JP2008082501A - 転がり軸受の潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受の冷却を兼ねた潤滑油供給が行え、かつ円筒ころ軸受等で、内輪と外輪が軸方向にずれても、潤滑油流入隙間が一定に保持され、潤滑油の安定した微量供給が行えて、攪拌抵抗が小さく、潤滑不足も防止できる転がり軸受の潤滑装置を提供する。
【解決手段】 円筒ころ軸受等の転がり軸受１の内輪２の端面に円周溝６を設け、この円周溝６内に潤滑油を吐出するノズル８を、転がり軸受１の外輪３に隣接する潤滑油導入部材７に設ける。内輪２の外径面には、端面から軌道面２ａ側に近づくに従って大径となる外径斜面２ｃを設ける。内外輪２，３間に介在させた転動体４を保持する環状の保持器５の内径面に、内輪２の外径斜面２ｃに沿ってこの外径斜面２ｃに潤滑油流入隙間δを介して対向する内径斜面５ａを設ける。
【選択図】 図２

Description

この発明は、工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持に用いられる転がり軸受の潤滑装置に関する。

工作機械主軸では加工能率を上げるため、ますます高速化の傾向にある。主軸の高速化に伴い主軸軸受の潤滑も搬送エアに潤滑油を混合して油をノズルより軸受内に噴射するエアオイル給油が多く用いられている。
一般的なエアオイル潤滑は、多量の高圧エアを必要とし、騒音も大きいため、低騒音・省エネ・省資源の目的から、改良型のエアオイル潤滑構造も提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されたエアオイル潤滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面に斜面部を設け、この斜面部に潤滑油流入隙間を持って沿うノズル部材を設けたものである。

エアオイル潤滑は、一般的なエアオイル潤滑に限らず、特許文献１に示されたような改良型のエアオイル潤滑構造でも、軸受の冷却作用が小さく、高速運転すると内外輪温度差が（内輪）＞（外輪）のために予圧過大等を生じさせる欠点がある。

軸受の温度上昇を小さく抑える潤滑方法としては、多量の油を軸受内に噴射し、軸受の潤滑と冷却を同時に行うジェット潤滑があるが、軸受内に入った油による攪拌抵抗によりパワーロスが大きくなる欠点がある。

このため、ジェット潤滑により発熱を低減し、かつ軸受内部に入る潤滑油量を制限することにより、油による攪拌抵抗を小さくした新しいジェット潤滑構造も提案されている（例えば、特許文献２）。

特許文献２などに開示される新ジェット潤滑構造は、外輪側間座等からなる潤滑油導入部材から吐出した潤滑油を、内輪端面に設けた円周溝で受けて内輪の発熱を冷却するものである。冷却後の潤滑油は、大部分が軸受外に排出されるが、少量は軸受潤滑用として潤滑油導入部材と内輪の外径斜面との間に設けた潤滑油流入隙間から、内輪の軌道面に流入する。これにより、軸受内部には少量の潤滑油しか入らず、攪拌抵抗が小さくなり、主軸の駆動トルクも小さくなる。
特開２００２−６１６５７号公報 特開２００５−１８０７０３号公報

しかし、特許文献２などに開示された新ジェット潤滑構造においても、次のような課題がある。すなわち、工作機械主軸用軸受では、主軸の運転中の熱膨張による軸方向の伸びにより、外輪と内輪の軸方向位置にずれが生じる。特に、円筒ころ軸受は、主軸の熱膨張による伸びを許容させる側の支持に用いられており、玉軸受に比べて、工作機械主軸の熱膨張による軸方向伸びによる内輪と外輪間の位置の変化が大きい。

そのため、例えば図１５に示すように、円筒ころ軸受に適用した場合、内輪２と外輪３の位置関係が変化すると、外輪間座からなる潤滑油導入部材７Ｄに設けた鍔状突起７Ｄａと内輪外径斜面２ｃとの間で形成される潤滑油流入隙間δが変化する。
潤滑油流入隙間δが大きくなった場合は、軸受内に流入する潤滑油が増えるため、攪拌抵抗が大きくなり、主軸の駆動トルクも大きくなる。これとは逆に、潤滑油流入隙間δが小さくなった場合は、軸受内に流入する潤滑油が少なくなり、潤滑不足になるか、または潤滑油流入隙間δが無くなって外輪間座からなる潤滑油導入部材７Ｄの鍔状突起７Ｄａと内輪外径斜面部２ｃが接触し、何れも軸受の適正な回転が行えなくなる。
また、上記新ジェット潤滑構造は、外輪間座等からなる潤滑油導入部材７Ｄに、内輪斜面２ｃとの間で潤滑油流入隙間δを形成するための鍔状突起７Ｄａを設けるため、潤滑油導入部材７Ｄの形状に複雑になるという課題がある。

この発明の目的は、軸受の冷却を兼ねた潤滑油供給が行え、かつ内輪と外輪が軸方向にずれても、潤滑油流入隙間が一定に保持されて、潤滑油の安定した微量供給が行え、これにより攪拌抵抗を小さく、軸駆動トルクを小さくでき、潤滑不足も防止でき、また潤滑油導入部材の形状が簡素化できる転がり軸受の潤滑装置を提供することである。

