KR100769411B1 - 왕복식 압축기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

피스톤 로드의 구형 부재와 연결되는 피스톤의 구면 받침부를 구비한 왕복식 압축기에 있어서, 피스톤의 구면 받침부의 가공 정밀도를 향상시킴으로써 단시간에 압축 효율이 높은 압축기를 제조한다.

실린더와, 피스톤 로드와, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 구비하고, 피스톤 로드는 피스톤에 연결되는 구면 커플링을 갖고, 피스톤은 피스톤 로드의 상기 구면 커플링과 접하는 곡면을 구비한 구면 받침부를 갖고, 구면 받침부의 곡면은 수증기 처리를 실시하지 않은 소결 금속에 기계 가공을 실시하여 그 후에 수증기 처리가 실시된 것으로 한다.

이 때, 수증기 처리 전에 초벌 가공을 행하고 있어, 수증기 처리 후에 기계 가공에 의한 마무리 가공을 하면 더 좋다.

Description

왕복식 압축기 및 그 제조 방법 {RECIPROCATING COMPRESSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 주로 공조 장치 및 냉동 장치에 사용되는 왕복식 압축기에 관한 것이다.

구면 커플링에 의해 피스톤과 피스톤 로드를 연접하는 구조의 왕복식 압축기는 종래부터 카 에어컨의 경사판식 압축기나 냉장고의 밀폐형 압축기 등에 이용되어 왔다.

그와 같은 압축기 중 하나로, 특허 문헌 1에 기재된 기술이 있다.

일본 특허 공개 평5-209588호 공보에는, 피스톤에 연결되는 부분이 구형 부재로 되어 있는 피스톤 로드와, 피스톤 로드의 구형 부재에 연결되는 구면 받침부를 구비한 피스톤을 갖는 구조의 압축기가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2003-3956호 공보에는 이 피스톤을, 금속 분말을 성형 후 소결한 소결 합금에 대해 증기 처리를 실시하여 제조하면, 소결 합금 특유의 구멍을 밀봉하여 내마모성을 향상시킬 수 있다고 기재되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 제(소)64-69862호에는 피스톤의 종동부가 되는 외주면에 연삭 가공을 실시하여 산화 피막을 제거함으로써 치수의 안정화를 도모할 수 있는 동시에, 소결 합금 특유의 구멍이 건재화하여 윤활유 침투가 가능해진다고 기재되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2003-3956호 공보에는, 개구부의 직경이 피스톤 로드의 구형 부재의 직경보다도 작게 형성된 철계 소결 합금에 의한 구면 받침부가 기재되어 있다.

종래의 기술에서는 수증기 처리의 공정과 기계 가공의 공정 순서에 관하여 가공 정밀도나 가공 시간 면에서 고려되어 있지 않았다.

철계 소결 금속은 금형에 금속 분말을 충전하여 압축 성형하고, 그 후 가열하여 금속 가루끼리를 접합함으로써 얻을 수 있는 재료이지만, 제조 과정에서 금속 분말을 용융 상태까지는 가열하지 않으므로 금속 분말끼리는 완전하게 융합하지 않는다. 그로 인해, 금속 분말 사이에 구멍이 존재하게 되므로, 연성이 거의 없다. 따라서, 소결 금속을 소성 변형시키고자 하면 취성적으로 파괴되므로, 특허 문헌 1의 도6이나 특허 문헌 2의 도1과 같이 구면 받침부의 개구경을 구면의 최대 직경보다도 작은 구조, 즉 개구 방향으로 직경 축소된 형상을 만드는 경우에, 소성 변형에 의한 성형을 하는 것은 곤란했다.

또한, 일반적인 금형에 의한 소결로 원하는 형상을 성형하고자 하는 경우, 특허 문헌 1의 도1과 같이 구면 받침부의 개구경을 구면의 최대 직경과 동등하거나, 그 이상의 직경으로 할 필요가 있다.

그러나, 이와 같은 형상에서는 피스톤 로드의 구형 부재가 구면 받침부로부터 벗어날 가능성이 있다.

그래서, 소성 변형시키지 않고, 피스톤 로드의 구형 부재의 크랭크샤프트에 가까운 측을 덮는 소결 금속제의 구면 받침부를 구비한 왕복식 압축기를 실현하는 방법을 생각할 수 있다.

