KR20080028331A - 미끄럼 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티 보링가공에 의거하는 오일의 누출을 방지하는 것 및 베어링에의 급유량을 저감한다는 이점을 유지하면서 이물의 배출을 효과적으로 행할 수 있는 미끄럼 베어링을 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 상부 하프베어링(2)의 주축의 회전할 방향의 끝부 안쪽 및 상기 끝부 안쪽과 대면하는 하부 하프베어링(3)의 끝부 안쪽에 C 0.15 mm∼C 0.4 mm의 챔퍼링 면적과 동일 면적이 되는 노치(5, 7)를 형성하였기 때문에, 오일구멍으로부터 하프베어링(2, 3)에 형성되는 오일홈(4) 내에 공급되는 오일에 의하여 흘러 온 이물을 신속하게 노치(5, 7)로부터 미끄럼 베어링(1)의 외부로 배출할 수 있다.

Description

미끄럼 베어링{SLIDING BEARING}

내연기관의 크랭크축을 지지하도록 반분할 형상으로 형성된 하프베어링을 상하 2개 조합하여 원통형상으로 하고, 또한 적어도 상부 하프베어링의 안 둘레면에 원주방향을 따른 오일홈이 형성된 미끄럼 베어링으로서, 보링 가공을 통해 상기 하프베어링의 안 둘레면 전역에 걸쳐 원주방향으로 연장되는 복수의 홈을 형성하여, 그 복수의 홈 중 상기 원주방향의 양 끝부에 형성된 홈이 크랭크축의 회전시에 하중을 주로 받는 부분의 홈에 비하여 단면적이 커지도록 형성된 미끄럼 베어링에 관한 것이다.

최근, 지구규모의 환경문제에 의하여 자동차에 있어서 배기가스 개선, 연료비 저감 등이 강하게 요구되고 있다. 이들 요구에 대하여 베어링부로부터의 오일누출 저감에 의하여 엔진의 연비 개선에 공헌하도록 본 출원인은 먼저 일본국 특개2002-188624호(이하, 「특허문헌 1」이라 한다)에 나타내는 기술을 제안하였다. 이 특허문헌 1에 기재되는 기술은 하프베어링의 안 둘레면에 보링가공에 의하여 형성된 홈 중, 원주방향 양 끝부의 홈을 깊은 홈으로 하여, 축의 회전시에 하중을 주로 받는 부분의 얕은 홈에 비하여 단면적을 크게 형성함으로써(이하, 이 기술을「 멀티 보링가공」이라 한다)에 의하여 원주방향 양 끝부의 각 깊은 홈의 돌조부가 축과의 접촉에 의하여 조기에 잘 마모되고, 이 마모된 부분이 크래시 릴리프(crash relief) 대신이 되어 크래시 릴리프의 기능을 가지고, 또한 오일의 누출을 적게 하며, 또한 베어링에 대한 급유량을 저감할 수 있는 것이다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2002-188624호 공보(단락[0014], [0015])

그러나 특허문헌 1에 개시되는 기술에서는 오일의 누출을 방지하는 것 및 베어링에의 급유량을 저감함에 있어서 뛰어난 효과를 가지나, 혼입한 이물의 베어링 밖으로의 배출에 대해서는 고려되어 있지 않았다. 특히 최근과 같이 사용환경이 엄격해지고 있는 경우에, 이물을 베어링 내에 잔존시켜 두는 것은 짧은 기간에 충분한 베어링기능을 가지지 않게 될 염려가 있다.

본 발명은, 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 멀티 보링가공에 의거하는 오일의 누출을 방지하는 것 및 베어링에의 급유량을 저감하는 것이라는 이점을 유지하면서 이물의 배출을 효과적으로 행할 수 있는 미끄럼 베어링을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 채용된 해결수단으로서, 본 발명에 의하면, 내연기관의 크랭크축을 지지하도록 반분할 형상으로 형성된 하프베어링을 상하 2개 조합시켜 원통형상으로 구성하고, 적어도 상부 하프베어링의 안 둘레면에 원주방향을 따라 오일홈이 형성된 미끄럼 베어링으로서, 보링 가공을 통해 상기 하프베어링의 안 둘레면 전역에 원주방향으로 연장되는 복수의 홈을 형성하고, 상기 복수의 홈 중 상기 원주방향의 양 끝부의 홈이 크랭크축의 회전시에 하중을 주로 받는 부분의 홈에 비하여 단면적이 커지도록 형성되되, 상기 미끄럼 베어링에 의해 지지되는 크랭크축의 회전 방향에 대해 상기 상부 하프베어링이 전방 내측 끝부가 챔 퍼(chamfer)되고, 상기 상부 하프베어링의 상기 전방 내측 단부 엣지(front inner end edge)에 인접한 상기 하부 하프베어링의 내측 단부 엣지 역시 챔퍼되며, 챔퍼에 형성된 각각의 공간부(spatial portion)의 상기 미끄럼 베어링의 축에 수직한 단면적(cross sectional area) 또는 횡단 단면적(transversal sectional area)이, 0.15mm 내지 0.4 mm의 이등변 길이를 가지는 직각 삼각형 챔퍼 코너(chamfer corner)의 미끄럼 베어링의 축에 수직한 단면적 또는 횡단 단면적과 동일하게 설정되는 미끄럼 베어링이 제공된다. 이하, 0.15mm 또는 0.4 mm의 이등변 길이를 가지는 직각 삼각형에 의해 정의되는 챔퍼 코너 단면적은, 간략히 0.15mm 길이 챔퍼 코너 단면적 또는 0.4 mm 챔퍼 코너 단면적이라고 지칭하도록 하겠다.

