KR20090061605A - 베어링 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피복의 폴리머 매트릭스를 형성하는 1종 이상의 폴리머 또는 세팅에 의하여 폴리머 매트릭스를 형성하는 1종 이상의 폴리머의 전구체, 1종 이상의 고체 윤활제, 고형성(solidity)을 증가시키는 임의의 1종 이상의 첨가제 및 1종 이상의 용매를 함유하고, 상기 폴리머 또는 1종 이상의 전구체의 분자 구조는 반복 모노머 단위의 주쇄를 갖는 것이거나 또는 상기 전구체는 주쇄의 일부인 이러한 모노머 단위인 것인, 마찰공학적 응력에 노출되는 표면상에 피복을 생성시키기 위한 마찰 방지 라커에 관한 것이이다. 적어도 상기 분자 구조의 주쇄 또는 주쇄 부분은 완전한 공액 결합 시스템을 갖는다.

Description

베어링 부재{BEARING ELEMENT}
본 발명은 피복의 폴리머 매트릭스를 형성하는 1종 이상의 폴리머 또는 중합에 의하여 폴리머 매트릭스를 형성하는 1종 이상의 폴리머의 전구체, 1종 이상의 고체 윤활제, 고형성(solidity)을 증가시키는 임의의 1종 이상의 첨가제 및 1종 이상의 용매를 함유하고, 상기 폴리머 또는 1종 이상의 전구체의 분자 구조는 반복 모노머 단위를 포함하는 주쇄를 갖는 것이거나 또는 상기 전구체가 주쇄의 일부를 형성하는 이러한 모노머 단위인 것인, 마찰공학적 응력(tribological stress)에 노출되는 표면상에 피복을 생성시키기 위한 마찰 방지 라커(anti-friction lacquer)에 관한 것이고, 또한 본 발명은 지지 부재와 그 위에 배치된 폴리머 층이 있고, 1종 이상의 고체 윤활제 및 고형성을 증가시키는 임의의 1종 이상의 첨가제를 함유하고, 상기 폴리머는 모노머 단위를 갖는 주쇄를 갖는 것이고, 1개 이상의 다른, 특히 금속의, 층이 임의로 지지 부재와 마찰 방지 층 사이에 배치되어 있는 베어링 부재에 관한 것이다.
마찰 방지 베어링을 위한 마찰 방지 층으로서 마찰 방지 라커를 사용하는 것은 본원과 관련하여 참조되어 있는 본 출원인의 오스트리아 특허공개 공보 제501 878호의 특허 명세서에서 이미 충분히 제공되었다.
모터에서 지속적으로 증가되는 부하에 기인하여 마찰 방지 베어링 또한 지속적으로 증가하는 응력을 받는다. 따라서, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 마찰 방지 베어링을 생산할 수 있는 새로운 해결 방안을 제안하려는 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 마찰 방지 라커 및 마찰 방지 특성이 향상된 베어링 부재를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 폴리머의 분자 구소의 주쇄 또는 모노머 단위에 의하여 형성되는 주쇄의 일부가 완전한 공액(fully conjugated) 결합 시스템을 가지는, 상기 마찰 방지 라커에 기초한 발명에 의하여 달성되고, 이와는 독립적으로, 주쇄가 완전한 공액 결합 시스템인 폴리머에 의하여 폴리머 층이 형성되는 상기 베어링 부재에 의하여 달성된다.
상기 오스트리아 특허공개 공보 제501 878호의 특허 명세서에 개시된 마찰 방지 라커에 관하여 수행된 개발 작업 중에, 출원인은 놀랍게도 적어도 주쇄에 완전한 공액 결합 시스템을 갖는 마찰 방지 라커는, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 낮은 침식(abrasion)에 기인하여 마찰 방지 특성, 특히 마모(wear) 특성에 있어서 상당한 향상을 가져오며, 베이렁 부재, 특히 마찰 방지 베어링에 대한 이러한 마찰 방지 라커의 접착 강도가 선행 기술에서 이러한 목적으로 최근까지 사용되고 있는 마찰 방지 라커에 비하여 더 높다는 것을 발견하였다. 이러한 특성이 향상된 이유는 아직 완전히 설명되지 않았지만, 출원인은 공액 결합 시스템과, 주쇄의 길이에 걸쳐(across) 본질적으로 더욱 균일한 분자 내의 π 전자 전하 분포에 기인하는 것으로 가정한다. 따라서, 이들 전자는 통상의 마찰 방지 라커의 경우에 비하여 자유도가 높다.
