KR100496655B1 - 미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속판 이면(Metal-back plate)에 윤활성이 있는 금속혼합분말을 견고하게 소결 접합시킬 수 있는 미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건에 관한 것이다.

이에 따라, 본 발명에서는 흑연, 구리, 철 등으로 이루어진 윤활성이 있는 금속혼합분말을 금속판 이면에 도포한 후, 소결단계와 압연(혹은 프레스성형)단계 등을 통하여 미끄럼베어링을 성형 생산하는 미끄럼베어링의 제조방법에 있어서, 금속판 이면의 표면에 흑연이 포함되지 않은 비흑연혼합금속분말을 도포하는 접합소재 도포단계와; 도포된 금속혼합분말 위에 흑연이 포함된 흑연혼합금속분말을 도포하는 베어링소재 도포단계를 통하여 혼합금속분말이 금속이면에 견고하게 소결 접합 될 수 있도록 하면서 미끄럼 베어링이 갖추어야할 윤활성을 최대한 확보하도록 하였다.

따라서 본 발명은 금속판 이면에 접합 친화력이 높은 비흑연혼합금속분말로부터 윤활성이 높은 고흑연혼합금속분말을 다층구조로 도포하여 금속판과의 높은 소결 접합성과 충분한 윤활성을 확보한 유용한 효과가 있다. 또한, 구리 도금된 금속판을 사용하지 않으므로 도금과정에서 발생하는 오염물질 발생을 억제하고 미끄럼베어링의 제조공정을 획기적으로 단축시킨 매우 유익한 효과도 있는 것이다.

Description

미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건{Manufacturing Method for a sliding bearing and its product thereof}

본 발명은 베어링 면과 저널이 유막을 사이에 두고 미끄럼운동을 하는 미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미끄럼베어링의 핵심재료인 금속혼합분말이 금속판 이면(Metal-back Plate)에 견고하게 접합될 수 있는 미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건에 관한 것이다.

일반적으로 미끄럼베어링은 중장비, 프레스, 사출기, 공작기계, 산업기계 등의 구동부위나 슬라이딩 부위에 폭넓게 사용되는 것으로, 축, 저널 또는 카운트 플레이트 등을 지지하는 역할을 한다. 이러한 미끄럼베어링은 부시형, 분할형, 플레이트형 등 다양한 형태로 성형되는데, 통상 강철판 이면에 동계 합금, 알루미늄계 합금, 구리-납계 합금, 동계 및 합성수지계 복합재 등이 접합되어 이루어진다.

도 1과 도 2는 이와 같은 미끄럼베어링의 제조공정의 일예를 나타낸 것으로서, 크게 구리도금 강철판 준비단계, 금속혼합분말 도포단계, 압연(또는 프레스성형)단계 그리고 소결단계로 이루어진다.

먼저, 구리도금 강철판 준비단계는 강철판(10) 한쪽 면에 구리를 도금하는 단계로서, 구리도금을 하는 이유는 금속혼합분말(20)이 강철판(10)에 견고하게 접합되지 않기 때문이다. 따라서 금속혼합분말(20)을 강철판(10)에 소결 접합시키기 위하여 구리 도금층이 중간 접합재료(혹은 금속접착재료)로서 사용되는 것이다. 그리고 구리의 도금은 무전해도금이나 전기도금법으로 통상 2~10㎛의 두께를 가지도록 형성된다.

금속혼합분말 도포단계는 강철판(10) 한쪽면에 금속혼합분말(20)을 소정의 두께로 도포하는 단계로서, 이러한 금속혼합분말(20)의 성분은 구리 10~30중량부, 흑연 0.1-7중량부, 나머지 철로 이루어져 있으며, 이외에도 몰리브덴, 니켈, 망간, 아연, 크롬 등이 첨가되기도 한다.

압연(혹은 프레스성형)단계는 금속혼합분말(20)이 도포된 강철판(10)을 50~300㎏/㎠의 압력으로 가압하여 소결성형층(30)을 형성하는 단계로서, 이러한 압연(혹은 프레스성형)단계를 통해 금속혼합분말(20)은 강철판(10)에 서로 응집된다.

