KR102544828B1 - 테이퍼 롤러 베어링 - Google Patents

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야스요시 하야시
다카시 와키사까
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에누티에누 가부시키가이샤
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Abstract

간단하고 쉬운 금형으로의 성형을 가능하게 하면서, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 때에 테이퍼 롤러를 안정되게 유지할 수 있고, 게다가, 필요에 따라서 기계적 강도의 향상이나 안내면에서의 윤활성의 향상이 도모되는 수지제 유지기를 구비한 테이퍼 롤러 베어링을 제공한다. 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 유지기(5)는, 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이고, 대경 링부(5a)와, 소경 링부(5b)와, 이들을 연결하는 기둥부(5c)를 가지며, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 포켓부(6)가 형성되고, 기둥부(5c)에 축방향을 따른 사출성형 금형 분할선(X)이 형성되며, 기둥부(5c)에 있어서의 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 외경측에, 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 테이퍼 롤러(4)의 안내부(5d)를 가지고, 기둥부(5c)에 있어서의 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 내경측에, 테이퍼 롤러(4)의 탈락 방지용 갈고리부(5e)를 가진다.

Description

테이퍼 롤러 베어링
본 발명은, 산업용 로봇이나 건설기계의 감속기로 사용되는 테이퍼 롤러 베어링에 관한 것이다. 특히, 내륜의 소(小) 플랜지가 없는 형상이며, 테이퍼 롤러의 탈락을 방지하기 위하여, 테이퍼 롤러와 유지기가 일체화된 구조를 가지는 테이퍼 롤러 베어링에 관한 것이다.
산업용 로봇에 이용되는 구름 베어링(rolling bearing)과 같이, 모멘트 하중에 대하여 강성(剛性)이 요구되는 용도에서는, 일반적으로 앵귤러 콘택트 볼베어링(angular contact ball bearing)이나 테이퍼 롤러 베어링(tapered roller bearing)에 예압을 걸어 이용된다. 고강성이 요구되는 경우에는, 동일 사이즈에서는 부하 용량이 큰 테이퍼 롤러 베어링이 이용된다. 요즈음, 베어링 사이즈에 대한 모멘트 하중이 커져, 필요 강성도 커지고 있다. 또, 장치 전체의 콤팩트화를 위하여, 베어링의 스페이스도 작아지고 있다. 즉, 콤팩트하고 또한, 고부하 용량의 테이퍼 롤러 베어링이 요구되고 있다.
종래의 일반적인 테이퍼 롤러 베어링의 구조를 도 5에 기초하여 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(11)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면(12a)을 가지는 내륜(12)과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면(13a)을 가지는 외륜(13)과, 내륜(12)의 궤도면(12a)과 외륜(13)의 궤도면(13a)의 사이를 전동(轉動)하는 복수의 테이퍼 롤러(14)와, 각 테이퍼 롤러(14)를 포켓부에서 전동 가능하게 유지하는 유지기(15)를 구비하고 있다. 유지기(15)는, 대경 링부(15a)와 소경 링부(15b)를 복수의 기둥부(15c)로 연결하여 이루어지며, 기둥부(15c)끼리의 사이의 포켓부(16)에 테이퍼 롤러(14)를 수납하고 있다. 내륜(12)의 대경측 단부에 대(大) 플랜지(12b)를 소경측 단부에 소 플랜지(12c)를 일체로 형성하고, 테이퍼 롤러(14) 및 유지기(15)가 내륜(12)으로부터 탈락하지 않게 하고 있다. 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 내륜은, 테이퍼 형상의 궤도면을 가지기 때문에 축방향에서 보아 소경측과 대경측이 있고, 「소 플랜지」는 소경측 단부에 설치된 플랜지이며, 「대 플랜지」는 대경측 단부에 설치된 플랜지이다.
이러한 테이퍼 롤러 베어링에 있어서, 특허문헌 1에서는, 내륜 궤도면을 내륜의 소경측 단면까지 연속시켜, 궤도면을 확보한 구조가 제안되어 있다. 특허문헌 1에서는, 내륜 궤도면을 내륜의 소경측 단면까지 연속시키면, 테이퍼 롤러, 내륜, 유지기가 분리되지만, 테이퍼 롤러와 유지기에 대해서는, 유지기의 형상을 고려함으로써 일체화할 수 있는 것이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화한 유지기의 제작 방법으로서, 축방향(Axial draw)의 2매의 금형을 이용하여 사출 성형하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1의 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 유지기를 도 6에 기초하여 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 이 유지기(21)는, 테이퍼 롤러(도시 생략)를 포켓부(22)에 유지하는 것이다. 조립시에 있어서 포켓부(22)로부터 테이퍼 롤러가 탈락하는 것을 방지하는 등의 목적으로, 기둥부(23)의 내경측 및 외경측에 원뿔면(24, 25)을 마련하고 있다. 내경측의 원뿔면(24)과 외경측의 원뿔면(25)은, 기둥부(23)의 한쪽 면에 있어서 대각으로 형성되어 있다. 또, 금형 분할선을 따라서 홈(26)을 형성하고, 성형 후의 금형 사이에 버(burr)가 발생한다고 해도, 상기 버가 테이퍼 롤러로의 간섭을 방지하고 있다.
일본 공개특허공보 2014-202284호 국제 공개 WO2014/163177
그렇지만, 특허문헌 1과 같이, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 때의 중첩부분(내경측의 원뿔면과 외경측의 원뿔면)이 대각으로 형성되어 있는 경우, 금형 분할면이 복잡하게 된다. 또, 테이퍼 롤러의 중첩부분이 되는 내경측의 원뿔면(24)과 외경측의 원뿔면(25)이 대각으로 배치되고, 이것에 대응하여, 테이퍼 롤러의 중첩부분이 없는 평면인 원뿔면(24)의 외경측면 및 원뿔면(25)의 내경측면도 대각으로 배치되기 때문에, 유지시에 테이퍼 롤러의 덜거덕거림 등, 테이퍼 롤러의 유지성이 충분하지 않을 우려가 있다. 또한, 금형 분할면에 홈(26)을 형성하는 경우, 그 만큼 기둥부가 얇게 되어, 기둥부의 기계적 강도가 저하될 우려가 있다. 특히, 고부하 용량 사양으로 할수록, 테이퍼 롤러의 충전율을 높게 하는 경우는, 유지기의 지름이 큰 데 비해, 기둥부가 얇게 되기 때문에, 유지기 전체의 링 강성이 저하되기 쉽다. 그 외, 테이퍼 롤러를 안정되게 유지하기 위하여, 테이퍼 롤러와의 접촉면이 되는 안내면을 넓게 하면, 실접촉 면적이 커져, 이 부분에 윤활제가 들어가기 어려워, 윤활성이 뒤떨어질 우려가 있다.
본 발명은 이러한 문제에 대처하기 위하여 이루어진 것이며, 간단하고 쉬운 금형으로의 성형을 가능하게 하면서, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 때에 테이퍼 롤러를 안정되게 유지할 수 있고, 게다가, 필요에 따라서 기계적 강도의 향상이나 안내면에서의 윤활성의 향상이 도모되는 수지제 유지기를 구비한 테이퍼 롤러 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 내륜과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 외륜과, 상기 내륜의 궤도면과 상기 외륜의 궤도면과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러와, 상기 테이퍼 롤러를 포켓부에서 전동 가능하게 유지하는 유지기를 구비하여 이루어지는 테이퍼 롤러 베어링으로서,
상기 유지기는, 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이며,
상기 유지기는,
(A) 대경 링부와, 소경 링부와, 이들을 연결하는 복수의 기둥부를 가지고, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되어 있거나, 또는,
(B) 복수의 기둥부와, 상기 유지기의 소경측 및 대경측 중 어느 한쪽에 설치되어 상기 기둥부를 둘레방향 등간격으로 지지하는 링부로 구성되고, 인접하는 상기 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되며, 상기 기둥부의 상기 링부측의 반대측 단부에, 상기 포켓부 측에 돌출하고, 상기 테이퍼 롤러의 일단면을 지지하는 돌기부를 가지며, 상기 유지기는,
(1) 상기 기둥부에 축방향을 따른 상기 사출성형에 의한 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 소경측 또한 유지기 외경측에, 상기 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 상기 테이퍼 롤러의 안내부를 가지고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 소경측 또한 유지기 내경측에, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부(claw, 爪部)를 가지거나, 또는,
(2) 상기 기둥부에 축방향을 따른 상기 사출성형에 의한 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 대경측 또한 유지기 내경측에, 상기 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 상기 테이퍼 롤러의 안내부를 가지고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 대경측 또한 유지기 외경측에, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 유지기가 상기 (B)를 만족하고, 상기 링부가 상기 유지기의 대경측에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이것은 소경측의 링부가 생략된 구조이다.
상기 내륜은, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않는 구조, 또는, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 또한 대경측 단부에 대 플랜지를 가지지 않는 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 안내부의 테이퍼 방향의 폭이, 상기 기둥부의 테이퍼 방향의 폭의 51% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 안내부와 상기 탈락 방지용 갈고리부가 동일한 금형에 의해 성형되고, 상기 갈고리부가 강제 추출(forced extraction)로 성형된 것을 특징으로 한다.
상기 갈고리부의 높이(h)는, 상기 기둥부의 테이퍼 방향의 갈고리부 폭(t1)에 대하여 h/t1가 0.02 이상, 또한, 유지기 축방향의 갈고리부 폭(t2)에 대하여 h/t2가 0.02 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 안내부에 있어서, 그 축방향 양단부에 관통하는 홈을 가지는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 유지기는 상기 (1)을 만족하고, 상기 홈이, 유지기 외경측의 축방향 단부로부터, 축방향 반대 단부를 향하여, 홈 폭이 넓어지는 형상인 것, 또는, 상기 유지기는 상기 (2)를 만족하고, 상기 홈이, 유지기 내경측의 축방향 단부로부터, 축방향 반대 단부를 향하여, 홈 폭이 좁아지는 형상인 것을 특징으로 한다.
유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 사출 성형체인 유지기의 기둥부에 축방향을 따른 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 분할선보다 소경측 또한 유지기 외경측에 테이퍼 롤러의 안내부를 가지며, 상기 기둥부에 있어서의 분할선보다 소경측 또한 유지기 내경측에, 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가지고 있으므로, 외경측의 안내부와 내경측의 갈고리부가, 모두 소경측에 있어, 테이퍼 롤러의 유지성이 우수하다. 또, 축방향(Axial draw)에 의한 2매의 금형으로의 성형시에, 안내부와 탈락 방지용 갈고리부가 동일측의 금형에 의해 성형할 수 있어, 금형 구조를 간이화할 수 있다. 또, 탈락 방지용 갈고리부에 의해, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 수 있기 때문에, 소 플랜지를 없앤 구조로 할 수 있고, 테이퍼 롤러의 길이를 연장하여 부하 용량의 증대 및 소형화가 가능하게 된다.
