KR101415160B1

KR101415160B1 - 롤링 베어링

Info

Publication number: KR101415160B1
Application number: KR1020127023838A
Authority: KR
Inventors: 시게키 혼다
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2014-07-04
Also published as: KR20120120421A; EP2530342B1; WO2012005202A1; US8585295B2; US20120314984A1; JP2015129586A; EP3156674A1; CN102971546B; JP5745516B2; EP2530342A4; EP3156674B1; CN102971546A; EP2530342A1; JPWO2012005202A1

Abstract

본 발명은 미스트 및 파티클의 발생을 방지하여 진공측의 진공의 질의 저하 및 압력 변동을 방지한다. 회전력 등의 동력을 전달하기 위한 동력 전달 장치에 사용되는 롤링 베어링에 있어서 그 롤링 베어링의 윤활부를 윤활하는 윤활성 자성유체를 상기 윤활부에 유지하기 위한 자석을 롤링 베어링의 외륜의 적어도 일측에 마련하고, 그리고 그 자석의 상기 외륜과 반대 측에 자성 재료로 이루어지며 회전축에 헐겁게 삽입하는 링 모양의 요크를 마련하는 것을 특징으로 한다.

Description

롤링 베어링 {ROLLING BEARING}

본 발명은 롤링 베어링(구름 베어링), 특히 반도체 FPD 및 태양전지 등의 제조장치에서의 진공장소에서 사용하기에 매우 적합한 자성(磁性)유체를 이용한 롤링 베어링에 관한 것이다.

반도체 제조장치 등에 있어서는 예를 들면, 진공 펌프에 의해서 높은 진공 상태로 유지된 반응실 안에 웨이퍼를 배치하고 반응 가스를 도입해서 CVD법 등에 의해 박막을 형성한다. 반응실 안에서의 워크의 반송은 기밀한 상태인 채로 실시할 필요가 있으며, 그것을 위한 반송기구에 있어서는, 반응실 안에서 워크를 실제로 파지하는 아암부분과, 반응실 외부로부터 아암부분으로 동력을 전달하기 위한 구동 기구와의 사이가 기밀한 상태로 완전하게 나누어져 있을 필요가 있다. 또한, 반응실 측은 티끌 등의 발생을 극력 억제할 필요가 있다. 이 때문에 반응실 내의 아암 부분의 구동기구는 마모가루(磨耗粉), 윤활제의 미스트 등이 발생되지 않는 기구가 바람직하다.

상기와 같은 반도체 제조장치 등에 있어서는 예를 들면 도 10에서 나타내는 자성유체 씰 장치가 사용되고 있다. 이 자성유체 씰 장치는 한 쌍의 자극편으로서의 폴 피스(102,103)와, 이 한 쌍의 폴 피스(102,103)에 끼워진 자력 발생 수단으로서의 자석(104)으로 구성되는 자기회로형성수단을 이용한다. 그리고, 하우징 (112)에 한 쌍의 폴 피스(102,103)가 밀봉성을 향상시키는 O링(105,106)을 통하여 장착되며, 폴 피스(102,103)와 자석(104)과 자성유체(107)와 자성재제인 축(111)으로 자기회로를 형성하고, 자성유체(107)를 폴 피스(102,103)와 축(111)에 형성된 복수의 환상 돌기 선단과의 사이에 유지하여서 밀봉 대상측인 진공측을 진공상태 로 유지하는 밀봉기능을 구비하는 것이다(이하, 「종래기술 1」이라고 한다.).

그리고, 이러한 자성유체 씰 장치(101)의 대기측에 베어링부로서의 베어링 (110)이 배치되어 있다. 이 베어링(110)은 일반적으로 베어링(110)에서 발생되는 먼지를 피하기 위해 자성유체 씰 장치(101)의 대기 측에 배치된다. 베어링(110)으로는 앵귤러 베어링(angular bearing) 등이 이용되고, 이 베어링(110)의 윤활로는 그리스를 사용하는 경우가 많다.

그러나, 상기 종래기술 1에서는 윤활유는 일반적으로 베이스 오일에 증조제를 혼합한 것으로 많든 적든 간에 오일 분리는 일으킨다. 이런 상황은 온도가 높아질수록 현저해지며 도 10과 같이 베어링이 외팔 타입의 경우, 분리된 오일이 베어링(110)으로부터 유출되어 자성유체(107) 속으로 혼입되어 자성유체(107)의 열화가 발생하고, 내압성 및 진공성에 나쁜 영향을 미쳐 자성유체 씰 장치(101)의 수명을 짧게 하는 문제가 있었다(이하, 「제1의 문제」라고 한다.).

