KR20070098994A - 롤링베어링장치 및 회전장치 - Google Patents

Abstract

내륜과 외륜 사이의 환상공간 내에서 개구하는 노즐을 통하여 탱크 내의 윤활유를 펌프로 공급하는 급유유닛을 구비한 롤링베어링장치에 있어서, 노즐을 케이지의 내주면과 내륜 사이의 공간에서 개구시키는 동시에, 케이지의 내주면을 축방향중심부로부터 적어도 노즐의 삽입측단부로 향하여 연속적 또는 단속적으로 점차 소경(小經)으로 이루어지는 면으로 함으로써, 케이지의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 케이지의 내주면상에 적하한 윤활유를 축방향 중심부를 향하여 유동시키고 베어링 외부로의 유출을 방지한다.

롤링베어링장치, 케이지,

Description

롤링베어링장치 및 회전장치{ROLLING BEARING DEVICE AND ROTARY DEVICE}

본 발명은 자기윤활기능을 구비한 롤링베어링장치 및 비교적 고속으로 회전하는 공작기계 등에 적합한 롤링베어링장치와, 상기 롤링베어링장치를 구비하는 회전장치에 관한 것이다.

예를 들면 공작기계 등에 사용되는 각종 스핀들 등, 비교적 고속도로 회전하는 축의 지지에는 앵귤러 볼 베어링(Angular ball bearings) 등의 롤링베어링이 사용된다. 이와 같은 고속회전축을 지지하는 롤링베어링에 대한 윤활방식으로서는 종래부터 주로 오일에어윤활방식이 널리 사용되고 있다.

오일에어윤활방식은 간헐적으로 공급되는 미량의 윤활유를 배관을 통하여 압축공기로 롤링베어링을 향하여 분사하는 방식이고, 고속으로 회전하는 롤링베어링의 둘레에 형성되는 에어커텐을 관통하여 윤활유를 베어링에 공급하기 때문에 압축에어가 소위 캐리어로서 사용된다.

이와 같은 오일에어윤활방식에서는 윤활대상으로 하는 롤링베어링이 내장되어 있는 스핀들 등의 외부에 오일에어윤활장치나 믹싱밸브, 그리고 컴프레서 및 외 부배관이 필요한 것 외에, 스핀들 등의 내부에도 오일에어용의 통로를 형성할 필요가 있어 비용이 상승할 뿐만 아니라, 압축에어를 사용하기 때문에 소음레벨이 높아진다는 문제도 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 롤링베어링 내부에 윤활공급기구를 내장시켜서 이루어지는 롤링베어링장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이 제안기술에서는 고정륜측에 윤활유를 저장하는 탱크 및 펌프를 장착하는 동시에, 그 펌프에는 내·외륜 사이에서 전동하는 전동체의 바로 근방(直根)에까지 연장되어 개구하는 노즐을 부착하고, 전동체를 향하여 예를 들면 수십nl(수십μ㏄)정도의 극미량의 윤활유를 적하시키도록 하고 있다. 이 구성에 의해 윤활유는 롤링베어링의 회전시에 발생하는 에어커텐의 내측으로 공급되기 때문에 오일에어윤활방식과 같이 캐리어로서의 압축에어가 불필요하게 되어 소음문제를 해소할 수 있는 동시에, 컴프레서나 오일에어윤활장치, 또는 외부배관 및 내부배관도 불필요하게 되어 비용면에서도 유리해진다.

이러한 종류의 윤활기능이 부착된 롤링베어링장치에서는, 노즐에서 공급되는 윤활유를 전동체와 궤도륜 사이의 윤활에 얼마나 효율적으로 기여시킬지가 중요한 문제가 된다. 롤링베어링의 회전륜, 전동체 및 케이지는 고속도로 회전하고 있으므로, 공급되어 이들 중 어느 하나에 부착된 윤활유는 회전중심으로부터 멀어지는 방향의 힘(이하, 원심력이라 칭한다)을 받고, 궤도륜과 전동체 사이에 흘러들어가기 어려운 경우가 있다. 이와 같은 원심력을 고려한 노즐의 최적의 배치는 도 9에 축평행 단면도를 예시하는 위치이다. 상기 도 9의 예에서는, 내륜(61), 외륜(62), 전동체(63) 및 케이지(64)를 주요한 구성요건으로 하는 롤링베어링의 바로 근방, 예를 들면 고정륜인 외륜(62)에 인접배치되는 스페이서(65)에 윤할유를 저장하는 탱크(도시 생략)와, 그 탱크 내의 윤활유를 흡인하여 토출하는 펌프(66), 그 펌프(66)의 토출구에 부착되어 케이지(64)의 내주면과 외륜(61)의 외주면 사이에까지 연장되어 그 선단에서 개구하는 노즐(67), 및 펌프(66)의 구동부(도시 생략)으로 이루어지는 급유유닛을 고정한 구조로 되어 있다.

이와 같은 노즐(67)의 배치에 의하면, 그 선단개구부로부터 케이지의 내주면 상에 공급한 윤활유가 롤링베어링의 회전에 의한 원심력으로 전동체(63)를 통하여 외륜(62)의 궤도면으로 향하여 이동하는 동시에, 전동체(63)를 통하여 내륜(61)의 궤도면에도 전착(轉着)되어 롤링베어링을 유효하게 윤활할 수 있다.

그런데, 롤링베어링의 내부에서 개구하는 노즐로부터 공급한 윤활유에는 원심력 외에 롤링베어링의 회전으로 발생하는 베어링 내부의 공기흐름에 의한 힘도 작용하기 때문에, 도 9에 도시하는 노즐배치를 채용하여 그것의 대부분을 케이지(64)의 내주면상에 공급하였더라도 롤링베어링 내부의 공기흐름의 흐트러짐 등에 기인하여 도 9에 화살표로 도시하는 바와 같이 케이지(64)의 내주면상에서 전동체(64)와는 반대측을 향해 유동하여 베어링의 외부로 유출하는 경우도 있으며, 그 전량이 롤링베어링의 윤활에 기여하고 있다고는 하기 어렵다.

