KR100789994B1 - 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형미끄럼베어링 및 그 제조 방법 - Google Patents

경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형미끄럼베어링 및 그 제조 방법 Download PDF

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김성희
최원호
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주식회사 에스.오.비
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Abstract

본 발명은 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 원통형 강철기재의 마찰측 표면상에 다수의 링형 세그먼트 소결재를 적층하여 소결층을 형성하되, 각 링형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면은 접합면은 경사지게 형성하여 접합면적을 극대화한 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 소결층을 형성하는 링형 세그먼트 소결재간에 강한 접합이 이루어져 고강도의 소결층을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 윤활윤 함침 면적을 넓게 할 수 있는 효과가 있다.
세그먼트 소결재, 미끄럼베어링, 강철기재, 금속봉, 금속관

Description

경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법{BUSH TYPE SLIDING BEARING COMPRISING OF SINTERED SEGMENTS WITH SLOPED JOINING SURFACE}
도 1a는 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링의 제조에 사용되는 원형 금속관, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 원형 금속관, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 조립하는 방법을 보여주는 단면도이다.
도 1c는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 제조 방법 중 원형 금속관에 의한 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 미끄럼베어링의 제조에 사용되는 원형 금속봉, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 원형 금속봉, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 조립하는 방법을 보여주는 단면도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 제조 방법 중 원형 금속봉에 의한 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1c 또는 도 2c에 도시된 방법에 따라 가압 소결 접합한 후 원형 금속관 또는 원형 금속봉을 제거한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링의 사시도이다.
도 4b는 도 3a에 도시된 부시형 미끄럼베어링의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 세그먼트 소결재 3 : 원형 금속관
5 : 원형 금속봉 7 : 강철기재
9 : 미끄럼베어링 11 : 소결층
13 : 소결로 15 : 소결로 내부
17 : 펀처 19 : 프레스
21 :히터 23 : 이형제
본 발명은 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 소결층을 형성하는 각 세그먼트 소결재간의 접합이 견고할 뿐만 아니라, 접합면의 면적을 넓혀 윤활유 함침 량을 늘릴 수 있는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
출원인은 강철기재에 사이즈(부피, 윤활면의 길이, 윤활면의 면적)가 큰 소결층을 형성하는 경우에도 소결층 전체의 소결금속조직이 치밀하고 균일하며, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수한 "세그먼트 소결재를 이용한 미끄럼베어링"을 개발하여 2005. 9. 27. 자로 특허출원하였다(출원번호 :10-2005-89672, 출원일 : 2005. 9. 27). 상기 10-2005-89672호 발명은 강철기재의 접동측 표면상에 철계금속분말과 고체윤활제로 이루어지는 소결층을 형성하되, 상기 철계금속분말과 고체윤활제를 이용하여 전체 소결층의 일부를 구성하는 다수의 세그먼트 소결재를 미리 소결 성형한 후, 이를 상기 강철기재 접동측 표면에 강제 압입하여 각 세그먼트 소결재간 및 세그먼트 소결재와 강철기재간을 소결 접합함으로써 소결층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기 10-2005-89672호 발명에 의할 경우, 특히 부시형 미끄럼베어링을 성형할 때, 세그먼트 소결재와 강철기재간의 소결 접합이 원활하지 않는 단점이 있었다. 이는 소결 접합 과정에서 세그먼트 소결재와 강철기재간에 가압이 이뤄지지 않았기 때문이다.
