KR20040088068A - 엔진보조기 풀리용 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명의 베어링은 내륜 및 외륜 중 최소한 한쪽의 바닥 두께가 상기 구술의 직경의 50% 이상 이다. 또, 베어링은 외륜의 외경이 직경 65mm 이하, 볼지름을 4mm 이하, 베어링폭 치수를 내경치수의 45% 이하인 것을 이용하고, 구술의 핏치원직경이 베어링 단면 중앙 보다 외경측에 가깝고, EP강을사용하며, 외륜구름홈 외측을 테어퍼면으로 하며, 앵귤러 형태로 배치된 외륜 구름홈의 내측을 외륜구름홈 외측 보다 베어링 중심축선 방향으로 위치시키며, 보지기 배면 외측 베벨 등을 단면폭의 1/2 보다 크게하며, 내륜 실 홈에 삽입하여 복수의 립을 갖는 실을 구비한다.

Description

엔진보조기 풀리용 베어링{PULLEY BEARING FOR ENGINE AUXILIARIES}

자동차에 엔진으로 구동하는 여러종류의 보조기가 존재하지만, 그중 하나로서는 에어콘의 콤프레셔가 있으며, 그 회전축의 단부에 설치된 종동풀리와 엔진의 구동풀리 사이에 무단벨트를 걸어서 콤프레셔를 작동하고 있다. 이와 같은 콤프레셔의 예를 도 4에 도시하고 있다.

도 6에 나타낸 차량용 에어콘의 콤프레셔(51)에 있어서는 케이싱(52)에 복수로 형성된 실린더(53) 내에 피스톤(54)을 왕복이동가능하게 배치하고, 피스톤 베이스에 설치된 상호대향하는 반월형의 슈(55)(55) 사이에 경사판(56)을 미끄럼 가능하게 협지하고, 경사판(56)을 회전시킴으로써 피스톤(54)을 왕복이동시킨다. 이와 같이 케이싱(52)에 형성된 실린더(53) 내에서 피스톤(54)을 원활하게 미끄럼 이동시키기 위해, 또한 중량경감을 위해, 케이싱은 예를들면 고실린콘재 함유 알루미늄 합금 등의 알루미늄 합금이 이용되는 경우가 많다.

경사판(56)에 고정된 암(57)의 단부에 설치되는 핀(58)은 회전축(60)과 일체적으로 회전하는 회전구동부재(61)에 설치된 긴구멍(62)에 결합하고, 또한, 구형 표면을 갖는 슬리브(63)를 회전축(60)에 결합하고, 슬리브(63)를 스프링(59)에 의해 축선방향으로 가압하는 동시에 이 슬리브(63) 외주에 경사판(56)을 회전가능하게 지지하고 있다.

또, 이 콤프레셔(51)와 같이 흡입실(64)의 압력에 따라서 신축하여 밸브의 개폐를 행하는 감압부재(49)를 설치하고, 콤프레셔의 흡입압력에 의해 피스톤(54)의 배면에 대한 밸런스압력을 조정하고, 경사판(56)의 경사각을 그 압력에 따라서 변화시켜, 피스톤(54)의 스트로크를 조정하는 것에 의해 흡입압력을 일정하게 유지하는 가변용량펌프를 사용할 수도 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 콤프레셔(51)에 있어서는 전자클러치(65)를 구비하고, 회전축(60)의 단부에 설치된 부착 브라켓(66)에 판스프링(67)을 고정하며, 이 판스프링(67)의 외주선단에 자성재료로된 환상판(68)을 고정하고 있다. 도시한 실시예에 있어서는 콤프레셔(51)의 단부 케이싱(70)으로부터 돌출한 지지축부(71)의 외주에 베어링(72)을 통해 단면 ㄷ자형의 종동 풀리(73)를 지지하고 있다.

이 단면ㄷ자형의 공간에는 단부케이싱(70) 측으로 고정된 솔레노이드(74)를 배치하여두고, 이 솔레노이드(74)에 대하여 종동풀리(73)의 환상벽부(75)를 협지한 대향위치에 상기 자성재료로된 환상판(68)을 배치하고 있다. 또, 상기 베어링(72)은 차량 콤프레셔 풀리용 베어링으로서, 통상 외경의 직경이 65mm 이하의 크기인 것이 이용되며, 또한 내부에 그리스를 봉입하는 실(seal) 부착 베어링이 이용되고있다.

상기와 같이 케이싱(52)은 알루미늄 합금이 사용되지만, 상기 단부 케이싱(70)도 같은 중량경감을 위한 알루미늄 합금이 사용되며, 따라서, 베어링(72)의 내륜(69)이 결합되는 지지축부(71)는 알루미늄합금제로 되어 있다.

도 6에 나타낸 전자 클러치(65)에 있어서, 상기 환상판(68)은 솔레노이드(74)가 통전하지 않을 때에는 도시와 같이 종동 풀리(73)의 환상벽(75)으로부터 떨어져 있고, 종동풀리(73)가 무단벨트에 의해 회전하여도 환상판(75)은 회전하지 않으며, 이에따라 콤프레셔(51)는 동작하지 않는다. 이에 대하여, 솔레노이드(74)가 통전하면, 그 자력에 의해 자성재로된 환상판(75)이 흡입되고, 종동풀리(73)의 환상벽(75)에 눌려진다. 이것에 의해 자석 클러치(65)가 결합상태로 되고, 종동풀리(73)가 회전하면 환상판(68)도 일체적으로 회전하며, 판스프링(67), 부착 브라켓(66), 회전축(60)을 통해 상기와 같이 경사판(56)을 회전시키고, 피스톤(54)을 왕복하는 것으로 콤프레셔(51)를 작동한다.

상기 콤프레셔(51)의 회전축(60)을 회전시키는 종동 풀리(73)를 케이싱에 대하여 회전가능하게 지지하는 베어링(72)으로서는 종래와 같이 여러가지 종류가 이용되지만 특히 종동풀리(73)에 대하여 벨트로부터 편하중이 걸리는 일이 많기 때문에 그 편하중에 의해 베어링의 내륜(69)의 중심축과 외륜(79)의 중심축이 불일치하게 되어 경사가되는 것을 방지하기 위해 복열 앵굴러 베어링이 사용되는 경우가 많다.

