3		볼베어링

사업구분

소재부품패키지형

과제유형

■ 제품개발형(혁신제품형)

산업기술분류

대분류

기계·소재

중분류

정밀생산기계

소분류

기타 정밀생산기계 관련 기술

과제명

공작기계 스핀들용 고속 볼베어링 기술 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 볼 베어링은 자동차, 산업기계, 공작기계, 발전설비, 모터 등 다양한 회전체에 사용되고 있으며 전략물자 통제 품목임

- 정밀도 기준으로 ISO 492(공차등급 P4) 이하이며 이는 공작기계용 스핀들에 가장 많이 사용되는 정밀도 등급임

- 일본 White-list 배제의 영향으로 P5 이상의 보통 등급도 포함될 가능성 있음

- 현재 P4급 이상의 공작기계 스핀들용 베어링은 전량 수입하고 있으며, 특히 일본 의존도가 32.8%로 가장 높음

ㅇ (필요성) 고속 볼 베어링 기술은 선진국 대비 63.3% 수준으로 매우 취약

- 공작기계 스핀들 시장을 일본이 선도함에 따라 핵심 부품인 고속 볼 베어링 또한 일본 베어링 업체에서 시장을 선점함. 국내에서도 일본 베어링 적용을 선호함에 따라 20,000rpm 이상의 고속 회전에 적합한 볼 베어링 기술 개발이 필수임

- 고속에 적합한 베어링 내/외륜 설계 기술 외 고속용 플라스틱 케이지 설계 및 제작 기술이 요구됨

- 베어링은 다양한 조건에서 수요자의 요구에 따라 설계 및 생산하여야 하며 수요기업의 실증을 통한 신뢰성 검증이 필요함

- (특허분석) 일본 NSK社가 보유한 공작기계 볼 베어링 기술(컴팩트한 구성 및 동력을 경감하여 에너지를 저감하는 기술)과 관련하여, 이를 반영한 베어링 공간 소형화 기술개발 전략 필요

ㅇ 국내외 시장현황

- P4 이상의 정밀 베어링 시장은 기술선진국 일부 기업(NSK(일본), NTN(일본), SKF(스웨덴), 셰플러(독일))들에 의해 선도되고 있으며, 매출액 역시 이들 기업에 의해 독과점 상태에 이르고 있음

- 국내 볼 베어링 수입액은 연간 4,125억원이며, JTEKT, NSK, NTN(이상 일본) 등은 해외 기업에 비해 거리적 이점과 성능 대비 저렴한 가격으로 연간 수입액 중 대일 의존도 32.8%로 높은 품목임

- 국내 공작기계 생산구모는 5조원 정도이고, 이 중 머시닝센터는 약 1조 5천억원으로 추정되며, 머시닝센터용 스핀들 베어링은 주로 7008번(내경40mm)~7020번(내경100mm)을 사용

2. 개발내용 및 목표

ㅇ 최종목표 : 공작기계 고속 스핀들에 적합한 볼 베어링 설계 및 제작 기술 개발

(TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 시스템을 고려한 복합적인 제품 설계 및 신뢰성 평가를 실시

- 고속 회전에 적합한 베어링의 설계, 특수 열처리, 고속용 케이지 기술 개발

ㅇ 개발내용

- 트라이볼로지를 기반으로 윤활 및 마찰 거동을 통한 베어링 최적화 설계 기술

- 강도 및 마찰 특성을 고려하여 고속에서 기존 케이지 대비 동등 또는 우수한     성능을 가지는 고속 플라스틱 케이지 기술 개발

- 장수명, 고신뢰성 및 고속에 적합한 고온/내마모성을 고려한 특수열처리 기술 개발

- 단품의 신뢰성 확보를 위한 신뢰성 시험 방법 개발

- 베어링 신뢰성 시험 및 실증을 위한 모듈 시험

- 고속 스핀들용 베어링(앵귤러 콘택트 베어링, 7009시리즈) 제작

- 개발된 베어링을 실증하기 위한 정밀 빌트인 스핀들 제작

* 소형 머시닝센터에 범용적으로 적용이 가능한 BT30급, HSK-E40급

- 스핀들 기본 성능테스트 및 신뢰성 테스트

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	L10 수명	Hr	5,000	3,000	5,000 (일본/NSK)
2	치수 정밀도 등급	-	P4급	P5급	P2급 (일본/NSK)
3	스핀들 열변위	μm	10	15	10 (일본/NSK)
4	스핀들 회전속도 (그리스 윤활)	rpm	21,000	21,000	21,000 (일본/NSK)
5	스핀들 회전정밀도	μm	3	5	3 (일본/NSK)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 28개월 이내(1차년도 : 6개월, 2차년도 : 10개월, 3차년도 : 12개월)

* 1차년도 과제 수행기간 : 2019년 9월 1일 ~ 2020년 2월 29일(6개월)

ㅇ 정부출연금 : ’19년 7억원 이내(6개월)(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한 없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 : 징수