KR20130084303A

KR20130084303A - 사판식 컴프레서의 사판

Info

Publication number: KR20130084303A
Application number: KR1020137013111A
Authority: KR
Inventors: 사토시 노무라; 마사노리 아키즈키; 히로시 가네미츠
Original assignee: 다이호 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-07-24
Also published as: KR101540166B1; EP2647843A4; CN103502640B; JP5730904B2; EP2647843B1; US20130247699A1; BR112013013301A2; WO2012074107A9; WO2012074107A1; JPWO2012074107A1; US9441620B2; CN103502640A; EP2647843A1

Abstract

(과제) 사판식 컴프레서, 특히 가변 용량식 사판식 컴프레서의 사판 상의 수지계 코팅층의 내마모성과 저마찰성을 양립시킨다.
(해결 수단) 평균 입경이 5 ∼ 50 ㎛ 인 구상 흑연 (115b) 5 ∼ 60 질량％ 를 함유하고, 잔부 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지의 1 종 또는 2 종으로 이루어지는 수지계 코팅층 (112) 을 피복한 사판식 컴프레서의 사판 (60). 구상 흑연 입자 (115b) 는, 평균 직경의 0.5 배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 4 의 범위 내이고, 또한 형상 계수 (Y)=1 ∼ 1.5 의 범위의 입자가 개수 비율로 70 ％ 이상 존재하는 것이다. Y_AVE=total[{PM_i ²/4πA_i}]/i. Y=PM²/4πA. 여기서, total 은 [ ] 내 값의 i 개에 대한 합계, PM 은 입자 1 개의 주위 길이, A 는 입자 1 개당 단면적, i 는 측정 개수이다.

Description

사판식 컴프레서의 사판{SWASH PLATE FOR SWASH PLATE COMPRESSOR}

본 발명은, 사판식 (斜板式) 컴프레서의 사판에 관한 것으로, 더욱 상세히 서술하면, 폴리이미드 및/또는 폴리아미드이미드 수지에 의해 흑연 입자를 결합한 수지계 슬라이딩 재료를 피복한 사판식 컴프레서의 사판에 관한 것이다.

이하, 종래 기술을 사판식 컴프레서, 사판식 컴프레서의 사판을 피복하는 수지계 코팅층, 사판식 컴프레서 이외의 수지계 슬라이딩 재료, 구상 (球狀) 탄소질 물질, 및 흑연의 슬라이딩 특성의 순서로 설명한다.

사판식 컴프레서

현재 사용되고 있는 가변 용량형 사판식 컴프레서 구조의 일례를, 특허문헌 1：일본 공개특허공보 2003-183685호에 기재된 것을 도 1 에 인용하여 나타낸다. 도면 중, 참조 부호는 다음의 부품, 부위 혹은 지점을 가리킨다. 10-실린더 블록, 12-실린더 보어, 14-편두 피스톤, 16-프론트 하우징, 18-리어 하우징 (흡입 포트, 공급 포트는 도시 생략), 20-밸브 플레이트 (밸브, 구멍은 도시 생략), 21-하우징, 22-흡입실, 24-토출실, 50-회전축, 60-사판, 61-관통공, 62-회전판, 64-스러스트 베어링, 66-힌지 기구, 67-아암, 68-가이드공, 69-가이드 핀, 70-걸어맞춤부, 72-헤드부, 76-슈, 80-가이드공, 86-사판실, 87-압축실, 90-개념적으로 나타내는 전자 (電磁) 밸브, 100-배출로, 102-지지공이다.

특허문헌 1 에는, 가변 용량형 사판식 컴프레서의 작동 기구는 다음과 같은 것이라고 설명되어 있다. 고압측인 토출실 (24) 과 저압측인 흡입실 (22) 의 압력차를 이용하여 사판실 (86) 내의 압력이 제어된다. 즉, 피스톤 (14) 전후에 작용하는 실린더 보어 (12) 내의 압축실 (87) 의 압력과 사판실 (86) 의 압력차가 조절된다. 이로써, 사판 (60) 의 경사 각도가 변경됨으로써 피스톤 (14) 의 스트로크가 변경되어, 압축기의 토출 용량이 조절된다. 구체적으로는, 전자 제어 밸브 (90) 의 여자, 소자의 제어에 의해, 사판실 (86) 이 토출실 (24) 에 연통되거나 차단되거나 함으로써, 사판실 (86) 의 압력이 제어된다.

도 2 는 도 1 에 나타낸 사판식 컴프레서의 주요부 확대 개념도이다. 도 2 에 있어서는, 120 은 슈 (76) 와 사판 (60) 사이의 슈 클리어런스이다. 도 3 에 나타내는 슈 확대도에 있어서, 76a 는 평면, 76b 는 구면, 76c 는 피스톤과의 닿음면이다. 슈 (76) 는, 통상적으로, 퀀칭 (quenching) SUJ2 를 마무리 가공한 반구상 부재이고, 사판은 철계 재료의 표면에, 용사, 도금 혹은 화성 처리에 의해 형성된 중간층을 개재하여 최표면에 수지계 표면 처리를 실시하고 있다.

