KR20070006663A - 작업면 및 그 제조를 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

기계적 요소는 액체를 접촉하기 위한 제1작업면을 포함하고, 상기 작업면은 적어도 하나의 액체 반발 영역(liquid repelling zone)을 가지며, 상기 액체 반발 영역은 액체와 상호작용하며, 상기 액체 반발 영역은 0.95 미만의 특징적인 무단위 습윤 계수(dimensionless wetting coefficient)를 갖는, 공작물을 포함한다.

습윤 계수, 작업면, 연마, 반발 영역, 유인 영역

Description

작업면 및 그 제조를 위한 시스템{WORKING SURFACE AND SYSTEM FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 작업면들(working surfaces)을 갖는 공작물들에 관한 것이고, 보다 상세하게는 작업면 및 상기 작업면의 제조를 위한 시스템에 관한 것이다.

기계적으로 상호작용하는 표면들에서 마찰 및 마모를 감소시키기 위해, 윤활제가 상호작용 영역에 도입된다. 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이상적인 윤활 조건들 하에서, 상대 속도 V로 움직이는, 대향하는 표면들(32 및 34) 사이의 윤활 필름(20)은 움직이는 표면들이 윤활제와 상호작용할 수 있게 하는 완전한 층(intact layer)을 형성한다. 그와 같은 조건들 하에서, 표면들(32 및 34)간의 접촉은 전혀 일어나지 않으며 윤활제 층은 대향하는 표면들 간의 하중(load) P를 유지하게 된다. 윤활제의 공급이 충분치 않으면, 윤활 작용의 효과의 감소가 초래되고, 이는 표면 대 표면의 상호작용들이 일어날 수 있게 한다.

도 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 윤활제 공급이 특정 수준 미만일 경우, 대향하는, 상대적으로 움직이는 표면들(32 및 34)간 거리가 하중 P 때문에 감소되어 표면의 아스페리티들(surface asperities), 즉, 표면들로부터 돌출된 표면 물질의 피크들이 상호작용할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 표면(34)의 아스펙트 (36)는 표면(32)의 아스페리티(38; 돌기부)와 물리적으로 접촉하고 상호작용할 수 있다. 극단적인 조건에서, 표면들(32 및 32)의 아스페리티들은 상호작용하는 표면들 간에 존재하는 하중 모두를 유지한다. 종종 경계 윤활(boundary lubrication)이라 지칭되는 이 조건에서, 윤활제는 효과를 발휘하지 못하며 마찰 및 마모가 높다.

연삭 및 래핑은 표면 품질(예를 들면, 표면 처리)을 개선하고 특히, 다양한 마찰공학적 응용들을 위한 작업면들을 제조하는 통상적인 방법이다. 도 1c (i)-(ii)는 통상적인 래핑 공정에서 조정된 작업면을 개략적으로 도시한다. 도 lc (i)에서, 공작물(31)의 작업면(32)은 래핑 툴(34)의 접촉면(35)을 향한다. 도시된 전형적인 연마용 입자(36)와 같은 연마용 입자들을 포함하는 연마용 페이스트가 작업면(32)과 접촉면(35) 사이에 배치된다. 래핑 툴(34)의 접촉면(35)은 작업면(32)에 비해 보다 낮은 경도를 갖는 물질로 제조된다. 연마용 입자들의 조성 및 분포는 소정의 마무리(finish)를 달성하기 위해 표면 조도를 감소시키는 것과 같은, 계획에 따라 용이하게 작업면(32)을 마모시킬 수 있도록 선택된다.

하중은 표면들(32 및 35)에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 작용되어, 연마용 입자(36)가 작업면(32) 및 접촉면(35)을 관통하게 하고, 작업면(32)에 박혀있는 연마용 입자(36)의 부분 상에 작용하는 압력 P를 초래한다. 작업면(32)으로의 연마용 입자(36)의 관통 깊이는 h_a1으로 표시된다; 접촉면(35)으로의 연마용 입자(36)의 관통 깊이는 h_b1으로 표시된다. 일반적으로, 연마용 입자(36)는 h_b1>h_a1이 되도록 공작물(31)의 관통보다 더 큰 정도로 래핑 툴(34)을 관통한다.

도 lc (ii)에서, 공작물(31) 및 래핑 툴(34)은 상대 속도 V로 움직이도록 제조된다. 압력 P, 및 공작물(31)과 래핑 툴(34)의 상대 속도 V는 칼처럼 작용하는 연마용 입자(36)가 공작물(31)로부터 표면 물질의 조각을 잘라내게 하는 정도의 세기이다.

낮은 상대 속도들에서, 연마용 입자(36)는 실질적으로 정지상태이다. 일반적으로, 그러나, 및 도 1c (ii)에 도시된 바와 같이, 상대 속도(V)는 해당하는 전단력 Q가 압력 P에 비해 충분히 커서 연마용 입자(36)에 대한 통합된 힘 벡터 F의 방향이 연마용 입자(36)를 회전시킬 수 있도록 선택된다. 연마용 입자(36)와 접촉하고 있는 래핑 툴(34)의 물질이 연마용 페이스트 내의 입자들에 대해 실질적으로 탄력성이 없기 때문에(즉, 낮은 탄성임), 이 입자들은 보통 상당히 빠르게 연마되어 연마용 페이스트가 자주 공급되어야 한다.

공지 기술에서, 연삭, 래핑, 폴리싱 및 절삭이 숫돌차와 같은 접착 연마제류(bonded abrasives), 코팅 연마제류(coated abrasives), 거친 연마제류(loose abrasives) 및 연마용 절삭 공구를 이용하여 금속류, 세락믹류, 유리, 플라스틱, 나무 등과 같은 재료들에 대해 수행된다. 연마 공정의 절삭 공구들인 연마용 입자들은 그들이 절삭하는 재료들보다 일반적으로 훨씬 더 경도가 높은 천연 재료 또는 합성 재료들이다. 접착 연마제, 코팅 연마제 및 거친 연마제의 응용들에서 가장 흔하게 사용되는 연마제류는 가닛, 알파 알루미나, 탄화 규소, 탄화 붕소, 입방정 질화붕소(CBN), 및 다이아몬드이다. 재료들의 상대적 경도는 다음 표에서 알 수 있다:

재료	누프 경도
가닛	1360
알파 알루미나	2100
탄화 규소	2480
탄화 붕소	2750
입방정 질화 붕소	4500
다이아몬드(단결정)	7000

연마제의 선택은 보통 경제성, 원하는 마무리, 및 연마대상 물질에 의해 좌우된다. 상기 연마제 목록은 경도가 증가하는 순서로 작성되어 있으나, 이는 우연하게도 비용이 증가하는 순서와도 일치되어 가닛이 가장 값싼 연마제이고 다이아몬드가 가장 값비싼 연마제이다.

