KR20170084690A - 구름 베어링 장치 - Google Patents

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KR20170084690A
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annular
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기요시 다니모토
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가부시키가이샤 제이텍트
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Abstract

구름 베어링 장치(10)는 내륜(21), 외륜(22) 및 볼(23)을 갖는 베어링부(20); 및 내륜(21)과 외륜(22) 사이의 환형 공간(11)에 인접하여 제공되고 윤활유를 환형 공간(11)에 공급할 수 있는 오일 공급 유닛(40)을 구비하고 있다. 베어링부(20)는 환형 공간(11)에 제공된 환형 케이지(24)를 갖는다. 케이지(24)는 한 쌍의 환형부(31, 32)와 복수의 바(33)를 구비하고 있다. 제1 축방향 측에 위치된 환형부(31)의 외주면(34)은 외륜(22)의 내주면의 일부와 접촉할 수 있는 접촉부(35)를 갖는다. 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)은, 접촉부(35)를 정상부로 하여, 정상부로부터 제1 축방향 측을 향해 제공되는 제1 경사면(51) 및 정상부로부터 제2 축방향 측을 향해 제공되는 제2 경사면(52)을 갖는다.

Description

구름 베어링 장치{ROLLING BEARING DEVICE}
본 발명은 소량의 윤활유를 베어링부에 공급하는 오일 공급 유닛을 포함하는 구름 베어링 장치에 관한 것이다.
구름 베어링은 예를 들어 기계 공구의 주축 베어링으로 사용되며, 일부 베어링은 윤활성을 확보하기 위해 오일-공기(oil-air) 윤활을 채용한다. 그러나, 오일-공기 윤활의 경우, 공기 소비가 운전 비용을 상승시킨다. 오일-공기 공급 장치 및 공기 클리닝 유닛을 포함하는 필요한 보조 장비가 또한 장비 비용을 상승시킬 수 있다.
구름 베어링에 오일을 공급하기 위한 대체 수단으로서 오일 공급 유닛이 내장된 베어링 장치가 알려져있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2004-108388호 참조). 이 베어링 장치에서는, 오일 공급 유닛이 외륜에 장착되고, 구름 베어링과 오일 공급 유닛이 일체화되어 있다. 오일 공급 유닛은 내륜과 외륜 사이에 형성된 환형 공간으로 윤활유를 배출하는 펌프를 포함한다.
윤활유는 펌프로부터 미량으로 배출되고, 배출되는 윤활유의 양은 펌프의 작용을 제어함으로써 조정된다. 윤활유는 펌프에 의해 간헐적으로(시간 간격으로) 오일 방울로서 배출되고, 펌프로부터 1회의 작용으로 배출되는 윤활유의 양은 예를 들어 약 수 피코리터 내지 수백 나노리터이다. 구름 베어링과 함께 오일 공급 유닛을 포함하는 이 베어링 장치에 따르면, 내륜과 외륜 사이의 환형 공간에 미량의 윤활유를 토출할 수 있고, 토출된 윤활유가 내륜 및 외륜의 궤도면, 구름 요소, 및 구름 요소를 보유하는 케이지에 부착됨에 따라 부착됨에 따라 구름 베어링이 윤활된다.
구름 베어링에 있어서, 윤활용 윤활유를 다량으로 공급하는 것은 증가된 오일 교반 저항으로 인한 회전 특성의 열화를 초래한다. 특히, 기계 공구의 주축 베어링과 같이 고속으로 회전하는 구름 베어링의 경우, 윤활유의 양이 증가함에 따라 회전 특성이 열화된다.
여기서, 전술한 바와 같은 오일 공급 유닛을 포함하는 베어링 장치는 소량의 윤활유로 구름 베어링의 구성요소를 윤활할 수 있다. 그러나, 공급되는 윤활유가 윤활이 필요한 영역에 도포되지 않으면, 그 영역에서 눌러붙음(seizure) 등이 발생하여 베어링에 손상을 준다. 예를 들면, 케이지의 외주면의 일부가 외륜의 내주면의 일부와 미끄럼 접촉함에 따라 케이지가 외륜에 의해 안내되는 경우, 외륜과 케이지의 미끄럼 접촉부에 윤활유를 공급할 필요가 있다. 그러나, 케이지의 일부(윤활을 필요로하지 않는 영역) 이외의 영역에 부착되어 남아있는 임의의 윤활유는 미끄럼 접촉부를 윤활하는데 사용되지 않고 낭비된다.
따라서, 본 발명은 이러한 윤활유의 양이 적을 때에도 오일 공급 유닛으로부터 공급되는 윤활유를 효율적으로 사용할 수있는 구름 베어링 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 실시예의 구름 베어링 장치는, 내륜, 외륜, 내륜과 외륜 사이에 개재되는 복수의 구름 요소, 및 내륜과 외륜 사이에 형성된 환형 공간에 제공되어 복수의 구름 요소를 보유하는 환형 케이지를 갖는 베어링부; 및 상기 환형 공간에 축방향으로 인접하여 제공되고 윤활유를 환형 공간에 공급할 수 있는 오일 공급 유닛을 포함한다. 케이지는 한 쌍의 환형부를 갖는다. 환형부 중 하나는 구름 요소의 제1 축방향 측에 제공되고, 환형부 중 다른 하나는 구름 요소의 제2 축방향 측에 제공된다. 또한, 케이지는 원주 방향으로 간격을 두고 제공되며 한 쌍의 환형부를 서로 연결하는 복수의 바를 갖는다. 원주 방향으로 서로 인접하는 바 사이의 틈새는 구름 요소를 보유하는 포켓을 구성한다. 제1 축방향 측에 위치된 환형부의 외주면은 외륜의 내주면의 일부에 접촉할 수 있는 접촉부를 갖는다. 케이지의 반경방향 외측면은, 접촉부를 케이지의 반경방향 치수가 가장 큰 정상부로 하여, 정상부로부터 제1 축방향 측을 향해 제공되는 제1 경사면과, 정상부로부터 제2 축방향 측을 향해 제공되는 제2 경사면을 갖는다.
