KR100947124B1 - 세라믹 롤링 요소 및 강재 내측 링 또는 외측 링을 구비한구름 베어링 - Google Patents

세라믹 롤링 요소 및 강재 내측 링 또는 외측 링을 구비한구름 베어링 Download PDF

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Abstract

구름 베어링은 내측 링 및 외측 링과, 다수의 롤링 요소와, 케이지를 포함한다. 내측 링 및 외측 링은 강재를 포함하고, 롤링 요소는 세라믹 재료를 포함한다. 내측 링 또는 외측 링은 고형 윤활 코팅재로 코팅된다. 고형 윤활 코팅재는 금속이 첨가된 이황화 몰리브덴을 포함한다.
구름 베어링

Description

세라믹 롤링 요소 및 강재 내측 링 또는 외측 링을 구비한 구름 베어링{ROLLING BEARING HAVING CERAMIC ROLLING ELEMENT AND STEEL INNER OR OUTER RING}
본 발명은, 적어도 내측 링이나 외측 링을 포함하고 다수의 롤링 요소와 케이지(cage)를 포함하며, 상기 내측 링 또는 외측 링은 볼 베어링 강재(ball bearing steel material)를 포함하고, 상기 롤링 요소는 세라믹 재료를 포함하며, 상기 내측 링 또는 외측 링은 고형 윤활 코팅재로 코팅되는 구성의 구름 베어링에 관한 것이다.
많은 구름 베어링 적용 분야에서는 그리스 및 오일과 같은 유체 윤활제를 사용할 수 없다. 그 예로서, 직물 처리용 이산화탄소(CO2) 염색 용기 내부에 있는 폴리에텐 처리 장치의 반응로와, 반도체 처리용 진공 및 청정실 환경과, 초고진공 및 대기권에서 작동하는 장치가 있다. 이들 경우에, 그리스 및/또는 오일 입자는 높은 오염성을 가지게 되어 사용할 수 없다. 하지만, 상기 구름 베어링이 유체 윤활제 없이 건조 환경에서 활주된다면, 높은 마찰로 인해 발생되는 밀착 마모, 냉간 용착 및 열로 인하여 조기 파손이나 고착이 우려될 수 있다.
이 문제를 해소하기 위해서 고형 윤활 코팅재를 사용하는 안이 제시되었다. 그 예로서 PTFE 코팅, 이황화 몰리브덴(MoS2) 코팅, 흑연 코팅 및 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅이 있다.
일본 공개 특허 공보 제03255224호의 요약문에는 이황화 몰리브덴을 주로 링(raceway ring)에 사용하는 안이 제시되어 있다.
다이아몬드상 카본(DLC)과 (금속이 첨가된) 이황화 몰리브덴(MoS2)은 강재 기재(substrate)에 대한 강한 접착성을 구비하며, 종래의 고형 윤활제에 비해서 경도가 더 높고 마찰 계수가 현저히 더 낮으며 마모 저항이 아주 더 높다. 또한, 이 고형 윤활 코팅재의 입자 생성이 비교적 적고 고형 윤활제로부터의 가스 방출이 없기 때문에, 초고진공 및 청정실 환경에서 작동되는 장치에 특히 적합하다.
이렇게 롤러 요소를 상기 고형 윤활 코팅재로 코팅하여 건조 상태에서 활주되는 구름 베어링의 사용 수명을 연장시키는 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다.
하지만, 펌프, 활주 접촉부 및 기어의 적용 분야에서와 같이 가혹한 조건에서는, 여전히 조기 파손이 관찰될 수 있다.
이와 같은 이황화 몰리브덴은 비교적 연질 재료이고, 낮은 마모 저항을 갖는다. 이 이황화 몰리브덴은 높이 하중을 견디지 못한다. 대기 상태에서 부식은 심각한 문제이다.
본 발명의 목적은 향상된 하중 특성을 갖고 유체 윤활제 없이 사용될 수 있는 구름 베어링을 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라 상기 고형 윤활제가 금속이 첨가된 이황화 몰리브덴(MoS2)을 포함함으로써 달성된다.
본 발명에 의하면, 금속이 첨가된 이황화 몰리브덴(MoS2)이 구비되는 볼 베어링 강재의 내측 링 및/또는 외측 링을 구비한 구름 베어링이 제시된다. 금속이 첨가된 이황화 몰리브덴(MoS2), 특히 티타늄이 첨가된 이황화 몰리브덴을 사용하게 되면, 윤활제의 경도는 이 마모 저항과 함께 현저히 증가하게 된다. 이황화 몰리브덴의 경도는 약 200HV로 판명되었다. 만일 금속이 첨가된다면 경도가 1000-2000HV에 이를 수 있게 된다. 이황화 몰리브덴에 금속이 함유되기 때문에 산화가 방지된다.
티타늄과 같은 사용된 금속은 바람직하게는 2-20 중량%의 양으로 존재하고, 특히 약 10 중량%의 양으로 존재한다. 롤링 요소는 세라믹 요소를 포함한다. 그 예로서 질화규소(Si3N4) 세라믹 재료가 있다.
롤링 요소용 케이지는 플라스틱과 금속 재료를 모두 포함할 수 있다. 이는 구름 베어링이 사용되는 환경에 따른다. 극한 조건에서, 분말 금속 기술을 통해 실시되는 금속 케이지도 또한 가능한 대안이 될 수 있다.
본 발명의 롤링 요소가 볼을 포함할 수도 있지만, 바람직한 실시예에 따르면 상기 롤링 요소는 롤러를 포함한다.
금속이 첨가된 이황화 몰리브덴(MoS2) 코팅이 사용된다면, 이 코팅은 다수의 층으로 형성된다.
이황화 몰리브덴(MoS2) 층이 강재 기재에 구비되어야 한다면, 티타늄이 중간층으로서 사용된다. 따라서, 이 경우에 다수의 층(10-100)이 구비될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이렇게 형성된 총 코팅 두께는 0.1미크론 내지 4미크론 사이이며, 특히 1미크론 내지 2미크론 사이이다. 증착(PVD)은 완성된 베어링 부품에 실시된다. 이는 다시 말하면 코팅이 증착된 후에는 추가 그라인딩 공정이나 재경화 공정이 실행되지 않는다는 것을 의미한다.
금속 내측 링 또는 외측 링은 스테인레스 강재, 즉 크롬 및 니켈 함유량이 증가된 강재를 포함할 수 있다.
세라믹 재료 롤링 요소는 또한 고형 윤활 코팅재로 코팅될 수 있다.

Claims (8)

  1. 적어도 내측 링이나 외측 링을 포함하고 다수의 롤링 요소와 케이지를 포함하며, 상기 내측 링 또는 외측 링은 볼 베어링 강재를 포함하고, 상기 롤링 요소는 세라믹 재료를 포함하며, 상기 내측 링 또는 외측 링은 고형 윤활 코팅재로 코팅되는 구름 베어링에 있어서,
    상기 고형 윤활 코팅재는 금속이 첨가된 이황화 몰리브덴(MoS2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 윤활 코팅재에 금속이 2-20 중량%로 구비되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 롤링 요소는 질화규소(Si3N4) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 롤링 요소는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내측 링 또는 외측 링은 스테인레스 강을 포함하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 롤링 요소는 고형 윤활 코팅재로 코팅되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    윤활제 그리스를 포함하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
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