KR20000011266A

KR20000011266A - 피스톤및제조방법

Info

Publication number: KR20000011266A
Application number: KR1019990017983A
Authority: KR
Inventors: 가토다카유키; 스기오카다카히로; 다카마츠마사토; 세키구치츠네히사; 안도마사키
Original assignee: 이시카와 타다시; 가부시키가이샤 도요다지도숏키 세이사쿠쇼
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-02-25
Also published as: CN1108470C; JP2000038987A; KR100300511B1; BR9901990A; CN1245264A; EP0959227A2; EP0959227A3

Abstract

본 발명은 압축기 내에서 사판(20)에 의해 왕복운동하는 개량된 피스톤(22)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 각 피스톤(22)은 헤드(head; 40)와 스커트(skirt; 42)를 포함한다. 헤드(40)는 개방단을 가지는 실린더(41)를 가지며, 스커트(42)는 실린더(41)의 개방단을 폐쇄하기 위한 뚜껑(lid; 43)을 가진다. 뚜껑(43)은 실린더(41)에 마찰 압접된다. 이 방법은 뚜껑(43)을 실린더(41)에 확실히 결합시키며 제조 비용 및 시간을 절감한다.

Description

피스톤 및 제조 방법{Piston and Method of Manufacture}

본 발명은 차량 에어콘에 사용되는 압축기용 피스톤 및, 상기 피스톤 제조 방법에 관한 것이다.

전형적인 압축기는 실린더 블록(block)을 포함하며, 상기 실린더 블록은 압축기 하우징(housing)의 일부를 구성한다. 실린더 블록 내에 실린더 보어(bore)가 형성된다. 각 실린더 보어는 상호적으로 피스톤을 수용한다. 각 피스톤은 관련된 실린더 보어 내부에 수용되는 금속 헤드 및, 예를 들어 사판식 압축기에서 사판과 같은 구동체에 연결되는 금속 스커트(skirt)를 가진다. 상기 헤드는 폐쇄단을 가지는 중공 실린더 및, 상기 실린더의 개구를 밀폐시키기 위한 뚜껑을 포함한다. 상기 뚜껑은 스커트와 일체로 형성된다.

이러한 피스톤은 중공 피스톤으로 알려져 있다. 중실 헤드를 가지는 중실 피스톤과 비교하여, 중공 피스톤은 가볍다. 중공 피스톤을 사용하여 중량을 감소시킨다. 중실 피스톤의 헤드 및 스커트는 예를 들어 주조에 의해 일체로 형성된다. 그러나 중공 피스톤의 실린더 및 뚜껑은 독립적으로 형성되어 용접된다.

전형적으로, 중공 피스톤의 실린더와 뚜껑은 전자빔 용접에 의해 용접된다. 전자빔 용접에 있어서, 높게 가속된 전자빔이 진공 용접실 내에서 용접될 부분에 조사된다. 그러나, 전자빔 용접은 다음과 같은 결점이 있다.

(1) 전자빔 용접 장치는 용접실과 전자총실을 구획짓는 진공 콘테이너, 토출 장치, 전자총, 고전력원 및, 제어기를 가진다. 따라서, 전자빔 용접 장치는 대형이며 제조 비용을 증가시킨다.

(2) 전자빔은 피스톤의 스커트와 실린더 사이의 접착부를 따라 연속적으로 조사되어야 한다. 이는 용접을 복잡하게 하고 더디게 한다.

(3) 스커트를 실린더에 용접하는 것은, 실린더 및 뚜껑을 형성하는 금속에 기포를 발생시킬 수 잇다. 이는 실린더와 뚜껑 사이 접착부의 강도를 저하시키며, 피스톤의 외관을 저하시키며, 피스톤의 순조로운 왕복운동을 방해할 수 있다.

본 발명의 목적은, 실린더와 뚜껑이 신속하고 확실하게 상호 고정되는 저가의 피스톤 및, 이러한 피스톤을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적을 이루기 위해서, 그리고 본 발명의 목적과 관련해서, 기계장치에서 구동체와 협력하는 피스톤을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 피스톤은 스커트와 헤드를 가진다. 스커트는 피스톤을 구동체에 연결하는 작용을 하며, 헤드는 하나 이상의 개방단 및 상기 개방단을 폐쇄하기 위한 뚜껑을 가진다. 상기 제조 방법은 뚜껑을 실린더에 마찰 압접하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명은 기계장치에서 구동체와 협력하는 피스톤에 구체화된다. 피스톤은 상기 피스톤을 상기 구동체에 연결하는 작용을 하는 스커트 및 헤드를 포함한다. 상기 헤드는 하나 이상의 개방단을 갖는 실린더 및, 상기 개방단을 폐쇄하기 위한 뚜껑을 포함한다.

본 발명의 다른 특성 및 잇점은, 본 발명의 주요 예들을 도시하는 첨부도면을 참조한 아래의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해진다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤을 가지는 가변 용량형 압축기를 도시하는 단면도.

도 2는 도 1의 피스톤을 도시하는 분해 사시도.

도 3은 도 1의 피스톤의 실린더와 스커트를 조립하는 과정을 도시하는 타이밍 선도.

도 4는 제 2 실시예에 따른 피스톤을 도시하는 단면도.

도 4a는 도 4의 파선 원에 의해 둘러싸인 영역의 확대도.

도 5a는 도 4의 피스톤의 실린더와 스커트를 조립하는 방법을 도시하는 단면도.

도 5b는 도 5a의 파선 원에 의해 둘러싸인 영역의 부분 확대도.

