KR101590121B1 - 고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법 - Google Patents
고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101590121B1 KR101590121B1 KR1020140179051A KR20140179051A KR101590121B1 KR 101590121 B1 KR101590121 B1 KR 101590121B1 KR 1020140179051 A KR1020140179051 A KR 1020140179051A KR 20140179051 A KR20140179051 A KR 20140179051A KR 101590121 B1 KR101590121 B1 KR 101590121B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ball
- guide layer
- ball bearing
- ball guide
- plate
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 9
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 title abstract description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 25
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 15
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 15
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 15
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims description 8
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 claims description 6
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 claims description 5
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 3
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 3
- UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N ethyl carbamate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.CCOC(N)=O UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 3
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 claims 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 52
- 239000011805 ball Substances 0.000 description 115
- 239000011806 microball Substances 0.000 description 9
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- -1 ethylene, tetrafluoroethylene Chemical group 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B5/00—Devices comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
- F16C29/04—Ball or roller bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/32—Balls
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
- F16C33/64—Special methods of manufacture
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법이 게시된다. 본 발명의 실시예에 따른 볼베어링 제조방법(S100)은, 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing)을 제조하는 방법(S100)으로서, a) 지지하판(120) 상부면에 유리전이온도 이상 가열된 소프트 폴리머 소재를 소정 두께(t)만큼 코팅하여 볼 가이드층(130)을 형성시키는 폴리머코팅단계(S110); b) 볼 가이드층(130) 상부에 볼(140)을 배치시켜, 볼(140)의 일부분이 볼 가이드층(130)에 잠기도록 하는 볼 배치단계(S120); c) 볼 가이드층(130)을 양생 및 경화시키는 볼 가이드층 경화단계(S130); 및 d) 지지하판(120) 상부에 구동상판(110)을 탑재시키는 구동상판 탑재단계(S140);
를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따른 볼베어링 제조방법은, 종래 기술 대비 보다 손쉬운 방법에 의해 볼베어링을 제조할 수 있어, 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 제조비용을 절감시킬 수 있다.
를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따른 볼베어링 제조방법은, 종래 기술 대비 보다 손쉬운 방법에 의해 볼베어링을 제조할 수 있어, 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 제조비용을 절감시킬 수 있다.
Description
본 발명은 볼베어링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법에 관한 것이다.
MEMS(Microelectromechanical Systems의 약어)는 미세 기술로서 기계 부품, , , 를 하나의 기판 위에 집적화한 장치를 가리킨다. 주로 제작 기술을 이용해 제작되지만 반도체 집적회로에서 평면을 가공하는 프로세스로 제작할 때 입체 형상을 만들어야 하므로 반도체 집적회로의 제작에는 쓰이지 않으며, 이라 불리는 제작 프로세스가 포함된다.
현재 제품으로서 시판되고 있는 것으로서는 의 헤드, , , , 등이 있다. 응용 분야가 다방면에 걸쳐 있기 때문에 시장 규모가 확대되고 있다.
한편, 두 면이 접촉하면서 상대 운동을 하는 구동 부위를 가지는 MEMS(Micro-ElectroMechanical System) 구조물의 신뢰성 문제는 아직도 해결되지 않고 있는 문제이다.
MEMS 구조물에서 상대 운동하는 두면 간에는 마찰과 마모 문제가 발생한다.
현재까지도 MEMS에 적용하여 상용화에 성공할 수 있을 정도의 윤활제나 베어링이 개발되지 않고 있기 때문에, 이에 대한 기술이 다양하게 연구되고 있다.
최근 수십에서 수백 마이크로미터 지름의 마이크로 볼 베어링(micro ball bearing)의 롤링(rolling) 현상을 이용한 연구가 진행되고 있다.
도 1에는 종래 기술에 따른 약 50 ㎛ 크기의 마이크로 볼 베어링을 평평한 판 위에 무작위로 뿌린 상태를 나타내는 사진이 도시되어 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 약 50 ㎛ 크기의 마이크로 볼 베어링(10)은 원하는 위치에 안착시키기가 매우 어렵기 때문에 평평한 판 위에 무작위로 뿌려서 마찰 실험을 진행할 수 밖에 없다. 또한, 평판 위에 마이크로 볼 베어링이 있는 경우 모든 방향으로 구름 운동이 발생하기 때문에 마이크로 볼 베어링을 이용한 선형 가이드(linear guide) 또는 회전 가이드(rotating guide)로 사용할 수 없다. 더욱이, 마이크로 볼 베어링은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 서로 달라붙거나 군집을 이루는 현상도 발생할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수십 마이크로미터 이하 지름을 가지는 마이크로 베어링은 정전기력이나 반데르발스 힘과 같은 표면력에 의해서 서로 뭉치는 현상이 발생해서 마이크로 볼 베어링 간의 간섭이 발생할 수 있다.
