KR101627325B1 - 슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 제조 방법에 따르면, 판상의 금속 부재인 백 메탈(15)의 표면에서 금속 분말을 소결해 소결층(11)이 형성됨으로써, 바이메탈의 소결 합금(10)이 형성된다. 그리고, 이후에 소결 합금(10)이 원통상 부쉬(20)로서 성형되고, 부쉬(20)에 열처리가 가해진다. 또한, 그 후 부쉬(20)가 원통상 금속 부재인 칼라(30)에 압입됨으로써 베어링(40)이 형성된다.

Description

슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재의 제조 방법{Sliding Member and Method for Manufacturing Sliding Member}
본 발명은 슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재의 제조 방법 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도 및 가공성이 모두 우수한 슬라이딩 부재를 제조하는 기술에 관한 것이다.
종래, 건설기계나 자동차 등 각종 기계에서 하우징에 삽입된 축을 회전 가능하게 하기 위해 미끄럼 베어링 등 슬라이딩 부재가 사용되고 있으며, 이와 관련된 기술도 개시된 바 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 2007-85363호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 2007-333185호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 판상의 백 메탈(back metal) 위에서 금속 분말을 소결시켜 이층구조의 판상 재료를 성형하고, 이 판상 재료를 원통상으로 성형해 슬라이딩 부재를 구성하고 있다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 기술에 따르면, 원통상 백 메탈의 내주부에 원통상 소결 재료를 압입해 슬라이딩 부재를 구성하고 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 슬라이딩 부재에 열처리를 실시할 때 백 메탈의 경도도 높아지기 때문에, 슬라이딩 부재를 하우징에 압입할 때 슬라이딩 부재의 백 메탈 부분에 파손이 발생하는 경우가 있었다. 또한, 판 두께가 두껍고 슬라이딩 부재가 전체적으로 단단해지는 점에서, 원통상으로 성형할 때의 난도가 높았다.
한편, 상기 특허문헌 2에 기재된 기술에 따르면, 원통상의 소결 재료나 칼라(collar)의 가공 정밀도를 높이는 것이 어려웠다. 또한, 소결 재료는 취성이 높기 때문에 백 메탈에 압입할 때 균열이 발생할 우려가 있었다. 또한, 애초부터 판상 부재가 아닌 원통상 부재를 사용하기 때문에 홈이나 요면(indent) 형성에 제한이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 상황을 감안해, 하우징에 압입할 때 슬라이딩 부재의 백 메탈 부분에 파손이 발생하기 어렵고, 균열이 발생하기 어려우며, 홈이나 요면 등을 성형하기 쉬운, 슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 본 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
즉, 청구항 1에서 슬라이딩 부재는, 판상의 금속 부재인 백 메탈의 표면에서 금속 분말을 소결함으로써 바이메탈의 소결 합금이 형성되고, 상기 소결 합금이 원통상의 부쉬로서 성형되며, 상기 부쉬에 열처리가 가해지고 상기 부쉬가 원통상 금속 부재인 칼라에 압입되어 형성됨으로써 원통상으로 형성된다.
청구항 2에서 슬라이딩 부재는, 상기 부쉬에서의 소결층의 경도가 상기 백 메탈의 경도보다 크게 형성되고, 상기 백 메탈의 경도가 상기 칼라의 경도보다 크게 형성된다.
청구항 3에서 슬라이딩 부재의 제조 방법은, 판상의 금속 부재인 백 메탈의 표면에서 금속 분말을 소결함으로써 바이메탈의 소결 합금을 형성하고, 상기 소결 합금을 원통상의 부쉬로서 성형하며, 상기 부쉬에 열처리를 가하고 상기 부쉬를 원통상의 금속 부재인 칼라에 압입함으로써 원통상으로 형성한다.
청구항 4에서 슬라이딩 부재의 제조 방법은, 상기 부쉬에서의 소결층의 경도를 상기 백 메탈의 경도보다 크게 형성하고, 상기 백 메탈의 경도를 상기 칼라의 경도보다 크게 형성한다.
