KR101590973B1

KR101590973B1 - 스크롤 컴프레서

Info

Publication number: KR101590973B1
Application number: KR1020147010777A
Authority: KR
Inventors: 나오키 호리베; 마사하루 하타; 사토시 노무라; 아키라 사와모토; 타카오 마사무라; 마사노리 아키즈키; 유이치로 츠보이; 마키 아오키; 아키오 히라오카
Original assignee: 다이호 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2016-02-02
Also published as: EP3660313A1; EP2770211A1; EP3346133B1; AU2012319811B2; JP5753756B2; EP3346133A2; JP2012197782A; US20140301880A1; EP3346133A3; RU2567486C1; EP3663584B1; BR112014008032A2; EP2770211B1; US9453509B2; CN103890403A; CN103890403B; EP2770211A4; AU2012319811C1; AU2012319811A1; EP3663584A1

Abstract

자동차에 탑재되는 스크롤 컴프레서에 사용되고 있던 구름 베어링을 미끄럼 베어링으로 대체한다. 구름 베어링과 동등 이상의 성능인 미끄럼 베어링을 제공한다.
흑연-평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이며, 5∼60중량%, 잔부 폴리이미드 수지 및/또는 폴리아미드이미드 수지로 이루어지는 슬라이딩층을 백 메탈 상에 소성한 미끄럼 베어링.
흑연의 형상은 (가)평균직경의 0.5배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 따른 평균형상계수(Y_AVE)가 1∼4이면서, 형상계수(Y)=1∼1.5 범위의 입자가 개수 비율로 70% 이상이거나, 혹은 (나)입자비가 0.5 이상인 흑연입자가 전체 개수의 50% 이상 존재한다.

Description

스크롤 컴프레서{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 자동차용 공조기(카 에어컨)나 가정용 에어컨 등에 사용되는 컴프레서에 관한 것으로, 특히 회전축을 하우징 내부에 마련한 미끄럼 베어링에 의해 슬라이딩 가능하게 유지한 스크롤 컴프레서에 있어서, 흑연화도가 높으면서 형상이 특유한 흑연을 수지 중에 분산시킨 슬라이딩층을 백 메탈(back matal;裏金)에 소성한 미끄럼 베어링을 사용한 스크롤 컴프레서에 관한 것이다.

컴프레서는 사판식(swash plate type), 베인식(vane type) 및 스크롤식 등이 사용되고 있는데, 하이브리드 차나 전기 자동차에서는 전동 구동되는 스크롤 컴프레서가 개발되고 있다(비특허문헌 1: 트라이볼로지스트 Vol.55/No.9/2010, 「카 에어컨용 컴프레서의 동향과 트라이볼로지(tribology)」 제603∼608페이지).

카 에어컨용 스크롤 컴프레서로는, 하우징의 내부에 회전 가능하게 마련된 회전축; 회전축의 회전에 의해 선회하는 가동 스크롤; 하우징에 고정된 고정 스크롤;을 구비한 컴프레서가 특허문헌 1: 일본국 공개특허 2004-183499호에 알려져 있다. 이 스크롤 컴프레서의 베어링은 컴프레서의 중심축을 축지(軸支;축을 회전 가능하게 지지)하는 것과, 편심축(偏心軸)을 축지하는 것이 있는데 둘 다 구름 베어링이 사용되고 있다. 이러한 구름 베어링은 일반적으로 볼 베어링, 롤러 베어링, 침축 롤러 베어링(needle roller beanng) 등이 사용된다.

본 출원인의 일본특허 제2517604호 명세서(특허문헌 2)는 용도 예로서 쿨러용 컴프레서를 예로 들고, 다음 조성을 가지는 흑연-수지계 슬라이딩 재료를 제안하고 있다. 흑연-5∼60중량%의 흑연; 수지-20∼90중량%의 폴리이미드 및/또는 폴리이미드아미드; 마찰 조정제-0.5∼20중량%의 클레이, 멀라이트, 실리카 및/또는 알루미나. 또 상기 흑연은 인조 또는 천연 그라파이트, 형상은 입상 혹은 편평상인데, 편상 또는 인편상 흑연은 평탄면이 슬라이딩면에 배열되기 때문에 바람직하다고 설명되어 있다.

특허문헌 3: 일본국 공개특허공보 평3-3988호는 공기 조화기나 냉장고 등의 가정용 스크롤 컴프레서의 베어링으로서, 연대 소결한 바이메탈(bimetal)상에 그라파이트·수지를 함침 소성한 미끄럼 베어링을 사용하여 자기 윤활성 및 적정한 강도를 부여하고, 또한 수지로서 폴리이미드 등의 내열 수지를 사용하는 것이 제안되어 있다.

또 가정용 스크롤 컴프레서에 알루미늄계나 청동계 미끄럼 베어링이 사용되고 있는 것은 비특허문헌 2: 트라이볼로지스트 Vol.51/No.8/2006, 「가전제품에 사용되는 압축기의 트라이볼로지」 제560∼561페이지에 해설되어 있다.

일반적으로 카 에어컨용 컴프레서와 가정용 또는 업무용 컴프레서를 비교하면, 분위기 온도, 장착부의 진동 등에 있어서 전자쪽이 험한 상황에 노출되고, 또한 엔진으로 구동되는 카 에어컨용 컴프레서는 회전수의 변동이 크기 때문에, 상술 한 바와 같이 종래에는 구름 베어링이 사용되고 있었다.

미끄럼 베어링과 구름 베어링의 정성적(定性的) 관계에 대해서는 비특허문헌 3: 트라이볼로지스트 Vol.56/No.5/2011 「구름 베어링의 최신기술」 제277페이지에 그래프를 이용해서 정리되어 있으며, 이것을 표로 나타내면 다음과 같다.

평가항목	미끄럼 베어링	구름 베어링
기능	뒤떨어짐	우·열의 중간
사용 조건	무난함	무난함·험난함의 중간
가격	저렴함	저가·고가의 중간
수요량	적음	많음

또한 특허문헌 4: 일본국 공개특허공보 평7-223809호에 의하면, 고도로 배향한 흑연 유사 결정 구조를 가지는 구상(球狀)의 탄소 미립자로서 메소페이즈(mesophase) 소구체(메소카본 마이크로 비즈)가 공지이다. 메소페이즈 소구체는 콜타르, 콜타르 피치(coal tar pitch), 아스팔트 등을 350∼450℃로 열처리하고 생성된 구상 결정을 분리한 것으로, 이것을 분쇄한 후 1500∼3000℃로 흑연화 처리함으로써 구상화가 진행된다고 설명되어 있다. 그러나 이 공보의 현미경 사진에 나타난 메소페이즈 소구체는 진구(眞球) 형태에서 현저하게 변형되어 있다.

일본국 공개특허공보 2004-183499호 일본국 특허 제2517604호 명세서 일본국 공개특허공보 평3-3988호 일본국 공개특허공보 평7-223809호 일본국 공개특허공보 평5-331314호

트라이볼로지스트 Vol.55/No.9/2010, 「카 에어컨용 컴프레서의 동향과 트라이볼로지」 제603∼608페이지. 트라이볼로지스트 Vol.51/No.8/2006, 「가전제품에 사용되는 압축기의 트라이볼로지」 제560∼561페이지. 트라이볼로지스트 Vol.56/No.5/2011 「구름 베어링의 최신기술」 제277페이지. 트라이볼로지스트 Vol.49/No.7/2004 「탄소재료의 사용법」 제561페이지. 트라이볼로지스트 Vol.54/No.1/2009 「그라파이트 재료의 트라이볼로지」 제6-7페이지.

