KR100332538B1

KR100332538B1 - 압축기용 중공피스톤 제조방법

Info

Publication number: KR100332538B1
Application number: KR1020000020267A
Authority: KR
Inventors: 안휴남
Original assignee: 신영주; 한라공조주식회사
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2002-04-13
Also published as: EP1148235A1; KR20010096245A; JP2001304126A

Abstract

본 발명은 공기조화장치 압축기의 압축효율을 높일 수 있는 경량 중공(中空) 피스톤을 손쉽게 제조할 수 있는 압축기용 중공피스톤 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 압축기용 중공피스톤 제조방법에 따르면, 쌍몸체부 및 두 캡부를 각각 성형하고, 쌍몸체부의 각 헤드형성부 및 각 캡부의 헤드형성부의 선단면에 서로 대응하는 접합면을 각각 형성한다. 그리고, 쌍몸체부의 양측 접합면에 각 캡부의 접합면을 맞대고 이들을 상대회전시켜 발생하는 열에 이들을 서로 접합하여 양쪽에 중공부를 가진 쌍피스톤 반제품을 만든다. 다음에, 쌍피스톤 반제품의 외주면을 절삭하여 피스톤의 외경을 만들고, 쌍피스톤 반제품을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성한다. 다음에, 쌍피스톤 반제품의 각 헤드형성부 외주면을 연마하여 헤드 외주면을 형성하고, 사판 수용홈 및 슈 포켓을 각각 형성한 다음 쌍피스톤 반제품의 중앙부를 절단하여 두 개의 피스톤 반제품으로 분리하고, 각 피스톤 반제품의 선,후단면을 가공하여 두 개의 중공피스톤을 만든다.

Description

압축기용 중공피스톤 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HOLLOW PISTON OF COMPRESSOR}

본 발명은 공기조화장치의 가변용량형 사판식 압축기용 피스톤 제조방법에 관한 것으로, 특히, 경량의 중공(中空) 피스톤을 손쉽게 제조할 수 있는 압축기용 중공피스톤 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 냉방장치를 구성하는 압축기는 풀리를 통하여 전달되는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 공급되는 기상의 냉매를 압축하여 액화하기 쉬운 고온고압의 상태로 변화시켜 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기의 한 형태인 사판식 압축기는 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 경사지게 축설(軸設)된 디스크 형상의 사판(斜板)이 구동축에 의해 회전하고, 이 사판의 둘레를 따라 슈(shoe)를 개재하여 결합된 다수의 피스톤들이 실린더에 형성된 다수의 보어 내부에서 사판의 회전에 의하여 직선왕복운동함으로써 냉매가스를 흡입 및 압축하여 응축기쪽으로 배출하도록 되어 있다.

첨부된 도면중 도 1은 사판식 압축기중 가변용량형 사판식 압축기의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가변용량형 사판식 압축기는, 내부에 크랭크실(51a)과 흡입실(52a) 및 토출실(52b) 등의 밀폐공간을 형성하는 전,후방 하우징(51,52)과; 원주방향으로 배열된 다수의 보어(53a)를 가지고 상기 전,후방 하우징(51,52) 사이에 내장되는 실린더 블록(53)과; 상기 전방 하우징(51)의 중앙을 관통하여 크랭크실(51a)에 삽입되어 상기 실린더 블록(53)의 중앙에 회전가능하게 지지되는 구동축(54)과; 상기 크랭크실(51a) 내에서 구동축(54)의 회전에 따라 회전하도록 구동축(54)에 결합되는 러그 플레이트(55)와; 상기 구동축(54) 둘레로 설치됨과 아울러 상기 러그 플레이트(55)의 일측과 힌지결합되어 러그 플레이트(55)의 회전에 따라 회전하면서 상기 구동축(54)의 축방향으로의 슬라이딩에 의하여 경사각이 가변되는 사판(56)과, 상기 사판(56)의 둘레를 따라 슈(57)를 개재하여 결합되어 상기 사판(56)의 회전에 따라 상기 실린더(53)의 각 보어(53a) 내에서 왕복동하는 다수의 피스톤(58)과, 그리고 상기 피스톤(58)의 왕복동에 의한 보어 내부의 압력변화에 의하여 냉매가스의 흡입 및 토출을 제어하도록 실린더 블록(53)과 후방 하우징(52) 사이에 개재되는 밸브 유니트(60)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 크랭크실(51a), 흡입실(52a) 및 토출실(52b)의 압력을 조정하여 피스톤(58)의 이송량을 조정하는 제어밸브(62)와, 상기 러그 플레이트(55)와 사판(56) 사이에 탄성적으로 설치되어 러그 플레이트(55)의 비회전시 최소 경사각으로 사판(56)을 탄성지지하는 사판 지지용 스프링(63)이 더 구비된다.

이와 같은 가변용량형 사판식 압축기에 있어서 증발기로부터 이송되는 냉매를 압축하여 응축기로 배출하는 과정은 다음과 같이 이루어진다. 엔진의 동력에 의하여 구동축(54)이 회전하면 러그 플레이트(55)가 회전하고 이에 따라 사판(56)이 회전함으로써 피스톤(58)들은 사판(56)의 경사각과 비례하는 거리를 왕복동한다. 이러한 왕복동과정에 있어서 피스톤(58)이 크랭크실(51a)쪽으로 후진하는 동안에 흡입실(52a)의 냉매가 보어(53a) 내부로 유입되고, 다시 피스톤(58)이 전진하는 동안 보어(53a)에 유입된 냉매는 압축되어 높은 압력으로 토출실(52b)로 토출된 후 소정의 냉매유로를 통하여 응축기로 배출된다.