유지기가 (A) 및 (2)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 사출 성형체인 유지기의 기둥부에 축방향을 따른 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 분할선보다 대경측 또한 유지기 내경측에 테이퍼 롤러의 안내부를 가지며, 상기 기둥부에 있어서의 분할선보다 대경측 또한 유지기 외경측에, 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가지고 있으므로, 내경측의 안내부와 외경측의 갈고리부가, 모두 분할선보다 대경측에 있어, 테이퍼 롤러의 유지성이 우수하다. 또, 축방향(Axial draw)에 의한 2매의 금형으로의 성형시에, 안내부와 탈락 방지용 갈고리부가 동일측의 금형에 의해 성형할 수 있어, 금형 구조를 간이화할 수 있다. 또, 탈락 방지용 갈고리부에 의해, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 수 있기 때문에, 소 플랜지를 없앤 구조로 할 수 있고, 테이퍼 롤러의 길이를 연장하여 부하 용량의 증대 및 소형화가 가능하게 된다.
유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 그 유지기가, 복수의 기둥부와, 상기 유지기의 소경측 및 대경측 중 어느 한쪽에 설치되어 상기 기둥부를 둘레방향 등간격으로 지지하는 링부로 구성되고, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 포켓부가 형성되며, 기둥부의 상기 링부측의 반대측 단부에, 포켓부 측에 돌출하여 테이퍼 롤러의 일단면을 지지하는 돌기부를 가지므로, 링의 한쪽을 생략한 구조로 하면서, 상기 유지기로부터의 테이퍼 롤러의 탈락을 방지할 수 있다. 또, 유지기 또는 테이퍼 롤러 베어링 전체로서의 축방향 치수의 축소가 도모된다.
특히, 상기 유지기에 있어서, 상기 링부가 상기 유지기의 대경측에 설치되고, 소경측의 링부가 생략된 구조이므로, 외륜 단면으로부터의 유지기 인입량(pull-in amount)을 큰 폭으로 확대할 수 있다. 또, 내륜의 대 플랜지의 폭을 무리하게 좁힐 필요가 없어, 강도 저하를 방지할 수 있다. 또한, 내륜의 폭을 축소할 수 있다.
상기 기둥부는, 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 테이퍼 롤러의 안내부와, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가지므로, 이들과 상기의 돌기부에 의해, 소경 링부를 생략한 구조로 하면서, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 수 있다. 이것에 의해, 소 플랜지를 없앤 구조로 할 수 있고, 테이퍼 롤러의 길이를 연장하여 부하 용량의 증대 및 소형화가 가능하게 된다.
상기 유지기는 수지 조성물의 사출 성형체이므로, 상기한 소정 형상의 안내부, 갈고리부, 돌기부를 유지기 본체와 일체로 용이하게 형성할 수 있다. 또, 안내부와 갈고리부가, 기둥부에 있어서의 사출성형시의 금형 분할선에 대하여, 같은 측(소경측 또는 대경측)에 있으므로, 축방향에 의한 2매의 금형으로의 성형시에, 안내부와 갈고리부가 동일측의 금형에 의해 성형할 수 있어, 금형 구조를 간이화할 수 있다.
안내부의 테이퍼 방향의 폭이, 기둥부의 테이퍼 방향의 폭의 51% 이상이므로, 유지기가 (1)을 만족하는 경우에는 금형 분할면이 유지기의 기둥부의 중앙으로부터 대경측으로 시프트되고, 유지기가 (2)를 만족하는 경우에는 금형 분할면이 유지기의 기둥부의 중앙으로부터 소경측으로 시프트되어 보다 안정되게 테이퍼 롤러를 유지할 수 있다.
탈락 방지용 갈고리부의 높이(h)는, 상기 기둥부의 테이퍼 방향의 갈고리부 폭(t1)에 대하여 h/t1가 0.02 이상, 또한, 유지기 축방향의 갈고리부 폭(t2)에 대하여 h/t2가 0.02 이상이므로, 상기 갈고리부를 강제 추출로 성형하는 경우라도 균열이나 백화(白化)를 방지할 수 있다.
안내부에 있어서, 그 축방향 양단부에 관통하는 소정의 홈을 가지므로, 상기 안내부의 안내면에서의 윤활성이 향상한다.
도 1은, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는, 도 1에 있어서의 유지기의 단면도이다.
도 3은, 용접(weld) 위치를 나타내는 유지기의 일부 사시도이다.
도 4는, 안내부의 홈의 형태를 나타내는 유지기의 축방향 단면도이다.
도 5는, 종래의 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 단면도이다.
도 6은, 종래의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기의 일부 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은, 도 7에 있어서의 유지기의 축방향 단면도이다.
도 9는, 안내부의 홈의 형태를 나타내는 유지기의 축방향 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 일례를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 11은, 도 10에 있어서의 유지기의 축방향 단면도 및 A방향에서 본 화살표의 도면이다.
도 12는, 종래의 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 일례를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 다른 예를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 다른 예를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 16은, 외륜·유지기 사이의 클리어런스(clearance)와 지름 방향 두께를 나타내는 도면이다.
본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 내륜과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 외륜과, 상기 내륜의 궤도면과 상기 외륜의 궤도면과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러와, 상기 테이퍼 롤러를 포켓부에서 전동 가능하게 유지하는 유지기를 구비하여 이루어지는 테이퍼 롤러 베어링으로서,
상기 유지기는, 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이고,
상기 유지기는,
(A) 대경 링부와, 소경 링부와, 이들을 연결하는 복수의 기둥부를 가지며, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되어 있거나, 또는,
(B) 복수의 기둥부와, 상기 유지기의 소경측 및 대경측 중 어느 한쪽에 설치되어 상기 기둥부를 둘레방향 등간격으로 지지하는 링부로 구성되고, 인접하는 상기 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되며, 상기 기둥부의 상기 링부측의 반대측 단부에, 상기 포켓부 측으로 돌출하여, 상기 테이퍼 롤러의 일단면을 지지하는 돌기부를 가지고,
상기 유지기는,
(1) 상기 기둥부에 축방향을 따른 상기 사출성형에 의한 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 소경측 또한 유지기 외경측에, 상기 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 상기 테이퍼 롤러의 안내부를 가지며, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 소경측 또한 유지기 내경측에, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가지거나, 또는,
(2) 상기 기둥부에 축방향을 따른 상기 사출성형에 의한 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 대경측 또한 유지기 내경측에, 상기 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 상기 테이퍼 롤러의 안내부를 가지며, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 대경측 또한 유지기 외경측에, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가진다.
유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 하나의 실시예를 도 1 및 도 2에 기초하여 설명한다. 이하의 설명 내에 있어서, 단순히 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링이라고 있는 것은, 유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링을 의미하고 있다.
도 1은, 내륜 소 플랜지를 가지지 않는 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 단면도와 그 분해도이고, 도 2(a)는 유지기의 축방향 단면도이며, 도 2(b)는 유지기의 테이퍼 롤러의 축을 따른 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(1)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면(2a)을 가지는 내륜(2)과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면(3a)을 가지는 외륜(3)과, 내륜(2)의 궤도면(2a)과 외륜(3)의 궤도면(3a)과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러(4)와, 테이퍼 롤러(4)를 포켓부에서 둘레방향 일정 간격으로 전동 가능하게 유지하는 유지기(5)를 구비하여 이루어진다. 각 궤도면은, 축방향을 따라서 상기 궤도면을 구성하는 지름이 증가·감소하는 테이퍼 형상이다. 테이퍼의 각도는 특별히 한정되지 않지만, 축방향에 대하여 통상 15°∼60°정도이다. 테이퍼 롤러 베어링(1)에 있어서, 내륜(2)의 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 내륜(2)의 대경측 단부에 대 플랜지(2b)가 일체로 형성되어 있다. 한편, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 적어도 소 플랜지를 없앤 구조이면 좋고, 필요에 따라서 소 플랜지·대 플랜지 모두 없앤 구조로 해도 좋다.
도 1의 분해도에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(1)은, 유지기(5)와 테이퍼 롤러(4)를 일체화한 일체품(7)으로 하고, 이 일체품(7)과, 내륜(2)과 외륜(3)을 조합하여 대상 부위에 넣어 사용한다. 이와 같이 유지기와 테이퍼 롤러를 일체품으로 하는 경우, 상술한 바와 같이, 넣을 때에 테이퍼 롤러(4)가 유지기(5)로부터 탈락하지 않게(일체화를 유지하게) 하기 위하여, 어떠한 롤러 탈락 방지 구조가 필요하다. 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에서는, 유지기의 포켓부에 테이퍼 롤러의 탈락 방지부가 되는 갈고리부를 가지고, 테이퍼 롤러가 상기 갈고리부의 탄성변형을 거쳐 포켓부에 넣어져 유지기와 일체로 되어 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 유지기(5)는, 리브부인 대경 링부(5a)와 소경 링부(5b)를, 복수의 기둥부(5c)로 연결하여 이루어지며, 기둥부(5c)끼리의 사이의 포켓부(6)에 테이퍼 롤러(4)를 수납하고 있다. 유지기(5)는, 후술의 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이다. 여기서, 기둥부(5c)에 유지기의 축방향(베어링의 축방향이기도 함)을 따라 사출성형에 의한 금형 분할선(X)이 형성되어 있다. 금형 분할선(X)은, 기둥부(5c)의 중앙으로부터 대경측으로 시프트하고 있다. 이 사출성형 금형은, 축방향에 의한 2매의 금형으로 이루어지고, 한쪽이 금형 분할선(X)으로부터 대경측(도면 중 위쪽)의 금형이며, 다른쪽이 금형 분할선(X)으로부터 소경측(도면 중 아래쪽)의 금형이다. 양 금형은, 한쪽이 고정 금형, 다른쪽이 가동(可動) 금형으로 되어, 상대적으로 보면, 도면 중 검은 화살표로 나타내는 바와 같이, 금형 분할선(X)으로부터 대경측(도면 중 위쪽)의 금형이 도면 중 왼쪽방향으로, 금형 분할선(X)으로부터 소경측(도면 중 아래쪽)이 도면 중 오른쪽방향으로 이동한다. 금형 분할선(X)은, 대경 링부(5a)와 소경 링부(5b)와의 사이에서, 이들 링부에 걸리지 않는 범위에서 변동 가능하다.