종래의 기술에서 고속으로 회전중인 롤링베어링장치의 환상공간 내에 윤활유를 공급하는 방법으로서 제트윤활, 오일 미스트 윤활이나 오일/에어윤활 등이 사용되고 있다.

그러나, 이들 방법은 환상공간의 외측에서 그 내측으로 윤활유를 도달시키기 위하여 윤활유를 가압하거나, 압축공기 등으로 윤활유를 가속할 필요가 있으며, 컴프레서 등을 포함하는 부대설비가 대규모가 되어 버린다. 또 필요이상의 유량이 공급되어 버리기 때문에 윤활유의 손실이 많고, 환경오염 등을 방지하기 위하여 여분의 윤활유를 회수해서 순환시키는 기구 등을 필요로 하고 있었다.

그래서, 콤프레서 등을 사용하는 일 없이, 복수의 베어링에 대하여 미량의 윤활유를 균등하게, 또한 확실하게 한개의 윤활장치에서 안정되게 공급하는 방법으로서, 베어링에 윤활유를 토출하는 노즐과, 노즐에 윤활유를 공급하는 윤활제 펌프와, 이들 펌프에 미량의 윤활유를 분배공급하는 멀티분배기구(multi-distribution mechanism)를 구비하는 윤활장치가 제안되어 있다(특허문헌 2 등을 참조).

또 본 출원인들도, 롤링베어링의 환상공간 내에 펌프와 탱크, 전원으로서의 전지나 발전기를 포함하는 급유유닛을 배설한 컴팩트한 롤링베어링장치를 이미 제안하고 있다(특허문헌 1, 3 등을 참조).

특허문헌 1: 일본국 특개 2004-108388호 공보

특허문헌 2: 일본국 특개 2002-130589호 공보

특허문헌 3: 일본국 특개 2004-316707호 공보

그런데, 종래의 오일/에어윤활·오일미스트 윤활이나, 상기한 특허문헌 1에 개시되어 있는 윤활기구를 채용한 롤링베어링장치는 분배수에 동일한 수의 윤활유 공급구멍을 갖는 분할하우징과, 각 배관에 동일하게 윤활유를 분배하는 분배기 또는 로터 밸브 및 모터로 이루어지는 멀티분배기구 등이 필요하며, 여전히 베어링 둘레의 구성이 복잡하여 장치의 소형화나 비용절감이 어렵다. 특히 윤활유를 공급하는 펌프로부터 노즐까지의 배관이 길 경우, 이 펌프에 의해 발생한 윤활유의 맥동(압력)이 감쇄되고, 노즐선단에서 필요한 윤활유 토출속도나 토출량을 얻을 수 없는 우려도 있다.

또 롤링베어링의 환상공간 내에 펌프와 탱크, 전지나 전원 등을 포함하는 급유유닛을 배설하면 베어링 둘레의 구성은 간단해지지만, 전원이 있기 때문에 탱크의 용량이 제한되며, 윤활유를 공급가능한 시간이 상대적으로 짧아지고 비용이 상승된다. 특히 급유유닛이 주변의 상황을 감지하는 센서를 구비하고 있지 않은 경우에는, 베어링의 회전상태를 검지할 수 없기 때문에 롤링베어링이 회전하고 있지 않을 때는 윤활유가 손실되지 않도록 수동으로 급유유닛을 정지해야만 한다.

또한, 급유유닛을 구비하는 롤링베어링장치를 하우징 내에 내장하고 있는 경우는, 급유유닛을 수동으로 정지시키는 것이 곤란하며, 또 정지시키는 것이 가능해도 회전정지 직후는 베어링 둘레의 발열 때문에 윤활유의 누출이 발생할 우려가 있다.

또 복수의 롤링베어링장치가 있는 경우는, 이들 롤링베어링장치를 한번에 정지시키는 것은 곤란하고, 베어링의 회전정지에 대하여 적당한 타이밍으로 윤활유의 토출을 정지시킬 수 없다. 이 때문에 베어링의 환상공간 내에 여분의 윤활유가 노출되 버릴 가능성이 있다.

본 발명은 이와 같은 실정에 비추어서 이루어진 것으로, 종래의 자기윤활기능을 가지는 롤링베어링장치에 비하여 윤황유를 보다 확실하게 전동체와 궤도륜과의 사이로 유도하는 것이 가능하며, 그리고 공급한 윤활유를 보다 효율적으로 윤활에 기여시키는 것이 가능한 롤링베어링장치의 제공을 그 과제로 하고 있다.

또한, 베어링 둘레가 컴팩트하고 심플하여 소량의 윤활제로도 양호한 윤활을 유지할 수 있는 저가의 롤링베어링장치와, 이 롤링베어링장치를 사용함으로써 윤활을 위한 외부배관이나 부대설비 등을 극력 배제한 회전장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본원은 아래의 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.

⑴ 내륜 및 외륜과, 상기 내륜과 외륜 사이에 전동이 자유롭게 배치되어 있는 복수의 전동체와,

상기 복수의 전동체를 둘레방향으로 소정의 피치(pitch)로 유지하기 위한 환상의 케이지를 구비하는 롤링베어링과,

윤활유를 저장하는 탱크에 연통하고, 또한 상기 케이지의 내주면과 상기 내륜의 사이에 삽입되어 개구하고 있는 노즐과,

상기 노즐을 통하여 상기 탱크 내의 윤활유를 상기 롤링베어링 내에 공급하는 펌프를 구비하는 롤링베어링장치에 있어서,

상기 케이지의 상기 내주면이 축방향 중심부측에서 상기 노즐삽입측의 단면부를 향하여 연속적 또는 단속적으로 점차 소경으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.

