KR101363246B1 - 부시 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부시 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 오일홈의 절삭 가공을 보다 신속하게 실시하며 이러한 오일홈에 채워지는 윤활유의 유동이 보다 원활하게 이루어지게 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 부시는 길이방향과 평행하게 배열된 회전축(210)에 의해 회전하는 절삭공구(200)로 절삭 가공되어, 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 오일홈(110)이 내주면에 형성되어, 오일홈의 절삭 가공을 보다 신속하게 실시할 수 있어 부시에 대한 생산성을 증대시키는 동시에, 오일홈의 윤활 효율을 크게 향상시켜 부시의 기능성 및 상품성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

부시 및 그 제조방법{Bush and method for manufacturing thereof}

본 발명은 부시 및 그 제조방법에 관한 것으로서 특히, 오일홈의 절삭 가공을 보다 신속하게 실시하며 이러한 오일홈에 채워지는 윤활유의 유동이 보다 원활하게 이루어지게 하기 위한 장치 및 방법으로써, 부시에 대한 생산성을 증대시키는 동시에, 기능성 및 상품성을 크게 향상시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 부시(bush)란, 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소를 말한다.

이와 같은 부시와 접촉하고 있는 축 부분을 저널(journal)이라고 하며, 이러한 부시는 저널 베어링 또는 미끄럼 베어링(sliding bearing)으로도 불린다.

상기 부시는 그 내주면인 저널부의 표면 전부 또는 표면의 일부를 둘러싼 것 같이 되어 있으며, 부시와 저널의 접촉면 사이에는 보통 얇은 막을 형성하는 윤활유가 있고, 이러한 부시는 면과 면이 접촉하기 때문에 축이 회전할 때 마찰저항이 구름 베어링보다는 크지만, 일반적으로 하중을 지지하는 능력이 크다는 이점을 가지고 있어 비교적 큰 하중이 작용하는 기계요소의 관절부위에 널리 적용되고 있는 실정이다.

도 1은 일반적인 부시를 도시하는 일부절결 사시도로서, 도 1에는 그 내주면에 각기 다른 형상의 오일홈이 형성되어 있는 일반적인 부시가 도시되어 있다.

도 1의 (a)는 원주방향으로 1자(一字) 형상의 그루브 오일홈(11)이 성형된 부시(10)를 도시하는 것이고, 도 1의 (b)는 경사지게 서로 연결된 8자(八字) 형상의 그루브 오일홈(12)이 성형된 부시(10)를 도시하는 것으로, 이러한 1자 또는 8자 형상의 그루브 오일홈(11)(12)이 성형된 부시(10)는 그루브 오일홈(11)(12)을 통해 이물질의 배출이 원활히 이루어진다는 이점을 지니고 있는 반면 지속적으로 윤활유의 공급이 요구된다는 단점을 지니고 있다.

그리고, 도 1의 (c)는 서로 연결되지 않은 딤플형 오일홈(13)이 성형된 부시(10)를 도시하는 것이고, 도 1의 (d)는 서로 연결되지 않은 딤플형 오일홈(13)과 부시(10)의 길이방향으로 1자형 그루브 오일홈(14)이 복합 성형된 부시(10)를 도시하는 것으로, 이러한 부시(10)는 이물질이 오일홈(13)(14) 내에 모이게 되며, 특히 윤활유의 지속적인 공급 없이도 비교적 장기간 윤활 효과를 얻을 수 있다는 이점을 지니고 있다.

도 2는 종래의 그루브 오일홈이 성형된 부시 제조방법을 도시하는 횡단면도로서, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 원주방향으로 1자 형상 또는 경사지게 서로 연결된 8자 형상의 그루브 오일홈(11)(12)이 성형된 부시(10)의 제작 시에는 도 2에 도시한 바와 같이, 부시(10)를 일정한 속도로 회전시키면서 그 안쪽으로 절삭공구(20)를 위치시키거나 혹은 일정한 속도로 이 절삭공구(20)를 길이방향으로 전진 또는 후진시킴에 따라 원하는 형상의 1자 또는 8자 형상의 그루브 오일홈(11)(12)을 절삭 가공하는 것이 가능하다.

물론, 도 1의 (d)에 도시한 길이방향 1자 형상의 오일홈(14)은 부시(10)의 회전 없이 그 안쪽으로 절삭공구(20)를 전진 또는 후진시킴에 따라 성형이 가능함은 자명하다.