이 구름 베어링 장치에 의하면, 케이지의 반경방향 외측면은, 외륜의 내주면의 일부에 접촉할 수 있는 접촉부를 정상부로 하여, 정상부의 양 축방향 측에 제공되는 제1 경사면과 제2 경사면을 갖는다. 따라서, 회전 베어링부에 의해 야기된 원심력 하에서, 케이지의 반경방향 외측면에 부착된 윤활유는 제1 경사면과 제2 경사면을 따라 흐르고 접촉부로 안내된다. 그 결과, 케이지의 접촉부와 외륜의 내주면의 일부 사이의 간극에 윤활유를 모을 수 있다. 따라서, 오일 공급 유닛으로부터 공급되는 윤활유의 양이 적을 때에도, 이 윤활유는 케이지와 외륜 사이의 미끄럼에 의한 눌러붙음 등을 방지하는데 효율적으로 사용될 수 있다.
제1 경사면은 케이지의 제1 축방향 측의 단부로부터 접촉부를 향하여 서서히 외경이 증가하는 면일 수 있고, 제2 경사면은 케이지의 제2 축방향 측의 단부로부터 접촉부를 향하여 서서히 외경이 증가하며 경사각이 제1 경사면의 경사각보다 작은 면일 수 있다. 이 경우, 제2 축방향 측에 위치된 환형부의 외주면 및 이 환형부와 연속하는 바의 반경방향 외측면은 제2 경사면에 포함된다. 따라서, 회전 베어링부에 의한 원심력에 의해 윤활유가 접촉부에 안내되는 구성이 얻어진다.
구름 베어링 장치에서, 베어링부는 구름 요소를 구성하는 볼이 내륜 및 외륜에 접촉각으로 접촉하는 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 구성을 가질 수 있다. 외륜은 단면이 원형 오목 형상이며 볼이 위에서 구르는 궤도면과 틈새를 가로질러 케이지의 반경방향 외측면에 대면하는 한 쌍의 견부를 가질 수 있다. 견부 중 하나는 궤도면의 제1 축방향 측에 제공되고, 견부 중 다른 하나는 궤도면의 제2 축방향 측에 제공된다. 이 경우, 제2 축방향 측의 외륜의 견부와 제2 경사면 사이의 틈새가 작아진다. 이로써, 제2 경사면을 따라 흐르는 윤활유에 의해 외륜의 견부에 부착된 윤활유가 동반되어 접촉부로 이동하게 된다.
구름 베어링 장치는 오일 공급 유닛과 오일 공급 유닛에 축방향으로 인접하여 위치된 환형 부품 사이에 형성된 환형 틈새의 축방향 치수를 감소시키는 틈새 필러를 더 포함할 수 있다. 베어링부가 회전할 때, 케이지도 구름 요소와 함께 회전하여 주변 공기가 동반되어 원주 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이 틈새 필러에 의해 오일 공급 유닛과 이것에 인접하여 위치된 환형부 사이에 형성되는 환형 틈새가 좁아지면, 이 환형 틈새에 존재하는 윤활유가 회전 공기에 포함될 수 있다. 따라서, 환형 틈새에 존재하는 윤활유는 외륜과 케이지의 접촉부 사이의 간극에 공급될 기회가 주어져, 윤활유의 사용 효율을 더 향상시킬 수 있다.
구름 베어링 장치의 틈새 필러는 오일 공급 유닛 측에 제공된 환형 스페이서일 수 있고, 스페이서는 반경방향 외측에 위치하는 제1 부분과, 제1 부분의 반경방향 내측에 제공되며 케이지에 서서히 접근하도록 반경방향 외측을 향해 연장되는 경사 안내면을 갖는 제2 부분을 가질 수 있다. 이 경우, 환형 틈새에 있어서 반경방향 외측에서 회전 공기의 유속을 증가시킬 수 있기 때문에, 환형 틈새의 반경방향 내측에 존재하는 윤활유를 반경방향 외측을 향해 운반할 수 있다. 따라서, 이 윤활유는 외륜과 케이지의 접촉부 사이의 간극의 윤활에 이용 가능하게 된다.
본 발명의 제2 실시예의 구름 베어링 장치는, 내륜, 외륜, 내륜과 외륜 사이에 개재되는 복수의 구름 요소, 및 내륜과 외륜 사이에 형성된 환형 공간에 제공되어 복수의 구름 요소를 보유하는 환형 케이지; 및 환형 공간에 축방향으로 인접하여 제공되고 윤활유를 환형 공간에 공급할 수 있는 오일 공급 유닛을 포함한다. 케이지는 한 쌍의 환형부를 갖는다. 환형부 중 하나는 구름 요소의 제1 축방향 측에 제공되고, 환형부 중 다른 하나는 구름 요소의 제2 축방향 측에 제공된다. 또한, 케이지는 원주 방향으로 간격을 두고 제공되며 한 쌍의 환형부를 서로 연결하는 복수의 바를 갖는다. 원주 방향으로 서로 인접하는 바 사이의 틈새는 구름 요소를 보유하는 포켓을 구성한다. 오일 공급 유닛에 축방향으로 인접하여 위치된 환형부의 외주면은 외륜의 내주면의 일부와 접촉할 수 있는 접촉부를 갖는다. 구름 베어링 장치는 오일 공급 유닛과 오일 공급 유닛에 축방향으로 인접하여 위치된 환형부 사이에 형성된 환형 틈새의 축방향 치수를 감소시키는 틈새 필러를 더 포함한다.
