KR20100022830A - Method for forming microstructured oil pocket on a fricktion surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 표면에 형성하고자 하는 오일포켓의 형상에 대응되는 형상 대로 천공된 에칭 마스크를 표면처리하고자 하는 금속 표면에 밀착시킨 후, 상기 천공에 의해 노출된 금속 표면 부분을 에칭함으로써 마찰표면 상에 미세형상의 오일포켓을 형성하는 방법 및 이러한 방법에 의해서 표면처리된 마찰 표면에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의하면 포토리소그래피 등의 공정을 거치지 않고 간단한 공정에 의해 마찰 표면에 오일포켓을 형성할 수 있다. According to the present invention, after the perforated etching mask adheres to the metal surface to be surface-treated according to the shape corresponding to the shape of the oil pocket to be formed on the metal surface, the metal surface portion exposed by the perforation is etched on the friction surface. A method of forming a micro oil pocket and a friction surface surface-treated by such a method. According to the method of the present invention, the oil pocket can be formed on the friction surface by a simple process without going through a process such as photolithography.
Description
본 발명은 마찰표면 상에 미세형상의 오일포켓 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오일포켓의 형상에 대응되는 형상 대로 천공된 에칭 마스크를 이용하여 에칭함으로써 간단한 공정에 의해 마찰표면 상에 오일 포켓을 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a fine oil pocket on the friction surface, and more particularly, to an oil pocket on the friction surface by a simple process by etching using an etching mask perforated in a shape corresponding to the shape of the oil pocket. It relates to a method that can form.
일반적으로, 자동차, 철도차량, 선박 등의 내연기관은 다수 개의 실린더를 포함하는 실린더 블록과, 상기 실린더 내를 상승하강의 왕복운동을 하는 피스톤과 이 피스톤의 직선운동을 크랭크 샤프트의 회전운동으로 전달하여 주는 커넥팅 로드, 로커암 샤프트에 고정되어 캠축의 회전에 의해 흡기밸브 및 배기밸브를 개폐하는 역할을 하는 로커 암, 크랭크 샤프트나 캠 샤프트를 지지하기 위한 베어링 등의 부품을 포함한다. 또한 에어컨디셔너, 냉장고 등에서 냉매를 압축시키기 위해 사용되는 압축기도 실린더와 이 실린더 내에서 왕복 직선운동을 하는 피스톤 등으로 구성된다. In general, internal combustion engines such as automobiles, railway vehicles, and ships include a cylinder block including a plurality of cylinders, a piston for reciprocating upward and downward in the cylinder, and a linear movement of the piston as a rotational movement of the crankshaft. It includes a connecting rod, a rocker arm fixed to the rocker arm shaft to open and close the intake valve and the exhaust valve by rotation of the camshaft, and parts such as a bearing for supporting the crank shaft or the cam shaft. In addition, a compressor used for compressing a refrigerant in an air conditioner, a refrigerator, or the like also includes a cylinder and a piston for reciprocating linear motion in the cylinder.
상기 실린더와 피스톤, 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드, 로커 암과 로커 암 샤프트, 로커암과 캠축, 베어링 등은 모두 미끄럼 마찰 또는 구름 마찰이 발생하는 마찰 표면이고, 사실상 내연기관이나 압축기 내에는 이러한 것들 이외에도 많은 마찰 표면이 존재한다. 이러한 마찰 표면은 마찰에 의해서 마모되기 쉽기 때문에 내구성이 저하될 우려가 높다. The cylinders and pistons, crankshafts and connecting rods, rocker arms and rocker arm shafts, rocker arms and camshafts, bearings, etc., are all friction surfaces that produce sliding or rolling friction, and in fact there are many other There is a friction surface. Such a friction surface is likely to be deteriorated in durability because it is easy to be worn by friction.
따라서 이러한 마찰표면에서 접촉면적을 최소화하거나, 적정한 유막을 형성하거나, 추가적인 베어링을 장착하는 등 마찰을 줄이기 위한 시도가 진행되고 있다. 일례로 미끄럼 베어링 요소에 독립적인 윤활유 포켓을 설치하여 마찰이나 마모 특성을 개선하는 방법이 알려져 있다. 특히 국내 실용신안등록 제409695호는 초경도 또는 열처리한 가공공구를 이용하여 실린더 라이너의 내주면에 오일포켓을 절삭하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 공구를 이용하기 위해서는 여러 축 방향으로 운동할 수 있는 고가의 공작기계를 이용해야 할뿐 아니라 이러한 방법으로 형성시킬 수 있는 포켓의 모양이나 깊이, 폭 등이 제한되는 문제가 있으며 더욱 중요한 문제로는 형성시킬 포켓이 많으면 많을수록 이에 비례하여 가공시간이 증가하는 문제가 있다.Therefore, attempts have been made to reduce friction such as minimizing the contact area on the friction surface, forming an appropriate oil film, or installing additional bearings. For example, a method is known in which independent lubricant pockets are installed on sliding bearing elements to improve friction or wear characteristics. In particular, Korean Utility Model Registration No. 409695 discloses a method of cutting an oil pocket on the inner circumferential surface of a cylinder liner using a superhard or heat-treated processing tool. However, in order to use such a tool, not only an expensive machine tool capable of moving in various axes, but also a problem that limits the shape, depth, and width of the pocket that can be formed in this way is more important. The more pockets to be formed, there is a problem that the machining time increases in proportion to this.
