KR101511350B1 - 슬라이딩 부재 - Google Patents

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KR101511350B1
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쿄헤이 야마네
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다이호 고교 가부시키가이샤
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Abstract

경사판식 컴프레서는, 반구상을 한 복수의 슈(4)와 원판상의 경사판(2)을 구비한다. 슈(4)와 슬라이딩하는 경사판(2)의 표면(2A) 및 이면(2B)(슬라이딩면)에는 수지 코팅(12)이 실시되어 있다.　수지 코팅(12)은 기판(11)의 표면에 다수의 육각 기둥의 기둥 형상체(12B)를 세운 구조로 되어 있고, 각 기둥 형상체(12B)의 단면(12C)이 상기 슈(4)와 슬라이딩하는 슬라이딩면이 된다. 또한, 각 기둥 형상체(12B)의 인접 위치에 벌집 형상의 홈(12A)이 형성되어, 그곳이 윤활유(O)의 저장부가 되고, 또한 이물질(15)의 수용부가 된다.　눌어붙음이 방지되고, 내마모성 및 윤활유 보유성이 뛰어난 경사판(2)을 제공할 수 있다.

Description

슬라이딩 부재{SLIDING MEMBER}
본 발명은, 슬라이딩 부재에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 예를 들면 경사판식 컴프레서의 경사판으로서 적합한 슬라이딩 부재에 관한 것이다.
종래, 자동차용 경사판식 컴프레서는 공지 기술이며, 이러한 종래의 경사판식 컴프레서에서는 슈와 경사판이 눌어붙는 것을 방지하기 위해 다음과 같은 구성이 제안되고 있다. 즉, 경사판과 슬라이딩하는 슈의 단면을 중앙부가 미소하게 팽출되는 중앙이 높은 형상으로 형성하거나, 혹은 슈와 슬라이딩하는 경사판의 표면에 코팅층을 형성하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 또한, 경사판의 표면에 코팅층을 형성함과 함께, 그 코팅에 다수의 동심원상의 환상 홈부(溝部)와 환상 산부(山部)를 형성하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2). 특허 문헌 2의 경사판에서는, 동심원상의 다수의 환상 홈부와 환상 산부를 구비함으로써 초기 순응성과 윤활유 보유성을 향상시키게 되어 있다.
또한, 슬라이딩 부재로서의 스러스트 베어링의 슬라이딩 특성을 향상시키기 위해, 스러스트 베어링의 슬라이딩면에 규칙적인 요철을 형성하는 것도 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4).
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2003-138287호 공보 특허 문헌 2: 국제 공개 WO2002/075172호 공보 특허 문헌 3: 일본 실용신안공개 평06-014538호 공보 특허 문헌 4: 일본 특허공개 2008-088846호 공보
그런데, 최근 자동차에 탑재되는 경사판식 컴프레서는, 클러치리스형(clutchless type)이 다수를 차지하고, 이에 따라 엔진 작동중에는 경사판식 컴프레서도 상시 회전되고 있다. 그리고, 최근에는 자동차의 연비 개선이 요구되고 있어, 경사판식 컴프레서에 대해서도 동력 저감이 요구되고 있다.
따라서, 이와 같은 요구에 대응하기 위해, 슈와 경사판이 슬라이딩할 때의 마찰을 저감시키는 대책으로 슈의 슬라이딩 면적을 작게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 예를 들면 상기 특허 문헌 1의 경사판식 컴프레서에서 슈의 슬라이딩 면적을 작게 하면, 슈와 경사판이 접촉하는 부분의 면압이 높아진다. 이 때문에, 슈와 경사판 사이의 유막 끊김이 생기기 쉬워져, 경사판의 코팅층이 마모되기 쉽다는 문제가 생긴다.
