KR20230065996A - 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링 - Google Patents

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게이스케 도리이
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

볼 베어링용 수지제 유지기 (20) 는, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 가 축 방향으로 조합된다. 제 1 유지기 소자 (30) 는, 포켓부 (31) 와, 제 1 연결부 (32) 와, 피걸어맞춤부 (41) 를 갖는다. 제 2 유지기 소자 (50) 는, 포켓 대향부 (51) 와, 제 2 연결부 (52) 와, 걸어맞춤부 (53) 를 갖는다. 포켓부 (31) 는, 서로 둘레 방향으로 대향하고, 포켓면 (35) 을 형성하는 1 쌍의 돌기부 (33) 를 구비하고, 볼 (13) 은, 제 1 유지기 소자 (30) 의 포켓면 (35) 에 의해서만 유지된다. 포켓 대향부 (51) 는, 볼 (13) 의 반경 (R) 과 제 1 유지기 소자 (30) 및 제 2 유지기 소자 (50) 의 축 방향 이동량 (Δa) 의 합보다 큰 반경 (r1) 을 갖는 부분 원통면 (51a) 을 구비한다. 이에 따라, 서로 걸어맞추는 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 걸어맞춤을 분리시키는 응력의 발생을 억제하고, 걸어맞춤부를 사이즈다운할 수 있고, 유지기 설계의 자유도가 높은 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링을 제공한다.

Description

볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링
본 발명은 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링에 관한 것으로, 특히, 그리스 윤활에 있어서, 높은 정음성 (靜音性) 이 요구되는, 모터나 가전 제품 등에 적용 가능한 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링에 관한 것이다.
종래의 볼 베어링용 수지제 유지기로는, 림부와 소주부 (素柱部) 를 각각 갖는 1 쌍의 소자를 서로 조합하고, 각 소주부의 피걸어맞춤부와 걸어맞춤부를, 양 림부끼리가 서로 떨어지는 방향으로 변위하는 것을 저지하는 상태로 걸어맞춤시켜, 유지기의 강도를 향상시킨 것이 알려져 있다 (특허문헌 1 참조). 또, 고속 회전 용도로서, 유지기 본체에 덮개체를 장착하고, 유지기 본체가 원심력에 의해 변형되는 것을 방지하는 것이 알려져 있다 (특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2007-285506호 일본 공개실용신안공보 평6-1848호
그런데, 특허문헌 1 에 기재된 바와 같은 유지기에서는, 축 방향에 있어서는, 볼·유지기 사이의 간극의 범위에서 유지기는 자유롭게 이동하고, 직경 방향에 있어서는, 유지기가 볼 안내 방식의 경우에는 볼·유지기 사이의 간극의 범위에서 유지기는 자유롭게 이동하고, 내륜 안내 방식에서는 내륜·유지기 사이의 간극의 범위에서 유지기는 자유롭게 이동하고, 외륜 안내 방식에서는 외륜·유지기 사이의 간극의 범위에서 유지기는 자유롭게 이동할 수 있다. 예를 들어, 축의 미스얼라인먼트에 의해 내륜이 미스얼라인먼트하고, 그것에 수반하여 유지기가 미스얼라인먼트 방향으로 이동했을 경우, 충격으로 적어도 1 개 이상의 볼이 제 1 소자와 접촉하고, 그 밖의 볼이 제 2 소자와 접촉하여 걸어맞춤부의 분리에 작용하는 응력이 걸어맞춤부에 발생한다. 예를 들어, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 유지기 (100) 가 0° 와 180° 위치의 포켓 (포켓수가 홀수인 경우, 0° 위치의 포켓과 180° 위치의 기둥) 을 축으로 하여 화살표 (M) 로 나타내는 바와 같이 미스얼라인먼트 이동했을 경우, 90° 위치의 포켓 (포켓수가 홀수인 경우, 90° 부근에 위치하는 포켓) 에서 볼이 제 1 소자 (101) 와 접촉하고, 270° 위치의 포켓 (포켓수가 홀수인 경우, 270° 부근에 위치하는 포켓) 에서 볼이 제 2 소자 (102) 와 접촉한다. 이 때, 제 1 소자 (101) 가 볼로부터 받는 힘의 방향과, 제 2 소자 (102) 가 볼로부터 받는 힘의 방향이 정반대이기 때문에, 걸어맞춤부의 분리에 작용하는 응력이 걸어맞춤부에 발생할 가능성이 있었다.
또 베어링에 래디얼 하중이 가해질 때, 래디얼 하중을 받고 있는 부하 발생 범위 (부하권) 에 있어서, 그 부하권의 입구·출구 부근의 볼은 자전수가 느리고, 부하권 내의 볼은 자전이 빨라지기 때문에, 동일한 베어링 내의 볼에 있어서 공전 속도에 차이가 생긴다. 이 상황에서는, 공전이 빠른 볼과 느린 볼에 의해 유지기가 둘레 방향으로 버티는 사태가 발생한다. 예를 들어, 상기 서술한 바와 같이 유지기 (100) 에 미스얼라인먼트가 발생한 상태에서 이 사태가 발생한 경우, 공전이 빠른 볼이 제 1 소자 (101) 를 주로 누르고, 공전이 느린 볼이 제 2 소자 (102) 를 주로 누름으로써, 걸어맞춤부의 분리에 작용하는 응력이 걸어맞춤부에 발생할 가능성이 있었다.
이 때문에, 걸어맞춤부는 분리되지 않을 강도를 갖게 하기 위한 사이즈 확보가 필요해져, 볼 수의 감소를 강요당하거나, 볼 수를 유지하는 경우에는, 볼 직경의 감소를 강요당해, 베어링의 부하 용량의 감소로 이어져, 유지기 설계가 제한된다는 과제가 있었다.