일반적으로, 다양한 연마용 물질들의 비용을 고려하여 연성 연마제(soft abrasive)는 연질의 재료를 연마하기 위해 선택되고 경성 연마제(hard abrasive)는 보다 경도가 높은 종류의 재료들을 연마하기 위해 선택된다. 물론, 보다 경도가 높은 재료들이 일반적으로 보다 효율적으로 절삭하는 매우 점착성 높은 물질들과 같은 예외들도 있다. 또한, 연마용 입자가 보다 단단할수록, 연마제 단위 부피 또는 단위 중량당 보다 많은 재료를 제거할 것이다. 수퍼 연마용 재료들(superabrasive materials)은 다이아몬드 및 입방정 질화 붕소를 포함하며, 양자는 모두 광범위한 응용들에서 사용된다.

공지된 래핑 방법들 및 시스템들은 다음을 포함하는 수개의 개별적인 단점들을 갖는다:

래핑 툴의 접촉면은 궁극적으로 연마용 물질에 의해 소비되므로 교체를 필요로 한다. 일부 전형적인 응용들에서, 래핑 툴의 접촉면은 약 50개의 공작물들이 처리된 후에 교체된다.

페이스트 제형, 연마용 입자들의 경도 및 연마용 입자들의 입자크기 분포(PSD)를 포함한 연마용 페이스트의 물성들에 대한 민감성.

래핑 공정에서 다양한 처리 파라미터들에 대한 민감성.

래핑 처리는 일반적으로 수개의 개별적인 래핑 단계들에서 수행되어야 하고, 각 단계는 상이한 물성들을 갖는 연마용 페이스트를 사용한다.

따라서, 개선된 작업면들을 가진 공작물을 가지는 것이 매우 유용한 것으로 인식되고 있다. 공지된 래핑 기술들의 명백한 결함들을 극복하며 그와 같은 개선된 작업면들을 제조하는 시스템을 갖는 것은 더욱 유용할 것이다.

본 발명은 개선된 작업면 및 개선된 작업면의 제조를 위한 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 교시에 따르면, 기계적 요소가 제공되며, 상기 기계적 요소는 (a) 액체를 접촉하기 위한 제1작업면을 포함하고, 상기 작업면은 적어도 하나의 액체 반발 영역(liquid repelling zone)을 가지며, 상기 액체 반발 영역은 액체와 상호작용하며, 상기 액체 반발 영역은 0.95 미만의 특징적인 무단위 습윤 계수(dimensionless wetting coefficient)를 포함하는, 공작물을 구비한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 추가적인 특징들에 따르면, 액체 반발 영역의 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.8 미만이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 액체 반발 영역의 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.6 미만이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 액체 반발 영역의 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.3 미만이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 액체 반발 영역의 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.2 미만이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 액체 반발 영역의 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.1 미만이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 기계적 요소는 (b) 전반적으로 금속 작업면에 대향하여 배치된 제2표면, 및 (c) 제1작업면과 제2표면 사이에 배치된 유체를 더 포함하고 상기 표면들 중 적어도 하나는 하중을 견디는, 기계적 요소이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 상기 액체는 윤활제이다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업면은 강철 작업면을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업면은 청동 및 마찰공학적 응용들에서 전통적으로 사용되는 다른 작업면들을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업면은 윤활제 반발 영역에 삽입된 적어도 하나의 윤활제 유인 영역(lubricant attracting zone)을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업면은 윤활제 반발 영역에 삽입된 적어도 하나의 리세스(recess)를 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 상기 적어도 하나의 리세스는 5-30 마이크론의 최대 깊이 및 100-1000 마이크론의 폭을 갖는 복수의 그루브들을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 액체 반발 영역의 표면 에너지는 액체의 표면 장력보다 낮다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 제2표면은 적어도 하나의 윤활제 유인 영역을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기계적 요소가 제공되며, 상기 기계적 요소는 (a) 작업면에 대하여 움직이는 접촉면을 포함하며, 상기 접촉면은 복수의 연마용 입자들과 적어도 부분적인 탄성적 상호작용을 제공하며, 상기 연마용 입자들은 상기 접촉면과 상기 작업면 사이에 위치되며, 상기 접촉면은 2-10kg/mm²의 범위 내에 있는 브리넬 경도를 가지며, 상기 접촉면은 30-70kgㆍm/cm²의 범위 내에 있는 내충격성(impact resistance)을 갖는다.

기재된 바람직한 실시예들에서 추가적인 특징들에 따르면, 상기 기계적 요소는 (b) 전반적으로 상기 접촉면에 대향하여 배치된, 작업면, 및 (c) 상기 접촉면과 상기 작업면 사이에 배치된, 연마용 입자들을 더 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 브리넬 경도는 2-7kg/mm²의 범위 내에 있다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 브리넬 경도는 2.5-5kg/mm²의 범위 내에 있다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 브리넬 경도는 3.0-4.5kg/mm²의 범위 내에 있다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 내충격성은 40-60kgㆍm/cm²의 범위 내에 있다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 내충격성은 45-55kgㆍm/cm²의 범위 내에 있다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 브리넬 경도는 2.5-5kg/mm²의 범위 내에 있고, 내충격성은 40-60kgㆍm/cm²의 범위 내에 있다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 접촉면은 래핑 툴 상에 배치된다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 연마용 입자들은 알루미나 입자들을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 접촉면의 조성은 폴리우레탄을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 접촉면의 조성은 에폭시 물질을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 접촉면의 조성은 폴리우레탄 및 에폭시 물질을 포함한다.

기재된 바람직한 실시예들에서 또 다른 특징들에 따르면, 접촉면의 조성은 90:10 내지 70:30의 중량비로 폴리우레탄 및 에폭시 물질을 포함한다.

본 발명은 다음의 도면을 참조하여 예로서만 기술된다. 명세서 내에서 도면의 번호는 도시된 특정 내용이 예로서 그리고 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명하고자 하는 목적에 의한 것이고 본 발명의 원리 및 개념을 쉽게 이해할 수 있고 가장 유용하다고 여겨지는 것을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 구조는 본 발명의 기본적인 이해를 돕기 위한 것 이상으로 도시되지 않았고, 도면과 함께 명세서는 당업자에게 명백하여 본 발명의 몇가지 형태를 구체화하여 실시할 수 있다. 전체 도면에서, 유사한 번호는 유사한 구성 요소를 나타내기 위해 사용된다.

도 1a는 포개진 윤활층을 구비한 기계적으로 상호작용하는 표면의 개략도이다.