또한, 상기 특허 문헌 2의 경사판에서는, 슈의 슬라이딩 면적을 작게 하면 다음과 같은 문제가 생긴다. 즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 슈를 통해 환상 홈부나 환상 산부에 충격 하중이 가해진 경우에는, 환상 홈부나 환상 산부에 균열이 생겨, 그 부분의 코팅층이 박리되게 된다. 또한, 슈와 슬라이딩함으로써 코팅층의 환상 홈부나 환상 산부가 붕괴되면, 슈와 코팅층의 슬라이딩 면적이 증가해 환상 홈부나 환상 산부의 마모가 한층 더 진행해, 마침내 환상 홈부나 환상 산부가 소멸되게 된다. 또한, 환상 홈부 내에 마모가루 등의 이물질이 혼입되어 이동하는 경우에도, 환상 홈부나 환상 산부가 소실되는 경우가 있다. 이 때문에, 상기 특허 문헌 2의 경사판은 초기 순응성은 양호한 반면, 슈를 통해 경사판에 작용하는 면압이 높은 상황에서는 코팅층이 마모되기 쉽고, 또한 윤활유 보유성이 손상되기 쉽다고 하는 결점이 있다.
전술한 사정을 감안하여, 본 발명은, 기재와 그 표면에 실시한 코팅층을 구비하고, 그 코팅층을 가동 부재와 슬라이딩하는 슬라이딩면으로 하는 슬라이딩 부재에 있어서, 상기 코팅층이, 다수의 육각 기둥의 기둥 형상체 또는 다수의 삼각 기둥의 기둥 형상체를 상기 기재의 표면에 세운 구조의 수지 코팅으로 이루어지고, 상기 각 기둥 형상체의 기재 반대쪽의 단면에 의해 상기 슬라이딩면을 형성하고, 또한, 서로 이웃하는 각 기둥 형상체 사이의 틈새로 이루어지는 벌집 형상의 홈을 형성해, 그 벌집 형상의 홈 내를 윤활유 저장부 및 이물질을 수용하기 위한 수용부로 한 것이다.
전술한 구성에 의하면, 수지 코팅은 다수의 기둥 형상체를 세운 구조로 되어 있으므로, 높은 면압이 작용하는 상태라도 수지 코팅의 마모를 억제할 수 있다. 또한, 각 기둥 형상체의 인접 위치에 형성되는 벌집 형상의 홈이 윤활유의 저장부가 되고, 또한 이물질은 벌집 형상의 홈의 내부에 수용된다. 이 때문에, 눌어붙는 것을 방지하고 윤활유 보유성 및 이물질의 매립성이 양호한 슬라이딩 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 주요부의 단면도이다.
도 2는 도 1의 주요부의 정면도이다.
도 3은 도 2에 화살표 Ⅲ으로 가리키는 원내의 확대도이다.
도 4는 도 1의 주요부의 작동 상태를 나타내는 확대도이다.
도 5는 종래 기술의 주요부를 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 주요부의 정면도이다.
이하, 도시된 실시예에 기초해 본 발명을 설명한다. 도 1은 경사판식 컴프레서의 주요부를 나타낸 도면이다. 이 경사판식 컴프레서는, 회전축(1)의 외주부에 경사지게 마련된 슬라이딩 부재로서의 경사판(2)과, 일단의 절개부(3A)에 의해 경사판(2)의 외주부를 둘러싸고 상기 회전축(1)을 따라 배치된 복수의 피스톤(3)과, 각 피스톤(3)의 절개부(3A) 내에 형성된 한 쌍의 반구상의 오목부(3B, 3B)와 경사판(2)의 표면(2A), 이면(2B)의 사이에 배치된 복수의 반구상의 슈(4)를 구비한다. 반구상의 슈(4)는 피스톤(3)의 오목부(3B)에 결합되는 반구면(4A)과, 경사판(2)의 표면(2A) 또는 이면(2B)과 슬라이딩하는 평탄상의 단면(4B)을 구비한다. 슈(4)는 SUJ2(베어링강)로 이루어지고, 반구면(4A) 및 단면(4B)에 담금질과 그 후의 마무리 가공이 이루어진다.
그리고, 회전축(1)의 회전에 수반해 경사판(2)이 회전되면, 경사판(2)의 표면(2A) 또는 이면(2B)과 한 쌍의 슈(4)의 단면(4B)이 슬라이딩함과 함께, 한 쌍의 슈(4)의 반구면(4A)과 피스톤(3)의 오목부(3B, 3B)가 슬라이딩함으로써, 각 피스톤(3)은 회전축(1)의 축 방향을 따라 왕복 이동하게 된다.
