KR101357272B1 - 토압 전파 억제 링체와 그 설치 구조, 디스크 커터 및 전륜 장치 - Google Patents
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Abstract
[과제] 간단한 가공 공정으로, 부품 공차 및 조립 공차에 의한 치수의 편차에 의한 간섭을 일으키지 않고, 내측에 배치된 회전 슬라이딩부로의 토압의 전파를 억제한다. [해결 수단] 토압 전파 억제 링체(10)를 장착측 대상물인 스페이서(8)에 유지하기 위한 탄성체로 이루어진 제 1 링부(12)와, 이 제 1 링부(12)의 측면에 고착되고 상기 상대측 대상물과의 사이에서 상대 회전 가능한 금속으로 이루어진 제 2 링부(13)를 구비하는 것으로 해서 제 2 링부(13)의 표면 거칠기를 상대측 대상물에 접한 상태에서도 누수를 허용하는 정도의 면 거칠기로 한다.
토압 전파 억제 링체, 설치 구조, 디스크 커터, 전륜 장치
Description
본 발명은 디스크 커터, 전륜 장치 등의 기기 내측에 배치된 회전 슬라이딩부로의 토압의 전파를 억제하는 토압 전파 억제 링체와 그 설치 구조, 및 그 토압 전파 억제 링체가 장착되어 이루어진 디스크 커터 및 전륜 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 터널 기계의 커터 헤드에 장착된 디스크 커터나 불도저 등의 건설 기계에 장착되는 전륜 장치는 토사, 진흙, 물 등과 접촉하는 장소에서 사용되기 때문에 이들 장치 축회전부에는 그것들 토사, 진흙, 물 등이 침입하는 것을 방지함과 아울러 내부에 충전되어 있는 그리스나 오일의 누설을 방지하기 위해서 플로팅 씰이 장착되어 있다. 또한, 이 플로팅 씰의 씰면의 침입 토사에 의한 손상을 적게 하기 위해서 플로팅 씰의 외측에 래버린스(labyrinth)부를 설치하여 플로팅 씰에 토사 등의 이물이 침입하기 어렵도록 되어 있다(일본 실용신안 공개 평5-90051호 공보 참조).
또한, 플로팅 씰로의 토사의 침입을 더욱 억제하기 위해서 래버린스부에 보 조 씰을 형성하는 구조도 알려져 있다(일본 특허 제2939924호 공보 참조).
그러나, 이와 같이 보조 씰을 형성하는 구조의 것에서는 보조 씰 슬라이딩면의 면 거칠기를 극히 작게 할 필요가 있고, 통상은 면 거칠기가 1.6S∼6.3S 정도가 되도록 표면을 기계 가공할 필요가 있다.
또한, 보조 씰이 씰 기능을 발휘하기 위해서는 씰의 패스닝 마진(fastening margin)[콜랩싱 마진(collapsing margin)]이 필요하지만 이 씰의 패스닝 마진에 의해 씰 슬라이딩 저항이 발생하여 회전 저항이 커지게 된다. 예를 들면, 디스크 커터의 경우 기동 토크가 커져서 커터의 편마모가 발생하기 쉬워진다는 문제점이 있다.
