KR20000053421A - 구름베어링 - Google Patents

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KR20000053421A KR1020000000686A KR20000000686A KR20000053421A KR 20000053421 A KR20000053421 A KR 20000053421A KR 1020000000686 A KR1020000000686 A KR 1020000000686A KR 20000000686 A KR20000000686 A KR 20000000686A KR 20000053421 A KR20000053421 A KR 20000053421A
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KR1020000000686A
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우에노야스오
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우에노 야스오
아사노 요시키
니홍 에스케이에프 가부시키가이샤
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Abstract

모든 접촉부분을 구름접촉으로 하여 미끄럼마찰을 완전히 없앨 수 있는 저렴한 구름 베어링을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 제 1 궤도면 (1) 을 갖는 제 1 궤도륜 (2) 의 적어도 한쪽의 측단부에 측부재 (3) 를 설치하고, 이 측부재 (3) 의 내측부에 상기 제 1 궤도면과 동심(同心)의 원륜형상의 안내면 (5) 을 형성하고, 제 1 궤도면 (1) 과 대향하는 동심의 제 2 궤도면 (7) 을 갖는 제 2 궤도륜 (8) 과 상기 제 1 궤도륜 (2) 과의 사이에 복수개의 전동체 (9) 를 배열하고, 원주방향에서 인접하는 이 전동체 (9) 끼리의 사이에 구형상의 회전체 (10) 를 배열하고, 이 회전체 (9) 를 상기 측부재 (3) 의 안내면 (5) 에 전동이 가능하게 접촉시킨 구름베어링.

Description

구름베어링{rolling bearing}
본 발명은 일반적으로 널리 사용되는 구름베어링에 관한 것이다.
종래의 일반적으로 구름베어링이라고 불리는 것은, 궤도륜(軌道輪)인 외륜과 내륜과의 사이에 복수개 배열된 전동체(轉動體)의 구름운동에 의해 마찰계수가 작은 베어링을 구성하고 있다.
그러나, 전동체는 그것을 지지하는 유지기와의 사이에서 또는 유지기를 갖지 않는 소위 풀롤러형식에서는 전동체끼리의 사이에서 미끄럼운동이 발생하여 단속적으로 마찰력이 발생하는 원인이 되고 있다. 또 전동체간에 륜형상의 회전체를배치한 것 (출원인에 의한 일본 특허출원 평 10-335075 호) 이 있고, 실질적으로 완전히 구름운동만으로 부하를 지지하여 회전하는 베어링이 있지만, 축형상의 회전체 및 그외의 제작상의 비용절감이 과제가 되고 있다.
본 발명은 상기의 배경 하에 성립된 것으로 구름베어링 내에 있어서의 모든 접촉부분을 구름접촉으로 하여 미끄럼마찰을 실질적으로 완전히 없앤 구름베어링을 저렴하게 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
도 1 은, 본 발명의 하나의 실시형태인 구름베어링을 나타낸 축선을 포함하는 면에서의 단면도이다.
도 2 는, 도 1 에 있어서의 점 A B C D E F 를 지나는 베어링축선에 직각인 면에서의 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 다른 실시형태인 구름베어링을 나타낸 축선을 포함하는 면에서의 단면도이다.
도 4 는, 본 발명의 또 다른 실시형태인 구름베어링을 나타낸 축선을 포함하는 면에서의 단면도이다.
도 5 는, 본 발명의 또 다른 실시형태인 구름베어링을 나타낸 축선을 포함하는 면에서의 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1; 21; 41 제 1 궤도면
2; 22; 42 제 1 궤도륜
3; 23, 24; 43 측부재
5; 25, 26; 45 안내면
7; 27; 47 제 2 궤도면
8; 28; 48 제 2 궤도륜
9; 29; 49 전동체
10; 30; 50 회전체
31, 32; 51 소경부
54 단부
본 발명에 의하면, 상기 목적은 제 1 궤도면을 갖는 제 1 궤도륜의 측단부에 측부재를 설치하고, 이 측부재의 내측부에 상기 제 1 궤도면과 동심의 원륜형상의 안내면을 설치하고, 제 1 궤도면과 대향하는 동심의 제 2 궤도면을 갖는 제 2 궤도륜과 상기 제 1 궤도륜과의 사이에 복수개의 전동체를 배열하고, 원주방향에서 인접하는 이 전동체끼리의 사이에 구형상의 회전체를 배열하고, 이 회전체를 상기 측부재의 안내면에 전동이 가능하게 접촉시킴으로써 달성된다.
