KR20000047507A - 압축기의 피스톤 및 그 피스톤의 코팅방법 - Google Patents

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이시카와 타다시
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Abstract

피스톤과 실린더보어와의 슬라이딩성을 높인 압축기의 피스톤 및 그 피스톤의 코팅방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
피스톤 (22) 에, 불소수지와 바인더수지를 주성분으로 한 코팅재료를 도포하여 코트층 (35) 을 형성한다. 그 코트층 (35) 에 연마가공을 행하지 않고, 코트층 (35) 의 표면에 석출한 불소수지를 그대로 잔존시켜 실린더보어와의 슬라이딩성을 높인다.

Description

압축기의 피스톤 및 그 피스톤의 코팅방법 {Piston of Compressor and Method for Coating the Piston}
본 발명은, 예컨대 차량의 공조시스템에 사용되는 압축기의 피스톤 및 피스톤의 코팅방법에 관한 것이다.
예컨대, 차량의 공조시스템에 이용되는 압축기로서, 피스톤식 압축기가 있다. 이 압축기의 피스톤으로서, 피스톤링을 갖지 않고, 피스톤의 외주면을 직접 실린더 보어의 내주면(內周面) 에 접촉시키는 구성의 것이 존재한다. 이와같은 구성의 피스톤에 있어서는 피스톤링을 구비하지 않아도, 피스톤의 외주면(外周面) 과 실린더 보어의 내주면과의 사이의 양호한 슬라이딩특성, 밀봉성, 내마모성 등을 확보할 필요가 있다. 그리하여 피스톤의 외주면에는, 주로 불소수지와 바인더를 주성분으로 하는 코트층이 형성된다. 그리고 불소수지가 실린더보어와의 원활한 슬라이딩성을 유지하고, 바인더가 코트층을 피스톤 소지(素地) 에 강고하게 접착하는 역할을 한다.
상기 코트층은, 코팅재료가 피스톤의 외주면에 도포된 후, 건조경화된다. 그리고, 종래에는, 코트층을 형성한 후, 그 막두께를 균일하게 하기 위하여 코트층에 연마가공이 행해진다.
이 경우, 연마가공은 고도의 정밀성을 필요로 하고, 높은 기술을 요하기 때문에, 번거롭고, 생산효율의 저하를 초래한다.
또, 불소수지는, 코트층의 표면측에 석출한다. 그리하여, 코트층의 표면에 대하여 연마가공을 행하는 것은, 그 석출부를 제거하는 것이 되어, 오히려 슬라이딩성을 저하시키고, 압축효율이 저하될 염려가 있다.
본 발명은 상기 종래기술에 존재하는 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 그것이 목적으로 하는 것은, 생산효율을 향상시킴과 함께, 슬라이딩 특성이 우수한 압축기의 피스톤 및 피스톤의 코팅방법을 제공하는 것에 있다.
도 1 은 제 1 실시형태의 피스톤을 갖는 압축기의 종단면도.
도 2 는 같은 피스톤의 사시도.
도 3 은 롤코팅장치를 나타내는 모식도.
도 4 는 코트층을 나타내는 확대단면도.
도 5 는 코트층에 있어서의 불소수지 및 바인더의 분포를 나타내는 표.
도 6 은 제 2 실시형태를 나타내는 피스톤의 단면도.
도 7 은 같은 확대단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21: 실린더보어,
22: 피스톤,
31: 두부(頭部),
31b: 테이퍼부,
34: 동부(胴部),
35: 코트층,
36: 불소수지,
37: 바인더,
55: 전사롤,
C: 코팅재료
상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 1 에 기재된 발명은, 압축기의 피스톤 두부의 외주면에, 불소수지와 바인더를 주성분으로 하는 코트층을 형성하고, 그 코트층의 표면의 불소수지 석출부를 잔존시키는 것이다.