⑵ 상기 케이지의 내주면이 상기 노즐의 삽입측과 반대측의 내주면에 대해서도 축방향 중심부측에서 상기 반대측의 단면부를 향하여 연속적 또는 단속적으로 점차 소경으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 ⑴에 기재된 롤링베어링장치.

⑶ 하우징내에 배치되고, 상기 하우징에 대하여 회전축을 상대회전이 자유롭게 지지하며, 외륜 및 내륜과, 상기 외륜과 내륜과의 사이에 개재되어 장착되는 복수의 전동체를 구비한 롤링베어링과,

상기 외륜과 내륜과의 사이에 형성되는 환상공간의 내부 또는 그 근방에 배설된 펌프와,

적어도 일단이 상기 환상공간 내에 배치되고, 상기 환상공간 내에서 개구하는 동시에 타단이 상기 펌프의 토출구에 연통한 노즐과,

윤활유를 저장하고 상기 펌프에 연통한 탱크와,

상기 펌프에 접속되고, 상기 펌프의 윤활유 토출량을 제어하는 펌프구동용의 드라이버를 구비한 롤링베어링장치로서,

상기 펌프구동용 드라이버는 상기 하우징의 외부에 설치된 외부전원에 접속되어 있으며, 상기 외부전원에서 공급되는 전류로 상기 펌프를 작동시켜서 상기 탱크에 저장된 윤활유를 상기 노즐의 일단에 설치된 개구로부터 상기 환상공간 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.

⑷ 상기 펌프의 근방에 상기 탱크가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 ⑶에 기재된 롤링베어링장치.

⑸ 하우징 내에 동축상으로 배치되고, 상기 하우징에 대하여 회전축을 상대 회전이 자유롭게 지지하며, 외륜 및 내륜의 각 궤도부재와 상기 각 궤도부재 사이에 개재되어 장착되는 복수의 전동체를 구비한 롤링베어링과,

상기 복수의 각 롤링베어링의 궤도부재들 사이에 형성되는 환상공간의 내부 또는 그 근방에 각각 배설된 펌프와,

적어도 일단이 상기 복수의 각 롤링베어링의 환상공간 내에 배치되고, 상기 환상공간 내에서 개구하는 동시에 타단이 각 펌프의 토출구에 연통한 노즐과,

윤활유를 저장하고, 상기 펌프에 연통한 탱크와,

상기 각 펌프에 접속되고, 상기 각 펌프의 윤활유 토출량을 제어하는 펌프구동용의 드라이버를 구비한 롤링베어링장치로서,

상기 각 펌프구동용 드라이버는 상기 드라이버의 동작을 제어하는 신호를 송신하는 상기 하우징 외부에 배설된 컨트롤러에 접속되는 동시에, 상기 각 펌프 구동용 드라이버는 상기 하우징의 외부에 설치된 외부전원에 접속되어 있으며, 상기 외부전원에서 공급되는 전류로 상기 각 펌프를 작동시키고, 상기 탱크에 저장된 윤활유를 상기 각 노즐의 일단에 설치된 개구로부터 각각의 베어링의 상기 환상 공간 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.

⑹ 상기 각 펌프의 근방에, 이들 펌프에 개별적으로 윤활유를 공급하는 탱크가 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 ⑸에 기재된 롤링베어링장치.

⑺ 상기 컨트롤러는, 상기 회전축의 회전시에 상기 각 펌프에 윤활유토출을 제어하는 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 ⑸ 또는 ⑹에 기재된 롤링베어링장치.

⑻ 상기 컨트롤러는, 상기 각 펌프구동용 드라이버에 제어신호를 송신하는 대신에 상기 외부전원에서 공급되는 전류를 통과/차단함으로써, 상기 각 펌프의 작동 및 윤활유토출량을 제어하고 있는 것을 특징으로 하는 ⑸ 또는 ⑹에 기재된 롤링베어링장치.

⑼ 하우징 내에 배치된 회전축이, ⑸ 내지 ⑻중 어느 하나에 기재된 롤링베어링장치에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 회전장치.

⑽ 상기 회전축이 모터에 의해 구동되어 있는 동시에, 상기 롤링베어링장치의 외부전원이 상기 모터의 구동전원을 겸용하고 있는 것을 특징으로 하는 ⑼에 기재된 회전장치.

⑾ 상기 회전축이 모터에 의해 구동되고, 상기 모터의 구동제어가 상기 컨트롤러로 이루어져 있는 동시에, 상기 모터의 구동제어와 상기 각 펌프구동용 드라이버의 제어가, 상기 컨트롤러에 의해 연동하여 제어되고 있는 것을 특징으로 하는 ⑼ 또는 ⑽에 기재된 회전장치.

⑴에 관한 본 발명은 케이지의 내주면, 즉 내륜 외주면과의 대향면을 적어도 노즐 삽입측에 대하여 축방향 중심부로부터 단면부를 향하여 점차 소경으로 함으로써, 케이지의 내주면을 향하여 공급한 윤활유에 대하여 원심력에 의해 베어링의 축방향 중심부로 향하는 힘을 작용시켜서 베어링 외부로 비산하는 것을 방지하고자 하는 것이다.

즉, 윤활유를 공급하기 위한 노즐을 케이지와 내륜 사이의 공간에 삽입하여 개구시키는 동시에, 케이지의 내면을 노즐의 삽입측 단면부에서의 케이지의 내경 치수가 축방향 중심부에서의 내경 치수에 대하여 연속적 또는 단속적으로 점차 작아지도록 테이퍼면 또는 그에 준한 계단형상의 면 또는 곡면으로 함으로써, 케이지의 내주면에 공급된 윤활유에는 베어링회전에 따른 케이지의 회전으로 인한 원심력으로 축방향 중심부로 향하는 힘이 작용하고, 베어링 외부로 유출하는 윤활유량을 적게, 또는 없앨 수 있다.