또, 특허문헌 2 에 있어서도, 볼이 덮개체와 접촉할 가능성이 있고, 그 경우, 동일한 과제가 존재한다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 서로 걸어맞추는 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 걸어맞춤을 분리시키는 응력의 발생을 억제할 수 있고, 걸어맞춤부를 사이즈다운할 수 있고, 유지기 설계의 자유도가 높은 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상기 목적은, 하기의 구성에 의해 달성된다.
(1) 환상 (環狀) 으로 형성된 합성 수지제의 제 1 유지기 소자와, 환상으로 형성된 합성 수지제의 제 2 유지기 소자가 축 방향으로 조합되어 이루어지는 볼 베어링용 수지제 유지기로서,
상기 제 1 유지기 소자는, 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하는 복수의 포켓면을 각각 형성하고, 둘레 방향으로 등간격으로 형성되는 복수의 포켓부와, 인접하는 상기 포켓부끼리를 각각 연결하는 복수의 제 1 연결부를 갖고,
상기 제 2 유지기 소자는, 상기 복수의 포켓면의 개구부를 덮도록, 상기 복수의 포켓면과 각각 축 방향으로 대향하는 복수의 포켓 대향부와, 상기 인접하는 포켓 대향부끼리를 각각 연결하는 복수의 제 2 연결부를 갖고,
상기 제 1 유지기 소자의 각 포켓부는, 상기 제 1 연결부에 대하여 상기 제 2 유지기 소자측으로 돌출하여 서로 둘레 방향으로 대향하고, 상기 포켓면을 형성하는 1 쌍의 돌기부를 구비하고,
상기 제 1 유지기 소자와 상기 제 2 유지기 소자는, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 중 어느 일방에 형성된 걸어맞춤부와, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 중 어느 타방에 형성된 피걸어맞춤부가 걸어맞춰짐으로써 조합되고,
상기 제 2 유지기 소자의 상기 포켓 대향부는, 상기 볼과 떨어져 대향하는 내면을 구비하고,
상기 볼은, 상기 제 1 유지기 소자의 상기 포켓면에 의해서만 유지되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링용 수지제 유지기.
(2) 외주면에 내륜 궤도를 갖는 내륜과, 내주면에 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 상기 내륜 궤도와 상기 외륜 궤도의 사이에 유지기에 의해 자유롭게 전동할 수 있도록 유지된 복수 개의 볼을 구비하고, 그리스 윤활되는 볼 베어링에 있어서,
상기 유지기는, (1) 에 기재된 볼 베어링용 수지제 유지기인 것을 특징으로 하는 볼 베어링.
본 발명의 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링에 의하면, 볼은, 제 1 유지기 소자의 포켓면에 의해서만 유지되므로, 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 걸어맞춤부의 어긋남에 의한 포켓 간극의 변화를 억제할 수 있고, 또한, 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 걸어맞춤을 분리시키는 응력의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 걸어맞춤부를 사이즈다운할 수 있고, 유지기 설계의 자유도를 늘릴 수 있다.
도 1 은, 볼 베어링의 부분 단면도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 볼 베어링용 수지제 유지기의 사시도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 볼 베어링용 수지제 유지기를 분해해서 나타내는 부분 확대 측면도이다.
도 4 는, 1 쌍의 돌기부의 높이를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5 는, 볼이 돌기부 선단에 접촉했을 때, 볼의 중심과 돌기부 선단의 접촉점을 통과하는 가상선 (A) 과, 볼의 중심을 통과하는 가상 수직 평면 (B) 이 이루는 각도 (α) 를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6 은, 볼에 대하여 유지기가 축 방향으로 어긋난 상태를 중립 상태와 비교해서 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 유지기의 일부를 파단하여 나타내는 확대 사시도이다.
도 8 은, 종래의 유지기에 있어서 미스얼라인먼트 이동했을 경우를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명에 관련된 볼 베어링용 수지제 유지기 및 볼 베어링의 일 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태의 볼 베어링은, 예를 들어, 3000 ∼ 30000 min-1 의 회전수로 사용되며, 특히, 머시닝 센터용이나 선반용으로서 적합하게 사용되는 것으로 하고 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 볼 베어링 (10) 은, 내주면에 외륜 궤도 (11a) 를 갖는 외륜 (11) 과, 외주면에 내륜 궤도 (12a) 를 갖는 내륜 (12) 을 동심으로 배치하고, 외륜 궤도 (11a) 와 내륜 궤도 (12a) 의 사이에 복수 개의 볼 (13) 을 자유롭게 전동할 수 있도록 설치함으로써 구성되어 있다. 또, 볼 (13) 은, 베어링 공간 내에 봉입된 그리스에 의해 윤활되고 있다. 또한, 외륜 (11), 내륜 (12), 볼 (13) 은, 각각 예를 들어, 합금강 등의 강재로 제작되어 있다.
복수 개의 볼 (13) 은, 볼 베어링용 수지제 유지기 (이후, 간단히 유지기라고도 한다) (20) 에 의해, 소정의 피치로 자유롭게 전동할 수 있도록 유지되고 있다. 유지기 (20) 는, 합성 수지를 사출 성형함으로써 형성되어 있다. 또한, 유지기 (20) 는, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 가 축 방향으로 조합된 구성을 갖는다. 제 1 유지기 소자 (30), 및 제 2 유지기 소자 (50) 의 세부 구조에 대해서는, 후에 상세히 서술한다.