한편, 유럽특허 제0264341호는 레이저 빔을 이용하여 실린더 라이너의 내주면에 독립적인 오일포켓을 형성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 방법은 매우 높은 파워의 레이저 빔을 사용하므로 막대한 에너지를 소비하는 문제가 있고, 레이저 빔으로 가공된 부위에 미세한 금속파편들이 만들어지거나 고탄소강 영 역이 형성되는 경향이 있다. 이때 느슨하게 붙어 있던 이러한 금속파편들이나 고탄소강 부분이 떨어져나가 내연기관의 엔진에 손상을 줄 수가 있으므로 레이저 가공 후에는 반드시 이러한 부분을 추가적인 기계연마로 제거해야 하는 문제가 있다. On the other hand, European Patent No. 0264341 discloses a method of forming an independent oil pocket on the inner peripheral surface of the cylinder liner using a laser beam. However, this method uses a very high power laser beam, which consumes enormous energy, and tends to cause fine metal fragments or high carbon steel regions to be formed on the laser beam processed portion. At this time, the loosely adhered metal fragments or high carbon steel parts may fall off and damage the engine of the internal combustion engine. Therefore, after laser processing, these parts must be removed by additional mechanical polishing.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 미국 특허 제6,309,803호 및 독일특허출원 제DE10339606.3호에서는 포토리소그래피법을 이용하여, 실린더 보어면에 감광성 물질을 도포하고 노광, 현상, 에칭, 박리를 거쳐 오일 포켓을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 포토리소그래피법에서는 실린더 보어면과 같은 원형 또는 입체적 표면에 대한 노광 기술이 아직 완전하게 확립되어 있지 않은 것이 문제이다. 즉, 미국특허 제6,309,803호에서는 발광장치에서 빛을 비추면 이를 실린더 내부에 설치된 거울로 실린더 보어면으로 반사시켜 여기에 도포되어 있는 감광성 물질 중 의도한 부분만을 노광시킨다. 그러나 이러한 방법은 실린더 내부에 위치한 거울 및 실린더에 대한 정밀한 모션 제어가 필요한 문제가 있고, 또한 실린더 보어면에 형성시키고자 하는 형상이 많아지고 복잡해질수록 이를 형성하기 위해서는 노광에 더 많은 시간이 소요되는 점에서 앞에서 설명한 레이저를 이용하거나 기계적 가공을 하는 경우와 동일한 문제를 안고 있다. In order to solve the above problems, US Patent No. 6,309,803 and German Patent Application DE10339606.3 use a photolithography method to apply a photosensitive material to the surface of a cylinder bore, and to expose, develop, etch and exfoliate oil. A method of forming a pocket is disclosed. However, in such a photolithography method, a problem is that the exposure technique for a circular or three-dimensional surface such as a cylinder bore surface has not yet been completely established. That is, in US Pat. No. 6,309,803, when light is emitted from a light emitting device, the light is reflected by a mirror installed inside the cylinder to the cylinder bore surface to expose only the intended portion of the photosensitive material applied thereto. However, this method has a problem that requires precise motion control of the mirror and the cylinder located inside the cylinder, and the more and more complicated shapes are desired to be formed on the cylinder bore surface, the more time is required for exposure to form them. In this respect, the same problems as in the case of using the laser or mechanical processing described above are encountered.
독일특허 출원 제DE10339606.3호에서는 실린더 보어면에 형성하고자 하는 모양 대로 패턴을 형성한 노광 필름을 둥글게 말아 감광물질이 도포된 실린더 보어경 내로 밀어 노광시키는 방법을 사용하고 있는데, 노광 필름의 양끝단의 무늬를 정확하게 일치시켜 말아 넣는 것이 곤란할 뿐 아니라 이러한 노광용 필름을 일일이 수동으로 밀어 넣고 빼내는 방식은 대규모의 공업적 생산에 적용하기에는 적합하지 않은 한계가 있다. German Patent Application DE10339606.3 uses a method of rolling an exposure film having a pattern in a shape desired to be formed on a cylinder bore surface and pushing it into a cylinder bore mirror coated with a photosensitive material. Not only is it difficult to accurately match the pattern of the roll, but also the method of manually pushing in and out of the exposure film has a limitation that is not suitable for application in large-scale industrial production.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 포토리소그래피와 같은 고가의 복잡한 공정을 거치지 않고 저가의 간단하고 효율적인 공정에 의해서 마찰 표면 상에 미세한 형상의 오일포켓을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. The present invention is to overcome the problems of the prior art as described above, one object of the present invention is to provide a fine shape on the friction surface by a simple and efficient process of low cost without going through an expensive and complicated process such as photolithography It is to provide a method for forming an oil pocket.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 의한 방법에 의해서 형성된 미세 형상의 오일포켓을 갖는 마찰표면 및 이를 포함하는 제품을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a friction surface having a finely shaped oil pocket formed by the method according to the present invention and a product comprising the same.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 One aspect of the present invention for achieving the above object is
금속 표면에 형성하고자 하는 오일포켓의 형상에 대응되는 형상 대로 천공된 에칭 마스크를 준비하는 단계;Preparing a perforated etching mask in a shape corresponding to the shape of the oil pocket to be formed on the metal surface;
상기 에칭 마스크를 표면처리 하고자 하는 금속 표면에 밀착시키는 단계; Bringing the etching mask into close contact with the metal surface to be surface treated;
상기 천공에 의해 노출된 금속 표면 부분을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰표면 상에 미세형상의 오일포켓을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 상기 에칭 단계는 습식 에칭 또는 건식 에칭에 의해 진행할 수 있다. A method of forming a fine oil pocket on a friction surface comprising etching a portion of the metal surface exposed by the perforation. In the present invention, the etching step may be performed by wet etching or dry etching.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 상기 본 발명의 방법에 의해서 형성된 오일포켓을 포함하는 마찰 표면 및 이러한 마찰 표면을 포함하는 각종 내연기관의 부품 및 압축기 부품에 관한 것이다. Another aspect of the present invention for achieving the above object relates to a friction surface comprising an oil pocket formed by the method of the present invention, as well as components and compressor components of various internal combustion engines including such friction surfaces.
