KR100536558B1 - 유체베어링장치 - Google Patents

Abstract

유체베어링장치의 베어링메탈의 동압(動壓)발생용 랜드에서의 발열방지를 위하여, 유체베어링장치의 베어링메탈(1)의 오일포켓은 ㄷ자형 홈으로 형성되고, ㄷ자형 홈으로 에워싸인 동압발생용 랜드(6)는, 베어링면의 내측에 상기 홈과 연통하는 윤활유 유통공간(7)이 형성되고, 상기 홈 및 상기 윤활유 유통공간에 윤활유가 유입하도록 오일공급공(8)이 개구되어 있다. 윤활유 유통공간을 윤활유가 흐름으로써 동압발생용 랜드가 냉각된다. 베어링케이싱(3)의 내주면에 인너슬리브(2)가 끼워 장착되어 2층 일체로 구성되고 베어링메탈에 있어서는, 상기 홈은 인너슬리브의 내주면과 외주면과를 관통하여 형성된 홈공(4)과 베어링케이싱의 외주면과로 구성되고, 윤활유 유통공간은 동압발생용 랜드 영역이 인너슬리브의 외주면측으로부터 제거되어 다른 구역보다 두께가 얇아지도록 하여 형성되어 있다.

Description

유체베어링장치 {HYDRAULIC BEARING DEVICE}

본 발명은 유체베어링장치, 예를 들면 공작기계의 주축 등에 사용되는 유체 베어링장치에 관한 것이다.

종래이 기술에 있어서는, 예를 들면 공작기계의 주축 등에는, 도 9에 나타낸 바와 같은 베어링메탈(30)을 구비한 정압(靜壓)유체베어링장치가 사용되고 있다. 도 9에 나타낸 주축 등의 회전축을 지지하는 베어링메탈(30)의 베어링면에는, 스로틀노즐을 구비한 오일공급공(8)이 홈의 저부에 개구된 ㄷ자형 홈(31)이 형성되고, ㄷ자형 홈(31)은 회전축의 축선방향으로 형성된 연결부(31a)와, 연결부(31a)의 양단으로부터 회전축의 회전방향 또는 그 역방향에 형성된 각부(脚部)(31b)로 이루어지고, ㄷ자형 홈(31)의 양측에는 각부(31b)와 평행한 배유홈(32,32)이 형성되어 있다. ㄷ자형 홈(32)으로 둘러 싸인 4변형의 베어링면 영역은 동압발생용 랜드(6)로 되어 있다.

상기 베어링메탈(30)에 있어서, 오일공급공(8)으로부터는 스로틀노즐에서 감압조정된 윤활유가 ㄷ자형 홈(31으)로 유출되고, ㄷ자형 홈(31)과 회전축의 외주면과에 의한 공간을 채우고 외측의 베어링면 영역과 회전축의 외주면 사이에서 압출되어 배유홈(32,32)으로 유출되고, 외부로 배출된다.

이것에 의해 정압유체베어링으로서 기능하는 동시에, ㄷ자형 홈(31)과 회전축의 외주면과에 의한 공간을 채운 윤활유는, 동압발생용 랜드(6)와 회전축의 외주면과의 사이의 간극에 존재하고, 회전축의 회전에 있어서, 동압발생용 랜드(6)의 베어링면과 그 반경으로부터 베어링간극만큼 소경(小徑)으로 되는 회전축의 외주면과의 사이에서의 윤활유의 쐐기작용(契作用)에 의해 동압이 발생하여, 유체베어링에 동압효과도 가해진다.

상기와 같은 종래의 기술의 유체베어링장치에 있어서는, 예를 들면 주축이 고속화된 최근의 공작기계와 같이, 회전축의 회전속도가 고속이면, 동압발생용 랜드(6)에 있어서 유체마찰에 의해 윤활유에 대량의 발열이 생긴다. 그 결과, 베어링메탈(30)은 가열되어 열팽창하지만, 베어링메탈(30)의 바깥쪽은 고정되어 있으므로, 내경이 축소하고, 나아가서는 베어링간극이 축소되어, 동압발생용 랜드(6)에서의 윤활유의 발열량은 증대한다.

그러면, 베어링메탈(30)이 다시 열팽창하고, 베어링간극이 축소되고, 더욱 윤활유의 발열량이 증대한다는 악순환이 일어난다.

이 동압발생용 랜드(6)에서의 윤활유의 발열의 증대·베어링간극의 축소의 인과(因果)사이클이 시간의 경과와 함께 진행하고, 베어링성능의 열화에 이어지고, 최종적으로는 회전축과 베어링메탈(30)이 눌어붙게 된다.

따라서, 그 베어링성능의 열화(劣化)·눌어붙음(燒付)을 방지하기 위해, 즉 동압발생용 랜드(6)에서의 윤활유의 발열을 억제하기 위하여, 동압발생용 랜드(6)의 면적을 감소시키거나, 베어링간극을 증대시키는 대책도 있지만, 이 경우에는, 동압발생용 랜드(6)의 윤활유에 발생하는 동압이 축소되어, 베어링부하능력이 저하한다는 문제가 생긴다.

그래서, 회전축의 회전속도가 고속으로 될수록, 동압지지강성(動壓支持剛性)을 높이고 싶고, 동압을 증대하고자 하는 요구와, 상기 동압발생용 랜드(6)에서의 발열문제와는, 이율배반이 된다.

