KR100482020B1 - 사판 압축기용 슈 및 이것이 설치된 사판 압축기 - Google Patents

Abstract

(과제) 양호한 슬라이딩 특성이 확보되는 사판 압축기용 슈 및 양호한 슬라이딩 특성을 갖고, 원활하게 작동하며, 내구성이 우수한 사판 압축기를 얻는다.

(해결수단) 알루미늄합금제의 모재 (146) 를 갖는 사판 압축기용 슈 (76) 에 있어서, 모재 (146) 의 표면을 금속 도금 피막 (148) 으로 피복하고, 금속 도금 피막 (148) 을 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 막두께가 되도록 한다. 부분적으로 그 막두께로 되는 것이어도 되고, 표면전체가 그 막두께로 되는 것이어도 된다. 금속 도금 피막 (148) 은, 복수의 피막층 (150, 152) 으로 형성하고, 무전해 니켈 도금인 것이 바람직하다. 두꺼운 금속 도금 피막에 의해, 모재 (146) 의 변형을 수반하는 흠의 발생이 억제되고, 양호한 슬라이딩 특성을 갖는 슈로 된다. 또 그 슈 (70) 를 사용하여 사판 압축기를 구성하면, 사판 (60) 등과의 슬라이딩 특성이 양호해진다.

Description

사판 압축기용 슈 및 이것이 설치된 사판 압축기{SHOE FOR SWASH PLATE COMPRESSOR AND SWASH PLATE COMPRESSOR USING THE SHOE}

본 발명은 사판 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 설치되는 슈, 상세하게는 알루미늄합금제의 슈에 관한 것으로, 또 이를 구비한 사판 압축기에 관한 것이다.

사판 압축기는 사판의 회전을 피스톤의 왕복운동으로 변환하여 기체의 압축을 실행하는 것으로, 고속회전하는 사판과 고속왕복운동하는 피스톤 사이에는, 양자의 원활한 동작을 확보하기 위해, 슬라이딩부재로서의 슈가 설치된다. 예컨대 차량용 에어콘디셔너 등의 용도에 사용되는 사판 압축기는 특히 경량화가 요망되고 있어, 그 구성부품의 하나인 슈도 경량화를 위해 그 재료를 알루미늄으로 하는 것이 고려되고 있다.

슈가 슬라이딩하는 상대 부품이 되는 사판이나 피스톤도 알루미늄합금으로 형성되는 경우도 많고, 그 경우에는 동종 재료를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 부재끼리를 슬라이딩시키게 되어 눌어붙음(seizure)이 발생하기 쉽다. 따라서, 이와 같은 경우, 슬라이딩면의 적어도 한쪽을 알루미늄 이외의 재료로 이루어지는 층으로 덮는 것이 제안되고 있다. 또한, 사판 또는 피스톤이 알루미늄합금제가 아닌 경우, 예컨대 철계의 재료로 이루어지는 사판을 사용하는 경우이더라도, 슈는 가혹한 조건에서 슬라이딩되기 때문에 눌어붙음을 일으킬 수 있다. 또 가혹한 조건이기 때문에, 그 내구성을 향상시키는 것도 요망된다. 이와 같은 경우에도, 눌어붙음 방지, 내구성의 향상을 목적으로 하여 알루미늄합금제의 슈 표면에 알루미늄합금 이외의 금속 도금을 실시하는 것이 제안되고 있다.

그러나, 알루미늄합금은 그 강도, 경도가 낮기 때문에 흠이 생기기 쉽다. 예컨대 사판 압축기의 장착공정에서 슈를 장착할 때에 다른 부품과 맞닿거나 하는 경우에는 용이하게 흠이 생긴다. 경질의 금속 도금을 한 슈이더라도, 그 막두께가 얇은 경우는, 모재가 되는 알루미늄합금의 변형까지는 억제할 수 없어 모재에까지 파들어가는 흠이 발생한다. 또 작동중에서도 예컨대 사판과 슈 사이에 금속분 등의 이물이 들어가는 경우가 있어, 그 이물에 의해서도 흠이 생긴다. 이와 같은 경우에도, 금속 도금 피막이 얇을 때에는 그 흠은 모재의 변형을 수반하는 흠이 된다. 이와 같은 흠이 슈에 발생하는 경우, 상대측의 사판 또는 피스톤의 슬라이딩면을 흠을 내게 된다. 특히, 슬라이딩 상태가 가혹한 사판과의 사이에서는 양자간의 마찰을 경감시키기 위해 사판의 표면에 윤활피막을 형성하는 경우가 많고, 그와 같은 경우는 그 윤활피막이 슈에 발생한 흠에 의해 용이하게 박리되게 된다. 윤활피막이 제거되면, 사판의 모재 또는 금속 도금 피막의 마모는 진행되고, 결국에는 눌어붙음이 발생하는 결과로 된다. 따라서, 양호한 슬라이딩 특성을 얻기 위해서는, 전술한 바와 같은 슈의 흠의 발생은 최대한 억제되어야 한다.

따라서, 본 발명은, 양호한 슬라이딩 특성이 확보되는 사판 압축기용 슈를 얻는 것을 과제로 하여 이루어진 것으로, 또 그 슈를 사용하여 사판 압축기를 구성함으로써, 양호한 슬라이딩 특성을 갖고 원활하게 작동가능한, 또는, 내구성이 우수한 사판 압축기를 얻는 것을 과제로 하여 이루어진 것이다. 본 발명에 의해, 하기 각 태양의 사판 압축기용 슈 및 사판 압축기가 얻어진다. 각 태양은 청구항과 동일하게 항으로 구분하여 각 항에 번호를 달아 필요에 따라 다른 항의 번호를 인용하는 형식으로 기재한다. 이것은 어디까지나 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 명세서에 기재된 기술적 특징 및 이들 조합이 이하의 각 항에 기재된 것에 한정되는 것으로 해석해서는 안된다. 또 하나의 항에 복수의 사항이 기재되어 있는 경우, 이들 복수의 사항을 항상 함께 채택해야만 하는 것은 아니다. 일부 사항만을 선택하여 채용하는 것도 가능하다.

또한, 이하의 각 항에 있어서, (1) 항이 청구항 1 에 상당하고, (10) 항이 청구항 2 에, (11) 항이 청구항 3 에, (12) 항이 청구항 4 에, (16) 항과 (17) 항을 합한 것이 청구항 5 에, (26) 항이 청구항 6 에, (27) 항과 (28) 을 합합 것이 청구항 7 에, 각각 상당하는 것으로 되어 있다.

(1) 사판 압축기에서 사판과 피스톤 사이에 설치되는 사판 압축기용 슈로, 알루미늄합금으로 이루어지는 모재와, 그 모재의 표면의 적어도 일부를 피복하는 금속 도금 피막을 포함하고, 상기 금속 도금 피막의 적어도 일부가 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 막두께를 갖는 후막인 것을 특징으로 하는 사판 압축기용 슈.

