KR20180085789A - 크로스 롤러베어링 - Google Patents

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가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
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Abstract

크로스 롤러베어링의 내륜(3)의 롤러 삽입홈(6)은, 내륜측 V홈(32)으로 노출되어 있는 외주면측 홈개구(62)를 구비하고 있다. 이 홈 개구(62)는, 내륜측 V홈(32)을 따라 원주방향으로 연장되는 원주방향 개구가장자리(62a)와, 이 양단으로부터 내륜(3)의 원환모양 끝면(33)까지 연장되는 측방 개구가장자리(62b, 62c)에 의하여 규정된다. 원주방향 개구가장자리(62a)와 측방 개구가장자리(62b, 62c)의 사이의 모서리부에, 응력집중이 일어난다. 내륜측 V홈(32)의 최소 외경부(38)에 일치하지 않도록 원주방향 개구가장자리(62a)가 형성되어 있다. 원주방향 개구가장자리(62a)가 최소 외경부(38)에 일치하는 경우에 비하여, 모서리부에 발생하는 응력집중을 대폭적으로 완화시킬 수 있어, 내륜(3)의 피로강도를 개선할 수 있다.

Description

크로스 롤러베어링
본 발명은 크로스 롤러베어링(cross roller bearing)에 관한 것으로서, 특히 그 내륜(內輪)에 형성되어 있는 원통롤러(圓筒roller)를 삽입하기 위한 롤러 삽입홈(roller insertion groove)의 개량에 관한 것이다.
크로스 롤러베어링은, 공지되어 있는 바와 같이 내륜 및 외륜(外輪)과, 이들의 사이에 구획(區劃)되어 형성되어 있는 사각형 단면을 한 원환모양의 롤러궤도(roller軌道)와, 롤러궤도 내에 있어서 그 원주방향을 향하여 교대로 직교하는 상태로 전동(轉動)할 수 있게 삽입된 복수 개의 원통롤러를 구비하고 있다. 일체형(一體型)의 내륜 및 일체형의 외륜을 구비한 크로스 롤러베어링에 있어서는, 롤러궤도에 원통롤러를 삽입하기 위하여, 내륜 혹은 외륜에 롤러 삽입홈 혹은 롤러 삽입구멍을 형성하고 있다. 롤러 삽입홈 혹은 롤러 삽입구멍은, 원통롤러가 삽입된 후에 마개에 의하여 봉쇄된다. 특허문헌1, 2에는, 내륜에 롤러 삽입홈이 형성된 크로스 롤러베어링이 제안되어 있다.
: 일본국 공개특허 특개평11-280757호 공보 : 일본국 공개특허 특개2001-56024호 공보
내륜에 롤러 삽입홈이 형성되어 있는 크로스 롤러베어링에 있어서는, 작용하는 부하에 의하여, 롤러 삽입홈에 있어서의 롤러궤도측으로 개구(開口)하고 있는 개구 가장자리부분의 모서리부가, 금속피로(金屬疲勞)에 의한 파괴의 기점이 되는 경우가 있다.
즉 도5에 나타내는 바와 같이 내륜(100)에 형성된 롤러 삽입홈(101)은, 내륜 외주면(102)에 형성된 롤러궤도면 부분(103)으로 개구하고 있다. 본 발명자 등은, 롤러궤도면 부분(103)으로 개구하고 있는 롤러 삽입홈(101)의 개구 가장자리(104)의 모서리부(105)에 현저한 응력집중(應力集中)이 일어나, 이 모서리부가 금속피로에 의한 파괴의 기점이 되기 쉽다는 것을 발견하였다.
특히 반경방향의 두께가 얇은 내륜에 롤러 삽입홈이 형성되어 있는 크로스 롤러베어링에 있어서는, 롤러 삽입홈의 모서리부가 금속피로에 의한 파괴의 기점이 되기 쉽기 때문에, 피로강도가 대폭적으로 저하되는 경우가 있다.