외륜 (11) 과 내륜 (12) 사이의 공간의 축 방향 양측에는, 그리스를 베어링 내부에 밀봉하거나, 혹은 외부에 부유하는 진개나 이물질이 베어링 내부에 진입하는 것을 방지하기 위한 도시하지 않은 시일 부재를 형성할 수도 있다. 시일 부재로는, 예를 들어, 외륜 (11) 에 장착 고정되고, 립부가 내륜 (12) 에 슬라이딩 접촉하는 접촉형이나, 내륜 (12) 과의 사이에 래버린스를 형성하는 비접촉형, 나아가서는 내륜 (12) 에 장착 고정되는 것 등을 들 수 있다. 또한, 시일 부재는, 축 방향 편측에만 형성되어 있거나, 혹은 형성되어 있지 않아도 된다.
도 2 는, 볼 베어링용 수지제 유지기의 사시도이며, 도 3 은, 볼 베어링용 수지제 유지기를 분해해서 나타내는 부분 확대 측면도이다. 볼 베어링용 수지제 유지기 (20) 는, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 가, 축 방향으로 조합되어 이루어진다.
유지기 (20) 의 수지 재료로는, 폴리아미드 수지 (나일론 6, 나일론 66, 나일론 46), 폴리아세탈 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지 (PEEK), 폴리페닐렌술파이드 수지 (PPS), 폴리4불화에틸렌 (PTFE) 등의 엔지니어링 플라스틱의 단체, 또는 거기에 유리 섬유나 카본 섬유 등의 단섬유 (보강재) 를 10 ∼ 40 중량% 정도 함유시켜 강화한 복합재 등이 사용된다.
제 1 유지기 소자 (30) 는, 볼 (13) 을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하는 복수의 포켓면 (35) 을 각각 형성하고, 둘레 방향으로 등간격으로 형성되는 복수의 포켓부 (31) 와, 포켓부 (31) 의 축 방향 중간부에서, 인접하는 포켓부 (31) 끼리를 각각 연결하는 복수의 제 1 연결부 (32) 를 갖는다.
각 포켓부 (31) 는, 제 1 연결부 (32) 에 대하여 제 2 유지기 소자 (50) 측으로 돌출하여, 서로 둘레 방향에 대향하는 1 쌍의 돌기부 (33) 와, 제 1 연결부 (32) 에 대하여 제 2 유지기 소자 (50) 측과 반대측으로 돌출하여, 1 쌍의 돌기부 (33) 를 원호상으로 잇는 대략 원호상부 (34) 를 구비한다. 그리고, 이들 1 쌍의 돌기부 (33) 와 대략 원호상부 (34) 는, 포켓면 (35) 을 구성한다.
또, 포켓면 (35) 은, 1 쌍의 돌기부 (33) 와 대략 원호상부 (34) 에 걸쳐 매끄럽게 연속하는 원통면 (35a) 과, 포켓면 (35) 의 내경측에, 1 쌍의 돌기부 (33) 로부터 대략 원호상부 (34) 에 걸쳐 각각 형성되고, 내경측을 향함에 따라 포켓 중심을 향하여 경사지는 1 쌍의 테이퍼면 (35b) 을 갖는다. 또한, 포켓부 (31) 는, 축 방향 일방측 (제 2 유지기 소자 (50) 측) 에 개구하는 개구부 (36) 를 갖는다.
1 쌍의 테이퍼면 (35b) 은, 가상 원추체의 일부이며, 제 1 유지기 소자 (30), 즉, 유지기 (20) 와 볼 (13) 이, 상대적으로 직경 방향으로 변위했을 때 (도 3 에 있어서 지면에 수직 방향), 볼 (13) 과 테이퍼면 (35b) 이 접촉함으로써, 볼 (13) 과 제 1 유지기 소자 (30) 의 직경 방향 위치가 규제된다. 바꿔 말하면, 제 1 유지기 소자 (30) 가, 직경 방향 외측으로 이동했을 때, 즉, 볼 (13) 이 상대적으로 직경 방향 내측으로 이동했을 때, 제 1 유지기 소자 (30) 의 테이퍼면 (35b) 이, 볼 (13) 과 접촉하여, 양자의 상대적인 직경 방향 위치가 규제된다.
따라서, 유지기 (20) 가 직경 방향으로 변위했을 때에, 볼 (13) 은 테이퍼면 (35b) 에서 접촉하므로, 에지 닿지 않고, 접촉 면압을 낮출 수 있음과 함께, 그리스의 긁어내기를 방지할 수 있다. 또, 볼 (13) 과의 접촉이 테이퍼면 (35b) 에 한정되어, 마찰 계수가 안정되므로, 유지기 (20) 의 자려 진동에 의한 유지기음의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 제 1 유지기 소자 (30) 의 외경측 (도 3 에 있어서, 지면 앞측) 은 테이퍼면을 갖지 않기 때문에, 볼 (13) 과 원통면 (35a) 의 사이에 간극이 확보되어, 그 간극으로부터 그리스를 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 테이퍼면 (35b) 의 일부는, 제 1 연결부 (32) 의 내주면으로부터 연속하여, 그 내주면보다 내경측으로 돌출하는 돌출 부분 (37) 에 의해 구성되고, 돌출 부분 (37) 은, 후술하는 제 2 유지기 소자 (50) 의 제 2 연결부 (52) 의 내주면보다 내경측으로 돌출되어 있다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 돌출 부분 (37) 은 내륜 궤도면 (12a) 과 대향 하고 있으므로, 이 돌출 부분 (37) 에 의해, 유지기 (20) 와 내륜 궤도면 (12a) 의 접촉을 방지하면서, 볼 (13) 과 테이퍼면 (35b) 의 접촉 위치를 내경측으로 어긋나게 할 수 있다. 이 결과, 제 1 유지기 소자 (30) 가 직경 방향 외측으로 이동하여, 볼 (13) 이 유지기 (20) 에 대하여 직경 방향 내측으로 상대적 이동했을 때에, 1 쌍의 테이퍼면 (35b) 에 쐐기 작용에 의해 파고드는 것을 억제할 수 있어, 볼 (13) 과 테이퍼면 (35b) 의 접촉점의 문제를 방지할 수 있다. 특히, 고속 회전이나, 베어링 온도가 높은 조건하에서, 윤활성이 일시적으로 저하되어 마찰 계수가 커졌을 경우에, 보다 효과를 발휘할 수 있다.