도 1b는 상호작용하는 아스페리티를 구비한 기계적으로 상호작용하는 표면의 개략도이다.

도 1c(i)-(ii)는 종래의 래핑 방법으로 컨디셔닝된 작업면의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 특징의 일반화된 개념의 설명도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 그루브가 형성된 실린더의 개략적인 측면도이다.

도 3b는 본 발명에 따른 그루브가 형성된 작업면, 금속 플레이트의 개략도이다.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 조밀 사인파 그루브 패턴이다.

도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 사인파 그루브 패턴이다.

도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 중첩하는 파를 포함하는 사인파 그루브 패턴이다.

도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 그루브의 피팅 패턴이다.

도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 장사방형의 그루브 패턴이다.

도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 나선형의 그루브 패턴이다.

도 5는 리세스된 영역을 채용하는 본 발명의 일실시예에 따른 작업면을 컨디셔닝하는 절차의 흐름도이다.

도 6a는 본 발명의 상호작용 표면의 개략도이다.

도 6b는 도 6a의 상호작용 표면의 측면의 개략도이다.

도 7a는 사전-가공된 표면의 단면 개략도이다.

도 7b는 평탄화된 표면의 단면 개략도이다.

도 7c는 마이크로-그루빙 후 평탄화된 표면의 단면 개략도이다.

도 7d는 컨디셔닝된 릿지를 구비한 그루브가 형성된 표면의 단면 개략도이다.

도 8a는 처리 공정 전, 본 발명의 작업면의 단면 개략도이다

도 8b는 마이크로-그루빙 후 작업면의 단면 개략도로서, 마이크로-그루브가 벌지(bulge)에 의해 둘러싸인다.

도 8c는 래핑 후, 평탄화된 마이크로-그루빙된 표면의 단면 개략도이다.

도 9a는 본 발명에 따른 래핑 전 래핑 툴-작업면 인터페이스의 단면 개략도이다.

도 9b는 본 발명에 따른 래핑이 진행된 후 래핑 툴-작업면 컨디션의 단면 개략도이다.

도 9c(i)-(iii)는 본 발명의 래핑 방법에서 컨디셔닝된 작업면의 추가 단면 개략 대표도이다.

도 10a의 1 및 2는 초기에 오일로 커버된 기준 작업면의 습식 패턴의 대표 사진이며, 도 10a의 1은 한 방울의 오일이 분산된지 5초 후 종래의 작업면을 나타내고, 도 10a의 2는 오일 한 방울이 분산된지 60초 후 동일한 작업면을 나타낸다.

도 10b의 1 및 2는 초기에 오일로 커버된 본 발명의 예시적인 작업면의 습식 패턴의 대표 사진이며, 도 10b의 1은 한 방울의 오일이 분산된지 5초 후 본 발명의 작업면을 나타내고, 도 10b의 2는 오일 한 방울이 분산된지 60초 후 동일한 작업면을 나타낸다.

도 11a는 사전 코팅된 표면의 단면 개략도이다.

도 11b는 도 10a의 코팅된 표면의 단면 개략도이다.

도 11c는 본 발명의 일실시예에 따른 도 10b의 표면의 마이크로-그루브의 단면 개략도이다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 피팅된 플라스틱 커버에 의해 커버된 작업면의 단면 개략도이다.

도 13은 본 발명에 따른 컨디셔닝된 디스크의 테스팅을 위해 실험적으로 셋업된 등각 개략도이다.

도 14는 "한 방울" 테스트에서, 본 발명에 따라 처리된 롤러의 연마 특성을 평가하는 테스트 리그(rig)의 개략도이다.

도 15는 각 롤러에 대한 테스트의 정지점에서 연마 계수를 보여준다.

도 16은 연마 길이(L)의 함수로서 연마 계수(μ) 및 웨어(h)의 플롯을 제공한다.

본 발명은 향상된 작업면 및 향상된 작업면의 생산 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 원리 및 동작은 도면 및 다음의 상세한 설명에 의해 보다 잘 이해될 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 다음의 명세서에 설명된 또는 도면에 도시된 구성요소의 구성 및 배열의 상세한 설명에 대한 응용이 제한되지 않음이 이해될 것이다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방법으로 실시 및 수행될 수 있다. 또한, 여기서 채택된 표현 및 용어는 설명을 목적으로 하는 것으로 제한되는 것으로 여겨져서는 안됨이 이해될 것이다.

본 발명에 따라, 상대적인 슬라이딩 모션에서의 윤활성 표면으로 처리되면 상호작동 과정에서 보다 적은 마모 및 연마를 야기한다. 가장 일반적인 말로, 본 발명의 방법은 작업면을 변형하여 두 개의 영역을 형성하며, 그중 하나는 고 윤활제 반발을 가지며, 다른 하나는 윤활제의 상대적 유인(relative attraction)를 가진다. 두 영역은 후술되어 있는 바와 같이 포개져 있다. 한 영역은 윤활제의 보다 더 분명한 유인을 가지는, 작업면상의 잘 분포된 구조물의 조립체를 이룬다. 본 발명의 개념은 도 2에 개략적으로 도시되어 있으며 지금 참고로 설명하겠다. 도시적인 작업면이 도시되어 있고 영역의 조합체로 구성되어 있다. A로 표시된 영역은 윤활제 유인을 나타내고 R로 표시된 영역은 상대적 윤활제 반발을 나타낸다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 윤활제의 유인에 대한 영역사이의 차이점은 구조적 차이와 관련되어 있다. 본 발명의 실시예의 시스템의 구조적 특성은 도시적으로 도 3a 및 도 3b를 참고로 설명되어 있다. 도 3a에서, 실린더(50)의 표면은 나선형 그루브(52)와 같은 하나 이상의 그루브가 표면상에 새겨지도록 구조되어 있다. 통상적으로, 이러한 그루브는 최대 깊이 약 5-30마이크론이고 폭은 약 100-100마이크론을 가진다. 원 표면의 나머지는 하나 이상의 릿지를 가지며, 본 예에서는 나선형 릿지(54)를 가진다. 그러므로, 실린더(50)의 외부는 릿지를 포함하는 외면적 영역과, 그루브를 포함하는 리세스된 영역의 두 영역을 포함한다. 도 3b에서, 금속 슬래브(60)는 본 발명에 따라서 처리되어 있다. 다른 요소(도시 생략)와 연마적 상호작용을 한 후, 작업면은 그루브(62)와 변형 릿지(64)를 포함하며, 그루브(62)의 조립체는 리세스된 영역으로 되어지며, 변형 릿지(64)는 금속 슬래브(60)의 작업면의 피상적인 영역을 형성한다.