그리고 소결단계는 금속혼합분말(20)을 강철판(10)에 가일층 소결시키는 단계로서, 금속혼합분말(20)은 이러한 소결단계를 통해 강철판(10)에 접합된다. 그리고 소결이 이루어진 금속이면금속(10)은 열처리공정과 윤활제함침공정 등을 추가로 진행한 후에 도 3에서 나타낸 바와 같이 미끄럼베어링(40)으로 성형 생산된다.

그러나 이와 같은 종래의 미끄럼베어링 제조방법은 금속혼합분말(20)을 이질성의 강철판(10)에 직접 도포하여 소결시키므로 금속혼합분말(20)이 강철판(10)에 견고하게 소결 접합되지 않는 문제점이 발생되었다. 즉, 윤활 작용을 위해 반드시 첨가되는 흑연(탄소)성분이 금속혼합분말(20)과 강철판(10)의 견고한 접합을 방해하기 때문이다.

보다 상세하게 설명하면, 철분말 주위에 고용융점의 흑연분말이 존재함으로서 금속원자 사이의 확산 또는 반응을 저해함으로써 견고하게 접합되지 못하고, 또한 소결접합공정에서 철분말과 흑연이 서로 열팽창계수의 차이로 인하여 이질화되는 주된 요인으로 작용하게 된다.

따라서, 종래의 미끄럼베어링 제조방법에 따라 생산된 미끄럼베어링(40)은 소결성형층(30)이 강철판(10)에 견고하게 접합되지 못하고, 작은 충격에도 쉽게 분리되었으며, 이로 인하여 제품의 품질을 현격하게 떨어뜨리는 문제점이 발생되었다.

한편, 흑연으로 인한 소결의 문제점을 해결하고자 선 공고된 한국특허공고 제97-45877호의 경우에도 구리가 도금된 강철판(10)을 사용하였으나, 금속혼합분말(20)에 혼합된 흑연이 구리와 강철판(10)의 접합을 저해하는 문제점이 계속 발생되었다. 따라서 금속혼합분말(20)이 강철판(10)의 표면과 제대로 접합되지 않는 문제점을 근본적으로 해결할 수 없었으며, 구리에 의존한 금속혼합분말(20)의 소결은 그 한계점이 노출될 수밖에 없었다.

더욱이, 종래의 미끄럼베어링 제조방법은 강철판(10)에 구리를 도금하므로 구리의 도금공정으로 인한 생산성의 감소와 함께 많은 인적비용 및 물적 비용이 지출되는 문제점이 발생되었다. 특히, 도금과정의 특성상 유독성의 공해물질이 배출되어 환경을 오염시키고, 열악한 작업환경을 조성하여 작업자의 건강에 악영향을 주는 등 여러 문제점도 발생되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 금속판에 윤활특성이 우수한 금속혼합분말을 견고하게 소결 접합시켜 내충격성과 고하중용으로 사용할 수 있는 미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 구리가 도금되지 않은 금속판을 사용하므로 미끄럼베어링의 제조공정과 생산비용을 줄이는 반면 생산성은 크게 향상시킬 수 있는 미끄럼베어링의 제조방법 및 그 물건을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미끄럼베어링의 제조방법은 흑연, 구리, 철 등으로 이루어진 금속혼합분말을 금속판 이면에 도포한 후, 소결단계와 압연단계 등을 통하여 미끄럼베어링을 성형 생산하는 미끄럼베어링의 제조방법에 있어서, 상기 금속판의 표면에 흑연이 포함되지 않은 비흑연혼합금속분말을 도포하는 접합소재 도포단계와; 도포된 상기 비흑연혼합금속분말 위에 흑연의 분포가 점진적으로 증가되도록 흑연혼합금속분말을 적층되게 도포하는 베어링소재 도포단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 미끄럼베어링의 제조방법에 따른 제품은 흑연, 구리, 철 등으로 이루어진 금속혼합분말을 압연 및 소결하여 금속이면에 소결성형층을 형성한 미끄럼베어링에 있어서, 상기 금속판 이면의 표면에서 멀어질수록 점진적으로 흑연의 함유량이 증가되도록 미끄럼베어링의 소결성형층을 성형한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 미끄럼베어링의 제조방법에 따른 제1실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 의한 미끄럼베어링의 제조공정을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명에 의한 미끄럼베어링의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법은 크게 접합소재 도포단계, 베어링소재 도포단계, 1차소결단계, 압연(혹은 프레스성형)단계, 2차소결단계 등을 통해 이루어진다.