이 구름 베어링 장치에 따르면, 베어링부가 회전할 때, 케이지도 구름 요소와 함께 회전하여 주위의 공기를 동반하여 원주 방향으로 회전시킨다. 따라서, 전술한 바와 같이 틈새 필러에 의해 오일 공급 유닛과 이것에 인접하여 위치된 환형부 사이에 형성되는 환형 틈새가 좁아지면, 이 환형 틈새에 존재하는 윤활유가 회전 공기에 포함될 수 있다. 따라서, 환형 틈새에 존재하는 윤활유는 외륜과 케이지의 접촉부 사이의 간극에 공급될 기회가 주어진다. 그 결과, 오일 공급 유닛으로부터 공급되는 윤활유의 양이 적을 때에도, 케이지와 외륜 사이의 미끄럼에 의한 발화 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 오일 공급 유닛으로부터 공급되는 윤활유의 양이 적을 때에도, 이 윤활유는 케이지와 외륜 사이의 미끄럼에 의한 눌러붙음 등을 방지하는데 효율적으로 이용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점, 및 기술적 및 산업적 중요성은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명되며, 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 구름 베어링 장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구름 베어링 장치의 일부의 단면도이다.
도 3은 케이지의 반경방향 외측면과 그 주변을 나타내는 도면이다.
도 4는 틈새 필러의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 구름 베어링 장치(10)의 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 구름 베어링 장치(10)의 단면도의 일부이다. 구름 베어링 장치(10)는 베어링부(20)와 오일 공급 유닛(40)을 구비하고 있다. 본 실시예의 구름 베어링 장치(10)는 베어링 하우징(8) 내에 수납되어 기계 공구의 주축(축(7))을 회전가능하게 지지하는 상태로 있다.
베어링부(20)는 내륜(21), 외륜(22), 복수의 볼(구름 요소)(23) 및 볼(23)을 보유하는 환형 케이지(24)를 갖는다. 내륜(21)은, 축(7)의 외측에 끼워맞춰진 원통형 부재이고, 외주에 궤도면으로서 형성된 궤도 홈(이하 내륜 궤도 홈(25)이라 칭함)을 갖는다. 외륜(22)은, 베어링 하우징(8)의 내주면에 고정된 원통형 부재이고, 내주에 궤도면으로서 형성된 궤도 홈(이하, 외륜 궤도 홈(26)이라 칭함)을 갖는다. 이 실시예에서, 내륜(21)은 외륜(22)에 대하여 샤프트(7)와 함께 회전한다.
볼(23)은 내륜(21)과 외륜(22) 사이에 개재되어 있고 내륜 궤도 홈(25)과 외륜 궤도 홈(26) 상에서 구른다. 따라서, 내륜(21)과 외륜(22)은, 내륜(21)과 외륜(22) 사이에 환형 공간(11)이 형성되어 있는 상태에서 동심원 상에 배치된다. 이 실시예에서, 볼(23)은 궤도 홈(25,26)에 대한 접촉각을 가지므로, 베어링부(20)는 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 갖는다.
베어링부(20)가 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 구성을 가지기 때문에, 볼(23)은 축 방향의 제1 측(이하, "제1 축방향 측")의 위치에서 외륜 궤도 홈(26)과 접촉한다. 따라서, 외륜(22)은 볼(23)이 외륜 궤도 홈(26)으로부터 굴러나오는 것을 방지하기 위해 제1 축방향 측에 견부(45)를 갖는다. 이 실시예에서, 외륜(22)은 축 방향의 제2 측(이하, "제2 축방향 측" 이라 칭함)에 유사한 견부(47)를 더 갖는다. 제1 축방향 측의 견부(45)와 제2 축방향 측의 견부(47)는 동일한 직경(내경)을 갖는다.
케이지(24)는 환형 공간(11)에 제공된다. 케이지(24)는 환형 부재로 형성되고, 볼(23)이 보유되는 복수의 포켓(27)이 원주 방향을 따라 케이지(24)에 형성된다. 케이지(24)는 볼(23)의 각 축방향 측에 하나씩 제공된 한 쌍의 환형부(31, 32)와 환형부(31, 32)를 서로 연결하는 복수의 바(33)를 갖는다. 바(33)는 원주 방향으로 간격을 두고 제공되어 있다. 원주 방향으로 서로 인접해 있는 환형부(31, 32)와 바(33, 33)에 의해 둘러싸이는 각각의 영역이 포켓(27)을 구성한다. 케이지(24)는, 하나의 볼(23)이 각 포켓(27) 내에 수납된 상태로, 원주 방향으로 배열된 복수의 볼(23)을 보유할 수 있다.
환형부(31, 32)는 양 측으로부터 볼(23)에 축방향으로 인접하게 내륜(21)과 외륜(22) 사이에 제공된다. 제1 축방향 측에 위치된 환형부(제1 환형부)(31)의 외주부는 외륜(22)의 내주면(견부(45))의 일부와 미끄럼 접촉할 수 있고, 케이지(24)는 외륜(22)(외륜 안내부)에 의해 반경방향으로 위치결정된다. 한편, 제2 축방향 측에 위치된 환형부(제2 환형부)(32)의 외주부는 외륜(22)(견부(47))과 접촉하지 않는다.
