다.

그러나, 특허문헌 1의 흡기 구조에서는, 압축실로부터의 방열이 기체층에 전열되므로, 실린더 내에 흡입되는 기체의 온도가 높아진다.

그 때문에, 팽창한 기체를 실린더 내에 흡입하게 된다. 일반적으로, 흡입하는 기체의 온도가 낮은 쪽이, 기체의 압축 효율이 향상되므로, 가일층의 효율 개선이 요구된다.

본 발명은, 압축 효율이 높은 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하는 수단을 다수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 원통상의 실린더 본체 및 상기 실린더 본체의 단부를 폐쇄하는 실린더 플레이트를 적어도 갖는 실린더와, 상기 실린더 내를 왕복동하는 피스톤과, 상기 피스톤을 지지하는 커넥팅 로드와, 상기 커넥팅 로드의 단부에 회전력을 부여하는 크랭크 샤프트를 구비하고, 상기 피스톤은, 상기 크랭크 샤프트의 회전에 수반하여 상기 실린더 내를 요동하면서 왕복동하는 요동 피스톤이며, 상기 피스톤은, 적어도, 상기 실린더 본체의 내주측에 접촉하는 면이 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성되고, 상기 피스톤의 외주면은, 구면으로 되어 있고, 상기 피스톤과 상기 실린더 본체와 상기 실린더 플레이트에 의해 압축실이 형성되고, 상기 피스톤과 상기 커넥팅 로드 사이에 중공부가 형성되고, 상기 압축실에 기체를 도입하기 위한 흡기구가, 상기 실린더 플레이트 또는 상기 실린더 본체의 단부의 측면에 배치되어 있는 압축기이다.

본 발명에 따르면, 실린더 플레이트 또는 실린더 본체의 단부의 측면에 마련되는 흡기구로부터 기체를 흡입함으로써, 압축 효율을 높일 수 있다.

상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시예의 설명에 의해 밝혀진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 압축기 개략도이다.
도 2는 실시예 1의 압축기 본체의 부분 단면도이다.
도 3a는 실시예 1에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 정면도이다.
도 3b는 실시예 1에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 배면도이다.
도 3c는 실시예 1에 있어서의 도 3a의 A-A 절단선에 있어서의 부분 단면도이다.
도 3d는 실시예 1에 있어서의 도 3c의 B-B 절단선에 있어서의 부분 단면도이다.
도 4a는 실시예 2에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 정면도이다.
도 4b는 실시예 2에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 배면도이다.
도 4c는 실시예 2에 있어서의 도 4a의 A-A 절단선에 있어서의 부분 단면도이다.
도 4d는 실시예 2에 있어서의 도 4c의 B-B 절단선에 있어서의 부분 단면도이다.
도 5a는 실시예 3에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 부분 단면도이다.
도 5b는 실시예 3에 있어서의 냉각 부재(냉각 휜)를 구비한 피스톤을 이면측에서 본 사시도이다.
도 5c는 실시예 3에 있어서의 냉각 부재(냉각 핀)를 구비한 피스톤을 이면측에서 본 사시도이다.
도 6은 실시예 1의 실린더 헤드 부근에 있어서의 흡입 가스의 흐름을 도시하는 부분 단면도이다.
도 7a는 실시예 1에 있어서의 실린더 플레이트의 일례의 평면도이다.
도 7b는 실시예 1에 있어서의 실린더 플레이트의 일례의 배면도이다.
도 8은 변형예에 있어서의 실린더 헤드 부근에 있어서의 흡입 가스와 토출 가스의 흐름을 도시하는 부분 단면도이다.

[실시예 1]

본 발명의 압축기의 실시예 1에 대하여 도 1 내지 도 3d를 참조하여 설명한다.

먼저, 본 실시예의 압축기(1)의 전체 구성에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은, 실시예 1에 있어서의 압축기(1)의 개략도이다. 또한, 도 2는, 본 실시예에 있어서의 압축기 본체(10)의 부분 단면도이다.

도 1에 도시하는 압축기(1)는 압축기 본체(10)와, 그것을 구동하는 전동기(2)와, 압축기 본체(10)가 토출되는 기체를 저류하기 위한 탱크(3)를 구비하고 있다.

압축기 본체(10)는 실린더 내를 왕복동하는 피스톤(33)에 의해 공기 등의 기체를 압축한다. 압축기 본체(10)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 크랭크 샤프트(24)와, 크랭크 샤프트(24)를 회전 중심축(24a)의 주위로 회전 가능하게 지지하는 크랭크 케이스(21)와, 크랭크 케이스(21)로부터 연직 방향으로 돌출되는 하나의 실린더(22)와, 기단부가 크랭크 샤프트(24)의 크랭크 핀에 회전 가능하게 접속되는 커넥팅 로드(32)와, 커넥팅 로드(32)의 선단부에 고정되는 피스톤(33)을 구비한다. 실린더(22)는 원통상의 실린더 본체(25)와, 이 실린더 본체(25)의 단부(상부의 단부)를 폐쇄하는 실린더 플레이트(26)와, 실린더 헤드(23)를 구비한다.