청구항 2 에 기재된 발명에서는, 청구항 1 에 있어서, 피스톤의 두부 중에서 동부측 부분의 외주에, 동부에 근접하는 부분일수록 실린더보어의 내주면에서 후퇴하는 테이퍼부를 형성하고, 그 테이퍼부의 부분을 제외하는 코트층에 연마가공을 실시한 것이다.
청구항 3 에 기재된 발명에서는, 청구항 1 또는 2 에 있어서, 불소수지에 대한 바인더의 비율이 중량비로 0.8∼3.0인 범위내이다.
청구항 4 에 기재된 발명에서는, 압축기의 피스톤의 두부 외주면에, 전사체(轉寫體)를 이용하여 불소수지와 바인더를 주성분으로 하는 코팅재료를 도포하고, 그 도포층의 두께가 전체 둘레에서 균일해지도록, 도포종료시에는 피스톤과 전사체를 순시(瞬時) 이간시키는 것이다.
청구항 5 에 기재된 발명에서는, 청구항 4 에 있어서, 전사체로서, 피스톤의 축선과 평행인 축선을 중심으로 회전하는 전사롤을 이용하는 것이다.
청구항 6 에 기재된 발명에서는, 청구항 4 또는 5 에 있어서, 코팅재료는, 그 점도가 5000∼150000 센티푸아즈(Centipoise)이다.
(작용)
청구항 1 의 발명에 있어서는, 코트층의 표면에 불소수지가 많이 석출되어 있기 때문에, 피스톤과 실린더보어 내주면과의 슬라이딩성이 향상한다.
청구항 2 의 발명에 있어서는, 청구항 1 에 있어서, 피스톤 두부의 코트층에 연마가공이 시행되고 있으나, 두부와 동부와의 사이의 코트층에 불소수지 석출부가 존재하기 때문에, 양호한 슬라이딩특성을 확보할 수 있다.
청구항 3 의 발명에 있어서는, 청구항 1 또는 2 에 있어서, 불소수지와 바인더와의 비율이 적절하기 때문에, 코트층과 실린더보어의 내주면과의 슬라이딩성 및 피스톤에 대한 코트층의 접착성을 양호하게 유지할 수 있다.
청구항 4 의 발명에 있어서는, 피스톤에 대한 도포의 종료시에, 피스톤과 전사체를 순시에 이간시키기 위하여, 도포된 코팅재료가 전사체가 접촉하고 있던 부분에 있어서 볼록나오는 일 없이, 코팅재료의 도포두께가 전제 둘레에서 균일해진다.
청구항 5 의 발명에 있어서는, 전사체가 롤이기 때문에, 피스톤에 대하여 코팅재료를 균일하게 도포할 수 있음과 동시에, 상술한 순시 이간을 용이하고 또 확실하게 행할 수 있다.
청구항 6 의 발명에 있어서는, 청구항 4 또는 5 에 있어서, 코팅재료의 점도가 상기의 값이기 때문에, 코팅재료가 경화전에 있어서 하방으로 유동하는 일이 없다. 그리하여, 도포 두께를 한층 확실하게 전체 둘레에서 균일하게 할수 있다.
이하, 본 발명을 구체화한 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
도1∼도5 는, 제 1 실시형태를 나타낸다. 도 1 에 나타내듯이, 한쌍의 센터하우징 (11,12) 은 상호 고정되고, 그들의 전후에는 프론트하우징 (13) 및 리어하우징 (14) 이 각각 밸브플레이트 (15,16) 를 사이에 두고 고정되어 있다. 상기 양 센터하우징 (11,12), 프론트하우징 (13) 및 리어하우징 (14) 은 알루미늄 합금으로 이루어진다. 상기 양 센터하우징 (11,12) 사이에는 레이디얼베어링 (17) 을 사이에 두고 구동샤프트 (18) 가 회전가능하게 지지되어 있다. 구동샤프트 (18) 의 중간부에는 경사판 (19) 이 고정되어 있고, 그 경사판 (19) 은 스러스트베어링 (20) 에 의하여 프론트하우징 (13) 및 리어하우징 (14) 에 지지되어 있다.
