KR20180061904A - 유막 베어링 - Google Patents

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KR20180061904A KR1020160161610A KR20160161610A KR20180061904A KR 20180061904 A KR20180061904 A KR 20180061904A KR 1020160161610 A KR1020160161610 A KR 1020160161610A KR 20160161610 A KR20160161610 A KR 20160161610A KR 20180061904 A KR20180061904 A KR 20180061904A
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김영민
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평화오일씰공업주식회사
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Abstract

서로 겹쳐지며 상대 회전하는 제1 환형 부재(ring member)와 제2 환형 부재 사이에 마찰을 감소시키는 유막(oil film)이 형성되는 유막 베어링이 개시된다. 개시된 유막 베어링은, 제2 환형 부재와 대면(對面)하는 제1 환형 부재의 마찰면에 제1 환형 부재의 중심으로부터 등거리의 점을 연결한 적어도 하나의 가상의 원 궤도를 따라 형성된 적어도 하나의 오일 순환 홈(groove)이 형성되고, 제1 환형 부재와 대면하는 제2 환형 부재의 마찰면에, 제2 환형 부재의 내주면에서 외주면으로 연장되고 내주면에서 외주면으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 오일 공급 홈이 서로 이격되게 형성된다. 제1 환형 부재와 제2 환형 부재 중 하나의 부재가 다른 부재에 대해 상대적으로 회전하면, 복수의 오일 공급 홈에 수용된 오일 중 적어도 일부가 제1 환형 부재의 마찰면과 제2 환형 부재의 마찰면 사이의 틈새로 공급되고, 틈새에 유입된 오일은 적어도 하나의 오일 순환 홈을 따라 순환한다.

Description

유막 베어링{Oil film bearing}
본 발명은 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유막 베어링에 관한 것이다.
베어링(bearing)은 회전하고 있는 샤프트(shaft)를 일정한 위치에 고정시키고 샤프트의 자중(自重)과 샤프트에 걸리는 하중을 지지하면서 샤프트를 회전시키는 역할을 하는 기계요소이다. 다양한 종류의 베어링이 알려져 있으나, 롤러(roller)나 볼(ball)이 개재되어 마찰을 줄여주는 구름 베어링이 일반적으로 사용된다. 그러나, 상기 구름 베어링도 롤러나 볼의 마모로 인한 내구성 저하의 문제가 있고, 경도 및 강도가 큰 금속 소재로 제조되므로 베어링의 무게가 무겁고, 조립이 용이하지 않아 생산성이 저하되며, 제조 원가가 높다.
대한민국 등록특허공보 제10-1666092호
본 발명은 유막의 두께가 신뢰성 있게 유지되어 내마모성과 내구성이 향상되고, 조립이 용이하여 생산성이 향상되며, 제조 원가가 절감되는 유막 베어링을 제공한다.
본 발명은, 서로 겹쳐지며 상대 회전하는 제1 환형 부재(ring member)와 제2 환형 부재 사이에 마찰을 감소시키는 유막(oil film)이 형성되는 유막 베어링에 있어서, 상기 제2 환형 부재와 대면(對面)하는 상기 제1 환형 부재의 마찰면에는 상기 제1 환형 부재의 중심으로부터 등거리의 점을 연결한 적어도 하나의 가상의 원 궤도를 따라 형성된 적어도 하나의 오일 순환 홈(groove)이 형성되고, 상기 제1 환형 부재와 대면하는 상기 제2 환형 부재의 마찰면에는, 제2 환형 부재의 내주면에서 외주면으로 연장되고 상기 내주면에서 외주면으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 오일 공급 홈이 서로 이격되게 형성되어, 상기 제1 환형 부재와 상기 제2 환형 부재 중 하나의 부재가 다른 부재에 대해 상대적으로 회전하면, 상기 복수의 오일 공급 홈에 수용된 오일 중 적어도 일부가 상기 제1 환형 부재의 마찰면과 상기 제2 환형 부재의 마찰면 사이의 틈새로 공급되고, 상기 틈새에 유입된 오일은 상기 적어도 하나의 오일 순환 홈을 따라 순환하는 유막 베어링을 제공한다.