카 에어컨의 스크롤 컴프레서에 이용되는 베어링은 혼합 냉매 분위기의 빈(poor)윤활하·고속 고부하로 사용된다. 구름 베어링의 경우, 구름 수명을 확보하기 위해, 가공에 의한 비용 증대가 수반되긴 하지만 베어링을 고정밀도로 하는 것이 불가피하다고 여겨지고 있다. 그러나 정밀도를 높여도 요구되는 내구성에 도달하지 않아, 구름 수명을 확보할 수 없는 경우가 있다. 또, 베어링부에 외부로부터 이물이 침입하면 손상이나 마모가 발생하여 더욱 수명이 짧아지는 문제가 있다. 또한 컴프레서의 정숙성(silence)에 대한 요구는 해마다 높아지고 있지만, 구름 베어링에서는 소음, 진동의 개선이 어렵다.

특허문헌 2에서 제안된 흑연 및 수지를 함침 소성한 미끄럼 베어링은 위의 표 1과 같은 평가가 대체로 적용되며, 종래에 카 에어컨용 스크롤 컴프레서에 사용되고 있던 구름 베어링에 필적할 만한 내소착성(seizure resistance) 및 내마모성을 실현할 수 없다. 본 발명자들은 이러한 현실 인식을 통해 미끄럼 베어링의 성능 개선을 연구한 과정에서 구상 탄소재료에 착안하여, 예를 들면 특허문헌 5: 일본국 공개특허 평5-331314호에 제안된 진구성(眞球性)이 높은 흑연도 검토했지만, 이 경도(硬度)는 Hv800∼1200로 높기 때문에 상대축을 마모시키는 문제가 있다고 결론내렸다. 또한 특허문헌 4에 제안된 메소페이즈 소구체는 구상이긴 하지만, 외형 형상은 구상에서 상당히 변형되어 있기 때문에 성능 향상은 기대할 수 없다고 판단하였다.

또, 가정용 스크롤 컴프레서에 대해서는 최근의 전력부족 등의 상황하에 소형·경량화, 효율화 및 저비용화가 요구되고 있다. 또 컴프레서 운전 효율화를 위해서는 컴프레서의 축 직경을 작게 함으로써 마찰을 저감하는 것이나 베어링재의 마찰계수를 저감하는 것이 필요하다. 이러한 관점에서는 특허문헌 2에서 검토되고 있는 인편상 흑연 등은 배향성이 현저하기 때문에 적절하지 않고, 상대축을 마모시키는 경향이 있어 바람직하지 않다.

본 발명자들은 이러한 종래 기술들을 개량하여, 내소착성 및 내마모성이 높은 미끄럼 베어링을 구비한 스크롤 컴프레서를 제공하는 것에 성공하였다.

즉, 본 발명은 하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와, 상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록 상기 회전축 본체에 연결된 편심축과, 상기 편심축에 고정된 가동 스크롤과, 하우징에 고정된 고정 스크롤과, 상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 축본체 베어링과, 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 편심 베어링을 포함해서 이루어지는 스크롤 컴프레서에 있어서, 상기 축본체 베어링 및 상기 편심 베어링 중 적어도 한쪽을, 평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이면서, 평균직경의 0.5배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 따른 평균형상계수(Y_AVE)가 1∼4이면서, 하기 정의에 따른 형상계수(Y)=1∼1.5 범위의 입자가 개수 비율로 70% 이상 존재하는 흑연 5∼60중량%와, 잔부(殘部) 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지 중 적어도 1종으로 이루어지는 슬라이딩층을 백 메탈 상에 소성한 미끄럼 베어링으로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서에 관한 것이다.

Y_AVE=SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i

Y=PM²/4πA

여기서, PM은 입자 1개의 주위길이, A는 입자 1개당 단면적, i는 측정 개수, SUM은 [ ] 안의 수식의 i개에 대한 합계(그리스 문자의 시그마에 해당)이다. 상기한 평균형상계수(Y_AVE) 및 형상계수(Y)는 슬라이딩 특성에 영향이 큰 조립(coarse grain) 흑연에 관하여 형상을 정의한 것이다.

또, 본 발명은 다음 구조 (가) 및 (나)의 스크롤 컴프레서에 이용되는 미끄럼 베어링을 제공한다.

구조(가): 하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와, 상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록, 상기 회전축 본체에 연결된, 상기 회전축 본체와는 별체의 편심축 둘레를 선회하는 가동 스크롤과, 상기 하우징에 고정된 고정 스크롤을 구비하고, 상기 회전축 본체 및 상기 편심축을 하우징 내부에 마련한 각 베어링에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하는 스크롤 컴프레서(이하 "축 별체형 스크롤 컴프레서"라고 함).

구조(나): 하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와, 상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록 상기 회전축 본체에 일체인 편심축과, 상기 편심축에 고정된 가동 스크롤과, 상기 하우징에 고정된 고정 스크롤과, 상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 축본체 베어링과, 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 편심 베어링을 포함해서 이루어지는 스크롤 컴프레서(이하 "축 일체형 스크롤 컴프레서"라고 함).

본 발명은 축 별체형 스크롤 컴프레서 또는 축 일체형 스크롤 컴프레서에 있어서, 상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 상기 베어링 및 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 상기 베어링 중 적어도 한쪽 또는 양쪽을 미끄럼 베어링으로 하고, 상기 미끄럼 베어링은 백 메탈의 표면에, 평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이면서, 입자비가 0.5 이상인 흑연이 전체 입자수의 50% 이상을 차지하는 흑연을 5∼60중량% 포함하고, 잔부가 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지 중 적어도 1종을 포함한 흑연첨가 수지계 슬라이딩부를 형성한 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서에 관한 것이다. 한편, 입자비란, 흑연의 짧은 직경/긴 직경의 비이다.

이하의 설명에서는 주로 축 별체형 스크롤 컴프레서를 설명하겠지만, 회전축 본체의 회전이 편심축에 전달되도록 이들 축이 작용적으로 연결되어 있는 스크롤 컴프레서 전반에 본 발명을 적용할 수 있다.

또한 본 발명의 "흑연"이란, 단락번호 0042에서 설명하는 "흑연"을 말하며, 평균형상계수 및 형상계수로 정의되는 것과, 입자비로 정의된 것 모두를 가리킨다. 본 발명의 흑연의 입자형태는, 자세하게는 후술하는 바와 같이 통상적인 인(편)상 흑연보다는 구상에 가까운 형태가 된다.

먼저, 축 별체형 스크롤 컴프레서 전체의 구조를, 도 1에 도시된 자동차 엔진에 의해 구동되는 스크롤 컴프레서의 실시양태에 대해 설명한다. 도면에서 1은 스크롤 컴프레서이고, 도시하지 않은 엔진에 고정된 하우징(2)과, 하우징(2) 안에 회전 가능하게 마련된 회전축 본체(이하 "회전축"이라고 함)(3)와, 회전축(3)에 의해 편심축을 통해 선회하는 가동 스크롤(4)과, 하우징(2)의 내부에 고정된 고정 스크롤(5)이 스크롤 컴프레서(1)의 기본적 구성요소이다.