오일 공급 유닛(40)은 전체적으로 환형 형상을 가지며, 제1 축방향 측으로부터 베어링부(20)의 환형 공간(11)에 인접하게 제공된다. 도 2에서, 오일 공급 유닛(40)은 환형 본체부(41)와 본체부(41)로부터 축방향으로 연장되도록 제공된 연장부(42)를 갖는다.
본체부(41)는 고정 링인 외륜(22)에 축방향으로 인접하여 제공된다. 이 실시예에서, 본체부(41)는 외륜(22)과 별개이고 외륜 스페이서로서의 기능도 하므로 본체부(41)는 강성을 갖는 금속으로 이루어진다. 본체부(41)는 내부 공간을 갖는 환형 부재(환형 케이스)이고, 이 공간에는 윤활유(오일)를 위한 탱크(62)(도 1 참조) 및 펌프(61)가 제공된다.
도 2에서, 펌프(61)는 윤활유가 축적되는 영역인 섬프(sump)(63)와, 섬프(63) 내의 윤활유를 토출 포트(64)로부터 밀어내는 액추에이터(압전 소자)(65)를 갖는다. 윤활유는 탱크(62)로부터 섬프(63)에 공급된다. 윤활유를 토출하는 펌프(61)의 작용은 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 제어되며, 펌프(61)는 윤활유를 오일 방울로서 제2 축방향 측을 향해 배출한다. 미리결정된 유속을 가지면, 토출 포트(64)로부터 토출된 오일 방울은 토출 포트(64)로부터 비산하여 볼(23) 또는 내륜 궤도 홈(25)에 충돌할 수 있다. 피콜리터 또는 나노리터 단위의 극소량의 윤활유가 각 샷마다 펌프(61)로부터 토출된다. 따라서, 윤활유는 소량만 소비되므로, 탱크(62)가 제한된 용량을 갖는 경우에도 구름 베어링 장치는 장시간 동안 사용될 수 있다.
도시하지 않았지만, 펌프(61)의 전원(발전기, 재충전가능한 전지 등), 각종 센서(온도, 진동, 유막의 상태 등을 검출하는 센서) 및 이들 센서로부터의 출력에 기초하여 펌프(61)를 제어하는 제어 유닛이 본체부(41)에 포함될 수도 있다. 또한, 이들 구성요소 및 탱크(62)가 구름 베어링 장치(10)의 외부에 제공될 수 있다.
연장부(42)는 본체부(41)의 일부분(측면의 반경방향 내측 부분)으로부터 볼(23)의 근방까지 축방향으로 연장되고, 케이지(24)의 제1 환형부(31)와 내륜(21) 사이에 개재된다. 연장부(42)는 케이지(24)의 제1 환형부(31) 측에 제1 벽(외주벽)(66)을 그리고 내륜(21) 측에 제2 벽(내주벽)(67)을 갖는다. 벽(66, 67) 사이에 중공부(68)가 형성된다. 중공부(68) 내에서, 펌프(61)의 토출 포트(64)가 볼(23)을 향해 개방된다. 토출 포트(64)로부터 토출된 오일 액적(윤활유)은, 중공부(68)를 통과하여 볼(23)이 존재하는 베어링의 내부로 갈 수 있으며, 볼(23) 및 내륜 궤도 홈(25)에 도달할 수 있다. 그리고, 볼(23) 및 내륜 궤도 홈(25)에 부착된 윤활유는 외륜 궤도 홈(26)과 케이지(24)로 퍼져서 이들 부품의 윤활에 기여할 수 있다. 따라서, 오일 공급 유닛(40)은 베어링부(20)의 환형 공간(11)에 축방향으로 인접하여 제공되어 환형 공간(11)에 윤활유를 공급할 수 있다.
케이지(24)가 더 설명될 것이다. 도 3은 케이지(24)의 반경방향 외측면(28) 및 그 주변을 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이, 케이지(24)는 외륜(22)에 의해 반경방향으로 위치결정된다. 이러한 위치결정을 위해, 제1 축방향 측에 위치된 케이지(24)의 제1 환형부(31)의 외주면(34)은 외륜(22)의 내주면의 일부와 접촉할 수 있는 접촉부(35)를 갖는다. 케이지(24)가 반경방향으로 이동할 때, 제1 환형부(31)의 접촉부(35)는 외륜(22)과 접촉하므로, 케이지(24)는 반경방향으로 위치결정된다. 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)과 외륜(22) 사이에 형성된 틈새는 실제로는 매우 작게 설정되지만, 이 틈새는 설명의 이해를 돕기 위해 도 3에서 확대되어 있다.
접촉부(35)가 접촉하는 외륜(22)의 내주면의 부분은 외륜 궤도 홈(26)의 제1 축방향 측에 제공된 견부(45)의 내주면(46)이고, 내주면(46)은 케이지(24)의 안내면이 된다. 베어링부(20)가 회전하면, 케이지(24)는 고정 링인 외륜(22)에 대하여 볼(23)과 함께 회전하여 접촉부(35) 및 내주면(46)은 서로 미끄럼 접촉한다. 따라서, 오일 공급 유닛(40)으로부터 공급된 윤활유를 볼(23) 및 궤도 홈(25, 26)뿐만 아니라 접촉부(35) 및 내주면(46)이 서로 미끄럼 접촉하는 부분(미끄럼 부분)에도 공급할 필요가 있다.
