KR101487120B1 - 미끄럼 이동 부재 및 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다공질층의 노출을 억제해서 내시징성을 향상시키면서, 또한 내마모성 및 내하중성을 향상시킨 미끄럼 이동 부재를 제공한다. 미끄럼 이동 부재(1)는 원통 형상의 베어링을 구성하고, 내주면이 축과의 미끄럼 이동층(5)이 된다. 미끄럼 이동 부재(1)는 금속 기재(2)의 표면에, 합금재료로 다공질층(3)이 형성되고, 이 다공질층(3)이 수지 재료(4)로 피복되어서 미끄럼 이동층(5)이 형성된다. 미끄럼 이동 부재(1)는 다공질층(3)을 형성하는 금속 분말(30)의 입경을 15 내지 60㎛, 바람직하게는 25 내지 45㎛ 정도로 한다. 또한, 미끄럼 이동 부재(1)는 다공질층(3)의 두께를 0.06 내지 0.1㎜의 범위로 하고, 미끄럼 이동층(5)의 두께를 0.08 내지 0.16㎜로 하였다. 미끄럼 이동층(5)의 두께는 다공질층(3)이 노출되지 않도록, 다공질층(3)의 두께보다 평균적으로 두껍게 설정된다.

Description

미끄럼 이동 부재 및 베어링{SLIDING MEMBER AND BEARING}
본 발명은 축을 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 베어링에 사용되는 미끄럼 이동 부재 및 베어링에 관한 것이다.
미끄럼 이동 부재로는 강판 상에 Cu-Sn계 합금을 접합한 미끄럼 이동 재료가 많이 사용되어 왔다. 종래 사용되어 온 Cu-Sn계 합금은 Cu-Sn-Pb 합금으로, Pb(납)의 첨가에 의해 양호한 미끄럼 이동성을 확보하고 있었다.
한편, Pb의 인체에 대한 유해성으로부터, 최근 Pb의 사용이 여러 분야에서 규제되고 있어, 미끄럼 이동 부재에서도 Pb를 사용하지 않는 재료가 제안되고 있다. 이러한 Pb를 사용하지 않는 미끄럼 이동 재료로서, 수지 재료를 사용한 미끄럼 이동 부재가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
종래의 수지 재료를 사용한 미끄럼 이동 부재는 강판 상에 Cu-Sn계 합금의 다공질층을 형성하고, 이 다공질층에 수지 재료로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 함침시켜서 피복한 구성이다. 다공질층은 강판 상에 Cu-Sn계 합금분이 살포되고, Cu-Sn계 합금분이 살포된 강판이 소결로에서 소결되어서, 강판 상에 Cu-Sn계 합금의 다공질층이 형성된다.
일본 특허 공개 제2006-226299호 공보
종래, 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경은 75 내지 150㎛ 정도다. 이에 반해 미끄럼 이동층의 두께는 0.2 내지 0.4㎜ 정도인데, 미끄럼 이동층의 두께에 대하여 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경이 크고, 입경의 편차도 크므로, 미끄럼 이동층에 대하여 다공질층이 두꺼워져, 미끄럼 이동층의 표면에 다공질층이 노출될 때까지의, 허용되는 미끄럼 이동층의 마모량이 적었다.
미끄럼 이동층이 수지 재료로 형성되는 미끄럼 이동 부재는, 오일 윤활 환경 하에서 사용되는 베어링에 적용되지만, 일시적으로 오일막이 끊기는 경우가 있다. 미끄럼 이동층이 수지 재료로 형성되는 미끄럼 이동 부재가 적용된 베어링에서는, 미끄럼 이동층의 표면의 오일막이 일시적으로 끊겨도 미끄럼 이동층을 형성하는 수지 재료가 윤활재로서의 역할을 담당한다.
