KR101968902B1 - 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상물의 외면에 피막을 형성하는 피막 장치에 관한 것으로, 본 발명의 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치는 피막제가 저장된 용기 내에 중공이 형성된 피도물을 침지하여 상기 피도물의 외면에 피막을 처리하기 위한 피막 형성 장치로서, 수평으로 배치된 회전축에 평행하게 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 설치되고, 상기 피도물의 중공에 회전 가능하게 삽입되어 상기 피도물을 상기 회전축에 대하여 회전 이동시키는 지지축부 및 상기 회전축과 상기 지지축부 사이에 설치되어 상기 피도물의 상기 지지축부에 대한 회전 범위를 제한하기 위한 회전 제한부를 포함한다.

Description

중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치{Coating Apparatus for Object with Hole}

본 발명은 대상물의 외면에 피막을 형성하는 피막 장치에 관한 것으로, 특히 피스톤 헤드와 같이 무게를 갖는 피도물로서 내부에 냉각오일용 챔버와 오일통로 등의 작은 구멍이 형성되고 외부에 중공이 형성된 피도물의 외면을 피막하기 위한 피막 처리 장치에 관한 것이다.

자동차 산업 분야에서 피스톤 헤드는 자동차 엔진의 핵심부품 중 하나로 엔진의 심장부에 위치하여 고온, 고압의 조건에서 작동하기 때문에 엔진 기술개발의 중심에 있다. 자동차 엔진용 피스톤 헤드는 엔진의 실린더 내부를 왕복하며 혼합기의 폭발력을 커넥팅 로드를 거쳐 크랭크 샤프트에 전달시키는 역할을 수행한다. 또한 연소실과 크랭크 케이스간 기밀을 유지하고 연소열의 일부를 흡수하여 냉각시스템에 전달하는 기능도 담당하고 있다.

최근 피스톤 헤드의 개발 동향은 기존의 알루미늄 합금이 가지고 있는 물리적인 특성의 한계를 극복하기 위하여 새로운 주조용 및 단조용 합금 소재의 개발, 부분강화 기술, 코팅 기술, 스틸 및 마그네슘 피스톤 등의 새로운 소재 및 공법에 대한 기술 개발로 나아가고 있다.

특히, 최근에는 자동차 엔진의 고출력화에 따라 연소실 온도와 압력 상승으로 인한 단조 피스톤 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 알루미늄 단조 피스톤은 중력 주조방법에 비하여 재료의 조직을 보다 미세화할 수 있어 재료의 기계적 및 물리적 강도를 증가시킬 수 있으며, 조조에서 발생되는 여러가지 결함을 방지할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 엔진 출력의 증가에 따라 재질의 한계에 봉착하여 그 대안으로 대두 되고 있는 것 중 하나가 스틸 단조 피스톤 기술이다. 스틸 단조 피스톤은 스틸 소재를 이용하여 크라운부와 스커트부를 각각 가공한 후 경계면을 마찰 용접하여 피스톤을 제작하게 된다. 알루미늄에 비하여 스틸 소재가 갖는 기계적 성질이 우수하고 대용량 냉각 갤러리 설계가 가능하기 때문에 냉각 성능 또한 우수하다. 반면에 피스톤 중량이 증가하여 피스톤 부식에 의한 마찰력 증가를 최소화하기 위한 코팅 기술이 필요한 실정이다.

한편, 피막 처리 방법으로 종래에는 다량의 제품을 바렐이라는 용기 내에 투입하고, 도금조에 바렐을 침지하여 회전시키면 바렐 내부의 제품 사이에 접촉이 일어나 마찰 연마되고 제품 전 부분에 피막 처리되도록 하였다. 그러나, 이러한 방법으로는 피스톤 헤드와 같이 냉각오일이 순환되는 냉각 갤러리를 형성하는 작은 구멍으로 피막제가 고루 도포되지 못하는 한계가 있어 개개의 제품을 수작업으로 피막 처리해야 하는 불편함이 있었다.