この発明の転がり軸受の潤滑装置は、転がり軸受の内輪の端面に円周溝を設け、この円周溝内に冷却媒体兼用の潤滑油を吐出するノズルを、前記転がり軸受の外輪に隣接する潤滑油導入部材に設け、前記内輪の外径面に、端面から軌道面側に近づくに従って大径となる外径斜面を設け、内外輪間に介在させた転動体を保持する環状の保持器の内径面に、前記内輪の外径斜面に沿ってこの外径斜面に潤滑油流入隙間を介して対向する内径斜面を設けたものである。前記転がり軸受は、内輪鍔付きの円筒ころ軸受であっても良く、その場合に、前記内輪の前記外径斜面を、前記内輪の鍔の外径面に設けても良い。

この構成によると、潤滑油導入部材のノズルから内輪の円周溝に向けて潤滑油が噴出され、内輪の円周溝で受け止められた潤滑油は内輪冷却用として使用されて、遠心力で円周溝の外径側に放出される。そのため、高速運転により軸受の発熱が多くても、十分な冷却効果が得られる。放出された潤滑油の一部は保持器の内径斜面で受けられ、その内径斜面に沿って軸受内へと導かれ軸受潤滑用として使用される。軸受の潤滑としては、攪拌抵抗による発熱やトルク増を考慮すると、必要最小限の油量が好ましく、冷却後の潤滑油を軸受内に導入するためには、少量に絞った油量で十分である。潤滑用に流入する潤滑油は、内輪の外径斜面と保持器の内径斜面の間に形成される潤滑油流入隙間を経て軸受内に導かれるので、潤滑油流入隙間の大きさ等を適宜設計することで、軸受内へ流入する潤滑油の量を容易に制限できる。
特に、この発明の潤滑装置は、内輪の外径斜面に対向して潤滑油流入隙間を形成する内径斜面を保持器に設けたため、転がり軸受で支持される主軸に熱膨張による軸方向の伸びが発生しても、内輪と保持器は一緒に軸方向に移動する。そのため、内輪と外輪の位置が変化する軸受、例えば円筒ころ軸受であっても、内輪の外径斜面と保持器の内径斜面の間に形成される潤滑油流入隙間が一定に保たれ、軸受内へ流入する潤滑油の量を確実に一定量に制限できる。このため、攪拌抵抗が小さくて発熱が抑制され、攪拌抵抗の減少から軸駆動トルクも小さくできる。また、潤滑油流入隙間が小さくなり過ぎることによる潤滑不足も防止できる。
さらに、軸受内へ流入する潤滑油の量を制限する潤滑油流入隙間を、内輪の外径斜面と保持器の内径斜面とで形成するので、潤滑油導入部材の構造が簡略化される。

この発明において、前記内輪の円周溝が、内輪の端面から外径面に渡って形成され、前記内輪の円周溝における外径側開口縁に対して、前記保持器の端面が内輪の軌道面側に位置するものとしても良い。
この構成の場合、内輪の外径斜面に比して保持器の内径斜面が軌道面側に引っ込んだ位置となるため、円周溝から放出された潤滑油は保持器の内径斜面で受け止め難くなる。そのため、軸受内に導入する油量をより確実に制限でき、必要最小限の油量とできる。

この発明において、前記内輪の円周溝が、内輪の端面から外径面に渡って形成され、前記内輪の円周溝における外径側開口縁に対して、前記保持器の端面が内輪の端面側に位置するものとしても良い。
この構成の場合、内輪の外径斜面に比して保持器の内径斜面が突出するので、円周溝から放出された潤滑油は保持器の内径斜面で受け止め易くなり、軸受内に導入する油量をある程度まで増大させることができる。発熱防止よりも十分な潤滑油供給が望まれる使用環境の場合には、この構成が好ましい。

この発明において、前記転がり軸受が、工作機械の主軸軸受として用いられるものであっても良い。工作機械の主軸は、加工能率を上げるために高速化の傾向にあり、その一方で、主軸の熱膨張は、加工精度の向上のために防止することが重要となる。そのため、この発明における軸受の冷却を兼ねた潤滑油供給が行え、かつ潤滑油の安定した微量供給が行えるという効果が有効に発揮される。

