KR19990028773A

KR19990028773A - 왕복운동형 압축기

Info

Publication number: KR19990028773A
Application number: KR1019980700072A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 가토; 아키치카 이토
Original assignee: 이소가이 지세이; 가부시키가이샤 도요다지도숏키 세이사쿠쇼
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 1999-04-15
Also published as: EP0838590A4; EP0838590A1; KR100312933B1; WO1997042411A1; DE69630689T2; EP0838590B1; DE69630689D1

Abstract

압축기는 실린더 보어(41,42)를 갖는 실린더 블럭(30,31)을 구비하고 있다. 구동축(39)은 실린더 블럭(30,31)에 회전가능하게 지지되어 있다. 사판(40)은 구동축(39)에 일체로 회전가능하게 장착되어 있다. 피스톤(1)은 실린더 보어(41,42) 내에 슬라이드가능하게 수용되어 있다. 슈(44)는 피스톤(1)과 사판(40) 사이에 슬라이드가능하게 배치되어 있다. 사판(40)의 회전에 따라 슈(44)를 통해서 피스톤(1)이 왕복 운동한다. 피스톤(1)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 모재로 형성되어 있다. 피스톤(1)은 슈(44)를 슬라이드가능하게 유지하는 유지 오목부(2)를 구비하고 있다. 유지 오목부(2)에는 주석을 주체로 구성된 피복층(6)이 설치되어 있다.

Description

왕복 운동형 압축기

일반적으로, 자동차 등의 공조 장치에 이용되는 압축기로서, 예를 들면, 도10에 도시하는 바와 같은 왕복 운동형 압축기가 알려져 있다. 이 압축기는 서로 접합된 한쌍의 실린더 블럭(30, 31)을 구비하고 있다. 사판실(斜板室)(32)은 양 실린더 블럭(30, 31) 사이에 형성되어 있다. 각 실린더 블럭(30, 31)의 외단면에는 각각 밸브판(33, 34)을 통해 하우징(35, 36)이 접합되어 있다. 흡입실(36) 및 토출실(37)은 밸브판(33, 34)과 하우징(35, 36) 사이에 형성되어 있다.

구동축(39)은 양 실린더 블럭(30, 31)에 회전가능하게 지지되어 있다. 캠으로서의 사판(40)은 사판실(32) 내에서 구동축(39)에 고정되어 있다. 복수 쌍의 실린더 보어(41, 42)는 구동축(39)의 주위에서 각 실린더 블럭(30, 31)에 형성되어 있다. 양두형 피스톤(43)은 각 쌍의 실린더 보어(41, 42) 내에 각각 수용되어 있다. 캠 종동부로서의 슈(shoe)(44)는 사판(40)과 피스톤(43) 사이에 배치되어 있다. 슈(44)는 사판(40)의 전후 면에 슬라이드하는 슬라이드면(45)과 피스톤(43)의 유지 오목부(46)에 슬라이드가능하게 합쳐지는 구면(47)을 갖고 있다.

상기 압축기에서는 구동축(39)의 회전에 따라 사판(40)이 회전하면, 그 사판(40)의 작용에 의해 슈(44)를 통해 피스톤(43)이 실린더 보어(41, 42) 내를 왕복 운동한다. 이 때, 피스톤(43)의 상사점에서 하사점으로의 이동에 따라, 흡입실(36)에서 실린더 보어(41, 42) 내로 냉매 가스가 흡입된다. 그리고, 피스톤(43)의 하사점에서 상사점으로의 이동에 따라, 실린더 보어(41, 42) 내로 흡입된 냉매 가스가 압축되어, 토출실(38)로 토출된다.

일반적으로, 압축기의 토출 용량을 증대시키기 위해서는 실린더 보어(41, 42)를 확대함과 동시에, 그것에 따라 피스톤(43), 사판(40) 및 슈(44)를 대형화하는 것이 고려된다. 통상, 피스톤(43) 및 사판(40)은 경량의 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있지만, 동일 종류의 금속 끼리는 슬라이드에 의해 스티킹(sticking)을 발생하기 쉽다. 이 때문에, 피스톤(43)과 사판(40) 사이에 배치되는 슈(44)는 피스톤(43) 및 사판(40)과의 스티킹을 방지하기 위해 철계 금속으로 형성되어 있다. 그러나, 철계 금속은 비중이 크기 때문에, 슈(44)를 대형화하면, 압축기 전체의 중량이 증대한다.

임시로, 토출 용량의 증대를 도모하기 위해, 슈(44)의 크기를 변화시키지 않고, 피스톤(43) 및 사판(40) 만을 대형화한다. 그러나, 토출 용량이 증대하면, 피스톤(43)에서 슈(44)를 통해 사판(40)에 작용하는 하중도 증대한다. 이 때문에, 슈(44)의 크기만 동일하면, 그 슈(44)의 구면(47) 및 슬라이드면(45)에 작용하는 단위 면적당 하중이 크게 된다. 그 결과, 슈(44)의 구면(47)과 피스톤(43)의 유지 오목부(46) 사이의 슬라이드 저항 및 슈(44)의 슬라이드면(45)과 사판(40) 사이의 슬라이드 저항이 증대한다.