본 발명에서는 마찰표면 상에 형성할 오일포켓의 형상대로 미리 천공된 에칭 마스크를 채택함으로써 마찰표면의 마찰 특성을 획기적으로 개선할 수 있는 독립된 오일포켓을 한층 용이하게 형성할 수 있다. 본 발명에 의하면 종래 기술과 같이 막대한 에너지가 소요되는 레이저 가공이나 고가의 공작기계 또는 인체에 유해한 UV노광 공정을 거치지 않고 단지 에칭 마스크를 표면에 밀착시킨 후 에칭함으로써 마찰표면상에 미세한 오일포켓을 손쉽게 형성할 수 있다. In the present invention, by adopting an etching mask previously punched in the shape of the oil pocket to be formed on the friction surface, an independent oil pocket capable of significantly improving the friction characteristics of the friction surface can be more easily formed. According to the present invention, fine oil pockets on the friction surface can be easily etched by simply etching the etching mask to the surface without going through laser processing, expensive machine tools or UV exposure processes that are harmful to human bodies, as in the prior art. Can be formed.
또한 종래 기술이 곡면의 내부에 오일포켓을 형성하는 것에 국한된 반면 본 발명의 방법에 따르면 곡면의 외주면 위에도 오일포켓의 형성이 가능해진다(도 12 참조). 따라서 본 발명의 방법에 따르면 실린더 라이너의 내주면 이외에도 도 8에서 예시하고 있는 것과 같이 피스톤 핀의 외주면, 이와 결합하여 마찰하게 되는 커넥팅 로드의 작은 끝(소단부)의 내주면, 그 반대편에 있는 커넥팅 로드의 큰끝(대단부)의 내주면, 내주면의 내부에 설치되는 커넥팅로드 베어링, 이와 결합하여 마찰하게 되는 크랭크 핀의 외주면, 커넥팅 로드 큰 끝 주의의 양 측면 및 이와 마찰하게 되는 크랭크 암, 로커 암의 축공, 베어링 외륜링의 내주면 및 내륜링의 외주면에도 미세한 오일포켓을 형성시킬 수 있어 이들의 마찰특성을 획기적으로 개선 할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면 평면과 곡면이 연결된 구조 상에도 용이하게 오일포켓을 동시에 형성할 수 있다. In addition, while the prior art is limited to forming the oil pocket inside the curved surface, according to the method of the present invention, it is possible to form the oil pocket on the outer peripheral surface of the curved surface (see FIG. 12). Therefore, according to the method of the present invention, in addition to the inner circumferential surface of the cylinder liner, as illustrated in FIG. 8, the outer circumferential surface of the piston pin, the inner circumferential surface of the small end (small end) of the connecting rod which is frictionally engaged with the connecting rod, The inner circumferential surface of the large end (large end), the connecting rod bearing installed inside the inner circumferential surface, the outer circumferential surface of the crank pin to be frictionally engaged with it, both sides of the connecting rod large end caution and the crank arm to be rubbed with it, the shaft hole of the rocker arm, Fine oil pockets can also be formed on the inner circumferential surface of the bearing outer ring and the outer circumferential surface of the inner ring, thereby significantly improving their friction characteristics. As described above, according to the present invention, the oil pocket can be easily formed simultaneously on the structure in which the plane and the curved surface are connected.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 하나의 양상은 마찰 표면에 미세 형상의 오일 포켓을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 미끄럼 마찰과 구름 마찰이 발생하는 마찰 표면 상에 미세한 형상을 새겨 넣고 이 미세 형상들이 윤활유를 함유하는 오일포켓으로 기능하도록 함으로써 윤활성능을 개선하고 이를 통한 마찰 및 마모의 감소와 결과적으로 기구의 내구성을 향상시키는 마찰 곡면상에 미세형상의 오일포켓을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 평면 뿐만 아니라 곡면, 즉 예를 들어 내연기관의 실린더와 피스톤, 압축기의 실린더와 피스톤, 내연기관의 커넥팅 로드와 크랭크 축, 로커 암과 로커 암 샤프트, 기타 베어링 등에 오일포켓을 형성할 수 있다. One aspect of the invention relates to a method of forming finely shaped oil pockets on a friction surface. The method of the present invention improves the lubrication performance by engraving the fine shape on the friction surface where sliding friction and rolling friction occurs, so that the fine shape functions as an oil pocket containing lubricating oil, thereby reducing friction and wear and consequently The present invention relates to a method for forming a fine oil pocket on a friction curved surface to improve the durability of the mechanism. The present invention is capable of forming oil pockets on flat as well as curved surfaces, for example cylinders and pistons of internal combustion engines, cylinders and pistons of compressors, connecting rods and crankshafts of internal combustion engines, rocker arms and rocker arm shafts, and other bearings. have.
