KR101933815B1 - 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

내륜 (14) 에는, 테이퍼상 외주면 (14c) 이 형성되고, 그 테이퍼상 외주면 (14c) 은, 내륜 궤도면 (14a) 으로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지고, 그 소경측 단부가 외륜 (15) 의 축 방향 단면 (15c) 보다 축 방향 외측에 위치하고, 외륜 스페이서 (12) 의 내경측에 진입하고 있다. 또, 외륜 스페이서 (12) 는, 윤활제 저장소 (19) 와, 그 윤활제 저장소 (19) 와 연통하고 테이퍼상 외주면 (14c) 으로 개구되는 급유공 (20) 을 갖는다. 베어링 공간 (S) 에는 그리스 (G) 등의 윤활제가 봉입되고, 윤활제 저장소 (19) 에는 윤활유와 왁스를 포함하고, 10 ∼ 70 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 변화 가능한 왁스계 윤활제 (W) 가 봉입된다.

Description

베어링 장치{BEARING DEVICE}

본 발명은, 베어링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 왁스계 윤활제에 의해 장기간에 걸쳐 안정적으로 윤활 가능한 베어링 장치에 관한 것이다.

최근, 공작 기계용 주축 장치의 고속화는 현저하게 발전하고 있고, 또, 환경 대책·에너지 절약화·자원 절약화의 요망도 강한 점에서, 베어링의 윤활 방법으로서 그리스 윤활이 주목받고 있다. 그리스 윤활로는, 베어링 장착시에 베어링 공간에 봉입된 그리스로 윤활을 실시하는 방식이나, 하우징의 외부에 형성된 그리스 보급 수단으로부터 그리스를 적절한 타이밍에 보급하여 윤활을 실시하는 방식이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 스핀들 장치에서는, 하우징의 외부에 형성된 그리스 보급 수단으로부터, 그리스 공급관 및 하우징 내에 형성된 그리스 공급 경로를 통과하여, 롤링 베어링의 베어링 공간에 미량의 그리스를 적절한 타이밍에 보급하고 있다. 또, 이 스핀들 장치에서는, 베어링의 유막을 확보하기 위해서, 하우징 내에 냉각 통로를 형성하고, 냉각 수단에 의해 모터 스테이터에 더하여 롤링 베어링을 냉각시키는 것이 기재되어 있다.

또, 그리스 윤활되는 종래의 베어링으로는, 그리스 저장 부품을 롤링 베어링으로부터 분리한 형태로 형성하고, 고정측 궤도륜에 인접하게 배치하도록 한 그리스 저장 부품 및 롤링 베어링이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2 에 기재된 그리스 저장 부품 (100) 은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 내부가 그리스 저장소 (102) 가 되는 환상의 용기부 (101) 와, 용기부 (101) 로부터 돌출되어 롤링 베어링 (110) 의 고정측 궤도륜 (111) 의 궤도면 (111a) 의 근방까지 삽입되는 베어링 내 삽입부 (103) 를 갖는다. 베어링 내 삽입부 (103) 의 선단에는, 기유 (基油) 삼출구 (104) 가 형성되어 있어, 용기부 (101) 에 수용된 그리스 (G) 를, 기유 삼출구 (104) 로부터 롤링 베어링 (110) 에 공급한다.

일본 특허공보 제4051563호 일본 공개특허공보 2008-240828호

그런데, 그리스에는, 기유, 증조제 (增稠劑), 첨가제가 포함되어 있고, 그리스를 외부로부터 보급하는 방식으로는, 조도 (稠度) 의 수치가 작고 비교적 굳은 그리스를 사용하거나, 하우징 내의 배관 경로가 긴 경우나 배관 경로가 도중에 굴곡지거나 직각으로 절곡된 부위가 수개 지점 존재하는 경우 등에서는, 증조제가 고화되게 되면, 경우에 따해서는 배관 저항에 의해 그리스가 베어링으로 토출되기 어려워지는 현상이 발생할 우려가 있었다. 또, 하우징 외부로부터 베어링 내부에 그리스를 공급하기 위한 하우징 내 공급 경로의 형성이나 그리스 보급 장치가 별도로 필요해지는 등, 비용면에서도 불리하였다.

특허문헌 2 에 기재된 그리스 저장 부품 (100) 및 롤링 베어링 (110) 은, 구조가 복잡한 복수의 부품의 조합으로 이루어져, 제작 비용이 커지는 요인이 된다. 또, 그리스 (G) 의 공급은, 롤링 베어링 (110) 의 운전·정지에 수반하는 그리스 저장소 (102) 에서의 히트 사이클에 의한 압력 변동을 이용하여, 그리스 (G) 로부터 분리한 기유를 그리스 기유 삼출구 (104) 로부터 공급하고 있다. 이 때문에, 히트 사이클에 의한 압력 변동만으로는, 공작 기계 주축용 베어링과 같이 고속 회전하는 용도 (dmn 50 만 이상, 보다 바람직하게는 dmn 100 만 이상) 에 있어서, 윤활이 부족할 가능성이 있었다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 종래의 그리스 대신에, 주위 온도에 의해 페이스트상의 반고체 상태와 액체 상태로 변화 가능한 왁스계 윤활제를 봉입하여, 장기간에 걸쳐 안정적인 윤활이 가능한 베어링 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 하기의 구성에 의해 달성된다.

(1) 외주면에 내륜 궤도면을 갖는 내륜과, 내주면에 외륜 궤도면을 갖는 외륜과, 상기 내륜 궤도면과 상기 외륜 궤도면 사이에 자유롭게 전동하도록 배치되는 복수의 전동체를 구비하고, 상기 내륜의 외주면 및 상기 외륜의 내주면 사이의 베어링 공간에 윤활제가 봉입되는 롤링 베어링과,

상기 외륜의 축 방향 단면에 맞닿아 배치되는 외륜 스페이서를 구비하는 베어링 장치로서,

상기 내륜 또는 상기 내륜의 축 방향 단면에 맞닿아 배치된 내륜 스페이서의 적어도 하나에는, 테이퍼상 외주면이 형성되고, 그 테이퍼상 외주면은, 상기 내륜 궤도면으로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지고, 그 소경측 단부가 상기 외륜의 축 방향 단면보다 축 방향 외측에 위치하고, 상기 외륜 스페이서의 내경측에 진입하고 있고,

상기 외륜 스페이서는, 윤활제 저장소와, 그 윤활제 저장소와 연통하고 상기 테이퍼상 외주면으로 개구되는 급유 통로를 갖고,

상기 윤활제 저장소에는, 윤활유와 왁스를 포함하고, 10 ∼ 70 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 상기 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 상기 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 변화 가능한 왁스계 윤활제가 봉입되는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.

(2) 상기 급유 통로는, 상기 외륜 스페이서의 급유공에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 베어링 장치.

(3) 상기 급유 통로는, 원주 방향을 따라 연장되는 슬릿에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 베어링 장치.

(4) 상기 외륜 스페이서의 내주면과 상기 테이퍼상 외주면 사이에는, 상기 왁스계 윤활제가 자유롭게 유통하는 래버린스 간극이 존재하고 있고,

상기 왁스계 윤활제는, 상기 급유 통로로부터 상기 래버린스 간극을 개재하여 상기 베어링 공간에 급유되는 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 베어링 장치.

(5) 상기 왁스계 윤활제는, 상기 액상화점을 경계로 하여, 상기 액상 상태와 상기 반고체 상태 사이를 가역 변화 가능한 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 베어링 장치.

(6) 상기 베어링 공간에는 윤활유와 왁스를 포함하고, 상기 베어링 장치의 운전시에 상정되는 상기 롤링 베어링의 최고 온도보다 높은 액상화점을 갖고, 상기 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 상기 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 변화 가능한 다른 왁스계 윤활제가 봉입되는 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (5) 중 어느 하나에 기재된 베어링 장치.

