KR101335229B1 - 우레탄고무 코팅 베어링의 제조방법 및 그 베어링 - Google Patents

우레탄고무 코팅 베어링의 제조방법 및 그 베어링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속을 사용할 수 없는 반도체생산공정에 사용되는 PEEK 재질로 이루어진 베어링의 외륜에 수없이 부딪치는 반도체의 충격으로 인한 품질손상과 소음으로 인한 생산환경을 개선하기 위해서 PEEK 재질로 이루어진 베어링 표면에 우레탄고무를 코팅하기 위한 우레탄고무코팅 베어링의 제조방법 및 그 베어링에 관한 것으로, 그 제조방법은 이형제가 도포된 외륜코팅몰드에 외경에 접착제가 도포된 외륜를 넣고 우레탄코팅재를 채워, 6분 ~ 7분간 자연경화시키는 1차성형 단계 (S26), 강력한 접착을 위하여 샌딩부 내부까지 고무가 완전히 침투되도록 접착면의 공기가 완전히 배출되어야 하므로 프레스가압판으로 단위 ㎠ 당 170㎏의 압력으로 5초 가압 5초 이완을 5회 반복한 후 가압한 상태로 40분간 유지하는 단계(S27), 재질의 균일성과 잔류경화제의 배출과 고무의 탄성을 향상시키고 강도와 경도를 비롯한 물성을 요구수준으로 향상시키기 위해서 90℃~95℃의 오븐에 넣고 12~14 시간 동안 숙성열처리하는 단계(S28), 미숙성열처리를 방지하기 위해서 35~40도에서 3일간(72시간 동안) 숙성시켜 완전숙성에 이르게 하는 단계(S29), 외륜의 코팅을 완료하는 단계(S30)을 차례로 진행하는 것을 특징으로 한다.

Description

우레탄고무 코팅 베어링의 제조방법 및 그 베어링{the method for fabricating urethane rubber coated PEEK bearing and the bearing}
본 발명은 우레탄고무 코팅베어링의 제조방법 및 그 베어링에 관한 것으로, 더 상세하게는 금속을 사용할 수 없는 반도체생산공정에 사용되는 PEEK 재질로 이루어진 베어링의 외륜에 수없이 부딪치는 반도체의 충격으로 인한 품질손상과 소음으로 인한 생산환경을 개선하기 위해서 PEEK 재질로 이루어진 베어링 표면에 우레탄고무를 코팅하기 위한 우레탄고무코팅 베어링의 제조방법 및 그 베어링에 관한 것이다.
일반적으로, 우레탄고무(urethane rubber)란 우레탄결합·에테르결합·에스터결합을 갖는 망상구조(網狀構造)의 고분자 물질이다. 성형(成型)은 일반적으로 가압·가열 하에서 이루어지며 이중결합을 함유하지 않으므로 내후성(耐候性)·내산화성, 우레탄 결합이 있으므로 기계적 강도·내마모성·내충격성 등에서 우수하다. 우레탄 엘라스토머라고도 한다. 분자량이 수천이고, 양끝에 하이드록시기를 갖는 폴리에테르 또는 폴리에스터를 출발원료로 한다. 전자(前者)는 산화에틸렌·산화프로필렌에서 얻을 수 있으며, 후자(後者)는 아디프산 등의 2염기산과 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜과의 반응에 의해서 얻을 수 있다. 다음에 폴리에테르 또는 폴리에스터와 아이소사이안산염, 예를 들면 톨루이렌다이아이소사이안산염 등을 반응시키면 양끝에 아이소사이안산염기(基) 또는 하이드록시기를 갖는 프레폴리머가 합성된다. 이것을 형(型)에 넣으면서 아이소사이안산염기가 과잉일 때는 글리콜·다이아민, 하이드록시기가 과잉일 때는 다이아이소사이안염·산화물·황 등을 가교제(架橋劑)로서 가하면 망상구조가 생겨서 합성고무 제품이 된다.
