KR100262228B1 - 모터회전축 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터회전축의 저널부 표면층만을 경질질화층으로 형성한 모터회전축 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 회전축의 전체를 경질재료로 구성하는 경우에 비하여 싼값이며 중량도 무거워지지 않고, 또한 내구성이 풍부하게 된다. 또 본 발명의 방법은 질화처리에 앞서서 불화처리를 실시한다. 이에따라 저널부표면의 산화피막등의 부동태피막이 블화막으로 변화하여 저널부표면의 보호가 실시된다. 따라서 불화막의 형성에서 질화처리사이에 시간적인 경과가 있어도 상기 저널부표면에 형성된 불화막은 양호한 상태에서 상기 저널부표면의 보호를 실시하여 상기 저널부표면에 대한 두번째의 산화피막의 형성이 방지되는 것이다.

Description

[발명의 명칭]

모터회전축 및 그 제조방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 한 실시예에 이용하는 열처리로의 단면도.

제2도는 회전축의 저널부의 질화층의 상태를 나타내는 단면도.

제3도 및 제4도는 모터회전축을 조합한 모터의 단면도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 저널부가 경질질화층으로 형성되어 내구성등이 비약적으로 향상된 모터 회전축 및 그 제조방법에 관한 것이다.

[배경기술]

일반적으로 산업용로봇 등의 액튜에이터에 이용하는 직류, 또는 교류서보모터는 로봇의 위치제어를 재빨리 고정밀도로 실시하기 위해 재빠른 응답성이 요구되고, 또 시동, 정지 및 정회전, 역회전의 전환을 빈번하게 실시하기 위해 이들의 움직임에 견딜 수 있을 정도의 내구성이 요구되고 있다.

이와같은 서보모터의 일반적인 구조인 직류서보모터를 예로들어서 제4도에 나타낸다.

즉 서보모터(20)의 케이스(21) 좌우 양측벽에 설치한 베어링메탈(23)에 전기자(24), 전기자권선(25), 정류자(26)등을 부착한 강제(鋼製)의 모터회전축(회전자)(2)의 저널부(22a)를 회전자유롭게 지지하고 상기 전기자(24)에 대면하는 위치에 영구자석(27)을 상기 케이스(21)에 고정하며 상기 모터회전축(22)의 일단을 위치, 속도검출기(30)에 연결하고 타단의 출력부(22b)를 톱니바퀴 등의 감속기(29)에 연결하고 있다.

서보모터(20)는 이와같은 구조이기 때문에 상기 요구를 만족시키기 위해서는 베어링메탈(23)에 대한 저널부(22a)를 내구성이 풍부한 것으로 할 필요가 있다.

이 때문에 모터회전축(22)을 구성하는 강재의 종류를 특정짓고, 강재자체의 높은 내구성에 의해 저널부(22a)의 내구성을 향상시키는 것이 실시되고 있다.

그러나 이와같이 하는 경우에는 재료의 코스트상승, 고중량화등의 문제가 발생한다.

본 발명은 이와같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로 코스트상승이나 고중량화를 초래하는 일 없이 저널부의 내구성을 높이는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 모터회전축의 저널부의 표면층이 불화막의 형성을 거쳐 경질질화층으로 형성되어 있는 모터회전축을 제1요지로 하고, 모터회전축의 저널부를 불소계가스 분위기하에서 가열상태로 유지하여 그 표면에 불화막을 생성한 후 질화분위기하에서 가열상태로 유지하여 상기 저널부의 표면층에 경질질화층을 형성하는 모터회전축의 제조방법을 제2요지로 한다.

즉 본 발명의 모터회전축은 그 저널부의 표면층이 불화막의 형성을 거쳐 경질질화층으로 형성되어 있는 것이며 회전축전체가 경질재료로 구성되어 있는 것은 아니기 때문에 싼값이며 그다지 중량도 무겁지 않고, 또한 내구성도 풍부하다.

또 본 발명의 방법은 모터회전측의 저널부를 불소계가스 분위기하에서 가열상태로 유지하여 그 표면에 불화막을 생성한 후 질화분위기하에서 가열상태로 유지하여 상기 불화막을 제거하는 동시에 그 제거흔적(상기 저널부의 표면층)을 경질의 질화층으로 형성하도록 하고 있다.

이 방법은 질화처리에 앞서서 불화처리함에 따라 저널부표면을 청정화하는 동시에 활성화하기 때문에, 질화층을 균일한 동시에 매우 깊게까지 형성할 수 있고 내구성이 풍부한 경질질화층의 층두께를 균일한 동시에 두껍게 할 수 있게 된다.

