KR100391004B1 - 헤드부가 무기공 다이 캐스팅에 의해 형성된 경사판식압축기 피스톤의 제조방법 - Google Patents

헤드부가 무기공 다이 캐스팅에 의해 형성된 경사판식압축기 피스톤의 제조방법 Download PDF

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Abstract

압축기의 실린더 보어 (12) 에 슬라이드 가능하게 끼워지는 헤드부 (72) 와, 압축기의 경사판 (60) 과 맞물리는 맞물림부 (70) 를 포함하는 경사판식 압축기용 피스톤을 제조하는 방법으로서, 상기 헤드부에 대응하는 중공의 원통형 헤드부 (168) 와, 상기 맞물림부에 대응하는 맞물림부 (165) 를 포함하는 소재는 무기공 다이 캐스팅법에 의해 형성되어서, 상기 헤드부와 상기 맞물림부는 이 헤드부의 폐쇄 단부에서 서로 일체로 형성되며, 폐쇄 부재 (164) 는 중공의 원통형 헤드부에 고정되어 그 개구 단부를 폐쇄함으로써, 피스톤의 헤드부를 제공한다.

Description

헤드부가 무기공 다이 캐스팅에 의해 형성된 경사판식 압축기 피스톤의 제조방법 {METHOD OF PRODUCING A SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR PISTON WHOSE HEAD PORTION IS FORMED BY PORE-FREE DIE-CASTING}
본 발명은 경사판식 압축기용 피스톤을 제조하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 중공의 원통형 헤드부를 가진 피스톤을 제조하는 방법에 관한 것이다.
경사판식 압축기에 사용되는 피스톤은 압축기의 실린더 블럭에 형성된 실린더 보어내에 슬라이드 가능하게 끼워지는 헤드부와, 경사판과 슬라이드 가능하게 맞물리는 맞물림부를 가진다. 피스톤이 실린더 보어내를 왕복운동하기 때문에, 피스톤의 무게를 감소시키는 것이 바람직하다. 통상적으로, 단일 헤드형 피스톤은 경사판의 경사 각도가 변화하여 압축기의 토출용량을 변화시키는 가변용량형의 경사판식 압축기에 사용된다. 단일 헤드형 피스톤이 가변용량형 경사판식 압축기에 사용될 때, 압축기의 안정된 작동을 성취하며 작동동안 압축기의 소음을 감소시키도록 특히 그 무게를 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해, 중공의 헤드부를 가진 피스톤을 형성하도록 여러 가지 방법이 제안되어 왔다.
중공의 헤드부를 가진 피스톤을 형성하는 방법의 일예로서, 양단부 중 일단에서 개구된 중공의 원통형 헤드 부재와, 이 헤드 부재의 개구 단부를 폐쇄하기 위해 커버가 일체로 형성되는 맞물림 부재를 단조가공함으로써 형성된다. 맞물림 부재는 압축기의 경사판과 맞물린다. 헤드 부재와 맞물림 부재는, 헤드 부재의 개구 단부가 커버에 의해 폐쇄된 상태로, 용접에 의해 함께 연결된다. 이 방법에 따라, 헤드 부재의 원통형 벽두께를 감소시킴으로써 피스톤의 무게가 감소될 수 있다. 그러나, 상기 설명된 바와 같이 형성된 피스톤에 있어서, 헤드 부재와 맞물림 부재가 연결되는 연결부는 피스톤의 축선방향 중간부에 위치하여, 피스톤의 왕복운동동안 연결부에서 비교적 큰 힘이 피스톤에 작용하여 피스톤의 내구성을 바람직하지 못하게 열화시키는 경향이 있다. 또한, 이 방법은 피스톤의 제조 비용을 증가시킨다.
중공의 헤드부를 가진 피스톤을 형성하는 다른 방법으로서, 본체 부재가 다이 캐스팅에 의해 형성된다. 본체 부재는 개구 단부와 폐쇄 단부를 갖는 중공의 원통형 헤드부와, 이 헤드부와 일체로 형성되는 맞물림부를 포함한다. 폐쇄 부재는 개구 단부를 폐쇄하도록 헤드부에 고정된다. 그러나, 종래의 다이캐스팅법에 의해 형성된 본체 부재의 헤드부는 원통형 벽두께가 충분히 감소되지 않아, 이 원통형 벽두께를 감소시키도록 그 내주면상을 기계가공할 필요가 있다.
본 발명은 상기 설명된 배경을 감안하여 행해진다. 본 발명의 목적은 헤드부가 충분히 감소된 벽두께를 가지며 상대적으로 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 경사판식 압축기 피스톤을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 피스톤이 설치된 경사판식 압축기의 정단면도;
도 2 는 도 1 에 도시된 피스톤의 부분 정단면도;
도 3 은 폐쇄 부재가 본체 부재에 고정된 후에, 도 2 의 피스톤을 제조하는데 사용되는 본체 부재를 나타내는 부분 정단면도;
도 4 는 본 발명에 따른 무기공 다이 캐스팅법에 의해 형성된 피스톤용 소재를 나타내는 정단면도;
도 5a 내지 도 5c 는 무기공 다이 캐스팅법에 따라서 소재를 다이 캐스팅하는 공정을 설명하는 도면;
도 6 은 소재를 다이 캐스팅하는데 사용되는 캐스팅 금형의 측단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 실린더 블럭 12 : 실린더 보어
14 : 단일 헤드형 피스톤 16 : 프론트 하우징
18 : 리어 하우징 22 : 흡기실
24 : 토출실 116 : 본체부
118 : 폐쇄 부재 120 : 내주면
160 : 소재 162 : 본체 부재
164 : 폐쇄 부재 168 : 헤드부
170 : 내주면 210 : 캐스팅 금형
212 : 금형 캐비티
상기 설명된 목적은, 본 발명의 이해를 보다 용이하게 하기 위해, 본 발명의 기술적인 특징들의 가능한 조합을 나타내고 명확히 하도록, 각각이 첨부된 청구항과 동일하게 부호가 붙여져 있으며 적절하게 다른 형태 또는 형태들에 따른, 본 발명의 다음의 형태 또는 모드들 중 어느 하나에 따라 성취될 수 있다. 본 발명이 하기 설명되는 기술적인 특징들 및 이들의 조합에 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 또한, 다른 기술적인 특징들과 결합하여 하기에 설명된 기술적인 특징은 다른 기술적인 특징들과 독립하여 본 발명의 주제를 이룰 수 있다.
(1) 압축기의 실린더 보어내에 미끄럼 가능하게 끼워지는 헤드부와, 압축기의 경사판과 맞물리는 맞물림부를 포함하는 경사판식 압축기용 피스톤을 제조하는 방법으로서, 헤드부에 대응하며 폐쇄 단부와 개구 단부를 가지는 중공의 원통형 헤드부와, 맞물림부에 대응하며 폐쇄 단부에서 상기 중공의 원통형 헤드부와 일체로 형성되는 맞물림부를 포함하는 소재를 무기공 (pore-free) 다이 캐스팅법에 의해 형성하는 단계와; 중공의 원통형 헤드부에 폐쇄 부재를 고정하여, 개구 단부를 폐쇄함으로써, 피스톤의 헤드부를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
무기공 다이 캐스팅법은, 금형 캐비티가 산소와 같은 활성 가스로 충전되는 동안, 캐스팅 금형의 금형 캐비티내로 용융 알루미늄 합금과 같은 금속의 용탕을 도입함으로써, 다이 캐스트 제품내에 가스가 포획되는 것을 방지하여, 금형 캐비티가 용탕과 활성 가스 사이의 반응에 기인하여 높은 진공 상태에 놓이게 된다.상기에 설명된 무기공 다이 캐스팅법에 의해 형성된 다이 캐스트 제품은 상대적으로 작은 벽두께로 높은 기계적인 강도를 나타낸다. 폐쇄 부재가 맞물림부로부터 떨어진 측상의 중공의 원통형 헤드부의 개구 단부를 폐쇄하는 본 장치는, 폐쇄 부재가 맞물림부 측상의 헤드부의 개구 단부를 폐쇄하는 장치보다, 사용시 피스톤의 보다 높은 내구성을 보장한다.
본 발명에 따른 방법이 가변용량형의 경사판식 압축기에 사용되는 단일 헤드형 피스톤을 제조하기에 적절하지만, 본 방법은 고정용량형의 경사판식 압축기에 사용되는 피스톤과 2 중 헤드형 피스톤을 제조하는데에도 동일하게 적용가능하다.
