KR20180034597A - 스핀들 장치 및 공작 기계 - Google Patents

Abstract

윤활제 공급 장치 (3) 로부터 공급되는 윤활제는, 윤활유와 왁스를 함유하고, 25 ∼ 60 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 액상화점을 초과했을 때의 액상 상태와 액상화점 이하에서의 반고화 상태 사이를, 가역 변화 가능한 왁스계 윤활제 (W) 이며, 구름 베어링의 베어링 공간에는, 왁스계 윤활제 (W) 와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스 (G) 가 봉입되어 있다.

Description

스핀들 장치 및 공작 기계{SPINDLE DEVICE AND MACHINE TOOL}

본 발명은, 주축 지지용의 구름 베어링에, 신규한 윤활제를 일정량, 정기적으로 공급하는 스핀들 장치 및 공작 기계에 관한 것이다.

최근, 공작 기계용 주축 장치의 고속화는 현저하게 발전하고 있고, 또, 환경 대책·에너지 절약화·자원 절약화의 요망도 강한 점에서, 베어링의 윤활 방법으로는, 그리스 윤활이 채용되고 있다. 그리스 윤활로는, 베어링의 베어링 공간에 미리 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, 공급관 및 하우징 내에 형성된 공급로를 통하여, 구름 베어링의 베어링 공간에 미량의 그리스를 적절한 타이밍에 보급하고 있다.

또, 일반적으로, 스핀들 장치에 대한 베어링 장착시에 있어서, 그리스가 봉입된 베어링은, 80 ℃ 이하의 범위에서 가온된 상태에서 주축에 삽입된다. 또한, 스핀들 장치의 조립 후, 초기 단계에서 베어링의 길들임 운전을 실시하여, 고속 회전시의 그리스의 맞물림이나 교반 저항에 의한 이상 발열을 방지하고 있다.

일본 특허공보 제4051563호

그런데, 특허문헌 1 에 기재된 스핀들 장치에서는, 구름 베어링에 공급되는 그리스 조성물은 극히 미량이다. 이 때문에, 조도가 작고, 비교적 단단한 미량의 그리스 조성물은, 공급로가 긴 경우나, 도중에 굴곡지거나, 직각으로 절곡된 부위가 수 개 지점 존재하는 경우 등에는, 배관 저항에 의해 안정적으로 구름 베어링에 공급되는 것이 어려워진다. 또, 장기간 사용하고 있으면, 압송시에 반복하여 가해진 압력에 의해 증조제가 고화되어, 그리스 조성물을 일정량, 안정적으로 공급하는 것도 곤란해진다.

그래서 본 발명은, 베어링 장착시나 초기 길들임 운전시의 어느 때에 있어서도 취급성을 유지하면서, 운전시에 있어서도 윤활제 공급 장치로부터 구름 베어링에 대한 윤활제의 안정 공급을 도모할 수 있는 장수명의 스핀들 장치 및 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기의 구성에 의해 달성된다.

(1) 주축과,

하우징과,

그 하우징에 대해 상기 주축을 회전 가능하게 지지하는 구름 베어링과,

상기 하우징에 형성된 공급로를 개재하여 상기 구름 베어링에 윤활제를 공급하는 윤활제 공급 장치를 갖는 스핀들 장치로서,

상기 윤활제 공급 장치로부터 공급되는 상기 윤활제는, 윤활유와 왁스를 함유하고, 25 ∼ 60 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 상기 액상화점을 초과했을 때의 액상 상태와, 상기 액상화점 이하에서의 반고화 상태 사이를, 가역 변화 가능한 왁스계 윤활제이며,

상기 구름 베어링의 베어링 공간에는, 상기 왁스계 윤활제와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 (基油) 성분을 함유하여 구성되는 그리스가 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 장치.

(2) 상기 왁스계 윤활제의 상기 윤활유와 상기 왁스의 비율은, 양자의 합계량에 대해 상기 왁스가 4 ∼ 40 질량％ 이고, 상기 윤활유가 96 ∼ 60 질량％ 인 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 스핀들 장치.