먼저, 접합소재 도포단계는 금속판(100)의 표면에 흑연이 포함되지 않은 비흑연혼합금속분말(200)을 도포하는 단계로서, 이러한 비흑연혼합금속분말(200)은 조성은 금속판(100)과 접합성 또는 친화력이 좋은 소재로 구성되고 일예로 구리 10~40중량부, 니켈 5~14중량부, 나머지는 철로 구성하였다.

베어링소재 도포단계는 흑연이 포함된 흑연혼합금속분말을 상기한 비흑연혼합금속분말(200) 위에 도포하는 단계로서, 이러한 베어링소재 도포단계는 저흑연혼합금속도포단계와 고흑연혼합금속도포단계를 통해 금속이면금속(100)의 표면으로부터 점진적으로 흑연의 조성비율을 높이게 된다.

먼저, 저흑연혼합금속도포단계는 소량의 흑연이 포함된 저흑연혼합금속분말(210)을 비흑연혼합금속분말(200) 위에 도포하는 단계로서, 이러한 저흑연혼합금속분말(210) 조성은 금속판(100)과 접합성 혹은 친화력이 좋은 소재에 약간의 흑연을 첨가시킨 것으로, 일예로 흑연 0.1~4중량부, 구리 10~40중량부, 니켈 5~14중량부, 나머지는 철로 조성하였다.

그리고 고흑연혼합금속도포단계는 보다 많은 양의 흑연을 포함한 고흑연혼합금속분말(220)을 저흑연혼합금속분말(210) 위에 도포하는 단계로서, 이러한 고흑연혼합금속분말(220)의 조성은 흑연 4~7중량부, 구리 10~40중량부, 니켈 5~14중량부, 나머지는 철로 조성하였다.

따라서 금속판(100)에 도포된 비흑연혼합금속분말(200)과, 저흑연혼합금속분말(210) 그리고 고흑연혼합금속분말(220)은 금속판(100)의 표면에서 멀어질수록 흑연의 조성 비율이 높아지는 특성을 갖게 된다.

1차소결단계는 접합소재 도포단계와 베어링소재 도포단계에 의해 적층(積層)된 비흑연혼합금속분말(200)과, 저흑연혼합금속분말(210) 그리고 고흑연혼합금속분말(220)을 가열하여 금속이면금속(100)에 소결 접합하는 단계로서, 불활성가스의 분위기에서 소결온도는 1050~1150℃에서 1~15분간 유지하는 것이 바람직하다.

따라서, 비흑연혼합금속분말(200)과, 저흑연혼합금속분말(210) 그리고 고흑연혼합금속분말(220)은 제1소결단계를 통해서 다음 공정인 압연(혹은 프레스성형)시에 분말소재 성형시 발생되는 성형불량률을 줄일 수 있으며, 또한 압연(혹은 프레스성형)에서 분말 베어링소재의 성형밀도를 높임으로서 금속판(100)에 견고하게 접합시킬 수 있다.

그리고 저흑연혼합금속분말(210)은 비흑연혼합금속분말(200)과 조성성분이 동질성 및 친화성을 가지므로 자연스럽게 친화되어 소결되고, 또한 고흑연혼합금속분말(220)은 저흑연혼합금속분말(210)과 조성성분이 동질성 및 친화성을 가지므로 저흑연혼합금속분말(210)과 자연스럽게 친화되어 소결된다.

압연단계는 1차소결단계에 의해 금속이면금속(100)에 소결 접합된 비흑연혼합금속분말(200)과, 저흑연혼합금속분말(210) 그리고 고흑연혼합금속분말(220)을 압연하는 단계로서, 이러한 압연(혹은 프레스성형)과정을 통해 비흑연혼합금속분말(200), 저흑연혼합금속분말(210) 그리고 고흑연혼합금속분말(220)은 더욱 성형함으로서 소결층의 성형밀도 향상과 내부 잔류응력에 의해 견고하게 금속판(100)에 접합된 소결성형층(300)을 형성하게 된다.

