KR200410762Y1 - 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링 - Google Patents

Abstract

본 고안은 볼베어링의 내외륜 사이에 위치하는 볼들의 상호 간격을 항상 일정하게 유지하기 위해 볼 둘레에 끼워지는 환형의 볼베어링용 케이지 및 이러한 케이지가 적용된 볼베어링에 관한 것이다.

본 고안의 볼베어링(1)은 내륜(3), 외륜(5), 상기 내외륜(3, 5) 사이에 위치하는 볼(7), 상기 볼(7) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 케이지(9), 및 상기 볼(7)이 끼워지는 상기 내외륜(3, 5) 사이의 공간을 차단하도록 상기 내외륜(3,5)의 앞뒤로 끼워지는 시일(13)로 이루어진 볼베어링(1)에 있어서, 상기 포켓(11)은 내주면의 곡률반경이 2개의 곡률반경(R₁, R₁)을 갖도록 만곡되어 상기 볼(7)과 원주방향 단면상 3점(A, B, C)에서 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 고안에 의하면, 윤활제가 충진되는 볼과 포켓 내주면 사이의 틈새를 늘릴 수 있게 되므로 윤활 효율을 향상시킬 수 있는 한편, 볼을 포켓 내주면의 3점에서 지지하므로 볼 유격으로 인한 베어링의 진동이나 소음을 감소시킬 수 있게 된다.

볼베어링, 케이지, 포켓, 윤활, 틈새, 윤활홈

Description

볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링{A cage for ball bearing and a ball bearing with the cage}

도 1은 종래 기술에 의한 볼베어링을 일부 절단하여 도시한 부분 단면 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 케이지의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시한 케이지 포켓의 원주 방향 단면도이다.

도 4는 본 고안에 따른 볼베어링을 일부 절단하여 도시한 부분 단면 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 케이지의 일부 사시도이다.

도 6은 도 5에 도시한 케이지 포켓의 원주 방향 단면도이다.

도 7은 본 고안의 다른 실시 예에 따른 케이지의 일부 사시도이다.

도 8은 도 7에 도시한 케이지 포켓의 원주 방향 단면도이다.

도 9는 윤활홈의 폭이 케이지의 내주면에서 외주면으로 점차 좁아지는 형상을 도시한 도 8의 A-A선에 따른 포켓의 반지를 방향 단면도이다.

도 9a 및 도 9b는 도 8에 대응하는 포켓의 원주 방향 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 볼베어링 3 : 내륜

5 : 외륜 7 : 볼

9,209 : 케이지 11,211 : 포켓

13 : 시일 215,215' : 윤활홈

t, g : 틈새

본 고안은 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼베어링의 내외륜 사이에 위치하는 볼들의 상호 간격을 항상 일정하게 유지하기 위해 볼 둘레에 끼워지는 환형의 볼베어링용 케이지 및 이러한 케이지가 적용된 볼베어링에 관한 것이다.

일반적으로, 베어링은 크게 슬라이딩 베어링, 볼베어링, 롤러베어링으로 대별할 수 있다. 이들 중 볼베어링은 내륜과 외륜 사이에 위치하는 전동체로서 볼을 사용하는 베어링으로서, 다시 축의 연장방향과 하중 작용방향의 상관 관계에 따라 두 방향이 서로 직교하는 레이디얼 베어링 그리고 서로 평행한 스러스트 베어링으로 대별된다.

이 중에서 특히 레이디얼 볼베어링은 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같은 일반적인 형태를 취하고 있는바, 크게 내륜(103), 외륜(105), 볼(107), 그리고 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 포켓(111)이 일정한 간격으로 형성되어 있다. 그리고 내외륜(103, 105)의 앞뒤로는 볼(107)이 삽입되는 내외륜(103, 105) 사이의 공간을 외부와 차단하기 위한 시일(113)이 끼워져 있다.

이와 같이 볼베어링(101)의 볼(107)을 지지하는 데 사용되는 케이지(109)는 지금까지 다양한 형태의 것이 개발 및 제안된바, 최근에는 도 1 및 2에 도시된 왕관 형태의 것이 널리 사용되고 있다. 이 케이지(109)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 볼(107)을 끼우기 위한 복수의 포켓(111)이 원주방향으로 일정한 간격을 두고 함입 형성되어 있으며, 각각의 포켓(111)은 한쪽 방향으로 즉, 도면상 위쪽으로 절단되어 볼(107)과의 마찰을 최소화하도록 되어 있다. 이때, 케이지(109)의 포켓(111)은 내주면이 도 1에 도시된 것처럼 베어링(101)의 반경방향으로 볼(107)의 외형선을 따라 구면을 이루도록 만곡될 수 있을 뿐 아니라, 도 2에 도시된 것처럼 볼(107)의 외형선과 상관없이 일직선으로 곧게 펴진 원통형으로 형성될 수도 있다.

