KR100670027B1 - 리니어 부싱용 일체형 볼 리테이너 제조방법 및 그제조방법에 의하여 제작된 일체형 리테이너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형 리니어 운동(Linear Motion)사프트와 조합하여 무한직선운동을 얻을 수 있는 리니어 부싱에 적용되는 3내지 6조의 볼 열을 축 방향으로 정열 안내하고, 무한순환운동을 할 수 있도록 볼을 진행방향으로 정확하게 안내하고 안정된 주행정도를 얻을 수 있도록 금속사출성형 공법을 이용하여 일체형 리테이너의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제작된 리테이너에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 리테이너의 성형제작 시에 필요한 금속분말을 결합재와 함께 혼련하여, 성형사출기를 통하여 리테이너를 소결공정 및 급랭공정을 통하여 리테이너 제조가 이루어지므로 내구성, 내식성 및 내열성이 우수하고 마찰저항이 적고 안정된 치수 정밀도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 일체형으로 성형함으로서 생산성 및 조립성 향상과 더불어 제작 시에 발생하는 치수 편차를 최소화시킬 수 있으며, 재질에 따른 확장성을 부여할 수 있고, 클린(청정) 환경하에서 사용할 수 있는 등의 특징이 있다.

볼 리테이너, 금속사출형 공법, 일체형

Description

리니어 부싱용 일체형 볼 리테이너 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제작된 일체형 리테이너{A manufacturing method of single body ball retainer for linear bushing and retainer manufactured by the above method}

도1의 (a) : 본 발명에 따라 설계 제작된 표준형 볼 리테이너 구조

도1의 (b) : 본 발명에 따라 설계 제작된 오픈형 볼 리테이너 구조

도2 : 본 발명에 따른 볼 리테이너 제조공정의 흐름도

<도면 번호에 대한 설명>

1 ; 4 열 표준형(크로즈(Close)형) 볼 리테이너

2 ; 5 열 표준형(크로즈(Close)형) 볼 리테이너

3 ; 6 열 표준형(크로즈(Close)형) 볼 리테이너

4 ; 3 열 오픈(Open)형 볼 리테이너

5 ; 4 열 오픈(Open)형 볼 리테이너

6 ; 5 열 오픈(Open)형 볼 리테이너

본 발명은 리니어 부싱에 적용되는 3내지 6조의 볼 열을 안내하는 일체형 리 테이너를 금속사출에 의한 성형제작 시에 필요한 금속분말과 결합재를 함께 반죽기에 넣어 혼련하고, 혼합체를 펠렛(Pellet) 형태로 분쇄하여 성형사출기 호퍼에 장입하며, 리테이너의 금형 내부로 사출하고, 혼합체가 사출된 금형을 지지대에 장착하여 결합재를 제거하고 냉각시키는 탈지공정을 거치고, 탈지공정을 거친 금형을 고온 및 고진공 상태에서 아르곤 가스를 주입하면서 일정시간 유지한 후에 냉각 팬을 이용하여 급냉시키는 소결공정으로 이루어지는 금속사출형 공법에 의한 일체형 리테이너 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제작된 리테이너에 관한 것이다.

종래의 금속계 리테이너 제조 방법은 플렛스틸(Flat Steel)을 포밍(Forming) 공정, 트리밍(Trimming) 공정, 밴딩(Bending) 공정 및 마무리(Finishing) 공정을 거쳐서 이루어지는 일체형이 아닌 세그먼트(Segment) 타입의 리테이너로 제작하여 3∼6조의 볼 열에 각각 독립된 리테이너를 장착한 후 외통의 양단에서 독립된 리테이너를 측판(Retaining Ring)으로 고정시켜 조립함으로서 구성품에 대한 가공 과정이 복잡하여 생산성이 떨어지고, 세그먼트 리테이너를 3∼6조의 볼 열에 일일이 조립하여 장착하므로 조립에 많은 시간이 소요되며, 이로 인한 인건비 부담이 증가하게 되고, 생산된 제품들이 항상 일정한 규격을 유지하기가 어렵다는 등의 문제점이 있다.