본 발명의 목적은 중공이 형성된 피도물을 도금조에 침적된 상태로 두고, 회전축에 대하여 일정 반경 이격된 위치에서 회전하면서 피막제가 원심력에 의하여 자연스럽게 피도물에 형성된 작은 구멍으로 침투해 스며들도록 하여 피도물의 외면에 피막이 고르게 형성되도록 하는 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치는 피막제가 저장된 용기 내에 중공이 형성된 피도물을 침지하여 상기 피도물의 외면에 피막을 처리하기 위한 피막 처리 장치로서, 수평으로 배치된 회전축에 평행하게 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 설치되고, 상기 피도물의 중공에 회전 가능하게 삽입되어 상기 피도물을 상기 회전축에 대하여 회전 이동시키는 지지축부; 및 상기 회전축과 상기 지지축부 사이에 설치되어 상기 피도물의 상기 지지축부에 대한 회전 범위를 제한하기 위한 회전 제한부;를 포함하며, 상기 피도물은 오일 유출입구가 마련된 피스톤 헤드이고, 중공은 커넥팅 로드가 연결되는 핀 보스이고, 상기 지지축부는, 상기 핀 보스의 직경보다 작은 직경을 갖는 관 또는 막대로 구성됨에 따라, 회전되는 과정에서 원심력에 의해 상기 피도물의 중공과 접촉되는 부분이 달라지게 되며, 상기 회전 제한부는, 상기 피도물의 오일 유출입구가 상기 회전축을 향하도록 상기 피도물의 회전범위를 제한하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 지지축부 및 상기 회전 제한부의 양단를 고정하는 고정부, 및 상기 고정부를 상기 회전축에 대하여 회전시키기 위한 회전구동부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

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또한, 본 발명에서 상기 피막제로 인산염 용액을 사용하여 상기 피스톤 헤드 외면이 인산염 피막 처리되도록 구성할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치에 의하면, 피도물이 회전축에 대하여 일방향으로 회전하면서 도금조 내의 피막제가 원심력에 의하여 피도물의 작은 구멍으로 침투해 스며들어가 피도물의 외면이 고르게 피막 처리될 수 있고, 패널 형상의 회전 제한부에 의하여 피도물이 회전축에 대하여 회전하면서도 지지축부에 대해서는 회전이 제한되어 피도물의 작은 구멍이 1회전 하는 동안에 계속하여 회전축 방향으로 배치되어 원심력에 의한 피막제의 침투 가능성을 높이도록 하고, 회전축에 대한 회전영역의 좌측 또는 우측 절반의 공간에서는 피도물이 일측 방향의 면에서 회전 제한부와 접촉하도록 하고 반대측 절반의 공간에서는 피도물의 다른 방향의 면에서 회전 제한부와의 접촉하도록 하여 피도물 전체가 도금조 내의 피막제와 접촉할 수 있어 외면 전체에 완전한 피막 처리 결과를 얻을 수 있다.

도 1은 피스톤 헤드의 일반적 구조를 보여주는 사시도, 저면도 및 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치의 개략적 구성도; 및
도 3은 본 발명의 피막 처리 장치의 지지축부에 피스톤 헤드가 장착되어 회전축에 대하여 회전하는 동안에 피스톤 헤드와 회전 제한부 사이의 접촉 상태가 변화하는 모습을 여섯 단계로 보여주는 상태 변화도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1(a)는 피스톤 헤드의 사시도, 도 1(b)는 저면도, 도 1(c)는 내부에 형성된 갤러리의 형상을 보여주는 피스톤 해드의 내부구성도로서, 이하에서는 본 발명의 피막 처리 대상인 피도물의 하나의 예로 피스톤 헤드를 주로 하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤 헤드(10)에는 커넥팅 로드가 체결되기 위한 중공 구조의 핀 보스(12)와 피스톤 헤드의 과열을 방지하기 위하여 냉각 오일이 순환되는 냉각용 갤러리(15)가 형성되어 있고, 갤러리에는 피스톤 헤드의 저면으로 통하는 오일 출입구(16, 17)가 형성되어 있고, 상단 외주에는 피스톤 링이 장착될 복수의 원형 홈(13)이 형성되어 있다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치를 나타내는 개략적 구성도이다.

본 발명은 피막제가 저장된 용기(도금조) 내에 중공이 형성된 피도물을 침지하여 상기 피도물의 외면에 피막을 효과적으로 입히는 장치에 관한 것으로, 피막을 처리하기 위하여 종래의 방법과 구조와 기능, 효과를 달리한다. 즉, 종래에는 다량의 피스톤 헤드를 도금조의 피막제는 내부로 통할 수 있고 피스톤 헤드는 내부에 갇히도록 구성된 베럴의 내부에 아무런 결속 없이 투입한 후에 배럴을 회전시키면 베럴 내부에서 피스톤 헤드는 승하강 움직임과 충돌, 회전 등의 움직임을 가지며 피막제에 의하여 외면에 피막이 형성되는데, 이 방식에 의하면 피스톤 헤드와 같이 핀 보스(12)와 냉각용 갤러리(15)를 구성하는 구멍의 내측으로는 피막제가 충분한 정도로 순환하지 못하여 피막이 고르게 형성되지 못하는 문제가 있었고, 이를 해결하기 위하여, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 지지축부(202)와 회전 제한부(204)를 포함하여 구성되는 피막 처리 장치를 제공한다.

