KR970001605B1 - 롤링부재를 구비한 슬라이딩/롤링 베어링 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

롤링부재를 구비한 슬라이딩/롤링 베어링

제1도는 본 발명에 따른 베어링의 단면도이다.

제2도는 제1도의 선 II-II를 따라 취한 단면도이다.

제3도는 제2도의 주요부분 확대도이다.

제4도는 본 발명에 따른 베어링이 사용될 수 있는 방법을 나타낸 개략도이다.

제5도는 본 발명에 따른 베어링의 분해 사시도이다.

제6도는 종래 베어링의 마찰계수에 대한 본 발명의 베어링의 마찰계수를 나타낸 그래프이다.

제7도는 종래의 니들 롤러 베어링과 본 발명의 베어링상에 실행된 진동 테스트의 결과를 도시한 그래프이다.

제8도는 종래 볼 베어링의 사시도이다.

제9도는 공지된 실린더형 롤러 베어링을 부분적으로 잘라낸 사시도이다.

제10도는 공지된 셸타입 니들 롤러 베어링을 부분적으로 잘라낸 사시도이다.

제11도는 공지된 솔리드형 니들 롤러 베어링을 부분적으로 잘라낸 사시도이다.

제12도는 공지된 슬라이딩 베어링을 부분적으로 잘라낸 사시도이다.

본 발명은 슬라이딩 및 롤링 베어링으로 기능하는 소형 베어링에 관한 것이다. 일반적으로, 롤링 베어링의 하중 베어링 기계장치가 내부 및 외부 주행면 및 두 주행면 사이에서 구르도록 이동하는 복수개의 볼을 포함한다. 그러한 롤링 베어링의 전형적인 예로서 제8도에 도시된 바와 같은 볼 베어링과 제9도에 도시된 바와 같은 실린더 롤러가 있다.

니들 롤러 베어링에 있어서, 니들 롤러는 내부 및 외부 주행면 사이 또는 외부 주행면과 샤프트 사이에서 구른다. 니들 롤러 베어링의 전형적인 예로서 제10도에 도시된 바와 같은 셀타입 니들 롤러 베어링과 제11도에 도시된 바와 같은 내부 주행면 및 외부 주행면을 구비한 솔리드형 니들 롤러 베어링이 있다.

슬라이딩 베어링에 있어서, 상대적인 슬라이딩 운동은 상기 샤프트와 하중을 받는 베어링 표면 사이에서 실행된다. 제12도에 도시된 부시형 슬라이딩 베어링은 이러한 형태의 베어링의 한 예이다.

공지된 롤링 베어링에 있어서, 스틸 볼 또는 니들 롤러는 공전과 자전을 하면서 롤링 접촉으로 하중을 받는다. 그런 롤링 베어링을 제조함에 있어서, 외부 및 내부 주행면과 니들 롤러는 기계가공된 후에 담금질 및 연마 등의 처리를 거치게 되므로 많은 공정과 숙련기술이 요구되어 제조비용의 상승을 초래한다. 그 기계적인 구조로 인해, 롤링 베어링은 롤링 접촉에 기인한 마모 손실이 어느 정도까지 진행되었을 때 그 부재사이에갭이 생겨 소음의 증가 및 베어링의 기능저하를 유발한다.

심지어 상기 베어링이 경량이면서 얇은 것이 요구되는 경우에서도, 비록 슬라이딩 베어링에 비교했을 때 기능상 더 부족하여도, 중간 및 고속 기능을 위한 베어링 성능이 요구되는 곳에 니들 롤러 베어링에 채택된다. 즉, 가벼운 하중(1내지 50Kgf/cm²까지의 베어링 압력)의 동작영역과 중간 및 고속(30 내지 100m/min 주속)의 동작영역에 있어서는, 니들 롤러 베어링이 대개 채택되어지고 있다. 슬라이딩 베어링과 비교해 볼 때, 니들 롤러 베어링은 벽 두깨가 더 크며 더 무거운 무게를 가지고 있다. 게다가, 무거운 하중형태와 가벼운 하중형태의 구조가 동일하므로, 슬라이딩 부재의 경우에서와 같이 그 벽두깨를 얇게하는 것이 어렵다.

