CN107002756B - 轴装置及机床主轴用轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从润滑剂供给装置(3)通过供给管(4)将润滑材剂以预定量间歇地或连续地供给到滚动轴承(2)的轴装置，其中，润滑剂含有润滑油和蜡，以10～70℃的温度范围内的预定的温度的液状化点为界，超过液状化点时变成液状状态，在液状化点以下变成半固体状态，从润滑剂供给装置(3)将润滑剂以半固体状通过供给管(3)输送，使其在滚动轴承(2)之前变化为液状并流入到轴承内部。

Description

轴装置及机床主轴用轴

技术领域

本发明涉及将润滑剂以预定量间歇地或连续地向主轴支承用的滚动轴承供给的轴装置。另外，本发明涉及包括上述的轴装置的机床主轴支承用轴。

背景技术

如图1所示，在机床主轴用轴中，在壳体101的内部用滚动轴承2将主轴1能旋转地轴支承。另外，例如，如专利文献1所记载的那样，广泛进行：从润滑剂供给装置3通过供给管4将恒定量的润滑脂组合物定期地供给到滚动轴承2，长期间维持滚动轴承2的润滑。

但是，由于被供给到滚动轴承2的润滑脂组合物是极微量，因此，如果是稠度较小且比较硬的润滑脂组合物，则在供给管4的配管路径较长的情况、在途中弯曲、或者呈直角折曲的部位存在多处的情况等下，由于配管阻力的作用，将微量的润滑脂组合物稳定地供给到滚动轴承2变得非常困难。另外，在长期间使用后，由于在加压输送时重复施加的压力的作用，增稠剂会与基础油分离而作为润滑脂整体会成为硬化或固化的状态并在配管内堵塞，将润滑脂组合物以恒定量稳定地供给变得更加困难。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本国专利第4051563号公报

发明内容

本发明欲解决的技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种长寿命的轴装置，不存在如润滑脂组合物那样增稠剂与基础油分离而硬化或固化，并在配管内堵塞的问题，实现了从润滑剂供给装置向滚动轴承的润滑剂的稳定供给。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明提供下述的轴装置及机床主轴用轴。

(1)一种轴装置，在壳体的内部具有滚动轴承、和被所述滚动轴承能旋转地轴支承的主轴，且从润滑剂供给装置通过供给管将润滑剂以预定量间歇地或连续地供给到所述滚动轴承，所示轴装置的特征在于，

所述润滑剂含有润滑油和蜡，能够以10～70℃的温度范围内的预定的温度的液状化点为界，能够在超过所述液状化点时的液状状态与所述液状化点以下的半固体状态之间变化，并且，将所述润滑剂从所述润滑剂供给装置以半固体状在所述供给管中输送，使其在所述滚动轴承近前变化为液状并流入到轴承内部。

(2)如上述(1)所述的轴装置，其特征在于，

在所述滚动轴承的外圈的外侧及所述主轴的外侧的至少一者设置有冷却机构来冷却所述滚动轴承，并且，将所述供给管配管为接近所述冷却机构，将所述润滑剂维持半固体状地进行输送直到流入所述滚动轴承的近前。

(3)如上述(1)或(2)所述的轴装置，其特征在于，

所述润滑剂能够以所述液状化点为界在所述液状状态与所述半固体状态之间可逆变化。

(4)如上述(1)～(3)的任一项所述的轴装置，其特征在于，

包括对在润滑结束后从轴承内部排出的液状的所述润滑剂进行收容的收容部。

(5)如上述(4)所述的轴装置，其特征在于，

被所述收容部收容的润滑剂在被冷却并变化为半固体状后，被回收到所述润滑剂供给装置。

(6)一种机床主轴用轴，使用上述(1)～(5)的任一项所述的轴装置。

此外，技术方案1所记载的“润滑剂”是指含有润滑油和蜡的润滑剂，另外，“液状化点”是指，蜡类润滑剂从半固体状态变化为液体状态、或者从液体状态变化为半固体状态时的温度。另外，“液状化点”是例如遵照日本国的关于危险物的限制的规则、第12章杂则第69条之2(液状的定义)。另外，在以后的说明中，将所述润滑剂称为“蜡类润滑剂”。