이러한 구성인 본 발명의 구름베어링의 작동원리는 다음과 같다.
제 2 궤도륜을 고정시킨 상태에서 제 1 궤도륜이 시계방향으로 회전할 때에는, 제 1 궤도면에 접촉하고 있는 전동체는 시계방향으로 자전하면서 시계방향으로 공전운동을 실행한다. 또 전동체에 접촉하고 있는 회전체는 반(反)시계방향으로 자전하면서 시계방향으로 공전한다.
이 때, 회전체의 안내면과의 접촉점에 있어서의 자전, 공전의 합성속도의 방향과 이 안내면의 회전방향은 동일한 방향이다. 따라서, 종래의 구름베어링과 같이 유지기가 정지한 포켓면과 전동체의 회전운동면이 직접 접촉하는 상태가 없이 베어링은 원활하게 회전한다.
여기서, 바람직하게는 회전체의 반경과 상기 안내면과 접촉점에 있어서의 회전체의 회전반경과의 비를, 측부재의 안내면의 반경과 제 1 궤도륜이 전동체와 접촉하는 접촉면의 반경과의 비와 같게 함으로써, 각각의 부분에서의 속도를 일치시킬 수 있고 모든 접촉점에서 실질적으로 완전한 구름운동을 하여 마찰손실을 대폭으로 감소시킬 수 있다.
이와 같이 설정함으로써, 전동체와 제 1 궤도륜과의 사이는 실질적으로 완전한 구름운동만으로 상호의 위치관계를 유지하면서 회전을 계속할 수 있다. 따라서, 제 2 궤도륜이 정지하고 있는 상태에서의 제 1 궤도륜의 회전에 있어서 종래의 유지기와의 사이에서 보였던 미끄럼마찰의 발생은 없다.
반대로, 제 1 궤도륜이 정지하고 있는 상태에서의 제 2 궤도륜의 회전에 있어서도, 각 부분의 상대운동의 관계는 동일하며, 종래의 유지기와의 사이에서 보였던 미끄럼마찰의 발생이 없음은 말할 나위도 없다.
또 본 발명에 있어서, 전동체가 구형상이며, 이 전동체의 전동축이 베어링의 회전축과 병행인 구성뿐 아니라, 이 전동체의 전동축이 베어링의 회전축에 대해 경사져 있는 구성에 있어서도 실현이 가능하다. 전자는 일반적으로 래이디얼베어링으로 불리는 것이고, 후자는 앵귤러콘택트타입으로 불리는 것이다.
또 본 발명에 있어서, 전동체가 양단에 소경부를 갖는 원통형상이며, 제 1 궤도륜의 제 1 궤도면 및 제 2 궤도륜의 제 2 궤도면은, 축선방향에서 이 전동체와 선형상에 접촉하는 단면형상을 갖고, 원주방향으로 인접하는 이 전동체의 소경부에 구형상의 회전체를 배열하고, 이 회전체를 상기 측부재의 안내면으로 전동이 가능하게 접촉시킨 구성으로 할 수도 있다.
또한, 이와 같은 구성에 있어서, 전동체는 단면이 일단을 향하여 점차 커지는 소위 테이퍼롤러로 하여도 되며, 이 경우 테이퍼롤러는 소경측으로는 이동할 수 없기 때문에 구형상의 회전체는 전동체의 대경측에만 배치시키면 되고 얇은 측의 회전체는 생략할 수 있다.
상기 설명에서 공통되는 것은 회전체의 형상은 구체(球體) 이며 제작이 용이하고 저렴하다. 이로 인해 실질적으로 완전한 구름접촉상태를 매우 저렴하게 실현할 수 있다.
이하, 도면에 대해 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 하나의 실시형태인 구름베어링의 구조를 나타낸 베어링축선을 포함하는 면에서의 단면도이며, 도 2 는, 도 1 에 있어서의 점 A B C D E F 를 지나는 베어링축선에 직각인 면에서의 단면도이다.