그 방법으로서는, 본 발명자들은 소결 금속에 기둥 부재의 구멍을 가공한 후, 선반 절삭 등의 기계 가공으로 구면을 형성하고, 또한 그 구형 부재의 일부를 제거하여 폭을 줄인 2면 폭을 형성하여 상기 구면 받침부와 상기 구형 부재의 2면 폭을 이용하여 구면 받침부에 구형 부재를 삽입하는 방법을 취하는 것으로 하였다.

이들 기계 가공을 행하는 데 있어서, 본 발명자들은 합금을 소결한 후에 기계 가공을 하지 않고 수증기 처리를 행하고, 그 후에 기계 가공을 행하는 것을 생각해 냈다.

그러나, 이 방법으로 제조한 구형 부재 받침부를 구비한 압축기를 평가한 결과, 매우 제조 시간이 길고, 또한 절삭용 바이트의 릴리프면에 있어서의 마모가 심하다. 그로 인해, 구형 부재 받침부의 가공한 곡면이 거칠어져 피스톤 로드의 움직임이 악화되어, 압축 효율을 저하시키는 경우가 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 전술한 구멍에 의해 발생하는 실린더 내로부터의 압축 기체의 누설을 수증기 처리에 의해 형성된 산화물로 막고 있었지만, 절삭량을 많게 한 경우 충분히 산화되어 있는 층을 제거해 버려, 전술한 구멍에 의한 압축 가스 누설이 발생하기 쉬워져 압축 효율이 저하되는 경우도 있었다.

즉, 본 발명의 목적은 이들 과제를 해결하여 피스톤 로드의 움직임을 순조롭게 함으로써, 왕복식 압축기의 압축 효율을 향상시키는 것을 목적으로 하는 것이다.

본원은 상기 과제를 해결하는 방법을 복수 포함하는 것이지만, 대표적인 것은 다음과 같다.

본 발명의 해결 방법으로서는, 왕복식 압축기의 피스톤 로드와 연결되는 피스톤으로서 구면 받침부에 산화막을 형성하기 전에, 절삭 등의 기계 가공으로 불필요한 부분을 제거해 두고, 그 후에 수증기 처리를 행한다. 그 후에는 필요에 따라서 마무리 기계 가공을 실시하도록 한다.

이와 같이 함으로써, 가공에 수반하는 곡면의 거칠기를 억제할 수 있게 되어, 피스톤 로드의 움직임을 순조롭게 할 수 있으므로 압축기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 수증기 처리 전에 한 번 기계 가공해 둠으로써, 수증기 처리에 의해 형성되는 구면 받침부의 산화물, 특히 철을 이용한 경우에는 사산화삼철(Fe₃O₄)의 층을 충분히 잔류시킬 수 있으므로, 실린더로부터의 압축 가스의 누설을 억제할 수 있다.

본 발명에 따르면, 왕복식 압축기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 발명의 일실시 형태를 도1 내지 도6에 의해 설명한다.

도1은 냉동용 왕복식 압축기의 일 태양의 종단면도이다.

이 왕복 압축기는 냉매에 예를 들어 이소부탄 등의 탄화수소를 사용하는 것으로, 밀폐 용기인 챔버(6)의 내부에는 모터와, 이 모터에 의해 구동되는 압축 기구가 배치되어 있다.

모터는 고정자(5a)와 회전자(5b)를 구비하고 있다.

이 회전자(5b)에는 크랭크샤프트(4)가 체결되어 있다.

크랭크샤프트(4)는 실린더 블럭(2)의 일부에 형성된 일정한 두께의 구멍인 베어링(2b) 내를 관통하도록 배치되고, 회전자(5b)의 회전과 아울러 회전하는 구조로 되어 있다.

크랭크샤프트(4)에는 편심시킨 핀(4a)이 형성되고, 회전자(5b)의 회전과 아울러 회전하는 구조로 되어 있다.

핀(4a)에는 크랭크샤프트의 축에 대해 횡방향으로 신장하고 있는 피스톤 로드(3)가 연결되어 있다.

피스톤 로드(3)의 실린더에 인접하는 단부에는 피스톤(1)이 연결되어 있다.