이상의 냉매압축과정에 있어서, 피스톤(58)의 중량은 피스톤(58)의 왕복동시운동방향과 반대방향으로 작용하여 구동축(54)의 회전력을 저하시키는 관성으로 작용하기 때문에 압축기의 압축효율에 큰 영향을 끼치게 된다. 이러한 점을 고려하여 압축기의 피스톤은 압축효율 향상을 위해 통상 경량의 소재로 제조되고 있고, 최근에는 내부에 중공을 가지게 함으로써 더욱 경량화된 피스톤들이 개발되어 가변용량형 압축기에 사용되고 있다.

중공피스톤은 그 부피의 대부분을 차지하는 원통형의 헤드 내부에 중공이 형성된 것으로서, 체적 대비 중량이 아주 가벼워 왕복동시 중량에 비례하는 관성이 아주 작다. 따라서, 중공피스톤을 채용하면 중량이 커 왕복동시 큰 관성을 발생하는 중실 피스톤을 채용할 때보다 상대적으로 압축기의 압축성능을 크게 높일 수 있다. 이러한 장점에도 불구하고 중공피스톤은 경량의 알루미늄 소재를 단조 또는 다이캐스팅하여 피스톤 반제품을 성형한 후 그 피스톤 반제품을 기계가공하여 최종적으로 중실 피스톤을 제조하는 방법에 비해 상대적으로 제조방법이 어렵다. 즉, 다이캐스팅 방법으로는 중공부를 가진 일체형 소재 피스톤을 단일공정으로 성형하는 것이 불가능하기 때문에, 몸체부와 요입공간을 가진 헤드부를 별개로 성형한 후 이들을 서로 접합하여 상기 요입공간이 중공부로 형성되도록 해야 하기 때문에 제조과정에 있어서 불량률이 많이 발생하고 제조원가도 상승되다.

하지만 중공피스톤은 중실 피스톤보다 압축기에 대한 압축효율 증진효과가 매우 크다는 강점을 가지기 때문에 중공피스톤을 보다 용이하게 제조할 수 있는 방법들이 다양하게 강구되어 왔다.

종래 대표적인 중공피스톤 제조방법으로는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와같이, 몸체부(41)와 캡부(42)를 각각 별개로 성형하고, 이들을 기계가공하여 서로 가결합(假結合)한 후, 진공상태에서 몸체부(41) 및 캡부(42)의 접합면(40a,40c)을 전자빔 용접으로 고착하는 단계를 거쳐 피스톤(4)을 제조하도록 되어 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금 소재를 다이캐스팅 공정 또는 단조공정을 통하여, 중앙의 브릿지형성부(41a), 상기 브릿지형성부(41a)의 한 쪽에 일체로 형성되는 헤드형성부(41b) 및 상기 브릿지형성부(41a)의 다른 쪽에 일체로 형성되는 파지부(41c)를 가진 소재 상태의 몸체부(41)를 성형하고, 한편으로 요입공간을 가진 헤드형성부(42b) 및 상기 헤드형성부(42b)의 막힌 쪽에 일체로 형성된 파지부(42c)를 가진 소재 상태의 캡부(42)를 성형한다(단조성형단계).

다음에, 상기 헤드형성부들(41b,42b)을 도 2에 도시된 점선(40b)을 따라 절삭가공하여 헤드형성부들(41b,42b)의 선단면에 이들이 억지끼움에 의하여 가결합될 수 있도록 서로 대응하는 접합면들(40a,40c)을 차례로 형성한다(용접전 절삭가공단계).

다음에, 상기 접합면들(40a,40c)에 의하여 상기 몸체부(41)와 캡부(42)를 도 3과 같이 가결합하여 지그(미도시)에 고정한 다음, 진공상태에서 접합면(40a,40c)을 전자빔 용접으로 서로 고착시켜 몸체부(41)과 캡부(42)를 일체로 접합시켜 피스톤 반제품을 만든다(전자빔용접단계).

다음에, 피스톤 반제품의 외주면을 절삭가공하여 1차로 헤드 외주면(4a)을 형성한 후(용접후 절삭가공단계), 피스톤 반제품의 표면 전체에 테프론을 코팅하여 내마모층을 형성하며(코팅단계), 이어 헤드 외주면(4a)을 2차로 연마하고 브릿지형성부(41a)의 일측을 절삭하여 사판수용홈(4b)과 슈 안치부(4c)을 차례로 형성하며(절삭가공단계), 마지막으로 양측의 파지부(41c,42c)를 절단하여 선,후단면(4d,4e)을 각각 형성함으로써 도 4에 도시된 바와 같은 중공피스톤(4)의 제조를 완성한다.

