KR20010020848A - 다이 캐스팅 피스톤 및 그것의 제조방법 - Google Patents

Abstract

사판식(斜板式) 압축기용 피스톤의 걸어 맞춤부의 내구성을 향상시키는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 편두(片頭) 피스톤 (14) 을 제조하기 위한 편두 피스톤 제조용 소재를 다이 캐스팅으로 제조한다. 편두 피스톤 제조용 소재의 걸어 맞춤부 (80) 에는 기부(基部:140), 아암부 (144, 146) 를 연결하여 보강하는 리브 (176) 를 설치한다. 리브 (176) 는 기판 (140) 의 폭 방향의 중앙부에서 축 방향으로 뻗은 상태로 형성된다. 밀링 커터등의 회전 절삭공구를 아암부 (144, 146) 의 선단부로부터 기단부측으로 이동시켜서 리브 (176) 를 제거한다. 회전 절삭공구에 의해 절삭가공 하는 것은 리브 (176) 의 부분만으로 하고, 기부 (140) 내측면 (142) 의 리브 (176) 를 제거한 후의 기계 가공면 (154) 의 양측에 주기면(鑄肌面) (156) 을 남긴다. 또한, 기부 (140) 의 내측면 (142) 과 아암부 (144, 146) 의 내측면 (148, 150) 의 경계부분에도 주기면을 남긴다.

Description

다이 캐스팅 피스톤 및 그것의 제조방법{die casting piston and method for manufacturing same}

본 발명은 사판식 압축기용 피스톤에 관한 것으로, 특히 다이 캐스팅에 의해 제조되는 피스톤과 그것의 제조방법에 관한 것이다.

사판식 압축기용 피스톤은 종래부터 단조 또는 주조에 의해 제조되고 있다. 피스톤 소재를 단조 또는 주조에 의해 제조하고, 그것에 기계가공등 소요 가공을 실시하여 제품으로 되고 있는 것이다. 사판식 압축기용 피스톤은 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤되는 두부와 걸어 맞춤부를 포함하고, 걸어 맞춤부는 기부 및 그 기부에서 서로 거의 평행하게 뻗어 나온 한 쌍의 아암부를 가지고 U 자형을 이룬다. 걸어 맞춤부의 양측에 두부를 가지는 양두(兩頭) 피스톤과 한쪽에만 가지는 편두 피스톤이 있다. 여하튼 피스톤은 왕복운동을 하는 것이기 때문에 중량경감이 강하게 요구되고, 알루미늄 합금제로 이루어지고, 또한 가능한 한 얇은 두께로 설계된다. 그러나, 걸어 맞춤부의 기부에는 피스톤의 왕복운동에 따라 굽힘모멘트가 반복작용하고, 내구성확보를 위해 박육화에 한도가 있었다. 단조에 의해 피스톤 소재를 제조하는 경우에 비교적 높은 강도를 얻을 수 있지만, 다이 캐스팅에 의한 경우에는 단조에 의한 경우에 비교하여 강도가 낮게 되는 것을 피할 수 없다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여, 다이 캐스팅에 의해 사판식 압축기용 피스톤을 경량으로 제조하면서, 충분한 내구성을 확보하는 것을 과제로하여 이루어진 것으로, 본 발명에 의해, 하기 각 양태의 다이 캐스팅 피스톤 및 그것의 제조방법을 얻을 수 있다. 각 양태는 청구항과 마찬가지로, 항으로 구분하고, 각 항에 번호를 매기고 필요에 따라 다른 항의 번호를 인용하는 형식으로 기재한다. 이것은, 어디까지나 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 명세서에 기재한 기술적 특징 및 그것의 조합이 아래의 각항에 기재한 것으로 한정된다고 해석되는 것은 아니다. 또, 한 항에 복수의 사항이 기재되어 있는 경우, 그것들 복수의 사항을 항상 함께 채용해야 하는 것은 아니고 일부의 사항만을 꺼내어 채용하는 것도 가능하다.

도 1 은 본 발명의 한 실시형태로서의 제조방법에 의해 제조된 다이 캐스팅 피스톤을 갖춘 사판식 압축기의 정면단면도이다.

도 2 는 상기 다이 캐스팅 피스톤의 정면도이다.

도 3 은 상기 다이 캐스팅 피스톤의 일부를 나타내는 평면도이다.

도 4 는 상기 다이 캐스팅 피스톤을 제조하기위한 피스톤 제조용 소재를 나타내는 정면도이다.

도 5 는 상기 피스톤 제조용 소재의 일부를 회전 절삭공구와 함께 나타낸 정면도이다.

도 6 은 도 4 의 A - A 단면도이다.

도 7 은 본 발명의 다른 실시형태에서의 피스톤 제조용 소재의 정면 (일부단면) 도 이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

14 : 편두(片頭) 피스톤 80 : 걸어 맞춤부

82 : 두부(頭部) 83 : 연결부

84 : 홈 126 : 본체부

128 : 외주측 슬라이딩부 130 : 내주측 슬라이딩부

140 : 기부 142 : 내측면

144, 146 : 아암부 148, 150 : 내측면

152 : 오목부 154 : 기계가공면

156 : 주기면(鑄肌面) 160 : 편두 피스톤 제조용 소재

164 : 걸어 맞춤부 172 : 기부 (基部)

174 : 내측면 176 : 리브

178, 180 : 아암부 182, 184 : 내측면

190 : 절삭공구 200 : 편두 피스톤 제조용소재

203 : 걸어 맞춤부 210 : 기부

212 : 내측면 214, 216 : 아암부

218, 220 : 내측면 222 : 브리지부

(1) 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤되는 두부와, 기부 및 그 부로부터 서로 거의 평행하게 뻗어 나온 한 쌍의 아암부를 가지고 U 자형을 이루는 걸어 맞춤부를 포함하고, 다이 캐스팅에 의해 제조된 사판식 압축기용인 피스톤으로, 상기 기부 내측면의 적어도 일부가 기계가공에 의해 제거되지 않고 주기면 그대로 남겨진 것을 특징으로 하는 다이 캐스팅 피스톤 (청구항 1).

