KR20060027038A

KR20060027038A - 소결베어링

Info

Publication number: KR20060027038A
Application number: KR1020040075842A
Authority: KR
Inventors: 김상범; 정진현; 이청래; 전철진
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-03-27
Also published as: KR100655328B1

Abstract

본 발명은 소결베어링에 관한 것이다. 본 발명의 소결베어링은 40℃에서 80∼240cSt 범위의 동점도와 150∼280의 점도지수를 갖는 합성 윤활유가 함침된다. 그리고 합성 윤활유에는 내마모 극압성 첨가제가 더 첨가되고, 내마모 극압성 첨가제는, 아연 티오 인산염, 아민 인산염, 티오카바메이트, 황 화합물, 인 화합물, 보론 화합물 중 선택된 어느 하나로 구성되며, 윤활유의 총중량비를 기준으로 0.5∼7중량%로 첨가된다. 그리고 본 발명의 소결베어링은 3∼8㎏f/㎟ 범위의 면압 및 1∼5㎝/sec범위의 접동속도의 조건에서 사용된다. 이러한 본 발명에 의하면, 고온하에서도 최적의 점도 및 점도지수를 갖는 합성유를 함침함으로써, 내마모 특성과 마찰특성이 향상됨은 물론 급지주기가 연장되는 효과를 갖는다.

Description

소결베어링{SINTERED BEARING}

도 1은 본 발명에 따른 소결베어링을 나타내는 단면도이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊

10: 소결베어링 12: 몸체

14: 내경부 16: 기공

18: 윤활유 20: 피막

본 발명은 소결베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온특성이 향상된 윤활유를 함침함으로써 내마모성이 향상되고, 급지주기가 연장되는 소결베어링에 관한 것이다.

산업기계 및 건설기계는 다수의 축회전부를 가지고 있으며, 이러한 축회전부에는 통상적으로 축과 축구멍 사이에 배치되어 축과 축구멍과의 마찰저항을 저감시키는 부시타입 소결베어링이 설치된다. 소결베어링은 윤활유를 함침하고 있는 이른바, 오일리스 베어링(oilless bearing)으로서, 윤활유의 잦은 공급 없이도 축과 축구멍과의 마찰저항을 저감시켜주는 역할을 한다.

한편, 소결베어링은 다양한 종류의 윤활유가 함침되도록 구성된다. 그 일례로서, 한국 등록특허공보 제10-0261369호에서는 260∼950cSt 범위내의 점도를 갖는 윤활유를 함침시키는 것을 제안하고 있다. 이는, 윤활유의 점도가 260cSt 이하일 경우에는, 윤활유의 유동성이 너무 높아서 소결베어링의 기공내로 함침된 윤활유가 상기 기공으로부터 쉽게 누출되고, 윤활유의 점도가 950cSt 이상일 경우에는, 윤활유의 점도가 너무 높아서 소결베어링의 기공내로 함침시킬 수가 없기 때문이다. 여기서, 윤활유의 점도(cSt)는 ISO(International Standard Organization) 점도분류에 의해 40℃에서 측정한 점도를 말한다.

그런데, 이러한 종래의 소결베어링은, 고면압 저속의 조건이 요구되는 곳에 사용될 경우, 예를 들면 고면압(3∼8㎏f/㎟) 저속(1∼5㎝/sec)의 조건이 요구되는 곳에 사용될 경우, 함침된 윤활유가 소결베어링의 마찰열에 의해 쉽게 열화되어 윤활특성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 소결베어링이 마찰열에 의해 고온으로 급상승됨에 따라 급속히 가열되어 점도가 떨어지며, 따라서 소결베어링의 기공으로부터 쉽게 누출되고, 기공으로부터 쉽게 누출됨에 따라 소결베어링의 마찰특성을 저하시키는 문제점을 발생시킨다. 이같은 문제점은 윤활유의 급지주기를 단축시켜야 하는 또 다른 문제점을 발생시키기도 한다.