실린더 플레이트(26)는 실린더 헤드(23)와 실린더 본체(25)에 의해 끼움 지지된다. 피스톤(33)과 실린더 본체(25)의 내주면인 실린더 내벽면(22a)과 실린더 플레이트(26)에 의해, 압축실(22X)이 형성된다. 실린더 플레이트(26)에는, 압축실(22X)에 기체를 도입하기 위한 흡기구(26AG)(도 6, 도 7a 참조) 및 압축실(22X)에서 압축된 기체를 토출하기 위한 토출구(26BG)(도 7b 참조)가 마련되어 있다. 흡기구(26AG)에는, 흡기 밸브(26a)(도 6, 도 7b 참조)가 설치되고, 토출구(26BG)에는, 토출 밸브(26b)(도 7a 참조)가 설치되어 있다.

본 실시예에서는, 실린더 플레이트(26)는 피스톤(33)을 사이에 두고 크랭크 샤프트(24)와 반대측에 배치되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤(33)은 크랭크 샤프트(24)의 회전에 수반하여 실린더(22) 내를 요동하면서 왕복동하므로, 실린더의 중심축(22b)에 대하여 왕복 동작 중의 피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축(30X)은 대략 경사져 있다.

압축기 본체(10)에서는, 전동기(2)에 의해 크랭크 샤프트(24)가 회전함으로써, 커넥팅 로드(32)의 일단부에 회전력을 부여하고, 실린더(22) 내에 설치된 피스톤(33)이 실린더(22) 내를 왕복 운동한다. 피스톤(33)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 흡입 공정에서는, 압축실(22X)이 확대되고, 실린더 플레이트(26)에 마련되는 흡기 밸브(26a)(도 6 및 도 7b 참조)가 개방되어 실린더 헤드(23) 내의 흡기실로부터 흡기구(26AG)를 통하여 압축실(22X) 내에 기체가 흡입된다.

도 6은, 본 실시예에 있어서의 실린더 플레이트(26) 부근에 있어서의 흡입 가스의 흐름을 도시하는 부분 단면도이다. 도 7a는, 본 실시예에 있어서의 실린더 플레이트(26)의 일례의 평면도이다. 도 7b는, 본 실시예에 있어서의 실린더 플레이트(26)의 일례의 배면도이다.

도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 실린더 플레이트(26)에 배치되고, 흡기구(26AG)를 개폐하는 흡기 밸브(26a) 및 토출구(26BG)를 개폐하는 토출 밸브(26b)가 피스톤(33)의 왕복동에 따라서 작동한다.

피스톤(33)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 압축 공정에서는, 압축실(22X)의 용적이 수축되고, 압축실(22X) 내의 기체가 압축되고, 실린더 플레이트(26)에 마련된 토출 밸브(26b)(도 7a 참조)가 개방되어, 토출구(26BG)(도 7b 참조)로부터 실린더 헤드(23) 내의 배기실로 압축 기체가 토출되고, 이 배기실에 접속되는 배관(7)(도 1 참조)을 통하여 압축 기체가 탱크(3)로 송출된다.

또한, 도 1 및 도 2에서는 설명을 간략하게 하기 위해, 압축기 형상은 피스톤 및 실린더를 1대밖에 갖지 않는 1기통 1단 압축기로 하고 있다. 그러나, 압축기(1)는 크랭크 샤프트에 대하여 직렬 또는 방사상으로 복수조의 피스톤 및 실린더를 갖는 구성이어도 된다.

압축기 본체(10)는 크랭크 샤프트(24)가 전동기(2)의 회전축과 평행하게 배치된 상태에서 탱크(3) 상에 배치하여 고정되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 크랭크 샤프트(24)에는 압축기 풀리(4)가 고정되어 있다. 전동기(2)의 회전축에 전동기 풀리(5)가 고정되어 있다. 압축기 본체(10)에 부설된 압축기 풀리(4)는 블레이드를 갖고 있고, 그 회전에 수반하여 압축기 본체(10)를 향하여 바람을 발생시킴으로써, 압축기 본체(10)의 방열을 촉진하고 있다.

압축기 풀리(4) 및 전동기 풀리(5)에는, 압축기 풀리(4) 및 전동기 풀리(5) 사이에 동력을 전달하기 위한 전동 벨트(6)가 권회되어 있다. 이에 의해, 전동기(2)의 회전에 따라서, 전동기 풀리(5), 전동 벨트(6) 및 압축기 풀리(4)를 통해 압축기 본체(10)의 크랭크 샤프트(24)가 회전 구동되고, 압축기 본체(10)가 기체를 압축한다.

또한, 도 1에서는 설명을 간략하게 하기 위해, 압축기 본체(10)는 전동기(2)와 전동 벨트(6)를 통해 접속된 구성으로 하고 있지만, 접속 방법은 이것에 한정되지 않는다. 압축기 본체(10)의 크랭크 샤프트(24)와 전동기(2)의 회전축은, 커플링 등의 접속 수단을 사용하여 직접 접속해도 된다.

다음에, 피스톤의 주변 구조에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시하는 압축기 본체(10)에는, 피스톤(33)이 커넥팅 로드(32)와 일체로 구성된 요동 피스톤 방식이 사용되고 있다. 이 요동 피스톤 방식에서는, 크랭크 샤프트(24)의 회전에 수반하여, 피스톤(33)이 실린더(22) 내를 요동하면서 왕복동한다.