(3) (1) 또는 (2) 에 기재된 스핀들 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.

또한, 「왁스계 윤활제」란, 윤활유와 왁스를 함유하는 윤활제를 말하고, 또, 「액상화점」이란, 왁스계 윤활제가 반고체 상태에서 액체 상태로, 혹은 액체 상태에서 반고체 상태로 가역 변화할 때의 온도를 말한다. 또, 「액상화점」은, 예를 들어 위험물의 규제에 관한 규칙, 제12장 잡칙 제69조의 2 (액상의 정의) 에 따르고 있다.

본 발명에서 사용하는 왁스계 윤활제는 증조제를 함유하지 않아, 증조제가 고화되어 윤활제 공급 장치로부터 구름 베어링에 대한 공급에 지장을 초래하는 경우가 없다. 그 때문에, 본 발명의 스핀들 장치는, 그리스 공급 방식에 비해, 왁스계 윤활제가 장기간 안정적으로 공급된다. 또, 왁스계 윤활제는, 윤활유 및 왁스의 양방 모두 윤활 성분이기 때문에, 왁스계 윤활제의 1 회당의 보급량을 적게 할 수 있고, 보급 간격도 길게 할 수 있기 때문에, 왁스계 윤활제의 소비량을 줄일 수 있어, 보다 장기간에 걸친 보급이 가능해진다. 나아가서는, 왁스는, 윤활유나 그리스의 유성 향상제로서 첨가되는 경우가 있지만, 일반적인 첨가량보다 많이 함유하고 있기 때문에, 그리스의 증조제로서의 작용에 유사한 작용이 발현하여, 그리스용의 윤활제 공급 장치를 그대로 사용할 수도 있다.

또, 구름 베어링의 베어링 공간에는, 왁스계 윤활제와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스가 봉입되어 있으므로, 베어링 장착시나 초기 길들임 운전시의 어느 경우에도 취급성을 유지할 수 있다.

따라서, 상기 서술한 바와 같이, 왁스계 윤활제와, 그 왁스계 윤활제와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스를, 스핀들 장치에 사용함으로써, 베어링 장착시나 초기 길들임 운전시의 어느 때에 있어서도 취급성을 유지하면서, 운전시에 있어서도 윤활제 공급 장치로부터 구름 베어링에 대한 윤활제의 안정 공급을 도모할 수 있다.

도 1 은, 스핀들 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 도 1 의 II 부 확대도이다.
도 3 은, 액상화점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는, 베어링을 주축에 삽입하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a) 는, 변형예의 스핀들 장치의 도 2 에 대응하는 도면이고, 도 5(b) 는, 그 밖의 변형예의 스핀들 장치의 도 2 에 대응하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 공작 기계에 적용되는 스핀들 장치에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 스핀들 장치 (100) 는, 공구를 장착 가능한 주축 (1) 과, 하우징 (30) 과, 그 하우징 (30) 에 대해 주축 (1) 을 회전 가능하게 지지하는 복수의 구름 베어링 (2) 을 구비하고, 주축 (1) 의 축 방향 중간부에 형성된, 스테이터 (12) 및 로터 (13) 로 이루어지는 모터에 의해 주축 (1) 이 회전 구동된다. 또한, 도면 중, 구름 베어링 (2) 은, 전측 베어링만을 나타내고 있고, 모터에 대해 전측 베어링과 반대측인 후측 베어링에 대해서는, 도시 생략되어 있다.