유지기(5)는, 기둥부(5c)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 외경측에 테이퍼 롤러의 안내부(5d)를 가지고, 기둥부(5c)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 내경측에, 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부(5e)를 가진다. 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 안내부(5d)는, 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면(안내면)으로 이루어진다. 운전시에 있어서, 테이퍼 롤러(4)는 안내부(5d)의 안내면의 일부에 접촉하면서 전동한다. 안내면의 형상은, 테이퍼 롤러를 따른 곡면이라도, 평탄면(스트레이트면)이라도 좋다. 또, 안내부(5d)는, 포켓 개구부 표면에서 보면, 테이퍼 롤러의 모선(母線)을 따른 테이퍼 형상의 개구를 형성하고 있다.
안내부(5d)에 의해, 유지기(5)의 안내부(5d)가 형성된 측으로부터 테이퍼 롤러(4)가 빠지는 것을 방지할 수 있다. 유지기(5)의 내경측으로부터 갈고리부(5e)의 중첩부분을 탄성변형 시키면서, 테이퍼 롤러(4)를 유지기(5)의 포켓부(6)에 삽입함(넣음)으로써, 테이퍼 롤러(4)가 포켓부(6) 내에 있어서 안내부(5d)와 갈고리부(5e)에 둘러싸여 유지된다.
안내부(5d)의 테이퍼 방향의 폭(t3)은, 기둥부(5c)의 테이퍼 방향의 폭(b)(포켓부의 폭과 동일)의 51% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 안정되게 테이퍼 롤러를 유지할 수 있다. 보다 바람직하게는 55% 이상, 더 바람직하게는 60% 이상, 가장 바람직하게는 65% 이상이다. 도 2(a)에 나타내는 형태에서는, 안내부(5d)는, 소경 링부(5b)로부터 연속하여 금형 분할선(X) 직전까지 형성하고 있다. 이러한 형태로 함으로써, 금형 분할선(X)으로부터 소경측으로 하면서, 상당히 길게 폭(t3)을 확보할 수 있다.
갈고리부(5e)는, 금형 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 내경측이면 임의의 개소에 형성할 수 있다. 안내부(5d)의 위치와의 관계에서, 테이퍼 롤러를 유지시키기 쉬운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 도 2(a)에 나타내는 형태에서는, 안내부(5d)의 테이퍼 방향의 폭 범위 내에서, 금형 분할선(X)쪽에서 동형상의 2개를 이간하여 형성하고 있다. 갈고리부의 수는 이것으로 한정되지 않고, 적어도 1개 이상이면 좋고, 더욱 안정된 테이퍼 롤러의 유지가 필요하게 되는 경우에는 3개 이상 형성해도 좋다.
상기한 바와 같이, 안내부(5d)와 갈고리부(5e)는, 모두 금형 분할선(X)으로부터 소경측에 배치되기 때문에, 동일측의 금형에 의해 성형된다. 안내부(5d)를 형성하는 금형에 의해, 갈고리부(5e)도 형성되고, 이 갈고리부(5e)에 대해서는 강제 추출하게 된다. 이 경우, 갈고리부에 응력이 발생하여, 선단의 빠짐(균열)이나, 근본이 백화 될 우려가 있다. 갈고리부의 높이를 h, 기둥부 테이퍼 방향의 갈고리부 폭을 t1, 유지기 축방향의 갈고리부 폭을 t2로 하는 경우(도 2(a) 참조)에 있어서, 이들의 값과 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화와의 관계의 검증 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 유지기 재질은 PA66 수지제(유리섬유 30 체적% 배합)이며, 표 중의 「○」은 균열도 백화도 보이지 않는 경우, 「△」은 균열은 없지만 백화가 보이는 경우, 「×」는 균열이 보이는 경우이다.
[표 1]
Figure 112017110679208-pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 갈고리부의 높이(h)에 대하여, 기둥부 테이퍼 방향의 갈고리부 폭(t1)에 대하여 h/t1가 0.02 이상, 또한, 유지기 축방향의 갈고리부 폭(t2)에 대하여 h/t2가 0.02 이상인 경우에는, 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화가 방지되어 있는 것을 알 수 있다.
또, 갈고리부(5e)의 두께 방향의 선단을 R 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 균열이나 백화를 더욱 방지할 수 있다. 또, 버가 발생되기 어렵다. 이 반경(R) 및 갈고리부의 높이(h)와, 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화와의 관계 및 테이퍼 롤러의 유지성과의 관계의 검증 결과를 표 2에 나타낸다. 한편, 표 중의 테이퍼 롤러의 유지성의 「○」은, 유지성 및 사출성형시에 문제가 없는 경우, 「△」은 사출성형을 할 수 있지만 백화가 보이는 경우, 「-」은 미평가의 경우이다.
[표 2]
Figure 112017110679208-pct00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 선단 R 형상의 반경(R)이, 갈고리부의 높이(h)에 대해 0.5h∼1.5h의 경우에, 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화를 방지할 수 있고, 또한, 테이퍼 롤러의 유지성도 우수한 것을 알 수 있다.
다음으로, 상기의 유지기에 대하여, 기계적 강도의 향상을 도모하는 방책에 대하여 설명한다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 대경 링부(5a)의 두께를 c, 기둥부의 두께를 a로 하는 경우, c를 a에 대하여 81%∼120%로 하는 것이 바람직하다. 이러한 치수 관계로 설정함으로써, 유지기의 링 강성을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 84∼100%이다.
또, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 사출성형시의 수지의 삽입구인 게이트(8)를 소경 링부(5b)의 내경측에 마련하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 용접 위치(9)를 대경 링부(5a)의 기둥부 사이에 설정할 수 있어, 유지기의 강도 저하를 억제할 수 있다. 또, 소경 링부(5b)에 게이트를 마련하는 경우, 소경 링부(5b)의 두께를 게이트 지름의 1.6배∼4배로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 쇼트숏(short shot) 되지 않고 성형할 수 있다.
다음으로, 상기의 유지기에 대하여 테이퍼 롤러 안내면에서의 윤활성의 향상을 도모하는 방책에 대하여 도 4에 기초하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기에서는, 안내부가 폭이 넓어, 테이퍼 롤러를 안정되게 유지할 수 있다. 도 4(a) 및 도 4(b)에서는, 이러한 안내부(5d)에 있어서, 그 축방향 양단부에 관통하는 홈(5f)을 형성함으로써, 안내면으로의 윤활제의 유입을 촉진시키고 있다. 이 홈(5f)에 의해, 안내부(5d)는 불연속으로 되어 있다. 도 4(a)에 나타내는 형태는, 축방향으로 평행한 홈(5f)을 1개, 안내부(5d)의 대략 중앙에 형성하고 있다. 또, 도 4(b)에 나타내는 형태에서는, 안내부(5d)의 홈(5f)을 쐐기형으로 하고, 그 볼록 선단을 외경측에 배치하고 있다. 즉, 유지기 외경측의 축방향 단부로부터, 축방향 반대 단부를 향하여, 홈(5f)의 폭이 넓어지는 형상이다. 이러한 형태에 의해, 윤활제 저장소를 형성하기 쉽고, 또한, 원심력이 더해지는 환경하에서도 윤활제가 외부로 비산되기 어렵다. 홈(5f)은, 안내부(5d)의 사출성형시에 동시에 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 상기 유지기는, 수지 조성물을 이용한 수지 성형체이다. 수지 조성물로서는 사출성형이 가능하고, 유지기 재료로서 충분한 내열성이나 기계적 강도를 가지는 것이면, 임의의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아미드6(PA6) 수지, 폴리아미드4-6(PA46) 수지, 폴리아미드6-6(PA66) 수지, 폴리아미드6-10(PA610) 수지, 폴리아미드9-T(PA9T) 수지, 폴리메타크실렌아디파미드(폴리아미드 MXD-6) 수지 등의 폴리아미드(PA) 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 수지 등의 사출성형 가능한 불소 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리아세탈(POM) 수지, 폴리페닐렌술피드(PPS) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 수지 등을 들 수 있다. 이들의 각 합성수지는 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상 혼합한 폴리머 앨로이라도 좋다.
또, 유지기의 탄성률 등의 기계적 강도를 향상시키기 위해, 이들의 수지에, 사출성형성을 저해하지 않는 범위에서, 유리섬유, 아라미드 섬유(aramid fiber), 탄소섬유, 각종 광물성 섬유(위스커) 등의 섬유형상 보강재를 배합하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라, 공지의 충전재나 첨가제로서, 규산칼슘, 클레이(clay), 탈크, 마이카 등의 무기 충전재, 흑연, 2황화 몰리브덴, 2황화 텅스텐, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 분말 등의 고체 윤활제, 대전 방지제, 도전재, 안료, 이형재 등을 배합해도 좋다.
이상, 각 도면에 기초하여, 유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 실시형태의 일례를 설명했지만, 유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은 이들로 한정되는 것은 아니다.
유지기가 (A) 및 (2)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 하나의 실시예를 도 7 및 도 8에 기초하여 설명한다. 이하의 설명 내에 있어서, 단순히 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링으로 있는 것은, 유지기가 (A) 및 (2)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링을 의미하고 있다.
도 7은, 내륜 소 플랜지를 가지지 않는 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 단면도와 그 분해도이고, 도 8(a)는 유지기의 축방향 단면도이며, 도 8(b)는 유지기의 테이퍼 롤러의 축을 따른 단면도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(101)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면(102a)을 가지는 내륜(102)과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면(103a)을 가지는 외륜(103)과, 내륜(102)의 궤도면(102a)과 외륜(103)의 궤도면(103a)과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러(104)와, 테이퍼 롤러(104)를 포켓부에서 둘레방향 일정 간격으로 전동 가능하게 유지하는 유지기(105)를 구비하여 이루어진다. 각 궤도면은, 축방향을 따라서 상기 궤도면을 구성하는 지름이 증가·감소하는 테이퍼 형상이다. 테이퍼의 각도는 특히 한정되지 않지만, 축방향에 대하여 통상 15°∼60°정도이다. 테이퍼 롤러 베어링(101)에 있어서, 내륜(102)의 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 내륜(102)의 대경측 단부에 대 플랜지(102b)가 일체로 형성되어 있다. 한편, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 적어도 소 플랜지를 없앤 구조이면 좋고, 필요에 따라서 소 플랜지·대 플랜지 모두 없앤 구조로 해도 좋다.