그러나, 이상과 같은 종래 중공피스톤 제조방법에 있어서는, 중공부(4f)를 형성하기 위해 몸체부(41)와 캡부(42)가 각각 별개로 성형되기 때문에 서로 접합되는 접합면(40a,40c)에 대한 정밀한 가공이 요구되고, 접합면(40a,40c)을 서로 용접하는데 소요되는 시간도 10초 이상으로 비교적 길어지며, 또 몸체부(41) 및 캡부(42)의 조립 및 조립후의 가공절차도 까다롭고 복잡하기 때문에 생산성이 크게 떨어지고 불량 발생률이 매우 높다. 또한, 알루미늄합금 소재인 몸체부(41)와 캡부(42)의 산화방지를 위해 진공분위기하에서 전자빔용접을 수행해야 하기 때문에, 고가(高價)의 장비를 필요로 하여 설비비 부담이 가중된다. 뿐만 아니라, 종래 중공피스톤 제조방법에 의하여 제조된 피스톤(4)의 경우, 전자빔용접 과정에서 미세한 구멍들이 피스톤(4)의 조직 내에 발생함에 따라 피스톤(4)의 내구성이 떨어지고, 또 그 미세한 구멍들을 통해 중공부 내에 냉매와 오일이 침투하여 냉매 및 오일 부족상태를 유발한다.

참고로, 일본 특개평 9-256952호에는 두 개의 피스톤 반제품을 축방향으로 일체화시킨 상태로 성형한 후 두 피스톤 외주면과 선,후단면을 동시에 기계가공하고 두 피스톤의 표면에 코팅층을 동시에 형성한 다음 사판 수용홈과 슈 안치부 등을 기계가공한 후 마지막으로 중앙을 절단하여 두 개의 피스톤을 동시에 제조함으로써 생산성 향상을 도모할 수 있는 피스톤 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 이제조방법에 있어서는 중실 피스톤의 제조에만 적용가능하여 전술한 바와 같은 중공피스톤 제조방법에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 쌍몸체부 및 두 캡부를 각각 성형한 후 쌍몸체부의 양쪽에 캡부를 각각 접합하여 2개의 중공부를 가진 쌍피스톤 반제품을 만들고 그 외주면에 소정의 공정을 행한 후 쌍피스톤 반제품을 분리하여 두 개의 중공피스톤을 만들 수 있도록 함으로써, 불량률, 설비비 및 가공비를 줄일 수 있어 피스톤 제조원가를 낮출 수 있고, 생산성 향상을 도모할 수 있으며, 피스톤 조직에 미세한 구멍이 생성되는 것을 억제할 수 있는 압축기용 중공피스톤 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 자동차 공기조화장치용 압축기의 구성을 나타내는 압축기 단면도이다.

도 2는 종래 압축기용 중공피스톤 제조방법에 따라 성형된 소재 상태의 피스톤 구성을 보인 단면도이다.

도 3은 종래 압축기용 중공피스톤 제조방법에 따라 전자빔 용접된 피스톤의 단면도이다.

도 4는 종래 압축기용 중공피스톤 제조방법에 따라 완성된 피스톤 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 성형된 소재 상태의 피스톤 구성을 보인 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 마찰용접된 소재 상태의 피스톤 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 헤드의 외주부가 절삭가공된 피스톤의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 헤드의 외주부가 연마가공완료된 피스톤의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 실시예 1에 따라 가공 완료된 중공피스톤의 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 소재 상태의 피스톤의 구성을 보인 단면도이다.

도 11은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조 완료된 중공피스톤 단면도이다.

도 12는 본 발명의 실시예 3에 따른 소재 상태의 피스톤의 구성을 보인 단면도이다.

도 13은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조 완료된 중공피스톤 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 2, 3 : 피스톤, 1a, 2a, 3a : 헤드 외주면,

