KR100738173B1 - 습동부재, 습동부재의 제조방법 및 습동부재용 도료 - Google Patents

습동부재, 습동부재의 제조방법 및 습동부재용 도료 Download PDF

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Abstract

기재(41)의 표면에, 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 다수 분산되어 이루어지는 도막(43)을 형성하고, 도막(43) 표면에 노출된 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)를 분쇄하여 주위로 확산시킴으로써, 그 노출면적을 확대시켜 습동면에 존재하는 불소원소량을 늘린다.

Description

습동부재, 습동부재의 제조방법 및 습동부재용 도료{SLIDING MEMBER, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND COATING MATERIAL FOR SLIDING MEMBER}
본 발명은, 습동부재, 습동부재의 제조방법 및 습동부재용 도료에 관한 것이다.
PTFE(polytetrafluoroethylene)로 대표되는 불소수지는, 마찰저항이 낮으며, 또 내마모성에 뛰어난 점에서 습동부재로 이용되고 있다. 예를 들어 특허문헌1(일특개평 10-106215호 공보)에는, 바인더로서의 우레탄계 수지에 불소수지 분말을 첨가하여 이루어지는 도료를 조제하고, 이를 기록매체 카세트 셔터용 알루미늄 합금판에 도포하여, 운동마찰계수 0.03∼0.20, 표면거칠기(Ra) 0.2㎛ 이상의 도막을 형성하는 것이 기재되어있다.
또 특허문헌2(일특개평 09-212967호 공보)에는, 서로 미끄럼 운동하는 수지제 부품의 최대 표면거칠기를 1㎛ 이상 100㎛ 이하로 하고, 그 한쪽 습동면에 불소계 도막제를 도포함으로써, 당해 양쪽 수지제 부품의 습동면 마모량을 적게 하는 것이 기재되어있다.
-발명의 개시-
발명이 해결하고자 하는 과제
상술한 바와 같이 불소수지를 함유하는 도막에 있어서, 그 습동특성(내마모성, 저 마찰저항성)을 높이기 위해서는 불소수지 함유량을 많게 하면 되나, 이 경우, 상대적으로 바인더수지량이 저하되므로, 도막강도가 저하됨과 동시에 도막이 기재(피도포재)로부터 박리되기 쉬워진다. 때문에 불소함유량을 증가시키는, 즉 습동특성을 향상시키는 데는 한계가 있다.
본 발명의 과제는, 적은 불소수지량으로 습동부재의 습동특성을 향상시키는 것이며, 또 도막과 기재의 밀착성을 높이는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은, 이와 같은 과제에 대해, 한정된 불소수지량으로 습동부재 표면의 습동특성에 기여하는 불소량을 증대시킬 수 있도록 한다.
본 발명은, 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지며, 이 표층부(43)의 표면이 습동면을 구성하는 습동부재에 있어서, 상기 습동면에 다수의 불소수지 입자(45)가 분산되어 노출되고, 이 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)가 상기 매트릭스수지(44)에 매입된 부분보다 바깥쪽으로 이 습동면을 따라 넓어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 불소수지 입자(45)를 함유하는 습동부재의 경우, 그 습동면에서의 불소수지 입자(45) 노출면적이 넓을수록, 그 습동특성이 높아진다. 그러나 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)를 분산시킨 것뿐이라면, 습동면에서 불소수지 입자(45)의 노출면적 크기는 표층부(43) 불소수지 입자(45)의 함유량에 대응한 것이 될 뿐이다.
이에 반해 본 발명에서는, 습동면에 노출된 각 불소수지 입자(45)는 그 노출부(45a)가 매트릭스수지(44)에 매입된 부분보다 바깥쪽으로 습동면을 따라 확대되므로, 그만큼 습동면에서의 불소수지 입자(45) 노출면적이 넓어진다. 따라서 한정된 불소수지 함유량이라도 우수한 습동특성이 얻어진다.
여기에 상기 표층부(43)는, 습동부재 본체에 도장 등으로 형성된 피막이라도 되고, 습동부재 본체와 함께 일체 성형된 것이라도 된다. 이 점은 이하에 서술하는 발명에 관해서도 특별한 서술이 없는 한 마찬가지이다.
