KR20070114128A - 롤링베어링장치 - Google Patents

Abstract

전동체를 지지하기 위한 복수의 포켓을 구비한 케이지의 일단면 측에 케이지의 회전중심을 중심으로 하여 둘레방향으로 일주에 걸쳐서 연장되고, 또한 그 바닥부가 각 포켓에 연통하는 홈을 형성하며, 급유유닛의 노즐의 선단부를 그 홈내에 삽입한 상태로 함으로써 롤링베어링의 회전시에 노즐의 개구부 근방에서 공기류의 흐트러짐이나 부압의 발생을 억제하고, 노즐에서 공급된 윤활유를 확실하게 전동체에 도달하도록 구성한다.

전동체, 케이지, 롤링베어링

Description

롤링베어링장치{ROLLING BEARING DEVICE}

본 발명은 자기 윤활기구를 구비한 롤링베어링장치에 관한 것이다.

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

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

이와 같은 오일에어윤활방식에서는 윤활대상으로 하는 롤링베어링이 내장되어 있는 스핀들 등의 외부에 오일에어윤활장치나 믹싱밸브, 또 컴프레서 및 외부배관이 필요한 것 외에, 스핀들 등의 내부에도 오일에어용의 통로를 형성할 필요가 있어 비용이 상승하게 될 뿐 아니라, 압축에어를 사용하므로 소음레벨이 높아진다 는 문제도 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 롤링베어링 내부에 윤활유공급기구를 내장시켜서 이루어지는 롤링베어링장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조). 이 윤활유공급기구를 내장시킨 롤링베어링장치의 실용적인 구성예를 도 10 및 도 11에 도시한다. 도 10은 축평행단면도이고, 도 11에는 그 우측에서 본 정면도이다. 이 예에서는 내륜(51)과 외륜(52) 사이에 복수의 전동체(53)를 케이지(54)에 의하여 둘레방향으로 일정한 피치로 유지된 상태에서 전동이 자유롭게 배치되어 이루어지는 롤링베어링의 고정륜, 예를들면 외륜(52)의 내주면에 윤활유를 저장하는 탱크(55)와, 그 탱크(55) 내의 윤활유를 흡인하여 토출하는 펌프(56)와, 그 펌프(56)의 토출구에 부착되고, 내륜(51)과 외륜(52) 사이의 환상공간 내의 전동체(53) 근방에까지 연장되어 개구하는 노즐(57), 및 펌프(56)의 전원전지를 포함하는 구동회로(58)로 이루어지는 급유유닛을 고정한 구조로 하며, 노즐(57)의 선단개구부에서 예를들면 수십 nl/min 정도의 극미량의 윤활유를 롤링베어링의 회전시에 형성되는 에어커텐의 내측으로 공급한다.

이 제안에 의하면 윤활유는 롤링베어링의 회전시에 발생하는 에어커텐의 내측으로 공급되므로, 오일에어윤활방식과 같이 캐리어로서의 압축에어가 불필요하게 되어 소음문제를 해결하는 것이 가능한 동시에, 컴프레서나 오일에어 윤활장치, 또 외부배관 및 내부배관도 불필요하게 되어 비용면에서도 유리해진다.

[특허문헌 1] 일본국 특개 2004-108388호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특개 2004-316707호 공보

그런데 이상과 같은 윤활기구를 구비한 롤링베어링장치에서는, 극미량의 윤활유를 얼마나 효율적으로 롤링베어링의 윤활에 기여시킬지가 중요해진다. 즉, 노즐선단의 개구부로부터 공급되는 거의 모든 윤활유가 궤도륜과 전동체 사이, 및 전동체와 케이지의 포켓 내면과의 사이에 공급되는 것이 바람직한 것이나, 롤링베어링의 내부에는 회전에 따른 공기류의 흐트러짐이나 부압이 발생하므로, 그 베어링 내부의 전동체 근방에서 노즐을 개구시켜도, 그 윤활유를 상기한 부위로 확실하게 공급하는 것이 곤란한 경우가 있다.

