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KR101057311B1 - 공작기계의 주축선회부용 볼베어링 및 이것을 사용한공작기계의 주축선회장치 - Google Patents

공작기계의 주축선회부용 볼베어링 및 이것을 사용한공작기계의 주축선회장치 Download PDF

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KR101057311B1
KR101057311B1 KR1020077030965A KR20077030965A KR101057311B1 KR 101057311 B1 KR101057311 B1 KR 101057311B1 KR 1020077030965 A KR1020077030965 A KR 1020077030965A KR 20077030965 A KR20077030965 A KR 20077030965A KR 101057311 B1 KR101057311 B1 KR 101057311B1
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KR
South Korea
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ball
bearing
ring
ball bearing
cage
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Inventor
요시아키 카츠노
미츠호 아오키
Original Assignee
닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

고 정밀도(고회전 정밀도), 고강성, 저토오크, 저발열기능을 유지 또는 향상시키면서, 최근의 복합화경향의 공작기계에 대응한 주축선회부용 볼베어링 및 이것을 사용한 공작기계의 주축선회장치를 제공한다. 공작기계의 주축선회부용 볼베어링에 있어서, 단열볼베어링의 경우에 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H와의 단면비 (B/H)를 (B/H)<0.63으로 하고, 단열볼베어링의 경우에 축방향단면폭 B2와 반경방향단면높이 H2의 단면비 (B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 한다.

Description

공작기계의 주축선회부용 볼베어링 및 이것을 사용한 공작기계의 주축선회장치{BALL BEARING FOR SPINDLE PIVOT SECTION OF MACHINE TOOL, AND SPINDLE PIVOT DEVICE OF MACHINE TOOL, USING THE SAME}
본 발명은 프라이스반(盤), 선반, 연삭반, 랩반(盤)으로 대표되는 공작기계에 있어서, 선삭가공, 연삭가공, 랩 가공 등을 하는 공작기계의 주축선회장치용 볼베어링 및 이것을 사용한 공작기계의 주축선회장치에 관한 것이다.
프라이스반(盤), 선반, 연삭반 등의 공작기계로 주축을 선회구동하는 주축선회장치의 경우에, 이 주축선회장치의 회전지지부에 내장되어 사용되는 베어링에는, 피삭재(피가공물)의 가공정밀도(예를 들면, 진원도, 원통도, 내외직경치수정밀도)나 가공면 품위(예를 들면, 가공면의 광척도, 연줄 등), 가공면의 조도 등을 좋게 하기 위하여 통상 아래의 기능이 요구된다.
⑴ 고정밀도(고회전 정밀도)
⑵ 고강성
⑶ 저토오크, 저발열
특히, 최근에는 수치제어기능을 갖는 공작기계(소위 NC공작기계)가 대부분을 점하고 있으며, 한대의 공작기계로 여러가지 가공조건을 처리하게 하는 NC선반이나 NC프라이스반, 머시닝센터(machining center) 등의 NC공작기계 외에, NC선반에 머시닝센터의 기능을 부가한 복합형 NC공작기계도 출현하고 있다. 머시닝센터나 복합형 NC공작기계와 같은 다기능 공작기계는 단능형(單能型)의 공작기계에 비해 기계구성요소도 많고, 게다가 한대의 기계가 필요로 하는 바닥공간이나 높이방향의 공간이 크다. 그 때문에 베어링 등의 구성요소에는 상술한 ⑴ 내지 ⑶의 기능을 충족하는 것에 더하여, 공간절약화가 더 요구된다.
이와 같은 다기능 공작기계에서는 공구를 장착하는 주축을 선회시킴으로써, 다기능화를 도모할 수 있음이 고려되고 있으며, 이와 같은 공작기계의 주축선회장치에 사용되는 베어링으로서는 종래의 아래와 같은 형식의 것이 사용되고 있다.
⑴ 크로스롤러베어링(도 31 참조)
크로스롤러베어링은, 도 31에 도시하는 바와 같이 내륜(1)과 외륜(2)과의 사이에 원통형의 다수의 롤러(3)가 전동이 자유롭게 배설된 구성을 갖고 있으며, 하나의 베어링으로 레이디얼(radial)하중과 양방향의 액셜(axial)하중, 모멘트(moment)하중을 받게 되고, 또 공간절약화가 가능하다.
그러나, 크로스롤러베어링은 전동체가 롤러이고, 궤도홈(1a),(2a)에 대하여 롤러(3)의 롤러접촉면이 선접촉하고 있으므로 토오크가 크며, 게다가 축이나 하우징(housing)에 내장한 때의 작은 변형에 의해 선 접촉부분의 접촉상태가 불안정해지고 토오크 불균일이 발생하기 쉽다. 또 공작기계의 주축선회부용으로는 고정밀도화와 고강성화를 도모하기 위해 베어링에 예압을 거는 일이 많지만, 이 경우 상기의 변형에 의한 토오크 불균일이 더 커진다.
⑵ 4점 접촉볼베어링(도 32 참조)
4점 접촉볼베어링은, 도 32에 도시하는 바와 같이 내륜(4)과 외륜(5)과의 사이에 다수의 볼(6)이 전동이 자유롭게 배설된 구성을 갖고 있으며, 하나의 베어링으로 레이디얼하중과 양 방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받게 되고, 또 공간절약화가 가능하다.
4점 접촉볼베어링의 경우, 전동체가 볼이므로, 순 액셜하중을 받을 경우, 또는 레이디얼하중으로부터 액셜하중이 우수한 경우, 같은 치수의 크로스롤러베어링보다 토오크가 작은 한쪽에서, 액셜하중에 대하여 레이디얼하중이 우수한 경우, 또는 순레이디얼하중을 받는 경우, 각 볼(6)은 궤도홈(4a),(5a)과 4점에서 접촉하기 위해 볼(6)과 각 궤도홈(4a),(5a)과의 스핀미끄러짐이 커지며, 역시 토오크가 커진다. 또 크로스롤러베어링과 마찬가지로 공작기계의 주축선회부용에서는 고정밀도화와 고강성화를 도모하기 위해 베어링에 예압을 거는 일이 많지만, 이 경우, 볼(6)이 항상 내외륜궤도홈(4a),(5a)과 4점에서 접촉하기 위해 토오크가 더 증가해버린다.
⑶ 2열 조합볼베어링(도 33 참조)
2열 조합볼베어링은 도 33에 도시하는 바와 같이, 내륜(7)과 외륜(8)과의 사이에 복수의 볼(9)이 전동가능하게 배설된 앵귤러볼베어링(angular contact ball bearing) 등을 2열로 조합한 구성을 갖는다. 2열 조합볼베어링의 경우, 각각의 단열 베어링에 있어서 볼(9)과 내외륜(7),(8)의 궤도홈 사이는 2점 접촉이므로, 저 토오크화는 도모되나, 단열베어링의 2배의 축방향 공간이 필요해지고, 컴팩트화의 점에서 크로스롤러베어링이나 4점 접촉볼베어링이 뒤떨어진다.
또한, 2열 조합볼베어링으로 공간절약화를 목적으로서 초박막의 깊은홈 볼베어링이나 앵귤러볼베어링(도 34 참조)을 조합한 구성을 갖는 것이다. 이와 같이 극박막의 볼베어링을 조합한 2열 조합베어링을 사용하여 하우징에 회전축을 회전이 자유롭게 지지하는 경우에는, 통상 도 35에 도시하는 바와 같이 축(11)의 단부에 형성한 단부(12)에 2열 조합베어링의 내륜(7)을 끼워맞추고, 이 내륜(7)의 자유단을 축(11)의 단부에 볼트(13)로 체결되는 내륜누름부(14)로 압압함으로써, 회전축(11)에 2열 조합베어링의 내륜(7)을 고정하며, 2열 조합베어링의 외륜(8)을 회전축(11)을 덮는 하우징(15)의 단부에 형성한 단부(16)에 끼워맞추고, 그 외륜의 자유단을 하우징(15)의 단부에 볼트(17)에 의해 체결되는 외륜누름부(18)로 압압함으로써, 하우징(15)에 2열 조합베어링의 외륜(8)을 고정하도록 하고 있다.
이 때문에 회전륜(11) 및 하우징(15) 사이에 끼워삽입하는 2열 조합베어링으로서 극박막의 깊은홈 볼베어링이나 도 34에 도시하는 앵귤러볼베어링을 적용하는 경우에는, 공간절약화의 점에서는 유리하지만, 내륜(7) 및 외륜(8)의 링두께가 매우 얇고 내륜(7) 및 외륜(8)의 강성이 낮으므로 가공정밀도가 나오기 어려우며(특히 진원도), 또한 상술한 것과 같이, 내륜(7) 및 외륜(8)을 회전축(11) 및 하우징(15)에 끼워맞추는 동시에, 내륜누름부(14) 및 외륜누름부(18)에 의해 압압하여 회전축(11) 및 하우징(15)에 고정하므로, 2열 조합베어링의 부착시, 즉 회전축(11) 및 하우징(15)에서의 끼워맞춤시나 내륜누름부(14) 및 외륜누름부(18)에 의한 압압시에 변형하기 쉽고, 내장정밀도의 확보에 수고를 필요로 하는 등의 문제가 있다. 또 경우에 따라서는 내장시의 변형에 의해 내륜(7) 및 외륜(8)의 궤도홈이 비틀리고, 볼(9)과 궤도홈과의 접촉부 사이에 편하중이 가해지거나, 볼(9)의 원활한 롤링운동이 저해되거나 해서 단기간의 운전으로 손상된다는 불량을 발생시키는 일이 있다.
⑷ 2열 조합원추형 롤러베어링(도 36 참조)
2열 조합원추형 롤러베어링은 도 36에 도시하는 바와 같이, 내륜(21)과 외륜(22)과의 사이에 케이지(cage)(23)를 통하여 복수의 원추형 롤러(24)가 전동가능하게 배설된 원추형 롤러베어링(20)이 전동가능하게 배설된 원추형 롤러베어링(20)을 내륜스페이서(25) 및 외륜스페이서(26)를 통하여 2열로 조합하여 구성되어 있다. 원추형 베어링은, 크로스롤러베어링과 마찬가지로 전동체가 롤러이고, 궤도홈에 대해 롤러(24)의 롤링접촉면이 선접촉하고 있으며, 또 롤러(24)의 단부와 내륜(21)의 칼라(collar)부(27)가 미끄럼 접촉하고 있으므로 토오크가 커지며, 또한 단열베어링의 2배의 축방향 공간이 필요하다. 또 공작기계의 주축선회부용에서는 고정밀도화와 고강성화를 도모하기 위해 베어링에 예압을 가하는 일이 많지만, 이 경우 토오크가 더 커진다.
종래의 공작기계의 주축선회장치로서는, 예를들면 일본국 특표2004-520944호공보(이하, 특허문헌 1이라 칭한다)에 기재되어 있듯이, 수직인 제1축을 중심으로 기계구조에 대해 선회하는 제1하프헤드(half head)와, 툴 스핀들(tool spindle)을 지지하기 위해 수평면에 대하여 35°경사진 경사평면상에서 제1하프헤드에 가이드베어링을 통하여 결합하고, 경사평면에 대해 직각인 제2축을 중심으로 하여 제1하 프헤드에 대해 선회하는 제2하프헤드와, 제1하프헤드 및 제2하프헤드를 개별로 선회시키는 다이렉트 모터를 구비하고, 툴 스핀들을 그 중심축이 수직이 이루어지는 상태에서 제2하프헤드를 선회시켜서 툴 스핀들을 그 중심축이 수평면에 대해 억각을 이루는 상태의 2축 사이에서 회전가능한 스핀들 헤드가 알려져 있다.
또 회전테이블의 예로서는, 일본국 특개 평10-29125호 공보(이하, 특허문헌 2라 칭한다)에 기재되어 있듯이, 기대(基台)의 중심에 입설된 지지축에 테이블이 디스트리뷰터(Distributor)를 통하여 끼워서 삽입되고, 이 테이블이 기대상에 크로스롤러베어링을 통해 회전가능하게 지지되며, 테이블이 웜기어(worm gear) 또는 다이렉트 모터에 의해 회전구동되어 회전분출을 하도록 한 회전분출장치가 알려져 있다.
이와 같이 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있는 구성을 채용함으로써, 4측면 이외에 윗면도 각종 가공이 가능해지는 5축 가공(피삭재(피가공물))을 지지하는 테이블설치면 이외의 대향하는 면의 가공이 1순서로 가능)의 머시닝 센터나 NC선반과 머시닝 센터의 양 기능을 구비한 복합가공기의 제작이 가능해지고, 이러한 종류의 공작기계가 증가하고 있으나, 어떠한 구성을 채용한다 해도, 회전을 지지하는 지지베어링의 성능이 회전기구부의 회전정밀도·강성 등의 특성에 가장 영향을 주게 된다.
또 상기 구성을 달성하기 위해서는 선회기구부 주변의 구성부품공간이 증가하지 않을 수 없기 때문에, 더욱 더 공간절약화가 요구된다. 또한, 주축 전체를 요동시키기 위한 동력을 가능한한 경감하고, 에너지절감화를 도모하기 위해서는 선회기구부의 컴팩트화에 의한 경량화·저관성화도 필요하다.
그러나, 전술한 바와 같이 지지베어링으로서 크로스롤러베어링, 4점 접촉볼베어링, 2열 조합볼베어링, 2열 조합원추형 롤러베어링 등을 적용한 경우에는, 각종 불량을 발생하게 되며, 상기 ⑴ 내지 ⑶의 기능을 지지 또는 향상시키면서, 최근의 복합화경향의 공작기계에 대응한 주축선회부용 볼베어링을 구성하는 것이 불가능하다는 미해결의 과제가 있다.
그래서 본 발명은 상기 종래예의 미해결 과제에 착안하여 이루어진 것이고, 상기 ⑴ 내지 ⑶의 기능을 지지 또는 향상시키면서, 최근의 복합화경향의 공작기계에 대응한 주축선회부용 볼베어링 및 이것을 사용한 공작기계의 주축선회장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
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상기 목적을 달성하기 위해 청구항 1에 관한 발명은, 예를 들면 도 3을 참조하여 외륜(101)의 궤도홈(101a)과 내륜(102)의 궤도홈(102a)과의 사이에 다수의 볼(103)이 전동이 자유롭게 배설된 단열의 볼베어링(100)에 있어서, 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H(=(외륜외경 D-내륜내경d)/2)가 단면치수비(B/H)를 (B/H)<0.63으로 하고 있다.
여기서, 청구항 1에 관한 발명에서의 단면치수비(B/H)를 (B/H)<0.63으로 설정한 이유는 하기와 같다.
즉, 도 27 및 도 28은, 각각 표준적으로 사용되고 있는 극박막 볼베어링(베어링 내경: φ203.2㎜, 베어링 외경: φ254㎜, 베어링폭: 25.4㎜, 상기 단면치수비(B/H)=1)을 기준으로 하고, 베어링 외경 및 베어링 폭을 변경하지 않으며 베어링 내경을 변화시킨 경우(즉, (B/H)의 값을 변화시킨 경우)의 내외륜링의 반경방향의 변형특성(도 25 참조: 내륜을 예시) 및 반경방향의 단면 2차모멘트 I(도 26 참조): I=bh3/12)를 비교한 결과를 도시하고 있다.
이들 도 27 및 도 28에 의하면, (B/H)=0.63미만으로 강성의 증가율구배(句配)의 변화가 현저하게 나와 있다. 즉, 단면 2차모멘트 I의 증가는 현저해지며, 반경방향에서의 내외륜링의 변형량의 감소는 포화상태가 된다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 극박막 베어링에서 문제가 되는 내외륜 제작시의 선반가공이나 연마가공시의 가공력에 의한 베어링 변형을 방지하는 것이 가능하고, 진원도나 두께편차(Thickness deviation) 등의 베어링 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또 축이나 하우징(housing)에 내장한 경우(특히, 축이나 하우징의 극간끼워맞춤으로 내장한 경우), 내륜누름부나 외륜누름부 등으로 베어링을 고정한 때의 내외륜의 변형(특히 진원도의 악화)를 억제할 수 있는 동시에, 변형에 의해서 발생하는 토오크불량이나 회전정밀도불량 외에, 발열증대나 마모, 버닝(burning) 등의 불량을 방지하는 것이 가능하다.
즉, 종래 사용되고 있는 극박막 볼베어링과 비교해서 공간절약화와 동시에 고정밀도화를 양립시키는 것이 가능하다.
도 29는, 단열의 본 발명품과 크로스롤러베어링에 대해 각각의 베어링에 모멘트하중을 부하한 경우의 내외륜 상대경사각의 비교데이터이다.
여기서, 측정베어링의 주요치수는,
본 발명품:
내륜내경: φ170
외륜외경: φ215
단체 폭: 13.5㎜
전동체 피치(pitch)원직경: φ192.5
접촉각 35°
(B/H=0.60)
크로스롤러베어링:
내륜내경: φ130
외륜외경: φ230
조립폭: 30㎜
전동체 피치원직경: φ189.7
이다.
이 도면에서 밝히는 바와 같이, 전동체의 피치원직경이 대략 동일하게 이루어지는 본 발명품 및 크로스롤러베어링의 양자에 대해 모멘트강성의 비교데이터로부터 본 발명품이 크로스롤러베어링에 대하여 약 1.3배의 모멘트 강성을 유지하고 있는 것이 확인되었다.
또 상기의 실험에 덧붙여 본 발명품 및 크로스롤러베어링을 축 및 하우징에 내장한 후, 모터(벨트구동)에 의해 저속으로 회전시킨 바, 본 발명품은 회전블러( blur)도 없이 스무스하게 회전하였지만 크로스롤러베어링의 경우는 토오크변동에 의한 회전블러가 실제로 확인되었다.
한편, 국제표준기구(ISO)에서 규정되어 있는 치수계열이 18(예를들면 6820), 19(예를 들면6924), 10(예를 들면 6028), 02(예를 들면, 7224A), 03(예를 들면 7322A)의 표준 볼베어링에서는 베어링 내경치수가 φ5㎜~φ500㎜에서는, 상술의 단면치수비(B/H)는 0.63~1.17로 설정되어 있다.