피스톤(1)은 실린더(2a)에 의해 지지되고, 크랭크샤프트의 회전 운동이 피스톤 로드를 거침으로써 회전자(5b)의 회전을 피스톤의 왕복 경로와 경로가 대략 일치하는 직선적인 왕복 운동으로 변환하고 있다.

또한, 실린더(2a)의 피스톤 로드에 인접하지 않는 측의 단부면에는 실린더(2a) 내에의 냉매의 출입을 제어하는 밸브를 구비한 밸브 기구(7)가 계지되어 있고, 밸브 기구(7)에는 압축되어 토출하는 냉매의 소음을 줄이는 사이렌서(8)가 부착되어 있다.

챔버(6)의 하부에는 윤활재가 저류되어 있고, 크랭크샤프트(4)의 하단부로부터 빨려 올라가 크랭크샤프트(4), 피스톤 로드(3), 실린더 블럭(2) 및 피스톤(1)에 존재하는 미끄럼 이동 부분을 윤활하게 하는 구조로 되어 있다.

본 실시 형태의 예에서는 피스톤(1)과 피스톤 로드(3)의 연결에 구면 커플링을 이용하고 있다.

이 구면 커플링의 구조를 도2를 이용하여 설명한다.

도2는 피스톤 로드(3)를 연결한 피스톤(1)의 종단면도이고, 도1의 A-A 단면의 피스톤 로드(3)와 피스톤(1)의 연결 부위의 확대도이다.

피스톤 로드(3)의 실린더측 단부는 피스톤 로드(3)의 구형 부재 이외의 부분이 구면 받침부와 접촉을 방지하기 위해 직경이 축소되어 있다(단면적이 작아지고 있음). 또한 그 선단부에는 구형 부재(3a)가 형성되어 있다.

피스톤(1)은 피스톤 로드(3)의 막대 형상 부분의 이동 범위보다도 넓은 개구부를 구비한 대략 구형 부재의 공간을 구성하는 구면 받침부(1a)를 구비하고 있다.

구형 부재(3a)에는 도2의 지면의 법선 방향으로 평면이 두 개 형성되어 있고, 이 두 면을 이용하여 서로 삽입 혹은 이격시킬 수 있도록 되어 있다.

이 피스톤(1)은 철을 포함하는 재료로 소결된 철계 소결 금속으로 소재가 제작되고, 기계 가공에 의해 구면 받침부(1a), 외주면(1b)을 가공한 후에 수증기 처리를 실시함으로써 제작된 것이다.

이 기계 가공과 수증기 처리의 가공 순서는 철계 소결 금속을 가공하였을 때의 공구 마모를 저감시킴으로써 면 표면을 깨끗하게 가공할 수 있을 뿐만 아니라, 수증기 처리에 의해 생성되는 소결 금속의 산화막, 본 실시 형태의 경우 삼사산화철의 남는 양을 늘릴 수 있으므로, 압축기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

이 공정 및 공구 마모에 대해 도3과 도4를 이용하여 설명한다.

도3은 피스톤(1)을 효율적으로 얻기 위해 설정한 공정을 나타내고 있다.

도3은 본 실시 태양의 일예로 피스톤(1)을 제작하는 공정의 흐름을 나타내고 있다.

본 공정에서는, 우선 원하는 조성으로 원료 분말을 제작하고(공정 번호 1), 이 원료 분말을 바인더 등의 부원료 가루와 함께 금형으로 충전하여 프레스 성형하여 성형체를 얻는다(공정 번호 2).

계속해서, 분위기로 속에서 성형체를 승온하여 금속 분말을 확산 접합시키는 소결을 행하여 소결체를 얻는다(공정 번호 3).

다음에, 소결 후에는 원통 형상이었던 구면 받침부(1a)를 선반으로 초벌 가공하여 구형으로 한(공정 번호 4) 후에 마찬가지로 선반을 이용하거나, 혹은 연삭반을 이용하여 구면 받침부(1a)를 원하는 치수와 정밀도로 마무리하는(공정 번호 5) 기계 가공을 행한다.

이 구면 받침부(1a)는 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 소결(공정 번호 3) 후에는 금형의 제약으로 원통형이었지만, 구면 받침부 마무리 가공(공정 번호 5) 후에는 기계 가공에 의해 구형을 이룬다.