또한, 일본 특허 제2939924호 공보에 개시된 보조 씰로서의 O링 대신에 보다 내구성이 높은 메탈 씰을 사용하는 것도 고려된다. 그러나, 이 경우에는 씰의 슬라이딩면에 경도가 극히 높은 재료를 사용하고, 또한 슬라이딩면의 면 거칠기를 보다 정밀도 좋게(통상은 0.05S∼0.8S 이하) 마무리할 필요가 있어 한층 제작 비용이 증대한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 슬라이딩면의 면 거칠기 정밀도를 그다지 필요로 하지 않고, 회전 저항을 크게 하지 않고, 내측에 배치된 플로팅 씰 등의 씰의 수명을 향상시킬 수 있는 토압 전파 억제 링체와 그 설치 구조 및 그 링체가 장착되어 이루어진 디스크 커터 및 전륜 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서 제 1 발명에 의한 토압 전파 억제 링체는,
서로 상대 회전하는, 링체를 장착하는 제 1 대상물과 그 제 1 대상물의 상대측인 제 2 대상물의 서로 대향하는 벽면 사이에 장착되고, 상기 링체의 장착부보다 내측에 배치된 회전 슬라이딩부로의 토압의 전파를 억제하는 링체로서,
상기 링체는 이 링체를 상기 제 1 대상물에 유지하기 위한 탄성체로 이루어진 제 1 링부와, 상기 제 1 링부의 측면에 고착되어 상기 제 2 대상물과의 사이에서 상대 회전 가능한 금속으로 이루어진 제 2 링부를 구비하고, 상기 제 2 링부의 표면 거칠기는 이 제 2 링부가 상기 제 2 대상물에 접한 상태에서도 누수를 허용하는 정도의 면 거칠기인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 제 1 발명에 있어서, 상기 제 2 링부의 표면의 면 거칠기는 12.5S 이상이면 충분하다(제 2 발명).
또한, 제 3 발명에 의한 토압 전파 억제 링체의 설치 구조는,
제 1 발명 또는 제 2 발명에 의한 토압 전파 억제 링체의 설치 구조로서,
상기 제 2 링부의 적어도 직경 방향 벽면과 그것에 대향하는 상기 제 2 대상 물의 벽면 사이에 미소 간극을 갖고, 이 미소 간극이 대향하는 벽면의 기계 가공 오차를 허용하는 최소한의 간극인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 제 4 발명에 의한 디스크 커터는,
제 1 발명 또는 제 2 발명에 의한 토압 전파 억제 링체가 장착되어 이루어진 디스크 커터로서,
커터 링을 가진 허브와,
상기 허브를 회전 가능하게 지지하는 샤프트와,
상기 샤프트를 회전 불가능하게 지지하는 리테이너를 갖고,
상기 제 1 대상물은 상기 리테이너측 부재 및 상기 허브측 부재 중 어느 한쪽이며, 상기 제 2 대상물은 상기 리테이너측 부재 및 상기 허브측 부재 중 다른쪽인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 제 5 발명에 의한 전륜 장치는,
제 1 발명 또는 제 2 발명에 의한 토압 전파 억제 링체가 장착되어 이루어진 전륜 장치로서,
롤러와,
상기 롤러를 회전 가능하게 지지하는 샤프트와,
상기 롤러를 회전 불가능하게 지지하는 브래킷을 갖고,
상기 제 1 대상물은 상기 브래킷측 부재 및 상기 롤러측 부재 중 어느 한쪽이며, 상기 제 2 대상물이 상기 브래킷측 부재 및 상기 롤러측 부재 중 다른쪽인 것을 특징으로 하는 것이다.
제 1 발명에 의하면, 링체를 장착하는 제 1 대상물의 상대측인 제 2 대상물과 슬라이딩 또는 대향하는 부분이 금속으로 이루어진 제 2 링부로 구성되어 있고, 이 제 2 링부가 탄성체로 이루어진 제 1 링부에 고착되어 있으므로 제 2 대상물의 부품 공차 및 조립 공차에 의한 치수의 편차를 제 1 링부에서 흡수하여 회전부의 움직임에 추종시킬 수 있다. 또한, 제 2 링부의 슬라이딩부 또는 대향부에 경면 가공과 같은 특별한 가공 정밀도를 필요로 하지 않고, 내측에 배치된 회전 슬라이딩부로의 토압의 전파를 억제할 수 있다. 또한, 보조 씰을 형성한 경우와 같이 회전 저항을 증대시키지 않는다.
또한, 제 2 링부를 구성하는 금속의 표면 거칠기는 제 2 대상물에 접한 상태에서도 누수를 허용하는 정도의 면 거칠기로 좋고, 경도도 비교적 낮은 재료를 이용할 수 있기 때문에 가공이 용이해서 염가에 제작할 수 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서의 제 2 링부의 표면 거칠기를 구체적인 수치로 나타냄으로써 발명을 특정한 것이다. 제 2 발명에 의하면, 제 2 링부를 구성하는 금속의 표면 거칠기가 12.5S 이상이면 좋고, 경도도 비교적 낮은 재료를 이용할 수 있기 때문에 가공이 용이해서 염가에 제작할 수 있다.
