KR20060061836A - 스러스트 베어링 - Google Patents

Abstract

일체형 스러스트 베어링의 열처리 공정을 삭감하기 위하여 유지기(2)와 내외륜(3, 4)을 담금질하지 않은 상태에서 롤러(1)와 일체인 베어링에 조립한 후, 이 조립한 베어링에 침탄 담금질, 템퍼링 처리를 실시함으로써 유지기(2)와 내외륜(3, 4)의 개별적인 열처리를 필요로 하지 않아 베어링의 열처리 공정을 삭감할 수 있도록 하였다.

침탄, 담금질, 템퍼링, 유지기, 내외륜, 스러스트 베어링, 열처리, 스테이킹

Description

스러스트 베어링{THRUST BEARING}

본 발명은 궤도륜과 롤러를 유지하는 유지기를 분리할 수 없도록 한 일체형 스러스트 베어링에 관한 것이다.

스러스트 베어링에는 하우징이나 샤프트에 대한 조립을 용이하게 하기 위하여 궤도륜과 롤러를 수납하는 유지기를 분리할 수 없도록 한 일체형의 것이 있다.

도 10(a), (b)는 이러한 일체형 스러스트 베어링의 예를 나타낸다. 이러한 스러스트 베어링은 복수 개의 롤러(1)를 방사상으로 수납하는 유지기(2)와, 내경 측에 플랜지(3a)를 갖는 내륜(3) 및 외경 측에 플랜지(4a)를 갖는 외륜(4)을 구비한 삼위 일체형의 것으로서, 각 플랜지(3a, 4a)의 선단부에 각각 스테이킹으로 형성한, 바깥 방향으로 튀어나오는 턱(5)과 안쪽 방향으로 튀어나오는 턱(6)으로 유지기(2)의 내주 가장자리와 외주 가장자리를 걸어 고정함으로써 내외륜(3, 4)과 유지기(2)가 분리되지 않도록 되어 있다. 또한, 일체형 스러스트 베어링에는 내외륜 중 어느 하나만의 궤도륜을 구비하고, 이 하나의 궤도륜과 유지기를 분리할 수 없도록 한 2위 일체형의 것도 있다.

이들 일체형 스러스트 베어링은 모두 궤도륜, 유지기 및 롤러에 각각 미리 개별적으로 열처리가 실시되고, 이 이후에 일체로 조립되어 있다. 통상, 궤도륜과 유지기는 성형 후에 침탄 담금질, 템퍼링 처리가 실시되며, 롤러는 초벌 성형 후에 담금질, 템퍼링된 후, 연삭 마무리 가공이 실시된다. 또한, 유지기는 침탄 담금질, 템퍼링 처리 대신 연질화 처리가 실시될 수도 있다.

전술한 종래의 일체형 스러스트 베어링은 궤도륜, 유지기 및 롤러를 베어링으로서 조립하기 전에 개별적으로 열처리하므로 열처리 공정이 많아지고, 열처리 비용이 비싸짐과 동시에, 각 부품의 열처리 공정의 조정을 위하여 제조 공정 기간이 길어진다는 문제가 있다.

또한 본 출원인은 앞서 출원한 특허 출원 2001-272336호에 있어서, 일체형 스러스트 베어링의 편심 허용량을 증대시키기 위하여 그 반경 방향의 베어링 내부 틈새를 크게 하여도 궤도륜과 유지기를 분리할 수 없도록 상술한 유지기를 걸어 고정하는 궤도륜의 플랜지의 턱을 스테이킹 대신 굽힘 가공으로 형성하여 턱의 튀어나옴 양을 크게 할 것을 제안하고 있다. 이와 같이 크게 튀어나오는 턱의 굽힘 가공은 유지기를 내장한 후에 행할 필요가 있으므로, 궤도륜의 열처리시에 턱의 굽힘 가공 예정부를 담금질 방지하거나 열처리 후에 굽힘 가공부의 어닐링 처리 공정을 추가할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 과제는 일체형 스러스트 베어링의 열처리 공정을 삭감하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 복수의 롤러를 방사상으로 포켓에 수납하는 유지기와 내경 측에 플랜지를 갖는 내륜 또는 외경 측에 플랜지를 갖는 외륜 중 적어도 하나의 궤도륜을 구비하고, 반경 방향의 베어링 내부 틈새를 상기 플랜지로 규제하고, 이 궤도륜과 상기 롤러를 수납한 유지기를 분리할 수 없도록 한 일체형의 스러스트 베어링에 있어서, 상기 궤도륜과 유지기를 담금질하지 않은 상태에서 상기 롤러와 일체인 베어링에 조립한 후, 이 조립한 베어링에 침탄 담금질, 템퍼링 처리를 실시한 구성을 채용함으로써, 궤도륜과 유지기의 개별적인 열처리를 불필요하게 하여 베어링의 열처리 공정을 삭감하였다. 또한 롤러에 대해서는 베어링 조립 전에 열처리가 완료된 것이어도 좋고, 열처리되지 않은 것이어도 좋다.