슈(44)의 구면(47)과 피스톤(43)의 유지 오목부(46) 사이의 슬라이드 저항이 증대하면, 슈(44)가 유지 오목부(46)의 내면에 따라 스무스하게 움직일 수 없게 된다. 슈(44)는 사판(40)에 의해 유지 오목부(46) 내에서 움직여지기 때문에, 슈(44)가 스무스하게 움직이지 않으면, 슈(44)의 슬라이드면(45)과 사판(40) 사이에 작용하는 부하가 증대하고, 슬라이드면(45)과 사판(40) 사이의 미끄럼 저항이 또 증대한다.

상기 압축기에서는 외부 냉매 회로로부터의 냉매 가스가 사판실(32)를 통해 흡입실(37)에 도입된다. 냉매 가스가 사판실(32)에 도입됨으로써, 그 사판실(32) 내의 각 기구가 냉각됨과 동시에, 실린더 보어(41, 42) 내로의 냉매 가스의 흡입에 따라 발생하는 맥동이 방지된다. 그러나, 현재에서는 성층권에서의 오존층 파괴 문제 때문에, 분자 중에 염소를 포함하지 않는 R134a(CF₃CH₂F)가 냉매 가스로서 채용되고 있다. 염소는 극압 첨가제로서의 성질을 구비하고 있다. 극압 첨가제는 금속의 표면과 반응함으로써 금속 화합물 막을 구성하여 마찰 저항을 감소시키는 작용을 발생하는 물질이다. 사판실(32) 내에 도입된 냉매 가스가 자신이 갖는 세정 작용에 의해 사판(40) 등의 표면에 체류하고 있는 윤활제를 씻어 흘려버리면, 슈(44)와 그 슈(44)에 접촉하는 피스톤(43) 및 사판(40) 사이의 윤활이 양호하게 행해지지 않는다. 이와 같은 경우, 냉매 가스의 분자 중에 극압 첨가제로서 작용하는 염소가 존재하지 않으면, 슬라이드 저항이 대단히 크게 된다.

본 발명의 목적은 캠과 피스톤과의 연결부에서 발생하는 슬라이드 저항을 저감할 수 있는 왕복 운동형 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명은 구동축의 회전을 캠을 통해 피스톤의 왕복 운동으로 변환하는 왕복 운동형 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캠과 피스톤과의 연결부에서 발생하는 슬라이드(摺動) 저항을 감소시키기 위한 구조에 관한 것이다.

도 1은 본 발명을 구체화한 제 1 실시 형태의 사판식 압축기를 도시한 주요부 확대 단면도.

도 2는 제 1 실시 형태에서의 피스톤을 도시한 사시도.

도 3은 피스톤의 주요부 확대 단면도.

도 4는 제 1 실시 형태에서의 스티킹 시간의 측정 결과를 도시하는 그래프.

도 5는 본 발명을 구체화한 제 2 실시 형태의 사판식 압축기를 도시하는 주요부 확대 단면도.

도 6은 제 2 실시 형태에서의 스티킹 시간의 측정 결과를 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 웨브 캠식 압축기를 도시하는 단면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 캠 종동부를 도시하는 주요부 확대 단면도.

도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에서의 사판을 도시하는 주요부 확대 단면도.

도 10은 종래의 사판식 압축기를 도시하는 단면도.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 압축기는 실린더 보어를 갖는 실린더 블럭을 구비하고 있다. 구동축은 실린더 블럭에 회전가능하게 지지되어 있다. 캠은 구동축에 일체 회전가능하게 장착되어 있다. 피스톤은 실린더 보어 내에 슬라이드 가능하게 수용되어 있다. 캠 종동부는 피스톤과 캠 사이에 슬라이드 가능하게 배치되어 있다. 캠의 회전에 따라, 캠 종동부를 통해 피스톤이 왕복운동한다. 피스톤은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 모재로 하여 형성되어 있다. 피스톤은 캠 종동부를 슬라이드 가능하게 유지하는 유지부를 구비하고 있다. 피스톤의 유지부에는 주석을 주체로 한 피복층이 마련되어 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 피스톤의 유지부에 마련된 피복층에 의해 피스톤의 유지부와 캠 종동부 사이의 슬라이드 저항이 저감된다. 이 때문에, 압축기 내에서 윤활제의 부족이 발생하거나 하는 경우에도, 캠 종동부는 피스톤의 유지부 내를 스무스하게 움직인다. 따라서, 캠은 캠 종동부를 작은 힘으로 움직일 수 있다. 그 결과, 캠 종동부과 캠 사이에 작용하는 부하가 경감되어, 캠 종동부와 캠 사이의 슬라이드 저항이 저감된다.

(제 1 실시 형태)

이하, 본 발명을 구체화한 사판식 압축기의 제 1 실시 형태를 도 1 내지 도 4에 따라 설명한다. 또한, 이 제 1 실시 형태의 압축기의 기계적인 구성은 배경 기술에서 설명한 도 10에 도시하는 압축기와 거의 마찬가지이다. 그 때문에, 여기에서는 도 10에 도시한 압축기와 동일한 부재에는 동일 번호를 붙여 그 설명을 생략하고, 도10의 압축기와 다른 부분에 대해서만 설명을 한다.

도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 압축기는 도 10에 도시한 압축기와는 다르고, 표면 전체에 주석을 주체로 하는 피복층(6)이 형성된 피스톤(1)을 구비하고 있다. 이 피스톤(1)은 슈(44)의 구면(47)을 슬라이드 가능하게 보유하는 한쌍의 유지 오목부(2)를 구비하고 있다.