この発明の転がり軸受の軸受装置は、転がり軸受の内輪の端面に円周溝を設け、この円周溝内に冷却媒体兼用の潤滑油を吐出するノズルを、前記転がり軸受の外輪に隣接する潤滑油導入部材に設け、前記内輪の外径面に、端面から軌道面側に近づくに従って大径となる外径斜面を設け、内外輪間に介在させた転動体を保持する環状の保持器の内径面に、前記内輪の外径斜面に沿ってこの外径斜面に潤滑油流入隙間を介して対向する内径斜面を設けたため、軸受の冷却を兼ねた潤滑油供給が行え、かつ内輪と外輪が軸方向にずれても、潤滑油流入隙間が一定に保持され、潤滑油の安定した微量供給が行えて、攪拌抵抗が小さく、軸駆動トルクを小さくでき、潤滑不足も防止でき、また潤滑油導入部材の形状が簡素化できるという効果が得られる。
特に、転がり軸受が円筒ころ軸受の場合は、内輪と外輪が軸方向に大きくずれることがあるが、このような場合にも、潤滑油流入隙間が一定に保持され、潤滑油の安定した微量供給が確保できる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１はこの実施形態の転がり軸受の潤滑装置の断面図を示す。この転がり軸受の潤滑装置は、潤滑油導入部材７から転がり軸受１に向けて多量の潤滑油をジェット噴射し、軸受の潤滑と冷却を同時に行うものである。転がり軸受１は、工作機械の主軸軸受として用いられるものであって、図２に拡大して示すように、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在させた転動体である複数の円筒ころ４とを有する円筒ころ軸受である。これら円筒ころ４は、環状の保持器５により、円周方向に所定間隔を隔てて、この保持器５に設けられた各ポケット５ｃ内で保持されている。外輪３は鍔無しであり、図示しない軸受箱内に固定される。

内輪２は、軌道面２ａの両側に鍔２ｂ，２ｂを有する鍔付き内輪であり、主軸２５の外径面に嵌合する。内輪２の一端面には円周溝６が設けられる。この円周溝６は、内輪２の端面から外径面にわたって形成される。内輪２の外径面には、端面から軌道面２ａ側に近づくに従って大径となる外径斜面２ｃが設けられている。具体的には、前記外径斜面２ｃは、内輪２の鍔２ｂの外径面に設けられる。この外径斜面２ｃは、鍔２ｂの外径面のうちの、内輪端面側は端縁まで、鍔内面側は円筒面部分が端部に残る範囲で設けられている。内輪２の円周溝６を有する端面側は内輪間座３０により位置決めされる。

潤滑油導入部材７は、転がり軸受１の内輪２の円周溝６が設けられた端面側で外輪３に隣接して配置される外輪位置決め間座であって、軸受箱内に固定される。潤滑油導入部材７には、放出潤滑油規制部材１５が組み合わせてある。
潤滑油導入部材７には、転がり軸受１の内輪２の円周溝６に潤滑油を吐出するノズル８と、潤滑油導入部材７の外径面から内径側に向けて延び前記ノズル８に連通する給油路９とが形成されている。ノズル８は、その吐出口が軸心側に向く傾斜角度とされている。この実施形態では、ノズル８の傾斜角に合わせて、内輪２の円周溝６も傾斜させてあるが、円周溝６は内輪２の端面に対して垂直な溝としても良い。

潤滑油導入部材７のノズル８は、図３（Ａ），（Ｂ）に断面図および正面図で示すように、潤滑油導入部材７の円周方向の等配位置に複数個（ここでは３個）が分配して設けられている。潤滑油導入部材７は、環状本体７ａと、この環状本体７ａの円周方向の等配位置で内径側に突出した複数のノズル形成突部７ｂとでなり、各ノズル形成突部７ｂに前記ノズル８が設けられている。前記給油路９は、環状本体７ａの外径面に設けられた給油路環状溝部９ａと、この給油路環状溝部９ａの底面から各ノズル形成突部７ｂの周方向位置で内径側に延びる給油路個別孔部９ｂとでなる。給油路個別孔部９ｂの先端にノズル８が連通する。

潤滑油導入部材７の円周方向の１カ所には、転がり軸受１の内部に供給された潤滑油を外部に排出する排油口１０が設けられている。排油口１０は、潤滑油導入部材７の環状本体７ａの端部に設けられた切欠状部とされているが、環状本体７ａの幅方向の中間に位置する貫通孔として形成しても良い。

図２において、放出潤滑油規制部材１５は、潤滑油導入部材７のノズル８から吐出されて外径側に放出された潤滑油が飛散することを規制する部材であり、転がり軸受１側に開口した断面溝形のリング部材とされている。潤滑油導入部材７のノズル形成突部７ｂは環状本体７ａにおける軸受側に偏った位置に設けられており、放出潤滑油規制部材１５は、環状本体７ａにおけるノズル形成突部７ｂの背面に隣接して、環状本体７ａの内径面に嵌合状態に取付けられている。

保持器５は、幅方向中間の円周方向複数箇所にポケット５ｃが形成された窓型保持器である。保持器５の内径面には、内輪２における円周溝６の形成側の外径斜面２ｃに沿ってこの外径斜面２ｃに微小な潤滑油流入隙間δを介して対向する内径斜面５ａが設けられている。この内径斜面５ａは、内輪２の外径斜面２ｃと平行であり、潤滑油流入隙間δは軸方向の各部の隙間寸法が一定とされている。
保持器５の、潤滑油導入部材７の配置側に向く端面は、内輪２の円周溝６における外径側開口縁に対して、内輪２の軌道面２ａ側に位置させてある。換言すれば、この保持器５の端面は、円周溝６の外径側開口縁よりも内側に引っ込んでいる。