상기 내륜 또는 외륜의 플랜지의 선단부에는 상기 유지기 측으로 튀어나와 유지기의 내주 가장자리 또는 외주 가장자리를 걸어 고정하여 상기 궤도륜과 유지기를 분리할 수 없도록 한 턱을 스테이킹 또는 굽힘 가공으로 형성할 수 있다.

상기 유지기를 얇은 강판으로 만들고, 상기 롤러를 수납하는 포켓의 반경 방향 단면을 프레스 가공에 의해 W자 형태 또는 역 V자 형태로 형성함으로써 유지기를 저렴하게 할 수 있다.

상기 유지기가 상기 포켓의 반경 방향 단면을 역 V자 형태로 형성된 것인 경우에는, 이 역 V자 형태로 된 포켓 양측의 롤러 안내면의 대략 반경 방향 중앙부의 유지기 재료를 압축하고, 그 소성 유동에 의해 상기 각 롤러 안내면에서 포켓 안쪽으로 튀어나오는 롤러 고정턱을 형성함으로써, 롤러가 포켓에서 빠지는 것을 방지할 수 있다. 이러한 롤러 고정턱의 형성은 베어링 조립시의 롤러의 탈락 방지에 유효하며, 특히 포켓의 한쪽 면 측이 개방되는 2위 일체형의 스러스트 베어링에서는 베어링 조립 후의 침탄 담금질, 템퍼링 처리시의 롤러의 탈락 방지에도 유효하다.

상기 각 롤러 안내면의 롤러 고정턱이 형성되는 부위의 양측에 상기 압축에 의해 소성 유동하는 유지기 재료의 남은 두께를 도피시키는 오목부를 설치함으로써 소성 유동 재료의 남은 두께가 롤러 안내면으로부터 부풀어오르는 것을 없애, 롤러의 둘레부 마모를 방지할 수 있다.

도 1a는 제1 실시 형태의 스러스트 베어링을 도시한 평면도, b는 a의 종단면도, c는 a의 외륜을 굽힘 가공하기 전의 턱을 도시한 정면도,

도 2a는 도 1의 유지기의 평면도, b는 a의 종단면도,

도 3a는 도 2의 유지기의 요부를 확대하여 도시한 저면도, b는 a의 Ⅲb-Ⅲb 선에 따른 단면도, c는 a의 Ⅲc-Ⅲc 선에 따른 단면도,

도 4는 도 1의 스러스트 베어링의 변형예를 도시한 종단면도,

도 5a는 제2 실시 형태의 스러스트 베어링을 도시한 평면도, b는 a의 종단면도,

도 6a는 제3 실시 형태의 스러스트 베어링을 도시한 평면도, b는 a의 종단면도,

도 7은 도 6의 스러스트 베어링의 변형예를 도시한 종단면도,

도 8a는 제4 실시 형태의 스러스트 베어링을 도시한 평면도, b는 a의 종단면도,

도 9a는 제5 실시 형태의 스러스트 베어링을 도시한 평면도, b는 a의 종단면도, 및

도 10a는 종래의 스러스트 베어링을 도시한 평면도, b는 a의 종단면도이다.

이하 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1 내지 도 3은 제1 실시 형태를 나타낸다. 이러한 스러스트 베어링은 도1(a), (b)에 도시한 바와 같이, 복수 개의 롤러(1)를 수납하는 유지기(2)와, 내경 측에 플랜지(3a)를 갖는 내륜(3) 및 외경 측에 플랜지(4a)를 갖는 외륜(4)을 구비한 3위 일체형의 것으로서, 베어링부에 커다란 편심 회전이 발생하여도 유지기(2)의 내외경 면이 각 플랜지(3a, 4a)와 접촉하지 않도록 반경 방향의 베어링 내부 틈새가 큰 값으로 설정되어 있다.