본 발명에 의하면, 미끄럼 베어링에 있어서의 오일의 누출은 주로 2개의 하프베어링의 합침면(butting face)의 챔퍼부(chamfered portion)에서 일어나기 때문에, 그 합침선 부근의 오일의 흐름이 상대적으로 빨라지는 것을 생각할 수 있고, 이 때문에 하프베어링에 형성되는 오일홈 내를 흘러 온 이물을 신속하게 챔퍼부로부터 미끄럼 베어링의 외부로 배출할 수 있다.

만일 챔퍼부가 0.15 mm 길이 챔퍼 코너 단면적과 동일 면적을 가지는 단면적 미만인 경우에는, 충분한 이물의 배출효과를 얻을 수 없음과 동시에 미끄럼 베어링의 배면온도가 높아진다. 만일 챔퍼부가 0.4mm 길이 챔퍼 코너 단면적과 동일 면적을 가지는 단면적을 초과하는 경우에는, 오일의 누출량이 많아진다. 이러한 단점을 고려하여, 쳄퍼부는 0.15 mm 내지 0.4mm 길이 챔퍼 코너 단면적, 바람직하게 는 0.2mm 내지 0.4 mm 길이 챔퍼 코너 단면적과 동일한 단면적을 가지도록 설정된다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도 1(a) 내지 도 4(c)를 참조하여 설명한다. 도 1(a)는 크랭크축을 지지하는 2개의 상부 하프베어링(2)과 하부 하프베어링(3)으로 이루어지는 미끄럼 베어링(1)의 측면도(a)이다. 도1(b)는 상부 하프베어링(2)과 하부 하프베어링(3)의 내부 도면이다. 도 2는 크랭크축(10)에 형성되는 축유로(11)와 커넥팅로드 핀(12)에의 연락유로(13)와의 관계를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 챔퍼부(5, 7)에서의 이물의 배출 메카니즘을 설명하기 위한 확대도이며, 도 4(a)는 상하의 하프베어링(2, 3)의 안 둘레면의 구조를 나타내는 측면도(a)이다. 도 4(b)와 도 4(c)는 상기 상부 또는 하부 하프 베어링(2, 3)의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이 내연기관의 크랭크축을 지지하는 미끄럼 베어링(1)은, 반분할 형상으로 형성된 하프베어링(2, 3)을 상하 2개 조합시켜 원통형상이 되도록 형성되어 있다. 이 하프베어링(2, 3)의 베어링 내면은, 비용착성(anti-seizure) 등, 하프베어링(2, 3)의 베어링 특성을 만족하기 위하여, 예를 들면 스틸 백플레이트에 구리계 합금, 알루미늄합금, 주석계 합금의 슬라이딩재가 라이닝되어 있다. 필요에 따라 주석계 합금이나 합성수지계가 상기 슬라이딩재 층에 오버레이(overlay)되어 있다.

또, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 하프베어링(2, 3) 중 상부 하프베어링(2) 의 베어링 내면에는, 하프베어링(2, 3)과 하프베어링(2, 3)에 지지되는 크랭크축(10)(도 2, 도 3 참조)과의 사이에 윤활유를 공급하기 위한 오일홈(4)이, 한쪽 끝부로부터 다른 쪽 끝부까지 원주방향을 따라 형성되어 있다. 이 오일홈(4)은 소정의 범위에 걸쳐 일정한 깊이, 또는 깊이를 점차 감소하도록 형성된다. 또 오일홈(4)에는 외부로부터 오일의 공급을 받는 오일구멍(4a)이 형성되어 있다.

