KR101439584B1 - 플라스틱 재료의 오버몰딩된 환형 바디를 포함한 베어링 조립체 - Google Patents

플라스틱 재료의 오버몰딩된 환형 바디를 포함한 베어링 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 베어링 조립체(10)는 외부 레이스(21) 및 상기 외부 레이스(21)에 대해 회전가능한 내부 레이스(22)를 가지는 하나 이상의 롤링 베어링 유닛(20) 및 개별적으로 베어링 유닛의 외부 레이스(21) 및 내부 레이스(22) 상에 오버몰딩된 플라스틱 재료의 환형 바디(30, 40)를 포함한다. 두 개의 환형 바디(30, 40)들 중 하나 이상의 환형 바디는 원통형 자유 표면(41)을 가진다. 상기 내부 레이스(22)는 반경 방향으로 연장되는 플랜지(25)를 형성하며, 상기 플랜지(25)는 상기 베어링 유닛의 중앙 축(x)을 향해 반경 방향으로 연장되며 외주 방향으로 불연속적인 축방향 원통형 표면(26)을 형성하고 축방향 원통형 표면(26)은 플라스틱 재료의 원통형 자유 표면(41)과 수평으로 끝을 이룬다.

Description

플라스틱 재료의 오버몰딩된 환형 바디를 포함한 베어링 조립체{A BEARING ASSEMBLY WITH OVERMOULDED ANNULAR BODIES OF PLASTIC MATERIAL}
본 발명은 하나 이상의 베어링 유닛들의 내부 레이스들 및 외부 레이스들 상에 플라스틱 재료의 오버몰딩된 환형 바디를 포함하는 베어링 조립체에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 관련 베어링 유닛에 관한 것이다.
롤링 베어링(rolling bearing)의 내부 레이스(inner race) 및 외부 레이스(outer race)들 상에 플라스틱 재료의 오버몰딩된(overmoulded) 환형 요소(annular elements)를 가지는 베어링 조립체(bearing assemblies)가 공지되어 있다. 이러한 베어링 조립체들은 다양한 기술 분야, 가령, 예를 들면 전기 모터 내에서 샤프트를 회전가능하게 지지하기 위하여, 특히 베어링이 베어링을 통과하는 전기 전류를 잠재적으로 손상시키는 것이 방지되어야만 하는 분야에서 사용된다. 또한, 상기 유형과 같은 베어링 조립체들은, 중량 감소 및 베어링 스틸에 대한 고가의 처리 횟수를 줄이기 위해서, 베어링을 구성하는 스틸의 양을 줄여야 하는 분야에서도 사용된다.
영국 특허출원번호 GB 557 015 A는 베어링 조립체를 기술하고 있는데, 상기 베어링 조립체는 외부 레이스 및 상기 외부 레이스에 대해 회전가능한 내부 레이스를 가지는 하나 이상의 롤링 베어링 유닛, 및 상기 베어링 유닛의 외부 레이스 상에 오버몰딩된 하나의 플라스틱 재료의 환형 바디를 포함하며, 상기 환형 바디는 실질적으로 원통형 자유 표면을 가지고, 두 레이스들 중 한 레이스는 외주 방향으로 연속적인 원통형 단부 표면을 가진 반경 방향으로 연장되는 플랜지를 형성하며, 상기 원통형 단부 표면은 플라스틱 재료의 원통형 자유 표면과 실질적으로 수평으로 끝을 이룬다(end flush).
본 발명의 목적은 전기적 절연 및 중량 감소에 대해 우수한 최종 결과를 구현함과 동시에 베어링 내에서 중앙에 장착된 회전축 또는 샤프트의 기하학상 중앙 축에 대해 베어링 레이스웨이(bearing raceways)의 동축성(coaxiality) 또는 동일 중심성(concentricity)을 가진 높은 정밀성을 보장하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 상이한 적용 분야에 따라, 여러 다른 크기의 플라스틱 재료의 환형 바디를 구현할 수 있도록 하기 위하여 오버몰딩 용도로 사용가능한 모듈식 베어링 유닛을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 이점들과 그 밖의 목적 및 이점들은 하기에서 더욱 명백하게 이해될 것이며, 본 발명에 따라 하기 청구범위에 정의된 특징들을 가진 베어링 조립체에 의해 구현된다. 또한, 본 발명은 관련 베어링 유닛에 관한 것이다.
