JP5051445B2 - 転がり軸受装置および主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、グリース潤滑される転がり軸受装置と、それを備えた主軸装置に関する。

軸受組立時に封入されたグリースのみで潤滑する転がり軸受装置としては、特許文献１や特許文献２などのように多くの提案がなされている。これらの軸受装置では、軸受の長寿命化を図るために、軸受に隣接してグリースを補給する環状のグリース溜まり部が設けられている。

しかし、主軸を水平に配置する横型マシニングセンタなどの主軸装置では、環状グリース溜まり部は鉛直平面状（軸方向が水平）に配設されることになる。このため、グリース溜まり部へ封入された補給用のグリースは、主軸の稼働による振動や重力によってグリース溜まり部の下方へ移動し、さらにグリース溜まり部の下端から外部へ流出してしまい、予め封入したグリース量に対する十分な軸受寿命が得られない場合があった。また、グリースがグリース溜まり部の下方へ移動することにより、軸受に多量のグリースが流れ込んで過度なグリース供給による攪拌抵抗が発生するために、軸受の安定した潤滑状態が得られず、最悪の場合には軸受の焼き付きが発生するという問題もあった。
特開２００５−２２１０４２号公報 特開２００５−１０６２４５号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、封入したグリースのグリース溜まり部下方からの流出を抑制し、予め封入したグリースの封入量に対する十分な軸受寿命を得ると共に、安定した潤滑状態を得ることができる転がり軸受装置とそれを備えた主軸装置とを提供することを課題とする。

（１）本発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、および該内外輪の軌道面に介在した複数の転動体を有し、前記内輪が回転側、前記外輪が固定側となり、軸方向が水平に配置された転がり軸受と、前記転がり軸受に軸方向に隣接して配置され、グリースが封入された環状のグリース溜まり部と該グリース溜まり部から前記外輪と前記内輪との径方向隙間に開口する開口部とを形成する環状のグリース溜まり形成部材と、を備える転がり軸受装置において、前記グリース溜まり形成部材は、前記環状のグリース溜まり部を周方向に区画した分割溜まり部を形成する複数の仕切部材を備え、それぞれの前記分割溜まり部は、それぞれの前記分割溜まり部から前記外輪と前記内輪との径方向隙間に対して開口する分割開口部を備え、鉛直下方側に位置する前記分割開口部の径方向隙間は、鉛直上方側に位置する前記分割開口部の径方向隙間より小さくなるように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、環状のグリース溜まり部は仕切部材によって複数の円弧状の分割溜まり部に分割されるので、軸受へ供給される以外のグリースは、それぞれの分割溜まり部内での移動に留まる。このため、流出するとしても鉛直下方に区画された分割溜まり部内に封入されたグリースのみとなる。従って、グリースの外部への流出量を大幅に低減することができ、予め封入したグリース量に対する十分な軸受寿命を得ることができる。

上述したように、グリースは、それぞれの分割溜まり部内での移動に留まる。つまり、グリースが移動したとしても、それぞれの分割溜まり部の下方へ移動することになる。仕切部材が形成されていない従来のグリース溜まり部では、グリースが下端に集中するため、軸受へ一時的に多量のグリースが流れ込み、過度なグリース供給状態となっていた。これに対して、本発明によれば、少なくとも、それぞれの分割溜まり部の下端から、軸受空間へのグリースの補給が行われることになる。つまり、転がり軸受の周方向において、グリースが補給される位置を従来に比べて分散することができ、結果として、転がり軸受の安定した潤滑状態を得ることができる。

（２）それぞれの前記分割開口部は、それぞれの前記分割開口部において、鉛直上方側の当該分割開口部の径方向隙間より鉛直下方側の当該分割開口部の径方向隙間の方が小さくなるように形成されているとよい。
上述したように、それぞれの分割溜まり部に封入されているグリースは、それぞれの分割溜まり部において下方へ移動しようとする。そのため、仮に、開口部の径方向隙間が周方向において同一とした場合には、それぞれの分割溜まり部から開口部を介して軸受空間へ補給されるグリースの流出量は、分割溜まり部の下方側から補給されるグリース量が上方側から補給されるグリース量に比べて多くなってしまう。これに対して、本発明は、分割開口部における下側の径方向隙間が上側の径方向隙間より小さく形成することで、分割溜まり部から分割開口部を介して軸受空間へ補給されるグリース量の周方向における差を小さくすることができる。従って、転がり軸受の安定した潤滑状態を得ることができる。
また、このような本発明の転がり軸受装置において、前記開口部の径方向幅は、前記グリース溜まり部の径方向幅より小さく形成され、前記開口部は、前記グリース溜まり部の内周面より径方向外側に位置するとよい。

