KR20160113258A

KR20160113258A - 앵귤러 볼 베어링

Info

Publication number: KR20160113258A
Application number: KR1020167023382A
Authority: KR
Inventors: 교헤이 마츠나가; 요시아키 가츠노
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-09-28
Also published as: JPWO2015129064A1; WO2015129064A1; CN106164512B; JP6376212B2; TWI567306B; TW201533339A; KR101988706B1; CN106164512A

Abstract

유지기 (30) 는, 대략 원환상의 링부 (31) 와, 링부 (31) 의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축방향으로 돌출한 복수의 기둥부 (32) 와, 이웃하는 기둥부 (32) 의 사이에 형성된 복수의 포켓부 (33) 를 갖는 관형 유지기이다. 유지기 (30) 에는, 강화재가 첨가된다. 볼 (3) 의 피치 원 직경을 X 로 하고, ΔRmax = X²×5.0×10^-6＋X×1.8×10^-3＋0.14 로 하고, ΔRmin = X²×5.5×10^-6＋X×1.5×10^-3＋0.02 로 하면, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, ΔRmin ≤ ΔR ≤ ΔRmax 이다. 100 ℃ 에 있어서의 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량을 Δt 로 하면, Δt ＜ ΔRmin 이다.

Description

앵귤러 볼 베어링 {ANGULAR BALL BEARING}

본 발명은 앵귤러 볼 베어링에 관한 것이다.

NC 선반, 프레이즈반, 머시닝 센터, 복합 가공기, 5 축 가공기 등의 공작 기계나, 주축대나 가공물을 장착하는 베드의 직동 이송 기구에는, 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 볼나사가 사용되고 있다. 이 볼나사의 축단을 회전 지지하는 베어링으로서 앵귤러 볼 베어링이 채용되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

가공 중에 발생하는 절삭 하중이나, 주축대 및 베드를 급가속으로 이동시키는 경우의 이너시아 하중은, 볼나사를 통해서 앵귤러 볼 베어링에 액시얼 하중으로서 부하된다. 최근 공작 기계에서는, 고효율 가공의 목적으로 절삭 하중이나 빠른 이송에 의한 이너시아 하중이 크고, 앵귤러 볼 베어링에 큰 액시얼 하중이 부하되는 경향이 있다.

따라서, 이와 같은 볼나사 서포트용의 앵귤러 볼 베어링에서는, 구름 피로 수명을 증가시키기 위해서, 축방향의 부하 용량의 증가와, 가공 정밀도를 유지하기 위한 고 (高) 강성을 양립하는 것이 필요해진다.

일본 공개특허공보 2000-104742호

이들을 양립하기 위해서는, 베어링 사이즈를 크게 하거나, 조합 열수를 많이 하면 대응할 수 있지만, 베어링 사이즈를 크게 해 버리면, 볼나사 축단에 있어서 스페이스 증가가 되고, 또, 조합 열수를 무턱대고 많이 해 버리면, 볼나사 유닛 부분이 폭 넓은 구성으로 되어 버린다. 그 결과, 공작 기계의 필요 바닥 면적의 증가나 높이 방향의 치수가 증가해 버리기 때문에, 베어링의 대형화나 열수 증가에는 한도가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 한정된 스페이스 중에서 축방향의 부하 용량 증가와 고강성을 양립 가능한 앵귤러 볼 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 하기의 구성에 의해 달성된다.

(1) 내주면에 궤도면을 갖는 외륜과,

외주면에 궤도면을 갖는 내륜과,

상기 외륜 및 상기 내륜의 궤도면간에 배치된 복수의 볼과,

상기 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기

를 구비하는 앵귤러 볼 베어링으로서,

상기 내륜의 외주면에 있어서, 배면측에 오목 형성된 내륜 카운터보어의 외경을 D1 로 하고, 정면측에 볼록 형성된 내륜 홈 숄더부의 외경을 D2 로 하면, D1 ＜ D2 이고,

상기 외륜의 내주면의, 정면측에 오목 형성된 외륜 카운터보어의 내경을 D3 으로 하고, 배면측에 볼록 형성된 외륜 홈 숄더부의 내경을 D4 로 하면, D3 ＞ D4 이고,