프론트하우징 (13) 및 리어하우징 (14) 에는 각각 구동샤프트 (18) 의 축심을 중심으로 한 동일원상에서 등간격을 두고 실린더보어 (21) 가 배열 형성되어 있다. 전후로 대향하는 실린더보어 (21) 사이에는 피스톤 (22) 이 왕복운동 가능하게 수용되고, 그 중간 복부에는 슈 (23) 를 사이에 두고 상기 경사판 (19) 의 외주부가 연결되어 있다. 상기 피스톤 (22) 은, 알루미늄합금으로 이루어진다.
그리고, 구동샤프트 (11) 가 회전되면, 경사판 (19) 이 일체로 요동회전되고, 이 요동회전에 의하여 피스톤 (22) 이 왕복운동한다. 그리하여, 외부냉매회로 (도시생략) 에 접속된 흡입실 (24) 에서 흡입포트 (25) 및 흡입밸브 (26) 를 통하여 냉매가스가 실린더보어 (21) 내로 흡입된다. 그리고, 그 냉매가스가 압축되어 토출포트 (27) 및 토출밸브 (28) 를 통하여 토출실 (29) 로 토출되고, 그 토출실 (29) 에서 상기 외부냉매회로로 송출된다.
이어서, 상기 피스톤 (22) 의 구성에 대하여 설명하면, 도 1 및 도 2 에 나타내듯이, 동 피스톤 (22) 은 전체로서 개략 원주상을 이루는 양두(兩頭) 형상으로, 한쪽 두부 (31) 가 프론트측의 실린더보어 (21) 내로 삽입배치됨과 동시에, 다른쪽 두부 (31) 가 리어측의 실린더보어 (21) 내로 삽입배치되어 있다. 양 두부 (31) 사이의 동부 (34) 는, 두부 (31) 보다도 작은 지름으로 되어있다. 오목부 (32) 는, 동부 (34) 를 오목하게 파냄으로써 형성한다. 상기 슈 (23) 를 수용하는 슈수용부 (33) 는 오목부 (32) 내에 형성되어 있다. 이 슈수용부 (33) 에서 상기 슈 (23) 를 수용할 수 있다.
그리고, 도 2 및 도 4 에 나타내듯이, 불소수지 (36) 및 바인더 (37) 를 주성분으로 하는 코트층 (35) 이, 슬라이딩부위인 상기 양 두부 (31) 의 외주면에, 수십 미크론의 두께로 피막형성되어 있다. 그리하여 피스톤 (22) 의 외주면과 실린더보어 (21) 의 내주면과의 사이의 밀봉성, 저마찰 슬라이딩성 및 내마모성이 확보되어 있다. 그리고 도 5 의 표에 나타나듯이, 상기 불소수지 (36) 는, 코트층 (35) 의 표면에 많이 석출되어 있다. 불소수지 (36) 가 코트층 (35) 의 표면에 많이 석출된 반면, 바인더 (37) 는 피스톤 (22) 과의 접착면측에 많이 함유되어 있다.
상기 코트층 (35) 은 도 3 에 나타내는 롤 코팅장치 (51) 에 의하여 형성된다.
이 롤 코팅장치 (51) 는, 코팅재료 (C) 가 저장된 재료 팬 (52) 과, 동 재료 팬 (52) 의 코팅재료 (C) 중에 외주부의 일부가 잠긴 메탈롤 (53) 과, 동 메탈롤 (53) 에 소정 간격을 두고 배치된 콤마롤 (54) 과, 상기 메탈롤 (53) 에 접촉배치된 합성고무로 만든 전사롤 (55) 과, 피스톤 (22) 을 회전가능하게 유지하는 워크홀더 (56) 와, 동 워크홀더 (56) 및 상기 각 롤 (53∼55) 을 각각 화살표 방향으로 회전시키는 모터 등을 구비한 구동기구 (도시생략) 를 구비하고 있다. 상기 각 롤 (53∼55) 과, 피스톤 (22) 은, 그들의 축선이 평행이 되도록 배치되어 있다. 또 상기 전사롤 (55) 은, 그 양단의 축에 있어서 솔레노이드 (57) 가 지지되고, 솔레노이드 (57) 의 여자(勵磁) 및 소자(消磁) 에 의하여 전사롤 (55) 이 순시에 피스톤 (22) 의 외주면에 접근하거나, 피스톤 (22) 에서 이간되기도 한다.
