KR20130041791A - 샤프트에 장착되는 조인트용 자기 윤활 부싱 - Google Patents

Abstract

본 발명의 부싱(bushing)은 500 내지 6000 N/mm2 사이의 탄성 계수를 갖는 복합 재료로 제작되고, 상기 부싱은, 부싱이 샤프트(2) 상에 장착한 후에 누출-방지 또는 보호 배리어로서 작용하도록 하기 위해 부싱의 보어(1b)를 위로 돌출하도록 부싱의 제작시 직접 형성된 하나 이상의 립(1a)을 가지고, 이에 따라 상기 립(1a) 또는 립들의 내경과 상기 샤프트(2)의 외경 사이에서 조임 작용을 생성한다.

Description

샤프트에 장착되는 조인트용 자기 윤활 부싱{SELF-LUBRICATING BUSHING FOR A JOINT, WHICH IS INTENDED TO BE MOUNTED ON A SHAFT}

본 발명은 자기-윤활 힌지 연결의 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병진 운동 및/또는 회전 운동의 안내를 목적으로 부시(bush) 또는 베어링 내에 샤프트를 장착하는 기술 분야에 관한 것이다.

본 발명은 마모 매체(abrasive medium)에서 작동하는 힌지 연결(hinge connections)의 경우에 유리하게 사용된다.

마모 매체에서, 때로는 마모 현상은 상당히 중요할 수 있다. 상기 마모는 샤프트 및/또는 부시 상에서 분명하게 될 수 있고, 부시 또는 베어링의 내경과 샤프트의 외경의 접촉 지점에서 전형적으로 외부 공격이 초래될 수 있다.

이 문제를 해결하기 위한 시도로서, 힌지 연결부가 마모 매체에서 적합하게 작동하는 것을 보장하도록 하기 위해, 하나 이상의 누출-방지 보호 조인트(leak-tight protective joint)를 가지고 끼워 맞추는 방안을 기초로 한 부시 또는 베어링의 보어에 대한 제안이 제시되어왔다. 종종, 부시의 몸체는 금속으로 제작되고, 반면에 부가 구성된 조인트는 플루토늄(PU), 프로탁티늄(PA), 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 등으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 조인트는 부시의 보어와 공통축으로 구성된 카운터보어(counterbore)에서 장착될 수 있다.

외부 공격에 대항하여 누출-방지 보호 배리어(barrier)를 구현하는 목적으로, 부시 해결책은, 부시 보어의 각각의 단부에서 형성된 카운터보어 내에 수용된 부가 조인트로 끼워 맞춘 부시에 관한 문헌 WO 2005/072387 호에 명백하게 기술된다.

그러나, 한편으로는 부시에 대해 조인트를 부가하고 또 한편으로는 조인트를 부시의 재료와 상이한 재료로 제작하는 것은 다소 단점이 존재한다는 것이 판명되었다. 예를 들어, 조인트가 밀려나오는 위험성이 존재할 수 있다. 재료의 측면에서 고려하면, 힌지 연결부가 이질적인 성질을 갖는 부품들로 구성된다는 것은 치수의 변형를 발생시킬 수 있고, 추가적으로 특히 구성요소들 사이에서의 차이에 있어 팽창 현상, 습도 흡수, 조임 재개(resumption of tightening) 등에 대한 치수 변형이 발생될 수 있다.

또한, 종래 기술에 따른 복수의 재료들은 샤프트 또는 충돌 부품들, 즉 부시를 조성한 금속과 조인트를 조성한 재료가 접촉한다는 점이 주목된다. 이에 따라 마모가 일정하지 않게 되는 결과가 초래된다.

결과적으로, 이러한 부가 구성된 조인트들은 주어진 개수의 부품들에 요구된 적지 않은 비용을 발생시키고 때때로 조립을 어렵게 한다.

본 발명의 목적은 간단하고, 안전하고, 효율적이며 합리적인 방식으로 이러한 단점을 극복하는 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 본 발명은, 종래 기술 분석에서 명백하게 되는 바와 같이, 부가 구성된 조인트를 부가할 필요가 없이, 임의의 형태의 외부 공격에 대항하여 힌지 연결부의 경우에 마모 방지 보호체(anti-abrasion protection)를 제공하는 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 힌지 연결 부시가 샤프트 상에 장착하기 위해 설계되어 완성되었다. 상기 부시는 복합 재료로 이루어졌고, 립(lip) 또는 립들의 내경과 상기 샤프트의 외경 사이에서 조임 작용을 생성시켜 샤프트에 조립한 이후, 누출-방지 배리어(leak-tight barrier)로서 작동하기 위해 립 보어의 오버런 에지(overrun edge)로서 제작시 직접 형성된 하나 이상의 립을 가진다.

본 발명은 마모 매체에서 작용하는 특히 피벗 형태인, 임의의 형태의 힌지 연결부에 대하여 유리하게 사용될 수 있다.

