KR20170125049A - 주축 장치 - Google Patents

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KR20170125049A
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roller
cylindrical roller
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thrust load
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KR1020177026363A
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마모루 미즈타니
Original Assignee
엔티엔 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 예를 들면, 공작 기계의 주축 장치에 적용된다. 주축 장치는, 주축(1)의 프론트 측 부분과 하우징(2) 사이에, 복열 원통 롤러 베어링(4) 및 스러스트 하중 지지용 베어링(5F, 5R)이 프론트 측 단으로부터 이 순서로 나란히 배치되어 있다. 복열 원통 롤러 베어링(4)은, 각 롤러 열의 내륜 궤도면(44a)의 직경끼리 및 외륜 궤도면(42a)의 직경끼리가 서로 동일하며, 또한 스러스트 하중 지지용 베어링 (5F, 5R) 측의 롤러 열의 원통 롤러(46B) 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 (5F, 5R) 측의 롤러 열의 원통 롤러(46A)보다 사이즈가 작다.

Description

주축 장치
본 출원은, 2015년 3월 10일 출원된 일본특허출원 제2015-047077호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 예를 들면, 공작 기계의 주축을 지지하는 주축 장치에 관한 것이다.
공작 기계 주축용의 복열(複列) 원통 롤러 베어링은 주축의 고속, 고강성, 장수명화 등의 요구에 응하기 위해서, 다양한 기술 개량이 행해지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 통상의 베어링보다 전동체(轉動體)의 수를 줄임으로써, 회전 접촉면의 마모에 의한 베어링의 발열이나 오일의 교반 저항에 의한 발열을 감소시켜, 고속 회전성을 향상시키고 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 유지기의 재질에 폴리에테르에테르케톤 수지 등을 채용하고 있다. 이로써, 유지기의 마모분말에 의한 윤활재 열화의 억제, 유지기에 작용하는 원심력의 억제 및 빗형 유지기의 선단 부분 변형이 억제된다. 그 결과, 전동체와의 이상(異常) 접촉을 억제하고, 고속, 장수명을 실현할 수 있다.
특허문헌 3∼특허문헌 9에, 본 발명에 관련된 것으로서, 원통 롤러 베어링의 레이디얼(radial) 내부 틈새를 변경하는 기술이 개시되어 있다. 이 중, 특허문헌 3∼특허문헌 6은, 인쇄기의 백업 롤 지지 베어링에 관한 것이며, 롤 측(반대 축단 측)에서 레이디얼 하중이 큰 측의 열의 틈새를 크게 하고 있다. 틈새를 변경하는 방법은, 궤도륜의 홈 치수나 롤러 직경으로 조정하는 방법이 채용되고 있다. 또한, 특허문헌 7∼특허문헌 9는, 자동차의 감속기 등의 미스얼라이언트(misalignment)가 큰 개소에 있어서, 상기와 마찬가지로, 레이디얼 하중이 큰 쪽의 레이디얼 내부 틈새를 크게 하고 있다.
일본공개특허 제2002-039188호 공보 일본특허 제4537920호 공보 일본공개특허 제2004-069062호 공보 일본특허 제3151082호 공보 일본특허 제3934331호 공보 일본공개특허 제2002-266853호 공보 일본공고특허 소55-008690호 공보 일본공고실용신안 소46-013845호 공보 일본공개실용신안 소49-025938호 공보
예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 선반의 주축(1)의 프론트 측 단(端)은, 복열 원통 롤러 베어링(4)과 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)으로 이루어지는 조합 베어링(3)으로 지지되어 있다. 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)은, 스러스트 하중 지지용 베어링이다. 복열 원통 롤러 베어링(4)의 내륜(44)은 주축(1)의 테이퍼부(1c)에 끼워맞추어 있다. 복열 원통 롤러 베어링(4)의 조립 시, 주축(1)의 리어 측으로부터 프론트 측으로 축방향으로 복열 원통 롤러 베어링(4)을 압입(壓入)하고, 테이퍼부(1c)에 의해 내륜(44)의 내경(內徑)을 확대시킨다. 이로써, 조립 후에 레이디얼 내부 틈새를 조정한다. 일반적으로는, 조립 후의 레이디얼 내부 틈새가, -2㎛ 정도∼-10㎛ 정도로 된다. 즉, 내륜(44)과 원통 롤러(46) 사이, 및 원통 롤러(46)와 외륜(42) 사이에 틈새가 없고, 이들 각 부재(42, 44, 46)에 2∼10㎛ 정도 탄성 변형을 준 상태이다.