(2) (1) 항에 있어서, 헤드부를 제공하는 금형 반부들 중 적어도 일부분에, 중공의 원통형 헤드부의 중심선을 포함하는 분할면을 형성하는 2 개의 금형 반부로 이루어지며, 헤드부의 중심선에 평행한 방향으로 이동가능하며, 헤드부의 내주면을 제공하는 슬라이드 코어가 구비되는 캐스팅 금형을 준비하는 단계를 더 포함하는 방법.
상기 (2) 항에 따른 장치는 피스톤의 중공의 헤드부를 제공하는 중공의 원통형 헤드부를 포함하는 소재를 용이하게 다이 캐스팅할 수 있도록 한다.
(3) 상기 (1) 항 또는 (2) 항에 있어서, 중공의 원통형 헤드부가 1.8 mm 이하의 원통형 두께를 가지는 방법.
상기 설명된 무기공 다이 캐스팅법은 얇은 벽의 다이 캐스트 제품을 제조하는데 유익하다. 피스톤용 소재를 제조할 때 다이 캐스팅 조건을 적절히 결정함으로써, 소재의 헤드부의 원통형 벽두께가 1.8 mm 이하, 1.5 mm 이하 또는 1.2 mm이하로 감소될 수 있다.
(4) 상기 (1) 항 내지 (3) 항 중 어느 하나에 있어서, 소재를 형성하는 단계는 각각이 맞물림부와 중공의 원통형 헤드부를 가지며, 맞물림부 측상의 단부에서 서로 일체로 연결되는 2 개의 본체 부재를 형성하여, 상기 2 개의 본체 부재의 중공의 원통형 헤드부가 서로 동심을 이루며, 상기 2 개의 본체 부재의 헤드부 각각은 맞물림부로부터 떨어진, 양단부 중 하나에서 개구되는 단계를 포함하는 방법.
상기 (4) 항에 따른 장치는 각각의 피스톤용 본체 부재를 다이 캐스팅하는 비용을 감소시키면서 그 후에 실행되는 기계가공을 용이하게 하여서, 피스톤의 제조비용을 감소시킨다.
(5) 상기 (1) 항 내지 (4) 항 중 어느 하나에 있어서, 중공의 원통형 헤드부의 내주면의 적어도 일부분이 기계가공되지 않는 방법.
무기공 다이 캐스팅법은 높은 기계적인 강도와 치수 정확도를 갖는 얇은 벽의 다이 캐스트 제품의 제조를 가능하게 한다. 따라서, 무기공 다이 캐스팅법에 의해 형성된 본체 부재는 폐쇄 부재가 고정되는 축선방향 개구 단부를 제외한, 원통형 헤드부의 적어도 내주면상을 기계가공할 필요가 없다.
(6) 상기 (1) 항 내지 (5) 항 중 어느 하나에 있어서, 소재를 형성하는 단계는, 일체로 된 프리커서의 제 1 부를 형성하는 제 1 캐비티부와 상기 일체로 된 프리커서의 제 2 부를 형성하는 제 2 캐비티부를 포함하는 금형 캐비티를 갖는 캐스팅 금형을 사용함으로써, 소재를 제공하는 제 1 부분과 폐쇄 부재를 제공하는 제 2 부분을 포함하는 일체로 된 프리커서를 무기공 다이 캐스팅을 행함으로써 형성하는단계를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 캐비티부는 서로 연통하도록 유지되는 방법.
본 장치에 있어서, 폐쇄 부재를 제공하는, 일체로 된 프리커서의 제 2 부분은 소재를 제공하는, 일체로 된 프리커서의 제 1 부분과 동시에 및 함께 다이 캐스팅된다. 상기 소재와 폐쇄 부재는 고효율로 일단계에서 제조될 수 있는 일체로 된 프리커서를 절단함으로써 얻어진다. 따라서, 다이 캐스팅에 의해 피스톤을 제조하는 비용이 상당히 감소될 수 있다.
(7) 상기 (6) 항에 있어서, 상기 제 2 캐비티부는 소재의 맞물림부에 대응하는, 제 1 캐비티부의 일부분과 연통하는 상태로 유지되는 방법.
피스톤의 맞물림부분을 제공하는 맞물림부는 피스톤에서 가장 두꺼운 벽두께를 가져서, 피스톤의 구조적 및 기능적인 조건을 만족시킨다. 폐쇄 부재를 제공하기 위한 제 2 캐비티부는 피스톤의 벽두께가 두꺼운 맞물림부에 대응하는 비교적 큰 치수의 제 1 캐비티부의 일부분과 연통하는 상태로 유지된다. 따라서, 용탕은 맞물림부에 대응하는 제 1 캐비티부로부터, 폐쇄 부재에 대응하는 제 2 캐비티부로 용이하게 유동할 수 있어서, 이에 의해 일체로 된 프리 커서의 제 2 부는 높은 안정성으로 형성될 수 있어서, 높은 안정성으로 폐쇄 부재를 다이 캐스팅할 수 있다.
본 발명의 상기 및 선택적인 목적, 특징, 이점 및, 기술과 산업적인 중요성은 첨부된 도면과 연관하여, 본 발명의 현 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명을 정독함으로써 보다 잘 이해될 것이다.
(실시예)
첨부된 도면을 참조하여, 자동차의 공조시스템에 사용되는 경사판식 압축기용 단일 헤드형 피스톤을 제조하는데 사용되는 본체 부재에 적용되는 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다.
우선, 도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 각각 구성된 복수의 단일 헤드형 피스톤 (이후에는 "피스톤" 이라 함) 과 결합하는 경사판식 압축기가 도시되어 있다.
도 1 에서, 참조 부호 10 은 축선 방향으로 연장되도록 형성된 복수의 원통형 보어 (12) 를 가진 실린더 블럭을 나타내며, 이 실린더 보어 (12) 는 중심이 실린더 블럭 (10) 의 중심선상에 놓이는 원을 따라 배열된다. 14 로 통상적으로 나타내어지는 피스톤은 실린더 보어 (12) 각각에 왕복운동이 가능하게 수용된다. 실린더 블럭 (10) 의 축선방향으로 대향하는 단부면들 중 하나 (도 1 에 도시된 좌측 단부면, "전단부면" 이라함) 에, 프론트 하우징 (16) 이 부착된다. 다른 단부면 (도 1 에 도시된 우측 단부면, "후단부면" 이라함) 에, 밸브판 (20) 을 통해 리어 하우징 (18) 이 부착된다. 프론트 하우징 (16), 리어 하우징 (18) 및, 실린더 블럭 (10) 이 결합되어, 경사판식 압축기의 하우징 조립체를 구성한다. 리어 하우징 (18) 과 밸브판 (20) 이 결합하여, 흡입포트 (26) 와 공급포트 (28) 각각을 통해 냉각 회로 (도시 생략) 에 연결되는 흡기실 (22) 와 토출실 (24) 를 형성한다. 밸브판 (20) 은 흡입 포트 (32), 흡입 밸브 (34), 토출 포트 (36) 및, 토출 밸브 (38) 를 가진다.
회전 구동축 (50) 는 이 구동축 (50) 의 회전 축선이 실린더 블럭 (10) 의중심선과 정렬하도록 실린더 블럭 (10) 과 프론트 하우징 (16) 내에 배치된다. 구동축 (50) 는 각각의 베어링을 통해, 프론트 하우징 (16) 과 실린더 블럭 (10) 각각에 의해 그 양단부에서 지지된다. 실린더 블럭 (10) 은 그 중심선에 형성된 중심지지구멍 (56) 을 가지며, 상기 베어링은 그 후단부에서 구동축 (50) 를 지지하게 위해, 중심지지구멍 (56) 내에 배치된다. 구동축 (50) 의 전단부는, 전자 클러치와 같은 클러치 기구를 통해 자동차의 엔진의 형태로 된 외부 구동원 (도시 생략) 에 연결된다. 압축기의 작동에 있어서, 구동축 (50) 는 작동시 클러치 기구를 통해 차량 엔진에 연결되어, 구동축 (50) 가 그 축선을 중심으로 회전된다.