상기와 같이, 자동차의 콤프레셔용 베어링에 있어서는 내륜이 결합되는 부분은 많은 경우 콤프레셔의 케이싱으로부터 돌출한 축형상부ㅜㄴ이며, 도 6에 나타낸 열에 있어서는 단부케이싱(70)으로부터 돌추한 지지축부(71)로 되어있다. 따라서, 이 지지축부(71)는 케이싱 구조부재의 일부이기 때문에 많은 경우는 알루미늄 합금 등의 경합금제이다. 또, 베어링 외륜이 결합되는 부분은 많은 경우 종동 풀리이고, 철이 사용된다. 또, 근년은 이것을 수지제로 하고 있다.

그에 대해 베어링은 콤프레셔를 구동할 때에 작용하는 큰 하중을 받고, 또한 장기간 안정하여 회전지지해야 하기 때문에 강도 높은 베어링강을 사용하고, 적저한 궤도홈에 표면처리를 행해야 한다. 그때문에, 이 베어링과 이 베어링의 내륜 및 외륜이 결합하는 부재는 소재가 서로 달라야 한다.

특히 알류미늄합금 등의 경합금이 많은 것은 선팽창율이 큰것에 대해서 베어링강의 선팽창율은 비교적 작기 때문에 근년의 엔진룸 내의 온도 고온화, 베어링회전작동 시의 고온화에 따라서 베어링에 주변의 온도조건도 높아지고, 베어링의 사용온도범위가 넓어지기 때문에 양자의 선팽창율의 차이가 커지는 문제가 있다.

즉, 콤프레셔 풀리를 콤프레셔의 케이싱에 대하여 베어링을 통해 지지할 때, 예를들면 내륜(69)을 단부케이싱(70)에 돌출한 지지축부(71)에 결합할 때에 종래 정도의 인터피어런스로 결합할 경우에는 온도조건을 상정하고 있는 온도 보다 높아질 때 지지축부(71)가 내륜(69) 보다도 크게 팽창하고, 내륜을 그 내측으로부터 가압하는 힘이 극히 커지게 된다. 그 때문에 내륜이 지름을 증대시키는 방향으로 변형되고, 조립시에 설정된 베어링 클리어런스인 초기 클리어런스가 이후부터 감소하고, 결국에는 내륜과 외륜 사이에 구술이 압축되어 굴러가는 소위 운전 클리어런스가 부(負)가 되는 상태가 된다. 또, 그 부(負)의 값은 상기와 같은 온도 상승에 의해 이후 커지게 된다.

이와같이 운전 클리어런스가 부(負)의 값이 되면, 내륜과 외륜의 궤도홈, 및 구술의 표면에 장기간의 운전에 따라서 이후에 피로 및 온도 상승에 의한 손상이 발생하고, 수명이 단축되어 극히 바람직하지 않다. 이에 대한 대책으로서, 축과 베어링을 끼우는 유극을 크게 하면 저온시에는 양자의 결합력이 작아지므로 내륜과 지지축부와의 사이에 상대적인 슬립이 발생하여 적절한 베어링 작용을 행할 수 없는 동시에 소음이 발생하는 문제가 있다.

또, 상기와 같이 운전 클리어런스가 부(負)의 값이 되지 않도록 하는 대책으로서 미리 클리어런스의 감소분을 감안하여 베어링의 초기 클리어런스를 크게 설정하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 이 경우 저온운전시에 베어링 내에 큰 클리어런스를 발생하기 때문에 큰 소음을 발생하게 되어 바람직하지 않다.

한편, 베어링의 외륜(79)에 대해서는 이것이 결합되는 종동 풀리(73)가 외륜의 재료 보다 선팽창율이 큰 재료로 제조되고, 근년에는 수지제의 풀리가 이용되고 있다. 따라서 특히 고온 운전 중에 종동 풀리의 팽창량이 커지면 최초 종동풀리에 소정의 인터피어런스로 조립한 외륜의 인터피어런스가 다음에 없어지고, 양자간에 상대적인 슬립이 발생하게 된다. 그 대책으로서 종동풀리와 베어링의 조립시에 있어서의 인터피어런스를 종래 보다도 크게하고, 고온 운전시에도 양자의 결합력을 충분히 유지할 수 있도록 하여 양자간의 슬립이 발생하지 않도록 해야 한다.

따라서, 그와 같이 큰 인터피어런스를 설정한 상태에서는 외륜에 대하여 외측으로부터 큰 힘이 작용하여 변형하고, 소정의 초기 클리어런스로 설정된 베어링에서는 상기 외륜의 안쪽으로의 변형에 의해 그 클리어런스가 감소한 상태로 부착되기 때문에 경우에 따라서는 초기 클리어런스가 부(負)의 값이 되고, 저온시의 운전의 경우 지장을 초래하여 바람직하지 않다. 또, 선팽창율이 크기 때문에 극저온으로 극단적인 부(負)의 클리어런스가 되어 토크의 과대, 베어링 궤도면의 압력 자욱 등이 생기는 문제가 있다. 또, 이것을 방지하기 위해서 초기 클리어런스를 크게하는 것은 고온시에서의 클리어런스를 크게하여 소음발생이 된다. 상기의 것은 자동차의 콤프레셔 풀리용 베어링에 한정되지 않으며, 다른 종류의 엔진 보조기에서의 풀리 베어링에서도 같다.

본 발명은 자동차의 에어콘용 콤프레셔 등의 엔진보조기를 엔진에 의해 무단벨트로 구동할 때, 보조기에 설치된 풀리를 지지하기 위한 베어링에 관한 것으로서, 특히 베어링 고정부재 등의 열팽창에서 발생하는 베어링의 클리어런스의 변화에 의한 악영향을 방지할 수 있는 엔진보조기 풀리용 베어링에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 단면도로서 (a)는 본 발명을 복열베어링에 적용한 도면이고, (b)는 본 발명을 단열베어링에 적용한 도면.