この構成の転がり軸受の潤滑装置によると、潤滑油導入部材７の外径側から給油路９を経て導入された冷却媒体兼用の潤滑油が、ノズル８から内輪２の円周溝６に向けて噴出される。内輪２の円周溝６で受け止められた潤滑油は内輪冷却用に使用され、遠心力で円周溝６の外径側に放出される。放出された潤滑油の一部は、保持器５の内径斜面５ａで受けられ、内径斜面５ａに沿って軸受内へと導かれて、軸受潤滑用として使用された後に外部へと排出される。潤滑油は円周溝６の外径側へ放出され、軸受内への油の過剰流入が防止される。
円周溝６の外径側へ放出される大部分の潤滑油は、排出油として潤滑油導入部材７の排油口１０から外部へと排出される。図１には、潤滑油の流れを矢印で示している。
転がり軸受１では、転動体である円筒ころ４の直下で発熱が大きいが、円周溝６の形成によって熱源に近い位置で潤滑油により冷却されることになるため、冷却効果が向上する。このため、冷却効果の向上の観点からは、内輪２の円周溝６は深く形成して熱源に近づけるのが好ましい。

軸受潤滑に使用する潤滑油量は、攪拌抵抗を考慮すると必要最小限の油量とするのが好ましく、冷却に使用した後の潤滑油を少量に絞ったものを軸受内に導入すれば十分である。そこで、この実施形態では、内輪２の円周溝６における外径側開口縁に対して、保持器５の端面を軌道面２ａ側に引っ込めることで、円周溝６から放出された潤滑油を保持器５の内径斜面５ａで受け止め難くし、軸受内に導入する油量をより確実に制限するようにしている。保持器５の端面を円周溝６の開口縁よりも引っ込めていても、円周溝６から放出された潤滑油の一部は、内輪２の回転に伴う遠心力と表面張力により、内輪２の外径斜面２ｃに沿って軌道面２ａ側へ導かれる。このとき、保持器５の内径斜面５ｃが被さって潤滑油流入隙間δを構成するため、外径斜面２ｃの途中で遠心力により外径側へ潤滑油が飛ばされることが回避される。潤滑油流入隙間δは、その隙間寸法によって、潤滑油の流入量を制限する機能も奏する。

この実施形態では、保持器５の内径斜面５ａと内輪２の外径斜面２ｃとの間に形成される潤滑油流入隙間δを小さく設定することで、円周溝６から放出された潤滑油が軸受内に入り難くしている。そのため、必要最小限の潤滑油しか軸受内に入らず軸受の攪拌抵抗を小さくすることができ、これにより主軸２５の駆動トルクを小さくすることができる。

上記のように、潤滑油流入隙間δの大きさは、軸受内の潤滑油の流入量に影響し、隙間寸法が変動すると、軸受内への潤滑油の安定した流入が行えなくなる。
高速運転時の主軸２５に熱膨張による軸方向の伸びが発生した場合、円筒ころ軸受では内輪２と外輪３の軸方向位置がずれるため、このずれによって上記潤滑油流入隙間δが変動する構成であると、安定した潤滑が行えない。しかし、この実施形態では、保持器５に潤滑油流入隙間δを形成する内径斜面５ａを形成しており、高速運転時の主軸２５に熱膨張による軸方向の伸びが発生しても、内輪２と保持器５は一緒に軸方向へ移動する。このため、保持器５の内径斜面５ａと内輪２の外径斜面２ｃとの間に形成される潤滑油流入隙間δは一定に保たれ、軸受内へ流入する潤滑油の量を確実に一定量に制限することができる。
また、軸受内へ流入する潤滑油の量を制限する潤滑油流入隙間δを、内輪２の外径斜面２ｃと保持器５の内径斜面５ａとで形成することから、潤滑油導入部材７に、従来のように隙間形成用の鍔を設ける必要がなく、潤滑油導入部材７の形状が簡素化される。

図４は、この発明の他の実施形態（第２の実施形態）を示す。この実施形態は図１の実施形態における転がり軸受１としてアンギュラ玉軸受を用いている。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。アンギュラ玉軸受の場合、主軸の熱膨張による内輪２と外輪３との軸方向位置のずれは殆ど生じないが、アンギュラ玉軸受に適用した場合においても、円筒ころ軸受に適用した第１の実施形態と同様の各作用，効果が得られる。

図５は、この発明のさらに他の実施形態（第３の実施形態）を示す。この実施形態は図１の実施形態における内輪２の両端面に円周溝６を設けると共に、外輪３の軸方向の両側に隣接して潤滑油導入部材７をそれぞれ設けている。
保持器５の一端部側（図中の左側）には、内輪２の外径斜面２ｃに微小な潤滑油流入隙間δを介して対向する内径斜面５ａが設けられている。保持器５の他端部側（図中の右側）では、内径面を内輪２の外径斜面２ｃに沿う内径斜面５ａとせず、内輪２の外径斜面２ｃとの間に潤滑油流入隙間δを形成していない。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
このように、転がり軸受１の両側に潤滑油導入部材７を配置して、転がり軸受１の両側から潤滑油を供給することで、より均一に内輪２を冷却できる。潤滑については、内輪２の一端面側の円周溝６に噴出された潤滑油だけが軸受内に導入されるので、転がり軸受１の左右に潤滑油導入部材７，７を配置した構成であっても、軸受内へ導入される潤滑油の油量は増大しない。そのため微量供給が行い易い。

