KR20070050061A

KR20070050061A - 유니버설 조인트

Info

Publication number: KR20070050061A
Application number: KR1020077005317A
Authority: KR
Inventors: 아키히데 나가야마; 노부오 고메야마
Original assignee: 가부시키가이샤 제이텍트
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-05-14
Also published as: WO2006028178A1; EP1793137A1; EP1793137A4; JP2006077873A; DE602005026025D1; US7691000B2; US20080032804A1; CN100575731C; EP1793137B1; CN101014779A

Abstract

십자축의 트러니언(turnnion)을 지지하는 베어링 컵에 키(key)부가 일체로 형성되고, 그 키부가 요크의 키홈에 끼워진 상태로 볼트에 의해 베어링 컵을 접합고정한 블록타입의 유니버설 조인트에 있어서, 키부의 양측면에 WC-Ni-Cr 용사피막을 형성함으로써 키부의 내식성을 향상시키고, 압연기의 구동계 등에 장기간에 걸쳐서 사용하여도 키부의 부식에 기인하는 키홈과의 사이의 간극의 발생을 방지하며, 베어링 수명의 향상과 볼트에 대한 과대한 구부림하중의 작용을 방지해서 장기간에 걸쳐서 안정된 성능을 유지할 수 있는 유니버설 조인트를 얻는다.

트러니언, 베어링 컵, 키부, 키홈, 유니버설 조인트

Description

유니버설 조인트{UNIVERSAL JOINT}

본 발명은 유니버설 조인트에 관한 것이며, 특히 압연기(壓延機) 등의 고부하가 작용하는 구동계에 사용하는 것에 적합한 유니버설 조인트에 관한 것이다.

예를 들면 압연기 롤(roll)의 구동기구에는 구동용 모터와 롤 사이에 유니버설 조인트가 설치된다. 이러한 종류의 유니버설 조인트로서 도 3에 요부(要部)분해사시도를, 도 4에 그 트러니언(trunnion) 부분의 축 직교 단면도를, 도 5에는 그 A-A단면도를 각각 도시한 것과 같은 블록타입으로 불리는 것이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

이 블록타입의 유니버설 조인트는 십자축(1)의 각 트러니언(11)을 롤(2)을 통해서 각각 베어링 컵(3)으로 지지하고, 그 각 베어링 컵(3)을 요크(yoke)(4)에 대해 볼트(5)로 접합고정한 구조를 채용한다. 베어링 컵(3)에는 그 요크(4)에 대한 접합면에 요크(4) 측에 돌출하는 키부(31)가 일체로 형성되어 있고, 이 키부(31)가 요크(4)에 형성되어 있는 키홈(41)에 끼워넣음으로써 볼트(5)와 공동하여 토크(torque)를 전달한다. 즉, 한쪽의 요크(4)의 회전동력은 십자축(1)의 트러니 언(1)을 통해서 도 4에 화살표로 도시한 위치의 부하로서 베어링 컵(3)에 전달되고, 볼트(5)의 축력과 키부(31) ~ 키홈(41)간의 면압에 의해 다른 쪽의 요크(4)에 전달된다. 베어링 컵(3)의 재질에는 베어링의 궤도륜으로서의 내(耐) 충격 하중성 등을 고려해서 예컨대, SNCM 등의 침탄담금질 강(carburizing and quenching steel)이 사용된다.

이와 같은 블록타입의 유니버설 조인트는 원통형의 베어링 컵을 별도 부재의 베어링 홀더라 불리는 부재에 의해 요크에 고정하는 라운드 타입을 시작으로 하는 다른 타입의 유니버설 조인트에 비해 부품점수가 적고, 또 그 구조상, 베어링 컵의 크리프(creep)가 발생하지 않는다는 이점이 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개 2002-181069호 공보

그런데 이상과 같은 블록타입의 유니버설 조인트를 압연기 롤의 구동계에 사용하는 경우, 키(key)부(31)의 측면과 키(key)홈(41)의 내측면과의 사이에 고면압高面壓)이 작용하는 동시에, 이들은 냉각수에 노출되는 관계상, 부식되기 쉽다는 문제가 있다. 키홈(41)에는 스테인리스강의 피복을 함으로써 부식의 발생을 방지할 수 있지만, 베어링 블록(3)이 침탄담금질 강이므로 이와 같은 스테인리스강의 피복을 할 수 없으며, 장기간의 사용에 의해 부식해서 키홈(41)과의 사이에 간극이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 간극이 발생하면 트러니언(11)을 지지하는 베어링의 수명에 영향을 주는 동시에 볼트(5)에 과대한 구부림 응력이 작용하여 파손되 어 버릴 가능성도 있다.

