KR20100113514A - 다공성 미끄럼 베어링 및 다공성 미끄럼 베어링의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Cu-Sn-Bi 합금 레이어를 포함하는 베어링 재료 및 상기 베어링 재료의 제조 방법을 개시한다. 상기 합금 레이어는 약 2% 내지 약 10% 범위의 공극률을 가지고 있다. 대부분의 공극들은 서로 연결되지 않도록 분리되어 있으며 또한 공극들은 서로 직접 연통되어 있지 않다. 상기 합금 레이어는 금속 받침 레이어에 소결될 수 있으며, 의도하는 베어링 사용을 위해 원하는 형상으로 될 수 있다.

Description

다공성 미끄럼 베어링 및 다공성 미끄럼 베어링의 제조 방법{POROUS SLIDING BEARING AND METHOD OF CONSTRUCTION THEREOF}

본 발명은 대체로 미끄럼 베어링 재료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 받침에 고정된 합금을 가지고 있는 미끄럼 베어링 재료 및 이러한 미끄럼 베어링 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 미끄럼 베어링 및 부싱은 2개의 기본적인 카테고리: 즉, 비교적 연질의 베어링 재료가 강으로 된 강성의 받침에 고정되어 있는 본질적으로 매우 치밀한 제품; 그리고 소결 청동(sintered bronze) 분말 합금으로 만들어져 있으며 오일을 흡수하거나 PTFE와 같은 다른 재료를 함침(impregnating)하기 위해 상당한 정도로 서로 연결되어 있는 개방된 공극 구조를 가진 고도의 다공성 제품으로 분류되는 것으로 알려져 있다.

상당한 정도로 서로 연결되어 있는 공극을 가진 고도의 공극률 베어링을 가지는 것이 항상 바람직한 것은 아닌데, 그 이유는 상기와 같은 베어링이 여러 상황에서 지나치게 흡수성을 가질 수 있기 때문이다. 개방되게 서로 연결된 다공성 구조는 청동 입자의 사이즈를 주의깊게 컨트롤함으로써 만들어지는데, 소결 입자들 사이의 연결 공간을 최대화하기 위해서 상기 청동 입자가 모두 동일한 사이즈인 것이 이상적이다. 한 번에 생산되는 입자들의 비교적 작은 비율만 대체로 동일한 사이즈로 될 수 있기 때문에, 단일 사이즈(monosize)의 청동 입자를 사용하는 것은 비용이 많이 든다. 보다 작은 입자들을 혼합 상태로 포함하면 보다 작은 입자들이 개방된 작은 공간으로 이동하게 되고, 이로 인해 공극률이 저하된다는 것을 알 수 있다.

또한, 납 대신에 일정량의 비스무트(bismuth)를 함유하는 청동 합금 베어링을 포함하는, 실질적으로 납성분이 없는 소결 분말 금속 베어링 재료가 알려져 있다. 상기와 같은 재료는 미국 특허 제6,746,154호에 개시되어 있다. 이러한 베어링은, 실질적으로 공극이 없는 재료(다시 말해서, 1% 미만의 공극률을 가진 재료)를 얻도록 CuSnBi 합금 분말을 강 받침대 위에 뿌리고, 상기 재료를 압연으로 다지고, 다져진 재료를 소결처리한 다음 2차 압연 및 소결 작업을 함으로써 만들어질 수 있다. 이러한 재료는 재료의 치밀화를 최대화하기 위해 단일 사이즈의 입자들로 만들어지지 않는다.

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복할 수 있는 다공성 베어링 재료 및 이러한 다공성 베어링의 제조 방법을 제공하는 것이다.

미끄럼 베어링(또는 부싱)은 약 2% 내지 약 10% 범위의 공극률을 가지고 있는 Cu-Sn-Bi 합금을 포함하고 있다. 적어도 공극의 대부분은 서로 연결되어 있지 않다. 다시 말해서, Cu-Sn-Bi 합금에 대해 베어링 재료는 비교적 고도의 공극률을 나타내지만, 종래의 청동 부싱에 대해서 살펴보면 공극은 서로 연결되어 있지 않고, 오히려 격리되어 있어서 공극들이 개방된 공극들의 연결망으로 되는 채널이 아니나 포켓으로 작용한다.

