KR20120121211A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기내에 상대 슬라이딩하는 부재들에 코팅막을 도포하여 높은 슬라이딩성과 신뢰성을 구현하도록 하는 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 제1부재의 제1슬라이딩면과 제2부재의 제2슬라이딩면이 서로 상대 슬라이딩하는 압축기에 있어서, 상기 제1슬라이딩면 또는 상기 제2슬라이딩면 중 적어도 어느 한쪽에는 PTFE, 이황화 몰리브덴(MoS2), 텅스텐 디설파이트(WS2), 육방정질화붕소(h-BN) 및 팽창흑연 중 적어도 2가지 이상 배합된 미분말 고체윤활제(50~60 wt%)와 열경화성 실리콘 폴리에스테르계 수지 또는 알콕시실란계 접착제 중 적어도 어느 하나 또는 혼합하여 사용되는 접착제(30~50 wt%), 그리고 산화규소(SiC), 산화알미늄(Al2O3), 산화지르콘(ZrO2), 산화티단(TiO2) 중 어느 하나 또는 혼합하여 이루어진 충전제(5~10 wt%)로 구성되는 코팅막이 도포되는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 {Compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기내에 상대 슬라이딩하는 부재들에 코팅막을 도포하여 높은 슬라이딩성과 신뢰성을 구현하도록 하는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 냉난방을 위한 공조장치가 설치되는데, 이러한 공조장치에는 냉방시스템의 구성으로서 증발기로부터 인입된 저온저압의 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시켜 응축기로 보내는 압축기가 포함된다.

압축기는 자동차의 전면패널에 설치된 에어컨 스위치의 온/오프에 따라 구동되는데, 압축기가 구동되면 증발기의 온도가 하강되고, 압축기가 정지되면 증발기의 온도가 상승된다. 이와 같은 압축기에는 실제로 작동유체를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

왕복식에는 구동원의 구동력을 크랭크축을 사용하여 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 회전스크롤과 고정스크롤을 사용하는 스크롤식이 있는데, 일반적으로 사판식 압축기를 사용한다.

이러한 사판식 압축기에는, 외관을 형성하는 하우징의 내부에는 크랭크실과, 냉매를 흡입하는 흡입실, 흡입된 냉매를 압축하는 실린더보어, 상기 실린더보어에서 압축된 냉매를 토출하는 공간인 토출실이 형성된다. 상기 하우징의 내부에는 외부의 구동원으로부터 동력을 전달받아 회전하는 회전축이 구비되고, 상기 회전축에 결합된 사판에는 피스톤이 구비된다.

상기 사판은 그 가장자리가 상기 피스톤들과 슈를 통해 연결된다. 즉, 상기 피스톤의 연결부에 상기 사판의 가장자리가 슈를 통해 연결되어 사판의 회전에 의해 상기 피스톤의 실린더보어에서 직선왕복운동 하도록 구비되어, 흡입된 냉매를 압축하게 된다. 그리고 흡입된 냉매를 토출실을 통해 토출되어, 압축기 외부의 응축기로 전달된다.

상기한 바와 같은 종래의 피스톤 압축기에서는, 압축기가 구동시에 금속부재의 각 쌍들 사이에서 운전초기에는 냉매가 존재하는 하우징내에 윤활유가 도달하기 전에 금속부재의 각 쌍들이 습동하기 때문에, 이러한 습동부가 건식 윤활 상태가 되어 건식마모 혹은 마식이 발생하게 된다.

이러한 마모 혹은 마식을 방지하기 위한 수단으로 상호 미끄럼 운동하는 부위에 대한 내마모 코팅의 방법으로 불소수지, Ni-P이 포함된 불소수지, 혹은 이황화몰리브덴 도포 피막을 형성하거나, 동(銅)계 혹은 알루미늄계 금속재료를 사용하거나 이종 금속의 용사층에 관련 도금으로 내마모성과 미끄럼 특성에 기여를 하고자 하였으며, 이러한 압축기에서는 사판의 표면에 형성된 슬라이딩막이 슈의 평탄면을 적합하게 슬라이딩 시키기 때문에 사판 및 슈 중 어느 한쪽의 마모에 의해 양자가 이격되어 슬라이딩되어 덜거덕거리거나 소착에 의한 장애를 방지하는 것이 가능하다.

그러나 상기 종래 압축기에는, 사판 표면과 슈의 평탄면에 한정하지 않고, 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 부재나, 열부하가 높을 때 비교적 큰 하중에서 상대 슬라이딩하거나하는 가혹한 조건하에서의 추가적인 슬라이딩성이 요구된다. 즉 압축기내에 부가되는 압력이나 윤활성의 필요성은 한층 증대되고 있으나, 기존의 도금피막 및 알루미늄계 소재는 적절한 내마모성과 윤활 특성을 보여주지 못하고 있으며, 동(銅)계 소재의 경우 가격이 철(鐵)계보다 비싸 경제성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

또한 최근 각국의 환경 규제에 따라 개발중인 신규냉매(HFO-1234yf)에 기존 오일을 사용하는 경우 전산가(오일 속에 포함되어 있는 산성물질의 양)의 상승으로 부품의 부식문제가 야기되고 있다. 그리고 윤활성 향상을 위해 첨가하는 윤활제가 전산가 상승의 요인이 되므로 이를 낮추는 방안을 강구할 수밖에 없어 더욱 열악한 사용환경이 조성되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축기내에서 서로 상대운동하는 미끄럼 부재의 내마모성과 내마멸성을 향상시켜 유효 수명을 연장시키고, 압축기의 구동에 따른 소음을 저감시켜 정숙성을 향상시킴으로써 높은 신뢰성을 가지는 압축기를 제공하도록 하기 위한 것이다.