최근, 반도체 생산공정에서는 금속을 사용할 수가 없기 때문에 PEEK 재질로 이루어진 베어링이 이용되는데, PEEK(Polyetherethereketone) 재질은 ①티타늄(Titanium) 같은 금속 계열 소재를 대신할 강도를 가지고, ②고성능 폴리머(Polymer) 재질로 금속재료와 같은 제작 방식인 사출성형, 몰딩, 가공, 압출 등으로 제작이 가능하며, ③충격 및 마모에 강한 특성을 지닌 열가소성수지이며, ④넓은 온도 범위에서의 높은 기계적 강도, 응력외 특성, 내크리프성, 피로 특성을 가지며, ⑤방사선 안정성이 뛰어나다.
그런데, 베어링의 외륜에 수없이 부딪치는 반도체의 충격 때문에 반도체의 품질이 손상되고 소음으로 인해 반도체 생산환경이 매우 열악한 실정이지만, PEEK 재질의 외륜에 코팅을 할 수가 없어서 무코팅 베어링을 사용하고 있었다.
이러한 PEEK 재질은 반도체장비의 부품을 만드는 재료로 널리 사용되고 있는데, 이는 높은 내열성과 높은 내화학성(내약품성), 고강도의 물성으로 인해서 우레탄 등의 고무코팅이 않되는 재료로 알려져 있으며 특히 베어링과 같이 외부로부터 계속적인 충격과 강력한 반도체처리약품으로 인한 박리현상을 견딜 수 있는 베어링의 코팅방법이 불가능하였기 때문에 이를 해결하기 위한 개발과 연구 노력이 계속되었었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 금속을 사용할 수 없는 반도체생산공정에 사용되는 PEEK 재질로 이루어진 베어링의 외륜에 수없이 부딪치는 반도체의 충격으로 인한 품질손상과 소음으로 인한 생산환경을 개선하기 위해서 PEEK 재질로 이루어진 베어링 표면에 우레탄고무를 코팅하기 위한 우레탄고무코팅 베어링의 제조방법 및 그 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외륜(外輪), 내륜(內輪), 볼 리테이너(ball retainer), 볼(ball)로 이루어진 우레탄고무코팅베어링의 제조방법에 있어서, 이형제가 도포되고 120도로 예열된 외륜코팅몰드에 외륜을 넣고 준비된 우레탄코팅재를 채운후 6분 ~ 7분간 자연경화시키는 1차 성형 단계(S26), 강력한 접착과 샌딩부의 샌딩홈 내부까지 고무가 완전히 침투되도록 접착면의 공기가 완전히 배출되어야 하므로 프레스가압판으로 단위 ㎠ 당 170㎏의 압력으로 5초 가압 5초 이완을 5회 반복한 후, 가압한 상태로 40분간 유지하는 단계(S27), 재질의 균일성과 잔류경화제의 배출과 고무의 탄성을 향상시키고 강도와 경도를 비롯한 물성을 요구수준으로 향상시키기 위해서 90℃~95℃의 오븐에 넣고 12~14 시간 동안 숙성열처리하는 단계(S28), 미숙성열처리를 방지하기 위해서 35~40도에서 3일간(72시간 동안) 숙성시켜 완전숙성에 이르게 하는 단계(S29), 외륜의 코팅을 완료하는 단계(S30)을 차례로 진행하는 것을 특징으로 하는 한다.
실시예에서, 상기 외륜코팅몰드의 제조과정은, 외륜코팅몰드(mold)를 성형하는 단계(S11), 외륜코팅몰드를 다듬어 매끈하게 하는 단계(S12), 외륜코팅몰드의 내경에 우레탄이 부착되는 것을 방지하기 위해서 외륜코팅몰드의 내경에 이형제를 도포하는 단계(S13), 이형제가 도포된 외륜코팅몰드를 120도의 오븐에서 건조시키는 단계(S14)를 포함하는 것이다.
실시예에서, 외경에 접착제가 도포된 상기 외륜의 제조과정은, PEEK 소재를 로딩하는 단계(S15), PEEK 소재로 외륜형상으로 황삭가공 즉, 1차 가공하는 단계(S16), 1차 가공된 외륜의 우레탄코팅면을 성형하는데, 외륜의 양단 일부를 제외한 샌딩(sanding)부를 0.2㎜ ~ 0.3㎜ 깊이로 파내는 단계(S17), 80메쉬(mesh)로 1차 샌딩(sanding)처리하고, 150메쉬(mesh)로 2차 샌딩하는 단계 (S17-1), 상기 샌딩부가 형성된 외륜의 표면 이물질을 초음파세척으로 제거하는 단계(S18), 상기 외륜의 샌딩부에 접착제를 균일하게 도포하고 25℃ 이상의 상온에서 3시간 이상 건조하는 단계(S19)를 포함하는 것이다.
