KR20150038482A

KR20150038482A - 기어 스핀들 및 그에 사용되는 오일 시일

Info

Publication number: KR20150038482A
Application number: KR20157005212A
Authority: KR
Inventors: 겐지 야마모토
Original assignee: 미쯔비시 히다찌 세이떼쯔 기까이 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2015-04-08
Also published as: EP2891811A1; KR101749495B1; US20180133767A1; US10016798B2; US10792715B2; EP2891811B1; WO2014033897A1; CN104603487A; US20150224553A1; EP2891811A4; CN104603487B

Abstract

충분한 강도와 큰 토크 전달 능력을 확보할 수 있음과 함께 고회전 운전에 수반하는 오일 시일의 시일성 확보와 파손 방지를 도모할 수 있어, 소경화에 최적인 기어 스핀들을 제공한다. 그 때문에, 스핀들 외통 (10 : 엄밀하게는 대경통부 (10a)) 의 내주면에 외통 기어부 (11) 를, 또 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 내통 기어부 (14) 를 각각 일체 형성함과 함께, 상기 각 기어부의 윤활용 유지 (20) 를 밀봉하는 오일 시일 (27) 은, 스핀들 외통 (10 : 엄밀하게는 대경통부 (10a)) 의 내주면과 스핀들 내통 (13) 의 외주면의 둘레 간극에 개재 장착되는 단면 채널상의 시일 본체 (29) 와, 그 시일 본체를 당해 시일 본체가 전술한 둘레 간극 내에서의 축 방향의 팽창이 가능하도록 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 긴박·고정시키는 밴드 혹은 스프링 등으로 이루어지는 시일 부착 부재 (30) 로 이루어진다.

Description

기어 스핀들 및 그에 사용되는 오일 시일{GEAR SPINDLE AND OIL SEAL USED THEREIN}

본 발명은 소경화에 최적인 기어 스핀들 및 그에 사용되는 오일 시일에 관한 것이다.

예를 들어, 압연기에 있어서는, 상, 하의 워크롤을 상, 하의 구동축에 의해 경사각 (θ) (θ ＝ 0 도 내지 3 도) 으로 상하 방향으로 경사진 기어 스핀들 (기어 타입 자재 (自在) 조인트의 일종) 을 개재하여 회전시켜, 압연재를 압연하고 있다.

이 종류의 기어 스핀들로서, 종래, 예를 들어 도 6 에 나타내는 바와 같은 것이 있다 (특허문헌 1 참조).

이것에 의하면, 도면 중 100 이 스핀들 내통이고, 101 이 스핀들 외통이며, 스핀들 내통 (100) 의 축심은 스핀들 외통 (101) 의 축심에 대해 경사각 (θ) 으로 경사져 있다. 도면 중 102 는 허브로, 그 외주에는 기어부 (외측 톱니) (102a) 가 형성되고, 이 기어부 (102a) 를 관통하여 연통공 (102b) 이 천공 형성되어 있다. 그리고, 이 허브 (102) 는 스핀들 내통 (100) 의 단부에 스플라인 (103) 에 의해 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 끼워 장착되어 있다.

스핀들 외통 (101) 의 압연기측 단부는 워크롤 (104) 의 소판형부 (104a) 에 자유롭게 착탈될 수 있도록 끼워 장착되고, 구동 장치측 단부에는 링상의 Y 시일 (105) 이 시일 케이스 (106) 를 개재하여 직경 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 장착되어 있다. 그리고, 스핀들 외통 (101) 의 내주에 형성된 기어부 (101a) 는 허브 (102) 의 기어부 (102a) 와 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 맞물려 있다. 이 기어부 (101a, 102a) 의 맞물림부를 경계로 급유측 유실 (107) 과 시일측 유실 (108) 이 형성되고, 급유측 유실 (107) 에 스핀들 외통 (101) 의 내주에 개구된 급유공 (109) 으로부터 윤활유 (110) 가 주입되도록 되어 있다. 또한, 도면 중 111 은 부츠형 시일, 112 는 내통 피봇 (스러스트핀), 113 은 압축 코일 스프링, 114 는 스토퍼이다.

따라서, 구동축의 회전 토크는 경사각 (θ) 으로 경사진 스핀들 내통 (100) 으로부터 스플라인 (103) 을 개재하여 허브 (102) 에 전달되고, 여기로부터 기어부 (101a, 102a) 를 개재하여 스핀들 외통 (101) 에 등속으로 전달되어 워크롤 (104) 이 회전 구동된다. 이 때, 기어부 (101a, 102a) 는 그 전체 둘레에 걸쳐 윤활유 (110) 에 의해 윤활되어 마모·발열이 저감된다.

일본 공개특허공보 평8-21453호

그런데, 최근의 요구에 대응하기 위해, 경질재로 이루어지는 특수 강 (스테인리스강 등) 을 높은 생산성과 높은 제품 품질로 압연하는 데에, 종래에 비해 매우 소경의 워크롤이 사용되도록 되었다 (예를 들어 Min φ300 ㎜ → Min φ230 ㎜).