이러한 기부 내측면의 적어도 일부를 주기로 하면, 기부의 내구성이 향상된다. 이것은 다이 캐스팅에 의해 제조된 제품의 표면에는 칠(chill)층이 형성되어 있고, 이것이 기계가공에 의해 제거되지 않기 때문이다. 칠층은 금형에 넣어진 용탕이 응고할 때, 금형에 접한 부분이 급속하게 냉각되어 응고하고, 초정(初晶) α(α상) 과 공정(共晶) 규소의 정출(晶出) 비율의 변화가 불연속적으로 된 층으로, 경도 및 강도가 크기 때문에 이것이 기부 내측면에 존재함으로써 기부의 굽힘강도, 특히 내구성이 향상하는 것이다. 기부 내측면은, 사판의 외주면에 근접하고 있기 때문에, 종래에는 기계가공되고, 칠층이 존재하지 않았던 것에 대하여 칠층을 남김으로써, 단조 피스톤에 가까운 경량화 및 내구성의 확보가 가능하게 되는 것이다. 기부의 내측면은 가능한 많은 주기 그대로 되는 것이 바람직하지만, 후술하는 리브나 금형의 퍼팅면에 생기는 버(burr) 등을 제거하는 등의 목적으로 내측면을 기계가공하지 않을수 없는 경우가 있다. 그 경우에는, 기계가공부분을 가능한 한 작게 억제하고, 내측면의 적어도 일부를 주기 그대로 남기면 내구성 향상의 효과를 얻을 수 있다.

(2) 상기 기부의 내측면의 상기 두부의 축선에 직각인 폭 방향의 중앙부는 기계가공에 의해 제거되고, 양측부가 주기 그대로 남겨진 (1) 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤.

걸어 맞춤부에는 열변형의 방지나 피스톤 소재의 기계가공시에 부가되는 힘에 의한 탄성변형의 경감을 목적으로, 보강부로서 리브가 설치되는 경우가 많다. 이 리브는 기부의 내축면의 폭 방향 (두부의 축선에 직각인 방향) 의 중앙부로부터 한 쌍의 아암부의 선단측을 향하여 뻗어 나오고, 그것들 한쌍의 아암부와 기부를 연결하는 상태로 형성된다. 이 리브는 최종적으로는 절삭가공에 의해 제거되는 것이고, 내측면의 폭 방향의 중앙부는 기계가공면이 되지 않을 수 없지만, 양측부는 주기 그대로 남길수 있고, 그것에 의해 내구성 향상 효과를 얻을 수 있다.

(3) 상기 기부의 내측면 전체가 주면 그대로 남겨진 (1) 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤.

기부의 내구성 향상의 관점에서는 이 양태가 가장 바람직하다.

(4) 상기 아암부의 서로 대향하는 내측면의 적어도 일부도 기계가공에 의해 제거되지 않고 주기 그대로 남겨지고, 그것들 기부와 아암부의 주기 그대로 남겨진 부분이 서로 연결되어 있는 (1) 항 내지 (3) 항의 어느 한 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤

한 쌍의 아암부의 내측면에는 걸어 맞춤부와 사판의 사이에 배치되는 구관형상의 슈 (shoe) 나 볼과 걸어 맞춤하는 오목 구면(球面) 이 기계가공에 의해 형성되지만, 이 오목 구면의 형성 전에 대향면이 평면형상으로 기계가공되는 것이 보통이다. 그러나, 내구성 향상의 관점에서는 이 대향면, 특히, 그것의 기부 내측면을 연결하는 부분이 주기 그대로 남겨지는 것이 바람직하다. 아암부와 기부의 경계부인 걸어 맞춤부의 모서리는 곡율반경이 비교적 작은 곡면으로 되는 것이 보통이고 그러기 위해 이 모서리에는 응력 집중이 발생하기 쉽다. 따라서, 기부 내측면과 아암부 대향면의 경계부에 주기를 남기는 것은 걸어 맞춤부의 내구성을 향상시키는 데 효율적이다.

(5) 상기 두부가 횡단면 형상이 원형인 실 부와 그 실 부와 상기 걸어 맞춤부를 연결하는 연결부를 포함하는 (1) 항 내지 (4) 항의 어느 한 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤.

다이 캐스팅 피스톤은 금형으로 부터의 피스톤 소재를 꺼내는 사정상, 본 항 기재의 형상으로 되는 것이 많고, 이 경우 금형의 퍼팅면이 두부의 축선을 포함하고, 한 쌍의 아암부의 기부로부터의 뻗어 나온 방향으로 평행인 평면상에 위치하도록 되는 것이 많다. 이 경우 걸어 맞춤부의 내측에 후술하는 리브가 설치 되는 것이라면 그 리브를 제거 하기 위해 기부 내측면의 폭 방향의 중앙부를 기계가공할 필요가 있고, 또한 기부가 설치되지 않는 것이라면 걸어 맞춤부의 내측면의 중앙에 형성되는 버를 제거 하기 위해 기부 내측면의 폭 방향의 중앙부를 기계가공하는 것이 바람직하다. 이 기계가공의 면적을 가능한 한 작게 하여 넓은 부분에 주기를 남기는 것이 바람직하다.