또한, 베어링이 자유 롤링을 하기 때문에 상대 운동에 따라 베어링이 임의의 방향으로 움직여서 원하지 않는 영역으로 베어링이 이동될 수 있다.
따라서, 베어링의 원활한 작동을 위해선 베어링의 위치를 고정해 주는 가이드가 필수적이다.
그러나, 마이크로 베어링의 경우 그 크기가 매우 작기 때문에 마이크로 베어링에 적합한 가이드를 제작하고 그 위치에 베어링을 정확히 위치시킴에 있어 많은 어려움이 있다.
본 발명의 목적은, 매우 작은 크기의 마이크로 베어링에 적합한 가이드를 제작하고, 가이드 위치에 볼 베어링을 정확히 위치시킬 수 있는 볼베어링 베조방법 및 이에 의해 제조된 볼베어링을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 볼베어링은, 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing)으로서, 지지하판 상부에 탑재되는 구동상판; 상기 구동상판의 하부에 배치되고, 상부에 볼 가이드층이 형성되어 있는 지지하판; 상기 지지하판 상부면에 형성되어 있고, 볼을 안착시키는 안착홈이 형성된 볼 가이드층; 및 상기 볼 가이드층의 안착홈에 안착되어 지지하판으로부터 구동상판을 지지하는 볼;을 포함하고, 상기 볼 가이드층의 안착홈은, 고분자 소재로 구성된 볼 가이드층에 볼을 배치시킨 후, 볼 가이드층을 양생 및 경화시켜, 볼 가이드층의 경화시 발생하는 수축작용에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동상판의 하부면에는 소정 크기의 마찰력을 가지는 마찰소재가 코팅될 수 있다.
또한, 상기 볼 가이드층을 구성하는 고분자 소재는, 소프트 폴리머 소재일 수 있다.
본 발명은 또한, 볼베어링을 제조하는 방법을 제공할 수 있는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 볼베어링 제조방법은, 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing)을 제조하는 방법으로서, a) 지지하판 상부면에 유리전이온도 이상 가열된 소프트 폴리머 소재를 소정 두께(t)만큼 코팅하여 볼 가이드층을 형성시키는 폴리머코팅단계; b) 볼 가이드층 상부에 볼을 배치시켜, 볼의 일부분이 볼 가이드층에 잠기도록 하는 볼 배치단계; c) 볼 가이드층을 양생 및 경화시키는 볼 가이드층 경화단계; 및 d) 지지하판 상부에 구동상판을 탑재시키는 구동상판 탑재단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 지지하판 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재는 유리전이온도 이상 가열할 경우 유동성을 가지고, 광경화방법 또는 열경화 방법에 의해 소정 비율의 수축률로 수축하며 경화되는 소재일 수 있다.
또한, 상기 소프트 폴리머 소재는 스핀코팅방법(Spin coating) 또는 딥코팅방법(Dip coating)에 의해 지지하판 상부면에 코팅될 수 있다.
또한, 상기 지지하판 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재의 두께(t)는, 볼의 직경(D) 대비 50 내지 100 %의 길이일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 b) 볼 배치단계는, 볼 가이드층 상부의 기설정된 위치에 볼을 배치시킨 후, 판상형 부재를 이용하여 볼을 하방으로 가압하여, 볼의 일부분이 볼 가이드층에 잠기도록 하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 c) 볼 가이드층 경화단계는, 광경화 또는 열경화 방법에 의해 소프트 폴리머 소재를 경화시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 c) 볼 가이드층 경화단계는, 소프트 폴리머 소재가 경화됨에 따라 발생하는 수축작용을 이용하여, 볼과 인접하는 부분에서 갭(shrink gap)을 발생시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 소프트 폴리머 소재는, s-PDMS 소재, h-PDMS 소재, X-PDMS 소재, hv-PDMS 소재, Diluted PDMS 소재, Perfluoropolyether (PFPE) 소재, HPFPE 소재, a-PFPE 소재, PFPE-DMA (Photochemically curable fluoropolymer) 소재, Ethylene (Tetrafluoroethylene, ETFE) 소재, Teflon 소재, Poly(Urethaneacrylate, PUA), Modulus-tunable UV-curable 소재 및 UV-curable inorganic-organic hybrid polymer - Ormostamp 소재로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
또한, 상기 볼 가이드층 상부에 배치되는 볼의 외부면에는 수용성 폴리머 소재가 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 볼 가이드층 상부에 배치되는 구동상판의 하부면에는 소정 크기의 마찰력을 가지는 마찰소재가 코팅될 수 있다.