상기 제1 환형 부재 및 상기 제2 환형 부재의 재질은 플라스틱(plastic)일 수 있다.
상기 오일 공급 홈을 한정하는 한 쌍의 벽면 중에서 하나의 벽면은 상기 제2 환형 부재의 마찰면과의 경계 부분에 완만한 곡면부가 형성되고, 상기 제2 환형 부재가 상기 제1 환형 부재에 대해 일 방향으로 상대적으로 회전하는 경우에, 상기 한 쌍의 벽면 중에서 상기 회전 방향을 따라 후방(後方)에 위치한 벽면에 상기 곡면부가 형성될 수 있다.
상기 제2 환형 부재가 상기 제1 환형 부재에 대해 일 방향으로 상대적으로 회전하는 경우에, 상기 오일 공급 홈을 한정하는 한 쌍의 벽면 중에서 상기 회전 방향을 따라 전방(前方)에 위치한 벽면은, 상기 제2 환형 부재의 중심에서 멀어질수록 뒤쳐지는 방향으로 휘어진 나선(vortex line)을 따라 연장될 수 있다.
상기 제2 환형 부재의 단면 형상은 사각형이고, 상기 제2 환형 부재의 상측면과 외주면을 가리도록 상기 제1 환형 부재의 단면 형상의 알파벳 L자 형상이며, 상기 적어도 하나의 오일 순환 홈은 상기 제2 환형 부재의 상측면과 대면하는 제1 환형 부재의 마찰면 및 상기 제2 환형 부재의 외주면과 대면하는 제1 환형 부재의 마찰면에 각각 형성될 수 있다.
상기 오일 공급 홈은 상기 제2 환형 부재의 내주면 측 및 외주면 측에 각각오일의 유동이 가능한 개구(開口)가 마련되고, 상기 내주면 측 개구의 폭은 상기 외주면 측 개구의 폭의 2배 내지 4배일 수 있다.
본 발명에 따르면, 유막 베어링의 제2 환형 부재에 마련된 오일 공급 홈에 의해 오일이 유막 베어링 외부로 쉽게 유출되지 않고 내부에서 머물러 제1 환형 부재와 제2 환형 부재 사이의 틈새로 오일이 충분히 공급된다. 또한, 제1 환형 부재에 마련된 오일 순환 홈에 의해 오일이 상기 틈새에서 머물면서 원활하게 순환한다. 이에 따라, 상기 틈새에서 유막(oil film)의 두께가 신뢰성 있게 유지되어 유막 베어링의 내마모성과 내구성이 향상되고, 마찰 소음이 저감된다.
본 발명의 유막 베어링은, 구름 베어링과 비교하여 복수의 볼, 롤러와 같은 부재가 없고 구조가 단순하므로 조립이 용이하여 생산성이 향상되고, 제조 원가가 절감된다. 또한, 재질이 플라스틱인 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 강성이 큰 금속 재질로 형성되지 않으므로 제조 원가가 더욱 절감되고, 무게가 가벼워서 차량 내부에 회전축을 지지하는 용도로 사용될 경우 차량의 연비가 절감되는 효과가 있다
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유막 베어링의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 유막 베어링의 분해 사시도로서, 도 2는 위에서 본 도면이고, 도 3은 아래에서 본 도면이다.
도 4는 도 2의 IV 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 도 2를 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유막 베어링을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유막 베어링의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 유막 베어링의 분해 사시도로서, 도 2는 위에서 본 도면이고, 도 3은 아래에서 본 도면이고, 도 4는 도 2의 IV 부분을 확대 도시한 도면이며, 도 5는 도 2를 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유막 베어링(10)은 서로 겹쳐지며 상대 회전하는 제1 환형 부재(11)와 제2 환형 부재(30)를 구비한다.
제1 환형 부재(11)는 링(ring) 형상의 부재로서, 수평하게 연장된 링 형상의 상측 덮개부(12)와, 수직하게 연장된 링 형상의 외주측 덮개부(15)가 일체로 연결되어 단면이 알파벳 L자 형상으로 형성된다(도 5 참조). 제2 환형 부재(30)는 링 형상의 부재로서 단면이 사각 형상이다. 상기 상측 덮개부(12)가 제2 환형 부재(30)의 상측면(33)을 가리고, 상기 외주측 덮개부(15)가 제2 환형 부재(30)의 외주면(32)을 가리도록, 제1 환형 부재(11)가 제2 환형 부재(30)에 가깝게 배치된다.