또, 스핀들 장치 (100) 는, 하우징 (30) 의 외부에 설치한 윤활제 공급 장치 (3) 를 추가로 구비하고, 그 윤활제 공급 장치 (3) 로부터, 왁스계 윤활제 (W) 를 복수의 공급관 (4) 및 하우징 (30) 에 형성된 복수의 공급로 (31) 를 통해서 일정량, 정기적으로 각 구름 베어링 (2) 에 공급한다. 하우징 (30) 의 각 공급로 (31) 는, 그 말단부 (하류측 단부) 의 공급공 (31a) (도 2 참조) 이 각 구름 베어링 (2) 의 외륜 (2a) 에 형성한 보급공 (2b) 에 연통되어 있고, 왁스계 윤활제 (W) 가 각 구름 베어링 (2) 에 균등하게 공급된다.

또한, 본 실시형태의 윤활제 공급 장치 (3) 는, 윤활제를 저장하는 실린더 구조의 탱크를 갖고, 외부로부터 탱크 내부에 압력 (예를 들어 공압) 을 가함으로써 윤활제를 (정량) 배관에 토출시킨다.

왁스계 윤활제 (W) 는, 윤활유와 왁스를 기본 성분으로 하는 것이지만, 왁스는 그 융점보다 저온에서는 윤활유 중에서 3 차원 망목 구조상으로 결정화되어 유동성을 잃고, 융점 이상에서는 액상이 된다. 본래, 왁스 단체이면, 왁스의 융점 부근의 온도를 경계로 하여, 전체적으로 반고체상과 액상으로 가역 변화된다. 이에 반해, 본 발명의 왁스계 윤활제 (W) 는, 윤활유 (액체) 와 왁스 (반고체) 의 혼합체 (왁스 (용매) 에 윤활유 (희박액) 를 첨가한 희박 용액에 상당) 이므로, 전체적으로 반고체상과 액상으로 가역 변화되는 온도 (이하 「액상화점」이라고 칭한다) 는, 함유되는 왁스의 융점과 밀접한 관계가 있지만, 윤활유와의 혼합 비율에 따라 「왁스의 융점 ＞ 액상화점」이 되는 것이 본 발명에서 판명되었다. 또, 윤활유 및 왁스, 그리고 양자의 혼합 비율에 따라, 왁스의 융점과 액상화점의 온도차가 약 10 ∼ 30 ℃ 발생하는 것을 알 수 있었다. 본 발명에서는, 스핀들 장치 (100) 의 구름 베어링 (2) 에 대한 공급을 고려하여, 액상화점을 25 ∼ 60 ℃ 로 한다.

또한, 액상화란, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 하기와 같이 하여 확인하였다. 이 방법은, 위험물의 규제에 관한 규칙, 제12장 잡칙 제69조의 2 (액상의 정의) 에 따른다.

(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 구멍이 없는 고무 마개로 밀전 (密栓) 한다.

(3) 타방의 시험관 (온도 측정용 시험관) 을, 온도계를 장착한 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 표면보다 30 ㎜ 상방) 이 항온조의 수면 아래로 잠기도록 직립시켜 정치 (靜置) 한다.

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

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

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

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

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

왁스계 윤활제 (W) 는, 이와 같은 성질을 갖는 한, 윤활유 및 왁스 모두 제한은 없지만, 윤활유로는, 종래부터 베어링의 윤활에 사용되고 있는 각종 윤활유를 사용할 수 있고, 파라핀계나 나프텐계의 광유, 혹은 에스테르유나 탄화수소유, 에테르유 등의 합성유 등을 사용할 수 있고, 복수 종을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또, 그 점도도 일반적인 범위로 상관없지만, 구름 베어링 (2) 의 윤활성을 고려하면 40 ℃ 에 있어서의 동점도가 5 ∼ 200 ㎟/s 인 것이 바람직하다. 한편, 왁스는, 천연 왁스, 합성 왁스의 어느 것이어도 되지만, 베어링 내부에서 액상이 되어, 윤활유와의 혼합물이 되기 때문에, 윤활유와의 상용성 (相溶性) 이 높은 것이 바람직하다. 또한, 천연 왁스로는 동·식물 왁스, 광물 왁스, 석유 왁스를 들 수 있고, 합성 왁스로는 피셔 트롭쉬 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 유지계 합성 왁스 (에스테르, 케톤류, 아미드), 수소화 왁스 등을 들 수 있고, 복수 종을 혼합하여 사용할 수도 있다. 단, 왁스계 윤활제 (W) 의 액상과 반고체상으로 가역 변화되는 온도는, 실질적으로 왁스의 융점에 따라 정해지기 때문에, 이 액상화점이 25 ∼ 60 ℃ 가 되도록, 상기에 예시한 왁스에서 선택하고, 또한, 윤활유와 왁스를 적정한 혼합 비율로 조제한다.