도 4 를 참조하여, 1 쌍의 돌기부 (33) 는, 제 1 유지기 소자 (30) 의 일방의 측면 (40) 과 돌기부 (33) 의 내주면 (33a) 의 선단 (P) 과의 거리 (L1) 가, 제 1 유지기 소자 (30) 의 측면 (40) 과 포켓면 (35) 의 둘레 방향 치수 최대 위치와의 거리 (L2) 보다 길고, 또한 거리 (L2) 의 1.5 배보다 짧은 것이 바람직하다.
제 1 유지기 소자 (30) 의 측면 (40) 과 돌기부 (33) 의 내주면 (33a) 의 선단 (P) 과의 거리 (L1) 가, 제 1 유지기 소자 (30) 의 측면 (40) 과 포켓면 (35) 의 둘레 방향 치수 최대 위치와의 거리 (L2) 보다 길음으로써, 볼 (13) 은 제 1 유지기 소자 (30) 의 포켓면 (35) 으로만 유지되고, 포켓면 (35) 으로부터 빠지는 일이 없다. 이에 따라, 적정한 볼 (13) 의 움직임량을 확보할 수 있음과 함께, 볼 (13) 과 제 2 유지기 소자 (50) 의 접촉이 방지된다. 따라서, 제 1 유지기 소자 (30) 가 제 2 유지기 소자 (50) 와의 걸어맞춤을 해제하는 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있다. 또, 거리 L1 이, 거리 L2 의 1.5 배보다 짧음으로써, 유지기 제조 시에, 금형으로부터 무리하게 빼낼 때의 손상 원인이 되는 재료 한계 이상의 응력 집중 발생을 방지할 수 있다.
또한, JIS 규격상의 일반적인 내경/외경/폭 치수의 베어링에 있어서는, 1 쌍의 돌기부 (33) 는, 제 1 유지기 소자 (30) 의 일방의 측면 (40) 과 돌기부 (33) 의 내주면 (33a) 의 선단 (P) 과의 거리 (L1) 가, 제 1 유지기 소자 (30) 의 측면 (40) 과 포켓면 (35) 의 둘레 방향 치수 최대 위치와의 거리 (L2) 의 1.2 배 이상인 것이 바람직하다. 이것은, JIS 규격에 준한 베어링 폭을 확보하면서, 유지기 (20) 의 강도 설계를 배려한 적정한 유지기 두께를 고려한 경우, 거리 L1 이 거리 L2 의 1.2 배보다 짧으면, 볼 (13) 이 제 2 유지기 소자 (50) 에 접촉해 버리기 때문이다.
한편, 볼 (13) 이 돌기부 (33) 에 끼여 빠지지 않게 되어 버리는 "쐐기 작용" 이 발생할 가능성이 있다. 이 "쐐기 작용" 을 방지하기 위해서, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 볼 (13) 과 제 1 유지기 소자 (30) 의 돌기부 (33) 의 내주면 (33a) 선단과의 접촉점을 P 로 하고, 이 때의 볼 (13) 의 중심을 O 로 하고, 2 점 P·O 를 통과하는 가상선을 A, 볼 (13) 의 중심 (O) 을 통과하고 직경 방향에 대하여 수직인 가상 수직 평면을 B 로 했을 때, 가상선 (A) 과 가상 수직 평면 (B) 이 이루는 각도 (α) 는, 접촉점 (P) 에 있어서의 마찰 계수 (μ) 로부터 결정되는 마찰각 λ (tanλ = μ) 보다 커지도록 설정할 필요가 있다.
예를 들어, 유지기 재료를 폴리아미드 수지로 했을 경우, 볼 (철계재) 과 유지기 (20) 의 마찰 계수 (μ) 는 0.2 ∼ 0.25 이므로, λ = 11.3° ∼ 14° 가 되고, α > 14° 를 만족하도록 설정하면 된다. 이와 같이 각도 (α) 를 마찰각 (λ) 보다 크게 설정함으로써, 쐐기 효과에 의해 볼 (13) 이 돌기부 (33) 에 끼여도, 볼 (13) 을 접촉점 (P) 에 압압하는 힘이 없어지면, 유지기 (20) 는 원래의 회전 중립 위치로 복귀할 수 있다.
도 3 으로 되돌아와, 각 제 1 연결부 (32) 에는, 제 2 유지기 소자 (50) 의 걸어맞춤부 (53) 와 걸어맞추는 피걸어맞춤부 (41) 가 형성되어 있다. 피걸어맞춤부 (41) 는, 원통 구멍부 (42) 와, 그 원통 구멍부 (42) 에 연속해서 형성된 걸어맞춤 구멍인 직사각형 구멍 (43) 과, 직사각형 구멍 (43) 의 개구에 형성된 걸림면 (44) 을 구비한다. 또한, 걸어맞춤 구멍은, 직사각형 구멍 (43) 에 한정되지 않고, 걸어맞춤부 (54) 의 축 형상을 따른 다른 형상이어도 된다.
