KR20160122825A - 앵귤러 볼 베어링 - Google Patents

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교헤이 마츠나가
요시아키 가츠노
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

유지기 (30) 는, 대략 원환상의 링부 (31) 와, 링부 (31) 의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축 방향으로 돌출된 복수의 기둥부 (32) 와, 이웃하는 기둥부 (32) 의 사이에 형성된 복수의 포켓부 (33) 를 갖는 관형 유지기이다. 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치는, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 와 최내경부 (m2) 의 직경 방향 중간 위치 (M) 보다 직경 방향 일방측으로 어긋나 있다. 포켓부 (33) 를 형성하는 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 링부 (31) 의 직경 방향 일방측면과 직경 방향 타방측면을 잇는 원호 (33a) 의 일부가 절결되어 이루어지는 것이고, 또한 원호 (33a) 의 직경 방향 일방측 단부가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 를 포함한다.

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). 이들 베어링은, 사용하는 공작 기계의 주축대나 가공물을 장착하는 베드의 크기에 따라, 베어링 내경이 φ10 ㎜ ∼ φ100 ㎜ 전후의 사이즈의 것이 사용되고 있다.
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, 축 방향의 부하 용량의 증가와, 가공 정밀도를 유지하기 위한 고 (高) 강성을 양립시키는 것이 필요로 된다.
일본 공개특허공보 2000-104742호
이들을 양립시키기 위해서는, 베어링 사이즈를 크게 하거나, 조합 열수를 많게 하면 대응할 수 있지만, 베어링 사이즈를 크게 해 버리면, 볼나사 축단에 있어서 스페이스 증가로 되고, 또 조합 열수를 무턱대고 많게 해 버리면 볼나사 유닛 부분이 폭이 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 것으로, 한정된 스페이스 중에서 축 방향의 부하 용량 증가와 고강성을 양립시킬 수 있는 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 궤도면 사이에 배치된 복수의 볼과,
상기 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기
를 구비하는 앵귤러 볼 베어링으로서,
상기 내륜의 외주면에는, 배면측에 내륜 카운터보어가 오목 형성되고, 정면측에 내륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
상기 외륜의 내주면에는, 정면측에 외륜 카운터보어가 오목 형성되고, 배면측에 외륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
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 원환상의 링부와, 상기 링부의 정면측 또는 배면측으로부터 소정 간격으로 축 방향으로 돌출된 복수의 기둥부와, 이웃하는 상기 기둥부의 사이에 형성된 복수의 포켓부를 갖는 관형 (冠型) 유지기이고,
상기 포켓부의 구면 중심 위치는, 상기 링부의 최외경부와 최내경부의 직경 방향 중간 위치보다, 직경 방향 일방측으로 어긋나 있고,
상기 포켓부를 형성하는 상기 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 상기 링부의 직경 방향 일방측면과 직경 방향 타방측면을 잇는 원호의 일부가 절결되어 이루어지는 것이고, 또한 상기 원호의 직경 방향 일방측 단부 (端部) 가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 1 스트레이트 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
(2) 상기 포켓부를 형성하는 상기 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 상기 원호의, 상기 제 1 스트레이트 형상부와, 상기 링부의 상기 직경 방향 일방측면을 잇는 부분이 절결되어 형성된 제 2 스트레이트 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 앵귤러 볼 베어링.
(3) 내주면에 궤도면을 갖는 외륜과,
외주면에 궤도면을 갖는 내륜과,
상기 외륜 및 상기 내륜의 궤도면 사이에 배치된 복수의 볼과,
상기 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기를 구비하는 앵귤러 볼 베어링으로서,
상기 내륜의 외주면에는, 배면측에 내륜 카운터보어가 오목 형성되고, 정면측에 내륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
상기 외륜의 내주면에는, 정면측에 외륜 카운터보어가 오목 형성되고, 배면측에 외륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
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 원환상의 링부와, 상기 링부의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축 방향으로 돌출된 복수의 기둥부와, 이웃하는 상기 기둥부의 사이에 형성된 복수의 포켓부를 갖는 관형 유지기이고,
상기 포켓부의 구면 중심 위치는, 상기 링부의 최외경부와 최내경부의 직경 방향 중간 위치보다, 직경 방향 일방측으로 어긋나 있고,
상기 포켓부를 형성하는 상기 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 상기 링부의 직경 방향 일방측면과 직경 방향 타방측면을 잇는 원호의 일부가 절결되어 이루어지는 것이고, 또한 상기 원호의 직경 방향 일방측 단부와, 상기 링부의 상기 직경 방향 일방측면을 잇는 부분의 적어도 일부가 절결되어 형성된 스트레이트 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
(4) 이웃하는 상기 볼끼리의 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 를 곱한 볼 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, 2.5 × 10-3 ≤ L/πdm ≤ 13 × 10-3 을 만족하는 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 앵귤러 볼 베어링.
본 발명의 앵귤러 볼 베어링에 의하면, 볼의 접촉각 (α) 이 45°≤ α ≤ 65°를 만족하므로, 접촉각을 크게 함으로써 베어링의 축 방향 하중의 부하 능력이 증가해, 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 축 방향 하중의 부하 능력이 부족한 것을 방지하면서, 내외륜 홈 숄더부의 연삭 가공을 용이하게 할 수 있다.
