KR20130122955A - 마찰 쌍 및 마찰 쌍들에서의 표면 처리를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2개의 금속 조각(10, 20)을 포함하는 마찰 쌍에 적용되는 것으로, 상기 2개의 금속 조각 중 제 1 금속 조각은 상기 금속 조각 중 제 2 금속 조각(20)의 각각의 접촉면(20a)에 대한 마찰을 제공하는 이동 가능한 접촉면(10a)을 가진다. 본 발명에 따르면, 상기 제 1 금속 조각(10)은, 상기 제 1 금속 조각(10)의 것보다 단단한 물질로 된 제 1 표면층(11)과, 상기 제 1 표면층(11) 상에 배치되고, 상기 마찰 쌍의 제 2 금속 조각(20)의 접촉면(20a)에 대한 화학 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 물질로 된 제 2 표면층(12)에 의해 형성된 코팅에 의해 규정된 접촉면(10a)을 가져, 상기 코팅이 박탈된 마찰 쌍에 대한 더 낮은 마찰 계수를 상기 마찰 쌍에 제공한다.
Description
본 발명은 서로에 대한 상대적인 움직임으로 조각들에 의해 규정된 타입의 마찰 쌍에 관한 것으로, 각 마찰 쌍은 각각의 접촉면을 가지고, 본 발명은 또한 마찰 쌍의 요소들 또는 조각들의 접촉면들을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
가정용 또는 업소용 냉장 시스템들에 관한 왕복 운동 컴프레서들에 대한 대안책이, 그러한 왕복 운동 컴프레서들의 에너지 효율을 증가시키기 위해 계속해서 연구되어져 왔다. 상기 목적을 달성하기 위한 방법들 중 한 가지는 이동 가능한 성분들(마찰 쌍들)의 기계적 손실들을 감소시키는 것인데, 이 경우 손실들은 크랭크샤프트와 베어링, 피스톤 핀과 연결 로드의 더 작은 눈, 편심 핀과 연결 로드의 더 큰 눈, 및 연결 로드와 그것에 결합된 부품들 사이의 구 모양 연결들과 같은 마찰 쌍들 사이의 상대적인 움직임에 의해 발생된다.
예를 들면, 크랭크샤프트와 베어링 사이와 같이 마찰 쌍들 사이의, 상대적인 움직임에 있어서의 기계적인 손실은 다음 파라미터들에 따라 발생된다.
면들 사이의 접촉에 의한 손실들:
Pot = Fa×ω×R, 여기서 Fa = μ×N;
점성 마찰 손실들:
Pot = cte×f(ε)×(η×ω2×R3×L)/c이고,
여기서,
Pot => 마찰에 의해 발생된 힘(power);
Fa => 마찰력;
ω => 면들 사이의 상대적인 각 속도;
R => 샤프트 반경;
μ => 동적 마찰 계수;
N => 수직항력;
η => 작동유 점도;
L => 베어링의 유용한 폭;
c => 표면들 사이의 방사상 간극;
ε => 샤프트와 베어링 사이의 편심 관계.
2개의 표면 사이의 윤활제 접촉에 의해 만들어진 동적 마찰의 계수는 적어도 두꺼운 막 체제에서 점성 마찰 계수보다 큰 크기의 것이라는 점이 주목되어야 한다(분쇄 및/또는 연마에 의한 일반적인 마무리를 거치는 금속 성분들에 관해서는 통상적인 값이 0.1과 0.01이고, 이 경우 Ra는 0.5㎛보다 작은 값이다).
제 1 동작 시간들에서는 주로 부적절한 표면 마무리에 의해 야기된, 표면들 사이의 접촉에 의해 발생된 마찰, 큰 형상 오차 또는 심지어 베어링들의 소형화(undersizing)로 인한, 상당한 양의 기계적 손실이 일어난다. 이러한 접촉의 강도에 따라, 표면들의 악화(기계적, 기하학적 및 표면 마무리 성질들)가 일어날 수 있고, 이는 마모에 의한 베어링들의 고장을 초래한다. 대부분의 마찰 쌍들에서는, 레이아웃(layout)(이용 가능한 공간)의 문제, 동작 체제들(턴-온/턴-오프, 극한 상태 등), 최종 비용 도는 심지어 다른 공학적 파라미터들(트레이드-오프)의 최적의 수행에 의해 발생된 한계들로 인한, 상기 쌍을 형성하는 표면들 사이의 접촉의 총체적인 결여를 보장할 목적으로, 베어링들을 필요한 크기로 정하는 것은 기술적으로 실현 가능하지 않다.
