KR20070050056A

KR20070050056A - 작업면, 및 그의 제조 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20070050056A
Application number: KR1020077005192A
Authority: KR
Inventors: 보리스 스암시도브; 알렉산더 이그나토브스키
Original assignee: 프릭션 컨트롤 솔루션스 엘티디.
Priority date: 2004-09-05
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2007-05-14
Also published as: EP1784270A1; EP1784270A4; CN101014434A; IN2014CN03733A; JP2008511459A; WO2006027768A1

Abstract

기계 장치는 : (a) 액체와 접촉하는 작업면을 가지는 금속 작업물을 포함하며, 상기 작업면은 탄소 원자를 포함하는 나노미터의, 접착성의, 단단한 막을 포함하며, 상기 막은 상기 작업물에 직접 결합되며, 상기 막이 그 막의 일 면 위의 상기 작업물에 직접 결합되고, 상기 막의 대향하는 면은 상기 윤활제와 접촉하도록 노출되는 금속 작업물, (b) 상기 작업면에 대향하게 배치된 접촉면, (c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 배치된 윤활제, 및 (d) 상기 작업면 및 접촉면 사이의 상대 이동을 야기하는 메커니즘을 포함한다.

Description

작업면, 및 그의 제조 시스템 및 방법{WORKING SURFACE, AND SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 작업면들을 가진 작업물에 관한 것으로, 더 구체적으로 작업면 및 그 작업면의 제조 시스템 및 방법에 관한 것이다.

기계적인 상호작용 표면들의 마찰 및 마모를 감소시키도록, 상호작용 영역에 윤활제가 도입된다. 도1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상대 속도 V로 이동하는, 대향하는 면들(32,34) 사이의 윤활막(20)은 이동하는 면들이 윤활제와 상호작용하도록 허용하는 무손상 층을 형성한다. 이러한 조건 하에서, 대향하는 면들(32,34) 사이의 접촉이 전혀 일어나지 않고, 윤활층이 상기 대향하는 면들 사이에 존재하는 부하 P를 지지하게 된다. 윤활제의 공급이 불충분하면, 윤활의 효율이 감소되어, 면대면의 상호작용의 발생을 허용하게 된다.

도1b에 도시된 바와 같이, 일정 레벨 이하의 윤활유 공급시에, 상대 이동하는 대향하는 면들(32,34) 사이의 거리가 부하 P 때문에 감소되어, 표면의 울퉁불퉁한 부분들, 즉 표면들에서 돌출하는 표면 재료의 피크들이 상호작용할 수 있다. 따라서, 예컨대, 표면(34)의 융기부(36)가 표면(32)의 융기부(38)와 물리적으로 접촉하여 상호작용할 수 있다. 극단적인 조건에서, 표면들(32,34)의 울퉁불퉁한 부분들 은 상호작용하는 표면들 사이에 존재하는 모든 부하를 지지하게 된다. 이 조건에서는, 종종 경계 윤활이라 하며, 윤활제가 비효과적이고 마찰 및 마모가 높게 된다.

그라인딩 및 래핑은 표면 재질(예컨대, 표면 마무리)을 개선하고, 특히, 여러 가지 트리볼로지컬(tribological) 응용들에 대한 작업면을 형성하는 종래의 방법들이다. 도1c(i)-(ii)는 종래의 래핑 과정에서 조절되는 작업면을 개략적으로 나타내고 있다. 도1c(i)에서, 작업물(31)의 작업면(32)은 래핑 공구(34)의 접촉면(35)과 대향하고 있다. 통상적인 연마 입자(36)로서 도시된, 연마 입자들을 포함하는 연마 페이스트는 작업면(32) 및 접촉면(35) 사이에 배치된다. 래핑 공구(34)의 접촉면(35)은 작업면(32)에 비해 낮은 경도를 가진 재료로 제조된다. 연마 입자들의 구성 및 사이즈 분포는, 소정 마무리를 얻기 위해 표면 거칠기를 감소시키는 등의, 계획에 따라 작업면(32)을 용이하게 연마하도록 선택된다.

표면들(32,35)에 수직 방향으로 부하가 가해져서, 연마 입자(36)가 작업면(32) 및 접촉면(35)으로 침투하게 되어, 작업면(32)에 매립된 연마 입자(36)의 일 부분 상에 압력 P이 인가된다. 연마 입자(36)의 작업면(32)으로의 침투 깊이는 ha1으로 나타내며; 연마 입자(36)의 접촉면(35)으로의 침투 깊이는 hb1으로 나타낸다. 일반적으로, 연마 입자(36)는 작업물(31)로의 침투 보다 래핑 공구(34)로 더욱 깊게, hb₁ > ha₁으로 침투한다.

도1c(ii)에서, 작업물(31) 및 래핑 공구(34)는 상대 속도 V로 이동하게 된다. 작업물(31) 및 래핑 공구(34)의 압력 P 및 상대 속도 V는, 칼날로 작용하는, 연마 입자(36)가 작업물(31)에서 표면 재료의 칩을 파내도록 되는 정도의 량으로 된다.

낮은 상대 속도에서, 연마 입자(36)는 사실상 고정된다. 그러나, 도1c(ii)에 도시된 바와 같이, 압력 P에 대해 대응하는 전단력 Q가 충분히 크게 되어, 연마 입자(36)상의 합성 힘 벡터 F의 방향이 연마 입자(36)를 회전시키도록 선택된다. 연마 입자(36)와 접촉하는 래핑 공구(34)의 재료가 연마 페이스트의 입자들에 대해 단단하기(즉, 탄력이 낮기) 때문에, 이 입자들은 통상 매우 빠르게 연마되어, 연마 페이스트가 빈번하게 보급되어야 한다.

알려진 기술에서, 그라인딩, 래핑, 폴리싱(polishing) 및 커팅은 그라인딩 휠 고정연마입자(bonded abrasive), 코팅된 연마제, 유리된 연마제 및 연마제 커팅 공구 등을 이용하여 금속, 세라믹, 유리, 플라스틱, 목재 등의 재료 상에서 행해진다. 연마 입자들, 연마 과정의 커팅 공구들이 그들이 절단하는 재료들보다 더 경도가 큰 천연 또는 합성 재료들로 되어 있다. 고정, 코팅 및 유리된 연마제 응용들에서 가장 일반적으로 사용되는 연마제는 석류석(石榴石), 알파 알루미나, 탄화 규소, 탄화 보론, 입방정계 질화붕소, 및 다이아몬드이다. 이 재료들의 상대 경도를 표1에 나타낸다 :

표 1

재료	누프 경도(Knoop hardness) 넘버
석류석	1360
알파 알루미나	2100
탄화 규소	2480
탄화 보론	2750
입방정계 질화붕소	4500
다이아몬드(단결정)	7000

연마제의 선택은 통상 경제성, 원하는 마무리 상태, 및 연마될 재료에 의해 정해진다. 상기한 연마제는 경도 증가 순서이지만, 또한 가장 저렴한 석류석으로부터 비용이 증가하여 다이아몬드가 가장 비싸게 된다.

일반적으로, 소프트 연마제는 부드러운 재료를 연마하도록 그리고 단단한 연마제는 여러 가지 연마 재료의 비용면에서 더 단단한 타입의 재료를 연마하기 위해 선택된다. 물론, 더 단단한 재료가 실제로 더 효율적으로 절단되는 매우 점착성의 재료등의 예외가 있다. 또한, 연마 입자가 더 단단할수록, 연마제 단위 체적 또는 중량 당 더 많은 재료가 제거된다. 슈퍼 연마 재료는 다이아몬드 및 입방정계 질화붕소를 포함하고, 그 둘은 넓고 다양한 응용들에서 사용된다.

상기 알려진 래핑 방법 및 시스템은 몇가지의 독특한 결점들을 가진다 :

ㆍ 래핑 공구의 접촉면이 연마 재료에 의해 결국 소모되어, 교체를 필요로 한다. 일부 통상적인 응용들에서, 래핑 공구의 접촉면은 약 50개의 작업물들이 처리된 후에 교체된다.

ㆍ 페이스트 포뮬레이션, 연마 입자의 경도, 및 연마 입자의 입자 사이즈 분포(PSD)를 포함하는, 연마 페이스트의 특성에 민감하다.

ㆍ 래핑 과정의 여러 가지 처리 변수들에 민감하다.

ㆍ상기 래핑 과정은 여러 가지 불연속 래핑 단계들로 실행되어야 하고, 각 단계는 다른 물리적 특성들을 가진 연마 페이스트를 이용해야 한다.

따라서, 개선된 작업면을 가진 작업물에 대한 필요성이 있고, 그러한 작업물 은 매우 유익할 것이다. 상기 알려진 래핑 기술들의 명백한 결점들을 극복하고, 그러한 개선된 작업면을 제조하는 방법 및 시스템을 갖는 다면 더욱 유익할 것이다.

본 발명의 기술에 따르면, (a) 액체와 접촉하는 작업면을 가지는 금속 작업물을 포함하며, 상기 작업면은 탄소 원자를 포함하는 나노미터의, 접착성의, 단단한 막을 포함하며, 상기 막은 상기 작업물에 직접 결합되는 기계 장치로서, 상기 막이 그 막의 일 면 위의 상기 작업물에 직접 결합되며, 상기 막의 대향하는 면은 상기 액체와 접촉하도록 노출되는 기계 장치가 제공된다.