도1은 본 발명의 일구현예에 의한 오일 포켓의 형성방법에 사용되는 에칭 마스크의 개략사시도이고, 도 2 및 도 3은 오일포켓을 형성하고자 하는 금속 표면에 오일포켓을 밀착시키는 과정을 설명하기 위한 개략사시도이다. 본 발명의 일구현예의 방법에 의해서 금속 표면에 오일 포켓을 형성하는 경우에는 먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 마찰표면 상에 형성시킬 오일포켓의 형상대로 미리 천공하여 둔 에칭 마스크를 준비한다. 이어서 도 2 또는 도 3과 같이 부식처리할 표면상에 에칭 마스크를 밀착시킨다. 이어서 부식액이 에칭 마스크의 천공을 통과하여 표면에 접촉되도록 선택적으로 에칭하여 에칭 마스크의 천공된 부위에 대응되는 금속 표면만 선택적으로 부식시킴으로써 금속 표면과 같은 마찰 표면에 미세 형상의 오일 포켓을 형성한다. 1 is a schematic perspective view of an etching mask used in the method of forming an oil pocket according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 illustrate a process of adhering the oil pocket to the metal surface to form the oil pocket It is a schematic perspective view. When the oil pocket is formed on the metal surface by the method of one embodiment of the present invention, first, an etching mask prepared in advance in the shape of the oil pocket to be formed on the friction surface as shown in FIG. 1 is prepared. Subsequently, the etching mask is brought into close contact with the surface to be corroded as shown in FIG. 2 or FIG. 3. The etchant is then selectively etched through the perforation of the etch mask to contact the surface to selectively corrode only the metal surface corresponding to the perforated portion of the etch mask to form finely shaped oil pockets on the friction surface such as the metal surface.
도1에서는 원통형으로 형성된 에칭 마스크를 예시하였으나 본 발명은 이에 국한되는 것이 아니며, 도 7과 같이 오일포켓을 형성하고자 하는 마찰표면의 형상에 대응하는 형태로 제작한 에칭 마스크를 사용할 수 있다. 본 발명에서 에칭 마스크의 재질은 이후의 에칭 공정에서 사용될 부식액에 대한 내부식성을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서 에칭 마스크로는 예를 들어 저밀도 폴리에틸, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축연신폴리프로필렌, 무연신폴리프로필렌, 폴리스티렌, 연신폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 연신폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리브틸렌텔레프탈레이트, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리브틸렌텔레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리아크릴론트, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리이미드, 테플론, 셀로판 등의 수지를 사용하거나, 티타늄 등과 같이 이후의 에칭 공정에서 사용될 부식액에 대한 내부식성을 갖는 금속 재질의 에칭 마스크를 사용할 수 있다. 대안으로 내부식성이 뛰어나지 않은 금속으로 이루어진 에칭 마스크라도, 천공한 후에 저밀도 폴리에틸, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이축연신폴리프로필렌, 무연신폴리프로필렌, 폴리스티렌, 연신폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 연신폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리브틸렌텔레프탈레이트, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리브틸렌텔레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리아크릴론트, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌비닐알콜, 폴리이미드, 테플론 및 셀로판으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 수지로 코팅하는 방법에 의해 내부식성을 부여한다면 사용할 수 있다.1 illustrates an etching mask formed in a cylindrical shape, but the present invention is not limited thereto, and an etching mask manufactured in a shape corresponding to a shape of a friction surface to form an oil pocket may be used as shown in FIG. 7. In the present invention, the material of the etching mask is not particularly limited as long as it has corrosion resistance to the corrosion solution to be used in the subsequent etching process. In the present invention, the etching mask is, for example, low density polyethyl, high density polyethylene, polypropylene, biaxially stretched polypropylene, non-stretched polypropylene, polystyrene, stretched polystyrene, polyethylene terephthalate, stretched polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polyb. Resins such as tylene telephthalate, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, polybutylene terephthalate, polyamide, polyacrylate, polyvinylacetate, ethylene vinyl alcohol, polyimide, teflon, cellophane, or the like An etching mask made of metal having corrosion resistance to the corrosion solution to be used in the subsequent etching process may be used. Alternatively, an etch mask made of a metal that is not highly corrosion resistant may be made of low density poly ethylene, high density polyethylene, polypropylene, biaxially oriented polypropylene, non oriented polypropylene, polystyrene, oriented polystyrene, polyethylene terephthalate, oriented polyethylene terephthalate after drilling. Consisting of polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, polybutylene terephthalate, polyamide, polyacrylate, polyvinylacetate, ethylene vinyl alcohol, polyimide, teflon and cellophane It can be used if it gives corrosion resistance by the method of coating with 1 or more types of resin chosen from the group.