(6) 상기 두부가 상기 실 부로 부터 상기 걸어 맞춤부측에 설치된 보조 슬라이딩부를 갖는 (5) 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤.

보조 슬라이딩부의 형성에 의해 피스톤의 중량 증가를 억제 하면서 피스톤의 실린더 보어내에서의 작용을 양호하게 억제 할 수 있다.

(7) 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤되는 두부와, 기부 및 그 부판에서 서로 거의 평행하게 뻗어 나온 한 쌍의 아암부를 가지고 U 자형을 이루는 걸어 맞춤부를 포함하는 사판식 압축기용인 피스톤을 제조 하는 방법으로,

상기 두부 및 상기 걸어 맞춤부로 되는 부분과, 걸어 맞춤부가 되는 부분의 내측에서 상기 두부의 축선에 평행인 방향으로 뻗고, 상기 한 쌍의 아암부끼리를 연결하여 보강하는 보강부를 일체로 갖춘 피스톤 소재를 금형을 이용하여 주조하는 다이 캐스팅 공정과,

그 다이 캐스팅 공정에 의해 제조된 피스톤 소재의 상기 보강부를 기계가공에 의해 제거 하는 한편, 기부 내측면의 적어도 일부는 기계가공에 의해 제거하지 않고 주기 그대로 남기는 기계가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스팅 피스톤의 제조방법 (청구항 2).

종래는 보강부를 제거할 때에 기부의 내측면도 기계가공 되었지만, 이 기계가공의 면적을 가능한 한 작게 하고 주기 부분을 많게 하는 것이 제품에 대한 피스톤의 내구성을 향상시키는 데 바람직하다.

(8) 상기 보강부가 상기 기부의 내측면의 상기 두부의 축선에 직각인 방향인 폭 방향의 중앙부로 부터 상기 한 쌍의 아암부의 선단측을 향하여 뻗어 나오고 그것들 한 쌍의 아암부와 기부를 연결하는 리브이고, 상기 기계가공 공정이 그 리브를 제거 하는 한편, 그 리브의 양측의 기부내측면은 주기 그대로 남기는 공정인 (7) 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤의 제조방법.

리브를 기계가공에 의해 제거하면 기부의 내측면의 폭 방향의 중앙부에 주기를 남길 수 없지만, 양측부에는 남길 수 있고 그것에 의해 제품인 피스톤의 내구성을 향상시킬 수 있다.

(9) 상기 기계가공 공정이, 상기 두부의 축선에 평행이고 또한 상기 보강부의 중앙면상에 위치하는 회전축선의 둘레로 회전가능하고, 적어도 외주면에 절단 날을 갖춘 회전 절삭공구를 회전 시키면서 상기 한 쌍의 아암부의 선단측으로 부터 기단측으로 이동시키고, 상기 보강부를 절삭제거하는 공정인 (8) 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤의 제조방법.

본 양태에 의하면 보강부를 제거하고, 또 기부의 내측면의 폭 방향의 중앙부를 남기는 가공을 용이하게 행할 수 있다.

(10) 상기 회전 절삭공구가 축 방향의 양단면에도 절단날을 갖춘 것이고 상기 기계가공 공정이 회전 절삭공구의 양단면의 절단 날에 의해 한 쌍의 아암부의 서로 대향하는 내측면도 절삭가공하는 한편, 그것들 대향면의 상기 기부의 내측면에 연결되는 부분의 적어도 일부를 절삭 제거하지 않고 주기 그대로 남기는 공정인 (7) 항 내지 (9) 항의 어느 한 항 기재의 다이 캐스팅 피스톤의 제조방법.

본 양태에 의하면 보강부를 제거함과 동시에, 한 쌍의 아암부의 대향면 중 오목 구면의 주변부를 기계가공하면서 한 쌍의 대향면과 기부의 내측면의 경계부 즉, 걸어 맞춤부의 내측면의 응력집중이 생기기 쉬운 모서리 부분에 주면을 남기는 가공을 용이하게 행할 수 있고, 피스톤의 내구성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

이하, 차량공조 시스템에 이용되는 사판식 압축기용의 편두 피스톤 및 그것의 제조방법을 예로 들고, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1 에서 도면부호 10 은 실린더 불록이고, 실린더 블록 10 의 중심축선 M 주위의 일원주상에는 축방향으로 뻗은 복수의 실린더 보어 (12) 가 형성되어 있다. 실린더 보어 (12) 의 각각에는 편두 피스톤 (14) (이하, 피스톤 (14) 이라고 약칭한다.) 이 왕복운동 가능하게 배치되어 있다. 실린더 블록 (10) 의 축 방향의 일단면 (도 1 의 좌측의 단면으로 전단면이라 칭한다.) 에는 프론트 하우징 (16) 이 설치되어 있고 다른 방향의 단면 (도 1 의 좌측의 단면으로 후단면으로 칭한다.) 에는 리어 하우징 (18) 이 밸브 플레이트 (20) 를 통하여 설치되어 있다. 프론트 하우징 (16), 리어 하우징 (18), 실린더 블록 (10) 등에 의해 사판식 압축기의 본체가 구성된다.