또 ⑵ 에 관한 발명과 같이, 노즐의 삽입측과는 축방향으로 반대측의 케이지 내주면에 대해서도 상기와 동등한 단부측 정도의 소경을 이루는 테이퍼면 또는 계단형상의 면 또는 곡면으로 함으로써, 노즐의 토출구로부터 케이지의 내주면에 공급한 윤활유가 축방향 중심을 넘어서 반대측으로 향하여도 그 윤활유가 상기 반대측의 단면으로부터 베어링 외부로 유출하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 롤링베어링의 내·외륜 사이의 환상공간 내에 노즐을 삽입하여 탱크 내의 윤활유를 직접적으로 롤링베어링 내부로 공급하는 기능을 가지는 롤링베어링장치에 있어서, 공급한 윤활유의 베어링 외부로의 유출을 억제할 수 있는 결과, 윤활유의 사용효율이 향상되며, 윤활유를 저장하는 탱크에 윤활유의 보충이 불가능한 타입의 탱크에는 그 수명을 향상시킬 수 있고, 또 윤활유의 보충이 가능한 타입의 탱크에는 그 윤활유의 보충 간격을 길게 하는 것이 가능하다.

⑶에 관한 발명에 의하면, 베어링 둘레에 컴프레서 등의 대규모의 부대설비를 배치하는 일 없이 베어링장치 전체를 컴팩트하게 구성하는 것이 가능한 동시에, 필요한 양의 윤활유를 전동체 근방에 직접 공급(적하)하는 것이 가능해진다. 또 상기 롤링베어링장치는 윤활유의 공급개시·공급정지 및/또는 그 양의 억제를 베어링 외부에서 용이하게 실행할 수 있다.

⑷에 관한 발명에 의하면, 베어링 둘레에는 드라이버에 전류를 공급하기 위한 코드와, 탱크 펌프 사이를 접속하는 짧은 배관을 배설하는 것 만으로 완성되고, 전류 이외의 장치를 베어링 환상공간의 내부 또는 그 근방에 내장할 수 있게 된다. 또 전류의 공급만으로 자율적으로 작동하는 급유유닛으로 하는 것이 가능해지는 동시에, 긴 배관의 영향을 받는 일 없이 필요최소량의 윤활유를 전동체 근방에 정확히 공급하는 것이 가능하다는 메리트도 있다.

또 종래의 롤링베어링용 급유유닛에 비해 윤활유저장탱크의 용량을 크게 하는 것이 가능하고, 윤활이 가능한 시간(즉, 메인테넌스 간격)을 연장할 수 있다. 또 종래와 같은 탱크용량이면 롤링베어링장치 또는 탱크를 배설하는 부재를 작게하는 것이 가능하다.

⑸에 관한 발명에 의하면, 복수의 베어링으로 이루어지는 롤링베어링장치의 경우에도 ⑴의 발명과 마찬가지로, 베어링둘레에 컴프레서 등의 대규모의 부대설비를 배치하는 일 없이 베어링장치 전체를 컴팩트하게 구성하는 것이 가능해진다. 또 개별적으로 작동하는 각 급유유닛을 하우징 외부에 배치한 컨트롤러로부터 집중제어함으로써 윤활유의 공급개시·공급정지 및/또는 그 양을 일괄적으로 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는 펌프와 그 노즐의 배설위치는 하우징 내이고, 롤링베어링의 환상공간 내부 또는 그 근방이면 특히 한정되는 것은 아니지만, 노즐의 일단(선단)은 베어링의 회전시에 형성되는 에어커텐(에어 베리어)을 넘어서 전동체 근방으로 향하게 할 필요가 있다. 또 펌프는 그 노즐에 대하여 접근한 위치에 놓여져 있지 않으면 미량의 윤활유공급이 곤란해지므로, 베어링 환상공간 외부에 배치하는 경우는 하우징 내에서 롤링베어링에 접근하여 배치되는 부재, 즉 고정륜에 인접고정되는 스페이서, 하우징의 단부를 폐쇄하기 위한 덮개 본체, 또는 하우징 자체에 배설되는 구성을 채용하는 것이 바람직하다.

⑹의 발명에 의하면, 각 베어링 둘레에는 드라이버에 전류를 공급하기 위한 코드나, 드라이버를 제어하는 신호를 송신하는 코드, 또는 드라이버와 펌프를 연결하는 코드 등의 전선 류와, 각 탱크펌프 사이를 접속하는 짧은 배관을 배설하는 것만으로 완성되고, 전원 이외의 장치를 가능한 한 베어링 환상공간의 내부 또는 그 근방에 내장하는 것이 가능해진다.

⑻의 발명에 의하면, 컨트롤러와 드라이버 사이의 접속은 전류를 공급하기 위한 코드만으로 완성되어 배선의 처리가 간단해진다.

이와 같이 하우징 내에 배치된 회전축을 ⑸ ~ ⑻에 관한 발명의 롤링베어링장치로 지지하는 회전장치에 의하면, 회전장치 자체가 롤링베어링의 윤활기능을 가지며, 윤활유를 위한 외부장치의 전부 또는 일부를 불필요로 하는 것이 가능해 진다. 또 상기 회전장치는 윤활유의 토출량의 정확한 제어를 실행할 수 있다.