회전 구동축 (50) 는 경사판 (60) 이 축선방향으로 이동가능하며, 구동축 (50) 에 대해 경사가능하도록 경사판 (60) 을 이동시킨다. 경사판 (60) 은 구동축 (50) 가 연장되는 중심 구멍 (61) 을 가진다. 경사판 (60) 의 중심 구멍 (61) 의 직경은 축선의 양방향으로, 그 축선의 중간부로부터 축선의 양단부쪽으로 점차로 증가한다. 구동축 (50) 에, 토크 전달 부재로서 회전 부재 (62) 가 고정되며, 스러스트 베어링 (64) 을 통해 프론트 하우징 (16)과 맞물린 상태로 유지된다. 경사판 (60) 은 구동축 (50) 의 회전동안, 힌지 기구 (66) 에 의해 구동축 (50) 와 함께 회전된다. 힌지 기구 (66) 는 그 축선방향 및 경사 운동을 위해 경사판 (60) 을 안내한다. 힌지 기구 (66) 는 회전 부재 (62) 에 고정된 한 쌍의 지지 암 (67), 경사판 (60) 상에 형성되며 지지 암 (67) 에 형성된 가이드 구멍 (68) 을 슬라이드 가능하게 맞물고 있는 가이드 핀 (69), 경사판 (60) 의 중심 구멍 (61) 및, 구동축 (50) 의 외주면을 포함한다. 회전 구동축 (50), 차량 엔진의 형태로 된 구동원 및, 힌지 기구 (66) 의 형태로 된 토크 전달 기구가 구동 부재를 구동하기 위한 구동장치의 주요부를 구성하도록 서로 협동하는 동안, 경사판 (60) 은 피스톤 (14) 을 구동하는 구동 부재를 구성함이 알려져 있다.
상기 설명된 피스톤 (14) 은 경사판 (60) 을 맞물고 있는 맞물림부 (70) 와, 이 맞물림부 (70) 와 일체로 형성되며 대응하는 실린더 보어 (12) 에 끼워맞춰지는 헤드부 (72) 를 포함한다. 맞물림부 (70) 는 그 내부에 홈 (74) 이 형성되어 있으며, 경사판 (60) 은 한 쌍의 반구형 슈 (76) 를 통해 홈 (74) 과 맞물림 상태로 유지된다. 반구형 슈 (76) 는 홈 (74) 내에 유지되어, 이 슈 (76) 는 그 반구형면에서 맞물림부 (70) 와 슬라이드 가능하게 맞물리며, 그 편평한 면에서 경사판 (60) 의 대향면의 방사상 외측부와 슬라이드 가능하게 맞물린다. 피스톤 (14) 의 형상이 상세히 설명된다.
경사판 (60) 의 회전운동은 슈 (76) 를 통해 피스톤 (14) 의 왕복직선운동으로 변환된다. 흡기실 (22) 내의 냉매 가스는, 피스톤 (14) 이 상사점에서 하사점으로 이동할 때, 다시 말해 피스톤 (14) 이 흡입 행정을 행할 때, 흡입 포트 (32) 와 흡입 밸브 (34) 를 통해 가압실 (79) 내로 흡입된다. 가압실 (79) 내의 냉매 가스는, 피스톤 (14) 이 하사점에서 상사점으로 이동할 때, 다시 말해 피스톤 (14) 이 압축 행정을 행할 때, 피스톤 (14) 에 의해 가압된다. 가압된 냉매 가스는 토출 포트 (36) 와 토출 밸브 (38) 를 통해 토출실 (24) 내로 토출된다. 가압실 (79) 내의 냉매 가스의 압축의 결과로서, 피스톤 (14) 상에 축선방향으로 반력이 작용한다. 이 압축 반력은 피스톤 (14), 경사판 (60), 회전 부재 (62)및 스러스트 베어링 (64) 을 통해 프론트 하우징 (16) 에 의해 수용된다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 피스톤 (14) 의 맞물림부 (70) 는 일체로 형성된 회전 방지부 (78) 를 가지며, 이 회전 방지부는 프론트 하우징 (16) 의 내주면과 접촉하도록 배열되어, 그 중심선에 대한 피스톤 (14) 의 회전운동을 방지하게 된다.
실린더 블럭 (10) 은 프론트 하우징 (16) 과 실린더 블럭 (10) 사이에 형성되는 경사판실 (86) 와 토출실 (24) 사이를 연통하게 위해 관통하여 형성된 급기 통로 (80) 를 가진다. 급기 통로 (80) 는 경사판실 (86) 내의 압력을 제어하게 위해 구비되는 솔레노이드 작동식 제어밸브 (90) 에 연결된다. 솔레노이드 작동식 제어밸브 (90) 는 솔레노이드 코일 (92) 과, 이 솔레노이드 코일 (92) 의 여자 및 비여자에 의해 선택적으로 개폐되는 개폐밸브 (94) 를 포함한다. 즉, 개폐밸브 (94) 는 솔레노이드 코일 (92) 이 여자될 때 폐쇄 상태로 배치되며, 이 코일 (94) 이 비여자될 때 개방 상태로 배치된다.
회전 구동축 (50) 는 내부에 관통하여 형성된 배출 통로 (100) 를 가진다. 배출 통로 (100) 는 그 양단부중 하나에서 중심지지구멍 (56) 쪽으로 개구되며, 다른 단부에서 경사판실 (86) 쪽으로 개구된다. 중심지지구멍 (56) 은 그 바닥부에서 연통 포트 (104) 를 통해 흡기실 (22) 와 연통한다.
본 경사판식 압축기는 가변용량형이다. 고압원으로서 토출실 (24) 내의 압력과 저압원으로서 흡기실 (22) 내의 압력사이의 차를 이용하여 경사판실 (86) 내의 압력을 제어함으로써, 피스톤 (14) 의 전방 측상에 작용하는 경사판실 (86)내의 압력과 가압실 (79) 내의 압력 사이의 차는 구동축 (50) 의 회전 축선에 수직인 면에 대해 경사판 (60) 의 경사각을 변화시키도록 조절되어서, 이에 의해 피스톤 (14) 의 왕복 행정 (흡입 및 압축 행정) 을 변화시켜, 압축기의 토출용량을 조정할 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 경사판실 (86) 내의 압력은 토출실 (24) 에 및 토출실 (24) 로부터 경사판실 (86) 를 선택적으로 연결 및 연결해제시키도록 솔레노이드 작동식 제어 밸브 (90) 를 제어함으로써 제어된다. 보다 상세히 설명하면, 솔레노이드 작동식 제어 밸브 (90) 의 솔레노이드 코일 (92) 이 여자되면, 급기 통로 (80) 가 폐쇄되어, 토출실 (24) 내의 가압된 냉매 가스는 경사판실 (86) 내로 도입되지 않는다. 이 상태에서, 경사판실 (86) 내의 냉매 가스는 배출 통로 (100) 와 연통 포트 (104) 를 통해 흡기실 (22) 내로 유동하여, 경사판실 (86) 내의 압력이 낮아져, 이에 의해 경사판 (60) 의 경사각을 증가시킨다. 경사판 (60) 의 회전에 의해 왕복운동되는 피스톤 (14) 의 왕복 행정은 경사판 (60) 의 경사각의 증가와 함께 증가하여, 가압실 (79) 의 체적 변화량을 증가시키며, 이에 의해 압축기의 배출 용량이 증가된다. 솔레노이드 코일 (92) 이 비여자될 때, 급기 통로 (80) 는 개방되어 가압된 냉매 가스가 토출실 (24) 로부터 경사판실 (86) 내로 도입되도록 하여, 경사판실 (86) 내의 압력의 증가를 초래하며, 경사판 (60) 의 경사각이 감소되어, 압축기의 토출용량이 이에 따라 감소된다.
경사판 (60) 의 최대 경사각은 경사판 (60) 상에 형성된 스토퍼 (106) 와 회전 부재 (62) 가 맞닿음 접촉함으로써 제한되며, 반면 경사판 (60) 의 최소 경사각은 경사판 (60) 이 구동축 (50) 상에 고정적으로 끼워맞춰지는 링의 형태로 된 스토퍼 (107) 와 맞닿음 접촉함으로써 제한된다. 솔레노이드 작동식 제어 밸브 (90) 의 솔레노이드 코일 (92) 은 본 압축기를 포함하는 공조 시스템상에 작용하는 하중에 따라 도시 안된 제어 장치에 의해 제어된다. 제어 장치는 컴퓨터에 의해 주로 구성된다. 본 실시예에 있어서, 급기 통로 (80), 경사판실 (86), 솔레노이드 작동식 제어 밸브 (90), 배출 통로 (100), 연통 포트 (104) 및, 제어 밸브 (90) 용 제어 장치는 협동하여, 경사판실 (86) 내의 압력을 제어하기 위한 경사판실 압력 제어장치 또는, 경사판 (60) 의 경사각을 제어하기 위한 경사판 각도조정장치 (압축기의 토출 용량을 조정하기 위한 토출 용량 조정장치) 의 주요부를 구성한다.