그리고 동(銅)이나 다른 코팅 재료와 비교하여 저렴한 가격의 코팅재를 제공하여 원가절감을 이루도록 하는 압축기를 제공하도록 하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 압축기는, 제1부재의 제1슬라이딩면과 제2부재의 제2슬라이딩면이 서로 상대 슬라이딩하는 압축기에 있어서, 상기 제1슬라이딩면 또는 상기 제2슬라이딩면 중 적어도 어느 한쪽에는 고체윤활제와 접착제, 그리고 충전제로 구성되는 코팅막이 도포되고, 상기 고체윤활제는 50~60 wt% 함유되고, 상기 접착제는 30~50 wt% 함유되며, 상기 충전제는 5~10 wt% 함유되는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 고체윤활제는, PTFE와, 인편상 이황화 몰리브덴(Mos2), 텅스텐디설파이트(WS2), 육방정질화붕소(h-BN), 그리고 팽창흑연 중 어느 하나 이상을 배합한다.

상기 접착제는, 실리콘 폴리에스테르계수지, 알콕시실란계수지 중 어느 하나를 사용하거나 또는 배합한다.

상기 충전제는, 탄화규소(SiC), 산화알미늄(Al2O3), 산화지르콘(ZrO2), 그리고 산화티탄(TiO2) 중 어느 하나로 이루어진다.

그리고 상기 고체윤활제는 미분말이고, PTFE의 평균 입경은 0.1~1.1㎛이며, 인편상 이황화 몰리브덴(Mos2), 텅스텐디설파이트(WS2) 및 육방정질화붕소(h-BN)의 평균입경은 5㎛ 이하이고, 상기 흑연의 평균입경은 5㎛이하인 팽창흑연인 것이 바람직하다.

또한 상기 충전제는 탄화규소(SiC), 산화알미늄(Al2O3), 산화지르콘(ZrO2), 그리고 산화티탄(TiO2)으로서, 평균입경은 5㎛이하의 미분말을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 접착제로는 열경화성 수지인 실린콘 폴리에스테르계수지는 탈이온수 또는 자일렌(Xylene), PMA(Phyenyl Mercuric Acetate), n-methlpyrolidone(NMP), n-n-dimethly acetamide(DMAC)의 유기용매를 사용하고 상기 유기용매에 대한 고형분의 농도는 총 중량의 15~50 wt%를 사용하고 알콕시실란계수지는 메타아크릴산(methacrylic acid) 또는 아세틱산(acetic acid)을 증류수와 혼합하여, 알콕시실란계 화합물로는 수용액에서 사용이 가능한 분자량이 적은 화합물인 아미노프로필트리에톡시실란(Aminoprophyl tirethozysilane), 아미노프로필 트리메톡시실란(Aminoprophyl trimethoxisilane), 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란(Aminoethylaminoprophyle triethoxysilane) 등을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 압축기는, 흡입실과, 실린더보어, 토출실를 구비하는 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축, 상기 회전축과 일체로 회전가능한 사판, 그리고 상기 사판에 슈를 통해 계류되며 상기 사판의 경사각에 따라 상기 실린더보어내를 왕복운동하는 피스톤을 포함하며, 상기 제1부재는 상기 슈이고, 상기 제2부재는 상기 피스톤인 것이 바람직하다.

또한 압축기는, 흡입실과, 실린더보어, 토출실를 구비하는 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축, 상기 회전축과 일체로 회전가능한 사판, 그리고 상기 사판에 슈를 통해 계류되며 상기 사판의 경사각에 따라 상기 실린더보어내를 왕복운동하는 피스톤을 포함하며, 상기 제1부재는 상기 사판이고, 상기 제2부재는 상기 슈인 것이 바람직하다.

그리고 압축기는, 흡입실과, 실린더보어, 토출실를 구비하는 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축, 상기 회전축과 일체로 회전가능한 사판, 그리고 상기 사판에 슈를 통해 계류되며 상기 사판의 경사각에 따라 상기 실린더보어내를 왕복운동하는 피스톤을 포함하며, 상기 제1부재는 상기 피스톤이고, 상기 제2부재는 상기 하우징인 것이 바람직하다.

또한 압축기는, 흡입실과, 실린더보어, 토출실를 구비하는 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축, 상기 회전축과 일체로 회전가능한 사판, 그리고 상기 사판에 슈를 통해 계류되며 상기 사판의 경사각에 따라 상기 실린더보어내를 왕복운동하는 피스톤을 포함하며, 상기 제1부재는 상기 하우징이고, 상기 제2부재는 상기 회전축인 것이 바람직하다.

