KR101048592B1

KR101048592B1 - 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101048592B1
Application number: KR1020097004415A
Authority: KR
Inventors: 타카시 모리; 야수오 오미
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2011-07-12
Also published as: JP4829159B2; CN101568726A; EP2138719B1; JP2008240710A; CN101568726B; EP2138719A1; KR20090042944A; US20100107865A1; US8425699B2; EP2138719A4; WO2008120483A1

Abstract

[과제] 생산성 및 품질을 향상시키면서 사판 지지대의 내소부성 및 내마모성을 높인다.

[해결수단]

회전축(5)과 함께 회전하는 실린더 블록(9)에 복수의 피스톤(10)이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축(5)의 회전에 의해 피스톤(10)이 사판(12)을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 사판(12)의 볼록부(32)가 사판 지지대(20)의 오목부(22)에 경사 이동 가능하게 지지되며, 오목부(22)의 지지면(22a) 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대(20)와 일체로 형성된 벽(2e)이 배치되어 있는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터(1)의 제조 방법으로서, 사판 지지대(20)의 오목부(22)의 지지면(22a)에 대해 레이저 광(L1, L2)을 주사하면서 조사하여 담금질을 행하여, 지지면(22a)에 대하여 레이저 광(L1, L2)의 입사각도(α1, α2)에 따라 레이저 광(L1, L2)의 출력을 변화시킨다.

사판, 피스톤, 펌프, 모터, 지지대, 레이저, 담금질

Description

사판식 피스톤 펌프ㆍ모터 및 그의 제조 방법{SWASH PLATE TYPE PISTON PUMP MOTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 사판이 회전축에 대하여 경사 이동(傾動) 가능하도록 사판 지지대에 지지되어 있는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 사판식 피스톤 펌프에서는, 그의 케이싱 내에 회전축과 고정된 실린더 블록이 설치되어 있고, 회전축과 대략 평행한 복수의 피스톤의 전단부가 실린더 블록에 삽입되어 있다(예를 들면, 특개평 제11-50951호 공보 참조). 피스톤의 후단부는 회전축에 대해서 경사진 사판의 전면(前面)에 안내되어 있고, 실린더 블록의 회전에 수반하여 피스톤이 왕복운동하여 작동유가 흡입/토출되는 구성으로 되어 있다. 사판의 배면에는 원호 모양의 볼록부(凸部)가 형성되어 있고, 이 볼록부가 사판 지지대의 원호 모양의 오목부(凹部)에 지지되어 있다. 그리고, 사판 지지대의 지지면에 윤활유를 유도하여 사판을 회전축에 대하여 경사 이동시키는 것에 의해, 피스톤의 스트로크(stroke)가 변화하여, 작동유의 토출량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 이때, 사판의 경사 이동 각도를 크게 하면 피스톤의 스트로크가 커져서 토출량이 증대하는 한편, 경사 이동 각도를 작게 하면 피스톤의 스트로크가 작아져서 토출량이 감소하도록 되어 있다.

이와 같은 사판식 피스톤 펌프에서는, 실린더 블록 안에 피스톤이 후퇴하여 작동유를 토출시킬 때, 작동유가 각 피스톤에 주는 반력이 사판에 작용하기 때문에, 사판과 사판 지지대 사이의 면압(面壓)이 비정상적으로 높아진다. 그렇게되면, 사판과 사판 지지대의 경계면에 있는 윤활유막이 끊어지기 쉽기 때문에, 사판과 사판 지지대의 마찰면에는 내소부성(耐燒付性) 및 내마모성이 요구되게 된다. 그래서 종래에는, 주철로 이루어진 사판 지지대에 가스 연질화(軟窒化) 처리와 같은 표면경화 열처리를 행하는 것에 의해, 사판 지지대에 대해 내소부성 및 내마모성을 부여하고 있다. 또한, 비교적 대형의 펌프에 대해서는 사판 지지대의 지지면에 동합금 라이닝을 시행하는 것으로서, 내소부성 및 내마모성을 부여하는 경우도 있다.

또한, 피스톤 펌프는, 회전축으로 전달되는 회전동력이 입력이 되고 피스톤에 의해 토출되는 작동유가 출력이 되는 한편, 피스톤 모터는 압유(壓油)의 유입이 입력이 되고 회전축의 회전동력이 출력이 된다. 즉, 양자는 사용방법만 다를 뿐이고 기본적인 구성은 서로 동일하기 때문에, 해당 구성을 본 명세서에서는 피스톤 펌프ㆍ모터라고 칭한다.

