KR100745645B1 - 구면 베어링의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금속 볼부를 갖는 내측 부재와, 이 내측 부재의 볼부를 감싸 지지하는 볼 받침부를 갖고, 상기 내측 부재와 상대적으로 요동 혹은 회전 연동 가능하게 연결하는 외측 부재를 구비한 구면 베어링의 제조 방법이며, 상기 내측 부재의 볼부를 코어로서 형 내에 인서트한 상태에서 사출 성형을 행하고, 이러한 볼부를 덮는 수지 라이너를 성형하고, 상기 볼부 및 수지 라이너를 코어로서 형 내에 인서트한 주조에 의해, 상기 수지 라이너를 덮는 외측 부재를 성형하고, 또한 상기 주조의 종료 후에 내측 부재의 볼부를 통해 상기 볼부를 덮고 있는 수지 라이너를 가열하도록 하였다.

볼 생크(내측 부재), 홀더(외측 부재), 수지 라이너, 볼부, 볼 받침부

Description

구면 베어링의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING SPHERICAL BEARING}

본 발명은, 링크 기구의 요동 중심이 되는 볼부를 구비한 내측 부재와 이를 감싸 지지하는 외측 부재가 요동 혹은 회전 운동 가능하게 연결되고, 주로 자동차의 서스펜션 아암부나 스티어링부, 콤바인의 절삭날 구동부 등의 링크 모션 기구 등에 이용되는 구면 베어링에 관한 것이다.

일반적으로, 이러한 종류의 구면 베어링으로서는 볼부를 갖는 내측 부재와, 이 내측 부재의 볼부를 감싸 지지하여 상기 내측 부재와 상대적으로 요동 혹은 회전 운동 가능하게 연결하는 외측 부재를 구비한 것이 알려져 있다. 상기 외측 부재는 내측 부재에 대해 하중이 작용한 경우라도, 이러한 하중에 저항하여 볼부를 이탈 불가능하게 감싸 지지해야만 하는 것이다. 이로 인해, 구면 베어링에 있어서는, 어떠한 구조를 이용하여 상기 볼부를 외측 부재의 내부에 봉입하고, 또한 내측 부재와 외측 부재와의 자유로운 요동 및 회전 운동을 확보하는 것이 문제가 된다.

종래부터 채용되어 있는 구면 베어링의 구조 중 하나로서는, 볼부의 직경보다도 큰 오목소를 갖는 외측 부재로서의 금속제 케이싱을 준비하고, 자기 윤활성을 갖는 수지 시트에 의해 둘러싸인 내측 부재의 볼부를 이 케이싱 내로 압입한 것이 알려져 있다(일본 특허 공개 소57-79320호 공보, 실용신안 공개 소63-188230호 공 보, 일본 특허 공개 평5-26225호 공보, 일본 특허 공개 평7-190066호 공보 등). 이 구면 베어링에서는 볼부를 포장하는 수지 시트가 상기 볼부와 케이싱 사이에서 압궤되어 탄성 변형을 발생시키므로, 이에 의해 볼부와 수지 시트와의 간극이 배제되고, 이러한 볼부를 케이싱 내에서 덜걱거림 없이 회전시키는 것이 가능하다. 또, 볼부는 수지 시트에만 미끄럼 접촉하고 있으므로, 장기간에 걸쳐 이 구면 베어링을 사용해도 볼부가 편 마모를 발생시키는 등의 문제가 발생하는 일도 없다.

그 반면, 이와 같이 수지 시트를 볼부와 케이싱 사이에 끼우는 타입의 외측 부재에서는, 이러한 수지 시트가 압축된 상태에서 볼부에 접하고 있으므로, 볼부의 움직임이 약간 무거워지고, 이 구면 베어링을 이용하여 링크 기구를 구성한 경우에, 원활한 가벼운 움직임을 얻기 어려워진다는 등의 문제점이 있다. 또, 수지 시트가 볼부의 구면을 체결하고 있으므로, 경시적인 사용에 의해 수지 시트의 마모가 발생하기 쉽고, 이러한 마모가 진행되면 외측 부재와 볼부 사이에 덜걱거림이 발생하기 쉽다는 등의 문제점도 있다. 또한, 큰 하중이 작용하면 수지 시트가 탄성 변형되므로, 그와 같은 하중이 이 구면 베어링에 작용한 경우에는 볼부가 외측 부재로부터 이탈하기 쉽다는 등의 문제점도 있다.

한편, 그 밖의 구면 베어링의 구조로서는 볼부를 중심 부재로서 외측 부재를 주조함으로써, 이러한 볼부를 외측 부재 내에 직접 봉입한 구조가 알려져 있다(일본 특허 공개 소48-19940호 공보). 이 구면 베어링에서는, 우선 볼부에 대해 불소 수지 등으로 이루어지는 저마찰 계수의 수지 라이너(두께 0.5 ㎜ 정도)를 씌우고, 볼부를 수지 라이너와 같이 금형 내에 세트한 후, 외측 부재를 아연 합금 또는 알 루미늄 합금의 다이캐스트 주조하고 있고, 주조된 외측 부재가 수지 라이너를 통해 볼부를 감싸 지지하도록 되어 있다. 이 구조에서는 볼부, 수지 라이너 및 외측 부재의 3자간의 간극을 완전하게 배제한 상태에서, 이러한 볼부를 외측 부재의 내부에 봉입할 수 있고, 게다가 수지 라이너로서 자기 윤활성을 갖는 재료를 선택함으로써, 무급유에서의 사용 용도로도 대응할 수 있는 등의 이점이 있었다.