조립 후의 레이디얼 내부 틈새를 -2㎛ 이하로 하는 목적은, 하나는 주축(1)의 강성을 높이는 것이고, 또 하나는 전동체인 원통 롤러(46)의 미끄러짐을 억제하는 것이다. 원통 롤러(46)가 미끄러지면, 주축(1)에 부여된 구동력이, 주축(1)으로부터 내륜(44)→원통 롤러(46)→외륜(42)에 충분히 전달되지 않고, 내륜(44)과 원통 롤러(46) 사이, 및 원통 롤러(46)와 외륜(42) 사이에서 미끄러짐 이상음(異音)이나 스미어링 등의 조기 손상의 발생에 연결된다.
종래, 선반의 주축 구동에는, 구동 모터와 주축을 전동 벨트로 연결한 벨트 구동 방식이 많이 채용되어 왔지만, 최근, 장치의 소형화나 고출력화 등의 목적에서, 빌트인(built-in) 모터 구동 방식이 증가하고 있다. 빌트인 모터 구동 방식의 주축은, 모터부가 발열되므로, 벨트 구동 방식의 주축에 비하여 발열되기 쉽다는 문제가 있다. 덧붙여, 빌트인 모터 구동 방식의 주축은, 발열을 억제하기 위하여, 하우징 측으로부터 냉각하는 외통(外筒) 냉각이 실시되고 있는 경우가 많다. 이 때문에, 베어링의 내륜과 외륜의 온도차가 커지기 쉽다.
또한, 빌트인 모터 구동 방식의 주축에 있어서도, 도 8과 같이, 프론트 측이 복열 원통 롤러 베어링(4) 및 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)으로 지지되어 있는 경우, 복열 원통 롤러 베어링(4)에 있어서의 앵귤러 볼 베어링 측의 롤러 열부(列部)(이하, B열부로 함)(4B)는, 반대 앵귤러 볼 베어링 측의 롤러 열부(이하, A열부로 함)(4A)에 비하여 엄격한 조건 하에서 사용되는 것이 알려져 있다. 그 이유에 대하여 설명한다.
(1) B열부(4B)는 A열부(4A)에 비하여, 발열원인 빌트인 모터(7)에 가깝다. 또한, 외통 냉각되고 있는 경우, 주축 장치의 구조 상, B열부(4B) 쪽이 A열부(4A)보다 외륜(42)이 냉각되기 쉽다.
(2) B열부(4B)는, A열부(4A)와 스러스트 하중 지지용 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)에 협지(sandwich)되어 있다.
이러한 점으로부터, A열부(4A)에 비해 B열부(4B)는 내외륜(44, 42)의 온도차가 커지고, 그만큼 B열부(4B)의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새가 작아진다. 이와 같은 상황에서 사용되면, B열부(4B)의 윤활 열화가 촉진되어, 회전 불량 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 복열 원통 롤러 베어링에 있어서의 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새가 과소해지는 것을 억제하고, 윤활 열화나 회전 불량 등의 문제점의 발생을 방지할 수 있는 주축 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 주축 장치는, 상기 주축의 프론트 측 부분과 하우징 사이에 복열 원통 롤러 베어링 및 스러스트 하중 지지용 베어링이 프론트 측 단으로부터 이 순서로 나란히 배치되고, 상기 복열 원통 롤러 베어링은, 각 롤러 열의 내륜 궤도면의 직경끼리 및 외륜 궤도면의 직경끼리가 서로 동일하며, 또한 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 사이즈가 작다.