1b, 2b, 3b : 사판 수용홈, 1c, 2c, 3c : 슈 안치부,

1d, 2d, 3d : 선단면, 1e, 2e, 3e : 후단면,

10, 20, 30 : 쌍피스톤 반제품,

10a, 10b, 20a, 20b, 30a, 30b : 접합면,

11, 21, 31 : 몸체부, 11a, 21a, 31a : 브릿지형성부,

11b, 21b, 31b : 헤드형성부, 12, 22, 32 : 캡부,

12b, 22b, 32b : 헤드형성부, 110, 210, 310 : 쌍몸체부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법은, 브릿지형성부 및 헤드형성부가 직렬 배치된 한 쌍의 몸체부가 대칭형으로 일체화된 쌍몸체부와, 원주면이 상기 쌍몸체부의 헤드성형부와 대응하는 헤드성형부를 이루고 상기 헤드형성부의 중심축상에 일측으로 돌출되는 파지부를 가지는 캡부를 각각 성형하는 단계와; 상기 쌍몸체부와 상기 캡부의 각 헤드형성부 선단면에 접합면을 형성하는 단계와; 상기 쌍몸체부의 양측 접합면에 상기 각 캡부의 접합면을 각각 맞대고 쌍몸체부와 두 캡부의 상대회전으로 발생하는 열에 의하여 이들을 접합하여 양쪽에 중공부를 가진 쌍피스톤 반제품을 만드는 단계와; 상기 쌍피스톤 반제품의 외주면을 절삭하여 피스톤 외경을 형성하는 단계와; 상기 쌍피스톤 반제품을 코팅하여 상기 쌍피스톤 반제품의 표면에 내마모층을 형성하는 단계와; 상기 쌍피스톤 반제품의 각 헤드형성부 외주면을 연마하여 헤드 외주면을 형성하는 단계와; 상기 쌍피스톤 반제품의 각 브릿지형성부 일측면을 절삭하여 사판 수용홈을 형성하는 단계와; 상기 각 사판 수용홈 양측 내벽을 절삭하여 슈 포켓을 각각 형성하는 단계와; 상기 쌍피스톤 반제품의 중앙을 절단하여 두 개의 중공피스톤을 만드는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법은, 쌍피스톤 반제품을 만든 다음, 상기 쌍피스톤 반제품의 양쪽면을 가공하여 파지부들을 제거한 후 쌍피스톤 반제품의 외주면을 가공하여 피스톤의 외경을 형성하는 단계와, 쌍피스톤 반제품의 브릿지형성부들의 요입공간들을 이루는 면을 가공하여 사판 수용홈들을 형성하는 단계와, 상기 쌍피스톤 반제품을 코팅처리하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 단계와, 상기 쌍피스톤 반제품의 가운데를 절단하여 두 개의 피스톤 반제품을 만드는 단계와, 그리고 상기 각 피스톤 반제품에 형성된 사판 수용홈을 이루는 양측면을 가공하여 슈 포켓들을 형성하는 단계를 거쳐 두 개의 중공피스톤들의 제조를 완성하도록 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법은, 전술한 바와 같이 코팅된 쌍피스톤 반제품의 사판 수용홈을 이루는 양측면을 가공하여 슈 포켓들을 형성한 다음 쌍피스톤 반제품의 가운데를 절단하여 두 개의 중공피스톤들의 제조를 완성하도록 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 쌍몸체부의 양측 접합면에 상기 각 캡부의 접합면을각각 맞대고 마찰용접하는 방법으로는 상온의 대기 분위기하에서 쌍몸체부를 고정한 상태에서 상기 각 캡부를 회전시킴으로써 발생하는 마찰열을 이용하는 방법이 채용되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 압축기용 중공피스톤 제조방법에 따르면, 두 개의 몸체부가 일체화된 쌍몸체부 및 한 쌍의 캡부를 각각 성형한 후 쌍몸체부의 양측에 한 쌍의 캡부를 상온의 대기 분위기하에서 마찰용접에 의해 접합하여 각 몸체부에 중공부를 형성할 수 있도록 이루어짐으로써 용접공정이 간단하여 제조공정에서 발생하는 피스톤 불량률, 설비비 및 가공비를 줄일 수 있어 중공 피스톤의 제조원가를 낮출 수 있다. 아울러 피스톤 조직 내에 압축기의 성능저하를 유발하는 미세한 구멍이 생성되지 않아 압축기 성능저하를 초래하지 않는다.

본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

<실시예 1>

도 5 내지 도 9를 참조하면서 본 발명의 실시예 1에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 대하여 설명한다.

1. 성형단계

우선, 압축기를 구성하는 사판 가장자리에 결합되는 부분으로서 브릿지형성부(11a)와 헤드형성부(11b)가 직렬배치되어 이루어진 2개의 몸체부(11,11)가 대칭형으로 일체화된 소재 상태의 쌍몸체부(110)와, 원주면이 상기 쌍몸체부(110)의 헤드형성부(11b)와 대응하는 헤드형성부(12b)를 이루고 이 헤드형성부의 중심축상에일측으로 돌출되는 파지부(12c)를 가지는 한 쌍의 캡부(12,12)를 각각 별도로 성형한다. 상기 쌍몸체부(110) 및 한 쌍의 캡부(12,12)는 단조 또는 주조공정을 통하여 성형되는 것이 바람직하다.

구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 몸체부(11)는 외주면 한 쪽에서 외주면의 다른 쪽 방향으로 요입형성된 요입공간(11c)에 의하여 이루어지는 브릿지형성부(11a)와, 이 브릿지형성부(11a)의 일측에 일체로 형성되는 헤드형성부(11b)로 이루어진다. 이와 같은 몸체부(11) 2개가 일체로 대칭형으로 직렬배치된 상태로 쌍몸체부(110)가 성형된다. 두 브릿지형성부(11a,11a)가 일체로 서로 맞붙은 상태로 쌍몸체부(110)가 성형됨으로써 각 몸체부(11)의 헤드형성부(11b)는 바깥쪽을 향하게 된다.

또한, 캡부(12)는 상기 헤드형성부(11b)와 대응하는 한 쪽이 개방된 중공원통형 헤드형성부(12b)를 가지고, 상기 헤드형성부(12b)의 막힌 쪽 면에는 파지부(12c)가 돌출형성된다.

그리고, 상기 몸체부(11)들 및 캡부(12)들은 모두 알루미늄 합금 소재로 주조(鑄造) 또는 단조(鍛造)를 통하여 가공여유를 갖도록 두텁게 성형된다.

2. 용접전 절삭단계

용접전 절삭단계에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 쌍몸체부(110) 및 캡부(12)들중 서로 대응하는 헤드형성부(11b,12b)들의 선단부를 절삭하여 서로 접합될 수 있는 접합면(10a,10b)을 각각 형성한다.

이 용접전 절삭단계는 후술하는 마찰용접을 위한 접합면(10a,10b)을 이루도록 평편도와 표면 조도를 맞추기 위한 단순 평삭가공(Planing)단계로서, 종래 압축기용 중공피스톤 제조방법에 있어서의 가결합을 위한 접합면을 형성하는 용접전 절삭가공단계에 비해 공정이 훨씬 단순하여 피스톤 불량률과 제조원가를 효과적으로 낮출 수 있다.