본 발명은 아래에 나타내는 것과 같은 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재의 제조 방법에 따르면, 하우징에 압입할 때 슬라이딩 부재의 백 메탈 부분에 파손이 발생하기 어렵고, 균열이 발생하기 어려우며, 홈이나 요면 등을 용이하게 성형할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재의 제조 방법에서의 각 공정을 나타낸 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재의 축심 방향 단면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 각각 다른 실시예에 따른 칼라의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 제3 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재의 제조 방법에서의 각 공정을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)는 제3 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재의 축심 방향 단면도이고, 도 5의 (b)는 제3 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재에 축을 삽입한 상태의 축심 방향 단면도이다.
도 6의 (a)는 제4 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재의 축심 방향 단면도이고, 도 6의 (b)는 제4 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재에 축을 삽입한 상태의 축심 방향 단면도이다.
[베어링(40)]
우선, 제1 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)은, 도시하지 않은 하우징에 삽입된 축을 회전 가능하게 하기 위해 사용되는 미끄럼 베어링으로서, 하우징에 압입되어 사용된다.
본 실시 형태에 따른 베어링(40)의 제조 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이 분말살포 공정(스텝 S01), 소결·압연 공정(스텝 S02), 부쉬성형 공정(스텝 S03), 열처리 공정(스텝 S04), 압입 공정(스텝 S05), 함유(含油)·마무리 공정(스텝 S06)을 구비한다. 이하, 각 공정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1에 나타낸 분말살포 공정(스텝 S01)에서는 우선, 판상의 금속 부재인 백 메탈(15)을 준비한다. 이 백 메탈(15)의 재료로는, 예를 들어 철계 부재 등이 사용된다. 다음으로, 주로 철분말과 동분말이 거의 균일하게 혼합된 금속 분말을 살포장치를 이용해 백 메탈(15)의 표면(15a)에 살포해서 살포층(11b)을 형성한다. 이와 같이, 판상의 백 메탈(15)의 표면에 거의 균일하게 살포층(11b)을 살포해 판상의 소결 전 부재(10b)를 구성한다.
다음으로, 도 1에 나타낸 소결·압연 공정(스텝 S02)에서는 분말살포 공정(스텝 S01)에서 구성한 소결 전 부재(10b)를 소결로에 넣어 히터로 가열해, 살포층(11b)에서의 주성분인 철 분말의 융점보다 낮은 온도(예를 들어, 800~1,300℃)의 분위기에서 살포층(11b)을 소결시킨다. 이에 따라, 살포층(11b)은 다공질의 소결층(11)이 되고, 소결 전 부재(10b)는 백 메탈(15)과 소결층(11)의 바이메탈로 이루어진 소결 합금(10)이 된다. 본 실시 형태에서는, 소결 공정을 여러 차례 반복함과 동시에, 소결 공정의 사이에 소결 합금(10)을 롤러로 압연하는 압연 공정을 실시함으로써, 소결 합금(10)의 판 두께를 얇게 형성한다. 또한, 본 실시 형태에서는 연속소결법에 의해 소결 합금(10)을 형성하지만, 단체(單體)소결법 등 다른 방법으로 형성하는 구성도 가능하다. 베어링(40)의 내주면에 홈이나 요면을 형성하는 경우에는, 이 단계에서 홈 가공 또는 요면 가공에 의해 홈이나 요면을 형성하면 된다.
다음으로, 도 1에 나타낸 부쉬성형 공정(스텝 S03)에서는 소결·압연 공정(스텝 S02)에서 형성한 소결 합금(10)을, 소결층(11)이 내측이 되도록 프레스기 등으로 감아서 벤딩 가공해 원통상의 부쉬(20)를 성형한다. 이 부쉬성형 공정에 의해, 이후에 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 내주면이 되는 부쉬(20)의 내주면이 형성된다.
다음으로, 도 1에 나타낸 열처리 공정(스텝 S04)에서는, 부쉬(20)에 대해 담금질·뜨임 등 열처리를 행해 부쉬(20)의 라이닝 경화를 실시한다. 이 처리에 의해 백 메탈(15) 및 소결층(11) 각각의 라이닝 경도가 향상되고(예를 들어, 백 메탈(15)은 비커스 경도 100~400, 소결층(11)은 비커스 경도 300~800), 부쉬(20)의 강도가 향상된다.