본 발명의 과제는, 이 점을 감안하여, 내륜에 형성된 롤러 삽입홈의 모서리부의 응력집중을 완화시켜 피로강도의 향상을 도모할 수 있는 크로스 롤러베어링을 제공하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 크로스 롤러베어링은,
내륜 및 외륜과,
내륜 외주면에 형성된 내륜측 V홈 및 외륜 내주면에 형성된 외륜측 V홈의 사이에 형성되는 롤러궤도와,
상기 롤러궤도에 삽입되어 있는 복수 개의 롤러와,
상기 롤러를 상기 롤러궤도에 삽입하기 위하여 상기 내륜에 형성되어 있는 롤러 삽입홈과,
상기 롤러 삽입홈을 봉쇄하고 있는 마개를
갖고 있고,
상기 내륜측 V홈은,
상기 롤러가 전동하는 한 쌍의 경사 궤도면과,
상기 경사 궤도면의 사이에 형성되고, 상기 롤러에 접촉하지 않는 오목모양면과,
상기 오목모양면 내에 위치하는 상기 내륜의 최소 외경부를
구비하고 있고,
상기 롤러 삽입홈은,
상기 내륜의 일방의 원환모양 끝면으로 노출되어 있는 끝면측 홈개구와,
상기 끝면측 홈개구에 연속하여 상기 내륜 외주면의 상기 내륜측 V홈으로 노출되어 있는 외주면측 홈개구를
구비하고,
상기 외주면측 홈개구는, 상기 내륜측 V홈을 따라 원주방향으로 연장되는 원주방향 개구가장자리와, 이 원주방향 개구가장자리의 양단으로부터 상기 원환모양 끝면까지 연장되는 한 쌍의 측방 개구가장자리에 의하여 규정되어 있고,
상기 롤러 삽입홈의 상기 원주방향 개구가장자리는, 상기 오목모양면에 있어서의 상기 최소 외경부로부터 벗어난 부분에 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
롤러 삽입홈은 내륜 외주면의 내륜측 V홈으로 개구하고 있다. 이 개구, 즉 외주면측 홈개구는, 내륜측 V홈을 따라 원주방향으로 연장되는 원주방향 개구가장자리와, 이 양단으로부터 내륜의 원환모양 끝면까지 연장되고 있는 한 쌍의 측방 개구가장자리에 의하여 규정된다. 내륜의 내륜측 V홈의 부분에 있어서, 원주방향 개구가장자리와 측방 개구가장자리가 교차하는 모서리부에, 응력집중이 발생한다.
본 발명자 등은, 내륜에 형성되는 롤러 삽입홈의 홈깊이, 즉 내륜의 원환모양 끝면으로부터 내륜 중심축선의 방향의 홈깊이에 착안하였다. 홈깊이를 변화시킴으로써, 내륜측 V홈에 형성되는 외주면측 홈개구의 원주방향 개구가장자리의 위치가, 내륜 중심축선의 방향으로 이동한다. 본 발명에서는, 원주방향 개구가장자리가 최소 외경부로부터 벗어난 위치가 되도록 홈깊이를 설정한다. 본 발명자 등은, 내륜측 V홈에 있어서의 최소 외경부에 원주방향 개구가장자리가 일치하도록 홈깊이를 설정하였을 경우에 비하여, 외주면측 홈개구에 있어서의 모서리부에 발생하는 응력집중을 대폭적으로 완화시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
예를 들면 상기 롤러 삽입홈의 상기 원주방향 개구가장자리는, 상기 최소 외경부에 대하여 상기 원환모양 끝면과는 반대측의 위치에 형성된다.
상기 롤러 삽입홈은, 예를 들면
상기 외주면측 홈개구의 상기 원주방향 개구가장자리로부터, 내륜 중심축선과 직교하는 방향으로 연장되는 홈 바닥면과,
상기 외주면측 홈개구의 상기 측방 개구가장자리의 각각으로부터, 상기 내륜 중심축선과 직교하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 홈 측면과,
상기 홈 측면의 끝을 서로 연결하는 홈 끝면을
구비한 홈으로 할 수 있다.
본 발명의 크로스 롤러베어링에서는, 내륜 외주면에 있어서의 롤러 삽입홈의 외주면측 홈개구의 모서리부에 발생하는 응력집중을 대폭적으로 완화시킬 수 있다. 따라서 롤러 삽입홈을 형성한 것에 기인하는 내륜의 피로강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한 종래와 비교하여, 롤러 삽입홈이 형성된 내륜을 구비한 크로스 롤러베어링의 피로강도를 높일 수 있으므로, 그 부하용량을 향상시킬 수 있다. 또한 롤러 삽입홈을 형성한 것에 기인하는 응력집중을 완화시켜 내륜의 강도를 높일 수 있으므로, 종래에 비하여 내륜의 두께를 얇게 하여, 크로스 롤러베어링의 경량화를 도모할 수 있다.
도1은, 본 발명을 적용한 크로스 롤러베어링의 끝면도 및 단면도이다.
도2는, 도1의 크로스 롤러베어링의 롤러 삽입홈의 부위를 나타내는 확대 부분끝면도 및 확대 부분단면도이다.