이어서, 피스톤(33)과 커넥팅 로드(32)에 대해서, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다. 도 3a는 본 실시예에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 정면도, 도 3b는 배면도, 도 3c는, 도 3a의 A-A 절단선에 있어서의 부분 단면도이다. 도 3d는, 도 3c의 B-B 절단선에 있어서의 부분 단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시하는 피스톤(33)은 피스톤(33)을 지지하는 커넥팅 로드(32)와 별도 부품이다. 적어도, 실린더 본체(25)의 내주측에 접촉하는 외주면(33a) 및 실린더 플레이트(26)측의 피스톤 상면(33c)이 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성되어 있다.

본 실시예에서는, 피스톤(33)은, 후술하는 피스톤 인서트(41)(도 3d 참조)를 제외하고, 내마모성이 우수한 수지에 의해 구성되어 있다.

피스톤(33)을 구성할 수 있는, 내마모성이 우수한 수지재로서, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)을 들 수 있다. 또한, 열팽창률을 고려한 경우는, 피스톤(33)의 수지재로서, 폴리페닐렌술피드(Poly Phenylene Sulfide, PPS) 등을 들 수 있다.

또한, 피스톤(33)의 외주면(33a)은 실린더 본체(25)의 내주측의 직경보다 약간 작은 사이즈의 직경을 갖는 구면으로 되어 있다. 그 구면의 형상을 갖는 외주면(33a)의 중심이 외주부 중심(33d)이다(도 3a, 도 3c 참조). 또한, 도 3c에 도시한 바와 같이, 피스톤(33)의 커넥팅 로드(32)측의 면 중, 커넥팅 로드(32)에 마주하는 외주 부분에 피스톤 볼록부(33e)가 형성되어 있고, 커넥팅 로드(32)의 커넥팅 로드 볼록부(32d)와 끼워 맞춤 구조로 되어 있다. 또한, 피스톤(33)의 실린더 내벽면(22a)에 접하는 외주에 링 홈(33b)이 마련되고, 거기에 피스톤 링(34)이 끼워 맞춰져 있다. 피스톤 링(34)은 실린더 내벽면(22a)과 피스톤(33)의 외주면(33a) 사이의 간극을 시일하는 시일 링이다.

또한, 피스톤(33)은 그 내부에, 알루미늄 합금 등이 금속으로 이루어지는 피스톤 인서트(41)가 매립된 상태로 성형되어 있다. 이 피스톤 인서트(41)는 피스톤(33)이 왕복동 관성력이나 마찰력에 의해 실린더 헤드(23)측으로 인상되어 하중을 받은 경우에도, 피스톤(33)이 커넥팅 로드(32)로부터 빠지지 않도록 하기 위한 것이다. 도 3d에 도시한 바와 같이, 피스톤(33)이 빠져 나가는 일이 없도록, 피스톤 인서트(41)의 테두리부(41a)가 피스톤(33)의 둘레 방향으로 파고든 형상으로 되어 있다. 또한, 피스톤 인서트(41)에는, 커넥팅 로드(32)와 나사로 고정할 수 있도록, 크랭크 케이스(21)측에 개구된 암나사 구멍(41c)이 1개 이상, 본 실시예에서는 2개 형성되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤(33)은 커넥팅 로드(32)에 대하여 크랭크 케이스(21)측으로부터 크랭크 샤프트(24)와 직교하는 방향에 위치하는 2군데의 나사(35)로 체결(고정)되어 있다.

이에 대응하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 도 3d에 도시되어 있는 커넥팅 로드(32)는, 피스톤(33)을 지지하는 시트면 중, 암나사 구멍(41c)과 일치하는 개소에 나사(35)용의 나사용 관통 구멍(32c)을 갖고 있다.

본 실시예의 피스톤 인서트(41)는, 도 3d에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(23)측을 바닥으로 한 접시형을 하고 있다. 커넥팅 로드(32)의 시트면에는, 피스톤 인서트(41)의 접시형의 중앙의 오목부에 대응하는 위치에 크랭크 샤프트(24)측(도시 하측)에 오목해지는 커넥팅 로드 오목부(32b)가 형성되어 있다. 이 구조에 의해, 피스톤 인서트(41)의 하면과 커넥팅 로드(32)의 상면 사이에, 중공부(41b)가 형성되어 있다. 이 중공부(41b)는 피스톤(33)의 상측의 면이 피스톤 인서트(41)로 덮여 있다. 본 실시예에서는, 중공부(41b)의 내부 공간은, 밀폐된 공간이다.

또한, 도 3d에 도시한 바와 같은 중공부(41b)를 형성한 경우에는, 피스톤(33)을 구성하는 수지 자체가, 피스톤(33)의 왕복동 시에 기체 하중을 받게 되어 버리므로, 강도 확보의 면에서 어떠한 대책을 취하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 도 3a 내지 도 3d에 도시한 형태에서는, 피스톤 인서트(41)의 암나사 구멍(41c)은 피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축(30X)의 방향과 평행하게 마련되어 있다. 그러나, 이들 부품의 배치가 「피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축(30X)과 평행한 배치」에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 암나사 구멍을 피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축(30X)에 대하여 경사지게 배치시킬 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 피스톤(33)과 커넥팅 로드(32) 사이에, 중공부(41b)가 형성되어 있음으로써, 피스톤(33) 및 커넥팅 로드(32)를 포함하는 왕복동 부분의 질량을 저감할 수 있다. 그 때문에, 왕복동 관성력에 기인하는, 압축기 본체(10)의 진동이 억제된다.