본 발명의 다른 관점은, 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지며, 이 표층부(43)의 표면이 습동면을 구성하는 습동부재에 있어서, 상기 습동면의 불소원소 존재율이, 상기 표층부(43) 습동면 아래의 불소원소 존재율보다 높은 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 습동면 아래의 불소원소 존재율은 상기 표층부(43)의 불소수지 입자(45) 함유량에 대응한다. 그러므로 본 발명에 있어서, 이 습동면 아래의 불소원소 존재율보다 습동면의 불소원소 존재율이 높다는 것은, 그만큼 이 습동면에 불소수지 입자(45)가 넓게 노출되었다는 것이며, 따라서 한정된 불소수지 함유량이라도 우수한 습동특성이 얻어진다.
바람직하게는, 상기 습동면의 불소원소 존재율이, 상기 습동면 아래 불소원소 존재율의 1.25배 이상이다.
이로써 적은 불소수지 입자량으로 우수한 습동특성을 얻는데 유리해진다.
본 발명의 또 다른 관점은, 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지며, 이 표층부(43)의 표면이 습동면을 구성하는 습동부재에 있어서, 상기 표층부(43)는, 매트릭스수지(44)와 불소수지를 함유하는 도료를 기재(41)에 도포하여 형성되며, 상기 매트릭스수지(44)와 불소수지의 질량비율은 70:30 내지 65:35의 범위로 설정되고, 상기 습동면의 불소원소 존재율은 26질량% 이상 40질량% 이하인 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 불소수지의 비율을 낮게 억제하면서, 바꾸어 말하면 매트릭스수지량을 많게 하면서, 상기 습동면의 불소원소 존재율을 26질량% 이상으로 한 것이다. 따라서 도막(43)의 기재(41)에 대한 양호한 접착력을 확보하면서 우수한 습동특성을 얻을 수 있다. 더욱이 이 습동특성의 향상에 따라, 다른 물품과의 습동에 의해 도막(43)이 받는 마찰저항이 작아지므로, 도막(43)의 내박리성이 더욱 향상된다.
단, 40질량%를 초과하는 불소원소의 존재율로 하기 위해서는, 상기 매트릭스수지량을 매우 적게 할 필요가 있어, 도막(43)의 강도나, 도막(43)과 기재(41)의 접착성을 확보하기가 어려워진다.
매트릭스수지(44)로는, 아크릴수지, 알키드수지, 에폭시수지, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등을 채용할 수 있으며, 그 종류는 문제삼지 않는다. 이 점은 이하에 서술하는 다른 발명에서도 특별한 서술이 없는 한 마찬가지이다.
불소수지로는, 테트라플루오로에틸렌을 주성분으로 하는 불소함유중합체가 바람직하며, 예를 들어 PTFE(polytetrafluoroethylene), FEP수지(tetrafluoroethylene-hexafluoro propylen 공중합수지), PFA수지(tetrafluoroethylene-perfluoro propylvinylether 공중합수지) 등이 있다. 이 점은 이하에 서술하는 다른 발명에서도 특별한 서술이 없는 한 마찬가지이다.
이상에 있어서 바람직한 것은, 상기 습동면의 표면거칠기(Ra)가 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하이다.
이로써 상기 습동면의 마찰저항이 작아져, 습동특성을 높이는 데 유리해진다. 상기 표면거칠기(Ra)는 0.03㎛ 이상 0.1㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 관점은, 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지는 소재(56)를 형성하며, 상기 소재(56)의 표층부(43) 표면을 가압상태에서 랩핑(lapping) 연마함으로써, 이 표층부(43)의 표면거칠기(Ra)를 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 습동부재의 제조방법이다.