도3은, 도1의 크로스 롤러베어링의 내륜을 나타내는 사시도, 롤러 삽입홈의 형성부위를 나타내는 확대 부분사시도이다.
도4는, 도3의 내륜측 V홈의 부위를 나타내는 부분확대 단면도이다.
도5는, 롤러 삽입홈이 형성된 내륜의 응력 집중부위를 나타내는 설명도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 크로스 롤러베어링(cross roller bearing)의 실시형태에 관하여 설명한다.
도1(a)는 본 실시형태의 크로스 롤러베어링의 일례를 나타내는 끝면도이며, 도1(b)는 그 단면도이다. 도2(a)는 롤러 삽입홈(roller insertion groove)의 부위를 확대하여 나타내는 부분끝면도이며, 도2(b)는 그 부분단면도이다.
이들의 도면에 나타내는 바와 같이 크로스 롤러베어링(1)은, 일체형(一體型)의 외륜(外輪)(2)과, 마찬가지로 일체형의 내륜(內輪)(3)을 구비하고 있다. 외륜(2)에 있어서의 원형의 외륜 내주면(21)에는, 내측으로 개구(開口)하는 외륜측 V홈(22)이 형성되어 있다. 내륜(3)에 있어서의 원형의 내륜 외주면(31)에는, 외측으로 개구하는 내륜측 V홈(32)이 형성되어 있다. 외륜측 V홈(22) 및 내륜측 V홈(32)에 의하여, 사각형 단면을 한 원환모양의 롤러 삽입부인 롤러궤도(roller軌道)(4)가 구획(區劃)되어 형성되어 있다. 롤러궤도(4)에는, 그 원주방향을 향하여 복수 개의 원기둥모양의 롤러(5)가 전동(轉動)할 수 있는 상태로 삽입되어 있다. 롤러(5)는, 그 중심축선이 교대로 직교하는 상태로 배열되어 있다.
내륜(3)에는 롤러 삽입홈(6)이 형성되어 있다. 롤러 삽입홈(6)은, 내륜(3)의 일방(一方)의 원환모양 끝면(圓環狀 端面)(33)의 일부를 절단함으로써 형성되어 있다. 본 예의 롤러 삽입홈(6)은, 내륜 외주면(31)으로부터 내륜 내주면(34)의 근방까지 연장되는 일정폭으로 반경방향으로 연장되는 홈이다. 롤러 삽입홈(6)은 마개(7)에 의하여 봉쇄되어 있다. 마개(7)는 체결볼트(8)에 의하여 내륜(3)측에 체결되어 고정되어 있다.
마개(7)는, 롤러 삽입홈(6)과 상보적(相補的)인 형상을 하고 있고, 도2(b)에 나타내는 바와 같이 내륜(3)의 원환모양 끝면(33)의 일부를 형성하고 있는 끝면(71)과, 내륜측 V홈(32)의 일부를 형성하고 있는 궤도면부분(72)을 구비하고 있다. 또한 끝면(71)으로부터 반대측의 끝면(73)으로 관통하는 볼트 삽입구멍(74)이 형성되어 있다.
도3(a)는 내륜(3)을 나타내는 사시도이며, 도3(b)는 롤러 삽입홈(6)의 형성부위를 나타내는 확대 부분사시도이다. 도4는 내륜측 V홈(32)을 나타내는 확대 부분단면도이다.
우선, 내륜측 V홈(32)은, 도4에서 알 수 있는 바와 같이 롤러(5)가 전동하는 한 쌍의 경사 궤도면(傾斜 軌道面)(35, 36)을 구비하고 있다. 이들의 경사 궤도면(35, 36)은, 내륜 중심축선(3a)(도3(a)를 참조)의 방향에 대하여 역방향으로 45도 경사진 경사면이다. 경사 궤도면(35, 36)의 사이에는, 내륜 반경방향의 내측으로 한층 더 깊은 오목모양면(凹狀面)(37)이 형성되어 있다. 오목모양면(37)은 롤러(5)에 접촉하지 않는 부분이며, V홈가공에 필요한 부분이다.
롤러 삽입홈(6)은, 도3에서 알 수 있는 바와 같이 내륜(3)의 일부를 전체적으로 4각형상으로 절단함으로써 형성된 홈이며, 내륜 끝면방향(내륜 중심축선(3a)의 방향) 및 내륜 반경방향의 외측의 2방향으로 개구되어 있다. 즉 롤러 삽입홈(6)은, 내륜(3)의 원환모양 끝면(33)으로 노출되어 있는 끝면측 홈개구(end face-side groove opening)(61)와, 끝면측 홈개구(61)에 연속하여 내륜 외주면(31)의 내륜측 V홈(32)으로 노출되어 있는 외주면측 홈개구(outer circumferential surface-side groove opening)(62)를 구비하고 있다.