도 5c는 도 4의 피스톤의 실린더와 스커트를 조립하는 방법을 도시하는 단면도.

도 5d는 도 5c의 파선 원에 의해 둘러싸인 영역의 부분 확대도.

도 6a는 제 3 실시예에 따른 피스톤의 실린더와 스커트를 조립하는 방법을 도시하는 단면도.

도 6b는 도 6a의 화살표로 지시된 영역의 부분 확대도.

도 6c는 제 3 실시예에 따른 피스톤의 실린더와 스커트를 조립하는 방법을 도시하는 단면도.

도 6d는 도 6c의 화살표로 지시된 영역의 부분 확대도.

도 7a는 제 4 실시예에 따른 피스톤의 실린더와 스커트를 조립하는 방법을 도시하는 단면도.

도 7b는 도 7a의 롤러와 상이한 롤러를 도시하는 부분 단면도.

도 7c는 도 7a 및 도 7b의 롤러와 상이한 롤러를 도시하는 부분 단면도.

도 8은 제 5 실시예에 따른 피스톤을 도시하는 단면도.

도 9는 제 6 실시예에 따른 피스톤을 도시하는 단면도.

도 10은 제 7 실시예에 따른 피스톤을 도시하는 단면도.

도 11은 제 8 실시예에 따른 피스톤을 도시하는 단면도.

도 12는 제 9 실시예에 따른 피스톤을 도시하는 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 전면 하우징 12 : 실린더 블록

12a : 실린더 보어 13 : 후면 하우징

14 : 밸브 플레이트 15 : 크랭크실

16 : 구동축 19 : 회전자

20 : 사판 21 : 힌지 기구

22 : 중공 피스톤 23 : 슈

24 : 흡입실 25 : 토출실

26 : 흡입 포트 27 : 흡입 밸브 덮개

28 : 토출 포트 29 : 토출 밸브 덮개

30 : 추기 경로 31 : 공급 경로

32 : 용량 제어 밸브 32a : 솔레노이드

32b : 밸브 본체 40 : 헤드

41 : 실린더 41a : 실린더 내부 공간

41b : 뚜껑을 향하는 실린더의 단부면

41d : 실린더의 단부 플레이트

41e : 단부 플레이트를 향하는 실린더의 단부면

41f : 실린더를 향하는 단부 플레이트의 단부면

41g, 41i : 단부 플레이트의 보스

41h : 단부 플레이트의 원통형 부분

41j : 실린더의 개방단 커넥터부 41m : 원통형 부분의 단부면

41n : 실린더의 개방단 보스

42 : 스커트 42a : 스커트의 슬롯

42b : 스커트의 소켓 43 : 뚜껑

43a : 뚜껑의 보스 43b : 뚜껑의 보스 단부면

43c : 뚜껑의 보스 환형 홈

201 : 다이 202 : 롤러

L : 구동축의 축선 S : 피스톤의 축

P1 : 제 1 예정 압력 P2 : 제 2 예정 압력

R : 땜납 G : 접착부의 합금층

R1 : 롤러의 축방향 중심 오목부의 곡률반경

R2 : 롤러의 축방향 단부의 곡률반경

θ : 롤러의 원주면 테이퍼 각

도 1 내지 도 3을 참조하여 제 1 실시예에 따른 피스톤을 설명한다. 상기 피스톤은 차량 에어콘용 가변 용량형 압축기에 사용된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전면 하우징(11) 및 후면 하우징(13)은 실린더 블록(12)에 고정된다. 밸브 플레이트(valve plate; 14)는 실린더 블록(12)과 후면 하우징(13) 사이에 위치한다. 크랭크실(15)은 전면 하우징(11)의 내벽과 실린더 블록(12)의 전단부면에 의해 구획된다.

구동축(16)은 전면 하우징(11) 및 실린더 블록(12)에 의해서 회전가능하게 지지된다. 구동축(16)은 전자 클러치와 같은 클러치 장치에 의해, 도시하지 않은 외부 구동원 또는 차량 엔진에 연결된다. 엔진이 가동되면, 클러치는 축(16)을 엔진에 작동적으로 연결하여 축(16)을 회전시킨다.

회전자(19)는 크랭크실(15) 내부에서 구동축(16)에 고정된다. 또한, 크랭크 실(15)은 사판(20)을 수용한다. 사판(20)은 구동축(16)에 지지되어, 구동축(16)을 따라 활주하며 구동축(16)의 축선(L)에 대하여 경사진다. 힌지 기구(21)는 회전자(19)와 사판(20) 사이에 위치하여, 구동축(16)과 일체로 사판(20)을 회전시킨다. 힌지 기구(21)는 구동축(16)의 축방향으로 사판의 이동 및, 구동축(16)에 대한 사판의 경사각을 안내한다. 사판(20)의 경사각은 사판(20)이 실린더 블록(12)의 방향으로 이동함에 따라 감소하며, 사판(20)이 회전자(19)의 방향으로 이동함에 따라 증가한다.

실린더 보어(12a)는 실린더 블록(12) 내부에 형성된다. 각 실린더 보어(12a)는 단두식 중공 피스톤(22)을 수용한다. 각 피스톤(22)은 한 쌍의 슈(shoe; 23)에 의해 사판(20)에 연결된다. 상기 슈(23)는 사판(20)의 회전운동을 관련 실린더 보어(12a) 내부의 각 피스톤(22)의 왕복운동으로 변환시킨다.