따라서, 상기한 종래기술의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 고속회전에 대응가능한 유체베어링장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 열팽창 및 발열이 저감된 유체베어링장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 유체베어링장치는, 베어링메탈의 베어링내주면에 동압발생용 랜드영역 주위의 일부를 남기고 에워싸여 원주방향평행부를 가지는, 예를 들면 ㄷ자형 또는 U자형과 같은 형상으로 홈이 형성되고, 또한 동압발생용 랜드영역은 베어링면의 내측에 상기 홈과 연통하는 윤활유 유통공간이 형성되고, 상기 홈 및 상기 윤활유 유통공간에 윤활유가 유입되도록 오일공급공이 개구되어 있다.

그리고, 그 홈은 정압유체베어링으로서 기능하는 동시에. 동압발생용 랜드영역의 베어링면의 내측의 윤활유 유통공간에는 홈과의 사이에서 윤활유가 유출입하고, 그에 따라 동압발생용 랜드에 발생하는 유체마찰에 의한 발열은 냉각된다.

동압발생용 랜드역을 일부 남기고 에워싸는 구가 없는 구역이, 회전축의 외주면의 이동방향의 최하류와 이루는 방향으로 된 동압발생용 랜드영역에서의 베어링면의 회전축이 외주면의 이동방향의 최상류에 닿는 부분에 회전축의 외주면과의 사이의 간극을 증대시키도록 스탭부 또는 구배면(勾配面)에 형성하여도 좋고, 그에 따라 동압성능이 향상한다.

또한, 홈의 원주방향평행부의 한쪽의 원주방향평행부에 배출공이 개구된 배출랜드를 형성하여도 좋고, 그렇게 함으로써 유체베어링의 부하특성이 향상된다.

베어링내주면에 동압발생용 랜드영역을 에워싸는 홈의 형성 및 동압발생용 랜드영역의 베어링면의 내측의 윤활유 유통공간의 형성을 위해서, 베어링메탈을 베어링케이싱에 내주면에 인너슬리브를 끼워 장착하여 2층 일체구조로 하면 편리하다.

동압발생용 랜드영역을 에워싸는 홈은, 인너슬리브의 베어링면을 이루는 내주면과 베어링케이싱에 내주면에 결합하는 외주면과를 관통하여 형성된 홈공과 베어링케이싱의 내주면과에 의해 구성된다.

동압발생용 랜드영역의 베어링면의 내측의 윤활유 유통공간은, 동압발생용 랜드영역의 베어링면의 내측으로 되는 인너슬리브의 외주면을 절삭제거하여 인너슬리브를 내주면 기준으로 다른 구역보다 얇은 두께로 하여, 베어링케이싱의 내주면과의 사이에 구성된다.

또한, 동압발생용 랜드영역의 베어링면의 내측으로 되는 인너슬리브의 외주면에 홈공의 평행부간을 연통하는 적절한 수의 홈을 형성하고, 그 홈과 베어링케이싱의 내주면과에 의해 복수의 연통공으로 구성하여도 좋다.

베어링 정밀도상, 베어링메탈을 일체부재로 형성하는 경우에는, 동압발생용 랜드영역의 주위를 일부를 남기고 에워싸는 형상의 홈을 베어링면으로 되는 내주면에 형성하고, 일단면으로부터 홈의 한쪽의 평행부를 통하여 동압발생용 랜드영역을 관통하여 다른 쪽의 평행부에 이르는 관통공을 형성하고, 동압발생용 랜드영역 이외의 관통공부를 폐쇄한다. 이렇게 하여 동압발생용 랜드에는 냉각용의 윤활유 유통공이 형성된다.

본 발명의 실시형태에서의 유체베어링장치에 관하여 도면에 따라 설명한다.

본 발명의 실시형태에 의한 유체베어링장치는, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 연삭반의 지석축(砥石軸)으로 사용된다. 지석주축케이싱 C에는 지석축, 즉 회전축 S의 외주면을 자유로 회전하며 지지하는 유체베어링장치가 배설된다.

우선, 발명의 실시의 제1형태에서의 유체베어링장치에 관하여 설명한다.

유체베어링장치의 베어링메탈(1)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 회전축 S의 외주면을 회전이 자유롭게 지지하는 원통형의 인너슬리브(2)가 원통형의 베어링케이싱(3)의 내주면에 예를 들면 압입, 소결결합 등에 의해 끼워 장착 일체화되어 구성된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 인너슬리브(2)에는, 회전축 S의 외주면의 이동방향으로 신장하는 평행부를 가진 ㄷ자형 또는 U자형(도시된 예에서는 ㄷ자형이고, 다른 실시형태에 있어서도 마찬가지임)의 오일포켓을 형성하고, 내외주면으로 관통하고, 회전축선 방향의 연결부(4a)와 연결부(4a)의 양단으로부터 회전축 회전방향 또는 그 역방향을 향한 원주방향으로 늘어난 각부(평행부)(4b), (4b)로 이루어지는 ㄷ자형 홈공(4)이 적절한 수(도 3의 예에서는 4개) 원주방향으로 등간격 배열로 형성되어 있다. 또, 베어링면으로 되는 인너슬리브(2)의 내주면에는, ㄷ자형 홈공(4)의 각부(4b)와 평행인 원주방향의 배유홈(5)이 ㄷ자형 홈공(4)의 양 외측에 형성되어 있다.