한편, 소결베어링의 다른예로서, 한국 등록특허공보 제10-0261896호가 제안되고 있다. 이 기술은 범용적으로 사용되는 소결베어링의 경우, ISO 점도등급 100∼1500, 40℃에서의 동점도는 98∼1500cSt, 점도지수는 120∼50 인 윤활유를 함침하고, 300∼500㎏/㎠ 이상의 고하중, 5∼70㎜/sec 이상의 저속도에 사용되는 소결 베어링의 경우에는, ISO 점도등급 220∼680, 40℃에서의 동점도는 210∼670cSt, 점도지수는 90∼110 인 윤활유를 함침하는 것을 제안하고 있다.

그러나, 이러한 다른예의 소결베어링도, 상술한 바와 마찬가지로, 고면압 저속의 조건이 요구되는 곳에 사용될 경우, 즉 고면압(3∼8㎏f/㎟) 저속(1∼5㎝/sec)의 조건이 요구되는 곳에 사용될 경우, 함침된 윤활유가 소결베어링의 마찰열에 의해 쉽게 열화되어 윤활특성이 저하되고, 이에 따라 점도가 떨어져 소결베어링의 기공으로부터 쉽게 누출되어 소결베어링의 마찰특성을 저하시킨다는 문제점이 있다.

한편, 이같이 소결베어링에 함침된 윤활유가, 고온에 의해 쉽게 열화되고 점도가 떨어지는 이유는, 소결베어링 함침용 윤활유를 선정하는 과정에서, 상온(40℃)에서의 물성 및 특성만을 고려하여 개발되었을 뿐, 극도의 가혹조건, 예를 들어 소결베어링이 고면압(3∼8㎏f/㎟) 저속(1∼5㎝/sec)의 조건에 의해 고온으로 급상승하였을 경우, 이 고온에 의해 윤활유의 점도 및 점도지수가 변화되는 "고온 특성"을 간과하고 개발되었기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 고온 특성이 향상되어 고온하의 조건에서도 높은 점도 및 점도지수를 유지할 수 있는 윤활유를 함침함으로써 내마모 특성과 마찰특성이 향상되고, 급지주기를 연장시킬 수 있는 소결베어링을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소결베어링에 있어서, 40℃에 서 80∼240cSt 범위의 동점도와 150∼280의 점도지수를 갖는 합성 윤활유가 함침되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 합성 윤활유에는 내마모 극압성 첨가제가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 내마모 극압성 첨가제는, 아연 티오 인산염, 아민 인산염, 티오카바메이트, 황 화합물, 인 화합물, 보론 화합물 중 선택된 어느 하나로 구성되며, 상기 윤활유의 총중량비를 기준으로 0.5∼7중량%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

그리고 소결베어링은 3∼8㎏f/㎟ 범위의 면압 및 1∼5㎝/sec범위의 접동속도의 조건에서 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 소결베어링의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 소결베어링(10)은, 몸체(12)를 구비한다. 몸체(12)는 내경부(14)를 갖추고 있으며, 이 내경부(14)에는 축(S)이 회전가능하게 끼워진다. 이러한 몸체(12)는 분말 조성물을 환형으로 성형한 후, 이를 소결한 소결체로서, 축구멍(H)에 압입된다.

그리고, 몸체(12)는 다수의 기공(16)이 형성되어 있다. 다수의 기공(16)은 윤활유를 함침시키기 위한 공간으로써, 성형된 분말 조성물을 소결하는 과정에서 형성된다. 이러한 기공(16)은 윤활유를 함침함으로써 소결베어링(10)으로 하여금 윤활특성을 갖게 하며, 따라서 축(S)과의 마찰접촉시에도 마모되지 않게 한다.

