KR100799259B1 - 고속 유정압 주축의 실링장치 - Google Patents

고속 유정압 주축의 실링장치 Download PDF

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KR100799259B1
KR100799259B1 KR1020060077588A KR20060077588A KR100799259B1 KR 100799259 B1 KR100799259 B1 KR 100799259B1 KR 1020060077588 A KR1020060077588 A KR 1020060077588A KR 20060077588 A KR20060077588 A KR 20060077588A KR 100799259 B1 KR100799259 B1 KR 100799259B1
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이창호
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Abstract

본 발명은 오일의 누설 경로에 형성된 드레인구조를 이용하거나 압축 공기의 선회를 일으켜 발생된 에어커튼으로 오일 누설을 차단할 수 있도록 한 고속 유정압 주축의 실링장치를 제공하기 위한 것으로, 일실시예로서 베어링 하우징(100)내에 조립된 전부 베어링(2), 후부 베어링(4), 스러스트 베어링(3)에 압유를 공급하여 베어링 포켓(2b),(2c),(3b),(4b)에 형성된 일정 압력으로 주축(1)을 회전 지지하는 유정압 장치에 있어서, 상기 주축(1)과 접하는 상기 전부 베어링(2)과 스러스트 베어링(3)의 내주면 및 단면에는 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)과 주축(1)과의 틈새 사이로 새어나오는 작동유를 받이하는 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)을 형성하고, 상기 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)은 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 새어나오는 작동유를 배출시키는 드레인유로(9)와 연통된 구성으로 이루어진다.
주축, 유정압, 베어링, 실링

Description

고속 유정압 주축의 실링장치{Sealing device of high speed hydraulic static pressure spindle}
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 적용되는 고속 유정압 주축의 정면도.
도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선에서 본 단면도.
도 4는 도 1의 C-C선에서 본 단면도.
도 5는 도 3의 전부 베어링 단면 확대도.
도 6은 도 3의 전부 베어링 단면 확대도.
도 7은 도 4의 전부 베어링의 부분 단면된 입체도.
도 8은 본 발명에 적용되는 고속 유정압 주축의 배면도.
도 9는 도 8의 D-D선에서 본 단면도.
도 10은 도 9의 후부 베어링 단면 확대도.
도 11은 도 9의 후부 베어링 단면 확대도.
도 12는 도 9의 후부 베어링의 부분 단면된 입체도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 주축
2 : 전부 베어링 하우징
2a: 전부 베어링 오일 공급 홈
2b: 전부 베어링 포켓
2c: 스러스트 베어링 포켓
2d: 드레인 홈
2e: 드레인 홈
2f: 실링 홈
2g: 공기 유로
3 : 스러스트 베어링
3a: 스러스트 베어링 오일 공급 홈
3b: 스러스트 베어링 포켓
3c: 드레인 홈
3d: 드레인 홈
3e: 실링 홈
4 : 후부 베어링 하우징
4a: 후부 베어링 오일 공급 홈
4b: 후부 베어링 포켓
4c: 드레인 홈
4d: 드레인 홈
4e: 실링 홈
4f: 실링 홈
4g: 공기 유로
5 : 스테이터
6 : 로터
7 : 엔코더 치차부
8 : 엔코더 센서부
9 : 전부 드레인 유로
10 : 후부 드레인 유로
11 : 전부 2차 드레인 유로
12 : 후부 2차 드레인 유로
본 발명은 주축에 공급된 오일이 회수되는 과정에서 주축 외부로 오일이 누설되는 것을 방지하기 위한 고속 유정압 주축의 실링장치에 관한 것으로, 특히 오일의 누설 경로에 형성된 드레인구조를 이용하거나 압축 공기의 선회를 일으켜 발생된 에어커튼으로 오일 누설을 차단할 수 있도록 한 고속 유정압 주축의 실링장치 에 관한 것이다.