도 2는 본 발명을 복열 베어링에 적용하고, 전자클리치 부착 자동차 콤프레셔의 풀리용 베어링으로서 이용한 예를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 실험결과를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명의 제2실시예의 단면도로서 (a)는 일부확대 단면도이고, (b)는 (a)의 또 다른 일부확대 단면도.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 베어링을 전자클러치부착 자동차 콤프레셔의 풀리용 베어링으로서 이용한 예를 나타내는 단면도.

도 6은 종래의 자동차 콤프레셔의 전체구성을 나타내는 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

1 : 복열 베어링, 2 : 내륜궤도, 3: 내륜

4 : 외륜궤도, 5 : 외륜 6,7: 구술

8,9 : 보지기, 10, 11 : 실(seal)

12 : 궤도면, 13 : 내륜, 14 : 궤도면

15 : 외륜, 16 : 구술 17 : 보지기

18 : 실(seal)

따라서, 본 발명은 베어링 내륜의 선팽창율과, 이 내륜을 결합하는 부재와의 선팽창율이 크게 달라도, 고온시에 부칙되는 부재측의 팽창에 의한 내륜의 확대 변화에 의해 발생하는 운전 클리어런스의 과잉감소를 방지하고, 또, 그 대책으로서 베어링의 초기 클리어런스를 크게할 때 저온시에서의 소음 발생을 방지할 수 있도록 하고, 또 베어링 외륜의 선팽창율과, 이 외륜을 결합하는 부재와의 선팽창율이 크게 달라도 고온시에 부착되는 부착부재측의 팽창에 의한 내경증대에 의해 베어링의 인터피어런스가 감소하는 것에 의한 외륜과 부착부재 사이에서의 슬립이 발생하는 것을 방지하고, 또, 그 인터피어런스의 감소대책으로서 미리 인터피어런스를 크게할 때의 외륜의 축경변형, 및 극저온하에서의 수축에 의해 발생하는 초기 클리어런스의 과잉감소를 방지할 수 있는 엔지보조기 풀리용 베어링을 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다. 또, 상기 과제를 해결하기 위한 수단을 채용함에 따라 발생하는 문제점이 존재할 때에는 이것을 해소하고, 보다 완전한 엔진보조기 풀리용 베어링을 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.

본 발명은 상기 제1목적을 해결하기 위해, 외주면에 외륜궤도홈을 갖는 내륜 및 내주면에 외륜궤도홈을 갖는 외륜으로 구성되는 한쌍의 궤도륜과, 상기 내륜궤도홈과 상기 외륜궤도홈 사이에 배치된 구술을 구비하고, 상기 한쌍의 궤도륜 중 최소한 한쪽은 베어링재 보다 선팽창율이 큰 부재로 고정되고, 상기 부재에 고정되는 상기 궤도륜의 바닥두께는 상기 구술 직경의 50% 이상인 엔진보조기 풀리용 베어링을 제공한다.

본 발명은 상기 제2목적을 해결하기 위해 외경이 직경 65mm 이하이고, 복열의 외륜궤도홈을 내주면에 갖는 외륜과, 복열의 내륜궤도홈을 외주면에 갖는 내륜과, 상기 내륜과 외륜의 각 복열의 내륜궤도홈 및 외륜괴도홈 사이에 배치되는 직경 4mm 이하의 구술과, 상기 각 열의 볼을 보지하는 보지기와, 베어링 내부를 밀봉하는 실을 구비하고, 베어링폭치수를 내경치수의 45% 이하로 하고, 상기 내륜 및 외륜 중 최소한 한쪽의 바닥두께를 상기 구술 직경의 50% 이상으로 하고, 베어링재 보다 선팽창율이 큰 부재에 고정되며, 볼의 피치원직경을 베어링 단면중앙 보다 외경측에 가까이하는 구조, 상기 베어링재는 강중산소량(鋼中酸素量)이 6ppm 이하의 EP강인 구조, 상기 외륜궤도홈의 베어링 폭방향 외측을 테이퍼면으로된 구조, 각을 두고 배치된 상기 외륜궤도홈의 베어링폭 방향 내측을 상기 외륜궤도홈의 베어링폭방향 외측보다 베어링 중심축선측 내측으로 위치시키는 구조, 상기 보지기의 배면외측의 베벨링(beveling)을 상기 보지기의 단면폭의 1/2 보다 크게한 구조, 상기 내륜에 설치된 내륜 실(seal) 홈에 삽입하여 복수의 립을 갖는 실(seal)을 갖는 구조 중 최소한 어느 하나의 구조를 수단으로 채용한 엔진보조기 풀리용 베어링을 제공한다.

본 발명의 실시예를 도면, 및 실험결과에 기초하여 설명한다. 자동차의 보조기로서의 에어콘용 콤프레셔는 여러 종류의 것이 존재하지만, 예를들면 상기 도 6에 나타낸 바와같은 콤프레셔(51)가 이용되며, 회전축(60)을 구동하는 종동풀리(73)는 베어링(72)에 의해 단부 케이싱(70)으로부터 돌출한 지지축부(71)에 지지되고 있다. 이 종동풀리(73) 및 이것을 지지하는 베어링부분을 중심으로 확대하여 나타낸 것이 도 2이다.

이 도 2에있어서는 도 6에 나타낸 종래의 베어링(72) 대신에 후술하는 내륜 및 외륜이 두껍게 형성된 본 발명에 의한 베어링을 복열 베어링으로 적용하여 이용한 예를 나타낸다. 따라서, 도 2에 나타낸 부재는 많은 경우도 6에 나타낸 것과 동일부재이고, 각 부재 및 전자 클러치 작용 등은 앞의 도 6의 설명에서 서술하였으므로, 도 2에는 도 6에 나타낸 부재의 번호를 부착하고 그 설명은 생략한다. 또, 도 2에 나타낸 베어링(1)은 도 1(a)에 확대도로 나타낸 바와같이, 그 설명은 후술한다.