따라서, 이들의 볼베어링에서의 단면치수비(B/H)의 최대치 1.17의 약 1/2배, 즉, 0.63 미만으로 설정함으로써 종래의 표준단열볼베어링에서 가장 폭이 좁은 볼베어링보다 폭이 좁고, 또한 종래의 표준단열볼베어링의 축방향 공간 이내에, 청구항 1에 관한 볼베어링을 2열 조합하여 배치하는 것이 가능하다.
예를 들면, 종래의 볼베어링의 단면치수비(B/H)가 (B/H)=0.9이면, 본 발명의 베어링의 단면치수비(B/H)를 (B/H)=0.45로 하면 된다. 또 이 열의 경우, 조합하는 2개의 볼베어링에서의 베어링의 단면치수비(B/H)를 동일하게 할 필요는 없고, 예를 들면, 한쪽을 0.50, 다른 한쪽을 0.40으로 해도 된다.
또한, 단열볼베어링은 1열에서는 예압을 걸거나 모멘트하중을 부하하는 것은 곤란하지만, 2열이상의 다열조합으로 함으로써 레이디얼(radial)하중·액셜(axial)하중 및 모멘트하중을 부하하는 것이 가능해진다.
또 각 볼이 내외륜의 궤도홈에 대하여 항상 2점으로 접촉하므로, 4점 접촉볼베어링과 같이 볼이 큰 스핀에 의한 토오크의 증가를 억제할 수 있고, 또한 크로스롤러베어링이나 2열 조합원추롤러베어링에 비해, 롤링저항이 낮아지므로 저토오크화를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 폭치수가 종래의 표준단열볼베어링의 약 반이 됨으로써 볼직경도 종래의 볼베어링의 반정도가 되지만, 역으로 1열당의 볼 수가 증가하고 베어링 강성은 종래의 볼베어링에 대해 증가한다. 또 공작기계의 주축선회부에 사용하는 경우에서는, 요동회전조건이므로 볼직경을 작게함으로써 베어링의 부하용량이 저하되어도 롤링피로수명시간이 실용상에서 문제가 되는 일은 없다.
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도 30은, 각종 베어링의 계산모멘트 강성의 비교이다. 동일사이즈(계산 예는, 베어링 각 번7906A(접촉각 30°) 상당으로 내외경 치수가 같은 경우: 내륜내경 φ30㎜, 외륜외경 φ47㎜)에서는 청구항 1에 관한 단열의 좁은폭 앵귤러볼베어링(angular contact ball bearing)(접촉각 30°: 총 볼베어링의 계산예)을 2열 조합하고, 또한 내외륜의 궤도홈 곡률반경을 변화시킨 본 발명예 A 내지 E는 모두 크로스롤러베어링, 표준2열 조합앵귤러볼베어링 및 4점 접촉볼베어링에 비해 모멘트 강성이 커지고 있다. 예를 들면, 본 발명예 B는 크로스롤러베어링의 2.4배, 표준 2열 조합앵귤러볼베어링의 1.9배, 4점 접촉볼베어링의 3.3배의 모멘트강성을 유지시키는 것이 가능하다.
또한, 각각의 설계예압극간은 본 발명 예 A 내지 E, 표준 2열 조합앵귤러볼베어링 및 4점 접촉볼베어링은, -0.010㎜, 크로스롤러베어링은 -0.001㎜로 실용상의 표준적인 값으로서는 계산되어 있는(크로스롤러베어링으로, -0.001㎜보다 작은 예압극간 설정을 한 경우, 토오크가 과대해지고 실용상에서 사용불가가 될 우려가 있다).
또한, 본 발명에 관한 좁은폭 볼베어링의 적정한 볼직경은 밀실(seal) 등의 장착 유무에 의해 변화하지만, 강성을 증가시키기 위해 극단적으로 볼직경을 작게 하면 볼과 내외륜의 궤도홈과의 접촉부 사이의 면압이 증가하고, 내압의 흔성(痕性)이 저하되므로, 대략 베어링폭(B) 또는 (B2/2)의 30%~90%가 바람직하다.
또한, 본 발명을 앵귤러볼베어링에 적용한 경우, 베어링의 접촉각은 필요한 강성(예를들면, 모멘트강성) 및 요구토오크에 의해 선택되지만, 대략 10~60°의 범위가 바람직하다.
또 하중의 방향이나 크기에 맞춰서 필요에 따라 조합한 각 단열베어링의 접촉각, 또는 복렬베어링의 경우는 각 열간의 접촉각을 변경해도 상관없다.
또한, 내외륜궤도홈의 곡률반경은 요구되는 강성이나 토오크특성에 따라서 51~60%Da(Da: 볼직경), 바람직하게는 52~56%Da, 더 바람직하게는 52~54%Da 정도로 한다. 또 내외륜 각각의 궤도홈의 곡률반경은 동일하지 않아도 되며, 조합되는 단열베어링 사이나 복렬베어링의 각 열 사이에서 달라도 된다.
본 발명에 의하면, 공작기계의 주축선회부에 이용되는 주축선회부용 볼베어링에 있어서, 단열볼베어링의 경우에 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H와의 단면비 (B/H)를 (B/H)<0.63으로 하고, 복렬볼베어링의 경우에 축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2와의 단면비 (B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 함으로써 레이디얼하중과 양 방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받게되는 것은 물론이며, 고정밀도화(고회전 정밀도화), 고강성화, 저토오크화 및 저발열화를 도모할 수 있는 동시에, 또 공간절약화를 도모하는 것이 가능하다는 효과가 얻어진다. 그리고, 상기 효과를 가져오는 주축선회부용 볼베어링을, 주축 선회부에 적용하여 주축선회장치를 구성함으로써 주축선회장치 자체도 공간절약화를 도모하는 것이 가능하다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시형태(청구항 1에 대응)인 공작기계의 주축선회장치를 도시하는 요부를 단면으로 한 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1의 실시형태(청구항 1에 대응)인 공작기계의 주축선회장치의 변형예를 도시하는 요부를 단면으로 한 측면도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 주축선회부용 볼베어링의 제1의 실시형태를 도시하는 단열 앵귤러볼베어링(angular contact ball bearing)의 단면도이다.
도 4는, 도 3의 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제1의 실시형태에서의 다른 실시형태인 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 6은, 도 3의 단열볼베어링과 다른 실시형태인 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 7은, 본 발명의 제1의 실시형태의 다른 실시형태인 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제1의 실시형태의 다른 실시형태인 단열볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 9는, 도 3의 단열볼베어링을 3열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 10은, 도 3의 단열볼베어링을 4열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 11은, 도 3의 단열볼베어링을 2열 정면조합으로 조합한 상태를 도시하는 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 12는, 본 발명의 제1의 실시형태의 다른 실시형태인 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 13은, 케이지(cage)의 직경방향을 따르는 단면도이다.
도 14는, 케이지를 직경 방향 내측에서 본 부분사시도이다.
도 15는, 도 13의 화살표 B방향에서 본 도면이다.
도 16a는, 도 13의 화살표 A방향에서 본 도면, 도 16b는 도 16a의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 17은, 본 발명의 제1의 실시형태의 변형예의 일예인 공작기계의 주축선회부용 단열볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 18은, 공작기계의 주축선회부용 단열볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 19는, 공작기계의 주축선회부용 단열볼베어링의 변형예를 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 20은, 본 발명의 제1의 실시형태에서의 다른 변형예의 일예인 공작기계의 주축선회부용 단열볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 21은, 본 발명의 제2 실시형태에서의 실시형태의 일예인 공작기계의 주축선회부용 복렬볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 22는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 다른 실시형태인 복렬볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 23은, 본 발명의 제2 실시형태에서의 다른 실시형태인 복렬볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 24는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 다른 실시형태인 복렬볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 25는, 내륜의 반경방향의 변형량을 설명하기 위한 설명도이다.
도 26은, 내륜의 단면 2차모멘트의 계산방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 27은, 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 28은, 단면치수비 (B/H)와 단면 2차모멘트Ｉ와의 관계를 도시하는 그래프도면이다.
도 29는, 본 발명품과 크로스롤러베어링의 모멘트강성의 비교를 도시하는 그래프 도면이다.
도 30은, 각종 베어링에서의 계산모멘트강성의 비교를 도시하는 그래프도면이다.
도 31은, 크로스롤러베어링의 요부단면도이다.
도 32는, 4점 접촉볼베어링의 요부단면도이다.
도 33은, 종래의 2열조합 앵귤러볼베어링의 요부단면도이다.
도 34는, 종래의 극박막 단면도의 2열조합 앵귤러볼베어링의 요부단면도이다.
도 35는, 종래의 극박막 단면의 2열조합 앵귤러볼베어링을 축에 부착한 사태를 도시하는 단면도이다.
도 36은, 종래의 2열조합 원추베어링의 요부단면도이다.
도 37은, 종래의 앵귤러볼베어링을 도시하는 설명도이다
도 38은, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 일예인 단열앵귤러볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 39는, 도 38의 단열앵귤러볼베어링을 2열조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 40은, 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 41은, 단면치수비 (B/H)와 단면 2차모멘트 I와의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 42는, 내륜의 반경방향의 변형량을 설명하기 위한 설명도이다.
도 43은, 내륜의 단면 2차모멘트의 계산방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 44는, 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 45는, 단면치수비 (B/H)와 단면 2차모멘트 I와의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 46은, 각종 베어링에서의 계산모멘트강성의 비교를 도시하는 그래프도이다.
도 47은, 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 단열앵귤러볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 48은, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 단열앵귤러볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 49는, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 단열앵귤러볼베어링의 변형예를 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 50은, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 다른 변형예의 단열앵귤러볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 51은, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 단열앵귤러볼베어링의 다른 예를 도시하는 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 52는, 케이지의 직경방향을 따른 단면도이다.
도 53은, 케이지를 직경방향 내측에서 본 부분사시도이다.
도 54는, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제2 실시형태의 복렬앵귤러볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 55는, 종래의 깊은홈 볼베어링을 도시하는 단면도이다.
도 56은, 도 55의 케이지를 도시하는 사시도이다.
도 57은, 도 55의 B-B선상의 단면도이다.
도 58은, 도 55의 A-A선상의 단면도이다.
도 59는, 종래의 앵귤러볼베어링을 도시하는 단면도이다.
도 60은, 도 59의 케이지를 도시하는 측면도이다.
도 61은, 본 발명의 제4의 실시형태의 일예인 배면조합으로 한 조합볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
도 62는, 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 63은, 단면치수비 (B/H)와 단면 2차모멘트 I와의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 64는, 내륜의 반경방향의 변형량을 설명하기 위한 설명도이다.
도 65는, 내륜의 단면 2차모멘트의 계산방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 66은, 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 67은, 단면치수비 (B/H)와 단면 2차모멘트 I와의 관계를 도시하는 그래프도이다.
도 68은, 각종 베어링에서의 게산모멘트강성의 비교를 도시하는 그래프도이다.
도 69는, 케이지의 직경방향을 따른 단면도이다.
도 70은, 케이지를 직경방향 내측에서 본 부분사시도이다.
도 71은, 도 69의 화살표 Y방향에서 본 사시도이다.
도 72는, 도 69의 Z-Z선상의 단면도이다.
도 73은, 케이지가 축방향이동한 경우의 작용을 설명하는 설명도이다.
도 74a는, 도 69의 화살표 X방향에서 본 사시도, 도 74b는, 도 74a의 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 75는, 도 61에 그리스를 봉입한 상태를 도시하는 요부단면도이다.
도 76은, 정면조합으로 한 조합베어링을 도시하는 요부단면도이다.
도 77은, 환상실체의 다른 예를 도시하는 요부단면도이다.
도 78은, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제5의 실시형태의 일예인 복렬앵귤러볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 24를 참조하여 본 발명의 제1의 실시형태에서의 실시형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 공작기계의 주축선회장치를 예를 들면, 5축 가공 머시닝센터에 적용한 경우의 제1의 실시형태(청구항 1에 대응)를 도시하는 요부를 단면으로 한 측면도이다.
도면 중, 30은 공작기계의 주축선회장치로서, 머시닝 센터의 고정부에 고정된 기대(基臺)(31)와, 이 기대(31)에 회전이 자유롭게 지지된 선회대좌(臺座)(32)와, 이 선회대좌(32)에 장착된 주축본체(33)를 구비하고 있다.
기대(31)는, 좌단면중앙에서 우측으로 요설(凹設)한 선회대좌(32)를 수용하는 수용요부(34)를 가지며, 이 수용요부(34) 내에 선회대좌(32)가 본 발명에 의한 주축선회부용 볼베어링(35)을 통하여 회전이 자유롭게 지지되어 있다.
여기서, 선회대좌(32)는 기대(31)의 좌단면과 대향하여 좌단에 평탄한 부착면(36)을 형성한 원판부(37)와, 이 원판부(37)의 우단에서 돌출하여 주축선회부용 볼베어링(35)의 내륜을 지지하는 단부(38) 및 웜휠(worm wheel)(39)을 끼워맞춤 지지하는 단부(40)를 형성하고, 중앙부의 우단에서 좌측으로 중량을 경감하기 위한 요부(41)를 형성한 돌출부(42)를 갖는다.
그리고, 단부(38)에 주축선회부용 볼베어링(35)의 내륜을 걸어맞춤시킨 상태에서, 웜휠(39)에 일체로 형성된 내륜누름부(43)을 볼트(44)로 체결함으로써, 단부(38)에 주축선회부용 볼베어링(35)의 내륜이 고정되어 있다.
한편, 주축선회부용 볼베어링(35)의 외륜은, 기대(31)의수용요부(34)에 형성한 단부(45)에 끼워맞춰지고, 기대(31)의 우단면측에 배설된 외륜누름부(46)를 예를 들면 선회대좌(32)의 원판부(37)에 형성한 투공(透孔)(도시하지 않음)을 통과하여 삽입한 볼트(47)에 의해 볼트체결함으로써 기대(31)에 고정되어 있다.
또 웜 휠(39)에는 모터 등의 회전구동원에 연결된 웜(48)이 치합되고, 이 웜(48)을 회전구동함으로써, 선회대좌(32)를 예를 들면 후술하는 주축본체(33)의 공부부착면을 수직하측 0˚로 한 때에, 주축본체(33를 전후 방향으로 ±100˚정도 선회(요동)시킨다.
또한, 주축본체(33)는 엔드밀(end mill)이나 드릴 등의 치공구(治工具)를 부착하는 공구부착면(51)을 하측으로 하여 공구를 회전시키는 회전구동원을 내장한 주축(52)과, 이 주축(52)의 측면에 일체로 형성된 선회대좌(32)의 원판부(37)의 부착면(36)에 볼트체결된 부착판부(53)를 갖는다.
다음에 상기 제1의 실시형태의 동작을 설명한다.
지금 예를 들면 도 1에 도시하는 바와 같이 주축본체(33)가 공구부착면(51)을 수직하측 0˚에 위치결정한 상태에서 주축(52)의 공구부착면(51)에 엔드 밀이나 드릴 등의 치공구를 부착하여 내장하는 회전구동원에 의해 고속회전구동시킨 상태에서 치공구와 피삭재(피가공물)를 상대이동시킴으로써 입형(立形) 머시닝센터로서 절삭각공을 하는 것이 가능하다.
이 절삭가공이 종료한 후에, 도시하지 않은 회전구동원에 의해 웜(48)을 예를 들면 정전(正轉)시켜서 선회대좌(32)를 바로 앞의 방향으로 +90°선회시킴으로써, 주축본체(33)를 바로 앞의 방향으로 +90˚선회시켜서 치공구가 앞을 향하는 상태가 되며, 이 상태에서 치공구와 피삭재(피가공물)를 상대이동시킴으로써, 횡형 머시닝센터로서 절삭가공을 하는 것이 가능하다.
마찬가지로 회전구동원에 의해 웜(48)을 역전구동해서, 선회대좌, 예를 들면 선회대좌(32) 및 주축본체(33)를 뒤쪽으로 -90°선회시키고나서 치공구와 피삭재(피가공물)를 상대이동시킴으로써, 횡형 머시닝 센터로서 절삭가공을 하는 것이 가 능하다.
이와 같이 주축선회장치(30)의 주축선회부에 본 발명에 의한 주축선회부용 볼베어링(35)을 적용함으로써, 후술하는 것과 같이, 주축선회부용 볼베어링(35)이 레이디얼(radial)하중과 양방향의 액셜(axial)하중, 모멘트(moment)하중을 받게되는 것은 물론이며, 고정밀도화(고회전 정밀도화), 고강성화, 저토오크화 및 저발열화를 도모할 수 있는 동시에, 더욱 더 공간절약화를 도모할 수 있으므로, 주축선회장치(30) 자체도 공간절약화를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 상기 제1의 실시형태에 있어서는, 선회대좌(32)를 웜 기어로 회전구동하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라 베벨기어(bevel gear)기구나 다른 기어기구를 적용하여 회전구동할 수 있으며, 또 도 2에 도시하는 바와 같이 웜휠(39) 및 웜(48)을 생략해서 기대(31)의 수용요부(34)의 내주면에 배설한 스테이터(stator)(61)와, 이것에 대향하는 선회대좌(32)의 돌출부(42)의 외주면에 배설한 로터(62)로 구성되는 다이렉트모터(63)로 선회대좌(32)를 직접 선회구동하도록 해도 된다. 이 도 2의 경우에는, 주축선회부용 볼베어링(35)으로서 후술하는 도 12에 도시하는 한쪽 밀실(seal) 및 케이지(cage)가 부착된 볼베어링을 적용하는 것이 바람직하다. 또 선회대좌(32)는 주축선회부용 볼베어링(35) 및 로터(62)를 지지하는 기부(基部)(42)와, 이 기부(64)에 볼트체결되는 주축선회부용 볼베어링(35)의 내륜누름부를 겸하는 부착판부(65)로 구성되어 있다.
여기서 다이렉트 모터(63)는 도 2에 도시하는 아우터로터(outer rotor)형으로 구성하는 경우에 한정되지 않고, 돌출부(42)의 오목부(41) 내주면에 로터를 배 설하고, 이 로터의 내측에 스테이터를 배설하는 이너로터(inner rotor)형으로 구성하도록 해도 된다.
또 제1의 실시형태에 있어서는, 기대(31)에 형성한 수용요부(34) 내에 선회대좌(32)와 회전이 자유롭게 지지하는 경우에 대해서 설명하였으나 이것에 한정되는 것은 아니며, 기대(31)의 외측에 선회대좌(32)를 본 발명에 의한 주축선회부용 볼베어링(35)을 통하여 회전이 자유롭게 지지하도록 해도 된다.
