KR100629974B1 - 수지제 베어링 부품 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정밀 내경부를 얻기 위하여 베어링부를 전주(電鑄)가공의 공법으로 인서트 몰딩하여 일체로 성형한 수지제 베어링 부품과 그 제조 방법에 관한 것으로, 고정밀 회전이나 미끄럼운동이 필요한 베어링 부품과, 미약 전류의 도통이 필요한 동축 커넥터의 접동부에 적절한 공법이다.

그 구성은 축과 베어링의 마찰계수를 낮추기 위한 윤활제를 전주도금액에 혼입하는 공정과, 그 전주도금액에 의한 전주가공에 의해 베어링 부품의 축공에 맞는 마스터축에 통 형상의 전주피막인 전주부를 성형하는 공정과, 그 전주부를 수지성형부의 축심에 인서트 몰딩하여 일체로 성형하는 공정으로 이루어진다.

한편, 유전률이 뛰어난 금, 은, 동, 코발트와 같은 금속을 마스터축(1)에 미리 무전해 도금하여 금속피막띠를 형성한 다음 그 위에 전주부(3)를 전주가공하여 그 전주부(3)의 내주면에 금속피막띠가 형성되도록 한다.

베어링, 수지, 전주, 마스터축, 커넥터, 윤활, 테프론, 카본, 유전률

Description

수지제 베어링 부품 및 그 제조방법{Parts and Manufacturing Method for Plastic Bearing}

도 1a는 본 발명을 적용한 수지제 베어링 부품의 제조방법에 사용하는 마스터 축의 정면도

도 1b는 본 발명을 적용한 수지제 베어링 부품의 제조방법에 사용하는 마스터 전주축의 정면도

도 2는 도1의 전주축을 인서트하여 이루어지는 사출성형의 모식적인 요부 종단면도

도 3은 도2의 사출성형으로부터 얻어진 전주축과 수지성형부가 일체로 된 수지성형품의 종단면도

도 4는 도3의 수지성형품으로부터 마스터축 만을 분리하여 전주부 부착의 베어링 부품을 얻는 분리 공정의 종단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1 : 마스터축 2 : 비전주부(마스킹부)

3 : 전주부 4 : 전주축

5 : 상형 6 : 하형

7 : 스프루 8 : 런너

9 : 게이트 10 : 캐비티

11 : 수지성형부 12 : 수지성형품

13 : 베어링부

본 발명은 수지제 베어링 부품의 구멍에 축을 끼워서 양자가 상대적인 회전이나 미끄럼운동 또는 미끄럼회전운동이 가능하도록 결합 지지하는 수지제 베어링 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고정밀회전이나 미끄럼운동 또는 미끄럼회전운동이 필요한 베어링 부품과, 미약 전류의 도통이 필요한 동축 커넥터의 접동부에 적절한 것이다.

이런 종류의 수지제 베어링 부품은 경량으로 관성력이 작은 점과 대량생산이 가능하다는 점 등의 이유로 기어나 캠 등을 포함하는 일반적인 베어링 부품에서부터 센서나 포텐셔메터 혹은 액추에이터 등의 고정밀 부품의 베어링부에 이르기까지 폭 넓게 이용되고 있다.

이들 고정밀 부품 중에서도 예를 들면, 광학식 정보기록재생장치에서 광학적으로 픽업하는 렌즈홀더 등에서의 베어링부의 경우에는 정밀한 진원도 및 내경 치수정밀도가 요구되고 축과의 클리어런스를 수 미크론 이하로 하는 것이 요구될 뿐만 아니라 부하 하중에 대한 높은 기계적 강도와 습동성도 필요하다.

그런데, 사출 성형한 수지제 베어링 부품을 그대로 사용한 경우 열수축이나 이방성 등에 의해 정밀한 진원도 및 내경 치수 정밀도를 얻을 수 없음과 동시에 웰드라인(Weld Line)에 의한 기계적인 강도가 저하되기 때문에 성형품의 내주면에 알루미늄 합금제 등의 슬리브를 장착하거나 수지파이프를 인서트 몰딩해야 했다.

그러나, 알루미늄 합금제 등의 슬리브나 수지파이프를 사용하는 경우에는 정밀한 진원도 및 내경 치수 정밀도를 얻기 위해서 정밀한 절삭가공이나 연마가공을 해야 하므로 비용이 높아짐과 동시에 생산성이 저하되는 등의 문제가 있었다.

이를 위해 종래에는 수지제 베어링 부품의 축공 내주면에 통 형상의 전주부를 인서트 몰딩하여 일체로 성형한 다음 전주부로부터 마스터축을 분리한 수지제 베어링 부품이 제안되어 고정밀의 회전운동, 미끄럼운동 또는 미끄럼회전운동이 가능하게 되었다.