그러나, 미끄럼 이동층의 표면에 다공질층이 노출될 때까지의, 허용되는 미끄럼 이동층의 마모량이 적으면, 오일막이 끊긴 상태로 미끄럼 이동 대상물인 축 등이 다공질층에 접촉하는 드라이 터치라고 불리는 현상이 일어난다. 드라이 터치가 일어나면, 베어링과 축과의 시징, 축의 손상 등이 발생할 가능성이 있었다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 다공질층의 노출을 억제해서 내시징성을 향상시키면서, 또한 내마모성 및 내하중성을 향상시킨 미끄럼 이동 부재, 및 이 미끄럼 이동 부재를 사용한 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경을 작게 함으로써, 다공질층의 노출이 억제되고, 내시징성이 향상되면서, 또한 내하중성이 향상되는 것을 발견하였다. 또한, 미끄럼 이동층의 두께를 얇게 함으로써 내마모성이 향상되는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 금속 기재의 일 면에 금속 분말을 소결시켜서 다공질층이 형성되고, 다공질층에 함침시킨 수지 재료를 소성시켜서 미끄럼 이동층이 형성되는 미끄럼 이동 부재에 있어서, 금속 분말의 입경을 15 내지 60㎛로 하고, 미끄럼 이동층의 두께를 0.08 내지 0.16㎜로 하고, 다공질층의 두께를 0.06 내지 0.1㎜의 범위에서, 평균적으로 미끄럼 이동층의 두께보다도 얇게 구성한 미끄럼 이동 부재다.
또한, 본 발명은 금속 기재의 일 면에 금속 분말을 소결시켜서 다공질층이 형성되고, 다공질층에 함침시킨 수지 재료를 소성시켜서 미끄럼 이동층이 형성되는 베어링 부재를, 미끄럼 이동층을 내측으로 해서 환상으로 하고, 원통 형상의 내주면을 미끄럼 이동층으로 구성한 베어링에 있어서, 금속 분말의 입경을 15 내지 60㎛로 하고, 미끄럼 이동층의 두께를 0.08 내지 0.16㎜로 하고, 다공질층의 두께를 0.06 내지 0.1㎜의 범위에서, 평균적으로 미끄럼 이동층의 두께보다 얇게 구성한 베어링이다.
금속 분말의 입경은 25 내지 45㎛의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경을 미세화함으로써, 다공질층의 노출이 억제되어 내시징성을 향상시킬 수 있다. 또한, 다공질층의 강도가 향상해서 다공질층의 변형이 억제되면서, 또한 다공질층에 인입하는 수지 재료의 변형이 억제되어, 내하중성을 향상시킬 수 있다.
또한, 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경을 미세화함으로써, 미끄럼 이동층의 두께를 얇게 해도 다공질층의 노출이 억제되고, 미끄럼 이동층의 두께를 얇게 함으로써 미끄럼 이동층의 변형이 억제되어, 미끄럼 이동층의 변형에 수반하는 마모를 억제할 수 있어, 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재의 일례를 도시하는 단면 조직도이다.
도 2는 본 실시 형태의 베어링의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 3은 부하 하중과 압축 변형량의 관계를 도시하는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 미끄럼 이동 부재의 실시 형태 및 본 발명의 미끄럼 이동 부재가 적용된 베어링의 실시 형태에 대해서 설명한다.
<본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재의 구성예>
도 1은 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재의 일례를 도시하는 단면 조직도이다. 본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재(1)는 금속 기재(2)의 일 면인 표면에, 합금재료로 다공질층(3)이 형성되고, 이 다공질층(3)이 수지 재료(4)로 피복되어서 미끄럼 이동층(5)이 형성된다.
다공질층(3)은 금속 기재(2)의 표면에 소정의 두께로 금속 분말(30)이 소결되어서 형성된다. 본 예에서는 금속 분말(30)로서, Cu-Sn계 합금분이 금속 기재(2)인 구리 도금 강판 상에 살포되고, Cu-Sn계 합금분이 살포된 구리 도금 강판이 소결로에서 소결되어서, 구리 도금 강판 상에 Cu-Sn계 합금의 다공질층(3)이 형성된다.