실린더 블럭 (10) 과 각각의 피스톤 (14) 은 알루미늄 합금으로 형성된다. 실린더 블럭과 피스톤 사이의 눌어붙음 (seizure) 를 방지하도록 피스톤 (14) 의 알루미늄 합금과 실린더 블럭 (10) 의 알루미늄 합금이 직접 접촉하는 것을 방지하고 피스톤 (14) 과 실린더 보어 (12) 사이의 간극의 양을 최소화하게 하는 불소 수지막을 피스톤의 외주면에 코팅한다. 또한, 실린더 블럭 (10) 과 피스톤 (14) 은 알루미늄 실리콘 합금으로 형성될 수 있다. 다른 재료들이 실린더 블럭 (10), 피스톤 (14) 및 코팅막에 사용될 수 있다.
다음으로, 피스톤 (14) 의 형상이 설명된다.
헤드부 (72) 로부터 떨어진, 피스톤 (14) 의 맞물림부 (70) 의 단부는 도 2 에 도시되는 바와 같이, U 형상 단면을 가진다. 상세히 설명하면, 맞물림부 (70) 는 U 형상의 바닥부를 형성하는 베이스부 (108) 와, 피스톤 (14) 의 축선에수직한 방향으로 베이스부 (108) 로부터 연장되는 한 쌍의 실질적으로 평행한 암부 (110, 112) 를 가진다. 맞물림부 (70) 의 단부의 U 형상의 2 개의 대향하는 측면벽은 서로 대향하는 각각의 오목부 (114) 를 가진다. 이들 오목부 (114) 각각은 측면벽의, 구 일부의 내부면에 의해 형성된다. 상기 설명된 슈 (76) 의 쌍은 경사판의 방사상 외측부에서 경사판 (60) 의 양쪽면과 접촉한 상태로 유지되며 각각의 구 일부의 오목부 (114) 내에 수용된다. 따라서, 맞물림부 (70) 는 슈 (76) 를 통해 경사판 (60) 과 슬라이드 가능하게 맞물린다.
피스톤 (14) 의 헤드부 (72) 는 암부 (112) 측상에서 맞물림부 (70) 와 일체로 형성되며, 맞물림부 (70) 의 암부 (112) 로부터 떨어진 측상의 양단부중 하나에서 개구되는 원통형 본체부 (116) 와 이 본체부 (116) 의 개구 단부를 폐쇄하기 위해 본체부 (116) 에 고정되는 폐쇄 부재 (118) 를 포함한다. 본체부 (116) 는 2 개의 부분 다시 말해, 개구 단부측상의 대직경부 (122) 와 개구 단부로부터 떨어진 소직경부 (124) 로 나누어지는 내주면 (120) 을 가지며, 이 2 개의 부분은 서로 협동하여, 사이에 어깨부 (126) 를 형성한다. 개구 단부에 인접하는, 본체부 (116) 의 외주면의 축선부에서, 윤활유가 유동하는 원주홈 (128) 이 형성되어, 실린더 보어 (12) 내에서 피스톤 (14) 의 원활한 왕복운동을 보장한다.
폐쇄 부재 (118) 는 원판부 (130) 및 이 원판부 (130) 의 양단부면 중 하나 (내측 단부면) 로부터 돌출하며 이 원판부 (130) 의 직경보다 작은 직경을 가지는 환형의 끼워맞춤 돌출부 (132) 로 이루어지는 전체적으로 디스크 형상의 부재이다. 원판부 (130) 는 대직경부로서 설명될 수 있으며, 환형의 끼워맞춤 돌출부 (132)는 소직경부로서 설명될 수 있다. 어깨부 (134) 는 원판부 (130) 와 환형의 끼워맞춤 돌출부 (132) 사이에 형성된다. 폐쇄 부재 (118) 는 환형의 끼워맞춤 돌출부 (132) 를 형성하며 이 끼워맞춤 돌출부 (132) 의 단부면 (136) 에서 개구하는 원형 오목부 (138) 를 가져서, 폐쇄 부재 (118) 의 무게가 감소된다. 폐쇄 부재 (118) 는 본체부 (116) 의 내주면 (120) 내에 끼워맞춰져서, 폐쇄 부재 (118) 의 어깨부 (134) 는 본체부 (116) 의 단부면 (140) 과 맞닿음 접촉 상태로 유지되며, 폐쇄 부재 (118) 의 환형의 끼워맞춤 돌출부 (132) 의 단부면 (136) 은 본체부 (116) 의 내주면 (120) 의 대직경부 (122) 와 소직경부 (124) 사이에 형성된 어깨부 (126) 와 맞닿음 접촉 상태로 유지된다. 이 상태에서, 폐쇄 부재 (118) 의 끼워맞춤 돌출부 (132) 의 외주면은 본체부 (118) 의 내주면 (120) 의 대직경부 (122) 와 맞물린다. 폐쇄 부재 (118) 는 용접에 의해 본체부 (116) 에 고정된다. 피스톤 (14) 의 압축 행정동안 가압실 (79) 내의 냉매 가스의 압축의 결과로서, 부분적으로 가압실 (79) 을 형성하는, 피스톤 (14) 의 단부면상에 작용하는 압축 반력은 본체 부재 (116) 의 단부면 (140) 과 폐쇄 부재 (118) 의 어깨부 (134) 의 맞닿음 접촉 및 본체부 (116) 의 어깨부 (126) 와 폐쇄 부재 (118) 의 끼워맞춤 돌출부 (132) 의 단부면 (136) 의 맞닿음 접촉에 의해, 또한 면이 용접에 의해 결합되는 폐쇄 부재 (118) 와 본체부 (116) 의 원주면을 접촉함으로써 수용된다. 도 2 에서, 본체부 (116) 의 원통형 벽두께는 이해를 용이하게 하기 위해 과장되어서 도시되어 있다.
상기 설명된 바와 같이 구성된 피스톤 (14) 의 2 개의 피스는 도 3 에 도시된 단일 소재 (160) 로부터 제조된다. 2 개의 피스톤 (14) 을 제조하는데 사용되는 소재 (160) 는 폐쇄 부재 (162) 가 본체 부재 (162) 의 양 개구 단부들 각각에 고정되는 본체 부재 (162) 로 이루어진다. 본체 부재 (162) 는 한쌍의 맞물림부 (166) 와 한쌍의 맞물림부 (166) 와 일체로 형성된 2 개의 원통형 중공 헤드부 (168) 로 이루어져서, 2 개의 중공 헤드부는 2 개의 맞물림부의 양단부로부터 양방향으로 연장된다. 한쌍의 맞물림부 (166) 는, 서로 일렬로 해서 일체로 형성되며 2 개의 단일 헤드형 피스톤 (14) 의 2 개의 맞물림부 (70) 각각을 구비하는 2 개의 맞물림부 (165) 로 이루어진다. 2 개의 중공 헤드부 (168) 각각은 한쌍의 맞물림부 (166) 측상에 있는 양 단부 중 하나에서 폐쇄되며, 다른 단부에서 개구된다. 2 개의 헤드부 (168) 는 서로 동심을 이룬다. 본체 부재 (162) 는, 각각이 단일 맞물림부 (165) 와 단일 헤드부 (168) 를 포함하며 맞물림부 (165) 측상의 단부들에서 서로 연결되는 2 개의 본체 부재로 이루어져서, 2 개의 헤드부 (168) 가 서로 동심을 이루며 각각의 헤드부 (168) 가 맞물림부 (165) 로부터 떨어진, 양단부들 중 하나에서 개구되는 것이 고려될 수 있다.