도 1, 도 2 에 있어서, 원호형상단면을 갖고 고리형상홈을 이루는 제 1 궤도면 (1) 이 형성된 제 1 궤도륜 (2) 의 한쪽의 측면에 플랜지형상의 측부재 (3) 가 설치되어 있다. 이 측부재 (3) 의 원통형상의 내측부에는 상기 궤도면 (1) 과 동심의 원륜형상의 안내면 (5) 이 형성되어 있다. 제 1 궤도면 (1) 과 대향하여 원호형상단면의 고리형상홈을 이루는 제 2 궤도면 (7) 을 갖는 제 2 궤도륜 (8) 과 상기 제 1 궤도륜 (2) 과의 사이에는 복수개의 구형상의 전동체 (9) 가 배열되어 있다. 또 원주방향으로 인접하는 전동체 (9) 끼리의 사이에는 구형상의 회전체 (10) 가 상기 측부재 (3) 의 안내면 (5) 에 접촉한 상태로 전동이 가능하게 설치되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 궤도륜 (2) 은 베어링으로서의 외륜을, 제 2 궤도륜 (8) 은 내륜을 형성하고 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태의 구름베어링의 작동을 설명한다.
도 1, 도 2 에 나타낸 본 실시형태의 구름베어링은, 지금 제 2 궤도륜 (8) 을 고정시킨 상태에서 제 1 궤도륜 (2) 이 도 2 에서 시계방향으로 회전할 때에는, 제 1 궤도륜 (2) 의 궤도면 (1) 에 접촉하고 있는 복수의 전동체 (9) 는 시계방향으로 자전하면서 시계방향으로 공전운동을 실행한다. 또 전동체 (9) 와 접촉하고 있는 회전체 (10) 는 반시계방향으로 자전하면서 시계방향으로 공전한다. 이 때, 회전체 (10) 는 베어링의 회전중심축에 병행한 회전축의 주위로 회전하고 있지만, 회전체 (10) 의 안내면 (5) 과의 접촉점에 있어서의 회전속도는, 이 점에 있어서의 회전반경과 회전체 자체의 반경과의 비의 설정에 의해 제 1 궤도륜 (2) 에 부착된 측부재 (3) 의 안내면 (5) 의 회전속도와 같아진다. 이와 같이 설정함으로써 전동체 (9) 와 제 1 궤도륜 (2) 과의 사이는 실질적으로 완전한 구름운동만으로 상호의 위치관계를 유지하면서 회전을 계속할 수 있다. 따라서, 제 2 궤도륜 (8) 이 정지하고 있는 상태에서의 제 1 궤도륜 (2) 의 회전에 있어서 종래의 유지기와의 사이에서 볼 수 있었던 미끄럼마찰의 발생은 없다.
반대로, 제 1 궤도륜 (2) 이 정지하고 있는 상태에서의 제 2 궤도륜 (8) 의 회전에 있어서도, 각 부분의 상대운동의 관계는 동일하며 종래의 유지기와의 사이에서 보였던 미끄럼마찰의 발생이 없음은 말할 나위도 없다.
따라서, 이 운동으로 인해 발생하는 마찰력은 매우 작아 종래의 구름베어링의 수 10 내지 수 1000 분의 1 로 될 수 있다.
또한, 회전체 (10) 의 안내면 (5) 과의 접촉점에 있어서의 회전속도는, 이 점에 있어서의 회전반경을 (R1), 제 1 궤도면 (1) 과 전동체 (9) 와의 접촉점의 베어링 중심으로부터의 반경을 R2, 회전체 (10) 의 반경을 R3, 측부재 (3) 의 안내면 (5) 의 베어링 중심으로부터의 반경을 R4 로 하면, 베어링의 회전중심이 이동하지 않고 회전체 (10) 의 위치가 변하지 않고서 베어링이 회전하는 상태를 고려하면, 모든 해당 부재는 회전만을 실행하고 있는 것이 되며, 전동체 (9) 를 통하여 접촉회전할 때의 각 부분의 속도는, R1 상의 속도는 R4 부분의 속도와 같고, R2 상의 속도는 전동체 (9) 의 회전운동을 통하여 R3 상의 속도와 같으면 된다. 따라서, 각 부분의 반경의 비례식은,
R1/R4 = R3/R2
가 되며 이 관계로부터,
R1 = (R3ㆍR4)/R2
로서 구할 수 있다.
도 3 은, 본 발명의 다른 실시형태의 구름베어링을 나타낸 베어링축선을 포함하는 면에서의 단면상세도이다.