상기 구성에 의하면, 사전에 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 사이즈가 작게 되어 있다. 이 때문에, 운전에 의해 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부에 비하여 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 내외륜의 온도차가 커진 시점에서, 양쪽 열부의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새가 대략 같아지게 할 수 있다. 이로써, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부가, 레이디얼 내부 틈새가 과소해져 윤활 열화되는 것을 회피하고, 회전 불량 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 자유 상태에서 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 레이디얼 내부 틈새를 크게 해도, 운전 시에 각 롤러 열부의 레이디얼 내부 틈새가 대략 같아지게 되므로, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 강성 부족의 문제가 발생하지 않는다.
그리고, 「스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부」란, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러가 끼워맞추어 있는 부분을 말한다. 한편, 「반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부」란, 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러가 끼워맞추어 있는 부분을 말한다.
구체적으로는, 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 사이즈를 다음과 같이 하면 된다. 즉, 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 상기 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 직경을 작게 한다. 운전에 의해 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 레이디얼 내부 틈새가 작아지는 것을 고려하여, 사전에 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 직경을 작게 하여 둔다. 이로써, 운전 시에 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부와 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 레이디얼 내부 틈새가 대략 같아지게 할 수 있다.
그리고, 특허문헌 3∼특허문헌 9에, 복열 원통 롤러 베어링에 있어서, 사전에 일부의 롤러 열의 레이디얼 내부 틈새를 다른 롤러 열의 레이디얼 내부 틈새보다 크게 하는 것이 기재되어 있지만, 이들 특허문헌 3∼ 특허문헌 9에서는, 레이디얼 하중이 큰 롤러 열의 레이디얼 내부 틈새를 크게 하고 있다. 이에 대하여, 상기구성에서는, 발열량이 큰 롤러 열의 레이디얼 내부 틈새를 크게 하고 있는 점에서, 특허문헌 3∼특허문헌 9와 상이하다. 구체적으로는, 레이디얼 내부 틈새를 크게 하는 것은 프론트 측에서 볼 때 안쪽(리어 측)의 롤러 열이며, 이 롤러 열은 다른 롤러 열과 비교하여 하중 및 미스얼라이먼트가 오히려 작다.
또한, 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 상기 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 내외륜과 접촉하는 부분의 축방향 길이를 짧게 해도 된다. 원통 롤러의 내외륜과 접촉하는 부분의 축방향 길이가 짧으면, 원통 롤러가 윤활유를 밀어낼 때의 교반 저항이 작아지고, 저발열로 된다. 이 때문에, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러의 상기 축방향 길이를 짧게 함으로써, 상기의 원통 롤러의 운전 시에, 내외륜의 온도차가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 운전 시에 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부와 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 레이디얼 내부 틈새가 대략 같아지게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스러스트 하중 지지용 베어링은, 서로 축방향 역방향으로 배열된 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링이어도 된다. 그 경우, 상기 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링 중 상기 복열 원통 롤러 베어링 측의 앵귤러 볼 베어링의 볼이 세라믹 볼로 되어 있으면 된다.
스러스트 하중 지지용 베어링을 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링으로 한 경우, 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링이 주축에 작용하는 스러스트 하중만을 받는 구조로 하기 위하여, 앵귤러 볼 베어링의 외륜의 외경은 복열 원통 롤러 베어링의 외륜의 외경보다 작게 하는 것이 일반적이다. 상기 구성이면, 앵귤러 볼 베어링에서 발생한 열이 하우징에 방열되기 어렵고, 인접하는 복열 원통 롤러 베어링이 그 열적 영향을 받아, 복열 원통 롤러 베어링의 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 레이디얼 내부 틈새가 과소 틈새로 될 가능성이 있다. 복열 원통 롤러 베어링 측의 앵귤러 볼 베어링의 볼을 세라믹 볼로 하면, 상기의 앵귤러 볼 베어링의 발열량이 낮게 억제되고, 인접하는 복열 원통 롤러 베어링로의 열적 영향을 저감할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 주축의 리어 측 부분을 지지하는 리어 측 베어링을 가지고, 상기 복열 원통 롤러 베어링 및 스러스트 하중 지지용 베어링과 상기 리어 측 베어링 사이에 빌트인 모터를 설치하고, 이 빌트인 모터로 상기 주축을 회전 구동하도록 해도 된다.
