KR101057306B1

KR101057306B1 - 미끄럼 베어링

Info

Publication number: KR101057306B1
Application number: KR1020087024695A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 마루야마; 다케시 야나세; 구니오 마키; 준이치 고바야시; 오사무 마와타리
Original assignee: 히다치 훈마츠 야킨 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2011-08-16
Also published as: JPWO2007122798A1; CN101415963A; WO2007122798A1; KR20080102296A; JP5202307B2; US20090067766A1; CN101415963B; US8096709B2

Abstract

둘레 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 홈에 저장되는 윤활유가, 축의 회전에 수반하여 그 홈에 인접하는 산부의 슬라이딩면 전역에 충분히 공급되고 이에 의해 뛰어난 윤활 효과를 얻을 수 있고, 높은 면압을 받아도 금속 접촉이 억제되어 마모되기 어렵고, 원활한 베어링 작용을 발휘시킬 수 있는 미끄럼 베어링을 제공한다. 베어링(1)의 내주면(10)에 형성하는 복수의 홈(12)을 다음의 조건으로 형성한다. 둘레 방향과 직교하는 방향으로 대한 경사 각도가 10~60°, 둘레 방향의 홈의 폭(B)이 O.5~5㎜, 축(20)의 슬라이딩면(홈(12) 사이의 산부(13)의 표면)(14)의 둘레 방향의 폭(A)이 1~7㎜, 슬라이딩면(14)의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B가 0.5~5.0, 내주면(10)에 차지하는 면적율이 10~60％, 깊이(d)가 O.1~3㎜.

Description

미끄럼 베어링{SLIDING BEARING}

본 발명은, 건설용 기계의 베어링과 같이, 비교적 치수가 크고 베어링면인 내주면에 높은 면압이 작용함과 더불어, 베어링에 대한 축의 슬라이딩이 비교적 저속도의 요동 운동인 베어링으로서 적합하게 이용되는 미끄럼 베어링에 관한 것이다.

일반적으로, 유압 삽 등의 건설용 기계가 구비하는 암의 관절 부분은, 베어링에 삽입된 축이, 어느 정도의 회동 각도의 범위에서 반복적이고 상대적으로 요동하도록 되어 있고, 20㎫ 이상의 높은 면압을 받기 때문에, 이런 종류의 베어링으로서는, 내마모성이 뛰어난 재료를 이용한 미끄럼 베어링이 사용되고 슬라이딩면에는 점도가 높은 윤활유이거나 그리스, 왁스 등을 개재시켜 사용된다. 이와 같은 미끄럼 베어링은, 높은 면압을 받아도 금속 접촉이 억제되어 마모되기 어렵고 원활한 베어링 작용을 발휘하는 데 있어서, 슬라이딩면으로의 윤활유의 공급이 충분히 이루어지는 것이 요구된다. 이 때문에, 미끄럼 베어링의 재료로서는 탄소강의 열처리품이나 고력황동 등의 재료가 적용되고, 근년에는, 예를 들면 특허 문헌 1 등의 소결 재료의 적용도 구체화되고 있고, 윤활유로서는 특허 문헌 2 등의 것이 적용되어 있다. 또, 상기의 재료, 윤활유는 뛰어난 것이지만, 한층 더 베어링의 수명 연장을 목적으로 하고, 베어링의 내주면에, 둘레 방향으로 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 경사 홈을 형성해, 그 경사 홈 내에 저장하는 윤활유를 축의 회전에 수반하여 슬라이딩면에 공급하도록 한 미끄럼 베어링(특허 문헌 2)도 적용되어 있다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 2003-222133호 공보]

[특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 2006-009846호 공보]

[발명이 해결하자고 하는 과제]

상기 특허 문헌 2에 기재되는 베어링의 경사 홈은, 그 경사 홈 내에 저장되는 윤활유가, 회전하는 축에 이해 발생되는 흡인 작용에 의해 인출되어, 축의 회전 방향과 인접하는 산부의 슬라이딩면으로 유동하고, 그 슬라이딩면을 윤활하는 작용 효과를 얻기 위한 것으로서, 윤활유의 저장량이 증가하여 공급량도 충분하게 되는 것으로 인식되어 있다. 그런데, 어느 조건하에서는, 윤활유가 슬라이딩면에 충분히 공급되지 않고, 베어링의 마모가 진행할 경우가 있다는 것이 판명되었다. 그 원인에 대해 본 발명자 등이 조사를 실시한 바, 경사 홈 내로부터 이웃의 산부의 슬라이딩면에 공급되는 윤활유 양이, 그 슬라이딩면 전역을 윤활할 수 있는 충분한 양이 되지 않고, 슬라이딩면에서 윤활유량이 부족하는 개소가 빌생하여 그 개소에서 금속 접촉이 일어나, 베어링의 마모가 진행되는 것이 알게 되었다.