(7) 상기 베어링 공간에는 그리스가 봉입되고,

상기 그리스는, 상기 왁스계 윤활제와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (5) 중 어느 하나에 기재된 베어링 장치.

또한, 청구항 1 에 기재된 「왁스계 윤활제」란, 윤활유와 왁스를 포함하는 윤활제를 말하고, 또,「액상화점」이란, 왁스계 윤활제가 반고체 상태로부터 액체 상태로, 혹은 액체 상태로부터 반고체 상태로 변화할 때의 온도를 말한다. 또,「액상화점」은, 예를 들어 일본의 위험물의 규제에 관한 규칙, 제 12 장 잡칙 제 69 조의 2 (액상의 정의) 에 따르고 있다.

본 발명의 베어링 장치에 의하면, 내륜 또는 내륜의 축 방향 단면에 맞닿아 배치된 내륜 스페이서의 적어도 하나에는, 테이퍼상 외주면이 형성되고, 그 테이퍼상 외주면은, 내륜 궤도면으로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지고, 그 소경측 단부가 외륜의 축 방향 단면보다 축 방향 외측에 위치하고, 외륜 스페이서의 내경측에 진입하고 있다. 또, 외륜 스페이서는, 윤활제 저장소와, 그 윤활제 저장소와 연통하고 테이퍼상 외주면으로 개구되는 급유 통로를 갖고, 윤활제 저장소에는, 윤활유와 왁스를 포함하고, 10 ∼ 70 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 변화 가능한 왁스계 윤활제가 봉입된다. 이로써, 롤링 베어링의 부하에 따라 변화하는 베어링 온도에 기초하여 왁스계 윤활제가 액상화되고, 테이퍼상 외주면에 부착된 왁스계 윤활제에 작용하는 원심력이나, 테이퍼상 외주면의 대소경 차이에 의해 발생하는 주속도 차이에 의한 부압 효과에 의해, 왁스계 윤활제가 급유 통로로부터 베어링 공간으로 이동하므로, 최적량의 윤활유에 의해 롤링 베어링을 윤활할 수 있고, 롤링 베어링의 윤활 수명을 비약적으로 늘릴 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 베어링 장치가 장착된 주축 장치의 주요부 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 베어링 장치의 단면도이다.
도 3 은 제 1 실시형태의 변형예에 관련된 베어링 장치의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 베어링 장치의 단면도이다.
도 5 는 도 4 의 외륜 스페이서를 직경 방향 외측에서 본 부분 측면도이다.
도 6 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 베어링 장치가 장착된 주축 장치의 주요부 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 베어링 장치의 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 베어링 장치의 단면도이다.
도 9 는 액상화점을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 종래의 베어링 장치의 단면도이다.

이하, 본 발명의 각 실시형태에 관련된 베어링 장치에 대하여, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

(제 1 실시형태)

먼저, 도 1 및 도 2 를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 베어링 장치에 대해 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태의 베어링 장치 (10) 가 장착된 공작 기계용 주축 장치 (40) 의 주요부 단면도이다. 주축 장치 (40) 에서는, 주축 (32) 의 전단부를 지지하는 1 쌍의 앵귤러 볼 베어링 (11) 과 주축 (32) 의 후단부를 지지하는 롤링 베어링 (도시 생략) 에 의해, 주축 (32) 이 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 주축 (32) 의 선단 (공구측) 에는, 도시를 생략한 절삭 도구 홀더를 장착하기 위한 테이퍼공 (32a) 이 형성되어 있다. 주축 (32) 의 축 방향 중앙에는, 로터 (41) 가 외측에서 끼워져 고정되어 있다. 로터 (41) 의 주위에 배치되는 스테이터 (42) 는, 냉각 재킷 (44) 을 개재하여 하우징 (30) 에 고정되어 있고, 스테이터 (42) 에 전력을 공급함으로써, 로터 (41) 에 회전력을 발생시켜 주축 (32) 을 회전시킨다.

도 2 에도 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 앵귤러 볼 베어링 (11) 은, 외주면에 내륜 궤도면 (14a) 을 갖는 내륜 (14) 과, 내주면에 외륜 궤도면 (15a) 을 갖는 외륜 (15) 과, 유지기 (17) 에 유지되고, 소정의 접촉각 (α) 을 갖고 내륜 궤도면 (14a) 과 외륜 궤도면 (15a) 사이에 자유롭게 전동하도록 배치된 복수의 볼 (16) 을 각각 구비한다. 외륜 (15) 의 축 방향 외측의 내주면에는, 카운터 보어 (15b) 가 형성되어 있다.

1 쌍의 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 내륜 (14) 은, 주축 (32) 에 외측에서 끼워짐과 함께, 주축 (32) 의 선단측 대경 단부 (32b) 에 대하여, 각 내륜 (14) 에 인접 배치한 제 1 내륜 스페이서 (13, 13) 및 위치 결정 슬리브 (13A, 13B) 를 사용하여 위치 결정되고, 내륜 고정 너트 (33) 에 의해 주축 (32) 에 체결 고정되어 있다. 또, 1 쌍의 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 외륜 (15) 은, 하우징 (30) 의 장착공 (31) 에 내측에서 끼워짐과 함께, 하우징 (30) 의 내향 단부 (30a) 에 대하여, 각 외륜 (15) 에 인접 배치한 외륜 스페이서 (12, 12) 를 사용하여 위치 결정되고, 외륜 프레서 (34) 에 의해 하우징 (30) 내에 위치 결정 고정되어 있다.

또한, 앵귤러 볼 베어링 (11) 과, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 외륜 (15) 에 인접 배치되는 외륜 스페이서 (12) 는, 본 실시형태의 베어링 장치 (10) 를 구성한다.

하우징 (30) 및 냉각 재킷 (44) 에는, 1 쌍의 앵귤러 볼 베어링 (11) 및 스테이터 (42) 에 대응하는 외주부에, 앵귤러 볼 베어링 (11) 및 스테이터 (42) 를 냉각시키기 위한 냉매 공급로 (43a, 43b) 가 형성되어 있다. 1 쌍의 앵귤러 볼 베어링 (11) 및 스테이터 (42) 는, 도시를 생략한 냉매 공급 장치로부터 냉매 공급로 (43a, 43b) 에 공급되는 냉매에 의해 각각 냉각되어 온도 제어되고 있다.

여기서, 본 실시형태의 내륜 (14) 은, 내륜 궤도면 (14a) 에 대해 축 방향 일단측 (도 2 의 우측) 에 연장부 (14b) 를 형성하고, 연장부 (14b) 의 외주면을 내륜 궤도면 (14a) 로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지는 테이퍼상 외주면 (14c) 으로 하고 있다. 이 테이퍼상 외주면 (14c) 을 갖는 연장부 (14b) 는, 그 소경측 단부가 외륜 (15) 의 축 방향 단면 (15c) 보다 축 방향 외측에 위치하고, 외륜 스페이서 (12) 의 내경측에 진입한다.

테이퍼상 외주면 (14c) 은, 전체를, 표면 조도가 0.8 ㎛Ra 이하인 평활면으로 하고 있다. 또, 테이퍼상 외주면 (14c) 의 경사 각도 (θ) 는, 테이퍼상 외주면 (14c) 에 부착된 윤활제가, 원심력에 기초하여 내륜 궤도면 (14a) 을 향하여 효율적으로 이송되도록 3 도 이상으로 한다. 단, 경사 각도를 지나치게 크게 하면, 내륜 (14) 의 직경 방향에 관한 두께 치수가 지나치게 커져, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 피치 원 직경이 커지기 때문에, 경사 각도 (θ) 의 최대치를 30 도로 한다.

제 1 내륜 스페이서 (13) 는, 외주면이 원통면에 의해 구성되고, 외륜 스페이서 (12) 에 대향하고, 내륜 (14) 의 연장부 (14b) 의 축 방향 단면 (14d) 에 맞닿아 있다.

