JP2003176830A

JP2003176830A - グリース補給装置及びスピンドル装置

Info

Publication number: JP2003176830A
Application number: JP2001378629A
Authority: JP
Inventors: Naoki Matsuyama; 直樹松山; Saburo Azumi; 三郎安積; Yasushi Morita; 康司森田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】環境面、コスト面に有利で、高速回転性及び
高寿命を達成できる転がり軸受を提供する。【解決手段】外輪１２及び内輪１１間に複数の転動体
１３を有し、外輪１２に補給孔が設けられた転がり軸受
１０にグリースを補給するグリース補給装置２００であ
って、監視装置により転がり軸受１０の潤滑状態を監視
しながら、前記補給孔を介してグリースを補給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転する工作
機械の主軸用スピンドル等を支持する転がり軸受にグリ
ースを補給する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械主軸用スピンドルの軸受には、
工作精度向上のため、振動、音響等の特性が良好である
ことが求められる。また、工作機械主軸用スピンドルの
軸受には、取り扱いやすく環境面やコスト面で有利な、
グリース潤滑を採用し、かつ、高速回転性、高寿命を達
成することが求められている。

【０００３】工作機械主軸用スピンドルに用いられるグ
リース潤滑の転がり軸受は、発熱しないように、初期に
封入したグリースのみで潤滑されるのが普通である。グ
リースを封入した初期段階で、グリースの慣らし運転を
行わずに高速回転させると、グリースの噛み込みや攪拌
抵抗により異常発熱を起こすため、数時間をかけて慣ら
し運転を行ってグリースを最適な状態にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、工作機械主軸用
スピンドルの高速化が益々進み、主軸を支持する軸受は
ｄｍＮ（＝（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒ
ｐｍ））１００万以上という環境で使用されることが珍
しくなくなっている。ところで、オイルエアやオイルミ
スト等の油潤滑のものと比較すると、グリース潤滑の転
がり軸受は高速回転における寿命が短い傾向がある。グ
リース潤滑の場合、軸受の転がり疲れ寿命よりも前に、
グリース劣化により軸受が焼付いてしまう。回転数が著
しく高い場合、短時間でグリースが劣化し、早期に焼付
が発生する。

【０００５】例えば、実開平１−６７３３１号公報、実
開平４−１３２２２０号公報、実開平６−３５６５９号
公報、実開平６−３５６５３号公報、実開平５−９４５
３１号公報、実開平５−９４５３２号公報、実開平６−
３５６５５号公報、及び実開平６−３５６５７号公報に
は、内輪側にグリース溜まりを設け、遠心力によりグリ
ースを連続供給する技術が開示されている。また、実開
平５−８６０２９号公報には、エアを利用して軸受空間
に封入したグリースを有効活用する技術が開示されてい
る。しかしこれらのグリース補給機構では、改善が十分
でなかった。

【０００６】転がり軸受の潤滑不良を監視するために、
転がり軸受を設置した部分で発生する振動や音や温度を
検知したり、或いは転がり軸受を組み込んだ工作機械等
の運転時間を測定したりして、この転がり軸受のメンテ
ナンスをするための情報を得る技術がある。しかし、振
動や音、或いは温度情報は、潤滑不良に基づいてある程
度軸受損傷が発生してからその値が変化するものである
ため、このような監視方法は必ずしも転がり軸受の損傷
防止を十分に図れるものとはいえない。また、工作機械
等の運転時間を測定するのでは、グリース補給機構の故
障による潤滑不良には対応できない。そこで、潤滑不良
に基づく軸受損傷が発生する以前に、潤滑不良の状態を
検知できる監視方法及び装置の実現が求められている。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、グリース潤滑の転がり軸受に高速回転
性及び高寿命を達成させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成により達成される。（１）外輪及び内輪間に複数の転動体を有し、前記外
輪に補給孔が設けられた転がり軸受にグリースを補給す
るグリース補給装置であって、監視装置により前記転が
り軸受の潤滑状態を監視しながら、前記補給孔を介して
グリースを補給することを特徴とするグリース補給装
置。（２）一回のグリース補給量が前記転がり軸受の軸受
空間容積の０．１〜４％となるようにグリースを補給す
る前記（１）に記載のグリース補給装置。（３）接触角を有し、前記転動体が玉であって、前記
外輪の内径面の、軌道面の接触部のある側からずれた箇
所に前記補給孔が開口している転がり軸受にグリースを
補給する前記（１）又は（２）に記載のグリース補給装
置。（４）前記転動体が円筒ころである転がり軸受にグリ
ースを補給する前記（１）又は（２）に記載のグリース
補給装置。（５）前記複数の転動体がセラミック製である転がり
軸受にグリースを補給する前記（１）〜（４）のいずれ
かに記載のグリース補給装置。（６）前記監視装置が、前記転がり軸受の金属製の外
輪若しくはこの外輪と電気的に導通している部材と、前
記転がり軸受の金属製の内輪若しくはこの内輪と電気的
に導通している部材との間の電気的特性値を監視し、こ
の電気的特性値が所定範囲から外れた場合に潤滑状態が
不良であるとする、前記（１）〜（４）のいずれかに記
載のグリース補給装置。（７）前記複数の転動体が金属製であり、前記電気的
特性値が抵抗値若しくはこの抵抗値に基づいて変化する
電位差であり、この抵抗値若しくは電位差が所定値を下
回った場合に潤滑状態が不良であるとする、前記（６）
に記載のグリース補給装置。（８）前記複数の転動体がセラミック製であり、それ
ら転動体が合成樹脂製の保持器に転動自在に保持されて
おり、前記電気的特性値が電位差であり、この電位差が
所定値を越えた場合に潤滑状態が不良であるとする、前
記（６）に記載のグリース補給装置。（９）前記複数の転動体がセラミック製であり、それ
ら転動体のうちの少なくとも１個が導電性セラミック製
であり、前記電気的特性値が抵抗値若しくはこの抵抗値
に基づいて変化する電位差であり、この抵抗値若しくは
電位差が所定範囲から外れた場合に潤滑状態が不良であ
るとする、前記（６）に記載のグリース補給装置。（１０）前記（１）〜（９）のいずれかに記載のグリ
ース補給装置によってグリースを補給される転がり軸受
によって工作機械の主軸用スピンドルを支持したスピン
ドル装置。（１１）前記（１）〜（９）のいずれかに記載のグリ
ース補給装置によってグリースを補給される転がり軸受
によってモータ用スピンドルを支持したスピンドル装
置。なお、軸受空間容積とは、外輪内径と内輪外径との間に
できる空間から、転動体の体積及び保持器の体積を差し
引いた容積を意味する。