이러한 특징들은 동질의 성질을 갖는 유닛으로 하여금 립이 부시 덩어리로부터 절삭되어 구현되도록 한다.

500 내지 6000 N/mm2 사이의 탄성 계수를 갖는 복합 재료의 경우에 유리한 결과를 가진다. 립의 내경과 샤프트의 외경 사이의 조임 작용은 0.05 내지 4 mm 사이에서, 그리고 바람직하게 0.2 내지 2 mm 사이에서 이루어진다.

바람직한 실시형태에 있어서, 복합 재료는 에폭시 수지 또는 비닐 에스테르 수지 또는 폴리에스테르 수지이다. 에폭시 수지 또는 비닐 에스테르 수지 또는 폴리에스테르 수지는 0.05 내지 0.5 mm 사이의 두께를 갖는 열가소성 섬유의 형태와 5 내지 50 중량% 사이의 윤활 충전재를 포함하는 보강재(reinforcement)를 조합한다.

후술되는 본 발명의 특징을 살펴보면, 아래의 사항들을 고려하여, 특히 립 또는 립들에 대한 서로 다른 실시형태가 고려될 수 있다.

부시의 하나 이상의 보어의 단부들 중 임의의 단부에서 립이 형성되는 지 여부,

또는, 부시의 보어에서 제공된 내부 그루브(groove)으로부터 시작하여 립이 형성되는 지 여부,

또는, 부시의 보어로부터 직접 시작하여 립이 형성되는 지 여부,

또는, 부시의 몸체 주변부와 함께 립이 원형 컷-아웃(cut-out)을 한정하는 지 여부,

또는, 부시의 몸체 주변부와 함께 립이 숄더를 한정하는 지 여부.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 특징에 따르는 복수의 힌지 연결 부시의 실례인 실시예를 나타내는 종방향 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 자기-윤활 부시로 끼워 맞춘 힌지 연결부의 개략적인 횡단면도이다.

본 발명에 따르면, 도면 부호 "1" 로 전체가 표시된 부시 또는 베어링은 복합 재료로 제작되고, 부시 또는 베어링이 제작될 때 직접 형성된 하나 이상의 립(1a)을 가진다. 부시 몸체를 구성하는 복합 재료는 500 내지 6000 N/mm2 사이의 탄성 계수를 가진다. 이 복합 재료는 0.05 mm 내지 0.5 mm 사이의 두께를 갖는 열가소성 섬유에 의해 보강된 에폭시 수지 또는 비닐에스테르 수지 또는 폴리에스테르 수지이고, 5 내지 50 사이의 중량 % 인 윤활 충전재를 포함한다.

부시는 몰드 성형법 및/또는 기계 가공에 의해 제작될 수 있다.

립 또는 립들(1a)은 부시의 내경(D1)과 샤프트(2)의 외경(D2) 사이에서 조임 작용을 생성시켜, 샤프트(2) 등에서 조립 이후 누출-방지 및/또는 보호 배리어로서 작용하는 부시 보어(1b) 내의 오버런 에지(overrun edge)이다.

직경(D1)과 직경(D2) 사이의 조임 작용은 0.05 내지 대략 4 mm 사이에서, 바람직하게 0.2 내지 2 mm 사이에서 이루어진다.

특히, 도 1 내지 도 4에서 도시되는 바와 같이, 립(1a)은 부시(1)의 단부들 각각에서 형성된다. 그러나, 본 발명의 내용으로부터 벗어남이 없이, 립들의 개수와 구성 배열은 제한되는 것으로 고려되는 것은 아니다.

도 1에서, 각각의 립(1a)들은 보어(1b)로부터 시작되어 직접 형성된다.

도 2는, 각각의 립(1a)들이 기술되는 바를 기초로 하여 립의 탄성을 촉진하기 위해 부시(1) 몸체의 주변부에 원형 컷-아웃(1c)을 한정하는 것을 제외하고, 도 1과 동일하다.

도 3 및 도 4에서, 각각의 립들은 보어(1b)에 제공된 내부 그루브(1d)로부터 시작하여 형성된다. 이 그루브의 폭은 가변화될 수 있다. 계속하여, 도 3 및 도 4에서, 각각의 립(1a)은 부시(1)의 몸체 주변부에 숄더(1e)를 한정한다.

특히, 본 발명 특징에 따라, 복합 재료로 제작된 부시들에 대한 마모 테스트는 조인트를 가지지 아니한 부시에 대한 기준과 부가 구성된 조인트들로 끼워 맞춘 부시들과 비교하여 수행되었다. 이러한 테스트들은 최대 한 달의 기간 동안에 전후방 이동 마찰 시뮬레이터(simulator)에서 수행되었다.

테스트 조건은 다음과 같다:

- 압력 : 40 MPa.

