KR20000070993A - 전기화학적 가공에 의하여 금속베어링 부품에 패턴을 제공하는방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기화학적 가공에 의하여 금속베어링 부품에 텍스쳐를 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 전극과 금속베어링 부품 사이에 리본이 제공된다. 리본은 가요성을 갖는 실질적으로 비도전성인 물질로서 구멍이 구비된다. 리본이 금속베어링 부품과 직접 접촉되는 동안 전극과 금속베어링 부품 사이로 전류가 통과한다. 리본의 구멍 패턴이 금속베어링 부품의 표면 상에 전기화학적으로 가공될 패턴을 결정한다. 바람직한 실시예에 따르면 리본은 엔드리스 벨트이다. 또한, 본 발명은 구멍이 제공된 리본을 포함하는 전기화학적 처리장치에 관한 것이다.

Description

전기화학적 가공에 의하여 금속베어링 부품에 패턴을 제공하는 방법 및 그 장치 {METHOD OF PROVIDING A METAL BEARING COMPONENT WITH A PATTERN BY ELECTROCHEMICAL MACHINING AND AN APPARATUS THEREFOR}

이러한 방법은 당해기술 분야에 공지되어 있다. 특히, WO96/20059에는 베어링 링에 패턴을 제공하는 전기화학적 가공 방법에 관하여 개시되어 있다. 상기 특허출원에 따르면, 도전패턴(conducting pattern)이 제공된 비도전면(non-conducting surface)을 가진 전극이 사용된다.

본 발명은 전기화학적 가공에 의하여 베어링 링(bearing ring), 롤러 부재(roller element) 및 동압베어링 샤프트(shaft of dynamic pressure bearing)로 구성되는 군에서 선택된 금속베어링 부품에 텍스쳐(texture)를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 상기 금속베어링 부품과 전극수단에 의하여 형성된 좁은 갭을 가로질러 전류가 통과하고, 상기 갭에는 전해액(electrolyte)이 공급된다.

도 1은 전기화학적 가공에 의하여 베어링 부품의 표면에 패턴을 제공하는 장치의 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 리본의 부분단면도이다.

상기 방법은 고선명도 패턴(high-definition pattern)을 가진 표면을 제공할 수 없다는 것이 단점이다.

본 발명의 목적은 고선명도 표면패턴을 가진 표면을 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은 전극수단과 금속베어링 부품 사이에 구멍(hole)이 제공된 가요성을 갖는 실질적으로 비도전성인 물질을 포함하는 리본을 제공하고, 상기 리본은 그 길이 일부분에 걸쳐 금속베어링 부품과 직접 접촉되어 접촉 영역(contac zone)을 형성하고, 전류가 갭을 가로질러 통과하는 것을 특징으로 한다.

리본이 마스크로서 작용하고, 구멍은 전기화학적으로 가공될 금속베어링 부품의 표면 중 단지 일부만 노출시킨다. 마스크가 표면에 부착되지 않기 때문에 제거가 용이하며 금속베어링 부품의 표면 중 다른 부분의 처리에 재사용될 수 있다. 리본의 일부분이 금속베어링 부품과 접촉된다.

소련특허출원 SU-A-814635호에는 터빈블레이드(turbine blade)와 같은 금속물체의 전기연마(electroabrasive) 가공방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 처리될 물체의 표면을 따라 연마밴드(abrasive band)를 이동시키는 것을 포함한다. 이 밴드에는 처리될 물체와 전해액이 접촉되는 구멍이 천공되어 제공된다. 상기 특허는 텍스쳐를 가진 표면을 제공하는 방법에 관해서는 개시되어 있지 않다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 방법은 상기 금속베어링 부품이 그 축을 중심으로 회전하는 동안 리본은 금속베어링 부품과 동일한 속도 및 방향으로 접촉 영역에서 이동하는 것을 특징으로 한다.

베어링 부품이 회전함으로써, 리본이 실질적인 슬립없이 베어링부품을 따라 이동하는 동안 처리될 베어링 링의 전체 표면은 단일 단계에서 전기화학적으로 가공될 수 있다. 리본이 작동하여 베어링 부품을 회전시키거나, 또는 베어링 부품이 구동하여 리본을 이동시키거나, 또는 베어링 링 및 리본 양자 모두가 작동될 수 있음은 물론이다.

바람직한 실시예에 있어서, 실질적으로 구멍이 없는 적어도 두 개의 세그멘트(segment)를 가지는 리본이 사용되고, 상기 세그멘트는 구멍을 포함하는 세그멘트에 인접하며 상기 구멍을 포함하는 세그멘트의 길이는 가공될 베어링 부품의 원주 길이와 동일하거나 또는 그 원주 길이의 복수배이다.