구동기구를 기동하여 각 롤 (53∼55) 및 피스톤 (22) 을 회전시키면, 메탈롤 (53) 의 외주면에 대하여 재료 팬 (52) 중의 코팅재료 (C) 가, 그 둘레방향으로 순차 부착된다. 여기서, 코팅재료 (C) 의 점도는 40000∼50000 cp (센티푸아즈) 이다. 메탈롤 (53) 에 부착된 코팅재료 (C) 는, 콤마롤 (54) 에 의하여 막두께가 조절된 후, 그에 접촉하는 전사롤 (55) 에 전사된다. 그리고 동 전사롤 (55) 에 접하는 피스톤 (22) 의 두부 (31) 에 코팅재료 (C) 가 전사도포된다. 전사종료와 동시에, 솔레노이드 (57) 의 작용에 의하여 전사롤 (55) 이 순시로 시프톤 (22) 에서 이간한다. 또한, 코팅재료의 점도는 BH형점도계를 사용하여, No.7이 로타를 10rpm의 회전수로 회전시켜서 측정한 것이다.
그 후, 피스톤 (22) 상의 코팅재료 (C) 에 대하여, 건조경화처리가 행해져 코트층 (35) 이 형성된다. 코트층 (35) 이 경화되는 과정에서, 불소수지 (36) 와 바인더 (37) 의 상용성(相溶性)의 관계로부터, 즉 양자의 상용성이 낮기 때문에 코트층 (35) 내의 불소수지 (36) 가 안정된 공기측으로 이동하여 코트층 (35) 의 표면에 석출되고, 바인더 (37) 가 접착반응하기 쉬운 피스톤 (22) 측으로 이동하여 피스톤 (22) 에 접착한다.
그리고, 코트층 (35) 의 경화후, 종래와는 달리 코트층 (35) 에 대한 연마가공은 행해지지 않고, 코트층 (35) 이 경화한 상태 그대로 피스톤 (22) 은 압축기의 내부로 조립된다.
이상에 서술한 실시형태에 있어서는 이하와 같은 효과를 발휘한다.
* 코트층 (35) 의 표면에 불소수지 (36) 가 많이 석출되어 있기 때문에, 피스톤 (22) 과 실린더보어 (21) 의 내주면과의 사이의 슬라이딩 특성이 향상된다. 따라서, 압축기의 가동효율이 향상될 뿐 아니라, 나아가서는 내마모성 및 밀봉성의 향상을 가져온다.
* 바인더 (37) 가 피스톤 (22) 측에 많이 존재하고 있기 때문에, 코트층 (35) 을 피스톤 (22) 에 대하여 강고하게 접착고정할 수 있고, 코트층 (35) 으로서 내구성이 우수한 것으로 만들 수 있다.
* 코트층 (35) 의 경화후, 동층 (35) 의 연마가공을 행하지 않기 때문에, 불소수지 (36) 의 석출부가 유지될 뿐 아니라, 연마공정의 생략에 의하여 제조공정을 간략화할 수 있다.
* 피스톤 (22) 에 대한 코팅재료 (C) 의 도포완료후에, 전사롤 (55) 을 피스톤 (22) 에서 순시로 이간시키기 때문에, 코트층 (35) 의 두께를 전체 둘레로 균일하게 할 수 있다. 그리하여, 연마공정의 생략에 크게 기여한다. 이에 대하여, 전사롤 (55) 을 피스톤 (22) 에서 천천히 이간시킨 경우에는, 코트층 (35) 의 전사롤 (55) 이 접촉되어 있던 부분이 볼록나와, 그 부분의 코트층 (35) 의 두께가 늘고, 전체 둘레가 균일한 두께로 되지 않는다.