이들의 구성에 의하여 회전축의 회전과 윤활유의 토출 및 토출량이 연동하고, 손실되는 윤활유의 토출을 방지하는 것이 가능한 동시에, 롤링베어링장치와 회전장치 설비의 중복이 회피되어 회전장치 전체의 비용을 절감할 수 있다. 또 프로그래머블 컨트롤러(programmable controller) 등을 구비하는 공작기계 등에서는, 상기 프로그래머블 컨트롤러로부터의 제어신호를 시용함으로써 회전장치로서의 스핀들의 회전수에 맞춘 정교한 윤활유의 토출개시·정지제어 또는 윤활유량의 조절이 가능하고, 공급되는 윤활유의 손실이 없으며, 최소량의 윤활유로 회전장치의 양호한 윤활을 유지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 롤링베어링장치에 의하면, 컴프레서 등의 부대설비를 설치하는 일 없이, 롤링베어링장치를 컴팩트하고 심플하게 구성하는 것이 가능한 동시에, 장치 전체를 저가로 구성하는 것이 가능해진다. 또 윤활유가 필요한 부위로 정확하게 공급(적하)됨으로써 윤활유의 손실이 없으며, 소량의 윤활유로 롤링베어링장치의 양호한 윤활을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다.

또한 종래의 급유수단을 구비한 롤링베어링장치에 비하여 장시간의 윤활유 토출이 가능해지거나, 또는 같은 윤활유량을 계속 유지하면서 컴팩트하게 구성하는 것이 가능해진다.

또 본 발명의 회전장치에 의하면, 윤활을 위한 외부장치나 외부배관의 전부 또는 일부를 필요로 하는 일 없이 회전장치 단체로 자기윤활을 실행할 수 있는 동시에, 비용의 절감과 장치의 간소화 및 윤활을 포함한 회전장치의 통합제어가 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 실시형태의 축평행 단면도이다.

도 2는, 도 1에서의 외륜용 스페이서(3)의 좌측면도이다.

도 3은, 본 발명의 실시형태에서의 급유유닛의 전체구성예를 도시하는 도면이고, 기계적 구성을 나타내는 모식도와, 전기적 구성을 나타내는 블록도를 병기하여 도시한 도면이다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시형태의 축평행 단면도이다.

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시형태의 축평행 단면도이다.

도 6은, 본 발명의 실시형태에서의 회전장치의 구성을 나타내는 축평행단면도와, 윤활을 위한 외부장치의 구성을 나타내는 블록도를 병기하여 도시한 도면이다.

도 7은, 도 6의 요부확대도이다.

도 8은, 도 7의 화살표(A) 방향에서 본 외륜용 스페이서의 정면도이다.

도 9는, 종래의 윤활기능이 부착된 롤링베어링장치의 구성예를 도시하는 축평행단면도이다.

제1 실시형태

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 축평행단면도이고, 도 2는 그 외륜용 스페 이서(3)의 좌측면도이다.

상기 예는 앵귤러 볼 베어링(1)에 인접배치되는 내륜용 스페이서(2) 및 외륜용 스페이서(3) 중, 고정측의 스페이서인 외륜용 스페이서(3)에 급유유닛(4)을 배치한 예를 도시하고 있다.

앵귤러 볼 베어링(1)은, 내륜(11)과 외륜(12)의 사이에 복수의 전동체(볼)(13)를 케이지(14)에 의해 둘레방향으로 일정한 간격을 유지한 구조를 가지며, 상기 예에서는 외륜(12)이 고정륜으로서 하우징(H) 등에 내장되어 내륜(11)의 내주면에는 축(S)이 고정된다.

외륜용 스페이서(3)에 배치되어 있는 급유유닛(4)은 윤활유를 저장하는 탱크(41)와, 그 탱크(41)에 관(41a)을 통하여 연통하고, 탱크(41) 내의 윤활유를 흡인하여 토출하는 펌프(42), 그 펌프(42)의 토출구에 부착된 노즐(43), 및 펌프(42)의 구동회로(44)를 주체로서 구성되어 있으며, 이들은 외륜용스페이서(3)의 내주면을 따라서 고정되어 있다. 그리고, 노즐(43)은 도 1에 도시하는 것과 같이 롤링베어링(1)의 축방향 일단측에서 내륜(11)과 케이지(14) 사이의 공간에 삽입되고, 그 선단 개구부(43a)는 케이지(14)의 내주면(14a) 내지는 전동체(13)와 내륜(11)의 외주면(11a) 사이에서 개구하고 있다.

상기 급유유닛(4)의 전체 구성예를, 기계적 구성을 나타내는 모식도와 전기적 구성을 나타내는 블록도를 병기하여 도 3에서 도시한다.

펌프(42)는 펌프실(42a)과, 그 펌프실(42a)의 일부 벽체를 형성하는 다이어프램(diaphram)(42b)과, 그 다이어프램(42b)에 부착된 압전소자(42c), 및 펌프 실(42a)과 관(41a)의 접속부에 설치된 역지밸브(42d)로 구성되어 있다. 구동회로(44)는 전원전지(44a)를 포함하고, 압전소자(42c)에 대하여, 예를 들면 장방형(長方形)의 전압신호를 공급한다. 상기 구성에서 압전소자(42c)에 장방형의 전압신호가 인가됨으로써 다이어프램(42b)이 도면 중 상하로 변위한다. 다이어프램(42b)의 상측으로의 변위시에 역지밸브(42d) 및 관(41a)을 통하여 탱크(41) 내의 윤활유를 펌프실(42a) 내로 흡인하고, 계속해서 하측으로의 변위시에 펌프실(42a) 내의 윤활유를 노즐(43)로 향하여 토출하며, 노즐(43)의 선단개구부(43a)로부터 케이지(14)의 내주면으로 향하여 공급한다. 펌프(42)의 윤활유 토출시에는 역지밸브(42d)의 존재로 펌프실(42a) 내의 윤활유는 관(41a) 측으로 리턴하는 일은 없다. 앵귤러 볼 베어링(1)에 대한 윤활유의 공급량은 대략 30nl(30μ㏄) 정도의 극미량이다. 또한 사용조건에 따라서는 윤활유의 공급량은 수백 pl ~ 수백 nl로 변화하는 것이 가능하다.