다음에 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 불화처리에 사용하는 불소계가스는 NF₃, BF₃, CF₄, HF, SF₆, F₂에서 선택된 적어도 하나의 불소원성분을 N₂등의 불활성가스속에 함유시킨 것을 말한다.

이들 불소원성분 중에서도 반응성, 취급성등의 면에서 NF₃가 가장 뛰어나며 실용적이다.

본 발명의 질화처리방법은 앞서 서술한 바와같이 상기 불소계가스 분위기 하에서 상기 모터회전축(강제, 예를들어 스테인레스강)의 저널부(저널부이외의 부분을 공지의 경화방지제를 도포하여 마스킹한 상태로 해둔다)를, 예를들어 NF₃의 경우 250∼400℃의 온도로 가열유지하여 상기 저널부의 표면을 처리한 후 공지의 질화용가스, 예를들어 암모니아를 이용하여 질화처리(또는 침탄질화처리)를 실시한다. 이와같은 불소계가스에 있어서의 NF₃등의 불소원성분의 농도는, 예를들어 1OOO∼100000ppm이며, 바람직하게는 20000∼70000ppm, 보다 바람직한 것은 30000∼50000ppm이다.

이와같은 불소계가스 분위기속에서의 유지시간은 강종류, 모터회전측의 치수, 가열온도등에 따라서 적당한 시간을 선택하면 좋고 통상은 수분내지 수십분이다.

본 발명의 방법을 보다 구체적으로 설명하면 제4도에 나타내는 강제의 모터회전축(22)(저널부이외는 마스킹되어 있다)의 저널부(22a)를, 예를들어 탈지세정하고 제1도에 나타내는 열처리로(1)에 장입한다.

이 노(1)는 외곽(2)내에 설치한 히터(3)의 내측에 내용기(4)를 넣은 피트로이고 가스도입관(5)과 배기관(6)이 삽입되어 있다.

가스도입관(5)에는 봄베(15)(16)에서 유량계(17), 밸브(18)등을 경유하여 가스가 공급된다.

내부의 분위기는 모터(7)에서 회전하는 팬(8)에 의하여 교반된다.

상기 모터회전축(22)은 금속제의 콘테이너(11)에 넣어서 노내에 장입된다. 도면중 "13"은 진공펌프, "14"는 제해장치이다.

이 노내에 불소계가스, 예를들어 NF₃와 N₂의 혼합가스를 도입하여 소정의 반응온도로 가열한다.

NF₃는 250∼400℃의 온도에서 활성기의 불소를 발생시키고 이에따라 상기 저널부(22a)표면의 유기, 무기계의 오염을 제거하는 동시에, 이 불소가 상기 저널부(22a)표면의 Fe, 크롬바탕 내지는 FeO, Fe₃O₂, Cr₂O₃등의 산화물과 다음 식에 나타내는 바와같이 반응하고 저널부(22a)표면에 FeF₂, FeF₃, CrF₂, CrF₄등의 화합물을 조직중에 포함하는 매우 얇은 불화막을 형성한다.

FeO + 2F → FeF₂+ 1/20₂

Cr₂O₃+ 4F→ 2CrF₂+ 3/2O₂

이 반응에 의해 상기 저널부(22a) 표면의 산화피막은 불화막으로 변화되고 표면에 흡착되어 있던 O₂도 제거된다.

그리고 이와같은 불화막은 O₂, H₂, H₂O가 존재하지 않는 경우 6OO℃이하의 온도에서 안정되어 있으며, 후속하는 질화처리까지 사이에 있어서의 금속바탕에 대한 산화피막의 형성이나 O₂의 흡착을 방지한다.

또 이와같은 불화처리에서는 그 제1단계로 노재표면에 대하여 불화막이 형성되게 되기 때문에, 그 막에 의하여 이후의 노재표면에 대한 불소계가스에 기인하는 손상이 방지되게 된다.

이와같이 불소계가스로 처리된 상기 저널부(22a)를 계속하여 480∼700℃의 질화온도로 가열하고 그 상태에서 NH₃또는 NH₃와 탄소원을 갖는 가스(예를 들어 RX가스)와의 혼합가스를 첨가한다.

이에따라 상기 불화막이 H₂또는 미량의 수분에 의하여, 예를들어 다음식과 같이 환원 또는 파괴되고 그에 따라서 활성의 금속바탕이 드러나 형성된다.

CrF₄+ 2H₂→ Cr + 4HF

2FeF₃+ 3H₂→ 2Fe + 6HF

이와같이하여 활성의 금속바탕이 형성되는 동시에 활성의 N원자가 금속내에 침입, 확산해가서 그 결과 금속바탕표면에 CrN, Fe₂N, Fe₃N, Fe₄N등의 질화물을 함유하는 치밀한 화합물층(질화층)이 형성된다.

