KR101256829B1 - 스페리컬 베어링 및 이를 위한 플라스틱 구면블록 - Google Patents

Abstract

만들기 쉽고 작은 크기로 만들 수 있고 구면블록의 고착현상이 생기지 않는 스페리컬 베어링이 개시된다. 상기 스페리컬 베어링은 볼록구면을 구비하는 플라스틱 구면블록, 상기 볼록구면이 결합되어 면접촉하는 구면홈을 구비하고 상기 플라스틱 구면블록에 대하여 회전을 허용하는 구면홈부재 및 상기 플라스틱 구면블록을 사이에 두고 상기 구면홈부재 반대편에 설치된 하중전달부재를 구비하고, 상기 구면홈부재 또는 상기 하중전달부재와 마찰을 일으키는 상기 플라스틱 구면블록의 마찰표면이 경도 75D 내지 95D의 PA, POM 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

스페리컬 베어링 및 이를 위한 플라스틱 구면블록{Spherical bearing and plastic block with spherical surface for the same}

본 발명은 교량의 상부구조물 등 중량구조물을 지지하는 데 사용되는 스페리컬 베어링 및 이를 위한 구면블록에 관한 것이다.

일반적으로, 스페리컬 베어링은 교량의 상부구조물과 교각 사이에 설치되어 상부구조물로부터 전달되어 오는 하중을 교각에 전달할 뿐만 아니라 상부구조물의 열팽창이나 수축 허용, 열차나 자동차의 시동 또는 제동 시의 동하중지지, 지진 시의 충격력 흡수 및 부반력에 의한 상부구조물의 이탈을 방지하는 역할이 필요한 교량, 예를 들면 철도교 등에 많이 설치되고 있다. 이러한 스페리컬 베어링에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같은 스페리컬 베어링(10)은 교량 상판 등의 상부구조물과 교각 등 하부구조물 사이에 설치되어 상부구조물을 하부구조물에 지지하기 위한 구조물 지지장치이다. 이러한 스페리컬 베어링(10)은 구조물에 일반 차량이나 열차의 시, 제동에 따른 동하중이나 지진력이 작용할 때 지지점을 중심으로 한 전, 후, 좌, 우의 수직하중의 분포의 차이에 따른 상부구조물의 상하 회전, 즉, 상부구조물이 경사지는 것을 허용하고, 또 스페리컬 베어링의 용도에 따라 열팽창 또는 일반 차량이나 열차의 시, 제동에 따른 수평하중에 대해 상부구조물이 하부구조물에 대해 일 방향 또는 양 방향으로 슬라이딩 하는 것을 허용하면서 상부구조물을 안전하게 지지하는 데 사용된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 일반적인 스페리컬 베어링(10)은 구체의 일부 형상을 하고 있는 구면블록(20)과 구면홈(31)이 형성되어 있는 구면홈부재(30) 및 상부에 지지되는 상부구조물의 하중을 구면블록(20)으로 전달하며 구면블록(20)에 대해 슬라이딩 할 수 있는 하중전달부재(40)를 구비한다.

구면블록(20)은 하방으로 볼록하게 형성된 볼록구면(21)을 구비하고 있고, 그 상면에는 미끄럼재 장착홈(22)이 형성되어 있고, 이 미끄럼재 장착홈(22)에 PTFE와 같은 미끄럼재(23)가 장착되어 있다. 그리고 볼록구면(21)의 표면에는 크롬도금층(24)이 형성되어 있다.

구면블록(20) 하부에는 금속재로 된 구면홈부재(30)가 설치되어 있다. 이 실시 예에서, 구면홈부재(30)는 상부구조물의 하중을 지지하는 교각 등의 하부구조물 상에 고정되는 것으로, 그 상면에 볼록구면(21)에 대응되는 형상의 구면홈(31)이 형성되어 있다. 이 구면홈(31)에도 그 표면을 따라 미끄럼재 장착홈(32)이 형성되어 있고, 이 미끄럼재 장착홈(32)은 구면형상을 하고 있으며, 여기에 구면형상으로 만곡된 PTFE와 같은 미끄럼재(33)가 장착되어 있다.

구면블록(20) 위쪽에는 금속재로 된 하중전달부재(40)가 설치되어 있다. 이 하중전달부재(40)는 그 저면(41)이 평면을 이루고 있다. 이 하중전달부재(40)의 저면(41)에는 스테인리스 스틸판(42)이 부착되어 있다.

위와 같은 종래의 스페리컬 베어링(10)은 구면홈부재(30)에도 미끄럼재(22, 33) 장착을 위한 미끄럼재 장착홈(22, 32)을 형성하여야 하고 또 구면상의 미끄럼재(33)가 필요하므로 그 제작이 매우 까다롭다.

일반적으로 도 1에 나타낸 것과 같이 위 아래 모두 PTFE와 같은 미끄럼재(33)를 가지는 스페리컬 받침의 구면블록(20)으로는 일반 강재로 만든 것을 주로 사용한다. 이러한 스페리컬 형식은 유럽에서 많이 사용하고 있다.

경우에 따라, 구면블록(20)으로는 고력 황동으로 만든 것이 사용되기도 한다. 이 경우에는 구면블록(20)의 표면에 홈을 내고 이 홈에 고체윤활재인 흑연 (Graphite)을 충전하여 마찰을 줄이는 방식이 이용된다.

황동은 내마모성이 뛰어나지만 일반 베어링 재료들에 비해 값이 월등히 비싸기 때문에, 황동 구면블록(20)을 사용하는 기존의 스페리컬 베어링(10)은 그 단가가 매우 높다.

또한, 황동으로 된 황동 구면블록(20)은 설치 후 어느 정도 시일이 지나면 구면홈부재(30) 또는 하중전달부재(40)와 고착현상을 일으켜서 스페리컬 베어링으로서의 제 기능을 다하지 못한다는 단점이 있다.

황동으로 된 황동 구면블록(20)은 구면블록(20)의 표면에 흑연 등을 주입하기 위한 홈들을 형성하여야 하므로 제작하기가 매우 어렵다.