이러한 이유로, 구름 베어링 장치(10)는 케이지(24)의 접촉부(35)와 견부(45)의 내주면(46) 사이의 간극에서 오일 공급 유닛(40)으로부터 공급되는 윤활유를 모으기 위한 구성을 갖는다. 이러한 구성의 일부로서, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)은 2개의 경사면(51, 52)을 갖는다. 구체적으로, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)은 케이지(24)의 반경방향 치수가 가장 큰 정상부로서 접촉부(35)를 갖는다. 제1 경사면(51)은 정상부(접촉부(35))로부터 제1 축방향 측을 향해 제공되는 테이퍼면이고, 제2 경사면(52)은 정상부(접촉부(35))로부터 제2 축방향 측을 향해 제공되는 테이퍼면이다. 따라서, 베어링 중심선(C0)(도 1 참조)을 포함하는 단면에서, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)은 정상부에 접촉부(35)가 있고 자락에 제1 경사면(51) 및 제2 경사면(52)이 있는 산 형상을 갖는다.
이 실시예에서, 접촉부(35)는 베어링 중심선(C0)을 중심으로 하는 짧은 원통면으로 형성되고(도 1 참조), 짧은 원통형 접촉부(35)의 축방향 치수는 제1 환형부(31)의 축방향 치수(t1)보다 작다. 상술한 바와 같이, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28) 전체는, 제1 축방향 측으로부터, 제1 경사면(51), 짧은 원통형 접촉부(35) 및 제2 경사면(52)을 포함한다.
따라서, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)은 외륜(22)의 내주면의 일부를 구성하는 견부(45)의 내주면(46)과 접촉할 수 있는 접촉부(35)를 갖고, 반경방향 외측면(28)은 또한 접촉부(35)를 정상부로 하여 정상부의 각각의 축방향 측에 하나씩 제공되는 제1 경사면(51)과 제2 경사면(52)을 갖는다. 베어링부(20)가 회전할 때, 즉 내륜(21)이 회전할 때, 볼(23)과 케이지(24) 또한 동일한 방향으로 회전한다. 따라서, 이 회전에 의한 원심력에 의해, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)에 부착된 윤활유(Q)는 제1 경사면(51) 및 제2 경사면(52)을 따라 흐르고 접촉부(35)로 안내된다. 또한, 포켓(27)을 통과하여 반경방향 외측을 향하려고 하는 윤활유(Q)는 제2 경사면(52)을 따라 흐르는 윤활유(Q)와 합류하여 접촉부(35)를 향해 운반되기 쉽다.
이러한 방식으로, 케이지(24)의 접촉부(35)와 외륜(22)의 견부(45)의 내주면(46) 사이의 간극에 윤활유(Q)가 모일 수 있다. 따라서, 오일 공급 유닛(40)으로부터 공급된 윤활유(Q)의 양이 적은 경우에도, 케이지(24)와 외륜(22) 사이의 미끄럼에 의한 눌러붙음을 방지하기 위해 윤활유(Q)가 효율적으로 사용될 수 있다.
제1 경사면(51) 및 제2 경사면(52)에 대해서 더 설명한다. 제1 경사면(51)은 케이지(24)의 제1 축방향 측의 단부(53)로부터 접촉부(35)를 향하여 서서히 외경이 증가하는 면이다. 제2 경사면(52)은, 케이지(24)의 제2 축방향 측의 단부(54)로부터 접촉부(35)를 향하여 서서히 외경이 증가하는 면이다. 따라서, 제2 축방향 측에 위치된 제2 환형부(32)의 외주면(36)과 제2 환형부(32)에 연속하는 바(33)의 반경방향 외측면(37)이 제2 경사면(52)에 포함된다. 또한, 제1 축방향 측의 제1 환형부(31)의 외주면(34)의 일부도 제2 경사면(52)에 포함된다.
제2 경사면(52)의 경사각(θ2)은 제1 경사면(51)의 경사각(θ1)보다 작다. 경사각(θ1, θ2)은 베어링 중심선(C0)을 중심으로 하는 가상 원통면에 대한 경사각이다. 제2 경사면(52)의 경사각(θ2)이 작은 각도로 설정되면, 제2 환형부(32)의 반경방향 치수가 너무 작아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외륜(22)의 제2 축방향 측에 위치된 견부(47)의 내주면(48)과 제2 환형부(32) 사이에 형성된 반경방향 틈새(α)가 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이, 외륜(22)은, 단면이 원형 오목 형상이고 볼(23)이 구르는 궤도면(외륜 궤도 홈(26), 및 외륜 궤도 홈(26)의 각각의 축방향 측에 하나씩 제공되는 한 쌍의 견부(45, 47)를 가지며, 외륜(22)은 깊은 홈 형상을 갖는다. 따라서, 외륜(22)은 각각의 견부(45, 47)에서 틈새를 가로질러 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)과 대면한다. 제1 축방향 측에 위치된 견부(45)에서, 제1 환형부(31)(접촉부(35))는 외륜(22)과 접촉할 수 있다. 제2 축방향 측에 위치된 견부(47)에서, 상술한 바와 같이, 제2 환형부(32)는 외륜(22)과 접촉하지 않으며, 그들 사이에 형성된 틈새(α)는 작다. 이로써 외륜(22)의 견부(47)의 내주면(48)에 부착된 윤활유(Q)가 제2 경사면(52)을 따라 흐르는 윤활유(Q)에 의해 동반되어 접촉부(35)로 이동하게 된다.