본 발명자 등은 예를들면 도 2에 나타낸 바와 같은 자동차 콤프레셔용 베어링에서의 상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 생각할 수 있는 여러가지 대책과, 그 대책을 적용한 베어링에서의 각종 실험을 누적해왔다. 그 결과, 예를들면 도 1(a)에 나타낸 바와 같은 공지 구성의 복열베어링(1), 즉, 외주면에 2열의 내륜궤도(2)(2)를 형성한 내륜(3)과, 내주면에 2열의 외륜궤도(4)(4)를 형성한 외륜(5)과의 사이에서의 각 궤도홈에 구술(6)(7)를 구비하고, 각 열의 구술(6)(7)을 각각 보지기(8)(9)로 등간격으로 보지하고, 실(seal)(10)(11)에 의해 내부에 그리스를 보지하도록 구성한 복열구술 베어링(1)에 있어서는 내륜(3)의 내륜궤도면(2)(2)의 저부와 내륜(3)의 내주면의 거리인 내륜의 바닥두께Ti를 두껍게 하는 것이 베어링의 강성을 높이는 점 때문에 최고로 효과적이라는 결론에 이르렀다. 그 실험에 있어서는 상기 종래의 베어링의 문제점은 모두 베어링으로부터 발생하는 음, 즉, 소음의 발생량에 의해 그 상태를 검출할 수 있으므로 여러가지 베어링에 대해서 기동시의 저온상태로부터 고온운전상태 까지의 사이에 발생하는 소음의 발생량을 검출하는 것으로 평가하였다.

이와 같이, 내륜의 바닥두께를 변화시키는 것에 의해 소음의 발생이 어떻게 변화하는가를 연구하여, 그 소음의 발생경향이 내륜의 바닥두께의 값을 베어링의 어디를 기준으로하면 각종 베어링에 대해서 공통으로 적용할 수 있는 범용지표로 되는가에 대해서 검토를 행하였다. 그 검토결과, 이 베어링에서 이용되는 구술의 직경을 기준으로하면 같은 베어링에도 그 값이 작용될 수 있는 것을 알았다. 이 결론에 기초하여 각종 베어링에 대해서 구술직경비의 값에 통일적으로 소음발생의 상태를 밝히는 실험을 하고 그 결과를 종합적으로 요약하여 나타낸 것이 도 3의 그래프이다.

도 3에 나타낸 그래프에 있어서, 종축의 발생소음은 예를들면 베어링의 구술 크기, 베어링 내외경 치수, 베어링지지부재의 재질 등에 의해 그 절대값은 다르지만, 내륜의 바닥두께를 구술지름비에 표시할 때에는 모두 도시한 그래프와 같은 경향을 보였다. 이 그래프에 나타낸 바와 같이, 베어링 내륜 두께는 구술지름에 비하여 작아도 50% 이상이 되면 소음의 발생이 적고, 베어링 내부에서 상기와 같은 여러가지 문제가 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.

또, 도 2 및 도 1(a)에 나타낸 바와 같은 복열 구술 베어링 이외에 예를들면 도 1(b)에 나타낸 바와 같은 궤도면(12)을 갖는 내륜(13)과, 궤도면(14)을 갖는 외륜(15)과, 양궤도면 사이에 배치된 구술(16)과, 구술을 등간격으로 보지하는 보지기(17)와, 이 베어링 내부를 밀봉하는 실(seal)(18)(18)로된 주지의 단열 구술 베어링(19)에 대해서도 같은 실험을 행한 결과, 상기 복열 베어링과 같은 경향이 존재하는 것을 알았다. 그 실험결과를 소음의 대, 중, 소의 점까지 정리한 것을 하기의 표1에 나타내었다.

표1 베어링 내륜 바닥두께의 구술지름비와 소음발생량

샘플 베어링 내륜 바닥두께(구술지름비 : %)	복열베어링	단열베어링
20	×(음대)	×(음대)
30	×(음대)	×(음대)
40	△(음중)	△(음중)
50	O (음소)	O (음소)
60	O (음소)	O (음소)

또한, 상기와 같은 내륜 외에 같은 조건으로 외륜에 대해서도 실험을 행한 결과, 복열 베어링, 단열 베어링과 함께 같은 경향이 존재하는 것을 알았다. 그것으로부터 단열 베어링, 복열 베어링, 그들의 내륜, 외륜에 대해서 공통으로 바닥두께를 볼지름비로 50%이상, 즉, 사용하는 볼의 반경 이상의 두께로 설정하면 소음의 발생이 작아지고, 베어링의 내부 클리어런스, 내외륜과 지지부재와의 관계 등이 적절하게 유지되는 것을 알 수 있다. 또, 본 발명이 대상으로 하는 엔진의 보조기 풀리용 베어링에 있어서는 베어링 외경이 65mm 이상인 것이 사용되는 것이 많지만 이와같이 베어링 외경이 65mm 이하의 소형 베어링으로 상기와 같이 내륜, 외륜의 바닥두께가 두꺼운 베어링은 공지된바 없다.