또한 종래의 플라스틱 사출품으로 제작된 볼 리테이너는 사용온도가 80℃ 경우에 사용하기가 어렵고, 온도변화에 따른 치수 정밀도가 떨어지므로 수명이 짧고, 볼과의 마찰저항이 금속물질보다 크다는 문제점이 있고, 반면에 금속사출형 공법을 적용할 경우에 금속분말과 결합재를 혼합하여 리테이너 금형에 사출할 경우에 사출 이 완료된 금형을 일정 경도와 금속물질의 고른 확산을 유도하기 위하여 결합재를 제거하는 탈지 및 소결공정을 거치면서 약 20% 정도의 수축이 발생함과 동시에 뒤틀림 현상이 발생할 수 있고 금속분말의 종류, 결합재의 종류, 탈지 및 소결 공정 조건 따라 다양하게 발생하는 하는 다양한 종류의 과제들을 정확하게 해결하여야 하는 등의 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 인식하고 안출된 것으로, 원통형 리니어 운동(Linear Motion)사프트와 결합하여 무한직선운동을 얻을 수 있는 리니어 부싱에 적용되는 3내지 6조의 볼 열을 축 방향으로 정열 안내하고, 무한순환운동을 할 수 있도록 볼을 진행방향으로 정확하게 안내하고 안정된 주행정도를 얻을 수 있으면서 고온 및 클린(청정) 환경 하에서 사용할 수 있는 볼 리테이너의 금형을 설계 제작하고, 필요한 종류의 금속분말을 소정의 입자크기로 만든 후 결합재인 폴리에틸렌, 파라핀 왁스 및 스테아린산 등과 함께 가압가열방식의 혼련기인 반죽기에 넣어 일정시간동안 혼련하고, 혼합체를 필렛(Pellet) 형태로 분쇄하여 성형사출기 호퍼에 장입하며, 소정의 온도와 압력으로 금형 내부로 사출하고, 사출이 완료된 금형을 지지대에 장착하여 탈지하고 냉각시키는 탈지공정과 고온에서 일정시간 소결하여 급냉시키는 소결공정을 거쳐서 이루어지는 금속사출성형 공법을 이용한 일체형 볼 리테이너 제조 방법 및 본 제조 방법으로 제작된 일체형 볼 리테이너를 이루는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금형을 이용한 금속사출형 공법을 이용하여 일체 형 리테이너 제조 방법을 도입함으로써 동일한 제품을 대량으로 생산할 수 있어 생산성이 크게 향상되고, 일체화시킴에 의하여 조립 공정을 간소화할 수 있어 조립성이 크게 향상되며, 동일 금형과 동일한 공정에 의하여 생산된 제품들이 일정한 규격을 유지하여 불량률을 크게 줄일 수 있으므로 생산성 크게 향상시키고 인건비를 줄여 제조 단가를 크게 줄이는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 분말과 결합재를 혼합하여 금형으로 압출 성형하여 리테이너를 설계 제작함으로써 고온에서 견딜 수 있으면서 수명을 크게 연장하고 볼과의 마찰력을 감소시키고, 클린(청정) 환경하에서 사용할 수 있는 고내열성, 고내구성 및 고정밀도를 구비한 우수한 성능을 가진 제품을 이루는데 있다.

본 발명은 원형 리니어 운동(Linear Motion)사프트와 조합하여 무한직선운동을 얻을 수 있는 리니어 부싱에 적용되는 3내지 6조의 볼 열을 축 방향으로 무한순환운동을 할 수 있도록 볼을 진행방향으로 정확하게 안내하고 안정된 주행을 얻을 수 있으면서 고내구성, 고내열성 및 고생산성을 이룰 수 있는 금속사출형 공법을 이용한 일체형 볼 리테이너의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제작된 볼 리테이너(Retainer)의 구현에 관한 것이다.