发明效果

本发明中使用的蜡类润滑剂不含有增稠剂，不会因增稠剂固化而给从润滑剂供给装置向滚动轴承的供给带来障碍。因此，本发明的轴装置与润滑脂供给方式相比，长期间稳定地供给蜡类润滑剂。由此，能够构筑长寿命的轴装置。

附图说明

图1是示出轴装置的一个例子的概略图。

图2是用于说明液状化点的图。

图3是示出对于实施例中制备的蜡类润滑剂，在粘度计内的移动量的温度变化的测量结果的图表。

附图标记说明

1 主轴

2 滚动轴承

3 润滑剂供给装置

4 供给管

7 隔圈

9 润滑剂储存槽

10、15 冷却管

12 定子

13 转子

20 冷却液供给装置

21 供给管

22 排出管

100 轴装置

101 壳体

具体实施方式

以下详细说明本发明。

本发明的轴装置100可以是与以往的润滑脂供给方式的轴装置同样的构造，但是，特征点在于，代替润滑脂组合物，而是供给蜡类润滑剂来进行润滑。例如，如图1所示，轴装置100在壳体101的内部用多个滚动轴承2、2对主轴1进行轴支承。另外，设置在壳体101的外部的润滑剂供给装置3将蜡类润滑剂代替润滑脂组合物蜡类通过供给管4以预定量间歇地或连续地供给到各滚动轴承2。将上述构成作为轴装置100的基本构造。在该轴装置100中，供给管4分支，其末端与在各滚动轴承2的外圈2a上设置的供给口连结，蜡类润滑剂被均等地供给到各滚动轴承2。

蜡类润滑剂以润滑油和蜡为基本成分。蜡在比其熔点低温时固化或半固化，在熔点以上时成为液状，变得具有流动性。这样，如果是蜡单体，则以蜡的熔点附近的温度为界，整体上在半固体状和液状之间进行可逆变化。与此相对，本发明的蜡类润滑剂是润滑油(液体)与蜡(半固体)的混合体(相当于在蜡(溶质)中加入了润滑油(稀薄液)的稀薄溶液)。因此，蜡类润滑剂在比蜡的熔点低的温度时从半固体状变化为液状。

从半固体状向液状变化的温度(以下，称为“液状化点”)与所含有的蜡的熔点及与润滑油的混合比率具有密切的关系。即，由于“蜡的熔点＞液状化点”，因此，能够用所含有的蜡与润滑油的混合比率来将液化温度控制为蜡的熔点以下的预定的温度。具体而言，能够利用润滑油及蜡的种类、以及两者的混合比率，将液状化点与蜡的熔点的温度差设定为约10～30℃。另外，还能够通过调整所含有的蜡的种类及与润滑油的混合比率等，设定为根据温度而在液状与半固体状之间可逆地变化。

即，本发明中的蜡类润滑剂只要是以润滑油和蜡为基本成分，并能够以10～70℃的温度范围内的预定的温度的液状化点为界，在超过液状化点时的液状状态与液状化点以下的半固体状态之间变化的润滑剂即可。另外，优选的是，蜡类润滑剂被调整为：以液状化点为界，在液体状态与半固化状态之间可逆地变化。

只要具有这样的性质，润滑油和蜡都没有制限。作为润滑油，能够使用以往被用于轴承的润滑的各种润滑油，能够使用石蜡系、环烷系的矿物油、或者酯油、烃油、醚油等合成油等，也能够将多种油混合而使用。另外，其粘度也可以是一般的范围，但是，如果考虑到滚动轴承2的润滑性，则在40℃时的运动粘度为5～200mm²/s，在想要兼顾低温度上升特性和耐烧性的情况下，优选为10～130mm²/s(40℃)。另一方面，蜡可以是天然蜡、合成蜡的任一种，优选与润滑油的相溶性较高的蜡。此外，作为天然蜡，可列举动物蜡、植物蜡、矿物蜡、石油蜡；作为合成蜡，可列举费托合成蜡、聚乙烯蜡、油脂系合成蜡(酯、酮类、酰胺)、氢化蜡等，也能够将多种蜡混合而使用。但是，由于蜡类润滑剂的在液状与半固体状之间进行可逆变化的温度实质上是由蜡的熔点决定的，因此，从上述例示的蜡中选择且将润滑油与蜡适当的混合比率进行制备，使得该液状化点为10～70℃。