그 때문에, 워크롤을 구동시키는 기어 스핀들의 외경도 예를 들어 φ225 ㎜ 로 소경으로 할 필요가 생겼다. 그러나, 기어 스핀들에 있어서는, 소경화된 만큼, 톱니·샤프트 그 외를 포함한 스핀들 전체의 강도 업을 도모하는 것은 물론이거니와, 충분한 토크 전달 능력을 확보하는 것이나 소경 롤로 고생산량을 확보하기 위한 고회전 운전에 수반하는 오일 시일의 시일성 확보와 파손 방지를 도모해야 한다는 새로운 과제가 발생되어 있는 것이 현황이다.

그런데 , 특허문헌 1 에 개시된 바와 같은 구조의 기어 스핀들에 있어서는, Y 시일 (105) 이나 부츠형 시일 (111) 등의 장착성의 관점에서, 스핀들 내통부가 스핀들 내통 (100) 과 기어부 (102a) 가 형성된 허브 (102) 로 분할 형성되어 서로 스플라인 (103) 에 의해 걸어맞춤되어 있기 때문에, 토크 전달이 2 단계가 되어 그 전달 능력이 낮기 때문에 고토크 전달을 기대할 수 없음과 함께, 부품 점수 증가에 의해 구조가 번잡화되는 한편, 강도상으로부터도 기어 스핀들의 소경화에는 스스로 한계가 있다는 문제점이 있었다.

또, 기어 스핀들이 경사져 있기 때문에 고속 회전하에서는 Y 시일 (105) (O 링이어도 동일하지만) 의 허용 추종 속도를 초과하기 때문에 스핀들 내통부와의 사이에 Y 시일 (105) 의 허용 추종량을 초과하는 간극이 생기거나 혹은 손상되어 윤활유가 누출된다는 문제가 있었다. 그 때문에, 백업으로서 부츠형 시일 (111) 이 형성되어 있지만, 이 부츠형 시일 (111) 은 축 방향에는 스핀들 외통부의 외측에 배치되고 또한 내측 링부용 시일 부착 부재가 윤활 유지가 없는 측에 배치되어 있기 때문에, 기어 스핀들의 회전 중에 윤활유의 원심력에 의해 팽창되고, 볼트 등의 시일 부착품이나 인접 부품에 접촉되어 파손된다는 문제가 있었다.

또한, 통상의 기어 스핀들에서는, 오일 시일로서 벨로스가 사용되는 것이 일반적이지만, 이 벨로스에 있어서도 축 방향에는 스핀들 외통부의 외측에 배치되어 있기 때문에, 기어 스핀들의 회전 중에 윤활유의 원심력에 의해 크게 팽창되고, 기어부의 윤활유가 감소하여 윤활 조건이 악화됨과 함께, 볼트 등의 시일 부착품이나 상하 상대되는 기어 스핀들의 오일 시일에 접촉되어 손상된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 그 목적은 충분한 강도와 큰 토크 전달 능력을 확보할 수 있음과 함께 고회전 운전에 수반하는 오일 시일의 시일성 확보와 파손 방지를 도모할 수 있어, 소경화에 최적인 기어 스핀들 및 그에 사용되는 오일 시일을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관련된 기어 스핀들은,

외통부의 내주면에 각설 (刻設) 된 기어부에 내통부의 외주면에 각설된 기어부를 맞물리게 함과 함께 외통부의 축심과 내통부의 축심이 경사각 (θ) 으로 경사져 회전하는 기어 스핀들에 있어서,

상기 외통부의 내주면과 상기 내통부의 외주면에 각각의 기어부를 일체 형성함과 함께,

상기 각 기어부의 윤활용 유지를 밀봉하는 오일 시일은, 상기 외통부의 내주면과 상기 내통부의 외주면의 둘레 간극에 개재 장착되는 시일 본체와, 그 시일 본체를 당해 시일 본체가 상기 외통부의 내주면과 상기 내통부의 외주면의 둘레 간극 내에서의 팽창이 가능하도록 상기 내통부의 외주면에 긴박 (緊縛) 하는 시일 부착 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또,

상기 시일 부착 부재를 포함하여 시일 인접 부품을 시일 본체의 팽창시에 당해 시일 본체에 간섭하지 않는 위치에 배치한 것을 특징으로 한다.

또,

상기 외통부의 축 방향 이동량 (B) (㎜), 상기 기어부에 있어서의 내통부의 외경 (D) (㎜), 최대의 경사각 (θ) (deg), 기어 스핀들 부품 가공 오차·부품 조립 오차·회전에 수반하는 진동 변위를 고려한 정수 (定數) 를 A (㎜) 로 했을 때, 외통부의 축 방향 이동량 (B) (㎜) 은 하기 식의 범위인 것을 특징으로 한다.

B ＜ (D/2) × sinθ ＋ A

또,

상기 내통부에 있어서의 오일 시일 부착부의 외경은 그 축 방향 양측에 위치하는 기어부에 있어서의 내통부의 외경과 구동축측의 내통부의 외경보다 작고, 상기 오일 시일의 부착시에는, 시일 본체가 직경 방향으로 확장 수축 변형되어 부착 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 내통부의 일단에 위치하는 기어부 외경은, 기어부 강도의 정도상 오일 시일 부착부의 외경보다 커야하고, 또, 상기 내통부의 타단에 위치하여 구동축에 결합되는 부분의 외경은, 축 결합 강도의 정도상 오일 시일 부착부의 외경보다 커야하며, 이 내통부 각 부의 외경의 대소 관계를 허용하기 위해 오일 시일의 시일 본체가 직경 방향으로 확장 수축 변형되는 것이다.