다음으로 처리후 회전측(22)의 마스킹을 제거하는 것이 실시된다.

이와같은 질화층이 형성되는 것은 종래의 질화법에서도 똑같지만 종래법에서는 상온에서 질화온도까지 상승하는 사이에 형성되는 산화피막이나 이때 흡착되는 O₂분에 의하여 표면의 활성도가 저하하고 있기 때문에 N원자의 표면 흡착정도가 낮고 불균일하다.

또 이와같은 불균일성은 NH₃의 분해정도를 노내에서 균일하게 지키는 것이 실제로 곤란한 것에 의해서도 증가한다.

본 발명의 방법에서는 상기 저널부(22a)의 표면에 있어서의 N원자의 흡착이 균일한 동시에 신속히 실시되기 때문에 상기와 같은 문제는 발생하지 않고 생성하는 질화층은 치밀한 것으로 된다.

이와같이하여 얻어진 모터회전축(22)은 제2도에 나타내는 바와같이 그 저널부(22a)의 표면층이 경질질화층(A)으로 형성되어 있는 것에서 내구성이 풍부하다.

제3도에 나타낸 서보모터(20)에는 모터회전측(22)의 베어링으로써 회전베어링(31)이 사용되고 있다.

그 이외의 부분은 제4도와 실질적으로 같다.

이 경우에는 상기 모터회전축(22)의 저널부(22a)와 함께 회전베어링(31) (특히 볼 등의 전동체와 그 유지기)을 본 발명의 질화처리방법에 의해 질화처리한다.

이에 따라 회전베어링(31) 자체의 마찰저항이 경감되고, 또한 상기 저널부(22a)와 회전베어링(31)의 끼워맞춤이 한층 견고한 것이 된다.

또한 상기 실시예에서는 모터회전축으로써 강제의 것을 이용하고 있지만 알루미늄, 티탄등의 강이외의 금속재로 구성해도 상기와 똑같은 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 모터회전축은 회전축의 전체를 경질재료로 구성하고 있는 것은 아니고 저널부의 표면층을 경질질화층으로 구성하고 있기 때문에 싼값이며 중량도 무겁지 않고, 또한 내구성이 풍부하다.

또 본 발명의 모터회전축은 치밀한 질화층의 존재에 의해 미끄럼저항을 1/3정도로 줄일 수 있고 그에 따라서 냉각액등의 절약을 실현할 수 있다.

또 본 발명의 방법은 질화처리 앞서서 불화처리를 실시한다.

따라서 불화막의 형성으로부터 질화처리 사이에 시간적인 경과가 있어도 상기 저널부표면에 형성된 불화막은 양호한 상태에서 상기 저널부표면의 보호를 실시하는 결과, 상기 저널부표면에 대한 재차의 산화피막의 형성이 방지된다.

이 불화막은 후속하는 질화처리시에 분해제거되고 그에 따라서 상기 저널부의 표면이 드러나게 된다.

이 드러내어진 금속표면은 활성인 상태로 되어있기 때문에 질화처리에 있어서 N원자는 저널부내에 침투하기 쉬워져 있으며 상기 N원자는 깊고 균일하게 침투한다.

이에따라 저널부의 표면층이 두께가 두꺼운 동시에 균일한 경질질화층으로 형성된다.

[발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태]

다음으로 본 발명을 실시예에 기인하여 설명한다.

[실시예]

SUS316계 스테인레스 강제의 모터회전축(150 ×Φ25mm)의 저널부를 트리클로로에탄세정한 후 이 저널부이외의 부분을 마스킹하고 제1도에 나타낸 바와같은 열처리로(1)에 넣어서 NF₃를 500Oppm함유하는 N₂가스분위기에서 30O℃로 15분간 유지했다.

그 후 530℃로 가열하고 50%NH₃+ 50%N₂혼합가스를 노내에 도입하여 3시간 질화처리를 실시하고 그 후 공랭하여 꺼냈다.

얻어진 모터회전측의 저널부의 질화층두께는 10∼70㎛이며 그 표면경도는 1000∼1350Hv였다.

이 표면경도는 종래 알려진 방법으로 질화처리한 것과 비교하여 훨씬 크게 되어 있다.

Claims (1)

1. 모터회전축의 저널부를 불소계가스 분위기하에서 가열상태로 유지하여 그 표면에 불화막을 생성한 후, 질화분위기하에서 가열상태로 유지하여 상기 불화막의 분해제거를 거쳐 상기 저널부의 표면층에 경질질화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 모터회전축의 제조방법.