흡입실(24) 및 토출실(25)은 후면 하우징(13) 내에서 구획된다. 밸브 플레이트(14)는 흡입 포트(26), 흡입 밸브 덮개(27), 토출 포트(28) 및, 토출 밸브 덮개(29)를 갖는다. 포트(26, 28) 및 밸브 덮개(27, 29)의 각 세트는 실린더 보어(12a) 중 하나에 대응한다. 각 피스톤(22)이 상사점으로부터 하사점으로 이동함에 따라, 냉매 가스는 흡입실(24)로부터 대응하는 흡입포트(26)로 흡입되고, 따라서 흡입 덮개(27)를 개방시켜 관련 실린더 보어(12a)로 들어간다. 각 피스톤(22)이 관련 실린더 보어 내부에서 하사점으로부터 상사점으로 이동함에 따라, 실린더 보어(12a) 내부의 가스는 예정된 압력으로 압축된다. 그 후, 가스는 관련 토출 포트(28)를 통하여 토출실(25)로 토출되며, 동시에, 관련 밸브 덮개(29)가 열려 개방 상태로 되는 것을 야기한다.

추기 경로(30)는 구동축(16)에서 그 축선을 따라 형성되는 경로(30a) 및, 실린더 블록(12)과 밸브 플레이트(14)에서 형성되는 경로(30b)를 포함한다. 상기 추기 경로(30)는 크랭크실(15)을 흡입실(24)과 연결시킨다. 상기 공급 경로(31)는 토출실(25)을 크랭크실(15)과 연결시킨다. 용량 제어 밸브(32)는 후면 하우징(13) 내부에 수용되며 공급 경로(31)를 조절한다.

용량 제어 밸브(32)는 솔레노이드(solenoid; 32a)와 밸브 본체(32b)를 포함한다. 상기 솔레노이드(32a)의 여자(excitation) 및 소자(de-excitation)는 상기 밸브 본체(32b)가 공급 경로(31)를 개폐하도록 한다. 제어 밸브(32)는 도시하지 않은 컴퓨터에 연결된다. 컴퓨터는 냉각 부하에 따라 솔레노이드(32a)를 여자 및 소자함과 동시에 밸브 본체(32b)를 동작시킨다. 따라서, 제어 밸브(32)는 토출실(25)로부터 크랭크실(15)로의 냉매 가스의 흐름을 조절하며, 크랭크실(15)의 압력과 실린더 보어(12a)의 압력 사이의 차이를 제어한다. 사판(20)의 경사각은 상기 압력차의 변화에 따라 변한다. 순차적으로, 이는 피스톤의 행정을 변화시키며 압축기의 용량을 변화시킨다.

솔레노이드(32a)가 소자되면, 밸브 본체(32b)는 공급 경로(31)를 개방하여 토출실(25)을 크랭크실(15)과 연통시킨다. 따라서, 토출실(25) 내부의 냉매 가스는 공급 경로를 통하여 크랭크실(15) 내부로 흐르며, 크랭크실(15) 내부의 압력을 상승시킨다. 결과적으로, 사판(20)의 경사각은 감소하고, 따라서, 피스톤(22)의 행정도 감소한다. 이는 압축기의 용량을 감소시킨다.

솔레노이드(32a)가 여자되면, 밸브 본체(32b)는 공급 경로(31)를 폐쇄시킨다. 이는 토출실(25)로부터 크랭크실(15)로의 냉매 가스의 흐름을 정지시킨다. 크랭크실(15) 내부의 냉매 가스는 추기 경로(30)를 통하여 흡입실(24)로 흐르며, 크랭크실(15)의 압력을 저하시킨다. 결과적으로, 사판(20)의 경사각은 증가되며 따라서 피스톤(22)의 행정은 증가한다. 이는 압축기의 용량을 증가시킨다.

이러한 방법으로, 사판(20)의 경사각은 크랭크실(15)의 압력 변화에 따라 변화된다. 피스톤(22)의 행정은 사판(20)의 경사각에 따라 변화한다. 중공 피스톤은 상대적으로 가벼우며, 따라서 왕복운동시 작은 관성력을 갖는다. 따라서, 중공 피스톤이 사용되면, 사판(20)은 피스톤(22)의 관성력에 크게 영향을 받지 않으면서 원하는 경사각 위치로 이동될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 각 피스톤(22)의 구조를 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 각 피스톤(22)은 관련 실린더 보어(12a)에 수용되는 헤드(40)와, 슈(23)에 의해서 사판(20)에 연결되는 스커트(42)를 갖는다. 상기 헤드(40)와 스커트(42)는 상호 결합되어 피스톤(22)을 형성한다. 상기 헤드(40)는 실린더(41) 및 디스크형 뚜껑(lid; 43)을 포함한다. 상기 실린더(41)는 밸브 플레이트(14)를 향하는 단부를 폐쇄하기 위한 단부 플레이트(41d)를 포함한다. 사판(20)을 향하는 슬롯(42a)은 스커트(42)에 제공된다. 슬롯(42a)은 한 쌍의 대향하는 벽을 갖는다. 소켓(42b)은 각 벽의 내부에서 구획되어 슈(23)를 수용한다. 한 쌍의 슈(23)는 소켓(42b)에 의해서 지지된다. 슈(23)는 도 1에 도시한 바와 같이 사판(20)의 외주부에 샌드위치결합된다.

뚜껑(43)은 스커트(42)와 일체로 형성된다. 보스(boss; 43a)는 뚜껑(43)으로부터 연장한다. 보스(43a) 외경은 실린더(41) 외경과 일치한다. 보스(43a) 내경은 실린더(41) 내경과 일치한다. 실린더(41) 및 스커트(42)는 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같은 금속을 단조하거나 주조함으로써 생산된다.