영역 패턴

상술한 바와 같이, 본 발명의 한 양호한 실시예는 윤활제 유인으로서 리세스를 사용하고 윤활제 반발 영역으로서 피상적인 릿지를 사용한다. 도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예의 구조적 특성에 적합한, 마이크로그루브와 같은 리세스의 예시적이고 도시적인 패턴을 제공하고 있다. 도 4a 및 도 4b는 밀도가 변하는 사인파 패턴을 도시한다. 도 4c는 중첩하는 파를 포함하는 사인파 패턴을 도시한다. 도 4d는 피팅 패턴(pitted pattern)을 도시한다. 도 4e는 장사방형의 패턴을 도시한다. 도 4f는 나선형 패턴을 도시한다. 선택적인 패턴의 다양성은 매우 크고, 위에 설명한 예들은 단지 대표적으로 일부분만을 언급한 것이다.

작업면의 처리

본 발명에 따른 처리는 윤활제 반발 영역을 처리하는 표면을 형성하는 단계를 포함하며, 본 발명의 양호한 실시예에서, 표면은 윤활제 유인 영역과 윤활제 반발 영역 양쪽을 처리하는 복합 표면이다. 양호하게, 윤할제 반발 영역은 작업면의 기계적 처리에 의해서든지 또는 윤활제 반발 코팅으로 피상적인 영역을 코팅함으로써 만들어질 수 있는, 작업면의 피상적인 영역이다.

약간의 실시예에서, 입자 연마 성질을 운반할 목적으로 작업면의 기계적 처리는 작업면의 릴리프의 변화를 필요로 한다. 도 5에 도시적으로 설명된, 작업면을 컨디셔닝하기 위한 양호한 방법에서, 리세스된 영역을 형성하는 단계와 피상적인 영역을 컨디셔닝하는 단계는 다음 절차에 따라서 일어난다: 단계(90)에서, 작업면은 마모 및 래핑에 의해서 가공되어 고 평활도와 표면 마무리를 얻는다. 단계(92)에서, 리세스된 영역을 후술한 바와 같이 형성하고 단계(94)에서 피상적인 영역의 컨디셔닝을 실시한다.

래핑은 피상적인 영역의 컨디셔닝에 적합하고 양호한 기술이다. 래핑은 매우 양호한 평활도와 매우 양호한 마무리를 얻을 수 있다. 래핑 기술은 고정식 연마제를 사용하는, 그라인딩과 비교해서, 자유 흐름 연마 재료(a free-flowing abrasive material)를 사용한다.

도 6a는 본 발명의 상호작용 표면(100)의 개략도로, 이의 작업면(102)은 본 발명의 실시예에 따라서 처리되어진다. 표면의 단면도는 도 6b에 도시되어 있으며, 도 6b의 일부분 단면 확대도가 도 7a 및 도 7d에 도시되어 있다. 도 7a는 사전-가공된 표면(106)을 도시한다. 도 7b에는, 가공된 표면의 레벨된 상태(평탄화된 상태)가 도시되어 있다. 도 7c에는, 마이크로-그루브(108)가 형성되어진 후의 표면(106)이 도시되어 있다. 도 7d에 도시한 바와 같은 다음 단계에서는, 작업면이 변환되어 윤활제 반발 성질을 피상적인 영역(109)으로 전달한다. 새로운 층이 피상적인 영역내에 형성되며 이 층을 도면부호 110으로 지적한다. 래핑 단계를 양호하게는 마이크로그루브 생성 스테이지 후에 하게 되는 이유는 표면상에 리세스된 마이크로구조물을 형성하는 것이 벌지(bulge)를 형성할 수 있기 때문이다. 이런 벌지는 구조적 변화가 레이저 커팅에 의해 생길지라도 나타날 수 있다.

이는 도 8a 내지 도 8b에 도시되어 있으며 지금 참고로 하고자 한다. 도 8a에서는, 작업면의 단면이 라인 120으로 나타나 있다. 도 8b에서, 마이크로그루브(120)가 벌지(122)에 의해서 형성되고 완성되어 있다. 도 8c에서는, 피상적인 영역이 래핑, 벌지를 레벨링 오프하고 윤활제 반발인 탄성 변형된 층(124)을 생성함으 로써 처리된다. 마이크로 릴리프 형성 단계가 피상적인 영역의 형태와 성질에 영향을 주지 못하면, 마이크로-릴리프 형성 단계는 마지막으로 일어날 수 있다.

상술한 바와 같이, 래핑은 본 발명에 따른 기계적 요소의 작업면의 특성을 얻기 위한 양호한 기계적 마무리 방법이다. 래핑은 래핑 툴을 사용하고, 이의 표면은 처리된 기계 부품의 작업면보다 더 연하다. 연마 그리트(abrasive grit)는 래핑 툴의 페이스보다 더 강해야 하고, 처리된 작업면보다 더 강해야 한다. 연마 그리트가 너무 단단하거나 취약하지 않은 것이 필수적이므로, 다이아몬드 그리트는 본 발명의 래핑 기술에 적합하지 않다. 산화알루미늄은 본 발명에 따른, 다양한 래핑 표면과 작업면에 적합한 연마 재료로 알려져 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 래핑 방법에서의 점진적인 단계를 도시한 것으로, 작업면의 컨티셔닝은 더 나아진다. 초기 컨디션은 도 9a내의 마이크로스코피 레벨에 도시되어 있다. 작업면(132)(공작물(131)상에 배치됨)의 불규칙 토포그래피(topography)는 래핑 툴(134)과 직면하고 이로부터의 불규칙한 거리 만큼 분리되어 있다. 연마 입자(136)와 다른 것은 래핑 툴(134)내에, 작업면(132)에서보다 더 많이 부분적으로 침몰되어 있다. 작업면과 래핑 툴은 화살표 138로 지적한 바와 같이 상대적 모션으로 이동될 수 있게 되어 있다. 이런 모션은 순간 크기(V)를 가진다.

도 9b에서, 일부 래핑 작용이 일어나서, 작업면(132)이 덜 부정형이 되게 한다. 표면들 간 상대적인 운동의 결과, 연마용 입자들(139)과 같은 연마용 입자들은 표면들에 대한 접찰(rubbing) 과정 중에 그들의 모난 가장자리들의 일부가 없어져 서 어느 정도 둥글게 된다.

초기에, 공정이 계속되면서, 연마용 입자들(136)이 작업면(132)을 관통하여 그로부터 물질을 잘라내고, 연마용 입자들이 둥글어지는 반면, 처리된 부분으로부터 실질적으로 추가적인 제거는 일어나지는 않는다. 대신에, 래핑 운동(lapping movement)은 공작물(131)의 작업면(132)의 소성 변형(plastic deformation)을 일으켜서 공작물(131)의 작업면(132)의 마이크로-경도를 증가시킨다. 작업면(132) 상의 경화된(hardened) 또는 층들은 특히, 윤활제에 대한 반발 물성과 연관된다.

