KR100915059B1

KR100915059B1 - 미끄럼 이동 부재 및 그것을 이용한 스크롤형 전동 압축기

Info

Publication number: KR100915059B1
Application number: KR1020080007370A
Authority: KR
Inventors: 히로시 다까야스; 노보루 바바; 겐이찌 오오시마; 도시아끼 야마나까
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-09-02
Also published as: CN101285469B; CN101285469A; KR20080092241A; JP2008261261A

Abstract

본 발명은 염소를 포함하지 않는 대체 냉매 또는 자연 냉매를 이용한 경우라도 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있어 장기 유지 보수 불요화를 행할 수 있는 미끄럼 이동 부재 및 그것을 이용한 스크롤형 전동 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명은, 소결 철로 형성한 미끄럼 이동 부재(8)의 표면에 산화 피막층(14)을 형성하고, 또한 산화 피막층(14)의 표면에 중간층(15)을 형성하여 산화물층(14A)을 형성시키고, 중간층(15) 상에 경질 탄소 피막층(16)을 형성한 것이다.

이상과 같이, 미끄럼 이동 부재(8)의 표면에, 산화 피막층(14), 산화물층(14A), 중간층(15), 경질 탄소 피막층(16)을 차례로 형성함으로써, 최종적으로 내마모성과 저마찰성이 우수한 경질 탄소 피막층(16)을 미끄럼 이동 부재(8)의 표면에 밀착시킬 수 있어, 장기 유지 보수 불요화를 행할 수 있는 것이다.

Description

미끄럼 이동 부재 및 그것을 이용한 스크롤형 전동 압축기 {SLIP MOVABLE MEMBER AND SCROLL TYPE MOTOR COMPRESSOR USING THE SAME}

본 발명은 미끄럼 이동 부재 및 그것을 이용한 스크롤형 전동 압축기에 관한 것으로, 특히 냉매 분위기 중에서 사용되는 미끄럼 이동 부재 및 그것을 이용한 스크롤형 전동 압축기에 관한 것이다.

통상, 스크롤형 전동 압축기는, 고효율, 저소음, 저진동에 우수한 것으로, 가정용 혹은 업무용의 양 분야에 있어서, 냉매를 압축시키는 공기 조절기, 급탕 설비, 자동 세탁기 등에 널리 채용되어 있다.

이러한 스크롤형 전동 압축기는, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 냉매 분위기 중에서 사용되는 미끄럼 이동 부재로서 스파이럴 곡선으로 형성된 랩을 갖는 고정 스크롤과, 동일한 랩을 갖는 선회 스크롤을 맞물리게 하여, 선회 스크롤을 선회시키는 구성을 하고 있다. 이들 양 스크롤을 맞물리게 함으로써, 양 스크롤 사이에는 몇 개의 압축실이 형성된다. 그리고, 이들 압축실은 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 용적이 점차 축소되고, 이들 압축실의 용적의 변화에 의해 냉매를 흡입하여 압축한 후, 배출하도록 구성되어 있다.

상기 구성의 스크롤형 전동 압축기는, 선회 스크롤이 자전하지 않고 선회 운동을 행할 수 있도록, 미끄럼 이동 부재이며 자전 규제 부재로 되는 올덤 링을, 선회 구동되는 선회 스크롤과 고정 부재와의 사이에 개재시켜 미끄럼 이동시키고 있다.

상기 구성의 스크롤형 전동 압축기에 있어서, 고정 스크롤, 선회 스크롤, 고정 부재, 올덤 링은 철계 재료로 형성되고, 사용되는 냉매로서는 화학적으로 안정적이며 가연성 및 독성이 없고, 게다가 염소를 포함하기 때문에 윤활성이 우수한 특정 프론 R12가 사용되어 왔다.

그러나, 특정 프론 R12는 분자 중에 염소 원자를 포함하여, 이것이 오존층의 파괴를 일으킴으로써, 염소를 포함하지 않는 불화 탄소 수소계(HFC ; Hydro Fluoro Carbon) 냉매가 대체 냉매로서 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 염소를 포함하지 않는 대체 냉매는, 염소에 의한 윤활 작용을 기대할 수 없기 때문에, 미끄럼 이동 부분의 윤활 부족에 의해 여러 문제점을 발생시킬 우려가 있으므로 스크롤형 전동 압축기의 보수 점검을 단기간마다 행해야 한다.

