JP2008240946A - 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、軸受内に入る潤滑油量を制限して潤滑油の攪拌抵抗を小さくすることができ、転がり軸受の内輪に難しい加工をする必要が無い転がり軸受の潤滑装置を提供する。
【解決手段】 転がり軸受１の内輪２の端面Ｆ１に接する内輪間座２１Ａを設ける。内輪間座２１Ａの内輪２に対する反対側の端面から外径面に渡って、内輪間座２１Ａの全周に続く円周溝６を設ける。円周溝６内に、軸受冷却媒体を兼ねる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の外径面および内輪間座２１Ａの外径面に互いに連続して、円周溝６内の潤滑油を内輪２および内輪間座２１Ａの回転による遠心力と表面張力とで内輪２の軌道面２ａへ導く斜面部２１Ａａ，２ｂを設ける。潤滑油導入部材７に、内輪間座２１Ａの斜面部２１Ａａの全周に被さって斜面部２１Ａａとの間に潤滑油の流れる隙間δを形成する被さり部７ｃ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。

工作機械用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、主軸軸受ではトルクと発熱量が増加する。これに対処するために、多量の油を軸受内に噴射することで軸受の潤滑と冷却を同時に行うジェット潤滑が用いられている。しかし、このジェット潤滑は、一般的に、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。

そこで、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が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示される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から吐出した潤滑油を、内輪の端面に設けた円周溝で受けて内輪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、一部が軸受潤滑用として、潤滑油導入部材と内輪の外径斜面との間に設けた隙間から、内輪の軌道面に流入する。つまり、軸受の潤滑に必要な少量の潤滑油しか軸受内部には入らない。このため、攪拌抵抗が小さくなり、軸受の動力損失が小さくなる。
また、エアと共に潤滑油を軸受に供給するタイプの潤滑装置では、本件に関連する技術として特許文献２、３等が挙げられる。
特開２００６−１１８５２５号公報 特開２００１−１２４８１号公報 特開２００２−１３０３０３号公報

特許文献１等に示された新ジェット潤滑構造は、転がり軸受の内輪の端面に、潤滑油導入部材から吐出された潤滑油を受ける円周溝を設ける必要があるため、軸受の製造工程が特殊となり、標準的な転がり軸受を使用することができなかった。
また、転がり軸受の内外輪は、高精度の加工や高度の熱処理を要するものであるため、内輪に円周溝を設けると、内輪の各部を精度良く加工することや、内輪の軌道面に適正な熱処理を施すことが難しくなる。例えば、アンギュラ玉軸受は、単純な構造であるので高精度加工に適しているという利点があるが、内輪に円周溝を設ければ、その利点が失われてしまう。

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、軸受内に入る潤滑油量を制限して潤滑油の攪拌抵抗を小さくすることができ、転がり軸受の内輪に難しい加工をする必要が無い転がり軸受の潤滑装置を提供することである。

この発明にかかる転がり軸受の潤滑装置は、転がり軸受の内輪の端面に接する内輪間座を設け、この内輪間座の前記内輪に対する反対側の端面から外径面に渡って内輪間座の全周に続く円周溝を設け、この円周溝内に、軸受冷却媒体を兼ねる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、前記内輪の外径面および前記内輪間座の外径面に互いに連続して、前記円周溝内の潤滑油を内輪および内輪間座の回転による遠心力と表面張力とで内輪の軌道面へ導く斜面部を設け、前記潤滑油導入部材に、前記内輪間座の斜面部の全周に被さって前記斜面部との間に潤滑油の流れる隙間を形成する被さり部を設けたことを特徴とする。

この構成によると、ノズルから吐出された潤滑油は、内輪間座の端面に設けた円周溝で受けられ、内輪間座およびそれに接する内輪を冷却する。円周溝で受けられた潤滑油の大半は、遠心力で円周溝から外径側へ放出される。円周溝の一部の潤滑油は、内輪および内輪間座の回転による遠心力と表面張力とにより、内輪の外径面および内輪間座の外径面に設けられた斜面部に沿って、内輪の軌道面へ導かれて潤滑に使用される。内輪の軌道面に供給される潤滑油は、円周溝から軸受内へ、内輪間座の斜面部と潤滑油導入部材の被さり部との間に形成される隙間を通って流入するため、この隙間の間隔を適当に設定することにより、軸受内に流入する潤滑油量を軸受の潤滑に必要な分だけに制限することができる。そのため、軸受内での油による攪拌抵抗を小さくして、軸受の動力損失を小さく抑えることができる。
内輪間座に円周溝を設けたため、転がり軸受の内輪に円周溝を加工する必要がなく、内輪の各部を高精度で加工することができる。内輪に円周溝が無いため、転がり軸受として標準的な形状のものを使用することができる。なお、内輪間座は熱処理が不要であるので、内輪間座に円周溝を設けるのは容易である。
また、前記隙間は、それぞれ転がり軸受とは別の部材である内輪間座と潤滑油導入部材との間に形成されているため、隙間管理のために転がり軸受との調整を行う必要がなく、隙間管理が容易である。