2차소결단계는 1차소결단계에 의해 소결된 소결성형층(300)을 한번 더 소결시키는 단계로서, 이때 불활성가스 분위기에서 소결온도는 1050~1150℃에서 15~45분간 유지하는 것이 바람직하다. 따라서 소결성형층(300)은 2차소결단계를 통해 금속판(100)에 보다 견고하게 접합되고, 소결성형층(300)을 이루고 있는 비흑연혼합금속분말(200), 저흑연혼합금속분말(210) 그리고 고흑연혼합금속분말(220)은 보다 견고하게 응집 및 소결된다.

그리고 2차소결단계를 통해 소결된 소결성형층(300)은 추가적인 열처리단계를 통하여 경도를 보다 향상시키는 것이 가능하며, 이러한 열처리단계는 침탄, 질화, 또는 소려 등 다양한 열처리 방법이 적용 가능하다.

또한, 2차소결단계를 통해 소결된 소결성형층(300)은 흑연 등에 의해 건식 윤활제로서의 기능을 가질 수 있으나, 장기간 무급유상태, 즉 오일리스베어링으로 사용될 수 있도록 윤활제함침단계를 통하여 윤활 오일이나 그리스와 같은 습식윤활제를 함침하는 것도 가능하다.

따라서 상기한 접합소재 도포단계, 베어링소재 도포단계, 1차소결단계, 압연(혹은 프레스성형)단계, 2차소결단계 등을 통해 제조되는 본 발명의 미끄럼베어링(400)은 도 6에서 나타낸 바와 같이 금속판(100)의 표면에서 멀어질수록 보다 높은 흑연 조성비율을 갖게 된다.

이러한 흑연 조성비율을 갖는 본 발명의 미끄럼베어링(400)은 제조단계에서 금속판(100)과 소결성형층(300)이 지니는 동질성으로 인하여 견고하게 소결 접합되므로 미끄럼베어링의 제조공정 상에서 불량률이 현저하게 감소된다. 또한, 소결성형층(300)의 견고한 접합은 미끄럼베어링(400)에 충격이 가해지는 경우에도 금속판(100)과 소결성형층(300)과의 접합 상태를 견고하게 유지하는 가장 중요한 역할을 하게 된다. 따라서 미끄럼베어링(400)의 품질과 상품성을 크게 향상시키고, 내충격성과 고하중용 미끄럼베어링을 생산할 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 미끄럼베어링(400)은 도 6에서 나타낸 바와 같이 소결성형층(300)의 외부면으로 갈수록 흑연이 높은 비율로 조성되는 구조이므로, 미끄럼베어링(400)의 윤활 작용이 보다 원활하게 이루어지게 된다. 따라서 본 발명은 통상의 미끄럼베어링이 갖는 최대 문제인 흑연이 갖는 윤활 기능과 소결시 흑연으로 인한 접합 불량의 문제점을 모두 해결하였다.

더욱이, 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법은 종래에서와 같이 구리가 도금된 강철판(10)을 사용하지 않으므로 미끄럼베어링의 제조공정을 크게 단축시키고, 제조비용도 획기적으로 절감하게 되며, 도금과정에 따른 대기 및 수질 오염문제와 작업환경의 문제가 전혀 발생되지 않는다.

한편, 본 발명의 미끄럼베어링의 제조방법은 전술한 제1실시예 이외에 도 7에서 나타낸 바와 같이 소결단계와 압연(혹은 프레스성형)단계를 변경한 경우에도 동일하게 적용되며, 소결단계와 압연(혹은 프레스성형)단계에서의 세부적인 제조공정에 대한 설명은 전술한 제1실시예의 경우와 동일하므로 생략한다.

그리고 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예의 일예를 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 베어링소재 도포단계의 경우 도 5에서 보는 바와 같이 2단계에 걸쳐 금속혼합분말에 흑연의 조성비율을 높였으나, 3단계 및 4단계 등으로도 적용 가능한 것이다.