그래서, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 소결 철로 형성한 미끄럼 이동 부재의 표면을 스팀 처리한 후 기계 가공하고, 그 후 질화 처리하는 것이 제안되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2001-173578호 공보

상기 특허 문헌 1에 제안되어 있는 처리를 행함으로써, 내마모성이 향상된 고정밀도의 미끄럼 이동 부재를 얻을 수 있고, 그 결과 보수 점검 기간을 연장하는 것이 가능해진다.

그러나, 스크롤형 전동 압축기와 같은 밀폐 기기에서는, 장기 유지 보수 불요로 운전되는 것이 요망되고 있고, 내마모성의 가일층의 향상이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 염소를 포함하지 않는 대체 냉매를 이용한 경우라도, 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있어 장기 유지 보수 불요화를 행할 수 있는 미끄럼 이동 부재 및 그것을 이용한 스크롤형 전동 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 염소를 포함하지 않는 대체 냉매 또는 자연 냉매 분위기 중에서 사용되는 소결 철로 형성한 미끄럼 이동 부재의 표면에, 산화 피막층을 형성하고, 이 산화 피막층의 표면에 경질 탄소 피막층과의 밀착성이 우수한 중간층을 형성하여 산화 피막층과 중간층과의 계면에 산화물층을 형성시키고, 상기 중간층 상에 상기 경질 탄소 피막층을 형성한 것이다.

이상과 같이, 소결 철의 미끄럼 이동 부재의 표면에 산화 피막층을 형성함으로써, 소결재 특유의 기공을 밀봉하여 윤활유 중에서의 미끄럼 이동시의 유막 형성이 기공에 의해 저해되어 윤활 성능이 저하되는 것을 방지하고, 또한 산화 피막층과 중간층은 계면에 생성되는 산화물층에 의해 밀착성이 향상되고, 이 중간층 상에는 경질 탄소 피막층이 밀착되므로, 결과적으로 미끄럼 이동 부재에 대해 경질 탄소 피막층을 밀착시킬 수 있고, 그 결과 경질 탄소 피막층에 의해 내마모성과 저마찰성이 우수한 소결 철의 미끄럼 이동 부재를 얻을 수 있다. 따라서, 염소를 포함하지 않는 대체 냉매 또는 자연 냉매 분위기 중에서 소결 철의 미끄럼 이동 부재를 이용한 경우라도, 미끄럼 이동 부재의 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있어 장기 유지 보수 불요화를 행할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 미끄럼 이동 부재를 이용한 스크롤형 전동 압축기를 도시하는 종단면도.

도2는 도1의 스크롤형 전동 압축기에 이용하는 올덤 링을 도시하는 사시도.

도3은 도1의 스크롤형 전동 압축기의 가동부 중심을 도시하는 사시도.

도4는 본 발명을 적용한 올덤 링의 단면도.

도5는 도4의 부분 확대도.

도6은 마모량의 비교도.

도7은 마찰 계수의 변화의 비교도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐 용기

2 : 압축기부

4 : 선회 스크롤

4a, 5a : 받침판

4b, 5b : 스파이럴 형상 랩

4d : 배면 키 홈

5 : 고정 스크롤

6A : 상부 프레임

6B : 하부 프레임

6G : 받침대 키 홈

7 : 회전축

8 : 올덤 링

9 : 전동기

10 : 상부 키

11 : 하부 키

14 : 산화 피막층

14A : 산화물층

15 : 중간층

16 : 경질 탄소 피막층

45 : 압축실

이하 본 발명에 따른 미끄럼 이동 부재의 일 실시 형태를, 도1 내지 도5에 도시하는 스크롤형 전동 압축기의 올덤 링에 적용한 경우에 대해 설명한다.