この発明において、前記内輪間座が接する側の内輪端面の軸方向位置と、前記潤滑油導入部材が隣接する側の外輪端面の軸方向位置とを、互いに同じ位置としてもよい。あるいは、前記内輪間座が接する側の内輪端面の軸方向位置を、前記潤滑油導入部材が隣接する側の外輪端面の軸方向位置よりも内輪の軌道面側へ引っ込む位置としてもよい。
いずれの場合も、上記作用が得られる。特に、前記内輪端面の軸方向位置と前記外輪端面の軸方向位置とを、互いに同じ位置とした場合は、標準寸法の転がり軸受を使用できるという利点がある。

この発明において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受である場合は、前記内輪の斜面部を、前記内輪の軌道面に対して接触角が生じる方向とは反対側の外径面部分に設けるのが良い。
内輪の外径面における内輪の軌道面に対して接触角が生じる方向とは反対側の部分は、転動体からの軸方向荷重を受けないので、外径面が斜面部となる形状にしても強度的に問題が少ないからである。

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接する内輪間座を設け、この内輪間座の前記内輪に対する反対側の端面から外径面に渡って内輪間座の全周に続く円周溝を設け、この円周溝内に、軸受冷却媒体を兼ねる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、前記内輪の外径面および前記内輪間座の外径面に互いに連続して、前記円周溝内の潤滑油を内輪および内輪間座の回転による遠心力と表面張力とで内輪の軌道面へ導く斜面部を設け、前記潤滑油導入部材に、前記内輪間座の斜面部の全周に被さって前記斜面部との間に潤滑油の流れる隙間を形成する被さり部を設けたため、軸受の冷却を兼ねた潤滑油供給が行え、軸受内に入る潤滑油量を制限して潤滑油の攪拌抵抗を小さくすることができる。また、転がり軸受の内輪に複雑な加工をする必要が無いので、内輪を高精度に加工することができ、かつ転がり軸受として標準的な形状のものを使用できる。

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はアンギュラ玉軸受からなり、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間に介在させた複数の転動体４とを有する。転動体４はボールからなり、環状の保持器５により、円周方向に所定間隔を隔てて保持されている。内輪２の外径面における内輪の軌道面に対して接触角が生じる方向とは反対側すなわち反負荷側の部分に、軌道面２ａに近づくに従って大径となる斜面部２ｂが設けられている。この実施形態では、第１内輪間座２１Ａが接する側の内輪端面Ｆ１の軸方向位置と、潤滑油導入部材７が隣接する側の外輪端面Ｆ２の軸方向位置とを、互いに同じ位置としてある。このため、転がり軸受１として、標準寸法のアンギュラ玉軸受を使用できる。

この転がり軸受１は、工作機械の主軸軸受として用いられる。内輪２は、主軸２５の外径面に嵌合し、内輪間座２１Ａ，２１Ｂにより位置決めされている。外輪３は、図示しない軸受箱内に固定され、外輪位置決め間座である前記潤滑油導入部材７により位置決めされている。

前記内輪間座は、内輪２の端面Ｆ１に接する第１内輪間座２１Ａと、この第１内輪間座２１Ａの内輪２と反対側の端面に接する第２内輪間座２１Ｂとに分割されている。そして、第１内輪間座２１Ａの内輪２と反対側の端面から外径面に渡って、全周に続く円周溝６が設けられている。第１内輪間座２１Ａの外径面は、内輪２の斜面部２ｂに続く斜面部２１Ａａとして形成されている。第１内輪間座２１Ａの内輪２と反対側端の径よりも、第２内輪間座２１Ｂの内輪側端の径の方が大きく、第２内輪間座２１Ｂの内輪側端面により、円周溝６の内輪２と反対側の面が塞がれていて、円周溝６はほぼ外径側だけが開口している。

潤滑油導入部材７は、第１内輪間座２１Ａ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とを有する。この実施形態では、ノズル８が、前記円周溝６の底面の中心位置に向く傾斜角度で形成されている。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。

