KR101516800B1 - 볼 케이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 인텀 샤프트와 같은 구조에 적용될 수 있는 볼 케이지에 관한 것이다. 본 볼 케이지는 중공샤프트와 상기 중공샤프트에 삽입되는 솔리드샤프트의 사이에 배치되고 복수의 볼 베어링이 상기 중공샤프트와 상기 솔리드샤프트에 대해 구름운동을 할 수 있도록 장착되는 볼 케이지로서, 둘레에 복수의 아우터 홀이 형성되는 아우터 케이지, 그리고 상기 아우터 케이지로부터 내측으로 이격되고, 둘레에 상기 복수의 아우터 홀에 대응되는 복수의 이너 홀이 형성되는 이너 케이지를 포함하며, 상기 볼 베어링은 상기 아우터 홀과 상기 이너 홀의 사이에 이탈이 방지되도록 배치된다. 본 발명에 의하면, 종래와 같이 볼 베어링을 수용하기 위해 곡면의 형상으로 홀을 구비해야할 필요가 없어져, 금형 비용을 절감하고 제작 기간을 단축할 수 있다.

Description

볼 케이지{Cage for ball bearing}

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 인텀 샤프트와 같은 구조에 적용될 수 있는 볼 케이지에 관한 것이다.

과거의 인텀 샤프트(interm shaft)는 스티어링 컬럼(steering column)의 조향력을 스티어링 기어(steering gear)에 전달해주는 매개체 역할만 수행하였으나, 근래에는 차체 하부로부터의 진동과 소음을 차단하여 주는 역할의 수행도 중요시 되는 추세이다.

도 1은 종래의 볼 케이지 또는 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지가 볼 베어링과 함께 인텀 샤프트에 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 볼 케이지의 측면도와 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

인텀 샤프트에 토크(torque)가 인가되고 있는 상태에서 축방향 변위가 발생하게 되면 마찰력 증대로 인해 인텀 샤프트에는 진동이 발생하게 된다. 도 1을 참조하면, 이를 최소화하기 위해 인텀 샤프트에는 볼 베어링(ball bearing)이 적용되고 있는데, 이러한 볼 베어링의 이탈이 방지될 수 있도록 볼 케이지(cage)(600)가 함께 적용된다.

도 2의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이, 종래에는 볼 케이지(600)를 1피스 케이지(1piece cage)의 형태로 제조하였다. 이때, 도 2의 (b)의 단면도의 확대부를 참조하면, 종래의 볼 케이지(600)의 홀(610)은 볼 베어링의 이탈을 방지하기 위해 볼 베어링을 감싸 쥐는 곡면의 형상으로 구비되어야 했고, 이로 인해 볼 케이지(600)의 제작성이 떨어지는 문제점이 있었다. 이러한 종래의 볼 케이지(600)는 주로 플라스틱 사출로 제작되는데, 도 2에 나타난 형상을 이루기 위해서는 고난이도의 금형 제작 기술이 필요했다. 즉, 이러한 홀(610)을 구비하기 위해 여러 번의 시도 및 실패를 거쳐 볼 케이지의 금형을 제작하게 되는데, 이때 금형의 비용뿐만 아니라 제작 기간까지 늘어나게 되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금형 비용을 절감하고 제작 기간을 크게 단축하면서도 볼 베어링의 이탈을 쉽게 방지할 수 있는 볼 케이지를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지는 중공샤프트와 상기 중공샤프트에 삽입되는 솔리드샤프트의 사이에 배치되고 복수의 볼 베어링이 상기 중공샤프트와 상기 솔리드샤프트에 대해 구름운동을 할 수 있도록 장착되는 볼 케이지로서, 둘레에 복수의 아우터 홀이 형성되는 아우터 케이지, 그리고 상기 아우터 케이지로부터 내측으로 이격되고, 둘레에 상기 복수의 아우터 홀에 대응되는 복수의 이너 홀이 형성되는 이너 케이지를 포함하며, 상기 볼 베어링은 상기 아우터 홀과 상기 이너 홀의 사이에 이탈이 방지되도록 배치된다.