도 2, 3 에 나타내는 바와 같이, 사판 (60) 과 피스톤 (14) 사이에 슬라이딩 부재로서 배치된 슈 (76) 의 피스톤측을 구면 (76b) 으로 함으로써, 사판의 경사 각도 변경에 추종하여 자유롭게 요동할 수 있게 하고 있다. 사판 (60) 은 컴프레서의 축선에 대해 경사져 요동하면서 회전하고, 그 양면이 슈 평면 (76a) 과 슬라이딩한다. 또, 슈 평면 (76a) 의 미소하게 가운데가 높은 형상 (도시 생략) 에 의해 유막을 발생시켜, 사판 (60) 과의 마찰 저항을 저감시킨다.

수지계 슬라이딩 재료에 의한 사판의 표면 처리

사판식 컴프레서의 사판에 폴리이미드 혹은 폴리아미드이미드 수지계 슬라이딩층 코팅을 실시하는 선행 기술 문헌으로는, 특허문헌 1：일본 공개특허공보 2003-183685호；특허문헌 2：일본 공개특허공보 2000-265953호；특허문헌 3：일본 공개특허공보 2005-89514호；특허문헌 4：WO02/075172 A1 이 있다.

특허문헌 1 에 있어서는, 철계 사판의 표면에, MoS₂, PTFE, 흑연 등의 고체 윤활제, 입경 20 ㎚ 의 Ni, Fe, Mn, Cr, Mo 등의 금속 분말, 폴리아미드이미드 수지 바인더로 이루어지는 코팅층을 피복하고 있다.

특허문헌 2 에 있어서는, 코팅층은, Sn, Ag, Al, Cu, Zn, Ni, Si, Co, Ti, W, Mo, Mg, Fe 등의 금속 혹은 이들의 합금으로 이루어지는 입경이 10 ∼ 100 ㎛ 인 입자와 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지와의 액상 혼합물을 사판의 표면에 베이킹한 것이다.

특허문헌 3 은, 폴리아미드이미드, 폴리이미드계 및 에폭시계 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 결합제에 의해, 10 ∼ 40 vol％ 의 이황화몰리브덴, 10 ∼ 40 vol％ 의 인편상 흑연 또는 인상 흑연, 및 1 ∼ 40 vol％ 의 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어지는 고체 윤활제를 결합하여 이루어지고, 그 고체 윤활제의 총합이 30 ∼ 60 vol％ 이다.

특허문헌 4 는, 사판식 컴프레서의 사판을, PTFE 및 흑연의 적어도 1 종과 폴리아미드이미드 수지로 이루어지는 고체 윤활제 코팅막으로 피복하고, 슬라이딩 표면에 동심상 홈을 가지며, 인접 홈 사이에 산부 (山部) 를 형성하는 것을 제안하고 있다. 흑연은 결정화도가 높은 인조 흑연이 바람직한 것으로 설명되어 있다.

다음으로, 카 에어컨용 사판식 컴프레서의 동향에 대해서는, 비특허문헌 1：트라이볼로지스트 제55권 제9호 (2010), 제10 ∼ 12페이지에 해설되어 있다. 즉, 대체 프론 냉매 HFC1113a 는 프론 냉매 CFC12 보다 늘어붙음을 일어나기 쉽게 한다；가변 용량식 사판식 컴프레서에서는 철계 사판에 Cu-Pb, 혹은 Cu-Si 등의 구리계 재료의 용사를 실시하고, 이 중간층 상에 고체 윤활제를 함유하는 수지계 코팅층을 형성하고 있다.

사판식 컴프레서의 사판 이외의 슬라이딩 재료

특허문헌 5；일본 공개특허공보 2009-185103호에 의하면, 하드 디스크, DVD 디스크 등의 정보 미디어의 모터용 베어링으로서, 종래의 폴리에테르에테르케톤계 수지 베어링을 대신하는 것으로서, (가) 폴리아릴렌술파이드 수지와 방향족 폴리아미드이미드 수지로 이루어지는 열가소성 수지 100 중량부, (나) 세라믹 벌룬, 시라스 벌룬, 유리 벌룬, 금속 벌룬, 세라믹 입자, 실리카, 유리 비드, 금속 분말 등의 구상 충전제 1 ∼ 50 중량부, (다) 고체 윤활제 1 ∼ 50 중량부로 이루어지는 모터 베어링이 제공되어 있다. 고체 윤활제로는, 인편상, 괴상, 평판상, 구상 흑연 등을 사용할 수 있지만, 인상 흑연이 바람직한 것으로 설명되어 있다.

구상 탄소질 물질

특허문헌 6：일본 특허 제3026269호는, 본 출원인이 제안한 폴리아미드이미드 수지계 슬라이딩 재료에 관한 것으로, 방향족 폴리아미드이미드 중에, 실질적으로 단리 (單離) 되어 있는 수지의 열처리 입자 5 ∼ 80 중량％ 를 분산시킨 슬라이딩 재료를 제공한다. 실질적으로 단리된 수지는, 예를 들어 페놀 수지를 열처리하여 구형으로 한 것이다.

