KR20110060944A - 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료 및 평면 베어링 부싱 및 평면 베어링 조립체 - Google Patents

진동 감쇠 평면 베어링 복합재료 및 평면 베어링 부싱 및 평면 베어링 조립체 Download PDF

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Abstract

미끄럼 재료를 포함하는 미끄럼층(10, 15), 치수적으로 안정된 지지층(12) 및 탄성층(14)을 포함하는 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료는, 미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의(sheet-like) 재료, 특히 스트립 형상의(strip-shaped) 연속 재료의 형태로 제공하는 단계; 치수적으로 안정된 지지층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및 미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 탄성층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계, 또는, 미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의 재료, 특히 스트립 형상의 연속 재료의 형태로 제공하는 단계; 엘라스토머층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및 미끄럼층과 반대측의 엘라스토머층에서 치수적으로 안정된 지지층에 엘라스토머층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계에 의해 획득된다.

Description

진동 감쇠 평면 베어링 복합재료 및 평면 베어링 부싱 및 평면 베어링 조립체 {VIBRATION-DAMPING PLAIN BEARING COMPOSITE AND PLAIN BEARING BUSHING AND PLAIN BEARING ASSEMBLY}
본 발명은 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 재료로 제조된 평면 베어링 부싱, 평면 베어링 조립체 및 평면 베어링 복합재료의 제조 방법에 관한 것이다.
엘라스토머층이 구비된 것을 비롯한 복합재료로 만들어진 평면 베어링(예를 들어, US 3,881,791)이 오랫동안 알려져 왔고, 자동차 산업 및 기타 산업 분야에서 상이한 기하형상의 평면 베어링으로서, 예를 들어 원통형 평면 베어링 부싱으로서 다양한 방식으로 사용된다.
둘러싸는 형상의 엘라스토머층을 가진 이러한 원통형 평면 베어링 부싱이 US 2003/0012467 A1호에 개시된다. 이 평면 베어링 부싱은 중합체(예를 들어, 폴리이미드)로 구성된 쉘 형상의 원통형 평면 베어링을 포함하며, 이는 엘라스토머 쉘로 둘러싸인다. 이러한 베어링 조립체를 제조하기 위해, US 2003/0012467 A1호에 따른 원통형 평면 베어링은 엘라스토머 링 내로 가압될 수 있다. 또한 중합체 평면 베어링 주위에 쉘 형상의 엘라스토머층을 사출 성형하는 것이 가능하다. 그러나 이는 매우 단순한 기하형상, 예를 들어, 완전한 원통형 쉘의 경우에만 만족스럽게 달성될 수 있으며, 또는 많은 비용이 든다.
DE 20 2005 006 868 U1호에는 또 다른 평면 베어링 복합재료 시스템이 개시되는데, 여기서 금속 지지체가 엘라스토머층으로 코팅되고, 엘라스토머층 상에는 마찰 감소 외부층(예를 들어, PTFE를 포함)이 미끄럼층으로서 배치된다. 구체적으로 DE 20 2005 006 868 U1호에서는 마찰 감소 외부층과 엘라스토머층 및 이 엘라스토머층을 금속 지지체 재료에 연결하는 결합층이 각 경우에 용매 함유 습식 코팅 조성물로서 각각의 하부층에 적용된다. 그 결과, 예를 들어 엘라스토머층의 경우, 보통 5 내지 120 μm의 비교적 작은 층 두께만이 가능하다. 그러나, 개별적인 층들을 습식 코팅 조성물로서 지지체 재료에 적용함으로써, 복합재료는 오직 성형 단계 후에 완성되므로, 성형 중 층 시스템이 파괴되지 않으면서 더 복잡한 형상, 예를 들어 축 방향 칼라가 구비된 베어링 부싱을 제조 가능하게 한다. 그러나, 진동 감쇠를 주로 담당하는 엘라스토머층이 충분한 두께를 가지고 있지 않으므로, 그러한 베어링 부싱으로는 만족스러운 진동 감쇠가 불가능하다.
이러한 종래 기술을 감안하여, 본 발명의 목적은 특히 유리한 음향 및 진동 감쇠 특성을 가지고 또한 복합재료가 파괴될 우려 없이 비교적 복잡한 3차원 기하형상의 베어링을 제조하도록 하는 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료를 제공하는 데에 있다.