상기 내륜(3)과 외륜(4)은 얇은 강판(SPC 또는 SCM)을 프레스 가공하여 각각의 플랜지(3a), 플랜지(4a)를 형성한 것이다. 외륜(4)의 플랜지(4a)의 선단부에는 안쪽 방향으로 베어링 내부 틈새보다 크게 튀어나오는 복수 개의 턱(6)이 굽힘 가공에 의해 형성되어 있고, 이들 각 턱(6)으로 유지기(2)의 외주 가장자리를 걸어 고정하여 유지기(2)와 외륜(4)이 분리되지 않도록 되어 있다. 각 턱(6) 부분은 굽힘 가공을 용이하게 하기 위하여 미리 단 붙임 가공에 의해 두께가 감소되고, 도 1(c)에 도시한 바와 같이 그 베이스부 양측에는 절개홈이 넣어져 있다. 또한, 유지기(2)와 내륜(3)은 플랜지(3a)의 선단부에 스테이킹으로 형성된 바깥 방향의 턱(5)에 의해 분리되지 않도록 되어 있다.

상기 유지기(2)는 얇은 강판(SPC)을 프레스 가공한 것으로서, 도 2(a), (b)에 도시한 바와 같이, 롤러(1)를 방사상으로 수납하는 각 포켓(7)의 반경 방향 단면이 역 V자 형태가 되고, 상기 각 턱(5, 6)에 걸려 고정되는 내외주의 가장자리 부분이 평탄하게 형성되어 있다.

또한 도 3(a), (b), (c)에 도시한 바와 같이, 역 V자 형태로 된 포켓(7) 양측의 롤러 안내면(8)의 대략 반경 방향 중앙부에는 이 부분을 압축하여 그 소성 유동으로 각 롤러 안내면(8)에서 안쪽으로 튀어나오는 롤러 고정턱(9)이 형성되고, 그 양측에는 압축에 의해 소성 유동하는 재료의 남은 두께를 도피시키는 오목부(10)가 설치되어 있다. 따라서, 각 포켓(7)에 수납되는 롤러(1)는 양측의 롤러 고정턱(9)에 의해 빠짐 방지됨과 동시에, 남은 두께에 의한 부풀어오름이 없는 매끄러운 롤러 안내면(8)으로 안내되고, 국부 마모 등에 의해 수명이 짧아지지 않는다.

전술한 스러스트 베어링은, 도 1(a), (b)에 도시한 바와 같이 일체로 조립한 후, 침탄 분위기 중에서 침탄하여 기름 내에 담금질하고, 이어서 템퍼링 처리를 실시한 것이다. 또한, 베어링 강(SUJ2)으로 형성한 롤러(1)는 조립 전에 미리 담금질, 템퍼링 처리를 실시하였다.

이하에 나타낸 각 실시 형태와 그 변형예의 스러스트 베어링은 모두 제1 실시 형태의 것과 동일하게 조립 후에 침탄 담금질, 템퍼링 처리를 실시한 것이며, 각 부품의 소재도 제1 실시 형태의 것과 동일하다.

도 4는 제1 실시 형태의 변형예를 나타낸다. 이 변형예는 유지기(2)의 반경방향 단면 형상이 프레스 가공에 의해 W자 형태로 형성되어 있다는 점이 다르다. 롤러(1)와 내외륜(3, 4)의 형태는 제1 실시 형태의 것과 동일하다.

도 5(a), (b)는 제2 실시 형태를 나타낸다. 이 스러스트 베어링도 3위 일체형의 것으로서, 내외륜(3, 4)의 각 플랜지(3a), 플랜지(4a)의 선단부에 설치된 각 턱(5, 6)이 모두 스테이킹으로 형성되어 있다는 점이 제1 실시 형태와 다르다. 그 이외에는 제1 실시 형태의 것과 동일하다.

도 6(a), (b)는 제3 실시 형태를 나타낸다. 이 스러스트 베어링은 복수 개의 롤러(1)를 방사상으로 수납하는 유지기(2)와 내경 측에 플랜지(3a)를 갖는 내륜(3)을 구비한 2위 일체형의 것으로서, 내륜(3)의 플랜지(3a)의 선단부에는 바깥 방향으로 튀어나오는 턱(5)이 전체 둘레에 걸쳐 형성되고, 이 턱(5)으로 유지기(2)의 내주 가장자리를 걸어 고정하여 유지기(2)와 내륜(3)이 분리되지 않도록 되어 있다. 또한, 턱(5) 부분은 굽힘 가공을 용이하게 하기 위하여, 미리 단 붙임 가공에 의해 두께가 감소되어 있다.