본 발명의 의미 내에서 주쇄라는 표현은 모노머 단위의 결합으로 인하여 생기는 분자쇄, 즉 원자의 배열의 일부를 의미하는 것이다. 본 발명의 범위 내에서 이들 모노머 단위 상에는 당연히 측쇄 역시 있을 수 있지만, 이러한 형태의 폴리머의 분자 구조 내에서 이들은 폴리머 분자 그 자체의 사슬(chain) 길이에 비하여 한정된 길이를 갖는 것이다. 본 발명의 한 가지 특정 구체예에 있어서, 이들 측쇄는 또한 주쇄의 공액 결합 시스템의 일부를 형성할 수 있고, 그 결과로 폴리머 분자 내의 전하 분포를 더욱 더 균일하게 만들 수 있다.
바람직한 한 가지 구체예에 있어서, 폴리머 또는 그로부터 폴리머가 생성되는 전구체는 바람직하게는 세로 방향으로 움직이는 확장(extension)이 있는 적어도 다소간 실과 같은 분자 구조를 갖는 것, 즉 측쇄가 존재하여야 하는 것이고, 이들은 주쇄에 비하여 상대적으로 짧은 사슬, 예를 들면, 최대 10개의 탄소 원자를 가짐으로써, 이들 폴리머가 평평한 가교 패턴으로 존재하지는 않으며, 그 결과로, 폴리머의 감소된 결정성으로 인하여, 마찰 방지 라커의 자연 윤활 성능과 이로 인한 마찰 방지 특성이 추가로 향상될 수 있다.
헤테로 원자의 존재로 인하여 전하 분포에 관한 상기 발견과는 모순되는 것으로 보이기는 하지만, 특히, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드를 포함하는 군에서 선택되는 폴리머가 본 발명의 목적에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
상기 1종 이상의 고체 윤활제는 특히 WS2, MoS2, 흑연, Sn, SnS 및 SnS2를 포함하는 군에서 선택된다. 특히, 이들 고체 윤활제는 마찰 방지 라커의 자연 윤활 성능에 있어서 긍정적인 효과를 갖는다. 그러나, 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 기초를 이루는 원칙을 벗어남이 없이 기타의 고체 윤활제를 사용할 수도 있다.
마찰 방지 라커의 바람직한 구체예에서는 WS2를 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 2 중량%의 하한과 8 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 23 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고 나머지는 폴리머로 형성되거나, 또는 SnS와 SnS2의 혼합물을 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 2 중량%의 하한과 8 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 21 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고 나머지는 폴리머로 형성되거나, 또는 MoS2를 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 21 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고 나머지는 다시 폴리머로 형성되는 것이다.
WS2를 21 중량%의 하한과 27 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 3 중량%의 하한과 6 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 15 중량%의 하한과 18 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 사용하고 나머지는 폴리머로 형성되는 것, 또는 SnS와 SnS2의 혼합물을 22 중량%의 하한과 26 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 3 중량%의 하한과 6 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 15 중량%의 하한과 18 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 사용하고 나머지는 다시 폴리머로 형성되는 것, 또는 MoS2를 19 중량%의 하한과 25 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 14 중량%의 하한과 18 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고 나머지는 다시 폴리머로 형성되는 것일 수도 있다.
조성에 관한 이러한 특징은 마찰 방지 라커의 고형분 함량을 기준으로 한 것이다.
이 단계에서, 폴리머 층의 조성에 관한 특징은 건조 층, 즉 용매가 없는 층에 관한 것이라는 점에 주목하여야 하며, 이러한 특징은 고체 폴리머 층의 조성이 고형분 함량, 즉 용매가 없는 것에 관한 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "고형분 함량"은 용매가 제거된 이후에 피복된 기판(substrate) 상에 남아 있는 마찰 방지 라커의 비율을 의미하는 것이다.