피스톤(1)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 모재로 하는 본체(5)와, 그 본체(5)의 표면 전체에 형성된 피복층(6)으로 구성되어 있다. 알루미늄 합금으로서는, 예를 들면 Al-Si계 합금, Al-Si-Cu계 합금을 적절하게 사용할 수 있다. 특히, 본체(5)의 모재로서는 경질 입자를 포함하는 알루미늄 합금이 바람직하다. 이와 같은 알루미늄 합금으로서 대표적인 것으로 알루미늄-고실리콘 합금이 있다. 알루미늄-고실리콘 합금은 10∼30 중량% 정도의 실리콘을 함유하고 있다. 알루미늄-고실리콘 합금이 공정 조성 이하로 되는 실리콘 함유율이면, 실리콘은 공정 실리콘(다시 말하면 경질 입자)으로서 존재한다. 이 제 1 실시 형태에서는 도 3에 도시하는 바와 같이, 피스톤(1)의 본체(5)가 실리콘(3)을 12 중량% 함유한 알루미늄-고 실리콘 합금(4)을 모재로 하여 형성되어 있다.

또한, 경질 입자를 포함하는 다른 재료로서는 Al-Mn 금속간 화합물, Al-Si-Mn 금속간 화합물, Al-Fc-Mn 금속간 화합물, Al-Cr 금속간 화합물이 있고, 이것을 본체(5)의 모재로서 사용해도 좋다.

또한, 이 제 1 실시 형태에서는 슈(44)가 JIS에서 규정되어 있는 SUJ2재(고탄소 크롬 베어링강 강재)로 형성되고, 사판(40)이 알루미늄-고실리콘 합금으로 형성되어 있다.

이 제 1 실시 형태의 압축기에 이용되는 피스톤(1)에서는, 예를 들면 하기의 예 ① 내지 예 ⑨에 표시하는 각종 피복층(6)을 갖는 것이기 때문에 적절히 선택하여 사용하는 것이 가능하다. 이하, 예 ① 내지 ⑨의 피스톤(1)에 대해 순차적으로 설명한다. 또한, 예 ① 내지 ⑨의 피스톤(1)은 본체(5)의 구성은 전부 동일하고, 피복층(6)의 구성이 다를 뿐이다.

(예 ①)

예 ①의 피스톤(1)은 주석과 구리와의 공석(共析) 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 이 피복층(6)은 다음과 같이 해서 형성된다. 즉, 6 중량 %의 주석산 칼륨 및 0.012 중량 %의 글루콘산 구리를 함유한 수용액을 60∼80 ℃로 유지하고, 그 수용액 중에 피스톤(1)의 본체(5) 전체를 약 3 분간 침지시킴으로써, 본체(5)의 표면에 무전해 도금을 실시한다. 그 후, 본체(5)를 수용액 중에서 꺼내서 물로 씻는다. 그 결과, 슈(44)와 미끄러지는 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 구리가 공석 도금되어 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 97 중량%의 주석과 3 %의 구리를 포함한 조성이고, 그 두께는 1.2㎛이다.

(예 ②)

예 ②의 피스톤(1)은 주석과 니켈과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.005 중량%의 염화 니켈을 함유하는 수용액을 사용하는 것에 의해, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 니켈이 공석 도금되어, 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 98 중량%의 주석과 2 중량%의 니켈을 포함한 조성이고, 그 두께는 1㎛이다.

(예 ③)

예③의 피스톤(1)은 주석과 아연과의 공석 도금으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.005 중량%의 황산 아연을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 아연이 공석 도금되어, 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 97중량 %의 주석과 3 중량%의 아연을 포함한 조성이고, 그 두께는 1㎛이다.

(예 ④)

예 ④의 피스톤(1)은 주석과 아연과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.007 중량%의 황산 납을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 납이 공석 도금되어, 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 95 중량%의 주석과 5 중량%의 납을 포함한 조성이고, 그 두께는 2 ㎛이다.

(예 ⑤)

예 ⑤의 피스톤(1)은 주석과 인듐과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.005 중량%의 황산 인듐을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 인듐이 공석 도금되어, 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 97 중량%의 주석과 3 중량%의 인듐을 포함한 조성이고, 그 두께는 1㎛이다.

(예 ⑥)

예 ⑥의 피스톤(1)은 주석 단독의 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석 단독의 도금으로 이루어지는 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)의 두께는 1.5㎛이다.

(예 ⑦)

예 ⑦의 피스톤(1)은 주석과 동과의 공석 도금층으로 고체 윤활제로서의 불소 수지 분말을 포함하고 있는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.003 중량%의 글루콘산 동 및 1.0 중량%의 불소 수지 분말을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 인듐이 공석 도금에 불소 수지 분말을 합친 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 99 중량%의 주석과 0.9 중량%의 동과 0.1 중량%의 불소 수지 분말을 포함한 조성이고, 그 두께는 1.4㎛이다.

(예 ⑧)

예 ⑧의 피스톤(1)은 상기 예 ①과 동일하고, 주석과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있지만, 예 ①과 마찬가지로 해서 화학 도금 처리에 의해 피복층(6)이 형성된 후에, 그 피복층(6)에는 150 ℃의 온도로 1시간 열처리가 실시된다.

(예 ⑨)

예 ⑨의 피스톤(1)은 주석과 구리 및 아연과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨, 0.003 중량%의 글루콘산 구리 및 0.003 중량%의 황산 아연을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 유지 오목부(2)를 포함하는 피스톤(1)의 표면 전체에 주석과 구리 및 아연과의 공석 도금으로 이루어지는 피복층(6)이 형성된다. 이 피복층(6)은 97 중량%의 주석과 1.5 중량%의 구리와 1.5 중량%의 아연을 포함한 조성이고, 그 두께는 1.2㎛이다.