실린더(41)와 뚜껑(43)은 마찰 압접에 의해서 상호 고정된다. 우선, 도 2에서 도시한 바와 같이, 실린더(41) 및 스커트(42)는 실린더(41)의 단부면(41b)이 보스(43a)의 단부면(43b)을 향하도록 정열되어있다. 실린더(41)나 스커트(42) 중 하나는 피스톤(22)의 축(S)을 중심으로 서로 상대적으로 회전운동한다. 그 후, 실린더(41)와 스커트(42)는 상호 접촉하게 된다. 실린더(41)와 스커트(42)의 상대 속도 및 실린더(41)와 스커트(42)의 접촉 압력은, 도 3의 그래프에서 도시한 바와 같이 변화한다.

단부면(41b, 43b) 사이의 압력이 제 1 예정 압력(P1)에 도달하면, 상기 압력은 예정 시간 동안 유지된다. 실린더(41)와 스커트(42)가 상호 대향하여 가압되기 때문에, 상대 회전운동은 단부면(41b, 43b)을 가열한다. 그 후, 상기 상대 회전운동은 정지된다. 그 후, 실린더(41)와 스커트(42)에 가해지는 접촉 압력은 제 2 압력(P2)에 이르기 까지 증가하며, 제 2 압력은 제 1 압력(P1)보다 크다. 이에 의해서, 단부면(41b, 43b) 사이에서 일종의 고착현상(seizing)이 발생하고 따라서, 실린더(41)는 스커트(42)에 용접된다.

실린더(41)는 대기압 하에서 스커트(42)에 용접된다. 따라서, 실린더(41)와 스커트(42)의 접착부가 가열될 때, 실린더(41)와 스커트(42)를 형성하는 금속은 기포에 의해서 저하되지 않는다.

도 1 내지 도 3의 실시예는 다음과 같은 잇점이 있다.

(1) 실린더(41)와 스커트(42)는 마찰 압접에 의해서 상호 고정된다. 전자빔 용접과 비교하여, 마찰 압접은 대형 용접 장치를 요하지 않으므로 피스톤(22)의 생산 비용을 절감시킨다. 실린더(41)와 스커트(42)는 상호 상대 회전운동하며, 전체 단부면(41b, 43b)은 동시에 일체로 용접된다. 이는, 전자빔이 실린더(41)와 스커트(42) 사이의 환형 접착부를 따라서 안내되는 전자빔 용접과 비교하여, 용접 시간을 단축시킨다.

(2) 실린더(41) 및 스커트(42)는 제 1 압력(P1)에 의해서 상호 대향하여 가압되는 동안, 상호 상대 회전운동한다. 그 후, 상대 회전운동은 정지되고, 실린더(41)와 스커트(42)는 제 2 압력(P2)에 의해서 상호 대향하여 가압되며, 상기 제 2 압력(P2)은 제 1 압력(P1)보다 크다. 이는 단부면(41b, 43b) 사이의 고착상태를 보장한다. 그 후, 실린더(41) 및 스커트(42)는 확실히 상호 고정된다.

도 4 내지 도 5d는 제 2 실시예에 따른 피스톤을 조립하는 방법을 도시한다. 이하에서는 도 1 내지 도 3에서의 실시예와 상이점을 주로 논한다. 보스(43a)의 외경은 실린더(41)의 내경과 일치한다. 환형 홈(43c)은 보스(43a)의 외부면에 형성되며, 도 4 내지 도 5d에서의 실시예에 있어서는 그 갯수가 두 개이다.

실린더(41)와 스커트(42)는 소성 유동 및 접착제에 의해서 상호 고정된다. 상기 접착제는 보스(43a)의 원주 및, 실린더(41)의 인접 단부면(41b)을 향하는 뚜껑(43)의 일부에 가해진다. 상기 접착제는 예를 들어, 에폭시(epoxy), 폴리아미드(polyamide) 또는, 비닐 아세테이트(vinyl acetate)와 같은 수지성 접착제이다.

그 후, 스커트(42)는 실린더(41)에 부착되어, 뚜껑(43)이 실린더(41) 내부 공간(41a)을 밀폐시킨다. 이 때, 보스(43a)의 외부 원주형 표면은 실린더(41)의 내벽에 접촉하며, 뚜껑(43)은 실린더(41)의 단부면(41b)에 접촉한다.

그 후, 도 5a 및 도 5 c에 도시한 바와 같이, 실린더(41) 및 뚜껑(43)은 다이(die; 201)를 관통하며, 상기 다이의 내경은 실린더(41) 및 뚜껑(43)의 외경보다 조금 작다. 다이(201)는 보스(43a)에 대향하여 실린더(41)를 강하게 가압하며, 이에 의해서, 홈(43c) 내부로 실린더(41)를 형성하는 금속의 소성 유동이 발생한다. 더우기, 접착제가 굳으면, 실린더(41) 및 스커트(42) 사이의 접착부를 보강한다. 실린더(41)는 대기압 하에서 스커트(42)에 고정된다. 따라서, 실린더(41) 및 스커트(42)를 형성하는 금속은 기포에 의해 저하되지 않는다. 도 5a에서, 다이(201)의 내경과 실린더 및 뚜껑의 외경 사이의 차이는 과장되게 도시되어 있다.

도 1 내지 도 3의 실시예에서와 같이, 도 4 내지 도 5d의 실시예는 제조 비용을 절감하며 제조 시간을 단축한다. 또한, 도 4 내지 도 5d의 실시예는 다음과 같은 잇점이 있다.