또한, 분리된 오일이 베어링(110)으로부터 대기 측으로 유출되어 드라이 상태가 되기 때문에 토크가 커져 최악의 경우 베어링이 망가지기도 한다. 게다가, 베어링에 그리스를 채우는 경우에는 장치를 분해할 필요가 있어 번잡한 작업이 요구된다.

한편, 베어링을 진공측에 배치한 양팔 타입의 자성유체 씰 장치 등에 있어서는 외팔 타입과 마찬가지로 제 1의 문제가 있으며, 더 나아가 기포나 수분이 진공 중에 방출되어 진공 챔버 내의 진공의 질을 저하시키거나 압력 변동이 일어나 문제시되고 있다(이하,「제 2의 문제」라고 한다.).

상기 제 1의 문제를 감안해서, 대기측의 폴 피스의 상면에, 하우징 측에 하방으로 오목한 오일 받이부를 구비하여, 베어링에서 그리스가 많든 적든 간에 오일분리를 일으켜 분리된 오일이 베어링으로부터 유출된 경우에 베어링의 하부에 있는 오일 받이부에 모아서 오일이 자성유체 중으로 혼입되는 것을 방지하도록 한 장치가 알려져 있다(이하 「종래기술 2」라고 한다. 예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또한, 상기 제 2의 문제를 감안해서, 도 11에서와 같이 간막이벽(120)에 의해 기밀한 상태로 나누어진 진공측과 대기측 사이에서 회전력 등의 동력을 전달하기 위한 회전 전달 장치에 관해서 회전 출력축(121)을 자유롭게 회전하도록 지지하고 있는 제 1 및 제 2의 볼베어링(113,114)의 윤활제로서 그리스 대신에 자성유체를 사용한 것이 알려져 있다(이하 「종래기술 3」이라고 한다. 예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이 종래기술 3은 제 1 및 제 2의 볼베어링(113,114)의 외륜 사이에 끼워진 둥근 고리모양의 제 1의 스페이서(115)와 내륜과의 사이에 끼워진 링 모양의 제 2의 스페이서(116)와, 둥근 고리모양 단면(122a)과, 너트(117)에 의해, 제 1 및 제 2의 볼베어링(113,114)의 외륜 및 내륜의 축선 방향의 위치를 규정하여, 자기회로를 구성하므로, 제 1의 스페이서(115)는 페라이트계 혹은 마텐자이트(martensite)계 스텐레스 등의 강자성체로 형성하고, 또한 축선 방향의 끝이 N극, S극이 되도록 착자(着磁)하며, 그리고 회전 출력축(121)의 적어도 축부분(122)은 자성체로 형성되고 이에 더하여 볼베어링(113,114)도 일반적으로 사용되고 있는 금속제의 자성체로 하며 제 2의 스페이서(116)를 비자성체로 해서 볼베어링(113,114)의 접촉부분의 주위를 자성유체로 덮여진 상태로 형성하도록 한 것이다.

일본특허공개공보 제2003-254446호 일본특허공개공보 특개평11-166597호

상기 종래기술 2에 대해서는 오일의 혼입이 방지된 자성유체에는 열화가 생기지 않고, 내압성 및 진공성에 영향이 미치지 않으며, 자성유체 씰 장치의 장기 수명화를 도모할 수 있는 효과는 있지만, 진공에서의 경우, 오일 받이부에 고인 오일에 포함되어 있는 기포나 수분이 진공 중에 방출되어 진공 챔버 내의 진공의 질을 저하시키는 문제가 있었다.

또한, 상기 종래기술 3과 같이 자석을 이용한 자기회로에 의해 윤활성 자성유체를 고정하는 것으로는 볼베어링의 접촉부분에서 발생하는 미소한 마모 가루 등의 파티클이 적어질 것으로 기대되지만, 실제로 시험해 보면 도 8 및 9에서와 같이 윤활제로서 그리스를 이용했을 경우에 비해 파티클의 발생량이 상당히 많다.