즉, 상기 표층부(43) 표면에 노출된 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)는, 상기 랩핑연마에 의해 분쇄되어 이 표면을 따라 바깥쪽으로 확대된다. 이로써 표층부(43) 표면의 불소원소 존재율이 표층부(43) 내부의 불소원소 존재율보다 높아진다. 그러므로, 상기 랩핑으로 조정되는 표층부(43)의 표면거칠기(Ra)와 이 표층부(43) 표면의 불소원소 존재율과는 서로 상관되어, 표면거칠기(Ra)를 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 했을 때, 표층부(43) 표면의 불소원소 존재율이 높아져 우수한 습동특성이 얻어진다. 상기 표면거칠기(Ra)는 0.03㎛ 이상 0.1㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 관점은, 매트릭스수지(44)와 불소수지를 함유하며, 기재(41)에 도포되고 그 도막(43) 표면이 습동면으로 된 습동부재를 얻기 위한 습동부재용 도료에 있어서, 상기 매트릭스수지(44)와 불소수지의 질량비율이 70:30 내지 65:35의 범위이며, 상기 도막(43) 형성 후에 상기 습동면이 가압상태에서 랩핑 연마되는 습동부재에 이용되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 당해 습동부재용 도료를 기재(41)에 도포하고 그 도막(43) 표면, 즉 습동면을 가압상태에서 랩핑 연마하면, 이 습동면에서 노출된 불소수지 입자(45)가 분쇄되어 습동면을 따라 주위로 확산되는 결과, 불소원소의 존재율이 높은 습동면이 얻어져, 당해 습동부재의 습동특성을 높일 수 있다.
이렇게, 본 발명에 의하면 적은 불소수지량이라도 우수한 습동특성이 얻어지므로, 매트릭스수지량을 많게 하여 도막(43)의 기재(41)에 대한 접착력을 높일 수 있으며, 더욱이 습동특성의 향상으로 도막(43)의 마찰저항이 작아지므로 도막(43)의 내박리성 향상에 유리해진다.
단, 상기 매트릭스수지(44)와 불소수지의 비율에 관해, 상기 범위보다 매트릭스수지(44)의 비율이 많아지면, 도막(43)의 기재(41)에 대한 접착력이 높아지기는 하나 도료 중의 불소수지량이 상대적으로 적어지며, 상기 랩핑연마에 의한 불소원소 존재율의 상승에도 한계가 있으므로, 마찰저항이 작은 양호한 습동특성을 얻기가 어려워진다. 한편, 상기 비율범위보다 불소수지의 비율을 많게 하면, 습동특성 자체는 양호해져도 매트릭스수지(44)가 적어짐으로써 기재(41)와의 접착력이 불충분해져 도막(43)이 기재(41)로부터 박리되기 쉬워진다.
바람직하게는 상기 매트릭스수지(44)는 폴리아미드이미드이며, 상기 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(이하 PTFE라 함)과 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합수지(이하 FEP수지라 함)로 이루어지는 것이다.
매트릭스수지(44)로서, 기재(41)와의 접착에 유리한 아미드결합과, 내열성에 유리한 산이미드 결합을 갖는 폴리아미드이미드를 채용함으로써, 내열성이 높으면서 강도 및 기재(41)와의 접착성이 높은 도막(43)을 얻을 수 있다. 그러므로 불소수지 중 융점이 비교적 낮은 FEP수지가 도막(43) 열처리 시 용융되어 막 형성보조제로서 기능함과 더불어, 도막(43) 전체의 불소원소 존재율을 높이게 되고, 융점이 높은 PTFE가 도막(43) 열처리 후에도 입자로서 남아, 상기 랩핑연마로 분쇄되어 습동면의 불소원소 존재율을 높이게 되므로 우수한 습동특성이 얻어진다.
상기 습동부재용 도료의 용제로서 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용제 혹은 물을 이용할 수 있다. 물을 용매로 하고 기재(41)를 금속제로 할 경우는, 기재(41)에 녹 방지용 밑칠을 하는 것이 바람직하다.
또 상기 습동부재용 도료에는, 카본 등의 안료, 그 밖의 첨가제를 배합할 수 있다. 첨가제를 배합할 경우는, 습동특성 및 기재(41)와의 밀착성에 악영향이 미치지 않도록 소량으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 첨가제로서 카본을 이용할 경우는 불소수지량의 3% 이하로 하며, 바람직하게는 1% 이하, 특히 바람직하게는 0.5% 이하의 배합량으로 한다.