에칭 마스크 준비 단계에서는 금속 표면에 형성하고자 하는 오일포켓의 형상에 대응되는 형상 대로 다수의 구멍을 갖도록 에칭 마스크를 천공해야 되는데, 이때 사용가능한 천공 방법으로는 프레스 타공, 레이저 커팅 등의 방법을 이용할 수 있다. 이러한 천공 방법 중에서 에칭 마스크의 재질, 에칭 마스크에 형성할 천공의 크기에 따라 적절한 천공 방법을 선택할 수 있다. 또한 도 1에 A, B 및 C구역으로 도시한 바와 같이, 천공되는 구멍의 모양 및 밀도 등을 달리하여 제작할 수도 있다. In the etching mask preparation step, the etching mask must be drilled to have a plurality of holes in a shape corresponding to the shape of the oil pocket to be formed on the metal surface. In this case, a punching method or a laser cutting method can be used. have. Among these drilling methods, an appropriate drilling method can be selected according to the material of the etching mask and the size of the drilling to be formed in the etching mask. In addition, as shown in the region A, B and C in Figure 1, it can be produced by varying the shape and density of the holes to be drilled.
그리고 도 1에 도시한 바와 같이, 원통형의 에칭 마스크(300)는 우선 상기 재질의 판재를 프레스 타공 방법 또는 레이저 가공에 의해서 천공하여 오일포켓의 형성에 대응되는 다수의 구멍(330)을 형성하고 필요한 크기로 재단한 후 둥글게 말아 용접(접합)하는 방법에 의해 제작할 수 있다. 또는 이와 달리 필요한 내경 또는 외경으로 미리 형성된 파이프를 레이저로 천공하여 제작할 수 있다. 그 밖의 형상으로 된 에칭 마스크도 금형을 이용한 절곡, 타발 등의 과정을 거처 제작할 수 있다.As shown in FIG. 1, the
다음으로 상기와 같이 제작된 에칭 마스크(300)를 오일포켓을 형성할 마찰표면(100)에 밀착시킨다. 오일포켓을 형성할 마찰표면이 원통형이고 그 원통의 내 부에 오일포켓을 형성하는 경우에는, 도2에 도시된 바와 같이, 이에 대응하여 원통형으로 형성된 에칭 마스크(300)를 원통형상의 마찰 표면(100) 안으로 삽입하는 방식에 의해 에칭 마스크를 오일포켓을 형성할 마찰표면에 밀착시킬 수 있다. 대안으로, 오일포켓을 형성할 마찰표면이 원통형이고 그 원통의 외부에 오일포켓을 형성하는 경우에는, 도3에 도시된 바와 같이, 그 원통형 마찰 표면(100)의 외경에 대응하는 크기의 내경을 갖는 에칭 마스크(300)를 씌워서 밀착시킬 수 있다. 오일포켓을 형성할 마찰 표면이 원통형이 아닌 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이, 그러한 마찰 표면의 형상에 대응되게 밀착시킨다. 이때 필요한 경우 접착제를 이용하여 마찰 표면과 에칭 마스크를 더욱 단단하게 밀착시킬 수 있다. Next, the
오일 포켓을 형성하고자 하는 마찰 표면에 에칭 마스크를 밀착시킨 후에는, 에칭 마스크의 다수의 구멍들에 의하여 드러난 부분의 금속 표면을 에칭한다. 이 때 에칭은 습식에칭 또는 건식에칭에 의해서 행할 수 있다. 습식에칭에 의할 경우에는 염화철, 염화동, 황산, 질산, 염산, 염화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 페리시안화칼륨, 페리시안화나트륨의 수용액 등 공지의 부식액 중에서 마찰표면의 재질에 따라 적합한 것으로 선택된 1종 이상의 부식용액을 채우거나 분무하는 방법에 의하여 에칭할 수 있다. After the etching mask is brought into close contact with the friction surface on which the oil pocket is to be formed, the metal surface of the portion exposed by the plurality of holes of the etching mask is etched. At this time, etching can be performed by wet etching or dry etching. When wet etching is selected according to the material of the friction surface from known corrosion solutions such as iron chloride, copper chloride, sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, ammonium chloride, sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium ferricyanide and sodium ferricyanide solution 1 It may be etched by filling or spraying more than one corrosion solution.