리어 하우징 (18) 과 밸브 플레이트 (20) 의 사이에는, 흡기실 (22), 토출실 (24) 이 형성되어 있고, 각각 흡입 포트 (26), 공급 포트 (28) 를 걸쳐 도시하지 않은 냉동회로에 접속된다. 밸브 플레이트 (20) 에는, 흡입공 (40), 흡입 밸브 (42), 토출공 (46), 토출 밸브 (48) 등이 설치되어 있다.

그것에 대하여 실린더 블록 (10) 의 중심축선 M 상에는 회전축 (50) 이 회전가능하게 설치되어 있다. 회전축 (50) 은 양단부에서 각각 베어링을 통하여 프론트 하우징 (16), 실린더 블록 (10) 으로 지지되어 있다. 실린더 블록 (10) 의 중심부에는 중심 지지구멍 (56) 이 형성되어 있고, 그 중심 지지구멍 (56) 에서 지지되어 있는 것이다. 회전축 (50) 의 프론트 하우징 (16) 측의 단부는 프론트 하우징 (16) 의 중앙부를 관통하여 외부로 돌출하고, 이 돌출단에서 도시하지 않은 구동원에 접속된다. 회전축 (50) 에는 사판 (60) 이 축 방향으로 상대 이동가능하면서 경동(傾動) 가능하게 설치 되어 있다. 사판 (60) 에는 중심축을 통하는 중심구멍 (61) 이 형성되고, 이 중심구멍 (61) 을 회전축 (50) 이 관통하여 설치되어 있다. 중심구멍 (61) 은 양단 개구측만큼 직경이 점차로 증가되어 있다. 회전축 (50) 에는 또한 회전판 (62) 이 고정되고, 스러스트 베어링 (66) 을 통하여 프론트 하우징 (16) 에 걸어 맞춤되어 잇다. 사판 (60) 은 힌지 기구 (64) 에 의해 회전축 (50) 과 일체적으로 회전되고 또한 축 방향 M 의 이동을 수반하는 경동을 허용한다. 힌지 기구 (64) 는 회전판 (62) 에 고정된 지지 아암 (70) 과 사판 (60) 에 고정적으로 설치되고, 지지 아암 (70) 의 가이드 구멍 (72) 에 슬라이드 가능하게 끼워맞춤된 가이드 핀 (74) 과 사판 (60) 의 중심구멍 (61) 과 회전축 (50) 의 외주면을 포함하는 것이다.

상기 피스톤 (14) 은 사판 (60) 과 걸어 맞춤하는 걸어 맞춤부 (80) 와 실린더 보어 (12) 에 끼워맞춤되는 두부 (82) 와 이들 걸어 맞춤부 (80) 와 두부 (82) 를 연통하는 연결부 (83) 을 포함하는 것이고, 걸어 맞춤 (80) 에 형성된 홈 (84) 에 구관형상의 한 쌍의 슈 (86) 를 통하여 사판 (60) 이 걸어 맞춤된다. 구관형의 슈 (86) 는 구면부에서 걸어 맞춤부 (80) 에 슬라이딩 가능하게 유지되고, 평면부에서 사판 (60) 이 양측의 면에서 슬라이딩 가능하게 협지(挾持) 된다. 피스톤 (14) 의 형상에 관한 상세한 설명은 뒤에 설명한다.

사판 (60) 의 회전 운동은 슈 (86) 를 통하여 피스톤 (14) 의 왕복직선 운동으로 변환된다. 피스톤 (14) 이 상사점 (上死點) 에서 하사점 (下死點) 으로 이동하는 흡입 행정(行程) 에서 흡기실 (22) 내의 냉매가스가 흡입구멍 (40), 흡입 밸브 (42) 를 걸쳐 실린더 보어 (12) 내로 유입된다. 피스톤 (14) 이 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축 공정에서 실린더 보어 (12) 내의 냉매가스가 압축되고, 토출구 (46), 토출밸브 (48) 를 걸쳐 토출실 (24) 로 토출된다. 냉매가스의 압축에 따라 피스톤 (14) 에는 축방향의 압축 반력이 작용한다. 압축반력은 피스톤 (14), 사판 (60), 회전판 (62) 및 스러스트 베어링 (66) 을 통하여 프론트 하우징 (16) 으로 받아 들인다.

또한 피스톤 (14) 의 걸어 맞춤부 (80) 에는 회전정지부 (88) 가 일체적으로 설치되어 있다. 회전정지부 (88) 는 프론트 하우징 (16) 의 내주면에 접촉함으로써 피스톤 (14) 의 중심축선 N 주위의 회전을 방지한다. 실린더 블록 (10) 을 관통하여 급기통로 (94) 가 설치되어 있다. 급기통로 (94) 에 의해 토출실 (24) 과 프론트 하우징 (16) 과 실린더 블록 (10) 의 사이에 형성된 사판실 (96) 이 접속되어 있다. 급기통로 (94) 의 도중에는 전자제어 밸브 (100) 가 설치되어 있다. 전자제어 밸브 (100) 는 솔레노이드 (102) 와 솔레노이드 (102) 의 여자(勵磁), 소자(消磁) 에 의해 개폐되는 개폐 밸브 (104) 를 포함하는 것이고, 솔레이드 (102) 가 여자되면 개폐 밸브 (104) 가 닫힌 상태로 되고, 소자되면 열린 상태로 된다.

회전축 (50) 의 내부에는 배출통로 (110) 가 설치되어 있다. 배출통로 (110) 는 일단에 있어서 상기 중심 지지구멍 (56) 에 개구됨과 동시에, 다른 단에서 연통로 (112) 에 의해 사판실 (96) 로 연통되어 있다. 중심 지지구멍 (56) 은 배출 포트 (114) 에 의해 흡기실 (22) 로 연통되어 있다.