셀-타입 니들 롤러 베어링은 솔리드형 니들 롤러 베어링에 비교해 더 작은 벽 두께를 가지고 있다. 그러나, 슬라이딩 베어링의 수준까지 그 벽 두께를 줄이는 것은 어렵다. 비록 셀-타입 니들 롤러베어링의 벽 두께가 솔리드형 니들 롤러베어링 보다 더 작게 만들어질수 있더라도, 상기 샤프트 및 상기 롤러 사이로의 하중 전달로 인해, 샤프트상에 필요한 담금질 및 연마 같은 마무리 공정을 행하는 것이 필요하므로 제조비용의 상승을 초래한다. 게다가, 장기간동안의 운전에 있어서, 샤프트의 마모문제도 포함되게된다.

소규모 직경 베어링의 경우에 있어서, 슬라이딩 베어링은 롤링 베어링에 비해 일반적으로 더 경량이다. 그러나, 중속 및 고속 운전(30 내지 100m/min 또는 그 이상의 주속)에 사용되는 경우, 상기 슬라이딩 베어링은 윤활재(오일)를 필요로하므로 윤활제의 확보, 윤활방법등으로 인해 더욱 비싸게 만들게 한다. 슬라이딩 베어링이 윤활제 없이 사용되는 경우, 발생된 마찰이 롤링 베어링의 경우에서보다 더 커지게 되므로 관련장치에 큰 구동력이 요구된다. 비윤활형 슬라이딩 베어링이 니들 롤러 베어링에 비교해 두께 및 경량면에서 유리하나, 마찰계수의 면에서 볼 때는 니들 롤러 베어링 보다 훨씬 좋지 않다. 니들 롤러 베어링의 마찰계수(μ)가 0.002 내지 0.010인 반면, 비윤활형 슬라이딩 베어링(즉 충전재를 포함하는 PTFE중 하나)의 마찰 계수는 0.10 내지 0.30까지 구간의 값이다. 따라서, 비윤활형 슬라이딩 베어링의 경우에 있어서는 관련장비가 큰 구동력을 갖지 않으면 안된다.

그래서, 소형 경량화를 추구하고자하는 장치에 있어서는 큰 구동원과 장치 무게라는 장해요인이 있다. 더욱이 비윤활형 슬라이딩 베어링을 중속 방법(주변 베어링 속도가 30 내지 10m/min까지의 구간)으로 적용하는 것이 종래에는 어려웠다. 게다가, 샤프트와 베어링 사이의 상대적인 슬라이딩 운동이 거기에서의 마모를 일으켜 입자로 된 마모물을 발생한다. 그런 마모물의 발생을 막기 위한 기구가 요구되는 점에서는 베어링의 설계가 어려운 경우가 많다.

본 발명은 상기 문제를 고찰해서 만들어졌다. 본 발명의 목적은 롤링 베어링 및 슬라이딩 베어링의 기능을 하며 마찰 계수가 작고 소형경량인 베어링을 제공하는데 있다.

상기 목적에 비추어 볼 때, 이러한 발명에 따르면 금속으로 된 외부 실린더, 플라스틱으로 된 내부 실린더 및 상기 외부 실린더와 내부 실린더 사이에 제공되며 스틸와이어로 이루어진 복수의 롤링 부재로 구성되고, 상기 플라스틱으로 된 내부 실린더는 그 외주면상에 상기 베어링의 축을 따라 연장되고, 서로 평행인 복수의 롤링부재 유지홈을 구비하며, 상기 롤링 부재는 상기 외부 실린더에 접촉하여 지지되면서 회전 가능하게 홈내에 위치된 슬라이딩/롤링 베어링이 제공된다.

니들 롤러 베어링의 경우, 니들 롤러를 위치내에 고정시킬 목적으로, 종래에 롤러 지지 부재가 주로 사용되어 왔다.