(1) 실린더(41) 및 스커트(42)는 소성 유동 및 접착제에 의해서 상호 고정된다. 따라서, 실린더(41) 및 스커트(42)는 확실하게 상호 접착된다.

(2) 환형 홈(43c)은 뚜껑(43)의 보스(43a)에 형성된다. 상기 홈(43c)은 실린더(41)와 스커트(42) 사이의 접착부의 형상을 복잡하게 하며, 실린더(41)와 스커트(42)를 상호 확실하게 접착시킨다.

실린더(41)와 스커트(42)는 접착제를 사용하지 않고 조립될 수도 있다. 즉, 실린더(41)와 스커트(42)는 소성 유동 만에 의해서 결합될 수도 있다.

도 6a 내지 도 6d는 제 3 실시예에 따른 피스톤을 조립하는 방법을 도시한다. 이하, 도 4 내지 도 5d의 실시예와의 상이점을 주로 논한다. 도 6a 내지 도 6d 의 실시예에서의 보스(43a)는 환형 홈(43c)을 갖지 않는다. 도 6b에 도시한 바와 같이, 땜납(R)은 실린더(41)와 보스(43a) 사이의 공간을 채운다. 상기 땜납(R)은 실린더(41)와 스커트(42)를 형성하는 금속보다 낮은 용융점을 갖는 합금이다. 땜납(R)은 조립전에 실린더(41)나 보스(43) 중 하나에 가해질 수도 있다. 대안적으로, 땜납(R)은 링(ring)과 같이 형성되어 실린더(41) 또는 보스(43)에 맞추어 질 수도 있다. 더우기, 실린더(41)나 뚜껑(43)은 분말 땜납(R)으로 코팅될 수도 있다.

도 4 내지 도 5d의 실시예에서와 같이, 도 6a 내지 도 6d의 실시예에서는 다이(201)가 사용된다. 상기 다이(201)는 보스(43a)에 대향하여 실린더(41)를 강하게 가압하며, 따라서, 실린더(41)와 보스(43a) 사이에 소성 유동을 유발한다. 이는 실린더(41) 및 스커트(42)를 형성하는 금속에 다수의 격자형 결손부를 발생시킨다. 즉, 금속 내부에 구멍이 형성된다. 결과적으로, 실린더(41)를 형성하는 금속의 미분자가 스커트(42)의 격자형 결손부 내부로 들어가며, 스커트(42)를 형성하는 금속의 미분자가 실린더(41)의 격자형 결손부 내부로 들어간다.

피스톤(22)을 다이(201)에 관통시키는 것은 실린더(41)와 스커트(42) 사이의 접착부에 압력을 가하며, 따라서 열을 발생시킨다. 상기 압력 및 열은 땜납(R)을 분산시켜 상기 땜납(R)이 격자형 결손부로 들어가게 한다. 더우기, 피스톤(22)은 다이(201)를 관통할 때 외부 열원에 의해 가열된다. 상기 열원의 열은, 접착부의 압력에 의한 열과 일체로, 땜납(R)의 온도를 용융점 이상으로 상승시키며, 땜납(R)을 용융시킨다. 용융된 땜납(R)은 접착부에 확산된다. 외부 열원은 생략될 수도 있으며, 이 경우, 땜납(R)의 고상선 확산이 발생한다.

도 6d에서 개략적으로 도시한 바와 같이, 실린더(41)와 스커트(42) 사이 접착부에 합금층(G)이 형성된다. 상기 합금층(G)은 실린더(41)와 스커트(42)를 형성하는 금속 및, 땜납(R)을 포함한다. 실린더(41)와 스커트(42)는, 실린더(41)와 스커트(42) 사이에 경계가 없도록 금속층(G)에 의해 상호 고정된다.

다이(201)의 내경 또는, 피스톤(22)이 다이(201)를 관통할 시 실린더(41) 및 스커트(42)에 가해지는 압력은, 실린더(41)와 스커트(42) 사이 접착부의 변형율이 3 내지 15 퍼센트 범위가 되도록 결정된다. 예를 들어, 작용 압력이 매우 작을 경우, 즉, 접착부의 변형율이 3 퍼센트 미만일 경우, 격자형 결손부의 수는 충분하지 못하다. 즉, 충분한 구멍이 존재하지 않으며, 실린더(41)와 스커트(42) 내부의 금속 미분자는 충분히 섞이지 않는다. 또한, 불충분한 압력은 땜납이 만족스러울 정도로 확산되는 것을 방해하며, 실린더(41)와 스커트(42) 사이 접착부의 강도를 약화시킨다. 불충분한 압력이 땜납(R)의 확산을 더디게 하기 때문에, 실린더(41)는 상대적으로 더디게 다이(201)에 관통되어야 한다. 한편, 작용 압력이 상대적으로 크면, 즉, 접착부의 변형율이 15 퍼센트를 초과하면, 피스톤(22)은 심하게 변형되어 피스톤(22)은 가공을 요한다.

피스톤(22)을 다이(201)에 조립한 후에, 실린더(41)와 스커트(42) 사이의 접착부는 재가열된다. 온도는 합금층(G)의 용융점을 양호하게 초과한다. 열은 합금층(G)의 확산을 촉진하여, 실린더(41)와 스커트(42) 사이의 접착부를 강화한다. 레이저 가열기 또는 전자빔 가열기가 실린더(41)와 뚜껑(43) 사이의 접착부를 가열하는데 사용될 수도 있다. 대안적으로, 전체 피스톤(22)은 노 내부에 위치될 수도 있다.

