KR101565603B1 - 윤활 조성물, 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하는 방법, 및 사판식 압축기 - Google Patents

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배재현
남정학
김경태
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Abstract

사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하는 피막 형성 방법은, 상기 사판을 형성하기 위한 모재의 표면 거칠기를 높이기 위해 전처리를 수행하는 단계, 상기 모재를 예열하는 단계, 상기 전처리되고 예열된 모재에 윤활 조성물을 도포하는 단계, 상기 도포된 윤활 조성물을 건조시키는 단계, 그리고 상기 건조된 윤활 조성물을 열처리하여 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

윤활 조성물, 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하는 방법, 및 사판식 압축기{Lubricant compound, method for forming cover film on swash plate of swash plate type compressor, and swash plate type compressor}
본 발명은 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하기 위한 윤활 조성물, 피막 형성 방법 및 사판 압축기에 관한 것이다.
사판식 압축기는 샤프트에 조립된 사판(swash plate)의 회전 운동을 피스톤의 왕복 운동으로 변환시켜 냉매를 압축한다. 이러한 사판식 압축기는 자동차용 공기 조화 장치의 압축기로 널리 사용되고 있다.
이러한 사판식 압축기에서 사판과 슈(shoe)가 접동되는 구조를 갖기 때문에, 양자 사이에 충분한 오일이 있지 않는 경우 상대적으로 약한 쪽에서 마모가 발생하게 된다. 이러한 마모는 압축기의 내구성에 악영향을 끼친다.
주석계 도금이 주로 적용되는 종래의 사판은 오일이 충분하지 않은 상태에서 단시간에 마모되며 그에 의해 눌러붙음 현상이 일어나 압축기의 작동이 멈출 수도 있다.
일본 특허공보 제5321943호(등록일: 2013.7.26)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 오일 마이그레이션(migration) 현상에 의해 오일이 압축기에서 빠져 나간 상태 또는 증발기의 아이싱(icing) 상태에서 냉매의 흐름이 원활하지 않아 하우징 내로 유입되는 오일이 적거나 없는 상태 등의 상태에서도 일정 시간 동안 사판과 슈 사이의 윤활이 이루어지도록 할 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하기 위한 사판 피막 형성용 윤활 조성물은, 바인더 10 내지 15 중량%, 고체 윤활제 20 내지 30 중량%, 내마모성 향상제 5 내지 10중량%, 그리고 솔벤트 65 내지 85 중량%를 포함한다.
상기 고체 윤활제는 이황화몰리브덴(MoS2, Molybdenum disulfide)과 그라파이트(graphite)의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하는 피막 형성 방법은, 상기 사판을 형성하기 위한 모재의 표면 거칠기를 높이기 위해 전처리를 수행하는 단계, 상기 모재를 예열하는 단계, 상기 전처리되고 예열된 모재에 윤활 조성물을 도포하는 단계, 상기 도포된 윤활 조성물을 건조시키는 단계, 그리고 상기 건조된 윤활 조성물을 열처리하여 경화시키는 단계를 포함한다. 상기 윤활 조성물은 바인더, 고체 윤활제, 내마모성 향상제, 그리고 솔벤트를 함유한다.
삭제
상기 고체 윤활제는 이황화몰리브덴(MoS2, Molybdenum disulfide)과 그라파이트(graphite)의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피막 형성 방법은 상기 전처리를 수행한 후 인산염을 입히는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 도포하는 단계에서 상기 윤활 조성물은 5 내지 30㎛의 두께로 도포될 수 있다.
상기 사판은 중심 홀을 포함할 수 있고, 상기 윤활 조성물을 분사하는 단계는 상기 중심 홀의 측면에 마스크를 부착한 상태에서 수행될 수 있다.
상기 모재를 예열하는 단계에서 상기 모재는 100 내지 150℃에서 예열될 수 있다.
상기 도포된 윤활 조성물을 건조시키는 단계에서 상기 분사된 코팅액은 100 내지 170℃에서 건조될 수 있다.