그런데 위와 같은 종래의 볼베어링 케이지(109)는 도 3에 도시된 바와 같이, 볼(107)과 포켓(111) 내주면 사이에 마찰을 최소화하기 위한 윤활유 틈새(t)가 형성되는바, 이를 위해 포켓(111)의 내주면 곡률반경(R)은 볼(107)의 반경(r)보다 틈 새(t) 만큼 크게 되어 있다. 따라서, 포켓(111)과 볼(107) 사이의 유격이 커져 볼(107)의 흔들림이 커지고, 따라서 진동과 소음의 원인이 되는 문제점이 있었다. 더욱이, 도 2에 도시된 것처럼 포켓(111)의 내주면이 원통형으로 형성된 경우에는 구형인 볼(107)과 원통형인 포켓(111)이 선접촉하기 때문에 볼(107)과 포켓(111) 사이에 충분한 양의 윤활제가 개재되기 어려운 문제점이 있었다.

본 고안은 위와 같은 종래의 볼베어링용 케이지가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 볼과 접하는 볼케이지의 포켓 내주면이 좌우로 2개의 곡률반경을 갖도록 하여 포켓 내주면에 지지되는 볼이 원주방향 단면상 3지점에서 포켓 내주면에 접촉되도록 함으로써 볼의 유격을 감소시키는 한편, 포켓과 볼 사이에 형성되는 틈새의 크기를 늘림으로써 윤활제의 양을 충분히 증가시켜 베어링에서 발생되는 진동이나 소음을 감소시키고, 윤활 효율을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 내륜, 외륜, 내외륜 사이에 위치하는 볼, 이 볼 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 케이지, 및 볼이 끼워지는 내외륜 사이의 공간을 차단하도록 내외륜의 앞뒤로 끼워지는 시일로 이루어진 볼베어링에 있어서, 포켓은 내주면의 곡률반경이 2개의 곡률반경을 갖도록 만곡되어 볼과 원주방향 단면상 3점에서 접촉하도록 되어 있는 볼베어링 및 여기에 적용되는 케이지를 제공한다.

이하, 본 고안에 따른 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링의 실시 예를 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 고안에 따른 볼베어링은 도 4에 도시된 바와 같이 대체로 종래의 볼베어링과 마찬가지로 내륜(3), 외륜(5), 복수의 볼(7), 케이지(9), 및 시일(13) 등으로 이루어져 있다.

여기에서, 내륜(3)과 외륜(5)은 알려진 바와 같이 그 사이에 복수의 볼(7)을 구름 가능하게 지지하는 링체로서, 내륜(3)은 축의 저널 부분에 끼워져 고정되고, 외륜(5)은 축이 고정되는 구조물에 고정된다. 복수의 볼(7)은 전동요소로서 내외륜(3, 5) 사이를 구르면서 축을 회전 가능하게 지지할 수 있도록 해준다. 또한, 케이지(9)는 내외륜(3, 5) 사이의 볼(107)들을 서로 일정한 간격이 유지되도록 해주는 금속 또는 플라스틱 재질의 파지수단으로서, 볼(107)들이 구름 가능하게 끼워지는 복수의 포켓(11)이 원주방향으로 일정 간격으로 형성되어 있다. 그리고 마찬가지로 내외륜(3, 5)의 앞뒤로는 시일(13)이 끼워져 내륜(3)과 외륜(5) 사이에 형성된 공간으로 이물질이 침입하는 것을 방지함과 동시에, 이 공간에 충진된 그리스 등의 윤활제가 밖으로 유출되는 것을 방지하도록 되어 있다.

특히, 본 고안에 따른 볼베어링(1)의 케이지(9)는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 볼(7)이 삽입되는 포켓(11)의 내주면이 2개의 곡률반경(R₁, R₁)을 가지도록 만곡되어 있다. 따라서, 포켓(11)은 원주방향 단면 형상이 전체적으로 횡축이 긴 타원 형태를 취하게 되고, 내주면과 볼(7) 사이에 틈새(g, g)를 형성하게 되며, 이 틈새(g, g)에는 상대적으로 많은 양의 윤활제가 수용된다.

상기에서 만곡된 부분의 곡률반경은 같은 반경으로 형성되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 서로 다른 반경의 곡률반경으로 만곡된 부분을 형성하는 것도 가능하다.

또한, 케이지(9)는 포켓(11) 만곡면의 곡률반경(R₁, R₁)이 볼(7)의 반경보다 작기 때문에 포켓(11) 내주면의 중앙 하단(A) 및 좌우측 상단(B, C) 부분 3곳에서 볼(7) 표면과 접촉하게 되므로, 볼(7)과의 사이에 틈새(g, g)가 존재함에도 불구하고 볼(7)의 진동을 방지할 수 있게 된다. 따라서 상기 틈새(g, g)를 크게 형성하는 것도 가능하게 된다.

본 고안은 다른 실시 예로서 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 케이지(209) 형태에 변형을 줄 수 있다. 즉, 케이지(209)는 도시된 것처럼 포켓(211)의 내주면에 도 4에 도시된 베어링(1)의 반경 방향으로 윤활홈(215)이 형성되어 볼(7)과의 사이에 더 많은 양의 윤활제를 충진할 수 있도록 되어 있다.

