KR20080099877A

KR20080099877A - 앵귤러 볼 베어링 및 구름 베어링

Info

Publication number: KR20080099877A
Application number: KR1020087025521A
Authority: KR
Inventors: 우메미츠 고바야시; 게이이치 우에다
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2008-11-13
Also published as: US7287910B2; CN100339605C; KR20040034687A; WO2003021119A1; CN1549903A; EP1433967A4; EP1433967B1; US20040208408A1; US20060088235A1; EP2187074A1; EP2187074B1; EP1433967A1

Abstract

밀봉형으로 하면서, 실 부착상의 영향으로 궤도륜의 강도저하나 정면 폭의 저하를 초래하지 않고, 비밀봉형 베어링과 동등한 치수의 설계·실용화를 도모할 수 있고, 내 프레팅성을 갖는 구름 베어링으로서, 내륜(1)과 외륜(2) 사이에 전동체(3)가 개재되고, 실(9, 10)을 갖는다. 외륜(2)의 카운터 보어(8)에 배치되는 실(9)은, 카운터 보어(8)를 구성하는 원주면(11)의 둘레면 부분에 압입 상태로 장착한다. 이 압입에 의해, 끼워넣기 홈을 사용하지 않고, 실(9)을 설치한다. 다른 쪽의 실(10)은, 끼워넣기 홈(12)에 장착된다. 외륜, 내륜, 전동체 및 유지기로 이루어지는 베어링의 내륜 및 외륜, 또는 전동체중 어느 하나에 침탄질화 처리를 시행하는 동시에, 우레아 화합물을 증점제로서 사용한 그리스를 상기 베어링내에 봉입한다.

실, 프레팅, 피치원 직경, 침탄질화 처리, 카운터 보어, 하중부하, 정면 폭, 그리스, 증점제

Description

앵귤러 볼 베어링 및 구름 베어링{ANGULAR BALL BEARING AND ROLLER BEARING}

본 발명은, 공작기계용 주축 지지부, 볼 나사 지지부 등, 일반 산업기계에 사용되는 실 부착 앵귤러 볼 베어링 및 구름 베어링에 관한 것이다.

앵귤러 볼 베어링은, 일반적으로 도 8에 도시하는 바와 같이, 내륜(51)의 부하측(정면측)의 외경(D3)을 크게, 외륜(52)의 부하측(배면측)의 내경(D4)을 작게 하여 높은 축방향 하중을 부하할 수 있게 되어 있다. 내륜(51)의 부하 반대측의 내경(D2) 및 외륜(52)의 부하 반대측의 내경(D5)은, 조립성을 위해, 궤도 홈의 어깨의 한쪽을 깎아낸 「카운터 보어」라고 일컬어지는 테이퍼 형상의 부분이 설치되어 있다. 그 결과, 내륜 외경(D2, D3), 및 외륜 내경(D4, D5)은, 좌우에서 현저하게 다르다.

이와 같은 앵귤러 볼 베어링에서도, 용도나 사용 형태 등에 따라, 깊은 홈 볼 베어링 등과 동일하게 밀봉형으로 하는 것이 요망되는 경우가 있다. 밀봉 수단은, 베어링 내부에 유지되어 있는 윤활제가 외부로 누출되는 것을 방지하는 것, 및 외부로부터 분진, 수분 등이 베어링내에 침입하는 것을 방지할 목적으로 설치된다. 앵귤러 볼 베어링에서 밀봉형으로 하는 경우, 일반의 실 부착 볼 베어링과 동일하게, 도 9에 도시하는 바와 같이, 실(55, 56)은 끼워넣기 홈(57, 58)을 형성하고 외륜(52)에 고정된다. 실(55, 56)은, 선단의 립부가 내륜(51)에 접촉하는 접촉형 실과, 접촉하지 않는 비접촉형 실 2종류가 있다.

또 공작기계중에는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 모터(71)로 볼 나사(72)를 회전시키고, 이 볼 나사(72)의 회전에 맞추어 왕복운동하는 테이블(73)을 설치한 것이 있다. 이 공작기계는, 테이블(73)상에 가공물(74)을 올려놓고, 테이블(73)을 왕복운동 시키면서 날(75)로 가공물(74)의 가공을 행하는 것이다.

이 경우, 볼 나사(72)는 일반적으로 베어링(76)으로 지지되어 있다. 이 베어링(6)에는, 일반적으로 앵귤러 볼 베어링이 사용되고, 또, 윤활은 그리스나 오일로 행해지고 있다.

그러나, 상기 공작기계용 볼 나사의 지지용 베어링에는, 가공중에 발생하는 가공 하중의 진동 성분의 증가 등에 의해 진동 부하가 생기는 경우가 많다. 이 진동 부하가 커지면, 상기의 지지용 베어링의 구르기면에 프레팅 마모 손상이 생기는 경우가 있다. 이 프레팅 마모 손상은, 베어링 구르기면의 미소 미끄러짐, 미소 구르기, 미소 진동 등에 의해 생기는 것으로, 회전 정밀도(상태)의 불량 등의 베어링 성능 열화에 크게 영향을 준다.

이에 반해, 일본 특공 7-92104호 공보에, 침탄질화 처리를 행하는 방법이 개시되어 있다. 이것은, 구르기면에 침탄질화 처리를 행함으로써, 구르기면의 경도를 증가하여, 마모 저항을 향상시키는 것이다.

도 8에 도시한 종래의 앵귤러 볼 베어링에서, 외륜(52)의 카운터 보어를 설치한 부분(52a)은 직경 방향의 두께가 얇기 때문에, 실(55)의 고정용의 끼워넣기 홈(57)을 설치하면, 이 끼워넣기 홈(57)을 설치한 부분에서 외륜(52)의 두께가 지나치게 얇아져, 외륜(52)의 강도가 저하해 버린다. 또, 끼워넣기 홈(57)을 형성할 경우, 끼워넣기 홈(57)으로부터 외륜 폭면까지의 내주면 부분(60)이, 실(55)의 도입용으로서 직경 확장부분으로 되기 때문에, 외륜(52)의 실질의 정면 폭(W)이 좁아진다. 외륜(52)의 폭면(61)은, 베어링의 축방향의 위치 결정의 역활을 수행하는 부분이고, 또 예압 하중을 받는 부분이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 이 베어링(70)을 복수열로 병설하는 경우는, 외륜(52)의 폭면(61)은, 큰 하중이 부하된다. 이와 같이 병설하는 것은, 예를 들면 볼 나사의 지지부의 베어링 등에서 일반적으로 채용된다. 이들 때문에, 외륜(58)의 정면 폭(W)이 지나치게 작은 것은, 강도저하에 의한 외륜(52)의 변형과 베어링의 위치 결정 불량, 예압 부족 등의 불량을 일으킨다. 정면 폭(W)은, 베어링의 각 부의 치수가 영향을 주지만, 어떻든간에, 카운터 보어(59)의 부분에 끼워넣기 홈(57)을 설치하면, 정면 폭(W)의 확보가 어렵다.

예를 들면, 앵귤러 볼 베어링에 있어서, 일반적으로, (볼 직경)/(외륜 외경-볼 피치원 직경)=R은, 0.4∼0.7의 범위에 설계된다. 상기의 비율(R)이 0.4 미만에서는 베어링 사이즈에 비해 하중 부하 능력이 낮아, 비경제으로 되고, 역으로 R이 0.7 이상에서는 베어링 공간내에서 볼(53)이 차지하는 비율이 커져, 내외륜(51, 52)의 충분한 두께 확보가 곤란하기 때문이다. 상기의 비율(R)이, 일반적인 하한 값 0.4에 근접해도, 0.44 이상이 되는 베어링은, 도 9의 제안된 예와 같이 끼워넣기 홈(57)을 설치하면, 외륜(58)의 정면 폭(W)을 충분히 확보하기 어렵다.