図６は、この発明のさらに他の実施形態（第４の実施形態）を示す。この実施形態は図１の実施形態において、保持器５の潤滑油導入部材７側に向く端面を、内輪２の円周溝６における外径側開口縁に対して、内輪２の端面側に突出するように位置させたものである。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
このように、保持器５の潤滑油導入部材７側に向く端面を、内輪２の円周溝６における外径側開口縁に対して、内輪２の端面側に突出させた場合、円周溝６から放出された潤滑油を保持器５の内径斜面５ａで受け止め易くなり、軸受内に導入する油量をある程度まで増大させることができる。工作機械主軸の支持では、一般的には発熱防止等のために、前記のように微量潤滑とすることが望ましいが、発熱防止よりも十分な潤滑油供給が望まれる場合があり、このような使用環境の場合には、この実施形態の構成が好ましい。

図７（Ａ），（Ｂ）は、この発明のさらに他の実施形態（第５の実施形態）における転がり軸受１の保持器５の断面図および正面図を示す。この実施形態は、図６の実施形態において、保持器５の内径斜面５ａに、軸方向に延びる複数の油導入用溝５ｂを設けたものである。その他の構成は図６の実施形態の場合と同様であり、ここでは図示を省略している。
このように、保持器５の内径斜面５ａに複数の油導入溝５ｂを設けた場合、内輪２の円周溝６から放出された潤滑油を保持器５の内径斜面５ａから軸受内にさらに導入し易くなるので、図６の実施形態に比べてより多くの潤滑油を軸受内に導入することができる。

図８ないし図１０は、この発明のさらに他の実施形態（第６の実施形態）を示す。この実施形態は、図１ないし図３と共に前述した実施形態における内輪２を、内輪本体である内輪２Ａと、内輪端部構成部品である内輪間座１２との２つの部材に分割したものである。特許請求の範囲で言う「内輪」は、図８〜図１０の実施形態における内輪２Ａと内輪間座１２とを併せたものであるが、説明の便宜上、この実施形態では、上記内輪本体を内輪２Ａと称し、内輪端部構成部品を内輪間座１２と称する。なお、図１１〜図１３に示す各実施形態も、図８ないし図１０に示す実施形態と同じく、内輪２を内輪本体である内輪２Ａと、内輪端部構成部品である内輪間座１２との２つの部材に分割したものである。

図８の実施形態の転がり軸受の潤滑装置は、潤滑油導入部材７から転がり軸受１に向けて多量の潤滑油をジェット噴射し、軸受の潤滑と冷却を同時に行うものである。転がり軸受１は、工作機械の主軸軸受として用いられるものであって、図９に拡大して示すように、内輪２Ａと、外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在させた転動体である複数の円筒ころ４とを有する円筒ころ軸受である。これら円筒ころ４は、環状の保持器５により、円周方向に所定間隔を隔てて、この保持器５に設けられた各ポケット５ｃ内で保持されている。外輪３は鍔無しであり、図示しない軸受箱内に固定される。

内輪２Ａは、軌道面２ａの両側に鍔２ｂ，２ｂを有する鍔付き内輪であり、主軸２５の外径面に嵌合する。内輪２Ａは、その軸方向幅を外輪３よりも狭めたものとされる。具体的には、内輪２Ａの一端面を外輪３の同じ側の端面よりも軸受内に後退させることで、内輪２Ａの軸方向幅が外輪３よりも狭めたものとされている。この内輪２Ａの軸方向幅を狭めた端面側には、狭めた部分に対応する幅の内輪間座１２が設けられ、この内輪間座１２の内輪非隣接側の端面に円周溝６が設けられる。この円周溝６は、内輪間座１２の端面から外径面にわたって形成される。また、内輪間座１２の外径面には、内輪２Ａの軌道面２ａ側に近づくに従って大径となる外径斜面１２ａが設けられている。内輪２Ａの鍔２ｂの外径面は円筒面とされるが、この実施形態では、内輪２Ａの外径面の一部に、内輪間座１２の外径斜面１２ａに続く外径斜面を設けている。なお、内輪間座１２の円周溝６を有する端面側は別の内輪間座３０により位置決めされる。

潤滑油導入部材７は、転がり軸受１の内輪間座１２の円周溝６が設けられた端面側で外輪３に隣接して配置される外輪位置決め間座であって、軸受箱内に固定される。潤滑油導入部材７には、放出潤滑油規制部材１５が組み合わせてある。
潤滑油導入部材７には、内輪間座１２の円周溝６に潤滑油を吐出するノズル８と、潤滑油導入部材７の外径面から内径側に向けて延び前記ノズル８に連通する給油路９とが形成されている。ノズル８は、その吐出口が軸心側に向く傾斜角度とされている。この実施形態ではノズル８の傾斜角に合わせて、内輪間座１２の円周溝６も傾斜させてあるが、円周溝６は内輪間座１２の端面に対して垂直な溝としても良い。