그러나, 이와 같이 수지 라이너를 씌운 볼부를 중심 부재로서 외측 부재를 다이캐스트 주조한 경우, 주조 후 외측 부재가 주조 수축을 발생하고, 수지 라이너를 통해 볼부를 체결하므로, 외측 부재를 주조한 것만으로는 상기 외측 부재 및 수지 라이너에 대해 볼부를 자유롭게 회전시킬 수 없었다.

이로 인해, 일본 특허 공개 소48-19940호 공보에 개시되는 구면 베어링에서는, 외측 부재를 다이캐스트 주조한 후에, 이러한 외측 부재 또는 볼부에 대해 외력을 작용시켜 외측 부재를 소성 변형시킴으로써, 볼부와 수지 라이너 사이에 미소한 간극을 형성하고, 그에 따라 볼부가 자유로운 회전을 확보하고 있었다.

그러나, 볼부와 수지 라이너 사이에 적절한 크기의 간극을 형성하기 위해서는, 외측 부재 또는 볼부에 작용시키는 외력 크기의 조정이 어려웠다. 즉, 여분에 작은 외력이면 충분한 간극이 형성되지 않고, 볼부와 외측 부재가 여전히 긴밀하게 접촉하고 있기 때문에, 외측 부재에 대한 볼부의 운동이 무거워지는 한편, 지나치게 큰 힘이면 간극이 지나치게 커져 볼부가 외측 부재에 대해 덜걱거리게 되어 버린다. 또, 볼부와 수지 라이너 사이에 약간에 덜걱거림이 존재하면, 경시적인 사용에 의해 볼부와 수지 라이너의 간극이 증대되어 버리고, 링크 기구에 사용한 경 우 등에 내측 부재와 외측 부재 사이에서 운동이나 힘을 정확하게 전달할 수 없게 되어 버린다.

또한, 이러한 종류의 구면 베어링에서는 약간의 진동 등의 작용에 의해, 의도하지 않고 내측이 외측에 대해 요동 운동을 행해 버리는 것을 방지하기 위해, 사용 용도에 따라서 내측 부재의 외측 부재에 대한 운동의 가벼움, 즉 예압을 어느 정도 조절할 수 있으면 편리하다. 그러나, 외측 부재를 소성 변형시켜 수지 라이너와 볼부 사이에 간극을 형성하는 방법에서는, 이러한 간극의 크기를 미묘하게 조정하는 것이 곤란하고, 수지 라이너가 볼부를 체결하는 힘, 즉 예압을 의도적으로 조정하는 것은 곤란하였다.

본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 간이한 방법에 의해, 주조 후 외측 부재에 대한 볼부의 원활한 회전을 가능하게 하는 동시에, 볼부와 수지 라이너 사이의 간극을 완전하게 배제하는 것이 가능하고, 볼부와 수지 라이너와의 양호한 미끄럼 접촉 상태를 장기간에 걸쳐 유지하는 것이 가능한 구면 베어링의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 구면 베어링의 제조 방법에서는, 우선 내측 부재를 이루는 금속 볼부를 코어로서 몰드 성형의 형 내에 인서트하고, 이러한 볼부를 덮는 수지 라이너를 사출 성형한다. 이러한 수지 라이너는 볼부를 코어로서 성형되므로, 수지 라이너와 볼부의 구면 사이에는 간극이 존재하지 않고, 수지 라이너에는 볼부의 구면이 그대로 전사된다. 따라서, 볼부로서 진구도가 높은 베어링용 강구(綱球)를 사용하면, 수지 라이너에는 경면형이 양호한 미끄럼 접촉면을 형성할 수 있고, 이러한 미끄럼 접촉면을 볼부에 대해 긴밀하게 접촉시킬 수 있다. 또한, 볼부의 적도를 덮도록 하여 수지 라이너를 성형하면, 성형 후 수지 라이너가 볼부로부터 분리하는 것을 방지할 수 있고, 이후의 제조 공정에 있어서 볼부와 수지 라이너를 일체적인 것으로서 취급하는 것이 가능하다.

다음에, 수지 라이너가 장착된 볼부를 코어로서 금형 내에 인서트하고, 이러한 수지 라이너를 외측으로부터 덮는 외측 부재를 주조한다. 제조된 구면 베어링의 치수 정밀도를 높이는 관점으로부터 하면, 이러한 주조는 고압 주조가 바람직하고, 또한 대량 생산이라는 관점으로부터 하면, 사이클 타임을 짧게 설정하는 것이 가능한 다이캐스트 주조가 바람직하다. 주조에 사용하는 합금으로서는 아연 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금 등을 사용하는 것이 가능하지만, 자동차의 서스펜션 구조 등의 발 주위 부품으로서 사용하는 구면 베어링이면, 경량화의 관점으로부터 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 외측 부재를 주조한 후는, 수지 라이너가 볼부를 체결하고 있고, 수지 라이너에 대한 볼부의 자유로운 회전은 곤란한 상태로 되어 있다. 즉, 수지 라이너는 볼부를 코어로 한 사출 성형에 의해 상기 볼부에 대해 장착되므로, 사출 성형 후에 생기는 수축에 의해 볼부를 체결하고 있고, 게다가 외측 부재도 주조 후에 주조 수축을 발생시키므로, 수지 라이너를 볼부를 향해 체결하고 있고, 결과적으로 볼부는 수지 라이너와 과도하게 압접한 상태에 있다. 이로 인해, 외측 부재를 주조한 후는, 수지 라이너에 대한 볼부의 회전이 저해된 상태에 있다.

