KR20100014295A - 비통합 반응층을 구비한 냉매 압축기의 슬라이딩 표면 - Google Patents

비통합 반응층을 구비한 냉매 압축기의 슬라이딩 표면 Download PDF

Info

Publication number
KR20100014295A
KR20100014295A KR1020097013809A KR20097013809A KR20100014295A KR 20100014295 A KR20100014295 A KR 20100014295A KR 1020097013809 A KR1020097013809 A KR 1020097013809A KR 20097013809 A KR20097013809 A KR 20097013809A KR 20100014295 A KR20100014295 A KR 20100014295A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sliding
reaction layer
sliding part
refrigerant compressor
parts
Prior art date
Application number
KR1020097013809A
Other languages
English (en)
Inventor
호 취엔 콴
카르 리 탄
Original Assignee
파나소닉 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파나소닉 주식회사 filed Critical 파나소닉 주식회사
Publication of KR20100014295A publication Critical patent/KR20100014295A/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/02Lubrication
    • F04B39/0223Lubrication characterised by the compressor type
    • F04B39/023Hermetic compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/02Lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/02Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of reciprocating-piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00Compressor arrangements
    • F25B31/02Compressor arrangements of motor-compressor units
    • F25B31/023Compressor arrangements of motor-compressor units with compressor of reciprocating-piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12Coating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/20Alloys based on aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/02Carbon based material
    • F16C2206/04Diamond like carbon [DLC]

Abstract

냉매 압축기는 용매 가스를 포함하는 압축 메카니즘을 구동하는 모터를 포함하는 하우징을 포함한다. 상기 모터 및 상기 압축 메카니즘은, 서로에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 표면을 각각 갖고 있는 하나 이상의 금속성 슬라이딩 파트들을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 슬라이딩 파트의 상기 슬라이딩 표면은, 상기 금속성 슬라이딩 파트들의 베이스 재질과 비통합적으로 형성되는 반응층으로 코팅된다. 이러한 냉매 압축기의 제조 방법이 또한 개시된다.
냉매 압축기, 슬라이딩 파트, 슬라이딩부, 반응층, 비통합, 코팅

Description

비통합 반응층을 구비한 냉매 압축기의 슬라이딩 표면{REFRIGERANT COMPRESSOR SLIDING SURFACE WITH NON-INTEGRAL REACTION LAYER}
본 발명의 실시예들은 전자 냉동기/냉장기에서의 사용을 위한 압축기에 관한 것이다.
최근 들어, 고효율의 냉매 압축기들(refrigerant compressor)이 개발되고 있다. 이러한 고효율 압축기들은 적은 양의 전기를 사용하며, 이는 화석 연료들의 소모량을 감소시키며, 따라서 지구의 환경 보호를 향상시킨다.
도 1은 참조 번호 100으로서 일반적으로 가리켜지고 있는 종래의 밀폐형 모터구동 전기 냉매 압축기(sealed type electric motor-driven refrigerant compressor)의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐된 용기(101)의 바닥에는 오일(102)이 저장되어 있다. 용기(101)는 스테이터(103), 로터(104), 및 왕복형의 압축 요소(106)로 구성되는 전기 모터(105)를 더 포함하며, 압축 요소(106)는 전기 모터에 의해 구동된다.
압축기(100)는 크랭크샤프트(107)를 포함하며, 크랭크 샤프트(107)는 메인 샤프트(108) 및 이러한 메인 샤프트(108)에 대해 편심되어 형성되는 편심 샤프트(109)를 포함할 수 있다. 로터(104)는 메인 샤프트(108)에 가압되어 끼워맞춰질 수 있다. 메인 샤프트(108)를 회동 가능하게 지지하기 위하여 베어링(114)이 제공된다. 압축기(100)는 오일공급펌프(110)를 또한 포함한다.
압축 요소(106)는 실린더 블록(111)을 더 포함하며, 실린더 블록(111)은 실질적으로 실린더형의 보어(112)로 형성된 압축 챔버(113)를 내부에 형성하고 있다. 실린더형의 보어(112) 내에는, 보어(112)와 슬라이딩 가능하게 결합되는 피스톤(115)이 구비된다. 커넥팅 로드(117)가 피스톤 핀(116)을 통하여 피스톤(115)과 편심 샤프트(109)를 연결한다. 보어(112)의 단부 표면은 밸브 플레이트(118)에 의해 밀폐되어 있다. 보어(112)의 반대 측에서 헤드(119)가 밸브 플레이트(118)에 고정되어 있으며, 따라서 압축 챔버(113)가 형성된다. 압축기(100) 내에 흡입 튜브(120)가 고정되어 있다. 흡입 튜브(120)는 압축기(100) 내로 냉매 가스(미도시)를 유입시키는 냉동 사이클의 저압 부분(미도시)에 연결된다. 흡입 머플러(suction muffler)가 밸브 플레이트(118) 및 헤드(119)에 부착되어 있다.
메인 샤프트(108)와 베어링(114)은 서로에 대해 슬라이딩하는 한 쌍의 이동 파트를 형성한다. 마찬가지로, 편심 샤프트(109)와 커넥팅 로드(117), 커넥팅 로드(117)와 피스톤 핀(116), 피스톤 핀(116)과 피스톤(115), 및 피스톤(115)와 보어(112)는 각각, 서로에 대해 슬라이딩시키는 마찰력들을 받는 이동 파트(moving part)들로 고려된다.
작동 중에, 전기 모터(105)에 전력이 공급됨으로써, 전기 모터(105) 내에서 로터(104)가 회전된다. 로터(104)는 편심 샤프트(109)를 구동하는 크랭크샤프트(107)를 회전시키며, 따라서 피스톤 핀(116) 및 커넥팅 로드(117)를 통하여 피스 톤(115)이 이동된다. 피스톤(115)이 보어(112) 내에서 이동할 때, 흡입 튜브(120)와 흡입 머플러(121)를 통하여 냉매 가스가 압축기(100) 내로 유입되며, 이에 의해 냉매 가스가 압축 챔버(113) 내에서 압축될 수 있다.
크랭크샤프트(107)가 회전함에 따라 이동 파트들 각각에는 오일공급펌프(110)로부터 오일(112)이 공급되며, 따라서 이동 파트들이 윤활된다. 또한, 오일(112)은 피스톤(115)와 보어(112) 사이에 밀봉을 제공한다.