이와 같이 하여, 금속베어링 부품의 일부분이 다른 부분보다 더 자주 처리되는 것을 방지할 수 있다. 베어링 부품 원주 길이의 복수배 길이를 가진 구멍을 포함하는 세그멘트는, 예를 들면, 베어링 부품에 크로스-해치 패턴(cross-hatched pattern)을 제공하려는 경우에 적합하다. 상기 패턴을 제공하기 위하여, 상기 세그멘트는 먼저 길이가 평행인 장방형 구멍에 이어서 제1 길이의 장방형 구멍과 각을 이루어 설정된 길이가 평행인 장방형 구멍을 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 인디케이터 수단(indicator means)을 포함하는 리본이 사용되고, 인디케이터 수단의 위치에 따라 갭을 통과하는 전류를 제어하는데 사용되는 출력신호를 제공하는 상기 인디케이터 수단을 검출하는 검출수단(detecting means)이 사용된다.

또한, 상기 방법은 금속베어링 부품의 일부분이 다른 부분보다 더 자주 처리되는 것을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.

바람직한 실시예에 있어서, 높은 인장강도(high tensile strength)를 가진 플라스틱으로 구성된 리본을 사용한다.

이러한 높은 인장강도를 가진 플라스틱 리본을 사용하는 것은, 리본을 재사용할 수 있는 것 외에, 금속베어링 부품의 일부분이 다른 부분보다 더 자주 처리될 위험없이 고선명도 패턴을 얻는데 매우 유용하다.

또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 베어링 부품 쪽은 좁고 리본의 대향 쪽은 넓은 구멍을 가진 리본을 사용한다.

이런 구성을 가진 구멍으로 인하여, 전류밀도가 높아지고 금속베어링 부품으로부터 발생된 금속이온이 전해액에 의하여 보다 신속하게 제거될 수 있어서 전기화학적 가공을 촉진시킨다.

바람직한 실시예에 있어서, 엔드리스 벨트(endless belt)를 리본으로 사용한다.

이러한 폐쇄루프 리본(closed loop ribbon)으로 인하여 금속베어링 부품의 표면이 반복 처리될 수 있다.

본 발명은 금속편(metal piece), 특히 베어링 부품을 전기화학적으로 가공하여 상기 베어링 부품에 표면 텍스쳐를 제공하는 장치에 관한 것으로서, 전극수단, 전해액 공급수단 및 금속편을 회전가능하게 장착하는 수단을 포함한다.

상기 장치는 금속편과 접촉하는 실질적으로 비도전성인 물질로 구성되는 리본―여기서 리본은 구멍이 구비된 그 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 있어, 전해액이 금속편과 접촉되고 상기 금속편과 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 함―을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 각종 금속편, 특히 베어링 부품을 전기화학적으로 가공할 수 있는 간단한 장치가 제공된다.

다음에, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 예를 들어 상세하게 설명한다.

도 1은 금속베어링 부품, 여기서는 내측 베어링 링(1)에 전기화학적 가공에 의하여 패턴을 제공하는데 적합한 장치를 나타낸다. 이를 위하여, 전극(2)이 제공되어 상기 전극(2)과 내측 베어링 링(1) 사이에 갭(3)을 형성한다. 전해액, 예를 들면 당해기술 분야에 잘 알려진 질산 나트륨 용액(sodium nitrate solution)을 베어링 링(1)의 표면과 실질적으로 접하는 갭에 공급할 수 있다. 베어링 링(1)의 표면(즉 베어링 링(1)의 레이스웨이(raceway)를 전기화학적으로 가공하기 위하여, 갭(3)에 걸쳐 전압을 인가하여 일반적으로 100μm인 전류가 갭(3)을 가로질러 통과하도록 한다. 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 벨트(4)가 베어링 링(1)을 누르고, 상기벨트(4)에는 원하는 패턴에 대응하는 구멍(6)이 제공된다. 벨트(4)가 가요성을 가져서 전해액이 구멍(6)이 없는 위치들의 베어링 링(1)의 표면에 접촉되는 것을 실질적으로 방지한다. 일부 전해액이 베어링 링(1)의 처리되지 않을 표면에 여전히 도달할 수 있지만, 이것은 벨트(4)의 가요성 특성으로 인하여 전해액의 두께가 충분히 낮은 경우 전기화학적 가공에 현저하게 영향을 주지 않아서 저전류밀도를 수반하는 높은 내성 및 전해액에 의한 베어링 링(1)의 표면으로부터 금속이온의 제거 불량을 야기한다. 벨트(4)는 적어도 베어링 부품과 대면하는 쪽에 소수성(hydrophobic properties)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 벨트(4)는 처리될 표면의 손상이 방지되도록 거칠지 않은(non-abrasive) 것이 바람직하다. 이 손상은 벨트(4)가 상기 표면을 따라 약간 미끄러지는 경우나 또는 처리될 표면을 향하여 벨트로부터 돌출하며, 상기 표면에 손상을 입히기에 충분한 경도(hardness)를 가진 부재 때문에 발생될 수 있다.