이하의 실시예를 참조하여 설명하는 바와 같이, 이들 조성은 선행 기술로부터 알려진 마찰 방지 라커의 경우에 비하여 침식 강도 (abrasion strength)의 면에 서 상당히 우수한 특성을 갖는다.
본 발명에 의하여 제안된 베어링 부재, 특히 마찰 방지 베어링은 이러한 마찰 방지 라커와 함께 제공되고, 이러한 점에서 앞에 제공된 설명이 참조될 수 있다.
특히, 베어링 부재는 청동 또는 황동 재료로 만들어진 베어링 금속 층인 다른 층을 갖는데, 이것은 마찰 방지 층, 즉 폴리머 층에 대한 기재(base)를 형성한다.
첫번째로, 정상(top), 바닥(bottom), 측면(side) 등의 위치에 관한 설명에서 제공된 상세한 내용은 도시된 도면을 직접 참조한 것이고, 새로운 위치가 기술되는 경우에는 이러한 새로운 위치로 바뀔 수 있다는 점이 주목되어야 한다.
도 1에 도시된 베어링 부재 1은 지지 부재 2, 베어링 금속 층 3 및 폴리머 층 4를 포함하는 것으로서, 가동(running) 또는 마찰 방지 층 또는 가동(running-in) 층을 나타내는 것이다. 결합(binding) 및/또는 확산 층과 같은 다른 통상의 층들이 예를 들면 선행 기술로부터의 방법에서와 같이 제공될 수도 있다.
지지 부재 2는 대체로 강철(steel)로 만들어지지만, 주로 베어링 부재 1에 기계적인 강도를 부여하는 동일하거나 유사한 기능을 만족하는 기타의 상응하는 재료로 만들어질 수도 있음은 당연하다. 베어링 부재 1 전체의 기계적 강도는 각각의 응용에 의존할 것인데, 어떤 경우든 예를 들면 황동, 청동과 같은 구리 합금의 범위를 사용할 수 있다. 지지체 2는 추가로 특정한 양의 치수 안정성(dimensional stability)을 부여한다.
베어링 금속 층 3 (또는 가동층)은 베어링 금속 합금으로 만들어진다. 본원에서 예로서 기술된 구체예에 있어서, 이것은 구리 합금, 특히 청동 또는 황동으로 만들어진다.
원칙적으로, 종래 기술로부터 알려진 기타의 베어링 금속 합금, 예를 들면, 비스무스, 인듐, 납, 구리, 알루미늄에 기초한 합금을 사용할 수도 있다. 이에 관해서는 오스트리아 특허 공개공보 제501878호를 참조한다.
베어링 금속 층 3은 선행 기술로부터 알려진 공정에 의하여 적용된다.
본 발명의 목적에 있어서, 폴리머 층 4는 주쇄가 완전한 공액 결합 시스템의 분자 구조를 갖는 폴리머로 만들어진다. 이 폴리머는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 예를 들면, 이들 수지의 대표적인 방향족, 수소-유리(hydrogen-free) 폴리이미드 수지, 폴리-트리아조-파이로멜리틱 이미드와 같은 파이로멜리틱 이미드, 예를 들면, 플루오라이드를 함유하는 수지, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(p)페닐렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 공중합체(copolymer), 예를 들면, 교대(alternating) 또는 통계(statistical) 공중합체 역시 사용될 수 있고, 이들 수지형(resin types)의 혼합물을 사용할 수도 있다.