상기 제2 환형 부재(30)가 회전 샤프트(shaft)(미도시)에 밀착 고정되고, 상기 제1 환형 부재(11)가 상기 회전 샤프트를 지지하는 샤프트 하우징(housing)(미도시)에 밀착 고정될 수도 있고, 반대로 제1 환형 부재(11)가 회전 샤프트에 밀착 고정되고, 상기 제2 환형 부재(30)가 상기 회전 샤프트를 지지하는 샤프트 하우징에 밀착 고정될 수도 있다. 이하에서는, 상기 제2 환형 부재(30)가 회전 샤프트에 밀착 고정되고, 상기 제1 환형 부재(11)가 샤프트 하우징에 밀착 고정되며, 상기 제2 환형 부재(30)가 상기 회전 샤프트와 함께 도 2 및 도 3의 화살표(AR) 방향, 즉 반시계 방향으로 회전하는 경우를 가정하여 유막 베어링(10)을 설명하고자 한다. 이 때, 제2 환형 부재(30)의 하측면(34) 단독으로, 또는 제2 환형 부재(30)의 하측면(34)과 내주면(31)이 함께 상기 회전 샤프트에 밀착 고정되고, 제1 환형 부재(11)의 상측 덮개부(12)의 상측면(14) 단독으로, 또는 상기 상측 덮개부(12)의 상측면(14)과 상기 외주측 덮개부(15)의 외주면(17)이 상기 샤프트 하우징에 밀착 고정된다.
제2 환형 부재(30)와 대면(對面)하는 제1 환형 부재(11)의 마찰면(13, 16)에는 제1 환형 부재(11)의 중심(CP1)으로부터 같은 거리의 점을 연결한 가상의 원 궤도를 따라 형성된 복수의 오일 순환 홈(groove)이 형성된다. 구체적으로, 제2 환형 부재(30)의 상측면(33)과 대면하는 상측 덮개부(12)의 하측면(13)이 제1 환형 부재(11)의 제1 마찰면(13)이 되며, 상기 제1 마찰면(13)에는 서로 이격되게 제1 내지 제3 오일 순환 홈(21, 22, 23)이 형성된다. 또한, 제2 환형 부재(30)의 외주면(32)과 대면하는 외주측 덮개부(15)의 내주면(16)이 제1 환형 부재(11)의 제2 마찰면(16)이 되며, 상기 제2 마찰면(16)에는 제4 오일 순환 홈(24)이 형성된다. 상기 제1 환형 부재(11)의 중심(CP1)은 상기 회전 샤프트(미도시)의 회전 축선(CL) 상에 마련된다.
제1 환형 부재(11)와 대면하는 제2 환형 부재(30)의 마찰면(33)에는 제2 환형 부재(30)의 내주면(31)에서 외주면(32)으로 연장되고, 상기 내주면(31)에서 외주면(32)으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 오일 공급 홈(36)이 서로 이격되게 형성된다. 구체적으로, 제2 환형 부재(30)에서 마찰면은 상기 제1 환형 부재(11)의 제1 마찰면(13)과 대면하는 상측면(33)과, 상기 제1 환형 부재(11)의 제2 마찰면(16)과 대면하는 외주면(32)이 있으나, 그 중에서 상기 복수의 오일 공급 홈(36)이 형성되는 마찰면은 제2 환형 부재(30)의 상측면(33)이다.
복수의 오일 공급 홈(36)은 각각 한 쌍의 전방 벽면(41) 및 후방 벽면(42)에 의해 한정된다. 제2 환형 부재(30)가 제1 환형 부재(11)에 대해 상대적으로 회전할 때 그 회전 방향(AR)을 따라 전방(前方)에 위치하는 벽면이 전방 벽면(41)이고, 후방에 위치하는 벽면이 후방 벽면(42)이다. 전방 벽면(41)은 오일 공급 홈(36)의 바닥에서 90°에 가까운 각도로 절곡되어 상향 연장되고, 제2 환형 부재(30)의 상측면(33)과 90°에 가까운 각도로 절곡되어 이어진다.