도 1에 도시한 실시예에 있어서는 베어링의 내륜 및 외륜과 함께 그 바닥두께를 구술지름비 50% 이상으로 한 예를 나타내고 있지만 본 발명은 적어도 그 방편(메이팅부재를 갖는 부재의 선팽창률이 베어링부재 보다 큰 측), 즉 내륜만 상기 조건을 만족하거나, 외륜만 상기 조건을 만족한 경우에도 종래의 베어링 보다 적절한 베어링이 될 수 있다.또, 본 발명은 상기 도 2에 나타낸 전자 클러치 부착의 콤프레셔 풀리용 베어링에 한정되지 않으며, 클러치를 구비하지 않는 경우에도 같이 적용할 수 있다. 또한, 콤프레셔 풀리용 베어링에 한정되지 않으며, 엔진으로 구동되는 보조기 풀리용 베어링에서 넓게 적용 가능하다. 또, 베어링이 고정되는 부재의 재질이 알루미늄합금, 그 밖의 경합금, 또는 수지에 있어서도 같이 적용할 수 있다. 또, 복열베어링에 있어서 도 1(a)에 나타낸 바와같은 앵귤러(angular) 베어링 이외의 일반 복열베어링, 또는 그 밖의 각종 복열베어링에도 같이 적용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 상기 제1 과제를 해결할 수 있지만, 또한 이와같은베어링은 다른 면에서 보면 구술지름을 베어링의 지름방향단면의 50% 이하로 설정하는 것을 의미하고, 구술지름이 작은 것을 선택하는 것 만큼 베어링의 축선방향의 길이, 즉, 베어링의 폭을 작게하는 자유도가 커지게 되는 동시에 내외륜을 두껍게 할 수 있으므로 변형량이 작아지고, 종래의 것보다 베어링 클리어런스를 작게할 수 있으며, 상온시의 베어링의 경사를 종래의 것보다 작게할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 베어링에 의해 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있으면서 또한 여러가지의 효과를 얻을 수 있지만, 이와 같은 베어링을 실제로 자동차의 엔진 보조기 풀리용 베어링에 이용할 때에는 근년의 환경문제에 대응하기 위한 자동차용 부분은 보다 소형경량의 것이 요구되고 있다. 예를들면 자동차 에어콘의 콤프레셔에 있어서도 그 축선방향 길이를 보다 작게하여 콤팩트한 것이 요구되고 있다.

그 때문에 여기서 이용되는 베어링은 외경치수가 직경 65mm 이하의 것이 이용되는 경우가 많고, 또한 베어링의 폭치수가 내경치수의 45% 이하로 폭이 좁은 것을 이용하는 것이 바람직하며, 또한 구술지름치수는 4mm 이하의 구술을 이용하는 것에 의해 전체적으로 보다 콤팩트한 베어링이 될 수 있다.

또한, 콤프레셔 풀리용 베어링은 내모멘트성의 요구가 강하고, 복열 앵귤러 구술 베어링, 4점접촉 베어링 등이 사용된다. 이와같이 베어링에 있어서 내 모멘트성을 유지하면서, 축방향의 길이, 즉, 베어링의 폭을 작게하기 위해서는 상기와 같은 내륜 및 외륜의 최소한 한쪽의 바닥두께를 상기 구술의 직경의 50% 이상으로 하여 내외륜의 바닥 두께를 종래의 것과 같은 정도로 할 때에는 그 만큼 구술지름을작게 설정할 수 있게 되며, 상기와 같이 구술지름 4mm 이하의 구술 사용이 용이하게 된다. 이와같이, 구술지름을 작게하면 내모멘트성의 요구를 고려하여 그 만큼 폭이 좁은 베어링으로 설정할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 외경치수가 직경 65mm 이하이고, 또한 베어링 폭치수가 내경치수의 45% 이하이고, 또한 구술지름치수가 4mm 이하이며, 또한 내륜 및 외륜 중 최소한 한쪽의 바닥두께를 상기 구술의 직경의 50% 이상으로한 복열 앵귤러 베어링에 있어서는 베어링폭치수를 작게한 만큼 또한 볼지름을 작게하여 정격하중이 저하하고, 박리수명이 저하하는 만큼 내구성에 문제를 발생시킬 가능성이 있다. 상기의 것은 자동차 콤프레셔 풀리용 베어링에 한정되지 않고 다른 종류의 엔진보조기에서의 풀리용 베어링에도 같다.

따라서, 상기 본 발명의 제1과제를 해결하는 풀리용 베어링에 있어서 발생하는 상기와 같은 문제점을 또한 해소하는 것이 제2의 과제가 되며, 이것을 환언하면, 외경치수가 직경 65mm 이하이고, 또한 베어링 폭치수가 내경치수의 45% 이하이며, 더욱이 구술지름치수가 4mm 이하이고, 또한 내륜 및 외륜의 최소한 어느 한쪽의 바닥 두께를 상기 구술지름의 50% 이상으로한 엔진보조기 풀리용 베어링에 있어서, 보다 내구성이 높은 베어링으로 하는 것이 제2의 과제가 된다. 이하, 상기 제2의 과제를 해결하는 엔진보조기 풀리의 실시예를 제2실시예로서 도 4 및 도 5에 기초하여 설명한다.

도 4(b)에 일부 확대도를 나타내는 도(4a)의 베어링은 본 발명의 제2실시예에 의한 엔진보조기 풀리용 베어링을 콤프레셔 풀리용 베어링(21)으로서 적용한 실시예를 나타내고, 도 5는 그 베어링을 적용한 콤프레셔 풀리 및 그 근방의 일부 단면도를 나타낸다. 도 5에 나타낸 콤프레셔(51) 및 그 관련부재는 상기 도 6에 나타낸 콤프레셔 풀리(51)와 비교하면 베어링부분 이외는 대략 동일 구성을 이루고, 그 기능 등은 미리 기술하였으므로 도 5의 콤프레셔 및 그 주변부재에서 도 6에 나타낸 것과 동일부재에는 동일 번호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

본 발명의 제2실시예에 의한 베어링(21)은 상기와 같이, 또는 도 4에 나타낸 바와 같이, 베어링 외륜(23)의 외경Do가 65mm 이하면 소형 베어링이고, 그 베어링의 축선방향의 길이, 즉 베어링의 폭W을 내륜(22)의 내경Di의 45% 이하면 폭이 좁은 베어링으로 하며, 또한 구술지름이 4mm 이하의 작은 구술을 이용하고, 또한 내륜(22)의 바닥두께Ti 또는 외륜(23)의 바닥두께To를 구술지름Db에 대하여 50% 이상, 즉, 1/2 이상으로 설정하고, 또한 구술열을 복수로하는 동시에 앵귤러 형식으로한 복열 앵귤러 구술 베어링을 이용한다. 또, 도 4에 타나낸 예에 있어서는 내륜(22)의 바닥두께Ti 및 외륜(23)의 바닥두께 To를 함께 구술지름Db의 1/2 보다 크게 설정한 예를 나타낸다.