상기한 바람직한 실시예들의 다른 특징들에 따르면, 상기 작업면은 부하를 지지하며, 상기 장치는 : (b) 상기 작업면에 대향하게 배치된 접촉면; (c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 배치된 윤활제; 및 (d) 상기 작업면 및 접촉면 사이의 상대 이동을 야기하는 메커니즘을 더 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 단단한 막은 200나노미터 미만의 평균 두께를 가진다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 단단한 막은 5나노미터 이상의 평균 두께를 가진다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 단단한 막은 5-100나노미터의 평균 두께를 가진다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 단단한 막은 10-50나노미터의 평균 두께를 가진다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 단단한 막은 폴리머 막이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업물은 적어도 하나의 금속 요소의 금속 원자들을 포함하고, 상기 작업면의 다수의 나노미터 모노레이어들에서, 상기 모노레이어들은 상기 탄소 원자 및 금속 원자들을 모두 포함하고, 상기 모노레이어들 중 임의의 특정 모노레이어에서,

R_i=원자비는 :

R_i=N_C/(N_C+N_M)으로 정의되고,

상기 식에서 :

N_C는 상기 특정 모노레이어의 탄소 원자의 수이고;

N_M은 상기 특정 모노레이어의 금속 원자의 수이며;

i는 상기 특정 모노레이어의 모노레이어 수이고,

상기 모노레이어들 중 제1의, 외측 모노레이어에서, i=1이고, R_i는 0.8이상으로 된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, R_i는 0.95이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, R_i는 0.98이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, i=20이고, R_i는 0.20이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, i=20이고, R_i는 0.30이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, i=20이고, R_i는 0.40이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, i=30이고, R_i는 0.25이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업물은 상기 작업면에 마이크로릴리프를 가진다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 마이크로릴리프는 최대 깊이 5-30 미크론, 및 100-1000미크론의 폭을 가진 다수의 홈들을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업물의 작업면은 인공 고관절의 금속 컵이고, 상기 접촉면은 상기 컵을 둘러싸는 금속 관절 헤드 상에 배치된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, (a) 작업면을 가진 금속 작업물; (b) 상기 작업면에 대향하게 배치되어, 상기 작업면에 대해 상대 이동하는 접촉면; (c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 배치된 다수의 연마 입자들; 및 (d) 상기 작업면 및 접촉면 중 적어도 하나에 연계되어, 상기 상대 이동을 인가하며, 상기 작업면 및 접촉면에 대해 수직 방향으로 부하를 가하는 메커니즘을 포함하고, 상기 접촉면은 상기 다수의 연마 입자들과의 적어도 부분적인 탄력적 상호작용을 제공하고, 상기 접촉면은 40-90 범위의 쇼어 D 경도를 가지며, 상기 접촉면은 4-12J/m 범위의 충격에 대한 저항성을 가지며, 상기 메커니즘의 작용 시에, 상기 부하 작용하에 상대 이동에 의해 상기 연마 입자들 중 일부가 상기 작업면으로 침투하여 상기 작업면의 하나 이상의 표면 특성을 변화시키는 기계 장치가 제공된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 연마 입자들은 상기 작업면 및 접촉면 사이에 자유로이 배치된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 연마 입자들은 페이스트 내에 배치된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 쇼어 D 경도는 65 이상이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 쇼어 D 경도는 70-80의 범위이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 충격에 대한 저항성은 5-8J/m 범위이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 쇼어 D 경도는 65-90의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 쇼어 D 경도는 70-80의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 5-8J/m 범위이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면은 래핑 공구 상에 배치된다.

기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면은 10kg/cm²이상의 접착력으로 래핑 공구 기부에 부착된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면은 50kg/cm²이상의 접착력으로 래핑 공구 기부에 부착된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면은 80kg/cm²이상의 접착력으로 래핑 공구 기부에 부착된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 연마 입자들은 알루미나 입자들을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 하나 이상의 폴리머를 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료를 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하고, 상기 쇼어 D 경도는 65-90의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위이다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 25:75 대 90:10의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 1:2 대 2:1의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 3:5 대 7:5의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 20% 대 75% 범위의 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 대 75% 범위의 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 대 65% 범위의 폴리우레탄을 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 35% 이상의 에폭시 재료를 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 내지 70% 범위의 에폭시 재료를 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 금속 작업면은 강 작업면을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, (a) (i) 작업면을 가진 금속 작업물; (ii) 상기 작업면에 대향하게 배치되어, 40-90 범위의 쇼어 D 경도를 가지며, 4-12J/m 범위의 충격에 대한 저항성을 가지는 접촉면; (iii) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 자유로이 배치된 다수의 연마 입자들을 포함하는 시스템을 제공하는 단계; (b) 상기 작업면 및 접촉면에 수직 방향으로 부하를 가하는 단계; (c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 상대 이동을 인가하여 상기 작업물을 래핑하는 단계를 포함하며, (i) 상기 연마 입자들 중 적어도 일부가 상기 작업면으로 침투하도록 상기 접촉면 및 연마 입자들 사이에서 적어도 부분적으로 탄력적인 상호작용을 행하고, (ii) 상기 작업면의 하나 이상의 표면 특성을 변화시키도록 상기 접촉면 및 연마 입자들이 선택되며, 상기 부하 작용하에 상대 이동이 실행되는, 래핑 방법이 제공된다.

상기한 바람직한 실시예들의 다른 특징들에 따르면, 상기 작업면 위에 폴리머의, 접착성 막을 퇴적하도록 상기 접촉면 및 연마 입자들이 선택되며, 상기 부하 작용하에 상대 이동이 실행된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 폴리머의, 접착성 막은 상기 접촉면에서 적어도 부분적으로 유래된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, (d) 하나 이상의 홈을 형성하도록 상기 작업면에 마이크로릴리프를 인가하는 단계를 더 포함한다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 단계 (d)는 상기 래핑 전에 실행된다.

상기한 바람직한 실시예들의 또 다른 특징들에 따르면, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 내지 75% 범위의 폴리우레탄을 포함한다.

[도면의 간단한 설명]

이하에서 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예시적으로 설명된다. 이제 구체적으로 특별한 도면들을 참조하면, 도시된 특정 사항들은 예시적인 것으로서 본 발명의 바람직한 실시예들의 예시적인 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 원리 및 개념들을 가장 유용하고 용이하게 이해할 수 있는 설명이라고 믿어지는 것을 제공하기 위해 제시되었다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 상세한 본 발명의 구조들을 나타내려는 시도는 행해지지 않았으며, 본 발명의 여러 형태들을 어떻게 실시할 수 있을 것인 지를 당업자들에게 분명하게 하도록 도면들과 함께 설명이 되어 있다. 도면들을 통해, 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타내도록 사용되고 있다.

도면들에서 :

도1a는 삽입된 윤활층을 갖는 기계적 상호작용 면들을 개략적으로 나타낸 도면;

도1b는 상호작용 융기부들을 갖는 기계적 상호작용 면들을 개략적으로 나타낸 도면;

도1c(i)-(ii)는 종래의 래핑 과정에서 조절되는 작업면을 개략적으로 나타낸 도면;

도2는 본 발명의 일 양태의 일반적인 개념의 도면;

도3a는 본 발명에 따른 홈이 새겨진 실린더의 개략적인 측면도;

도3b는 본 발명에 따라, 홈이 새겨진 작업면, 금속 판의 개략적인 도면;

도4a는 본 발명의 실시예에 따른 조밀한 사인곡선 홈 가공 패턴을 나타낸 도면;

도4b는 본 발명의 실시예에 따른 사인곡선 홈 가공 패턴을 나타낸 도면;

도4c는 본 발명의 실시예에 따른, 겹친 파형을 포함하는, 홈 가공 패턴을 나타낸 도면;

도4d는 본 발명의 실시예에 따른 구멍이 패인 홈 가공 패턴을 나타낸 도면;

도4e는 본 발명의 실시예에 따른 마름모꼴 홈 가공 패턴을 나타낸 도면;

도4f는 본 발명의 실시예에 따른 나선형 홈 가공 패턴을 나타낸 도면;

도5는 홈이 새겨진 영역을 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 작업면 조절 과정의 플로우챠트;

도6a는 본 발명의 상호작용면의 개략적인 도면;

도6b는 도6a의 상호작용면의 개략적인 측면도

도7a는 미리 가공된 표면의 개략적인 단면도;

도7b는 평탄한 면의 개략적인 단면도;

도7c는 미세 홈 가공 후의 평탄한 면의 개략적인 단면도;

도7d는 조절된 융기부들을 갖는 홈이 새겨진 표면의 개략적인 단면도;

도8a는 처리 전의, 본 발명의 작업면의 개략적인 단면도;

도8b는 미세 홈들이 융기부들에 의해 둘러싸여 있는, 미세 홈 가공 후의, 작업면의 개략적인 단면도;

도8c는 래핑 후의, 평탄화된 미세 홈 가공 면의 개략적인 단면도;

도9a는 본 발명에 따른, 래핑 전의 래핑 공구-작업면 인터페이스의 개략적인 단면도;

도9b는 본 발명에 따른, 래핑 처리 후의 래핑 공구-작업면 조건의 개략적인 단면도;

도9c(i)-(iii)은 본 발명의 래핑 과정에서 조절된 작업면의 또 다른 개략적인 단면도;

도10a-1 및 도10a-2는 초기에 오일로 커버된 기준 작업면의 습윤 패턴들의 사진들로서, 도10a-1은 오일 드롭이 분포된 5초 후 종래 기술의 작업면을 나타내며, 도10a1-2는 오일 드롭이 분포된 60초 후, 동일 작업면을 나타낸 도면;

도10b-1 및 도10b-2는 초기에 오일로 커버된 예시적인 본 발명의 작업면의 습윤 패턴들의 사진들로서, 도10b-1은 오일 드롭이 분포된 5초 후 본 발명의 작업면을 나타내며, 도10b1-2는 오일 드롭이 분포된 60초 후, 동일 작업면을 나타낸 도면;