그리고, 이 용접전 절삭단계에서 쌍몸체부(110)의 헤드형성부(11b,11b)의 접합면(10a)쪽 중앙부를 도 5에 점선으로 도시된 바와 같이 오목하게 요입부(10c)를 절삭하는 공정을 접합면(10a,10b)을 가공하는 공정과 함께 수행하면 도 9에 도시된 바와 같이 중공피스톤(1)을 완성하였을 때 중공부(1f)를 확대할 수 있어 중공피스톤(1)을 경량화를 효과적으로 달성할 수 있다.

3. 마찰용접단계

마찰용접단계에서는 고정상태의 쌍몸체부(110)의 접합면(10a)들에 접합면(10b)이 밀착되도록 캡부(12,12)를 쌍몸체부(110)의 양측에 맞대고 캡부(12)들의 파지부(12c)들을 지그로 고정한 상태에서 캡부(12,12)를 가압회전시켜 접합면(10a,10b)들 사이에서 발생하는 마찰열에 의해 접합면(10a,10b)들이 용착되도록 하여 쌍몸체부(110) 양측에 캡부(12,12)를 접합한다. 이와 같이 쌍몸체부(110)의 양측에 캡부(12,12)가 접합되면 중공부를 가진 피스톤 반제품 2개가 맞붙은 모양의 쌍피스톤 반제품(10)을 얻을 수 있다.

이 마찰용접단계는 상온의 대기분위기하에서 이루어지고, 쌍몸체부(110) 및 캡부(12)들을 가압하면서 상대회전시킬 수 있는 단순한 구조의 장치에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 산화방지를 위한 진공 분위기 조건에서 수행되는 종래 전자빔용접방식에 비하여 설비비를 크게 줄일 수 있다. 또한 종래 전자빔용접의 경우 용접시간이 대략 10초 정도로 비교적 긴 시간이 소요되지만 본 발명에 있어서의 마찰용접시간은 대략 5초 이내 소요되므로 중공 피스톤의 생산성도 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 서로 용접된 접합면(10a,10b) 사이의 접합강도가 매우 우수하여 피스톤의 내구수명도 연장시킬 수 있다.

한편, 이 마찰용접단계에서 쌍몸체부(110)와 캡부(12)의 각 접합면(10a,10b)을 마찰시키는 방법으로는, 전술한 바와 같은 쌍몸체부(110)를 고정하여 캡부(12)를 가압회전시키는 방법 외에도, 상기 쌍몸체부(110)의 양측에 캡부(12)들을 맞댄 상태에서 이들을 동일방향으로 회전시킨 다음 그 중 하나를 정지시켜 두 접합면(10a,10b) 사이에서 발생되는 상대속도를 이용하는 방법, 쌍몸체부(110)의 양측에 캡부(12,12)를 맞댄 상태에서 캡부(12)들을 서로 마주보는 방향(즉, 쌍몸체부(110)쪽 방향)으로 가압하면서 캡부(12)들 사이에 배치된 쌍몸체부(110)를 회전시키는 방법 등이 채용될 수 있고, 이러한 경우에도 전술한 바와 같은 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

4. 용접후 절삭가공단계

용접후 절삭가공단계에서는, 마찰용접단계에서 얻어진 쌍피스톤 반제품(10)을 지그(미도시)에 고정한 상태에서 쌍피스톤 반제품(10)의 외주면을 선삭 가공하여 피스톤의 헤드 외주면(1a)(도 6의 점선으로 도시한 부분)을 형성한다.

5. 코팅단계

코팅단계에서는 상기 쌍피스톤 반제품(10)을 코팅처리하여 표면에 내마모층을 형성한다. 이 내마모층은 테프론과 같은 윤활성 내마모재로 이루어진 것으로서, 표면의 마모속도를 크게 완화시켜 피스톤의 내구수명을 연장하고 또 압축성능 저하의 요인으로 작용할 수 있는 피스톤 조직의 미세한 구멍을 제거하는 역할을 한다.

6. 연마가공단계

연마가공단계에서는 압축기의 실린더 보어 내부에서 피스톤이 왕복동할 때 보어 내벽에 대한 마찰력을 최소화하기 위하여 코팅단계를 거친 쌍피스톤 반제품(10)의 헤드 외주면(1a)을 연마하여 헤드 외주면(1a)의 표면조도(調度)를 균일하게 한다.

7. 홈 절삭가공단계

절삭가공단계에서는 도 7에 도시된 바와 같이 쌍피스톤 반제품(10)의 양측 브릿지형성부(11a,11a)의 요입공간(11c)(도 5 참조)을 형성하는 면을 절삭하여 압축기의 사판이 끼워질 수 있도록 대략 디귿자 형의 사판 수용홈(1b)을 형성하고, 이어 그 사판 수용홈(1b)의 양측 내벽 중앙을 절삭하여 반구형 슈가 안치될 수 있는 반구홈 형상의 슈 포켓(1c)을 각각 형성한다. 이 슈 포켓(1c)들에 반구형 슈가 각각 미끄럼 유동가능하게 안치되고 사판 수용홈(1b)을 통하여 피스톤이 사판에 결합되면 반구형 슈들의 평면부가 사판의 양측면을 지지함으로써 사판의 마찰을 감소시키고 피스톤이 사판의 경사각 변위에 따라 원활하게 왕복동할 수 있게 된다.

8. 절단단계

절단단계에서는 쌍피스톤 반제품(10)의 중앙 즉, 두 몸체부(11,11)의 연결부 와 쌍피스톤 반제품(10)의 양쪽 파지부(12c,12c)를 절단하여 도 8에 도시된 바와같은 두 개의 피스톤 반제품으로 만든 다음, 각 피스톤 반제품의 선,후단면(1d,1e)을 각각 절삭가공함으로써 실린더 보어의 내부에서 원활하게 왕복동할 수 있는 2개의 피스톤(1,1)을 최종적으로 완성한다.