다만, 이 시험에서는 윤활제가 그리스인 경우, 베어링에 공지의 쉴드를 마련해서 파티클이 발생되기 어렵게 하는 한편, 윤활제가 자성유체인 경우, 베어링에 쉴드를 마련하지 않고, 한층 더 자력이 약한 자석을 이용해서(약한 자장), 파티클이 발생하기 쉬운 환경으로 설정했다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로 롤링 베어링의 윤활제로서 윤활성 자성유체를 이용하고, 자석을 이용한 자기회로에 의해 윤활성 자성유체를 고정하는 것에 있어서, 롤링 베어링의 적어도 일측에 마그넷 트랩을 마련함으로써 미스트 및 파티클의 발생을 방지하여 진공 측의 진공의 질의 저하 및 압력 변동의 방지, 또는 자성유체 씰 장치의 열화의 방지, 혹은 그리스 사용에 의한 고온시의 녹아 흘러내림 및 높은 토크화 문제의 해소를 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 롤링 베어링은, 첫째로, 회전력 등의 동력을 전달하기 위한 동력 전달 장치에 사용되는 롤링 베어링에 있어서, 그 롤링 베어링의 윤활부를 윤활하는 윤활성 자성유체를 상기 윤활부에 유지하기 위한 자석을 롤링 베어링의 외륜의 적어도 일측에 마련하고, 그리고 그 자석의 상기 외륜과 반대 쪽에 자성재료로 이루지며 회전축에 헐겁게 끼워지는 링 모양의 요크를 마련하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1의 특징에 의해, 미스트 및 파티클의 발생을 방지하여 진공 측의 진공의 질의 저하 및 압력 변동의 방지, 또는 자성유체 씰 장치의 열화의 방지, 혹은 윤활유 사용에 의한 고온 시의 녹아 흘러내림 및 높은 토크화의 문제를 해소할 수 있다.

또한, 본 발명의 롤링 베어링은, 둘째로, 제 1의 특징에 있어서 회전축을 자성 재료로 형성하고, 윤활성 자성유체를 윤활부에 유지하는 자기회로를, 자석, 요크, 회전축 및 롤링 베어링의 내륜, 볼, 외륜 사이에서 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2의 특징에 의해 자기회로의 형성이 충분하며 용이하게 이루어진다.

또, 본 발명의 롤링 베어링은, 셋째로, 제 1의 특징에 있어서 회전축을 자성 재료 또는 비자성 재료로부터 형성하고, 윤활성 자성유체를 윤활부에서 유지하는 자기회로를, 자석, 요크, 및 롤링 베어링의 내륜, 볼, 외륜 사이에서 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 3의 특징에 의해 회전축의 재료가 자성재료로 한정되지 않는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 롤링 베어링은, 넷째로, 제 1 내지 제 3의 어느 특징에 있어서 요크의 단면 형상이 I자 모양인 것을 특징으로 한다.

상기 제 4의 특징에 의해 요크의 제조가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 롤링 베어링은, 다섯째로 제 1 내지 제 3의 어느 특징에 있어서, 요크의 단면 형상이 L자 모양이며, 그 L자 모양의 수직부분이 자석에 접하고, 수평부분은 회전축의 표면에 대향되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 롤링 베어링은, 여섯째로, 제 5의 특징에 있어서 L자 모양의 요크의 수평부분의 회전축의 표면에 대향되는 면에 요철부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 5 및 제 6의 특징에 의해 파티클 등을 매우 효율적으로 트랩 할 수 있다.

또한, 본 발명의 롤링 베어링은, 일곱째로, 제 1 내지 제 6의 어느 특징에 있어서, 링 모양의 요크의 자석을 향한 쪽에 팽출부를 마련하고, 그 팽출부의 롤링 베어링의 외륜측에 개구되는 통 모양 또는 직사각형 모양의 오목부를 원주방향으로 복수 마련해서 그 오목부에 자석을 끼워 넣도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 7의 특징에 의해 요크를 정밀한 치수로 제조하면 정밀한 자석의 치수를 요구할 필요도 없이 간단한 구조로 롤링 베어링을 정밀한 치수로 설치할 수 있고, 또한 기존의 롤링 베어링에도 쉽게 적용할 수 있다.

본 발명의 롤링 베어링은 아래와 같이 뛰어난 효과를 나타낸다.

(1)롤링 베어링의 윤활부를 윤활하는 윤활성 자성유체를 상기 윤활부에 유지하기 위한 자석을 롤링 베어링의 외륜의 적어도 일측에 마련하고, 그리고 그 자석의 상기 외륜과 반대 측에 자성재료로 이루어지며 회전축에 헐겁게 끼우는 링 모양의 요크를 마련함으로써, 미스트 및 파티클의 발생을 방지하여 진공측의 진공의 질의 저하 및 압력 변동의 방지, 또는 자성유체 씰 장치의 열화 방지, 혹은 그리스 사용에 의한 고온시의 녹아 흘러내림 및 높은 토크화의 문제를 해소할 수 있다.

(2)회전축을 자성 재료로 형성하여 윤활성 자성유체를 윤활부에 유지하는 자기회로를 자석, 요크, 회전축 및 롤링 베어링의 내륜, 볼, 외륜 사이에서 형성함으로써 자기회로의 형성이 충분하며 또한 용이하게 이룰 수 있다.