ㄷ자형 홈공(4)에 둘러싸인 4변형의 베어링면 영역은 동압발생용 랜드(6)로 된다. 그리고, 동압발생용 랜드(6)의 상당영역이 인너슬리브(2)의 외주면측으로부터 적절한 깊이로 깎여 내어지고, 동압발생용 랜드(6)는 인너슬리브(2)의 내주면을 기준으로 하여, 인너슬리브(2) 자체보다 얇은 두께로 되어 있다.

따라서, 베어링케이싱(3)에 내주면에 원통형의 인너슬리브(2)가 끼워 장착되면, ㄷ자형 홈공(4)이 베어링케이싱(3)에 내주면을 저면으로 한 ㄷ자형 홈을 형성하는 동시에. 동압발생용 랜드(6)와 베어링케이싱(3)에 내주면과의 사이에는 ㄷ자형 홈에 연통한 간극공간(7)이 형성된다. 즉, 인너슬리브(2)의 내외주면에 괸통한 ㄷ자형 홈공(4)을 포함하는 4변형의 구멍부에 인너슬리브(2)의 내주면과 동일면의 차양형(廂形)의 동압발생용 랜드(6)가 원주방향으로 돌출한 형상으로 된다. 그래서, 차양형의 동압발생용 랜드(6)의 두께와 간극공간(7)의 두께와의 합이 인너슬리브(2)의 두께가 된다 (도 2 및 도 3 (b) 참조).

도 1 및 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 베어링케이싱(3)에는 스로틀노즐(8a)을 구비한 오일공급공(8)이 반경방향으로 형성되고, 오일공급공(8)은, 일단이 베어링케이싱(3)에 끼워 장착되어 형성된 베어링메탈(1)에서의 ㄷ자형 홈의 저부에 상당하는 내주면 또는 간극공간(7)을 형성하는 내주면의 적절한 위치(도시된 예에서는 ㄷ자형 홈공(4)의 연결부(4a)의 중심위치에 상당하는 위치)에 개구되는 동시에. 타단이 외주면에 형성된 원주홈(9)의 구저에 개구되어 있고, 지석주축 케이싱 C의 오일공급공 H를 거쳐 도시되지 않은 외부의 압유공급원에 접속되어 있다.

또한, 베어링케이싱(3)과 끼워 장착하여 형성된 베어링메탈(1)에 있어서, 인너슬리브(2)의 각 배유홈(5)의 홈저부에 개구한 배유공(10)의 타단은 지석주축 케이싱 C의 배유공 D에 직접 또는 베어링케이싱(3)의 외주면에 형성된 배유홈(11)을 거쳐 연통하고, 배유공 D은 도시되지 않은 외부의 유조(油槽)에 연통하고 있다.

또한, 차양형의 동압발생용 랜드(6)의 자유선단부는, 도 2에서의 2점쇄선으로 도시하는 범위를 내주면측으로부터 깎아내어 두께가 얇은 형상의 스탭부(간극증대부)(6a)로 하여도 좋다. 또는, 스탭부(6a) 형성을 대신하여 앞쪽 에지를 향하여 두께가 얇게 되는 완만한 경사면으로 할 수도 있다.

상기의 베어링메탈(1)에 있어서는, 도시되지 않은 외부의 압유공급원으로부터 예를 들면 지석주축 케이싱 C의 오일공급공 H과 같은 유통수단을 통하여 원주홈(9)에 공급된 윤활유는, 오일공급공(8)을 통하여 스로틀노즐(8a)로 감압조정되고, 오일포켓으로 되는 ㄷ자형 홈공(4)에 직접, 또는 간극공간(7)을 거쳐 유출되고, ㄷ자형 홈공(4)과 회전축의 외주면과에 의한 공간을 채워서 외측의 베어링면 영역과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어 배유홈(5,5)으로 유출되고, 예를 들면 배유공(10), (배유홈(11)) 및 예를 들면 지석주축케이싱 C의 배유공 D과 같은 유통수단을 거쳐 도시되지 않은 외부의 유조로 배출된다.

그것에 의해 정압유체베어링으로서 기능함과 아울러, ㄷ자형 홈공(4)과 회전축의 외주면과에 의한 공간을 채운 윤활유는, 동압발생용 랜드(6)와 회전축의 외주면과의 사이의 간극에 존재하고, 회전축 S의 회전에 있어서, 동압발생용 랜드(6)의 베어링면과 그것의 반경보다 베어링간극분만큼 소경으로 되는 회전축 S의 외주면의 사이에서의 윤활유의 쐐기작용에 의해 동압이 발생하여, 유체베어링에 동압효과도 가해된다.

그리고 차양형의 동압발생용 랜드(6)의 자유선단부가 두께가 얇은 형의 스탭부(6a) 또는 앞쪽 에지를 향하여 얇게되는 완만한 경사면으로 되어 있는 경우, 회전축 S의 외주면이 도 2에 있어서 화살표방향으로, 즉 차양형의 동압발생용 랜드(6)의 선단으로부터 기부(基部)를 향하여 이동하도록 회전축 S이 회전하면, 윤활유의 쐐기작용, 즉 동압효과가 더욱 강화된다. 그 이유는 다음과 같다. 동압베어링은, 회전축이 회전하는 것에 의해, 고정부와 회전축 사이에 유체가 유입되고, 유체가 발생시키는 압력이 회전축을 지지하게 되는 것을 지칭한다. 즉, 유체가 유입되기 쉬운 형상으로 되어 있으면, 동압효과가 크게 된다. 차양형의 동압발생용 랜드(6)의 자유선단부가 두께가 얇은 형의 스텝부(6a) 또는 앞쪽 에지를 향하여 얇게 되는 완만한 경사면으로 되어 있으면, 차양형 부분에 유체가 유입되기 쉽게 되어 동압효과가 크게 되는 것이다.