그리고 압축기는, 소용돌이형 고정랩이 구비된 고정스크롤과, 상기 고정랩에 대면하여 끼움 결합되어 요동하고, 상기 고정랩에 대응되는 형상의 소용돌이형 선회랩을 구비하는 선회스크롤을 포함하고, 상기 제1부재는 상기 고정스크롤이고, 상기 제2부재는 상기 고정스크롤의 선단부와 접촉하는 선회스크롤인 것이 바람직하다.

또한 압축기는, 소용돌이형 고정랩이 구비된 고정스크롤과, 상기 고정랩에 대면하여 끼움 결합되어 요동하고, 상기 고정랩에 대응되는 형상의 소용돌이형 선회랩을 구비하는 선회스크롤을 포함하고, 상기 제1부재는 상기 고정스크롤의 선단부 또는 상기 선회스크롤의 선단부이고, 상기 제2부재는 상기 선단부와 접촉하는 상기 선회스크롤 또는 상기 고정스크롤의 바닥면인 것이 바람직하다.

그리고 상기 압축기에 사용되는 냉매는 프레온가스, HFO-1234yf, 그리고 CO2 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한 코팅막은, 스프레이, 침적, 디스펜서(dispenser), 그리고 전사 방식 중 어느 하나에 의하여 형성되고, 도포되는 코팅막의 두께는 10~50㎛인 것이 바람직하다.

그리고 코팅막은, 코팅막 도포 후 80~120℃에서 1시간 이상 건조시킨 후, 200~300℃에서 40~120분간 소성하고, 소성된 기재를 3시간 이상 실온에 도달하도록 냉각시키는 단계로 이루어진 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 압축기에 의하면, 압축기내의 상대 운동하는 부재들 사이에 슬라이딩막을 코팅하여 미끄럼 부재의 내마모성과 내마멸성을 향상시켜 압축기의 유효 수명을 연장시키고, 압축기의 구동에 따른 소음을 저감시켜 정숙성을 향상시켜 압축기의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

그리고 저렴한 가격의 코팅재를 제공하도록 함으로써 압축기 제작에 따른 원가를 절감하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 가변용량형 사판식 압축기의 구성을 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 슈와 사판의 슬라이딩면을 보인 확대 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 슈와 피스톤의 슬라이딩면을 보인 확대 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 피스톤과 하우징의 슬라이딩면을 보인 확대 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 피스톤의 회전중지부와 하우징의 슬라이딩면을 보인 확대 단면도,
도 6은 본 발명에 의한 피스톤의 구성을 보인 사시도,
도 7은 본 발명에 의한 고정용량형 사판식 압축기의 단면도 및 구동축과 하우징의 슬라이딩면을 보인 확대 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 전동식 압축기의 구성을 보인 단면도,
도 9는 본 발명에 의한 전동식 압축기의 선회스크롤의 구성을 보인 사시도,
도 10은 본 발명에 의한 전동식 압축기의 고정스크롤의 구성을 보인 사시도,
도 11은 본 발명에 의한 조성물을 코팅한 기재의 마모율과 마찰계수를 측정한 도표.

이하 본 발명에 의한 압축기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 앞에서 기술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축기내의 제1부재의 제1슬라이딩면과 제2부재의 제2슬라이딩면이 상대 슬라이딩 하는 압축기에 있어서, 상기 제1슬라이딩면 또는 제2슬라이딩면 중 적어도 어느 한쪽에는 고체윤활제와, 접착제, 그리고 충전제로 구성되는 조성물로 코팅막을 형성하도록 하여, 상기 제1슬라이딩면과 제2슬라이딩면의 내마모성과, 내마멸성 또는 윤활성을 향상시키도록 하기 위한 것이다.

상기 고체윤활제의 조성 성분으로는, 입경이 0.1~1.1㎛의 미분말 형태인 PTFE와 5㎛ 이하인 MoS2, WS2, h-BN과 흑연의 경우 입경이 5㎛이하의 팽창흑연 미분말을 사용한다. 그리고 상기 고체윤활제의 조성비율은 50 ~ 60 wt% 범위내에서 조성된다. 상기 고체윤활제는 상기 각부재의 내마모성, 내마멸성 또는 윤활성을 향상시키도록 하는 역할을 한다.

상기 충전제의 조성 성분으로는, 입경이 5㎛ 이하인 탄화규소(SiC)와 Al2O3, ZrO2, TiO2의 미분말을 사용한다. 그리고 상기 충전제의 조성비율은 5 ~ 10 wt% 범위내에서 조성된다.

상기 접착제의 조성 성분으로는, 실리콘 폴리에스테르계수지, 폴리알콕시실란계 수지를 사용한다. 그리고 상기 접착제의 조성비율은 30~50 wt% 범위내에서 조성된다. 상기 접착제는 조성물이 각 부재에 강력하게 접착되도록 하여 고체윤활제의 윤활성능에 의한 효과가 잘 나타나도록 하는 역할을 한다.

이러한 조성물을 상기 제1부재 또는 제2부재에 도포하는 방법은, 상기 조성물을 각 부재에 스프레이, 침적, 디스펜서(dispenser), 그리고 전사 방식 중 어느 하나로 각 부재에 도포한다. 이때 상기 제1부재와 제2부재에 도포하는 코팅막의 두께는 10~50㎛ 정도의 두께로 형성되도록 한다..

