KR20190077430A - 수지 조성물 및 미끄럼 부재 - Google Patents
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Abstract
1실시형태에 따른 미끄럼 부재는 기재와, 상기 기재 상에 형성되고, 하기(A)∼ (C)을 가지는 수지 조성물에 의해 형성된 코팅층을 가지고, 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가 당해 미끄럼 시험 전의 표면 거칠기보다 감소한다:
(A)∼ (C): (A) 폴리아미드이미드를 포함하는 바인더 수지, (B) 상기 바인더 수지 중에 분산된 PTFE, 및 (C) 상기 바인더 수지 중에 분산된 그래파이트 및 MoS2의 적어도 한쪽.
(A)∼ (C): (A) 폴리아미드이미드를 포함하는 바인더 수지, (B) 상기 바인더 수지 중에 분산된 PTFE, 및 (C) 상기 바인더 수지 중에 분산된 그래파이트 및 MoS2의 적어도 한쪽.
Description
본 발명은 미끄럼 부재에 관한 것이다.
미끄럼면의 특성을 개선하기 위해서, 바인더 수지에, 고체 윤활제로서 PTFE, 그래파이트 및 MoS2를 첨가한 수지 코팅층을 형성한 미끄럼 부재가 알려져 있다(특허문헌 1 및 2).
특허문헌 1 또는 2에 기재된 기술에 있어서는, 고부하 하중의 조건에서 고체 윤활제의 탈락 또는 벽개가 발생하고, 미끄럼면이 거칠어진다는 문제가 있었다. 미끄럼면이 거칠어지면, 특히 윤활유의 공급이 충분하지 않은 저유량 또는 드라이한 환경에서 유막의 형성이 곤란하게 되고, 내소착성(seizure resistance) 및 내마모성이 충분하지 않은 경우가 있었다.
이에 대하여 본 발명은 윤활유의 공급이 충분하지 않은 환경에 있어서 고부하 하중의 조건에서 내소착성(seizure resistance) 및 내마모성을 향상시키는 기술을 제공한다.
본 발명은,
기재와, 상기 기재 상에 형성되고, 하기(A)∼(C)를 가지는 수지 조성물에 의해 형성된 코팅층을 가지고,
하기의 시험조건에 의한 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가 당해 미끄럼 시험 전의 표면 거칠기보다 감소하는 미끄럼 부재를 제공한다:
(A)∼(C)
(A) 폴리아미드이미드를 포함하는 바인더 수지,
(B) 상기 바인더 수지 중에 분산된 PTFE, 및
(C) 상기 바인더 수지 중에 분산된 그래파이트 및 MoS2의 적어도 한쪽
시험조건
시험장치: 오일분무식 빈(poor)윤활 시험기
주속: 6.3m/sec
면압: 2∼20MPa(점증: 2MPa/분)
윤활방법: 분무
윤활유: 냉동기유
상대재: 베어링강
상기 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가 당해 미끄럼 시험 전의 표면 거칠기의 절반 이하일 수도 있다.
상기 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가 2.1㎛ RzJIS 이하일 수도 있다.
본 발명에 의하면, 윤활유의 공급이 충분하지 않은 환경에 있어서 고부하 하중의 조건에서 내소착성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 1실시형태에 따른 컴프레서(1)의 구조를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 경사판(3)과 슈(5)와의 위치관계를 예시하는 도면이다.
도 3은 경사판(3)의 단면구조를 예시하는 도면이다.
도 4는 내소착성 시험에 있어서 수득된 소착면압을 나타내는 도면이다.
도 5는 미끄럼 시험 전후의 미끄럼면의 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 경사판(3)과 슈(5)와의 위치관계를 예시하는 도면이다.
도 3은 경사판(3)의 단면구조를 예시하는 도면이다.
도 4는 내소착성 시험에 있어서 수득된 소착면압을 나타내는 도면이다.
도 5는 미끄럼 시험 전후의 미끄럼면의 상태를 나타내는 도면이다.