또한, 본 발명에서는 구리, 니켈, 철로 이루어진 금속혼합분말을 통해 소결성형층을 형성하는 실시예를 기술하였으나, 흑연이 포함되는 다른 조성성분들의 경우에도 널리 적용 가능한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 금속판과 동질성 및 친화성을 갖는 비흑연혼합금속분말과, 비흑연혼합금속분말과 동질성 및 친화성을 갖는 흑연혼합금속분말을 금속판의 표면에 적층되게 도포하여 소결 접합되도록 하였다.

따라서, 비흑연혼합금속분말과 흑연혼합금속분말이 금속판 이면에 견고하게 소결 접합되므로 사용도중 충격에도 분리되지 않으며, 소결 접합에 따른 불량률을 현저하게 줄이고, 소결성형층의 접합 강도를 향상시켜 미끄럼베어링의 품질을 획기적으로 향상시키는 효과와 함께, 내충격성과 고하중용의 미끄럼베어링을 생산할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법은 구리 도금된 금속판이 사용되지 않으므로 미끄럼베어링의 제조공정을 획기적으로 간소화시키게 된다. 따라서, 미끄럼베어링의 생산량을 한층 증대시키고, 생산원가는 크게 절감하는 효과가 있다. 또한, 구리도금에 따른 대기 및 수질 오염문제와 작업 환경을 해결하는 매우 유용한 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 미끄럼베어링은 미끄럼이 이루어지는 소결성형층이 외측면으로 갈수록 높은 흑연 조성비율을 지니므로 미끄럼베어링의 윤활 성능이 가일층 향상되는 매우 유용한 효과도 있는 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 미끄럼베어링의 제조공정을 나타낸 블록도,

도 2는 종래기술에 의한 미끄럼베어링의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도,

도 3은 종래기술에 의해 생산된 미끄럼베어링의 구조를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 미끄럼베어링의 제조공정을 나타낸 블록도,

도 5는 본 발명에 의한 미끄럼베어링의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도,

도 6은 본 발명에 의해 생산된 미끄럼베어링의 단면도,

도 7은 본 발명에 의한 제2의 미끄럼베어링의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 금속판 200 : 비흑연혼합금속분말층

210 : 저흑연혼합금속분말층 220 : 고흑연혼합금속분말층

300 : 소결성형층 400 : 미끄럼베어링

Claims (4)

1. 흑연, 구리, 철 등으로 이루어진 금속혼합분말을 금속판 이면에 도포한 후, 소결단계와 압연단계 등을 통하여 미끄럼베어링을 성형 생산하는 미끄럼베어링의 제조방법에 있어서,

   상기 금속판(100)의 표면에 흑연이 포함되지 않은 비흑연혼합금속분말(200)을 도포하는 접합소재 도포단계와;

   도포된 상기 비흑연혼합금속분말(200) 위에 흑연의 분포가 점진적으로 증가되도록 흑연혼합금속분말을 적층되게 도포하는 베어링소재 도포단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 접합소재 도포단계는 구리 10~40중량부, 니켈 5~20중량부, 나머지는 철로 조성되는 비흑연혼합금속분말(200)을 금속판(100)의 표면에 도포하는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링소재 도포단계는 도포된 비흑연혼합금속분말(200) 위에 흑연 0.1~4중량부를 포함한 저흑연혼합금속분말(210)을 도포하는 저흑연혼합금속분말 도포단계와;

   도포된 저흑연혼합금속분말(210) 위에 흑연 4~7중량부를 포함한 고흑연혼합금속분말(220)을 도포하는 고흑연혼합금속분말 도포단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링의 제조방법.
4. 흑연, 구리, 철 등으로 이루어진 금속혼합분말을 압연 및 소결하여 금속이면에 소결성형층을 형성한 미끄럼베어링에 있어서,

   상기 금속판(100) 이면의 표면에서 멀어질수록 점진적으로 흑연의 함유량이 증가되도록 미끄럼베어링(400)의 소결성형층(300)을 성형한 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링.