상기 볼의 접촉각 (α) 은, 45° ≤ α ≤ 65° 이고,

상기 내륜 홈 숄더부의 직경 방향 높이를 상기 볼의 직경으로 나눈 것을 Ai 로 하면, 0.35 ≤ Ai ≤ 0.50 이고,

상기 외륜 홈 숄더부의 직경 방향 높이를 상기 볼의 직경으로 나눈 것을 Ae 로 하면, 0.35 ≤ Ae ≤ 0.50 이고,

상기 유지기는, 대략 원환상 (圓環狀) 의 링부와, 상기 링부의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축방향으로 돌출한 복수의 기둥부와, 이웃하는 상기 기둥부의 사이에 형성된 복수의 포켓부를 갖는 관형 (冠型) 유지기이고,

상기 유지기에는, 강화재가 첨가되고,

상기 볼의 피치 원 직경을 X 로 하고, ΔRmax = X²×5.0×10^-6＋X×1.8×10^-3＋0.14 로 하고, ΔRmin = X²×5.5×10^-6＋X×1.5×10^-3＋0.02 로 하면, 상기 유지기의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, ΔRmin ≤ ΔR ≤ ΔRmax 이며,

100 ℃ 에 있어서의 상기 유지기의 직경 방향 상대 팽창량을 Δt 로 하면, Δt ＜ ΔRmin 인 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.

(2) 상기 포켓부의 구면 (球面) 중심 위치는, 상기 링부의 직경 방향 중심에 대해, 직경 방향으로 어긋나 있고,

상기 포켓부의 직경 방향 단면 (斷面) 형상은, 임의 반경의 원인 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 앵귤러 볼 베어링.

(3) 상기 유지기는 폴리아미드 수지로 이루어지고,

상기 강화재는 유리 섬유이며,

상기 유지기 중의 상기 강화재의 비율은, 5 ∼ 30 중량％ 인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2) 에 기재된 앵귤러 볼 베어링.

본 발명의 앵귤러 볼 베어링에 의하면, 내륜 카운터보어의 외경 D1 이 내륜 홈 숄더부의 외경 D2 보다 작고 (D1 ＜ D2), 외륜 카운터보어의 내경 D3 이 외륜 홈 숄더부의 내경 D4 보다 크고 (D3 ＞ D4), 볼의 접촉각 (α) 이 45° ≤ α ≤ 65° 를 만족한다. 따라서, 접촉각을 크게 함으로써, 베어링의 축방향 하중의 부하 능력이 증가하고, 보다 큰 예압 하중으로 사용할 수 있다. 그 결과, 베어링, 나아가서는 볼나사계의 강성을 향상시킬 수 있다.

또, 내륜 홈 숄더부의 직경 방향 높이를 볼의 직경으로 나눈 것을 Ai 로 하면, 0.35 ≤ Ai ≤ 0.50 이고, 외륜 홈 숄더부의 직경 방향 높이를 볼의 직경으로 나눈 것을 Ae 로 하면, 0.35 ≤ Ae ≤ 0.50 이므로, 베어링의 축방향 하중의 부하 능력이 부족한 것을 방지하면서, 내외륜 홈 숄더부의 연삭 가공을 용이하게 하는 것이 가능하다.

또, 볼의 피치 원 직경을 X 로 하고, ΔRmax = X²×5.0×10^-6＋X×1.8×10^-3＋0.14 로 하고, ΔRmin = X²×5.5×10^-6＋X×1.5×10^-3＋0.02 로 하면, 유지기의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 ΔRmin ≤ ΔR ≤ ΔRmax 를 만족하도록 설정된다. 따라서, 유지기의 직경 방향 움직임량이, 유지기와 내륜 및 외륜과의 직경 방향 간극보다 커지는 것을 방지하고, 유지기와 내륜 또는 외륜이 접촉하는 문제를 방지할 수 있다.

