KR20020042845A - 미끄럼 베어링 - Google Patents

Abstract

배면플레이트에 압착된 알루미늄합금 베어링층을 고체 윤활제와 바인더수지로 이루어지는 오버레이로 피복하여 이루어지는 미끄럼 베어링에서, 오버레이의 적응성을 양호하게 하고 또한 오버레이 자체에 내피로성을 담당하게 한다. 오버레이가 실질적으로 MoS₂로 이루어지는 고체 윤활제를 포함하는 상층과, 하층으로 이루어지고, 하층은 고체 윤활제 또는 경질제 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함한다. 단, 하층의 고체 윤활제가 MoS₂인 경우는 그 함유량이 상층보다 상대적으로 적다.

Description

미끄럼 베어링{SLIDING BEARING}

상기한 형식의 미끄럼 베어링은 본 출원인이 트라이볼러지 예고집, 동경 1999-5 (1999 년 5 월 10 ∼ 12 일), A12 에서 발표한 것으로, 알루미늄 베어링합금으로는 Al-12.5Sn-2.7Si-1Cu-0.2Cr-2Pb 가, 고체 윤활제로는 MoS₂그라파이트 또는 h-BN 이, 또 바인더수지로는 에폭시수지, 폴리아미드이미드수지 (PAI) 등이 사용되고 있다.

이 MoS₂-PAI 계 오버레이의 내베이킹성과 내피로성을 양호하게 하기 위해서는 30 ∼ 95 질량% 의 MoS₂, 잔부 PAI 수지의 조성이 바람직하다.

종래의 오버레이에서는, 내베이킹성을 양호하게 하기 위해서는 MoS₂양을 많게 하여 초기 적응성을 양호하게 하는 방책이 유효하지만, 이에 수반하여 오버레이의 경도가 저하되어 내마모성이 열화된다.

이와 같이 MoS₂가 많은 MoS₂-PAI 계 오버레이에서는 오버레이의 마모에 의해 기초 알루미늄합금이 노출되어 피로 등의 베어링손상이 발생되기 쉽다. 반대로 내마모성을 양호하게 하기 위해서는, 수지량을 많게 하여 고경도로 하는 방책이 유효한지만, 이에 수반하여 마모계수가 높아져 초기 적응성이 열화된다. 이와 같이 수지가 많은 MoS₂-PAI 계 오버레이에서는 기초 알루미늄합금은 노출되지 않지만, 오버레이와 축의 베이킹이 발생되기 쉽다. 이와 같은 이율배반현상은 고회전형 엔진에서 현저해짐을 알 수 있다.

본 발명은 미끄럼 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게 서술하면, 배면프레이트(back plate)열건조강에 압착된 알루미늄합금 베어링층을 MoS₂등의 고체 윤활제와 바인더수지로 이루어지는 오버레이로 피복하여 이루어지는 내연기관용 미끄럼 베어링에 관한 것이다.

발명의 개시

종래 오버레이는 단일 층의 성능이 양호해지도록 설계되어 있었지만, 본 발명자들은 고회전형 엔진에서 초기 적응을 필요로 하는 것은 오버레이 상부만으로, 이 범위에서는 내마모성을 희생으로 하여 마일드한 마모는 촉진해도 되고, 오버레이에 적응면이 형성된 후는 적응성은 희생으로 하여 마모를 억제하여 저마찰성능을 가능한 한 장기간 발휘하도록 기능을 분담한 복층 오버레이를 설계하기에 이르렀다. 즉, 종래 주류인 Pb 등의 금속계 오버레이는 전기도금 등으로 만들어져 있고, 이와 같은 제조기법에서는 오버레이층의 조성을 근본적으로 달리한다는 생각은 없어지만, 수지계 오버레이가 실제적으로 금속계 오버레이를 일부 대체하기에 이르러, 복수 층을 간단하게 조제할 수 있다는 배경에서 상기와 같은 기능분할을 고안하기에 이르렀다. 또, 특히 금속계 오버레이의 기본적 기능은 적응면을 형성하고, 내피로성은 베어링합금보다 열화되는 것이지만, 상기 게재 논문에서 MoS₂-PAI 계 오버레이는 알루미늄 베어링합금보다 내피로성이 우수함이 해명되기에 이르러, 오버레이 자체에 내피로성을 담당하게 한다는 새로운 설계 사상에 도달하였다.