潤滑油導入部材７のノズル８は、図１０（Ａ），（Ｂ）に断面図および正面図で示すように、潤滑油導入部材７の円周方向の等配位置に複数個（ここでは３個）が分配して設けられている。潤滑油導入部材７は、環状本体７ａと、この環状本体７ａの円周方向の等配位置で内径側に突出した複数のノズル形成突部７ｂとでなり、各ノズル形成突部７ｂに前記ノズル８が設けられている。前記給油路９は、環状本体７ａの外径面に設けられた給油路環状溝部９ａと、この給油路環状溝部９ａの底面から各ノズル形成突部７ｂの周方向位置で内径側に延びる給油路個別孔部９ｂとでなる。給油路個別孔部９ｂの先端にノズル８が連通する。

潤滑油導入部材７の円周方向の１カ所には、転がり軸受１の内部に供給された潤滑油を外部に排出する排油口１０が設けられている。排油口１０は、潤滑油導入部材７の環状本体７ａの端部に設けられた切欠状部とされているが、環状本体７ａの幅方向の中間に位置する貫通孔として形成しても良い。

図９において、放出潤滑油規制部材１５は、潤滑油導入部材７のノズル８から吐出されて外径側に放出された潤滑油が飛散することを規制する部材であり、転がり軸受１側に開口した断面溝形のリング部材とされている。潤滑油導入部材７のノズル形成突部７ｂは環状本体７ａにおける軸受側に偏った位置に設けられており、放出潤滑油規制部材１５は、環状本体７ａにおけるノズル形成突部７ｂの背面に隣接して、環状本体７ａの内径面に嵌合状態に取付けられている。

保持器５は、幅方向中間の円周方向複数箇所にポケット５ｃが形成された窓型保持器である。保持器５の内径面には、内輪間座１２の外径斜面１２ａに沿ってこの外径斜面１２ａに微小な潤滑油流入隙間δを介して対向する内径斜面５ａが設けられている。この内径斜面５ａは、内輪２Ａの外径斜面２ｃと平行であり、潤滑油流入隙間δは軸方向の各部の隙間寸法が一定とされている。
保持器５の、潤滑油導入部材７の配置側に向く端面は、内輪間座１２の円周溝６における外径側開口縁に対して、内輪２Ａの軌道面２ａ側に位置させてある。換言すれば、この保持器５の端面は、円周溝６の外径側開口縁よりも内側に引っ込んでいる。

この構成の転がり軸受の潤滑装置によると、潤滑油導入部材７の外径側から給油路９を経て導入された冷却媒体兼用の潤滑油が、ノズル８から内輪間座１２の円周溝６に向けて噴出される。内輪間座１２の円周溝６で受け止められた潤滑油は内輪冷却用に使用され、遠心力で円周溝６の外径側に放出される。放出された潤滑油の一部は、保持器５の内径斜面５ａで受けられ、内径斜面５ａに沿って軸受内へと導かれて、軸受潤滑用として使用された後に外部へと排出される。潤滑油は円周溝６の外径側へ放出され、軸受内への油の過剰な流入が防止される。
円周溝６の外径側へ放出される大部分の潤滑油は、排出油として潤滑油導入部材７の排油口１０から外部へと排出される。図８には、潤滑油の流れを矢印で示している。
転がり軸受１では、転動体である円筒ころ４の直下で発熱が大きいが、円周溝６の形成によって熱源に近い位置で潤滑油により冷却されることになるため、冷却効果が向上する。このため、冷却効果の向上の観点からは、内輪間座１２の円周溝６は深く形成して熱源に近づけるのが好ましい。

軸受潤滑に使用する潤滑油量は、攪拌抵抗を考慮すると必要最小限の油量とするのが好ましく、冷却に使用した後の潤滑油を少量に絞ったものを軸受内に導入すれば十分である。そこで、この実施形態では、内輪間座１２の円周溝６における外径側開口縁に対して、保持器５の端面を軌道面２ａ側に引っ込めることで、円周溝６から放出された潤滑油を保持器５の内径斜面５ａで受け止め難くし、軸受内に導入する油量をより確実に制限するようにしている。保持器５の端面を円周溝６の開口縁よりも引っ込めていても、円周溝６から放出された潤滑油の一部は、内輪間座１２の回転に伴う遠心力と表面張力により、内輪間座１２の外径斜面１２ａに沿って軌道面２ａ側へ導かれる。このとき、保持器５の内径斜面５ｃが被さって潤滑油流入隙間δを構成するため、外径斜面２ｃの途中で遠心力により外径側へ潤滑油が飛ばされることが回避される。潤滑油流入隙間δは、その隙間寸法によって、潤滑油の流入量を制限する機能も奏する。

この実施形態では、保持器５の内径斜面５ａと内輪間座１２の外径斜面１２ａとの間に形成される潤滑油流入隙間δを小さく設定することで、円周溝６から放出された潤滑油が軸受内に入り難くしている。そのため、必要最小限の潤滑油しか軸受内に入らず軸受の攪拌抵抗を小さくすることができ、これにより主軸２５の駆動トルクを小さくすることができる。

