KR20050100973A - 표면윤활 특성이 향상된 스와시 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면윤활 특성이 향상된 스와시 플레이트에 관한 것으로, 구체적으로 피스톤과 미끄럼 지지하는 슈와 접촉되어 상기 피스톤을 왕복 이송시키며 회전축에 지지되는 판부재를 구비하는 스와시 플레이트에서, 상기 판부재의 표면에 Sn-Bi 합금층이 형성된 스와시 플레이트에 관한 것이다.

본 발명의 스와시 플레이트는 Sn-Bi 합금층을 윤활층으로 형성함으로써, 마찰열로 인한 윤활성 저하를 현저히 개선시키고, 상기 판부재와 양호한 밀착력을 가지며, 또한 고신뢰성과 내구성을 갖아 자동차 공조장치용 압축기에 유용하게 이용할 수 있다.

Description

표면윤활 특성이 향상된 스와시 플레이트{A SWASH PLATE FOR IMPROVING SURFACE LUBRICATION PROPERTY}

본 발명은 자동차 공조장치용 스와시 플레이트에 관한 것으로, 구체적으로 피스톤과 미끄럼 지지하는 슈와 접촉되어 상기 피스톤을 왕복 이송시키며 회전축에 지지되는 판부재를 구비하는 스와시 플레이트에서, 상기 판부재의 표면에 Sn-Bi 합금층이 형성된 스와시 플레이트에 관한 것이다.

통상적으로 자동차용 공조장치에 사용되는 압축기는 증발기 내에서 기화된 열교환매체를 흡입하는 작용과, 흡입된 열교환 매체를 압축하는 작용과, 압축된 열교환 매체를 펌핑하는 작용을 하여 연속적으로 냉매가 순환될 수 있도록 하는 것으로, 구동방식에 따라 스와시 플레이트 타입(swash plate type), 스크롤 타입(scroll type), 로터리 타입(rotary type) 및 와블 플레이트 타입(wobble plate type)등 여러 종류의 것이 있다.

이중 스와시 플레이트는 피스톤과 미끄럼 지지되는 슈(shoe)와 접촉되어 상기 피스톤을 왕복 이송시켜 연속적으로 냉매를 압축하는 역할을 하는 부품으로서, 발생한 에너지를 전달하여 주는 주요 기능을 가지고 있다. 구체적으로, 스와시 플레이트와 피스톤의 접촉부에는 접촉에 따른 마찰력을 줄이고 스와시 플레이트의 유동을 원활하게 하기 위하여 슈(shoe)가 설치되고, 이에 따라 스와시 플레이트와 슈는 미끄럼 접촉을 하게 된다. 그런데, 알루미늄합금으로 이루어진 스와시 플레이트와 철합금 또는 구리합금으로 이루어진 슈(shoe)는 공조장치의 가동시, 고속회전에 의해 상당한 고열의 마찰열이 발생하게 된다. 이렇게 발생되는 고열 때문에 미끄럼 접촉을 하는 스와시 플레이트와 슈(shoe)의 표면에는 적절한 윤활막이 형성되지 않으면 두 부품간에 마모발생으로 인한 에너지 전달효율 저하, 심한 경우에는 소착까지 발생할 가능성이 있으므로, 고속회전시 마모방지를 위한 윤활막의 역할은 대단히 중요하다할 것이다. 따라서 보다 좋은 윤활조건을 찾기 위한 많은 노력이 진행되어 왔으며, 그 중의 하나가 스와시 플레이트를 표면처리하여 윤활층을 구비하는 것이다.

스와시 플레이트의 표면처리에 적용되었던 기존의 윤활층은 Sn 도금층이다. Sn 도금은 융점이 232℃이며, 스와시 플레이트와 슈의 표면에서 마찰로 인한 열에 의해 가융성(可融性)이 된다. 즉, Sn 도금은 고속회전시 표면에서 액상을 형성하며, 정지시에는 고상으로 돌아올 수 있어 윤활막의 특성을 부여할 수 있는 것이다. 그러나, 기존의 Sn 도금층으로는 스와시 플레이트의 윤활성 문제점을 해결하기에는 부족한 점이 많다.

한편, 구리(Cu)계의 합금을 스와시 플레이트의 표면에 용사 코팅(thermal spray coating)하는 방법도 시도되었으나, 용사코팅에 의해 형성된 구리계 합금의 코팅막은 스와시 플레이트의 소재와 밀착력을 유지하는데 한계가 있고, 분리된 작은 금속분말이 부품간의 마찰 및 마모를 유발시키게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마찰열로 인한 윤활성 저하를 현저히 개선시킨 스와시 플레이트를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 새로운 고체 윤활층을 구비한 스와시 플레이트를 제공한다.

