KR101139345B1

KR101139345B1 - 압축기용 사판

Info

Publication number: KR101139345B1
Application number: KR1020040085083A
Authority: KR
Inventors: 지용준
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2004-10-23
Filing date: 2004-10-23
Publication date: 2012-04-26
Also published as: KR20060035984A

Abstract

본 발명은 압축기용 사판에 관한것으로서, 더욱 상세하게는 사판의 표면에 강도 및 내열성이 우수한 폴리 에테르?에테르?케톤 코팅층을 형성하고 그 위에 윤활성이 우수한 고체윤활제를 함유한 수지 코팅층을 형성하여 2층 구조로 이루어진 코팅층을 형성함으로서, 고속 및 고하중에서도 윤활성과 내마모성이 우수한 압축기용 사판에 관한 것이다.

이에 본 발명은 하우징(10)(10a)의 내부에서 구동축(30)과 함께 회전하도록 설치되고 실린더블록(20)(20a)의 보어(21)에 구비된 다수의 피스톤(50)을 왕복운동시키는 사판(100)을 포함하여 이루어진 압축기에 있어서, 상기 사판(100)의 표면에는 코팅층(110)이 형성되되, 상기 코팅층(110)은 폴리 에테르?에테르?케톤층(111)과 고체윤활제를 함유한 수지층(112)이 2층 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

압축기, 사판, 코팅층, 폴리 에테르?에테르?케톤, 고체윤활제, 수지

Description

압축기용 사판{Swash plate for compressor}

도 1 은 종래의 압축기를 나타내는 단면도,

도 2 는 본 발명에 따른 압축기용 사판을 나타내는 단면도,

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1: 압축기 10: 전방하우징

10a: 후방하우징 11: 흡입실

12: 토출실 20: 전방실린더블록

20a: 후방실린더블록 21: 보어

22: 흡입통로 23: 연결통로

24: 사판실 25: 지지공

26: 베어링 30: 구동축

40,100: 사판 45: 슈

50: 피스톤 60: 밸브플레이트

61: 흡입밸브 62: 토출밸브

70: 머플러 71: 냉매흡입구

72: 냉매토출구

110: 코팅층 111: PEEK 코팅층

112: 고체윤활제를 함유한 수지 코팅층

일반적으로 자동차 공조장치의 압축기로 많이 사용되고 있는 사판식 압축기는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받는 구동축이 회전하고 이때 구동축에 경사지게 설치된 디스크 형상의 사판이 회전하게 되며, 이 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈를 개재하여 설치된 다수의 피스톤들이 실린더블록에 형성된 다수의 보어 내부에서 직선 왕복운동함으로써, 증발기로부터 냉매를 흡입/압축하여 응축기쪽으로 토출하도록 구성된다.

이러한 사판식 압축기를 도 1 을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 상기 사판식 압축기(1)는 전방 실린더블록(20)이 내장된 전방 하우징(10)과, 상기 전방 하우징(10)과 결합되며 후방 실린더블록(20a)이 내장된 후방 하우징(10a)으로 구성된다.

그리고, 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)은 내부에 다수의 보어(21)가 구 비되고, 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)의 서로 대응하는 보어(21)에는 피스톤(50)들이 직선 왕복운동하도록 결합됨과 아울러 상기 피스톤(50)들은 구동축(30)에 경사지게 결합된 사판(40)의 외주에 슈(45)를 개재하여 결합된다.

따라서, 상기 구동축(30)과 함께 회전하는 사판(40)에 연동하여 상기 피스톤(50)들은 전,후방 실린더블록(20)(20a)의 보어(21) 내부를 왕복하게 된다.

그리고, 상기 전,후방 하우징(10)(10a)과 전,후방 실린더블록(20)(20a) 사이에는 흡입밸브(61)와 토출밸브(62)를 가진 밸브유니트(60)가 각각 설치된다.

그리고, 상기 흡입밸브(61) 및 토출밸브(62)와 대응하여 상기 전,후방 하우징(10)(10a)의 내부에는 흡입실(11) 및 토출실(12)이 각각 형성된다.