1. 구조
도 1은 1실시형태에 따른 컴프레서(1)의 구조를 나타내는 단면 모식도이다. 컴프레서(1)는 이른바 경사판식 컴프레서이다. 컴프레서(1)는 샤프트(2), 경사판(3), 피스톤(4), 및 슈(5)를 포함한다. 샤프트(2)는 하우징(도시 생략)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 경사판(3)은 샤프트(2)의 회전축에 대하여 비스듬히 고정되어 있다. 경사판(3)은 본 발명에 따른 미끄럼 부재의 일례이다. 피스톤(4)은 하우징에 설치된 실린더 보어(도시 생략) 내를 왕복 운동한다. 슈(5)는 경사판(3)과 피스톤(4) 사이에 설치되어 있고, 경사판(3) 및 피스톤(4)과 각각 슬라이딩한다. 슈(5)에 있어서, 경사판(3)과 슬라이딩하는 면은 거의 평탄하고, 피스톤(4)과 슬라이딩하는 면은 돔 형상(반구 형상)의 형상을 가지고 있다. 슈(5)는 본 발명에 따른 미끄럼 부재와 슬라이딩하는 상대재의 일례이다. 샤프트(2)의 회전은 경사판(3)에 의해 피스톤(4)의 왕복운동으로 변환된다.
도 2는 경사판(3)과 슈(5)와의 위치 관계를 예시하는 도면이다. 도 2는 미끄럼면에 수직방향에서 본 도면이다. 경사판(3)은 전체로서 중앙부에 구멍을 가지는 원판형상을 갖는다. 경사판(3)로부터 보면, 슈(5)는 미끄럼면 위를 회전 운동하고 있다. 여기에서 회전 운동이란 경사판(3)에 대하여 슈(5)가 원상의 궤적을 그리는 운동을 말한다.
도 3은 경사판(3)의 단면구조를 예시하는 도면이다. 도 3은 슈(5)와의 미끄럼면에 수직의 단면에서의 구조를 나타내는 모식도이다. 경사판(3)은 기재(31), 코팅층(32), 및 코팅층(33)을 갖는다. 코팅층(32) 및 코팅층(33)은 어느 것이나 슈(5)와 슬라이딩한다. 코팅층(32) 및 코팅층(33)은 어느 것이나, 본 발명에 따른 코팅층의 일례이다. 기재(31)는 중앙부에 구멍을 가지는 원판 형상을 가지고 있고, 요구되는 특성을 만족시키는 금속, 예를 들면, 철계, 구리계, 또는 알루미늄계의 합금에 의해 형성된다. 슈(5)와의 응착을 방지하는 관점에서 경사판(3)은 슈(5)와는 다른 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
코팅층(32)은 경사판(3)의 미끄럼면 특성을 개선하기 위해서 형성되어 있다. 코팅층(32)은 수지 조성물로 형성된다. 이 수지 조성물은 바인더 수지 및 바인더 수지 중에 분산된 첨가제를 포함한다. 바인더 수지는 예를 들면, 열경화성 수지에 의해 형성된다. 열경화성 수지로서는 예를 들면, 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아미드(PA), 및 폴리이미드(PI), 에폭시, 및 페놀의 적어도 1종이 사용된다. 바인더 수지는 이 중 특히, PAI 및 PI의 적어도 한쪽을 포함하는 것이 바람직하다. 일례로서, 이 수지 조성물에서의 바인더 수지의 함유량은 50∼80체적%인 것이 바람직하다. 함유량은 60체적%를 넘는 것이 더 바람직하고, 상한은 75체적%인 것이 더 바람직하다.
첨가제로서는 고체 윤활제가 사용된다. 고체 윤활제는 윤활특성을 개선하기 위해서, 즉 마찰 계수를 저감하기 위해서 첨가된다. 일례로서, 이 수지 조성물은 총량으로 20∼50체적%의 고체 윤활제를 포함한다. 고체 윤활제로서는 PTFE(polytetrafluoroethylene, 폴리테트라플루오로에틸렌)를 사용할 수 있다. 또, 이 수지 조성물은 PTFE에 부가해서, 그래파이트(Gr) 및 MoS2의 적어도 한쪽을 포함한다. MoS2의 함유량은 PTFE의 함유량보다도 적은 것이 바람직하다. 일례로서 PTFE의 함유량은 10∼30체적%이고, 15∼25체적%인 것이 더 바람직하다. MoS2의 함유량은 0∼10체적%이고, 0∼4체적%인 것이 바람직하다(즉 MoS2는 함유되어 있지 않을 수도 있다). 그래파이트의 함유량은 0∼20체적%인 것이 바람직하고, 10∼20체적%인 것이 더 바람직하다. 또, MoS2의 함유량은 그래파이트의 함유량보다도 적은 것이 바람직하다.