그리고 상기 각 부재에 도포되는 코팅막의 부착력을 향상시키기 위해, 코팅막 도포 후 80~120℃에서 약 1시간 이상 건조시킨 다음, 200~300℃에서 약 40~120분간 소성하면 각 부재의 표면에 안정한 코팅층이 형성된다.

압축기에 있어서 앞에서 기술한 조성물이 코팅되는 제1부재의 제1슬라이딩면과 제2부재의 제2슬라이딩면은 여러 가지가 존재한다. 먼저 가변용량형 사판식 압축기에 대해 설명하도록 한다.

도 1에 가변용량형 사판식 압축기의 구성을 보인 단면도를 도시하였다. 도면에 도시된 바에 의하면 가변용량형 사판식 압축기는, 다수개의 실린더보어(113)가 형성된 실린더블럭(110)과, 상기 실린더블럭(110)의 일단에 결합되는 전방하우징(120), 그리고 상기 실린더블럭(110)의 타단에 결합되는 후방하우징(130)을 포함한다. 상기 실린더블럭(110)과 전후방하우징(120,130)이 결합되어 전체적인 압축기의 외관 하우징을 구성하게 된다.

상기 실린더블럭(110)내에는 다수개의 실린더보어(113)가 방사상으로 상기 실린더블럭(110)을 관통하여 형성된다. 상기 실린더보어(113)의 내부에는 피스톤(115)이 이동가능하게 설치된다. 상기 피스톤(115)은 대략 원기둥 형상으로 형성되어, 상기 실린더보어(13)를 따라 직선왕복운동 가능하도록 설치된다. 상기 피스톤(115)이 상기 실린더보어(113)내에서 직선왕복운동함으로써 냉매를 압축하게 된다.

상기 실린더블럭(110)의 일단에 설치되는 전방하우징(120)은 상기 실린더블럭(110)과 협력하여 내부에 크랭크실(121)을 형성한다. 상기 크랭크실(121)은 외부와 기밀이 유지되는 공간으로 후술할 사판(140)등이 설치되는 곳이다.

상기 실린더블럭(110)의 타단에 설치된 후방하우징(130)에는 상기 실린더보어(113)와 선택적으로 연통하는 흡입실(131)이 형성된다. 상기 흡입실(131)은 상기 후방하우징(130) 중 상기 실린더블럭(110)과 마주보는 면의 가장자리에 인접한 위치에 형성된다. 상기 흡입실(131)은 상기 실린더보어(113)의 내부로 압축될 냉매를 전달하는 역할을 한다.

상기 후방하우징(130)에는 토출실(133)이 형성된다. 상기 토출실(133) 역시 상기 실린더보어(113)와 선택적으로 연통된다. 상기 토출실(133)은 상기 후방하우징(130)중 상기 실린더블럭(110)과 마주보는 면의 중앙에 해당되는 영역에 형성된다. 상기 토출실(133)은 상기 실린더보어(113)에서 압축된 냉매가 토출되어 임시로 머무르는 곳이다.

상기 전방하우징(120)과 실린더블럭(110)을 관통해서는 회전축(150)이 구비된다. 상기 회전축(150)의 중간부분에는 상기 회전축(150)에 대하여 일정한 경사각을 가지는 사판(140)이 설치되어 있다. 상기 회전축(150)은 외부 구동원(도시되지 않음)으로부터 동력을 전달받아 회전하며, 상기 사판(140)은 상기 회전축(150)의 회전에 따라 같이 회전하도록 결합되어 있다.

상기 사판(140)의 가장자리에는 피스톤(115)이 결합된다. 상기 사판(140)과 상기 피스톤(115)의 사이에는 반구 형상의 슈(142)가 구비된다. 상기 사판(140)과 피스톤(115) 사이에 결합된 슈(142)에 의해 사판(140)의 회전운동이 피스톤(115)이 직선왕복운동하도록 변환하여 냉매를 압축하게 된다.

상기 후방하우징(130)의 일측에는 전자제어밸브(160)가 구비된다. 상기 전자제어밸브(160)는 사판(140)의 각도 조절을 위해 사용된다. 즉, 상기 전자제어밸브(160)가 흡입실(131)에서 실린더보어(113)로, 그리고 실린더보어(113)에서 토출실로의 냉매 유동을 제어함으로써 상기 사판(140)의 각도 조절을 하게 된다. 상기 사판의 각도가 조절되어 실린더보어(113)에서 압축되는 냉매의 양이 가변된다.

상기한 바와 같은 가변용량형 사판식 압축기에서, 상기 사판(140)의 표면(140a)에 코팅막을 형성할 수 있다(도 2 참조). 사판(140)의 표면(140a)에 코팅막이 형성됨으로 인해, 상기 사판(140)과 상기 슈(142)가 고속으로 상대 슬라이딩하거나 비교적 큰 하중하에서 상대 슬라이딩하여도, 사판(140)의 표면(140a)에 형성된 코팅막이 사판(140)과 접촉하는 슈(142)의 평탄면(142a)을 원활하게 슬라이딩시키기 때문에, 사판(140)이나 슈(142) 중 적어도 어느 한쪽의 마찰에 의해 상기 사판(140)이나 슈(142)가 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

앞에서는 사판(140)의 표면(140a)에 코팅막이 형성되는 것을 설명하였으나, 사판(140) 대신 상기 슈(142)의 평탄면(142a)에 코팅막이 형성되어도 동일한 효과를 나타낼 수 있게 된다. 또한 상기 사판(140)의 표면뿐만 아니라 상기 슈(142)의 평탄면 모두에 코팅막이 형성될 수 있다.

