KR20100017146A - 구름 베어링 - Google Patents

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KR20100017146A
KR20100017146A KR1020097024131A KR20097024131A KR20100017146A KR 20100017146 A KR20100017146 A KR 20100017146A KR 1020097024131 A KR1020097024131 A KR 1020097024131A KR 20097024131 A KR20097024131 A KR 20097024131A KR 20100017146 A KR20100017146 A KR 20100017146A
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bearing according
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마사키 에가미
요지 사토
다에미 오쿠다
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에누티에누 가부시키가이샤
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Abstract

유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 사용되어도, 유지기의 표면에 형성한 피막의 박리나 금속 성분의 용출이 생기기 어려운 구름 베어링을 제공한다. 복수의 전동체(3)와, 이 전동체(3)를 유지하는 유지기(2)를 구비하고, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 사용되는 구름 베어링(1)으로서, 상기 환경하에서 박리 또는 용출이 생기기 어려운 금속피막을 상기 유지기(2)의 표면 부위에 형성하고, 이 금속피막은 구리합금 피막이며, 특히 구리-주석합금도금 피막이다.

Description

구름 베어링{ROLLING BEARING}
본 발명은 구름 베어링, 특히 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 의해서 침해되지 않는 피막을 유지기(retainer)의 표면에 형성한 구름 베어링에 관한 것이다.
2사이클 엔진은, 혼합기의 연소에 의해 직선왕복운동을 행하는 피스톤과, 회전운동을 출력하는 크랭크축과, 피스톤과 크랭크축을 연결하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드를 갖는다.
커넥팅 로드는, 직선 형상 막대체의 하방에 대단부(大端部)를, 상방에 소단(小端部)를 설치한 것으로 이루어진다. 크랭크축은, 커넥팅 로드의 대단부에, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀은, 커넥팅 로드의 소단부에, 각각 걸어맞춤구멍에 부착된 롤러 베어링을 사이에 두고 자유롭게 회전되도록 지지되어 있다. 회전축을 지지하는 롤러 베어링은, 복수의 롤러와, 복수의 롤러를 유지하는 유지기로 이루어진다.
상기한 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 설치된 걸어맞춤구멍에 부착되어, 피스톤 핀 및 크랭크축을 지지하는 롤러 베어링은, 베어링 투영 면적이 작음에도 불구하고, 고하중의 부하를 받을 수 있고, 또한, 고강성인 니들 롤러 베어링이 사 용된다. 여기서, 니들 롤러 베어링은, 복수의 니들 롤러와, 복수의 니들 롤러를 유지하는 유지기를 포함한다. 유지기에는, 니들 롤러를 유지하기 위한 포켓이 설치되고, 각 포켓의 사이에 위치하는 기둥부로, 각 니들 롤러의 간격을 유지한다. 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 있어서의 니들 롤러 베어링은, 니들 롤러의 자전 운동 및 공전 운동에 의해 니들 롤러 베어링에 걸리는 하중을 경감하기 위해서, 적극적으로 소단부 및 대단부에 설치된 걸어맞춤구멍의 안지름면에 유지기의 바깥지름면을 접촉시키는 바깥지름 안내로 사용된다.
한편, 일반 구름 베어링은, 내륜과 외륜과 시일재 등으로 베어링 내부가 밀폐되어, 그 베어링 내부에 전동체(rolling element)와 유지기가 설치되고, 그리스가 충전되어, 그 그리스로 전동체와 유지기가 항상 윤활된다. 그에 비하여, 상기 니들 롤러 베어링은, 내륜과 외륜과 시일재 등을 갖지 않기 때문에 베어링 내부가 밀폐되지 않아, 그리스를 그 베어링 내부에 충전할 수 없다. 그 때문에, 상기 니들 롤러 베어링의 회전시에는, 펌프 등으로 윤활유를 미끄럼동작부에 항상 공급할 필요가 있다.