또,

상기 오일 시일 부착부의 외경은 내통 기어부의 이음부 직경과 상이한 것을 특징으로 한다. 즉, 오일 시일 부착부의 외경은 내통 기어부의 이음부 직경과 관계 없는 값인 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관련된 오일 시일은,

전술한 기어 스핀들에 사용되는 오일 시일로서, 외통부의 내주면에 접촉되어 강성이 높은 외측 링부와, 내통부의 외주면에 접촉되어 강성이 외측 링부보다 낮은 내측 링부와, 이 외측 링부와 내측 링부를 연결하는 가요성이 풍부한 중간 링부로 이루어지는 시일 본체와, 상기 내측 링부를 상기 내통부에 부착하기 위한 시일 부착 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또,

상기 시일 부착 부재는 고체의 밴드 혹은 높은 강성의 스프링인 것을 특징으로 한다.

또,

상기 시일 부착 부재는 윤활용 유지가 있는 측에 배치된 것을 특징으로 한다.

또,

상기 외측 링부에 강성 확보를 위한 보강 고리를 형성한 것을 특징으로 한다.

또,

상기 보강 고리가 외측 링부의 폭 방향으로 복수로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.

또,

상기 외측 링부의 폭 방향 단부의 적어도 어느 일방이 쐐기형으로 형성되고, 이 쐐기형에 대응한 쐐기형의 유지 부재에 의해 유지되는 것을 특징으로 한다.

또,

상기 중간 링부는 한 개의 큰 원호를 가진 U 형을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 기어 스핀들에 의하면, 예를 들어 내통부에 있어서 축부와 기어부가 스플라인 구조 등으로 분할되지 않고, 외통부의 내주면과 내통부의 외주면에 각각의 기어부를 일체 형성했으므로, 충분한 강도와 큰 토크 전달 능력을 확보할 수 있다. 또, 오일 시일의 시일 본체를 외통부의 내주면과 내통부의 외주면의 둘레 간극에 컴팩트하게 개재 장착하고, 또한 시일 부착 부재로 시일 본체를 전술한 둘레 간극 내에서의 팽창이 가능하게 부착하도록 했으므로, 고회전 운전에 수반하는 오일 시일의 시일성 확보와 파손 방지를 도모할 수 있다. 이들의 결과, 기어 스핀들의 소경화에 최적이 된다.

본 발명에 관련된 오일 시일에 의하면, 강성이 높은 외측 링부와 시일 부착 부재에 의해 부착되는 내측 링부에서 높은 부착 강도를 유지하여 고회전 운전에 수반하는 시일성을 확보할 수 있음과 함께 가요성이 풍부한 중간 링부에서 장착을 위한 용이성을 도모할 수 있다. 또, 시일 부착 부재를 윤활용 유지가 있는 측에 배치한 것과 시일 본체를 외통부의 내주면과 내통부의 외주면의 둘레 간극 내에서 인접 부품과 간섭하지 않고 팽창이 가능하게 부착하도록 했으므로, 오일 시일과 시일 부착 부재나 시일 인접 부품의 간섭을 회피하여 파손 방지를 도모할 수 있다. 이들의 결과, 소경화된 기어 스핀들에 사용하여 최적이 된다.

도 1 은 본 발명의 실시예 1 을 나타내는 기어 스핀들의 요부 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예 2 를 나타내는 기어 스핀들의 요부 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 3 을 나타내는 오일 시일부의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 실시예 4 를 나타내는 오일 시일부의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 실시예 5 를 나타내는 기어 스핀들의 요부 단면도이다.
도 6 은 종래예의 기어 스핀들의 요부 단면도이다.

이하, 본 발명에 관련된 기어 스핀들 및 그에 사용되는 오일 시일을 실시예에 의해 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 1 은 본 발명의 실시예 1 을 나타내는 기어 스핀들의 요부 단면도이다.

도시한 바와 같이, 스핀들 외통 (10) 의 일 (우) 반부에는 대경통부 (외통부의 일부를 구성한다) (10a) 가 형성됨과 함께, 타 (좌) 반부에는 대경통부 (10a) 와 중앙부 격벽에 의해 격리된 끼워 맞춤 구멍 (10c) 이 형성된다.

상기 대경통부 (10a) 의 축 방향 중간부에는 외통 기어부 (내측 톱니) (11) 가 일체 형성됨과 함께, 상기 끼워 맞춤 구멍 (10c) 에는 도시되지 않은 압연기에 있어서의 워크롤의 지축이 자유롭게 착탈할 수 있고 (빼고 넣을 수 있고) 또한 회전 불가능하게 끼워 맞출 수 있도록 되어 있다. 상기 외통 중앙부 격벽의 구멍 (10b) 에는 외통 피봇 (12) 의 기단부가 끼워 맞춤되어 있다.

상기 대경통부 (10a) 내에는, 도시되지 않은 구동축 (장치) 에 회전 구동되는 스핀들 내통 (내통부) (13) 의 일 (좌) 단부가 삽입되고, 그 축단에 일체 형성된 내통 기어부 (외측 톱니) (14) 가 상기 외통 기어부 (11) 에 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 맞물려 있다. 그리고, 스핀들 내통 (13) 의 축심은 스핀들 외통 (10) 의 축심에 대해 경사각 (θ) 으로 경사져 있다.