또한, 제1의 실시형태에 있어서는, 머시닝센터에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명하였으나 이것에 한정되는 것이 아니라, 선반, 프라이스반, 연삭반, 랩 반 등에 머시닝 센터 기능을 부가하기 위하여 주축을 선회시키는 주축선회장치를 구비한 임의의 복합형의 공작기계에 본 발명을 적용할 수 있는 것이다.
게다가 또 주축선회장치(30)로서는 상기 구성에 한정되는 것이 아니라, 주축본체(33)를 주축선회부용 볼베어링을 통하여 지지하도록 한 구성이면 임의의 구성을 채용하는 것이 가능하다.
다음에 상기 주축선회장치(30)의 주축선회부에 적용하는 본 발명에 의한 주축선회부용 볼베어링(35)의 구체예에 대해 설명한다.
주축선회부용 볼베어링(35)에는 (a) 주축선회장치(30)의 선회대좌(32) 상에 배설된 주축본체(33)를 고정밀도(진동정밀도)로 회전시키는 것, (b) 주축본체(33)를 저토오크로 스무드하게 요동회전시키는 것, (c) 피가공물 가공시의 하중에 대한 주축본체 전체의 변위를 작게 하는(고강성) 것이 요구된다. 또 주축선회부용 볼베어링(35)에는 주축관련부품의 중량에 의한 모멘트하중이나 선회가감속시에 발생하 는 관성(inertia)하중에 더하여, 가공조건에 따라서 발생하는 레이디얼하중, 액셜하중 및 모멘트하중이 단독으로 작용하거나, 또는 이들의 하중이 복합적으로 작용하거나 한다.
본 발명에 관한 주축선회부용 볼베어링의 제1의 실시형태(청구항 1에 대응)를 도 3에 도시한다. 같은 도면에 도시하는 주축선회부용 볼베어링(단열볼베어링)(100)은 외륜(101)의 궤도홈(101a)과 내륜(102)의 궤도홈(102a)과의 사이에 다수의 볼(103)이 회전이 자유롭게 배설된 단열의 총 볼의 앵귤러볼베어링(angular contact ball bearing)(100)에 있어서, 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H(=외륜외경D-내륜내경d)와의 단면치수비 (B/H)를 (B/H)<0.63으로 하고 있다. 이 이유는 전술한 과제를 해결하는 수단의 항에서 도 29를 참조해서 상세히 설명하였으므로 여기에서의 기재는 할애한다.
여기서, 이 실시 형태에서는 도 4에 도시하는 바와 같이 앵귤러볼베어링(100)을 2열 배면조합으로 하고, 7940A(접촉각 30°)의 2열 조합앵귤러볼베어링과 교체하는 경우를 예로서 채용한다.
7940A의 앵귤러볼베어링은 내륜내경 d: φ200㎜, 외륜외경 D: φ280㎜, 축방향단면폭(베어링 단체폭) B가 38㎜이므로, 단면치수비 (B/H)=-0.95이다. 따라서, 본 실시형태의 앵귤러볼베어링(100)에서는 단면치수비 (B/H)=0.475(내륜내경 및 외륜외경은 그대로이고, 축방향단면폭(베어링 단체폭) B를 19㎜로 하였다)로 하고 있다. 이에 따라서 레이디얼하중과 양 방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받게되는 것은 물론이며, 고정밀도화(고회전 정밀도화), 고강성화, 저토오크화 및 저발열화를 도 모할 수 있는 동시에, 축방향 치수로 1/2의 공간절약화를 도모하는 것이 가능하다.
물론, 필요에 따라서 앵귤러볼베어링(100)의 단면치수비(B/H)를 0.475미만 또는 0.475를 넘도록(단,(B/H)<0.63)설정해도 관계없다. 즉, 앵귤러볼베어링(100)의 접촉각은 예를 들면 30°로 하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는 볼(103)의 피치원직경은 다음 식 ⑴대로 하고 있으나, 베어링 1열당의 볼 수를 늘려서 더욱 모멘트 강성을 증가시키고 싶은 경우는, 다음 식 ⑵를 채용해서 볼(103)이 피치원직경을 외륜측으로 이동하여 도 5에 도시하는 구조로 해도 되며, 필요에 따라서 다음 식 ⑶을 채용해서 역으로 볼(103)의 피치원직경을 내륜(102)측으로 이동해도 된다(도시하지 않음).
볼의 피치원직경=(내륜내경+외륜외경)/2 …⑴
볼의 피치원직경>(내륜내경+외륜외경)/2 …⑵
볼의 피치원직경<(내륜내경+외륜외경)/2 …⑶
또 필요에 따라서 도 6에 도시하는 바와 같이 조합되는 좌우의 볼베어링의 볼피치원직경을 동일 값으로 하지 않아도 되며, 조합되는 좌우의 볼베어링에서의 볼(103)의 직경을 동일 값으로 하지 않아도 된다. 덧붙여서, 조합하는 2개의 볼베어링의 단면치수비(B/H)는 동일하지 않고, 예를 들면 볼직경이 작은 쪽을 (B/H)=0.35, 볼직경이 큰 쪽을 (B/H)=0.60으로 해도 관계없다. 또한, 볼(103)의 축방향피치도 축방향 중심이 아니어도 되며, 밀실이나 케이지의 장착유무나 모멘트의 작용점간 거리의 확보 등을 위해 볼(103)의 축방향 피치를 축방향으로 이동해도 된다.
도 7은 축방향의 한쪽 단부에 환상실체(104)를 장착한 앵귤러볼베어링(102)을 2열 배면s조합한 것이다.
축방향의 한쪽 단부에 환상실체(104)를 장착한 앵귤러볼베어링(100)을 2열조합하여 기계 등에 부착한 후(밀실 부착면을 외측으로 향하여 조합하는)는 베어링 사용중에 외부로부터의 이물이나 먼지 등의 칩입 및 봉입그리스의 외부로의 누출을 방지하는 것이 가능하다. 환상실체(104)는 이 실시형태에서는 외륜(101)의 밀실홈(104a)에 밀어넣어 삽입하는 비접촉형(내륜(102)과 비접촉)으로 금속심금(金屬芯金)(105)의 보강타입의 고무실(예를들면, 니트릴고무·아크릴고무나 불소고무)(106)로 하고, 조합단면과 반대측만 환상실체(104)를 장착하여 공간절약화를 도모하는 것이 가능하다.
도 8은, 축방향의 양 단부에 환상실체(104)를 장착한 앵귤러볼베어링(100)을 도시한 것이다.
축방향의 양단부에 환상실체(104)를 장착한 앵귤러볼베어링(100)을 기계 등에 부착한 후는 베어링 사용중에 외부로부터의 이물이나 먼지 등의 침입을 방지하는 동시에 베어링 취급시나 축이나 하우징(housing)에서의 내장시에도 이물이나 먼지 등의 침입 및 봉입그리스의 외부로의 누출을 방지하는 것이 가능해진다. 조합에 대해서는 2열로 모멘트강성을 증가시키기 위해서는 모멘트의 작용점거리를 크게 취할 수 있는 배면조합(도 4 등에서 접촉각이 八자 방향으로 되어 있다)을 채용하는 것이 바람직히다.
또한 강성이 필요한 경우는, 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이 3열 이상 의 다열조합으로 하여도 관계없으며, 어떠한 이유(예를 들면, 베어링 내장시에 미스얼라이먼트(misalignment) 발생을 피할 수 없으며, 베어링의 내부하중 부하를 극력 억제하고 싶은 경우 등)로 모멘트강성을 작게 하고 싶은 경우는 도 11에 도시하는 바와 같이 정면조합(접촉각의 방향이 八자) 등의 배열로 해도 된다.
또한, 모멘트하중이나 양쪽의 앵귤러하중을 부가하기 위해서는 2열 이상의 조합베어링으로 할 필요가 있으나, 하중조건이나 방향에 따라서 사용조건상에서 가능하다면, 단열베어링으로 사용해도 관계없다.
또 본 실시형태에서는 앵귤러볼베어링으로 하고 있지만, 깊은홈 볼베어링 등 기타 볼베어링으로 해도 된다. 환상실체는 도 7 및 도 8에 도시한 비접촉형이 아니라, 접촉형의 금속심금 보강타입의 고무 실(gom seal)(고무재질은 예를 들면 니트릴 고무·아크릴고무나 불소고무)이어도 되며, 외륜(101)의 밀실홈에 코킹(caulking)가공하는 금속실드판이어도 관계없다. 또 환상실체를 내륜(102) 측의 밀실홈에 밀어넣어 삽입하거나, 또는 코킹가공으로 부착하도록 해도 된다(외륜과 접촉 또는 비접촉하는 구조).
내륜(102), 외륜(101) 및 볼(103)의 재료는, 표준적인 사용조건에서는 베어링강(예를 들면, SUJ2, SUJ3 등)으로 하지만, 사용환경에 따라서 내식재료인 스테인레스계 재료(예를 들면, SUS440C 등의 마텐자이트(martensite)계 스테인레스강재나 SUS304 등의 오스테나이트(austenite)계 스테인레스 강재, SUS603 등의 절출(折出)경화계 스테인레스 강재 등), 티탄합금이나 세라믹계 재료(예를 들면, Si3, N4, SiC, Al2O3, ZrO2 등)를 채용해도 된다.
윤활방법도 특별히 한정되지 않고, 일반적인 사용환경에서는 광유계 그리스나 합성유계(예를 들면, 리튬계, 우레아계 등)의 그리스나 오일을 사용할 수 있으며, 고온환경용도 등으로는 불소계 그리스 또는 불소계 오일, 또는 불소계 수지, MoS2 등의 고체윤활제를 사용하는 것이 가능하다.
도 12는, 축방향의 한쪽 단부(조합측 단면과 반대측의 단면)에 환상실체(104)를 장착하고, 또한 볼(103)을 전동가능하게 지지하는 케이지(110)를 구비한 앵귤러볼베어링(100)을 2열 배면조합한 것이다.
케이지(110)로서는, 예를 들면 도 13 내지 도 16a에 도시하는 바와 같이 원환부(111)와, 이 원환부(111)의 일단부에 둘레방향으로 대략 등간격으로 복수개소 축방향으로 돌설된 기둥부(112)와, 각 기둥부(112) 사이에 형성되어 볼(103)을 둘레방향으로 전동가능하게 지지하는 포켓부(113)를 구비한 유연성이 있는 관형 케이지를 채용하고 있다. 케이지(110)의 재질은, 예를 들면 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌술파이드(polyphenylene sulfide) 등의 합성수지재로 하고, 필요에 따라서 합성수지재에 유리섬유나 탄소섬유 등의 보강재를 혼입한 재료를 사용한다.
또 이 실시 형태에서는 베어링의 부하용량이나 강성을 올리기 위하여 서로 인접하는 볼(103) 사이의 원주방향 피치는 극력 작게 하고, 가능한한 볼 수를 많게 하고 있다. 또한, 볼(103)의 축방향피치를 가능한한 조합측단면의 반대측으로 이동하고(도 12: X1>X2), 케이지(110)의 원환부(111)가 베어링조합단면측이 되도록 배 치하고 있으며, 모멘트강성을 올리기 위한 작용점간 거리를 크게 취할 수 있도록 하고 있다.
또한, 총 볼베어링의 경우도, 환상실체의 장착 유무 등, 필요에 따라서 마찬가지로 볼의 축방향피치를 폭 중앙이 아니라, 축방향의 좌우중 어느 한쪽 방향(베어링맞춤단면측, 또는 반대측)으로 이동해도 관계없다.
케이지가 부착된 베어링은, 회전이 1방향의 연속회전이나 큰 모멘트하중이 가해지는 조건 등, 각 볼의 접촉각의 변화에 따른 공전속도의 불균형이 발생하기 쉬운 조건 등에서, 총 볼베어링을 사용한 경우의 볼 사이의 접촉이나 볼 의 막힘이 발생하기 쉬운 용도로 저토오크, 저발열 등의 점에서, 보다 좋은 효과를 발휘한다.
또한, 본 실시형태에서는 포켓부(113)의 입구부에 볼직경보다 약간 작게 해서 걸림부(파친값: パチン代)를 설치하면, 내륜(102) 및 외륜(102)에 내장할 때, 볼(103)의 탈락이 없고 베어링의 조립이 용이하다.
케이지의 형상은, 본 실시형태에 한정되지 않고, 각 볼(103) 사이에 배치하는 세퍼레이터(separator) 타입의 케이지 외에, 어떠한 방식이어도 된다. 또 재료도 합성수지재가 아니라 금속재료여도 관계없다.
또 도 16b는, 도 16a와 기본구조는 같은 관형 케이지이나, 원환부(111)의 적어도 원주방향의 일개소에서 서로 인접하는 포켓부(113) 사이를 미리 절단하여 각 절단면 사이에 소정의 극간을 가지게 한 구조로 하고 있다.
이와 같은 구조를 채용함으로써, 케이지와 내외륜과의 열팽창계수차 및 케이지의 치수정밀도나 진원도의 불균형(특히, 베어링 사이즈가 큰 실시형태와 같은 경 우)에 의해 전동체 피치원직경과 케이지의 피치원직경이 이동한 경우에도 단주(open-sided)형상인 것에 의한 반경방향의 유연성과, 각 절단면사이의 극간에 의한 원주방향의 탄력적 변형(원주방향의 유연성)을 겸비하게 되므로, 볼(103)과 포켓부(113) 사이의 버팀력을 완충하여 케이지의 손상이나 마모를 방지하는 동시에, 볼(103)과 포켓부(113) 내면과의 미끄러짐 접촉저항에 의한 토오크 불균일이나 발열을 보다 경감하는 것이 가능하다.
또 본 발명의 주축선회부용 볼베어링은, 구조상, 사용 볼직경이 작아지기 때문에 케이지의 원환부(111)의 반경방향의 두께는 두껍게 할 수 없으며(도 12에서도 이해가 가능하도록 케이지는 내륜외경과 외륜내경과의 사이의 공극부에 적당한 극간을 배치하여 위치결정시킬 필요가 있으며, 이 내륜외경과 외륜내경과의 사이의 공극부는 볼직경과 대략 비열관계에 있으므로 좁다), 또한 폭이 좁은 구조로 인해 축방향의 간극부도 좁고, 축방향 두께도 얇게 하지 않을 수 없다. 이 때문에 표준사이즈의 베어링보다 케이지의 원환부가 매우 작고, 진원도 등의 치수정밀도를 내기 어려워지므로, 원환부(111)를 도 16b와 같이 한 케이지 구조는 특히 상술한 케이지의 손상이나 마모방지효과 및 토오크블러나 발열의 경감에 관하여 효과를 얻을 수 있다.
또 대상으로 하는 용도는 선회회전이고, 케이지에 원심력이 연속적으로 가해지는 것은 아니다. 따라서, 이들의 용도에 본 발명을 적용하는 경우, 도 16b와 같은 케이지구조로서도 원심력에 의한 악영향은 발생하지 않는다. 또한, 필요에 따라서 원환부(111)의 절단개소는 원주방향에서 2개소 이상으로 해도 관계없다. 이 경우, 절단개소는 가능한한 원주방향에서 등분하는 것이 바람직하다. 또 이들의 볼베어링을 공작기계의 주축선회장치에 적용하는 경우, 강성을 크게 하기 위하여 통상, 예압을 걸어서 사용하지만, 조건에 따라서 또는 그외의 용도 등으로 극간을 가지게 해서 사용해도 된다.
또한, 도 17을 참조하여 전술한 제1의 실시형태의 변형예를 설명한다.
이 변형예에서는 도 1에 도시하는 단열 총 볼의 앵귤러볼베어링으로 구성되는 단열볼베어링(100)의 한쪽 환상실체(120)를 설치하는 동시에, 다수의 볼(103)을 원주방향으로 위치결정하는 케이지(130)를 배설하고 있다.
즉, 도 17에 도시하는 바와 같이 외륜(101) 및 내륜(102)의, 예를 들면 우측의 한쪽 단면에 환상실체(120)를 수용하는 밀실수용홈(121) 및 (122)가 배설되어 있다.
환상실체(120)는 역L자 형상으로 형성한 금속심금(125)으로 보강한 보강타입의 고무실(gom seal)(예를 들면, 니트릴고무·아크릴고무나 불소고무)(126)로 구성되어 있다. 고무실(126)은, 외주부에 외륜(101)과 끼워맞추는 끼워맞춤부(126a)가 형성되고, 내주부에 내륜(102)과 접촉하는 립(lip)부(126b)가 형성되어 있다.
외륜(101)의 밀실수용홈(121)은 외륜(101)의 궤도홈(101a)에 연접하는 경사내주면(101b)의 우단측에 비교적 얕은 단부(121a)와, 이 단부(121a)의 바닥부에 원주방향으로 형성된 환상실체(120)의 끼워맞춤부(126a)를 밀어넣어 삽입하는 얕은 끼워맞춤요부(121b)를 갖는 구성으로 되어 있다. 또 내륜(102)의 밀실수용홈(122) 은, 내륜의 궤도홈(102a)의 좌우양단에 연접하는 원통외주면(102b)에서의 궤도홈(102a) 우측의 우단측에 비교적 깊은 단부(122a)와, 이 단부(122a)의 바닥면을 원주방향으로 형성한 환상실체(120)의 내주면에 형성된 립부(126b)가 접촉하는 얕은 수용요부(122b)를 갖는 구성으로 되어 있다.
또한, 케이지(103)는 볼(103)을 수용하는 포켓부(131)를 협지하여 축방향으로 연장하는 한쌍의 원환상부(132a) 및 (132b)를 가지며, 이들 원환상부(132a) 및 (132b)가 내륜(102)의 원통외주면(102b)을 안내면으로 하여 장착되어 있다.
그리고, 환상실체(120) 측의 원환상부(132b)에는 내륜(102)의 원통외주면(102b)과 밀실수용홈(122)과의 교점에 형성되는 교점에지부(123)와 대향하는 내주면에 교점에지부(123)와의 접촉을 회피하는 단면 반원형의 오목형상홈부(133)가 원주방향으로 형성되어 있다.