따라서 본 발명은, 둘레 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수 홈에 저장되는 윤활유가, 축의 회전에 수반하여, 그 홈에 인접하는 산부의 슬라이딩면의 전역에 충분히 공급되고, 이에 의해 뛰어난 윤활 효과를 얻을 수 있고 높은 면압을 받아도 금속 접촉이 억제되어 마모되기 어렵고 원활한 베어링 작용을 장기간에 거쳐 발휘시킬 수 있는 미끄럼 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은, 축 구멍에 삽입되는 축을 회전 가능하도록 지지하여, 그 축이 슬라이딩하는 내주면에, 둘레 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선적인 경사 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성되어 이들 홈에 윤활유가 공급되는 미끄럼 베어링에 있어서, 상기 경사 홈의 경사 각도가 둘레 방향과 직교하는 방향에 대해 10~60°의 범위이고, 둘레 방향의 홈의 폭(B)이 0.5~5㎜이고, 인접하는 해당 홈 사이의 산부 표면인 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭(A)이 1~7㎜이고, 상기 산부의 슬라이딩면의 폭(A)과 상기 홈의 폭(B)의 비 A/B가 O.5~5.O인 것을 특징으로 한다.

상기 조건 중, 상기 경사 홈의 경사 각도의 조건은, 슬라이딩 방향과 직교하는 가상선이 베어링 내주의 어느 위치에 있어도 베어링면과 상기 경사 홈(12)과 교차하도록 경사 홈(12) 경사 각도, 경사 홈(12)의 폭 및 슬라이딩면(14)의 폭을 설정하고, 베어링 내주의 어느 부분에 축의 하중이 걸려도, 축면은 항상 베어링면과 오일 홈의 양쪽 모두에 접하여, 슬라이딩면(14)에 윤활유를 상시 공급하는 작용을 얻기 위한 조건이다.

또, 상기 조건 중, 둘레 방향의 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭(A) 및 상기 슬라이딩면의 폭(A)과 상기 홈의 폭(B)의 비 A/B의 조건을 만족하는 상승 작용에 의해, 본 발명에 관련되는 홈은 종래보다 가늘게 해도 슬라이딩면으로 충분한 윤활유가 공급된다. 이러한 홈에 의해, 축의 회전에 수반하여 홈 내로부터 인출되어 인접한 산부의 슬라이딩면에 유동하는 윤활유의 양은, 그 산부의 전역에 걸쳐 미치는 양이 확보되고 이 때문에 충분한 윤활 효과를 얻을 수 있다. 즉, 이러한 조건은, 내주면에 형성되는 경사 홈에 의해 슬라이딩면을 충분히 윤활하기 위해 최적화된 것이다.

즉, 본 발명의 미끄럼 베어링은, 특허 문헌 1의 미끄럼 베어링을 개량한 것으로서, 둘레 방향의 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭(A) 및 상기 슬라이딩면의 폭(A)과 상기 홈의 폭(B)의 비 A/B의 조건에 의해, 슬라이딩면 전역에 충분한 양의 윤활유 공급이 이루어진 것이다. 또, 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭(A) 및 상기 슬라이딩면의 폭(A)과 상기 홈의 폭(B)의 비 A/B를 최적화함으로써, 본 발명의 미끄럼 베어링은, 특허 문헌 2의 미끄럼 베어링보다 둘레 방향의 홈의 폭(B)을 좁게, 또 경사 홈의 경사 각도를 확대 설정할 수 있고 슬라이딩면이 받는 면압을 저감시킨 것이다. 또한, 본 발명에서 언급하는 홈의 폭(B) 및 슬라이딩면(14)의 폭(A)은, 상기와 같이 둘레 방향의 폭이고, 홈(12)이 연장하는 방향에 대해 직교하는 방향의 폭은 아니다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 베어링의 내주면에 형성되는 윤활유 저장용의 홈의, 둘레 방향과 직교하는 방향에 대한 경사 각도, 둘레 방향의 홈의 폭, 홈의 사이의 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭, 홈과 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭의 비, 내주면에 차지하는 면적율을, 그 홈으로부터 슬라이딩면 전역에 충분히 윤활유가 공급되도록 최적화함으로서, 뛰어난 윤활 효과가 얻어지고, 높은 면압을 받아도 금속 접촉이 억제되어 마모되기 어렵고 원활한 베어링 작용을 발휘시킬 수 있다는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태의 베어링의 사시도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 베어링의 내주면을 나타내는 전개도이다.

도 3은 같은 베어링에 축을 삽입한 상태의 단면도이다.

도 4는 슬라이딩면의 폭(A)의 영향을 밝히게 하는 실시예의 시험 결과이고, 그 폭(A)과 정지마찰계수 및 동마찰계수의 관계를 나타내는 선도이다.

도 5는 홈의 폭(B)의 영향을 분명히 하는 실시예의 시험 결과로서, 그 홈의 폭(B)과 정지마찰계수 및 동마찰계수의 관계를 나타내는 선도이다.

도 6은 홈의 개수가 72개일 경우에 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비(A/B)의 영향을 밝히는 실시예의 시험 결과로서, A/B와 정지마찰계수 및 동마찰계수의 관계의 일례를 나타내는 선도이다.

도 7은 홈의 개수가 36개인 경우에 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비(A/B)의 영향을 밝히는 실시예의 시험 결과로서, A/B와 정지마찰계수 및 동마찰계수의 관계의 일례를 나타내는 선도이다.

도 8은 홈의 깊이(d)의 영향을 밝히는 실시예의 시험 결과로서, 그 홈의 깊이(d)와 정지마찰계수 및 동마찰계수의 관계를 나타내는 선도이다.

도 9는 경사 홈의 경사 각도의 영향을 밝히는 실시예의 시험 결과로서, 그 경사 각도와 정지마찰계수 및 동마찰계수의 관계를 나타내는 선도이다.