즉, 본 발명에 관한 미끄럼 베어링은 배면플레이트에 압착된 알루미늄합금 베어링층을 적어도 1 종의 고체 윤활제와 바인더수지로 이루어지는 오버레이로 피복하여 이루어지는 미끄럼 베어링에서, 상기 오버레이가 실질적으로 MoS₂로 이루어지는 고체 윤활제를 포함하는 상층과, 적어도 1 종의 고체 윤활제 및 적어도 1 종의 경질물 중 어느 한쪽 또는 양쪽 (이하, 「첨가물」이라고 함) 으로 이루어지는 최상층에서 최하층에 걸쳐 MoS₂가 무단계로 서서히 감소하고, 또한 경질물이 서서히 증가하는 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 배면플레이트란, 저탄소강판, 합금강판, 이들의 표면처리재 등, 라이닝으로 통칭되고 있는 알루미늄 베어링합금을 담지하며 압착할 수 있는 금속소재이다.

알루미늄 베어링합금은 Al-Sn 계 합금, 특히 Al-3 ∼ 15 질량% Sn 계 합금이다. 물론 이 성분계에 내마모성이나 내피로성을 향상시키는 성분, 예컨대 Si, Cr, Cu, Mg, In, Zr, Pb 등을 4% 이하 첨가한 합금이어도 되지만, 본 발명에서는 오버레이의 베어링성능이 우수하므로 첨가성분은 필수가 아니다.

오버레이의 상층은 초기 적응성이 우수한 MoS₂로 이루어지는 고체 윤활제를 포함하고, 그 함유량은 바람직하게는 40 ∼ 95 질량% 이고, 보다 바람직하게는 50 ∼ 80 질량% 이다. MoS₂이외의 다른 고체 윤활제를 소량 병용해도 된다.

하층은 고체 윤활제 또는 경질물 중 어느 한쪽 또는 양쪽 (첨가제) 을 포함하고, 첨가제의 양은 바람직하게는 30 ∼ 85 질량% 이고, 보다 바람직하게는 30 ∼ 60 질량% 이다. 고체 윤활제가 MoS₂만으로 이루어지거나, 또는 MoS₂와 다른 성분을 병용하는 경우는, MoS₂함유량이 상층보다 상대적으로 적은 것이 필요하다. 상층의 MoS₂함유량은 하층의 MoS₂함유량보다 10% 이상 많은 것이 바람직하고, 15 ∼ 20% 많은 것이 보다 바람직하다.

하층의 고체 윤활제는 MoS₂대신에 또는 MoS₂에 더하여 그라파이트, 황산아연, 이황화 텅스텐 및/또는 육방정 질화붕소여도 된다.

경질물은 구체적으로 Si₃N₄, SiO₂, SiC 및, Al₂O₃로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종으로, 그 함유량은 바람직하게는 0.1 ∼ 10 질량% 이고, 보다 바람직하게는 1 ∼ 5 질량% 이다.

본 발명에서 상층 및 하층은 성분조성이 각각 일정하지만, 필요에 따라 상층을 다시 MoS₂양을 달리하는 둘 이상의 아층 (亞層; sub-layer) 으로 하고, 상측의 아층이 하측의 아층보다 MoS₂양이 많도록 농도구배를 갖게 하면, 상층의 초기 적응작용이 더 높은 레벨로 실현된다. 마찬가지로, 하층이 첨가물량을 달리하는 둘 이상의 아층 (sub-layer) 으로 하고, 상측의 아층이 하측의 아층보다 첨가물량이 많도록 농도구배를 갖게 하면, 하층에서의 내마모성이 긴 슬라이딩거리에 걸쳐 실현된다. 또한, 이와 같이 농도경사를 갖게 한 상층은 그 평균 MoS₂함유량이 하층의 평균 함유량보다 많도록 정해지고, 보다 바람직하게는 오버레이 전체적으로 MoS₂의 농도구배가 설정된다. 이들 첨가제의 입경은 특별히 제한은 없지만, 평균 입경으로 0.1 ∼ 2㎛ 의 범위가 바람직하다.

바인더수지는 폴리아미드이미드수지가 바람직하게 사용된다.