상기 제1 실시형태에서의 최대 특징은 앵귤러 볼 베어링(1)의 케이지(14) 내주면(14a)의 형상에 있다. 상기 케이지(14)는 전체로서 대략 원통형을 이루고, 그 원통부에 전동체(13)를 수용하기 위한 포켓(14b)이 일정한 간격으로 형성된 수지제의 기계가공된 케이지이나, 그 내주면은 양단부의 내경치수가 축방향 중심부의 내경치수보다도 작고, 축방향 중심부를 협지하여 그 양측이 각각 단부 정도의 소경으로 되는 테이퍼면으로 이루어져 있다.

이상의 본 발명의 제1 실시형태에 의하면, 노즐(43)의 선단개구부(43a)로부터 토출된 윤활유는 케이지(14)의 내주면(14a) 상에 공급되고, 케이지(14)의 회전 에 의한 원심력의 작용으로 그 대부분이 케이지(14)의 내주면(14a) 상을 그 축방향 중심으로 향하여 유동하며, 단부측으로 흘러서 베어링 외부로 유출하는 일은 없다. 그리고, 케이지(14)의 내주면(14a)을 축방향 중심으로 향하여 유동한 윤활유는 포켓(14b)에 도달하여 전동체(13)의 표면에 부착되고, 그 자전 및 공전에 의해 외륜(12)의 궤도면 및 내륜(11)의 궤도면으로 유도되며, 앵귤러 볼 베어링(1)의 전체에 완전히 이송되어 이것을 효율적으로 윤활한다.

여기서, 이상의 제1 실시형태에서는 케이지(14)의 내주면(14a)의 형상을 축방향 중심을 협지하여 그 양측에서 단부측 정도의 내경치수가 작아지는 방향의 테이퍼면으로 하고 있으며, 이에 따라 노즐(43)의 삽입측 내주면(14a)에 공급된 윤활유가, 예컨대 축방향 중심부를 넘어서 반대측으로 유동한 경우라도 그 반대측의 단부에서 베어링 외부로 유출하는 것을 방지하는 일이 가능한 것이지만, 상기 반대측의 테이퍼면에 대해서는 반드시 설치할 필요는 없다. 도 4에 그 예를 축평행단면도로 도시한다. 이 예에서는 케이지(14)의 내주면(14a)은 노즐(43)의 삽입측 단부와 축방향 중심부 사이를 상기와 같은 테이퍼면으로 하고 있으나, 반대측의 단부와 축방향 중심부 사이의 내주면에 대해서는 원통면으로 하고 있다. 이와 같은 구성에 의해서도 베어링의 사용조건 등에 따라서는 선례와 같은 작용효과를 가져올 수 있다.

제2 실시형태

또 이상의 제1 실시형태에서는 급유유닛(4)을 앵귤러 볼 베어링(1)의 외부에 인접배치한 예를 도시하였으나, 도 5에 축평행단면도를 도시하는 것과 같이 베어링 내부에 배치하여도 된다. 즉, 제2 실시형태를 도시하는 도 5의 예에서는 선례와 같이 내륜(71), 외륜(72), 전동체(73) 및 케이지(74)를 구비한 앵귤러 볼 베어링(70)에서의 내륜(71) 및 외륜(72)의 일단측을 축방향으로 연장하여 폭 치수를 길게 하고, 외륜(72)의 연장부분에 선례와 같은 급유유닛(4)을 배치하고 있다. 이 예에서도 펌프(42)의 토출구에 부착되어 있는 노즐(43)은 케이지(74)의 내주면(74a)과 외륜(71) 사이에 삽입되어 선단에서 개구하고 있는 동시에, 케이지(74)의 내주면(74a)은 단부측 정도의 소경으로 되는 테이퍼면으로 이루어져 있으며, 상기한 각 예와 같은 작용효과를 가져올 수 있다.

또한, 이상의 각 실시형태에서는 케이지의 내주면을 단부측 정도의 소경으로 이루어지는 테이퍼면으로 하였지만, 단부측 정도의 계단형상으로 점차 소경으로 되는 면 또는 곡면으로서도 실질적으로 같은 작용효과를 얻을 수 있음은 물론이다.

게다가 또, 이상의 각 실시형태에서는 롤링베어링으로서 앵귤러 볼 베어링을 사용한 예를 도시하였으나, 본 발명의 롤링베어링장치는 앵귤러 볼 베어링 이외의 롤링베어링에 대해서도 동등하게 적용할 수 있음은 언급할 필요도 없다.

제3 실시형태

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 제3실시형태에 대하여 설명한다.

도 6은, 본 발명의 제3 실시형태에서 회전장치로서의 스핀들의 구성을 나타내는 축평행 단면도와, 윤활을 위한 외부장치의 구성을 나타내는 블록도를 병기하 여 도시하는 도면이다. 또 도 7은 도 6의 요부확대도이며, 도 8은 도 7의 화살표(A) 방향에서 본 외륜용 스페이서 및 급유유닛의 정면도이다.

제3 실시형태의 회전장치는, 하우징(101) 내에 수용된 주축(103)이 4개의 앵귤러 볼 베어링(103)에 의해 회전이 자유롭게 지지된 구성이다. 각 앵귤러 볼 베어링(103)은, 각각 주축(102)에 감합 고정되는 내륜(103a)과, 하우징(101)에 끼워지는 외륜(103b), 이들 사이에서 회동이 자유롭게 배치되는 복수의 전동체(볼(103c)), 및 각 볼(103c)을 둘레방향 소정의 간격으로 지지하는 케이지(103d)를 구비한 범용의 것이다.