전통적으로, 상기 이동 파트들의 쌍들 중 하나는 주철(cast iron) 또는 철-기반(iron-based) 물질로 제조된다. 다른 이동 파트 쌍들은 주철 또는 다이캐스트 알루미늄 합금으로부터 제조된다. 압축기의 효율 및 수명을 증가시키기 위해, 철 또는 철-기반 물질들로 제조된 부분은 질화(nitriding), 침탄(carburizing), 또는 침탄질화(carbonitriding)와 같은 경화 공정을 거친다.
질화는 표면 경도를 증가시키기 위해 질소를 강철의 표면에 확산시키는 화학 공정이다. 질소는 강철에 다양한 양으로 존재하는 알루미늄, 크롬, 몰리브덴, 및 바나듐과 같은 성분들과 질화물을 형성한다. 이동 파트들은 질화되기 이전에 열처리되고 탬퍼링(tempering)된다. 이후 이동 파트들은, 500 내지 625℃(932 내지 1157℉)에서 10 내지 40 시간 동안, 해리된 암모니아(N 및 H 포함) 분위기(atmosphere)의 노(furnace) 내에서 정화되고 가열된다. 질소는 강철 내로 확산되어 0.65 mm(0.025 인치)의 깊이까지 연장되는 질화물 합금(nitride alloy)들을 통합 형성한다. 통합된 질화층은 매우 단단하고 전단변형(distortion)이 작다. 추가적인 어떠한 열처리도 요구되지 않는다; 실제로, 추가적인 열처리는 통합된 질화 층에 균열을 일으킬 수 있다. 통합된 질화층은 얇기 때문에 표면 연삭은 추천되지 않으며, 이로 인하여 매우 부드러운 다듬질(finish)을 요구하는 표면들에는 질화의 사용이 제한될 수 있다. 재료의 경도를 지나치게 증가시켜 그 재료가 깨지기 쉽게 되지 않도록 공정이 제어되어야 한다.
여러 강철들과 같은 철 기반의 물질들에서, 강철 내의 탄소 함량은 강철이 직접 경화될 수 있는지를 결정한다. 탄소 함량이 낮은 경우(예로써 0.25 % 이하), 상기 이동 파트의 표면 탄소 함량을 증가시키기 위해 침탄 공정(carburizing process)이 사용될 수 있다. 이후 이동 파트는 희망하는 성질들에 따라 액체에 담금질(quenching)하거나 정지 공기에서 냉각(cooling)함으로써 열처리될 수 있다. 이러한 방법에서는 높은 탄소 함량이 단지 표면에서 통합적으로 형성되기 때문에 표면은 경화되나 중심은 경화되지 않음을 유의한다. 이러한 방법은 종종 매우 바람직할 수 있는데, 그 이유는 그러한 방법이 종래 기술의 압축기(100)의 이동 파트들과 같이 양호한 마모 성질들을 갖는 경화 표면을 가능케 하는 반면, 충격 하중 하에서 양호하게 기능하는 인성 중심(tough core)을 갖기 하기 때문이다.
침탄은 표면에 탄소를 추가하는 공정이다. 이러한 공정은 상승된 온도에서 탄소 부유 분위기(carbon rich atmosphere)에 상기 이동 파트를 노출시켜 강철 내로 탄소 원자들을 통합적으로 이동시키는 확산을 가능케 함으로써 수행된다. 확산은 농도 구배(differential of concentration) 원리에 따라 일어나기 때문에, 확산은 강철이 낮은 탄소 함량을 갖기만 하면 일어나게 된다. 예를 들어 강철이 초기에는 높은 탄소 함량을 가지다가 공기와 같은 탄소 자유 로(carbon free furnace) 내 에서 가열된다면, 탄소가 강철 밖으로 확산됨으로써 탈탄(decarburization)된다.
종래 기술의 몇몇 적용예들에서는, 이동 파트들이 초기에 통합 침탄되고, 결과적인 통합 침탄층(integrally carburized layer)에 추가적인 질화 공정이 수행된다. 이러한 통합 침탄/질화 공정은 표면 상에 통합 침탄/질화 층(integral carburized/nitided layer)으로 이루어진 매우 딱딱한 막을 갖는 부품을 생산한다.
또 다른 종래 기술의 적용예들에서는, 침탄질화(carbonitriding) 공정이 사용될 수 있다. 침탄질화 공정은 저탄소 및 저탄소 함금 강철들에 대해 매우 적합하다. 이러한 공정에서, 탄소 및 질소 모두 표면 내로 통합적으로 확산된다. 상기 이동 파트들은 암모니아(NH3)가 혼합된 탄화수소(메탄 또는 프로판 등) 분위기에서 가열된다. 이러한 공정은 침탄과 질화의 혼합이다.
다이캐스트 알루미늄 합금으로 제조된 다른 이동 파트는 양극 산화(anodic oxidation) 공정이 적용될 수 있다. 양극 산화 또는 양극 처리(anodizing)는, 다양한 표면들 상에 안정된 산화 막들 또는 코팅들이 통합적으로 형성되는 금속의 전해 처리(electrolytic treatment)를 가리키기 위해 사용되는 공통적인 공업 용어이다. 질화에서처럼, 이러한 공정은 금속 표면에 향상된 마모 특성들을 제공하기 위해 사용된다(참조: 종래기술의 예로써, 공개된 일본특허출원 117371/1994). 통합적 질화 및 양극 산화에서 나타나는 여러 문제들 중 일부가 압축기(100)를 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1의 설명으로 복귀하면, 피스톤 핀(116) 및 커넥팅 로드(117)는 메인 샤프트(107)와 편심 샤프트(109)의 회전 운동을 피스톤의 왕복 운동으로 전환한다. 크랭크샤프트가 회전하는 매순간, 피스톤 핀(116)과 커넥팅 로드(117) 사이의 상대적인 속도는 2배 내지 0(zero)이 될 것이다. 이는 피스톤 핀(116)과 커넥팅 로드(117) 사이의 바람직하지 않은 금속 대 금속 접촉(metal on metal contact)을 발생할 수 있다.
특히, 피스톤 핀(116)과 커넥팅 로드(117) 사이의 작동 베어링 응력(operational bearing stress)이 증가할 수 있고, 이에 의해 피스톤 핀(116)이 굽혀질 수 있다. 이는 통합 형성된 질화층이 깨지고 벗겨져서 하부 기판이 노출되게 할 수 있다. 이것이 종래 기술에서 침탄이 요구되는 이유이며, 침탄은 통합 형성된 경화성, 내마모성 층을 생산하여 이동 파트가 보다 오래 지속되거나 비정상적인 마찰 손실을 방지한다. 질화 가능한 강철의 경우, 알루미늄, 크롬, 바나듐 또는 몰리브덴과 같은 질화물 전자체(nitride former)를 포함해야 하며, 이 중 몰리브덴은 그것의 안정성 때문에 기술 문헌들에서 가장 많이 언급된다. 이러한 추가적인 금속들은 강철과 관련된 비용을 상승시킨다.