【０００９】上記構成によれば、グリースが早期に劣化
して軸受損傷が発生する前に、監視装置により潤滑不良
を検知できる。そして、監視装置からの警報、信号、指
令等に基づいて、適時に新たなグリースを外輪側から補
給することにより、軸受寿命の延長が可能となる。グリ
ースは、補給孔を通って、外輪内径面から軸受空間に補
給される。補給されたグリースは、転動体や保持器に付
着し、転動体や保持器の回転に伴って軸受内部全体に馴
染む。

【００１０】通常、工作機械の主軸用スピンドルに組み
込まれるアンギュラ玉軸受の場合、グリースの初期封入
量は、軸受空間容積の１０〜２０％を目安とされてい
る。一方、工作機械の主軸用スピンドルに組み込まれる
円筒ころ軸受の場合、グリースの初期封入量は、軸受空
間容積の８〜１５％を目安とされている。これは、グリ
ースの初期慣らし運転の時間短縮と、温度上昇の抑制と
いう要求からきているものである。特に円筒ころ軸受の
場合、グリースの初期慣らし運転時に、回転しているこ
ろがグリースを噛みこんで異常昇温することがよくあ
る。最悪の場合、焼付を起こしてしまうこともある。上
記構成のように、一回のグリース補給量を軸受空間容積
の４％以下とすることで、異常昇温を回避しつつ、慣ら
し運転の時間を短縮できる。また、鋭意検討の結果、一
回のグリース補給量が軸受空間容積の０．１％であれ
ば、必要最低限の潤滑が行われることがわかった。

【００１１】アンギュラ玉軸受のように、接触角を有
し、転動体が玉である場合、外輪の内径面の、軌道面の
接触部のある側からずれた箇所に補給孔を開口させるこ
とで、運転中の損傷を防止できる。補給孔の直径が、
０．１〜５ｍｍの範囲内であれば、定量のグリース補給
をより円滑に行うことができる。すなわち、グリースが
補給孔につまることがなく、グリースが過度に補給され
ることもない。なお、補給孔は円形断面のものに限定さ
れない。例えば、直径０．１〜５ｍｍの円形断面積と同
等の断面積を有する矩形断面や多角形断面の補給孔であ
ってもよい。上記転がり軸受に、グリース補給装置によ
りグリースを適時補給することで、ｄｍＮが１００万以
上となる環境でも転がり軸受は長寿命を達成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態であ
るグリース補給装置２００を、工作機械に組み込んだ様
子を示している。鋼等の金属製のハウジング１の内側
に、やはり鋼等の金属製の主軸用スピンドル（以下「主
軸」という）２を、一対の転がり軸受１０，１０により
回転自在に支持している。各転がり軸受１０は、その内
周面に外輪軌道を有する金属製の外輪１２と、その外周
面に内輪軌道を有する金属製の内輪１１と、それら外輪
軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた、それぞ
れが金属製又はセラミック製である複数の転動体１３
と、それら転動体１３を転動自在に保持するための合成
樹脂製の保持器１４とを備えている。