이와같은 베어링에 있어서는 상기와 같이 베어링 폭치수를 작게한 만큼 그리스 수용공간이 감소하고, 그리스 봉입량의 감소에 의해 그리스 수명이 저하하고, 그것에 의해 이 베어링의 수명이 저하할 가능성이 있다. 또, 구술지름이 작아져 정격하중이 저하하고, 박리수명이 저하함으로써 내구성에 문제를 발생할 가능성도 있다.

상기 그리스 봉입량의 감소에 대응하기 위해 도 4(a) 및 (b)의 확대도에 나타낸 바와 같이, 외륜(23)의 궤도홈(24)에 있어서의 베어링폭 방향 외측으로 부하가 걸리는 측, 즉 실(seal)(26) 측에 테이퍼면(27)을 형성하고, 종래의 것과 보다 그리스 수용공간을 크게하는 동시에 그리스를 구술(28)의 구름면부분에 원활하게 공급할수 있게 된다. 또, 이 테이퍼면(27)은 임의의 각도로 설정하는 것이 가능하고, 또한 예를들면 이 테이퍼면(27)을 요면형상으로 보다 그리스수용공간을 크게하는 등, 임의의 형상으로 설정할 수 있다. 이 테이퍼면(27)을 형성하는 수단은 같은 궤도홈(30)에 있어서의 베어링폭 방향 외측으로 부하가 작은 측, 즉 실(seal)(31)측에 테이퍼면(32)으로서 적용한다.

또, 보지기(33)의 외측면(34)에 있어서 외륜측 각부에는 도시한 바와같은 베벨면(35)을 형성하여 상기 외륜(23)의 데이퍼면(27)과 같이 그리스 수용공간을 크게하는 동시에 그리스를 구술(28)의 구름면부분에 원활하게 공급할 수 있도록 하는 수단을 채용하여도 좋다. 이 베벨면(35)의 형상도 임의로 설정할 수 있고, 베벨작업을 통해 테이터면을 형성하여도 좋다. 즉, 베벨고정을 행하는 수단은 다른 구술(36) 측의 보지기(37)에 대하여도 같이 적용하고, 도 4(a)에 나타낸 실시예에 있어서는 베벨면(38)으로서 적용하고 있다.

또한 상기 실시예에 있어서는 외륜(23)이 테이퍼면(27)과 보지기(33)의 베벨면(35) 사이에 형성된 공간, 및 테이퍼면(32)과 베벨면(38)으로 형성되는 공간이 확대되고, 그것에 의해 구술의 구름면에 그리스를 공급하는 공간부분이 커지게되며, 또한 그 공급면부분이 원활하게 된다. 그 때문에 보지기(33)와 실(seal)(26) 사이, 및 보지기(37)와 실(31) 사이 공간내의 그리스를 원활하게 구술의 구름면부분에 공급할 수 있게 된다.

한편, 상기 구술지름이 작아져 정격하중이 저하하고, 박리수명이 저하하여 내구성에 문제를 발생할 가능성이 있는 대책으로서, 내륜(22) 및 외륜(23)을 강중산소량(鋼中酸素量)이 6ppm 이하의 고청정도(高淸淨度) 소재로 알려져있는 EP강을 이용한다. 이와같은 EP강을 이용함으로써, 종래의 베어링강 등과 비교하여 박리수명을 대폭 연장하는 것이 가능하다.

또, 상기 내구성 향상 대책으로서, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이 외륜(23)의 바닥두께To를 상기와 같은 구술지름Db의 50% 이하, 즉 Db/2 이하의 조건을 만족하면서 내륜(22)의 바닥두께Ti 보다 얇게 형성된다. 이것을 내륜측으로만 보면 내륜(22)의 바닥두께Ti를 외륜(23)의 바닥두께To 보다 크게 형성하게 된다. 그것에 의해 이 베어링(21)의 구술(28)(36)의 중심선으로 형성되는 PCD를 외륜(23)의 외경Do과 내륜(22)의 내경Di의 차이인 베어링 두께Tb의 중심 보다도 외측에 d1 만큼 편위시킨다.

그 결과, 종래에 있어서의 통상 콤프레셔 풀리용 베어링과 같이 PCD와 베어링두께의 중심을 일치시킨 것과 비교하여 PCD의 직경Dp를 크게할 수 있고, 그 만큼 구술(28)(36)을 많이 넣을 수가 있으므로, 각 구술에 대한 하중 부담이 감소하고, 정격하중을 크게할 수 있는 동시에 공간용적도 커질 수 있고, 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 상기 내구성 향상 대책으로서, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 외륜(23)에 대한 구술(28)의 궤도홈(24)에 있어서, 앵귤러 베어링으로서 베어링 폭방향 내측에 경사져 있는 궤도홈의 하중이 걸려있는 측, 즉 궤도홈(24)에서의 베어링 폭방향 내측부분(40)을 도면 아랫쪽, 즉, 베어링의 중심축선에 가까운 내측으로 연장하고, 마찬가지로 도 4(a)에 나타낸 구술(36)의 궤도홈(30)에서의 베어링 폭방향 내측부분도 중심축선에 가까운 내측으로 연장하며, 그 결과 외륜(23)의 구술(28)과 구술(36) 사이의 베어링폭방향 중간 내주면(41)을 구술(28) 및 구술(36)의 베어링 폭방향의 양외측 내주면(41) 보다 d2 만큼 도면 아랫쪽, 즉 베어링의 중심축선에 가까운 내측에 위치시킨다. 그것에 의해 외륜에 있어서 큰 하중이 걸리는 궤도면부분을 확대형성할 수 있고, 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있는 동시에 공간용적을 크게하여 실(seal)과 보지기 사이에서 움직이는 그리스가 내측으로 복귀하기 쉬워진다.