또한, 중공부(41b)의 피스톤(33)의 상측의 면은, 피스톤 인서트(41)에 의해 덮여 있다. 그 때문에, 피스톤 인서트(41)에 의해, 피스톤(33)이 내측으로부터 보유 지지되므로, 중공부(41b)가 형성되어 있는 경우에 있어서도, 피스톤(33)의 성형 시의 수축이나, 운전 시의 압축열에 의한 팽창에 기초하는 변형량이 저감되게 된다.

또한, 크랭크 케이스(21)에, 외기에 개방된 도시하지 않은 호흡 구멍이 마련되어 있다. 피스톤(33)의 왕복동에 수반하여 크랭크 케이스(21)의 내부 용적이 증감하고, 이 호흡 구멍을 통하여 외부로부터 흡기되고, 외부로 배기된다. 이와 같이 하여, 호흡 구멍을 통한 통기가 행해짐으로써, 크랭크 케이스(21) 내부의 냉각이 달성된다.

또한, 분진의 흡입을 방지하기 위해, 호흡 구멍에는 호흡 필터(27)(도 2 참조)가 설치되어 있고, 크랭크 케이스(21)의 공간에 유입되는 외기를 여과하고 있다.

또한, 커넥팅 로드(32)와 피스톤(33)의 결합부는, 중공부(41b)를 마련함으로써 큰 단면 외형을 갖고 있다. 본 실시예에 있어서의 커넥팅 로드(32)의 단면으로 본 형상은 대략 Y자상이며, 그 크랭크 샤프트측의 근원 부분의 각도는, 피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축(30X)을 사이에 두고 약 90° 내지 약 110°의 범위에 있으면 된다.

본 실시예에 있어서의 커넥팅 로드 오목부(32b)는 유발상 또는 원뿔대상의 형상을 갖고 있다. 그러나, 나사(35)로 피스톤(33)과 커넥팅 로드(32)를 고정하기 위해, 중공부(41b)의 내부 공간을 직경 방향의 단면에서 본 경우에, 나사(35)를 설치하는 직경 방향에 있어서 대향하는 내벽면의 간극, 즉 안쪽 치수가 약간 좁은 구조로 되어 있다.

이와 같이, 본 실시예의 압축기(1)는 원통상의 실린더 본체(25) 및 실린더 본체(25)의 단부를 폐쇄하는 실린더 플레이트(26)를 적어도 갖는 실린더(22)와, 실린더(22) 내를 왕복동하는 피스톤(33)과, 피스톤(33)을 지지하는 커넥팅 로드(32)와, 커넥팅 로드(32)의 단부에 회전력을 부여하는 크랭크 샤프트(24)를 구비한다. 피스톤(33)은 크랭크 샤프트(24)의 회전에 수반하여 실린더(22) 내를 요동하면서 왕복동하는 요동 피스톤이다. 피스톤(33)은 적어도, 실린더 본체(25)의 내주측에 접촉하는 면이 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성된다. 피스톤(33)의 외주면(33a)은 구면으로 되어 있다. 피스톤(33)과 실린더 본체(25)와 실린더 플레이트(26)에 의해 압축실(22X)이 형성된다. 피스톤(33)과 커넥팅 로드(32) 사이에 중공부(41b)가 형성되고, 압축실(22X)에 기체를 도입하기 위한 흡기구(26AG)가 실린더 플레이트(26)에 배치되어 있다.

다음에, 본 실시예의 효과에 대하여 설명한다.

상술한 본 발명의 실시예 1의 피스톤(33)은 크랭크 샤프트(24)의 회전에 수반하여 실린더(22) 내를 요동하면서 왕복동하는 요동식 피스톤이다. 적어도, 실린더 본체(25)의 내주측에 접촉하는 피스톤(33)의 외주면(33a)이 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성되어 있다. 또한, 피스톤(33)의 외주면(33a)은 실린더 본체(25)의 직경보다 작은 직경의 수지제의 구면으로 되어 있다. 또는, 실린더 본체(25)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 구면의 일부가, 피스톤(33)의 외주면(33a)이어도 된다. 그리고, 피스톤(33)에 구비된 수지제의 외주면(33a)에 의해, 피스톤 상면(33c)이 받은 압축열은 차열된다.

또한, 피스톤(33)의 구성 부재로서 수지를 사용함으로써, 요동 피스톤 방식의 압축기에 있어서, 피스톤(33)의 외주면(33a)과 실린더 내벽면(22a)(도 2 참조)의 간극이 미소하게 유지됨으로써, 피스톤(33)이 매끄럽게 미끄럼 이동 가능하다고 하는 효과가 얻어진다. 또한, 요동각의 증가에 수반하는 피스톤 링(34)의 변형이나 파손, 시일성 악화를 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예의 압축기(1)는 피스톤(33)과 커넥팅 로드(32) 사이에 중공부(41b)를 마련함으로써, 피스톤(33) 및 커넥팅 로드(32)를 포함하는 왕복동 부분의 질량을 경감할 수 있다. 그 때문에, 왕복동 관성력에 기인하는, 압축기 본체(10)의 진동이 억제된다.