스크롤형 전동 압축기는, 바닥부에 윤활유가 저류된 밀폐 용기(1)와, 이 밀폐 용기(1) 내에 설치되어 염소를 포함하지 않는 대체 냉매 또는 자연 냉매를 압축하는 압축기부(2)와, 이 압축기부(2)를 회전 구동하는 회전축(7)과, 이 회전축(7)을 구동하는 전동기(9)를 주요 구성 요소로 하여 종방향으로 배열한 종형의 스크롤형 전동 압축기이다.

염소를 포함하지 않는 대체 냉매로서는, R410a나 이산화탄소나 프로판 중 어느 하나가 이용된다.

압축기부(2)는 고정된 받침판(5a)에 스파이럴 형상 랩(5b)을 하향으로 직립시켜 형성한 고정 스크롤(5)과, 받침판(4a)에 스파이럴 형상 랩(4b)을 상향으로 직립시켜 형성한 선회 스크롤(4)을 구비하고, 이들 스파이럴 형상 랩(4b, 5b)을 서로 맞물리게 하여 설치하고 있다. 선회 스크롤(4)과 고정 스크롤(5)과의 사이에는, 스파이럴 형상 랩(4b, 5b)의 맞물림에 의해 압축실(45)이 형성된다. 고정 스크롤(5)의 외주측에는 흡입구(5d)를 형성하고, 중앙부에는 토출구(5e)를 형성하고 있다.

또한, 고정 스크롤(5)은 밀폐 용기(1)에 고정된 상부 프레임(6A)에 고정되고, 선회 스크롤(4)은 고정 스크롤(5)과 상부 프레임(6A)과의 사이에 유동적으로 배치되어 있다. 고정 스크롤(5) 및 상부 프레임(6A)은, 주철(鑄鐵) 또는 Si를 5 내지 15 중량 ％ 포함하는 Al기 합금으로 형성되어 있다.

상기 선회 스크롤(4)은, 미끄럼 이동 부재이며 자전 방지 기구로서의 올덤 링(8)에 의해 자전하는 것이 방지되어 있고, 이 올덤 링(8)은 상하면에 각각 주위 방향의 움직임을 규제하는 상부 키(10)와 하부 키(11)를 갖고, 상부 키(10)는 선회 스크롤(4)의 받침판(4a)의 스파이럴 형상 랩(4b)과는 반대측에 하향으로 형성된 배면 키 홈(4d)과 결합되고, 하부 키(11)는 상부 프레임(6A)의 상면측에 형성한 받침대 키 홈(6G)과 결합되어 있다. 또한, 이들 상부 키(10)와 하부 키(11)는, 서로 직각을 이루는 방향으로 형성되어 있다.

회전축(7)은, 상하 방향의 중간부에 전동기(9)의 회전자(9a)를 고정하는 주축부(7a)와, 그 상방에 압축기부(2)에 결합된 크랭크축부(7b)를 갖고, 크랭크 부분에는 평형추(3)가 고정되어 있다. 그리고, 이 회전축(7)은 상부를 베어링[6C(6C₁, 6C₂)]을 사이에 두고 상부 프레임(6A)에 회전 가능하게 지지되고, 하부는 베어링(6d)을 사이에 두고 밀폐 용기(1) 내의 하방에 고정된 하부 프레임(6B)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 회전축(7)의 크랭크축부(7b)의 단부는, 선회 스크롤(4)의 하면측에 형성한 편심 구멍(3e)에 베어링(4c)을 개재시켜 결합되어 있다.

이 밖에, 회전축(7)에는 밀폐 용기(1) 내의 바닥부에 저류한 윤활유를 압력차를 이용하여 베어링(6d, 6C, 4c), 배면 키 홈(4d), 받침대 키 홈(6G) 및 압축기부(2)에 공급할 수 있도록, 축 중심부에 상하로 관통하여 형성한 오일 통로(7d)와, 이 오일 통로(7d)의 하단부에 접속되고 저류된 윤활유에 침지된 오일 도입관(7c)을 구비하고 있다.