실시예에서, 상기 우레탄코팅재의 제조과정은, 우레탄경화제(urethan hardener)를 로딩하는 단계(S22), 우레탄경화제를 적정량으로 계량한 후 120도의 오븐(oven)에서 보관하는 단계(S23), 우레탄고무(urethan rubber)를 로딩하는 단계(S20), 우레탄고무를 적정량으로 계량한 후 120도의 오븐(oven)에서 보관하는 단계(S21), 오븐에 보관된 우레탄고무와 용융된 우레탄경화제를 넣고 배합(blending)하는 단계(S24), 배합후 2분간 교반(agitating)하는 단계(S25)를 포함하는 것이다.
실시예에서, 상기 S24에서 우레탄고무와 우레탄경화제의 배합비율의 중량%는 4:1로 투입하여야 하고, 1회 사용량을 한꺼번에 투입하여야 하며, 연속적으로 투입하는 형태가 되어서는 안되며, 상기 S25 후 5분 이내에 다음 공정으로 넘어가야 하는 것이다.
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본 실시예의 바람직한 양태에 따르면, 종래에는 베어링과 같이 외부로부터 계속적인 충격과 강력한 반도체 처리약품으로 인한 박리현상에 견딜 수 있는 완벽한 코팅이 불가능하였는데, 이번 발명으로 이것을 가능하게 함으로써 세계최초로 우레탄고무코팅 PEEK 베어링의 제조가 가능하게 되었고, 이로 인해 품질과 내구성 그리고 분진을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 공정중 우레탄고무와 우레탄경화제를 배합하는 과정을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 공정중 외륜 외부를 가공하는 과정을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 공정중 외륜 내부를 가공하는 과정을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 공정중 외륜을 성형하는 과정을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 공정중 내륜, 볼, 리테이너를 가공하는 것을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명의 공정중 외륜, 내륜, 리테이너, 볼을 조립하는 것을 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명의 공정중 외륜의 외부 가공중 우레탄 코팅면가공을 자세히 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 우레탄고무코팅베어링의 제조방법을 자세히 나타낸 블록도로서, 도면에 도시된 공정별로 자세히 살펴보도록 하되, 볼베어링을 구성하는 외륜(外輪), 내륜(內輪), 볼 리테이너(ball retainer), 볼(ball)에서 내륜(內輪), 볼 리테이너(ball retainer), 볼(ball)은 종래기술과 동일하므로 외륜을 중심으로 설명하도록 한다.
본 발명에서 적용된 외륜(外輪)의 재질은 PEEK(Polyetherethereketone)는 반도체장비의 부품을 만드는 재료로 가장 많이 사용되는 재료로서 높은 내열성과 높은 내화학성(내 약품성), 고강도의 물성을 가진 재질이다.
1)외륜코팅몰드
도 1을 참조하면, 외륜코팅 몰드(mold)를 성형하는 단계(S11), 외륜코팅몰드를 다듬어 매끈하게 하는 단계(S12), 외륜코팅몰드의 내경에 우레탄이 부착되는 것을 방지하기 위해서 외륜코팅몰드의 내경에 이형제를 도포하는 단계(S13), 이형제가 도포된 외륜코팅몰드를 120도의 오븐에서 건조시키는 단계(S14)가 진행된다.
2)외경에 접착제가 도포된 외륜
한편, 도 2를 참조하면, PEEK 소재를 로딩하는 단계(S15), PEEK 소재로 외륜형상으로 황삭가공 즉, 1차 가공하는 단계(S16), 1차 가공된 외륜의 우레탄코팅면을 성형하는데, 외륜의 양단 일부를 제외한 샌딩(sanding)부를 0.2㎜ ~ 0.3㎜ 깊이로 파내는 단계(S17), 1차샌딩, 2차샌딩하는 단계(S17-1),상기 샌딩부가 형성된 외륜의 표면 이물질을 초음파세척으로 제거하는 단계(S18), 상기 외륜의 샌딩부에 접착제를 균일하게 도포하고 25℃ 이상의 상온에서 3시간 이상 건조하는 단계(S19)를 차례로 수행한다.