도11a는 종래의 작업면의 여러 가지 기본적 구성의 스퍼터 깊이-프로파일링 플로트를 나타낸 도면;

도11b는 본 발명의 작업면의 여러 가지 기본적 구성의 스퍼터 깊이-프로파일링 플로트를 나타낸 도면;

도12a는 본 발명에 따른, 작업면 상에 퇴적된 단단한, 탄소 함유 막을 나타낸 개략적인 단면도;

도12b는 작업면의 여러 개의 나노층들을 제거한 후에, 도12a의 도면의 일부를 나타낸 도면;

도13은 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 트리볼로지컬 시스템의 개략적인 도면;

도14a는 미리 코팅된 표면의 개략적인 단면도;

도14b는 도14a의 코팅된 표면의 개략적인 단면도;

도14c는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도14b의 표면의 미세 홈의 개략적인 단면도;

도15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 구멍이 형성된 플라스틱 커버에 의해 커버된 작업면의 개략적인 단면도;

도16은 본 발명에 따른 내부 작업면을 가진 도관에서 전송되는 유체의 단면 속도 프로파일을 나타낸 개략적인 단면도;

도17은 신체에 이식되는 인공 관절의 개략적인 단면도;

도18은 본 발명에 따라 조절된 시험 디스크용 실험적 셋업을 개략적으로 나타낸 아이소메트릭 도면;

도19는 “한방울 드롭” 시험에서, 본 발명에 따라 제안된 로울러의 트리볼로지컬 특성을 평가한 테스트 리그(rig)의 개략적인 도면;

도20은 각 로울러에 대해, 시험의 정지점의 마찰 계수를 나타낸 도면; 및

도21은 마찰 계수(μ) 및 마모(h)를 마찰 길이(L)의 함수로 플로트한 도면이다.

본 발명은 개선된 작업면, 및 상기 개선된 작업면을 제조하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 원리들 및 작동은 도면들 및 그에 첨부된 설명들을 참조하면 잘 이해될 것이다.

발명의 하나 이상의 실시예들을 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명은 이하 의 설명에 기재되어 있거나 또는 도면들에 도시되어 있는 부품들의 구체적인 구성 및 배열로 그의 응용이 제한되지 않음을 이해하기 바란다. 본 발명은 다른 실시예들 또는 여러 가지 방식들로 실시 또는 실행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 어휘 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로서 간주되지 않아야 함을 이해하기 바란다.

본 발명에 따르면, 상대적인 미끄럼 이동 동작 시의 윤활면은 상호 작용 과정에서 마모 및 마찰을 줄이도록 처리된다. 가장 일반적인 의미로서, 본 발명의 과정은, 고도의 윤활 반발성을 가진 하나, 및 윤활제를 향해 상대적 흡인성을 가진 다른 하나의, 두 개의 영역들을 형성하도록, 작업면을 변화시키는 것이다. 상기 두 개의 영역들은 후술되는 바와 같이 간섭되어 있다. 하나의 영역은 윤활제를 향해 더 우세한 흡인성을 가진, 작업면 위에 잘 분포된 구조들의 조립체를 구성하고 있다. 본 발명의 개략적인 개념은, 이제부터 참조하게 될 도2에 나타나 있다. 영역들의 조합으로 구성된 개략적인 작업면이 도시되어 있다. A로 표시된 영역들은 윤활제 흡인성인 지역이고 B로 표시된 영역들은 상대적으로 윤활제 반발성인 지역들이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 윤활제로의 흡인에 대한 영역들 사이의 차이는 구조적 차이와 연관된다. 본 발명의 이 실시예의 시스템의 구조적 양태는 도3a-b에 개략적으로 도시되어 있다. 도3a에서, 실린더(50)는, 나선형 홈(52) 등의 하나 이상의 홈들이 표면 위에 새겨져 있는 그의 표면 구조를 가진다. 일반적으로, 이러한 홈들은 약 5-30미크론의 최대 깊이, 및 약 100-1000미크론의 폭을 가진다. 원래의 표면의 나머지 부분은 하나 이상의 융기부들, 이 예에서는, 나선형 융기부(54)를 가진다. 따라서, 실린더(50)의 외부는, 융기부들을 포함하는 표면 영역, 및 홈들을 포함하는 파진 영역의, 두 개의 영역들을 포함한다. 도3b에서, 본 발명에 따라 금속 슬랩(slab)(60)이 처리된다. 다른 요소(도시 안됨)와 마찰 작용된 후에, 상기 작업면은, 조립체의 상기 파진 영역으로 되는 홈들(62), 및 금속 슬랩(60)의 작업면의 표면 영역을 형성하는 교호하는 융기부들(64)을 포함한다.

영역 패턴들

도4a-f에서는, 본 발명의 실시예들의 구조적 양태들에 적합한, 미세홈 등의, 홈들의 예시적인, 개략적 패턴들이 도시되어 있다. 도4a-b는 밀도가 변화하는 사인 곡선 패턴을 나타내며; 도4c는 만곡부들이 겹쳐진 사인 곡선 패턴을 나타내며; 도4d는 구멍 패인 패턴을 나타내며; 도4e는 장사방형 패턴을 나타내며, 도4f는 나선형 패턴을 나타내고 있다. 패턴들의 선택의 다양성은 매우 넓고, 상기 주어진 예들은 단지 대표적인 소수만을 나타낸 것이다.

작업면의 처리

본 발명에 따른 처리는 표면 처리한 윤활제 반발성 영역들의 형성을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 표면은 윤활제 흡인성 영역들 및 윤활제 반발성 영역들을 모두 처리하는 합성 표면이다. 바람직하게도, 윤활제 반발성 영역들은, 작업면을 기계적으로 처리하거나, 또는 윤활제 반발성 코팅으로 표면 영역을 코팅함에 의해 제조될 수 있는 작업면의 표면 영역이다.

일부 실시예들에서, 특수한 마찰 특성을 전달하기 위한 작업면의 기계적인 처리는 작업면의 기복의 변화를 필요로 한다. 도5에 개략적으로 나타낸, 작업면을 조절하기 위한 바람직한 처리에서, 홈이 새겨진 영역의 형성 및 표면 영역의 조절은 다음 순서로 행해진다 : 단계 90에서, 작업면이 연마 및/또는 래핑에 의해 기계 가공되어 고도의 편평도 및 표면 마무리를 얻는다. 단계 92에서, 홈이 새겨진 영역은 후술되는 바와 같이 형성되며, 단계 94에서, 표면 영역의 조절이 행해진다.

래핑은 표면 영역의 상기한 조절을 위해 적합하고 바람직한 기술이다. 래핑은 매우 양호한 편평도, 및 매우 양호한 마무리를 얻을 수 있다. 래핑 기술은, 고정 연마제를 사용하는, 그라인딩에 비해, 자유로이 유동하는 연마 재료를 사용한다.

도6a는 상호작용 표면(100)을 개략적으로 나타내며, 본 발명의 실시예에 따라 그의 작용면(102)이 처리될 것이다. 상기 표면의 개략적인 단면도는 도6b에 나타내며, 도7a-d에 도시된 단면의 확대도의 위치를 나타내고 있다. 도7a에, 미리 가공된 표면(106)을 나타내고 있다. 도7b에, 상기 가공된 표면이 수평으로 도시되어 있다. 도7c에서, 미세 홈(108)이 형성된 후의 표면(106)을 나타내고 있다. 다음 단계에서는, 도7d에 나타낸 바와 같이, 작업면이 변형되어, 윤활 반발성 특성을 표면 영역(109)으로 전달한다. 표면 영역에 새로운 층이 형성되며, 이 층은 (110)으로 나타내고 있다. 이 층은 상세하게 후술된다.

래핑 단계가 미세 홈 형성 단계 이후에 있는 것이 바람직한 이유는 표면 위에 홈이 새겨진 미세 구조를 형성함에 의해 불룩한 부분들이 나타날 수 있기 때문이다. 이러한 불룩한 부분들은 상기 구조적 변화들이 레이저-커팅에 의해 행해지더 라도 나타날 수 있다. 이를 지금부터 참조하게 될 도8a-b에 나타내고 있다. 도8a에, 작업면의 단면을 라인(120)으로 개략적으로 나타내고 있다. 도8b에, 불룩한 부분들(122)을 동반하여, 미세 홈들(120)이 형성된다. 도8c에서는, 표면 영역이 래핑, 불룩한 부분들의 수평화 및 소성 변형된 층(124)의 형성에 의해 처리된다.

상기한 바와 같이, 래핑은 본 발명에 따른 기계적 요소의 작업면의 특성을 얻기 위한 바람직한 기계적 마무리 방법이다. 상기 래핑은, 그의 표면이, 처리된 기계적 부분의 작업면 보다 부드러운, 래핑 공구를 포함한다. 연삭숫돌은 래핑 공구의 면 보다 더 단단해야 하며, 처리된 작업면보다 단단해야 한다. 근본적으로 상기 연삭숫돌은 너무 단단하거나 또는 부서지기 쉬운 것은 아니며, 따라서 다이아몬드 그릿은 본 발명의 래핑 기술용으로 적합하지 않게 된다. 본 발명에 따르면, 산화 알루미늄이 여러 가지 래핑 표면들 및 작업면들의 적절한 연마 재료로 밝혀졌다.