그 외에도 종래의 스페리컬 베어링(10)은 구면블록(20), 구면홈부재(30) 및 하중전달부재(40) 모두 금속으로 만들어지기 때문에 중량이 많이 나가고, 일반 강재나 황동을 고온으로 용융시켜 주조로 구면블록(20)을 만들어야 하기 때문에 그 제작이 매우 까다롭다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 구면블록 및 구면홈부재에 미끄럼재를 별도로 설치할 필요가 없는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 구면블록 및 구면홈부재에 미끄럼재 장착을 위한 별도의 미끄럼재 장착홈을 형성할 필요가 없는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조가 용이한 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 스페리컬 베어링에 비해 월등히 가볍고 크기가 작은 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 스페리컬 베어링에 적합하게 사용될 수 있는 플라스틱 구면블록을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러 종류의 엔지니어링 플라스틱들 중 가장 적합한 엔지니어링 플라스틱을 찾아서 적용하여 그 성능을 향상시킨 스페리컬 베어링과 이를 위한 플라스틱 구면블록을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 상부구조물과 하부구조물 사이에 설치되어 상기 상부구조물을 상기 하부구조물에 지지하기 위한 스페리컬 베어링에 있어서, 플라스틱으로 되고 상방 또는 하방으로 볼록한 볼록구면을 구비하는 플라스틱 구면블록; 상기 볼록구면이 결합되어 면접촉하는 구면홈을 구비하고 상기 플라스틱 구면블록에 대하여 회전을 허용하는 구면홈부재; 및 상기 플라스틱 구면블록을 사이에 두고 상기 구면홈부재 반대편에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 상기 플라스틱 구면블록으로 전달하거나 상기 플라스틱 구면블록으로부터 전달받아 상기 하부구조물로 전달하는 하중전달부재를 구비하고, 상기 구면홈부재 및 상기 하중전달부재와 마찰을 일으키는 상기 플라스틱 구면블록의 마찰표면이 경도 75D 내지 95D의 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 것이고, 상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 한다.

상기 마찰표면의 경도는 83D 내지 85D인 것이 바람직하다.

상기 플라스틱 구면블록의 정적 마찰계수는 0.1보다 작은 것이 바람직하다.

경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록의 상기 마찰표면에는 홈들이 형성되어 있고, 상기 홈에는 윤활제가 충전되어 있을 수 있다.

상기 마찰표면과 접촉하는 상기 구면홈부재 또는 상기 하중전달부재의 표면에는 스테인리스 스틸판이 설치되거나 크롬도금층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 플라스틱 구면블록의 볼록구면 반대면은 평면을 이루는 마찰표면을 구비하고, 상기 하중전달부재는 상기 마찰표면에 면접촉된 상태로 상기 플라스틱 구면블록에 대해 좌우 및 전후의 양 방향으로 상대적인 수평이동이 가능한 것일 수 있다.

경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록의 볼록구면 반대면은 평면을 이루는 마찰표면을 구비하고, 상기 하중전달부재는 상기 마찰표면에 면접촉된 상태로 상기 플라스틱 구면블록에 대해 좌우 또는 전후의 일 방향으로 상대적인 수평이동이 가능하고, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재의 전후 또는 좌우 양 측의 대응위치에는 상기 구면홈부재에 대한 상기 하중전달부재의 상기 일 방향으로의 수평이동을 안내하고 상기 일 방향에 수직한 방향으로의 수평이동은 방지하는 안내부와 피안내부가 형성되어 있는 것일 수 있다.

상기 안내부와 상기 피안내부는 직선으로 형성된 홈과 상기 홈에 삽입된 돌출부일 수 있다.

상기 안내부 또는 상기 피안내부의 측면은 원호형으로 측방으로 볼록하게 돌출되거나 오목하게 패어 있는 것일 수 있다.

경우에 따라, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재의 전후 또는 좌우 양 측의 대응위치에는 상하방향으로 서로 걸림으로써 상기 하중전달부재와 상기 구면홈부재가 상하 방향으로 서로 이탈하는 것을 방지하기 위한 걸림턱과 피걸림턱이 각각 형성되어 있는 것일 수 있다.

어떤 경우에는, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재의 대응위치에는 제1링홈과 제2링홈이 각각 형성되어 있고, 상기 제1링홈과 상기 제2링홈에는 일부는 상기 제1링홈에 삽입되고 일부는 상기 제2링홈에 삽입되어 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재 상호간의 수평이동을 제한하는 링부재가 결합되어 있을 수 있다.

상기 링부재는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것일 수 있다.

상기 플라스틱 구면블록 전체가 상기 엔지니어링 플라스틱으로 이루어질 수 있다.

상기 플라스틱 구면블록의 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상이고, 밀도는 1.14 - 1.15 g/㎤이고, 압축강도는 950 - 1,100 ㎏/㎠ 인 것이 바람직하다.

또 경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 볼록구면과 상기 볼록구면 반대면에 형성되고 표면에 요철들이 형성된 요철면을 갖는 금속제 본체와 상기 요철면에 장착된 상기 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 접촉판을 구비하여 구성될 수 있다.

상기 볼록구면의 표면에는 크롬도금층이 형성되어 있고, 상기 구면홈의 표면에는 요철들이 형성될 수 있다.

경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록은 금속으로 된 심재와 상기 심재를 둘러싸는 엔지니어링 플라스틱층으로 이루어진 것일 수 있다.

상기 심재에는 홈 또는 통공이 형성되어 있고, 상기 엔지니어링 플라스틱은 상기 홈 또는 통공으로 압입되어 있는 것일 수 있다.

상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재 중 하나에는 가장자리를 따라 상방 또는 하방으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재 중 다른 하나와 상기 돌출부 사이에 상기 구면홈부재에 대해 상기 하중전달부재를 적어도 일 수평방향으로 탄력적으로 지지하는 수평탄성기구가 설치된 것일 수 있다.

상기 플라스틱 구면블록의 상하 양면 모두 볼록구면을 이루는 마찰표면을 구비하고, 상기 하중전달부재는 상기 마찰표면에 면접촉되는 구면홈으로 이루어진 것일 수 있다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링용 플라스틱 구면블록은 마찰표면이 경도 75D 내지 95D의 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지고, 상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것임을 특징으로 한다.

