KR200185554Y1 - 오일리스 체인 - Google Patents

Abstract

본 고안은 오일리스 체인에 관한 것으로, 강도를 확보하기 위해 열처리된 보강용강관(10)의 내측에 내하중성 및 내마모특성이 우수한 오일이 함침된 환상의 철계 소결부싱(14)이 일측끝단에서 타측끝단까지 적어도 2개이상 끼워맞춤되어 있는 구조로 된 구조로 이루어져, 고하중에 사용이 가능하면서도 자체의 내부기공에 오일이 함유되어 있어 별도의 윤활공급이 필요없는 것이다.

Description

오일리스 체인{An oilless chain}

본 고안은 동력전달에 사용되는 체인에 관한 것으로, 특히 고하중에 사용이 가능하면서도 자체의 내부기공에 오일이 함유되어 있어 별도의 윤활공급이 필요없는 오일리스체인에 관한 것이다.

일반적으로 표준체인은 도 3에 도시된 바와 같이 내측 링크 플레이트(20)에 열처리된 부싱(22)이 강제 압입되어 고정되며, 이 열처리된 부싱(22) 외측에 열처리된 로울러(24)가 조립되어 회전하는 구조로 이루어지는 한편, 이들 조립품이 외측플레이트(26)와 핀(28)에 의해서 무한궤도의 체인을 형성한다.

이러한 일반적인 표준체인의 단품별 구동기구에서 발생되는 마모는, 우선 핀(28)과 부싱(22)의 내경사이에는 슬라이딩마모(sliding wear)가 발생되어 윤활부족시 마모량이 가장 많은 부분이며, 부싱과 핀이 체인에 가해진 하중을 지지하는 역할을 수행한다.

그리고 상기 부싱(22)의 외경과 상기 로울러(24)의 내경사이에는 로울링마모(rolling wear)와 윤활유부족시 일부 슬라이딩마모가 발생하게 되고, 상기 로울러(24)의 외경과 스프라켓(미도시)의 톱니와 밀착되어 로울링마모가 발생하게 된다.

이와같이 각 단품별로 발생되는 마모량은 핀과 부싱 사이의 마모가 가장 많으며, 체인의 하중을 전달하는 중요부로서 작용하게 되고, 로울러는 스프라켓과 체인의 편하중 작용시 로울러가 약간의 편하중을 흡수하므로써 스프라켓과 로울러의 편마모를 막아주는 역활을 하는 것으로 알려져 있다.

이때 상기 표준체인의 각 단품들의 구동시 내구성을 향상하기 위해서 외부에서 윤활유를 주기적으로 공급하는 강제윤활을 하고 있으나, 구조상 외부에서 윤활유를 공급할 수 없는 경우에는 오일함침된 동계 소결품, 철계소결품과 윤활성이 좋은 테프론수지, 수지계열 복합재료를 이용하여 부싱을 제작하여 사용하고 있다.

특히 오일함침된 소결부싱은 마찰이 발생되는 상대편이 열처리된 강봉(steel rod)을 사용하기 때문에 재료적인 마찰조합에 의거하여 주로 동계소결품으로 제작하여 사용한다. 동계소결품은 철계보다 경도가 작아 하중에 견디는 능력이 철계보다 부족하므로 고하중용 부싱에는 적합하지 않다.

또한 오일함침된 동계, 철계 소결품의 마찰특성은 소결품내에 함유된 오일에 의해 좌우되는 바, 즉 소결밀도가 작으면 내부기공에 함유되는 오일함유량이 많아 마찰특성이 향상되지만 소결품의 기계적강도, 충격저항, 피로강도 등이 저하되는 단점이 있다.

이와반대로 소결밀도가 증가하게 되면 기계적강도는 향상되나 내부기공에 함유되는 오일함유량이 적어져 마찰특성이 저하되는 단점이 있다.

이와같이 오일함침된 소결부싱은 내부기공에 오일을 함침하고 있어야 하기 때문에 내부기공이 많고 경도가 낮고, 내하중성이 부족하여 저하중의 전자기기, 사무기기용 부품으로 사용되고 있기는 하나 고하중용 산업기계의 사용에는 많은 제약이 따르게 된다.

또한 고하중에 사용되기 위해서는 소결품의 길이를 길게하거나 직경을 증가시켜 핀에서 가해지는 부싱의 투영면압이 감소하도록 설계하여야 한다.

