KR20180061678A - 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링 - Google Patents

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KR20180061678A
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Abstract

복수의 포켓부(211)가 형성되어 볼베어링(200)의 볼(207)을 구름 가능하게 파지하는 볼베어링용 케이지에 있어서, 상기 포켓부(211)의 포켓면은 원주방향을 따라 분할되어 오목하게 만곡진 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)으로 이루어지며, 상기 제1포켓면(2111)은 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제2포켓면(2113)은 반경방향 내측에 위치하여; 포켓부에 반경방향으로 2중의 곡률반경이 형성되어 케이지와 볼 사이의 유격량이 감소되면서 윤활유의 저장 공간이 확보되고. 케이지(109)와 볼(107) 사이에서 윤활유 막의 두께가 감소하여 토크가 저감되는 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링에 관한 것이다.

Description

볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링{A cage for ball bearing and a ball bearing with the cage}
본 발명은 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링에 관한 것으로서, 볼베어링의 볼과 케이지 사이의 유격량이 감소하면서 윤활유가 충진되는 공간이 형성되는 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링에 관한 것이다.
일반적으로, 베어링은 크게 슬라이딩 베어링, 볼베어링, 롤러베어링으로 대별할 수 있다. 이들 중 볼베어링은 내륜과 외륜 사이에 위치하는 전동체를 볼로 사용하는 베어링으로서, 다시 축의 연장방향과 하중 작용방향의 상관관계에 따라 두 방향이 서로 직교하는 레이디얼 베어링 그리고 서로 평행한 스러스트 베어링으로 대별된다.
이 중에서 레이디얼 볼베어링은 이하에서는 "볼베어링"이라 한다. 볼베어링은 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같은 형태를 취하고 있다. 볼베어링(101)은 크게 내륜(103)과, 외륜(105)과, 볼(107)과, 케이지(109)로 이루어져 있다. 여기에서 내외륜(103, 105)은 그 사이에 볼(107)을 끼우고 구름 가능하게 지지하는 링체로서, 내륜(103)은 축의 저널 부분에, 외륜(105)은 축을 지지하는 지지 구조물의 하우징 등에 각각 지지 및 고정된다.
또한, 케이지(109)는 내외륜(103, 105) 사이에 위치하는 각 볼(107)들이 서로 간의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 해주는 링체로서, 각각의 볼(107)들을 구름 가능하게 끼우기 위한 복수의 포켓부(111)가 일정한 간격으로 형성되어 있다. 그리고 내외륜(103, 105)의 축방향 양측으로는 볼(107)이 삽입되는 내외륜(103, 105) 사이의 공간을 외부와 차단하기 위한 씰(113)이 끼워져 있다.
이와 같이 볼베어링(101)에 사용되는 케이지(109)는 지금까지 다양한 형태의 것이 개발 및 제안된바, 최근에는 도 1 및 도 2에 도시된 왕관 형태의 것이 사용되고 있다. 케이지(109)는 볼(107)을 끼우기 위한 복수의 포켓부(111)가 원주방향으로 일정한 간격을 두고 오목하게 형성되어 있으며, 각각의 포켓부(111)는 한 방향인 축방향 일측으로 개구되어 형성된다. 이때, 케이지(109)의 포켓부(111)는 포켓면이 도 1에 도시된 것처럼 구면을 이루도록 만곡된다.
그러나 종래의 볼베어링 케이지(109)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 볼(107)과 포켓부(111)의 포켓면 사이에 마찰을 최소화하기 위한 윤활유 틈새(t)가 형성된다. 이를 위해 포켓부(111)의 포켓면 곡률반경(R)은 볼(107)의 반경(r)보다 틈새(t) 만큼 크게 되어 있다. 따라서, 케이지(109)와 볼(107) 사이의 유격량 크게 형성되어 씰(113)의 설계 여유공간이 부족해지며, 케이지(109)와 볼(107) 사이의 유격에 의하여 케이지(109)와 볼(107) 사이의 축방향 양측에서 윤활유 막의 두께가 크게 형성되어 토크가 증가되는 문제점이 있었다.