(3)회전축을 자성재료 또는 비자성 재료로 형성하여 윤활성 자성유체를 윤활부에 유지하는 자기회로를, 자석, 요크, 및 롤링 베어링의 내륜, 볼, 외륜 사이에 형성함으로써 회전축의 재료가 자성재료에 한정되지 않는다는 이점이 있다.

(4)요크의 단면형상을 I자 모양으로 함으로써 요크의 제조가 용이하게 된다.

(5)요크의 단면형상이 L자 모양이며, 그 L자 모양의 수직부분이 자석에 접하고, 수평부분은 회전축의 표면에 대향되도록 배열되어 설치되는 점, 및 L자 모양의 요크의 수평부분의 회전축의 표면에 대향하는 면에 요철부가 형성되는 것에 의해 파티클 등을 매우 효율적으로 트랩 할 수 있다.

(6)링 모양의 요크의 자석을 향한 쪽에 팽출부를 마련하고, 그 팽출부의 롤링 베어링의 외륜측에 개구되는 통 모양 또는 직사각형 모양의 오목부를 원주방향으로 복수 마련하고, 그 오목부에 자석을 끼워 넣도록 함으로써, 요크를 정밀한 치수로 제조하면 자석의 치수의 정밀도를 요구할 필요도 없이 간단한 구조로 롤링 베어링의 치수를 정밀하게 설치할 수 있으며, 또한 기존의 롤링 베어링에도 쉽게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 롤링 베어링을, 자성유체 씰을 구비한 베어링 장치에 적용한 예를 나타낸 정면 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시형태 1과 관련된 롤링 베어링을, 자성유체 씰이 없는 베어링 장치에 적용한 예를 나타낸 정면 단면도이고,
도 3은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 롤링 베어링을 설명하기 위한 것으로 (a)는 롤링 베어링의 일측에 마그넷 트랩을 설치한 경우의 정면 단면도, (b)는 롤링 베어링의 양측에 마그넷 트랩을 설치했을 경우의 정면 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시형태 2와 관련된 롤링 베어링을 설명하기 위한 정면 단면도이고,
도 5는 본 발명의 실시형태 3과 관련된 롤링 베어링을 설명하기 위한 정면 단면도이고,
도 6은 본 발명의 실시형태 4와 관련된 롤링 베어링을 설명하기 위한 것으로 (a)는 정면단면도, (b)는 (a)의 A-A단면도이고,
도 7은 본 발명의 실시형태 5와 관련된 롤링 베어링을 설명하기 위한 정면 단면도이고,
도 8은 통상적인 롤링 베어링에 있어서 윤활제로서 그리스를 이용했을 경우와, 윤활제로서 자성유체를 이용하고 자석을 이용한 자기회로에 의해 자성유체를 고정했을 경우의, 1시간당 파티클의 발생량을 측정한 도면이며,
도 9는 통상적인 롤링 베어링에 있어서 윤활제로서 그리스를 이용했을 경우, 윤활제로서 자성유체를 이용하고 자석을 이용한 자기회로에 의해 자성유체를 고정했을 경우, 및 윤활제로서 자성유체를 이용하고 자석을 이용한 자기회로에 의해 자성유체를 고정하면서 동시에 본 발명에 의한 마그넷 트랩(자석 및 요크)을 장착했을 경우의, 시간 경과에 따른 1시간당 파티클의 발생량을 측정한 도면이고,
도 10은 종래기술 1을 나타낸 정면단면도이고,
도 11은 종래기술 3을 나타낸 정면단면도이다.

본 발명의 롤링 베어링을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은 이에 한정되어 해석되어서는 안 되고 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 당업자의 지식을 근거로 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.

[실시형태 1]

도 1은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 롤링 베어링을, 자성유체 씰을 구비한 베어링 장치에 적용한 예를 나타내는 정면 단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시 형태 1과 관련된 롤링 베어링을 자성유체 씰이 없는 베어링 장치에 적용한 예를 나타낸 정면 단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 롤링 베어링(20)을 설명하기 위한 정면 단면도이다.

도 1 및 도 2에 있어서는 좌측이 진공측, 우측이 대기측인 경우에 관해서 설명하겠지만, 본 발명의 롤링 베어링은 양측이 대기-대기, 혹은 진공-진공이어도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

도 1에 있어서, 베어링 장치는 하우징(2)과 회전축(1) 사이에 장착되고, 하우징(2)과 회전축(1) 사이를 씰링하면서 회전축(1)을 자유롭게 회전되도록 지지하는 것이며, 하우징(2) 내의 중앙부에 자성유체 씰(3)을 배치하면서 동시에 그 자성유체 씰(3)의 양측에 롤링 베어링(20,20)을 배치하고, 그 진공측의 롤링 베어링 (20)의 외륜(21) 또는 내륜(22)과 자성유체 씰(3)과의 사이, 및 대기측의 롤링 베어링(20)의 외륜(21)과 자성유체 씰(3)과의 사이에는 비자성 재료로 이루어지는 스페이서(4)를 개재시켜서 이루어지는 것이다.