상기 플라스틱 구면블록의 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상이고, 밀도는 1.14 - 1.15 g/㎤이고, 압축강도는 950 - 1,100 ㎏/㎠ 인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 구면블록 및 구면홈부재에 미끄럼재를 별도로 설치할 필요가 없고, 이에 따라 구면블록 및 구면홈부재에 미끄럼재 장착을 위한 별도의 미끄럼재 장착홈을 형성할 필요가 없어 만들기가 쉽다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 구면블록이 엔지니어링 플라스틱으로 이루어져 있기 때문에 기존의 스페리컬 베어링에 비해 월등히 가볍고 크기가 작다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 기존 면진장치의 중판(육면체 형태의 베어링블록)을 없앨 수 있고(도 12 참조), PTFE 등의 미끄럼재 장착을 위한 홈을 가공하지 않아도 되고, 크기를 줄일 수 있으면서도 수직저항 능력이 뛰어나다.

본 발명에 따른 구면블록은 녹이 슬지 않으며 구면홈부재나 하중전달부재와 고착현상을 일으키지 않고, 수명이 길다.

본 발명에 따른 구면블록은 정적 마찰계수가 작기 때문에 미끄럼 특성이 좋고 내마모성도 PTFE보다 월등히 뛰어나므로 수명이 길고 초기의 설치상태를 오래 유지한다.

도 1은 종래의 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 양 방향 가동단용 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 일 방향 가동단용 스페리컬 베어링을 나타낸 단면도,
도 4는 도 3에 나타낸 스페리컬 베어링의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 5는 도 4에 나타낸 돌출부의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 6은 도 3에 나타낸 스페리컬 베어링의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 7은 고정단용 스페리컬 베어링의 일례를 설명하기 위한 단면도,
도 8은 도 7의 링체의 평면도,
도 9는 링체의 변형 예를 나타낸 평면도,
도 10은 부반력 저항기능을 갖는 스페리컬 베어링의 단면도,
도 11은 도 3에 나타낸 스페리컬 베어링의 또 다른 변형 예를 설명하기 위한 단면도,
도 12는 면진기능을 갖는 본 발명에 따른 스페리컬 베어링을 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 스페리컬 베어링의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 구면블록의 다른 예를 나타낸 단면도,
도 15는 도 14에 나타낸 구면블록의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 16은 본 발명에 따른 스페리컬 베어링의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도,
도 17은 도 2에 나타낸 스페리컬 베어링이 상하로 뒤집힌 상태를 나타낸 단면도,
도 18은 본 발명에 따른 구면블록의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 양 방향 가동단용 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 구면홈부재(110)를 구비한다. 구면홈부재(110)의 상면에는 구면홈(112)이 형성되어 있다. 이 구면홈(112)은 뒤에서 설명되는 플라스틱 구면블록(130)의 볼록구면(132)이 결합되어 면접촉되는 부분으로 바람직하게 그 곡률은 볼록구면(132)의 곡률과 같다. 이러한 구면홈(112)의 표면에는 크롬도금층(114)이 형성되어 있다. 크롬도금층(114)은 플라스틱 구면블록(130)과의 마찰력을 줄이기 위한 것이다.

이 구면홈부재(110)는 플라스틱 구면블록(130)에 대해 상하 방향으로 회동되는 것을 허용한다. 이에 따라 플라스틱 구면블록(130)은 구면홈부재(110)에 결합된 상태에서 수평면에 대해 좌우 또는 전후 또는 좌우 및 전후로 경사질 수 있다. 이러한 구면홈부재(110)는 금속으로 만들어지며, 용접을 통해 또는 도 16에 나타낸 바와 같이 기초 볼트와 너트 등을 통해 교각 등의 하부구조물에 고정되는 부분이다.

구면홈부재(110)는 경우에 따라 뒤집힌 상태로 상부구조물의 저면부에 설치될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 뒤에서 설명되는 하중전달부재(150)는 하부구조물에 설치되며 플라스틱 구면블록(130)도 상하로 뒤집힌 상태로 설치된다. 이와 관련하여서는 뒤에서 도 17을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 뒤에서 설명되는 플라스틱 구면블록(130)을 사이에 두고 구면홈부재(110) 반대편에 설치되는 하중전달부재(150)를 구비한다. 이 하중전달부재(150)는 교량 상판 등 상부구조물의 저면에 설치되어 상부구조물의 하중을 플라스틱 구면블록(130)으로 전달하며 플라스틱 구면블록(130)에 대해 좌우 또는 전후로 슬라이딩 가능하다. 이러한 하중전달부재(150)의 저면에는 스테인리스 스틸판 등으로 된 미끄럼재(152)가 부착되어 있다. 이 미끄럼재(152)는 플라스틱 구면블록(130)과의 마찰력을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 플라스틱 구면블록(130)을 구비한다.

플라스틱 구면블록(130)은 구면블록을 플라스틱으로 만든다는 점에서 황동 등의 금속으로 만들어지던 기존의 구면블록과 차별된다. 구면블록을 플라스틱으로 만든다는 것은 당업자가 용이하게 발명할 수 없는 획기적인 발상의 전환이 필요한 것이다.

플라스틱 구면블록(130)은 하방으로 볼록한 볼록구면(132)을 가진다. 이 볼록구면(132)은 구면홈(112)의 표면에 마찰을 일으키는 마찰표면이다. 볼록구면(132) 반대편으로 평면(134)으로 된 마찰표면이 구비된다.

플라스틱 구면블록(130)의 제작에 사용되는 엔지니어링 플라스틱으로는 쇼어(shore) 경도가 최소한 75D 이상 되어야 한다. 경도가 75D 미만인 너무 작은 것을 사용하는 경우, 엔지니어링 플라스틱으로 된 플라스틱 구면블록(130)은 기존 PTFE의 설계 압축강도인 약 450㎏/㎠ 정도의 하중에 대해서도 처짐이 과도하게 발생하고 미끄럼재(152)와 크롬도금층(114)과 접촉하는 부분에서 너무 팽창되어 크랙(crack)이 발생될 수 있다.