사용되는 폴리아미드는 예를 들면 식 -(NHCO)(COOH)(CONHR)을 갖는 아미드 산 단위가 있는 폴리아미드-아미드 산일 수 있다. 이들 아미드-아미드 산 단위는 식 -(NHCO)(C6H6)(C2O2NR)-를 갖는 아미드-이미드 단위와 중합되어 폴리아미드 이미 드를 생성할 수 있다. 본 발명의 의미 내에서 중합은 축중합(polycondensations) 및 첨가 중합(polyadditions) 양쪽 모두를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이때, 2가지 형태의 수지의 경우에 잔기는 방향족 잔기, 특히, 예를 들면 페닐 잔기일 수 있다. 여러 개의 고리, 예를 들면, 산소 또는 질소와 같은 헤테로 원자를 통하여 서로 연결되어 있는, 예를 들면, 2개의 페닐 고리를 포함하는 방향족 잔기를 사용할 수도 있다. 이들 잔기는 다시 치환될 수 있는데, 즉 측쇄를 가질 수 있다. 잔기는 주쇄에 배치되는 것이므로, 어떤 경우든 본 발명의 의미 내에서 이 잔기는 공액 결합 시스템을 가짐으로써, 수지의 주쇄의 공액 결합 시스템을 붕괴시키지 않아야 한다. 수지의 측쇄를 형성하는 잔기의 경우, 본 발명의 목적을 위해서는 공액 결합 시스템을 갖는 것이 유리하지만, 이들은 공액 결합 시스템을 반드시 가져야할 필요는 없다.
폴리아미드-아미드 산은 트리멜리트산 또는 이들의 유도체, 또는 트리멜리트산의 할로겐화물, 예를 들면, 산 염화물을 1종 이상의 방향족 디아민, 예를 들면, p-페닐렌 디아민과 반응시켜 제조할 수 있다. 방향족 디아민의 예는 본원에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허공보 제3,494,890호 또는 미국 특허공보 제4,016,140호에도 정리되어 있다. 이 반응은 예를 들면 N-메틸 피롤리돈 내에서 수행될 수 있다. 폴리아미드-아미드 산의 분자량은 1500 내지 20,000 g/mol일 수 있다.
아미드-이미드 단위는 방향족 트리카르복실산 무수물, 예를 들면, 트리멜리트산 무수물 또는 이들 카르복실산의 염화물과 디이소시아네이트 또는 디아민과의 축합 중합에 의하여 제조될 수 있다. 축합 중합은 용액 내에서, 예를 들면, 1-메틸 -2-피폴리딘온 내에서 이루어질 수 있다.
아미드-이미드산 단위에 대한 아미드-아미드 산 단위의 몰비는 20:1 내지 4:1의 범위 내일 수 있다.
수지는 예를 들면, 크실렌, N-메틸 피롤리돈과 같은 유기 용매, 알코올 또는 물 등의 1종 이상의 용매 내에 존재할 수 있는데, 이는 가공성을 좋게 한다. 여기서, 용매의 비율은 30 중량%의 하한과 80 중량%의 상한, 특히 40 중량%의 하한과 80 중량%의 상한, 바람직하게는 50 중량%의 하한과 65 중량%의 상한의 범위로부터 선택될 수 있는데, 이는 수지, 즉 용매가 있는 수지에 대한 비율이다.
폴리머 층 4에 있는 수지의 비율은 20 중량%의 하한과 70 중량%의 상한의 범위, 특히 30 중량%의 하한과 60 중량%의 상한의 범위, 예를 들면, 40 중량%의 하한과 50 중량%의 상한의 범위로부터 선택될 수 있다.
필요한 경우, 이 폴리머 층 4는 섬유 매트릭스 및/또는 경질 물질(hard substances)과 같이, 기계적인 강도를 증가시키는 기타의 첨가제를 함유할 수 있다.