구체적으로, 피스톤과 미끄럼 지지되는 슈와 접촉되어 상기 피스톤을 왕복 이송시키며 회전축에 지지되는 판부재를 구비하는 것으로 상기 판부재의 표면에 형성된 Sn-Bi 합금으로 이루어진 고체 윤활층을 구비한 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 스와시 플레이트에 구비된 판부재의 표면에 형성된 Sn-Bi 합금으로 이루어진 고체 윤활층을 구비한 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트를 제공한다.

상기 Sn-Bi 합금으로 이루어진 고체 윤활층은 마찰열로 인한 윤활성 저하를 현저히 개선시키기 위한 것으로, 구체적으로 종래의 Sn 도금의 경우 고속윤활로 인한 융점이 232℃이지만, 본 발명의 Sn-Bi 합금의 경우 225℃로 융점을 낮출 수 있으며 이점이 고속윤활시 퍼짐성을 증대시켜 윤활특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 고체 윤활층을 구비한 스와시 플레이트는 윤활층의 밀착성과 균일성, 하지금속과의 계면 순수성 및 조도를 적극적으로 고려해야 하며 이는 윤활층의 윤활성능에 직접적인 영향을 미치는 요소이다.

이러한 특성을 나타내기 위해, 바람직하게 본 발명의 Sn-Bi 합금은 Bi 0.2∼20 중량% 및 Sn 잔부로 이루어지며, 더욱 바람직하게는 Bi 2.5∼16 중량% 및 Sn 잔부로 이루어진다. 형성된 Sn-Bi 합금은 스와시 플레이트 상에 고용상태로 합금화된 고체 윤활막으로 생성되며, Sn과 Bi의 함량비가 상기 범위를 벗어난 경우, Sn-Bi 합금도금의 특성인 고윤활 고내마모성을 상실할 수 있다.

본 발명은 마찰저항성을 감소시키기 위해 Sn-Bi 합금에 폴리테트라플루오르에틸렌 입자를 추가로 함유한다. 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)은 윤활성이 우수하여 단독으로도 고체윤활막으로 적용되는 소재이나 열에 대한 내성 및 강도가 약하기 때문에 단독으로 사용되기 보다 스와시 플레이트 상에 Sn-Bi 합금도금 내에 미세입자로 삽입시킴으로써 이러한 단점을 극복하고 Sn-Bi의 윤활성을 극대화 할 수 있다. 상기 입자의 크기는 작을수록 바람직하며, 구체적으로 1 ㎛의 입자크기를 갖는 것이 바람직하다. 입자크기가 상기 범위를 초과하면, Sn-Bi 도금층의 밀착성을 저하시킬 뿐만 아니라 이러한 입자들이 표면으로부터 분리되어 부품간의 마찰을 유발시키는 문제점이 발생한다. 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 입자는 그 첨가물의 특성을 향상시키기 위해 본 발명의 Sn-Bi 합금에 대하여 0.5∼8 중량% 함유된다.

본 발명의 Sn-Bi로 이루어진 고체 윤활층은 2∼4 ㎛ 두께를 갖으며, Ra 2.5 ㎛ 이하의 표면조도를 갖는 것이 바람직하며, 상기 범위를 초과한 경우 고체 윤활층의 윤활성능에 영향을 미치는 단점이 있다. 상기 고체 윤활층의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 도금층의 Sn-Bi 윤활특성이 나타나지 않는 문제점이 발생하고, 상기 범위를 초과한 경우, 도금층내에 Bi고용도를 초과함으로써 Bi결정이 도금층내에 성장 원래 도금층의 고유특성을 상실하는 문제점이 발생한다. 또한, 상기 표면조도가 상기 범위를 초과한 경우 윤활층 두께 불균일로 인해 정밀한 부품에의 적용이 어려운 바, 이에 상기 표면조도는 정밀제품에의 적용에 알맞은 범위이다.

이러한 고체 윤활층은 상기 슈와 스와시 플레이트의 접촉 궤적을 따라 형성되며, 이때, 고체 윤활층 형성방법은 본 분야의 통상적인 도금방법으로 수행할 수 있으며, 일예로, 침지탈지공정, 세정공정, 전해탈지공정, 세정공정, 활성화 처리공정, 세정공정, 중화공정, 고체 윤활층 형성공정, 세정공정 및 건조공정을 순차적으로 수행하는 것으로 구성된다. 상기 고체윤활층 형성공정시 전류 밀도 및 시간을 조절하여 두께를 변화시키며, 본 발명의 고체 윤활층으로 가장 바람직한 두께를 형성토록 한다.