다음으로, 도 1에 나타낸 압입 공정(스텝 S05)에서는 원통상 금속 부재(예를 들어 철계 부재)인 칼라(30)에, 열처리를 실시한 부쉬(20)를 압입해 베어링(40)을 형성한다. 칼라(30)는 부쉬(20)와 같은 열처리는 하지 않았기 때문에, 그 경도가 백 메탈(15)보다 작다(예를 들어, 비커스 경도 100~200). 또한, 칼라(30)의 내경 치수는 부쉬(20)를 압입할 수 있는 정도로, 부쉬(20)의 외경 치수와 동일하거나 약간 작게 형성되어 있다. 이 압입 공정에 의해, 이후에 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 외주면이 되는 칼라(30)의 외주면이 형성된다.
다음으로, 도 1에 나타낸 함유·마무리 공정(스텝 S06)에서는 함유기(含油幾)를 이용해 베어링(40)에 고점도 윤활유로 이루어진 유분을 함침시킨다. 함유 공정에서는, 고점도 윤활유를 가열해 저점도화 하고, 이 윤활유 내에 베어링(40)을 침지해 진공 분위기 하에서 가만히 둔다. 이에 따라, 베어링(40)의 기공 내 공기가 기공 밖으로 빠져나오고, 저점도화 된 윤활유가 베어링(40)의 기공 내로 흡인된다. 윤활유를 흡인한 베어링(40)을 공기 중에 꺼내 실온까지 식히면, 저점도화 된 윤활유는 베어링(40)의 기공 내에서 다시 원래의 고점도 윤활유로 돌아가 유동성을 잃는다. 이에 따라, 고점도 윤활유를 베어링(40)의 기공 내에 보유할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)에서는, 판상의 금속 부재인 백 메탈(15)의 표면에서 금속 분말을 소결해 소결층(11)이 형성됨으로써, 바이메탈의 소결 합금(10)이 형성된다. 그리고, 소결 합금(10)이 원통상의 부쉬(20)로서 성형되고, 부쉬(20)에 열처리가 가해진 후, 부쉬(20)가 원통상의 금속 부재인 칼라(30)에 압입되어 베어링(40)이 형성된다. 즉, 본 실시 형태에 따른 베어링(40)은 도 2a에 나타낸 바와 같이, 그 내측으로부터 외측을 향해 소결층(11), 백 메탈(15), 칼라(30)의 3개 층이 배치되어 있는 것이다. 이와 같이, 각각의 경도는 전술한 경도 범위(소결층(11): 300~800 Hv, 백 메탈(15): 100~400, 칼라(30): 100~200 Hv)에서, 내측으로부터 외측을 향함에 따라 차례로 작아지도록 구성하는 것이 보다 바람직하다. 환언하면, 소결층(11)의 경도를 백 메탈(15)의 경도보다 크게 형성하고, 백 메탈(15)의 경도를 칼라(30)의 경도보다 크게 형성하는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같이 구성함으로써, 베어링(40)을 하우징에 압입할 때 베어링(40)의 외주면에 파손이 쉽게 발생하지 않게 할 수 있다. 구체적으로는, 베어링(40)의 외주에 배치되는 칼라(30)에는 열처리가 이루어지지 않았기 때문에, 칼라(30)의 경도가 백 메탈(15) 등에 비해 작다. 이 때문에, 베어링(40)을 하우징에 압입할 때 하우징과 맞닿는 칼라(30) 부분에서 파손의 발생을 억제할 수 있게 되는 것이다.
또한, 열처리가 되어 있지 않은 칼라(30)가 외주부에 배치됨으로써 베어링(40)의 전체적인 경도를 억제할 수 있다. 이에 따라, 베어링(40)이 국부적으로 발생하는 강한 충격을 감소시킬 수 있으며, 내소부성(耐燒付性) 및 내마모성을 향상시켜 균열이 쉽게 발생하지 않게 할 수 있다.