본 항의 사판 압축기용 슈는, 금속 도금 피막이 두껍게 형성된 부분 (후막부) 를 갖는 것이 특징으로, 그 후막부로서 20㎛ 이상의 막두께를 갖는 피막을 형성시키면, 그 부위에서 알루미늄합금제의 모재에까지 파들어가는 흠, 다시 말하면 모재의 국소적인 변형을 수반하는 흠의 발생이 억제된다. 그 후막부는 임의로 설정하면 되고, 예컨대 장착공정에서 흠이 생기기 쉬운 부위, 양호한 슬라이딩 특성을 특별히 확보하기 위한 부위 등에 실시되는 부분을 금속 도금 피막의 후막부로 하면 된다. 그 후막부가 형성된 부위에서 특히 슬라이딩 특성이 양호하게 된다. 150㎛ 를 초과하는 금속 도금 피막은 그 도금 비용이 비싸져 실용적이지 않다. 또 도금이 너무 두꺼운 경우는, 그 표면에 핀홀, 꺼칠꺼칠함 등의 표면 결함이 발생하여 마찰이 커지는 등의 문제점이 발생하게 된다. 또한, 금속 도금 피막은, 슈의 모재의 전체표면을 덮는 것이어도 되고, 슬라이딩 관계를 발생시키는 임의로 설정한 모재 표면의 일부에만 형성되는 것이어도 된다. 또 그 금속 도금 피막의 일부만이 후막인 태양, 다시 말하면 후막부와 박막부를 갖는 태양으로 실시할 수도 있고, 금속 도금 피막의 전부가 후막인 태양, 그 전부가 후막부가 되는 태양으로 실시할 수도 있다.

(2) 적어도 상기 사판과 슬라이딩하는 부분을 피복하는 상기 금속 도금 피막이 상기 후막인 (1) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

사판 압축기에 있어서, 사판이 고속회전하게 되기 때문에, 사판과 피스톤의 슬라이딩은 가혹한 조건이 된다. 따라서, 특히 사판과 슬라이딩하는 부분은 흠의 발생에 주의가 필요하다. 전술한 바와 같이 사판의 슬라이딩면에는 윤활제를 포함한 피막이 형성되는 경우가 많아, 흠이 생긴 슈는 이 윤활제의 피막을 벗겨내듯이 작용하여, 그 슬라이딩 특성을 현저하게 악화시킨다. 따라서, 적어도 사판과 슬라이딩하는 부분이 후막인 금속 도금 피막을 갖는 본 항에 기재된 슈는 슬라이딩 특성이 양호한 사판 압축기용 슈가 된다.

본 항에 기재된 슈는 구관 (spherical crown) 형상 슈에 적용할 수 있다. 이 구관형상 슈는 피스톤과 결합하는 측이 대략 구면으로 되고, 사판과 결합하는 측이 대략 평면으로 되기 때문에, 일반적으로 반구 슈라고 불리고 있으나, 반드시 엄밀하게 구면이나 평면으로 되는 것은 아니고, 슬라이딩 성능의 향상 등을 목적으로 구면이나 평면에서 약간 벗어난 형상으로 되는 경우가 많다. 또 가변용량형 압축기용의 것은 반구보다 작고, 고정용량형 압축기용의 것은 반구보다 크게 되는 것이 보통이다. 가변용량형 압축기에 있어서는, 사판의 양측에 설치되는 1쌍의 슈의 양 구면부가 대략 한 구면상에 위치하는 것이 필요하기 때문에, 반구보다 사판 두께의 절반만큼 작게 된다. 또 고정용량형 압축기에 있어서는, 상기와 같은 제한이 없기 때문에, 슈의 평면부가 마모된 경우에도, 슬라이딩면의 면적이 감소되지 않도록 하는 것 등의 이유에서 반구보다 약간 크게 되는 것이 많다. 따라서, 본 명세서에서는 양 타입의 슈를 총칭하여 구관형상 슈라고 칭한다. 이 구관형상 슈에 있어서는 사판과 슬라이딩하는 평면부에 금속 도금 피막의 상기 후막을 형성시킨 본 항에 기재된 슈는 슬라이딩 특성이 양호한 구관형상 슈가 된다.

(3) 상기 모재의 전체표면이 상기 금속 도금 피막으로 피복되고, 그 금속 도금 피막의 전부가 상기 후막인 (1) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

전술한 바와 같이 슈 표면에 형성되는 금속 도금 피막은 슈 표면의 일부만을 피복할 수도 있고, 또 그 금속피막의 일부만을 후막으로 할 수 있다. 그 태양과 달리, 알루미늄합금제의 모재의 전체표면의 금속 도금 피막을 형성시키고, 또한 그 금속 도금 피막 전체가 후막인 태양으로 실시할 수도 있다. 이 태양에서는 슈의 어느 면에서나 슬라이딩 특성이 양호한 사판 압축기용 슈가 얻어진다. 또 부분적으로 금속 도금 피막 형성시키는 것, 또는 금속 도금 피막을 부분적으로 두껍게 하는 것은 마스킹 등을 하거나 하여 부분 도금할 필요가 있어 번거롭다. 따라서, 전체를 대략 동일한 막두께로 도금하는 본 항에 기재된 사판 압축기용 슈는, 간편하게 금속 도금 피막을 형성할 수 있다는 장점도 갖는다.

(4) 상기 후막의 막두께가 30㎛ 이상 120㎛ 이하인 (1) 항 내지 (3) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

사판 압축기의 작동중에 슈와 피스톤 또는 사판과의 각각의 슬라이딩면 사이에는 윤활을 위해 윤활유를 개재시킨다. 윤활유를 슬라이딩면 사이에 넣기 때문에, 슈의 슬라이딩면의 단부는 테이퍼상으로 형성된다. 따라서, 크기가 매우 작은 이물이 슬라이딩면으로 들어가는 것은 어느 정도 허용할 수밖에 없다. 이와 같은 경우, 30㎛ 이상의 금속 도금 피막을 형성시킨 부위에서는, 그 작은 이물에 의한 흠의 발생을 충분히 억제하는 것이 가능해진다. 또 120㎛ 를 초과하는 막두께의 도금은 비교적 비용이 비싸게 된다. 따라서, 상기 범위의 두꺼운 막두께를 갖는 슈는 실용성이 높은 사판 압축기용 슈가 된다.

(5) 상기 후막의 막두께가 40㎛ 이상인 (4) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

40㎛ 이상의 막두께를 갖는 후막을 형성시킨 경우, 전술한 작은 이물의 개재에 의한 흠의 발생은 거의 없어진다. 다시 말하면, 그 부위의 슬라이딩에 관한 신뢰성은 보다 높아진다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 실용적이면서 신뢰성이 높은 사판 압축기용 슈가 된다.

(6) 상기 후막의 막두께가 50㎛ 이상인 (5) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

금속 도금 피막은 사판 압축기의 가동에 의해 어느 정도 마모되는 것은 피할 수 없다. 따라서, 그 막두께를 두껍게 하면, 장기에 걸쳐 양호한 슬라이딩 특성을 유지할 수 있다. 본 항에 기재된 슈는 후막의 막두께가 50㎛ 이상으로, 높은 내구성을 갖는 사판 압축기용 슈가 된다.

(7) 상기 후막의 막두께가 70㎛ 이상인 (6) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

사판 압축기에 따라서는 가동조건이 가혹하기 때문에 양호한 슬라이딩 특성을 더욱 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 것이 요구된다. 그 경우, 후막의 막두께를 70㎛ 이상으로 하면, 더욱 내구성이 높은 사판 압축기용 슈가 얻어지게 된다.