* 불소수지 (36) 에 대하여 바인더 (37) 의 양이 중량비로 0.8∼3.0 의 범위내이기 때문에 상술한 바인더에 의한 접착성 및 불소수지에 의한 슬라이딩 특성이 바람직하게 나타난다.
* 코팅재료 (C) 의 점도가 4000∼50000 cp 의 범위내이기 때문에, 전사에 적합할 뿐 아니라, 도포완료후에 있어서의 코팅재료의 하방으로의 유동, 소위 재료가 흘러내리는 것을 제어할 수 있고, 코트층 (35) 을 균일한 두께로 하는데 크게 기여한다.
* 코팅재료 (C) 의 도포가, 피스톤 (22) 의 축선과 평행인 축선상의 전사롤 (55) 에 의하여 이루어지기 때문에, 도포를 정확한 균일한 두께로 행할 수 있음과 동시에, 피스톤 (22) 과 전사롤 (55) 과의 이간을 간단한 구성으로 확실히 행할 수 있다.
(제 2 실시형태)
이어서, 이 발명의 제 2 실시형태를 도 6 및 도 7 에 의거하여 설명한다. 이 제 2 실시형태에 있어서는, 피스톤 (22) 의 두부 (31) 에 있어서의 선단측에 등직경부 (31a) 를 형성함과 함께, 동부 (34) 측에 테이퍼부 (31b) 를 연속하여 형성한 것이다. 테이퍼부 (31b) 는, 동부 (34) 측의 부분일수록 실린더보어 (21) 의 내주면에서 이간하도록 형성되어 있다. 도면에 있어서는 과장되어 있으나, 등직경부 (31a) 와 테이퍼부 (31b) 의 최소 지름부와의 지름차는 100 미크론 이하의 미소한 것이다. 그리고 두부 (31) 의 등직경부 (31a) 의 코트층 (35) 에만 연마가공을 실시한 것이다. 그리고, 등직경부 (31a) 및 테이퍼부 (31b) 의 피스톤 축방향의 길이는 거의 같다.
따라서, 도 7 로부터 명확하듯이, 등직경부 (31a) 와 테이퍼부 (31b) 의 사이의 부분으로부터 테이퍼부 (31b) 전체에 걸쳐서, 불소수지 (36) 가 많이 석출되어 있다.
따라서, 이 제 2 실시형태에 있어서는, 이하의 효과를 나타낸다.
* 등직경부 (31a) 와 테이퍼부 (31b) 와의 사이의 부분에 석출된 불소수지의 작용에 따라서, 피스톤 (22) 과 실린더보어 (21) 와의 슬라이딩성이 향상된다. 따라서, 상기 제 1 실시형태와 동일하게 압축기의 가동효율이 향상된다.
* 피스톤 (22) 의 왕복운동에 수반하여, 테이퍼부 (31b) 작용에 의하여 등직경부 (31a) 와 실린더보어 (21) 의 내주면과의 사이에 윤활유를 원활히 도입할 수 있다. 따라서, 피스톤 (22) 의 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 내마모성을 향상시킬 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
이 발명은, 이상의 제 1, 제 2 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 이하와 같이 구체화할 수 있다.
* 코팅재료의 점도를 변경하는 것. 상술한 재료가 흘러내리지 않는 수준의 점도는 5000∼150000 cp 이며, 15000∼50000 cp 의 범위이면 더욱 좋다.
* 코팅재료중에, 고체윤활성을 가지며, 실린더보어의 내주면과 거의 동등한 경도의 첨가제를 첨가하는 것. 이와같이 구성하면, 첨가제의 작용에 의하여 코트층 (35) 의 마모를 억제할 수 있음과 동시에, 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있게된다. 상기 첨가제는, 평균입경이 10 미크론 정도, 더욱 바람직하게는 10미트론 이하, 경도가 모스경도로 2.5∼4.5 정도 (가장 적합하게는 4.0 정도) 인 것이 좋다. 이상의 조건을 만족시키는 것으로서는, 예컨대 불화 칼슘이 있다.