이 케이지(130)는 절삭에 의해 제작된 동합금 등의 금속재료, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌술파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone: PEEK) 등의 합성수지재료, 또한 유리섬유나 카본섬유 등의 보강재를 첨가한 보강재혼입 합성수지재료 등으로 제작되어 있다. 케이지(130)를 수지재료로 형성하는 경우에는 절삭성형 및 사출성형 모두 적용하는 것이 가능하다.
이와 같이 케이지(130) 안내면의 우단측에 형성된 교점에지부(123)와 대향하는 내주면에 오목형상홈부(133)가 원주방향으로 형성되어 있으므로, 이 교점에지부(123)가 케이지(130)의 내주면과 접촉하는 것을 확실하게 방지할 수 있으며, 환 상실체(120) 측의 원환상부(132B)의 폭을 넓게 하여 단면적을 크게 함으로써 강도를 확보하면서 케이지(130)의 마모를 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
또 안내면의 일부에 설치된 오목형상홈부(133)에는 그리스윤활의 경우, 그리스를 보관하는 저장부로서의 역할을 다할 수 있고, 나아가 안내면 근방에 위치하기 때문에 안내면에 적당히 윤활유를 공급하는 효과도 있으며, 윤활특성의 면에서도 장기간에 걸쳐서 내마모성을 유지하는 것이 가능하다. 이 효과는 후술하는 도 20에 도시하는 바와 같이 원환상부(132a) 및 (132b)의 쌍방에 오목형상홈부(133) 및 (134)를 형성한 경우에는 더욱 현저해진다.
통상 볼베어링(100)의 적어도 한쪽에 환상실체(120)를 배설하는 경우에는 외륜(101)의 내경면이나 내륜(102)의 외경면을 케이지(130)의 안내면으로 하지만, 이 안내면과 밀실수용홈(122)이 접하는 위치에 교점에지부(123)가 형성되므로, 이 교점에지부(123)와 케이지(130)의 원환상부(132b)와의 접촉에 의한 에지접촉에 의해 케이지(130)가 마모하게 된다.
이 케이지(130)의 마모를 방지하기 위해서는 종래는, 내륜안내로 한 때에 도 18에 도시한 바와 같이 케이지(130)의 교점에지부(123)측에서의 원환상부(132b)의 축방향 길이, 즉 폭을 짧게 하여 원환상부(132b)와 교점에지부(123)가 접촉하지 않도록 하는 것이 고려되고 있다.
그러나, 본 실시예와 같이 폭이 좁은 볼베어링(100)의 경우에는 원환상부(132b)의 폭이 매우 얇아지며, 충분한 강도를 확보하는 것이 불가능하다는 문제가 있다.
이 때문에 도 19에 도시하는 바와 같이 원환상부(132b)의 폭을 길게 해서 강도를 확보할 필요가 있지만, 이 경우에는 상술한 바와 같이 원환상부(132b)의 내주면과 교점에지부(123)가 대향하게 되므로, 볼베어링(100)의 회전중에 케이지(130)가 안내측면 궤도륜에 대해 경사진 경우에 원환상부(132b)의 내주면이 교점에지부(123)에 에지접촉하게되어 케이지(130)가 마모해버린다.
특히 밀실수용홈(121) 및 (122)는 절삭가공후의 열처리면인 것이 많으므로 면조도(面粗度)가 나쁘고, 또한 케이지(130)와 접촉하는 교선부분에는 버(burr)가 형성되기 쉬우므로 마모가 발생하기 쉽다.
또한, 본 발명에 의한 볼베어링(100)은, 구조상, 베어링의 볼 피치원직경에 대하여 볼직경이 매우 작아지므로, 그것에 대응하여 케이지(130)의 원환상부(132b)의 단면도 작아지며, 케이지(130)의 반경방향 강도(원환상부(132b)의 반경방향강도)도 작아진다. 이에 더하여 본 발명에 의한 볼베어링(100)의 용도는 그 사용조건에서 베어링 회전시에 큰 모멘트하중이 부가되기 쉽고, 베어링이 경사지기 쉽다. 그 때문에 각 볼(103)의 접촉각의 변화에 따라 각 볼(103)의 공전속도가 불균형하고, 볼(130)과 포켓부(131)와의 사이의 버팀력에 의한 케이지(130)의 변형도 커지므로, 더욱 더 에지접촉이 쉬워지며 접촉부의 면압도 증가하여 마모가 진행하기 쉽다.
그러나, 상술한 바와 같이 본 실시형태에서는 도 17에 도시하는 바와 같이 케이지(130)의 환상실체(120) 측의 원환상부(132b)의 폭을 넓게 하여 단면적을 증가시키면서 밀실수용홈(122)과 안내면을 이루는 원통외주면(102b)과의 경계부의 교 점에지부(123)에 접촉할 가능성이 있는 부분에 오목형상홈부(133)가 형성되어 있으므로, 케이지(130)가 경사되었다 해도 교점에지부(123)와 오목형상홈부(133)와의 사이에 충분한 간격을 확보할 수 있으므로, 오목형상홈부(133)와 교점에지부(123)의 접촉을 확실히 방지할 수 있으며, 케이지(130)의 마모를 확실히 방지하는 것이 가능하다.
또한, 상기 변형예에서는 볼베어링(100)의 우측에 환상실체(120)를 배설한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고 볼베어링(100)의 우측에 환상실체(120)를 배설하도록 해도 되며, 또한 양측에 환상실체(120)를 배설하도록 해도 된다.
또 상기 변형예에서는 원환상부(132b)에 형성하는 오목형상홈부(133)를 단면반원형상으로 형성한 경우에 대해 설명하였지만. 이것에 한정되는 것이 아니고 단면사각형상, 단면삼각형상, 단면타원형상 등의 교점에지부(123)와의 접촉을 회피할 수 있는 형상이면 임의의 형상으로 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 변형예에서는 환상실체(120)가 내륜 밀실수용홈(122)과 접촉하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고 도 7에 도시하는 내륜 밀실수용홈부(122)와 접촉하지 않는 비접촉 고무실형(금속심금부착)이나 외륜 밀실홈에 코킹(caulking)하는 금속 밀실(seal)을 적용하는 것이 가능하다.
게다가 또 상기 변형예에서는 케이지(130)의 안내면을 내륜(102)의 외주면으로 한 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고 외륜(101)의 내주면을 안내면으로 하도록 해도 된다.
또한, 상기 변형예에서는 케이지(130)의 원환상부(132a) 및 (132b)중 환상실체(120) 측의 원환상부(132b)에 오목형상홈부(133)를 형성한 경우에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고 도 20에 도시하는 바와 같이 환상실체(120)와는 반대측의 원환상부(132a)에도 원환상부(132b)의 오목형상홈부(133)와 각 볼(103)의 중심을 통과하는 수직면을 협지하는 면대칭위치에 오목형성홈부(134)를 설치하도록 해도 된다. 이와 같이 오목형상홈부를 좌우의 원환상부(132a) 및 (132b)에 형성하면, 부착시에 케이지(130)의 오목형상홈부의 형성위치를 확인하는 일이 없고, 임의의 방향에서 부착할 수 있으며, 부착작업을 향상시킬 수 있다.
다음에 도 21을 참조하여 본 발명의 제2의 실시형태에서의 실시형태의 일 예인 공작기계의 주축선회부용 복렬볼베어링을 설명한다.
이 복렬 총 볼 앵귤러볼베어링(200)은 외륜(201)의 복렬궤도홈(201a),(201b)와 내륜(202)의 복렬궤도홈(202a),(202b)와의 사이에 다수의 볼(203)이 전동이 자유롭게 배설되고, 축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2(=(외륜외경D2-내륜내경d2)/2)와의 단면치수비(B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 되어 있으며, 볼피치원직경이 반경방향단면높이의 중앙에 설정되어 있다. 그 이유는 전술한 과제를 해결하는 수단의 항에서 도 30을 참조하여 상세히 설명하였으므로 여기서의 기재는 할애한다.
여기서 이 실시형태에서는 복렬볼베어링(200)을 7940A(접촉각 30°)의 2열조합 앵귤러볼베어링으로 바꾼 경우를 예로 채용한다.
7940A는 내륜내경d: φ200㎜, 외륜외경D: φ280㎜, 축방향단면폭(베어링단체폭): B가 38㎜이므로, 단면치수비(B/H)=0.95이다. 따라서, 본 실시형태의 앵귤러 볼베어링(200)에서는 단면치수비(B2/H2)=0.95(내륜외경 및 외륜외경은 그대로이고, 축방향단면폭(베어링 단체폭: B2를 38㎜로 하였다)로 하고 있다. 이에 따라서 레이디얼하중과 양 방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받는 것은 물론이며, 고정밀도화(고회전정밀도화), 고강성화, 저토오크화 및 저발열화를 도모할 수 있는 동시에 축방향 치수로 1/2의 공간절약화를 도모하는 것이 가능하다.
물론, 필요에 따라서 단면치수비(B2/H2)를 0.95미만 또는 0.95를 넘도록(단, (B2/H2)<1.2) 설정해도 된다. 즉, 앵귤러볼베어링(200)의 접촉각은 예를 들면 30°로 하고 있다.
또한 도 22는 모멘트강성을 올리기 위해 복렬 총 볼 앵귤러볼베어링(200)으로 볼피치원직경을 외경측으로 이동한 예이며, 도 23은, 복렬 총 볼 앵귤러볼베어링(200)으로 각 열의 볼직경이나 볼피치원직경을 변경한 예이고, 도 24는 축방향의 양단부에 환상실체(104)를 장착한 복렬 총 볼 앵귤러볼베어링(200)으로 모멘트강성을 올리기 위한 볼 피치원직경을 외경측으로 이동한 예이다.
어떠한 예의 경우도, 환상실체, 케이지 등의 구조나 장치의 유무 외에 구조에 관한 적용예는, 상기 제1의 실시형태에서 기재한 단열볼베어링에 준한다. 또 상기 제1의 실시형태와 마찬가지로 예압 및 극간 모두의 조건으로 사용해도 된다.
다음에, 본 발명의 제3의 실시형태에서의 실시형태의 일예인 공작기계의 주축선회부, 기타 공작기계, 산업기계, 로봇, 의료기기, 반도체/액정제조장치, 광학 및 옵토일렉트로닉스(optoelectronics)장치 등에 사용되는 볼베어링에 관한 것이며, 특히 레이디얼하중과 양 방향의 액셜하중, 특히 큰 모멘트하중이 부하로서 작 용되는 앵귤러볼베어링을 설명한다. 일반적으로 앵귤러볼베어링에는 깊은홈 볼베어링과 같은 밀실(seal)은 장착되어 있지 않다. 따라서, 예를 들면 도 37에 도시하는 바와 같이 하우징(71)과 축(72)과의 사이에 단열의 앵귤러볼베어링(73A),(73B)을 2열로 병설하고, 내륜(73a)을 스페이서로 구성되는 내륜누름부(74) 및 베어링너트(75)로 고정하는 동시에, 외륜(73b)을 외륜누름부(76)로 고정한 경우, 앵귤러볼베어링(73A),(73B)의 접촉각을 나타내는 접촉점의 법선방향의 연장선(L1)은, 내륜(73a) 및 (73b)의 홈어깨부(73c) 및 (73d)를 통과하며, 축(72) 또는 내륜누름부(74)나 하우징(71), 또는 외륜누름부(76)를 통과하도록 이루어진다.
앵귤러볼베어링(73A)(73B)에 외부하중이 부하로서 부가된 때, 내륜(73a) 및 외륜(73b) 사이에 개장된 볼인 전동체(73e)와 내륜(73a) 및 외륜(73b)의 홈 사이의 접촉부에 발생하는 소위 전동체하중은 도 37에서 화살표로 나타낸 것처럼 접촉각을 나타내는 접촉부의 법선방향으로 전동체(73e)로부터 내륜(73a) 및 외륜(73b)의 홈 접촉각부 사이를 향하여 발생한다. 특히, 모멘트하중의 비율이 큰 경우, 일부의 전동체(73e)(주로 180°대향위치)의 전동체하중이 극단적으로 커진다.
도 37에 도시하는 바와 같이 밀실(seal)을 갖지 않는 앵귤러볼베어링에서는 도 37a에 도시하는 바와 같이 접촉각 30°정도인 경우에는 전동체하중의 방향은 앵귤러볼베어링(73A),(73B)의 쌍방 모두 내륜(73a)의 홈어깨부(73c)를 통과하고, 축(72)의 베어링장착부를 통과하게 되며, 도 37b와 같이 접촉각이 60°정도인 경우에는 전동체하중의 방향은 앵귤러볼베어링(73A)에서는 내륜(73a)의 홈어깨부(73c)를 통과하고, 축(72)의 내륜누름부로 이루어지는 단부(73f)를 통과하게 되며, 앵귤 러볼베어링(73B)에서는 내륜(73a)의 홈어깨부(73c)를 통과하고 내륜누름부(74)를 통과하여 축(72)의 베어링장착부에 도달하게 된다.
이와 같이 밀실을 갖지 않는 앵귤러볼베어링(73A),(73B)에서는 내륜(73a) 및 외륜(73b)이 이들과 접촉하는 축(72)이나 하우징(71) 및 내륜누름부(74)나 외륜누름부(76)에 의해 백업되어 있으므로, 내륜(73a) 및 외륜(73b)의 홈어깨부(73c) 및 (73d)만으로 전동체하중을 부담하는 것이 아니므로, 홈어깨부(73c) 및 (73d)가 형성하는 일은 없으며 전동체하중을 지지하는 것이 가능하다.
이 때문에 일본국 특개2006-105385호 공보(이하, 특허문헌 3이라 칭한다)에 기재되어 있듯이 외륜의 궤도홈과 내륜의 궤도홈 사이에 다수의 볼이 전동이 자유롭게 배설된 단열의 볼베어링에 있어서, 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H와의 단면치수비(B/H)가 (B/H)<0.63으로 하는 폭이 좁은 앵귤러볼베어링에서도 밀실을 설치하지 않은 경우에는 내륜 및 외륜의 홈어깨부만으로 전동체하중을 부담하는 일은 없으며, 홈어깨부가 형성하는 일은 없고 전동체하중을 지지하는 것이 가능하다.
그러나, 일본국 특허문헌 3에 개시되어 있는 폭이 좁은 앵귤러볼베어링으로, 그 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 밀실이 부착된 앵귤러볼베어링으로서 접촉각을 크게 하면, 볼의 접촉부에서의 법선방향의 연장선이 밀실을 수용하는 홈부를 통과하게 되며, 백업되어 있지 않은 내륜의 홈어깨부만으로 전동체하중을 부담하게 되고, 볼과 내륜 및 외륜의 홈어깨부의 탄성변형에 더하여 홈어깨부의 탄성변형이 발생하고, 강성의 저하를 가져온다. 또 전동체하중이 큰 경우에는 홈어깨부에 파단이나 파편이 발생해버리는 등의 미해결 과제가 있다.
그래서, 본 발명의 제3의 실시형태는 상기 종래예의 미해결과제에 착안하여 이루어진 것이고, 밀실을 수납하는 홈 등을 형성한 경우에 내륜 및 외륜의 적어도 한쪽의 홈어깨부만으로 전동체하중을 부담하는 일이 없도록 한 앵귤러볼베어링을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태는 적어도 원주방향의 일부에 내륜홈어깨부보다도 직경이 작은 오목단부가 형성된 내륜, 및 적어도 원주방향의 일부에 외륜홈어깨부보다도 직경이 큰 오목단부가 형성된 외륜의 적어도 한쪽을 구비하고, 상기 외륜의 궤도홈과 상기 내륜의 궤도홈과의 사이에 다수의 볼이 전동이 자유롭게 배설된 폭이 좁은 단열의 앵귤러볼베어링에 있어서, 상기 볼과 상기 외륜 및 내륜의 접촉부에서의 법선방향의 연장선이 상기 오목단부에 간섭하지 않도록 접촉각을 설정한 것을 특징으로 하고 있다.
또 제3의 실시형태에서의 제2의 실시형태는 적어도 원주방향의 일부에 내륜홈어깨부보다도 직경이 작은 오목단부가 형성된 내륜, 및 적어도 원주방향의 일부에 외륜홈어깨부보다도 직경이 큰 오목단부가 형성된 외륜의, 적어도 한쪽을 구비하고, 상기 외륜의 궤도홈과 상기 내륜의 궤도홈과의 사이에 다수의 볼이 전동이 자유롭게 배설된 폭이 좁은 복렬의 앵귤러볼베어링에 있어서, 상기 볼과 상기 외륜 및 내륜의 접촉부에서의 법선방향의 연장선이 상기 오목단부에 간섭하지 않도록 접촉각을 설정한 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 제3의 실시형태에서의 제3의 실시형태는 상기 제1 또는 제2의 실시형태에 있어서, 상기 오목단부는 환상실체를 삽입하는 홈 및 대향하는 밀실 라비린 스(labyrinth)부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
게다가 또, 제3의 실시형태에서의 제4의 실시형태는, 상기 제1 내지 제3중 어느 하나에 관한 실시형태에 있어서, 상기 내륜 및 외륜중 어느 한쪽의 오목단부에 환상실체가 삽입되고, 이 환상실체는 삽입되는 측에 대응하는 내륜 및 외륜의 오목단부에 대하여 접촉 및 비접촉중 어느 하나로 이루어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
여기서 폭이 좁은 앵귤러볼베어링으로서는, 표준 앵귤러볼베어링(78xx, 79xx, 70xx, 72xx, 73xx 시리즈 등)에 적합하지 않는 사이즈, 즉, 적어도 예를 들면 단열앵귤러볼베어링의 경우, 축방향단면폭 B와 반경방향 단면높이 H와의 단면치수비 (B/H)가 (B/H)<0.63으로 하는 폭이 좁은 단열앵귤러볼베어링이고, 복렬앵귤러볼베어링의 경우, 축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2와의 단면치수비 (B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 하는 폭이 좁은 복렬앵귤러볼베어링이다.
또한, 앵귤러볼베어링의 접촉각으로서는 내륜 및 외륜의 홈어깨부의 높이·볼직경과 베어링폭의 비율·밀실홈의 형상이나 크기에 의해 변화하지만, 대략 60°이하, 바람직하게는 50°이하, 더욱 바람직하게는 40°이하가 좋지만, 20°미만인 경우는 허용액셜하중이나 허용모멘트하중을 저하하므로 바람직하지 않다.