특허문헌 7：일본 공개특허공보 평5-331314호는, 폴리이미드 수지 등의 내열성 수지 40 ∼ 95 중량％ 와, 수지계 구상 입자를 불활성 분위기 하 또는 진공 하에서 소성하여 얻어지는 평균 입경 3 ∼ 40 ㎛ 의 구상 그라파이트 5 ∼ 60 중량％ 를 배합한 조성물로 이루어지는 내열성 수지 슬라이딩재를 제안한다. 구상 그라파이트에 대해서는, 다음과 같이 설명되어 있다.

구상 그라파이트는, 균일한 입경을 갖고, 또한 평균 입경이 3 ∼ 40 ㎛ 이며, 진구성이 양호한 것이 바람직하여, 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 푸란 수지, 크실렌 수지, 디비닐벤젠 중합체, 스티렌-디비닐벤젠 공중합체 중 적어도 1 종을 출발 재료로 하고 있는 구상 그라파이트가 바람직하다. 이와 같은 구상 그라파이트의 제조 방법은, 이들 원료로부터 공지된 에멀션 중합법 등에 의해 조정하고, 추가로 이 구상 입자를 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 분위기 하 또는 진공 하에서 소성함으로써 탄소화 및/또는 흑연화하여 구상 그라파이트를 얻는 것이다.

또, 특허문헌 8：일본 공개특허공보 평7-223809호에 의하면, 고도로 배향된 흑연과 유사한 결정 구조를 갖는 구상의 탄소 미립자는 등방성이고, 각종 수지에 분산시켜 슬라이딩 부재로서 사용할 수 있다. 이 탄소 미립자는, 메조페이즈 소구체 (메조카본 마이크로비드) 이며, 콜타르, 콜타르 피치, 아스팔트 등을 350 ∼ 450 ℃ 에서 열처리하고, 생성된 구상 결정을 분리한 것으로서, 이것을 분쇄한 후, 1500 ∼ 3000 ℃ 에서 흑연화 처리함으로써, 구상화가 진행되는 것으로 설명되어 있다. 그러나, 이 공보의 현미경 사진에 나타난 메조페이즈 소구체는, 진구형태로부터는 현저히 변형되어 있다.

흑연의 슬라이딩 특성

(가) 흑연은 (002) 면이 적층된 층상 결정 구조를 갖는 물질로, 그 층간이 미끄러지기 쉽다는 성질을 이용하여 저마찰 특성을 얻고 있다.

(나) 흑연은 흑연화도가 높아 천연 흑연에 가까울수록, 연질이며 윤활성이 풍부한 물질이 되고, 흑연화도가 낮으면 경질의 카본이 된다. 카본은 내마모성 향상이나 마찰 조정을 위한 경질 입자로서 첨가되고 있다. 한편, 특허문헌 3 이 인편상 흑연을 사용하고 있는 것은, 흑연화도가 높아, 윤활성이 우수하기 때문인 것으로 생각된다. 또, 특허문헌 6, 7 이 제안하고 있는 진구에 가까운 구상 그라파이트는, 경질 카본인 것으로 생각된다.

일본 공개특허공보 2003-183685호 일본 공개특허공보 2000-265953호 일본 공개특허공보 2005-89514호 WO02/075172 A1 일본 공개특허공보 2009-185103호 일본 특허 제3026269호 일본 공개특허공보 평5-331314호 일본 공개특허공보 평7-223809호

트라이볼로지스트 제55권 제9호 (2010), 제10 ∼ 12페이지 트라이볼로지스트 제49권 제7호 (2004), 제561페이지 트라이볼로지스트 제54권 제1호 (2009), 제6 ∼ 7페이지

현재의 카 에어컨 컴프레서에서는 클러치리스 타입이 많아, 자동차의 운전시에는 항상 회전하고 있다. 카 에어컨이 기동하고 있지 않을 때에는, 냉매와 윤활유가 컴프레서 안을 순환하지 않기 때문에 윤활이 부족해지기 쉽다. 최근, 냉동 효율의 향상을 위해 카 에어컨 내의 오일 봉입량을 줄이는 수법이 취해지기 때문에, 컴프레서는 더욱 윤활이 부족해지기 쉽다. 또, 연비의 개선을 위해, 윤활이 부족한 상태 하에서의 컴프레서의 동력을 저감시킬 것이 요구되고, 그를 위한 슈와 사판 사이의 마찰 저감이 요구되고 있다.