출원인은 상기 10-2005-89672호 발명의 이러한 문제점을 해결할 수 있는 발명을 한국 특허출원번호 10-2006-0058006호로 개시하였다. 상기 10-2006-0058006호 발명은 원통형 강철기재 내부에 전체 소결층의 일부를 구성하는 링(ring)형 세그먼트 소결재를 다수 압입하고, 소결로 내에서 소결하여 각 세그먼트 소결재간 및 세그먼트 소결재와 강철기재 간을 접합함에 있어서, 상기 링형 세그먼트 소결재 내부에 세그먼트 소결재의 내면과 이형제를 사이에 두고 밀착되는 원형의 금속관 또는 금속봉을 삽입하여, 소결 중에 상기 금속관 또는 금속봉이 열팽창으로 상기 세그먼트 소결재를 강철기재 측으로 가압하도록 한 것을 특징하며, 상기 10-2006-0058006호 발명에 의하면, 링형 세그먼트 소결재와 원통형 강철기재간에 견고한 접합을 얻을 수 있는 효과가 있다.
상기 상기 10-2005-89672호 발명 및 10-2006-0058006호 발명에 의하면, 링형 세그먼트 소결재와 원통형 강철기재간의 결합이 견고할 뿐만 아니라, 소결층 전체의 소결금속조직이 치밀하고 균일하며, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수한 미끄럼베어링을 얻을 수 있지만, 이를 고하중(대략 700Kg/㎠이상)용 미끄럼베어링으로 사용하기에는 강도가 약한 단점이 있다. 이러한 강도의 취약점은 미끄럼베어링의 소결층을 형성함에 있어서, 미리 소결 성형된 다수의 링형 세그먼트 소결재를 서로 접촉하도록 연결한 후 재소결하면서, 각 링형 세그먼트 소결재간에 아무런 가압 없이 소결 접합한 데 기인한다. 즉, 소결 접합 과정에서 각 링형 세그먼트 소결재간을 서로 밀착시켜 주는 힘이 가해지지 않기 때문에 소결층의 형성 후에도 각 링형 세그먼트 소결재 간에는 강한 접합이 이루어지지 않게 되고, 강한 접합이 이루어지지 않은 접합면이 소결층 강도의 취약성을 가져오는 것이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 원통형 강철기재 내부에 미리 성형된 링형 세그먼트 소결재를 다수 압입하여 일체형 소결층을 갖는 부시형 미끄럼베어링을 형성함에 있어서, 상기 각 링형 세그먼트 소결재간에 강한 접합이 이루어져 고강도의 소결층을 형성할 수 있는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 윤활윤 함침 면적을 넓게 할 수 있는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 미끄럼베어링은 원통형 강철기재의 마찰측 표면상에 다수의 링형 세그먼트 소결재를 적층하여 소결층을 형성하되, 각 링형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면은 접합면은 경사지게 형성하여 접합면적을 극대화한 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 제조 방법은 원통형 강철기재 내부에 전체 소결층의 일부를 구성하는 링형 세그먼트 소결재를 다수 압입하고, 소결로 내에서 소결하여 각 세그먼트 소결재간 및 세그먼트 소결재와 강철기재 간을 접합함에 있어서, 상기 각 링형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면은 경사지게 형성하고, 상기 링형 세그먼트 소결재 내부에는 링형 세그먼트 소결재의 내면과 이형제를 사이에 두고 밀착되는 원형의 금속관 또는 금속봉을 삽입함으로써, 소결 중에 상기 금속관 또는 금속봉이 열팽창하여, 상기 각 링형 세그먼트 소결재간의 경사진 접합면과 링형 세그먼트 소결재 및 강철기개간의 접합면에서 강한 압착이 이루어지게 한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링 및 그 제조 방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링의 제조에 사용되는 원형 금속관, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 분리하여 도시한 사시도를, 도 1b는 도 1a에 도시된 원형 금속관, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 조립하는 방법을 보여주는 단면도를, 도 1c는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 제조 방법 중 원형 금속관에 의한 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도를, 도 2a는 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 미끄럼베어링의 제조에 사용 되는 원형 금속봉, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 분리하여 도시한 사시도를, 도 2b는 도 2a에 도시된 원형 금속봉, 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재 및 강철기재를 조립하는 방법을 보여주는 단면도를, 도 2c는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 제조 방법 중 원형 금속봉에 의한 가압 소결 접합 방법을 개략적으로 도시한 단면도를, 도 3은 도 1c 또는 도 2c에 도시된 방법에 따라 가압 소결 접합한 후 원형 금속관 또는 원형 금속봉을 제거한 상태를 보여주는 단면도를, 도 4a는 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링의 사시도를, 도 4b는 도 3a에 도시된 부시형 미끄럼베어링의 단면도를 각각 나타낸다.