3)우레탄코팅제
도 3을 참조하면, 우레탄경화제(urethan hardener)를 로딩하는 단계(S22), 우레탄경화제를 적정량으로 계량한 후 120도의 오븐(oven)에서 보관하는 단계(S23)가 진행된다. 우레탄고무(urethan rubber)를 로딩하는 단계(S20), 우레탄고무를 적정량으로 계량한 후 120도의 오븐(oven)에서 보관하는 단계(S21)이 수행된다.
오븐에 보관된 우레탄고무와 용융된 우레탄경화제를 넣고 배합(blending)하는 단계(S24), 배합후 2분간 교반(agitating)하는 단계(S25)가 차례로 진행된다.
이때, 상기(S24)에서 우레탄고무와 우레탄경화제의 배합비율의 중량%(퍼센트; percent)은 4:1로 투입하여야 하고, 1회 사용량을 한꺼번에 투입하여야 하며, 연속적으로 투입하는 형태가 되어서는 안되며, 상기(S25) 후 3분 ~ 5분 이내에 다음 공정으로 넘어가야 하고, 5분이 넘으면 그 교반 재료는 사용할 수가 없다.
도 4를 참조하면, 도 1의 과정을 거친 성형코팅몰드에 접착제가 도포된 도 2의 과정을 거친 외륜을 넣고 도 3의 과정을 거친 경화제가 혼합된 우레탄코팅재를 채운 후에 6분 ~ 7분간 자연경화시키는 단계(S26), 강력한 접착을 위하여 샌딩부 내부까지 고무가 완전히 침투되도록 접착면의 공기가 완전히 배출되어야 하므로 프레스가압판으로 단위 ㎠ 당 170㎏의 압력으로 5초 가압 5초 이완을 5회 반복한 후 가압한 상태로 40분간 유지하는 단계(S27)을 수행한다.
재질의 균일성과 잔류경화제의 배출과 고무의 탄성을 향상시키고 강도와 경도를 비롯한 물성을 요구수준으로 향상시키기 위해서 90℃~95℃의 오븐에 넣고 12~14 시간 동안 숙성열처리하는 단계(S28), 미숙성열처리를 방지하기 위해서 35~40도에서 3일간(72시간 동안) 숙성시켜 완전숙성에 이르게 하는 단계(S29), 외륜의 코팅을 완료하는 단계(S30)을 차례로 진행한다.
전술한 바와 같이, 내륜, 볼 리테이너, 볼의 성형방법은 공지기술로 구현가능하므로 간단히 설명한다.
도 5를 참조하면, PEEK 재질로 이루어진 내륜을 구비하는 단계(S31), PE 재질로 이루어진 볼 리테이너(ball retainer)를 구비하는 단계(S32), 세라믹(ceramic) 재질의 볼(ball)을 구비하는 단계(S33)을 차례로 진행한다.
도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 4의 과정을 거쳐 코팅된 외륜가공을 완성하는 단계(S34), 도 5의 과정을 거친 내륜, 볼리테이너, 볼을 도 1 내지 도 4의 과정을 거친 외륜을 조립하여 우레탄고무코팅베어링으로 제조하는 단계(S35)를 수행한다.
한편, 도 7을 참조하여 단계(S17)을 더욱더 상세히 살펴본다.
도 7에 도시된 것은 외륜의 단면을 나타낸 것으로, 외륜 양단(C)을 0.5㎜(A)만큼 턱 기능을 할 수 있도록 가공하지 않고, 외륜 양단(C)을 제외한 부분을 깊이 0.2㎜(B) 만큼 파내어서 샌딩부(D)로 형성한다.
이러한 샌딩부(D)는 접착표면처리과정과 접착표면후처리과정으로 진행된다.
접착력을 강화시키기 위해서 접착표면 처리과정에서, 1)80메쉬(mesh)로 1차 샌딩(sanding)처리하고, 2)150메쉬(mesh)로 2차샌딩처리한다.
접착표면 후처리과정에서, 접착을 방해하는 이물질을 제거하기 위해서 초음파세척 후에 건조시킨다.