발명의 효과
청구항 1-3에서는, 한정된 혹은 적은 불소수지량이라도 우수한 습동특성이 얻어진다.
청구항 4에서는, 도막(43)의 기재(41)에 대한 양호한 접착력을 확보하면서 우수한 습동특성을 얻을 수 있으며, 더욱이 이 습동특성의 향상으로 도막(43)의 내박리성이 보다 향상된다.
청구항 5에서는, 습동면의 마찰저항이 작아져, 습동특성을 높이는 데 유리해진다.
청구항 6에서는, 적은 불소수지량이라도 우수한 습동특성이 얻어진다.
청구항 7에서는, 적은 불소수지량이라도 불소원소의 존재율이 높은 습동면이 얻어져, 도막(43)의 기재(43)에 대한 접착력을 높이면서 우수한 습동특성을 얻을 수 있으며, 더욱이 습동특성의 향상으로 도막(43)의 마찰저항이 작아지므로, 도막(43)의 내박리성 향상에 유리해진다.
청구항 8에서는, 내열성이 높으면서 강도 및 기재(41)와의 접착성이 높은 도막(43)을 얻을 수 있음과 동시에 우수한 습동특성이 얻어진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 스크롤형 압축기의 종단면도.
도 2는 도 1의 압축기에 사용한 스러스트 플레이트의 일부를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 3은 상기 스러스트 플레이트를 랩핑 연마하는 양상의 모식도.
도 4는 상기 연마로 습동면의 불소수지 입자가 분쇄되는 양상의 모식적 단면 도.
도 5는 습동면의 표면거칠기와 표면 불소농도의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 미연마품의 습동면을 촬영한 현미경사진.
도 7은 랩핑연마품의 습동면을 촬영한 현미경사진.
부호의 설명
17 : 스러스트 플레이트(습동부재)
41 : 기재
43 : 도막(표층부)
44 : 매트릭스수지
45 : 불소수지 입자
45a : 노출부
56 : 소재
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
이 실시형태는 본 발명을 도 1에 나타내는 스크롤형 압축기(1)의 스러스트 플레이트(습동부재)에 적용한 것이다.
<스크롤형 압축기에 대하여>
스크롤형 압축기(1)는, 예를 들어 공기조화장치 등의 증기압축식 냉동주기를 실행하는 냉동장치의 냉매회로에 있어서, 증발기로부터 흡입한 저압의 냉매를 압축시켜 응축기로 송출하는 데 이용된다. 이 압축기(1)는 케이싱(10) 내의 하부 쪽에 배설된 구동기구(20)와, 케이싱(10) 내의 상부 쪽에 배설된 압축기구(30)를 구비한다.
케이싱(10)은, 원통형의 케이싱 본체(11)와, 케이싱 본체(11)의 상단에 고정된 상부 경판(12)과, 케이싱 본체(11)의 하단에 고정된 하부 경판(13)을 구비한다. 또 케이싱(10)에는, 냉매의 흡입관(14)이 하부에, 토출관(15)이 상부에 배치된다. 흡입관(14)은 상기 냉매회로의 증발기에, 토출관(15)은 응축기에 각각 접속된다. 케이싱(10) 내에서는, 압축기구(30) 바로 아래에 상부 하우징(16)이 고정되며, 구동기구(20) 아래쪽에 하부 하우징(19)이 고정된다.
구동기구(20)는, 전동기(21)와 구동축(22)으로 구성된다. 전동기(21)는, 상부 하우징(16) 및 하부 하우징(19)을 개재하고 케이싱 본체(11)에 고정된 고리형의 고정자(23)와 이 고정자(23) 내주 쪽에 장착된 회전자(24)를 구비하며, 회전자(24)에 상기 구동축(22)이 연결된다. 이 구동축(22)은, 상부 하우징(16)의 구름베어링(18)과, 하부 하우징(19)의 구름베어링(19a)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
구동축(22)에는, 이 축 방향으로 이어지는 주급유로(22c)가 형성된다. 구동축(22) 하단부에는 급유펌프(22d)가 배치되며, 케이싱(10) 저부의 오일저류부에 저류된 냉동기유를 이 구동축(22)의 회전에 따라 퍼 올리도록 구성된다. 주급유로(22c)는, 급유펌프가 퍼 올린 냉동기유를 각 습동부분에 공급하도록 각부에 배치된 급유구(도시 생략)와 연통한다.