제 2 유지기 소자 (50) 는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복수의 포켓면 (35) 의 개구부 (36) 를 덮도록, 복수의 포켓면 (35) 과 각각 축 방향으로 대향하는, 대략 원호상의 복수의 포켓 대향부 (51) 와, 인접하는 포켓 대향부 (51) 끼리를 각각 연결하는 복수의 제 2 연결부 (52) 를 갖는다.
포켓 대향부 (51) 의 내주면은, 포켓면 (35) 과 축 방향으로 대향하는 부분 원통면 (51a) 과, 부분 원통면 (51a) 의 양측에 형성되고, 1 쌍의 돌기부 (33) 와 축 방향 또한 둘레 방향으로 대향하고, 부분 원통면보다 외경측으로 오목한 1 쌍의 오목부 (51b) 를 갖는다. 1 쌍의 오목부 (51b) 는, 1 쌍의 돌기부 (33) 를 수용하여 1 쌍의 돌기부 (33) 의 외주면 (33b) 을 덮는다.
도 6 도 참조하여, 부분 원통면 (51a) 의 곡률 반경 (r1) 은, 볼 (13) 의 반경 (R) 과, 포켓면 (35) 의 중심과 볼 (13) 의 중심 (O) 이 일치한 상태 (중립 상태) 에 있어서 유지기 (20) 가 볼 (13) 로부터 이간하는 방향 (도 6 에 있어서, 하방) 으로의 축 방향 이동량 (Δa) 의 합 (R+Δa) 보다 크게 설정되어 있다. 이에 따라, 볼 (13) 과 유지기 (20) 를 강체로 간주한 설계상 (즉, 볼 (13) 과 유지기 (20) 의 설계 치수, 혹은, 이들의 제작품의 치수에 있어서), 유지기 (20) 가 볼 (13) 로부터 이간하는 방향으로 이동해도, 볼 (13) 이 제 2 유지기 소자 (50) (부분 원통면 (51a)) 에 접촉하는 일이 없다. 또, 바람직하게는, 베어링 회전중에 있어서도, 볼 (13) 이 제 2 유지기 소자 (50) (부분 원통면 (51a)) 에 접촉하는 일이 없다. 이에 따라, 제 1 유지기 소자 (30) 가 제 2 유지기 소자 (50) 와의 걸어맞춤을 해제하는 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 충격적 하중이 발생했을 경우나 베어링 회전 중에 유지기에 과대한 원심력이 가해졌을 경우 등, 유지기 (20) 에 과도한 변형력이 가해져, 볼 (13) 이 제 2 유지기 소자 (50) (부분 원통면 (51a)) 에 약간 접촉해도, 이와 같은 접촉 상태는, 유지기 소자 (30, 50) 끼리의 분리가 발생할 정도의 접촉은 아닌 한, 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
포켓 대향부 (51) 는, 유지기 (20) 의 볼 (13) 에 대한 상대 이동에 상관없이, 볼 (13) 과 떨어져 대향하는 내면이면 되며, 단일의 원호로 이루어지는 부분 원통면 (51a) 에 한정되지 않는다. 예를 들어, 포켓 대향부 (51) 의 내면은, 볼 (13) 의 반경 (R) 을 초과하는 가변 곡률 곡면, 혹은, 볼 (13) 의 반경 (R) 을 초과하는 곡률 반경의 구면으로 형성되어, 유지기 (20) 의 축 방향 이동량 (Δa) 보다 큰 간극이 볼 (13) 과의 사이에 확보되면 된다. 이에 따라, 유지기 (20) 가 미스얼라인먼트 방향으로 이동했을 경우에도, 복수의 볼 (13) 은 모두 제 1 유지기 소자 (30) 와만 접촉 유지되고, 바꾸어 말하면, 유지기 (20) 는, 제 1 유지기 소자 (30) 의 각 포켓면 (35) 으로만 복수의 볼 (13) 을 유지하여, 걸어맞춤부 (53) 와 피걸어맞춤부 (41) 의 분리에 작용하는 응력이 발생하는 일은 없다.
또한, 포켓 대향부 (51) 의 내면은, 부분 원통면 (51a) 인 경우, 곡률 반경 (r1) 은, 볼 (13) 의 반경 (R) 의 1.08 배 이상이 바람직하고, 가변 곡률 곡면 또는 구면인 경우, 볼 (13) 과의 사이에 볼 (13) 의 반경 (R) 의 2.5 % 이상의 간극을 갖는 것이 보다 바람직하다. 이에 따라, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 걸어맞춤에 어긋남이 발생해도, 제 1 유지기 소자 (30) 만으로 볼 (13) 을 유지하고 있기 때문에, 볼 (13) 과 포켓면 (35) 의 접촉 상태가 변화하는 일은 없다. 또, 이 어긋남에 의해 포켓면 (35) 내에 단차가 발생하는 일이 없고, 그리스의 긁어내기를 방지할 수 있다.
한편, 포켓 대향부 (51) 의 내면과 볼 (13) 의 사이에 그리스를 저류할 수 있는 정도의 간극인 것이 바람직하다. 그 때문에, 포켓 대향부 (51) 의 내면은, 부분 원통면 (51a) 의 경우, 곡률 반경 (r1) 은, 볼 (13) 의 반경 (R) 의 1.1 배 이하가 바람직하고, 가변 곡률 곡면 또는 구면인 경우, 볼 (13) 과의 사이에 볼 (13) 의 반경 (R) 의 5.5 % 이하의 간극을 갖는 것이 보다 바람직하다.
