KR20070119609A - 고체 윤활 롤러 베어링 - Google Patents

Abstract

스페이서로부터의 윤활제를 안정적으로 전이시킬 수가 있고, 한편 롤러 표면의 고체 윤활막의 마모를 저감시킬 수가 있는 고체 윤활 롤러 베어링을 제공한다.

2개의 전주면을 가지는 궤도부재와, 하중을 부하하기 위해서 전주면 사이에 재치한 고체 윤활막을 피복한 제1부재로서의 복수의 롤러와, 롤러 사이에 개재시켜 간격을 보유하는 자기 윤활성 재료로 만들어진 롤러와 접하는 면이 오목형상의 제2부재로서의 스페이서로 이루어지는 고체 윤활 롤러 베어링에 있어서, 적어도 1곳의 스페이서 사이에, 롤러보다 직경이 작은 제3부재로서의, 스페이서보다 경도가 높은 금속제의 볼을 개재시킨다.

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Description

고체 윤활 롤러 베어링{SOLID LUBRICATION ROLLER BEARING}

본 발명은 진공중, 고온, 저온 혹은 방사선 하에서 등 윤활유(lubricant)나 그리스(grease)를 사용할 수 없는 특수환경 하에서 사용되는 고체 윤활 롤러 베어링에 관한 것이다.

종래, 진공중, 고온, 저온 혹은 방사선 하에서 등 윤활유나 그리스(grease)를 사용할 수 없는 특수환경 하에서 사용되는 고체 윤활 롤러 베어링은 도 3, 도 4와 같이 되어 있다.

도 3은 제1의 종래 기술로 나타내는 고체 윤활 롤러 베어링의 측면 전개도이다.

도 3에 있어서, 1은 내륜, 2는 외륜, 5는 오목형상의 스페이서(spacer)(제2부재), 6과 6A는 롤러(제1부재)이다. 도에 나타내듯이 내륜(1)과 외륜(2)의 2개의 궤도부재 사이에 인접끼리의 롤러(6, 6A)를 90° 방향을 바꾸어 크로스(cross)시킨 롤러 베어링의 일종인 크로스 롤러 베어링에 있어서, 롤러(6, 6A)의 표면에 고체 윤활막(7)을 피복하고, 스페이서(5)를 그 좌우 양측면에 서로 인접하는 롤러(6, 6A)가 회전 가능하게 감합(嵌合)하도록 상기 양측면을 오목형상으로 한 구성이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

도 4는 제2의 종래 기술을 나타내는 고체 윤활 롤러 베어링의 측면 전개도이다.

이 제2의 종래 기술에 있어서는, 롤러의 표면에 고체 윤활막이 없고, 제2부재로서의 스페이서(5A)를 수지제의 구형상으로 구성한 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2).

이러한 종래 기술은, 운전 초기에 전동체(轉動體) 표면의 고체 윤활막이 윤활하고, 운전의 경과에 수반하여 자기 윤활성 재료인 스페이서(5, 5A)로부터의 윤활 성분이 롤러(6, 6A)에 전이하고, 그리고 내·외륜에 전이 함으로써 장기간의 윤활을 가능하게 하는 것을 바라는 것이다.

<특허 문헌 1> 일본국 특허공개 1998-141363호 공보

<특허 문헌 2> 일본국 실용신안공개 1990-74625호 공보

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그런데, 제1의 종래 기술에 있어서는, 스페이서(spacer)가 롤러의 원통면에 맞춤(fitting)하는 오목형상으로 되어 있기 때문에 롤러(roller)와 스페이서는 면접촉의 상태로 면압이 낮고, 윤활제의 전이가 거의 일어나지 않는다고 하는 문제가 있었다.

또, 제2의 종래 기술에 있어서는, 롤러의 표면에 고체 윤활막이 없기 때문에 초기 윤활을 할 수 없어 수명이 짧아진다. 만일 롤러 표면에 고체 윤활막을 붙여도 스페이서의 형상을 롤러의 원통면과 맞춤(fitting)하지 않도록 오목형상(구형상)으로 하고 있으므로, 롤러와 스페이서의 접촉이 점접촉으로 되어 윤활제의 전이량(轉移量)은 많지만, 그 접촉부가 점접촉이기 때문에 접촉한 점의 고체 윤활막이 조기에 마모하여 결국 수명이 짧아진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 스페이서로부터의 윤활제를 안정적으로 전이시킬 수가 있고, 한편 롤러 표면의 고체 윤활막의 마모를 저감시킬 수가 있는 고체 윤활 롤러 베어링을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 다음과 같이 구성한 것이다.