또, 상기 제2실시예에 의한 베어링에 있어서는 내륜(22)을 두껍게 설정할 수 있으므로, 예를들면, 실(seal)(26)의 선단 립(43)이 삽입되어 미끄럼접촉하는 내륜(22)의 실 미끄럼 접촉면 형성용의 실(seal) 홈(44), 또는 실(seal)이 접촉하지않는 클리어런스를 가지고 라비린스(labyrinth)를 형성하기 위한 실(seal) 홈(44)을 깊거나 크게 형성할 수 있고, 그것에 의해 예를들면 도 4(b)에 나타낸 바와같이 실(seal)(26)의 선단리브(43)의 배면에 형성된 부차적 리브(45)를 홈(44)의 외측면 방향으로 설치하고, 또는 별도 부차적 립을 설치하여 이것을 접촉시키거나, 도는 비접촉시키는 등, 이 홈(44)을 형성하는 3개의 면의 임의 면에 대하여 여러가지 형태의 복수의 부차적 립을 설치할 수 있으며, 보다 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 그것에 의해 내부의 그리스의 누설을 확실하게 방지하고, 또는 외부로부터 물 등의침입을 방지할 수 있으며, 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 내구성 향상을 위한 여러가지 대책은 각각 별개로 채용할 수 있지만 이들 중 임의의 대책을 적절히 조합시켜 채용할 수 있고, 당연히 모든 대책을 채용하여도 좋다.

상기와 같은 베어링에 있어서, 베어링홈의 홈곡률을 51% - 56%로 하고, 구술의 접촉각을 5°- 30°로 설정하고 내외륜 및 구술을 SUJ2의 성형소재에 대하여 통상의 열처리 또는 치수안정화 처리인 담금질 및 벼림(hardening and annealing)을 행한 것을 제작하여 시험을 행한 결과, 어느 대책을 이용하여도 목표로하는 내구성을 얻을 수 있었다.

상기 제2실시예의 베어링에 있어서도, 상기 도 5에 나타낸 바와같은 자성 클러치부착의 콤프레셔 풀리용 베어링에 한정되지 않고, 클러치를 구비하지 않는 것에 대해서도 같이 적용할 수 있으며, 또한 엔진으로 구동되는 여러가지 종류의 보조기의 풀리용 베어링에 대하여도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 베어링이 고정되는 부재의 재질이 알루미늄 합금의 다른 경합금, 또는 수지에 있어서도 같이 적용할 수 있는 동시에 콤프레셔용 베어링에 한정되지않고, 엔진 구동되는 워터펌프, 교류기 등 각종 보조기 풀리용 베어링으로서 적용할 수 있다.

본 발명을 상세히 또는 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고도 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게는 당연한 것이다.

본 출원은 2002년 2월 12일 출원의 일본특허출원(특원2002-033269), 2002년3월 29일 출원의 일본특허출원(특원2002-097966), 2002년 12월 10일 출원의 일본특허출원(특원2002-358783)에 기초하는 것으로서, 그 내용은 여기에 참조로 하였다.

본 발명은 베어링 내륜을 결합하는 부재의 선팽창율이 베어링 내륜의 선팽창률 보다도 극히 커지는 경우에 있어서도, 부착부재측이 고온일 때의 팽창에 의한 내륜의 확개변형을 그 내륜의 강성 항샹에 의해 방지할 수 있고, 내륜의 확개변형에 의해 발생하는 운전 클리어런스의 과잉감소를 방지할 수 있다. 또, 상기 운전 클리어런스의 과잉감소의 대책으로서, 종래와 같이 베어링의 초기 클리어런스를 크게할 필요가 없으므로, 초기 클리어런스를 크게할 때에 있어서의 저온에서의 소음발생을 방지할 수 있다.

또, 베어링 외륜을 결합하는 부재의 선팽창율이 베어링 외륜의 선팽창율 보다 극히 커지는 경우에 있어서도, 고온시에 부착부재측의 팽창에 의한 내경증대에 의해 베어링의 인터피어런스가 감소하고, 외륜과 부착부재 사이의 슬립이 발생하는 것을 방지하기 때문에 인터피어런스를 미리 크게할 때, 결합시의 외륜의 축경변형 및 극저온 하에서의 수축을 외륜의 강성향상에 의해 방지할 수 있고, 초기 클리어런스의 감소를 방지할 수 있다.

또, 상기 내륜 두께의 최소한의 값, 및 외륜두께의 최소한의 값을 명백히 함으로써, 베어링을 설계할 때, 상기 과제를 해결하는 최소한의 값을 고려하여 설계할 수 있고, 내륜, 또는 외륜의 두께를 불필요하게 두껍게 할 필요가 없어져 베어링의 대형화를 방지할 수 있다.

또한, 엔진의 보조기 플리용 베어링에 있어서, 베어링재에 의해 선팽창율이 큰 부재에 고정되고, 외경이 직경65mm 이하에서 복수의 궤도홈을 갖는 외륜과, 복수의 궤도홈을 갖는 내륜과, 상기 내륜과 외륜의 각 복열의 궤도홈 사이에 배치하여 직경이 4mm 이하의 구술과, 상기 각 열의 구술을 보지하는 보지기와, 베어링내부를 밀봉하는 실을 구비하고, 베어링폭 치수가 내경치수의 45% 이하로 하고, 상기 내륜 또는 외륜을 결합하는 부재의 선팽창율이 베어링 내륜의 선팽창율 보다도 극히 커지는 경우에 있어서도 부착부재측이 고온일 때 팽창에 의한 변형을 그 내륜의 강성향상에 의해 방지할 수 있고, 또한 저온시의 과잉 클리어런스 설정을 행할 필요가 없어 소음의 발생을 방지하고, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 축의 경사가 작고, 전체적으로 소형으로 폭이 좁은 베어링으로 할 수 있다.

이와 같은 소형이고 폭이 좁은 베어링에 있어서, 구술의 피치원직경을 베어링 단면 중앙보다 외경측에 가까이한 것에 있어서는 그 가까운 만큼 구술을 많이 넣을 수 있기 때문에 각 구술에 대한 하중부담이 감소하고, 정격하중을 크게 할 수 있고, 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 강중산소량(鋼中酸素量)이 6ppm 이하의 EP강을 사용한 것에 있어서는 종래의 베어링강 등과 비교하여 박리수명을 대폭적으로 길게하는 것이 가능하다. 또, 외륜구름홈의 베어링 폭방향 외측을 테이퍼면으로서한 것에 있어서는 종래의 것 보다 그리스 수용공간을 크게하는 동시에, 그리스를 구술의 구름면부분에 원활하게 공급할 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있는 동시에, 구술과 실 사이의 공간에서 이동하는 그리스를 구술열의 사이 공간에원활하게 복귀할 수 있다.

