KR20000023487A

KR20000023487A - 베어링 구조

Info

Publication number: KR20000023487A
Application number: KR1019990041482A
Authority: KR
Inventors: 고지마아키라; 히라마츠노부타카; 스기타미츠루; 오노아키라; 시바야마다카유키; 오가와유키토시
Original assignee: 한지 세이고; 다이도 메탈 고교 가부시키가이샤; 미야카와 요시유키; 아이치기카이고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2000-04-25
Also published as: KR100361951B1; JP3193691B2; US6183137B1; GB9922373D0; DE19946193A1; DE19946193B4; GB2342127B; DE19946193B8; GB2342127A; JP2000104801A; GB2342127A9

Abstract

PAI 및 5 내지 50중량%의 PTFE를 포함하는 수지조성물로 샤프트를 코팅하고/코팅하거나, PEEK 및 50중량% 이하의 PTFE를 포함하는 수지조성물로 베어링을 코팅함으로써, 마찰계수가 작고 내마모성이 우수한 베어링구조를 얻을 수 있다. 또, 베어링의 수지 조성물에 티탄산칼륨 휘스커(potassium titanate whisker) 또는 납화합물을 첨가함으로써 마찰계수 및 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

베어링 구조{BEARING STRUCTURE}

본 발명은 샤프트 및 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하고 상기 샤프트 및 베어링이 각각의 활주면(sliding surface)상에 형성된 수지층(resin layer)을 구비한 베어링구조에 관한 것이다.

활주면상에 수지층이 코팅되어 형성된 베어링은 공지되어 있고, 또한 수지에 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE 라고 함)를 첨가하면 마찰계수를 감소시킬 수 있으며 내마모성도 향상시킬 수 있는 것도 공지되어 있다. 하지만, 이러한 발전은 금속샤프트 및 수지로 코팅된 베어링을 포함하는 베어링구조를 기초로 하여 행하여지고 있다.

최근 베어링은 보다 열악한 조건에서 사용되는 경향이 있어, 보다 내마모성 등이 우수한 베어링구조가 요구되고 있다. 그러나, 활주면상에 수지층을 구비한 베어링은 내마모성이 충분하지 않아 마모되기 쉽다는 문제를 가지고 있다.

본 발명자들은 샤프트 및 베어링의 활주면을 수지로 코팅하고 수지에 특정량의 PTFE를 함유시킴으로써, 마찰계수가 더욱 작아지고 내마모성이 향상됨을 발견하여 본 발명을 확립하였다.

본 발명의 제 1측면은 샤프트 및 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하고, 상기 샤프트 및 베어링은 각각의 활주면(sliding surface)상에 형성된 수지층(resin layer)을 구비하며, 상기 샤프트 활주면상의 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지와 전체 수지 조성물을 기준으로 5 내지 50중량%의 PTFE를 포함하는 수지조성물로 제조되고, 베어링 활주면상의 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지와 전체 수지 조성물을 기준으로 50중량% 이하의 PTFE를 포함하는 수지조성물로 제조되는 베어링 구조를 제공한다.

도 1은 연속가변 변속기의 단면도, 및

도 2는 도 1의 연속가변 변속기의 구동풀리영역의 확대단면도이다.

샤프트 및 베어링의 활주면상의 수지층에 사용되는 수지는, 예를 들어 내마모성이 매우 우수한 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리 에테르에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지를 포함한다.

일반적인 베어링구조에 있어서, 샤프트의 교환은 곤란한 반면 베어링의 교환은 용이하다. 따라서 샤프트 활주면의 내마모성을 베어링 활주면의 내마모성보다 높여, 가능한 한 샤프트 활주면의 마모율을 낮추는 것이 요구된다. 이를 위해, 샤프트 활주면상의 수지층은 경도가 높은 열경화성 수지로 제조되고, 베어링 활주면상의 수지층은 비교적 낮은 경도와 낮은 마찰특성을 갖는 열가소성 수지로 제조되는 것이 바람직하다.