청구항 1에 기재의 발명은, 2개의 전주면(轉走面)을 가지는 궤도부재와, 하중을 부하하기 위해서 상기 전주면 사이에 재치한 고체 윤활막을 피복한 제1부재로서의 복수의 롤러와, 상기 롤러 사이에 개재시켜 간격을 보유하는 자기 윤활성 재료로 만들어진 롤러와 접하는 면이 오목형상의 제2부재로서의 스페이서로 이루어지는 고체 윤활 롤러 베어링에 있어서, 적어도 1곳의 상기 스페이서 사이에, 상기 롤러보다 직경이 작은 제3부재로서의, 상기 스페이서보다 경도가 높은 금속제의 볼(ball)을 개재시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2에 기재의 발명은, 상기 볼(ball)의 개수와, 상기 볼을 0개로 했을 때의 롤러 개수의 비가 13% 이상 50% 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 3에 기재의 발명은, 상기 볼의 표면에 이황화몰리브덴을 피복한 것을 특징으로 하는 것이다.

<발명의 효과>

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 청구항 1에 기재의 발명에 의하면, 스페이서 사이에 제3부재로서 재치한 볼이 스페이서와 접하고, 스페이서의 윤활제를 볼에 전이(轉移)하고, 또한 내·외륜에 전이하므로 고체 윤활 롤러 베어링의 장기간의 운전을 가능하게 한다. 그리고, 롤러 표면의 고체 윤활막과 점접촉하는 부재가 없기 때문에 고체 윤활막의 조기 마모라고 하는 현상이 일어나지 않는다.

(2) 청구항 2에 기재의 발명에 의하면, 제3부재로서의 볼의 개수와, 이 볼을 0개로 했을 때의 롤러 개수의 비가 13% 이상으로 한 것에 의해, 스페이서로부터의 윤활제의 전이량이 충분하게 되고, 한편 50% 이하로 한 것에 의해 롤러 개수 감소에 의한 부하 용량 저하를 억제할 수 있다. 즉, 13% 이상 50% 이하에서는 가장 높은 수준에서 수명의 밸런스(balance)가 잡힌다.

(3) 청구항 3에 기재의 발명에 의하면, 제3부재로서의 볼의 표면에 피복한 이황화몰리브덴이 양질인 윤활제로서 내·외륜에 전이한다.

이상의 효과로 고체 윤활 롤러 베어링을 장수명화 할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태를 나타내는 도로, (a)는 롤러 베어링의 측면 전개도이고, (b)는 (a)에 있어서의 A－A선을 따른 확대 단면도이다.

도 2는 본 발명의 효과를 나타내는 그래프도이다.

도 3은 제1의 종래 기술을 나타내는 고체 윤활 롤러 베어링의 측면 전개도이 다.

도 4는 제2의 종래 기술을 나타내는 고체 윤활 롤러 베어링의 측면 전개도이다.

<부호의 설명>

1　　내륜 2　　외륜

3　　내륜 전주면 4　　외륜 전주면

5, 5A　　스페이서(spacer)(제2부재)

6, 6A　　롤러(roller)(제1부재)

7, 7A　　고체 윤활막

8　　볼(ball)(제3부재)

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태를 나타내는 도로, (a)는 롤러 베어링(roller bearing)의 측면 전개도이고, (b)는 (a)에 있어서의 A－A선을 따른 확대 단면도이다.

도 1(a), (b)에 있어서, 1은 내륜, 2는 2개로 나눈 외륜, 3은 상기 내륜(1)의 외주면에 설치한 90° V형의 내륜 전주면, 4는 상기 외륜(2)의 내주면에 상기 내륜 전주면(3)에 대향하여 설치한 동형의 외륜 전주면, 6은 상기 전주면(3, 4) 사이에 배치된 SUS440C제의 제1부재로서의 롤러로, 교대로 방향을 바꾼 롤러(6), 롤 러(6A)로 하여서 배치하고 있다. 또, 상기 롤러(6, 6A)의 표면에는 고체 윤활제인 이황화몰리브덴을 1μm 피복하고 있다.