상기한 바와 같이 실시예 1에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 있어서는, 단조나 주조로 각각 성형된 쌍몸체부(110)와 캡부(12,12)를 서로 대응하는 접합면(10a,10b)이 형성되도록 최소한의 가공을 한 다음 마찰용접으로 쌍몸체부(110)와 캡부(12,12)를 접합할 수 있으므로, 용접전의 가공공정을 단순화할 수 있다. 아울러 쌍몸체부(110)와 캡부(12,12)를 접합하기 위한 마찰용접이 상온의 대기분위기하에서 기계적인 단순 회전운동만으로 행해질 수 있기 때문에 고가의 설비를 사용할 필요가 없어 설비비 부담을 줄일 수 있다. 또한, 쌍피스톤 반제품(10)에 대하여 기계가공과 코팅공정을 동시에 행할 수 있기 때문에 피스톤 반제품을 각각 만들어 각 피스톤에 대하여 기계가공 및 코팅공정을 행하는 것보다 제조공정수를 줄일 수 있으므로 중공피스톤의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 쌍몸체부(110)와 캡부(12,12)를 접합하는 용접공정시간도 대략 5초 이내 정도로 짧아 중공피스톤의 불량률을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 중공피스톤의 생산성을 더욱 높일 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예 1에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 의한 상기한 바와 같은 이점은 종래 몸체부와 캡부를 용접에 의하여 접합하기 전에 가결합구조의 형성을 위하여 각 소재를 정밀가공하여야만 했고 또 알루미늄 합금재인 두 소재의 산화방지를 위하여 진공상태에서 전자빔 용접공정을 채용하여야만 했던 점과 비교해 볼 때 명확해진다. 또한, 실시예 1에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 있어서는 용접과정에서 산화현상이 발생하지 않아 피스톤 조직 내에 미세한 구멍을 발생치 않는다. 따라서, 종래 압축기용 중공피스톤 제조방법에 의해 양산된 피스톤에 비하여 실시예 1에 따라 제조된 중공피스톤(1)은 내구수명이 길고 압축성능의 저하를 유발하지 않는다.

<실시예 2>

도 10 및 도 11을 참조하면서 본 발명의 실시예 2에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 대하여 설명한다.

실시예 2에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법은 전술한 실시예 1과 동일한 제조공정에 따라 중공피스톤을 제조할 수 있도록 이루어지지만, 도 10과 도 5의 비교에 의하여 알 수 있듯이, 실시예 1과는 달리 실시예 1에 있어서의 중공부(1f)와 대응하는 중공부(2f)를 구성하는 것만 다르게 이루어져 있다.

즉, 실시예 2에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 있어서는, 성형단계에서, 브릿지 형성부(21a)와 일체로 형성된 헤드형성부(21b)가 실시예 1에 있어서의 헤드형성부(11b)보다 상당히 긴 길이를 가짐과 아울러 캡부(22)와 결합되는 쪽이 개방되어 중공원통형을 이루도록 쌍몸체부(210)가 성형되고, 각 캡부(22)는 그 헤드형성부(22b)가 실시예 1에 있어서의 헤드형성부(12b)보다 상대적으로 짧은 길이를 가지도록 성형된다.

따라서, 실시예 2에 따르면, 쌍몸체부(210) 및 캡부(22,22)의 가공에 있어서는 실시예 1에서 사용되는 지그(미도시)와는 단지 규격만 다른 지그(미도시)가 사용되고, 기타 마찰용접단계, 용접후 절삭가공단계, 코팅단계, 연마가공단계, 홈 절삭가공단계 및 절단단계는 실시예 1과 동일하게 수행된다.

구체적으로, 쌍몸체부(210) 및 캡부(22,22)의 서로 대응하는 헤드형성부(21b,22b)들 선단에 절삭가공에 의하여 접합면(20a,20b)을 각각 형성하고, 다음에 쌍몸체부(210) 및 캡부(22,22)를 상온의 대기분위기하에서 마찰용접에 의하여 서로 접합하여 쌍피스톤 반제품(20)을 만들며, 다음에 쌍피스톤 반제품(20)의 외주면을 절삭하여 헤드 외주면(2a)을 형성하고, 다음에 쌍피스톤 반제품(20) 전체를 코팅처리하여 표면에 내마모층을 형성하며, 다음에 헤드 외주면(2a)을 연마하고, 다음에 요입공간(21c)을 이루는 면을 절삭가공하여 사판 수용홈(2b)과 슈 포켓(2c)을 형성하며, 마지막으로 쌍피스톤 반제품(20)을 절단함과 아울러 파지부(22c,22c)를 절단하여 선,후단면(2d,2e)을 각각 가지는 두 중공피스톤(2,2)을 완성한다.

물론, 몸체부(21)의 헤드형성부(21b)가 캡부(22)의 헤드형성부(22b) 보다 짧게 이루어지거나 헤드형성부(21b,22b)가 동일한 길이를 가지도록 쌍몸체부(210) 및 캡부(22,22)를 성형하여 상기한 단계를 차례로 거쳐 두 중공피스톤(2,2)을 제조하는 방법도 실시예 2의 범위에 포함되어야 한다.