이러한 첨가제 또는 경질 물질은 예를 들면 CrO3, Fe3O, PbO, ZnO, CdO, Al2O3, SiC, Si3N4, SiO2, MnO, Si3N4, 점토, 탈크, TiO2, 알루미늄 실리케이트, 예를 들면 멀라이트(mullite), 마그네슘 실리케이트, 예를 들면 아모사이트(amosite), 안토필라이드(antophyllite), 크리소타일(chrysotile), 구상 탄소(spheroidal carbon), 탄화물(carbide), 예를 들면 CaC2, Mo2C, WC, 금속 입자, 예를 들면 Zn, Ag, Ba, Bi, 청동, Cd, Co, Cu, In, Pb, Sn, Tl, 이들 금속의 합금 입자, 납-주석 합금 입자, Pb 또는 주석을 기재로 하는 베어링 금속 입자, AIN, Fe3P, 금속 붕소화물, 예를 들면 Fe2B, Ni2B, FeB, BaSO4, 금속 황화물, 예를 들면, Ag2S, CuS, FeS, Sb2S3, PbS, Bi2S, CdS, 염화된 탄산수소염(chlorinated hydrogen carbonate), 불소화물, 예를 들면, CaF2, 금속 불소화물, 예를 들면, PbF2, 카보플루오라이드 (CFx), 금속 산화물 불소화물, 크로시돌라이트(crocidolite), 트레몰라이드(tremolite), 몰리브데늄 티오카바메이트, 실리사이드(silicides), 티오포스페이트, 예를 들면 티오인산아연(zinc thiophosphate)와 같은 경질 물질을 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
서로 다른 첨가제 또는 경질 물질의 혼합물, 예를 들면, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상의 서로 다른 첨가제 또는 경질 물질의 혼합물을 사용할 수도 있다.
경질 물질의 비율은 최대 15 중량%일 수 있다.
섬유 매트릭스는 무기 섬유, 예를 들면 유리, 탄소, 석면, 티탄산칼륨, 단결정, 예를 들면 SiC, 금속 섬유, 예를 들면 Cu 또는 강철, 경질 금속 코어를 갖는 필라멘트를 포함하는 군에서 선택되는 섬유를 함유할 수 있다. 이들 섬유는 매트릭스를 강화할 수 있는데, 폴리머 층 4에 있는 섬유의 비율에 따라 강도가 더 높거나 더 낮은 매트릭스를 얻을 수 있다.
섬유의 비율은 최대 20 중량%, 특히 최대 15 중량%, 예를 들면 최대 12 중량%일 수 있다.
마찰 방지 라커에 함유된 고체 윤활제는 흑연, 황화물, 예를 들면 MoS2, SnS, SnS2, WS2, ZnS, ZnS2는 물론, 육방정계(hexagonal) BN, PTFE, Pb, Pb-Sn 합금, CF2, PbF2 등을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 원칙적으로, 이들 고체 윤활제는 선행 기술 분야에서 이러한 목적으로 오랫동안 사용되어 왔다. 본 발명에 의하여 제안된 마찰 방지 라커 및 본 발명에 의하여 제안된 베어링 부재 상의 폴리머 층 4를 위하여 특히 유리한 것으로 밝혀진 고체 윤활제는 WS2, Sn, 흑연, SnS 및 SnS2와, MoS2를 포함하는데, 2종 이상의 고체 윤활제의 혼합물을 사용할 수도 있다.
고형분 함량과 폴리머 층 4를 기준으로 하여 마찰 방지 라커 내의 고체 윤활제 1종 이상의 비율은 5 중량%의 하한과 60 중량%의 상한의 범위, 특히 10 중량%의 하한과 45 중량%의 상한의 범위, 예를 들면 12 중량%의 하한과 30 중량%의 상한의 범위로부터 선택될 수 있다. 1종 이상의 고체 윤활제를 사용하는 경우, 상기 상한은 고체 윤활제의 비율의 합을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하여 제안된 마찰 방지 라커를 제조하기 위해서는 개개의 성분, 즉 수지 또는 수지들과, 사용되는 각각의 고체 윤활제(들) 및 경질 물질 등과 같은 임의의 기타 첨가제를 서로 혼합하고, 용매에 투입하여 혼합한다. 마찰 방지 라커의 이들 성분은 현탁제 또는 유화제 내에 현탁 또는 유화(emulsified)될 수도 있다.
수지 그 자체는 사용할 준비가 된(ready-to-use) 폴리머이지만, 마찰 방지 라커에 전구체, 다시 말하면 서로 결합될 수 있는 적절한 모노머 또는 올리고머만을 첨가할 수도 있는데, 이 경우에는 임의로 최대 120℃로 상승된 온도에서, 용매가 제거될 때 세팅되어 중합 또는 축중합하여 마감(finished) 폴리머가 생성된다.
