JP2003065345A

JP2003065345A - エアオイル給油による転がり軸受潤滑構造

Info

Publication number: JP2003065345A
Application number: JP2001259082A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Mori; 正継森
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】供給エア量やオイル量の削減に伴う給油チュ
ーブ内の搬送効率の低下が抑制できるようにする。【解決手段】転がり軸受１にエアオイルを吐出するノ
ズル６とエアオイル供給装置７１との間を結ぶ給油チュ
ーブ７２に、揮油性材料を用いる。給油チューブ７１
は、内壁面に揮油性処理を施したチューブであっても良
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エアオイル潤滑
される工作機械主軸用転がり軸受等に適用されるエアオ
イル給油による転がり軸受潤滑構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械では、加工の能率を上げるため
に高速化の傾向にある。このため、主軸軸受の潤滑も、
エアに潤滑用オイルを混合して軸受内に直接に噴き付け
るエアオイル潤滑が増加しつつある。このエアオイル潤
滑は、油の搬送手段として多量の圧縮空気を使用するた
め、昨今の環境、省エネ、省資源の観点から、消費エア
量の削減が望まれつつある。本出願人は、エアオイル潤
滑における消費エア量およびオイル量の削減可能な給油
構造を先に提案した（例えば特願２００１−１１１１０
７）。同提案例の給油構造では、その構造説明は省略す
るが、ｄｎ値２１０万運転に際し、従来の給油構造で必
要なエア量が４０〜５０ＮＬ／min （ノズル径φ１〜
１．２）に対して、約１／３．５のエア量、また１／３
のオイル量で運転可能となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エアオイル潤滑におい
て、エア量を削減するノズルと軸受構造の工夫は種々さ
れつつある。しかし、エア量削減に伴う新たな問題も生
じてきている。その一つに、給油チューブ内の油搬送速
度の低下がある。例えば、従来のエアオイル給油では、
ポリウレタン系のものが多く使用されてきている。しか
し、同チューブは、油の濡れ性が良く、チューブ内壁面
に付着した油は、多量のエアを使用して管内速度を上げ
ないと、油の搬送が難しかった。

【０００４】この発明の目的は、供給エア量やオイル量
の削減に伴う給油チューブ内の搬送効率の低下が抑制で
きるエアオイル給油による転がり軸受潤滑構造を提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のエアオイル給
油による転がり軸受潤滑構造は、転がり軸受にエアオイ
ルを吐出するノズルとエアオイル供給装置との間を給油
チューブで連結し、この給油チューブに撥油性材料を用
いたものである。このように撥油性材料の給油チューブ
を使用すると、チューブ内壁面の油の濡れ性が悪くな
り、少量エアによるオイル搬送速度の低下があっても、
安定した給油が行える。

【０００６】上記給油チューブは、必ずしも全体に撥油
性材料を用いなくても良く、内壁面に撥油性処理を施し
たチューブであっても良い。この場合も、上記と同様
に、チューブ内壁面の油の濡れ性が悪くなり、少量エア
によるオイル搬送速度の低下があっても、安定した給油
が行える。

【０００７】転がり軸受は、工作機械の主軸を支持した
ものであっても良い。このように工作機械にこの発明を
適用した場合、少量エアによるオイル搬送速度の低下が
あっても、安定した給油が行えるため、停止状態から主
軸を稼働させる場合に、主軸稼働までの準備時間が短縮
され、生産効率を低下させずに、エアオイル削減が期待
できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１と共
に説明する。このエアオイル給油による転がり軸受潤滑
構造は、転がり軸受１にエアオイルを吐出するノズル６
とエアオイル供給装置７１との間を結ぶ給油チューブ７
２に、撥油性材料を用いたものである。エアオイル供給
装置７１は、搬送エアに潤滑用のオイルを混合したエア
オイルを生成し、その生成したエアオイルを供給する装
置である。エアオイル供給装置７１は、駆動源等を含め
てエアオイルユニットとして構成されている。ノズル６
は、転がり軸受１の外輪を設置したハウジング９に設置
され、ノズル６のエアオイル入口は、ハウジング９内に
設けられたエアオイル供給路１３を介して給油チューブ
７２に連通している。