미끄럼면의 평활성을 높이고, 유막 형성을 돕기 위해서, 바인더 수지에 첨가되는 첨가제의 평균입경은 10㎛ 미만인 것이 바람직하고, 5㎛ 이하인 것이 더 바람직하다. 여기에서, 평균입경이란 바인더 수지와 혼합하기 전의 원료 상태에 있어서, 레이저 회절법에 의해 수득되는 구 상당 직경의 분포에서의 50% 직경(메디안 직경)을 말한다. 첨가제의 평균입경을 10㎛ 미만으로 함으로써, 미끄럼면에 있어서 첨가제의 탈락 또는 벽개가 발생해도, 첨가제의 평균입경이 10㎛ 이상인 경우와 비교해서 미끄럼면이 매끈매끈한 상태이고, 유막의 형성이 도움을 받는다. 그 때문에 경계윤활로부터 혼합∼유체 윤활로 천이되기 쉽고, 저유량, 또 고부하 하중이라는 가혹한 조건에서도 양호한 윤활상태가 수득되기 쉽다.
PTFE의 평균입경은 그래파이트의 평균입경 및 MoS2의 평균입경 어느 것보다도 큰 것이 바람직하다. 본원 발명자들의 가설에 의하면, 평균입경이 그래파이트 및 MoS2보다도 큰 PTFE를 사용함으로써, 미끄럼면에 있어서 PTFE가 펴져서 그래파이트 또는 MoS2를 덮고, 미끄럼면의 평활성이 유지되기 쉬워진다.
이 수지 조성물은 첨가제로서 추가로 경질 입자를 포함할 수도 있다. 경질 입자로서는 예를 들면, 산화물, 질화물, 탄화물, 및 황화물의 적어도 1종이 사용된다. 경질 입자의 평균입경은 10㎛ 미만인 것이 바람직하고, 또 PTFE의 평균입경보다도 작은 것이 더 바람직하다.
코팅층(33)도 코팅층(32)과 동일한 수지 조성물을 사용해서 형성된다. 또, 기재(31)에 있어서, 미끄럼면이 되는 면, 즉 코팅층(32)이 형성되는 면 및 코팅층(33)이 형성되는 면은 어느 것이나 거의 평탄하다. 코팅층(32)과의 접착력을 강화시키기 위해서, 기재(31)의 표면은 조면화되어 있을 수도 있다. 또, 기재(31)와 코팅층(32) 사이에 중간층이 형성될 수도 있다.
또, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니라, 여러 변형실시가 가능하다. 예를 들면, 본 실시형태에 따른 수지 조성물을 사용해서 형성된 코팅층을 가지는 미끄럼 부재는 컴프레서용의 경사판에 한정되지 않고, 예를 들면, 컴프레서용의 슈, 엔진에서 사용되는 분할 베어링, 부시, 또는 스러스트 와셔일 수도 있다.
2. 실험예
여러 조건으로 미끄럼 부재의 시험편을 제작하고, 이것들의 특성을 평가했다. 미끄럼 부재의 기재로서는 주철을 사용하고, 이것을 도 1과 같은 경사판의 형상으로 가공했다. 이 기재 위에, 표 1에 기재되는 수지 조성물로 코팅층을 형성했다. 바인더 수지로서는 PAI를 사용했다. 또, 실험예 3은 MoS2의 평균입경이 PTFE의 평균입경보다도 큰 예라고 말할 수 있다.
상기의 3개의 실험예의 시험편에 대하여, 우선 내마모성 시험을 실시했다. 내마모성 시험의 시험조건은 아래와 같다.
