KR930003047B1 - 베어링 재료 및 수지베어링 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

베어링 재료 및 수지베어링

[도면의 간단한 설명]

제 1 도는 본 발명에 따른 수지베어링의 일실시예를 도시한 사시도.

제 2 도는, 제 3 도 및 제 4 도는 제 1 도의 수지 베어링을 성형할 때의 인서트공정, 형충진공정, 가압ㆍ가열공정의 각 설명도.

제 5 도는 본 발명에 따른 베어링재료의 마모량의 경시적 변화를 글라스상 카본의 함유량을 파라미터로 하여 도시한 그래프.

제 6 도는 본 발명의 베어링재료와 비교예의 내열성능을 비교하는 그래프.

제 7 도는 본 발명의 베어링재료와 비교예의 접동성을 비교한 그래프.

제 8 도는 수지베어링의 마모량의 경시적 변화를 조성재료를 파라미터로한 그래프.

제 9 도는 본 발명에 따른 수지베어링의 변형예를 도시한 사시도.

제10도는 제 9 도의 중앙종단면도.

제11도는 제 1 도의 수지베어링을 하우징에 압입한 상태의 단면도.

제12도는 본 발명에 의하여 성형되는 복잡한 홀더를 가진 수지베어링의 중앙 종단면도.

제13도는 제12도의 수지베어링을 함우징에 압입한 상태의 중앙 종단면도.

제14도는 본 발명에 의하여 성형되는 스라스트 수지베어링의 단면도.

제15도는 제14도의 수지베어링을 하우징에 압입한 상태의 중앙종단면도.

제16도는 홀더의 내외주에 수지를 인서트 몰드할때의 설명도.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 베어링재료 및 그 베어링재료를 이용한 베어링에 관한 것으로 더 상세히 설명하면, 본 발명은 주로 플래스틱으로 되는 베어링재료와 이것이 적어도 슬라이드 면으로 되는 수지베어링에 관한 것이다.

[배경기술]

종래, 폴리아미드수지, 페놀수지, 폴리페닐렌설피이드 등의 플래스틱에 흑연, 탄소섬유, 유리섬유, 금속분말, 카본블랙등의 개질재(改質材)를 혼입하여 성형한 수지베어링이 알려져 있다.(일본국 일간공업신문사 발행 야마구찌 쇼사부로저, 플래스틱재료의 윤활성 참조). 이 수지베어링은 급유의 필요가 없고 유지관리면에서 매우 유리하기 때문에 널리 사용되고 있다.

상기 수지베어링은 플래스틱에 혼합되는 개질재의 종류, 량에 의하여 그 특성이 좌우되는 것이며, 내마모성, 접동성(마찰특성), 내열성 향상의 각각 목적에 따라서 여러가지 개질재가 혼입되고 있다.

그런데 내마모성의 향상을 목적으로 하여 플래스틱에 예를들면 카본블랙을 혼입하는 경우에는 수지베어링의 내마모성이 향상되는 반면, 접동성면에서 대폭으로 열화(劣化)되는 문제가 있다. 또 접동성의 향상을 목적으로 하여 예를들면 윤활성 및 윤활성 흡착성이 좋은 팽창 흑연을 혼입하는 경우에는 수지베어링의 접동성이 향상되는 반면 내마모성이 열화되는 문제가 있다. 또 내열성의 향상을 목적으로 하여 예를들면 금속분말을 혼입하는 경우에는 수지베어링의 내열성은 향상되는 반면, 접동성면이 열화되는 문제가 있다. 이와같이 종래의 베어링재료에 의하면, 수지베어링의 어느 특성의 향상은 되어지고 있으나, 한편 혼입된 개질재의 결점에 의하여 다른 특성의 열화가 반드시 일어나는 이율배반적인 관계가 있으므로 위에 설명한 내마모성, 접동성 및 내열성의 전부를 대략 높은 수준으로 만족시키는 것은 곤란하며, 특히 1종류의 개질재만으로 상기의 조건을 만족시키는 것은 종래에는 없다.

또 이 수지베어링은 통상 금속제의 홀더 내지 하우징등으로 백업시키는 구조로 하여 사용된다. 이때문에 수지베어링을 정밀좋게 성형하여도 금속재의 홀더등에 이 베어링을 압입 또는 끼워넣으므로 고정하면, 이때 압착력에 의해 수지가 수축 내지 변형하여 내경치수가 많이 변화하여 베어링기능이 극단으로 저하되는 문제가 있다. 또 플래스틱중에 개질재로서 무기계의 개질재, 즉 흑연, 탄소섬유, 유리섬유, 금속분말, 카본블랙 등을 혼입한 것은 그 함유량이 많으면 압입할때에 내경치수의 축소 뿐만 아니라 압입에 의한 파열이 발생하기 쉽고 그 결과로 발생된 파열에 의하여 접동면이 고르지 못하여 마모가 크게되는 결점이 있다. 이때문에 수지에 개질재를 함유시켜 성분적으로 내마모성, 고접동성(저마찰계수), 내열성을 대략 높은 수준으로 향상시켰어도 제조가공단계에서 그 우수한 특성이 상실하게 되는 치수오차 혹은 파열등이 발생하여 결과적으로는 베어링기능이 열화되는 문제도 있다.