본 발명의 토압 전파 억제 링체는 디스크 커터(제 4 발명)나 전륜 장치(제 5 발명)와 같은 토압이 작용하는 환경하에서 이용할 수 있고, 또한, 외력에 의해서만 회전 가능한(즉, 스스로 능동적으로 회전할 수 없음) 장치에 이용하는데에도 특히 적합하다.
이어서, 본 발명에 의한 토압 전파 억제 링체, 디스크 커터 및 전륜 장치의 구체적인 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1에는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 디스크 커터의 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 A부 확대도가 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 본 실시형태에 있어서의 링체의 사시도가 도시되어 있다.
본 실시형태는 터널 굴착기의 커터 헤드에 장착되는 디스크 커터에 적용된 예를 나타낸 것이다. 본 실시형태의 디스크 커터(1)는 도시되지 않은 커터 헤드에 부착된 한쌍의 리테이너(2, 2)와, 이들 리테이너(2, 2)에 볼트(3)에 의해 고정되는 샤프트(4)를 구비하고 있다. 샤프트(4)의 외주에는 베어링(5, 5)을 통해 허브(6)가 회전 가능하게 지승(支承)되고, 허브(6)의 외주에 커터 링(7)이 회전 불가능하게 지지되어 있다. 또한, 허브와 커터 링은 일체로 형성해도 좋다.
상기 허브(6)의 내주측의 외단부에는 링상의 스페이서(8, 8)가 삽입되고, 허브(6)에 대하여 회전 불능 그리고 수밀(水密)로 고정되어 있다. 이 스페이서(8, 8)는 내주측의 단부가 바깥쪽을 향해서 돌출 형성되고, 이 돌출부(8A)가 그것에 대향하는 리테이너(2)의 오목부(2A)내에 인입되도록 배치되어 있다. 그리고, 스페이서(8)의 돌출부(8A) 내주벽과 리테이너(2)의 오목부(2A) 내주벽 사이에 메인 씰로서의 플로팅 씰(9)이 장착되어 있다. 이 플로팅 씰(9)은 서로 슬라이딩하는 씰면을 가진 한쌍의 씰 링(9a, 9a)과, 한쪽 씰 링(9a)의 외주면과 리테이너(2) 사이, 다른쪽 씰 링(9a)의 외주면과 스페이서(8) 사이에 각각 협지된 한쌍의 O링(9b, 9b)에 의해 구성되고, 리테이너(2)에 대한 스페이서(8)[허브(6)]의 회전을 허용하고, 그리고 씰 기능을 발휘하도록 구성되어 있다.
상기 플로팅 씰(9)의 외주측이며 고정측인 리테이너(2)와, 회전측인 허브(6) 및 스페이서(8) 사이에는 래버린스가 형성되어 있고, 이 래버린스의 도중(途中)에 본 발명에 의한 토압 전파 억제 링체(이하, "링체"라 함)(10)가 장착되어 있다. 이하에 이 링체(10)의 상세 구조에 대해서 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 링체(10)는 리테이너(2)의 외주부에 형성된 돌출부(2B)의 내주벽(2a)과 스페이서(8)의 돌출부(8A) 외주벽(8a) 사이에 형성된 환상 공간(11)에 장착되어 있다. 이 링체(10)는 탄성체로 이루어진 단면 구형상의 제 1 링부(12)와, 이 제 1 링부(12)의 측벽(12a)에 그 측벽(13a)이 가황 접착에 의해 고착되는 금속재로 이루어진 단면이 구(矩)형상인 제 2 링부(13)에 의해 구성되어 있다. 여기서, 제 1 링부(12)의 외경은 제 2 링부(13)의 외경보다도 조금 크게 되도록 양자가 고착되어서 일체화되어 있다. 또한, 탄성체로서는, 예를 들면 경도 55°의 니트릴 고무가 사용된다. 또한, 금속재로서는, 예를 들면 SS400재로 충분하고, 그 표면 거칠기는 50S∼10OS 정도로 좋다. 즉, 본 실시형태에 의한 링체(10)로 사용되는 금속재는 종래의 메탈 씰에 비해 경도가 낮은 저속 재료로 좋고, 또한 표면 거칠기도 거칠어서 좋기 때문에 가공이 용이하여 극히 염가에 제작할 수 있다.