실린더(41) 및 스커트(42)는 단조 또는 주조에 의해 제작된다. 그 후, 실린더(41) 및 스커트(42)는 경화 및 템퍼링 된다. 그 후, 실린더(41)는 다이(201)를 관통한다. 노 내부에서 피스톤을 재가열하는 것은 템퍼링 과정이 생략될 수 있게 한다.

실린더(41) 및 스커트(42)는, 일본 산업 표준(JIS)에 지정된 합금 A2017, A2014, A4032, A6063, A6061, A7075, ADC12 및, A390으로부터 선택된, 동일 또는 상이한 알루미늄 합금으로 양호하게 생산된다. 땜납(R)에 적합한 재료는 다음과 같다.

(1) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 주석을, 제 3 주성분으로 알루미늄을, 그리고 부가물로 구리, 크롬(chromium) 및 베릴륨(beryllium)을 포함하는 합금.

(2) 제 1 주성분으로 주석을, 제 2 주성분으로 아연을, 그리고 부가물로 알루미늄, 구리 및 베릴륨을 포함하는 합금.

(3) 제 1 주성분으로 주석을, 제 2 주성분으로 아연을, 그리고 부가물로 알루미늄, 구리, 크롬 및 베릴륨을 포함하는 합금.

(4) 제 1 주성분으로 주석을, 제 2 주성분으로 아연을, 그리고 부가물로 구리와 은을 포함하는 합금.

(5) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 알루미늄을, 제 3 주성분으로 주석을, 그리고 부가물로 카드뮴(cadmium), 구리, 티타늄(titanium) 및 베릴륨을 포함하는 합금.

(6) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 주석을, 그리고 부가물로 구리와 카드뮴을 포함하는 합금.

(7) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 알루미늄을, 그리고 부가물로 실리콘(silicon), 구리 및 티타늄을 포함하는 합금.

(8) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 알루미늄을, 그리고 부가물로 티타늄, 베릴륨 및 구리를 포함하는 합금.

(9) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 알루미늄을, 그리고 부가물로 티타늄, 카드뮴 및 구리를 포함하는 합금.

(10) 제 1 주성분으로 아연을, 제 2 주성분으로 알루미늄을, 그리고 부가물로 구리, 크롬, 마그네슘(magnesium) 및 주석을 포함하는 합금.

땜납(R) 내에, 제 1 주성분의 중량 퍼센트는 제 2 주성분의 중량 퍼센트 이상이며, 제 3 주성분이 존재하는 경우, 제 2 주성분의 중량 퍼센트는 제 3 주성분의 중량 퍼센트 이상이다. 부가물의 중량 퍼센트는 주성분에 비하여 매우 작다.

도 6a 내지 도 6d의 실시예에 있어서, 실린더(41)와 스커트(42)의 접착부는 다이(201)에 의해 가압된다. 이는 접착부에서 소성 유동을 발생시켜서 땜납(R)의 확산을 촉진한다. 접착부가 가압되지 않는 단순 납땜과 비교하여, 도 6a 내지 도 6d의 실시예는 실린더(41)와 스커트(42) 사이의 접착부를 강화한다.

도 7a 내지 도 7c에 도시한 제 4 실시예에 있어서, 도 4 내지 도 6d에 도시한 실시예의 다이(201)는 롤러(202)로 대체된다. 피스톤(22)은 그 축선을 중심으로 회전한다. 동시에, 상기 롤러(202)는 실린더(41)와 보스(43a) 사이의 접착부에 대향하여 강하게 가압된다. 이는 접착부에서 소성 유동을 발생한다. 도 7a에 도시한 피스톤(22)은 도 4의 피스톤(22)과 같이 보스(43a)의 원주상에 형성된 홈을 갖는다. 그러나, 상기 홈은 생략될 수도 있다. 도 4 내지 도 5d의 실시예에서와 같이, 도 7a의 실시예에서 접착제가 사용될 수도 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6d의 실시예에서와 같이, 도 7a의 실시예에서 땜납이 사용될 수도 있다.

도 7a에 도시한 각 롤러(202)의 직경은 그 축선을 따라 일정하다. 즉, 상기 롤러(202)의 표면은 원통형이다. 따라서, 상기 롤러(202)의 전체 원주면은 피스톤(22)에 대향하여 가압된다. 조립을 위해서 이러한 롤러(202)를 사용할 때, 피스톤(22)은 비교적 고온으로 가열되며 롤러(202)는 비교적 저압으로 피스톤(22)에 대향하여 가압된다. 더우기, 조립에는 비교적 긴 시간이 소요된다. 특히, 도 7a의 각 롤러(202)에서, 롤러(202)의 단위 면적당 압축력은 비교적 작으며, 따라서 접착부에서 비교적 작은 소성 유동을 발생한다. 한편, 도 7a의 롤러(202)의 큰 가압 면적 및, 긴 조립 시간은 접착부에서의 온도를 상승시킨다. 따라서, 땜납이 사용된다면 땜납은 순조롭게 확산된다. 롤러(202)의 축방향 길이는, 접착부에서의 소성 유동이 접착부의 강도를 확보할 수 있을 만큼 충분하며 피스톤의 다른 부위에는 소성 유동이 발생하지 않도록 결정된다.