그러나, 질소를 침입 확산하여 표면을 경화시키는 가스 연질화 처리를 행하는 경우에는, 마찰면에 대해서만 표면처리를 행하면 좋은데도 불구하고, 처리효율의 사정으로 인하여 부품 전체를 가스 연질화 처리하지 않을 수 없어, 양산을 위해서는 대형 설비가 필요해진다. 또한, 가스 연질화에서는 부품 전체가 고온(약 500 내지 600℃)으로 가열되기 때문에, 가열변형을 일으키지 않도록 처리 전에 응력 제거 풀림을 행할 필요도 생기며, 가스 연질화 시에는 부품 표면이 깔끔하게 청정(淸淨)되어 있지 않으면 처리가 안정되지 않기 때문에, 부품의 전 세정처리(前洗淨處理)가 필요하게 되어 작업공수가 증대한다. 또한, 가스 연질화에서는 작업성을 고려하여 수량을 모아서 일괄(batch) 처리하기 때문에, 생산 리드 타임(lead time)이 길어지는 문제도 있다.

한편, 사판 지지대의 지지면에 동합금 라이닝을 실시한 경우에는, 별도의 동합금판을 사판 지지대의 지지면에 고정하는 수단으로는, 노중(爐中) 납땜, 피복(cladding) 용접 및 기계적 접합 등이 있다. 그러나, 노중 납땜을 행할 경우에는, 가스 연질화 처리와 마찬가지로 설비의 대형화, 작업공수의 증대, 생산 리드 타임의 길어짐 등의 문제가 생긴다. 피복 용접을 행할 경우에는, 작업에 숙련을 요하고 품질 불량이 생기는 문제가 있다. 볼트 등에 의한 기계적 접합을 행할 경우에는, 볼트 고정 지점으로부터 먼 지점에서 사판 지지대와 동합금판 사이에 틈새가 생겨, 오일의 누설 등이 생기는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은, 생산성과 품질을 향상시키면서 사판 지지대에 내소부성 및 내마모성을 부여하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 제1의 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법은, 회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 볼록부가 사판 지지대의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되어 있는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조방법으로서, 상기 사판 지지대의 오목부의 지지면에 대해 레이저 광을 주사하면서 조사하여 담금질을 행하여, 상기 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 출력을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 사판 지지대의 지지면만을 레이저 광으로 담금질하면 되고, 소규모 설비에서 클린하게 단시간에 내소부성 및 내마모성을 부여할 수 있다. 또한, 경화깊이가 얕아지는 부분 담금질이기 때문에 가열변형을 일으키기 어렵고, 마무리가공을 생략할 수 있다. 또한, 레이저 담금질에 의하면, 대기 중에서 처리 가능하고 냉각액도 사용하지 않아도 된다. 또한, 담금질 표면은 레이저 광의 흡수율이 일정하면 되기 때문에, 가스 연질화의 경우처럼 부품 표면의 청정도에 그다지 신경을 쓰지 않아도 고품질의 표면처리를 실현할 수 있다. 따라서, 피스톤 펌프ㆍ모터의 생산 라인에 맞추어 인라인 처리를 행하는 것이 가능해지고, 생산성 및 품질을 향상시키면서도 사판 지지대의 지지면의 내소부성 및 내마모성을 높일 수 있다.

또한, 지지면의 적어도 일부의 법선 상에는 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되어 있고, 지지면에 대해서 직각(입사각=90°)으로 레이저 광을 조사할 수 없는 지점이 발생하지만, 예를 들면 레이저 광의 입사각도가 작아진 경우에 레이저 장치의 출력을 크게 하는 등, 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 출력을 적절히 변화시키면, 지지면에서의 레이저 광의 흡수량을 조절할 수가 있고, 지지면에 대한 담금질 깊이의 변동을 컨트롤하는 것도 가능해진다. 따라서, 지지면 전체에 걸쳐서 내소부성 및 내마모성이 확실하게 부여되도록 담금질 깊이를 적절히 조절하는 것이 가능해진다.

상기 제1의 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법에 있어서, 상기 지지면은 상기 사판의 경사 이동 방향을 따라 원호 모양으로 형성되고, 상기 벽은 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 양단부의 법선 상에 배치되며, 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 중앙부의 법선 상에는 개구부가 마련되고, 상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 입사각도는, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 입사각도보다도 작고, 상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 출력은, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 출력보다도 크도록 할 수 있다.