그리고 450㎏/㎠ 정도의 하중에 대한 처짐이 전혀 발생되지 않도록 할 수는 없지만 경도가 76D, 77D, 78D, 79D, 80D, 81D, 82D, 83D …와 같이 점점 높아지는 경우 처짐은 점점 줄어들고, 경도가 83D 정도에 이르면 처짐은 무시할 수 있다.

하지만, 플라스틱 구면블록(130)의 경도가 95D를 초과하는 너무 큰 경도의 것을 사용하는 경우, 엔지니어링 플라스틱으로 된 플라스틱 구면블록(130)은 취성이 커져서 본 발명에 따른 구면블록으로 사용하기에 적절하지 않다.

경도범위는 75D - 95D인 엔지니어링 플라스틱이 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)의 플라스틱 구면블록(130)으로 사용될 수 있고, 최적의 경도범위는 83D - 85D이다.

특히, 경도가 83D - 85D인 엔지니어링 플라스틱과 기존에 미끄럼재로 사용되던 PTFE에 대하여 마모율 테스트 결과 PTFE가 0.63 - 47.00%의 마모율을 나타내는 동안 경도가 83D - 85D인 엔지니어링 플라스틱은 동일조건 하에서 0.00 - 0.33%와 같은 매우 낮은 놀라운 마모율을 보여주었다.

이러한 플라스틱 구면블록(130)의 정적 마찰계수(스테인리스 스틸에 대한 정적 마찰계수)는 0.1보다 작은 것이 좋다. 일반 교량에 사용하기 위한 것은 플라스틱 구면블록(130)의 정적 마찰계수는 0.05 이하인 것이 더 바람직하다.

플라스틱 구면블록(130)의 탄성계수(modulus of elasticity)는 2,000 - 5,000Mpa가 적당하고, 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상 되어야 한다.

마찰계수가 큰 것은 플라스틱 구면블록(130)의 표면 또는 상대 면에 오목홈들을 형성하고 이 홈들에 그리스 등의 윤활제를 채워서 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명자는 연구과정을 통해, 여러 종류의 엔지니어링 플라스틱들 중 위에서 설명한 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100) 및 이를 위한 플라스틱 구면블록(130)을 구성하기 위한 위의 조건들을 만족하는 것은 폴리아미드(PA: Polyamide)로 된 것, 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene)로 된 것, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)로 된 것, 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin)로 된 것, 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone)으로 된 것, 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide)로 된 것, 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide)로 된 것, 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole)로 된 것, 폴리이미드(PI: Polyimide)로 된 것 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone)으로 된 엔지니어링 플라스틱임을 알 수 있었다.

상기와 같은 엔지니어링 플라스틱 중, 본 발명에 따른 플라스틱 구면블록으로 만들기에 적합한 것은 밀도가 1.14 - 1.15 g/㎤이고, 압축강도가 950 - 1,100 ㎏/㎠ 정도인 것이다.

그리고 본 발명에 따른 스페리컬 베어링 및 이를 위한 플라스틱 구면블록으로 사용하기 위한 것은 0-400㎜/s의 속도범위에서, 스테인리스 스틸에 대한 플라스틱 구면블록의 동적마찰계수는, 하중이 18Mpa의 경우에는 0.08 - 0.15, 하중이 35Mpa의 경우에는 0.04 - 0.10, 하중이 69Mpa인 경우에는 0.03 - 0.08인 것이다.

위에서 설명한 바와 같은 스페리컬 베어링(100)은 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다. 이는 이하에서 설명되는 실시예들에서도 마찬가지 있다. 이 경우 하중전달부재(150)는 교각 등의 하부구조물에 설치되며, 플라스틱 구면블록(130)으로부터 상부구조물의 하중을 전달받아 그 아래의 하부구조물로 전달하는 역할을 한다.

도 2에 나타낸 바와 같은 스페리컬 베어링(100)은 교량의 교축방향 및 교축직각방향의 양 방향으로 상부구조물의 변위를 허용하는 양 방향 가동단에 설치된다.

도 3은 본 발명에 따른 일 방향 가동단용 스페리컬 베어링을 나타낸 단면도이다.

도 2에 나타낸 것과는 달리, 하중전달부재(150)의 양측 가장자리를 따라 하방으로 돌출되게 그리고 구면홈부재(110)의 양 측면과 마주보게 돌출부(154)를 각각 설치하여 일 방향 가동단에 사용하기 위한 스페리컬 베어링(101)을 구성할 수 있다. 여기에서, 돌출부(154)는 하중전달부재(150)가 상하로 회전하여 왼쪽 또는 오른쪽으로 경사지는 것을 허용하기 위해 조금은 틈(C)을 두고 설치된다. 통상 스페리컬 베어링에서 하중전달부재(150)의 경사 허용량은 0.035 rad 정도이므로, 틈(C)의 간격은 하중전달부재(150)가 0.035 rad 정도만 회동되는 것을 허용하는 간격으로 하면 된다.

도 3에서, 돌출부(154)의 내측면에는 스테인리스 스틸판과 같은 미끄럼재를 부착하고, 이와 마주하는 구면홈부재(110)의 양 측면에는 디유 테이프(Du tape)나 고강도 엔지니어링 플라스틱 등으로 된 미끄럼재가 부착될 수 있다.

여기에서, 양 측의 두 돌출부(154)는 구면홈부재(110)의 좌우 양 측면(116)의 안내를 받으며 플라스틱 구면블록(130)에 대한 하중전달부재(150)의 일 방향으로의 수평이동을 안내하고, 상기 일 방향에 수직한 방향으로의 수평이동은 방지하는 역할을 한다. 물론, 이렇게 되기 위해서 돌출부(154)와 구면홈부재(110)의 양 측면(116)은 직선으로 형성되어 있어야 한다. 여기에서, 구면홈부재(110)의 양 측면(116)은 안내부의 역할을 하고, 돌출부(154)는 안내부의 안내를 받는 피안내부의 역할을 한다.

도 3에서, 스페리컬 베어링(101)을 고정단용으로 사용하고자 하는 경우, 돌출부(154)와 구면홈부재(110)의 측면(116)을 원형으로 구성하거나 구면홈부재(110)의 측면(116)을 4각으로 하고 돌출부(154)를 좌, 우, 전, 후의 4방향 모두에 설치하면 된다.