압축기구(30)는, 상부 하우징(16)에 고정된 고정스크롤(31)과, 상부 하우징(16) 상면에 스러스트 플레이트(17)를 개재하고 회전 자유롭게 지지되어 고정스크 롤(31)에 대해 가동으로 구성된 가동스크롤(32)을 갖는다. 고정스크롤(31)은, 상부 하우징(16)에 볼트 등의 체결수단으로 고정된 고정측 경판(31a)과, 이 고정측 경판(31a)에 일체로 형성된 나선형(involute) 랩(31b)을 갖는다. 가동스크롤(32)은 가동측 경판(32a)과, 이 가동측 경판(32a)에 일체로 형성된 나선형(involute) 랩(32b)을 갖는다. 이 고정스크롤(31)의 랩(31b)과 가동스크롤(32)의 랩(32b)은 서로 맞물린다. 고정측 경판(31a)과 가동측 경판(32a) 사이에서 양 랩(31b, 32b)의 접촉부 사이가 압축실(33)로서 구성된다.
압축실(33)의 바깥둘레부에는 흡입구(33a)가 형성되며, 이 흡입구(33a)는 케이싱(10) 내의 압축기구(30) 하방의 공간(저압공간)을 개재하고 흡입관(14)과 연통된다. 또 압축실(33) 중심부에는 토출구(33b)가 형성되며, 이 토출구(33b)는 케이싱(10) 내의 압축기구(30) 위쪽 공간(고압공간)을 개재하고 토출관(15)과 연통한다.
구동축(22) 상단부분에는, 지름방향 바깥쪽으로 튀어나온 베어링부(22a)와, 이 구동축(22)의 회전중심에 대해 가동스크롤(32)의 최적 공전반지름에 대응하는 치수로 편심된 편심부(22b)가 형성된다. 한편 가동스크롤(32)의 가동측 경판(32a) 하면에는, 상기 편심부(22b)와 동일 중심 상에 위치하도록, 원통형의 베어링부(결합부)(32c)가 형성된다. 이 베어링부(32c)는 그 안지름 치수가 상기 편심부(22b)의 바깥지름 치수보다 크게 형성된다.
상기 편심부(22b)와 베어링부(32c)는, 미끄럼부시(25)를 개재하고 연결된다. 또 미끄럼부시(25)와 베어링부(32c) 사이에는, 미끄럼베어링(29)이 장착된다. 그 리고 가동스크롤(32)과 상부 하우징(16) 사이에는, 가동스크롤(32)의 자전을 저지하는 기구로서 올덤커플링(34)이 설치된다.
따라서 전동기(21)를 기동시키면, 회전자(24)의 회전에 따라 구동축(22)이 회전하고, 그 회전력은 미끄럼부시(25)를 통해 가동스크롤(32)에 전달된다. 가동스크롤(32)은, 올덤커플링(34)에 의해 자전이 금지되므로, 구동축(22)의 회전중심 주위에서 자전하지 않고 공전만을 행한다. 그리고 가동스크롤(32)의 공전동작에 의해, 고정스크롤(31)과 가동스크롤(32) 사이의 압축실(33) 용적이 변화된다. 이로써 압축실(33)에서는 그 용적 변화에 따라, 흡입관(14)으로부터 저압의 냉매가 흡인됨과 더불어 이 냉매가 압축된다. 냉매는 고압이 되어 토출관(15)으로부터 토출된 후, 냉매회로에서 응축, 팽창, 증발의 각 행정을 거쳐 다시 흡입관(14)에서 흡입되어 압축되는 작용이 반복된다.
상기 압축기(1)의 스러스트 플레이트(17)의 베어링 면에는, 통상적으로는 주급유로(22c)를 통해 공급되는 냉동기유에 의해 윤활되나, 압축기(1)가 다음과 같은 어려운 조건, 나아가 베어링 면에 냉동기유가 없는 상태에서 운전되는 경우가 있다.
