KR102110987B1 - 이종 재질의 슬라이드 베어링 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

이종 재질을 이용하여 구성되는 슬라이드 베어링에 있어서: 탄소섬유와 폴리아미드섬유를 직조한 시트재(11)와 페놀수지의 수지재(12)를 함침하여 형성되는 탄소섬유지지부재(10); 탄소섬유와 불소수지섬유를 직조한 시트재(21)와 불소수지의 수지재(22)를 함침하여 형성되는 활주부재(20); 및 상기 활주부재(20)의 일부 영역에 차등적인 물성으로 형성되는 보조부재(30);를 포함하여 이루어지고, 상기 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)는 적층된 상태로 열경화에 의한 접합 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 복합소재 슬라이드 베어링에 요구되는 활주면 마모나 열화에 대응하도록 소재와 구조를 개선하여 비교적 높은 하중에서 베어링의 원형을 유지하고 부분적인 교체를 통하여 수명을 늘이는 효과가 있다.

Description

이종 재질의 슬라이드 베어링 및 그 제조방법 {Slide bearing with different material and Method for manufacturing the same}
본 발명은 슬라이드 베어링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 영역별로 물성이 다른 재질로 구성하여 요구되는 성능을 달성하기 위한 이종 재질의 슬라이드 베어링 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 카본, 세라믹, 고분자재료 등을 결합한 복합재료 베어링은 대형 구조이면서 고온이 작용하거나 무급유가 필요한 환경에 적합하다. 이는 기본적으로 제지산업, 군수산업, 발전산업 등에서 활용성이 높아지고 교량을 비롯한 구조물 또는 대형 설비의 면진장치에 대한 수요 증대도 예상된다. 근래 들어 글로벌 기술경쟁력을 제고하기 위하여 복합재료 베어링과 같은 첨단 베어링은 물론 다품종 소량생산을 위한 공정기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제1910155호(선행문헌 1), 일본 등록특허공보 제2002-106565호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 (A) 기재의 표면을 전처리하는 단계; (B) 상기 기재의 표면에 탄소섬유와 불소수지로 내층을 형성하는 단계; 및 (C) 상기 내층의 표면에 탄소섬유와 불소수지로 외층을 형성하는 단계;를 포함하여 구현된다. 이에, 평면이나 곡면에 적용하기 위한 유연성과 더불어 고온 등의 사용환경에서 내구성을 확보하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 적어도 한쪽면은 미끄럼 안내면을 갖는 슬라이드 플레이트와 백업 플레이트를 접합시킨 복합 슬라이드 플레이트의 미끄럼 안내면의 요홈에 고체 윤활재료를 함침 또는 충진한다. 이에, 강성과 두께의 조절이나 재료의 선택이 용이하여 상대 구조물과의 슬라이딩 발열로 유발된 열팽창에 의한 간격 증가를 방지하는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 활주면에 곡률이 있거나 대형화될수록 양산성과 더불어 강성, 내열성, 내마모성 등을 만족하기 용이하지 않다.
한국 등록특허공보 제1910155호 "탄소섬유직물-불소수지 복합재료 면접촉 베어링 제조방법" (공개일자 : 2018.10.01.) 일본 등록특허공보 제2002-106565호 "複合スライドプレ-ト" (공개일자 : 2002.04.10.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 평면형이나 원통형은 물론 구면형의 활주면에 영역별로 물성이 다른 재질로 구성함에 양산의 생산성을 저해하지 않고 요구되는 성능을 달성하기 위한 이종 재질의 슬라이드 베어링 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 슬라이드 베어링의 마모나 열화 정도에 대응하여 부분적으로 교체가 가능한 이종 재질의 슬라이드 베어링 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 이종 재질을 이용하여 구성되는 슬라이드 베어링에 있어서: 탄소섬유와 폴리아미드섬유를 직조한 시트재와 페놀수지의 수지재를 함침하여 형성되는 탄소섬유지지부재; 탄소섬유와 불소수지섬유를 직조한 시트재와 불소수지의 수지재를 함침하여 형성되는 활주부재; 및 상기 활주부재의 일부 영역에 차등적인 물성으로 형성되는 보조부재;를 포함하여 이루어지고, 상기 지지부재, 활주부재, 보조부재는 적층된 상태로 열경화에 의한 접합 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 지지부재는 평직 및 주자직 중의 적어도 하나의 시트재로 구성되고, 상기 활주부재는 평직 또는 주자직에 스트랜드를 혼합한 시트재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보조부재는 