이때 윤활홈(215)은 종단면 바닥면이 포켓(211) 내주면과 동일한 곡률로 만곡되어 있으나, 도 9에 도시된 것처럼 횡단면 상으로는 케이지(209)의 내주면(217)에서 외주면(219')을 향하여 폭이 점차 좁아지도록 되어 있는바, 윤활홈(215)의 바닥면은 피치원(M)을 기준으로 내주면(217) 쪽 모서리에서 중점까지는 포켓(211) 내 주면의 곡률보다 더 작은 곡률을 가지도록, 반대로 중점(M)에서부터 외주면(219) 쪽 모서리까지는 포켓(211) 내주면의 곡률보다 더 큰 곡률을 가지도록 만곡되어 있다.

따라서, 도 4에 도시된 조립 상태로 베어링(1)이 동작하게 되면, 내륜(3)의 회전에 의해 구름을 일으키는 볼(7)이 포켓(211) 내에서 구르게 되는데, 이때 케이지 내주면(217) 쪽 윤활홈(215')의 폭이 상대적으로 더 넓기 때문에 볼(7)의 구름에 의해 더 많은 양의 윤활제를 틈새(g, g)로 공급할 수 있게 되며, 반대로 윤활홈(215')의 케이지 외주면(219) 쪽 폭은 상대적으로 더 좁기 때문에 윤활홈(215')에서 케이지 외주면(219) 쪽으로 빠져나가는 윤활제의 속도를 더 높여 윤활제의 분배를 보다 원활히 할 수 있게 된다.

상기 윤활홈(215)은 원주방향 단면 형상에 있어서 다양한 형상으로 형성하는 것이 가능하며, 도 9a에 도시한 바와 같이 직사각형 형태로 형성할 수도 있으며, 반원형 형상으로 형성하는 것도 가능하다.

이상에서는 도면을 참조하여 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 고안의 보호범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 있는 균등 범위까지 본 고안의 권리범위에 속하는 것으로 해석하여야 할 것이다.

이와 같이 본 고안에 따른 볼베어링용 케이지 및 이를 구비한 볼베어링에 의 하면, 볼이 끼워지는 케이지의 포켓 내주면을 중심이 다른 두 개의 곡률반경을 갖는 곡면이 되도록 만곡시키거나, 포켓 내주면에 베어링의 반경 방향으로 윤활홈을 가공함으로써 포켓 내주면과 볼 사이에 형성되는 윤활제 틈새의 크기를 증대시킬 수 있게 된다. 따라서, 볼과 포켓 내주면 사이에 더 많은 양의 윤활제가 개재되므로, 볼과 케이지 사이의 윤활효율을 증대시킬 수 있게 된다. 이때, 윤활홈의 횡단면상 폭이 케이지의 내주면에서 외주면 쪽으로 점차 좁아지도록 되어 있으므로 볼과 케이지 사이의 윤활효율을 더욱 증진시킬 수 있게 된다.

또한, 위와 같이 포켓의 내주면이 두 개의 곡률반경을 갖는 단면 타원 형태로 만곡되어 포켓에 끼워지는 볼과 원주방향 단면상 세 지점에서 접촉되므로, 볼과 포켓 내주면 사이의 유격이 줄어 볼 유격으로 인한 진동과 소음을 대폭적으로 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 볼과 포켓 내주면 사이의 틈새를 좀 더 늘릴 수 있으므로 마찬가지로 볼과 케이지 사이의 윤활 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 복수의 포켓(11)에 의해 볼베어링(1)의 볼(7)을 구름 가능하게 파지하는 볼베어링용 케이지(9)에 있어서,

   상기 포켓(11)은 내주면의 곡률반경이 2개의 곡률반경(R₁, R₁)을 갖도록 만곡되어 상기 볼(7)과 원주방향 단면상 3점(A, B, C)에서 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
2. 제1 항에 있어서, 상기 포켓(11)은 내주면에 형성된 만곡부는 서로 다른 크기의 곡률 반경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
3. 제1 항 또는 제2 항 중 어느 한에 있어서, 상기 포켓(11)은 내주면에는 하나 이상의 윤활홈(215)이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
4. 복수의 포켓(11)에 의해 볼베어링(1)의 볼(7)을 구름 가능하게 파지하는 볼베어링용 케이지(9)에 있어서, 상기 포켓(11)은 내주면에는 반지름 방향으로 윤활홈(215)이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 윤활홈(215)은 상기 케이지(209)의 내주면(217)에서 외주면(219)을 향하여 폭이 점차 좁아지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.
6. 제4 항 또는 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활홈(215)는 내주면(217) 쪽 모서리에서 피치원까지는 포켓(211) 내주면의 곡률보다 더 작은 곡률을 가지도록 형성되며, 피치원에서 외주면(219)까지는 포켓(211) 내주면의 곡률보다 더 큰 곡률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼베어링용 케이지.

Images