또, 포켓부를 형성하는 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 링부의 직경 방향 일방측면과 직경 방향 타방측면을 잇는 원호의 일부가 절결되어 이루어지는 것이고, 또한 원호의 직경 방향 일방측 단부가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 1 스트레이트 형상부를 포함한다. 따라서, 유지기과 볼의 접촉이 선 접촉이 되고, 유지기가 직경 방향으로 이동했을 때에, 볼이 유지기의 포켓부에 유연하게 끼여 들어가고, 유지기의 축 방향으로의 상대 이동을 억제할 수 있다. 이로써, 유지기의 직경 방향 움직임량의 변화를 억제할 수 있고, 베어링 회전 중의 진동의 증가를 억제할 수 있다. 또, 선 접촉 하는 부분에서, 유지기가 규제됨으로써 축 방향의 이동도 최소한으로 억제할 수 있다. 그 결과, 유지기음이나 유지기의 조기 파손 등의 문제를 해소할 수 있다. 또, 유지기의 포켓부의 피치원의 위치와 볼의 피치원의 위치가 축 방향으로 상대적으로 어긋나는 것이 억제되므로, 유지기 제조 시의 외접원 직경이나 내접원 직경의 정확한 측정이 용이해진다.
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 축 방향 일방측으로부터 본 도면이다.
도 5 는 유지기를 축 방향 타방측으로부터 본 도면이다.
도 6 은 도 4 의 VI-VI 단면 사시도이다.
도 7 은 도 4 의 VII-VII 단면 사시도이다.
도 8 은 종래의 깊은 홈 볼 베어링의 단면도이다.
도 9 는 직경 방향 하중이 부하된 경우의 유지기를 축 방향 일방측으로부터 본 도면이다.
도 10 은 유지기에 직경 방향 하중이 부하된 경우의 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 11 은 복수의 볼의 배치 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는 종래의 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 13 은 도 12 의 유지기 및 볼에 있어서의 XIII-XIII 단면도이다.
도 14 는 도 12 의 유지기 및 볼에 있어서, 유지기의 포켓부가 일점 쇄선으로 나타내어지도록 축 방향으로 이동한 경우의 XIV-XIV 단면도면이다.
도 15 는 도 12 에 유지기를 XV 방향으로부터 본 도면이다.
도 16 은 본 발명의 유지기를 나타내는 도면이다.
도 17 은 변형예에 관련된 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 18 은 변형예에 관련된 유지기를 축 방향 일방측으로부터 본 도면이다.
도 19 는 도 18 의 XIX-XIX 단면 사시도이다.
도 20 은 본 발명의 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 21 은 도 20 의 앵귤러 볼 베어링을 병렬 조합한 단면도이다.
도 22 는 유지기에 직경 방향 하중이 부하된 경우의 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 23 의 (a) 는 유지기의 측면도이고, (b) 는 (a) 의 A-A' 단면의 XXIII 방향 사시도이다.
도 24 는 변형예에 관련된 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
이하, 본 발명의 각 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링에 대해, 도면을 사용하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
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, 또한 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 제조 시의 접촉각 (α) 의 편차를 고려해도 50° ≤ α ≤ 60° 정도로 할 수 있어, 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 축 방향 하중의 부하 능력이 부족해 버린다. 또, 0.50 ＜ Ai 또는 0.50 ＜ Ae 인 경우에는, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 의 궤도면 (11, 21) 이, 볼 (3) 의 피치원 직경 (dm) 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 단부에는 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 방향 폭은, 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 피치원 직경 (dm) 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 발생해 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 ∼ 7 을 참조하여, 유지기 (30) 의 구성에 대하여 상세히 서술한다. 유지기 (30) 는, 합성 수지로 이루어지는 볼 안내 방식의 플라스틱 유지기이고, 당해 유지기 (30) 를 구성하는 베이스 수지는 폴리아미드 수지이다. 또한, 폴리아미드 수지의 종류는 제한되는 것은 아니고, 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 축 방향으로 돌출된 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, 축 방향 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) 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, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치가, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 와 최내경부 (m2) 의 직경 방향 중간 위치 (M) 보다, 직경 방향 내측 (직경 방향 일방측) 으로 어긋난 구조가 된다. 여기서, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치는, 볼 (3) 의 중심 (Oi) 에 일치하는 위치이다. 또, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 는 직경 방향 외측면 (31b) 이고, 최내경부 (m2) 는 직경 방향 내측면 (31a) 이다. 또한, 도시한 예에서는, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치가, 링부 (31) 의 최내경부 (m2) 보다 직경 방향 내측으로 어긋나 있다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 를 형성하는 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (직경 방향 일방측면)(31a) 과 직경 방향 외측면 (직경 방향 타방측면)(31b) 을 잇는 원호 (33a) 의 일부가 절결되어 이루어지는 것이다. 원호 (33a) 의 중심은 P 로 나타내고, 반경은 r 로 나타낸다.