상기 아우터 홀과 상기 이너 홀은 각각 상기 볼 베어링과 맞닿는 접선 방향으로 경사지게 통공될 수 있다.

상기 아우터 홀은 상기 아우터 케이지의 반경방향으로 통공되고, 상기 이너 홀은 상기 이너 케이지의 반경방향으로 통공될 수 있다.

상기 아우터 케이지와 상기 이너 케이지의 사이의 이격된 공간은 그리스(grease)가 도포되는 그리스 포켓 공간을 포함할 수 있다.

상기 그리스 포켓 공간은 상기 그리스를 흡수할 수 있는 스폰지(sponge)를 포함할 수 있다.

상기 아우터 케이지는 상기 이너 케이지와 일체로 제조되도록 일단이 상기 이너 케이지의 일단과 연결될 수 있다.

상기 이너 케이지는 일단에 둘레를 따라 외측 반경방향으로 연장되는 돌출부재를 포함하고, 상기 아우터 케이지는 일단이 상기 돌출부재에 조립될 수 있다.

상기 돌출부재는 상기 이너 케이지의 타단을 향하는 면에 상기 이너 케이지가 조립되는 슬롯을 포함할 수 있다.

상기 아우터 케이지는 일단에 돌기를 구비하고, 상기 돌기와 상기 슬롯은 상기 아우터 케이지가 상기 이너 케이지에 대해 원주방향으로 상대적으로 회전되는 것을 방지하도록 서로 맞물리는 형상일 수 있다.

상기 아우터 케이지는 길이방향을 따라 미리 설정된 폭만큼 내측이 개방되도록 형성되는 오픈 슬롯을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 이너 케이지가 아우터 케이지로부터 내측으로 소정의 간격만큼 이격되어 구비되는 구조를 통해 볼 베어링을 수용함으로써, 종래와 같이 볼 베어링을 수용하기 위해 곡면의 형상으로 홀을 구비해야할 필요가 없어져, 금형 비용을 절감하고 제작 기간을 단축할 수 있다.

또한, 볼 베어링에 대해 접선 방향의 일정한 각도로 이루어지는 아우터 홀과 이너 홀의 통공을 통해, 아우터 홀과 이너 홀이 마찰을 최소화 하면서 볼 베어링을 감쌀 수 있게 되므로, 볼 베어링의 이탈 방지 효과는 극대화 되면서 볼 베어링의 구름운동도 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 아우터 케이지와 이너 케이지가 일체로 제조되고 아우터 홀과 이너 홀이 둘레 면에 대해 수직으로 통공되도록 함으로써, 생산성이 보다 크게 향상될 수 있다.

또한, 이너 케이지에 아우터 케이지가 조립될 수 있는 돌출부재와 슬롯을 구비함으로써, 보다 정확한 조립이 이루어질 수 있고 제작 기간이 단축될 수 있다.

또한, 돌기와 슬롯의 맞물림을 통해 조립이 이루어짐으로써, 아우터 케이지의 이너 케이지에 대한 상대적인 회전이 방지될 수 있고 보다 정확한 조립이 신속하게 이루어질 수 있다.

도 1은 종래의 볼 케이지 또는 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지가 볼 베어링과 함께 인텀 샤프트에 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 볼 케이지의 측면도와 단면도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지의 이너 케이지와 아우터 케이지의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지의 일부를 절개하여 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지의 이너 홀과 아우터 홀을 통해 볼 베어링의 이탈을 방지하는 예를 나타낸 개념도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 볼 케이지(이하 '본 볼 케이지'라 함)(100)는 중공샤프트(300)와 중공샤프트(300)에 삽입되는 솔리드샤프트(400)의 사이에 배치되는 종래의 볼 케이지(600)의 문제점을 개선한 볼 케이지(100)에 관한 것이다. 또한, 본 볼 케이지(100)는 복수의 볼 베어링(200)이 중공샤프트(300)와 솔리드샤프트(400)에 대해 구름운동을 할 수 있도록 장착되는 볼 케이지(100)에 관한 것이다.