빌트인 모터 구동 방식은 벨트 구동 방식에 비하여, 주축 장치 전체가 발열되기 쉽다. 또한, 상기와 같이 빌트인 모터를 배치하면, 복열 원통 롤러 베어링 중 특히 발열원인 빌트인 모터 측에 위치하는 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 온도 상승이 커진다. 그러나, 전술한 바와 같이, 사전에 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 사이즈를 작게 하여 두면, 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부와 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새를 대략 같게 할 수 있다. 그러므로, 빌트인 모터에 의한 열적 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 주축에 외통 냉각이 행해져 있어도 된다. 여기에서, 「외통 냉각」이란, 하우징을 냉각함으로써, 주축 장치 전체의 온도 상승을 억제하는 냉각 방법을 말한다. 주축에 외통 냉각이 행해지고 있는 경우, 구조 상, 복열 원통 롤러 베어링의 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부보다 외륜이 냉각되기 쉽고, 복열 원통 롤러 베어링의 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부가 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부에 비하여 내외륜의 온도차가 커진다. 그러나, 전술한 바와 같이, 사전에 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 사이즈를 작게 하여 두면, 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부와 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새를 대략 같게 할 수 있다. 그러므로, 외통 냉각에 의한 냉각의 편중의 영향을 배제할 수 있다.
본 발명의 주축 장치는, 공작 기계용 주축 장치에 적합하다.
청구의 범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 적어도 2개의 구성의 어떠한 조합도 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도 본 발명에 포함된다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터 보다 명료하게 이해될 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되어야 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 도면부호는, 동일 또는 상당 부분을 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 주축 장치의 단면도(斷面圖)이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 주축 장치에 있어서의 주축의 프론트 측 부분의 지지부의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 주축 장치의 복열 원통 롤러 베어링에 있어서의 A열의 원통 롤러와 B열의 원통 롤러 직경 차이를 나타내는 도면이다.
도 4는, 다른 주축 장치의 복열 원통 롤러 베어링에 있어서의 A열의 원통 롤러와 B열의 원통 롤러의 스트레이트부의 축방향 길이 차이를 나타내는 도면이다.
도 5는, 참고예의 주축 장치의 단면도이다.
도 6은, 참고예의 주축 장치에 있어서의 주축의 프론트 측 부분의 지지부의 단면도이다.
도 7은, 다른 주축 장치에 있어서의 주축의 프론트 측 부분의 지지부의 단면도이다.
도 8은, 종래의 주축 장치에 있어서의 주축의 프론트 측 부분의 지지부의 단면도이다.
본 발명의 일 실시형태를 도 1∼도 3과 함께 설명한다. 도 1은 주축 장치의 전체를 나타내는 단면도이다. 상기 주축 장치는 공작 기계용인 것으로서, 주축(1)의 프론트 측(도면의 좌측)에 공구 또는 척(chuck)이 장착된다. 주축(1)은, 중심부에 축방향으로 관통하는 관통공(1a)을 가지는 통축이며, 축방향으로 멀어지는 프론트 측 부분 및 리어 측(도면의 우측) 부분에서, 주축(1)과 하우징(2) 사이에 개재시킨 조합 베어링(3) 및 리어 측 베어링(6)에 의해, 각각 회전 가능하게 지지되어 있다.
프론트 측의 조합 베어링(3)은, 1개의 복열 원통 롤러 베어링(4)과 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)을 조합한 것이며, 프론트 측으로부터 복열 원통 롤러 베어링(4), 앞쪽의 앵귤러 볼 베어링(5F), 뒤쪽의 앵귤러 볼 베어링(5R)의 순서로 나란히 있다. 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)은 스러스트 하중 지지용 베어링이며, 배면 조합으로 배치되어 있다. 그리고, 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)은 정면 조합의 배치여도 된다. 리어 측 베어링(6)은, 원통 롤러 베어링이 단독으로 사용되고 있다.