상기 건조된 윤활 조성물을 열처리하여 경화하는 단계에서 상기 건조된 코팅액은 200 내지 300℃에서 열처리될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기는, 하우징, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되는 구동축, 상기 구동축과 함께 회전하도록 상기 구동축에 체결되는 사판, 그리고 상기 사판의 회전 운동에 대응하여 직선 왕복 운동을 하는 피스톤을 포함한다. 상기 사판은 윤활 조성물로 형성되는 피막을 포함하고, 상기 윤활 조성물은 바인더 10 내지 15 중량%, 고체 윤활제 20 내지 30 중량%, 내마모성 향상제 5 내지 10중량%, 그리고 솔벤트 65 내지 85 중량%를 포함한다.
상기 피막의 두께는 5 내지 30㎛일 수 있다.
상기 고체 윤활제는 이황화몰리브덴(MoS2, Molybdenum disulfide)과 그라파이트(graphite)의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 의하면, 사판에 윤활성이 우수한 윤활막을 형성함으로써 우수한 윤활 특성을 확보할 수 있으며 특히 압축기 내의 고온/고압의 조건에서도 내마모성과 윤활성이 우수하여 압축기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기는, 도 1을 참조하면, 하우징(100), 구동축(200) 그리고 사판(300)을 포함할 수 있다. 구동축(200)은 하우징(100)에 회전 가능하게 설치되고, 사판(300)은 구동축(200)과 함께 회전하도록 구동축(200)에 체결된다. 사판(300)의 회전 운동에 대응하여 직선 왕복 운동을 하는 피스톤(400)이 사판(300)에 맞물리게 된다. 그리고 도면에는 도시되지 않았으나, 사판식 압축기의 구현을 위한 각종 구성이 포함될 수 있으며, 사판식 압축기의 일반적인 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
사판(300)은 본 발명의 실시예에 따른 사판 제조 방법에 의해 제조될 수 있으며 이하에서 그에 대해 설명한다.
먼저 사판(300)의 표면 거칠기를 높이기 위해 사판의 형성을 위한 모재에 대한 전처리가 수행된다. 예를 들어, 사판(300)의 표면 거칠기를 높이기 위해 숏 블라스트(shot blast), 애노다이징(anodizing) 등의 방법으로 전처리를 수행할 수 있다.
이때, 숏 블라스트의 경우 전체 피막 두께의 20 내지 40% 수준의 표면 거칠기 수준으로 함으로써, 점착 능력을 향상시킬 수 있다. 숏 블라스트는 일정 수준의 표면 거칠기를 만들어 피막의 접착력을 향상시키기 위하여 사용되는 전처리 공정으로, 표면 거칠기가 너무 작으면 접착력이 떨어지고 너무 크면 숏 블라스트 후 조도가 나빠져 실제 피막을 입힌 후 필요한 두께의 피막을 얻기 어렵다. 예를 들어, 최대 거칠기(Rmax) 5㎛의 표면 조도에 10㎛의 피막을 입히면 실제로 5㎛의 표면 마모가 발생하면 모재가 드러나게 되는데, 이를 방지하기 위해 표면 거칠기 수준을 피막 두께 기준으로 일정 수준(20 내지 40%)으로 제한하는 것이다.
모재 전처리가 수행된 후 모재를 예열할 수 있다. 예를 들어 모재를 예열함으로써 모재 표면에 있는 수분을 증발시킬 수 있다. 모재의 예열은 100 내지 150℃ 범위에서 이루어질 수 있으며 대략 20분간 예열을 수행할 수 있다. 여기서 100℃는 수분을 증발시키기 위한 최저 온도이며 예열 온도가 150℃가 넘어가면 이어지는 단계에서 분사될 조성물이 미리 경화될 수 있기 때문에 이러한 온도 범위에서 모재의 예열이 수행되는 것이 바람직하다.
모재의 전처리와 예열을 수행한 다음, 윤활 조성물을 도포하여 미리 설정된 두께의 피막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 윤활 조성물은 바인더 10 내지 15 중량%, 고체 윤활제 20 내지 30 중량%, 내마모성 향상제 5 내지 10중량%, 그리고 솔벤트 65 내지 85 중량%를 포함할 수 있다. 여기서 바인더는 폴리아미드 이미드(polyamide imide)일 수 있고, 여기서 고체 윤활제는 이황화몰리브덴(MoS2, Molybdenum disulfide)과 그라파이트(graphite)의 혼합물일 수 있다. 바인더로 폴리아미드 이미드가 사용됨으로써 고온 및 고압 조건에서 유연성(flexibility)가 향상될 수 있다. 그리고 내마모성 향상제는 금속 산화물(metal oxide)일 수 있다. 예를 들어, 내마모성 향상제는 디메틸 실옥산(dimethyl siloxane)과 같은 유기 실리콘 성분일 수 있다.