【００１３】グリース補給装置２００は、各転がり軸受
１０の潤滑状態を検知するために、外輪１２を内嵌固定
したハウジング１と、内輪１１を外嵌固定した主軸２と
の電位差を測定する監視装置を備えている。監視装置
は、ハウジング１と、主軸２と、各転がり軸受１０と、
直流電源２１０と、抵抗２１１と、を互いに直列に接続
した閉回路を有している。この閉回路を構成する導線２
１２の一端は、ハウジング１に直接接続されている。導
線２１２の他端は、主軸２にブラシ２１３を介して導通
されている。すなわち、ハウジング１の端部に固定され
た合成樹脂等からなる絶縁材製のホルダ２１４に支持し
たブラシ２１３を、ばね等の付勢部材２１５により主軸
２又は主軸２に固定した導体の外周面に押し付けるとと
もに、ブラシ２１３に導線２１２の他端を接続すること
により、導線２１２の他端と主軸２とを導通させてい
る。

【００１４】また、導線２１２の途中には、直流電源２
１０及び抵抗２１１と並列に、電圧計２１６が設けられ
ている。この電圧計２１６は、ハウジング１と主軸２と
の間の電位差（各転がり軸受１０を構成する外輪１２と
内輪１１との間の電位差に等しい）を検出する。なお、
直流電源２１０の電圧値Ｖｅは、０．１〜１０Ｖ程度の
範囲内で適宜設定することができる。また、抵抗２１１
の抵抗値は、１ｋΩ〜１ＭΩの範囲内で適宜設定するこ
とができる。

【００１５】電圧計２１６の測定値は、比較器及び判定
器を内蔵した制御器２１７に入力される。この制御器２
１７は、電圧計２１６の測定値と予め設定した基準値と
を比較して、測定値が基準値を境として、潤滑不良の判
定が可能となる。なお、潤滑不良の場合に測定値が基準
値に対して大きくなるか小さくなるかは、転がり軸受１
０の転動体１３の材質により異なる。この点については
後述する。

【００１６】また、図示の例では、ハウジング１の振動
を検知するための振動計２１８の検出信号も、制御器２
１７に入力されている。制御器２１７は、ハウジング１
の振動値が所定値を越えた場合に、警報を発するととも
に、主軸２を停止させる。

【００１７】以下、監視装置による潤滑不良の判定を詳
しく説明する。先ず、転がり軸受１０，１０の転動体１
３が、軸受鋼等の金属製である場合について説明する。
この場合には、ハウジング１と主軸２との間の電気抵抗
が、潤滑状態が良好であるときは高く、潤滑状態が不良
のときは低くなる。すなわち、潤滑状態が良好であると
きには、外輪軌道及び内輪軌道と転動体１３の転動面と
の間に十分な油膜が介在する。そして、絶縁材である油
膜が介在する分、ハウジング１と主軸２との間の電気抵
抗が高くなり、これらハウジング１と主軸２との間の電
位差が高く（直流電源２１０の電圧に近く）なる。

【００１８】それに対して、潤滑状態が不良であるとき
には、外輪軌道及び内輪軌道と転動体１３の転動面との
間に油膜が存在しないか、仮に存在しても不十分とな
る。このような状態では、外輪軌道及び内輪軌道と転動
体１３の転動面との接触状態が金属同士の接触状態とな
り、ハウジング１と主軸２との間の電気抵抗が低くな
り、これらハウジング１と主軸２との間の電位差が低く
なる。そこで、電圧計２１６の測定値Ｖａが、直流電源
２１０の電圧Ｖｅよりも所定以上低く（例えば「Ｖａ＜
０．８Ｖｅ」に）なった時点で、潤滑不良の状態にある
と判定する。

【００１９】次に、転がり軸受１０，１０の転動体１３
がセラミック製である場合について説明する。この場合
には、各転動体１３が絶縁材であるため、ハウジング１
と主軸２との間の電気抵抗は、潤滑状態に関係なく高い
ままである。ただし、セラミック製の転動体１３を合成
樹脂製の保持器１４で保持した転がり軸受１０の場合、
潤滑不良に基づいて、各転動体１３で発生する静電気の
量が増大する。潤滑状態が良好で、転動体１３の転動面
と保持器１４のポケットの内面との間に十分な油膜が存
在するときには、これら両面の摺接部に作用する摩擦が
小さく、この摺接部で静電気が発生しない。したがっ
て、電圧計２１６の測定値Ｖａは、直流電源２１０の電
圧Ｖｅとほぼ一致する。

【００２０】それに対して、潤滑状態が不良であるとき
には、各転動体１３の転動面と保持器１４のポケット内
面との間に油膜が存在しないか、仮に存在しても不十分
となり、これら両面の摺接部での摩擦により静電気が発
生して、各転動体１３が帯電する。このようにして転動
体１３に帯電した静電気が、直流電源２１０の電圧に足
されるため、電圧計２１６の測定値Ｖａは、直流電源２
１０の電圧Ｖｅよりも高くなる（Ｖａ＞Ｖｅ）。そこ
で、電圧計２１６の測定値Ｖａが、直流電源２１０の電
圧Ｖｅよりも所定以上高く（例えば「Ｖａ＞１．０１Ｖ
ｅ」に）なった時点で、潤滑不良の状態にあると判定す
る。