따라서, 케이지(24)가 제1 경사면(51)과 제2 경사면(52)을 가지므로, 베어링부(20)가 회전하면, 윤활유(Q)가 경사면(51, 52)을 따라 접촉부(35)를 향해 모일 수 있고, 이러한 윤활유(Q)가 케이지(24)와 외륜(22) 사이의 미끄럼에 의한 눌러붙음을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
케이지(24)의 접촉부(35)와 외륜(22)의 견부(45)의 내주면(46) 사이의 간극에 윤활유를 모으기 위한 다른 구성이 설명될 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 오일 공급 유닛(40)과 오일 공급 유닛(40)에 축방향으로 인접하여 위치된 제1 환형부(31) 사이에 환형 틈새(B)가 형성된다. 오일 공급 유닛(40)으로부터 공급된 윤활유는 이 환형 틈새(B) 내에 보유될 수도 있다. 환형 틈새(B) 내의 윤활유는 외륜(22)과 케이지(24)(접촉부(35)) 사이의 간극의 윤활에 직접적으로 기여하지 않는다.
따라서, 구름 베어링 장치(10)는 환형 틈새(B)의 축방향 치수(X)를 감소시키는 틈새 필러(55)를 더 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 틈새 필러(55)는 오일 공급 유닛(40)의 본체부(41)의 측면(43)에 장착된 환형 부재(환형 스페이서)에 의해 형성되고, 반경방향 외측에 위치된 제1 부분(56)과 반경방향 내측에 위치된 제2 부분(57)을 갖는다. 본 실시예에서는 틈새 필러(55)가 오일 공급 유닛(40)(본체부(41))과 별개로 되어 있지만, 대신에 틈새 필러(55)는 본체부(41)와 일체화되어 본체부(41)의 일부에 의해 형성될 수 있다. 도 3에서는 제1 부분(56)과 제2 부분(57)은 분리된 별개의 부분이지만, 이들 부분은 일체형 부분일 수 있다.
틈새 필러(55)의 적어도 일부(제1 부분(56))는 오일 공급 유닛(40)과 접촉하는 외륜(22)의 측면(29)보다 제2 축방향 측을 향해 더 돌출한다. 따라서, 오일 공급 유닛(40)과 제1 환형부(31) 사이에 형성된 환형 틈새(B)의 축방향 치수(X)가 감소될 수 있다. 틈새 필러(55)(제1 부분(56))는 외륜(22)의 내주면(46)에 접촉하여 제공되어 있다.
베어링부(20)가 회전하면, 케이지(24)도 볼(23)과 함께 회전하여 제1 환형부(31) 주위의 공기가 원주 방향으로 동반되어 회전하게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 틈새 필러(55)에 의해 환형 틈새(B)가 좁아지면, 환형 틈새(B)에 존재하는 윤활유(Q)가 회전 공기에 포함될 수 있다. 또한, 틈새 필러(55)의 측면에 부착된 윤활유(Q)는 이 측면을 따르는 공기의 흐름에 의해 흐르게 되어 외륜(22)의 내주면에 공급될 수 있다. 따라서, 틈새 필러(55)에 따라, 환형 틈새(B) 내에 존재하는 윤활유(Q)는 외륜(22)과 케이지(24)의 접촉부(35) 사이의 간극에 공급될 기회가 주어져, 윤활유(Q)를 윤활에 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
틈새 필러(55)가 내부에 배치되어 있지 않은 상태로 넓은 환형 틈새(B)가 그대로 남은 경우에도, 베어링부(20)가 회전함에 따라 원주 방향의 공기의 흐름이 발생한다. 그러나, 환형 틈새(B)가 넓으면, 케이지(24)로부터 멀리 떨어져 있는 본체부(41)의 측면(43) 측에서 공기의 유속은 낮아진다. 따라서, 측면(43)에 부착된 윤활유는 이러한 공기의 흐름을 받아 공기에 포함되기가 어렵다. 반대로, 틈새 필러(55)가 도 3에 도시된 바와 같이 제공되면, 환형 틈새(B)에서는 공기의 유속이 비교적 높아지기 때문에, 윤활유가 공기 중에 포함되기가 더 쉽다.
도 3에 도시된 실시예에서, 환형 틈새(B)의 축방향 치수(X)를 감소시키는 스페이서로서 기능하는 틈새 필러(55)는, 반경방향 외측에 제1 부분(56)을 그리고 제1 부분(56) 반경방향 내측에 제2 부분(57)을 갖고, 제2 부분(57)은 케이지(24)(제1 환형부(31))에 서서히 접근하도록 반경방향 외측을 향해 연장되는 경사 안내면(58)을 갖는다.
이러한 구성에 따르면, 환형 틈새(B)에 있어서 반경방향 외측에서 회전 공기의 유속을 증가시킬 수 있으므로, 환형 틈새(B) 내의 반경방향 내측의 윤활유(Q)를 반경방향 외측을 향해 운반할 수 있다. 또한, 경사 안내면(58)에 부착된 윤활유(Q)는 경사 안내면(58)을 따라 반경방향 외측을 향해 흐를 수 있다. 따라서, 외륜(22)과 케이지(24)의 접촉부(35) 사이의 간극을 윤활하기 위해 환형 틈새(B) 내의 반경방향 내측의 윤활유(Q)가 이용 가능해진다.