보다 구체적으로, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의 직경 방향 내측 단부 (직경 방향 일방측 단부) 가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 를 포함한다. 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 는, 원호 (33a) 의 중심 (P) 보다 배면측에 배치되어 있다. 또, 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 는, 볼 (3) 의 중심 (Oi)(포켓부 (33) 의 구면 중심) 과 축 방향에 있어서 겹친다.
또한, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의, 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 의 정면측의 단부와, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (31a) 의 배면측의 단부를 잇는 부분이 절결되어 형성된 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 포함한다. 따라서, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 는, 정면측 (링부 (31) 측) 을 향함에 따라, 직경 방향 외측을 향하는 직선 형상으로 된다.
또, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의 직경 방향 외측 단부 (직경 방향 타방측 단부) 가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 3 스트레이트 형상부 (33g) 를 포함한다. 제 3 스트레이트 형상부 (33g) 는, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (31b) 과 동일 평면 상에 형성되고, 당해 직경 방향 외측면 (31b) 과 단차 없이 접속한다.
이와 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 제 3 스트레이트 형상부 (33g) 와, 원호 (33a) 와, 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 와, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 가 접속된 형상으로 되어 있다.
또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 를 형성하는, 기둥부 (32) 의 둘레 방향 양 측면, 및 링부 (31) 의 배면측 (기둥부 (32) 측) 의 측면은, 직경 방향으로부터 보면 볼 (3) 과 상사 형상의 구면상으로 형성된다. 여기서, 기둥부 (32) 의 선단은, 둘레 방향 중간에 절결부 (34) 가 형성되어 있고, 두 갈래로 나뉘어져 있다. 이로써, 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 저하하기 때문에, 유지기 (30) 성형 시의 포켓부 (33) 로부터의 형 (型) 의 무리한 발출 시나, 베어링을 조립할 때의 포켓부 (33) 로의 볼 (3) 의 압입 시에, 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 피치원 직경 (dm) 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, 유지기 (30) 의 합성 수지 재료로는, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드, 폴리이미드 등의 수지가 적용되고, 강화재로는, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등이 적용된다.
여기서, 도 8 에 나타내는 바와 같은, 종래의 관형 유지기를 갖는 깊은 홈 볼 베어링 (100) 은, 유지기 (130) 와 내륜 (120) 또는 외륜 (110) 이 직경 방향에 있어서 겹쳐져 있지 않다. 그 때문에, 깊은 홈 볼 베어링 (100) 의 회전 시동 시나 정지 시의 이너시아에 의해, 유지기 (130) 가 설계값을 초과하여, 내륜 (120) 또는 외륜 (110) 에 대해 상대적으로 축 방향으로 이동하였다고 해도, 유지기 (130) 와 내륜 (120) 또는 외륜 (110) 이 간섭하는 일은 없다.
그러나, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 이 직경 방향에 있어서 겹쳐져 있는 경우, 유지기 (30) 가 설계값을 초과하여, 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 에 대해 축 방향으로 상대적으로 이동했을 때에, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 이 간섭할 가능성이 있다. 만일, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c)(도 7 참조) 를 갖지 않는 형상인 경우, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1)(도 1 참조) 가 좁아져, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭해 버리면, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 의 간섭 시에 토크가 변동하고, 볼나사계로서 정확한 위치 결정을 할 수 없게 됨과 함께, 간섭 시의 마찰에 의해 유지기 (30) 가 마모되어, 유지기 (30) 의 파손으로 이어진다. 또, 유지기 (30) 가 마모되었을 때에 발생한 마모 가루가 이물질이 되어, 베어링의 윤활 상태가 나빠지는 결과, 베어링의 수명이 짧아진다.
그래서, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 가짐으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 를 보다 넓게 취할 수 있고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다.
또, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 큰 접촉각 (α) 을 유지하기 위해, 각각 외륜 홈 숄더부 (12) 및 내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (He, Hi) 를, 볼 (3) 의 피치원 직경 (dm) 근방까지 높게 한 경우, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 사이의 직경 방향 공간이 좁아지고, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 사이의 공간에 위치하는 유지기 (30) 의 링부 (31) 의 직경 방향 두께가 표준 베어링에 대해 두껍게 할 수 없다. 특히, 관형 유지기의 경우, 유지기 (30) 의 축 방향 일방측에 밖에 링부 (31) 가 존재하지 않기 때문에, 두께 부족에 의한 링부 (31) 의 강도 저하 염려가 있다.
또한, 유지기 (30) 의 재료가, 폴리아미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드 등의 합성 수지이고, 베이스 수지에의 강화 섬유 함유율도 30 중량퍼센트 이하로 된다. 그 때문에, 유지기 (30) 의 링부 (31) 강도가 낮아지는 경향이 있고, 직경 방향의 충격 하중이나 진동 하중이 가해졌을 때에, 유지기 (30) 가 직경 방향으로 휘어 버린다. 또한, 유지기 (30) 에 직경 방향 하중 (F) 이 부하되어 직경 방향으로 휜 경우의 형상의 일례가, 도 9 에서는 파선으로, 도 10 에서는 일점 쇄선으로 모식적으로 나타내어져 있다. 유지기 (30) 가 직경 방향으로 휨으로써, 유지기 (30) 의 직경 방향 위치가 내륜 (20) 측 또는 외륜 (10) 측에 접근해 버린다. 이로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 만일, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 갖지 않는 형상인 경우, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 그래서, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 가짐으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 를 보다 넓게 취할 수 있고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다.