이 경우, 원호 모양의 지지면의 중앙에는 개구부를 통하여 레이저 광을 직각으로 조사할 수 있는 한편, 원호 모양의 지지면의 양단부에는 벽이 방해가 되어 레이저 광을 직각으로 조사할 수 없어 레이저 광의 입사각도를 작게 하지 않을 수 없다. 입사각도가 작아지면 일반적으로는 반사 성분이 증가하기 때문에 지지면에서의 레이저 광의 흡수성분이 감소하게 된다. 그러나, 상기 방법에 의하면, 지지면의 양단부에 대한 레이저 광의 출력이, 지지면의 중앙부에 대한 레이저 광의 출력보다도 커지도록 조절되기 때문에, 지지면에서의 레이저 광의 흡수량을 상기 경사 이동 방향을 따라서 균일화할 수 있다. 따라서, 지지면 전체에 걸쳐서 균일한 내소부성 및 내마모성을 부여하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 제2의 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법은, 회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 원호 모양의 볼록부가 사판 지지대의 원호 모양의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되어 있는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조방법으로서, 상기 사판 지지대의 오목부의 지지면에 대해 레이저 광을 주사하여 담금질을 행하고, 상기 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 주사 속도를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 지지면의 적어도 일부의 법선 상에는 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되어 있고, 지지면에 대해서 직각(입사각=90°)으로 레이저 광을 조사할 수 없는 지점이 발생하지만, 예를 들면 레이저 광의 입사각도가 작은 경우에 레이저 광의 주사 속도를 작게 하여 레이저 광의 조사량을 늘리는 등, 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 주사속도를 적절히 변화시키면, 지지면에서의 레이저 광의 흡수량을 조절할 수 있고, 지지면에 대한 담금질 깊이의 변동을 컨트롤하는 것도 가능해진다. 따라서, 지지면 전체에 걸쳐서 내소부성 및 내마모성이 확실하게 부여되도록 담금질 깊이를 적절히 조절하는 것이 가능해진다.

상기 제2의 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법에 있어서, 상기 지지면은 상기 사판의 경사 이동 방향을 따라 원호 모양으로 형성되고, 상기 벽은 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 양단부의 법선 상에 배치되며, 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 중앙부의 법선 상에는 개구부가 마련되고, 상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 입사각도는, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 입사각도보다도 작고, 상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 주사 속도는, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 주사 속도보다도 작게 할 수 있다.

이 경우, 원호 모양의 지지면의 중앙에는 개구부를 통하여 레이저 광을 직각으로 조사할 수 있는 한편, 원호 모양의 지지면의 양단부에는 벽이 방해가 되어 레이저 광을 직각으로 조사할 수 없어 레이저 광의 입사각도를 작게 하지 않을 수 없다. 입사각도가 작아지면 일반적으로는 반사 성분이 증가하기 때문에 지지면에서의 레이저 광의 흡수성분이 감소하게 된다. 그러나 상기 방법에 의하면, 지지면의 양단부에 대한 레이저 광의 주사 속도가, 지지면의 중앙부에 대한 레이저 광의 주사속도보다도 작아지도록 조절하고 있기 때문에, 그만큼 레이저 광의 조사량이 증가하고, 지지면에서의 레이저 광의 흡수량을 상기 경사 이동 방향을 따라서 균일화할 수 있다. 따라서, 지지면 전체에 걸쳐서 균일한 내소부성 및 내마모성을 부여하는 것이 가능해진다.

상기 사판 지지대는 케이싱과 일체로 형성되고, 상기 벽이 케이싱일 수 있다. 이와 같이 하면, 사판 지지대와 케이싱이 일체화되어 있으므로, 부품 수가 감소되어 저비용화를 도모할 수 있다.

상기 지지면에 대해서 레이저 광을 부분적으로 조사할수도 있다. 이와 같이 하면, 레이저 광의 조사에 의해 부분적으로 형성되는 담금질부가 변태에 의해 열팽창하여 볼록한 모양이 되므로, 비 담금질부와의 사이에서 요철이 형성되어, 오일이 머무는 효과에 의해 윤활특성이 향상되고 내소부성이 더욱 향상된다.

상기 사판의 경사 이동 방향에 직교하는 방향으로 담금질 라인이 형성되도록, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 줄무늬 모양으로 조사할 수도 있다. 이와 같이 하면, 사판이 경사 이동되어 사판 지지대의 지지면에 대해 접촉하면서 마찰(슬라이딩)될 때, 지지면의 담금 질부와 비 담금질부가 사판의 볼록부를 다점(多占) 지지하여 면압을 분산시킴으로써, 내소부성이 더욱 향상된다.

본 발명에 따른 제1 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터는, 회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 볼록부가 사판 지지대의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되며, 상기 사판 지지대는, 상기 오목부의 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 출력을 변화시키면서, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 주사하여 조사해 담금질되는 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제2 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터는, 회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 원호 모양의 볼록부가 사판 지지대의 원호 모양의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되며, 상기 사판 지지대는, 상기 오목부의 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 주사 속도를 변화시키면서, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 주사하여 조사해 담금질되는 구성인 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 단면도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 케이싱의 정면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이다.

도 4는 도 1에 나타낸 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 사판의 배면도이다.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선의 단면도이다.

도 6은 도 3에 도시된 사판 지지대에 대한 레이저 담금질을 설명하는 도면이다.