미끄럼 이동층(5)은 금속 기재(2)의 표면에 형성된 다공질층(3)에, 수지 재료(4)가 소정의 두께로 함침되고, 다공질층(3)에 함침된 수지 재료(4)가 소성되어서 형성된다. 본 예에서는 수지 주제로서 PTFE의 디스퍼젼과, 수지 첨가제로서 이황화몰리브덴, 흑연, 탄소 섬유 등의 필러가 혼합되고, 유기 용제가 더해져서 교반되어 수지 재료(4)가 생성된다. 수지 재료(4)는 금속 기재(2) 표면의 다공질층(3) 상에 적재되어서 가압되고, 다공질층(3)에 함침된다. 그리고, 소성로에서 PTFE의 융점 이상으로 가열되어서 소성된다.
미끄럼 이동 부재(1)는 다공질층(3)을 형성하는 금속 분말(30)의 입경을, 종래와 비교해서 미세화함으로써, 다공질층(3)의 두께를 종래보다 얇게 하고, 드라이 터치를 일으키는 다공질층(3)의 노출을 억제하면서, 또한 미끄럼 이동층(5)의 두께를 종래보다 얇게 하여, 내마모성의 향상을 도모한다.
미끄럼 이동 부재(1)는 금속 분말(30)의 입경(R)을 15 내지 60㎛, 바람직하게는 25 내지 45㎛ 정도로 한다. 종래, 금속 분말의 입경은 75 내지 150㎛정도로, 입경이 크고, 또한 입경의 편차가 큰 것이었다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는 금속 분말(30)의 입경이 작고, 또한 입경의 편차가 작게 억제되고 있다.
미끄럼 이동 부재(1)는 다공질층(3)의 두께(T1)를 0.06 내지 0.1㎜의 범위로 하였다. 다공질층(3)의 두께는 금속 분말(30)이 적어도 2개 이상 겹치는 정도의 두께로 설정된다.
미끄럼 이동 부재(1)는 미끄럼 이동층(5)의 두께(T2)를 0.08 내지 0.16㎜로 하였다. 미끄럼 이동층(5)의 두께는 다공질층(3)이 노출되지 않도록, 다공질층(3)의 두께보다 평균적으로 두껍게 설정된다. 종래, 미끄럼 이동층의 두께는 0.2 내지 0.4㎜정도인데, 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경이 75 내지 150㎛ 정도이고, 입경의 편차도 크므로, 미끄럼 이동층에 대하여 다공질층이 두꺼워져, 미끄럼 이동층의 표면에 다공질층이 노출될 때까지의, 허용되는 미끄럼 이동층의 마모량이 적었다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는 미끄럼 이동층(5)의 두께(T2)가 0.08 내지 0.16㎜ 정도로 설정되어, 종래와 비교해서 얇게 구성되지만, 금속 분말(30)의 입경(R)을 15 내지 60㎛, 바람직하게는 25 내지 45㎛정도로 함으로써, 다공질층(3)의 두께(T1)를 0.06 내지 0.1㎜정도로 얇게 할 수 있고, 다공질층(3)이 노출될 때까지의, 허용되는 미끄럼 이동층(5)의 마모량이 증가한다.
<본 실시 형태의 베어링의 구성예>
도 2는 본 실시 형태의 베어링의 일례를 도시하는 사시도이다. 본 실시 형태의 베어링(10)은 도 1에서 설명한 미끄럼 이동 부재(1)를, 미끄럼 이동층(5)을 내측으로 해서 환상으로 구성된다. 베어링(10)은 원통 형상의 내주면을 형성하는 미끄럼 이동층(5)으로 축(11)을 지지한다. 베어링(10)은 축(11)이 회전 운동하는 형태, 혹은 직선 운동하는 형태 중 어느 것이어도 적용 가능하다.
본 실시 형태의 베어링(10)은, 예를 들어 자동차 등의 완충기 등, 직선 운동하는 형태로 오일이 사용되는 미끄럼 이동부에 사용된다. 또한, 기어 형상의 부재가 회전함으로써, 오일을 송출하는 기어 펌프 등, 회전 운동하는 형태로 오일이 사용되는 미끄럼 이동부에 사용된다.