[부호의 설명]

A…슬라이딩면의 둘레 방향의 폭

B…둘레 방향의 홈의 폭

R…둘레 방향

S…둘레 방향과 직교하는 방향

10…내주면

11…축의 구멍

12…홈

13…산부

14…슬라이딩면

20…축

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 형태를 설명한다.

도 1은, 일실시 형태의 미끄럼 베어링을 나타내고 도 2는 이 베어링(1)의 내주면(10)의 전개도, 도 3은 베어링(1)의 축 구멍(11)에 축(20)이 회전 가능하게 삽입된 상태의 단면도이다. 이 베어링(1)의 내주면(10)에는, 축(20)의 슬라이딩 방향 즉, 둘레 방향(도 2의 화살표 R로 표시하는 방향)과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선적인 경사 홈(12)이, 둘레 방향으로 같은 간격을 두고 형성되어 있다. 축(20)은, 홈(12) 사이의 산부의 표면인 슬라이딩면(13)을 요동 운동한다. 이 미끄럼 베어링은, 내주면의 직경이 20~150㎜ 정도, 축방향 높이가 20~150㎜ 정도이고, 20㎫ 이상의 고면압하에서, 최대 슬라이딩 속도가 20~50㎜/s 정도의 속도가 되는 요동 운동으로 사용되는 것이다. 이러한 요동 운동을 행하는 미끄럼 베어링에서는, 요동각의 양단에서 정지함과 더불어, 운동 방향이 전환되면서 운전된다. 즉, 정지 상태와 슬라이딩 상태를 반복하면서 운전된다. 따라서, 이런 종류의 미끄럼 베어링에 대해서는, 동마찰계수와 함께, 정지마찰계수의 양자를 저감하는 것이 요구된다. 특히 정지마찰계수는 동마찰계수에 비해 값이 크기 때문에, 금속 접촉을 방지하기 위해서는 정지마찰계수를 저감하는 것이 중요하다.

본 발명의 미끄럼 베어링은, 특허 문헌 3의 미끄럼 베어링을 개량한 것으로서, 특허 문헌 2의 미끄럼 베어링과 같이, 베어링 내주에 설치한 경사 홈(12)에 윤활유를 저장하여, 이 윤활유가 회전하는 축에 의해 발생하는 흡인 작용에 의해 인출되어 축의 회전 방향과 인접하는 산부의 슬라이딩면으로 유동하고, 그 슬라이딩면을 윤활하는 작용을 얻는 것이다.

이러한 본 발명의 미끄럼 베어링에서 형성되는 경사 홈(12)은, 슬라이딩 방향과 직교하는 가상선이 베어링 내주의 어느 위치에 있어도 베어링면과 상기 경사 홈(12)과 교차하도록 경사 홈(12) 경사 각도, 경사 홈(12)의 폭 및 슬라이딩면(14)의 폭으로 설정되어 베어링 내주의 어느 부분에 축의 하중이 걸려도, 축면은 항상 베어링면과 기름의 홈의 양쪽 모두에 접하고, 슬라이딩면(14)에 윤활유를 상시 공급하는 작용을 가진다. 또, 경사 홈(12)은, 베어링 요소의 외부로부터 이물이 침입했을 경우에, 이물이 피하는 장소로서 작용하여, 이물이 슬라이딩면에 침입하는 것을 방지하여, 이물에 의한 마모를 방지하는 효과도 가진다.

상기의 작용을 가지는 경사 홈에서, 경사 홈의 간격 즉, 슬라이딩면(14)의 폭이 넓으면 슬라이딩면이 받는 면압이 저하하지만, 한편 너무 넓으면 슬라이딩면 전역으로의 양호한 윤활유 공급이 이루어지지 않게 된다. 또, 슬라이딩면(14)의 폭이 좁으면 윤활유의 공급을 실시하기 쉬워지지만, 축의 하중을 받는 슬라이딩면의 면적이 감소하기 때문에 슬라이딩면이 받는 면압이 증대하므로 금속 접촉이 생기기 쉬워진다. 이러한 관점으로부터 본 발명자 등이 검토한 결과, 인접하는 홈(12) 사이의 산부의 표면(슬라이딩면(14)의 둘레 방향의 폭(슬라이딩면의 폭(A))을 1~7㎜로 하면, 슬라이딩면이 받는 면압이 현저하게 증대하지 않고, 슬라이딩면 전역으로의 양호한 윤활유의 공급이 이루어질 수 있는 것을 찾아냈다. 따라서, 본 발명의 미끄럼 베어링에 대해서는, 슬라이딩면의 폭(A)을 1~7㎜로 한다.