(8) 상기 후막의 막두께가 100㎛ 이상인 (7) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

본 항에 기재된 슈는, 금속 도금 피막의 후막의 두께가 100㎛ 이상으로 매우 두껍고, 매우 높은 내구성, 매우 높은 신뢰성을 갖는 사판 압축기용 슈가 된다.

(9) 상기 금속 도금 피막이 비커스 경도 (Hv) 300 이상의 경도를 갖는 (1) 항 내지 (8) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

본 발명의 사판 압축기용 슈에 있어서, 금속 도금 피막의 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다. 모재가 되는 알루미늄합금보다 높은 경도를 갖는 것이면, 흠의 발생억제기능은 실질적으로 발휘된다. 그 금속 도금 피막의 경도를 비커스 경도 (Hv) 300 이상으로 함으로써, 그 금속 도금 피막의 내마모성은 높고, 또 흠 발생을 충분히 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는, 보다 내구성이 높고, 보다 슬라이딩 특성이 양호한 사판 압축기용 슈가 된다. 또한, 구체적으로는 무전해 니켈 도금, Co-P 계 등의 무전해 코발트 도금, 경질 크롬 도금 등 여러가지 도금을 채용할 수 있다.

(10) 상기 금속 도금 피막이 무전해 도금인 (1) 항 내지 (9) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

슈는 사판과 피스톤 사이에서 슬라이딩 관계에 있고, 특히 피스톤과의 사이에서는 소위 홈붙이 슬라이딩 운동을 하기 때문에 비교적 넓은 면적에 걸쳐 슬라이딩 관계를 발생시킨다. 무전해 도금으로는 균일한 도금층을 형성할 수 있으므로, 슈의 넓은 슬라이딩부는 균일한 두께로 되어 유효하다.

(11) 상기 금속 도금 피막이 무전해 니켈 도금인 (10) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

Ni-P, Ni-B 등의 무전해 니켈 도금은 균일한 금속 도금 피막을 형성할 수 있는 것에 추가하여, 그 피막은 석출시에서 비커스 경도 (Hv) 500 이상의 높은 경도를 가져 내마모성, 내식성도 우수하다. 따라서, 무전해 니켈 도금에 의한 금속 도금 피막을 갖는 본 항에 기재된 슈는, 알루미늄합금제 모재의 변형을 수반하는 흠의 발생을 충분히 억제하는 것이 가능하고, 슬라이딩 특성, 내구성이 우수한 사판 압축기용 슈가 된다.

(12) 상기 금속 도금 피막이 인을 공석시킨 Ni-P 계의 무전해 니켈 도금인 (11) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

인을 공석시킨 Ni-P 계의 무전해 니켈 도금은, 모재가 되는 알루미늄합금과의 밀착성이 우수하고, 막형성 속도가 크고, 도금욕 재료 등의 도금 비용이 저렴하고, 내식성이 우수하다. 그 중에서도, 특히 인만을 공석시킨 Ni-P 무전해 니켈 도금은 비교적 비용이 저렴하고, 또 모재인 알루미늄합금과의 밀착성이 매우 우수한 점에서 Ni-P 무전해 니켈 도금인 것이 보다 바람직하다.

(13) 상기 금속 도금 피막에 있어서, 적어도 상기 후막의 부분이 그 금속 도금 피막의 표면을 형성하는 외층을 포함하는 복수의 피막층으로 이루어지는 (1) 항 내지 (8) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

두꺼운 막두께를 갖고 또한 양질인 금속 도금 피막은 1 층으로는 형성하기 어렵다. 따라서, 두꺼운 도금을 실시하는 경우, 2 층 이상의 피막층을 적층하여 형성하는 것이 가능하다. 또 적층하는 각각의 피막층의 성질을 다르게 할 수도 있어, 다양한 특성의 금속 도금 피막을 형성시키는 것도 가능하다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는, 보다 슬라이딩 특성이 양호하고, 그 외의 요구되는 특성도 우수하여, 용이하게 도금가능한 사판 압축기용 슈가 된다. 또한, 본 항에 기재된 슈에서는, 슈 표면의 일부에 후막이 존재하는 경우, 그 후막의 부분만 복수의 피막층으로 형성시키는 태양으로 실시할 수도 있고, 또 그 경우이더라도, 부위마다 1 이상의 피막층의 막두께를 변경하여 전체가 동일한 층수의 피막층을 갖는 태양으로 실시할 수 있다.

(14) 상기 복수의 피막층중 적어도 상기 외층이 비커스 경도 (Hv) 300 이상의 경도를 갖는 (13) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

외층, 다시 말하면 표출되는 피막층은 특히 내마모성이 요구되어 고경도인 것이 바람직하다. 이 점에서 본 항에 기재된 슈는 내마모성이 우수한 사판 압축기용 슈가 된다. 또한 본 항에 기재된 슈는 외층 이외의 피막층을 상기 범위의 비커스 경도의 것으로 하는 것도 무방하다.

(15) 상기 복수의 피막층 중 적어도 상기 외층이 무전해 니켈 도금인 (14) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

전술한 바와 같이 무전해 니켈 도금의 양호한 성질을 외층에 부여할 수 있어, 본 항에 기재된 슈는 슬라이딩 특성, 내구성이 우수한 사판 압축기용 슈가 된다.

(16) 상기 금속 도금 피막에 있어서, 적어도 상기 후막의 부분이 그 금속 도금 피막의 표면을 형성하는 외층과, 그 외층과 모재 표면의 사이에 개재하는 내층의 2 개의 피막층으로 이루어지는 (1) 항 내지 (8) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

금속 도금층을 복수의 피막층으로 형성하는 경우, 그 층수가 너무 많은 경우는 도금공정에서 어느 정도의 번잡성을 수반한다. 따라서, 2 개의 피막층으로 후막을 형성하는 본 항에 기재된 슈는 간편하게 제조할 수 있어 비교적 저렴한 사판 압축기용 슈가 된다. 또한, 본 항에 기재된 슈에서는, 슈 표면의 일부에 막두께를 존재시키는 경우, 그 막두께의 부분만을 2 개의 피막층으로 형성시키는 태양으로 실시할 수 있고, 또 그 경우이더라도 부위마다 1 개 또는 2 개의 피막층의 막두께를 변경하여, 전체에 2 개의 피막층을 갖는 태양으로 실시하는 것이 가능하다.

(17) 상기 외층이 인 및 붕소를 공석시킨 Ni-P-B 계의 무전해 니켈 도금이고, 상기 내층이 인을 공석시킨 Ni-P 계의 무전해 니켈 도금인 (16) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

무전해 니켈 도금에 있어서, Ni-P 계의 것은 모재가 되는 알루미늄합금과의 밀착성이 우수하고, 막형성 속도가 크고, 도금욕 재료 등의 도금 비용이 저렴하고, 내식성이 우수하다. 이에 대하여, Ni-P-B 계의 것은 그 경도를 석출시에 Hv 650 이상으로 할 수 있어 매우 고경도이고, 내마모성, 내고온산화성이 우수하다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 각각의 무전해 도금의 이점을 충분히 발휘하여 피막밀착성, 내식성, 내마모성, 내구성이 우수한 양호한 특성을 갖는 사판 압축기용 슈가 된다.