이 경우, 상기 마찰소재는 실리콘 나이트라이트 또는 실리콘 카바이드일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 볼베어링을 포함하는 MEMS 디바이스(Micro Electro Mechanical System Device)를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 볼 베어링은, 볼 가이드층의 경화시 발생하는 수축작용을 이용하여 안착홈을 볼 가이드층에 형성하는 방법에 의해 제조됨으로써, 종래 기술 대비 손쉬운 방법에 의해 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 볼베어링 제조방법은, 유리전이온도 이상 가열할 경우 유동성을 가지고, 광경화방법 또는 열경화 방법에 의해 소정 비율의 수축률로 수축하며 경화되는 소재를 이용하여 볼 가이드층을 형성시키는 볼 가이드층 경화단계를 이용함으로써, 종래 기술 대비 보다 손쉬운 방법에 의해 볼베어링을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 볼베어링 제조방법은, 종래 기술 대비 보다 손쉬운 방법에 의해 볼베어링을 제조할 수 있어, 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 제조비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 약 50 ㎛ 크기의 마이크로 볼 베어링을 평평한 판 위에 무작위로 뿌린 상태를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 베어링을 나타내는 측절단모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 베어링 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 볼 베어링 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 3에 도시된 볼 베어링 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 베어링을 나타내는 측절단모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 베어링 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 볼 베어링 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 3에 도시된 볼 베어링 제조방법을 나타내는 모식도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 베어링을 나타내는 측절단모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 볼 베어링(100)은 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing, 100)으로서, 구동상판(110), 지지하판(120), 볼 가이드층(130) 및 볼(140)을 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 구동상판(110)은 지지하판(120) 상부에 탑재되고, 지지하판(120)은 구동상판(110)의 하부에 배치되고 상부에 볼 가이드층(13)이 형성된 구조일 수 있다. 볼 가이드층(130)은 지지하판(120) 상부면에 형성되어 있고, 볼(140)을 안착시키는 안착홈(131)이 형성된 구조일 수 있다. 또한, 볼(140)은 볼 가이드층(130)의 안착홈(131)에 안착되어 지지하판(120)으로부터 구동상판(110)을 지지할 수 있다.
이때, 볼 가이드층(130)의 안착홈(131)은, 고분자 소재로 구성된 볼 가이드층(130)에 볼(140)을 배치시킨 후, 볼 가이드층(130)을 양생 및 경화시켜, 볼 가이드층(130)의 경화시 발생하는 수축작용에 의해 형성될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 이하 후술하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 베어링 제조방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 볼 베어링 제조방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3에 도시된 볼 베어링 제조방법을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 볼베어링 제조방법(S100)은, 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing)을 제조하는 방법(S100)으로서, 폴리머코팅단계(S110), 볼 배치단계(S120), 볼 가이드층 경화단계(S130) 및 구동상판 탑재단계(S140)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 폴리머코팅단계(S110)는, 지지하판(120) 상부면에 유리전이온도 이상 가열된 소프트 폴리머 소재를 소정 두께(t)만큼 코팅하여 볼 가이드층(130)을 형성시키는 단계이다.
지지하판(120) 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재는 유리전이온도 이상 가열할 경우 유동성을 가지고, 광경화방법 또는 열경화 방법에 의해 소정 비율의 수축률로 수축하며 경화되는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 소프트 폴리머 소재는 s-PDMS 소재, h-PDMS 소재, X-PDMS 소재, hv-PDMS 소재, Diluted PDMS 소재, Perfluoropolyether (PFPE) 소재, HPFPE 소재, a-PFPE 소재, PFPE-DMA (Photochemically curable fluoropolymer) 소재, Ethylene (Tetrafluoroethylene, ETFE) 소재, Teflon 소재, Poly(Urethaneacrylate, PUA), Modulus-tunable UV-curable 소재 및 UV-curable inorganic-organic hybrid polymer - Ormostamp 소재로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
소프트 폴리머 소재를 지지하판(120)의 상부면에 코팅하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 스핀코팅방법(Spin coating) 또는 딥코팅방법(Dip coating)을 이용하여 소프트 폴리머 소재를 지지하판(120)의 상부면에 코팅할 수 있다.