종래의 금속계 리테이너 제조 방법은 플렛 스틸(Flat Steel)을 포밍공정, 트리밍공정, 밴딩공정 및 마무리공정으로 이루어지는 일체형이 아닌 세그먼트타입의 리테이너로 제작하여 3∼6조의 볼 열에 각각 독립된 리테이너를 장착한 후 외통의 양단에서 독립된 리테이너를 측판으로 고정함으로서 구성품에 대한 가공 과정이 복 잡하여 생산성이 떨어지고, 세그먼트 리테이너를 3∼6조의 볼 열에 일일이 장착하여야 하므로 조립성이 떨어지며, 이로 인한 인건비 부담이 증가하게 되고, 생산된 제품들의 규격을 일정하게 유지하기가 어려운 등의 문제점이 있다. 또한 종래의 플라스틱 사출물로 제작된 볼 리테이너는 80℃ 이상의 고온에서 사용하기가 적합하지 않으며 온도변화에 따른 치수 정밀도가 떨어지므로 수명이 짧고, 볼과의 마찰저항이 비교적 크다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 인식하고 금속분말과 결합재를 혼합하여 제작되는 금속사출형 공법을 이용하여 일체형 리테이너를 설계 제작할 경우에 발생하는 수축율, 강도 및 뒤틀림 현상 등의 다양한 문제점을 해결하여 고내구성, 고내열성 및 고정밀도를 가진 일체형 리테이너의 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제작된 리테이너를 이루는데 있다. 본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면에 대하여 살펴본다. 도1의 (a)는 본 발명에 따라 설계 제작된 표준형 볼 리테이너 구조를 나타내고, 도1의 (b)는 본 발명에 따라 설계 제작된 오픈형 볼 리테이너 구조를 보여주고 있다. 도2는 본 발명에 따른 볼 리테이너 제조공정을 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 따른 구체적인 구성 수단들을 살펴보면, a) 원통형 LM사프트와 결합해서 사용되는 무한직선운동을 얻을 수 있는 리니어 부싱에 적용되는 3내지 6조의 볼 열을 축 방향으로 무한순환운동을 할 수 있도록 볼을 진행방향으로 정확하게 안내하고 안정된 주행정도를 얻을 수 있는 고온 일체형 리테이너의 금형을 설계 제작하는 공정과 b) 금형제작 후 고내구성과 고내열성을 얻을 수 있는 종류의 금속분말을 소정의 입자크기로 만든 후 결합재인 폴리에틸렌, 파라핀 왁스 및 스테아린산 등과 함께 가압가열방식의 혼련기인 반죽기에 넣어 일정시간동안 혼련하는 공정과, c) 금속분말과 결합재를 혼합한 혼합체를 필렛(Pellet) 형태로 분쇄하여 성형사출기 호퍼에 장입하며, 장입된 혼합체를 소정의 온도와 압력으로 금형 내부로 사출하는 공정과, d) 사출이 완료된 금형을 지지대에 장착하여 탈지하고 냉각시키는 탈지공정과, e) 고온에서 일정시간 소결하여 급냉시키는 소결공정으로 이루어진다. 상기 a) 단계에서 일체형 리테이너의 금형(거푸집)을 설계 제작 시에는 리테이너 내부에 수용되는 볼의 개수를 고려하여 크기와 형태를 정하고, 금속분말과 결합재를 혼합한 혼합체를 금형내부로 사출한 다음에 결합재를 제거하는 탈지공정과 금속분자들의 확산을 유도하는 소결공정에서 발생하는 수축율을 감안하여 119∼120%정도 실제 제품 보다 크게 금형을 설계 제작한다. 상기 수축율은 리테이너 생산 조건 및 공정의 안정화와 함께 일정 수치로 안정화시킬 수 있다. 상기 b) 공정에서는 서로 다른 금속분말을 소정의 입자크기로 만들어 혼합한 후에 결합재와 혼련하여 사용할 수도 있고, 단일 종류의 금속분말인 경우에는 금속분말의 입자크기만 고려하여 결합재와 혼련하여 금형 내부로 사출하는 혼합체를 만든다. 상기 b) 공정에서 사용되는 금속분말 사출성형용 결합재의 구성은 형상을 유지하고 유동의 주체가 되는 주결합재와 혼합체의 점도감소와 금형과의 윤활을 촉진하는 부결합재와 고분자의 유연성을 향상시키기 위한 계면활성제 등으로 구성된다. 본 발명에서는 폴리에틸렌, 파라핀왁스 및 스테아린산을 일정(소정)의 비율로 혼합하여 결합재를 제조한다. 상기 d)의 탈지공정은 리테이너로 성형된 사출성형체에서 결합재를 제거하는 공정으로 사출성형체의 상당 부분을 차지하는 결합재를 뒤틀림이나 균열 등의 결함을 발 생시키지 않고 완전히 제거하여야 하기 때문에 중요한 공정으로 많은 시간이 소요된다. 결합재의 제거 방법은 순환되는 기체를 이용하여 열로만 제거하는 방법과 결합재 중에서 저 융점 물질만을 선택적으로 용매를 사용하여 추출하고 나머지 주결합재를 열로서 제거하는 용매추출방법 등이 있다. 용매추출공정 시에 사용되는 용매로는 핵산, 헵탄, 아세톤, 벤젠, 데카린 및 알콜 등이 사용된다. 최종 성형 단계인 소결공정에서는 진공분위기 또는 특정분위기에서 소결온도구간 1300℃내지 1400℃로 일정시간동안 가열하여 금속분말간의 확산작용을 통해서 일정 이상의 경도를 구비한 금속소결체로 제조된다. 상기 금형과 관련하여 압출 금형의 경우 탈지 및 소결 공정 수행 시에 발생하는 수축율을 감안하여 119∼120%정도 실제 제품 보다 크게 설계 제작하여야 하고, 또한 원재료인 금속분말의 종류에 따라서 다소 다른 공정과 조건을 거쳐서 필요로 하는 금속 리테이너제품을 얻을 수 있다.