바람직한 실시예와 최적 모드에 대한 아래의 상세한 설명, 첨부된 청구항 및 도면과 함께 고려하면 본 발명의 상기 실시형태, 특징 및 장점과 본 발명의 다른 실시형태, 특징 및 장점을 쉽게 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따라 제조된 베어링 재료의 개략적인 부분 단면도이고;
도 2는 도 1의 베어링 재료를 제조하는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 공정을 개략적으로 나타내고 있다.

도면을 보다 상세하게 참고하면, 도 1은 미끄럼 베어링 재료를 나타내고 있고, 아래에서는 상기 미끄럼 베어링 재료를, 본 발명의 바람직한 한 실시형태에 따라 제조된 베어링(10)이라 한다. 베어링(10)은 강으로 만들어질 수 있는 금속 받침 레이어(12) 및 Cu-Sn-Bi 합금 재료로 된 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)를 포함하고 있다. 본 발명에 따르면, 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)는 대체로 서로 연결되지 않은 공극(16)을 가지고 있다. 따라서, 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14) 내의 대부분의 공극(16)은 분리되어 있고 서로 연통되어 있지 않도록 서로 이격된 상태로 있으므로, 지나치게 흡수성을 가지는 것을 피할 수 있다.

도 2에는, 본 발명에 따른 상기와 같이 조절된 서로 연결되지 않은 공극을 가진 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)를 만드는 방법이 개략적으로 도시되어 있다. 합금 베어링 레이어를 만드는 종래의 방법과는 달리, 본 발명의 방법은 상기 [배경기술] 부분에 기술되어 있는 종래의 소결 청동 오일 함침 베어링(sintered bronze oil impregnated bearing)과 같이 비용이 비싼 것으로 알려져 있는 단일 사이즈의 입자를 선택하는 것에 있는 것이 아니라, 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)를 처리하는 방법에 있다. 특히, Cu-Sn-Bi 분말은, 분말 혼합물의 알갱이의 개별적인 사이즈가 변할 수 있어서, 경제적으로 생산할 수 있는 합금 분말로 선택되는 것이 바람직하다. 1차 소결처리 단계에서 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)는 강 받침 스트립 레이어(12) 위에 놓이고 소결처리 스테이션(24)에서 소결된다. 따라서, 상기 소결처리 단계는 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)를 먼저 다짐처리(compacting)하지 않고서 수행되므로, 상기 [배경기술] 부분에 기술되어 있는 것과 같은 단계는 생략되고, 이 단계에서는 알려져 있는 미끄럼 베어링 합금 재료 레이어를 제조하는 방법과 비교하여 미끄럼 베어링 합금 분말 재료의 치밀성 및 경도가 상대적으로 약하게 된다. 1차 소결처리 단계 후 미끄럼 베어링 합금 분말 재료가 여전히 고온 상태에 있는 동안, 미끄럼 베어링 합금 분말 재료가 상기 [배경기술] 부분에 기술되어 있는 것과 같은 매우 치밀한 Cu-Sn-Bi 베어링과 비교하여 감소된 부하(load)로 다짐처리 스테이션(28)에서 압연되므로, 이 단계에서 소결된 미끄럼 베어링 합금 분말 재료의 치밀성 및 경도는 상대적으로 약하게 된다. 그리고 2차 소결처리 단계에서 미끄럼 베어링 합금 분말 재료는 소결처리 스테이션(30)에서 소결된다. 2차 소결처리 단계가 종료되면, 베어링(10) 재료는 더 이상의 다짐처리없이 사용할 수 있게 된다.

놀랍게도, 본 발명의 발명자들은 압연 공정을 조정하고 소결처리 단계, 즉, 2차 소결처리 단계를 생략함으로써 Cu-Sn-Bi 합금 분말의 일반적인 입자 사이즈의 혼합물이, 낮은 비율의 서로 연결된 공극을 가진 비교적 높은 공극률의 Cu-Sn-Bi 베어링 레이어를 만드는데 사용될 수 있다는 것을 알게 되었다. 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)는 전체 레이어 부피의 약 2% 내지 약 10% 의 공극률의 바람직한 특성을 가지며, 공극의 50% 를 넘는 대부분의 공극은 서로 연결되어 있지 않다. 미끄럼 베어링 합금 분말 레이어(14)는, 채널에 의해 서로 연결되어 있지 않는 것과 같이 서로 직접 연통되어 있지 않은 상태로 있는 개별 공극(16) 사이에 오일을 보유하지만, 서로 연결된 공극을 가진 종래의 소결 청동 베어링에서와 같이 오일을 흡수하지는 않는다.