그래서, 본 발명 방법에서는 외측 부재를 주조한 후에, 내측 부재의 볼부를 통해 상기 볼부를 덮고 있는 수지 라이너를 가열하도록 하고 있다. 이러한 수지 라이너는 볼부를 감싸 지지하고, 이에 긴밀하게 접촉하고 있으므로, 볼부를 가열하면 그 열 에너지가 수지 라이너에 전달되고, 수지 라이너도 어느 정도의 온도에까지 가열되게 된다. 이 때, 수지 라이너가 승온되고, 유리 전이점(Tg) 부근에까지 가열되면, 이러한 수지 라이너의 굽힘 탄성률 등의 기계적 강도가 서서히 저하되므로, 수지 라이너는 볼부의 크기로 모방한 형상으로 변형하기 쉽고, 이 가열 후에 수지 라이너가 차가워지면, 이러한 수지 라이너의 볼부에 대한 체결력이 경감된다. 또, 가열된 볼부는 팽창하기 때문에, 이러한 볼부가 수지 라이너를 확대하는 효과도 발휘되고, 이에 의해서도 볼부의 냉각 후는 수지 라이너에 의한 체결력이 경감되는 경향에 있다.

따라서, 이와 같이 외측 부재의 주조 후에 볼부를 통해 수지 라이너를 가열해 주면, 수지 라이너가 볼부를 체결하는 힘을 완화시킬 수 있어, 수지 라이너에 대해 볼부를 원활하게 회전시키는 것이 가능해진다. 그리고, 이러한 방법에 따르면, 볼부는 수지 라이너에 대해 회전 가능하게 되는 것이지만, 이들 양자간에는 하등 간극이 형성되는 일이 없으므로, 외측 부재에 대한 볼부의 덜걱거림을 완전하게 배제할 수 있어, 장기간에 걸치는 경시적인 사용에 있어서도 외측 부재와 내측 부재 사이에서 하중의 전달 및 운동의 전달을 고정밀도로 행할 수 있는 것이다. 또, 외측 부재의 주조 후에 볼부를 가열하는 것만으로, 이러한 볼부의 원활한 회전을 실현할 수 있으므로, 매우 간편하게 실시할 수 있어, 각 제조 공정의 자동화나 대량 생산에 대해서도 용이하게 대응하는 것이 가능하다.

최종 공정에서 볼부를 통해 수지 라이너를 가열할 때에는, 볼부를 가열하는 것만으로도 좋지만, 이러한 볼부에 대해 외력을 작용시켜 볼부를 탄성 변형 영역 내에서 압궤하도록 해도 좋다. 이와 같이 수지 라이너의 가열과 동시에 볼부를 가압하고, 이러한 볼부를 압궤하도록 구성하면, 탄성 변형된 볼이 수지 라이너를 외측 부재를 향해 가압하도록 작동하므로, 수지 라이너를 확대하는 효과가 증진되고, 수지 라이너에 의한 볼부가 체결력을 한층 효과적으로 경감하는 것이 가능해진다.

본 발명 방법에 있어서의 수지 라이너의 재질로서는, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리아미드·이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤케톤, 폴리케톤, 폴리에테르술폰, 액정폴리머, 폴리알릴에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드, 불소 수지, 폴리아미드 등을 사용하는 것이 가능하다. 또, 최종 공정에 있어서의 수지 라이너의 가열 온도는 선택한 재질과의 관계로 결정되고, 수지 라이너의 볼부에 대한 체결력을 제거한다는 등의 관점으로부터 하면, 선택한 재료의 유리 전이점을 넘는 온도에까지 수지 라이너를 가열하는 것이 바람직하다.

또, 볼부를 통해 수지 라이너를 가열하는 방법으로서는, 볼부를 가열하는 공정을 외측 부재의 주조 후에 독립하여 설치해도 좋고, 예를 들어 외측 부재의 주조 후에 볼부에 대해 생크를 접합하여 내측 부재를 완성시키는 것이면, 이러한 생크를 볼부에 대해 전기 저항 용접으로 접합하고, 이 용접시의 발열을 그대로 이용하여 수지 라이너를 가열하고, 이러한 수지 라이너의 체결력의 제거와 생크의 볼부에 대한 접합을 하나의 공정으로 실시하도록 해도 좋다.

도1은 본 발명 방법에 의해 제조되는 구면 베어링의 제1 실시예를 도시하는 정면 단면도이다.

도2는 제1 실시예에 관한 구면 베어링의 제조 방법에 있어서, 볼부에 수지 라이너를 장착한 상태를 도시하는 정면도이다.

도3은 제1 실시예에 관한 구면 베어링의 제조 방법에 있어서, 볼부를 중심 부재로서 홀더를 주조하는 모양을 도시하는 단면도이다.

도4는 제1 실시예에 관한 구면 베어링의 제조 방법에 있어서, 주조된 홀더를 도시하는 정면 단면도이다.

도5는 제1 실시예에 관한 구면 베어링의 제조 방법에 있어서, 홀더에 감싸 지지 된 볼부에 대해 생크를 용접하는 모양을 도시하는 정면 단면도이다.

도6은 제1 실시예에 관한 구면 베어링의 제조 방법에 있어서, 볼부에 대해 생크를 용접한 후의 상태를 도시하는 정면 단면도이다.

도7의 (a)는 수지 라이너의 사출 성형 후 볼에 대해 작용하고 있는 체결력을 도시하는 도면이다.

도7의 (b)는 홀더의 주조 후 볼부에 대해 작용하고 있는 체결력을 도시하는 도면이다.

도7의 (c)는 상기 체결력을 제거하기 위한 공정을 도시하는 도면이다.

도8은 본 발명 방법에 의해 제조되는 구면 베어링의 제2 실시예를 도시하는 정면 단면도이다.

