KR102047903B1

KR102047903B1 - 볼베어링용 볼 케이지

Info

Publication number: KR102047903B1
Application number: KR1020180169403A
Authority: KR
Inventors: 저-강 장; 위-린 라이; 정-룽 왕
Original assignee: 하이윈 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-11-22

Abstract

본 발명은 볼베어링용 볼 케이지에 관한 것으로서, 제1 고리부, 제2 고리부, 다수의 제1 리브부, 및 다수의 제2 리브부를 포함하며, 상기 제1 리브부는 등간격으로 배열되는 방식으로 제1 고리부에 설치되어, 이웃한 2개의 제1 리브부 사이에 하나의 제1 원호형 오목홈을 형성하고, 상기 제2 리브부는 등간격으로 배열되는 방식으로 제2 고리부에 설치되어, 이웃한 2개의 제2 리브부 사이에 하나의 제2 원호형 오목홈을 형성한다. 또한, 상기 제1 리브부가 일대일 방식으로 상기 제2 리브부에 적층 설치됨으로써, 상기 제1 원호형 오목홈과 제2 원호형 오목홈 사이가 일대일로 대응되어 각각 하나의 볼 수용홈을 형성한다. 이를 통해, 본 발명의 볼 케이지는 오일 또는 공기로 윤활하는 볼베어링에 공용될 수 있어, 사용상의 편리성이 증가한다.

Description

볼베어링용 볼 케이지{BALL CAGE FOR BALL BEARING}

본 발명은 볼베어링에 관한 것으로서, 특히 볼베어링용 볼 케이지에 관한 것이다.

상이한 윤활 방식에 따라 볼베어링은 대체로 오일을 사용하여 윤활하거나 공기(oil-air)로 윤활하는 등 두 가지 양태로 구분할 수 있으며, 전술한 두 가지 상이한 윤활 매질에 맞춰 볼이 소기의 윤활 효과를 획득할 수 있도록 하기 위하여, 볼베어링에는 상이한 볼 케이지가 탑재된다.

오일이 사용되는 볼 케이지의 경우, 설계상 통상적으로 볼의 주위에 차단벽과 유사한 구조를 배치하여 오일을 저장함으로써, 한편으로는 오일이 볼의 표면에 확실하게 부착되도록 할 수 있고, 다른 한편으로는 오일이 고속 운전 상태에서 베어링 외부로 배출되는 것을 방지하며, 공기가 사용되는 볼 케이지에는 즉 전술한 오일을 저장하기 위한 구조가 없다. 오일을 저장하기 위한 이러한 구조는 고속 운전 상태에서 공기의 유입에 장애, 다시 말해 다시 말해 에어 로크(Air Lock)를 형성하여, 공기가 가로막히게 되면서 볼을 윤활시킬 수 없기 때문이다. 이로써 알 수 있듯이, 볼베어링에 탑재되는 것이 오일이 사용되는 볼 케이지인 경우, 윤활 시 오일만 윤활 매질로 사용할 수 있으며, 만약 공기를 윤활 매질로 사용할 경우 윤활이 부족한 문제가 발생할 수 있다. 다시 말해, 전술한 두 가지 상이한 윤활 매질을 사용하는 볼 케이지는 기본적으로 호환이 불가능하나, 단 실제로는 볼베어링의 외관으로부터 내부에 탑재된 볼 케이지가 어떤 종류에 속하는지 분별하기가 어렵기 때문에, 호환 사용하는 상황이 발생하기가 매우 쉬우며, 따라서 사용 수명의 단축을 초래한다.