이때, 지지하판(120) 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재의 두께(t)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 볼(140)의 직경(D) 대비 50 내지 100 %의 길이일 수 있다. 지지하판(120) 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재의 두께(t)가 볼(14)의 직경(D) 대비 50 % 미만일 경우에는, 안착홈(131)이 볼(140)을 안정적으로 지지하지 못한다. 또한, 지지하판(120) 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재의 두께(t)가 볼(14)의 직경(D) 대비 100 % 초과일 경우에는, 안착홈(131)이 안착된 볼(140)이 구동상판(110)과 접촉할 수 없어 볼베어링의 역할을 수행할 수 없다.
볼 배치단계(S120)는, 볼 가이드층(130) 상부에 볼(140)을 배치시켜, 볼(140)의 일부분이 볼 가이드층(130)에 잠기도록 하는 단계이다.
경우에 따라서, 볼 배치단계(S120)는 도 4의 b-1)에 도시된 바와 같이, 볼 가이드층(130) 상부의 기설정된 위치에 볼(140)을 배치시킨 후, 판상형 부재(10)를 이용하여 볼(140)을 하방으로 가압하여, 볼(140)의 일부분이 볼 가이드층(130)에 잠기도록 할 수 있다.
또한, 볼 가이드층(130) 상부에 배치되는 볼(140)의 외부면에는 수용성 폴리머 소재가 코팅될 수 있다. 수용성 폴리머 소재가 코팅된 볼(140)은 볼 가이드층(130)에 잠기도록 배치된 후, 볼 가이드 층 경화단계(S130) 이후 물에 의해 녹여져 제거될 수 있다.
이때 수용성 폴리머 소재로 채택될 수 있는 소재로서, "poly(acrylic acid)", "Dextran", "Poly(methacrylic acid)", "Poly(acrylamide)"를 예로 들 수 있다.
볼 가이드층 경화단계(S130)는 볼 가이드층(130)을 양생 및 경화시키는 단계이다.
이때, 소프트 폴리머 소재는 광경화 또는 열경화 방법에 의해 경화될 수 있다.
볼 가이드층 경화단계(S130)는, 도 5의 d)에 도시된 바와 같이, 소프트 폴리머 소재가 경화됨에 따라 발생하는 수축작용에 의해, 볼(140)과 인접하는 부분에서 갭(shrink gap, 132)이 발생된다. 이렇게 형성된 갭(132)은 볼(140)을 안정적으로 안착시킬 수 있는 안착홈(131)을 형성시키게 된다.
구동상판 탑재단계(S140)는 지지하판(120) 상부에 구동상판(110)을 탑재시키는 단계이다.
지지하판(120)의 안착홈(131)에 안착된 볼(140)이 안정적으로 작동되기 위해서는 구동상판(110)이 상대 운동할 때, 볼(140)과 구동상판(110) 사이의 마찰력이 볼(140)과 안착홈(131) 사이의 마찰력보다 커야 하므로, 지지하판(120) 하부면에는 높은 마찰 계수를 가지는 마찰소재(111)가 코팅될 수 있다.
이때, 구동상판(110)의 하부면에는 소정 크기의 마찰력을 가지는 마찰소재(111)가 코팅될 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 나이트라이트 또는 실리콘 카바이드일 수 있다.