그러나, 본 실시예는, 경사판(2)에서의 표면(2A) 및 이면(2B)을 다음과 같이 개량해, 슬라이딩면이 되는 표면(2A)과 이면(2B)의 슬라이딩 특성을 향상시킨 것을 특징으로 한다. 즉, 도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 경사판(2)은 원판상을 한 철계의 기재(11)와, 이 기재(11)의 표면과 이면에 실시된 수지 코팅(12)으로 이루어지고, 수지 코팅(12)은 벌집 형상의 홈(12A)을 구비한다.
수지 코팅(12)은 다수의 육각 기둥의 기둥 형상체(12B)를 순차적으로 인접시킨 상태로 기재(11)의 표면(및 이면)에 세운 구조가 되고, 각 기둥 형상체(12B) 상방의 평탄한 단면(12C)은 모두 동일 평면상이 된다. 이들 동일 평면상이 되는 각 기둥 형상체(12B)의 단면(12C)에 의해 슬라이딩면인 표면(2A) 및 이면(2B)이 형성된다. 한편, 각 기둥 형상체(12B) 하방의 단면(12D)은 기재(11)의 표면(및 이면)에 고정되어 있다(도 4 참조). 서로 이웃하는 각 기둥 형상체(12B)에서의 대향 위치의 외면끼리는 같은 치수의 틈새가 유지되고, 따라서, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 표면(2A) 및 이면(2B)의 수지 코팅(12)에는 각 기둥 형상체(12B)의 인접 위치에 벌집 형상을 한 홈(12A)이 형성된다. 이 벌집 형상의 홈(12A)은 수지 코팅(12) 전체에서 서로 연통되고 있고, 게다가, 경사판(2)의 외주부(2C) 및 내주부(2D)로 개구한 상태가 되어 있다. 벌집 형상을 한 홈(12A)의 내부는, 윤활유(O)를 저장하기 위한 저장부가 되고, 또한 윤활유(O)가 지나는 윤활유 통로가 된다. 이 때문에, 슈(4)와 경사판(2)의 사이에 공급된 윤활유(O)는, 벌집 형상의 홈(12A)내에 저장됨과 동시에, 경사판(2)의 회전에 따라 벌집 형상의 홈(12A)을 통해 경사판(2)의 외주부(2C, 2D)로부터 윤활유(O)의 일부가 배출되게 된다.
또한, 벌집 형상의 홈(12A)은 마모가루 등의 이물질(15)을 수용하는 수용부로도 기능하게 된다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 홈(12A)의 폭보다 작은 이물질(15)의 경우에는, 경사판(2)의 회전에 의한 원심력에 의해 벌집 형상의 홈(12A) 내를 윤활유(O)와 함께 반경 방향 바깥쪽으로 순차적으로 이동해 경사판(2)의 외주부(2C)로부터 배출된다. 한편, 홈(12A)의 폭보다 큰 이물질(15)은 서로 이웃하는 기둥 형상체(12B)의 사이에 끼워져 그곳에 수용되게 된다.
본 실시예의 수지 코팅(12)의 두께, 즉 기둥 형상체(12B)의 높이는 2 내지 50㎛ 정도가 바람직하다. 또한, 기둥 형상체(12B) 외면의 각각의 모서리부를 지나는 외접원의 크기는 0.1 내지 2㎜가 된다. 또한, 서로 이웃하는 기둥 형상체(12B)의 외면끼리가 떨어져있는 틈새는 0.05 내지 0.5㎜ 정도이면 되고, 0.25 내지 0.5㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, 벌집 형상의 홈(12A)의 폭은 전역에 걸쳐 0.05 내지 0.5㎜ 정도, 바람직하게는 0.25 내지 0.5㎜ 정도가 되고, 홈(12A)의 깊이는 전역에서 2 내지 50㎛가 된다.