도 7은 주사속도 Ｖ=100㎝/min에서의 레이저 출력과 담금질 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 주사속도 Ｖ=75㎝/min에서의 레이저 출력과 담금질 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 주사속도 Ｖ=50㎝/min에서의 레이저 출력과 담금질 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10은 도 7 내지 도 9 중 적절한 담금질 상태가 얻어지는 조사조건을 선정한 것으로서, 각 주사속도에서의 조사각도와 레이저 출력과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 11은 레이저 담금질한 사판 지지대의 내소부성 비교시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터(1)의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터(1)는, 사판 지지대(20)가 일체로 형성된 케이싱(2) 및 상기 케이싱(2) 우측의 개구부를 폐쇄하여 토출로(3a) 및 흡입로(미도시)를 가지는 밸브 커버(3)를 구비하고 있다. 케이싱(2) 내에는, 케이싱(2) 및 밸브 커버(3)에 대하여 베어링(6, 7)을 개재하여 회전이 자유롭게 축 지지되는 회전축(5)이 전후방향(도 1에서 좌우방향)으로 설치되고, 회전축(5)이 돌출되는 케이싱(2)의 삽통공(2c)에 설치된 베어링(7)의 외측에는 누름부재(8)가 고정되어 있다.

회전축(5)에는 실린더 블록(9)이 스플라인(spline) 결합되어 있고, 실린더 블록(9)은 회전축(5)과 함께 일체로 회전하는 구성으로 이루어져 있다. 실린더 블록(9)에는 회전축(5)의 회전축선(50)을 중심으로 하여 둘레방향으로 등간격을 두고 복수의 피스톤 실(9a)이 오목하게 형성되어 있다. 각 피스톤 실(9a)은 각각 회전축선(50)에 대략 평행하고, 왕복운동하는 피스톤(10)의 전단부가 각 피스톤 실(9a)에 각각 수납되어 있다. 피스톤 실(9a)로부터 돌출되는 각 피스톤(10)의 후단부(10a)는 구형상(球狀)이고, 각각 슈(shoe)(13)의 구면(球面) 축받이부(13a)에 회동이 가능하게 장착되어 있다.

실린더 블록(9)의 중앙 후단에는 슈(13)의 받침(11)이 외측결합되어 있다. 슈(13)의 구면 축받이부(13a)와 반대측(배면측)의 접촉면(13b)에는 사판(12)이 대면하여 배치되고, 슈(13)에 실린더 블록(9) 측으로부터 누름판(14)을 끼워 결합하는 것에 의해 슈(13)가 사판(12) 측으로 가압되고 있다. 사판(12)은, 슈(13)의 접촉면(13b)에 마주하는 평탄한 미끄럼 면(26a)을 가지며, 실린더 블록(9)이 회전하면 슈(13)는 미끄럼 면(26a)을 따라 안내되어 회전하고, 피스톤(10)이 회전축선(50) 방향으로 왕복운동을 한다. 사판(12)의 미끄럼면(26a)의 반대측(배면측) 면에는 원호 모양의 마찰면(32a)(도 4 참조)을 가지는 볼록부(32)가 형성되어 있고, 상기 볼록부(32)가 사판 지지대(20)의 오목부(22)의 원호 모양의 지지면(22a)(도 3 참조)에 슬라이드 가능하게 지지되어 있다.

케이싱(2)의 상부에는, 대경(大徑) 실린더 실(2a)과 소경 실린더 실(2b)이 동축상의 전후(도 1에서 좌우)로 대향하여 형성되고, 경사 이동 조절용 플런저(15)의 대경부(15a)가 대경 실린더실(2a)에 수용되어 있고, 소경부(15b)가 소경 실린더실(2b)에 수용되어 있다. 경사 이동 조절용 플런저(15)의 중앙부에는 연결부재(16)가 고정되고, 연결부재(16)의 하단측의 구형부(16a)가 사판(12) 상부의 오목부(28a)에 회전가능하게 끼워져 결합되어 있다. 그리고, 소경 실린더실(2b)에 일정한 압력이 공급된 상태에서, 레귤레이터(미도시)에 의해 대경 실린더실(2a)에 공급하는 압력을 증감시켜, 경사 이동 조절용 플런저(15)를 좌우로 슬라이드시키는 것에 의해, 사판(12)의 볼록부(32)의 마찰면(32a)(도 4 참조)이 사판 지지대(20)의 오목부(22)의 지지면(22a)(도 3 참조)에 대하여 경사 이동 방향으로 슬라이드하여, 회전축선(50)에 대한 사판(12)의 경사 이동 각도(θ)가 변화되는 구성으로 이루어 져 있다.