플라스틱 구면블록(130) 등의 나머지 사항은 도 2를 통해 설명한 것과 같다.

도 4는 도 3에 나타낸 스페리컬 베어링의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 도 4에 나타낸 바와 같이, 하중전달부재(150)에는 좌우 양측에 간격을 두고 홈(156)을 각각 형성하고, 이 홈(156)에 대응되는 위치의 구면홈부재(110)에 간격을 두고 돌출부(118)를 형성하여 그 상단부가 홈(156)에 삽입된 상태로 하여 본 발명에 따른 일 방향 가동단용 스페리컬 베어링(101)을 구성할 수 있다. 이 경우, 돌출부(118)는 안내부의 역할을 하고 홈(156)은 피안내부의 역할을 한다.

도 4와 같이 구성하는 경우, 하중전달부재(150)가 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 때 왼쪽 및 오른쪽의 돌출부(118)에서 각각 수평이동에 대해 저항할 수 있으므로 2중저항구조이다. 따라서 돌출부(118)의 두께를 줄일 수 있다.

도 4에서, 스페리컬 베어링(101)을 고정단용으로 사용하고자 하는 경우, 돌출부(118)와 홈(156)을 직선으로 형성하되 4방향 모두에 설치하거나, 돌출부(118)와 홈(156)을 원형으로 형성하면 된다.

나머지 사항은 도 2를 통해서 설명한 것과 같다.

도 5는 도 4에 나타낸 돌출부의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 좌우로 이동하는 것을 최대한 억제하기 위해 돌출부(118)의 양 측면을 원호형으로 측방으로 볼록하게 돌출되게 형성할 수 있다. 이렇게 하는 경우, 하중전달부재(150)와 그 위쪽에 지지되는 상부구조물의 상하 회전을 허용하면서도 좌우의 일 방향으로 수평이동 하는 것은 최대한 억제할 수 있다.

도 5와 같이 구성하는 경우, 하중전달부재(150)가 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 때 왼쪽 및 오른쪽의 돌출부(118)에서 각각 수평이동에 대해 저항할 수 있고 또 돌출부(118)의 측면이 홈(156)의 측벽에 거의 접촉된 상태로 있기 때문에 수평이동 초기부터 저항하므로 조금 이동 후 부딪히는 경우에 비해 훨씬 작은 충격력을 받는 구조이다. 또한 수평변위에 대해 2중저항구조를 취하고 있으므로 저항면적을 줄일 수 있고, 결과적으로 홈(156)의 깊이를 작게 함으로써 하중전달부재(150)의 두께를 줄일 수 있다.

그 외의 나머지는 도 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 6은 도 3에 나타낸 스페리컬 베어링의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라 구면홈(112)의 좌우 양 측에 홈(119)을 형성하고 그 대응 위치의 하중전달부재(150)에 돌출부(154)를 각각 형성하여 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(101)을 구성할 수 있다. 이 때, 홈(119)의 양 측벽을 측방으로 볼록하게 형성하여 그 홈(119)에 삽입된 돌출부(154)의 측면에 접촉되도록 또는 작은 간격을 가지도록 할 수 있다.

도 6과 같이 구성하는 경우, 하중전달부재(150)가 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 때 왼쪽 및 오른쪽의 돌출부(154)가 삽입된 구면홈부재(150)의 양측 홈(119)에서 각각 수평이동에 대해 저항할 수 있고 또 돌출부(154)의 측면이 홈(119)의 측벽에 거의 접촉된 상태로 있기 때문에 수평이동 초기부터 저항하므로 조금 이동 후 부딪히는 경우에 비해 훨씬 작은 충격력을 받는 구조이다.

도 6에서, 스페리컬 베어링(101)을 고정단용으로 사용하고자 하는 경우, 돌출부(154)와 홈(119)을 원형으로 형성하거나 직선으로 설치하되 4방향에 모두에 형성하여도 된다.

그 외의 나머지는 도 2를 통해 설명한 것과 같다.

도 7은 고정단용 스페리컬 베어링의 일례를 설명하기 위한 단면도이고, 도 8은 도 7의 링체의 평면도이고, 도 8은 링체의 변형 예를 나타낸 평면도이다.

경우에 따라, 구면홈(112)의 둘레를 따라 구면홈부재(110)에 제1링홈(119a)을 형성하고, 대응 위치의 하중전달부재(150)에 제2링홈(156a)을 형성한 상태에서 도 8 또는 도 9에 나타낸 바와 같은 링체(170)를 그 상단과 하단이 상하의 두 제1 및 제2링홈(119a, 156a)에 각각 삽입되도록 하여 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(101)을 구성할 수 있다.

이 경우, 링체(170)에 의해 구면홈부재(130)에 대한 하중전달부재(150)의 전체 방향의 수평이동이 제한된다.

링체(170)는 금속이 사용될 수도 있으나, 부식이 되지 않는 고강도 엔지니어링 플라스틱으로 만든 것을 사용하는 것이 바람직하다.

링체(170)는 도 8에 나타낸 바와 같이 일체형으로 된 것만 사용될 수 있는 것은 아니고, 도 9에 나타낸 바와 같이, 금속 또는 고강도 엔지니어링 플라스틱으로 된 원호형의 링조각(172)들 사이에 고무(174)를 삽입한 형태로 된 것도 사용될 수 있다.

이러한 링체(170)는 구면홈부재(110)와 하중전달부재(150) 상호간의 수평이동을 제한하는 역할을 한다.

링체(170)의 하부에는 고무패드(180)나 수지를 발포시킨 것을 설치한다.

도 7에서, 스페리컬 베어링(101)을 일 방향 가동단용으로 사용하고자 하는 경우 제1링홈(119a)과 제2링홈(156a) 대신에 홈을 직선형태로 형성하고, 링체(170) 대신 직선으로 된 부재를 사용하면 된다.

나머지는 도 2에서 설명한 것과 같다.

도 10은 부반력 저항기능을 갖는 스페리컬 베어링의 단면도이다.