도 3에 도시된 실시예에서, 오일 공급 유닛(40) 측에 제공된 환형 스페이서에 의해 틈새 필러(55)를 형성하는 경우에 대해 설명했다. 대안적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 환형 틈새(B)의 축방향 치수(X)를 감소시키기 위한 틈새 필러(55)는 케이지(24)의 제1 환형부(31)를 축방향으로 확장시킴으로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 케이지(24)의 경우에, 제1 환형부(31)의 축방향 치수(t1)와 제2 환형부(32)의 축방향 치수(t2)는 동일하며(t1=t2), 도 4에 도시된 케이지(24)의 경우에, 제1 환형부(31)의 축방향 치수(t1)는 제2 환형부(32)의 축방향 치수(t2)보다 크다(t1>t2). 따라서, 제1 환형부(31)는 제2 환형부(32)에 비해 축방향으로 확장되고, 그 차이 부분(t1-t2)이 환형 틈새(B)의 축방향 치수(X)를 감소시키기 위한 틈새 필러(55)로서 사용된다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 케이지(24)의 반경방향 외측면(28)이 접촉부(35) 이외에 제1 경사면(51) 및 제2 경사면(52)을 갖고, 또한 구름 베어링 장치에 틈새 필러(55)가 제공되는 경우를 설명하였다. 그러나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 구름 베어링 장치(10)에 틈새 필러(55)가 제공되어 있지만, 제1 경사면(51) 및 제2 경사면(52)은 제공되지 않는 대안적인 실시예가 있을 수 있다. 이러한 대안적인 실시예의 구름 베어링 장치(10)의 구성은 다음과 같이다.
도 1 및 도 3을 참조하여 설명하면, 대안적인 실시예의 구름 베어링 장치(10)는 베어링부(20) 및 오일 공급 유닛(40)을 구비하고 있다. 베어링부(20)는 내륜(21), 외륜(22), 내륜(21)과 외륜(22) 사이에 개재되는 복수의 볼(23), 및 복수의 볼(23)을 보유하는 환형 케이지(24)를 갖는다. 케이지(24)는 내륜(21)과 외륜(22) 사이에 형성된 환형 공간(11) 내에 제공되어 있다. 오일 공급 유닛(40)은, 케이지(24)가 제공된 환형 공간(11)에 축방향으로 인접하여 제공되고 환형 공간(11)에 윤활유를 공급할 수 있다. 케이지(24)는 볼(23)의 각 축방향 측에 하나씩 제공되는 한 쌍의 환형부(31, 32) 및 한 쌍의 환형부(31, 32)를 서로 연결하는 복수의 바(33)를 갖는다. 바(33)는 원주 방향으로 간격을 두고 제공되고, 원주 방향으로 서로 인접하는 바(33, 33) 사이의 각각의 틈새는 볼(23)이 보유되는 포켓(27)을 구성한다.
오일 공급 유닛(40)에 축방향으로 인접하여 위치된 (제1) 환형부(31)의 외주면(34)은 외륜(22)의 내주면(견부(45)의 내주면(46))의 일부와 접촉할 수 있는 접촉부(35)를 갖는다. 구름 베어링 장치(10)는 틈새 필러(55)를 더 포함하고, 틈새 필러(55)는 오일 공급 유닛(40)과 오일 공급 유닛(40)에 축방향으로 인접하여 위치된 (제1) 환형부(31) 사이에 형성된 환형 틈새(B)의 축방향 치수(X)를 감소시킨다.
상기 구름 베어링 장치(10)에 따르면, 베어링부(20)가 회전하면 케이지(24)도 볼(23)과 함께 회전하여 제1 환형부(31) 주위의 공기가 원주 방향으로 동반되어 회전하게 된다. 따라서, 환형 틈새(B)가 틈새 필러(55)에 의해 좁아지면, 환형 틈새(B) 내에 존재하는 윤활유(Q)가 회전 공기에 포함될 수 있다. 따라서, 환형 틈새(B)에 존재하는 윤활유(Q)는 외륜(22)과 케이지(24)의 접촉부(35) 사이의 간극에 공급될 기회가 주어진다. 그 결과, 오일 공급 유닛(40)으로부터 공급되는 윤활유의 양이 적은 경우에도, 케이지(24)와 외륜(22) 사이의 미끄럼에 의한 눌러붙음 등을 방지하기 위해 윤활유(Q)를 효율적으로 사용할 수 있다.
틈새 필러(55)에 대해서는, 도 3 및 도 4에 도시된 구성이 또한 이 대안적인 실시예의 구름 베어링 장치(10)에 채용될 수 있다. 따라서, 제1 경사면(51) 및 제2 경사면(52)이 생략된 경우에도, 케이지(24)와 외륜(22) 사이의 미끄럼에 의한 눌러붙은 등을 방지하기 위해 오일 공급 유닛(40)으로부터 공급되는 윤활유(Q)를 효율적으로 사용할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명하면, 상술한 실시예들의 구름 베어링 장치(10)에서 베어링부(20)의 환형 공간(11)의 제1 축방향 측은 오일 공급 유닛(40)에 의해 거의 전체적으로 폐쇄된다. 한편, 환형 공간(11)의 제2 축방향 측은 개방된 채로 보유된다. 케이지(24)를 반경방향으로 위치결정하기 위해, 케이지(24)의 접촉부(35)는 외륜(22)의 일부와 미끄럼 접촉할 수 있다. 접촉부(35)가 미끄럼 접촉하는 외륜(22)의 영역은 오일 공급 유닛(40)에 더 가까운 측, 즉 제1 축방향 측에 위치된 견부(45)의 내주면(46)이다. 이 구성에 따르면, 케이지(24)의 접촉부(35)와 외륜(22)(견부(45)) 사이의 간극에 모인 윤활유는 베어링의 외부로 흐를 가능성이 적어 윤활에 기여할 수 있다. 대조적으로, 도시되지는 않았지만, 접촉부(35)가 미끄럼 접촉하는 외륜(22)의 영역이 제2 축방향 측에 위치된 견부(47)인 경우, 접촉부(35)와 견부(47) 사이의 간극에 모인 윤활유는 베어링의 외부로 흐를 가능성이 높다. 이와 관련하여, 도 2에 도시된 실시예는 모인 윤활유를 베어링 내에 유지(보유)할 수 있고, 따라서 윤활 성능을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 구름 베어링 장치(10)는 도면에 도시된 실시예로 한정되지 않고 본 발명의 범위 내에서 임의의 다른 실시예로 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예들에서는, 제2 축방향 측에 위치된 제2 환형부(32)의 외주면(36)(도 3 참조)도 제2 경사면(52)에 포함되지만, 외주면(36)은 경사면일 필요가 없는 경우를 설명하였다. 상기 실시예들에서는, 구름 요소가 볼(23)인 경우에 대해 설명하였지만, 대신에 구름 요소는 롤러 또는 테이퍼 롤러일 수 있다. 구름 베어링 장치(10)가 볼 베어링을 구성하는 경우, 볼 베어링은 앵귤러 콘택트 볼 베어링 이외의 임의의 다른 베어링일 수도 있다.