상기한 기본 구성요소에서 더욱 구체적으로 구성하면 다음과 같다.

하우징(2)의 내부는 가동 스크롤(4)과 고정 스크롤(5)이 위치하는 압축실(S1)과, 고정 스크롤(5)보다 도시(圖示) 오른쪽에 형성된 배출실(S2)로 구획되고, 압축실(S1)에는 냉매 등의 가스를 유입시키기 위한 도시하지 않은 흡입구멍이, 배출실(S2)에는 상기 가스를 배출하는 도시하지 않은 배출구멍이 각각 마련되어 있다.

축심이 수평방향으로 연장되는 회전축(3)은 엔진의 구동력을 받는 소(小)직경부(3a)와, 이것에 동축(同軸)상에서 직결된 대(大)직경부(3b) 및 크랭크 핀(3c)을 가지며, 소직경부(3a) 및 대직경부(3b)로 이루어지는 회전축(3)에 대하여 편심한 위치에 마련된 크랭크 핀(3c)이 가동 스크롤(4)에 회전력을 전달한다. 따라서, 소직경부(3a)를 엔진에 의해 구동하면 대직경부(3b)가 소직경부(3a)와 동축 회전하고, 이로 인해 크랭크 핀(3c)이 소직경부(3a) 및 대직경부(3b)에 대하여 편심한 위치에서 공전함과 아울러, 가동 스크롤(4)이 공전, 즉 선회한다.

이러한 요소들 중 대직경부(3b)는 제1 베어링(6)(즉, 축본체 베어링)에 의해 축지되어 있다. 즉, 대직경부(3b)를 둘러싸는 링형상의 부재가 제1 베어링(6)이다. 그리고 크랭크 핀(3c)과 가동 스크롤(4) 사이에는 회전축(3)의 회전을 가동 스크롤(4)에 전달하기 위한 편심 부시(bush)(7)가 마련되어 있고, 상기 편심 부시(7)는 크랭크 핀(3c)을 축지하는 내주면부(7a)와, 가동 스크롤(4)과 슬라이딩하는 외주면부(7b)를 구비하며, 내주면부(7a)와 외주면부(7b)는 편심한 위치에 마련되어 있다.

가동 스크롤(4) 및 고정 스크롤(5)은 각각 원반형상의 플레이트(4a, 5a)와, 상기 플레이트(4a, 5a)로부터 상호의 플레이트(4a, 5a)를 향해 세워서 마련된 랩(4b, 5b)을 구비하고 있다. 도 1의 지면(紙面)에 직교하는 방향의 단면도에서는 이 랩(4b, 5b)들이 소용돌이형상의 압축실(S1)을 형성하고 있다. 즉, 압축실(S1)은 이 플레이트(4a, 5a) 및 랩(4b, 5b)에 의해 둘러싸인 공간이다.

또한 가동 스크롤(4)의 플레이트(4a)에는 랩(4b)과는 반대측 면에 링형상의 보스(4c)가 형성되고, 상기 보스(4c)의 내주면에 고정 설치된 제2 베어링(8)(즉, 편심축 베어링)이 크랭크 핀(3c)을 축지하고 있다. 따라서, 제2 베어링(8)이 가동 스크롤(4)과 일체가 되어 중심축 둘레를 공전, 즉 선회하면, 편심 부시(7)의 외주면부(7b)가 제2 베어링(8)의 내면과 슬라이딩한다. 또, 가동 스크롤(4)의 플레이트(4a)와 하우징(2) 사이에는 가동 스크롤(4)이 컴프레서의 중심축 둘레를 자전하는 것을 방지하는 기구가 마련되어 있다.

고정 스크롤(5)은 하우징(2)에 고정되어 있고, 플레이트(5a)의 중앙에는 압축실(S1)과 배출실(S2)을 연통(連通)시키는 연통구멍(5c)이 뚫려 있고, 상기 연통구멍(5c)은 박판형상의 리드 밸브(reed valve)(10)에 의해 개폐된다.

상기 구성을 가진 스크롤 컴프레서(1)에 의하면, 회전축(3)의 소직경부(3a)가 엔진의 구동력에 의해 회전하면, 크랭크 핀(3c) 및 편심 부시(7)에 의해 가동 스크롤(4)에는 회전력이 작용한다. 이 때, 가동 스크롤(4)은 자전이 규제되어 있기 때문에, 가동 스크롤(4)은 그 자세를 유지한 채 공전 운동하게 되고, 압축실(S1)에서는 가동 스크롤(4) 및 고정 스크롤(5)의 랩(4b, 5b)이 상대 이동하여, 하우징(2)에 형성된 흡기구를 통해 냉매가 흡입된다. 압축된 냉매는 랩(4b, 5b)의 상대 이동에 의해 압축실(S1)의 중앙으로 이동하고, 고정 스크롤(5)의 플레이트(5a)에 형성된 관통구멍(5c) 및 리드 밸브(10)를 통과하여 배출실(S2)로 유입되고, 그 후 하우징(2)에 마련된 배출구멍으로 배출된다.

이러한 구성을 가지는 스크롤 컴프레서(1)에 있어서, 제1 베어링(6) 및 제2 베어링(8) 중 한쪽 또는 양쪽에 미끄럼 베어링을 이용하는 것이 본 발명의 특징이며, 도 1에서는 제1 베어링(6) 및 제2 베어링(8) 모두에 미끄럼 베어링을 사용한 것이 도시되어 있다.

계속해서, 자동차의 전동기로 구동되는 축 별체형 스크롤 컴프레서의 실시양태를, 도 1과 공통된 부품은 같은 참조부호로 나타내는 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 또한 전동기 구동 스크롤 컴프레서 특유의 것으로서 전동기(20) 및 급전 회로부(21)를 가지고 있고, 회전축(3)은 제1 베어링(6)(도시한 실시양태에서는 구름 베어링) 및 제3 베어링(22)(도시한 실시양태에서는 구름 베어링)에 의해 축지되어 있다. 본 발명에서는 제1 베어링(6), 제2 베어링(8) 및 제3 베어링(22) 모두를 미끄럼 베어링으로 구성할 수 있다. 23은 평형추(counterweight), 24는 자전 규제 기구이다.

이상, 자동차에 탑재되는 스크롤 컴프레서에 대해 설명했지만, 가정용 및 업무용 스크롤 컴프레서에 본 발명의 미끄럼 베어링을 적용할 수 있다.

한편, 가정용 및 업무용 스크롤 컴프레서에서는 축 일체형을 사용하는 경우가 많다.

도 3은 본 실시예에 따른 축 일체형 스크롤 컴프레서를 나타낸다. 도 3은 본원의 도 1, 2와 같은 부재는 같은 참조부호를 부여해서 나타낸다. 도 3에서 38은 크랭크 케이스, 39는 가동 스크롤 부재의 플레이트에서 아래방향으로 연장되는 원통부, 40은 베어링 장착부이다. 회전축(3)의 본체(3a)는 편심축(3b)과 일체로 되어 있는 이 축 일체형 스크롤 컴프레서에서는 제1 베어링(6), 제2 베어링(8) 및/또는 제3 베어링(22)에 본 발명의 미끄럼 베어링을 사용할 수 있다.