또 내마모성 접동부재로서 종래, 고체윤활제 흑연을 함유하는 글라스상탄소재료로 되는 것이 있다(일본 특개소 59-131567호). 그러나 이 접동재료는 글라스상 탄소재료의 형성재료와 흑연과의 혼합물을 소성(燒成), 탄화하여 접동재료로한 것이므로, 혼합물에서의 소성, 탄화시의 수축이 크며 또한 수축의 변형도 많아 치수의 정밀이 좋은 베어링을 형성할 수 없는 문제가 있다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은 1종류의 개질재의 혼입에 의해서, 내마모성, 고접동성 및 내열성의 모든 면에서 우수한 특성을 나타내는 베어링재료를 제공하는데 있다. 또 본 발명의 다른 목적은 개질재로서의 글라스상 카본이 장기간 탈락하지 않는 베어링재료, 다시 말하면 장기간에 걸쳐 내마모성, 고접동성 및 내열성을 지속할 수 있는 베어링재료를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 내마모성, 고접동성 및 내열성의 모든면에서 우수하며, 또한 제조가공이 간단하여 제품의 정밀도가 좋은 수지베어링을 제공하는데 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 수지베어링은 30-90중량%의 글라스상 카본과 2-70중량%의 플래스틱으로 구성하고 있다.

본 발명에 따른 베어링재료의 글라스상 카본함유량은 바람직하기는 50-95중량% 보다 바람직하기는 50-90중량%, 더 바람직하기는 60-80중량%, 가장 바람직하기는 약 70중량% 정도이다.

또 본 발명에 따른 베어링재료의 글라스상 카본은 구상의 분체인 것을 특징으로 한다. 또 본 발명에 따른 베어링재료의 글라스상 카본은 평균입경 30㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 베어링재료는 상기 조성에 다시 계면활성제 및/또는 결합제를 함유시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 베어링재료는 상기 계면활성제 및/또는 결합제외에 유활제를 함유하도록 하고 있다. 또한 본 발명에 따른 베어링재료의 계면활성제는 실리콘계 계면활성제인 것을 특징으로 한다. 또 위에 설명한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 수지베어링은 홀더의 내주면에 일체성형으로 밀착접합된 30-98중량%의 글라스상 카본과 70-2중량%의 플래스틱으로 되는 수지층을 가지고, 이 수지층의 내주면을 회전축의 접동면으로 하고 있다.

본 발명에 이용되는 글라스상 카본은 페놀수지, 푸란수지등의 열경화수지를 매우 서서히 경화, 탄소화하는 것에 의해 만들어지는 아몰포스 카본을 의미한다. 이 글라스상 카본은 특히 제한은 없으나, 종래 일본국 특개소 61-48410호, 특개소 60-131816호, 특개소 59-131567호 탄소재료공학(일본국 일간공업신문사, 1985. 12. 23. 발행, 50-54면) 등에서 공지의 제법에 의해 제조되며, 30㎛ 이하의 구형 혹은 파쇠립으로 구성되어 있다. 또 본 발명에 이용되는 플래스틱은 특히 제한은 없고, 따라서 종래 수지베어링의 재료로 공지 것으로도 좋으나, 적용되는 모터등의 요구 특성이 맞추어 결정한다. 내마모성을 특히 중시하는 스테핑모터의 경우에는 페놀수지가 적합하다.

글라스상 카본의 함유량은 30-98중량%, 플래스틱 함유량은 70-2중량%로 되어 있다. 여기서 플래스틱의 함유량을 2중량% 이상, 즉 글라스상 카본의 함유량을 98중량% 미만으로한 이유는 2중량% 미만으로 하였을 경우에는 수지베어링의 성형면에서 문제가 있는 것이며, 글라스상 카본 함유량을 95중량% 이상으로 하였을 경우에는 글라스상 카본과 플래스틱의 결합이 약하게 되어 글라스상 카본이 플래스틱에서 탈락하여 마모성이 나빠지는 경향이 있으나, 전체로서는 종래품보다 양호한 내마모성등을 나타내기 때문이다. 이 글라스상 카본의 조성은 바람직하기는 50-95중량% 더 바람직하기는 50-90중량%, 보다 더 바람직하기는 60-80중량%, 가장 바람직하기는 약 70중량% 정도이다.

본 발명에 의해 얻어지는 베어링재료는 종래의 수지베어링에 비해 그 마모성을 감소시킬 수 있으며, 장기 사용이 가능하게 되며 또한 고접동성도 향상시킬 수 있어, 시이저(Seizure) 등의 염려도 없게 될 뿐만 아니라 내열성도 향상되며, 사용시 및 성형시의 온도변화에 의한 치수변화도 억제할 수 있다. 또 플래스틱에 혼합하는 개질재는 글라스상 카본의 1종만으로 좋으므로, 제조원가의 감소도 가능하게 된다.

또 본 발명의 수지베어링에 있어서, 글라스상 카본을 구상의 분체로 하면, 베어링으로 하였을 때에 축에 손상을 주지않고 접동성도 높일 수 있다.

또 본 발명의 수지베어링에 있어서, 글라스상 카본의 평균립경을 30㎛ 이하로 하면, 베어링으로 하였을 때의 면적도 즉 치수의 정밀도를 높일 수 있다.