(18) 상기 외층이 Ni-P-B-W 무전해 니켈 도금인 (17) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

Ni-P-B 계의 무전해 니켈 중에서도, 텅스텐을 공석시킨 Ni-P-B-W 무전해 니켈 도금은 내마모성이 매우 우수하다. 따라서, 이것을 외층에 적용한 본 항에 기재된 슈는, 높은 내마모성을 갖는 양호한 특성의 사판 압축기용 슈가 된다.

(19) 상기 내층이 Ni-P 무전해 니켈 도금인 (17) 항 또는 (18) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

Ni-P 계의 무전해 니켈 도금 중에서도, 인만을 공석시킨 Ni-P 무전해 니켈 도금은 비교적 비용이 저렴하고, 또 모재인 알루미늄합금과의 밀착성이 매우 우수하다. 따라서, 이것을 내층에 적용한 본 항에 기재된 슈는 비교적 저렴하고, 또한 금속 도금 피막의 밀착성이 충분히 높은 사판 압축기용 슈가 된다.

(20) 상기 외층이 상기 내층보다 두껍게 형성되어 있는 (16) 항 내지 (19) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

외층이 되는 피막층을 두껍게 형성하는 경우, 외층이 갖는 특성이 슈의 특성에 크게 영향을 준다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 외층이 갖는 이점을 충분히 가질 수 있는 사판 압축기용 슈가 된다. 예컨대 Ni-P-B 계의 무전해 니켈 도금을 외층에 적용하는 경우, 고경도로 내마모성, 내고온산화성이 우수하다는 상기 이점이 충분히 반영된다. 본 발명의 사판 압축기용 슈의 경우, 내마모성이 우수한 것 등의 양호한 슬라이딩 특성을 갖는 것이 그 특징으로, 표출되는 외층의 특성이 보다 크게 슬라이딩 특성에 영향을 준다. 따라서, Ni-P 계의 무전해 니켈 도금을 내층에 또한 Ni-P-B 계의 무전해 니켈 도금을 외층에 적용하는 경우, 보다 양호한 슬라이딩 특성, 내구성을 갖는 것 등에 비중을 두면 외층이 되는 피막층의 두께가 금속 도금 피막 전체의 2/3 이상이 되는 것이 바람직하고, 4/5 이상이 되는 것이 더욱 바람직하다.

(21) 상기 내층이 상기 외층보다 두껍게 형성되어 있는 (16) 항 내지 (19) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

내층이 되는 피막층을 두껍게 형성하는 경우, 내층이 갖는 특성이 슈의 특성에 크게 영향을 준다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 내층이 갖는 이점을 충분히 가질 수 있는 사판 압축기용 슈가 된다. 예컨대 Ni-P 계의 무전해 니켈 도금을 내층에 적용하는 경우, 비교적 저렴하고, 막형성 속도가 크다는 상기 이점이 충분히 반영된다. 본 발명의 사판 압축기용 슈의 경우, 그 금속 도금 피막이 두꺼운 것을 특징으로 하고 있다. 따라서, 금속 도금 피막의 막형성 비용에 착안하여, 보다 저렴한 사판 압축기용 슈가 된다. Ni-P 계의 무전해 니켈 도금을 내층에 또한 Ni-P-B 계의 무전해 니켈 도금을 외층에 적용하는 경우, 비용에 보다 중점을 두면 내층이 되는 피막층의 두께가 금속 도금 피막 전체의 2/3 이상이 되는 것이 바람직하고, 4/5 이상이 되는 것이 더욱 바람직하다.

(22) 상기 외층에 고체윤활제를 함유하는 (13) 항 내지 (21) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

외층이 되는 피막층에 고체윤활제를 함유시키면, 그 고체윤활제의 작용에 의해 슈의 슬라이딩면과 피스톤 및 사판의 적어도 한쪽의 슬라이딩면 사이의 마찰이 감소된다. 예컨대 일시적으로 윤활유가 부족하거나, 면압이 증대된 경우 등에서도 양호한 윤활이 얻어진다. 따라서, 본 항에 기재된 사판 압축기용 슈는 슬라이딩 특성이 더욱 향상된다. 외층이 되는 피막층으로 고체윤활제를 함유시키기 위해서는, 예컨대 그 도금이 무전해 니켈 도금인 경우, 도금액중에 고체윤활제를 분산시켜 교반 등을 충분히 행하여 피막층내에 공석시키면 된다.

(23) 상기 금속 도금 피막의 적어도 일부의 표면이 추가로 고체윤활제를 함유한 합성수지로 이루어지는 윤활피막으로 피복된 (1) 항 내지 (22) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

고체윤활제는 금속 도금 피막에 함유시킬 뿐만아니라, 고체윤활제를 합성수지로 결착한, 바꿔말하면 합성수지를 매트릭스로 하여 그것에 고체윤활제를 분산시킨 피막으로서 금속 도금 피막의 표면에 존재시키는 것도 가능하다. 본 항에 기재된 슈에서도, 고체윤활제의 작용에 의해 슬라이딩면은 마찰이 감소되고, 다시 말하면 슬라이딩면 사이의 마찰이 줄어 더욱 양호한 슬라이딩 특성을 얻을 수 있다. 또한 윤활피막은 마찰을 줄인다는 기능때문에 마찰감소피막이라 칭할 수도 있다. 윤활피막의 형성방법으로는, 예컨대 고체윤활제를 분산시킨 합성수지를 탬블러 처리 또는 스프레이 처리 등으로 금속 도금 피막의 표면에 도포하고, 그 수지를 경화시키는 방법을 채용할 수 있다. 또한 윤활피막은 슈 표면의 전체에 형성되는 것이어도 되고, 또 임의로 설정된 일부에 형성되는 것이어도 된다.

(24) 상기 합성수지가, 폴리아미드이미드, 에폭시수지, 폴리에테르케톤, 페놀수지의 적어도 하나를 함유하는 (23) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

윤활피막을 형성하는 수지에 상기 열거한 수지를 사용하면, 금속 도금 피막과의 밀착성이 우수한 피막을 형성할 수 있고, 또 그 윤활피막의 내열성은 양호하다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 윤활성을 오래 유지할 수 있는 사판 압축기용 슈가 된다.

(25) 상기 고체윤활제가 MoS₂ (이황화몰리브덴), BN (질화붕소), WS₂ (이황화텅스텐), 그라파이트, PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌) 중 적어도 하나를 함유하는 (22) 항 내지 (24) 항에 기재된 사판 압축기용 슈.

상기 열거한 고체윤활제는 높은 윤활성능을 갖는다. 따라서, 본 항에 기재된 슈는 고윤활특성을 갖는 사판 압축기용 슈가 된다. 또한, 특히 적어도 MoS₂ 를 함유하는 것이 바람직하고, 나아가서는 그라파이트를 함유하는 것이 보다 바람직하다.

(26) 사판과 피스톤을 구비하여 이루어지고, 그 사판과 그 피스톤 사이에, (1) 항 내지 (25) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈가 설치된 것을 특징으로 하는 사판 압축기.

다시 말하면 본 항에 기재된 사판 압축기는 상기 각각의 태양의 슈를 사용한 사판 압축기로, 그 태양에 따른 각각의 이점을 가질 수 있어, 양호한 슬라이딩 특성을 갖고, 원활하게 작동하며, 내구성이 우수한 사판 압축기가 된다.

(27) 상기 사판이 철계의 재료로 이루어지는 것인 (26) 항에 기재된 사판 압축기.