상기 지지축부(202)는 수평으로 배치된 회전축에 평행하게 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 설치되는 막대 형상의 부재로서, 실시 예에서와 같이 복수의 피도물의 중공에 삽입되어 복수의 피도물을 회전축에 대하여 회전시킬 수 있도록 구성된다. 또한, 지지축부(202)는 피도물의 중공의 직경보다 작은 직경의 관 또는 막대로 구성함으로써, 지지축부(202)가 회전축에 대하여 회전하면서 이동하는 동안에, 피도물의 움직임을 막는 다른 장애물이 존재하지 않는 한, 피도물이 지지축부(202)에 구속되지 않고 중력에 따라 자연스럽게 형성된 상하 배치를 계속하여 유지할 수 있도록 피도물에 자유도를 제공할 수 있다.

회전축은 지지축부(202)가 회전하는 중심축으로서 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 원통 형상의 회전축(106)으로 구성될 수도 있으나, 이에 한정되지는 않고 다양한 방식으로 지지축부(202)가 중간 매체물에 의하여 구속되어 회전축 주위로 회전할 수 있도록 구성된 요소로서 이밖에 다양한 형태를 포함할 수 있을 것이다.

도 2에 도시된 바에 따른 실시 예에 의하면, 지지축부(202)는 지지축부(202)의 양단을 고정하는 한 쌍의 고정부(108) 사이에 고정되고 고정부(108)의 중심에는 회전축(106)이 구성되고 고정부(108)의 이심 영역에 지지축부(202)가 설치된다.

또한, 하나의 예로서, 고정부(108)의 중심에 설치된 회전축(106)의 양단을 회전가능하게 지지하는 한 쌍의 측면 지지대(104)가 설치되고, 한 쌍의 측면 지지대(104)를 일정 간격으로 배치하여 고정하는 상부 지그(102)를 포함하고, 상부 지그(102)는 그밖의 승하강 수단에 결합되어, 다음 공정으로 이동시 본 발명의 피막 처리 장치를 승하강 시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

고정부(108)는 또한, 원판 형상의 피동 기어 구조로 구성할 수 있고, 회전축과 이축 상에서 회전하도록 구동기어(109)를 고정부(108)에 치합되도록 하여 구동기어(109)의 회전 동력에 의하여 고정부(108)가 회전축에 대하여 회전하도록 구성할 수 있다.

따라서 지지축부(202)에 구속된 피도물이 도금조 내에서 회전축에 대하여 회전하면 도금조 내의 피막제에 회전력을 부여하게 되어 피도물이 회전하는 방향으로 유체의 흐름이 형성되고 회전하는 유체는 회전축에 대하여 원심력이 작용하고 이에 따라 도금조 내의 피막제가 일정한 정도 회전축에 대하여 방사 방향으로 흐르는 현상이 생긴다. 따라서 이러한 피막제의 흐름은 피도물에 포함된 구멍으로 피막제가 적절히 순화되도록 촉진하여 구멍에도 고르게 피막 처리할 수 있고, 피도물에 형성된 구멍이 위치가 회전축을 향하는 방향으로 배향되어 있을 때에 이러한 구멍에 대한 피막 처리 효과는 극대화될 수 있을 것이다.

즉, 지지축부(202)에 피도물이 설치되는 바람직한 태양으로서, 먼저 피도물의 중공, 피스톤 헤드를 예로 하면, 핀 보스(12)에 지지축부(202)가 삽입되고, 피도물에 형성된 존재하는 작은 구멍, 예로서 갤러리에 연결된 오일 유출입구(16, 17)를 회전축 방향으로 배향시켜 피도물을 회전축에 대하여 회전할 때에 피막제의 흐름에 저항하는 방향으로 오일 유출입구가 향하고 있어 피막제가 자연스럽게 오일 유출입구의 어느 한쪽을 통하여 갤러리 내부로 유입되어 다른 쪽으로 나올 수 있어 구멍에 대한 피막 처리 효과를 극대화할 수 있게 되는 것이다.

또한, 도시된 바와 같이, 본 발명에서 지지축부(202)에는 복수의 피스톤 해드가 설치될 수 있고, 이러한 지지축부(202)는 회전축에 대하여 복수개가 방사 대칭으로 배치되어 다량의 피스톤 헤드를 한 번에 피막 처리되도록 구성할 수 있다.

본 발명의 두 번째 요소로서, 상기 회전 제한부(204)는 상기 회전축과 상기 지지축부(202) 사이에 설치되어 상기 피도물의 상기 지지축부에 대한 회전 범위를 제한하는데, 적어도 지지축부(202) 방향으로 향하는 면은 편평한 면의 형태로 구성하는 것이 바람직할 것이고, 편평한 면은 실제의 판상의 구조물 또는 그릴이나 그물 형상의 구조물 등 다양한 형태로 구성될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 피도물의 회전에 따른 피막제의 방사상 이동은 회전 제한부(205)에 의하여 일정한 저항을 받게 되는데, 이러한 저항을 최소화하여 피막제의 이동을 촉진하기 위해서는 회전 제한부를 피막제가 관통할 수 있는 통과공이 형성된 그릴이나 그물 형상으로 구성하는 것이 바람직할 것이다.