본 발명은 이와 같은 실정에 비추어 이루어진 것으로 압연기의 구동계 등 고부하가 작용하고, 또한 부식하기 쉬운 환경하에서 사용해도 베어링 컵의 키부가 부식하지 않으며, 이로 인해 장기간에 걸쳐서 안정된 성능을 발휘하는 것이 가능한 블록 타입의 유니버설 조인트를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 유니버설 조인트는 십자축의 각 트러니언을 바늘형상 롤러를 통해 각각 지지하는 베어링 컵이 각각 침탄담금질 강에 의해 형성되고, 또한 볼트에 의해 요크에 접합고정되어 있는 동시에, 이러한 각 베어링 컵의 요크에 대한 접합면에는 요크 측을 향해서 돌출하는 키부가 형성되며, 요크에는 그 키부가 끼워진 키홈이 형성되어 이루어지는 유니버설 조인트에 있어서, 상기 키부의 양측면이 WC-Ni-Cr 용사피막으로 피복되어 있음으로써 특징지워진다(청구항 1).

여기서 본 발명의 유니버설 조인트에서는, 상기 WC-Ni-Cr 용사피막(溶射皮膜: thermally-sprayed film)에 실리카계 수지를 사용한 봉공(封孔)처리를 행한 구성(청구항 2)을 적절하게 채용할 수 있다.

또 본 발명의 유니버설 조인트에서는 상기 요크 키홈의 내면에 스테인리스합금으로 이루어진 피복층을 형성하는 구성(청구항 3)을 채용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 침탄담금질 강의 표면을 덮어서 내식성을 향상시키는 동시에, 고면압의 작용에 의해서도 벗겨지는 일 없는 용사재료를 예의 연구한 결과로서 이루어진 것이며, WC-Ni-Cr(텅스텐 카바이트-니켈-크롬)용사피막은, 후술하는 염수분무(鹽水噴霧)시험에 의해 내부식성(耐腐食性)에 뛰어난 것이 확인되고, 게다가 SNCM 등의 침탄담금질 강의 표면에 용사해서 고면압을 부하해도 내부 크랙의 발생이나 벗겨짐이 발생하기 어려우며, 압연기 롤러의 구동계 등에 사용해서 우수한 내구성을 나타내는 것이 마찬가지로 후술하는 정적면압 부하시험에 의해 확인되었다.

그리고, 청구항 2에 관한 발명과 같이 WC-Ni-cR 용사피막에 대해 실리카계 수지를 사용한 봉공처리를 함으로써, 이 용사피막에 형성되어 있는 미세구멍을 막고, 그 미세구멍으로부터의 물 등의 침입을 억제해서 장기간에 걸쳐 상기한 성능을 발휘할 수 있다.

또 요크 측에 형성되는 키홈에 대해서는 청구항 3에 관한 발명과 같이 그 내면을 스테인리스 합금으로 이루어진 피복층으로 덮음으로써 키홈 측의 부식을 방지할 수 있고, 키부 측의 WC-Ni-Cr 용사피막과의 관계에 대해서도 특히 문제는 없다.

본 발명에 의하면 부품점수가 적은 블록 타입의 유니버설 조인트에서 침탄담금질 강으로 이루어진 베어링 컵에 형성되어 있는 키부의 양측면에 WC-Ni-Cr 용사피막을 형성하고 있으므로, 압연기의 구동계 등의 고부하로 물 등에 노출되는 가혹한 환경하 등에서 사용해도 키부가 부식하는 것을 방지할 수 있고, 또 그 용사피막에 크랙이 발생하거나 벗겨짐이 발생하는 등의 어려움도 발생하지 않으며, 장기간에 걸쳐서 안정된 성능을 발휘할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태의 트러니언 및 베어링 컵의 축 직교 단면도이다.

도 2는, 도 2에서의 베어링 컵의 키부의 일측면의 확대도이다.

도 3은, 블록 타입의 유니버설 조인트의 요부(要部)분해사시도이다.