도 9c (i)-(iii)은 본 발명의 래핑 공정에서 조정된 작업면 및 시스템의 추가적인 개략적 도시이다. 도 9c(i)에서, 공작물(131)은 래핑 툴(134)의 접촉면(135)을 향한다. 도시된 전형적인 연마용 입자(136)와 같은, 연마용 입자들을 포함하는 연마용 페이스트가 작업면(132)과 접촉면(135) 사이에 배치된다. 통상적인 래핑 기술들에서와 같이, 래핑 툴(134)의 접촉면(135)은 작업면(132) 보다 더 큰 내-마모성 및 더 낮은 경도를 갖는 물질로 제조된다. 연마용 입자들의 조성 및 크기 분포는 표면 조도(surface roughness)를 소정의 조도까지 감소시키는 것과 같은 계획에 따라 작업면(132)을 용이하게 마모시킬 수 있도록 선택된다.

하중은 표면들(132 및 135)에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 작용되어, 연마용 입자(136)가 작업면(132) 및 접촉면(135)을 관통하게 하고, 작업면(132)에 박혀있는 연마용 입자(136)의 부분 상에 작용하는 압력 P를 초래한다. 작업면(132)으로의 연마용 입자(136)의 관통 깊이는 h_a2로 표시된다; 접촉면(135)으로의 연마용 입자(136)의 관통 깊이는 h_b2로 표시된다. 연마용 입자(136)는 h_b2>>h_a2이 되도록 공작물(131)의 관통보다 더 큰 정도로 래핑 툴(134)을 관통한다. 중요하게는, 본 발명의 접촉면(135)의 변형의 실질적인 탄성 특성 때문에, (동일 압력 P 하에) 연마용 입자(136)의 접촉면(135)으로의 관통 깊이는 동일한 연마용 입자들의 선행 기술의 접촉면으로의 관통 깊이보다 훨씬 커서, 즉,

h_b2>>h_b1

이고, 상기에서 h_b1은 도 1c(i)에서 정의된다. 결과적으로, 연마용 입자(136)의 작업면(132)으로의 관통 깊이, h_a2는 선행 기술의 상응하는 관통 깊이, h_a1보다 훨씬 작아서, 즉,

h_a2<h_a1

이다.

도 9c(ii)에서, 공작물(131) 및 래핑 툴(134)은 상대 속도 V로 움직이게 제조된다. 압력 P 및 공작물(131) 및 래핑 툴(134)의 상대 속도 V는 칼처럼 작용하는 연마용 입자(136)가 공작물(131)로부터 표면 물질의 조각을 잘라내게 하는 정도의 세기이다. 이 조각은 보통 선행 기술의 래핑 기술들에 의한 작업면들로부터 잘라진 조각들보다 훨씬 작다.

도 9c(ii)-(iii)에서, 상대 속도 V는 상응하는 전단력 Q가 압력 P에 비해 충분히 커서 연마용 입자(136)에 대한 통합된 힘 벡터 F의 방향이 연마용 입자(136) 를 회전시킬 수 있도록 선택된다. 이 회전 동안, 래핑 툴(134) 및 접촉면(135)의 탄성은 연마용 입자(136) 내에서 선행 기술에 비해 더 작은 내부 응력(strains)을 초래하여, 연마용 입자(136)와 같은 전형적인 입자는 비산(飛散)되지 않고, 오히려, 그 표면의 가장자리들이 둥글게 된다. 이와 같은 둥글게 되는 현상(rounding phenomenon)의 이상화가 도 9c(iii)에서 개략적으로 제동된다.

본 발명의 작업면들은 표면의 다양한 거시적 물성들에 영향을 미치는 고유의 미세구조를 갖는다. 이론상 한정됨 없이, 본 발명의 래핑 시스템은 작업면에서 소성 변형을 일으켜, 작업면의 미세구조를 개선시키는 것으로 생각된다.

변형된 미세구조체의 한가지 징후는 미세경도(microhardness)가 상당히 증가된다는 점이다. 변형된 미세구조체의 또 다른 징후는 도 10b-1 및 도 10b-2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 표면의 특징적인 습윤 특성이다. 기준면의 특징적인 습윤 특성은 비교를 위하여 도 10a-1 및 도 10a-2에 도시되어 있다.

기준면 표본 및 본 발명의 표면 표본은 어닐링된 SAE 4340 스틸(HRC = 54)로 제조된다. 각각의 표본의 전체 표면 위에 한 방울의 C22 오일이 분산되므로, 덮힘율(coverage) 또는 습윤은 실질적으로 100%가 된다. 따라서, 습윤 면적(area)이 시간의 함수로서 관찰되었다. 도 10a-1는 오일이 분포된 후 5초동안 기준 작동면을 나타내며, 도 10a1-2는 오일 방울이 분포된 후 60초동안 기준 작동면을 나타낸다. 예견되는 바와 같이, 기준면 표본은 오일층으로 완전히 덮인 상태로 존재하게 되어, 테스트의 전체 주기동안(24시간) 완전히 계속 덮여 있다.

도 10b-1 및 도 10b-2는 초기에 오일로 덮힌 본 발명의 예시적인 기준 작동 면의 습윤 패턴을 도시한 사진이며, 도 10b-1은 오일이 분포된 후 5초동안 기준 작동면을 나타내며, 도 10b1-2는 오일 방울이 분포된 후 60초동안 기준 작동면을 나타낸다. 기준 표본을 면밀히 비교하면, 습윤 면적이 순식간에 급속히 감소되었음을 알 수 있다.

특징적 무단위 습윤 계수(wetting coefficient)는 다음과 같다.

A(t)/A₀

여기서 A(t)는 시간의 함수로서 작동면의 공칭 습윤 면적이며; A₀ 는 작동면의 공칭 표면적으로서, t = 0 에서 1의 값으로부터 5초후 약 0.85로 감소되었다. 1분후, 특징적 무단위 습윤 계수는 0.25 이하로 감소되었다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 작동면의 이러한 액체 반발 특성(repelling quality)은 마찰 및 마모의 감소와, 포획(seizure) 위험성의 감소와, 이러한 표면을 사용한 기계적 요소의 작동수명의 연장과 연관이 있다.

래핑 툴(lapping tool)의 접촉면에 대한 기계적 척도

래핑 툴을 약간의 탄성을 갖는 얇은(예를 들어, 0.05mm 내지 0.4mm) 층으로 코팅하면 조정된 작동면의 미세경도 및 윤활제 반발을 촉진시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 층이 따르는 기계적 척도는 다음과 같은 사항을 포함한다.