(본 발명의 제 2측면)

샤프트 활주면상의 수지층에 사용되는 열경화성 수지로는, 예를 들어 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지를 사용할 수 있다. 이들 중 적어도 하나 이상의 수지가 PTFE를 함유하면 마찰저항이 저하될 수 있고 내마모성이 향상될 수 있다. PTFE가 5중량% 미만이면 충분한 효과가 얻어지지 않고 PTFE가 50중량% 이상이면 반대로 내마모성이 저하된다. 따라서 PTFE 함유량은 5 내지 50중량%이어야 하고, 특히 함유량이 10 내지 30중량%인 경우에 효과가 커 바람직하다.

또, 베어링 활주면상의 수지층에 사용되는 열가소성 수지로는, 예를 들어 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 열가소성 폴리아미드이미드 수지, 열가소성 폴리이미드 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지를 사용할 수 있다. 이들 수지중 적어도 하나 이상의 수지가 PTFE를 함유하면, 마찰저항은 더욱 저하될 수 있고 내마모성이 향상될 수 있다. PTFE가 50중량%를 넘으면 오히려 내마모성이 저하된다. 따라서, PTFE의 함유량은 50중량% 이하여야 하고. 특히 함유량이 10 내지 30중량%인 경우에 이들의 효과가 커 바람직하다.

샤프트 또는 베어링의 백킹메탈(backing metal)이 금속으로 제조되고 수지가 샤프트 또는 베어링 표면에 직접 접착되면, 샤프트 또는 베어링 표면과 수지사이의 접착력이 부족한 경우가 있다. 일본국 특개 소57-74153호에 개시되듯이, 종래부터 베어링의 백킹메탈 표면에 철망이나 청동분말을 소결하고 이 철망이나 청동분말층에 수지를 충전함으로써 접합력을 확보하는 기술이 확립되어 있다. 이는 베어링 활주면의 향상을 위해, 예를 들어 수지층에 납화합물을 첨가하거나(본 발명의 제 4측면), 티탄산칼륨 휘스커와 같은 단섬유(본 발명의 제 3측면), 고체윤활제 등을 첨가하여, 더욱 마찰계수 및 내마모성을 향상시키는 등 여러 가지 수단을 이용하는 것이 가능함을 의미한다.

반면, 샤프트 활주면에 이러한 기술을 적용하는 것은 보통의 수지의 단순분사 및 코팅을 제외하고는 일반적으로 어렵다. 만일 샤프트 활주면과 수지층 사이의 접합력이 향상될 수 있으면, 샤프트 활주면상의 수지층에 고체윤활제를 첨가하거나 예를 들어 티탄산칼륨 휘스커 등의 단섬유 등의 첨가물을 첨가하는 것도 가능할 것이다. 따라서, 우수한 접합력을 갖는 열경화성 수지가 샤프트상의 수지에 사용되는 것이 바람직하다(본 발명의 제 2측면).

샤프트 및 베어링을 포함하는 베어링 구조의 바람직한 적용예는 연속가변 변속기에 대한 적용이다(본 발명의 제 5측면).

본 발명의 제 1측면에 따르면, 베어링 구조는 샤프트와 상기 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하고, 상기 샤프트 및 베어링은 각각의 활주면상에 형성된 수지층을 구비하며, 샤프트 활주면상의 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지와 전체 수지 조성물을 기준으로 5 내지 50중량%의 PTFE를 함유하는 수지조성물로 제조되고, 또 베어링 활주면상의 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지와 전체 수지 조성물을 기준으로 50중량% 이하의 PTFE를 함유하는 수지조성물로 제조된다. 그로 인해, 베어링 구조는 마찰계수가 작고 내마모성이 우수하다.

본 발명의 제 2측면에 따르면, 본 발명의 제 1측면에 따른 베어링 구조에 있어서, 샤프트 활주면상의 수지층은 열경화성 수지로 제조되고, 베어링 활주면상의 수지층은 열가소성 수지로 제조된다. 그로 인해, 특히 베어링 구조내 샤프트 활주면상의 수지층은 내마모성이 보다 향상된다.

본 발명의 제 3측면에 따르면, 본 발명의 제 1 및 2측면에 따른 베어링 구조에 있어서, 베어링 활주면상의 수지층은 5 내지 30중량%의 티탄산칼륨 휘스커를 함유함한다. 그로 인해, 베어링 구조는 마찰계수가 더욱 작아지고 내마모성이 우수해진다.