끝면측 홈개구(61)는, 한 쌍의 직선모양의 끝면 개구가장자리(end-surface opening edge)(61a, 6lb)와, 이들의 끝면 개구가장자리(61a, 6lb)를 연결하는 만곡모양(彎曲狀)의 끝면 개구가장자리(61c)에 의하여 규정되어 있다. 끝면 개구가장자리(61a, 6lb)는, 내륜 외주면(31)으로부터 내륜 내주면(34)을 향하여 일정한 간격으로 내륜 반경방향으로 평행하게 연장되어 있다. 만곡모양의 끝면 개구가장자리(61c)는, 직선모양의 끝면 개구가장자리(61a, 6lb)의 반경방향 내측의 끝에 매끄럽게 연결되어 있다.
외주면측 홈개구(62)는, 내륜측 V홈(32)을 따라 내륜 원주방향으로 연장되는 원호모양의 원주방향 개구가장자리(circumferential direction opening edge)(62a)와, 이 원주방향 개구가장자리(62a)의 양단으로부터 원환모양 끝면(33)까지 연장되는 한 쌍의 측방 개구가장자리(side opening edge)(62b, 62c)에 의하여 규정되어 있다.
이와 같이 2방향으로 개구되어 있는 롤러 삽입홈(6)은, 외주면측 홈개구(62)의 원주방향 개구가장자리(62a)로부터, 내륜 중심축선(3a)과 직교하는 방향(내륜 반경방향의 내측)으로 연장되는 평탄한 홈 바닥면(groove bottom surface)(63)과, 측방 개구가장자리(62b, 62c)의 각각으로부터 내륜 중심축선(3a)과 직교하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 평탄한 홈 측면(groove side surface)(64, 65)과, 이들 홈 측면(64, 65)의 내측단(內側端)을 서로 연결하는 만곡면 모양의 홈 끝면(groove end surface)(66)에 의하여 규정되어 있다. 홈 바닥면(63)에는 볼트구멍(63a)이 개구되어 있다.
여기에서, 도4에 나타내는 바와 같이 내륜측 V홈(32)에 있어서, 그 폭방향(내륜 중심축선(3a)의 방향)의 중앙에 오목모양면(37)이 형성되어 있다. 오목모양면(37)은, 경사 궤도면(35, 36)의 반경방향의 내단(內端)으로부터 연장되어 있는 한 쌍의 테이퍼면(37a, 37b)과, 이들의 테이퍼면(37a, 37b)의 반경방향의 내단의 사이를 매끄럽게 연결하는 원호면(37c)에 의하여 규정되어 있다. 원호면(37c)에 있어서의 내륜 중심축선(3a)의 방향의 중앙의 위치가, 내륜(3)에 있어서의 최소 외경부(最小 外徑部)(38)이다. 또한 롤러 삽입홈(6)의 홈 바닥면(63)은, 내륜 폭방향(내륜 중심축선(3a)의 방향)에 있어서 오목모양면(37)이 형성되어 있는 폭(W37) 내의 위치이며, 또한 최소 외경부(38)로부터 벗어난 위치에 배치되어 있다.
따라서 홈 바닥면(63)의 내륜측 V홈(32)측의 끝의 원주방향 개구가장자리(62a)는, 오목모양면(37) 상에 있어서의 최소 외경부(38)로부터 벗어난 위치에 형성된다. 즉 롤러 삽입홈(6)에 있어서 외주면측 홈개구(62)의 원주방향 개구가장자리(62a)와 일방의 측방 개구가장자리(62b) 사이의 모서리부, 및 원주방향 개구가장자리(62a)와 타방(他方)의 측방 개구가장자리(62c) 사이의 모서리부가, 최소 외경부(38)로부터 벗어난 위치에 형성된다.
원환모양 끝면(33)으로부터 최소 외경부(38)까지의 거리를 D38, 오목모양면(37)의 폭을 W37, 롤러 삽입홈(6)의 홈깊이(원환모양 끝면(33)으로부터 홈 바닥면(63) 혹은 원주방향 개구가장자리(62a)까지의 거리)를 D6으로 하면, 다음의 2조건을 충족시킨다.