상기 하우징(101)의 일단측에는 내측 플랜지(101a)가 일체로 형성되어 있으며, 타단측에는 덮개본체(101b)가 나사멈춤되어 있다. 각 앵귤러 볼 베어링(103)의 외륜(103b)은, 이들의 내측 플랜지(101a)와 덮개 본체(101b), 및 각 외륜(103b)의 사이에 하우징(101)의 내주면을 따르도록 배치된 원통형상의 외륜용 스페이서(104)…(104) 및 중앙 스페이서(105)에 의해 그 축방향으로의 이동이 저지되어 위치결정되어 있다.

또 덮개본체(101b)가 고정되어 있는 측의 주축(102)의 단부에는 단부(102a)가 형성되어 있는 동시에, 내측 플랜지(101a) 형성측의 단부에는 암나사(102b)가 형성되고, 그 암나사(102b)에 베어링홀더(106)가 나사장착되어 있다. 각 앵귤러 볼 베어링(103)의 내륜(103a)은, 단부(102a)와 베어링홀더(106), 및 각 내륜(103a) 사이에 축(102)의 외주면을 따라서 배치되어 있는 내륜용 스페이서(107)‥(107) 및 중앙스페이서(108)에 의해 그 축방향으로의 이동이 저지되어 위치결정되어 있다.

제3 실시형태에서 회전장치의 특징은, 각 외륜(103b)에 인접하여 배치되어 있는 외륜용 스페이서(104)에 상기 스핀들에 연결되는 모터(도시 생략)의 구동전원(110)으로부터 전류의 공급을 받아서, 각 앵귤러 볼 베어링(103)에 윤활유를 공급하는 급유유닛(109)이 각각 내장되어 있는 점이다. 또 이들의 급유유닛(109)은 주축(102)의 회전을 제어하는 제어수단(프로그래머블 컨트롤러(111)으로부터의 신호로 그 동작이 일원적으로 관리되고 있다.

급유유닛(109)은 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 윤활유를 저장하는 탱크(109a)와, 상기 탱크(109a) 내의 윤활유를 흡인하여 토출하는 펌프(109b)와, 상기 펌프(109b)의 토출구에 부착된 노즐(109c)과, 펌프(109b)를 구동하는 드라이버(109d)를 주체로서 구성되어 있으며, 이들은 외륜용 스페이서(104)의 내주면을 따라서 고정되어 있다.

또한, 노즐(109c)의 선단은 도 7에 도시하는 것과 같이, 롤링베어링(103)의 내륜(103a)과 외륜(103b) 사이의 환상공간 내로 삽입되어 볼(103c)의 바로 근방의 상측에서 개구하고 있다. 또 탱크(109a)와 펌프(109b)는 관(109e)을 통하여 연통하고 있다.

이상의 구성에 의하여, 상기 회전장치는 회전장치 자체가 롤링베어링의 윤활기능을 가지며, 종래의 회전장치와 같은 컴프레서 등의 대규모의 부대설비를 배치할 필요가 없다. 또 롤링베어링장치 및 회전장치의 설비 중에서 같은 기능을 구비하는 설비를 공용하는 것이 가능해진다. 따라서, 제3 실시형태에서의 회전장치는 장치구성의 간략화와 비용감소화를 실현하는 것이 가능하다.

또 상기 회전장치는 급유유닛(9)의 제어에 프러그래머블 컨트롤러(11)로부터의 신호를 이용함으로써, 회전장치의 회전수에 맞춘 윤활의 정교한 통합제어가 가능하고, 공급되는 윤활유의 손실이 없으며, 최소량의 윤활유로 양호한 윤활을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다.

또한, 이상의 제3실시형태에서는, 급유유닛(9)을 외륜용 스페이서(4) 내에 내장한 예를 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 일 없이 급유유닛의 배설위치는 롤링베어링의 환상공간 내부 또는 그 근방의 고정측이면 다른 위치로 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 각 앵귤러 볼 베어링(103)의 외륜(103b) 내주면, 또는 하우징(101)의 단부를 폐쇄하기 위한 덮개본체(101b)의 내주면, 또는 하우징(101) 자체의 내주면에 배설하여도 된다.

또 본 발명에서는 급유유닛(109)을 구성하는 부재 전부를 롤링베어링 내부 또는 하우징(101) 내에 내장할 필요는 없다. 윤활유를 공급하는 탱크(109a)는 대형의 탱크를 하우징(101) 내부 또는 하우징(101) 외부에 배설하고, 복수의 펌프(109b)에 윤활유를 공급하여도 된다.

또 펌프구동용의 드라이버(109b)도 반드시 스페이서(104)에 배치할 필요는 없으며, 롤링베어링의 환상공간 내부 또는 그 근방, 또는 하우징(101) 외부의 컨트롤러(111) 근방 등에 배치하여도 된다. 또한, 하우징(101) 내부 또는 하우징(101) 외부로 통합하여 101개소에 배치하거나, 또는 그 기능을 프로그래머블 컨트롤러(111)로 대체하여도 된다. 이와 같은 구성을 채용하면 윤활유탱크의 용량을 증대시킬 수 있다는 메리트가 있다.

게다가 또 제3 실시형태에서는, 이들 급유수단(109)의 제어를 프로그래머블 컨트롤러(111)로 관리하는 구성을 예시하였지만, 본 발명의 회전장치는 상기 컨트롤러(111)에 스핀들의 회전제어를 겸용시키는 일도 가능하다. 이와 같은 구성은 스핀들의 윤활을 포함한 회전장치 전체를 일원적으로 제어할 수 있기 때문에 최적이다. 또한, 이들 급유유닛(109)의 전원과 스핀들에 연결되는 모터의 전원을 공통으로 하였으나, 이들 전원도 개별적으로 설치하여도 된다.

