KR20190019456A - 내연 기관용 피스톤 및 내연 기관용 피스톤의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있게 하는 내연 기관용 피스톤 및 내연 기관용 피스톤의 제조 방법에 관한 것으로서, 링 그루브를 갖는 랜드부가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부가 형성되는 몸체; 및 상기 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부의 모서리와 대응되는 위치에 원주 방향으로 형성되는 버 제거용 절삭홈부;를 포함할 수 있다.

Description

내연 기관용 피스톤 및 내연 기관용 피스톤의 제조 방법{Piston for internal combustion engine and its manufacturing method}

본 발명은 내연 기관용 피스톤 및 내연 기관용 피스톤의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있게 하는 내연 기관용 피스톤 및 내연 기관용 피스톤의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 일반적으로, 종래의 내연 기관용 피스톤은, 링 그루브를 갖는 랜드부가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부가 형성될 수 있다.

이러한 상기 랜드부의 하단부에는 모서리부가 형성될 수 있고, 모서리부는 금형들 간의 틈새나 캐비티의 형상으로 인해 가공 불량의 일종인 버(burr)가 발생될 수 있다.

그러나, 종래에는 이러한 버를 제거하기 위한 별도의 과정이 없이 기존의 표면 처리 공정만으로 피스톤을 가공했었고, 이로 인하여 모서리부분의 상단 부분이 날카롭게 유지되어 불필요한 하중이 증대되거나, 심지어 버가 완전하게 제거되지 않고 그대로 남아 불량 포인트로 작용했었던 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 모따기 가공을 이용하여 버를 완전하게 제거함으로써 제품의 불량을 방지할 수 있고, 불필요한 하중을 감소시켜서 연비와 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 버 제거용 절삭홈부가 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성되어 윤활유를 랜드부 방향으로 유도할 수 있는 역할을 하여 마찰을 감소시키고, 윤활유를 잔류시켜서 저마찰 피막을 형성할 수 있게 하는 내연 기관용 피스톤 및 내연 기관용 피스톤의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 내연 기관용 피스톤은, 링 그루브를 갖는 랜드부가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부가 형성되는 몸체; 및 상기 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부의 모서리와 대응되는 위치에 원주 방향으로 형성되는 버 제거용 절삭홈부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 버 제거용 절삭홈부는, 상기 랜드부의 모서리가 모따기 가공될 수 있도록 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성되는 제 1 경사면부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 경사면부는, 단면의 경사각이 피스톤 축방향을 기준으로 30도 내지 60도일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 경사면부는, 적어도 단면이 직선인 직선형 경사면부, 단면이 오목한 곡선인 오목 곡선형 경사면부, 단면이 볼록한 곡선인 볼록 곡선형 경사면부 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 버 제거용 절삭홈부는, 상기 제 1 경사면부와 연결되고, 피스톤 축방향에 직교하는 방향으로 형성되는 수평면부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 버 제거용 절삭홈부는, 상기 제 1 경사면부와 연결되고, 하단부의 직경이 상단부의 직경보다 크게 형성되는 제 2 경사면부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 경사면부는, 적어도 단면이 직선인 직선형 경사면부, 단면이 오목한 곡선인 오목 곡선형 경사면부, 단면이 볼록한 곡선인 볼록 곡선형 경사면부 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 내연 기관용 피스톤의 제조 방법은, 링 그루브를 갖는 랜드부가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부가 형성되는 피스톤의 몸체를 주조하는 주조 단계; 및 상기 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부의 모서리와 대응되는 위치에 절삭 장치를 이용하여 원주 방향으로 버 제거용 절삭홈부를 형성하는 절삭 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 모따기 가공을 이용하여 버를 완전하게 제거함으로써 제품의 불량을 방지할 수 있고, 불필요한 하중을 감소시켜서 연비와 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 버 제거용 절삭홈부가 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성되어 윤활유를 랜드부 방향으로 유도할 수 있는 역할을 하여 마찰을 감소시키고, 윤활유를 잔류시켜서 저마찰 피막을 형성할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 내연 기관용 피스톤의 II-II 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 내연 기관용 피스톤의 III-III 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤의 버 제거용 절삭홈부의 다양한 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤의 제조 방법을 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤(100)을 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 내연 기관용 피스톤(100)의 II-II 절단면을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1의 내연 기관용 피스톤(100)의 III-III 절단면을 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤(100)은, 크게 몸체(10) 및 버 제거용 절삭홈부(20)를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(10)는, 피스톤 핀(미도시)이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부(11)가 형성되고, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부(12)가 형성되며, 링 그루브(G)가 형성되는 랜드부(13)가 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 피스톤 핀은 피스톤 핀 보스부(11)와 커넥팅 로드(미도시)의 소단부(Small end)를 연결하는 핀으로, 내연 기관용 피스톤(100)이 받는 큰 힘을 상기 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트에 전달함과 동시에 내연 기관용 피스톤(100)과 함께 실린더 안을 고속으로 왕복 운동할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 상기 몸체(10)는 가솔린 엔진이나 디젤 엔진에 모두 적용될 수 있고, 일반적으로 주철 성분 또는 알루미늄 성분을 포함할 수 있으며, 내연 기관의 고온, 고압을 견딜 수 있도록 충분한 강도 및 내구성을 갖는 전체적으로 일측이 폐쇄되고, 타측이 개방된 원통 형상의 구조체일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 몸체(10)의 재질, 종류 및 형상 등은 도면에 반드시 국한되지 않고, 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는, 상기 랜드부(13)의 모서리 부분에서 발생되는 버(B)(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부(13)의 모서리(E)와 대응되는 위치에 원주 방향으로 링형태의 줄홈을 포함하는 형태로 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는, 상기 랜드부(13)의 모서리(E)가 모따기 가공될 수 있도록 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성되는 제 1 경사면부(21)를 포함할 수 있다.

