KR20030074110A - 사판식 압축기용 슈 및 그 성형방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 슬라이딩 특성이 양호하며, 또한 치수정밀도가 높은 사판식 압축기용 슈를 얻는다.

(해결수단) 슈 (76) 의 사판측 걸어맞춤면부 (152) 의 둘레가장자리부분에 단차를 형성한다. 상세하게는 사판측 걸어맞춤면부 (152) 가 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 과, 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 으로부터 단차를 이루면서 후퇴하는 둘레가장자리면 (156) 과, 단차 부분에서 양쪽을 연결하는 이음면 (184) 을 갖는 형상의 슈로 한다. 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 외주단에 있는 이음면 (158) 의 존재에 의해 사판의 슬라이딩접촉면과 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 면 사이로의 윤활유의 유입이 확보되면서 그 면 사이로 이물질이 유입되는 것이 억제된다. 또, 단조성형하는 경우에 슈 외주부의 형상이 소재의 소성 유동에 대한 저항되기 어려운 형상이기 때문에 성형하중을 작게 할 수 있고, 그 결과 소재량에 편차에 기인하는 성형치수의 편차를 작게 할 수 있다.

Description

사판식 압축기용 슈 및 그 성형방법{SHOE FOR SWASH TYPE COMPRESSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 사판식 (斜板式) 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 설치된 슈 및 그 성형방법에 관한 것이다.

사판식 압축기는 사판의 회전을 피스톤의 왕복운동으로 변환하여 기체를 압축하는 것으로, 고속회전하는 사판과 고속왕복운동하는 피스톤 사이에는 양쪽의 원활한 동작을 확보하기 위해, 슬라이딩부재로서의 슈가 설치된다. 사판이 고속회전되기 때문에 사판과 슈의 슬라이딩 특성은 특히 양호한 것이 요구된다. 슈는 구관 (球冠) 형상인 것, 즉 외표면이 대략 볼록구면을 이루고 피스톤과 걸어맞춤하는 피스톤측 걸어맞춤면부와, 대략 평면을 이루어 사판과 걸어맞춤하는 사판측 걸어맞춤면부로 대략 구획되는 형상을 갖는 것이 많이 사용된다. 이 구관형상 슈에서는 그 사판측 슬라이딩접촉면부와 그것과 걸어맞춤하는 사판 사이의 슬라이딩 특성이 특히 양호한 것이 요구된다. 구체적으로는, 예컨대 공급되는 윤활유가 슈와 사판 양쪽의 슬라이딩접촉면 사이에 충분히 유입되고, 또 반대로 존재하는 이물질에 대해서는 각각의 슬라이딩접촉면을 손상시키지 않도록 슬라이딩접촉면 사이에 유입되지 않는 것이 요구된다.

상기의 이율배반적일 수도 있는 요구를 해소하기 위해, 본 출원인은 현시점에서는 미공개인 특허출원 (일본 특허출원 2001-139539호) 에서, 사판측 걸어맞춤면부와 피스톤측 걸어맞춤면부 사이에 양쪽을 연결하는 측면부를 형성하고, 그 측면부가 사판 표면에 대해 예컨대 45°라는 각도가 되도록 형성된 구관형상 슈를 개시하였다. 그 슈는 양호한 슬라이딩 특성을 갖는 것이다.

일반적인 슈와 마찬가지로, 상기 개시된 슈도 단조에 의해 성형된다. 상기 슈의 단조성형은 피스톤측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 1 금형과, 사판측 걸어맞춤면부 및 측면부를 성형하는 형면을 갖는 제 2 금형을 구비한 금형 쌍을 사용하고, 그 금형 쌍의 중앙에 상기 소재 피스를 정치시키고, 그 금형 쌍을 폐쇄형으로 함으로써 실시된다. 소재는 금형 캐비티내를 외주방향을 향해 소성 유동하면서 형면의 측면부를 형성하는 부분까지 도달하고, 그 상태에서 그 부분을 따라 소성 유동하여 형면쪽으로 단단히 눌려짐으로써 슈의 형이 만들어지는 것이다.

슈에는 치수정밀도가 양호함도 요구된다. 특히 높이방향치수 (사판측 걸어맞춤면부와 피스톤측 걸어맞춤면부의 면간 거리) 는 사판식 압축기의 구조상, 예컨대 클리어런스의 편차에 대한 허용 폭이 작기 때문에 고정밀도가 요구된다. 한편, 성형단조에 이용되는 소재 피스에 대해서는 그 제조비용을 가능한 한 낮게 억제하고자 하는 요망이 있어 소재량의 편차를 어느 정도 허용할 수 밖에 없다는 사정도 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시형태인 슈가 설치된 사판식 압축기를 나타내는 정면 단면도이다.

도 2 는 도 1 에 나타내는 사판식 압축기에 설치되는 슈를 나타내는 정면 단면도이다.

도 3 은 도 2 에 나타내는 슈가 사판과 슬라이딩접촉하고 있는 상태에서의 이음면을 중심으로 한 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.

도 4 는 본 발명의 또 하나의 실시형태인 둘레가장자리면이 대사판 슬라이딩접촉면에 대해 경사지는 슈를 나타내는 단면도이다.

도 5 는 상기 실시형태의 슈를 단조에 의해 성형하는 경우에 사용되는 소재 피스를 나타낸다.

도 6 은 본 발명의 실시형태인 성형방법의 소재 피스 준비공정에서 소재 피스 기체에 오목부분을 형성하는 모양을 나타낸다.

도 7 은 실시형태의 슈를 성형하는 단조공정의 모양을 모식적으로 나타낸다.

도 8 은 실시형태의 슈의 단조성형에서의 슈 외주부 소재의 소성 유동의 모양을 나타낸다.

도 9 는 비교예의 슈를 나타내는 정면 단면도이다.

도 10 은 비교예의 슈를 성형하는 단조공정의 모양을 모식적으로 나타낸다.

도 11 은 비교예의 슈의 단조성형에서의 슈 외주부 소재의 소성 유동의 모양을 나타낸다.

도 12 는 실시형태의 슈 및 비교예의 슈 각각을 단조성형한 경우의, 성형시간의 경과에 대한 반력 변화를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 실시형태의 슈 및 비교예의 슈 각각을 단조성형한 경우의, 소재량 변화에 대한 최대 반력 변화를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

14: 편두 피스톤

60: 사판

76: 슈

128: 슬라이딩접촉면

132, 134: 슬라이딩접촉면

150: 피스톤측 걸어맞춤면부

152: 사판측 걸어맞춤면부

154: 대사판 슬라이딩접촉면

156: 둘레가장자리면

158: 이음면

162: 대피스톤 슬라이딩접촉면

164: 외부둘레가장자리가장자리 곡면

180: 테이퍼부

182: 슬라이딩접촉측 (R) 부

184: 둘레가장자리측 (R) 부

186: 연장면

200: 소재 피스

220: 하형

222: 상형

224: 금형 쌍

228: 잉여공간

이와 같은 배경하에, 본 발명자는 슈의 치수정밀도를 향상시키기 위해 상기 슈의 단조성형에서의 단조 소재의 거동에 대해 조사하였다. 상기 금형 쌍에서는 캐비티내의 외주부에서 상기 측면부와 피스톤측 걸어맞춤면부가 연결되는 부분의 성형을 실시하는 것인데, 그 부분은 상기 소재량의 편차를 흡수하기 위한 공간으로 기능한다. 그런데, 상기 서술한 바와 같이 측면부가 사판 표면에 대해 비교적 큰 각도를 이루는 형상이기 때문에, 측면부를 성형하는 형면이 소재의 소성 유동에 큰 저항이 되고, 그 결과 예컨대 소재량이 규정량보다 많아지는 경우는 소재로부터 금형으로의 반력의 증가, 스프링백량의 증가 등의 비율도 커짐을 알 수 있었다. 즉, 저항이 큰 단조성형을 무리하게 실시하여 슈를 제조하는 경우에는 소재량의 편차에 따라 성형된 슈의 치수에도 큰 편차가 발생하게 된다.

그래서, 본 발명은 슬라이딩 특성이 양호하며, 또한 치수정밀도가 높은 사판식 압축기용 슈를 얻는 것 등을 과제로 이루어진 것으로, 본 발명에 의해 하기 각양태의 사판식 압축기용 슈 및 그 성형방법 등을 얻을 수 있다. 각 양태는 청구항과 마찬가지로, 항으로 구분하고, 각 항에 부호를 부여하여 필요에 따라 다른 항의 번호를 인용하는 형식으로 기재한다. 이것은 어디까지나 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 명세서에 기재된 기술적 특징 및 이들 조합을 이하의 각 항에 기재된 것에 한정되는 것으로 해석해서는 안된다. 또, 하나의 항에 복수 사항이 기재되어 있는 경우, 이들 복수 사항을 항상 함께 채용해야 하는 것은 아니다. 일부 사항만을 선택하여 채용할 수도 있다.

또한, 이하의 각 항에 있어서, (1) 항이 청구항 1 에 상당하고, (2) 항과 (3) 항을 조합한 것이 청구항 2 에, (4) 항이 청구항 3 에, (6) 항이 청구항 4 에, (13) 항이 청구항 5 에, (21) 항이 청구항 6 에 각각 상당한다.

(1) 사판식 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 배치되고, 외표면이 대략 볼록구면을 이루고 피스톤과 걸어맞춤하는 피스톤측 걸어맞춤면부와, 대략 평면을 이루어 사판과 걸어맞춤하는 사판측 걸어맞춤면부로 대략 구획되는 구관형상 슈로서,

상기 사판측 걸어맞춤면부가,

그 사판측 걸어맞춤면부의 중앙부분을 구성하고, 상기 사판 표면에 슬라이딩접촉하는 대략 평탄한 대 (對) 사판 슬라이딩접촉면과,

상기 사판측 걸어맞춤면부의 둘레가장자리부분을 구성하고, 상기 대사판 슬라이딩접촉면으로부터 단차를 이루면서 후퇴하고, 외부둘레가장자리에서 상기 피스톤측 걸어맞춤면부에 연결되는 둘레가장자리면과,

그 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는 환형상 이음면

을 갖는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈.

본 항에 기재된 슈는 대략적으로 말하면, 일반적인 구관형상 슈에서의 사판측 걸어맞춤면부의 외부둘레가장자리 부분에 중앙부에 대해 유입한 단차를 형성한 것이다. 대사판 슬라이딩접촉면의 외부둘레가장자리 부분은 대사판 슬라이딩접촉면과 사판의 슬라이딩접촉면 사이로의 윤활유의 유입을 확보하면서, 그 면 사이로의 큰 이물질의 유입을 억제하는 역할을 하는 것이 요구되고, 그 부분인 단차 개소에 존재하는 상기 이음면은 중요한 존재이다. 이음면의 구체적인 형상이 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 후술하는 바와 같은 구성으로 함으로써, 윤활유의 유입, 이물질의 배척과 같은 기능을 갖게 할 수 있다. 상기 미공개 출원에 기재된 슈에서는 테이퍼면으로서 형성된 측면부가 그 기능을 하고 있는데, 그 측면부의 존재는 슈를 단조성형하는 경우에 단조 소재가 소성 유동할 때 큰 저항을 발생시키는 원인이 된다. 이에 대해, 이러한 측면부를 갖지 않는 본 항에 기재된 슈에서는 단조성형에서 큰 저항이 되는 부위가 존재하지 않기 때문에 치수정밀도가 높은 단조성형이 가능해진다. 즉, 슬라이딩 특성이 확보되어 치수정밀도가 보다 높은 슈를 얻을 수 있는 것이다. 또, 치수정밀도가 충분하지 않은 슈가 성형된 경우, 예컨대 성형후에 실시하는 연마가공에 의한 치수조정에 매우 많은 시간을 필요로 하여 슈의 제조비용은 현저하게 높아진다. 그 점에서 본 항에 기재된 슈는 저비용으로 제조할 수 있는 슈라고 할 수 있다.

