KR100271841B1 - 알루미늄실린더용 비도금철제 제2압력링 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윤활유 스크래이핑 성능(lubricant-scraping property)을 유지함과 아울러 실린더 측면이 종방향으로 긁히는 것을 방지하는 제 2 압력 링을 안정적으로 제조하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 외주 활주면이 테이퍼 형상으로 하향 확산된 비도금된 철제 제 2 압력 링이 제공되는바, 상기 외주 활주면의 하단부는 축방향으로 0.15㎜ 이하의 범위에서 역 테이퍼 형상(2)으로 상향 확산 가공되고, 외주 활주면과 역 테이퍼 형상 가공부간의 접촉부는 마무리를 위하여 원통형으로 래핑(lapping) 가공된 래핑 가공부(3)를 구비한다.

Description

알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링 및 그 제조방법{SECOND PRESSURE RING FOR ALUMINUM CYLINDERS AND ITS PRODUCING METHOD}

본 발명은 알루미늄 실린더를 사용하는 내연기관의 피스톤에 장착되는 제 2 압력 링 및 그러한 제 2 압력 링의 제조방법에 관한 것이다.

종래 기술에 있어서, 일본 공개 특허 공보 제 1996-246087 호 및 제 1997-19757 호에 개시된 바와 같이, 근래에는 왕복형 내연기관의 실린더 라이너로서, 알루미늄 합금 캐스팅 방법에 의해 과 공정 알루미늄 규소 합금(hyper-eutectic aluminum-silicon alloy)으로 제조된 실린더 라이너(이하, 알루미늄 실린더라 칭함)가 개발되었다. 이러한 알루미늄 실린더는 내마모성이 우수하고, 윤활유의 소비가 적으며, 피스톤의 마모가 적고, 엔진의 경량화의 촉진에 기여하므로, 그것의 사용이 증가되는 추세에 있다.

그러한 알루미늄 실린더에 대항하여, 피스톤에는 일반적으로 3개의 피스톤 링으로 구성된 세트가 구비되어 있다. 이러한 3개의 피스톤 링은, 표면을 질화 처리한 상측 링(압력 링)과, 외주 활주면(sliding surface)을 크롬 도금한 제 2 압력 링과, 그리고 제 3 링으로서 오일 링[오일 스크레이핑 링(oil scraping ring)]으로 이루어진다. 부가하여, 예를 들면 A390 합금으로 제조된 것과 같은 알루미늄 실린더에 대항하여, 비 도금의 바늘형 주철(acicular cast iron)재의 압력 링을 제 2 압력 링으로 사용할 수 있다.

제 2 압력 링은 상측 링을 보완하기 위해 기밀성이 있어야 함과 동시에, 오일 링이 긁어내지 않은 채 남긴 잔류 윤활유를 긁어내리기 위한 어느 정도의 스크레이핑 성능(scraping property)을 지니는 것이 필요하다. 따라서, 제 2 압력 링에 대해, 그의 외주는 하향 확산형의 테이퍼를 이루거나 언더컷(undercut)을 갖는 테이퍼 형상으로 되어야 하고, 그의 활주면의 하단부는 예리한 연부 형상으로 형성하여야 하는 한편, 실린더의 긁힘을 방지하기 위해서, 활주면을 크롬 도금한 후에 테이퍼 형상 면을 연마하여 연부를 예리하고 매끈하게 마무리하여야 한다. 따라서, 스크레이핑 성능과 보어(실린더 측면)상으로의 종방향의 긁힘 방지를 겸비하는 것에는 가공상의 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 스크레이핑 성능을 보유함과 아울러 실린더 측면에 종방향 긁힘 발생을 방지하는 제 2 압력 링 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

청구항 1에 기재된 본 발명에 따른 알루미늄 실린더용 제 2 압력 링은, 비 도금의 철제이고 외주 활주면이 하향으로 확대된 테이퍼 형상인 것으로서, 상기 외주 활주면의 하단부에 축방향으로 0.15㎜ 이하의 범위로 상향으로 확산된 역 테이퍼 형상의 가공부를 구비하고 있고, 상기 외주 활주면과 역 테이퍼 가공부 사이의 접속부는 래핑 가공(lapped)하여 마무리 되는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 본 발명에 따른 알루미늄 실린더용 제 2 압력 링의 제조방법은, 상기 제 2 압력 링이 비 도금의 철제이고 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상인 것으로서, 제 2 압력 링의 외주 활주면의 하단부를 축방향으로 0.15㎜ 이하의 범위로 상향으로 확산된 역 테이퍼 형상으로 가공하는 단계와, 상기 외주 활주면과 상기 역 테이퍼 가공부 사이의 접속부를 원통형으로 래핑하여 마무리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 본 발명에 따른 알루미늄 실린더용 제 2 압력 링은, 비도금의 철제이고 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상인 것으로서, 상기 외주 활주면을 버프(buff) 가공하고, 외주 활주면의 하단부를 래핑 가공 마무리하는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 본 발명에 따른 알루미늄 실린더용 제 2 압력 링의 제조방법은, 상기 제 2 압력 링이 비 도금의 철제이고 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상인 것으로서, 외주 활주면을 버프 가공한 다음 외주 활주면의 하단부를 원통형으로 래핑가공하여 마무리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 본 발명에 따른 알루미늄 실린더용 제 2 압력 링은, 비도금의 철제이고 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상인 것으로서, 상기 외주 활주면이 두께 3㎛ 이상의 수지 코팅 층을 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 본 발명에 따른 알루미늄 실린더용 제 2 압축 링의 제조방법은, 상기 제 2 압축 링이 비도금의 철제이고 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상인 것으로서, 상기 외주 활주면상에 두께 3㎛ 이상의 수지 피막을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 도시하는 제 2 압력 링의 단면도,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 제 2 압력 링의 단면도,