또, 외륜 (10) 및 내륜 (20) 사이의 공간에 위치하는 유지기 (30) 의 링부 (31) 의 직경 방향 두께가 표준 베어링에 대해 두껍게 할 수 없기 때문에, 링부 (31) 의 굽힘 강성이 충분하지 않은 경우가 있다. 이 경우, 도 6 에 화살표 A 로 나타내는 바와 같이, 베어링 사용 시에 유지기 (30) 의 기둥부 (32) 에 작용하는 원심력에 의해, 기둥부 (32) 의 선단이 직경 방향 외측으로 확경되고, 모서리부 (35) 가 둘레 방향으로 넓어지기 쉬워진다. 따라서, 유지기 (30) 의 축 방향 움직임량 (ΔA) 이 커진다. 이와 같이 유지기 (30) 의 축 방향 움직임량 (ΔA) 이 커진 경우, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 만일, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 갖지 않는 형상인 경우, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 그래서, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면에 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 형성함으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 를 보다 넓게 취할 수 있고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다.
또, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 엑시얼 하중 부하 능력을 크게 하기 위해서, 볼 (3) 의 수 (볼수 (Z)) 가 많아지도록 설정하고 있다. 보다 구체적으로 도 11 을 사용하여 설명한다. 도 11 에는, 직경 dm 의 피치원 상에 배치된 두 개의 볼 (3) 이 나타나 있고, 이들 볼 (3) 의 직경을 Dw 로 하고, 이들 볼 (3) 의 중심을 A, B 로 하고, 선분 AB 와 볼 (3) 의 표면의 교점을 C, D 로 하고, 선분 AB 의 중간점을 E 로 하고, 피치원의 중심을 O 로 하고 있다. 또, 이웃하는 볼 (3) 의 중심 A, B 끼리의 거리 (선분 AB 의 거리) 인 볼 중심 간 거리를 T 로 하고, 이웃하는 볼 (3) 끼리의 거리 (선분 CD 의 거리) 인 볼 간 거리를 L 로 하고, 선분 EO 와 선분 BO 가 이루는 각도 (선분 EO 와 선분 AO 가 이루는 각도) 를 θ 로 하고 있다. 그렇게 하면, 선분 AO 및 선분 BO 의 거리는 (dm/2) 이고, 볼 중심 간 거리 (T) 는 (dm × sinθ) 이고, 볼 간 거리 (L) 는 (T - Dw) 이고, 각도 θ 는 (180°/Z) 이다.
그리고, 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 을 곱한 볼 피치 원주 길이 (πdm) 간에, 2.5 × 10-3 ≤ L/πdm ≤ 13 × 10- 3 의 관계가 성립하도록 설계하고 있다. 만일, L/πdm 이 2.5 × 10-3 보다 작으면 유지기 (30) 의 기둥부 (32) 의 원 둘레 방향 두께가 지나치게 얇아져, 성형 시나 절삭 시에 구멍이 나 버린다. 특히 강화재가 많이 함유되어 있으면, 성형 시에 유지기 (30) 의 재료인 합성 수지의 유동성이 나빠져, 구멍이 나기 쉽다. 또, L/πdm 이 13 × 10-3 보다 크면, 볼수 (Z) 가 적어지고, 베어링의 엑시얼 하중 부하 능력 및 강성이 낮아진다.
이와 같이, 앵귤러 볼 베어링 (1) 은 2.5 × 10-3 ≤ L/πdm ≤ 13 × 10-3 을 만족하도록, 즉 볼수 (Z) 가 비교적 많아지도록 설계되어 있고, 유지기 (30) 의 기둥부 (32) 의 원 둘레 방향 두께가 표준 베어링에 대해 두껍게 할 수 없다. 따라서, 기둥부 (32) 의 원 둘레 방향 두께가 얇아짐에 따라 모서리부 (35) 의 두께가 얇아진다. 그 때문에, 도 6 에 화살표 A 로 나타내는 바와 같이, 볼 (3) 과 유지기 (30) 의 모서리부 (35) 가 접했을 때에, 모서리부 (35) 가 둘레 방향으로 넓어지기 쉽고, 그 결과 유지기의 축 방향 움직임량 (ΔA) 이 커진다. 이로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 만일, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 갖지 않는 형상인 경우, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 그래서, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 가짐으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 를 보다 넓게 취할 수 있고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다.
도 12 에 나타내는 바와 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면을, 종래형의 임의의 반경 r1 의 원상으로 한 경우라도, 상기 서술한 본 실시형태의 유지기 (30) 와 마찬가지로, 베어링의 회전 중에 유지기 (30) 의 축 방향 상대 이동량 (ΔA) 이 커진다. 그리고, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 원상인 경우, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 의 볼 (3) 을 안내하는 부분인 직경 방향 내측 단부 (33d) 와, 볼 (3) 이 점 접촉이 된다. 이 경우, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 의 직경 방향 내측 단부 (33d) 와 볼 (3) 사이의 직경 방향 거리가, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 된다.