그러나 길이가 긴 소결품은 성형공정에서 성형품의 중심부 밀도가 불균일하고, 성형작업상 설비의 제약이 따른다, 또한 밀도의 불균일에 의하여 소결품의 기계적 특성이 저하되어 내하중성 및 내마모특성이 저하되는 단점이 있다.

한편, 오일함침된 동계, 철계소결품이외에 테프론수지 계열의 복합재료를 오일리스 부싱으로 사용하나 가격이 고가이고, 강도가 작아 고하중의 작용부에는 사용이 제한되고 있다.

이에 본 고안은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 고하중으로 구동되는 체인핀을 지지하기 위해 저밀도이면서 길이를 길게할 수 있고, 내부기공에 오일이 함침되어 있어 계속적인 윤활공급이 없이도 내부기공 및 철계소결층의 동성분의 완충능력으로 스프라켓과 체인의 편하중을 흡수하여 로울러가 없어도 편마모가 발생되지 않는 오일리스 체인을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본고안의 오일리스체인은, 강도를 확보하기 위해 열처리된 보강용강관으로 된 외경층의 내측에 동계소결부싱보다 내하중성 및 내마모특성이 우수한 오일이 함침된 환상의 철계 소결부싱이 일측끝단에서 타측끝단까지 적어도 2개이상 끼워맞춤되어 있는 구조로 된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 체인구조를 도시한 부분절개도,

도 2 는 본 고안에 따른 오일리스 체인을 도시한 부분절개도,

도 3 은 본 고안의 오일리스 체인의 요부를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 보강용강관 12 : 내측링크플레이트

14 : 소결부싱 15 : 틈새

16 : 체인링크핀 18 : 외측링크플레이트

20 : 내측링크플레이트 22 : 열처리된 부싱

24 : 로울러 26 : 외측링크플레이트

28 : 핀

이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 로울러가 없는 오일함침된 철계 소결부싱이 조립된 체인의 일부 절개 단면도로서, 침탄열처리된 보강용강관(10)이 내측링크플레이트(12)에 강제 압입고정되고, 상기 보강용강관(10)의 내부에 오일함침된 철계 소결부싱(14)이 적어도 2개이상 끼워맞춤되어 삽입되어져, 상기 소결부싱(14)의 내측으로 관통삽입된 체인링크핀(16)이 외측링크플레이트(18)에 강제압입 고정된 구조로 되어 상기 체인링크핀(16)과 상기 소결부싱(14)이 상호 회전가능하게 된 것이다.

도 2는 본 고안의 열처리된 보강용 강관(10)의 내측에 오일함침된 저밀도 철계소결부싱(14)이 압입된 구조를 자세히 도시한 도면으로, 다수개의 압입된 철계 소결부싱(14)이 일정간격을 두고 압입되는 한편, 이 소결부싱(14)간의 틈새(15)에는 오일, 그리이스를 저장해주는 역할을 수행함과 아울러 소결부싱(14)과 체인링크핀(16)이 마찰시 형성된 마모입자나 외부에서 유입된 이물질의 배출저장소의 역할을 수행하므로써 체인링크핀(16)과 소결부싱(14)의 마찰시 이상마모를 방지하여 체인의 내구성을 향상시켜 주는 역할을 하게 된다.

본 고안에 따른 철계소결부싱의 제조공정은 다음과 같다.

먼저 소결부싱에 사용될 분말성분은 철이 기지성분으로 사용되며, 동성분은 부싱의 재료적인 조합에 의한 윤활특성의 향상과 압축하중에 대한 부싱의 순응성을 부여하고자 첨가되는 것이며, 또한 철계소결부싱의 기지금속과 경화되며, 자체 고체윤활특성으로 부싱의 내하중성 및 내마모특성을 향상시키고자 흑연이 첨가된다.

상기 기지금속인 철분말에 약 20wt%에서 50wt%의 동성분 분말이 첨가되며, 동성분 분말이 20wt%이하 첨가되는 경우는 소결부싱의 순응성 및 윤활특성이 감소되며, 또한 소결능이 감소하므로써 내하중성 및 내마모성이 적절치 못하며 50wt%이상 첨가시 소결부싱의 내하중성이 부족하여 고하중에서 마모량이 증가한다.

고체윤활제인 흑연은 2wt%이하 첨가시 기지금속인 철의 경화에는 도움을 줄 수 있으나 유리되어 존재하는 흑연량이 작아 소결부싱의 윤활성이 좋지 못하다.