본 발명의 스와시 플레이트에 고체 윤활층을 Sn-Bi 합금으로 형성함으로써, 마찰열로 인한 윤활성 저하를 현저히 개선시키고, 양호한 밀착력을 가지며, 또한 고신뢰성과 내구성을 갖아 내구성을 갖아 자동차 공조장치용 압축기에 유용하게 이용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

스와시 플레이트를 초음파 탈지 및 알칼리 탈지를 실시하여, 표면의 이물질을 완전히 제거하였다. 상기 처리된 스와시 플레이트를 징케이트 액에 침적시켜 1차 징케이트 처리를 한 후, 질산에 침적시켜 알루미늄합금 표면에 형성된 징케이트를 용해시켰다. 이후 상기 1차 징케이트 액과 동일한 용액에 다시 침적시켜 2차 징케이트 처리를 수행하였다. 상기 2차 징케이트 처리된 스와시 플레이트를 pH 12.5 및 50℃의 온도에서 청화동 스트라이트도금을 수행한 후 Sn-Bi 도금액(Bi 3%)에 전기적 방법으로 도금한 후 세척 건조하였다.

<실시예 2>

Sn-Bi(Bi 3%) 도금액에 0.8 ㎛ 입자크기를 갖는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)을 15 % 첨가하여 도금한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

<비교예 1>

Sn-Bi(Bi 3%) 도금욕 대신에 Sn 도금액을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

<실험예 1>

(1) 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 스와시 플레이트에 대하여, 각각 마찰마모시험 및 무윤활 구동 시험을 수행하였다.

구체적으로, 마찰마모시험은 하중 1KN, 속도 1000RPM 무윤활 상태에서 소착될 때까지의 시간을 측정하였다. 결과는 도 2에 나타내었다.

도 2에서 보는 바와 같이, 비교예 1의 Sn 도금은 약 300 초 정도에서 소착된 반면, 실시예 1의 Sn-Bi 도금층이 형성된 스와시 플레이트는 500 초 이상에서 소착되었다. 상기 결과로부터 본 발명의 Sn-Bi 도금층의 윤활특성으로 인해 마찰마모가 저하됨을 알 수 있다.

(2) 또한, 스와시 플레이트를 압축기내에 조립한 제품상태에서 무윤활 구동 시험(Super Dry Start Test, 1000RPM)을 실시하였다. 결과는 도 3에 나타내었다.

도 3에서 보는 바와 같이, Sn 도금층의 경우 60 초의 결과를 얻은 반면, 본 발명의 Sn-Bi 도금층의 경우 120 초로 2배의 윤활특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 스와시 플레이트는 표면에 Sn-Bi 합금 윤활층을 형성함으로써, 마찰열로 인한 윤활성 저하를 현저히 개선시키고, 양호한 밀착력을 가지며, 고신뢰성과 내구성을 갖아 자동차 공조장치용 압축기에 유용하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 Sn-Bi 합금층을 갖는 스와시 플레이트를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 Sn-Bi 합금층을 갖는 스와시 플레이트의 마찰마모시험을 나타낸 그래프이며,

도 3은 본 발명의 Sn-Bi 합금층을 갖는 스와시 플레이트의 무윤활구동시험을 나타낸 그래프이다.

Claims (6)

1. 피스톤과 미끄럼 지지되는 슈와 접촉되어 상기 피스톤을 왕복 이송시키며 회전축에 지지되는 판부재를 구비하는 것으로, 상기 판부재의 표면에 형성된 Sn-Bi 합금으로 이루어진 고체 윤활층을 구비한 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 Sn-Bi 합금으로 이루어진 고체 윤활층이 Bi 0.2∼20중량% 및 Sn 잔부로 이루어진 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트.
3. 제 1항에 있어서, 상기 Sn-Bi 합금으로 이루어진 고체 윤활층이 추가로 폴리테트라플루오르에틸렌 입자를 함유한 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트.
4. 제 3항에 있어서, 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 입자가 1 ㎛의 입자크기를 가지며, Sn-Bi 합금에 대하여 0.5∼8 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트.
5. 제 1항에 있어서, 상기 Sn-Bi 합금의 두께가 2∼4 ㎛이며, Sn-Bi 합금의 표면 조도가 Ra 2.5 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트.
6. 제 1항에 있어서, 상기 고체 윤활층이 상기 슈와 스와시 플레이트의 접촉 궤적을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 스와시 플레이트.