도 3은 종래의 딤플형 오일홈이 성형된 부시 제조방법을 도시하는 단면도로서, 도 1의 (c)나 (d)와 같이 서로 연결되지 않은 딤플형 오일홈(13)이 성형된 부시(10)의 제작 시에는 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 부시(10)의 내부에 절삭공구(20)를 위치시킨 상태에서, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 부시(10)의 반경방향으로 전용 절삭공구(20)의 전진 및 후진을 반복하여 각각의 딤플형 오일홈(13)을 절삭 가공하고 있다.

그러나, 종래의 부시 제조방법은 성형하고자 하는 딤플형 오일홈(13)의 개수만큼 반복적으로 절삭공구(20)를 부시(10)의 반경방향으로 전진 및 후진을 반복해야만 하기 때문에, 서로 연결되지 않은 다수의 딤플형 오일홈(13)을 부시(10)에 절삭 가공하기에는 가공 전용기의 설비비용과 가공 시간의 증가나 제조원가 상승 등 많은 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 오일홈의 절삭 가공을 보다 신속하게 실시할 수 있어 부시에 대한 생산성을 증대시키는 동시에, 오일홈의 윤활 효율을 크게 향상시켜 부시의 기능성 및 상품성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 부시 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명의 부시는 길이방향과 평행하게 배열된 회전축에 의해 회전하는 절삭공구로 절삭 가공되어, 원주방향 폭이 길이방향 폭을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 오일홈이 내주면에 형성됨으로써 달성된다.

이 때, 상기 오일홈은 1<(원주방향 폭/길이방향 폭)≤10이고, 상기 오일홈의 면적은 내주면 전체 면적의 10~30%이며, 상기 오일홈의 체적은 전체 체적의 2~10%이고, 상기 오일홈의 깊이는 0.5~2mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 부시에 대하여 고주파, 침탄 및 질화 열처리 한 후 MoS₂의 코팅과; 성능 향상을 위한 열처리+PTFE 계열, 질화+DLC, DLC의 코팅과; 공정 감소로 인한 시간 및 비용의 절감을 위한 침유질화(가스, 플라스마) 코팅 중 어느 하나 이상으로 표면 처리된 것이 가장 바람직하다.

그리고 본 발명의 부시 제조방법은, 오일홈을 가공하고자 하는 부시를 공작기계에 고정시키고, 원주방향 폭이 길이방향 폭을 초과하는 타원형 또는 마름모형 단면을 갖는 절삭공구를 상기 부시의 길이방향과 평행하게 배열된 회전축에 의해 회전시키는 세팅단계와; 상기 부시가 위치 고정된 상태에서 상기 절삭공구를 미리 코딩된 가공 궤적에 따라 이동시키거나 또는 회전하는 상기 절삭공구가 위치 고정된 상태에서 상기 부시를 미리 코딩된 이동 궤적에 따라 이동시켜 상기 부시의 내주면에 원주방향 폭이 길이방향 폭을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 오일홈을 절삭 가공하되, 상기 오일홈은 1<(원주방향 폭/길이방향 폭)≤10이고, 상기 오일홈의 면적은 내주면 전체 면적의 10~30%이며, 상기 오일홈의 체적은 전체 체적의 2~10%이고, 상기 오일홈의 깊이는 0.5~2mm가 되도록 하는 절삭단계와; 공작기계로부터 가공된 상기 부시를 분리시켜 다듬질한 후, 상기 부시에 대하여 고주파, 침탄 및 질화 열처리 한 후 MoS₂의 코팅과; 성능 향상을 위한 열처리+PTFE 계열, 질화+DLC, DLC의 코팅과; 공정 감소로 인한 시간 및 비용의 절감을 위한 침유질화(가스, 플라스마) 코팅 중 어느 하나 이상으로 표면 처리하는 마무리단계로 구성됨으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 오일홈의 절삭 가공을 보다 신속하게 실시할 수 있어 부시에 대한 생산성을 증대시키는 동시에, 오일홈의 윤활 효율을 크게 향상시켜 부시의 기능성 및 상품성을 크게 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 일반적인 부시를 도시하는 일부절결 사시도,
도 2는 종래의 그루브 오일홈이 성형된 부시 제조방법을 도시하는 횡단면도,
도 3은 종래의 딤플형 오일홈이 성형된 부시 제조방법을 도시하는 단면도,
도 4는 본 발명의 부시를 도시하는 일부절결 사시도,
도 5는 본 발명의 부시에 성형된 딤플형 오일홈을 도시하는 도,
도 6은 본 발명의 부시 제조방법을 도시하는 횡단면도,
도 7은 본 발명의 부시 제조방법을 도시하는 평단면도,
도 8은 본 발명의 부시 내주면을 나타내는 전개도,
도 9는 본 발명의 부시 제조방법을 도시하는 흐름도,
도 10은 본 발명의 부시에 대한 윤활유의 유동해석 결과를 도시하는 도.