그 때, 오일공급공(8)로부터의 윤활유는, 동압발생용 랜드(6)과 베어링케이싱(3)에 내주면과의 사이의 간극공간(7)을 흘러서 배유홈(5,5)으로 유출되므로, 회전축 S의 외주면과의 사이의 간극에서의 유체마찰로 인한 발열로써 가열되는 동압발생용 랜드(6)는, 그 간극공간(7)을 흐르는 윤활유에 의해 내측으로부터 냉각된다. 따라서 베어링메탈(1), 특히 동압발생용 랜드(6)의 가열팽창이 억지된다.

그러나 충분한 동압효과를 주기 위해서 동압발생용 랜드(6)에 충분한 면적을 부여하고, 발열이 증대하더라도 냉각면적도 증대하여 충분한 냉각이 이루어지므로 문제가 생기지 않는다.

그리고, 간극공간(7)은 동압발생용 랜드(6)를 인너슬리브(2)의 외주면측으로부터 적절한 깊이를 절삭 등으로 제거한 후에, 인너슬리브(2)를 베어링케이싱(3)으로 내주면에 끼워 장착하여 형성되므로, 성형가공이 매우 용이하게 이루어지게 된다.

또, 배유홈(5) 및 오일포켓의 형성에 있어서는 인너슬리브(2)의 내주면에 있어서 절삭가공이 가능하지만, 오일포켓은 배유홈(5)과 달리, 인너슬리브(2)의 내주면의 깊이측에서, 또한 원주방향이 아닌 연결부를 포함하므로, 선삭(旋削)도 가능하지 않고, 내주면측으로부터의 프라이스절삭도 용이하기 않지만, 간극공간(7)의 성형과 같이, 인너슬리브(2)를 반경방향으로 관통한 ㄷ자형 홈공(4)을 형성하므로 내주면에서 ㄷ자형 홈의 절삭보다 가공이 용이하다.

본 발명의 실시의 제2 형태에서의 유체베어링장치에 관하여 설명한다.

베어링메탈(1)에서의 오일공급공(8)의 개구위치가 ㄷ자형 홈공(4)의 연결부(4a)에 상당하는 위치(도시된 예에서는 그 중심위치)에 한정되어 있는 것, ㄷ자형 홈공(4)의 각부(4b)의 형상, 및 윤활유 배출관계 형상 이외는 상기 제1의 실시형태에서의 유체베어링장치와 같다.

도 4에 나타낸 바와 같이, ㄷ자형 홈공(4)의 각 각부는 연결부(4a)의 단부에 연결한 제1 각부(4c)와 그 회전축선방향 외측에 제1 각부(4c)에 평행으로 독립하여 형성된 제2각부(4d)로 이루어지고, 제1 각부 4c와 제2각부(4d)를 격리하는 인너슬리브(2)의 대형부(帶形部)는 인너슬리브(2)의 두께인 상태로 동압발생용 랜드(6)와 동일한 높이의 베어링면을 형성하는 배출랜드(12a)와 인너슬리브(2)의 외주면을 기준으로 하여 얇은 두께로 이루어진 연결부(12b)와 교대로 되어 형성하고 있다.

그리고, 각 배출랜드(12a)의 베어링면에는, 배유공(13)이 개구되어 있고, 연결부(12b)는, 제1 각부(4c)와 제2각부(4d)를 연통시키고 있다.

배유공(13,13···)은, 베어링케이싱(3)의 외주면의 양측에서 원주방향으로 형성된 배유홈(11,11)에 연통하고, 인너슬리브(2)의 각 배유홈(5)의 구저에 개구한 배유공(10)도 배유홈(11)에 연통하고 있다.

상기 유체베어링장치에 있어서는, 베어링메탈(1)의 공급공(8)으로부터는 스로틀노즐(8a)에서 감압조정된 윤활유가 오일포켓으로 되는 ㄷ자형 홈공(4)으로 유출되고, ㄷ자형 홈공(4)과 회전축 S의 외주면과에 의한 공간을 채우고 외측의 베어링면 영역과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어 배유홈(5,5)으로 유출하는 동시에. 배출랜드(12a)의 베어링면과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어 배유공(13)으로 유출하고, 배유공(10), 배유공(13), 배유홈(11) 및 배유공 D를 거쳐 외부의 유조로 배출된다.

이와 같이 하여, 정압유체베어링으로서 기능하고, 배유공(13)이 개구되어 있는 배출랜드(12a)의 존재에 의해 유출베어링의 부하특성이 향상된다. 그 이외의 작용·효과는 제1 형태와 같다.

본 발명의 실시의 제3 형태에서의 유체베어링장치에 관하여 설명한다.