A. 오일저류부의 냉동기유가 없어진 상태에서의 운전.
B. 압축기(1) 정지 중에 냉매회로의 고압측으로부터 냉매가 압축기(1)로 돌아와, 베어링 면이 액냉매로 씻겨진 후에 압축기(1)가 기동.
C. 압축기(1) 운전 중에 액냉매가 과잉 회송되어 오일저류부의 냉동기유가 희석되고, 베어링 면의 냉동기유가 액냉매로 씻겨나간 상태에서 운전의 계속.
그래서 본 실시형태에서는 스러스트 플레이트(17)를 이하에 서술하는 바와 같이 구성하고, 그 습동특성을 개선함으로써, 베어링 면에 냉동기유가 존재하지 않는 상태에서 압축기(1)가 운전되어도 가동스크롤(32) 또는 상부 하우징(16)의 이상마모나, 이 양자에 시저(seizure)가 발생하지 않도록 한다.
<스러스트 플레이트의 구조>
스러스트 플레이트(17)는 도 2에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 강판제의 기재(41) 표면에 인산아연피막(42)이 형성되고, 이 인산아연피막(42) 표면에 도막(표층부)(43)이 형성된 것으로서, 도막 표면이 습동면이 된다.
도막(43)은, 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어진다. 또 도막(43)의 습동면(표면)에는 다수의 불소수지 입자(45)가 분산 노출되며, 이들 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)는 분쇄되어, 매트릭스수지(44)에 매입된 부분보다 바깥쪽으로 습동면을 따라 확산된다. 이와 같이 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)가 분쇄되어 주위로 확산됨으로써, 습동면에서의 불소원소 존재율이, 습동면 아래 도막 내부에서의 불소원소 존재율보다 높아진다.
여기서 도시는 생략하나, 매트릭스수지(44)에는 도막 열처리 시에 용융된 불소수지가 분산되며, 상기 불소원소 존재율에는 이 용융 분산된 불소수지도 포함된다.
상기 매트릭스수지(44)는, 바인더로서 기능하는 폴리아미드이미드이며, 도막 형성 후에도 입자로서 잔존하는 상기 불소수지 입자(45)는 PTFE이고, 도막 열처리 시에 용융되어 매트릭스수지 중에 분산된 불소수지는 FEP수지이다.
<스러스트 플레이트의 제조법>
다음으로 상기 스러스트 플레이트의 제조예를 설명한다. 단 본 발명은 당해 제조예에 한정되는 것은 아니다.
-소재의 형성-
우선, 표면거칠기 Ra=0.1㎛ 정도의 기재(41)를 인산아연수용액으로 처리하여, 기재(41) 표면에 인산아연피막(42)을 형성한다. 다음으로 하기 조성의 도료를 상기 인산아연피막(42) 표면에 도포하고 열처리하여 도막(43)을 형성한다.
(도료의 조성)
폴리아미드이미드;70중량부
PTFE(융점 380℃);3중량부
FEP수지(융점 260℃);27중량부
그라파이트(Graphite);0.15중량부
용제; NMP(적당량)
도막(43)의 열처리 온도는 280℃이며, FEP수지 분말(입경 2㎛ 이하)은 그 융점이 열처리 온도보다 낮은 점에서, 당해 열처리에 의해 용융되어 도막 형성에 기여한다. PTFE분말(입경 2㎛ 이하)은 그 융점이 열처리 온도보다 높은 점에서, 불소수지 입자(45)로서 남아 도막 중에 분산된 상태로 된다. 열처리 후의 도막 두께는 예를 들어 40∼70㎛ 정도로 되도록 한다. 또 도막(43)의 표면거칠기(Ra)는 0.3∼0.6㎛ 정도로 된다.