계속해서, 도1의 (a)의 공정 번호 6에 나타내는 공정에서 원통 형상의 외주면(1b)을 원통 연삭반 혹은 센털리스 연삭반으로 가공한다. 이 가공은 소결체의 표면 거칠기, 형상(원통도)과 치수를 교정할 목적으로 행해진다.

이 후에, 기계 가공에 의해 버어가 생기는 경우에는 숫돌 가루를 함유한 브러시 등으로 버어 제거를 행한다(공정 번호 7).

이 단계에서 형상을 만들 목적으로 한 가공은 완료하여 다음에 수증기 처리를 실시한다(공정 번호 8). 이 수증기 처리에서는, 우선 기계 가공에 의해 부착된 가공액이나 유분을 세정에 의해 충분히 제거한다. 다음에 500 ℃ 내지 600 ℃로 가열한 수증기 중에 1시간 정도 유지한다. 이 처리에 의해, 수증기에 접촉한 철이 산화되어 흑색의 사산화삼철(Fe₃O₄)로 변화하고, 피스톤(1)의 표면에 산화물의 피막을 형성한다.

여기서, 일예로서는, 피스톤(1)은 부품으로서 완성하고, 도3의 (a)의 공정 번호 8 후에 나타내는 분기 B의 공정을 거쳐서 압축기로 조립된다.

상술한 공정에서, 본 실시 태양의 특징은 수증기 처리 전에 기계 가공을 실시하고 있는 점에 있다.

수증기 처리를 기계 가공 후에 행한 경우, 기계 가공으로 부착된 가공액 등의 제거를 세심하게 행할 필요가 발생하지만, 기계 가공으로 가공용 공구의 마모를 저감시킬 수 있는 것이 실험에 의해 구해졌다.

도4는 가공용 공구의 마모 시험 결과의 일예를 종래의 공정에서 제작한 소결재와, 상술한 공정에서 제작한 소결재를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도4에 도시한 결과를 얻은 실험의 조건은 도7의 표에 나타낸다. 시험에 이용한 소결재는 화학 성분(중량 ％)이 탄소(C)를 0.7 내지 1.0 ％, 구리를 1 내지 2 ％ 함유하고, 나머지가 철(Fe)로 이루어지는 것으로, JIS 규격으로 SMF4040에 해당한다. 이 소결 금속에 수증기 처리를 실시한 것과 실시하지 않은 것을 시험에 이용하였다. 사용한 공구는 피스톤(1)을 가공하는 선반용은 아니지만, 마모를 용이하게 관찰하기 위해 엔드밀을 이용하였다. 마모를 관찰한 부위는 엔드밀의 바닥면으로, 릴리프면의 마모 폭을 조사하였다. 사용한 엔드밀의 직경은 12 ㎜이고, 날수는 6매이다. 가공 조건은 엔드밀 회전수가 5000 min^-1, 이송 속도가 600 ㎜/min이고, 바닥면 날에 절입 0.05 ㎜를 부여하여 시험재의 단부면을 가공하였다. 도4는 이 결과 얻게 된 가공한 거리와 공구의 최대 릴리프면의 마모 폭을 나타낸 그래프이다.

가공 개시 초기의 단계에서 가공 거리 1.2 m에서는 최대 릴리프면의 마모 폭에 양자의 차이는 없다. 그러나, 가공 거리 6 m의 단계까지에 수증기 처리를 실시한 소결 금속의 경우에는 최대 릴리프면 마모 폭이 270 ㎛로 급격히 증대하고, 가공점으로부터 적열한 절삭 가루가 생성되기 시작하고, 정상적인 가공의 지속이 곤란해졌다. 이에 대해, 수증기 처리를 실시하지 않은 소결 금속인 경우에는 정상적인 마모가 진행되고, 최대 릴리프면 마모 폭은 가공 거리 6 m의 단계에서 60 ㎛, 가공 거리 11 m에서 120 ㎛였다. 가공 거리 6 m의 시점에서 비교하면, 수증기 처리를 실시하지 않는 소결 금속을 가공한 경우에는 종래의 수증기 처리를 실시한 소결 금속을 가공한 경우에 비해 최대 릴리프면 마모 폭을 78 ％ 저감시킬 수 있다. 즉, 공구 마모를 약 1/5로 할 수 있다. 이 결과에 따르면, 피스톤(1)에 수증기 처리를 실시하기 전에 기계 가공을 완료시키는 공정은 공구 수명을 신장하여 생산 능률을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 공구의 형상 변화가 적기 때문에 일정한 조건으로 가공할 수 있어, 균일하고 매끄러운 가공면을 얻을 수 있다.