공작기계나 복합가공기는 공구를 고속 회전시키기 위해 일반적으로 주축을 구비하고 있다. 이러한 일반적인 주축은 볼 베어링이나 롤러 베어링의 지지를 받아 회전한다.
이러한 베어링의 지지수단을 받지 않고 작동유의 정압을 이용하여 지지받는 주축을 유정압 주축이라 한다.
종래 유정압 주축에 공급되는 작동유는 도 2와 같이 전부 베어링(2), 후부 베어링(4) 및 스러스트 베어링(3)과 회전하는 주축(1)사이의 틈새에 오일이 유입되어 주축이 회전하는 방식이다.
도 2에서 보면 오일 입구(101)를 통해 일정 압력의 오일은 오일통로(102)를 경유하여 전부 베어링(2)과 후부 베어링(4) 및 스러스트 베어링(3)으로 공급되며, 이 오일은 도 3과 같이 전부 베어링 오일 공급 홈(2a), 후부 베어링 오일 공급 홈(4a), 스러스트 베어링 오일 공급 홈(3a)를 통해 반경방향으로 위치한 모세관을 통해 도 5 및 도 10과 같이 각 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)으로 설정 압력과 원하는 유량으로 공급된다. 각 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 발생한 압력으로 회전하는 주축(1)이 지지되며, 베어링(2)(3)(4)과 주축(1) 사이의 틈새를 통해 대기압 상태로 오일이 도 2의 드레인유로(9)(10)를 거쳐 배출된다. 드레인유로(9)(10)를 통해 자연 드레인 된 오일은 유압 시스템으로 회수하여 다시 주축(1)으로 공급된다.
일반적으로 사용되는 ISO VG10(온도 20~40도일 경우 동점성 계수 21.5~10.3cSt)의 오일을 작동유로 사용할 경우 점도가 높아 주축과 베어링의 틈새에서 발생하는 점성 마찰로 인해 매우 높은 발열이 일어나게 되며, 이는 주축의 열변위를 일으켜 가공 정확도에 악영향을 미치게 된다.
따라서, 주축의 발열억제를 통해 고속 회전을 달성하고자 저점도의 ISO VG2의 오일을 사용한다. 본 저점도 오일은 온도 20~40도일 경우 동점성 계수가 2.99~2.1cSt로 점도가 아주 낮은 오일이다.
그러나, 이러한 저점도의 오일을 사용함으로 인해 주축의 최고 회전속도가 15,000rpm의 고속용일 경우 주축의 발열은 억제할 수 있으나, 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)를 통해 주축(1)과의 틈새를 통해 빠져나가는 유량이 훨씬 많아지게 되어 드레인유로(9)(10)로 빠져나가는 것 이외에 넘치는 오일의 일부가 자칫 주축 외부로 누설될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 제반적인 사정을 감안하여 창출된 것으로, 고속 회전으로 인한 주축의 발열 억제를 위해 저점도용 오일을 작동유로 공급할 경우 공급된 오일이 베어링 포켓을 통과하여 드레인 유로를 통해 다시 회수되는 과정에서 유량과다로 인해 주축 외부로 오일이 누설되는 것을 막기 위한 고속 유정압 주축의 실링장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,
베어링 하우징(100)내에 조립된 전부 베어링(2), 후부 베어링(4), 스러스트 베어링(3)에 압유를 공급하여 베어링 포켓(2b),(2c),(3b),(4b)에 형성된 일정 압력 으로 주축(1)을 회전 지지하는 유정압 장치에 있어서,
상기 주축(1)과 접하는 상기 전부 베어링(2)과 스러스트 베어링(3)의 내주면 및 단면에는 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)과 주축(1)과의 틈새 사이로 새어나오는 작동유를 받이하는 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)을 형성하고,
상기 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)은 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 새어나오는 작동유를 배출시키는 드레인유로(9)와 연통된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면,