한편, 가공 정밀도와 형상, 환경 문제 등을 감안하여 건식 에칭에 의해 오일 포켓을 형성할 수 있다. 건식 에칭 시에는 활성 가스를 이온화하여, 이의 물리적 에너지를 이용하는 이온 에칭, 플라즈마화한 활성가스의 화학반응을 이용하는 플라즈마 에칭, 화학 반응과 물리 반응을 모두 이용하는 반응성 이온 에칭(RIE: Reactive Ion Etching)등의 방법으로 에칭할 수 있다. 여기서 부식액 또는 플라즈마의 종류를 선택함에 있어서 마찰표면은 부식시키면서도 에칭 마스크는 부식시키지 않는 종류를 선택한다. On the other hand, in consideration of processing accuracy, shape, environmental problems, and the like, the oil pocket can be formed by dry etching. In dry etching, the active gas is ionized and ion etching using its physical energy, plasma etching using the chemical reaction of the plasma-formed active gas, reactive ion etching (RIE) using both chemical and physical reactions, and the like. It can be etched by the method. Here, in selecting the type of the corrosion solution or the plasma, a type is selected in which the friction surface is corroded while the etching mask is not corroded.
상기의 에칭과정을 거치면 마찰표면 상에 오일포켓이 에칭 마스크에 천공된 형상대로 형성된다. 에칭 시간은 주로 부식시켜 형성시킬 오일 포켓 형상의 깊이에 의해 결정된다. Through the above etching process, an oil pocket is formed on the friction surface in a shape punched in the etching mask. The etching time is mainly determined by the depth of the oil pocket shape to be formed by corrosion.
한편 에칭 마스크를 밀착시킴에 있어 미세한 오차로 인하여 마찰표면(100)과 에칭 마스크(300) 간에는 도4에 도시한 바와 같이, 미세한 틈(d)이 생길 수 있다. 이 경우 도 5와 같이 부식액이 이러한 틈새로 흘러 들어가 오일포켓이 의도한 형상과 달리 형성될 수 있다. 적용 제품의 특성상 이러한 결과를 용인할 수 없는 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 천공 부위 이외의 부분이 부식되는 것을 방지하기 위하여 에칭 마스크(300)를 마찰 표면(100)에 밀착시키기 전에 마찰표면(100)과 상기 에칭 마스크(300) 사이의 틈에 부식방지 물질(400)을 충전할 수 있다. 이때 사용가능한 부식 방지 물질의 비제한적인 예들은 실리콘오일, 불소오일, 공업용 윤활유, 야자유, 팜유, 올리브유 등의 식물유, 천연수지, 파라핀 등의 탄화수소화합물, 올레인산, 팔미트산, 라우린산, 스테아린산 등의 지방산류 등을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이와 같이 부식방지 물질을 마찰 표면에 도포한 후 에칭 마스크를 밀착시키면 에칭 마스크와 마찰표면 사이의 틈에 이들 물질이 충전(充塡)되어 부식액이 마찰표면과 접촉하는 것을 방지하여 원하지 않는 부위의 부식을 방지할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 4, a minute gap d may occur between the
밀착을 강화하기 위한 또 다른 방법으로는 에칭 마스크 소재가 갖는 탄성을 이용하는 방법이 있다. 즉, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 에칭 마스크(300)를 벌려서 임의의 형상의 마찰표면(100)에 놓은 후 에칭 마스크의 탄력에 의해서 마찰 표면에 밀착되도록 할 수 있다. 대안으로, 원통의 내부에 밀착되는 에칭 마스크의 경우에는, 도8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 원통의 지름보다 큰 지름을 가지는 원통으로 에칭 마스크(300")를 제작하되 에칭 마스크의 둘레의 길이가 원통형 마찰 표면(100")의 내부의 길이와 같도록 에칭 마스크(300")의 일부를 절개하여 제작할 수도 있다. 절개된 에칭 마스크(300")에 가압하여 수축시킨 뒤 원통형의 마찰표면(100")의 내부로 삽입하면 에칭 마스크(300")자체의 탄성으로 인해 원통형 마찰 표면(100")의 내주면에 더욱 밀착되게 된다. Another method for enhancing the adhesion is to use the elasticity of the etching mask material. That is, for example, as shown in FIG. 7, the
반대로 원통형의 마찰 표면의 외주면에 밀착시키는 경우에는, 도 8 및 도 10에 도시한 바와 같이, 에칭 마스크(300" ')를 팽창시켜 원통형의 마찰 표면(100")의 외부에 위치시킨 뒤 팽창을 풀어주면 에칭 마스크(300" ') 소재의 탄성에 의해 수축되면서 원통형의 마찰 표면(100")의 외주면에 밀착하게 된다. 물론 이 경우 절개부위를 제외한 에칭 마스크의 둘에의 길이는 원통외부의 둘레의 길이와 같아야 한다. 절개를 함에 있어서 반드시 직선절개를 할 필요는 없고 도 10에서 예시하는 것과 같이 둥글게 절개할 수도 있으며 임의의 모양으로 절개할 수 있다. On the contrary, in the case of being in close contact with the outer circumferential surface of the cylindrical friction surface, as shown in Figs. 8 and 10, the
소정의 시간 동안 에칭한 후 필요한 깊이만큼 전체에 걸쳐 균일하게 에칭이 이루어졌는지를 확인하고 마찰표면에 밀착되어 있던 에칭 마스크를 제거하면 마 찰표면 상에 미세 형상의 오일포켓을 형성할 수 있다.After etching for a predetermined time, it is possible to form a fine oil pocket on the friction surface by checking whether the etching is uniformly performed over the entire surface to the required depth and removing the etching mask that is in close contact with the friction surface.