<실시예 3>

도 12 및 도 13을 참조하면서 본 발명의 실시예 3에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 대하여 설명한다.

실시예 3에 있어서는, 실시예 1과 같이 단조 또는 주조에 의하여 브릿지형성부(31a) 및 중실원통형 헤드형성부(31b)를 가지는 쌍몸체부(310) 및 한 쪽이 개방된 중공부를 가지는 캡부(32,32)를 각각 성형한다. 다음에 서로 대응하는 헤드형성부(31b,32b)의 선단에 각각 단차를 갖는 접합면(30a,30b)를 형성한다.

구체적으로 헤드형성부(31b)에는 그 외주면이 절삭되어 단차를 갖는 접합면(30a)이 형성되고, 캡부(32)에는 그 내주면이 절삭되어 단차를 갖는 접합면(30b)이 형성되며, 상기 접합면(30a,30b)을 맞댄 상태에서 쌍몸체부(310) 및 캡부(32,32)를 상대회전시켜 접합면(30a,30b)들을 마찰용접함으로써 중공부(3f)를 양쪽에 가지는 쌍피스톤 반제품(30)을 얻을 수 있다. 상기한 바와 같이 쌍몸체부(310) 및 캡부(32)들에 서로 대응하여 결합될 수 있는 단차를 가진 접합면(30a,30b)이 형성되면 쌍몸체부(310)에 캡부(32)들을 손쉽게 가결합할 수 있기 때문에 마찰용접단계를 손쉽게 수행할 수 있다는 이점이 있다는 점에서 전술한 실시예들과 차별된다.

그리고 나머지 단계들은 전술한 실시예들과 동일하게 이루어지며, 최종적으로 두 개의 중공피스톤(3,3)을 완성한다.

미설명부호 3a는 헤드 외주면, 3b는 사판 수용홈, 3c는 슈 안치부, 3d 및 3e는 피스톤의 선,후단면, 그리고 31c는 브릿지형성부(31a)에 형성된 요입공간을 나타낸다.

<실시예 4>

실시예 4에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법은, 전술한 실시예들에 있어서와 같은 단계를 거쳐 쌍피스톤 반제품(10,20,30)을 만들고, 상기 쌍피스톤 반제품의 양쪽면을 가공하여 파지부들(12c,22c,32c)을 제거한 후 쌍피스톤 반제품의 외주면을 가공하여 피스톤의 외경을 형성하는 단계와, 쌍피스톤 반제품(10,20,30)의 브릿지형성부(11a,21a,31a)들의 요입공간(11c,21c,31c)들을 이루는 면을 가공하여 사판 수용홈(1b,2b,3b)들을 형성하는 단계와, 상기 쌍피스톤 반제품을 코팅처리하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 단계와, 상기 쌍피스톤 반제품(10,20,30)의 가운데를 절단하여 두 개의 피스톤 반제품을 만드는 단계와, 그리고 상기 각 피스톤 반제품에 형성된 사판 수용홈(1b,2b,3b)을 이루는 양측면을 가공하여 슈 포켓(1c,2c,3c)들을 형성하는 단계를 거쳐 두 개의 중공피스톤들(1,1;2,2;3,3)의 제조를 완성하도록 이루어진다는 것을 제외하고 나머지 구성 및 작용이 전술한 실시예들과 동일하다.

<실시예 5>

실시예 5에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법은, 전술한 실시예 5에 있어서의 코팅단계까지는 동일하다. 그리고, 코팅된 쌍피스톤 반제품(10,20,30)의 사판 수용홈(1b,2b,3b)을 이루는 양측면을 가공하여 슈 포켓(1c,2c,3c)들을 형성한 다음 쌍피스톤 반제품의 가운데를 절단하여 두 개의 중공피스톤들(1,1;2,2;3,3)의 제조를 완성하도록 이루어진다는 것을 제외하고 나머지 구성 및 작용이 전술한 실시예 5와 동일하다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 압축기용 중공피스톤 제조방법에 있어서는, 단조 또는 주조를 통해 성형된 쌍몸체부와 두 캡부를 최소한의 절삭가공만을 거치도록 한 후 마찰용접으로 접합할 수 있도록 함으로써, 용접전 가공공정을단순화할 수 있다.

또한, 쌍몸체부와 두 캡부를 단순한 상대회전운동만으로 접합할 수 있으므로 고가의 장비를 요하지 않아 중공피스톤 제조장치 설비비용을 줄일 수 있다.

또한, 용접강도가 우수하고 용접과정에서의 산화현상이 없어 용접불량을 줄일 수 있는 한편 중공피스톤 조직 내에 미세한 구멍을 발생치 않기 때문에, 중공피스톤의 내구수명을 늘일 수 있을 뿐만 아니라 중공피스톤의 중공부 내부로 냉매가 충전되는 것을 방지할 수 있어 압축성능저하를 방지할 수 있다.

또한, 쌍피스톤 반제품을 가공하도록 함으로써 두 개의 피스톤에 대한 동시가공효과를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 용접공정이 손쉽고 용접시간도 짧은 시간이 소요되므로 중공피스톤의 생산성 향상 및 제조원가 절감을 도모할 수 있다.