제 1 링부(12)의 외주벽(12b) 및 가황 접착되지 않은 측의 측벽(12c)은 리테이너(2)의 돌출부(2B) 내주벽(2a) 및 그 내주벽(2a)에 연설(連設)된 단부(段部)(2C)의 측벽(2c)에 삽입됨으로써 링체(10)가 리테이너(2)에 유지되어 있다. 즉, 링체(10)는 제 1 링부(12)에 의해 리테이너(2)에 탄성적으로 유지되어 있다. 그리고, 제 1 링부(12)의 내주벽(12d)과 스페이서(8)의 돌출부(8A) 외주벽(8a) 사이에 소요(所要)의 간극(C1)(본 실시형태에서는 1㎜ 정도의 간극)이 형성되어 래버린스의 일부가 형성되도록 되어 있다. 또한, 제 2 링부(13)의 외주벽(13b)과 그것에 대향하는 리테이너(2)의 돌출부(2B) 내주벽(2a) 사이에는 미소 간극(C2)이 형성되고, 내주벽(13c)과 그것에 대향하는 스페이서(8)의 돌출부(8A) 외주벽(8a) 사이에도 미소 간극(C2)이 형성되어서 슬라이딩 저항이 발생하지 않도록 되어 있다. 이 미소 간극(C2)은 부품 공차, 조립 공차에 의한 치수의 편차에 대응해서 제 2 링부(13)의 직경 방향으로의 동작 마진을 확보하기 위한 간극으로서 대향하는 벽면의 기계 가공 오차를 허용하는 최소한의 크기이며, 본 실시형태에서는 0.1㎜ 정도로 설정되어 있다.
이에 대하여, 제 2 링부(13)의 가황 접착되지 않은 측의 측벽(13d)과, 거기에 대향하는 스페이서(8)의 외측벽(8b) 사이에는 본 실시예에서는 0.5㎜의 미소 간극(C3)이 형성되어 있고, 링체(10)의 장착에 의한 허브(6)[스페이서(8)]의 회전 저항의 증대를 방지하고 있다. 또한, 이 미소 간극을 형성하지 않고, C3이 노미널에서 0이 되도록 설정해도 좋다. 이 경우에는 노미널 값에서는 스페이서(8)와 링체(10) 사이에는 패스닝 마진도 간극도 없도록 설정되게 되고, 링체(10)의 장착에 의한 허브(6)[스페이서(8)]의 회전 저항의 증대가 방지된다.
여기서, 전술한 바와 같이, 상기 제 2 링부(13)를 구성하는 금속재의 면 거칠기는 50S∼100S이면 충분하고, 적어도 12.5S 이하로 마무리할 필요는 없다. 또한, 제 2 링부(13)와 대향하는 스페이서(8) 측벽(13d)의 면 거칠기도 50S∼100S 정도로 좋다. 따라서, 이 제 2 링부(13)의 내측벽(13d)과 스페이서(8)의 외측벽(8b) 사이에는 0.5㎜의 미소 간극이 있어 누수를 허용하는(지수 기능을 갖지 않음) 것이 된다. 또한, 미소 간극을 노미널에서 0으로 설정한 경우에 있어서도 노미널에서는 접촉하지만 이 상태에 있어서도 누수를 허용하는(지수 기능을 갖지 않음) 것이 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 리테이너(2)의 돌출부(2B)의 측벽(2b)과 스페이서(8)의 측벽(8b) 사이에 형성되는 래버린스의 간극은 2㎜ 정도로 설정되고, 스페이서(8)의 돌출부(8A)의 측벽(8c)과 그것에 대향하는 리테이너(2)의 측벽(2d) 사이에 형성되는 래버린스의 간극은 3㎜ 정도로 설정되어 있다.