도 7의 분해도에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(101)은, 유지기(105)와 테이퍼 롤러(104)를 일체화한 일체품(107)으로 하고, 이 일체품(107)과, 내륜(102)과, 외륜(103)을 조합하여 대상 부위에 넣어 사용한다. 이와 같이 유지기와 테이퍼 롤러를 일체품으로 하는 경우, 상술한 바와 같이, 넣을 때에 테이퍼 롤러(104)가 유지기(105)로부터 탈락하지 않게(일체화를 유지하게) 하기 위하여, 어떠한 롤러 탈락 방지 구조가 필요하다. 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에서는, 유지기의 포켓부에 테이퍼 롤러의 탈락 방지부가 되는 갈고리부를 가지며, 테이퍼 롤러가 상기 갈고리부의 탄성변형을 거쳐 포켓부에 넣어져 유지기와 일체로 되어 있다.
도 8(a) 및 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 유지기(105)는, 리브부인 대경 링부(105a)와 소경 링부(105b)를, 복수의 기둥부(105c)로 연결하여 이루어지며, 기둥부(105c)끼리의 사이의 포켓부(106)에 테이퍼 롤러(104)를 수납하고 있다. 유지기(105)는, 후술의 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이다. 여기서, 기둥부(105c)에 유지기의 축방향(베어링의 축방향이기도 함)을 따른 사출성형에 의한 금형 분할선(X)이 형성되어 있다. 금형 분할선(X)은, 기둥부(105c)의 중앙으로부터 소경 측으로 시프트하고 있다. 이 사출성형 금형은, 축방향에 의한 2매의 금형으로 이루어지고, 한쪽이 금형 분할선(X)으로부터 대경측(도면 중 위쪽)의 금형이며, 다른쪽이 금형 분할선(X)으로부터 소경측(도면 중 아래쪽)의 금형이다. 양금형은, 한쪽이 고정 금형, 다른쪽이 가동 금형으로 되며, 상대적으로 보면, 도면 중 검은 화살표로 나타내는 바와 같이, 금형 분할선(X)으로부터 대경측(도면 중 위쪽)의 금형이 도면 중 왼쪽방향으로, 금형 분할선(X)으로부터 소경측(도면 중 아래쪽)이 도면 중 오른쪽방향으로 이동한다. 금형 분할선(X)은, 대경 링부(105a)와 소경 링부(105b)와의 사이에서, 이들 링부에 걸리지 않는 범위에서 변동 가능하다.
유지기(105)는, 기둥부(105c)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 대경측 또한 유지기 내경측에 테이퍼 롤러의 안내부(105d)를 가지며, 기둥부(105c)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 대경측 또한 유지기 외경측에, 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부(105e)를 가진다. 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 안내부(105d)는, 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면(안내면)으로 이루어진다. 운전시에 있어서, 테이퍼 롤러(104)는 안내부(105d)의 안내면의 일부에 접촉하면서 전동한다. 안내면의 형상은, 테이퍼 롤러를 따른 곡면이라도, 평탄면(스트레이트면)이라도 좋다. 또, 안내부(105d)는, 포켓 개구부 표면에서 보면, 테이퍼 롤러의 모선을 따른 테이퍼 형상의 개구를 형성하고 있다.
안내부(105d)에 의해, 유지기(105)의 안내부(105d)가 형성된 측으로부터 테이퍼 롤러(104)가 빠지는 것을 방지할 수 있다. 유지기(105)의 외경측으로부터 갈고리부(105e)의 중첩부분을 탄성변형 시키면서, 테이퍼 롤러(104)를 유지기(105)의 포켓부(106)에 삽입함(넣음)으로써, 테이퍼 롤러(104)가 포켓부(106) 내에 있어서 안내부(105d)와 갈고리부(105e)에 둘러싸여 유지된다.
안내부(105d)의 테이퍼 방향의 폭(t3)은, 기둥부(105c)의 테이퍼 방향의 폭(b)(포켓부의 폭과 동일)의 51% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 안정되게 테이퍼 롤러를 유지할 수 있다. 보다 바람직하게는 55% 이상, 더 바람직하게는 60% 이상, 가장 바람직하게는 65% 이상이다. 도 8(a)에 나타내는 형태에서는, 안내부(105d)는, 대경 링부(105a)측으로부터 연속하여 금형 분할선(X) 직전까지 형성되어 있다. 이러한 형태로 함으로써, 금형 분할선(X)으로부터 대경측으로 하면서, 상당히 길게 폭(t3)을 확보할 수 있다.
갈고리부(105e)는, 금형 분할선(X)으로부터 대경측이고 유지기 외경측이라면 임의의 개소에 형성할 수 있다. 안내부(105d)의 위치와의 관계에서, 테이퍼 롤러를 유지시키기 쉬운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 도 8(a)에 나타내는 형태에서는, 안내부(105d)의 테이퍼 방향의 폭 범위 내에서 동형상의 2개를 이간하여 형성하고 있다. 갈고리부의 수는 이것으로 한정되지 않고, 적어도 1개 이상 있으면 좋고, 더욱 안정된 테이퍼 롤러의 유지가 필요하게 되는 경우에는 3개 이상 형성해도 좋다.
상기한 바와 같이, 안내부(105d)와 갈고리부(105e)는, 모두 금형 분할선(X)으로부터 대경측에 배치되기 때문에, 동일측의 금형에 의해 성형된다. 안내부(105d)를 형성하는 금형에 의해, 갈고리부(105e)도 형성되고, 이 갈고리부(105e)에 대해서는 강제 추출하게 된다. 이 경우, 갈고리부에 응력이 발생하여, 선단의 빠짐(균열)이나, 근본이 백화될 우려가 있다. 갈고리부의 높이를 h, 기둥부 테이퍼 방향의 갈고리부 폭을 t1, 유지기 축방향의 갈고리부 폭을 t2로 하는 경우(도 8(a) 참조)에 있어서, 이들의 값과 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화와의 관계의 검증 결과를 표 3에 나타낸다. 한편, 유지기 재질은 PA66 수지제(유리섬유 30 체적% 배합)이며, 표 중의 「○」은 균열도 백화도 보이지 않는 경우, 「△」은 균열은 없지만 백화가 보이는 경우, 「×」는 균열이 보이는 경우이다.
[표 3]
Figure 112017110679208-pct00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 갈고리부의 높이(h)에 대하여, 기둥부 테이퍼 방향의 갈고리부 폭(t1)에 대해서 h/t1가 0.02 이상, 또한, 유지기 축방향의 갈고리부 폭(t2)에 대해서 h/t2가 0.02 이상인 경우에는, 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화가 방지되어 있는 것을 알 수 있다.
또, 갈고리부(105e)의 두께 방향의 선단을 R 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 균열이나 백화를 더욱 방지할 수 있다. 또, 버가 발생되기 어렵다. 이 반경(R) 및 갈고리부의 높이(h)와 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화와의 관계 및 테이퍼 롤러의 유지성과의 관계의 검증 결과를 표 4에 나타낸다. 한편, 표 중의 테이퍼 롤러의 유지성이 「○」은, 유지성 및 사출성형시에 문제가 없는 경우, 「△」는 사출성형할 수 있지만 백화가 보이는 경우, 「­」은 미평가의 경우이다.
[표 4]
Figure 112017110679208-pct00004
표 4에 나타내는 바와 같이, 선단 R 형상의 반경(R)이, 갈고리부의 높이(h)에 대해 0.5h∼1.5h의 경우에, 사출성형 강제 추출시의 균열이나 백화를 방지할 수 있고, 또한, 테이퍼 롤러의 유지성도 우수한 것을 알 수 있다.
다음으로, 상기의 유지기에 대하여, 기계적 강도의 향상을 도모하는 방책에 대하여 설명한다. 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 대경 링부(105a)의 두께를 c, 기둥부의 두께를 a로 하는 경우, c를 a에 대하여 81%∼120%로 하는 것이 바람직하다. 이러한 치수 관계로 설정함으로써, 유지기의 링 강성을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 84∼100%이다.
또, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 사출성형시 수지의 삽입구인 게이트(108)를 소경 링부(105b)의 내경측에 마련하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 용접 위치를 대경 링부(105a)의 기둥부 사이에 설정할 수 있어 유지기의 강도 저하를 억제할 수 있다. 또, 소경 링부(105b)에 게이트를 마련하는 경우, 소경 링부(105b)의 두께를 게이트 지름의 1.6배∼4배로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 쇼트숏(Shot Shot)되지 않고 성형할 수 있다.
다음으로, 상기의 유지기에 대해 테이퍼 롤러 안내면에서의 윤활성의 향상을 도모하는 방책에 대하여 도 9에 기초하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기에서는, 안내부가 폭이 넓어, 테이퍼 롤러를 안정되게 유지할 수 있다. 도 9(a) 및 도 9(b)에서는, 이러한 안내부(105d)에 있어서, 그 축방향 양단부에 관통하는 홈(105f)을 형성함으로써, 안내면으로의 윤활제의 유입을 촉진시키고 있다. 이 홈(105f)에 의해, 안내부(105d)는 불연속으로 되어 있다. 도 9(a)에 나타내는 형태는, 축방향으로 평행한 홈(105f)을 1개, 안내부(105d)의 대략 중앙에 형성하고 있다. 또, 도 9(b)에 나타내는 형태에서는, 안내부(105d)의 홈(105f)을 쐐기형으로 하고, 그 볼록부분이 넓어지고 있는 측을 내경측에 배치하고 있다. 즉, 유지기 내경측의 축방향 단부로부터, 축방향 반대 단부를 향하여, 홈(105f)의 폭이 좁아지는 형상이다. 이러한 형태에 의해, 윤활제 저장소를 형성하기 쉽고, 또한, 원심력이 더해지는 환경하에서도 윤활제가 외부로 비산되기 어렵다. 홈(105f)은, 안내부(105d)의 사출성형시에 동시에 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 상기 유지기는, 수지 조성물을 이용한 수지 성형체이다. 수지 조성물로서는, 상술의 유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 경우와 같다.
이상, 각 도면에 기초하여, 유지기가 (A) 및 (2)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 실시형태의 일례를 설명했지만, 유지기가 (A) 및 (2)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은 이들로 한정되는 것은 아니다.
유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에 대하여 설명한다.