한편, 본 발명은 몸체(12)의 기공(16)에 함침되는 윤활유를 갖되, 이 윤활유 는 합성유로 구성된다. 합성유는 석유 또는 유지를 원료로하여 이를 분해시키고 화학합성시킴으로써 얻어지는 것으로서, 광유에 비해 높은 점도지수를 갖는다. 특히, 높은 점도지수를 갖춤으로써 열적 및 산화적 안정성이 우수함은 물론, 고온하에서도 유막이 끊어지지 않으므로 항상 일정한 점도와 열적특성을 유지할 수 있는 특징을 갖는다.

참고로, 점도는 윤활유가 일정한 온도에서 일정한 길이를 통과하는데 걸리는 시간을 측정하여 수치화 한 것으로, 저온하에서는 매우 높고, 고온하에서는 매우 낮아진다. 그리고 점도지수는, 온도의 변화에 따른 윤활유의 점도 변화값을 수치화 한 것으로, 점도지수가 클수록 온도변화에 대한 점도변화의 폭이 작다는 것을 의미한다. 대략, 합성유는 150∼280 범위의 점도지수를 가지며, 일반적인 광유는 대략 80∼130 범위의 점도지수를 갖는다.

이러한 본 발명의 윤활유에 의하면, 점도지수가 높은 합성유로 구성됨으로써, 함침된 소결베어링(10)이 극도의 가혹조건, 예를 들어 고면압(3∼8㎏f/㎟) 저속(1∼5㎝/sec)의 조건에 사용되어 온도가 급상승되더라도, 항상 일정한 점도를 유지하게 된다. 특히, 고온의 조건하에서도 항상 일정한 점도를 유지함으로써, 소결베어링(10)이 고온으로 급상승되더라도 소결베어링(10)의 마찰특성과 내마모특성을 저하시키지 않는다. 또한, 고온의 조건하에서도 항상 일정한 점도를 유지함으로써, 소결베어링(10)이 고온으로 급상승되더라도 소결베어링(10)의 기공(16)으로부터 누출되지 않게 됨은 물론, 설사 누출되더라도 다시 기공(16)으로 함침되게 된다. 뿐만 아니라, 소결베어링(10)의 기공(16)으로부터 누출되지 않게 하여 함침 기간을 연장시킴으로써 윤활유의 급지주기를 연장시킬 수 있게 한다.

여기서, 본 발명의 윤활유는, 그 동점도가 40℃에서 80∼240cSt 정도의 범위를 갖도록 구성된다. 이는 윤활유의 동점도를 낮게 함으로써 소결베어링(10)의 기공에 함침시키기 용이하게 하기 위함이다. 한편, 윤활유의 40℃ 동점도가 일반적인 광유에 비해 낮더라도, 온도가 상승됨에 따라 광유의 점도보다 점차 높아지는 바, 소결베어링(10)의 기공(16)에 함침된 상태를 계속적으로 유지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 소결베어링(10)은, 윤활유에 첨가되는 내마모 극압성 첨가제를 더 구비한다. 내마모 극압성 첨가제는 금속표면과 반응하여 얇은 피막을 형성하는 것으로, 아연 티오 인산염(Zinc Dithiophosphate), 아민 인산염(Amine Phosphate), 티오카바메이트(Dithiocarbamates), 황 화합물(Sulfur Compounds), 인 화합물(Phosphorus Compounds), 보론 화합물(Boron Compounds) 중 선택된 어느 하나로 구성되며, 윤활유 총중량비를 기준으로 0.5∼7중량%로 첨가된다.

이러한 내마모 극압성 첨가제는, 도 1에 도시된 바와 같이 축(S)과의 표면과 반응하여 얇은 피막(20)을 형성함으로써, 축(S)과 소결베어링(10)이 직접적으로 접촉하는 것을 방지한다. 특히, 축(S)과 소결베어링(10)의 직접적인 접촉을 방지함으로써 축(S)과 소결베어링(10)과의 마찰저항을 현저히 줄여주고, 축(S)과 소결베어링(10)과의 마찰저항을 현저히 줄여줌으로써 소결베어링(10)의 내마모 성능을 향상시켜준다.