계속해서, 미끄럼 베어링에 대해 설명한다. 미끄럼 베어링(6, 8, 22)은 도 4에 단면을 도시한 바와 같이, 백 메탈(11)과 슬라이딩층 또는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부(이하 "슬라이딩층"이라고 함)(12)로 이루어진다. 백 메탈(11)에는 일반적으로 보통강판(JIS-SPCC)을 사용할 수 있지만, 강도가 높은 고탄소 강판 등을 사용해도 무방하다. 백 메탈(11)의 두께는 일반적으로 0.5∼2mm이며, 그 표면에는 소결에 의해 형성된 조면화부(粗面化部)(11a)가 나타나 있다. 조면화부는 에칭, 숏 블라스트(shot blast) 등에 의해 형성해도 된다. 슬라이딩층(12)은 수지와 흑연을 용제 중에 분산시킨 것을 조면화부(11a)에 함침시키고 그 후 소성을 실시하여, 두께를 일반적으로 5∼200㎛의 범위로 한 것이다.

슬라이딩층(12)의 표면(12a)을 연마, 연삭, 절삭 가공하는 것이 가능하며, 이들을 단독으로 할 수도, 조합해서 할 수도 있다. 조합 기계 가공은 예를 들면, 연마로 표면 거칠기를 작게 가공한 후 절삭으로 홈 가공을 하거나, 혹은 절삭으로 조(粗)가공한 후 연마로 마무리하는 방법 등이다.

다음으로, 슬라이딩층(12)의 필수성분 중 흑연에 대해 설명한다.

완전 흑연결정의 흑연화도를 1로 하는 흑연화도로 표시해서, 본 발명의 흑연은 결정화도가 0.6 이상이고, 천연 흑연의 흑연화도 범위와 거의 중복되어 있어 윤활성 및 친숙성(conformability)이 뛰어나다. 바람직하게는, 구상 흑연의 흑연화도가 0.8 이상이다. 한편, 흑연화도(degree of graphitization)는 비특허문헌 4: 트라이볼로지스트 Vol.49/No.7/2004 「탄소재료의 사용법」 제561페이지에 정의되어 있는 C. R. Housaka의 다음 식과 같다.

P₁=(d₀₀₂-3.14)/(3.54-3.44)

흑연은 일반적으로 천연 흑연과 인조 흑연의 두 종류로 분류되며, 또 분류에 따라서는 팽창 흑연의 세 종류로 크게 구분된다. 천연 흑연은 인상 흑연, 인편상 흑연 및 토상 흑연으로 나뉜다. 인조 흑연에는 인조 흑연 전극을 파쇄한 것이 있다. 석유계 타르나 코크스를 탄소화한 것은 흑연화 탄소라고 불리우며, 메소페이즈 소구체 등도 포함된다. 흑연화 탄소를 고온으로 소성하면 흑연이 얻어진다. 이러한 흑연들은 제조방법이 다를 뿐만 아니라 제품형상도 명백하게 식별된다. 최근에는 구상화 파쇄기술의 개발로 인해 구상화 분쇄 흑연 혹은 구상 흑연이라고 하는 분말이 입수 가능하다(니폰고쿠엔코교 가부시키가이샤의 기술자료: 제품명 CGC-100, 50. 20; ITO GRAPHITE의 홈페이지; http://www.graphite.co.jp/seihin.htm).

흑연의 평균입경에 대해서는 평균직경이 5㎛ 미만이면 흑연이 응집한다는 문제가 발생하고, 또 평균직경이 50㎛를 넘으면 분산성이 불량해진다는 문제가 있다. 본 발명의 흑연은 평균직경이 5∼50㎛ 범위이다. 또, 바람직한 평균직경은 5∼20㎛이다. 한편 평균입경에 대해서는 가부시키가이샤 호리바세이사쿠쇼 제품인 레이저 회절/산란식 입도분포 측정장치 LA-910를 이용해서 계측하였다.

흑연의 흑연화도에 대해서는 이 값이 클수록 결정성이 좋고 윤활성이 뛰어나게 되고, 본 실시예에서는 특히 흑연화도를 0.6 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 흑연화도를 0.8 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

계속해서, 흑연입자형상 측정법 중, 먼저 평균형상계수(Y_AVE)의 측정법을 설명한다.

흑연의 평균직경(MV)은 다음 식으로 표시된다.

MV={SUM(V*d_i)}/SUMVi=SUM(d_i ³)/SUM(d_i ²)…(1)

여기서, SUM은 ( ) 안의 값 또는 Vi를 i개에 대한 합계를 의미하고, d_i는 흑연입자 1개의 원상당직경, V_i는 흑연입자 1개의 체적이다. 0.5MV 이하의 입자는 (2)식의 평균형상계수 측정에는 고려하지 않는다.

평균형상계수(Y_AVE)는 i=1....n개의 입자를 측정하여 흑연입자의 주위길이를 단면적으로 나눈 비율이며, 다음 식으로 구할 수 있다.

Y_AVE=SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i …(2)

여기서, PM은 입자 1개의 주위길이, A는 입자 1개당 단면적, SUM은 [ ] 안의 수식의 i개에 대한 합계이다.

흑연입자의 원상당직경 및 흑연입자의 형상계수 측정방법은 미끄럼 베어링을 임의의 위치에서 절단하여, 도 8에 도시한 것과 같은 절단면을 배율 200배, 시야범위 0.37mm×0.44mm로 사진 촬영하고, 슬라이딩층을 화상해석장치에 의해 2값화한다. 화상해석장치로는 시판품, 예를 들면 가부시키가이샤 니코레 제품인 LUZEX-FS를 이용할 수 있다.

다음으로, 입자비의 측정법을 설명한다. 상기 제1 미끄럼 베어링(6)을 임의의 위치에서 절단하고, 도 4에 도시한 것과 같은 절단면을 사진 촬영하여 화상해석장치로 2값화하고, 2값화한 흑연입자의 최소직경을 최대직경으로 나눈 비율을 말한다. 그리고 상기 입자비가 0.5 이상이라는 것은 흑연입자의 형상이 보다 구형에 가까운 것을 나타내고 있다.