경사 홈(12)의 폭에 대해서는, 너무 좁으면 윤활유의 저장량이 부족하게 되고, 슬라이딩면(14)으로의 윤활유의 충분한 공급이 이루어지지 못하게 된다. 또 한편 경사 홈(12)의 폭이 너무 넓으면, 윤활유가 누설하기 쉬워지는 것과 더불어, 축의 하중을 받는 슬라이딩면의 면적이 감소하기 때문에 슬라이딩면이 받는 면압이 커지면 금속 접촉이 생기기 쉬워지고, 동마찰계수가 증가한다. 이러한 관점으로부터 검토한 결과, 슬라이딩면의 폭(A)을 상기와 같이 설정했을 경우, 경사 홈(12)의 둘레 방향의 폭(홈의 폭(B))을 0.5~5㎜로 특허 문헌 2보다 좁게 설정해도, 슬라이딩면(14)으로의 윤활유의 충분한 공급이 가능하고, 동마찰계수를 저감할 수 있는 것을 찾아냈다. 이것으로부터, 본 발명의 미끄럼 베어링은, 홈의 폭(B)을 0.5~5㎜로 한다. 또, 본 발명의 미끄럼 베어링에서는, 가로 폭(B)을 상기와 같이 특허 문헌 2의 것보다도 좁게 설정했을 경우에서도, 슬라이딩면이 받는 면압은 특허 문헌 2의 것보다 저감할 수 있어 더 효과적으로 슬라이딩면 전역으로의 양호한 윤활유의 공급을 할 수 있다.

또, 상기의 경사 홈(12)의 폭과 슬라이딩면(14)의 폭은, 슬라이딩면 전역에 윤활유를 충분히 공급하는데 있어서 밀접한 관계에 있다. 즉, 경사 홈(12)의 폭을 상기 범위 내에서 넓게 설정하면, 경사 홈(12)에 저장되는 윤활유의 양이 많아지기 때문에, 슬라이딩면으로 공급할 수 있는 윤활유량이 많아져, 슬라이딩면(14)의 폭을 크게 설정하여, 슬라이딩면이 받는 면압을 저하시키는 것이 가능하게 된다. 한편, 경사 홈(12)의 폭을 좁게 설정하면, 경사 홈(12)에 저장되는 윤활유의 양이 적게 되므로, 슬라이딩면으로 공급할 수 있는 윤활유량이 적게 되고, 슬라이딩면(14)의 폭을 좁게 설정하지 않을 수 없게 된다. 따라서, 양호한 윤활 상태를 얻기 위해서는, 경사 홈(12)의 폭과 슬라이딩면(14)의 폭을 적절한 비율로 하는 것이 필요하다. 이 관점에서, 본 발명의 미끄럼 베어링에 대해서는, 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)을 각각 상기와 같이 설정함과 더불어, 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B를 0.5~5.0의 범위로 설정한다. 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B가 이 범위에 있으면, 슬라이딩면(14)이 받는 면압이 과대가 되지 않고, 양호한 슬라이딩면 전역으로의 윤활 상태를 얻을 수 있고, 동마찰계수를 저감할 수 있는 것과 더불어, 마모되기 어렵고 원활한 베어링 작용을 장기간에 거쳐 발휘하는 미끄럼 베어링으로 할 수 있다. 한편, 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B가 0.5에 못 미칠 경우, 슬라이딩면의 폭(A)이 홈의 폭(B)에 비해 너무 작아지고, 슬라이딩면이 받는 면압이 과대가 되고, 금속 접촉이 발생하기 쉬워지며, 경우에 따 라서는 좌굴 등의 변형이 생길 우려가 있다. 또, A/B가 5.0을 초과하면, 슬라이딩면의 폭(A)이 홈의 폭(B)에 비해 너무 커지게 되고, 슬라이딩면 전역으로의 양호한 윤활 상태를 얻기 어려워지고, 금속 접촉이 발생하기 쉬워지고, 마모가 생길 우려가 있다.

본 발명의 미끄럼 베어링에 있어서는, 상기와 같이 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 폭(A) 및 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B를 최적화함으로써, 슬라이딩면이 받는 면압이 현저하게 증대하지 않고, 슬라이딩면 전역으로의 양호한 윤활유의 공급이 이루어지므로, 이에 의해 금속 접촉의 발생을 억제함과 더불어 동마찰계수가 저감되어 마모되기 어렵고 원활한 베어링 작용을 장기간에 거쳐 발휘하는 것을 실현했다. 또, 이와 같이 슬라이딩면 전역으로의 양호한 윤활유의 공급이 이루어지게 된 결과, 기동시 및 요동각의 양단에서의 정지시에서도, 축과 미끄럼 베어링의 슬라이딩면 사이에 윤활유의 유막이 유지되어 정지마찰계수의 저감, 및 정지 상태로부터 운동 상태로 이행할 때의 금속 접촉의 방지가 이루어지게 된다.

상기와 같이 경사 홈(12)의 폭과 슬라이딩면(14)의 폭의 각각의 크기, 및 그러한 비율을 설정해도, 경사 홈의 경사 각도가 너무 작을 경우, 베어링 내주면의 축과 접촉하는 부분에서, 접촉 부분이 횡단하는 경사 홈(12)의 수와 슬라이딩면(14)의 수는 적게 됨과 더불어, 경사 홈(12)의 길이와 슬라이딩면(14)의 길이가 길어지고, 접촉 부분 전체로서는, 윤활 상태가 불균일한 상태가 된다. 경사 홈의 경사 각도가 어느 정도를 초과하면, 접촉 부분을 횡단하는 경사 홈(12)의 수와 슬라이딩면(14)의 수가 증가함과 더불어, 경사 홈(12)의 길이와 슬라이딩면(14)의 길 이가 적절한 것이 되고, 슬라이딩부 전역으로의 양호한 윤활 상태를 얻을 수 있다. 한편, 경사 홈의 경사 각도가 너무 크면, 접촉 부분을 횡단하는 경사 홈(12)의 수와 슬라이딩면(14)의 수는 또한 증가하지만, 윤활유가 홈(12)을 따라 유동하고, 슬라이딩면으로의 공급이 불충분하게 된다. 이러한 관점에서 경사 홈의 경사 각도는 10~60°가 적절하고, 바람직하게는 15~50°정도, 더 바람직하게는 20~40°정도로 마찰계수가 낮고 안정된 값을 나타내므로 적합하다. 즉, 본 발명에서는, 경사 홈(12)의 폭과 슬라이딩면(14)의 폭의 각각 크기, 및 그들의 비율을 최적으로 설정함으로서, 경사 홈(12)의 경사 각도를 특허 문헌 2에 비해서 적용 범위의 확대를 이룬 것으로서, 그 결과, 미끄럼 베어링의 설계 자유도가 향상된다.