도 4는, 종래의 트러니언(11) 및 베어링 컵(3) 근방의 축 직교 단면도이다.

도 5는, 베어링 컵(3)과 볼트(5)와의 단면도에 롤러(2)와 십자축(1)의 트러니언(11)을 장착한 도이다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 트러니언 및 베어링 컵의 축 직교 단면도이고, 도 2는 그 베어링 컵의 키부의 일측면 확대도이다.

이 실시형태의 전체적인 기본구성은 도 3 ~ 도 5에 도시한 종래의 것과 동등하다. 즉, 십자축(1)의 각 트러니언(11)이 롤러(2)를 통해 침탄담금질 강(carburizing and quenching steel)제의 베어링 컵(3)에 지지되어 있는 동시에, 그 베어링 컵(3)이 요크(4)에 대해 볼트(5)로 접합고정되고, 베어링 컵(3)의 요크(4)에 대한 접합면에 키부(31)가 일체로 형성되며, 요크(4)에는 그 키부(31)가 끼워지는 키홈(41)이 형성되어 있다. 베어링 컵(3)의 재질은 예컨대, 니혼코교기카쿠(JIS)에서 SNCM 815로 표기된 크롬·몰리브덴강제이고, 요크(4)의 재질은 예컨 대, SCM 440으로 표기되는 크롬·몰리브덴강, 또는 SNCM 439로 표기되는 니켈·크롬·몰리브덴강 제이다.

이 실시형태의 특징은 베어링 컵(3)의 키부(31) 양측면에 WC-Ni-Cr 용사피막(6)이 형성되어 있는 점에 있고, 또 요크(4)의 키홈(41) 내면에는 스테인리스 강(예컨대 13% 크롬계 스테인리스강)을 사용한 피복층(7)이 형성되어 있다.

WC-Ni-Cr 용사피막(6)은 예컨대, WC-27NiCr(기본구성이 WC이고, NiCr을 27% 함유)을 적절하게 사용할 수 있으며, 그 피막(t)은 0.1에서 0.3㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 또 이 WC-Ni-Cr 용사피막(6)에 대해 실리카계 수지에 의해 봉공처리를 하고, 피막속의 미세구멍을 봉하는 것이 장기간에 걸쳐서 내식성을 유지한 후가 바람직하다. 또 WC-Ni-Cr 용사피막(6)은 그 피막을 고정밀도로 제어할 수 있으므로 용사후의 후가공을 하는 것에 의한 모재(母材)에 대한 밀착성의 저하를 방지하는 관점에서 후가공을 하지 않는 것이 바람직하다.

이상과 같은 용사피막(6)을 형성함으로써, 압연기의 구동계 등의 가혹한 환경하에서 장기간에 걸쳐 사용해도 용사피막(6)에 크랙이 발생하거나 벗겨진다는 불편함이 발생하지 않고, 키부(31)가 부식하는 일이 없다. 또 키홈(41)의 내면에 스테인리스강에 의한 피복층(7)이 형성되어 있으므로 키홈(41) 측의 부식도 발생하지 않는다. 따라서 장기간의 사용에 의해서도 키부(31)와 키홈(41) 사이에 간극이 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 트러니언(11)의 베어링 수명이 향상되는 동시에 볼트(5)에 과대한 구부림 응력이 작용하는 일도 없고, 장기간에 걸쳐서 유니버설 조인트로서의 성능을 유지할 수 있다.

압연기의 구동계의 실기에 사용한 필드테스트 결과, 베어링 컵(3)의 키부(31)의 양측면에 WC-Ni-Cr 용사피막(6)(WC-27NiCr)을 한 본 발명의 실시형태의 유니버설 조인트에서는 20개월에 걸친 사용에 의해서도 키부(31)의 폭치수의 변화가 보이지 않았다. 이에 대해 WC-Ni-Cr 용사피막(6)을 갖지 않은 종래의 유니버설 조인트에서는 13개월에 걸친 사용에 의해 키부(31)의 폭 치수가 부식성 마모에 의해 1.52㎜만 감소하고 있었다.

또 이상의 WC-Ni-Cr(WC-27NiCr) 용사피막에 대해서 그 내식성과 내면압 성능의 벤치테스트를 비교 예와 같이 한 결과를 아래에 표시한다.

내식성에 대해서는 아래에 표시한 염수분무시험을 행하였다.