또, 100 ℃ 에 있어서의 유지기의 직경 방향 상대 팽창량을 Δt 로 하면, Δt ＜ ΔRmin 으로 되어 있으므로, 베어링 사용 온도 상한에 있어서도, 유지기와 볼이 서로 버티는 일 없이 사용할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 2 는, 도 1 의 앵귤러 볼 베어링을 병렬 조합한 단면도이다.
도 3 은, 유지기의 측면도이다.
도 4 는, 유지기를 축방향 일방측으로부터 본 도면이다.
도 5 는, 유지기를 축방향 타방측으로부터 본 도면이다.
도 6 은, 도 4 의 VI-VI 단면 화살표에서 바라본 도면이다.
도 7 은, 변형예에 관련된 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 8 은, 변형예에 관련된 유지기를 축방향 일방측으로부터 본 도면이다.
도 9 의 (a) 는 유지기의 측면도이며, (b) 는 (a) 의 A-A' 단면의 IX 방향 화살표에서 바라본 도면이다.
도 10 은, 볼의 피치 원 직경과, 유지기의 직경 방향 움직임량 및 직경 방향 상대 팽창량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11 은, 유리 섬유 함유율과 폴리아미드 66 의 선 팽창 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 내주면에 궤도면 (11) 을 갖는 외륜 (10) 과, 외주면에 궤도면 (21) 을 갖는 내륜 (20) 과, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 의 궤도면 (11, 21) 사이에 배치된 복수의 볼 (3) 과, 볼 (3) 을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기 (30) 를 구비한다.

외륜 (10) 의 내주면은, 궤도면 (11) 보다 배면측 (부하측. 도 1 중 좌측.) 에 있어서 볼록 형성된 외륜 홈 숄더부 (12) 와, 궤도면 (11) 보다 정면측 (반대 부하측. 도 1 중 우측.) 에 있어서 오목 형성된 외륜 카운터보어 (13) 를 갖는다.

내륜 (20) 의 외주면은, 궤도면 (21) 보다 정면측 (부하측. 도 1 중 우측.) 에 있어서 볼록 형성된 내륜 홈 숄더부 (22) 와, 궤도면 (21) 보다 배면측 (반대 부하측. 도 1 중 좌측.) 에 있어서 오목 형성된 내륜 카운터보어 (23) 를 갖는다.

여기서, 내륜 카운터보어 (23) 의 외경을 D1 로 하고, 내륜 홈 숄더부 (22) 의 외경을 D2 로 하면, D1 ＜ D2 가 되고, 외륜 카운터보어 (13) 의 내경을 D3 으로 하고, 외륜 홈 숄더부 (12) 의 내경을 D4 로 하면, D3 ＞ D4 로 되어 있다. 이와 같이, 내륜 홈 숄더부 (22) 의 외경 (D2) 을 크게 하고, 외륜 홈 숄더부 (12) 의 내경 (D4) 을 작게 하고 있으므로, 볼 (3) 의 접촉각 (α) 을 크게 설정하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 외경 (D2) 및 내경 (D4) 을 상기와 같이 설정함으로써, 접촉각 (α) 을 45° ≤ α ≤ 65° 정도로 할 수 있고, 베어링 제조시의 접촉각 (α) 의 편차를 고려해도, 50° ≤ α ≤ 60° 정도로 할 수 있고, 접촉각 (α) 을 크게 할 수 있다.

또, 내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것을 Ai 로 하면, (Ai = Hi/Dw), 0.35 ≤ Ai ≤ 0.50 을 만족하도록 설정되고, 외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것을 Ae 로 하면, (Ae = He/Dw), 0.35 ≤ Ae ≤ 0.50 을 만족하도록 설정된다.

만일 0.35 ＞ Ai 또는 0.35 ＞ Ae 인 경우에는, 볼 (3) 의 직경 (Dw) 에 대해 내륜 홈 숄더부 (22) 또는 외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (Hi, He) 가 지나치게 작아지기 때문에, 접촉각 (α) 이 45° 미만이 되어 버려, 베어링의 축방향 하중의 부하 능력이 부족되어 버린다. 또, 0.50 ＜ Ai 또는 0.50 ＜ Ae 인 경우에는, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 의 궤도면 (11, 21) 이, 볼 (3) 의 피치 원 직경 (X) 을 비어져나와 형성되게 되므로, 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 의 연삭 가공이 곤란해져 바람직하지 않다.