밸브 커버(3)의 내면측에는 실린더 블록(9)에 대하여 슬라이딩 가능하게 접하는 밸브 플레이트(25)가 고정되어 있다. 밸브 플레이트(25)에는 토출 포트(25a)와 흡입 포트(25b)가 형성되어 있고, 실린더 블록(9)의 회전 위상(位相)에 따라서 실린더 실(9a)의 출입구(9b)가 토출 포트(25a) 또는 흡입 포트(25b)와 연통된다. 밸브 커버(3)에는, 밸브 플레이트(25)의 토출 포트(25a)에 연통하여 외측면으로 개구하는 토출로(3a)가 형성되어 있고, 흡입 포트(25b)에 연통하여 외측면으로 개구하는 흡입로(미도시)가 형성되어 있다. 밸브 커버(3)에는 토출로(3a)로부터 분기하는 바이패스 유로(3b)가 형성되어, 케이싱(2)에 형성된 중계유로(2b)와 연통되고, 상기 중계통로(2b)가 후술하는 사판 지지대(20)에 오일을 도입하는 오일 보급로(24)에 연통되고 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 케이싱의 정면도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(2)은, 예를 들면 주철로 이루어지고, 통형 벽부(2e) 및 통형 벽부(2e)의 일측(도 3에서 좌측)의 개구를 폐쇄하는 측벽부(2f)를 가지고 있다. 통형 벽부(2e)의 타측(도 3에서 우측)에는 개구부(2d)가 형성되어 있다. 측벽부(2f)의 중심에는 회전축(5)(도 1)이 관통하는 삽통공(2c)이 형성되어 있다. 삽통공(2c)의 양측(도 2에서 좌우)에는, 한 쌍의 사판 지지대(20)가 돌출형성되어 있다.

사판 지지대(20)에는 사판(12)에 대향하도록 오목부(22)가 형성되어 있고, 오목부(22)에는 사판(12)의 볼록부(32)(도 1)를 슬라이드 가능하게 지지하는 지지 면(22a)이 형성되어 있다. 지지면(22a)은, 개구부(2d)에 대향하고, 사판(12)의 경사 이동 방향을 따르는 원호 모양으로 형성되어 있다. 지지면(22a)의 상기 경사 이동 방향의 중앙부(오목부(22)의 최심부(最深部))의 법선(N1) 상에는, 개구부(2d)가 위치하고 있는 한편, 지지면(22a)의 상기 경사 이동 방향의 양단부(B)(도 6 참조)의 법선(N2) 상에는, 통형 벽부(2e)가 위치하고 있다. 지지면(22a)에는, 사판(12)의 경사 이동 방향(슬라이드 방향)에 직교하는 방향으로 담금질 라인(X)이 형성되도록, 탄산 가스 레이저, YAG 레이저 또는 반도체 레이저 등의 레이저 조사장치(도 6)를 이용하여 레이저 광을 줄무늬 모양으로 조사하여 줄무늬 형의 부분 담금질이 도 2의 빗금 부분과 같이 시행된다. 이이 따라, 담금질 라인(X)이 조직변형에 의한 팽창으로 약간 볼록한 모양이 되어, 비 담금질 라인(Y)과의 사이에서 미세한 요철이 형성된다. 또한, 지지면(22a)에는, 케이싱(2)의 오일 보급로(24)와 연통되는 압유 공급구(미도시)가 개구되어 있어, 지지면(22a)에 오일이 윤활유로 공급된다.

도 4는 도 1에 도시된 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터(1)의 사판(12)의 배면도이다. 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선의 단면도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 사판(12)은, 예를 들면 질소를 침입 및 확산시켜 표면을 경화시키는 가스 연질화처리를 행한 주철로 이루어진다. 사판(12)은, 슈(13)(도 1)를 안내하는 미끄럼 면(26a)을 구비하는 사판 본체(26) 및 상기 사판 본체(26)의 폭방향 양측(도 4에서 좌우)에 형성되는 1쌍의 볼록부(32)를 구비하고 있다. 사판 본체(26)의 중심에는 회전축(5)(도 1)이 관통되는 삽통공(27)이 형성되어 있다. 볼록부(32)는, 사판 지지대(20)의 지지면(22a)에 대향하는 원호형의 평평하고 미끄러운 마찰면(32a)을 가지 고 있고, 상기 마찰면(32a)의 폭방향 중앙에는 슬라이드 방향으로 연장되는 유막(油膜) 유지용 홈부(33)가 형성되어 있다.

상기한 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터(1)의 동작은, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(5)이 회전구동되면, 회전축(5)과 함께 실린더 블록(9)이 회전하는 것에 의해 하방으로 이동하는 피스톤(10)은, 사판(12)에 안내되어 피스톤 실(9a)로부터 인출되고, 피스톤 실(9a) 안으로 작동유가 흡입된다. 한편, 상방으로 이동하는 피스톤(10)은 사판(12)에 안내되어 피스톤 실(9a)로 밀려 들어가, 피스톤 실(9a) 내의 작동유가 토출된다. 이때, 사판(12)의 볼록부(32)를 사판 지지대(22)의 지지면(22a)을 따라 슬라이드시켜 사판(12)의 경사 이동 각도(θ)를 조절함으로써, 피스톤(10)의 스트로크 량이 변경되어 토출량을 조절할 수 있게 된다.