스페리컬 베어링(102)에 부반력에 저항하는 기능이 필요한 경우에는, 구면홈부재(110)와 하중전달부재(150)의 전후 또는 좌우 양 측의 대응위치에 상하방향으로 서로 걸림으로써 하중전달부재(150)와 구면홈부재(110)가 상하 방향으로 서로 이탈하는 것을 방지하기 위한 걸림턱(121)과 피걸림턱(158)을 각각 형성하면 된다.

구면홈부재(110)의 측면과 걸림부재(159)의 내면에는 PTFE와 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼재(121a, 159a)가 각각 설치되어 있다.

나머지는 도 2를 통해 설명한 것과 같다.

도 11은 도 3에 나타낸 스페리컬 베어링의 또 다른 변형 예를 설명하기 위한 단면도이다.

구면홈부재(110)와 하중전달부재(150) 상호간에 작용하는 수평방향으로의 충격력을 줄이고자 하는 경우에는 구면홈부재(110)의 양 측면에 L자 단면의 스테인리스 스틸 등으로 된 지지부재(123)를 부착하고, 돌출부(154)의 안쪽 측면에 측방으로 원호형으로 오목하게 패인 오목부(154a)를 형성하고 그 사이에 측면이 측방으로 원호형으로 볼록하게 돌출된 표면을 가지는 고강도 엔지니어링 플라스틱으로 된 간극재(182)를 삽입하여 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(103)을 구성할 수 있다. 간극재(182)의 저면에는 고무패드(180)나 수지를 발포한 폼을 삽입하여 상하로 탄력적으로 이동될 수 있도록 하는 것이 좋다.

그리고 돌출부(154)의 안쪽 측면에는 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼재를 부착하거나 크롬도금층을 형성하여 두는 것이 바람직하다.

도 11에서, 스페리컬 베어링(103)을 고정단용으로 구성하고자 하는 경우, 구면홈부재(110)의 외주면, 지지부재(123), 간극재(182) 및 돌출부(154)를 모두 원형으로 하거나 이들을 직선으로 형성하되 4방향 모두에 설치하면 된다. 이 스페리컬 베어링(103)을 일 방향 가동단용으로 구성하고자 하는 경우, 구면홈부재(110)의 양 측면, 좌우의 지지부재(123), 간극재(182) 및 돌출부(154)를 모두 직선으로 된 것을 사용하면 된다. 물론, 전후로는 전후 방향의 이동거리를 제한하기 위한 스토퍼를 설치할 수 있다.

도 12는 면진기능을 갖는 본 발명에 따른 스페리컬 베어링을 나타낸 단면도이다.

스페리컬 베어링(104)에 면진기능을 주고자 하는 경우에는, 돌출부(154)를 구면홈부재(110)의 양 측면(116)과 이격시켜 하중전달부재(150)에 각각 설치하고, 구면홈부재(110)와 돌출부(154) 사이에 탄성기구(210)를 장착하여 면진기능을 가지는 스페리컬 베어링(104)을 구성할 수 있다.

탄성기구(210)로는 축(212), 축(212)의 외주면 일부에 결합된 탄성체(214) 및 축(212)의 단부에 설치되어 탄성체(214)의 이탈을 방지하고 돌출부(154)의 내측면에 접촉되는 접촉단부(216)를 가지는 것이 바람직하다. 접촉단부(216)의 표면에는 PTFE 등의 미끄럼재(218)가 부착되어 있고, 이와 접촉하는 돌출부(154)의 내측면에는 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼재(154b)가 부착되어 있다.

구면홈부재(110)에는 축(212)의 일부가 삽입되어 좌우로 유동될 수 있는 축장착부(124)가 형성되어 있다. 경우에 따라, 탄성기구(210)는 돌출부(154)에 장착되고 접촉단부(216)가 구면홈부재(110)의 측면에 접촉되도록 구성될 수 있다.

이러한 탄성기구(210)는 좌우 또는 전후에만 설치되거나 좌우 및 전후 4방향에 모두 설치될 수 있다.

이 실시 예에서도 플라스틱 구면블록(110)은 도 2를 통해서 설명한 바와 같이 엔지니어링 플라스틱으로 구성된다. 플라스틱 구면블록(130)으로 도 2를 통해서 설명한 바와 같이 엔지니어링 플라스틱으로 만든 것을 사용하는 경우, 기존 면진장치의 중판(육면체 베어링블록)을 없앨 수 있고, PTFE 등의 미끄럼재 장착을 위한 홈을 가공하지 않아도 되고, 크기를 줄일 수 있으면서도 수직저항 능력이 커진다.

기존에 미끄럼재로 사용되고 있는 PTFE가 스테인리스 스틸판에 대해 0.07정도의 동적 마찰계수를 가지려면 약 150㎏/㎠의 작은 압력이 필요하다. 또, 폴리우레탄 디스크의 허용압축응력은 약 350㎏/㎠이다. 이에 반해, 앞에서 살펴본 바와 같은 엔지니어링 플라스틱으로 된 플라스틱 구면블록(130)은 압축강도가 950 - 1100 ㎏/㎠정도로 크고, 스테인리스 스틸판에 대해 0.08정도의 동적 마찰계수를 가지려면 약 350㎏/㎠의 압력을 요하므로 기존의 것에 비해 큰 하중을 지지할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 스페리컬 베어링(104)의 크기를 기존의 것에 비해 획기적으로 줄일 수 있다.

엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 본 발명에 따른 플라스틱 구면블록(130)은 정적 마찰계수가 평균적으로 작기 때문에 미끄럼 특성이 뛰어나므로 플라스틱 구면블록(130)에 홈을 형성하여 PTFE와 같은 미끄럼재를 별도로 장착할 필요가 없고, 내마모성도 PTFE보다 월등히 뛰어나므로 수명이 길고 초기의 설치상태를 오래 유지한다.

엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 본 발명에 따른 플라스틱 구면블록은 녹이 슬지 않으며 구면홈부재(110)나 하중전달부재(150)와 고착현상이 생기지 않고, 수명이 길다.

도 13은 본 발명에 따른 스페리컬 베어링의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 플라스틱 구면블록(130)은 볼록구면(132)과 볼록구면(132) 반대면에 형성되고 표면에 요철(136)들이 형성된 요철면(134a)을 갖는 금속제 본체(130a)와 요철면(134a)에 장착된 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 접촉판(135)으로 구성할 수 있다. 이 경우 하중전달부재(150)의 저면에는 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼재(152)가 부착되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 볼록구면(132)의 표면에는 크롬도금층(132a)을 형성하고, 구면홈(112)의 표면에 요철(112a)을 형성할 수 있다.