산업용 로봇에 이용되는 구름 베어링과 같이, 모멘트 하중에 대하여 강성이 요구되는 용도에서는, 일반적으로 앵귤러 콘택트 볼베어링이나 테이퍼 롤러 베어링에 예압을 걸어 이용된다. 고강성이 요구되는 경우에는, 동일 사이즈에서는 부하 용량이 큰 테이퍼 롤러 베어링이 이용된다. 요즈음, 베어링 사이즈에 대한 모멘트 하중이 커져, 필요 강성도 커지고 있다. 또, 장치 전체의 콤팩트화를 위하여, 베어링의 스페이스도 작아지고 있다. 즉, 콤팩트하며 또한, 고부하 용량의 테이퍼 롤러 베어링이 요구되고 있다.
이러한 테이퍼 롤러 베어링에 있어서, 일본 공개특허공보 2007-32679호에서는, 부하 용량을 늘리기 위하여 내륜 소 플랜지를 없애고, 내륜 궤도면을 내륜의 소경측 단면까지 연속시켜 궤도면을 확보한 형상이 기재되어 있다. 내륜 궤도면을 내륜의 소경측 단면까지 연속시키면, 테이퍼 롤러, 내륜, 유지기가 분리되지만, 일본 공개특허공보 2007-32679호나 일본 공개특허공보 2014-202284호에서는, 유지기의 형상을 궁리함으로써, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화하고 있다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 2014-202284호에서는, 조립시에 있어서 포켓부로부터 테이퍼 롤러가 탈락하는 것을 방지하는 등의 목적으로, 기둥부의 내경측 및 외경측에 각각 원뿔면을 마련하고 있다. 내경측의 원뿔면과 외경측의 원뿔면은, 기둥부의 한쪽 면에 있어서 대각으로 형성되어 있다. 또한, 일본 공개특허공보 2014-202284호에서는, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화한 유지기의 제작방법으로서, 축방향(Axial draw)의 2매의 금형을 이용하여 사출 성형하는 것이 기재되어 있다.
종래의 테이퍼 롤러 베어링의 구조의 일례를 도 12에 기초하여 설명한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(211)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면(212a)을 가지는 내륜(212)과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면(213a)을 가지는 외륜(213)과, 내륜(212)의 궤도면(212a)과 외륜(213)의 궤도면(213a)과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러(214)와, 각 테이퍼 롤러(214)를 포켓부에서 전동 가능하게 유지하는 유지기(215)를 구비하고 있다. 유지기(215)는, 대경 링부(215a)와 소경 링부(215c)를 복수의 기둥부(215b)로 연결하여 이루어지며, 기둥부(215b)끼리의 사이의 포켓부에 테이퍼 롤러(214)를 수납하고 있다. 또, 내륜(212)의 소경측 단부의 소 플랜지가 생략되어, 내륜(212)의 대경측 단부에 대 플랜지(212b)가 일체로 형성되어 있다. 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 내륜은, 테이퍼 형상의 궤도면을 가지기 때문에 축방향에서 보아 소경측과 대경측이 있고, 「소 플랜지」는 소경측 단부에 설치된 플랜지이며, 「대 플랜지」는 대경측 단부에 설치된 플랜지이다.
이와 같이 종래의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기는, 소경 링부, 대경 링부, 및 기둥부로 이루어지는 구조를 가지고 있다. 그렇지만, 시장에서는, 외륜 단면으로부터 유지기 단면까지의 치수(도 12 중의 유지기 인입량(L2))을 상당히 크게 하는 베어링 설계가 요구되고 있는바, 유지기의 소경 링부와의 간섭의 문제로부터, 그 확대폭에 한계가 있었다. 또, 상기 요구를 만족하기 위해 대 플랜지의 폭을 좁게 할 필요가 있고, 그만큼, 강도 저하의 염려가 있었다.
또, 일본 공개특허공보 2014-202284호와 같이, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 때의 중첩되는 부분(내경측의 원뿔면과 외경측의 원뿔면)이 대각으로 형성되어 있는 경우, 금형 분할면이 복잡하게 된다. 또, 유지시에 테이퍼 롤러가 덜거덕거리는 등, 테이퍼 롤러의 유지성이 충분하지 않을 우려가 있다.
유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 이러한 문제에도 대처하는 것이며, 대 플랜지 폭을 좁히지 않고 유지기 인입량을 확대할 수 있어, 필요에 따라서 테이퍼 롤러와 유지기와의 일체화가 가능하다.
유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 그 유지기가, 복수의 기둥부와, 상기 유지기의 소경측 및 대경측 중 어느 한쪽에 설치되어 상기 기둥부를 둘레방향 등간격으로 지지하는 링부로 구성되고, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 포켓부가 형성되며, 기둥부의 상기 링부측의 반대측 단부에, 포켓부 측으로 돌출하여 테이퍼 롤러의 일단면을 지지하는 돌기부를 가지므로, 링의 한쪽을 생략한 구조로 하면서, 상기 유지기로부터의 테이퍼 롤러의 탈락을 방지할 수 있다. 또, 유지기 또는 테이퍼 롤러 베어링 전체로서의 축방향 치수의 축소가 도모된다.
특히, 상기 유지기에 있어서, 상기 링부가 상기 유지기의 대경측에 설치되고, 소경측의 링부가 생략된 구조일 때는, 외륜 단면으로부터의 유지기 인입량을 큰 폭으로 확대할 수 있다. 또, 내륜의 대 플랜지 폭을 무리하게 좁힐 필요가 없어, 강도 저하를 방지할 수 있다. 또한, 내륜의 폭을 축소할 수 있다.
상기 기둥부는, 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 테이퍼 롤러의 안내부와, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 가지므로, 이들과 상기의 돌기부에 의해, 소경 링부를 생략한 구조로 하면서, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 수 있다. 이것에 의해, 소 플랜지를 없앤 구조로 할 수 있고, 테이퍼 롤러의 길이를 연장하여 부하 용량의 증대 및 소형화가 가능하게 된다.
상기 유지기는 수지 조성물의 사출 성형체이므로, 상기한 소정 형상의 안내부, 갈고리부, 돌기부를 유지기 본체와 일체로 용이하게 형성할 수 있다. 또, 안내부와 갈고리부가, 기둥부에 있어서의 사출성형시의 금형 분할선에 대하여, 동일측(소경측 또는 대경측)에 있으므로, 축방향에 의한 2매의 금형으로의 성형시에, 안내부와 갈고리부가 동일측의 금형에 의해 성형할 수 있어, 금형 구조를 간이화할 수 있다.
유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 하나의 실시예를 도 10 및 도 11에 기초하여 설명한다. 이하의 설명 내에 있어서, 단순히 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링으로 있는 것은, 유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링을 의미하고 있다.
도 10은, 소경측 링부를 생략한 유지기를 구비한 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 단면도이며, 도 11은 그 유지기의 축방향 단면도(도 11(a)) 및 A방향에서 본 화살표의 도면(도 11(b))이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(201)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면(202a)을 가지는 내륜(202)과 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면(203a)을 가지는 외륜(203)과 내륜(202)의 궤도면(202a)과 외륜(203)의 궤도면(203a)과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러(204)와 테이퍼 롤러(204)를 포켓부에서 둘레방향 일정 간격으로 전동 가능하게 유지하는 유지기(205)를 구비하여 이루어진다. 각 궤도면은, 축방향을 따라서 상기 궤도면을 구성하는 지름이 증가·감소하는 테이퍼 형상이다. 테이퍼의 각도는 특히 한정되지 않지만, 축방향에 대하여 통상 15°∼60°정도이며, 상기 각도가 급 구배인 경우, 모멘트 강성이 높아진다.
도 11(a) 및 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 유지기(205)는, 리브부가 되는 대경 링부(205a)와, 이 대경 링부(205a)에 연결된 복수의 기둥부(205b)로 구성되어 있다. 즉, 소경 링은 가지지 않는다. 복수의 기둥부(205b)는, 링부(205a)에 의해 둘레방향 등간격으로 지지되어 있다. 인접하는 기둥부(205b)끼리의 사이에 포켓부(206)가 형성되고, 기둥부(205b)의 링부측의 반대측 단부(소경측 단부)에, 포켓부 측으로 돌출하여, 테이퍼 롤러의 일단면(소경 단면)을 지지하는 돌기부(205c)를 가진다. 돌기부(205c)는, 그 테이퍼 롤러 지지면이, 종래품의 소경측 포켓 평면과 동일 평면상이 되도록 배치되어 있다. 한편, 돌기부(205c)의 위치나 형상은, 테이퍼 롤러가 빠져 떨어지는 것을 방지할 수 있는 위치나 형상이면 특히 한정되지 않는다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링(201)에서는, 이 포켓부(206)에 테이퍼 롤러(204)를 수납하고 있다.
종래의 통상의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기에서는, 대경 링부와 소경 링부를 기둥부에서 연결하여 포켓부를 형성하고 있지만, 상기 도면에 나타내는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기에서는, 소경 링부를 생략한 구조(꼬치형 유지기)로 하고 있다. 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 유지기는, 상기의 돌기부(205c)를 형성함으로써, 소경 링부가 없는 구조로 하면서, 소경측으로부터 테이퍼 롤러가 빠져 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
소경 링부가 없는 구조에 의해, 외륜 단면으로부터의 유지기 인입량(인입량 길이) L1을, 소경 링부를 가지는 종래의 경우(도 12의 L2)와 비교하여, 큰 폭으로 확대할 수 있다. 이 때문에, 유지기 인입량의 확대를 위하여, 대 플랜지(202b)의 폭을 무리하게 좁힐 필요가 없어, 강도 저하를 방지할 수 있다. 또, 내륜(202)의 폭(W1)도 종래의 경우(도 12의 W2)와 비교하여 축소할 수 있다.
한편, 도 10 및 도 11에 나타내는 형태의 유지기에서는, 소경 링부를 생략한 형태로 하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 대경 링부를 생략하고, 소경 링부와 기둥부로 이루어지는 구성으로 해도 좋다. 상술한 바와 같이, 외륜 단면으로부터의 유지기 인입량을 확대할 수 있기 때문에, 소경 링부를 생략한 형태로 하는 것이 바람직하다.