본 발명은 이와 같은 실정에 비추어서 이루어진 것으로, 종래의 자기윤활기구를 갖는 롤링베어링장치에 비해 윤활유를 보다 확실히 전동체와 궤도륜과의 사이, 또는 전동체와 케이지의 포켓 내면과의 사이 등, 롤링베어링의 윤활을 위하여 필요한 부위로 공급하는 것이 가능한 롤링베어링장치의 제공을 그 과제로 하고 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 롤링베어링장치는,

내륜 및 외륜과,

상기 내륜과 상기 외륜과의 사이에 전동이 자유롭게 배치된 복수의 전동체와,

상기 복수의 전동체를 수용하는 복수의 포켓과, 그 일단면 측에 그 회전중심을 중심으로 하여 둘레방향으로 일주(一周)에 걸쳐서 연장되고, 또한 상기 각 포켓에 각각 연통하는 바닥부를 갖는 홈이 형성된 상기 내륜과 상기 외륜과의 사이에 설치된 케이지와,

그 선단부가 상기 홈 내에 삽입되는 노즐과,

윤활유를 저장하는 탱크에 연통하고, 상기 탱크 내의 윤활유를 상기 노즐을 통하여 상기 전동체에 공급하는 펌프를 구비한다.

여기서 본 발명에서는 상기 홈의 단면형상을 전동체에 근접할 정도로 외륜측으로 확대되는 형상으로 한 구성, 및 상기 홈이 전동체에 근접할 정도로 외륜측에 접근하는 구성을 각각 적절하게 채용하는 것이 가능하다.

본 발명은 케이지의 일단면 측에 각 포켓에 연통하는 둘레방향으로의 홈을 형성하고, 그 홈 내에 노즐의 선단을 삽입하여 윤활유를 공급함으로써 과제를 해결하고자 하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 케이지의 일단면 측에 그 회전중심을 중심으로 하여 둘레방향으로 연장되는 홈을 설치하고, 그 홈의 바닥면을 각 포켓에 연통시키는 동시에, 그 홈내에 일단면측으로부터 노즐의 선단을 삽입한다. 이 구성으로 노즐의 선단개구부는 홈을 통하여 케이지의 각 포켓 내부에 연통한 상태가 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 롤링베어링의 회전시에 케이지 홈의 노즐삽입측의 개구부와 포켓 내에서의 개구부에서 속도차가 발생하지 않기 때문에, 홈 내의 노즐개구 부분에 공기류의 흐트러짐이나 부압의 발생이 적고, 노즐의 선단개구부에서 공급된 윤활유는 확실히 전동체에 도달하며, 그 대부분이 롤링베어링의 윤활에 기여한다.

또 홈의 단면형상을 전동체에 근접할 정도로 외륜측으로 확대되는 형상으로 하고, 또는 홈을 전동체에 근접할 정도로 외륜측으로 접근시킴으로써, 롤링베어링의 회전에 따라 홈 내에 전동체로 향하는 공기류가 원심력 등으로 발생하며, 노즐의 선단개구부로부터 공급된 윤활유가 보다 확실하게 전동체로 향한다.

본 발명에 의하면, 롤링베어링의 내륜과 외륜에 삽입된 이들 사이의 환상공간 내에서 개구하는 노즐과, 그 노즐을 통하여 탱크 내의 윤활유를 공급하는 펌프를 구비한 롤링베어링에 있어서, 내륜과 외륜 사이에서 전동체를 포켓에 수용함으로써 일정한 피치로 유지하는 케이지의 일단면측에 둘레방향으로 일주에 걸쳐 연장되고, 또한 각 포켓에 연통하는 홈을 형성하며, 그 홈 내에 노즐의 선단을 삽입하고 있으므로 노즐의 선단개구부에는 종래에 비해 공기류의 흐트러짐이나 부압이 발생하기 어려운 상태로 되고, 노즐의 선단개구부로부터 공급된 윤활유가 확실히 전동체에 도달하여 롤링베어링의 윤활에 기여하며, 나아가서는 적은 윤활유의 공급량으로 롤링베어링을 효율적으로 윤활하는 것이 가능하다. 그 결과, 탱크 내의 윤활유의 보충이 불가능한 타입에 있어서는 그 수명을 향상시키는 것이 가능하며, 또 탱크 내 윤활유의 보충이 가능한 타입에 있어서는 그 보충의 인터벌을 길게 하는 것이 가능하다.