또, 앵귤러 형태로 배치된 외륜 구름홈의 베어링폭방향 내측을 외륜구름홈의 베어링 폭방향 외측보다 베어링 중심축선측 내측에 위치시키는 것에 있어서는 외륜에 있어서 큰 하중이 걸리는 궤도면부분을 확대형성할 수 있고, 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 보지기 배면외측의 베벨을 보지기 단면폭의 1/2 보다 크게하는 것에 있어서는 그리스 수용공간을 크게하는 동시에, 그리스를 구술의 구름면부분에 원활하게 공급할 수 있고, 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 내륜실홈에 삽입하여 립을 복수개 갖는 실을 구비하는 것에 있어서는 내륜을 두껍게 설정할 수 있는 것을 이용하여 내륜실홈을 깊게 형성할 수 있고, 이 내륜실홈에 삽입하여 미끄럼 접촉 또는 비끄럼접촉의 립을 복수개 설치하는 것이 용이하게 되어 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 또, 그것에 의해 내부의 그리스의 누설을 확실하게 방지하고, 또한 외부로부터 물 등의 침입을 방지할 수 있어 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 외주면에 외륜궤도홈을 갖는 내륜 및 내주면에 외륜궤도홈을 갖는 외륜으로 구성되는 한쌍의 궤도륜과,

   상기 내륜궤도홈과 상기 외륜궤도홈 사이에 배치된 구술을 구비하고,

   상기 한쌍의 궤도륜 중 최소한 한쪽은 베어링재 보다 선팽창율이 큰 부재로 고정되고,

   상기 부재에 고정되는 상기 궤도륜의 바닥두께는 상기 구술 직경의 50% 이상인 엔진보조기 풀리용 베어링.
2. 외경이 직경 65mm 이하이고, 복열의 외륜궤도홈을 내주면에 갖는 외륜과, 복열의 내륜궤도홈을 외주면에 갖는 내륜과,

   상기 내륜과 외륜의 각 복열의 내륜궤도홈 및 외륜괴도홈 사이에 배치되는 직경 4mm 이하의 구술과,

   상기 각 열의 볼을 보지하는 보지기와,

   베어링 내부를 밀봉하는 실을 구비하고,

   베어링폭치수를 내경치수의 45% 이하로 하고, 상기 내륜 및 외륜 중 최소한 한쪽의 바닥두께를 상기 구술 직경의 50% 이상으로 하고, 베어링재 보다 선팽창율이 큰 부재에 고정되며,

   볼의 피치원직경을 베어링 단면중앙 보다 외경측에 가까이하는 구조, 상기 베어링재는 강중산소량(鋼中酸素量)이 6ppm 이하의 EP강인 구조, 상기 외륜궤도홈의 베어링 폭방향 외측을 테이퍼면으로된 구조, 앵귤러 형태로 배치된 상기 외륜궤도홈의 베어링폭 방향 내측을 상기 외륜궤도홈의 베어링 폭방향 외측보다 베어링 중심축선측 내측으로 위치시키는 구조, 상기 보지기의 배면외측의 베벨링(beveling)을 상기 보지기의 단면폭의 1/2 보다 크게한 구조, 상기 내륜에 설치된 내륜 실(seal) 홈에 삽입하여 복수의 립을 갖는 실(seal)을 갖는 구조 중 최소한 어느 하나의 구조를 수단으로 채용한 엔진보조기 풀리용 베어링.
3. 외경이 직경 65mm 이하이고 복열의 외륜궤도홈을 내주면에 갖는 외륜과,

   복열의 내륜궤도홈을 외주면에 갖는 내륜과,

   상기 내륜의 상기 복열의 내륜궤도홈 및 상기 외륜의 상기 복열의 외륜궤도홈 사이에 각각 배치되고, 직경이 4mm 이하의 복수의 구술과,

   상기 복수의 구술을 보지하는 보지기와,

   베어링 내부를 밀봉하는 실(seal)을, 구비하고,

   최소한 상기 내륜 및 상기 외륜 중 한쪽은 베어링재 보다 선팽창율이 큰 부재에 고정되고,

   베어링 폭치수가 내경치수의 45% 이하이며,상기 내륜 및 외륜 중 최소한 한쪽의 바닥두께가 상기 구술의 직경의 50% 이상인 엔진보조기 풀리용 베어링.
4. 제3항에 있어서,

   상기 구술의 피치원 직경이 베어링단면 중앙 보다 외경측에 가까운 것을 특징으로 하는 엔진보조기 풀리용 베어링.
5. 제3항에 있어서,

   상기 베어링재는 강중산소량(鋼中酸素量)이 6ppm 이하의 EP강인 것을 특징으로 하는 엔진보조기 풀리용 베어링.
6. 제3항에 있어서,

   상기 외륜궤도홈의 베어링폭방향 외측이 테이퍼면인 것을 특징으로 하는 엔진보조기 풀리용 베어링.
7. 제3항에 있어서,

   앵귤러 형태로 배치된 상기 외륜궤도홈의 베어링 폭방향 내측이 상기 외륜구름홈의 베어링 폭방향 외측보다 베어링 중심축선 측 내측으로 위치하는 것을 특징으로 하는 엔진보조기 풀리용 베어링.
8. 제3항에 있어서,

   상기 보조기의 배면 외측의 베벨링(beveling)이 보지기가 보조기 단면폭의1/2 보다 큰 것을 특징으로 하는 엔진보조기 풀리용 베어링.
9. 제3항에 있어서,

   상기 실(seal)은 상기 내륜에 형성된 내륜 실(sal) 홈에 삽입되는 복수의 립을 갖는 것을 특징으로 하는 엔진보조기 풀리용 베어링.