図３に示すように、潤滑油導入部材７は、環状本体７ａの円周方向の等配位置複数箇所（例えば３箇所）に、内径側に突出したノズル形成突部７ｂが設けられていて、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Ｃ状溝部９ａと、この給油路Ｃ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の転がり軸受１側の端部には、環状の被さり部７ｃが設けられている。この被さり部７ｃは、前記第１内輪間座２１Ａの斜面部２１Ａａに全周に被さって、斜面部２１Ａａとの間に潤滑油流入用の隙間δを形成している。被さり部７ｃの内径面は、第１内輪間座２１Ａの斜面部２１Ａａと平行であり、前記隙間δの隙間寸法は全域にわたって一定である。

潤滑油導入部材７の放出潤滑油規制部材１５が組み合わされる側の端面の１箇所には、ノズル８から円周溝６内に吐出された潤滑油のうち軸受空間内に入らなかった潤滑油を外部に排出する軸受外排油口１０が設けられている。また、潤滑油導入部材７の前記軸受外排油口１０が設けられている側とは反対側の端面には、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軸受内排油溝１１および軸受内排油口１２が設けられている。軸受内排油溝１１は環状の溝であり、この軸受内排油溝１１の１箇所に軸受内排油口１２が開口している。軸受外排油口１０および軸受内排油口１２は、円周方向の同位置に設けられている。これら軸受外排油口１０および軸受内排油口１２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もよい。

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る。放出潤滑油規制部材１５は、全体的には転がり軸受１側に開口した断面溝形のリング部材であるが、前記軸受外排油口１０の周方向位置で外径部分の一部が切り欠かれて通油口１５ａとされていて、この通油口１５ａを介して、潤滑油導入部材７の円周溝６側の空間と軸受外排油口１０とが連通している（図１）。

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から第１内輪間座２１Ａの円周溝６に向けて噴出され、この潤滑油により第１内輪間座２１Ａおよびそれに接する内輪２が冷却される。ノズル８から噴射された潤滑油は円周溝６の底面で受け止められ、円周溝６内に一時的に溜まるため、第１内輪間座２１Ａおよび内輪２を効果的に冷却することができる。

円周溝６で受け止められた潤滑油は、円周溝６の底面からの第１内輪間座２１Ａおよび内輪２を冷却した後、遠心力で円周溝６から外径側へ放出される。外径側へ放出された潤滑油のうちの一部は、第１内輪間座２１Ａと内輪２の外径面に設けた斜面部２１Ａａ，２ｂに沿って、内輪２の回転による遠心力と表面張力とにより、内輪２の軌道面２ａ側へ流れる。これにより、転がり軸受１を潤滑する。その際、潤滑油は、第１内輪間座２１Ａの斜面部２１Ａａと潤滑油導入部材被さり部７ｃの内径面７ｃａとの間の隙間δを通って、軸受内に流入するため、隙間δの間隔を適当に設定することにより、軸受内に入る潤滑油量を軸受の潤滑に必要な分だけに制限することができる。それにより、軸受内での油による攪拌抵抗を小さくして、軸受の動力損失を小さく抑えることができる。隙間δから軸受内に供給されなかった潤滑油は、排出油として潤滑油導入部材７の軸受外排油口１０から外部へ排出される。

この構成の転がり軸受の潤滑装置は、第１内輪間座２１Ａに円周溝６を設けたため、内輪２に円周溝を加工する必要がなく、内輪２の各部を高精度で加工することができる。また、内輪２に円周溝が無いため、転がり軸受１として標準的な形状のものを使用することができる。内輪間座２１Ａ，２１Ｂは熱処理が不要であるので、第１内輪間座２１Ａに円周溝６を設けるのは容易である。

図４はこの発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態は、図１〜図３に示す第１の実施形態と次の点で異なる。すなわち、第１の実施形態では、第１内輪間座２１Ａが接する側の内輪端面Ｆ１の軸方向位置と、潤滑油導入部材７が隣接する側の外輪端面Ｆ２の軸方向位置とを、互いに同じ位置としてあるのに対し、第２の実施形態では、第１内輪間座２１Ａが接する側の内輪端面Ｆ１の軸方向位置を、潤滑油導入部材７が隣接する側の外輪端面Ｆ２の軸方向位置よりも内輪２の軌道面２ａ側へ引っ込む位置としてある。それに伴い、転がり軸受１、潤滑油導入部材７、および内輪間座２１Ａ，２１Ｂの各部の形状が第１の実施形態のものと異なっているが、基本的な構成は第１、第２の実施形態共に同じである。したがって、第２の実施形態の作用、効果は、第１の実施形態と同様である。