또한, 두께(반경 방향의 두께)가 두꺼운 베어링(40)을 형성하는 경우에도 칼라(30)의 반경 방향 두께를 조정하면 되므로, 소결 합금(10)의 두께를 일정하게 할 수 있다. 이 때문에, 베어링(40)의 두께가 두꺼운 경우에도 성형을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 판상의 소결 전 부재(10b)로부터 소결 합금(10)을 형성하고, 이 소결 합금(10)을 벤딩 가공해 부쉬(20)를 성형하는 구성이기 때문에, 소결 재료만으로 원통상 부품을 성형할 필요가 없어 용이하게 가공할 수 있다. 또한, 취성이 높은 소결 재료만을 백 메탈에 압입할 필요가 없기 때문에, 소결 재료를 백 메탈에 압입할 때 균열이 발생하지 않는다.
또한, 판상의 소결 합금(10) 단계에서 홈 가공 또는 요면 가공에 의해 홈이나 요면을 형성해 둘 수 있기 때문에, 베어링(40)의 내주면에 홈이나 요면을 용이하게 형성해 베어링(40) 내주면에서의 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 실시 형태에 따르면 하우징에 압입할 때 베어링(40)의 백 메탈 부분인 칼라(30)에 파손이 쉽게 발생하지 않고, 균열이 발생하기 어려우며 홈이나 요면 등 성형이 쉬운 베어링(40)을 제조할 수 있게 된 것이다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 제2 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(140)에 대해 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서 설명하는 베어링(140)은 그 구성 및 제조 방법이 상기 제1 실시 형태와 거의 동일하기 때문에, 이하에서는 제1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(140)에서, 원통상의 금속 부재인 칼라(130)는 칼라 본체(130a)에 대해 동도금(130b)이 실시되어 구성된다. 칼라 본체(130a)에는 예를 들어, 철계 부재가 사용된다. 동도금(130b)은 동계 도금으로 구성된다. 즉, 본 실시 형태에서의 칼라(130)의 외주면은 동계 재료로 도금되고, 칼라(130)의 외주면에 배치되는 동도금(130b)이 슬라이딩 부재인 베어링(140)의 외주면으로서 형성된다. 즉, 본 실시 형태에 따른 베어링(140)은 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 그 내측으로부터 외측을 향해 소결층(11), 백 메탈(15), 칼라 본체(130a), 동도금(130b)의 4개 층이 배치되어 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 베어링(140)을 하우징에 압입할 때 베어링(140)의 외주면에 파손이 더욱 발생하기 어렵게 할 수 있다. 구체적으로는, 베어링(140)의 외주에 배치되는 칼라(130)에 있어서, 외주측에는 열처리가 이루어지지 않고 철계 부재보다 경도가 작은 동계 부재인 동도금(130b)이 실시되기 때문에, 칼라(130) 외측에서의 경도는 백 메탈(15) 등에 비해 더욱 작아진다. 이 때문에, 베어링(140)을 하우징에 압입할 때 하우징과 맞닿는 칼라(130) 부분(동도금(130b))에서 파손 발생을 더욱 억제할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 '원통상의 금속 부재인 칼라(30)'는, 파이프재나 솔리드재로부터 절삭 형성하거나, 판상(띠 형상) 부재의 단부(端部)끼리 맞대어(감아서) 형성해도 되며, 비용 면이나 설비 면에서 적절히 선택할 수 있다.
단, 판상 부재로부터 원통 형상을 작성하는 것이 보다 저렴하게 칼라를 형성할 수 있어 바람직하다.
이 경우, 체결 마진을 갖게 하기 위해 이음매를 닫은 상태에서 마무리 가공을 한다.
또한, 판상 부재를 감아 칼라를 형성하는 경우, 이음매를 용접으로 결합할 뿐만 아니라 클린치(clinch) 형상으로 결합해도 된다.