이 대책으로서는, 볼 피치원 직경(PCD) 및 볼 직경(d)을 작게 하고, 정면측 외륜 내경(D5)(도 8)을 작게 하여, 외륜 정면측의 두께를 두껍게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 그렇게 하면, 실(55)을 장착하지 않은 비밀봉형 베어링에 비해, 축의 지지부의 강성이나 베어링의 하중부하 용량, 구름 피로 수명이 저하해버린다. 특히, 공작기계에서의 볼 나사의 나사 축의 지지에 사용하는 앵귤러 볼 베어링에서는, 이와 같은 하중부하 용량, 구름 피로 수명의 저하가 문제로 된다. 즉, 공작기계 이송계의 강성 저하는, 가공 정밀도의 저하로 이어지기 때문에, 큰 결점이 된다. 하중부하 용량, 구름 피로 수명에 대해서도, 강성과 동일하게 그 저하가 큰 결점이 된다.

한편, 내부설계의 영향으로, 비밀봉형 베어링과 동일한 주요치수에서 실(55) 및 그 부착 부위의 공간 확보가 곤란한 경우가 있다. 그 경우, 베어링의 폭(B)을 연장하는 것을 생각할 수 있지만, 주요치수가 변경되므로 비밀봉형 베어링과의 호환성이 상실되어, 비경제적이다.

본 발명의 제 1 목적은, 밀봉형으로 하면서, 실 부착상의 영향으로 궤도륜의 강도 저하나 정면 폭의 저하를 초래하지 않고, 비밀봉형 베어링과 동등한 치수의 설계, 실용화를 도모할 수 있는 앵귤러 볼 베어링을 제공하는 것이다.

또, 근년에, 성형용 금형 등의 가공 기계 등의 공작기계에서는, 보다 복잡한 형상의 가공이 요구되게 되었다. 이 복잡형상의 가공은, 미소 이송을 수반하므로, 형상이 복잡하게 될 수록, 미소 이송의 빈도가 증가한다. 이 때문에, 공작기계에 사용되고 있는 볼 나사 지지부의 구름 베어링의 구르기면에서, 요동 운동이 빈번하게 행해져, 미소 구름이 빈번하게 생긴다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 침탄질화 처리를 시행하는 것만으로는 불충분하게 되어, 프레팅 마모 손상이 생기는 경우가 많아졌다.

그래서, 본 발명은, 미소 이송의 빈도가 증가한 복잡형상의 가공을 행하기 위한 공작기계의 볼 나사 지지부에 사용해도, 내프레팅성을 갖는 구름 베어링을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

본 발명의 앵귤러 볼 베어링은, 내륜과 외륜 사이에 전동체(轉動體)가 개재하고, 적어도 한쪽 측에 실을 갖고, 적어도 한쪽 측의 실은, 내륜 또는 외륜의 궤도홈의 어깨의 한쪽을 깎아낸 부분인 카운터 보어의 둘레면 부분에 압입 상태로 장착된 것이다. 즉, 카운터 보어의 평탄한 둘레면 부분에 실을 압입 상태로 장착한 다.

이 구성에 의하면, 궤도륜의 카운터 보어를 형성한 둘레면 부분에 배치하는 실은, 상기 둘레면 부분에 압입 상태로 장착되는 것으로 하고, 끼워넣기 홈을 설치하지 않고 장착하도록 했기 때문에, 궤도륜의 카운터 보어를 형성한 부분의 국부적인 두께 감소나, 정면 폭의 저감을 초래하지 않고, 실의 부착을 행할 수 있다. 이러한 끼워넣기 홈이 없는 평탄한 둘레면 부분으로의 실의 압입에 의한 부착은, 실에서의 압입 상태로 끼워맞추는 부분의 축방향 폭을 어느 정도 넓히는 등, 예를 들면 실의 실 립부 반대측에 짧은 통형상부를 설치하는 등, 실의 단면형상을 적당히 연구함으로써 가능하게 된다. 이와 같이, 홈 없이 실을 장착하도록 했기 때문에, 비밀봉형 베어링과 등가의 주요 치수, 볼 피치원 직경, 볼 직경 등을 갖는 밀봉형의 앵귤러 볼 베어링의 설계·실용화가 가능하게 된다. 그 결과, 윤활제의 외부로의 누출, 외부로부터의 분진이나 수분 등의 베어링내부로의 침입 방지에 대한 신뢰성이 높은 앵귤러 볼 베어링의 실용이 가능하게 된다. 또, 비밀봉형 베어링과 등가의 각 부의 치수를 갖는 베어링으로 만들어져서, 지지부 강성, 하중부하 용량, 구름 피로 수명도 등가인 설계가 가능하게 되어, 비밀봉형 베어링과의 호환성을 얻을 수 있는 것으로 하는 것도 가능하다.

상기 내륜 또는 외륜의 카운터 보어의 둘레면 부분에, 원통면 형상의 실 부착면을 형성하고, 이 실 부착면에 상기 실을 압입 상태로 장착해도 좋다.

이와 같이 실 부착면을 원통면 형상으로 한 경우, 압입의 조임 부분 관리가 용이하여, 안정한 압입을 행할 수 있다. 상기 둘레면 부분이 테이퍼 형상면인 경 우에, 원통면 형상의 실 부착면을 형성해도, 끼워넣기 홈과 달리, 궤도륜의 두께나 정면 폭에의 영향이 작아, 실질상, 실 부착면을 원통면 형상으로 형성하지 않은 경우와 등가의 두께, 정면 폭을 갖는 궤도륜으로 할 수 있다.

본 발명에서, 외륜의 정면측의 카운터 보어의 둘레면 부분에 압입 상태에 장착된 정면측의 실과, 외륜의 배면측의 내주면에 끼워넣기 홈에 의해 장착된 배면측의 실을 갖는 것으로 해도 좋다. 끼워넣기 홈에 실을 장착하는 경우, 장착 부분의 축방향 폭은 좁아도 되기 때문에, 배면측과 같이, 외륜의 궤도홈으로부터 폭면까지의 축방향 폭이 좁지만, 직경 방향의 두께는 두꺼운 개소에서는, 부착 폭의 부족을 생기게 하지 않고, 또 끼워넣기 홈의 형성에 의한 강도 저하의 문제를 생기게 하지 않고 부착할 수 있다. 이와 같이, 외륜의 얇은 개소에서는 평탄한 둘레면 부분에 압입하고, 축방향으로 좁고 직경 방향으로 두꺼운 부분에서는 끼워넣기 홈에 부착함으로써, 궤도륜에의 영향 없이 각 부의 실의 장착을, 용이하게 또한 견고하게 행할 수 있다.

본 발명에서, 각 부의 치수관계는, 다음 관계로 해도 좋다. 즉, (베어링 폭)/(내륜 내경)=0.2∼1.0이며, 또한 (베어링 폭)/(볼 직경)=1.5∼2.2로 한다.