특히, 냉매 압축기(100)에서, 피스톤 핀(116)과 커넥팅 로드(117) 사이에 작용되는 하중은 크랭크샤프트(107)의 회전 도중 현저하게 변동한다. 또한, 오일(102)에 용해된 냉매 가스는 상기 하중의 변동에 따라 기포가 될 수 있다. 이러한 기포는 이동 파트들의 윤활을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 피스톤 핀(116)과 커넥팅 로드(117)에서의 금속 대 금속 접촉이 증가된다. 이는 보다 높은 마찰 계수를 초래하며, 높은 마찰 계수는 이동 파트들의 접합부에서 열 관련 문제점들을 일으킬 수 있다. 피스톤(115)와 보어(112) 사이에서도, 그리고 앞서 설명된 다른 이 동 파트들 쌍들의 접합부에서도, 유사 현상이 일어날 수 있다.
이동 파트들 상에서의 마모를 증가시킬 수 있는 다른 문제점은 냉매 가스/오일 혼합물 내로 산(acid)이 유입되는 것이다. 오늘날 대기는 자동차로부터의 배기 가스 또는 화산 가스에 의해 발생된 이산화황(SO2)을 포함하고 있다. 이산화황(SO2)은 물과 반응하여 황산(H2SO3)을 발생시킨다. 냉매 압축기(100)가 초기에 냉매 가스로 채워질 때 또는 냉매 압축기(100)를 수리할 때, 이산화황을 포함하는 공기가 그 시스템 내로 유입될 수 있다. 이러한 이산화황은 이후 압축기(100) 내의 소량의 물과 반응하여 황산을 발생시킨다. 다시, 이러한 황산은 이동 파트들 상에 산화 또는 다른 강등(degradation)을 유발하며, 따라서 압축기의 수명이 단축된다.
따라서 앞서 거론된 문제점들 중 하나 이상을 해결하는 냉매 압축기가 필요하다.
종래 기술에서 나타난 상기 여러 문제점들을 극복하기 위해, 본 발명의 실시예들은 용매 가스를 포함한 압축 메카니즘을 구동하는 모터를 포함하는 하우징을 포함하는 냉매 압축기를 제공한다. 상기 모터 및 상기 압축 메카니즘은, 서로에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 표면을 갖고 있는 하나 이상의 금속성 슬라이딩 파트들을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 슬라이딩 파트의 상기 슬라이딩 표면은, 상기 금속성 슬라이딩 파트들의 베이스 재질과 비통합적으로 형성되는 반응층으로 코팅된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 반응층은 적어도 14 GPa의 표면 경도를 갖는다. 상기 반응층은, 탄탄륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 아연 카바이드, 탄소 함유 텅스텐 카바이드 및 테트라헤드랄 비정질 카본으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 슬라이딩 파트는 몰리브덴을 함유하지 않은 스테인레스 스틸 재질, 주철 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 주철은, 0.25 %와 0.5 % 사이의 탄소 농도를 포함하며, 펄라이트 베이스의 페라이트를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 알루미늄 합금은 14 % 이하의 실리콘 농도를 가질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 냉매 가스는, R600a, R290, R600a와 R290a의 혼합물, 및 HFC 기반의 냉매로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 슬라이딩 파트를 윤활하기 위한 오일을 더 포함할 수 있으며, 여기서 상기 오일은, 알킬벤젠, 미네랄 오일, 에스테르, 폴리비닐 에테르, 폴리알킬렌 글리콜 및 그것들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 상기 오일은 VG10과 VG2 사이의 점성을 갖는다. 상기 압축 메카니즘은 왕복 유형의 압축 메카니즘일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 슬라이딩 파트는, 피스톤, 실린더, 커넥팅 로드, 피스톤 핀, 회전 샤프트 및 베어링으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 층은 기상증착 공정을 사용하여 적용될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예들은 냉매 압축기의 제조 방법으로서 도출된다. 여기서 상기 냉매 압축기는 용매 가스를 포함하는 압축 메카니즘을 구동하는 모터를 포함하는 하우징을 포함한다. 상기 모터 및 상기 압축 메카니즘은, 서로에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 표면을 갖고 있는 하나 이상의 금속성 슬라이딩 파트들을 포함한다. 상기 방법은, 상기 하나 이상의 슬라이딩 파트들의 상기 슬라이딩 표면에 상기 하나 이상의 슬라이딩 파트들의 베이스 재질과 비통합적으로 형성되는 반응층을 코팅하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면들은, 본 발명의 일부분으로 통합되며 또한 본 발명의 일부분을 구성하는 것으로서, 본 발명의 하나의 예시적인 실시예를 도시하며 본 발명의 작용 개념을 설명하는 것을 돕는다. 하지만, 이러한 도면들은 단지 설명을 위한 것이지 본 발명의 제한들을 정의하는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 따라서 도면들은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예를 제공한다.
도 1은 종래의 냉매 압축기를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 압축기를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2의 대표적인 부분의 확대도이다.
도 4는 도 2 및 3의 실시예들에 따른 테트라헤드랄 비정질 카본(TA-C: Tetrahedral Amorphous Caron) 작용층의 향상된 마모 저항 특성들을 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 2 및 3의 실시예들에 다른 TA-C 작용층의 마찰계수 특성들을 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 압축기를 도시하는 단면도이다. 압 축기(200)는 냉매 가스(204)가 충전되는 하우징(202)을 포함한다. 압축기(202) 내에서 하우징(202)의 바닥에는 일정량의 오일(206)이 저장되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 냉매 가스(204)는 비제한적인 예로써 R134a일 수 있다. 대안적으로, 냉매 가스는 R600a, R290, R600a와 R290의 혼합물, 하이드로플루오로카본(HFC: hydrofluorocarbon) 기반의 냉매, 또는 당업자들에게 공지된 다른 냉매 가스들일 수 있다. 마찬가지로, 비제한적인 예로써, 오일은 알킬벤젠(alkylbenzene), 미네랄 오일, 에스테르(ester), 폴리비닐 에테르(polyvinyl ether), 폴리알킬렌 글리콜(polyalkylene glycol), 이들 중 몇 가지를 혼합한 것, 또는 점도 등급(viscosity grade)이 VG10과 VG2 사이인 점성을 갖는 오일 중 하나일 수 있다.