본원 발명자 등은 상기 예 ① 내지 예 ⑨의 피스톤(1)을 각각 설치한 각 압축기의 내스티킹 성능을 확인하기 위해, 이하와 같은 시험을 행했다. 이 시험은 차량용 공조 장치에 조립된 각 압축기를 가혹한 조건하(압축기 내에 원활유가 존재하지 않는 상태)로 운전할 때의 사판(40)과 슈(44)가 스티킹까지의 시간을 측정한 것이다. 이 시험에서, 각 압축기는 흡입 압력이 -0.5 kg/cm², 토출 압력이 3 kg/cm²,구동 축(39)의 회전 속도가 1000 rpm인 조건에서 연속 운전된다. 이 시험에서는 압축기의 슈(44)로서 JIS에 규정되어 있는 SUJ2재로 형성된 것이 이용되어, 압축기의 사판(40)으로서 알루미늄-고실리콘 합금으로 형성된 것이 이용되었다. 또한, 이 시험에 대해서는 실리콘(3)을 12 중량% 함유한 알루미늄 고실리콘 합금(4)만으로 형성된 피스톤, 다시 말하면 피복층(6)이 없는 피스톤이 비교 예로서 사용되어, 이 피스톤을 조립한 압축기에 대해서도 마찬가지의 시험이 행해졌다.

도 4는 이 시험의 결과를 도시하는 그래프이다. 도 4에 도시하는 시험 결과는 피복층(6)을 갖는 상기 예 ① 내지 예 ⑨의 피스톤(1)을 채용한 압축기가 비교 예의 피스톤을 채용한 압축기와 비교하여 가혹한 사용 조건하에서도 슈(44)와 사판(40)과의 스티킹이 발생하기 어렵다는 것을 도시하고 있다. 특히, 주석과 구리의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(6)을 구비한 예 ①의 피스톤(1)을 채용한 압축기가 가장 내 스티킹 성능이 우수한 것이 판명된다.

이상과 같이, 이 제 1 실시 형태에서는 피스톤(1)의 표면에 주석을 주체로 하는 피복층(6)이 형성되어 있다. 주석은 자기 윤활 작용을 갖는 물질이다. 이 때문에, 피스톤(1)의 유지 오목부(2)와 슈(44)의 구면(47) 사이의 슬라이드 저항이 저감되어, 압축기 내에서 원활유의 부족이 발생하거나 한 경우에서도, 슈(44)가 유지 오목부(2) 내면에 따라 스무스하게 움직인다. 따라서, 사판(40)은 슈(44)를 작은 쪽으로 유지 오목부(2) 내에서 움직일 수 있다. 그 결과, 슈(44)의 슬라이드면(45)과 사판(40) 사이에 작용하는 부하가 경감되어, 슬라이드면(45)과 사판(40) 사이의 슬라이드 저항이 저감된다. 이 때문에, 압축기의 토출 용량의 증대를 도모하는 경우에, 슈(44)의 크기를 변경시키지 않고, 피스톤(1) 및 사판(40)만을 대형화해도 슬라이드 저항의 증대에 의한 문제는 발생하지 않는다.

피복층(6)은 피스톤(1)의 표면 전체에 형성되어 있다. 이 때문에, 피스톤(1)의 외주면과 실린더 보어(41, 42)의 내주면 사이의 슬라이드 저항이 저감되어, 피스톤(1)은 실린더 보어(41, 42) 내로 스무스하게 이동할 수 있다.

주석을 주체로 하는 피복층(6) 속에 구리, 니켈, 아연, 납, 인듐 중에서 선택되는 적어도 1 종류의 금속을 함유시킴으로써, 피복층(6)이 치밀화함과 동시에, 경질의 금속 화합물이 피복층(6) 속에 분산되어 그 피복층(6)이 강화된다. 그 결과, 마찰 계수의 저하 및 내마찰 성능의 향상을 한층 도모할 수 있다. 예를 들면, 주석을 주체로 하는 피복층(6) 속에 동을 함유시킨 경우에는 피복층(6)이 치밀화하고, 또한 경질인 주석 구리 화합물(Cu₆Sn₅)이 피복층(6) 속에 분산되어 그 피복층(6)이 강화된다.

피복층(6)은 화학 도금법에 의해 형성되어 있다. 화학 도금법에 의하면, 주석과 구리 등의 다른 금속을 용이하게 공석시킬 수 있음과 동시에, 불소 수지 분말 등의 고체 원활제를 피복층(6) 속에 용이하게 취입할 수 있다.