【００２１】転動体１３が金属製である場合とセラミッ
ク製である場合とでは、判定の基準が異なる（大小関係
が逆になる）が、何れにしても、図１に示す実施形態に
よれば潤滑不良を早期に検知できる。

【００２２】次に、転がり軸受１０，１０の複数の転動
体１３をセラミック製とするとともに、そのうちの少な
くとも１個（好ましくは円周方向に離間した位置にある
複数個、更に好ましくは全部）の転動体１３を導電性セ
ラミック製とした場合について説明する。このような転
動体１３を構成するための導電性セラミックとしては、
例えば、特開昭６２−８７４６３号公報、同６２−２６
５１７７号公報、同６４−１５５２３号公報、特開平２
−４３６９９号公報、同３−２９７４４号公報、同１０
−８７３７０号公報、特開２０００−１５４０６４号公
報、同２０００−１９２９６９号公報、特公平８−１６
０３０号公報等に記載されている公知のものを使用でき
る。更には、特願２００１−２０３７８３号に開示され
ているように、遷移金属の窒化物、炭化物、硼化物、酸
化物のうちから選択される１種又は２種以上を１０〜６
０重量％含む導電性セラミック製の転動体も、使用可能
である。

【００２３】上述のように、導電性セラミック自体は、
従来から各種のものが知られており、又、本願発明の実
施に使用できる導電性セラミックの種類は特に問われな
いので、この導電性セラミックの組成に関する説明は省
略する。なお、各転がり軸受１０にそれぞれ複数個ずつ
組み込む転動体１３は、同種のものを使用する。導電性
セラミック製の転動体と非導電性セラミック製の転動体
とを混在させる場合には、両種の転動体の主成分を同じ
とすることにより、比重、熱膨張係数等ができるだけ近
いものを使用する。

【００２４】上記転がり軸受１０，１０の潤滑状態が良
好であるときには、ハウジング１と主軸２との間の電気
抵抗が高く、反対に潤滑状態が不良であるときには、ハ
ウジング１と主軸２との間の電気抵抗が低くなる。潤滑
状態が良好であるときには、外輪軌道及び内輪軌道と転
動体１３の転動面との間に十分な油膜が介在するため、
ハウジング１と主軸２との間の電気抵抗が高くなり、両
者間の電位差が高く（直流電源２１０の電圧に近く）な
る。

【００２５】それに対して、潤滑状態が不良であるとき
には、外輪軌道及び内輪軌道と転動体１３の転動面との
間に油膜が存在しないか、仮に存在しても不十分とな
る。したがって、ハウジング１と主軸２との間の電気抵
抗が低くなり、両者間の電位差が低くなる。そこで、電
圧計２１６の測定値Ｖａが、直流電源２１０の電圧Ｖｅ
よりも所定以上低く（例えば「Ｖａ＜０．８１Ｖｅ」
に）なった時点で、潤滑不良の状態にあると判定する。

【００２６】工作機械の運転時（切削加工時）には、ハ
ウジング１側に支持した刃物と、主軸２側に支持した被
加工物とが接触して、これらハウジング１と主軸２とが
電気的に短絡される場合がある。このような場合には、
電圧計２１６の測定値ＶａはぼぼゼロＶとなる。各転動
体１３が金属製の場合では、このような場合に上記制御
器２１７が潤滑不良であると判定する。そこで、電圧計
２１６の測定値Ｖａが所定値（例えば０．０１Ｖｅ）以
上であることを条件に、潤滑状態の良否判定を行わせる
こともできる。

【００２７】さらに、図１に示した例では、ハウジング
１の振動を振動計２１８により検出し、この振動の大き
さによっても、工作機械の運転状態を判定可能としてい
るので、この工作機械に重大な損傷が発生することを、
より確実に防止できる。すなわち、何らかの原因で電圧
計２１６の測定値から潤滑不良の状態を判定できなかっ
たり、或いは転がり軸受１０，１０に寿命により表面剥
離等の損傷が発生したりしても、これら転がり軸受１
０，１０以外の部分にまで損傷が及ぶような事態になる
以前に、主軸２を停止させることができる。

【００２８】以上のようにして、制御器２１７が潤滑不
良と判定したら、グリース補給ノズル２０１からグリー
スを補給する。グリースは、ハウジング１と、転がり軸
受１０，１０の外輪１２，１２とに設けられた補給孔を
介して、軸受空間に補給される。こうして、転がり軸受
１０，１０で主軸２を支持したスピンドル装置は、長期
にわたって安定的に作動し、高速化にも十分に対応でき
る。