특히 고체 윤활제가 고온 및 고압 조건에서 유리한 이황화몰리브덴(MoS2, Molybdenum disulfide)을 포함함으로써 고온 및 고압에 노출되는 사판의 피막의 형성에 적합하다.
그리고 나서 도포된 윤활 조성물을 건조시키는 단계가 수행될 수 있다. 윤활 조성물을 건조시킴으로써 윤활 조성물에 포함된 솔벤트를 제거(바람직하게는 80% 이상 제거)할 수 있다. 예를 들어 윤활 조성물을 100 내지 170℃의 온도 범위에서 건조할 수 있으며 대략 30분 정도 건조를 수행할 수 있다.
한편, 피막이 일정 경도를 갖도록 도포된 윤활 조성물을 미리 설정된 온도(예를 들어 200 내지 300℃)에서 미리 설정된 시간 동안 열처리를 하여 경화(curing)할 수도 있다. 예를 들어 사판 형성을 위한 모재가 철(steel) 재질인 경우 240℃ 정도에서 120분 정도 열처리를 수행할 수 있으며, 사판 형성을 위한 모재가 알루미늄 재질인 경우 240℃ 정도에서 60분 정도 열처리를 수행할 수 있다.
이때, 일정 수준의 표면 경도를 확보하기 위해 피막의 두께를 5 내지 30㎛ 정도로 할 수 있다.
그리고 전처리를 통한 표면 거칠기 향상 외에 부식 방지의 필요가 있는 경우 인산염(phosphate)을 입히는 공정이 이루어질 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 사판(300)의 중심 홀(301)에는 구동축(200)이 조립되어야 하기 때문에 중심 홀(301) 내벽에는 피막이 형성되지 않는 것이 바람직한데, 이를 위해서 중심 홀(301) 측면에 마스크(10)를 부착한 상태에서 윤활 조성물의 분사 작업이 수행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 하우징
200: 구동축
300: 사판
400: 피스톤

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 사판식 압축기의 사판에 피막을 형성하는 피막 형성 방법으로서,
    상기 사판을 형성하기 위한 모재의 표면 거칠기를 높이기 위해 전처리를 수행하는 단계,
    상기 모재를 예열하는 단계,
    상기 전처리되고 예열된 모재에 윤활 조성물을 도포하는 단계,
    상기 도포된 윤활 조성물을 건조시키는 단계, 그리고
    상기 건조된 윤활 조성물을 열처리하여 경화시키는 단계를 포함하고,
    상기 윤활 조성물은 바인더, 고체 윤활제, 내마모성 향상제, 그리고 솔벤트를 함유하는 피막 형성 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에서,
    상기 고체 윤활제는 이황화몰리브덴(MoS2, Molybdenum disulfide)과 그라파이트(graphite)의 혼합물인 피막 형성 방법.
  6. 제3항에서,
    상기 전처리를 수행한 후 인산염을 입히는 단계를 더 포함하는 피막 형성 방법.
  7. 제3항에서,
    상기 도포하는 단계에서 상기 윤활 조성물은 5 내지 30㎛의 두께로 도포되는 피막 형성 방법.
  8. 제3항에서,
    상기 사판은 중심 홀을 포함하고,
    상기 윤활 조성물을 분사하는 단계는 상기 중심 홀의 측면에 마스크를 부착한 상태에서 수행되는 피막 형성 방법.
  9. 제3항에서,
    상기 모재를 예열하는 단계에서 상기 모재는 100 내지 150℃에서 예열되는 피막 형성 방법.
  10. 제3항에서,
    상기 도포된 윤활 조성물을 건조시키는 단계에서 상기 도포된 윤활 조성물은 100 내지 170℃에서 건조되는 피막 형성 방법.
  11. 제3항에서,
    상기 건조된 윤활 조성물을 열처리하여 경화하는 단계에서 상기 건조된 윤활 조성물은 200 내지 300℃에서 열처리되는 피막 형성 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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