본 발명에서의 오버레이는 상기한 단일 조성의 상층과 단일 조성의 하층 사이에, 이들의 어느 하나와 동일 성분, 성분함유량은 중간 조성을 갖는 중간층을 개재시킨 경사적 층구조여도 된다. 또한 상층과 하층을 구분시키지 않고, 최상층에서 최하층에 걸쳐 MoS₂가 무단계로 서서히 감소하고, 또한 경질물이 서서히 증가하는 층으로 이루어지도록 하면, 상층, 하층간의 밀착성의 문제도 없고 안정된 초기 적응성, 내마모성을 얻을 수 있다.

오버레이의 두께는 2 ∼ 15㎛ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 ∼ 9㎛ 이다. 또 상층의 두께는 1 ∼ 5㎛ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 ∼ 4㎛ 이다.

본 발명에 관한 상층 및 하층은 소정의 첨가물을 함유하는 수지를, 청정화된 알루미늄합금면에 도포 후, 180 ∼ 270℃ 에서 베이킹을 실시함으로써 조제된다.즉, 베이킹 후는 특별히 표면처리, 연마 등은 실시하지 않는다.

이하 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

표 1 에 조성을 나타내는 상층 (두께 2㎛), 중간층 (두께 1㎛) 및 하층 (두께 4㎛) 을 알루미늄 베어링합금 (조성 Al-Sn 계) 에 형성하였다. 알루미늄합금은 저탄소강판에 통상적인 방법으로 압접한 것이다. 첨가물 이외의 잔부는 폴리아미드이미드이다. 이와 같이 하여 조제한 미끄럼 베어링을 하기 방법의 내베이킹시험 및 내마모시험에 제공하였다.

내베이킹시험

시험기: 고면압 베어링 시험기

상대축: S55C (담금질)

윤활: 축급유

하중 부가방법: 하중 점차증가

내마모시험

시험기: 회전 하중 시험기

상대축: S55C (담금질)

윤활: 축급유

하중 부가방법: 정하중

시험의 결과를 표 1 에 나타낸다.

상층	중간층	하층	결과		비고
MoS2	MoS2	경질물	MoS2	경질물	베이킹면압	마모량
55%	55%	1% Si3N4	40%	1% Si3N4	75㎫	1㎛	실시예 1
↑	↑	3% Si3N4	↑	3% Si3N4	75㎫	1㎛	실시예 2
70%	70%	1% Si3N4	40%	1% Si3N4	80㎫	3㎛	실시예 3
↑	↑	↑	30%	↑	80㎫	2㎛	실시예 4
↑	↑	1% BN	↑	1% BN	80㎫	2㎛	실시예 5
↑	↑	1% ZnS	↑	1% ZnS	80㎫	2㎛	실시예 6
40% MoS2	60㎫	1㎛	비교재(단층)
70% MoS2	55㎫	5㎛	비교재(단층)

이상 설명한 바와 같이, 오버레이를 적응성을 중시한 상층과 내마모성을 중시한 하층으로 구성함으로써, 내베이킹성을 향상시킴과 동시에 마모를 낮게 억제시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 배면플레이트에 압착된 알루미늄합금 베어링층을 고체 윤활제와 바인더수지로 이루어지는 오버레이로 피복하여 이루어지는 미끄럼 베어링에서, 상기 오버레이가 실질적으로 MoS₂로 이루어지는 고체 윤활제를 포함하는 상층과, 적어도 1 종의 고체 윤활제 또는 적어도 1 종의 경질물 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 하층 (단, 고체 윤활제가 MoS₂인 경우는 그 함유량이 상층보다 상대적으로 적음) 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상층의 MoS₂함유량이 40 내지 95 질량% 인 미끄럼 베어링.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 하층의 고체 윤활제 및 경질물의 함유량이 30 내지 85 질량% 인 미끄럼 베어링.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 하층이 고체 윤활제만을 함유하는 미끄럼 베어링.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고체 윤활제가 MoS₂인 미끄럼 베어링.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 상층의 MoS₂함유량이 하층의 MoS₂함유량보다 10 질량% 이상 많은 미끄럼 베어링.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하층의 경질물이 Si₃N₄, SiO₂, SiC 및, Al₂O₃로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종인 미끄럼 베어링.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상층이 다시 MoS₂양을 달리하는 둘 이상의 아층으로 이루어지고, 상측의 아층이 하측의 아층보다 MoS₂양이 많은 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하층이 첨가물량을 달리하는 둘 이상의 아층으로 이루어지고, 상측의 아층이 하측의 아층보다 첨가물량이 많은 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.