도9는 제2 실시예에 관한 구면 베어링의 제조 방법에 있어서, 외륜의 주조 후에 내륜을 가열하는 공정을 도시하는 정면 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 볼 생크(내측 부재)

2 : 홀더(외측 부재)

3 : 수지 라이너

10 : 볼부

20 : 볼 받침부

이하, 첨부 도면을 이용하면서 본 발명의 구면 베어링을 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명을 적용한 구면 베어링의 제1 실시예를 도시하는 것이다. 이 구면 베어링은 선단부에 볼부를 구비한 내측 부재로서의 볼 생크(1)와, 이 볼 생크(1)의 볼부(10)를 감싸 지지하는 볼 받침부(20)를 갖는 외측 부재로서의 홀더(2)로 구성되고, 상기 볼 생크(1) 및 홀더(2)가 요동 또는 회전 운동 가능하게 연결되어 있다.

상기 볼 생크(1)는 볼부(10)가 되는 진구도가 높은 베어링용 강구에 대해 막대 형상의 생크(11)를 용접하고 형성되어 있고, 이 생크(11)의 근원에는 링크 등의 피부착체를 고정하기 위한 육각 시트면(12)이 형성되어 있다. 또, 이 생크(11)의 선단부에는 수나사(13)가 형성되어 있고, 이 수나사(13)에 너트를 나사 결합시킴으로써 피부착체를 상기 육각 시트면(12) 사이에서 협지 고정할 수 있게 되어 있다.

한편, 상기 홀더(2)는 볼 생크(1)의 볼부(10)를 감싸 지지하는 볼 받침부(20)와, 이러한 볼 받침부(20)를 링크에 결합하기 위한 고정부(21)를 구비하고, 이들 볼 받침부(20)와 고정부(21)가 알루미늄 합금 또는 아연 합금의 다이캐스트 주조에 의해 일체로 성형되어 있다. 상기 볼 받침부(20)에는 볼부(10)의 구면을 감싸 지지하도록 하여 환형의 수지 라이너(3)가 매립되어 있고, 볼 생크(1)의 볼부(10)는 이 수지 라이너(3)에만 접하고 있다. 수지 라이너(3)는 두께 1 ㎜ 정도이며, 볼부(10)가 이탈하지 않도록, 이러한 볼부(10)의 적도를 포함하는 대략 2/3 정도의 구면을 덮고 있고, 이 수지 라이너(3)의 내측에는 볼부(10)의 구면에 대략 합치한 오목 구면 형상의 미끄럼 접촉면(30)이 형성되어 있다. 이에 의해, 볼 생크(1)는 볼부(10)를 요동 중심으로 하고, 홀더(2)에 대해 가능하게 요동 또는 회전 운동을 할 수 있게 되어 있다. 한편, 도1 중에서는 생략하고 있지만, 상기 고정부(21)에는 암나사가 형성되어 있고, 예를 들어 링크를 구성하는 로드 등의 선단부에 형성된 수나사를 결합할 수 있게 되어 있다.

또, 이러한 홀더(2)의 볼 받침부(20)에는 볼부(10)를 노출시키는 한 쌍의 개구부(22, 23)가 상반되는 방향을 향해 형성되어 있고, 한 쪽의 개구부(22)를 통해 상기 생크(11)가 볼부(10)와 접합되는 한편, 다른 쪽의 개구부(23)에는 덮개 부재(24)가 부착되고, 이 덮개 부재(24)의 내측이 오일 저장소(25)로 되어 있다. 이들 개구부(22, 23)의 주연부와 볼부(10) 사이에는 상기 수지 라이너(3)의 일부가 노출되어 있고, 볼 받침부(20)를 구성하는 합금은 볼부(10)에 대해 직접 접촉하고 있지 않다. 또, 각 개구부(22, 23)의 주연부는 수지 라이너(3)의 단부면에 덮여져 있 고, 볼 받침부(20)가 수지 라이너(3)를 견고하게 포장하는 구조로 되어 있다.

홀더(2)의 볼 받침부(20)에 형성된 각 개구부(22, 23)의 내경은, 볼 생크(1)의 볼부(10)의 직경보다도 약간 작게 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 수지 라이너(3)가 볼부(10)의 적도를 포함하는 대략 2/3 정도의 구면을 덮는 동시에, 이러한 수지 라이너(3)는 볼 받침부(20)에 의해 포장되어 있으므로, 본래 볼부(10)가 홀더(2)의 볼 받침부(20)로부터 이탈하는 일은 없을 것이다. 그러나, 볼 생크(1)에 대해 축 방향의 하중이 과대하게 작용한 경우에, 수지 라이너(3)를 압궤하도록 하여 볼부(10)가 볼 받침부(20)로부터 이탈해 버리는 문제도 상정된다. 이로 인해, 예를 들어 수지 라이너(3)가 압궤되어도 볼부(10)가 볼 받침부(20)로부터 이탈하지 않도록, 각 개구부(22, 23)의 내경을 볼부(10)의 직경보다도 약간 작게 형성되어 있다.

또한, 상기 홀더(2)의 외주연과 볼 생크(1)의 생크(11) 사이에는 부트 시일(4)이 부착되어 있고, 볼 생크(1)의 볼부(10)와 홀더(2)의 볼 받침부(20)와의 간극에 대해 먼지나 쓰레기 등이 침입하는 것을 방지하고 있는 외에, 그리스 등의 윤활제를 수용하는 시일 포켓(40)을 형성하고 있다. 여기서, 상기 부트 시일(4)의 볼 생크(1)측의 단부(41)는 그 탄성에 의해 생크(11)에 밀착하는 한편, 홀더(2)측의 단부(42)는 계지 링에 의해 홀더(2)의 외주연 사이에 협입되어 있고, 볼 생크(1)의 요동 혹은 회전 운동에 의해서도 제외되는 일이 없도록 되어 있다.