또한, 수증기 처리로 형성되는 사산화삼철(Fe₃O₄)은 산화물이므로 금속간의 응착을 방지하여 내마모성을 향상시키는 작용이 있지만, 기계 가공 후에 수증기 처리함으로써 사산화삼철(Fe₃O₄)의 표층부가 완전히 잔류된다. 따라서, 피스톤(1)의 내마모성을 향상시키는 효과도 있다. 또한, 사산화삼철(Fe₃O₄)의 표층부가 완전히 잔류하므로 소결 금속 내의 구멍은 노출되는 일이 없으며, 피스톤(1)의 기밀성도 향상된다.

상술한 공구 마모의 억제 효과가 큰 것은 가공에 의한 제거량이 많은 도3의 (a)에 도시한 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)이다. 외주면 가공(공정 번호 6)에 있어서도 효과는 있지만, 이 공정은 소결(공정 번호 3)에 의해 도달하지 않은 치수 정밀도나 원통도를 교정하는 것이 목적이고, 형상을 만들어내는 가공은 아니다. 일반적으로 제거값이 0.1 ㎜ 정도의 가공이므로, 사용하는 공구의 마모도 구형을 만드는 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)에 비해 작다. 따라서, 상술한 공정은 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)에 특히 유효하고, 공구가 마모하면 만족하는 구형의 정밀도를 얻는 것도 어려워지는 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)의 능률을 향상시키는 데 효과가 크다.

이와 같이 이점이 있는 공정이지만, 표면에 형성되는 사산화삼철(Fe₃O₄)은 결정이 거칠어 기계 가공한 면의 표면 거칠기를 증대시킨다. 따라서, 피스톤(1)이 실린더(2)나 피스톤 로드(3)와 미소한 끼워 맞춤 간극을 설정하고 있는 고정밀도인 사양의 경우에는 표면 거칠기의 증대에 의해 끼워 맞춤이 곤란해지는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 수증기 처리 후에 사산화삼철(Fe3O4)의 표층부를 삭감시키지 않는 범위에서 표층부를 제거하여 표면을 평활하게 하는 가공을 실시한다. 테이프랩이나 브러시 가공 등으로 0.01 ㎜ 이하의 제거값의 가공을 행하면 목적을 달성시키는 것이 가능하다. 사산화삼철(Fe₃O₄)의 층은 0.05 ㎜ 이상의 두께를 가지므로, 표층부를 0.01 ㎜ 정도 제거해도 사산화삼철(Fe₃O₄)의 층은 완전히 잔류된다. 이 공정은 도3의 (a)에 도시하는 공정도의 분기(C)로 나타내는 공정에서 형상이나 치수를 만드는 기계 가공 후에 증기 처리를 행하고, 계속해서 표면을 평활하게 할 목적으로 우선 외주면 마무리(공정 번호 8A)를 행하고, 다음에 구면 받침부 마무리(2)(공정 번호 8B)를 행한다. 이 후, 조립을 행함으로써 표면이 평활화해져 있으므로 순조로운 조립이 가능하다.

또, 분기(C)를 선택한 경우에는 수증기 처리(공정 번호 8) 후에 기계 가공을 행하지만, 이 공정은 표면을 평활하게 하는 것이 목적이므로, 상술한 바와 같이 제거값은 0.01 ㎜로 매우 적다. 따라서, 수증기 처리(공정 번호 8)에 의한 공구 마모의 증대는 고려할 필요가 없는 레벨로 멈추게 할 수 있다.