본 발명의 볼베어링 제조방법은, 유리전이온도 이상 가열할 경우 유동성을 가지고, 광경화방법 또는 열경화 방법에 의해 소정 비율의 수축률로 수축하며 경화되는 소재를 이용하여 볼 가이드층을 형성시키는 볼 가이드층 경화단계를 이용함으로써, 종래 기술에 비하여 보다 손쉬운 방법에 의해 볼베어링을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 볼베어링 제조방법은, 종래 기술 대비 보다 손쉬운 방법에 의해 볼베어링을 제조할 수 있어, 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 제조비용을 절감시킬 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
10: 마이크로 볼 베어링
20: 판상형 부재
100: 볼베어링(ball bearing)
110: 구동상판
111: 마찰소재
120: 지지하판
130: 볼 가이드층
131: 안착홈
132: 갭(gap)
140: 볼
S100: 볼베어링 제조방법
S110: 폴리머코팅단계
S120: 볼 배치단계
S130: 볼 가이드층 경화단계
S140: 구동상판 탑재단계
20: 판상형 부재
100: 볼베어링(ball bearing)
110: 구동상판
111: 마찰소재
120: 지지하판
130: 볼 가이드층
131: 안착홈
132: 갭(gap)
140: 볼
S100: 볼베어링 제조방법
S110: 폴리머코팅단계
S120: 볼 배치단계
S130: 볼 가이드층 경화단계
S140: 구동상판 탑재단계
Claims (16)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing)을 제조하는 방법(S100)으로서,
a) 지지하판(120) 상부면에 유리전이온도 이상 가열된 소프트 폴리머 소재를 소정 두께(t)만큼 코팅하여 볼 가이드층(130)을 형성시키는 폴리머코팅단계(S110);
b) 볼 가이드층(130) 상부에 볼(140)을 배치시켜, 볼(140)의 일부분이 볼 가이드층(130)에 잠기도록 하는 볼 배치단계(S120);
c) 볼 가이드층(130)을 양생 및 경화시키는 볼 가이드층 경화단계(S130); 및
d) 지지하판(120) 상부에 구동상판(110)을 탑재시키는 구동상판 탑재단계(S140);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 지지하판(120) 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재는 유리전이온도 이상으로 가열할 경우 유동성을 가지고, 광경화방법 또는 열경화 방법에 의해 소정 비율의 수축률로 수축하며 경화되는 소재인 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 소프트 폴리머 소재는 스핀코팅방법(Spin coating) 또는 딥코팅방법(Dip coating)에 의해 지지하판 상부면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 지지하판(120) 상부면에 코팅되는 소프트 폴리머 소재의 두께(t)는, 볼(140)의 직경(D) 대비 50 내지 100 %의 길이인 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 b) 볼 배치단계(S120)는, 볼 가이드층(130) 상부의 기설정된 위치에 볼(140)을 배치시킨 후, 판상형 부재(10)를 이용하여 볼(140)을 하방으로 가압하여, 볼(140)의 일부분이 볼 가이드층(130)에 잠기도록 하는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 c) 볼 가이드층 경화단계(S130)는, 광경화 또는 열경화 방법에 의해 소프트 폴리머 소재를 경화시키는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 c) 볼 가이드층 경화단계(S130)는, 소프트 폴리머 소재가 경화됨에 따라 발생하는 수축작용을 이용하여, 볼(140)과 인접하는 부분에서 갭(shrink gap, 132)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 소프트 폴리머 소재는, s-PDMS 소재, h-PDMS 소재, X-PDMS 소재, hv-PDMS 소재, Diluted PDMS 소재, Perfluoropolyether (PFPE) 소재, HPFPE 소재, a-PFPE 소재, PFPE-DMA (Photochemically curable fluoropolymer) 소재, Ethylene (Tetrafluoroethylene, ETFE) 소재, Teflon 소재, Poly(Urethaneacrylate, PUA), Modulus-tunable UV-curable 소재 및 UV-curable inorganic-organic hybrid polymer - Ormostamp 소재로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 볼 가이드층(130) 상부에 배치되는 볼(140)의 외부면에는 수용성 폴리머 소재가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 볼 가이드층(130) 상부에 배치되는 구동상판(110)의 하부면에는 소정 크기의 마찰력을 가지는 마찰소재(111)가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 마찰소재(111)는 실리콘 나이트라이트 또는 실리콘 카바이드인 것을 특징으로 하는 볼베어링 제조방법.
- 제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 볼베어링 제조방법에 의해 제작된 볼베어링(100)을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스(Micro Electro Mechanical System Device).