본 발명의 흑연형상은 평균형상계수 및 형상계수로 정의(1)되거나, 혹은 입자비로 정의(2)된다. 동일 흑연형상이 이 두 가지의 정의(1), (2)를 만족하는 경우도 있고, 또는 어느 한 가지 정의만 만족하는 경우가 있다. 후자의 경우에, 정의(1)만 만족하고 정의(2)를 만족하지 않는 흑연은 입자비가 0.5 이상인 요건을 만족하지 않는 흑연 개수가 많아진다. 또 정의(1)을 만족하지 않고 정의(2)를 만족하는 흑연은 정의(2)의 "50% 이상"의 잔부의 흑연에 관하여, 평균형상계수(Y_AVE)가 정의(1)을 일탈하여 편평한 흑연이 많아진다. 이상으로 보아, 흑연형상은 정의(1) 및 (2)를 둘 다 만족하는 것이 바람직하다. 어느 한 가지 정의만 만족할 경우에는 편평한 흑연입자의 비율은 많아지지만 슬라이딩 특성은 양호하다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 흑연은 상기한 0.5MV 이하의 미립자는 제외하고, 또 입자 개수비로 50% 미만의 비율로 존재하는 입자비 0.5 이하의 흑연을 제외하고, 전체적으로 만곡면으로 구성된다. "전체적으로"라는 것은 전단락 및 전전단락에서 설명한 현미경 관찰로 각각의 입자를 전체적으로 관찰하면, 입자가 만곡 혹은 곡면을 가지고 있으며 뾰족한 부분이 없는 것을 의미한다. 이로 인해 본 발명의 흑연은 상대축(통상은 강축(鋼軸))을 흠집내는 일이 적다. 이것의 결과로서 상대축의 요철면이 슬라이딩층을 마모시키지 않아 슬라이딩층의 내마모성이 뛰어나고 또한 내소착성이 양호해진다. 또, 인(편)상 흑연(30a)(도 4)은 입자의 평탄면이 접근하여 접촉하고, 또 입자끼리 서로 얽히기 때문에 균일하게 분산하기가 곤란하다. 이에 반해, 본 발명의 평균형상계수 및 형상계수로 정의되거나 또는 입자비로 정의된 흑연은 전체적으로 곡면으로 구성되어 입자끼리 서로 얽힐 일이 없기 때문에 수지(32) 중에 균일하게 분산되기 쉽다. 이러한 점도 슬라이딩 특성 향상에 기여하고 있다. 한편, 인상 흑연은 에지(도 4, 12a')끼리 응착하여 윤활성을 나타내지 않는다는 생각이 있지만(비특허문헌 5: 트라이볼로지스트 Vol.54/No.1/2009 「그라파이트 재료의 트라이볼로지」 제6-7페이지), 본 발명의 평균형상계수 및 형상계수 혹은 입자비로 정의된 흑연(30b, c, d)은 에지가 소실되거나 혹은 둥글게 되어 있기 때문에 에지끼리 접촉할 일은 없다.

이러한 흑연화도가 높으면서 본 발명의 정의에 따른 형상을 가진 흑연을 이용함으로써, 상기 흑연은 상기 폴리아미드 등의 수지 중에 균일 분산되기 쉬워짐과 아울러 수지 중에서 배향하지 않고, 이로 인해 흑연의 벽개(cleavage) 발생의 용이함은 슬라이딩 방향을 묻지 않게 된다.

상술한 것과 같은 흑연으로는, 예를 들면 천연 흑연 혹은 천연 흑연에 가까운 구상 흑연을 사용하는 것이 가능하고, 이들은 시판되는 인상 흑연, 토상 흑연, 박편화 흑연 등보다 상기 흑연화도가 높고, 또한 훨씬 입자비가 높다.

그리고 상술한 것과 같은 특징을 가지는 흑연의 함유량에 대해서는, 상기 흑연의 함유량이 5중량% 미만이면 저(低)마찰성이 얻어지지 않고 내소착성이 떨어진다는 문제가 발생하고, 또 함유량이 60중량%를 넘으면 슬라이딩 재료의 강도가 저하한다는 문제가 발생한다.

상기한 흑연의 슬라이딩층 중의 배향을, 도 4와 같은 요소는 같은 참조부호를 사용하고 있는 도 5 및 6을 참조하여 설명한다. 도 5, 6에서 30은 흑연입자, 32는 수지이다. 인(편)상 흑연(30a)은 거의 평탄한 면이 큰 면적을 차지하고 있고, 두께가 작기 때문에 0.5 미만인 입자비의 흑연입자가 많다. 또한 슬라이딩층(12)의 단면에서 측정하는 평균형상계수(Y_AVE)는 커진다. 이러한 흑연입자들이 수지(32) 중에 분산되면 평탄면이 표면(12a)방향을 향하게 되고, 한편, 도 6에 도시한 본 발명의 슬라이딩층(12)에 분산된 흑연 중 평균형상계수와 형상계수로 정의된 것은 구상(30b), 프랑스빵(바케트)이나 럭비공형상(30c), 굽은 옥(勾玉;comma-shaped bead)(30d)형상 등이기 때문에, 도 6에 도시한 단면시(斷面視)에서도, 표면(12a)과 평행방향의 단면시에서도 같은 흑연형상이 나타난다. 이 입자들의 평균형상계수(Y_AVE)는 작다. 한편, 흑연이 전부 구상(즉 진구)인 경우는 평균형상계수(Y_AVE)=1이 되지만, 구상화 분쇄기술로는 원료 흑연을 진구로 하기가 곤란하기 때문에, 평균형상계수(Y_AVE)=1.2∼3.0의 범위에서 충분히 뛰어난 성능이 얻어진다.

또 도 7에는 동일한 면적을 가진 구상 흑연(30b)과 메소페이즈 소구체(33)를 나타낸다. 메소페이즈 소구체는 주위길이가 크기 때문에, 평균형상계수(Y_AVE)의 분자가 커지고, 이 결과 평균형상계수(Y_AVE) 자체가 커진다. 평균형상계수(Y_AVE)가 4를 넘는 흑연입자나 입자비가 0.5 미만인 흑연입자는 형상 이방성이 크고, 도 5와 같은 배향이 되기 때문에 바람직하지 않다. 바람직한 평균형상계수(Y_AVE)는 2.5 이하이다. 또, 구상 흑연(30b)의 비율이 전체 흑연에 대해 클 필요가 있으므로, 평균형상계수(Y_AVE)의 정의에 더하여, 형상계수(Y)=1∼1.5 범위의 입자가 개수 비율로 70% 이상이어야 한다.

본 발명에서 흑연입자는 실질적으로 구상화 분쇄 흑연인 것이 바람직하다. 구상화 분쇄 흑연은 전체가 만곡 혹은 곡면으로 구성되고 에지가 없는 등 상술한 특징을 가지고 있다. "실질적"이란 분쇄 정밀도에 기인하여, 원료 흑연분말의 형태가 남아 있는 것이 소량, 구체적으로는 10중량% 이하는 허용된다는 의미이다.

흑연의 양: 흑연의 함유량이 5중량% 미만이면 저마찰성이 얻어지지 않아 내소착성이 떨어지며, 한편 흑연의 함유량이 60중량%를 넘으면 슬라이딩 재료의 강도가 저하한다.

상기한 흑연의 잔부는 폴리이미드(PI) 및/또는 폴리아미드이미드(PAI) 수지이다. 폴리이미드로는 액상 혹은 고체 분말상의 폴리에스테르이미드, 방향족 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레인이미드 등을 사용할 수 있다.

폴리아미드이미드 수지로는 방향족 폴리아미드이미드 수지를 사용할 수 있다. 이러한 수지들은 모두 내열성이 뛰어나고 마찰계수가 작다는 특징을 가지고 있다.

본 발명의 미끄럼 베어링의 마찰을 저감시키기 위해, 마찰 조정제로서, 입경이 10㎛ 미만인 클레이, 멀라이트, 탈크 중 적어도 1종 이상을 슬라이딩층(12) 전체에 대하여 0.5∼20중량% 함유시킬 수 있다. 단, 그 때 이 마찰 조정제와 흑연의 합계량을 5.5∼80중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기 클레이나 멀라이트는 경질물(硬質物)인 것을 이용하고, 슬라이딩층의 내마모성을 향상시키기 위해 사용되며, 또 탈크에 포함되는 활석은 층간이 약한 반데르발스 힘으로 결합되어 있기 때문에 층간에서 벗겨지기 쉬워, 슬라이딩층에 혼합함으로써 마찰 조정 작용을 얻을 수 있다.