도9a-b는 본 발명의 래핑 과정의 현재의 진행 단계들을 개략적으로 나타내며, 작업면의 조절이 촉진되고 있다. 초기 조건은 도9a에 극히 작은 레벨로 개략적으로 도시되어 있다. (대상 작업물(131) 위에 배치된) 작업면(132)의 불규칙한 지형이 래핑 공구(134)와 대향하고 있으며 불규칙한 거리로 떨어져 있다. 연마 입자(136) 등이 래핑 공구(134)에 그리고 작업면(132)에는, 더 적은 정도로, 부분적으로 침하되어 있다. 상기 작업면 및 래핑 공구는 화살표(138)로 나타낸 바와 같이 상대 이동하도록 되어 있다. 이 이동은 순시적인 크기 V를 가진다.

도9b에서는, 일부 래핑 작용이 실행되어, 작업면(132)이 덜 불규칙하게 되어 있다. 표면들 사이의 상대 이동의 결과, 연마 입자(139) 등의, 연마 입자들은 어느 정도 둥글려져, 표면들에 대해 문지르는 과정에서 그들의 날카로운 에지들의 일부가 뭉퉁해진다.

초기에는, 연마 입자들(136)이 작업면(132)으로 침투하여 그로부터 재료를 파내게 되며, 과정이 계속되면, 연마 입자들은 둥글려지고, 상기 처리된 부분에서 사실상 더 이상의 재료가 제거되지 않는다. 대신에, 상기 래핑 이동은 대상 작업물(131)의 작업면(132)에 소성 변형을 일으켜, 작업면(132)의 미소-경도를 증가시킨다.

도9c(i)-(iii)는 본 발명의 래핑 과정 및 시스템에서 조절된 작업면을 개략적으로 나타낸 다른 도면들이다. 도9c(i)에서, 대상 작업물(131)의 작업면(132)은 래핑 공구(134)의 접촉면(135)에 대향하고 있다. 일반적인 연마 입자(136)로 도시된, 연마 입자를 포함하는 연마 페이스트(paste)가 작업면(132) 및 접촉면(135) 사이에 배치된다. 종래의 래핑 기술과 같이, 래핑 공구(134)의 접촉면(135)은 작업면(132)에 대해 내마모성이 높고 경도가 낮은 재료로 되어 있다. 연마 입자들의 구성 및 사이즈는, 표면 거칠기를 소정 거칠기로 감소시키는 등의, 계획에 따라 작업면(132)을 쉽게 마멸시키도록 선택된다.

표면(132,135)에 거의 수직 방향으로 부하가 인가되어, 연마 입자(136)가 작업면(132) 및 접촉면(135)으로 침투하도록 야기함으로써, 작업면(132)에 매립된 연마 입자(136)의 부분 상에 압력 P가 인가된다. 연마 입자(136)의 작업면(132)으로 의 침투 깊이는 ha₂로 나타내며, 연마 입자(136)의 접촉면(135)으로의 침투 깊이는 hb₂로 나타낸다. 연마 입자(136)는 작업물(131)로의 침투보다 큰 정도로 래핑 공구(134)로 침투하여, hb₂>>ha₂로 된다. 본 발명의 접촉면(135)의 변형의 탄력 특성 때문에, 연마 입자(136)의 접촉면(135)으로의 침투 깊이가 (동일 압력 하의) 종래 기술의 동일 연마 입자들의 접촉면들로의 침투 깊이보다 크게 된다, 즉

hb₂>hb₁,

상기 식에서 hb₁은 도1c(i)에서 정의된다. 따라서, 연마 입자(136)의 작업면(132)으로의 침투 깊이 ha₂는 종래 기술의 대응하는 침투 깊이 ha₁보다 적다, 즉

ha₂<ha₁.

도9c(ii)에서, 작업물(131) 및 래핑 공구(134)는 상대 속도 V로 이동된다. 작업물(131) 및 래핑 공구(134)의 압력 P 및 상대 속도 V는 칼날로 작용하는, 연마 입자(136)가 작업물(131)에서 표면 재료의 칩을 깎아내도록 하는 량으로 되어 있다. 이 칩은 일반적으로 종래 기술의 래핑 기술에 의해 조절되는 작업면에서 마멸되는 칩들 보다 적게 된다.

도9c(ii)-(iii)에서, 상대 속도 V는 대응하는 전단력 Q가 압력 P에 대해 충분히 크고, 연마 입자(136) 상의 합성 힘 벡터 F의 방향이 연마 입자(136)를 회전시킬 수 있도록 선택된다. 이 회전 중에, 접촉면(135) 및 래핑 공구(134)의 탄성이 연마 입자(136)내의 내부 응력을 종래 기술에 비해 적게 함으로써, 연마 입자(136) 등의, 통상의 입자는 분쇄되지 않고, 오히려 그 표면의 에지들이 둥글려진다. 이 둥글려짐 현상의 이상적 형태가 도9c(iii)에 나타나 있다.

본 발명의 작업면들은 상기 표면의 여러 가지 거시적 특성에 영향을 미치는 고유의 미세구조를 가진다. 이론에 의해 제한되기를 원하지 않으면, 본 발명의 래핑 시스템은, 작업면의 미세구조를 개선하도록, 작업면에 소성 변형을 야기하게 되는 것으로 믿어진다.

개조된 미세 구조의 하나의 징후는 미세-경도의 큰 증가이다. 개조된 미세 구조의 다른 징후는 도10b-1 및 도10b-2에 도시된 바와 같은, 본 발명의 표면의 특징적인 습윤 특성이다. 기준 면의 특징적인 습윤 특성을, 비교의 목적으로, 도10a-1 및 도10a-2에 나타낸다.

기준면 표본 및 본 발명의 표면의 표본은 모두 어닐링된 SAE 4340 강(HRC=54)으로 제조된다. C22 오일 한 방울이 각각의 표본의 전체 표면에 걸쳐 산포되어, 커버리지 또는 습윤은 사실상 100%로 되었다. 이어서, 상기 습윤 영역을 시간의 함수로서 감시하였다. 도10a-1은 상기 오일 방울이 분포된 5초 후의 기준 작업면을 나타내며, 도10a1-2는 오일 방울이 분포된 60초 후의 동일의 작업면을 나타내고 있다. 기대되는 바와 같이, 기준면 표본은 오일 층에 의해 완전하게 커버되어 남겨지며, 전체 시험 기간(24시간) 동안 계속하여 완전하게 커버된다.

도10b-1 및 도10b-2는 초기에 오일로 덮혀있는 본 발명의 예시적인 작업면의 습윤 패턴을 사진으로 나타내고 있으며, 도10b-1은 상기 오일 방울이 분포된 5초 후의 본 발명의 작업면을 나타내며, 도10b1-2는 오일 방울이 분포된 60초 후의 동 일의 작업면을 나타내고 있다. 기준 표본에 대해 대조적으로, 상기 습윤 영역은 대략 초단위로 급속하게 감소된다.

특징적인 무차원 습윤 계수는 :

상기 식에서 A(t)는 시간의 함수로서 나타낸 작업면의 명목상의 습윤 면적이고, A₀는 작업면의 명목상의 표면적이며, t=0에서 1의 값으로부터 단지 5초 후에 약 0.85로 감소된다. 1분 후에, 특징적인 무차원 습윤 계수는 0.25 밑으로 감소된다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 작업면의 이 액체 반발성은 감소된 마찰 및 마모, 감소된 고착 위험성, 및 상기한 표면들을 포함하는 기계적 요소들의 연장된 작동 수명과 연관되어 있다.

래핑 공구의 접촉면의 기계적 표준

래핑 공구를 얇고(예컨대, 0.05-0.4mm), 어느 정도 탄력적인 층으로 코팅(또는 10mm 정도 까지, 또는 그 이상의, 두꺼운 탄성층으로 구성되거나 또는 포함하는 래핑 공구를 제조)함으로써, 조절된 작업면의 미세 경도 및 윤활제 반발성 모두를 촉진시킨다. 이러한 층이 따라야 하는 기계적 표준은 :

1. 래핑 과정에서 사용되는 연마제 페이스트에 대한 내마모성;

2. 개별 연마 입자들이 상기 층으로 침투하여, 상기 층에 의해 보유되기 위한 소성 변형; 개별 연마 입자들이 작업면과의 접촉 중에 회전함으로써, 상기 소성 변형에 의해, 상기 입자들 및 작업면 사이에 가해지는 압력 변화에 따라, 변화하는 깊이들의 층으로 상기 층이 흡수되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 연마 입자들은 작업면에 대해 회전하며, (미세 분말로 빻아지는) 분쇄가 행해지는 대신에, 시간이 지남에 따라 더욱 둥글려지게 된다.

3. 상기 층이 연마제 분말을 파쇄 또는 분쇄하지 않도록 상기 층의 경도가 선택된다;

4. 래핑 공구 기부에 대한 상기 층의 강한 접착을 포함한다.

중량비로, 약 25:75 내지 90:10의 비로 된 에폭시 접합제 및 폴리우레탄의 혼합물이 래핑 공구의 접촉면의 형성에 적합함을 발견하였다. 에폭시 접합제/폴리우레탄 혼합물에서, 에폭시는 래핑 공구의 기부에 대한 접착 및 경도를 제공하는 반면에, 폴리우레탄은 필수적인 탄성 및 내마모성을 제공한다. 또한, 폴리우레탄은 상세하게 후술되는 바와 같이, 작업면 위에 탄소-함유 코팅의 퇴적에서 더욱 중요한 작용을 행하는 것으로 믿어진다. 당업자라면 에폭시 접합제/폴리우레탄 혼합물의 제조는 알려진 조성 및 제조 기술을 이용하여 얻어질 수 있음을 이해할 것이다.

더 바람직하게는, 폴리우레탄에 대한 에폭시 접합제의 중량 비가 약 1:2 내지 2:1 범위인 것이고, 더욱 바람직하게는, 약 3:5 내지 약 7:5의 범위이다.