另外，润滑油与蜡的混合比率优选为：相对于两者的合计量，蜡为10～40质量％，润滑油为90～60质量％。蜡的混合比率越大，蜡类润滑剂为半固体状时的流动性越差，当超过40质量％时，从润滑剂供给装置3的吐出性、供给管4的输送性变差，并且，在后述的润滑后被排出时的输送性也变差。特别是在重视流动性的情况下，优选的是：将蜡的混合比率设定为10质量％以上且小于20质量％，将润滑油的混合比率设定为90质量％以下且大于80质量％。此外，蜡有时也作为润滑油、润滑脂的油性提高剂而被添加，但是，在本发明的蜡类润滑剂中，通过如上所述使蜡的添加量比一般的添加剂量多，从而保持与润滑脂同等的半固体状的性质(作为增稠剂的功能)。

示出一个例子，微晶蜡的熔点为67～98℃，但是，与润滑油以上述混合比例混合的蜡类润滑剂能够将液状化点设定为35～50℃的范围的预定的温度。另外，石蜡的熔点为47～69℃，但是，与润滑油以上述混合比例混合的蜡类润滑剂能够将液状化点设定为20～35℃的范围的预定的温度。

并且，在蜡类润滑剂中，能够根据目的来添加各种添加剂。例如，能够适量添加都公知的防氧化剂、防锈剂、极压剂等。

在制备蜡类润滑剂时，将蜡加热到熔点以上的温度而使其成为液状，向其加入润滑油或添加有添加剂的润滑油并充分混合后，冷却到低于蜡的熔点的温度(通常是液状化点以下左右)即可。或者，也可以将润滑油或添加有添加剂的润滑油、和固形的蜡放入到适当的容器中，将整体加热到蜡的熔点以上的温度并混合后，冷却到液状化点以下的温度。

另外，蜡类润滑剂不像润滑脂G那样含有增稠剂，具有即使施加恒定的压力也不会固化的特长。

润滑剂供给装置3不必进行加热，将蜡类润滑剂以半固体状储存，将恒定量以半固体状吐出到供给管4。但是，由于形成蜡类润滑剂的润滑油和蜡都是润滑成分，蜡类润滑剂是半固体状，因此，能够将以往的润滑脂组合物用的润滑剂供给装置直接使用，并且，也能够以半固体状的状态在供给管4中流通。

在将来自润滑剂供给装置3的蜡类润滑剂供给到滚动轴承2的内部时，需要通过设置在滚动轴承2的外圈2a上的供给口来使液状的蜡类润滑剂流入。如上所述，来自润滑剂供给装置3的蜡类润滑剂在供给管4的内部以半固体状流通。但是，在轴装置100的运转中，滚动轴承2变成高温，通过如上所述将液状化点设定为10～70℃，从而与外圈2a的供给口连结的供给管4的末端附近处于比上述液状化点充分高温的状态，在通过该部分的期间蜡类润滑剂变化为液状并容易地流入到轴承内部。

在滚动轴承2的内部，蜡类润滑剂为液状，但是，由于不含有增稠剂，润滑油及蜡这两者都是润滑成分，因此，成为与在润滑脂组合物中增加了基础油的比例的润滑脂组合物相同的状态，润滑性能高于润滑脂组合物。因此，由于能够减少每次的补给量，也能够加长补给间隔，因此，能够减少蜡类润滑剂的消耗量，向润滑剂供给装置3的补充次数也变少，能够降低轴装置100的运转成本。

另外，在球轴承中，滚珠以接触角线为赤道进行旋转的结果是：滚珠发挥泵效应，在封入有润滑剂的空间产生气流。因此，通过使用流动性良好的蜡类润滑剂，从而能够防止润滑剂在轴承内的滞留，获得防止轴承的温度上升的效果。