철계의 재료는 저렴하여 철계의 재료로 이루어지는 사판을 갖는 사판 압축기는 저렴하다. 또 예컨대 가변용량형의 사판 압축기에서는, 압축기용량의 변화는 사판과 사판의 회전축이 이루는 각도 (경사각) 에 의해 조정되지만, 일정한 용량으로 운전하는 경우에는, 사판의 경사각이 일정한 것이 바람직하고, 사판의 중량을 어느 정도 크게 하면, 그 관성력에 의해 사판의 경사각은 안정된다. 철계의 재료로 이루어지는 사판은 그 중량이 무거워, 철계 사판을 갖는 가변용량형의 사판 압축기는 사판의 안정성이 우수하다. 이와 같은 가변용량형의 사판 압축기에 있어서, 사판과 슬라이딩하는 슈에 경량인 알루미늄합금제의 슈를 조합하면 사판 회전의 안정화가 더욱 달성된다.

사용하는 철계의 재료로 이루어지는 사판은 사판의 형상이 복잡한 것을 고려하면 주조성형되는 것이 바람직하고, 따라서 그 재료는 주철인 것이 바람직하다. 주철 중에서는 강도가 높고, 내구성이 높은 연성 주철인 것이 바람직하고, 그 중에서도 보다 고강도인 FCD700 인 것이 더욱 바람직하다.

(28) 상기 사판이 상기 사판 압축기용 슈가 슬라이딩하는 표면의 부분에 윤활피막이 형성된 것인 (26) 항 또는 (27) 항에 기재된 사판 압축기.

사판과 슈의 슬라이딩은 사판이 고속회전하게 되기 때문에 매우 가혹한 조건이 된다. 따라서, 슈가 슬라이딩하는 사판의 표면 부분에 윤활을 담보하기 위한 윤활피막을 형성한 본 항에 기재된 사판 압축기는, 사판과 슈 사이의 마찰이 감소되어 매우 원활한 동작이 가능한 사판 압축기로 된다.

윤활피막은 예컨대 전술한 슈에 형성되는 윤활피막과 동일한 구성의 것으로 할 수 있고, 더욱 상세하게 말하면, 고체윤활제를 합성수지로 결착한 피막으로 할 수 있다. 그 경우, 그 고체윤활제가 상기와 마찬가지로, MoS₂, BN, WS₂, 그라파이트, PTFE 중 적어도 하나를 함유하는 태양으로 실시할 수 있고, 또 합성수지가 상기와 동일하게 폴리아미드이미드, 에폭시수지, 폴리에테르케톤, 페놀수지 중 적어도 하나를 함유하는 태양으로 실시할 수 있다.

상기 윤활피막은 막의 강도가 비교적 작고 전술한 바와 같이 슈의 흠에 의해 박리 등이 생기기 쉽다. 상기 여러가지 태양의 슈는 금속 도금 피막이 후막이 되는 부분을 갖고, 이 후막이 형성된 부위에서 사판과 슬라이딩하는 태양으로 실시되는 경우, 그 부위에서는 슈의 흠 발생이 억제되고 있는 점에서, 사판 표면에 형성된 상기 윤활피막에 흠을 내는 일이 적고, 양호한 슬라이딩 특성을 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 사판 압축기로 된다.

(29) 상기 사판의 상기 사판 압축기용 슈가 슬라이딩하는 표면부분에, 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금으로 이루어지는 금속 용사막이 형성되고, 그 표면에 상기 윤활피막이 형성되어 있는 (28) 에 기재된 사판 압축기.

전술한 바와 같이 윤활피막은 사판의 모재와 비교하여 그 강도가 낮다. 이 윤활피막이 마모, 박리 등으로 제거된 경우, 사판의 모재가 바로 슬라이딩하게 되어, 그 부분의 슬라이딩 특성은 악화된다. 이어서 모재의 마모 등이 발생하면 슬라이딩 특성이 현저하게 악화된다. 모재와 윤활피막 사이에 상기 금속 용사막을 형성시킨 사판은, 그 금속 용사막의 양호한 슬라이딩 특성에 의해 상기 윤활피막이 제거된 경우이더라도, 양호한 슬라이딩 특성을 유지할 수 있게 된다. 금속 용사막은 비교적 저렴하다는 이유에서 알루미늄 용사막인 것이 바람직하다.

(30) 상기 사판이 철계의 재료로 이루어지고, 상기 사판 압축기용 슈가 슬라이딩하는 표면부분에 담금질이 실시된 것인 (27) 항 내지 (29) 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기.

모재의 표면의 강도를 향상시키면 슈가 슬라이딩하는 슬라이딩면의 마모를 억제하여 사판의 내구성이 향상된다. 따라서, 철계의 사판으로 슈가 슬라이딩하는 표면부분에 담금질이 실시된 사판을 갖는 본 항에 가재된 사판 압축기는 내구성이 높은 사판 압축기가 된다.

또한 상기 금속 용사막은 그 비용이 비교적 높아 사판의 비용을 어느 정도 상승시키게 된다. 이 금속 용사막을 생략하고, 담금질한 모재표면에 상기 윤활피막을 형성시킨 사판을 갖는 사판 압축기는 내구성이 높은 것에 추가로 저렴하여 실용적인 사판 압축기가 된다.

발명의 실시형태

이하, 본 발명의 일 실시형태로서, 차량용 에어콘디셔너에 사용되는 사판 압축기의 구성부품이 되는 사판 압축기용 슈를 예로 들어 도면에 의거하여 이것을 상세하게 설명한다.

도 1 에 본 실시형태에서의 사판 압축기를 나타낸다. 도 1 에서 10 은 실린더블록이고, 실린더블록 (10) 의 중심축선 주위의 한 원주상에는 축방향으로 연장되는 복수의 실린더보어 (12) 가 형성되어 있다. 실런더보어 (12) 의 각각에는, 편두피스톤 (14 ; 이하, 피스톤 (14) 이라고 약칭함) 이 왕복운동 가능하게 설치되어 있다. 실린더블록 (10) 의 축방향의 일측 단면 (도 1 의 좌측의 단면으로 전단면이라고 함) 에는 전방 하우징 (16) 이 장착되고, 타측의 단면 (도 1 의 우측의 단면으로 후단면이라고 함) 에는 후방 하우징 (18) 이 밸브 플레이트 (20) 를 통하여 장착되어 있다. 전방 하우징 (16), 후방 하우징 (18), 실린더블록 (10) 등에 의해 사판 압축기의 하우징이 구성되어 있다. 후방 하우징 (18) 과 밸브 플레이트 (20) 사이에는, 흡입실 (22), 토출실 (24) 이 형성되고, 각각 흡입 포트 (26), 공급 포트 (28) 를 거쳐, 도시하지 않은 냉동회로에 접속된다. 밸브 플레이트 (20) 에는 흡입구멍 (32), 흡입밸브 (34), 토출구멍 (36), 토출밸브 (38) 등이 형성되어 있다.