베어링메탈(1)의 동압발생용 랜드(6)에서의 냉각용 윤활유 유통을 위한 내부유통공간(간극공간(7)) 및 오일공급공(8) 이외는 상기의 제1 형태에서의 유체베어링장치와 같다.

도 5, 도 6 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, ㄷ자형 홈공(4)에 둘러싸인 4변형의 베어링면 영역은 동압발생용 랜드(6)에 있어서, 동압발생용 랜드 영역의 인너슬리브(2)의 외주면에는, ㄷ자형 홈공(4)의 각부(4b,4b) 사이를 연통하는 회전축선방향의 연통홈(14)이 적절한 수(도시의 예에서는 3개)가 평행으로 형성되어 있다.

따라서, 제1 형태와 같이, 베어링케이싱(3)에 내주면에 원통형의 인너슬리브(2)가 끼워 장착되면 인너슬리브(2)의 ㄷ자형 홈공(4)이 베어링케이싱(3)에 내주면을 저면으로 한 ㄷ자형 홈을 형성하는 동시에. 각 연통홈(14)은 베어링케이싱(3)의 내주면과 함께 ㄷ자형 홈의 양 각부를 연통하는 회전축선방향의 냉각용 윤활유 유통공을 동압발생용 랜드(6)에 형성한다.

그리고 베어링케이싱(3)에 제1 형태에서의 베어링메탈(1)과 같이 형성되어 있는 베어링케이싱(3)의 오일공급공(8)의 개구위치는, ㄷ자형 홈의 한쪽의 각부의 홈저부에 상당하는 내주면의 적절한 위치(도시의 예에서는, ㄷ자형 홈공(4)의 한쪽의 각부 4a의 중심위치, 즉 중앙의 연통홈(14)의 개구위치에 상당하는 위치)이다.

상기 유체베어링장치에 있어서는, 베어링메탈(1)의 오일공급공(8)으로부터는 스로틀노즐(8a)에서 감압조정된 윤활유가, 오일포켓과 이루는 ㄷ자형 홈공(4)으로 유출되고, ㄷ자형 홈공(4)와 회전축 S의 외주면과에 의한 공간을 채우는 동시에, 한쪽의 ㄷ자형 홈공(4)의 한쪽의 각부(4a)로부터 연통홈(냉각용 윤활유 유통공)(14,14,14)을 통과하여 다른쪽의 각부(4a)로 흐른다. 그리고, 윤활유는 외측의 베어링면 영역과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어, 배유홈(5,5)으로 유출하고, 배유공(10), 배유홈(11) 및 배유공 D를 거쳐 외부의 유조로 배출된다.

연통홈(냉각용 윤활유 유통공)(14,14,14)을 윤활유가 통과함으로써, 유체마찰에 의한 발열로 가열되는 동압발생용 랜드(6)는 내면으로부터 냉각된다. 따라서, 제1 형태의 경우와 동일한 작용·효과가 생긴다. 또한, 연통홈(냉각용 윤활유 유통공)(14,14,14)의 1단에서 타단으로의 윤활유의 흐름이 확실히 행해지므로, 제1 형태의 경우보다 냉각효과가 좋다.

또한, 동압발생용 랜드(6)의 표면부의 아래쪽 지지부가 연통홈(14,14) 사이에 형성되므로, 제1 형태의 동압발생용 랜드(6)의 강성이 높아진다.

그리고 연통홈(14)은 동압발생용 랜드(6)를 인너슬리브(2)의 외주면측으로부터 적절한 깊이를 절삭 등으로 제거한 후에, 인너슬리브(2)를 베어링케이싱(3)에 내주면에 끼워 장착함으로써 형성되기 때문에, 성형가공이 매우 용이하게 행해지게 된다. 그 밖의 작용·효과는 제1 형태와 같다.

본 발명의 실시의 제4형태에서의 유체베어링장치에 관하여 설명한다.

베어링메탈(1)의 ㄷ자형 홈공(4)의 각부(4b) 및 윤활유 배출형상 이외는 상기의 제3 형태에서의 유체베어링장치와 같다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 인너슬리브(2)의 ㄷ자형 홈공(4)의 각부(4b,4b)에 있어서, 복수(도시의 예에서는 3개)의 연통홈(14)의 1개마다(도시의 예에서는 양측의 2개)의 연통홈(14)의 개구위치, 즉 오일공급공(8)의 개구위치에서는 없는 연통홈(14)의 개구위치에 상당하는 위치에 동압발생용 랜드(6)와 같은 높이의 베어링면을 이루는 배출랜드(15,15)가 형성되어 있다. 즉 ㄷ자형 홈공(4)의 각부(4b)는, 배출랜드(15)에 의해 복수(도시의 예에서는 2개)로 구분된다.

배출랜드(15)의 중앙에는 외부로 연통하는 배유공(13)이 개구되고, 배출랜드(15)의 축선방향에서의 양측면 에지에는 인너슬리브(2)의 두께보다 얕은 연통홈(16,16)이 형성되고, 연통홈(14)의 단부는 인접한 쪽의 연통홈(16)과 겹치는 부분까지 이르고 있다.

배유공(13,13···)은 베어링케이싱(3)의 외주면의 양측에서 원주방향에 형성된 배유홈(11,11)로 연통하고, 인너슬리브(2)의 각 배유홈(5)의 홈저부에 개구된 배유공도 배유홈(11)으로 연통하고 있다.