일정한 반경과 곡률을 지닌 곡면에서 요홈부를 개재하여 구분되는 가장자리 영역에 형성되고, 곡면의 중앙에 비하여 방열성을 높이도록 다공질 구조를 갖추는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 슬라이딩 베어링을 제조하는 방법에 있어서: (A) 지지부재, 활주부재, 보조부재의 프리프레그를 각각 생성하는 단계; (B) 지지부재, 활주부재, 보조부재의 프리프레그를 성형장치에 투입하는 단계; (C) 성형장치의 설정된 진공분위기에서 설정된 온도와 가압력으로 접합을 유발하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (B)(C)는 상기 금형장치의 금형에 구비된 돌출부를 이용하여 요홈부를 형성하고, 상기 요홈부 상에 레이저빔 커팅 또는 인서트 몰딩에 의한 절단부를 더 생성하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 복합소재 슬라이드 베어링에 요구되는 활주면 마모나 열화에 대응하도록 소재와 구조를 개선하여 비교적 높은 하중에서 베어링의 원형을 유지하고 부분적인 교체를 통하여 수명을 늘이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬라이드 베어링의 일예를 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 슬라이드 베어링의 다른 예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 슬라이드 베어링을 확대하여 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 슬라이드 베어링의 다른 예에 대한 실물 사진
도 5는 본 발명에 적용되는 성형장치의 주요부를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일면에 의하면, 이종 재질을 이용하여 구성되는 슬라이드 베어링에 관하여 제안한다. 교량을 비롯한 구조물 또는 대형 설비에 적용되는 슬라이드 베어링을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 이종 재질은 무급유 방식으로 저마찰 특성을 유지하기 위한 설계 요소의 하나이다.
본 발명에 따르면 지지부재(10)가 탄소섬유와 폴리아미드섬유를 직조한 시트재(11)와 페놀수지의 수지재(12)를 함침하여 형성되는 구조이다. 시트재(11)는 탄소섬유와 폴리아미드섬유의 교직(mixture) 또는 혼방(blend)으로 생성한다. 탄소섬유는 강도와 고온 내성이 우수하고, 폴리아미드섬유는 강도와 내마모성이 우수하다. 슬라이드 베어링의 용도에 따라 탄소섬유와 폴리아미드섬유의 함량을 다르게 유지한다. 수지재(12)의 페놀수지는 시트재(11)에 대한 젖음성이 양호하여 함침시 침투가 용이하고 강한 접착 강도를 유지한다.
또한, 본 발명에 따르면, 활주부재(20)가 탄소섬유와 불소수지섬유를 직조한 시트재(21)와 불소수지의 수지재(22)를 함침하여 형성되는 구조이다. 시트재(21)는 탄소섬유와 불소수지섬유의 교직(mixture) 또는 혼방(blend)으로 생성한다. 불소수지섬유는 자기 윤활성과 내마모성이 우수하다. 슬라이드 베어링의 용도에 따라 탄소섬유와 불소수지섬유의 함량을 다르게 유지한다. 수지재(22)의 불소수지는 강도, 내열성과 더불어 고하중에서 장기간 무급유 저마찰 특성을 유지한다. 다만 시트재(21)에 대한 함침 용이성을 높이기 위해 수지재(22)에 미량의 페놀수지를 부분적으로 부가할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 지지부재(10)는 평직 및 주자직 중의 적어도 하나의 시트재(11)로 구성되고, 상기 활주부재(20)는 평직 또는 주자직에 스트랜드를 혼합한 시트재(21)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 슬라이드 베어링의 크기가 증대할수록 강도를 고려하여 평직을 적용하고, 평직보다 높은 강도와 유연성을 부가하는 경우에는 주자직을 적용한다. 물론 평직과 주자직을 혼용하는 것도 가능하다. 활주부재(20)는 수지재(22)의 함침성을 높이기 위해 시트재(21) 상으로 스트랜드를 부가할 수 있다. 스트랜드는 단섬유와 장섬유를 혼합한 상태를 적용하지만 윤활면의 냉각성을 높이려면 장섬유 비율을 늘인다.
이에, 마찰에 의한 내마모성이 우수한 복합재료는 경도 및 면압에 약하고 경도 및 면압에 강한 복합재료는 내마모성이 약한 점에 착안하여 고압과 고열이 지속되는 사용조건에서 작동 신뢰성과 내구성을 유지하는 고기능 슬라이드 베어링을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 보조부재(30)가 상기 활주부재(20)의 일부 영역에 차등적인 물성으로 형성되는 구조이다. 보조부재(30)는 활주부재(20)에 요구되는 강도, 저마찰성, 내마모성, 내열성, 내한성, 내약품성 등의 물성을 사전에 설정된 영역별로 차등화함을 요체로 한다. 슬라이드 베어링의 크기와 두께가 증대할수록 보조부재(30)의 역할이 중요한 설계 요소로 부각된다.
