KR20050064868A - 미세그루브를 갖는 부시타입 베어링 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

굴삭기, 스키드 스티어로더 등과 같은 산업용 차량의 관절운동부에 설치되는 부시타입 베어링 및 그 제조방법이 개시된다. 부시타입 베어링은 축이 끼워져 지지되는 내경부를 갖추고 있고, 내경부의 내주면에는 나선형 미세그루브가 서로 교차되게 형성되어 있으며, 나선형 미세그루브는 축과의 사이로 유입되는 이물질을 내경부의 트인 양쪽으로 안내하여 배출시킨다. 그리고 제조방법은 탄소강을 재료로 내경부를 갖는 부시타입 가공물로 기계가공하고, 나선형 돌기를 갖는 전조 다이를 내경부의 일측으로 삽입한 후 회전시켜서 내경부의 주면에 제 1의 나선형 미세그루브를 형성하며, 전조 다이를 내경부의 타측으로 삽입한 후 회전시켜서 미리 형성된 제 1의 나선형 미세그루브와 교차되는 제 2의 나선형 미세그루브를 형성한다. 그리고 가공물의 내, 외면에 질화층을 형성하는 열처리하고, 가공물 내, 외면에 윤활재 피막을 형성한다. 베어링의 내주면에 이물질을 배출할 수 있는 미세그루브를 형성함으로써 이물질로 인한 마모가 방지된다. 또한, 미세그루브에 오일을 저장할 수 있으므로 우수한 마찰특성도 갖는다.

Description

미세그루브를 갖는 부시타입 베어링 및 그 제조방법{BUSH TYPE BEARING WITH FINE GROOVE AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}

본 발명은 부시타입 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축회전부를 배치되어 축과 축구멍과의 마찰저항을 저감시키는 부시타입 베어링 및 그 제조방법에 관한 것이다.

굴삭기, 스키드 스티어로더 등과 같은 산업용 차량은 다수의 축회전부를 가지고 있으며, 이러한 축회전부에는 통상적으로 축과 축구멍 사이에 배치되어 축과 축구멍과의 마찰저항을 저감시키는 부시타입 베어링이 설치된다.

한편, 부시타입 베어링(이하, "베어링"이라 칭함)은 열악한 환경에서 작업하는 산업용 차량의 특수성을 고려해서 내식성, 내마모성 등이 우수해야 하며, 따라서 높은 강도를 갖는 탄소강으로 이루어진다. 특히, 베어링은 높은 경도를 갖도록 표면 처리, 예를 들면 침탄 열처리 또는 고주파 처리되며, 이에 따라 유입되는 이물질과 부식성 물질로부터 쉽게 마모되지 않고 부식되지 않는다.

그런데, 침탄 열처리된 베어링은 경도가 높기는 하나, 그 보다 높은 경도를 갖는 고경도의 이물질, 예를 들어 모래입자(규사)가 내경부 습동면으로 유입되었을 때, 유입된 모래입자로 인해 쉽게 마모되는 단점이 있다. 또한, 고주파 처리된 베어링은 경도는 높으나, 부식이 잘되는 마르텐사이트 조직으로 이루어지므로 해수와 같은 부식성 환경에서 쉽게 부식되는 단점이 있다.

이러한 단점들은 베어링의 마모를 촉진시킬 뿐만 아니라 베어링이 설치된 축을 마모시키는 결과를 초래한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 내경부의 습동면으로 유입된 이물질이 외부로 쉽게 배출되게 함으로써 이물질로 인한 마모를 최대한으로 저감시킬 수 있는 부시타입 베어링 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 내식성을 갖게 함으로써 해수와 같은 부식성 환경에서도 쉽게 부식되지 않게 구성된 부시타입 베어링 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부시타입 베어링은 축이 끼워져 지지되는 내경부를 갖추고 있고, 상기 내경부의 내주면에는 나선형 미세그루브가 서로 교차되게 형성되어 있으며, 상기 나선형 미세그루브는 축과의 사이로 유입되는 이물질을 내경부의 트인 양쪽으로 안내하여 배출시키는 것을 특징으로 한다.