홈의 간격은 도 1~3에 나타낸 것처럼 등간격도 좋지만, 상기의 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 폭(A) 및 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B의 범위가 되도록 형성하면 등간격이 아니어도 무방하다. 또, 홈(12)의 깊이(d)는, 얕으면 윤활유의 저장량이 적고, 슬라이딩면 전역에 윤활유를 공급할 수 없기 때문에, 0.1㎜ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 홈(12)의 깊이(d)를 너무 깊게 하면, 홈(12)의 저부에 대해 슬라이딩부(14)의 높이가 커지게 되고, 고면압, 요동 운동의 운전 환경하, 슬라이딩부의 좌굴이 발생할 우려가 있다. 이 때문에 홈(12)의 깊이(d)는 3㎜ 이하로 해야 한다.

또한, 홈(12)의 단면 형상은, 도시예에서는 직사각형 형상이지만, 원호 형상, U자 형상 등, 임의의 형상이 선택되거나, 축의 요동 운동시에 슬라이딩면에 윤활유를 공급하기 쉬운 V자 형상, 혹은 상면의 폭이 큰 대형 형상의 것으로 하는 것 이 바람직하다. 또, 홈(12)에서 홈(12) 사이의 산부(13)로 이행하는 각부는, 윤활유의 유동성의 향상이나 마찰 저감을 위해 모따기 가공되어 있는 것이 바람직하고, 특히, 홈(12)의 단면 형상이 원호 형상, U자 형상의 것에 대해서는 모따기 가공되어 있는 것이 바람직하다.

윤활유는, 기계유(공업용 윤활유), 그리스, 왁스와 기름의 혼합물 등을 사용할 수 있는 점에서 종래의 것과 동일하지만, 경사 홈(12)을 상기 범위가 되도록 경사 각도, 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 폭(A) 및 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B를 형성함으로써, 종래의 것보다 넓은 점도 범위의 윤활유를 사용할 수 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1 등의 경사 홈을 형성하지 않는 단순한 원통 형상의 미끄럼 베어링에 대해 사용할 수 있는 기계유는, 40℃ 이상의 동점도가 414~1100 ㎜²/s 정도(ISO 점도 그레이드의 ISO VG 460~1000 상당) 정도 밖에 안되지만, 상기 조건 범위의 경사 홈을 형성한 본 발명의 미끄럼 베어링에서는, 40℃에서의 동점도가 1650 ㎜²/s의 범위의 것(ISO VG 1500 상당)까지 사용하는 것이 가능하게 된다. 이는, 유동하기 어려운 고점도의 윤활유이라도, 본 발명의 미끄럼 베어링에 대해서는, 경사 홈(12)의 경사 각도, 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 폭(A) 및 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B를 상기 범위로 설정함으로써, 슬라이딩면(14)으로의 윤활유의 공급 상태가 개선된 것의 효과이다. 이러한 고점도의 윤활유는 유동하기 어렵지만, 강고한 유막을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 미끄럼 베어링에서는, 고점도의 윤활유를 사용함으로써, 또한 금속 접촉을 막고 마모의 발생을 방지 하여 베어링의 수명을 연장시키는 시책을 채택하는 것도 가능하다. 또, 그리스는, 경사 홈을 형성하지 않는 단순한 원통 형상의 미끄럼 베어링일 경우, 혼화 조도(稠度)가, 205~265 정도(JIS K2220에 규정의 2~4호 조도)의 것 밖에 사용할 수 없지만, 본 발명의 미끄럼 베어링에서는, 혼화 조도가 130 정도(5호 조도)의 것까지 사용할 수 있게 된다.

베어링(1)의 재료는 특별히 한정되지 않고, 열처리된 탄소강이나, 고력 황동 등의 용제 재료를 이용할 수 있다. 이 경우, 경사 홈(12) 형성은, 주조, 압출, 기계 가공 등에 의해 부여된다. 또, 베어링(1)의 재료로서 소결 재료를 이용할 수도 있다. 소결 재료는, 원료 분말을 금형에 충전한 후, 상하 방향으로부터 펀치를 이용해 압축 성형하여 얻어진 성형체를 소결하여 얻어지는 재료이고, 경사 홈(12)을 코어 로드에 형성해 둠으로써, 용이하게 부여할 수 있어 바람직하다. 또 소결 재료는, 용제 재료에 비해 조성 방법이 넓고, 용제 재료에서는 얻을 수 없는 금속 조직의 재료가 용이하게 얻을 수 있는 점으로부터도 권장된다.