상기 펌프 등은, 상기 니들 롤러 베어링의 회전과 동시에 가동을 개시하므로, 회전개시 직후는 니들 롤러 베어링의 전체에 윤활유가 아직 퍼지지 않아, 충분한 윤활이 되지 않는다. 그 때문에, 유지기와 니들 롤러와의 사이에 큰 마찰이 생겨, 유지기나 니들 롤러의 표면이 마모되거나, 유지기 바깥지름면과 실기(實機) 하우징 안지름면이 마모되어, 최악의 경우, 양자가 눌어붙거나 할 우려가 있다.
그 때문에, 상기 니들 롤러 베어링의 회전개시 직후의 마모나 눌어붙음을 방 지할 수 있도록, 유지기의 표면에 윤활성을 갖는 피막을 미리 형성하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들면, 침탄처리로 표면에 경화층을 형성한 강재로 이루어지는 유지기의 전동체의 안내면에, 경질인 다이아몬드 라이크 카본(이하, DLC라 한다)의 피막을 스파터법 등으로 형성하고, 또한, 은 등의 연질 금속피막을 형성하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 연질 금속피막이 유지기와 니들 롤러의 사이의 마찰, 및 유지기 바깥지름면과 하우징 안지름면과의 마찰을 저감하므로, 윤활이 불충분한 회전개시 직후라도 유지기나 니들 롤러의 눌어붙음을 방지할 수 있고, 게다가, 이 연질 금속피막이 사용에 따라 마모되어도, 그 하지(下地)의 DLC 피막이 새로 노출되어, 그 DLC 피막이 마모를 저지한다고 되어 있다.
또한, 유지기의 표면에 상기 연질 금속피막을 도금법으로 직접 형성하는 기술도 제안되어 있다. 예를 들면, 저탄소강의 표면에 약 25∼50㎛의 은도금 피막을 형성하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 2 참조). 이 은도금 피막이 유지기와 니들 롤러와의 사이, 유지기 바깥지름면과 하우징과의 사이의 마찰을, 각각 저감하므로, 상기와 같이, 윤활이 불충분한 회전개시 직후라도 눌어붙음을 방지할 수 있다고 되어 있다. 게다가, 구리도금 피막도 은도금 피막과 같이, 유지기와 니들 롤러와의 사이의 마찰을 저감하는 작용을 가지므로, 눌어붙음을 방지할 수 있다고 되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 나타내는 방법에서는, 연질 금속이 마모되어 소실한 후 경질 피막이 노출되고, 하우징 안지름부는 경질 피막과 미끄럼동작하게 된다. 이 경우, 유지기는 마모되지 않지만 유지기 표면의 경질 피막에 의해 하우징, 안지름부가 마모될 우려가 있다. 또한, 제조의 관점에서는 유지기에 침탄처리를 행하고, 스파터 장치로 DLC 피막을 형성하고, 연질 금속피막을 형성하므로, 작업공정이 복잡하여 많은 공정수를 필요로 한다. 게다가, 스파터 장치는 고가이고 생산 효율도 좋지 않기 때문에, 그 장치를 이용한 처리는 비용이 많다는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2에 나타내는 방법에서는, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활계 에 있어서, 유지기 표면에 형성된 은도금 피막이, 윤활유에 포함되는 유황 성분과 결합하여 황화은이 되고, 이 황화은이 은도금 피막의 표면을 피복한다. 이 황화은은 은과 비교해서 무르기 때문에, 피막이 박리되거나 내유성(耐油性)에 뒤떨어지거나 하기 때문에, 윤활유에 의해 피막이 용해된다. 그 결과, 은도금 피막이 소실된 유지기 바깥지름면과 하우징 안지름면과의 사이의 마찰이 증대하여, 눌어붙음이 생기기 쉬워진다는 문제가 있다. 또한, 구리도금 피막도 마찬가지로, 황화동이 생성되어, 피막의 박리나 용해에 의해 유지기의 윤활성이 열화한다는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-147306호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2002-195266호