이때, 보조부재(30)는 활주부재(20)의 구분된 일부 영역에 형성되지만 지지부재(10)의 일부 영역으로 연장될 수도 있다. 지지부재(10)의 보조부재(30)는 강도, 내열성, 내한성, 내약품성 측면에서 물성의 차등화를 도모한다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)는 적층된 상태로 열경화에 의한 접합 구조를 이루고 있다. 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)의 적층 구조는 도 1과 같은 평면 형태의 슬라이드 베어링으로 구현되거나 도 2와 같은 곡면(구면) 형태의 슬라이드 베어링으로 구현된다.
도 1을 참조하면, 평면상의 지지부재(10)와 활주부재(20)에서 가장자리 8개소에 보조부재(30)가 배치된 상태를 예시한다. 도 2를 참조하면, 곡면(구면)상의 지지부재(10)와 활주부재(20)에서 가장자리 4개소에 보조부재(30)가 배치된 상태를 예시한다. 물론, 도시에는 생략하지만, 보조부재(30)는 가장자리의 적어도 일부 영역에 대칭적으로 배치될 수도 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보조부재(30)는 일정한 반경과 곡률을 지닌 곡면에서 요홈부(25)를 개재하여 구분되는 가장자리 영역에 형성되고, 곡면의 중앙에 비하여 방열성을 높이도록 다공질 구조를 갖추는 것을 특징으로 한다. 활주부재(20)에 배치되는 보조부재(30)의 물성은 윤활성을 다소 희생하더라도 방열성, 내구성 등을 높이는 방향으로 구현될 수 있다. 보조부재(30)의 다공질은 입자 혼합, 발포, 펀칭 등의 방식으로 형성될 수 있다. 활주부재(20)의 영역을 분할하는 요홈부(25)도 다공질 구조와 연계되어 방열을 보조한다.
도 1 및 도 2에서 교차점의 원형공(35)은 요홈부(25)와 같은 깊이로 형성할 수도 있고, 도 2와 같이 중심 부분에 원형공(35)을 다른 깊이로 형성할 수도 있다. 원형공(35)도 요홈부(25)와 연계하여 방열 기능을 수행할 수 있다.
도 3에 나타내듯이 지지부재(10)와 활주부재(20)는 평면 형태로 구성될 수도 있고, 도 4에 나타내듯이 지지부재(10)와 활주부재(20)는 곡면(원통) 형태로 구성될 수도 있다. 어느 경우에나 보조부재(30)와 더불어 요홈부(25) 등은 전술한 바와 동일한 방식으로 적용된다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 슬라이딩 베어링을 제조하는 방법에 관하여 제안한다. 슬라이드 베어링의 양산 제조를 위해 성형장치(40)를 비롯한 다수의 지그와 장치를 활용한다.
본 발명의 단계 (A)는 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)의 프리프레그를 각각 생성하는 과정으로 진행된다. 지지부재(10)는 시트재(11)를 수지재(12)에 함침하여 프리프레그로 생성하고, 활주부재(20)는 시트재(21)를 수지재(22)에 함침하여 프리프레그로 생성한다. 보조부재(30)는 활주부재(20)와 다른 물성의 시트재(21) 그리고/또는 수지재(22)로 함침하여 프리프레그로 생성한다. 물론 활주부재(20) 및 보조부재(30)의 프리프레그는 일부 소재의 공용화도 가능하다.
본 발명에 따른 단계 (B)는 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)의 프리프레그를 성형장치(40)에 투입하는 과정을 거친다. 성형장치(40)는 진공압을 유지할 수 있는 챔버에 하금형(41), 상금형(42), 프레스기, 가열/냉각기, 진공기 등을 탑재한다. 하금형(41)과 상금형(42)은 슬라이드 베어링의 평면형 또는 곡면형 구조에 대응하여 교체가 가능하다. 성형장치(40)의 하금형(41)에 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)가 순차적으로 투입된다.
특히 도 2의 구면형 슬라이드 베어링의 양산에 있어서 하금형(41)과 활주부재(20)의 중심을 맞추는 것이 중요하다. 양자의 중심이 일치되면 보조부재(30)의 대칭적 배치도 가능하여 성형 불량을 방지할 수 있다.