도 3 은, 일반적으로 앵귤러콘택트타입으로 불리는 것이며, 도 1 , 2 에 나타낸 실시형태와의 상위점은 전동체 (9) 의 제 1 궤도면 (1), 제 2 궤도면 (7) 과의 접촉점이 회전면에 대해 경사져 있는 것이다. 따라서, 회전체 (10) 의 회전축도 경사져 있으며 안내면 (5) 과의 접촉면에 있어서의 상대속도의 비가 상기 설명내용과는 다소 다르다.
이 경우, 회전체 (10) 와 안내면 (5) 과의 접촉점에 있어서의 경사진 회전축에 대한 회전반경을 R1, 전동체 (9) 와 제 1 궤도면 (1) 과의 접촉점에 있어서의 베어링 중심으로부터의 반경을 R2, 회전체 (10) 의 반경을 R3, 측부재 (3) 의 안내면 (5) 의 베어링 중심으로부터의 반경을 R4 로 함으로써 상기 식에 적용시킬 수 있다.
도 4 는, 본 발명의 다른 실시형태의 구름베어링을 나타낸 베어링축선을 포함하는 면에서의 단면상세도이다.
도 4 에 나타난 본 실시형태에 있어서는, 전동체 (29) 는 원통롤러이며, 제 1 궤도륜 (22) 및 제 2 궤도륜 (28) 에 각각 형성된 제 1 궤도면 (21) 및 제 2 궤도면 (27) 은 상기 전동체 (29) 와 선형상으로 접촉하는 단면을 갖는다.
또 전동체 (29) 의 양단에는 소경부 (31, 32) 를 갖고, 제 1 궤도륜 (22) 의 양측면에는 플랜지형상의 측부재 (23, 24) 가 설치되어 있다. 이 측부재 (23, 24) 의 원통형상의 내측부에는 상기 궤도면 (21) 과 동심의 원륜형상의 안내면 (25, 26) 이 형성되어 있다. 또 원주방향으로 인접하는 전동체 (29) 끼리의 사이에는 이 소경부 (31, 32) 에 접촉함과 동시에, 상기 측부재 (23, 24) 의 안내면 (25, 26) 에 접촉한 상태로 구형상의 회전체 (30) 가 전동이 가능하게 조합되어 있다.
도 4 에 나타낸 바와 같이 원통롤러 베어링의 경우는, 전동체 (29) 의 소경부 (31, 32) 와 회전체 (30) 의 접촉은 점접촉으로 되어 있지만 전동체 (29) 와 궤도면 (21, 27) 의 접촉이 선형상으로 되어 있어 큰 래이디얼하중을 받을 수 있고 본래의 특성에 어울리는 부하특성을 유지할 수 있다.
도 5 는, 본 발명의 다른 실시형태의 구름베어링을 나타낸 베어링축선을 포함하는 면에서의 단면도이다.
도 5 에 있어서 전동체 (49) 는 단면이 일단측을 향하여 점차 커지는 소위 테이퍼롤러타입이다. 이 경우는, 제 1 궤도륜 (42) 및 제 2 궤도륜 (48) 에 각각 형성된 제 1 궤도면 (41) 및 제 2 궤도면 (47) 은, 상기 전동체 (49) 와 선형상으로 접촉하는 테이퍼형상의 단면을 갖는다. 제 2 궤도면 (47) 에는 한쪽의 끝에 단부 (54) 를 갖는다. 소경부 (51) 는 전동체 (49) 의 지름이 두꺼운 측에만 있으며, 회전체 (50) 및 측부재 (43) 에 설치한 안내면 (45) 도 한쪽에만 있다. 이것은, 전동체 (49) 는 궤도면 (41, 47) 에 낀 상태에서는 지름이 얇은 측으로 이동할 수 없기 때문이다. 이 타입의 베어링의 경우, 단부 (54) 는 사용상태에 있어서는 제 1 궤도륜 (42) 에 대해 제 2 궤도륜 (48) 을 도면에서 볼 때 좌측으로 누른 상태로 하기 때문에 전동체 (49) 의 측면과의 접촉은 없지만, 사용 전의 상태에서 제 2 궤도륜 (48) 의 탈락을 방지하기 위함인 것이다.
단, 도 5 에 나타낸 실시형태에 있어서도 도 4 에 나타낸 바와 같은 전동체의 양단에 소경부를 설치하여, 각각에 회전체를 배치하여 안내면에 접촉하여 유지하는 방식으로서도 되는 것은 말할 나위도 없고, 이 경우는 제 2 궤도륜 (48) 에 설치한 단부 (54) 를 제거하면 제 2 궤도륜을 탈착이 가능하게 할 수 있다.