또한, 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a) 사이에 구비된 사판실(24)로 공급되는 냉매가 상기 각 흡입실(11)로 유동할 수 있도록 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)에는 다수의 흡입통로(22)가 형성되며, 상기 전,후방 하우징(10)(10a)의 토출실(12)은 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)에 형성된 연결통로(23)에 의해 상호 연통된다.

따라서, 상기 피스톤(50)의 왕복운동에 따라 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)의 보어(21)내에서 동시에 냉매의 흡입 및 압축이 수행될 수 있는 것이다.

그리고, 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)의 중앙에는 구동축(30)을 지지할 수 있도록 지지공(25)이 형성되고, 상기 지지공(25) 내에는 니들롤러베어링(26)이 개재되어 상기 구동축(30)을 회전가능하게 지지하고 있다.

한편, 상기 후방 하우징(10a)의 외주면 상부에는 피스톤(50)의 흡입행정시 증발기로부터 이송된 냉매를 압축기(1) 내부로 공급하고, 피스톤(50)의 압축행정시에는 압축기(1) 내부에서 압축된 냉매를 응축기 쪽으로 토출하도록 머플러(70)가 설치된다.

따라서, 증발기로부터 공급되는 냉매는 상기 머플러(70)의 흡입부로 흡입된 후 냉매흡입구(71)를 통해 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a) 사이의 사판실(24)로 공급되고, 상기 사판실(24)로 공급된 냉매는 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)에 형성된 흡입통로(22)를 따라 상기 전,후방 하우징(10)(10a)의 흡입실(11)로 유동하게 된다.

이후, 상기 피스톤(50)의 흡입행정시 상기 흡입밸브(61)가 열리게 되는데, 이때 상기 흡입실(11)의 냉매가 상기 보어(21) 내로 흡입된다.

그리고, 피스톤(50)의 압축행정시 상기 보어(21)내로 유입된 냉매가 압축되게 되는데, 이때 상기 토출밸브(62)가 열리면서 냉매가 상기 전,후방 하우징(10)(10a)의 토출실(12)로 유동하게 되고 최종적으로 상기 머플러(70)의 냉매토출구(72)를 통해 머플러(70)의 토출부로 토출된 후 응축기로 유동하게 되는 것이다.

한편, 상기 전방 실린더블록(20)의 보어(21)내에서 압축된 냉매는 상기 전방 하우징(10)의 토출실(12)로 유동한 후 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)에 형성된 연결통로(23)를 따라 상기 후방 하우징(10a)의 토출실(12)로 유동하여 이곳의 냉매와 함께 상기 냉매토출구(72)를 통해 머플러(70)의 토출부로 토출된다.

이러한, 상기 압축기(1)는 엔진의 동력을 전달받아 상기 구동축(30)이 고속으로 회전하게 되고, 이와 함께 상기 사판(40)도 고속 회전하게 되는데, 이 과정에서 상기 사판(40)은 사판(40)의 외주에 결합된 슈(45)와의 마찰에 의해 습동면에서 마모가 발생하여 내구성이 저하됨과 동시에 마찰열 등에 의해 압축기(1)의 전체성능을 저하시키는 원인이 된다.

따라서, 압축기(1)의 경우에는 상기 사판(40) 습동면의 윤활성과 압축강도 및 충격강도 등을 향상하기 위해 상기 사판(40)의 표면에 코팅층을 형성하게 되는데,

이처럼 상기 사판(40)의 표면에 코팅층을 형성한 일예로,

미국 특허 US658488 는 상기 사판(40)의 표면에 폴리 에테르?에테르?케톤(Poly ether ether ketone; 이하, "PEEK"라 한다)과 고체윤활제가 혼합된 코팅층을 형성하였다.

여기서, 상기 PEEK 수지에 대해 간략히 설명하면, PEEK 수지는 용해 성형 가능한 결정성 수지로서는 가장 높은 내열성을 가지며, 게다가 내피로성, 내환경성, 난소성(부식성 가스를 내지 않고 연기의 발생도 적다) 등이 뛰어나고, 기계적 성질은 강성과 함께 신장율도 크고, 내충격성이 뛰어나 지극히 강인한 재료로서, 전기?전자분야, 항공우주 분야 등, 엄한 조건하에서 고성능을 요구하는 분야에 많이 사용되고 있다.