상기 전부 베어링(2)과 스러스트 베어링(3)의 내주면에는 드레인 홈(2d)(3e)의 일측으로 각기 하나 이상의 환형 홈(2f,3e)을 더 형성하고,
상기 환형 홈(2f,3e)은 베어링 하우징(100)에 형성된 전부 2차 드레인유로(11)와 연통되게 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면,
상기 전부 베어링(2)에는 상기 환형 홈(2f)에 접선 방향으로 연통되어 공기를 선회시키는 하나 이상의 공기유로(2g)가 더 구성되고, 상기 공기유로(2g)는 베어링 하우징(100)에 형성된 공기주입구(110)와 연통되고, 상기 공기주입구(110)에는 공압원이 연결 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면,
상기 후부 베어링(4)의 내주면에는 상기 베어링 포켓(4b)의 양쪽으로 새어나오는 작동유를 받이하는 드레인 홈(4c)(4d)을 더 형성하고,
상기 드레인 홈(4c)(4d)은 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 새어나오 는 작동유를 배출시키는 드레인유로(9)와 연통된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면,
상기 후부 베어링(4)의 내주면에는 드레인 홈(4c)(4d)의 일측으로 하나 이상의 환형 홈(4e,4f)을 더 형성하고,
상기 환형 홈(4e)(4f)은 베어링 하우징(100)에 형성된 후부 2차 드레인유로(12)와 연통되게 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면,
상기 후부 베어링(4)에는 상기 환형 홈(4f)에 접선 방향으로 연통되어 공기를 선회시키는 하나 이상의 공기유로(4g)가 더 구성되고, 상기 공기유로(4g)는 베어링 하우징(100)에 형성된 공기주입구(110)와 연통되고, 상기 공기주입구(110)에는 공압원이 연결 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 전체 구조도인 도 2를 보면, 일정 설정 압력의 오일이 주입되는 오일입구(101)를 통해 오일통로(102)를 경유하여 전부 베어링(2), 후부 베어링(4), 스러스트 베어링(3)로 공급된다.
상기 베어링(2,4,3)으로 공급된 오일은 도 3의 각 베어링 오일 공급 홈(2a,3a,4a)을 통하여 모세관을 지나 도 5 및 도 10에 도시된 바와같이 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에 일정 압력으로 공급되어 주축(1)을 지지하게 되어 있다.
상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에 공급된 오일은 각 베어링(2,3,4)과 주축(1)의 틈새를 통해 도 5 및 도 10의 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)를 통해 자연 드레인되게 구성되며, 도 2의 전부 드레인유로(9) 및 후부 드레인유로(10)를 통해 유압시스템으로 회수되고 회수된 오일은 다시 유압펌프(미도시)에 의해 주축(1)으로 공급되게 되어 있다.
따라서 본 발명에서 고속 유정압으로 지지되는 주축(1)은 전부 베어링(2), 후부 베어링(4), 스러스트 베어링(3)과 주축(1)의 틈새를 통해 공급되는 오일압력의 지지력으로 부상하게 되고, 베어링 하우징(102)에 장착된 스테이터(5)와 주축(1)에 장착된 로터(6)의 빌트인 모터의 회전력에 의해 회전하게 된다.
또한 도 2에서 보면 주축(1)의 회전은 주축(1)의 후단에 연결된 치차(7)와, 치차(7)의 회전을 센싱하는 엔코더 센서(8)에 의해 검출하도록 구성된다.
상기 주축(1)은 회전속도 15,000rpm으로 고속 유정압을 받는 것으로, 일반적으로 적용하는 ISO VG10 오일(온도 20도~40도 일 경우 동점성 계수 21.5~10.3cSt)을 사용할 경우, 고속 회전으로 인한 주축 틈새의 점성마찰로 심한 발열이 나타나게 된다.
이에 온도 섭씨 20도~40도일 경우 동점성 계수 2.99~2.1cSt인 저점도의 오일을 작동유로 사용하는 주축을 구성할 수 있다.