하우징(202) 내에서, 압축기(200)는 전기 모터(210)를 더 포함한다. 모터(210)는 스테이터(212), 메인 샤프트(216), 및 메인 샤프트(216)에 가압되어 끼워맞춰질 수 있는 로터(214)를 포함한다. 메인 샤프트(216)는 편심 샤프트(218)에 연결되어 있다. 스러스트 베어링(220: thrust bearing)이 메인 샤프트(216)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 스러스트 베어링(220)은, 로터(214)와, 메인 베어링(224)과, 스러스트 와셔(226: thrust washer) 간의 접합부에 형성되는 플랜지 표면(222: flange surface)을 더 포함할 수 있고, 여기서 스러스트 와셔(226)는 스러스트 베어링(220)과 플랜지 표면(222)의 상부 영역에 배치된다. 메인 베어링(224)의 스러스트 영역(225)은 플랜지 표면(222)과 접촉한다. 오일(206)과 접촉하고 있는 오일 펌프(228)는 모터(210)에 부착되어 모터(210)에 의해 구동된다.
압축기(200)는 냉매 가스(204)를 압축하는 압축 요소(230)를 더 포함한다. 압축 요소(230)는 편심 샤프트(218)의 일단에 연결된 커넥팅 로드(232)를 포함한다. 커넥팅 로드(232)는 타단에서 피스톤 핀(234)에 연결된다. 피스톤 핀(234)은 실린더 블록(240)의 보어(238) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되어 있는 피스톤(236)에 연결된다. 밸브 플레이트(242)는 실린더 블록(240)의 상단에 연결된다. 압축 요소(230)는 밸브 플레이트(242)에 부착된 헤드(246), 및 헤드(246)에 부착된 흡입 머플러(248: suction muffler)를 더 포함한다. 피스톤(236), 실린더 블록(238), 밸브 플레이트(242), 및 헤드(246)는 보어(238) 안에서 압축 챔버(244)를 형성한다.
하우징(202)은 압축 요소의 저압측에 구비되어 냉매 가스(204)의 유입을 가능케 하는 밀봉된 입구(미도시)를 더 포함할 수 있다. 마찬가지로, 하우징은 압축 챔버에 연결되어 압축된 냉매 가스(204)가 압축기(200)를 빠져나갈 수 있도록 하는 밀봉된 고압 출구(미도시)를 구비할 수 있다.
피스톤(236)과 보어(238), 메인 샤프트(216)와 메인 베어링(224), 스러스트 영역(225)과 스러스트 와셔(226), 피스톤 핀(234)과 커넥팅 로드, 및 편심 샤프트(218)와 커넥팅 로드(232)는, 서로에 대해 슬라이딩하는 이동 파트(moving part)들의 대응되는 쌍들(pair)(이하, 슬라이드 파트(slide part) 또는 슬라이딩 파트(sliding part))을 형성한다. 대다수 슬라이드 파트들 사이의 틈새 간격은 매우 작을 것이다. 예를 들어, 피스톤 핀(234)과 커넥팅 로드(232) 사이의 틈새는 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛이다.
본 발명의 여러 가지 실시예들에서, 앞서 설명된 슬라이드 파트들 각각은 주 철(casr iron), 철 합금(iron alloy), 알루미늄 합금(aluminum alloy), 또는 다른 금속들 또는 당업자들에게 공지된 합금들로부터 제조될 수 있다. 이하에서 설명되는 이동 파트는 앞서 나열된 금속들 또는 금속 합금들 중 어떤 것임이 이해될 것이다.
도 3은 앞서 설명된 여러 슬라이드 파트들의 대표 영역(300)을 도시하고 있다. 제1 파트(302)가 제2 파트(304)에 대해 슬라이딩한다. 제1 및 제2 파트들(302, 304) 중 적어도 하나에는 반응층(306)(제2 파트(304)에 있는 것으로 도시됨)이 구비된다. 하지만, 반응층(306)이 두 슬라이드 파트들에 모두 적용됨으로써 이하에서 설명되는 바와 같이 이러한 본 발명의 실시예의 이점들이 보다 더 증대될 수 있음을 이해할 수 있다. 반응층(306)과 제2 슬라이드 파트(304) 사이에는 인터페이스(308)가 존재한다. 반응층(306)은 고경도 코팅(high-hardness coating)에 의해 금속 파트들을 코팅함으로써 형성된다. 이러한 코팅은 상기 파트들(302, 304)과 통합적으로 형성되지 않지만 상기 파트들(302, 304) 상에 적용된다. 비제한적인 예로써, 탄탈륨 카바이드(TA-C: tantalum carbide), 니오븀 카바이드(NBC: niobium) carbide), 아연 카바이드(ZnC: zinc carbide), 카본 함유 텅스텐 카바이드(WCC: tungsten carbide with carbon), 및 테트라헤드랄 비정질 카본(TA-C: Tetrahedral Amorphous Caron) 중 어느 하나일 수 있다. TA-C는 또한 다이아몬드 유사 코팅(diamond-like coating)으로 알려져 있다.
일 실시예에서, 반응층(306)은 화학기상증착(chemical vapor deposition) 공정을 사용하여 적용된다. 다른 실시예들에서는, 여과된 음극 진공 아크 반 응(Filtered Cathodic Vacuum Arc reaction: FCVA 반응)이 사용될 수 있다. 화학기상증착 공정을 사용할 경우, 반응층(306)은 3 nm 내지 5 ㎛의 비통합적인(non-integral) 코팅 두께를 형성한다. 어떤 실시예들에서는, 슬라이드 파트들의 쌍들 중 적어도 하나는 상기 베이스 재료(304)에 직접 증착된 반응층(306)을 갖는다. 이러한 실시예들 중 몇몇 것들에서는, 반응층(306)은 다중층들로서 적용될 수 있다.
반응층(306) 사용의 이점들을 설명하기 위해, 이하에서 압축기(100) 작동에 대한 간단한 설명이 제공된다. 작동 중에, 전기 모터(210)에 전력이 공급됨으로써, 로터(214)가 회전한다. 로터(214)가 메인 샤프트(216)를 회전시키고 메인 샤프트(216)가 편심 샤프트(218)을 구동함에 따라, 피스톤 핀(234) 및 커넥팅 로드(232)를 통해 피스톤(236)이 이동한다. 피스톤(236)이 보어(238)의 내부에서 이동할 때, 흡입 튜브(미도시)와 흡입 머플러(248)를 통해 냉매 가스(204)가 유입됨으로써, 압축 챔버(244) 내에서 냉매 가스(204)가 압축되는 것이 가능해진다.
메인 샤프트(216)가 회전함에 따라 오일공급펌프(228)로부터 이동 파트들 각각에 오일(206)이 공급되며, 따라서 이동 파트들이 윤활된다. 또한, 오일(206)은 피스톤(236)과 보어(238) 사이의 밀봉(seal)을 제공한다.