도 3는 본 발명의 제 3 실시예를 도시하는 제 2 압력 링의 단면도,

도 4는 윤활유 소비량과 본 발명의 효과를 도시하는 도표,

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 테이퍼 가공부 2 : 역 테이퍼 가공부

3 : 래핑 가공부 4 : 버프 가공부

5 : 수지 코팅 R : 제 2 압력 링

본 발명은 도 1 내지 도 3을 참조하여 예시적인 실시예들을 통해서 보다 상세히 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 것이다. 도 1의 (a), (b), (c)는 본 발명에 의해 구현되는 비 도금의 주철제 또는 강제(이하, ″철제″로 언급함) 제 2 압력 링(R)의 단면 부근을 각각 도시하는 부분 단면도이다. 다시 말하면, (a)는 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이고, (b)는 외주부의 하단부에 계단 형상의 언더컷(stepped shaped undercut)을 갖는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이며, (c)는 후크형 단면의 유사한 계단 형상의 언더컷[이하 ″언더후크(underhook)″로 언급함]을 갖는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이다. 전술한 언더컷 또는 언더후크 부분은, 하부의 오일 링이 긁어내지 않은 잔류 윤활유를 제 2 압력 링이 긁어낼 때, 오일 저장 용량을 증대시키고, 유압의 상승을 제어하며, 또 윤활유의 역류를 방지하는데 효과가 있지만, 각각의 경우에 있어서, 외주 활주면의 테이퍼부는 유사할 것이다. 따라서, (a)의 경우를 예로들어 설명할 것이다.

먼저, 제 1 단계로서, 참조 번호(1)로 도시된 하향 확산형 테이퍼 가공부를 통상의 기계가공에 의해 형성한다. 그 다음, 외주 활주면의 하단부상에, 축방향(도 1에서 상 하방향)으로 h로 표시된 범위내에서 참조 번호(2)로 도시된 상향 확산형의 역 테이퍼 가공부를 형성한다. 여기서, h는 다음과 같이 표시된다.

h가 이 범위를 초과하면, 오일 스크레이핑 성능이 저하되고 또한 윤활유의 소비량이 증가하므로, h 값이 이 범위를 초과하는 것은 바람직하지 않다.

역 테이퍼 가공부(2)를 형성하는 것에 의해서, 외주 활주면의 하향 확산형 테이퍼 가공은 특별히 정밀한 표면 마무리를 필요하지 않으므로, 종래의 표면 거칠기로 될 수 있다.

그다음, 테이퍼 가공부(1)와 역 테이퍼 가공부(2)간의 접속부로서 결합부상에 원통형 래핑 마무리 가공부(3)를 형성하고, 그리고 최종적으로 종래 기술의 기법과 유사하게, 전체의 제 2 압력 링을 인산염 피막처리(phosphate coating)등으로 방식 처리하여 완성한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 도 2에서 (a), (b) 및 (c)는 각각 도 1에 도시된 것과 유사한 도면으로, 비 도금 철제의 제 2 압력 링(R)의 단면 부근을 도시한 부분 단면도이다. 다시 말하면, (a)는 그의 외주 활주면을 하향 확산형의 테이퍼 형상으로 한 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이다. (b)는 외주부의 하단부에 계단형 언더컷을 갖는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이다. (c)는 후크형 단면의 유사한 계단형 언더후크를 갖는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이다. 제 1 실시예와 같이, (a)의 경우를 설명할 것이다.

먼저, 외주 활주면을 통상의 기계가공 등으로 가공하여 하향 확산형 테이퍼 면을 형성한 다음, 전체의 외주 활주면을 참조 번호(4)로 표시된 바와 같이 버프 가공하여 외주 활주면의 하단부에서 기계가공시에 발생하기 쉬운 ″돌기(burr)″ 및 ″스크랩(scraps)″을 제거한다. 이러한 버프 가공에 의해, 활주면에서 조도 6.3 Z 이하의 매끈한 표면이 제공된다.