그리고 상기 슈(142)의 볼록구면(142b) 또는 피스톤(115)의 오목구면(115a) 중 어느 한 곳에 코팅막을 형성할 수 있다(도 3 참조). 이러한 경우, 상기 슈(142)의 볼록구면(142b) 또는 피스톤(115)의 오목구면(115a)에 형성된 코팅막에 의해 상대측 부재를 원활하게 슬라이딩시키기 때문에, 슈(142)나 피스톤(115) 중 적어도 어느 한쪽의 마찰에 의해 슈(142)나 피스톤(115)이 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있게 된다. 물론 이 경우에도 상기 슈(142)의 볼록구면(142b)과 피스톤(115)의 오목구면(115a) 모두에 코팅막이 형성될 수 있다.

또한 상기 피스톤(115)의 외면 또는 실린더보어(113)의 내주면 중 어느 한 곳에 코팅막을 형성할 수 있다(도 4 참조). 이 경우, 상기 피스톤(115)의 외주면(115b) 또는 실린더보어(113)의 내주면(113a) 중 적어도 어느 한쪽에 형성된 코팅막이 상대측 부재를 원활하게 슬라이딩시키기 때문에, 피스톤(115)이나 실린더보어(113)중 적어도 어느 한쪽의 마찰에 의해 피스톤(115)이나 실린더보어(113)가 서로 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에도 피스톤(115)의 외면 또는 실린더보어(113)의 내주면 모두에 코팅막이 형성될 수 있음은 당연하다.

또한 상기 피스톤(115)의 회전중지부(115c) 또는 하우징의 슬라이딩면(110a)(120a) 중 어느 한 곳에 코팅막을 형성할 수 있다(도 5 및 도 6 참조). 이 경우 상기 피스톤(115)의 회전중지부면(115c) 또는 하우징의 슬라이딩면(110a)(120a) 중 적어도 어느 한쪽에 형성된 코팅막이 상대측 부재를 원활하게 슬라이딩시키기 때문에, 피스톤(115)이나 하우징(110a)(120a) 중 적어도 어느 한쪽의 마찰에 의해 피스톤(115)이나 하우징(110a)(120a)이 서로 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에도 피스톤(115)의 회전중지면(115c) 또는 하우징의 슬라이딩면(110a)(120a) 모두에 코팅막이 형성될 수 있음은 당연하다.

도 7에 고정용량형 사판식 압축기의 구성을 보인 단면도를 도시하였다. 고정형 사판식 압축기의 구성은 앞에서 기술한 가변용량형 사판식 압축기의 구성과 대체적으로 유사하며, 다만 가변용량형 사판식 압축기와 달리 사판의 경사각이 고정되어 있다는 점에서 큰 차이가 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(350)의 외주면(350a) 또는 하우징의 베어링면(355a) 중 어느 한 곳에 코팅막이 형성될 수 있다. 이때, 상기 회전축(350)의 외주면(350a) 또는 하우징의 베어링면(355a)에 형성된 코팅막에 의해 상대측 부재를 원활하게 슬라이딩시키기 때문에, 회전축(350)이나 하우징(355)중 적어도 어느 한쪽의 마찰에 의해 회전축(350)이나 하우징의 베어링면(355a)이 서로 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에도 회전축(350)의 외주면(350a) 또는 하우징의 베어링면(355a) 모두에 코팅막이 형성될 수 있다.

다음으로 전동식 압축기에 대해 설명하도록 한다. 도 8에 전동식 압축기의 구성을 보인 단면도를 도시하였다. 도면에 도시된 바에 의하면, 전동식 압축기(200)는 냉매가 외부로부터 흡입되는 전방하우징(210)과, 냉매의 압축이 이루어지는 중간하우징(230), 그리고 압축된 냉매가 토출되는 토출실(251)이 형성되는 후방하우징(250)을 포함한다.

상기 전방하우징(210)의 내부에는 모터실(211)이 형성된다. 상기 모터실(211)에는 상기 전동 압축기(200)의 구동원인 모터(260)가 설치되는 부분이다. 상기 전방하우징(210)의 일측에는 흡입포트(미도시)가 형성된다. 상기 흡입포트로 유입된 냉매는 상기 모터실(211)을 지나 냉매를 압축하기 위한 압축실(S)로 이동된다.

상기 모터(260)는 고정자(261)와 회전자(263)로 구성된다. 상기 고정자(261)는 대략 그 중앙이 관통된 원통형상으로, 코어편이 다수개 적층되어 만들어진다. 상기 고정자(261)에는 코일이 감겨진다. 상기 고정자(261)는 상기 전방하우징(210)의 내면에 고정된다.