외륜 스페이서 (12) 는, 외륜 (15) 의 반 (反) 카운터 보어측의 축 방향 단면 (15c) 에 맞닿아 배치 형성되어 있다. 외륜 스페이서 (12) 의 내주면은, 원뿔상 오목면 (24) 및 원통면 (25) 을 조합하여 형성된다. 이 중, 원뿔상 오목면 (24) 은, 베어링 장치 (10) 를 조립한 상태에서, 내륜 (14) 의 연장부 (14b) 의 직경 방향 외방에 위치하고, 앵귤러 볼 베어링 (11) 에 가까워질수록, 직경 방향 외방을 향하는 방향으로 경사져 있다. 원통면 (25) 은, 내륜 스페이서 (13) 의 직경 방향 외방에 위치한다.

외륜 스페이서 (12) 의 내주면의 직경은, 내륜 (14) 및 내륜 스페이서 (13) 의 외주면의 직경보다, 축 방향에 대응하는 부분 (축 방향의 위상이 동일한 부분) 에서 약간 크다. 따라서, 테이퍼상 외주면 (14c) 과 원뿔상 오목면 (24) 사이에는, 윤활제가 자유롭게 유통하는 래버린스 간극 (18) 이 형성된다. 래버린스 간극 (18) 의 (축 방향에 대해 수직인) 반경 방향 거리 (t) 는, 테이퍼상 외주면 (14c) 을 따라 실시하는, 앵귤러 볼 베어링 (11) 내로의 윤활제의 공급을 원활에 실시하게 하기 위해서, 외륜 스페이서 (12) 와 내륜 (14) 의 간섭이나, 부품 가공 정밀도를 고려하여, 0.15 ∼ 1.0 ㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 원통면 (25) 과 내륜 스페이서 (13) 의 외주면 사이의 간극은, 외륜 스페이서 (12) 와 내륜 스페이서 (13) 의 간섭을 방지하기 위해서만 필요하기 때문에, 윤활의 면에서는 불필요하다. 따라서, 이 간극의 두께 치수는, 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다.

또한, 외륜 스페이서 (12) 의 내측에는, 왁스계 윤활제 (W) 를 유지하기 위한 윤활제 저장소 (19) 가 형성되어 있다. 윤활제 저장소 (19) 의 형상은 임의이지만, 윤활제의 유지하는 용적을 크게 하기 위해서, 본 실시형태에서는 환상으로 형성되어 있다.

베어링 장치 (10) 를 조립한 상태에서, 외륜 스페이서 (12) 의 외주면에 존재하는, 윤활제 저장소 (19) 의 기단부 (도 2 의 상단부) 개구는, 하우징 (30) 의 장착공 (31) 의 내주면으로 개구된 에어 통로 (21) 의 하류단 개구에 정합한다.

또, 외륜 스페이서 (12) 는, 그 윤활제 저장소 (19) 와 연통하고 테이퍼상 외주면 (14c) 으로 개구되는 급유 통로로서의 급유공 (20) 을 갖는다. 이 급유공 (20) 의 선단 개구는, 테이퍼상 외주면의 중간부에 대향한다. 또, 급유공 (20) 은, 테이퍼상 외주면 (14c) 의 대경측을 향하여 경사져 있고, 급유공 (20) 으로부터 토출된 왁스계 윤활제 (W) 는, 그 토출의 세기에 따라서도, 테이퍼상 외주면 (14c) 의 대경측을 향하여 이동하는 경향이 된다. 급유공 (20) 의 크기는, φ0.5 ㎜ ∼ φ3.0 ㎜ 정도로 하는 것이 바람직하지만, 유출하는 윤활유량에 따라 적절히 변경해도 된다.

또, 급유공 (20) 은, 원주 방향에 1 개 지점 형성되어도 되고, 등간격으로 복수 형성되어도 된다.

또한, 원통면 (25) 측의 축 방향 측면에는, 원통면 (25) 으로부터 직경 방향 외방에 걸쳐 오목부 (27) 가 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 외륜 스페이서 (12) 가 인접하는 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 내륜 (14) 과 간섭하지 않도록 하고 있다.

베어링 장치 (10) 가 하우징 (30) 에 장착될 때, 앵귤러 볼 베어링 (11) 에서는, 내륜 (14) 의 외주면 및 외륜 (15) 의 내주면 사이의 베어링 공간 (S) 에 적당량의 그리스 (G) 가 봉입되어 있지만, 본 실시형태에서는 추가로, 윤활제 저장소 (19) 에 적당량의 왁스계 윤활제 (W) 가 봉입되어 있다.

베어링 공간 (S) 에 봉입되는 그리스 (G) 로는, 통상적인 그리스가 적용 가능하지만, 왁스계 윤활제 (W) 와 친화성 및 침윤성을 갖는 그리스, 예를 들어, 왁스계 윤활제 (W) 의 윤활유와 동일 성분의 기유를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 베어링 공간 (S) 에 봉입되는 그리스 (G) 의 양은, 회전에 수반하는 점성 저항에 의한 승온과 그리스 수명의 밸런스로부터, 베어링 공간 (S) 의 공간 용적의 10 ∼ 20 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 길들임 운전 시간을 짧게 할 수 있고, 베어링 교환 후의 생산 라인 복귀 시간을 단축시킬 수 있다.

윤활제 저장소 (19) 에 봉입되는 왁스계 윤활제 (W) 는, 윤활유와 왁스를 기본 성분으로 하고, 10 ∼ 70 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와, 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를 변화 가능한 것이면 된다. 또, 바람직하게는, 왁스계 윤활제 (W) 는, 액상화점을 경계로 하여, 액체 상태와 반고화 상태 사이를 가역적으로 변화하도록 조정된다.

왁스는, 그 융점보다 저온에서는 고화 혹은 반고체화되어 있고, 융점 이상에서는 액상이 되어, 유동성을 가진다. 이와 같이, 왁스 단체이면, 왁스의 융점 부근의 온도를 경계로 하여, 전체로서 반고체 상태와 액상 상태로 가역 변화한다. 이에 반하여, 본 실시형태의 왁스계 윤활제 (W) 는, 윤활유 (액체) 와 왁스 (반고체) 의 혼합체 (왁스 (용질) 에 윤활유 (희박액) 를 첨가한 희박 용액에 상당) 이다. 그 때문에, 왁스계 윤활제 (W) 는, 왁스의 융점보다 낮은 온도에서, 반고체 상태로부터 액상 상태로 변화한다. 반고체 상태로부터 액상 상태로 변화하는 온도인 액상화점은, 포함되는 왁스의 융점 및 왁스와 윤활유의 혼합 비율과 밀접한 관계가 있다. 즉, 「왁스의 융점 ＞ 액상화점」이 되는 점에서, 포함되는 왁스와 윤활유의 혼합 비율로 액상화점을 왁스의 융점 이하의 소정의 온도로 제어할 수 있다. 구체적으로는, 윤활유 및 왁스의 종류, 그리고 양자의 혼합 비율에 의해, 액상화점과 왁스의 융점의 온도차를 약 10 ∼ 30 ℃ 로 할 수 있다. 또, 왁스계 윤활제 (W) 는, 포함되는 왁스의 종류 및 윤활유와의 혼합 비율 등을 조정함으로써, 온도에 따라 액상 상태와 반고체 상태로 가역적으로 변화하는 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 액상 및 액상화점은, 도 9 및 하기에 나타내는 바와 같이 하여 확인한다. 이 방법은, 일본의 위험물의 규제에 관한 규칙, 제 12 장 잡칙 제 69 조의 2 (액상의 정의) 에 따른 방법이다.

(1) 시험 물품 (왁스계 윤활제) 을 2 개의 시험관 (직경 30 ㎜, 높이 120 ㎜) 의 A 선 (높이 55 ㎜) 까지 넣는다.

(2) 일방의 시험관 (액상 판단용 시험관) 을 공혈이 없는 고무 마개로 밀전 한다.