치수정밀도에 대해 보다 상세하게 설명하면, 단조성형을 실시하는 경우 소재 피스를 금형의 중앙에 세트하고, 소재를 외주방향을 향해 소성 유동시켜 실시한다.상기 서술한 바와 같이 저항이 큰 단조성형에서는 성형하중을 크게 할 필요가 있고, 또 소재로부터 금형으로의 반력이 커진다. 소재, 금형에 가해지는 힘이 큰 경우 양쪽에는 큰 탄성변형이 생기게 된다. 예컨대, 금형에 큰 탄성변형이 생기는 경우, 캐비티형상도 변형되게 되고, 또 소재에 큰 탄성변형이 생기는 경우는 성형후의 스프링백량이 커진다. 소재량에 어느 정도 편차를 허용해야 한다는 실정이 있는 경우는, 가령 캐비티내에 그 편차를 흡수하는 공간을 형성하였더라도 저항이 큰 단조성형을 실시하는 경우는 그 편차에 기인하는 성형치수의 편차기 커지는 것이다. 본 항에 기재된 슈에서는 단조성형에서 상기 단차를 넘거나, 또는 단차에 피복되도록 하여 소재가 소성 유동할 수 있기 때문에, 큰 저항이 생기지 않고 비교적 작은 성형하중으로 성형할 수 있는 것이다. 그 결과, 치수정밀도, 특히 슈의 높이방향에서의 치수정밀도가 높은 슈를 얻을 수 있는 것이다. 즉, 본 항에 기재된 슈에서는 둘레가장자리면과 피스톤측 걸어맞춤면부에 둘러싸인 슈의 외부둘레가장자리부분을, 소재량의 편차를 효과적으로 흡수하는 부분으로 기능시킬 수 있는 것이다. 정리하면, 본 항에 기재된 슈는 그 형상에 관한 특징에 의해, 슬라이딩 특성과 치수정밀도의 양립이 도모되고 있는 것이다. 이와 관련하여, 슈의 높이치수의 정밀도가 나쁜 경우는, 예컨대 슈와 피스톤 두 슬라이딩접촉면 사이가 지나치게 커질 때는 이물질이 들어가기 쉽고, 또 두 슬라이딩접촉면 사이가 지나치게 작아질 때는 양쪽간의 마찰이 과대해져 항상 슬라이딩 특성은 떨어지게 된다.

또한, 여기에서 구관형상 슈는 상기 형상, 알기 쉽게 말하면 피스톤과 걸어맞춤하는 측이 거의 구면을 이루고, 사판과 걸어맞춤하는 측이 거의 평면을 이루는 형상이기 때문에, 일반적으로 반구 슈로 칭해지고 있다. 그러나, 반드시 엄밀하게 구면이나 평면으로 되는 것은 아니며, 슬라이딩성능의 향상 등을 목적으로 구면이나 평면에서 약간 벗어난 형상으로 되는 경우가 많다. 예컨대, 상기 대사판 슬라이딩접촉면은 중앙이 둘레가장자리과 비교하여 0.5∼10㎛ 정도 부풀어오른 가운데 볼록형상 (예컨대 매우 곡률반경이 큰 볼록구면 등) 으로 형성되는 경우도 있어, 본 명세서에서 말하는 구관형상 슈에는 이와 같은 변형을 동반하는 형상으로 된 것도 포함한다. 또, 본 항에 기재된 슈는 가변용량형, 고정용량형 어느 사판식 압축기에나 채용할 수 있는데, 가변용량형 압축기용인 것은 반구보다 작고, 고정용량형 압축기용인 것은 반구보다 크게 되는 것이 보통이다. 가변용량형 압축기에서는 사판의 양측에 설치되는 한 쌍의 슈의 양구면부가 거의 일구면 위에 위치하는 것이 필요하기 때문에 반구보다 사판 두께의 반정도만큼 작게 되고, 또 고정용량형 압축기에서는 상기와 같은 제한이 없기 때문에 슈의 평면부가 마모된 경우에도 슬라이딩접촉면의 면적이 감소하지 않도록 하는 등의 이유로 반구보다 약간 크게 되는 경우가 많은 것이다. 그래서, 본 명세서에서는 두 타입의 슈를 총칭하여 구관형상 슈로 칭한다.

(2) 상기 대사판 슬라이딩접촉면과 상기 둘레가장자리면의 단차가 0.02㎜ 이상인 (1) 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

(3) 상기 대사판 슬라이딩접촉면과 상기 둘레가장자리면의 단차가 0.5㎜ 이하인 (1) 항 또는 (2) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

「대사판 슬라이딩접촉면과 둘레가장자리면의 단차」란, 대사판 슬라이딩접촉면의 연장면과 상기 이음면이 연결되는 둘레가장자리면 단부의 거리를 의미한다. 대사판 슬라이딩접촉면이 평면이며 또한 둘레가장자리면과 대사판 슬라이딩접촉면이 평행인 경우는 양쪽의 면간 거리가 된다. 대사판 슬라이딩접촉면이 전술한 바와 같은 가운데 볼록형상을 이루고 있는 경우에는,「대사판 슬라이딩접촉면의 연장면」은 슈 중심선과 직교하여 대사판 슬라이딩접촉면에 접하는 평면으로 취급한다. 즉, 그 경우는 슈를 일직선 상태 (슈 중심선이 사판의 슬라이딩접촉면과 직각이 되는 상태) 에서 사판에 슬라이딩접촉시켰을 때의, 사판의 슬라이딩접촉면과 상기 둘레가장자리면 단부의 이간거리에 상당한다.

대사판 슬라이딩접촉면과 둘레가장자리면의 단차 양은 슈의 특성을 좌우한다. 예컨대, 단차가 지나치게 작은 경우는, 사판의 슬라이딩접촉면과 슈의 대사판 슬라이딩접촉면 사이에 윤활유가 잘 유입되지 않게 된다. 이것을 고려하면 단차가 0.02㎜ 이상인 것이 바람직하다. 또, 단차가 작을수록 둘레가장자리면과 사판 표면 사이에 작은 이물질까지 빨려 들어가기 쉬워진다. 또한, 단차가 작아질수록 이음면의 형상에 제약을 받아 윤활유의 유입기능, 이물질의 배척기능을 발휘할 수 있는 적절한 형상의 이음면을 형성할 수 없을 가능성이 있다. 이것들을 감안하면 단차를 0.05㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 큰 이물질까지 빨려 들어가지 않는다는 점 등에서 0.1㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.15㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 반대로, 단차가 큰 경우는 상기 서술한 단조성형에서의 소재의 소성 유동에 대한 저항이 커진다. 그 점을 고려하여 상기 단차의 크기는 0.5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 저항을 작게 한다는 점에서는 0.3㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.25㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(4) 상기 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면이 대략 평행인 (1) 항 내지 (3) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

(5) 상기 둘레가장자리면이 상기 대사판 슬라이딩접촉면에 대해 경사져 있고, 상기 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면의 연장면이 이루는 각도가 10°이하인 (1) 항 내지 (3) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

단조성형에서의 소재의 소성 유동의 저항을 작게 한다는 점에서 보면, 둘레가장자리면은 (4) 항에 기재된 양태와 같이 대사판 슬라이딩접촉면에 대해 대략 평행인 것이 바람직하다. 또, 평행이 아니라도 (5) 항에 기재된 양태와 같이 대사판 슬라이딩접촉면에 대해 완만하게 경사져 있는 경우에는 그 저항은 비교적 작은 것이 되기 때문에 본 발명의 슈의 한 양태가 될 수 있다.

(6) 상기 이음면이 상기 둘레가장자리면을 향할수록 넓어지는 원추대 둘레면형상을 이루는 테이퍼부와, 그 테이퍼부와 상기 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는 코너 (R) 부를 갖는 (1) 항 내지 (5) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

전술한 바와 같이, 슈와 사판의 슬라이딩에서는 슈에서의 슬라이딩접촉면과 사판에서의 슬라이딩접촉면 사이에 윤활유가 충분히 유입되고, 또한 유해한 이물질이 유입되지 않는다는 요구를 만족시키지 않으면 양호한 슬라이딩 특성을 얻을 수없다. 에어 컨디셔너를 구성하는 사판식 압축기를 예로 들어, 여기에서 윤활유의 유입과 이물질의 배척에 대해 상세하게 설명한다. 냉매가스중에는 윤활유가 혼입되어 있어 그 윤활유가 두 슬라이딩접촉면 사이에 오일막을 형성함으로써 슈와 사판의 슬라이딩 특성은 양호하게 유지된다. 따라서, 두 슬라이딩접촉면 사이로 윤활유가 충분히 유입되지 않는 경우는 슬라이딩 특성은 악화되는 것이다. 또, 운전중에 각 지점의 마찰에 의해 발생하는 커팅찌꺼기, 각 부품의 제조과정에서 발생하여 존재하는 미소한 버어, 접속되는 냉매배관으로부터 들어오는 먼지 등의 다양한 이물질이 존재할 수 있다. 이들 이물질은 충분히 관리되어야 하는 것이지만 완전히 배제하기는 어렵고, 이물질이 사판과 슈 양쪽의 슬라이딩접촉면 사이에 유입되어 개재될 가능성이 있다. 이물질이 두 슬라이딩접촉면 사이에 개재된 경우, 그 이물질에 의해 두 슬라이딩접촉면이 손상되어 슬라이딩 특성이 악화되게 되는 것이다. 윤활유의 유입특성과 이물질의 배척특성 양쪽을 만족시키기 위해서는 사판과 슬라이딩접촉하는 슈의 슬라이딩접촉면의 둘레가장자리 부분의 형상이 중요해진다. 본 발명의 슈에서는 구체적으로는 대사판 슬라이딩접촉면의 둘레가장자리에 인접하여 존재하는 이음면의 형상을 조정함으로써 이들 요구를 만족시킬 수 있다. 본 항에 기재된 양태는 그 한 양태이다. 상기 테이퍼부와 상기 코너 (R) 부의 형상조정에 의해 윤활유 유입특성, 이물질 배척특성을 임의로 조절할 수 있어 슬라이딩 특성이 우수한 슈를 얻을 수 있다.