또, 스핀들 내통 (13) 의 통공 (13a) 에는, 상기 외통 피봇 (12) 의 선단부가 느슨하게 끼워짐과 함께, 이 외통 피봇 (12) 에 구면 접촉하는 내통 피봇 (15) 이 압축 코일 스프링 (16) 에 의해 외통 피봇 (12) 측에 탄성 지지되어 수납 장착되어 있다. 즉, 스핀들 외통 (10) 이 워크롤측에 항상 탄성 지지되어 양자의 끼워 맞춤 상태가 유지되도록 되어 있는 것이다. 또한, 도면 중 17 은 내통 피봇 (15) 이 빠지는 것을 방지하는 스토퍼이다.

상기 외통 기어부 (11) 와 내통 기어부 (14) 의 ？물림부를 경계로 스핀들 외통 (10) 의 대경통부 (10a) 내에는 급유측 유실 (18) 과 시일측 유실 (19) 이 구획되어, 급유측 유실 (18) 에 스핀들 외통 (10) 이 도시하고 있지 않은 통공을 통하여 윤활용 유지 (20) 가 주입되도록 되어 있다.

또, 상기 대경통부 (10a) 의 개구단부에는, 당해 대경통부 (10a) 의 단면에 복수 개의 볼트 (21) 로 결합되는 플랜지가 형성된 통상의 커플링 커버 (외통부의 일부를 구성한다) (22) 를 개재하여 반으로 나뉜 스토퍼링 (23) 이 장착된다. 이 스토퍼링 (23) 은 롤 재조합시에 있어서의 스핀들 외통 (10) 의 축 방향 이동량 (B) (㎜) 을 규제하는 것이다. 또한, 도면 중 24 는 O 링 등의 시일 부재이다.

그리고, 상기 스핀들 외통 (10) 의 축 방향 이동량 (B) (㎜) 은, 상기 내통 기어부 (14) 에 있어서의 스핀들 내통 (13) 의 외경 (D) (㎜), 최대의 경사각 (θ) (deg), 기어 스핀들 부품 가공 오차·부품 조립 오차·회전에 수반하는 진동 변위를 고려한 정수를 A (㎜) 로 했을 때, 하기 식의 범위로 설정된다.

B ＜ (D/2) × sinθ ＋ A 예를 들어 A = 5

또한, 상기 커플링 커버 (22) (의 단면) 에 스피것 조인트를 개재하여 플랜지가 형성된 통상의 시일 케이스 (외통부의 일부를 구성한다) (25) 가 연접되고, 이 시일 케이스 (25) 의 내주면과 스핀들 내통 (13) 의 외주면 (도면 중 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) (㎜) (D₀ ＜ D) 참조) 의 둘레 간극에, 시일 플레이트 (26) 를 개재하여 상기 급유측 유실 (18) 과 시일측 유실 (19) 의 윤활용 유지 (20) 를 밀봉하는 고무 등의 탄성 부재로 이루어지는 오일 시일 (27) 이 개재 장착된다. 시일 케이스 (25) 와 시일 플레이트 (26) 는 복수 개의 볼트 (28) 로 커플링 커버 (22) 의 단면에 함께 체결된다. 또한, 시일 플레이트 (26) 는 일체품이어도 되고 반으로 나뉜 제품이어도 된다.

상기 오일 시일 (27) 은, 전술한 둘레 간극에 개재 장착되는 시일 본체 (29) 와, 그 시일 본체 (29) 를 당해 시일 본체 (29) 가 전술한 둘레 간극 내에서의 팽창이 가능하도록 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 긴박하는 시일 부착 부재 (30) 로 이루어진다. 도시하는 예에서는, 오일 시일 (27) 은 시일 케이스 (25) 의 내주면에 접촉되어 강성이 높은 외측 링부 (29a) 와, 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 접촉되어 강성이 외측 링부 (29a) 보다 낮은 내측 링부 (29b) 와, 이 외측 링부 (29a) 와 내측 링부 (29b) 를 연결하는 가요성이 풍부한 중간 링부 (29c) 로 이루어지는 단면 채널상의 시일 본체 (29) 와, 상기 내측 링부 (29b) 를 스핀들 내통 (13) 에 부착하기 위한, 높은 강성의 스프링으로 이루어지는 시일 부착 부재 (30) 로 이루어진다. 그런데, 상기 서술한 바와 같이 구성된 외측 링부 (29a) 는, 윤활용 유지 (20) 의 회전 내압에 의해 시일 케이스 (25) 의 내주면에 가압되므로, 윤활용 유지 (20) 의 누출을 방지할 목적의 외측 링부 (29a) 는 간편한 것으로 기능을 만족할 수 있어, 스페이스가 적은 소경 스핀들에 적합하다.