본 실시예에서는, 전술한 벌집 형상의 홈(12A)을 갖는 수지 코팅(12)을 기재(11)의 표면 및 이면에 스크린 인쇄에 의해 제조한다. 전술한 구성을 갖는 수지 코팅(12)의 제조 방법으로는, 스크린 인쇄 외에 패드 인쇄, 롤 인쇄, 스프레이 코팅, 디핑법 등을 채용해도 된다.
또한, 상기 수지 코팅(12)의 재료로는, 예를 들면 고체 윤활제 및/또는 경질 입자를 함유하는 열경화성 수지를 이용할 수 있다. 고체 윤활제로는 MoS2, 흑연, WS2, h-BN, PTFE 등의 불소계 수지, CF(Carbon Fluoride, 불화흑연) 등으로부터 선택되는 1종 이상을, 경질 입자로는 산화물(알루미나, 실리카), 질화물(SiN), 탄화물(SiC), 황화물(ZnS) 등으로부터 선택되는 1종 이상을, 열경화성 수지로는 PAI, PI 등으로부터 선택되는 1종 이상을 각각 이용할 수 있다.
이상과 같이, 경사판(2)의 슬라이딩면이 되는 표면(2A)과 이면(2B)은, 벌집 형상의 홈(12A)을 갖는 수지 코팅(12)으로 이루어진다. 그 때문에, 슈(4)의 단면(4B)과 경사판(2)의 표면(2A) 또는 이면(2B)이 슬라이딩해, 슬라이딩면을 구성하는 각 기둥 형상체(12B)의 단면(12C)의 마모가 진행되었다고 해도, 슈(4)의 단면(4B)과 접촉하는 위치에서 경사판(2)의 슬라이딩면의 면적은 변함이 없다. 환언하면, 표면(2A), 이면(2B)에서 슈(4)와의 슬라이딩 부분이 고루 마모될 뿐만 아니라 마모의 진행이 늦기 때문에, 본 실시예의 경사판(2)은 안정된 슬라이딩 특성을 얻을 수 있다.
또한, 수지 코팅(12)은 다수의 육각 기둥의 기둥 형상체(12B)가 집합된 구조가 되고, 각 기둥 형상체(12B)의 인접 위치에는 윤활유(O)의 저장부가 되는 홈(12A)이 형성되어 있다. 이 때문에, 경사판(2)이 고속 회전되는 상태라도 벌집 형상의 홈(12A) 내에 윤활유(O)를 보유할 수 있으므로, 슬라이딩면이 되는 표면(2A), 이면(2B)(기둥 형상체(12B)의 단면(12C))에 유막 끊김이 발생하기 힘들다. 이와 같이, 저장부로서의 벌집 형상의 홈(12A)에 윤활유(O)가 보유되므로, 슬라이딩면이 되는 표면(2A), 이면(2B)이 쉽게 눌러붙지 않는다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 눌러붙음이 방지되고 내마모성이 뛰어난 경사판(2)을 제공할 수 있다.
또한, 벌집 형상의 홈(12A)의 내부는 윤활유 통로로서 기능함과 동시에, 이물질(15)이 수용되는 수용부로서도 기능한다. 즉, 미소한 마모가루등의 이물질(15)이 슈(4)의 단면(4B)과 경사판(2)의 표면(2A), 이면(2B)의 사이에 침입한 경우에는, 홈(12A) 내를 흐를 수 있는 정도의 작은 이물질(15)은 홈(12A) 내를 윤활유(O)와 함께 흘러 경사판(2)의 외주부(2C) 또는 내주부(2D)로부터 배출된다. 한편, 홈(12A)의 폭보다 큰 이물질(15)은, 홈(12A)에서 서로 이웃하는 기둥 형상체(12B)의 사이에 수용된다(도 4 참조). 그 때문에, 이물질(15)이 슈(4)의 단면(4B)과 경사판(2)의 표면(2A, 2B) 사이에서 굴러 이동하는 것을 방지할 수 있으므로, 단면(4B) 및 경사판(2)의 표면(2A, 2B)이 이물질(15)에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 경사판(2)의 내마모성 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 내마모성과 내구성이 높은 경사판식 컴프레서를 제공할 수 있다.