これにより、グリース溜まり部に封入されたグリースの、開口部から軸受空間（外輪と内輪との径方向隙間）への過度な補給を抑制できる。

特に、それぞれの前記分割開口部の径方向隙間は、鉛直上方側から鉛直下方側に向かって徐々に小さくなるように形成されているとよい。

これにより、分割溜まり部から分割開口部を介して軸受空間へ補給されるグリース量を、周方向において均等に近い状態とすることができる。

（３）そして、このような分割開口部の径方向隙間を鉛直上方側から鉛直下方側に向かって小さくなるようにするために、前記開口部の外周縁は、円形状からなり、前記開口部の内周縁は、前記外周縁の円形中心に対して鉛直下方側に偏芯した円形状からなるようにするとよい。

これにより、上記のような周方向におけるグリースの補給を均等に行うことができる。そして、開口部の外周縁と内周縁とを偏芯した円形状とすることで、開口部を容易に形成することができる。さらに、区画された下方の分割溜まり部からのグリースの流出をさらに抑制することができる。

（４）本発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、および該内外輪の軌道面に介在した複数の転動体を有し、前記内輪が回転側、前記外輪が固定側となり、軸方向が水平に配置された転がり軸受と、前記転がり軸受に軸方向に隣接して配置され、グリースが封入された環状のグリース溜まり部と前記グリース溜まり部から前記外輪と前記内輪との径方向隙間に開口する開口部とを形成する環状のグリース溜まり形成部材と、を備える転がり軸受装置において、前記グリース溜まり形成部材は、前記環状のグリース溜まり部を周方向に区画した分割溜まり部を形成する複数の仕切部材を備え、前記グリース溜まり部の最下部と前記分割溜まり部のそれぞれの下端は、周方向に等間隔に位置することを特徴とする。

上述したように、それぞれの分割溜まり部において、グリースは、それぞれの分割溜まり部の下方へ移動しようとする。さらに、それぞれの分割溜まり部において、上方側より下方側の方が、軸受隙間へのグリースの補給量が多くなりやすい。そこで、本発明のように、グリース溜まり部の最下部と分割溜まり部のそれぞれの下端が周方向において等間隔に位置することで、転がり軸受の周方向において、グリースの補給量が多くなる位置が等間隔に位置することになる。これにより、転がり軸受のより安定した潤滑状態を得ることができる。

（５）本発明の主軸装置は、上記（１）〜（４）の何れかの転がり軸受装置を備えることを特徴とする。

これにより、予め封入したグリース量に対する十分な軸受寿命を有する主軸装置を得ることができる。

本発明の転がり軸受装置は、環状のグリース溜まり部が仕切部材によって複数の分割溜まり部に分割されているので、グリースの外部への流出量を大幅に低減することができる。従って、予め封入したグリース量に対する十分な軸受寿命を得ることができる。

また、本発明の主軸装置は、その軸受装置を長寿命化でき、また、グリース潤滑であるため、低コスト、低騒音、省エネルギ、省資源、環境面からも優れた主軸装置である。

（第１の実機形態）
本発明の転がり軸受装置の実施の形態について、例えば横型マシニングセンタの主軸装置に適用した場合を例に挙げて、図１〜図３を参照して説明する。図１は、主軸装置２００の要部概要説明図である。図２は、第１の実施形態の転がり軸受装置１００の上部断面模式図である。図３は、第１の実施形態の外輪間座取付部材２３を嵌合した外輪間座２２を示す正面図である。

図１に示すように、主軸装置２００は、ハウジング３２と、主軸３１と、ハウジングと主軸との間に配置された転がり軸受装置３３、３４と、内輪固定ナット３９と、外輪位置決め間座４０と、外輪抑え蓋４１と、外輪固定ナット４２と、を備えている。

ハウジング３２は、ほぼ円筒形状からなる。そして、このハウジング３２は、ハウジング内筒３２ａとハウジング外筒３２ｂとを嵌合させたものであり、その嵌合部には冷却のための通油溝４３が設けられている。