이하, 도 3을 이용해 판상 부재로 칼라(30)를 형성하고 이음매를 클린치 형상으로 결합한 경우에 대해 설명한다. 구체적으로는, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 양끝에 클린치 형상(대략 원형의 결합볼록부(17a) 및 결합오목부(17b))를 갖는 판상 부재를, 도시하지 않은 벤딩 가공기 등으로 감아서 벤딩 가공해, 중앙 부분이 반원통 형상인 벤딩 부재(17C)를 성형한다. 이때, 벤딩 부재(17C)에서의 내주면의 곡률 반경은 부쉬(20)에서의 외주면의 곡률 반경과 대략 동일하거나 조금 크게 형성한다. 이 대략적인 벤딩 공정에 의해 형성되는 벤딩 부재(17C)에서의 외측 면이 칼라(30)의 외주면, 즉 베어링(40)의 외주면이 된다.
다음으로, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반원통 형상의 고정 금형인 상부 금형(52s)측에 벤딩 부재(17C)의 중앙 부분(반원통 형상 부분)을 세팅한다. 그리고, 마찬가지로 반원통 형상의 가동 금형인 하부 금형(52m)을 벤딩 부재(17C)의 단부측으로부터 도 3의 (b)에 나타낸 화살표(U)와 같이 접근시킨다. 이에 따라, 판상 부재인 벤딩 부재(17C)의 양측 단부를 하부 금형(52m)의 반원통면을 따라 변형시킴으로써 클린치 형상을 결합시킨다. 구체적으로는, 결합볼록부(17a)를 결합오목부(17b)에 진입시켜 결합시킴으로써 판상 부재인 벤딩 부재(17C)의 양측 단부를 접합한다. 이렇게 해서 외측 부재인 칼라(30)를 형성한다. 이후, 부쉬(20)를 원통상의 칼라(30)에 압입해 베어링(40)을 형성한다.
[베어링(40)]
다음으로, 제3 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 제조 방법에 대해 도 4 및 도 5를 이용해 설명한다.
본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)은, 도시하지 않은 하우징에 삽입된 축을 회전 가능하게 하기 위해 이용되는 미끄럼 베어링으로서, 하우징에 압입되어 사용되는 것이다.
본 실시 형태에 따른 베어링(40)의 제조 방법은 도 4에 나타낸 바와 같이, 분말살포 공정(스텝 S01), 소결·압연 공정(스텝 S02), 부쉬성형 공정(스텝 S03), 열처리 공정(스텝 S04), 압입 공정(스텝 S05), 함유·마무리 공정(스텝 S06)을 구비한다. 이하, 각 공정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4에 나타낸 분말살포 공정(스텝 S01)에서는 우선, 판상의 금속 부재인 백 메탈(15)을 준비한다. 이 백 메탈(15)의 재료로는 예를 들어, 철계 부재 등이 이용된다. 다음으로, 주로 동분말과 철분말이 거의 균일하게 혼합된 금속 분말을 살포장치를 이용해 백 메탈(15)의 표면(15a)에 살포해 살포층(11b)을 형성한다. 이와 같이, 판상의 백 메탈(15)의 표면에 거의 균일하게 살포층(11b)을 살포해 판상의 소결 전 부재(10b)를 구성한다.
다음으로, 도 4에 나타낸 소결·압연 공정(스텝 S02)에서는 분말살포 공정(스텝 S01)에서 구성한 소결 전 부재(10b)를 소결로에 넣어 히터로 가열하고, 살포층(11b)에서의 금속 분말의 융점보다 낮은 온도(예를 들어, 약 800℃)의 분위기에서 살포층(11b)을 소결시킨다. 이에 따라, 살포층(11b)은 다공질의 소결층(11)이 되고, 소결 전 부재(10b)는 백 메탈(15)과 소결층(11)의 바이메탈로 이루어진 소결 합금(10)이 된다. 본 실시 형태에서는, 소결 공정을 여러 차례 반복함과 동시에, 소결 공정의 사이에 소결 합금(10)을 롤러로 압연하는 압연 공정을 실시함으로써, 소결 합금(10)의 판 두께를 얇게 형성한다. 또한, 본 실시 형태에서는 연속소결법에 의해 소결 합금(10)을 형성하지만, 단체소결법 등 다른 방법으로 형성하는 구성도 가능하다.