상기 시일 부착 부재 (30) 는 윤활용 유지 (20) 가 있는 측에 배치됨과 함께, 시일 플레이트 (26) 의 내주판부 (시일 인접 부품) 와 중간 링부 (29c) 사이에는 소정의 간극이 설정되어 있다. 즉, 기어 스핀들의 회전 중에 윤활용 유지 (20) 의 원심력에 의해 시일 본체 (29) 의 중간 링부 (29c) 가 윤활용 유지 (20) 가 있는 측과 반대측의 축 방향으로 팽창되어도 시일 부착 부재 (30) 는 물론 시일 플레이트 (26) 의 내주판부와 간섭 (접촉) 하지 않도록 되어 있는 것이다. 또한, 상기 서술한 구성의 내측 링부 (29b) 는 윤활용 유지 (20) 의 회전 내압에 의해 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 가압되므로, 당해 내측 링부 (29b) 를 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 고정하여 윤활용 유지 (20) 의 누출을 방지할 목적의 시일 부착 부재 (30) 는 컴팩트하면서 간편한 것으로 기능을 만족할 수 있어, 스페이스가 적은 소경 스핀들에 적합하다.

또, 상기 스핀들 내통 (13) 에 있어서의 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) (㎜) 은, 그 축 방향 양측에 위치하는 내통 기어부 (14) 에 있어서의 스핀들 내통 (13) 의 외경 (D) (㎜) 과 구동축측의 스핀들 내통 (13) 의 외경 (D₁) (㎜) 보다 작게 설정되고, 상기 오일 시일 (27) 의 부착시에는, 시일 본체 (29) (엄밀하게는 중간 링부 (29c) 및 내측 링부 (29b)) 가 직경 방향으로 확장 수축 변형되어 부착 가능하게 되어 있다.

또한, 내측 링부 (29b) 는 확장 수축 변형될 수 있도록 강성을 낮게 하고 있고, 이것만으로는 내측 링부 (29b) 와 스핀들 내통 (13) 사이의 시일성을 확보할 수 없기 때문에, 시일 본체 (29) 와는 별체의 높은 강성을 갖는 시일 부착 부재 (30) 에 의해 내측 링부 (29b) 가 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 고정되어 시일성을 확보하고 있다.

또, 외측 링부 (29a) 에는, 시일 케이스 (25) 와의 사이의 높은 시일성이 요구되므로, 강성이 높을 필요가 있고, 또, 내측 링부 (29b) 는 스핀들 내통 (13) 과의 사이의 높은 시일성과 함께 스핀들 내통 (13) 의 양단부를 넘어 부착하기 위한 직경 방향 확장 수축성이 요구된다. 또한, 중간 링부 (29c) 는 내압을 극복하기 위한 강도와 스핀들 내통 (13) 의 경사에 추종하는 가요성과 스핀들 내통 (13) 의 양단부를 넘어 부착하기 위한 직경 방향 확장 수축성이 요구된다. 이상으로부터, 오일 시일의 각 부에는 각각 개별적으로 요구되는 개별의 특징이 있으므로, 각각은 이들을 고려하여 개별적으로 설계되어야 한다.

여기서, 오일 시일 (27) 의 장착 순서를 간단하게 설명하면, 먼저 스핀들 내통 (13) 에 시일 플레이트 (26), 시일 케이스 (25) 를 순서대로 삽입하고, 이어서 오일 시일 (27) 을 직경 방향의 확장 수축 변형에 의해 내통 기어부 (14) 를 넘어 스핀들 내통 (13) 에 장착하고, 시일 부착 부재 (30) 로 긴박·고정시킨다. 다음으로 커플링 커버 (22) 를 스핀들 내통 (13) 에 삽입한 후, 스핀들 외통 (10) 에 스핀들 내통 (13) 을 삽입한다. 다음으로 반으로 나눈 스토퍼링 (23) 을 장착한 후, 커플링 커버 (22) 를 스핀들 외통 (10) 에 부착한다. 다음으로 시일 케이스 (25) 를 오일 시일 (27) 을 넘어 커플링 커버 (22) 에 부착한 후, 시일 플레이트 (26) 를 시일 케이스 (25) 에 부착하는 것이다.

이와 같이 구성되기 때문에, 구동축의 회전 토크는 경사각 (θ) 으로 경사진 스핀들 내통 (13) 으로부터 내통 기어부 (14) 와 이것에 맞물리는 외통 기어부 (11) 를 개재하여 스핀들 외통 (10) 에 등속으로 전달되어 워크롤이 회전 구동된다. 이 때, 내통 기어부 (14) 와 외통 기어부 (11) 의 맞물림부는 그 전체 둘레에 걸쳐 윤활용 유지 (20) 에 의해 윤활되어, 마모·발열이 저감된다.

그리고, 본 실시예에서는, 스핀들 외통 (10) (엄밀하게는 대경통부 (10a)) 의 내주면에 외통 기어부 (11) 를, 또 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 내통 기어부 (14) 를 각각 일체 형성했으므로, 충분한 강도와 큰 토크 전달 능력을 확보할 수 있다.

또, 오일 시일 (27) 의 시일 본체 (29) 를 시일 케이스 (25) 의 내주면과 스핀들 내통 (13) 의 외주면의 둘레 간극에 컴팩트하게 개재 장착하고, 또한 시일 부착 부재 (30) 로 시일 본체 (29) 를 전술한 둘레 간극 내에서의 팽창이 가능하게 부착하도록 했으므로, 고회전 운전에 수반하는 오일 시일 (27) 의 시일성 확보와 파손 방지를 도모할 수 있다.