主軸３１は、モータ５０の回転をホルダ４５を介して刃具４６に伝達するための略円筒状の部材である。この主軸３１は、ハウジング３２に収容されており、後述する転がり軸受装置３３、３４によりハウジング３２に対して回転自在に支持されている。主軸３１内の前方には、刃具４６の固定されたホルダ４５をクランプするクランプユニット４７が収容されている。また、クランプユニット４７を作動させるプッシュロッド４８が設けられている。さらに主軸３１の後方端部には、ロータスリーブ５１を介してモータ５０のロータ５０ａが固定されており、このモータ５０により主軸３１を回転駆動するようになっている。なお、５２はステータである。

転がり軸受装置３３、３４は、ハウジング３２と主軸３１との径方向隙間部分に配置されており、ハウジング３２に対して主軸３１が回転可能となるように支持している。この転がり軸受装置３３、３４は、それぞれ、軸受が２個で１セットとしており、背面組み合わせとして配置している。この一対の転がり軸受装置３３、３４の内輪側は内輪位置決め間座３７により位置決めされ、内輪固定ナット３９により主軸３１に締め付け固定されている。一方、外輪側は、外輪位置決め間座４０と外輪抑え蓋４１および外輪固定ナット４２によりハウジング３２内に位置決め固定されている。

以下、転がり軸受装置３３、３４について詳細に説明する。ただし、転がり軸受装置３３、３４のうち、１個の軸受を含む転がり軸受装置１００の部分についてのみ説明する。

この転がり軸受装置１００は、転がり軸受１０と、転がり軸受１０の幅面に隣接する内輪間座２１、外輪間座２２と、外輪間座２２に嵌合される外輪間座取付部材２３とで構成されている。

転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、および内外輪１１、１２の軌道面間に介在した複数の転動体１３と、これら転動体を保持した保持器１４を有している。この転がり軸受１０はグリース封入のアンギュラ玉軸受であり、軸受背面側にはシールリング１５が設けられており、軸受背面側からのグリース漏れが防止されようになっている。

転がり軸受１０の正面側の幅面には、内輪１１と外輪１２に対応する内輪間座２１と外輪間座２２とが軸方向に隣接して配置されている。外輪間座２２は、転がり軸受１０の幅面に隣接する外周部２２ａとフランジ部２２ｂを有する断面略Ｌ字の環状部材である。そして、この外輪間座２２の外周部２２ａの内径面とフランジ部２２ｂの背面に当接するように外輪間座取付部材２３が嵌合されている。

外輪間座取付部材２３は、外輪間座２２の外周部２２ａの内径面とフランジ部２２ｂの背面に当接する当接部２３ａと、外向きＵ字形の溝部２４の溝底部２３ｂと、転がり軸受１０と外輪間座２２との境界面に表出する立壁部２３ｃとを有する環状の部材であり、外輪間座２２の内径面と外輪間座取付部材２３の溝底部２３ｂの外周面とで挟まれる溝部２４がグリース溜まり部となる（なお、図２で交差ハッチング部はグリースであり、溝部２４の深さａが本発明における「グリース溜まり部の径方向幅」に相当する）。

立壁部２３ｃの外径は外輪間座２２の外周部２２ａの内径よりも小さく形成されており、立壁部２３ｃの外径は外輪間座取付部材２３の溝底部２３ｂの外径より大きく形成されている。つまり、立壁部２３ｃの外周面は、外輪間座２２の外周部２２ａの内周面より径方向内側に位置し、且つ、外輪間座取付部材２３の溝底部２３ｂの外周面より径方向外側に位置する。立壁部２３ｃの外径面と外輪間座２２の内径面とで構成される円環状の隙間２５は、グリース溜まり部２４から転がり軸受１０の軸受空間１６内へグリースを補給する開口部である。つまり、外輪間座２２と外輪間座取付部材２３とにより、グリース溜まり部および開口部が形成されている。そして、開口部の径方向幅は、グリース溜まり部の径方向幅より小さく形成されている。すなわち、外輪間座２２と外輪間座取付部材２３とが、本発明における「グリース溜まり形成部材」に相当する。

図３に示すように、本実施形態では、グリース溜まり部を形成する環状の溝部２４に、グリース溜まり部を周方向に区画する４個の仕切部材３０が設けられている。なお、図３の破線で描いた円は溝底部２３ｂの外径面（本発明における「グリース溜まり部の内周面」に相当する）を示している。図３では、仕切部材３０を設けることでグリース溜まり部２４は、４個の分割溜まり部、すなわち、上部領域２４ａ、側部領域２４ｂ、２４ｃ、下部領域２４ｄに区画されて、それぞれ分割開口部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが軸受空間１６に開口している。