그러나, 전주부의 내주면 마찰계수가 높아 마찰저항이 크게 되어 동력손실이 크고, 마모에 의한 정도변화가 문제로 되었다.

또한, 축과 전주부를 통해 미약한 전류를 흘리기 위한 커넥터를 겸하려는 경우 전주부의 전기저항 때문에 미약 전류의 도통이 어려워 커넥터로의 적용에 장애가 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점들을 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 베어링인 전주부와 축 간의 마찰저항을 줄임으로써 동력손실과 마모를 감소시킬 수 있고, 축과 베어링의 전기전도성을 향상시킴으로써 커넥터로의 적용이 가능한 수지제 베어링 부품 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명에 의한 수지제 베어링 부품은 축과 베어링의 마찰계수를 낮추기 위한 윤활제가 혼입된 통 형상의 전주부를 수지성형부의 축심에 인서트 몰딩하여 일체로 성형하여 구성된다.

여기서 윤활제는 테프론이나 카본 등 마찰계수가 낮고 자기윤활성을 지닌 것으로 구성될 수 있으며, 예컨대 윤활제를 분말형태로 하여 전주도금액에 혼입할 수 있다.

이 수지제 베어링 부품에 의하면 전주피막인 전주부의 내주면이 베어링 부품의 축공을 형성하기 때문에 진원도 및 내경 치수 정밀도가 높고 슬라이드성도 양호하고, 연마 등의 후처리를 특별히 할 필요도 없고, 전주부의 내주면에 정착시켜 사용하는 축부품에 대한 클리어런스를 최소로 하여 고정밀회전 또는 미끄럼운동 또는 미끄럼회전을 가능하게 함과 동시에 전주부의 외주면에 대한 수지 성형부의 부착력도 양호하며, 윤활제에 의해 축과 베어링의 마찰력이 감소하여 축의 움직임이 양호하게 된다.

상술한 수지제 베어링 부품에 있어서, 마스터축에 무전해 도금한 유전체 금속피막띠 위에 전주부를 겹친 형태로 전주가공하여 그 전주부의 내주면에 금, 은, 동, 코발트와 같이 유전률이 뛰어난 금속피막띠가 형성되도록 한다.

상술한 수지제 베어링 부품에 있어서, 무전해 도금에 의해 전주부 내면에 형성된 금속피막띠는 수지제 베어링 부품을 커넥터로 전용하는 경우 전기전도성을 향상시켜 미약한 전류의 도통이 가능하게 된다.

본 발명에 의한 수지제 베어링 부품의 제조방법은 축과 베어링의 마찰계수를 낮추기 위한 윤활제를 전주도금액에 혼입하는 공정과, 그 전주도금액에 의한 전주가공에 의해 베어링 부품의 축공에 맞는 마스터축에 통 형상의 전주피막인 전주부를 성형하는 공정과, 그 전주부를 수지성형부의 축심에 인서트 몰딩하여 일체로 성형하는 공정으로 이루어진다.

이 수지제 베어링 부품의 제조방법에 의하면, 전주가공 시에 사용하는 마스터축에 미리 무전해 도금으로 금속피막띠를 형성하고, 그 금속피막띠 위에 전주부를 중복시켜서 전주부의 내주면에 금속피막띠가 형성되도록 한다.

이 수지제 베어링 부품의 제조방법에 의하면, 전주부를 마스터축과 일체로 금형 내에 장착한 상태로 사출성형이 이루어지므로, 전주부 위치결정 정밀도가 좋고, 인서트가 용이하게 되어 일체로 성형할 수 있음과 동시에 마스터축을 분리한 전주피막인 전주부의 내주면이 베어링 부품의 축공을 형성하기 때문에 진원도 및 내경 치수 정밀도가 높은 수지제 베어링 부품을 얻을 수 있게 된다.

상술한 수지제 베어링 부품의 제조방법에 있어서, 수지 성형품으로부터 분리한 마스터축을 전주축을 제조할 때의 마스터축으로 하여 반복 전용하는 형태를 채용할 수 있고, 이것에 의해 같은 마스터축에 근거하여 다수의 베어링 부품을 제조할 수 있으므로, 치수정밀도의 변화가 없는 균질한 제품을 경제적으로 얻을 수 있다.

상술한 수지제 베어링 부품의 제조방법에 있어서, 수지 성형품으로부터 분리한 마스터축을 베어링 부품의 전주피막에 장착하여 축부품으로써 사용하는 형태를 채용할 수 있고, 이에 따라 축과 축공의 클리어런스가 매우 작게 되기 때문에 고정밀회전 또는 미끄럼운동 또는 미끄럼회전운동을 필요로 하는 베어링부에 적합하다.