-소재의 가공-
다음에, 이상과 같이 하여 얻어진 소재의 도막(43) 표면을 랩핑 연마한다. 도 3은 이 연마 상태를 모식적으로 나타낸다. 도 3에 있어서, (51)은 랩핑정반, (52)는 누름판이다. 누름판(52)에 소재(56)를 고정시키고, 랩핑정반(51)과 소재(56) 도막(43)과의 사이에, 연마입자(57)를 분산시킨 연마액(58)을 개재시켜 도막(43) 표면을 랩핑 연마한다. 랩핑 압력은 9.8kPa 이상 49kPa 이하, 바람직하게는 9.8kPa 이상 19.6kPa 이하로 한다.
이 랩핑 연마에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이 도막(43) 표면으로부터 노출된 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)는, 연마입자(57)에 의해 분쇄되어 도막(43)에 매입된 부분보다 바깥쪽으로 도막(43) 표면을 따라 확대된다. 또 동시에 도막(43)은, 그 막 두께가 30㎛ 정도가 되며, 그 표면거칠기(Ra)도 작아진다. 이 표면거칠기(Ra)는 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다.
-표면거칠기(Ra)와 도막 표면 불소원소 존재율의 관계-
도 5는 상술한 도료 조성(매트릭스수지(폴리아미드이미드):불소수지(PTFE+FET수지)=70:30)을 채용하고, 연마입자(57)의 입경을 여러 가지로 바꾸어 상기 랩핑 연마를 실시했을 때의, 도막(43) 표면거칠기(Ra)와 표면불소농도(불소원소의 존재율)의 관계를 나타내는 그래프(가로축은 대수눈금)이다. 표면불소농도는 EDX(에너지분산형 형광X선 분석장치)를 이용하여 측정한다. 미연마품은 랩핑 연마를 실시하기 전의 것이며, 그 표면거칠기(Ra)는 0.5㎛, 표면불소농도는 22질량%이다. 표면거칠기(Ra) 및 표면불소농도는 표 1과 같다.
표1
표면거칠기Ra (㎛) 표면불소농도 (질량%)
0.5 22.09
0.4 23.21
0.2 26.20
0.1 27.80
0.08 28.06
0.05 29.10
0.03 27.67
0.02 20.96
도 5 및 표 1에 의하면, 상기 랩핑연마에 의해 표면거칠기(Ra)를 0.03㎛ 이상 0.5㎛ 이하로 했을 때, 표면불소농도가 미연마품보다 높아져, 스러스트 플레이트(17)의 습동특성이 좋아짐을 알 수 있다. 이는 도막(43) 표면에 노출된 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)가 랩핑연마로 분쇄되어 주위로 확대되었기 때문이다.
즉 도 6은 미연마품의 표면사진, 도 7은 표면거칠기(Ra)가 0.05㎛로 되도록 랩핑연마를 실시한 본 발명에 관한 스러스트 플레이트(17)의 도막 표면의 사진이다. 도 6에서는 도막 표면에 작은 요철이 보이나, 도 7에서는 도막 표면의 돌출부가 분쇄되어 주위로 확대되며, 불소수지 입자도 분쇄되어 그 노출면적이 커졌음을 알 수 있다.
도 5 및 표 1을 보면, 표면불소농도는 표면거칠기 Ra=0.05㎛ 부근에서 피크를 나타내며, 이보다 표면거칠기(Ra)가 커질 경우 및 작아질 경우 모두 표면불소농도가 저하된다. 표면거칠기(Ra)가 큰 경우는, 랩핑연마에 따른 불소수지 입자(45)의 노출부(45a) 분쇄가 충분하지 않아 표면불소농도가 그리 높아지지 않은 것이다. 한편 표면거칠기(Ra)가 작아지면 표면불소농도가 낮아지는 것은, 표면거칠기(Ra)를 작게 하기 위해서는 연마입자(57)의 입경을 작게 할 필요가 있으므로 도막 표면의 불소수지 입자(45)가 그 작은 연마입자(57)에 의해 연삭돼버리기 때문이다.