또 본 발명의 베어링재료에 있어서 계면활성제를 함유시키면, 이 계면활성제가 플라스틱과 글라스상 카본의 유성(濡性)을 개선하여 플래스틱에 대한 글라스상 카본의 접합강도를 증대시키고 다시 계면활성제를 함유시키면, 이 결합제가 플래스틱과 글라스상 카본의 화학적인 결합을 높이며 플래스틱과 글라스성 카본이 접합강도를 강고하게 한다. 이때문에 글라스상 카본의 탈락이 방지되어 장기간에 걸쳐 고접동성 내열성 및 내마모성을 높은 수준으로 유지할 수 있다.

또 본 발명의 수지베어링에 있어서 계면활성제를 실리콘 계면활성제로 하면, 표면장력이 적은 것이므로 밀착강도를 높힐 수 있다. 또 본 발명의 수지베어링에 있어서 윤활제를 함유시키면 내마모성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의해 얻어지는 베어링재료는 종래와 같이 이미 되어 있는 혼합물 수지베어링을 홀더에 압입 또는 끼워넣는 것이 아니고 인서트 성형법을 이용한 컴프레션법에 의하여 베어링체를 성형하고 있으므로, 접동면으로 되는 내주면의 내경치수변화가 전혀없고, 이것으로 혼입되는 개질재의 특성이 손상되지 않을 뿐만 아니라 제조도 매우 간이하게 된다. 또한 홀더와 수지층의 밀착접합력도 압입에 의한 것에 비해 전혀 손색이 없다.

[발명을 실시하기 위한 최양의 형태]

이하 본 발명을 실시태양에 의하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 수지베어링재료는 30중량%-98중량%의 글라스상 카본과 70중량%-2중량%의 플래스틱으로 되는 것을 특징으로 한 것이다.

본 발명의 수지베어링재료에 있어 매트릭스재로 되는 플래스틱으로서는 폴리아미드 폴리아세탈, 폴리카보네이트 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리설폰, 폴리에텔설폰, 폴리에텔이미드, 폴리아미드이미드 등의 이미드계수지, 폴리에텔케톤, 폴리에텔에텔케톤, 폴리에텔케톤케톤 등의 케톤수지, 폴리테트라폴르오로 에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리헥사플르오로에틸렌, 폴리트리플르오로트리콜로로 에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계수지, 폴리에틸렌테레푸탈레이트, 폴리부틸렌테레푸탈레이트 등의 폴리에스텔수지와 같은 각종 열가소성수지, 에폭시수지, 페놀수지, 요소수지, 알키드수지, 멜라민수지, 규소수지등의 각종 공지의 열경화성 수지의 베어링 재료로서, 사용가능한 플래스틱의 점부를 포함한다.

본 발명의 수지베어링재료에 있어서, 이들의 플래스틱은 수지의 종류에 의해서도 좌우되나, 2-70중량%, 바람직하게는 10-50중량%, 보다 바람직하기는 20-40중량% 가장 바람직하기는 약 30중량% 함유된다. 즉 플래스틱의 함유량이 2중량% 미만이면, 플래스틱에 의한 매트릭스의 형성이 곤란하게 되는 동시에 글라스상 카본과 플래스틱의 결합이 약해져서 글라스상 카본이 플래스틱에서 탈락하여 마모성이 나빠지며, 기계적 강도의 저하, 성형성의 저하등을 일으킬 수 있게 되기 때문이다. 한편 70중량%을 초과하게 되면, 글라스상 카본의 함유량이 필연적으로 저하하여 복합구조체화에 인한 내마모성, 접동성, 내열성의 향상을 바라볼 수 없게 되기 때문이다.

본 발명의 수지베어링재료에 있어서, 이와같은 플래스틱에 개질재로 첨가되는 글라스상 카본은 푸르푸릴 알콜, 푸란수지, 페놀수지등의 열경화수지, 설탕, 셀룰로오스, 폴리염화비니리덴 등을 매우 서서히 경화, 탄소화하는 것으로 얻어지는 아몰포스상태, 즉 비정질의 카본의 일형태로서 그 형태의 특징, 또는 그 대표적 물성은 비중 1.45-1.50g/㎤, 경도 100-110HS, 900-1300HV, 고유저항 5×10-10×10^-5Ω/㎝, 열전도율 0.01-0.02cal/㎝.sec.℃ 이다.

이와같이 글라스상 카본은 높은 경도를 가지고 매우 내마모성, 접동성, 내열성에 우수한 것이다.