또, 윤활유와 왁스의 비율은, 양자의 합계량에 대해 왁스가 4 ∼ 40 질량％ 이고, 윤활유가 96 ∼ 60 질량％ 인 것이 바람직하다. 왁스의 비율이 커질수록 왁스계 윤활제 (W) 가 반고체상일 때의 유동성이 나빠져, 40 질량％ 를 초과하면 윤활제 공급 장치 (3) 로부터의 토출성이나, 공급관 (4) 및 공급로 (31) 의 수송성이 나빠지고, 나아가서는 후술하는 윤활 후에 배출되었을 때의 수송성도 나빠진다. 또한, 왁스는, 윤활유나 그리스의 유성 향상제로서 첨가되는 경우도 있지만, 본 발명의 왁스계 윤활제 (W) 에서는, 상기와 같이 왁스의 첨가량을 일반적인 첨가제량보다 많게 함으로써, 증조제로서의 기능 (그리스와 동등한 반고체상의 성질) 을 유지한다.

마이크로크리스탈린 왁스는, 융점이 67 ∼ 98 ℃ 이지만, 윤활유와 상기 혼합 비율로 혼합한 왁스계 윤활제 (W) 는, 액상화점을 25 ∼ 60 ℃ 로 설정할 수 있다. 또, 파라핀 왁스는, 융점이 47 ∼ 69 ℃ 이지만, 윤활유와 상기 혼합 비율로 혼합한 왁스계 윤활제 (W) 는, 액상화점을 25 ∼ 35 ℃ 로 설정할 수 있다.

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

또, 액상화점은, 기본적으로는 베어링 주위의 환경 온도나 베어링의 운전 온도를 감안하여, 일반적으로는, 25 ∼ 60 ℃ 가 적정하지만, 적용 용도가 공작 기계용 구름 베어링 (공작 기계 주축용 구름 베어링이나 볼 나사 축단 서포트용 구름 베어링 등) 의 경우, 이하에 서술하는 이유로부터, 30 ∼ 60 ℃ 가 바람직하고, 40 ∼ 60 ℃ 가 보다 바람직하다.

공작 기계가 사용되는 주위 환경 조건은, 주변 온도의 변화에 수반되는 부재의 열 변위를 최소한으로 억제하여, 피가공 부품의 가공 정밀도를 확보하기 위해, 주위 환경은 20 ∼ 25 ℃ 정도로 공조 (空調) 관리되고 있는 경우가 많다. 따라서, 액상화점의 하한을 30 ℃ 로 설정하면, 정지 상태에서는, 액상화점 이하이므로, 왁스계 윤활제 (W) 는 액상화되지 않고, 베어링 내부나 저유 (貯油) 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 손상되지 않는다. 따라서, 액상화점을 30 ∼ 60 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.

또, 베어링은, 회전 수가 증가할수록 베어링 내부 온도가 상승하므로, 적정한 윤활 상태를 유지하기 위해, 보다 많은 윤활유를 롤링 접촉면에 공급할 필요가 있다. 통상적인 회전 조건 (저속 ∼ 중속 회전역) 에서의 연속 운전이나, 저속 회전과 최고속 회전을 교대로 반복하는 운전 조건인 경우, 베어링 온도는 대개 40 ℃ 이하이고, 윤활유량은 롤링 접촉면 근방의 윤활제이면 충분하다.