또, 1 쌍의 오목부 (51b) 의 내경 (r2) 은, 제 1 유지기 소자 (30) 가 제 2 유지기 소자 (50) 에 대하여, 걸어맞춤부 (53) 와 피걸어맞춤부 (41) 의 축 방향 덜걱거림 분, 접근하는 방향으로 이동해도, 1 쌍의 돌기부 (33) 의 외주면 (33b) 과, 1 쌍의 오목부 (51b) 의 표면과의 사이에는, 소정의 간극 (C) (도 6 참조) 이 확보되는 크기가 되어 있다. 이에 따라, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 가, 상대적으로 축 방향으로 어긋나도, 돌기부 (33) 의 외주면 (33b) 과 오목부 (51b) 의 표면과의 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 간극 (C) 의 크기는, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 어긋남 상태 (걸어맞춤부 (53) 와 피걸어맞춤부 (41) 의 전체 방향에 있어서의 덜걱거림) 를 고려하여 0.2 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 각 제 2 연결부 (52) 에는, 제 1 유지기 소자 (30) 의 피걸어맞춤부 (41) 와 걸어맞추는 걸어맞춤부 (53) 가 형성되어 있다. 걸어맞춤부 (53) 는, 제 2 연결부 (52) 로부터 돌출하여 형성된 원통 축부 (54) 와, 축 방향으로 연장되는 슬릿 (55a) 에 의해 두 갈래 형상으로 형성되고, 서로 접근 또는 이간하는 방향으로 탄성 변형 가능한 직사각형 축 (55) 을 구비한다. 직사각형 축 (55) 의 선단부에는, 1 쌍의 클로부 (55b) 가 형성되어 있다. 그리고, 직사각형 축 (55) 은, 슬릿 (55a) 에 의해 탄성 변형된 상태로 직사각형 구멍 (43) 에 삽입 통과되고, 1 쌍의 클로부 (55b) 가 탄성력에 의해 확장되어 걸림면 (44) 에 걸려 고정된다.
원통 축부 (54) 는, 피걸어맞춤부 (41) 의 원통 구멍부 (42) 와 간극 0 이하로 끼워 맞춰진다. 원통 축부 (54) 와 원통 구멍부 (42) 의 끼워 맞춤부의 조임 여유는, 바람직하게는 0.0 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 0.05 ㎜ 이상 0.4 ㎜ 이하가 바람직하다. 이에 따라, 유지기 (20) 의 조립 시에, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 어긋남이 방지되어 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 위치 결정이 용이해진다. 또한, 걸림면 (44) 과, 그 걸림면 (44) 에 걸리는 1 쌍의 클로부 (55b) 와의 접촉면의 프레팅을 억제할 수 있고, 클로부 마모에 의한 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 축 방향의 덜컹거림을 방지할 수 있다.
볼 베어링 (10) 의 조립은, 각 포켓면 (35) 내에 각각 볼 (13) 을 수용하여 제 1 유지기 소자 (30) 를, 외륜 궤도 (11a) 와 내륜 궤도 (12a) 의 사이에 배치하고, 제 2 유지기 소자 (50) 의 걸어맞춤부 (53) 를 제 1 유지기 소자 (30) 의 피걸어맞춤부 (41) 에 걸어맞춤시킨다. 구체적으로는, 걸어맞춤부 (53) 의 직사각형 축 (55) 을 탄성 변형시킨 상태에서, 피걸어맞춤부 (41) 의 원통 구멍부 (42) 및 직사각형 구멍 (43) 에 삽입 통과시켜, 원통 구멍부 (42) 와 원통 축부 (54) 를 끼워 맞춤 간극 0 이하로 끼워 맞춤과 함께, 1 쌍의 클로부 (55b) 를 직사각형 구멍 (43) 의 개구에 형성된 걸림면 (44) 에 걸어 고정시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 볼 베어링 (10) 은, 제 2 유지기 소자 (50) 의 부분 원통면 (51a) 의 반경 (r1) 이, 볼 (13) 의 반경 (R) 과, 유지기 (20) 가 볼 (13) 로부터 이간하는 방향으로의 축 방향 이동량 (Δa) 과의 합 (R+Δa) 보다 크게 설정되고, 볼 (13) 은, 제 1 유지기 소자 (30) 의 포켓면 (35) 으로만 유지되고 있으므로, 볼 (13) 과 유지기 (20) 를 강체로 간주한 설계상 (즉, 볼 (13) 과 유지기 (20) 의 설계 치수, 혹은, 이들 제작품의 치수에 있어서), 제 2 유지기 소자 (50) 와 접촉하는 일이 없다. 또, 바람직하게는, 베어링 회전 중에 있어서도, 볼 (13) 은, 제 1 유지기 소자 (30) 의 포켓면 (35) 으로만 유지되어, 제 2 유지기 소자 (50) 와 접촉하는 일이 없다. 이에 따라, 제 1 유지기 소자 (30) 의 피걸어맞춤부 (41) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 걸어맞춤부 (53) 에는, 분리 방향으로 작용하는 응력이 발생하는 일은 없고, 걸어맞춤부를 사이즈다운할 수 있고, 유지기 설계의 자유도를 늘릴 수 있고, 베어링의 부하 용량도 확보할 수 있다. 또한, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 걸어맞춤에 어긋남이 발생한 경우에도 포켓 간극의 변화가 억제되어, 포켓면 (35) 내의 단차도 발생하지 않고, 단차에 의해 그리스가 긁어내어지거나 하는 일도 없다.