다음으로, 사판 지지대(20)의 오목부(22)의 지지면(22a)에 대한 담금질 방법에 관하여 설명한다. 도 6은 도 3에 도시된 사판 지지대(20)에 대한 레이저 담금질을 설명하는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 사판 지지대(20)의 오목부(22)의 지지면(22a)은 사판(12)의 경사 이동 방향을 따라 원호형으로 형성되어 있고, 지지면(22a)의 상기 경사 이동 방향의 양단부(B)의 법선 상에는 케이싱(2)의 통형 벽부(2e)가 위치하고 있다. 즉, 지지면(22a)의 중앙부(A)에는 개구부(2d)를 통하여 레이저 조사장치(100)로부터 레이저 광(L1)을 직각(입사각도 α1 = 90°)으로 조사할 수 있지만, 지지면(22a)의 양단부에는 통형 벽부(2e)가 방해하여 레이저 조사장치(100)로부터 레이저 광(L2)을 직각으로 조사할 수가 없다. 따라서, 지지면(22a)의 양단부(B)에 대한 레이저 광(L2)의 입사각도를 지지면(22a)의 중앙부(A)에 대한 레이저 광(L1)의 입사각도(α1)보다도 작아지도록 예각으로 경사시켜, 입사각도(α1, α2)에 따라 레이저 광(L1, L2)의 출력을 변화시키는 방안을 실시하고 있다.

구체적으로는, 레이저 조사장치(100)에 의해 사판 지지대(20)의 지지면(22a)에 대하여 레이저 광을 조사하고, 경사 이동 방향에 대략 직교하는 방향으로 담금질 라인(X)(도 2 참조)이 형성되도록, 레이저 광을 도 6의 지면(紙面)에 수직한 방향으로 일정 속도로 주사(走査)하면서 줄무늬 모양으로 담금질을 행한다. 이때, 지지면(22a)의 중앙부(A)로부터 양단부(B)로 레이저의 조사영역이 이동함에 따라, 레이저 광(L1, L2)의 입사각도(α1, α2)를 감소시킴과 동시에, 레이저 광(L1, L2)의 출력을 증가시킨다. 즉, 지지면(22a)에서의 레이저 광의 흡수량이 경사 이동 방향을 따라 거의 균일해지도록, 지지면(22a)의 양단부(B)에 대한 레이저 광(L2)의 출력을, 지지면(22a)의 중앙부(A)에 대한 레이저 광(L1)의 출력보다 크게 한다. 이에 따라, 지지면(22a)의 전체에 걸쳐서 내소부성 및 내마모성이 확실하게 부여되도록 담금질 깊이의 균일화를 도모할 수 있다.

이상에 의하면, 레이저 광을 이용하여 줄무늬 모양으로 형성된 담금질 라인(X)이 조직변태에 의한 팽창으로 미세한 볼록 모양이 됨으로써, 비 담금질 라인(Y)과의 사이에서 요철이 형성되고, 오일이 머무르는 효과 및 다점(多占) 지지에 의한 면압 분산 효과로 슬라이드 특성이 향상되고 내소부성이 높아진다. 이때, 담금질 라인(X)은 슬라이드 방향에 직교하는 방향으로 형성되어 있으므로, 사판(12)의 마찰면(32a)에는 사판 지지대(20)의 담금질 라인(X)과 비 담금질 라인(Y)이 번갈아 교체하면서 대향하게 되어, 사판(12)과 사판 지지대(20) 사이의 면압이 효과 적으로 분산되어 길들기 쉬워지고 내소부성이 향상된다. 또한, 사판(12)의 마찰면(32a)과 접하는 미세한 볼록 모양의 담금질 라인(X) 부위가 조직변태에 의해 담금질 경화되어 있기 때문에, 내마모성도 향상된다.

또한, 사판 지지대(20)의 지지면(22a)만을 레이저 광으로 담금질하면 되고, 소규모 설비에서 클린하게 단시간에 내소부성 및 내마모성을 부여할 수 있다. 또한, 경화깊이가 얕아지는 부분 담금질이기 때문에 가열변형을 일으키기 어렵고, 마무리가공을 생략할 수 있다. 또한, 레이저 담금질에 의하면, 대기 중에서 처리 가능하고 냉각액도 사용하지 않아도 된다. 또한, 담금질 표면은 레이저 광의 흡수율이 일정하면 되기 때문에, 가스 연질화의 경우처럼 부품 표면의 청정도에 많은 신경을 쓰지 않아도 고품질의 표면처리를 실현할 수 있다. 따라서, 피스톤 펌프ㆍ모터의 생산 라인에 맞추어 인라인 처리를 행하는 것이 가능해지고, 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 사판 지지대(20)는 케이싱(2)과 일체로 형성되기 때문에, 부품 수가 감소되어 저 비용화를 도모할 수 있다.