【００２９】以下、スピンドル装置に用いられる、転が
り軸受１０の構成を詳細に説明する。図２に示す、転が
り軸受の第１例であるアンギュラ玉軸受１０は、内輪１
１、外輪１２、内外輪１１，１２間に複数配置された玉
１３及び玉１３を円周方向等間隔に保持する保持器１４
を備えている。本例は、外輪カウンタボア軸受である。
本例においては、外輪１２のカウンタボア側（図では右
側）に、外輪１２を径方向に貫通する補給孔１５が設け
られている。補給孔１５は、直径０．１〜５ｍｍの円形
断面を有している。補給孔１５は、外輪１２の内径面
の、軌道面１２ａに隣接する箇所に開口している。補給
孔１５は、外輪１２の周方向に間隔をあけた複数箇所に
設けられてもよい。

【００３０】アンギュラ玉軸受１０の軸受空間には、軸
受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入さ
れる。そして、軸受使用時には、次のようなグリース補
給方法が適用される。すなわち、適宜なタイミングで
（間欠的、定期的に）、補給孔１５を介して、一回の補
給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリー
スショットさせる。

【００３１】図３に示す第２例のアンギュラ玉軸受２０
は、内輪２１、外輪２２、内外輪２１，２２間に複数配
置された玉２３及び玉２３を円周方向等間隔に保持する
保持器２４を備えている。本例においては、外輪２２の
カウンタボア側（図では右側）に、外輪２２を径方向に
貫通する補給孔２５が設けられている。補給孔２５の外
輪内径面側は、グリースだまり２５ａになっている。グ
リースだまり２５ａの断面積は、補給孔２５の他の部分
の断面積より大きい。グリースだまり２５ａを有してい
るので、補給孔２５は、段付き円柱状空間になってい
る。グリースだまり２５ａは、外輪２２の内径面の、軌
道面２２ａに隣接する箇所に位置している。以下に説明
する例においても、補給孔がグリースだまりを有しても
よい。

【００３２】図４に示す第３例のアンギュラ玉軸受３０
は、内輪３１、外輪３２、内外輪３１，３２間に複数配
置された玉３３及び玉３３を円周方向等間隔に保持する
保持器３４を備えている。本例は、内輪カウンタボア軸
受である。本例においては、外輪３２の軌道面３２ａ
の、接触部３２ｂのある側（図では右側）の反対側に、
外輪３２を径方向に貫通する補給孔３５が開口してい
る。

【００３３】図５に示す第４例のアンギュラ玉軸受４０
は、内輪４１、外輪４２、内外輪４１，４２間に複数配
置された玉４３及び外輪案内の保持器４４を備えてい
る。本例は、外輪カウンタボア軸受である。本例におい
ては、外輪４２のカウンタボア側（図では右側）に、外
輪４２を径方向に貫通する補給孔４５が設けられてい
る。補給孔４５は、保持器４４の片側（図では右側）の
案内面４４ａに向けて開口している。

【００３４】図６に示す第５例のアンギュラ玉軸受５０
は、内輪５１、外輪５２、内外輪５１，５２間に複数配
置された玉５３及び外輪案内の保持器５４を備えてい
る。本例は、外輪カウンタボア軸受である。本例におい
ては、外輪５２の反カウンタボア側（図では左側）に、
外輪５２を径方向に貫通する補給孔５５が設けられてい
る。補給孔５５は、保持器５４の片側（図では左側）の
案内面５４ａに向けて開口している。

【００３５】図２に示した形態のアンギュラ玉軸受を用
いて、以下のような実験を行った。内径６５ｍｍ、外径
１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、接触角１８°、玉径７．１４
４ｍｍ、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５、グ
リース初期封入量は軸受空間容積の１５％（２．３ｃ
ｃ）である、一対のアンギュラ玉軸受により、試験機の
回転主軸を支持した。一対のアンギュラ玉軸受は背面組
合せとし、軸受間隔は１００ｍｍとした。

【００３６】（実験１）試験機の回転主軸をいくつかの
設定速度で回転させ、各設定速度における軸受耐久時間
を観測した。結果を表１に示す。

【表１】グリース補給がない状態では、ｄｍＮ１２０万で１００
００時間を越える耐久時間を達成できなかった。これ
は、グリース寿命が１００００時間であったことを示し
ている。ｄｍＮ１５０万ではグリース寿命が１０００時
間であった。ｄｍＮ１８０万ではグリース寿命が１００
時間であった。表１の結果をグラフ化したものを図７に
示す。図７から、ｄｍＮの上昇に伴って、グリース寿命
時間が指数関数的に短くなることがわかる。