이러한 상기 제 1 경사면부(21)는 상기 랜드부(13)의 양측 하방 모서리(E), 즉, 상기 피스톤 핀 보스부(11)가 형성되고, 상기 스커트부(12)들을 연결할 수 있는 연결 벽체(14)의 상방에 형성되는 도 3의 상기 모서리(E)에서 발생될 수 있는 버(burr)를 완전하게 제거하기 위한 것으로서, 이러한 상기 제 1 경사면부(21)는 도 3의 상기 모서리(E)에만 형성되지 않고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 랜드부(13)와 상기 스커트부(12) 사이에도 연장되게 형성되어 전체적으로 링 형상의 줄홈을 포함하는 부분일 수 있다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 상기 랜드부(13)와 상기 스커트부(12) 사이에 위치하는 상기 제 1 경사면부(21)는 1차적으로 상기 모서리(E)에서 발생될 수 있는 버(burr)를 완전하게 제거하기 위해 가공의 편의상 360도 원주 방향으로 형성될 수 있으나, 그 기능과 역할이 여기에만 국한되지 않고, 윤활유의 통로 역할을 할 수 있어서 상기 스커트부(12)는 물론이고, 상기 랜드부(13)에도 윤활 피막을 형성할 수 있도록 상기 윤활유를 유도하는 역할을 할 수 있다.

그러므로, 모따기 가공을 이용하여 버를 완전하게 제거함으로써 제품의 불량을 방지할 수 있고, 이러한 모따기 가공으로 절삭된 부피만큼 불필요한 하중을 감소시켜서 연비와 에너지 효율을 증대시킬 수 있으며, 상기 버 제거용 절삭홈부(20)가 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성되어 상술된 바와 같이, 상기 제 1 경사면부(21)가 윤활유를 랜드부 방향으로 유도할 수 있는 역할을 하여 마찰을 감소시키고, 윤활유를 잔류시켜서 저마찰 피막을 형성할 수 있다.

여기서, 도 2에 상술된 바와 같이, 상기 스커트부(12)의 상방에 형성되는 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는 상기 제 1 경사면부(21)의 전체가 형성될 수 있으나, 상기 연결 벽체(14)의 상방에 형성되는 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는 상기 제 1 경사면부(21)의 일부만 형성될 수 있다.

이는, 상기 제 1 경사면부(21)를 형성하는 절삭 장치가 상기 모서리(E)의 모따기를 여유를 두고 가공하기 위한 것으로서, 상기 제 1 경사면부(21)의 단면의 경사각(K)과 위치는 피스톤의 형태, 형상, 불량 발생 형태, 사용 환경 등에 의해 최적화 설계될 수 있다.

즉, 상기 제 1 경사면부(21)는, 단면의 경사각(K)이 너무 작거나 너무 크면 버가 발생되는 부분을 충분히 제거할 수 있는 것으로서, 반복적인 실험 결과, 피스톤 축방향을 기준으로 30도 내지 60도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 40도 내지 50도일 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는, 상기 제 1 경사면부(21)와 연결되고, 피스톤 축방향에 직교하는 방향으로 형성되는 수평면부(23)를 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 스커트부(12)의 표면으로 가장 짧은 거리의 경로로 복귀할 수 있는 상기 수평면부(23)를 통해서 상기 버 제거용 절삭홈부(20)에 의해 제거되는 부피가 강도에 영향을 주지 않을 정도로 최소화할 수 있다.

그러나, 이러한 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는 도 2에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤(100)의 버 제거용 절삭홈부(20)의 다양한 실시예들을 나타내는 단면도들이다.