본 실시형태에서의 미끄럼 베어링(1)에서는, 상부 하프베어링(2)및 하부 하프베어링(3)의 상기한 오일홈(4)을 제외하는 안 둘레면에, 보링가공에 의하여 원주방향을 따라 복수의 홈이 형성된다{도4(a) 내지 도 4(c) 참조}. 상기 복수의 홈 중 원주방향 양 끝부은 홈의 깊이(예를 들면 b = 5 ㎛)가 깊은, 깊은 홈(8b)으로 구성하는 반면, 축의 회전시에 하중을 주로 받는 중앙부분은 홈의 깊이(예를 들면 a = 1.5 ㎛)가 얕은, 얕은 홈(8a)으로 구성한다. 깊은 홈(8b)은 얕은 홈(8a)에 비하여 단면적을 크게 형성한 멀티 보링가공이 실시되고 있다. 이 멀티 보링가공에 의하여 원주방향 양 끝부의 각 깊은 홈(8b)의 돌조부(ridge)가 크랭크축(10)과의 접촉에 의하여 조기에 잘 마모되고, 이 마모된 부분이 크래시 릴리프(crash relief)의 대신이 되어, 크래시 릴리프의 기능을 가지게 되므로써, 또한 오일의 누출을 적게 하며, 또한 미끄럼 베어링(1)에의 급유량을 저감할 수 있는 것이다.

또한, 본 실시형태에 관한 미끄럼 베어링(1)을 구성하는 상하의 하프베어링(2, 3)의 특징적인 구성은, 하프베어링(2, 3)의 끝부 안쪽에 각각 챔퍼부(5, 7)를 형성한 것이다{도 1(a), 1(b) 참조}. 상기 챔퍼부(5, 7)는 0.15 mm 내지 0.4 mm길이 챔퍼 코너 단면적과 동일 면적이 되도록 형성된다. 각각의 챔퍼부(5, 7)는 상기 하프베어링(4, 5) 각각의 블랭크 부재(blank member)의 축방향으로 연장하는 코너부를 제거함으로써 형성되며, 상기 코너부는 상기 블랭크 하프 베어링의 내측 둘레 끝부를 포함하여 단면 형상이 통상(general) 삼각형이 되도록 형성된다. 이미 제거된 초기의 원주 내측 끝부 엣지(circumferential inner end edge)로부터, 제거된 통상 삼각형 단면 형상부의 원주 내측 끝부 엣지의 폭은 바람직하게는 1mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.4 mm를 넘지 않는다. 또한 도시한 실시형태에서는 하프베어링(2, 3)의 양 끝부 안쪽에 챔퍼부(5, 7)를 형성하였으나, 적어도 상부 하프베어링(2)의 크랭크축(10)의 회전할 방향의 끝부 안쪽 및 상기 끝부 안쪽과 대면하는 하부 하프베어링(3)의 끝부 안쪽에 챔퍼부(5, 7)[도 1(a), 도 1(b)의 오른쪽 챔퍼부(5, 7)]가 형성되어 있으면 좋다. 챔퍼부(5, 7)는 항상 직각 이등변 삼각형의 형상일 필요는 없을 뿐만 아니라, 컷아웃(cutout) 면적이 0.15mm 내지 0.4 mm 길이 챔퍼 코너 단면적과 같은 한 직각삼각형 형상일 수 있다. 본 발명의 출원인은 그러한 직각 삼각형 형상을 가진 챔퍼부(5, 7)가 뒤에서 설명할 바와 같이 이물 배출효과를 충분히 가지는 것을 확인하였다.

상기한 바와 같이 구성되는 미끄럼 베어링(1)으로 크랭크축(10)을 지지하였을 때에 상하의 하프베어링(2, 3) 중, 최대 하중을 받는 베어링은 하부 하프베어링(3)이다. 상부 하프베어링(2)에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 크랭크축(10)과 상부 하프베어링(2)의 사이에 간극(clearance; 15)가 있다.

크랭크축(10)이 회전하고 있을 때에는 미끄럼 베어링(1)에서의 오일의 누출은 주로 2개의 하프베어링(2, 3)의 합침면의 챔퍼부(5, 7)부에서 일어나기 때문에, 그 합침선 부근의 오일의 흐름이 상대적으로 빨라진다. 따라서, 오일구멍(4a)을 거쳐 외부로부터 공급되는 오일과 함께 상부 하프베어링(2)에 형성되는 오일홈(4)으로 흘러 온 이물(파선 화살표로 나타내고 있다)을 신속하게 챔퍼부(5, 7)로부터 미끄럼 베어링(1)의 외부(도 3의 지면에 대하여 수직방향)로 배출할 수 있다. 챔퍼부(5 또는 7)가 0.15 mm 길이 챔퍼 코너 단면적의 면적과 동일 면적 미만인 경우에는, 충분한 이물의 배출효과를 얻을 수 없음과 동시에 미끄럼 베어링(1)의 배면온도가 높아진다. 챔퍼부(5 또는 7)가 0.4 mm 길이 챔퍼 코너 단면적의 면적과 동일 면적을 초과하는 경우에는 오일의 누출량이 많아진다. 따라서, 본 실시형태에 관한 미끄럼 베어링(1)에서는 미끄럼 베어링(1)을 구성하는 상하의 하프베어링(2, 3)의 끝부 안쪽에 챔퍼부(5, 7)를 형성함으로써 미끄럼 베어링(1)의 내부에 존재하는 이물을 하부 하프베어링(3)에 말려 들게 하지 않고 원활하게 배출할 수 있다.

(실험예)

본 실시형태에 관한 견본 미끄럼 베어링(1)(멀티-보링에 의해 생산된 것임)과, 두 개의 하프베어링으로 구성된 비교대상 미끄럼 베어링(통상 보링 가공에 의해 생산된 것임)이 준비되었다. 비교대상 미끄럼 베어링의 각각의 하프 베어링에는 그 안 둘레면에 얕은 홈과, 각 끝부에 크래쉬 릴리프, 그리고 내측 끝부에 챔퍼부가 제공되었다.

상기 견본은, 면압 40 MPa, 유압 0.1 MPa, 급유온도 80℃의 시험조건으로 시험기를 이용하여 일정 유압하에서의 베어링 급유량의 시험을 행하였다.

그 시험결과를 도 5에 나타낸다. 비교대상 견본(도 5에서 ● 꺽음선 그래 프) 및 본 발명에 관한 본 실시형태의 견본(도 5에서 ○ 꺽음선 그래프)에 있어서, 모두 0.2 mm 길이 챔퍼 코너 단면적인 경우에는, 본 실시형태에 관한 견본의 베어링 급유량이, 종래의 비교대상 견본의 베어링 급유량의 약 절반이다. 또 비교대상 견본(도 5에서 ■ 꺽음선 그래프) 및 본 발명에 관한 본 실시형태의 견본(도 5에서 □ 꺽음선 그래프)에 있어서, 모두 0.4 mm 길이 챔퍼 코너 단면적인 경우에는, 본 실시형태에 관한 견본의 베어링 급유량이, 비교대상 견본의 약 75%이고, 특히 0.2 mm 길이 챔퍼 코너 단면적을 가지는 견본에 비해서도 고주속측(약10 m/min 이상)에서는 베어링 급유량이 적어진다. 따라서, 본 실시형태에 관한 견본은, 멀티 보링 가공에 의해 생산되었으나 챔퍼부를 가지지 아니하는 통상의 미끄럼 베어링과 같이 비교대상 견본에 비해서 급유량을 저감하는 효과를 여전히 가지고 있다. 게다가, 미끄럼 베어링 내부에 잔류하는 이물질의 양이 현저히 줄어들게 된다. 본 실시형태에 관한 미끄럼 베어링(1)을 시험후에 조사한 바, 내부의 이물의 잔존량이 아주 적고, 이물이 챔퍼부(5, 7)에 의하여 효율적으로 외부로 배출된 것이 확인되었다. 또한 본원 발명자는 0.15 mm 길이 챔퍼 코너 단면적을 갖도록 챔퍼링한 멀티 보링 품에 대해서도 동일한 시험을 수행하였고, 그 시험결과는 0.2 mm 길이 챔퍼 코너 단면적을 가지도록 챔퍼링한 멀티 보링품의 베어링 급유량과 대략 동일한 급유량(약간 작은 값을 나타내었다)의 값을 나타낸 것을 확인하였으며, 다만 미끄럼 베어링(1)의 배면온도가 약간 높아져 있었다.

상기한 바와 같이 본 실시형태에 관한 미끄럼 베어링(1)은, 멀티 보링가공에 의거하는 오일의 누출을 방지하는 것 및 베어링에의 급유량을 저감하는 것이라는 이점을 유지하면서 이물의 배출을 효과적으로 행할 수 있다.

도 1(a)는 크랭크축을 지지하는 2개의 상부 하프베어링과 하부 하프베어링으로 이루어지는 베어링의 측면도,

도 1(b)는 상부 하프베어링(2)과 하부 하프베어링(3) 내부도,

도 2는 크랭크축의 축유로와 커넥팅로드 핀에의 연락유로와의 관계를 설명하기 위한 개념도,

도 3은 챔퍼부에서의 이물의 배출 메카니즘을 설명하기 위한 확대도,

도 4(a)는 상하의 하프베어링의 안 둘레면의 구조를 나타내는 측면도,

도 4(b)는 상하의 하프베어링의 원주방향 중심부에서 바라본 단면도,

도 4(c)는 상하의 하프베어링의 원주방향 끝부에서 바라본 단면도,

도 5는 본 실시형태에 관한 미끄럼 베어링(멀티 보링에 의해 생산된 것임)과, 각 하프베어링의 안 둘레면에 보링가공에 의하여 얕은 홈을 형성하고, 또한 원주방향의 양 끝부에 크래시 릴리프를 형성하며, 또한 안 둘레면의 끝부 안쪽에 챔퍼링을 행한 미끄럼 베어링(통상의 보링에 의해 생산된 것임)을 사용한 시험결과를 나타내는 그래프도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 미끄럼 베어링 2 : 상부 하프베어링

3 : 하부 하프베어링 4 : 오일홈

4a : 오일구멍 5 : 챔퍼부

7 : 챔퍼부 8a : 얕은 홈

8b : 깊은 홈 10 : 크랭크축

11 : 축유로 12 : 콘로드 핀

13 : 연락유로 15 : 클리어런스

Claims (4)

1. 내연기관의 크랭크축을 지지하도록 한 쌍의 상부와 하부 하프베어링을 원통형상으로 조합한 미끄럼 베어링에 있어서,

   적어도 상부 하프베어링의 안 둘레면에 원주방향을 따라 오일홈이 형성되고,

   보링 가공에 의해 복수의 원주 방향 홈이 상기 하프 베어링의 안 둘레면 전역에 걸쳐 형성되되, 상기 복수의 홈 중 상기 원주방향의 양 끝부 각각의 홈은 크랭크축의 회전시에 하중을 주로 받는 다른 부분의 홈에 비하여 단면적이 커지도록 형성되고,

   상기 미끄럼 베어링에 의해 지지되는 크랭크축의 회전 방향에 대해 상기 상부 하프베어링의 전방 내측 단부 엣지(edge)가 챔퍼(chamfer)되고, 상기 상부 하프베어링의 상기 전방 내측 단부 엣지에 인접한 상기 하부 하프베어링의 내측 단부 엣지 역시 챔퍼되되, 챔퍼링(chamfering)에 의해 형성된 각각의 공간부(spatial portion)의 상기 미끄럼 베어링의 축에 수직한 단면적은, 0.15mm 내지 0.4 mm의 이등변 길이를 가지는 직각 삼각형 챔퍼 코너(chamfered corner)의 미끄럼 베어링의 축에 수직한 챔퍼된 공간 단면적과 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
2. 제 1항에 있어서,

   축방향으로 연장하는 상기 하프베어링들의 블랭크 부재(blank member)의 코 너부를 제거하여 상기 챔퍼부가 형성되되, 상기 코너부는 일반 삼각형 단면 형상을 가지면서 상기 블랭크 하프베어링의 원주 내측 끝부 엣지(circumferential inner end edge)를 포함하고,

   이미 제거된 초기의 원주 내측 끝부 엣지로부터, 제거된 일반 삼각형 단면 형상부의 원주 내측 끝부 엣지의 폭은 바람직하게는 1mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.4 mm를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
3. 내연기관의 크랭크축을 지지하도록 한 쌍의 상부와 하부 하프베어링을 원통형상으로 조합한 미끄럼 베어링에 있어서,

   적어도 상부 하프베어링의 안 둘레면에 원주방향을 따라 오일홈이 형성되고,

   상기 상부 및 하부 하프베어링이 합쳐지는 끝부분(abutting end)의 적어도 하나를 따라 이물질 배출 홈이 형성되되, 적어도 상기 미끄럼 베어링에 의해 지지되는 크랭크 축의 회전 방향에 대해 상기 상부 하프베어링의 앞쪽 합쳐지는 끝부분의 내측 코너(inside corner)를 챔퍼(chamfer)하여 상기 이물질 배출 홈을 형성하고, 상기 이물질 배출 홈과 상기 오일홈 사이에서 유체 교환이 가능한 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 미끄럼 베어링에 의해 지지되는 크랭크 축의 회전 방향에 대해 상기 상부 하프베어링의 앞쪽 합쳐지는 끝부분의 내측 코너와, 상기 상부 하프베어링의 상 기 합쳐지는 끝부분에 인접하는 상기 하부 하프 베어링의 다른 합쳐지는 끝부분(another abutting end)의 다른 내측 코너(another inside corner)를 챔퍼하여 상기 이물질 배출 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.

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