일 실시형태에서, 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료는, 미끄럼 재료를 포함하는 미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 탄성층을 포함할 수 있으며, 여기서 평면 베어링 복합재료는:
미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의(sheet-like) 재료, 특히 스트립 형상의(strip-shaped) 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
치수적으로 안정된 지지층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 탄성층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계,
또는,
미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의 재료, 특히 스트립 형상의 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
엘라스토머층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
미끄럼층과 반대측의 엘라스토머층에서 치수적으로 안정된 지지층에 엘라스토머층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계에 의해 얻을 수 있다.
따라서 평면 베어링 복합재료는 적어도 세 개의 층을 가지는 층 시스템을 포함할 수 있다. 치수적으로 안정된 지지층은 미끄럼층과 탄성층 사이에 배치될 수 있다. 마찬가지로 탄성층이 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층 사이에 배치되는 것이 가능하다.
미끄럼층과 반대측의 평면 베어링 복합재료에 또 다른 층들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 탄성층이 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층 사이에 배치되는 경우, 치수적으로 안정된 지지층의 비코팅측에 추가적인 탄성층이 제공될 수 있는데, 추가적인 탄성층은 시트 형상 재료로 제공될 수 있고, 그 영역에 걸쳐 치수적으로 안정된 지지층에 연결될 수 있다.
일 실시형태에서, 평면 베어링 복합재료는 개별적인 층들 사이에 특히 강한 결합을 가질 수 있고, 그로써 복합재료는 다양한 형성 기법에 의해 예를 들어 편평한 재료에서 3차원 기하형상 시스템으로 변환될 수 있다. 층 시스템 자체는 간단한 구조를 가질 수 있으며, 특히 양호한 진동 및 소음 감쇠 특성을 가진다. 이는 첫째로, 그 전체 영역에 걸쳐 서로 연결된 층들에 의해, 둘째로 개별적인 층 두께들을 폭넓게 변화시키도록 하는 시트 형상의 출발 재료로 개별적인 층들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어 축방향 칼라를 가진 평면 베어링 부싱 형태의 평면 베어링 복합재료를 사용할 때, 베어링 구성요소들 간의 상대적 움직임의 크기 및 유형에 관계없이 최적의 진동 감쇠를 달성할 수 있다. 나아가, 복합재료에 견고하게 통합된 탄성층이 효과적인 고체 전달음 디커플링을 제공할 수 있고, 그로 인해 베어링을 통한 소리의 전달이 최소화될 수 있다. 이러한 평면 베어링 부싱이 시트(seat) 구조에 사용되는 경우, 이는 시트 지지 구조로부터 차량 바닥 조립체의 효과적인 진동 감쇠 및 디커플링을 의미하며, 운전자 및 탑승자의 안락함을 현저히 증가시킨다.
평면 베어링 복합재료의 일 양상에 의하면, 하나 이상의 공정 단계에서 처음에 시트 형상의 재료로 존재하는 개별적인 층들로부터 복합재료를 얻을 수 있다. 시트 형상의 재료들은 예를 들어, 제조 공정 중 하나 이상의 단계에서 계속적으로 압연되고 서로 연결된 연속 스트립 형태로 되어 복합재료를 제조할 수 있다. 이는 상기에 언급한 바와 같이, 특히 충분한 비율의 탄성층을 가진 평면 베어링 복합재료의 제조를 가능하게 하여, 그 결과 평면 베어링 복합재료로 제조된 베어링은 소정의 베어링 하우징 기하형상에 더 용이하게 매치될 수 있고, 파괴 없이 베어링 구성요소들 간의 오정렬 및 공차를 균일하게 할 수 있다. 특히 국부적인 응력 피크가 발생할 때, 예를 들어 오정렬로 인한 고장(jamming)의 경우, 탄성 변형에 의해 하중 응력을 고르게 할 수 있다.
전술한 유리한 특성으로 인해, 평면 베어링 복합재료를 매우 다양한 방식으로 이용할 수 있다. 예를 들어 적절한 성형 후 힌지 베어링으로 사용할 수 있으며, 이 경우 높은 탄성 변형도를 이용하여 소정의 토크를 생성할 수 있다.
먼저 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 치수적으로 안정된 지지층에 연결하고, 다음으로 탄성층을 그 영역에 걸쳐서 미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 연결함으로써, 예를 들어 내부 미끄럼층을 가진 원통형 베어링 부싱을 제조하도록 형성될 수 있는 층 시스템을 제조할 수 있다. 탄성층은 외부에 배치될 수 있고 따라서 베어링 하우징과 접촉한다. 여기서, 강철 대 강철의 재료 쌍과 비교하여 베어링 하우징의 재료(예를 들어 강철)에 대해 마찰 계수가 상당히 더 높은 엘라스토머로 탄성층이 형성될 수 있고, 이는 하우징 내의 복합재료 평면 베어링이 회전되는 것이 효과적으로 방지되도록 보장한다. 이는 벨트 텐셔너와 같은, 베어링 하우징 내의 평면 베어링의 느슨한 시트 끼워맞춤(loose seat fitting)에 특히 유용하다.