즉, 강성이 높은 시일 부착 부재 (30) 로 시일 본체 (29) 의 내측 링부 (29b) 를 스핀들 내통 (13) 에 긴박·고정시키도록 했으므로, 스핀들 내통 (13) 이 경사각 (θ) 으로 경사진 고회전 운전하에 있어서도 충분히 시일성을 확보할 수 있는 것이다.

또, 시일 부착 부재 (30) 는 윤활용 유지 (20) 가 있는 측에 배치됨과 함께, 시일 플레이트 (26) 의 내주판부와 중간 링부 (29c) 사이에는 소정의 간극이 설정되고, 고회전 운전하에 있어서의 윤활용 유지 (20) 의 원심력에 의해 시일 본체 (29) 의 중간 링부 (29c) 가 전술한 축 방향으로 팽창해도, 시일 부착 부재 (30) 나 시일 플레이트 (26) 의 내주판부와 간섭 (접촉) 하는 경우가 없기 때문에, 시일 본체 (29) 가 파손되는 것이 미연에 회피된다.

또, 전술한 계산식에서 위치 결정된 스토퍼링 (23) 에 의해, 롤 재조합시에 있어서의 스핀들 외통 (10) 의 축 방향 이동량 (B) (㎜) 이 필요 최소한으로 규제되고, 시일측 유실 (19) 의 내압 상승에 의한 중간 링부 (29c) 의 이상 팽창이 방지되므로, 시일 본체 (29) 의 파손 방지가 보다 더 조장됨과 함께, 시일측 유실 (19) 의 내압 상승 억제에 의해 시일 본체 (29) 에 있어서의 중간 링부 (29c) 의 두께를 얇게 할 수 있다.

즉, 중간 링부 (29c) 의 두께를 얇게 하여, 당해 중간 링부 (29c) 에 의해 높은 가요성을 부여할 수 있기 때문에, 시일 본체 (29) 의 직경 방향의 확장 수축 변형에 의해 스핀들 내통 (13) 의 내통 기어부 (14) 를 용이하게 넘을 수 있어, 장착성이 보다 더 향상되는 것이다.

이들의 결과, 기어 스핀들의 소경화를 도모할 수 있어, 경질재로 이루어지는 특수 강 (스테인리스강 등) 을 높은 생산성과 높은 제품 품질로 압연할 수 있다.

실시예 2

도 2 는 본 발명의 실시예 2 를 나타내는 기어 스핀들의 요부 단면도이다.

본 실시예는, 상기 실시예 1 에 있어서의 오일 시일 (27) 에 있어서, 시일 본체 (29A) 의 중간 링부 (29c) 를 한 개의 큰 원호를 가진 U 형으로 하고, 최대한 얇고 길게 하는 한편, 외측 링부 (29a) 에 보강 고리 (31) 를 매설한 예이고, 그 밖의 구성은 스핀들 내통 (13) 의 외주면에 시일 부착 부재 (30) 의 위치 결정용의 고리상 홈 (13b) 을 형성함과 함께 시일 부착 부재 (30) 로서 고체의 밴드를 사용하는 점 이외에는, 실시예 1 과 동일하므로 도 1 과 동일 부재, 부위에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

이것에 의하면, 실시예 1 과 동일한 작용·효과에 더하여, 중간 링부 (29c) 를 한 개의 큰 원호를 가진 U 형으로 한 것에 의해, 시일 발생 응력이 완화된다. 덧붙여서, 복수의 작은 원호의 시일인 경우, 시일 발생 응력이 증대하여 수명이 저하된다. 또, 중간 링부 (29c) 를 최대한 얇고 길게 한 것에 의해, 오일 시일 (27) 의 가요성을 높여 장착성의 향상을 도모할 수 있다. 한편, 외측 링부 (29a) 에 보강 고리 (31) 를 매설한 것에 의해, 외측 링부 (29a) 의 강성 저하 (중간 링부 (29c) 를 한 개의 큰 원호를 가진 U 형으로 한 것에 의해 부착 스페이스의 제약으로부터 외측 링부 (29a) 를 얇게 해야하는 것에 의한다) 를 회피하여 오일 시일 (27) 의 시일성 향상을 도모할 수 있다는 이점이 얻어진다.

실시예 3

도 3 은 본 발명의 실시예 3 을 나타내는 오일 시일부의 단면도이다.

본 실시예는, 상기 실시예 2 에 있어서의 오일 시일 (27) 에 있어서, 외측 링부 (29a) 에 복수 (도시하는 예에서는 두 개) 의 보강 고리 (31a, 31b) 를 폭 방향 (기어 스핀들의 축 방향) 으로 분할하여 매설한 예이고, 그 밖의 구성은 실시예 2 와 동일하므로 도 2 와 동일 부재, 부위에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

이것에 의하면, 실시예 2 와 동일한 작용·효과에 더하여, 보강 고리 (31a, 31b) 를 매설한 것에 의한 외측 링부 (29a) 의 강성 확보와, 외측 링부 (29a) 의 중간 링부 (29c) 의 이음부에 보강 고리를 형성하지 않아도 되는 것에 의한 당해 부의 응력 완화 (가요성 증대) 가 가능해져, 오일 시일 (27) 에 있어서의 외측 링부 (29a) 에서의 시일성 확보를 도모할 수 있다는 이점이 얻어진다. 즉, 외측 링부 (29a) 에 있어서의 중간 링부 (29c) 의 이음부의 응력이 높으면 오일 시일 (27) 의 강도가 저하될 가능성이 있지만, 본 실시예에서는 그것이 미연에 회피되는 것이다.