D38-W37/2 ≤ D6 ≤ D38+W37/2
D6 ≠ D38
본 예에서는, 도4에 나타내는 바와 같이 홈 바닥면(63)은, 내륜 폭방향에 있어서, 오목모양면(37) 내에 있어서의 최소 외경부(38)에 대하여, 원환모양 끝면(33)과는 반대측에 위치하도록, 롤러 삽입홈(6)의 홈깊이가 설정되어 있다.
D38 ＜ D6 ＜ D38+W37/2
롤러 삽입홈(6)을 형성한 내륜(3)에 있어서는, 롤러 삽입홈(6)을 형성함에 따른 단면결손(斷面缺損)에 기인하여, 롤러 삽입홈(6)의 형성부분(단면결손 부분)의 응력(應力)이 증가한다. 또한 롤러 삽입홈(6)의 형성부분에 있어서는, 그 단면결손 부분의 모서리부에 응력이 집중한다.
본 예의 내륜(3)에 있어서는, 롤러 삽입홈(6)을 형성한 크로스 롤러베어링(1)에서는, 롤러 삽입홈(6)의 홈바닥부의 외경, 즉 원주방향 개구가장자리(62a)의 외경이, 내륜(3)의 최소 외경부(38)보다 크다. 따라서 롤러 삽입홈(6)을 형성하기 위해 내륜(3)의 재료가 제거됨에 따른 응력의 증가와, 롤러 삽입홈(6)의 절단상태에 기인하는 응력집중이, 동일 장소에서 발생하지 않게 된다.
이 결과, 롤러 삽입홈(6)의 외주면측 홈개구(62)의 모서리부에 발생하는 응력집중이 완화되어, 당해 부분을 기점으로 하는 피로파괴(疲勞破壞)가 억제된다. 따라서 내륜(3)의 피로강도(疲勞强度)를 높일 수 있다.

Claims (3)

  1. 내륜(內輪) 및 외륜(外輪)과,
    내륜 외주면에 형성된 내륜측 V홈 및 외륜 내주면에 형성된 외륜측 V홈의 사이에 형성되는 롤러궤도(roller軌道)와,
    상기 롤러궤도에 삽입되어 있는 복수 개의 롤러(roller)와,
    상기 롤러를 상기 롤러궤도에 삽입하기 위하여 상기 내륜에 형성되어 있는 롤러 삽입홈(roller insertion groove)과,
    상기 롤러 삽입홈을 봉쇄하고 있는 마개를
    갖고 있고,
    상기 내륜측 V홈은,
    상기 롤러가 전동(轉動)하는 한 쌍의 경사 궤도면(傾斜 軌道面)과,
    상기 경사 궤도면의 사이에 형성되고, 상기 롤러에 접촉하지 않는 오목모양면(凹狀面)과,
    상기 오목모양면 내에 위치하는 상기 내륜의 최소 외경부(最小 外徑部)를
    구비하고 있고,
    상기 롤러 삽입홈은,
    상기 내륜의 일방(一方)의 원환모양 끝면(圓環狀 端面)으로 노출되어 있는 끝면측 홈개구(end face-side groove opening)와,
    상기 끝면측 홈개구에 연속하여 상기 내륜 외주면의 상기 내륜측 V홈으로 노출되어 있는 외주면측 홈개구(outer circumferential surface-side groove opening)를
    구비하고,
    상기 외주면측 홈개구는, 상기 내륜측 V홈을 따라 원주방향으로 연장되는 원주방향 개구가장자리(circumferential direction opening edge)와, 이 원주방향 개구가장자리의 양단(兩端)으로부터 상기 원환모양 끝면까지 연장되는 한 쌍의 측방 개구가장자리(side opening edge)에 의하여 규정되어 있고,
    상기 롤러 삽입홈의 상기 원주방향 개구가장자리는, 상기 오목모양면에 있어서의 상기 최소 외경부로부터 벗어난 부분에 형성되어 있는
    크로스 롤러베어링(cross roller bearing).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 롤러 삽입홈의 상기 원주방향 개구가장자리는, 상기 최소 외경부에 대하여, 상기 원환모양 끝면과는 반대측의 위치에 형성되어 있는 크로스 롤러베어링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 롤러 삽입홈은,
    상기 외주면측 홈개구의 상기 원주방향 개구가장자리로부터, 내륜 중심축선과 직교하는 방향으로 연장되는 평탄한 홈 바닥면(groove bottom surface)과,
    상기 외주면측 홈개구의 상기 측방 개구가장자리의 각각으로부터, 상기 내륜 중심축선과 직교하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 평탄한 홈 측면(groove side surface)과,
    상기 홈 측면의 끝을 서로 연결하는 홈 끝면(groove end surface)을
    구비하고 있는 크로스 롤러베어링.
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