본 발명의 제 4측면에 따르면, 본 발명의 제 1, 2 및 3측면에 따른 베어링 구조에 있어서, 베어링 활주면상의 수지층은 0.1 내지 10중량%의 납화합물을 함유한다. 그로 인해, 베어링 구조는 마찰계수가 더욱 작아지고 내마모성이 우수해진다.

본 발명의 제 5측면에 따르면, 본 발명의 제 1, 2, 3 및 4측면에 따른 베어링 구조가 연속가변 변속기의 베어링구조에 적용된다. 그로 인해, 연속가변 변속기는 내구성이 우수해질 수 있다.

이하에, 미끄럼베어링에 적용된 본 발명의 실시예가 비교예와 함께 설명된다.

먼저, 표 1, 표 2에 나타낸 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11에 사용된 베어링과 샤프트의 시료를 제작하였다.

베어링 시료는 다음과 같이 준비하였다.

먼저, 동도금된 두께 1.5mm의 강판 위에 청동분말을 0.4mm의 두께로 뿌리고소결하여 다공질 소결층(porous sintered layer)을 형성하였다.

이와 독립적으로, 표 1에 나타난 균일성분의 수지펠릿(resin pellet)으로부터 0.5mm 두께의 수지시트가 형성되고, 다공질 소결층을 400 내지 450℃로 가열하는 동안 수지시트를 다공질소결층에 겹치게 하여 롤 사이에서 압착용접하여 함침코팅(impregnation coating)을 하였다. 그 후, 강판은 외경 27.2mm, 내경 22mm의 스러스트 와셔(thrust washer)로 절단되어 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11의 베어링 시료로서 사용된다.

샤프트 시료는 다음과 같이 하여 준비하였다. 표 1, 표 2에 나타낸 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11중 하나의 조성으로 이루어지는 수지가 스러스트 와셔에 상응하는 직경을 갖는 경화된 S55C강 샤프트의 활주면상에 뿌려지고 가열되어, 두께가 O.O1mm인 수지층이 형성된다. 이러한 방식으로 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11의 샤프트 시료가 얻어진다.

실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11에 나타난 바와 같이, 샤프트 시료 및 베어링 시료의 조합이 스즈끼 마찰-마모 시험기(Suzuki friction-wear tester)에 의해 10 Mpa의 일정하중으로 둘레속도 0.05m/s에서 4시간 시험하여 마찰계수와 마모량을 결정하였다. 표 3에 결과가 나타난다.

샤프트 활주면상에 수지층이 없는 비교예 8 내지 11에서는 마찰계수도 크고 베어링의 마모량도 큼을 보여준다. 베어링 활주면상의 수지층내의 PTFE의 함유량이 15중량%(비교예 9) 또는 그 이상일때 마찰계수는 현저하게 감소되지 않는다. 비교예 9의 마모량은 가장 적은 반면, PTFE의 함유량이 30 및 35중량%일때(비교예 10 및 11 각각) 베어링 마모량은 반대로 비교예 9의 마모량보다 크다.

샤프트 활주면상의 수지층이 PTFE를 함유하고 있지 않은 비교예 1 내지 4는 샤프트 및 베어링 활주면상의 마모량이 큼을 보여준다. 베어링의 활주면상의 PTFE의 함유량이 15중량%(비교예 2) 또는 그 이상일때 마찰계수는 현저하게 감소되지 않는다. 베어링의 마모량은 베어링 활주면상의 수지층의 PTFE의 함유량이 30중량%(비교예 3)일때 가장 적고, PTFE의 함유량이 35중량%(비교예 4)일때 비교예 3의 마모량보다 많아졌다. 한편, 샤프트의 마모량은 베어링 활주면상의 수지층의 PTFE의 함유량이 30중량%일때 11㎛가 되었다.