그러나, 최고 회전에서의 연속 가공의 경우, 혹은, 회전 수는 낮아도 중절삭 가공을 연속하여 실시하는 경우, 베어링 온도가 40 ℃ 를 상회하는 경우가 있고, 이 경우, 롤링 접촉면의 윤활유가 부족할 우려가 있다. 이 때문에, 액상화점의 하한을 40 ℃ 로 설정함으로써, 이 때에, 베어링 주변의 왁스계 윤활제 (W) 가 액상화되고, 롤링 접촉면에 부족한 윤활유를 보충할 수 있어, 불의의 시이징 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 액상화점을 40 ∼ 60 ℃ 로 하는 것이 보다 바람직하다.

예를 들어, 47 ℃ 의 액상화점을 갖는 왁스계 윤활제 (W) 의 일례로는, 디에스테르유 (디옥틸세바케이트) 가 78.5 질량％, 마이크로크리스탈린 왁스가 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 윤활제 (W) 의 일례로는, 디에스테르유 (디옥틸세바케이트) 가 83 질량％, 마이크로크리스탈린 왁스가 10.5 질량％, 산화 방지제, 극압제, 그 밖의 것을 함유하는 첨가제가 6.5 질량％ 로 이루어지는 것을 들 수 있다.

또한, 25 ℃, 및 60 ℃ 의 액상화점을 갖는 왁스계 윤활제의 기유, 왁스 성분, 첨가제의 성분 비율의 일례는, 액상화점 38 ℃, 및 47 ℃ 에 있어서의 성분 비율에 기초하여, 비례 보간 계산법 등을 이용하여, 표 1 에 나타내는 값으로 추지할 수 있다.

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

그리고, 이 왁스계 윤활제 (W) 를, 도 1 에 나타내는 바와 같은 일반적인 스핀들 장치의 윤활제 공급 장치 (3) 에 반고체 상태인 채로 저장하여, 일정량을 정기적으로 구름 베어링 (2) 에 계속 공급한 결과, 공급로나 배출로의 막힘도 없어, 왁스계 윤활제 (W) 를 안정적으로 구름 베어링에 공급할 수 있다.

윤활제 공급 장치 (3) 는 가열하지 않고, 왁스계 윤활제 (W) 를 반고체상으로 저장하여, 일정량을 반고체상으로 공급관 (4) 에 토출시킨다. 단, 왁스계 윤활제 (W) 를 형성하는 윤활유 및 왁스는 모두 윤활 성분이며, 반고체상인 점에서, 종래의 그리스 조성물용의 윤활제 공급 장치를 그대로 사용할 수 있고, 나아가서는, 반고체상인 채로도 공급관 (4) 및 공급로 (31) 를 유통할 수 있다.

윤활제 공급 장치 (3) 로부터의 왁스계 윤활제 (W) 를 구름 베어링 (2) 의 내부에 공급하기 위해서는, 구름 베어링 (2) 의 외륜 (2a) 에 형성한 보급공 (2b) 을 통하여 액상의 왁스계 윤활제 (W) 를 유입시킬 필요가 있다. 상기한 바와 같이, 윤활제 공급 장치 (3) 로부터의 왁스계 윤활제 (W) 는, 공급관 (4) 및 공급로 (31) 의 내부를 반고체상으로 유통한다. 그러나, 스핀들 장치 (100) 의 가동 중, 구름 베어링 (2) 은 고온이 되어 있어, 상기한 바와 같이 액상화점을 25 ∼ 60 ℃ 로 함으로써, 외륜 (2a) 의 보급공 (2b) 에 연결하는 공급로 (31) 의 선단 근방이 상기 온도보다 충분히 높은 상태에 있고, 이 부분을 통과하는 동안에 왁스계 윤활제 (W) 가 액상으로 변화되어 용이하게 베어링 내부로 유입된다.