도 4는 본 발명의 부시를 도시하는 일부절결 사시도이며, 도 5는 본 발명의 부시에 성형된 딤플형 오일홈을 도시하는 도이고, 도 6은 본 발명의 부시 제조방법을 도시하는 횡단면도이다.

그리고, 도 7은 본 발명의 부시 제조방법을 도시하는 평단면도이며, 도 8은 본 발명의 부시 내주면을 나타내는 전개도이다.

또한, 도 9는 본 발명의 부시 제조방법을 도시하는 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 부시에 대한 윤활유의 유동해석 결과를 도시하는 도이다.

본 발명의 부시 및 그 제조방법은 도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 부시(100)의 길이방향에 대하여 평행하게 배열된 회전축(210)을 통해 절삭공구(200)가 회전하는 상태에서 상기 부시(100) 또는 상기 절삭공구(200)가 상대적인 위치 이동을 함으로써 부시(100)의 내주면에 오일홈(110)이 형성되며, 특히, 이와 같이 성형된 오일홈(110)은 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형으로 형성되어, 오일홈(110)의 성형이 용이하며 윤활 효과가 우수한 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 부시는 길이방향과 평행하게 배열된 회전축(210)에 의해 회전하는 절삭공구(200)로 절삭 가공되어, 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 오일홈(110)이 내주면에 형성되는 것이다.

도 4의 (a)에는 부시(100)에 타원형 오일홈(110)이 형성된 것을 예시하였으며, 도 4의 (b)에는 부시(100)에 마름모형 오일홈(110)이 형성된 것을 예시하였다.

설명의 편의를 위하여, 도 4에는 상기 부시(100)를 기준으로 길이방향, 반경방향, 그리고 원주방향을 나타내었으며 이후에서는 이를 이용하여 상세한 설명을 하기로 한다.

본 발명의 부시의 가장 큰 특징은 절삭공구(200)의 회전축(210)이 상기 부시(100)의 길이방향과 평행을 유지하는 상태에서 회전하는 절삭공구(200)를 상기 부시(100)의 내주면을 소정 궤적을 가지고 일주하도록 제어함으로써 오일홈(110)에 대한 절삭 가공이 이루어지기 때문에 오일홈(110)의 형상이 도 4의 (a)와 같은 타원형이나 도 4의 (b)와 같은 마름모형으로 이루어지며, 그 성형 방법에 대한 보다 상세한 설명은 본 발명의 부시 제조방법에서 함께 설명하기로 한다.

이때, 상기 오일홈(110)의 원주방향 폭(Wr)과 길이방향 폭(Wl)은 도 5의 (a) 및 (b)에 나타나 있으며, 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하도록 상기 오일홈(110)을 형성할 경우, 그 윤활 효과가 크게 증대된다는 이점을 가진다.

이를 확인하기 위해, 도 10의 (a)는 반구형 오일홈이 성형된 종래의 부시에 대한 윤활유의 유동해석 결과이며, 도 10의 (b)는 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 오일홈(110)이 성형된 본 발명의 부시에 대한 윤활유의 유동해석 결과로서, 종래의 부시는 윤활유가 과다하게 모여있는 붉은색 부분과 윤활유가 부족한 푸른색으로 나타난 부위가 넓은 영역에 걸쳐 발생하는 반면, 본 발명의 부시(100)는 붉은색과 푸른색으로 나타나는 영역이 적고 적절한 윤활이 이루어진 주황색, 노란색, 그리고 초록색 영역이 넓게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

그리고 본 발명의 출원인은 상기 부시(100)에 형성되는 오일홈(110)의 형상 및 크기를 다양하게 변화시키면서 윤활 효과를 시험한 결과, 상기 오일홈(110)은 1<(원주방향 폭(Wr)/길이방향 폭(Wl))≤10이 양호하고, 상기 오일홈(110)의 면적은 내주면 전체 면적의 10~30%이며, 상기 오일홈(110)의 체적은 전체 체적의 2~10%이고, 도 5의 (c)에 표현한 상기 오일홈(110)의 깊이(D)는 0.5~2mm인 것이 가장 윤활 효과가 높은 것을 확인하였다.