<본 실시 형태의 미끄럼 이동 부재 및 베어링의 작용 효과 예>
베어링(10)은 축(11)이 회전 운동, 혹은 직선 운동을 행함으로써, 미끄럼 이동층(5)의 표면의 일부와 축(11)이 접촉한 상태로 축(11)이 미끄럼 이동한다. 베어링(10)을 구성하는 미끄럼 이동 부재(1)는 상술한 바와 같이, 다공질층(3)을 형성하는 금속 분말(30)의 입경(R)을 25 내지 45㎛정도로 하고, 종래와 비교해서 미세화하였다.
이에 의해, 다공질층(3)의 두께(T1)를 0.06 내지 0.1㎜정도로 얇게 할 수 있고, 미끄럼 이동층(5)의 두께(T2)를 0.08 내지 0.16㎜정도로, 종래와 비교해서 얇게 구성해도 미끄럼 이동층(5)의 표면에 다공질층(3)이 노출될 때까지의, 허용되는 미끄럼 이동층(5)의 마모량을 증가시킬 수 있다.
따라서, 미끄럼 이동층(5)에 축(11)이 미끄럼 이동함으로써, 미끄럼 이동층(5)을 구성하는 수지 재료(4)가 마모해도 다공질층(3)의 노출이 억제되어, 다공질층(3)과 축(11)이 직접 접해서 시징 등의 요인이 되는 드라이 터치를 억제할 수 있다.
베어링(10)은 오일 윤활 환경 하에서 사용되지만, 일시적으로 오일막이 끊기는 일이 있다. 베어링(10)에서는 미끄럼 이동층(5) 표면의 오일막이 일시적으로 끊겨도 미끄럼 이동층(5)을 형성하는 수지 재료(4)가 윤활재로서의 역할을 담당한다.
상술한 바와 같이, 베어링(10)에서는 오일막이 일시적으로 끊겨도 드라이 터치를 일으키는 다공질층(3)의 노출이 억제됨으로써, 미끄럼 이동층을 수지 재료로 구성한 종래의 베어링과 비교하여 내시징성이 향상되고, Pb를 포함하지 않는 구성으로, Pb를 포함하는 미끄럼 이동 재료를 사용한 베어링과 동일 정도의 내시징성이 얻어진다.
또한, 미끄럼 이동층(5)의 두께를 얇게 함으로써 미끄럼 이동층(5)에 축(11)이 미끄럼 이동하는 것에 의한 미끄럼 이동층(5)의 변형이 억제되어, 미끄럼 이동층(5)의 변형에 수반하는 마모를 억제할 수 있고, 미끄럼 이동층(5)의 두께를 얇게 해도 미끄럼 이동층을 수지 재료로 구성한 종래의 베어링과 비교하여, 동일 정도의 내마모성이 얻어진다.
또한, 금속 분말(30)의 입경이 평균적으로 25㎛보다 작아지면, 다공질층(3)을 형성했을 때, 금속 분말 간의 간극이 작아져, 수지 재료(4)가 다공질층(3)에 인입하기 어려워진다. 이에 반해, 금속 분말(30)의 입경(R)이 25 내지 45㎛정도이면, 이 금속 분말(30)로 형성된 다공질층(3)에 함침되어서 소성된 수지 재료(4)는 다공질층(3)의 사이에 인입하여, 소위 앵커 효과가 얻어지고, 종래 입경의 금속 분말로 다공질층을 구성한 종래의 베어링과 비교하여, 동일 정도의 수지 밀착성이 얻어지며, 미끄럼 이동층(5)의 금속 기재(2)로부터의 박리가 억제된다.
또한, 다공질층(3)을 형성하는 금속 분말(30)의 입경(R)을 25 내지 45㎛정도로 함으로써, 미끄럼 이동층(5)의 두께(T2)를 0.08 내지 0.16㎜정도로 얇게 해도 내하중성이 향상된다. 도 3은 부하 하중과 압축 변형량의 관계를 도시하는 그래프다.