본 실시형태의 링체(10)에 의하면, 링체(10)를 장착하는 제 1 대상물인 리테이너(2)의 장착면도, 제 1 대상물의 상대측인 제 2 대상물인 스페이서(8)의 대항면도, 50S∼100S 정도의 면 거칠기로 가공하면 좋고, 통상의 회전 씰의 접촉면의 면 거칠인 1.6S∼6.3S로 마무리하는 것에 비해 가공이 대폭 간소화될 수 있다. 또한, 링체(10)의 장착에 의한 회전 저항의 증대도 방지할 수 있다.
또한, 리테이너(2)와 스페이서(8)[허브(6)]의 축방향에 있어서의 상대 위치는 베어링(5)의 프리로드 조정 때문에 노미널 치수에 대하여 차이가 커지는 경우가 많다. 이러한 경우에 있어서도, 그 차이를 제 1 링부(12)의 탄성 변형으로 흡수할 수 있다.
도 4에는 상기 제 1 실시형태의 변형예에 의한 디스크 커터의 단면도가 도시되어 있다.
상기 제 1 실시형태에서는 링체(10)를 고정측인 리테이너(2)에 고정한 예에 대해서 설명했지만 본 변형예의 디스크 커터(1')에서는 링체(10)를 회전측인 스페이서(8')에 고정한 예를 나타낸 것이다. 따라서, 리테이너(2'), 스페이서(8') 형상의 점 및 링체(10)가 회전되는 점이 상기 제 1 실시형태의 것과 다르지만 그 이외의 부분에 대해서는 제 1 실시형태의 것과 기본적으로 다른 바가 없다. 따라서, 제 1 실시형태와 동일 또는 대응하는 부분에는 도면에 동일 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략하는 것으로 한다. 이와 같이, 링체(10)는 고정측에 장착해도, 회전측에 장착해도, 마찬가지 작용 효과를 나타내는 것이다.
상기 제 1 실시형태나 그 변형예에 있어서는 허브(6)내로의 베어링(5) 조립의 관계상, 허브(6)에 스페이서(8) 또는 스페이서(8')를 고정하고, 스페이서(8 또는 8')와 리테이너(2) 사이에 링체(10)를 설치하는 구성으로 했다. 그러나, 스페이서(8, 8')가 필요하지 않은 경우에는 허브(6)와 리테이너(2) 사이에 링체(10)를 설치하면 좋다. 또한, 역으로 리테이너에 스페이서를 고정하는 구조도 고려되지만 이 경우에는 허브와 스페이서 사이에 링체(10)를 설치하면 좋다. 본 발명에 있어서 "허브측 부재"는 허브 자체, 또는 허브에 고정되는 스페이서 등의 허브 이외의 부재를 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 있어서 "리테이너측 부재"는 리테이너 자체, 또는 리테이너에 고정되는 스페이서 등의 리테이너 이외의 부재를 포함하는 것이다.
[제 2 실시형태]
도 5에는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 전륜 장치의 단면도가 도시되어 있다. 본 실시형태는 불도저 등의 건설 기계의 전륜 장치에 적용된 예를 나타낸 것이다.
본 실시형태의 전륜 장치(20)는 차체측에 회전 불가능하게 설치된 브래킷(21)과, 이 브래킷(21)에 회전 불가능하게 지지되는 샤프트(22)와, 이 샤프트(22)에 베어링(23)을 통해 회전 가능하게 지승(支承)되는 롤러(24)을 구비하고, 이 롤러(24)에 의해 도시되지 않은 리대(履帶)를 안내하도록 구성되어 있다. 브래킷(21)과 롤러(24) 사이에는 토사의 침입을 방지함과 아울러 축 주변에 충전되어 있는 오일의 누설을 방지하기 위한 플로팅 씰(25)이 장착되어 있다.