앵귤러 볼 베어링의 주요 치수, 예를 들면 내륜 외경, 외륜 외경, 베어링 폭 또는 높이, 및 모떼기 치수 등은, 국제 표준화 기구(ISO)에서 표준화(일본국내에서는 JIS B 1512에서 규정)되어 있는 것과, 그렇지 않은 것이 있는데, 어느 것이나 (베어링 폭)/(내륜 내경)=S는, 0.2∼1.0으로 되어 있다. S가 0.2 미만에서는 베어링 사이즈에 대해 충분한 볼 사이즈를 채용할 수 없어, 충분한 하중부하 능력을 얻 을 수 없다. 반대로, S가 1.0을 넘으면 베어링의 점유 공간이 커지기 때문에, 장치 전체가 커져, 비경제적으로 된다. 또, (베어링 폭)/(볼 직경)=T는, 상기의 표준화 등에서 T=1.5∼2.2로 되어 있다. T가 1.5 미만에서는 베어링 공간내에서 볼이 차지하는 비율이 커져, 궤도륜의 충분한 두께 확보가 곤란하게 된다. 반대로 T가 2.2를 넘으면, 베어링 사이즈에 비해 하중부하 능력이 낮아, 비경제적으로 된다. 이와 같이 바람직하다고 되어 있는 비율 S, T의 범위의 베어링에서, 본 발명에서의 카운터 보어가 되는 평탄한 둘레면 부분에 실을 압입에 의해 부착하는 구조를 채용할 수 있고, 이 설치 구조에 의한 상기의 각 작용, 효과가 발휘된다.

(볼 직경)/(외륜외경-볼 피치원 직경)은, 0.44 이상이라도 좋다.

공작기계의 이송계 볼 나사 등에 사용되는 앵귤러 볼 베어링은, (볼 직경)/(외륜외경-볼 피치원 직경)=R의 값이, 발명이 해결하고자 하는 과제의 란에 상술된 바와 같이, 일반적으로 0.4∼0.7의 범위로 설계된다. 상기의 볼의 점유 비율(R)이, 일반적인 하한값 0.4에 가까워도, 0.44 이상이 되는 베어링에서는, 종래예와 같이 끼워넣기 홈을 설치하면, 외륜의 정면 폭을 충분히 확보하는 것이 어렵다.

이와 같이, 종래의 베어링에서는, 실의 설치를 가능하게 하기 위해서는, 볼의 점유 비율(R)을 극히 저하시켜, 하중부하 능력을 제한하지 않으면 안되었지만, 본 발명에서는 평탄한 둘레면 부분에 실을 압입하는 구성을 채용하기 때문에, 실 부착으로 하면서, 볼의 점유 비율(R)을 0.44 이상으로 크게 할 수 있어, 하중부하 능력을 크게 하는 설계가 가능하게 된다.

본 발명의 앵귤러 볼 베어링은, 볼 나사의 나사 축의 지지에 사용되는 베어링이라도 좋다.

볼 나사의 나사 축의 지지에 사용되는 앵귤러 볼 베어링은, 높은 축방향 하중이 부하되기 때문에, 접촉각이 예를 들면 30° 이상으로, 큰 접촉각을 갖는 베어링, 즉 축방향 하중부하 능력이 높은 베어링이 요구된다. 접촉각이 커지면, 이것에 따라 카운터 보어가 깊어져, 궤도륜의 정면 폭이 작아진다. 이러한 접촉각이 큰 베어링에서도, 본 발명에서의 둘레면 부분에의 압입에 의한 실 부착 구조를 채용하면, 강도 저하, 정면 폭의 저하가 없기 때문에, 이 부착이 가능하게 된다.

또, 본 발명은, 외륜, 내륜, 전동체 및 유지기로 이루어지는 베어링이며, 내륜 및 외륜, 또는 전동체중 어느 하나에 침탄질화 처리를 시행하는 동시에, 우레아 화합물을 증점제로서 사용한 그리스를 상기 베어링내에 봉입한 구름 베어링을 사용함으로써 상기의 제 2 과제를 해결한 것이다.

내륜 및 외륜, 또는 전동체중 어느 하나에 침탄질화 처리를 시행하는 동시에, 우레아 화합물을 증점제로서 사용한 그리스를 베어링내에 봉입한다. 그 결과, 우레아 화합물의 얇은 산화 피막이 형성되고, 또한 그 피막상에는 충분한 두께의 유막이 형성된다. 이 우레아 화합물의 얇은 산화 피막은, 침탄질화층과의 밀착성이 높으므로, 미소 구름이 빈번하게 생겨도, 그리스가 구르기면상에 유지되어, 궤도면에서의 프레팅 손상을 억제하여 내구성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 가령, 전동체와 구르기면 사이의 그리스에 의한 유막이 파탄되어, 전동체와 구르기면이 직접 접촉한 경우라도, 전동체 혹은 구르기면에 시행한 침탄질화 층의 작용에 의해, 잠시동안은, 프레팅 손상의 발생 및 진행이 억제된다. 또, 상기의 그리스에 의한 유막은, 침탄질화층과 밀착성이 높기 때문에, 파탄이 생겨도, 재빨리 수복된다. 이 때문에, 유막이 파탄되어 전동체와 구르기면이 직접 접촉해도, 프레팅 손상이 발생하기 전에 유막을 수복할 수 있다. 이 때문에, 프레팅 손상에 대한 내성이 현저하게 향상된다.

본 발명의 앵귤러 볼 베어링은, 내륜과 외륜 사이에 전동체가 개재하고, 적어도 한쪽에 실을 갖고, 적어도 한쪽의 실은, 카운터 보어의 둘레면 부분에 압입 상태로 장착된 것이기 때문에, 밀봉형으로 하면서, 실 부착상의 영향으로 궤도륜의 강도 저하나 정면 폭의 저하를 초래하지 않고, 비밀봉형 베어링과 동등한 치수의 설계, 실용화를 도모할 수 있다.

또, 본 발명에 관계되는 베어링은, 내륜 및 외륜, 또는 전동체중 어느 하나에 침탄질화 처리를 시행하는 동시에, 우레아 화합물을 증점제로서 사용한 그리스를 베어링내에 봉입하므로, 우레아 화합물의 얇은 산화 피막이 형성되고, 또한 그 피막상에는 충분한 두께의 유막이 형성된다. 이 우레아 화합물의 얇은 산화 피막은, 침탄질화층과의 밀착성이 높으므로, 미소 구름이 빈번하게 생겨도, 그리스가 구르기면상에 유지되어, 궤도면에서의 프레팅 손상을 억제해서 내구성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

더욱이, 가령, 전동체와 구르기면 사이의 그리스에 의한 유막이 파탄되어, 전동체와 구르기면이 직접 접촉한 경우라도, 전동체 혹은 구르기면에 시행한 침탄 질화층의 작용에 의해, 잠시 동안은, 프레팅 손상의 발생 및 진행이 억제된다. 또, 상기의 그리스에 의한 유막은, 침탄질화층과 밀착성이 높기 때문에, 파탄이 생겨도, 재빠르게 수복된다. 이 때문에, 유막이 파탄되어 전동체와 구르기면이 직접 접촉해도, 프레팅 손상이 발생하기 전에 유막을 수복할 수 있다. 이 때문에, 프레팅 손상에 대한 내성이 현저하게 향상된다.

또, 이 볼 나사 지지용 베어링은, 실을 가지므로, 베어링 내부가 밀폐된다. 이 때문에, 종래의 개방형에서 보여진 그리스의 비산이 억제된다.

더욱이, 분위기로부터 그리스내로의 쿨런트 등의 이물의 침입을 방지할 수 있다.