요약하면, 베어링 조립체는 하나 또는 하나 이상의 베어링 유닛을 포함하며, 이들 각각의 베어링 유닛은 외부 레이스 및 상기 외부 레이스에 대해 회전가능한 내부 레이스를 가지며, 플라스틱 재료의 두 환형 바디들이 외부 레이스 및 내부 레이스 위에 각각 오버몰딩된다. 두 레이스들 중 한 레이스는 외주 방향으로(circumferentially) 불연속적인 표면(discrete surface)과 끝을 이루는 반경 방향으로 연장되는 플랜지를 형성한다. 상기 표면은 금속 표면이며 레이스 상에 오버몰딩된 플라스틱 재료의 환형 바디의 원통형 자유 표면과 수평으로 끝을 이룬다(end flush).
한 이점에 따르면, 베어링 조립체가 샤프트 상에 구동 끼워맞춤(drive fit)되면 베어링 레이스웨이의 축방향 반경 위치가 샤프트에 대해 정밀하게 고정된다. 이러한 구동 끼워맞춤은 스틸(steel)과 스틸 사이에 일어나므로, 따라서 시간에 대해 신뢰성이 있으며 온도 변경에 의해 영향받지 않는 반면, 상이한 팽창 계수(coefficients of expansion)를 가지는 두 개의 재료, 가령, 스틸 및 플라스틱 재료의 결합에 대한 안정성(stability)을 감소시킬 수 있다.
이제, 첨부 도면들을 참조하여, 비-제한적인 방식의 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예들이 기술될 것이다:
도 1 및 도 2는, 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 베어링 조립체의 전체적인 사시도 및 축방향 횡단면도,
도 3은 본 발명에 따른 베어링 유닛의 외부 레이스에 대한 측면도,
도 4는 도 3의 IV-IV 라인을 따라 도시된 축방향 횡단면도,
도 4a는 도 4에서 A로 표시된 부분을 확대하여 상세하게 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 베어링 유닛의 내부 레이스에 대한 측면도,
도 6은 도 5에서 VI-VI 라인에 따라 도시된 축방향 횡단면도,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 추가적인 실시예들에 대한 축방향 횡단면도이다.
우선, 도 1 내지 도 6에서 대해, 도면부호 10은 본 발명에 따른 베어링 조립체의 제 1 실시예 전체를 나타낸다. 베어링 조립체(10)는 반경방향 외부 레이스(radially outer race, 21), 반경방향 내부 레이스(radially inner race, 22), 상기 레이스(21 및 22)들 사이에 게재된 일련의 롤링 요소(rolling elements, 23)(본 실시예에서는 볼(ball))를 가지는 베어링 유닛(bearing unit, 20), 상기 베어링 유닛의 외부 레이스(21) 상에 오버몰딩된 플라스틱 재료의 환형 바디(annular body, 30) 및 상기 베어링 유닛의 내부 레이스(22) 상에 오버몰딩된 반경방향의 내부 환형 바디(radially inner annular body, 40)를 포함한다. 베어링 유닛이 조립되었을 때, 플라스틱 재료의 환형 바디(30, 40)는 베어링 유닛(20) 상에 오버몰딩된다. 본 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 용어 "내부", "외부", "반경방향의", "축방향의"와 같은 위치 및 방위를 나타내는 용어 및 표현은 베어링 유닛의 중앙 회전축(x)에 대한 위치 및 방위를 가리키는 것으로 간주될 것이다.