본체 부재 (162) 의 각각의 헤드부 (168) 는 2 개의 부분 다시 말해, 개구 단부 측상의 대직경부 (172) 와 개구단부로부터 떨어진 소직경부 (174) 로 나누어지는 내주면 (170) 을 가지며, 이들 2 개의 부분은 서로 협동하여 사이에 어깨부 (176) 를 형성한다. 이 어깨부 (176) 는 피스톤 (14) 의 어깨부 (126) 를 제공한다. 헤드부 (168) 의 단부면 (178) 은 피스톤 (14) 의 본체부 (116) 의 단부면 (140) 을 제공한다. 헤드부 (168) 는 대직경부 (172) 에 대응하는 축선방향단부를 제외하고 1.5 mm 의 원통형 벽두께를 가진다. 2 개의 맞물림부 (165) 각각은 피스톤 (14) 의 베이스부 (108) 로서 기능하는 베이스부 (182) 와 피스톤 (14) 의 암부 (110, 112) 로서 기능하는 한쌍의 대향하는 평행한 암부 (184, 186) 를 포함한다. 참조 부호 180 은 각각이 맞물림부 (162) 를 강화하기 위해 암부 (184, 186) 의 내측면과 연결되어 본체 부재 (162) 의 강성을 증가시키는 2 개의 브리지부를 나타낸다. 각각의 브리지부 (180) 는 본체 부재 (162) 가 열에 의해 변형되는 것을 방지하는 강화부로서 기능한다.
2 개의 폐쇄 부재 (164) 는 도 4 에 도시된 바와 같이 서로 구성이 동일하다. 폐쇄 부재 (118) 와 같이, 폐쇄 부재 (164) 각각은 원판부 (190) 와 이 원판부 (190) 의 양단부면들 중 하나 (내측 단부면) 로부터 돌출하는 환형의 끼워맞춤 돌출부 (192) 를 포함한다. 어깨부 (194) 는 원판부 (190) 와 환형의 끼워맞춤 돌출부 (192) 사이에 형성된다. 폐쇄 부재 (164) 는 환형의 끼워맞춤 돌출부 (192) 를 형성하며 이 끼워맞춤 돌출부 (192) 의 단부면 (195) 에서 개구되는 환형 오목부 (196) 를 가진다. 폐쇄 부재 (164) 의 오목부 (196) 와 어깨부 (194) 각각은 폐쇄 부재 (116) 의 오목부 (138) 와 어깨부 (134) 를 제공한다. 각각의 폐쇄 부재 (164) 의 원판부 (190) 는 환형의 끼워맞춤 돌출부 (192) 가 형성되는 내측 단부면에 대향하는 외측 단부면의 중앙부에 형성된 유지부 (200) 를 가진다. 유지부 (200) 는 원형 단면을 가지며, 중심 구멍 (202) 을 가진다. 폐쇄 부재 (164) 의 끼워맞춤 돌출부 (192) 와 원판부 (190) 는 폐쇄 부재 (116) 의 끼워맞춤 돌출부 (132) 와 원판부 (130) 와 같은 동일한 치수관계를 가지며, 상세한 설명은생략한다.
본 실시예에 있어서, 도 4 에 도시된 바와 같은 일체로 된 프리커서 (204) 는, 피스톤 (14) 의 본체 부재 (162) 용 소재 (160) 와 피스톤 (14) 의 2 개의 폐쇄 부재 (164) 를 얻기 위해, 도 4 내지 도 6 을 참조하여 상세히 설명된 바와 같이 무기공 다이 캐스팅에 의해 초기에 제조된다. 일체로 된 프리커서 (204) 는 알루미늄 합금의 형태로 된 금속 재료로 형성된다. 일체로 된 프리커서 (204) 의 무기공 다이 캐스팅은 피스톤 (14) 용 소재 (160) 를 형성하는 단계의 초기부이다. 도 4 에 도시되는 바와 같이, 일체로 된 프리커서 (204) 는 소재 (160) 의 본체 부재 (162) 를 제공하는 제 1 부 (205A) 와 2 개의 폐쇄 부재 (164) 각각을 제공하는 한 쌍의 제 2 부 (205B) 로 이루어진다. 이해를 보다 용이하게 하기 위해, 본체 부재 (162) 의 헤드부 (168) 각각의 원통형 벽두께는 도 4 에 과장되어 나타나 있다. 일체로 된 프리커서 (204) 에 있어서, 2 개의 제 2 부 (205B) 는 제 1 부 (205A) 와 일체로 형성된다. 2 개의 제 2 부 (205B) 각각은 폐쇄 부재 (164) 와, 제 2 부 (205B) 를 제 1 부 (205A) 의 일부분에 연결하는 연결부 (206) 로 이루어지며, 이 일부분은 본체 부재 (162) 의 대응하는 맞물림부 (165) 의 암부 (184) 를 제공한다. 연결부 (206) 는 암부 (184) 의 원위단부와 폐쇄 부재 (164) 의 원판부 (190) 의 외주면 사이로 연장된다. 따라서, 제 1 부 (205A) 와 한 쌍의 제 2 부 (205B) 는 서로 일체로 형성된다.
도 5 에 개략적으로 도시된 다이 캐스팅 장치 (210) 를 사용하면서 무기공 다이 캐스팅법에 의해 단일 헤드형 피스톤용 소재 (160) 와 2 개의 폐쇄 부재(164) 를 제조하는 공정이 설명된다.
본 발명에 사용된 다이 캐스팅 장치 (210) 는 이 장치의 메인 본체 (도시 생략) 에 의해 지지되는 한 쌍의 금형 반부 (218, 220) 와 이 2 개의 금형 반부 (218, 220) 내에 배치되는 한 쌍의 슬라이드 코어 (222, 223) 를 포함하며, 도 4 의 2 점 쇄선으로 나타내어진 슬라이드 코어 (222,223) 가 금형 반부 (218,220) 에 대해 슬라이드가 가능하게 이동가능하다. 2 개의 금형 반부 (218, 220) 는 슬라이드 코어 (222, 223) 의 외주면과 협동하는 캐비티면 (224, 226) 각각을 가지며, 그 사이에 금형 캐비티 (212) 를 형성한다. 금형 캐비티 (212) 내로, 용융 알류미늄 합금이 소재 (160) 를 형성하기 위해 도입된다. 금형 반부 (218) 는 고정형이지만, 금형 반부 (220) 는 고정 금형 반부 (218) 에 대해 이동가능하다. 2 개의 금형 반부 (218, 220) 의 접촉면 (214, 216) 은 분할면 (219) 을 형성하며, 이 면에서 2 개의 금형 반부 (218, 220) 가 함께 접촉하며 적절한 이동 장치 (도시 생략) 에 의해 서로 이격되어, 이 이동가능한 금형 반부 (220) 는 고정 금형 반부 (218) 쪽으로 및 이 금형 반부로부터 멀리 이동된다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 분할면 (219) 은 전체적으로 원통형인 헤드부 (168) 의 중심을 통과하는 소재 (160) 의 중심선을 포함하며, 맞물림부 (165) 의 베이스부 (182) 로부터 암부 (184, 186) 의 연장 방향과 평행하다. 도 4 의 2 점 쇄선으로 도시된 바와 같이, 금형 캐비티 (212) 는 본체 부재 (162) 를 제공하는 제 1 부 (205A) 를 형성하기 위한 제 1 캐비티부 (227) 와, 2 개의 폐쇄 부재 (164) 각각을 제공하는 한 쌍의 제 2 부 (205B) 를 형성하기 위한 제 2 캐비티부(228) 를 포함한다. 제 1 캐비티부 (227) 와 각각의 제 2 캐비티부 (228) 는 제 1 캐비티부 (227) 와, 대응하는 제 2 캐비티부 (228) 사이로 연장되는 상기된 연결부 (206) 에 대응하는 연결 통로 (229) 를 통해 서로 연통상태로 유지된다.