하우징(2)의 내주측의 좌단(左端)에는 단부(5)가 형성되고, 그 단부(5)에 롤링 베어링(20)이 접촉되고, 우측을 향해 차례로 스페이서(4), 자성유체 씰(3), 스페이서(4) 및 롤링 베어링(20)이 배치되고, 누름 링(6) 및 볼트(7)에 의해 단부(段部)에 밀어 붙여지도록 해서 고정된다.

한편, 회전축(1)에는 리테이닝 링(8)이 대기측의 롤링 베어링(20)의 위치에 대응해서 설치되어, 그 롤링 베어링(20)의 내륜(22)을 위치 결정한다. 자성유체씰(3)은 마그넷(9)과, 그 양측에 배치된 폴 피스(10,10)에 의해 구성된다. 폴 피스(10,10)에 대향하는 회전축(1)의 외주면에는 복수의 볼록부(11)가 형성되어 있다. 또, 폴 피스(10,10)의 외주면에는 O링(12)이 장착되고 하우징(2)의 내주면과의 사이를 씰링하고 있다.

도 2의 베어링 장치는 하우징(2)과 회전축(1) 사이에 장착되어서 하우징(2)과 회전축(1) 사이를 씰링하면서 동시에 회전축(1)을 자유롭게 회전하도록 지지함는 것으로서, 하우징(2) 내의 중앙부에 비자성 재료로 이루어지는 스페이서(13)를 배치하는 것과 동시에 그 스페이서(13)의 양측에 롤링 베어링(20,20)을 배치한 것이다. 하우징(2)의 내주측의 좌단에는 단부(5)가 형성되고, 그 단부(5)에 롤링 베어링(20)이 접촉되고, 우측을 향해 차례로 스페이서(13) 및 롤링 베어링(20)이 배치되고, 누름 링(6) 및 볼트(7)에 의해 단부(5)에 밀어 붙여지도록 해서 고정된다.

한편, 회전축(1)에는 대기측의 롤링 베어링에 대응하는 위치에 리테이닝 링(8)이 설치되고 그 롤링 베어링(20)의 내륜(22)이 위치 결정된다.

도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 실시형태 1과 관련된 롤링 베어링(20)은 볼 베어링 혹은 롤러 베어링 등의 전동체(轉動體)의 회전을 이용한 베어링으로서 외륜(21)이 하우징(2)에 고정되고, 내륜(22)이 회전축(1)에 고정된다. 외륜(21)과 내륜(22) 사이에는 볼(23)이 끼워 넣어진다.

또한, 진공측의 롤링 베어링(20)의 외륜(21)의 진공측 측면, 및 대기측의 롤링 베어링(20)의 외륜(21)의 대기측에는 각각 자석(24)이 설치되고, 그리고 그 각각의 자석(24)의 외륜(21)과 반대측에 자성 재료로 이루어지고 회전축(1)에 헐겁게 끼워지는 링 모양의 요크(25)가 설치된다. 도 1에 있어서, 각각의 롤링 베어링(20)의 진공측 및 대기측에 자석(24) 및 요크(25)로 구성되는 마그넷 트랩을 설치함으로써 진공실 및 대기중에 파티클의 유출을 방지할 수 있다. 도 1의 경우, 마그넷 트랩을 각각의 롤링 베어링(20)의 한쪽에만 설치한 것은 마그넷 트랩을 설치하지 않은 쪽에는 자성유체 씰(3)이 설치되고, 자성유체를 유지하고 있는 폴 피스(10)와 회전축(1)의 복수의 볼록부(11) 사이에서 파티클이 트랩되기 때문이다. 다만, 롤링 베어링(20)에 이용되는 윤활성 자성유체와 자성유체 씰의 자성유체가 달라 서로 혼입을 방지할 필요가 있는 경우에는 각각의 롤링 베어링(20)의 양측에 마그넷 트랩을 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2에 있어서 각각의 롤링 베어링 (20)의 진공측 및 대기측에만 마그넷 트랩을 설치하는 것은 2개의 롤링 베어링의 거리가 떨어져 있어 파티클이 진공측 및 대기측으로 유출되려 해도 양단의 마그넷 트랩에서 트랩되어 유출될 수 없기 때문이다. 이와 같이 마그넷 트랩을 롤링 베어링(20)의 일측 혹은 양측의 어느 쪽에 마련할지는 설계적으로 결정될 수 있는 사항이다.