여기서, 중공샤프트(300)와 솔리드샤프트(400)는 자동차의 조향장치의 인텀 샤프트에 포함되는 구성일 수 있다. 이러한 경우 도 1을 참조하면, 중공샤프트(300)와 솔리드 샤프트(400)에는 각각 유니버셜 조인트(500)가 연결될 수 있다. 다만, 본 볼 케이지(100)는 인텀 샤프트에만 적용이 한정되는 것은 아니며, 중공샤프트(300)와 솔리드샤프트(400)가 적용될 수 있는 다양한 분야에 적용될 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 볼 케이지(100)는 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)를 포함한다.

우선, 아우터 케이지(1)의 구성을 살핀다.

도 3의 (b), 도 4, 그리고 도 5를 참조하면, 아우터 케이지(1)는 둘레에 복수의 아우터 홀(11)이 형성된다. 이러한 아우터 케이지(1)는 튜브 형상일 수 있으며, 복수의 아우터 홀(11)은 둘레방향과 길이방향을 따라 볼 베어링(200)의 구름운동에 적합한 간격으로 형성될 수 있다.

다음으로, 이너 케이지(2)의 구성을 살핀다.

도 3의 (a), 도 4, 그리고 도 5를 참조하면, 이너 케이지(2)는 둘레에 복수의 아우터 홀(11)에 대응되는 복수의 이너 홀(21)이 형성된다. 이러한 이너 케이지(1)는 튜브 형상일 수 있으며, 복수의 이너 홀(21)은 상술한 바와 같이 볼 베어링(200)을 각각 수용할 수 있도록 복수의 아우터 홀(11)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 이너 케이지(2)는 아우터 케이지(1)로부터 내측으로 소정의 간격만큼 이격된다. 여기서, 이격되는 소정의 간격은 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)의 크기를 함께 고려하여 볼 베어링(200)이 이탈되지 않는 간격으로 결정함이 바람직하다.

이하에서는, 상술한 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)의 구성 및 그 하위 구성을 연관된 구성과 함께 살펴보고, 이러한 구성들을 통한 작용 및 효과를 살핀다.

먼저, 볼 베어링(200)은 도 5에 나타난 바와 같이 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)의 사이에 이탈이 방지되도록 배치된다. 여기서, 이탈이 방지되도록 배치된다 함은 볼 베어링(200)이 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2) 사이에서 아우터 케이지(1)의 외측이나 이너 케이지(2)의 내측에 대한 구름운동은 가능하면서 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)의 사이를 벗어나지는 않도록 장착된 상태를 의미할 수 있다. 이처럼 원활한 구름운동이 가능하면서 이탈은 발생되지 않도록 볼 베어링(200)을 배치하기 위해서는, 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)가 이격되는 간격을 아우터 홀(11)의 크기 및 이너 홀(21)의 크기와 함께 고려하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 이너 케이지(2)가 아우터 케이지(1)로부터 내측으로 소정의 간격만큼 이격되어 구비되는 구조를 통해 볼 베어링(200)을 수용함으로써, 종래와 같이 볼 베어링(200)을 수용하기 위해 곡면의 형상으로 홀(610)을 구비해야할 필요가 없어져, 금형 비용을 절감하고 제작 기간을 단축할 수 있다. 예시적으로, 이러한 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)는 각각 플라스틱 사출을 통해 쉽게 제작될 수 있으며, 복수의 아우터 홀(11)과 복수의 이너 홀(21)도 둘레 면에 대해 수직, 또는 일정 각도를 이루도록 직선적으로 통공되면 되므로 작업이 쉽게 이루어질 수 있다.

예시적으로 도 4 및 도 5의 (a)를 참조하면, 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)은 각각 볼 베어링(200)과 맞닿는 접선 방향으로 경사지게 통공될 수 있다. 이와 같이 접선 방향의 일정한 각도로 이루어지는 통공을 통해, 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)이 볼 베어링(200)을 마찰을 최소화 하면서 감쌀 수 있게 되므로, 볼 베어링(200)의 이탈 방지 효과는 극대화 되면서 볼 베어링(200)의 구름운동도 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 볼 케이지(100)의 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)은 경사지게 통공이 이루어지더라도 직선적으로 이루어지는 통공을 통해 형성되는 것이므로, 종래의 볼 베어링(600)에 곡면으로 형성되는 홀(610)과는 달리 그 홀(11, 12)의 형성이 용이하다.