1. 래핑 처리에 사용되는 마찰 반죽물에 대한 마모 저항.

2. 각각의 마찰 입자가 층내로 돌출되어 이에 의해 지지되기 위한 탄성 변형.

작동면과의 접촉중 각각의 마찰 입자가 회전하기 때문에, 탄성 변형은 상기 층이 입자와 작동면 사이에 발휘된 가변 압력에 따라 깊이가 변하면서 층내로 흡수될 수 있게 한다. 따라서, 마찰 입자는 분쇄동작을 받기보다는(미세 분말로 되어 땅에 떨어진다), 작동면에 대해 회전하여 시간이 경과함에 따라 더욱 둥글게 된다.

3. 층의 경도는 인식할 수 있을 정도로 층이 파괴되거나 마찰 분말을 분쇄시킬 수 있도록 선택되어야 한다.

4. 래핑 툴 기부(base)에 대한 층의 강한 고착력.

실시예에 따르면, 래핑 툴의 접촉면을 형성하는데는 중량비로 10:90 내지 30:70 비율의 에폭시 세멘트와 폴리우레탄 혼합물이 적합한 것으로 판명되었다. 에폭시 세멘트/폴리우레탄 혼합물에서, 에폭시는 래핑 툴의 기부에 경도 및 고착력을 제공하는 반면에, 폴리우레탄은 필수불가결한 탄성 및 내마모성을 제공한다.

본 발명의 접촉면(래핑 표면)은 하기와 같이 물리적 특성 및 기계적 특성이 조합되어야만 한다.

ㆍ2 내지 10 kg/㎟ 범위의 브리넬 경도

ㆍ30 내지 70 kgㆍm/㎟ 범위의 내충격성

ㆍ래핑 툴 기부를 이용하는 용도에 있어서, 래핑 툴 기부에 대한 충분한 고착력.

본 기술분야의 숙련자라면 다양한 물질이나 이러한 물질의 조합이 개발되어 상술한 바와 같은 물리적 특성 및 기계적 특성을 만족시킬 수 있음을 인식해야 한다.

본 발명의 다른 실시예에서는 피상적인 영역(superficial zone)을 기계적으로 조정하는 대신에, 작동면에 플라스틱 코팅이 인가된다. 상기 작동면은 상술한 바와 같은 기계적 특성의 세트를 갖는 플라스틱 코팅으로 코팅된다. 작동면의 코팅 절차는 먼저 작동면을 코팅의 전구체로 덮는 단계를 포함한다. 도 11a 내지 도 11c에는 본 발명의 이러한 실시예에 따라 작동면 처리단계에서의 주요한 단계가 도시되어 있으며, 이제 기준이 이루어지게 된다. 도 11a에서 작동면은 도면부호 150으로 도시되었다. 도 11b에서, 플라스틱 코팅(152)은 작동면(150)에 분포된다. 코팅(152)이 침착된 후, 도 11c에 도시된 바와 같이 예를 들어 작동면(150)과 코팅(152)에 마이크로그루브가공을 실행하므로써, 코팅(152)의 일부가 제거된다. 마이크로그루브 또는 리세스(154)는 플라스틱 코팅(152)을 관통하여 작동면(150)내로 파고든다. 이러한 실시예에서, 플라스틱 코팅(152)으로 이루어진 표면을 갖는 릿지(153)는 피상적인 영역에 기여하고, 상기 리세스(154)는 오목 영역에 기여한다. 상기 오목 영역은 피상적인 영역 보다, 작동면에 인가된 윤활제에 더 끌리게 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 작동면은 연마에 의해 예비처리된다. 이러한 표면은 구멍을 포함하는 윤활제 반발 테이프의 층으로 코팅된다. 이러한 처리의 결과가 도 12에 도시되어 있다. 작동면(160)은 플라스틱 관통시트(162)로 덮이며, 이러한 관통시트에서는 코팅처리 이전에 구멍(164) 등과 같은 구멍이 천공된다.

오목 영역의 형성

오목 영역을 형성하기 위해, 상기 작동면은 다수의 리세스를 얻기 위하여 미 세조직화된다. 이것은 기계적 절단, 레이저 조각, 화학적 에칭 등의 처리를 포함하여 본 기술분야에 공지된 다양한 방법에 의해 달성될 수 있다. 기계적인 부분에서 규칙적인 마이크로릴리프(microrelief)를 생성하는 방법은 본 발명에 참조인용된 엠. 레비틴 및 비. 샘쉬도프가 저술한 "위축 윤활하에서 평탄 마모 테스트상의 디스크", 트리보테스트 저널 4-2, 1997년 12월, (4), 159 에 개시되어 있다.

실시예

상술한 바와 같은 설명과 함께 본 발명의 비제한적 형태를 나타내는 하기의 실시예를 참조한다.

실시예1

실험기구는 도 13을 참조로 개략적으로 설명되었다. 축(axle) 주위로 회전가능한 디스크(186) 처럼, 직경이 30mm이고 교체가능한 탄소강 디스크 세트가 평탄한 대응판(counter-plate)(192)에 대해 회전한다. 상기 디스크는 27-30의 HRC를 갖는 탄소강 등급 1045로 제조된다. 회전하기 위해, 전기모터 또는 기어(190)가 토오크를 제공한다. 대응판(192)은 구리합금[UNS C93700(HRC=22-24)]으로 제조되어, 0.4 마이크로미터의 평균조도로 연마된다. 상기 대응판(192)은 디스크(186)에 인가된 힘을 제어하기 위해 높이를 조정할 수 있는 지지체(194)를 포함한다.

제어 디스크는 종래의 연마 피니시(Ra = 0.4 마이크로미터)를 갖는 반면에, 테스트 디스크는 본 발명에 따라 디스크의 마이크로그루브가공 표면(196) 및 래핑에 의해 또 다른 처리를 받게 된다. 실험중, 대응판(192)의 방향으로 디스크에 100N의 영구 부하가 인가된다. 모터를 작동시켜 250rpm의 일정한 회전율을 얻기 전에, 아모코 인더스트리얼 오일 32(ASTM 150 터빈 오일과 등가인) 한 방울이 건조 마찰면에 인가된다. 포획에 의해 이동이 정지될 때까지, 회전 초기부터 축적된 시간인 포획시간을 측정하였다.

16분 내지 18분후, 모든 제어 디스크는 포획되었다. 면밀히 비교한 결과, 본 발명에 따라 마이크로그루브가공 및 래핑 처리된 디스크는 40시간 이상의 주기동안 정지하지 않고 계속 회전하였으며, 이 시점에서 실험이 단축되었다. 처리된 디스크의 포획은 이루어지지 않았다.