슬라이드 코어 (222, 223) 는 2 개의 금형 반부 (218, 220) 로 이루어지는 캐스팅 금형 (210) 내에 배치되어, 슬라이드 코어 (222, 223) 가 도시되지 않은 적절한 구동 장치에 의해 캐스팅 금형 (210) 내로 전진하고 또한, 캐스팅 금형 (210) 으로부터 후퇴한다. 슬라이드 코어 (222, 223) 를 구동하기 위한 구동 장치는 예컨대, 유압작동식 실린더를 포함한다. 도 4 의 2 점 쇄선으로 나타내어진 슬라이드 코어 (222, 223) 는 본체 부재 (162) 의 중심선과 평행한 방향으로 및 상기 설명된 분할 방향에 수직한 방향으로 슬라이드 가능하게 이동가능하다. 각각의 슬라이드 코어 (222, 223) 는, 각각의 슬라이드 코어 (222, 223) 의 외주면이 금형 캐비티 (227) 를 형성하도록 2 개의 금형 반부 (218, 220) 의 캐비티면 (224, 226) 과 협동하는 전진 위치와, 각각의 슬라이드 코어 (222, 223) 의 전단부가 캐스팅 금형 외부에 위치되는 후퇴 위치 사이에서 이동가능하다. 각각의 슬라이드 코어 (222, 223) 의 전단부는 헤드부 (168) 의 내주면을 제공하는 형성을 가진다. 각각의 슬라이드 코어 (222, 223) 의 외주면은 2 개의 부분 다시 말해, 직경이 헤드부 (168) 의 대직경부 (172) 와 대응하는 대직경부 (234) 와, 직경이 헤드부 (168) 의 소직경부 (174) 와 대응하는 소직경부 (236) 로 나누어진다. 이해를 보다 용이하게 하기 위해, 헤드부 (168) 의 원통형 벽두께는 도 6 에서 과장되게 나타내져 있다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 금형 캐비티 (212) 의 하단부는 탕도 (240) 를 통해 슬리브 (246) 와 연통상태로 유지된다. 슬리브 (246) 에는 O2공급구 (242) 와 주탕구 (244) 가 구비된다. 탕도 (240) 는 금형 캐비티 (212) 측상에 양 개구 단부들 중 하나에 구비된 게이트 (도시 생략) 를 가진다. 이 게이트는 탕도 (240) 의 다른 부분보다 작은 직경을 가진다. 탕도 (240) 는 다른 개구 단부에서 슬리브 (246) 와 연통하는 상태로 유지된다. O2공급구 (242) 는 슬리브 (246) 에 구비되어, 주탕구 (244) 보다 캐스팅 금형 (210) 에 더 근접하게 위치되어 있다. O2공급구 (242) 는 O2공급 통로 (243) 를 통해 O2공급 장치 또는 O2공급원 (도시 생략) 으로 및 O2공급 장치 또는 O2공급원 (도시 생략) 으로부터 선택적으로 연결 및 연결해제된다. 용탕 (본 실시예에서는 용융 알루미늄 합금) 은 주탕구 (244) 를 통해 슬리브 (246) 내로 주입된다. 슬리브 (246) 는 고정 금형 반부 (218) 를 통해 연장하여 금형 캐비티 (212) 로부터 떨어진 양 단부들 중 하나가 캐스팅 금형 (210) 외부에 위치되는 원통형 부재이다. O2공급구 (242) 와 주탕구 (244) 는 캐스팅 금형 외부에 위치된 슬리브 (246) 의 상기된 일단부 측상에 구비된다. 플런져 (250) 의 일단부에 형성되며 플런져 (250) 의 직경보다 큰 직경을 가지는 플런져 칩 (252) 은 슬리브 (246) 내에 슬라이드 가능하게 끼워맞춰진다. 플런져 (250) 는 유압작동식 실린더 (도시 생략) 의 형태로 된 플러져 구동장치의 피스톤에 고정되어서, 플런져 (250) 가 피스톤과 함께 이동가능하다. 상기된 O2공급장치, 플런져 구동장치, 캐스팅 금형 이동장치 및, 슬라이드 코어 구동장치를 포함하는 다이 캐스팅장치는 도시 안된 제어 장치에 의해 제어된다. 플런져 칩 (252) 이 도 5a 에 도시된 후퇴 위치에 있을 때, 주탕구 (244) 는 용탕이 이 주탕구를 통해 슬리브 (246) 내로 유동하도록 개구된다.
플런져 칩 (252) 이 도 5a 의 후퇴 위치에 있을 때, 2 개의 금형 반부 (218, 220) 는 분할면 (219) 에서 함께 접촉하여 2 개의 금형 반부 (218, 220) 가 서로에 대해 이동하는 것이 방지된다. 이 상태에서, 각각의 슬라이드 코어 (222, 223) 는 2 개의 금형 반부 (218, 220) 내로 전진한다. 이어서, 플런져 칩 (252) 은 주탕구 (244) 를 지나 전진하여, 도 5b 에 도시된 바와 같이, O2공급구 (242) 에 도달하기 전의 전진 위치에서 멈추게 되어, 캐스팅 금형내에 형성된 금형 캐비티 (212) 는 대기와 연통하는 것이 방지된다. 이 상태에서, 활성 가스로서 산소가 O2공급구 (242) 를 통해 공급되어, 금형 캐비티 (212) 를 충전한다. 즉, 금형 캐비티 (212) 내의 공기는 산소로 치환된다. 이후에, 플런져 칩 (252) 은 도 5c 에 도시된 바와 같이, 산소가 O2공급구 (242) 를 통해 슬리브 (246) 내로 공급되는 상태로 후퇴 위치에 배치된다. 이 상태에서, 용탕은 주탕구 (244) 를 통해 슬리브 (246) 내로 도입된다. 이어서, 플런져 칩 (252) 은 캐스팅 금형쪽으로 고속으로 전진하여, 슬리브 (246) 내의 용탕의 레벨이 상승하며, 이에 의해 용탕은 탕도 (240) 내로 도입되어, 탕도 (240) 의 단부에 구비된 좁은 게이트를 통해 금형 캐비티 (212) 내로 분출된다. 금형 캐비티 (214) 내의 산소는 알루미늄과 반응하며, 금형 캐비티 (214) 는 산소의 부재로 진공상태로 배치되어서, 공기 특히, 질소가 용탕내에서 포획되는 것을 방지한다.
본 실시예에 있어서, 용탕은 도 4 의 화살표 (A) 방향으로 탕도 (240) 를 통해 금형 캐비티 (212) 내로 유동한다. 이 장치에 따라서, 폐쇄 부재 (164) 를 제공하는 일체로 된 프리커서 (204) 의 제 2 부 (205B) 각각을 구비하기 위한 각각의 제 2 캐비티부 (228) 는 용탕이 금형 캐비티 (212) 내로 분출되는 캐스팅 금형의 입구에 비교적 근접하여 위치된다. 또한, 각각의 제 2 캐비티부 (228) 는 제 1 캐비티부 (227) 의 일부분과 연통하는 상태로 유지되며, 이 일부분은 중공의 헤드부 (168) 보다 상당히 큰 벽두께를 가진 맞물림부 (165) 에 대응한다. 따라서, 각각의 폐쇄 부재 (164) 를 제공하는 제 2 부 (205B) 를 형성하며 프리커서 (204) 의 제 2 부 (205B) 각각의 형성을 용이하게 하도록, 용탕은 제 1 캐비티부 (227) 로부터 제 2 캐비티부 (228) 내로 용이하게 유동할 수 있다. 또한, 용탕은 캐비티면 (224, 226) 과 슬라이드 코어 (222, 223) 의 외주면 사이에 형성되며, 헤드부 (168) 의 작은 원통형 벽두께에 대응하는 상대적으로 작은 벽두께 치수를 가지는 제 1 캐비티부 (227) 를 통해 효과적으로 유동할 수 있다. 슬라이드 코어 (222, 223) 각각의 외주면은 헤드부 (168) 의 내주면 (170) 을 제공한다.
용탕이 미세한 안개상으로 좁은 게이트를 통해 금형 캐비티 (212) 내로 분출되기 때문에, 용탕은 산소와 반응후에 신속하게 냉각되어서, 응고된 소재 (160) 는 상대적으로 큰 두께를 가지는 칠 층 (chilled layer) 을 가진다. 종래의 다이 캐스팅법에 의해 형성된 칠 층은 통상적으로 약 20 ㎛ 의 두께를 가지지만, 본 무기공 다이 캐스팅법에 의해 형성된 칠 층은 40 ~ 50 ㎛ 범위의 두께를 가진다. 칠 층은 서로에 대한 초정 또는 α상 (초정의) 및 공융 규소의 정출율의 불연속적인 변화에 의해 특징지어진다. 칠 층이 높은 값의 경도 및 강도를 가지기 때문에, 소재 (160) 의 외부로서 칠 층의 존재는 그 벽두께를 감소시키면서 헤드부 (168) 의 강도를 증가시키는데 효과적이다.