다음으로, 도 4에 나타낸 부쉬성형 공정(스텝 S03)에서는 소결·압연 공정(스텝 S02)에서 형성한 소결 합금(10)을 소결층(11)이 내측이 되도록 프레스기 등에 의해 감아서 벤딩 가공해, 원통상의 부쉬(20)를 성형한다. 이때, 한 개의 베어링(40)에 대해 2개씩 부쉬(20)를 성형한다. 이 부쉬성형 공정에 의해, 이후에 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 내주면이 되는 부쉬(20)의 내주면이 형성된다.
다음으로, 도 4에 나타낸 열처리 공정(스텝 S04)에서는 부쉬(20)에 대해 침탄 담금질(carburizing and quenching)·뜨임 등의 열처리를 행해 부쉬(20)의 표면개질을 실시한다. 이 처리에 의해, 백 메탈(15) 및 소결층(11) 각각의 표면 경도가 향상되고(예를 들어, 백 메탈(15)은 비커스 경도 150~400, 소결층(11)은 비커스 경도 300~800), 부쉬(20)의 강도가 향상된다. 한편, 이 표면개질 처리는 침탄 처리법에 한하지 않으며, 그 외에 예를 들면, 질화, 침류질화(sulfurizing-nitriding)처리법 등, 표면 경도를 향상시키는 다른 처리여도 된다.
다음으로, 도 4에 나타낸 압입 공정(스텝 S05)에서는 원통상의 금속 부재(예를 들어, 철계 부재)인 칼라(30)에, 열처리한 두 개의 부쉬(20·20)를 각각 양측에서부터(도 4에서는 상하 방향으로부터) 압입해 베어링(40)을 형성한다. 이 압입 공정에 의해, 이후에 슬라이딩 부재인 베어링(40)의 외주면이 되는 칼라(30)의 외주면이 형성된다. 이때, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 부쉬(20·20)가 칼라(30)의 내주면에서 부쉬(20·20) 상호 간에 틈이 형성되도록 압입되어, 부쉬(20·20) 상호 간에 형성되는 상기 틈이 윤활유용 홈(40a)으로서 구성된다. 즉, 부쉬(20·20) 사이에 형성되는 틈의 폭이 홈(40a)의 폭(D)이 되는 것이다. 이에 따라, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 베어링(40)의 내주면에 축(A)을 삽입했을 때에는 홈(40a)이 그 내부에 윤활유가 통하도록 기능한다.
한편, 칼라(30)에는 부쉬(20)와 같은 열처리가 되어 있지 않기 때문에, 그 표면 경도가 백 메탈(15)보다 작다(예를 들어, 비커스 경도 50~200). 또한, 칼라(30)의 내경 치수는 부쉬(20)를 압입할 수 있는 정도로, 부쉬(20)의 외경 치수와 동일하거나 약간 작게 형성되어 있다.