또한, 전동기(9)는 상기 회전자(9a)의 외주면측에 미소 공극을 사이에 두고 대향하고 상기 밀폐 용기(1)에 고정된 고정자(9b)를 갖고 있다.

상기 구성의 스크롤형 전동 압축기에 있어서, 전동기(9)에 의해 회전축(7)이 회전 구동되어 압축기부(2)가 기동되면, 선회 스크롤(4)은 크랭크축부(7b)의 편심 회전에 의해, 올덤 링(8)의 규제에 의해 자전하는 일 없이, 고정 스크롤(5)에 대해 선회 운동을 행한다. 이 선회 스크롤(4)의 선회 운동에 의해, 외부의 냉동 사이클의 냉매 가스는, 흡입구(5d)에 접속된 흡입관(12)을 경유하여 스파이럴 형상 랩(4b, 5b) 사이의 압축실(45) 내에 도입되어 압축되고, 토출구(5e)로부터 밀폐 용기(1) 내를 경유하여 토출관(13)에 접속된 외부의 냉동 사이클에 공급된다.

그리고, 밀폐 용기(1) 내부가 고압의 냉매 가스로 채워지면, 밀폐 용기(1)의 바닥부에 저류하는 윤활유는, 회전축(7)의 오일 도입관(7c)과 오일 통로(7d)를 경유하여 상기 베어링(6d, 6C, 4c), 배면 키 홈(4d), 받침대 키 홈(6G) 및 압축기부(2)에 공급되고, 이들 미끄럼 이동부를 윤활한다.

그런데, 기동시나, 냉매 가스의 토출 압력이 높은 경우에는, 윤활유의 공급이 불충분한 상태로 된다. 이로 인해, 윤활유 부족에 의해 상기 미끄럼 이동부에 급속한 마모나 소부(燒付) 등이 발생할 우려가 있다.

그래서 본 실시 형태에 있어서는, 소결 철로 형성된 올덤 링(8)에 1차 스팀 처리하여 상부 키(10) 및 하부 키(11)의 표면을 절삭 및 연삭 가공하고, 다음에 2차 스팀 처리하여 스팀 처리층이 소멸되지 않는 범위에서 지립 마무리한다. 이들 스팀 처리에 의해 상부 키(10) 및 하부 키(11)의 표면에 산화 피막층(14)이 형성된다. 그 후, 산화 피막층(14)의 표면에 Cr, Si, Ti, TiC, SiC 등 중 어느 하나를 주성분으로 하는 중간층(15)을 형성시키면, 산화 피막층(14)과 중간층(15)의 성분이 반응하여 계면에 산화물층(14A)이 형성되어 양 층의 밀착성을 높인다. 이와 같이 하여 밀착된 중간층(15) 상에 스퍼터(증착)법으로 경질 탄소 피막(DLC 피막 : Diamond-Like-Carbon 피막)층(16)을 형성한 것이다.

이와 같이 올덤 링(8)의 상부 키(10) 및 하부 키(11)의 표면을 처리함으로써, 유막이 형성되지 않는 상태에 있어서의 미끄럼 이동 부분의 내마모성이나 내소부성을 향상시켜 기기의 신뢰성을 확보할 수 있는 동시에, 저마찰이 되므로 기기의 미끄럼 이동성이 향상되어 원활한 스크롤 운동을 얻을 수 있다.

즉, 소결 철제의 올덤 링(8)의 표면을 스팀 처리함으로써, 산화 피막층(14)을 형성하여 소결재 특유의 기공을 밀봉하고, 이에 의해 미끄럼 이동시에 기공에 윤활유가 침입함으로써 생기는 유막 끊김을 방지하여 윤활 작용의 저하를 방지하는 것이다.