벨트(4)는 캡스턴(capstan)(5)에 의하여 구동될 수 있다. 벨트(4) 상의 장력이 자유롭게 회전가능한 베어링 링(1)을 실질적으로 임의의 미끄러짐이 없도록 회전시켜서 상기 베어링 링(1) 표면의 정확한 전기화학적 가공을 보장한다. 벨트(4)는 베어링 링(1)에 의하여 구동될 수 있음은 물론이다. 본 명세서에 있어서, 용어 "실질적으로 미끄러짐이 없이"라는 의미는 전혀 미끄러짐이 없거나 또는 벨트(4)의 구멍 크기보다 적은 임의의 미끄러짐으로 이해해야 한다.

벨트(4)의 느린 회전으로 보다 깊은 패턴이 된다.

한 개 이상의 베어링 링(1)을 동시에 전기화학적으로 가공하는데 하나의 벨트(4)만 사용될 수 있다는 것은 물론이다.

도 1에 나타낸 실시예에 있어서는 벨트를 사용하여 베어링 링(1)의 표면 중 일부분이 전기화학적으로 가공되지 않도록 마스크하였지만, 그 대신에 선형 리본이 사용될 수 있다. 이 리본은 왕복운동할 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 실행하는데는 여러 가지 방식이 있다. 벨트를 여러번 회전시켜 하나의 베어링 링(1)을 가공할 수 있다. 이러한 경우, 벨트(4)에 비교적 소수의 구멍이 일반적으로 제공되어 레이스웨이 상에 의사 난수 텍스쳐(pseudo-random texture)를 야기한다. 예를 들면, 벨트 내 구멍의 밀도가 가공될 물체 상에 필요한 밀도의 10분의 1인 경우, 물체의 특정 영역이 임의로 부주의하게 과열되어 국부 밀도(local density)가 1 대신 정확하게 1.1이 된다.

한편, 벨트(4)는 베어링 링(10)의 표면 중 일부가 다른 부분보다 더 처리되는 것이 방지되도록 배열될 수 있다. 이를 위하여, 벨트(4)는 전기화학적으로 가공될 베어링 링(1)의 원주 길이와 그 길이가 동일한 적어도 하나의 세그멘트로 구성되며, 상기 세그멘트는 그 단부영역에 구멍이 없다. 따라서 벨트(4)는 베어링 링(1)의 원주 길이와 그 길이가 동일한 하나의 구멍이 있는 세그멘트(4a) 및 구멍이 없는 다른 세그멘트(4b)를 포함할 수 있다. 베어링 링(1)을 전기화학적으로 가공할 때, 베어링 링(1)을 구멍이 없는 세그멘트(4b)에 노출시킨 다음 구멍이 있는 세그멘트(4a)에 노출시키고, 다시 구멍이 있는 세그멘트 또는 구멍이 없는 다른 세그멘트(4b)에 노출시킨다.

또한, 벨트(4)는 예를 들면, 색을 띤 마크와 같은 시각 인디케이터(visual indicator)를 포함할 수 있다. 광검출수단(optic detecting means)이 시각 인디케이터가 검출수단을 통과하는 순간을 검출하여, 벨트(4)가 이동하는 속도 및 베어링 링(1)의 원주에 따른 소정시간 동안이나 또는 대응 시각 인디케이터가 검출 시 검출수단이 전원을 오프할 때까지 전원을 사용하여 갭에 걸쳐 전압을 인가한다.

벨트(4)는 여러 가지 필요사항을 충족시켜야 한다. 원하는 패턴의 정확성에 따라 양호한 크기 안정성을 가져야 한다. 고선명도 패턴을 얻기 위하여, 벨트(4)는 탄성 성질이 부족해야 하며 실질적인 비도전성 성질을 가져야 한다. 또한, 가요성을 가져야 하며, 가공될 금속베어링 부품의 형상에 맞추어질 수 있어야 한다. 인장강도는 베어링 부품과 벨트(또는 리본)가 미끄러짐 없이 동시에 이동할 수 있도록 충분해야 한다.