베어링의 내주면에 이물질을 배출할 수 있는 미세그루브를 형성함으로써 이물질로 인한 마모가 방지된다. 또한, 미세그루브에 오일을 저장할 수 있으므로 우수한 마찰특성도 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 부시타입 베어링 제조방법은, 탄소강을 재료로 내경부를 갖는 부시타입 가공물로 기계가공하는 단계; 나선형 돌기를 갖는 전조 다이를 상기 내경부의 일측으로 삽입한 후 회전시켜서 상기 내경부의 주면에 제 1의 나선형 미세그루브를 형성하는 단계; 상기 전조 다이를 상기 내경부의 타측으로 삽입한 후 회전시켜서 미리 형성된 상기 제 1의 나선형 미세그루브와 교차되는 제 2의 나선형 미세그루브를 형성하는 단계; 상기 가공물의 내, 외면에 질화층을 형성하는 열처리 단계; 및 상기 가공물 내, 외면에 윤활재 피막을 형성하는 단계로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 부시타입 베어링 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 부시타입 베어링의 구성을 나타내는 단면도이다. 이에 따르면, 본 발명의 베어링(10)은 축(S)이 끼워질 수 있는 내경부(12)를 갖추고 있으며, 내경부(12)의 내주면에는 환형의 저유홈(14)이 형성되어 있다. 환형의 저유홈(14)은 일측의 오일공급구멍(16)으로 주입된 오일을 저장하도록 구성되며, 저장된 오일을 내경부(12)의 내주면, 즉 습동면에 공급하도록 구성된다.

한편, 내경부(12)의 내주면에는 다수의 나선형의 미세그루브(18)가 서로 교차되게 형성되어 있다. 미세그루브(18)는 축(S)과 내경부(12)의 사이로 유입되는 이물질을 내경부(12)의 트인 양쪽으로 안내하여 배출시키는 것으로, 내경부(12)의 양측으로 트여 있다. 그리고 내경부(12)에 형성된 저유홈(14)과도 트이게 구성되어 저유홈(14)에 저장된 오일을 내경부(12)의 내주면으로 안내하도록 구성된다.

이러한 미세그루브(18)는 부분 확대도에서와 같이 삼각형상의 홈으로서, 내각(α)이 대략 90°각도로 구성되고, 깊이(d)는 0.1∼0.5mm 정도로 구성된다. 그리고 그루브(18)간의 교차 각도(θ)는 대략 45°∼ 75°각도를 이룸이 바람직하며, 그루브(18)간의 간격(P), 즉 피치(Pitch)는 1.5∼4.0mm정도로 구성됨이 바람직하다.

실험결과에 의하면, 미세그루브(18)의 형상이 90°각도를 이루는 삼각형상이고, 그 교차 각도(θ)는 45°∼ 75°정도이며, 서로 간의 간격(P)이 1.5∼4.0mm일 때, 유입된 이물질을 효과적으로 배출시킬 수 있는 것으로 나타났다.

그리고 베어링(10)의 내, 외면에는 윤활재 피막(20)이 형성되어 있다. 윤활재 피막(20)은 베어링(10)의 내식성 및 마찰특성을 향상시킨다. 여기서, 윤활재 피막(20)은 몰리설파이드(MoS2), 텅스텐설파이드(WS2) 등의 고체윤활재로 이루어지며, 침적법 또는 스프레이법에 의해 형성된다. 이러한 윤활재 피막(20)은 15㎛이상의 두께로 형성됨이 바람직하다.

이러한 구성의 부시타입 베어링에 의하면, 내경부(12)의 내주면에 형성된 미세그루브(18)를 통해, 축(S)과 내경부(12)의 사이로 유입된 고경도의 이물질을 효율적으로 배출시킴으로써 이물질로 인해 내경부(12)의 습동면이 마모되거나 손상되는 것이 최대한 방지한다. 또한, 형성된 미세그루브(18)를 통해, 저유홈(14)의 오일을 상기 습동면에 효과적으로 공급하므로 베어링(10)의 윤활특성도 높여준다.