한편, 후방 벽면(42)은 오일 공급 홈(36)의 바닥에서 90°에 가까운 각도로 절곡되어 상향 연장되지만, 제2 환형 부재(30)의 상측면(33)는 곡면을 이루며 완만하게 이어진다. 즉, 후방 벽면(42)은 제2 환형 부재(30)의 상측면과의 경계 부분에 완만한 곡면부(43)가 형성된다.
상기 전방 벽면(41) 각각은 제2 환형 부재(30)의 중심(CP2)에서 멀어질수록 제2 환형 부재(30)의 회전 방향(AR)에서 뒤처지는 방향으로 휘어진 나선(vortex line)(VOR)을 따라 연장된다. 상기 후방 벽면(42)은 상기 나선(VOR)보다 곡률(curvature)이 큰 곡선(CUR)을 따라 연장된다. 상기 제2 환형 부재(30)의 중심(CP2)은 상기 회전 샤프트(미도시)의 회전 축선(CL) 상에 마련된다.
오일 공급 홈(36)에는 제2 환형 부재(30)의 내주면(31) 측 및 외주면(32) 측에 각각 오일의 유동(流動)이 가능한 내주면 측 개구(37) 및 외주면 측 개구(38)가 마련된다. 오일 공급 홈(36)은 제2 환형 부재(30)의 내주면(31) 측에서 외주면(32) 측으로 갈수록 폭이 좁아지므로, 상기 내주면 측 개구(37)의 폭(WO1)이 상기 외주면 측 개구(38)의 폭(WO2)보다 크며, 바람직하게는 상기 내주면 측 개구(37)의 폭(WO1)이 상기 외주면 측 개구(38)의 폭(WO2)의 2배 내지 4배이다.
이러한 구성으로, 상기 회전 샤프트(미도시) 및 이에 고정된 제2 환형 부재(30)가 제1 환형 부재(11)에 대해 화살표 방향(AR)으로 회전하면, 오일이 내주면 측 개구(37)를 통하여 오일 공급 홈(36)으로 유입된다. 오일 공급 홈(36)으로 유입된 오일 중 일부는 상기 곡면부(43)을 타고 올라 제2 환형 부재 상측면(33)과 제1 환형 부재(11)의 제1 마찰면(13) 사이의 틈새(G1)로 원활하게 공급된다.
오일 공급 홈(36)으로 유입된 오일 중 다른 일부는 외주면 측 개구(38)로 누설되어 제2 환형 부재 외주면(32)과 제1 환형 부재(11)의 제2 마찰면(16) 사이의 틈새(G2)로 원활하게 공급된다. 한편, 오일 공급 홈(36) 내부의 오일은 내주면(31) 측에서 외주면(32) 측으로 갈수록 폭이 좁아지므로, 오일 공급 홈(36) 내부에서 유동하며 오래 머물게 되고, 내주면 측 개구(37)를 통해 유입되는 오일의 양보다 적은 양이 외주면 측 개구(38)를 통해 유출된다. 따라서, 제1 환형 부재(11)와 제2 환형 부재(30) 사이의 틈새(G1, G2)에서 유막(oil film)이 상기 회전 샤프트(미도시)의 회전 속도나 축 방향(CL)의 하중에 무관하게 신뢰성 있게 유지되어, 유막 베어링(10)의 윤활 특성이 향상되고, 유막 베어링(10)의 내마모성 및 내구성이 향상되며, 마찰 소음이 저감된다.
제1 환형 부재(11)와 제2 환형 부재(30) 사이 틈새(G1, G2)에 유막이 신뢰성 있게 유지되므로, 양 부재(11, 30) 간 마찰 및 그로 인한 마모가 적어진다. 따라서, 제1 환형 부재(11)와 제2 환형 부재(30)의 재질은 예컨대, PEEK(polyetheretherketone) 수지와 같은 플라스틱(plastic)일 수 있다. 따라서, 금속 재질로 제1 및 제2 환형 부재(11, 30)를 형성하는 경우보다, 제조 원가가 더욱 절감되고, 무게가 가벼워서 차량 내부에 회전축을 지지하는 용도로 사용될 경우 차량의 연비가 절감되는 효과가 있다.