또한, 실린더 플레이트(26)에 마련되는 흡기구(26AG)로부터 팽창하고 있지 않은 기체, 예를 들어, 상온의 공기 등의 기체를 흡입함으로써, 체적 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 압축 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 실시예의 커넥팅 로드(32)는, 대략 Y자상으로 형성되어 있으므로, 종래 기술에 있어서의 대략 T자상의 커넥팅 로드와 비교하면, 기계적인 강성이 높고, 왕복동부의 로크 현상에 수반하는 커넥팅 로드(32)의 절손 등이 보다 발생하기 어려운 구조로 되어 있다. 따라서, 압축기(1)에 있어서의, 커넥팅 로드(32)와 피스톤(33)의 결합부의 신뢰성을 높일 수 있다.

그 때문에, 본 실시예의 압축기(1)는 커넥팅 로드와 피스톤의 결합부가 중실형인 종래 기술의 압축기보다도, 안정된 운전을 행할 수 있다.

[실시예 2]

실시예 2에 대하여 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한다. 실시예 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명은 생략한다. 이하의 실시예에 있어서도 마찬가지로 한다.

도 4a는 본 실시예에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 정면도, 도 4b는 배면도, 도 4c는, 도 4a의 A-A 절단선에 있어서의 부분 단면도이다. 도 4d는, 도 4c의 B-B 절단선에 있어서의 부분 단면도이다. 실시예 1에서는, 중공부(41b)의 내부 공간이 밀폐 공간으로 되어 있었다.

이에 반해, 본 실시예 2에서는, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시한 바와 같이, 실시예 1에 대하여 중공부(41b)에 접하는 커넥팅 로드(32)의 상부 단부면측에, 크랭크 케이스(21)의 공간과 중공부(41b)를 연통하는 2개의 연통 구멍(32e, 32f)이 마련되어 있다.

다음에, 연통 구멍(32e)과 연통 구멍(32f)의 개구의 위치와 형상 등에 대하여 설명한다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 연통 구멍(32e)의 개구의 형상은 대략 부채형이며, 그 중심점은 커넥팅 로드(32)의 대략 Y자상의 근원(32Y)의 부근에 배치되어 있다.

연통 구멍(32e)의 대략 부채형의 원호의 부분은 피스톤(33)의 쪽으로 향하고 있다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 피스톤(33)을 정면에서 본 경우, 연통 구멍(32f)의 개구의 형상은 대략 반원형 또는 원형의 일부이다.

또한, 피스톤(33)과의 접합부의 단면 형상이 대략 Y자상이 되는 커넥팅 로드(32)의 기계적 강도가 보유 지지되고, 또한, 적어도 2개의 나사용 관통 구멍(32c)을 마련하는 것이 가능한 한에 있어서, 중공부(41b)의 용적은 크게 설정할 수 있다. 그에 따라서, 커넥팅 로드(32)의 경량화가 실현된다. 또한, 중공부(41b)에 대한 통기에 의한 방열을 촉진하기 위해, 커넥팅 로드(32)의 형상과 크기에 맞춰서, 연통 구멍의 위치 및 연통 구멍의 개구 형상을 적절히 조정한 후에, 커넥팅 로드(32)의 상면측에, 필요로 하는 크기의 통기 구멍(32e, 32f)이 배치된다.

그 때문에, 상술한 것 이외에, 연통 구멍의 개수, 개구 형상이나 개구의 방향을 변경한 다른 구성예가 몇 개 생각된다.

예를 들어, 연통 구멍(32e)의 단면 형상은 원상 또는 타원상이어도 된다. 또한, 연통 구멍(32e)은 피스톤(33)의 직경 방향 단면에서, 피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축(30X)을 사이에 두고 연통 구멍(32f)과 마주하도록 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 피스톤(33)의 하강 시에, 기체의 압출구가 되는 연통 구멍(32f)의 단면 형상은 긴 구멍 또는 타원상이어도 된다. 또한, 피스톤(33)의 직경 방향에 있어서의 10° 내지 30° 정도의 각도 범위로, 복수의 연통 구멍(32f)이 배치되어도 된다.

기본적으로, 중공부(41b)의 내부 공간에 대하여, 크랭크 케이스(21)로부터 적극적으로 기체를 도입하는 것을 고려한 경우, 연통 구멍(32e)과 연통 구멍(32f)의 개구면을, 서로 다른 방향을 향하여 마련하는 것이 특히 바람직하다.

연통 구멍을 복수 설치한 경우, 연통 구멍(32e)과 같이, 그 중 적어도 하나가 크랭크 샤프트(24)의 측으로 개구되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 연통 구멍(32f)과 같이, 적어도 하나가 실린더 본체(25)의 직경 방향으로 개구되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 연통 구멍을 복수 설치한 경우, 적어도 하나가 크랭크 샤프트(24)의 측으로 개구되고, 또한, 적어도 하나가 실린더 본체(25)의 직경 방향으로 개구되어 있는 것이 특히 바람직하다.