시험편은 직경 80㎜의 SNCM 815제 플레이트를 침탄담금질한 것을 사용해서 그 표면에 WC-27NiCr을 사용한 WC-Ni-Cr 용사피막을 두께 0.1㎜로 형성한 것(실시 예)외에, 같은 플레이트의 표면에 Ni 용사피막을 두께 0.2㎜로 형성한 것(비교 예 1), 및 표면에 아무것도 피막을 형성하지 않은 것(비교 예 2)을 준비하였다.

시험조건은 시험기내 온도 98%, 시험기내 온도를 35℃, 염수농도 5%, 시험면의 각도를 수평면에 대해 45°로 하고, 200시간의 연속시험을 하였다. 그 결과를 [표 1]에 표시한다.

시험편	시험예(WC-Ni-Cr용사)	비교예 1 (Ni용사)	비교예 2 (피막 없음)
평가	○	○	×

이 [표 1]에서 ×는 부식이 큼을, ○는 부식이 없음을 나타내고 있다. 이 [표 1]에서 밝힌 바와 같이 WC-Ni-Cr 용사피막 및 Ni 용사피막에 대해서는 피막없음의 경우에 비해 모두 내식성이 양호함을 알 수 있다.

그 다음, 내식성이 뛰어난 실시예 및 비교예 1에 대해서 아래에 표시한 내면압 시험을 하였다.

시험편은 직경 61㎜의 SNCM 815제 플레이트에 침탄담금질한 것을 사용해서 상기와 같은 두께 0.1㎜의 WC-Ni-Cr 용사피막을 형성한 것(실시 예)과, 같은 두께 0.2㎜의 Ni 용사피막을 형성한 것(비교 예 1)을 준비하였다.

시험조건은 암슬러 시험기(Amsler tester)를 사용해서 정적면압이 392MPa의 고면압에서 각각 30초간 부하하고, 피막이 벗겨지는 상황을 관찰하였다. 또한, 유니버설 조인트로서 정적면압 392MPa 이상은 고부하 조건이고, 여기에서는 정적면압 392MPa로 시험을 실시하였다. 그 결과를 [표 2]에 표시한다.

면압 (MPa)	392
실시 예 (WC-Ni-Cr 용사)	○
비교 예 1 (Ni 용사)	×

이 [표 2]에서 ×는 벗겨짐 발생, ○은 벗겨짐 없음을 표시하고 있다. 이 [표 2]에서 밝혀진 바와 같이 WC-Ni-Cr 용사피막은 392MPa의 고면압에서 전혀 벗겨짐이 발생하지 않은 것에 대해 Ni용사피막은 벗겨짐이 발생하고, WC-Ni-Cr 용사피막의 침탄담금질 강에 대한 밀착성이 양호한 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면 부품점수가 적은 블록 타입의 유니버설 조인트에 있어서 침탄담금질 강으로 이루어진 베어링 컵에 형성되어 있는 키부의 양측면에 WC-Ni-Cr 용사피막을 형성하고 있으므로 압연기의 구동계 등의 고부하로 물 등에 노출되는 가혹한 환경하 등에서 사용하여도 피 부가 부식하는 것을 방지할 수 있고, 또 그 용사피막에 크랙이 발생하거나 벗겨짐이 발생하는 등의 어려움도 발생하지 않으며, 장기간에 걸쳐서 안정된 성능을 발휘할 수 있다.

Claims

십자축의 각 트러니언과,

바늘형상 롤러를 통해 상기 트러니언을 지지하는 동시에, 각각 침탄담금질강(carburizing and quenching steel)에 의해 형성된 베어링 컵과,

볼트에 의해 상기 베어링 컵이 고정되어 있는 요크를 구비한 유니버설 조인트에 있어서,

상기 각 베어링 컵의 요크에 대한 접합면에는 요크 측을 향해서 돌출하는 키부가 형성되며, 요크에는 그 키부가 끼워지는 키홈이 형성되어 이루어지고,

상기 키부의 양측면이 WC-Ni-Cr 용사피막으로 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 유니버설 조인트.
제 1항에 있어서,

상기 WC-Ni-Cr 용사피막에 실리카계 수지를 사용한 봉공(封孔)처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 유니버설 조인트.
제 1항에 있어서,

상기 요크 키홈의 내면이 스테인리스 합금으로 이루어진 피막층으로 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 유니버설 조인트.