구름 베어링 (2) 의 내부에서는 왁스계 윤활제 (W) 는 액상이지만, 증조제를 함유하지 않고, 윤활유 및 왁스의 양방 모두 윤활 성분이기 때문에, 그리스 조성물에 있어서 기유의 비율이 증가한 것과 동일한 상태가 되어, 윤활 성능이 그리스 조성물보다 높아진다. 그 때문에, 1 회당의 보급량을 적게 할 수 있고, 보급 간격도 길게 할 수 있기 때문에, 왁스계 윤활제 (W) 의 소비량을 줄일 수 있고, 윤활제 공급 장치 (3) 에 대한 보충 횟수도 적어져서, 스핀들 장치 (100) 의 운전 코스트를 낮출 수 있다.

윤활 종료 후, 스페이서 (7) 의 회전에 의한 원심력에 의해, 왁스계 윤활제 (W) 는 구름 베어링 (2) 의 옆에 형성된 윤활제 저장 홈 (9) 으로 배출된다. 윤활제 저장 홈 (9) 은 구름 베어링 (2) 의 외부에 있기 때문에 베어링 내부보다 온도가 낮고, 배출된 왁스계 윤활제 (W) 는 다시 반고체상으로 변화되어 하우징 (30) 의 외부로 보내진다. 그리스 조성물에서는 장기간의 사용에 의해 증조제에서 유래하는 잔류물이 윤활제 저장 홈 (9) 에 발생하여 공기의 흐름을 저지하여, 베어링의 온도 상승의 한 요인이 될 수 있다. 그러나, 왁스계 윤활제 (W) 에서는, 구름 베어링 (2) 으로부터 배출된 후에도 어느 정도의 거리까지는 액상인 채로 배출되기 때문에, 이와 같은 문제는 일어나지 않는다.

또한, 왁스계 윤활제 (W) 는, 그리스에 비해 소비량을 줄일 수 있으므로, 배출되는 윤활제에 비해, 윤활제 저장 홈 (9) 의 용적을 충분히 확보할 수 있는 경우, 하우징 외부로 배출할 필요가 없어져, 환경 성능의 관점에서 보다 바람직하다.

또한, 스핀들 장치 (100) 는 다양한 변경이 가능하고, 예를 들어, 하우징 (30) 의 각 외륜 (2a) 의 외측에 나선상으로 냉각로 (10) 를 형성하여 냉각액을 순환시키고, 가동시에 베어링 온도가 40 ∼ 50 ℃ 정도가 되도록 냉각시켜 구름 베어링 (2) 이 시이징되지 않게 하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 구름 베어링 (2) 이나, 모터의 스테이터 (12) 와 로터 (13) 의 발열에 의해 주축 (1) 의 온도도 상승되어, 열 팽창에 의해 회전 정밀도가 저하될 우려가 있기 때문에, 로터 (13) 의 외측에 나선상으로 냉각로 (15) 를 형성하여 냉각액을 순환시켜 냉각시키는 것이 바람직하다. 구름 베어링 (2) 및 주축 (1) 의 냉각에는, 하우징 (30) 의 외부에 설치한 냉각액 공급 장치 (20) 로부터의 공급관 (21) 을, 하우징 (30) 의 내부에서 베어링 냉각용의 공급로 (21a) 와 주축 냉각용의 공급로 (21b) 에 분기하고, 각각에 냉각액을 공급하여 양 공급로 (21a, 21b) 를 순환시킨 후, 배출관 (22) 을 통해서 냉각액 공급 장치 (20) 에 환류시킨다. 또, 구름 베어링용과 주축용으로, 냉각 기구를 각각으로 해도 된다.

그 때, 왁스계 윤활제 (W) 는, 그 조성에 의해 액상화점이 상이하지만, 윤활제 공급 장치 (3) 로부터의 공급로 (31) 를, 냉각로 (10, 15) 의 근방에 배관하고, 냉각로 (10, 15) 의 냉각 온도를 제어함으로써, 다양한 왁스계 윤활제 (W) 를 반고체상으로 공급로 (31) 를 수송시킬 수 있다. 또, 냉각로 (10, 15) 의 냉각 온도에 따라 윤활제 저장 홈 (9) 의 온도도 조정할 수 있어, 다양한 왁스계 윤활제 (W) 에 대해 윤활 후에 반고체상으로 배출할 수 있다.