상기 고정자(261)의 내측에는 회전자(263)가 설치된다. 상기 회전자(263)는 대략 원통형상으로, 다수 개의 코어편이 적층되어 형성된다. 상기 고정자(261)의 코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하게 되어 상기 회전자(263)가 회전하게 된다.

상기 회전자(263)의 중앙을 관통하여서는 회전축(212)이 결합된다. 상기 회전자(263)가 상기 고정자(261)와 전자기적 상호작용을 하여 회전하게 되면, 회전축(212)도 함께 회전하게 된다. 상기 회전축(212)에는 편심부시(235)가 설치된다. 상기 편심부시(235)의 선단은 원형궤적을 그리면서 회전된다. 상기 편심부시(235)는 아래에서 설명될 선회스크롤(270)과 연결되어 상기 선회스크롤(270)을 공전시키는 역할을 한다.

상기 전방하우징(210)의 내면과 상기 모터(260) 사이, 상기 고정자(261)과 회전자(263) 사이에는 냉각유로(217,219)가 형성된다. 상기 냉각유로(217,219)는 상기 흡입포트로부터 유입된 냉매가 압축실(S)로 유입되도록 하는 통로 역할을 한다. 이때, 냉매가 상기 냉각유로(217)를 통과하면서 모터(260) 및 상기 전방하우징(210)의 내주면을 냉각시킨다.

상기 전방하우징(210)의 내부에는 인버터실(224)이 형성된다. 좀 더 정확하게는 상기 인버터실(224)은 도 2를 기준으로 상기 모터실(211)의 하측에 형성된다. 상기 인버터실(224)은 상기 압축기(200)의 회전을 제어하는 인버터조립체(222)가 설치되는 공간이다.

상기 인버터조립체(222)는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(미도시)와, 상기 인버터를 냉각시키는 냉각판(미도시)으로 구성된다. 상기 인버터는 상기 모터(260)와 전기적으로 연결되어 상기 모터(260)의 회전속도를 제어한다. 상기 모터(260)의 회전속도가 제어됨에 의해 냉매의 압축량이 제어되어 차량의 실내가 원하는 온도로 일정하게 유지된다.

상기 중간하우징(230)의 내부에는 압축기구부(240)가 설치된다. 상기 압축기구부(240)는 상기 중간하우징(230)의 내부로 들어온 냉매를 흡입하여 압축하는 것으로, 상기 모터(260)로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축하게 된다.

상기 압축기구부(240)는 고정스크롤(280)과 선회스크롤(270)을 포함하고, 상기 선회스크롤(270)의 상대회전에 의해 그 사이에 형성되는 압축실(S) 내부에 유입된 냉매를 압축하게 된다. 도 10을 참조하면, 상기 고정스크롤(280)은 상기 중간하우징(230)의 내면에 고정되는 원판형상의 고정단판(281)의 일면에 와선형으로 고정랩(283)이 돌출되게 형성되어 구성된다. 상기 고정스크롤(280)의 중앙을 관통하여서는 토출구(289)가 형성되어 압축실(S)에서 압축된 냉매를 토출실(251)로 전달한다.

상기 선회스크롤(270)은 상기 회전축(212)과 편심부시(235) 사이에 설치되는 밸런스플레이트(233)에 올덤커플링(231)에 의해 회전가능하게 설치된다. 상기 선회스크롤(270)은 상기 고정스크롤(280)과 마주보게 설치되는데, 도 9를 참조하면, 원판형상의 선회단판(271)의 일면에 와선형으로 선회랩(273)이 돌출되게 형성되어 구성된다.

상기 선회랩(273)은 상기 고정랩(283)과 협력하여 압축실(S)을 형성한다. 즉, 상기 선회스크롤(270)이 상기 고정스크롤(280)에 대해 공전함에 의해 상기 고정랩(283)과 선회랩(273)에 의해 형성되는 압축실(S)의 체적이 점점 작아지면서 냉매의 압축이 이루어지고 마지막에 상기 토출구(289)와 압축실(S)이 연통되어 냉매가 토출실(251)로 토출된다.

다시 도 8를 참조하면, 상기 중간하우징(230)의 전방, 즉, 상기 고정스크롤(280)의 토출구(289)와 마주보는 위치에는 전방하우징(250)이 결합된다. 상기 전방하우징(250)에는 상기 토출구(289)로부터 냉매가 토출되는 토출실(251)이 형성된다. 그리고 상기 전방하우징(250)에는 토출포트(미도시)가 형성된다. 상기 토출포트는 상기 토출실(251)과 외부와 연결하기 위해 형성된 부분이다. 상기 토출포트를 통해 냉매가 공기조화장치의 다른 구성요소로 전달된다.

이러한 구성의 전동식 압축기에서, 상기 고정스크롤(280)의 선단(287) 또는 선회스크롤(270)의 바닥면(275)중 적어도 어느 한쪽에는 코팅막이 형성될 수 있다. 따라서 상기 고정스크롤(280)과 선회스크롤(270)이 고속으로 상대 슬라이딩하여도, 상기 고정스크롤(280)과 선회스크롤(270) 중 어느 한쪽의 마모에 의해 상기 고정스크롤(280)과 선회스크롤(270)이 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

그리고 고정스크롤(280)의 바닥면(285) 또는 선회스크롤(270)의 선단(277)중 적어도 어느 한쪽에는 코팅막이 형성될 수 있다. 따라서 상기 고정스크롤(280)과 선회스크롤(270) 중 어느 한쪽의 마모에 의해 상기 고정스크롤(280)과 선회스크롤(270)이 이격되어 운동하거나 소착되는 것을 방지할 수 있게 된다. 물론 상기 고정스크롤(280)의 선단(287)과 바닥면(285), 상기 선회스크롤(270)의 선단(277)과 바닥면(275) 모두에 코팅막이 형성될 수도 있다.