롤링 베어링(20)의 윤활제로서는 그리스 대신에 윤활성 자성유체(26)가 이용되어 피윤활 부분에 대한 윤활을 행한다. 피윤활 부분의 윤활을 장기간에 걸쳐 적절히 실시하기 위해서 윤활성 자성유체를 피윤활 부분에 유지하기 위한 자기회로를 형성할 필요가 있다.

자기회로의 형성을 위해, 본 실시형태에서는 회전축(1)은 자성체로 이루어지고 롤링 베어링(20)의 외륜(21), 내륜(22) 및 볼(23)도 일반적으로 사용되고 있는 금속제로 자성체이다.

자성유체로서는 크게 워터 베이스 자성유체, 탄화수소유(炭化水素油) 베이스 자성유체 및 불소유(弗素油) 베이스 자성유체의 세 종류로 나눌 수 있는데, 본 발명의 롤링 베어링(20)에서는 증기압이 낮고, 고온·고진공 중에서 증발하기 어려운 탄화수소유 베이스 자성유체 및 불소유 베이스 자성유체를 이용한다.

그 때문에 본 발명에 있어서는 탄화수소유 베이스 자성유체 및 불소유 베이스 자성유체를 특히 윤활성 자성유체라고 부르기로 한다.

또한, 자석(24)으로서는 예를 들면 금속 또는 자석가루를 충전한 유기재료 등으로 이루어지는 영구자석이 이용된다.

도 3은 도 1 및 도 2에 장착된 롤링 베어링(20)을 설명하기 위한 것으로 (a)는 롤링 베어링의 일측에 자석(24) 및 요크(25)로 이루어지는 마그넷 트랩을 마련했을 경우의 정면단면도, (b)는 롤링 베어링의 양측에 자석(24) 및 요크(25)로 이루어지는 마그넷 트랩을 마련했을 경우의 정면 단면도이다.

회전축(1)은 자성체로 형성되고, 롤링 베어링(20)의 외륜(21), 내륜(22) 및 볼(23)도 자성체이며 화살표 방향으로 자기회로가 형성된다. 즉, 영구자석인 자석 (24)부터, 요크(25), 회전축(1), 내륜(22), 볼(23), 외륜(21)을 경유해서 다시 자석(24)으로 돌아오는 자기회로가 형성된다. 이 때문에 볼(23)과 외륜(21) 사이, 및 볼(23)과 내륜(22) 사이에는 윤활성 자성유체(26)가 유지된다.

요크(25)는 회전축(1)에 헐겁게 끼워지도록 회전축(1)의 지름보다 조금 큰 내경을 가지는 링 모양을 하고 있으며, 그 단면형상은 L자 모양을 이루고 자석(24)에 접하는 부분은 L자의 수직부분(25-1)이며 회전축(1)의 표면에 대향하는 부분은 L자의 수평부분(25-2)이며 그 수평부분(25-2)은 내륜(22)을 향해 연장되어 있다.

이 요크(25)는 자석(24)의 진공측, 즉 볼(23)보다 진공측에 배치되기 때문에 볼(23)이 굴러 움직임으로 인해 자성유체 등의 파티클 등이 발생해도 요크(25)에 의해 트랩되고 진공측으로의 파티클의 침입을 방지하는 것이다. 요크(25)와 회전축(1) 표면 사이에는 아주 적은 간극이 있고 이 간극을 지나 파티클이 진공측으로 침입할 수도 있지만, 요크(25)의 수평부분(25-2)과 회전축(1)의 표면 사이에는 자기회로가 형성되어 있어서 파티클은 효율적으로 트랩되어 진공측으로 침입할 수는 없다.　

[실시형태 2]

도 4는 본 발명의 실시형태 2와 관련된 롤링 베어링(20)을 설명하기 위한 정면 단면도이다.

실시형태 2와 관련된 롤링 베어링(20)은 기본구조는 실시형태 1과 같고, 도 4에 있어서 도 4와 동일한 부호는 도 4의 경우와 같은 부재를 가리키고 있다. 아래에서, 주로 실시형태 1과 상이한 부분에 대해 설명하겠다.

도 4에 있어서 링 모양의 요크(25)는 실시형태 1과 마찬가지로 단면형상은 L자 모양을 이루고, 자석(24)에 접하는 부분은 L자의 수직부분(25-1)이고, 회전축(1)의 표면에 대향한 부분은 L자의 수평부분(25-2)이며, 그 수평부분(25-2)은 내륜(22)을 향해 연장되어 있다.

도 4 (a)의 것은 요크(25)의 수평부분(25-2)의 회전축(1)의 표면에 대향하는 면에 톱날 형상의 요철부(27)가 형성되어 있다.