배경기술 부분에서 설명된 바와 같이, 압축기(200)가 동작하고 있을 때, 피스톤 핀(234)와 커넥팅 로드(232) 사이의 틈새가 매우 좁기 때문에, 피스톤 핀(234)와 커넥팅 로드(232)는 상호 간에 금속 대 금속 접촉(metal on metal contact)을 만든다(다른 슬라이드 파트들에서도 마찬가지임). 이하의 설명에서는 피스톤 핀(234)과 커넥팅 로드(232)를 슬라이드 파트들의 예로써 사용한다. 하지 만, 압축기(200)의 이동 파트들의 어떤 것에도 동일한 해석이 적용될 것임을 이해할 수 있다.
[표 1]
TaC NbC ZnC WCC TA-C 질화층
경도(HV) 1550HV 1800HV 2000HV 1500HV 7600HV 800HV
경도(GPa) 15.2 18.44 19.61 14.71 75 7.85
영률 500GPa 500GPa 400GPa -- 650GPa 200GPa
융점 3880℃ 3760℃ 3540℃ 300℃ 430℃ 200℃
슬라이드 파트들에 반응층(306)을 적용함으로써, 슬라이드 파트들 간의 마찰계수가 크게 감소되며, 이에 따라 슬라이드 파트들의 마모가 발생될 가능성이 감소된다. 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응층(306)의 다섯 가지 예인 TaC, NbC, ZnC, WCC, 및 TA-C에 대하여, 비커즈 피라미드 넘버(Vickers Pyramid Number, HV)로서의 미소경도(microhardness)와 기가파스칼(GPa)로 변환된 대응 미소경도 값, 영률(Young's Modulus, GPa), 및 융점(melting point)을 보이고 있다. TaC, NbC, ZnC, WCC 및 질화층(nitrided layer)에 대한 미소경도 값들은 비커즈 다이아몬드 피라미드(Vickers diamond pyramid)(아래에서 간략하게 설명됨)를 사용하여 결정되었다. 비통합적으로 형성된 반응층(306)의 경도가 1000 HV 또는 그 이상이기 때문에, 반응층(306)을 적용하는 것은 슬라이드 파트들에서의 마멸(abrasion) 및 그에 따른 마모(wear)의 양을 크게 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 표 1에서 보여지는 바와 같이, 반응층(306)의 융점은 적어도 300 ℃ 이상이다.
미소경도 시험(mocrohardness test)이라는 용어는 통상적으로 1 kgf를 초과하지 않은 하중으로 만들어진 정적 압입(static indentation)을 지칭한다. 압자(indenter)는 비커즈 다이아몬드 피라미드 또는 누우프 신장 다이아몬드 피라미 드(knoop elongated diamond pyramid) 중 어느 하나이다. 시험 절차는, 보다 정밀한 기기들을 가지고 미시적 스케일에서 수행된다는 것을 제외하고는, 일반적인 비커즈 경도 시험의 절차와 매우 유사하다. 테스트되고 있는 표면은 일반적으로 금속현미경 다듬질(metallographic finish)을 요구한다; 사용되는 하중이 작을수록, 표면 다음질이 더 많이 요구된다. 따라서 압입의 크기를 측정하기 위해 정밀 현미경이 사용된다. 비커즈 다이아몬드 피라미드 압자는 면들 사이의 각이 136 °인 정사각 피라미드 형상이다. 압입의 깊이는 대략 대각선 길이의 1/7 이다. 비커즈 다이아몬드 피라미드 경도수(Vickers Diamond Pyramid hardness number)를 산출할 경우, 압입의 두 대각선들이 측정된 후 이 값들의 평균이 HV 값을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
표 1에서 또한 보여지는 바와 같이, 반응층(306)은 400 GPa 이상의 영률을 갖는데, 이러한 수치는 종래의 질화(nitriding)를 거치는 통합 형성 층(integrally formed layer)의 200 GPa의 적어도 2배에 달한다. 영률은 WCC의 설명에는 들어맞지 않음을 유의한다. 반응층(306)의 적용은 종래의 질화/침탄 공정과 비교하여 여러 가지 이점들을 제공한다. 금속 카바이드 층 및 TA-C 층은 모두 미립자 점착을 차단하며 깨짐(cracking)과 벗겨짐(peering)에 덜 영향받는다. 따라서, 어떠한 경성의 언더코팅(hard undercoating)도 요구되지 않는다.
반응층(306)이 슬라이드 파트의 내부 코어를 보호하기 때문에, 슬라이딩 파트로서 사용되는 강철은 (탄소 함량이 0.5 %인 경우와 같이) 더 연한 등급일 수 있다. 보다 연한 등급의 강철은, 제조 공정의 본래 특성에 의해, 이동 파트의 베이스 의 펄라이트(pearlite) 구조 내에 페라이트(ferrite) 형성을 유도하며, 그 결과 충격 저항이 증가하고 부서짐(embrittlement)이 방지된다. 이에 의해, 연성의 저탄소 강철 코어 위에 초경성 반응층(superhard reaction layer)이 코팅된, 보다 이상적인 "외측경성-내부연성(outside hard-inside soft)" 파트가 산출된다.
예를 들어, 피스톤 핀(234)에 비통합 반응층(306)을 적용함으로써, 피스톤 핀(234)의 직경을 증가시지 않고도 피스톤 핀(234)의 표면 경도가 향상될 수 있다. 이에 따라 커넥팅 로드(232)와 피스톤 핀(234) 간에 발생되는 마찰력이 보다 더 감소됨으로써, 슬라이드 손실(slide loss)이 증가되지 않으면서도, 종래 질화된 파트들에서 경험할 수 있었던 균열(cracking) 및 벗겨짐(peeling)이 방지될 수 있다. 따라서 냉매 압축기(200)는 감소된 슬라이드 손실, 높은 효율 및 높은 신뢰성을 갖게 된다.