이상에서는 제1 환형 부재가 정지되고, 제2 환형 부재가 회전하는 경우를 가정하여 설명하였으나, 이와 반대로 제1 환형 부재가 회전 샤프트에 고정 결합되어 회전하고 제2 환형 부재가 정지된 경우에 적용될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 유막 베어링 11: 제1 환형 부재
12: 상측면 가림부 15: 외주면 가림부
21, 22, 23, 24: 오일 순환 홈 30: 제2 환형 부재
36: 오일 공급 홈 37: 내주면 측 개구
38: 외주측 개구 41: 전방 벽면
42: 후방 벽면 43: 곡면부

Claims (6)

  1. 서로 겹쳐지며 상대 회전하는 제1 환형 부재(ring member)와 제2 환형 부재 사이에 마찰을 감소시키는 유막(oil film)이 형성되는 유막 베어링에 있어서,
    상기 제2 환형 부재와 대면(對面)하는 상기 제1 환형 부재의 마찰면에는 상기 제1 환형 부재의 중심으로부터 등거리의 점을 연결한 적어도 하나의 가상의 원 궤도를 따라 형성된 적어도 하나의 오일 순환 홈(groove)이 형성되고,
    상기 제1 환형 부재와 대면하는 상기 제2 환형 부재의 마찰면에는, 제2 환형 부재의 내주면에서 외주면으로 연장되고 상기 내주면에서 외주면으로 갈수록 폭이 좁아지는 복수의 오일 공급 홈이 서로 이격되게 형성되어,
    상기 제1 환형 부재와 상기 제2 환형 부재 중 하나의 부재가 다른 부재에 대해 상대적으로 회전하면, 상기 복수의 오일 공급 홈에 수용된 오일 중 적어도 일부가 상기 제1 환형 부재의 마찰면과 상기 제2 환형 부재의 마찰면 사이의 틈새로 공급되고, 상기 틈새에 유입된 오일은 상기 적어도 하나의 오일 순환 홈을 따라 순환하는 것을 특징으로 하는 유막 베어링.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 환형 부재 및 상기 제2 환형 부재의 재질은 플라스틱(plastic)인 것을 특징으로 하는 유막 베어링.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 오일 공급 홈을 한정하는 한 쌍의 벽면 중에서 하나의 벽면은 상기 제2 환형 부재의 마찰면과의 경계 부분에 완만한 곡면부가 형성되고,
    상기 제2 환형 부재가 상기 제1 환형 부재에 대해 일 방향으로 상대적으로 회전하는 경우에, 상기 한 쌍의 벽면 중에서 상기 회전 방향을 따라 후방(後方)에 위치한 벽면에 상기 곡면부가 형성된 것을 특징으로 하는 유막 베어링.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 환형 부재가 상기 제1 환형 부재에 대해 일 방향으로 상대적으로 회전하는 경우에, 상기 오일 공급 홈을 한정하는 한 쌍의 벽면 중에서 상기 회전 방향을 따라 전방(前方)에 위치한 벽면은, 상기 제2 환형 부재의 중심에서 멀어질수록 뒤쳐지는 방향으로 휘어진 나선(vortex line)을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 유막 베어링.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 환형 부재의 단면 형상은 사각형이고, 상기 제2 환형 부재의 상측면과 외주면을 가리도록 상기 제1 환형 부재의 단면 형상의 알파벳 L자 형상이며,
    상기 적어도 하나의 오일 순환 홈은 상기 제2 환형 부재의 상측면과 대면하는 제1 환형 부재의 마찰면 및 상기 제2 환형 부재의 외주면과 대면하는 제1 환형 부재의 마찰면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유막 베어링.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 오일 공급 홈은 상기 제2 환형 부재의 내주면 측 및 외주면 측에 각각오일의 유동이 가능한 개구(開口)가 마련되고,
    상기 내주면 측 개구의 폭은 상기 외주면 측 개구의 폭의 2배 내지 4배인 것을 특징으로 하는 유막 베어링.
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