테이퍼 롤러 베어링(201)은, 유지기(205)와 테이퍼 롤러(204)를 일체화한 일체품으로 하고, 이 일체품과 내륜(202)과, 외륜(203)을 조합하여 대상 부위에 넣어 사용한다. 이와 같이 유지기와 테이퍼 롤러를 일체품으로 하는 경우, 넣을 때에 테이퍼 롤러(204)가 유지기(205)로부터 탈락하지 않게(일체화를 유지하게) 하기 위하여, 롤러 탈락 방지 구조가 필요하다. 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에서는, 유지기의 포켓부에 상기의 돌기부(205c)와 탈락 방지용 갈고리부(205e)를 가지며(도 11(a) 참조), 테이퍼 롤러가 상기 갈고리부의 탄성변형을 거쳐 포켓부에 넣어져 유지기와 일체로 되어 있다. 이 일체화에 의해, 내륜 소 플랜지를 생략할 수 있다. 도 10에 나타내는 형태의 테이퍼 롤러 베어링(201)은, 내륜(202)의 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 내륜(202)의 대경측 단부에 대 플랜지(202b)가 일체로 형성되어 있다. 또, 소 플랜지·대 플랜지 모두 없앤 구조로 해도 좋다.
유지기는, 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이다. 수지 조성물로서는, 상술의 유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 경우와 같다.
유지기는 수지 조성물의 사출 성형체이기 때문에, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 기둥부(205b)에 유지기의 축방향(베어링의 축방향이기도 함)에 따른 사출성형에 의한 금형 분할선(X)이 형성되어 있다. 금형 분할선(X)은, 기둥부(205b)의 중앙으로부터 대경측으로 시프트하고 있다. 이 사출성형 금형은, 축방향에 의한 2매의 금형으로 이루어지고, 한쪽이 금형 분할선(X)으로부터 대경측(도면 중 위쪽)의 금형이며, 다른쪽이 금형 분할선(X)으로부터 소경측(도면 중 아래쪽)의 금형이다. 양 금형은, 한쪽이 고정 금형, 다른쪽이 가동 금형으로 되어, 상대적으로 보면, 도면 중 검은색 화살표에 나타내는 바와 같이, 금형 분할선(X)으로부터 대경측(도면 중 위쪽)의 금형이 도면 중 왼쪽방향으로, 금형 분할선(X)으로부터 소경측(도면 중 아래쪽)이 도면 중 오른쪽방향으로 이동한다.
도 11에 나타내는 형태의 유지기(205)는, 기둥부(205b)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 외경측에 테이퍼 롤러의 안내부(205d)를 가지며, 기둥부(205b)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 내경측에 갈고리부(205e)를 가진다. 안내부(205d)는, 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면(안내면)으로 이루어진다. 운전시에 있어서, 테이퍼 롤러는 안내부(205d)의 안내면의 일부에 접촉하면서 전동한다. 안내면의 형상은, 테이퍼 롤러를 따른 곡면이라도, 평탄면(스트레이트면)이라도 좋다. 또, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 안내부(205d)는, 포켓 개구부 표면에서 보면, 테이퍼 롤러의 모선을 따른 테이퍼 형상의 개구를 형성하고 있다.
안내부(205d)에 의해, 유지기(205)의 안내부(205d)가 형성된 측으로부터 테이퍼 롤러가 빠지는 것을 방지할 수 있다. 유지기(205)의 내경측으로부터 갈고리부(205e)의 중첩부분을 탄성변형 시키면서, 테이퍼 롤러를 유지기(205)의 포켓부(206)에 삽입함(넣음)으로써, 테이퍼 롤러가 포켓부(206) 내에 있어서, 링부(205a), 기둥부(205b), 안내부(205d), 갈고리부(205e), 돌기부(205c)에 둘러싸여 유지된다.
안내부(205d)의 테이퍼 방향의 폭은, 기둥부(205b)의 테이퍼 방향의 폭(포켓부의 폭과 동일)의 51% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 안정되게 테이퍼 롤러를 유지할 수 있다. 도 11(a)에 나타내는 형태에서는, 안내부(205d)는, 소경측 단부로부터 연속하여 금형 분할선(X) 직전까지 형성되어 있다. 또, 갈고리부(205e)는, 금형 분할선(X)으로부터 소경측 또한 유지기 내경측이라면 임의의 개소에 형성할 수 있다. 안내부(205d)의 위치와의 관계에서, 테이퍼 롤러를 유지시키기 쉬운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 도 11(a)에 나타내는 형태에서는, 안내부(205d)의 테이퍼 방향의 폭 범위내에서, 금형 분할선(X)쪽에서 동형상의 2개를 이간하여 형성하고 있다.
상기한 바와 같이, 안내부(205d)와 갈고리부(205e)는, 모두 금형 분할선(X)으로부터 소경 측에 배치되기 때문에, 이들을 동일측의 금형에 의해 성형할 수 있다. 안내부(205d)를 형성하는 금형에 의해, 갈고리부(205e)도 형성된다. 한편, 이 갈고리부(205e)에 대해서는 강제 추출하게 된다.
또, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링에 있어서의 유지기의 다른 형태로서, 안내부와 갈고리부와 금형 분할선(X)과의 위치 관계를 도 11에 나타내는 경우와 반대로 하여도 좋다. 즉, 상기 유지기를, 기둥부(205b)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 대경측 또한 유지기 내경측에 테이퍼 롤러의 안내부(205d)를 가지며, 기둥부(205b)에 있어서의 금형 분할선(X)으로부터 대경측 또한 유지기 외경측에, 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부(205e)를 가지는 구조로 해도 좋다. 이 형태에서는, 안내부(205d)와 갈고리부(205e)는, 모두 금형 분할선(X)으로부터 대경측에 배치되기 때문에, 도 11에 나타내는 경우와 마찬가지로, 이들을 동일측(대경측)의 금형에 의해 성형할 수 있다.
이상, 각 도면에 기초하여, 유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 실시형태의 일례를 설명했지만, 유지기가 (B)를 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은 이들로 한정되는 것은 아니다.
또, 다른 형태인 테이퍼 롤러 베어링(Z)에 대하여 설명한다.
산업용 로봇에 이용되는 구름 베어링과 같이, 모멘트 하중에 대하여 강성이 요구되는 용도에서는, 일반적으로 앵귤러 콘택트 볼베어링이나 테이퍼 롤러 베어링에 예압을 걸어 이용된다. 고강성이 요구되는 경우에는, 동일 사이즈에서는 부하 용량이 큰 테이퍼 롤러 베어링이 이용된다. 요즈음, 베어링 사이즈에 대한 모멘트 하중이 커져, 필요 강성도 커지고 있다. 또, 장치 전체의 콤팩트화를 위해서, 베어링의 스페이스도 작아지고 있다. 즉, 콤팩트하고 또한, 고부하 용량의 테이퍼 롤러 베어링이 요구되고 있다. 고부하 용량화를 위해서는, 테이퍼 롤러 베어링에 있어서 내륜의 소 플랜지, 또는 소 플랜지·대 플랜지 모두 없앤 구조가 필요하다. 그 때문에, 롤러를 유지기에 두고, 롤러와 유지기를 일체화할 필요성이 생겼다. 일반적인 테이퍼 롤러 베어링에는, 철판 유지기나 수지 유지기가 사용되고 있지만, 구조상으로, 내륜·롤러·유지기로 일체화로 하는 형상(롤러와 유지기만으로 일체화하고 있지 않음)으로 되어 있는 것이 대부분이다.
이것에 대하여, 일본 공개특허공보 2007-32679호에서는, 부하 용량을 늘리기 위해서 내륜 소 플랜지를 없애고, 내륜 궤도면을 내륜의 소경측 단면까지 연속시켜 궤도면을 확보한 형상이 기재되어 있다. 내륜 궤도면을 내륜의 소경측 단면까지 연속시키면, 테이퍼 롤러, 내륜, 유지기가 분리되지만, 일본 공개특허공보 2007-32679호에서는, 유지기의 형상을 궁리함으로써, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화하고 있다.
또, 일본 공개특허공보 2014-202284호에서는, 조립시에 있어서 포켓부로부터 테이퍼 롤러가 탈락하는 것을 방지하는 등의 목적으로, 기둥부의 내경측 및 외경측에 각각 원뿔면을 마련하고 있다. 또한 일본 공개특허공보 2014-202284호에서는, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화한 유지기의 제작 방법으로서 축방향(Axial draw)의 2매의 금형을 이용하여 사출 성형하는 것이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2007-32679호와 일본 공개특허공보 2014-202284호에 기재되는 테이퍼 롤러 베어링은, 도면 등으로부터 판단하여 상기 유지기의 안내 형식은 전동체(轉動體) 안내라고 상정할 수 있다. 한편, 테이퍼 롤러 베어링에 이용되는 수지제 유지기는, 사출성형으로의 제조 한계로부터 유지기 두께의 최소 치수가 정해져 있다. 유지기 안내 형식이 전동체 안내의 경우, 운전중에 유지기 외주면이 외륜 궤도면에 접촉하지 않게, 유지기 외주면과 외륜 궤도면과의 빈틈(이하, 단순히 「클리어런스」라고도 한다)을 마련할 필요가 있다. 베어링 사이즈를 작게 하면, 클리어런스를 확보하기 위하여 유지기의 두께도 얇게 해야 한다.
그러나, 상술한 바와 같이, 수지제 유지기의 두께는 제조상의 치수 한계가 있어, 어느 정도의 사이즈 이하에서는 클리어런스가 만족하게 확보할 수 없으며, 운전중의 유지기 휠링(whirling)을 고려하면, 유지기와 외륜이 일부 접촉해 버린다. 이 접촉에 의해, 유지기 외주면이나 외륜 궤도면에 마모가 생길 우려나, 국부적인 접촉에 의한 과대 부하로부터의 유지기 균열 등의 불편을 일으킬 우려가 있다.
테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 이러한 문제에 대처하기 위하여 이루어진 것이며, 수지제 유지기를 이용한 테이퍼 롤러 베어링에 있어서, 베어링 사이즈가 작은 경우라도, 유지기와의 국부적인 접촉에 의한 외륜 궤도면의 마모나 유지기 균열을 억제할 수 있는 테이퍼 롤러 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이것에 대하여, 테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 이하와 같은 특징［1］∼［6］을 가진다. 즉,
［1］테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 내륜과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 외륜과, 상기 내륜의 궤도면과 상기 외륜의 궤도면과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러와, 상기 테이퍼 롤러를 포켓부에서 전동 가능하게 유지하는 수지제의 유지기를 구비하여 이루어지며, 상기 테이퍼 롤러 베어링은, 상기 외륜의 궤도면이 베어링 중심축과 이루는 각도가 30°∼50°이고, 상기 유지기는, 대경 링부와, 소경 링부와, 이들을 연결하는 복수의 기둥부를 가지며, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되고, 상기 외륜, 상기 내륜, 또는 상기 외륜 외경측에 배치되는 타 부재에서 안내되는 것을 특징으로 한다.