이 경우, 유지기 (30) 와 볼 (3) 이 점 접촉하기 때문에, 베어링 회전 중에 유지기 (30) 가 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 에 대해 축 방향으로 용이하게 상대 이동하고, 그 결과 포켓부 (33) 의 직경 방향 내측 단부 (33d) 의 위치도 축 방향으로 이동한다. 도 12 에는, 축 방향으로 이동한 포켓부 (33)(기둥부 (32)) 가 일점 쇄선으로 나타내어져 있다. 그렇게 하면, 포켓부 (33) 의 직경 방향 내측 단부 (33d) 와 볼 (3) 사이의 직경 방향 거리는, 축 방향으로의 이동 전과 비교해 이동 후가 커지므로, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 도, 축 방향으로의 이동 전 (도 13 참조) 과 비교해 이동 후 (도 14 참조) 가 커진다.
이 현상이, 유지기 (30) 가 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 에 대해 축 방향으로 상대 이동할 때마다 발생하므로, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 원상인 경우, 안정적으로 볼 (3) 을 안내할 수 없고, 유지기 (30) 의 진동이 증가해, 유지기음이나 유지기 (30) 의 조기 파손 등의 문제가 발생한다.
그래서, 본 실시형태와 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면에 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 를 형성함으로써, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 포켓부 (33) 의 볼 (3) 을 안내하는 부분인 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 와, 볼 (3) 이 원호상으로 선 접촉하는 구성이 된다. 이와 같이, 유지기 (30) 와 볼 (3) 의 접촉 부분을 선 접촉으로 함으로써, 유지기 (30) 가 직경 방향으로 이동했을 때에, 볼 (3) 이 포켓부 (33) 에 유연하게 끼여 들어가고, 유지기 (30) 의 축 방향 상대 이동을 억제할 수 있다. 그 때문에, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 의 변화를 방지할 수 있고, 베어링 회전 중의 진동의 증가를 억제할 수 있다. 또, 유지기 (30) 의 축 방향 이동이 억제되는 결과, 유지기음이나 유지기 (30) 의 조기 파손 등의 문제를 억제할 수 있다.
기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면을 원상으로 한 경우 (도 12 참조), 전술한 베어링 회전 중에 생기는 문제 이외에도, 생길 수 있는 문제가 있다. 그 문제란, 유지기 (30) 의 포켓부 (33) 의 피치원 위치와, 볼 (3) 의 피치원 위치가 축 방향으로 상대적으로 어긋나는 것에 의해, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 설계상의 범위로부터 변화해, 유지기 제조 시의 볼 외접원 직경 및 볼 내접원 직경의 정확한 측정이 곤란한 것이다.
유지기 (30) 의 볼 외접원 직경 및 볼 내접원 직경의 측정 방법의 하나로서, 유지기 (30) 의 링부 (31) 를 아래로 한 상태에서, 볼 (3) 을 직경 방향 내측에 가볍게 측정 하중을 주어 고정해 측정하는 방법이 있다. 이때, 포켓부 (33) 내의 볼 (3) 은 중력에 의해 포켓부 (33) 중에서 링부 (31) 쪽으로 치우친다. 그 결과, 포켓부 (33) 의 피치원의 위치와, 볼 (3) 의 피치원의 위치가 축 방향으로 상대적으로 어긋난다. 그리고, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이, 축 방향으로의 이동 전 (도 13 참조) 과 비교해 이동 후 (도 14 참조) 가 커지는 결과, 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 설계상의 범위를 초과하여 커져 버린다. 이 경우, 유지기 (30) 의 볼 외접원 직경 및 볼 내접원 직경의 정확한 측정이 곤란해져 버린다.
그래서, 본 실시형태에서는, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면에 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 를 형성함으로써, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 측정 하중에 의해 볼 (3) 이 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 의 부분으로 끼여 들어가, 볼 (3) 이 축 방향으로 어긋나는 일 없이 볼 외접원 직경 및 볼 내접원 직경의 정확한 측정이 용이하게 된다.
또한, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치는, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 와 최내경부 (m2) 의 직경 방향 중간 위치 (M) 보다, 직경 방향 내측으로 어긋난 구성에 한정되지 않고, 도 17 ∼ 도 19 에 나타내는 바와 같이, 직경 방향 외측으로 어긋난 구성이라도 상관없다. 즉, 외륜 홈 숄더부 (12) 와 내륜 카운터보어 (23) 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, 도시한 예에서는, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치가, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 보다 직경 방향 외측으로 어긋나 있다. 이 경우라도, 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.
여기서, 포켓부 (33) 를 형성하는 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (직경 방향 일방측면)(31b) 과 직경 방향 내측면 (직경 방향 타방측면)(31a) 을 잇는 원호 (33a) 의 일부가 절결되어 이루어지는 것이다. 원호 (33a) 의 중심은 P 로 나타내고, 반경은 r 로 나타낸다.
보다 구체적으로, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의 직경 방향 외측 단부 (직경 방향 일방측 단부) 가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 를 포함한다. 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 는, 원의 중심 (P) 보다 정면측 (반(反)부하측. 도 19 중 좌측) 에 배치되어 있다. 또, 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 는, 볼 (3) 의 중심 (Oi)(포켓부 (33) 의 구면 중심) 과 축 방향에 있어서 겹친다.