또한, 스팀 처리하여 형성한 산화 피막층(14) 상에, 경질 탄소 피막층(16)과의 밀착성이 좋은 예를 들어 Cr에 의한 중간층(15)을 형성한다. 중간층(15)을 형성함으로써, 도5에 도시하는 바와 같이 산화 피막층(14)의 산소와 중간층(15)의 Cr이 반응하여 CrO, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃ 등의 산화물층(14A)이 형성되고, 중간층(15)은 이 산화물층(14A)을 통해 산화 피막층(14)에 밀착한다. 이와 같이 하여 보유 지지된 중간층(15) 상에 경질 탄소 피막층(16)을 형성함으로써, 경질 탄소 피막층(16)은 밀착성이 좋은 중간층(15)을 사이에 두고 산화 피막층(14)에 밀착하고, 결과적으로 경질 탄소 피막층(16)은 올덤 링(8)에 밀착하게 된다. 따라서, 경질 탄소 피막층(16)이 갖는 본래의 내마모성과 저마찰성을 발휘할 수 있고, 스크롤형 전동 압축기의 기동시에 있어서의 무급유 상태에서의 유막 끊김에 기인하는 상부 키(10) 및 하부 키(11)와의 미끄럼 이동 부분에 있어서의 스커핑에 의한 마모나 소부를 방지하여 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있어, 미끄럼 이동 부분의 장기에 걸친 유지 보수 불요화를 실현할 수 있다.

그런데, 상기 스팀 처리(수증기 처리)는 500 내지 600 ℃의 수증기 분위기 중에, 소결 철제의 올덤 링(8)을 약 1시간 노출시키고, 철을 산화시켜 사산화철의 산화 피막층(14)을 형성시키는 것이다. 그리고, 소결 철은 철 분말을 압축 성형한 후 소성하는 것으로, 성형품에는 철 분말 사이에 기공이 다수 존재한다. 따라서, 스팀 처리에 의한 사산화철의 피막층은 성형품의 표면뿐만 아니라 기공의 내부에도 형성되어 기공을 막는 것이 되어, 윤활유를 공급한 경우, 기공 내에 윤활유가 침입함으로써 생기는 유막 끊김은 없어진다. 동시에, 표면 경도도 증가하여 내마모성을 향상시킬 수 있어 기기의 수명 장기화가 도모되는 동시에, 산화 피막층(14)에 의한 방청 기능도 발휘할 수 있다.

또한, 경질 탄소 피막층(16)은, 종래는 마그네트론 스퍼터법이 이용되고 있었다. 이 방법은, 전기장에 대해 직교하는 폐자기장을 형성하도록, 경질 탄소 피막층(16)의 원료의 이면에 자석을 배치하고, 그 자기장에 의해 글로 방전으로 발생된 전자를 가두어 원료의 표면 가까이에 고밀도 플라즈마를 만들어 높은 스퍼터 효율, 다시 말하면 높은 성막 속도로 경질 탄소 피막층(16)을 형성하는 것이다.

본 실시 형태에 있어서는, 이 마그네트론 스퍼터법을 발전시킨 언밸런스 마그네트론 스퍼터법을 이용하여 경질 탄소 피막층(16)을 형성하였다. 구체적으로는, 경질 탄소 피막층(16)의 원료의 이면에 배치하는 자석의 강도를, 내측과 외측에서 변화시켜 언밸런스한 자기장을 만든 상태에서 자력선을 기판까지 도달시켜, 플라즈마가 기판의 부근까지 확산하도록 한 것이다. 그 결과, 성막 중에, 기판에 조사되는 Ar 이온이 증가하여, 피막의 특성 개선이나 밀착성의 향상이 가능해지는 것이다. 본 실시 형태에 따른 경질 탄소 피막층(16)의 유지는, 스팀 처리층에 의한 산화 피막층(14) 상에, 예를 들어 Cr을 주성분으로 하는 중간층(15)을 형성하여 바이어스 전압을 조정함으로써, 중간층(15)의 밀착력을 조정하여 확보된다.