상기 지지부재에 주목해보면, 본 발명자는 홀더 및 내부 주행면으로서 기능하며, 플라스틱으로 만들어진 내부 실린더상에 제공된 롤링 부재 지지홈 내에 하중을 지탱하면서 상기 롤링 부재가 회전할 수 있는 방식으로 만족스러운 내마모성을 가지는 스틸-와이어 롤러를 설비함으로써, 상기 롤러 부재가 외부 실린더와 접촉하면서 지지하는 한편 하중 전달을 수행하게 하는 내부 실린더 구조를 채택하였다.

본 발명의 구조와 더불어, 회전 샤프트상에 고정된 플라스틱 내부 실린더의 회전이 상기 롤링 부재가 내부 실린더의 외측 원주면과 스틸 외부 실린더(즉 오오스테나이트형 스테인레스스틸)의 외측 원주면상에서 지지홈 마찰력 차이로 인해 약간 회전할수 있게 함으로써, 어떤 국부마모도 포함하지 않고 내마모성의 개선을 얻게된다.

본 발명의 구조에 있어서, 지지되는 상기 샤프트가 롤링 부재와 직접적인 접촉으로 되지 않기 때문에, 종래 롤링 베어링에서 사용되었던 담금질된 내부 주행면 또는 담금질된 샤프트가 필요가 없다. 게다가, 고강도 플라스틱의 최근 개발로 인해, 내부 실린더의 벽 두깨가 슬라이딩 베어링의 벽 두께에 근사하도록 크게 되는 것이 가능하여 졌다.

본 발명에 있어, 부식 방지면에서 볼 때, 외부 실린더를 오오스테나이트형 스테인레스스틸로 형성하는 것이 효과적이다. 상기 플라스틱 내부 실린더가 다음 재료중 하나로 형성된다 : PEEK(폴리에스테르 에테르 케톤), PES(폴리에테르 설폰), PEN(폴리에테르 니트릴), PPS(폴리페닐렌 설피드), POM(폴리아세탈), PEI(폴리에테르 이미드), PAI(폴리아미드).

게다가, 충전재가 상기 기초재료에 첨가될 수있다. 대표적인 상기 충전 재료가 고체 윤활제류, 플루오로수지류, 섬유 재료, 금속 산화물, 금속 불화물, 세라믹을 포함한다.

이런 점에서, 섬유 보강 수지가 적절하게 채택된다. 상기 롤링 부재는 오오스테나이트형 스테인레스스틸 와이어, 베어링 스틸 와이어, 피아노 와이어등으로 형성될 수 있다.

게다가, 본 발명에 있어서, 롤링 부재를 지지하기 위한 플라스틱 내부 실린더의 외부 원주면에 주어진 양의 기름을 가하고, 외부 실린더로 내부 실린더의 외부 둘레를 덮음으로서, 0.01 내지 0.05의 마찰계수를 얻는 것이 가능하다. 이 기름은 효과적으로 내부에 봉합될 수 있고 내부 및 외부 실린더의 종단부에 적절한 형상부를 장치함으로써 보유될 수 있다. 동시에, 이런 구조는 외부로부터 이물질의 침입을 방지하는데 도움을 준다. 윤활재 내에서 사용될 때, 본 발명의 베어링이 슬라이딩 베어링으로 또한 기능할수 있다. 이 경우가 0.002 내지 0.010의 마찰계수가 얻어질 수 있는 경우이다. 게다가, 본 발명의 베어링 구조로, 상기 내부 실린더 및 롤링 부재가 스틸로 된 외부 실린더 내부에 지지되어, 상기 베어링의 작은 규격을 가지는 일정한 유니트로 조립될 수 있다.

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 베어링(예를 들어, 내부직경 10mm, 외부직경 14mm, 축상의 길이(보통 '폭'으로 불리움)10mm의 축방향으로 취해진 단면도이다. 상기 베어링은 오오스테나이트 스테인레스스틸로 만들어진 외부 실린더(1)(즉 JIS SUS 304 또는 JIS SUS 307)와 오오스테나이트 스테인레스 스틸(즉 JIS SUS 340또는 JIS SUS 307)과, 플라스틱으로 구성된 내부실린더(3)와 칼라(4)로 주로 구성되어 있다.