또한 예시적으로 도 3 및 도 4를 참조하면, 이너 케이지(2)는 일단(221)에 둘레를 따라 외측 반경방향으로 연장되는 돌출부재(23)를 포함하고, 아우터 케이지(1)는 일단(121)이 돌출부재(23)에 조립될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 도 4에 나타난 바와 같이, 돌출부재(23)는 이너 케이지(2)의 타단(222)(또는 아우터 케이지(1)의 타단(122))을 향하는 면에 이너 케이지(2)가 조립되는 슬롯(231)을 포함할 수 있다. 아우터 케이지(1)를 이러한 슬롯(231)에 조립함으로써, 길이방향에 있어서 보다 정확한 조립이 이루어질 수 있고, 제작 기간이 단축될 수 있다.

그리고 아우터 케이지(1)는 일단(121)에 돌기(13)를 구비할 수 있다. 이러한 돌기(13)는 아우터 케이지(1)의 일단(121) 그 자체일 수도 있고 일정한 형상을 갖도록 구비될 수도 있다. 예시적으로 도면에는 도시되지 않았으나, 이러한 돌기(13)와 슬롯(231)은 아우터 케이지(1)가 이너 케이지(2)에 대해 원주방향으로 상대적으로 회전되는 것을 방지하도록 서로 맞물리는 형상(미도시)일 수 있다.

이와 같이 아우터 케이지(1)의 이너 케이지(2)에 대한 상대적인 회전 방지의 목적으로 맞물리는 관계인 돌기(13)와 슬롯(231)의 구성은 복수의 아우터 홀(11)과 복수의 이너 홀(21)이 서로 정확하게 대응되는 상태로 유지될 수 있도록 그 위치를 고정해주는 역할을 할 수 있다. 또한, 이와 같은 돌기(13)와 슬롯(231)이 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)의 조립 시에 복수의 아우터 홀(11)과 복수의 이너 홀(21)이 서로 정확하게 대응되는 상태로 정확하게 조립이 이루어지도록 하는 가이드 역할을 할 수 있다.

또는 다른 실시예로 도 5의 (b)를 참조하면, 아우터 홀(11)은 아우터 케이지(1)의 반경방향으로 통공되고, 이너 홀(21)은 이너 케이지(2)의 반경방향으로 통공될 수 있다. 여기서, 반경방향으로 통공된다 함은 아우터 케이지(1)나 이너 케이지(2)의 둘레 면에 수직이 되도록 통공된다는 것을 의미할 수 있다. 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)이 이와 같이 수직으로 통공되더라도, 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)의 사이에 소정의 간격을 가지는 구조로 되어 있기 때문에, 볼 베어링(200)은 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2) 사이에 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이 이탈이 방지되도록 수용될 수 있고 구름운동을 할 수 있다.

이러한 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)의 수직적인 통공 방식은 보다 용이한 본 볼 케이지(100)의 제작을 가능하게 해주므로, 본 볼 케이지(100)의 생산성이 보다 크게 향상될 수 있다. 다만, 이 같은 경우 아우터 홀(11)과 이너 홀(21)이 볼 베어링(200)에 접하도록 경사지게 통공되어 형성된 경우보다는 볼 베어링(200)의 이탈 방지나 구름운동의 활성화 측면에서는 효과가 저하될 수 있다.

참고로, 반경방향으로 통공된다는 것은, 아우터 홀(11)을 예로 설명하면, 아우터 홀(11)의 둘레가 전부 아우터 케이지(2)의 중심을 향하며 점점 오므려지도록 통공된다는 것을 의미하는 것이 아니라, 아우터 홀(11)의 중심만이 아우터 케이지(2)의 중심을 향하도록 아우터 홀(11)이 전반적으로 동일한 면적으로 통공된다는 것을 의미할 수 있다.