최근 각국의 환경 규제에 따라 개발중인 신규냉매(프레온가스, HFO-1234yf, CO2 등)의 경우 기존 오일을 사용하는 경우보다 전산가(오일 속에 포함되어 있는 산성물질의 양)의 상승으로 부품의 부식문제가 야기되고 있다. 그러나 윤활성 향상을 위해 첨가하는 윤활제가 전산가 상승의 요인이 되므로 이를 낮추는 방안을 강구할 수밖에 없어 더욱 열악한 사용환경이 조성되고 있다. 따라서 상기한 코팅막을 사용하는 경우 더욱 효과적인 슬라이딩 성능을 발휘할 수 있게 된다.

한편 도 11에는 코팅 조성물인 고체윤활제, 접착제, 충전제의 종류 및 그 배합량과 코팅 조성물을 기재에 코팅하여 그 윤활 특성을 조사하여 나타낸 결과를 도표로 정리하여 도시하였다.

본 시험기는 2핀 / Ring on plate desk type으로, 코팅된 기재의 표면에 스프링강(SUJ2)으로 이루어진 상대물이 회전가능하게 설치되어 있다. 시험조건으로는 상기 상대물의 회전 속도는 3000 RPM (11147 ㎜/s), 가압면적은 113㎟, 상대물에서 기재로 가해지는 하중은 23 MPa, 그리고 기재와 상대물 사이의 윤활조건은 Dropping Oil으로서, 상기 조건에 의해 기재의 마찰계수와 마모율을 측정한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 접착제로 실리콘 폴리에스테르계 수지 및 알콕시 실란계 수지를 사용할 경우 내마모율이 증가함을 나타내고 있으며, 고체윤활제로 PTFE 이외에 MoS2, WS2, h-BN 및 팽창흑연을 병용하여 사용할 경우 마찰계수가 감소함을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 고체 윤활제 등과 시너지 효과를 발휘할 수 있는 접착제의 종류 및 그 배합비율을 조절하여 내마모성, 비접착성, 윤활특성을 동시에 만족시킬 수 있고, 실리콘 폴리에스테르계 바인더에 의해 접착제의 역할을 수행할 뿐만 아니라 평활한 코팅면을 제공하고, 장시간 사용시에도 마모량이 적고, 높은 내구성을 제공함은 물론, 공해발생의 우려가 없는 유기 실란재를 사용하여 내열성 및 내마모성을 증대시켜, 코팅 조성물을 기재의 표면에 강력하게 부착하여 가혹한 운전조건에서도 원활한 윤활효과를 발휘한다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110:실린더블럭 120:전방하우징
130:후방하우징 140:사판
150:회전축 160:압력조절밸브
210:전방하우징 230:중간하우징
250:후방하우징 260:모터
270:선회스크롤 280:고정스크롤

Claims (16)