또, 테이퍼부와 대사판 슬라이딩접촉면이 직접 인접하는 양태의 경우, 즉 양면의 코너가 소위 핀 (pin) 각 (角) 인 경우, 그 코너에서 사판 표면을 문지르는상태가 된다. 예컨대 사판의 슬라이딩접촉면에는 윤활성을 보다 확보하기 위해, 예컨대 고체윤활제를 함유한 윤활피막이 형성되는 경우도 있고, 그 윤활피막은 비교적 강도, 경도가 낮아 그와 같은 경우에는 슈의 핀각의 코너가 윤활피막을 벗겨내는 데도 작용한다. 또, 핀각인 경우, 윤활유까지 배척하게 되는 경우도 생각할 수 있어 슈와 사판 각각의 슬라이딩접촉면 사이에 충분한 윤활유를 넣는 것이 어려워진다. 또한, 슈는 표면을 평활하게 하기 위해 성형후에 배럴연마되는 경우가 많고, 핀각의 코너를 갖는 슈에서는 이 배럴연마에 서로 충돌하여 타흔(打痕)이 생길 가능성이 높다. 또한, 표면에 금속도금피막을 형성한 슈도 존재하고, 이러한 슈가 핀각의 코너를 갖는 경우, 배럴연마에 의해 그 코너부분의 금속도금피막이 마모되어 모재가 노출되게 될 가능성도 있다. 이들 현상은 모두 코너가 핀각임으로 인한 단점이다. 본 항에 기재된 슈는 테이퍼부와 대사판측 슬라이딩접촉면이 코너 (R) 부를 사이에 두고 인접하고 있어, 바꿔말하면 그 코너에 둥근 모양을 띠고 있어 상기 서술한 단점이 완화된 양호한 품질의 슈가 된다.

또한, 테이퍼부는 둘레가장자리면을 향함에 따라 넓어지는 원추대 둘레면형성을 이루는 면을 갖는 것으로 정의하고 있지만, 비교적 작은 단차부에 형성되기 때문에 그 길이 (슈 높이방향에서의 거리) 는 짧아진다. 이음면은 제조상의 사정 등으로 상기 코너 (R) 부와는 별도로, 둘레가장자리면과 테이퍼부를 연결하는 또 하나의 코너 (R) 부를 구비하여 구성되는 경우도 있고, 그 경우 예컨대 단차가 작은 경우, 또는 2 개의 코너 (R) 가 비교적 큰 경우는 테이퍼부의 길이는 매우 작아진다. 궁극 상태에서는 그 길이가 거의 0 이 된다. 본 항에 기재된 양태에서 테이퍼부는 이러한 궁극 상태에서의 것도 포함하는 것으로 한다. 즉, 그 경우, 2 개의 코너 (R) 부의 경계 부분을 테이퍼부로 간주하기로 한다.

(7) 상기 테이퍼부와 상기 대사판 슬라이딩접촉면의 연장면이 이루는 각도가 35°이상인 (6) 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

(8) 상기 테이퍼부와 상기 대사판 슬라이딩접촉면의 연장면이 이루는 각도가 90°이하인 (6) 항 또는 (7) 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

테이퍼부의 각도 (상기「테이퍼부와 대사판 슬라이딩접촉면의 연장면이 이루는 각도」를 가리킴. 특히 양해가 없는 한, 이하 그와 같이 생략함) 가 비교적 작은 적절한 각도인 경우, 윤활유 유입특성은 양호해진다. 그런데, 테이퍼부의 각도가 지나치게 작으면 이물질 배척특성이 저하된다. 즉, 테이퍼부가 쌓인 이물질에 얹히기 쉽고, 얹힌 상태로 슈가 이동하면 슈의 사판측 슬라이딩접촉면과 사판의 슬라이딩접촉면 사이에 그 이물질이 유입되는 결과가 되기 때문이다. 이에 대해 90°를 한도로 하여 테이퍼부의 각도를 크게 하면 그 테이퍼면은 이물질을 제거하도록 작용한다. 즉, 이물질 배척특성은 테이퍼부의 각도가 커질수록 양호해진다. 두 슬라이딩접촉면 사이에 이물질이 들어간 경우, 그 이물질은 슬라이딩접촉면의 마찰을 크게 할 뿐만 아니라 각각의 슬라이딩접촉면을 손상시킨다. 각각에 발생한 흠은 서로 상대측을 더욱 서로 손상시킴으로써 슬라이딩 특성을 악화시키는 원인이 된다. 또, 테이퍼부의 각도가 작은 경우, 쌓인 이물질에 슈가 얹히는 모양이 되기 때문에, 좁은 슬라이딩접촉면 사이에 이물질이 억지로 압입됨으로써 슈 및 사판의 슬라이딩접촉면에 발생하는 흠은 심해진다. 따라서, 심한흠이 생기기 쉽고, 그런 의미에서 이물질에 견디는 힘, 즉 이물질 내성이 열화되게 되어 테이퍼부의 각도가 작은 슈는 슬라이딩 특성이 나빠진다. 한편, 테이퍼부의 각도가 큰 경우라도 상기 단차는 비교적 작기 때문에, 단조성형에서 소재의 소성 유동시에 큰 저항이 되지 않아 슈의 치수정밀도를 악화시키는 한 원인으로 보기는 어렵다.

이상을 감안하여 테이퍼부의 각도는 35°이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 높은 이물질 배척특성을 얻기 위해서는 40°이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 테이퍼부의 각도는 90°이하인 것이 바람직하고, 윤활유 유입특성, 테이퍼부의 각도가 작아질수록 단조성형에서의 저항이 작아지는 것 등을 가미하면, 75°이하로 하는 것이 바람직하고, 60°이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 또 50°이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 전술한 바와 같이 테어퍼부의 길이가 거의 0 에 가까운 궁극 상태에서는 전술한 2 개의 코너 (R) 부의 경계 부분의 각도, 즉 직경을 포함하여 대사판 슬라이딩접촉면에 직각인 평면으로 절단된 슈단면에서 2 개의 코너 (R) 에 접하는 일접선과 대사판 슬라이딩접촉면의 연장면이 이루는 각도로써 테이퍼부의 각도로 한다. 또, 대사판 슬라이딩접촉면이 가운데 볼록형상을 이루고 있는 경우에는 「대사판 슬라이딩접촉면의 연장면」은 상기와 마찬가지로, 슈 중심선과 직교하여 대사판 슬라이딩접촉면에 접하는 평면으로 취급한다. 즉, 슈를 일직선 상태에서 사판과 슬라이딩접촉시킨 경우에 사판의 슬라이딩접촉면과 테이퍼부가 이루는 각도가 상기 테이퍼부의 각도에 상당한다.

(9) 상기 코너 (R) 부의 곡률반경이 0.05㎜ 이상인 (6) 항 내지 (8) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

(10) 상기 코너 (R) 부의 곡률반경이 0.5㎜ 이하인 (6) 항 내지 (9) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

코너 (R) 부를 형성함으로 인한 상기 단점의 완화효과, 즉 윤활유의 슬라이딩접촉면 사이로의 유입, 배럴연마가공에서의 슈의 타흔 억제, 금속도금 피막마모억제 등의 효과를 실질적으로 얻기 위해서는 0.05m 이상의 곡률반경을 갖는 코너인 것이 바람직하다. 또, 이들 효과는 곡률반경이 어느 정도까지는 큰 쪽이 높아진다. 따라서, 그 효과를 중시하면 코너 (R) 부의 곡률반경이 0.1㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.15㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 반대로, 코너 (R) 부의 곡률반경이 커지는 경우, 비교적 작은 이물질은 상기 테이퍼부가 아니라 코너 (R) 부에서 접한다. 그 경우, 이물질을 배척하는 특성은 이물질과의 접점에서의 코너 (R) 부로의 접촉평면과 상기 사판측 슬라이딩접촉면의 연장면이 이루는 각도에 의존한다. 코너 (R) 부에서 이물질과 접촉하여 그 이물질을 배척하는 경우, 접촉평면 각도가 클수록 이물질 배척특성은 향상된다. 코너 (R) 부의 곡률반경이 작을수록 동일 크기의 이물질이 코너 (R) 부에 접촉할 때의 접촉평면 각도가 커진다. 즉, 코너 (R) 부의 곡률반경이 작을수록 이물질 배척특성은 향상된다. 따라서, 그것에 의하면 코너 (R) 의 곡률반경이 0.5㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.4㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(11) 모재가 알루미늄합금으로 이루어지는 (1) 항 내지 (10) 항 중 어느 한항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

(12) 모재가 고탄소크롬 베어링강으로 이루어지는 (1) 항 내지 (10) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

본 발명의 슈는 그 모재의 재질이 한정되는 것은 아니다. 다양한 금속재료 등으로 형성할 수 있다. 모재가 알루미늄계 합금으로 이루어지는 슈는 경량이기 때문에 특히 경량화가 요구되는 사판식 압축기, 예컨대 차량용 에어 컨디셔너 등의 용도에 이용되는 사판식 압축기 등에 바람직한 슈가 된다. 알루미늄계 합금은 그 종류가 한정되는 것은 아니다. 이미 각종 분야에서 관용되고 있는 알루미늄계 합금, 다양하게 공지된 알루미늄계 합금을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 A4032 (JIS H 4000 등) 등의 공정조성 부근의 Al-Si 계 합금을 사용할 수 있다. Al-Si 계 합금은 열팽창율이 작고, 내마모성이 양호하며, 이 합금을 사용하면 양호한 슬라이딩 특성을 갖는 슈가 된다. 또, 예컨대 A2017, A2024 (JIS H 4000 등) 등의 Al-Cu-Mg 계 합금을 사용할 수 있다. Al-Cu-Mg 계 합금은 강도가 높기 때문에 이 합금을 사용하면 고강도이며 내구성이 우수한 슈가 된다. 알루미늄합금제인 것은 표면에 경질 금속도금피막으로 피복된 것이 바람직하고, 경질 금속도금피막은 Ni-P, Ni-B 등의 무전해 니켈도금피막인 것이 바람직하다. 무전해 니켈도금피막은 균일한 경질 금속도금피막을 형성할 수 있음과 아울러, 그 피막은 석출시에 비커스경도 Hv500 이상의 높은 경도를 갖고, 내마모성, 내식성도 우수하다. 또한, 알루미늄합금제 슈는 원주형상 소재 피스로 단조성형되는 경우가 많고, 원주형상 소재 피스는 소재량의 편차가 크기 때문에 그 의미에서 알루미늄합금제 슈에 본 발명을 적용할 수 있다는 큰 장점이 있다.