더욱 또, 2종류의 실은, 다른 형태이므로, 베어링 조립시의 방향 확인이 용이하게 되어, 잘못 짝지어지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태를 도면과 함께 설명한다. 이 앵귤러 볼 베어링은, 궤도륜인 내륜(1)과 외륜(2)의 궤도홈(5, 6) 사이에 복수의 전동체(3)가 개재하고, 이들 전동체(3)는 유지기(4)의 포켓(4a)에 유지되어 있다. 깊은 홈 볼 베어링에 비해, 내륜(1)은, 부하측(정면측(F))의 외경을 크게 하고, 외륜(2)은 부하측(배면측(B))의 내경을 작게 하고 있고, 궤도홈(5, 6)에 접촉각(θ)이 생겨 있다. 베어링 조립의 편의상, 내륜(1)의 비부하측에는 궤도홈(5)의 어깨의 한쪽을 깍아낸 부분인 카운터 보어(7)가 형성되고, 외륜(2)의 비부하측에도 궤도홈(6)의 한쪽의 어깨를 깍아낸 부분인 카운터 보어(8)가 형성되어 있다.

내외륜(1, 2) 사이의 베어링 공간에는 양측에, 실(9, 10)이 배치되어 있다. 정면측(F)의 실(9)은, 외륜(2)의 카운터 보어(8)를 형성하는 내주면(11)의 일부에 압입 상태로 장착되고, 배면측(B)의 실(10)은, 외륜(2)의 내경면에 형성된 끼워넣기 홈(12)에 장착되어 있다. 이들 실(9, 10)은, 접촉 실이라도 비접촉 실이라도 좋지만, 이 실시형태에서는 접촉 실로 하고 있다.

외륜(2)의 카운터 보어(8)를 형성하는 내주면(11)은, 원추형상면으로 되고, 그 베어링 외측의 단부 부근이, 원통면 형상의 실 부착면(11a)으로 되어 있다. 정면측의 실(9)은, 기단, 즉 실 립부 반대측에 짧은 통형상의 끼워맞춤부(9a)를 갖고, 이 끼워맞춤부(9a)에서 상기 실 부착면(11a)에 압입 상태로 끼워맞추어져 있다. 정면측의 실(9)은, 조임 부분을 갖는 조건으로 압입 끼워맞춤 시키므로, 압입후에 실(9)이 탈락하는 일은 없다. 또, 이 실(9)과 외륜(2)과의 긴박(緊迫)력은, 상기 조임 부분을 조정함으로써 자유롭게 선택할 수 있다. 짧은 통형상의 끼워맞춤부(9a)는, 원통형상으로 되고, 외경면은 축방향에 평행한 면으로 되어 있다. 실(9)은, 심금(芯金)(14)에 고무 등의 탄성체(15)을 고착시킨 것이며, 탄성체(15)로 구성되는 실 립부(9b)는, 내륜(1)의 외주면에 접촉한다. 심금(14)은 1변이 상기 끼워맞춤부(9a)를 구성하는 L자 형상의 단면형상으로 되어 있다. 탄성체(15)는 일부가 심금(14)의 기단의 짧은 통형상 부분의 외주에 덮이고, 이 탄성체(15)로 외륜(2)의 실 부착면(11a)에 끼워맞추어져 있지만, 심금(14)을 직접 실 부착면(11a)에 끼워맞추어지게 해도 좋다. 또, 정면측의 실(9)의 끼워맞춤부(9a)는, 외경면을 원통면으로 하지 않고 테이퍼 형상의 것으로 해도 좋고, 테이퍼 형상이라도 실(9) 을 고정할 수 있다. 테이퍼 형상으로 하는 경우, 외륜(2)의 실 부착면(11a)에는 테이퍼면으로 되고, 예를 들면 내주면(11)의 다른 부분으로부터 연속된 면으로 된다.

실 부착면(11a)은, 선삭마무리, 연마마무리중 어느 것이라도 좋고, 실 부착면(11a)의 압입 반대측의 가장자리에는, 선삭 바이트 또는 연마 지석이 가공시 빠져나가기 위한 리세스(13)가 설치되어 있다. 리세스(13)도 홈의 일종이기는 하지만, 정면측 실(9)을 고정하기 위한 것은 아니므로, 홈깊이가 얕고, 외륜(2)의 두께 부족을 발생시키는 것은 아니다. 실 립부(9b)의 형상은 임의로 결정할 수 있고, 접촉형, 비접촉형 어느 형식도 채용할 수 있다.

배면측의 실(10)은, 심금에 탄성체를 일체로 고착한 것으로 되고, 탄성체의 부분에서 외륜(2)의 끼워넣기 홈(12)에 끼워맞춤상태로 부착되어 있다. 끼워넣기 홈(12)으로부터 외륜 폭면까지의 내주면 부분(16)은, 배면측 실(10)의 도입용으로서 직경 확장부분으로 되어 있다. 배면측 실(10)의 실 립부(10b)의 형상도, 접촉형, 비접촉형중 어느 형식으로 해도 좋다.

각 실(9, 10)의 실 립부(9b, 10b)와 대향하는 내륜(1)이나 외륜(2)의 둘레면 부분은, 이 실시형태에서는 평탄면로 되어 있지만, 오일 홈을 형성하고, 그 오일 홈내에 각 실(9, 10)의 실 립부(9b, 10b)가 접촉하여, 또는 헐겁게 끼워지도록 해도 좋다. 베어링의 윤활형식은, 그리스 윤활이라도, 오일 윤활이라도 좋다.

이 구성에 의하면, 정면측 및 배면측에 실(9, 10)을 설치했기 때문에, 밀봉형으로 할 수 있고, 윤활제의 외부에의 누출, 외부로부터의 분진이나 수분 등의 베 어링 내부에의 침입 방지에 대한 신뢰성이 높은 앵귤러 볼 베어링으로 할 수 있다. 외륜(2)의 카운터 보어(8)를 형성한 둘레면 부분(11)에 배치하는 정면측 실(9)은, 상기 둘레면 부분(11)에 압입 상태로 장착되는 것으로 했기 때문에, 끼워넣기 홈을 설치하지 않고 장착할 수 있다. 정면측 실(9)의 형상은, 고정 부위의 형상이 평탄한 실 부착면(11a)에 부착되는 형상이면 좋고, 실 립부(9b)의 형상은 임의로 결정할 수 있어, 접촉형, 비접촉형중 어느 형식도 채용할 수 있다. 정면측 실(9)의 실 립부(9b)의 형상은, 종래의 홈 고정식 실의 경우와 다르지 않으므로, 윤활제의 누설 방지 기능, 외부로부터의 분진·수분 등이 베어링 내부에 침입하는 것을 막는 기능이 저하되지 않는다. 배면측의 실(10)은 끼워넣기 홈(12)에 장착하지만, 외륜(2)의 배면측은 직경 방향의 두께가 두껍기 때문에, 끼워넣기 홈(12)에 의한 강도 저하의 문제가 없다. 배면측은, 외륜(2)의 궤도홈(6)으로부터 폭면까지의 축방향 폭이 좁기 때문에, 끼워넣기 홈(12)을 사용함으로써, 좁은 스페이스에 설치하는 것이 용이하게 된다.

이와 같이, 정면측 실(9)은, 끼워넣기 홈을 설치하지 않고, 외륜(2)의 카운터 보어(8)를 형성한 부분에 고정할 수 있으므로, 외륜(2)의 카운터 보어(8)의 형성 부분이 국부적으로 얇게 되는 것을 막을 수 있어, 또 정면 폭(W)을 확보할 수 있다. 또, 정면측 및 배면측의 실(9, 10)도, 비밀봉형 베어링의 경우에서의 베어링 내부공간을 사용하여 고정할 수 있다. 따라서, 밀봉형으로 하는 것에 의한 폭변경은 없다.