외부 실린더(1)가 오오스테나이트 스테인레스 스틸의 얇은 판으로 구성된다. 외부 실린더(1)의 한 종단부가 트랜스퍼 프레스에 의해 형성되고 그의 다른 종단부가 베어링 조립 과정의 마지막 단계로 구부러진다.

주입 성형에 의해 형성된 플라스틱 내부실린더(3)가 그의 외부 원주면상에 롤링부재에 대한 복수개의(가령, 10 내지 24개) 지지홈들을 구비하며, 이는 베어링의 축을 따라 연장되어 있고 서로서로에 평행하다. 내부실린더(3)의 한쪽 종단에서, 홈(5)이, 롤링부재(2)가 축상으로 이탈하지 못하도록 하는 벽(3a)에 의해 끝나며, 어떠한 그런 벽도 내부 실린더(3)의 다른편 종단상에 고정된 칼라(환상고리)로 인해 다른 종단에 공급되지 않는다. 롤링 부재(2)가 외부 실린더(1)와 접촉되어 지지되면서 회전할 수 있도록 홈(5)내에 설비된다. 그 위에 롤링 부재(2)가 장착되었고, 그 외부 원주면에 필요에 따라 기름이 가해질 수 있는 상기 내부 실린더(3)가 외부 실린더(1)내로 합쳐진다. 기름을 가할 때, 각각의 홈(5)의 상반부의 벽을 기울여서 벽들이 바깥쪽으로 빗나가게 하고, 야기되는 여유 공간(6)을 기름통으로 이용하는 것이 유리하다. 그런 다음, 롤링 부재 멈춤기로 기능하는 칼라(4)가 내부 실린더(3)의 다른 종단부상에 맞추어진다. 그래서 모든 부품들이 외부 실린더(1)내로 통합되었을 때 외부실린더(1)의 한 종단부가 축을 향해 안쪽으로 구부려진다. 상기 벽(3a) 및 칼라(4)와 함께, 외부실린더(1)의 구부러짐은 외부로의 기름의 누출을 효과적으로 방지하는데에 기여한다. 그리고 동시에 베어링내로 이물질의 침입도 방지하는 데에 기여한다.

섬유 보강 수지로 내부 실린더(3)을 형성할 때에 그에 첨가한 5내지 50중량%의 탄소섬유를 가진 플라스틱으로 구성된 금속이(가령, PEEK 플라스틱 20중량%의 탄소섬유 및 5중량%의 테플론 (플루오르-수지의 상표)이 사용된다. 제4도는 상기한 대로 구성되는 베어링이 사용되는 방식의 보기를 보인다. 상기 베어링이 하우징(7)내로 합쳐지고 지지되는 샤프트(8)이 베어링 내부로 맞추어진다. 한쌍의 위치 스냅링(circlips)이 샤프트(8)에 부착되고, 그럼으로써 베어링이 샤프트상에서 축상으로 움직이는 것을 방지한다. 본 발명의 베어링을 롤링 베어링으로 사용할 때, 상기 샤프트가 낮은 압력하에서(0.005 내지 0.02)X D(D : 상기 샤프트(8)의 직경)의 충돌로 내부실린더(3)내부로 압착되어 상기 샤프트가 내부 실린더와 함께 회전하게끔 한다. 본 발명의 베어링을 슬라이딩 베어링으로 사용할 때, 샤프트를 내부 실린더내로 맞추기전에 샤프트가 직경D가 내부 실린더의 내부 직경보다(0.005 내지 0.02)X D 만큼 더 작게 만들어진다.