도 1은, 본 발명을 앵귤러 볼 베어링에 적용한 실시형태의 축 평행단면도이다.

도 2는, 도 1의 실시형태에서의 외륜용 스페이서(3)를 도 1의 좌측에서 보고 도시한 정면도이다.

도 3은, 본 발명의 실시형태의 급유유닛(4)의 전체구성을 도시하는 도면이며, 기계적 구성을 나타내는 모식도와 전기적 구성을 나타내는 불록도를 병기하여 도시하는 도면이다.

도 4는, 본 발명의 실시형태에서 케이지(14)의 사시도이다.

도 5는, 마찬가지로 본 발명의 실시형태에서 케이지(14)를 도 4와는 역방향의 단면측에서 보고 도시하는 부분절결사시도이다.

도 6은, 본 발명의 다른 실시형태의 요부 축 평행단면도이다.

도 7은, 본 발명의 또 다른 실시형태의 요부 축 평행단면도이다.

도 8은, 본 발명을 왕관형의 케이지를 사용한 롤링베어링에 적용하는 경우의 홈의 형성예를 도시하는 사시도이다.

도 9는, 급유유닛을 롤링베어링 자체의 내부에 내장한 예를 도시하는 축 평행단면도이다.

도 10은, 자기윤활기능을 구비한 종래의 롤링베어링장치의 구성 예를 도시하는 축 평행단면도이다.

도 11은, 도 10의 우측에서 본 정면도이다.

※ 부호의 설명 ※

1…앵귤러 볼 베어링 11,110…내륜

12, 120…외륜 13…전동체

14, 140…케이지 14a, 140a…포켓

14b, 140b…홈 14c…개구부

14d…외측의 측벽

2…내륜용 스페이서 3…외륜용 스페이서

4…급유유닛

41…탱크 42…펌프

43…노즐 44…구동회로

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명을 앵귤러 볼 베어링에 적용한 실시형태의 축 평행 단면도이고, 도 2는 그 외륜용 스페이서(3)를 도 1의 좌측에서 보고 도시하는 정면도이다.

이 예는, 앵귤러 볼 베어링에 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) 사이에 복수의 전동체(볼: 13)을 케이지(14)에 형성된 복수의 포켓(14a) 내에 수용하여 둘레방향으로 일정한 간격으로 유지한 구조를 가지며, 이 예에서는 외륜(12)이 고정륜으로서 하우징(H) 등에 내장되고, 내륜(11)의 내주면에는 축(S)이 고정된다.

외륜용 스페이서(3)에 배치되어 있는 급유유닛(4)은 윤활유를 저장하는 탱 크(41)와, 그 탱크(42)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 주체로 하여 구성되어 있으며, 이들은 외륜용 스페이서(3)의 내주면을 따라서 고정되어 있다. 그리고 노즐(43)은 그 선단부분이 후술하는 바와 같이 케이지(14)에 형성된 홈(14b) 내에 삽입되어 개구하고 있다.

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

펌프(42)는 펌프실(42a)과, 그 펌프실(42a) 일부의 벽체를 형성하는 다이어프램(diaphragm)(42b)과, 그 다이어프램(42b)에 부착된 압전소자(43c), 및 펌프실(42a)과 관(41a)의 접속부에 설치된 역지밸브(42d)로 구성되어 있다. 구동회로(44)는 전원전지(44a)를 포함하고, 압전소자(42c)에 대하여 예컨대, 직사각형의 전압신호를 공급한다. 이 구성에서 압전소자(42c)에 직사각형의 전압신호가 인가됨으로써 다이어프램(43b)이 도면중 상하로 변위한다. 다이어프램(42b)이 상측으로 변위시에 역지밸브(42d) 및 관(41a)을 통하여 탱크(41) 내의 윤활유를 펌프실(42a) 내로 흡인하고, 이어서 하측으로의 변위시에 펌프실(42a) 내의 윤활유를 노즐(43)로 향하여 토출하며, 노즐(43)의 선단개구부(43a)로부터 케이지(14)로 향하여 공급한다. 펌프(42)의 윤활유토출시에는 역지밸브(42d)의 존재로 펌프실(42a) 내의 윤활유는 관(41a) 측으로 리턴하는 일은 없다. 앵귤러 볼 베어링(1)에 대한 윤활유의 공급량은 대략 30nl/min 정도의 극미량이다. 또한, 사용조건에 따라서는 윤활유의 공급량은 수백 pl ~ 수백 nl/min으로 변화하는 것이 가능하다.