비통합적으로 형성된 반응층(306)과 슬라이드 파트(304) 내에서의 화학 결합은 반데르 발스 결합(Van der Waals bond)이며, 이러한 결합에서는 적층 표면에 직교하는 수직 방향에서의 결합력이 매우 약하다. 반응층(306) 내에서의 다른 화학 결합은 공유 결합이다. 적층 표면에 평행한 측면 방향에서의 공유 결합의 결합력은 매우 강하다. 이러한 결합들은 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
반응층(306) 내에서 반데르 발스 결합력은, 화학기상 반응을 사용하여 슬라이드 파트(304)에 증착된 슬라이드 파트(304)와 반응층(306) 사이의 인터페이스(308)에 작용하는 화학결합력보다 매우 약하다. 결과적으로, 여러 슬라이드 파트들 사이에서 금속 대 금속 접촉 등에 의해 큰 마찰력이 발생되면, 저 에너지의 반 데르 발스 결합의 분리에 의해 반응층(306)의 분자들이 슬라이딩하게 된다. 다시 말해서, 금속 대 금속 접촉 등에 의해 발생되는 대부분의 마찰 에너지는 반응층(306)에 포함된 분자들 사이의 슬라이드 에너지로서 흡수된다.
이를 고려하면, 금속 대 금속 접촉이 일어난다 하더라도, 슬라이딩 파트들(304)와 비통합적으로 형성된 반응층(306) 간의 인터페이스에 작용하는 힘은 더 약화되며, 따라서 슬라이딩 파트들(304)과 반응층(306) 간의 인터페이스 상에 작용하는 화학결합의 파괴(breakage) 또는 분리(separation)가 방지될 수 있다.
반응층(306)은 또한, 시스템 내로 황산이 유입됨에 의해 발생되는 손상(damage) 및 강등(degradation)을 방지할 수 있다. 반응층(306)의 결합들 중 하나는 적층 표면에 평행한 측면 방향에서의 결합력이 강한 공유 결합이기 때문에, 반응층 표면(306)은 화학적 공격에 견딘다. 냉동 사이클에 포함된 이산화황(SO2)의 농도가 50 ppm에 달한다 하더라도, 산화(oxidization) 및 강등(degradation)이 최소화됨으로써 신뢰성이 증대된 냉동 사이클 장치를 제공하는 것이 가능하다.
도 4는 참조 번호 400으로 일반적으로 가리켜지는 그래프로서, 도 2 및 3의 실시예들에 따른 TA-C 반응층의 향상된 마모 저항(abrasion resistance) 특성들을 도시한다. 그래프(400)는, 링-온-디스크(ring-on-disk) 타입의 테스터를 사용하여, R134a 냉매와 VG5의 점성을 갖는 합성 오일의 혼합 분위기에서의 마모 특성들을 도시한다. 이 테스트는, 오일 온도가 65 ℃인 상태로, 1600 N(newtons)의 작동 하중과 0.5 m/s의 속도에서 수행되었다. 상기 디스크는 높은 실리콘(14%) 알루미늄 디 스크이다. 테스트는, 비제한적인 예로써, 핀-온-디스크/리니어 트라이보미터(Pin-on-Disk & Linear Tribometer)를 사용하여 수행되었다. 본 테스트에서 사용된 특정 냉매 가스 및 오일은 순전히 본 발명의 슬라이딩 파트들의 특성들의 예를 제공하기 위해 선택된 것임을 또한 이해해야 할 것이다. 앞서 설명된 다른 냉매 가스들 및 오일들이 또한, 본 발명의 본 실시예의 범위로부터 벗어남 없이, 사용될 수 있다.
그래프(400)는, 종래의 통합적으로 형성된 질화층(406) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 TA-C 반응층(408)에 대해, 주어진 하중(404)에 대한 마모량(402, ㎛ 단위)을 보인다. 도 4에서 명확히 보여지는 바와 같이, 높은 하중들에 대해 TA-C 반응층(408)에서 발생된 마모량은 질화층(406)의 마모량보다 상당히 작다. 이에 따라 TA-C 반응층의 경도가 향상될 수 있다. 표 1에서 보여지는 바와 같이, TA-C 반응층은 7600 HV의 경도를 가지며, 이러한 값은 질화에 따른 층의 800 HV 보다 훨씬 높다.
그리고, 높은 하중 영역에서, 질화층(406)의 영률은 200 GPa이다. 대조적으로, 표 1에서 명확하게 보여지는 바와 같이, TA-C 반응층(408)의 영률은 적어도 650 GPa이다. 메탈 카바이드 코팅들에 대해서도 유사한 결과들이 발견된다. 따라서, 슬라이딩 파트들 상에서의 반응층(306)의 향상된 경도는, 압축기(200)의 동작 도중 슬라이딩 파트들의 변형에 따른 균열 및 벗겨짐을 감소시킨다.
도 5는 종래의 통합적으로 형성된 질화층(504) 그리고, 도 2 및 3의 실시예들에 따른 TA-C 반응층(506)의 마찰계수 특성들(502)을 도시하는 그래프(500)이다. 도 4에 대하여 이미 설명된 바와 같이, 수행된 테스트는 링-온-디스크 타입의 테스 터(트라이보미터)를 사용하여, R134a 냉매와 VG5의 점성을 갖는 합성 오일의 혼합 분위기에서 1600 N의 하중으로 수행되었다.
도 5에서 보여지는 결과들로부터, 1600 N에 해당하는 높은 하중에서 TA-C 반응층(506)의 마찰계수는 질화층(504)의 마찰계수보다 낮다. 앞서 설명한 바와 같이, TA-C 반응층(506)의 결합은 공유 결합이며, 이러한 결합에서 적층 표면에 평행한 측면 방향에서의 결합력은 강하다. 또한, TA-C 반응층은 육각 구조를 갖는데, 이러한 구조에서 분자들 사이의 측방 거리는 대략 0.1 nm 만큼이나 가깝다. 이는 화학적 안정성을 향상시키며 높은 하중 영역에서의 어떠한 미립자 점착을 방지하며, 따라서 낮은 마찰계수가 달성된다.
또한, TA-C 반응층(506) 내의 화학 결합들 중 하나는 반데르 발스 결합이며, 이러한 결합에서는 적층 표면에 직교하는 수직 방향에서의 결합력이 약하다. 분자들 간의 수직 거리는 대략 0.3 nm일 수 있으며, 이는 앞서 설명한 측방 거리보다 약간 더 멀다. 따라서, 부재들 각각에 작용하는, 금속 대 금속 접촉에 의해 발생되는 마찰력이 존재하더라도, 분자들은 저 에너지(low energy) 상태로 슬라이딩한다. 그리하여, TA-C 반응층과 베이스 재료 사이의 인터페이스에 작용하는 힘이 작아짐으로써, 저 에너지에서의 마찰계수를 여전히 감소시키는 한편 언더코팅이 없어도 된다. 따라서, 설명된 실시예들에서는, 높은 하중 영역에서 작은 마찰계수를 유지하는 것이 가능하다.