도 1에서 도시된 실시예에서, 외부 환형 바디(30)는 반경방향의 외측 표면(31)을 포함하며, 상기 반경방향의 외측 표면은 원통형 하우징(도시되지 않음) 내에서 조립체가 구동 끼워맞춤(drive fit)되는 것을 최적화하도록 적절하게 크기가 형성된 일련의 길이방향(longitudinal) 마루(crests) 및 함몰부(depressions)를 가진다. 상기 마루 및 함몰부들은 외부 환형 바디(30)의 강제 삽입에 따른 외부 바디(30)의 과도한 변형을 방지하기 위하여 반경방향 간섭(radial interference)을 감소시킨다. 이러한 구동 끼워맞춤 때문에, 마루들의 변형은 함몰부들에 의해 흡수된다. 또한, 함몰부들은 하우징과 바디(30)의 외측 표면 사이의 접촉면(interface)에 도포될(applied) 수 있는 특정 양의 접착제(glue)를 수용하기 위한 저장소(receptacle)로서도 사용될 수 있다.
도 3, 4 및 4a에 도시된 바와 같이, 외부 베어링 레이스에는 상기 외부 베어링 레이스의 외측 표면의 외주(circumference)를 따라 주변 공동(peripheral cavities)들 또는 리세스(24)들이 제공된다. 외주 방향으로 거리가 떨어져 있는(circumferentially spaced) 상기 리세스들은, 몰딩된 플라스틱 재료의 환형 외부 바디(30) 내에서, 외부 베어링 레이스(21)와 외부 바디(30) 사이에서 상대 회전을 방지하는 다수의 상응하는 상호보완 구조(complementary formations)를 형성한다(yield).
베어링 유닛의 내부 레이스(22)는 중앙 축(x)을 향해 반경 방향으로 연장되며 외주 방향으로 불연속적으로 형성되고(circumferentially discrete) 중앙 샤프트(도시되지 않음)와 결합하도록 구성된 축방향 원통형 표면(26)을 형성하는 플랜지(25)를 형성한다. 변형(strain) 및 응력(stress)이 더 잘 균일하게 분배되도록 하기 위하여, 플랜지(25)는 베어링 유닛에 대해 축방향으로 대칭인 반경방향 평면(P)에서 연장된다(도 6 참조). 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예에서, 원통형 표면(cylindrical surface, 26)은 상응하는 수의 축방향 통로(axial passages, 27)에 의해 동일한 각도로 떨어져 배치된 복수의 세그먼트(segments)들로 형성되며, 상기 축방향 통로들은 플랜지(25)의 반경방향 면(radial face) 또는 두 개의 맞은편 측면(side)들 사이에서 소통부(communication)를 형성한다. 통로(27)는 베어링 내부 레이스(22) 상에 오버몰딩된 플라스틱 재료의 반경방향 내부 환형 바디(40)로 채워진다(filled). 따라서, 통로(27)는, 몰딩된 플라스틱 재료의 환형 외부 바디(40) 내에서, 내부 레이스(22)와 환형 바디(40) 사이에서 상대 회전을 방지하는 일련의 상응하는 상호보완 구조를 형성한다. 불연속적인 원통형 표면(26)이 형성되어 환형 바디(40)의 내부 원통형 표면(41)과 수평을 이룬다(flush).
하기에 기술되는 것과 같이, 베어링 조립체는 전체적으로 플라스틱 재료의 환형 바디(30 및 40)에 의해 더 경량(lighter)으로 제조되지만, 내부 레이스의 플랜지 때문에, 중앙 샤프트와 정확하게 금속 대 금속 결합되어, 기하학적인 중앙 축(x)에 대해 베어링 레이스웨이의 완벽한 동일 중심성(concentricity)이 보장된다.