도 7b는 다른 유형의 롤러(202)를 도시한다. 도 7b의 롤러(202)의 원주면은 롤러(202)의 축방향 중심이 오목한 원형 곡선으로 되어있다. 상기 롤러(202)의 축방향 단부에서의 곡률 반경(R2)은 매우 작은 값이 될 수도 있다. 도 7b의 롤러(202)를 사용할 때, 피스톤(22)은 비교적 저온으로 가열되며, 롤러(202)는 피스톤(22)에 대향하여 비교적 고압으로 가압된다. 더우기, 이러한 공정은 비교적 단시간을 소요한다. 도 7a의 롤러(202)가 사용되는 경우와 비교하여, 접착부에서의 소성 유동은 매우 촉진되며, 접착부는 고온으로 가열되지 않는다. 롤러(202)의 형상, 특히 축방향 중심에서의 오목부의 곡률 반경(R1)은, 접착부에서 소성 유동을 효과적으로 발생하여 실린더(41)를 스커트(42)에 연결하기 위해 요하는 에너지를 최소화하도록 최적화된다.

도 7c는 다른 유형의 롤러(202)를 도시한다. 도 7c의 롤러(202)의 원주면은 예정된 각(θ)으로 테이퍼진다. 도 7c의 롤러(202)를 사용할 때, 피스톤(22)은 비교적 저온으로 가열되며 롤러(202)는 피스톤(22)에 대향하여 비교적 고압으로 가압된다. 더우기, 이러한 공정은 비교적 단시간을 소요한다. 접착부에서의 소성 유동은 매우 촉진되며 접착부는 고온으로 가열되지 않는다. 각(θ)은, 접착부에서 소성 유동을 효과적으로 발생하여 실린더(41)를 스커트(42)에 연결하는데 요하는 에너지를 최소화하도록 최적화된다.

도 8 내지 도 12에 도시한 실시예에 있어서, 각 피스톤(22)의 헤드(41) 및 스커트(42)는 일체로 형성되며, 단부 플레이트(41d)는 실린더(41)와 독립적으로 형성된다. 실린더(41)와 단부 플레이트(41d)는 도 1 내지 도 7c에 도시한 바와 같이 소성 유동 또는 마찰 압접에 의해 상호 연결된다.

도 8은 제 5 실시예에 따른 피스톤(22)의 제조 방법을 도시한다. 단부 플레이트(41d)는 디스크형이다. 실린더(41)의 단부면(41e)과 단부 플레이트(41d)의 단부면(41f)은 접촉하게 된다. 그 후, 실린더(41)와 단부 플레이트(41d)는 마찰 압접 또는 소성 유동에 의해 상호 연결된다.

도 9는 제 6 실시예에 따른 피스톤(22)을 도시한다. 단부 플레이트(41d)는 보스(41g)를 포함한다. 상기 보스(41g)의 외경은 실린더(41)의 내경과 일치한다. 보스(41g)는 단부면(41e, 41f)이 상호 접촉하도록 실린더(41)에 끼워 맞춰진다. 그 후, 실린더(41)와 단부 플레이트(41d)는 마찰 압접 또는 소성 유동에 의해 상호 연결된다.

도 10은 제 7 실시예에 따른 피스톤(22)을 도시한다. 원통형 부분(41h)은 단부 플레이트(41)와 함께 일체로 형성된다. 상기 원통형 부분(41h)의 외경은 실린더(41)의 외경과 일치한다. 원통형 부분(41h)의 단부면(41m)과 실린더(41)의 단부면(41e)은 접촉하게 된다. 그 후, 실린더(41)와 단부 플레이트(41d)는 마찰 압접 또는 소성 유동에 의해 상호 연결된다.

도 11은 제 8 실시예에 따른 피스톤(22)을 도시한다. 도 11의 피스톤(22)은 도 10의 피스톤의 변형이다. 즉, 단부 플레이트(41d)의 원통형 부분(41h)은 보스(41i)를 포함한다. 상기 보스(41i)의 외경은 원통형 부분(41h)의 잔여부보다 작다. 실린더(41)는 개방단에 형성된 커넥터부(41j)를 포함한다. 커넥터부(41j)의 내경은 보스(41i)의 외경과 일치한다. 보스(41i)는 실린더(41)의 단부면(41e)이 원통형 부분(41h)의 단부면(41m)에 접촉하도록 커넥터부(41j)에 끼워 맞춰진다. 그 후, 실린더(41)와 단부 플레이트(41d)는 마찰 압접 또는 소성 유동에 의해 상호 연결된다.

도 12는 제 9 실시예에 따른 피스톤(22)을 도시한다. 도 12의 피스톤(22)은 도 10의 피스톤의 변형이다. 즉, 원통형 부분(41h)의 내경은 실린더(41)의 내경보다 크다. 실린더(41)는 개방단에 보스(41n)를 포함한다. 상기 보스(41n)의 외경은 원통형 부분(41h)의 내경과 일치한다. 보스(41n)는 실린더(41)의 단부면(41e)이 원통형 부분(41h)의 단부면(41m)에 접촉하도록 원통형 부분(41h)에 끼워 맞춰진다. 그 후, 실린더(41)와 단부 플레이트(41d)는 마찰 압접 또는 소성 유동에 의해 상호 연결된다.

본 발명은 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 다른 특정 형태로 구성될 수도 있음이 당업자에게 있어서 명백하다. 특히, 본 발명은 다음의 형태로 구성될 수도 있다.

도 1 내지 도 7c의 실시예에 있어서, 실린더(41)나 스커트(42) 중 하나 또는 둘 모두는, 철이나 철합금 또는 동이나 동합금과 같이, 알루미늄이나 알루미늄 합금 이외의 다른 금속으로 생산될 수도 있다. 또한, 도 8 내지 도 12의 실시예에 있어서, 실린더(41)나 단부 플레이트 중 하나 또는 둘 모두는, 철이나 철합금 또는 동이나 동합금과 같이, 알루미늄이나 알루미늄 합금 이외의 다른 금속으로 생산될 수도 있다.