그다음, 활주면의 하단부상에 원통형 래핑 마무리 가공부(3)를 형성한 후에, 그것의 전체를 인산염 피막 처리하여 완성한다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 것으로, 도 3의 (a), (b), (c)는 각각 도 1 및 도 2의 것들과 유사하게 비 도금 철제 제 2 압력 링(R)의 단면 부근을 도시한 부분 단면도이다. 즉, (a)는 외주 활주면이 하향 확산형의 테이퍼를 이룬 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이고, (b)는 외주 하단부에 계단형 언더컷을 갖는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이며, (c)는 후크 섹션의 계단형 언더후크를 갖는 대략 사다리꼴 단면도를 도시한 것이다. 이하, (a)에 대해 설명할 것이다.

먼저, 외주 활주면을 통상의 기계 가공 등으로 가공하여 하향 확산형 테이퍼 면을 형성하고, 또한 이 활주면을 액체 호닝(liquid honing) 등에 의해 마무리한다. 그 다음, 전체 활주면상에 참조 번호(5)로 도시된 바와 같이 두께 3㎛ 이상, 바람직하게는 5 내지 10㎛의 수지 코팅을 도포한다. 피복물의 수지로서는, 4-염화 에틸렌 수지 등이 적합하다. 그러한 수지 코팅을 도포한 후에, 가열하여 강한 접착을 형성한다. 이 경우에, 래핑에 의한 마무리 또는 인산염 피복 처리는 불필요하다.

그러한 수지 코팅을 갖는 제 2 압력 링은 양호한 초기 적응성을 제공하는 것을 특징으로 한다.

전술한 각 실시예의 제 2 압력 링을 피스톤에 장착한 내연 기관의 구동 시험에 있어서, 어느 경우에도 알루미늄 실린더 측면으로의 종방향의 긁힘이 전혀 발견되지 않았다. 또한, 도 4는 종래 기술의 크롬 도금된 제 2 압력 링을 1로 가정하여 비교한 본 발명의 각 실시예의 제 2 압력 링의 윤활유 소비량을 도시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의해 구현되는 각각의 제 2 압력 링에서 윤활유의 소비량은 종래 기술의 것과 거의 같았다.

따라서, 본 발명에 따르면, 종래 기술의 것에 비해서 손색이 없는 스크레이핑 성능을 보유함과 아울러 알루미늄 실린더의 종방향 긁힘 발생을 방지하는 제 2 압력 링을 안정적으로 제공할 수 있는 우수한 효과를 얻을 수 있다.

지금까지 본 발명을 상세히 설명하였지만, 당업자는 본 명세서에서 설명한 바와 같이 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명이 변형되고 수정될 수 있음을 이해할 것이다.

명세서, 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함한 1997년 3월 14일자 출원된 일본 특허 출원 제 97-60265 호의 전체 내용은 전체적으로 참고로 인용된 것이다.

본 발명의 알루미늄 실린더용 제 2 압력 링은 종래의 제품에 비해 손색이 없는 스크레이핑 성능을 보유함과 동시에 실린더의 종방향 긁힘 발생을 방지한다.

Claims (6)

1. 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링에 있어서,

   상기 외주 활주면의 하단부에 축방향으로 0.15㎜ 이하의 범위로 상향으로 확산된 역 테이퍼 형상 가공부를 포함하며, 상기 외주 활주면과 상기 역 테이퍼 형상 가공부 사이의 접속부는 래핑 가공 마무리되어 있는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링.
2. 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링의 제조방법에 있어서,

   상기 제 2 압력 링의 외주 활주면의 하단부를 축방향으로 0.15㎜ 이하의 범위로 상향으로 확산된 역 테이퍼 형상으로 가공하는 단계와,

   상기 외주 활주면과 상기 역 테이퍼 형상 가공부 사이의 접속부를 원통형으로 래핑 가공하는 것에 의해 마무리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링의 제조방법.
3. 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링에 있어서,

   상기 외주 활주면이 버프 가공되어 있고, 상기 외주 활주면의 하단부는 래핑 가공 마무리되어 있는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링.
4. 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링의 제조방법에 있어서,

   상기 외주 활주면을 버프 가공하는 단계와,

   상기 외주 활주면의 하단부를 원통형으로 래핑 마무리 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링의 제조방법.
5. 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링에 있어서,

   상기 외주 활주면에 두께 3㎛ 이상의 수지 코팅층을 구비한 것을 특징으로 하는

   알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링.
6. 외주 활주면이 하향으로 확산된 테이퍼 형상으로 되어 있는 알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링의 제조방법에 있어서,

   상기 외주 활주면상에 두께 3㎛ 이상의 수지 코팅을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

   알루미늄 실린더용 비 도금 철제 제 2 압력 링의 제조방법.