그러므로, 상기 접촉들의 유해한 효과들을 최소화하는 표면 코팅들 및/또는 흔히 이용된 특별한 마무리들이 존재한다.
로드-크랭크샤프트 타입의 연결 메커니즘에서는, 전형적인 예가 피스톤 핀과 연결 로드의 저 작은 눈(eye)에 의해 규정된 마찰 쌍(베어링)이다. 이들 2개의 성분(피스톤 핀과 더 작은 눈) 사이의 상대적인 진동 운동으로 인해, 속도는 계속해서 가변적이고 압축 사이클 동안 0에 2회 도달한다. 이러한 진동 패턴은 금속 접촉을 회피(또는 최소로 상당히 최소화시키기)하기 위해, 피스톤 핀과 더 작은 눈 모두에 관한 비교적 큰 크기를 필요로 하는 동수압 필드의 형성에 악영향을 미친다.
반면에, 피스톤 핀은 다음과 같은 이유로 크기가 감소하는 것이 바람직하다:
- 피스톤 핀의 질량이 감소된다;
- 피스톤 핀이 작을수록, 더 작은 눈의 크기가 더 작아지게 된다;
- 피스톤 핀과 더 작은 눈이 작을수록, 피스톤이 더 소형화된다;
위에서 인용된 모든 성분들의 질량들은 메커니즘의 불균형에 직접적인 영향을 미친다.
그러므로, 상기 마찰 쌍에서, 높은 강도의 금속 접촉들의 개발이 흔히 있는 일이고, 접합(cementing), 경화(hardening) 또는 핀과 증기 처리 또는 연결 로드의 더 작은 눈의 질화와 같은 고경도(high-hardness) 표면 처리들(코팅이 있거나 없는)의 사용으로 마모가 최소화된다.
유사한 요구 사항(그리고 해결책)이 또한 반구형 하우징과 구(또는 반구)를 가지는 타입의 볼-조인트(ball-joint) 메커니즘들로 구성된 마찰 쌍에서 일어나고(그리고 사용되고), 상기 마찰 쌍은 종종 피스톤 핀과 연결 로드의 더 작은 눈으로 이루어지는 마찰 쌍을 대체한다.
피스톤 핀과 연결 로드의 더 작은 눈으로 이루어지는 것과 같이, 마찰 쌍의 표면 처리를 위한 현재 알려지고 사용되는 다음과 같은 대안책이 존재한다:
- 피스톤 핀: 질화; 또는 접합 + 경화 + 인산 처리(phosphating);
- 연결 로드의 더 작은 눈(순수한 철 또는 소결법에 의해 얻어진 철 합금에서): 증기 처리 + 인산 처리; 또는 질화; 또는 다듬질 + 인산 처리; 또는 증기 처리된 매트릭스 + 다듬질 + 인산 처리; 또는 다듬질 + 질화.
표면 마무리 대안책은 비용 액수의 증가시 나타나고, 다듬질은 소결된 성분들의 보정에 대한 대안책이다.
다듬질 동작은 조정 방법에 관련하여 다음과 같은 장점들을 만들어낸다:
- 증기 처리가 없는 성분들에서, 세공(pore)들의 밀봉(소결정 성분들에서 흔히 일어나는)을 행하여, 더 많은 균질한 인산층의 적층을 허용한다;
- Tp%(유효 지지 영역)를 100%에 가까운 값까지 증가시킨다;
- 증기 처리된 성분들에서, 보통 언클래딩(uncladding)을 거치는 철 산화물 표면층을 제거한다;
- 형상 오차들(원통 형상)를 최소화할 수 있는데, 이는 보정 방법에 의해 보정되지 않은 유연한 변형들을 제거하기 때문이다.
그렇지만, 다듬질은 다음과 같은 단점들을 나타낸다:
- 보정보다 더 비싼 방법이다.