또한, 케이지(109)와 볼(107) 사이의 유격량이 감소하도록 포켓부(111)의 포켓면 곡률반경(R)을 종래보다 작게 형성하게 되면 작동이나 외부환경에 의하여 케이지(109)가 수축되어 포켓부(111)의 포켓면 곡률반경(R)이 전체적으로 감소하여 틈새(t)가 더 작아게 되므로 토크가 증가되고, 볼(107)과 포켓(111) 사이에 충분한 양의 윤활유가 개재되기 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 특2001-0042054 (2001.05.25)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 포켓부에 반경방향으로 형성된 2중의 곡률반경 구조에 의하여 축방향 양측에서 케이지와 볼 사이의 유격량이 감소되면서도 윤활유의 저장 공간이 확보되고, 씰의 설계 여유공간 확보에 유리하며, 케이지와 볼 사이의 축방향 양측에서 윤활유 막의 두께가 작게 형성되어 토크가 저감되는 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링은 복수의 포켓부가 형성되어 볼베어링의 볼을 구름 가능하게 파지하는 볼베어링용 케이지에 있어서, 상기 포켓부의 포켓면은 원주방향을 따라 분할되어 오목하게 만곡진 제1포켓면과 제2포켓면으로 이루어지며, 상기 제1포켓면은 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제2포켓면은 반경방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지를 제공한다.
상기에서, 제1포켓면의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되고, 상기 제2포켓면의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되며; 상기 제1포켓면의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼의 반경보다 크게 형성되며, 상기 제2포켓면의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1포켓면과 볼 사이의 틈새는 반경방향 외측으로 갈수록 감소하도록 형성되며, 상기 제2포켓면과 볼 사이의 틈새는 반경방향 내측으로 갈수록 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1포켓면의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼의 중심보다 반경방향 내측에 위치하며, 상기 제2포켓면의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼의 중심보다 반경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1포켓면과 제2포켓면의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링은 각각 궤도면을 포함하는 내륜 및 외륜과, 상기 내륜과 외륜 사이에 구비되는 볼과, 복수의 포켓부가 형성되어 상기 볼을 구름 가능하게 파지하는 케이지로 이루어진 볼베어링에 있어서, 상기 포켓부의 포켓면은 원주방향을 따라 분할되어 오목하게 만곡진 제1포켓면과 제2포켓면으로 이루어지며, 상기 제1포켓면은 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제2포켓면은 반경방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 볼베어링을 제공한다.
상기에서, 제1포켓면의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되고, 상기 제2포켓면의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되며; 상기 제1포켓면의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼의 반경보다 크게 형성되며, 상기 제2포켓면의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1포켓면과 볼 사이의 틈새는 반경방향 외측으로 갈수록 감소하도록 형성되며, 상기 제2포켓면과 볼 사이의 틈새는 반경방향 내측으로 갈수록 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1포켓면의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼의 중심보다 반경방향 내측에 위치하며, 상기 제2포켓면의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼의 중심보다 반경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1포켓면과 제2포켓면의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링은 포켓부에 반경방향으로 2중의 곡률반경이 형성되어 케이지와 볼 사이의 축방향 양측에서 유격량이 감소되면서도 윤활유의 저장 공간이 확보되고, 씰 설계 여유공간 확보가 유리하며, 케이지와 볼 사이의 폭방향 양측에서 윤활유 막의 두께가 감소하여 토크가 저감되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 볼베어링을 일부 절단하여 도시한 부분 절개 사시도이며,
도 2는 도 1의 볼베어링용 케이지를 도시한 사시도이고,
도 3은 도 1의 케이지의 원주방향에 따른 단면의 일부를 개략적으로 도시한 것이며,
도 4는 종래의 볼베어링의 반경방향에 따른 단면의 일부를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 볼베어링을 일부 절단하여 도시한 부분 절개 사시도이며,
도 6는 도 5의 볼베어링에 구비되는 본 발명의 케이지를 도시한 사시도이고,
도 7은 본 발명에 따른 볼베어링의 반경방향에 따른 단면의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 볼베어링 케이지 및 이를 구비한 볼베어링을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 볼베어링을 일부 절단하여 도시한 부분 절개 사시도이며, 도 6는 도 5의 볼베어링에 구비되는 본 발명의 케이지를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 볼베어링의 반경방향에 따른 단면의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 볼베어링(200)은 내륜(203)과, 외륜(205)과, 볼(207)과, 케이지(210)와, 씰(209)로 이루어진다.