이하, 본 발명에 의한 수지제 베어링 부품과 그 제조 방법에 대하여 적합한 실시형태를 첨부도면 도1a 내지 도4에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 제 1실시예에서는 도 1에 나타난 바와 같이 전주가공을 위한 전주도금액에 테프론 또는 카본과 같이 윤활성이 있는 윤활제를 분말형태로 혼입한 다음 전주 마스터가 되는 마스터축(1)을 이용하여, 마스터축(1)의 비전주부(2)를 마스킹한 상태로 전주가공하고, 통 형상의 전주부(3)를 설치한 전주축(4)을 만든다.

이때 전주부(3)에는 윤활제가 혼입된 상태로 전주가공되기 때문에 마찰계수가 낮은 안내면을 얻을 수 있게 된다.

마스터축(1)으로는, 강성 등의 기계적 강도가 크고 슬라이드성도 좋고, 내열성이나 내약품성에도 우수한 재질로 형성되는데, 도시한 실시 형태에서는 담금질처리를 실시한 스테인리스 스틸로 직선형의 원통형상으로 형성한 솔리드축(solid shaft)을 사용하고 있으며, 스테인리스 스틸 중에서도 특히 SUS420J, SUS430, SUS320 등의 사용이 바람직하다.

마스터축(1)의 재질은 스테인리스 스틸에 한정되는 것이 아니고, 동등의 성능을 갖는 전주부(3)의 가공 및 전주의 분리가 가능한 다른 재질도 사용 가능하며, 예를 들면 니켈크롬강 외의 니켈합금이나 크롬합금 등의 경질금속, 세라믹의 표면에 경질금속 피막을 입힌 것 등도 사용할 수 있다.

마스터축(1)의 형상은 솔리드축 뿐 아니라 중공축이나 중공부에 수지를 채운 중실축(中實軸)의 형태를 채용하는 것도 가능하고, 또한 수지제 베어링 부품이 슬라이딩축인 경우에는 횡단면이 일정하다면 다각형 또는 비원형의 형태도 가능하며, 수지제 베어링 부품의 용도로는 축 전체 길이로부터 일정한 횡단면 형상이 아닌 형태를 채용하는 것도 가능하다.

비전주부(2)의 마스킹은 레지스트 처리나 절연재가 들어 있는 잉크를 실크인쇄하여 비전주부(2)의 외주면에 대하여 내산성 및 비전도성의 피복재를 부착시켜 전주 처리할 때에 마스터축(1)의 전주부(3)에만 작용하는 보호피막을 형성한다.

전주부(3)에는 공지의 전주가공과 마찬가지로 각종 전주금속의 사용이 가능하지만 도시한 실시형태에서는 마스터축(1)과 같은 스텐레스 스틸을 이용하고, 마스터축(1)으로부터의 분리를 용이하게 하기 위하여 카본 등의 윤활제 및 사카린 등의 응력 완화제를 함유시켜 둔다. 이때 전주두께는 대략 0.2~0.3mm정도이면 적당하나 꼭 이러한 두께에 한정하지 않는다.

또한, 마스터축(1)에 전주가공 할 때 전주부(3)의 양단측을 비전주부(2)로 하면 내주면에 테이퍼 형상의 면취부(3a)가 자연스럽게 형성되는데, 이 면취부(3a)는 마스터축(1)에서 전주부(3)를 분리시킬 때나 베어링 부품(13)의 전주부(3) 내주면에 장착하여 사용하는 축 부분을 탈착할 때에 도움이 된다.

즉, 마스터축(1)으로부터 전주부(3)를 분리시킬 때에는 예를 들면, 고온 또는 저온의 압축공기를 접합 부분에 뿜어 양자의 열 수축률의 차를 이용하거나, 축 방향으로 타격을 가하거나 하는데, 압축공기를 뿜어서 분리하기에는 면취부(3a)가 안성맞춤이고, 또한 축부품을 탈착시킬 때에는 가이드로서 사용한다.

다음으로 도 2에 나타낸 바와 같이 상형(5)과 하형(6)을 설비한 사출 성형 금형의 캐비티(10)내에, 전주축(4)을 인서트시킨 상태로 하여, 스프루(7)와 런너(8) 및 게이트(9)를 통하여 액정 폴리머(LCP: Liquid Crystal Polymer Resin)등의 수지재를 주입하여 사출 성형한다.