본 발명의 슈는 철합금제인 것이어도 된다. 철계 합금은 저비용이며 강도, 경도가 비교적 높다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 저비용이며 내마모성, 내구성 등이 우수한 슈가 된다. 철계 합금은 그 종류가 한정되는 것은 아니지만, 매우 경도가 높고 또한 내마모성, 내열성이 매우 우수하다는 이유에서, 고탄소크롬 베어링강 (구체적으로는 SUJ2 (JIS G 4805)) 을 채용하는 것이 바람직하다. 고탄소크롬 베어링강제 슈의 경우, 담금질, 뜨임 등의 조질열처리, 질화처리 등을 실시하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 고탄소크롬 베어링강제 슈는 알루미늄합금제 슈와 비교하여 단조성형에 큰 성형하중을 필요로 한다. 본 발명의 슈는 소재의 편차 등이 있는 경우라도 단조성형에서 소재의 소성 유동이 용이하게 실시되기 때문에, 금형의 비용 저감 등의 효과를 얻을 수 있고 고탄소크롬 베어링강제 슈에 본 발명을 적용할 수 있다는 큰 장점이 있다.

또한, 반복하지만, 본 발명의 슈는 그 모재가 상기 알루미늄합금, 상기 철합금에 한정되는 것은 아니다. 상기 기재는 슈의 모재로서 마그네슘 등의 다른 금속재료, 수지 등을 채용해도 된다.

(13) 당해 슈가 상기 피스톤측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 1 금형과, 상기 사판측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 2 금형을 구비한 금형 쌍을 사용하고, 그 금형 쌍의 중앙에 상기 대사판 슬라이딩접촉면의 직경보다 작은 외경을 갖는 소재 피스를 세트하여 그 금형 쌍을 폐쇄형으로 함으로써 단조성형된 것인 (1) 항 내지 (12) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

(14) 원주형상의 상기 소재 피스로 단조성형된 (13) 항에 기재된 사판식 압축기용 슈.

전술한 바와 같이 본 발명의 슈는 그 형상적 특징에서 단조성형에서의 소재의 소성 유동이 용이하게 실시된다. 따라서, 단조성형되는 슈에서 그 이점이 충분히 발휘되게 된다. 소재 피스의 형상은 특별히 한정되지 않고, 구형상 소재 피스로 단조성형되는 것이어도 된다. 그 경우, 베어링볼의 제조와 마찬가지로, 플래싱, 연삭 등의 가공공정을 거침으로써 소재량의 편차가 적은 소재 피스를 제조할 수 있다. 또, 원주형상 소재 피스로 단조성형되는 것이어도 된다. 원주형상 소재 피스는 봉재(棒材)를 절단함으로써 저비용으로 조제할 수 있지만, 소재량의 편차가 크다. 특히, 셔링절단 등에 의한 경우는 보다 저비용이지만, 소재량의 편차는 더욱 커지게 된다. 본 발명의 슈는 소재량의 편차가 있어도 단조성형된 후의 치수정밀도가 양호하기 때문에 원주형상 소재 피스로 단조성형되는 슈에 본 발명을 적용할 수 있다는 큰 장점이 있다.

(21) 사판식 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 배치되고, 외표면이 대략 볼록구면을 이루고 피스톤과 걸어맞춤하는 피스톤측 걸어맞춤면부와, 대략 평면을 이루어 사판과 걸어맞춤하는 사판측 걸어맞춤면부로 대략 구획되고, 상기 사판측 걸어맞춤면부가, (a) 그 사판측 걸어맞춤면부의 중앙부분을 구성하고, 상기 사판 표면에 슬라이딩접촉하는 대략 평탄한 대사판 슬라이딩접촉면과, (b) 상기 사판측 걸어맞춤면부의 둘레가장자리부분을 구성하고, 상기 대사판 슬라이딩접촉면으로부터 단차를 이루면서 후퇴하고, 외부둘레가장자리에서 상기 피스톤측 걸어맞춤면부에연결되는 둘레가장자리면과, (c) 그 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는 환형상 이음면을 갖는 구관형상 슈를 형성하는 방법으로서,

상기 대사판 슬라이딩접촉면의 외경보다 작은 외경을 갖는 소재 피스를 준비하는 소재 피스 준비공정과,

상기 피스톤측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 1 금형과, 상기 사판측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 2 금형을 구비한 금형 쌍을 사용하고, 그 금형 쌍의 중앙에 상기 소재 피스를 세트하여 그 금형 쌍을 폐쇄형으로 하여 상기 구관형상 슈를 단조하는 단조공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈의 성형방법.

(22) 소재 피스 준비공정이 원주형상 소재 피스를 구비하는 것인 (21) 항에 기재된 사판식 압축기용 슈의 성형방법.

본 발명의 성형방법은 상기 본 발명의 슈의 성형방법으로 피스톤측 걸어맞춤면부와 사판측 걸어맞춤면부의 경계 부근에서 분리하는 2 개의 금형으로 이루어지는 금형 쌍을 사용하고, 소재 피스를 슈 높이방향에서 눌러 소재를 외주방향을 향해 소성 유동시켜 단조를 실시하는 것이다. 상기 형상적 특징에서 그 소성 유동이 원활하게 실시되어 소재량의 편차가 있는 경우라도 큰 성형하중을 필요로 하지 않고, 그 결과 성형된 슈는 치수정밀도, 특히 높이방향에서의 치수정밀도가 양호한 것이 된다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 소재량의 편차가 있는 경우라도 본 성형방법에 의하면 양호한 치수정밀도로 슈의 제조를 실시할 수 있어 저비용인 원주형상 소재 피스를 사용하면 저비용인 슈를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의성형방법의 성형대상이 되는 상기 슈 및 상기 금형 쌍에 대해 앞의 (2) 항 내지 (20) 항에 기재된 기술적 특징에 의한 한정을 부여한 양태로 하는 것이어도 된다.

(31) 사판과, 피스톤을 구비하여 이루어지고, 그 사판과 그 피스톤 사이에 (1) 항 내지 (14) 항 중 어느 한 항에 기재된 슈가 설치된 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.

본 발명의 사판식 압축기는 상기 본 발명의 슈를 설치한 사판식 압축기로 슬라이딩 특성이 양호한 사판식 압축기가 된다.

발명의 실시형태

이하, 본 발명의 실시형태로서 차량용 에어 컨디셔너에 사용되는 가변용량형 사판식 압축기와 그의 구성부품인 구관형상 슈를 예로 들어, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 우선 사판식 압축기의 전체 구성을 설명하고, 이어서 그 슈의 형상 등 및 그 슈와 사판의 슬라이딩접촉상태를 설명한 후, 다시 그 슈의 제조방법을 설명한다. 또한, 본 발명은 결코 하기 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 하기 실시형태 외, 상기 [발명이 해결하고자 하는 과제, 과제해결수단 및 효과] 의 항에 기재된 양태를 비롯하여, 당업자의 지식에 기초하여 다양한 변경, 개선을 실시한 형태로 실시할 수 있다.

＜사판식 압축기의 전체 구성＞

도 1 에 본 발명의 사판식 압축기를 나타낸다. 도 1 에서 10 은 실린더블록으로, 실린더블록 (10) 의 중심축선둘레가장자리의 일원주 위에는 축방향으로 신장되는 복수 실린더보어 (12) 가 형성되어 있다. 실린더보어 (12) 의 각각에는 편두 피스톤 (14) (이하, 피스톤 (14) 으로 약칭함) 이 왕복운동가능하게 배치되어 있다. 실린더블록 (10) 의 축방향의 일단면 (도 1 의 좌측 단면으로, 전단면으로 칭함) 에는 프런트하우징 (16) 이 장착되고, 타방의 단면 (도 1 의 우측 단면으로, 후단면으로 칭함) 에는 리어하우징 (18) 이 밸브플레이트 (20) 를 통하여 장착되어 있다. 프런트하우징 (16), 리어하우징 (18), 실린더블록 (10) 등에 의해 사판식 압축기의 하우징이 구성되어 있다. 리어하우징 (18) 과 밸브플레이트 (20) 사이에는 흡입실 (22), 토출실 (24) 이 형성되고, 각각 흡입포트 (26), 공급포트 (28) 를 거쳐 도시하지 않은 냉동회로에 접속된다. 밸프플레이트 (20) 에는 흡입구멍 (32), 흡입밸브 (34), 토출구멍 (36), 토출밸브 (38) 등이 형성되어 있다.

상기 하우징내에는 회전축 (50) 이 실린더블록 (10) 의 중심축선을 회전축선으로 회전가능하게 형성되어 있다. 회전축 (50) 은 그 양단부에서 각각 프런트하우징 (16), 실린더블록 (10) 에 베어링을 통하여 회전이 가능하게 지지되어 있다. 실린더블록 (10) 의 중심부에는 지지구멍 (56) 이 형성되어 있고, 그 지지구멍 (56) 에서 상기 베어링을 통하여 지지되고 있는 것이다. 회전축 (50) 의 프런트하우징 (16) 측의 단부는 도시하지 않은 구동원으로서의 차량엔진에 전자클러치 등의 클러치장치를 통하여 연결되어 있다. 따라서, 차량엔진의 작동시에 클러치장치에 의해 회전축 (50) 이 차량엔진에 접속되면 회전축 (50) 이 자체의 축선둘레가장자리로 회전된다.

회전축 (50) 에는 사판 (60) 이 축방향으로 상대이동이 가능하며 경사이동이가능하게 장착되어 있다. 사판 (60) 에는 중심선을 통과하는 관통구멍 (61) 이 형성되고, 이 관통구멍 (61) 을 회전축 (50) 이 관통하고 있다. 관통구멍 (61) 은 양단 개구으로 갈수록 도 1 에서의 상하방향으로 안치수가 점증되어 이들 양단부의 횡단면형상이 긴 구멍을 이루고 있다. 회전축 (50) 에는 또, 회전판 (62) 이 고정되고 스러스트베어링 (64) 을 통하여 프런트하우징 (16) 을 향하고 있다. 사판 (60) 은 힌지기구 (66) 에 의해 회전축 (50) 과 일체적으로 회전됨과 동시에 축방향의 이동을 동반하는 경사이동이 허용된다. 힌지기구 (66) 는 회전판 (62) 에 고정적으로 형성된 지지아암 (67) 과, 사판 (60) 에 고정적으로 형성되고 지지아암 (67) 의 가이드공 (68) 이 슬라이드가능하게 끼워맞춰진 가이드핀 (69) 과, 사판 (60) 의 관통구멍 (61) 과, 회전축 (50) 의 외부둘레면을 포함하는 것이다.

상기 피스톤 (14) 은 사판 (60) 의 외주부를 걸치는 상태로 걸어맞춤되는 걸어맞춤부 (70) 와, 걸어맞춤부 (70) 와 일체로 형성되고 실린더보어 (12) 에 끼워맞춰지는 두부 (72) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에서의 두부 (72) 는 중공 두부로 되어 경량화가 도모되고 있다. 두부 (72), 실린더보어 (12) 및 밸브플레이트 (20) 가 모여 압축실을 형성하고 있다. 또, 걸어맞춤부 (70) 는 한 쌍의 구관형상 슈 (76) 를 통하여 사판 (60) 의 외주부와 걸어맞춤되어 있다. 슈 (76) 에 대해서는 뒤에 상세하게 설명한다.