일반적으로, 사판식 컴프레서의 사판의 수지계 코팅층이 마멸되면, 중간층이 표면에 노출되어, 중간층은 상하층과의 접착력이 우수하고, 또한 어느 정도의 슬라이딩 특성을 갖고 있기는 있지만, 슈와 중간층 사이에서 늘어붙음이 발생하기 쉬워진다. 또, 중간층을 개재하지 않고 철계 슈와 철계 사판이 직접 슬라이딩하면, 철계 재료끼리의 슬라이딩이 되어, 늘어붙음이 매우 발생하기 쉽다. 본 출원인이 제안한 특허문헌 4 의 PTFE 및/또는 흑연과 폴리아미드이미드 수지로 이루어지는 코팅층은 주로 저마찰성 향상을 의도하는 것이기 때문에, 대체 냉매를 압축하는 컴프레서에 있어서의 윤활이 매우 부족한 상태에서는 슈와 사판 사이에서 마모가 발생하기 쉽게 되어 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 종래의 사판에서는, 수지계 코팅층의 성능이 약간 신뢰성이 없기 때문에 구리 용사 중간층을 사용하고 있는데, 최근의 구리 가격 상승으로 인하여, 사판식 컴프레서의 가격을 고가로 하고 있다.

따라서, 본 발명은, 윤활이 부족한 상태에서 운전되는 사판식 컴프레서, 특히 가변 용량식 사판식 컴프레서의 사판 상의 수지계 코팅층의 내마모성 및 저마찰성을 개량하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 중간층을 사용하지 않아도 우수한 슬라이딩 특성을 달성할 수 있는 사판식 컴프레서의 수지계 코팅층을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 슈와 슬라이딩하는 사판식 컴프레서의 사판에 있어서, 평균 직경이 5 ∼ 50 ㎛ 인 구상 흑연 입자 5 ∼ 60 질량％ 를 함유하고, 잔부 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지의 1 종 또는 2 종으로 이루어지는 수지계 코팅층을피복한 것을 특징으로 하는 사판식 컴프레서의 사판을 제안한다. 단, 상기 구상 흑연 입자는, 평균 직경의 0.5 배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 4 의 범위 내이고, 또한 하기 정의에 의한 형상 계수 (Y)=1 ∼ 1.5 의 범위의 입자가 개수 비율로 70 ％ 이상 존재하는 것이다.

Y_AVE=total[{PM_i ²/4πA_i}]/i

Y=PM²/4πA

여기서, total 은 [ ] 내 값의 i 개에 대한 합계, PM 은 입자 1 개의 주위 길이, A 는 입자 1 개당 단면적, i 는 측정 개수이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

흑연은, 일반적으로 천연 흑연과 인조 흑연의 2 종류로 분류되고, 또 분류에 따라서는 추가로 팽창 흑연의 3 종류로 크게 나뉜다. 천연 흑연은 인상 흑연, 인편상 흑연 및 토상 흑연으로 나뉘고, 또 인조 흑연은 인조 흑연 전극을 파쇄한 것, 석유계 타르나 코크스를 흑연화한 것, 메조페이즈 소구체 등이 포함된다. 인상 흑연은 괴상 흑연이라고 하는 경우도 있다. 이들 흑연은 제조 방법이 다를 뿐만 아니라, 제품 형상도 명확하게 식별된다. 최근에는, 구상화 파쇄 기술의 개발에 의해 구상화 흑연 혹은 구상 흑연이라고 하는 분말을 입수할 수 있다 (닛폰 흑연 공업 주식회사의 기술 자료：제품명 CGC-100, 50.20；ITO GRAPHITE 의 홈페이지；http://www.graphite.co.jp/seihin.htm). 따라서, 본 발명에서 사용하는 구상 흑연은, 시판되는 인편상 흑연, 토상 흑연, 박편화 흑연 등보다는 훨씬 입자비가 높은 것이다.

도 4 는 구상 흑연 입자 (115b) 및 MoS₂ 입자 (114) 를 분산시킨 본 발명의 청구항 3 에 관련된 코팅층을 나타내는 개념도로, 110 은 철기 기재 혹은 중간층 (이하, 「철기 기재 (110)」라고 약기한다), 112 는 수지계 코팅층, 115b 는 구상 흑연 입자, 113 은 폴리이미드 혹은 폴리아미드이미드 수지계 바인더 (이하, 「수지계 바인더 (113)」라고 약기한다) 이다. 수지계 코팅층 (112) 의 표면은, 친화된 후의 상황을 개념적으로 평탄면으로서 나타내고 있다.

먼저, 본 발명에 관련된 사판식 컴프레서의 사판의 구성을 설명하면, 철기 기재 (110) 는, 철 대신에 구리 혹은 알루미늄 등도 사용할 수 있지만, 슈와의 동종 재료의 슬라이딩이 되는 철기 기재의 경우에 본 발명의 이점이 가장 분명해진다. 중간층은 필요하지 않지만, 구리 소결, Cu, Al, Cu-Al 용사 등의 중간층을 철기 기재 (110) 의 표면에 피복할 수 있다.

구상 흑연 입자 (115b) 는, 평균 직경의 0.5 배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 4 의 범위 내, 바람직하게는 1 ∼ 2.5 의 범위 내이고, 또한 하기 정의에 의한 형상 계수 (Y)=1 ∼ 1.5 의 범위의 입자가 개수 비율로 70 ％ 이상 존재하는 것이다.