전자제어 밸브 (100) 에서 솔레노이드 (102) 가 여자되면, 급기 통로 (94) 가 차단되고, 토출실 (24) 의 고압 냉매가스가 사판실 (96) 로 공급되지 않는 상태가 된다. 사판실 (96) 내의 냉매 가스는 배출통로 (110), 배출 포트 (114) 를 걸쳐 흡기실 (22) 로 방출되기 때문에 사판실 (96) 내의 압력은 낮아 진다. 그 결과, 사판 (60) 의 경사각이 커지고 피스톤 (14) 의 용적 변화율이 크게 되고 압축기의 토출 용량이 커진다. 솔레노이드 (102) 의 소자에 의해 급기통로 (94) 가 연통된 상태에서는 토출실 (24) 의 고압 냉매가스가 사판실 (96) 로 공급되고 사판실 (96) 내의 압력은 높아 진다. 그 결과, 사판 (60) 의 경사각이 작아지고 압축기의 토출량이 작아진다. 이러한 본 사판식 압축기는 가변용량형인 것이다.

또한 사판 (60) 의 최대 경사각은 사판 (60) 에 설치된 스토퍼 (120) 의 회전판 (62) 으로의 맞닿음에 의해 규정되고, 최소 경사각은, 사판 (60) 의 회전축 (50) 상의 스토퍼 (122) 으로의 맞닿음에 의해 규정된다.

이러한 전자제어 밸브 (100) 의 제어에 의해 사판실 (96) 이 토출실 (24) 로 연통되기도 하고 차단 되기도 함으로써, 사판실 (96) 의 압력이 제어된다. 사판실 (96) 의 압력의 변화에 따라 사판 (60) 의 경사각이 변화되고, 압축기의 토출 용량이 제어된다. 전자제어 밸브 (100) 의 솔레노이드 (102) 의 여자상태는 냉방부하등의 정보에 따라 도시하지 않은 컴퓨터를 주체로 하는 제어장치에 의해 제어된다.

실린더 블록 (10) 및 피스톤 (14) 은 금속의 일종인 알루미늄 합금제의 것으로 되고, 피스톤 (14) 의 외주면에는 불소 수지의 코팅이 실시되어 있다. 불소 수지로 코팅하면, 같은 종류 금속과의 직접 접촉을 회피하여 눌러붙음을 방지하면서 실린더 보어 (12) 와의 끼워맞춤 간격을 가급적으로 작게할 수 있다. 또한, 실린더 블록 (10) 및 피스톤 (14) 은 과공정(過共晶) 알루미늄규소합금제로 하는 것이 바람직하다. 단, 실린더 블록 (10) 이나 피스톤 (14) 의 재료, 코딩층의 재료등은 상술한 재료에 한정되지 않고, 다른 재료라도 된다.

다음, 피스톤 (14) 에 관하여 상세하게 설명한다.

피스톤 (14) 의 두부 (82) 는 본체부 (126), 외주측 슬라이딩부 (128) 및 내주측 슬라이딩부 (13) 를 갖추고 있다. 실린더 블록 (10) 의 중심축선 M 으로 부터 보아 먼 측을 외주측, 가까운 측을 내주측이라 칭한다. 외주측 슬라이딩부 (128), 내주측 슬라이딩부 (13) 는 횡단면 형상이 원형을 이루는 본체부 (126) 에서 각각 걸어 맞춤부 (80) 측으로 돌출 설치되어 있다. 그리고, 외주측 슬라이딩부 (128), 내주측 슬라이딩부 (130) 는, 실린더 보어 (12) 의 내주면의 외주측의 부분위, 내주측의 부분위를 각각 슬라이딩한다. 연결부 (83) 는 외주측 슬라이딩부 (128) 와 걸어 맞춤부 (80) 을 연통하는 제 1 연결부 (132) 와, 내주측 슬라이딩부 (130) 와 걸어 맞춤부 (80) 를 연결하는 제 2 연결부 (134) 로 이루어져 있다. 양연결부 (132, 134) 에 의해 상기 연결부 (83) 가 구성되어 있는 것이다. 또한, 피스톤 (14) 은 이들 두부 (82), 걸어 맞춤부 (80), 연결부 (83) 가 일체적으로 형성된 것이다.

피스톤 (14) 의 상기 걸어 맞춤부 (80) 의 두부 (82) 에서 먼 측의 단부는 도 2 에 나타내듯이, 상기 홈 (84) 의 형성에 의해 일반적으로 U 자형을 이루고, U 형의 저부를 이루는 기부 (140) 와 기부 (140) 의 내측면 (142) 으로 부터 피스톤 (14) 의 축선과 직교하는 방향으로 뻗어 나온 한 쌍의 측벽인 아암부 (144, 146) 을 갖추고 있다. 기부 (140) 의 내측면 (142) 과 아암부 (144, 146) 의 서로 대향하는 내측면 (148, 150) 의 경계부분은 곡율 반경이 비교적 작은 곡면으로 되고, 내측면 (142) 과 내측면 (148, 150) 이 매끄럽게 연결되어 있다. 아암부 (144, 146) 의 내측면 (148, 150) 에는 각각 오목부 (152) 로 형성되어 있다. 이들 오목부 (152) 의 내면은 오목 구면형상을 이루고, 상기 한 쌍의 슈 (86) 는 사판 (26) 의 외주부의 표리 양면에 접촉하여 사판 (26) 을 협지함과 동시에 오목부 (152) 에 유지되어 있다.