시험장치: 고압 분위기 마찰마모 시험기
주속: 40m/sec
면압: 4∼12MPa(점증: 2MPa/3분)
시간: 최대 면압 시에 1시간 유지
분위기: 냉매 빈(poor)윤활 분위기
상대재: 베어링강
시험 후의 시험편의 미끄럼면을 육안으로 관찰하고, 코팅층의 마모 유무를 조사했다. 그 결과, 실험예 3에서는 마모가 발생하고 있었지만, 실험예 1 및 2에 있어서는 마모를 확인할 수 없었다. 즉, 실험예 3과 비교해서 실험예 1 및 2는 내마모성이 향상하고 있다.
또, 본원의 발명자들은 실험예 1 및 2의 시험편에 대하여, 내소착성 시험을 실시했다. 내소착성 시험의 시험 조건은 아래와 같다.
시험장치: 오일 분무식 빈(poor)윤활 시험기
주속: 6.3m/sec
면압: 2∼20MPa(점증: 2MPa/1분)
시간: 최대 10분간
윤활방법: 분무
윤활유: 냉동기유
상대재: 베어링강
도 4는 내소착성 시험에 있어서 수득된 소착면압을 나타내는 도면이다. 실험예 3의 시험편에서는 10MPa의 면압으로 소착이 발생한바, 실험예 1 및 2의 시험편에서는 시험장치의 최대 면압 20MPa에서도 소착이 발생하지 않았다. 이렇게, 실험예 3과 비교해서 실험예 1 및 2는 내소착성이 향상하고 있다.
또, 본원의 발명자들은 실험예 1 및 2의 시험편에 대하여 미끄럼 시험을 실시하고, 시험 전후의 미끄럼면의 표면 거칠기를 표면 조도계(Kosaka Laboratory Ltd., SP81B)로 측정하고, 표면을 전자현미경으로 관찰했다. 미끄럼 시험의 시험조건은 전술한 내소착성 시험과 동일하다.
도 5는 미끄럼 시험 전후의 미끄럼면의 상태를 나타내는 도면이다. 도 5의 (A)는 실험예 1을, (B)는 실험예 2를, (C)는 실험예 3을 나타낸다. 또 표면 거칠기는 JIS B 0601:2001에서의 10점 평균거칠기 RzJIS를 나타내고 있다. 실험예 3에서는 미끄럼 시험에 의해 표면 거칠기가 증가하고 있지만, 실험예 1 및 2에서는 미끄럼 시험에 있어서 표면 거칠기가 감소하고 있다. 미끄럼 시험 후의 표면 거칠기는 미끄럼 시험 전의 표면 거칠기의 절반 이하이다. 또, 미끄럼 시험 후의 표면 거칠기는 2.1㎛ RzJIS 이하이다. 즉, 실험예 3에서는 사용에 의해 표면이 거칠어지고 있는 바, 실험예 1 및 2에서는 사용에 의해 표면이 더욱 매끈매끈해지고 있다.
1: 컴프레서
2: 샤프트
3: 경사판
4: 피스톤
31: 기재
32: 코팅층
33: 코팅층
4: 피스톤
2: 샤프트
3: 경사판
4: 피스톤
31: 기재
32: 코팅층
33: 코팅층
4: 피스톤
Claims (3)
- 기재와,
상기 기재 상에 형성되고, 하기(A)∼(C)를 가지는 수지 조성물에 의해 형성된 코팅층을 가지고,
하기의 시험조건에 의한 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가, 당해 미끄럼 시험 전의 표면 거칠기보다 감소하는 미끄럼 부재:
(A)∼(C)
(A) 폴리아미드이미드를 포함하는 바인더 수지,
(B) 상기 바인더 수지 중에 분산된 PTFE, 및
(C) 상기 바인더 수지 중에 분산된 그래파이트 및 MoS2의 적어도 한쪽
시험조건
시험장치: 오일분무식 빈(poor) 윤활 시험기
주속: 6.3m/sec
표면압: 2∼20MPa(점증: 2MPa/분)
윤활방법: 분무
윤활유: 냉동기유
상대재: 베어링강 - 제1 항에 있어서, 상기 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가, 당해 미끄럼 시험 전의 표면 거칠기의 절반 이하인 미끄럼 부재.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 미끄럼 시험 후의 상기 코팅층의 표면 거칠기가 2.1㎛ RzJIS 이하인 미끄럼 부재.
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