- 더 나쁜 표면 마무리를 나타낸다(전형적인 다듬질 마무리 기술들이 사용될 때); 그리고
- 보통 위치 오차들을 증가시킨다(연결 로드의 눈들 사이의 유사(parallelism)).
구형 볼-조인트에 관해, 현재 사용된 표면 처리 대안책은 다음과 같다:
- 반구형 하우징: 인산 처리 또는 질화를 이용한 표면 처리;
- 구형(또는 반구형): 경화 + 인산 처리에 의한 표면 처리.
조각 표면이 기본(base) 물질 자체(임의의 타입의 코팅 없이)에 의해 규정되거나, 코팅(예를 들면 증기 처리에 의해 얻어진)에 의해 규정되는지에 관계없이, 망간 인산이 널리 사용되고, 주로 연화(softening)라고 알려진 과정에서의 제 1 동작 시간들 동안 마모를 최소화하고 서로에 대해 상대적으로 이동 가능한 조각들 사이의 마찰을 감소시키는 우수한 고체 윤활제뿐만 아니라, 유사한 물질들로 만들어진 마찰 쌍들 사이의 화학적 친화력을 깨기 위한 우수한 수단으로서 알려져 있다.
질화를 통해 접촉면을 코팅함으로써, 마찰 쌍들을 규정하는 금속 성분들(소결되거나 소결되지 않은)의 접촉 표면들의 표면 처리 방법은, 높은 접촉 압력들을 감수하는 마찰 쌍들의 성분들에서 마모를 감소시키기 위한 우수한 해결책으로서 인지된다. 이러한 해결책은 연결 로드와 구 형상 볼-조인트를 지닌 피스톤 사이의 구형 또는 반구형 하우징에 의해 그리고 피스톤 핀과 연결 로드의 더 작은 눈에 의해 형성된 마찰 쌍들에서 광범위하게 사용된다.
좀더 에너지 효율적이고, 소음이 덜하며, 더 작고 덜 고가인 컴프레서들에 관한 지속적인 연구로 인해, 일부 일반적인 가이드라인들을 따르는 메커니즘의 지속적인 최적화가 존재하고, 이러한 가이드라인에는
- 작동유 점도 클래스의 감소;
- 성분들의 크기 및 질량의 감소; 및
- 더 작은 플랫폼들의 냉장 용량(체적 변위)의 증가가 포함된다.
이들 인자들은 직접적으로 기계적인 노력들을 증가시키고, 따라서 마찰 쌍들의 더 큰 변형 및 접촉을 반영하는 메커니즘의 성분들에 인가된 부하를 증가시켜, 심지어 질화에 의해 코팅된 성분들이 일정한 동작 조건들 하의 마모를 나타내게 한다.
2개의 질화된 조각들이 마찰이나 벗겨짐을 받게 되면, 그러한 것은 로드들과 핀들을 연결하는 베어링들로 이루어지는 마찰 쌍들에서 일어나기 때문에, 질화물들의 화학적 불안정성이 질화된 층들의 정전기 인력의 원인이 된다. 그러므로, 코팅들 사이에는 반응성이 존재하고, 이는 성분들의 마모 과정에 기여한다(화학적 친화력에 의한 마모).