또, 외륜 홈 숄더부 (12) 의 배면측 단부 (端部) 에는 배면측을 향함에 따라 직경 방향 외측을 향하는 테이퍼 형상의 외륜 모따기 (14) 가 형성되어 있고, 내륜 홈 숄더부 (22) 의 정면측 단부에는, 정면측을 향함에 따라 직경 방향 내측을 향하는 테이퍼 형상의 내륜 모따기 (24) 가 형성되어 있다. 이들 외륜 모따기 (14) 및 내륜 모따기 (24) 의 직경 방향폭은, 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (He, Hi) 의 절반보다 크고, 비교적 큰 값으로 설정되어 있다.

이와 같은 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 병렬 조합으로 사용할 수 있다. 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 볼 (3) 의 피치 원 직경 (X) 의 근방까지 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 를 형성하고 있으므로, 만일 외륜 모따기 (14) 및 내륜 모따기 (24) 를 형성하지 않으면, 일방의 앵귤러 볼 베어링 (1) 의 내륜 (20) 과 타방의 앵귤러 볼 베어링 (1) 의 외륜 (10) 이 간섭하여, 베어링 회전 중에 문제가 발생되어 버린다. 또, 오일 윤활로 사용하는 경우, 만일 외륜 모따기 (14) 및 내륜 모따기 (24) 를 형성하지 않으면, 각 앵귤러 볼 베어링 (1) 사이를 기름이 통과하지 않고, 기름 빠짐이 나빠져, 윤활 불량이나, 베어링 내부에 기름이 다량으로 잔류하는 것에 의한 온도 상승으로 이어진다. 이와 같이, 외륜 모따기 (14) 및 내륜 모따기 (24) 를 형성함으로써, 내륜 (20) 및 외륜 (10) 끼리의 간섭 방지, 및 기름 빠짐성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 외륜 모따기 (14) 및 내륜 모따기 (24) 는, 반드시 양방 형성할 필요는 없고, 적어도 일방을 형성하면 된다.

다음으로, 도 3 ∼ 6 을 참조하여, 유지기 (30) 의 구성에 대하여 상세히 서술한다. 유지기 (30) 는, 합성 수지로 이루어지는 볼 안내 방식의 플라스틱 유지기이며, 당해 유지기 (30) 를 구성하는 베이스 수지는 폴리아미드 수지이다. 또한, 폴리아미드 수지의 종류는 제한되는 것이 아니라, 폴리아미드 이외에, 폴리아세탈 수지, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드 등, 다른 합성 수지라도 상관없다. 또한, 베이스 수지 중에는, 강화재로서, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유 등이 첨가된다. 또, 유지기 (30) 는, 사출 성형 또는 절삭 가공에 의해 제조된다.

유지기 (30) 는, 내륜 (20) 및 외륜 (10) 과 동축에 배치된 대략 원환상의 링부 (31) (도 1 참조.) 와, 링부 (31) 의 배면측으로부터, 소정 간격으로 축방향으로 돌출한 복수의 기둥부 (32) 와, 이웃하는 기둥부 (32) 의 사이에 형성된 복수의 포켓부 (33) 를 갖는 관형 유지기이다.

여기서, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에서는, 축방향 하중의 고부하 능력 실현을 위해서, 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (He, Hi) 를 크게 하고 있으므로, 베어링 내부 공간이 적어진다. 따라서, 이와 같은 베어링 내부 공간에 배치하는 유지기 (30) 가 관형 유지기 (편측 링 구조) 인 경우, 외륜 카운터보어 (13) 와 내륜 홈 숄더부 (22) 의 사이에 링부 (31) 를 배치하고, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 의 궤도면 (11, 21) 사이에 기둥부 (32) 를 배치하고, 기둥부 (32) 의 직경 방향 외측 단부에 링부 (31) 가 접속하는 구조가 된다. 즉, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치가, 링부 (31) 의 직경 방향 중심에 대해 직경 방향 내측으로 어긋난 구조가 된다. 또한, 포켓부 (33) 의 직경 방향 단면 형상은, 임의 반경 (r) 의 원이 된다.