또한, 상기 고체윤활제로는 이황화몰리브덴(MoS2), 그래파이트, 이황화텅스텐(WS2), 질화붕소(BN), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 등을 이용하고 있다.

그리고, 상기 순수 PEEK 수지의 융점은 340℃ 내외로써 이들 수지를 분말 상태로 코팅하여 대략 400℃ 정도로 가열하여 분말수지를 녹여서 사판(40)의 표면에 PEEK수지 코팅층을 형성하게 된다.

또한, 상기 사판(40)의 습동면의 윤활성을 향상시키기 위하여 상기에서 언급한 고체윤활제를 PEEK수지에 첨가/혼합하여 사용하고 있다.

그러나, 상기 코팅층의 경우 PEEK수지내에 고체윤활제가 분산되어 있기 때문에 PEEK수지의 결합력을 약하게 함으로서 고속 및 고하중 조건에서 고체윤활제를 포함하고 있는 PEEK수지 코팅층이 쉽게 파괴되는 문제점이 있다.

이러한 문제점으로 인하여 PEEK수지내에 고체윤활제의 첨가량에 한계가 있어서 오일이 부족하거나 전혀없는 상황에서 우수한 윤활특성을 발휘하는데에도 한계가 있었으며, 결국 내구성 저하로 이어지는 문제가 있었다.

상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상기 사판의 표면에 강도 및 내열성이 우수한 PEEK 코팅층을 형성하고 그 위에 윤활성이 우수한 고체윤활제를 함유한 수지 코팅층을 형성하여 2층 구조로 이루어진 코팅층을 형성함으로서, 고속 및 고하중에서도 윤활성과 내마모성이 우수한 압축기용 사판을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하우징의 내부에서 구동축과 함께 회전하도록 설치되고 실린더블록의 보어에 구비된 다수의 피스톤을 왕복운동시키는 사판을 포함하여 이루어진 압축기에 있어서, 상기 사판의 표면에는 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층은, 폴리 에테르?에테르?케톤층으로 이루어진 제1코팅층과, 고체윤활제를 함유한 수지층으로 이루어진 제2코팅층의 2층 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래에 있어서와 동일한 부분에 대해서는 종래 도면을 참조함과 동시에 동일부호를 부여하여 설명하고, 그 반복되는 설명은 생략한다.

도 2 는 본 발명에 따른 압축기용 사판을 나타내는 단면도이다.

본 발명이 적용되는 사판식 압축기(1)는 사판(100)을 제외한 모든 구성이 종래의 압축기(1)와 동일하며, 여기서, 도 1 을 참조하여 압축기(1)의 전체구성을 간략히 설명하면,

본 발명에 따른 압축기(1)는 전,후방 실린더블록(20)(20a)으로 이루어진 실린더블록(20)(20a)과, 상기 실린더블록(20)(20a)을 내장하며 그 전,후방에 각각 결합되는 전,후방하우징(10)(10a)과, 상기 실린더블록(20)(20a)에 회전가능하게 지지되는 구동축(30)과, 상기 구동축(30)과 함께 회전하는 사판(100)과, 상기 실린더블록(20)(20a)의 보어(21)내를 왕복운동하는 다수의 피스톤(50)으로 구성된다.

이러한 압축기(1)는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 구동된다.

먼저, 상기 실린더블록(20)(20a)은 내부에 동심원으로 배열되는 다수의 보어(21)가 형성된 전방 실린더블록(20)과 후방 실린더블록(20a)이 상호 마주하도록 결 합된다.

이때, 상기 전방 실린더블록(20)과 후방 실린더블록(20a) 사이의 내부 공간은 사판실(24)을 형성하게 된다.

그리고, 상기 전,후방 실린더블록(20)(20a)의 중앙에는 상기 구동축(30)을 지지하는 지지공(25)이 형성되고, 상기 지지공(25)내에는 베어링(26)이 설치되어 상기 구동축(30)을 회전가능하게 지지한다.