5는 상기 롤러(6)와 롤러(6A)와의 사이에 각각 삽입 배치한 제2부재로서의 스페이서이다. 그리고, 7은 제3부재로서의 볼(ball)이다. 볼의 직경은 롤러의 직경보다 30μm 정도 작게 하고 있다.

본 발명이 종래 기술, 특히 특허 문헌 1과 다른 곳은, 적어도 1곳의 상기 스페이서(5) 사이에, 상기 롤러(6, 6A)보다 직경이 작은 제3부재로서의, 상기 스페이서(5)보다 경도가 높은 금속제의 볼(7)을 개재시킨 점이다.

이하, 그 동작을 설명한다.

상기 롤러(6, 6A)와 스페이서(5) 사이는 면접촉 때문에 거의 윤활제의 전이는 생기지 않는다. 단지 면접촉 때문에 롤러(6, 6A)의 표면의 고체 윤활막의 이상 마모도 생기지 않는다. 윤활제의 전이는 볼(8)과 스페이서(5) 사이의 슬라이딩(sliding)으로 생긴다. 볼(8)과 스페이서(5) 사이는 점접촉 때문에 스페이서(5)의 윤활제 성분이 볼에 전이하고, 그리고 내·외륜에 전이한다. 이 기구로 장기간의 윤활을 가능하게 한다.

일반적으로, 롤러의 일부를 직경이 작은 볼로 치환하면, 하중을 부하할 수 있는 롤러의 수가 줄어들기 때문에 남은 롤러가 부담하는 하중이 증가하여 수명이 저하한다. 따라서, 수명 연장책으로서 이러한 베어링 구성은 통상 생각될 수 없다.

그러나, 여러 가지 실험한 결과, 자기 윤활성 재료로 만든 스페이서와 그보다 경도가 높은 볼과의 조합에 의하면, 수명 저하를 보충하고 남을 정도의 수명 연 장 효과가 얻어지는 것을 알았다. 그것은 볼이 스페이서에 대해서 점접촉으로 슬라이딩하므로 스페이서와 롤러의 조합에 의한 선접촉시에는 거의 발생하지 않았던 윤활제 성분의 전이가 큰 폭으로 증가하였기 때문으로 생각된다.

본 발명의 형태에서는 서로 마주하는 롤러끼리가 직교하여 배치되는, 이른바 크로스 롤러 베어링을 채택하고 있지만, 본 발명의 작용은 고체 윤활 롤러 베어링(bearing)에 있어서의 스페이서로부터의 윤활제의 전이를 개선시킨 것이므로, 크로스 롤러 베어링 이외의 래디얼(radial) 롤러 베어링, 트러스트(thrust) 롤러 베어링, 원추형 롤러 베어링 등이라도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 회전형 이외에 직동형(直動型)의 베어링에서도 동일한 효과가 얻어진다.

<실시예 1>

이하, 본 발명의 실시의 형태에 수반하는 실시예를 설명한다.

본 실시예에서는, 롤러(6, 6A)는 직경 4.00mm, 길이 3.85mm의 것을 이용하고, 볼(8)은 직경 3.97mm의 SUS440C의 베어링용 볼을 이용하고, 스페이서(5)는 PEEK를 주성분으로 하는 자기 윤활성 수지를 이용하였다. 스페이서(5) 사이에 제3부재로서의 볼(8)을 개재함으로써 수명 연장의 효과를 확인하기 위해, 우선 롤러(6, 6A)를 24개 개재하는 것을 시작으로, 그 내의 n개를 제3부재의 볼(8)로 치환하였 때의 수명 연장의 효과를 n=1 개씩 증가하여 조사하였다. 베어링 수명의 평가에는, 베어링 2개에 215N의 축하중(axial load)을 부하하고, 320r/min로 회전시키는 수명 시험기를 이용하고, 내경 30mm, 외경 55mm, 폭 10mm의 베어링을 평가했다. 시험중에는 모터의 토크(torque) 출력을 모니터(monitor) 하고, 정상시의 토크의 2 배를 넘어간 시점을 베어링 수명으로 하였다. 도 2에 본 발명의 효과로서 볼(8)의 개수를 바꾸었을 때의 고체 윤활 롤러 베어링의 수명을 종래 기술(볼 0개일 때)의 수명을 1로 한 수명비로 나타낸다. 볼(8)을 1개 이상으로 하면 수명비가 3배 이상으로 증가하고 있다. 이 이유는 롤러(6, 6A)와 스페이서(5) 사이에서는 면압이 낮게 생기지 않았던 윤활제의 전이가 볼(8)을 더함으로써 볼(ball)(8)과 스페이서(5) 사이에 발생하도록 되었기 때문이다.