【００３７】（実験２）実験１のときと同様な条件で、
試験機の回転主軸を一対のアンギュラ玉軸受で支持し、
適宜な慣らし運転を行った。慣らし運転後のｄｍＮ１５
０万における外輪温度は５５℃であった。なお、ｄｍＮ
１５０万におけるグリース寿命は、前述のように１００
０時間である。本実験では、ｄｍＮ１５０万で１０００
時間運転を行った時点で、いくつかの設定補給量のグリ
ース補給を行い、その後０からｄｍＮ１５０万に５秒で
立ち上げて運転を再開するとともに軸受を観察すること
で、各設定補給量における耐久時間及び軸受の昇温を測
定した。結果を表２に示す。

【表２】補給量が４％以下のときは、初期封入のグリース寿命の
半分である５００時間を越えると、焼付が生じた。一
方、補給量が４％を超えると、グリース補給後に軸受が
異常昇温（外輪が７５℃以上に急上昇）した。以上の結
果から、グリースの補給間隔は、初期封入のグリース寿
命時間の半分以下とし、補給量は軸受空間容積の４％以
下とするのが良いことがわかった。

【００３８】なお、２％のグリース補給を行った後、慣
らし運転をした時点で、軸受内部の接触部の脇にかき出
されたグリースを採取し、量を測定したところ、２％の
量の補給に対し、１．９％の量のグリースがかき出され
たことがわかった。これは、転動体（玉）、内外輪の軌
道面及び保持器間に必要最低限のグリースが潤滑膜とし
て保持され、余分なグリースがかき出されたことを示
す。このことから、グリース補給量の下限は軸受空間容
積の０．１％であることがわかった。

【００３９】図８に示す、転がり軸受の第６例の複列円
筒ころ軸受６０は、内輪６１、外輪６２、内外輪６１，
６２間に２列に複数配置された円筒ころ６３及び各列の
円筒ころ６３を円周方向等間隔に保持する保持器６４を
備えている。本例においては、外輪６２の軸方向中央部
に、外輪６２を径方向に貫通する補給孔６５が設けられ
ている。補給孔６５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面
を有している。補給孔６５は、それぞれの保持器６４
の、２列の円筒ころ６３の間に位置する部分に向けて開
口している。本例においては、外輪外径面の軸方向中央
部に、補給孔６５に連通する溝６５ｂを設けて、補給孔
６５にグリースＧをショットし易くしているが、溝６５
ｂはなくてもよい。なお、図２〜６に示した転がり軸受
にも、外輪外径面に溝を設けてもよい。

【００４０】円筒ころ軸受６０の軸受空間には、軸受空
間容積の８〜１５％の量のグリースが初期封入される。
そして、軸受使用時には、次のようなグリース補給方法
が適用される。すなわち、適宜なタイミングで（間欠
的、定期的に）、補給孔６５を介して、一回の補給量が
軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースＧを
ショットさせる。保持器６４に向けてショットされたグ
リースＧは、軸受回転に伴って、内外輪の軌道面の円周
上に均一に塗布される。こうして、ショットされたグリ
ースＧによる新しい潤滑膜が形成される。慣らし運転が
終わると、必要最低限のグリース以外は、転動面外側に
かき出されて土手のような形状になる。その状態のグリ
ースから微量な基油が漏れて、転動面や保持器案内面が
潤滑される。

【００４１】図９に示す第７例の複列円筒ころ軸受７０
は、内輪７１、外輪７２、内外輪７１，７２間に２列に
複数配置された円筒ころ７３及び各列の円筒ころ７３を
円周方向等間隔に保持する保持器７４を備えている。本
例においては、外輪７２に、外輪７２を径方向に貫通す
る補給孔７５が、軸方向に見て複数（ここでは２本）設
けられている。補給孔７５は、各列の円筒ころ７３の転
動面に向けて開口している。外輪外径面には、２列の溝
７５ｂが設けられている。

【００４２】図１０に示す第８例の単列円筒ころ軸受８
０は、内輪８１、外輪８２、内外輪８１，８２間に複数
配置された円筒ころ８３及び外輪案内の保持器８４を備
えている。本例においては、外輪８２に、外輪８２を径
方向に貫通する補給孔８５が、軸方向に見て２本設けら
れている。各補給孔８５は、円筒ころ８３の軸方向両側
に位置する、保持器８４の案内面に向けて開口してい
る。外輪外径面には、２列の溝８５ｂが設けられてい
る。図示しないが、片側の保持器案内面に向けて開口す
る、軸方向に見て１本の補給孔を設けた構成とすること
もできる。

【００４３】図１１に示す第９例の単列円筒ころ軸受９
０は、内輪９１、外輪９２、内外輪９１，９２間に複数
配置された円筒ころ９３及び外輪案内の保持器９４を備
えている。本例においては、外輪９２の軸方向中央部
に、外輪９２を径方向に貫通する補給孔９５が設けられ
ている。補給孔９５は、円筒ころ９３の転動面に向けて
開口している。外輪外径面の軸方向中央部には、溝９５
ｂが設けられている。