예컨대, 상기 제 1 경사면부(21)는, 적어도 일반적인 버 제거를 위한 단면이 직선인 도 4의 직선형 경사면부(21-1), 버의 범위가 넓거나 많은 부피를 제거하기 위해서 단면이 오목한 곡선인 도 5의 오목 곡선형 경사면부(21-2), 상기 제 1 경사면부(21)의 시작점에서의 급격한 경사변화를 방지하기 위해 단면이 볼록한 곡선인 도 6의 볼록 곡선형 경사면부(21-3) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

따라서, 이러한 상기 제 1 경사면부(21) 역시, 피스톤의 형태, 형상, 불량 발생 형태, 사용 환경 등에 의해 선택적으로 선택되어 최적화 설계될 수 있다.

또한, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 버 제거용 절삭홈부(20)는, 상기 제 1 경사면부(21)와 연결되고, 하단부의 직경이 상단부의 직경보다 크게 형성되는 제 2 경사면부(22)를 더 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 제 2 경사면부(22)는, 적어도 절삭 가공이 용이한 단면이 직선인 도 7의 직선형 경사면부(22-1), 윤활유의 잔류량을 늘리기 위해 단면이 오목한 곡선인 도 8의 오목 곡선형 경사면부(22-2), 윤활유의 잔류량을 줄이기 위해 단면이 볼록한 곡선인 도 9의 볼록 곡선형 경사면부(22-3) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

따라서, 이러한 상기 제 2 경사면부(22) 역시, 피스톤의 형태, 형상, 불량 발생 형태, 사용 환경 등에 의해 선택적으로 선택되어 최적화 설계될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 기술적 사상은 상기 제 1 경사면부(21)와, 상기 제 2 경사면부(22) 및 상기 수평면부(23)이 형상을 적절하게 선택하여 다양한 환경, 즉, 피스톤의 형태, 형상, 불량 발생 형태, 사용 환경 등에 능동적으로 대처하여 최적의 효과를 얻을 수 있다.

도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤의 제조 방법을 나타내는 사시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 내연 기관용 피스톤의 제조 방법은, 링 그루브(G)를 갖는 랜드부(13)가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부(11)가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부(12)가 형성되는 피스톤(100)의 몸체(10)를 주조하는 주조 단계(S1) 및 상기 랜드부(13)의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부(13)의 모서리(E)와 대응되는 위치에 절삭 장치를 이용하여 원주 방향으로 버 제거용 절삭홈부(20)를 형성하는 절삭 단계(S2)를 포함할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 몸체
11: 피스톤 핀 보스부
12: 스커트부
13: 랜드부
14: 연결 벽체
20: 버 제거용 절삭홈부
21: 제 1 경사면부
22: 제 2 경사면부
23: 수평면부
100: 내연 기관용 피스톤

Claims (8)

1. 링 그루브를 갖는 랜드부가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부가 형성되는 몸체; 및
   상기 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부의 모서리와 대응되는 위치에 원주 방향으로 형성되는 버 제거용 절삭홈부;
   를 포함하는, 내연 기관용 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 버 제거용 절삭홈부는,
   상기 랜드부의 모서리가 모따기 가공될 수 있도록 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성되는 제 1 경사면부;
   를 포함하는, 내연 기관용 피스톤.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면부는, 단면의 경사각이 피스톤 축방향을 기준으로 30도 내지 60도인, 내연 기관용 피스톤.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면부는, 적어도 단면이 직선인 직선형 경사면부, 단면이 오목한 곡선인 오목 곡선형 경사면부, 단면이 볼록한 곡선인 볼록 곡선형 경사면부 중 어느 하나를 포함하는, 내연 기관용 피스톤.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 버 제거용 절삭홈부는,
   상기 제 1 경사면부와 연결되고, 피스톤 축방향에 직교하는 방향으로 형성되는 수평면부;
   를 더 포함하는, 내연 기관용 피스톤.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 버 제거용 절삭홈부는,
   상기 제 1 경사면부와 연결되고, 하단부의 직경이 상단부의 직경보다 크게 형성되는 제 2 경사면부;
   를 더 포함하는, 내연 기관용 피스톤.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 2 경사면부는, 적어도 단면이 직선인 직선형 경사면부, 단면이 오목한 곡선인 오목 곡선형 경사면부, 단면이 볼록한 곡선인 볼록 곡선형 경사면부 중 어느 하나를 포함하는, 내연 기관용 피스톤.
8. 링 그루브를 갖는 랜드부가 형성되고, 피스톤 핀이 삽입될 수 있도록 피스톤 핀 보스부가 형성되며, 실린더 벽면과 대응될 수 있는 스커트부가 형성되는 피스톤의 몸체를 주조하는 주조 단계; 및
   상기 랜드부의 모서리 부분에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있도록 상기 랜드부의 모서리와 대응되는 위치에 절삭 장치를 이용하여 원주 방향으로 버 제거용 절삭홈부를 형성하는 절삭 단계;
   를 포함하는, 내연 기관용 피스톤의 제조 방법.

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