사판 (60) 의 회전운동은 슈 (76) 를 통하여 피스톤 (14) 의 왕복직선운동으로 변환된다. 피스톤 (14) 이 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입행정에서,흡입실 (22) 내의 냉매가스가 흡입구멍 (32), 흡입밸브 (34) 를 거쳐 실린더보어 (12) 내의 압축실로 흡입된다. 피스톤 (14) 이 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축행정에서 실린더보어 (12) 내의 압축실의 냉매가스가 압축되고, 토출구멍 (36), 토출밸브 (38) 를 거쳐 토출실 (24) 로 토출된다. 냉매가스의 압축에 따라 피스톤 (14) 에는 축방향의 압축반력이 작용한다. 압축반력은 피스톤 (14), 사판 (60), 회전판 (62) 및 스러스트베어링 (64) 을 통하여 프런트하우징 (16) 으로 향해진다.

실린더블록 (10) 을 관통하여 급기통로 (80) 가 형성되어 있고, 이 급기통로 (80) 에 의해 토출실 (24) 과, 프런트하우징 (16) 과 실린더블록 (10) 사이에 형성된 사판실 (86) 이 접속되어 있다. 급기통로 (80) 의 도중에는 전자제어밸브 (90) 가 형성되어 있고, 이 전자제어밸브 (90) 의 솔레노이드 (92) 로의 전류공급은 컴퓨터를 주체로 하는 제어장치 (도시생략) 에 의해 냉방부하 등의 정보에 따라 제어된다.

회전축 (50) 의 내부에는 배출통로 (100) 가 형성되어 있다. 배출통로 (100) 는 일단에서 상기 지지구멍 (56) 에 개구됨과 동시에, 타단에서 사판실 (86) 에 개구되어 있다. 지지구멍 (56) 은 배출포트 (104) 를 거쳐 흡입실 (22) 에 연통되어 있다.

본 사판식 압축기는 가변용량형으로 고압측인 토출실 (24) 과 저압측인 흡입실 (22) 의 압력차를 이용하여 사판실 (86) 내의 압력이 제어됨으로써, 피스톤 (14) 의 전후에 작용하는 실린더보어 (12) 내의 압축실의 압력과 사판실 (86) 의압력의 차가 조절되고, 사판 (60) 의 경사각도가 변경되어 피스톤 (14) 의 스트로크가 변경되고 압축기의 토출용량이 조절된다. 구체적으로는 전자제어밸브 (90) 의 여자, 소자의 제어에 의해 사판실 (86) 이 토출실 (24) 에 연통되거나 차단됨으로써 사판실 (86) 의 압력이 제어된다.

실린더블록 (10) 및 피스톤 (14) 은 금속의 일종인 알루미늄합금제인 것으로 되고, 피스톤 (14) 의 외부둘레면에는 불소수지의 코팅이 실시되어 있다. 불소수지로 코팅하면 동종 금속과의 직접 접촉을 회피하여 베이킹을 방지하면서 실린더보어 (12) 와의 끼워맞춤 간극을 가급적으로 작게 할 수 있다. 단, 실린더블록 (10) 이나 피스톤 (14) 의 재료, 코팅층의 재질 등은 상기 서술한 재료 등에 한정되지 않고 다른 재료 등이어도 된다.

피스톤 (14) 의 걸어맞춤부 (70) 는 대략 U 자형을 이루고, 두부 (72) 의 중심축선과 직교하는 방향으로 서로 평행하게 연장하는 한 쌍의 아암부 (120,122) 와, 이들 아암부 (120,122) 의 단부끼리를 연결하는 연결부 (124) 를 구비하고 있다. 아암부 (120,122) 의 서로 대향되는 측면에는 각각 슈 (76) 를 유지하면서 슈 (76) 와 슬라이딩접촉하는 오목구면형상의 슬라이딩접촉면 (128) 이 형성되어 있다. 이들 2 개의 슬라이딩접촉면 (128) 은 동일 구면 위에 위치하고 있다.

상기 슈 (76) 가 슬라이딩하는 사판 (60) 은 그 모재가 덕타일주철로 이루어진다. 슈 (76) 가 슬라이딩접촉하는 슬라이딩접촉면 (132,134) 에는 도시하지 않지만, 모재 표면에 금속 용사 (溶射) 막인 알루미늄 용사막이 형성되고, 또한 그표면에 윤활피막이 형성되어 있다. 이 윤활피막은 합성수지에 MoS₂및 그래파이트를 분산시킨 것으로, 슬라이딩접촉면에서의 마찰을 충분히 감소시켜 슈 (76) 와 사판 (60) 의 슬라이딩 특성을 양호하게 한다. 또한, 알루미늄 용사막은 윤활피막이 어떤 요인에 의해 마모, 박리 등과 같이 되어 제거된 경우라도 모재가 직접 슬라이딩접촉하는 것을 방지하면서 슬라이딩 특성을 양호하게 유지하도록 기능한다. 또한, 사판의 모재 재질, 윤활피막의 종류, 막두께 또는 그것의 유무, 알루미늄 용사막의 두께 또는 그것의 유무 등 사판의 구성에 대해서는 다른 구성으로 할 수 있다.

＜슈의 형상 등 및 슈와 사판의 슬라이딩접촉상태＞

도 2 에 슈 (76) 의 정면 단면도를 나타낸다. 슈 (76) 는 외표면이 대략 볼록구면을 이루고 피스톤 (14) 과 걸어맞춤하는 피스톤측 걸어맞춤면부 (150) 와, 대략 평면을 이루고 사판 (60) 과 걸어맞춤하는 사판측 걸어맞춤면부 (152) 로 크게 구획되는 형상으로 되어 있다. 사판측 걸어맞춤면부 (152) 는 중앙부분을 구성하여 사판 (60) 의 슬라이딩접촉면 (132,134) (이하,「사판 슬라이딩접촉편 (132)」으로 약칭함) 에 슬라이딩접촉하는 대략 평탄한 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 과, 둘레가장자리부분을 구성하여 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 으로부터 단차를 이루면서 후퇴하고 (대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 연장면으로부터 이간하는 의미임), 외부둘레가장자리에서 피스톤측 걸어맞춤면부 (150) 에 연결되는 둘레가장자리면 (156) 과, 둘레가장자리면 (156) 과 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는환형상 이음면 (158) 을 갖고 있다. 도면에서는 이해를 용이하게 하기 위해 둘레가장자리면 (156) 과, 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 단차량을 과장해서 나타내고 있다. 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 은 엄밀하게는 약간 중고 (가운데 볼록) 곡면, 상세하게는 곡률반경이 매우 큰 볼록구면으로 되어 있다. 본 실시형태에서는 중고량 (둘레가장자리과 중앙의 높이방향에서의 거리차) 은 약 5㎛ 로 되어 있다. 또, 사판측 걸어맞춤면부 (152) 는 중앙에 윤활유를 저장시켜 슬라이딩 특성을 보다 양호한 것으로 하기 위한 오목부분 (160) 이 형성되어 있다. 따라서, 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 은 환형상의 면이 된다. 한편, 대피스톤 슬라이딩접촉면 (162) 의 중앙에도 성형시의 노크핀 가압용 오목부분 (163) 이 형성되어 있다. 또한, 피스톤측 걸어맞춤면부 (150) 는 피스톤 (14) 의 슬라이딩접촉면 (128) 에 대응하는 볼록구면형상의 대피스톤 슬라이딩접촉면 (162) 과 대피스톤 슬라이딩접촉면 (162) 과 사판측 걸어맞춤면부 (152) 의 둘레가장자리면 (156) 을 연결하는 외부둘레가장자리 곡면 (164) 를 갖고 있다.

도 1 도 참조하면서 추가로 설명하면, 한 쌍의 슈 (76) 는 대피스톤 슬라이딩접촉면 (162) 에서 피스톤 (14) 의 슬라이딩접촉면 (128) 에 슬라이딩가능하게 유지되고, 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 에서 사판 (60) 의 외주부 양측면인 두 슬라이딩접촉면 (132,134) 에 접촉하여 사판 (60) 의 외주부를 양측에서 끼워놓는다. 즉, 슈 (76) 는 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 에서 사판 (60) 과 슬라이딩하고, 대피스톤 슬라이딩접촉면 (162) 에서 피스톤 (14) 과 슬라이딩하는 것으로 되어 있다. 또한, 한 쌍의 슈 (76) 는 그 상태에서 각각의 대피스톤 슬라이딩접촉면(162) 이 대략 동일 구면 위에 위치하도록 설계되어 있다. 즉, 슈 (76) 는 반구보다 사판 (60) 두께의 반정도만큼 작은 높이를 갖는 구관에 가까운 형상을 이루고 있다.

슈 (76) 는 모재와, 모재의 전체 표면을 피복하는 경질 금속도금피막으로 이루어진다. 모재는 알루미늄을 주성분으로 하고, 공정부근의 조성비율이 되도록 규소를 함유하는 A4032 상당의 Al-Si 계 합금으로 이루어진다. 또, 경질 금속도금피막은 무전해 니켈도금피막으로 경도, 강도가 높고 슈 (76) 의 마모를 방지함과 동시에 슈 (76) 에 손상이 가해지는 것을 방지하고 있다. 무전해 니켈피막의 두께는 평균으로 약 50㎛ 이며, 도 2 에서는 이 무전해 니켈피막층은 생략되어 있다. 또한, 모재 재질, 경질 금속도금피막의 종류, 막두께 등의 구성은 본 실시형태의 것에 한정되지 않고, 예컨대 SUJ2 제 모재에 대해 질화처리를 실시한 양태로 실시할 수도 있다.

도 3 에 슈 (76) 와 사판 (60) 이 슬라이딩접촉하는 상태에서의 이음면 (158) 을 중심으로 한 부분을 확대하여 나타낸다. 이음면 (158) 은 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 과 둘레가장자리면 (156) 의 단차 부분에 존재한다. 이음면 (158) 은 둘레가장자리면을 향함에 따라 넓어지는 원추대 둘레면형상을 이루는 테이퍼부 (180) 와, 테이퍼부 (180) 와 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 을 연결하는 코너 (R) 부인 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 와, 테이퍼부 (180) 와 둘레가장자리면 (156) 을 연결하는 또 하나의 코너 (R) 부인 둘레가장자리측 (R) 부 (184) 로 구획된다 (각부의 경계는 편의적으로 작은 ｏ 로 나타냄). 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 과 둘레가장자리면 (156) 의 단차량 (D) 은 소정 값으로 된다. 예컨대 본 실시형태의 슈에서는 0.2㎜ 로 되어 있다. 테이퍼부 (180) 의 각도 즉 테이퍼부 (180) 와 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 연장면 (186) 이 이루는 각도 (α) (이하, 테이퍼각 (α) 으로 칭함), 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 의 곡률반경 (r) 및 둘레가장자리측 (R) 부의 곡률반경 (r') 도 각각 소정 값으로 된다. 본 실시형태의 슈의 경우, 테이퍼각 (α) 은 45°로, 곡률반경 (r) 및 곡률반경 (r') 은 모두 0.2㎜ 로 되어 있다.