또한, 도 4(b)의 것은 요크(25)의 수평부분(25-2)의 회전축(1)의 표면에 대향한 면에 각 나사(square thread) 모양의 요철부(28)가 형성되어 있다.

회전축(1)의 표면에 대향되는 부분은 L자의 수평부분(25-2)으로 회전축(1)의 표면에 대향하는 면에 톱날 형상의 요철부(27) 또는 각 나사 모양의 요철부(28)가 형성되어서 효율적으로 파티클을 트랩할 수 있다.

[실시형태 3]

도 5는 본 발명의 실시형태 3과 관련된 롤링 베어링(20)을 설명하기 위한 정면 단면도이다.

실시형태 3과 관련된 롤링 베어링(20)은 기본구조는 실시형태 1과 같으며, 도 5에 있어서 도 4와 동일부호는 도 4의 경우와 같은 부재를 가리킨다.

도 5에 있어서 링 모양의 요크(29)는 그 단면형상은 I자 모양을 이루고 있다.　

그 때문에 요크(29)의 제조가 용이하다.

[실시형태 4]

도 6은 본 발명의 실시형태 4와 관련된 롤링 베어링(20)을 설명하기 위한 것으로 (a)는 정면 단면도, (b)는 (a)의 A-A단면도이다.

실시형태 4와 관련된 롤링 베어링(20)은 기본구조는 실시형태 3과 같고, 도 6에 있어서 도 5과 동일 부호는 도 5의 경우와 같은 부재를 가리키고 있다.

도 6에 있어서 링 모양의 요크(30)는 실시형태 3과 같이 그 단면형상은 I자 모양을 이루고 있다. 요크(30)의 자석(24)을 향한 쪽에 팽출부(31)을 마련하고 그 팽출부(31)의 롤링 베어링의 외륜측에 개구되는 통 모양 또는 직사각형 모양의 오복부(32)를 원주방향으로 복수 마련하고, 그 오목부(32)에 각각 원통형의 자석(33)을 끼워 넣게 한다.

요크(30)에 의해 자석(33)을 유지하는 구조로 함에 따라 요크(30)를 정밀한 치수로 제조하면 자석(33)의 치수 정밀도를 요구할 것도 없이 간단한 구조로 롤링 베어링(20)을 정밀한 치수로 설치할 수 있고, 또한 기존의 롤링 베어링에도 용이하게 적용할 수 있다.

[실시형태 5]

도 7은 본 발명의 실시형태 5와 관련된 롤링 베어링(20)을 설명하기 위한 정면 단면도이다.

실시형태 5와 관련된 롤링 베어링(20)은, 기본구조는 실시형태 1과 같으며 도 7에 있어서 도 4와 동일 부호는 도 4의 경우와 같은 부재를 가리키고 있다. 아래에서 주로 실시형태와 상이한 부분에 관해서 설명하겠다.

도 7에 있어서 윤활성 자성유체를 피윤활 부분에 유지하기 위한 자기회로는 화살표로 나타내는 것과 같이 형성된다. 즉, 자기회로는 영구자석인 자석(24)부터 요크(25), 내륜(22), 볼(23), 외륜(21)을 경유해서 다시 자석(24)으로 돌아오는 경로에 형성된다. 이 때문에 회전축(1)은 비자성 재료로 제작되거나, 또는 링 모양의 요크(25)의 회전축(1) 표면에 대향되는 수평부분(25-2)이 회전축(1)의 표면으로부터 이격되도록 형성된다.

이로 인해 회전축(1)의 재료가 자성 재료로 한정되지 않는다는 이점이 있다.

도 8은, 통상의 롤링 베어링에 대해 윤활제로서 그리스를 이용했을 경우와, 윤활제로서 자성유체를 이용하고 자석을 이용한 자기회로에 의해 자성유체를 고정했을 경우(이하, 「자성유체로 마그넷 트랩이 없는 경우」라고 함)의 1시간당 파티클의 발생량을 측정한 것이다.

또한, 이 측정 시험은 자기회로에 의해 자성유체를 고정했을 경우의 마그넷 트랩의 트랩 효과를 확인하기 위해, 굳이 자장을 약하게 설정하여 파티클이 발생되기 쉬운 상태를 만들어 내서 행해진 것이다.

직경 25mm의 베어링을 50rpm~300rpm의 범위에서 회전시켜 측정한 결과, 1시당 0.1㎛이상의 파티클의 발생수는 회전수가 커짐에 따라 많아지지만, 어떤 회전수에 있어서도 자성유체로 마그넷 트랩이 없는 경우가 그리스를 이용했을 경우에 비해 파티클의 발생 수는 많다.