제3의 실시형태에 의하면, 폭이 좁은 단열앵귤러볼베어링 및 복렬앵귤러볼베어링의 경우에 볼과 상기 외륜 및 내륜과의 접촉각에서의 법선방향의 연장선이 상기 오목단부에 간섭하지 않도록 접촉각을 설정하였므로, 내륜 및 외륜의 적어도 한쪽의 홈어깨부만으로 전동체하중을 부담하는 것을 확실하게 방지하여 밀실을 갖는 폭이 좁은 앵귤러볼베어링으로, 홈어깨부가 변형하는 일은 없으며 전동체하중을 지지하는 것이 가능하다는 효과가 얻어진다.
이하, 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 38은 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 일예인 단열볼베어링을 설명하기 위한 요부단면도, 도 39는 도 38의 단열볼베어링을 2열조합한 상태를 도시한 요부단면도이다.
제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태의 일예인 단열볼베어링(100)은 도 38에 도시한 바와 같이 외륜(101)의 궤도홈(101a)과 내륜(102)의 궤도홈(102a)과의 사이에 다수의 볼(103)이 전동이 자유롭게 배설된 단열의 앵귤러볼베어링(100)에 있어서, 축방향단면폭 B와 반경방향 단면높이 H(=외륜외경D-내륜내경d)/2)와의 단면치수비 (B/H)를 (B/H)<0.63으로 하고 있다.
여기서 이 실시형태에서는 도 39에 도시한 것과 같이 앵귤러볼베어링(100)을 2열 배면조합으로 하고, 7208A(접촉각 30°)의 2열 조합앵귤러볼베어링과 바꾸는 경우를 예로서 채용한다.
7208A의 앵귤러볼베어링은, 내륜내경 φ40㎜, 외륜외경 φ80㎜, 축방향단면폭(베어링 단체폭)B가 18㎜이므로, 단면치수비 (B/H)=0.9이다. 따라서, 본 실시형태의 앵귤러볼베어링(100)에서는 단면치수비 (B/H)=0.45(내륜내경 및 외륜외경은 그대로이고, 축방향단면폭(베어링단체폭)을 9㎜로 하였다)로 하고 있다. 이에 따라서 레이디얼하중과 양방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받는 것이 가능한 동시에 축방향치수로 1/2의 공간절약화, 저토오크화 및 더욱 더 고강성화를 도모하는 것이 가능하다.
물론, 필요에 따라서 앵귤러볼베어링(100)의 단면치수비(B/H)를 0.45미만 또는 0.45를 넘도록(단 (B/H)<0.63) 설정해도 관계없다.
이와 같이 B/H<0.63으로 하는 이유는 아래와 같다.
도 40 및 도 41은 각각 표준적으로 사용되고 있는 극박막 볼베어링(베어링 내경: φ38.1㎜, 베어링 외경: φ47.625㎜, 베어링 폭: 4.762㎜, 상기 단면치수비 (B/H)=1)를 기준으로 하고, 베어링 외경 및 베어링 폭을 변경하지 않고, 베어링 내경을 변화시킨 경우(즉, (B/H)의 값을 변화시킨 경우)의 내외륜링의 반경방향의 변형특성(도 42 참조: 내륜을 예시) 및 반경방향의 단면 2차모멘트 I(도 43 참조: I=bh3/12로 계산)를 비교한 결과를 도시하고 있다.
또 도 44 및 도 45에 대해서도 각각 표준적으로 사용되고 있는 극박막 볼베어링(베어링 내경: 63.5㎜, 베어링 외경: φ76.2㎜, 베어링 폭: 6.35㎜, 상기 단면치수비(B/H)=1)를 기준으로 하고, 베어링 외경 및 베어링 폭을 변경하지 않고, 베어링 내경을 변화시킨 경우(즉, (B/H)의 값을 변화시킨 경우)의 내외륜링의 반경방향의 변형특성 및 반경방향의 단면 2차모멘트 I를 비교한 결과를 도시하고 있다.
어떤 베어링이라도 (B/H)=0.63미만이고, 강성의 증가율구배(句配)의 변화가 현저하게 나와 있다. 즉, 단면 2차모멘트 I의 증가는 현저해지고, 반경방향의 내외륜링의 변형량의 감소는 포화상태가 된다.
따라서, 본 실시형태에서는 종래의 극박막 베어링에서 문제가 되는 내외륜 제작시의 선반가공이나 연마가공시의 가공력에 의한 베어링 변형을 방지할 수 있고, 진원도나 두께편차 등의 베어링 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또 축이나 하우징에 내장한 경우(특히, 축이나 하우징과 극간 끼워맞춤으로 내장한 경우), 내륜누름부나 외륜누름부 등으로 베어링을 고정한 때의 내외륜의 변형(특히 진원도의 악화)를 억제할 수 있는 동시에. 변형에 의해 발생하는 토오크 불량이나 회전정밀도 불량, 또는 발열증대, 마모나 버닝(burning) 등의 불량을 방지하는 것이 가능하다.
또한, 단열볼베어링은 1열에서는 예압을 걸거나 모멘트하중을 부하하는 것은 곤란하지만, 2열 이상의 다열조합으로 함으로써 레이디얼하중, 액셜하중 및 모멘트하중을 부하하는 것이 가능해진다.
또 각 볼이 내외륜의 궤도홈에 대하여 항상 2점으로 접촉하므로, 4점 접촉볼베어링과 같이 볼이 큰 스핀에 의한 토오크의 증가를 억제할 수 있고, 또한 크로스롤러베어링에 비해 롤링저항이 낮아지므로 저토오크화를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 폭치수가 종래의 표준단열볼베어링의 약 반 정도가 됨으로써 볼직경도 종래의 볼베어링의 반 정도가 되지만, 역으로 1열당의 볼 수가 증가하고 베어링 강성은 종래의 볼베어링에 대하여 증가한다. 또 선회로봇의 암의 커플링 부분 등에 적용하는 경우에는 저속의 요동회전이 대부분이므로 볼직경을 작게 함으로써 베어링의 부하용량이 저하하여도 롤링피로수명시간이 실용상에서 문제가 되는 일은 없다.
그외의 산업기계, 공작기계, 로봇, 의료기기, 반도체/액정제조장치, 광학 및 옵토일렉트로닉스장치 등으로도 회전수가 낮은 용도나 요동회전 용도가 많으므로, 롤링피로수명시간이 문제가 되는 일은 거의 없다.
도 46은, 각종 베어링의 계산모멘트강성의 비교이다. 동일사이즈(계산예는 베어링 명칭 7906A(접촉각 30°) 상당이고, 내외직경 치수가 같은 경우: 내륜내경 φ30㎜, 외륜외경 φ47㎜)에서는 청구항 1에 관한 단열의 폭이 좁은 앵귤러볼베어링(접촉각 30°: 베어링의 계산 예)을 2열 조합하고, 또한 내외륜의 궤도홈 곡률반경(Da는 볼직경)을 변화시킨 본 발명예 A 내지 E는 모든 크로스롤러베어링, 표준 2열 조합앵귤러볼베어링 및 4점 접촉볼베어링에 비해 모멘트강성이 높아지고 있으며, 예를 들면 본 발명예 B는 크로스롤러베어링의 2.4배, 종래의 표준2열 조합앵귤러볼배어링의 1.9배, 4점 접촉볼베어링의 3.3배의 모멘트강성을 유지시키는 것이 가능하다.
또한, 각각의 설계예압 극간은 본 발명예 A 내지 E, 표준 2열 조합 앵귤러볼베어링 및 4점 접촉볼베어링은 -0.010㎜, 크로스롤러베어링은 -0.001㎜로 실용상의 표준적인 값으로서 계산하고 있다.
또 본 실시형태에서의 폭이 좁은 볼베어링의 적정한 볼직경은, 밀실 등의 장착유무에 의해 변화하지만, 강성을 증가시키기 위해 극단적으로 볼직경을 작게 하면 볼과 내외륜의 궤도홈과의 접촉부 사이의 면압이 증가하고, 내압의 흔성이 저하할 우려가 있으므로 대략 베어링 폭(B) 또는 (B2/2)의 30~90%가 바람직하다.
그리고 본 실시형태에서는 단열볼베어링(100)의 한쪽에 환상실체(120)를 설 치하는 동시에 다수의 볼(103)을 원주방향으로 위치결정하는 케이지(130)를 배설하고 있다.
즉, 도 38에 도시한 바와 같이 외륜(101) 및 내륜(102)의 예를 들면, 우측의 한쪽 단면에 환상실체(120)를 수용하는 밀실수용홈(121) 및 (122)가 배설되어 있다.
환상실체(120)는 역L자 형상으로 형성한 금속심금(125)으로 보강한 보강타입의 고무실(예를 들면 니트릴고무·아크릴고무나 불소고무)(126)로 구성되어 있다. 고무실(126)은 외주부에 외륜(101)과 끼워맞추는 끼워맞춤부(126a)가 형성되고, 내주부에 내륜(101)과 접촉하는 립부(126b)가 형성되어 있다.
외륜(101)의 밀실수용홈(121)은, 외륜(101)의 궤도홈(101a)에 연접하는 경사내주면(101b)의 우단측에 비교적 얕은 단부(121a)와, 이 단부(121a)의 바닥부에 원주방향으로 형성된 환상실체(120)의 끼워맞춤부(126a)를 밀어넣어서 삽입하는 얕은 끼워맞춤요부(121b)를 갖는 구성으로 되어 있다.
또 내륜(102)의 밀실수용홈(122)은 내륜의 궤도홈(102ㅁ)의 우측양단에 연접하는 원통외주면(102b)에서의 궤도홈(102a)의 우측의 홈어깨부(102c)의 우단측에 비교적 깊은 단부(122a)와, 이 단부(122a)의 바닥면에 원주방향으로 형성한 환상실체(120)의 내주면에 형성된 립부(126b)가 접촉하는 얕은 수용요부(122b)를 갖는 구성으로 되어 있다.
또한, 케이지(130)는 볼(103)을 수용하는 포켓부(131)를 협지하여 축방향으로 연장하는 한쌍의 원환상부(132a) 및 (132b)를 가지며, 이들 원환상부(132a) 및 (132b)가 내륜(102)의 원통외주면(102b)를 안내면으로 하여 장착되어 있다.
그리고, 환상실체(120) 측의 원환상부(132b)에는 내륜(102)의 원통외주면(102b)와 밀실수용홈(122)과의 교점에 형성되는 교점에지부(123)와 대향하는 내주면에 교점에지부(123)와의 접촉을 회피하는 단면반원형의 오목형상홈부(133)가 원주방향으로 형성되어 있다.
이 케이지(130)는 절삭에 의해 제작된 동합금 등의 금속재료, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌술파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등의 합성수지재료, 또는 유리섬유나 카본섬유 등의 보강재를 첨가한 강화재혼입합성수지재료 등으로 제작되어 있다. 케이지(130)를 수지재료로 형성하는 경우에는 절삭성형 및 사출성성 모두를 적용하는 것이 가능하다.
이와 같이 케이지(130)의 안내면의 우단측에 형성된 교점에지부(123)와 대향하는 내주면에 오목형상홈부(133)가 원주방향으로 형성되어 있으므로, 이 교점에지부(123)가 케이지(130)의 내주면과 접촉하는 것을 확실히 방지할 수 있고, 환상실체(120)측의 원환상부(132b)의 폭을 넓게 하여 단면적을 크게 함으로써 강도를 확보하면서 케이지(130)의 마모를 확실히 방지하는 것이 가능하다.
또 안내면의 일부에 설치된 오목형상홈부(133)에는 그리스윤활의 경우, 그리스를 보관하는 저장부로서의 역할을 다할 수 있고, 더하여 안내면 근방에 위치하기 때문에 안내면에 적당히 윤활유를 공급하는 효과도 있으며, 윤활특성의 면에서도 장기간에 걸쳐서 내마모성을 유지하는 것이 가능하다. 이 효과는 후술하는 도 49에 도시하는 것과 같이 원환상부(132a) 및(132b)의 쌍방에 오목형상홈부(133) 및 (134)를 형성한 경우에는 보다 현저해진다.
통상, 볼베어링(100)의 적어도 한쪽에 환상실체(120)를 배설하는 경우에는 외륜(101)의 내경면이나 내륜(102)의 외경면을 케이지(130)의 안내면으로 하지만, 이 안내면과 밀실수용홈(122)이 접하는 위치에 교점에지부(123)가 형성되므로, 이 교점에지부(123)와 케이지(130)의 원환상부(123b)와의 접촉에 의한 에지접촉에 따라서 케이지(130)가 마모하게 된다.
이 케이지(130)의 마모를 방지하기 위해서는 종래에는 내륜안내로 한 때에 도 47에 도시하는 것과 같이 케이지(130)의 교점에지부(123) 측에서의 원환상부(132b)의 축방향 길이, 즉 폭을 짧게 하여 원환상부(132b)와 교점에지부(123)가 접촉하지 않도록 하는 것을 고려하고 있다.
그러나, 본 실시예와 같이 폭이 좁은 볼베어링(100)의 경우에는 원환상부(132b)의 폭이 매우 얇아지며, 충분한 강도를 확보할 수 없다는 문제가 있다.
그 때문에 도 48에 도시하는 것과 같이 원환상부(132b)의 폭을 길게 하여 강도를 확보할 필요가 있지만, 이 경우에는 상술한 것과 같이 원환상부(132b)의 내주면과 교점에지부(123)가 대향하게 되므로, 볼베어링(100)의 회전중에 케이지(130)가 안내측 궤도륜에 대하여 경사한 경우에 원환상부(132b)의 내주면이 교점에지부(123)에 에지접촉하게 되어 케이지(130)가 마모해 버린다.
특히 밀실수용홈(121) 및 (122)은 절삭가공 후의 열처리면인 것이 많으므로 면조도가 나쁘고, 또한 케이지(130)와 접촉하는 교선부분에는 버(burr)가 형성되기 쉬우므로 마모가 발생하기 쉽다.
또한, 본 발명에 의한 볼베어링(100)은, 구조상, 베어링의 피치원직경에 대하여 볼직경이 매우 작아지므로, 그것에 대응하여 케이지(130)의 원환상부(132b)의 단면도 작아지며, 케이지(130)의 반경방향 강도(원환상부(132b)의 반경방향강도)도 작아진다. 이것에 더하여, 본 발명에 의한 볼베어링(100)의 용도는 그 사용조건에서 베어링 회전시에 큰 모멘트하중이 부가되기 쉽고, 베어링이 경사지기 쉽다. 그때문에 각 볼(103)의 접촉각의 변화에 따라 각 볼(103)의 불균형, 볼(130)과 포켓부(131) 사이의 버팀력에 의한 케이지(130)의 변형도 커지므로, 또한 에지접촉이 쉬워져서 접촉부의 면압도 증가하여 마모가 진행하기 쉽다.
그러나, 상술한 것과 같이 본 실시형태에서는 도 38에 도시하는 것과 같이 케이지(130)의 환상실체(120)측에서의 원환상부(132b)의 폭을 넓게 하여 단면적을 증가시키면서 밀실수용홈(122)과 안내면이 이루어지는 원통면(102b)과의 경계부의 교점에지부(123)에 접촉할 가능성이 있는 부분에 오목형상홈(133)이 형성되어 있으므로, 케이지(130)가 경사졌다 하여도 교점에지부(123)와 오목형상홈(133)과의 충분한 간격을 확보할 수 있으므로, 오목형상홈(133)과 교점에지부(123)와의 접촉을 확실하게 방지할 수 있으며, 케이지(130)의 마모를 확실하게 방지하는 것이 가능하다. 또 본 실시형태에서는 볼(103)의 외륜(101)의 궤도홈(101a)에 접촉하는 접촉부(P1) 및 내륜(102)의 궤도홈(102a)에 접촉하는 접촉부(P2)에서의 법선방향의 연장선(L1)이 수용요부(122b)와 간섭하는 일이 없도록 접촉각 30°로 설정되어 있다. 이 때문에 연장선(L1)과 평행으로 수용요부(122b)와 접하는 평행선(L2)와의 거리 △가 △>0으로 되어 있다. 여기서 접촉각 θ은 내륜 및 외륜의 홈어깨부의 높이· 볼직경과 베어링 폭의 비율·밀실의 수용요부(122b)의 형상이나 크기에 따라서 변화하지만, 대략 60°이하, 바람직하게는 50°이하, 더욱 바람직하게는 40°이하가 좋지만, 20°미만인 경우는 허용액셜하중이나 허용모멘트하중이 저하하므로 바람직하지 않다.
이와 같이 접촉각 θ을 설정함으로써, 전동체하중의 부가방향이 이루어지는 접촉부(P1) 및 (P2)의 법선방향의 연장선(L1)이 환상실체(120)를 수납하는 수용요부(122b)에 대하여 거리 △(>0)만큼 이간된 위치를 통과하게 되며, 전동체하중을 내륜의 홈어깨부만으로 부담하는 것을 확실하게 방지하여 도 38에서 쇄선도시의 내륜누름부(140)로 백업되는 내륜(102) 및 내륜(102)에 끼워져서 삽입된 축(도시하지 않음)으로 전동체 하중을 받을 수 있으며, 홈어깨부(102c)가 변형하여 강성의 저하를 일으키는 일이 없이 전동체 하중을 받을 수 있다. 따라서 폭이 좁은 앵귤러볼베어링에서 큰 모멘트하중을 부가된 경우에도 홈어깨부(102c)로 파단이나 파편이 발생하는 일이 없으며, 베어링수명을 장기화하는 것이 가능하다. 또한, 상기 실시형태에서는 볼베어링(100)의 우측에 환상실체(120)를 배설한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니며 볼베어링(100)의 우측에 환상실체(120)를 배설하도록 해도 되고, 또한 양측에 환상실체(120)를 배설하도록 해도 된다.
또 상기 변형에에서는 원환상부(132b)에 형성하는 오목형상홈(133)을 단면반원형상으로 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고 단면사각형상, 단면삼각형상, 단면타원형상 등의 교점에지부(123)와의 접촉을 회피할 수 있는 형상이면 임의의 형상으로 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 변형예에서는 환상실체(120)가 내륜 밀실수용홈(122)과 접촉하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 도 50에 도시하는 내륜 밀실수용홈(122)과 접촉하지 않는 비접촉 고무실형(금속심금부착)이나 외륜 밀실홈에 코킹하는 금속실을 적용하는 것이 가능하다.