베어링 활주면상의 수지층에 PTFE를 함유하고 있지 않은 실시예 6 내지 8은 비교예 1과 비교하여 마찰계수가 작고 마모량이 샤프트 및 베어링 활주면 양쪽 모두에서 적음을 보여준다. 따라서, 샤프트 활주면상의 수지층에 PTFE를 함유한 경우에 효과가 현저하다. 마찰계수는 샤프트 활주면상의 수지층내 PTFE의 함유량이 많아짐에 따라 감소되나, 샤프트 활주면상의 수지층에 PTFE를 함유하고 있지 않은 비교예 1과의 비교하여 PTFE를 함유량이 10중량%(실시예 6)가 되면 그 향상효과는 현저하지 않다. 또, 마모량은 샤프트 활주면상의 수지층내 PTFE의 함유량이 10 내지 50중량%로 변화하더라도 그다지 변화없이 거의 6㎛ 또는 7㎛과 같은 값을 나타냈다. 한편, 베어링 마모량에서는 베어링 활주면상의 수지층내 PTFE의 함유량이 많아지면 서서히 감소하였다. 비교예 6은 샤프트 활주면상의 수지층내에 85중량%의 PTFE를 함유한 예로서 샤프트의 마모량이 현저하게 큰 20㎛를 나타냈다.

실시예 1 내지 5는 실시예 6 내지 8에 대하여 베어링 활주면상의 수지층내에 PTFE를 15중량% 함유한 것으로서 마찰계수가 더욱 작다. 또한, 샤프트 및 베어링양쪽 모두의 마모량이 적어, 베어링 활주면상의 수지층내에 PTFE를 함유한 효과가 현저하다. 마찰계수는 샤프트 활주면상의 수지층내 PTFE의 함유량이 많아짐에 따라 서서히 저하되는 반면, 샤프트 마모량은 샤프트 활주면상의 수지층내 PTFE의 함유량이 10 내지 50중량%로 변화하더라도 그다지 변화가 없으나, 실시예 2, 3의 샤프트 마모량이 4㎛로 가장 적었다. 한편, 베어링쪽 마모량에서는 실시예 3, 4, 5가 2㎛로 가장 적었다. 비교예 7은 샤프트 활주면상의 수지층에 85중량%의 PTFE를 함유한 예로서, 샤프트 마모량이 현저하게 큰 19㎛를 나타냈다.

실시예 9 내지 11은 실시예 6 내지 8에 대하여 베어링 활주면상의 수지층에 PTFE를 30중량% 함유한 것으로서, 가장 우수한 마찰계수를 나타냈다. 샤프트 마모량은 샤프트 활주면상의 수지층내 PTFE의 함유량이 10 내지 50중량%로 변화하더라도 그다지 변화없이 5, 6㎛의 작은값을 나타냈다. 베어링 마모량은 6, 7㎛의 작은값을 나타냈다.

이들 시험결과로부터, 샤프트 활주면상의 수지층을 PAI(폴리아미이드 수지) 및 PTFE를 5중량% 이상 함유하는 수지조성물로부터 만들고, 베어링 활주면의 수지층을 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤 수지) 및 30중량% 이하의 PTFE를 함유한 수지조성물로부터 만들면, 마찰계수가 작아지고 샤프트 및 베어링의 내마모성이 향상될 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 12, 13은 실시예 3의 샤프트 활주면상의 수지층을 PAI 대신 EP(에폭시 수지), PFA(테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지)를 사용한 예로서, 마찰계수 및 샤프트, 베어링의 마모량에서 동등한 값을 나타냈다.

실시예 15, 16은 실시예 3의 베어링 활주면상의 수지층을 PEEK 대신 열가소성 PI(폴리이미드 수지), PPS(폴리페닐렌설파이드 수지)를 사용한 예로서, 마찰계수 및 샤프트, 베어링의 마모량에서 동등한 값을 나타냈다.

실시예 17 내지 20은 실시예 2의 베어링 활주면상의 수지층을 PEEK 85중량%, PTFE 15중량%로 하고 있는데 대하여 PTFE를 15중량%인 채로 고정하여, 티탄산칼륨 휘스커를 5 내지 30중량% 첨가한 예로서, 마찰계수와 샤프트 및 베어링의 마모량 대해서 더욱 양호한 값을 나타냈다.

실시예 21 내지 24는 실시예 18의 베어링 활주면상의 수지층에 PTFE의 함유량을 15중량%로 고정하여 PbO 또는 PbF₂를 첨가한 예로서, 마찰계수와 샤프트 및 베어링의 마모량에 대해 더욱 양호한 값을 나타냈다.

(실시예)

(연속가변 변속기에 적용한 실시예)

건식 연속가변 변속장치에 적용한 실시예를 설명한다.