일 실시형태에서, 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료는 개별적인 층들을 각각 시트 형상의 재료 형태로 제공하는 단계, 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 치수적으로 안정된 지지층에 연결하는 단계, 및 탄성층을 그 영역에 걸쳐 미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 연결하는 단계에 의해 얻을 수 있다.
먼저, 미끄럼층을 치수적으로 안정된 지지층에 연결할 수 있다. 바람직하게, 이는 250 내지 400℃의 온도 범위에서 접착제를 통해 수행될 수 있다. 접착제는 적어도 불소 중합체, 특히 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 퍼플루오로(메틸 비닐 에테르)(MFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 불화 에틸렌-프로필렌(FEP), 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴 플루오라이드의 삼중합체(THV), 경화 접착제, 특히 에폭시 접착제, 폴리이미드 접착제 및/또는 저온 핫멜트 접착제, 특히 에틸렌-비닐 아세테이트 및 폴리에테르-폴리아미드 공중합체, 또는 적당한 열가소성 물질 및/또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
탄성층과 치수적으로 안정된 지지층의 연결은 결합제에 의해 수행될 수 있다. 탄성층이 엘라스토머, 예를 들어 니트릴 고무, 네오프렌 고무, 실리콘 고무, 올레핀계 엘라스토머, 스티렌 엘라스토머, 열가소성 엘라스토머, 가교결합된 엘라스토머, 폴리에테르-폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌-프로필렌 엘라스토머, 에틸렌-아크릴레이트 고무 및/또는 플루오로 엘라스토머를 포함하는 경우, 약 150 내지 250℃의 온도에서 가황 공정을 통해 지지 재료와 탄성층 간에 확실한 결합을 생성할 수 있다. 여기서, 결합제에 의해 활성화된 지지 재료의 표면과 엘라스토머 내에서 가교 결합이 일어날 수 있다. 그에 따라 지지 재료와 탄성층 사이에 존재하는 결합층은 적어도 하나의 반응성 중합체, 특히 실란계 중합체, 및/또는 용매 중, 특히 메틸 이소부틸 케톤 중, 크실렌 중, 에탄올 및 물 중 또는 에탄올 중의 안료 및 메틸 에틸 케톤을 포함할 수 있다.
상이한 온도들에서 수행될 수 있는 두 연결 단계 덕분에, 미끄럼층 및 탄성층이 치수적으로 안정된 지지층의 표면에 각각 연결되는, 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료의 제조는 2단계 공정으로 수행될 수 있다. 여기서, 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층의 결합이 더 높은 온도에서 수행되어야 하므로 먼저 생성될 수 있다. 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층을 포함하는 중간물을 탄성층의 부분적 가황에 적합한 온도 범위(약 150 내지 250℃)로 냉각한 후, 두 번째 결합, 즉 미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에서 탄성층과 치수적으로 안정된 지지층 사이의 결합이 생성될 수 있다.
대안으로서, 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료는 미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 탄성층으로 형성된 복합재료 시스템을 포함할 수 있으며, 이 때 탄성층은 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층 사이에 배치된다. 이로 인해 가황 공정에서 두 가지 결합이 생성될 수 있으므로 한 단계에서 두 연결 작업을 수행하는 것이 가능하다.
미끄럼층에 존재하는 미끄럼 재료는 매우 다양한 화학 조성을 가질 수 있다. 이 재료는 바람직하게 플라스틱, 특히 불소 중합체, 특히 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 및 폴리아세탈, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에틸렌(PE), 폴리설폰, 특히 폴리에테르 설폰, 폴리아미드(PA), 폴리이미드(PI), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리우레탄(PUR), 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 플라스틱을 포함한다.
치수적으로 안정된 지지층은 금속, 특히 강, 스테인레스 강, 구리, 티타늄, 청동, 황동, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
평면 베어링 복합재료를 형성하는 층들의 개별적인 층 두께들에 관해, 탄성층의 두께가 미끄럼층 두께의 배수일 때 특히 유리한 감쇠 및 고체 전달음 디커플링 특성이 달성된다. 따라서, 탄성층의 두께는 0.15 내지 5 mm, 예를 들어 0.3 내지 0.6 mm일 수 있다. 미끄럼층의 두께는 0.05 내지 1.0 mm, 예를 들어 0.1 내지 0.3 mm일 수 있다. 다음으로, 치수적으로 안정된 지지층의 두께는 0.1 내지 1.5 mm, 예를 들어 0.2 내지 0.5 mm일 수 있다.