도 1a 내지 도 1c 또는 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 특징은 링형 세그먼트 소결재(1)의 접합면을 경사지게 형성하여 소결 접합시 금속관(3) 또는 금속봉의 팽창으로 인하여 인접한 링형 세그먼트 소결재(1)의 접합면끼리 강하게 밀착되게 하고, 소결 접합이 끝난 후에는 넓은 접합면에 의하여 강한 접착상태가 오랜 시간 지속될 수 있게 한 데 있다. 이를 위하여, 철계금속분말과 고체윤활제를 혼합한 소결재료를 이용하여 전체 소결층(11)의 일부분을 구성할 소형의 링형 세그먼트 소결재(1)를 그 접합면이 경사지게 소결 성형(1차 소결)하고, 이 경사 접합면이 형성된 링형 세그먼트 소결재(1)를 성형하고자 하는 전체 소결층(11)의 사이즈에 맞는 갯수 만큼 선택하여 원통형 강철기재(7)의 접동측 표면에 압입한 상태로 다시 소결하여 각 세그먼트 소결재(1)를 접합함과 동시에 각 세그먼트(1)와 강철기 재(7)를 접합한다. 이 때, 상기 링형 세그먼트(1)의 외주면과 상기 강철기재(7)의 내주면간의 강한 접합 뿐만 아니라, 각 링형 세그먼트(1)의 접합면간의 강한 접합을 위하여, 상기 링형 세그먼트(1)의 내주면에, 그 내주면과 밀착되는 원형의 금속관(3) 또는 금속봉(5)을 이형제(23)을 매개로 삽입하여, 소결 중에 상기 금속관(3) 또는 금속봉(5)이 열팽창하게 한다. 상기 금속관(3) 또는 금속봉(5)이 상기 세그먼트(1) 내면과 밀착된 상태에서 열팽창하면, 상기 링형 세그먼트 소결재(1)를 강철기재(7) 측으로 가압하게 되고, 그 가압력은 상기 링형 세그먼트 소결재(1) 및 강철기재(7) 내주면간에 작용할 뿐만 아니라, 상기 각 링형 세그먼트 소결재(1)의 접합면에도 작용하게 된다. 따라서, 접합 소결중에 각 링형 세그먼트 소결재(1)간에 강한 접합이 이루어지게 된다.
이를 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 필요한 갯수 만큼의 경사 접합면이 형성된 링형 세그먼트 소결재(1)와, 원형의 금속관(3)과, 원통형의 강철기재(7)와 이형제(23)를 준비한다. 또한, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 금속관(3)은 원형의 금속봉(5)으로 대체할 수 있다.
상기 링형 세그먼트 소결재(1)는 철계금속분말 및 고체윤활제를 이용하여 소결성형하는 데, 이 때 상기 철계금속분말로는 동분말 10 - 50중량%, 니켈, 티타늄, 규소, 알루미늄, 코발트, 크롬, 망간 또는 주석 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 0.1-30중량%, 나머지는 철분말을 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 것 을 사용하고, 상기 고체윤활제로는 분말형태의 흑연(graphite), 이황화몰리브덴(MoS2) 또는 이황화텅스텐(WS2) 가운데서 선택된 1 또는 2이상의 고체윤활제를 선택하여 사용한다. 상기 철계금속분말 가운데 특히 철분말은 250메시 이하로 미분화(微粉化)된 철분말을 사용함으로써, 소결층의 소결금속 조직을 치밀하게 하고, 강철기재에의 소결접합시 접합성이 좋게 하는 것이 바람직하다. 상기 세그먼트 소결재(1)에서 동분말의 함유량은 큰 제한이 없는데, 필요한 소결금속조직의 치밀도에 따라 10-50중량% 범위 내에서 선택적으로 적용할 수 있다. 동 함유량이 10중량%보다 적으면 소결금속의 치밀화 정도가 떨어지고, 50중량%를 이상이면 소결금속중 철계 금속 입자가 구리 입자에 의하여 완전히 포위되어 철계소결재 본래의 강도 특성 및 마찰 특성을 발휘할 수 없게 된다. 또한, 상기 철계금속분말에는 니켈, 티타늄, 규소, 알루미늄, 코발트, 크롬, 망간 또는 주석 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 0.5-30중량% 더 첨가하여 내고하중성을 얻음과 동시에 2차 접합 소결시 세그먼트 소결재(1)와 강철기재(7)사이에 밀착성을 좋게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 철계금속분말에는 상대재에 대한 철응착성을 경감하고 윤활성을 좋게 하기 위하여 아연, 납, 주석, 텅스텐, 몰리브덴 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 2-20중량% 더 첨가할 수 있다. 상기 링형 세그먼트 소결재(1)는 그 사이즈를 전체 소결층(11)에 비하여 매우 작게 성형하면, 그 조직을 매우 치밀하고 균일하게 소결 성형할 수 있을 뿐만 아니라, 치수 및 형상의 정밀도를 높일 수 있고, 결과적으로 이 들 세그먼트 소결재(1)를 접합하여 성형하는 전체 소결 층(11)도 그 조직이 매우 치밀하고 균일할 뿐만 아니라, 치수 및 형상도 매우 정밀하게 된다.
상기 금속관(3) 또는 금속봉(5)은 접합 소결 온도(통상, 600 - 1100 ℃)에서 용융되지 않으면서, 열팽창율이 큰 스테인레스강관이나 스테인레스강봉을 사용하는 것(스테인레스강의 열팽창 계수: 1.9/℃)이 바람직하나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 금속관(3) 및 금속봉(5)은 링형 세그먼트 소결재(1) 내부에 밀착될 수 있는 직경의 원형 평면을 갖어야 한다.