한편 전술한 대로 에칭 마스크와 마찰표면의 틈 사이에 부식 방지 물질을 충전한 경우에는 이들 부식방지 물질의 일부가 부식액에 섞여 부식액의 보관조로 함께 들어갈 수 있으므로 이는 유수분리장치를 이용하여 부식액으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 에칭 마스크를 떼어낸 후 마찰표면 상에 남아 있는 충전물질은 NaOH나 KOH 수용액 등 공지의 알칼리성 용액을 분사하는 등의 방법으로 용해시켜 제거할 수는 있으나 대체로는 이후 공정까지 보관, 이동하는 동안 공기 중의 수분 등에 의한 부식을 방지할 필요가 있으므로 단지 물리적으로 닦아내어 표면에 소량 잔존한 유지성분들이 방청역할을 하도록 할 수도 있다. On the other hand, if the anti-corrosive material is filled between the gap between the etching mask and the friction surface as described above, some of the anti-corrosive material may be mixed with the corrosive solution and enter the corrosive storage tank, which is removed from the corrosive solution using an oil / water separator. It is preferable. After removing the etching mask, the filling material remaining on the friction surface can be dissolved and removed by spraying a known alkaline solution such as NaOH or KOH aqueous solution. Since it is necessary to prevent corrosion due to moisture, it may be wiped off only physically so that a small amount of remaining oil on the surface may serve as a rust preventive.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 방법에 의해서 형성된 오일 포켓을 포함하는 마찰 표면에 관한 것이다. 이러한 마찰 표면의 일례를 도 11에 도시하였다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일구현예의 마찰 표면은 마찰 표면(100)의 표면에 다수의 오일 포켓들(200)을 포함하고, 이러한 오일 포켓(200)에는 오일(300)이 주입되어 마찰 표면이 작용하는 과정에서 발생되는 마찰이 줄어들게 된다. 이러한 표면은 편평한 표면이거나 곡면일 수 있다. Another aspect of the invention relates to a friction surface comprising an oil pocket formed by the method of the invention. An example of such a friction surface is shown in FIG. As shown in FIG. 11, the friction surface of one embodiment of the present invention includes a plurality of oil pockets 200 on the surface of the
본 발명의 또 다른 양상은 이러한 마찰 표면을 포함하는 제품일 수 있다. 이러한 제품은 자동차, 철도차량, 선박 등의 내연기관이거나 에어컨디셔너, 냉장고 등에서 냉매를 압축시키기 위해 사용되는 압축기를 포함할 수 있다. 내연기관의 실린더 라이너, 피스톤 핀, 커넥팅 로드, 커넥팅 로드 베어링, 로커 암, 크랭크축, 또는 베어링 등에 본 발명의 마찰 표면이 포함될 수 있다. 또한, 에어컨디셔너, 냉장고 등의 압축기도 본 발명의 미세 형상의 오일 포켓을 갖는 마찰 표면을 포함할 수 있다. 도 12는 컨로드 소단부 및 대단부의 내주면에 오일포켓을 형성한 도면이다. 도 13는 축공에 오일포켓(83)이 형성된 로커 암의 사시도이고, 도 14는 내주면에 오일포켓 형성 부위(84, 85)를 구비하는 베어링 외륜링 사시도이다. Another aspect of the invention may be an article comprising such a friction surface. Such products may include internal combustion engines such as automobiles, railroad cars, ships, or the like, or compressors used to compress refrigerant in air conditioners, refrigerators, and the like. The friction surface of the present invention may be included in a cylinder liner, piston pin, connecting rod, connecting rod bearing, rocker arm, crankshaft, or bearing of an internal combustion engine. In addition, compressors such as air conditioners, refrigerators, and the like may also include a friction surface having finely shaped oil pockets of the present invention. 12 is an oil pocket formed on the inner circumferential surface of the conrod small end and the large end. FIG. 13 is a perspective view of a rocker arm in which an
이하에서 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예는 단지 예시를 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the protection scope of the present invention.