베어링(1)에 권장되는 소결 재료는, 특허 문헌 3에 기재된 것과 같고,

(A) 마르텐사이트를 포함한 금속 조직의 철합금 기지 중에 구리 입자 및 구리 합금 입자의 적어도 한쪽이 분산되어 있고 구리 함유량이 7~30 질량％의 소결 합금,

(B) 상기 소결 합금 (A) 중에 상기 철기 합금 기지로부터 경질 철합금 입자 또는 코발트 합금 입자가 5~30질량％의 범위 내에서 분산되어 있는 금속 조직의 소결 합금, 또는,

(C) 상기 소결 합금(A) 중 또는 상기 소결 합금(B) 중에 흑연 및 2황화 몰리브덴의 적어도 한쪽 입자가 3질량％ 이하의 범위내에서 함유하는 소결 합금

중의 어느 하나이다.

본 실시 형태의 베어링(1)에 의하면, 축(20)이 회전하면, 거기에 따라 홈(12) 내에 저장하는 윤활유가 홈(12) 내로부터 인출되어 축(20)의 회전 방향으로 유동하고, 산부(13)의 슬라이딩면(14)에 공급되어 축(20)과의 슬라이딩이 윤활된다. 홈(12)이 상기의 경사 각도, 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 폭(A) 및 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비 A/B의 각 조건을 만족함으로써, 홈(12) 내로부터 슬라이딩면(14)에 유동하는 윤활유의 양은, 그 산부(13)의 전역에 골고루 미치는 양이 확보된다. 또, 이와 같이 산부(13)의 전역에 골고루 미친 윤활유는 정지시에서도 유지된다. 이 때문에 충분한 윤활 효과를 얻을 수 있고, 동마찰계수와 더불어 정지마찰계수도 저감할 수 있고 높은 면압을 받아도 장기간에 거쳐 윤활 효과가 유지되어 마모되기 어럽고 내구성이 향상한 베어링이 된다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 효과를 실증하는 실시예를 설명한다.

［제1 실시예］

아트마이즈 철가루에, 아트마이즈 구리가루를 18질량％와 흑연가루를 0.8질량％를 첨가한 원료 분말(100) 질량부에, 또한 성형 윤활제로서 스테아린산 아연가루 O.5질량부를 첨가하여 혼합하고, 이 혼합가루를, 외경95㎜, 내경80㎜, 높이(축길이)80㎜의 원통 형상으로 압축 성형했다. 이 성형체를 1120℃의 환원성 가스 중 에서 소결하고, 이어서 850℃로 가열한 후에 기름 담금질하여, 온도 180℃로 템퍼링을 실시하여 베어링의 시료를 제작했다.

제작된 베어링에 대해, 표 1에 나타내는 조건의 홈의 개수, 폭 및 깊이를, 둘레 방향(슬라이딩 방향)과 직교하는 방향에 대한 경사 각도는 20°로 공통시켜, 기계 가공에 의해 내주면에 단면 직사각형 형상의 홈을 형성했다. 이어서, 이들 베어링에 40℃에서의 동점도 460㎜²/s의 기계유를 진공 함침하고, 표 1에 나타내는 홈의 수, 산부의 슬라이딩면의 폭(A), 홈의 폭(B), 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비, 홈의 면적율 및 홈의 깊이를 가지는 베어링(시료 번호(01~40))을 제작했다. 또한, 슬라이딩면의 폭(A) 및 홈의 폭(B)은 각각 둘레 방향의 폭이고, 홈에 직교하는 방향의 폭이 아니다. 또한, 표 1의 밑줄로 나타내는 값은, 본 발명의 범위를 벗어난 것을 나타낸다.

제작된 베어링의 시료(01~38)를 하우징 내에 고정하여, 이들 베어링의 내주면과, 담금질하고 연마 처리한 강제의 축의 표면에 혼화 조도가 280의 그리스(리튬 그리스 2호)를 도포하여, 각 베어링의 축 구멍에 축을 삽입했다. 베어링 시료의 내주면과 축의 클리어란스는 300㎛ 정도이다. 이어서, 축을, 래디얼 방향으로 650N의 하중을 주면서, 각도 10°의 범위를 0.5㎜/분으로 하는 미끄럼 속도로 요동시켰다. 또한, 요동시키는데 있어서는, 진자 운동의 말단 위치에 각각 O.5초간 휴지시켰다. 이때, 토크 센서에서 측정한 토크값보다 구해진 정지마찰계수 및 동마찰계수의 값(평균값)을, 표 1에 병기했다.

［표 1］

이하에 시험 결과에 대한 고찰을 적는다.