上記のように、潤滑油流入隙間δの大きさは、軸受内の潤滑油の流入量に影響し、隙間寸法が変動すると、軸受内への潤滑油の安定した流入が行えなくなる。
高速運転時の主軸２５に熱膨張による軸方向の伸びが発生した場合、円筒ころ軸受では内輪２Ａと外輪３の軸方向位置がずれるため、このずれによって上記潤滑油流入隙間δが変動する構成であると、安定した潤滑が行えない。しかし、この実施形態では、保持器５に潤滑油流入隙間δを形成する内径斜面５ａを形成しており、高速運転時の主軸２５に熱膨張による軸方向の伸びが発生しても、内輪２Ａおよび内輪間座１２と保持器５は一緒に軸方向へ移動する。このため、保持器５の内径斜面５ａと内輪間座１２の外径斜面１２ａとの間に形成される潤滑油流入隙間δは一定に保たれ、軸受内へ流入する潤滑油の量を確実に一定量に制限することができる。
また、ノズル８から吐出された潤滑油を受ける円周溝６を内輪間座１２に設けたため、内輪２Ａは標準軸受に対して幅狭に加工するだけで良く、加工が簡単である。円周溝６を形成した内輪間座１２が必要となるが、軌道面２ａを有する内輪２Ａと異なり、内輪間座１２に円周溝６を加工することは簡単である。
なお、内輪２Ａの冷却は、内輪間座１２と内輪２Ａとの接触面を介した熱伝達による冷却となるが、内輪間座１２は強度上の要求が少なくため、鋼材に変えて熱吸収し易いアルミニウムとして冷却性を高めることも可能である。

図１１は、この発明のさらに他の実施形態（第７の実施形態）を示す。この実施形態は図８の実施形態における転がり軸受１としてアンギュラ玉軸受を用いている。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。アンギュラ玉軸受の場合、主軸の熱膨張による内輪２Ａと外輪３との軸方向位置のずれは殆ど生じないが、アンギュラ玉軸受に適用した場合においても、円筒ころ軸受に適用した第１の実施形態と同様の各作用，効果が得られる。

図１２は、この発明のさらに他の実施形態（第８の実施形態）を示す。この実施形態は図８の実施形態における内輪２Ａの両端面を外輪３の両端面よりも軸受内側に後退させることで内輪２Ａの軸方向幅を狭め、この狭めた部分に対応する幅の内輪間座１２を内輪２Ａの両端面にそれぞれ隣接して設け、これら２つの内輪間座１２の内輪非隣接側の各端面に円周溝６を設けると共に、外輪３の軸方向の両側に隣接して潤滑油導入部材７をそれぞれ設けている。
保持器５の一端部側（図中の左側）の内径面には、内輪間座１２の外径斜面１２ａに沿ってこの外径斜面１２ａに微小な潤滑油流入隙間δを介して対向する内径斜面５ａが設けられている。保持器５の他端部側（図中の右側）では、内径面を内輪間座１２の外径斜面１２ａに沿う内径斜面５ａとせず、内輪間座１２の外径斜面１２ａとの間に潤滑油流入隙間δを形成しないものである。その他の構成は図８の実施形態の場合と同様である。
このように、転がり軸受１の両側に潤滑油導入部材７を配置して、転がり軸受１の両側から潤滑油を供給することで、より均一に内輪２Ａを冷却できる。潤滑については、内輪２Ａの一端面側の円周溝６に噴出された潤滑油だけが、軸受内に導入されるため、転がり軸受１の左右に潤滑油導入部材７，７を配置した構成であっても、軸受内へ導入される潤滑油の油量は増大しない。そのため微量供給が行い易い。

図１３は、この発明のさらに他の実施形態（第９の実施形態）を示す。この実施形態は図１の実施形態において、保持器５の潤滑油導入部材７側に向く端面を、内輪間座１２の円周溝６における外径側開口縁に対して、潤滑油導入部材７に突出するように位置させたものである。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
このように、保持器５の潤滑油導入部材７側に向く端面を、内輪間座１２の円周溝６における外径側開口縁に対して突出させた場合、円周溝６から放出された潤滑油を保持器５の内径斜面５ａで受け止め易くなり、軸受内に導入する油量をある程度まで増大させることができる。工作機械主軸の支持では、一般的には発熱防止等のために、前記のように微量潤滑とすることが望ましいが、発熱防止よりも十分な潤滑油供給が望まれる場合があり、このような使用環境の場合には、この実施形態の構成が好ましい。

なお、上記各実施形態では、転がり軸受１として円筒ころ軸受やアンギュラ玉軸受を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、この発明は、種々の形式の転がり軸受の潤滑に適用可能である。