[발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명은 이러한 문제에 대처하기 위해서 이루어진 것으로, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 사용되어도, 유지기의 표면에 형성한 피막의 박리나 금속 성분의 용출(溶出)이 생기기 어려운 구름 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 구름 베어링은, 복수의 전동체와, 이 전동체를 유지하는 유지기를 구비하고, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 사용되는 구름 베어링으로서, 상기 환경하에서 박리 또는 용출이 생기기 어려운 금속피막을 상기 유지기의 표면 부위에 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 유지기가 철계 금속재료의 성형체인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 철계 금속재료는, 베어링강, 침탄강, 기계구조용 탄소강, 냉간압연강, 또는 열간압연강 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전동체가 롤러 형상이며, 특히 니들 롤러 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 금속피막이, 구리합금 피막인 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 구리합금 피막이, 구리-주석합금도금 피막인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리-주석합금도금 피막에 있어서, 구리와 주석의 중량 비율이 (구리:주석)=(90:10)∼(45:55)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구리합금 피막의 하지로서, 구리 스트라이크 도금 피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속피막의 막두께가, 5∼60㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 금속피막은, 3mm×3mm×20mm의 치수(표면적 258㎟)를 갖는 SCM 415제 기재편에 상기 금속피막을 형성한 시험편 3개를, 디티올린산 아연을 1중량% 함유시킨 폴리-α-올레핀유 2.2g중에 150℃에서 200시간 침지처리했을 때에, 시험편으로부터 용출되는 금속피막 성분량이 형광 X선측정장치에 의한 측정에서, 상기 기름중에 500ppm 이하가 되는 피막인 것을 특징으로 한다.
상기 구름 베어링은, 회전운동을 출력하는 크랭크축을 지지하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드의 대단부에 마련된 걸어맞춤구멍에 부착되는 것을 특징으로 한다.
[발명의 효과]
본 발명의 구름 베어링은, 복수의 전동체와, 이 전동체를 유지하는 유지기를 구비하고, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 사용되는 구름 베어링으로서, 상기 환경하에서 박리 또는 용출이 생기기 어려운, 금속피막을 상기 유지기의 표면 부위에 형성했으므로, 금속피막의 박리나 윤활유에의 금속피막 성분의 용출이 거의 없고, 종래의 금속 도금보다 장기간 유지기의 윤활성을 유지할 수 있다.
상기 금속피막이 구리합금의 피막이므로, 구리 단독의 경우에 비해 상기 윤활유와 접촉하는 환경하에서 피막의 박리 또는 구리의 용출이 생기기 어렵다. 또한, 상기 구리합금에 구리-주석합금을 이용하는 것에 의해 그 효과를 더 높일 수 있다.
상기 전동체가 롤러 형상을 가지므로, 고하중의 부하를 받을 수 있다. 또한, 고강성인 니들 롤러 베어링을 사용하는 것에 의해, 고하중의 부하를 더 받을 수 있다.
본 발명의 구름 베어링은, 회전운동을 출력하는 크랭크축을 지지하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 걸어맞춤구멍에 부착되므로, 상기 금속피막이 종래의 금속 도금보다 장기간 유지기의 윤활성을 유지할 수 있고, 유지기 바깥지름면이나 걸어맞춤구멍 안지름면의 마모가 방지되어, 장치 전체의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구름 베어링을 사용한 2사이클 엔진의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 구름 베어링의 하나의 실시예인 니들 롤러 베어링을 도시하는 사시도이다.
도 3은 마찰 시험기를 도시하는 도면이다.