또한, 상기 후방하우징(10a)의 외측면에는 토출냉매의 압력을 강하시켜 소음 저감을 더욱 향상하기 위해 머플러(70)가 더 구비될 수도 있다.

상기 머플러(70)에는 외부의 냉매를 상기 사판실(24)로 공급하기 위한 냉매흡입구(71) 및 압축기(1) 내부에서 압축된 냉매를 외부로 토출하기 위한 냉매토출구(72)가 형성되어 있다.

한편, 상기 실린더블록(20)(20a)에는 아래에서 설명될 전,후방 하우징(10)(10a)의 토출실(12)을 연통시키는 연결통로(23)가 형성된다.

다음으로, 상기 전,후방 하우징(10)(10a)은 상기 실린더블록(20)(20a)의 전,후방에 각각 결합되며 내측에는 흡입실(11)과 토출실(12)이 각각 형성되어 있다.

한편, 상기 전방 하우징(10)의 중앙으로는 상기 구동축(30)의 일단이 통과하게 되며, 상기 구동축(30)의 일단은 도시되지 않은 전자클러치 조립체와 결합된다.

그리고, 상기 실린더블록(20)(20a)과 전,후방 하우징(10)(10a) 사이에는 흡입밸브(61)와 토출밸브(62)가 구비된 밸브유니트(60)가 설치되어, 상기 피스톤(50)의 흡입행정시 상기 흡입밸브(61)가 열리게 되어 상기 흡입실(11)의 냉매가 상기 보어(21) 내부로 흡입되고, 상기 피스톤(50)의 압축행정시에는 상기 토출밸브(62)가 열리게 되어 상기 보어(21) 내부에서 압축된 냉매가 상기 토출실(12)로 토출된다.

계속해서, 상기 구동축(30)은 상기 실린더블록(20)(20a)에 구비된 베어링(26)에 회전가능하게 설치되며, 상기 구동축(30)상에는 일정한 각도로 경사지게 형성된 사판(100)이 구비되어 상기 사판실(24)내에서 회전하게 된다.

그리고, 상기 피스톤(50)은 상기 사판(100)의 외주에 슈(45)를 개재하여 장착되며 사판(100)의 회전에 연동하면서 상기 실린더블록(20)(20a)의 보어(21) 내부를 왕복운동하게 된다.

상기한 압축기(1)에 있어서, 상기 사판(100)의 표면에는 코팅층(110)이 형성되되, 상기 코팅층(110)은 PEEK 층(111)으로 이루어진 제1코팅층과, 고체윤활제를 함유한 수지층(112)으로 이루어진 제2코팅층의 2층 구조로 이루어진다.

즉, 상기 사판(100)의 표면에 강도 및 내열성이 우수한 PEEK 코팅층(111)을 먼저 형성하고 그 위에 윤활성이 우수한 고체윤활제를 함유한 수지 코팅층(112)을 형성하여 2층 구조로 이루어진 코팅층(110)을 형성한 것이다.

한편, 상기 코팅층(110)은 상기에서와 같이 제1코팅층인 PEEK 층(111)이 내측에 형성되고 제2코팅층인 고체윤활제를 함유한 수지층(112)이 외측에 형성되도록 하는 것이 바람직하지만, 이와는 반대로 제2코팅층인 고체윤활제를 함유한 수지층(112)을 내측에 형성하고 제1코팅층인 PEEK 층(111)을 외측에 형성할 수 도 있다.

또한, 상기 코팅층(110)은 상기 사판(100)의 표면 전체에 형성할 수도 있지 만, 습동면에만 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고체윤활제로는 이황화몰리브덴(MoS2), 그래파이트, 이황화텅스텐(WS2), 질화붕소(BN), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)을 사용 할 수 있으며 한 종 이상을 혼합하여 사용할 수 도 있다.