도 1은 벨트식 연속가변 변속기의 단면도로서, 엔진(도시생략)에 연결된 구동샤프트(2) 및 차륜(도시생략)에 연결된 종동샤프트(driven shaft)(3)가 케이싱(1)내에 회전 가능하게 장착되고, 구동풀리(20)가 구동샤프트(2)상에 형성되며 종동풀리(driven pulley)(30)가 종동샤프트(3)상에 형성된다. 이 양 풀리(20, 30)상의 풀리홈 사이에 V벨트(4)가 걸쳐진다. 구동샤프트(2)가 구동회전하면, 양 풀리(20, 30)에 걸려진 V벨트(4)의 각각의 직경에 대응하는 변속비에 의하여 종동샤프트(3)가 회전한다.

구동풀리(20)에 대하여 설명하면, 케이싱(1)에 회전가능하게 장착된 구동샤프트(2)의 중간에 구동풀리(20)의 절반부의 역할을 하는 고정시브(fixed sheave)(21)가 일체로 제공된다. 샤프트 몸체의 외주로부터 돌출하여 구동샤프트(2)상에 슬라이드키(slide key)(22)가 제공되고, 이 슬라이드키(22)가 끼워맞추어져 축방향으로 미끄럼 가능하게 원통형의 구동하우징(23)이 제공된다. 구동하우징(23)은 또한 구동샤프트(2)와 함께 회전 가능하다. 구동하우징(23)의 내주에 구동하우징(23)을 지지하는 베어링(24)이 구동샤프트(2)의 주위의 두지점에 제공된다.

구동하우징(23)의 외주는 베어링(51)의 내륜과 끼워맞추어져 내륜과 일체가 되어 회전하게 된다. 한편, 베어링(51)의 외륜은 슬라이더기어(slider gear)(52)와 끼워맞추어져 슬라이더기어와 일체가 되어 회전한다.

슬라이더기어(52)의 내주면상에는 암나사(52a)가 형성되어 있고, 이것은 스크류샤프트(53)상에 형성된 수나사(53a)와 맞물린다. 스크류샤프트(53)의 끝은 케이싱(6)에 고정되고, 스크류샤프트(53)의 내부에는 베어링(54)이 제공되며, 구동샤프트(2)는 베어링(54)상에 회전 가능하게 지지된다.

슬라이더기어(52)의 외주상에는 기어(52b)가 형성되고, 이것은 회전 가능하게 샤프트지지된 동력전달기어(55)의 소기어(55a)와 맞물린다. 한편, 동력전달기어(55)의 대기어(55b)는 동력전달기어(56)의 소기어(56a)와 맞물리고, 동력전달기어(56)의 대기어(56b)는 모터(5)의 구동기어(57)와 맞물린다. 구동기어(57)는 모터(5)에 의하여 구동된다. 모터(5)의 회전은 동력전달기어(56, 55)를 거쳐 슬라이더기어(52)로 전달된다. 슬라이더기어(52)가 회전하면 나사(52a, 53a)에 의해 축방향으로 미끄러진다.

따라서, 구동하우징(23)은 모터(5)의 회전에 의하여 구동샤프트(2)의 축방향으로 미끄럼 가능하다. 구동하우징(23)의 한쪽 끝에 구동풀리(20)의 다른 절반부의 역할을 하는 가동시브(25)가 일체로 제공된다. 대향하는 가동시브(25)와 고정시브(21)의 경사면 사이에 V형상의 구동풀리홈이 형성된다. 모터(5)가 회전하면 구동하우징(23)이 구동샤프트(2)의 축방향으로 이동하여, 가동시브(25)가 미끄러져 구동풀리홈의 폭을 조절한다.

이와 같이, 구동샤프트(2)상의 고정시브(21)와 구동하우징(23)의 가동시브(25)에 의하여 홈폭넓이 조정가능한 V형상의 구동풀리홈이 제공될 수 있다. V형상의 구동풀리홈과 종동풀리(30)의 종동풀리홈에 V벨트(4)가 걸쳐진다.

이하에서는 종동풀리(30)에 대하여 보다 상세히 설명한다.

종동풀리(30)는 구동풀리(20)의 구조와 거의 같은 구성이다. 구동샤프트(2)와 평행하게 케이싱(1)에 장착된 종동샤프트(3)상에 종동풀리(30)의 절반의 역할을 하는 고정시브(31)가 구동풀리(20)상의 가동시브(25)에 대응하는 위치에 일체로 제공된다. 종동샤프트(3)상에는 종동샤프트(3)의 축방향으로 미끄럼 가능한 원통형상의 종동하우징(32)이 제공되고 종동샤프트(3)과 함께 회전 가능하다.