슬라이딩 파트들 중 적어도 하나를 코팅하는 비통합 형성 반응층(306)은 종래의 압축기들에 비해 많은 이점들을 제공한다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같 이, 종래의 슬라이딩 파트 제조 공정은 합금 강철의 카본 농도를 증가시켜 그 파트들의 강성(rigidity) 및 내마모성(abrasion resistance)를 향상시킨다. 본 발명의 실시예들의 경우, 강성은 메탈 카바이트 코팅의 높은 경도 또는 증대된 영률로 인해 향상될 수 있다. 그리하여, 데드 연강(dead soft steel), 연강, 및 반경질강(half-hard steel)과 같은, 0.5 % 이하의 탄소 농도를 갖는 저탄소강을 사용하는 것이 비로소 가능하다. 메탈 카바이드 층과 TA-C 층은 모두 미립자 점착을 방지하여 균일 및 벗겨짐에 덜 영향받는다. 따라서, 어떠한 경질의 언더코팅이 요구되지 않는다. 이는, 종래의 질화 및 침탄 공정들에서 일어나는 것과 같은, 탄소 농도의 증가로 인해 발생되는 취성(brittleness)에 기한 재료의 균열을 완화하는 것을 돕는다.
더욱이, 본 발명의 실시예들은 어떠한 몰리브덴도 포함하지 않는 스테인레스 스틸 재료의 사용을 가능케 하며, 이에 의해 베이스 강철의 비용을 감소될 수 있다. 마찬가지로, 종래 기술은 어떠한 페라이트도 포함하지 않는 펄라이트 베이스를 갖는 주철을 생산하였다. 하지만, 본 실시예들의 반응층들의 경우, 슬라이딩 파트들의 탄소 함량이 감소된다. 탄소량의 감소는 슬라이딩 파트들의 전체적인 경도를 떨어뜨리는 한편 가공성(workability) 및 내충격성(impact resistance)을 증대시킨다. Fe-C 상태도에 따르면, 낮은 탄소 농도에서(약 0.25% 내지 0.5%), 초석 알파 페라이트(proeutectoid alpha ferrite)는 펄라이트 이전에 형성된다. 이는 페라이트가, 시멘타이트(cementite: Fe3C)와 페라이트가 교번되는 라멜라 구조(lamellar structure)로 이루어지는 펄라이트보다 더 연질인 상(phase)이기 때문이다. 따라서 페라이트는 슬라이딩 파트들이 종래의 통합 형성된 질화/침탄 파트들보다 훨씬 더 충격 하중을 흡수할 수 있도록 한다.
그리고, 슬라이딩 파트들에 반응층을 코팅하는 것은 슬라이딩 파트들의 경도를 증대시킴으로써 그 파트들의 강도를 향상시킬 수 있기 때문에, 슬라이딩 파트들을 생산할 때 알루미늄 함금을 사용하는 것이 또한 비로소 가능하게 된다. 종래 기술에서는, 알루미늄 합금에서의 실리콘 농도가 12 % 이상이었다. 높은 실리콘 함량은 슬라이딩 파트들의 강도 및 경도를 증대시키기 위해 사용되었었다. 하지만, 증가된 실리콘 농도는 슬라이드 파트의 내충격성의 저하를 야기함으로써, 그 파트가 취약해지고 파손되게 할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라 알루미늄 슬라이딩 파트들을 메탈 카바이드로 코팅함으로써, 12 % 이하의 실리콘 농도를 갖는 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 이는 알루미늄 슬라이딩 파트들의 내충격성을 더 향상시키며, 이는 종래 기술보다 크게 개선된 점이다.
본 발명의 슬라이딩 파트들의 실시예들의 성능에 관한 위의 여러 가지 설명들에서, 테스트는 압축기(200)가 일정 속도로 작동되는 조건에서 수행되었다. 일정한 작동 속도에서, 오일펌프(228)는 정상적인(steady) 오일 공급을 제공함으로써, 여러 이동 파트들의 윤활을 유지한다. 하지만, 보다 현대적인 냉매 압축기들의 경우, 압축기(200)는 다른 속도들에서 작동할 수 있다. 보다 낮은 속도들에서, 예를 들면 20 헤르쯔(Herts) 이하의 속도들에서, 슬라이딩 파트들 상에서 메탈 카바이드의 효과들은 보다 더 두드러지게 된다.
본 발명은 그 사상 또는 본질적 특성들을 벗어나지 않고 다른 특정 형태들로 구체화될 수 있다. 설명된 실시예들은 모든 관점에서 단지 예시적일 뿐이며 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 앞선 설명들보다는 첨부된 청구항들에 의해 지시된다. 청구항들의 의미 및 균등범위 내에서의 모든 변경들은 그것들의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (23)

  1. 용매 가스를 포함하는 압축 메카니즘을 구동하는 모터를 포함하는 하우징을 포함하며,
    상기 모터 및 상기 압축 메카니즘은, 서로에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 표면을 갖고 있는 하나 이상의 금속성 슬라이딩 파트들을 포함하며,
    적어도 하나의 슬라이딩 파트의 상기 슬라이딩 표면은, 상기 금속성 슬라이딩 파트들의 베이스 재질과 비통합적으로 형성되는 반응층으로 코팅되는 냉매 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응층은 적어도 14 GPa의 표면 경도를 갖는 냉매 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응층은, 탄탄륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 아연 카바이드, 탄소 함유 텅스텐 카바이드 및 테트라헤드랄 비정질 카본으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 냉매 압축기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 0.5 % 이하의 탄소 농도를 갖는 강철 재질을 포함하는 냉매 압축기.
  5. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 몰리브덴을 함유하지 않은 스테인레스 스틸 재질을 포함하는 냉매 압축기.
  6. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 주철을 포함하는 냉매 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주철은, 0.25 %와 0.5 % 사이의 탄소 농도를 포함하며, 펄라이트 베이스의 페라이트를 포함하는 냉매 압축기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 14 % 이하의 실리콘 농도를 갖는 알루미늄 합금을 포함하는 냉매 압축기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 가스는, R600a, R290, R600a와 R290a의 혼합물, 및 HFC 기반의 냉매로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 냉매 압축기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트를 윤활하기 위한 오일을 더 포함하고,
    상기 오일은, 알킬벤젠, 미네랄 오일, 에스테르, 폴리비닐 에테르, 폴리알킬렌 글리콜 및 그것들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 오일은 VG10과 VG2 사이의 점성을 갖는 냉매 압축기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 메카니즘은 왕복 유형의 압축 메카니즘을 포함하는 냉매 압축기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는, 피스톤, 실린더, 커넥팅 로드, 피스톤 핀, 회전 샤프트 및 베어링으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 냉매 압축기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응층은 기상증착 공정을 사용하여 적용되는 냉매 압축기.