- 속도 : 15 m/s.

- PV : 0.6 MPa.m/s.

- 진동 : +/- 100°.

- 최대 테스트 기간 : 1 개월.

- 최대 허용 마모 : 0.5 mm.

- 테스트들은 샤프트/베어링 연결부와 접촉하는 50 ㎛ 의 모래(sand) 로 수행.

- 테이퍼진 케이스-강화된 16NC6 샤프트의 초기 직경 : 30 mm.

- 초기 간극 : 2 mm.

누출-방지(leak-tight) 구성이 없는 조인트의 기준 부시는, 대략 300,000 사이클의 종료시점에서 최대 허용 마모 (0.5 mm) 에 도달한다.

29.41 mm 직경의 립과, PA로 제작된 CSWM30 조인트로 전방부에서 끼워 맞춘 금속으로 제작된 부시는, 300,000 사이클의 종료시점에서 최대 허용 마모 (0.5mm) 에 도달한다.

0.78 mm 의 조임 작용(tightening)과 29.2 mm 직경으로, 일체로 형성된 립을 갖는, 본 발명의 특징에 따른 복합 재료로 이루어진 부시는, 마지막 사이클이 700,000 사이클에서 마모의 결과가 0.2 mm 이다.

각각의 부시들이 테스트되는 동안, 마모는 각각의 시뮬레이션 벤치에 설치된 비교 측정기에서 매일 기록되어 유도된다.

기술되는 설명으로부터 본 발명의 장점이 명확해지고, 특히, 하기의 사항들이 다시 기술되어 강조된다.

- 모든 종류의 외부 공격에 대항하여 효과적인 보호를 제공하기 위해 립 또는 립들과 조합되고, 자기 윤활 기능이 부여되는 부시의 복합 재료의 본연의 성질;

- 하나 이상의 립들을 포함하도록 부시를 제작하는 것은 조립에서와 유지보수 기간 동안에 비용 절감을 제공하고;

- 동질의 재료이고;

- 재료의 탄성은 적재시 변형을 허용하고, 부담(load)이 없이 초기 상태로 되돌아가고;

- 서비스 수명이 향상되고;

- 임의의 금속 부품들의 제거는, 예를 들어, 의료 장비 분야에서 맞닥뜨릴 수 있는 바와 같은 다소의 매체들(액체, 가스) 또는 자기 환경(magnetic environment)과 호환 가능하게 부시를 제작할 수 있고;

- 열에 기인한 변형이 부시의 모든 지점에서 동일하게 주어지면, 상대적인 팽창이 없고;

- 소음 공해를 제한하고;

- 립 또는 립들의 탄성을 용이하게 하고 향상시키는 하나 이상의 그루브들을 제작 가능하다.

Claims (10)

1. 병진 운동 및/또는 회전 운동의 안내를 목적으로 샤프트(2)에 장착하기 위한 자기 윤활 힌지 연결 부시(1)에 있어서,
   상기 부시는,
   500 내지 6000 N/mm2 사이의 탄성 계수를 갖는 복합 재료로 제작되고,
   상기 부시는 부시의 보어(1b)의 오버런 에지와 같이 제작시 직접 형성된 하나 이상의 립(1a)을 가지고, 상기 립(1a) 또는 립들의 내경과 상기 샤프트(2)의 외경 사이에서 조임 작용을 생성함으로서 상기 샤프트(2) 상에 장착한 이후 누출-방지 또는 보호 배리어로서 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 부시.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합 재료는 에폭시 수지 또는 비닐에스테르 수지 또는 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 부시.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   에폭시 수지 또는 비닐에스테르 수지 또는 폴리에스테르 수지는 0.05 내지 0.5 mm 사이의 두께를 갖는 열가소성 섬유의 형태이고 5 내지 50 중량% 사이의 윤활 충전재를 포함하는 보강재를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 립(1a)의 내경과 상기 샤프트(2)의 외경 사이의 조임 작용은 0.05 내지 4 mm 사이에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부시.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 립(1a)의 내경과 상기 샤프트(2)의 외경 사이의 조임 작용은 0.2 내지 2 mm 사이에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부시.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 립(1a)은 부시의 하나 이상의 보어(1b)의 단부들 중 임의의 단부 지점에 형성되는 것을 특징으로 하는 부시.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 립(1a)은 상기 보어(1b) 내에 제공된 내부 그루브(1d)으로부터 시작하여 형성되는 것을 특징으로 하는 부시.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 립(1a)은 상기 보어(1b)로부터 시작하여 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 부시.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 립(1a)은 상기 부시 몸체의 주변부와 함께 원형 컷-아웃(1c)을 제한하는 것을 특징으로 하는 부시.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 립은 상기 부시 몸체의 주변부와 함께 숄더(1e)를 제한하는 것을 특징으로 하는 부시.

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