또 다른 실험에 있어서, 디스크는 180rpm으로 회전된다. 제어 디스크 집단은 연마에 의한 마무리처리를 받는다. 제2집단의 디스크는 마이크로그루브가공 처리를 받는다. 제3집단의 디스크는 본 발명에 따라 마이크로그루브가공 및 래핑 처리를 받는다. 한 방울 테스트의 결과가 표1에 제공되었다. 포획시까지의 디스크 경로와, 마찰계수와, 마모 밀도(디스크에 대한 마찰 결과, 대응판상에 형성된 정점 강하에 의해 측정된)가 연산되었다.

표1: 대응판에 대한 디스크 롤링의 결과

디스크의 표면처리	포획까지의 연산 경로(Km)	마찰계수	마모밀도(mm3/Km)
연마	1.5	0.1-0.2	0.2
연마+마이크로그루브가공	8.7	0.08-0.12	0.02
연마+마이크로그루브가공+래핑	적어도 29.7	0.03-0.04	0.001

마찰력과 결합된 다양한 기계적 요소와 연합되는 본 발명의 작동면은 마찰 및 마모와, 포획 위험성을 감소시키며; 요소 등의 작동수명을 연장시킨다. 천공 용도로서는 작동면의 품질이 개설되고, 30% 이상의 동력 감소가 관찰되었다.

내연기관에 있어서, 본 발명의 작동면과 그 생산 시스템은 디젤 엔진의 120mm 실린더 슬리브 및 108mm 직경의 오토바이 엔진에 적용되었다. 테스트 결과에 따르면, 주어진 성능 레벨에 대해 본 발명의 작동면을 갖는 슬리브를 사용하면, 종래의 슬리브에 비해 연료소모를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명의 작동면을 갖는 슬리브는 내구성이 상당히 길고 오일 손실이 적다.

하기의 청구범위 및 발명의 상세한 설명에 사용된 바와 같이, "액체 유인영역(liquid attracting zone)"이라는 용어는 오일이 작동면상에 최초 분산된 후 60분동안, 특징적 무단위 습윤 계수가 0.95 이상인, 전형적으로는 0.98 이상인 작동면내의 영역을 의미한다.

하기의 청구범위 및 발명의 상세한 설명에 사용된 바와 같이, "특징적 단위 습윤 계수"라는 용어는 다음과 같이 한정된다.

A(t)/A₀

여기서 A(t)는 시간의 함수로서 작동면의 공칭 습윤 면적이고; A₀ 는 작동면의 공칭 표면적이며, A(t)를 결정하는데 사용된 액체는 22번 인더스트리얼 오일이다.

하기의 청구범위 및 발명의 상세한 설명에 사용된 바와 같이, "22번 인더스트리얼 오일", "C22 인더스트리얼 오일" 등의 용어는 40℃에서 점도가 ∼22 인 기계용 표준 인더스트리얼 오일을 의미한다.

하기의 청구범위 및 발명의 상세한 설명에 사용된 바와 같이, 작동면에 대한 "공칭 표면적"이라는 용어는 미세구조임에도 불구하고 전체적인 기하학적 칫수에 기초한 표면의 표면적을 의미한다. 따라서, 4cm × 4cm 작동면의 정방체는 16㎠ 의 공칭 표면적을 갖는다.

실시예2

"한 방울 테스트"에 있어서 본 발명에 따라 처리된 롤러의 마찰학적 특성을 평가하기 위하여 블럭 마찰테스터상의 롤러가 사용되었다. 도 14에는 테스트 리그(test rig)가 개략적으로 도시되어 있다. 회전 롤러(2)는 주어진 부하(P)하에서 정지형 블럭(3)과 접촉되며, 소량의 윤활제(한 방울)가 접촉부에 인가되었다. 마찰력(F)을 측정하기 위해 힘변환기(4)가 사용되었으며, 근접 탐침(9)이 간극(gap)의 변화를 측정하므로써, 롤러(2)와 블럭(3)의 전체 마모를 제공할 수 있다. 마찰 및 마모는 지속적으로 관찰되어, 시간의 함수로서 기록된다. 테스트는 하기의 3가지 경우중 어느 한가지에 의해 정지된다. (a) 마찰계수(=F/P)가 0.3에 도달한 경우, (b)롤러와 블럭 사이에서 포획이 시작된 경우(급작스럽고 급격한 마찰 증가 및 이에 따른 소음 레벨의 증가를 특징으로 하는), (c)마찰이 최대값에 도달한 후 감소되기 시작한 경우. 테스트 주기는 테스트 초기로부터 상기 3가지 경우중 경우(a) 또는 경우(b)의 발생으로 인해 테스트 말기까지, 또는 경우(c)의 경우 최대 마찰에 대응하는 시간까지 경과한 시간으로 한정된다. 이러한 특별한 (c)의 경우, 테스트는 "테스트 주기"를 지나 정지되기 전까지 약 20분동안 지속된다. 각각의 새로운 테스트에 있어서, 블럭(3)은 새로운 접촉을 제공하기 위해 홀더(6)내에서 수평으로 이동된다.

테스트는 대응면으로서 청동 블럭을 사용하여 각각의 6개의 스틸 롤러 표본상에서 실행된다. 롤러 #1 및 롤러 #6은 하기의 표2에 도시된 바와 같이 기준 롤러이다. 롤러 #2 내지 롤러 #5는 본 발명에 따라 다양한 그루브 패턴과 그루브 면적을 갖는 조합된 마이크로릴리프로 처리된다. 윤활제로서는 실온에서의 SAE 40 오일이 사용되었다. 오일 한 방울이 롤러(2)상에 위치되어, 청동 블럭(3)과 가볍게 접촉된 후(18N의 부하), 2회전하여(수동으로) 오일을 전체 원주에 걸쳐 퍼지게 한다. 블럭으로 이송된 과잉의 오일은 깨끗한 종이수건으로 씻겨져서 오직 롤러만 윤활된다. 부하는 P = 150N의 레벨로 증가되고, 테스트는 105±5rpm의 롤러속도로 시작된다.

표2는 각각의 롤러의 분당 테스트 주기를 도시하고 있으며, 테스트 정지를 유발하는 경우의 형태를 나타내고 있다. 도 15는 각각의 롤러에 대한 테스트 정지시점에서의 마찰계수를 도시하고 있다.