도 3 에 나타내듯이 기부 (140) 의 내측면 (142) 의 피스톤 (14) 의 축 방향으로 직각인 방향 (폭 방향) 의 중앙부에 축방향으로 뻗은 기계가공면 (154) (오른쪽 하강의 해칭으로 나타낸다.) 이 형성되고 기계가공면 (154) 의 폭 방향 양측에는 주기면 (156) (오른쪽상승의 해칭으로 나탄내다.) 이 남겨져 있다. 또한 도 3 에는 나타나 있지 않지만, 기부 (140) 의 내측면 (142) 과 아암부 (144, 146) 의 내측면 (148, 150) 의 경계부분에서도 주기면이 남겨져 있다. 이들 기계가공면 (154) 및 주기면 (156) 의 형성방법에 관해서는 다음에 자세하게 설명한다.

상기 구성의 피스톤 (14) 은 한 개의 소재로 2 개가 제조된다. 그로 인해, 도 4 에 개략적으로 나타내듯이 피스톤 (14) 를 제조하기 위한 편두 피스톤 제조용 소재 (160) (이하, 소재 (160) 로 약칭한다.) 는 편두 피스톤 2 개분의 걸어 맞춤부 (164) 가 서로 인접하여 일체로 형성된 이연(二連) 걸어 맞춤부 (166) 와 그 이연 걸어 맞춤부 (166) 의 양단으로 연속하여 각기 각 연결부 (83), 두부 (82) 를 구성하는 것으로 되는 부분 (연결부 (168), 두부 (170) 으로 칭한다.) 을 갖추고 있다. 각 걸어 맞춤부 (164) 에서 기부 (172) 의 내측면 (174) 의 폭 방향의 중앙부에는 소재 (160) 의 중심선 방향으로 뻗는 보강부로서의 리브 (176) 가 아암부 (178, 180) 의 선단부를 향하여 뻗어 나와 형성되어 있다. 리브 (176) 는 기부 (172) 의 내측면 (174) 과 아암부 (178, 180) 의 내측면 (182, 184) 을 연결하여 걸어 맞춤부 (164) 를 보강하는 것으로, 소재 (160) 의 강성 및 강도를 높일 수 있다.

소재 (160) 는 본 실시형태에서는 금속의 일종인 알루미늄 합금제이고 금형을 사용하는 다이 캐스팅에 의해 제조된다. 금속의 퍼팅면은 소재 (160) 의 두부 (170) 의 중심선을 포함하고, 또한 아암부 (178, 180) 의 뻗어 나온 방향에 평행인 평면상에 설정된다. 이 소재 (160) 을 제조하는 공정이 다이 캐스팅공정이다. 소재 (160) 가 주조된 후 기계가공 공정이 행해진다. 우선, 소재 (160) 의 두부 (170) 의 외주면을 비롯하는 복수 부분의 절삭가공이 행해진다. 이 때, 2 개의 두부 (170) 에 각각 설치된 유지부 (186) 의 중앙구멍 (188) 으로 중앙이 끼워맞춤되고, 중심구멍내기(centering)가 이루어짐과 동시에 2 개의 유지부 (186) 가 각각 척에 의해 유지되고, 회전 구동 장치의 회전이 소재 (160) 에 전달된다. 소재 (160) 가 일체적으로 형성되어 있기 때문에 가공이 능률적으로 행해진다.

다음, 두부 (170) 의 외주면을 비롯하는 부분에 도장이 행해지고, 예를 들면, 폴리 테트라 플로오로 에틸렌의 코팅층이 형성된다. 그리고, 두부 (170) 의 단면이 잘려져 유지부 (186) 가 제거된 후, 코팅층이 형성된 두부 (170) 의 외부면에 센터리스 연삭이 행해지고 완성된 두부 (82) 가 된다.

다음, 이연 걸어 맞춤부 (166) 에 기계가공이 실시되고 각 리브 (176) 가 제거된다. 리브 (176) 의 제거는 도 5 및 도 6 에 나타내듯이, 절삭공구 (190) (외형을 이점 쇄선으로 도시) 에의해 행해진다. 절삭 공구 (190) 는 몸체 (194) 와 섕크 (196) 을 갖추고 있고, 몸체 (194) 에는 상세한 도시, 설명은 생략하지만, 외주면의 외주톱니와 양측면의 측톱니가 설치되어 있다. 섕크 (916) 는 도시하지 않은 공구주축으로 유지되고 회전된다. 절삭 공구 (190) 로는 예를 들면, 밀링 커터가 사용가능하고 섕크 (916) 및 몸체 (194) 의 회전에 의해 외주톱니와 측톱니의 양쪽에서 절삭을 행할 수 있다. 몸체 (194) 와 섕크 (196) 의 반경 차이는 아암부 (178, 180) 의 기단부로부터 선단부까지의 돌출 길이 보다 크게 되어 있고, 절삭 가공시에 아암부 (178, 180) 와 섕크 (196) 가 간섭하지 않도록 된다. 또한, 기부 (172) 와 아암부 (178, 180) 의 절삭가공된 면끼리의 경계부에서의 응력집중을 완화하기 위하여 라운딩을 하여야 하는 몸체 (194) 는 외주톱니와 측톱니가 매끄럽게 곡면 (예를 들면 원호) 에 의해 연결된 형상의 것이 바람직하다. 외주톱니와 측톱니가 교차하는 부분에 모따기를 실시해도 어느 정도의 응력집중 완화 효과를 얻을 수 있다.