또한, 실시예 1과 마찬가지로, 본 실시예에 있어서도, 크랭크 케이스(21)에, 외기에 개방된 도시하지 않은 호흡 구멍이 마련되고, 분진의 흡입을 방지하기 위한 호흡 필터(27)가 호흡 구멍에 설치되어 있다.

도 4c에 도시한 바와 같이, 연통 구멍(32e)은 피스톤(33)이 하강할 때, 크랭크 케이스(21) 내의 기체를 중공부(41b)에 도입하는 취입구가 된다. 이에 반해, 연통 구멍(32f)은 피스톤(33)이 하강할 때에 중공부(41b)의 내부의 기체를 외측으로 압출하는 압출구가 된다.

이 때문에, 연통 구멍(32e)과 연통 구멍(32f)은 내측의 중공부(41b)로부터 외측을 향하여 개구되는 방향이 다르다. 피스톤(33)의 하강 시에, 기체의 취입구가 되는 연통 구멍(32e)의 개구는, 중공부(41b)로부터 크랭크 샤프트(24)측을 향하고 있다. 이에 반해, 기체의 압출구가 되는 연통 구멍(32f)의 개구는, 실린더 본체(25)의 직경 방향의 외측을 향하고 있다.

또한, 피스톤(33)이 상승하는 경우에도, 중공부(41b)와 커넥팅 로드(32)의 외측 공간 사이에 있어서, 일정한 기체의 흐름이 발생할 수 있다.

다음에, 본 실시예의 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예의 피스톤(33)은 실시예 1과 마찬가지로, 실린더 본체(25)의 내주측에 접촉하는 피스톤(33)의 외주면(33a)은 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성되고, 실린더 본체(25)의 직경보다 작은 직경의 수지제 구면으로 되어 있다. 이에 의해, 피스톤 상면(33c)이 받은 압축열은, 피스톤(33)에 의해 차열된다.

또한, 본 실시예의 압축기(1)에서는, 중공부(41b)의 공간과 크랭크 케이스(21)의 공간이 연통 구멍(32f)과 연통 구멍(32e)에 의해 연통되어 있다.

이 때문에, 중공부(41b)가 기체의 냉각풍(42)에 의해 냉각된다(도 4c 참조).

이들 구성에 의한 냉각 효과의 증강으로부터, 본 실시예의 압축기(1)는 커넥팅 로드와 피스톤의 결합부가 중실형인 종래 기술의 압축기보다도, 피스톤 링(34)의 변형을 방지할 수 있고, 수지제로 구형의 외주면(33a)에 의한 양호한 미끄럼 이동성에 의해, 시일성이 향상된다. 또한, 흡기하는 기체의 온도 상승을 방지할 수 있으므로, 체적 효율이 향상되고, 보다 안정된 운전을 행할 수 있다. 그리고, 압축 효율을 높일 수 있다. 또한, 피스톤(33)을 냉각함으로써, 커넥팅 로드(32)로의 전열이 발생하기 어려우므로, 커넥팅 로드(32)의 베어링 수명이 길어진다.

[실시예 3]

실시예 3에 대하여 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다. 본 실시예에는, 중공부(41b)에 있어서의 냉각 효과를 증강하고, 피스톤(33)의 방열을 보다 촉진할 수 있도록, 실시예 2에 대하여 피스톤 인서트 이면(41d)에 방열을 촉진하기 위한 냉각 부재가 더 구비되어 있다.

도 5a는, 도 4a에 도시하는 정면도에 있어서의 A-A 절단선에서 본 경우의, 본 실시예에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 구성예의 부분 단면도이다. 피스톤(33)의 피스톤 인서트 이면(41d)에 냉각 부재(냉각 핀(41f))가 구비되어 있다.

도 5b는, 냉각 부재로서 사용하는 냉각 휜(41e)이 구비된 피스톤 인서트 이면(41d)을 포함하는 피스톤(33)을 이면측에서 본 사시도이다. 이 형태에 있어서, 복수의 냉각 휜(41e)은 그 배열 방향이, 중공부(41b)의 내부 공간에 있어서의 냉각풍(42)의 흐름을 따르도록 설치되는 것이 바람직하다.

도 5c는, 냉각 부재로서 사용하는 냉각 핀(41f)이 구비된 피스톤 인서트 이면(41d)을 포함하는 피스톤(33)을 이면측에서 본 사시도이다. 피스톤 인서트(41)에는, 냉각 부재로서, 피스톤 인서트 이면(41d)으로부터 돌기한 다수의 냉각 핀(41f)이 구비되어 있다. 이 형태에서는, 다수의 냉각 핀(41f)이 지그재그 형상으로 배열되어 있다. 이 냉각 핀(41f)을 사용하는 경우에는, 하나의 냉각 핀(41f)의 주위에 기체가 많이 접하게 된다. 그 때문에, 중공부(41b)의 내부 공간에서의 기체의 흐름 방향에 대한 냉각 효율의 의존성은 낮아진다.

또한, 본 실시예에 있어서, 크랭크 케이스(21)에 설치되는 호흡 구멍(도시하지 않음)이나, 여과용의 호흡 필터(27)가 실시예 2와 마찬가지로 설치되어 있다.