상기 유지기(2)는 제1 실시 형태의 것과 동일하게 롤러(1)를 수납하는 각 포켓(7)의 반경 방향 단면이 프레스 가공으로 역 V자 형태로 형성되어 있고, 도시는 생략하지만, 포켓(7) 양측의 롤러 안내면(8)의 대략 반경 방향 중앙부에는 안쪽 방향으로 튀어나오는 롤러 고정턱(9)이 형성되고, 그 양측에는 재료의 남은 두께를 도피시키는 오목부(10)가 설치되어 있다. 도 7은 제3 실시 형태의 변형예를 나타낸다. 이 변형예는 유지기(2)의 반경 방향 단면 형상이 프레스 가공에 의해 W자 형태로 형성되어 있다는 점이 다르다. 롤러(1)와 내외륜(3, 4)의 형태는 제3 실시 형태의 것과 동일하다.

도 8(a), (b)는 제4 실시 형태를 나타낸다. 이 스러스트 베어링은 복수 개의 롤러(1)를 방사상으로 수납하는 유지기(2)와 외경 측에 플랜지(4a)를 갖는 외륜(4)을 구비한 2위 일체형의 것으로서, 플랜지(4a)의 선단부에 안쪽 방향으로 튀어나오는 턱(6)이 부분적으로 형성되고, 이 턱(6)으로 유지기(2)의 외주 가장자리를 걸어 고정하여 유지기(2)와 외륜(4)이 분리되지 않도록 되어 있다. 또한, 유지기(2)는 제1 실시 형태의 것과 동일하며, 롤러(1)를 수납하는 각 포켓(7)의 반경 방향 단면이 프레스 가공으로 역 V자 형태로 형성되어 있다.

도9 (a), (b)은, 제5 실시 형태를 나타낸다. 이 스러스트 베어링도 2위 일체형의 것으로서, 내륜(3)의 내경 측에 설치된 플랜지(3a)의 선단부의 턱(5)이 스테이킹으로 형성되어 있다는 점이 제3 실시 형태와 다르다. 그 이외에는 제3 실시 형태의 것과 동일하다.

전술한 각 실시예의 스러스트 베어링은 궤도륜과 유지기를 모두 얇은 강판의 프레스 가공으로 형성하였으나, 어느 하나 또는 둘 모두를 강재로 기계 가공에 의해 형성하여도 좋다.

이하 실시예 및 비교예를 예시한다.

[실시예]

도 1에 도시한 3위 일체형이고, 조립 후에 침탄 담금질, 템퍼링의 열처리를 실시한 스러스트 베어링을 준비하였다. 열처리 조건은 침탄 분위기 중에서 850℃×35분 동안 유지하여 침탄한 후 기름 담금질하고, 이어서 165℃×60분으로 템퍼링 처리하는 것으로 하였다. 또한, 롤러(1)는 미리 840℃×30분으로 기름 담금질하 고, 이어서 180℃×90분으로 템퍼링 처리를 실시한 것을 사용하였다. 베어링 치수는 내경 56mm, 외경 76mm, 두께 4.8mm이다.

[비교예]

도 1O에 도시한 3위 일체형이고, 각 부품을 조립 전에 개별적으로 열처리한 스러스트 베어링을 준비하였다. 각 부품의 열처리 조건은, 롤러(1)에 대해서는 840℃×30분으로 기름 담금질하고, 이어서 180℃×90분으로 템퍼링 처리, 유지기(2)에 대해서는 580℃×35분으로 연질화 처리, 내외륜(3, 4)에 대해서는 침탄 분위기 중에서 850℃×60분 동안 유지하여 침탄한 후 기름 담금질하고, 이어서 165℃×60분으로 템퍼링 처리하는 것으로 하였다. 베어링 치수와 롤러(1)의 배열 개수는 실시예의 것과 동일하다.

상기 실시예 및 비교예의 각 스러스트 베어링에 대하여 전동 수명 시험을 실시하였다. 전동 수명 시험은 내륜(3)을 회전측, 외륜(4)을 고정측으로 하여 스러스트 회전 시험기에 장착하고, 회전의 축 편심이 있는 경우와 없는 경우의 2가지에 대하여 이하의 조건으로 시험을 행하였다. 또한, 시험의 샘플 수는 실시예, 비교예 모두 각각 10개 이상으로 하여 전동 수명을 L10 수명(샘플의 90%가 파손되지 않고 사용될 수 있는 수명)으로 평가하였다.