절삭 가공 개시시에서 절삭공구 (190) 는 그것의 회전축선이 두부 (170) 의 중심선에 평행이 되는 자세이고 또한 리브 (176) 의 두께방향 (기부 (172) 의 축 방향) 의 중앙면상에 위치하는 상태가 된다. 그 상태에서 절삭공구 (190) 가 곡선둘레로 회전되고 상기 자세 그대로 아암부 (180) 의 선단부로부터 기단부로 향하는 방향으로 이동됨으로써, 리브 (176) 의 아암부 (180) 측의 부분이 제거된다. 또한 절삭공구 (190) 의 측톱니로 인해 아암부 (180) 의 내측면 (184) 에서 다음에 오목부 (152) 가 형성되는 부분이 평면형상으로 절삭가공된다. 단, 기부 (172) 의 내측면 (174) 과 아암부 (180) 의 내측면 (184) 이 연결하는 경계 부분 (198) (도 6 참조) 은 절삭가공되지 않는다. 다음, 절삭공구 (190) 가 일단 기부 (172) 의 내측면 (174) 으로부터 이간된 후, 회전 축선 방향에 평행인 방향으로 후퇴되고, 리브 (176) 의 아암부 (178) 측의 부분의 선단면에 대향하는 상태가 된다. 이후, 상기와 마찬가지로 리브 (176) 의 아암부 (178) 측의 부분이 제거됨과 동시에 아암부 (178) 의 내측면 (182) 의 오목부 (152) 가 형성되는 부분이 평면형상으로 절삭 가공된다. 이 경우도, 내측면 (174, 182) 의 경계부분은 절삭가공되지 않는다.

상기 리브 (176) 의 제거에 있어서 절삭공구 (190) 는 리브 (176) 만을 제거하고 기부 (172) 의 내측면 (174) 의 리브 (176) 가 형성되어 있는 부분이외의 부분은 절삭가공하지 않게 된다. 그로 인해, 리브 (176) 제거후의 기부 (140) 의 내측면 (142) 은 도 3 에 나타내듯이, 폭 방향의 중앙부 (리브 (176) 가 제거된 부분) 가 축 방향으로 뻗는 기계가공면 (154) 이 되는 한편, 기계가공면 (154) 의 폭 방향에서의 양측에는 다이 캐스팅에 의해 형성된 주기면 (156) 이 그대로 남겨진다. 주기면 (156) 에는 경도 및 강도가 큰 칠층이 형성되어 있고 이 칠층이 남겨짐으로써, 기부 (140) 의 굽힘강도가 크게 되고 내구성이 향상된다. 또한, 기부 (172) 의 내측면 (174) 과 아암부 (178, 180) 의 내측면 (182, 184) 의 경계부분 (198) 에 대해서도 절삭가공이 행해지지 않고 주기면이 남겨진다. 응력집중이 발생하기 쉬운 이 경계 부분에 주기면이 남겨지도록 절삭가공하면 걸어 맞춤부 (80) 의 내구성이 한층 향상한다.

리브 (176) 의 제거에 이어, 피스톤 (14) 으로 된 때에 슈 (86) 가 배치되는 오목부 (152) 가 가공되고 걸어 맞춤부 (80) 가 완성된다. 그리고, 소재 (160) 가 개개의 부분으로 분리되어 2 개의 피스톤 (14) 을 얻을 수 있다.

본 실시형태에 있어서 다이 캐스팅에 의해 제조된 피스톤 (14) 의 내구성, 특히 걸어 맞춤부 (80) 의 내구성을 향상시킬 수 있다. 본 실시형태와 같이 경량화가 도모된 형상의 피스톤 (14) 에서도 충분한 내구성을 얻을 수 있다. 또한, 절삭공구로서 몸체 (194) 의 두께가 제품으로서의 피스톤 (14) 에 있어서의 홈 (84) 의 폭과 같은 것을 사용하고, 절삭공구를 회전축선에 평행인 방향으로 상대 이동시키지 않고 리브 (176) 을 제거 하는 것이 가능하게 된다. 또, 절삭 공구는 측톱니를 갖추는 것이 불가결하지 않고 외주톱니만을 갖춘것이라도 좋다.

도 7 에 다른 실시형태로서의 사판식 압축기용 편두 피스톤을 제조하기 위한 편두 피스톤 제조용 소재 (200) (이하, 소재 (200) 로 약칭한다.) 를 나타낸다. 이 한개의 소재 (200) 에서 두부가 가운데 빈 원통형상을 이루는 편두 피스톤이 두개 제조된다. 소재 (200) 는 본체 부재 (202) 및 두개의 폐색부재 (204) 를 갖추고 있다. 본체 부재 (202) 는 편두 피스톤 두개분의 걸어 맞춤부 (205) 가 서로 인접하여 일체 형성된 이연 걸어 맞춤부 (206) 와 그 이연 걸어 맞춤부 (206) 의 양단으로 연속하여 각각 일체로 형성되고, 이연 걸어 맞춤부 (206) 과는 반대방향으로 개구한 유저(有底) 원통형상의 두개 의 두부 본체부 (208) 를 갖추고 있다. 걸어 맞춤부 (205) 는 소재 (160) 의 걸어 맞춤부 (164) 와 마찬가지로, 기부 (210) 와 기부 (210) 의 내측면 (212) 으로부터 서로 평행하게 뻗어 나온 한 쌍의 아암부 (214, 216) 을 갖추는 일반적으로 U 자형을 이루고 아암부 (214, 216) 의 서로 대향하는 내측면 (218, 220) 끼리를 연결하여 보강하는 보강부로서 브리지부 (222) 가 형성되어 있다. 본체 부재 (202) 및 폐색부재 (204) 는 각각 다이 캐스팅에 의해 주조된다. 도 7 에는 본체 부재 (202) 의 두부 본체부 (208) 에 폐색부재 (204) 가 끼워맞춤되어 양부재가 빔 용접등 적절한 수단에 의해 고정된 상태가 나타나 있다. 또한 본 실시형태에 있어서 도 1 ∼ 도 6 에 나타낸 실시형태와 마찬가지로 구성되고, 기능하는 부분에 대해서는 같은 부호를 첨부하여 설명을 생략한다.