상술한 바와 같은 공정을 거친 피스톤(1)은 내마모성이 우수하므로 피스톤(1)의 구면 받침부(1a)와 피스톤 로드(3a) 사이에 수지 등의 내마모성을 향상킬 목적의 재료를 개재시킬 필요가 없다. 따라서, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(1)과 피스톤 로드(3)를 조립 부착한 상태에서 피스톤 로드(3)의 베어링부로부터 피스톤 상면까지의 치수(H1)를 정확하게 기계 가공에 의해 얻는 것이 가능하다. 이 피스톤(1)과 피스톤 로드(3)는 양자를 조립 부착한 상태에서 실린더부(2a)와 베어링부(2b)가 일체가 된 실린더 블럭(2)에 조립하는 것이 가능하다. 이 실린더 블럭(2)의 베어링 중심으로부터 실린더 상면까지의 치수(H2)는 기계 가공에 의해 결정되어 버리지만, 피스톤 로드(3)의 베어링부로부터 피스톤 상면까지의 치수(H1)도 기계 가공으로 정확하게 결정할 수 있어 조립시에 위치 조정을 행할 필요가 없다. 종래의 구면 받침부(1a)와 피스톤 로드(3a) 사이에 수지 등의 재료를 개재시킨 구조에서는 H1에 상당하는 치수를 정밀하게 하는 것이 어려우므로, 조립시에 피스톤과 실린더의 위치 조정이 필요했다. 따라서, 실린더는 피스톤에 대해 위치를 조정할 수 있도록 각각 다른 부품으로 되어 있어야만 했다. 이에 수반하여, 실린더를 조립시에 조정하는 작업이나, 실린더를 고정하기 위한 볼트나 볼트 구멍이 필요했지만, 일체형의 실린더 블럭(2)에서는 이들 작업이 불필요해져 생산의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 실린더를 조립 공정으로 고정하는 방식에서는, 볼트 등에서의 체결에 의해 응력이 가해져 실린더가 변형되는 문제도 있었지만, 일체형의 실린더 블럭(2)에서는 조립에서 발생하는 실린더부(2a)의 변형 문제도 해소할 수 있다.

도6은 본 실시 형태에서 구면 받침부의 정상점을 포함하는 위치에 오목부를 마련한 일예이다.

구면 받침부(1a)를 선반으로 가공하는 데 있어서는, 축선(S)을 중심으로 피스톤(1)을 회전시켜 바이트로 가공하지만, 구면 받침부(1a)의 표면은 단면이 원이므로 축선(S)으로부터의 거리가 장소에 따라 다르다. 따라서, 일정 회전수로 피스톤(1)을 회전시키면서 가공하면 가공 속도가 변화되어 버리므로, 가공하는 부분의 축선(S)으로부터의 거리에 따라서 회전수를 증감시키는 제어를 취할 수 있다. 그러나, 구면 받침부(1a)의 정상점 부분은 축선(S)의 선 상에 있고, 축선(S)으로부터의 거리는 0이므로, 이 부분에서는 부여하는 회전수에 상관없이 절삭 속도가 0이 된다. 따라서, 구면 받침부(1a)의 정상점 근방은 가공 정밀도가 열화되기 쉬운 부분이다. 한편, 구면 받침부의 정상점 부근은 피스톤으로부터 가장 부하를 받는 부분이고, 정상점 부근이 돌출된 형상으로 가공되면, 피스톤 로드의 구형 부재(3a)와의 미끄럼 이동시에 면압이 높아져 이상 마모나 눌어붙음의 원인이 된다.

오목부(1d)는 이 정상점 부분을 구면 받침부(1a)에 만드는 가공에서는 가공하지 않도록 릴리프할 목적으로 마련하고 있다. 이 정상점 부분의 오목부(1d)는 일예로서 도3의 (a)의 공정도로 소결(공정 번호 3) 후에 드릴 가공에 의해 마련하는 것이 가능하다. 또한, 이 오목부(1d)는 성형(공정 번호 2)으로 금형에 의해 성형하는 것도 가능하고, 금형이 복잡해져도 허용되는 경우에는 오목부(1d)는 금형에 의해 성형된 쪽이 생산의 효율을 좋게 할 수 있다. 이 오목부(1d)는 구면 받침부(1a)의 가공 공정에서 정상점 부근을 가공하지 않기 위해 마련하는 이른바 릴리프이므로 형상은 상관없지만, 오목부(1d)에 의해 구면 받침부(1c)의 면적은 감소한다. 정상점 부근은 구면 받침부에 가장 부하가 걸리는 부분이므로, 오목부(1d)가 구면 받침부(1a)에서 개구되는 면적은 사용하는 용도에 따라 정할 필요가 있다. 그러나, 오목부(1d)의 개구 면적은 필요 최소한으로 해 두는 것이 바람직하다.