仕切部材３０は、グリースが区画された隣り合う領域に移動することを防止するためのものであり、転がり軸受装置１００の稼働中に所望の位置を維持できる程度に固定されていればよい。従って、仕切部材３０の形状や材質には特に限定はなく、例えば、グリース溜まり部２４と同形状の断面を有する樹脂ブロックを所望の位置へ嵌合するようにしてもよい。また、同形とした鋼板を溶接などで固定するようにしてもよいし、はじめから軸受装置と一体型に形成してもよい。

本実施の形態によれば、環状のグリース溜まり部は仕切部材３０によって複数の円弧状の分割溜まり部に分割されるので、軸受に供給される以外のグリースは、その分割された分割溜まり部の領域内でしか移動できない。従って、グリースの外部への流出量を大幅に低減することができる。つまり転がり軸受１０への補給に寄与するグリース量が増大するわけであり、予め封入したグリース量に対する十分な軸受寿命を得られるようになる。また、下部領域２４ｄにおける転がり軸受１０へのグリースの過剰供給を抑制することができ、グリースの攪拌抵抗に伴う発熱を低減することができる。

外輪間座取付部材２３は、各分割溜まり部にグリースを封入した後に外輪間座２２の外周部２２ａとフランジ部２２ｂとで区画される空間部に嵌合して固定される。なお、図示していないが、グリースの漏れを防止するために、外輪間座２２とこれに接する外輪１２との隣接部の内径面にＯリングなどの密封部品を設けるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の転がり軸受装置１０１について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施形態の転がり軸受装置１０１を説明する図である。詳細には、図４（ａ）は、外輪間座取付部材２３を嵌合した外輪間座２２を示す正面図であり、図４（ｂ）は、転がり軸受装置１０１のＸ−Ｘ断面を示す概略図である。なお、図２、３と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態の転がり軸受装置１０１は、図３（ａ）に示すように、上記第１の形態の転がり軸受装置１００において、分割開口部の径方向隙間が鉛直上方側から鉛直下方側に向かって徐々に小さくなるように形成したものであり、具体的には、外輪間座取付部材２３の立壁部２３ｃの外径中心Ｐ（本発明における「開口部の内周縁の円形中心」に相当する）を外輪間座２２の外径中心Ｏ（本発明における「開口部の外周縁の円形中心」に相当する）から鉛直下方側へ偏芯させて形成したものである。

このように立壁部２３ｃの外径中心Ｐを偏芯させることで、それぞれの分割溜まり部２４ａ〜２４ｄから軸受空間１６内へグリースを補給する分割開口部２５ａ〜２５ｄの大きさを、各分割溜まり部の鉛直上方側から鉛直下方側に向かって徐々に小さくなるように形成することができる。これにより、上記のような周方向におけるグリースの補給を均等に行うことができる。そして、開口部の外周縁と内周縁とを偏芯した円形状とすることで、開口部を容易に形成することができる。さらに、区画された下方の分割溜まり部２４ｄからのグリースの流出をさらに抑制することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の転がり軸受装置１０２について、図５を参照して説明する。図５は、第３の実施形態の転がり軸受装置１０２を説明する図である。

この転がり軸受装置１０２は、図３に示す第１の実施形態の転がり軸受装置１００において、グリース溜まり部の最下部と分割溜まり部のそれぞれの下端が、周方向に等間隔に位置するように仕切部材３０を配置したものである。すなわち、グリース溜まり部２４の最下端部２４Ｂを頂点とする正５角形の各頂点に対応する位置に仕切部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを設けて、グリース溜まり部２４を４個の分割溜まり部２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈに区画したものである。

このように構成したグリース溜まり部では、分割溜まり部２４ｅに封入されたグリースは仕切部材３０ａと３０ｂの上方近傍から多く補給される。また、側方の分割溜まり部２４ｆと２４ｇのグリースは、それぞれ、仕切部材３０ｃと３０ｄの上方近傍から多く補給され、グリース溜まり部の下方領域である分割溜まり部２４ｈでは、グリースは最下端部２４Ｂから多く補給される。