라커 가공(processing) 산업 분야에 알려져 있는 형태의 가공제(processing agents), 예를 들면, 발포 방지제, 점도 조절제 등과, 염료 또는 그 유사물이 이 혼합물 또는 이 용액에 첨가될 수 있는데, 이들은 오래전부터 알려져 있는 것이어서 특히 마감(finished) 라커 내의 이들 가공제의 상대적인 비율에 관하여 특별히 상세한 설명을 제공하는 것은 필요하지 않다. 그러나, 수지는 물론, 고체 윤활제 및 임의의 기타의 첨가제, 예를 들면, 경질 물질의 상대적인 비율은 결과적으로 변하지 않는다는 점이 주목되어야 한다.
마찰 방지 라커는 바람직하게는 젖은 상태로, 예를 들면 분사(spraying) 또는 페인팅에 의하여 도포된다. 금속 기판, 예를 들면, 베어링 금속 3에 직접 도포될 수 있다. 임의로, 사전에 소위 프라이머(primer)를 도포할 수 있고, 베어링 금속 층 3에 대한 마찰 방지 라커의 접착 강도를 증가시키기 위하여 마찰 방지 라커의 도포에 앞서 어느 정도의 표면 거칠음(roughness)을 만들 수도 있다. 이러한 점들은 선행 기술에 의하여 오랫동안 알려져 있는 것이다.
기판, 예를 들면 마찰 방지 베어링의 베어링 금속 층 3에 마찰 방지 라커를 도포한 후에, 또는 연접봉(connecting rod), 즉 그 작은 말단을 직접 피복하는 경우에, 용매가 증발되는 동안에 마감 폴리머 층 4를 생성시키기 위한 세팅(setting) 공정을 수행한다. 이 세팅 공정은 적당한 가열 챔버(heat chamber) 내에서 수행된 다. 임의로, 가교를 위하여, UV, 레이저광 또는 전자빔을 이용하여 여기(excitation)시킬 수 있는데, 이 경우 적당한 개시제, 예를 들면, 광 개시제를 마찰 방지 라커에 첨가할 수 있다.
본 발명에 의하여 제안된 마찰 방지 라커를 사용하여 다음과 같은 시험 피복(coating)을 제조하였다.
실시예 1
선행 기술에 의하여 알려진 방법을 이용하여 제조한, 강철 지지 쉘과 베어링 금속층 CuPb22Sn2를 포함하는 마찰 방지 베어링 하프쉘(half-shell)을 만들었다. 그 다음, 폴라아미드와, SnS와 SnS2의 혼합물 20 중량%, Sn 8 중량% 및 흑연 10 중량%를 포함하는 마찰 방지 라커를 이 복합 재료에 도포하였다.
SnS와 SnS2의 혼합물에 있어서 이 혼합물 내의 SnS의 비율은 30 중량% 내지 70 중량%이고, 나머지가 SnS2이다.
이 혼합물을 용매로 작용하는 N-메틸 피롤리돈에 현탁시키고 균질화하였다. 그 다음, 이 마찰 방지 라커를 분사하고, 건조 또는 열경화하였다.
실시예 2
고체 윤활제로서 WS2 27 중량%, Sn 2 중량% 및 흑연 23 중량%를 사용하여 실시예 1을 반복하였다.
실시예 3
이 실시예는 흑연의 비율을 15 중량%로 감소시킨 것을 제외하고는 본질적으 로 실시예 2에 대응한다.
실시예 4
이 실시예는 본질적으로 고체 윤활제로서 MoS2 25 중량%와 흑연 12 중량%를 사용하는 실시예 1에 대응한다.
그 다음, 실시예 1 내지 4에 대한 침식 시험을 실시하였다. 이를 위하여, 마찰 방지 베어링을 시험 리그(test rig) 상에서 98 MPa의 동력 부하(dynamic load)로 2시간 동안 시험 가동시켰다.