도 3 은 슈 (76) 를 일직선 상태 (슈 중심선이 사판의 슬라이딩접촉면과 직각이 되는 상태) 에서 사판 (60) 에 슬라이딩접촉시킨 모양을 나타내고 있다. 슈 (76) 의 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 은 상기 서술한 바와 같이 가운데가 약간 높은 곡면으로 되어 있기 때문에, 슬라이딩접촉상태에서 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 과 사판 슬라이딩접촉면 (132) 사이에는 슈 (76) 의 외주측을 향해 간격량이 점차 증가하는 미소 간격의 간극 (190) 이 존재한다. 이해를 용이하게 하기 위해 도 3 에서는 간극 (190) 은 과장해서 나타내어져 있다. 이 간극 (190) 의 존재에 의해 슬라이딩접촉면 사이에 양호한 윤활유막의 형성이 이루어져 슬라이딩 특성이 향상된다. 또한, 상기 단차량 (D) 및 테이퍼각 (α) 의 기준이 되는 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 연장면 (186) 은 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 이 가운데 볼록형상을 이루고 있기 때문에, 전술한 바와 같이 슈 (76) 중심선과 직교하여 대사판 슬라이딩접촉면의 평면과 접하는 것으로 가정되어 있고, 도 3 에서는 사판 슬라이딩접촉면 (132) 과 일치하고 있다. 또, 대사판 슬라이딩접촉면(154) 과 둘레가장자리면 (156) 은 평행한 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 단차량 (D) 은 사판 슬라이딩접촉면 (132) 과 둘레가장자리면 (156) 의 면간 거리에 상당하고, 테이퍼각 (α) 은 테이퍼부 (180) 와 사판 슬라이딩접촉면 (132) 이 이루는 각도에 상당하는 것으로 되어 있다.

슈 (76) 가 사판 (60) 과 슬라이딩하는 상태 (도 3 의 →의 방향으로 슈 (76) 가 상대적으로 움직이는 것으로 함) 에서, 사판 (60) 표면에 존재하는 윤활유 (도시를 생략) 는 슈 (76) 의 이음면 (158) 과 사판 슬라이딩접촉면 (132) 으로 구획되는 단면이 쐐기모양의 쐐기형상 공간 (192) 으로부터 간극 (190) 으로 유도된다. 쐐기형상 공간 (192) 내에 이물질 (194) 이 들어간 경우, 본 실시형태의 슈 (76) 에서는 테이퍼부 (180) 의 테이퍼각 (α) 및 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 의 곡률반경 (r) 이 적정한 값으로 되어 있고, 슬라이딩 특성에 큰 영향을 주는 비교적 큰 이물질은 테이퍼부 (180) 에 의해 간극 (190) 으로 들어가는 것이 저지된다. 즉, 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 둘레가장자리에 예컨대 도 3 에 나타내는 바와 같은 적절한 형상을 갖는 이음면 (158) 을 형성하면 윤활유를 슬라이딩접촉면 사이로 유입하면서 이물질을 배척할 수 있다. 따라서, 적절한 형상의 이음면 (158) 을 갖는 슈는 양호한 슬라이딩 특성을 얻을 수 있다.

도 3 에 나타내는 이물질 (194) 은 약 100㎛ 의 직경을 갖는 구로 나타내고 있다. 이러한 큰 이물질 (194) 은 테이퍼부 (180) 에 맞닿기 때문에 테이퍼각 (α) 의 크기가 이물질 배척특성을 결정하는 요인이 된다. 이물질이 작은 경우, 테이퍼부 (180) 가 아니라 그 이물질은 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 에 맞닿기 때문에 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 의 곡률반경 (r) 도 이물질 배척특성을 결정하는 요인이 된다. 상세하게는 이물질이 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 에 맞닿는 경우, 양쪽의 접점에서의 슬라이딩접촉측 (R) 부 (182) 로의 접평면과 상기 연장면 (186) 이 이루는 각도 (접평면 각도) 에 의해 결정된다. 이 접평면 각도가 큰 경우에는 이물질 배척특성은 양호하며, 어느 정도 작아지는 경우에는 이물질이 슬라이딩접촉면 사이로 유입되기 쉬워진다. 이물질직경이 동일하면 슬라이딩접촉측 (R) 부의 곡률반경 (r) 이 작은 쪽이 이물질 배척특성은 우수하다. 그러나, 이와 반대로 윤활유의 슬라이딩접촉면 사이로의 유입은 곡률반경 (r) 이 어느 정도 큰 쪽이 양호하다. 또, 전술한 바와 같이 곡률반경 (r) 이 지나치게 작음으로 인한 단점도 존재한다. 상기한 것을 종합하여 감안하고 이물질 배척효과와 윤활유의 유입효과 등의 조화를 고려하여 그 슈의 목적에 따른 적절한 테이퍼각 (α) 및 곡률반경 (r) 을 결정하면 되는 것이다. 구체적으로는 목적으로 하는 슈에 따라 또 후술하는 단조성형에서의 소성 유동의 용이함 등을 고려하여 예컨대 상기 [발명이 해결하고자 하는 과제, 과제해결수단 및 효과] 의 항목에 나타낸 기술에 기초하여 테이퍼각 (α) 및 곡률반경 (r) 의 값을 결정하면 된다. 또한, 이물질직경과 곡률반경 (r) 의 관계에 대해서는 전술한 본 출원인에 의한 미공개특허출원 (일본 특허출원 2001-139539호) 에 상세하며, 이해를 돕기 위해 그것을 참조할 수 있다.

상기 실시형태의 경우, 둘레가장자리면 (156) 과 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 단차량 (D) 은 0.2㎜ 로 설정되어 있고, 200㎛ 를 하회할 정도의 이물질이 사판 슬라이딩접촉면 (132) 과 둘레가장자리면 (156) 사이에 빨려 들어가지 않는다. 단차량 (D) 은 상정되는 이물질의 크기, 이음면 (158) 의 형상 등에 따라 또 후술하는 단조성형에서의 소성 유동의 용이함 등을 고려하여, 예컨대 상기 [발명이 해결하고자 하는 과제, 과제해결수단 및 효과] 의 항목에 나타낸 기술에 기초하여 설정하면 된다. 또, 상기 실시형태에서는 둘레가장자리면 (156) 은 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 에 대해 대략 평행하게 형성되어 있다. 이것 대신에, 도 4 에 나타내는 바와 같이 둘레가장자리면 (156) 을 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 에 대해 경사지게 할 수도 있다. 그 경우, 뒤에 상세하게 설명하는 단조성형에서의 소재의 소성 유동의 저항이 커지지 않는 범위로서, 둘레가장자리면 (156) 과 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 연장면 (186) 이 이루는 각도 (β) 가 10°이하가 되는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 둘레가장자리면 (156) 의 폭 (둘레가장자리면 외연과 둘레가장자리면 내연의 거리차) 은 소재 피스의 소재량의 편차, 소재의 소성 유동의 용이함 등을 감안하면서 결정하면 된다. 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 면적이 클수록 슬라이딩접촉상태가 안정되기 때문에, 그 점을 고려하면 둘레가장자리면 (156) 의 폭은 유효한 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 을 확보할 수 있을 정도의 폭으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 슈의 최외연이 되는 외부둘레가장자리 곡면 (164) 의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시형태의 경우, 슈의 최외연은 뒤에 설명하는 바와 같이 단조성형에서의 소재량의 편차를 흡수하는 부분이기 때문에, 약간이기는 하지만 슈마다 다른 형상이 된다.

＜슈의 제조방법＞

상기 실시형태의 슈 (76) 의 제조방법의 일례를 설명한다. 이 제조방법에 의하면 슈는 소재 피스 준비공정, 단조공정, 조질열처리공정, 연마공정, 도금공정, 마무리 연마공정 각각의 공정이 그 순서에 따라 제조된다. 또한, 본 발명의 성형방법은 상기 소재 피스 준비공정과 상기 단조공정을 포함하여 구성된다.

소재는 상기 서술한 알루미늄계 합금으로 그 소재로 형성된 소재 피스는 도 5 에 나타내는 바와 같이 원주형상을 이루고 있다. 상세하게는 소재 피스 (200) 는 슈 (76) 의 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 외경보다 작은 외경을 갖고 또한 슈 (76) 의 높이보다 높은 높이를 갖는 원주형상을 이루고, 일방의 단면에 사판측 걸어맞춤면부 (152) 에 형성되는 오목부분 (160) 에 대응하는 오목부분 (202) 이 형성되고, 타방의 단면에 피스톤측 걸어맞춤면부 (150) 에 형성되는 오목부분 (163) 에 대응하는 오목부분 (203) 이 형성되어 있다. 이 소재 피스 (200) 는 원주형상 소재 피스 기체에 오목부분 (202) 및 오목부분 (203) 을 형성하여 제조된다. 소재 피스 기체는 단조하여 얻어진 소정 조성의 알루미늄합금으로 이루어지는 빌릿을 압출가공하고, 또한 인발가공함으로써 소정 직경의 환봉을 제작하고 그 환봉에 어닐링처리를 실시하고, 그 처리후의 환봉을 소잉기, 셔링 등에 의해 소정 길이로 절단하고, 또한 절단 후 소재표면을 평활하게 하기 위해 배럴연마하여 조제한 것이다.

도 6 에 소재 피스 (200) 에 오목부분 (202) 및 오목부분 (203) 을 형성하는 모양을 나타낸다. 오목부분 (202) 및 오목부분 (203) 은 소위 스웨이징단조에의해 형성된다. 사용되는 오목부분형성 금형 쌍 (206) 은 스프링댐퍼 (208) 를 통하여 기대 (210) 에 지지된 하형 (212) 과, 하형 (212) 과 대향되는 상형 (213) 을 포함하여 구성된다. 하형 (212) 은 소재 피스 기체 (204) 가 세트되는 오목부 (214) 를 갖고, 이 오목부 (214) 는 내경이 소재 피스 기체 (204) 의 외경보다 불과 약간 크고, 또 깊이가 소재 피스 기체 (204) 의 높이보다 얕게 형성되어 있다. 하형 (212) 에는 오목부 (214) 의 저부 중앙을 통과하는 원형 관통구멍 (215) 이 형성되어 있고, 기대 (210) 에는 일단부가 고정지지된 원주형상 핀 (216) 이 형성되고, 핀 (216) 의 타단이 원형 관통구멍 (215) 에 삽입되어 있다. 상형 (213) 은 바닥부가 소재 피스 기체 (204) 의 상단에 닿도록 형성된 오목부 (218) 를 갖고, 오목부 (218) 는 내경이 소재 피스 기체 (204) 의 외경보다 약간 크게 되어 있고, 바닥부의 중앙에는 돌기부 (219) 가 형성되어 있다. 하형 (212) 의 오목부 (214) 에 소재 피스 기체 (204) 를 세트한 상태로 상형 (213) 을 하강시키면 상형 (213) 과 하형 (212) 이 폐쇄형으로 됨과 동시에, 하형 (212) 이 기대 (210) 에 대해 하강함으로써 핀 (216) 의 일단이 오목부 (214) 내로 돌출한다. 그럼으로써, 핀 (216) 의 선단부 및 상형 돌기부 (219) 가 소재 피스 기체 (204) 양단면의 각각에 스웨이징되고, 각각의 단면에 오목부분 (202) 과 오목부분 (203) 의 각각이 형성되어 소재 피스 (200) 가 완성된다.