종동하우징(32)의 내주면상에 종동하우징(32)을 지지하는 베어링(33)이 종동샤프트(3) 주위의 두 지점에 제공되어, 종동하우징(32)을 종동샤프트(3)와 함께 회전하도록 하며 종동샤프트(3)의 축방향으로 미끄러진다.

종동하우징(32)의 한쪽끝단에 종동풀리(30)의 다른 절반부의 역할을 하는 가동시브(36)가 일체로 제공되어, 대향하는 가동시브(36) 및 고정시브(31)의 경사면 사이에 종동풀리홈이 형성된다. 도 1에 있어서, 가동시브(36)의 오른쪽 끝단면은 토크캠면(torque-cam surface)을 형성하고, 이 토크캠면과 맞물리는 토크캠(torque cam)(34)이 종동샤프트(3)상에 제공된다. 이 둘 사이에 삽입된 압축스프링(35)에 의하여 종동하우징(32)이 왼쪽으로 압착되어 V벨트(4)상에 장력을 발생시킨다.

이러한 방식으로 구동샤프트(2)상의 가동시브(25)는 좌우로 미끄럼 가능하여, 구동풀리홈의 폭을 넓거나 좁게 변화시키고, 이에 따라 이들 사이에 걸쳐진 V벨트(4)에 의하여 종동풀리홈이 넓거나 좁게 변화될 수 있음으로써, 각각의 풀리직경을 변화시킨다. 이렇게 되면 구동샤프트(2)와 종동샤프트(3) 사이에서 연속가변 변속이 이루어질 수 있게 된다.

구동하우징(23)상에 제공된 베어링(24)에 대하여 설명한다.

구동하우징(23)은 슬라이드키(22)의 맞물림에 의하여 구동샤프트(2)와 함께 회전하지만, 구동하우징(23)을 구동샤프트(2)를 따라 원활하게 축방향으로 미끄러지게 하기 위해 베어링(24)과 구동샤프트(2) 사이에는 미세한 간극이 제공된다. 이 간극만큼 원통형 베어링(24)의 내주길이는 구동샤프트(2)의 외주길이보다 길어진다. 한편, 구동하우징(23) 및 구동샤프트(2)는 V벨트(4)에 의하여 함께 회전하여, 베어링(24)이 구동샤프트(2)상에서 스크롤운동(scroll motion)을 발생시키게 된다. 이에 따라, 베어링(24)과 구동샤프트(2)의 활주면상에는 스크롤운동에 따른 마찰에 의해 마모가 발생한다.

구동샤프트(2)와 베어링(24)으로 이루어지는 베어링구조에서 구동하우징(23)을 원활하게 축방향으로 미끄러지게 하기 위해서는, 마찰계수가 작고 안정될 것, 그리고 구동샤프트(2) 와 베어링(24) 양쪽의 마모량이 작고 클리어런스가 적정범위내로 유지될 것이 요구된다.

도 2에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 구동하우징(23)에는 V벨트(4)상의 장력때문에 기울게 하는 힘이 작용하기 마련이고, 이 때문에 구동샤프트(2)상에서 베어링(24)과 부분접촉 또는 한쪽접촉 상태로 미끄러지게 된다.

종동샤프트(3)와 함께 회전하는 종동하우징(32)상에 제공된 베어링(33)은 구동하우징(23)상의 베어링(24)과 마찬가지로, 간극에 따른 내주길이의 차이로 인해 종동샤프트(3)상에서 스크롤운동을 발생시키게 된다. 이에 따라, 베어링(33)과 종동샤프트(3)의 활주면상에는 스크롤운동에 따른 마찰에 의한 마모가 발생한다. 즉, 구동샤프트(2)와 베어링(24)으로 구성되는 베어링구조와 마찬가지로, 종동하우징(32)은 V벨트(4)상의 장력에 기인하여 부분접촉 또는 한쪽접촉 상태로 종동샤프트(3) 상에서 미끄러지게 된다.