이동가능한 금형 반부 (220) 는 용탕이 금형 캐비티 (212) 내로 주입된후의 소정된 시간동안 고정 금형 반부 (218) 로부터 분리되며, 슬라이드 코어 (222, 223) 는 소재 (160) 의 형성된 헤드부 (168) 로부터 후퇴된다. 다음으로, 소재 (160) 용의 형성된 일체의 프리커서 (204) 는 고정 금형 반부 (218) 로부터 제거된다. 이어서, 2 개의 폐쇄 부재 (164) 용의 2 개의 제 2 부 (205B) 는 연결부 (206) 를 절단함으로써, 본체 부재 (162) 용 제 1 부 (205A) 로부터 절단된다. 따라서, 본체 부재 (162) 와 2 개의 폐쇄 부재 (164) 가 얻어진다.
도 3 에 도시되는 바와 같이, 각각의 폐쇄 부재 (164) 는 피스톤 (14) 의 헤드부 (72) 를 형성하도록 중공의 헤드부 (168) 의 개구 단부내에 끼워맞춰져서, 폐쇄 부재 (164) 의 환형의 끼워맞춤 돌출부 (192) 는 헤드부 (168) 의 큰 치수부분 (172) 과 맞물린다. 폐쇄 부재 (164) 는 중공의 헤드부 (168) 내에 삽입되어서, 폐쇄 부재 (164) 의 어깨부 (194) 는 헤드부 (168) 의 환형 단부면 (178) 과 맞닿음 접촉상태로 유지되며, 헤드부 (168) 의 어깨부 (176) 는 폐쇄 부재 (164) 의 끼워맞춤 돌출부 (192) 의 환형 단부면 (195) 과 맞닿음 접촉상태로 유지된다. 이 상태에서, 본체 부재 (162) 와 폐쇄 부재 (164) 는 전자빔 용접에 의해 함께 용접된다. 본 실시예에 있어서, 본체 부재 (162 (소재 (160)) 와 폐쇄 부재 (164) 가 다이 캐스팅법에 의해 모두 형성되며 형성된 헤드부 (168) 가 상대적으로 작은 원통형 벽두께를 가지기 때문에, 헤드부 (168) 는 내주면 (170) 상에서 절삭 및 연삭 작업과 같은 이전의 기계가공 작업없이 무게가 감소되어서, 단일 헤드형 피스톤 (14) 용 소재 (160) 의 제조에 있어서 비용의 감소를 초래한다. 본 실시예에 있어서, 폐쇄 부재 (164) 는 각각의 헤드부 (168) 의 내주면 (170) 상에 기계가공 작업을 행하지 않고 본체 부재 (162) 내에 끼워맞춰질 수 있다. 필요에 따라, 각각의 헤드부 (168) 의 내주면 (170) 은 폐쇄 부재 (164) 가 고정되는 개구 단부에 인접하는 축선 방향 단부에서 기계가공 작업이 행해 수 있다. 변경적으로, 상기된 축선방향 부분에 부가하여 내주면 (170) 의 다른 부분이 기계가공 작업이 행해질 수 있다. 어느 경우에도, 가공 작업이 행해지는 내주면 (170) 의 면적은 작아서, 피스톤의 제조 비용을 감소시킨다.
2 개의 폐쇄 부재 (164) 가 상기 설명된 바와 같은 본체 부재 (162) 의 각각의 개구 단부내에 고정적으로 끼워맞춰진 후에, 기계가공 작업은 2 개의 피스톤 (14) 의 헤드부 (72) 를 각각을 제공하는 중공의 헤드부 (168) 의 외주면과, 폐쇄 부재 (164) 의 노출된 외주면상에서 수행된다. 기계가공 작업은 선반 또는 선삭 기계상에서 실행되어서, 소재 (160) 가 중심 구멍들 (202) 과 맞물리는 2 개의 중심과 함께 중심에 놓이는 상태로, 폐쇄 부재 (164) 의 유지 위치 (200) 에서 척에 의해 유지되며, 본체 부재 (162) 와 이 본체 부재 (162) 에 끼워맞춰지는 2 개의 폐쇄 부재 (164) 의 조립체는 척을 통해 적절한 회전 구동장치에 의해 회전된다.
다음으로, 폐쇄 부재 (164) 와 본체 부재 (162) 의 중공의 헤드부 (168) 의 외주면은 폴리테트라플루오로에틸렌 막과 같은 적절한 재료로 코팅된다. 기계가공 작업은 폐쇄 부재 (164) 의 외측 단부면으로부터 유지부 (200) 를 절단하며, 센터레스 연삭 작업이 폐쇄 부재 (164) 와 중공의 헤드부 (168) 의 코팅된 외주면상에서 수행되어서, 2 개의 피스톤 (14) 의 헤드부 (72) 를 제공하는 2 개의 부분이 형성된다. 다음 단계에 있어서, 절단 작업은 한쌍의 맞물림부 (166) 의 2 개의 브리지부 (180) 에 인접하여 수행되어서, 피스톤 (14) 의 슈 (76) 가 수용되는 오목부 (114) 를 형성한다. 따라서, 2 개의 피스톤 (14) 의 맞물림부 (70) 를 제공하는 2 개의 부분은 한쌍의 맞물림부 (166) 에서 형성된다. 마지막으로, 한쌍의 맞물림부 (166) 는 그 축선방향 중앙부에서, 소재 (160) 를 절단하여 2 개의 단일 헤드형 피스톤 (14) 각각을 제공하는 2 개의 피스로 만드는 절단 작업이 행해진다.
본 발명의 실시예에 따라서, 피스톤은 헤드부 (168) 의 원통형 벽두께를 감소시킴으로써 무게가 감소되는 반면 강도는 높아진다. 각각의 폐쇄 부재 (164) 는 맞물림부 (165) 로부터 떨어진 헤드부 (168) 의 개구 단부내에 끼워맞춰진다. 피스톤 (14) 은 피스톤 (14) 의 중심선에 수직한 방향으로 왕복운동동안 경사판 (60) 으로부터 측면힘을 수용하며, 실린더 보어 (12) 내에 끼워맞춰지는 피스톤 (14) 의 헤드부 (72) 는 그 중심선에 대해 경사지는 경향이 있다. 이 경우, 헤드부 (72) 는 맞물림부 (70) 측상의 헤드부의 일단부에서 비교적 큰 힘으로, 실린더 보어 (12) 를 형성하는 실린더 블럭 (10) 의 내부면과 접촉한다. 또한, 피스톤 (14) 상에 작용하는 굽힘 모멘트는 맞물림부 (70) 측상의 헤드부 (72) 의 상기된 일단부에서 특히 크다. 본 발명에 따라 제조된 소재 (160) 에 있어서, 비교적 큰 접촉력으로, 실린더 보어 (12) 를 형성하는 실린더 블럭 (10) 의 내부면과 접촉하고 비교적 큰 굽힘 모멘트를 수용하는 헤드부 (168) 의 일단부는 맞물림부 (165) 와 일체로 형성되지만, 비교적 작은 접촉력과 작은 굽힘 모멘트를 받는 헤드부 (168) 의 다른 단부는 폐쇄 부재 (164) 와 고정적으로 맞물린다. 이 장치에 따라서, 피스톤은 내구성이 향상된다.
2 개의 단일 헤드형 피스톤용 소재를 다이 캐스팅하는데 사용되는 캐스팅 금형의 2 개의 금형 반부 (218, 220) 에 의해 형성된 분할면이 다른 방법으로 구성될 수 있다. 예컨대, 분할면은 헤드부 (160) 의 중앙을 통과하는 소재의 중심선을 포함하며 베이스부 (182) 로부터 암부 (184, 186) 의 연장방향에 수직한 소재 (160) 의 중심선을 포함하는 평면에 평행할 수 있다. 이 경우, 분할면은 암부 (184, 186) 의 연장방향에 수직한 방향으로 측정되었을 때 가장 큰 치수를 가지는 맞물림부 (165) 의 일부분을 통과한다.