또한, 사판 지지대(20)의 지지면(22a)에 대한 담금질 공정에 있어서, 지지면(22a)의 중앙부(A)로부터 양단부(B)로 레이저 조사 영역이 이동함에 따라, 레이저 광(L1, L2)의 입사각도(α1, α2)를 감소시킴과 동시에 레이저 광(L1, L2)의 출력을 증가시키기 때문에, 케이싱(2)의 통형 벽부(2e)가 지지면(22a)의 법선상에 위치하고 있더라도, 지지면(22a)에서의 레이저 광의 흡수량을 상기 경사 이동 방향을 따라 균일화할 수 있다. 따라서, 지지면(22a) 전체에 걸쳐서 균일한 내소부성 및 내마모성을 부여하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 회전축(5)의 회전 구동력이 입력이 되고 피스톤 핀(10)에 의한 작동유의 흡입/토출이 출력이 되는 사판식 피스톤 펌프로서 동작설명하였지만, 유압유의 실린더 실(9a)로의 유입/유출이 입력이 되고, 회전축(5)의 회전이 출력이 되는 사판식 피스톤 모터로서 사용할 수도 있다.

(제2 실시예)

다음으로, 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예와의 다른 점은, 레이저 광의 출력을 변화시키는 대신에 레이저 광의 주사속도를 변화시켜 담금질을 행한다는 점이다. 또한, 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 구성 자체는 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서는 주로 도 6을 다시 참조하면서 설명한다.

레이저 조사장치(100)에 의해 사판 지지대(20)의 지지면(22a)에 대하여 레이저 광을 조사하고, 경사 이동 방향에 대략 직교하는 방향으로 담금질 라인(X)(도 2)이 형성되도록, 레이저 광의 출력이 일정한 상태에서 레이저 광을 도 6의 지면에 수직한 방향으로 주사하면서 줄무늬 모양으로 담금질을 행한다. 이때, 지지면(22a)의 중앙부(A)로부터 양단부(B)로 레이저 조사영역이 이동함에 따라, 레이저 광(L1, L2)의 입사각도(α1, α2)를 감소시킴과 동시에, 레이저 광(L1, L2)의 주사속도를 감소시킨다. 즉, 지지면(22a)에서의 레이저 광의 흡수량이 경사 이동 방향을 따라 거의 균일해지도록, 지지면(22a)의 양단부(B)에 대한 레이저 광(L2)의 주사속도를, 지지면(22a)의 중앙부(A)에 대한 레이저 광(L1)의 주사속도보다도 작게한다. 이에 따라, 지지면(22a) 전체에 걸쳐서 내소부성 및 내마모성이 확실하게 부여되도록 담금질 깊이의 균일화를 도모할 수 있다. 또한, 그 밖의 구성·작용은 제1 실시예와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

(실험예)

다음으로, 실험예에 관하여 설명한다. 도 7은 주사속도 Ｖ=100㎝/min에서의 레이저 출력과 담금질 깊이와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8은 주사속도 Ｖ=75㎝/min에서의 레이저 출력과 담금질 깊이와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9는 주사속도 Ｖ=50㎝/min에서의 레이저 출력과 담금질 깊이와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 내지 도 9는, 생산 라인에서의 레이저 조사조건(입사각도, 주사속도, 레이저 출력)을 결정하기 위하여, 사판 지지대(20)와 동일한 재료로 제작한 평판 시험편에 대하여 다양한 레이저 조사조건으로 레이저 담금질을 행하여, 담금질 깊이와 조사조건의 관계를 나타낸 것이다. 평판 시험편의 재료로는 주철(FC300)을 사용하고, 담금질 라인의 폭은 약 3mm로 하였다.

도 7 내지 도 9의 각각의 그래프로부터 알 수 있듯이, 레이저 광의 주사속도가 일정한 경우에 있어서, 입사각도를 감소시키면 담금질 깊이가 감소하고, 레이저 출력을 증가시키면 담금질 깊이가 증대하고 있다. 이는, 레이저 출력을 증가시키면 평판 시험편의 레이저 광의 흡수량이 증대하고, 입사각도를 감소시키면 평판 시험편의 레이저 광의 흡수량이 감소하기 때문이다. 따라서, 예를 들면 제1 실시예에서 설명한 것과 같이, 레이저 광의 주사속도를 일정하게 하는 조건에서, 입사각도를 변화시키면서도 담금질 깊이를 균일하게 하려고 한다면, 입사각도의 감소에 수반하여 레이저 출력을 증가시키도록 조절하면 된다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 7 내지 도 9의 전체로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저 광의 주 사속도를 감소시키면 담금질 깊이는 증대한다. 이는, 레이저 광의 주사속도를 감소시키면 평탄 시험편의 레이저 광의 흡수량이 증대하기 때문이다. 여기서, 도 7 내지 도 9의 그래프 중에 점선으로 표시한 경계선보다 우측 상방의 영역은, 레이저 광의 강도가 지나치게 큰 것에 의해 평판 시험편의 표면이 용융되어 버린 것을 나타내고 있다. 따라서, 적절한 담금질 깊이의 상한치는, 표면용융이 발생하지 않는 0.45mm 이하로 하였다. 한편, 담금질 깊이가 지나치게 작으면 내소부성 및 내마모성이 불충분하게 될 가능성이 있기 때문에, 적절한 담금질 깊이의 하한치는 0.25mm 이상으로 하였다.