이하에서는 이와 같은 구성을 갖는 부시타입 베어링의 제조방법을 도 2 내지 도 5를 참고로하여 상세하게 살펴본다. 먼저, 본 발명의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이 탄소강을 기계가공하여 부시타입 가공물(10′)로 가공하는 단계를 포함한다(S101). 이때, 가공물(10′)은 도 3에 도시된 바와 같이 내경부(12)와 내경부(12) 내주면의 저유홈(14) 및 저유홈(14)과 연통되는 오일공급구멍(16)을 형성함은 물론이다.

그리고 가공물(10′)의 형성이 완료되면, 이어서 전조 다이(Threading dies:30)를 이용하여 가공물(10′)의 내경부(12)에 나선형 미세그루브(18)를 형성한다(S103). 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 내경부(12)의 일측으로 전조 다이(30)를 삽입한 후, 상기 전조 다이(30)를 회전시켜 가공물(10′)의 내경부(12)에 나선형 미세그루브(18)를 형성하는 것이다. 이때, 전조 다이(30)의 외면에는 미세그루브(18)의 형상과 대응되는 돌기(32)들이 형성되어 있음은 물론이다.

한편, 가공물(10′)의 내주면에 나선형 미세그루브(18)가 형성되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 다시 내경부(12)의 타측으로 전조 다이(30)를 삽입하고 회전시켜, 미리 형성된 나선형 미세그루브(18)와 교차되는 나선형 미세그루브(18)를 형성한다(S105).

그리고 가공물(10′)의 내주면에 서로 교차되는 나선형 미세그루브(18)가 완전히 형성되면, 도 2에서와 같이 가공물(10′)의 내, 외면을 질화 열처리한다 (S107). 질화 열처리(S107)는 가공물(10′)의 내, 외면을 질화 열처리하여 경화시킴으로써 가공물(10′)의 강도를 더욱 증진시키는 단계이다. 이러한 질화 열처리 (S107)는 질화 열처리 중, 침류질화 또는 연질화 또는 가스질화 중 어느 하나를 실시하는 것이 바람직하다. 한편, 가공물(10′)의 내, 외면이 질화 열처리됨에 따라 가공물(10′)의 내, 외면 질화층이 형성되는데, 이때의 질화층 두께는 10㎛이상이며, 그 경도는 HV 550 이상이다.

그리고 가공물(10′)의 질화 열처리가 완료되면, 이어서 가공물(10′)의 내, 외면에 윤활재를 피막을 형성한다(S109). 윤활재 피막 형성(S109)은 가공물(10′)의 내식성 및 마찰특성을 향상시키는 단계로서, 가공물(10′)의 내, 외면에 고체윤활재를 뿌리거나 또는 가공물(10′)을 고체윤활재에 침적시키는 방법으로 시행한다. 이때에 사용되는 윤활재는 몰리설파이드(MoS2), 텅스텐설파이드(WS2) 등이 좋다. 한편, 윤활재 피막(20)은 15㎛이상의 두께로 형성됨이 바람직하다.

이상에서와 같이 여러 단계를 통하여 제조된 부시타입 베어링은 도 1에서와 같이 내경부(12)의 주면에 서로 교차되는 나선형 미세그루브(18)가 형성된다. 그리고 높은 경도를 가지면서 우수한 마찰특성을 갖게 된다.

다음으로, 도 6과 도 7에는 본 발명에 따른 부시타입 베어링의 다른 실시예의 제조방법을 나타내는 도면들이 도시되어 있다. 다른 제조방법은 너얼링 공구(Knurling tool:40)를 이용하여 베어링(10)의 내경부(12)에 나선형 미세그루브 (18)를 형성한다(S106).