기준 롤러 #1은 0.23의 마찰계수에서 6분이라는 짧은 시간후에 포획된다. 롤러 #6은 지속적으로 증가하는 마찰을 나타내고 있으며, 테스트는 0.3의 마찰계수에서 21분 후에 정지되었고, 포획이 시작된다. 본 발명에 따라 처리된 모든 롤러(롤러 #2 내지 롤러 #5)는 마찰이 최대값으로 증가한 후 감소되는 것으로 나타났다. 이러한 4개의 롤러에서의 최대 마찰계수는 더 이상 0.18이 아니었다. 롤러 #5는 마찰계수가 0.11 이었으며, 이것은 6개의 롤러의 마찰계수중 가장 낮은 값이었다.

도 16에는 마찰길이(L)의 함수로서 마찰계수(μ) 및 마모(h)의 그래프가 도 시되어 있다.

표2

롤러#	1	2	3	4	5	6
롤러 물질	SAE 4340 스틸	SAE 4340 스틸	SAE 4340 스틸	SAE 4340 스틸	SAE 4340 스틸	SAE 4340 스틸
롤러 예비 열처리	지면 Ra = 0.2μ HRC 52-54	본 발명의 CMR Ra = 0.2μ HRC 52-54	본 발명의 CMR Ra = 0.2μ HRC 52-54	본 발명의 CMR Ra = 0.2μ HRC 52-54	본 발명의 CMR Ra = 0.2μ HRC 52-54	팽창없는 규칙적 마이크로릴리프 Ra = 0.2μ HRC 52-54
테스트주기(분)	6	52	53	25	37	21
정지 경우	B	C	C	C	C	A&B

본 발명은 특정의 실시예와 함께 서술되었지만, 본 기술분야의 숙련자라면 다양한 변경과 변형 및 수정이 가능한 것임을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부의 청구범위의 정신 및 범주내에 속하는 변경과 변형 및 수정을 모두 포함한다. 본 발명에 언급된 모든 문헌은 각각의 개별적 문헌이 특정하게 개별적으로 나타낸 정도로 발명의 상세한 설명에 완전히 참조인용되었다. 또한, 본 발명에서의 그 어떤 기준의 인용이나 확인은 이러한 기준이 본 발명에 대한 종래기술로서 허용된다는 의미로 해석되어서는 아니된다.

Claims (28)

1. 기계적 요소로서:

   (a) 액체를 접촉하기 위한 제1작업면을 포함하고, 상기 작업면은 적어도 하나의 액체 반발 영역(liquid repelling zone)을 가지며, 상기 액체 반발 영역은 액체와 상호작용하며, 상기 액체 반발 영역은 0.95 미만의 특징적인 무단위 습윤 계수(dimensionless wetting coefficient)를 갖는, 공작물을 포함하는 기계적 요소.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액체 반발 영역의 상기 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.8 미만인, 기계적 요소.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 액체 반발 영역의 상기 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.6 미만인, 기계적 요소.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 액체 반발 영역의 상기 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.3 미만인, 기계적 요소.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 액체 반발 영역의 상기 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.2 미만인, 기계적 요소.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 액체 반발 영역의 상기 특징적인 무단위 습윤 계수는 0.1 미만인, 기계적 요소.
7. 제 1항에 있어서,

   (b) 전반적으로 상기 금속 작업면에 대향하여 배치된 제2표면, 및

   (c) 상기 제1작업면과 상기 제2표면 사이에 배치된 유체를 더 포함하고,

   상기 금속 작업면 및 상기 제2표면 중 적어도 하나는 하중을 견디는, 기계적 요소.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 액체는 윤활제인, 기계적 요소.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 금속 작업면은 강철 작업면인, 기계적 요소.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 금속 작업면은 상기 윤활제 반발 영역에 삽입된 적어도 하나의 윤활제 유인 영역(lubricant attracting zone)을 포함하는, 기계적 요소.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 금속 작업면은 상기 윤활제 반발 영역에 삽입된 적어도 하나의 그루브(recess)을 포함하는, 기계적 요소.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 리세스는 5-30 마이크론의 최대 깊이 및 100-1000 마이크론의 폭을 갖는 복수의 그루브들을 포함하는, 기계적 요소.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 액체 반발 영역의 표면 에너지는 상기 액체의 표면 장력보다 낮은, 기계적 요소.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 제2표면은 적어도 하나의 윤활제 유인 영역을 포함하는, 기계적 요소.
15. 기계적 요소로서:

    (a) 작업면에 대하여 움직이는 접촉면을 포함하며,

    상기 접촉면은 복수의 연마용 입자들과 적어도 부분적인 탄성적 상호작용을 제공하며,

    상기 연마용 입자들은 상기 접촉면과 상기 작업면 사이에 배치되고,

    상기 접촉면은 2-10kg/mm²의 범위 내에 있는 브리넬 경도를 가지며, 상기 접촉면은 30-70kgㆍm/cm²의 범위 내에 있는 내충격성(impact resistance)을 갖는, 기계적 요소.
16. 제 15항에 있어서,

    (b) 전반적으로 상기 접촉면에 대향하여 배치된 상기 작업면, 및

    (c) 상기 접촉면과 상기 작업면 사이에 배치된, 상기 연마용 입자들을 더 포함하는, 기계적 요소.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 브리넬 경도는 2-7kg/mm²의 범위 내에 있는, 기계적 요소.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 브리넬 경도는 2.5-5kg/mm²의 범위 내에 있는, 기계적 요소.
19. 제 15항에 있어서,

    상기 브리넬 경도는 3.0-4.5kg/mm²의 범위 내에 있는, 기계적 요소.
20. 제 15항에 있어서,

    상기 내충격성은 40-60kgㆍm/cm²의 범위 내에 있는, 기계적 요소.
21. 제 15항에 있어서,

    상기 내충격성은 45-55kgㆍm/cm²의 범위 내에 있는, 기계적 요소.
22. 제 15항에 있어서,

    상기 브리넬 경도는 2.5-5kg/mm²의 범위 내에 있고, 상기 내충격성은 40-60kgㆍm/cm²의 범위 내에 있는, 기계적 요소.
23. 제 15항에 있어서,

    상기 접촉면은 래핑 툴 상에 배치되는, 기계적 요소.
24. 제 16항에 있어서,

    상기 연마용 입자들은 알루미나 입자들을 포함하는, 기계적 요소.
25. 제 15항에 있어서,

    상기 접촉면의 조성은 폴리우레탄을 포함하는, 기계적 요소.
26. 제 15항에 있어서,

    상기 접촉면의 조성은 에폭시 물질을 포함하는, 기계적 요소.
27. 제 15항에 있어서,

    상기 접촉면의 조성은 폴리우레탄 및 에폭시 물질을 포함하는, 기계적 요소.
28. 제 15항에 있어서,

    상기 접촉면의 조성은 90:10 내지 70:30의 중량비로 폴리우레탄 및 에폭시 물질을 포함하는, 기계적 요소.

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