다음에, 본 실시예의 구면 베어링의 구체적 제조 방법에 대해 설명한다.

본 실시예의 구면 베어링의 홀더(2)는 볼 생크(1)의 볼부(10)를 중심 부재로 서 주조 금형 내에 인서트한 다이캐스트 주조에 의해 제조된다. 이로 인해, 수지 라이너(3)를 볼 받침부(20)에 매립하는 데 있어서는, 우선 이러한 수지 라이너(3)를 볼부(10)가 되는 베어링용 강구에 대해 장착할 필요가 있다. 도2는 강구에 대해 수지 라이너(3)를 장착한 상태를 도시하는 정면도이다. 이 수지 라이너(3)는 볼부(10)의 외경에 적합하는 내경을 구비한 링형으로 성형되고, 볼부(10)의 적도를 덮도록 상기 볼부(10)에 대해 장착되어 있다. 이 수지 라이너(3)에는 유리 전이점 151 ℃, 융점 343 ℃의 폴리에테르에테르케톤(비크트렉스사제/상품명 : PEEK)이 이용되어 있고, 두께 약 1.0 ㎜로 형성되어 있다.

이러한 수지 라이너(3)는 볼부(10)를 코어로서 형 내에 인서트한 사출 성형에 의해 제작되고, 그대로 볼부에 장착된다. 즉, 볼부(10)가 되는 강구를 금형 내에 인서트한 상태에서 합성 수지의 사출 성형을 행하고, 수지 라이너(3)의 성형과 볼부(10)로의 장착을 하나의 공정에서 행하는 것이다. 이와 같이 수지 라이너(3)의 성형을 행하면, 볼부(10)로의 장착 수고가 생략되는 외에, 수지 라이너(3)의 내주면이 볼부(10)의 구면에 대략 합치한 것이 되고, 이러한 수지 라이너(3)를 볼부(10)에 대해 확실하게 장착해 둘 수 있다.

다음에, 상기 홀더(2)를 다이캐스트 주조한다. 이 다이캐스트 주조에 있어서는, 도3에 도시한 바와 같이 상하로 분할된 한 쌍의 주조 금형(5, 6) 내에 대해 전공정으로 수지 라이너(3)를 장착한 볼부(10)를 중심 부재로서 인서트하고, 이 상태에서 알루미늄 합금 또는 아연 합금의 용탕을 금형 내의 캐비티(7)에 압입한다. 이 때, 인서트된 볼부(10)는 금형(5, 6)으로 형성된 원주형의 감싸 지지 시트(50, 60)에 의해 협지되고, 금형 내에 있어서의 위치 어긋남이 방지된다. 또, 감싸 지지 시트(50, 60)는 볼부(10)뿐만 아니라 수지 라이너(3)도 상하로부터 협입하고 있고, 이에 의해 수지 라이너(3)는 볼부(10)에 장착된 상태에서 캐비티(7) 내에 고정되고, 볼부(10)와 접촉하는 내주면을 남겨 상기 캐비티(7) 내로 주입된 합금에 덮여진다.

이에 의해, 도4에 도시한 바와 같이 볼부(10)를 상기 합금으로 둘러싼 홀더(2)가 주조된다. 주조된 홀더(2)에는 금형(5, 6)의 감싸 지지 시트(50, 60)에 대응한 부위에 개구부(22, 23)가 형성되고, 볼부(10)는 이들 개구부(22, 23)로부터만 노출되어 있다. 또, 볼부(10)에 장착되어 있었던 수지 라이너(3)는 주조된 볼 받침부(20)에 매립된 상태가 되고, 이러한 볼 받침부(20)에 견고하게 고정된다. 금형(5, 6)의 감싸 지지 시트(50, 60)가 수지 라이너를 상하로부터 협입하고 있었으므로, 다이캐스트 주조된 볼 받침부(20)는 볼부(10)에 접촉하고 있지 않다. 게다가, 다이캐스트 주조된 볼 받침부(20)는 수지 라이너(3)의 단부면의 일부에 덮여져 있고, 이러한 볼 받침부(20)는 수지 라이너(3)를 포장하고 있다. 이에 의해, 수지 라이너(3)는 볼 받침부(20)와 견고하게 일체화되어 있다.

홀더(2)의 재질로서 아연 합금을 이용한 경우의 주조 온도는 400 ℃ 이상이며, 또 알루미늄 합금을 이용한 경우의 주조 온도는 600 ℃ 이상이므로, 이러한 주조 온도는 수지 라이너(3)의 내열 온도를 훨씬 상회하고 있고, 본래 약 1 ㎜로 매우 얇게 형성된 수지 라이너(3)는 홀더(2)의 주조시에 탄화되어 버린다고 생각된다. 그러나, 이러한 다이캐스트 주조를 이용한 제조 공정에서는, 볼부(10)가 수지 라이너(3)에 비해 매우 큰 열용량을 갖고 있으므로, 볼부(10)가 주조 합금의 용탕으로부터 수지 라이너(3)로 유입한 열에너지를 빼앗는 역할을 다하고, 이러한 수지 라이너(3)의 탄화가 방지된다. 따라서, 수지 라이너(3)는 볼 받침부(20)와 접하는 외주면측은 상기 볼 받침부(20)에 대해 소부되어 버리지만, 볼부(10)와 접하는 내주면측은 탄화하는 일 없이 잔존하고, 볼부(10)와의 미끄럼 접촉면을 형성한다. 또한, 다이캐스트 주조는 주조 합금의 용탕을 고압으로 신속하게 캐비티(7) 내로 주입하는 것이며, 용탕의 주입으로부터 홀더(2)의 취출까지의 사이클 타임이 5 내지 10초로 매우 짧다. 따라서, 이 점에 있어서도 홀더(2)의 주조시에 있어서의 수지 라이너(3)의 탄화가 방지되어 있는 것으로 생각된다. 가장, 수지 라이너(3)의 볼부(10)에 대한 미끄럼 접촉면(30)을 확실하게 보호한다는 관점으로 하면, 다이캐스트 주조 후에 금형(5, 6)으로부터 취출한 홀더(2)를 바로 수냉하고, 주조 후 홀더(2)가 갖고 있는 잔류 열을 제거하는 것이 바람직하다.