게다가 또, 급유유닛(109)에 전력을 제공하는 전원과 프로그래머블 컨트롤러(111)를 통합하여도 된다. 이 경우, 급유유닛(109)의 동작과 토출량은 급유유닛(109)에 공급하는 전류의 ON/OFF 전환만으로 제어하는 것이 가능해진다. 또 상기 구성에 의해 컨트롤러(111)와 급유유닛(109) 사이의 접속은 전류를 공급하는 코드만으로 되며, 배선의 처리가 간단해진다.

본 발명의 롤링베어링장치는, 스핀들 이외의 회전축을 갖는 각종 회전장치에 적용할 수 있음은 물론 이며, 또 앵귤러 볼 베어링 이외의 롤링베어링을 사용한 회전장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또 롤링베어링의 개수는 특히 한정되지 않고, 외륜을 고정륜으로서 사용하는 롤링베어링장치 외에, 내륜을 고정륜으로서 사용하는 롤링베어링장치 등에도 본 발명을 동등하게 적용할 수 있음은 언급할 필요도 없다.

Claims (11)

1. 내륜 및 외륜과, 상기 내륜과 외륜 사이에 전동이 자유롭게 배치되어 있는 복수의 전동체와,

   상기 복수의 전동체를 둘레방향으로 소정의 피치(pitch)로 유지하기 위한 환상의 케이지를 구비하는 롤링베어링과,

   윤활유를 저장하는 탱크에 연통하고, 또한 상기 케이지의 내주면과 상기 내륜 사이에 삽입되어 개구하고 있는 노즐과,

   상기 노즐을 통하여 상기 탱크 내의 윤활유를 상기 롤링베어링 내에 공급하는 펌프를 구비하는 롤링베어링장치에 있어서,

   상기 케이지의 상기 내주면이 축방향 중심부측에서 상기 노즐삽입측의 단면부를 향하여 연속적 또는 단속적으로 점차 소경으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 케이지의 내주면이 상기 노즐의 삽입측과 반대측의 내주면에 대해서도 축방향 중심부측에서 상기 반대측의 단면부를 향하여 연속적 또는 단속적으로 점차 소경으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
3. 하우징내에 배치되고, 상기 하우징에 대하여 회전축을 상대회전이 자유롭게 지지하며, 외륜 및 내륜과, 상기 외륜과 내륜과의 사이에 개재되어 장착되는 복수의 전동체를 구비한 롤링베어링과,

   상기 외륜과 내륜과의 사이에 형성되는 환상공간의 내부 또는 그 근방에 배설된 펌프와,

   적어도 일단이 상기 환상공간 내에 배치되고, 상기 환상공간 내에서 개구하는 동시에 타단이 상기 펌프의 토출구에 연통한 노즐과,

   윤활유를 저장하고 상기 펌프에 연통한 탱크와,

   상기 펌프에 접속되고, 상기 펌프의 윤활유 토출량을 제어하는 펌프구동용의 드라이버를 구비한 롤링베어링장치로서,

   상기 펌프구동용 드라이버는 상기 하우징의 외부에 설치된 외부전원에 접속되어 있으며, 상기 외부전원에서 공급되는 전류로 상기 펌프를 작동시켜서 상기 탱크에 저장된 윤활유를 상기 노즐의 일단에 설치된 개구로부터 상기 환상공간 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 펌프의 근방에 상기 탱크가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
5. 하우징 내에 동축상으로 배치되고, 상기 하우징에 대하여 회전축을 상대 회전이 자유롭게 지지하며, 외륜 및 내륜의 각 궤도부재와 상기 각 궤도부재 사이에 개재되어 장착되는 복수의 전동체를 구비한 롤링베어링과,

   상기 복수의 각 롤링베어링의 궤도부재들 사이에 형성되는 환상공간의 내부 또는 그 근방에 각각 배설된 펌프와,

   적어도 일단이 상기 복수의 각 롤링베어링의 환상공간 내에 배치되고, 상기 환상공간 내에서 개구하는 동시에 타단이 각 펌프의 토출구에 연통한 노즐과,

   윤활유를 저장하고, 상기 펌프에 연통한 탱크와,

   상기 각 펌프에 접속되고, 상기 각 펌프의 윤활유 토출량을 제어하는 펌프구동용의 드라이버를 구비한 롤링베어링장치로서,

   상기 각 펌프구동용 드라이버는 상기 드라이버의 동작을 제어하는 신호를 송신하는 상기 하우징 외부에 배설된 컨트롤러에 접속되는 동시에, 상기 각 펌프 구동용 드라이버는 상기 하우징의 외부에 설치된 외부전원에 접속되어 있으며, 상기 외부전원에서 공급되는 전류로 상기 각 펌프를 작동시키고, 상기 탱크에 저장된 윤활유를 상기 각 노즐의 일단에 설치된 개구로부터 각각의 베어링의 상기 환상 공간 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 각 펌프의 근방에, 이들 펌프에 개별적으로 윤활유를 공급하는 탱크가 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 컨트롤러는, 상기 회전축의 회전시에 상기 각 펌프에 윤활유토출을 제어하는 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 컨트롤러는, 상기 각 펌프구동용 드라이버에 제어신호를 송신하는 대신에 상기 외부전원에서 공급되는 전류를 통과/차단함으로써, 상기 각 펌프의 작동 및 윤활유토출량을 제어하고 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   하우징 내에 배치된 회전축이 롤링베어링장치에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 회전장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 회전축이 모터에 의해 구동되어 있는 동시에, 상기 롤링베어링장치의 외부전원이 상기 모터의 구동전원을 겸용하고 있는 것을 특징으로 하는 회전장치.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 회전축이 모터에 의해 구동되고, 상기 모터의 구동제어가 상기 컨트롤러로 이루어져 있는 동시에, 상기 모터의 구동제어와 상기 각 펌프구동용 드라이버의 제어가, 상기 컨트롤러에 의해 연동하여 제어되고 있는 것을 특징으로 하는 회 전장치.

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