또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 를 형성하는, 기둥부 (32) 의 둘레 방향 양측면, 및 링부 (31) 의 배면측 (기둥부 (32) 측) 의 측면은, 볼 (3) 과 상사 (相似) 형상의 구면상으로 형성된다. 여기서, 기둥부 (32) 의 선단은, 둘레 방향 중간에 단면 대략 V 자 형상의 절결부 (34) 가 형성되어 있고, 두 갈래로 나뉘어져 있다. 이에 따라, 유지기 (30) 를 사출 성형으로 제조할 때에, 포켓부 (33) 를 형성하는 금형 부품의 무리한 발출에 의한, 기둥부 (32) 의 포켓부 (33) 측의 모서리부 (35) 의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치는, 링부 (31) 의 직경 방향 중심에 대해 직경 방향 내측으로 어긋난 구성에 한정되지 않고, 도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 직경 방향 외측으로 어긋난 구조라도 상관없다. 즉, 외륜 홈 숄더부 (12) 와 내륜 카운터보어 (23) 의 사이에 링부 (31) 를 배치하고, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 의 궤도면 (11, 21) 사이에 기둥부 (32) 를 배치하고, 기둥부 (32) 의 직경 방향 내측 단부에 링부 (31) 가 접속하는 구조로 해도 된다. 또한, 이 경우이더라도, 기둥부 (32) 의 선단은, 둘레 방향 중간에 절결부 (34) 가 형성되어 있고, 두 갈래로 나뉘어져 있으므로, 유지기 (30) 를 사출 성형으로 제조할 때에, 포켓부 (33) 를 형성하는 금형 부품의 무리한 발출에 의한, 기둥부 (32) 의 포켓부 (33) 측의 모서리부 (35) 의 파손을 방지할 수 있다.

또, 유지기 (30) 재료의 합성 수지에 첨가하는 강화재의 비율은, 5 ∼ 30 중량퍼센트로 하는 것이 바람직하다. 만일 합성 수지 성분 중의 강화재의 비율이 30 중량퍼센트를 초과하면, 유지기 (30) 의 유연성이 저하되기 때문에, 유지기 (30) 성형시의 포켓부 (33) 로부터의 형 (型) 의 무리한 발출시나, 베어링을 조립할 때의 포켓부 (33) 로의 볼 (3) 의 압입시에, 기둥부 (32) 의 모서리부 (35) 가 파손되어 버린다. 또, 유지기 (30) 의 열 팽창은 베이스 재료인 수지 재료의 선 팽창 계수에 의존하므로, 강화재의 비율이 5 중량퍼센트보다 적어지면, 베어링 회전 중의 유지기 (30) 의 열 팽창이 볼 (3) 의 피치 원 직경 (X) 의 팽창에 대해 커져, 볼 (3) 과 유지기 (30) 의 포켓부 (33) 가 서로 버텨 버려, 눌어붙음 등의 문제가 일어나 버린다. 따라서, 합성 수지 성분 중의 강화재의 비율을 5 ∼ 30 중량％ 의 범위로 함으로써, 상기 문제를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 큰 접촉각 (α) 을 유지하기 위해서, 각각 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (He, Hi) 를, 볼 (3) 의 피치 원 직경 (X) 근방까지 높게 한 경우, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 간의 직경 방향 공간이 좁아져, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 사이의 공간에 위치하는 유지기 (30) 의 링부 (31) 의 직경 방향 두께를 표준 베어링에 대해 두껍게 할 수 없다. 특히, 관형 유지기의 경우, 유지기 (30) 의 축방향 일방측에만 링부 (31) 가 존재하지 않기 때문에, 두께 부족에 의한 링부 (31) 의 강도 저하의 우려가 있다.

링부 (31) 의 강도 저하를 보충하기 위해서, 링부 (31) 의 직경 방향 두께를 외륜 (10) 및 내륜 (20) 근방까지 두껍게 하면, 「유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 ＞ 유지기 (30) 와 내륜 (20) 및 외륜 (10) 사이의 직경 방향 간극」 이 되어, 볼 안내 방식임에도 불구하고, 링부 (31) 와 외륜 (10) 또는 내륜 (20) 이 접촉하는 문제가 발생한다. 특히, 볼 안내 방식의 경우, 유지기 (30) 가 외륜 (10) 및 내륜 (20) 과 접촉하는 것을 상정하고 있지 않고, 외륜 (10) 의 내주면 및 내륜 (20) 의 외주면의 면 조도나 형상 정밀도는 그다지 좋지 않기 때문에, 당해 부분과의 접촉에 의해 유지기 (30) 가 마모되거나, 파손되거나 할 우려가 있다.