그리고 상기 마찰 조정제의 함유량은 0.5중량% 미만이면 마찰 저감 효과가 불충분하고, 한편 20중량%를 넘으면 상대재(相對材)를 흠집내서 내마모성을 불충분하게 한다. 여기서 함유량은 5∼15중량%가 보다 바람직하다.

한편, 마찰 조정제의 입경이 10㎛를 넘으면 상대재에 대한 공격성이 높아지고, 또 구상 흑연과의 합계량이 5.5중량% 미만이면 슬라이딩층의 마모량이 증대되고, 80중량%를 넘으면 내열성이나 강도 부족 등의 문제가 발생한다.

또한 본 발명의 미끄럼 베어링의 윤활성을 향상시키기 위해, 고체 윤활제로서 PTFE, MoS₂, BN 중 1종 이상을 슬라이딩층(12) 전체에 대하여 1~40중량% 함유시킬 수 있다. 단, 그 때 상기 흑연 및 마찰 조정제와의 합계 함유량을 6.5∼80중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 고체 윤활제의 함유량이 1중량% 미만면 그 효과가 적고, 40중량%를 넘거나 혹은 흑연 및 마찰 조정제와의 합계가 80중량%를 넘으면 내열성이나 강도 저하 등의 문제가 발생한다. 마찬가지로 슬라이딩층에 총량으로 10용량%의 실리콘유, 기계유, 터빈유, 광물유 중 적어도 1종을 함침할 수 있다.

상기 고체 윤활제 중 상기 MoS₂는 흑연과 마찬가지로 벽개성을 가지고 있고, 본 발명에서는 이 벽개 발생의 용이함이 슬라이딩 방향에 따라 거의 일정하도록 하기 위해 랜덤 배향이 바람직하다. MoS₂는 입자의 편평형상에 기인한 배향성이 있기 때문에, 수지와의 혼합·도포시에 수지의 점도가 낮으면 배향이 일어나므로, 이 점을 고려하여 슬라이딩층을 형성하면 랜덤 배향이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 스크롤 컴프레서에 사용된 미끄럼 베어링이 종래의 구름 베어링보다 내마모성, 내소착성 및 정숙성이 뛰어난 이유는, 흑연의 결정성이 뛰어나기 때문에 연질이면서, 흑연이 수지에 균일하게 분산된 것에 기인한다고 생각된다. 즉, 종래의 인편상 흑연은 흑연 자체가 큰 형상 이방성을 가지면서, 수지에 분산할 때에 균일 분산할 수 없기 때문에, 바람직하지 않은 방위로 배향된 흑연입자가 마모를 일으키기 쉽고 소착도 일으키기 쉽다. 이 마모에 수반되어 이음(異音)이 발생한다. 또, 구상 카본 등의 경질 탄소재료는 진구성은 높지만 상대축을 마모시키고, 이것에 기인하여 소착이나 이음 발생이 일어나기 쉽다. 이에 반해 본 발명의 흑연은 연질이며, 입자비 또는 평균형상계수 및 형상계수 중 어느 것으로 정의된 흑연도 균일·무배향으로 분산되어 있으므로, 슬라이딩 초기부터 사용 전기간에 있어서 마모 상황이 일정하다.

본 발명의 미끄럼 베어링을 구비한 스크롤 컴프레서는 내구성이 향상되고 정숙성의 개선이 가능해진다. 또한 구름 베어링을 미끄럼 베어링으로 대체함으로써 컴프레서가 경량화되고 또 베어링 외경이 작아지기 때문에, 가동 스크롤에 대한 압입부위(링 보스부)의 경량화와 평형추의 경량화도 가능하게 된다. 평형추를 작게 함으로써 컴프레서가 소형화된다. 또한 본 발명의 슬라이딩층은 미끄럼 베어링의 수지가 이물 매수성(embedding property)이 뛰어나기 때문에 안정된 내구성을 확보할 수 있다. 또 베어링이 저렴해진다.

도 1은 일실시예에 따른 스크롤 컴프레서의 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 스크롤 컴프레서의 단면도이다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 스크롤 컴프레서의 단면도이다.
도 4는 미끄럼 베어링의 단면도이다.
도 5는 종래의 인(편)상 흑연을 수지 중에 분산한 미끄럼 베어링의 모식적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 흑연을 수지 중에 분산한 미끄럼 베어링의 모식적 단면도이다.
도 7은 메소페이즈 소구체와 구상 흑연의 평균형상계수를 설명하는 도면이다.
도 8은 흑연입자형상의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 14의 공시재(供試材;testing material)의 슬라이딩층의 현미경 사진이다.

스크롤 컴프레서의 슬라이딩 특성은, 평가실험에서는 내마모성 및 내소착성으로 평가되는 특성에 관해 측정하고, 상기 평균형상계수(Y_AVE) 및 형상계수(Y)를 가지는 흑연을 배합에 기초한 슬라이딩층(12)을 구비한 제1, 제2 미끄럼 베어링(6, 8)(도 1)을 장착하고, 자동차 엔진으로 구동되는 스크롤 컴프레서(1)를 운전하여 시험 후의 마모 깊이 및 소착이 발생했을 때의 면압으로 평가한다.

본 발명에 따른 미끄럼 베어링을 스크롤 컴프레서(1)에 마련했을 경우, 종래의 인편상 흑연을 분산한 미끄럼 베어링을 마련한 스크롤 컴프레서와 비교하면 다음의 사실을 알 수 있다. 우선, 마모량 및 소착면압 모두 균형 있게 양호한 값을 나타낸다. 즉, 상기 슬라이딩층(12)의 흑연이 상술한 조건을 만족함으로써 상기 흑연의 배향이 무방향이 되고, 흑연의 벽개에 따른 저마찰성은 그 배향에 관계없이 안정적으로 발휘된다. 바꿔 말하면, 회전축이 회전하여 가동 스크롤(4)이 선회함으로써 진동 등에서의 다양한 움직임이 발생해도 이러한 상황에서 안정된 내소착성에 기여한다.

자동차의 전동기로 구동되는 스크롤 컴프레서(도 2)의 제1∼3 미끄럼 베어링(6, 8, 22)에 상기 슬라이딩층을 마련했을 경우에도 동일한 성능이 발휘된다.

또 상술한 것과 같은 흑연화도가 높고 또 구상에 가까운 형상인 흑연은 수지 중에 균일하게 분산시킬 수 있고, 또 구상에 가까운 흑연은 얇은 부분이 없기 때문에, 상기 흑연이 상대재와의 슬라이딩 부분에 노출되었다고 해도 국부적으로 결락되는 일은 없으며, 미끄럼 베어링의 표면 거칠기를 작게 할 수 있으므로 내소착성이 향상된다.