플라스틱 구면블록(130)의 본체(130a)와 구면홈(112)에 형성되는 요철(112a, 136)은 끝이 뾰족하고 경도가 높은 금속으로 된 도구를 이용해 V자형 노치(notch)로 형성하거나 샌드 블라스팅으로 모래나 쇠구슬를 충돌시켜 형성할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 플라스틱 구면블록의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 플라스틱 구면블록(130)은 내부에 금속으로 된 구체의 일부 형상을 하고 있는 심재(137)와 이 심재(137)를 둘러싸는 엔지니어링 플라스틱층(138)으로 구성될 수 있다. 엔지니어링 플라스틱층(138)은 도 2에서 설명한 바와 같은 엔지니어링 플라스틱을 이용하면 된다. 이러한 플라스틱 구면블록(130)은 심재(137)를 금형 내부에 삽입한 상태에서 폴리아미드 또는 폴리아세탈 등의 용융된 수지를 고압으로 금형 내부로 주입하여 심재(137) 외부에 엔지니어링 플라스틱층(138)을 성형하는 인서트사출방식을 이용하여 만드는 것이 바람직하다.

그리고 필요한 경우에는, 심재(137)의 표면에 홈(137a)을 형성하여 엔지니어링 플라스틱이 이 홈(137a)에 압입되도록 하고 또 심재(137)와 엔지니어링 플라스틱층(138)의 결합면적을 증가시킴으로써 상호간의 결합력을 증가시킬 수 있다. 홈(137a)은 점 모양, 직선 모양, 곡선 모양 등 홈(137a)이 없는 경우에 비해 심재(137)의 표면적을 증가시킬 수 있는 것이면 모두 가능하다. 심재(137)의 표면에 돌기들을 형성할 수 있는 데, 이 경우 돌기들 사이가 홈(137a)에 해당한다.

도 15는 도 14에 나타낸 플라스틱 구면블록의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라 심재(137)로는 통공(137b)이 상하로 형성되어 있는 것을 사용할 수 있다. 통공(137b)은 중앙부에 1개 또는 좌우 대칭으로 여러 개 형성될 수 있다. 이렇게 하는 경우, 심재(137) 상면 쪽의 엔지니어링 플라스틱층(138)과 심재(137) 저면 쪽의 엔지니어링 플라스틱층(138)이 통공(137b)을 통해 서로 연결되어 엔지니어링 플라스틱층(138)은 심재(137)와 더욱 견고하게 결합된 상태를 유지한다.

도 16은 본 발명에 따른 스페리컬 베어링의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

도 16은 구면블록(130)의 상면과 하면 모두에 불록구면(132, 132a)이 형성되고, 하중전달부재(150)의 저면에는 볼록구면(132a)에 대응되는 구면홈(151)이 더 형성되어 있는 스페리컬 베어링(106)을 도시하고 있다.

도 16에서, 구면홈부재(110)는 기초너트(N)와 볼트(B)를 통해 교각 등의 하부구조물(51)에 고정되어 있고, 하중전달부재(150)는 기초너트(N)와 볼트(B)를 통해 교량상판 등의 상부구조물(52)에 고정되어 있다. 경우에 따라 기초너트(N)와 볼트(B) 대신에 기초볼트와 너트가 이용될 수 있다. 어떤 경우에는, 구면홈부재(110)와 하중전달부재(150)는 용접에 의해 하구부조물(51)과 상부구조물(52)에 고정될 수도 있다. 여타의 고정방법이 이용될 수 있음은 물론이고, 2이상의 고정방식이 혼용될 수도 있다. 이는 본 발명의 여타의 실시예들에서도 마찬가지이다.

도 16에 나타낸 스페리컬 베어링(106)은 특별히 펜듈럼 베어링(pendulum bearing)이라 칭해지기도 한다. 상하 양측의 볼록구면(132, 132a)은 곡률반경을 서로 같게 하거나 다르게 하여 만들어질 수 있다. 도 16에 나타낸 바와 같은 스페리컬 베어링(106)에서, 구면홈부재(110)의 상면과 하중전달부재(150)의 저면에는 크롬도금층(114, 153)을 형성한다.

앞 실시예의 스페리컬 베어링들이 복원력을 가지지 않는 반면에, 도 16에 나타낸 스페리컬 베어링(106)은 상하부 접촉면이 모두 구면으로 되어 있어, 지진 시 수평변위가 발생되면 상부구조물의 중력과 볼록구면(132, 132a)과 구면홈(112, 151)의 작용에 의한 수평방향의 복원력을 가진다.

수평방향 복원력의 크기 조정은 볼록구면(132, 132a)과 구면홈(112, 151)의 곡률반경의 크기를 조정하는 것으로 가능하다.

도 17은 도 2에 나타낸 스페리컬 베어링이 상하로 뒤집힌 상태를 나타낸 단면도이다.

도 17에 나타낸 바와 같이 구면홈부재(110)가 플라스틱 구면블록(130) 위에 배치되고, 하중전달부재(150)가 플라스틱 구면블록(130) 아래쪽에 배치된 상태로 사용될 수 있다. 이 실시 예에서, 플라스틱 구면블록(130)의 볼록구면(132)은 위로 볼록하게 형성되어 있다.

이 경우, 구면홈부재(110)는 교량 상판 등의 상부구조물에 연결되고, 하중전달부재(150)는 교각 등의 하부구조물에 연결된다. 이에 따라 플라스틱 구면블록(130)은 하중전달부재(150)의 상면에 설치된 미끄럼재(152)를 타고 좌우 또는 전후로 이동하며, 상부구조물 및 상부구조물에 연결된 구면홈부재(110)의 상하 방향 회전은 플라스틱 구면블록(130)의 볼록구면(132)에서 받아준다.

하중전달부재(150)는 플라스틱 구면블록(130)을 통해 전달되어 온 상부구조물의 하중을 하부구조물로 전달한다.

나머지는 도 2를 통해서 설명한 것과 같다.