<실시예 2>

볼(8)을 3개 이상 12개 이하로 했을 때의 수명은 종래 기술에 비해 4배 이상이 되고 있다. 그리고 볼(8)을 13개 이상으로 하면 수명이 저하하기 시작한다. 이 이유는 볼(8)이 증가한 만큼 롤러(6, 6A)가 줄어들기, 즉 부하 용량이 줄어들기 때문이다. 윤활제의 전이량의 증가와 부하 용량의 감소의 밸런스로 볼(8)이 3개 이상 12개 이하일 때에 수명비가 4배 이상으로 장수명으로 된다.

또, 종래 기술에 있어서의 롤러(6, 6A)의 개수는 24개이므로, 종래 기술의 롤러 개수와의 비(볼 개수/종래 예의 롤러 개수)는, 볼(ball) 3개일 때에 3/24=12.5%, 볼(ball) 12개일 때에 12/24=50%로 된다. 즉, 볼 개수/종래 기술의 롤러 개수가 13% 이상 50% 이하일 때에 종래에 비해 4배 이상의 장수명으로 된다고 말할 수 있다.

<실시예 3>

다음에 볼의 표면에도 이황화몰리브덴을 1μm 피복하여 동일한 시험을 하였다. 볼의 수는 8개로 하였다. 도 2에 △플롯(plot)으로 나타내듯이 수명비가 10배 이상으로 되었다. 이는 볼 표면의 이황화몰리브덴이 양질인 윤활제로서 내·외륜에 전이하기 때문이다.

이와 같이 복수의 롤러 중의 일부를 볼로 치환하고 있으므로, 볼과 스페이서 사이의 점접촉부로부터 스페이서의 윤활 성분이 볼에 전이하고, 그리고 내·외륜에 전이하여 수명이 길어진다. 그 결과 장수명인 고체 윤활 롤러 베어링을 제공할 수가 있다.

본 발명은 진공중, 고온, 저온 혹은 방사선 하에서 등 윤활유나 그리스(grease)를 사용할 수 없는 특수환경 하에서 사용되는 고체 윤활 롤러 베어링에 적용하여, 스페이서로부터의 윤활제를 안정적으로 전이시킬 수가 있고, 한편 롤러 표면의 고체 윤활막의 마모를 저감시킬 수가 있는 고체 윤활 롤러 베어링을 제공하는 분야에 이용할 수가 있다.

Claims (3)

1. 2개의 전주면을 가지는 궤도부재와, 하중을 부하하기 위해서 상기 전주면 사이에 재치한 고체 윤활막을 피복한 제1부재로서의 복수의 롤러와, 상기 롤러 사이에 개재시켜 간격을 보유하는 자기 윤활성 재료로 만들어진 롤러와 접하는 면이 오목형상의 제2부재로서의 스페이서로 이루어지는 고체 윤활 롤러 베어링에 있어서,

   적어도 1곳의 상기 스페이서 사이에, 상기 롤러보다 직경이 작은 제3부재로서의, 상기 스페이서보다 경도가 높은 금속제의 볼을 개재시킨 것을 특징으로 하는 고체 윤활 롤러 베어링.
2. 제1항에 있어서,

   상기 볼의 개수와, 상기 볼을 0개로 했을 때의 롤러 개수의 비가 13% 이상 50% 이하인 것을 특징으로 하는 고체 윤활 롤러 베어링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 볼의 표면에 이황화몰리브덴을 피복한 것을 특징으로 하는 고체 윤활 롤러 베어링.

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