한편, 본 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 스핀들 장치 (100) 가 조립된 시점, 즉, 길들임 운전 전의 상태에 있어서, 구름 베어링 (2) 의 베어링 공간 (S) 에는, 외륜 (2a) 의 보급공 (2b) 을 포함하여, 왁스계 윤활제 (W) 와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스 (G) 가 봉입되어 있다.

또, 하우징 (30) 의 공급로 (31) 에서는, 보급공 (2b) 에 연결되는 말단부의 공급공 (31a) 이외의 부분에는, 왁스계 윤활제 (W) 가 미리 충전되어 있는 한편, 말단부의 공급공 (31a) 에는, 왁스계 윤활제 (W) 와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스 (G) 가 봉입되어 있다.

여기서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 스핀들 장치 (100) 를 조립할 때의 베어링 장착시에 있어서, 복수의 구름 베어링 (2) 은, 80 ℃ 이하의 범위에서 가온된 상태에서 주축 (1) 에 삽입된다. 그 때, 만일 베어링 공간 (S) 에 왁스계 윤활제 (W) 가 봉입되어 있으면, 왁스계 윤활제 (W) 가 가온에 의해 액상화되어 베어링 (2) 의 외부로 유출되는 것을 생각할 수 있다.

또, 스핀들 장치 (100) 의 조립 후, 초기 단계에서 구름 베어링 (2) 의 길들임 운전을 실시할 때에도, 베어링 공간 (S) 에 왁스계 윤활제 (W) 가 봉입되어 있으면, 만일 베어링 장착시에 유출되지 않고 왁스계 윤활제 (W) 가 잔존하고 있었다고 해도, 전동면 근방의 윤활제의 교반 저항에 의해 상정 이상의 발열도 생각할 수 있고, 마찬가지로, 윤활제의 베어링 (2) 의 외부로의 유출이 우려된다.

한편, 본 실시형태에서는, 종래와 마찬가지로, 베어링 공간 (S) 에는 그리스 (G) 가 봉입되어 있으므로, 베어링 장착시에 구름 베어링 (2) 이 가온되거나, 길들임 운전시에 구름 베어링 (2) 이 발열한 경우에도 그리스 (G) 는 액상화되지 않아, 베어링의 외부로 유출된다는 문제는 발생하지 않는다.

또, 조립 후의 스핀들 장치 (100) 에 있어서, 회전 초기는, 그리스 (G) 가 윤활에 기여하고, 그 후에는, 윤활제 공급 장치 (3) 로부터 미량의 왁스계 윤활제 (W) 가 정기적으로 공급된다. 그리스 (G) 는 윤활 후에는, 구름 베어링 (2) 내로부터 하우징 (30) 으로 배출되어, 서서히 왁스계 윤활제 (W) 로 치환된다. 그 후, 베어링 내부는, 초기의 그리스 (G) 와 왁스계 윤활제 (W) 의 혼합체, 혹은, 왁스계 윤활제 (W) 에 의해서만 윤활된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 스핀들 장치 (100) 에 의하면, 윤활제 공급 장치 (3) 로부터 공급되는 윤활제는, 윤활유와 왁스를 함유하고, 25 ∼ 60 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 액상화점을 초과했을 때의 액상 상태와, 액상화점 이하에서의 반고화 상태 사이를, 가역 변화 가능한 왁스계 윤활제 (W) 이고, 구름 베어링 (2) 의 베어링 공간 (S) 에는, 왁스계 윤활제 (W) 와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스 (G) 가 봉입되어 있다. 이로써, 베어링 장착시나 초기 길들임 운전시의 어느 때에 있어서도 취급성을 유지하면서, 운전시에 있어서도 윤활제 공급 장치 (3) 로부터 구름 베어링 (2) 에 대한 윤활제의 안정 공급을 도모할 수 있다.