스크롤 컴프레서의 미끄럼 베어링의 슬라이딩에 관해서는 슬라이딩 중에 흑연이 상대재와 노출되었을 경우에, 본 발명에 따른 흑연도가 높고 구상에 가까우면서 수지 중에 균일하게 분산된 흑연은 국부적으로 결락되어 슬라이딩면을 거칠게 하지 않아 거칠기가 일정하게 유지되므로 슬라이딩 특성이 양호하게 유지된다. 이에 반해, 흑연화도가 낮고 또 입자형상이 구상에서 벗어나는 흑연은 상대재와의 슬라이딩 부분에 노출되면 깨져서 탈락하고, 슬라이딩면이 거칠어져서 내소착성이 저하하며, 또한 평평한 흑연의 경우, 그 벽개방향이 슬라이딩 방향과는 다른 방향을 향해 배향해 버리면 마찰 저항이 높아진다.

다음으로 상기 제1, 제2 미끄럼 베어링(6, 8)에 있어서, 입자비로 정의되는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부(이하 "흑연첨가 수지계 슬라이딩부"라고 함)(12)의 성분에 대해 설명한다. 한편, 그 이외의 구성에 대해서는 평균형상계수(Y_AVE) 및 형상계수(Y)로 정의되는 흑연을 분산한 슬라이딩층의 제1, 제2 미끄럼 베어링(6, 8)과 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

흑연첨가 수지계 슬라이딩부(12)는 5∼60중량%의 흑연(단, 이 흑연 중 입자개수 비율로 50% 이상은 입자가 0.5 이상이다)과, 20∼90중량%의 폴리이미드 및 폴리이미드아미드 중 적어도 1종을 필수성분으로 포함하고, 경우에 따라 0.5∼20중량%의 클레이, 멀라이트, 실리카, 알루미나 중 적어도 1종으로 이루어지는 마찰 조정제를 포함하고 있다.

또한 그 성분 중에는 40중량% 이하의 PTFE, MoS₂, BN 중 적어도 1종 이상으로 이루어지는 고체 윤활제나, 10용량% 이하의 실리콘유, 기계유, 터빈유, 광물유 중 적어도 1종 이상의 오일을 함유시키는 것이 가능하게 되어 있다.

상기 흑연에 대해서는 인조 혹은 천연인 것을 사용할 수 있고, 나아가 입경은 250㎛ 이하인 것이 바람직하다.

그리고 상기 흑연의 함유량은 5중량% 미만으로 하면 마찰계수가 커져서 마모량이 커지고, 한편 60중량%를 넘으면 수지나 백 메탈(11)과의 결합력이 약해져서 마모량이 커진다는 문제가 발생한다. 한편 보다 바람직한 함유량은 30∼60중량%로 되어 있다.

상기 폴리이미드 및 폴리이미드아미드의 함유량에 대해서는 20중량% 미만으로 하면 결합력이 약해져서 마모량이 커지고, 한편 90중량%를 넘으면 마찰계수가 커져서 마모량이 커진다는 문제가 발생한다. 한편 보다 바람직한 함유량은 30∼60중량%로 되어 있다.

상기 마찰 조정제의 함유량에 대해서는 0.5중량% 미만이면 내마모성이 불충분해지고, 한편 20중량%를 넘으면 상대재를 흠집내서 상대재의 내마모성을 저하시킨다는 문제가 발생한다.

상기 고체 윤활제의 함유량에 대해서는 40중량%를 넘으면 강도 저하나 내열성 부족 등의 문제가 발생한다. 한편 보다 바람직한 함유량은 5∼20중량%로 되어 있다.

그리고 상기 오일의 함유량에 대해서는 10용량%를 넘으면 강도 저하나 내열성 부족 등의 문제가 발생한다. 한편 바람직한 함유량은 0.1용량% 이상이고, 보다 바람직한 함유량은 1∼10용량%로 되어 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다.

백 메탈로서 140mm×1.5mm의 보통강판을, 또 그 위에 형성하는 조면화부용 청동분말(Sn 10% 함유, +80, -150메쉬)을 각각 준비하였다. 백 메탈을 탈지한 후, 청동분말을 백 메탈 상에 단위면적(㎠)당 0.05∼0.1g 배치하고, 그 후 830∼850℃로 소성하여 조면화부를 형성하였다. 조면화부의 두께는 약 150㎛이고, 청동의 비중에 기초해서 계산한 기공률은 40∼80%였다. 표 2에 조성을 표시한 슬라이딩층 성분은 용제와 함께 충분히 혼합한 후 조면화부에 함침하고, 100℃로 건조하고, 계속해서 냉간 상태로 압하하여 슬라이딩층 성분을 굳히고, 마지막으로 250℃로 소성하여 두께가 약 80㎛인 슬라이딩층을 형성해서 바이메탈재 시료로 하고 부시로 가공하였다. 표 1에서 "흑연"은 니폰고쿠엔코교 가부시키가이샤가 생산하고 있는 구상화 분쇄흑연(제품명 CGB10)이다. 표 2의 "흑연"란은 함유량(중량%)을 나타내고, 흑연의 평균형상계수(Y_AVE)는 ( ) 안에 표시한 대로이며, 또 본 발명의 실시예 1∼18에서는 형상계수(Y)=1∼1.5 범위의 입자가 개수 비율로 80∼90% 존재하고 있었다.

흑연의 입자비 측정은 다음과 같이 실시하였다. 도 8에 단면 현미경 사진을 도시한 표 2의 실시예 11에 대하여, 도 8에 도시한 바와 같이 소결 합금입자에서 위쪽의 슬라이딩면측의 주동상(周銅相)의 현미경 사진을 촬영하고, 이것을 화상해석장치를 이용해서 2값화하였다. 이렇게 2값화된 흑연입자의 개수는 측정면에서 103이고, 1개 1개의 흑연입자의 최소직경/최대직경 비율을 측정한 결과, 이 비율이 0.5 이상인 입자개수는 74이고, 입자비가 0.5 이상인 입자의 존재비율은 72%인 것이 구해졌다. 동일한 측정을 비교예 2 및 3에 대하여 실시한 결과, 입자비가 0.5 이상인 존재비율이 각각 11.4% 및 48%인 것을 알 수 있었다.

또한 흑연 이외 성분의 상세는 다음과 같다.

폴리이미드 수지: 토레사 제품

폴리아미드이미드 수지: 히타치카세이코교사 제품

클레이: 시라이시칼슘사 제품; 평균입경 1㎛

멀라이트: 쿄리츠마테리얼사 제품; 평균입경 0.8㎛

탈크: 니폰탈크사 제품; 평균입경 1㎛

PTFE: 아사히가라스사 제품; 평균입경 9㎛

MoS₂: 스미코준카츠자이사 제품; 평균입경 1.4㎛

BN: 미츠이카가쿠사 제품; 평균입경 1㎛

표 2는 상기 배합을 조합함으로써 제조한 상기 미끄럼 베어링에 관한 실험 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 표에 기재된 흑연 및 인상이란, 상기 평균입경이 5∼50㎛, 흑연화도가 0.6 이상이지만 평균형상계수(Y_AVE)는 크게 다르며, 인상 흑연은 10 이상으로 되어 있다. 따라서, 평균형상계수(Y_Ave)≒10은 종래 형상인 흑연과 본 발명이 특징으로 하는 형상인 흑연의 경계값이 되어 있다.

시험 방법은 다음과 같다.