이상으로부터, 이 실시형태의 앵귤러 볼 베어링은, 비밀봉형 베어링과 동일 한 주요 치수, 볼 피치원 직경(PCD), 볼 직경(d)을 갖는 밀봉형의 베어링의 설계가 가능하게 되어, 윤활제의 외부에의 누출, 외부로부터의 분진이나 수분 등의 베어링 내부에의 침입 방지에 대한 신뢰성이 향상되는 동시에, 비밀봉형 베어링과 동등한 값의 지지부 강성, 하중부하 용량, 구름 피로 수명을 얻을 수 있다. 그 때문에, 이 실시형태의 앵귤러 볼 베어링은, 비밀봉형 베어링과 호환성을 갖는 것으로 할 수 있다.

도 2는, 이 실시형태의 베어링을 볼 나사 지지용의 앵귤러 볼 베어링에 적용한 구체예(A)와, 종래의 끼워넣기 홈에서 실을 고정하는 앵귤러 볼 베어링(B)을, 실제 치수에 기초하여, 비교를 위해 동일 치수로 나란하게 도시한 도면이다. 베어링 사이즈는, 모두 내륜 내경(직경)이 75mm, 베어링 폭 20mm, 접촉각 60°이다.

R=((볼 직경)/(외륜 외경-볼 피치원 직경)=0.549

이다.

끼워넣기 홈(57)을 설치한 종래 방식에서 밀봉형의 앵귤러 볼 베어링(도 2(B))을 설계하면, 발명이 해결하고자 하는 과제의 난에서 상전술한 바와 같이, 외륜 정면측 폭면의 정면 폭(W), 및 외륜(52)의 카운터 보어의 부분의 두께가 끼워넣기 홈(51)의 부분에서 과소가 되고, 외륜(52)의 변형과 베어링 위치 결정 불량, 예압 부족 등의 불량을 야기한다.

한편, 본 발명의 실시형태의 것(도 2(A))에서는, 양측의 실(9, 10)은 모두 외륜(2)에 고정되어 있고, 배면측 실(10)은 종래와 동일한 끼워넣기 홈(12)에 의한 고정을, 정면측 실(9)은 압입에 의한 고정을 행하여, 밀봉형 베어링을 형성하고 있 다.

이 경우, 끼워넣기 홈(57)을 사용한 종래의 실 고정 방식(도 2(B))에서 볼 수 있는 것과 같은 정면측 외륜 폭면의 정면 폭(W), 및 카운터 보어부(8)에서의 외륜 두께의 지나친 감소는 볼 수 없고, 실제로 사용가능한 설계가 된다.

이 실시형태(도 1, 도 2(A))에서, 정면측 실(9)의 축방향의 위치 결정은 정면측 외륜 폭면(17)과 실(9)의 폭면과의 남은 차이로 관리하고 있지만, 리세스(13)와 카운터 보어부(11)의 경계부까지 실(9)을 밀어 넣음으로써 위치 결정을 행할 수도 있다.

볼 나사 지지용의 앵귤러 볼 베어링은, 도 3(A), (B)에 각각 도시하는 바와 같이, 2열이나 3열로 사용하거나, 또 도 4(A), (B)에 도시하는 바와 같이 4열로 사용하는 등, 복수열의 조합으로 지지부를 구성하는 경우가 많다. 도 3(A)의 예는, 2열의 앵귤러 볼 베어링(20)을 정면맞춤으로 나란히 세운 예이며, 1열에서 축방향 하중을 받는다. 도 3(B)의 예는, 3예중 2열(도면의 우측 2열)을 정면맞춤으로 하고, 나머지 1열을 이웃 열과 동일한 방향으로 나란히 세우고 있고, 2열에서 축방향 하중을 받는다. 도 4(A)의 예는, 4열중, 중앙 2열을 정면맞춤으로 하고, 그 양측의 열을 이웃 열과 동일한 방향으로 하고 있고(소위 DFTT 조합), 3열에서 축방향 하중을 받는다. 도 4(B)의 예는, 4열중, 한쪽(도면의 우측) 끝의 2열을 정면맞춤으로 하고, 나머지 2열을 이웃 열과 동일한 방향으로 하고 있고(DTFT 조합), 3열에서 축방향 하중을 받는다.

이와 같이 복수열로 앵귤러 볼 베어링(20)을 배열한 경우, 외륜(2)의 정면측 폭면(W)에는 큰 하중이 부하된다(내륜(1)의 배면측 폭면도 동일함). 그러나, 이 실시형태의 앵귤러 볼 베어링(20)이면, 외륜(2)의 정면 폭(W)이 충분히 확보되어 있으므로, 상기 복수열을 조합시키는 용도로도 사용할 수 있게 된다. 덧붙여, 비밀봉형 베어링과 등가의 주요치수, 지지부 강성, 하중부하 용량, 구름 피로 수명을 가지므로, 비밀봉형 베어링으로부터 이 실시형태의 밀봉형 베어링으로 치환한 경우에, 기능상의 장해가 없다.

도 5은, 이 앵귤러 볼 베어링을 사용한 공작기계의 이송 기구를 도시한다. 테이블(31)은, 베이스(32)에 가이드(도시 생략)를 통하여 진퇴 자유롭게 설치되어 있고, 구동 모터(33)의 구동에 의해, 볼 나사(34)를 통하여 진퇴 구동된다. 볼 나사(34)는, 너트(35)가 테이블(31)에 부착되고, 나사 축(36)이 양끝의 지지부(37, 38)로 베이스(32)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 나사 축(36)은, 구동 모터(33)의 모터 축(33a)과 커플링(39)을 통하여 연결되어 있다. 상기 각 지지부(37, 38)는, 하우징(37a, 38a)에 설치된 구름 베어링(20, 41)에 의해, 나사 축(36)을 지지하는 것이다. 이중, 구동 모터(33)측의 지지부(37)의 구름 베어링(40)에, 상기 실시형태의 앵귤러 볼 베어링(30)이 사용되고 있다. 또, 이 지지부(37)에는, 도 3(A), (B), 도 4(A), (B) 등에 도시한 바와 같이, 앵귤러 볼 베어링(20)이 복열로 배열된다.

다음에, 도 1에 도시하는 제 1 실시형태에 관계되는 앵귤러 볼 베어링(20)의 각 부의 치수관계를 설명한다. 이 치수관계는, 공작기계의 이송계 볼 나사의 지지용의 베어링에 적용하는 경우 등의 예이다.

이 앵귤러 볼 베어링은,

S=(베어링 폭)/(내륜 내경)=0.2∼1.0

이고, 또한

T=(베어링 폭)/(볼 직경)=1.5∼2.2

으로 되어 있다. 또,

R=(볼 직경)/(외륜 외경-볼 피치원 직경)≥0.44

이고, 또한

R≤0.7 로 되어 있다.

접촉각(θ)은, 30° 이상으로 된다.

구름 베어링의 주요 치수는, 베어링의 윤곽을 나타내는 치수를 말하며, 국제적인 호환성과 경제적인 생산을 위해서, 국제 표준화 기구(IS0)에서 표준화되어 있다. 일본국내에서는 JIS B 1512에서 규정되어 있다. 그 주부분은, 베어링의 내경, 외경, 폭 또는 높이, 및 면떼기 치수이며, 베어링을 축 및 하우징에 부착할 때에 중요한 치수이다. 내부구조에 관한 치수는 원칙으로서 규정되어 있지 않다. 구름 베어링의 치수는, 수많이 규정되어 있지만, 이것은 표준화를 위해 장래에 대비한 것이며, 현재 실용되고 있는 것은, 이들 치수군의 모두 는 아니다.