［2］제1의 유지기 안내 형태로서, 상기 유지기는, 상기 기둥부의 표면으로 이루어지는 테이퍼 형상의 외주면을 가지고, 상기 외주면이 상기 외륜의 궤도면과 접촉하여 상기 외륜에 안내되며, 상기 유지기의 외주면의 경사 각도와, 상기 외륜의 궤도면의 경사 각도가 같은 각도인 것을 특징으로 한다.
［3］제2의 유지기 안내 형태로서, 상기 유지기는, 상기 대경 링부의 외주면이 상기 타부재와 접촉하여 상기 타부재에 안내되는 것을 특징으로 한다.
［4］제3의 유지기 안내 형태로서, 상기 유지기는, 상기 대경 링부의 내주면이 상기 내륜과 접촉하여 상기 내륜에 안내되는 것을 특징으로 한다.
［5］상기 테이퍼 롤러 베어링의 지름 방향 두께가 13.5㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
［6］상기 내륜은, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않는 구조, 또는, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 또한 대경측 단부에 대 플랜지를 가지지 않는 구조이며, 상기 유지기는, 상기 포켓부에 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지부를 가지고, 상기 탈락 방지부에 의해 상기 테이퍼 롤러가 상기 포켓부 내에 유지되어 있는 것을 특징으로 한다.
테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 급 구배의 접촉각(외륜의 궤도면이 베어링 중심축과 이루는 각도가 30°∼50°)의 테이퍼 롤러 베어링이며, 대경 링부와, 소경 링부와, 이들을 연결하는 복수의 기둥부를 가지고 인접하는 기둥부끼리의 사이에 포켓부가 형성된 수지제의 유지기를 이용한 구성에 있어서, 상기 유지기를, 전동체 안내가 아니라, 외륜, 내륜, 또는 외륜 외경측에 배치되는 타부재로 안내하는 구성으로 하고 있으므로, 베어링 사이즈가 작은 경우(예를 들면, 지름 방향 두께가 13.5㎜ 이하)라도, 유지기와의 국부적인 접촉에 의한 외륜 궤도면의 마모나 유지기 균열을 억제할 수 있다.
제1의 유지기 안내 형태로서 유지기가, 기둥부의 표면으로 이루어지는 테이퍼 형상의 외주면을 가지고, 상기 외주면이 외륜의 궤도면과 접촉하여 상기 외륜에 안내되며, 유지기의 외주면의 경사 각도와 외륜의 궤도면의 경사 각도가 같은 각도이므로, 유지기 외주면과 외륜 궤도면과의 클리어런스가 작은 경우에서도, 이들 양면이 유지기 소경측에서 국부적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 접촉면의 마모를 방지할 수 있어, 유지기 부하도 저감할 수 있다.
제2의 유지기 안내 형태로서, 대경 링부의 외주면이 타부재와 접촉하여 상기 타부재로 안내되는, 또는, 제3의 유지기 안내 형태로서, 대경 링부의 내주면이 내륜과 접촉하여 상기 내륜에 안내되므로, 유지기가 외륜 궤도면에 직접 접촉하지 않고, 궤도면에 있어서의 마모나 상처를 방지할 수 있다.
내륜이, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않는 구조, 또는, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 또한 대경측 단부에 대 플랜지를 가지지 않는 구조이며, 유지기가, 포켓부에 테이퍼 롤러의 탈락 방지부를 가지며, 상기 탈락 방지부에 의해 테이퍼 롤러가 포켓부 내에 유지되어 있으므로, 소 플랜지를 없앤 구조에 의해, 테이퍼 롤러의 길이를 연장하여 부하 용량의 증대 및 소형화를 도모하면서, 소정의 일체화 구조에 의해 조립시에 있어서의 유지기로부터의 테이퍼 롤러의 탈락을 방지할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 테이퍼 롤러 베어링(Z)을 상세하게 설명한다.
테이퍼 롤러 베어링(Z)(래디얼 테이퍼 롤러 베어링)은, (1) 접촉각이 급 구배(접촉각：30°∼50°)이며, 또한, (2) 수지제 유지기의 경우에 적용된다. 한편, 접촉각은, 외륜의 궤도면이 베어링 중심축과 이루는 각도이다. 수지제 유지기의 두께는 사출성형 제조상의 치수 한계가 있다. 종래의 수지제 유지기는 전동체로 안내되지만, 상기와 같이 급 구배의 경우, 베어링의 지름 방향 두께가 얇으면, 유지기 외주면과 외륜 궤도면과의 빈틈(클리어런스)을 확보할 수 없어, 접촉할 우려가 있다. 이 관계를 도 16에 의해 구체적으로 설명한다. 베어링의 지름 방향 두께가 H1로부터 H2로 얇아지면, 유지기 두께는 일정 이하로 될 수 없기 때문에, 클리어런스도 D1로부터 D2로 작아진다. 종래의 유지기의 외주면 각도와 외륜 궤도면의 각도는, 콘센터가 일치하도록 설계되어 있어, 양면은 평행으로는 되지 않는다. 이 때문에, 상기와 같이 클리어런스가 작아지면 유지기 외주면의 소경측(X)에서 외륜과의 접촉이 일어날 수 있다. 이 접촉에 의해, 외륜 궤도면에 상처나 마모가 생길 우려, 또는 수지제 유지기의 외주면에 마모나 국부적인 접촉에 의한 과대한 부하가 생길 우려가 있다.
접촉각이 45°의 수지제 유지기를 이용한 경우에 있어서, 지름 방향 두께와 클리어런스(외륜과 유지기와의 접촉 유무)와의 관계에 대해 검증한 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5에 나타내는 바와 같이, 지름 방향 두께가 13.5㎜ 이하의 경우에, 운전중의 유지기의 휠링에 의해, 외륜 궤도면과 유지기 외주면이 접촉하는 것을 알 수 있다. 한편, 접촉각 30°∼50°의 범위에 있어서 거의 동등의 관계성을 가진다. 테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 상기 (1)(2)에 더하여, 특히, 테이퍼 롤러 베어링의 지름 방향 두께가 13.5㎜ 이하인 유지기에 적합하다. 한편, 다른 베어링 치수는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 베어링 내경은 170㎜ 이하 정도이다.
[표 5]
Figure 112017110679208-pct00005
테이퍼 롤러 베어링(Z)의 일례를 도 13에 기초하여 설명한다. 도 13은, 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 일부 단면도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 테이퍼 롤러 베어링(301)은, 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면(302a)을 가지는 내륜(302)과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면(303a)을 가지는 외륜(303)과, 내륜(302)의 궤도면(302a)과 외륜(303)의 궤도면(303a)과의 사이를 전동하는 복수의 테이퍼 롤러(304)와, 테이퍼 롤러(304)를 포켓부에서 둘레방향 일정 간격으로 전동 가능하게 유지하는 유지기(305)를 구비하여 이루어진다. 각 궤도면은, 축방향을 따라서 상기 궤도면을 구성하는 지름이 증가·감소하는 테이퍼 형상이다. 테이퍼 롤러 베어링의 접촉각은, 외륜(303)의 궤도면(303a)이 베어링 중심축과 이루는 각도이며, 도면 중의 θ1이 이것에 상당한다. 테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 상술한 바와 같이, 이 접촉각이 30°∼50°의 테이퍼 롤러 베어링을 대상으로 하고 있다.
유지기(305)는, 리브부인 대경 링부(305a)와, 소경 링부(305b)를, 복수의 기둥부(305c)로 연결하여 이루어지며, 기둥부(305c) 끼리 사이의 포켓부(306)에 테이퍼 롤러(304)를 수납하고 있다. 유지기(305)는, 수지 조성물을 사출성형 등 하여 이루어지는 수지제 유지기이다. 유지기(305)는, 기둥부(305c)의 표면으로 이루어지는 테이퍼 형상의 외주면(305d)을 가진다. 외주면(305d)과 외륜(303)의 궤도면(303a)과의 사이에 클리어런스(A)가 마련되어 있다. 운전시에 있어서, 이 외주면(305d)이 외륜(303)의 궤도면(303a)과 접촉함으로써, 유지기(305)가 외륜(303)으로 안내된다(외륜측 안내 1). 여기서, 도 13에 나타내는 형태에서는, 유지기(305)의 외주면(305d)의 경사 각도(θ2)와 외륜(303)의 궤도면(303a)의 경사 각도(θ1)가 같은 각도이다. 즉, 양면이 평행하게 되어 있어, 유지기(305)는, 외주면(305d)의 전체면에서 외륜(303)의 궤도면(303a)으로 안내된다. 한편, 각 경사 각도는, 모두 베어링 중심축(지름 방향 중심)에 대한 각도이다. 이것에 의해, 클리어런스(A)가 작은 경우라도, 유지기(305)의 외주면(305d)과 외륜(303)의 궤도면(303a)이, 소경측 등에서 국부적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 접촉면의 마모를 방지할 수 있어, 유지기 부하도 저감할 수 있다.
테이퍼 롤러 베어링(Z)의 다른 예를 도 14에 기초하여 설명한다. 도 14는, 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 일부 단면도이다. 도 14에 나타내는 형태의 테이퍼 롤러 베어링(301)은, 유지기(305)에 있어서, 대경 링부(305a)의 외주면에 슬라이딩 부재(307)가 설치되어 있다. 또, 도면 중 308은, 하우징 등의 외륜 외경측에 배치되는 바깥쪽 부재이다. 그 이외의 전체 구성은, 도 13에 나타내는 테이퍼 롤러 베어링과 같다. 대경 링부(305a)의 외주면과 바깥쪽 부재(308)와의 사이의 클리어런스(B)가, 유지기(305)의 외주면(305d)과 외륜(303)의 궤도면(303a)과의 사이의 클리어런스(A)보다 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 운전시에 있어서, 대경 링부(305a)의 외주면이 바깥쪽 부재(308)의 표면과 접촉함으로써, 유지기(305)가 바깥쪽 부재(308)로 안내된다(외륜측 안내 2). 한편, 이 형태에서는, 유지기(305)의 외주면(305d)과 외륜(303)의 궤도면(303a)은 평행이 아니어도 좋다. 평행이 아닌 경우, 클리어런스(A)는 위치에 따라서 변동되지만, 그 최소치가 클리어런스(B)보다 크면, 대경 링부(305a)로의 안내가 된다.