그리고 베어링케이싱(3)에 제3 형태에서의 베어링메탈(1)과 동일하게 형성되어 있는 베어링케이싱(3)의 오일공급공(8)은 인너슬리브(2)의 2개의 배출랜드(15,15) 사이의 중앙의 연통홈(14)의 개구위치에 상당하는 위치의 베어링케이싱(3)의 내주면에 개구되어 있다.

상기 유체베어링장치에 있어서는, 베어링메탈(1)의 오일공급공(8)으로부터는 스로틀노즐로 감압조정되어 유출된 윤활유는, 직접 중앙의 연통홈(냉각용 윤활유유통공) 14로 유입되는 동시에. 연통홈(16)을 거쳐 다른 연통홈(14)으로 유입된다. 또한, 연통홈(16)을 거쳐 오일포켓으로 되는 ㄷ자형 홈공(4)과 회전축 S의 외주면과에 의한 공간을 채운다.

연통홈(냉각용 윤활유 유통공)(14,14,14)을 통과하는 윤활유는, 상기 제3 형태에서의 유체베어링장치와 동일하게 베어링메탈(1)의 동압발생용 랜드(6)의 냉각을 행하고, 오일포켓을 채운 윤활유와 함께, 외측의 베어링면 영역과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어 배유홈(5,5)으로 유출되는 동시에. 배출랜드(15)의 베어링면과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어 배유공(13)으로 유출되고, 각 배유공, 배유홈(13) 및 배유공 D를 거쳐 외부의 유조로 배출된다.

배유공(13)이 개구되어 있는 배출랜드(15)의 존재에 의해 유체베어링의 부하특성이 향상된다. 그밖의 작용·효과는 제3 형태와 동일하다.

본 발명의 실시의 제5 형태에서의 유체베어링장치에 관하여 설명한다.

상기 제1 형태 내지 제4 형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈(1)은 인너슬리브(2)와 베어링케이싱(3)과의 2층구조이나, 압입, 소결결합 등의 끼워 장착하는 공정의 생략 및 정밀도의 향상을 위해 제5 형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈(20)은 도 8에 나타낸 바와 같이 인너슬리브와 베어링케이싱과의 구별없이 단일부품으로 형성되어 있다.

원통형의 베어링메탈(20)에는 내주면에 적절한 깊이의 ㄷ자형 포켓을 형성하고, 베어링메탈(20)의 내주면 절삭가공에 의해 회전축선방향의 연결부(21a)와 연결부(21a)의 양단으로부터 회전축 S 회전방향 또는 그의 역방향을 향하는 원주방향으로 신장한 각부(21b,21b)로 이루어지는 ㄷ자형 홈(21)이 적절한 수(예를 들면 4개) 원주방향으로 등간격배열로 형성되어 있다. 또, 마찬가지로 내주면에는 ㄷ자형 홈(21)의 각부(21b)와 평행인 원주방향의 배유홈(22)이 ㄷ자형 홈(21)의 양 외측에 형성되어 있다.

ㄷ자형 홈(21)에 둘러싸인 4변형의 베어링면 영역은 동압발생용 랜드(6)로 된다. 그리고, 제3 형태의 유체베어링장치와 동일하게, 베어링메탈(20)에는 스로틀노즐을 구비한 오일공급공(8)이 반경방향으로 형성되고, 오일공급공(8)은 ㄷ자형 홈(21)의 한쪽의 각부(21b)의 구저에 적절한 위치에(예를 들면 각부(21a)의 중심위치) 개구되어 있다.

동압발생용 랜드(6)에는 ㄷ자형 홈(21)의 양 각부(21b,21b)를 연통하는 회전축선방향의 적절한 수(도시된 예에서는 4개)의 연통공(23)이 원주방향 등배로 평행하게 형성되어 있다.

이 연통공(23)을 형성하게 될 때에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 베어링메탈(20)의 일단면으로부터 배유홈(22) 및 ㄷ자형 홈(21)의 한쪽의 각부(21b)를 통하여 축선방양으로 동압발생용 랜드(6)를 관통하여 천공하고, 동압발생용랜드(6)를 관통하는 유통공 (23) 이외의 베어링메탈(20)에 형성된 구멍부를 폐쇄전(24)으로 밀봉한다.

상기의 베어링메탈(20)에 있어서도, 전술한 제3 형태에서의 유체베어링의 베어링메탈(1)의 경우의 연통홈(냉각용 윤활유유통공)(14)과 동일하게 오일공급공(8)으로부터의 윤활유는, 오일포켓으로 되는 ㄷ자형 홈(21)으로 유출되고, ㄷ자형 홈(21)과 회전축 S의 외주면과에 의한 공간을 채우는 동시에, 한쪽의 ㄷ자형 홈(21)의 한쪽의 각부(21a)로부터 연통공(23,23···)를 통과하여 다른 쪽의 각부(21b)로 흐른다. 그리고, 외측의 베어링면 영역과 회전축 S의 외주면과의 사이에서 압출되어 배유홈(22,22)으로 유출된다. 즉, 제5 형태에서의 윤활유의 작용·효과는 동압발생용 랜드(6)의 자유선단부가 얇은 두께형상의 스탭부(6a) 또는 앞에지를 향하여 얇은 두께로 되는 완만한 경사면의 작용·효과를 포함하여 제3 형태와 동일하다.