이와같은 글라스상 카본을 얻기 위해서는 예를들면 부분가교(部分架橋) 페놀수지등의 열경화성수지를 스프레이드라이법, 현탑법등의 조립법(造粒法)에 의해 미분말로 하여 500-250℃, 바람직하기는 1000℃ 이상에서 48시간 소성시키면 좋으나, 물론 이와같은 방법에 하등 한정되는 것이 아니고, 특개소 61-48410호, 특개소 60-131816호, 특개소 59-131567호 등에 기재되는 바와같은 공지의 어느방법에 의해서도 좋다. 또 이 글라스상 카본은 저온소성에 의해서도 얻어진다. 이 경우의 글라스상 카본은 다공성구조이며, 다공부에 내열성 글리스등 오일을 첨가제 로 하여 함침시켜 내마모성, 고접동성, 내열성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이와같은 글라스상 카본은 불정형분체, 구상분체, 파쇠등의 형상을 가질 수 있으나, 접동성의 양호면에서는 구상의 분체인 것이 바람직하며, 카본의 탈락방지의 관점에서는 투묘효과(投錨效果)가 있는 파쇠형상으로도 좋다. 또한 그 립경으로는 평균 립경 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1-30㎛ 인 것이 바람직하다. 즉 30㎛ 보다 크면 플래스틱매 트릭스중에 균일하게 분산시키기가 곤란하게 되며 한편 1㎛ 보다 작으면 글라스상 카본의 표면적이 적게되므로, 밀착성이 나쁘게 되기 때문이다. 또한 글라스상 카본의 함유량을 80% 이상으로 할때에는 5㎛ 이하의 미세립의 글라스상 카본을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 10-30㎛의 비교적 큰 직경인 글라스상 카본에 비하여 혼합되는 플래스틱에 대하는 접촉표면적이 크게되므로 이 플래스틱의 접합력이 높아져서 글라스상 카본의 탈락이 생기지 않고, 고충진할 수 있으므로 성형 수축율이 적어 내마모성, 고접동성 및 내열성이 우수하다.

또 5㎛ 이하의 미세립과 20㎛의 큰 직경립으로 되는 글라스상 카본은 혼합하여 베어링체를 성형할 경우도 대략 동일한 효과가 발휘된다. 이 경우의 가장 바람직한 글라스상 카본의 함유량은 85-90%인 것이 판명되었다. 이 결과에서 글라스상 카본에 미세립을 함유시키고 있으면, 성형시의 유동성이 좋아지며 지장없이 베어링이 성형되어지는 동시에 성형시의 높은 치수성이 확보될 뿐만 아니라 플래스틱의 접합력도 높일수 있으며 카본의 탈락이 생기지 않고 내마모성, 고접동성 및 내열성에 매우 우수하게 된다. 또한 상기 변형예에 있어서는 큰 직경립의 립경을 20㎛로 하고 있으나 20㎛에 한한것은 아니고 요컨데 글라스상 카본에 미세립을 함유하고 있는 경우에 큰 직경립의 립경은 별로 문제로 되지 않는다.

본 발명의 수지베어링재료에 있어 이와같은 글라스상 카본은 30-98중량% 첨가된다. 즉, 30중량% 미만으로는 글라스상 카본의 첨가에 의한 플래스틱의 개질의 효과가 충분하지 못하며, 한편 98중량%를 초과한 것이면, 플래스틱 매트릭스의 형성이 곤란하게 되어 기계적강도, 밀착성등의 저하를 가져올 수 있기 때문이다.

본 발명의 수지베어링재료에 있어서, 필요에 따라 계면활성제 및/또는 결합제를 첨가하는 것이 가능하다. 계면활성제로서는 유기 및 실리콘계의 각종 양이온 계면활성제 음이온 계면활성제, 양성계면활성제, 비이온계면활성제를 이용할 수 있으나, 이중 특히 바람직하게는 실리콘계 계면활성제이다. 계면활성제의 첨가량은 글라스상 카본과 플라스틱의 총량에 대하여 1-7중량%로 하고, 글라스상 카본의 중량%에 의하여 결정한다. 결합제로는 각종 아조계 결합제, 실란계 결합제등을 이용할 수 있다. 결합제의 첨가량은 글라스상 카본과 플래스틱의 총량에 대하여 1-7중량% 이다.

또한 본 발명의 베어링재료에는 필요에 따라 윤활제를 첨가할 수도 있다. 윤활제로서는 합성유를 주체로한 각종 오일ㆍ그리스를 이용할 수 있으나, 이중에서 특히 바람직하기는 피에스테르계 액상 그리고 또는 우레아그리스이다. 또 윤활제의 첨가량은 5-10중량% 이다.

또한 베어링성형시에 폴리테트라풀루오로에틸렌(상품명 : 테프론 : PTYFE) 등의 불소수지 또는 2황화 몰리브덴을 혼합하여 좋다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 설명한다.

[글라스상 카본의 제조예]

아몰포스상태 즉, 비정질의 카본을 얻기위하여 글라스상 카본 성형재로서의 부분가교 페놀수지를 생성한다. 이 부분가교 페놀수지는 페놀ㆍ노보라크 수지분말을 부분가교 하는 것에 의해 생성되며, 그 분자내에 페놀ㆍ노보라크수지를 경화시키는 페놀성 수산기와 자기축합성을 나타내는 메틸올기를 가지고 있다. 그 대표 특성은 다음과 같다.