두께 50μm의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용하여 양호한 결과를 얻었다. 엑시머 레이저(excimer laser)를 사용하여, 가장 작은 폭이 10μm인 테이퍼된 구멍을 필름에 제공하였다. 테이퍼 형상(도 2에 나타낸 바와 같이)으로 인하여 전류밀도가 높고 전해액에 의하여 금속이온이 용이하게 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 전극으로 사용되는 도전성 필름과 금속베어링 부품과 대면하여 접촉되는 비도전성 필름으로 이루어진 샌드위치형 리본이 사용된다.

따라서, 전극이 베어링 부품에 매우 근접되어 리본이 전극과 접촉되어 공정 중에 손상될 위험이 없이 전기화학적 가공의 가속화가 보장된다.

본 발명에 따른 방법은 내측 베어링 링, 원통형의 니들 롤러부재 및 텍스쳐를 가진 에어샤프트를 제공하는데 특히 적합하다. 내측 베어링 링의 직경이 외측 베어링 링의 직경보다 작기 때문에, 보다 무거운 부하를 받게 되고 그 결과 실패하기가 쉽다. 따라서, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 가공하는 것이 다소 곤란한 외측 베어링 표면보다 내측 베어링 링의 표면을 텍스쳐로 향상시켜 적절한 윤활을 보장하는 것이 매우 중요하다. 그러나, (회전가능한)전극과 같은 수단을 사용하여 리본을 외측 베어링 링의 표면에 대하여 프레스할 수 있다.

Claims (9)

1. 베어링 링(bearing ring), 롤러 부재(roller element) 및 동압베어링 샤프트(shaft of dynamic pressure bearing)로 구성되는 군에서 선택된 금속베어링 부품―여기서 금속베어링 부품과 전극수단에 의하여 형성된 좁은 갭을 가로질러 전류가 통과하고, 상기 갭에는 전해액(electrolyte)이 공급됨―에 전기화학적 가공(electrochemical machining)에 의하여 텍스쳐(texture)를 제공하는 방법에 있어서,

   상기 전극수단과 금속베어링 부품 사이에 리본―여기서 리본은 구멍을 구비하며, 가요성을 갖는 실질적으로 비도전성인 물질을 포함하고, 그 길이 일부분에 걸쳐 금속베어링 부품과 직접 접촉되어 접촉 영역(contact zone)을 형성함―이 제공되며, 상기 전류가 상기 갭을 가로질러 통과하는 텍스쳐 제공 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속베어링 부품이 그 축을 중심으로 회전하는 동안 상기 리본은 상기 금속베어링 부품과 동일한 속도 및 방향으로 상기 접촉 영역에서 이동하는 텍스쳐 제공 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리본으로서 실질적으로 구멍이 없는 적어도 두 개의 세그멘트―여기서 세그멘트는 구멍을 포함하는 세그멘트에 인접함―를 가진 리본이 사용되며, 상기 구멍을 포함하는 세그멘트는 가공될 베어링 부품의 원주 길이 또는 그 원주 길이의 복수배 길이를 가지는 텍스쳐 제공 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리본으로서 인디케이터 수단을 포함하는 리본이 사용되고, 상기 인디케이터 수단의 위치에 따라 출력신호―여기서 출력신호는 상기 갭을 통과하는 전류를 제어하는데 사용됨―를 제공하는 상기 인디케이터 수단을 검출하는 검출수단이 사용되는 텍스쳐 제공 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리본으로서 높은 인장강도를 가진 플라스틱으로 구성된 리본이 사용되는 텍스쳐 제공 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링 부품 쪽은 좁고 상기 리본의 대향 쪽은 넓은 구멍을 가진 리본이 사용되는 텍스쳐 제공 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극으로 사용되는 도전성 필름과 상기 금속베어링 부품과 대면하는 비도전성 필름으로 이루어진 샌드위치형 리본이 사용되는 텍스쳐 제공 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리본으로서 엔드리스 밸트가 사용되는 텍스쳐 제공 방법.
9. 전극수단, 전해액 공급수단, 및 금속편을 회전가능하게 장착시키는 수단을 포함하며, 금속편, 특히 베어링 부품에 표면 텍스쳐를 제공하기 위해 상기 금속편을 전기화학적으로 처리하는 장치에 있어서,

   상기 처리장치는 상기 금속편과 접촉하는 실질적으로 비도전성 물질로 구성되는 리본―여기서 리본은 구멍이 구비된 그 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 있어, 전해액이 금속편과 접촉되고 상기 금속편과 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 함―을 포함하는 전기화학적 처리장치.