저점도를 사용할 경우 주축 틈새를 통해 소비되는 유량이 많아지기 때문에 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)을 통해 도 2의 드레인 유로(9)(10)로 회수되는 오일의 양이 많아져 주축 외부로 오일이 누설될 수 가 있다.
따라서, 본 발명에 적용되는 주축(1)은 주축 외부로 오일의 누설을 막는 실링 장치를 구성한다.
본 고안된 주축의 도3, 도5 및 도10에서 보면 베어링 포켓(2b)(2c)(3c)(3b)을 통해 공급된 오일은 주축 틈새를 통해 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)으로 오일이 드레인 되도록 구성된다.
상기 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)은 드레인유로(9)(10)와 연결되어 주축 외부의 유압펌프(미도시)를 포함하는 유압 시스템으로 오일이 회수되도록 한다.
한편, 본 발명은 유량의 과다로 상기 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)을 지나서 누설되는 오일은 도3, 도5, 도6, 도10 및 도11에서 보는 바와 같이 전후 베어링(2)(4) 및 스러스트 베어링(3)에 형성된 환형의 실링홈(2e)(2f)(3e)으로 유입되도록 구성될 수 있다.
이때 실링홈(2e)(2f)(3e)으로 유입된 오일은 별도의 드레인 유로(11,12)를 통하여 오일이 회수되도록 한다.
또한 본 발명은 상기 전부 베어링(2)에는 도 4와 같이 상기 환형 홈(2f)에 접선 방향으로 연통되어 공기를 선회시키는 하나 이상의 공기유로(2g)가 구성되고, 상기 공기유로(2g)는 베어링 하우징(100)에 형성된 공기주입구(110)와 연통되고, 상기 공기주입구(110)에는 공압원이 연결되도록 구성될 수 있다.
따라서 도 5에서 전부 베어링 포켓(2b) 및 스러스트 베어링 포켓(2c,3b)에서 새어나오는 오일은 1차적으로 드레인 홈(2d,2e,3d)에 모아져 전부 드레인 유로(9)를 통해 배출되고, 상기 드레인 홈(2d,2e,3d)을 새어나와 실링홈(2f,3e)으로 모아 진 오일은 도 3과 같이 전부 2차 드레인 유로(11)를 통해 배출되고, 최외측의 실링홈(2f)에는 공기유로(2g)를 통해 유입된 공기가 선회하면서 에어차단막을 형성하므로서 3차적으로 오일의 누출을 억제하게 된다.
다른 한편, 본 발명은 주축(1)의 회전을 검출하는 센싱부분을 오일 누출로 부터 방지하기 위해 후부 베어링(4)에도 실링 장치가 구성될 수 있다.
도 10 및 도 11에서와 같이 상기 후부 베어링(4)의 내주면에는 상기 베어링 포켓(4b)의 양쪽으로 새어나오는 작동유를 받이하는 드레인 홈(4c)(4d)을 형성하고, 상기 드레인 홈(4c)(4d)은 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 새어나오는 작동유를 배출시키는 드레인유로(9)와 연통되게 구성된다.
한편, 상기 후부 베어링(4)의 내주면에는 드레인 홈(4c)(4d)의 일측으로 하나 이상의 환형 홈(4e,4f)을 더 형성하고, 상기 환형 홈(4e)(4f)은 도 3의 베어링 하우징(100)에 형성된 후부 2차 드레인유로(12)와 연통되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 후부 베어링(4)에는 도 11과 같이 상기 환형 홈(4f)에 접선 방향으로 연통되어 공기를 선회시키는 하나 이상의 공기유로(4g)가 구성되고, 상기 공기유로(4g)는 베어링 하우징(100)에 형성된 공기주입구(110)와 연통되고, 상기 공기주입구(110)에는 공압원이 연결된다.