상기와 같이 하여 소재 피스 준비공정이 종료된다. 소재 피스 준비공정은 상기 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 구형상 소재 피스를 사용하여 슈를 성형하는 경우는 소재 피스는 구형상인 것을 제조하는 공정이 된다. 그 경우,봉형상 소재를 절단하여 프레스하고 그 후, 플래싱, 연삭하는 등의 각종 공정이 조합된 것이 된다. 또, 오목부분을 갖지 않는 소재 피스를 사용하여 단조성형되는 경우, 상기 소재 피스 준비공정에서 오목부분의 형성은 불필요해진다. 또한, 단조공정을 실시하는 자가 소재 피스 준비공정까지 실시할 필요가 없고, 소정 소재 피스를 구입하거나 조달하고 그 소재 피스를 사용하여 단조를 실시해도 된다. 그 경우는 소재 피스 준비공정은 소재 피스를 조달하는 공정이 된다.

이어서, 소재 피스 (200) 는 단조공정에서 단조성형에 이용된다. 단조공정의 모양을 모식적으로 도 7 에 나타낸다. 단조공정은 상형 (220) 과 하형 (222) 으로 이루어지는 금형 쌍 (224) 을 사용하고, 단조장치에 의해 냉간으로 실시된다. 금형 쌍 (224) 은 상형 (220) 과 하형 (222) 이 합쳐져 폐쇄형으로 된 상태에서, 슈 (76) 와 대략 동일 형상의 캐비티를 형성한다. 엄밀하게는 슈 모재형상과 대략 동일 형상의 캐비티로서, 뒤에 모재표면에 실시되는 무전해 니켈피막의 두께가 고려되어 그 막두께에 상당하는 정도의 작은 캐비티를 형성한다. 하형 (222) 은 그 중앙부에 소재 피스 (200) 의 오목부분 (202) 에 거의 꽉 들어맞는 형상의 돌기 (226) 를 갖고, 소재 피스 (200) 를 형내에 세트하는 경우, 형성된 오목부분 (202) 에 이 돌기 (226) 가 삽입됨으로써 소재 피스 (200) 가 위치결정된다. 한편, 상형 (220) 에는 가동의 노크핀 (227) 이 구비되어 있고, 노크핀 (227) 의 선단부는 소재 피스 (200) 에 형성되어 있는 오목부분 (203) 에 끼워맞춰진다. 이와 같이, 단조성형 전에 미리 오목부분 을 형성시켜 두면, 그 오목부분을 이용하여 형내의 적정위치에 소재를 세트할 수 있고, 단조성형에서의 소성 유동이 등방화되고, 단조된 슈 (76) 는 형상, 치수의 편차가 적고 고품질인 것이 된다. 소재 피스 (200) 를 세트한 후, 상형 (220) 을 하강시켜 폐쇄형으로 함으로써 슈 (76) 가 단조성형된다.

보다 상세하게 설명하면, 상형 (220) 의 금형면은 슈 (76) 의 피스톤측 걸어맞춤면부 (150) 를 성형하는 금형으로 상형 (220) 은 상기 제 1 금형에 상당하고, 하형 (222) 의 금형면은 슈 (76) 의 사판측 걸어맞춤면부 (152) 를 성형하는 금형으로, 하형 (222) 은 상기 제 2 금형에 상당한다. 폐쇄형으로 된 상태에서 하형 (222) 의 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 을 성형하는 부분과, 상형 (220) 의 금형면과의 간극이 슈 (76) 의 높이치수 (엄밀하게는 모재 (152) 의 높이치수) 를 결정짓는다. 또한, 이 금형 쌍 (224) 은 상형 (220) 과 하형 (222) 의 금형면 주위 부분을 서로 인접하여 폐쇄형이 되도록 되어 있고 (소위, 형맞춤), 그것은 슈의 높이치수의 정밀도향상에 공헌하고 있다. 그러나, 금형의 인접은 형의 수명에도 영향을 끼치기 때문에 그것을 고려하여 형맞춤의 필요여부, 형맞춤부위 등을 선택 결정하는 것이 바람직하다.

금형 쌍 (224) 의 캐비티는 최외주 부분에 소재가 충만되지 않고 남는 잉여공간 (228) 이 존재하도록 되어 있고, 이 잉여공간 (228) 은 소재량의 편차를 흡수하는 공간이 된다. 바꿔말하면, 하형 (222) 의 금형면 중 둘레가장자리면 (156) 을 성형하는 부분은 주위를 향해 연장되어 있고, 또 상형 (220) 의 금형면의 대피스톤 슬라이딩접촉면 (162) 을 성형하는 부분은 연장되어 있고, 이들 연장된 부분에 둘러싸인 부분이 잉여공간 (228) 이 되는 것이다. 반대로 말하면, 그와같은 잉여공간 (228) 의 잔존하도록 소재량이 설정되어 있는 것이다. 또한, 이 잉여공간 (228) 에서 형성되는 슈의 외부둘레가장자리부는 소재량의 편차에 의해 그 형상이 약간이기는 하지만 편차를 생기게 한다. 그러나, 그 부분 표면인 외부둘레가장자리 곡면 (164) 은 사판식 압축기에 부착된 상태에서는 피스톤, 사판 모두와 슬라이딩접촉하지 않고, 상기 편차는 사판식 압축기의 성능에 영향을 끼치지 않는다.

소재 피스 (200) 를 금형 쌍 (224) 에 세트하여 금형 쌍 (224) 의 폐쇄형을 개시하면, 소재는 상하방향으로부터 가압되고 주위를 향해 확산되는 듯이 변형을 개시한다. 즉, 소재는 대체적으로 주위를 향하듯이 소성 유동을 개시한다. 상형 (220) 의 하강에 따라 주위를 향해 소재의 단면은 진행하고 금형 쌍 (224) 이 폐쇄형으로 될 때는 소재는 상형 (220) 및 하형 (222) 의 금형면에 꽉 눌려지고, 상기 잉여공간 (228) 만을 남기면서 캐비티내에 충만된다. 이렇게 하여 슈의 단조성형이 종료된다. 또한, 단조성형된 슈를 금형 쌍 (224) 으로부터 꺼낼 경우, 상형 (220) 을 상승시킬 때 노크핀 (227) 을 아래로 누름으로써 슈 (76) 가 상형 (220) 에 달라붙지 않고 떨어져 슈 (76) 를 용이하게 꺼낼 수 있다.

도 8 에 슈 외주부 소재의 소성 유동의 모양을 나타낸다. 본 실시형태의 슈 (76) 의 단조성형에서는 소재는 외주를 향해 확산되지만, 하형 (222) 의 형면 중 이음면 (158) 을 성형하는 부분에 상당하는 단차부 (230) 가 소성 유동의 저항이 될 수 있다. 그러나, 상기 형상의 슈에서는 둘레가장자리면 (156) 과 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 의 단차량 (D) 은 비교적 작기 때문에, 단차부 (230) 를넘어서 (단차부 (230) 에 피복되어) 소성 유동하기 때문에 그 저항은 상당히 작다고 할 수 있다. 따라서, 큰 성형하중을 필요로 하지 않고 성형후의 스프링백량도 적다. 또, 소재량이 규정량보다 많은 소재 피스 (200) 를 이 금형 쌍 (224) 으로 단조하는 경우라도 소성 유동에 대한 저항의 증가는 작다. 따라서, 본 실시형태의 슈에서는 그 형상적 특징에 의해 소재량의 편차에 의한 성형치수의 편차가 적다.

비교를 위해, 전술한 사판측 걸어맞춤면부와 피스톤측 걸어맞춤면부를 연결하는 측면부가 형성된 슈와, 그 슈의 단조에 대해 설명한다. 도 9 에 비교예로서의 전술한 슈의 정면 단면도를 나타낸다. 본 비교예의 슈 (250) 는 외표면이 대략 피스톤측 걸어맞춤면부 (252) 와, 사판측 걸어맞춤면부 (254) 와, 그 양쪽을 연결하는 측면부 (256) 로 구획된다. 측면부 (256) 는 사판측 걸어맞춤면부 (254) 의 대사판 슬라이딩접촉면 (258) 에 대해 약 45°의 경사를 이루는 테이퍼면 (260) 과, 테이퍼면 (260) 과 피스톤측 걸어맞춤면부 (252) 의 대피스톤 슬라이딩접촉면 (262) 을 연결하는 외부둘레가장자리 곡면 (264) 을 갖고 있다. 실시형태의 슈 (76) 와 마찬가지로, 테이퍼면 (260) 과 대사판 슬라이딩접촉면 (258) 은 작은 코너 (R) 를 사이에 두고 인접하고 있고, 또, 그 외부둘레가장자리 곡면 (264) 을 형성하는 부분이 소재의 편차를 흡수하는 부분으로 되어 있다. 또, 마찬가지로 사판측 걸어맞춤면부 (254) 및 피스톤측 걸어맞춤면부 (252) 에는 각각 오목부분 (266), 오목부분 (268) 이 형성되어 있다.

도 10 에 비교예의 슈 (250) 를 성형하는 단조공정의 모양을 모식적으로 나타낸다. 또한, 금형 등에 관해서는, 도 7 에 나타내는 것과 동일 기능을 하는 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하기로 한다. 비교예의 슈 (250) 의 단조성형도 실시형태의 슈의 경우와 동일한 금형 쌍 (224) 을 사용하고 동일한 방법에 의해 실시한다. 금형 쌍 (224) 에서 다른 점은 하형 (222) 이 측면부 (256) 의 테이퍼면 (260) 을 성형할 수 있는 형면을 갖고 있는 점이다. 또, 마찬가지로 캐비티에는 소재량의 편차를 흡수하는 공간으로서 최외주 부분에 소재가 충만되지 않고 남는 잉여공간 (228) 이 존재하도록 되어 있다.

도 11 에 비교예의 슈 (250) 에서의 슈 외주부 소재의 소성 유동의 모양을 나타낸다. 비교예의 슈 (250) 의 단조성형의 경우도 마찬가지로 소재는 외주를 향해 확산된다. 실시형태의 슈 (76) 의 경우와 다른 것은, 소재의 단면이 진행되는 앞에는 측면부 (256) 를 형성하는 형면 (270) 이 존재하는 것이다. 소성 유동이 진행하여 소재 단면이 그 형면 (270) 의 부분 (도의 A) 에 맞닿은 후에는 그 형면 (270) 의 존재가 소성 유동에 대한 큰 저항이 된다. 상세하게 말하면, 코너 (R) 를 성형하기 위해 하형 (222) 의 코너부 (도의 B) 에 대해 소재를 누르는 힘 (도의 a 방향의 힘), 형면 (270) 에 눌려지면서 그 형면 (270) 을 따라 잉여공간 (228) 을 향해 소재를 이동시키는 힘 (도의 b 방향의 힘) 등을 필요로 하여 소재에 큰 성형하중을 가해야 한다. 소재량이 규정량보다 많은 소재 피스 (200) 를 이 금형 쌍 (224) 으로 단조하는 경우는 특히 큰 성형하중을 필요로 한다. 큰 성형하중을 필요로 하는 것은 소재도 큰 힘을 받기 때문에 예컨대 성형후의 스프링백량이 많아지게 된다. 결론적으로, 비교예의 슈 (250) 에서는 그 형상에기인하는 소성 유동에 대한 큰 저항이 발생하고, 그 결과 소재량의 편차가 성형치수가 큰 편차를 초래하는 것이다. 또한, 큰 성형하중을 가해야 하는 것은 금형에 대한 부담도 크고, 예컨대 고탄소크롬 베어링강 등의 고강도재료로 이루어지는 슈의 성형의 경우에는 금형의 강도향상을 도모하지 않으면 안되어 제조비용을 인상시키는 한 요인이 되기도 한다.