그런데, 각 층의 두께는, 중간층(15) < 경질 탄소 피막층(16) < 산화 피막층(14)의 관계에 있고, 본 실시 형태에 있어서 올덤 링(8)의 표면에 스팀 처리하여 형성되는 산화 피막층(14)은, 표면 거칠기를 0.5 ㎛ 이하로 함으로써, 최외측 표면에 형성되는 경질 탄소 피막층(16)과의 밀착성을 향상시키는 동시에, 경질 탄소 피막층(16)도 평활해지므로, 미끄럼 이동 상대재인 받침판(4a)이나 받침대 키 홈(6G)을 손상시키는 일 없이, 저마찰, 고경도 특성을 발휘할 수 있어, 기기의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 산화 피막층(14)의 표면 거칠기가 0.5 ㎛ 이상이 되면, 경질 탄소 피막층(16)이 중간층(15)을 통해 산화 피막층(14)의 표면 거칠기를 따라 형성되어 버리므로, 미끄럼 이동 상대재와의 마찰이 커져 박리되어 저마찰을 확보할 수 없게 될 우려가 있다.

또한, 중간층(15)은, 올덤 링(8)과 경질 탄소 피막층(16)의 조성을 경사화, 즉 경질 탄소 피막층(16)의 형성시의 큰 내부 응력을 완화하는 것이며, 그 두께는 50 ㎚ 미만이 되면 내부 응력의 완화 효과가 작아지고, 반대로 500 ㎚ 이상 두꺼워지면 그 표면에 밀착하는 경질 탄소 피막층(16)의 경도를 저하시켜 내마모성을 저하시키는 것이 되므로, 두께를 50 내지 500 ㎚의 범위 내로 설정하는 것이 필요하다. 또한, 올덤 링(8)과 중간층(15)과의 사이에 탄화물층이 형성되면, 중간층(15)이 취약해지고, 또한 중간층(15) 상의 경질 탄소 피막층(16)이 박리되기 쉬워지므로, 올덤 링(8)과 중간층(15)과의 사이에는 스팀 처리하여 형성한 산화 피막층(14)과, 이 산화 피막층(14)의 산소와 중간층(15)의 주성분인 Cr을 반응시켜 CrO, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃ 등의 산화물층(14A)을 적극적으로 생성하는 것이 바람직하다.

또한, 경질 탄소 피막층(16)의 성분 중에 Al 또는 Si를 첨가함으로써, 경질 탄소 피막층(16)의 영률을 작게 할 수 있으므로, 경질 탄소 피막층(16)의 내부 응력을 완화하여, 내부에 변형 에너지를 탄성적으로 축적할 수 있다. 그 결과, 중간층(15)과의 밀착성이 높아지고, 경질 탄소 피막층(16)의 본래의 저마찰, 고경도 특성을 발휘할 수 있어, 기기의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 경질 탄소 피막층(16)의 경도를 HV 1500 내지 2500, 영률을 150 내지 200 ㎬로 함으로써, 내부 응력을 저감시킬 수 있고, 또한 경질 탄소 피막층(16)에 인성(靭性)을 부여할 수 있으므로, 더욱 저마찰, 고경도 특성을 발휘할 수 있다.

다음에, 도6을 기초로 하여, 본 실시 형태 A에 의한 경질 탄소 피막층(16)의 마모량과 종래 기술 B에 의한 마모량과의 시험 결과를 설명한다.

시험편은, 가동편으로서 철계 소결재로 하고, 종래 기술은 스팀 처리를 실시하여 산화 피막층(14)을 형성한 상태, 본 실시 형태에서는 스팀 처리하여 산화 피막층(14)을 형성한 후, 도5에 도시하는 바와 같이 중간층(15)의 형성에 의한 산화물층(14A)의 형성, 및 경질 탄소 피막층(16)을 형성하였다. 한편, 고정편에는 고속도 공구 강(SKH51)을 이용하여 가동편과 미끄럼 이동시켰다.

마모량의 측정은, 고압 분위기 마모 시험기를 이용하여, 윤활유가 존재하지 않는 이산화탄소 냉매 분위기 중에서 행하고, 가동편과 고정편과의 시험 면압이 9.8 ㎫, 미끄럼 이동 속도가 0.12 ㎧, 시험 시간은 5시간을 목표로 하였다.

시험 결과는, 종래 기술 B는 약 2.5시간에 허용 마모량에 도달하고, 본 실시 형태 A는 5시간 경과해도 그 마모량은 10 ㎛ 이하였다.