실시예 4

도 4 는 본 발명의 실시예 4 를 나타내는 오일 시일부의 단면도이다.

본 실시예는, 상기 실시예 2 에 있어서의 오일 시일 (27) 에 있어서, 외측 링부 (29a) 에 보강 고리 (31) (도 2 참조) 를 매설하는 대신에, 외측 링부 (29a) 의 폭 방향 (기어 스핀들의 축 방향) 단부의 적어도 어느 일방 (도시하는 예에서는 양방) 을 쐐기형으로 형성하고, 이 쐐기형에 대응한 쐐기형 리테이너 (쐐기형의 유지 부재) (32) 와 쐐기상부 (쐐기형의 유지 부재) (26a) 를 갖는 시일 플레이트 (26) 로 협지하도록 한 예이고, 그 밖의 구성은 실시예 2 와 동일하므로 도 2 와 동일 부재, 부위에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

이것에 의하면, 실시예 2 와 동일한 작용·효과에 더하여, 오일 시일 (27) 의 장착 전에는 외측 링부 (29a) 에 보강 고리 (31) (도 2 참조) 가 매설되어 있지 않기 때문에 오일 시일 (27) 전체의 강성 저하에 의해 충분한 직경 방향의 확장 수축 변형이 얻어지고, 장착성의 향상을 도모할 수 있는 한편, 오일 시일 (27) 의 장착 후에는, 쐐기형 리테이너 (32) 와 쐐기상부 (26a) 를 갖는 시일 플레이트 (26) 로 협지되므로, 충분한 시일성이 얻어진다는 이점이 있다.

실시예 5

도 5 는 본 발명의 실시예 5 를 나타내는 기어 스핀들의 요부 단면도이다.

본 실시예는, 상기 실시예 1 에 있어서의 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) 을 내통 기어부 (14) 의 이음부 직경 (D₂) 보다 크게 설정함과 함께, 오일 시일부의 구조로서 실시예 4 에 있어서의 구조를 약간 변경하여 채용한 예이다. 즉, 실시예 4 의 오일 시일부에 있어서의 쐐기형 리테이너 (32) (도 4 참조) 를 사용하지 않고, 폭 방향 양단부를 쐐기형으로 형성한 외측 링부 (29a) 를 쐐기상부 (쐐기형의 유지 부재) (25a) 를 갖는 시일 케이스 (25) 와 쐐기상부 (26a) 를 갖는 시일 플레이트 (26) 로 협지하도록 한 것이다. 또, 시일 부착 부재 (30) 로서 높은 강성의 스프링 또는 고체의 밴드를 사용하고 있다. 또한, 실시예 1 에 있어서의 압축 코일 스프링 (16) (도 1 참조) 을 폐지함과 함께, 스핀들 내통 (13) 에 형성한 복수 개의 연통공 (13c) 에 의해, 외통 (10) 에 형성된 도시하지 않은 통공으로부터 급유측 유실 (18) 내에 주입한 윤활용 유지 (20) 를 적극적으로 시일측 유실 (19) 에 공급하도록 되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1 과 동일하므로 도 1 과 동일 부재, 부위에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

내통 기어부 (14) (내통 기어부 (14) 에 있어서의 스핀들 내통 (13) 의 외경 (D)) 의 사양이 결정된 경우, 내통 기어부 (14) 의 이음부 직경 (D₂) 은 기어부 가공의 형편상, 어느 값 이상으로는 할 수 없는 제약이 있지만, 본 실시예에 의하면, 실시예 1 및 4 와 동일한 작용·효과에 더하여, 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) 을 내통 기어부 (14) 의 이음부 직경 (D₂) 과 관계 없이 설정한 것에 의해, 내통 기어부 (14) 에 있어서의 스핀들 내통 (13) 의 외경 (D) 과 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) 의 직경차를 가능한 한 작게 설정할 수 있으므로, 오일 시일 (27) 의 장착시에 있어서의 직경 방향의 필요 확장 수축 변형을 작게할 수 있어, 장착성이 보다 더 향상되는 것을 도모할 수 있다는 이점도 있다.

또한, 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) 을 일정하게 하여, 일반적으로는, 외측 링부 (29a) 의 내경 (D₃) 과 내측 링부 (29b) 의 외경 (D₄) 의 직경차가 크면, 회전 에 의한 윤활용 유지 (20) 의 내압에 의해 시일 내압 강도가 저하되지만, 스핀들 내통 (13) 의 경사에 의한 시일 변형 강도는 향상되므로, 본 실시예와 같이 오일 시일 부착부의 외경 (D₀) 을 내통 기어부 (14) 의 이음부 직경 (D₂) 과는 관계 없이, 오일 시일의 장착성이나 강도면의 관점에서 설정함으로써, 오일 시일 (27) 에 있어서는 내통 기어부 (14) 의 이음부 직경 (D₂) 과는 독립적으로 사용 조건에 따른 최적 치수를 설정할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 각 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 오일 시일의 형상 변경 등 각종 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

산업상 이용가능성

본 발명에 관련된 기어 스핀들 및 그에 사용되는 오일 시일은 압연기의 워크롤 등의 구동 장치에 사용하면 바람직하다.