따라서 후부 베어링 포켓(4b)에서 새어나오는 오일은 1차적으로 드레인 홈(4c,4d)에 모아져 후부 드레인 유로(10)를 통해 배출되고, 드레인 홈(4c,4d)을 새어나와 실링홈(4e,4f)으로 모아진 오일은 후부 2차 드레인 유로(12)를 통해 배출되고, 최외측의 실링홈(4f)에는 도 11에서 공기유로(4g)를 통해 유입된 공기가 선 회하면서 에어차단막을 형성하므로서 3차적으로 오일의 누출을 억제하게 된다.
따라서 주축(1)의 회전을 검출하는 센서부를 주축(1)에서 새어나오는 오일의 누출로 부터 보호할 수 있는 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 고속 유정압 주축의 실링장치에 따르면, 1차적으로 드레인 홈을 통하여 오일누출을 억제하고, 2차적으로 실링홈을 통하여 억제하며, 3차적으로 선회공기차단막으로 억제하므로써 주축의 외부로 오일 누설을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서 오일 회수율이 향상되고, 가공환경이 환경이 개선되며, 주축 회전감지부의 오동작을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 베어링 하우징(100)내에 조립된 전부 베어링(2), 후부 베어링(4), 스러스트 베어링(3)에 압유를 공급하여 베어링 포켓(2b),(2c),(3b),(4b)에 형성된 일정 압력으로 주축(1)을 회전 지지하는 유정압 장치에 있어서,
    상기 주축(1)과 접하는 상기 전부 베어링(2)과 스러스트 베어링(3)의 내주면 및 단면에는 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)과 주축(1)과의 틈새 사이로 새어나오는 작동유를 받이하는 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)을 형성하고,
    상기 드레인 홈(2d)(2e)(3c)(3d)은 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 새어나오는 작동유를 배출시키는 드레인유로(9)와 연통된 것을 특징으로 하는 고속 유정압 주축의 실링장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전부 베어링(2)과 스러스트 베어링(3)의 내주면에는 드레인 홈(2d)(3e)의 일측으로 각기 하나 이상의 환형 홈(2f,3e)을 더 형성하고,
    상기 환형 홈(2f,3e)은 베어링 하우징(100)에 형성된 전부 2차 드레인유로(11)와 연통되게 구성된 것을 특징으로 하는 고속 유정압 주축의 실링장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전부 베어링(2)에는 상기 환형 홈(2f)에 접선 방향으로 연통되어 공기 를 선회시키는 하나 이상의 공기유로(2g)가 더 구성되고, 상기 공기유로(2g)는 베어링 하우징(100)에 형성된 공기주입구(110)와 연통되고, 상기 공기주입구(110)에는 공압원이 연결 구성된 것을 특징으로 하는 고속 유정압 주축의 실링장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 후부 베어링(4)의 내주면에는 상기 베어링 포켓(4b)의 양쪽으로 새어나오는 작동유를 받이하는 드레인 홈(4c)(4d)을 더 형성하고,
    상기 드레인 홈(4c)(4d)은 상기 베어링 포켓(2b)(2c)(3b)(4b)에서 새어나오는 작동유를 배출시키는 드레인유로(9)와 연통된 것을 특징으로 하는 고속 유정압 주축의 실링장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 후부 베어링(4)의 내주면에는 드레인 홈(4c)(4d)의 일측으로 하나 이상의 환형 홈(4e,4f)을 더 형성하고,
    상기 환형 홈(4e)(4f)은 베어링 하우징(100)에 형성된 후부 2차 드레인유로(12)와 연통되게 구성된 것을 특징으로 하는 고속 유정압 주축의 실링장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 후부 베어링(4)에는 상기 환형 홈(4f)에 접선 방향으로 연통되어 공기를 선회시키는 하나 이상의 공기유로(4g)가 더 구성되고, 상기 공기유로(4g)는 베어링 하우징(100)에 형성된 공기주입구(110)와 연통되고, 상기 공기주입구(110)에는 공압원이 연결 구성된 것을 특징으로 하는 고속 유정압 주축의 실링장치.
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