상기 주축 장치는, 하우징(2) 내에 모터를 내장한, 소위 빌트인 모터 구동 방식으로서, 프론트 측의 조합 베어링(3)과 리어 측 베어링(6) 사이에 빌트인 모터(7)가 설치되어 있다. 빌트인 모터(7)는, 주축(1)에 장착된 로터(8)와, 하우징(2)에 장착된 스테이터(9)를 가지고 있다. 로터(8)는 예를 들면, 영구 자석으로 이루어지고, 스테이터(9)는 예를 들면, 코일 및 코어 등으로 이루어진다.
하우징(2)은, 내주면(內周面)이 원통 면형인 외통 부재(11)와, 이 외통 부재(11)의 내주에 각각 끼워맞추어진 원통형의 프론트 측 내통 부재(12), 중앙 내통 부재(13), 및 리어 측 내통 부재(14)를 가지고 있다. 프론트 측 내통 부재(12)의 내주에, 프론트 측의 복열 원통 롤러 베어링(4) 및 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)의 각 외륜(42, 5a, 5a)이 끼워맞추어져 있다. 한편, 중앙 내통 부재(13)의 내주에 상기 스테이터(9)가 장착되고, 리어 측 내통 부재(14)의 내주에 상기 리어 측 베어링(6)의 외륜(6a)이 끼워맞추어져 있다. 각 베어링(4, 5F, 5R, 6)의 내륜(44, 5b, 5b, 6b)은, 각각 주축(1)의 외주면에 끼워맞추어져 있다.
프론트 측의 복열 원통 롤러 베어링(4) 및 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)은, 서로 내륜끼리 및 외륜끼리가 접촉하는 상태로 배치되어 있다. 각 베어링(4, 5F, 5R)의 내륜(44, 5b, 5b)은, 주축(1)의 프론트 단에 설치된 플랜지부(1b)와 주축(1)에 나사장착된 너트(15) 사이에, 내륜 스페이서(16, 17)를 통하여 축방향으로 위치결정되어 있다. 또한, 각 베어링(4, 5F, 5R)의 외륜(42, 5a, 5a)은, 프론트 측 내통 부재(12)의 단차면(stepped face)(18)과, 프론트 측 내통 부재(12)에 장착한 외륜 누름 부재(19)에 의해, 축방향으로 위치결정되어 있다.
원통 롤러 베어링으로 이루어지는 리어 측 베어링(6)은, 그 내륜(6b)이 내륜 스페이서(20) 및 내륜 누름 부재(21)에 의해 축방향으로 위치결정되어 있다. 리어 측 베어링(6)의 외륜(6a)은, 리어 측 내통 부재(14)의 단차면(22)과 외륜 누름 부재(23)에 의해 축방향으로 위치결정되어 있다.
상기 주축 장치에서는, 하우징(2)을 냉각함으로써 주축 장치 전체의 온도 상승을 억제하는 외통 냉각이 행해지고 있다. 구체적으로는, 프론트 측 내통 부재(12), 중앙 내통 부재(13), 및 리어 측 내통 부재(14)의 각 외주면에 각각 나선형의 냉각용 홈(12a, 13a, 14a)이 형성되어 있고, 하우징(2) 밖으로부터 공급되는 냉각유가, 외통 부재(11)에 설치된 냉각유 공급로(25)를 통하여 냉각용 홈(12a, 13a, 14a)에 유입된다. 냉각용 홈(12a, 13a, 14a)을 통과한 냉각유는, 외통 부재(11)에 설치된 냉각유 배출로(26)를 통하여 하우징(2) 밖으로 배출된다.
도 2는, 조합 베어링(3)에 의한 주축(1)의 프론트 측 부분의 지지부를 나타낸다. 복열 원통 롤러 베어링(4)은, 외륜(42)과 내륜(44)의 각 궤도면(42a, 44a) 사이에, 전동체로서 원통 롤러(46A, 46B)가 2열 설치되어 있다. 각 열의 원통 롤러(46A, 46B)는, 유지기(48)에 의해 주위 방향으로 등간격으로 유지되어 있다. 내륜(44)은, 주축(1)의 테이퍼부(1c)에 끼워넣어져 있다. 테이퍼부(1c)는, 프론트 측을 향하여 서서히 대경(大徑)으로 되어 있다. 주축(1)에 복열 원통 롤러 베어링(4)을 조립할 때는, 주축(1)에 대하여 복열 원통 롤러 베어링(4)을 리어 측으로부터 프론트 측으로 축방향으로 압입하고, 테이퍼부(1c)에 의해 내륜(44)의 내경을 확대시킨다. 이로써, 조립 후의 레이디얼 내부 틈새를 네거티브 틈새로 하고 있다. 외륜(42), 내륜(44) 및 원통 롤러(46A, 46B)의 재질은, 예를 들면, 베어링강이다.