본 발명의 주요 목적은 오일 또는 공기로 윤활하는 볼베어링에 공용될 수 있어 사용상의 편리성이 향상되는 볼베어링용 볼 케이지를 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 볼 케이지는 제1 고리부, 제2 고리부, 다수의 제1 리브부, 및 다수의 제2 리브부를 포함하며, 그 중 상기 제2 고리부는 상기 제1 고리부와 동축으로 대응되고, 상기 제2 고리부의 외경은 상기 제1 고리부의 외경보다 작으며; 상기 제1 리브부는 상기 제1 고리부로부터 상기 제2 고리부의 일 측면을 향해 일체형으로 돌출되어 상기 제1 고리부의 중심에 대해 등간격으로 배열됨으로써, 이웃한 2개의 상기 제1 리브부 사이에 하나의 제1 원호형 오목홈을 형성하고, 또한, 상기 제1 리브부에 각각 제1 자유단이 구비되어, 상기 제1 자유단의 끝단면에 제1 안내홈이 구비되며; 상기 제2 리브부는 상기 제2 고리부로부터 상기 제1 고리부의 일 측면을 향해 일체형으로 돌출되어 상기 제2 고리부의 중심에 대해 등간격으로 배열됨으로써, 이웃한 2개의 상기 제2 리브부 사이에 하나의 제2 원호형 오목홈을 형성하고, 또한 상기 제2 리브부에 각각 제2 자유단이 구비되어, 상기 제2 자유단의 끝단면에 하나의 제2 안내홈이 구비되며, 상기 제2 리브부의 제2 자유단이 상기 제1 리브부의 제1 자유단에 일대일로 적층 설치됨으로써, 상기 제1 원호형 오목홈과 제2 원호형 오목홈 사이가 일대일로 대응되어 각각 볼이 수용되기 위한 하나의 볼 수용홈을 형성한다.

상기한 바로 알 수 있듯이, 본 발명의 볼 케이지는 오일 또는 공기로 윤활하는 볼베어링에 공용될 수 있으며, 전자에 응용될 경우, 주로 상기 제1 리브부, 제2 리브부를 이용하여 오일이 상기 볼의 표면에 균일하게 도포될 수 있고, 후자에 응용될 경우, 상기 제1 리브부의 제1 자유단과 상기 제2 리브부의 제2 자유단의 결합으로 형성되는 구조를 이용하여 고속 회전 시 발생하는 에어 로크 문제를 해결함으로써, 공기가 순조롭게 유동할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 고리부의 외주연과 상기 제2 고리부의 내주연 사이의 최단 거리를 D1으로 규정하고, 상기 제1 리브부의 제1 자유단의 끝단면과 상기 제2 리브부의 끝단면 사이의 거리를 D2로 규정하여, 이들 사이가 0.5D1<D2<D1의 관계식을 만족시키도록 함으로써, 상기 관계식을 통해 최적화된 효과를 달성할 수 있다.

바람직하게는, 각각의 상기 제1 리브부는 하나의 제1 지지 평면 및 상기 제1 지지 평면과 등지는 제1 안내 경사면을 구비하고, 각각의 상기 제2 리브부는 제2 지지 평면 및 상기 제2 지지 평면과 등지는 제2 안내 경사면을 구비하며, 상기 제1 리브부의 제1 지지 평면은 상기 제2 리브부의 제2 지지 평면에 일대일로 연결되고, 상기 제1 리브부의 제1 안내 경사면은 상기 제2 리브부의 제2 안내 경사면과 평행하며, 이와 같이 하여 상기 제1 안내면과 제2 안내면을 통해 공기의 유동 효과를 높일 수 있다.

바람직하게는, 각각의 상기 제1 안내홈, 제2 안내홈의 단면 형상은 원호형 또는 비원호형일 수 있다.

본 발명이 제공하는 볼 케이지에 대한 상세 구조, 특징, 조립 또는 사용방식에 관하여, 후속되는 실시방식에서 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명 분야에서 통상적인 지식을 갖춘 자라면, 상기 상세 설명 및 본 발명에 열거된 특정 실시예의 실시가 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 특허 출원 범위를 제한하기 위한 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 볼 케이지를 응용한 볼베어링의 외관 입체도이다.
도 2는 본 발명의 볼 케이지의 외관 입체도이다.
도 3은 도 2 중 3-3 절취선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 3의 국부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 볼 케이지의 후면도이다.
도 6a~6c는 도 4와 유사하며, 주로 제1 안내홈, 제2 안내홈이 비원호형인 양태를 나타낸 도면이다.

출원인은 먼저 이하 소개하려 하는 실시예 및 도면 중, 동일한 참고부호는 동일하거나 또는 유사한 소자 또는 그 구조 특징을 나타냄을 밝혀둔다.