또한, 수지재로서 치수안정성이 우수하고 얇은 두께의 성형이 용이한 액정폴리머(LCP) 외에 폴리페닐렌술파이드(PPS: PolyPhenylene Sulfide)수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지 등의 결정성 폴리머 외에도 마찬가지의 기능을 발휘하는 고기능성 수지를 사용하는 것이 가능하고, 필요에 따라 섬유강화제를 가해도 좋다.

이에 따라 도 3에 나타낸 바와 같이 전주축(4)과 수지 성형부(11)가 일체로 된 수지 성형품(12)을 얻을 수 있고, 수지 성형품(12)에서 전주축(4)을 빼내면 도 4에 나타낸 바와 같이 전주부(3)는 수지 성형부(11)의 축공 내주면에 부착한 상태로 전주피막으로서 남고, 비전주부(2)에 마스킹한 마스터축(1)만 분리된다.

따라서 도 4에 나타낸 바와 같이 수지 성형부(11)의 축공 내주면에 전주피막인 전주부(3)가 일체로 형성된 베어링 부품(13)을 얻을 수 있는데, 이 베어링 부품(13)의 축공 내주면은 마스터축(1)의 외주면에 맞고 치수 정밀도가 높으므로 분리한 마스터축(1)은 전주 마스터로서 반복 사용이 가능하다.

또한 전주부(3)는 전주의 기본적 성질로부터 외주면이 조면(粗面: 꺼칠꺼칠한 표면)으로 형성되고, 내주면이 원활면(圓滑面)으로 형성되므로 전주부(3) 외주면에 대한 수지 성형부(11)의 축공 내주면의 부착력이 양호함과 동시에 베어링 부 품(13)의 전주부(3) 내주면에 장착시켜 사용하는 축에 대한 슬라이드성도 양호하여 연마 등의 후처리를 특별히 할 필요가 없게 된다.

도 3에 나타난 수지 성형품(12)의 상태로부터 전주부(3)를 설치한 수지 성형부(11)와 마스터축(1)으로 분리하여 마스터축(1)을 그대로 베어링 부품(13)의 축부품으로서 1 세트로 사용하는 것도 가능하다.

다음으로 상기한 제 1실시형태에 의한 제조방법의 변형으로서 제 2실시예에서는 유전률이 뛰어난 금, 은, 동, 코발트와 같은 금속을 마스터축(1)에 미리 무전해 도금하여 금속피막띠를 형성한 다음 그 위에 전주부(3)를 겹친 형태로 전주가공하여 그 전주부(3)의 내주면에 금속피막띠가 형성되도록 한다.

이와 같은 금속피막띠는 전주부(3)를 커넥터로 전용하는 경우 전기전도성을 향상시키는 작용을 하게 된다.

본 발명에 따른 제 1실시에서는 전주부에 윤활제가 함유되어 있기 때문에 축과의 마찰을 감소시켜 마찰로 인한 동력손실을 줄이고 마모를 현저하게 줄일 수 있게 되어 베어링의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 제 2실시에서는 제 1실시예와 마찬가지의 효과를 지닐 뿐만 아니라 커넥터로 전용하는 경우 전주부의 내주면에 형성한 금속피막띠에 의해 전기전도성이 향상되어 미약 전류의 도통이 가능하여 신뢰성 있는 접속을 기대할 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 축과 베어링의 마찰계수를 낮추기 위한 윤활제가 혼입된 통 형상의 전주부를 수지성형부의 축심에 인서트 몰딩하여 일체로 성형하고, 상기 전주부의 내주면에 금속피막띠가 중복 설치된 것을 특징으로 하는 수지제 베어링 부품.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 축과 베어링의 마찰계수를 낮추기 위한 윤활제를 전주도금액에 혼입하는 공정과, 그 전주도금액에 의한 전주가공에 의해 베어링 부품의 축공에 맞는 마스터축에 통 형상의 전주피막인 전주부를 성형하는 공정과, 그 전주부를 수지성형부의 축심에 인서트 몰딩하여 일체로 성형하는 공정과, 상기 전주가공 시에 사용하는 마스터축에 유전율이 뛰어난 금속으로 미리 무전해 도금에 의해 금속피막띠를 설치하고, 그 금속피막띠 위에 전주부를 중복시키는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지제 베어링 부품의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 무전해 도금에 사용되는 금속은 금인 것을 특징으로 하는 수지제 베어링 부품의 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 무전해 도금에 사용되는 금속은 은인 것을 특징으로 하는 수지제 베어링 부품의 제조방법.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 무전해 도금에 사용되는 금속은 동인 것을 특징으로 하는 수지제 베어링 부품의 제조방법.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 무전해 도금에 사용되는 금속은 코발트인 것을 특징으로 하는 수지제 베어링 부품의 제조방법.

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