Y_AVE=total[{PM_i ²/4πA_i}]/i

Y=PM²/4πA

여기서, total 은 [ ] 내 값의 i 개에 대한 합계, PM 은 입자 1 개의 주위 길이, A 는 입자 1 개당 단면적, i 는 측정 개수이다. 흑연 입자의 원 상당 직경 및 흑연 입자의 형상 계수의 측정 방법은, 사판을 임의의 위치에서 절단하고, 절단면을 배율 200 배, 시야 범위 0.37 ㎜×0.44 ㎜ 로 사진 촬영하여, 수지계 코팅층을 예를 들어 주식회사 니코레 제조 LUZEX-FS 를 사용하여 2 값화한 화상의 계측을 실시한다.

구상 흑연 입자 (115b) 의 평균 직경 (D) 은 수지계 코팅층 (112) 의 막두께 (t) 에 대해, 0.1t＜D＜1.0t 가 바람직하고, 0.25t＜D＜0.67t 의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다. 수지계 코팅층 (112) 의 막두께 (t) 는 5 ∼ 50 ㎛ 가 바람직하고, 10 ∼ 40 ㎛ 가 보다 바람직하다.

완전 흑연 결정의 흑연화도가 1 로 하는 흑연화도로 나타내어, 본 발명의 구상 흑연 입자 (115) 는 결정화도가 0.6 이상으로, 천연 흑연에 가깝거나 혹은 천연 흑연 자체이며, 윤활성 및 친화성이 우수한 것이다. 바람직하게는, 구상 흑연 입자 (115b) 의 흑연화도가 0.8 이상이다. 또한, 흑연화도 (degree of graphitization) 는, 비특허문헌 2：트라이볼로지스트 제49권 제7호 (2004) 「탄소 재료의 사용 방법」제561페이지에 정의되어 있는 C. R. Housaka 의 식과 같다.

구상 흑연 입자 (115b) 는 수지계 코팅층 (112) 전체에 대해, 바람직하게는 5 ∼ 60 질량％, 보다 바람직하게는 10 ∼ 50 질량％ 배합한다.

상기한 구상 흑연 입자 (115b) 의 잔부는, 폴리이미드 (PI) 및/또는 폴리아미드이미드 (PAI) 수지로 이루어지는 수지계 바인더 (113) 이다. 폴리이미드로는, 액상 혹은 고체 분말상의 폴리에스테르이미드, 방향족 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레이미드 등을 사용할 수 있다.

폴리아미드이미드 수지로는, 방향족 폴리아미드이미드 수지를 사용할 수 있다. 이들 수지는 모두 내열성이 우수하고, 마찰 계수가 작다는 특장 (特長) 을 갖고 있다. 또한, 도 4 에는, 고체 윤활제로서 MoS₂ 입자 (114) 가 첨가되어 있지만, MoS₂ 입자 (114) 가 첨가되어 있지 않아도, 구상 흑연 입자 (115b) 는 수지계 바인더 (113) 로부터 잘 탈락하지 않고, 고체 윤활제 작용의 지속성이 있기 때문에, 양호한 슬라이딩 특성이 얻어진다.

본 발명의 수지계 코팅층 (112) 은, 고체 윤활제로서 일반적인 MoS₂, PTFE, WS₂, h-BN, CF (불화흑연) 에서 선택되는 1 종 이상을 1 ∼ 70 질량％-단, 구상 흑연과의 합계 함유량으로 10 ∼ 80 질량％-를 추가로 함유할 수 있다. 구상 흑연과 고체 윤활제의 함유량의 합계가 10 질량％ 미만이면, 그 효과가 적고, 고체 윤활제 단체 (單體) 로 70 질량％, 혹은 구상 흑연 및 고체 윤활제와의 합계로 80 질량％ 를 초과하면, 수지계 코팅층 (112) 의 내열성이나 강도의 저하 등의 결점이 나타난다. 고체 윤활제의 입경은 0.5 ∼ 50 ㎛ 가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 20 ㎛ 이다.

또, 본 발명의 수지계 코팅층 (112) 에는, 경질 입자로서, 알루미나, 실리카 등의 산화물, SiN 등의 질화물, SiC 등의 탄화물, ZnS 등의 황화물을 배합할 수 있다. 이들 경질 입자의 배합량은 0.2 ∼ 7 질량％ 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ∼ 5 질량％ 이다. 또, 경질 입자의 입경은 0.01 ∼ 3 ㎛ 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01 ∼ 1 ㎛ 이다.