Claims (6)

  1. 구름 베어링 장치에 있어서,
    내륜(21), 외륜(22), 내륜과 외륜 사이에 개재되는 복수의 구름 요소(23), 및 내륜과 외륜 사이의 환형 공간(11)에 제공되어 복수의 구름 요소를 보유하는 환형 케이지(24)를 갖는 베어링부(20); 및
    환형 공간에 축방향으로 인접하여 제공되고 윤활유를 환형 공간에 공급할 수 있는 오일 공급 유닛(40)을 포함하고,
    케이지는, 한 쌍의 환형부(31, 32)로서, 환형부 중 하나는 구름 요소의 제1 축방향 측에 제공되고 환형부 중 다른 하나는 구름 요소의 제2 축방향 측에 제공되는, 한 쌍의 환형부(31, 32)와, 원주 방향으로 간격을 두고 제공되고 한쌍의 환형부를 서로 연결하는 복수의 바(33)를 갖고, 원주 방향으로 서로 인접하는 바 사이의 틈새가 구름 요소가 보유되는 포켓을 구성하고,
    제1 축방향 측에 위치된 환형부의 외주면은 외륜의 내주면의 일부와 접촉할 수 있는 접촉부(35)를 가지며,
    케이지의 반경방향 외측면은, 접촉부를 케이지의 반경방향 치수가 가장 큰 정상부로 하여, 정상부로부터 제1 축방향 측을 향해 제공되는 제1 경사면(51)과 정상부로부터 제2 축방향 측을 향해 제공되는 제2 경사면(52)을 갖는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 경사면(51)은 케이지(24)의 제1 축방향 측의 단부로부터 접촉부를 향하여 외경이 서서히 증가하는 면이며,
    제2 경사면(52)은, 케이지(24)의 제2 축방향 측의 단부로부터 접촉부를 향하여 외경이 서서히 증가하고, 경사각이 제1 경사면의 경사각보다 작은 면인, 구름 베어링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    베어링부(20)는 구름 요소(23)를 구성하는 볼이 내륜(21) 및 외륜(22)에 소정 접촉 각도로 접촉하는 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 구성을 갖고,
    외륜(22)은, 단면이 원형 오목 형상이고 볼이 위에서 구르는 궤도면(26)과, 틈새를 가로질러 케이지(24)의 반경방향 외측면에 대면하는 한 쌍의 견부(45, 47)를 갖고, 견부 중 하나는 궤도면의 제1 축방향 측에 제공되고, 견부 중 다른 하나는 궤도면의 제2 축방향 측에 제공되는, 구름 베어링 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 공급 유닛(40)과 오일 공급 유닛에 축방향으로 인접하여 위치된 환형부(31) 사이에 제공된 환형 틈새의 축방향 치수를 감소시키는 틈새 필러(55)를 더 포함하는, 구름 베어링 장치.
  5. 제4항에 있어서, 틈새 필러(55)는 오일 공급 유닛 측에 제공된 환형 스페이서이고, 스페이서는 반경방향 외측에 위치된 제1 부분(56)과 제1 부분의 반경방향 내측에 제공되고 케이지에 서서히 접근하도록 반경방향 외측을 향해 연장되는 경사 안내면을 갖는 제2 부분(57)을 갖는, 구름 베어링 장치.
  6. 구름 베어링 장치에 있어서,
    내륜(21), 외륜(22), 내륜과 외륜 사이에 개재된 복수의 구름 요소(23), 및 내륜과 외륜 사이의 환형 공간(11)에 제공되어 복수의 구름 요소를 보유하는 환형 케이지(24)를 갖는 베어링부(20);
    환형 공간에 축방향으로 인접하게 제공되고 윤활유를 환형 공간에 공급할 수 있는 오일 공급 유닛(40); 및
    틈새 필러(55)를 포함하며,
    케이지는, 한 쌍의 환형부(31, 32)로서, 환형부 중 하나는 구름 요소의 제1 축방향 측에 제공되고 환형부 중 다른 하나는 구름 요소의 제2 축방향 측에 있는, 한 쌍의 환형부(31, 32)와, 원주 방향으로 간격을 두고 제공되며 한 쌍의 환형부를 서로 연결하는 복수의 바(33)를 갖고, 원주 방향으로 서로 인접하는 바 사이의 틈새가 구름 요소가 보유되는 포켓을 구성하고,
    오일 공급 유닛에 축방향으로 인접하여 위치되는 환형부의 외주면은 외륜의 내주면의 일부와 접촉할 수 있는 접촉부(35)를 가지며,
    틈새 필러는 오일 공급 유닛과 오일 공급 유닛에 축방향으로 인접하여 위치된 환형부 사이에 제공된 환형 틈새의 축방향 치수를 감소시키는, 구름 베어링 장치.
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