다음으로, 본 발명자는, 온도 변화에 따른 합성유와 광유의 점도와 점도지수, 합성유와 광유의 점도와 점도지수의 차이에 따른 내마모 성능 및 극압성, 그리 고 내마모 극압성 첨가제의 첨가 유무에 따른 윤활유의 내마모 성능과 극압성을 비교 테스트하기 위해, 아래의 표 1에서와 같이 40℃에서의 동점도 464cSt인 광유 1과, 40℃에서의 동점도 221cSt인 광유 2와, 내마모 극압성 첨가제가 첨가된 동점도 216cSt인 광유 3과, 40℃에서의 동점도 233cSt인 합성유를 몇 가지 항목으로 비교 시험해 보았다.

구분	광유 1 (464cSt)	광유 2 (221cSt)	광유 3 (216cSt+내마모 극압성 첨가제)	합성유 (233cSt)
동점도(cSt at 100℃)	30.0	19.5	19.2	34.4
점도지수	91	105	95	194
내마모성(㎜)	0.43	0.49	0.33	0.4
극압성(㎏f)	315	250	400	300

(시험조건)

①온도 변화에 따른 합성유와 광유 1, 2의 점도와 점도지수를 비교하기 위해, 합성유와 광유 1, 2를 100℃온도로 가열한 후 각각의 점도와 점도지수를 측정해보았다. 그리고 ②합성유와 광유의 점도와 점도지수의 차이 및 내마모 극압성 첨가제의 첨가 유무에 따른 내마모 성능을 비교하기 위해, 합성유와 광유 1, 2, 3를 볼 4개에 각각 도포한 후, 상기 볼을 1200rpm으로 100시간동안 회전시켜 각각의 볼 의 마모량을 측정해 보았다. 그리고 ③합성유와 광유의 점도와 점도지수의 차이 및 내마모 극압성 첨가제의 첨가유무에 따른 내압성을 비교하기 위해, 합성유와 광유 1, 2, 3를 볼 4개에 각각 도포한 후, 상기 볼을 1760rpm으로 회전시켜 각각의 볼이 융착되는 시점의 하중을 측정보았다.

①(온도 변화에 따른 합성유와 광유의 점도와 점도지수)

시험결과, 100℃온도로 가열한 후, 측정한 광유 1, 2와 합성유 각각의 점도와 점도지수는, 광유 1이 30cSt와 90이고, 광유 2가 19.5cSt와 105이며, 합성유가 34.4cSt와 194인 것으로 나타났다. 따라서, 합성유가 광유에 비해 고온하에서의 점도와 점도지수가 월등히 높은 것으로 나타났다.

②(합성유와 광유의 점도와 점도지수의 차이 및 내마모 극압성 첨가제의 첨가 유무에 따른 내마모 성능)

시험결과, 합성유와 광유 1, 2, 3가 도포된 볼 4개의 마모량은, 광유 1이 0.43㎜이고, 광유 2가 0.49㎜이며, 광유 3이 0.33㎜이고, 합성유가 0.40㎜인 것으로 나타났다. 따라서, 합성유가 광유에 비해 내마모특성이 우수한 것으로 나타났으며, 아울러 내마모 극압성 첨가제가 첨가된 윤활유가 내마모 극압성 첨가제가 첨가되지 않은 윤활유 보다 내마모 특성이 높은 것으로 나타났다.

③(합성유와 광유의 점도와 점도지수의 차이 및 내마모 극압성 첨가제의 첨가유무에 따른 극압성)

시험결과, 합성유와 광유 1, 2, 3가 도포된 볼 4개의 융착 하중은, 광유 1이 315㎏f이고, 광유 2가 250㎏f이며, 광유 3이 400㎏f이고, 합성유가 300㎏f인 것으 로 나타났다. 따라서, 합성유가 광유에 비해 극압성이 우수한 것으로 나타났으며, 아울러 내마모 극압성 첨가제가 첨가된 윤활유가 내마모 극압성 첨가제가 첨가되지 않은 윤활유 보다 극압성이 매우 우수한 것으로 나타났다.