따라서, 링부 (31) 의 두께를 적정하게 유지하면서, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 및 내륜 (20) 의 직경 방향 간극에 따라, 반경 간극으로 정의되는 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 상한값 (ΔRmax) 을 특정한 값 이하로 할 필요가 있다.

여기서, 볼 안내 방식의 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 의 직경 방향 내측에 있어서의 볼 (3) 과 포켓부 (33) 의 직경 방향 간극 (ΔRi), 또는 직경 방향 외측에 있어서의 볼 (3) 과 포켓부 (33) 의 직경 방향 간극 (ΔRe) 중 작은 쪽에서 결정된다 {ΔR = min (ΔRe, ΔRi)}. 그러나, 유지기 (30) 의 가공 정밀도의 편차로부터, 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, 어느 범위에 흩어진다. 특히 사출 성형 수지 유지기의 경우, 성형형의 치수 정밀도에 더하여, 성형시의 치수 오차도 더해져, 편차도가 커지는 경향이 있다.

이와 같이, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 일반적인 베어링과는 달리, 정면측 또는 배면측에 있어서의 내륜 (20) 과 외륜 (10) 사이의 공간이 좁기 때문에, 그리스 봉입량을 확보하기 위한 베어링 내부 공간을 크게 하기 위해서, 유지기 (30) 의 형상이 편측 링 구조의 특별한 구조를 갖고 있다. 따라서, 링부 (31) 의 강도 확보를 위해서, 링부 (31) 의 직경 방향 두께를 가능한 한 두껍게 하면서, 또한, 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 에 간섭하지 않도록, 유지기 (30) 의 직경 방향 간극을 결정할 필요가 있다. 또, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 과잉으로 되는 것에 수반하는 유지기 (30) 의 진동 등의 폐해 (유지기 음 등) 를 방지할 수 있도록, 유지기 (30) 의 직경 방향 간극은 결정된다. 그래서, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 또는 내륜 (20) 의 간섭을 방지할 수 있는 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 최대값인 상한값 (ΔRmax) 을 설정한 경우, 여러 가지 해석 및 실험 검증에 의해, ΔRmax = X²×5.0×10^-6＋X×1.8×10^-3＋0.14 (단, X 는 볼 (3) 의 피치 원 직경.) 가 된다. 이와 같이, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 을, ΔR ≤ ΔRmax 를 만족하도록 설정함으로써, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 또는 내륜 (20) 과의 직경 방향 간극보다 커지는 것을 방지하고, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 또는 내륜 (20) 이 접촉하는 문제를 방지할 수 있다.

또, 여러 가지 해석 및 실험 검증에 의해, 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 하한값 (ΔRmin) 은, ΔRmin = X²×5.5×10^-6＋X×1.5×10^-3＋0.02 로 설정된다. 만일 ΔRmin = 0 으로 한 경우, 유지기 (30) 와 볼 (3) 이 서로 버텨 버린다. 따라서, 유지기 (30) 와 볼 (3) 이 서로 버티는 일 없이, 유지기 (30) 로서의 성능, 즉 베어링 회전 중에 이상 발열이나 토크 불균일, 과대한 토크를 발생시키는 일 없이, 볼 (3) 을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하여 안내할 수 있는 성능을 발현하기 위해서 필요한 최소의 직경 방향 간극으로서 ΔRmin 을 설정하였다.

또, 유지기 (30) 를 폴리아미드 수지로 구성하고, 강화재를 유리 섬유로 하고, 당해 유리 섬유의 첨가량을 5 ∼ 30 중량퍼센트의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 볼 피치 원 직경 φ34 ㎜ ∼ φ93 ㎜ 의 범위 내에 있어서, 베어링 온도가 사용 최고 온도가 되는 100 ℃ 에 있어서도, 「유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 하한값 (ΔRmin) ＞ 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt)」 이 되어 볼 (3) 과 유지기 (30) 의 포켓부 (33) 에서의 버팀에 의한 문제 (토크 증가·포켓부 마모·유지기 파손·눌어붙음 등) 를 방지할 수 있다. 여기서, 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt) 이란, 외륜 (10), 내륜 (20), 볼 (3) 에 대한 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (재질의 차이에 의해 발생하는 상대 팽창량) 을 의미하며, 반경 간극으로 정의된다.