브리지부 (222) 는 절삭공구 (190) 에 의해 상기 실시형태와 마찬가지로 제거되고, 이어 기부 (210) 의 내측면 (212) 의 폭 방향 중앙부에 형성된 버가 같은 절삭공구 (190) 에 의해 제거된다. 본 실시형태에서도 금형의 퍼팅면이 두부 본체부 (208) 의 중심선을 포함하고, 또한 아암부 (214, 216) 의 뻗어 나온 방향에 평행인 평면상에 설정되기 때문에 주조 후, 소재 (200) 가 금형으로 부터 꺼내지면 기부 (210) 의 내측면 (212) 의 폭방향 중앙부에 축방향으로 뻗은 작은 버 가 형성되는 것이다. 본 실시 형태에서는 기부 (210) 의 내측면 (212) 중 절삭공구 (190) 에 의해 절삭가공되는 부분은 얼마 안되기 때문에 기부 (210) 의 내측면 (212) 및 내측면 (212) 과 아암부 (214, 216) 의 내측면 (218, 220) 의 경계부분의 주기면이 거의 남겨짐으로써 보다 기부 (210) 의 내구성이 우수한 피스톤을 얻을 수 있다.

상기 각 실시형태의 피스톤에서 주기면을 그대로 남기는 부분은 기부 (140) (기부 (210) 의 내측면 (142) (내측면 (212)) 만이라도 된다. 또한 상기 각 실시형태에 있어서와 같이 기부 (140) (기부 (210)) 의 내측면 (142) (내측면 (212)) 과 기부 (140) (기부 (210)) 의 내측면 (142) (내측면 (212)) 과 아암부 (144, 146) (아암부 (214, 216)) 의 양내측면 (148, 150) (내측면 (218, 220)) 의 경계부분 만이 아니고, 기부 (140) (기부 (210)) 의 외측면이나 회전정지부 (88) 의 외주면등 강도나 내마모성을 높게 할 필요가 있는 그 외의 부분에 있어서도 주기면 그대로 남기도록 해도 된다.

사판식 압축기용 피스톤의 형상은 다양한 것이 채용 가능하고 예를 들면 걸어 맞춤부의 양측에 두부를 가지는 양두 피스톤으로 하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명에 대하여 몇가지 실시형태를 설명하였는데 이들은 예시에 지나지 않고, 본 발명은 상기 [발명이 이루고자하는 기술적과제, 발명의 구성, 발명의 효과] 의 항에 게재된 양태를 비롯하여 당업자의 지식에 기초하여 다양한 변경, 개량을 실시한 형태로 실시할 수 있다.

본 실시형태의 주기면에는 경도 및 강도가 큰 칠층이 형성되어 있고, 이 칠층이 남겨짐으로써, 기부의 굽힘강도가 크게 되고 내구성이 향상된다. 또한, 응력집중이 발생하기 쉬운 이 경계 부분에 주기면이 남겨지도록 절삭가공하면 걸어 맞춤부의 내구성이 한층 향상한다.

또한, 다이 캐스팅에 의해 제조된 피스톤의 내구성, 특히 걸어 맞춤부의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤되는 두부(頭部)와 기부(基部) 및 그 기부로부터 서로 거의 평행하게 뻗어 나온 한 쌍의 아암부를 가지며 U 자형상을 이루는 걸어 맞춤부를 포함하고, 다이 캐스팅에 의해 제조된 사판식 압축기용인 피스톤으로,

   상기 기부 내측면의 적어도 일부가 기계가공에 의해 제거되지 않고 주기면(鑄肌面) 그대로 남겨진 것을 특징으로 하는 다이 캐스팅 피스톤.
2. 실린더 보어에 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤되는 두부와, 기부 및 그 기부로 부터 서로 거의 평행하게 뻗어 나온 한 쌍의 아암부를 가지고 U 자형상을 이루는 걸어 맞춤부를 포함하는 사판식 압축기용인 피스톤을 제조하는 방법으로, 상기 두부 및 상기 걸어 맞춤부로 되는 부분과, 걸어 맞춤부로 되는 부분의 내측에서 상기 두부의 축선에 평행인 방향으로 뻗고, 상기 한 쌍의 아암부끼리를 연결하여 보강하는 보강부를 일체로 갖춘 피스톤 소재를 금형을 이용하여 주조하는 다이 캐스팅공정과,

   그 다이 캐스팅공정에 의해 제조된 피스톤 소재의 상기 보강부를 기계가공에 의해 제거하는 한편, 기부 내측면의 적어도 일부는 기계가공에 의해 제거되지 않고, 주면 그대로 남기는 기계가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 캐스팅 피스톤의 제조방법.