[부호의 설명]
1 : 니들 롤러 베어링(구름 베어링)
1a : 니들 롤러 베어링 1b : 니들 롤러 베어링
2 : 유지기
2a : 포켓부 2b : 기둥부
3 : 니들 롤러(전동체) 4 : 실린더
5 : 크랭크실 6 : 크랭크축
7 : 커넥팅 로드 8 : 피스톤
9 : 흡기구멍 10 : 배기구멍
11 : 연소실 12 : 회전 중심축
13 : 밸런스 웨이트 14 : 피스톤 핀
15 : 대단부 16 : 소단부
17 : 링형상 시험편 18 : 회전축
19 : 암부 20 : 강판
21 : 에어 슬라이더 22 : 하중
23 : 로드 셀 24 : 펠트 패드
유황 성분을 포함한 윤활유와 접촉하는 환경하에서 용출이 생기기 어려운 금속피막을 갖는 구름 베어링에 대해서 예의 검토한 결과, 단독으로는 내황화성이 낮은 금속이라도 내황화성을 갖는 금속과의 합금을 이용하여 형성한 피막은 유황성분을 포함한 윤활유에 침지해도 윤활유중에의 내황화성이 낮은 금속의 용출이 생기기 어려운 것을 알 수 있었다. 본 발명은 이러한 견지에 기초하는 것이다.
본 발명의 구름 베어링의 사용 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 구름 베어링으로서 니들 구름 베어링을 사용한 2사이클 엔진의 종단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이 2사이클 엔진은, 가솔린과 엔진 오일인 윤활유를 혼합한 혼합기의 연소에 의해 직선왕복운동을 행하는 피스톤(8)과, 회전운동을 출력하는 크랭크축(6)과, 피스톤(8)과 크랭크축(6)을 연결하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드(7)를 갖는다. 크랭크축(6)은, 회전 중심축(12)을 중심으로 회전하고, 밸런스 웨이트(13)에 의해서 회전의 밸런스를 잡고 있다.
커넥팅 로드(7)는, 직선 형상 막대체의 하방에 대단부(15)를, 상방에 소단부 (16)를 설치한 것으로 이루어진다. 크랭크축(6)은, 커넥팅 로드(7)의 대단부(15)의 걸어맞춤구멍에 부착된 니들 롤러 베어링(1a)을 사이에 두고 자유롭게 회전되도록 지지되어 있다. 또한, 피스톤(8)과 커넥팅 로드(7)를 연결하는 피스톤 핀(14)은, 커넥팅 로드(7)의 소단부(16)의 걸어맞춤구멍에 부착된 니들 롤러 베어링(1b)을 사이에 두고 자유롭게 회전되도록 지지되어 있다.
가솔린과 윤활유를 혼합한 혼합기는, 흡기구멍(9)으로부터 크랭크실(5)로 이송되고 나서, 피스톤(8)의 상하 동작에 따라 실린더(4)의 상방의 연소실(11)로 이끌어져 연소된다. 연소된 배기가스는 배기구멍(10)으로부터 배출된다.
도 2는 본 발명의 구름 베어링의 하나의 실시예인 니들 롤러 베어링을 도시하는 사시도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 니들 롤러 베어링(1)은 복수의 니들 롤러(3)와, 이 니들 롤러(3)를 일정 간격, 혹은 부등 간격으로 유지하는 유지기(2)로 구성된다. 내륜 및 외륜은 설치되지 않고, 직접, 유지기(2)의 안지름측에 크랭크축(6)이나 피스톤 핀(14) 등의 축이 삽입되며, 유지기(2)의 바깥지름측이 하우징인 커넥팅 로드(7)의 걸어맞춤구멍에 끼워 넣어진다(도 1 참조). 내외륜을 갖지 않고, 길이에 비해 직경이 작은 니들 롤러(3)를 전동체로서 이용하므로, 이 니들 롤러 베어링(1)은, 내외륜을 갖는 일반 구름 베어링에 비해, 컴팩트한 것이 된다.