비 중 1.25gr/㎤

외관비중 0.3gr/㎤

평균립자직경 5-30㎛

용해성

용해도 큼 N-메틸-2-피롤리돈

디메틸포름알데히드

메틸셀로솔브

이소부틸칼비톨

용해도 적음 테트라히드로푸탄

아세톤

메틸에틸케톤

톨루엔

크실렌

트리클렌

메탄올

열연화온도 130℃

겔화시간 180-220초/150℃

이와같이 생성된 부분가교 페놀수지를 상기 용해도가 큰 재료에서 용융하여 이 용융수지를 비용매 혹은 용매중에 분출시켜 다시 진공건조 혹은 가열건조시켜 분말로 하고, 이 분말을 질소기류하에 실온에서 1000℃ 까지 48시간에 걸쳐 승온소성하여 다음에 나타내는 물성치를 가진 평균립경 5-30㎛의 구상의 글라스상 카본을 얻었다. 또한 본 발명자의 실험에 의하여 글라스상 카본과 플래스틱의 친화성, 즉 성형화된 수지베어링의 강도는 열처리온도가 50℃에 가까울수록 크며, 또 베어링의 접동성은 열처리온도가 2500℃에 가까울수록 양호하며, 또 가스, 오일등의 흡착성은 열처리 온도가 800℃정도가 가장높고, 500℃ 또는 2500℃에 가까울수록 낮아지게 되는 것이 판명되어 있으므로, 500℃-2500℃내에서의 열처리온도를 변화시키는 것에 의하여 어느정도 소망의 친화성, 접동성, 흡착성을 가지는 베어링을 얻을 수 있게 된다.

비 중 1.45-1.50gr/㎤

경 도 100-110Hs

900-1300Hv

(소성조건에 의함)

고유저항 (5-10)×10^-5Ω-㎝

열전도율 0.01-0.02cal/cm.sec.℃

또한 소성시의 체적수축은 약 17%이며, 가교밀도가 상승하기 때문에 그 내열성은 높다.

[베어링체의 성형]

이와같이하여 얻어진 그라스상 카본을 개질재로하여 다음과 같이 베어링을 성형한다. 수지베어링을 제조하는데는 상기한 바와같이 플래스틱, 그라스상 카본 및 필요에 따라 첨가시키는 계면활성제, 결합제 및/또는 윤활제를 동등하게 분산하기 까지 충분하게 혼련한다.

그리고 제 2 도에 도시한 바와같이 표면에 탈형제가 도포되어 있는 성형용 하부금형(2)의 캐비티내에 금속원통등으로 되는 홀더(1)를 그 외주면와 하부금형(2)의 내주면(2a)이 밀착하도록 인서트하고(인서트공정), 제 3 도에 도시한 바와같이 위에서 설명한 바와같이하여 얻어진 글라스상 카본과 플래스틱의 혼합물 즉, 베어링재료(3)를 하부금형(2)의 중앙부에 설치되어 있는 원통부(2b)의 외주면(2c)과 홀더(1)의 내주면 사이의 틈새에 화살표와 같이 공급한다(형충진 공정).

다음 제 4 도에 도시한 바와같이 표면에 탈형제를 도포한 성형용 상부금형(4)을 예를들면 50kg/㎠, 50℃, 20분의 조건하에 상하금형을 체착하여 가압ㆍ가열공정으로 혼합물(3)을 홀더(1)내에 인서트 몰드한다. 그후 위에 설명한 탈형제에 의하여 금형에서 탈형하기 쉽게 되어 있는 성형체를 꺼내서 제 1 도에 도시한 베어링하우징도 겸한 레이디얼베어링체(5)를 얻었다. 또한 도시하지 않았으나, 가압성형공정에서는 가압하는 실린더와 피스톤과 같은 밀폐도가 높은 암형과 숫형을 이용하는 것도 있다.

[수지베어링의 구조]

수지베어링은 용도등에 따라 여러가지 형상의 및 구조를 채택한다. 예를들면 제 1 도에 도시한 바와같이 수지베어링(5)은 원통형 홀더(1)의 내주면에 혼합물(3)이 인서트몰드 되거나, 제 9 도, 제10도에 도시하는 수지베어링(15)와 같이 소형모터등의 턱있는 하우징(11)에 혼합물(13)이 직접 인서트몰드 되는 경우도 있다. 또 제11도에 도시한 바와같이 인서트몰드에 의하여 성형된 제 1 도 원통형의 수지베어링(5)을 원통형 하우징(12)에 압입 또는 끼워넣어서 그 내주면에 회전축을 수용시키는 구조로도 좋다. 이 베어링은 내층(3)이 수지로 약해져도 외층으로 금속홀더가 이용되는 2층 구조로 되어있기 때문에 수지베어링장치의 강도향상이 되며, 압입등에 의해서도 내경치수의 변화가 거의 없는 이유때문이다. 또 같은 이유로 내주, 외주 함께 턱이 있는 제12도에 도시한 바와같은 복잡한 형의 금속홀더(21)의 내측에 회전축과 접촉하는 부분에만 혼합물(33)을 인서트몰드하여 수지베어링(25)으로 하고, 다시 이 베어링(25)을 하우징(22)에 압입 또는 끼워넣어서 사용하는 구조로도 좋다. 이 경우에는 턱이 있기 때문에 수지베어링(25)의 하우징(22)에 부착하여 위치설정을 간단하게 할 수 있는 이점이 있다. 또 수지의 압입이 필요하지 않으므로 제12도에 도시한 바와같은 복잡한 형태를 한 홀더등에도 적용할 수 있다. 또한 제14도에 도시한 바와같이 한쪽면이 폐쇄된 원통홀더(31)의 내면에 혼합물(43)이 인서트몰드된 쓰러스트베어링(45)으로도 좋으며, 위에 설명한 동일한 이유로 제15도에 도시한 바와같은 하우징(32)에 압입 또는 끼워지는 것으로 물론좋다. 또 너트와같이 나사로되어 있는 내주면에 대하여 혼합물이 인서트몰드되어 있는 것도 좋고, 이 경우에는 수지와 나사홈사이에서 접합력이 증대되므로 효과적이다.