먼저 도 1 내지 도 2를 참조하면, 도시된 볼베어링(10)은 내륜(12), 외륜(14) 및 내륜(12), 외륜(14) 사이에 설치되는 다수의 볼(16)을 구비한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 볼 케이지(18)는 내륜(12)과 외륜(14) 사이에 설치된다. 재질 면에서 금속, 고분자 중합체 또는 베이클라이트(bakelite)를 선택할 수 있으며, 여기서는 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 구조 면에서 제1 고리부(20), 제2 고리부(30), 다수의 제1 리브부(40), 및 다수의 제2 리브부(50)를 구비한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 고리부(20), 제2 고리부(30) 사이는 동축으로 대응되고, 제2 고리부(30)의 외경은 제1 고리부(20)의 외경보다 작다. 상기 제1 리브부(40)는 제1 고리부(20)로부터 제2 고리부(30)의 일 측면을 향해 일체형으로 돌출되고, 상기 제1 리브부(40)는 상기 제1 고리부를 따라 등간격으로 배열되며, 또한 이웃한 2개의 제1 리브부(40) 사이에 하나의 제1 원호형 오목홈(22)이 형성된다. 상기 제2 리브부(50)는 제2 고리부(30)로부터 제1 고리부(20)의 일 측면을 향해 일체형으로 돌출되고, 상기 제2 리브부(50)는 상기 제2 고리부(30)를 따라 등간격으로 배열되며, 또한 이웃한 2개의 상기 리브부(50) 사이에 하나의 제2 원호형 오목홈(32)이 형성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 리브부(40)는 내측을 향하는 제1 자유단(42)을 구비하고, 제1 자유단(42)의 끝단면에 제1 안내홈(44)이 구비되며, 제1 안내홈(44)의 단면 형상은 본 실시예에서는 원호형이다. 각각의 제2 리브부(50)는 내측을 향하는 제2 자유단(52)을 구비하고, 제2 자유단(52)의 끝단면에 제2 안내홈(54)이 구비되며, 제2 안내홈(54)의 단면 형상은 본 실시예에서는 원호형이다. 또한, 상기 제1 리브부(40)는 각각 제1 지지 평면(46) 및 제1 지지 평면(46)과 등지는 제1 안내 경사면(48)을 구비하고, 상기 제2 리브부(50)는 각각 제2 지지 평면(56) 및 제2 지지 평면(56)과 등지는 제2 안내 경사면(58)을 구비하며, 상기 제2 리브부(50)의 제2 자유단(52)이 일대일 방식으로 상기 제1 리브부(40)의 제1 자유단(42)에 적층 설치됨으로써, 상기 제2 리브부(50)의 제2 지지 평면(56)이 일대일 방식으로 상기 제1 리브부(40)의 제1 지지 평면(46)에 국부적으로 연결되고, 또한 상기 제2 리브부(50)의 제2 안내 경사면(58)은 상기 제1 리브부(40)의 제1 안내 경사면(48)과 평행해진다. 이를 통해, 상기 제1 원호형 오목홈(22)과 제2 원호형 오목홈(32) 사이는 일대일 방식으로 서로 대응되며 각각 볼(16)이 수용되기 위한 하나의 볼 수용홈(60)을 형성한다.