상기 하우징내에는, 회전축 (50) 이 실린더블록 (10) 의 중심축선을 회전축선으로 하여 회전가능하게 설치되어 있다. 회전축 (50) 은, 그 양단부에서 각각 전방 하우징 (16), 실린더블록 (10) 에 베어링을 통하여 회전가능하게 지지되어 있다. 실린더블록 (10) 의 중심부에는 지지구멍 (56) 이 형성되어 있고, 그 지지구멍 (56) 에서 상기 베어링을 통하여 지지되어 있는 것이다. 회전축 (50) 의 전방 하우징 (16) 측의 단부는, 도시하지 않은 구동원으로서의 차량엔진에 전자클러치 등의 클러치 장치를 통하여 연결되어 있다. 따라서, 차량엔진의 작동시에, 클러치 장치에 의해 회전축 (50) 이 차량엔진에 접속되면, 회전축 (50) 이 자신의 축선주위를 회전하게 된다.

회전축 (50) 에는 사판 (60) 이 축방향으로 상대이동가능하고 또한 경사운동가능하게 장착되어 있다. 사판 (60) 에는, 중심선을 통과하는 관통구멍 (61) 이 형성되고, 이 관통구멍 (61) 을 회전축 (50) 이 관통하고 있다. 관통구멍 (61) 은, 양단 개구측으로 갈수록 도 1 에서의 상하방향으로 내부치수가 점증하게 되어, 이들 양단부의 횡단면형상이 긴 구멍을 이루고 있다. 회전축 (50) 에는 또 회전판 (62) 이 고정되고, 스러스트 베어링 (64) 을 통하여 전방 하우징 (16) 에 지지되고 있다. 사판 (60) 은, 힌지기구 (66) 에 의해 회전축 (50) 과 일체적으로 회전하게 됨과 동시에, 축방향의 이동을 수반하는 경사운동이 허용된다. 힌지기구 (66) 는, 회전판 (62) 에 고정적으로 설치된 지지아암 (67) 과, 사판 (60) 에 고정적으로 설치되어, 지지아암 (67) 의 가이드구멍 (68) 에 슬라이드 가능하게 결합된 가이드핀 (69) 과, 사판 (60) 의 관통구멍 (61) 과, 회전축 (50) 의 외주면을 포함하는 것이다.

상기 피스톤 (14) 은, 사판 (60) 의 외주부를 걸치는 상태로 결합하는 결합부 (70) 와, 결합부 (70) 와 일체로 설치되어, 실린더보어 (12) 에 끼워맞춰지는 헤드부 (72) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에서의 헤드부 (72) 는, 중공헤드부로 되어 경량화가 도모되어 있다. 헤드부 (72), 실린더보어 (12) 및 밸브플레이트 (20) 가 공동으로 압축실을 형성하고 있다. 또한, 결합부 (70) 는 1쌍의 구관형상의 슈 (76) 를 통하여 사판 (60) 의 외주부와 결합해 있다. 슈 (6) 에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.

사판 (60) 의 회전운동은, 슈 (76) 를 통하여 피스톤 (14) 의 왕복직선운동으로 변환된다. 피스톤 (14) 이 상사점으로부터 하사점으로 이동하는 흡입행정에 있어서, 흡입실 (22) 내의 냉매가스가 흡입구멍 (32), 흡입밸브 (34) 를 거쳐 실린더보어 (12) 내의 압축실에 흡입된다. 피스톤 (14) 이 하사점으로부터 상사점으로 이동하는 압축행정에 있어서, 실린더보어 (12) 내의 압축실의 냉매가스가 압축되어, 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 스러스트 베어링 (64) 을 거쳐 전방 하우징 (16) 에 지지된다.

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

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

본 사판 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) 의 압력의 차이가 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 알루미늄합금제의 것으로 이루어지고, 피스톤 (14) 의 외주면에는 불소수지가 코팅되어 있다. 불소수지로 코팅하면, 동종 금속과의 직접 접촉을 회피하여 소착을 방지하면서 실린더보어 (12) 와의 끼워맞춤 간극을 가급적 작게 할 수 있다. 단, 실린더블록 (10) 이나 피스톤 (14) 의 재료, 코팅층의 재질 등은 전술한 재료 등에 한정하지 않고, 다른 재료 등이어도 된다.

피스톤 (14) 의 결합부 (70) 는, 대략 U자형을 이루고, 헤드부 (72) 의 중심축선과 직교하는 방향으로 서로 평행하게 연장되는 1쌍의 아암부 (120, 122) 와, 이들 아암부 (120, 122) 의 기단끼리를 연결하는 연결부 (124) 를 구비하고 있다. 아암부 (120, 122) 의 서로 대향하는 측면에는 각각 슈 지지면이 되는 오목구면 (128) 이 형성되어 있다. 이들 2 개의 오목구면 (128) 은 동일구면상에 위치하고 있다.

상기 1쌍의 슈 (76) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 외표면의 일측이 대략 볼록구면을 이루는 구면부 (132) 와, 타방이 대략 평면을 이루는 평면부 (138) 를 갖는 구관형상이다. 평면부 (138) 는, 엄밀하게는 약간 중앙이 높은 곡면 (예컨대 곡률반경이 매우 큰 볼록구면) 으로 됨과 동시에, 외주부가 테이퍼값이 매우 큰 테이퍼면으로 되어 있다. 또 구면부 (132) 의 평면부 (138) 에 가까운 측의 부분이 원통면으로 되어 있다. 이들 중고의 곡면, 테이퍼면, 원통면 및 볼록구면 등의 경계에는 비교적 곡률반경이 작게 둥글게 형성되어 있다. 1쌍의 슈 (76) 는, 구면부 (132) 에서 피스톤 (14) 의 오목구면 (128) 에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 평면부 (138) 에서 사판 (60) 의 외주부의 양측면인 양 슬라이딩면 (140, 142) 에 접촉하고, 사판 (60) 의 외주부를 양측 사이에 끼운다. 바꿔말하면, 슈 (76) 는 평면부 (138) 가 사판 (60) 과 슬라이딩하고, 구면부 (132) 가 피스톤 (14) 과 슬라이딩하는 것으로 되어 있다. 또한, 1쌍의 슈 (76) 는 그 상태에서 구면부 (132) 의 볼록구면이 동일 구면상에 위치하도록 설계되어 있다. 다시 말하면, 본 실시형태에서의 슈 (76) 는 반구보다 사판 (60) 두께의 거의 절반만큼 작은 구관에 가까운 형상을 이루고 있다.

슈 (76) 는 모재 (146) 와, 모재 (146) 의 표면을 피복하는 금속 도금 피막 (148) 으로 이루어진다. 금속 도금 피막 (148) 은 2 개의 피막층 (150, 152), 즉 금속 도금 피막 (148) 의 표면을 형성하는 외층 (152) 과, 외층 (152) 과 모재 (146) 표면 사이에 개재되는 내층 (150) 으로 이루어진다. 또한 도 2 에는 금속 도금 피막 (148 ; 엄밀하게는 내층 (150) 및 외층 (152) 의 2 개의 피막층) 의 두께가 이해를 쉽게 하기 위해 과장되어 나타나 있다.