10 : 스핀들 외통
10a : 대경통부 (외통부)
10b : 연통공
10c : 끼워 맞춤 구멍
11 : 외통 기어부 (내측 톱니)
12 : 외통 피봇
13 : 스핀들 내통 (내통부)
13a : 통공
13b : 위치 결정용의 고리상 홈
13c : 연통공
14 : 내통 기어부 (외측 톱니)
15 : 내통 피봇
16 : 압축 코일 스프링
17 : 스토퍼
18 : 급유측 유실
19 : 시일측 유실
20 : 윤활용 유지
21 : 볼트
22 : 커플링 커버 (외통부)
23 : 스토퍼링
24 : 시일 부재
25 : 시일 케이스 (외통부)
25a : 쐐기상부 (쐐기형의 유지 부재)
26 : 시일 플레이트
26a : 쐐기상부 (쐐기형의 유지 부재)
27 : 오일 시일
28 : 볼트
29, 29A, 29B, 29C : 시일 본체
29a : 외측 링부
29b ; 내측 링부
29c : 중간 링부
30 : 시일 부착 부재
31, 31a, 31b : 보강 고리
32 : 쐐기형 리테이너 (쐐기형의 유지 부재)
A : 정수
B : 스핀들 외통 (10) 의 축 방향 이동량
D : 내통 기어부 (14) 에 있어서의 스핀들 내통 (13) 의 외경
D₀ : 오일 시일 부착부의 외경
D₁ : 구동축측의 스핀들 내통 (13) 의 외경
D₂ : 내통 기어부 (14) 의 이음부 직경
D₃ : 외측 링부 (29a) 의 내경
D₄ : 내측 링부 (29b) 의 외경
θ : 경사각

Claims

외통부의 내주면에 각설된 기어부에 내통부의 외주면에 각설된 기어부를 맞물리게 함과 함께 외통부의 축심과 내통부의 축심이 경사각 (θ) 으로 경사져 회전하는 기어 스핀들에 있어서,
상기 외통부의 내주면과 상기 내통부의 외주면에 각각의 기어부를 일체 형성함과 함께,
상기 각 기어부의 윤활용 유지를 밀봉하는 오일 시일은, 상기 외통부의 내주면과 상기 내통부의 외주면의 둘레 간극에 개재 장착되는 시일 본체와, 그 시일 본체를 당해 시일 본체가 상기 외통부의 내주면과 상기 내통부의 외주면의 둘레 간극 내에서의 팽창이 가능하도록 상기 내통부의 외주면에 긴박하는 시일 부착 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
제 1 항에 있어서,
상기 시일 부착 부재를 포함하여 시일 인접 부품을 시일 본체의 팽창시에 당해 시일 본체에 간섭하지 않는 위치에 배치한 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
제 1 항에 있어서,
상기 외통부의 축 방향 이동량 (B) (㎜), 상기 기어부에 있어서의 내통부의 외경 (D) (㎜), 최대의 경사각 (θ) (deg), 기어 스핀들 부품 가공 오차·부품 조립 오차·회전에 수반하는 진동 변위를 고려한 정수를 A (㎜) 로 했을 때, 외통부의 축 방향 이동량 (B) (㎜) 은 하기 식의 범위인 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
B ＜ (D/2) × sinθ ＋ A
제 1 항에 있어서,
상기 내통부에 있어서의 오일 시일 부착부의 외경은 그 축 방향 양측에 위치하는 기어부에 있어서의 내통부의 외경과 구동축측의 내통부의 외경보다 작고, 상기 오일 시일의 부착시에는, 시일 본체가 직경 방향으로 확장 수축 변형되어 부착 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
제 4 항에 있어서,
상기 오일 시일 부착부의 외경은 내통 기어부의 이음부 직경과 상이한 것을 특징으로 하는 기어 스핀들.
상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 기어 스핀들에 사용되는 오일 시일로서, 외통부의 내주면에 접촉되어 강성이 높은 외측 링부와, 내통부의 외주면에 접촉되어 강성이 외측 링부보다 낮은 내측 링부와, 이 외측 링부와 내측 링부를 연결하는 가요성이 풍부한 중간 링부로 이루어지는 시일 본체와, 상기 내측 링부를 상기 내통부에 부착하기 위한 시일 부착 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일 시일.
제 6 항에 있어서,
상기 시일 부착 부재는 고체의 밴드 혹은 높은 강성의 스프링인 것을 특징으로 하는 오일 시일.
제 6 항에 있어서,
상기 시일 부착 부재는 윤활용 유지가 있는 측에 배치된 것을 특징으로 하는 오일 시일.
제 6 항에 있어서,
상기 외측 링부에 강성 확보를 위한 보강 고리를 형성한 것을 특징으로 하는 오일 시일.
제 9 항에 있어서,
상기 보강 고리가 외측 링부의 폭 방향으로 복수로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 시일.
제 6 항에 있어서,
상기 외측 링부의 폭 방향 단부의 적어도 어느 일방이 쐐기형으로 형성되고, 이 쐐기형에 대응한 쐐기형의 유지 부재에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 오일 시일.
제 6 항에 있어서,
상기 중간 링부는 한 개의 큰 원호를 가진 U 형을 이루는 것을 특징으로 하는 오일 시일.