【００４４】図１２に示す第１０例の単列円筒ころ軸受
１００は、内輪１０１、外輪１０２、内外輪１０１，１
０２間に複数配置された円筒ころ１０３及び外輪案内の
保持器１０４を備えている。本例においては、外輪１０
２に、外輪１０２を径方向に貫通する補給孔１０５が、
軸方向に見て２本設けられている。各補給孔１０５は、
円筒ころ１０３の軸方向両端面と保持器１０４の案内面
との間に向けて開口している。外輪外径面には、２列の
溝１０５ｂが設けられている。図示しないが、軸方向に
見て１本の補給孔を設けた構成とすることもできる。

【００４５】図１３に示す第１１例の単列円筒ころ軸受
１１０は、内輪１１１、外輪１１２、内外輪１１１，１
１２間に複数配置された円筒ころ１１３及び外輪案内の
保持器１１４を備えている。本例においては、外輪１１
２の軸方向中央部に、外輪１１２を径方向に貫通する補
給孔１１５が設けられている。補給孔１１５は、グリー
スをショットするノズル１２０の、先端テーパ形状に対
応するテーパ形状になっており、外径面側から内径面側
に向かうにつれて直径が減少している。すなわち、補給
孔１１５は、円錐台状空間になっている。補給孔１１５
は、円筒ころ１１３の転動面に向けて開口している。

【００４６】図１１に示した形態の円筒ころ軸受を用い
て、以下のような実験を行った。（実験３）内径９５ｍｍ、外径１４５ｍｍ、ころ径１１
ｍｍ、ころ長さ１１ｍｍ、ころ数２７個、軸受空間容積
３１ｃｍ³、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１
５、グリース初期封入量は軸受空間容積の１０％である
円筒ころ軸受を複数用意し、それぞれ慣らし運転を行っ
た。慣らし運転後の、９０００ｍｉｎ^-1での外輪温度は
３５℃であった。その後、いくつかの設定補給量のグリ
ース補給を行った後、０から９０００ｍｉｎ^-1に２秒で
立ち上げて、外輪温度を測定する実験を５回（ｎ１〜ｎ
５）行った。図１４（ａ）に示すように、１箇所の補給
孔のみからグリースＧを補給した場合の実験結果を表３
に示す。

【表３】表３中、◎は外輪温度が４０℃以下であったことを示
し、○は外輪温度が５０℃以下であったことを示し、△
は外輪温度が６０℃以下であったことを示し、×は外輪
温度が６０℃を越えたことを示す。図１４（ｂ）に示す
ように、対向する２箇所（１８０°離れた位置）の補給
孔からグリースＧを補給した場合の実験結果を表４に示
す。

【表４】図１４（ｃ）に示すように、ころところの間全てに設け
られた補給孔からグリースＧを補給した場合の実験結果
を表５に示す。

【表５】

【００４７】表３〜表５からわかるように、２％以下で
は、補給後の回転で異常昇温は見られなかった。４％で
は、補給箇所を増やすことにより異常昇温を顕著に抑え
ることができた。すなわち、同じ量を補給するにして
も、外輪の円周方向に間隔をあけた複数箇所に設けた補
給孔からグリースをショットする方が、異常昇温を抑制
できることがわかった。４％を越えると、グリースの補
給箇所を増やしても、温度にバラツキがでて、安定しな
い状態であった。

【００４８】（実験４）図１１に示したような形態であ
って、内径７０ｍｍ、外径１１０ｍｍ、ころ径９ｍｍ、
ころ長さ９ｍｍ、ころ数２０個、軸受空間容積２．４ｃ
ｍ³、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５、グリ
ース初期封入量は軸受空間容積の１０％、両側案内・外
輪案内の保持器の材質はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテ
ルケトン、炭素繊維強化グレード）である円筒ころ軸受
を２個用意した。そして、両方の円筒ころ軸受を１６５
００ｍｉｎ^-1（ｄｍＮ１５０万）で回転させ、一方の円
筒ころ軸受には回転開始から４８時間経過した時点で軸
受空間容積の２％の量のグリース補給を行い、他方の円
筒ころ軸受けにはグリース補給を行わず、さらに両方の
円筒ころ軸受を１６５００ｍｉｎ^-1（ｄｍＮ１５０万）
で回転させ、耐久時間を測定した。グリース補給をした
円筒ころ軸受では、目標耐久時間である１０００時間を
達成したが、グリース補給をしない円筒ころ軸受では、
２００時間しかもたなかった。

【００４９】なお、本発明は、前述した実施形態・実施
例に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可
能である。例えば、工作機械主軸用スピンドルを支持す
る転がり軸受の他に、ＡＣサーボモータ等のモータ用ス
ピンドルを支持する転がり軸受にも、本発明を適用でき
る。すなわち、転がり軸受でモータ用スピンドルを支持
したスピンドル装置に、上記のようなグリース補給装置
２００を組み込んで、転がり軸受に適時グリース補給を
行うことで、スピンドル装置は、長期にわたって安定的
に作動し、高速化にも十分に対応できるようになる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
グリースが早期に劣化して軸受損傷が発生する前に、監
視装置により潤滑不良を検知できる。そして、監視装置
からの警報、信号、指令等に基づいて、適時に新たなグ
リースを外輪側から補給することにより、軸受寿命、ひ
いてはスピンドル装置の寿命の延長が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】転がり軸受の第１例を示す断面図である。