마찰 계수 및 진동 발생 상태를 조사하는 콘덕팅 테스트에 의해 상기한 대로 구성되는 본 발명의 베어링의 실행이 확실되었다. 이 테스트에서 행해진 것은 1)종래 니들 롤러 베어링과 종래의 비윤활제형 슬라이딩 베어링의 마찰계수와 본 발명의 베어링의 마찰계수 사이의 비교과 2)종래 니들 롤러 베어링과 본 발명의 베어링에서의 진동 발생 상태의 비교이다. 마찰 계수의 측정(마찰 테스트)이 표1에 주어진 조건 하에서 행해졌고 테스트 결과가 제6도에 도시되어 있다. 본 발명 베어링의 마찰계수가 종래 비윤활형 슬라이딩 베얼링의 마찰 계수보다 더 작음이 제6도 및 제7도로부터 보여질 수 있고, 진동 발생을 고려할 때, 본 발명에 의해 종래 니들 롤러 베어링보다 나은 실제적인 개선이 이루어졌다.

상기 실시예의 구조를 가지는 베어링으로 다음의 이점들이 얻어질수 있다 : 내부 실린더(3)가 플라스틱으로 만들어져 있어서, 이는 진동 흡수효과를 제공하여 그럼으로서 소음의 발생을 방지한다. 그래서, 공지된 니들 롤러 베어링에 비교해볼 때, 소음과 진동을 덜 포함하는 베어링으로서 사용될 수 있다. 종래의 니들 롤러 베어링에서, 롤러를 지지하기 위한 보유기구가 내부 주행면에 덧붙여 사용된다. 반면, 본 발명의 베어링에서는 내부 주행면으로 기능하는 내부 실린더가 보유기의 기능을 가지며 이는 부품 갯수가 촉소됨을 의미하여, 그럼으로써 베어링 구조를 단순화시키게 된다. 게다가, 내부 실린더(3)상에 형성된 각 롤링 부재 지지홈(5)의 상반부의 벽면이 기울어져 있어서, 이들은 바깥쪽으로 빗나가고 여유공간(6)을 한정하게 되고, 이는 기름 보유공간으로 사용될수 있다. 그래서 기름이 긴 기간동안 베어링 내에서 보유되는 것이 가능하다. 지지홈(5)내에 설비된 롤링부재(2)가 내부 실린더(3)의 어느 하나의 끝에서의 벽(3a)과 멈춤기 칼라(4)의 존재에 의해 축상의 방향에서 움직이는 것이 방지된다. 게다가, 외부 실린더(1)와 롤링부재(2)가 오오스테나이트 스테인레스스틸로 형성되고 내부 실린더(3)가 플라스틱으로 형성되어 있기 때문에 칼라(4)를 오오스테나이트 스테인레스 스틸 또는 플라스틱으로 형성함으로써 전체적으로 베어링이 부식이 일어나지 않게 만들어질 수 있다. 그래서, 고온 다습한 그런 좋지않은 상태하에서도 단순한 방식으로 베어링이 사용될 수 있고, 그래서 응용 범위가 연장됨을 알 수 있다.

비록 상기 실시예가 단순한 실린더형 베어링에 대해 기술되었을지라도, 본 발명의 구조는 그의 한쪽종단에 플랜지를 가진 베어링(즉, 그 내부 및 외부 실린더가 둘다 플렌지 모양으로 한쪽 종단에 형성되는 베어링)에 또한 적용될수 있다.

상기에서 분명해진 바와같이, 본 발명의 베어링이 다음의 이점을 제공한다.

1) 종래 니들 롤러 베어링이, 내부 주행면에 덧붙여 롤러를 지지하기위한 보유기를 포함하는 반면, 본 발명의 베어링에 있어, 내부 주행면으로 기능하는 내부실린더가 보유기의 기능을 가지며, 이는 부품의 갯수가 축소될 수 있음으로써 베어링 구조를 단순화시킴을 의미한다.