이상의 시험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태 A는 경질 탄소 피막층(16)의 결정 구조가 다이아몬드 구조와 함께 그라파이트 구조로 되어 있는 것으로, 윤활유가 존재하지 않는 분위기 중임에도 불구하고 내마모성이 우수한 것이 확인되었다.

도7은 본 실시 형태 A와 종래 기술 B와의 시험 시간에 대한 마찰 계수의 변화를 나타내는 것이다.

마모 시험편은 상술한 가동편과 고정편과 동일한 것을 이용하고, 시험 조건도 동일한 것으로 하였다. 그 결과, 본 실시 형태 A의 마찰 계수는, 종래 기술 B에 비해 약 0.15로 작고, 약 1/4의 저마찰인 것이 명백해졌다.

이상의 시험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태 A는 경질 탄소 피막층(16)의 결정 구조가 다이아몬드 구조와 함께 그라파이트 구조로 되어 있는 것으로, 윤활유가 존재하지 않는 분위기 중임에도 불구하고 저마찰로 우수한 것이 확인되었다.

또한, 이상의 시험을 근거로 하여, 도4 및 도5에 도시하는 구성의 올덤 링(8)을 스크롤형 전동 압축기에 내장하여 스커핑의 스크리닝 시험을 행하였다. 그 시험은, 염소를 포함하지 않는 대체 냉매로서의 R410A와 합성 윤활유 중에서의 희석률이 높은 환경에서 기동 정지를 모의한 가혹한 시험이었지만, 그 시험 결과는 올덤 링(8)의 상부 키(10)와 하부 키(11)나 선회 스크롤(4)의 키 홈(4d) 및 상부 프레임(6A)의 받침대 키 홈(6G)의 각 미끄럼 이동 부분에는, 이상 마모 및 그에 수반되는 각종 손상은 확인되지 않고 건전해, 스크롤형 전동 압축기의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 또한, R410A 대신에 이산화탄소 냉매를 이용한 스커핑의 스크리닝 시험도 행하였지만, 이상 마모는 보이지 않았다.

이 밖에, 염소를 포함하지 않는 대체 냉매로서 R410A나 R134a, 자연 냉매인 프로판이나 이산화탄소를 이용해도, 경질 탄소 피막층(16)이 갖는 자기 윤활성, 저마찰 계수, 내마모성이 발휘되므로, 각 미끄럼 이동 부분에 윤활유가 존재하지 않는 상태에서의 스커핑이나 소부는 확인되지 않고, 또한 혼합 윤활이나 유체 윤활에 있어서도 장기적인 내마모성이 얻어졌다.

그런데, 스크롤형 전동 압축기 내부에 주입되어 있는 윤활유에는, 냉동 사이클의 분위기 중에 있어서 냉매가 용해되어 있다. 냉매의 윤활유 중에 용해되는 양은, 냉매나 윤활유의 조합에도 의존하지만, 통상은 냉매 압력이 높을수록 윤활유 중에의 용해량은 크다. 이 냉매의 윤활유 중에의 용해량이 많아지면, 윤활유의 점도는 작아지므로, 냉매 압력이 높은 분위기에서는 마찰 미끄럼 이동이 가혹해진다. 그러나, 본 실시 형태에 따르면, 이러한 가혹한 조건에도 좌우되지 않고 스커핑 등의 현상을 회피할 수 있다.