본 발명은 도 1 내지 도 12의 피스톤(22) 이외의 피스톤에 구체화될 수도 있으며, 상기 피스톤은 사판 압축기에 사용된다. 예를 들어, 본 발명은 웨이브 캠 플레이트형 압축기의 피스톤, 이중-헤드 피스톤형 가변 용량형 압축기의 피스톤, 공기 압축기의 피스톤 및, 왕복운동 내연 엔진의 피스톤에 구체화될 수도 있다.

따라서, 본 실시예들은 예시적인 것이지 한정적인 것이 아니며, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않으며, 청구범위의 범주 및 균등범위 내에서 변형될 수도 있다.

Claims

스커트(42)와 헤드(40)를 가지며, 상기 스커트(42)는 피스톤(22)을 상기 구동체(20)에 연결하는 작용을 하며, 상기 헤드(20)는 하나 이상의 개방단 및 상기 개방단을 폐쇄시키는 뚜껑(43; 41d)을 갖는 실린더(41)를 포함하는, 기계장치에서 구동체(20)와 협력하는 피스톤(22)의 제조 방법에 있어서,

상기 뚜껑을 실린더에 마찰 압접하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 뚜껑(43; 41d) 및 실린더(41)를 예정된 힘으로 상호 대향하여 가압하는 동안, 뚜껑(43; 41d)과 실린더(41)의 상대 회전운동을 예정된 시간동안 발생시키는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 2 항에 있어서, 뚜껑(43; 41d) 및 실린더(41)를 피스톤(22)의 축방향으로 상호 대향하여 가압하고, 피스톤(22)의 축선을 중심으로 뚜껑(43; 41d)과 실린더(41)의 상대 회전운동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 2 항에 있어서, 뚜껑(43; 41d)과 실린더(41)의 상대 회전운동을 발생시킨 후에, 예정된 힘보다 큰 힘으로 뚜껑(43; 41d) 및 실린더(41)를 상호 대향하여 가압하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조 방법은 대기압 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
스커트(42)와 헤드(40)를 가지며, 상기 스커트(42)는 피스톤(22)을 상기 구동체(20)에 연결하는 작용을 하며, 상기 헤드(20)는 하나 이상의 개방단 및 상기 개방단을 폐쇄시키는 뚜껑(43; 41d)을 갖는 실린더(41)를 포함하는, 기계장치에서 구동체(20)와 협력하는 피스톤(22)의 제조 방법에 있어서,

상기 뚜껑을 상기 실린더에 결합하기 위해 상기 뚜껑과 실린더 사이에서 소성 유동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 뚜껑(43; 41d)과 상기 실린더(41) 사이에 소성 유동을 발생시키기 위해 상기 뚜껑(43; 41d) 및 상기 실린더(41)를 상호 대향하여 가압하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 뚜껑(43; 41d)에 원통형 보스(43a)를 형성하고,

상기 원통형 보스(43a)를 상기 실린더(41)의 개구에 끼워 맞추고,

상기 실린더(41)와 상기 원통형 보스(43a) 사이에 소성 유동을 발생시키기 위해, 상기 실린더(41)를 상기 원통형 보스(43a)에 대향하여 가압하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 원통형 보스(43a) 외면에 환형 홈(43c)을 형성하며, 상기 실린더(41)가 원통형 보스(43a)에 대향하여 반경방향으로 가압될 때 상기 원통형 보스(43a) 둘레에 위치한 상기 실린더(41)의 부분은 소성 유동에 의해서 상기 환형 홈(43c) 내로 들어가는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 실린더(41)를 상기 원통형 보스(43a)에 대향하여 반경방향으로 가압하기 위해 상기 실린더(41)를 다이(201)에 관통시키며, 상기 다이(201)의 내경은 상기 실린더(41)의 외경보다 조금 작은 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 8 항에 있어서, 롤러(202)를 상기 실린더(41)에 대향하여 가압하는 동안, 상기 실린더(41)를 상기 실린더(41)의 축선을 중심으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뚜껑(43; 41d)과 상기 실린더(41) 사이에 접착제를 가하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뚜껑(43; 41d)과 상기 실린더(41) 사이에 땜납을 가하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 뚜껑(43; 41d) 및 상기 실린더(41)를 상호 대향하여 가압하는 동안, 땜납의 용융점보다 고온으로 상기 땜납을 가열하는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상지 제조 방법은 대기압 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 피스톤 제조 방법.
기계장치에서 구동체(20)와 협력하는 피스톤(22)에 있어서,

상기 피스톤(22)을 상기 구동체(20)에 연결하기 위해 작용하는 스커트(42)와,

하나 이상의 개방단을 가지는 실린더(41) 및 상기 개방단을 폐쇄하기 위한 뚜껑(43; 41d)을 갖는 헤드(40)를 포함하며,

상기 뚜껑(43; 41d)은 상기 실린더(41)에 마찰 압접되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
기계장치에서 구동체(20)와 협력하는 피스톤(22)에 있어서,

상기 피스톤(22)을 상기 구동체(20)에 연결하기 위해 작용하는 스커트(42) 및,

하나 이상의 개방단을 가지는 실린더(41) 및 상기 개방단을 폐쇄하기 위한 뚜껑(43; 41d)을 갖는 헤드(40)를 포함하며,

상기 뚜껑(43; 41d)은 상기 뚜껑(43; 41d)과 상기 실린더(41) 사이의 소성 유동에 의해서 상기 실린더(41)에 결합되는 피스톤.