또 베어링전체로서의 강도를 향상시키는 이유에서는 제16도에 도시한 바와같이 금속홀더(51)를 성형금형 하우금형(2)의 내주면(2a)과 철부(2b)의 외주면(2c)으로 밀착되지 않도록 떨어지게 배치하여 그 사이에 화살표와 같이 수지를 공급하여 제작한 베어링, 즉 금속홀더(51)의 내외주면 양쪽에 수지가 인서트몰드된 베어링이 바람직하다. 또 동일한 이유에서 수지중에 스프링이 인서트몰드되어 있는 수지베어링으로도 좋다.

그런데 위에서 설명한 바와같은 홀더류는 금속으로 되어있으나, 세라믹등으로도 좋다. 그리고 위해 설명한 각 수지베어링의 수지두께는 베어링이 2층 구조이기 때문에 엷게 되어도 특히 열팽창에 의한 영향이 극력감소된다.

또 상기 각 실시예에서의 신료는 인서트 성형을 이용한 컴프레션법에 의하여 성형되어있으나, 인서트성형법을 이용하면 인젝션법, 트랜스퍼법등을 이용하여도 좋다.

[실시예 1]

평균립경 10-20㎛의 구상으로되는 분체의 글라스상 카본 70중량%와 에폭시 수지 30중량%로 위에 설명한 제법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 글라스상 카본의 함유량을 90중량%, 에폭시수지의 함유량을 10중량%로 각각 바꾸어 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서의 글라스상 카본의 함유량을 50중량%, 에폭시수지의 함유량을 50중량%로 각각 바꾸어 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[실시예 4]

실시예 1에서의 글라스상 카본의 함유량을 50중량%, 에폭시수지의 함유량을 60중량%로 각각 바꾸어 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[실시예 5]

실시예 1에서의 글라스상의 카본의 함유량을 30중량%, 에폭시수지의 함유량 70중량%로 각각 바꾸어 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[비교예 1]

폴리페닐렌설파이드 30중량%에 탄소섬유 30중량%와 무기물 40중량%를 개질재로 혼합하여 실시예 1과 동일한 공법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[비교예 2]

에폭시수지 30중량%에 개질재로서 예를들면 흑연등의 고체윤활제 70중량%를 혼합하여 실시예 1과 동일한 공법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[비교에 3]

에폭시수지 만으로 실시예 1과 동일한 공법에 의하여 베어링체를 성형하였다. 그리고 위에서와 같이 성형한 본 발명의 실시에 따른 5개의 베어링재료와 3개의 비교시료에 각각 스텐레스강(SUS)제 회전축을 수용시켜 다음의 시험을 하였다.

내마모 시험

축하중 1kgf/㎠, 축회전속도 5m/min

축은 2회전마다 반전

상기 조건하에서 축을 회전시켜 베어링 내경치수의 경시적 변화량을 조사하는 것으로 하였다.

이 결과를 제 5 도에 도시한다. 또한 글라스상 카본의 함유량이 50중량%-90중량%의 경우(실시예 1-3)에는 대략 동일한 마모량으로 되는 것이 있어 도시하면 복잡하게 되므로, 그 상한치와 하한치를 2점쇄선으로 표시하고, 글라스상 카본함류량 70중량%(실시예 1)만을 대표적으로 도시하였다. 또 비교예에 대해서도 비교예 1만을 대표적으로 도시하였다.

그 결과 제 5 도에서 분명한 바와같이 글라스상 카본의 함유량이 30%이상인 경우, 종래의 베어링재료보다 내마모성의 점에서 효과가 있다. 즉 비교예 1에 비하여 글라스상 카본을 30중량%-90중량% 함유하는 시료(실시예 1-5)의 그 베어링내경 변화량, 즉 마모량이 대폭적으로 감소하고 있는 것을 이해할 수 있다. 즉, 그라스상 카본은 내마모성에 대하여 우수한 것이다. 특히 글라스상 카본의 함유량이 50중량%이상으로 되면 그 효과는 현저하다.

[내열성 시험]

베어링체의 배치된 항온조내(項溫槽內)의 온도를 0℃-100℃까지 변화시켜 축을 회전시키는 조외의 모터의 최대 자기동주파수를 조사하여 이 모터의 규격(각각 모터의 용도등에 따라 결정된다)을 만족한 것인가 여부를 확인하는 것으로 하였다. 또한 본 시험에 사용한 모터의 최대 자기동주파수의 규격은 500Hz-600Hz이다. 이 결과를 제 6 도에 도시한다. 또한 글라스상 카본은 함유한 시료로서는 그 함유량이 70중량%인것(실시예 1)을 대표로하여 도시하였다. 그 결과 제 6 도에서 분명한 바와같이 비교예 2는 약 50℃부근에서 규격을 벗어나게 된다. 글라스상 카본을 70중량% 함유한 본 발명에 의한 베어링은 시종규격을 만족시키고 있다. 이것은 글라스상 카본을 고충진한 본 발명의 베어링이 온도변화에 따른 베어링의 치수변화에 의한 시이저등을 일으키지 않기 때문이다. 따라서 글라스상 카본을 함유하는 본 발명의베어링 재료는 내열성에 대해서도 우수한 것이다.