도 3, 도 5 에 나타낸 바와 같은 실시형태의 경우는 주로 스러스트하중을 지지함에 있어서 유효하다. 특히, 스러스트방향의 하중을 받는 사용상태에 있어서는, 항상 각 전동체에 하중이 동일하게 부가되며, 종래는 일단, 서로 인접한 전동체가 유지기의 벽을 사이에 두어 접촉한 상태가 되면 이것을 해제할 기회가 없어 연속적으로 접촉마찰이 발생한다. 이에 대해 본 실시형태의 베어링은 상기의 전동체와 유지기와의 접촉면이 구름접촉으로 상대속도가 동일하기 때문에 마찰거리가 0 에 가깝고, 마찰손실이 매우 적기 때문에 우위성은 매우 높다.
여기서, 마찰손실은 접촉부의 마찰력과 마찰상대이동거리와의 곱으로서 산출되는 것으로 마찰에 의해 손실되는 작업량을 말하지만, 구름접촉의 경우, 이 마찰상대이동거리가 미끄럼마찰의 상태에 비해 매우 작기 때문에 결과적으로 마찰손실이 작아지게 된다. 또한, 이 마찰손실을 회전속도로 나눈 값이 마찰토크이다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 구름베어링은 접촉부에서의 운동이 모두 구름운동이기 때문에 회전 중의 미끄럼마찰이 실질적으로 없이 회전이 원활한 것 외에, 래이디얼베어링 뿐 아니라 스러스트가중을 받는 베어링에도 실시가 가능하며, 특히 회전체가 구체이기 때문에 제작이 용이하고 매우 저렴하게 실현할 수 있으므로 응용분야가 넓고 기계제품의 성능 향상 및 경비절감이라는 면에서 그 효과는 매우 현저하다.

Claims (5)

  1. 제 1 궤도면을 갖는 제 1 궤도륜의 적어도 한쪽의 측단부에 측부재를 설치하고, 상기 측부재의 내측부에 상기 제 1 궤도면과 동심의 원륜형상의 안내면을 형성하고, 제 1 궤도면과 대향하는 동심의 제 2 궤도면을 갖는 제 2 궤도륜과 상기 제 1 궤도륜과의 사이에 복수개의 전동체를 배열하고, 원주방향에서 인접하는 상기 전동체끼리의 사이에 구형상의 회전체를 배열하여, 상기 회전체를 상기 측부재의 안내면에 전동이 가능하게 접촉시킨 것을 특징으로 하는 구름베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 전동체가 구형상이며, 상기 전동체의 전동축이 베어링의 회전축과 평행인 것을 특징으로 하는 구름베어링.
  3. 제 1 항에 있어서, 전동체가 구형상이며, 상기 전동체의 전동축이 베어링의 회전축에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 구름베어링.
  4. 제 1 궤도면을 갖는 제 1 궤도륜의 양측단부에 측부재를 설치하고, 상기 측부재의 내측부에 상기 제 1 궤도면과 동심의 원륜형상의 안내면을 형성하고, 전동체가 양단에 소경부를 갖는 원통형상이며, 제 1 궤도륜의 제 1 궤도면 및 제 2 궤도륜의 제 2 궤도면은, 축선방향에서 상기 전동체와 선형상으로 접촉하는 단면형상을 갖고, 원주방향으로 인접하는 상기 전동체의 소경부에 구형상의 회전체를 배열하여, 상기 회전체를 상기 측부재의 안내면에 전동이 가능하게 접촉시킨 것을 특징으로 하는 구름베어링.
  5. 제 1 궤도면을 갖는 제 1 궤도륜의 한쪽의 측단부에 측부재를 설치하고, 상기 측부재의 내측부에 상기 제 1 궤도면과 동심의 원륜형상의 안내면을 형성하고, 전동체가 한쪽의 끝에 소경부를 갖는 테이퍼형상 원통이며, 제 1 궤도륜의 제 1 궤도면 및 제 2 궤도륜의 제 2 궤도면은, 축선방향에서 상기 전동체와 선형상으로 접촉하는 단면형상을 갖고, 원주방향으로 인접하는 상기 전동체의 소경부에 구형상의 회전체를 배열하여, 상기 회전체를 상기 측부재의 안내면에 전동이 가능하게 접촉시킨 것을 특징으로 하는 구름베어링.
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