본 발명의 수지계 코팅층 (112) 의 표면에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이 복수의 동심상의 둘레 방향의 홈 (140) (도 5(a), (c)) 혹은 소용돌이상 홈 (140) (도 5(b)) 을 형성하고, 홈 사이에 산이 일어선 듯한 표면으로 하면, 산부의 주로 정상에서 수지가 마모되어 산 형상을 변형시킴으로써, 슈와 미묘하게 닿는 것을 신속하게 확보할 수 있다. 이로써, 초기 친화가 향상된다. 홈의 깊이 (산의 높이) 는 통상적으로 1 ∼ 20 ㎛ 정도이고, 1 ∼ 7 ㎛ 가 바람직하다. 또, 홈의 피치 (1 개의 산의 바닥부 간 간격) 는 통상적으로 0.05 ∼ 1 ㎜ 정도이고, 특히 0.1 ∼ 0.5 ㎜ 가 바람직하다. 초기 친화가 실현된 이후의 수지계 코팅층 (112) 은 후술하는 조면화 방지나 크랙 방지 작용을 발휘한다.

본 발명의 수지계 코팅층은, 구상 흑연 입자와 폴리아미드이미드 수지나 그 밖의 첨가제를 혼합하고, 혼합물을 롤 코트, 스프레이 코트, 스핀 코트, 패드 인쇄 등에 의해 성막하는 방법에 의해서 형성할 수 있다. 또, 본 발명의 수지계 코팅층의 표면을 절삭, 연마 등의 기계 가공에 의해 조도를 조절할 수 있다. 특히 수지계 코팅층의 표면에 복수의 동심원상 홈 혹은 단수 또는 복수의 소용돌이상 홈을 형성하고, 또한 인접하는 홈 사이에는 산부를 형성하는 것이 바람직하다. 이들의 경우, 구상 흑연 입자는 표면으로부터 잘 탈락하지 않기 때문에, 표면 조도를 작게 하여, 결과적으로 내늘어붙음성을 더욱 향상시킬 수 있다.

일반적으로 흑연 입자는 직경이 클수록, 슬라이딩면에서 벽개가 일어나기 쉬워, 저마찰화를 기대할 수 있다. 도 6 에 나타내는, 종래의 수지계 코팅층 (112) 중의 인편상 흑연 입자 (115a) 는. 다음의 (가) 에 설명하는 바와 같이 배향되어 있다. 인편상 흑연 입자 (115a) 는 특히 입경이 크면, 도 7 에 나타내는 바와 같이 입자 전체가 슬라이딩면으로부터 탈락하기 쉽다. 인편상 흑연 입자 (115a) 의 탈락이 일어나면, 다음에 설명하는 바와 같이 (나) 조면화 및 (다) 크랙의 발생이 일어난다.

(가) 배향

인편상 흑연 입자 (115a) 는 그 자체는 박판상이고, 벽개 방향은 그 판면과 평행하다. 인편상 흑연 입자 (115a) 는 수지계 바인더 (113) 중에서, 입자가 슬라이딩 방향과 평행하게 배향되어 있는 것 (115a') 은 적고, 철기 기재 (110) 의 표면에 직교하는 방향으로 직립하거나, 혹은 기울어져 배향되어 있는 것이 많다. 전자인 인편상 흑연 입자 (115a') 는 극표면이 벽개되어 마멸되지만, 대부분은 바인더 수지 중에 유지되고, 추가로 벽개가 일어난다고 하는 과정을 반복하여 저마찰성을 발휘한다. 한편, 그 밖의 인편상 흑연 입자는, 그 벽개 방향이 기계 가공 방향이나 슬라이딩 방향과 일치하고 있지 않다.

(나) 조면화

흑연 입자의 입경이 클수록 깊은 오목부 (116) (도 7) 가 형성되어, 슬라이딩면이 거칠어진다. 또한, 인편상 흑연 입자 (115a) 를 수지계 바인더 (113) 중에 분산시킬 때에는, 여러 인편상 흑연 입자끼리가 면 접촉하는 것은 피할 수 없다. 이들 면 접촉 인편상 흑연 입자는 잘 떨어지지 않게 인접하고 있고, 특히 사판이 단순히 회전할 뿐만 아니라 요동함으로써, 이들 면 접촉 인편상 흑연 입자가 하나가 되어 탈락되기 때문에, 탈락부가 깊은 오목부 (116) (도 7) 가 되어, 슬라이딩면의 조도가 커진다. 이 결과, 슬라이딩면에서 유막 끊김이 일어나, 마모가 진행된다. 또한, 인상 흑연은 에지끼리가 응착하여 윤활성을 나타내지 않는다는 견해가 있지만 (비특허문헌 3：트라이볼로지스트 제54권 제1호 (2009) 「그라파이트 재료의 트라이볼로지」제6 ∼ 7페이지), 본 발명의 구상 흑연 입자는 에지가 소실되거나 혹은 둥그스럽게 되어 있기 때문에, 에지끼리가 접촉하는 경우는 없다.

(다) 크랙 발생

인편상 흑연 입자 (115a) 는 슬라이딩면으로부터 탈락하기 쉽고, 탈락한 부분은 에지를 가진 결함 (116') (도 7) 이 되기 때문에 크랙의 기점이 된다. 또, 인편상 흑연 입자 (115a) 끼리가 인접하기 때문에 크랙이 전파되기 쉽다. 또, 인편상 흑연 입자 (115a) 의 입경이 클수록, 크랙은 철기 기재 (110) 에 도달하기 쉬워, 수지계 코팅층 (112) 을 철기 기재 (110) 로부터 박리시킨다.