즉, 도 7에 도시된 바와 같이 베어링(10)의 내경부(12)에 너얼링 공구(40)를 수용시킨 후, 수용된 너얼링 공구(40)를 내경부(12)의 내주면에 압착시킴으로써 베어링(10)의 내경부(12) 내주면에 서로 교차되는 나선형 미세그루브(18)를 형성하는 것이다. 이때, 너얼링 공구(40)의 외면에는 미세그루브(18)의 형상과 대응되는 돌기(42)형상이 형성되어 있음은 물론이다.

한편, 다른 실시예의 제조방법은 너얼링 공구(40)를 이용하여 베어링(10)의 내경부(12)에 나선형 미세그루브(18)를 형성한다는 것만 다를 뿐, 다른 공정은 상술한 실시예의 방법과 동일하다.

이와 같은 다른 실시예의 제조방법은 미세그루브(18) 형성 작업이 단순화 되므로 작업시간이 단축되고 생산성이 향상되는 장점을 갖는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 부시타입 베어링 및 그 제조방법는, 베어링의 내주면에 이물질을 배출할 수 있는 미세그루브를 형성함으로써 이물질로 인한 마모가 방지된다. 또한, 미세그루브에 오일을 저장할 수 있으므로 우수한 마찰특성도 갖는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 부시타입 베어링의 구성을 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 부시타입 베어링 제조방법을 나타내는 블록도,

도 3 내지 도 5는 본 발명의 부시타입 베어링 제조방법을 구성하는 미세그루브를 형성하는 과정을 나타내는 단면도들,

도 6은 본 발명에 따른 부시타입 베어링 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 블록도,

도 7은 다른 실시예의 제조방법중에 미세그루브를 형성하는 과정을 나타내는 단면도이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊

10: 부시타입 베어링 12: 내경부

14: 저유홈 16: 오일공급구멍

18: 미세그루브 20: 윤활재 피막

30: 전조 다이 32: 돌기

40: 너얼링 공구 42: 돌기

Claims (6)

1. 축이 끼워져 지지되는 내경부를 갖춘 부시타입 베어링에 있어서,

   상기 내경부의 내주면에는 나선형 미세그루브가 서로 교차되게 형성되어 있으며, 상기 나선형 미세그루브는 축과의 사이로 유입되는 이물질을 내경부의 트인 양쪽으로 안내하여 배출시키는 것을 특징으로 하는 부시타입 베어링
2. 제 1항에 있어서,

   상기 미세그루브의 깊이는 0.1∼0.5mm이고, 피치는 1.5∼4.0mm이며, 서로 간의 교차각도는 45°∼ 75°인 것을 특징으로 하는 부시타입 베어링.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 베어링의 내, 외면에는 윤활재 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부시타입 베어링.
4. 부시타입 베어링을 제조하는 방법에 있어서,

   탄소강을 재료로 내경부를 갖는 부시타입 가공물로 기계가공하는 단계;

   나선형 돌기를 갖는 전조 다이를 상기 내경부의 일측으로 삽입한 후 회전시켜서 상기 내경부의 주면에 제 1의 나선형 미세그루브를 형성하는 단계;

   상기 전조 다이를 상기 내경부의 타측으로 삽입한 후 회전시켜서 상기 내경부의 주면에 상기 제 1의 나선형 미세그루브와 교차되는 제 2의 나선형 미세그루브를 형성하는 단계;

   상기 가공물의 내, 외면을 질화 열처리하는 단계; 및

   상기 가공물 내, 외면에 윤활재 피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시타입 베어링 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 열처리는 침류질화, 연질화, 가스질화중 하나를 실시하고 질화층의 경도가 HV550 이상인 것을 특징으로 부시타입 베어링 제조방법.
6. 부시타입 베어링을 제조하는 방법에 있어서,

   탄소강을 재료로 내경부를 갖는 부시타입 가공물로 기계가공하는 단계;

   교차되는 나선형 돌기를 갖는 너얼링 공구를 상기 내경부에 수용시킨 후 내주면에 압착시켜 서로 교차되는 나선형 미세그루브를 형성하는 단계;

   상기 가공물의 내, 외면을 질화 열처리하는 단계; 및

   상기 가공물 내, 외면에 윤활재 피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시타입 베어링 제조방법.