시험 결과를 도 2에 나타내었다. 한편으로 본 발명에 기초한 구체예와, 선행 기술에 의하여 알려진 것에 해당하는 통상의 마찰 방지 라커 (블럭 1로 도시됨) 및 출원인에 의하여 오스트리아 특허 공개공보 제501878호에 개시된 것에 해당하는 마찰 방지 라커 (블럭 2)의 비교를 보여주는데, 이를 위하여 피복을 마찰 방지 베어링 부재 상에 생성시킨 다음 동일한 시험 조건으로 시험하였다. 실시예 1 내지 4는 블럭 3 내지 6에서 보여준다.
4회의 시험 가동을 모든 시료에 대하여 실시하였다. 따라서, 블럭들은 얻어진 최소 및 최대 마모 값을 보여주는데, 이것은 피복 두께의 손실에 기초하여 측정되었다. 생성된 피복 두께는 본 발명 분야에서 마찰 방지 베어링 부재에 적용되는 일반적인 피복 두께에 해당하였다.
그 다음, 얻어진 값들을 선행 기술에 기초한 마찰 방지 라커 (블럭 1)의 최소값 100%에 대하여 정상화(nomarised) 하였다. 다이아그램에 명확하게 나타난 바와 같이, 앞에서 설명한 것에 기초한 본 발명에 의하여 제안된 수지를 사용한 경우 에 마모율이 상당히 감소될 수 있다.
폴리머 층 4를 위하여 본 발명에서 제안된 조성을 이용하는 경우, 우수한 마찰 방지 특성과 골링(galling)에 대한 내성이 우수한 가동층을 생성시킬 수 있는데, 이는 건성 가동(dry running)까지도 가능하게 한다. 이는 낮은 유지(maintenance)에 기인하여 특히 유리하다. 소량의 윤활제로 또는 윤활제 없이 작동할 수 있다. 필요한 경우, 윤활 목적을 위하여 물을 사용할 수 있는데, 이는 예를 들면 본 발명에서 제안한 베어링 부재 1이 펌프에 사용되는 경우에 특히 유리하다. 해당 중량의 감소 뿐 아니라, 경계 압력(edge pressure)에 대한 낮은 민감성이 관찰될 수도 있다.
도 1에 제시된 것과 같은 마찰 방지 베어링 하프쉘(half-shell)을 만들기 위하여 본 발명에 의하여 제안된 베이링 부재 1을 사용하는 대신에, 특히 자동차 산업에서의 사용을 위하여, 예를 들면, 추력(thrust) 고리, 미끄럼 부시(sliding bush) 등과 같은 다른 방식으로 사용될 수도 있다. 지재 부재가 연접봉인 경우, 예를 들면, 연접봉의 작은 말단에 대하여 직접 피복을 적용할 수 있다.
본 발명에 의하여 제안된 마찰 방지 라커는 설명된 베이링 부재 1에 마찰 방지 층을 생성시키는 데에 사용될 수 있을 뿐 아니라, 원칙적으로 마찰공학적 응력에 노출되는 표면에, 예를 들면 스퍼터링(sputtered) 마찰 방지 피복 상의 가동 피복으로도 사용될 수 있다.
마지막으로, 질서 정연하게 하기 위하여, 베어링 부재 1의 구조에 대한 명확한 이해를 제공하기 위하여 베어링 부재 1과 그 구성 부분들이 어느 정도는 스케일 을 벗어나서 및/또는 확대된 스케일로 및/또는 축소된 스케일로 도시되어 있음에 주목하여야 한다.
보다 명확한 이해를 제공하기 위하여, 이하에서는 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
이들은 고도로 단순화된 개략적인 다이아그램을 제공하는 것으로서 아래와 같다.
도 1은 모서리(angle)에서 본 마찰 방지 베어링의 하프쉘(half-shell) 형태의 본 발명에서 제안된 베어링 부재,
도 2는 본 발명에 의하여 제안된 마찰 방지 라커의 침식 강도를 선행 기술로부터 알려진 마찰 방지 라커와 비교한 그래프.