또한, 도 10 에서는, 유리 섬유의 첨가량이 증가함에 따라서, 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt) 이 감소하고 있다. 이것은, 그 성분 중에 있어서의 유리 섬유의 비율 증가에 수반하여, 선 팽창 계수가 작아지는 폴리아미드의 성질에 의한 것이다.

또, 본 실시형태에서는, 유지기 (30) 를 폴리아미드 수지로 하고, 유리 섬유의 첨가량을 5 ∼ 30 중량퍼센트의 범위로 설정하여, 「유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 하한값 (ΔRmin) ＞ 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt)」 의 관계를 만족하도록 하고 있지만, 당해 관계식을 만족하는 재료이면, 폴리아미드 대신에, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드, 폴리이미드 등의 수지를 적용해도 되고, 강화재로서, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등을 적당량 첨가한 합성 수지를 사용해도 상관없다.

다음으로, 유지기 (30) 의 재료에 폴리아미드 66 을 사용하고, 강화재로서 유리 섬유를 첨가했을 경우의, 폴리아미드 66 중의 유리 섬유 함유율의 하한에 대해, 실시예를 이용하여 나타낸다. 도 11 에는, 유리 섬유 함유율과 폴리아미드 66 의 선 팽창 계수의 관계를 나타내고 있다. 이와 같이, 폴리아미드 66 은 그 성분 중의 유리 섬유 함유율의 증가에 수반하여, 선 팽창 계수가 작아지는 성질을 갖는다.

(실시예 1)

베어링 내경 (d) Φ30 ㎜, 베어링 외경 (D) Φ62 ㎜, 볼 피치 원 직경 (W) Φ47 ㎜ 의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서, ΔRmax ≒ 0.24 ㎜, ΔRmin ≒ 0.10 ㎜ 가 되므로, 도 9 로 나타내는 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) {ΔR = min (ΔRe, ΔRi)} 은, 0.10 ㎜ ≤ ΔR ≤ 0.24 ㎜ 로 설정하고 있다.

만일 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 상한값인 0.24 ㎜ 를 초과하면, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 커지고, 유지기 (30) 와 내외륜이 접촉하는 문제가 있다. 유지기 (30) 의 링부 (31) 의 두께를 얇게 하면, 접촉하기 어려워지지만, 유지기 (30) 의 링부 (31) 의 강도가 내려가, 사용 중에 파단할 우려가 있다.

또, 공작 기계나 전동 사출 성형기 등, 본 발명의 앵귤러 볼 베어링 (1) 이 사용되는 용도에 있어서의, 베어링 온도 상한은 100 ℃ 로 하고 있으므로, 실온 20 ℃ 로 하면, 온도차 (ΔT) 는 80 ℃ 가 된다. 사용 온도 100 ℃ 에 있어서의, 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt) 과 유리 섬유 함유율의 관계를 표 1 에 나타낸다.

표 1 로부터, 유리 섬유 함유율이 5 중량퍼센트 이상이고, 「유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 하한값 (ΔRmin) ＞ 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt)」 이 되고, 베어링 사용 온도 상한인 100 ℃ 에 있어서도, 유지기 (30) 와 볼 (3) 이 서로 버티는 일 없이 사용할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이 접촉각 (α) 을 크게 하기 위해서, 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 를 볼 (3) 의 피치 원 직경 (X) 근방까지 크게 한 경우, 유지기 (30) 의 강도도 감안하면, 강화재의 첨가량 비율이 불가결한 구성이 될 수 있다.