상기한 바로 알 수 있듯이, 본 발명의 볼 케이지(18)를 오일로 윤활하는 볼베어링에 응용 시, 주로 상기 제1 리브부(40), 제2 리브부(50)를 이용하여 오일을 상기 볼 수용홈(60) 내에 유지시킴으로써, 오일이 상기 볼(16)의 표면에 균일하게 부착될 수 있다. 본 발명의 볼 케이지(18)를 공기로 윤활하는 볼베어링에 응용 시, 상기 제1 리브부(40)의 제1 자유단(42)과 상기 제2 리브부(50)의 제2 자유단(52)이 결합하여 형성하는 특수한 구조를 이용하여 고속 회전 시 발생하는 에어 로크 문제를 해결할 있어, 공기가 순조롭게 상기 볼(16)을 윤활시킬 수 있으며, 또한 상기 제1 안내홈(44), 제2 안내홈(54) 및 상기 제1 안내 경사면(48), 제2 안내 경사면(58)을 이용하여 공기의 유동 효과를 더 향상시킬 수 있다. 언급할만한 점으로, 볼 케이지(18)의 구조 강도를 유지하고 오일 또는 공기가 최적화된 윤활 효과를 발휘할 수 있도록 하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 고리부(20)의 외주연과 제2 고리부(30)의 내주연 사이의 최단 거리를 D1으로 규정하고, 제1 리브부(40)의 제1 자유단(42)의 끝단면과 제2 리브부(50)의 끝단면 사이의 거리를 D2로 규정하여, 이들 사이가 0.5D1<D2<D1인 관계식을 만족시키도록 한다. D2가 0.5D1보다 작으면, 제1 리브부(40)와 제2 리브부(50)의 연결부분이 지나치게 작아, 볼 케이지(18)의 강도 부족을 초래하기 쉽고; D2가 D1보다 크면, 즉 제1 리브부(40)와 제2 리브부(50)의 연결 부분이 지나치게 커지면서 에어 로크 현상을 초래하기 쉬워, 공기가 가로막히게 되어 볼을 윤활시킬 수 없다. 바꿔 말하면, 0.5D1<D2<D1을 만족시키는 조건하에, 본 발명의 볼 케이지(18)는 오일 또는 공기로 윤활하는 볼베어링에 공용될 수 있어 사용상의 편리성이 증가한다.

하기의 표는 본원 구조를 운용한 두 종류의 볼 케이지의 규격이다.

번호	케이지 1	케이지 2
BD (mm)	8.731	11.906
OD (mm)	69	96.6
id (mm)	61	85
D (mm)	9.1	12.1

BD는 볼(16)의 직경이고; OD는 볼 케이지(18)의 외경이며(도 5 참조); id는 볼 케이지(18)의 내경이고(도 5 참조); D는 볼 수용홈(60)의 직경이다.

하기 표는 최고 회전속도에서, 전술한 두 종류의 상이한 규격의 볼 케이지에 대한 볼(16)의 접촉력이다.

번호	회전속도(RPM)	평균접촉력(N)	최대접촉력(N)	허용역량(N)
케이지1	32,000	98	220	1200
케이지2	24,000	211	450	1200

D2/D1의 비교값을 횡축으로 하고, 볼 케이지의 허용역량(볼 케이지가 파괴되기 전 견딜 수 있는 최대 역량)을 종축으로 하면, 그 도표는 다음과 같다:

케이지 1과 케이지 2의 최대 접촉력이 각각 220N과 450N이므로, D2/D1의 비교값은 0.5보다 커야만 구조가 충분한 강도를 지닐 수 있게 된다.

별도로 보충 설명해야 할 점으로, 제1 안내홈(44), 제2 안내홈(54)의 단면 형상은 원호형에 국한되지 않고, 비원호형의 양태로 나타낼 수도 있으며, 비원호형 양태를 나타낼 경우, 도 6a~6c에 도시된 바와 같이, 제1 안내홈(44)의 홈벽에 제1 안내 경사면(48)과 맞물리는 맞물림면(45)이 구비되고, 제1 맞물림면(45)과 제2 지지 평면(56) 사이에 형성되는 제1 협각(α)은 30도~90도 사이에 개재되며, 제2 안내홈(54)의 홈벽에 제2 안내 경사면(58)과 맞물리는 맞물림면(55)이 구비되고, 제2 맞물림면(55)과 제1 지지 평면(46) 사이에 형성되는 제2 협각(β)은 30도~90도 사이에 개재된다(도 6a~6c에 나타낸 것은 제1 협각(α)이 제2 협각(β)과 같은 경우이다). 제1 협각(α)과 제2 협각(β)이 30도 미만이면, 제1 고리부(20)와 제2 고리부(30)가 끊어지는 상황을 초래할 수 있고, 제1 협각(α)과 제2 협각(β)이 90도보다 크면, 제1 안내홈(44)과 제2 안내홈(54)이 형성될 수 없다. 바꿔 말하면, 제1 협각(α)과 제2 협각(β)이 30도~90도 사이에 개재되는 조건을 만족시켜야만, 제1 안내홈(44), 제2 안내홈(54)이 공기 유동을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.