다음으로, 도 4에 나타낸 함유·마무리 공정(스텝 S06)에서는 함유기를 이용해 베어링(40)에 고점도 윤활유로 이루어진 유분을 함침시킨다. 함유 공정에서는 고농도 윤활유를 가열함으로써 액상화해 저점도화 하고, 이 윤활유 내에 베어링(40)을 침지해 진공 분위기 하에서 가만히 둔다. 이에 따라, 베어링(40)의 기공 내 공기가 기공 밖으로 빠져나오고, 액상화 된 윤활유가 베어링(40)의 기공 내로 흡인된다. 윤활유를 흡인한 베어링(40)을 공기 중에 꺼내 실온까지 식히면, 액상화 된 윤활유는 베어링(40)의 기공 내에서 다시 원래의 고점도 윤활유로 돌아가 유동성을 잃는다. 이에 따라 고점도 윤활유를 베어링(40)의 기공 내에 보유할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)에서는 도 5의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 원통상 부재인 복수(본 실시 형태에서는 2개)의 부쉬(20·20)를 원통상 부재인 칼라(30)에 압입해 칼라(30)의 내주면에서 부쉬(20·20) 상호 간에 형성되는 틈을 윤활유용 홈(40a)으로서 구성하고 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 부쉬(20·20)를 칼라(30)에 압입하는 것만으로 윤활유용 홈(40a)을 형성할 수 있기 때문에, 별도의 홈 가공이나 요면 가공을 할 필요가 없다. 즉, 베어링(40)의 내주면에 홈이나 요면을 용이하게 형성해 베어링(40)의 내주면에서의 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 부쉬(20·20)의 사이에 형성되는 틈을 홈(40a)으로서 구성함으로써, 홈(40a)의 폭(D)을 용이하게 조정할 수 있다. 구체적으로는, 부쉬(20·20)를 칼라(30)에 압입할 때 칼라(30)의 축심 방향으로 압입하는 길이를 변경함으로써 부쉬(20·20)의 사이에 형성되는 틈의 폭을 변경해 홈(40a)의 폭(D)을 조정할 수 있다. 또는, 부쉬(20·20)의 길이를 변경함으로써 부쉬(20·20) 사이에 형성되는 틈의 폭을 변경해 홈(40a)의 폭(D)을 조정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)에서는 원통상 부재인 2개의 부쉬(20·20)를 원통상 부재인 칼라(30)의 양측에서부터 압입해 칼라(30)의 내주면에서 부쉬(20·20) 상호 간에 형성되는 틈을 윤활유용 홈(40a)으로서 구성하고 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 각각의 부쉬(20·20)를 칼라(30)에 압입할 때 칼라(30)의 한쪽으로부터 2개의 부쉬(20·20)를 압입하는 경우와 비교해, 노력을 기울이지 않아도 되며 간단한 구성으로 윤활유용 홈(40a)을 형성할 수 있다. 즉, 베어링(40)의 내주면에 홈이나 요면을 용이하게 형성해 베어링(40)의 내주면에서의 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(40)에서는 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 그 내측으로부터 외측을 향해 소결층(11), 백 메탈(15), 칼라(30)의 3개 층이 배치되어 있다. 그리고, 각각의 표면 경도는 내측으로부터 외측을 향할수록 작아지게 구성되어 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 베어링(40)을 하우징에 압입할 때 베어링(40)의 외주면에 파손이 쉽게 발생하지 않도록 할 수 있다. 구체적으로는, 베어링(40)의 외주에 배치되는 칼라(30)에는 열처리가 이루어지지 않았기 때문에 칼라(30)의 표면 경도가 백 메탈(15) 등에 비해 작다. 이 때문에, 베어링(40)을 하우징에 압입할 때 하우징과 맞닿는 칼라(30) 부분에서 파손 발생을 억제할 수 있게 된다.
또한, 열처리가 되어 있지 않은 칼라(30)가 외주부에 배치됨으로써 베어링(40)의 전체적인 경도를 줄일 수 있다. 이에 따라, 베어링(40)이 국부적으로 발생하는 강한 충격을 감소시킬 수 있어, 내소부성 및 내마모성을 향상시켜 균열이 쉽게 발생하지 않게 할 수 있다.
또한, 두께(반경 방향의 두께)가 두꺼운 베어링(40)을 형성하는 경우에도 칼라(30)의 반경 방향 두께를 조정하면 되므로, 소결 합금(10)의 두께를 일정하게 할 수 있다. 이 때문에, 베어링(40)의 두께가 두꺼운 경우에도 용이하게 성형할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 2개의 부쉬(20·20)를 칼라(30)에 압입하고 있지만, 예를 들어 3개의 부쉬(20·20·20)를 칼라(30)에 압입하고 각 부쉬(20·20·20) 사이에 홈(40a)으로서 사용하는 틈을 성형하는 등, 3개 이상의 부쉬(20·20…)를 칼라(30)에 압입하도록 구성할 수도 있다.