1. 제1부재의 제1슬라이딩면과 제2부재의 제2슬라이딩면이 서로 상대 슬라이딩하는 압축기에 있어서,
   상기 제1슬라이딩면 또는 상기 제2슬라이딩면 중 적어도 어느 한쪽에는 고체윤활제와 접착제, 그리고 충전제로 구성되는 코팅막이 도포되고,
   상기 고체윤활제는 50~60 wt% 함유되고,
   상기 접착제는 30~50 wt% 함유되며,
   상기 충전제는 5~10 wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 고체윤활제는,
   PTFE와, 인편상 이황화 몰리브덴(Mos2), 텅스텐디설파이트(WS2), 육방정질화붕소(h-BN), 그리고 팽창흑연 중 어느 하나 이상을 배합한 것임을 특징으로 하는 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 접착제는,
   실리콘 폴리에스테르계수지, 알콕시실란계수지 중 어느 하나를 사용하거나 배합한 것임을 특징으로 하는 압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 충전제는,
   탄화규소(SiC), 산화알미늄(Al2O3), 산화지르콘(ZrO2), 그리고 산화티탄(TiO2) 중 어느 하나로 이루어진 것임을 특징으로 하는 압축기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 고체윤활제는 미분말이고,
   PTFE의 평균 입경은 0.1~1.1㎛이며,
   인편상 이황화 몰리브덴(Mos2), 텅스텐디설파이트(WS2) 및 육방정질화붕소(h-BN)의 평균입경은 5㎛ 이하이고,
   상기 흑연의 평균입경은 5㎛이하인 팽창흑연인 것을 특징으로 하는 압축기.
6. 제4항에 있어서,
   상기 충전제는 탄화규소(SiC), 산화알미늄(Al2O3), 산화지르콘(ZrO2), 그리고 산화티탄(TiO2)으로서, 평균입경은 5㎛이하의 미분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 압축기.
7. 제3항에 있어서,
   상기 접착제로는 열경화성 수지인 실린콘 폴리에스테르계수지는 탈이온수 또는 자일렌(Xylene), PMA(Phyenyl Mercuric Acetate), n-methlpyrolidone(NMP), n-n-dimethly acetamide(DMAC)의 유기용매를 사용하고 상기 유기용매에 대한 고형분의 농도는 총 중량의 15~50 wt%를 사용하고 알콕시실란계수지는 메타아크릴산(methacrylic acid) 또는 아세틱산(acetic acid)을 증류수와 혼합하여, 알콕시실란계 화합물로는 수용액에서 사용이 가능한 분자량이 적은 화합물인 아미노프로필트리에톡시실란(Aminoprophyl tirethozysilane), 아미노프로필 트리메톡시실란(Aminoprophyl trimethoxisilane), 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란(Aminoethylaminoprophyle triethoxysilane) 등을 사용하는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기는,
   흡입실(131)과, 실린더보어(113), 토출실(133)를 구비하는 하우징과;
   상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축(150);
   상기 회전축(150)과 일체로 회전가능한 사판(140); 그리고
   상기 사판(140)에 슈(142)를 통해 계류되며 상기 사판(140)의 경사각에 따라 상기 실린더보어(113)내를 왕복운동하는 피스톤(115)을 포함하며,
   상기 제1부재는 상기 슈(142)이고, 상기 제2부재는 상기 피스톤(115)인 것을 특징으로 하는 압축기.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기는,
   흡입실(131)과, 실린더보어(113), 토출실(133)를 구비하는 하우징과;
   상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축(150);
   상기 회전축(150)과 일체로 회전가능한 사판(140); 그리고
   상기 사판(140)에 슈(142)를 통해 계류되며 상기 사판(140)의 경사각에 따라 상기 실린더보어(113)내를 왕복운동하는 피스톤(115)을 포함하며,
   상기 제1부재는 상기 사판(140)이고, 상기 제2부재는 상기 슈(142)인 것을 특징으로 하는 압축기.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기는,
    흡입실(131)과, 실린더보어(113), 토출실(133)를 구비하는 하우징과;
    상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축(150);
    상기 회전축(150)과 일체로 회전가능한 사판(140); 그리고
    상기 사판(140)에 슈(142)를 통해 계류되며 상기 사판(140)의 경사각에 따라 상기 실린더보어(113)내를 왕복운동하는 피스톤(115)을 포함하며,
    상기 제1부재는 상기 피스톤(115)이고, 상기 제2부재는 상기 하우징인 것을 특징으로 하는 압축기.
11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기는,
    흡입실(131)과, 실린더보어(113), 토출실(133)를 구비하는 하우징과;
    상기 하우징에 회전가능하게 지지되는 회전축(150);
    상기 회전축(150)과 일체로 회전가능한 사판(140); 그리고
    상기 사판(140)에 슈(142)를 통해 계류되며 상기 사판(140)의 경사각에 따라 상기 실린더보어(113)내를 왕복운동하는 피스톤(115)을 포함하며,
    상기 제1부재는 상기 하우징이고, 상기 제2부재는 상기 회전축(150)인 것을 특징으로 하는 압축기.
12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기는,
    소용돌이형 고정랩(283)이 구비된 고정스크롤(280)과,
    상기 고정랩(283)에 대면하여 끼움 결합되어 요동하고, 상기 고정랩(283)에 대응되는 형상의 소용돌이형 선회랩(273)을 구비하는 선회스크롤(270)을 포함하고,
    상기 제1부재는 상기 고정스크롤(280)이고, 상기 제2부재는 상기 고정스크롤(280)의 선단부(287)와 접촉하는 선회스크롤(270)인 것을 특징으로 하는 압축기.
13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기는,
    소용돌이형 고정랩(283)이 구비된 고정스크롤(280)과,
    상기 고정랩(283)에 대면하여 끼움 결합되어 요동하고, 상기 고정랩(283)에 대응되는 형상의 소용돌이형 선회랩(273)을 구비하는 선회스크롤(270)을 포함하고,
    상기 제1부재는 상기 고정스크롤(280)의 선단부(287) 또는 상기 선회스크롤(270)의 선단부(277)이고, 상기 제2부재는 상기 선단부와 접촉하는 상기 선회스크롤(270) 또는 상기 고정스크롤(280)의 바닥면(275)(285)인 것을 특징으로 하는 압축기.
14. 제1항에 있어서,
    상기 압축기에 사용되는 냉매는 프레온가스, HFO-1234yf, 그리고 CO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압축기.
15. 제1항에 있어서, 코팅막은,
    스프레이, 침적, 디스펜서(dispenser), 그리고 전상 방식 중 어느 하나에 의하여 형성되고,
    도포되는 코팅막의 두께는 10~50㎛인 것을 특징으로 하는 압축기.
16. 제15항에 있어서, 코팅막은,
    코팅막 도포 후 80~120℃에서 1시간 이상 건조시킨 후,
    200~300℃에서 40~120분간 소성하고,
    소성된 기재를 3시간 이상 실온에 도달하도록 냉각시키는 단계로 이루어진
    것을 특징으로 하는 압축기.
    

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