* 코팅재료의 도포를, 상기 실시형태와는 상이한 스크린 코팅방법 등의 방법에 의하여 행하는 것. 스크린 코팅방법의 경우에는, 도포종료와 동시에, 코팅재료를 스크린에 밀어붙이는 스퀴지와 함께 스크린을 피스톤에서 순시에 이간하도록 구성한다.
* 상기 실시형태와 반대로, 전사롤러를 이동시킴으로써, 전사롤러와 피스톤을 순시에 이간시키는 것.
* 이 발명을, 두부가 피스톤의 한쪽에만 설치한 편두 피스톤에 있어서 구체화하는 것.
이상, 실시형태에서 예시하였듯이, 이 발명에 있어서는 이하의 효과를 발휘한다.
청구항 1 의 발명에 있어서는, 코트층의 표면의 불소수지 석출부가 잔존하고 있기 때문에, 피스톤과 실린더보어 내주면과의 슬라이딩성이 향상되며, 압축기의 가동효율이 향상됨과 동시에, 내마모성 및 밀봉성이 향상된다.
청구항 2 의 발명에 있어서는, 피스톤 두부의 외주면에 연마가공이 실시되어 있으나, 테이퍼부의 단부에 불소수지 석출부가 존재하기 때문에, 양호한 슬라이딩특성을 확보할 수 있다. 더구나, 테이퍼부의 작용에 의하여 윤활유를 도입할 수 있으므로, 슬라이딩 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
청구항 3 의 발명에 있어서는, 불소수지와 바인더와의 비율이 적절하기 때문에, 코트층과 실린더보어의 내주면과의 슬라이딩성 및 피스톤에 대한 코트층의 접착성을 양호하게 유지할 수 있다.
청구항 4 의 발명에 있어서는, 피스톤에 대한 도포의 종료시에, 피스톤과 전사체를 순시에 이간시키기 때문에, 도포된 코팅재료가 전사체가 접촉하고 있던 부분에 있어서 볼록 나오지 않고, 코팅재료의 도포 두께가 전체 둘레에서 균일해진다.
청구항 5 의 발명에 있어서는, 전사체가 롤이기 때문에, 피스톤에 대하여 코팅재료를 균일하게 도포할 수 있음과 동시에, 상술한 순시 이간을 용이하고 또 확실하게 행할 수 있다.
청구항 6 의 발명에 있어서는, 코팅재료가, 그 코팅재료의 처짐을 발생시키지 않는 점도이기 때문에, 도포 두께를 한층 확실하게 전체 둘레에 균일한 두께로 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 압축기의 피스톤 두부의 외주면에, 불소수지와 바인더를 주성분으로 하는 코트층을 형성하고, 이 코트층의 표면의 불소수지 석출부를 잔존시킨 압축기의 피스톤.
  2. 제 1 항에 있어서, 피스톤 두부에서의 동부측 부분의 외주에, 동부에 근접하는 부분일수록 실린더보어의 내주면에서 멀어지는 테이퍼부를 형성하고, 이 테이퍼부의 부분을 제외한 코트층에 연마가공을 실시한 압축기의 피스톤.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 불소수지에 대한 바인더의 비율이 중량비로 0.8∼3.0 의 범위내인 압축기의 피스톤.
  4. 압축기의 피스톤의 두부 외주면에, 전사체를 이용하여 불소수지와 바인더를 주성분으로 하는 코팅재료를 도포하고, 그 도포층의 두께가 전체 둘레가 균일해지도록, 도포종료시에는 피스톤과 전사체를 순시(瞬時) 이간시키는 압축기의 피스톤의 코팅방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 전사체로서, 피스톤의 축선과 평행한 축선을 중심으로 회전하는 전사롤을 이용하는 피스톤의 코팅방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 코팅재료는, 그 점도가 5000∼150000 센티푸아즈(Centipoise)인 압축기의 피스톤의 코팅방법.
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