유지기(2)에는, 니들 롤러(3)를 유지하기 위한 포켓(2a)이 설치되고, 각 포켓의 사이에 위치하는 기둥부(2b)로 각 니들 롤러(3)의 간격을 유지한다. 유지기 (2)의 표면 부위에는 후술하는 금속피막이 형성되어 있다. 금속피막을 형성하는 유지기의 표면 부위는 윤활유와 접촉하는 부위이며, 니들 롤러(3)와 접촉하는 포켓 (2a)의 표면을 포함한 유지기(2)의 전체 표면이 바람직하다.
또한, 유지기(2)의 표면 부위에 덧붙여, 전동체인 니들 롤러(3)의 표면 또는 커넥팅 로드(7)의 걸어맞춤구멍 안지름면에도 같은 금속피막을 형성할 수 있다.
본 발명의 구름 베어링은, 유황계 첨가제를 배합한 윤활유에 접촉하는 환경 하에서 적용 가능하다. 윤활유에 접촉하는 환경으로서는, 예를 들면 상기한 바와 같이, 구름 베어링이 2사이클 엔진 또는 4사이클 엔진의 커넥팅 로드에 부착되어, 가솔린과 엔진 오일인 윤활유를 혼합한 혼합기, 또는 엔진 오일에 접촉하는 경우나, 구름 베어링의 유지기 포켓부 등에의 주유(注油) 등에 의해 접촉하는 경우를 들 수 있다.
유황계 첨가제란, 유황계 화합물을 포함한 첨가제이며, 이 첨가제 종류로서는, 산화방지제, 방청제, 극압제, 청정분산제, 금속불활성제, 마모방지제 등을 들 수 있다.
유황계 화합물을 포함한 첨가제가 첨가되는 윤활유로서는, 광유(鑛油), 합성유, 에스테르유, 에테르유 등을 들 수 있다.
유황계 화합물로서는, 예를 들면, 디알킬디티올린산아연(이하, ZnDTP라 기술한다), 디알릴디티올린산아연 등의 티오인산염, 황화테르펜, 페노티아진, 메르캅토벤조티아졸, 석유술폰산염, 알킬벤젠술폰산염, 폴리부텐-P2S5 반응생성물염, 유기 술폰산의 암모늄염, 알칼리토류 금속의 유기 술폰산염, 1-메르캅토스테아린산 등의 메르캅토 지방산류 혹은 그 금속염, 2,5-디메르캅토-1,3,4-티아디아졸, 2-메르캅토 티아디아졸 등의 티아졸류, 2-(데실디티오)-벤즈이미다졸, 2,5-비스(도데실디티오)-벤즈이미다졸 등의 디술피드계 화합물, 디라우릴티오프로피오네이트 등의 티오카르본산에스테르계 화합물, 이황화디벤질, 이황화디페닐, 황화스팜유 등의 황화유지, 황화올레핀, 황화지방에스테르 등의 황화에스테르, 디벤질디설파이드, 알킬폴리설파이드, 올레핀폴리설파이드, 잔틱설파이드 등의 설파이드, 칼슘술포네이트, 마그네슘술포네이트, 알킬디티올린산아민 등을 들 수 있다.
상기 유황계 화합물 중에서, 커넥팅 로드용 롤러 베어링에 영향을 주기 쉬운 화합물은 ZnDTP이다.
본 발명에 있어서 '유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 박리 또는 용출이 생기기 어려운'이란, 예를 들면, 3mm×3mm×20mm의 치수(표면적 258㎟)를 갖는 SCM415제 기재편에 상기 금속피막을 형성한 시험편 3개를 ZnDTP를 1중량% 함유시킨 폴리-α-올레핀유 2.2g중에 150℃에서 200시간 침지처리했을 때에, 시험편으로부터 상기 윤활유중에 용출되는 피막 성분량이 형광 X선측정장치에 의한 측정에서, 윤활유중에 500ppm(0.05 중량%) 이하인 것을 말한다.