다른 실시형태에서, 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층은 지지층이 미끄럼층의 미끄럼 재료에 의해 둘러싸이는 방식으로 통합될 수 있다. 여기서, 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 치수적으로 안정된 지지층에 연결하는 단계는 통합층 복합재료를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 지지층은 미끄럼층의 미끄럼 재료 내에 금속 인서트, 특히 직조 금속망(woven metal mesh), 확장 금속망(expanded metal) 또는 직조되지 않은 금속망으로 구성될 수 있다.
평면 베어링 부싱은 바람직하게 단면(end face)에 배치된 적어도 하나의 축방향 칼라를 가질 수 있다. 평면 베어링 복합재료의 개별적인 층들, 즉 미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 탄성층 간의 고강도 결합 덕분에, 하나 이상의 층들이 분리 또는 탈착되지 않고 이러한 축방향 칼라의 형성이 용이하게 달성될 수 있다.
평면 베어링 부싱은 축방향 칼라를 구비하거나 또는 구비하지 않고 본질적으로 원통 형상을 가질 수 있되, 마찬가지로 원뿔 형상을 가질 수 있다.
층들 간의 강한 결합의 결과, 평면 베어링 부싱은 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료로 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 따라서, 압연이나 굽힘가공에 의해 처음에 편평한 재료로 존재하는 평면 베어링 복합재료로부터 평면 베어링 부싱을 제조할 수 있다.
대안으로서, 스탬핑과 딥 드로잉을 결합하여 평면 베어링 부싱을 제조할 수 있다.
진동 감쇠 평면 베어링 복합재료는 축방향 칼라가 구비되거나 또는 구비되지 않은 평면 베어링 부싱의 형태로 또는 그 밖의 다른 형태로 다양한 방식으로 이용될 수 있다. 힌지에서 공차 균일화 요소로서 오정렬을 보상하기 위해, 그리고 베어링 구성요소들 간에 소정의 토크를 생성하기 위해 이용할 수 있다. 시트에서, 평면 베어링 복합재료는 마찬가지로 공차의 평준화 및 오정렬의 보상을 위해, 특히 운전자와 탑승자의 안락함을 증가시키기 위한 고체 전달음 디커플링을 위해 이용될 수 있다. 이러한 특성들은 또한 차량 조향 시스템, 차량의 섀시 구성요소에서, 그리고 고주파 진동 장치(벨트 텐셔너, 이중 질량 플라이휠, 분리형 벨트 풀리(decoupled belt pulley), 충격 흡수 장치 및 차량 서스펜션용 구성요소들)를 위한 평면 베어링 복합재료에 활용될 수 있다.
다른 실시형태에서, 진동 감쇠 평면 베어링 조립체는 베어링 하우징, 평면 베어링 부싱 및 베어링 샤프트를 포함할 수 있다. 유리한 일 실시형태는 평면 베어링 부싱의 평면 베어링 복합재료의 탄성층이 층들의 확장에 수직으로 프리스트레스를 받도록 한다. 이러한 탄성층의 프리스트레싱의 결과, 평면 베어링의 수명에 걸쳐서 미끄럼층으로부터의 재료의 점진적인 제거가 프리스트레싱된 탄성층의 상응하는 확장에 의해 보상됨에 따라, 평면 베어링의 전체 수명에 걸쳐 베어링 구성요소들의 유극 없는 용융이 보장된다.
또 다른 실시형태에서, 미끄럼 재료를 포함하는 미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 탄성층을 포함하는 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료를 제조하는 공정은:
미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의(sheet-like) 재료, 특히 스트립 형상의(strip-shaped) 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
치수적으로 안정된 지지층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 탄성층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계,
또는,
미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의 재료, 특히 스트립 형상의 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
엘라스토머층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
미끄럼층과 반대측의 엘라스토머층에서 치수적으로 안정된 지지층에 엘라스토머층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 압연을 통해 평면 베어링 복합재료로 제조된, 슬릿을 가진 원통형 평면 베어링 부싱을 보여주는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 압연을 통해 평면 베어링 복합재료로 제조된, 축방향 칼라를 가진 원통형 및 원뿔형 평면 베어링 부싱을 보여주는 사시도이다.