또한, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의, 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 의 배면측 (부하측. 도 19 중 우측) 의 단부와, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (31b) 의 정면측의 단부를 잇는 부분이 절결되어 형성된 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 포함한다. 따라서, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 는, 배면측 (링부 (31) 측) 을 향함에 따라, 직경 방향 내측을 향하는 직선 형상으로 된다.
또, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의 직경 방향 내측 단부 (직경 방향 타방측 단부) 가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 3 스트레이트 형상부 (33g) 를 포함한다. 제 3 스트레이트 형상부 (33g) 는, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (31a) 과 동일 평면 상에 형성되고, 당해 직경 방향 내측면 (31a) 과 단차 없이 접속한다.
이와 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 제 3 스트레이트 형상부 (33g) 와, 원호 (33a) 와, 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 와, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 가 접속된 형상으로 되어 있다.
이와 같이 구성한 경우라도, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
다음으로, 제 1 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링 (1) 의 복수의 파라미터를 변경한 각 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 1-1)
본 실시예의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서는, 내경을 Φ15 ㎜, 접촉각 (α) 을 50°, Ai (내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.38, Ae (외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.38 로 설정하였다. 유지기 (30) 의 재질은 폴리아미드 수지이다. 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 를 곱한 볼 (3) 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, L/πdm = 12 × 10-3 을 만족한다.
이와 같이 각 파라미터를 설정함으로써, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 발휘하는 것이 확인되었다.
(실시예 1-2)
본 실시예의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서는, 내경을 Φ60 ㎜, 접촉각 (α) 을 60°, Ai (내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.47, Ae (외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.47 로 설정하였다. 유지기 (30) 의 재질은, 베이스 수지가 폴리아세탈 수지이고, 강화재로서 카본 섬유를 10 중량퍼센트 첨가한 것이다. 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 를 곱한 볼 (3) 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, L/πdm = 2.3 × 10-3 을 만족한다.
이와 같이 각 파라미터를 설정함으로써, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 발휘하는 것이 확인되었다.
(실시예 1-3)
본 실시예의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서는, 내경을 Φ40 ㎜, 접촉각 (α) 을 55°, Ai (내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.43, Ae (외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.43 으로 설정하였다. 유지기 (30) 의 재질은, 베이스 수지가 폴리아미드 수지이고, 강화재로서 유리 섬유를 20 중량퍼센트 첨가한 것이다. 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 를 곱한 볼 (3) 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, L/πdm = 7.0 × 10-3 을 만족한다.
이와 같이 각 파라미터를 설정함으로써, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 발휘하는 것이 확인되었다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링에 대해 설명한다. 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 제 1 실시형태와 비교해, 유지기 (30) 에 제 1 스트레이트 형상부 (33b) 가 형성되지 않는 구성에서 상위하지만, 그 밖의 기본적 구성은 대략 동일하다. 따라서, 동일 또는 상등 부분에는 동일 부호를 붙임으로써 설명을 생략 또는 간략화하고, 상위 부분에 대해 이하 상세히 서술한다.
도 20 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 포켓부 (33) 를 형성하는 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (직경 방향 일방측면)(31a) 과 직경 방향 외측면 (직경 방향 타방측면)(31b) 을 잇는 원호 (33a) 의 일부가 절결되어 이루어지는 것이다.
보다 구체적으로, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의 직경 방향 내측 단부 (직경 방향 일방측 단부. 저부.)(33e) 와, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (31a) 을 잇는 부분의 적어도 일부가 절결되어 형성된 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 포함한다. 본 실시형태에서는, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 가, 원호 (33a) 의 직경 방향 내측 단부 (33e) 보다 링부 (31) 측의 시점 (始点)(X)(제 2 스트레이트 형상부 (33c) 와 원호 (33a) 의 교점) 과, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (31a) 을 직선상으로 잇도록 구성된다. 또한, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 는, 원호 (33a) 의 직경 방향 내측 단부 (33e) 와, 링부 (31) 의 직경 방향 내측면 (31a) 을 잇도록 형성해도 상관없다. 즉, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 의 시점 (X) 과, 원호 (33a) 의 직경 방향 내측 단부 (33e) 가 일치하는 구성이라도 상관없다.
이상과 같이, 본 실시형태의 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 와, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 가 접속된 형상으로 되어 있다.
이와 같이 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면에 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 형성함으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1)(도 20 참조) 를 보다 넓게 취할 수 있어, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다. 즉, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 예를 들어, 도 10 및 도 22 에는, 유지기 (30) 에 직경 방향 하중 (F) 이 부하되어, 직경 방향으로 휜 경우의 형상의 일례가 일점 쇄선으로 모식적으로 나타내어져 있다. 유지기 (30) 가 직경 방향으로 휨으로써, 유지기 (30) 의 직경 방향 위치가 내륜 (20) 측 또는 외륜 (10) 측에 접근해 버린다. 이로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 만일, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면이 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 갖지 않는 원상인 경우, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 가 좁아지고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성이 높아진다. 그래서, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 과 같이, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면에 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 형성함으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 사이의 축 방향 거리 (ΔS1) 를 보다 넓게 취할 수 있고. 유지기 (30) 와 내륜 (20) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다.
또, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 의 시점 (X) 은, 볼 (3) 의 중심 (Oi)(포켓부 (33) 의 구면 중심) 보다 링부 (31) 측에 위치하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 유지기 (30) 의 기둥부 접촉 내경, 즉 볼 (3) 과 포켓부 (33) 의 접촉점 내경을 확보할 수 있으므로, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 을 적절한 값으로 규제할 수 있다. 여기서, 볼 안내 방식의 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 은, 도 23 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) 이 작은 쪽으로 결정된다 {ΔR = min(ΔRe,ΔRi)}. 이로써, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 커지지 않고, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 의 접촉을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 앵귤러 볼 베어링 (1) 은, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 병렬 조합으로 사용할 수 있고, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 외륜 모따기 (14) 및 내륜 모따기 (24) 를 형성함으로써, 내륜 (20) 및 외륜 (10) 끼리의 간섭 방지, 및 기름 빠짐성의 향상을 실현하고 있다.
또한, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치는, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 와 최내경부 (m2) 의 직경 방향 중간 위치 (M) 보다, 직경 방향 내측으로 어긋난 구성에 한정되지 않고, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 직경 방향 외측으로 어긋난 구성이라도 상관없다. 즉, 외륜 홈 숄더부 (12) 와 내륜 카운터보어 (23) 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, 도시의 예에서는, 포켓부 (33) 의 구면 중심 위치가, 링부 (31) 의 최외경부 (m1) 보다 직경 방향 외측으로 어긋나 있다. 이 경우라도, 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.
여기서, 포켓부 (33) 를 형성하는 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (직경 방향 일방측면)(31b) 과 직경 방향 내측면 (직경 방향 타방측면)(31a) 을 잇는 원호 (33a) 의 일부가 절결되어 이루어지는 것이다. 원호 (33a) 의 중심은, 볼 (3) 의 중심 (Oi)(포켓부 (33) 의 구면 중심) 에 일치하고, 반경은 r 로 나타낸다.
보다 구체적으로, 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 의 직경 방향 외측 단부 (직경 방향 일방측 단부)(33f) 와, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (31b) 을 잇는 부분의 적어도 일부가 절결되어 형성된 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 포함한다. 본 실시형태에서는, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 가, 원호 (33a) 의 직경 방향 외측 단부 (33f) 보다 링부 (31) 측의 시점 (X)(제 2 스트레이트 형상부 (33c) 와 원호 (33a) 의 교점) 과, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (31b) 을 직선상으로 잇도록 구성된다. 또한, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 는, 원호 (33a) 의 직경 방향 외측 단부 (33f) 와, 링부 (31) 의 직경 방향 외측면 (31b) 을 잇도록 형성해도 상관없다. 즉, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 의 시점 (X) 과, 원호 (33a) 의 직경 방향 외측 단부 (33f) 가 일치하는 구성이라도 상관없다.
이상과 같이, 본 실시형태의 기둥부 (32) 의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 원호 (33a) 와, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 가 접속된 형상으로 되어 있다.
이와 같이, 포켓부 (33) 에 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 를 형성함으로써, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 사이의 축 방향 거리 (ΔS2) 를 보다 넓게 취할 수 있고, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 이 간섭할 가능성을 낮게 할 수 있다.
또, 제 2 스트레이트 형상부 (33c) 의 시점 (X) 을 직경 방향 외측 단부 (33f) 보다 링부 (31) 측에 배치함으로써, 유지기 (30) 의 기둥부 접촉 외경, 즉 볼 (3) 과 포켓부 (33) 의 접촉점 외경을 확보할 수 있으므로, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 을 적절한 값으로 규제할 수 있다. 이로써, 유지기 (30) 의 직경 방향 움직임량 (ΔR) 이 커지지 않아, 유지기 (30) 와 외륜 (10) 의 접촉을 억제할 수 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 관련된 앵귤러 볼 베어링 (1) 의 복수의 파라미터를 변경한 각 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 2-1)
본 실시예의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서는, 내경을 Φ15 ㎜, 접촉각 (α) 을 50°, Ai (내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.38, Ae (외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.38 로 설정하였다. 유지기 (30) 의 재질은 폴리아미드 수지이다. 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 을 곱한 볼 (3) 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, L/πdm = 12 × 10-3 을 만족한다.
이와 같이 각 파라미터를 설정함으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 의 접촉 방지가 확인되었다.
(실시예 2-2)
본 실시예의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서는, 내경을 Φ60 ㎜, 접촉각 (α) 을 60°, Ai (내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.47, Ae (외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.47 로 설정하였다. 유지기 (30) 의 재질은, 베이스 수지가 폴리아세탈 수지이고, 강화재로서 카본 섬유를 10 중량퍼센트 첨가한 것이다. 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 을 곱한 볼 (3) 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, L/πdm = 2.3 × 10-3 을 만족한다.
이와 같이 각 파라미터를 설정함으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 의 접촉 방지가 확인되었다.