따라서, 본 발명의 목적은 서로에 대한 상대적인 움직임으로 조각들에 의해 규정된 타입의 마찰 쌍을 제공하는 것으로, 이 경우 각 조각은 각각의 접촉면을 가지고, 이는 메커니즘의 성분들에 인가되는 부하가 증가하는 상태에서도 마찰 쌍의 접촉면들 상에서의 마모가 적은 것을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 특징들 외에도, 감소된 마찰 조건들을 제시하여 접촉면의 매끄러움을 향상시키는 마찰 쌍을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양호한 매끄러움과 마모가 감소됨을 나타내는 접촉면들을 지닌 조각들을 얻는 것을 허용하는 마찰 쌍들에서의 표면 처리를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 마찰 쌍을 제공하고, 위에서 인용된 바와 같은, 그리고 비교적 감소된 비용을 가지는, 마찰 쌍들에서의 표면 처리를 위한 방법을 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 2개의 금속 조각을 포함하는 마찰 쌍을 통해 달성되고, 이들 2개의 금속 조각 각각은 상기 금속 조각 중 나머지 금속 조각의 각각의 접촉면에 대한 마찰을 제공하는 이동 가능한 접촉면을 가지고, 이들 금속 조각 중 하나는 각각의 조각의 것보다 높은 표면 경도를 나타내는 물질로 된 제 1 표면층과, 마찰 쌍의 나머지 조각의 접촉면에 대한 화학적 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 제 2 표면층에 의해 코팅된 접촉면을 가져서, 상기 코팅이 벗겨진 마찰 쌍에 대한 더 높은 마모 저항과 더 작은 마찰 계수를 마찰 쌍의 나머지 조각에 제공한다. 본 발명의 목적들은 또한 2개의 금속 조각을 포함하는 타입의 마찰 쌍들에서의 표면 처리를 위한 방법으로 또한 달성되는데, 이 경우 2개의 금속 조각 각각은 상기 금속 조각 중 나머지 금속 조각의 각각의 접촉면에 대한 마찰을 제공하는 이동 가능한 접촉면을 가지고, 상기 방법은 상기 금속 조각 중 하나의 접촉면을, 각각의 금속 조각의 것보다 높은 표면 경도를 나타내는 물질로 된 제 1 표면층으로 코팅하는 단계와, 상기 금속 조각의 제 1 표면층을, 마찰 쌍의 나머지 금속 조각의 접촉면에 대한 화학적 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 제 2 표면층으로 코팅하는 단계를 포함하여, 마찰 쌍의 나머지 금속 조각에 상기 코팅이 벗겨진 마찰 쌍에 대한 더 높은 마모 저항과 더 낮은 마찰 계수를 제공한다.
본 발명의 특별한 일 양태에 따르면, 제 1 표면층은 질화 코팅이고, 제 2 표면층은 인산 처리 코팅이며, 더 구체적으로는 인산 망간 코팅이다.
본 발명을 본 발명에 관한 구성 형태들의 예로서 주어진 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 설명한다.
도 1은 접촉면이 본 발명의 제 1 실시예에 따라 형성된, 마찰 쌍의 2개의 조각들의 개략적인 부분적으로 잘린 단면도.
도 2는 도 1의 것과 유사하지만, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 형성된 접촉면들을 예시하는 도면.
도 3은 접촉면이 본 발명의 제 3 실시예에 따라 형성된, 마찰 쌍의 2개의 조각들의 개략적인 부분적으로 잘린 단면도.
도 4는 도 2의 것과 유사하지만, 본 발명의 제 4 실시예에 따라 형성된 접촉면들을 예시하는 도면.
도 2는 도 1의 것과 유사하지만, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 형성된 접촉면들을 예시하는 도면.
도 3은 접촉면이 본 발명의 제 3 실시예에 따라 형성된, 마찰 쌍의 2개의 조각들의 개략적인 부분적으로 잘린 단면도.
도 4는 도 2의 것과 유사하지만, 본 발명의 제 4 실시예에 따라 형성된 접촉면들을 예시하는 도면.
비록 종래 기술과 그것의 현재 한계에 대한 의견이 냉장 컴프레서들을 왕복 운동시키는데 있어서의 기계적 수고와 디자인 요구 조건들, 특히 크기가 감소된 것들과 강하게 연관되어 있지만, 본 발명은 상기 컴프레서들에 관해 논의된 것과 유사한 동작 상태들을 나타내는 상이한 마찰 쌍들에 적용될 수 있다는 점이 주목되어야 한다.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명의 마찰 쌍 물체들은 2개의 금속(10, 20)을 포함하고, 그들 중 하나는 상기 금속 조각들 중 두 번째 것(20)의 각각의 접촉면(20a)에 대한 마찰을 제공하는 이동 가능한 접촉면(10a)을 가진다.
아래에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 본 명세서에서 고려된 마찰 쌍의 2개의 금속 조각들(10, 20)은 일반적으로 다음 물질들, 즉 탄침강 또는 보통 열 처리에 의해 얻어진 높은 표면 경도를 지닌 합금강, 저탄소강, 순철, 합금철, 주철 및 다른 제1(ferrous)/금속 합금들 중 임의의 것으로 얻어진다.