【０００９】給油チューブ７２は、撥油性材料を用いた
ものであれば良いが、例えばフッ素樹脂製のチューブが
用いられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロ
エチレンが好ましい。ここで言う撥油性材料は、材料そ
のものが撥油性を持つものに限らず、表面が撥油性を持
つ性状のものであれば良い。例えば、給油チューブ７２
は、必ずしも全体に撥油性材料を用いなくても良く、内
壁面に撥油性処理を施したチューブであっても良い。撥
油性処理としては、例えばポリウレタンチューブの内径
面にフッ素系化合物を塗布するなどの処理が採用でき
る。

【００１０】転がり軸受１、およびノズル６の構成は、
エア量を削減できる構成のものが好ましく、その場合
に、給油チューブ７２に撥油性材料を用いた構成が効果
的となる。エア量を削減できる転がり軸受１およびノズ
ル６の構成としては、種々の構成が採用できるが、同図
の実施形態では次の構成とされている。

【００１１】図１において、転がり軸受１は、内輪２と
外輪３の転走面２ａ，３ａ間に複数の転動体４を介在さ
せたものである。転動体４は、例えばボールからなり、
保持器５のポケット（図示せず）内に保持される。この
転がり軸受１の内輪２の外径面に、転走面２ａに続く斜
面部２ｂを設け、この斜面部２ｂに隙間を持って沿うノ
ズル６を設ける。斜面部２ｂは、内輪２の幅面から転走
面２ａに続いて設け、また内輪２の反負荷側（軸受背面
側）の外径面に設ける。転がり軸受１がアンギュラ玉軸
受である場合、内輪２のステップ面を設ける部分の外径
面が上記斜面部２ｂとされる。

【００１２】ノズル６は、その先端部６ａａを保持器５
の内径面と内輪２の外径面の間における転動体４の近傍
に位置させる。ノズル６は、リング状の部材であって、
転がり軸受１に軸方向に隣接して設けられ、側面の内径
部から軸方向に伸びる鍔状部６ａを有している。この鍔
状部６ａは、平坦な内径面が内輪２の斜面部２ｂと同一
角度の傾斜面に形成されて、保持器５の直下まで伸び、
その先端がノズル６の上記先端部６ａａとなる。ノズル
６の鍔状部６ａと内輪２の斜面部２ｂとの間の隙間は、
内輪２と軸との嵌合、および内輪２の温度上昇と遠心力
による膨張とを考慮し、運転中に接触しない範囲で出来
るだけ小さな寸法に設定される。

【００１３】内輪２の斜面部２ｂには、円周溝７が設け
られている。円周溝７は円周方向に延びて環状に形成さ
れており、断面がＶ字状に形成されている。ノズル６
は、内輪斜面部２ｂの円周溝７に対面して吐出口８ａが
開口する吐出孔８が設けられている。吐出孔８は、ノズ
ル６の円周方向の１か所または複数箇所に設けられてい
る。吐出孔８は、吐出したエアオイルが内輪斜面部２ｂ
の円周溝７に直接に吹き付け可能なように、吐出口８ａ
の吐出方向を円周溝７に向け、かつ斜面部２ｂに対して
吐出方向が傾斜角度βを持つように設けられている。断
面Ｖ字状の円周溝７の転走面２ａ寄りの側壁斜面７ａの
軸心に対する傾斜角度は、内輪２の斜面部２ｂの傾斜角
度よりも大きくなる。

【００１４】ノズル６は、軸受１の外輪３を取付けたハ
ウジング９に取付けられる。ノズル６の軸受外の部分の
内径面は、内輪間座１１に対して接触しない程度に近接
している。ノズル６の吐出孔８は、その吐出口８ａの近
傍部８ｂが一般部よりも小径の絞り孔に形成されてい
る。吐出孔８の入口は、ハウジング９からノズル６にわ
たって設けられたエアオイル供給路１３に連通してい
る。

【００１５】図２は、図１の実施形態にかかる転がり軸
受のエアオイル潤滑構造を応用したスピンドル装置の一
例を示す。このスピンドル装置は、工作機械に応用され
るものであり、主軸１５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１５は、軸方向に離れた複
数の転がり軸受１により支持されており、これらの転が
り軸受１に、図１の例のエアオイル潤滑構造が採用され
ている。同図では、転がり軸受１は、一対のものが背面
を向き合うように配置されている。各転がり軸受１の内
輪２は主軸１５の外径面に嵌合し、外輪３はハウジング
９の内径面に嵌合している。これら内外輪２，３は、内
輪押さえ２５および外輪押さえ２６により、主軸１５お
よびハウジング９にそれぞれ固定されている。なお、同
図の例では、ノズル６は外輪間座１０を介してハウジン
グ９に設置されている。ハウジング９は、内周ハウジン
グ９Ａと外周ハウジング９Ｂの二重構造とされ、内外の
ハウジング９Ａ，９Ｂ間に冷却媒体流路１６が形成され
ている。内周ハウジング９Ａは、その一部を図１に示し
たものであり、上記エアオイル供給路１３およびそのエ
アオイル供給口１３ａが設けられている。ハウジング９
は、支持台１７に設置され、ボルト１８で固定されてい
る。