Claims

염소를 포함하지 않는 대체 냉매 분위기 중에서 사용되는 소결 철의 표면에, 산화 피막층을 형성하고, 그 위에 경질 탄소 피막층과의 밀착성이 우수한 중간층을 형성하여 상기 산화 피막층과 중간층과의 계면에 산화물층을 형성하고, 상기 중간층의 표면에 상기 경질 탄소 피막층을 형성한 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서, 상기 산화 피막층은 소결 철의 표면을 스팀 처리하여 형성한 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제2항에 있어서, 상기 산화 피막층은 소결 철을 스팀 분위기 중에 노출시켜 산화시킨 사산화철인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 산화 피막층은 표면 거칠기가 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서, 상기 중간층은 Cr, Si, Ti, TiC, SiC 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서, 상기 산화물층은 상기 산화 피막층의 산소와 상기 중간층의 주성분인 Cr을 반응시켜 생성한 CrO, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서, 상기 중간층의 두께는 50 내지 500 ㎚의 범위 내로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서, 상기 경질 탄소 피막층은, 경도가 HV 1500 내지 2500이고, 영률이 150 내지 200 ㎬인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제1항에 있어서, 상기 경질 탄소 피막층은 Al 또는 Si가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
염소를 포함하지 않는 대체 냉매 또는 자연 냉매 분위기 중에서 사용되는 소결 철의 표면에, 지립 마무리한 산화 피막층을 형성하고, 이 산화 피막층 상에 경질 탄소 피막층과의 밀착성이 우수한 중간층을 형성하여 상기 산화 피막층과 중간층과의 계면에 산화물층을 형성하고, 또한 중간층의 표면에 경질 탄소 피막층을 형성한 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제10항에 있어서, 상기 산화 피막층은 소결 철의 표면을 스팀 처리하여 형성한 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제11항에 있어서, 상기 산화 피막층은 소결 철을 스팀 분위기 중에 노출시켜 산화시킨 사산화철인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 산화 피막층은 표면 거칠기가 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제10항에 있어서, 상기 중간층은 Cr, Si, Ti, TiC, SiC 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제10항에 있어서, 상기 산화물층은 상기 산화 피막층의 산소와 상기 중간층의 주성분인 Cr을 반응시켜 생성한 CrO, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제10항에 있어서, 상기 중간층의 두께는 50 내지 500 ㎚의 범위 내로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제10항에 있어서, 상기 경질 탄소 피막층은, 경도가 HV 1500 내지 2500이고, 영률이 150 내지 200 ㎬인 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
제10항에 있어서, 상기 경질 탄소 피막층은 Al 또는 Si가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.
올덤 링에 의해 자전이 규제된 선회 스크롤과, 이 선회 스크롤에 맞물려 냉매를 압축하는 고정 스크롤을 구비한 스크롤형 전동 압축기에 있어서, 상기 냉매를 염소를 포함하지 않는 대체 냉매 또는 자연 냉매로 하고, 상기 올덤 링을 소결 철로 형성하는 동시에, 이 올덤 링의 표면에, 산화 피막층, 경질 탄소 피막층과의 밀착성이 우수한 중간층을 형성하고, 상기 산화 피막층과 중간층을 반응시켜 상기 산화 피막층과 중간층과의 계면에 산화물층을 형성하고, 또한 중간층의 표면에 경질 탄소 피막층을 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제19항에 있어서, 상기 산화 피막층은 소결 철의 표면을 스팀 처리하여 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제20항에 있어서, 상기 산화 피막층은 소결 철을 스팀 분위기 중에 노출시켜 산화시킨 사산화철인 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 산화 피막층은 표면 거칠기가 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제19항에 있어서, 상기 중간층은 Cr, Si, Ti, TiC, SiC 중 어느 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제19항에 있어서, 상기 산화물층은 상기 산화 피막층의 산소와 상기 중간층의 주성분인 Cr을 반응시켜 생성한 CrO, Cr₂O₃, CrO₂, CrO₃ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제19항에 있어서, 상기 중간층의 두께는 50 내지 500 ㎚의 범위 내로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제19항에 있어서, 상기 경질 탄소 피막층은 경도가 HV 1500 내지 2500이고, 영률이 150 내지 200 ㎬인 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
제19항에 있어서, 상기 경질 탄소 피막층은 Al 또는 Si가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 전동 압축기.
염소를 포함하지 않는 대체 냉매 분위기 중에서 사용되는 소결 철의 표면에, 소결재의 기공을 밀봉하는 산화 피막층을 형성하고, 이 산화 피막층과의 밀착력을 확보하여 경질 탄소 피막층과의 밀착성이 우수한 중간층을 상기 산화 피막층 상에 형성하고, 이 중간층 상에 상기 경질 탄소 피막층을 형성한 것을 특징으로 하는 미끄럼 이동 부재.