한편, 지지부재(10)와 활주부재(20)의 접합력 증대를 위해 요철부(15)를 형성하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 단계 (C)는 성형장치(40)의 설정된 진공분위기에서 설정된 온도와 가압력으로 접합을 유발하는 과정으로 진행된다. 물성이 다른 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)를 평면 또는 곡면으로 성형함과 동시 접착하여 복수의 재료가 압력과 열에 의하여 분리되지 않는 이중 복합소재의 슬라이드 베어링을 실현한다. 산소를 제거한 0.1 Torr 내외의 진공분위기는 슬라이드 베어링의 내부식성을 높인다. 공정 진행에 따라 500 ℃까지의 온도, 50 Kg/㎠까지의 압력, 진공은 설정된 폭으로 단계적으로 변동한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (B)(C)는 상기 금형장치(40)의 금형(41)(42)에 구비된 돌출부(43)를 이용하여 요홈부(25)를 형성하고, 상기 요홈부(25) 상에 레이저빔 커팅 또는 인서트 몰딩에 의한 절단부(45)를 더 생성하는 것을 특징으로 한다. 도 5와 같이 돌출부(43)를 지닌 금형(41)(42)으로 성형하면 도 1 및 도 2와 같은 격자형의 요홈부(25)가 생성된다. 후속된 공정에서 도 3과 같이 요홈부(25) 상으로 절단부(45)를 형성할 수 있다. 도 3(a)는 레이저빔 커팅으로 절단부(45)를 형성하고, 도 3(b)는 인서트 몰딩으로 절단부(45)를 형성한다. 별도의 소재를 부가하는 인서트 몰딩에 의하면 레이저빔 커팅의 부담을 배제 또는 완화할 수 있다. 어느 경우에나 절단부(45)가 형성되면 슬라이드 베어링을 사용하는 과정에서 부분적 교체로 수명을 연장하기 용이하다.
도 4와 같은 원통형의 슬라이드 베어링은 원통형 지그(도시 생략)에 프리프레그를 부착하여 성형할 수도 있고, 축방향으로 분할되어 성형된 다수의 곡면형 부재를 원통형으로 연결할 수도 있다. 어느 경우에나 원통형의 슬라이드 베어링의 크기가 증대할수록 요홈부(25)를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 지지부재 11: 시트재
12: 수지재 15: 요철부
20: 활주부재 21: 시트재
22: 수지재 25: 요홈부
30: 보조부재 35: 원형공
40: 성형장치 41: 하금형
42: 상금형 43: 돌출부
45: 절단부

Claims (5)

  1. 이종 재질을 이용하여 구성되는 슬라이드 베어링에 있어서:
    탄소섬유와 폴리아미드섬유를 직조한 시트재(11)와 페놀수지의 수지재(12)를 함침하여 형성되는 탄소섬유지지부재(10);
    탄소섬유와 불소수지섬유를 직조한 시트재(21)와 불소수지의 수지재(22)를 함침하여 형성되는 활주부재(20); 및
    상기 활주부재(20)의 일부 영역에 차등적인 물성으로 형성되는 보조부재(30);를 포함하여 이루어지고,
    상기 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)는 적층된 상태로 열경화에 의한 접합 구조를 이루되,,
    상기 지지부재(10)는 평직 및 주자직 중의 적어도 하나의 시트재(11)로 구성되고, 상기 활주부재(20)는 평직 또는 주자직에 스트랜드를 혼합한 시트재(21)로 구성되며,
    상기 보조부재(30)는 일정한 반경과 곡률을 지닌 곡면에서 요홈부(25)를 개재하여 구분되는 가장자리 영역에 형성되고, 곡면의 중앙에 비하여 방열성을 높이도록 다공질 구조를 갖추는 것을 특징으로 하는 이종 재질의 슬라이드 베어링.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1의 슬라이딩 베어링을 제조하는 방법에 있어서:
    (A) 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)의 프리프레그를 각각 생성하는 단계;
    (B) 지지부재(10), 활주부재(20), 보조부재(30)의 프리프레그를 성형장치(40)에 투입하는 단계;
    (C) 성형장치(40)의 설정된 진공분위기에서 설정된 온도와 가압력으로 접합을 유발하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 단계 (B)(C)는 상기 금형장치(40)의 금형(41)(42)에 구비된 돌출부(43)를 이용하여 요홈부(25)를 형성하고, 상기 요홈부(25) 상에 레이저빔 커팅 또는 인서트 몰딩에 의한 절단부(45)를 더 생성하는 것을 특징으로 하는 이종 재질의 슬라이드 베어링 제조방법.
  5. 삭제
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