[접동성 시험]

접동성을 나타내는 것의 하나인 모터 기동시의 전압을 조사하였다. 그 결과를 제 7 도에 표시한다.

또한 글라스상 카본을 함유한 시료로서는 앞의 내열성 시험과 동일하게 그 함유량이 70중량%의 것(실시예 1)만을 대표로 도시하여 비교예로서는 비교예 3만을 대표로하여 도시하였다. 그 결과는 제 7도에서 분명한 바와같이 비교예 3의 기동전압은 6V(예로 사용한 계측기기에서는 6V까지 밖에 계측할 수 없었으므로 6V로 하고 있으나, 실제는 좀더 큰 것으로 생각된다)이며, 본 발명에 의한 베어링의 것은 5.2V이었다. 즉 본 실시예의 수지베어링은 비교예에 대표되는 종래의 수지베어링보다도 저마찰이며, 기동전압이 낮어도 되는 것을 의미하고 있다. 또한 제 7 도에는 도시하고 있지않으나, 글라스상 카본의 함유량이 50중량%-90중량%의 시료의 모터기동전압은 모두 5.2V정도이며, 글라스상 카본의 함유량이 50중량%에서 40, 30중량%로 낮아짐에 따라 급격하게 기동전압이 상승하였다. 이것으로 글라스상 카본을 30중량% 이상 특히 50중량%이상 함유한 베어링은 접동성에 대해서도 우수하였다.

이상의 각 시험결과에서 적어도 종래품보다 양호한 수지베어링으로 하는데는 30-98중량%의 글라스상 카본과 2-70중량%의 플래스틱으로 구성하는 것이 필요하며, 내마모성과 고접동성 및 내열성의 3점에 있어서 종래품보다도 매우 우수한 수지베어으로 하는데는 50중량%-98중량%의 글라스상 카본과 2중량%-50중량%의 플래스틱으로 구성하면 좋은것이 이해할 수 있다. 요컨데 수지베어링의 내마모성, 고접동성, 내열성의 모두 우수한 글라스상 카본의 함유량은 약 60-80중량%이며 특히 70중량%가 바람직하다.

또 다음은 상기한 글라스상 카본을 개질재로서 이하 8종의 베어링체 및 1종의 비교품체를 성형하였다.

[실시예 6]

평균립경 10-30㎛의 구상분체인 개질재로서의 글라스상 카본 80중량%와 마트릭스로서의 페놀수지(스미라이트레인 PR 50590, 스미도모 베크라이트 주식회사제) 20중량%를 동등하게 분산하기 까지 혼련하여 이 혼합물에 대하여 8중량%의 실리콘계 계면활성제(NUC Y 7006, 일본 유니까 주식회사제)와 5중량%의 윤활제로서의 디에스테르계 액그리스를 첨가하고, 다시 혼련하여 충분하게 분산시킨 다음은 실시예 1와 동일한 방법, 즉 인서트 성형법을 이용한 컴프레션법에 의하여 베어링체를 성형하였다.

[실시예 7]

실시예 6에서의 디에스테르계 액그리스를 첨가하지 않은 베어링체를 실시예 1과 동일한 방법으로 성형하였다.

[실시예 8]

실시예 6에서의 데에스테르계 액그리스 대신으로 우레아그리스, 니그에이스 W(일본 그리스 주식회사제)를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 베어링체를 성형하였다.

[실시예 9]

실시예 6에서의 실리콘계 계면활성제 대신으로, 유기계 계면활성제를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 베어링체를 성형하였다.

[실시예 10]

실시예 6에서의 실리콘계 계면활성제 대신으로, 시란 결합제(NUC A 187 일본 유니까 주식회사제)를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 베어링체를 성형하였다.

[실시예 11]

실시예 6에서의 글라스상 카본의 함유량을 40중량%로하여 페놀수지 대신으로 에폭시수지를 사용하고 그 함유량을 60중량%로하여 실시예 1과 동일한 방법으로 베어링체를 성형하였다. 또한 본 실시예품에는 실시예 6과 동일하게 실리콘계 계면활성제 및 디에스테르계 액그리스가 혼입되어있다.

[실시예 12]

실시예 11에서의 글라스상 카본의 함유량을 70중량%로하여 에폭시수지의 함유량을 30중량%로 바꾸어 실시예 1과 동일한 방법으로 베어링체를 성형하였다. 또한 본 실시예품에는 실시예 6과 동일하게 실리콘계 계면활성제 및 디에스테르계 액그리스가 혼입되어있다.

[실시예 13]

페몰수지 20중량%와 글라스상 카본 80중량%를 혼합하여 실시예 1과 동일한 방법으로 성형하였다.