또, 왁스계 윤활제의 윤활유와 왁스의 비율은, 양자의 합계량에 대해 왁스가 4 ∼ 40 질량％ 이고, 윤활유가 96 ∼ 60 질량％ 이므로, 액체 상태와 반고체 상태 사이의 가역 변화를 가능하게 함과 함께, 유동성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 적절히, 변형, 개량 등이 가능하다. 그 밖에, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 각 구성 요소의 재질, 형상, 치수, 수, 배치 지점 등은 본 발명을 달성할 수 있는 것이면 임의이며, 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 5(a) 에 나타내는 변형예와 같이, 공급공 (31a) 이 개구되는 하우징 (30) 의 내주면에는, 외륜 (2a) 의 보급공 (2b) 과 연통하는 원주 홈 (16) 이 형성되어도 되고, 혹은, 도 5(b) 에 나타내는 그 밖의 변형예와 같이, 보급공 (2b) 이 개구되는 외륜 (2a) 의 외주면에는, 하우징 (30) 의 공급공 (31a) 과 연통하는 원주 홈 (16a) 이 형성되어도 된다. 이 경우, 원주 홈 (16, 16a) 에는, 그리스 (G) 가 봉입되어 있어도 된다. 혹은, 필요에 따라, 공급공 (31a) 에도 그리스가 아니고, 왁스계 윤활제를 봉입해도 된다.

또, 왁스계 윤활제는, 베어링 근방에서 액상화되어 베어링 내부에 공급되므로, 보급공 (2b) 은, 베어링 내부의 어느 장소에 개구되어 있어도 보급이 적절히 실시되지만, 각 실시형태에서는, 보급공 (2b) 은, 직경 방향에서 보았을 때, 전동체와 오버랩되도록 배치되어 있다. 이 경우, 급지 (給脂) 된 윤활제가 직접 전동체에 부착되기 쉽기 때문에, 보다 윤활 특성을 향상시킬 수 있다.

본 출원은, 2015년 9월 15일 출원의 일본 특허출원 2015-181633 에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

1 : 주축
2 : 구름 베어링
2a : 외륜
2b : 보급공
3 : 윤활제 공급 장치
7 : 스페이서
9 : 윤활제 저장 홈
10, 15 : 냉각로
12 : 스테이터
13 : 로터
20 : 냉각액 공급 장치
21 : 공급관
22 : 배출관
30 : 하우징
31 : 공급로
31a : 공급공
100 : 스핀들 장치
G : 그리스
W : 왁스계 윤활제

Claims (3)

1. 주축과,
   하우징과,
   그 하우징에 대해 상기 주축을 회전 가능하게 지지하는 구름 베어링과,
   상기 하우징에 형성된 공급로를 개재하여 상기 구름 베어링에 윤활제를 공급하는 윤활제 공급 장치를 갖는 스핀들 장치로서,
   상기 윤활제 공급 장치로부터 공급되는 상기 윤활제는, 윤활유와, 왁스를 함유하고, 25 ∼ 60 ℃ 의 온도 범위 내의 소정의 온도인 액상화점을 경계로 하여, 상기 액상화점을 초과했을 때의 액상 상태와, 상기 액상화점 이하에서의 반고화 상태 사이를, 가역 변화 가능한 왁스계 윤활제이며,
   상기 구름 베어링의 베어링 공간에는, 상기 왁스계 윤활제와 친화성 및 침윤성을 갖는 기유 성분을 함유하여 구성되는 그리스가 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀들 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스계 윤활제의 상기 윤활유와 상기 왁스의 비율은, 양자의 합계량에 대해 상기 왁스가 4 ∼ 40 질량％ 이고, 상기 윤활유가 96 ∼ 60 질량％ 인 것을 특징으로 하는 스핀들 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 스핀들 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.

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