【００１６】スピンドル装置に応用する場合、外輪間座
１０と内輪間座１１間の径方向隙間部が、内輪斜面部２
ｂの負圧吸引作用で負圧とならないように、大気開放孔
をハウジング９に設けることが好ましい。また、ハウジ
ング９には、内径面における軸受１の設置部近傍にエア
オイル排気溝２２が設けられ、このエアオイル排気溝２
２から大気に開放されるエアオイル排気路２３が設けら
れる。

【００１７】上記構成のエアオイル潤滑構造の作用を説
明する。図１のエアオイル供給路１３へ供給されたエア
オイルは、ノズル６の吐出孔８を経て内輪斜面部２ｂの
円周溝７の側壁斜面７ａに噴射される。側壁斜面７ａの
傾斜角度は、内輪２の斜面部２ｂよりも大きくなるた
め、側壁斜面７ａに付着した油は、遠心力の作用によ
り、確実に内輪斜面部２ｂに導かれ、軸受内に潤滑油と
して流入する。また、供給エア量が少量となって円周上
で流れが不均一になった場合においても、内輪斜面部２
ｂとノズル６との隙間で生じる負圧吸引力のために、軸
受側に流れ、転動体４または保持器５の内径面に付着
し、軸受の潤滑油として機能することができる。このた
め、少量エアにおける油の滞留が防止され、油の滞留に
よる軸受温度の変動を防止することができる。

【００１８】このように、内輪斜面部２ｂの円周溝７に
エアオイルを供給し、転動体４の転走経路へは直接にエ
アオイルを噴出させないため、転動体４の公転による風
切り音の発生がなく、騒音が低下する。また、エアの噴
射によるオイル供給ではなく、内輪斜面部２ｂの円周溝
７に供給されたエアオイルを内輪２の回転で軸受１内に
導くようにしたため、使用するエアは、内輪２の円周溝
７までオイルを搬送する役目で良く、使用量を減らせ
る。そのためエア量削減による省エネ効果も期待でき
る。また、吐出孔８の出口部８ａが細径である場合、流
速が増し、吐出エア温度が下がる。この低温エアが近距
離より内輪２に吹き付けられるため、より一層の内輪温
度の低減が期待できる。

【００１９】このようにエアオイル量を削減した場合
に、給油チューブ７２における搬送速度の低下、搬送効
率の低下が問題となる。しかし、この実施形態では、給
油チューブ７２に撥油性材料のものを用いたため、チュ
ーブ内壁面の油の濡れ性が悪くなり、少量エアにおいて
も、オイル搬送速度の低下が小さく、安定した給油が行
える。したがって、図２のように工作機械のスピンドル
装置における主軸１５の支持用の軸受１に適用した場合
に、次のように優れた効果が得られる。すなわち、少量
エアにおいても、オイル搬送速度の低下が小さく、安定
した給油が行えるため、停止状態から主軸１５を稼働さ
せる場合に、主軸稼働までの準備時間が短縮され、生産
効率を低下させずに、エアオイル削減を期待することが
できる。

【００２０】図３は、エアオイル量を削減できるエアオ
イル潤滑構造の他の例を示す。この例は、図１に示すエ
アオイル潤滑構造において、内輪２に円周溝７を設けた
構成に代えて、ノズル６の内輪２の傾斜面２ｂと対向す
る面に円周溝６ｃを設け、この円周溝６ｃ内に吐出孔８
の出口部８ａを開口させたものである。この構成の場合
も、少量のエアオイルで潤滑が行え、また静音化が図れ
る。

【００２１】なお、この発明のエアオイル給油による転
がり軸受潤滑構造は、図４に示す従来型のエアオイル潤
滑構造の場合にも適用することができる。同図の例は、
ノズル６から、軸受１の転走面へ直接にエアオイルを吐
出するようにしたものである。このような例において
も、エアオイル供給量の削減が可能な場合に、撥油性材
料を用いた給油チューブ７２による搬送効率低下防止の
効果が得られる。