단조성형에서 금형이 받은 소재로부터의 반력을 실시형태의 슈의 경우와 비교예의 슈의 경우에서 실제로 비교하였다. 반력이 크다는 것은 성형하중을 크게 하지 않으면 안되는 것을 의미하고, 단조성형시에 소재가 큰 힘을 받는 것을 의미한다. 또한, 비교는 CAE (computer-aided experiment: 계산기 원용실험) 에 의한 해석이다. 슈 소재는 모두 상기 알루미늄합금이며 규정소재량을 3.00g 으로 하고, 그 규정소재량의 소재 피스로부터 성형하는 상태와, 규정소재량보다 0.04g 많은 소재량의 소재 피스로부터 성형하는 상태를 각각 평가하였다. 그 결과로서, 도 12 에 실시형태의 슈 (76) 및 비교예의 슈 (250) 각각을 단조성형한 경우의 성형시간의 경과에 대한 반력 변화를 나타내고, 도 13 에 양쪽 경우의 소재량 변화에 대한 최대 반력 변화를 나타낸다.

도 12 에 의하면, 어느 슈의 경우나 성형개시부터 서서히 반력이 증가하고 슈의 외부둘레가장자리 부분으로의 소재의 소성 유동이 시작되기 때문에, 반력의 증가구배가 커져 성형종료직전에 최대 반력이 된다. 규정소재량의 소재 피스로부터 성형하는 경우에 대해 실시형태의 슈와 비교예의 슈를 비교하면 상기 서술한 설명과 같이 비교예의 슈가 반력이 큰 것을 알 수 있다. 최대 반력은 실시형태의 슈의 경우가 약 9t (톤) 인 것에 반해 비교예의 슈가 약 15t 으로 크다. 소재량을 0.04g 많게 한 경우에 대해 보면, 실시형태의 슈 및 비교예의 슈 중 어느 하나를 단조성형하는 경우에도 소재로부터의 반력은 증가한다. 그러나, 실시형태의 슈의 경우, 최대 반력이 약 12t 으로 최대 반력의 증가량은 약 3t 으로 작다. 이에 반해 비교예의 슈의 경우는 최대 반력이 26t 으로 최대 반경의 증가량은 11t 으로 커짐을 알 수 있다. 이 결과를 플롯한 도 13 은, 실시형태의 슈가 소재량이 증가한 경우에도 반력의 증가비율이 작은 것을 나타내고 있다. 이상의 결과로부터, 실시형태의 슈는 비교예의 슈에 비해 필요로 되는 성형하중이 작은 것을 쉽게 이해할 수 있다. 또, 실시형태의 슈는 소재량의 편차가 생겨도 소재가 받는 힘의 차이가 작기 때문에, 치수의 편차는 작고 치수정밀도가 높은 슈임을 확인할 수 있다.

상기 단조성형은 원주형상 소재 피스에 의해 실시하고 있는데, 구형상 소재 피스를 비롯하여 각종 형상 소재 피스에 의해 실시할 수 있다. 소재 피스의 형상에 관계없이 본 발명의 슈는 성형단조에 필요한 성형하중이 작고, 또 소재량의 증가에 의한 반력의 증가비율이 작고 치수정밀도가 높은 슈가 된다.

또한, 상기 단조공정은 소재 피스에서 최종형상까지 성형한 공정으로 이루어져 있지만, 가공도가 낮은 몇가지 단조성형을 순차적으로 실시하여 다공정으로 구성된 단조공정으로 할 수 있다. 예컨대, 일단 중간적인 형상 (외부둘레가장자리부를 성형하지 않는 형상) 까지 단조성형하고, 그 후에 상기 서술한 바와 같이 외부둘레가장자리부의 성형을 포함한 단조성형을 실시할 수 있다. 그 경우는뒤의 단조성형을 실시하는 공정이 본 발명의 성형방법에서의 단조공정이 되고, 상기 중간적 형상의 슈 전구체가 소재 피스에 해당하게 된다. 또, 최종형상에 매우 가까운 형상 (외부둘레가장자리부의 성형이 거의 완료된 형상) 까지 성형하고, 그 후 치수조정 등을 목적으로 마무리단조성형을 실시하는 것이어도 된다. 이 경우는 앞의 단조성형을 실시하는 공정이 본 발명의 성형방법에서의 단조공정이 된다. 또한, 복수 공정에 의한 성형을 실시하는 경우, 어느 한 공정 사이에서 성형품에 어닐링처리 등을 실시할 수도 있다.

단조공정으로 성형된 슈는 조질열처리공정에서 T6 처리, T7 처리 (JIS H 0001) 와 같은 조질열처리가 실시된다. 또, 연마공정에서 표면 평활화 등을 위한 연마가공이 실시된다. 이 연마가공에서는 평면연마 및 배럴연마 두 가지의 연마가공을 실시한다. 평면연마는 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 표면을 연마하는 것으로, 평면연마기에 의해 몇개의 슈를 정렬시키고 유리 (遊離) 된 지립(砥粒)을 사용하여 실시한다. 또한, 이 평면연마에서 대사판 슬라이딩접촉면 (154) 을 가운데 볼록형상으로 할 수도 있다. 배럴연마는 슈 표면 전체를 연마하는 것으로 배럴연마기내에 유리된 지립과 함께 슈를 투입하여 실시한다. 또한, 이 두가지 연마가공은 어느 것을 먼저 실시해도 된다. 또, 도금공정을 실시하여, 예컨대 슈 표면에 경질 금속도금피막인 무전해 니켈도금피막을 실시해도 된다. 마무리 연마공정에서 연마가공이 실시된다. 이 마무리 연마공정에서는 주로 배럴연마를 실시하고 필요하다면 평면연마를 실시한다. 배럴연마를 실시해도 된다. 이상, 설명한 각 공정의 적당한 순서를 거쳐 상기 슈 (76) 가 완성된다.제조방법은 상기 서술한 제조방법에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 슈는 제조대상으로 하는 슈의 사양에 따라 다양한 양태의 제조방법으로 제조할 수 있다.

이상의 제조방법에 대한 설명은 알루미늄합금제 슈의 제조방법을 중심으로 해 왔지만, 고탄소크롬 베어링강 등의 철합금제 슈의 경우는, 예컨대 상기 단조공정후, 필요하다면 담금질 등의 조질열처리가 실시되고 연마공정, 질화처리공정, 마무리 연마공정 등을 거쳐 슈가 완성된다. 또한, 조질열처리에서는 열변형 등에 의해 슈가 변형되는 것도 생각할 수 있다. 그 경우, 그 변형을 예측하여 단조공정에서의 성형치수를 설정하면 된다. 이러한 제조방법을 채택할 수 있는 것도 본 발명의 슈 및 성형방법이 치수정밀도가 높은 것에 의거하는 것이다. 즉, 치수정밀도가 높은 슈의 성형이 가능한 것은 단조성형후의 치수조정을 경감할 수 있어 저비용으로 슈를 제조할 수 있다는 장점으로 이어지는 것이다.

Claims (6)

1. 사판식 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 배치되고, 외표면이 대략 볼록구면을 이루고 피스톤과 걸어맞춤하는 피스톤측 걸어맞춤면부와, 대략 평면을 이루어 사판과 걸어맞춤하는 사판측 걸어맞춤면부로 대략 구획되는 구관 (球冠) 형상 슈로서,

   상기 사판측 걸어맞춤면부가,

   그 사판측 걸어맞춤면부의 중앙부분을 구성하고, 상기 사판 표면에 슬라이딩접촉하는 대략 평탄한 대 (對) 사판 슬라이딩접촉면과,

   상기 사판측 걸어맞춤면부의 둘레가장자리부분을 구성하고, 상기 대사판 슬라이딩접촉면으로부터 단차를 이루면서 후퇴하고, 외부둘레가장자리에서 상기 피스톤측 걸어맞춤면부에 연결되는 둘레가장자리면과,

   그 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는 환형상 이음면을 갖는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 대사판 슬라이딩접촉면과 상기 둘레가장자리면의 단차가 0.02㎜ 이상 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면이 대략 평행인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이음면이 상기 둘레가장자리면을 향함에 따라 넓어지는 원추대 둘레면형상을 이루는 테이퍼부와, 그 테이퍼부와 상기 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는 코너 (R) 부를 갖는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 슈가 상기 피스톤측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 1 금형과, 상기 사판측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 2 금형을 구비한 금형 쌍을 사용하고, 그 금형 쌍의 중앙에 상기 대사판 슬라이딩접촉면의 직경보다 작은 외경을 갖는 소재 피스를 세트하여 그 금형 쌍을 폐쇄형으로 함으로써 단조성형된 것을 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈.
6. 사판식 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 배치되고, 외표면이 대략 볼록구면을 이루고 피스톤과 걸어맞춤하는 피스톤측 걸어맞춤면부와, 대략 평면을 이루어 사판과 걸어맞춤하는 사판측 걸어맞춤면부로 대략 구획되고, 상기 사판측 걸어맞춤면부가, (a) 그 사판측 걸어맞춤면부의 중앙부분을 구성하고, 상기 사판 표면에 슬라이딩접촉하는 대략 평탄한 대사판 슬라이딩접촉면과, (b) 상기 사판측 걸어맞춤면부의 둘레가장자리부분을 구성하고, 상기 대사판 슬라이딩접촉면으로부터 단차를 이루면서 후퇴하고, 외부둘레가장자리에서 상기 피스톤측 걸어맞춤면부에 연결되는 둘레가장자리면과, (c) 그 둘레가장자리면과 상기 대사판 슬라이딩접촉면을 연결하는 환형상 이음면을 갖는 구관형상 슈를 성형하는 방법으로서,

   상기 대사판 슬라이딩접촉면의 외경보다 작은 외경을 갖는 소재 피스를 준비하는 소재 피스 준비공정과,

   상기 피스톤측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 1 금형과, 상기 사판측 걸어맞춤면부를 성형하는 형면을 갖는 제 2 금형을 구비한 금형 쌍을 사용하고, 그 금형 쌍의 중앙에 상기 소재 피스를 세트하여 그 금형 쌍을 폐쇄형으로 하여 상기 구관형상 슈를 단조하는 단조공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기용 슈의 성형방법.