본 발명에 따르면, 상기 금속 조각들 중 첫 번째 것(10)은 각각의 제 1 금속 조각(10)의 것보다 높은 경도를 지닌 물질로 된 제 1 표면층(1)과, 제 1 표면층(11) 상에 배치되고 마찰 쌍의 제 2 금속 조각(20)의 접촉면(20a)에 대한 화학적 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 제 2 표면층(12)에 의해 형성된 코팅에 의해 규정된 접촉면(10a)을 가져, 상기 코팅 없이 마찰 쌍에 대한 더 높은 마모 저항과 더 낮은 마찰 계수를 제 2 금속 조각(20)에 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 1 실시예에서, 제 2 금속 조각(20)은 상기 제 2 금속 조각(20)의 동일한 물질에 의해 규정된 접촉면(20a)을 가지는데, 이는 제 2 금속 조각(20)이 임의의 코팅을 받지 않기 때문이다.
금속 조각들(10, 20) 중 어느 하나가 그것의 접촉면(10a 또는 20a)에 코팅이 제공되는지 여부에 관계없이, 2개의 금속 조각 모두 일반적으로 표면 거칠기 피크(peak)들, 변형 및 표면 불균일의 없애거나 적어도 최소화할 목적으로 예를 들면, 분쇄, 연마, 브러싱(brushing), 샌딩(sanding), 보정 등에 의한 표면 마무리를 받게 된다.
본 발명에 따르면, 제 1 금속 조각(10)의 코팅의 제 2 표면층(12)은, 바람직하게는 인산염으로 된 그리고 더 바람직하게는 인산 망간으로 된 고체 윤활제로 규정된다. 이러한 제 2 표면층(12)은 제 1 표면층(11)이 형성된 후, 상기 제 1 금속 조각(10)의 인산 처리 동작에 의해 얻어진다.
제 1 금속 조각(10)의 제 2 표면층(12)은 질화물로 된, 즉 제 1 금속 조각(10)이 인산 처리 동작을 받기 전에, 상기 제 1 금속 조각(10)의 질화 동작에 의해 얻어진 제 1 표면층(11) 상에 형성된다.
제 1 금속 조각(10)이 제 1 표면층(11)과 제 2 표면층(12)으로 코팅되는 구성에 있어서, 마찰 쌍의 제 2 금속 조각(20)의 접촉면(20a)은 도 2에 예시된 제 2 실시예에서처럼, 인산으로 코팅된 면인 것처럼, 임의의 구성을 나타낼 수 있다.
도 3에 예시된 제 3 실시예에 따르면, 제 2 금속 조각(20)은 예를 들면 제 1 금속 조각(10)의 제 1 표면층(11)에 관해 규정된 것과 같은 상기 제 2 금속 조각(20)을 형성하는 것보다 단단한 물질로 외부 표면층(21)에 의해 규정된 코팅이 제공될 수 있다.
바라는 결과들이 얻어지는 본 발명을 행하는 일 방식에서는, 제 2 금속 조각(20)의 표면층(21)이 질화물로, 즉 상기 제 2 금속 조각(20)의 질화 동작에 의해 형성된다.
도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 제 2 금속 조각(20)에는 인산과 같은 고체 윤활제 물질로 규정된 제 2 표면층(22)이 제공될 수 있다. 제 1 금속 조각(10)의 코팅 형성에 관해 전술한 바와 같이 제 2 금속 조각(20)의 제 1 표면층(21)이 형성된 후에, 제 2 금속 조각(20)의 인산 처리 동작에 의해 이러한 제 2 표면층(22)이 얻어진다.
이 경우, 제 1 금속 조각(10)의 제 1 표면층(11)에 관해 규정된 것과 같은 상기 제 2 금속 조각(20)을 형성하는 것보다 단단한 물질로 제 1 표면층(21)이 규정될 수 있다.