도1의 (a)는 4 열 표준형(크로즈(Close)형) 볼 리테이너(1), 5 열 표준형(크로즈(Close)형) 볼 리테이너(2), 6 열 표준형(크로즈(Close)형) 볼 리테이너(3)를 각각에 대한 구조를 나타내고 있으며, 도1의 (b)는 3 열 오픈(Open)형 볼 리테이너(4), 4 열 오픈(Open)형 볼 리테이너(5) 및 5 열 오픈(Open)형 볼 리테이너(6)를 형상을 나타내고 있다. 본 발명에 따른 구성 수단들을 실시 예1에 기초하여 구체적으로 살펴본다.

[실시 예1]

본 발명에 따른 실시 예1은 a) 수용하는 볼의 개수에 따라 리테이너의 길이가 다르고 압출 금형의 경우에 소결시 수축율을 감안하여 119∼120%정도 실제 제품 보다 크게 볼 리테이너 금형을 설계 제작하는 공정과, b) 상기 설계 제작된 금형으로 볼 리테이너를 성형제작하기 위하여 수분무법으로 제조된 SUS 316L의 금속분말의 입자 크기를 12㎛내지 16㎛로 하여 준비된 금속분말을 상기 실시 예1의 표1과 같은 조성비로 이루어진 결합재와 함께 가압가열방식의 혼련기인 반죽기에서 180℃내지 220℃ 온도로 1시간 30분내지 2시간 30분 동안 혼련기의 블레이드의 회전속도를 분당 35내지 40회로 혼련하는 공정과, c) 상기 금속분말과 결합재를 골고루 혼합한 혼합체를 필렛 형태로 분쇄하여 성형사출기 호퍼에 장입한 후 금형의 온도는 38℃내지 42℃로 유지하고 사출기의 노즐 온도는 130℃내지 160℃로 설정하여 제품의 성형상태에 따라 적절한 압력으로 상기 제작된 볼 리테이너의 금형 내부로 사출하는 사출공정과, d) 사출이 완료된 금형을 지지대에 장착하여 탈지하고 냉각시키는 탈지공정과, e) 탈지공정을 거쳐서 나온 금형은 1300℃내지 1380℃의 고진공에서 크롬이 휘발하는 것을 방지하기 위하여 아르곤 가스를 주입하면서 1시간 30분내지 2시간 30분동안 유지하여 금속분자간의 확산작용을 통해서 금속소결체로 소결하는 공정을 거친 후에 냉각 팬을 이용하여 급냉시키는 냉각공정을 거쳐서 일체형 볼 리테이너의 제조가 이루어진다. 표2는 본 발명에 따라 상기 실시 예1에 기초하여 설계 제작하여 소결 공정을 마친 후 얻은 SUS316L로 제작된 일체형 볼 리테이너의 소결체의 특성을 나타내고 있다. 또한 본 발명은 상기 실시 예1에서 사용한 종류의 금속 분말에 한정하지 아니하고 상기와 같은 공정을 거쳐서 일체형 볼 리테이너를 압출 성형한 후에 탈지 및 소결공정을 거친 다음의 소결체의 특성이 소정 이상의 경도를 나타낼 수 있는 금속이고 결합체이면 족하다.