이상의 결과로부터, 표면거칠기(Ra)가 소정의 범위로 되도록 랩핑연마를 실시하는 것이, 표면불소농도를 높이는 데 효과적임을 알 수 있다. 또 표면불소농도를 미연마품보다 1.25배 이상 높이면, 습동특성은 현저하게 개선되나 1.25배 이상으로 하기 위해서는 표면거칠기(Ra)를 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또 상기 랩핑연마에 의한 표면거칠기(Ra)에는 연마입자(57)의 입경이 영향을 미치며, 일반적으로 입경 4㎛일 때 Ra=0.03㎛로, 입경 8㎛일 때 Ra=0.05㎛로, 입경 12㎛일 때 Ra=0.1㎛로, 입경 20㎛일 때 Ra=0.5㎛로 되는 점에서, 연마입자(57)의 입경은 3㎛ 이상 25㎛ 이하, 나아가 4㎛ 이상 12㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
-습동면(도막 표면) 하의 불소원소 존재율에 대하여-
상술한 바와 같이 본 발명에서는, 도막 표면에 랩핑연마를 실시함으로써 미연마품보다 표면불소농도를 높이는데, 이 미연마품의 표면불소농도는 습동면 하의(즉 도막 내부의) 불소원소 존재율에 상당한다. 그리고 이 습동면 하의 불소원소 존재율은, 당해 습동면을 연마하여 도막 내부를 노출시키고, 그 노출면에 존재하는 원소를 EDX로 분석함으로써 측정할 수 있다. 습동면 하의 도막 내부 노출은, 연마입자의 입경=20㎛, 랩핑압력=9.8kPa, 연마속도=1m/sec, 연마시간=30sec 조건으로 습동면을 랩핑연마함으로써 실시할 수 있다.
따라서 습동부재 습동면의 표면불소농도를 EDX로 측정하고, 이어서 그 습동면에 상기 조건으로 랩핑연마를 실시하여 도막 내부를 노출시킨 후, 이 노출면의 표면불소농도를 EDX로 측정하여, 전자의 표면불소농도가 후자보다 높을 때, 본 발명이 실시되었음을 확인할 수 있다.
-기타-
여기서, 상기 실시형태에서는 스러스트 플레이트(17)에 도막(43)을 형성했으나, 상기 실시형태와 마찬가지로 습동특성이 우수한 도막(43)을 상부 하우징(16)에 직접 형성하도록 해도 된다.
또 랩핑연마 대신 와니싱(varnishing)을 실시함으로써, 습동면의 표면불소농도를 높이도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 압축기 등의 습동부재에 대해 유용하다.

Claims (8)

  1. 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지며, 이 표층부(43)의 표면이 습동면을 구성하는 습동부재에 있어서,
    상기 표층부(43)의 습동면은, 이 표층부(43)와 랩핑정반(51)의 사이에 연마입자(57)를 분산시킨 연마액(58)을 개재시켜 가압상태에서 행하는 랩핑연마에 의해, 표면거칠기(Ra)가 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 되고,
    상기 습동면에 다수의 불소수지 입자(45)가 분산되어 노출되고, 이 불소수지 입자(45)의 노출부(45a)가 상기 매트릭스수지(44)에 매입된 부분보다 바깥쪽으로 이 습동면을 따라 넓어지는 것을 특징으로 하는 습동부재.
  2. 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지며, 이 표층부(43)의 표면이 습동면을 구성하는 습동부재에 있어서,
    상기 표층부(43)의 습동면은, 이 표층부(43)와 랩핑정반(51)의 사이에 연마입자(57)를 분산시킨 연마액(58)을 개재시켜 가압상태에서 행하는 랩핑연마에 의해, 표면거칠기(Ra)가 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 되고,
    상기 습동면의 불소원소 존재율이, 상기 표층부(43)의 습동면 아래 불소원소 존재율의 1.25배 이상인 것을 특징으로 하는 습동부재.
  3. 적어도 표층부(43)는 매트릭스수지(44) 중에 불소수지 입자(45)가 분산되어 이루어지는 소재(56)를 형성하며,
    상기 소재(56)의 표층부(43)와 랩핑정반(51)의 사이에 연마입자(57)를 분산시킨 연마액(58)을 개재시켜, 이 표층부(43) 표면을 가압상태에서 랩핑(lapping) 연마함으로써, 이 표층부(43)의 표면거칠기(Ra)를 0.03㎛ 이상 0.2㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 습동부재의 제조방법.
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