구름 베어링의 주요 치수는, 상기한 바와 같이 표준화되어 있는 것과, 되어 있지 않은 것이 있는데, 모두, (베어링 폭)/(내륜 내경)=S는, 0.2∼1.0로 되어 있다. S가 0.2 미만에서는 베어링 사이즈에 대해 충분한 볼 사이즈를 채용할 수 없어, 충분한 하중부하 능력을 얻을 수 없다. 반대로, S가 1.0을 넘으면 베어링의 점유 공간이 커지기 때문에, 장치 전체가 커져, 비경제적으로 된다.

또, (베어링 폭)/(볼 직경)=T는, 상기의 표준화 등에서 T=1.5∼2.2로 되어 있다. T가 1.5 미만에서는 베어링 공간내에서 볼이 차지하는 비율이 커져, 궤도륜의 충분한 두께 확보가 곤란하게 된다. 반대로 T가 2.2를 넘으면, 베어링 사이즈에 비해 하중부하 능력이 낮아, 비경제적으로 된다. 이와 같이 바람직하다고 되어 있는 비율(S, T)의 범위의 베어링에서, 이 실시형태에서의 카운터 보어(8)가 되는 평탄한 둘레면 부분에 실(9)을 압입에 의해 부착하는 구조를 채용할 수 있어, 그 경우 상기 각 작용, 효과가 발휘된다.

또, 공작기계의 이송계 볼 나사 등에 사용되는 앵귤러 볼 베어링은, (볼 직경)/(외륜 외경-볼 피치원 직경)=R의 값이, 발명이 해결하고자 하는 과제의 난에서 설명한 바와 같이, 일반적으로 0.4∼0.7의 범위에 설계된다. 상기의 비율(R)이 0.4 이하에서는 베어링 사이즈에 비해 하중부하 능력이 낮아, 비경제적으로 되고, 반대로 R이 0.7 이상에서는 베어링 공간내에서 볼이 차지하는 비율이 커져, 내외륜의 충분한 두께 확보가 곤란하기 때문이다. 상기의 볼의 점유 비율(R)이, 일반적인 하한값 0.4에 가까워도, 0.44 이상이 되는 베어링에서는, 종래의 도 9의 예와 같이 끼워넣기 홈(57)을 설치하면, 외륜(58)의 정면 폭(W)을 충분히 확보하는 것이 어렵다.

이와 같이, 종래의 베어링에서는, 실의 부착을 가능하게 하기 위해서는, 볼의 점유 비율(R)를 극히 저하시켜, 하중부하 능력을 제한하지 않으면 안되었지만, 본 발명에서는 평탄한 둘레면 부분에 실을 압입하는 구성을 채용하기 때문에, 볼의 점유 비율(R)을 0.44 이상으로 크게 할 수 있어, 하중부하 능력을 크게 하는 설계가 가능하게 된다.

접촉각(θ)에 대해서는, 공작기계 등의 이송계의 볼 나사의 지지용 베어링 등에서는, 높은 축방향 하중이 부하되기 때문에, 30° 이상의 접촉각(θ)을 갖는 것으로 된다. 즉, 축방향 하중부하 능력이 높은 앵귤러 볼 베어링(30)으로 된다.

또한, 상기 실시형태는, 배면측의 실(10)을 끼워넣기 홈(12)에서 외륜(2)에 장착한 예를 설명했는데, 도 6에 도시하는 바와 같이, 배면측의 실(10A)도, 정면측의 실(9)과 동일하게, 외륜(2)의 내주면에 압입 상태로 장착해도 좋다. 그 경우, 배면측의 실(10A)은, 정면측의 실(9)과 동일하게, 기단에 통형상의 끼워맞춤부(10Aa)를 갖는 형상으로 형성한다. 동 도면의 실시형태에서는, 배면측의 실(10A)은, 정면측의 실(9)과 직경이 다른 것 이외는, 동일한 단면형상의 것으로 되어 있다.

또, 상기 각 실시형태는, 실(9, 10, 10A)을 외륜(2)에 장착하는 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 내륜(1)에 실(9B, 10B)을 장착하는 경우에도 적용할 수 있다. 그 경우, 내륜(1)의 카운터 보어(7)의 부분에 장착하는 실(9B)을, 카운터 보어(7)를 형성하는 둘레면 부분에 압입 상태로 장착되는 것으로 한다.

상기 각 실시형태는, 모두 실(9, 10, 10A, 9B, 10B)이, 심금에 고무 등의 탄성체를 고착한 것인 경우를 설명했지만, 이들 실(9, 10, 10A, 9B, 10B)은, 금속제 실드판이라도 좋고, 또 오일 실형의 것이라도 좋다. 또, 상기 각 실시형태는, 양 측에 실(9, 10, 10A)을 설치하는 예를 설명했지만, 용도에 따라 베어링 폭면의 한쪽에만 실이 장착되는 베어링이라도, 그 카운터 보어측에 실을 장착하는 것에 있어서, 본 발명을 적용할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관계되는 구름 베어링은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 외륜(83), 내륜(81), 전동체(87) 및 유지기(88)로 이루어지는 베어링이며, 내륜(81) 및 외륜(83)에 침탄질화 처리를 시행하여 침탄질화 처리층(85)을 설치하는 동시에, 우레아 화합물을 증점제로서 사용한 그리스(86)를 상기 베어링내에 봉입한 구름 베어링이다. 또, 도 11에는 도시되어 있지 않지만, 침탄질화 처리층(85)을 내륜(81) 및 외륜(83) 대신에, 전동체(87)에 설치한 구름 베어링도 본 발명의 구름 베어링에 포함된다.

상기의 외륜(83), 내륜(81), 전동체(87)의 재질로서는, SUJ2, SUJ3이나, C: 0.1∼1.0중량%, Mn 0.1∼1.0중량%, Cr 0.1∼20중량%, 잔부에 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 강 등을 들 수 있다.

상기 침탄질화 처리란, 금속표면을 경화시키는 수단의 한가지이다. 이 침탄질화 처리를 시행하는 것은, 통상의 침탄처리에 의해 강인한 재질을 얻을 수 있는데, 열에 대해서는 불안정한 경우가 있다. 이에 반해, 질화 처리에 의해, 재질 표면이 경화되는 동시에, 잔류 오스테나이트가 열에 대해 안정하게 되어, 충격에 강한 재질이 된다. 더욱이, 적당량의 탄화물이 석출하여, 깨짐 강도를 내리지 않고, 피로 강도를 높일 수 있다. 이 침탄질화 처리층(85)은, 내륜(81) 및 외륜(83), 또는 전동체(87)중 어느 하나에에 형성할 수 있다.

상기 침탄질화 처리법으로서는, 침탄성 분위기에 암모니아 가스를 첨가한 고온 가스중에서 침탄질화 처리한 뒤, 담금질, 뜨임하는 방법을 들 수 있다.

상기의 잔류 오스테나이트 양은, 20∼40%가 바람직하다. 20% 미만이면, 구름 피로 수명의 개선이 충분히 되지 않을 경우가 있고, 한편, 40%를 넘으면, 침탄질화층의 경도가 저하되어 내마모 특성이 저하될 경우가 있다.