도 3 내지 13 및 도 16을 통해 설명한 여타의 스페리컬 베어링들 역시 도 17에 나타낸 바와 같이 상하로 뒤집힌 상태로 사용될 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른 구면블록의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.

경우에 따라, 구면블록(130)의 상, 하의 마찰표면에 작은 홈(133)들을 형성하고, 이 홈(133)에 그리스 등의 윤활제(133a)를 채워서 접촉면에서의 원활한 윤활이 이루어지도록 할 수 있다. 도 18에 나타낸 것은 마찰계수가 큰 엔지니어링 플라스틱으로 된 것에서 특히 유용하다.

나머지는 앞에서 설명한 것과 같다.

본 발명은 스페리컬 베어링의 크기를 감소시키고, 제조단가를 감소시키고, 제작의 용이성을 증가시키고, 제품의 성능을 향상시키는 데에 이용될 수 있다.

100 ~ 106: 스페리컬 베어링 110: 구면홈부재
112: 구면홈 118, 154: 돌출부
119, 156: 홈 130: 플라스틱 구면블록
132: 볼록구면 134: 평면
135: 접촉판 137: 심재
138: 엔지니어링 플라스틱층 150: 하중전달부재

Claims (22)

1. 상부구조물과 하부구조물 사이에 설치되어 상기 상부구조물을 상기 하부구조물에 지지하기 위한 스페리컬 베어링에 있어서,
   플라스틱으로 되고 상방 또는 하방으로 볼록한 볼록구면을 구비하는 플라스틱 구면블록;
   상기 볼록구면이 결합되어 면접촉하는 구면홈을 구비하고 상기 플라스틱 구면블록에 대하여 회전을 허용하는 구면홈부재; 및
   상기 플라스틱 구면블록을 사이에 두고 상기 구면홈부재 반대편에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 상기 플라스틱 구면블록으로 전달하거나 상기 플라스틱 구면블록으로부터 전달받아 상기 하부구조물로 전달하는 하중전달부재를 구비하고,
   상기 구면홈부재 및 상기 하중전달부재와 마찰을 일으키는 상기 플라스틱 구면블록의 마찰표면이 경도 75D 내지 95D의 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 것이고,
   상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것임을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
2. 제1항에 있어서, 상기 마찰표면의 경도는 83D 내지 85D인 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
3. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 정적 마찰계수는 0.1보다 작은 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
4. 제3항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 상기 마찰표면에는 홈들이 형성되어 있고, 상기 홈에는 윤활제가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
5. 제1항에 있어서, 상기 마찰표면과 접촉하는 상기 구면홈부재 또는 상기 하중전달부재의 표면에는 스테인리스 스틸판이 설치되거나 크롬도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링
6. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 상기 볼록구면 반대면은 평면을 이루는 상기 마찰표면을 구비하고, 상기 하중전달부재는 상기 평면을 이루는 상기 마찰표면에 면접촉된 상태로 상기 플라스틱 구면블록에 대해 좌우 및 전후의 양 방향으로 상대적인 수평이동이 가능한 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
7. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 상기 볼록구면 반대면은 평면을 이루는 상기 마찰표면을 구비하고, 상기 하중전달부재는 상기 평면을 이루는 상기 마찰표면에 면접촉된 상태로 상기 플라스틱 구면블록에 대해 좌우 또는 전후의 일 방향으로 상대적인 수평이동이 가능하고, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재의 전후 또는 좌우 양 측의 대응위치에는 상기 구면홈부재에 대한 상기 하중전달부재의 상기 일 방향으로의 수평이동을 안내하고 상기 일 방향에 수직한 방향으로의 수평이동은 방지하는 안내부와 피안내부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
8. 제7항에 있어서, 상기 안내부와 상기 피안내부는 직선으로 형성된 홈과 상기 홈에 삽입된 돌출부인 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
9. 제7항에 있어서, 상기 안내부 또는 상기 피안내부의 측면은 원호형으로 측방으로 볼록하게 돌출되거나 오목하게 패어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
10. 제1항에 있어서, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재의 전후 또는 좌우 양 측의 대응위치에는 상하방향으로 서로 걸림으로써 상기 하중전달부재와 상기 구면홈부재가 상하 방향으로 서로 이탈하는 것을 방지하기 위한 걸림턱과 피걸림턱이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
11. 제1항에 있어서, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재의 대응위치에는 제1링홈과 제2링홈이 각각 형성되어 있고, 상기 제1링홈과 상기 제2링홈에는 일부는 상기 제1링홈에 삽입되고 일부는 상기 제2링홈에 삽입되어 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재 상호간의 수평이동을 제한하는 링부재가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
12. 제11항에 있어서, 상기 링부재는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
13. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록 전체가 상기 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
14. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상이고, 밀도는 1.14 - 1.15 g/㎤이고, 압축강도는 950 - 1,100 ㎏/㎠ 인 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
15. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 볼록구면과 상기 볼록구면 반대면에 형성되고 표면에 요철들이 형성된 요철면을 갖는 금속제 본체와 상기 요철면에 장착된 상기 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 접촉판을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
16. 제15항에 있어서, 상기 볼록구면의 표면에는 크롬도금층이 형성되어 있고, 상기 구면홈의 표면에는 요철들이 형성된 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
17. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록은 금속으로 된 심재와 상기 심재를 둘러싸는 엔지니어링 플라스틱층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
18. 제17항에 있어서, 상기 심재에는 홈 또는 통공이 형성되어 있고, 상기 엔지니어링 플라스틱은 상기 홈 또는 통공으로 압입되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
19. 제1항에 있어서, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재 중 하나에는 가장자리를 따라 상방 또는 하방으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 구면홈부재와 상기 하중전달부재 중 다른 하나와 상기 돌출부 사이에 상기 구면홈부재에 대해 상기 하중전달부재를 적어도 일 수평방향으로 탄력적으로 지지하는 수평탄성기구가 설치된 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
20. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 상하 양면 모두 볼록구면을 이루는 상기 마찰표면을 구비하고, 상기 하중전달부재는 상기 상하 양면 중 어느 하나의 상기 볼록구면을 이루는 상기 마찰표면에 면접촉되는 구면홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
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