도 3의 그래프에 있어서, 실선으로 나타내는 실시예 1은 본 발명을 적용한 미끄럼 이동 부재이며, 다공질층(3)을 형성하는 금속 분말(30)의 입경(R)을 25 내지 45㎛로 하고, 미끄럼 이동층(5)의 두께(T2)가 0.08 내지 0.16㎜ 정도로 되도록, 미끄럼 이동 부재(1) 전체의 두께를 1㎜, 금속 기재(2)의 두께를 0.9㎜로 하였다.
파선으로 나타내는 비교예 1은 다공질층을 형성하는 금속 분말의 입경을 75 내지 150㎛로 하고, 미끄럼 이동층의 두께가 0.2 내지 0.4㎜ 정도가 되도록, 미끄럼 이동 부재 전체의 두께를 1.0㎜, 금속 기재의 두께를 0.75㎜로 하였다. 일점쇄선으로 나타내는 비교예 2는 금속 기재의 두께에 의한 차이를 측정하기 위해서, 비교예 1과 동일 조건으로, 미끄럼 이동 부재 전체의 두께를 2.0㎜, 금속 기재의 두께를 1.8㎜로 하였다.
도 3의 그래프에 도시한 바와 같이 실시예 1에서는, 비교예 1 및 비교예 2와의 대비로, 하중에 대한 미끄럼 이동층의 압축 변형량이 적은 것을 알 수 있다. 비교예 1과 비교예 2의 대비로, 금속 기재의 두께가 얇은 쪽이 미끄럼 이동층의 압축 변형량이 적은 경향이 있다.
그리고, 다공질층(3)을 형성하는 금속 분말(30)의 입경(R)을 25 내지 45㎛로 함으로써 각 비교예와의 대비로, 다공질층(3)에 있어서 금속 분말(30)의 밀도가 높아지고, 다공질층(3)의 변형 및 다공질층(3)에 인입하는 수지 재료(4)의 변형이 억제되어, 내하중성이 향상된다. 따라서, 고부하 환경에서의 사용도 가능하게 된다.
본 발명은 오일이 공급되는 환경에서 사용되는 미끄럼 이동 부재 및 베어링에 적용된다.
1: 미끄럼 이동 부재
10: 베어링
2: 금속 기재
3: 다공질층
30: 금속 분말
4: 수지 재료
5: 미끄럼 이동층

Claims (6)

  1. 금속 기재의 일 면에 금속 분말을 소결시켜서 다공질층이 형성되고, 상기 다공질층에 함침시킨 수지 재료를 소성시켜서 미끄럼 이동층이 형성되는 미끄럼 이동 부재에 있어서,
    상기 금속 분말의 입경을 15 내지 60㎛로 하여, 상기 금속 분말의 입경의 편차를 작게 억제하고,
    상기 미끄럼 이동층의 두께를 0.08 내지 0.16㎜로 하고,
    상기 다공질층의 두께를 0.06 내지 0.1㎜의 범위에서, 평균적으로 상기 미끄럼 이동층의 두께보다 얇게 구성한 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 분말의 입경을 25 내지 45㎛로 한 것을 특징으로 하는, 미끄럼 이동 부재.
  3. 삭제
  4. 금속 기재의 일 면에 금속 분말을 소결시켜서 다공질층이 형성되고, 상기 다공질층에 함침시킨 수지 재료를 소성시켜서 미끄럼 이동층이 형성되는 베어링 부재를, 상기 미끄럼 이동층을 내측으로 해서 환상으로 하고, 원통 형상의 내주면을 상기 미끄럼 이동층으로 구성한 베어링에 있어서,
    상기 금속 분말의 입경을 15 내지 60㎛로 하여, 상기 금속 분말의 입경의 편차를 작게 억제하고,
    상기 미끄럼 이동층의 두께를 0.08 내지 0.16㎜로 하고,
    상기 다공질층의 두께를 0.06 내지 0.1㎜의 범위에서, 평균적으로 상기 미끄럼 이동층의 두께보다 얇게 구성한 것을 특징으로 하는 베어링.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 분말의 입경을 25 내지 45㎛로 한 것을 특징으로 하는, 베어링.
  6. 삭제
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