모재 (146) 는, 알루미늄을 주성분으로 하고, 실리콘을 함유하는 A4032 에 상당하는 Al-Si계 합금으로 이루어진다. 또한, 본 실시형태의 슈에서는, 모재의 재료로서 Al-Si계의 합금에 한정하지 않고, 여러가지의 알루미늄합금을 사용할 수 있다. 슈의 제조방법의 일례를 나타내면, 이하와 같이 된다. 소재로서, 소정지름의 환봉을 사용한다. 이 환봉은, 주조하여 얻어진 소정 조성의 알루미늄합금으로 이루어지는 소정형상의 빌렛을 압출가공함으로써 얻을 수 있다. 먼저 그 환봉을 전단장치, 기계톱 등으로 소정 길이로 절단하고, 이어서 소정 금형을 장착한 프레스장치에 의해 냉간단조를 실행함으로써, 그 절단한 소재를 개략 형상의 것으로까지 성형하여 실행한다. 또한 본 실시형태의 슈는 그 제조방법을 특별히 한정하지 않고, 냉간단조에 의한 것이 아니라, 다른 이미 공지된 일반적인 방법에 의해 제조하면 된다. 예컨대 열간단조, 주조, 프레스에 의한 펀칭, 기계가공 등, 또는 이들을 조합한 방법으로도 제조할 수 있다. 이어서, 개략 형상으로까지 성형된 슈에 소정 열처리를 실시할 수도 있다. 열처리는 용체화처리를 실행한 후, 인공시효경화처리를 실행하는 것으로, 일반적으로 T6 처리라고 불리는 열처리를 실시할 수 있다. T6 처리를 실시한 슈는 그 강도, 경도가 매우 높아진다. 또한, T6 처리 이외의 예컨대 T7 등의 처리를 실행하는 것이어도 된다. 열처리를 실행한 후, 연삭가공 등을 하여 상기 소정의 슈 형상 (엄밀하게는 상기 소정 모재형상) 으로 성형하여 슈의 성형을 완료한다. 알루미늄합금의 모재 (146) 를 가짐으로써 본 사판 압축기는 경량화된 사판 압축기로 된다.

내층 (150) 은 Ni-P 무전해 도금에 의한 피막층으로, 25㎛ 의 두께를 갖는다. 소정 조성의 도금액이 들어 있는 도금욕중에 소정 조건으로 침지시켜, 무전해 도금을 실행하면 된다. 그리고, 본 슈 (76) 에 있어서는, 내층 (150) 을 형성하는 Ni-P 무전해 도금막의 조성은 인을 8wt% 함유하는 것으로, Hv 500 이상의 높은 경도를 갖는다. 인의 함유량은, 7wt% ∼ 9wt% 정도의 범위에서, 얻고자 하는 특성에 따른 적절한 값으로 하면 된다. 슈 (76) 는, 이와 같은 내층 (150) 을 가짐으로써, 막두께가 큰 것에 비하여 비교적 저렴하고, 모재 (146) 와 금속 도금 피막 (148) 의 밀착성이 충분히 높은 사판 압축기용 슈가 된다.

외층 (152) 은 Ni-P-B-W 무전해 니켈 도금에 의한 피막으로, 25㎛ 의 두께를 갖는다. 내층 (150) 의 경우와 마찬가지로. 소정 조성의 도금액이 들어 있는 도금욕중에, 소정 조건으로 침지시켜 무전해 도금을 실행하면 된다. 그리고, 본 슈 (76) 에서는, 외층 (152) 을 형성하는 Ni-P-B-W 무전해 도금막의 조성은, 인을 2wt%, 붕소를 0.03wt%, 텅스텐을 0.1wt% 함유하는 것으로, Ni-P-B 계의 무전해 니켈 도금 우위성을 발휘하여 Hv 650 이상이라는 매우 높은 경도를 갖는다. 인, 붕소, 텅스텐의 함유량은, 각각 1wt% ∼ 3wt%, 0.01wt% ∼ 0.05wt%, 0.02wt% ∼ 0.2wt% 정도의 범위에서, 얻으려고 하는 특성에 맞는 적절한 값으로 하면 된다. 슈 (76) 는 이와 같은 외층 (152) 을 가짐으로써 매우 높은 내마모성을 갖는다.

본 슈 (76) 는 내층 (150) 및 외층 (152) 의 합계 막두께가 50㎛ 로, 상당히 두꺼운 금속 도금 피막 (148) 을 갖는 것으로 되어 있다. 전술한 바와 같은 고경도를 갖고 또한 두꺼운 금속 도금 피막 (148) 이 형성된 슈 (76) 는, 형상유지능력이 높고, 모재 (146) 에까지 파들어가는 흠, 다시 말하면 모재 (146) 가 변형되는 흠의 발생이 효과적으로 억제되어 슬라이딩 특성이 양호하고, 그 양호한 특성을 장기적으로 유지할 수 있는 슈가 된다. 슈 (76) 는 모재 (146) 의 전체표면에, 대략 동일한 두께의 금속 도금 피막 (148) 이 형성되어 있고, 그 전부가 후막부가 되는 태양의 것이다. 따라서, 평면부 (138) 뿐만아니라 구면부 (132) 에서도 금속 도금 피막 (148) 은 두껍고, 사판 (60) 및 피스톤 (14) 양자 사이의 슬라이딩 특성이 양호하다.

다음에 슈 (76) 가 슬라이딩하는 사판 (60) 은, 그 모재 (160) 가 연성 주철 (FCD700) 로 이루어진다. 슬라이딩면 (140 ; 배향하는 슬라이딩면 (142) 도 동일하지만, 여기에서는 생략함) 에는, 모재 (160) 의 표면에 금속 용사막인 알루미늄 용사막 (162) 이 형성되고, 추가로 그 표면에 윤활피막 (164) 이 형성되어 있다. 또한, 도 2 에는 알루미늄 용사막 (162) 및 윤활피막 (164) 의 두께가 쉽게 이해되도록 과장되어 표시되어 있다.

윤활피막 (164) 은 합성수지인 폴리아미드이미드에 MoS₂ 및 그라파이트가 분산된 것이고, 알루미늄 용사막 (162) 은 그 두께가 60㎛ 로 슬라이딩에서의 마찰을 충분히 줄이는 것이 가능해지고 있다. 알루미늄 용사막 (162) 은 그 두께가 60㎛ 이고, 윤활피막 (164) 이 어떠한 요인으로 마모, 박리 등으로 제거된 경우이더라도, 모재 (160) 가 직접 슬라이딩되는 것을 방지하면서 슬라이딩 특성을 양호하게 유지하도록 기능한다.

본 실시형태에서는, 전술한 슈 (76), 사판 (60) 등이 갖는 여러가지 특징이 종합적으로 발휘되는 결과, 그 사판 압축기는 슬라이딩 특성이 양호하여 원활하게 동작하여 그 양호한 슬라이딩 특성을 장기에 걸쳐 유지가능한 내구성이 우수한 사판 압축기가 된다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 사판과의 결합부의 양측에 헤드부를 갖는 양 헤드 피스톤을 구비하는 사판 압축기 내지는 고정용량형 사판 압축기 등에 적용하는 것도 가능하고, 그 외에 본 발명은 상기 [발명의 구성] 의 항목에 기재된 태양을 비롯하여, 당업자의 지식에 의거하여 여러가지 변경, 개량을 실시한 형태로 실시할 수 있다.

실시예

상기 [발명의 실시형태] 의 항에서 설명한 사판 압축기를 실제의 기기로 하고, 슈의 표면에 형성하는 금속 도금 피막의 막두께를 여러가지로 변경하여, 각각의 슈의 흠을 조사하였다. 또 금속 도금 피막 형성 직후에 피막 표면의 결함도 조사하였다. 이 실험에 대하여 본 [실시예] 의 항에서 설명한다.