또, 1 쌍의 돌기부 (33) 의 외주면 (33b) 과, 제 2 유지기 소자 (50) 의 오목부 (51b) 의 표면의 사이에, 소정의 간극 (C) 이 확보되어 있으므로, 제 1 유지기 소자 (30) 와 제 2 유지기 소자 (50) 의 걸어맞춤에 어긋남이 발생했을 경우에도, 1 쌍의 돌기부 (33) 에 의해 구성되는 포켓면 (35) 의 형상이 유지되어, 볼 (13) 과 포켓면 (35) 의 접촉 상태가 변화되는 일이 없다.
또한, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히, 변형, 개량 등이 가능하다.
예를 들어, 본 실시형태에서는, 제 1 유지기 소자 (30) 에 피걸어맞춤부 (41) 를 형성하고, 제 2 유지기 소자 (50) 에 걸어맞춤부 (53) 를 형성하였지만, 이것에 한정되지 않고, 제 1 유지기 소자 (30) 에 걸어맞춤부 (53) 를 형성하고, 제 2 유지기 소자 (50) 에 피걸어맞춤부 (41) 를 형성해도 된다.
단, 본 실시형태와 같이, 제 1 유지기 소자 (30) 에 피걸어맞춤부 (41) 를 형성하고, 제 2 유지기 소자 (50) 에 걸어맞춤부 (53) 를 형성하는 구성 쪽이, 성형이 용이하다.
또, 포켓면 (35) 은, 원통면 (35a) 과 테이퍼면 (35b) 의 조합으로 했지만, 구면 형상으로 구성할 수도 있다.
이상과 같이, 본 명세서에는 다음의 사항이 개시되어 있다.
(1) 환상으로 형성된 합성 수지제의 제 1 유지기 소자와, 환상으로 형성된 합성 수지제의 제 2 유지기 소자가 축 방향으로 조합되어 이루어지는 볼 베어링용 수지제 유지기로서,
상기 제 1 유지기 소자는, 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하는 복수의 포켓면을 각각 형성하고,
둘레 방향으로 등간격으로 형성되는 복수의 포켓부와, 인접하는 상기 포켓부끼리를 각각 연결하는 복수의 제 1 연결부를 갖고,
상기 제 2 유지기 소자는, 상기 복수의 포켓면의 개구부를 덮도록, 상기 복수의 포켓면과 각각 축 방향으로 대향하는 복수의 포켓 대향부와, 상기 인접하는 포켓 대향부끼리를 각각 연결하는 복수의 제 2 연결부를 갖고,
상기 제 1 유지기 소자의 각 포켓부는, 상기 제 1 연결부에 대하여 상기 제 2 유지기 소자측으로 돌출하여 서로 둘레 방향으로 대향하고, 상기 포켓면을 형성하는 1 쌍의 돌기부를 구비하고,
상기 제 1 유지기 소자와 상기 제 2 유지기 소자는, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 중 어느 일방에 형성된 걸어맞춤부와, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 중 어느 타방에 형성된 피걸어맞춤부가 걸어맞춰짐으로써 조합되고,
상기 제 2 유지기 소자의 상기 포켓 대향부는, 상기 볼과 떨어져 대향하는 내면을 구비하고,
상기 볼은, 상기 제 1 유지기 소자의 상기 포켓면에 의해서만 유지되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링용 수지제 유지기.
이 구성에 의하면, 볼은, 제 1 유지기 소자의 포켓면에 의해서만 유지되므로, 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 어긋남에 의한 포켓 간극의 변화를 억제할 수 있고, 또한, 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 걸어맞춤을 분리시키는 응력의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 걸어맞춤부를 사이즈다운할 수 있고, 유지기 설계의 자유도를 늘릴 수 있다.
(2) 상기 걸어맞춤부는, 상기 어느 일방의 연결부로부터 돌출하여 형성된 원통 축부와, 선단부에 형성된 탄성 변형 가능한 클로부를 구비하여 축 형상으로 형성되고,
상기 피걸어맞춤부는, 상기 어느 타방의 연결부에 형성되고, 상기 원통 축부와 간극 0 이하로 끼워 맞추는 원통 구멍부와, 탄성 변형한 상기 클로부가 통과 가능한 걸어맞춤 구멍을 구비하고,
탄성 복귀한 상기 걸어맞춤부의 클로부는, 상기 걸어맞춤 구멍의 개구에 형성되는 걸림면에 걸려 고정되는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 볼 베어링용 수지제 유지기.
이 구성에 의하면, 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 어긋남이 방지되어 제 1 유지기 소자와 제 2 유지기 소자의 조립이 용이해진다. 또한, 걸림면과 걸림면에 걸려 고정되는 1 쌍의 클로부와의 접촉면의 프레팅을 억제할 수 있어, 클로부의 마모가 억제된다.
(3) 상기 제 2 유지기 소자의 각 포켓 대향부는, 상기 제 1 유지기 소자의 상기 1 쌍의 돌기부의 외주면을 덮고, 상기 내면보다 오목한 1 쌍의 오목부를 갖고,
상기 제 1 유지기 소자의 상기 1 쌍의 돌기부의 외주면과, 상기 1 쌍의 오목부의 표면의 사이에는, 소정의 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2) 에 기재된 볼 베어링용 수지제 유지기.
이 구성에 의하면, 1 쌍의 돌기부의 외주면과, 1 쌍의 오목부의 표면의 사이에는, 소정의 간극이 형성되어, 1 쌍의 돌기부와 1 쌍의 오목부가 접촉하는 일이 없고, 1 쌍의 돌기부에 의해 구성되는 포켓면의 형상이 유지되고, 볼과 포켓면과의 접촉 상태가 변화하는 일이 없다.