다음의 설명에서는, 원통 롤러(46A, 46B)의 2열의 열 중, 반대 스러스트 하중 지지용 베어링[앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)] 측의 롤러 열을 A열이라고 하고, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열을 B열이라고 한다. 또한, 복열 원통 롤러 베어링(4)에 있어서의 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 부분을 A열부(4A)라고 하고, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 부분을 B열부(4B)라고 한다.
각 롤러 열의 내륜 궤도면(44a)의 직경 및 외륜 궤도면(42a)의 직경은 서로 동일하다. 이에 대하여, 각 롤러 열의 원통 롤러(46A, 46B)의 사이즈는 서로 상이하다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, B열의 원통 롤러(46B)의 직경 DB는, A열의 원통 롤러(46A)의 직경 DA보다 작아지고 있다. 구체적으로는, 직경 DB는, 직경 DA보다 2㎛ 정도 작아지고 있다. 그 목적은, 주축 운전 시에, A열부(4A)와 B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새를 대략 같아지게 하기 위해서다.
앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)은, 외륜(5a)과 내륜(5b) 사이에 전동체인 볼(50F, 50R)이 설치되어 있다. 볼(50F, 50R)은, 유지기(5d)에 의해 주위 방향으로 등간격으로 지지되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)은, 배면 조합으로 배치되어 있다. 각 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)이 주축(1)에 작용하는 스러스트 하중만을 받게 하기 위하여, 각 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)의 외륜(5a)의 외경은 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)의 외경보다 작게 하고 있다. 도 2에 그 차이를 δ로 나타내고 있다.
프론트 측, 즉 복열 원통 롤러 베어링(4) 측의 앵귤러 볼 베어링(5F)은, 외륜(5a) 및 내륜(5b)의 재질이 베어링강이지만, 볼(50F)은 세라믹 볼로 이루어진다. 한편, 리어 측의 앵귤러 볼 베어링(5R)은 외륜(5a), 내륜(5b) 및 볼(50R)의 재질이 베어링강이다. 복열 원통 롤러 베어링(4) 측의 앵귤러 볼 베어링(5F)의 볼(50F)을 세라믹 볼로 하는 목적도, 주축 운전 시에 복열 원통 롤러 베어링(4)의 A열부(4A)와 B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새를 대략 같아지게 하기 위해서다. 그 이유에 대해서는 후술한다.
상기 주축 장치는, 프론트 측 부분의 지지부에 있어서, 사전에 복열 원통 롤러 베어링(4)에 있어서의 B열의 원통 롤러(46B)의 직경 DB를 A열의 원통 롤러(46A)의 직경 DA보다 작게 하고 있다. 그 때문에, 운전에 의해 A열부(4A)에 비하여 B열부(4B)의 내외륜(44, 42)의 온도차가 커진 시점에서, 양쪽 열부(4A, 4B)의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새가 대략 같아지게 할 수 있다. 이로써, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부인 B열부(4B)가, 레이디얼 내부 틈새가 과소해져 윤활 열화되는 것을 회피하고, 회전 불량 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 자유 상태에서 B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새를 크게 해도, 운전 시에 A, B 양쪽 부분(4A, 4B)의 레이디얼 내부 틈새가 대략 같아지게 된다. 그러므로, B열부(4B)의 롤러 열부의 강성 부족의 문제가 발생하지 않는다.