도 3을 참조하면, 상기 회전 제한부(204)의 기능과 역할이 잘 이해될 수 있다. 일정한 하중을 갖는 피도물은 중공이 삽입된 지지축부(202)에 대하여 자연 상태에서는 도면의 최하단에 도시된 바와 같이 중공에 대하여 무거운 쪽이 아래로 향하도록 이동한다. 도면에서는 피스톤 헤드의 머리부가 다른 쪽보다 무거워 아래쪽으로 향하고 있다. 이러한 상태에서 회전축에 따라 지지축부(202)가 화살표 방향으로 회전하게 되면, 회전 제한부(204)가 수평 상태로부터 점점 경사를 이루게 되고, 경사가 커지면서 피스톤 헤드의 머리부의 반대측, 즉 가벼운 쪽의 일단과 접촉하면서 피스톤 헤드도 경사를 이루도록 강제한다. 이때 우반면의 회전 영역에서 피스톤 헤드(10)와 회전 제한부(204) 사이의 접촉부(A)가 유지되다가 최상단을 넘어간 후에는 피스톤 헤드의 가벼운 쪽의 타단과 접촉(B)하게 되고, 이 상태는 최하단 근방까지 이동하는 동안 유지된다. 따라서 회전 제한부(204)는 피스톤 헤드가 회전축에 대하여 회전하는 동안에 피스톤 헤드에 형성된 구멍이 항상 회전축 방향으로 배향되도록 강제하고 있고, 이에 따라 전술한 피도물의 회전에 따른 피막제의 원심적 움직임에 의하여 피도물에 형성되고 회전축 방향으로 배향된 구멍으로 피막제가 자연스럽게 스며들어가 피도물에 형성된 구멍에도 피막제가 고르게 형성될 수 있도록 한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지축부(202)가 회전축에 대하여 회전하는 동안에 피도물의 중공과 접촉하는 부분이 이동하게 되므로, 피도물의 중공의 내면 전체에도 피막이 고르게 형성될 수 있다. 즉, 접촉부 C에 있는 상태에서 지지축부(202)와의 접촉에 의하여 피막이 제한된 부분는 접촉부 D에 있는 상태에서 지지축부(202)와 미접촉 상태에 있어 피막이 형성될 수 있는 것이다.

본 발명에서 상기 피막제로 인산염 용액을 사용하여 상기 피스톤 헤드 외면이 인산염 피막 처리되도록 구성할 수 있다. 통상적인 인산염 처리 공정은 탈지, 수세, 산세, 수세, 수세, 표면조정, 피막, 수세, 중화, 건조 과정을 거치도록 구성되는데, 본 발명은 이 과정 중 피막 처리 과정과 관련된 장치를 설명한 것이다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부된 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10: 피스톤 헤드 12: 핀 보스
15: 냉각 갤러리 16, 17: 오일 출입구
106: 회전축 108: 고정부
202: 지지축부 204: 회전 제한부

Claims (4)

1. 피막제가 저장된 용기 내에 중공이 형성된 피도물을 침지하여 상기 피도물의 외면에 피막을 처리하기 위한 피막 처리 장치로서,
   수평으로 배치된 회전축에 평행하게 상기 회전축을 중심으로 회전하도록 설치되고, 상기 피도물의 중공에 회전 가능하게 삽입되어 상기 피도물을 상기 회전축에 대하여 회전 이동시키는 지지축부; 및
   상기 회전축과 상기 지지축부 사이에 설치되어 상기 피도물의 상기 지지축부에 대한 회전 범위를 제한하기 위한 회전 제한부;를 포함하며,
   상기 피도물은 오일 유출입구가 마련된 피스톤 헤드이고, 중공은 커넥팅 로드가 연결되는 핀 보스이고,
   상기 지지축부는, 상기 핀 보스의 직경보다 작은 직경을 갖는 관 또는 막대로 구성됨에 따라, 회전되는 과정에서 원심력에 의해 상기 피도물의 중공과 접촉되는 부분이 달라지게 되며,
   상기 회전 제한부는, 상기 피도물의 오일 유출입구가 상기 회전축을 향하도록 상기 피도물의 회전범위를 제한하는 것을 특징으로 하는 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지축부 및 상기 회전 제한부의 양단를 고정하는 고정부; 및
   상기 고정부를 상기 회전축에 대하여 회전시키기 위한 회전구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 피막제로 인산염 용액을 사용하여 상기 피스톤 헤드 외면을 인산염 피막 처리하는 것을 특징으로 하는 중공이 형성된 피도물을 위한 피막 처리 장치.

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