이와 더불어, 상기 부시(100)에 대하여 고주파, 침탄 및 질화 열처리 한 후 MoS₂의 코팅과; 성능 향상을 위한 열처리+PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 계열, 질화+DLC, DLC의 코팅과; 공정 감소로 인한 시간 및 비용의 절감을 위한 침유질화(가스, 플라스마) 코팅 중 어느 하나 이상으로 표면 처리된 것이 가장 바람직한 것을 알 수 있었다.

이때, 기존에 사용되는 PTFE 코팅에 경화제를 첨가하여 마찰계수 뿐 만 아니라, 내구성을 높일 수 있었으며, 그 결과 기존에 타사에서 실시하고 있는 MoS₂ 코팅 보다 약 3배정도의 연장된 수명을 가지는 것을 확인하였다.

그리고 상기 DLC(Diamond Like Coating)는 다이아몬드처럼 강한 표면 코팅을 의미하며, 마찰계수나 내마모성 등에서 현저한 성능 우위를 나타내는 것이다.

또한, 침유질화는 기존의 질화에 황화합물 층을 입힌 것으로 황화합물이 코팅의 역할을 하는 열처리이며, 이러한 황화합물 층은 미세 기공을 가지고 있어 오일(그리스/윤활유)의 함유성질이 있어 윤활성이 향상되며, 황화합물 자체도 윤활성능을 향상시키는 특성이 있는 것이다.

특히, 종래에 있어서는 열처리 후 코팅을 실시하였으나, 본 발명에 있어서는 침유질화가 단일 챔버에서 열처리와 동시에 수행되므로 제작 시간 및 원가 절감 효과 또한 있는 것이다.

다음으로 본 발명의 부시 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 부시 제조방법은 피가공물인 부시(100)가 고정된 상태에서 절삭공구(200)가 소정의 궤적으로 이동하는 경우와 회전하는 절삭공구(200)가 고정된 상태에서 피가공물인 부시(100)가 소정의 궤적으로 이동하는 경우가 있을 수 있다.

즉, 본 발명의 부시 제조방법은 부시(100)를 공작기계에 고정시키고, 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형 단면을 갖는 절삭공구(200)를 상기 부시(100)의 길이방향과 평행하게 배열된 회전축(210)에 의해 회전시키는 세팅단계(S10)와; 상기 부시(100)가 위치 고정된 상태에서 상기 절삭공구(200)를 미리 코딩된 가공 궤적에 따라 이동시키거나 또는 회전하는 상기 절삭공구(200)가 위치 고정된 상태에서 상기 부시(100)를 미리 코딩된 이동 궤적에 따라 이동시켜 상기 부시(100)의 내주면에 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 오일홈(110)을 절삭 가공하되, 상기 오일홈(110)은 1<(원주방향 폭(Wr)/길이방향 폭(Wl))≤10이고, 상기 오일홈(110)의 면적은 상기 부시(100)의 내주면 전체 면적의 10~30%이며, 상기 오일홈(110)의 체적은 상기 부시(100)의 전체 체적의 2~10%이고, 상기 오일홈(110)의 깊이(D)는 0.5~2mm가 되도록 하는 절삭단계(S20)와; 공작기계로부터 가공된 상기 부시(100)를 분리시켜 다듬질한 후, 상기 부시(100)에 대하여 고주파, 침탄 및 질화 열처리 한 후 MoS₂의 코팅과; 성능 향상을 위한 열처리+PTFE 계열, 질화+DLC, DLC의 코팅과; 공정 감소로 인한 시간 및 비용의 절감을 위한 침유질화(가스, 플라스마) 코팅 중 어느 하나 이상으로 표면 처리하는 마무리단계(S30)로 구성되는 것이다.

우선, 도 9에 도시한 바와 같이 본 발명의 부시 제조방법에 있어서 세팅단계(S10)에서는 오일홈(110)을 가공하고자 하는 부시(100)를 NC머신 등의 공작기계에 고정시킨다.

이후, 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형 단면을 갖는 절삭공구(200)를 상기 부시(100)의 길이방향과 평행하게 배열된 회전축(210)에 의해 회전시키는 것이다.

이후 절삭단계(S20)에서는, 상기 부시(100)가 공작기계에 상에서 위치 고정된 상태에서 도 7의 은선 A로 나타낸 바와 같이 상기 절삭공구(200)를 미리 코딩된 가공 궤적에 따라 이동시켜 상기 부시(100)의 내주면에 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 오일홈(110)을 절삭 가공하는 것이다.