슈의 모재는, A4032 상당의 Al-Si 계 합금으로, 금속 도금 피막의 내층이 되는 피막층은 Ni-P 무전해 니켈 도금에 의한 피막으로 하고, 외층이 되는 피막층은 Ni-P-B-W 무전해 니켈 도금에 의한 피막으로 하였다. 사판, 피스톤 등의 사판 압축기의 구성은 상기와 같은 구성으로, 시험조건은 슈 1개당 784N 을 가하고, 평균입경 50㎛ 의 입자로 이루어지는 스테인리스 분말을 사판 표면에 산포해 놓고, 슈와의 사이에 개재시킬 수 있도록 하고, 사판을 10 회전시키는 것으로 하여 슈에 생긴 흠을 평가하는 것으로 하였다. 이것은 실제의 운전에 대하여 흠 발생의 용이함을 비교하기 위한 가속적 시험이다.

슈의 흠은 육안으로 관측하는 것으로 하고, 평가는 흠이 전혀 없는 것 또는 거의 발견되지 않은 것을 ○, 약간의 흠이 발견되는 것을 △, 파여진 흠이 있는 것을 ×로 하였다. 또 시험전에 도금 피막의 표면의 외관검사를 하여, 핀홀, 꺼칠꺼칠함 등의 표면결함이 없는 것을 ○, 이와 같은 표면결함이 있는 것을 ×로 평가하였다. 또한, 이 2 개 항목의 결과로부터 종합평가하여, 매우 양호한 것을 ○, 양호한 것을 △, 사용에 어려움이 있는 것을 ×로 하여 각각 평가하였다. 여러가지 막두께의 금속 도금 피막을 갖는 슈에 대하여, 각각 그 내층 및 외층의 각각의 두께, 금속 도금 피막 전체의 두께, 운전시험에 의함 흠의 발생 정도, 외관검사결과를 하기 표 1 에 나타낸다.

No	금속 도금 피막 두께 (㎛)			평가
	내층	외층	전체	흠의 발생	외관	종합
#1	3	5	8	×	O	×
#2	3	17	20	△	O	△
#3	3	27	30	△	O	△
#4	3	37	40	O	O	O
#5	3	47	50	O	O	O
#6	25	25	50	O	O	O
#7	3	97	100	O	O	O
#8	50	50	100	O	O	O
#9	80	40	120	O	O	O
#10	100	50	150	O	O	O
#11	100	150	250	O	×	×

상기 표 1 로 부터 알 수 있는 바와 같이 금속 도금 피막 전체의 두께가 8㎛ 로 얇은 #1 의 슈는 운전시험에서 오목하게 파여진 흠이 발생하였다. 또 금속 도금 피막의 두께가 전체 20㎛, 30㎛ 이 되는 #2, #3 의 슈는, 약간 작은 흠의 발생이 보였다. 상당한 내구성을 요구하지 않는 한 실제사용에 문제가 없는 것으로 생각된다. 이에 대하여, 금속 도금 피막의 두께가 전체 40㎛ 이상이 되는 #4 ∼ #11 중 어느 슈도 흠이 전혀 없거나 또는 거의 발견되지 않은 것이었다. 그리고 #1 ∼ #10 의 슈에서 금속 도금 피막의 막두께가 증가함에 따라 흠의 발생정도가 작아지는 것도 확인할 수 있었다.

또 외관검사에서는, 금속 도금 피막 전체의 두께가 250㎛ 로 매우 두꺼운 도금을 실시한 #11 의 슈에서는, 핀홀, 꺼칠꺼칠함이 관찰되고, 그 표면정밀도가 나빠 슬라이딩 특성에도 악영향을 주는 것으로 보인다. 이에 대하여 금속 도금 피막 전체의 두께가 150㎛ 이하의 #1 ∼ #10 중 어느 슈도 피막의 외관은 양호하고, 이와 같은 면에서의 슬라이딩 특성으로의 악영향은 없는 것으로 보인다.

종합해 보면 실제사용에 견딜 수 있는 슈로 되는 것은, 금속 도금 피막의 두께가 20㎛ 이상 150㎛ 이하가 되는 #2 ∼ #10 의 슈이고, 보다 바람직한 것은 금속 도금 피막의 두께가 40㎛ 이상의 슈인 것을 확인할 수 있다. 또한 내층 및 외층의 각각의 피막층의 두께의 조합은 상당한 범위에서 허용할 수 있는 것이 명확해졌다. 따라서, 내층을 두껍게 하는 것도, 또 외층을 두껍게 하는 것도 선택할 수 있고, 비용, 내마모성, 내구성 등 여러가지 관점으로부터 특징있는 슈를 임의로 설계가능한 것을 확인할 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 양호한 슬라이딩 특성이 얻어지는 사판 압축기용 슈를 얻을 수 있으며, 또한 이러한 슈를 사용하여 사판 압축기를 구성함으로써, 양호한 슬라이딩 특성을 갖고 원활하게 작동가능하고 내구성이 우수한 사판 압축기를 얻을 수 있다.

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도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 사판 압축기용 슈를 구비한 사판 압축기를 도시한 정면단면도이다.

도 2 는 상기 사판 압축기용 슈 및 이것과 슬리이딩하는 사판 일부의 정면단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호에 대한 설명*

14 : 편두 피스톤

60 : 사판

76 : 슈

132 : 구면부

138 : 평면부

146 : 슈의 모재

148 : 금속도금피막

150 : 피막층 (내층)

152 : 피막층 (외층)

160 : 사판의 모재

162 : 알루미늄 용사막 (금속 용사 피막)

164 : 윤활피막

Claims (10)

1. 사판 압축기에 있어서 사판과 피스톤 사이에 설치되는 사판 압축기용 슈로, 알루미늄합금으로 이루어지는 모재와, 그 모재의 표면의 적어도 일부를 피복하는 금속 도금 피막을 포함하고, 상기 금속 도금 피막의 적어도 일부가 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 막두께를 갖는 후막(厚膜)인 것을 특징으로 하는 사판 압축기용 슈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막이 무전해 도금인 사판 압축기용 슈.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막이 무전해 니켈 도금인 사판 압축기용 슈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막이 인을 공석시킨 Ni-P 계의 무전해 니켈 도금인 사판 압축기용 슈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막에 있어서, 적어도 상기 후막 부분이, 그 금속 도금 피막의 표면을 형성하는 외층과, 그 외층과 모재표면 사이에 개재되는 내층과의 2 개의 피막층으로 이루어지고, 상기 외층이 인 및 붕소를 공석시킨 Ni-P-B 계의 무전해 니켈 도금이고, 상기 내층이 인을 공석시킨 Ni-P 계의 무전해 니켈 도금인 사판 압축기용 슈.
6. 사판과, 피스톤을 구비하고, 그 사판과 그 피스톤 사이에 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 사판 압축기용 슈가 설치된 것을 특징으로 하는 사판 압축기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 사판이 철계의 재료로 이루어지고, 상기 사판 압축기용 슈가 슬라이딩하는 표면의 부분에 윤활피막이 형성된 것인 사판 압축기.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막은 비커스 경도 (Hv) 300 이상의 경도를 갖는 사판 압축기용 슈.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막은 비커스 경도 (Hv) 300 이상의 경도를 갖는 사판 압축기용 슈.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 도금 피막은 비커스 경도 (Hv) 300 이상의 경도를 갖는 사판 압축기용 슈.