상기 내륜(203)은 링 형상으로 구비된다. 상기 내륜(203)의 반경방향 외측에는 오목하게 내륜궤도면이 형성된다. 상기 내륜궤도면의 양측으로는 내륜외경면이 형성된다.
상기 외륜(205)은 링 형상으로 구비된다. 상기 외륜(205)은 상기 내륜(203)과 동심이며, 상기 내륜(203)의 반경방향 외측에 구비된다. 상기 외륜(205)은 상기 내륜(203)과 반경방향 외향 이격되어 구비된다. 상기 외륜(205)의 반경방향 내측에는 오목하게 외륜궤도면이 형성된다. 상기 외륜궤도면은 상기 내륜궤도면과 마주한다. 상기 외륜궤도면의 양측으로는 외륜내경면이 형성된다. 상기 외륜내경면에 씰홈(도시하지 않음) 등이 형성된다.
상기 볼(207)은 복수로 구비된다. 상기 볼(207)은 내륜(203)과 외륜(205) 사이에 구비된다. 상기 볼(207)은 구름 가능하게 구비되며, 원주 방향으로 이격 구비된다.
상기 씰(209)은 상기 내륜(203)과 외륜(205) 사이의 축방향 양측으로 형성된 개구부에 구비된다. 상기 씰(209)은 상기 내륜(203)과 외륜(205) 사이에서 볼(207)이 위치하는 공간을 외부와 차단하며, 공간에 충진되는 윤활유(그리스)가 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 케이지(210)는 링 형상으로 구비된다. 상기 케이지(210)는 내륜(203)과 외륜(205) 사이에 위치하는 각 볼(207) 사이의 간격이 일정하게 유지되도록 한다.
상기 케이지(210)는 링 형상의 몸체부(213)와, 상기 몸체부(213)의 둘레를 따라 이격되어 축 방향으로 돌출 형성된 복수의 지지부(215)로 이루어진다. 상기 지지부(215)와 지지부(215) 사이에 포켓부(211)가 형성된다.
상기 지지부(215)의 상단에는 원주 방향 양측에 상기 포켓부(211)를 향하여 만곡지게 돌출된 지지돌출부(2151)가 구비된다. 상기 지지돌출부(2151)는 케이지(210)로부터 볼(207)의 이탈을 방지하는 역할을 한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 포켓부(211)에 볼(207)이 구름 가능하게 삽입된다. 상기 포켓부(211)에 상기 볼(207)을 감싸도록 오목하게 만곡진 포켓면이 형성된다. 상기 포켓면은 원주방향을 따라 분할된 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)으로 이루어진다.
상기 제1포켓면(2111)은 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제2포켓면(2113)은 반경방향 내측에 위치한다. 상기 포켓면에는 상기 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)을 분할하는 경계가 되며 상기 포켓면에 반경방향 중심에 위치하는 포켓중심원호부(2115)가 형성된다. 상기 포켓중심원호부(2115)는 반경방향 중심에 위치하지 않고 일측으로 편심되어 형성될 수도 있다.
상기 제1포켓면(2111)은 반경방향으로 곡률반경(R11)을 가지도록 오목 만곡지게 형성된다. 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향 곡률반경(R11)은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성된다. 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향 및 원주방향의 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성된다.
상기 제2포켓면(2113)는 반경방향으로 곡률반경(R21)을 가지도록 오목 만곡지게 형성된다. 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향의 곡률반경(R21)은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성된다. 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향 및 원주방향의 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성된다. 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향 곡률반경(R11)과 제2포켓면(2113)의 반경방향 곡률반경(R21)은 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심보다 반경방향 내측에 위치하며, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심보다 반경방향 외측에 위치한다. 상기 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심을 지나 축방향 반대쪽에 위치한다.