상기 그리스(86)는, 우레아 화합물을 증점제로 하고, 이것에 기제 오일을 가한 것이다. 우레아 화합물을 증점제로 한 그리스를 사용하면, 내외륜 구르기면상에 우레아 화합물의 얇은 산화 피막이 형성되고, 또한, 그 피막상에는 충분한 두께의 오일막이 형성된다.

특히, 상기한 바와 같이 내외륜 구르기면에 침탄질화 처리를 시행하면, 전동체의 미소 구름이 빈번하게 생겨서, 전동체와 구르기면 사이의 그리스에 의한 오일막이 끊어지고, 전동체와 구르기면이 직접 접촉한 경우라도, 전동체와 구르기면에 시행한 침탄질화층의 작용에 의해, 프레팅 마모 손상의 진행이 억제된다. 또, 상기의 그리스에 의한 유막은, 침탄질화층과 밀착성이 높기 때문에, 파탄이 생겨도, 재빠르게 수복된다. 따라서, 상기 그리스와 상기 침탄질화 처리와의 상승효과에 의해, 프레팅 마모를 억제하여 내구성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

상기의 우레아 화합물은, 지방족계, 지환족계, 방향족계중 어느 것이라도 좋고, 이것들을 임의의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 이들중에서도, 하기의 화학식 1로 표시되는 디우레아 또는 폴리우레아가 좋고, 그중에서도 디우레아가 바람직하다.

(식중, R2는 탄소수 6∼15의 방향족계 탄화수소기, 지방족계 탄화수소기 또는 지환족계 탄화수소기이며, R1 및 R3은 탄소수 6∼12의 방향족계 탄화수소기, 시클로헥실기, 탄소수 7∼12의 시클로헥실 유도체, 탄소수 6∼20의 알킬기중 어느 하나를 나타낸다.)

상기 기제 오일로서는, 광유, 합성 탄화수소유 및 에테르유로부터 선택되는 1종 이상의 윤활유 또는 임의의 배합비율로 혼합된 혼합유를 들 수 있는데, 이들중에서도, 광유를 사용하는 것이 바람직하다. 광유는 상술한 우레아 증점제와의 상용성이 양호하고, 윤활성이 우수하고, 점도도 적당하기 때문에, 그리스 누출이 없고, 그리스 오일막의 보수성도 손상되지 않는다.

상기 증점제의 우레아계 그리스에 대한 혼합 비율은, 1∼40중량%가 좋고, 5∼20중량%가 바람직하다. 1중량% 미만에서는 증점제의 겔 경화가 불충분해서, 점도가 증대하여, 그리스 누출이 발생하기 쉬워진다. 한편, 40중량%를 넘으면, 점도가 저하해버려, 유동성이 나빠진다.

또한, 상기의 우레아계 그리스에는, 우레아계 그리스의 기능을 저해하지 않는 범위에서, 주지의 방청제나 산화 방지제, 극압(極壓) 첨가제, 마모 억제제, 유성제, 부식 방지제, 유동점 강하제, 점도지수 향상제, 구조안정제, 증점제, 대전 방지제, 유화제, 착색제 등을 첨가할 수 있다.

상기의 그리스(86)는, 베어링내부, 구체적으로는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 내륜(81)과 외륜(83) 사이의 부분에, 전동체(87) 및 유지기(88)를 덮도록 충전된다. 이 때, 구름 베어링으로서 밀봉형 베어링을 사용하는 경우, 베어링의 정면부 및 배면부의 외부와의 경계부에서, 실(89, 90)에 의해 밀봉된다. 이 밀봉형 구름 베어링을 사용하면, 그리스(86)가 외부로 새는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 실 대신에 실드판을 사용해도 좋다.

이 2개의 실(89, 90)은, 다른 형태로 한다. 이것에 의해, 베어링 조립시의 방향확인이 용이하게 되어, 잘못 짝지어지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 관계되는 구름 베어링의 종류로서는, 특별히 한정되지 않지만, 앵귤러 볼 베어링 등이 바람직하다.

또, 본 발명에 관계되는 구름 베어링은, 볼 나사의 지지부, 특히 공작기계에 사용되는 볼 나사 지지부에 사용할 수 있다. 상기 공작기계의 볼 나사 지지부중에서도, 미소 이송의 빈도가 증가한 복잡한 형상의 가공을 행하기 위한 머시닝 센터의 볼 나사 지지부에 사용하면, 내 프레팅성을 보다 효과적으로 발휘할 수 있어, 보다 바람직하다.

(실시예)

이하, 실시예를 사용하여 보다 상세하게 설명한다. 우선, 하기의 실시예 1 및 2에서, 프레팅 마모 손상에 대한 내성의 유무의 판단으로서, 미소 미끄러짐 마모 및 미소 요동 마모에 대해 시험을 했다.

[침탄질화 처리]

SUJ2제의 내륜 및 외륜 플레이트를 사용하고, 이들 전동면에 침탄질화 처리를 행했다. 침탄질화 처리는, NX가스에 용적비로 10%의 암모니아 가스를 첨가한 연속로에서 880℃에서 40분간 유지하는 방법으로 행했다. 이어서, 180℃에서 2시간 템퍼링을 행하고, 침탄질화 처리한 플레이트를 얻었다.

얻어진 플레이트의 표면 경도(HRC)는 63.2였다. 또한, 처리전의 HRC는 61.9였다.

[실시예 1](미소요동 마모 시험)

상기의 침탄질화 처리를 실시한 외륜(90a) 및 내륜(90b)과, 전동체(SUJ2제)(90c)를 조합시켜서 도 13에 도시하는 바와 같은 베어링(91)을 제작했다(내륜 내경×외륜 내경×폭=20mm×40mm×14mm). 이 때, 표 1에 기재된 우레아계 그리스 1g을 봉입했다(도 13에서는, 그리스를 도시하지 않음.). 이 베어링(91)을 사용하여, ASTM D 4170에 준거하여 파프너형 미동 마모 시험을 행했다. 구체적으로는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 2개의 베어링 유지부(96)에 외륜(90a) 및 내륜(90b)을 각각 고정하고, 도시된 순서로 볼트(92)까지 축(93)을 통과시켰다. 그리고, 볼트(92)의 죄기를 조절하여 스프링(94)에 의해 하중을 부하했다(하중=2.45kN). 척부를 시험기에 세팅하고, 요동부(95)와 모터를 크랭크 봉으로 접속하고, 대기중, 실온하에서, 모터를 회전시켰다. 요동각 12deg(임계 요동각 30deg), 요동 사이클 30Hz의 조건에서 8시간 시험을 행하고, 시험후의 내외륜의 중량감소에 따라, 플레이트의 마모 특성 평가를 행했다. 그 결과를 도 15에 도시한다.

[비교예 1]

침탄질화 처리를 행하지 않은 SUJ2제의 내륜 및 외륜, 및 표 1에 나타내는 리튬계 그리스를 사용한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 미소요동 마모 시험을 행했다. 그 결과를 도 15에 도시한다.

[비교예 2]

그리스로서 표 1에 도시하는 리튬계 그리스를 사용한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 미소요동 마모 시험을 행했다. 그 결과를 도 15에 도시한다.

[비교예 3]

그리스로서, 표 1에 나타내는 우레아계 그리스를 사용한 이외는, 비교예 1과 동일하게 하여, 미소요동 마모 시험을 행했다. 그 결과를 도 15에 도시한다.