본 발명의 유체베어링장치는 정압포켓에 의해 정압유체베어링으로서 기능하는 동시에. 동압발생용 랜드에 의해 유체베어링에 동압효과도 가한다.

그 때, 유체마찰에 의한 발열로 가열되는 동압발생용 랜드는 베어링면의 내측의 윤활유 유통공간을 흐르는 압유에 의해 냉각된다.

따라서, 유체베어링장치, 특히 동압발생용 랜드의 가열팽창이 억지된다. 그러나, 충분한 동압효과를 주기 위해서 동압발생용 랜드에 충분한 면적을 부여하여, 발열이 증대하더라도, 냉각면적도 증대하여 충분한 냉각이 행해지므로 문제가 생기지 않는다.

따라서, 유체마찰에 의한 유체베어링장치의 베어링메탈의 열팽창, 베어링메탈의 열팽창에 의한 베어링간극의 축소, 압유의 발열량의 증대, 유체마찰에 의한 베어링메탈의 열팽창의 증대라고 하는 악순환은 단절되고, 베어링성능의 열화, 최종적인 회전축과 베어링메탈의 눌어붙는 것(燒付)이 방지된다.

바람직한 구성의 유체베어링장치로서, 동압발생용 랜드에서의 베어링면의 내측의 압유유통공간이 홈 또는 통로에 의해 형성되어 있으면, 동압발생용 랜드의 강성이 높아진다.

또한, 배유공이 개구되어 있는 배출랜드가 형성되어 있는 경우에는, 유체베어링의 부하특성이 향상된다.

그리고 정압포켓 및 압유유통공간의 형성에 있어서, 베어링메탈이 인너슬리브와 그 외측의 베어링케이싱과의 끼워 장착에 의한 2층구조로 한 경우에는, 인너슬리브의 외주면으로부터만의 가공에 의해 실현되므로, 매우 쉽게 제조할 수 있고, 생산성도 좋고, 생산코스트도 저렴하게 된다.

또한, 동압발생용 랜드에서의 베어링면의 내측의 압유유통공간이 연통공에 의해 형성되어 있는 경우에는, 유체베어링장치의 베어링메탈이 2층구조가 아닌 단일부재라 해도, 단면으로부터의 연통공과 전(栓)의 폐색에 의해 쉽게 실현되고, 2부재의 끼워 장착에 의한 2층구조가 아니므로, 동압발생용 랜드의 냉각과 강성이 얻어지는 유체베어링장치로서 고정밀도가 유지된다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에서의 유체베어링장치를 설치한 지석주축(砥石主軸)의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시의 제1형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 사시부분도이다.

도 3은 본 발명의 실시의 제1형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 단면도이다(a: 종단면도/ b: 횡단면도).

도 4는 본 발명의 실시의 제2형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 사시부분도이다.

도 5는 본 발명의 실시의 제3형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 사시부분도이다.

도 6는 본 발명의 실시의 제3형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 단면도이다(a: 종단면도/ b: 횡단면도).

도 7은 본 발명의 실시의 제4형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 사시부분도이다.

도 8은 본 발명의 실시의 제5형태에서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 사시부분도이다.

도 9는 종래의 기술에 있어서의 유체베어링장치의 베어링메탈의 사시부분도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 베어링메탈, 2: 인너슬리브, 3: 베어링케이싱, 4: ㄷ자형 홈공, 4a: 연결부, 4b: 각부(脚部), 4c: 제1 각부, 4d: 제2각부, 5, 11, 22: 배유홈, 6: 동압(動壓)발생용 랜드, 6a: 스탭부(段部), 7: 간극공간, 8: 오일공급공, 8a: 스로틀(throttle)노즐, 9: 원주홈, 10, 13: 배유공, 12a, 15: 배출랜드, 12b: 연결부, 14, 16: 연통홈, 20: 베어링메탈, 21: ㄷ자형 홈, 21a: 연결부, 21b: 각부, 23: 연통공, 24: 폐쇄전, C: 지석주축케이싱, S: 지석축, D: 배유공, H: 오일공급공

Claims (21)

1. 회전축을 지지하는 통형의 베어링메탈,

   상기 베어링메탈의 내주면에 홈형으로 형성된 포켓,

   상기 포켓에 의해 구획된 동압(動壓)발생용 랜드부,

   상기 동압발생용 랜드부에 형성된 압유 유통공간 및

   유체공급원으로부터 공급되는 압유를 상기 포켓 및 상기 압유 유통공간으로 공급하는 오일공급공으로 이루어지는 유체베어링장치.
2. 제1항에서,

   상기 포켓은,

   상기 회전축의 회전방향과 평행한 최소한 2개의 평행부 및

   상기 2개의 평행부를 연결하는 연결부로 이루어지는 유체베어링장치.
3. 제1항에서,

   상기 압유유통공간은 상기 포켓에 연통하는 공간이고, 상기 공간에 의해 상기 동압발생용 랜드부는 상기 베어링메탈의 내주면에 캔틸레버로 지지된 판형(板形)으로 형성되어 있는 유체베어링장치.
4. 제1항에서,