게다가 또 상기 실시형태에서는 케이지(130)의 안내면을 내륜(102)의 외주면으로 한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고 외륜(101)의 내주면을 안내면으로 하도록 해도 된다.
더욱이 상기 실시형태에서는 케이지(130)의 원환상부(132a) 및(132b) 중 환상실체(120)측의 원환상부(132b)에 오목형상홈(133)을 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 도 49에 도시한 바와 같이 환상실체(120)와는 반대측의 원환상부(132a)에도 원환상부(132b)의 오목형상홈(133)과 각 볼(103)의 중심을 통과하는 수직면을 협지하는 면대칭 위치에 오목형상홈부(134)를 설치하도록 해도 된다. 이와 같이 오목형상홈부를 좌우의 원환상부(132a) 및 (132b)에 형성하면, 부착시에 케이지(130)의 오목형상홈부의 형성위치를 확인하는 일이 없으며 임의의 방향에서 부착하는 것이 가능하고, 부착작업을 향상시키는 것이 가능하다.
또 케이지는 본 실시예 이외에 도 51에 도시한 바와 같이, 축방향의 한쪽 단부(조합측 단면과 반대측 단부)에 환상실체(104)를 장착하고, 또한 볼(103)을 전동가능하게 지지하는 케이지(100)를 구비한 앵귤러볼베어링(100)를 2열 배면조합한 경우에, 도 52 및 도 53에 도시한 바와 같이 원환부(111)와, 이 원환부(111)의 일 단부에 원주방향으로 대략 등간격으로 복수개소 축방향으로 돌설된 기둥부(112)와, 각 기둥부(112) 사이에 형성되어 볼(103)을 둘레방향으로 전동가능하게 지지하는 포켓부(113)를 구비한 유연성이 있는 내륜외경면, 외륜내경면을 안내면으로 하지 않는 단주형 링구조의 케이지 즉, 내륜·외륜과 비접촉이 되는 볼 안내 관형케이지(110)를 채용해도 된다. 이와 같이 단열볼베어링을 2열 조합한 경우에는 도 51에 도시한 바와 같이 볼(103)의 축방향 피치를 가능한한 조합측 단면의 반대측으로 이동하면 (X1>X2), 케이지 링부의 축방향 두께가 두꺼워지는 구조로 되며, 또한 모멘트강성을 올기기 위한 작용점간 거리를 크게 취하는 것이 가능하다. 또 케이지가 없는 총 볼의 앵귤러볼베어링을 적용해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 볼(103)의 피치원직경은 다음 식 ⑷와 같이 하고 있지만, 베어링 1열당의 볼 수를 증가하여 더욱 모멘트강성을 증가시키고 싶은 경우는, 다음 식⑸을 채용하여 볼(103)의 피치원직경을 외륜측으로 이동한 구조로 해도 되며, 필요에 따라서 다음 식 ⑹을 채용하여 역으로 볼(103)의 피치원직경을 내륜(102)측으로 이동해도 된다(도시하지 않음).
볼의 피치원직경=(내륜내경+외륜외경)/2 …⑷
볼의 피치원직경>(내륜내경+외륜외경)/2 …⑸
볼의 피치원직경<(내륜내경+외륜외경)/2 …⑹
또 필요에 따라서 조합되는 좌우의 볼베어링의 볼피치원직경을 동일 값으로 하지 않아도 되며, 조합되는 좌우의 볼베어링의 볼(103)의 직경을 동일값으로 하지 않아도 된다. 더하여 조합하는 2개의 볼베어링의 단면치수비 (B/H)는 동일하지 않고, 예를 들면 볼직경이 작은 쪽을 (B/H)=0.28, 볼직경이 큰 쪽을 (B/H)=0.62로 해도 관계없다. 또한, 볼(103)의 축방향 피치도 축방향 중심이 아니어도 되며, 밀실이나 케이지의 장착유무나 모멘트의 작용점간 거리의 확보 등을 위하여 볼(103)의 축방향 피치를 축방향으로 이동해도 된다.
다음에 도 54를 참조하여 제3의 실시형태에서의 제2의 실시형태의 일예인 복렬앵귤러볼베어링을 설명한다.
이 복렬앵귤러볼베어링(200)은 외륜(201)의 복렬궤도홈(201a),(201b)과 내륜(202)의 복렬궤도홈(202a),(202b)와의 사이에 다수의 볼(203)이 전동이 자유롭게 배설되고, 축방향단면폭 B2와 반경방향단면높이 H2(=(외륜외경D2-내륜내경d2)/2)와의 단면치수비(B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 되어 있으며, 볼피치원직경이 반경방향단면높이의 중앙에 설정되어 있다.
그리고, 외륜(201) 및 내륜(202)의 좌우측면에 각각 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태와 같은 밀실수용홈(121) 및 (122)가 형성되고, 이들 밀실수용홈(121) 및 (122)에 환상실체(120)가 좌우대상에 수용되어 있다.
여기서 이 실시의 형태에서는 복렬볼베어링(200)을 7208A(접촉각 30°)의 2열조합 앵귤러볼베어링과 교체한 경우를 예로 채용한다.
7208A는, 내륜내경 φ40㎜, 외륜외경 φ80㎜, 축방향단면폭(베어링 단체폭): B가 18㎜이므로, 단면치수비(B/H)=0.9이다. 따라서, 본 실시형태의 앵귤러볼베어링(200)에서는 단면치수비(B2/H2)=0.90(내륜내경 및 외륜외경은 그대로이고, 축방 향단면폭(베어링 단체폭): B2를 18㎜로 하였다)로 하고 있다. 이에 따라, 레이디얼하중과 양방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받는 것이 가능함은 물론이며, 축방향 치수로 1/2의 공간절약화, 저토오크화, 또한 고강성화를 도모하는 것이 가능하다.
물론, 필요에 따라서 단면치수비(B2/H2)를 0.90미만 또는 0.90을 넘도록(단, (B2/H2)<1.2) 설정해도 된다.
그리고, 앵귤러볼베어링(200)의 접촉각은, 전술한 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태와 마찬가지로 예를 들면 30°로 설정되고, 볼(203)의 외륜(201) 및 내륜(202)의 궤도홈(201a),(201b) 및 (202a),(202b)와의 접촉부(P1) 및 (P2)의 법선방향의 연장선(L1)이 수용요부(122b)에 대하여 소정거리 △(>0)만큼 이간된 위치를 통과하도록 설정되어 있다.
이 제3의 실시형태에서의 제2의 실시형태에서도 접촉부(P1) 및 (P2)의 법선방향의 연장선(L1)이 밀실수용홈(122)의 수용요부(122b)에 대하여 간섭하는 일이 없도록 접촉각 θ이 설정되어 있으므로, 큰 전동체하중이 부가된 때에 이 전동체하중을 홈어깨부만으로 부담하는 일은 없으며, 내륜누름부로 백업된 내륜(202) 및 이것에 끼워져서 삽입되는 축(도시하지 않음)에서 받는 것이 가능하고, 홈어깨부의 변형을 억제하여 홈어깨부의 파단이나 파편을 확실하게 방지하는 것이 가능하며, 폭이 좁은 복렬앵귤러볼베어링의 수명을 장기화하는 것이 가능하다
또한, 이 제3의 실시형태에서의 제2의 실시형태에서도 모멘트강성을 올리기 위하여 복렬앵귤러볼베어링(200)에서 볼피치원직경을 외경측으로 이동하거나, 복렬앵귤러볼베어링(200)에서 각 열의 볼직경이나 볼 피치원직경을 변경하여도 된다.
또 케이지가 없는 복렬 총 볼 앵귤러볼베어링이어도 된다.
어떠한 예의 경우도, 환상실체, 케이지 등의 구조나 장착의 유무 외에 구조에 관한 적용 예는 상기 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태에서 기재한 단열 볼 베어링에 준한다. 또 상기 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태와 마찬가지로 예압 및 극간의 모든 조건으로 사용해도 된다.
또 상기 제3의 실시형태에서의 제1의 실시형태에 있어서는, 내륜(102) 측의 홈어깨부(102c)에 연접하여 환상실체(120)를 수용하는 끼워맞춤요부(121b) 및 수용요부(122b)를 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 도 38에서 볼(103)의 중심을 통과하는 수직선으로 좌우반전시킨 형상으로 하여 외륜(101) 및 내륜(102)의 홈 어깨부에 연접하여 환상실체(120)를 수용하는 수용요부를 형성한 경우에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 여기서, 환상실체(120)는 좌우 양측에 설치하도록 해도 된다.
또한, 상기 제3의 실시형태에서의 제1 및 제2의 실시형태에 있어서는, 환상실체(120)를 수용하는 끼워맞춤요부(121b) 및 수용요부(122b)가 원주방향의 전주에 걸쳐서 형성되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니며 원주방향의 일부에 오목단부가 형성되어 있는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있는 것이다. 게다가 또 오목단부로서는 환상실체(120)를 수용하기 위한 것에 한정되지 않고, 임의의 용도로 사용하는 오목단부를 적용하는 것이 가능하다.
다음에, 본 발명의 제4의 실시형태의 일예인 공작기계의 주축선회부나 회전테이블, 산업기계, 로봇의 관절부나 선회기구부, 의료기기, 반도체/액정제조장치, 광학 및 옵토일렉트로닉스(optoelectronics)장치에 사용되는 조합 볼베어링이나 복렬볼베어링에 관한 것이며, 특히 레이디얼하중과 양방향의 액셜하중, 특히 큰 모멘트하중이 부하로서 작용되는 용도에 사용되는 볼베어링을 설명한다.
통상, 볼베어링, 예를 들면 깊은홈 볼베어링 등에서는 도 55에 도시한 바와 같이, 내륜(82) 및 외륜(81)의 궤도면 사이에 볼(83)이 회전이 자유롭게 협지되고, 봉입그리스의 유지 및 외부로의 누출방지, 또는 외부로부터 베어링 내부로의 이물침입방지 등의 목적으로 내륜(82) 및 외륜(81) 사이의 축방향단면에 실(85)을 장착하고 있다. 또 볼(83)을 확보하는 볼 안내케이지(84)로서는 도 56에 도시한 바와 같이 링부(86a)에 소요 수의 포켓부(86b)를 형성한 관형(단주형 링구조)의 볼 안내 합성수지 케이지가 표준적으로 채용되어 있다.
이 볼 안내 케이지(84)는 도 56에 도시한 바와 같이, 통상, 볼(83)을 지지하는 포켓 내면(86c)은 볼(83)의 곡률보다 약간 큰 곡률을 가진 구면형상으로 형성되어 있고, 케이지(84)의 반경방향의 이동량은 도 57에도시한 바와 같이, 볼(83)과 포켓내경측단면 사이의 극간 △R1, 또는 볼(83)과 포켓외경측단면 사이의 극간 △R2중의 어느 하나의 작은 쪽에서 위치결정된다.
또 케이지(84)의 축방향의 이동량은 도 58에 도시한 바와 같이, 한쪽 방향은 링측 포켓내면(86c)과 볼(83)과의 극간 △S1에서 위치결정되고, 다른 한쪽 방향은, 포켓기둥부(86d)의 선단에 형성한 볼걸림부(86e)와 볼(83)과의 극간 △S2에 의해 위치결정된다.
또 케이지(84)는 통상, 사출성형으로 제작되지만, 몰딩으로부터 케이지를 분리할때는 축방향으로 이형하는 구성(소위 액셜 드로우(axial draw)몰딩)으로 이루어져 있다. 이때 포켓면의 내경 φd와, 한쌍의 볼걸림부(86e) 사이의 거리, 즉 입구치수 H와의 관계가 φd>H가 되므로, 이형시에 볼걸림부(86e)는 포켓을 형성하기 위한 성형몰딩부재(구면형상의 부재)가 통과할 때 변형을 수반한다. 소위 무리(無理)를 제외한 성형을 취하지 않을 수 없다.
따라서, 볼걸림부(86e)는 이형시에, 파손이나 균열 또는 기능상 문제가 되는 큰 소성변형을 남기지 않는 유연성을 유지하는 것이 필요하다.
또 볼걸림부(86e)는 그 대향하는 볼걸림부(86e) 사이의 립부 외경 H에 대한 볼직경 φDa가 φDa>H의 관계에도 있으며, 베어링에 케이지(84)를 내장할 때, 즉 볼(83)을 포켓부(86b)에 삽입할 때에 볼걸림부(86e) 사이를 통과할 때도 볼걸림부(86e)의 파손이나 균열 등이 발생하지 않는 것을 필요하고, 내장 후는 케이지(84)가 축방향으로 볼(83)에서 이탈하지 않는 구조로 하고 있다.
통상의 일반적인 회전조건에서는 케이지(84)가 볼(83)로부터 이탈할 가능성은 적지만, 베어링 회전중의 진동이 큰 조건, 또는 모멘트하중이나 기타 요건에 의한 외륜(81) 및 내륜(82) 사이의 경사 등으로 케이지(84)의 볼걸림부(86e)에 편하중이 가해지는 용도에서는 이탈하기 쉬어지므로, 케이지(84)의 축방향의 탈락(이탈)을 억제하는 강도를 유지하는 것이 필요하다.
가령, 적어도 일부의 포켓부(86b)에서 축방향으로 볼(83)이 이탈한 경우, 원 주방향의 서로 인접하는 볼끼리가 접촉하고, 볼 사이의 미끄럼접촉에 의해 발열이 발생하거나 마모가 발생하며, 경우에 따라서는 버닝·볼의 파손에 이른다. 케이지(84)에도 탈락개소의 편당에 의해 손모(損耗)나 파편이 발생하는 등의 불량이 생긴다.
상술한 바와 같은 용도에서, 양자의 상반하는 요구를 만족하기 위해서는 적정한 케이지 수지재료의 선정·유리섬유 등의 강화재의 함유량의 선정이나 최적인 볼걸림부(863)의 입구치수 H의 선정 등, 최종적인 사양설계확립에 이르기까지지는 몇가지의 문제점을 해결할 필요가 있다.
한편, 앵귤러볼베어링의 경우, 도 59 및 도 60에 도시하는 바와 같이 일반적으로는 양측 링구조의 소위 기계가공된 케이지(87)가 사용되는 일이 많지만, 최근 일본국 특개2004-333588호 공보(이하, 특허문헌 4라 칭한다)에 나타난 바와 같이 폭이 좁은 볼베어링의 경우에는, 볼베어링의 축방향의 폭을 보다 좁게 하기 위한 방책으로서 관형 단주형 링구조의 볼안내 케이지가 제안되어 있다.
그러나, 일본국 특허문헌 4에 개시되어 있는 폭이 좁은 앵귤러볼베어링에서는 축방향의 공간절약화의 목적으로 베어링의 축방향 폭을 좁게 한다는 이유로, 특히 볼직경이 작아질 수밖에 없으며, 케이지의 단면두께도 얇고, 링부의 원환강도가 작아져서 케이지가 변형하기 쉽기 때문에 상술한 축방향에서의 케이지의 이탈이 발생하기 쉽다는 미해결과제가 있다.
특히 상술한 용도에서는 큰 모멘트하중이 부하로서 작용하여 운전하는 경우가 많고, 각 볼의 부하하중의 불균형에 의해 각 볼 공전속도에 차이가 발생하며, 그 결과 케이지로의 편하중이 가해져서 케이지가 변형, 볼걸림부에서의 하중부하에 의해 케이지가 축방향으로 이탈할 가능성이 우려된다. 케이지강도를 극단적으로 크게 하면, 상술한 바와 같이 성형몰딩으로부터의 이형시나 케이지 내장시에서의 볼의 결림부 통과시의 변형하중에 의해 걸림부의 파손이나 균열의 발생이나 소성변형을 발생시켜 버린다.
그래서, 본 발명의 제4의 실시형태는 상기 종래예의 미해결과제에 착안하여 이루어진 것이고, 축방향의 에너지절약화의 목적으로 관형케이지를 채용한 경우에, 케이지의 축방향의 이탈을 발생시키는 일이 없는 동시에, 볼의 마모나 손상 및 케이지ㅇ를 손상시키는 일이 없이 안정된 회전성능을 발휘하는 것이 가능한 볼베어링을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제1의 실시형태에 관한 조합볼베어링은 폭이 좁은 볼베어링을 2열조합하여 구성되고, 각 폭이 좁은 볼베어링은 한쪽에 링부를 가지며, 이 링부의 다른 쪽에 볼을 지지하는 소요수의 포켓부를 형성한 관형의 볼안내 케이지를 그 링부측을 조합면측에 배치하여 이루어지는 조합볼베어링으로서, 상기 포켓부는 상기 링부와는 반대측의 선단부에 형성한 볼의 누출을 방지하는 볼걸림부를 가지고, 상기 포켓부의 곡률중심과 상기 볼걸림부 선단과의 축방향 거리에 대하여 상기 포켓부의 곡률중심과 볼 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지에서의 링부 단부 사이의 축방향 극간에, 상기 포켓부의 포켓면과 볼과의 축방향 극간을 더한 값이 작아지도록 설정한 것을 특징으로 하고 있다.
또 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제2의 실시형태에 관한 조합 볼베어링은, 상기 제1의 실시형태에 관한 발명에 있어서, 상기 볼 안내케이지는 합성수지재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제3의 실시형태에 관한 조합볼베어링은 상기 제1 또는 제2의 실시형태에 관한 발명에 있어서, 상기 각 폭이 좁은 볼베어링은, 상기 볼 안내케이지의 링부측과 볼을 통하여 반대측에서의 내외륜 축방향 단면부에 환상실체가 배설되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
게다가 또, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제4의 실시형태에 관한 조합볼베어링은, 상기 제3의 실시형태에 관한 발명에 있어서, 상기 환상실체는 상기 폭이 좁은 볼베어링의 외륜 및 내륜의 적어도 한쪽에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
더욱이, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제5의 실시형태에 관한 복렬볼베어링은, 폭이 좁은 복렬볼베어링의 구성을 가지며, 각각의 열에는 한쪽에 링부를 갖고, 이 링부의 다른쪽에 볼을 지지하는 소요수의 포켓부를 형성한 관형의 볼 안내케이지를 그 링부측을 베어링의 축방향 내측에 대향시켜서 배치하여 이루어지는 복렬볼베어링으로서, 상기 포켓부는 상기 링부와는 반대측의 선단부에 형성한 볼의 누출을 방지하는 볼걸림부를 가지며, 상기 포켓부의 곡률중심과 상기 볼걸림부 선단과의 축방향 거리에 대하여, 상기 포켓부의 곡률중심과 볼 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지에서의 링부 단부 사이의 축방향 극간에, 상기 포켓부의 포켓면과 볼과의 축방향 극간을 더한 값이 작아지도록 설정한 것을 특징 으로 하고 있다.