【００２２】つぎに、試験例を説明する。エアオイル潤
滑における油の搬送特性について、種々の給油チューブ
を使用し、モデル試験で調査した。図５は実験方法を示
している。供試チューブとして、表１に示す材料２種，
寸法４種を使用した。表１において、ポリウレタンチュ
ーブは、現在多く使用されているものであり、フッ素樹
脂チューブは揮発性チューブを代表するものである。フ
ッ素樹脂にはポリテトラフルオロエチレンを用いた。チ
ューブ長さは全て２ｍである。

【００２３】

【表１】

【００２４】図６，図７に、エアオイル供給装置から供
給された油が、チューブ内を搬送されてノズルより吐出
されるまでの時間を、エア量とオイル量、およびチュー
ブ毎に比較した結果を示す。これは、チューブ内のオイ
ル搬送速度を表しており、時間が短いほど搬送速度は大
となり、実際の工作機械においては主軸稼働までの準備
時間の短縮に寄与する。

【００２５】ポリウレタンチューブにおいて、チューブ
内のオイル吐出までの時間は、エア量、オイル量、およ
びチューブ内径寸法により、次のことが言える。 (1) エア量が少なくなると、油吐出までに時間を要す
る。 (2) オイル量が少なくなると、油吐出までに時間を要す
る。 (3) チューブ内径寸法が小さくなる程、油吐出までに時
間は短くなる。これらの結果、エアオイル潤滑において、エア量とオイ
ル量の削減は、省エネに寄与する反面、機械稼働までの
準備時間を浪費させてしまうことになる。このことは、
生産性低下の要因にもなりかねない。生産効率の低下を
抑えながら、エアオイル量を削減する手段として、チュ
ーブ径を細くする方法があるが、管路抵抗の増大等の不
具合が生じかねない。フッ素樹脂チューブは、ポリウレ
タンチューブに比較し、大きなチューブ径においても油
吐出までの時間が短くなることが判った。これは、フッ
素樹脂が持つ撥油性によるもので、チューブ内壁面にお
いて、オイルの濡れ性が悪くなる。こことが逆に油の移
動を容易にし、搬送を良好にしている理由と考えられ
る。

【００２６】エアオイル潤滑、あるいはオイルミスト潤
滑において、使用エア量、オイル量削減の要求が今後増
えることが考えられる。このエアオイル削減のために
は、撥油性素材のチューブ、またはチューブ内壁面を撥
油性処理したチューブを用いることで、工作機械の生産
効率を低下させずに、エアオイル削減が期待できる。

【００２７】

【発明の効果】この発明のエアオイル給油による転がり
軸受潤滑構造は、ノズルとエアオイル供給装置との間を
結ぶ給油チューブに、撥油性材料を用いたものであるた
め、エアオイル削減に伴う管内オイルの搬送効率の低下
が抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態にかかるエアオイル
給油による転がり軸受潤滑構造の断面図とブロック図を
組み合わせた説明図である。

【図２】同転がり軸受潤滑構造を採用した工作機械のス
ピンドル装置の断面図である。

【図３】この発明の他の実施形態にかかるエアオイル給
油による転がり軸受潤滑構造の断面図とブロック図を組
み合わせた説明図である。

【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかるエアオ
イル給油による転がり軸受潤滑構造の断面図とブロック
図を組み合わせた説明図である。

【図５】エアオイル潤滑における油搬送特性の試験設備
の説明図である。

【図６】その試験結果のグラフである。

【図７】同試験における他の要因についての結果を示す
グラフである。

【符号の説明】

１…転がり軸受２…内輪２ａ…転走面２ｂ…斜面部３…外輪４…転動体５…保持器６…ノズル１３…エアオイル供給路７１…エアオイル供給装置７２…給油チューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり軸受にエアオイルを吐出するノズ
ルとエアオイル供給装置との間を給油チューブで連結
し、この給油チューブに撥油性材料を用いたエアオイル
給油による転がり軸受潤滑構造。
【請求項２】上記給油チューブが、内壁面に撥油性処
理を施したチューブである請求項１に記載のエアオイル
給油による転がり軸受潤滑構造。
【請求項３】上記転がり軸受は、工作機械の主軸を支
持したものである請求項１または請求項２に記載のエア
オイル給油による転がり軸受潤滑構造。