   상기 압유유통공간은 상기 포켓에 연통하는 복수의 통로로 이루어지는 유체베어링장치.
5. 제1항에서,

   상기 포켓으로부터 넘쳐 흐른 압유를 배출하는 배유홈이 상기 포켓의 양측에 형성되어 있는 유체베어링장치.
6. 제2항에서,

   상기 오일공급공은 상기 포켓의 상기 연결부에 개구되어 있는 유체베어링장치.
7. 제2항에서,

   상기 압유유통공간은 상기 포켓의 한쪽의 상기 평행부로부터 다른 쪽의 상기 평행부로 연통하는 복수의 통로로 이루어지고, 상기 오일공급공은 한쪽의 상기 평행부에 개구되어 있는 유체베어링장치.
8. 제1항에서,

   상기 포켓에는 상기 동압발생용 랜드부와 동일한 높이의 배출랜드부가 형성되고, 상기 배출랜드부는 상기 포켓으로부터 넘쳐 흐른 압유를 배출하는 배유공을 구비하고 있는 유체베어링장치.
9. 제2항에서,

   상기 포켓의 상기 평행부에는 상기 동압발생용 랜드부와 동일한 높이의 배출랜드부가 형성되고, 상기 배출랜드부는 상기 포켓으로부터 넘쳐 흐른 압유를 배출하는 배유공을 구비하고 있는 유체베어링장치.
10. 제1항에서,

    상기 동압발생용 랜드부에는 이 동압발생용 랜드부와 상기 회전축과의 간극을 증대시키기 위한 간극증대부가 배설되어 있는 유체베어링장치.
11. 통형의 베어링케이싱,

    상기 베어링케이싱의 내측에 끼워 넣어지고, 회전축을 지지하는 통형의 인너슬리브,

    상기 인너슬리브의 외주면으로부터 내주면에 관통하는 홈에 의해 형성된 포켓과, 상기 포켓에 의해 구획된 동압발생용 랜드부,

    상기 동압발생용 랜드부에 형성된 압유유통공간 및

    상기 베어링케이싱에 형성되고, 유체공급원으로부터 공급되는 압유를 상기 포켓 및 상기 압유유통공간에 공급하는 오일공급공으로 이루어지는 유체베어링장치.
12. 제11항에서,

    상기 포켓은,

    상기 회전축의 회전방향과 평행한 최소한 2개의 평행부 및

    상기 2개의 평행부를 연결하는 연결부로 이루어지는 유체베어링장치.
13. 제11항에서,

    상기 압유유통공간은 상기 인너슬리브의 외주면측이 제거되어 형성된 상기 포켓에 연통하는 공간이고, 상기 공간에 따라서, 상기 동압발생용 랜드부는 상기 베어링메탈의 내주면에 캔틸레버로 지지된 판형으로 형성되어 있는 유체베어링장치.
14. 제11항에서,

    상기 압유유통공간은 상기 인너슬리브의 외주면에 형성된 복수의 홈으로 이루어지고, 상기 홈은 상기 포켓에 연통하는 유체베어링장치.
15. 제11항에서,

    상기 포켓으로부터 넘쳐 흐른 압유를 배출하는 배유홈이 상기 포켓의 양측의 상기 인너슬리브 내주면에 형성되어 있는 유체베어링장치.
16. 제12항에서,

    상기 오일공급공은 상기 포켓의 상기 연결부에 개구되어 있는 유체베어링장치.
17. 제12항에서,

    상기 압유유통공간은 상기 인너슬리브의 외주면에 형성되어 상기 포켓의 한쪽의 상기 평행부로부터 다른 쪽의 상기 평행부로 연통하는 복수의 홈으로 이루어지고, 상기 오일공급공은 한쪽의 상기 평행부에 개구되어 있는 유체베어링장치.
18. 제11항에서,

    상기 인너슬리브의 상기 포켓내에는 상기 동압발생용 랜드부와 동일 높이의 배출랜드부가 형성되고, 상기 배출랜드부는 상기 포켓으로부터 넘쳐 흐른 압유를 배출하는 배유공을 구비하고 있는 유체베어링장치.
19. 제12항에서,

    상기 인너슬리브의 상기 포켓의 상기 평행부내에는 상기 동압발생용 랜드부와 동일 높이의 배출랜드부가 형성되고, 상기 배출랜드부는 상기 포켓으로부터 넘쳐 흐른 압유를 배출하는 배유공을 구비하고 있는 유체베어링장치.
20. 제11항에서,

    상기 동압발생용 랜드부에는 상기 동압발생용 랜드부와 상기 회전축과의 간극을 증대시키기 위한 간극증대부가 배설되어 있는 유체베어링장치.
21. 회전축을 지지하는 통형의 베어링메탈,

    상기 베어링메탈의 내주면에 홈형으로 형성되고, 상기 회전축의 회전방향과 평행한 최소한 2개의 평행부와 이들 2개의 평행부를 연결하는 연결부로 이루어지는 포켓,

    상기 포켓에 의해 구획된 동압발생용 랜드부,

    상기 베어링메탈의 한쪽의 단부로부터 상기 포켓의 한쪽의 상기 평행부, 상기 동압발생용 랜드부를 통하여 상기 포켓의 다른쪽의 상기 평행부에 관통하는 복수의 연통공,

    상기 동압발생용 랜드부 이외의 상기 통로를 각각 폐쇄하는 폐쇄전 및

    유체공급원으로부터 공급되는 압유를 상기 포켓 및 상기 동압발생용 랜드부에 형성된 상기 통로에 공급하는 오일공급공으로 이루어지는 유체베어링장치.