도 7, 8 및 9는 본 발명에 대한 가능한 몇몇 변형예들을 도시한다. 도 7에서, 플라스틱 재료의 외부 환형 바디(30)의 외측 표면은 원통형이지 않고 약간 돌출한 형태(bulging)로 형성된다. 한 대안예로서, 상기 외측 표면은 상이한 형태, 가령, 예를 들면, 구형 또는 원뿔형일 수도 있다. 도 8에서, 외부 환형 바디(30)는 반경 방향으로 외부를 향해 돌출된 플랜지(33)를 형성한다. 도 9에서, 두 개의 베어링 유닛들은 서로 나란하게 위치되며(side to side) 플라스틱 재료의 환형 바디(30 및 40)는 서로 나란하게 배열된 상태로 베어링 유닛 상에 오버몰딩된다.
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본 발명은 본 명세서에 기술되고 설명된 실시예들에만 제한되지 않아야 하며, 본 발명에 따른 조립체 및 베어링 유닛을 구현하는 예시로써 간주되어야 한다. 하지만, 본 발명은 부품의 형상 및 배열, 부품의 수, 구성 및 기능적 사항에 대해 수정될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들면, 당연히 플랜지(25)는 연관된 레이스(22)의 축방향 치수보다 작은 축방향 치수를 가질 것이다. 그러나, 플랜지의 폭은 요구사항에 따라 변경될 수도 있다. 최종적으로, 베어링 유닛에는 일 측면 또는 양 측면 중 한 측면 상에 윤활유(lubricant grease)용 밀봉 장치가 장착될 수도 있다.

Claims (13)

  1. 외부 레이스(21) 및 상기 외부 레이스(21)에 대해 회전가능한 내부 레이스(22)를 가지며, 상기 내부 레이스(22)는 반경 방향으로 연장되는 플랜지(25)를 형성하는 롤링 베어링 유닛(20)에 있어서,
    플랜지(25)는 상기 베어링 유닛의 중앙 축(x)을 향해 반경 방향으로 연장되며 외주 방향으로 불연속적인 축방향 원통형 표면(26)을 형성하고 중앙 샤프트 상에 강제적으로 끼워 맞춰지도록 구성되며,
    플라스틱 재료의 두 개의 환형 바디(30, 40)가, 각각, 베어링 유닛의 외부 레이스(21)와 내부 레이스(22) 위에 오버몰딩되며, 두 환형 바디(30, 40) 중 하나 이상의 환형 바디는 원통형 자유 표면(41)을 가지고, 축방향 원통형 표면(26)은 플라스틱 재료의 원통형 자유 표면(41)과 수평으로 끝을 이루는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    플랜지(25)는 상기 베어링 유닛(20)의 축방향 대칭에 대한 반경방향 평면(P)에서 연장되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    플랜지(25)는 상기 플랜지(25)의 두 개의 맞은편 측면들 사이에서 소통부를 형성하는 하나 이상의 축방향 통로(27)를 가지는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    플랜지(25)는 상기 플랜지(25)의 두 개의 맞은편 측면들 사이에서 소통부를 형성하는 복수의 축방향 통로(27)들을 가지는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    축방향 원통형 표면(26)은 플랜지(25)의 두 개의 맞은편 측면들 사이에서 소통부를 형성하는 축방향 통로(27)들에 의해 단절된(interrupted) 외주 방향으로 불연속적인 표면인 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 유닛.
  6. 제1항에 따른 롤링 베어링 유닛(20) 중 하나 이상의 롤링 베어링 유닛을 포함하는 베어링 조립체(10).
  7. 제6항에 있어서,
    플랜지(25)는 상기 플랜지(25)의 두 개의 맞은편 측면들 사이에서 소통부를 형성하는 하나 이상의 축방향 통로(27)를 가지며, 상기 축방향 통로(27)는 플랜지(25) 상에 오버몰딩된 플라스틱 재료의 환형 바디로 채워지는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    복수의 축방향 통로(27)가 제공되는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 베어링 조립체는 서로 나란하게 배열된 두 개 이상의 베어링 유닛(20)을 포함하며, 플라스틱 재료의 한 환형 바디(30)는 베어링 유닛(20)의 외부 레이스(21) 위에 오버몰딩되고 플라스틱 재료의 다른 환형 바디(40)는 베어링 유닛(20)의 내부 레이스(22) 위에 오버몰딩되는 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
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