- 제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 볼베어링 제조방법에 의해 제작된 마이크로스케일(micro scale) 또는 나노스케일(nano scale) 볼베어링(ball bearing)으로서,
지지하판(120) 상부에 탑재되는 구동상판(110);
상기 구동상판(110)의 하부에 배치되고, 상부에 볼 가이드층(130)이 형성되어 있는 지지하판(120);
상기 지지하판(120) 상부면에 형성되어 있고, 볼(140)을 안착시키는 안착홈(131)이 형성된 볼 가이드층(130); 및
상기 볼 가이드층(130)의 안착홈(131)에 안착되어 지지하판(120)으로부터 구동상판(110)을 지지하는 볼(140);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼베어링.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140179051A KR101590121B1 (ko) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140179051A KR101590121B1 (ko) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150006816A KR20150006816A (ko) | 2015-01-19 |
| KR101590121B1 true KR101590121B1 (ko) | 2016-01-29 |
Family
ID=52570021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140179051A KR101590121B1 (ko) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101590121B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015213964A1 (de) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Lagerring für ein Lagerelement und Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings |
| WO2018128271A1 (ko) * | 2017-01-03 | 2018-07-12 | 엘지전자 주식회사 | 센서 허브 및 그 구동 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001041712A (ja) * | 1999-07-27 | 2001-02-16 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 被測定体の支持装置およびその製造方法 |
| KR101450144B1 (ko) * | 2013-11-26 | 2014-10-16 | 연세대학교 산학협력단 | Mems 구조물을 위한 마이크로 가이드 및 그 제작방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008020547A1 (de) | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Schaeffler Kg | Schrägwälzlager, insbesondere zweireihiges Tandem-Kugelrollenlager |
-
2014
- 2014-12-12 KR KR1020140179051A patent/KR101590121B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001041712A (ja) * | 1999-07-27 | 2001-02-16 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 被測定体の支持装置およびその製造方法 |
| KR101450144B1 (ko) * | 2013-11-26 | 2014-10-16 | 연세대학교 산학협력단 | Mems 구조물을 위한 마이크로 가이드 및 그 제작방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150006816A (ko) | 2015-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sommers et al. | Topography-based surface tension gradients to facilitate water droplet movement on laser-etched copper substrates | |
| Yi et al. | Simple and reliable fabrication of bioinspired mushroom-shaped micropillars with precisely controlled tip geometries | |
| CN107110185B (zh) | 具有可逐步切换的粘附性的结构化表面 | |
| Choi et al. | Micrometer-scaled gradient surfaces generated using contact printing of octadecyltrichlorosilane | |
| Bliznyuk et al. | Smart design of stripe-patterned gradient surfaces to control droplet motion | |
| Wang et al. | Fabrication of well-defined mushroom-shaped structures for biomimetic dry adhesive by conventional photolithography and molding | |
| Kim et al. | A super-lyophobic 3-D PDMS channel as a novel microfluidic platform to manipulate oxidized galinstan | |
| US10384375B2 (en) | Micro device transferring apparatus, method for transferring micro device, and method for fabricating transferring apparatus | |
| Wu et al. | Stiction problems in releasing of 3D microstructures and its solution | |
| US20180016136A1 (en) | Method for manufacturing re-entrant microstructures | |
| Röhrig et al. | Hot pulling and embossing of hierarchical nano-and micro-structures | |
| Dong et al. | 3D microprinting of super‐repellent microstructures: recent developments, challenges, and opportunities | |
| Wang et al. | Step-controllable electric-field-assisted nanoimprint lithography for uneven large-area substrates | |
| KR101590121B1 (ko) | 고분자 코팅층을 이용한 볼베어링 및 그 제조방법 | |
| Chang et al. | Self-transport and self-alignment of microchips using microscopic rain | |
| Cheng et al. | Superhydrophobic Surface with Controllable Adhesion for Anti‐Roof‐Collapse Application in Flexible Microfluidics | |
| Scheen et al. | Simultaneous fabrication of superhydrophobic and superhydrophilic polyimide surfaces with low hysteresis | |
| Huang et al. | Suppressing the universal occurrence of microscopic liquid residues on super-liquid-repellent surfaces | |
| Milionis et al. | Contactless transport and mixing of liquids on self-sustained sublimating coatings | |
| Kim et al. | How and when the Cassie–Baxter droplet starts to slide on textured surfaces | |
| US10088746B2 (en) | Method and device for embossing structures | |
| US8974122B2 (en) | Nano/micro roller bearing having tolerance compensation function and method of manufacturing the same | |
| KR101450144B1 (ko) | Mems 구조물을 위한 마이크로 가이드 및 그 제작방법 | |
| Engel et al. | Thermoplastic nanoimprint lithography of electroactive polymer poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) for micro/nanoscale sensors and actuators | |
| KR101627208B1 (ko) | 음의 열 팽창 계수를 가지는 물질을 이용한 기능성 코팅 구조, 이의 제조방법 및 이를 적용한 미세 전동 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20141212 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20151102 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20160121 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20160125 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20160126 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20191105 |