본 발명의 구름 베어링에 있어서 유지기에 형성하는 금속피막은, 유황계 첨가제를 포함한 윤활유와의 접촉하는 환경하에서 유지기와 하우징과의 마찰 등에 의해 금속피막의 박리 및 금속피막 성분의 용출이 생기기 어려운 것이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다.
유황성분과 반응하기 어려운 내황화성을 갖는 금속으로서는, 예를 들면, Sn, Ni, Cr 등 및 이들 합금을 들 수 있다. 또한 단독으로는 내황화성이 낮은 금속이라 도 내황화성을 갖는 금속과의 합금으로 함으로써 용출이 생기기 어려운 피막을 형성하여 이용할 수 있다.
이들 중에서, 염가로 용이하게 합금을 형성하고, 피막 형성도 용이하기 때문에 구리합금을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 구리합금 중에서는, 염가인 구리과 용이하게 합금을 형성하여, 피막 형성도 용이하기 때문에 황화물을 형성하지 않는 금속으로서 Sn을 이용한 구리-주석합금을 이용하는 것이 바람직하다. 전기도금법에 의해 구리-주석합금도금을 실시함으로써, 구리-주석합금도금 피막이 유지기 표면에 형성된다.
상기 구리-주석합금도금 피막에 있어서, 구리와 주석의 중량 비율(중량%)은, (구리:주석)=(90:10)∼(45:55)인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 (구리:주석)= (85:15)∼(50:50)이고, 가장 바람직하게는 (구리:주석)=(80:20)∼(55:45)이다. 구리의 중량 비율이 45중량% 미만이면 물러져 벗겨지기 쉬워지고, 90중량%를 넘으면 엔진유에의 구리의 용출을 억제하는 것이 곤란해진다.
본 발명의 구름 베어링에 있어서 유지기에 형성하는 구리합금 피막은, 유지기 기재 표면에 직접 구리합금 피막을 형성해도 좋고, 유지기 기재에 대한 밀착성을 향상시켜, 안정된 구리합금 피막을 형성하기 위해서 미리 하지피막으로서 구리 스트라이크 도금 피막을 형성한 후, 구리합금 피막을 형성할 수도 있다.
유지기 표면에의 금속피막의 형성방법으로서는, 상기 전기도금 외, 무전해도금, 진공증착, 이온플레이팅, 스퍼터링 등의 물리증착(PVD), 화학증착(CVD) 등의 주지의 피막 형성방법을, 형성하는 피막 종류에 따라 채용할 수 있다.
유지기 표면에 형성하는 금속피막의 두께로서는, 3∼100㎛인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 5∼60㎛이다. 3㎛ 미만이면 초기 마모에 의해 피막이 소멸될 위험성이 있고, 100㎛를 넘으면 유지기의 진원도가 악화되어 바람직하지 않다.
본 발명의 구름 베어링은, 표면에 연질계의 금속피막을 후가공으로 형성한 유지기를 이용하기 때문에, 유지기 본체로서는 베어링강, 침탄강, 기계구조용 탄소강, 냉간압연강, 또는 열간압연강을 이용할 수 있다. 이들 중에서 내열성이 높고 고하중에 견딜 수 있는 강성을 갖는 침탄강을 이용하는 것이 바람직하다. 침탄강으로서는 예를 들면 SCM415 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서 구름 베어링에 이용하는 전동체는, 롤러 형상을 가지므로, 본 발명의 구름 베어링은 상기 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 설치된 걸어맞춤구멍에 부착되어, 피스톤 핀 및 크랭크축을 지지할 수 있고, 베어링 투영면적이 작음에도 불구하고, 고하중의 부하를 받을 수 있다. 특히, 고강성인 니들 롤러를 전동체로서 사용한 구름 베어링은, 롤러를 전동체로서 사용한 구름 베어링보다, 더 고하중의 부하를 받을 수 있다.