(3) 타방의 시험관 (온도 측정용 시험관) 을, 온도계를 설치한 고무 마개로 밀전한다. 또한, 온도계는, 그 선단이 시험 물품의 표면으로부터 30 ㎜ 의 깊이가 되도록 삽입하고, 시험관에 대해 직립시킨다.

(4) 2 개의 시험관을, 액상 확인 온도 ± 0.1 ℃ 로 유지된 항온조 중에, B 선 (시험 물품의 표면으로부터 30 ㎜ 상방) 이 항온조의 수면하에 잠기도록 직립시켜 정치 (靜置) 한다.

(5) 온도 측정용 시험관 중의 시험 물품의 온도가 액상 확인 온도 ± 0.1 ℃ 가 되고 나서, 10 분간 그대로의 상태를 유지한다.

(6) 액상 판단 시험관을 항온 수조로부터 수평인 받침대 상에 직립한 채로 꺼내어, 즉시 받침대 상에 수평으로 쓰러뜨리고, 시험 물품의 선단이 B 선에 도달할 때까지의 시간을 계측한다.

(7) 시험 물품이 B 선에 도달할 때까지의 시간이 90 초 이내일 때, 시험 물품이 「액상」이라고 판단한다.

(8) 그리고, 항온 수조의 온도를 다양하게 변경하여 (1) ∼ (7) 을 실시하고, 액상이 된 온도를 「액상화점」이라고 한다.

또한, 액상화점이란, 물의 응고점 (0°/순수, 대기압하) 과 같은 정점 온도가 아니라, 어느 특정 온도에 대해 대략 ± 2 ℃ 정도의 범위에서 정의, 수치화된다.

혹은 콘 플레이트형 점도계 (E 형 점도계) 를 사용하고, 온도를 서서히 높여 가, 점도 변화가 일정해진 온도가 액상화점 근방에 나타나기 때문에, 이 온도를 액상화점으로 간주할 수도 있다.

왁스계 윤활제 (W) 에 적용되는 윤활유로는, 합성유, 광물유의 종류에 관계없이, 단독, 혼합의 차이에 관계없이, 모든 윤활유가 사용 가능하다. 합성유로는, 에스테르계, 탄화수소계, 에테르계 등 모두 사용할 수 있다. 또, 광물유로는, 파라핀계 광유, 나프텐계 광유 등 모두 사용할 수 있다.

윤활유의 점도는, 일반적인 범위에서 상관없지만, 베어링의 윤활성을 고려 하면 40 ℃ 의 동점도가 5 ∼ 200 ㎟/s 인 것이 바람직하다. 또, 윤활유의 동점도는 베어링의 용도에 따라 설정되고, 예를 들어, 공작 기계 주축용 롤링 베어링 등과 같이, 저승온 상승 특성과 내시이징성을 양립시키고자 하는 경우에는, 10 ∼ 130 ㎟/s (40 ℃) 인 것이 보다 바람직하다.

한편, 왁스는, 상온에서 고체 또는 반고체상이고, 알킬기를 갖는 유기물이다. 본 실시형태의 왁스로는, 천연 왁스, 합성 왁스의 종류에 관계없이, 단독·혼합의 차이에 관계없이, 모든 왁스가 사용 가능하다. 단, 베어링 내부에서 윤활유와의 혼합물이 되기 때문에, 윤활유와의 상용성이 높은 것이 바람직하다. 천연 왁스로는, 동·식물 왁스, 광물 왁스, 석유 왁스 모두 사용할 수 있다. 합성 왁스로는, 피셔 트롭슈 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 유지계 합성 왁스 (에스테르, 케톤류, 아미드), 수소화 왁스 등을 들 수 있다.

바람직한 윤활유와 왁스의 조합의 일례로는, 상용성의 관점에서, 윤활유에 에스테르유을 사용한 경우, 왁스에는 마이크로크리스탈린 왁스를 사용할 수 있다.

또, 윤활유와 왁스의 혼합 비율은, 양자의 합계량에 대해 왁스가 10 ∼ 40 질량％ 이고, 윤활유가 90 ∼ 60 질량％ 인 것이 바람직하다. 왁스의 비율이 커질수록 왁스계 윤활제가 반고체상일 때의 유동성이 나빠지고, 40 질량％ 를 초과하면 윤활제 공급 장치로부터의 토출성이나, 공급관에서의 수송성이 나빠진다. 특히 유동성을 중시하는 경우에는, 왁스의 혼합 비율을 10 질량％ 이상 20 질량％ 미만으로 하고, 윤활유의 혼합 비율을 90 질량％ 이하 80 질량％ 초과로 하는 것이 바람직하다. 또한, 왁스는, 윤활유나 그리스의 유성 향상제로서 첨가되는 경우도 있지만, 본 실시형태의 왁스계 윤활제에서는, 상기와 같이 왁스의 첨가량을 일반적인 첨가제량보다 많게 함으로써, 그리스와 동등한 반고체상의 성질 (증조제로서의 기능) 을 유지한다.

또한, 왁스계 윤활제 (W) 에는, 목적에 따라 여러 가지의 첨가제를 첨가할 수 있다. 예를 들어, 모두 공지된 산화 방지제나 방청제, 극압제 등을 적당량 첨가할 수 있다.

왁스계 윤활제 (W) 를 조제하려면, 왁스를 융점 이상의 온도로 가열하여 액상으로 하고, 그것에 윤활유 또는 첨가제를 첨가한 윤활유를 첨가하여 충분히 혼합한 후, 왁스의 융점 미만의 온도 (통상적으로는 액상화점 이하 정도) 로 냉각시키면 된다. 혹은 윤활유 또는 첨가제를 첨가한 윤활유와, 고형의 왁스를 적당한 용기에 넣고, 전체를 왁스의 융점 이상의 온도까지 가열하여 혼합한 후, 액상화점 이하의 온도까지 냉각시켜도 된다.

또한, 왁스계 윤활제 (W) 는, 그리스 (G) 와 같이 증조제를 포함하지 않고, 일정한 압력이 가해져도 고화되지 않는 특장을 갖고 있다.

또, 액상화점은, 기본적으로는 베어링 주위의 환경 온도나 베어링의 운전 온도를 감안하여, 일반적으로는, 10 ∼ 70 ℃ 가 적정이지만, 적용 용도가 공작 기계용 롤링 베어링 (공작 기계 주축용 롤링 베어링이나 볼 나사 축단 서포트용 롤링 베어링 등) 의 경우, 이하에 서술하는 이유로부터, 30 ∼ 70 ℃ 가 바람직하고, 40 ∼ 70 ℃ 가 보다 바람직하다.

공작 기계가 사용되는 주위 환경 조건은, 주변 온도의 변화에 수반되는 부재의 열변위를 최소한으로 억제하여, 피가공 부품의 가공 정밀도를 확보하기 위해서, 주위 환경은 20 ∼ 25 ℃ 정도로 공조 관리되고 있는 경우가 많다. 따라서, 액상화점의 하한을 30 ℃ 로 설정하면, 정지 상태에서는, 액상화점 이하이므로, 왁스계 윤활제 (W) 는 액상화되지 않고, 베어링 내부나 저유 부분에 유지된다. 그리고, 왁스계 윤활제 (W) 가 저유된 베어링이나 스핀들을, 정지 혹은 정지 상태인 채로 재고 보관해 두어도, 액상화되지 않고 베어링 내부 및 주변부에 유지되므로, 통상적인 그리스와 마찬가지로, 장기에 걸쳐 윤활 기능이 저해되지 않는다. 따라서, 액상화점을 30 ∼ 70 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.

또, 주축 장치 (40) 내에서는, 앵귤러 볼 베어링 (11) 은, 회전수가 증가할수록 베어링 내부 온도가 상승하므로, 적정한 윤활 상태를 유지하기 위해서, 보다 많은 윤활유를 롤링 접촉면에 공급할 필요가 있다. 통상적인 회전 조건 (저속 ∼ 중속 회전역) 에서의 연속 운전이나, 저속 회전과 최고속 회전을 교대로 반복하는 운전 조건의 경우, 베어링 온도는 대개 40 ℃ 이하이고, 윤활유량은 베어링 공간 (S) 내의 롤링 접촉면 근방의 윤활제로 충분하다.