(실시예 2-3)
본 실시예의 앵귤러 볼 베어링 (1) 에 있어서는, 내경을 Φ40 ㎜, 접촉각 (α) 을 55°, Ai (내륜 홈 숄더부 (22) 의 직경 방향 높이 (Hi) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.43, Ae (외륜 홈 숄더부 (12) 의 직경 방향 높이 (He) 를 볼 (3) 의 직경 (Dw) 으로 나눈 것) 의 값을 0.43 으로 설정하였다. 유지기 (30) 의 재질은, 베이스 수지가 폴리아미드 수지이고, 강화재로서 유리 섬유를 20 중량퍼센트 첨가한 것이다. 볼 간 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 을 곱한 볼 (3) 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, L/πdm = 7.0 × 10-3 을 만족한다.
이와 같이 각 파라미터를 설정함으로써, 유지기 (30) 와 내륜 (20) 또는 외륜 (10) 의 접촉 방지가 확인되었다.
또한, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경, 개량 등이 가능하다.
또, 본 출원은, 2014년 3월 19일 출원된 일본 특허 출원 2014-56627, 2014년 3월 19일 출원된 일본 특허 출원 2014-56628, 및 2014년 7월 17일 출원된 특허협력조약에 근거하는 국제 출원 PCT/JP2014/069091에 근거하는 것이고, 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
31a : 직경 방향 내측면 (직경 방향 일방측면, 직경 방향 타방측면)
31b : 직경 방향 외측면 (직경 방향 타방측면, 직경 방향 일방측면)
32 : 기둥부
33 : 포켓부
33a : 원호
33b : 제 1 스트레이트 형상부
33c : 제 2 스트레이트 형상부
33d : 직경 방향 내측 단부
33e : 직경 방향 내측 단부 (직경 방향 일방측 단부)
33f : 직경 방향 외측 단부 (직경 방향 일방측 단부)
33g : 제 3 스트레이트 형상부
34 : 절결부
35 : 모서리부
Oi : 볼 중심 (포켓부 구면 중심)

Claims (4)

  1. 내주면에 궤도면을 갖는 외륜과,
    외주면에 궤도면을 갖는 내륜과,
    상기 외륜 및 상기 내륜의 궤도면 사이에 배치된 복수의 볼과,
    상기 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기를 구비하는 앵귤러 볼 베어링으로서,
    상기 내륜의 외주면에는, 배면측에 내륜 카운터보어가 오목 형성되고, 정면측에 내륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
    상기 외륜의 내주면에는, 정면측에 외륜 카운터보어가 오목 형성되고, 배면측에 외륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
    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 원환상의 링부와, 상기 링부의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축 방향으로 돌출된 복수의 기둥부와, 이웃하는 상기 기둥부의 사이에 형성된 복수의 포켓부를 갖는 관형 유지기이고,
    상기 포켓부의 구면 중심 위치는, 상기 링부의 최외경부와 최내경부의 직경 방향 중간 위치보다, 직경 방향 일방측으로 어긋나 있고,
    상기 포켓부를 형성하는 상기 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 상기 링부의 직경 방향 일방측면과 직경 방향 타방측면을 잇는 원호의 일부가 절결되어 이루어지는 것이고, 또한 상기 원호의 직경 방향 일방측 단부가 절결되어 축 방향으로 연장되도록 형성된 제 1 스트레이트 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포켓부를 형성하는 상기 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 상기 원호의, 상기 제 1 스트레이트 형상부와, 상기 링부의 상기 직경 방향 일방측면을 잇는 부분이 절결되어 형성된 제 2 스트레이트 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
  3. 내주면에 궤도면을 갖는 외륜과,
    외주면에 궤도면을 갖는 내륜과,
    상기 외륜 및 상기 내륜의 궤도면 사이에 배치된 복수의 볼과,
    상기 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하고, 볼 안내 방식인 유지기를 구비하는 앵귤러 볼 베어링으로서,
    상기 내륜의 외주면에는, 배면측에 내륜 카운터보어가 오목 형성되고, 정면측에 내륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
    상기 외륜의 내주면에는, 정면측에 외륜 카운터보어가 오목 형성되고, 배면측에 외륜 홈 숄더부가 볼록 형성되고,
    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 원환상의 링부와, 상기 링부의 정면측 또는 배면측으로부터, 소정 간격으로 축 방향으로 돌출된 복수의 기둥부와, 이웃하는 상기 기둥부의 사이에 형성된 복수의 포켓부를 갖는 관형 유지기이고,
    상기 포켓부의 구면 중심 위치는, 상기 링부의 최외경부와 최내경부의 직경 방향 중간 위치보다 직경 방향 일방측으로 어긋나 있고,
    상기 포켓부를 형성하는 상기 기둥부의 둘레 방향으로부터 본 측면은, 상기 링부의 직경 방향 일방측면과 직경 방향 타방측면을 잇는 원호의 일부가 절결되어 이루어지는 것이고, 또한 상기 원호의 직경 방향 일방측 단부와, 상기 링부의 상기 직경 방향 일방측면을 잇는 부분의 적어도 일부가 절결되어 형성된 스트레이트 형상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이웃하는 상기 볼끼리의 거리 (L) 와, 볼 피치원 직경 (dm) 에 원주율 (π) 을 곱한 볼 피치 원주 길이 (πdm) 의 관계는, 2.5 × 10-3 ≤ L/πdm ≤ 13 × 10-3 을 만족하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 볼 베어링.
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