상기 이형제(23)는 소결접합 후 상기 금속관(3) 또는 금속봉(5)을 세그먼트 소결재(1)로 부터 분리하기 용이하게 하기 위해서 필요하다. 상기 이형제(23)로는 실리콘수지, 왁스, 탄소분말 등 공지의 이형제를 사용한다.
상기 원통형 강철기재(7)의 소재로는 탄소강이나 스테인레스강 등 강도 및 경도가 크고 철계금속과 소결접합이 용이하게 이루어질 수 있는 소재를 사용한다.
이하, 본 발명에 따른 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 1b 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 소결로(13)에 투입하여 소결접 합하기 이전에 상기 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재(1)를 상기 원통형 강철기재(7) 내부에 프레스(9)에 의하여 가동되는 펀처(17) 등으로 가압하여 적층한다. 이 때, 상기 금속관(3) 도는 금속봉(5)과 접촉하는 세그먼트 소결재(1) 내면에는 이형제(23)를 도포하여 소결 접합 후 금속관(3) 또는 금속봉(5)이 용이하게 분리될 수 있게 한다.
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 강철기재(7), 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재(1) 및 금속관(3)의 조립체나, 도 2c에 도시된 바와 같이, 강철기재(7), 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재(1) 및 금속봉(5)의 조립체를 소결로 내부(15)에 배치하고, 소결로(13)의 히터(21)에 의하여 소결로 내부(15)의 온도를 600℃ - 1100℃로 올려 세그먼트 소결재(1)을 2차 소결한다. 소결 시간은 5분 - 100분이 적당하다. 소결 과정에서 소결 열에 의하여 상기 금속관(3) 또는 금속봉(5)이 열팽창하여 상기 세그먼트 소결재(1)를 강철기재(7)측으로 가압하고, 상기 강철기재(7) 내벽도 열팽창하게 되므로, 상기 각 세그먼트 소결재(1)의 접합면 사이와, 상기 세그먼트 소결재(1) 및 강철기재(7)사이에 강한 밀착력이 작용하여 견고한 접합이 이루어진다.
도 3을 참조하면, 각 세그먼트 소결재(1)간 및 세그먼트 소결재(1)와 강철기재(7)간의 소결 접합이 끝나면, 강철기재(7) 내부에는 일체형의 소결층(11)이 형성되고, 커팅선(C) 상하부를 절단하여 제거하면, 도 4a 및 도 4b에 도시된 부시형 미 끄럼베어링을 얻게 된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상술한 공정에 의하여 제조된 미끄럼베어링(9)은 각 링형 세그먼트 소결재(1)의 접합면이 강하게 접합하여 강도 및 내구력이 끝 일체형의 소결층(11)을 형성할 뿐만 아니라, 소결층(11)이 강철기재(7)에 견고하게 결합되어 큰 하중이 장기간 가해지는 경우에도 소결층의 분리가 없게 된다. 소결층(11)의 접합면(점선으로 표시된 부분)은 다른 부분에 비하여 윤활윤가 쉽게 함침된다. 따라서, 접합면을 경사지게 하여 접합면적을 넓게 하면 접합면에서의 접합강도가 커질 뿐만 아니라 넓을 윤활유 함침면이 형성되게 된다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 소결층을 형성하는 링형 세그먼트 소결재간에 강한 접합이 이루어져 고강도의 소결층을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 윤활윤 함침 면적을 넓게 할 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시 예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시 예에 미친다고 해석하여야 한다.

Claims (2)

  1. 원통형 강철기재의 마찰측 표면상에 다수의 링형 세그먼트 소결재를 적층하여 소결층을 형성하되, 각 링형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면은 경사지게 형성하여 접합면적을 극대화한 것을 특징으로 하는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링.
  2. 원통형 강철기재 내부에 전체 소결층의 일부를 구성하는 링형 세그먼트 소결재를 다수 압입하고, 소결로 내에서 소결하여 각 세그먼트 소결재 간 및 세그먼트 소결재와 강철기재 간을 접합함에 있어서,
    상기 각 링형 세그먼트 소결재가 서로 접촉하는 접합면은 경사지게 형성하고, 상기 링형 세그먼트 소결재 내부에는 링형 세그먼트 소결재의 내면과 이형제를 매개로 밀착되는 원형의 금속관 또는 금속봉을 삽입하여, 소결 중에 상기 금속관 또는 금속봉이 열팽창하여, 상기 각 링형 세그먼트 소결재간의 경사진 접합면과 링형 세그먼트 소결재 및 강철기개간의 접합면에서 강한 압착이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 경사 접합면이 형성된 세그먼트 소결재를 이용한 부시형 미끄럼베어링의 제조 방법.
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