도 3은 제1 평면 베어링 조립체의 사시도이다.
도 4는 제2 평면 베어링 조립체의 사시도이다.
도 5는 딥 드로잉으로 제조된, 축방향 칼라를 가진 평면 베어링 부싱을 보여준다.
도 6은 도 2a의 평면 베어링 부싱의 축방향 단면을 보여준다.
도 7은 도 6의 X부분을 상세하게 보여준다.
도 8은 축방향 칼라 및 평면 베어링 복합재료로 형성된 도 6에 대안적인 층 구조를 가진 평면 베어링 부싱의 축방향 단면을 보여준다.
도 9는 도 8의 Y부분을 상세하게 보여준다.
도 10은 도 9와는 상이한 층 구조를 보여준다.
도 11은 평면 베어링 재료의 미끄럼층과 치수적으로 안정된 지지층이 통합된 평면 베어링 복합재료로 형성된, 축방향 칼라를 가진 평면 베어링 부싱을 보여준다.
도 12는 도 11의 Z부분을 상세하게 보여준다.
도 13은 변경된 층 구조를 가진 도 11의 평면 베어링 부싱을 보여준다.
도 14는 도 13의 W부분을 상세하게 보여준다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명은 당업자에게 더 잘 이해될 것이며, 다수의 특징 및 이점들이 명백해질 것이다.
상이한 도면들에서 동일한 참조 부호의 사용은 유사하거나 동일한 요소를 나타낸다.
도 1에 도시된 평면 베어링 부싱(1)은 처음에 편평한 재료로 존재하는 적절한 치수의 평면 베어링 복합재료를 압연하여 제조되었다. 대안으로서, 재료를 굽힘가공하는 것도 가능하다. 압연된 재료의 대향 단부들이 슬릿(1a)으로 이어진다. 이러한 경우, 슬릿(1a)은 축방향으로 직선으로 연결된다. 슬릿은 부싱(1)의 대칭축에 대해 임의의 비선형 방식 및/또는 사선으로 연결될 수도 있다. 도 1의 평면 베어링 부싱(1)에 있어서, 평면 베어링 복합재료는 미끄럼층이 내부에, 즉 부싱(1)의 내면에 위치되도록 방향을 정할 수 있다. 마찬가지로, 도 6 내지 도 14를 참조하여 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 미끄럼층이 외부에 위치되는 것도 가능하다.
도 2a는 일 단면에 형성된 축방향 칼라(1b)를 가진 평면 베어링 부싱(1)을 보여준다. 축방향 칼라는 예를 들어 최초의 원통형 부싱(1)의 단부를 크림핑하여 형성될 수 있다. 이러한 경우, 축방향 칼라(플랜지)(1b)는 직각으로 조정된다. 그러나, 더 큰 각 및 작은 각 둘 다로 내향 플랜지(미도시)를 형성할 수 있다.
도 2b는 평면 베어링 부싱(1*)의 대안적인 실시형태를 보여준다. 이러한 경우, 최대 직경을 가진 단면에 축방향 칼라(1b*)가 위치된 원뿔 형상을 가진다.
도 3은 제1 진동 감쇠 평면 베어링 조립체를 보여준다. 이러한 조립체는 강으로 만들어진 베어링 하우징(2)을 포함하며, 평면 베어링 복합재료를 압연하여 만들어진 축방향 칼라(1b)를 가지는 원통형 평면 베어링 부싱(1)이 베어링 하우징 내에 삽입된다. 평면 베어링 부싱(1)의 축방향 칼라(1b) 상에 놓인 확대 직경을 가지는 단부(3a)를 가진 단순한 원통형 핀(3)이 베어링 샤프트로서 제공되어, 그에 따라 평면 베어링 부싱(1)에 의해 적어도 일 방향에서 축방향으로 고정된다. 동시에, 평면 베어링 부싱(1)은 마찬가지로 축방향 칼라(1b)에 의해 베어링 하우징(2)으로부터 슬립되지 않도록 고정된다. 이러한 경우 평면 베어링 부싱(1)을 형성하는 평면 베어링 복합재료는 미끄럼층, 엘라스토머층, 및 그 사이에 배치된 치수적으로 안정된 금속 지지층을 포함한다. 미끄럼층이 내부에 배치되고 엘라스토머층이 외부에 배치되는(즉, 베어링 하우징에 접촉함) 경우, 핀(3)은 평면 베어링 부싱(1) 내에서 미끄럼 이동할 수 있다. 그러나, 하우징(2) 내에서 베어링 부싱(1)의 회전은 슬립 억제 엘라스토머에 의해 효과적으로 방지된다. 이러한 평면 베어링 조립체는 일반적으로 벨트 텐셔너 또는 이중 질량 플라이휠에 이용된다.