도 9는 통상의 롤링 베어링에 있어서 윤활제로서 그리스를 이용했을 경우와, 자성유체로 마그넷 트랩이 없는 경우, 및 윤활제로서 자성유체를 이용하고 자석을 이용한 자기회로에 의해 자성유체를 고정하면서 동시에 본 발명에 의한 링 모양의 요크(마그넷 트랩)를 장착했을 경우(이하 「자성유체로 마그넷 트랩이 있는 경우」라고 함)에서의 시간 경과에 따른 1시간당 파티클의 발생량을 측정한 것이다. 그리고 측정에는 직경 25mm의 베어링을 이용하여 300rpm로 회전시켰다.

그리고, 이 측정 시험도 자기회로에 의해 자성유체를 고정했을 경우의 마그넷 트랩의 트랩 효과를 확인하기 위해 굳이 자장을 약하게 설정하여 파티클이 발생되기 쉬운 상태를 만들어 내어 이루어진 것이다.

또한, 도 9 (a) 및 (b)는 같은 측정 결과를 나타내는 것이지만, 도 9 (b)는 자성유체로 마그넷 트랩 있는 경우 및 그리스를 이용했을 경우의 파티클의 발생수를 보기 쉽게 하기 위해 반대수 그래프(semilog graph)로 하였다.

도 9 (a)를 보면 자성유체로 마그넷 트랩이 없는 경우, 1시간당 파티클의 발생수는 경과시간에 관계없이 단연 많다. 또, 통상의 롤링 베어링에 있어서 윤활제로서 그리스를 이용했을 경우, 자성유체로 마그넷 트랩이 없는 경우에 비해서 1시간당 파티클의 발생수는 약 8분의 1정도로 적지만, 12시간 경과 전후에 있어서 발생수가 돌연 많아지며, 그 밖의 적은 시간대에서도 1시간당 약 1000개 정도 발생하고 있음을 알 수 있다.

이에 대해서 자성유체로 마그넷 트랩 있는 경우에는 도 9 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이 운전 개시 직후에 1시간당 약 500개 정도 발생되고 있는데, 시간 경과와 함께 급속히 저하해서 몇 시간 후에는 1시간당 몇 개 정도까지 감소하고, 그 후에는 거의 발생되지 않는다.

이 측정결과로부터 본 발명의 링 모양의 요크(마그넷 트랩)를 장착한 롤링 베어링에 있어서는 요크에 의한 파티클의 트랩이 확실히 이루어졌음을 알 수 있다.

1; 회전축
2; 하우징
3; 자성유체 씰
4; 스페이서
5; 단부(段部)
6; 누름 링
7; 볼트
8; 리테이닝 링
9; 마그넷
10; 폴 피스
11; 볼록부
12; O링
13; 스페이서
20; 롤링 베어링
21; 외륜
22; 내륜
23; 볼
24; 자석
25; 요크
26; 윤활성 자성유체
27; 톱날 모양의 요철부
28; 각 나사 모양의 요철부
29; 요크
30; 요크
31; 팽출부(膨出部)
32; 오목부
33; 자석

Claims

회전력 등의 동력을 전달하기 위한 동력 전달 장치에 사용되는 롤링 베어링에 있어서, 그 롤링 베어링의 윤활부를 윤활하는 윤활성 자성유체를 상기 윤활부에 유지하기 위한 자석을 롤링 베어링의 외륜의 적어도 일측에 마련하고, 그리고 상기 자석의 상기 외륜측과 반대측에는, 자성재료로 이루어지며, 회전축에 헐겁게 끼워진 링 모양의 요크를 마련하고, 상기 회전축은 자성 재료로 형성되고, 상기 요크와 상기 회전축의 표면과의 사이의 거리는 상기 요크와 상기 롤링 베어링의 내륜과의 거리보다 작게 설정되고, 상기 윤활성 자성 유체를 상기 윤활부에 유지하는 부분의 자기 회로가 자석, 요크, 회전축 및 롤링 베어링의 내륜, 볼, 외륜 사이에서 형성됨으로써 상기 회전축의 표면과 상기 요크와의 사이에서 마그넷 트랩이 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 1항에 있어서,
요크의 단면형상이 I자 모양임을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 1항에 있어서,
요크의 단면 형상이 L자 모양으로, 그 L자 모양의 수직부분이 자석에 접하고, 수평부분은 회전축의 표면에 대향되도록 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 3항에 있어서,
L자 모양의 요크의 수평부분의 회전축 표면에 대향하는 면에 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
링 모양의 요크의 자석을 향한 쪽에 팽출부(膨出部)를 설치하고, 그 팽출부의 롤링 베어링의 외륜측에 개구되는 통 모양 또는 직사각형 모양의 오목부를 원주방향으로 여러 개 마련하고, 그 오목부에 자석을 끼워 넣도록 하는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
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