이와 같이 내마모성이 우수한 피스톤(1)을 효율적으로 입수하는 것이 가능해지지만, 이 피스톤(1)을 조립한 압축기에서는 피스톤의 내구성을 저렴하게 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 지구 환경 보호의 관점으로부터 종래 냉매로서 이용되고 있던 염소를 포함하는 프론으로부터 염소를 포함하지 않는 프론 혹은 이산화탄소나 탄화수소 등의 자연 냉매로 전환이 행해지고 있다. 이들 염소를 포함하지 않는 냉매를 압축하면, 냉매 자체의 마찰 경감 작용이 낮기 때문에 경계 윤활 상태가 되기 쉽지만, 사산화삼철(Fe₃O₄)을 표면에 형성하고 있는 피스톤(1)에서는 산화물이 금속끼리의 접촉을 방지하므로 경계 윤활하에 있어서도 내마모성이 향상되고 있다. 따라서, 본 피스톤(1)을 채용한 냉매 압축기는 염소를 포함하지 않는 냉매에의 적용에 있어서도 내구성의 면에서 유리하다.

피스톤 로드의 움직임을 순조롭게 함으로써 왕복식 압축기의 압축 효율을 향상시킨다.

도1은 본 발명의 실시 형태의 일예인 압축기를 도시한 종단면도.

도2는 피스톤과 피스톤 로드를 결합한 상태를 도시하는 종단면도.

도3은 본 발명의 실시 형태의 일예인 피스톤의 가공 공정을 나타낸 설명도와 피스톤의 종단면도.

도4는 소결 금속을 가공한 경우의 공구 마모의 일예를 릴리프면의 마모 폭으로 나타낸 선도.

도5는 피스톤, 피스톤 로드, 실린더 블럭의 외관을 도시한 조감도.

도6은 구면 받침부의 정상점에 마련한 오목부를 도시한 피스톤의 종단면도.

도7은 도4에 나타낸 결과를 얻은 실험의 조건을 나타낸 표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 피스톤

1a : 구면 받침부

2 : 실린더 블럭

2a : 실린더

3 : 피스톤 로드

3a : 구형 부재

4 : 크랭크샤프트

4a : 핀

6 : 챔버

7 : 밸브 기구

Claims (9)

1. 실린더와, 피스톤 로드와, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 구비한 왕복식 압축기이며,

   상기 피스톤 로드는 상기 피스톤에 연결되는 구면 커플링을 갖고,

   소결 금속으로 형성된 상기 피스톤은 상기 피스톤 로드의 상기 구면 커플링과 접하는 곡면을 구비한 구면 받침부를 갖고,

   상기 구면 받침부의 표면은 구면형으로 기계 가공된 후, 상기 소결 금속의 산화막이 형성되고, 또한 상기 산화막 표면이 평활화 가공되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 소결 금속은 철을 포함하는 금속이고, 상기 산화막은 사산화삼철인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 로드를 구동하는 크랭크샤프트와, 그 크랭크샤프트를 지지하는 프레임을 갖고,

   상기 프레임은 상기 피스톤이 통 내를 왕복 이동하는 실린더와 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
4. 피스톤 로드의 구면 커플링에 접하는 구면 받침부를 구비한 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동하는 왕복식 압축기의 제조 방법이며, 소결 금속으로 이루어지는 상기 피스톤의 구면 받침부의 표면을 구면형으로 기계 가공한 후, 상기 구면 받침부의 표면에 상기 소결 금속의 산화막을 형성하고, 또한 상기 산화막 표면을 평활화 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 소결 금속은 철을 포함하는 금속이고, 상기 산화막은 사산화삼철인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기 제조 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 평활화 가공은 테이프 랩 또는 브러시 가공으로 행해지는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기 제조 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 평활화 가공은 상기 산화막 표면을 0.01 mm 제거하는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기 제조 방법.
8. 제4항에 있어서. 상기 산화막의 형성은 상기 구면 받침부를 가열한 수증기 분위기에 노출하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기 제조 방법.
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