도 4는 다른 진동 감쇠 평면 베어링 조립체를 보여준다. 이러한 조립체는 또한 도 2a에 도시된 유형의 평면 베어링 부싱(1)이 삽입된 베어링 하우징(4)을 포함한다. 평면 베어링 부싱(1)을 하우징(4) 내에 고정하기 위해 제2 칼라(1c)가 형성된다. 평면 베어링 부싱(1)을 형성하는 평면 베어링 복합재료의 개별적인 층들 간의 견고한 결합 덕분에, 제2 축방향 칼라(1c)를 형성하는 동안 층 복합재료가 파괴될 우려가 없다.
도 4의 평면 베어링 조립체에 있어서, 넓은 클린치 볼트 헤드(6a)를 가진 클린치 볼트(6)가 베어링 샤프트로 기능하며, 이 경우 하측으로부터 평면 베어링 부싱(1) 내로 삽입된다. 이 경우 평면 베어링 부싱(1)으로부터 상방으로 돌출된 클린치 볼트(6)의 부분(6b)은 평면 베어링 부싱(1)과 접촉하는 볼트 부분(미도시)보다 조금 더 작은 직경을 가지며, 평면 베어링을 통해 베어링 하우징(4)에 대해 회전할 수 있는 구성요소(5)에 예를 들어 워블링에 의해 고정 시트로 연결된다. 이런 방식으로 만들어진 구성요소(5)와 클린치 볼트(6)로 구성된 유닛은 하우징(4) 내에 삽입된 평면 베어링 부싱(1)에 대해 부드럽게 이동할 수 있게 된다. 여기서, 미끄럼층이 또한 평면 베어링 부싱(1)의 내면에 위치된다. 평면 베어링 부싱(1)을 형성하는 평면 베어링 복합재료에 제공된 탄성층으로 인해, 베어링 구성요소들 간의 오정렬 및 공차를 문제 없이 보상할 수 있다.
평면 베어링 복합재료로 평면 베어링 부싱을 제조하는 다른 가능한 방법은 스탬핑 작업과 함께 복합재료를 딥 드로잉하는 단계를 포함한다. 여기서, 도 5에 도시된 평면 베어링 부싱(1**)의 원통형 부분은, 하나 이상의 단계에서 처음에 형성된 홀을 둘러싸는 편평한 재료로 존재하는 복합재료를 드로잉하여 형성된다. 마지막으로, 드로잉된 영역을 둘러싸는 영역을 스탬핑함으로써 부싱(1**)의 축방향 칼라를 형성한다. 이러한 제조 기법의 결과, 이러한 평면 베어링 부싱(1**)은 슬릿을 가지지 않는다.
도 6은 도 2a의 평면 베어링 부싱(1)을 축방향 단면으로 보여준다. 여기서, 도 7에서 상세하게 확대하여 도시된 바와 같이, 미끄럼층(10)은 내부에 배치된다. 미끄럼층은 바람직하게 미끄럼 재료로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다. 원칙적으로, 예를 들어 Norglide® 라는 상표명으로 본 출원인에 의해 시판되는 것과 같은 많은 미끄럼 재료가 여기에서 사용될 수 있다.
미끄럼층(10)은 하부의 치수적으로 안정된 지지층(12)에 접착층(11)을 통해 연결된다. 이는 바람직하게 0.2 내지 0.5 mm 두께의 강으로 구성된다. 다음으로 치수적으로 안정된 지지층(12)은 결합층(13)을 통해 탄성층(14)에 연결된다. 탄성층(14)은 바람직하게 엘라스토머(특히 니트릴 고무)를 포함한다. 탄성층(14)의 결과, 평면 베어링 복합재료로 제조된 평면 베어링 부싱(1)에서 우수한 진동 감쇠가 달성된다. 도 3 및 도 4에 도시된 평면 베어링 조립체에서 전체 영역에 걸쳐 구성요소들과 접촉하여 도 4의 평면 베어링 조립체의 경우 베어링 하우징(2, 4)에 구비되는 탄성층(14)은 마찬가지로 구성요소(4, 5) 간에 효과적인 고체 전달음 디커플링을 수행한다. 게다가, 슬립 억제 탄성층(14)은 하우징(4) 내에서 평면 베어링 부싱(1)의 회전을 방지한다.