(라) 인편상 흑연 입자의 정리

인편상 흑연 입자 (115a) 는 연질로, 벽개하기 쉽기 때문에, 슬라이딩 표면에서 벽개가 일어나, 저마찰화될 것이 기대되고 있지만, 탈락이 일어나, 내마모성과 저마찰성은 양립시킬 수는 없다. 이상과 같은 문제를 피하기 위해서는, 인편상 흑연 입자 (115a) 는 입경을 작게 할 필요가 있다.

이에 대해, 구상 흑연 입자 (115b) (도 4) 는 폴리이미드아미드 수지에 강력하게 유지된다. 직경의 1/2 이상이 수지에 메워져 있으면, 탈락이 잘 일어나지 않기 때문에 내마모성이 양호해진다. 탈락하지 않고 수지계 바인더 (113) 에 유지되고 있는 한, 컴프레서의 사용 중에 흑연 본래의 벽개가 일어나, 구상 흑연 입자 (115b) 는 저마찰성을 발휘한다. 게다가 또한, 탈락 후의 오목부 (116) 에 관해서는, 구상 흑연 입자 (115b) 는 전체적으로 특정 방향에 배향되는 경향이 적고 등방적이며, 게다가 흑연 입자끼리의 접촉이 점 접촉이다. 이 때문에, 탈락된 경우에도 극단적으로 깊은 오목부는 되지 않는다 (도 8). 이 결과, 수지계 코팅층 (113) 의 박리는 잘 일어나지 않게 되어, 사판에 중간층을 형성할 필요를 없애, 대폭적인 비용 다운이 기대된다.

따라서, 본 발명의 폴리아미드이미드계 코팅층은, 내마모성과 저마찰성을 겸비함과 함께 내늘어붙음성이 우수하다.

도 1 은 사판식 컴프레서의 단면도이다.
도 2 는 사판식 컴프레서의 주요부 개념도이다.
도 3 은 슈의 확대도이다.
도 4 는 구상 흑연 입자를 폴리이미드아미드계 수지에 분산시킨 본 발명의 코팅층으로 피복한 철기 기판의 개념도이다.
도 5 는 수지계 코팅층의 표면에 형성한 홈의 개념도이다.
도 6 은 인편상 흑연 입자를 폴리이미드아미드계 수지에 분산시킨 종래의 코팅층으로 피복한 철기 기판의 개념도이다.
도 7 은 도 5 의 코팅층이 가공 혹은 슬라이딩되고 있는 상태를 나타내는 개념도이다.
도 8 은 도 4 의 코팅층이 가공 혹은 슬라이딩되고 있는 상태를 나타내는 개념도이다.
도 9 는 구상 흑연 입자의 실시예의 사진 (배율 100 배) 이다.
도 10 은 구상 흑연의 실시예의 사진 (배율 200 배) 이다.
도 11 은 인상 흑연의 비교예의 사진 (배율 100 배) 이다.
도 12 는 인상 흑연의 비교예의 사진 (배율 200 배) 이다.
도 13 은 본 발명 실시예 (가) 와 비교예 (나) 의 조도를 나타내는 도면이다.

상기 서술한 바와 같이, 도 4, 6 ∼ 8 은 친화면이 형성된 후의 수지계 코팅층 (112) 을 나타내고 있기 때문에, 도 5 에 나타내는 홈 (140) (산) 이 형성된 수지계 코팅층에 관해서는 도 4, 6 ∼ 8 의 지면과 직교하는 방향에 홈 (산) 의 피치가 다수 나열되어 있으며, 슬라이딩 방향은 지면과 평행 수평 방향이다. 따라서, 각 도 4, 8 은 산의 정상을 산의 능선과 평행 방향으로 절단한 단면도가 되어, 산의 높이는 슬라이딩 초기보다는 낮아져 있다. 이 상태에서 슬라이딩이 일어나면, 상기 서술한 바와 같이 구상 흑연 입자의 성능은 지속적으로 발휘된다.

계속해서, 실시예에 의해 더욱 상세하게 본 발명을 설명한다.

＜실시예＞

실시예 1-흑연 입자 탈락 시험

수지계 코팅층의 원료로는, 다음의 것을 사용하였다.

(1) 인편상 흑연：닛폰 흑연 공업 제조, 평균 직경 15 ㎛, 흑연화도 0.75, 상기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 10 의 범위에서 넓게 분포하고 있어, 구상으로부터 변형된 입자가 많다.

(2) 구상 흑연：닛폰 흑연 공업 제조 구상화 흑연, 평균 직경 10 ㎛, 흑연화도 0.6, 상기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 4 의 범위에 들어가고, 또한 형상 계수 (Y)=1 ∼ 1.5 의 개수 비율이 80 ％ 이상이다.