* 도면 부호에 대한 설명 *
1: 베어링 부재
2: 지지 부재
3: 베어링 금속 층
4: 폴리머 층

Claims (15)

  1. 피복의 폴리머 매트릭스를 형성하는 1종 이상의 폴리머 또는 세팅에 의하여 폴리머 매트릭스를 형성하는 1종 이상의 폴리머의 전구체, 1종 이상의 고체 윤활제, 고형성(solidity)을 증가시키는 임의의 1종 이상의 첨가제 및 1종 이상의 용매를 포함하고, 상기 폴리머 또는 1종 이상의 전구체의 분자 구조는 반복 모노머 단위로 이루어진 주쇄를 갖는 것이거나 또는 상기 전구체는 주쇄의 일부를 형성하는 이러한 모노머 단위인 것이고, 적어도 상기 분자 구조의 주쇄 또는 주쇄 부분은 완전한 공액 결합 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는, 마찰공학적 응력에 노출되는 표면에 피복을 생성시키기 위한 마찰 방지 라커.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 또는 전구체는 바람직하게는 세로 방향으로 움직이는 확장이 있는 적어도 대략적으로 실과 같은 분자 구조를 갖는 것이 특징인 마찰 방지 라커.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드를 포함하는 군에서 선택되는 것이 특징인 마찰 방지 라커.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 1종 이상의 고체 윤활 제는 WS2, MoS2, 흑연, Sn, SnS, SnS2를 포함하는 군에서 선택되는 것이 특징인 마찰 방지 라커.
  5. 제4항에 있어서, 각각 고형분 함량을 기준으로 하여, WS2를 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 2 중량%의 하한과 8 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 23 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고, 나머지는 폴리머로 형성되는 것이 특징인 마찰 방지 라커.
  6. 제4항에 있어서, 각각 고형분 함량을 기준으로 하여, SnS와 SnS2의 혼합물을 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 2 중량%의 하한과 8 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 21 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고, 나머지는 폴리머로 형성되는 것이 특징인 마찰 방지 라커.
  7. 제4항에 있어서, 각각 고형분 함량을 기준으로 하여, MoS2를 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 21 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고, 나머지는 다시 폴리머로 형성되는 것이 특징인 마찰 방지 라커.
  8. 지지 부재(2)와 그 위에 배치된 폴리머 층(4)이 있고,
    폴리머, 1종 이상의 고체 윤활제 및 고형성을 증가시키는 임의의 1종 이상의 첨가제를 포함하며,
    상기 폴리머는 모노머 단위에 의하여 형성되는 주쇄를 갖는 것이고,
    1개 이상의 다른, 특히 금속의, 층이 임의로 상기 지지 부재와 폴리머 층(4) 사이에 배치되어 있으며,
    적어도 상기 폴리머의 주쇄는 완전한 공액 결합 시스템을 갖는 것이 특징인 베어링 부재(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 폴리머 또는 전구체는 바람직하게는 세로 방향으로 움직이는 확장이 있는 적어도 대략적으로 실과 같은 분자 구조를 갖는 것이 특징인 베어링 부재(1).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드를 포함하는 군에서 선택되는 것이 특징인 베어링 부재(1).
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 1종 이상의 고체 윤활제는 WS2, MoS2, 흑연, Sn, SnS, SnS2를 포함하는 군에서 선택되는 것이 특징인 베 어링 부재(1).
  12. 제11항에 있어서, 각각 고형분 함량을 기준으로 하여, WS2를 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 2 중량%의 하한과 8 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 23 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고, 나머지는 폴리머로 형성되는 것이 특징인 베어링 부재(1).
  13. 제11항에 있어서, 각각 고형분 함량을 기준으로 하여, SnS와 SnS2의 혼합물을 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, Sn을 2 중량%의 하한과 8 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 21 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고, 나머지는 폴리머로 형성되는 것이 특징인 베어링 부재(1).
  14. 제11항에 있어서, 각각 고형분 함량을 기준으로 하여, MoS2를 17 중량%의 하한과 29 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로, 흑연을 12 중량%의 하한과 21 중량%의 상한의 범위에서 선택되는 비율로 함유하고, 나머지는 다시 폴리머로 형성되는 것이 특징인 베어링 부재(1).
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 다른 층은 청동 또는 황동 재료로 이루어진 베어링 금속 층(3)인 것이 특징인 베어링 부재(1).
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