도 10은 도 7 내지 도 9 중 적절한 담금질 상태가 얻어지는 조사조건을 선정한 것으로서, 각 주사속도에서의 조사각도와 레이저 출력과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 담금질 깊이가 0.25 ~ 0.45mm의 범위내가 되는 적절한 조사조건을 나타낸 것으로, 예를 들면 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 레이저 출력을 일정하게 하는 조건에서, 입사각도를 변화시키면서도 담금질 깊이를 일정 범위 내로 균일하게 하려고 한다면, 입사각도의 감소에 수반하여 레이저 주사속도를 감소시키도록 조절하면 된다는 것을 알 수 있다.

도 11은 레이저 담금질한 사판 지지대의 내소부성 비교시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 담금질 제품에서는, 원호면의 40% 이상의 면적을 담금질 경화시키면, 가스 연질화 제품보다도 내소부성이 양호해진다. 특히, 50 ~ 70%의 담금질 면적이 바람직하다.

Claims

회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 볼록부가 사판 지지대의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되어 있는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 상기 사판 지지대의 오목부의 지지면에 대해 레이저 광을 주사하면서 조사하여 담금질을 행하고, 상기 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 상기 레이저 광의 출력을 변화시키는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조방법에 있어서,

상기 지지면의 재질이 주철이고, 상기 담금질의 깊이를 0.25 내지 0.45mm의 범위내로 하고, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 부분적으로 조사하여 상기 담금질의 면적을 상기 지지면의 50 내지 70%로 하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 지지면은 상기 사판의 경사 이동 방향을 따라 원호 모양으로 형성되고,

상기 벽은 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 양단부의 법선 상에 배치되고, 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 중앙부의 법선 상에는 개구부가 형성되어 있으며,

상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 입사각도는, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 입사각도보다 작고,

상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 출력은, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 출력보다 큰 것을 특징으로 하는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조방법.
회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 원호 모양의 볼록부는 사판 지지대의 원호 모양의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되어 있는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 상기 사판 지지대의 오목부의 지지면에 대하여 레이저 광을 주사하여 담금질을 행하고, 상기 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 상기 레이저 광의 주사 속도를 변화시키는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법에 있어서,

상기 지지면의 재질이 주철이고, 상기 담금질의 깊이를 0.25 내지 0.45mm의 범위내로 하고, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 부분적으로 조사하여 상기 담금질의 면적을 상기 지지면의 50 내지 70%로 하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 지지면은 상기 사판의 경사 이동 방향을 따라 원호 모양으로 형성되고,

상기 벽은 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 양단부의 법선 상에 배치되고, 상기 지지면의 상기 경사 이동 방향의 중앙부의 법선 상에는 개구부가 형성되어 있으며,

상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 입사각도는, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 입사각도보다 작고,

상기 지지면의 상기 양단부에 대한 레이저 광의 주사 속도는, 상기 지지면의 상기 중앙부에 대한 레이저 광의 주사 속도보다도 작은 것을 특징으로 하는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 사판 지지대는 케이싱과 일체로 형성되고, 상기 벽이 상기 케이싱인 것을 특징으로 하는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법.
삭제
제5항에 있어서,

상기 사판의 경사 이동 방향에 직교하는 방향으로 담금질 라인이 형성되도록 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 줄무늬 모양으로 조사하는 것을 특징으로 하는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터의 제조 방법.
회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 볼록부가 사판 지지대의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되며,

상기 사판 지지대는, 상기 오목부의 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 출력을 변화시키면서, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 주사하여 조사해 담금질된 구성이고,

상기 지지면의 재질이 주철이고, 상기 담금질의 깊이를 0.25 내지 0.45mm의 범위내이고, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 부분적으로 조사하여 상기 담금질의 면적이 상기 지지면의 50 내지 70%인 것을 특징으로 하는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터.
회전축과 함께 회전하는 실린더 블록에 복수의 피스톤이 둘레방향으로 배치되고, 상기 회전축의 회전에 의해 상기 피스톤이 사판을 따라 안내되어 왕복운동함과 더불어, 상기 사판의 원호 모양의 볼록부가 사판 지지대의 원호 모양의 오목부에 경사 이동 가능하게 지지되며, 상기 오목부의 지지면 중 적어도 일부의 법선 상에 상기 사판 지지대와 일체로 형성된 벽이 배치되며,

상기 사판 지지대는, 상기 오목부의 지지면에 대한 레이저 광의 입사각도에 따라 레이저 광의 주사 속도를 변화시키면서, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 주사하여 조사해 담금질된 구성이고,

상기 지지면의 재질이 주철이고, 상기 담금질의 깊이를 0.25 내지 0.45mm의 범위내이고, 상기 지지면에 대하여 레이저 광을 부분적으로 조사하여 상기 담금질의 면적이 상기 지지면의 50 내지 70%인 것을 특징으로 하는 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터.