그러나, 최고 회전에서의 연속 가공의 경우, 혹은 회전수는 낮아도 중절삭 가공을 연속하여 실시하는 경우, 베어링 온도가 40 ℃ 를 상회하는 경우가 있고, 이 경우, 베어링 공간 (S) 내의 윤활제만으로는, 롤링 접촉면의 윤활유가 부족할 우려가 있다. 이 때문에, 액상화점의 하한을 40 ℃ 로 설정함으로써, 이 때에, 윤활제 저장소 (19) 의 왁스계 윤활제 (W) 가 액상화되고, 롤링 접촉면에 부족한 윤활유를 보충할 수 있어, 불의의 시이징 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 이로써, 저속 ∼ 중속 회전역에서는, 잉여의 윤활제를 소비하는 경우가 없어, 윤활 수명을 보다 향상시킬 수 있다. 따라서, 액상화점을 40 ∼ 70 ℃ 로 하는 것이 보다 바람직하다.

예를 들어, 47 ℃ 의 액상화점을 갖는 왁스계 윤활제 (W) 로는, 디에스테르유 (디옥틸세바케이트) 가 78.5 질량％, 마이크로크리스탈린 왁스 (융점 82 ℃) 가 15 질량％, 산화 방지제, 극압제, 그 밖의 것을 함유하는 첨가제가 6.5 질량％ 로 이루어지는 것을 들 수 있다.

또, 38 ℃ 의 액상화점을 갖는 다른 왁스계 윤활제로는, 디에스테르유 (디옥틸세바케이트) 가 83 질량％, 마이크로크리스탈린 왁스 (융점 72 ℃) 가 10.5 질량％, 산화 방지제, 극압제, 그 밖의 것을 함유하는 첨가제가 6.5 질량％ 로 이루어지는 것을 들 수 있다.

이로써, 왁스계 윤활제 (W) 는, 주축 운전 전 또는 운전 초기에서는, 윤활제 저장소 (19) 내에서 페이스트상의 반고체 상태에 있지만, 주축 운전에 의해 베어링 내부가 서서히 고온이 되면 (액상화점 이상이 되면), 베어링 근방에서 베어링 공간 (S) 과 연통하는 왁스계 윤활제 (W) 의 일부가 액체의 오일로 변화한다. 그리고, 테이퍼상 외주면 (14c) 에 부착된 왁스계 윤활제 (W) 는, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 베어링 공간 (S) 내에 서서히 이동하여, 앵귤러 볼 베어링 (11) 을 윤활한다. 그리고, 앵귤러 볼 베어링 (11) 을 윤활한 후, 앵귤러 볼 베어링 (11) 으로부터 배출되고, 온도가 저하되면 다시 반고체의 페이스트상으로 변화한다.

상기 서술한 바와 같이, 왁스계 윤활제 (W) 의 액상화점은, 왁스계 윤활제 (W) 의 성분을 조정함으로써, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 운전 조건, 즉, 적용하는 회전 기계의 사용 실적, 검증 실험·내구성 평가 시험 등에 의한 베어링 온도에 맞춰, 10 ∼ 70 ℃ 의 범위 내에서 임의의 온도로 설정할 수 있다. 예를 들어, 마이크로크리스탈린 왁스는 융점이 67 ∼ 98 ℃ 이지만, 윤활유와 상기 혼합 비율로 혼합한 왁스계 윤활제는, 액상화점을 35 ∼ 50 ℃ 로 설정할 수 있다. 또, 파라핀 왁스는 융점이 47 ∼ 69 ℃ 이지만, 윤활유와 상기 혼합 비율로 혼합한 왁스계 윤활제는, 액상화점을 20 ∼ 35 ℃ 로 설정할 수 있다. 이로써, 최적량의 왁스계 윤활제 (W) 를 연속적으로 앵귤러 볼 베어링 (11) 내부에 공급하는 것이 가능해진다.

또, 주축 장치 (40) 에서는, 냉매 공급로 (43a) 에 공급되는 냉매에 의해 앵귤러 볼 베어링 (11) 을 냉각시켜 가공 정밀도 향상을 도모하고 있다. 이 경우, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 운전 온도 (운전 조건) 가 상이한 경우라도, 베어링 내부 및 베어링 근방부를 제외한 주축 장치 (40) 의 온도가 액상화점 이하가 되도록, 냉매를 온도 컨트롤하고 있다. 따라서, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 운전 온도에 따라, 냉매의 온도를 컨트롤함으로써, 왁스계 윤활제 (W) 를 변경하지 않고, 적당량의 왁스계 윤활제 (W) 를 액체 상태의 오일로 변화시켜 앵귤러 볼 베어링 (11) 에 공급할 수 있다.

또한, 앵귤러 볼 베어링 (11) 에서는 접촉각선을 적도 (赤道) 로 하여 볼이 회전하는 결과, 볼이 펌프 효과를 발휘하여, 윤활제가 봉입되어 있는 공간에 기류가 발생한다. 그 때문에, 유동성이 양호한 왁스계 윤활제 (W) 를 사용함으로써, 베어링 내에서의 윤활제의 체류를 방지할 수 있어, 베어링의 온도 상승을 방지하는 효과를 발휘한다.

다음으로, 본 실시형태의 베어링 장치 (10) 의 작용에 대해 설명한다.

베어링 장치 (10) 의 베어링 공간 (S) 에는 적당량의 그리스 (G) 가 봉입되고, 윤활제 저장소 (19) 에는 적당량의 왁스계 윤활제 (W) 가 봉입되어 있다. 그리스 (G) 는, 전술한 바와 같이, 왁스계 윤활제 (W) 와 동일 성분의 기유를 포함하고, 왁스계 윤활제 (W) 와의 친화성 및 침윤성을 갖고 있다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 앵귤러 볼 베어링 (11) 및 그 주위는, 도시를 생략한 냉매 공급 장치로부터 공급되고 냉매 공급로 (43a) 내를 흐르는 냉매에 의해 온도 제어되고 있다.

앵귤러 볼 베어링 (11) 의 내부 온도가 비교적 낮은, 주축 장치 (40) 의 운전 초기에 있어서는, 앵귤러 볼 베어링 (11) 은, 베어링 공간 (S) 에 봉입되어 있는 그리스 (G) 에 의해 윤활된다.

그리스 (G) 의 기유는, 섬유 구조의 증조제에 의해 유지되어 있고, 증조제의 섬유간을 모세관 현상에 의해 이동한다. 또, 공작 기계의 주축 장치와 같이 고속 회전하는 경우, 베어링 주변부의 온도가 상승함으로써, 근방의 그리스 (G) 의 온도도 상승하여 액상화되기 때문에, 기유의 유동이 용이해져, 고속 회전에서의 그리스 수명이 연장된다.

베어링 장치 (10) 의 운전에 수반하여 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 내부 온도가 서서히 상승하면, 외륜 스페이서 (12) 및 내륜 스페이서 (13) 로부터 앵귤러 볼 베어링 (11) 을 향하여 점차 온도가 높아지는 온도 구배가 발생한다. 그리고, 윤활제 저장소 (19) 내의 왁스계 윤활제 (W) 의 내, 앵귤러 볼 베어링 (11) 근방측 부분이 액상화점, 예를 들어 47 ℃ 에 이르면, 왁스계 윤활제 (W) 의 액상화가 시작되어, 급유공 (20) 의 선단 부근의 왁스계 윤활제 (W) 가 테이퍼상 외주면 (14c) 에 부착된다.