図１４は、この発明の上記いずれかの実施形態に係る転がり軸受の潤滑剤装置を備えた高速スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置２４は工作機械に応用されるものであり、主軸２５の前側（加工側）端部に工具またはワークのチャックが取付けられる。主軸２５は、軸方向に離れた複数（ここでは３つ）の転がり軸受１により支持されている。ここでは、主軸２５の前側端部が図４に示したアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受１により、主軸２５の後ろ側が、例えば図１に示した円筒ころ軸受からなる転がり軸受１によりそれぞれ支持されている。各転がり軸受１の内輪２は主軸２５の外径面に嵌合し、外輪３は軸受箱２６の内径面に嵌合している。主軸前側の転がり軸受１については、その内輪２が主軸２５の段面２５ａにより、外輪３が外輪位置決め間座２０を介して押さえ蓋２８Ａにより、軸受箱２６内に固定されている。主軸後ろ側の転がり軸受１については、その内輪２が内輪位置決め間座２７により、外輪３が外輪位置決め間座２０を介して押さえ蓋２８Ｂにより、軸受箱２６内に固定されている。軸受箱２６は、内周軸受箱２６Ａと外周軸受箱２６Ｂの二重構造とされ、内外の軸受箱２６Ａ，２６Ｂ間に冷却溝２９が形成されている。転がり軸受１の外輪３の片側側面にはそれぞれ潤滑油導入部材７が配置され、主軸前後部の潤滑油導入部材７，７間に内周軸受箱２６Ａが介在している。主軸前後部の転がり軸受１の内輪２，２間には内輪間座３０が介在している。主軸２５の後端部には、内輪位置決め間座２７に押し当てて転がり軸受１を固定する軸受固定ナット３１が螺着されている。

前記押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには、転がり軸受１をジェット潤滑する場合の供給源である冷却油供給装置３２から冷却された潤滑油を導入する冷却油導入孔３３がそれぞれ設けられている。これら冷却油導入孔３３は、内周軸受箱２６Ａに設けられた冷却油供給路３４に連通し、この冷却油供給路３４が潤滑油導入部材７の給油路９に連通している。冷却油供給装置３２からの給油路は、外周軸受箱２６Ｂの冷却油導入孔４３から軸受箱２６内の冷却溝２９に連通する第１の給油路３８と、油ろ過器４０および圧力調整弁４１を経て押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂの冷却油導入孔３３に連通する第２の給油路３９とに分岐される。軸受箱２６内の冷却溝２９に供給されて軸受箱２６の冷却に使用された排油は、外周軸受箱２６Ｂの排油導出孔４４から冷却油供給装置３２へと回収される。また、押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには排油孔３５が設けられ、これら排油孔３５は内周軸受箱２６Ａに設けられた排油路３６から潤滑剤油導入部材７の排油口１０に連通しており、軸受冷却に使用された排油が排油口１０→排油路３６→排油孔３５→排油ポンプ３７を経て冷却油供給装置３２に回収される。

このように構成されたスピンドル装置２４では、上記した転がり軸受の潤滑装置を組み込んでいるので、転がり軸受１内への給油による攪拌抵抗が小さく主軸２５の駆動トルクを小さくでき、高速化および温度上昇低減が可能となる。
なお、このスピンドル装置２４は、第１の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置を適用した場合につき説明したが、他のいずれかの実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置を用いても良い。

この発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の断面図である。 同潤滑装置の部分拡大断面図である。 （Ａ）は同潤滑装置における潤滑油導入部材の断面図、（Ｂ）は同潤滑油導入部材の正面図である。 この発明の他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置における保持器の断面図、（Ｂ）は同保持器の正面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置を示す断面図である。 同潤滑装置の部分拡大断面図である。 （Ａ）は同潤滑装置における潤滑油導入部材の断面図、（Ｂ）は同潤滑油導入部材の正面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 この発明の転がり軸受の潤滑装置を備えたスピンドル装置を示す断面図である。 提案例にかかる転がり軸受の潤滑装置を示す部分断面図である。

符号の説明

１…転がり軸受
２…内輪
２ｃ…外径斜面
３…外輪
４…円筒ころ（転動体）
５…保持器
５ａ…内径斜面
６…円周溝
δ…潤滑油流入隙間

Claims (5)

1. 転がり軸受の内輪の端面に円周溝を設け、この円周溝内に冷却媒体兼用の潤滑油を吐出するノズルを、前記転がり軸受の外輪に隣接する潤滑油導入部材に設け、前記内輪の外径面に、端面から軌道面側に近づくに従って大径となる外径斜面を設け、内外輪間に介在させた転動体を保持する環状の保持器の内径面に、前記内輪の外径斜面に沿ってこの外径斜面に潤滑油流入隙間を介して対向する内径斜面を設けた転がり軸受の潤滑装置。
2. 請求項１において、前記転がり軸受が、内輪鍔付きの円筒ころ軸受であり、前記内輪の前記外径斜面を、前記内輪の鍔の外径面に設けた転がり軸受の潤滑装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記内輪の円周溝が、内輪の端面から外径面に渡って形成され、前記内輪の円周溝における外径側開口縁に対して、前記保持器の端面が内輪の軌道面側に位置する転がり軸受の潤滑装置。
4. 請求項１または請求項２において、前記内輪の円周溝が、内輪の端面から外径面に渡って形成され、前記内輪の円周溝における外径側開口縁に対して、前記保持器の端面が内輪の端面側に位置する転がり軸受の潤滑装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記転がり軸受は、工作機械の主軸軸受として用いられるものである転がり軸受の潤滑装置。

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