[제4 실시 형태]
다음으로, 제4 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(140)에 대해 도 6을 이용해 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서 설명하는 베어링(140)은 그 구성 및 제조 방법이 상기 제3 실시 형태와 거의 동일하기 때문에, 이하에서는 제3 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
본 실시 형태에 따른 슬라이딩 부재인 베어링(140)에서는, 판상의 금속 부재인 백 메탈(15)의 표면에서 금속 분말을 소결함으로써 형성된 바이메탈의 소결 합금을 벤딩 가공해 부쉬(120)를 성형한다. 이때, 판상의 소결 합금(10) 단계에서 홈 가공에 의해 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같은 홈(140b)이 형성되어 있다. 이에 따라, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 베어링(140)의 내주면에 축(A)을 삽입했을 때, 홈(40a)과는 별개로 홈(140b·140b)의 내부에 윤활유가 지나도록 기능하는 것이다.
본 실시 형태에 따른 구성은, 부쉬(120·120) 상호 간에 형성되는 홈(40a)만으로는 홈의 수가 부족한 경우 등에도 윤활유용 홈(140b)을 별도로 형성할 수 있기 때문에, 베어링(140)의 축심 방향 길이가 비교적 긴 경우 등에 특히 유용하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면 판상의 소결 합금 단계에서 홈 가공 또는 요면 가공에 의해 홈이나 요면을 형성해둠으로써 베어링(140)의 내주면에 홈이나 요면을 형성해 베어링(140)의 내주면에서의 슬라이딩 특성을 보다 향상시킨다.
[산업상 이용가능성]
본 발명에 따른 슬라이딩 부재 및 슬라이딩 부재의 제조 방법에 따르면, 하우징에 압입할 때 슬라이딩 부재의 백 메탈 부분에 파손이 발생하기 어렵고, 균열이 발생하기 어려우며, 홈이나 요면 등의 성형을 용이하게 할 수 있다는 점에서, 특히 강도와 가공성이 모두 우수한 슬라이딩 부재를 제조함에 있어서 산업상 유용하다.

Claims (6)

  1. 열처리가 가해진 원통상의 부쉬가 원통상의 금속 부재인 칼라에 압입되어 형성됨과 함께, 하우징에 압입되어 사용되는 슬라이딩 부재로서,
    상기 부쉬는, 판상의 금속 부재인 백 메탈의 표면에서 금속 분말이 소결된 바이메탈의 소결 합금이 원통상으로 형성되고,
    반경 방향의 내측에서 외측을 향하여, 상기 금속 분말이 소결된 소결층, 상기 백 메탈 및 상기 칼라의 순으로 3개 층으로 형성되며,
    상기 부쉬에서의 소결층의 경도는 상기 백 메탈의 경도보다 크게 형성되고,
    상기 백 메탈의 경도는 상기 칼라의 경도보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부쉬는 내주면에 홈 또는 요면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 칼라는, 양끝에 클린치 형상을 갖는 판상 부재에 벤딩 가공을 행하여 상기 클린치 형상을 결합시킴으로써 원통상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  4. 하우징에 압입되어 사용되는 슬라이딩 부재의 제조 방법으로서,
    판상의 금속 부재인 백 메탈의 표면에서 금속 분말을 소결함으로써, 바이메탈의 소결 합금을 형성하고,
    상기 소결 합금을 원통상 부쉬로서 성형하며,
    상기 부쉬에 열처리를 가하고,
    상기 부쉬를 원통상의 금속 부재인 칼라에 압입하여,
    반경 방향의 내측에서 외측을 향하여, 상기 금속 분말이 소결된 소결층, 상기 백 메탈 및 상기 칼라의 순으로 3개 층으로 형성하고,
    상기 부쉬에서의 소결층의 경도를 상기 백 메탈의 경도보다 크게 형성하고,
    상기 백 메탈의 경도를 상기 칼라의 경도보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소결 합금에 홈 또는 요면을 형성하고, 상기 홈 또는 요면의 형성면을 내주면으로 하여 상기 부쉬를 원통상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    양끝에 클린치 형상을 갖는 판상 부재에 벤딩 가공을 행하여 상기 클린치 형상을 결합시킴으로써 상기 칼라를 원통상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재의 제조 방법.
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