(제 2 실시 형태)

다음에, 본 발명을 구체화한 사판식 압축기의 제 2 실시 형태를 도 5 및 도 6에 기초하여 설명한다. 또한, 이 제 2 실시 형태의 압축기의 기계적인 구성은 배경 기술에서 설명한 도 10에 도시하는 압축기와 거의 마찬가지이다. 그 때문에, 여기에서는 도 10에 도시하는 압축기와 동일한 부재에는 동일 번호를 붙여 그 설명을 생략하고, 도 10의 압축기와 다른 부분에 대해서만 설명을 행한다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 압축기는 도 10에 도시하는 압축기와는 다르고, 표면 전체에 주석을 주체로 하는 피복층(11)이 형성된 슈(7)을 구비하고 있다. 이 슈(7)의 본체(12)는 JIS에서 규정되어 있는 SUJ2재로 형성되어 있다. 슈(7)는 피스톤(43)의 유지 오목부(46)에 슬라이드 가능하게 걸어맞추어지는 구면(8)과, 사판(40) 전후의 면에 슬라이드하는 슬라이드면(10)을 갖고 있다. 슈(7)의 구면(8)은 그 대부분 중앙부에 그 이외의 부분보다 반경이 큰 구면부(9)를 갖고 있다. 이 구면부(9)와 피스톤(43)의 유지 오목부(46) 사이에는 원활유를 체류시키기 위한 기름 저장소가 형성된다. 슈(7)의 슬라이드면(10)은 약간 팽창한 형상으로 되어 있고, 원활유가 슬라이드면(10)과 사판(40) 및 피스톤(43)이 알루미늄-고실리콘 합금으로 형성되어 있다.

이 제2 실시 형태의 압축기에 이용되는 슈(7)로서는, 예를 들면, 하기의 예 ① 내지 예 ⑨에 도시하는 각종 피복층(11)을 갖기 위해 적당히 선택하여 사용하는 것이 가능하다. 이하, 예 ① 내지 예 ⑨의 슈(7)에 대해 순차 설명한다, 또한, 예 ① 내지 예 ⑨의 슈(7)은 본체(12)의 구성은 전부 동일하고, 피복층(11)의 구성이 다를 뿐이다.

(예 ①)

예 ①의 슈(7)는 주석과 구리의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 이 피복층(11)은 다음과 같이 해서 형성된다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.012 중량%의 글루콘산 구리를 함유한 수용액 속에 슈(7)의 본체를 침지시킨다. 이 상태에서, 본체(12)가 음전극에 접속되는 한편, 이온화 경향이 큰 금속봉으로 양 전극이 형성된다. 그리고, 수용액을 전해액으로서 양 전극 사이에 소정의 전압이 인가되면, 그 전해 작용에 의해 주석과 동이 석출되어 본체(12)의 표면에 밀착된다. 그 후, 본체(12)가 수용액 속에서 취출되어 씻겨진다. 그 결과, 슈(7)의 표면 전체에 주석과 동이 공석 도금되어, 피복층(11)이 형성된다. 도금 처리후의 슈(7)는 그 슈(7)가 배치되는 사판(40)과 피스톤(43) 사이의 클리어런스 등이 고려되어 표면을 연마하여, 균일한 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 97 중량%의 주석과 3 %의 동을 포함한 조성이고, 그 두께는 1.2㎛이다.

(예 ②)

예 ②의 슈(7)은 주석과 니켈과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.005 중량%의 염화 니켈을 함유한 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 슈(7)의 표면 전체에 주석과 니켈이 공석 도금되어, 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 98 중량%의 주석과 2 중량%의 니켈을 포함한 조성이고, 그 두께는 표면 연마를 행함으로써 1㎛로 형성된다.

(예 ③)

예③의 슈(7)은 주석과 아연과의 공석 도금으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.005 중량%의 황산 아연을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서 슈(7)의 표면 전체에 주석과 아연이 공석 도금되어, 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 97 중량%의 주석과 3 중량%의 아연을 포함한 조성이고, 그 두께는 표면 연마를 행함으로써 1㎛로 형성된다.

(예 ④)

예 ④의 슈(7)는 주석과 납과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.007 중량%의 황산 납을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 슈(7)의 표면 전체에 주석과 납이 공석 도금되어, 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 95 중량%의 주석과 5 중량%의 납을 포함한 조성이고, 그 두께는 표면 연마를 행함으로써 2㎛로 형성된다.

(예 ⑤)

예 ⑤의 슈(7)는 주석과 인듐과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.005 중량%의 황산 인듐을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 슈(7)의 표면 전체에 주석과 인듐이 공석 도금되어, 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 97 중량%의 주석과 3 중량%의 인듐을 포함한 조성이고, 그 두께는 표면 연마를 행함으로써 1 ㎛로 형성된다.

(예 ⑥)

예 ⑥의 슈(7)는 주석 단독의 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 슈(7)의 표면 전체에 주석 단독의 도금으로 이루어지는 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)의 두께는 표면 연마를 행함으로써 1.5㎛로 형성된다.

(예 ⑦)

예 ⑦의 슈(7)는 주석과 동과의 공석 도금층으로 고체 윤활제로서의 불소 수지 분말을 포함하고 있는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨 및 0.003 중량%의 글루콘산 구리 및 1.0 중량%의 이황화 몰리브덴 분말을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 슈(7)의 표면 전체에 주석과 구리의 공석 도금층에 이황화 몰리브덴 분말을 포함하고 있는 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 99 중량%의 주석과 0.9 중량%의 동과 0.1 중량%의 이황화 몰리브덴 분말을 포함한 조성이고, 그 두께는 표면 연마를 행함으로써 1.4㎛로 형성된다.

(예 ⑧)

예 ⑧의 슈(7)는 상기 예 ①과 동일하고, 주석과 구리의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있지만, 예 ①과 마찬가지로 해서 전해 도금 처리에 의해 피복층(11)이 형성 및 그 피복층(11)의 표면 연마가 행해진 후에, 그 피복층(11)에는 150 ℃의 온도로 1시간 열처리가 실시된다.