본 발명의 구름 베어링은, 회전운동을 출력하는 크랭크축을 지지하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 걸어맞춤구멍에 부착되어, 상기 피막을 갖는 유지기의 바깥지름면에서 안내되는 롤러 베어링이므로, 피막의 박리나 윤활유에의 금속의 용출이 거의 없고, 종래의 금속 도금보다 장기간 유지기의 윤활성을 유지할 수 있어, 유지기 바깥지름면이나 걸어맞춤구멍 안지름면의 마모가 방지되며, 장치 전체의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 구름 베어링은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 직선왕복운동을 출력하는 피스톤 핀을 지지하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드의 소단부에 설치된 걸어맞춤구멍에 부착할 수도 있다.
또한, 본 발명의 구름 베어링의 구조는, 커넥팅 로드용 니들 롤러 베어링에 한정하지 않고, 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 볼 베어링, 원통형 롤러 베어링, 원추 롤러 베어링 등에도 적용 가능하다.
[실시예]
실시예1∼실시예 5 및 비교예 3
마찰시험용 SUJ2 링[바깥지름 40mm×안지름 20mm×두께 10mm(부(副)곡률 R60), 숏블라스트에 의해 표면거칠기 Ra 0.7㎛: 도 3의 17]의 바깥지름면에 전기도금법에 의해 구리-주석합금도금을 실시하고, 표 1에 나타내는 조성의 막두께 25㎛의 구리-주석합금도금 피막을 형성하였다. 또한, 윤활유 침지시험용으로서 SCM415 각봉(3mm×3mm×20mm, 표면적 258㎟)의 표면에 같은 전기도금을 실시하고, 25㎛의 구리-주석합금 도금피막을 형성하여 시험편을 얻었다. 한편, 도금 피막 조성은 에너지 분산형 X선 분석장치로 정량 분석한 값이다. 이 시험편을 이하에 나타내는 마찰시험 및 윤활유 침지시험에 제공하고, 피막 성분의 마찰계수 및 윤활유중에 용출되는 양을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<마찰시험>
마찰시험기를 도 3에 도시한다. 도 3(a)는 정면도를, 도 3(b)는 측면도를 각각 도시한다. 회전축(18)에 링형상 시험편(17)을 부착하고, 암부(19)의 에어 슬라 이더(21)에 강판(20)을 고정한다. 링형상 시험편(17)은 소정의 하중(22)을 도면 상방으로부터 인가되면서 강판(20)에 회전 접촉하는 동시에 윤활유가 함침된 펠트 패드(24)로부터 윤활유가 링형상 시험편(17)의 바깥지름면에 공급된다. 링형상 시험편(17)을 회전시켰을 때에 발생하는 마찰력은 로드 셀(23)에 의해 검출된다. 또한, 소정시간 경과후, 링형상 시험편(17)의 바깥지름면에 형성된 피막의 상태는 눈으로 보아, 현저한 마모 및 박리가 없는 것은 '가능'이라고 평가하여 '○'를, 현저한 마모는 없지만 박리가 있는 것은, '불가'라고 판정하여 '△'를 기록한다.
강판(20)은 SCM415 침탄소입소려 처리품(Hv700, 표면거칠기 Ra 0.01㎛)을, 윤활유는 모빌벨로시티오일 No.3(엑손모빌사제: VG2)을 각각 이용하였다. 하중은 50N, 미끄러짐 속도는 5.0m/초, 시험시간은 30분이다. 마찰계수는 시험종료 전 10분간의 평균치로서 나타내었다.
<윤활유 침지시험>
ZnDTP(LUBRIZOL사제: LUBRIZOL677A)를 1중량% 함유시킨 폴리-α-올레핀유(미쓰이가가쿠사제: 루칸트 HC-10) 2.2g중에 시험편 3개를 150℃에서 200시간 침지처리했을 때에, 시험편으로부터 상기 윤활유중에 용출되는 피막 성분량을 형광 X선측정장치(리가쿠사제: Rigaku ZSX100e)를 이용하여 측정한다.