(4) 상기 제 2 유지기 소자의 상기 포켓 대향부의 내면은, 상기 볼의 반경과 상기 제 1 유지기 소자 및 상기 제 2 유지기 소자의 축 방향 이동량과의 합보다 큰 곡률 반경을 갖는 부분 원통면인, (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 볼 베어링용 수지제 유지기.
이 구성에 의하면, 제 2 유지기 소자의 상기 포켓 대향부의 표면을 용이하게 가공할 수 있다.
(5) 외주면에 내륜 궤도를 갖는 내륜과, 내주면에 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 상기 내륜 궤도와 상기 외륜 궤도의 사이에 유지기에 의해 자유롭게 전동할 수 있도록 유지된 복수 개의 볼을 구비한 볼 베어링에 있어서,
상기 유지기는, (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 볼 베어링용 수지제 유지기인 것을 특징으로 하는 볼 베어링.
이 구성에 의하면, 그리스 윤활에 있어서, 고속 회전 사용에 있어서도 높은 정음성을 가질 수 있다.
또한, 본 출원은 2020년 9월 11일 출원의 일본 특허출원 (일본 특허출원 2020-153066) 에 기초하는 것이며, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.
10 : 볼 베어링
11 : 외륜
11a : 외륜 궤도
12 : 내륜
12a : 내륜 궤도
13 : 볼
20 : 볼 베어링용 수지제 유지기 (유지기)
30 : 제 1 유지기 소자
31 : 포켓부
32 : 제 1 연결부
33 : 돌기부
33b : 외주면
35 : 포켓면
36 : 개구부
41 : 피걸어맞춤부
42 : 원통 구멍부
43 : 직사각형 구멍 (걸어맞춤 구멍)
44 : 걸림면
50 : 제 2 유지기 소자
51 : 포켓 대향부
51a : 부분 원통면
51b : 오목부
52 : 제 2 연결부
53 : 걸어맞춤부
54 : 원통 축부
55b : 클로부
C : 간극
R : 볼의 반경
Δa : 제 1 유지기 소자 및 제 2 유지기 소자의 축 방향 이동량

Claims (5)

  1. 환상 (環狀) 으로 형성된 합성 수지제의 제 1 유지기 소자와, 환상으로 형성된 합성 수지제의 제 2 유지기 소자가 축 방향으로 조합되어 이루어지는 볼 베어링용 수지제 유지기로서,
    상기 제 1 유지기 소자는, 볼을 자유롭게 전동할 수 있도록 유지하는 복수의 포켓면을 각각 형성하고, 둘레 방향으로 등간격으로 형성되는 복수의 포켓부와, 인접하는 상기 포켓부끼리를 각각 연결하는 복수의 제 1 연결부를 갖고,
    상기 제 2 유지기 소자는, 상기 복수의 포켓면의 개구부를 덮도록, 상기 복수의 포켓면과 각각 축 방향으로 대향하는 복수의 포켓 대향부와, 상기 인접하는 포켓 대향부끼리를 각각 연결하는 복수의 제 2 연결부를 갖고,
    상기 제 1 유지기 소자의 각 포켓부는, 상기 제 1 연결부에 대하여 상기 제 2 유지기 소자측으로 돌출하여 서로 둘레 방향으로 대향하고, 상기 포켓면을 형성하는 1 쌍의 돌기부를 구비하고,
    상기 제 1 유지기 소자와 상기 제 2 유지기 소자는, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 중 어느 일방에 형성된 걸어맞춤부와, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 중 어느 타방에 형성된 피걸어맞춤부가 걸어맞춰짐으로써 조합되고,
    상기 제 2 유지기 소자의 상기 포켓 대향부는, 상기 볼과 떨어져 대향하는 내면을 구비하고,
    상기 볼은, 상기 제 1 유지기 소자의 상기 포켓면에 의해서만 유지되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링용 수지제 유지기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸어맞춤부는, 상기 어느 일방의 연결부로부터 돌출하여 형성된 원통 축부와, 선단부에 형성된 탄성 변형 가능한 클로부를 구비하여 축 형상으로 형성되고,
    상기 피걸어맞춤부는, 상기 어느 타방의 연결부에 형성되고, 상기 원통 축부와 간극 0 이하로 끼워 맞추는 원통 구멍부와, 탄성 변형한 상기 클로부가 통과 가능한 걸어맞춤 구멍을 구비하고,
    탄성 복귀한 상기 걸어맞춤부의 클로부는, 상기 걸어맞춤 구멍의 개구에 형성되는 걸림면에 걸려 고정되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링용 수지제 유지기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유지기 소자의 각 포켓 대향부는, 상기 제 1 유지기 소자의 상기 1 쌍의 돌기부의 외주면을 덮고, 상기 내면보다 오목한 1 쌍의 오목부를 갖고,
    상기 제 1 유지기 소자의 상기 1 쌍의 돌기부의 외주면과, 상기 1 쌍의 오목부의 표면의 사이에는, 소정의 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 베어링용 수지제 유지기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 유지기 소자의 상기 포켓 대향부에 있어서, 상기 볼과 떨어져 대향하는 표면은, 상기 볼의 반경과 상기 제 1 유지기 소자 및 상기 제 2 유지기 소자의 축 방향 이동량과의 합보다 큰 곡률 반경을 갖는 부분 원통면인, 볼 베어링용 수지제 유지기.
  5. 외주면에 내륜 궤도를 갖는 내륜과, 내주면에 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 상기 내륜 궤도와 상기 외륜 궤도의 사이에 유지기에 의해 자유롭게 전동할 수 있도록 유지된 복수 개의 볼을 구비하고, 그리스 윤활되는 볼 베어링에 있어서,
    상기 유지기는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 볼 베어링용 수지제 유지기인 것을 특징으로 하는 볼 베어링.
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