다음에, 본 실시예의 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에 있어서도, 피스톤(33)의 외주면(33a)이 수지로 구성되어 있으므로, 실린더(22)의 내부에서 발생하는 압축열이 피스톤(33)에 의해 차열된다. 또한, 피스톤(33)과 커넥팅 로드(32) 사이에, 중공부(41b)가 형성되어 있으므로, 피스톤(33) 및 커넥팅 로드(32)를 포함하는 왕복동 부분의 질량이 저감되어 있다. 그 때문에, 왕복동 관성력에 기인하는 압축기 본체(10)의 진동을 개선할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 피스톤 인서트 이면(41d)에, 피스톤(33)으로부터의 방열을 촉진하기 위한 냉각 부재로서, 냉각 휜(41e) 또는 냉각 핀(41f)이 마련되어 있다. 이들 냉각 부재에 의해, 피스톤 인서트 이면(41d)으로부터의 방열량이 증가한다.

본 실시예의 압축기(1)는 피스톤(33)의 내부에, 암나사 구멍(41c)을 갖는 금속제의 피스톤 인서트(41)가 구비되고, 피스톤 인서트(41)가 커넥팅 로드(32)에 대하여, 크랭크 케이스(21)측으로부터 나사(35)로 고정되고, 중공부(41b)는 피스톤 인서트(41)와 커넥팅 로드(32) 사이에 형성된다. 그 때문에, 피스톤(33) 및 커넥팅 로드(32)를 포함하는 왕복동 부분의 질량이 저감된다.

압축실(22X)에 연결되는 흡기구(26AG)가 실린더 플레이트(26)에 설치되고, 중공부(41b)의 공간과 크랭크 케이스(21)의 공간이 연통 구멍(32f, 32e)에 의해 연통되어 있다. 그 때문에, 피스톤(33)으로부터의 방열이 촉진된다.

또한, 피스톤 인서트(41)의 크랭크 케이스(21)측의 면, 즉, 피스톤 인서트 이면(41d)에, 방열을 촉진하는 냉각 부재인 냉각 휜(41e)이나 냉각 핀(41f)을 갖는다. 그 때문에, 피스톤 인서트(41)에 냉각 부재를 마련하지 않는 경우보다도, 피스톤(33)으로부터의 방열이 더욱 촉진된다.

따라서, 본 실시예의 압축기(1)는, 상술한 실시예 2보다도, 커넥팅 로드(32)의 베어링의 수명이 상대적으로 길어진다.

[변형예]

변형예에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 본 변형예는, 실린더 본체(25)의 내부로 기체를 공급하는 흡기 밸브(26a)와 흡기구(26AG)의 구조가, 실린더 플레이트(26)에 흡기구(26AG)를 구비한 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3과 다르다.

도 8에 도시한 바와 같이, 실린더 플레이트(26)에, 토출구(26BG)와, 이 토출구(26BG)를 개폐하는 토출 밸브(26b)가 구비되어 있다. 토출구(26BG)로부터 토출된 압축 기체는 배출구(26BO)로부터 외부의 배관(7)을 통하여 탱크(3)로 송출된다.

실린더 본체(25)의 내부로의 기체의 공급은, 실린더 본체(25)의 단부의 측면에 마련된 흡기구(26AG)로부터 행해진다. 피스톤(33)의 왕복 동작에 연동하여, 흡기 밸브(26a)가 작동하고, 복수의 흡기구(26AG)가 개폐된다.

본 변형예에 있어서, 흡기구(26AG)는 피스톤(33)의 상사점보다도, 실린더 본체(25)의 축방향 하방에 배치되어 있다. 즉, 흡기구(26AG)가 상사점에 있어서의 피스톤(33)의 최상부보다도 하측에 배치되어 있으므로, 피스톤(33)이 상사점에 위치하고 있을 때에는, 흡기구(26AG)는 압축실(22X)에 노출되는 일이 없다.

다음에, 흡기를 위해, 피스톤(33)이 상사점의 위치로부터 하강하기 시작하면, 흡기구(26AG)가 실린더 내벽면(22a)에 노출된다. 이 단계에서, 실린더 내벽면(22a)에서 상대하는 복수의 흡기구(26AG)로부터 압축실(22X)의 내측에 기체가 공급되고, 기체의 충돌 압축이 일어난다. 이 경우, 팽창된 기체를 흡기하지 않고, 최종적으로 압축된 기체에 있어서의 체적 효율이 더욱 개선된다.

이와 같이, 본 변형예에 있어서도, 실린더 플레이트(26)에 설치된 토출구(26BG) 및 실린더 본체(25)의 단부의 측면에 마련된 흡기구(26AG)는 피스톤(33)을 사이에 두고 크랭크 샤프트(24)와 반대측에 배치되어 있다.

다음에, 본 변형예의 효과에 대하여 설명한다.

본 변형예에서는, 흡기구(26AG)가 피스톤(33)의 상사점보다도 실린더 본체(25)의 축방향의 하부에 배치되어 있다. 그 때문에, 외부의 기체를 흡기하여 압축할 때의 체적 효율이 더욱 향상된다.