또한, 상기 주축 장치에서는, 각 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)의 외륜(5a)의 외경이 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)의 외경보다 작다. 그 때문에, 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)에서 발생한 열이 하우징(2)에 방열되기 어렵고, 인접하는 복열 원통 롤러 베어링(4)이 그 열적 영향을 받기 쉽다. 복열 원통 롤러 베어링(4)이 열적 영향을 받으면, 복열 원통 롤러 베어링(4)의 B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새가 과소 틈새로 될 가능성이 있다. 그래서, 복열 원통 롤러 베어링(4) 측의 앵귤러 볼 베어링(5F)의 볼(50F)을 세라믹 볼로 하고 있다. 이로써, 복열 원통 롤러 베어링(4) 측의 앵귤러 볼 베어링(5F)의 발열량이 억제되고, 인접하는 복열 원통 롤러 베어링(4)으로의 열적 영향을 저감할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 복열 원통 롤러 베어링(4)에 있어서의 B열의 원통 롤러(46B)의 직경을 A열의 원통 롤러(46A)의 직경보다 작게 하고 있지만, 도 4와 같이, B열의 원통 롤러(46B)의 스트레이트부 길이 LB를 A열의 원통 롤러(46A)의 스트레이트부 길이 LA보다 짧게 해도 된다. 「스트레이트부 길이」란, 스트레이트 롤러 및 크라우닝(crowning) 롤러의 축방향 스트레이트부의 길이다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, A열의 원통 롤러(46A) 및 B열의 원통 롤러(46B)가 모두 크라우닝 롤러일 경우에는, 크라우닝부(Rc) 사이의 스트레이트부(Rs)의 길이 LA, LB를 서로 상이하게 함으로써, LA>LB로 할 수 있다. A열의 원통 롤러(46A) 및 B열의 원통 롤러(46B)가 모두 스트레이트 롤러일 경우에는, 면취부(面取部) 사이의 스트레이트부의 길이를 서로 상이하게 함으로써, LA 〉LB로 할 수 있다(도시하지 않음).
원통 롤러의 스트레이트부 길이가 짧으면, 원통 롤러가 윤활유를 밀어낼 때의 교반 저항이 작아지고, 저발열로 된다. 이 때문에, B열의 원통 롤러(46B)의 스트레이트부 길이 LB를 짧게 함으로써, 상기의 원통 롤러(46B)가 운전 시에 내외륜(44, 42)의 온도차가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 복열 원통 롤러 베어링(4)의 A열부(4A)와 B열부(4B)의 운전 시의 레이디얼 내부 틈새를 대략 같게 할 수 있다.
상기 각 실시형태는, 모두 B열의 원통 롤러(46B)를 A열의 원통 롤러(46A)보다 사이즈를 작게 함으로써, 운전 시의 복열 원통 롤러 베어링(4)의 A열부(4A)와 B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새를 대략 같게 하고 있다. 도 3에 나타내는 원통 롤러(46B)의 직경을 변경하는 방법, 및 도 4에 나타내는 원통 롤러(46B)의 스트레이트부 길이를 변경하는 방법의 양쪽을 병용해도 된다.
이상과 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 당업자라면, 본건 명세서를 보고, 자명한 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 용이하게 상정할 것이다. 따라서, 그와 같은 변경 및 수정은, 첨부한 특허청구의 범위로부터 정해지는 본 발명의 범위 또는 이것과 균등한 범위 내의 것으로 해석된다.
다음에, 본 발명에는 포함되지 않지만, 본 발명과 마찬가지로, 운전 시에 B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새가 과소해지는 것을 방지하여, B열부(4B)가 윤활 열화되는 것을 회피하고, 회전 불량 등의 문제의 발생을 방지할 수 있는 주축 장치를, 도 5∼도 7과 함께 설명한다.
본 참고예의 주축 장치도, 주축(1)의 프론트 측 부분이, 1개의 복열 원통 롤러 베어링(4)과 스러스트 하중 지지용 베어링인 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링(5F, 5R)을 조합한 조합 베어링(3)에 의해 지지되어 있다. 본 참고예의 주축 장치가 상기 실시형태의 주축 장치와 비교하여 상이한 점은, 복열 원통 롤러 베어링(4)의 A열 및 B열의 각 원통 롤러(46A, 46B)의 사이즈는 동일하며, 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)과 하우징(2)의 끼워맞춤을, B열부(4B) 쪽이 A열부(4A)보다 틈새량이 크고, B열부(4B)는 틈새 끼워맞춤으로 한 것이다. 다른 구성은 상기 실시형태의 주축 장치와 동일하다. 참고예의 주축 장치와 상기 실시형태의 주축 장치에서 동일 구성 개소에 대해서는, 동일 부호를 붙여 나타내고 있다.