그리고, 테이퍼상 외주면 (14c) 에 부착된 왁스계 윤활제 (W) 는, 회전시에 의한 원심력 작용, 래버린스 간극 (18) 에 의한 모세관 작용 및 테이퍼상 외주면의 대소경 차이로부터 발생하는 주속도 차이에 의한 부압 작용에 의해, 서서히 기유가 앵귤러 볼 베어링 (11) 측에 공급된다.

또, 하우징 (30) 에는, 윤활유 저장소 (19) 와 연통하고 외부로 개구되는 에어 통로 (21) 가 형성되어 있으므로, 부압 작용을 보다 효과적으로 이용할 수 있다.

또한, 외륜 (15) 에 카운터 보어 (15b) 를 갖는 앵귤러 볼 베어링 (11) 에서는, 카운터 보어 (15b) 를 향하여 공기를 흡입하는 현상 (소위, 펌프 작용) 이 발생한다 (화살표 B 참조). 따라서, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 펌프 작용에 의해, 공기류가 흘러 윤활제 저장소 (19) 내에서 액상화된 왁스계 윤활제 (W) 의 윤활유가, 베어링 공간 (S) 으로 이동한다. 이로써, 왁스계 윤활제 (W) 의 윤활유도 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 윤활에 제공된다.

베어링 공간 (S) 내의 그리스 (G) 는, 액상화되는 경우가 없기 때문에, 통상적인 그리스 윤활에서의 그리스 수명을 유지할 수 있다. 그러나, 그리스 (G) 는 유동성이 부족하기 때문에, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 윤활에 기여하는 그리스 (G) 는, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 최근방의 그리스 (G) 내의 기유 성분에 한정된다. 이에 반하여, 본 실시형태의 왁스계 윤활제 (W) 를 사용하면, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 발열, 온도 상승에 의해, 왁스계 윤활제 (W) 가 반고체에서 액체로 변화하므로, 윤활제 저장소 (19) 내에서 액상화된 왁스계 윤활제 (W) 의 윤활유가, 앵귤러 볼 베어링 (11) 내의 그리스 (G) 에 침윤·이동하여 서서히 앵귤러 볼 베어링 (11) 내에 공급된다. 이로써, 왁스계 윤활제 (W) 로부터의 보유 작용에 의해, 윤활 수명을 비약적으로 연장하는 것이 가능해진다.

또, 앵귤러 볼 베어링 (11) 은 고속 회전하면 할수록, 롤링 접촉부나 유지기 안내면에서 윤활유가 많이 필요해진다. 한편, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 온도는, 고속 회전할수록 상승하고, 이 열이 외륜 스페이서 (12) 측에 전해져 가므로, 윤활제 저장소 (19) 내의 왁스계 윤활제 (W) 의 액상화의 비율이 진행된다. 또, 테이퍼상 외주면 (14c) 에서는, 고속 회전하면, 원심력 작용 및 테이퍼상 외주면의 대소경 차이로부터 주속도 차이에 의한 부압 효과가 증가하므로, 보다 많은 윤활유가 앵귤러 볼 베어링 (11) 에 공급된다. 이로써, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 고속 회전에서의 윤활 성능이 향상된다. 요컨대, 최적인 액상화점을 설정해 두면, 외부로부터 지령을 주지 않아도, 회전 속도에 대응한 적절한 윤활유량을 자동적으로 컨트롤하여 보급할 수 있다.

또, 회전수가 소정의 회전수 이상이 되었을 때, 왁스계 윤활제 (W) 가 액상화되어 윤활유가 보급되도록 액상화점을 조정하면, 소정의 회전수 이상의 고속 회전시에 공급되는 윤활유량을 증가시킬 수 있어, 내시이징성이 향상된다. 또한, 유량이 그다지 필요하지 않은 저속 회전시에 있어서는 윤활유의 보급을 휴지하고, 즉, 액상화점을 저속 회전시의 베어링 내 온도보다 고온측으로 설정하고, 윤활유가 필요해지는 특정 회전수 이상이 되었을 때, 왁스계 윤활제 (W) 가 액상화되어 윤활유가 보급되도록 액상화점을 조정함으로써, 윤활제 수명을 대폭 늘리는 것이 가능해진다.

또, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 운전 온도가 비교적 낮아 냉각 구조가 필요하지 않은 경우, 혹은 항상 일정 회전수로 연속 운전하는 경우 등, 베어링 온도가 어느 범위 내에 들어가는 경우에는, 상정 베어링 온도에 맞춰 왁스계 윤활제 (W) 의 액상화점을 설정함으로써, 왁스계 윤활제 (W) 의 보급량을 최적으로 하여 윤활 수명을 장기화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 왁스계 윤활제 (W) 와 친화성 및 침윤성이 있는 그리스 (G) 를 앵귤러 볼 베어링 (11) 내부 (베어링 공간) 에 봉입하고 있는데, 그리스 (G) 가 아니라 다른 왁스계 윤활제 (W') 를 앵귤러 볼 베어링 (11) 내부에 봉입해도 된다. 이 경우, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 상정되는 최고 운전 온도 (예를 들어, max. 65 ℃ 전후) 보다 다른 왁스계 윤활제 (W') 의 액상화점을 높게 (예를 들어 액상화점 70 ℃) 설정해 두면, 앵귤러 볼 베어링 (11) 내의 다른 왁스계 윤활제 (W') 는 항상 반고체 상태를 유지하고 있다. 즉, 다른 왁스계 윤활제 (W') 는, 통상적인 그리스 (G) 와 동일한 거동을 나타내고, 앵귤러 볼 베어링 (11) 을 윤활한다.

만일, 다른 왁스계 윤활제 (W') 의 액상화점을 상정되는 최고 운전 온도보다 낮게 설정한 경우에는, 운전 온도가 액상화점을 초과한 시점에서, 다른 왁스계 윤활제 (W') 의 액상화가 진행되어, 앵귤러 볼 베어링 (11) 내의 윤활제가 외부 유출될 우려가 있다. 이 경우, 다른 왁스계 윤활제 (W') 는, 운전 온도가 낮은 초기 윤활에만 기여하게 될 가능성이 있다. 그러나, 다른 왁스계 윤활제 (W') 의 액상화점을 최고 운전 온도보다 높은 온도로 설정함으로써, 상기의 문제를 회피할 수 있다.

또, 다른 왁스계 윤활제 (W') 의 액상화점을 최고 운전 온도보다 높은 온도로 설정함으로써, 만일, 베어링 온도가 상정하는 최고 운전 온도를 초과하고, 또한 액상화점보다 높아진다는 불측의 사태 (시이징의 징조 등) 가 발생한 경우라도, 다른 왁스계 윤활제 (W') 는 급격하게 액상화되어, 베어링의 윤활제로서 작용한다는, 이른바, 페일·세이프 기능을 완수하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 베어링 장치 (10) 에 의하면, 내륜 (14) 에는, 테이퍼상 외주면 (14c) 이 형성되고, 그 테이퍼상 외주면 (14c) 은, 내륜 궤도면 (14a) 으로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지고, 그 소경측 단부가 외륜 (15) 의 축 방향 단면 (15c) 보다 축 방향 외측에 위치하고, 외륜 스페이서 (12) 의 내경측에 진입하고 있다. 또, 외륜 스페이서 (12) 는, 윤활제 저장소 (19) 와, 그 윤활제 저장소 (19) 와 연통하고 테이퍼상 외주면 (14c) 으로 개구되는 급유공 (20) 을 갖고, 윤활제 저장소 (19) 에는 윤활유와 왁스를 포함하고, 10 ∼ 70 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 변화 가능한 왁스계 윤활제가 봉입된다. 이로써, 롤링 베어링의 부하에 따라 변화하는 베어링 온도에 기초하여 왁스계 윤활제가 액상화되고, 테이퍼상 외주면 (14c) 에 부착된 왁스계 윤활제 (W) 에 작용하는 원심력이나, 테이퍼상 외주면 (14c) 의 대소경 차이에 의해 발생하는 주속도 차이에 의한 부압 효과에 의해, 왁스계 윤활제 (W) 가 급유 통로로부터 베어링 공간 (S) 으로 이동하므로, 최적량의 윤활유에 의해 앵귤러 볼 베어링 (11) 을 윤활할 수 있고, 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 윤활 수명을 비약적으로 늘릴 수 있다.