·축 하중 : 4300N

·회전 속도 : 3000rpm

·축 편심량 : O.Omm, O.5mm

·윤활유 : ATF(Automatic Transmission Fluid)

표 1에 시험 결과를 나타내었다. 실시예 및 비교예의 전동 수명은 회전의 축 편심이 없는 경우의 비교예의 L10 수명을 기준으로 하는 수명비로 표시하였다. 또한 표 1에는 베어링 각 부품의 표면과 내부의 비커스 경도(Hv)도 함께 표시하였으나, 실시예의 각 부품의 경도(Hv)는 개별적으로 부품을 열처리한 비교예의 것과 거의 동등하다. 또한, 실시예의 각 부품의 경도(Hv)는 금회의 실측값이고, 종래품인 비교예의 각 부품의 경도(Hv)는 지금까지의 실적값이다.

이러한 시험 결과로부터, 실시예의 스러스트 베어링의 전동 수명은 축 편심의 유무와 관계없이 비교예의 축 편심이 없는 경우의 전동 수명과 동등하다. 따라서, 베어링 조립 후에 침탄 담금질, 템퍼링을 행하여 열처리 공정을 삭감하여도 종래품과 동등한 전동 수명을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예의 축 편심이 있는 경우의 전동 수명이 반감된 것은, 전술한 바와 같이, 종래품은 유지기를 스테이킹으로 형성한 턱에 의해 분리될 수 없도록 하여, 반경 방향의 베어링 내부 틈새가 작기 때문이라고 생각된다.

이상과 같이 본 발명의 스러스트 베어링은, 궤도륜과 유지기를 담금질하지 않은 상태에서 롤러와 일체인 베어링에 조립한 후, 이 조립한 베어링에 침탄 담금질, 템퍼링 처리를 실시하도록 하였으므로, 궤도륜과 유지기의 개별적인 열처리를 필요로 하지 않아 베어링의 열처리 공정을 삭감하고, 제조 비용을 현저하게 줄일 수 있음과 동시에, 제조 공정도 단순하게 하여 제조 공정 기간을 단축할 수 있다.

Claims (5)

1. 복수의 롤러를 방사상으로 포켓에 수납하는 유지기와 내경 측에 플랜지를 갖는 내륜 또는 외경 측에 플랜지를 갖는 외륜 중 적어도 하나의 궤도륜을 구비하고, 반경 방향의 베어링 내부 틈새를 상기 플랜지로 규제하고, 이 궤도륜과 상기 롤러를 수납한 유지기를 분리할 수 없도록 한 일체형의 스러스트 베어링에 있어서,

   상기 궤도륜과 유지기를 담금질하지 않은 상태에서 상기 롤러와 일체인 베어링에 조립한 후, 이 조립한 베어링에 침탄 담금질, 템퍼링 처리를 실시한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 스러스트 베어링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내륜 또는 외륜의 플랜지의 선단부에 상기 유지기 측으로 튀어나와 유지기의 내주 가장자리 또는 외주 가장자리를 걸어 고정하는 턱을 스테이킹 또는 굽힘 가공으로 형성하고, 이 턱에 의해 상기 궤도륜과 유지기를 분리할 수 없도록 한 것을 특징으로 하는 스러스트 베어링.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유지기가 얇은 강판으로 만들어지고, 상기 롤러를 수납하는 포켓의 반경 방향 단면이 프레스 가공에 의해 W자 형태 또는 역 V자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 스러스트 베어링.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 유지기가 상기 포켓의 반경 방향 단면이 역 V자 형태로 형성된 것으로서, 이 역 V자 형태로 된 포켓 양측의 롤러 안내면의 대략 반경 방향 중앙부의 유지기 재료를 압축하고, 그 소성 유동에 의해 상기 각 롤러 안내면에서 포켓 안쪽으로 튀어나오는 롤러 고정턱을 형성한 것을 특징으로 하는 스러스트 베어링.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 각 롤러 안내면의 롤러 고정턱이 형성되는 부위의 양측에 상기 압축에 의해 소성 유동하는 유지기 재료의 남은 두께를 도피시키는 오목부를 설치한 것을 특징으로 하는 스러스트 베어링.

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