또 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제6의 실시형태에 관한 복렬볼베어링은, 상기 제4의 실시형태에서의 상기 볼 안내케이지는 합성수지재료로 성형되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제7의 실시형태에 관한 복렬볼베어링은, 상기 제5 또는 6의 실시형태에 있어서, 상기 복렬볼베어링은 상기 볼 안내케이지의 링부측과 볼을 통하여 반대측에서의 내외륜 축방향 단면부에 환상실체가 배설되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제8의 실시형태에 관한 복렬볼베어링은 상기 제7의 실시형태에 있어서, 상기 환상실체는 상기 폭이 좁은 볼베어링의 외륜 및 내륜의 적어도 한쪽에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제4의 실시형태에 의하면, 폭이 좁은 볼베어링을 2열 조합한 조합베어링, 또는 폭이 좁은 복렬볼베어링에 있어서, 상기 포켓부의 곡률중심과 상기 볼걸림부 선단과의 축방향 거리에 대하여, 상기 포켓부의 곡률중심과 볼 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지에서의 링부 단부 사이의 축방향 극간에, 상기 포켓부의 포켓면과 볼과의 축방향 극간을 더한 값이 작아지도록 설정하였으므로, 모멘트하중에 의한 내외륜경사 등으로 케이지가 축방향으로 이동한 경우에 조합한 다른 쪽 베어링의 케이지 단면에 접촉함으로써, 볼의 대경부가 볼걸림부를 넘기까지 이동하는 일이 없어지므로, 볼 및 케이지가 상대적으로 탈락하는 것을 확실하게 방지하는 것이 가능하다는 효과가 얻어진다.
이하, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 61은, 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제1의 실시형태를 도시하는 단열볼베어링을 2열 조합한 상태를 도시하는 요부단면도, 도 62는, 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도, 도 63은 단면치수비 (B/H)와 단면 2차모멘트 I와의 관계를 도시하는 그래프도, 도 64는 내륜의 반경방향의 변형량을 설명하기 위한 설명도, 도 65는 내륜의 단면 2차모멘트의 계산방법을 설명하기 위한 설명도, 도 66은 단면치수비 (B/H)와 반경방향의 내외륜의 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도, 도 67은 단면치수 (B/H)와 단면 2차모멘트 I와의 관계를 도시하는 그래프도, 도 68은 각종 베어링에서의 계산모멘트강성의 비교를 도시하는 그래프도, 도 69는 볼 안내케이지를 도시하는 단면도, 도 70은 케이지를 직경방향 내측에서 본 부분사시도, 도 71은 도 69의 화살표 Y방향에서 본 사시도, 도 72는 도 69의 Z-Z선 단면도, 도 73은 케이지가 축방향으로 이동한 경우의 작용을 설명하는 설명도, 도 74는 도 69의 화살표 X축방향에서 본 사시도이다.
본 발명의 조합베어링(100)은 도 61에 도시하는 바와같이 2개의 단열앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)를 접촉각이 八자 모양을 나타내도록 2열 배면조합한 구성을 갖는다.
여기서 단열앵귤러볼베어링(300A) 및(300B)의 각각은 도 61에 도시하는 바와 같이, 외륜(301)의 궤도홈(301a)과 내륜(302)의 궤도홈(302a)와의 사이에 다수의 볼(303)이 전동이 자유롭게 배설된 폭이 좁은 베어링의 구성을 갖는다.
또 내륜(302), 외륜(301) 및 볼(303)의 재료는 표준적인 사용조건에서는 베어링강(예를 들면, SUJ2, SUJ3 등)으로 하지만, 사용환경에 따라서 내식재료인 스테인레스계 재료(예를들면, SUS440C 등의 마텐자이트(martensite)계 스테인레스강재나 SUS304 등의 오스테나이트(austenite)계 스테인레스 강재, SUS630 등의 절출(折出)경화계 스테인레스강재 등), 티탄합금이나 세라믹계 재료(예를 들면, Si3N, SiC, Al2O3, ZrO2 등)을 채용해도 된다.
윤활방법도 특별히 한정되지 않고, 일반적인 사용환경에서는 광유계 그리스나 합성유계(예를들면, 리튬계, 우레아계 등)의 그리스나 오일을 사용할 수 있고, 고온환경 용도 등에서는 불소계 그리스 또는 불소계 오일, 또는 불소수지, MoS2 등의 고체윤활제를 사용하는 것이 가능하다.
또 폭이 좁은 베어링이라는 것은, 국제표준화기구(ISO)에서 규정되어 있는 표준앵귤러볼베어링(78XX, 79XX, 70XX, 72XX, 73XX 시리즈 등)에 적합하지 않은 사이즈의 베어링으로서, 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H(=(외륜외경D-내륜내경d)/2)와의 단면치수비(B/H)가 (B/H)<0.63으로 하는 베어링이다.
또 폭이 좁은 단열앵귤러볼베어링이라는 것은, 축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2(=외륜외경D2-내륜내경d2)/2와의 단면치수비 (B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 하는 폭이 좁은 복렬앵귤러볼베어링이다.
예를들면, 종래의 볼베어링으로서, 7208A(접촉각 30도의 앵귤러볼베어링)의 경우, 내륜내경 φ40㎜, 외륜외경 φ80㎜, 축방향단면폭(베어링단체폭) B가 18㎜이 므로 단면치수비(B/H)=0.9이다.
따라서, 본 실시형태의 앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)에서는, 단면치수비 (B/H)=0.45(내륜내경 및 외륜외경은 그대로이고, 축방향단면폭(베어링단체폭)을 9㎜로 하였다)로 하고 있다. 이에 따라서 레이디얼하중과 양방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받는 것이 가능한 동시에, 축방향치수로 1/2의 공간절약화를 도모할 수 있고, 단열의 7208A와 교체가 가능해지며, 또한 저토오크화 및 더욱 더 고강성화를 도모하는 것이 가능하다.
물론, 필요에 따라서 앵귤러볼베어링(300)의 단면치수비 (B/H)를 0.45 미만 또는 0.45를 넘도록(단, (B/H)<0.63) 설정해도 관계없다.
이와 같이 B/H<0.63으로 하는 이유는 아래와 같다.
도 62 및 도 63은 각각 표준적으로 사용되고 있는 극박막 볼베어링(베어링내경:φ38.1㎜, 베어링외경: φ47.625㎜, 베어링폭: 4.762㎜, 상기 단면치수비 (B/H)=1)를 기준으로 하고, 베어링외경 및 베어링폭을 변경하지 않고, 베어링내경을 변화시킨 경우(즉, (B/H)의 값을 변화시킨 경우)의 내외륜링의 반경방향의 변형특성(도 64 참조: 내륜을 예시) 및 반경방향의 단면 2차모멘트 I(도 65 참조: I=bh3/12로 계산)를 비교한 결과를 도시하고 있다.
또 도 66 및 도 67에 대해서도 각각 표준적으로 사용되고 있는 극박막 볼베어링(베어링 내경: φ63.5㎜, 베어링외경: φ76.2㎜, 베어링폭: 6.35㎜, 상기 단면치수비 (B/H)=1)를 기준으로 하며, 베어링외경 및 베어링폭을 변경하지 않고, 베어 링내경을 변화시킨 경우(즉, (B/H)의 값을 변화시킨 경우)의 내외륜링의 반경방향의 변경특성 및 반경방향의 단면 2차모멘트 I를 비교한 결과를 도시하고 있다.
어떤 베어링도 (B/H)=0.63미만이고, 강성의 증가율구배의 변화가 현저히 나와 있다. 즉, 단면 2차모멘트 I의 증가는 현저해지며, 반경방향의 내외륜링의 변형량의 감소는 포화상태가 된다.
따라서, 본 실시형태에서는 종래의 극박막 베어링에서 문제가 되는 내외륜제작시의 선반가공이나 연마가공시의 가공력에 의한 베어링변형을 방지하는 것이 가능하고, 진원도나 두께편차 등의 베어링정밀도를 향상시킬 수 있다.
또 축이나 하우징에 내장한 경우(특히 축이나 하우징의 극간 끼워맞춤으로 내장한 경우), 내륜누름부나 외륜누름부 등으로 베어링을 고정한 때의 내외륜의 변형(특히, 진원도의 악화)을 억제하는 것이 가능한 동시에, 변형에 의해 발생하는 토오크불량이나 회전정밀도불량, 또는 발열증대, 마모나 버닝 등의 불량을 방지하는 것이 가능하다.
또한, 단열볼베어링은 1열에서는, 예압을 걸거나 모멘트하중을 부하하는 것은 곤란하지만, 2열 이상의 다열조합으로 함으로써 레이디얼하중, 액셜하중 및 모멘트하중을 부하하는 것이 가능해진다.
또 각 볼이 내외륜의 궤도홈에 대하여 항상 2점으로 접촉하므로, 4점 접촉볼베어링과 같이 볼의 큰 스핀에 의한 토오크의 증가를 억제하는 것이 가능하고, 또한 크로스롤러베어링에 비해 롤링저항이 낮아지므로 저토오크화를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 폭치수가 종래의 표준단열볼베어링의 약 반이 됨으로써 볼직경도 종래의 볼베어링의 반정도가 되지만, 역으로 1열당의 볼수가 증가하고, 베어링강성은 종래의 볼베어링에 대하여 증가한다. 또 선회로봇의 암커플링 부분 등에 적용할 경우에는 저속의 요동회전이 대부분이므로, 볼직경을 작게 함으로써 베어링의 부하용량이 저하하여도 롤링피로수명시간이 실용상에서 문제가 되는 일은 없다.
그외의 산업기계, 로봇의 관절부나 선회기구부, 공작기계의 회전테이블이나 주축선회기구부, 의료기기, 반도체/액정제조장치, 광학 및 옵토일렉트로닉스(optoelectronics)장치 등에서도 회전수가 낮은 용도나 요동회전용도가 많으므로, 롤링피로수명시간이 문제가 되는 일은 거의 없다.
도 68은, 각종 베어링의 계산모멘트강성의 비교이다. 동일사이즈(계산예는, 베어링명칭 7906A(접촉각 30°) 상당이고, 내외경치수가 동일한 경우: 내륜내경φ30㎜, 외륜외경 φ47㎜)에서는 제4의 실시형태에서의 제1의 실시형태에 관한 2열조합의 폭이 좁은 앵귤러볼베어링(접촉각: 30°: 베어링의 계산예)에 있어서, 또한 내외륜의 궤도홈 곡률반경(Da는 볼직경)을 변화시킨 본 발명 A 내지 E는 모두 크로스롤러베어링, 표준 2열조합 앵귤러볼베어링 및 4점 접촉볼베어링에 비해 모멘트강성이 높게 되어 있고, 예를 들면 본발명예 B는 크로스롤러베어링의 2.4배, 종래의 표준2열조합 앵귤러볼베어링의 1.9배, 4점 접촉볼베어링의 3.3배의 모멘트강성을 유지하는 것이 가능하다.
또한, 각각의 설계예압극간은 본 발명예 A 내지 E, 표준2열조합 앵귤러볼베어링 및 4점 접촉볼베어링은 -0.010㎜, 크로스롤러베어링은 -0.001㎜로 실용상의 표준적인 값으로서 계산하고 있다.
또 본 실시형태에서의 폭이 좁은 볼베어링의 적정한 볼직경은, 밀실 등의 장착유무에 따라서 변화하지만, 강성을 증가시키기 위해 극단적으로 볼직경을 작게 하면 볼과 내외륜의 궤도홈과의 접촉부 사이의 면압이 증가하고, 내압흔성이 저하할 우려가 있으므로, 대략 베어링폭(B)의 30~90%가 바람직하다.
또한, 접촉각 θ는, 큰 모멘트하중을 부하한 때에, 내외륜 홈어깨부에서의 볼과 내외륜 홈접촉부의 상승을 억제하기 위해 대략 60°이하, 바람직하게는 50°이하 더욱 바람직하게는 40°이하가 좋지만, 20° 미만인 경우는 역으로 허용액셜하중이나 허용모멘트하중이 저하하므로 바람직하지 않다.
그리고 본 실시형태에서는 단열앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)의 조합단면측에 다수의 볼(303)을 원주방향으로 위치결정하는 안내케이지(310)를 배설하고, 조합면과는 반대측에 환상실체(320)를 배설하고 있다.
볼 안내케이지(310)는 예를 들면 도 69 내지 도 71에 도시하는 바와 같이, 링부(311)와, 이 링부(311)의 일단부에 둘레방향으로 대략 등간격으로 복수개소 ㅊ축방향으로 돌설된 기둥부(312)와, 각 기둥부(312) 사이에 형성되어 볼(303)을 둘레방향으로 전동가능하게 지지하는 다수의 포켓부(313)와, 이 포켓부(313)의 링부(311)와는 반대측의 선단부에 형성된 볼(303)의 누출을 방지하는 한쌍의 볼걸림부(314)를 구비한 유연성이 있는 관형케이지의 구성을 갖는다. 이 케이지(310)의 재질은, 예를 들면 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌술파이드 등의 합성수지재로 하고, 필요에 따라서 합성수지재는 유리섬유나 탄소섬유 등의 보강재를 혼입한 재료를 사용한다.
그리고 볼안내케이지(310)가 도 61에 도시하는 바와 같이 단열앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)에 링부(311)가 조합면측이 되도록 배설되어 있다.
여기서, 도 72에 도시하는 바와 같이, 포켓부(313)의 곡률중심(O)과 볼걸림부(314)의 선단과의 축방향 거리(L)에 대하여 포켓부(313) 곡률중심(O)와 볼(303)의 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지(310)에서의 링부(311)의 단부 사이의 축방향 극간 △G에 포켓부(313)의 포켓면(313a)과 볼(303)의 축방향 극간 △P을 더한 값 △G+△P가 하기 ⑺ 식에서 나타내는 것과 같이 작아지도록 설정되어 있다.
L>△G+△P ………⑺
이와 같은 치수구성으로 함으로써, 모멘트하중에 의한 내외륜 경사등으로 도 73에 도시하는 바와 같이 한쪽의 단열앵귤러볼베어링, 예를 들면 (300A)에서 케이지(310)가 쇄선도시의 상태에서 실선도시의 상태로 축방향으로 이동한 때에, 그 링부(311)가 조합한 다른쪽의 단열앵귤러볼베어링(300B)의 케이지(310)의 링부(311)에 접촉함으로써, 볼(303)의 대경부가 볼걸림부(314)의 선단을 넘는 일이 없으며(즉, 도 73중의 △가 플러스의 값이 된다), 케이지(310)의 탈락 즉, 볼(303)이 포켓부(313)로부터 이탈하는 것을 방지하는 것이 가능하다(즉, 도 73중의 △만 여유값이 남는다).
여기서 앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)의 케이지(310)는 함께 대략 동일속도로 공전하고 있으며, 양 케이지(310)의 상대미끄러짐 속도는 매우 작고, 또한 양 자는 평탄한 면에서의 접촉을 이루므로, 접촉부분의 마모나 파손은 발생하기 어렵다.
상기 구성은, 단열로 베어링을 사용하는 경우에는 효과를 발휘하는 것이 불가능하지만, 앵귤러볼베어링의 경우, 구조상으로 단열로는 일방향의 액셜하중만이 부하가 가능하므로, 2열이상의 조합으로 사용되는 것이 대부분이고 실시한 경우의 적용빈도는 높다.
조합베어링(300)에서 상기 ⑺식의 관계를 갖도록 케이지(310)를 배치함으로써, 케이지(310)의 볼(303)로부터의 이탈을 확실히 방지하는 것이 가능한 동시에, 케이지(310)의 볼걸림부(314)의 형상설계의 선택범위를 넓히는 것이 가능하고, 설계도 용이해진다.
또 이 실시형태에서는 베어링의 부하용량이나 강성을 올리기 위하여 서로 인접하는 볼(303) 사이의 원주방향피치를 가능한한 조합측 단면의 반대측으로 이동하고(도 61: X1>X2), 케이지(310)의 링부(311)가 베어링조합단면측을 이루도록 배치하고 있으며, 모멘트강성을 올리기 위한 작용점간 거리를 크게 취할 수 있도록 하고 있다.
또 74b는 도 74a와 기본구조는 같은 관형케이지이나, 링부(311)의 적어도 원주방향의 일개소에서 서로 인접하는 포켓부(313) 사이를 미리 절단하여 각 절단면 사이에 소정의 극간을 가지게 한 구조로 하고 있다.
이와 같은 구조를 채용함으로써, 케이지와 내외륜과의 열팽창계수차 및 케이 지의 치수정밀도나 진원도의 불균형에 의해 전동체피치원직경과 케이지의 피치원직경이 이동한 경우라도, 단주형 형상인 것에 의한 반경방향의 유연성과, 각 절단면 사이의 극간에 의한 원주방향의 탄력적 변형(원주방향의 유연성)을 겸비하게 되므로, 볼(303)과 포켓부(313) 사이의 버팀력을 완충하여 케이지의 손상이나 마모를 방지하는 동시에, 볼(303)과 포켓부(313) 내면과의 미끄러짐 접촉저항에 의한 토오크블러나 발열을 보다 경감하는 것이 가능하다.
또 본발명의 볼베어링은, 구조상, 사용볼직경이 작아지므로 케이지의 링부(311)의 반경방향의 두께는 두껍게 할 수 없고(도 61에서도 이해할 수 있도록, 케이지는 내륜외경과 외륜내경과의 사이의 공극부에 적당한 극간을 설치하여 위치결정시키는 필요가 있고, 이 내륜외경과 외륜내경과의 사이의 공극부는 볼직경과 대략 비열관계에 있으므로 좁다), 또한 폭이 좁은 구조로 인해 축방향의 간극부도 좁고, 축방향두께도 얇아질 수 밖에 없다. 이 때문에 표준사이즈의 베어링보다 케이지의 링부가 매우 작으며, 진원도 등의 치수정밀도를 내ㄱ; 어려워지므로, 링부(311)를 도 74b와 같이 한 케이지구조는 특히 상술한 케이지의 손상이나 마모방지효과 및 토오크블러나 발열의 경감효과가 얻어진다.