다음에, 홀더(2)의 볼 받침부(20)에 감싸 지지된 볼부(10)에 대해 생크(11)를 용접한다. 이러한 용접에는 프로젝션 용접이 이용되고, 도5에 도시한 바와 같이 볼 받침부(20)의 개구부(22)를 거쳐서 노출되는 볼부(10)의 구면에 대해 생크(11)의 단부면을 소정의 힘(F)으로 압접시키는 한편, 개구부(23)를 통해 노출되는 볼부(10)의 구면에 대해 전극(8)을 접촉시키고, 이들 생크(11) 및 전극(8)에 용접 전류를 통전하여 행해진다. 전극(8)과 볼부(10) 사이에 큰 통전 저항이 존재하면, 볼부(10)의 전극 접촉 부위가 용융되어 버리므로, 이러한 전극(8)에는 볼부(10)의 구면에 따른 오목면 시트(80)가 형성되고, 볼부(10)의 구면에 대해 긴밀하게 면 접 촉을 발생하게 되어 있다. 생크(11)를 볼부(10)에 대해 압박하는 힘(F)으로서는, 볼 직경 15.875 ㎜, 생크의 선단부 직경 10 ㎜인 경우에, 5880N(600 kgf) 정도이다.

그리고, 이와 같이 하여 프로젝션 용접이 종료되면, 도6에 도시한 바와 같이 볼부(10)가 홀더(2)의 볼 받침부(20)에 감싸 지지된 볼 생크(1)가 완성된다.

이 생크(11)와 볼부(10)의 용접은, 동시에 수지 라이너(3)가 볼부(10)를 체결하고 있는 힘을 제거한다는 효과도 산출한다. 본 발명의 제조 방법에서는, 우선 볼부(10)에 대해 수지 라이너(3)를 사출 성형으로 장착하고 있지만, 이러한 사출 성형의 완료 후에 수지 라이너(3)가 수축되므로, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 볼은 수지 라이너(3)에 의해 체결된 상태가 되고, 수지 라이너에는 볼부의 구면에 따라서 인장 응력이 작용된 상태가 된다. 또, 다이캐스트 주조에 의해 홀더(2)를 성형하면, 주조 후의 수축(주조 수축)에 의해, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 홀더(2)가 수지 라이너(3)의 외측으로부터 볼부(10)를 체결하는 상태가 된다. 따라서, 홀더(2)를 주조한 후는 볼부(10)가 수지 라이너(3)에 의해 강력하게 체결된 상태가 되고, 그대로는 볼부(10)를 수지 라이너(3) 및 홀더(2)의 볼 받침부(20)에 대해 회전시키는 것이 불가능하며, 또 회전시킬 수 있었다고 해도 그 움직임은 지극히 생각하지 않을 수 없다.

그러나, 도7의 (c)에 도시한 바와 같이 홀더(2)의 주조 후에 볼부(10)를 가열함으로써, 이러한 볼부(10)와 접하는 수지 라이너(3)의 온도가 유리 전이점(Tg) 이상에까지 상승되면, 수지 라이너(3)를 형성하는 수지 재료 그 상태의 물성치가 변화되기 시작하고, 굽힘 탄성률이나 전단 탄성율이 서서히 저하되므로, 이러한 수지 라이너(3)를 볼부(10)의 크기에 모방하여 변형시킬 수 있다. 이 때, 볼부(10)그 자신도 열팽창을 발생하고, 상온하보다도 직경이 매우 커지므로, 볼부(10)가 매우 팽창되어 수지 라이너(3)를 확장하게 된다. 이에 의해, 볼부(10)에 대한 수지 라이너(3)의 체결력이 경감 또는 제거되어 수지 라이너(3)에 대한 볼부(10)가 자유로운 회전이 가능해진다.

생크(11)를 볼부(10)에 용접할 때에는, 이러한 용접 부위는 1200 ℃ 정도로까지 가열되어 있고, 볼부(10)에 접하는 수지 라이너(3)도 유리 전이점(Tg) 이상의 온도로까지 가열되어 있다. 따라서, 홀더(2)의 주조 후에 생크(11)를 볼부(10)에 대해 용접하면, 그것까지는 볼부(10)를 체결하고 있었던 수지 라이너(3)가 상기 볼부(10)에 모방하도록 하여 변형하고, 이러한 수지 라이너(3)가 볼부(10)를 체결하고 있었던 힘을 경감시키거나 제거할 수 있는 것이다. 즉, 전술의 제조 방법에서는, 생크(11)를 볼부(10)에 대해 용접함으로써, 이러한 볼부(10)가 홀더(2)의 볼 받침부(20)와 일체화된 수지 라이너(3)에 대해 가능하게 회전할 수 있는 것이다.