10: 볼베어링 12: 내륜
14: 외륜 16: 볼
18: 볼 케이지 20: 제1 고리부
22: 제1 원호형 오목홈 30: 제2 고리부
32: 제2 원호형 오목홈 40: 제1 리브부
42: 제1 자유단 44: 제1 안내홈
45: 제1 맞물림면 46: 제1 지지 평면
48: 제1 안내 경사면 50: 제2 리브부
52: 제2 자유단 54: 제2 안내홈
55: 제2 맞물림면 56: 제2 지지 평면
58: 제2 안내 경사면 60: 볼 수용홈
α: 제1 협각 β: 제2 협각

Claims

볼베어링용 볼 케이지에 있어서,
제1 고리부, 제2 고리부, 다수의 제1 리브부, 및 다수의 제2 리브부를 포함하며, 그 중 상기 제2 고리부는 상기 제1 고리부와 동축으로 대응되고, 상기 제2 고리부의 외경은 상기 제1 고리부의 외경보다 작으며, 상기 제1 리브부는 상기 제1 고리부로부터 상기 제2 고리부의 일 측면을 향해 일체형으로 돌출되어 상기 제1 고리부의 중심에 대해 등간격으로 배열됨으로써, 이웃한 2개의 상기 제1 리브부 사이에 하나의 제1 원호형 오목홈을 형성하고, 상기 제1 리브부에 각각 제1 자유단이 구비되어, 상기 제1 자유단의 끝단면에 제1 안내홈이 구비되며, 상기 제2 리브부는 상기 제2 고리부로부터 상기 제1 고리부의 일 측면을 향해 일체형으로 돌출되어 상기 제2 고리부의 중심에 대해 등간격으로 배열됨으로써, 이웃한 2개의 상기 제2 리브부 사이에 하나의 제2 원호형 오목홈을 형성하고, 상기 제2 리브부에 각각 제2 자유단이 구비되어, 상기 제2 자유단의 끝단면에 하나의 제2 안내홈이 구비되며, 상기 제2 리브부의 제2 자유단이 상기 제1 리브부의 제1 자유단에 일대일로 적층 설치됨으로써, 상기 제1 원호형 오목홈과 제2 원호형 오목홈 사이가 일대일로 대응되어 각각 볼이 수용되기 위한 볼 수용홈을 형성하는, 볼베어링용 볼 케이지.
제1항에 있어서,
상기 제1 고리부의 외주연과 상기 제2 고리부의 내주연 사이의 최단 거리를 D1으로 규정하고, 상기 제1 리브부의 제1 자유단의 단면과 상기 제2 리브부의 단면 사이의 거리를 D2로 규정하며, 이들 사이가 0.5D1<D2<D1의 관계식을 만족시키는, 볼베어링용 볼 케이지.
제1항에 있어서,
각각의 상기 제1 리브부는 하나의 제1 지지 평면 및 상기 제1 지지 평면과 등지는 제1 안내 경사면을 구비하고, 각각의 상기 제2 리브부는 제2 지지 평면 및 상기 제2 지지 평면과 등지는 제2 안내 경사면을 구비하여, 상기 제1 리브부의 제1 지지 평면은 상기 제2 리브부의 제2 지지 평면에 일대일로 연결되고, 상기 제1 리브부의 제1 안내 경사면은 상기 제2 리브부의 제2 안내 경사면과 평행한, 볼베어링용 볼 케이지.
제3항에 있어서,
각각의 상기 제1 안내홈과 제2 안내홈의 단면 형상은 모두 비원호형이고, 각각의 상기 제1 안내홈의 홈벽에 상기 제1 안내 경사면과 맞물리는 제1 맞물림면이구비되며, 상기 제1 맞물림면과 상기 제2 지지 평면 사이에 제1 협각이 구비되고, 상기 제1 협각은 30도~90도 사이에 개재되며, 각각의 상기 제2 안내홈의 홈벽에 상기 제2 안내 경사면과 맞물리는 제2 맞물림면이 구비되며, 상기 제2 맞물림면과 상기 제1 지지 평면 사이에 제2 협각이 구비되고, 상기 제2 협각은 30~90도 사이에 개재되는, 볼베어링용 볼 케이지.
제1항 또는 제3항에 있어서,
각각의 상기 제1 안내홈, 제2 안내홈의 단면 형상이 모두 원호형인, 볼베어링용 볼 케이지.