(1) 슬라이딩면의 폭(A)의 영향: 도 4 참조

표 1의 시료 번호01~07의 베어링은, 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비(A/B)를 대략 같다고 하여, 슬라이딩면의 폭(A)을 변화시켜 그 영향을 조사한 것이다. 이러한 시료에서, 슬라이딩면의 폭(A)이 1㎜에 못 미친 시료 번호01의 베어링에서는, 슬라이딩면의 폭(A)이 너무 작기 때문에 하중에 견디지 못하고 산부가 좌굴 변형하여, 그 결과, 홈의 폭(B)이 작아지고 윤활유의 공급이 불충분하게 되어 정지마찰계수 및 동마찰계수의 값이 커지게 된다. 한편, 슬라이딩면의 폭(A)이 1㎜의 시료 번호02의 베어링에서는, 하중에 충분히 견질 수 있고 산부의 변형은 인식되지 않았다. 또, 슬라이딩면의 폭(A)이 작기 때문에 홈으로부터의 윤활유의 공급을 충분히 받을 수 있어 정지마찰계수 및 동마찰계수도 작은 값을 나타내고 있다. 또 슬라이딩면의 폭(A)이 커짐에 따라 정지마찰계수 및 동마찰계수는 서서히 증가하는 경향을 나타내지만, 슬라이딩면의 폭(A)이 7㎜(시료 번호06)까지는 충분히 작은 값이 유지되어 있다. 그렇지만 슬라이딩면의 폭(A)이 7㎜를 초과하는 시료 번호07의 베어링에서는, 슬라이딩면의 폭(A)이 크고, 홈으로부터의 윤활유 공급이 불충분하게 되어 정지마찰계수 및 동마찰계수가 함께 급격히 증가한다. 이들로부터, 슬라이딩면의 폭(A)은 1~7㎜의 범위가 적절하다고 알 수 있다.

(2) 홈의 폭(B)의 영향: 도 5 참조

표 1의 시료 번호08~17의 베어링은, 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비(A/B)를, 시료 번호08~12의 베어링과 시료 번호13~17의 베어링에서 거의 동일하게 하고, 홈의 폭(B)을 변화시켜 그 영향을 조사한 것이다. 이들 시료에서, 홈의 폭(B)이 0.5㎜에 못 미치는 시료 번호08의 베어링에서는, 슬라이딩면의 폭(A)이 충 분함에도 불구하고 슬라이딩면에 공급하는 윤활유가 불충분하게 되어, 마찰계수가 큰 값으로 나타내고 있다. 한편, 홈의 폭(B)이 0.5㎜인 시료 번호09의 베어링에서는, 홈의 폭(B)이 충분히 크고 슬라이딩면에 충분한 윤활유를 공급할 수 있기 때문에, 정지마찰계수 및 동마찰계수가 급격히 저하한다. 또, 홈의 폭(B)이 0.5~5㎜의 범위에서, 양쪽 마찰계수는 낮고 안정적인 값을 나타내고 있다. 그러나, 홈의 폭(B)이 5㎜를 초과하는 시료 번호07의 베어링에서는, 홈의 폭(B)에 대한 슬라이딩면의 폭(A)의 비(A/B)가 일정하기 때문에, 접동면의 폭(A)이 커지게 되어 슬라이딩면에 충분한 윤활유가 공급되지 않고, 정지마찰계수 및 동마찰계수 모두 급격히 증가되어 있다. 이와 같은 것에서, 홈의 폭(B)은 0.5~5㎜의 범위가 적절하다고 알 수 있다.

(3) 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비(A/B)의 영향: 도 6, 7 참조

표 1의 시료 번호18~25와 시료 번호26~33은, 각각 홈의 개수를 일정(전자가 72개, 후자가 36개)하게 하고, 또한 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)을 바꾸어, 슬라이딩면의 폭(A)과 홈의 폭(B)의 비(A/B)의 영향을 조사한 것으로서, 시료 번호18~25(홈의 개수가 72개)의 결과가 도 6, 시료 번호26~33(홈의 개수가 36개)의 결과가 도 7이다. 이러한 시료로부터 A/B가 1에 못 미친 시료 번호18, 26의 베어링은, 홈의 폭(B)에 대한 슬라이딩면의 폭(A)이 크고, 슬라이딩면에 충분한 윤활유가 공급되지 않기 때문에, 정지마찰계수 및 동마찰계수가 큰 값을 나타내고 있다. 한편, A/B가 1~5의 범위의 시료 번호19~24(홈의 개수가 72개일 경우), 시료 번호27~32(홈의 개수가 36개의 경우)의 베어링에서는, 슬라이딩면에 충분한 윤활유를 공급할 수 있어 정지마찰계수 및 동마찰계수 모두 낮고 안정적인 값을 나타내고 있다. 그렇지만, A/B가 5를 초과하는 시료 번호25, 33의 베어링에서는, 홈의 폭(B)에 대해 슬라이딩면의 폭(A)이 크고, 그 때문에 슬라이딩면에 충분한 윤활유가 공급되지 않아 급격하게 정지마찰계수 및 동마찰계수가 증가되어 있다. 이들로부터 A/B를 1~5의 범위로 할 필요가 있다는 것을 알 수 있다.

(4) 홈의 깊이(d)의 영향: 도 7 참조

표 1의 시료 번호20, 34~40의 베어링은, 홈의 깊이의 영향을 조사한 것이다. 이들 시료로부터, 홈의 깊이가 0.1㎜에 못 미치는 시료 번호34의 베어링에서는, 홈의 깊이가 너무 얕아서 홈에 충분한 윤활유가 저장되지 않아, 이 때문에 슬라이딩면에의 윤활유의 공급량이 불충분하게 되어, 정지마찰계수 및 동마찰계수가 함께 큰 값을 나타내고 있다. 한편, 홈의 깊이가 O.1㎜인 시료 번호33의 베어링에서는, 홈이 윤활유를 충분히 저장되는 깊이를 가지고 그 결과, 슬라이딩면으로의 윤활유의 공급량이 충분하게 되고, 정지마찰계수 및 동마찰계수 모두 급격히 저하되어 있다. 또, 홈의 깊이가 O.1~3㎜의 범위에서는, 정지마찰계수 및 동마찰계수는 함께 낮은 안정된 값을 나타내고 있다. 그렇지만, 홈의 깊이가 3㎜를 초과하는 시료 번호40의 베어링에서는, 홈이 너무 깊어진 결과, 슬라이딩면이 하중에 견디지 못해 마모가 발생했다. 이들로부터, 홈의 깊이는 0.1~3㎜의 범위가 적절하다는 것을 알 수 있다.