이 때, 볼부(10)와 수지 라이너(3)는 간극없이 접촉하고는 있지만, 하등 응력이 발생하고 있지 않는 이상적인 접촉 상태가 되므로, 볼 생크(1)는 홀더(2)에 대해 볼부(10)를 중심으로 한 요동 운동 또는 생크(11)의 축 주위의 회전 운동을 매우 원활하게 행하는 것이 가능해진다. 게다가, 수지 라이너(3)와 볼부(10) 사이의 간극은 완전하게 배제되어 있으므로, 볼 생크(1)가 홀더(2)에 대해 덜걱거림을 발생시키는 일도 없고, 장기간에 걸치는 경시적인 사용에 있어서도 충분히 그 성능 을 유지할 수 있는 것이다.

또, 생크(11)를 볼부(10)에 대해 프로젝션 용접하는 공정에서는, 이러한 생크(11)를 볼부(10)에 대해 가압력(F)에 의해 압접시키고 있고, 이 점도 수지 라이너의 체결력을 경감 또는 제거하는 데 있어서 유리하게 작동하고 있다. 즉, 이 가압력(F)에 의해 볼부(10)는 생크(11)와 전극(8) 사이에서 약간 압궤되고, 용접 중은 가압 방향과 직교하는 방향의 직경이 매우 커진다. 이로 인해, 볼부(10) 그 자체가 유리 전이점(Tg) 이상으로 가열된 수지 라이너(3)를 홀더(2)의 볼 받침부(20)를 향해 압박하도록 작동하고, 수지 라이너(3)의 변형이 촉진되어 있다. 따라서, 볼부(10)에 대한 가열과 동시에, 이러한 볼부(10)를 가압하면, 한층 효과적으로 볼부(10)에 대한 수지 라이너(3)의 체결력을 경감 또는 제거할 수 있고, 볼부(10)의 수지 라이너(3)에 대한 자유로운 회전, 나아가서는 볼 생크(1)의 홀더(2)에 대한 원활한 요동 운동이 가능해지는 것이다.

그리고, 마지막으로 생크(10)와 홀더(2)의 외주연 사이에 전술한 부트 시일(4)을 부착하고, 이 부트 시일(4)이 형성하는 시일 포켓(40)에 그리스 등의 윤활제를 충전함으로써, 본 실시예의 구면 베어링은 완성한다.

이러한 본 발명의 구면 베어링을 실제로 제조하고, 홀더에 대해 볼 생크를 반복 요동시키는 내구 시험을 실시하였다. 사용한 구면 베어링의 볼부의 직경은 19.05 ㎜이며, 요동 운동의 반복 주파수는 13 ㎐이다. 수지 라이너를 매립하는 일 없이 홀더를 다이캐스트 주조한 종래의 구면 베어링(일본 특허 공개 평62-288716호 공보)에서는, 1시간 경과의 시점에서 홀더의 볼 받침부과 볼 생크의 볼부가 소부를 일으켜 버린 데 반해, 볼부가 수지 라이너에만 미끄럼 접촉하는 본 발명의 구면 베어링에서는 216 시간(9일)이 경과되어도 볼부와 수지 라이너 사이에는 간극이 발생하지 않고, 볼 생크가 홀더에 대해 덜걱거리는 일이 없었다.

다음에, 도8은 본 발명 방법에 의해 제조되는 구면 베어링의 제2 실시예를 도시하는 단면도이다.

이 구면 베어링은, 외측 부재로서의 외륜(101)과, 내측 부재로서의 내륜(102)과, 이들 내륜(102)과 외륜(101) 사이에 개재 장착된 수지 라이너(103)로 구성되고, 외륜(101)으로 보유 감싸 지지된 수지 라이너(103)에 대해 내륜(102)이 가능하게 요동 운동 또는 회전 운동을 할 수 있게 되어 있다. 상기 내륜(102)은 링크 기구의 로드(104)를 삽입하기 위한 관통 구멍(105)을 갖고 환형으로 형성되어 있고, 외주면(106)은 상기 수지 라이너(103)와 미끄럼 접촉하는 볼록형 구면에 마무리되어 있다. 또한, 상기 수지 라이너로서는 제1 실시예와 동일한 폴리에테르에테르케톤을 사용하고, 그 두께는 1.0 ㎜로 하였다.

본 제2 실시예의 구면 베어링의 제조 방법도 전술한 제1 실시예의 구면 베어링의 제조 방법과 대략 동일하다. 우선은, 내륜(102)을 코어로서 몰드형 내에 인서트하여 수지 라이너(103)의 사출 성형을 행하고, 이러한 수지 라이너(103)를 내륜(102)의 구면(106)에 장착한다. 다음에, 수지 라이너(103)를 장착한 내륜(102)을 중심 부재로서 금형 내에 인서트하고, 이 상태에서 알루미늄 합금 또는 아연 합금의 용탕을 금형 내로 압입하고, 상기 외륜(101)의 다이캐스트 주조를 행한다. 이에 의해, 내륜(102)을 상기 합금으로 둘러싼 외륜(101)이 주조된다. 이 때, 내 륜(102)에 장착되어 있던 수지 라이너(103)는 그 외주면이 주조된 외륜(101)에 소부되어 고정 부착되고, 이러한 외륜(101)과 견고하게 일체화된다.

단, 수지 라이너(103)는 사출 성형 후에 진행하는 수축에 의해 내륜(102)을 외측으로부터 체결하고 있고, 또 주조된 외륜(101)도 주조 수축에 의해 수지 라이너(103)를 내륜(102)을 향해 체결되어 있으므로, 이 상태에서는 내륜(102)을 외륜(101)에 대해 가능하게 회전시키는 것은 불가능하다.