상기 제1포켓면(2111)과 볼(207) 사이의 틈새는 반경방향 외측으로 갈수록 감소하도록 형성되고, 상기 제2포켓면(2113)과 볼(207) 사이의 틈새는 반경방향 내측으로 갈수록 감소하도록 형성된다. 상기 포켓면의 반경방향 단부와 볼(207) 사이의 틈새(g1, g2)는 종래의 케이지와 볼 사이의 틈새보다 작게 형성되어 상기 볼베어용 케이지(210)와 볼(207) 사이의 유격량이 감소된다. 이로 인하여 씰(209)의 설계 여유공간 확보가 유리하게 된다.
또한, 상기 포켓면과 볼(207) 사이의 틈새는 포켓면의 반경방향 양측 단부에서 포켓중심원호부(2115)로 갈수록 크게 형성되어 포켓면의 반경방향 중심부에서 볼(207)과 사이에 공간이 크게 형성된다. 따라서 반경방향 양측 단부에서 볼(207)과의 사이에 틈새가 작게 형성되면서도 상기 케이지(210)와 볼(207) 사이에 많은 윤활유가 충진된다.
또한, 상기 포켓면의 반경방향 단부와 볼(207) 사이의 틈새(g1, g2)가 작게 형성되어 틈새(g1, g2)에서 형성되는 윤활유 막의 두께가 감소된다. 이로 인하여 본 발명의 볼베어링(200)은 종래의 볼베어링보다 토크가 감소된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 케이지(210)를 볼베어링(200)에 조립하기 위해서는 볼(207)을 베어링의 내륜(203)과 외륜(205) 사이에 위치시키고, 케이지(210)를 내륜(203)과 외륜(205) 사이에서 축방향으로 가압하여 볼(207)이 케이지(210)로 삽입되도록 한다.
지금까지 본 발명에 따른 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
200 : 볼베어링
210 : 케이지 211 : 포켓부
2111 : 제1포켓면 2113 : 제2포켓면
R : 포켓면의 곡률반경 r : 볼의 반경

Claims (10)

  1. 복수의 포켓부(211)가 형성되어 볼베어링(200)의 볼(207)을 구름 가능하게 파지하는 볼베어링용 케이지에 있어서,
    상기 포켓부(211)의 포켓면은 원주방향을 따라 분할되어 오목하게 만곡진 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)으로 이루어지며, 상기 제1포켓면(2111)은 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제2포켓면(2113)은 반경방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경(R11)은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되고, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경(R21)은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되며;
    상기 제1포켓면(2111)의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성되며, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)과 볼(207) 사이의 틈새는 반경방향 외측으로 갈수록 감소하도록 형성되며, 상기 제2포켓면(2113)과 볼(207) 사이의 틈새는 반경방향 내측으로 갈수록 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심보다 반경방향 내측에 위치하며, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심보다 반경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
  6. 각각 궤도면을 포함하는 내륜(203) 및 외륜(205)과, 상기 내륜(203)과 외륜(205) 사이에 구비되는 볼(207)과, 복수의 포켓부(211)가 형성되어 상기 볼(207)을 구름 가능하게 파지하는 케이지(210)로 이루어진 볼베어링에 있어서,
    상기 포켓부(211)의 포켓면은 원주방향을 따라 분할되어 오목하게 만곡진 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)으로 이루어지며, 상기 제1포켓면(2111)은 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제2포켓면(2113)은 반경방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 볼베어링
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경(R11)은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되고, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경(R21)은 원주방향을 따라 측정된 곡룰반경보다 크게 형성되며;
    상기 제1포켓면(2111)의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성되며, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향 및 원주방향을 따라 측정된 곡률반경은 상기 볼(207)의 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)과 볼(207) 사이의 틈새는 반경방향 외측으로 갈수록 감소하도록 형성되며, 상기 제2포켓면(2113)과 볼(207) 사이의 틈새는 반경방향 내측으로 갈수록 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링링.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심보다 반경방향 내측에 위치하며, 상기 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 원호의 중심은 상기 볼(207)의 중심보다 반경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 볼베어링.
  10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1포켓면(2111)과 제2포켓면(2113)의 반경방향을 따라 측정된 곡률반경은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링.
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