앵귤러 볼 베어링 (11) 의 펌프 작용에 의한 공기의 흐름에 의해, 윤활제 저장소 (19) 의 왁스계 윤활제 (W) 의 윤활유가 베어링 공간 (S) 으로 이동하여, 윤활 수명을 연장할 수 있다.

또한, 상기 실시형태의 테이퍼상 외주면 (14c) 은, 내륜 (14) 의 연장부 (14b) 를 형성하고 내륜 (14) 에 의해 구성되어 있었지만, 도 3 에 나타내는 변형예에서는, 연장부 (14b) 를 형성하는 대신에, 내륜 (14) 과 제 1 내륜 스페이서 (13) 사이에 본 발명의 내륜 스페이서에 상당하는 제 2 내륜 스페이서 (23) 을 형성하고, 내륜 스페이서 (23) 의 외주면을, 내륜 (14) 의 테이퍼상 외주면 (14c) 과 연속하는 테이퍼상 외주면 (23a) 으로 해도 된다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 도 4 및 도 5 를 참조하여, 제 2 실시형태의 베어링 장치에 대해 설명한다.

본 실시형태의 베어링 장치 (10) 에 있어서는, 복수의 윤활제 저장소 (19a) 가, 외륜 스페이서 (12a) 의 외주면으로 개구되는 상태에서 원주 방향에 소정의 간격으로 형성되어 있다. 각 윤활제 저장소 (19a) 는, 그 내경이 외륜 스페이서 (12a) 의 내경측을 향함에 따라 작아지는 방향으로 경사진 원뿔대상으로 형성되어 있다. 또, 외륜 스페이서 (12a) 의 외주면에서, 각 윤활제 저장소 (19a) 의 단부 개구에 정합하는 부분에는, 오목홈 (26) 이 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 하우징 (30) 에 형성한 에어 통로 (21) 는, 이 오목홈 (26) 을 개재하여, 각 윤활제 저장소 (19a) 에 통하고 있다.

또, 제 1 실시형태의 베어링 장치 (10) 와 마찬가지로, 외륜 스페이서 (12a) 에 형성된 윤활제 저장소 (19a) 에는 왁스계 윤활제 (W) 가 봉입되고, 내륜 (14) 의 외주면 및 외륜 (15) 의 내주면 사이의 베어링 공간 (S) 에는 그리스 (G) 가 봉입되어 있다. 또한, 베어링 공간 (S) 에는 다른 왁스계 윤활제 (W') 를 봉입할 수도 있다.

따라서, 본 실시형태와 같은 복수의 원뿔대상의 윤활제 저장소 (19a) 를 형성함으로써, 제 1 실시형태의 환상의 윤활제 저장소 (19) 에 비해, 외륜 스페이서 (12a) 의 축 방향 강성을 확보할 수 있다. 이로써, 외륜 프레서 (34) 에 의해 외륜 (15) 과 함께 외륜 스페이서 (12a) 를 고정시킬 때, 외륜 스페이서 (12a) 와 외륜 (15) 의 밀착 강성을 확보할 수 있고, 또, 외륜 스페이서 (12a) 의 축 방향 변형을 억제할 수 있다.

그 밖의 구성 및 작용 효과에 대해서는, 상기 제 1 실시형태와 동일하다.

(제 3 실시형태)

다음으로, 도 6 및 도 7 을 참조하여, 제 3 실시형태의 베어링 장치에 대해 설명한다.

제 3 실시형태의 외륜 스페이서 (12b) 는, 주체 (50) 와 덮개체 (51) 를 축 방향으로 중첩함으로써 구성하고 있다. 주체 (50) 는, 서로 동심으로 형성한 외경측 원통부 (52) 와 내경측 원통부 (53) 의 기단 가장자리 (도 7 의 우단 가장자리) 끼리를 원륜부 (54) 로 연속시킴으로써, 측방이 개구된 단면 대략 コ 자형으로 전체를 원환상으로 하고 있다. 또한, 외경측 원통부 (52) 의 축 방향 길이는, 내경측 원통부 (53) 의 축 방향 길이보다 길게 하고 있다. 따라서, 외경측 원통부 (52) 의 선단 가장자리 (도 7 의 좌단 가장자리) 는, 내경측 원통부 (53) 의 선단 가장자리보다 축 방향으로 약간 돌출되어 있다.

또, 원륜부 (54) 의 내측면은, 내경측을 향할수록 각 원통부 (52, 53) 의 선단 가장자리를 향하는 방향으로 경사져 있다. 따라서, 원륜부 (54) 와 덮개체 (51) 사이에 존재하는 윤활유 저장소 (19b) 의 축 방향폭은, 내경측 정도로 작아진다. 또한, 외경측 원통부 (52) 의 외주면 중간부에는 오목홈 (55) 이 전체 둘레에 걸쳐 형성되고, 또, 오목홈 (55) 의 직경 방향 내측에 통공 (56) 이 형성된다. 이와 같이 구성된 외륜 스페이서 (12b) 가 하우징 (30) 에 장착된 상태에서, 윤활제 저장소 (19b) 는, 통공 (56) 과 오목홈 (55) 을 통하고, 하우징 (30) 에 형성한 에어 통로 (21) 에 통한다.

또한, 도시의 예에서는, 내경측 원통부 (53) 의 기단부 및 원륜부 (54) 의 외측면 내경측 단부에 걸쳐 오목부 (57) 가 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 주체 (50) 가 인접하는 앵귤러 볼 베어링 (11) 의 내륜 (14) 과 간섭하지 않도록 하고 있다.

이로써, 주체 (50) 와 덮개체 (51) 를 축 방향으로 중첩한 외륜 스페이서 (12b) 에서는, 덮개체 (51) 의 편면 내경 근처 부분과 내경측 원통부 (53) 의 선단 가장자리 사이에 급유 통로로서의 슬릿 (58) 이, 전체 둘레에 걸쳐 형성된다. 슬릿 (58) 은, 내륜 (14) 의 연장부 (14b) 의 테이퍼상 외주면 (14c) 에 대향하여 개구되어 있다.

또, 내경측 원통부 (53) 의 내주면이 원통면 (25) 을, 덮개체 (51) 의 내주면이 원뿔상 오목면 (24) 을 구성하고, 원뿔상 오목면 (24) 과 테이퍼상 외주면 (14c) 사이에 래버린스 간극 (18) 이 형성되어 있다.

따라서, 본 실시형태와 같은 주체 (50) 와 덮개체 (51) 로 이루어지는 외륜 스페이서 (12b) 를 형성함으로써, 제 1 실시형태의 환상의 윤활제 저장소 (19) 에 비하여, 외륜 스페이서 (12b) 의 축 방향 강성을 확보할 수 있다. 또, 본 실시형태의 외륜 스페이서 (12b) 의 경우에는, 윤활제 저장소 (19b) 나 급유 통로로서의 슬릿 (58) 을 용이하게 가공할 수 있어, 비용 다운을 도모할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 윤활제 저장소 (19b) 는, 제 2 실시형태의 윤활제 저장소 (19a) 와 비교하여 저류 용량을 증가할 수 있다.

그 밖의 구성 및 작용 효과에 대해서는, 상기 제 1 실시형태와 같다.

또한, 본 실시형태의 슬릿 (58) 은, 내경측 원통부 (53) 의 선단 가장자리의 길이를 부분적으로 외경측 원통부 (52) 의 선단 가장자리와 동등하게 함으로써, 원주 방향에 1 개 지점 또는 복수 지점에 형성된 슬릿으로 해도 된다. 또, 복수의 슬릿으로 하는 경우에는, 원주 방향에 대략 등간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

(제 4 실시형태)

다음으로, 도 8 을 참조하여, 제 4 실시형태의 베어링 장치에 대해 설명한다.