この発明の転がり軸受の潤滑装置は、転がり軸受の内輪とは別に設けた内輪間座に円周溝を設けることで、内輪の高精度加工を可能にし、かつ標準な形状の転がり軸受の使用を可能にするという効果を奏するものであるが、種々の状況や条件次第では、例えば図５に示すように、第１の実施形態における転がり軸受１の内輪２と第１内輪間座２１Ａとを一体化して、内輪２´を円周溝６付きとしたものも採用することができる。

図６は、図１〜図３に示した第１の実施形態の転がり軸受の潤滑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、軸方向の前側（加工側）端部および後側端部で、それぞれ一対の転がり軸受１により支持されている。スピンドルハウジングは、外ハウジング４３と、内ハウジング４４と、この内ハウジング４４の内側に嵌合する前側軸受箱２６Ａおよび後側軸受箱２６Ｂとでなる。前側軸受箱２６Ａと後側軸受箱２６Ｂ間の軸方向位置には、モータ４５が収容されている。
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は前側軸受箱２６Ａまたは後側軸受箱２６Ｂの内径面に嵌合している。アンギュラ玉軸受である一対の転がり軸受１は、背面組合せで設けられており、それぞれの内輪２間は第１内輪間座２１Ａおよび第２内輪間座２１Ｂにより互いに位置決めされ、それぞれの外輪３間は潤滑油導入部材７により互いに位置決めされている。軸端側の転がり軸受１の内輪２に内輪位置決め部材２７を介して内輪押さえ２８を押し当て、かつ外輪３に外輪位置決め部材２９を介して外輪押さえ３０を押し当てることで、一対の転がり軸受１が軸受箱２６Ａ，２６Ｂに固定されている。

軸受箱２６Ａ，２６Ｂおよび外輪押さえ３０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が設けられている。この冷却油導入孔３３は、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３８は、油ろ過器４０および圧力調整弁４１を経て冷却油導入孔３３につながっている。また、軸受箱２６Ａ，２６Ｂおよび外輪押さえ３０には、ジェット潤滑された後の排油を冷却油供給装置３２に戻す排油孔３５が設けられている。この排油孔３５は、潤滑油導入部材７の軸受外排油口１０および軸受内排油口１２に連通している。軸受の冷却および潤滑に使用されて排油口１０，１２から流出した排油は、排油孔３５から排油ポンプ３７を経て冷却油供給装置３２に回収される。

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）は同実施形態の転がり軸受の潤滑装置における潤滑油導入部材の正面図、（Ｂ）はその断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る転がり玉軸受の潤滑装置の部分拡大断面図である。 提案例としての転がり玉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の構成図である。

符号の説明

１…転がり軸受
２…内輪
２ａ…軌道面
２ｂ…斜面部
３…外輪
４…転動体
５…保持器
６…円周溝
７…潤滑油導入部材
７ｃ…被さり部
８…ノズル
２１Ａ…第１内輪間座
２１Ａａ…斜面部
２１Ｂ…第２内輪間座
Ｆ１…内輪端面
Ｆ２…外輪端面
δ…隙間

Claims (4)

1. 転がり軸受の内輪の端面に接する内輪間座を設け、この内輪間座の前記内輪に対する反対側の端面から外径面に渡って内輪間座の全周に続く円周溝を設け、この円周溝内に、軸受冷却媒体を兼ねる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、前記内輪の外径面および前記内輪間座の外径面に互いに連続して、前記円周溝内の潤滑油を内輪および内輪間座の回転による遠心力と表面張力とで内輪の軌道面へ導く斜面部を設け、前記潤滑油導入部材に、前記内輪間座の斜面部の全周に被さって前記斜面部との間に潤滑油の流れる隙間を形成する被さり部を設けたことを特徴とする転がり軸受の潤滑装置。
2. 請求項１において、前記内輪間座が接する側の内輪端面の軸方向位置と、前記潤滑油導入部材が隣接する側の外輪端面の軸方向位置とを、互いに同じ位置とした転がり軸受の潤滑装置。
3. 請求項１において、前記内輪間座が接する側の内輪端面の軸方向位置を、前記潤滑油導入部材が隣接する側の外輪端面の軸方向位置よりも内輪の軌道面側へ引っ込む位置とした転がり軸受の潤滑装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であり、前記内輪の斜面部を、前記内輪の軌道面に対して接触角が生じる方向とは反対側の外径面部分に設けた転がり軸受の潤滑装置。
   

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