(예 ⑨)

예 ⑨의 슈(7)는 주석과 구리및 아연과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 갖고 있다. 즉, 6 중량%의 주석산 칼륨, 0.003 중량%의 글루콘산 구리및 0.003 중량%의 황산 아연을 함유하는 수용액을 이용함으로써, 상기 예 ①과 마찬가지로 해서, 슈(7)의 표면 전체에 주석과 구리및 아연의 공석 도금으로 이루어지는 피복층(11)이 형성된다. 이 피복층(11)은 97 중량%의 주석과 1.5 중량%의 구리와 1.5 중량%의 아연을 포함한 조성이고, 그 두께는 표면 연마를 행함으로써 1.2㎛로 형성된다.

본원 발명자 등은 상기 예 ① 내지 예 ⑨의 슈(7)을 각각 조립한 각 압축기의 내스티킹 성능을 확인하기 위해, 이하와 같은 시험을 행했다. 이 시험은 차량용 공조 장치에 조립된 각 압축기를 가혹한 조건하(압축기 내에 원활유가 존재하지 않는 상태)로 운전할 때의 사판(40)과 슈(7)가 스티킹하기까지의 시간을 측정한 것이다. 이 시험에서, 각 압축기는 흡입 압력이 -0.5 kg/cm², 토출 압력이 3 kg/cm²,구동 축(39)의 회전 속도가 1000 rpm인 조건에서 연속 운전된다. 또한, 이 시험에서는 압축기의 사판(40) 및 피스톤(43)으로서, 알루미늄-고실리콘 합금으로 형성된 것이 이용되었다. 또한, 이 시험에 대해서는 SUJ2재만으로 형성된 슈, 다시 말하면 피복층(11)이 없는 슈가 비교 예로서 사용되어, 이 슈를 조립한 압축기에 대해서도 마찬가지의 시험이 행해졌다.

도 6은 이 시험의 결과를 도시하는 그래프이다. 도 6에 도시하는 시험 결과는 피복층(11)을 갖는 상기 예 ① 내지 예 ⑨의 슈(7)을 채용한 압축기가 비교예의 슈를 채용한 압축기와 비교하여 가혹한 사용 조건 하에서도 슈(7)와 사판(40)의 스티킹이 발생하기 어렵다는 것을 도시하고 있다. 특히, 주석과 동과의 공석 도금층으로 이루어지는 피복층(11)을 구비한 예 ①의 슈(7)을 채용한 압축기가 가장 내 스티킹 성능이 우수해진다는 것을 판명한다.

이상과 같이, 이 제 2 실시 형태에서는 슈(7)의 표면에 주석을 주체로 하는 피복층(11)이 형성되어 있다. 이 때문에, 피스톤(43)의 유지 오목부(46)과 슈(7)의 구면(8) 사이의 슬라이드 저항이 저감됨과 동시에, 사판(40)와 슈(7)의 슬라이드면(10) 사이의 슬라이드 저항이 저감된다. 따라서, 압축기 내에서 원활유의 부족이 발생하거나 한 경우에서도, 사판(40)과 피스톤(43)과의 연결부에서 원활성이 양호하게 유지되어, 그 연결부에서 발생하는 슬라이드 저항이 억제된다.

슈(7)는 그 구면(8)에 설치된 피복층(11)의 작용에 의해 피스톤(43)의 유지 오목부(46)의 내면에 따라 스무스하게 움직인다. 그 결과, 슈(7)의 슬라이드면(10)과 사판(40) 사이에 작용하는 부하가 경감되어, 이것에 의해서도 슬라이드면(10)과 사판(40) 사이의 슬라이드 저항이 저하된다. 피복층(11)은 슈(7)의 슬라이드면(10)에도 설치되어 있기 때문에, 그 슬라이드면(10)과 사판(40) 사이의 슬라이드 저항은 한층 저감된다. 이 때문에, 상기 제1 실시예와 동일하고, 압축기의 토출 용량의 증대를 도모하는 경우에 슈(7)의 크기를 변경시키지 않고, 피스톤(32) 및 사판(40) 만을 대형화해도 슬라이드 저항의 증대에 의한 문제는 발생하지 않는다.

주석은 우수한 윤활 성능을 갖고 있을 뿐만 아니라 녹을 방지하는 효과도 갖고 있기 때문에, 철계 금속으로 이루어지는 슈(7)의 표면에 주석을 주체로 하는 피복층(11)을 형성하면, 슈(7)를 녹으로부터 보호할 수도 있다.

주석을 주체로 하는 피복층(11) 속에 구리등의 다른 금속을 함유시킴으로써 발생하는 작용 효과는 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지이다.

또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 이하와 같이 각부의 구성을 변경하여 구체화하는 것도 가능하다.

(1) 상기 제 1 및 제 2 실시 형태에서는 양두 피스톤형의 사판식 압축기로 본 발명을 구체화했지만, 예를 들면 편두 피스톤형의 사판식 압축기, 사판의 경사 각의 변경에 따라 토출 용량을 조정할 수 있는 가변 용량형 압축기, 또는 도 7에 도시하는 바와 같은 웨브 캠식 압축기에서 구체화해도 좋다. 또한, 이 도 7에 도시하는 웨브 캠식 압축기에서, 도 10에 도시하는 압축기와 동일한 부재에는 동일 번호를 붙여 그 설명을 생략한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 이 웨브 캠식 압축기는 도 10에 도시하는 압축기의 사판(40) 대신에, 웨브 형상의 캠면을 갖는 웨브 캠(48)을 구비하고 있다. 그리고, 슈(44)의 슬라이드면(45)이 웨브 캠(48)의 전후의 캠면에 슬라이드하도록 되어 있다.