[비교예 4]

플래스틱만으로 되는 베어링을 실시예 1과 동일한 방법으로 성형하였다. 그리고 상기와 같이 성형된 본 발명의 베어링시료체와 비교품체에 대하여 상기한 내마모시험을 동일조건으로 하여 수지베어링 내경의 마모량을 조사하였다.

그 결과를 제 8 도 및 다음표에 표시한다. 또한 제 8 도에 있어서는 실시예 6에서 성형된 시료베어링과 실시예 7에서 성형된 시료 베어링과 실시예 13에서 성형된 시료 베어링의 3개만을 대표하여 도시하고, 실시예 6,7의 베어링에 대해서만 1000시간까지 측정을 하였다. 또 다음표에서 마모량 1미만으로 하고 있는 것은 실제에는 그 마모량이 너무 적어도 측정할 수 없는 것을 나타내고 있다.

[표]

이 결과는 상기 표에서 분명한 바와같이 글라스상 카본을 함유하지 않는 비교예 4에 비하여 2-70중량%의 플래스틱과 30-98중량%의 글라스상 카본을 함유하는 실시예 6-13을 비교하면 분명하게 계명활성제 또는 결합제의 유무가 마모량감소에 효과가 있는 것이 이해할 수 있다.

또 실시예 13과 이 실시예 13에 비하여 글라스상 카본의 함유량이 반감하고 있는 실시예 11을 비교하면, 글라스상 카본의 함유량의 차이보다도 계면활성제의 유무의 쪽이 내마모성에 효과가 있다.

또 실시예 11과 실시예 6-10,12를 비교하면, 계면활성제 또는 결합제를 함유하고 있으면 글라스상 카본의 함유량이 많은편이 내마모성에 효과가 있는 것을 알 수 있다. 또 실시예 6과 실시예 7를 비교하면, 윤활제의 유무로는 내마모성이 크게 좌우되지 않는 것을 알 수 있으나, 윤활제가 첨가되어 있는 편이 더 좋다. 또 실시예 6과 실시예 8을 비교하면, 윤활제로서의 그리스의 종류(디에스테르계 액그리스와 우레아 그리스)에 따라서 내마모성이 좌우되지 않는 것을 알 수 있다. 또 실시예 6과 실시예 9를 비교하면, 계면활성제의 종류(실리콘계와 유기계)에 따라서 내마모성이 좌우되지 않는 것을 알 수 있다.

또 실시예 6과 실시예 10을 비교하면, 첨가제로서의 계면활성제, 결합계의 어느것을 사용하여도 좋은 것을 알 수 있다. 또 실시예 6과 실시예 12를 비교하면 플래스틱의 종류를 바꾸어 다소간 글라스상 카본의 함유량을 적게하여도 내마모성에 영향이 없음을 알 수 있다. 그리고 제 8 도에서 분명한 바와같이 계면활성제 또는 결합제가 혼합하고 있으면, 장기적으로 내마모성이 향상하는 것을 알 수 있다.

이상의 설명에서 분명한 바와같이 장기에 걸쳐 내마모성의 높은 수준유지, 즉 플래스틱에서의 글라스상 카본의 탈락방지는 계면활성제 또는 결합제를 혼합하는 것으로되며, 윤활제가 여기에 혼합되어 있으면, 더욱 그 효과를 높일 수 있다. 요컨데 본 발명자가 실시예 6에서 성형한 베어링을 1000시간 가동후에 현미경 관찰한 결과, 수지베어링에서의 글라스상 카본의 탈락은 하나도 발견되지 않았다.

[이용분야]

본 발명의 베어링재료 및 이것을 이용한 수지베어링은 내마모성, 접동성 및 내열성에 우수하며, 또 수지 베어링의 경량 또한 염가인 특성을 살려서 각종 베어링으로서 적합하게 이용되며 특히 소형 모터용 베어링으로서 가장 적합한 것이다.

Claims (10)

1. 60-98중량%의 글라스상 카본과 40-2중량%의 플래스틱으로 되는 베어링 재료.
2. 청구범위 제 1 항 기재의 글라스상 카본의 함유량은 60-80중량%인 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
3. 청구범위 제 1 항 기재의 글라스상 카본의 함유량은 70중량%인 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
4. 청구범위 제 1 항 기재의 글라스상 가본은 구상의 분체인 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
5. 청구범위 제 4 항 기재의 글라스상 카본은 평균립경 30㎛이하인 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
6. 60-98중량%의 글라스상 카본과 40-2중량%의 플래스틱과 계면활성제 및/또는 결합제를 함유하는 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
7. 청구범위 제 6 항 기재의 계면활성제는 실리콘계 계면활성제인 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
8. 60-98중량%의 글라스상 카본과 40-2중량%의 플래스틱과 계면활성제 및 또는 결합제와 윤활제를 함유하는 베어링 재료.
9. 청구범위 제 8 항 기재의 계면활성제는 실리콘계 계면활성제인 것을 특징으로 하는 베어링 재료.
10. 홀더의 내주면에 일체성형에 의하여 밀착접합된 60-98중량%의 글라스상 카본과 40-2중량%의 플래스틱으로 되는 수지층을 가지고, 이 수지층의 내주면을 회전축의 접동면으로 한 수지베어링.

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