润滑结束后，在隔圈7的旋转所产生的离心力的作用下，蜡类润滑剂被排出到设置在滚动轴承2的旁边的润滑剂储存槽(收容部)9。润滑剂储存槽9由于处于滚动轴承2的外部，因此，温度比轴承内部低，被排出的蜡类润滑剂由于设定为可逆变化类型，所以再次变化为半固体状。变化为半固体状的蜡类润滑剂被输送到壳体101的外部，被回收到润滑剂供给装置3。对于润滑脂组合物，由于长期间的使用而会在润滑剂储存槽9中产生来自增稠剂的残渣并阻止空气的流动，可能成为轴承的温度上升的一个原因。但是，对于蜡类润滑剂，由于被从滚动轴承2排出后也在一定程度的距离上以液状的状态被排出，因此，不会产生这样的问题。

轴装置100能够进行各种变更，例如，优选的是，在壳体101的各外圈2a的外侧呈螺旋状设置冷却管10并使冷却液循环，在运转时进行冷却使得轴承温度达到40～50℃左右，使得滚动轴承2不会烧伤。并且，由于有可能主轴1的温度也会因滚动轴承2、马达的定子12和转子13的发热而上升，旋转精度因热膨胀而下降，因此，优选的是，在转子13的外侧呈螺旋状设置冷却管15并使冷却液循环来进行冷却。对于滚动轴承2及主轴1的冷却，将来自设置在壳体101的外部的冷却液供给装置20的供给管21在壳体101的内部分支为轴承冷却用的供给管21a和主轴冷却用的供给管21b，分别供给冷却液并使其在两供给管21a、21b中循环后，通过排出管22使其回流到冷却液供给装置20。另外，也可以按照滚动轴承用和主轴用来将冷却机构分开设置。

此时，蜡类润滑剂根据其组分而液状化点不同，但是，通过将来自润滑剂供给装置3的供给管4配管在冷却管10、15的附近，并控制冷却管10、15的冷却温度，从而能够将各种蜡类润滑剂以半固体状在供给管4中输送。另外，也能够利用冷却管10、15的冷却温度来调整润滑剂储存槽9的温度，能够将各种蜡类润滑剂在润滑后以半固体状排出。

此外，对于液状化点，基本上鉴于轴承周围的环境温度、轴承的运转温度，一般而言10～70℃是合适的，但是，在应用用途为机床用滚动轴承(机床主轴用滚动轴承、滚珠丝杠轴端支撑用滚动轴承等)的情况下，由于以下所述的理由，优选为30～70℃，更优选为40～70℃。

对于使用机床的周围环境条件，为了将伴随周边温度的变化的部件的热变位抑制在最小限度来确保被加工零件的加工精度，很多情况下将周围环境空调管理为20～25℃左右。因而，如果将液状化点的下限设定为30℃，则在停止状态下，由于是液状化点以下，因此，蜡类润滑剂不会液化，被维持在轴承内部、储油部分。而且，由于即使将储存有蜡类润滑剂的轴承、轴停止或者以停止状态库存保管，也不会液化而被保持在轴承内部及周边部，因此，与通常的润滑脂同样，长期地不会损害润滑功能。因而，优选将液状化点设定为30～70℃。

另外，机床所使用的轴承由于转速越增加而轴承内部温度越上升，因此，为了维持适当的润滑状态，需要将更多的润滑油供给到滚动接触面。在通常的旋转条件(低速～中速旋转区域)下的连续运转、交替地重复进行低速旋转与最高速旋转的运转条件的情况下，轴承温度大体上为40℃以下，滚动接触面附近的润滑剂作为润滑油量是充分的。

但是，在最高速旋转下的连续加工的情况、或者即使转速较低但是连续进行重切削加工的情况下，有的情况下轴承温度会超过40℃，在此情况下，仅用轴承空间内的润滑油有可能导致滚动接触面的润滑油不足。因此，通过将液状化点的下限设定为40℃，从而在轴承温度超过了40℃的情况下，轴承周边的蜡类润滑剂液化，能够将不足的润滑油补充到滚动接触面，能够防止意外的烧伤等不良于未然。由此，在低、中速旋转区域中，不会消耗剩余的润滑剂，能够进一步提高润滑寿命。因而，在用于机床的情况下，优选将液状化点设定为40～70℃。