예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 하우징(2)의 내주면에서의 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)이 끼워맞추어지는 부분의 내경은 일정하고, 또한 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)에 있어서의 B열부(4B)의 외경을 A열부(4A)의 외경보다 작게 하고 있다. 그리고, 도 6에서는, B열부(4B)에 있어서의 외륜(42)과 하우징(2)의 틈새를 과장해서 나타내고 있다.
상기와 같이, 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)에 있어서의 B열부(4B) 부분과 하우징(2)의 끼워맞춤을 틈새 끼워맞춤으로 함으로써, 외륜(42)의 B열부(4B) 부분이 하우징(2)에 구속되지 않고, 직경 방향으로 팽창할 수 있다. 따라서, 빌트인 모터(7)의 열이나 외통 냉각에 의해 B열부(4B)의 내외륜(44, 42)의 온도차가 커져도, B열부(4B)의 레이디얼 내부 틈새가 과소해지는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부인 B열부(4B)가 윤활 열화되는 것을 회피하고, 회전 불량 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 복열 원통 롤러 베어링(4)의 외륜(42)의 외경은 일정하고, 하우징(2)의 내주면 중 외륜(42)의 B열부(4B)가 끼워맞추어지는 부분의 내경을 크게 하는 것에 의해서도, 외륜(42)의 B열부(4B) 부분과 하우징(2)의 끼워맞춤을 틈새 끼워맞춤으로 할 수 있다. 이로써, 도 6과 마찬가지로, 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부인 B열부(4B)가 윤활 열화되는 것을 회피하고, 회전 불량 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 도 6의 방법 및 도 7의 방법 양쪽을 병용해도 된다(도시하지 않음).
1 : 주축
2 : 하우징
4 : 복열 원통 롤러 베어링
4A : A열부(반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부)
4B : B열부(스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부)
5F, 5R : 앵귤러 볼 베어링(스러스트 하중 지지용 베어링)
6 : 리어 측 베어링
42 : 외륜
42a : 외륜 궤도면
44 : 내륜
44a : 내륜 궤도면
46A : 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 원통 롤러
46B : 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열부의 원통 롤러
50F, 50R : 볼

Claims (8)

  1. 주축의 프론트 측 부분과 하우징 사이에, 복열(複列) 원통 롤러 베어링 및 스러스트 하중 지지용 베어링이 프론트 측 단(端)으로부터 이 순서로 나란히 배치되고,
    상기 복열 원통 롤러 베어링은, 각 롤러 열의 내륜 궤도면의 직경끼리 및 외륜 궤도면의 직경끼리가 서로 동일하며, 또한 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 사이즈가 작은,
    주축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복열 원통 롤러 베어링은, 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 상기 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 직경이 작은, 주축 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복열 원통 롤러 베어링은, 상기 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러 쪽이 상기 반대 스러스트 하중 지지용 베어링 측의 롤러 열의 원통 롤러보다 내외륜과 접촉하는 부분의 축방향 길이가 짧은, 주축 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스러스트 하중 지지용 베어링은, 서로 축방향 역방향으로 배열된 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링인, 주축 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 앵귤러 볼 베어링 중 상기 복열 원통 롤러 베어링 측의 앵귤러 볼 베어링의 볼이 세라믹 볼로 이루어지는, 주축 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주축의 리어 측 부분을 지지하는 리어 측 베어링을 가지고, 상기 복열 원통 롤러 베어링 및 상기 스러스트 하중 지지용 베어링과, 상기 리어 측 베어링 사이에 빌트인 모터를 설치하고, 상기 빌트인 모터로 상기 주축을 회전 구동시키는, 주축 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주축에 외통(外筒) 냉각이 행해지고 있는, 주축 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 주축 장치를 사용한 공작 기계용 주축 장치.
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