본 변형예의 흡기 및 토출 기구는, 상술한 실시예 1 내지 실시예 3에 있어서의 피스톤 및 커넥팅 로드의 형태와 조합하여 사용할 수 있다. 그 경우, 기체의 압축률을 보다 높게 설정해도, 피스톤 및 커넥팅 로드에 중공부(41b)를 마련하여, 피스톤(33)의 이면측의 중공부(41b)로부터의 방열을 촉진하면, 본 변형예의 압축기(1)는 높은 체적 효율을 유지할 수 있다. 그 결과, 압축 효율이 높아진다.

따라서, 본 변형예의 압축기(1)는 커넥팅 로드와 피스톤의 결합부가 중실형인 종래 기술의 압축기보다도, 시일성이 향상되고, 압축률을 높게 설정해도 체적 효율을 유지할 수 있고, 보다 안정된 운전을 행할 수 있다. 또한, 피스톤(33)을 효율적으로 냉각할 수 있으므로, 커넥팅 로드(32)의 베어링의 수명이 길어진다.

[기타]

또한, 본 발명의 압축기는 공기나 냉매 등의 각종 기체를 압축하는 압축기 중, 요동 피스톤 방식을 채용할 수 있는 다양한 압축기에 적용 가능하고, 그 종류나 형식, 용도는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 상기의 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것도 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가 및 삭제 및 치환을 하는 것도 가능하다.

1: 압축기
2: 전동기
3: 탱크
4: 압축기 풀리
5: 전동기 풀리
6: 전동 벨트
10: 압축기 본체
21: 크랭크 케이스
22: 실린더
22a: 실린더 내벽면
22b: 실린더의 중심축
23: 실린더 헤드
24: 크랭크 샤프트
24a : 회전 중심축
25: 실린더 본체
26: 실린더 플레이트
26a: 흡기 밸브
26AG: 흡기구
26b: 토출 밸브
26BG: 토출구
27: 호흡 필터
30X: 피스톤 및 커넥팅 로드의 중심축
32: 커넥팅 로드
32b: 커넥팅 로드 오목부
32c: 나사용 관통 구멍
32d: 커넥팅 로드 볼록부
32e: 연통 구멍
32f: 연통 구멍
33: 피스톤
33a: 외주면
33b: 링 홈
33c: 피스톤 상면
33d: 외주부 중심
33e: 피스톤 볼록부
34: 피스톤 링
35: 나사
41: 피스톤 인서트
41a: 테두리부
41b: 중공부
41c: 암나사 구멍
41d: 피스톤 인서트 이면
42: 냉각풍

Claims (11)

1. 원통상의 실린더 본체 및 상기 실린더 본체의 단부를 폐쇄하는 실린더 플레이트를 적어도 갖는 실린더와,
   상기 실린더 내를 왕복동하는 피스톤과,
   상기 피스톤을 지지하는 커넥팅 로드와,
   상기 커넥팅 로드의 단부에 회전력을 부여하는 크랭크 샤프트
   를 구비하고,
   상기 피스톤은, 상기 크랭크 샤프트의 회전에 수반하여 상기 실린더 내를 요동하면서 왕복동하는 요동 피스톤이며,
   상기 피스톤은, 적어도, 상기 실린더 본체의 내주측에 접촉하는 면이 내마모성을 갖는 수지에 의해 구성되고,
   상기 피스톤의 외주면은 구면으로 되어 있고,
   상기 피스톤과 상기 실린더 본체와 상기 실린더 플레이트에 의해 압축실이 형성되고,
   상기 피스톤과 상기 커넥팅 로드 사이에 중공부가 형성되고,
   상기 압축실에 기체를 도입하기 위한 흡기구가, 상기 실린더 플레이트 또는 상기 실린더 본체의 단부의 측면에 배치되어 있는 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 크랭크 케이스가 구비되고,
   상기 중공부의 공간과 상기 크랭크 케이스의 공간이 연통 구멍에 의해 연통되어 있는 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 피스톤의 내부에, 암나사 구멍을 갖는 금속제의 피스톤 인서트가 구비되고,
   상기 피스톤 인서트가 상기 커넥팅 로드에 대하여 상기 크랭크 케이스의 측으로부터 나사로 고정되고,
   상기 중공부는, 상기 피스톤 인서트와 상기 커넥팅 로드 사이에 형성되어 있는 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 피스톤 인서트의 상기 크랭크 케이스의 측의 면에, 방열을 촉진하는 냉각 부재를 갖는 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각 부재가, 냉각 휜 또는 냉각 핀인 압축기.
6. 제2항에 있어서,
   상기 연통 구멍은, 2개 이상 마련되어 있는 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 연통 구멍은, 그 중 적어도 하나가 상기 크랭크 샤프트의 측으로 개구되어 있는 압축기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 연통 구멍은, 그 중 적어도 하나가 상기 실린더 본체의 직경 방향으로 개구되어 있는 압축기.
9. 제6항에 있어서,
   상기 연통 구멍 중 적어도 하나가 상기 크랭크 샤프트의 측으로 개구되고, 그 중 적어도 하나가 상기 실린더 본체의 직경 방향으로 개구되어 있는 압축기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 흡기구가 상기 실린더 플레이트에 배치되어 있는 압축기.
11. 제1항에 있어서,
    상기 흡기구가 상기 실린더 본체의 단부의 측면에 배치되어 있는 압축기.

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