이와 같이 제조된 우레탄고무코팅 베어링의 외관을 살펴보면 다음과 같이 외륜 외경에 코팅이 된 것을 볼 수 있다.
Figure 112012030967271-pat00001
A ; 외륜양단의 턱의 폭 B ; 샌딩부의 가공 깊이
C ; 외륜양단의 턱

Claims (6)

  1. 외륜(外輪), 내륜(內輪), 볼 리테이너(ball retainer), 볼(ball)로 이루어진 우레탄고무코팅베어링의 제조방법에 있어서,
    이형제가 도포되고 120도로 예열된 외륜코팅몰드에 외륜을 넣고 준비된 우레탄코팅재를 채운후 6분 ~ 7분간 자연경화시키는 1차 성형 단계(S26), 강력한 접착과 샌딩부의 샌딩홈 내부까지 고무가 완전히 침투되도록 접착면의 공기가 완전히 배출되어야 하므로 프레스가압판으로 단위 ㎠ 당 170㎏의 압력으로 5초 가압 5초 이완을 5회 반복한 후, 가압한 상태로 40분간 유지하는 단계(S27), 재질의 균일성과 잔류경화제의 배출과 고무의 탄성을 향상시키고 강도와 경도를 비롯한 물성을 요구수준으로 향상시키기 위해서 90℃~95℃의 오븐에 넣고 12~14 시간 동안 숙성열처리하는 단계(S28), 미숙성열처리를 방지하기 위해서 35~40도에서 3일간(72시간 동안) 숙성시켜 완전숙성에 이르게 하는 단계(S29), 외륜의 코팅을 완료하는 단계(S30)을 차례로 진행하는 것을 특징으로 하는 우레탄고무코팅베어링의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외륜코팅몰드의 제조과정은,
    외륜코팅몰드(mold)를 성형하는 단계(S11), 외륜코팅몰드를 다듬어 매끈하게 하는 단계(S12), 외륜코팅몰드의 내경에 우레탄이 부착되는 것을 방지하기 위해서 외륜코팅몰드의 내경에 이형제를 도포하는 단계(S13), 이형제가 도포된 외륜코팅몰드를 120도의 오븐에서 건조시키는 단계(S14)를 포함하는 우레탄고무코팅베어링의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    외경에 접착제가 도포된 상기 외륜의 제조과정은,
    PEEK 소재를 로딩하는 단계(S15), PEEK 소재로 외륜형상으로 황삭가공 즉, 1차 가공하는 단계(S16), 1차 가공된 외륜의 우레탄코팅면을 성형하는데, 외륜의 양단 일부를 제외한 샌딩(sanding)부를 0.2㎜ ~ 0.3㎜ 깊이로 파내는 단계(S17), 80메쉬(mesh)로 1차 샌딩(sanding)처리하고, 150메쉬(mesh)로 2차 샌딩하는 단계 (S17-1), 상기 샌딩부가 형성된 외륜의 표면 이물질을 초음파세척으로 제거하는 단계(S18), 상기 외륜의 샌딩부에 접착제를 균일하게 도포하고 25℃ 이상의 상온에서 3시간 이상 건조하는 단계(S19)를 포함하는 우레탄고무코팅베어링의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 우레탄코팅재의 제조과정은,
    우레탄경화제(urethan hardener)를 로딩하는 단계(S22), 우레탄경화제를 적정량으로 계량한 후 120도의 오븐(oven)에서 보관하는 단계(S23), 우레탄고무(urethan rubber)를 로딩하는 단계(S20), 우레탄고무를 적정량으로 계량한 후 120도의 오븐(oven)에서 보관하는 단계(S21), 오븐에 보관된 우레탄고무와 용융된 우레탄경화제를 넣고 배합(blending)하는 단계(S24), 배합후 2분간 교반(agitating)하는 단계(S25)를 포함하는 우레탄고무코팅베어링의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 S24에서 우레탄고무와 우레탄경화제의 배합비율의 중량%는 4:1로 투입하여야 하고, 1회 사용량을 한꺼번에 투입하여야 하며, 연속적으로 투입하는 형태가 되어서는 안되며, 상기 S25 후 5분 이내에 다음 공정으로 넘어가야 하는 것을 특징으로 하는 우레탄고무코팅베어링의 제조방법.
  6. 삭제
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