［제2 실시예］

제1 실시예와 같은 원료 분말을 이용하여 동일하게 성형, 소결을 실시해 제 작한 베어링 시료에 대해, 홈의 개수를 72개, 슬라이딩면의 폭(A)을 2.07㎜, 홈의 폭(B)을 1.42㎜, 홈의 깊이를 0.7㎜로 공통시켜, 둘레 방향(슬라이딩 방향)과 직교하는 방향에 대한 경사 각도를 표 2에 나타내는 조건으로 변경하고, 기계 가공에 의해 내주면에 단면 직사각형 형상의 홈을 형성했다. 이어서, 제1 실시예와 동일하게 기계유를 진공 함침하여 표 2에 나타내는 경사 홈의 경사 각도를 가지는 베어링(시료 번호41~53)을 제작했다. 제작한 베어링의 시료41~53을 제1 실시예와 같이 하여 요동 시험을 실시해, 얻어진 정지마찰계수 및 동마찰계수의 값을 표 2에 병기했다. 또한, 표 2에 경사 홈의 경사 각도가 20°의 예로서 제1 실시예의 시료 번호21의 베어링의 동마찰계수의 값을 병기했다.

［표 2］

(5) 경사 홈의 경사 각도의 영향:도 8 참조

표 2의 시료 번호20, 41~53의 베어링은, 경사 홈의 경사 각도의 영향을 조사한 것이다. 이러한 시료로부터, 경사 홈의 경사 각도가 10°에 못 미치는 베어링 (시료 번호41, 42) 및 경사 홈의 경사 각도가 60°를 초과하는 베어링(시료 번호51~53)은, 정지마찰계수 및 동마찰계수가 함께 높은 값을 나타내지만, 경사 홈의 경사 각도가 10~60°의 베어링(시료 번호21, 43~50)의 베어링은 정지마찰계수 및 동마찰계수 모두 낮은 값을 나타내고 있다. 또, 경사 홈의 경사 각도가 15~50°인 베어링(시료 번호21, 44~49)에서는, 양쪽 마찰계수가 더 작아지고 경사 홈의 경사 각도가 20~40°의 베어링(시료 번호21, 45~48)은, 양쪽 마찰계수가 가장 낮고, 또한 안정적인 값을 나타내고 있다. 이들로부터 경사 홈의 각도는 0~60°의 범위에서 정지마찰계수 및 동마찰계수의 저감의 작용이 현저하고, 15~50°가 더 바람직하고, 20~40°가 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

본 발명의 미끄럼 베어링은, 비교적 대형이고, 20㎫ 이상의 면압이 작용하여, 미끄럼 속도가 비교적 늦게 요동하여 작동하는 용도에 적합하다. 구체적으로는, 예를 들면 불도저나 파워 쇼벨과 같은 건설 기계의 관절용 베어링, 물품 이송 로봇의 관절 베어링 등을 들 수 있다.

Claims

20㎫ 이상의 고면압하에서, 최대 슬라이딩 속도가 20~50㎜/s의 속도가 되는 요동 운동에 사용되는 건설 기계 또는 물품 이송 로봇의 관절용 미끄럼 베어링이며,

축 구멍에 삽입되는 축을 회전 가능하게 지지하고, 그 축이 슬라이딩하는 내주면에, 둘레 방향과 교차하는 방향으로 연장하는 복수의 직선적인 경사 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성되어, 이들 경사 홈에 윤활유가 공급되는 건설 기계 또는 물품 이송 로봇의 관절용 미끄럼 베어링에 있어서,

상기 미끄럼 베어링이 소결 합금제이고,

상기 경사 홈의 경사 각도가 둘레 방향과 직교하는 방향에 대해 10~60°의 범위이고,

둘레 방향의 경사 홈의 폭(B)이 0.5~5㎜이고,

인접하는 상기 경사 홈 사이의 산부의 표면인 슬라이딩면의 둘레 방향의 폭(A)이 1~7㎜이고,

상기 산부의 슬라이딩면의 폭(A)과 상기 경사 홈의 폭(B)의 비 A/B가 O.5~5.0인 것을 특징으로 하는 건설 기계 또는 물품 이송 로봇의 관절용 미끄럼 베어링.
청구항 1에 있어서,

상기 경사 홈의 깊이(d)가 0.1~3㎜인 것을 특징으로 하는 건설 기계 또는 물품 이송 로봇의 관절용 미끄럼 베어링.
청구항 1에 있어서,

상기 윤활유가, 40℃ 이상에서의 동점도가 414~1650 ㎜²/s인 기계유 및/또는 혼화 조도가 130~265인 그리스인 것을 특징으로 하는 건설 기계 또는 물품 이송 로봇의 관절용 미끄럼 베어링.