(실시예 2)

베어링 내경 (d) Φ60 ㎜, 베어링 외경 (D) Φ120 ㎜, 볼 피치 원 직경 (W) Φ93 ㎜ 의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서, ΔRmax ≒ 0.36 ㎜, ΔRmin ≒ 0.21 ㎜ 가 되므로, 도 9 로 나타내는 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, 0.21 ㎜ ≤ ΔR ≤ 0.36 ㎜ 로 설정하고 있다. 실시예 1 과 마찬가지로, 사용 온도 100 ℃ 에 있어서의 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt) 과 유리 섬유 함유율의 관계를 표 2 에 나타낸다.

표 2 로부터, 유리 섬유 함유율이 5 중량퍼센트 이상이고, 「유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 하한값 (ΔRmin) ＞ 유지기 (30) 의 직경 방향 상대 팽창량 (Δt)」 이 되어, 베어링 사용 온도 상한인 100 ℃ 에 있어서도 유지기 (30) 와 볼 (3) 이 서로 버티는 일 없이 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 유지기 (30) 재료의 합성 수지 중으로의 강화 섬유 함유율의 하한은, 5 중량퍼센트로 하는 것이 바람직한 것이 분명해졌다.

또한, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 적절히 변경, 개량 등이 가능하다.

또, 본 출원은, 2014년 2월 27일 출원의 일본 특허출원 2014-037087 에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

1 : 앵귤러 볼 베어링
3 : 볼
10 : 외륜
11 : 궤도면
12 : 외륜 홈 숄더부
13 : 외륜 카운터보어
14 : 외륜 모따기
20 : 내륜
21 : 궤도면
22 : 내륜 홈 숄더부
23 : 내륜 카운터보어
24 : 내륜 모따기
30 : 유지기
31 : 링부
32 : 기둥부
33 : 포켓부
34 : 절결부
35 : 모서리부

Claims

내주면에 궤도면을 갖는 외륜과,
외주면에 궤도면을 갖는 내륜과,
상기 외륜 및 상기 내륜의 궤도면간에 배치된 복수의 볼과,
상기 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기
를 구비하는 앵귤러 볼 베어링으로서,
상기 내륜의 외주면에 있어서, 배면측에 오목 형성된 내륜 카운터보어의 외경을 D1 로 하고, 정면측에 볼록 형성된 내륜 홈 숄더부의 외경을 D2 로 하면, D1 ＜ D2 이고,
상기 외륜의 내주면의, 정면측에 오목 형성된 외륜 카운터보어의 내경을 D3 으로 하고, 배면측에 볼록 형성된 외륜 홈 숄더부의 내경을 D4 로 하면, D3 ＞ D4 이고,
상기 볼의 접촉각 (α) 은, 45° ≤ α ≤ 65° 이고,
상기 내륜 홈 숄더부의 직경 방향 높이를 상기 볼의 직경으로 나눈 것을 Ai 로 하면, 0.35 ≤ Ai ≤ 0.50 이고,
상기 외륜 홈 숄더부의 직경 방향 높이를 상기 볼의 직경으로 나눈 것을 Ae 로 하면, 0.35 ≤ Ae ≤ 0.50 이고,
상기 유지기는, 대략 원환상 (圓環狀) 의 링부와, 상기 링부의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축방향으로 돌출한 복수의 기둥부와, 이웃하는 상기 기둥부의 사이에 형성된 복수의 포켓부를 갖는 관형 (冠型) 유지기이며,
상기 유지기에는, 강화재가 첨가되고,
상기 볼의 피치 원 직경을 X 로 하고, ΔRmax = X²×5.0×10^-6＋X×1.8×10^-3＋0.14 로 하고, ΔRmin = X²×5.5×10^-6＋X×1.5×10^-3＋0.02 로 하면, 상기 유지기의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, ΔRmin ≤ ΔR ≤ ΔRmax 이며,
100 ℃ 에 있어서의 상기 유지기의 직경 방향 상대 팽창량을 Δt 로 하면, Δt ＜ ΔRmin 인 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 포켓부의 구면 (球面) 중심 위치는, 상기 링부의 직경 방향 중심에 대해, 직경 방향으로 어긋나 있고,
상기 포켓부의 직경 방향 단면 (斷面) 형상은, 임의 반경의 원인 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유지기는 폴리아미드 수지로 이루어지고,
상기 강화재는 유리 섬유이며,
상기 유지기 중의 상기 강화재의 비율은, 5 ∼ 30 중량％ 인 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.