래핑 공구의 탄성 층의 절대 함량의 면에서, 상기 탄성층은, 중량 비로, 적어도 10%의 폴리우레탄, 바람직하게는 20% 및 75% 사이의 폴리우레탄, 더 바람직하게는, 40% 및 75% 사이, 가장 바람직하게는 40%(40%도 포함) 및 65%(65%도 포함) 사이를 함유해야 한다.

상기 탄성층은 바람직하게는, 중량 비로, 약 10%의 에폭시, 더 바람직하게는, 적어도 35% 에폭시, 더 바람직하게는, 적어도 40% 에폭시, 및 가장 바람직하게는 40%(40%도 포함) 및 70%(70%도 포함) 사이를 함유해야 한다.

바람직하게, 본 발명의 접촉면(래핑 면)은 다음의 물리적 및 기계적 특성의 조합을 가져야 한다 :

ㆍ40-100 범위내, 바람직하게는 65-90, 및 가장 바람직하게는 70-80 범위 내의 쇼어 D 경도;

ㆍ ASTM STANDARD D 256-97에 따른, 3-12J/m의 범위, 바람직하게는 4-9J/m, 가장 바람직하게는 5-8J/m 범위 내의 (등급을 갖는) 충격에 대한 저항성;

ㆍ 상세하게 후술되는 바와 같이, 래핑 공구 기부를 이용하는 응용들에 있어서의, 래핑 공구 기부, 및/또는 사용되는 특정 작업면에 대해, 적어도 10kg/cm², 더 바람직하게는, 적어도 50kg/cm², 더욱 바람직하게는, 80kg/cm², 더더욱 바람직하게는, 100kg/cm², 가장 바람직하게는, 120kg/cm²의 접착 강도를 가져야 한다.

이들 물리적 및 기계적 특성의 요구조건들을 만족시키는, 다양한 재료들 또는 재료들의 조합이 당업자에 의해 개발될 수 있음을 이해하기 바란다.

실험실에서, 강(AISI1040) 샘플(403)이 분쇄되고 이어서 본 발명의 래핑 공구 및 방법을 이용하여, (알루미나 입자를 포함하는) 연마제 페이스트를 사용하여 가공된다.

AISI1040 강의 표준 또는 기준 샘플(40)이 그라인딩된 후, 더 이상 처리되지 않았다.

표면에서의 Fe 샘플들의 기본 구성 및 심층 집중 분포도(“스퍼터 깊이별-프로파일링”)를 제어된 아르곤-이온 충격과 조합된 표면-민감성 오제이 전자 현미경 (Auger Electron Spectroscopy)(AES)에 의해 평가하였다.

AES 깊이별-프로파일링의 결과들은 표준 샘플(40)에 대해 도11a에, 샘플(403)에 대해 도11b에 나타내었다. 탄소(C), 산소(O) 및 철(Fe)의 강도 피크들은 각 샘플의 표면 층의 첫 번째 60 나노미터의 양적인, 기초 분석을 제공한다.

표준 샘플(40)(스퍼터링 시간=0)의 표면은 (원자%로) 약 20%Fe, 44%C, 및 36% O를 포함한다. 대조적으로, 샘플(403)의 표면은 사실상 0%의 Fe, 및 약 88% C 및 12% O를 포함한다.

스퍼터링 시간을 증가시키면, AES 깊이별-프로파일링은 표준 샘플(40)의 C 함유량이 - 1-2nm내에 - 약 5%로 급격하게 감소하는 반면에, Fe 함유량은 표면에서 4nm의 깊이에서 85% 넘게 급증한다.

이와 대조적으로, AES 깊이별-프로파일링은 샘플(403)의 C 함유량이 점진적으로 감소되어 40-50nm 이상 동안 거의 선형적으로 약 10%로 된다. 깊이 20nm에서, 샘플(403)의 C 함유량은, 표면에서의 표준 샘플(40)의 C 함유량보다 높은, 약 50%이다. 또한, Fe 함유량은 C 함유량의 감소에 따라 크게 증가하여, 표면으로부터 깊이 20nm에서, 샘플(403)의 Fe 함유량은 여전히 50% 미만이다.

도12a를 참조하면, 본 발명의 래핑 공구 및 방법을 이용하여, 작업면(410) 상에 통상 나노미터로, 극히 얇고, 단단한, 탄소-함유 코팅 또는 막(420)이 부착되 어 있음을 알 수 있게 된다. (필수적으로 한정적인 것은 아니지만) 사실상 탄소-함유 코팅의 공급원은 본 발명의 래핑 공구의 표면의 탄소-함유 재료이다. 이와 다르게 또는 부가적으로, 탄소-함유 코팅의 공급원은 래핑 과정에 사용되는 연마제 페이스트에 추가된 탄소-함유 입자 및 재료들(예컨대, 폴리머 재료)로 될 수 있다.

일반적으로, 작업면(410)에서 돌출하는, 울퉁불퉁한 부분들(412,414)도 코팅(420)에 의해 커버된다. 도12a의 작업면(410)의 일부를 나타내고 있는, 도12b에서, 코팅(420)은 마모, 특히 울퉁불퉁한 부분들을 커버하는 영역에서의 마모를 나타내고 있다. 결과적으로, 울퉁불퉁한 부분(414) 등의, 울퉁불퉁한 부분들 자체는 마멸된다. 이 상태에서, 울퉁불퉁한 부분(414)의 노출된 표면 영역(416)은 노출된 코팅 영역(422)에 의해 넓게 둘러싸인다. 따라서, 노출된 표면 영역(416) 근방의 윤활제는 노출된 코팅 영역(422)에서 울퉁불퉁한 부분(414)의 노출된 표면 영역(416)을 향해 이동되어, 우수한 윤활 조건이 유지되는 경향이 있다.

도12a-b의 코팅된 작업면은 종래 기술의 다른 모든 코팅된 작업면 및 여러 가지 기본 방식으로 본 명세서에서 제공된 모든 다른 코팅된 작업면(예컨대, 도14a-14c)과 다른 점이 강조되어야 한다. 이들은 :

ㆍ 도12a의 코팅 또는 막은 200nm, 더 바람직하게는 5-200nm의 평균 두께를 가진 나노미터 막이다. 일반적으로, 상기 나노미터 막은 5-100nm의 평균 두께를 가진다. 평균 두께 5-50nm의 나노미터 막을 가진 작업면에 대해 우수한 실험적 결과들이 얻어졌다.

대조적으로, 도14a-14c에 나타낸 플라스틱 코팅은 상기 홈들에 유사한 두께 를 가지며, 항상 수 미크론을 초과한다.

ㆍ 본 발명의 래핑 방법 자체에 의해 나노미터 막의 퇴적이 실행된다.

ㆍ 상기 나노미터 막의 재료 공급원은 본 발명의 래핑 공구의 접촉면, 또는 상기 페이스트에 배치된 재료들로부터이다.

ㆍ 상기 나노미터 막은 작업면의 나노미터 윤곽을 충전함에 의해 작업면에 직접 결합된다.

ㆍ 상기 나노미터 막은 작업면에 대한 강한 접착제이다. 따라서, 상기 막은 종래 기술의 코팅들의 특징인, 벗겨짐, 박편화, 부스러짐 현상이 방지된다.

ㆍ 상기 마이크로릴리프(microrelief)는 나노미터 코팅의 퇴적 전에 실행된다.

상기 나노미터 막은 작업물의 표면의, 일측에 결합되고, 그 대향하는 측에서, 나노미터 막은 작업물의 작업면으로 되어, 윤활제, 및 작업면 및 대향 면들( 및 그 위의 부하)의 상대 이동으로부터의 마찰력에 노출됨을 강조하여야 한다.

도13은 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 트리볼로지컬 시스템(500)의 개략적인 도면이다. 트리볼로지컬 시스템(500)은, 부하 L을 지지하는 작업면(접촉 영역)(503), 고정 요소(부싱)(502) 내에 배치된 대향면, 및 작업면(502) 및 대향면(504) 사이에 배치된 윤활제(도시 안됨)를 가진, 회전하는 작업 피스(502)(도시 안된, 회전 기구는 표준임)를 포함한다. 작업면(503)은, 상기한 바와 같이, 본 발명의 작업면이다. 홈이 새겨진 영역(홈들)(506)은 윤활제의 저장소 및 먼지의 트랩으로서 작용한다.

본 발명의 래핑 방법 및 그에 의해 제조된 작업면은, 작업면의 홈 패턴 형성 후에, 동일한 홈 패턴과 조합된 종래 기술의 래핑 표면에 대해, 실험적으로 나타내진 바와 같이(아래의 표3 및 표4 참조), 놀라운 고 성능을 성취하게 됨을 강조하여야 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 표면 영역을 기계적으로 조절하는 대신에 작업면 위에 플라스틱 코팅이 인가된다.

작업면을 코팅하는 과정은 코팅의 전조로서 작업면을 덮는 첫 번재의 단계를 포함한다. 본 발명의 이 실시예에 따른 작업면의 처리의 주 단계들은 이제부터 참조되는 도14a-c에 도시되어 있다. 도14a에서, 작업면은 (150)으로 나타내고 있다.