본 실시형태에서는, 롤링 베어링으로서, 원통 롤러 베어링 (11a) 가 사용되고 있다. 이 원통 롤러 베어링 (11a) 은, 외주면에 내륜 궤도면 (61a) 을 갖는 내륜 (61) 과, 내주면에 외륜 궤도면 (62a) 을 갖는 외륜 (62) 와, 유지기 (64) 에 유지되고 내륜 궤도면 (61a) 과 외륜 궤도면 (62a) 사이에 자유롭게 전동하도록 배치된 복수의 롤러 (63) 를 구비한다. 또, 윤활제 저장소 (19) 를 갖는 외륜 스페이서 (12) 는, 외륜 (62) 의 축 방향 단면 (62b) 에 맞닿아 배치되어 있다.

내륜 (61) 의 축 방향 치수는, 외륜 (62) 의 축 방향 치수에 비해 작게 되고, 본 발명의 내륜 스페이서에 상당하는 제 2 내륜 스페이서 (65) 가, 내륜 (61) 에 인접 배치되고, 또한 제 1 내륜 스페이서 (13) 가 제 2 내륜 스페이서 (65) 에 인접 배치된다. 내륜 (61) 의 축 방향 일단면 (도 8 의 우단면) 을 외륜 (62) 의 축 방향 일단면보다, 외륜 (62) 의 축 방향 중앙부에 가까운 위치에 존재시키고 있다. 제 2 내륜 스페이서 (65) 는, 내주면을 원통상으로 형성함과 함께, 외주면을 원뿔 볼록면상의 테이퍼상 외주면 (65a) 으로 하고 있다.

이 테이퍼상 외주면 (65a) 도, 내륜 궤도면 (61a) 으로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지고, 그 소경측 단부가 외륜 (62) 의 축 방향 단면 (62b) 보다 축 방향 외측에 위치하고, 외륜 스페이서 (12) 의 내경측에 진입하고 있다.

따라서, 롤링 베어링으로서, 원통 롤러 베어링 (11a) 이 사용되는 경우라도, 왁스계 윤활제 (W) 가 액상화되면, 테이퍼상 외주면 (65a) 에 작용하는 원심력, 래버린스 간극 (18) 에 의한 모세관 작용, 대소 경차의 주속도 차이에 의한 부압 작용에 의해, 왁스계 윤활제 (W) 를 베어링 공간 (S) 에 공급할 수 있다.

그 밖의 구성 및 작용 효과에 대해서는, 상기 제 1 실시형태와 동일하다.

또한, 본 실시형태의 베어링 장치에서는, 제 1 실시형태의 외륜 스페이서 (12) 가 적용되고 있지만, 제 2 또는 제 3 실시형태의 외륜 스페이서 (12a, 12b) 가 적용되어도 된다.

또한, 본 발명은, 전술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변형, 개량 등이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시형태에서는, 윤활제 저장소 (19, 19a, 19b) 의 형상을, 환상이나 원뿔대 형상으로 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 윤활제를 저류할 수 있는 형상이면, 임의로 설계할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 롤링 베어링으로서, 앵귤러 볼 베어링 (11) 이나 원통 롤러 베어링 (11a) 에 인접하는 외륜 스페이서 (12, 12a, 12b) 에 윤활제 저장소 (19, 19a, 19b) 를 형성하고, 왁스계 윤활제 (W) 를 저류하도록 설명했지만, 다른 임의의 형식의 롤링 베어링에도 적용할 수 있다.

예를 들어, 궤도면이 축 방향으로 경사지는 경사면을 갖는 원뿔 롤러 베어링에 있어서도, 앵귤러 볼 베어링 (11) 과 마찬가지로, 공기의 흡입 현상 (소위, 펌프 작용) 이 발생하므로, 본 발명을 바람직하게 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 베어링 장치 (10) 를 공작 기계의 주축 장치 (40) 의 롤링 베어링에 적용한 예에 대해 설명했지만, 주축 장치 (40) 에 한정되지 않고, 일반 산업 기계용 롤링 베어링, 모터용 롤링 베어링 등의 고속 회전하는 장치의 롤링 베어링으로서도 적용할 수 있고, 동일한 효과를 발휘한다.

본 출원은, 2014년 12월 8일 출원의 일본 특허출원 2014-248307 및 2015년 9월 29일 출원의 일본 특허출원 2015-191192 에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

10 : 베어링 장치
11 : 앵귤러 볼 베어링 (롤링 베어링)
12, 12a, 12b : 외륜 스페이서
13 : 제 1 내륜 스페이서
14 : 내륜
14a : 내륜 궤도면
14c, 65a : 테이퍼상 외주면
15 : 외륜
15a : 외륜 궤도면
15b : 카운터 보어
15c : 축 방향 단면
16 : 볼 (전동체)
18 : 래버린스 간극
19, 19a, 19b : 윤활제 저장소
20 : 급유공 (급유 통로)
23, 65 : 제 2 내륜 스페이서 (내륜 스페이서)
26, 55 : 오목홈
58 : 슬릿 (급유 통로)
G : 그리스
S : 베어링 공간
W : 왁스계 윤활제
W' : 다른 왁스계 윤활제

Claims (7)

1. 외주면에 내륜 궤도면을 갖는 내륜과, 내주면에 외륜 궤도면을 갖는 외륜과, 상기 내륜 궤도면과 상기 외륜 궤도면 사이에 자유롭게 전동하도록 배치되는 복수의 전동체를 구비하고, 상기 내륜의 외주면 및 상기 외륜의 내주면 사이의 베어링 공간에 윤활제가 봉입되는 롤링 베어링과,
   상기 외륜의 축 방향 단면에 맞닿아 배치되는 외륜 스페이서를 구비하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치로서,
   상기 내륜 또는 상기 내륜의 축 방향 단면에 맞닿아 배치된 내륜 스페이서의 적어도 하나에는, 테이퍼상 외주면이 형성되고, 그 테이퍼상 외주면은, 상기 내륜 궤도면으로부터 멀어짐에 따라 직경이 작아지는 방향으로 경사지고, 그 소경측 단부가 상기 외륜의 축 방향 단면보다 축 방향 외측에 위치하고, 상기 외륜 스페이서의 내경측에 진입하고 있고,
   상기 외륜 스페이서는, 윤활제 저장소와, 그 윤활제 저장소와 연통하고 상기 테이퍼상 외주면으로 개구되는 급유 통로를 갖고,
   상기 윤활제 저장소에는, 윤활유와 왁스를 포함하고, 10 ∼ 70 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 상기 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 상기 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 변화 가능한 왁스계 윤활제가 봉입되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 급유 통로는, 상기 외륜 스페이서의 급유공에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 급유 통로는, 원주 방향을 따라 연장되는 슬릿에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 외륜 스페이서의 내주면과 상기 테이퍼상 외주면 사이에는, 상기 왁스계 윤활제가 자유롭게 유통하는 래버린스 간극이 존재하고 있고,
   상기 왁스계 윤활제는, 상기 급유 통로로부터 상기 래버린스 간극을 개재하여 상기 베어링 공간에 급유되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스계 윤활제는, 상기 액상화점을 경계로 하여, 상기 액상 상태와 상기 반고체 상태 사이를 가역 변화 가능한 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 베어링 공간에는 윤활유와 왁스를 포함하고, 상기 베어링 장치의 운전시에 상정되는 상기 롤링 베어링의 최고 온도보다 높은 액상화점을 갖고, 상기 액상화점을 초과하였을 때의 액상 상태와 상기 액상화점 이하에서의 반고체 상태 사이를, 가역 변화 가능한 다른 왁스계 윤활제가 봉입되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 베어링 공간에는 그리스가 봉입되고,
   상기 그리스는, 상기 왁스계 윤활제와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 공작 기계용 주축 장치에 사용하는 베어링 장치.

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