상기 플로팅 씰(25)의 외주측에는 래버린스가 형성되고, 그 래버린스에 본 발명에 의한 링체(10)가 장착되어 있다. 이 링체(10)의 구조는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로서 브래킷(21)에 고착되는 탄성체로 이루어진 제 1 링부(12)와, 이 제 1 링부(12)에 고착되는 금속재로 이루어진 제 2 링부(13)에 의해 구성되어 있다.
본 실시형태에 있어서도 제 1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과를 달성하는 것이다. 물론, 이 링체(10)는 브래킷(21)측이 아니고, 롤러(24)측에 장착될 수도 있다. 본 발명에 있어서 "브래킷측 부재"는 브래킷 자체, 또는 브래킷에 고정되는 스페이서 등의 브래킷 이외의 부재를 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 있어서 "롤러측 부재"는 롤러 자체, 또는 롤러에 고정되는 스페이서 등의 롤러 이외의 부재 를 포함하는 것이다.
본 발명의 링체(10)는 상술한 디스크 커터나 전륜 이외의 다양한 장치에도 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
본 발명의 토압 전파 억제 링체는 터널 기계의 커터 헤드에 장착되는 디스크 커터나 불도저 등의 건설 기계의 전륜 장치에 적용하는데도 특히 적합하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 디스크 커터의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부 확대도이다.
도 3은 본 실시형태에 있어서의 링체의 사시도이다.
도 4는 제 1 실시형태의 변형예에 의한 디스크 커터의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 전륜 장치의 단면도이다.
Claims (5)
- 서로 상대 회전하는, 링체를 장착하는 제 1 대상물과 그 제 1 대상물의 상대측인 제 2 대상물의 서로 대향하는 벽면 사이에 장착되고, 상기 링체의 장착부보다 내측에 배치된 회전 슬라이딩부로의 토압의 전파를 억제하는 링체로서,상기 링체는 이 링체를 상기 제 1 대상물에 유지하기 위한 탄성체로 이루어진 제 1 링부와, 상기 제 1 링부의 측면에 고착되어 상기 제 2 대상물과의 사이에서 상대 회전 가능한 금속으로 이루어진 제 2 링부를 구비하고, 상기 제 2 링부의 표면 거칠기는 이 제 2 링부가 상기 제 2 대상물에 접한 상태에서도 누수를 허용하는 12.5S~100S의 면 거칠기인 것을 특징으로 하는 토압 전파 억제 링체.
- 삭제
- 제 1 항에 기재된 토압 전파 억제 링체의 설치 구조로서,상기 제 2 링부의 적어도 직경 방향 벽면과 그것에 대향하는 상기 제 2 대상물의 벽면 사이에 미소 간극을 갖고,이 미소 간극이 대향하는 벽면의 기계 가공 오차를 허용하는 최소한의 0.1mm의 간극인 것을 특징으로 하는 토압 전파 억제 링체의 설치 구조.
- 제 1 항에 기재된 토압 전파 억제 링체가 장착되어 이루어진 디스크 커터로서:커터 링을 가진 허브와,상기 허브를 회전 가능하게 지지하는 샤프트와,상기 샤프트를 회전 불가능하게 지지하는 리테이너를 갖고,상기 제 1 대상물은 상기 리테이너측 부재 및 상기 허브측 부재 중 어느 한쪽이며, 상기 제 2 대상물은 상기 리테이너측 부재 및 상기 허브측 부재 중 다른쪽인 것을 특징으로 하는 디스크 커터.
- 제 1 항에 기재된 토압 전파 억제 링체가 장착되어 이루어진 전륜 장치로서,롤러와,상기 롤러를 회전 가능하게 지지하는 샤프트와,상기 롤러를 회전 불가능하게 지지하는 브래킷을 갖고;상기 제 1 대상물은 상기 브래킷측 부재 및 상기 롤러측 부재 중 어느 한쪽이며, 상기 제 2 대상물은 상기 브래킷측 부재 및 상기 롤러측 부재 중 다른쪽인 것을 특징으로 하는 전륜 장치.
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