실시예Example
폴리프로필렌 소재의 수지판을 0.5mm 두께로 성형하고 0.3mmX1.5mm의 천공을 좌우 3mm, 상하 1.5mm 간격으로 형성하여 에칭 마스크를 준비하였다. 이어서 수득된 에칭 마스크를 도 9에 도시된 방법에 따라서 오일 포켓을 형성하고자 하는 엔진의 실린더 블럭의 내주면에 밀착시켰다. 그리고나서 상기 천공에 의해 노출된 실린더 블록의 내주면을 염화철용액으로 2분간 에칭한 후 에칭마스크를 제거하여 실린더 블록 내주면에 오일포켓얼 형성하였다. 도 15는 이렇게 해서 수득한 실린더 블록의 내주면의 사진이다. 도 15를 참고하면, 실린더 블록의 내주면 중에서 천공 부위를 통해 부식액과 접촉된 부위가 부식되어 미세한 홈이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 홈의 내부에 오일이 첨가되면 오일포켓으로 기능할 수 있을 것이다.A resin plate made of polypropylene was molded to a thickness of 0.5 mm, and a 0.3 mm X 1.5 mm perforation was formed at left and right 3 mm and 1.5 mm up and down intervals to prepare an etching mask. The obtained etching mask was then brought into close contact with the inner circumferential surface of the cylinder block of the engine to form oil pockets according to the method shown in FIG. Then, the inner peripheral surface of the cylinder block exposed by the drilling was etched with iron chloride solution for 2 minutes, and then the etching mask was removed to form an oil pocket on the inner peripheral surface of the cylinder block. Fig. 15 is a photograph of the inner circumferential surface of the cylinder block thus obtained. Referring to FIG. 15, it can be seen that a portion of the inner circumferential surface of the cylinder block is in contact with the corrosion liquid through a perforated portion to form a fine groove. If oil is added to the inside of these grooves will be able to function as an oil pocket.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are made by those skilled in the art to which the present invention pertains within the scope of the technical idea of the present invention. This possibility will be self-evident.
도1은 본 발명에서 사용되는 에칭 마스크의 일례를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an example of an etching mask used in the present invention.
도 2는 마찰 표면에 오일 포켓을 형성하기 위해 금속 표면에 에칭 마스크를 접촉시키는 단계를 도시한 사시도이다. 2 is a perspective view illustrating the step of contacting an etching mask with a metal surface to form oil pockets on the friction surface.
도 3은 마찰 표면에 오일 포켓을 형성하기 위해 금속 표면에 에칭 마스크를 접촉시키는 다른 구현예의 단계를 설명하기 위한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating the steps of another embodiment of contacting an etching mask to a metal surface to form oil pockets on the friction surface.
도 4 및 도 5는 마찰 표면과 에칭 마스크 사이에 틈새가 존재하는 경우의 문제점을 설명하기 위한 모식도이다. 4 and 5 are schematic diagrams for explaining the problem when a gap exists between the friction surface and the etching mask.
도 6은 마찰 표면과 에칭 마스크 사이의 틈새에 부식방지물질을 충진한 상태의 모식도이다. 6 is a schematic view of a state in which a corrosion preventing material is filled in a gap between the friction surface and the etching mask.
도 7 및 도 8은 오일포켓을 형성하고자 하는 마찰표면의 형상에 대응하는 형 태로 제작한 에칭 마스크를 도시한 평면개략도이다.7 and 8 are plan schematic views showing etching masks manufactured in a form corresponding to the shape of the friction surface to form the oil pocket.
도 9 및 도 10은 에칭 마스크 재질의 탄력성을 이용하여 마찰 표면과 에칭 마스크를 밀착시키는 방법을 설명하는 사시도이다. 9 and 10 are perspective views illustrating a method of bringing the friction surface into close contact with the etching mask using the elasticity of the etching mask material.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 의한 오일포켓을 포함하는 마찰표면의 측단면개략도이다. 11 is a side cross-sectional schematic view of a friction surface including an oil pocket according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 오일포켓을 갖는 마찰 표면이 적용된 컨로드의 사시도이다. 12 is a perspective view of a conrod to which a friction surface having an oil pocket of the present invention is applied.
도 13는 축공에 오일포켓(83)이 형성된 로커 암의 사시도이다. 13 is a perspective view of the rocker arm in which the
도 14는 내주면에 오일포켓 형성 부위(84, 85)를 구비하는 베어링 외륜링 사시도이다. Fig. 14 is a perspective view of the bearing outer ring having the oil
도 15는 실시예에 의해서 내주면에 오일포켓이 형성된 실린더 블록의 내주면 사진이다. 15 is a photograph of the inner circumferential surface of the cylinder block in which the oil pocket is formed on the inner circumferential surface according to the embodiment.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100: 마찰 표면(금속 표면) 300: 에칭 마스크100: friction surface (metal surface) 300: etching mask
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KR1020080081518A KR20100022830A (en) | 2008-08-20 | 2008-08-20 | Method for forming microstructured oil pocket on a fricktion surface |
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KR1020080081518A KR20100022830A (en) | 2008-08-20 | 2008-08-20 | Method for forming microstructured oil pocket on a fricktion surface |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108999714A (en) * | 2018-08-10 | 2018-12-14 | 重庆理工大学 | A kind of high-performance cylinder jacket component and manufacturing method |
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2008
- 2008-08-20 KR KR1020080081518A patent/KR20100022830A/en not_active Ceased
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108999714A (en) * | 2018-08-10 | 2018-12-14 | 重庆理工大学 | A kind of high-performance cylinder jacket component and manufacturing method |
CN108999714B (en) * | 2018-08-10 | 2021-05-28 | 重庆理工大学 | A high-performance cylinder liner assembly and manufacturing method |
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