그런데 이 예에서는 케이지(14)는 수지제로 가공된 케이지로서, 도 4에 사시도를, 도 5에는 도 4와는 역방향의 단면측에서 본 부분절결 사시도를 도시하는 바와 같이, 그 일단면측에 상기 케이지(14)의 회전중심을 중심으로 하여 둘레방향으로 일주에 걸쳐 연장되는 홈(14b)이 형성되어 있다. 이 홈(14b)은 그 바닥부가 각 포켓(14a)에 까지 도달하며, 각 포켓(14a)의 내측으로 향하여 개구하고 있다. 도 5에서의 부호 14c는 홈(14b)의 포켓(14a) 내면에서의 개구부를 도시하고 있다. 그리고 상기한 노즐(43)은 케이지(14)의 일단면측에서 홈(14b) 내에 약간의 극간으로 삽입되고, 그 선단개구부가 홈(14b)의 바닥부, 즉, 포켓(14a) 내면의 개구부(14c)의 근방에까지 도달하여 개구하고 있다.

이상의 본 발명의 실시형태에 의하면, 앵귤러 볼 베어링(1)의 내륜(11)이 회전함으로써, 전동체(13)가 자전하면서 공전하고, 그 공전에 따라 케이지(14)도 회전한다. 노즐(43)의 선단개구부는 케이지(14)의 홈(14b) 내에 위치하고 있기 때문에, 그 근방에서는 앵귤러 볼 베어링(1)의 회전에 따른 공기의 흐름에 거의 흐트러짐이 없으며, 또 부압도 발생하기 어렵다. 따라서, 노즐(43)의 선단개구부로부터 공급되는 윤활유는 그 대부분이 홈(14b)의 바닥부에서 포켓(14a)으로 연통하는 개구부(14c)를 통하여 전동체(13)에 도달하고, 앵귤러 볼 베어링(1)의 윤활에 기여한다. 이에 따라 적은 윤활유의 공급량으로 효율적으로 앵귤러 볼 베어링(1)을 윤활하는 것이 가능하다.

여기서, 홈(14b)의 형상 등을 연구하여 앵귤러 볼 베어링(1)의 회전으로 홈(14b) 내에 전동체(13)로 향하는 공기류가 형성되게 하면, 노즐(43)로부터 공급 되는 윤활유를 보다 더 확실하게 전동체(13)에 부착시킬 수 있다. 그 예를 도 6 및 도 7에 요부 축평행단면도에서 도시한다.

도 6에 도시하는 예는, 케이지(14)에 형성되어 있는 홈(14b)의 양 측벽 중, 외측, 즉 외륜(12) 측의 측벽(14d)을 전동체(13)에 근접할 정도로 외측으로 경사하는 면으로 하고 있다. 이와 같은 단면형상을 갖는 홈(14b)에서는, 앵귤러 볼 베어링(1)의 회전에 따른 케이지(14)의 회전에 의해 외측으로 경사한 측벽(14d)을 따라서 전동체(13)로 향하는 공기류가 형성되고, 노즐(43)의 선단개구부로부터 공급된 윤활유는 그 흐름을 따라서 보다 확실하게 전동체(13)에 도달한다. 또 이와 같은 외측으로 향하여 경사한 측벽(14d)에서는 그 측벽(14d)에 부착된 윤활유가 케이지(14)의 회전에 따른 원심력에 의해 전동체(13)로 향하기 때문에, 이 점에서도 윤활유의 효율적인 사용이 가능해진다.