실시예 6, 실시예 7 및 비교예 4
마찰시험용 SUJ2 링[바깥지름 40mm×안지름 20mm×두께 10mm (부곡률 R60), 숏블라스트에 의해 표면거칠기 Ra 0.7㎛: 도 3의 17]의 바깥지름면에, 전기도금법에 의해 하지처리로서 구리 스트라이크 도금(도금두께: 5㎛)을 실시한 것을 이용한 것 이외는 실시예 1과 같은 처리 및 평가를 실시하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 1
실시예 1과 형성되는 피막 이외가 같은 시험편에, 전기도금법에 의해 하지처리로서 구리 스트라이크 도금(도금두께: 5㎛)을 실시하고, 표층에 전기도금법에 의해 은도금(도금두께: 20㎛)을 더 실시하였다. 얻어진 시험편을 실시예 1과 같이 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 2
실시예 1과 형성되는 피막 이외가 같은 시험편에, 전기도금법에 의해 구리도금(도금두께: 25㎛)을 실시하였다. 얻어진 시험편을 실시예 1과 같이 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112009071128259-PCT00001
표 1에 나타내는 결과에서 명확한 바와 같이, 종래부터 사용되고 있는 금속 도금인 비교예 1 및 비교예 2는 윤활유 침지시험에서 윤활유에 금속 성분이 용출된다. 특히, 구리도금의 용출이 많은 결과가 되었다. 비교예 3은, 주석의 함유량이 적기 때문에, 구리의 용출량이 크고, 마찰계수도 높다. 비교예 4는, 주석의 함유량이 많기 때문에, 구리의 용출량은 극히 적지만, 시험중에 박리하여, 마찰계수가 높아졌다.
한편, 표 1에 나타내는 실시예 1∼실시예 7은, 주석의 함유량이 소정량의 범위에 있으므로, 마찰계수가 낮고, 마찰시험중의 박리나 현저한 마모는 볼 수 없었다. 또한, 윤활유 침지시험에 있어서도 피막 성분의 윤활유에의 용출은 미량이었다.
본 발명의 구름 베어링은, 유지기 표면에 소정의 금속피막을 설치했으므로, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 장기간 유지기의 윤활성을 유지할 수 있어, 이 환경하에서 사용하는 구름 베어링으로서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 전동체와, 이 전동체를 유지하는 유지기를 구비하고, 유황계 첨가제를 함유하는 윤활유에 접촉하는 환경하에서 사용되는 구름 베어링으로서,
    상기 환경하에서 박리 또는 용출이 생기기 어려운 금속피막을 상기 유지기의 표면 부위에 형성한 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유지기가, 철계 금속재료의 성형체인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 철계 금속재료는, 베어링강, 침탄강, 기계구조용 탄소강, 냉간압연강, 또는 열간압연강인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전동체가, 롤러 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 롤러 형상이, 니들 롤러 형상인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속피막이, 구리합금 피막인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 구리합금 피막이, 구리-주석합금도금 피막인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 구리-주석합금도금 피막에서, 구리와 주석의 중량 비율이 (구리:주석)=(90:10)∼(45:55)인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 구리합금 피막의 하지로서, 구리 스트라이크 도금 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 금속피막의 막두께가, 5∼60㎛인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 금속피막은, 3mm×3mm×20mm의 치수(표면적 258㎟)를 갖는 SCM 415제 기재편에 상기 금속피막을 형성한 시험편 3개를, 디티올린산아연을 1중량% 함유시킨 폴리-α-올레핀유 2.2g중에 150℃에서 200시간 침지처리했을 때에, 시험편으로부터 용출되는 금속피막 성분량이 형광 X선측정장치에 의한 측정에서, 상기 기름 중에 500ppm 이하가 되는 피막인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 구름 베어링이, 회전운동을 출력하는 크랭크축을 지지하고, 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 커넥팅 로드의 대단부에 마련된 걸어맞춤구멍에 부착되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
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