이에 따라, 상기 부시(100)에는 도 8의 (a) 및 (b)와 같이 타원형 오일홈(110) 또는 도 8의 (c) 및 (d)와 같이 마름모형 오일홈(110)이 형성된다.

여기에서, 도 8의 (a)나 (c)와 같이 상기 오일홈(110)을 상기 부시(100)의 내주면을 따라 나란하게 형성하는 것이 가능하며, 도 8의 (b)나 (d)와 같이 상기 오일홈(110)을 상기 부시(100)의 내주면을 따라 지그재그로 형성하는 것도 물론 가능하다.

이때, 상기 오일홈(110)은 1<(원주방향 폭(Wr)/길이방향 폭(Wl))≤10이고, 상기 오일홈(110)의 면적은 상기 부시(100)의 내주면 전체 면적의 10~30%이며, 상기 오일홈(110)의 체적은 상기 부시(100)의 전체 체적의 2~10%이고, 상기 오일홈(110)의 깊이(D)는 0.5~2mm가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 부시(100)의 내주면에 오일홈(110)이 절삭 가공되면 마지막으로 마무리단계(S30)에서는 공작기계로부터 가공된 상기 부시(100)를 분리시켜 다듬질한 후, 상기 부시(100)에 대하여 고주파, 침탄 및 질화 열처리 한 후 MoS₂의 코팅과; 성능 향상을 위한 열처리+PTFE 계열, 질화+DLC, DLC의 코팅과; 공정 감소로 인한 시간 및 비용의 절감을 위한 침유질화(가스, 플라스마) 코팅 중 어느 하나 이상으로 표면 처리하는 것이다.

여기에서, 앞서 설명한 바와 같이 부시(100)가 고정된 상태에서 절삭공구(200)가 이동하여도 좋고, 또는 이와는 다르게 절삭공구(200)가 고정된 상태에서 부시(100)를 이동시키는 것으로 상술한 것과 동일한 작용을 얻을 수도 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 부시 및 그 제조방법은 다수의 딤플형 오일홈(110) 성형 방법을 개선하여 종래에 비하여 대략 1/4의 시간 내에 부시(100)의 오일홈(110) 성형이 완료되어 생산성이 크게 향상된다는 이점을 지닌 것이다.

또한, 상기 오일홈(110)은 원주방향 폭(Wr)이 길이방향 폭(Wl)을 초과하는 타원형 또는 마름모형으로 이루어져 종래에 단순히 반구형으로 형성되는 오일홈에 비하여 윤활 효율이 크게 증대된다는 가장 큰 이점을 지니게 된다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

100 : 부시 110 : 오일홈
200 : 절삭공구 210 : 회전축

Claims (4)

1. 딤플형 오일홈을 가공하고자 하는 부시를 공작기계에 고정시키고, 원주방향 폭이 길이방향 폭을 초과하는 타원형 또는 마름모형 단면을 갖는 절삭공구를 상기 부시의 길이방향과 평행하게 배열된 회전축에 의해 회전시키는 세팅단계와;
   상기 부시가 위치 고정된 상태에서 상기 절삭공구를 길이방향의 소정 위치에서 원주방향으로 이동시키는 동시에 반경방향으로 지그재그 이동시키는 미리 코딩된 가공 궤적에 따라 또는, 회전하는 상기 절삭공구가 위치 고정된 상태에서 상기 부시를 길이방향 소정 위치에서 원주방향으로 이동시키는 동시에 반경방향으로 지그재그 이동시키는 미리 코딩된 가공 궤적에 따라 이동시켜, 상기 부시의 내주면에 원주방향 폭이 길이방향 폭을 초과하는 타원형 또는 마름모형의 딤플형 오일홈을 절삭 가공하되, 상기 오일홈은 1<(원주방향 폭/길이방향 폭)≤10이고, 상기 오일홈의 면적은 내주면 전체 면적의 10~30%이며, 상기 오일홈의 체적은 전체 체적의 2~10%이고, 상기 오일홈의 깊이는 0.5~2mm가 되도록 하는 절삭단계와;
   공작기계로부터 가공된 상기 부시를 분리시켜 다듬질한 후, 상기 부시에 대하여 성능 향상을 위한 열처리+PTFE 계열, 질화+DLC, DLC의 코팅과; 공정 감소로 인한 시간 및 비용의 절감을 위한 침유질화(가스, 플라스마) 코팅 중 어느 하나 이상으로 표면 처리하는 마무리단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 부시 제조방법.
   
2. 제1항의 부시 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 부시.
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