Claims

요입공간을 가진 브릿지형성부와 헤드형성부가 직렬 배치된 한 쌍의 몸체부가 대칭형으로 일체화된 쌍몸체부를 성형하고, 원주면이 상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부와 대응하는 헤드형성부를 이루고 이 헤드형성부의 중심축상에 일측으로 돌출되는 파지부를 가지는 한 쌍의 캡부를 성형하는 단계와;

상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부 및 상기 캡부들의 각 헤드형성부의 선단면에 서로 대응하는 접합면을 각각 형성하는 단계와;

상기 쌍몸체부의 양측 접합면에 상기 각 캡부의 접합면을 맞대고 이들을 상대회전시켜 발생하는 열에 의하여 상기 쌍몸체부 양측에 각각 두 캡부를 접합하여 양쪽에 중공부를 가진 쌍피스톤 반제품을 만드는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 외주면을 절삭하여 피스톤의 외경을 만드는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 각 헤드형성부 외주면을 연마하여 헤드 외주면을 형성하는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 각 브릿지형성부에 형성된 요입공간을 이루는 면을 절삭하여 사판 수용홈을 형성한 후 그 사판 수용홈의 양측 내벽을 절삭하여 반구면 형상의 슈 포켓을 형성하는 단계와; 그리고,

상기 쌍피스톤 반제품의 중앙부를 절단하여 두 개의 피스톤 반제품으로 분리하여 각 피스톤 반제품의 선,후단면을 가공하여 두 개의 중공피스톤을 만드는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 쌍몸체부의 양측에 각각 캡부를 접합하여 양쪽에 중공부를 각각 가진 쌍피스톤 반제품을 만드는 단계는 상온의 대기분위기하에서 수행됨을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 쌍몸체부를 고정한 상태에서 그 양쪽 접합면에 캡부를 각각 맞대고 각 캡부를 회전시킴으로써 쌍피스톤 반제품을 만드는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 각 캡부를 고정한 상태에서 상기 쌍몸체부를 회전시킴으로써 쌍피스톤 반제품을 만드는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 1 항 또는 2 항에 있어서,

상기 쌍몸체부의 양쪽 접합면과 상기 각 캡부의 접합면에 서로 대응하는 단을 형성하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부는 상기 캡부의 헤드형성부에 비하여 상대적으로 길게 성형됨으로써 쌍몸체부의 각 헤드형성부 내부에 한 쪽이 개방된 중공부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 캡부의 헤드형성부는 상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부에 비하여 상대적으로 길게 성형됨으로써 상기 캡부의 헤드형성부 내부에 한 쪽이 개방된 중공부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
제 7 항에 있어서,

상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부 선단면에 접합면을 형성할 때 그 중앙부에 요입부를 형성하여 중공부를 확대 형성함을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
요입공간을 가진 브릿지형성부와 헤드형성부가 직렬 배치된 한 쌍의 몸체부가 대칭형으로 일체화된 쌍몸체부를 성형하고, 원주면이 상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부와 대응하는 헤드형성부를 이루고 이 헤드형성부의 중심축상에 일측으로 돌출되는 파지부를 가지는 한 쌍의 캡부를 성형하는 단계와;

상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부 및 상기 캡부들의 각 헤드형성부의 선단면에서로 대응하는 접합면을 각각 형성하는 단계와;

상기 쌍몸체부의 양측 접합면에 상기 각 캡부의 접합면을 맞대고 이들을 상대회전시켜 발생하는 열에 의하여 상기 쌍몸체부 양측에 각각 두 캡부를 접합하여 양쪽에 중공부를 가진 쌍피스톤 반제품을 만드는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 양측면을 절삭함과 아울러 외주면을 가공하여 피스톤의 외경을 만드는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 각 브릿지형성부에 형성된 요입공간을 이루는 면을 절삭하여 사판 수용홈을 각각 형성하는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 중앙부를 절단하여 두 개의 피스톤 반제품으로 분리하는 단계와;

상기 피스톤 반제품에 형성된 각 사판 수용홈의 양측 내벽을 절삭하여 반구면 형상의 슈 포켓들을 형성함으로써 두 개의 중공피스톤을 만드는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.
요입공간을 가진 브릿지형성부와 헤드형성부가 직렬 배치된 한 쌍의 몸체부가 대칭형으로 일체화된 쌍몸체부를 성형하고, 원주면이 상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부와 대응하는 헤드형성부를 이루고 이 헤드형성부의 중심축상에 일측으로 돌출되는 파지부를 가지는 한 쌍의 캡부를 성형하는 단계와;

상기 쌍몸체부의 각 헤드형성부 및 상기 캡부들의 각 헤드형성부의 선단면에서로 대응하는 접합면을 각각 형성하는 단계와;

상기 쌍몸체부의 양측 접합면에 상기 각 캡부의 접합면을 맞대고 이들을 상대회전시켜 발생하는 열에 의하여 상기 쌍몸체부 양측에 각각 두 캡부를 접합하여 양쪽에 중공부를 가진 쌍피스톤 반제품을 만드는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 양측면을 절삭함과 아울러 외주면을 가공하여 피스톤의 외경을 만드는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품의 각 브릿지형성부에 형성된 요입공간을 이루는 면을 절삭하여 사판 수용홈을 각각 형성하는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품을 코팅하여 그 표면에 내마모층을 형성하는 단계와;

상기 쌍피스톤 반제품에 형성된 각 사판 수용홈의 양측 내벽을 절삭하여 반구면 형상의 슈 포켓들을 형성하는 단계와; 그리고,

상기 쌍피스톤 반제품의 중앙부를 절단하여 두 개의 중공피스톤을 만드는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 중공피스톤 제조방법.