표1. 결합체의 조성물과 조성비

표2. 소결 공정 후 SUS316L 소결체의 특성

상기 실시 예1에 의하여 서스316L로 설계 제작된 축경 볼 리테이너를 이용하여 실제 주행을 실시한 결과 종래의 기준 주행의 약2배 정도를 능가하는 양호한 주행결과를 얻었다.

본 발명은 금형을 이용한 금속사출성형 공법을 이용하여 일체형 리테이너 제조 방법 및 리테이너를 이룸으로써 가공 과정의 단순화에 의한 대량 생산이 가능하여 생산성이 크게 향상되고, 조립 공정에서 조립성을 크게 향상시키고, 생산품들이 항상 일정한 규격을 유지하여 불량률을 크게 줄일 수 있으므로 생산성 향상 및 인건비를 크게 줄이는 작용효과가 있다.

본 발명의 또 다른 작용효과는 금속 분말과 결합재를 혼합하여 금형으로 압출 성형하여 리테이너를 설계 제작함으로써 고온 및 클린(청정) 환경 하에서도 사용할 수 있으면서 수명을 크게 연장할 수 있고 볼과의 마찰력을 감소시킬 수 있는 고내열성, 고내구성 및 고정밀도를 구비한 우수한 성능을 가진 리테이너를 이룰 수 있는 작용효과가 있다.

Claims (7)

1. 리니어 부싱에 장착되는 볼 리테이너를 금속사출성형 공법을 이용하여 일체형으로 제조하는 방법에 있어서,

   a) 제조공정에서 발생하는 수축 율을 고려하여 실제 볼 리테이너보다 119%내지 120% 크게 일체형 볼 리테이너의 금형을 설계 제작하는 공정과,

   b) 서스 금속분말을 12㎛내지 16㎛의 입자크기로 형성하며, 결합재는 폴리에틸렌을 중량퍼센트로 58내지 62로 하며, 파라핀왁스을 중량퍼센트로 31내지 35로 하고, 스테아린산을 중량퍼센트로 5내지 9로 혼합하여 가압가열방식의 혼련기인 반죽기에서 180℃내지 220℃ 온도로 1시간 30분내지 2시간 30분 동안 혼련기의 블레이드 회전속도를 분당 35내지 40회로 혼련금속분말과 결합재를 가압가열방식의 반죽기에 넣어 혼련하여 골고루 혼합한 혼합체를 필렛 형태로 분쇄하여 성형사출기 호퍼에 장입한 후 금형의 온도를 38℃내지 42℃로 유지하고 사출기의 노즐 온도를 130℃내지 160℃로 설정 유지하여 일정 압력으로 리테이너의 금형 내부로 혼합체를 사출하는 공정과,

   c) 상기 사출이 완료된 금형을 지지대에 장착하여 탈지욕조 내에 장입시켜 핵산 용매에 사출이 완료된 금형을 장입 한 후 탈지용매온도를 40℃까지 승온시켜 7내지 9시간 동안 유지한 후 냉각탈지한 후 냉각시키는 탈지공정과,

   d) 상기 탈지공정을 거쳐서 나온 금형을 1300℃내지 1380℃에서 고진공 상태로 아르곤 가스를 주입하면서 1시간 30분내지 2시간 30분 동안 유지하여 금속분자간의 확산작용을 통해서 금속소결체로 만드는 소결 냉각공정으로 이루어지는 일체형 볼 리테이너 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항1의 볼 리테이너 제조방법에 의하여 성형 제조된 일체형 볼 리테이너.

Images