이와 같은 웨브 캠식 압축기에서는 구동축(39)이 1 회전하는 사이에 피스톤(43)이 복수회(도 7에서는 2회) 왕복동하도록 되어 있고, 슈(44)는 웨브 캠(48)의 복잡한 캠 면상을 그 캠 면의 변위에 추종하여 움직일 필요가 있다. 이 때문에, 웨브 캠식 압축기에서는 슈(44)와 피스톤(43) 사이의 슬라이드, 및 슈(44)와 웨브 캠(48) 사이의 슬라이드이 사판식 압축기의 경우와 비교하여 심하게 된다. 따라서, 웨브 캠(48)과 피스톤(43)과의 연결부에서 발생하는 슬라이드 저항을 저감하는 것은 웨브 캠식 압축기가 안정한 압축 작용을 행하는 상에서 중요한 것이 된다.

이 도 7의 압축기에서, 웨브 캠(48)과 피스톤(43)과의 연결부에서 발생하는 슬라이드 저항이 저감하기 위해서는 피스톤(43)을 상기 제 1 실시 형태에서 설명한 피스톤(1)로 변경하거나, 또는 슈(44)를 상기 제 2 실시 형태에서 설명한 슈(7)로 변경하면 좋다.

(2) 상기 제 1 및 제 2 실시 형태에서는 캠 종동부로서 대부분 반구 형상을 갖는 슈(7, 44)를 채용했지만, 슈(7, 44) 대신에 롤러를 이용한 구조로 해도 좋다. 또는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 캠 종동부를 사판(40)에 슬라이드하는 슬리퍼(13) 및 슬리퍼(13)의 요부(13a)에 걸어맞추어 지는 볼(14)로 구성해도 좋다. 볼(14)은 피스톤(43)의 유지 오목부(46)에 슬라이드 가능하게 걸어맞추어 지고 있다. 또한, 이 도 8에서, 도 10에 도시하는 압축기와 동일 부재에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 이 도 8의 구성에서는 피스톤(43)을 상기 제 1 실시 형태에서 설명한 피스톤(1)로 변경하거나, 또는 슬리퍼(13) 및 볼(14) 중 적어도 한쪽에 상기 제 2 실시 형태에서 슈(7)의 피복층(11)을 실시해도 좋다.

이 도 8에 도시하는 캠 종동부의 구성을 전술한 도 7의 웨브 캠식 압축기에 적용해도 좋다.

(3) 상기 제 1 실시 형태에서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 사판(40)의 슈(44)와의 슬라이드면에도 주석을 주체로 하는 피복층(15)를 형성하는 것이다. 이 피복층(15)의 조성은 피스톤(1)의 피복층(6)과 동일한 것으로 양호하다. 이와 같이 하면, 사판(40)과 슈(44) 사이의 슬라이드 저항이 한층 저감된다.

사판(40)에 피복층(15)을 설치하는 대신에, 슈(44)의 슬라이드면(45)에 주석을 주체로 하는 피복층을 설치해도 좋다. 다시 말하면, 제 2 실시 형태에서 슈(7)로서, 피복층(11)이 슬라이드면(10)에만 설치된 것을 사용하고, 이 슈(7)을 제 1 실시 형태에서의 슈로서 이용해도 좋다.

(4) 상기 제 1 실시 형태에서, 피복층(6)을 피스톤(1)의 유지 오목부(2)에만 설치하는 것.

(5) 상기 제 2 실시 형태에서, 피복층(11)을 슈(7)의 구면(8) 및 슬라이드면(10) 중 어느 한 쪽에만 설치하는 것. 피복층(11)을 슈(7)의 구면(8)에만 설치할 때에는 상기 (2)에서 설명한 바와 같이 사판(40)에 피복층(15)를 설치해도 좋다. 피복층(11)을 슈(7)의 슬라이드면(10)에만 설치할 때에는 제 1 실시 형태에서의 피스톤(1), 다시 말하면 피복층(6)을 구비한 피스톤(1)을 이용해도 좋다.

(6) 상기 제1 실시 형태에서, 피스톤(1)의 본체(5) 상에 피복층(6)을 형성하는 것이 앞서, 본체(5)의 표면에 알마이드 처리, 붕산 망간 처리, 붕산 아연 처리 또는 아연 도금 처리 등의 하지 처리를 실시하는 것. 이와 같이 하면, 슈(44)에 대한 슬라이드 저항이 더욱 저감된다.

(7) 상기 각 실시 형태에서, 슈(7)의 본체(12)의 슬라이드면(10) 및 슈(44)의 슬라이드면(45)에 알루미나세라믹스(Al₂O₃) 층을 형성하는 것. 이와 같이 하면, 사판(40)에 대한 슬라이드 저항이 더욱 저감된다.

(8) 상기 각 실시 형태에서, 피복층(6, 11)속에서 주석과 그외의 금속과의 공재 비율을 목적으로 하는 압축기의 성능에 따라 적당히 변경하는 것. 예를 들면, 주석과 구리를 공존시키는 경우에는 동의 함유 비를 0.1 중량%∼50 중량%의 범위에서 변경하는 것이 바람직하다. 주석의 함유율이 0.1 중량% 보다 작으면, 피복층(6,11)이 충분히 치밀화 및 강화되지 않고, 동을 함유시킴으로써 얻어지는 효과가 부족하게 된다. 동의 함유율이 50 중량% 보다 크면, 동의 자기 원활 작용이 충분히 발휘되지 않아 슬라이드 저항이 증대한다.