내마모성 시험

시험기: 플레이트온링 시험기

윤활: 유동 파라핀

하중: 50kgf(일정)

속도: 5m/s

시험 시간: 60분

평가방법: 시험후의 마모 깊이

내소착성 시험

시험기: 스러스트(thrust) 시험기

윤활: 유동 파라핀

하중: 하중 점증

속도: 10m/s

시험 시간: 60분

평가방법: 소착이 발생했을 때의 면압으로 평가한다.

시험 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 실시예 14의 공시재의 단면 사진을 도 9에 나타낸다.

비교예 1은 구상 흑연을 사용하고 있지만, 흑연화도가 낮기 때문에 내소착성이 불량하다. 비교예 2~5는 인편상 흑연을 사용하고 있기 때문에 내마모성 및 내소착성이 불량하다. 이에 반해 본 발명의 실시예는 이러한 특성들이 뛰어나다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 자동차 탑재 스크롤 컴프레서는 베어링에, 종래의 구름 베어링 대신에 미끄럼 베어링을 사용하고 있기 때문에, 소형·경량화, 정숙성, 가격면에서 뛰어나다. 또한 가정용 스크롤 컴프레서에 대해서는 종래 사용되고 있던 미끄럼 베어링과 비교하면, 장기간 사용했을 때의 특성 안정성이 뛰어나다.

Claims

하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와, 상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록 상기 회전축 본체에 연결된 편심축과, 상기 편심축에 고정된 가동 스크롤과, 상기 하우징에 고정된 고정 스크롤과, 상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 축본체 베어링과, 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 편심 베어링을 포함하는 스크롤 컴프레서에 있어서,
상기 축본체 베어링 및 상기 편심 베어링 중 적어도 하나는, 평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이면서 평균직경의 0.5배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 따른 평균형상계수(Y_AVE)가 1∼4의 범위 내이고 하기 정의에 따른 형상계수(Y)= 1∼1.5 범위인 입자가 개수 비율로 70% 이상 존재하는 흑연 5∼60중량%와, 잔부(殘部) 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지 중 적어도 1종으로 이루어지는 슬라이딩층을 백 메탈(back matal;裏金) 상에 소성한 미끄럼 베어링인 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
Y_AVE=SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i
Y=PM²/4πA
여기서, PM은 입자 1개의 주위길이, A는 입자 1개당 단면적, i는 측정 개수, SUM은 [ ] 안의 수식의 i개에 대한 합계이다.
하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와,
상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록, 상기 회전축 본체에 연결된, 상기 회전축 본체와는 별체인 편심축 둘레를 선회하는 가동 스크롤과, 상기 하우징에 고정된 고정 스크롤을 구비하고, 상기 회전축 본체 및 상기 편심축을 하우징 내부에 마련한 각 베어링에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하는 스크롤 컴프레서에 있어서,
상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 상기 베어링 및 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 상기 베어링 중 적어도 하나 또는 둘 모두는 미끄럼 베어링이고, 상기 미끄럼 베어링은 백 메탈의 표면에, 평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이면서 입자비가 0.5 이상인 흑연이 전체 입자수의 50% 이상을 차지하는 흑연을 5∼60중량% 포함하고 잔부가 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지 중 적어도 1종을 포함하는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부를 형성한 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와, 상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록 상기 회전축 본체에 일체인 편심축과, 상기 편심축에 고정된 가동 스크롤과, 상기 하우징에 고정된 고정 스크롤과, 상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 축본체 베어링과, 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 편심 베어링을 포함해서 이루어지는 스크롤 컴프레서에 있어서,
상기 축본체 베어링 및 상기 편심 베어링 중 적어도 하나는, 평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이면서 평균직경의 0.5배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 따른 평균형상계수(Y_AVE)가 1∼4의 범위 내이고 하기 정의에 따른 형상계수(Y)= 1∼1.5 범위인 입자가 개수 비율로 70% 이상 존재하는 흑연 5∼60중량%와, 잔부 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지 중 적어도 1종으로 이루어지는 슬라이딩층을 백 메탈 상에 소성한 미끄럼 베어링인 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
Y_AVE=SUM[{PM_i ²/4πA_i}]/i
Y=PM²/4πA
여기서, PM은 입자 1개의 주위길이, A는 입자 1개당 단면적, i는 측정 개수, SUM은 [ ] 안의 수식의 i개에 대한 합계이다.
하우징의 내부에 상기 하우징의 축심 둘레를 회전 가능하게 마련된 회전축 본체와,
상기 회전축 본체의 축심에 대하여 편심한 위치에서 상기 축심 둘레를 공전하도록 상기 회전축 본체에 일체인 편심축 둘레를 선회하는 가동 스크롤과, 상기 하우징에 고정된 고정 스크롤을 구비하고, 상기 회전축 본체 및 상기 편심축을 하우징 내부에 마련한 각 베어링에 의해 슬라이딩 가능하게 지지하는 스크롤 컴프레서에 있어서,
상기 회전축 본체를 슬라이딩 가능하게 지지하는 상기 베어링 및 상기 편심축을 슬라이딩 가능하게 지지하는 상기 베어링 중 적어도 하나 또는 둘 모두는 미끄럼 베어링이고, 상기 미끄럼 베어링은 백 메탈의 표면에, 평균직경이 5∼50㎛이고 흑연화도가 0.6 이상이면서 입자비가 0.5 이상인 흑연이 전체 입자수의 50% 이상을 차지하는 흑연을 5∼60중량% 포함하고 잔부가 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지 중 적어도 1종을 포함한 흑연첨가 수지계 슬라이딩부를 형성한 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흑연이 실질적으로 구상화 분쇄흑연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
자동차용 공조기에 이용하는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제6항에 있어서,
자동차의 엔진으로 구동되는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제6항에 있어서,
자동차에 탑재된 전동기로 구동되는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
가정용 및 업무용 공조기에 이용되고, 전동기로 구동되는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이딩층 또는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부는 입경이 10㎛ 미만인 클레이, 멀라이트, 탈크 중 적어도 1종 이상으로 이루어지는 마찰 조정제를 0.5∼20중량% 더 함유하면서, 또 상기 마찰 조정제와 상기 흑연과의 합계량을 5.5∼80중량%의 범위로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이딩층 또는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부는 PTFE, MoS₂, BN 중 적어도 1종 이상으로 이루어지는 고체 윤활제를 1∼40중량% 함유하고, 상기 고체 윤활제와 상기 흑연 및 마찰 조정제의 합계 함유량이 6.5∼80중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제10항에 있어서,
상기 슬라이딩층 또는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부는 10용량% 이하의 실리콘유, 기계유, 터빈유, 광물유 중 적어도 1종 이상의 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제11항에 있어서,
상기 슬라이딩층 또는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부는 10용량% 이하의 실리콘유, 기계유, 터빈유, 광물유 중 적어도 1종 이상의 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이딩층 또는 흑연첨가 수지계 슬라이딩부의 표면이, 연마, 연삭, 절삭 가공 중 적어도 어느 하나의 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 백 메탈의 표면에, 청동분말을 소결하여 조면화부(粗面化部)를 형성하고, 상기 조면화부의 표면에 상기 흑연첨가 수지계 슬라이딩부 또는 슬라이딩층을 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 컴프레서.