【図３】転がり軸受の第２例を示す断面図である。

【図４】転がり軸受の第３例を示す断面図である。

【図５】転がり軸受の第４例を示す断面図である。

【図６】転がり軸受の第５例を示す断面図である。

【図７】転がり軸受の第１例を用いた実験結果を示すグ
ラフである。

【図８】転がり軸受の第６例を示す断面図である。

【図９】転がり軸受の第７例を示す断面図である。

【図１０】転がり軸受の第８例を示す断面図である。

【図１１】転がり軸受の第９例を示す断面図である。

【図１２】転がり軸受の第１０例を示す断面図である。

【図１３】転がり軸受の第１１例を示す断面図である。

【図１４】本発明の実施形態の変形例を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１ハウジング２主軸（主軸用スピンド
ル）１０，２０，３０，４０，５０アンギュラ玉軸受（転
がり軸受）１１，２１，３１，４１，５１内輪１２，２２，３２，４２，５２外輪１３，２３，３３，４３，５３玉（転動体）１４，２４，３４，４４，５４保持器１５，２５，３５，４５，５５補給孔６０，７０，８０，９０，１００，１１０円筒ころ軸
受（転がり軸受）６１，７１，８１，９１，１０１，１１１内輪６２，７２，８２，９２，１０２，１１２外輪６３，７３，８３，９３，１０３，１１３円筒ころ
（転動体）６４，７４，８４，９４，１０４，１１４保持器６５，７５，８５，９５，１０５，１１５補給孔２００グリース補給装置２０１補給ノズル２１０直流電源２１１抵抗２１２導線２１６電圧計２１７制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森田康司神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J101 AA02 BA10 BA54 CA08 EA41 EA63 FA32 GA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪及び内輪間に複数の転動体を有し、
前記外輪に補給孔が設けられた転がり軸受にグリースを
補給するグリース補給装置であって、監視装置により前記転がり軸受の潤滑状態を監視しなが
ら、前記補給孔を介してグリースを補給することを特徴
とするグリース補給装置。
【請求項２】一回のグリース補給量が前記転がり軸受
の軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースを
補給する請求項１に記載のグリース補給装置。
【請求項３】接触角を有し、前記転動体が玉であっ
て、前記外輪の内径面の、軌道面の接触部のある側から
ずれた箇所に前記補給孔が開口している転がり軸受にグ
リースを補給する請求項１又は２に記載のグリース補給
装置。
【請求項４】前記転動体が円筒ころである転がり軸受
にグリースを補給する請求項１又は２に記載のグリース
補給装置。
【請求項５】前記複数の転動体がセラミック製である
転がり軸受にグリースを補給する請求項１〜４のいずれ
かに記載のグリース補給装置。
【請求項６】前記監視装置が、前記転がり軸受の金属
製の外輪若しくはこの外輪と電気的に導通している部材
と、前記転がり軸受の金属製の内輪若しくはこの内輪と
電気的に導通している部材との間の電気的特性値を監視
し、この電気的特性値が所定範囲から外れた場合に潤滑
状態が不良であるとする、請求項１〜４のいずれかに記
載のグリース補給装置。
【請求項７】前記複数の転動体が金属製であり、前記
電気的特性値が抵抗値若しくはこの抵抗値に基づいて変
化する電位差であり、この抵抗値若しくは電位差が所定
値を下回った場合に潤滑状態が不良であるとする、請求
項６に記載のグリース補給装置。
【請求項８】前記複数の転動体がセラミック製であ
り、それら転動体が合成樹脂製の保持器に転動自在に保
持されており、前記電気的特性値が電位差であり、この
電位差が所定値を越えた場合に潤滑状態が不良であると
する、請求項６に記載のグリース補給装置。
【請求項９】前記複数の転動体がセラミック製であ
り、それら転動体のうちの少なくとも１個が導電性セラ
ミック製であり、前記電気的特性値が抵抗値若しくはこ
の抵抗値に基づいて変化する電位差であり、この抵抗値
若しくは電位差が所定範囲から外れた場合に潤滑状態が
不良であるとする、請求項６に記載のグリース補給装
置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載のグリ
ース補給装置によってグリースを補給される転がり軸受
によって工作機械の主軸用スピンドルを支持したスピン
ドル装置。
【請求項１１】請求項１〜９のいずれかに記載のグリ
ース補給装置によってグリースを補給される転がり軸受
によってモータ用スピンドルを支持したスピンドル装
置。