도14b에서, 작업면(150) 상에 플라스틱 코팅(152)이 인가된다. 코팅(152)이 퇴적된 후에, 예컨대, 도14c에 도시된 바와 같이, 작업면(150) 및 코팅(152)에 마이크로-홈을 새기는 등에 의해, 코팅(152)의 부분이 제거된다. 상기 마이크로-홈 또는 홈들(154)은 플라스틱 코팅(152)을 통해 작업면(150)으로 침투한다. 이 예에서, 플라스틱 코팅(152)으로 된 표면을 가진, 융기부들(153)이 표면 영역을 구성하는 반면에, 홈들(154)이 홈이 새겨진 영역을 구성한다. 상기 홈이 새겨진 영역은 표면 영역에서 보다 작업면에 도포된 윤활제에 대해 더욱 흡인성이 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 작업면은 그라인딩에 의해 처리된다. 따라서, 상기 표면은, 구멍들을 포함하는, 윤활제 반발성 테이프 층에 의해 코팅된다. 이 절차의 결과는 도15에 도시된다. 작업면(160)은, 구멍(164) 등의 구멍들이 코팅 전에 펀칭되는 플라스틱 다공성 시트(162)로 커버된다.

홈이 새겨진 영역의 형성

홈이 새겨진 영역을 형성하기 위해, 작업면은 다수의 홈들을 얻도록 미세-구조화된다. 이는, 기계적 절단, 레이저 각인(engraving), 및 화학적 에칭을 포함하는, 알려진 여러 가지 방법들에 의해 얻어질 수 있다. 기계적인 부품들에서 규칙적인 마이크로릴리프를 제조하기 위한 방법은, 트리보테스트 저널 4-2, 1997년, 12월, (4), 159의, “부족한 윤활 하에서의 편평한 디스크의 마모 시험”에서 엠. 레비틴 및 비. 삼시도프에 의해 발표되었으며, 그의 전체 내용이 본 발명에 참조되어 포함되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 작업면은 유체 이송을 위해 사용되는 도관 또는 용기의 표면의 내벽에 사용되어, 내벽의 표면에서의 마찰을 감소시키며, 유체 펌핑 시의 에너지 비용 및 압력 감소도 대응하게 감소시킨다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 “도관”은 적어도 하나의 액체의 이송을 위해 사용되는 용기에 관한 것이다. 상기 용어 “도관”은 구체적으로 관, 파이프, 개방 도관, 펌프의 내부면 등을 포함하는 의미로 된다.

도16은 도관(182)으로 이송되는 유체의 단면 속도 프로파일(180)을 나타낸 도면이다. 이론에 의해 제한되기를 원하지 않는 다면, 본 발명의 작업면의 독특한 표면 구조 및 에너지로 인해, 벽(184)의 내측 작업면(183)에 인접한 접착력이 감소되는 것으로 믿어진다. 또한, 내측 작업면(183)에 인접한 경계층의 두께도 감소되어, 벌크-상태 유동이 종래의 금속 도관에서 보다 벽(184)에 더 가깝게 발생되는 것으로 믿어진다.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 작업면 및 래핑 방법 및 장치는 인공 관절, 예컨대 고관절의 제조 시에 사용된다. 종래의 고관절은, 사용 중에 그들의 효과의 감소 및 그들의 수명의 단축 등의, 다수의 단점들을 지니고 있다. 먼저, 관절 대체 후에 신체에 의해 발생되는 활액(滑液)이 원래 존재하던 활액보다 상당히 희석되고 따라서 80% 미만의 점성으로 되기 때문에, 인공 관절 부품들이 유체막에 의해 서로 완전하게 분리되지 않게 된다. 인공 관절용으로 사용되는 재료, 및 슬라이딩-레지메(sliding-regime) 변수들은 다음 두가지 타입의 윤활제만을 허용한다 :

(i) 혼합된 윤활제, 및 (ii) 경계 윤활제, 이로써 플라스틱 또는 금속 빨판(acetabular) 소켓면 상에서 미끄럼 이동하는 금속의 대퇴부(大腿部)의 헤드면에 의해 부하가 지지된다. 이 결과 부품들의 가속되는 마모, 마찰력 증가, 및 관절 부품들의 헐거움에 일조하게 되고, 궁극적으로는, 관절의 오작동에 이르게 된다.

초-고-하중 폴리에틸렌(UHMWPE) 컵의 고 마모율로 인해 컵으로의 금속 헤드의 침투가 증가되어, 컵을 느슨하게 할 수 있는, 비정상적 바이오메카닉으로 인도하게 된다. 또한, 컵의 마모 중에 발생되는, 폴리에틸렌 부스러기는 조직 역 반응을 야기하여, 인공 기관 부품들의 헐거움을 유도하며, 다른 합병증을 야기할 수 있다. 또한, 마모 증가는 인공기관 근방의 조직들로 침투하는, 금속 마모 입자들을 생성한다. 또한, 주로 콜라겐으로 형성되는, 섬유질 캡슐은 종종 금속 및 플라스틱 마모 입자들을 둘러싸게 된다. 또한, 금속 부품들의 마모는, 이식된 인공기관에서 환자의 여러 내부 장기로, 다른 입자들과 함께 이송되는, 금속 이온들을 생성한다. 이 현상들은 인공기관의 사용에 악 영향을 미친다.

또한, 수술 중에 컵에 존재하는, 또는 관절 중의 컵 및 히프 사이의 접촉 영역으로 진입하는, 뼈 및 뼈 결합 입자들은 컵 표면에 매립되려는 경향이 있다. 이들 매립된 뼈 입자들은 헤드에 손상을 야기하며, 이로써 컵의 마모를 크게 증가시키게 될 수 있다.

마찰면의 마모를 감소시키기 위해, 마이크로릴리프 기술을 이용하는 헤드 마찰면의 처리가 문헌(1999년, 6월, 트리보테스트 저널 5-4에서, “히프 임플란트에서의 마찰의 실험적 연구”라는 명칭으로, 레비틴, 엠, 및 삼시도프 비에 의해 발표되어, 그 전체 내용이 본 발명에 참조되어 포함됨)에 제시되어 있다. 마이크로릴리프 기술은 윤활 및 마찰 특성을 개선하고, 관절의 웅형 및 자형 부품들 사이의 마찰 영역에서의 마모 부스러기, 뼈 파편, 및 뼈 결합 입자들의 제거를 편리하게 한다.

그러나, 인공 관절들에서의 마찰 및 마모의 감소를 더욱 개선하기 위해 잘 인식되어 있는 필요성이 있다. 도17에 도시된, 본 발명의 다른 실시예에서, 금속 관절 헤드(441)는 금속 컵(442) 내에 결합된다. 바람직하게, 금속 관절 헤드(441)는 종래 알려진 마이크로릴리프 기술에 따라 홈(444)(홈들, 구멍들 등)을 가진다. 더욱 중요하게, 금속 관절 헤드(441)는 본 발명의 래핑 방법으로 처리되어, 본 발명의 작업면을 생성하게 된다.

바람직하게, 금속 관절 헤드(441)의 표면은, 도12a를 참조하여 상기한 바와 같이, 통상 나노미터의, 극히 얇은, 탄소 함유(또는 폴리머) 코팅 또는 층으로 코 팅된다.

예들

이하 상기한 설명들과 함께 이하의 예들을 참조하여 비제한적인 형태로 본 발명을 설명한다.

예1

이제부터 참조하는 도18에서 실험적 셋업에 대해 대략적으로 설명한다. 축 둘레에서 회전 가능한, 디스크(186) 등의, 직경 30mm의 상호교환 가능한 탄소강 디스크 세트가 마모를 측정하기 위한 편평한 카운터-플레이트(192)에 대해 회전하도록 되어 있다. 상기 디스크들은, 27-30의 HRC를 가진, 등급 1045의 탄소강으로 제조된다. 전기 모터 또는 기어(190)는 회전을 위한 토크를 제공한다. 카운터-플레이트(192)는, 0.4 마이크로미터의 평균 거칠기(Ra)로 연마된, 동합금(UNSC93700 (HRC=22-24)으로 제조된다. 카운터-플레이트(192)는 디스크(186)에 가해지는 힘을 제어하도록 조정 가능한 높이를 가진, 지지부(194)를 가진다.

상기 제어 디스크는 종래의 연마 마무리(Ra=0.4 마이크로미터)를 가지는 반면에, 시험 디스크들은 상기 디스크의 마이크로-홈 가공 면(196)에 의해 더욱 처리된 후, 본 발명에 따라 래핑되었다. 실험 중에, 100N의 영구 부하가 카운터-플레이트(192)의 방향으로 디스크에 인가된다. 한 방울의 아모코 인더스트리얼 오일 32(ASTM 150 터빈 오일과 동급)이, 250 rpm의 일정 회전 속도를 얻도록 모터를 작용시키기 전에, 건조 마찰면에 도포된다. 회전 개시로부터, 고착에 의해 이동이 정 지되는 시간 까지의, 축적된 시간인, 고착까지의 시간이 측정되었다.

16-18분 후에, 모든 제어 디스크들이 고착되었다. 대조적으로, 본 발명에 따라, 마이크로-홈 가공 및 래핑에 의해 처리된 디스크는, 40시간 이상 동안, 정지되지 않고 계속 회전되었고, 그 시점에서 실험이 단축되었다. 처리된 디스크의 고착은 발생되지 않았다.

다른 실험에서, 상기 디스크는 180 rpm으로 회전되었다. 일군의 제어 디스크들이 그라인딩에 의해 마무리되었다. 제2 그룹의 디스크들은 마이크로-홈 가공되었다. 제3 그룹의 디스크는 본 발명에 따라, 마이크로-홈 가공 및 래핑에 의해 처리되었다. 상기 한 방울의 시험의 결과는 표2에 제공된다. 고착되기 까지의 디스크의 경로, 마찰 계수, 및 마모 강도(디스크와의 마찰 결과로서 카운터-플레이트 상에 형성된 피크 침하에 의해 측정됨)가 계산되었다.