2) 종래의 셀 타입 니들 롤러 베어링 또는 슬라이딩 베어링을 사용함에 있어서, 지지되는 샤프트의 표면 거칠음 및 견고성을 명확히 하는 것이 필요했었고, 이로 인해 기계로 만들고 연마하는 동안 시간과 노동이 많이 요구되었었다. 반대로 본 발명의 베어링을 사용할때는, 그런 과정이 필요하지 않았으며, 표면 거칠음(마무리 표면 정확도)등, 금속이 베어링에 그렇게 중요하지 않다. 그래서, 상기 베어링이, 가볍고도 비싸지 않은 알루미늄 합금 샤프트에 적용될 수 있다. 게다가, 종래의 니들 롤러 베어링을 사용할 때는 필요한 내구성을 확실히 하기위해 내부 주행면과 관련 샤프트상에 담금질이 실행되었었다. 본 발명의 베어링에 있어서는, 롤링 부재가 관련 샤프트에 직접 접촉되지 않으므로 담금질을 할 필요가 없게 된다. 한 결과로, 샤프트를 생산하는 비용이 절감될 수 있으며 베어링 주변 부품들도 덜 비싸게 된다.

3) 종래의 니들 롤러 베어링은 좁은 공간내에 사용되기에 부적절하였다. 반면, 본 발명의 베어링에서는 벽두께가 슬라이딩 베어링의 두께에 근사할 정도로 작게 만들어질 수 있어, 매우작은 공간내로 합쳐질 수 있다.

따라서, 상기 베어링과 장치되는 기구의 무게도 감소될 수 있다(종래 니들 롤러 베어링의 대략1/3내지 1/5까지 베어링 무게의 감소로 인함) 그리고, 동시에, 소음도 감소되어 운반가능한 장치 등에서의 사용에 적절한 베어링이 된다.

4) 내부 실린더가 플라스틱으로 만들어지므로, 외부 실린더와 롤링 부재를 오오스테나이트형 스테인레스스틸로 형성함으로써 부식의 문제가 극복될 수 있다.

5) 본 발명의 베어링이 롤링부재로 사용될 때, 내부 실린더내로 맞추어진 샤프트의 하중이 다음 순서로 전달된다 : 내부실린→롤링부재→외부실린더.

상기 내부 실린더가 상기 샤프트상에 맞추어지고 이와 함께, 회전하면서 내부 실린더와 선회하는 롤링부재와 함께 회전한다. 상기 롤링 부재가 내부 실린더상에 공급되는 지지홈내에서 슬라이딩 운동을 하며, 외부 실린더에 대해 상대적인 롤링 운동을 한다. 동시에 일어나는 이런 두 종류의 운동으로 인해, 종래 비윤활형 베어링에 비교했을 때 마찰계수의 감소가 얻어질 수 있다.

6) 본 발명의 베어링이 종래 니들 롤러 베어링에 비교할 때 더 작은 마찰계수를 가진다. 게다가, 플라스틱 내구 실린더에 진동 흡수효과로 인해, 소음의 감소가 얻어질수 있다. 벽 두께의 감소 가능성과 함께 이러한 특징들로 인해, 본 발명의 베어링은 롤링 및 슬라이딩 베어링 성질을 둘다 보여줄 수 있다.

Claims (4)

1. 금속으로 된 외부실린더, 플라스틱으로 된 내부실린더와, 상기 외부 및 내부실린더 사이에 제공되며 스틸와이어로 이루어진 복수의 롤링 부재를 포함하여 이루어지고; 상기 플라스틱으로 된 내부실린더는 외주면상에 베어링의 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 형성되는 복수의 롤링 부재 유지홈을 가지며; 상기 롤링 부재는 상기 외부실린더와 접촉하여 지지되면서 회전가능하게 상기 홈내에 위치되는 것을 특징으로 하는 롤링부재를 구비한 슬라이딩 및 롤링 겸용베어링.
2. 제1항에 있어서, 상기 외부실린더는 오오스테나이트 타입 스테인레스스틸로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링부재를 구비한 슬라이딩 및 롤링 겸용베어링.
3. 제1항에 있어서, 상기 내부실린더는 다음의 플라스틱 재료 : 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 니트릴, 폴리페닐렌 설피드, 폴리아세틸, 폴리에메테르 아미드, 및 폴리아미드 이미드 중의 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링부재를 구비한 슬라이딩 및 롤링 겸용베어링.
4. 제1항에 있어서, 상기 내부실린더는 섬유보강 플라스틱 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링부재를 구비한 슬라이딩 및 롤링 겸용베어링.