따라서, 수지 라이너(103)가 내륜(102)을 체결하고 있는 힘을 경감 또는 제거하기 위해, 제1 실시예의 제조 방법과 마찬가지로, 외륜(101)의 주조 후에 내륜(102)을 통해 수지 라이너(103)를 가열하는 것이 필요해진다. 본 제2 실시예의 구면 베어링에서는, 도9에 도시한 바와 같이 내륜(102)의 관통 구멍(105)에 대해 고주파 교류 전원(107)에 접속된 코일(108)을 삽입하고, 이러한 내륜(102)을 고주파 가열에 의해 관통 구멍(105)의 내부로부터 가열하도록 하였다. 내륜의 가열 온도는 약 1500 내지 1600 ℃, 가열 시간은 약 0.2 내지 0.5초로 하였다.

그리고, 이와 같이 내륜(102)을 가열하면, 내륜(102)에 접촉하고 있는 수지 라이너(103)도 유리 전이점(Tg) 이상의 온도로까지 가열되기 때문에, 그것까지는 내륜(102)을 체결하고 있었던 수지 라이너(103)가 상기 내륜(102)에 모방하도록 하여 변형하고, 이러한 수지 라이너(103)가 내륜(102)을 체결하고 있었던 힘을 경감시키거나 제거할 수 있다. 이에 의해, 내륜(102)이 외륜(101)과 일체화된 수지 라이너(103)에 대해 가능하게 회전하는 것이 가능해지고, 내륜(102)의 관통 구멍(105)에 고정된 로드(104)는 외륜(101)에 대해, 내륜(102)을 중심으로 한 요동 운 동 또는 자신의 축 주위의 회전 운동을 매우 원활하게 행하는 것이 가능해진다.

이 때, 내륜(102)과 수지 라이너(103)는 간극없이 접촉하고는 있지만, 하등 응력이 발생하고 있지 않은 이상적인 접촉 상태가 되므로, 게다가 수지 라이너(103)와 내륜(102) 사이의 간극은 완전하게 배제되어 있으므로, 내륜(102)이 외륜(101)에 대해 덜걱거림을 발생하는 일도 없이, 장기간에 걸치는 경시적인 사용에 있어서도 충분히 그 성능을 유지할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 구면 베어링에 따르면, 내측 부재의 볼부에 대해 수지 라이너를 사출 성형으로 장착하고, 또한 이 수지 라이너를 덮도록 하여 외측 부재를 주조하고, 마지막으로 내측 부재의 볼부를 통해 상기 볼부를 덮고 있는 수지 라이너를 가열함으로써, 이러한 수지 라이너의 볼부에 대한 체결력을 경감 또는 제거하고, 외측 부재에 대한 내측 부재의 원활한 요동 운동 또는 회전 운동을 실현할 수 있고, 게다가 볼부와 수지 라이너 사이에는 하등 간극이 형성되는 일이 없으므로, 외측 부재에 대한 내측 부재의 덜걱거림을 완전하게 배제할 수 있고, 장기간에 걸치는 경시적인 사용에 있어서도 외측 부재와 내측 부재 사이에서 하중의 전달 및 운동의 전달을 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다. 또, 외측 부재의 주조 후에 볼부를 가열하는 것만으로, 이러한 볼부의 원활한 회전을 실현할 수 있으므로, 매우 간편하게 실시할 수 있어, 각 제조 공정의 자동화나 대량 생산에 대해서도 용이하게 대응하는 것이 가능해진다.

Claims (5)

1. 금속 볼부를 갖는 내측 부재와, 이 내측 부재의 볼부를 지지하는 볼 받침부를 갖고, 상기 내측 부재와 상대적으로 요동 혹은 회전 운동 가능하게 연결하는 외측 부재를 구비한 구면 베어링의 제조 방법이며,

   상기 내측 부재의 볼부를 코어로서 형 내에 인서트한 상태에서 사출 성형을 행하고, 이러한 볼부를 덮는 수지 라이너를 성형하고,

   상기 볼부 및 수지 라이너를 코어로서 형 내에 인서트한 주조에 의해, 상기 수지 라이너를 덮고 또한 상기 볼부와 비접촉인 외측 부재를 성형하고, 게다가,

   상기 주조의 종료 후에, 내측 부재의 볼부를 통해 상기 볼부를 덮고 있는 수지 라이너를 가열하는 것을 특징으로 하는 구면 베어링의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 주조 종료 후 수지 라이너의 가열 온도는, 이러한 수지 라이너의 유리 전이점(Tg) 이상인 것을 특징으로 하는 구면 베어링의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 주조의 종료 후에, 내측 부재의 볼부를 통해 상기 볼부를 덮고 있는 수지 라이너를 가열하는 동시에, 이러한 볼부를 가압하여 탄성 변형시킴으로써, 상기 수지 라이너를 외측 부재를 향해 가압하는 것을 특징으로 하는 구면 베어링의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 외측 부재를 주조한 후, 상기 볼부에 생크를 압접시키는 동시에 이들 생크 및 볼부에 전극을 접속하고, 생크와 볼부를 프로젝션 용접하면서, 이러한 용접시의 열에 의해 상기 수지 라이너를 가열하고, 또 상기 생크의 압접력에 의해 볼부를 탄성 변형시키는 것을 특징으로 하는 구면 베어링의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 내측 부재의 볼부에는 피연결체를 고정하기 위한 관통 구멍이 형성되어 있고, 상기 주조의 종료 후 이 관통 구멍에 코일을 삽입하고, 이러한 코일에 대해 고주파 전압을 인가함으로써 상기 수지 라이너를 가열하는 것을 특징으로 하는 구면 베어링의 제조 방법.

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