표2 : 카운터-플레이트에 대해 회전하는 디스크들의 결과

디스크의 표면처리	고착 까지의 계산된 경로(km)	마찰 계수	마모 강도(mm3/km)
그라인딩	1.5	0.1-0.2	0.2
그라인딩+마이크로-홈 가공	8.7	0.08-0.12	0.02
그라인딩+마이크로-홈 가공+래핑	29.7 이상	0.03-0.04	0.001

마찰력에 결합된 여러 가지 기계적 요소들에 포함된, 본 발명의 작업면은 마찰 및 마모, 고착 위험을 감소시키고, 이러한 요소들의 작동 수명을 연장시킨다. 펀칭 응용들에서, 작업면의 질이 개선되고, 전력 소모가 30%까지 감소되었다.

내연기관에서, 본 발명의 작업면, 및 그의 제조 시스템은 디젤 기관의 120mm 실린더 및 108mm 직경의 모터사이클 기관에 적용되었다. 이 시험의 결과는, 주어진 성능 레벨에 대해, 본 발명의 작업면을 가진 슬리브의 사용이, 종래의 슬리브의 사용에 비해, 연료 소비를 감소시키는 것을 증명하였다. 또한, 본 발명의 작업면을 가진 상기 슬리브들은 더욱 긴 수명 및 오일 손실량 감소 특징을 가진다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 “액체 흡인성 영역”은, 작업면으로의 오일의 초기 산포후 60 분간에, 특징적인 무차원 습윤 계수가 0.95보다 높고, 일반적으로 0.98보다 높은, 작업면 내의 영역에 관한 것이다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 “특징적인 무차원 습윤 계수”는 하기 식에 의해 정의되며 :

상기 식에서 A(t)는 시간의 함수로서 나타낸 작업면의 명목상의 습윤 면적이고, A₀는 작업면의 명목상의 표면적이며, A(t)를 결정하도록 사용되는 액체는 No.22 산업용 오일이다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, "No.22 산업용 오일", 및 "C22 산업용 오일" 등은 40℃에서 ～22센티스토크의 점도를 가진, 기계적 응용들을 위한 표준 산업용 오일에 관한 것이다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 작업면에 대한 “명목상의 표면적”은, 마이크로구조에 관계없이, 글로벌 기하학 치수에 기초한 표면 의 표면적에 관한 것이다. 따라서, 정방형 4cmx4cm의 작업면은 16cm2의 명목상의 표면적을 가진다.

예2

“한 방울의 시험“에서, 본 발명에 따라 처리된 로울러의 트리볼로지컬 특성들을 평가하도록 블록 트리보-테스터 상의 로울러가 사용되었다. 시험 장비를 도19에 개략적으로 나타내고 있다. 회전하는 로울러(2)는 주어진 부하 P 작용하에 고정 블록(3)과 접촉하게 되며 이 때 상기 접촉에 대해 매우 소량의 윤활제(한 방울)가 도포된다. 마찰력 F를 측정하도록 힘 변환기(force transducer)(4)가 이용되며 인접한 탐침(9)은 갭의 변화를 측정함으로써, 로울러(2) 및 블록(3)의 전체 마모량을 제공한다. 마찰 및 마모는 시간의 함수로서 연속으로 감시되어 기록된다. 상기 시험은 다음의 3개의 사건들 중 어느 하나의 발생 시에 정지된다 : (a) 마찰 계수=F/P가 0.3에 도달한다; (b) 로울러 및 블록 사이에서 고착이 시작된다(갑작스러운 마찰의 큰 증가 및 대응하는 소음 레벨 증가에 의해 특징됨); 또는 (c) 마찰이 최대치에 도달하고 감소되기 시작한다. 상기 시험 기간은 시험의 시작으로부터, 상기한 사건 (a) 또는 (b)의 발생으로 인한 시험의 종료까지, 또는 사건 (c)의 경우의 최대 마찰에 대응하는 시간까지의 경과 시간으로서 정의된다. 상기한 특별한 경우(c)에서, 시험은 완전하게 정지되기 전에 ”시험 지속 기간“을 지나서 약 20분간 계속된다. 각각의 새로운 시험에 대해, 블록(3)은 새로운 접촉을 제공하도록 그의 홀더(6)에서 수평으로 이동된다.

카운터-표면으로서 청동 블록을 이용하는, 6개의 강으로 된 로울러 표본의 각각에서 시험이 실행된다. 로울러 #1 및 로울러 #6은 아래의 표3에 나타내는 바와 같이, 기준 로울러이다. 로울러들 #2-5는, 본 발명에 따라, 여러 가지의 홈 패턴 및 홈 영역들로써, 조합된 마이크로릴리프에 의해 처리된다. 실온의 SAE 40 오일이 윤활제로서 사용되었다. 한 방울의 오일이 로울러(2) 상에 배치된 후, 청동 블록(3)과 가볍게 접촉(18 N 부하)되어 전체 외주에 걸쳐 오일을 산포하도록 2바퀴 (수동으로) 회전된다. 블록으로 전달된 과잉 오일 량은 깨끗한 종이 타월로 닦아내지고, 윤활된 로울러만 남게된다. 상기 부하 P=150 N 레벨로 증가되고, 로울러 속도 105±5rpm으로 시험이 시작된다.

표2는 각 로울러의, 분 단위의, 시험 존속 기간을 나타내며, 시험의 정지를 야기한 사건의 타입을 나타내고 있다. 도20은 각 로울러에 대한 시험의 정지점의 마찰 계수를 나타낸다.

기준 로울러 #1은 마찰 계수=0.23에서 6분의 매우 짧은 시간 후에 정지된다. 로울러 #6은 마찰이 연속으로 증가되어, 시험이 마찰 계수 0.3에서 고착 개시, 21분 후에 정지된다. 본 발명에 따라 처리된 모든 로울러들(로울러들 #2-#5)은 일정 최대치까지 마찰이 증가되고, 그 다음엔 마찰의 감소를 보여준다. 이들 4개의 로울러들의 최대 마찰 계수는 겨우 0.18이다. 로울러 #5는 6개의 로울러들 중 최소 마찰 계수인 0.11의 마찰 계수를 가진다.

마찰 길이(L)의 함수로서의 마찰 계수(μ) 및 마모(h)의 그래프가 도21에 제공된다.

표3

로울러#	1(기준)	2	3	4	5	6(기준)
로울러 재료	SAE4340 강	SAE4340 강	SAE4340 강	SAE4340 강	SAE4340 강	SAE4340 강
준비된 로울러 열처리	그라인딩 면 Ra?0.2μ HRC=52-54	본 발명 CMR Ra?0.2μ HRC=52-54	본 발명 CMR Ra?0.2μ HRC=52-54	본 발명 CMR Ra?0.2μ HRC=52-54	본 발명 CMR Ra?0.2μ HRC=52-54	융기부 없는레귤러 마이크로릴리프 Ra?0.2μ HRC=52-54
시험 기간 (분)	6	52	53	25	37	21
정지 사건	B	C	C	C	C	A&B

예3

“한 방울의 시험“에서 로울러의 트리볼로지컬 특성들을 평가하도록 블록 트리보-테스터 상의 로울러가 사용되었다. 카운터-표면으로서 경화-강 블록을 이용하는, 4개의 경화-강 로울러 표본 각각에서 활주 거리 시험이 행해졌다.

로울러 표본 I은 종래의 래핑 방법에 의해 준비되었고;

로울러 표본 II는 본 발명의 래핑 방법에 의해 준비되었고;

로울러 표본 III은 로울러 표본 I의 준비 시에 사용된 종래의 래핑 방법에 이어 홈 가공에 의해 준비되었고;

로울러 표본 IV는 로울러 표본 II의 준비 시에 사용된 본 발명의 래핑 방법에 이어 홈 가공에 의해 준비되었다.

활주 시험의 결과는 표4에 나타낸다. 본 발명의 래핑 방법에 의해 준비된 로울러 표본 II는, 종래의 래핑 방법에 의해 준비된 기준 로울러 표본 I의 거의 2배인, 1373m의 활주 거리를 얻었다. 놀랍게도, II의 준비 시에 사용된 본 발명의 래 핑 방법에 이어 홈 가공에 의해 준비된 로울러 표본 IV는, 로울러 표본 I의 준비 시에 사용된 종래의 래핑 방법에 이어 홈 가공에 의해 준비된, 로울러 표본 III에 대해 4배 이상 증가된 활주 거리인, 9060m의 활주 거리를 얻었다. 따라서, 본 발명의 래핑 방법이 종래의 래핑 방법에 대해 양호하게 행해지지만, 본 발명의 래핑 방법과 표준 홈 가공 방법의 조합이 종래 기술의 홈 가공 및 래핑 방법들에 대해 놀랍게 높은 성능을 얻게 된다.

표4

표본	활주 거리(m)
로울러 표본 I	709
로울러 표본 II	1373
로울러 표본 III	2061
로울러 표본 IV	9060

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 “충격에 대한 저항”은 ASTM STANDARD D 256-97 및/또는 ISO STANDARD 180:1993에 의해 결정된 바와 같은, kJ/m의 단위의, 등급인, 충격에 대한 저항에 관한 것이다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 “쇼어 D 경도”는 표준 ASTM 시험에 따라, 압입(identation)에 대한 재료의 저항의 측정에 관한 것이다.