(3) 폴리아미드이미드 수지：히타치 화성 공업사 제조 HPC-6000-26

상기 원료를 다음과 같이 배합하여 도료를 조정하고, 철 기재 상에 도료를 압착시키면서 도포한 후, 수지계 코팅층의 경화 온도에서 소성하여 성막하였다.

(가) 구상 흑연 입자의 실시예

구상 흑연 입자：30 질량％

MoS₂ 입자：25 질량％

폴리아미드이미드 수지 바인더：잔부

(나) 인편상 흑연 입자 비교예

인편상 흑연 입자：30 질량％

MoS₂ 입자：25 질량％

폴리아미드이미드 수지 바인더：잔부

다음의 조건에서 수지계 코팅층의 절삭 시험을 실시하였다.

가공기：범용 선반기 (건식)

절삭 공구 노우즈 (R)：0.4 ㎜R

*가공 피치：0.025 ㎜/rev

절삭 후의 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과는, 도 9 ∼ 12 에 나타내는 바와 같다.

도 9, -구상 흑연 입자의 실시예 (가)-배율 100 배

도 10, -구상 흑연 입자의 실시예 (가)-배율 200 배

도 11, -인편상 흑연 입자의 비교예 (나)-배율 100 배

도 12, -인편상 흑연 입자의 비교예 (나)-배율 200 배

이들 사진에 있어서, 백색부가 오목부의 에지이다. 본 발명의 실시예 (도 9, 10) 는 비교예 (도 11, 12) 에 비해 탈락부가 적은 것을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 (발명품) 및 비교예 (종래품) 의 조도를 도 13 에 나타낸다. 이 도면으로부터 본 발명 실시예는, 비교예보다 조도가 작은 것을 알 수 있다.

실시예 2-사판 특성의 시험

실시예 1 의 방법에 의해 성막하는 코팅층의 조성을 표 1 과 같이 바꾸고, 다음의 고체 윤활제를 사용하고, 또한 다음 조건에서 내마모성 및 마찰 계수를 측정하였다.

(1) MoS₂：스미코우 윤활제사 제품, 평균 입경 1.5 ㎛

(2) PTFE：키타무라사 제품, 평균 입경 5 ㎛ 이하

(3) WS₂：닛폰 윤활제사 제품, 평균 입경 2 ㎛

(4) h-BN：덴키 화학 공업사 제품, 평균 입경 10 ㎛

(5) CF：센트럴 유리사 제품, 평균 입경 2 ㎛

회전수：9500 rpm

하중：519 ∼ 1735 N (점증)

분위기：냉매/냉동기유 혼합, 컴프레서 흡입 분위기

상대재：슈 (SUJ2)

산업상 이용가능성

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 사판식 컴프레서의 사판의 신뢰성을 높이고, 또한 비용 다운을 도모할 수 있다.

Claims

슈와 슬라이딩하는 사판식 컴프레서의 사판에 있어서, 평균 직경이 5 ∼ 50 ㎛ 인 구상 흑연 입자 5 ∼ 60 질량％ 를 함유하고, 잔부 폴리이미드 수지 및 폴리아미드이미드 수지의 1 종 또는 2 종으로 이루어지는 수지계 코팅층을, 중간층을 개재하거나 또는 개재하지 않고 기재에 피복한 것을 특징으로 하는 사판식 컴프레서의 사판.
단, 상기 구상 흑연 입자는, 평균 직경의 0.5 배 이하인 미립자를 제외한 입자의 하기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 4 의 범위 내이고, 또한 하기 정의에 의한 형상 계수 (Y)=1 ∼ 1.5 의 범위의 입자가 개수 비율로 70 ％ 이상 존재하는 것이다.
Y_AVE=total[{PM_i ²/4πA_i}]/i
Y=PM²/4πA
여기서, total 은 [ ] 내 값의 i 개에 대한 합계, PM 은 입자 1 개의 주위 길이, A 는 입자 1 개당 단면적, i 는 측정 개수이다.
제 1 항에 있어서,
상기 수지계 코팅층의 표면에, 동심원상 혹은 소용돌이상의 홈이 형성되고, 인접하는 홈 사이에는 산부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사판식 컴프레서의 사판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수지계 코팅층이, MoS₂, PTFE, WS₂, h-BN 및 CF 에서 선택되는 1 종 이상의 고체 윤활제를 1 ∼ 70 질량％-단, 상기 구상 흑연 입자와의 합계 함유량이 10 ∼ 80 질량％ 이다-를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 사판식 컴프레서의 사판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구상 흑연 입자의 흑연화도가 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 사판식 컴프레서의 사판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구상 흑연 입자의 흑연화도가 0.8 이상이고, 또한 평균 직경의 0.5 배 이하인 미립자를 제외한 입자의 상기 정의에 의한 평균 형상 계수 (Y_AVE) 가 1 ∼ 2.5 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 사판식 컴프레서의 사판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재가 철기 기재인 사판식 컴프레서의 사판.
제 6 항에 있어서,
사판식 컴프레서가 가변 용량형인 사판식 컴프레서의 사판.