일체로 된 프리커서 (204) 가 제 1 부 (205A) 와 2 개의 제 2 부 (205B) 로 이루어지는 설명된 실시예에 있어서, 2 개의 폐쇄 부재 (164) 용 2 개의 제 2 부 (205B) 는 본체 부재 (162) 용 소재 (160) 를 위한 제 1 부 (205A) 와 동시에 함께 형성된다. 다음으로, 일체로 된 프리커서 (204) 는 본체 부재 (162) 와 2 개의 폐쇄 부재 (164) 를 구비하도록 절단되며, 2 개의 폐쇄 부재 (164) 는 이 본체 부재 (162) 에 고정된다. 이어서, 단일 헤드형 피스톤 (14) 의 2 개의 피스는 2개의 암부 (184) 중간 위치에서 본체 부재 (162) 를 절단함으로써, 단일 소재 (160) 로부터 제조될 수 있다. 2 개의 폐쇄 부재 (164) 와 본체 부재 (162) 용의 일체로 된 프리커서 (204) 가 하나의 다이 캐스팅 단계에서 형성되기 때문에, 다이 캐스팅에 의한 피스톤 (14) 의 제조 비용은 상당히 감소될 수 있다. 그러나, 본체 부재 (162) 와 2 개의 폐쇄 부재 (164) 는 무기공 다이 캐스팅에 의해 별개로 형성될 수 있다. 변경적으로, 단일 피스톤은 폐쇄 부재를 헤드부와 맞물림부로 이루어지는 단일 본체 부재에 고정함으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 폐쇄 부재용 프리커서는 본체 부재용 프리커서와 일체로 다이 캐스팅되거나, 폐쇄 부재가 본체 부재로부터 분리하여 형성될 수 있다. 변경적으로, 폐쇄 부재만이 단조에 의해 형성될 수 있다. 폐쇄 부재가 단순한 형상이라면, 폐쇄 부재는 상용의 통상의 원통형 부재에 기계가공 작업을 행함으로써 제조될 수 있다.
설명된 실시예에 있어서, 헤드부 (168) 의 내주면은 대직경부 (172) 와 소직경부 (174) 로 나누어지며, 이 2 개의 부분은 그 사이에 어깨부 (176) 를 형성하도록 서로 협동한다. 그러나, 헤드부 (168) 의 내주면은 이러한 어깨부없이, 헤드부 (168) 의 전체 축선방향 길이에 걸쳐 일정한 직경을 가질 수 있다. 이 경우, 폐쇄 부재 (164) 는 헤드부 (168) 에 고정되어서, 폐쇄 부재 (164) 의 어깨부 (194) 는 헤드부 (168) 의 환형 단부면과 맞닿음 접촉상태를 유지한다.
폐쇄 부재의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 각각의 폐쇄 부재이 헤드부 (168) 의 내주면 (170) 과 맞물리는 원판이어서, 그 양 단부면들 중 하나가 헤드부 (168) 의 어깨부 (176) 와 맞닿음 접촉상태를 유지한다.
폐쇄 부재는 레이저 빔에 의해 피스톤용 소재의 본체 부재에 용접될 수 있다. 변경적으로, 폐쇄 부재와 본체 부재는 빔 용접 이외의 다른 적절한 수단에 의해 함께 결합될 수 있다. 예컨대, 폐쇄 부재는 접착제를 사용한 접착이나 납땜 재료와 같이 상기 부재보다 낮은 용융점을 가진 합금을 사용하여 결합시킴으로써 본체 부재에 고정된다. 또한, 폐쇄 부재는 코킹 또는 나사에 의해 본체 부재에 고정될 수 있다. 변경적으로, 폐쇄 부재들은 이 2 개의 부재 사이의 마찰 접촉 또는 플라스틱 재료의 유동을 이용함으로써 본체 부재에 고정될 수 있다. 또한, 폐쇄 부재는 본체 부재내에 억지 끼워맞춰질 수 있다. 상기 설명된 방법들은 조합하여 채용될 수 있다.
설명된 실시예에 있어서, 본체 부재와 폐쇄 부재는 알루미늄 합금으로 형성된다. 그러나, 이들 부재는 마그네슘 합금과 같은 다른 금속 재료로 형성될 수 있다.
피스톤 (14) 이 결합되는 경사판식 압축기의 구성은 도 1 의 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 솔레노이드 작동식 제어밸브 (90) 는 필수적인 것은 아니며, 압축기는 경사판실 (86) 와 토출실 (24) 내의 압력간 차이에 따라 기계적으로 개폐되는 개폐 밸브를 사용할 수 있다. 솔레노이드 작동식 제어 밸브 (90) 대신에 또는 이 제어 밸브 (90) 에 부가하여, 이 제어 밸브 (90) 와 유사한 솔레노이드 작동식 제어 밸브가 배출 통로 (100) 에 구비될 수 있다. 변경적으로, 경사판실 (86) 와 흡기실 (22) 내의 압력간 차이에 따라 기계적으로 개폐되는 개폐 밸브가 구비될 수 있다.
단지 설명을 위해 본 발명의 바람직한 실시예가 상기에 설명되고 있지만, 본발명이 발명의 상세한 설명에 기술된 바와 같이 다양한 변경 및 개량으로 실시될 수 있음은 당업자에게는 명확하다.
본 발명의 방법에 따라 경사판식 압축기 피스톤을 제조하면, 헤드부가 충분히 감소된 벽두께를 가지며 상대적으로 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

Claims (8)

  1. 압축기의 실린더 보어 (12) 에 슬라이드 가능하게 끼워맞춰지는 헤드부 (72) 와, 압축기의 경사판 (60) 과 맞물리는 맞물림부 (70) 를 포함하는 경사판식 압축기용 피스톤을 제조하는 방법으로서,
    상기 헤드부에 대응하며 폐쇄 단부 및 개구 단부를 가지는 중공의 원통형 헤드부 (168)와, 상기 맞물림부에 대응하며 상기 폐쇄 단부에서 상기 중공의 원통형 헤드부와 일체로 형성되는 맞물림부 (165) 를 포함하는 소재 (160) 를 무기공 다이 캐스팅법에 의해 형성하는 단계; 및
    폐쇄 부재 (164) 를 상기 소재의 상기 중공의 원통형 헤드부에 고정하여, 상기 개구 단부를 폐쇄함으로써 피스톤의 상기 헤드부를 제공하는 단계를 포함하는 경사판식 압축기용 피스톤을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공의 헤드부를 제공하는 금형 반부 (218, 220) 의 적어도 일부분에서, 상기 중공의 원통형 헤드부의 중심선을 포함하는 분할면을 형성하는 2 개의 금형 반부 (218, 220) 로 이루어지며, 그리고 상기 원통형 헤드부의 상기 중심선과 평행한 방향으로 이동가능하며 상기 원통형 헤드부의 내주면 (170) 을 제공하는 슬라이드 코어 (222, 223) 가 구비되는 캐스팅 금형 (210) 을 준비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 중공의 원통형 헤드부는 1.8 mm 이하의 원통형 벽두께를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 소재를 형성하는 단계는, 각각이 상기 맞물림부와 상기 중공의 헤드부를 가지며 상기 맞물림부 측상의 단부에서 서로 일체로 연결되는 2 개의 본체 부재를 형성하여, 상기 2 개의 본체 부재의 상기 중공의 원통형 헤드부가 서로 동심을 이루며, 상기 2 개의 본체 부재의 상기 중공의 원통형 헤드부 각각은 상기 맞물림부로부터 떨어진, 양단부들 중 하나에서 개구되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 헤드부의 상기 내주면의 적어도 일부분은 기계가공되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소재 (160) 를 형성하는 단계는, 상기 소재 (160) 를 제공하는 제 1 부 (205A) 와 상기 폐쇄 부재 (164) 를 제공하는 제 2 부 (205B) 를 포함하는 일체로 된 프리커서 (160) 를, 상기 일체로 된 프리커서의 상기 제 1 부를 형성하기 위한 제 1 캐비티부 (227) 와 상기 일체로 된 프리커서의 상기 제 2 부를 형성하기 위한 제 2 캐비티부 (228) 를 포함하는 금형 캐비티 (228) 를 가지는 캐스팅 금형 (210) 을 사용하여, 다이 캐스팅함으로써 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 캐비티부는 서로 연통상태로 유지되는 것을 특징으로 하는방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 캐비티부 (228) 는 상기 소재 (160) 의 상기 맞물림부에 대응하는, 상기 제 1 캐비티부 (227) 의 일부분과 연통상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 폐쇄부재가 고착되는 본체부의 개구부 부근의 축방향 단부를 제외하고는 본체부의 내주면의 적어도 축방향 부분이 기계가공되지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
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