도 2 내지 도 4에서 양 조각들에 관해, 그리고 도 1에서 제 1 금속 조각(10)에 관해 예시된 것처럼, 각각의 코팅들이 제공될 때조차도, 2개의 금속 조각(10, 20)이, 예를 들면 각각의 금속 조각들로의 코팅들의 더 양호한 통합, 또는 심지어 상기 코팅들의 더 양호한 표면 마무리를 이끌 수 있는 질화 및 인산화 동작들 전에, 샌딩이나 브러싱과 같은 표면 마무리를 향상시키기 위한 처리들을 미리 받을 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
질화 코팅 상의 인산 망간층의 적층은 앞서 논의된 마찰 쌍 구성에 있어서 언급된 손해를 감소시킨다. 인산 망간은 유사한 물질들로 만들어진 쌍들 사이의 화학적 친화력을 깨기 위한 우수한 수단으로 널리 사용되고 알려져 있을 뿐만 아니라, 주로 제 1 동작 시간들(연화라고 알려진) 동안, 질화물층의 이미 알려진 성질들에는 손상을 가하지 않고, 마찰을 감소시키고 마모를 최소화하는 우수한 고체 윤활제로서 널리 사용되고 알려져 있어, 우수한 마찰 성질들을 지닌 해결책이 되고 있다.
질화물 상에 인산 망간을 인가하는 해결책은 또한 또 다른 잠재적인 문제점을 해결하는데 기여하는데, 즉 왕복 운동하는 냉장 컴프레서의 연결 로드가 단일 조각(그리고 2개의 조각들로 만들어지지 않은)인 해결책들에서는, 연결 로드의 2개의 눈들, 즉 더 작은 눈과 더 큰 눈에 관한 동일한 표면 처리를 제공하는 것이 가능하다.
또한 편심 핀/더 큰 눈으로 이루어지는 마찰 쌍에서 왕복 운동하는 냉장 컴프레서들에 본 발명을 적용하는 것에 관해서는, 윤활 체제가 유체 역학적인 경향이 있지만, 메커니즘 성분들의 변형에 의해 만들어진 오정렬들은 또한 꼼꼼한 접촉을 만들어내어, 접촉 압력들을 증가시키고, 그 결과 기계적 손실 및/또는 마모를 증가시킨다.
왕복 운동 컴프레서들의 크랭크샤프트의 편심 핀이 통상적으로 모두 낮은 표면 경도를 지닌 주철이나 저탄소강에서 만들어지기 때문에, 이들 "부드러운(soft)" 물질들과, 높은 표면 경도를 가지는 또 다른 물질(질화물 코팅된 더 큰 눈과 같은)로 이루어진 마찰 쌍의 형성은, 더 낮은 경도를 지닌 대응부, 즉 크랭크샤프트의 편심 핀에 대한 한층 더 심한(더 모진) 마모를 만들어내는 경향이 있다.
특히, 왕복 운동하는 냉장 컴프레서들에 관해서는, 질화에 의해 얻어진 제 1 표면층(11) 상으로의 제 2 표면층(12)과 같은 인산 망간층의 적층이, 연결 로드의 피스톤 핀/더 작은 눈과 연결 로드의 편심 핀/더 큰 눈의 마찰 쌍들에 있어서의 마모를 최소화하는데 기여할 뿐만 아니라, 이러한 마지막 마찰 쌍에서의 기계적 손실을 감소시키는데 기여하는데, 이러한 손실은 윤활의 결여가 표면들 사이의 접촉을 증강시킬 때 컴프레서 동작의 초기 순간들 동안 매우 클 수 있다.
본 발명에 따르면, 왕복 운동하는 냉장 컴프레서에서, 제 1 표면층(11)과 제 2 표면층(12)이 제공된 접촉면들(10a, 20a) 중 하나 또는 심지어 2개를 나타내는 마찰 쌍들의 다음 조합들을 가지는 것이 가능하다.
단일-조각 연결 로드의 구성에 관해서는, 양 눈들이 본 발명의 표면 처리 방법을 수용할 수 있다.
조각들 중 적어도 하나가 증기 처리된 층(인산이 있거나 없는)을 제시하는 마찰 쌍의 구성의 경우, 질화물 층 위에서 더 많은 외부 인산층으로 제 2 조각의 표면을 코팅하는 것이 가능하다.
특히, 더 큰 눈의 경우, 보통 더 낮은 경도(편심 핀의)를 나타내는 표면에 반하여 이루어진 동작으로 인해, 질화가 신뢰도의 손실과 소비를 가져올 수 있다. 그러므로, 이러한 마찰 쌍의 신뢰도를 증가시키고(연화 과정 동안의 마모 감소), 기계적 손실을 최소화하도록, 연결 로드의 더 큰 눈에서 제 1 질화물 표면층 위에 제 2 인산 표면층을 제공하는 것이 크게 유리하게 된다.