슬라이딩 부재(307)로서는, 내마모성 및 슬라이딩성을 가지는 것이면 특히 한정되지 않고, 수지재(피막을 포함함), 세라믹재 등 공지의 슬라이딩 재료로 이루어지는 부재를 적용할 수 있다. 도 14에 나타내는 구성에 의해, 유지기(305)가 외륜(303)의 궤도면(303a)에 직접 접촉하지 않고, 궤도면(303a)에 있어서의 마모나 상처를 방지할 수 있다. 또, 대경 링부(305a)의 외주면에, 내마모성이나 슬라이딩성이 우수한 슬라이딩 부재(307)가 설치되어 있기 때문에, 마찰력 저감에 의해 베어링 토크를 저감할 수 있어, 유지기 부하도 저감할 수 있다.
테이퍼 롤러 베어링(Z)의 다른 예를 도 15에 기초하여 설명한다. 도 15는, 테이퍼 롤러 베어링의 축방향 일부 단면도이다. 도 15에 나타내는 형태의 테이퍼 롤러 베어링(301)은, 유지기(305)에 있어서, 대경 링부(305a)의 내주면에 슬라이딩 부재(307)가 설치되어 있다. 그 이외의 전체 구성은, 도 14에 나타내는 테이퍼 롤러 베어링과 같다. 대경 링부(305a)의 내주면과 내륜(302)과의 사이의 클리어런스(C)가, 유지기(305)의 외주면(305d)과 외륜(303)의 궤도면(303a)과의 사이의 클리어런스(A)보다 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 운전시에 있어서, 대경 링부(305a)의 내주면이 내륜(302)의 표면(대 플랜지(302b)의 외경부)과 접촉함으로써, 유지기(305)가 내륜(302)으로 안내된다(내륜측 안내). 이 형태에서도, 유지기(305)의 외주면(305d)과 외륜(303)의 궤도면(303a)은 평행이 아니어도 좋다.
도 15에 나타내는 구성에 의해, 도 14의 형태와 마찬가지로, 유지기(305)가 외륜(303)의 궤도면(303a)에 직접 접촉하지 않고, 궤도면(303a)에 있어서의 마모나 상처를 방지할 수 있다. 또, 대경 링부(305a)의 내주면에, 내마모성이나 슬라이딩성이 우수한 슬라이딩 부재(307)가 설치되어 있기 때문에, 마찰력 저감에 의한 베어링 토크를 저감할 수 있어, 유지기 부하도 저감할 수 있다. 한편, 슬라이딩 부재(307)의 재질 등은, 도 14의 경우와 같다.
테이퍼 롤러 베어링(Z)은, 수지제 유지기와 테이퍼 롤러를 일체화한 일체품으로 하고, 이 일체품과, 내륜과 외륜을 조합하여 대상 부위에 넣어 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 유지기와 테이퍼 롤러를 일체품으로 하는 경우, 넣을 때에 테이퍼 롤러가 유지기로부터 탈락하지 않게(일체화를 유지하게) 하기 위하여, 롤러 탈락 방지 구조가 필요하다. 예를 들면, 유지기의 포켓부에 테이퍼 롤러의 탈락 방지부를 마련하여, 테이퍼 롤러가 상기 탈락 방지부의 탄성변형을 거쳐 포켓부에 넣어져 유지기와 일체로 하는 것이 바람직하다. 이 일체화에 의해, 내륜 소 플랜지를 생략할 수 있다. 도 13∼도 15에 나타내는 형태의 테이퍼 롤러 베어링(301)은, 유지기와 테이퍼 롤러가 일체화되어 있고, 내륜(302)의 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않고, 내륜(302)의 대경측 단부에 대 플랜지(302b)가 일체로 형성되어 있다. 또, 소 플랜지·대 플랜지 모두 없앤 구조로 해도 좋다.
유지기와 테이퍼 롤러의 일체화의 일례로서, 테이퍼 롤러의 양 단면에 각각 오목부(움푹들어간 부분)를 마련하고, 유지기의 포켓부에 탈락 방지부로서 상기 오목부에 탄성변형을 거쳐 걸어 맞추는 볼록부(돌기)를 마련하는 구성을 들 수 있다. 이 구성에서는, 이들 요철부의 중첩부분을 탄성변형 시키면서, 테이퍼 롤러를 유지기의 포켓부에 삽입함(넣음)으로써, 테이퍼 롤러의 오목부와, 유지기의 볼록부가 걸어 맞춰지고, 유지기와 테이퍼 롤러가 일체가 된다. 또, 일체화의 다른 예로서, 테이퍼 롤러는 통상인 채로 하고, 유지기의 포켓부에 테이퍼 롤러의 탈락 방지부가 되는 갈고리부를 마련하는 구성을 들 수 있다. 이 구성에서는, 테이퍼 롤러가 상기 갈고리부의 탄성변형을 거쳐 포켓부에 넣어져 유지기와 일체가 된다.
유지기는, 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체로 하는 것이 바람직하다. 수지 조성물로서는, 상술의 유지기가 (A) 및 (1)을 만족하는 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 경우와 같다. 한편, 유지기 외주면에서 안내되는 형식(상기의 외륜측 안내 1)의 경우는, 내마모성·슬라이딩성이 우수한 충전재나 첨가제를 배합하는 것이 바람직하다.
이상, 각 도면에 기초하여, 테이퍼 롤러 베어링(Z)의 실시형태의 일례를 설명했지만, 테이퍼 롤러 베어링(Z)은 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 테이퍼 롤러 베어링은, 간단하고 쉬운 금형으로의 성형을 가능하게 하면서, 테이퍼 롤러와 유지기를 일체화할 때에 테이퍼 롤러를 안정되게 유지할 수 있는 수지제 유지기를 구비하고 있으므로, 소 플랜지를 가지지 않는 구조에 있어서 조립시의 테이퍼 롤러 탈락을 방지할 수 있어, 산업 로봇용 등, 고모멘트 하중을 부하하고, 또한 고강성 기능이 요구되는 산업용 테이퍼 롤러 베어링으로서 적합하게 이용할 수 있다.
1. 테이퍼 롤러 베어링
2. 내륜
3. 외륜
4. 테이퍼 롤러
5. 유지기
6. 포켓부
7. 일체품
8. 게이트
9. 용접 위치
101. 테이퍼 롤러 베어링
102. 내륜
103. 외륜
104. 테이퍼 롤러
105.　유지기
106.　포켓부
107.　일체품
108.　게이트
201.　테이퍼 롤러 베어링
202.　내륜
203.　외륜
204.　테이퍼 롤러
205.　유지기
206.　포켓부
301.　테이퍼 롤러 베어링
302.　내륜
303.　외륜
304.　테이퍼 롤러
305.　유지기
306.　포켓부
307.　슬라이딩 부재
308.　바깥쪽 부재

Claims (9)

  1. 외주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 내륜과, 내주면에 테이퍼 형상의 궤도면을 가지는 외륜과, 상기 내륜의 궤도면과 상기 외륜의 궤도면과의 사이를 전동(轉動)하는 복수의 테이퍼 롤러와, 상기 테이퍼 롤러를 포켓부에서 전동 가능하게 유지하는 유지기를 구비하여 이루어지는 테이퍼 롤러 베어링으로서,
    상기 유지기는, 수지 조성물을 사출성형하여 이루어지는 사출 성형체이며, 상기 유지기는,
    (A) 대경 링부와, 소경 링부와, 이들을 연결하는 복수의 기둥부를 가지고, 인접하는 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되어 있거나, 또는,
    (B) 복수의 기둥부와, 상기 유지기의 소경측 및 대경측 중 어느 한쪽에 설치되어 상기 기둥부를 둘레방향 등간격으로 지지하는 링부로 구성되고, 인접하는 상기 기둥부끼리의 사이에 상기 포켓부가 형성되며, 상기 기둥부의 상기 링부측의 반대측 단부에, 상기 포켓부 측에 돌출하고, 상기 테이퍼 롤러의 일단면을 지지하는 돌기부를 가지며,
    상기 유지기는,
    (1) 상기 기둥부에 축방향을 따른 상기 사출성형에 의한 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 소경측이면서 유지기 외경측에, 상기 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 상기 테이퍼 롤러의 안내부를 가지며, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 소경측이면서 유지기 내경측에, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부(claw, 爪部)를 갖고, 상기 테이퍼 롤러의 안내부와 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를, 모두 상기 분할선보다도 소경측에만 갖고 있거나, 또는,
    (2) 상기 기둥부에 축방향을 따른 상기 사출성형에 의한 금형 분할선이 형성되고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 대경측이면서 유지기 내경측에, 상기 포켓부 개구의 둘레방향 폭을 좁게 하는 방향으로 형성된 면으로 이루어지는 상기 테이퍼 롤러의 안내부를 가지고, 상기 기둥부에 있어서의 상기 분할선보다 대경측이면서 유지기 외경측에, 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를 갖고, 상기 테이퍼 롤러의 안내부와 상기 테이퍼 롤러의 탈락 방지용 갈고리부를, 모두 상기 분할선보다도 대경측에만 갖고 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지기가 상기 (B)를 만족하고, 상기 링부가 상기 유지기의 대경측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내륜은, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않는 구조, 또는, 소경측 단부에 소 플랜지를 가지지 않으면서 대경측 단부에 대 플랜지를 가지지 않는 구조인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내부의 테이퍼 방향의 폭이, 상기 기둥부의 테이퍼 방향의 폭의 51% 이상인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내부와 상기 탈락 방지용 갈고리부가 동일한 금형에 의해 성형되고, 상기 갈고리부가 강제 추출(forced extraction)로 성형되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 갈고리부의 높이(h)는, 상기 기둥부의 테이퍼 방향의 갈고리부 폭(t1)에 대하여 h/t1가 0.02 이상이면서 유지기 축방향의 갈고리부 폭(t2)에 대하여 h/t2가 0.02 이상인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내부에 있어서, 그 축방향 양단부에 관통하는 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유지기는 상기 (1)을 만족하고, 상기 홈이, 유지기 외경측의 축방향 단부로부터, 축방향 반대 단부를 향하여, 홈 폭이 넓어지는 형상인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유지기는 상기 (2)를 만족하고, 상기 홈이, 유지기 내경측의 축방향 단부로부터, 축방향 반대 단부를 향하여, 홈 폭이 좁아지는 형상인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
KR1020177032310A 2015-04-10 2016-04-08 테이퍼 롤러 베어링 KR102544828B1 (ko)

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