  14. 용매 가스를 포함하는 압축 메카니즘을 구동하는 모터를 포함하는 하우징을 포함하며, 상기 모터 및 상기 압축 메카니즘은, 서로에 대해 슬라이딩하는 슬라이딩 표면을 갖고 있는 하나 이상의 금속성 슬라이딩 파트들을 포함하는 냉매 압축기 의 제조 방법으로서,
    상기 하나 이상의 슬라이딩 파트들의 상기 슬라이딩 표면에 상기 하나 이상의 슬라이딩 파트들의 베이스 재질과 비통합적으로 형성되는 반응층을 코팅하는 단계를 포함하는 냉매 압축기의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반응층은 적어도 14 GPa의 표면 경도를 갖는 냉매 압축기의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 반응층은, 탄탄륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 아연 카바이드, 탄소 함유 텅스텐 카바이드 및 테트라헤드랄 비정질 카본(TA-C)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 냉매 압축기의 제조 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 0.5 % 이하의 탄소 농도를 갖는 강철 재질을 포함하는 냉매 압축기의 제조 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 몰리브덴을 함유하지 않은 스테인레스 스틸 재질을 포함하는 냉매 압축기의 제조 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 주철을 포함하는 냉매 압축기의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 주철은, 0.25 %와 0.5 % 사이의 탄소 농도를 포함하며, 펄라이트 베이스의 페라이트를 포함하는 냉매 압축기의 제조 방법.
  21. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는 14 % 이하의 실리콘 농도를 갖는 알루미늄 합금을 포함하는 냉매 압축기의 제조 방법.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 파트는, 피스톤, 실린더, 커넥팅 로드, 피스톤 핀, 회전 샤프트 및 베어링으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 냉매 압축기의 제조 방법.
  23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계는, 기상증착 공정을 사용하여 상기 반응층을 적용하는 것을 포함하며,
    상기 냉매 압축기는 왕복 유형의 냉매 압축기인 냉매 압축기의 제조 방법.
KR1020097013809A 2007-05-21 2007-08-14 비통합 반응층을 구비한 냉매 압축기의 슬라이딩 표면 KR20100014295A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG200703687-4A SG148062A1 (en) 2007-05-21 2007-05-21 Refrigerant compressor sliding surface with non-integral reaction layer
SG200703687-4 2007-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100014295A true KR20100014295A (ko) 2010-02-10

Family

ID=40032168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097013809A KR20100014295A (ko) 2007-05-21 2007-08-14 비통합 반응층을 구비한 냉매 압축기의 슬라이딩 표면

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP2054624A1 (ko)
JP (1) JP2009525435A (ko)
KR (1) KR20100014295A (ko)
CN (1) CN101479478A (ko)
SG (1) SG148062A1 (ko)
WO (1) WO2008143589A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102312838A (zh) * 2010-10-22 2012-01-11 台州市百达制冷有限公司 旋转式压缩机用活塞及其制造方法
CN108026914B (zh) * 2015-09-07 2019-12-20 松下知识产权经营株式会社 冷媒压缩机和使用该冷媒压缩机的冷冻装置
US20190285063A1 (en) * 2016-11-29 2019-09-19 Panasonic Appliances Refrigeration Devices Singapore Refrigerant compressor and freezer/refrigerator including same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0518357A (ja) * 1991-07-08 1993-01-26 Toshiba Corp 冷媒圧縮機
JPH09112464A (ja) * 1995-10-20 1997-05-02 Matsushita Refrig Co Ltd 回転式圧縮機
US5961218A (en) * 1996-02-20 1999-10-05 Ebara Corporation Water lubricated machine component having contacting sliding surfaces
JP2000204437A (ja) * 1999-01-08 2000-07-25 Hitachi Ltd 摺動部材とその製造法及びロ―タリ―圧縮機
JP4069839B2 (ja) * 2003-09-11 2008-04-02 日立アプライアンス株式会社 摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機
JP2006200029A (ja) * 2005-01-24 2006-08-03 Nsk Ltd コンプレッサ用転がり軸受
JP4898162B2 (ja) * 2005-07-25 2012-03-14 東芝キヤリア株式会社 密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置
CN200985869Y (zh) * 2005-09-08 2007-12-05 松下电器产业株式会社 制冷剂压缩机

Also Published As

Publication number Publication date
CN101479478A (zh) 2009-07-08
WO2008143589A1 (en) 2008-11-27
JP2009525435A (ja) 2009-07-09
SG148062A1 (en) 2008-12-31
EP2054624A1 (en) 2009-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11035407B2 (en) Material treatments for diamond-on-diamond reactive material bearing engagements
US7270719B2 (en) Method for manufacturing surface hardened stainless steel with improved wear resistance and low static friction properties
US20080277031A1 (en) Surface-carbonitrided stainless steel part excellent in wear resistance and its manufacturing method
JP4511514B2 (ja) 表面改質した析出硬化型ステンレス鋼
KR20100014295A (ko) 비통합 반응층을 구비한 냉매 압축기의 슬라이딩 표면
JP2842421B2 (ja) 圧縮機の鉄系摺動部品及びこれの表面処理方法と圧縮機
EP3546749B1 (en) Refrigerant compressor and freezer including same
JP2008261261A (ja) 摺動部材及びそれを用いたスクロール型電動圧縮機
JP4069839B2 (ja) 摺動装置とその製造法及び冷媒圧縮機
EP1837418A1 (en) High-hardness carbon coating
JP2002031055A (ja) 密閉型圧縮機
RU2435091C1 (ru) Способ износоустойчивого упрочнения и конструкция скольжения
JP2009150508A (ja) スラストころ軸受
EP3543529B1 (en) Refrigerant compressor and freezer including same
US10393111B2 (en) Pump with wear-resistant barrel and plunger having coating support
EP3543530B1 (en) Refrigerant compressor and freezer including same
CN114270060B (zh) 用于金刚石对金刚石反应材料轴承接合的材料处理
JP3666894B2 (ja) 圧縮機
JP2010077863A (ja) 冷媒圧縮機および冷凍サイクル装置
JP2008111462A (ja) 転がり部材及び転動装置
KR101261987B1 (ko) 압축기 부품 표면처리방법
US20220220999A1 (en) Guiding Member, Mechanical System Comprising Such A Guiding Member, And Method For Producing Such A Guiding Member
JPH0362890A (ja) 摺動構造物とそれを用いた圧縮機及び製造法
CN115355172A (zh) 金属表面复合层结构及其制备方法、零部件及压缩机
JP5148147B2 (ja) 斜板式コンプレッサ用スラスト軸受

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid