KR20090025207A

KR20090025207A - 베어링 장치

Info

Publication number: KR20090025207A
Application number: KR1020087027401A
Authority: KR
Inventors: 히로시 야마모토; 모토히데 스기하라; 아츠시 나가토
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2009-03-10
Also published as: US20090268996A1; WO2007132735A1; JP2007309392A; EP2022993A4; CN101449069A; EP2022993A1; US8104966B2; CN101449069B; EP2022993B1

Abstract

형성된 지지 구멍 (11) 에 저널축 (1) 을 삽입 통과시켜 그 저널축 (1) 을 그 중심축 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하고, 저널축이 상대적으로 회전하는 경우에 그 저널축 (1) 에 슬라이딩 접촉하는 지지 구멍 (11) 의 내주면에 윤활유를 공급하기 위한 급유홈부 (16) 가 나선상으로 형성된 부시 (10) 에 있어서, 지지 구멍 (11) 의 내주면의 면적에 대한 급유홈부 (16) 의 면적의 비율이 30% 이하이고, 지지 구멍 (11) 의 내주면 상에서 서로 인접하는 급유홈부 (16) 사이에 있어서의 저널축 (1) 의 중심축 방향의 거리와 둘레 방향의 거리의 곱이 50㎟ 이상 300㎟ 이하이다.

베어링

Description

베어링 장치{BEARING UNIT}

본 발명은 베어링 장치에 것한 것으로, 보다 상세하게는, 예를 들어 건설 토목 기계 등에 있어서의 여러 가지 연결 부분에 적용되며, 축 부재를 그 중심축 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하는 베어링 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 건설 토목 기계 등에 있어서의 여러 가지 연결 부분에 있어서, 로드상의 축 부재를 그 중심축을 축심으로 하여 축심 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하는 베어링 장치가 사용되고 있다. 이러한 베어링 장치는, 예를 들어 통상의 형태를 이루고, 내부에 형성된 지지 구멍에 축 부재를 삽입 통과시켜 그 축 부재를 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하는 것이다. 그리고, 이 축 부재가 상대적으로 회전하는 경우에는, 그 축 부재의 외주면과 지지 구멍의 내주면 사이에 공급된 윤활유의 얇은 유막이 형성된다. 즉, 축 부재는 윤활유에 의한 유막을 통해 상대적으로 회전하게 된다.

그런데, 굴삭기 등으로 대표되는 건설 토목 기계 등의 작업 특성상, 축 부재는 저속도, 고하중으로 소정의 각도를 왕복 회전하기 때문에, 그 축 부재의 외주면과 지지 구멍의 내주면 사이에서의 상대적인 미끄러짐 속도가 매우 느려, 그 슬라이딩 접촉 영역 (접촉 각도 영역) 에서는 항상 큰 하중이 가해진다. 이 때문 에, 축 부재의 외주면과 지지 구멍의 내주면 사이에서 국부적으로 유막 끊김이 발생하여, 축 부재의 외주면이나 지지 구멍의 내주면에 늘어붙음이 발생하기 쉬웠다.

그래서, 지지 구멍의 내주면에 윤활유를 공급하기 위한 급유홈부를 형성하고, 지지 구멍의 내주면의 면적에 대한 급유홈부의 면적의 비율을 30 ∼ 90% 로 하는 베어링 장치가 제안되어 있다. 이러한 베어링 장치에서는, 급유홈부를 통해 윤활유를 안정적으로 공급할 수 있어, 국부적인 유막 끊김 등의 발생을 억제하여 내늘어붙음성의 향상을 도모하고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-84815호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데, 상기 특허문헌 1 에 제안되어 있는 베어링 장치에서는, 지지 구멍의 내주면의 면적에 대한 급유홈부의 면적의 비율이 30% 이상이기 때문에, 지지 구멍 에 있어서의 급유홈부 이외의 부분, 즉 축 부재의 외주면과 실제로 접하는 슬라이딩 접촉면의 면적의 비율이 상대적으로 작아진다. 이와 같이 슬라이딩 접촉면의 면적의 비율이 상대적으로 작아지면, 지지 구멍의 내주면의 마찰 계수가 충분히 작은 것으로 되지 않는다. 마찰 계수가 충분히 작은 것으로 되지 않으면, 축 부재가 상대적으로 회전하는 경우의 마찰 저항으로 인하여 과대한 토크가 발생되는 결과, 예를 들어 베어링 장치를 지지하는 지지 부재 등에 필요 이상의 부하를 주게 되어, 그 지지 부재 등의 파손을 가져올 우려가 있다. 이와 같이, 내늘어붙음성의 향상을 도모하면 마찰 계수가 커지는 한편, 마찰 계수의 저감을 도모하면 내늘어붙음성이 저하되어, 양자는 상반되는 관계에 있다.

본 발명의 목적은 상기 실정을 감안하여 서로 상반되는 관계에 있는 내늘어붙음성과 마찰 계수를 양호한 것으로 할 수 있는 베어링 장치를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구항 1 에 관련된 베어링 장치는, 형성된 지지 구멍에 축 부재를 삽입 통과시켜 그 축 부재를 그 중심축 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하고, 상기 축 부재가 상대적으로 회전하는 경우에 그 축 부재에 슬라이딩 접촉하는 상기 지지 구멍의 내주면에 윤활유를 공급하기 위한 급유홈부가 나선상으로 형성된 베어링 장치에 있어서, 상기 지지 구멍의 내주면의 면적에 대한 상기 급유홈부의 면적의 비율이 30% 이하이고, 상기 지지 구멍의 내주면 상에서 서로 인접하는 상기 급유홈부 사이에 있어서의 상기 축 부재의 중심축 방향의 거리와 둘레 방향의 거리의 곱이 50㎟ 이상 300㎟ 이하인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 청구항 2 에 관련된 베어링 장치는, 상기 서술한 청구항 1 에 있어서, 상기 급유홈부는 다줄 홈으로서 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 청구항 3 에 관련된 베어링 장치는, 상기 서술한 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서, 상기 급유홈부는 상기 축 부재의 중심축 방향에 대한 경사각이 70°이상 80°이하인 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 지지 구멍의 내주면의 면적에 대한 급유홈부의 면적의 비율이 30% 이하이고, 지지 구멍의 내주면 상에서 서로 인접하는 급유홈부 사이에 있어서의 축 부재의 중심축 방향의 거리와 둘레 방향의 거리의 곱이 50㎟ 이상 300㎟ 이하이기 때문에, 지지 구멍의 내주면 상에 있어서의 급유홈부 이외의 부분의 면적을 충분히 확보할 수 있음과 함께, 서로 인접하는 급유홈부로부터 윤활유를 안정적으로 공급하여 유막 끊김 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 마찰 계수를 충분히 작은 것으로 하면서, 내늘어붙음성을 필요 충분한 것으로 확보할 수 있으며, 따라서, 서로 상반되는 관계에 있는 마찰 계수와 내늘어붙음성을 양호한 것으로 할 수 있다는 효과를 나타낸다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 있어서의 베어링 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.

도 2 는 도 1 에 나타낸 베어링 장치의 단부를 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.

도 3 은 도 1 에 나타낸 베어링 장치의 주연 (周緣) 중앙 부분을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.

도 4 는 도 1 에 나타낸 베어링 장치의 내주면을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다.

도 5 는 급유홈부의 면적의 비율을 변화시킨 경우의 마찰 계수에 대하여 나타낸 도표이다.

도 6 은 급유홈부 사이의 피치를 변경하여 수압 (受壓) 면적을 변화시킨 경우의 마찰 계수 및 늘어붙음면압의 변화에 대하여 나타낸 도표이다.

*부호의 설명*

10 : 부시

11 : 지지 구멍

12a : 내부 테이퍼면

12b : 외부 테이퍼면

13 : 윤활유 유로

14 : 연통 구멍

15 : 윤활유 공급홈부

16 : 급유홈부

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 베어링 장치의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 있어서의 베어링 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다. 여기에 예시하는 베어링 장치는 건설 토목 기계인 굴삭기에 장비된 아암 및 버킷을 연결하는 작업기의 연결 부분에 적용된 부시 (10) 이다.

부시 (10) 는 원통상의 형태를 이루고, 도면에는 명시하지 않지만, 상기 아 암의 선단에 고정 지지된 원통상의 보스 내에 압입된 양태에서 그 보스의 내주에 고정 지지되어 있다. 이러한 부시 (10) 는 내부에 형성된 지지 구멍 (11) 에 로드상의 축 부재인 저널축 (1) 을 삽입 통과시키고 있다. 저널축 (1) 은 지지 구멍 (11) 의 내경 (예를 들어, 40 ∼ 120㎜) 보다 약간 작은 외경을 가지며, 도면에는 명시하지 않지만, 상기 버킷의 1 쌍의 브래킷 사이에 고정 지지된 것이다. 그리고, 굴삭기의 가동시에 있어서, 아암에 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된 버킷이 요동하면, 저널축 (1) 이 그 중심축을 축심으로 하여 축심 둘레로 상대적으로 회전하게 된다. 요컨대, 부시 (10) 는 저널축 (1) 을 그 중심축 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하는 것으로서, 저널축 (1) 이 상대적으로 회전하는 경우에는, 그 저널축 (1) 의 외주면과 지지 구멍 (11) 의 내주면이 슬라이딩 접촉하게 된다.

상기 부시 (10) 는 JIS 기호에 의해 재질이 규격화된 원하는 강재, 예를 들어 고탄소강이나 합금강으로 이루어진다. 부시 (10) 의 표면 경도는 록웰 경도 HRC 로 50 이상이면 되고, 바람직하게는 록웰 경도 HRC 로 52 ∼ 60 이다.

이러한 부시 (10) 의 양단에 있어서의 개구 가장자리 부분 및 외측 가장자리 부분에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 각각 내부 테이퍼면 (12a) 및 외부 테이퍼면 (12b) 이 형성되어 있다. 내부 테이퍼면 (12a) 은 저널축 (1) 의 삽입을 용이하게 하기 위해 형성한 것이다. 외부 테이퍼면 (12b) 은 보스 내로의 압입을 용이하게 하기 위해 형성한 것으로서, 내부 테이퍼면 (12a) 보다 구배가 작다. 또, 부시 (10) 의 외주면의 중앙부 부분에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 윤활유 유로 (13) 가 외주 방향을 따라 형성되어 있다. 윤활유 유로 (13) 는 부시 (10) 의 내주면에 공급되는 윤활유의 유로로서, 본 실시형태에서는, 예를 들어 절삭 가공이나 주조에 의해 단면 형상이 원호상으로 형성되어 있다.

한편, 부시 (10) (지지 구멍 (11)) 의 내주면에는 윤활유 공급홈부 (15) 및 급유홈부 (16) 가 형성되어 있다. 윤활유 공급홈부 (15) 는 내주면의 중앙 부분의 윤활유 유로 (13) 에 대응하는 영역에 내주 방향을 따라 형성되어 있다. 이 윤활유 공급홈부 (15) 는 연통 구멍 (14) 을 통해 윤활유 유로 (13) 로 연통되어 있으며, 그 홈의 폭은 그 윤활유 유로 (13) 보다 약간 작다. 본 실시형태에서는, 윤활유 공급홈부 (15) 의 단면 형상은 원호상으로 형성되어 있다.

급유홈부 (16) 는 윤활유 공급홈부 (15) 에서부터 양단의 개구 가장자리 부분을 향하여 나선상으로 형성되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 급유홈부 (16) 는 부시 (10) 의 축 방향, 즉 저널축 (1) 의 중심축 방향에 대해 소정의 각도만큼 경사진 양태로 형성되어 있다. 또, 급유홈부 (16) 는 다줄 홈 (예를 들어, 6 줄 홈) 으로서 형성되어 있다. 여기에, 급유홈부 (16) 의 경사각 (θ) 으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 70°이상 80°이하의 범위인 것이 바람직하고, 특히 75°인 것이 바람직하다. 급유홈부 (16) 는 지지 구멍 (11) 의 내주면에 윤활유를 공급하는 것으로서, 보다 구체적으로는 연통 구멍 (14) 을 통해 윤활유 공급홈부 (15) 에 공급된 윤활유를 지지 구멍 (11) 의 내주면에 순환 공급하기 위한 것이다. 본 실시형태에서는, 급유홈부 (16) 는 단면 형상이 원호상으로 형성되어 있으며, 윤활유 공급홈부 (15) 의 홈의 폭보다 작다. 그 급유홈부 (16) 의 홈의 폭에 대해서는 후술한다.

또, 부시 (10) 의 내주면은 급유홈부 (16) 가 형성된 후에 고주파 담금질 등의 경화 처리가 실시된 것인 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같은 부시 (10) 는, 지지 구멍 (11) 의 내주면의 면적에 대한 급유홈부 (16) 의 면적의 비율 (이하, 면적률이라고도 한다) 이 30% 이하, 바람직하게는 10% 이상 30% 이하이고, 또한 도 4 에 나타내는 바와 같이, 지지 구멍 (11) 의 내주면 상에서 서로 인접하는 급유홈부 (16) 사이에 있어서의 저널축 (1) 의 중심축 방향의 거리 (a) 와 둘레 방향의 거리 (c) 의 곱 (a × c : 이하, 수압 면적이라고도 한다) 가 50㎟ 이상 300㎟ 이하인 것을 특징으로 한다.

급유홈부 (16) 의 면적률이 30% 이하임으로써, 도 5 로부터 명백한 바와 같이, 마찰 계수를 충분히 작게 할 수 있다. 여기에서, 도 5 는 급유홈부의 면적의 비율을 변화시킨 경우의 마찰 계수에 대하여 나타내는 것이다. 여기에서는, 부시 (10) 의 내경을 70㎜ 로 하였다. 동 도면으로부터, 면적률이 30% 이하에서는 마찰 계수를 0.08 이하로 충분히 작게 할 수 있는 한편, 면적률이 30% 를 초과하는 경우에는, 마찰 계수가 커지는 것을 이해할 수 있다.

그리고, 이러한 면적률이 30% 이하이고, 수압 면적이 50㎟ 이상 300㎟ 이하임으로써, 지지 구멍 (11) 의 내주면 상에 있어서의 급유홈부 (16) 이외의 면적, 즉 저널축 (1) 의 외주면과 실제로 접하는 슬라이딩 접촉면의 면적을 충분히 확보할 수 있음과 함께, 서로 인접하는 급유홈부 (16) 로부터 윤활유를 안정적으로 순환 공급하여 유막 끊김 등이 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 그 결과, 마찰 계수 를 충분히 작은 것으로 하면서, 내늘어붙음성을 필요 충분한 것으로 확보할 수 있다. 따라서, 상기 부시 (10) 에서는 서로 상반되는 관계에 있는 마찰 계수와 내늘어붙음성을 양호한 것으로 할 수 있다.

이와 같이 마찰 계수를 충분히 작은 것으로 할 수 있기 때문에, 저널축 (1) 이 상대적으로 회전함으로써 발생되는 토크를 원하는 크기로 억제할 수 있으며, 저널축 (1) 을 지지하는 브래킷이나 부시 (10) 를 지지하는 보스 등에 필요 이상의 부하를 줄 우려가 없어, 이들 부재가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 6 은 급유홈부 사이의 피치를 변경하여 수압 면적을 변화시킨 경우의 마찰 계수 및 늘어붙음면압의 변화에 대하여 나타내는 것이다. 여기에서는, 부시 (10) 의 내경을 70㎜, 급유홈부 (16) 의 경사각 (θ) 을 75°, 급유홈부 (16) 의 면적률을 30% 이하로 하고, 버킷의 요동각을 46°로 하여 실시하였다. 늘어붙음면압은 부시 (10) 에 가해지는 부하 하중을 지지 구멍 (11) 의 내주면의 투영 면적으로 나눈 것으로서 산출하였다.