또한, 아우터 케이지(1)는 이너 케이지(2)와 일체로 제조될 수 있다. 예시적으로, 아우터 케이지(1)는 일단(121)이 이너 케이지(2)의 일단(221)과 연결될 수 있다. 특히, 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)를 이와 같이 일체적으로 제조하면서 상술한 바와 같이 아우터 홀(11)과 이너 홀(21) 모두 둘레 면에 대해 수직으로 간편하게 통공하여 형성되도록 함으로써, 본 볼 케이지(100)는 보다 제작성이 향상되고 원가가 절감될 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 아우터 케이지(1)와 이너 케이지(2)의 사이의 이격된 공간(3)은 그리스(grease)가 도포되는 그리스 포켓 공간을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 그리스 포켓 공간은 그리스를 흡수할 수 있는 스폰지(sponge)를 포함할 수 있다. 이러한 스폰지를 통해 그리스가 일정하게 이격된 공간(3)으로부터 볼 베어링(200) 등 주변에 공급되어 본 볼 케이지(100)의 구동이 보다 원활해질 수 있다.

삭제

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 본 볼 케이지
1. 아우터 케이지 11. 아우터 홀
121. (아우터 케이지의) 일단 122. (아우터 케이지의) 타단
13. 돌기 2. 이너 케이지
21. 이너 홀 221. (이너 케이지의) 일단
222. (이너 케이지의) 타단 23. 돌출부재
231. 슬롯 3. 이격된 공간
200. 볼 베어링 300. 중공샤프트
400. 솔리드샤프트 500. 유니버셜 조인트
600. 종래의 볼 케이지 610. 홀

Claims (10)

1. 중공샤프트와 상기 중공샤프트에 삽입되는 솔리드샤프트의 사이에 배치되고 복수의 볼 베어링이 상기 중공샤프트와 상기 솔리드샤프트에 대해 구름운동을 할 수 있도록 장착되는 볼 케이지로서,
   둘레에 복수의 아우터 홀이 형성되는 아우터 케이지, 그리고
   상기 아우터 케이지로부터 내측으로 이격되고, 둘레에 상기 복수의 아우터 홀에 대응되는 복수의 이너 홀이 형성되는 이너 케이지를 포함하며,
   상기 볼 베어링은 상기 아우터 홀과 상기 이너 홀의 사이에 이탈이 방지되도록 배치되는 볼 케이지.
2. 제1항에서,
   상기 아우터 홀과 상기 이너 홀은 각각 상기 볼 베어링과 맞닿는 접선 방향으로 경사지게 통공되는 볼 케이지.
3. 제1항에서,
   상기 아우터 홀은 상기 아우터 케이지의 반경방향으로 통공되고,
   상기 이너 홀은 상기 이너 케이지의 반경방향으로 통공되는 볼 케이지.
4. 제1항에서,
   상기 아우터 케이지와 상기 이너 케이지 사이의 이격된 공간은 그리스(grease)가 도포되는 그리스 포켓 공간을 포함하는 볼 케이지.
5. 제4항에서,
   상기 그리스 포켓 공간은 상기 그리스를 흡수할 수 있는 스폰지(sponge)를 포함하는 볼 케이지.
6. 제3항에서,
   상기 아우터 케이지는 상기 이너 케이지와 일체로 제조되도록 일단이 상기 이너 케이지의 일단과 연결되는 볼 케이지.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
   상기 이너 케이지는 일단에 둘레를 따라 외측 반경방향으로 연장되는 돌출부재를 포함하고,
   상기 아우터 케이지는 일단이 상기 돌출부재에 조립되는 볼 케이지.
8. 제7항에서,
   상기 돌출부재는 상기 이너 케이지의 타단을 향하는 면에 상기 이너 케이지가 조립되는 슬롯을 포함하는 볼 케이지.
9. 제8항에서,
   상기 아우터 케이지는 일단에 돌기를 구비하고,
   상기 돌기와 상기 슬롯은 상기 아우터 케이지가 상기 이너 케이지에 대해 원주방향으로 상대적으로 회전되는 것을 방지하도록 서로 맞물리는 형상인 볼 케이지.
10. 삭제

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