(결과)

실시예 1과 비교예 1∼3으로부터, 구르기면에 침탄질화 처리를 시행하고, 그리스로서 우레아 화합물을 사용함으로써, 미소요동 마모, 즉 미소 구름에 의해 생기는 마모가 대폭 감소하는 것이 명확하게 되었다. 따라서, 이것을 원인으로 하는 프레팅 마모에 대한 내성을 갖는 것이 명확하게 되었다.

[실시예 2] (미소 미끄러짐 마모 시험)

전동체(SUJ2제)를, 상기의 침탄질화 처리를 행한 플레이트상에 올려놓고, 그리스로서, 표 1에 기재된 우레아계 그리스를 사용하여, 하기의 방법으로 미소 미끄러짐 마모 시험을 행했다. 이 때의 시험 조건은, 전동체에 가하는 하중을 98N, 전 동체의 플레이트상에서의 진폭 0.47mm, 진동수 30Hz, 부하 회수 8.6×10⁵ 사이클, 시험 시간 8시간 이었다.

그리고, 마모 방향과 직각으로 5점 이상 표면조도계(탈리서프)로 측정하여, 가장 깊은 값을 플레이트 마모 깊이로 했다. 또, 전동체의 마모량(ν)은, 마모 직경을 현미경으로 측정하여, 이하의 식을 사용해서 산출했다. 플레이트 마모 깊이의 결과를 도 16에, 전동체의 마모량의 결과를 도 17에 도시한다.

ν=(πh²×(3r-h))/3

h=r-(4r²-c²)^1/2/2

r: 볼의 반경, h: 볼의 마모 깊이, C: 마모 흔적의 직경

[비교예 4]

침탄질화 처리를 행하지 않은 SUJ2제의 내륜 및 외륜, 및 표 1에 나타내는 리튬계 그리스를 사용한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여, 미소 미끄러짐 마모 시험을 행했다. 플레이트 마모 깊이의 결과를 도 16에, 전동체의 마모량의 결과를 도 17에 도시한다.

[비교예 5]

그리스로서 표 1에 나타내는 리튬계 그리스를 사용한 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여, 미소 미끄러짐 마모 시험을 행했다. 플레이트 마모 깊이의 결과를 도 16에, 전동체의 마모량의 결과를 도 17에 도시한다.

[비교예 6]

그리스로서, 표 1에 나타내는 우레아계 그리스를 사용한 이외는, 비교예 4와 동일하게 하여, 미소 미끄러짐 마모 시험을 행했다. 플레이트 마모 깊이의 결과를 도 16에, 전동체의 마모량의 결과를 도 17에 도시한다.

(결과)

실시예 2와 비교예 4∼5로부터, 구르기면에 침탄질화 처리를 시행하고, 그리스로서 우레아 화합물을 사용함으로, 미소 미끄러짐 마모, 즉 미소 미끄러짐에 의해 생기는 마모가 대폭 감소하는 것이 명확하게 되었다. 또, 실시예 2와 비교예 6으로부터, 실시예 2는 충분한 내 미소 미끄러짐 마모성을 갖는 것이 확실하게 되었다.

[실시예 3]

SUJ2제의 내륜(81) 및 외륜(83)을 상기 침탄질화 처리를 시행하고, SUJ2제의 전동체(87)를 조합시키고, 도 11에 도시하는 앵귤러 볼 베어링을 제작했다. 그리고, 그리스로서, 표 1에 기재된 우레아계 그리스를 봉입했다. 이 베어링에 하중 6.9kN(레이디얼 하중)을 걸고, 20O0rpm으로 회전시켰다. 그 때의 누적 파손 확률 10%수명의 시간을 측정했다. 그 결과를 도 18에 도시한다.

또한, 「누적 파손 확률 10%수명 」이란, 1군의 동일한 베어링를 동일조건에서 개개로 회전시켰을 때, 그 90%(신뢰도 90%)가 구름 피로에 의한 플레이킹을 일으키지 않고 회전할 수 있는 실질적인 총회전수 또는 운전 시간을 말한다.

[비교예 7]

SUJ2제의 내륜(81) 및 외륜(83)을 하기에 나타내는 순 담금질 처리를 실시한 이외는, 실시예 3과 동일하게 하여, 누적 파손 확률 10%수명의 시간을 측정했다. 그 결과를 도 18에 도시한다.

또한, 순 담금질 처리란, 베어링강을 800∼850℃로 가열·유지한 후, 이것을 급냉하는 처리를 말한다. 이것에 의해, 강중에 마르텐사이트 조성이 형성되어, 재료가 경화된다.

[실시예 4]

그리스로서, 표 1에 기재된 우레아계 그리스에 이물을 혼입한 것을 사용한 이외는, 실시예 3과 동일하게 하여, 누적 파손 확률 10% 수명의 시간을 측정했다. 그 결과를 도 19에 도시한다.

[비교예 8]

SUJ2제의 내륜(81) 및 외륜(83)을 하기에 나타내는 순 담금질 처리를 실시한 이외는, 실시예 4와 동일하게 하여, 누적 파손 확률 10%수명의 시간을 측정했다. 그 결과를 도 19에 도시한다.

(결과)

실시예 3, 4와 비교예 7, 8로부터, 구르기면에 침탄질화 처리를 시행하고, 그리스로서 우레아 화합물을 사용함으로써, 얻어지는 앵귤러 볼 베어링은, 충분한 내구성을 갖는 것이 명확하게 되었다.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 관계되는 앵귤러 볼 베어링의 부분단면도,

도 2는 동 실시형태의 베어링과 종래의 베어링의 동일한 베어링 사이즈의 설계 예를 비교하여 도시하는 부분단면도,

도 3(A), (B)는 각각 동 실시형태에 관계되는 앵귤러 볼 베어링의 배열 예의 단면도,

도 4(A), (B)는 각각 동 실시형태에 관계되는 앵귤러 볼 베어링의 다른 배열 예의 단면도,

도 5는 동 앵귤러 볼 베어링을 사용한 공작기계의 이송 기구를 도시하는 단면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시형태의 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 부분단면도,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태의 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 부분단면도,

도 8은 종래의 비밀봉형의 앵귤러 볼 베어링의 단면도,

도 9는 종래의 밀봉형 앵귤러 볼 베어링의 제안 예의 단면도,

도 10은 종래의 앵귤러 볼 베어링의 병설 예의 단면도,

도 11은 본 발명에 관계되는 앵귤러 볼 베어링의 예를 도시하는 단면도,

도 12는 볼 나사 지지용 베어링를 사용한 가공 장치의 예를 도시하는 모식도,

도 13은 실시예 1, 비교예 1∼3에서 사용한 베어링를 도시하는 모식도,

도 14는 파프너형 미동 마모 시험을 행하기 위한 조립도,

도 15는 미소 요동 마모 시험의 결과를 도시하는 그래프,

도 16, 도 17은 미소 미끄러짐 마모 시험의 결과를 도시하는 그래프,

도 18, 도 19는 누적 파손 확률 실험의 결과를 도시하는 그래프이다.

Claims

외륜(83), 내륜(81), 전동체(87) 및 유지기(88)로 이루어지는 베어링이며, 내륜(81) 및 외륜(83), 또는 전동체(87)중 어느 하나에 침탄질화 처리를 실시하는 동시에, 우레아 화합물을 증점제로서 사용한 그리스(86)를 상기 베어링내에 봉입한 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항에 있어서, 상기 베어링이 앵귤러 볼 베어링인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베어링은 밀봉형 베어링인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 볼 나사 지지부에 사용되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 4 항에 있어서, 상기 볼 나사 지지부는 공작기계에 사용되는 것인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.