(9) 상기 각 실시 형태에서, 피복층(6, 11) 속에 함유시키는 고체 원활제로서 불소 수지 분말이나 이황화 몰리브덴 분말 대신에, 카본 분말이나 질화 붕소 분말 등을 이용하는 것.

(10) 상기 각 실시 형태에서, 피복층(6, 11)을 형성하는 경우에 전해 도금법이나 화학 도금법 등의 습식 도금법 대신에, CVD법 또는 진공 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅의 PVD법 등의 건식 도금법을 이용해도 좋다. 상기 (9)에서 설명한 고체 원활제를 피복층(6, 11) 속에 함유시키는 경우에는 복합 도금법을 이용해도 좋다.

(11) 상기 각 실시 형태에서, 피복층(6, 11)의 두께를 1 내지 5㎛의 범위에서 적당히 변경하는 것. 피복층(6, 11)이 1㎛보다 얇으면, 마찰 계수를 충분히 작게 할 수 없다. 피복층(6, 11)이 5㎛보다 두꺼우면, 피복층(6, 11)이 박리하는 등의 강도 상의 불합리가 발생할 가능성이 있다.

Claims

실린더 보어(41,42)를 구비하는 실린더 블럭(30,31)과, 이 실린더 블럭(30,31)에 회전가능하게 지지된 구동축(39)과, 이 구동축(39)에 일체로 회전가능하게 장착된 캠(40,48)과, 상기 실린더 보어(41,42) 내에 슬라이드가능하게 수용된 피스톤(1)과, 이 피스톤(1)과 캠(40,48) 사이에 슬라이드가능하게 배치된 캠 종동부(44;13,14)를 구비하고, 캠(40,48)의 회전에 따라 캠 종동부(44;13,14)를 통해서 피스톤(1)이 왕복운동하는 왕복 운동형 압축기에 있어서,

상기 피스톤(1)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 모재로 형성되고, 상기 캠 종동부(44;13,14)를 슬라이드가능하게 유지하는 유지부(2)를 구비하며, 이 유지부(2)에는 주석을 주체로 구성된 피복층(6)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
실린더 보어(41,42)를 구비하는 실린더 블럭(30,31)과, 이 실린더 블럭(30,31)에 회전가능하게 지지된 구동축(39)과, 이 구동축(39)에 일체로 회전가능하게 장착된 캠(40,48)과, 상기 실린더 보어(41,42) 내에 슬라이드가능하게 수용된 피스톤(43)과, 이 피스톤(43)과 캠(40,48) 사이에 슬라이드가능하게 배치된 캠 종동부(7;13,14)를 구비하고, 캠(40,48)의 회전에 따라 캠 종동부(7;13,14)를 통해서 피스톤(43)이 왕복운동하는 왕복 운동형 압축기에 있어서,

상기 캠 종동부(7,13,14)는 철계 금속을 모제로 형성하고, 상기 피스톤(43)에 슬라이드가능하게 유지된 제 1 슬라이드부(8) 및 상기 캠(40,48)과 슬라이드하는 제 2 슬라이드부(10)를 구비하며, 제 1 슬라이드부(8) 및 제 2 슬라이드부(10)의 적어도 한편에는 주석을 주체로한 피복층(11)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 피스톤(1)은 실린더 보어(41,42)의 내주면과 슬라이드하는 외주면을 구비하고, 상기 피복층(6)은 피스톤(1)의 외주면에도 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 캠(40,48)은 캠 종동부(44;13,14)와 슬라이드하는 슬라이드부를 구비하고, 이 슬라이드부에는 주석을 주체로한 피복층(15)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 2 항에 있어서, 상기 캠(40;48)은 캠 종동부(7;13,14)의 제 2 슬라이드부와 슬라이드하는 슬라이드부를 구비하고, 이 슬라이드부에는 주석을 주체로 구성한 피복층(15)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 피복층(6) 중에는 동, 니켈, 아연, 납, 인듐 중에서 선택된 1 이상의 금속이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 2 항에 있어서, 상기 피복층(11) 중에는 동, 니켈, 아연, 납, 인듐 중에서 선택된 1 이상의 금속이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 캠 종동부는 구면(47)을 갖는 슈(44)이고, 상기 피스톤(1)의 유지부는 슈(44)의 구면(47)을 슬라이드가능하게 유지하는 오목부(2)인 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 2 항에 있어서, 상기 캠 종동부는 거의 반구형상을 이루는 슈(7)이고, 이 슈(7)는 제 1 슬라이드부를 구성하는 구면(8)을 구비하고, 상기 피스톤(43)은 슈(7)의 구면(8)을 슬라이드가능하게 유지하는 오목부(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 피복층(6) 중에는 불소수지 분말, 이황화 몰리브덴 분말, 카본 분말, 질화붕소 분말 중에서 선택된 1 종류의 고체 윤활제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.
제 2 항에 있어서, 상기 피복층(11) 중에는 불소수지 분말, 이황화 몰리브덴 분말, 카본 분말, 질화붕소 분말 중에서 선택된 1 종류의 고체 윤활제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 운동형 압축기.