従って、転がり軸受装置１０２では、転がり軸受の周方向において、グリースの補給量が多くなる位置が等間隔に位置することになり、転がり軸受のより安定した潤滑状態を得ることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。例えば、上記の実施形態では、仕切部材３０を４箇所に設けグリース溜まり部を４個の分割溜まり部に区画したが、仕切部材３０の設置個数や分割溜まり部の大きさは、転がり軸受の種類やグリース溜まり部２４の径、あるいは封入するグリースの量などによって適宜に選択すればよい。少なくとも水平方向に２個の仕切部材を設けてグリース溜まり部２４を上下の円弧領域（分割溜まり部）に区画すれば、本発明の効果を得ることができる。なお、さらに多数の仕切部材を設けてグリース溜まり部２４を細分化してもよいことはいうまでもない。また、上記の実施形態では、転がり軸受１０をアンギュラ玉軸受とした場合について説明したが、転がり軸受１０は、深溝玉軸受や円筒ころ軸受、その他の転がり軸受一般のものを適用することができる。

本発明は、横型工作機械の主軸装置、例えば、マシニングセンタ、旋盤、フライス盤、研削盤などに適用して多大な効果を発揮する。

主軸装置の要部概要説明図である。 第１の実施形態の転がり軸受装置の上部断面模式図である。 第１の実施形態の外輪間座取付部材を嵌合した外輪間座を示す正面図である。 第２の実施形態の転がり軸受装置を説明する図である。（ａ）は外輪間座取付部材を嵌合した外輪間座を示す正面図である。（ｂ）は、転がり軸受装置のＸ−Ｘ断面を示す概略図である。 第３の実施形態の転がり軸受装置を説明する図である。

符号の説明

１０：転がり軸受 １１：内輪 １２：外輪 １３：転動体 ２１：内輪間座
２２：外輪間座（グリース溜まり形成部材）
２３：外輪間座取付部材（グリース溜まり形成部材） ２３ｃ：立壁部
２４：溝部（グリース溜まり部） ２５：開口部（グリース補給部） ３０：仕切部材
Ｏ：開口部の外周縁の円形中心 Ｐ：開口部の内周縁の円形中心 ３１：主軸
３２：ハウジング ３３、３４、１００、１０１、１０２：転がり軸受装置 ２００：主軸装置

Claims (5)

1. 内輪、外輪、および該内外輪の軌道面に介在した複数の転動体を有し、前記内輪が回転側、前記外輪が固定側となり、軸方向が水平に配置された転がり軸受と、
   前記転がり軸受に軸方向に隣接して配置され、グリースが封入された環状のグリース溜まり部と前記グリース溜まり部から前記外輪と前記内輪との径方向隙間に開口する開口部とを形成する環状のグリース溜まり形成部材と、
   を備える転がり軸受装置において、
   前記グリース溜まり形成部材は、前記環状のグリース溜まり部を周方向に区画した分割溜まり部を形成する複数の仕切部材を備え、
   それぞれの前記分割溜まり部は、それぞれの前記分割溜まり部から前記外輪と前記内輪との径方向隙間に対して開口する分割開口部を備え、
   鉛直下方側に位置する前記分割開口部の径方向隙間は、鉛直上方側に位置する前記分割開口部の径方向隙間より小さくなるように形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. それぞれの前記分割開口部は、それぞれの前記分割開口部において、鉛直上方側の当該分割開口部の径方向隙間より鉛直下方側の当該分割開口部の径方向隙間の方が小さくなるように形成されている請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記開口部の外周縁は、円形状からなり、
   前記開口部の内周縁は、前記外周縁の円形中心に対して鉛直下方側に偏芯した円形状からなる請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
4. 内輪、外輪、および該内外輪の軌道面に介在した複数の転動体を有し、前記内輪が回転側、前記外輪が固定側となり、軸方向が水平に配置された転がり軸受と、
   前記転がり軸受に軸方向に隣接して配置され、グリースが封入された環状のグリース溜まり部と前記グリース溜まり部から前記外輪と前記内輪との径方向隙間に開口する開口部とを形成する環状のグリース溜まり形成部材と、
   を備える転がり軸受装置において、
   前記グリース溜まり形成部材は、前記環状のグリース溜まり部を周方向に区画した分割溜まり部を形成する複数の仕切部材を備え、
   前記グリース溜まり部の最下部と前記分割溜まり部のそれぞれの下端は、周方向に等間隔に位置することを特徴とする転がり軸受装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の転がり軸受装置を備えることを特徴とする主軸装置。