도 8에는 미끄럼층(10)이 외부에 배치된 축방향 칼라(1b)를 가진 평면 베어링 부싱(1)의 실시형태가 도시된다. 이러한 구조는 도 9에 상세하게 도시되며, 개별적인 층들(10 내지 14)의 명칭 및 기능은 유사하다. 이러한 배치에서, 도 4의 평면 베어링 조립체의 경우의 베어링 하우징(4)이 또한 다른 구성요소들(1, 5, 6)에 대해 부드럽게 회전한다.
도 10은 평면 베어링 복합재료의 대안적인 층 구조를 도시하며, 여기에서 탄성층(14)은 미끄럼층(10)과 지지층(12) 사이에 존재한다. 탄성층(14)의 두 면은 각각의 경우 결합층(13)을 통해 미끄럼층(10) 및 치수적으로 안정된 지지층(12)에 견고하게 연결된다. 이러한 복합재료는 원칙적으로 하나의 제조 단계로 제조될 수 있는데, 이 단계에서 각각의 경우 연속 스트립 재료로 존재하는 미끄럼층 및 지지층이 각각 결합층의 적용에 의해 준비된 후 그 두 면이 마찬가지로 연속된 스트립 재료로서 공급되는 탄성층에 적용된다. 여기서, 미끄럼층과 탄성층 사이 및 탄성층과 치수적으로 안정된 지지층 사이의 결합은 압력 하에 150 내지 250℃의 온도에서 가황 공정을 통해 생성된다.
최적의 감쇠 특성을 얻기 위해, 전술된 평면 베어링의 탄성층(14)의 두께는 바람직하게 미끄럼층(10)의 층 두께의 배수이다. 이러한 경우, 미끄럼층(10)의 두께는 약 0.1 mm이고 탄성층(14)의 두께는 약 0.4 mm이다.
도 11 내지 도 14(도 9, 도 10, 도 12 및 도 14에서 확대 도시)는 평면 베어링 복합재료의 층 구조의 다른 실시형태를 보여준다. 여기서, 미끄럼층(15)이 치수적으로 안정된 실시형태에 사용된다. 이는 바람직하게 미끄럼 재료로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다. 보강재료로, 직조 금속망, 확장 금속망, 또는 다른 유형의 금속 인서트, 특히 천공된 금속 시트 또는 직조되지 않은 금속망을 사용하는 것이 가능하며, 보강재료는 모든 측면이 미끄럼 재료로 둘러싸인다. 치수적으로 안정된 미끄럼층(15)은 결합층(13)을 통해 탄성층(14)에 연결된다.
또한 치수적으로 안정된 미끄럼층이 복합 재료로 제조된 평면 베어링 부싱의 내부 또는 외부에 위치될 수 있다.

Claims (43)

  1. 미끄럼 재료를 포함하는 미끄럼층(10, 15), 치수적으로 안정된 지지층(12) 및 탄성층(14)을 포함하는 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료로,
    미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의(sheet-like) 재료, 특히 스트립 형상의(strip-shaped) 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
    치수적으로 안정된 지지층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
    미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 탄성층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계,
    또는,
    미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의 재료, 특히 스트립 형상의 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
    엘라스토머층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
    미끄럼층과 반대측의 엘라스토머층에서 치수적으로 안정된 지지층에 엘라스토머층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계에 의해 획득되는 것인 평면 베어링 복합재료.