본 발명은, 피스톤 핀과 연결 로드의 더 작은 눈; 구형 볼-조인트; 편심 핀 및 연결 로드의 더 큰 눈과 같은, 왕복 운동하는 냉장 컴프레서에서 발견된 것과 유사한 디자인 및 동작 특징들을 나타내는 임의의 마찰 쌍들에 관한 해결책을 제공한다.
전술한 바와 같이, 제 2 표면층(22)은 다음 기능들을 가진다:
- 마찰 쌍의 양 금속 조각들의 접촉면의 코팅을 규정할 때, 질화물들 사이의 화학적 친화력을 깨는 기능으로서, 이는 그러한 조각들 중 하나가 질화물로 코팅되고, 나머지 조각이 이중 코팅, 즉 제 1 표면층(11)은 질화물로, 제 2 표면층(12)은 인산으로 코팅되기 때문이다.
- 오일을 보유하는 기능으로서, 이는 인산을 함유하는 제 2 표면층(12)이 오일 보유를 허용하는 공간들을 지닌 다공성 구조를 나타내기 때문이다.
- 베어링 표면의 불균일성에 일치시키는 것을 허용하는 기능으로서, 이는 인산을 함유하는 제 2 표면층(12)이, 마찰 쌍의 금속 조각들 중 하나의 표면을 상기 마찰 쌍의 나머지 금속 조각의 표면이 지닌 접촉 상태에 일치시키는 것을 돕기 때문이다.
본 발명의 특별한 일 형태에서는, 제 2 표면층(12)이 인산 망간(반응물)의 코팅을 규정하는데, 이는 정전 차폐를 통해, 질화물 처리된 표면을 화학적으로 그리고 적극적으로 안정화시킨다. 상기 반응은 2중 코팅(질화물/인산)을 안정화시키고, 질화된 접촉면들을 지닌 종래의 슬라이딩 시스템의 질화된 표면들 사이의 미리 확립된 화학적 친화력을 방해한다. 안정제(stable agent)(인산 망간)의 존재는 에너지 장벽을 생성하여, 코팅들(질화물/질화물) 사이의 정전기 인력을 감소시키고, 마모를 감소시킴으로써 조각들의 유용한 수명을 증가시킨다.
본 발명의 마찰 쌍의 구성은 더 높은 경도를 제공하는 것, 마찰 쌍의 접촉면들 사이의 마찰을 감소시키는 것, 마찰 쌍의 2개의 금속 조각들의 접촉면들 사이의 화학적 중성 상태를 생성하여 접착성 마모를 회피하는 것을 허용한다. 인산처리된 것인 제 2 표면층은 제 1 층에 존재하는 결함들에 일치시키는 것을 허용하는 물리적 성질들을 나타내어, 더 균일한 외부 표면을 생성하고 압력과 마모를 더 양호하게 분포시킬 수 있다. 제 1 표면층 상에 인가된 이러한 제 2 표면층은, 더 양호한 부착을 획득하여, 이동 가능한 접촉에 있어서의 조각들의 수명을 연장시킨다.
비록 전술한 설명이 인산으로 규정되는 것과 같은 제 2 표면층(12)을 나타내고 있지만, 이러한 제 2 표면층(12)은 고체 윤활제의 특징들과 성형성을 나타내는 화학적 니켈과 그것의 변형들과 같은 다른 요소들에 의해 규정될 수 있고, 마찰 쌍의 나머지 조각의 접촉면 물질과의 화학적 친화력을 감소시킬 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 제 2 금속 조각을 경화시키는 제 1 표면층(21)은 또한 그것이 각각의 조각에서 바라는 구조상 효과를 만들어내고, 인산 망간 코팅을 적용하거나 적용하지 않는 것을 허용하는 한, 열 처리(예를 들면 경화) 또는 증기 처리에 의해 규정될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 타입의 마찰 쌍들에서의 표면 처리를 위한 방법을 제공하고, 이러한 방법은 제 1 금속 조각(10)의 것보다 단단한 물질로 된 제 1 표면층(11)으로 상기 제 1 금속 조각(10)의 접촉면(10a)을 코팅하는 단계와, 상기 코팅 없이 마찰 쌍에 관하여 더 낮은 마찰 계수를 상기 마찰 쌍에 제공하도록, 마찰 쌍의 제 2 금속 조각(20)의 접촉면(20a)에 관하여 화학적 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 물질로 된 제 2 표면층(12)으로 제 1 금속 조각(10)의 제 1 표면층(11)을 코팅하는 단계를 포함한다.