또한, 고속 회전시에 슈(4)의 단면(4B)이 경사판(2)의 표면(2A) 또는 이면(2B)에 강하게 압축되어 충격 하중이 경사판(2)에 작용한 경우에는, 그 충격 하중을 다수의 기둥 형상체(12B)로 이루어지는 수지 코팅(12)에 의해 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 각 기둥 형상체(12B)가 탄성 변형함으로써 벌집 형상의 홈(12A) 내로부터 윤활유(O)가 배어나와 윤활을 촉진한다(도 4 참조). 이 때문에, 충격 하중에 의한 수지 코팅(12)의 피로에 의해 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 홈(12A) 내를 윤활유(O)가 흐름으로써 각 기둥 형상체(12B)가 냉각되므로, 각 기둥 형상체(12B)가 열팽창에 의해 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에 경사판(2)의 기재(11)와 수지 코팅(12)의 열팽창차에 의한 크랙이나 박리의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 약윤활시나 드라이 조건하에서 윤활유(O)에 의한 냉각 효과가 없거나 혹은 적은 경우에 각 기둥 형상체(12B)가 열팽창해도, 홈(12A)의 존재에 의해 각 기둥 형상체(12B)의 열팽창분을 흡수할 수 있다. 이 점에 있어서도, 각 기둥 형상체(12B)에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있다. 이상과 같이, 본 실시예에 의하면 슬라이딩 특성이 뛰어난 경사판(2)을 제공할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예의 수지 코팅(12)은 육각 기둥을 한 다수의 기둥 형상체(12B)를 기판(11)의 표면에 세운 구조로 되어 있지만, 도 6에 나타내는 바와 같이, 삼각 기둥을 한 다수의 기둥 형상체(12B)를 기판(11)의 표면에 세운 구조의 수지 코팅(12)을 이용해도 된다. 이 실시예에 있어서도 상기 일 실시예와 마찬가지로 홈의 폭이 전역에 걸쳐 동일한 벌집 형상의 홈(12A)이 형성되게 된다. 이와 같은 실시예라도 상기 일 실시예와 동등한 작용·효과를 얻을 수 있다.
또한, 도면은 생략하지만, 상기 각 실시예에서의 기둥 형상체(12B)에서의 외면의 모서리부 및 단면(12C)의 테두리부를 모따기해도 된다.
또한, 상기 실시예는, 본 발명을 경사판식 컴프레서의 경사판(2)에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 슬라이딩 부재로서의 스러스트 워셔(thrust washer) 혹은 스러스트 베어링(thrust bearing)에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
2 경사판(슬라이딩 부재)
2A 표면
2B 이면
4 슈(가동 부재)
11 기재
12 수지 코팅
12A 벌집 형상의 홈
12B 기둥 형상체
12C 단면(슬라이딩면)

Claims (3)

  1. 기재와 그 표면에 실시한 코팅층을 구비하고, 상기 코팅층을 가동 부재와 슬라이딩하는 슬라이딩면으로 하는 슬라이딩 부재에 있어서,
    상기 코팅층이, 다수의 육각 기둥의 기둥 형상체 또는 다수의 삼각 기둥의 기둥 형상체를 상기 기재의 표면에 세운 구조의 수지 코팅으로 이루어지고, 상기 각 기둥 형상체의 기재 반대쪽의 단면에 의해 상기 슬라이딩면을 형성하고, 또한, 서로 이웃하는 각 기둥 형상체 사이의 틈새로 이루어지는 연속하는 육각형 또는 삼각형의 홈을 형성하고, 상기 홈 내를 윤활유의 저장부 및 이물질을 수용하기 위한 수용부로 한 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는, 경사판식 컴프레서의 경사판, 스러스트 워셔, 또는 스러스트 베어링인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수지 코팅의 재료는, 고체 윤활제 및 경질 입자 중 적어도 어느 하나를 함유하는 열경화성 수지로 이루어지고, 상기 고체 윤활제로서 MoS2, 흑연, WS2, h-BN, 불소계 수지, CF(불화흑연)로부터 선택되는 1종 이상을 이용하고, 상기 경질 입자로서 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물로부터 선택되는 1종 이상을 이용하고, 열경화성 수지로서 PAI, PI로부터 선택되는 1종 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
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