实施例

设想一般的轴装置，制备了从半固体状变化为液状的温度为47℃附近的蜡类润滑剂。即，以二酯油(癸二酸二辛酯)为78.5质量％、微晶蜡(熔点82℃)为15质量％、作为添加剂含有防氧化剂及极压剂的混合物为6.5质量％的比例，以微晶蜡的熔点以上的温度进行混合，自然冷却到室温而得到了蜡类润滑剂。

此外，如图2所示，以下述的方式确认了变化为液状的温度(液状化点)。该方法遵照日本国的关于危险物的限制的规则、第12章杂则第69条之2(液状的定义)。

(1)将试验物品(蜡类润滑剂)放入达到2根试验管(直径30mm、高度120mm)的A线(高度55mm)。

(2)将一个试验管(液状判断用试验管)用无孔的橡胶塞紧密栓塞。

(3)将另一个试验管(温度测量用试验管)用带有温度计的橡胶塞紧密栓塞。此外，温度计被插入到其末端达到距试验物品的表面30mm的深度，相对于试验管直立。

(4)上2根试验管在被保持为液状确认温度±0.1℃的恒温槽中，以B线(比试验物品的表面靠上方30mm)没入到恒温槽的水面下的方式直立并静置。

(5)在温度测量用试验管中的试验物品的温度达到液状确认温度±0.1℃之后，保持该状态10分钟。

(6)将液状判断试验管从恒温水槽以直立的状态取出到水平的台上，立即在台上放倒至水平，计测试验物品的末端到达B线之前的时间。

(7)在试验物品到达B线之前的时间为90秒以内时，判断为试验物品为“液状”。

(8)而且，对恒温水槽的温度进行各种变更并进行(1)～(7)，将变成液状的温度作为“液状化点”。

此外，所谓液状化点，并非像水的凝固点(0°/纯水、大气压下)那样的定点温度，而是被以相对于某一特定温度大致±2℃左右的范围定义、数值化。

对于该蜡类润滑剂，在改变温度并测量粘度时，如图3所示，在42℃之前没有试样表面的移动，在44℃时确认了5mm的移动，在46℃时确了17mm的移动，在48℃时超过50mm而到达了容器的末端。这样，可知该蜡类润滑剂在47℃附近开始从半固体状变化为液状。

而且，将该蜡类润滑剂以半固体状态储存在图1所示那样的一般的轴装置的润滑剂供给装置中，以恒定量定期地持续供给到滚动轴承时，供给管、排出管不堵塞，能够将蜡类润滑剂稳定地供给到滚动轴承。

本申请基于2014年10月29日申请的日本国专利申请(日本特愿2014－220693)、及2015年9月29日申请的日本国专利申请(日本特愿2015－191193)，将其内容作为参照援引于此。

Claims (5)

1.一种轴装置，在壳体的内部具有滚动轴承、和被所述滚动轴承能旋转地轴支承的主轴，并且从润滑剂供给装置通过供给管将润滑剂以预定量间歇地或连续地供给到所述滚动轴承，所示轴装置的特征在于，

所述润滑剂含有润滑油和蜡，能够以10～70℃的温度范围内的预定的温度的液状化点为界，在超过所述液状化点时的液状状态与所述液状化点以下的半固体状态之间变化，并且，将所述润滑剂从所述润滑剂供给装置以半固体状在所述供给管中输送，使其在所述滚动轴承近前变化为液状并流入到轴承内部，

在所述滚动轴承的外圈的外侧及所述主轴的外侧的至少一者设置有冷却机构来冷却所述滚动轴承，并且，接近所述冷却机构地配管所述供给管，将所述润滑剂维持半固体状地进行输送直到向所述滚动轴承流入的近前。

2.如权利要求1所述的轴装置，其特征在于，

所述润滑剂能够以所述液状化点为界在所述液状状态与所述半固体状态之间可逆变化。

3.如权利要求1或2所述的轴装置，其特征在于，

包括收容部，所述收容部对在润滑结束后从轴承内部排出的液状的所述润滑剂进行收容。

4.如权利要求3所述的轴装置，其特征在于，

被所述收容部收容的润滑剂在被冷却并变化为半固体状后，被回收到所述润滑剂供给装置。

5.一种机床主轴用轴，使用权利要求1～4的任一项所述的轴装置。