구동샤프트(2) 및 베어링(24)과 종동샤프트(3)과 베어링(33)으로 이루어지는 각각의 베어링구조에 대하여 내마모성을 알기 위하여 시험을 행하였다. 시험은 일본국 특개평9-113429호에 개시되어 있는 연속가변 변속기용 풀리베어링의 마모시험기에 의해 수행되었다. 이 마모시험기는 실제 변속기와 동일한 슬라이딩조건을 제공할 수 있는 모의시험기로서, 시험조건은

구동샤프트(2)의 회전수 : 3200rpm

종동샤프트(3)의 회전수 : 6400rpm

축간힘 : 500kgf

샤프트와 베어링 사이의 간극 : 각각 100㎛로 설정하였다. 1O시간마다 마모량을 측정하고, 이 측정결과에 기초하여 샤프트 및 베어링의 마모에 의해 간극이 200㎛가 된 시간을 내구시간으로 하고, 이것에 의해 내마모성을 판단하였다. 하지만, 구동샤프트보다 종동샤프트상에서의 베어링의 마모량이 크기 때문에 종동샤프트상의 마모량이 내구시간으로서 사용된다.

시료는 상기한 표 1 및 2에 나타낸 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11의 샤프트 또는 베어링과 수지층으로 이루어지는 시료이다. 즉, 베어링은 상기한 바와 같이 다공질소결층 위에 수지를 롤압착용접(roll pressure-welding)한 후에 절단하여 내경 36mm, 폭 25mm의 원통형으로 형성하고, 그 후에 범용 선반에 의하여 내면을 절삭가공하여 치수정밀도를 높였다. 이러한 방식으로 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 11의 각 시료를 준비하였다.

샤프트 시료는 직경 36mm의 강철샤프트의 외주에 폭 40mm에 띠형상의 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 7의 수지를 뿌린후 가열하여 두께 O.O1mm의 수지층을 형성하였다. 이리 하여, 실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 7의 샤프트 시료를 준비하였다.

이 모의 시험에 의하여 얻어진 종동샤프트상의 내구시간 결과가 표 3에 나타난다.

이 시험결과로부터, 샤프트 활주면상에 수지층을 형성하지 않은 비교예 8 내지 11과 비교할때, 또 샤프트 활주면상의 수지층에 PTFE를 함유하고 있지 않은 비교예 1 내지 4와 비교할때도 모든 실시예에서 양호한 내구성이 얻어졌다.

본 발명의 제 1측면에 따르면, 베어링 구조는 샤프트와 상기 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하고, 상기 샤프트 및 베어링은 각각의 활주면상에 형성된 수지층을 구비하며, 샤프트 활주면상의 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지와 전체 수지 조성물을 기준으로 5 내지 50중량%의 PTFE를 함유하는 수지조성물로 제조되고, 또 베어링 활주면상의 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지와 전체 수지 조성물을 기준으로 50중량% 이하의 PTFE를 함유하는 수지조성물로 제조된다. 그로 인해, 베어링 구조는 마찰계수가 작고 내마모성이 우수하다.

Claims

샤프트 및 이 샤프트를 지지하는 베어링을 포함하고, 상기 샤프트와 상기 베어링은 각각의 활주면상에 형성된 수지층을 구비하는 베어링구조에 있어서,

상기 샤프트 활주면상의 상기 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지 및 폴리테트라플루오로에틸렌을 전체 수지 조성물을 기준으로 5 내지 50중량% 포함하는 수지조성물로부터 만들어지고,

상기 베어링 활주면상의 상기 수지층은 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 수지, 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐 에테르 공중합체 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 수지 및 전체 수지 조성물을 기준으로 50중량% 이하의 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 수지조성물로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 베어링구조.
제 1 항에 있어서,

상기 샤프트 활주면상의 수지층은 열경화성 수지로부터 만들어 지고, 상기 베어링 활주면상의 수지층은 열가소성 수지로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 베어링구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 베어링 활주면상의 수지층은 전체 수지 조성물을 기준으로 5 내지 30중량%의 티탄산칼륨 휘스커를 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링구조.
제 1, 2 또는 3 항에 있어서,

상기 베어링 활주면상의 수지층은 전체 수지 조성물을 기준으로 0.1 내지 10중량%의 납 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링구조.
제 1, 2, 3 또는 4 항에 따른 베어링 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 연속가변 변속기.