이러한 도 6 으로부터 명백한 바와 같이, 수압 면적이 50㎟ 이상 300㎟ 이하인 범위에서는, 마찰 계수가 0.08 이하이고, 늘어붙음면압이 5㎏/㎟ 이상이 되어, 마찰 계수를 충분히 작은 것으로 하면서 늘어붙음면압을 필요 충분한 크기로 확보할 수 있다. 수압 면적이 50㎟ 미만에서는, 늘어붙음면압이 매우 큰 것이 되지만, 마찰 계수가 커진다. 보다 구체적으로는, 마찰 계수가 0.08 보다 커진다. 이와 같이 마찰 계수가 0.08 보다 크면, 저널축 (1) 의 둘레 고정 부위 (브래킷 등) 가 파손될 우려가 있다. 한편, 수압 면적이 300㎟ 를 초과하면, 마찰 계수 는 충분히 낮은 것이 되지만, 늘어붙음면압이 작아진다. 보다 구체적으로는, 늘어붙음면압이 5㎏/㎟ 미만이 된다. 이와 같이 늘어붙음면압이 5㎏/㎟ 미만이면, 건설 토목 기계의 작업기의 사용 조건에서는 늘어붙음 부위 등이 발생한다.

이러한 실험 결과로부터 급유홈부 (16) 의 면적률이 30% 이하이고, 수압 면적을 50㎟ 이상 300㎟ 이하임으로써, 마찰 계수와 내늘어붙음성을 양호한 것으로 할 수 있다는 것이 명백하다.

상기 부시 (10) 에서는 (지지 구멍 (11) 의) 내경이 40 ∼ 120㎜ 인 범위에 있어서, 급유홈부 (16) 의 면적률이 30% 이하이고, 수압 면적이 50㎟ 이상 300㎟ 이하이면, 급유홈부 (16) 의 홈의 폭은 3.0㎜ 이하가 된다. 따라서, 부시 (10) 에서는, 급유홈부 (16) 의 홈의 폭이 3.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 특히 0.5㎜ 이상 3.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 급유홈부 (16) 의 홈의 폭이 3.0㎜ 이하임으로써, 마찰 계수를 충분히 작은 것으로 하면서, 내늘어붙음성을 필요 충분한 것으로 확보할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지로 변경을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 급유홈부 (16) 가 다줄 홈으로서 형성되어 있었는데, 본 발명에서는 급유홈부가 1 줄 홈으로서 형성되어 있어도 된다. 이러한 구성에 의해서도, 급유홈부의 면적률이 특정 범위에 있으면서 수압 면적이 특정 범위에 있으면, 상기 서술한 실시형태와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 급유홈부가 1 줄 홈으로서 형성되어 이루어지는 경우에 있어서의 「서로 인접하는 급유 홈부 사이」란, 지지 구멍의 내주면에 있어서의 소정 영역에서 서로 인접하는 급유홈부 사이를 말한다.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 급유홈부 (16) 의 단면 형상이 원호상이지만, 본 발명에서는 급유홈부의 단면 형상이 삼각형상 또는 직사각형상이어도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 건설 토목 기계인 굴삭기에 장비된 아암 및 버킷을 연결하는 작업기의 연결 부분에 적용된 부시 (10) 를 베어링 장치로서 설명했지만, 본 발명에 있어서의 베어링 장치는, 이러한 부시 (10) 에 한정되는 것은 아니며, 각종 산업 기계의 여러 가지 연결 부분에 적용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관련된 베어링 장치는, 예를 들어 건설 토목 기계 등에 있어서의 여러 가지 연결 부분에 적용되며, 축 부재를 그 중심축 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하는 데에 유용하다.

Claims

형성된 지지 구멍에 축 부재를 삽입 통과시켜 그 축 부재를 그 중심축 둘레로 상대적으로 회전할 수 있도록 지지하고, 상기 축 부재가 상대적으로 회전하는 경우에 그 축 부재에 슬라이딩 접촉하는 상기 지지 구멍의 내주면에 윤활유를 공급하기 위한 급유홈부가 나선상으로 형성된 베어링 장치에 있어서,

상기 지지 구멍의 내주면의 면적에 대한 상기 급유홈부의 면적의 비율이 30% 이하이고, 상기 지지 구멍의 내주면 상에서 서로 인접하는 상기 급유홈부 사이에 있어서의 상기 축 부재의 중심축 방향의 거리와 둘레 방향의 거리의 곱이 50㎟ 이상 300㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 급유홈부는 다줄 홈으로서 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 급유홈부는 상기 축 부재의 중심축 방향에 대한 경사각이 70°이상 80°이하인 것을 특징으로 하는 베어링 장치.