또한, 상기 수지는 열경화성 수지가 사용되며, 열경화성 수지로는 폴리아미드이미드 등을 사용할 수 있지만, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 코팅층(110)에서 PEEK 층(111)의 두께는 30 마이크로미터(㎛) 이하인 것이 바람직하다. 만일 이 보다 두꺼울 경우 박리의 문제가 있어서 좋지 않으며,

상기 고체윤활제를 함유한 수지층(112)의 두께는 20 마이크로미터(㎛) 이하인 것이 바람직하다. 역시 이 보다 두꺼울 경우 박리의 문제가 있어서 좋지 않다.

이하, 상기 사판(100)의 표면에 코팅층(110)을 형성하는 코팅방법은 아래와 같다.

먼저, 1차적으로 사판(100)의 표면에 PEEK 분말을 코팅 한 후 가열하여 PEEK 코팅층(111)을 형성한다. 이후 상기 PEEK 코팅층(111) 위에 고체윤활제를 함유한 수지코팅을 한 후 코팅층(112)이 경화하는 온도로 가열함으로서 본 발명의 코팅층(110)을 완성하게 된다.

또 다른 방법으로는, 먼저 사판(100)의 표면에 PEEK 코팅(111)을 실시한 후 가열하기전에 그 위에 다시 고체윤활제를 함유한 수지코팅(112)을 실시 한 후 한꺼 번에 가열을 함으로서 코팅층(110)을 완성할 수 도 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 상기 사판(100)의 표면에 강도 및 내열성이 우수한 PEEK 코팅층(111)을 먼저 형성하고 그 위에 윤활성이 우수한 고체윤활제를 함유한 수지 코팅층(112)을 형성하여 2층 구조로 이루어진 코팅층(110)을 형성함으로서, 오일이 부족한 조건은 물론 고속 및 고하중에서도 윤활성과 내마모성이 우수한 사판(100)을 제공할 수 있는 것이다.

이에 따라, 압축기(1)의 습동부품들의 내구성도 향상됨은 물론 압축기(1)의 전체 성능이 향상된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 PEEK 층(111)과 고체윤활제를 함유한 수지층(112)이 2층 구조로 된 코팅층(110)을 사판(100)의 표면에 형성한 것에 대해서만 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고 상기 압축기(1) 내부의 모든 습동부품들의 표면에도 동일한 방법으로 코팅층(110)을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 편의상 양두피스톤을 사용한 사판식 압축기(1)에 대해서만 설명하였지만, 편두피스톤을 사용한 가변용량 사판식 압축기는 물론 전동압축기에도 동일하게 적용할 수 있다.

상기한 본 발명에 따르면, 상기 사판의 표면에 강도 및 내열성이 우수한 PEEK 코팅층을 형성하고 그 위에 윤활성이 우수한 고체윤활제를 함유한 수지 코팅층을 형성하여 2층 구조로 이루어진 코팅층을 형성함으로서, 고속 및 고하중에서도 윤활성과 내마모성이 우수한 압축기용 사판을 제공할 수 있다.

Claims

하우징(10)(10a)의 내부에서 구동축(30)과 함께 회전하도록 설치되고 실린더블록(20)(20a)의 보어(21)에 구비된 다수의 피스톤(50)을 왕복운동시키는 사판(100)을 포함하여 이루어진 압축기에 있어서,

상기 사판(100)의 표면에는 코팅층(110)이 형성되고,

상기 코팅층(110)은, 폴리 에테르?에테르?케톤층(111)으로 이루어진 제1코팅층과, 고체윤활제를 함유한 수지층(112)으로 이루어진 제2코팅층의 2층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축기용 사판.
제 1 항에 있어서,

상기 코팅층(110)은, 상기 폴리 에테르?에테르?케톤층(111)으로 이루어진 제1코팅층이 내측에 형성되고, 상기 고체윤활제를 함유한 수지층(112)으로 이루어진 제2코팅층이 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 압축기용 사판.
제 1 항에 있어서,

상기 코팅층(110)은, 상기 고체윤활제를 함유한 수지층(112)으로 이루어진 제2코팅층이 내측에 형성되고, 상기 폴리 에테르?에테르?케톤층(111)으로 이루어진 제1코팅층이 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 압축기용 사판.