치밀성 및 서로 연결되지 않은 공극(16)의 다공성 구조는 압연 속력에 의해 영향을 받을 수 있는데, 느린 속력은 원하는 고도의 공극률을 가지지만, 공극들 사이의 연결 비율이 낮은 구조를 개발하는 것에 유리하다는 사실도 알게 되었다.

상기와 같은 베어링 재료는 강 받침(steel backing)에 적용될 수 있으며 오일을 포함하는 환경에서의 미끄럼 베어링 또는 부싱용 베어링 재료로 사용될 수 있다.

비스무트(bismuth)가 있으면, 오일이 부족한 작동 상태, 즉, 베어링에 사용될 수 있는 오일이 거의 없는 상태의 경우에 부가적인 윤활작용을 제공하는 바람직한 효과를 가진다.

상기 내용에 비추어 보면, 본 발명의 많은 변형 및 수정이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 첨부된 청구항의 기술영역 내에서, 본 발명을 위에서 상세하게 설명한 것과 달리 실시할 수 있다.

Claims (14)

1. 베어링 재료로서,
   약 2% 내지 약 10% 범위의 공극률을 가지고 있는 Cu-Sn-Bi 합금 레이어를 포함하고 있고, 대부분의 공극들은 서로 연결되지 않도록 분리되어 있으며 서로 직접 연통되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 합금 레이어에 부착된 금속 받침 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 합금은 다양한 사이즈의 개별 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 합금 레이어는 소결되는 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
5. 베어링 재료를 제조하는 방법으로서,
   금속 받침 레이어를 제공하는 단계;
   Cu-Sn-Bi의 합금 분말 재료 레이어를 상기 금속 받침 레이어 위에 펼치는 단계;
   상기 합금 분말 재료 레이어를 소결하는 1차 소결 단계;
   소결된 상기 합금 분말 재료 레이어를 다지는 단계; 그리고
   다져진 상기 합금 분말 재료 레이어를 소결하는 2차 소결 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 1차 소결 단계는 상기 합금 분말 재료 레이어를 사전에 다지지 않고서 수행되는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 2차 소결 단계의 완료시에 약 2% 내지 약 10% 범위의 공극률을 가지는 Cu-Sn-Bi의 합금 분말 재료 레이어를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 2차 소결 단계의 완료시에 대부분의 공극들이 서로 연결되지 않도록 공극들이 분리되어 있으며 서로 직접 연통되어 있지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 2차 소결 단계는 상기 합금 분말 재료 레이어를 위한 최종 공정 단계인 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
10. 베어링 재료를 제조하는 방법으로서,
    Cu-Sn-Bi의 합금 분말 재료 레이어를 소결하는 1차 소결 단계;
    소결된 상기 합금 분말 재료 레이어를 다지는 단계; 그리고
    다져진 상기 합금 분말 재료 레이어를 소결하는 2차 소결 단계;
    를 포함하여, 소결된 상기 합금 분말 재료 레이어가, 대부분의 공극들이 서로 연결되어 있지 않은 상태로 약 2% 내지 약 10% 범위의 공극률을 가지는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 1차 소결 단계 전에, 금속 받침 레이어를 제공하는 단계 및 상기 합금 분말 재료 레이어를 상기 금속 받침 레이어 위해 펼치는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 2차 소결 단계로 상기 합금 분말 재료 레이어의 공정을 종료하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 1차 소결 단계는 상기 합금 분말 재료 레이어를 사전에 다지지 않고서 수행되는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.
14. 제 10 항에 있어서, 다양한 사이즈의 입자를 가지고 있는 합금 분말 재료 레이어를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료를 제조하는 방법.

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