Claims (18)
- 2개의 금속 조각(10, 20)을 포함하는 마찰 쌍으로서,
상기 2개의 금속 조각 중 제 1 금속 조각은 상기 금속 조각(10, 20) 중 제 2 금속 조각의 각각의 접촉면(20a)에 대한 마찰을 제공하는 이동 가능한 접촉면(10a)을 가지고,
상기 제 1 금속 조각(10)은, 상기 제 1 금속 조각(10)의 것보다 단단한 물질로 된 제 1 표면층(11)과, 상기 제 1 표면층(11) 상에 배치되고, 상기 마찰 쌍의 상기 제 2 금속 조각(20)의 접촉면(20a)에 대한 화학 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 제 2 표면층(12)에 의해 형성된 코팅에 의해 규정된 접촉면(10a)을 가지는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 금속 조각(10)의 상기 제 2 표면층(12)은 고체 윤활제인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 금속 조각(10)의 상기 제 2 표면층(12)은 인산염 또는 화학적 니켈에 의해 규정된 물질들 중 하나인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 금속 조각(10)의 상기 제 1 표면층(11)은 질화물 코팅이고, 상기 제 2 표면층(12)은 인산염 코팅인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 금속 조각(10)의 상기 제 2 표면층(12)은 인산 망간(manganese phosphate) 코팅인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 금속 조각(20)은 또한 상기 제 2 금속 조각(20)의 것보다 단단한 재료로, 외부 표면층(21)에 의해 코팅된 접촉면(20a)을 가지는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 금속 조각(20)의 상기 외부 표면층(21)은 질화물 코팅에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 금속 조각(20)의 상기 접촉면(20a)은 인산염 또는 화학적 니켈에 의해 규정된 재료들 중 하나의 코팅에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마찰 쌍을 규정하는 상기 금속 조각들은 강철, 철, 주철 및 그것들의 합금들로 이루어진 물질들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍. - 2개의 금속 조각(10, 20)을 포함하는 타입의 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법으로서,
상기 2개의 금속 조각(10, 20) 중 제 1 금속 조각은 상기 금속 조각들(10, 20) 중 제 2 금속 조각의 각각의 접촉면(20a)에 대한 마찰을 제공하는 이동 가능한 접촉면(10a)을 가지고,
상기 제 1 금속 조각(10)의 접촉면(10a)을, 상기 제 1 금속 조각(10)의 것보다 단단한 물질로 된 제 1 표면층(11)으로 코팅하는 단계와,
상기 제 1 금속 조각(10)의 상기 제 1 표면층(11)을, 상기 마찰 쌍의 상기 제 2 금속 조각(20)의 상기 접촉면(20a)에 대한 화학 친화력을 감소시키는 코팅을 규정하는 제 2 표면층(12)으로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 표면층(12)은 고체 윤활제인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 표면층(12)은 인산염 또는 화학적 니켈로 이루어지는 물질들 중 하나로 된 코팅에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 표면층(11)은 질화물 코팅이고, 상기 제 2 표면층(12)은 인산염 코팅인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 표면층(12)은 인산 망간 코팅인 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 금속 조각(20)의 상기 접촉면(20a)을, 제 2 금속 조각(20)의 것보다 단단한 재료로 된 외부 표면층으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 금속 조각(20)의 상기 외부 표면층(21)은 질화물 코팅에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 금속 조각(20)의 상기 접촉면(20a)은 인산염 또는 화학적 니켈로 이루어지는 물질들 중 하나로 코팅하여 규정되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법. - 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마찰 쌍을 규정하는 상기 금속 조각들(10, 20)은 강철, 철, 주철 및 그것들의 합금들로 이루어진 물질들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는, 마찰 쌍에서의 표면 처리를 위한 방법.
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