다음에 도 75에 도시하는 바와 같이 환상실체(320)는, 이 환상실체(320)가 삽입되는 측에 대응하는 내륜(302), 또는 외륜(301)에 대하여 접촉 또는 비접촉의 구성으로 이루어져 있다. 이 환상실체(32)는 양 단열앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)의 케이지(310)의 링부(311)와 볼(303)을 통하여 반대측의 내외륜 축방향단면부에 배설되어 있다.
이 환상실체(320)는 외륜(301) 및 내륜(302)의 축방향단면부에 형성된 밀실수용홈(321) 및 (322)에 수용되어 있다.
환상실체(320)는 외륜(301)의 밀실수용홈(321)에 형성된 끼워맞춤홈(321a)에 밀어넣어서 삽입하는 비접촉형(내륜(302)과 비접촉)이고, 역L형상의 금속심금(325)로 보강한 보강타입의 고무실(예를들면, 니트릴고무·아크릴고무나 불소고무)(326)로 구성되어 있다.
여기서 단열앵귤러볼베어링(300A)의 고무실(326)은 끼워맞춤홈(321a)에 끼워서 맞춰지는 끼워맞춤부(326a)와, 이 끼워맞춤부(326a)로부터 축방향 외측으로 만곡하면서 내륜(302)측으로 연장하는 환상판부(326b)를 갖는다. 또 단열앵귤러볼베어링(300B)의 고무실(326)은 단열앵귤러볼베어링(300A)의 고무실(326)과 조합면을 협지하여 면대칭형상으로 이루어져 있다.
이와 같이 환상실체(320)의 고무실(326)을 형성함으로써 환상실체(320)와 볼(303)과의 사이의 내부공간 용적을 유지하는 것이 가능하고, 도 75에 도시하는 바와 같이 볼(303)의 근방에 상당량의 그리스를 봉입하는 것이 가능하다. 또 볼(303)과 밀실 표면의 거리도 가까우므로 밀실에 부착한 그리스도 회전에 의해 순환되고, 롤링접촉부의 윤활에 기여하는 것이 가능하다.
또 단열앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)의 조합면측에서는 케이지(310)의 링부(311)에 의해 외륜(301)의 내경면과 링부(311)의 외경면 사이 및 내륜(302)의 왹여면과 링부(311)의 내경면 사이의 개구부가 좁아져 있으며, 라비린스기구를 겸하고 있다. 이 때문에 그리스의 조합면에서의 누출을 방지하는 것이 가능하고, 베어 링을 기계에 내장할 때까지의 베어링의 취급이 용이한 동시에, 상기 실시형태의 구성에서는 베어링내장 후는 밀실 장착측이 외단면, 케이지(310)의 링부(31)측이 2개의 베어링의 대향면을 이루므로 그리스의 누출이나 베어링내부로의 이물·먼지의 침입을 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는 2개의 단열앵귤러볼베어링(300A) 및 (300B)를 접촉각이 八자 형을 이루는 배면조합하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 도 76에 도시하는 바와 같이 접촉각이 역八자 형상을 이루는 정면조합하도록 해도 된다.
또 상기 실시형태에서는 환상실체(32)가 내륜 밀실수용홈(322)과 접촉하지 않는 비접촉형인 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 도 77에 도시하는 내륜 밀실수용홈(322)에 접촉하는 립부(327)를 갖는 접촉형의 환상실체나 외륜실홈에 코킹하는 금속실을 적용하는 것이 가능하다. 또 상기의 실시예와는 역으로 내륜(302) 측에 환상실체(320)를 끼워맞추고, 외륜에 대하여 접촉 또는 비접촉의 구조로 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 볼(303)의피치원직경은 다음 식 ⑻대로 하고 있지만, 베어링 1열당의 볼수를 증가시켜서 더욱 모멘트강성을 증가시키고 싶은 경우는, 다음식 ⑼를 채용하여 볼(303)의 피치원직경을 외륜측으로 이동한 구조로 해도 되며, 필요에 따라서 다음 식 ⑽을 채용하여 역으로 볼(303)의 피치원직경을 내륜(302)측으로 이동해도 된다(도시하지 않음).
볼의 피치원직경=(내륜내경+외륜외경)/2 …⑻
볼의 피치원직경>(내륜내경+외륜외경)/2 …⑼
볼의 피치원직경<(내륜내경+외륜외경)/2 …⑽
또 필요에 따라서 조합되는 좌우의 볼베어링의 볼피치원경을 동일값으로 하지 않아도 되고, 조합되는 좌우의 볼베어링의 볼(303)의 직경을 동일값으로 하지 않아도 된다. 게다가, 조합하는 2개의 볼베어링의 단면치수비 (B/H)는 동일하지 않고, 예를 들면 볼직경이 작은 쪽을 (B/H)=0.28, 볼직경이 큰 쪽을 (B/H)=0.62로 해도 관계없다. 또한, 볼(303)의 축방향피치도 축방향중심이 아니어도 되며, 밀실이나 케이지의 장착유무나 모멘트의 작용점간 거리의 확보 등을 위해서 볼(103)의 축방향피치를 축방향으로 이동해도 된다.
또 상기의 실시예에서는 모멘트강성을 크게 하기 위해 예압극간의 조합앵귤러볼베어링으로 하고 있지만, 강성이나 정밀도나 그다지 요구되지 않는 경우(역으로 더욱 더 저토오크나 저승온이 요구되는 경우 등), 필요에 따라서 극간의 조합앵귤러볼베어링으로 해도 된다.
다음에 도 78을 참조하여 본 발명의 제4의 실시형태에서의 제5의 실시형태의일예인 복렬앵귤러볼베어링을 설명한다.
이 복렬앵귤러볼베어링(400)은, 외륜(401)의 복렬궤도홈(401a)과 서로 별체로 형성된 2개의 내륜(402A) 및 (402B)의 궤도홈(402a)과의 사이에 다수의 볼(403)이 케이지(410)에 의해 전동이 자유롭게 지지되고, 축방향단면폭 B2와 반경방향단면높이 H2(=(외륜외경D2-내륜내경d2)/2)와의 단면치수비 (B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 되어 있다.
여기서 케이지(410)는 전술한 제1의 실시형태와 같은 구성을 갖는 관형케이지로 이루어지고, 제1의 실시형태와의 반응부분에는 동일부호를 부여하며, 그 상세설명은 이것을 생략하지만, 전술한 제1의 실시형태에서의 도 72에 도시하는 바와 같이, 포켓부(313)의 곡률중심(O)과 볼걸림부(314)의 선단과의 축방향거리(L)에 대하여, 포켓부(313)의 곡률중심(O)과 볼(403)의 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지(310)에서의 링부(311)의 단부 사이의 축방향 극간 △G에, 포켓부(313)의 포켓면(313a)과 볼(403)의 축방향 극간 △P를 더한 값 △G+△P가 작아지도록 설정되어 있다(L>△G+△P).
그리고 외륜(401)과 내륜(402A) 및 (402B)와의 축방향 좌우측단면에 각각 제1의 실시형태와 같은밀실수용홈(421)과 (422)가 좌우대칭으로 형성되고, 이들의밀실수용홈(421) 및 (422)에 환상실체(420)에 좌우대칭으로 수용되어 있다.
이 환상실체(420)는, 케이지(410)의 링부(311)와는 볼(403)을 통하여 반대측의 내외륜 축방향단면부에 배설되어 있다.
환상실체(420)는 외륜(401)의 밀실수용홈(421)에 형성된 끼워맞춤홈(421a)에 밀어넣어서 삽입하는 비접촉형(내륜(402A),(420B)과 비접촉)이고, 역L형상의 금속심금(425)로 보강한 보강타입의 고무실(예를 들면, 니트릴고무·아크릴고무나 불소고무)(426)로 구성되어 있다.
고무실(426)은, 끼워맞춤홈(421a)에 끼워맞춤되는 끼워맞춤부(426a)와, 이 끼워맞춤부(426a)에서 축방향 외측으로 만곡하면서 내륜(402A),(402B)측으로 연장하는 환상판부(426b)를 갖는다.
여기서 이 제5의 실시형태에서는 복렬앵귤러볼베어링(400)을 7208A(접촉각 30°)의 2열조합 앵귤러볼베어링으로 교체한 경우를 예로 든다.
7208A는, 내륜내경 φ40㎜, 외륜외경 φ80㎜, 축방향단면폭(베어링단체폭) B가 18㎜이므로, 단면치수비(B/H)=0.9이다. 따라서, 본 실시형태의 복렬앵귤러볼베어링(400)에서는 단면치수비(B2/H2)=0.90(내륜 축방향단면폭(베어링단체폭)B2를 18㎜로 하였다)로 하고 있다.
이에 따라서, 상기 제4의 실시형태에서의 제1의 실시형태와 같은 효과가 얻어지고, 레이디얼하중과 양방향의 액셜하중, 모멘트하중을 받는 것이 가능한 것은 물론이고, 축방향치수로 1/2의 공간절약화, 저토오크화 및 또 고강성화를 도모하는 것이 가능하다.
물론, 필요에 따라서 단면치수비(B2/H2)를 0.90미만 또는 0.90을 넘도록(단, B2/H2)<1.2) 설정해도 된다.
그리고, 전술한 제4의 실시형태에서의 제1의 실시형태와 마찬가지로, 상기 포켓부(313)의 곡률중심과 상기 볼걸림부(314)의 선단과의 축방향거리(L)에 대하여 포켓부(313)의 곡률중심과 볼(403)의 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지(410)에서의 링부(311)의 단부 사이의 축방향 극간에 포켓부(313)의 포켓면과 볼(403)과의 축방향 극간을 더한 값이 작아지도록 설정하였으므로, 모멘트하중에 의한 내외륜 경사 등의 영향으로 볼 및 케이지가 상대적으로 탈락하는 것을 확실히 방지하는 것이 가능하다.
또한, 이 제4의 실시형태에서의 제5의 실시형태에서도 모멘트강성을 올리기 위해 복렬앵귤러볼베어링으로 볼피치원직경을 외륜외경 측으로 이동하거나, 복렬앵귤러볼베어링으로 각 렬의 볼직경이나 볼피치원직경을 변경하거나 해도 된다.
어떤 경우라도, 환상실체(420)의 구조나 장착의 유무, 케이지 등의 구조 등에 관한 적용예는, 상기 제1의 실시형태에서 기재한 단열볼베어링에 준한다. 또 상기 제4의 실시형태에서의 제1의 실시형태와 마찬가지로 예압 및 극간의 모든 조건으로 사용해도 된다.
단열볼베어링의 경우에, 축방향단면폭 B와 반경방향단면높이 H와의 단면비 (B/H)를 (B/H)<0.63으로 하고, 복렬볼베어링의 경우에, 축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2와의 단면비 (B2/H2)가 (B2/H2)<1.2로 함으로써 레이디얼(radial)하중과 양방향의 액셜(axial)하중, 모멘트(moment)하중을 받게 되는 것은 물론이며, 고정밀도화(고회전 정밀도화), 고강성화, 저 토오크화 및 저발열화를 도모가는 것이 가능한 동시에, 또 공간절약화를 도모할 수 있는 공작기계의 주축선회부에 이용되는 주축선회부용 볼베어링을 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 공작기계의 주축선회부에 사용되고, 외륜의 궤도홈과 내륜의 궤도홈과의 사이에 다수의 볼이 전동이 자유롭게 배설된 단열의 앵귤러 볼베어링에 있어서,
    원주방향의 일부에 내륜홈어깨부보다 직경이 작은 오목단부가 형성된 내륜과,
    원주방향의 일부에 외륜홈어깨부보다도 직경이 큰 오목단부가 형성된 외륜과,
    상기 외륜의 궤도홈과 상기 내륜의 궤도홈과의 사이에 전동이 자유롭게 배설된 복수의 볼과,
    상기 복수의 볼을 원주방향으로 위치결정하기 위한 케이지로서, 상기 복수의 볼을 보존하는 포켓의 축방향 양측에 한쌍의 원환상부(132a, 132b)를 가지는 케이지(130)와,
    외주부에서 상기 외륜(101)과 끼워맞추는 끼워맞춤부(126a)와, 내주부에서 내륜(102)과 접촉하는 립(lip)부(126b)를 가지는 고무실(126)로 구성되는 환상실체(120)와,
    상기 끼워맞춤부(126a)에 밀어넣어 삽입하는 끼워맞춤요부(121b)와, 상기 립부(126b)가 접촉하는 수용요부(122b)를 가지고, 상기 환상실체(120)를 수용하는 밀실수용홈(121, 122)과,
    상기 내륜의 원통외주면과 상기 밀실수용홈(122)과의 교점에 형성되는 교점에지부(123)와 대향하는 상기 원환상부(132b)의 내주면에 상기 교점에지부와의 접촉을 회피하기 위해 상기 케이지의 원주방향으로 형성되는 오목형상홈부(133)를 구비하고,
    축방향단면폭 B와 반경방향 단면높이 H와의 단면치수비(B/H)가 (B/H)<0.63이고, 상기 볼과 상기 외륜 및 상기 내륜과의 접촉부에서의 법선방향의 연장선이 상기 오목단부에 간섭하지 않도록 접촉각을 설정한 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축선회부용 볼베어링.
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  6. 공작기계의 주축선회부에 사용되고, 원주방향의 일부에 내륜홈어깨부보다 직경이 작은 오목단부가 형성된 내륜과,
    원주방향의 일부에 외륜홈어깨부보다도 직경이 큰 오목단부가 형성된 외륜과,
    상기 외륜의 궤도홈과 상기 내륜의 궤도홈과의 사이에 전동이 자유롭게 배설된 복수의 볼을 구비하는 복열의 앵귤러 볼베어링에 있어서,
    상기 복열의 앵귤러 볼 베어링의 각 앨귤러 볼 베어링은,
    상기 복수의 볼을 원주방향으로 위치결정하기 위한 케이지로서, 상기 복수의 볼을 보존하는 포켓의 축방향 양측에 한쌍의 원환상부(132a, 134b)를 가지는 케이지(130)와,
    외주부에서 상기 외륜과 끼워맞춤하는 끼워맞춤부(126a)와, 내주부에서 상기 내륜과 접촉하는 립부(126b)를 가지는 고무실로 구성되는 환상실체(120)와,
    상기 끼워맞춤부(126a)를 밀어넣어 삽입하는 끼워맞춤요부(121b)와, 상기 립부(126b)가 접촉하는 수용요부(122b)를 가지고, 상기 환상실체(120)를 수용하는 밀실수용홈(121, 122)과,
    상기 내륜의 원통외주면과 상기 밀실수용홈(122)과의 교점에 형성되는 교점에지부(123)와 대향하는 상기 원환상부(132b)의 내주면에 상기 교점에지부와의 접촉을 회피하기 위해 상기 케이지의 원주방향으로 형성된 오목형상홈부(133)를 구비하며,
    축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2와의 단면치수비(B2/H2)가 (B2/H2)<1.2이고, 상기 볼과 상기 외륜 및 상기 내륜과의 접촉부에서의 법선방향의 연장선이 상기 오목단부에 간섭하지 않도록 접촉각을 설정한 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축선회부용 볼베어링.
  7. 외륜의 궤도홈과 내륜의 궤도홈과의 사이에 다수의 볼이 전동이 자유롭게 배설되고, 축방향 단면폭 B와 반경방향 단면높이 H와의 단면치수비(B/H)가 (B/H)<0.63인 단열의 앵귤러 볼베어링을 2개 조합시켜서 구성되며,
    상기 단열의 앵귤러 볼베어링은 다른 한쪽에 링부를 가지고, 이 링부의 다른쪽에 볼을 지지하는 포켓부를 형성한 관형의 볼안내 케이지(cage)를 그 링부측을 조합면측에 배치하여 이루어지는 공작기계의 주축선회부에 사용되는 조합 앵귤러 볼베어링으로서,
    상기 포켓부는 상기 링부와는 반대측의 선단부에 형성한 볼의 누출을 방지하는 볼걸림부를 가지고, 상기 포켓부의 곡률중심과 상기 볼걸림부 선단과의 축방향 거리(L)에 대하여 상기 포켓부의 곡률중심과 볼 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지에서의 링부 단부 사이의 축방향 극간(△G)에, 상기 포켓부의 포켓면과 볼과의 축방향 극간(△P)을 더한 값이 작게 되도록 설정하고(L>△G+△P),
    서로 인접하는 볼 사이의 원주방향피치를 조합측단면의 반대측으로 이동하고, 상기 링부가 베어링조합단면측을 이루도록 배치하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축선회부용 볼베어링.
  8. 외륜의 궤도홈과 내륜의 궤도홈과의 사이에 다수의 볼이 전동이 자유롭게 배설되고, 축방향단면폭 B2와 반경방향 단면높이 H2와의 단면치수비(B2/H2)가 (B2/H2)<1.2인 복렬의 앵귤러 볼베어링의 구성을 가지고,
    각 앵귤러 볼 베어링은, 한쪽에 링부를 가지며, 이 링부의 다른쪽에 볼을 지지하는 포켓부를 형성한 관형의 볼안내 케이지를 그 링부측을 베어링의 축방향 내측에 대향시켜서 배치하여 이루어지는 공작기계의 주축선회부에 사용되는 조합 앵귤러 볼베어링으로서,
    상기 포켓부는 상기 링부와는 반대측의 선단부에 형성한 볼의 누출을 방지하는 볼걸림부를 가지고, 상기 포켓부의 곡률중심과 상기 볼걸림부 선단과의 축방향 거리(L)에 대하여 상기 포켓부의 곡률중심과 볼 곡률중심을 일치시킨 상태에서의 대향하는 2개의 케이지에서의 링부 단부 사이의 축방향 극간(△G)에, 상기 포켓부의 포켓면과 볼과의 축방향 극간(△P)을 더한 값이 작아지도록 설정하고(L>△G+△P),
    서로 인접하는 볼 사이의 원주방향피치를 조합측단면의 반대측으로 이동하고, 상기 링부가 베어링조합단면측을 이루도록 배치하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축선회부용 볼베어링.
  9. 제 1항 및 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 주축선회부용 볼베어링을, 주축을 선회시키는 주축선회부에 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축선회장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 원환상부(132b)에 오목형상홈부(134)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 주축선회부용 볼 베어링.
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