그리고 10wt%이상 첨가시는 소결부싱의 소결능이 저하되어 내하중성과 내마모특성이 저하된다. 내하중성을 증가시키기 위해 소량의 Ni, Sn등이 첨가될 수 있으며, 또한 고체윤활제인 흑연대신 MoS₂등이 첨가될 수 있다.

상기 조성으로 혼합된 Fe-Cu-Gr 3원계 혼합분말을 프레스를 이용하여 성형하고, 이때 소결후 소결밀도를 고려하여 성형밀도를 결정해서 제작해야 한다.

프레스 성형된 성형체는 환원성 소결분위기가 유지되는 소결로에서 소결한다. 이때 소결분위기가 산화성인 경우는 소결능이 나빠지므로 항시 소결분위기, 소결온도, 시간등 설정이 매우 중요하다.

소결이 끝난 철계소결부싱의 내하중성 및 내마모특성을 향상시키기 위해 퀀칭 또는 템퍼링과 같은 열처리를 실시한다.

특히 열처리시 사용된 냉각유가 소결부싱내의 기공에 침투되어 있으므로 템퍼링시 완전히 침투된 오일이 타서 제거되도록 해야한다.

열처리된 소결부싱은 열처리된 보강강관에 압입지그를 이용하여 압입하여 소결부싱을 제작한다.

철계 소결부싱의 소결밀도가 작으면 내부기공에 함유된 오일량이 많아 마찰특성이 향상되나 소결품의 기계적강도, 충격저항, 피로강도등이 저하되기 때문에 고하중이 작용하는 부싱에 적용이 어려웠으나, 본 고안은 열처리된 강관이 소결부싱에 가해지는 하중을 지지하고 있기 때문에 기공이 25%이상인 저밀도의 소결부싱으로 고하중에 사용이 가능하다.

또한 윤활특성을 향상시키기 위해 오일함유량을 증가시키려면 성형밀도를 작게 성형하여야 하지만, 저밀도의 성형체를 길이가 길게 제작하려면 내부밀도가 불균일하고 성형체가 파손될 가능성이 많으며, 또한 성형프레스와 금형의 스트로크가 길어야 하므로 별도의 금형 및 프레스장비의 설계가 필요하게 되지만, 본 고안의 소결부싱은 오일함유량이 많은 기공율이 25%이상인 저밀도로 제작이 가능하고, 소결부싱의 크기가 작아 일반프레스로 제작이 가능하며, 작기때문에 내부의 밀도가 균일하여 오일함침이 쉽고 마찰시 마찰면에 원활한 윤활공급이 이루어져 무급유부싱이 가능하다.

더욱이 본 고안의 철계 소결부싱은 철성분기지에 20wt%이상의 동성분과 고체윤활재인 흑연이 2wt%이상이 혼합된 분말로 구성되어 있기때문에 내부기공과 동성분에 의해 체인과 스프라켓의 편하중에 대해서 충분한 순응성이 있어 스프라켓, 핀, 부싱의 편마모가 적어 로울러의 역할을 대신할 수 있다.

그리고, 고체윤활제인 흑연의 다량첨가로 오일과 함께 핀과 부싱의 마찰특성을 향상시키고, 첨가된 흑연이 부싱의 열처리시 철과 반응하여 탄화물(Fe₃C)을 형성하여 철계소결부싱의 기지강도를 경화시켜 내하중성 및 내마모특성을 향상시키는 역할을 부가적으로 수행한다.

Claims (3)

1. 강도를 확보하기 위해 열처리된 보강용강관(10)의 내측에 내하중성 및 내마모특성이 우수한 오일이 함침된 환상의 철계 소결부싱(14)이 일측끝단에서 타측끝단까지 적어도 2개이상 끼워맞춤되어 있는 구조로 된 것을 특징으로 하는 오일리스체인.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소결부싱(14)은 동성분이 20 - 50wt%이고, 고체윤활재인 흑연이 2-10wt% 첨가되며, 나머지가 기지인 철성분으로 구성되어 열처리시 흑연에 의해서 기지가 경화되며, 소결후 기공율이 25%이상인 것을 특징으로 하는 오일리스체인.
3. 제 1 항 또는 제 2 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강용 강관(10)에 압입된 철계 소결부싱(14) 사이에 소정의 틈새(15)를 형성하게 된 것을 특징으로 하는 오일리스체인.