종합적으로 살펴보면, 합성유는 일반적인 광유에 비해 고온하에서의 점도와 점도지수가 월등히 높은 것으로 나타났음은 물론 내마모특성도 우수한 것으로 나타났다. 또한, 내마모 극압성 첨가제가 첨가된 윤활유는, 내마모 극압성 첨가제가 첨가되지 않은 윤활유 보다 내마모성과 극압성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 결국, 내마모 극압성 첨가제가 첨가된 합성유는 점도와 점도지수는 물론 내마모성과 극압성도 우수한 것으로 나타났으며, 따라서 소결베어링을 전체적인 성능을 향상시켜주는 역할을 하게 된다.

한편, 본 발명자는, 상기 표 1의 광유 1, 2, 3과 합성유를 실제적으로 소결베어링에 함침시킨 후, 실제 사용 조건과 동일한 조건으로 실험하여 표 2에서와 같이 급지주기를 측정해보았다.

구분	광유 1 (464cSt)	광유 2 (221cSt)	광유 3 (216cSt+내마모 극압성 첨가제)	합성유 (233cSt)
급지주기 (Cycles)	3,676	1,017	5,269	4,118

(시험조건)

광유 1, 2, 3과 합성유를 소결베어링에 함침시킨 다음, 소결베어링을 마찰접촉부에 장착하고, 장착된 소결베어링에 고면압(7㎏f/㎟)의 하중을 가한 후, 그 마찰계수가 0.3을 초과하는 시점의 싸이클(Cycles)을 측정해보았다.

(급지주기)

시험결과, 광유 1이 함침된 소결베어링은 3,676Cycles만에 그 마찰계수가 0.3을 초과하는 것으로 나타났고, 광유 2가 함침된 소결베어링은 1,017Cycles만에 그 마찰계수가 0.3을 초과하는 것으로 나타났으며, 광유 3이 함침된 소결베어링은 5,269Cycles만에 그 마찰계수가 0.3을 초과하는 것으로 나타났고, 합성유가 함침된 소결베어링은 4,118Cycles만에 그 마찰계수가 0.3을 초과하는 것으로 나타났다.

따라서, 합성유가 함침된 소결베어링은, 일반 광유가 함침된 소결베어링 보다 많은 시간을 작동한 후 마찰계수가 높아지는 바, 상대적으로 급지주기가 길어진다. 또한, 내마모 극압성 첨가제를 갖는 윤활유가 함침된 소결베어링은, 첨가제가 첨가되지 않은 윤활유가 함침된 소결베어링 보다 많은 시간을 작동한 후 마찰계수가 높아지는 바, 상대적으로 급지주기가 길어진다. 결국, 내마모 극압성 첨가제가 첨가된 합성유가 함침된 소결베어링은 일반 광유에 비해 급지주기가 최대한으로 연장되게 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소결베어링은, 고온하에서도 최적의 점도 및 점도지수를 갖는 합성유를 함침함으로써, 내마모 특성과 마찰특성이 향상됨은 물론 급지주기가 연장되는 효과를 갖는다.

Claims

소결베어링에 있어서,

40℃에서 80∼240cSt 범위의 동점도와 150∼280의 점도지수를 갖는 합성 윤활유가 함침되는 것을 특징으로 하는 소결베어링.
제 1항에 있어서,

상기 합성 윤활유에는 내마모 극압성 첨가제가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 소결베어링.
제 2항에 있어서,

상기 내마모 극압성 첨가제는, 아연 티오 인산염, 아민 인산염, 티오카바메이트, 황 화합물, 인 화합물, 보론 화합물 중 선택된 어느 하나로 구성되며, 상기 윤활유의 총중량비를 기준으로 0.5∼7중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 소결베어링.
제 1항에 있어서,

3∼8㎏f/㎟ 범위의 면압 및 1∼5㎝/sec범위의 접동속도의 조건에서 사용되는 것을 특징으로 하는 소결베어링.