한편, 도 7에 도시하는 예는, 케이지(14)의 홈(14b)을 전동체(13)에 근접할 정도로 외륜(12) 측에 접근시키도록, 적어도 홈(14b)의 전동체(13) 측의 일부분을 외측으로 경사시키고 있다. 이와 같이 홈(14b)의 양 측벽을 함께 외륜(12) 측으로 접근시켜도, 상기와 같이 케이지(14)의 회전에 의해 홈(14b) 내에서 외륜(12) 측으로 향하는 공기류가 형성되고, 그 공기류를 따라서 윤활유가 전동체(13)에 도달하기 쉬워지며, 또 홈(14b)의 양 측벽에 부착된 윤활유에 대해서도 원심력에 의해 전동체(13) 측으로 향하기 때문에 윤활유의 효율적인 사용이 가능해진다.

여기서, 이상의 각 실시형태에 있어서는, 케이지(14)로서 수지제로 가공된 케이지를 사용한 예를 도시하였으나, 물론 황동(黃銅)이나 연강(軟鋼) 등의 이종재 료도 사용할 수 있다. 또 본 발명은 왕관형의 케이지를 사용할 수도 있다. 그 예를 도 8에 사시도로 도시한다. 이 왕관형의 케이지(140)는 환상의 기체(141)의 축방향 일단측에 포켓(140a)을 형성하도록 기둥부(142)를 돌출형성된 구조를 갖는 것으로서, 이와 같은 왕관형의 케이지(140)를 사용하는 경우에는, 기체(141) 측의 단면에 홈(140b)을 형성하여 그 홈(140b)의 바닥부를 각 포켓(140a)에 연통시키면 된다.

또 상기한 실시형태에서는 급유유닛(4)을 외륜용 스페이서(3)에 고정한 예를 도시하였으나, 롤링베어링 자체에 내장할 수도 있다. 도 9에 그 예를 축 평행단면도로 도시한다. 상기 도 9의 예는, 내륜(110) 및 외륜(120)을 통상의 앵귤러 볼 베어링에 비해 축방향 일단면측에 같은 치수만 길게 하고, 그 내륜(110) 및 외륜(120)의 연장부분에서 이들 사이에 형성되어 있는 환상공간 내에 상기한 각 예와 같은 급유유닛(4)을 내장하고 있다. 이 예는 외륜(120)이 고정륜으로서 사용되는 것을 도시하며, 따라서 급유유닛(4)을 구성하는 각 부재는 외륜(120)의 내주면에 고정되어 있다. 이와 같은 구조에서도, 케이지(14)에 상기한 실시형태와 같은 홈(14b)을 형성하여 그 내부에 노즐(43)의 선단부를 삽입함으로써, 상기와 같은 작용효과를 얻을 수 있다.

또 본 발명은 앵귤러 볼 베어링 외에, 예컨대, 깊은 홈 볼 베어링, 원통 롤러베어링, 원추 롤러베어링 등에도 동등하게 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 내륜 및 외륜과,

   상기 내륜과 상기 외륜과의 사이에 전동이 자유롭게 배치된 복수의 전동체와,

   상기 복수의 전동체를 수용하는 복수의 포켓과, 그 일단면 측에 그 회전중심을 중심으로 하여 둘레방향으로 일주(一周)에 걸쳐 연장되고, 또한 상기 각 포켓에 각각 연통하는 바닥부를 갖는 홈이 형성된 상기 내륜과 상기 외륜과의 사이에 배치된 케이지와,

   그 선단부가 상기 홈 내에 삽입되는 노즐과,

   윤활유를 저장하는 탱크에 연통하고, 상기 탱크 내의 윤활유를 상기 노즐을 통하여 상기 전동체에 공급하는 펌프를 구비한 롤링베어링장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 홈이 상기 전동체를 향하여 롤링베어링의 축 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 홈의 단면형상이 전동체에 근접할 정도로 상기 외륜측으로 확대되는 형상인 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 홈이 전동체에 근접할 정도로 외륜측에 접근하고 있는 것을 특징으로 하는 롤링베어링장치.

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