  2. 제1항에 있어서, 미끄럼층(10) 및 치수적으로 안정된 지지층(12)은 접착층(11)을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  3. 제2항에 있어서, 접착층(11)은 접착제로서 적어도 불소 중합체, 경화 접착제, 적당한 열가소성 물질 및/또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  4. 제3항에 있어서, 불소 중합체는 적어도 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 퍼플루오로(메틸 비닐 에테르)(MFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 불화 에틸렌-프로필렌(FEP), 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴 플루오라이드의 삼중합체(THV), 및/또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  5. 제3항에 있어서, 경화 접착제는 에폭시 접착제, 폴리이미드 접착제 및/또는 저온 핫멜트 접착제, 및/또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  6. 제5항에 있어서, 저온 핫멜트 접착제는 에틸렌-비닐 아세테이트 및 폴리에테르-폴리아미드 공중합체, 및/또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성층(14)은 결합층(13)을 통해 미끄럼층(10, 15) 및/또는 치수적으로 안정된 층(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  8. 제7항에 있어서, 결합층(13)은 적어도 하나의 반응성 중합체, 용매 중의 안료 및 메틸 에틸 케톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  9. 제8항에 있어서, 반응성 중합체는 실란계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  10. 제7항에 있어서, 용매는 메틸 이소부틸 케톤, 크실렌, 에탄올 및 물, 또는 에탄올 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성층(14)은 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  12. 제11항에 있어서, 엘라스토머는 니트릴 고무, 네오프렌 고무, 실리콘 고무, 올레핀계 엘라스토머, 스티렌 엘라스토머, 열가소성 엘라스토머, 가교결합된 엘라스토머, 폴리에테르-폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌-프로필렌 엘라스토머, 에틸렌-아크릴레이트 고무 및/또는 플루오로 엘라스토머 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 미끄럼층(10, 15)에 존재하는 미끄럼 재료는 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  14. 제13항에 있어서, 플라스틱은 불소 중합체, 폴리아세탈, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에틸렌(PE), 폴리설폰, 폴리아미드(PA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리우레탄(PUR), 폴리에스테르, 폴리페닐렌 옥사이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  15. 제14항에 있어서, 불소 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  16. 제14항에 있어서, 폴리설폰은 폴리에테르 설폰을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 지지층(12)은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  18. 제17항에 있어서, 금속은 강, 스테인레스 강, 구리, 티타늄, 청동, 황동, 알루미늄 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 미끄럼층(15) 및 치수적으로 안정된 지지층은 지지층이 미끄럼층의 미끄럼 재료에 의해 둘러싸이는 방식으로 통합되는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  20. 제19항에 있어서, 지지층은 미끄럼층의 미끄럼 재료 내에 금속 인서트로 구성되는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  21. 제20항에 있어서, 금속 인서트는 직조된 금속망, 확장된 금속망 또는 직조되지 않은 금속망 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  22. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 미끄럼층(10, 15)은 0.05 내지 1.0 mm, 바람직하게 0.1 내지 0.3 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  23. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 치수적으로 안정된 지지층(12)은 0.1 내지 5 mm, 바람직하게 0.2 내지 0.5 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성층(14)은 약 0.15 내지 1.0 mm, 바람직하게 0.3 내지 0.6 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 복합재료.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 복합재료로 제조된 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  26. 제25항에 있어서, 적어도 하나의 축방향 칼라를 가지는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 본질적으로 원통 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  28. 제25항 또는 제26항에 있어서, 원뿔 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 베어링 부싱(1, 1*)은 압연된 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  30. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 베어링 부싱(1**)은 딥 드로잉 및 스탬핑된 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  31. 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 베어링 복합재료의 미끄럼층(10, 15)은 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**)의 내면에 배치된 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  32. 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 베어링 복합재료의 미끄럼층(10, 15)은 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**)의 외면에 배치된 것을 특징으로 하는 평면 베어링 부싱(1, 1*, 1**).
  33. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 힌지.
  34. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 시트 지지 구조.
  35. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 벨트 텐셔너.
  36. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 이중 질량 플라이휠.
  37. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 분리형 벨트 풀리.
  38. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 충격 흡수 장치.
  39. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 조향 시스템.
  40. 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 평면 베어링 부싱을 가지는 차량 섀시 구성요소.
  41. 베어링 하우징, 제25항에 따른 평면 베어링 부싱 및 베어링 샤프트를 포함하는 진동 감쇠 평면 베어링 조립체.
  42. 제41항에 있어서, 평면 베어링 복합재료의 탄성층(14)은 층들의 확장에 수직으로 프리스트레스를 받는 것을 특징으로 하는 평면 베어링 조립체
  43. 미끄럼 재료를 포함하는 미끄럼층(10, 15), 치수적으로 안정된 지지층(12) 및 탄성층(14)을 포함하는 진동 감쇠 평면 베어링 복합재료를 제조하는 방법으로,
    미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의(sheet-like) 재료, 특히 스트립 형상의(strip-shaped) 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
    치수적으로 안정된 지지층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
    미끄럼층과 반대측의 치수적으로 안정된 지지층에 탄성층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계,
    또는,
    미끄럼층, 치수적으로 안정된 지지층 및 엘라스토머층을 각각 시트 형상의 재료, 특히 스트립 형상의 연속 재료의 형태로 제공하는 단계;
    엘라스토머층에 미끄럼층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계; 및
    미끄럼층과 반대측의 엘라스토머층에서 치수적으로 안정된 지지층에 엘라스토머층을 그 영역에 걸쳐 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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