플라스틱 및 단단한 고무의 경도 시험은 쇼어 D 시험에 의해 가장 일반적으로 측정되며, 높은 수일수록 큰 저항을 나타낸다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 연마 입자들에 대한 용어 “자유로운 배치”는 종래 기술의 일반적인 래핑 방법과 같이 연마 입자들의 자유로운 유동 상태에 관한 것이다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 막 및 작업면에 대한, 용어 “직접적인 결합”은, 나노미터 접착 막이, 작업면의 마이크로-윤곽을 보완하여, 상기 막이 그의 전체 외형을 따라 작업면에 확고하게 부착되도록 하는, 윤곽을 가지는 것에 관한 것이다.

본 발명이 그의 구체적인 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 당업자들에 의해 많은 변화, 개조 및 변경들이 가능함은 분명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위의 정신 및 광의의 범위 내에 속하는 이러한 모든 변화, 개조 및 변경들을 포괄하려는 것이다. 본 명세서에서 언급된 모든 간행물들은, 각각의 개별 간행물이 마치 본 명세서에 참고로 포함되도록 구체적으로 그리고 개별적으로 나타내져 있는 것과 동일할 정도로, 본 명세서에 전체적으로 참조되어 포함되어 있다. 또한, 본 출원에서의 어떠한 참증의 인용 또는 확인은, 상기 참증이 본 발명에 대한 종래 기술로서의 유용함을 인정하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims

(a) 액체와 접촉하는 작업면을 가지는 금속 작업물을 포함하며,

상기 작업면은 탄소 원자를 포함하는 나노미터의, 접착성의, 단단한 막을 포함하며,

상기 막은 상기 작업물에 직접 결합되는 기계 장치로서,

상기 막이 그 막의 일 면 위의 상기 작업물에 직접 결합되며, 상기 막의 대향하는 면은 상기 액체와 접촉하도록 노출되는 기계 장치.
제1항에 있어서, 상기 작업면은 부하를 지지하며, 상기 장치는 :

(b) 상기 작업면에 대향하게 배치된 접촉면;

(c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 배치된 윤활제; 및

(d) 상기 작업면 및 접촉면 사이의 상대 이동을 야기하는 메커니즘을 더 포함하는 기계 장치.
제1항에 있어서, 상기 단단한 막은 200나노미터 미만의 평균 두께를 가지는 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 단단한 막은 200나노미터 미만의 평균 두께를 가지는 기계 장치.
제3항에 있어서, 상기 단단한 막은 5나노미터 이상의 평균 두께를 가지는 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 단단한 막은 5-100나노미터의 평균 두께를 가지는 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 단단한 막은 10-50나노미터의 평균 두께를 가지는 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 단단한 막은 폴리머 막인 기계 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 작업물은 적어도 하나의 금속 요소의 금속 원자들을 포함하고, 상기 작업면의 다수의 나노미터 모노레이어들에서, 상기 모노레이어들은 상기 탄소 원자 및 금속 원자들을 모두 포함하고,

상기 모노레이어들 중 임의의 특정 모노레이어에서,

R_i=원자비는 :

R_i=N_C/(N_C+N_M)으로 정의되고,

상기 식에서 :

N_C는 상기 특정 모노레이어의 탄소 원자의 수이고;

N_M은 상기 특정 모노레이어의 금속 원자의 수이며;

i는 상기 특정 모노레이어의 모노레이어 수이고,

상기 모노레이어들 중 제1의, 외측 모노레이어에서, i=1이고, R_i는 0.8이상으로 되는 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 금속 작업물은 적어도 하나의 금속 요소의 금속 원자들을 포함하고, 상기 작업면의 다수의 나노미터 모노레이어들에서, 상기 모노레이어들은 상기 탄소 원자 및 금속 원자들을 모두 포함하고,

상기 모노레이어들 중 임의의 특정 모노레이어에서,

R_i=원자비는 :

R_i=N_C/(N_C+N_M)으로 정의되고,

상기 식에서 :

N_C는 상기 특정 모노레이어의 탄소 원자의 수이고;

N_M은 상기 특정 모노레이어의 금속 원자의 수이며;

i는 상기 특정 모노레이어의 모노레이어 수이고,상기 모노레이어들 중 제1의, 외측 모노레이어에서, i=1이고, R_i는 0.8이상으로 되는 기계 장치.
제10항에 있어서, R_i는 0.95이상인 기계 장치.
제10항에 있어서, R_i는 0.98이상인 기계 장치.
제10항에 있어서, i=20이고, R_i는 0.20이상인 기계 장치.
제10항에 있어서, i=20이고, R_i는 0.30이상인 기계 장치.
제10항에 있어서, i=20이고, R_i는 0.40이상인 기계 장치.
제10항에 있어서, i=30이고, R_i는 0.25이상인 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 금속 작업물은 상기 작업면에 마이크로릴리프를 가지는 기계 장치.
제17항에 있어서, 상기 마이크로릴리프는 최대 깊이 5-30 미크론, 및 100-1000미크론의 폭을 가진 다수의 홈들을 포함하는 기계 장치.
제2항에 있어서, 상기 금속 작업물의 작업면은 인공 고관절의 금속 컵이고, 상기 접촉면은 상기 컵을 둘러싸는 금속 관절 헤드 상에 배치되는 기계 장치.
(a) 작업면을 가진 금속 작업물;

(b) 상기 작업면에 대향하게 배치되어, 상기 작업면에 대해 상대 이동하는 접촉면;

(c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 배치된 다수의 연마 입자들; 및

(d) 상기 작업면 및 접촉면 중 적어도 하나에 연계되어, 상기 상대 이동을 인가하며, 상기 작업면 및 접촉면에 대해 수직 방향으로 부하를 가하는 메커니즘을 포함하고,

상기 접촉면은 상기 다수의 연마 입자들과의 적어도 부분적인 탄력적 상호작용을 제공하고,

상기 접촉면은 40-90 범위의 쇼어 D 경도를 가지며,

상기 접촉면은 4-12J/m 범위의 충격에 대한 저항성을 가지며,

상기 메커니즘의 작용 시에, 상기 부하 작용하에 상대 이동에 의해 상기 연마 입자들 중 일부가 상기 작업면으로 침투하여 상기 작업면의 하나 이상의 표면 특성을 변화시키는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 연마 입자들은 상기 작업면 및 접촉면 사이에 자유로이 배치되는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 연마 입자들은 페이스트 내에 배치되는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 65 이상인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 70-80의 범위인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 충격에 대한 저항성은 5-8J/m 범위인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 65-90의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 70-80의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 5-8J/m 범위인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면은 래핑 공구 상에 배치되는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면은 10kg/cm² 이상의 접착력으로 래핑 공구 기부에 부착되는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면은 50kg/cm² 이상의 접착력으로 래핑 공구 기부에 부착되는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면은 80kg/cm² 이상의 접착력으로 래핑 공구 기부에 부착되는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 연마 입자들은 알루미나 입자들을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 하나 이상의 폴리머를 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료를 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하고, 상기 쇼어 D 경도는 65-90의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위인 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 25:75 대 90:10의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 1:2 대 2:1의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제21항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 3:5 대 7:5의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 20% 대 75% 범위의 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 대 75% 범위의 폴리 우레탄을 포함하는 기계 장치.
제21항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 대 65% 범위의 폴리우레탄을 포함하는 기계 장치.
제20항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 35% 이상의 에폭시 재료를 포함하는 기계 장치.
제21항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 내지 70% 범위의 에폭시 재료를 포함하는 기계 장치.
제21항에 있어서, 상기 금속 작업면은 강 작업면을 포함하는 기계 장치.
(a)

(i) 작업면을 가진 금속 작업물;

(ii) 상기 작업면에 대향하게 배치되어,

40-90 범위의 쇼어 D 경도를 가지며,

4-12J/m 범위의 충격에 대한 저항성을 가지는 접촉면;

(iii) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 자유로이 배치된 다수의 연마 입자들;을 포함하는 시스템을 제공하는 단계;

(b) 상기 작업면 및 접촉면에 수직 방향으로 부하를 가하는 단계;

(c) 상기 작업면 및 접촉면 사이에 상대 이동을 인가하여 상기 작업물을 래핑하는 단계를 포함하며,

(i) 상기 연마 입자들 중 적어도 일부가 상기 작업면으로 침투하도록 상기 접촉면 및 연마 입자들 사이에서 적어도 부분적으로 탄력적인 상호작용을 행하고,

(ii) 상기 작업면의 하나 이상의 표면 특성을 변화시키도록 상기 접촉면 및 연마 입자들이 선택되며, 상기 부하 작용하에 상대 이동이 실행되는, 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 작업면 위에 폴리머의, 접착성 막을 퇴적하도록 상기 접촉면 및 연마 입자들이 선택되며, 상기 부하 작용하에 상대 이동이 실행되는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 폴리머의, 접착성 막은 상기 접촉면에서 적어도 부분적으로 유래되는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 하나 이상의 홈을 형성하도록 상기 작업면에 마이크로릴리프를 인가하는 단계(d)를 더 포함하는 래핑 방법.
제4항에 있어서, 단계 (d)는 상기 래핑 전에 실행되는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 65이상인 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 70-80 범위인 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위인 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 충격에 대한 저항성은 5-8J/m 범위인 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도는 70-80의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 5-8J/m 범위인 래핑 방법.
제48항에 있어서,상기 연마 입자들은 알루미나 입자들을 포함하는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함 하고, 상기 쇼어 D 경도는 65-90의 범위이고, 상기 충격에 대한 저항성은 4-9J/m 범위인 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 1:2 대 2:1의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은 중량 비로 3:5 대 7:5의 에폭시 재료 및 폴리우레탄을 포함하는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 내지 75% 범위의 폴리우레탄을 포함하는 래핑 방법.
제48항에 있어서, 상기 접촉면의 구성은, 중량으로, 40% 내지 70% 범위의 에폭시 재료를 포함하는 래핑 방법.