JP2003278773A - 転がり軸受のエアオイル潤滑構造およびスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑油を転走面へ効率良く到達させることが
できて、少量の潤滑油で必要な潤滑が行える潤滑構造を
提供する。特に、潤滑油が遠心力により斜面部の途中で
離れることがないようにする。 【解決手段】 転がり軸受１の内輪２の外径面に、この
内輪２の転走面２ａに続く斜面部２ｂを設ける。この斜
面部２ｂに隙間δを持って沿うノズル部材６を設ける。
ノズル部材６には、斜面部２ｂに対面して開口するエア
オイルの吐出口８ａを設ける。内輪斜面部２ｂの軸方向
に対する傾斜角度αは、 α≧０．０６６７×ｄｎ×１０^-4−１．８３３３ とする。ただし、ｄｎは軸受内径寸法（mm）と回転速度
（min ^-1）の積である。

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、転がり軸受のエ
アオイル潤滑構造およびこれを適用したスピンドル装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械のスピンドル装置は、加工能率
を上げるためますます高速化の傾向にある。このため、
軸受の潤滑も、搬送エアに潤滑用オイルを混合して、内
輪転走面に直接に噴きつけるエアオイル給油が増加しつ
つある。このようなエアオイル給油の一例として、本発
明者は、転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の転走
面に続く斜面部を設けると共に、この斜面部に所定の隙
間を持って沿うノズル部材を設け、ノズル部材の前記斜
面部に対向するエアオイル吐出口からエアオイルを噴き
付けるようにした潤滑構造を試みた。転がり軸受として
は、アンギュラ玉軸受等が用いられる。

【０００３】このようなエアオイル潤滑構造によると、
搬送エアに混合された潤滑油であるエアオイルが、ノズ
ル部材のエアオイル吐出口から吐出され、内輪の斜面部
とノズル部材間の隙間に導入される。この隙間に導入さ
れたエアオイルは、軸受運転時に隙間で生じる負圧吸引
作用によって軸受内部へ導かれ、また内輪斜面部に付着
した潤滑油の表面張力と、遠心力の斜面部大径側への分
力により、軸受内部の転走面あるいは保持器の内径面へ
導かれる。このように、内輪の斜面部にエアオイルを供
給し、転動体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、内輪の斜面部に供給されたエアオイルを内
輪の回転で軸受内に導くようにしたため、使用するエア
は、内輪の斜面部までオイルを搬送する役目でよく、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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案例で
は、転がり軸受の内輪斜面部の適切な傾斜角度を具体的
に示すには至っていない。このようなエアオイル潤滑構
造においては、内輪斜面部の傾斜角度を考慮せずに設計
した場合、斜面部に付着したエアオイルが遠心力の作用
で斜面部の途中から離れてしまうという問題が生じるこ
とが分かった。斜面部の途中から離れる結果、エアオイ
ルが軸受の転動体に効率良く到達せずに潤滑油不足が生
じる恐れがある。この場合、エアオイルのエア量・油量
を増やせば、潤滑不足を回避できるかも知れないが、油
量を増加させると攪拌抵抗の増大や温度上昇が懸念され
る。このエアオイル潤滑構造とした軸受を、例えばスピ
ンドル装置に適用した場合、軸受の温度上昇が主軸に温
度変化を与え、その精度に影響を与えることになる。し
たがって、できるだけ油量の少ない効率のよい潤滑を行
って、必要以上の温度上昇を避ける必要がある。また、
エア量の増加は、エネルギ消費を増加させるだけでな
く、コンプレッサに負担をかけ、騒音増加にも繋がって
しまう。

【０００５】また、前記エアオイル潤滑構造を、図１６
に示すような円筒ころ軸受４１に適用した場合にも、内
輪４２の斜面部４２ｂの傾斜角度が適切でないと、上記
と同様な問題が生じる。すなわち、斜面部４２ｂに噴き
付けられてこの斜面部４２ｂを伝わって転走面４２ａ側
に近づいて行った潤滑油が、同図に矢印Ａで示すように
斜面部４２ｂの大径部まで進んだ後に、遠心力により斜
面部４２ｂから離れてしまい、保持器４５の内径側に入
り込めないで保持器幅面に遮られる。そのため軸受４１
の内部に到達できず、潤滑不足になる恐れがある。

【０００６】この発明の目的は、エアオイル潤滑を使用
した転がり軸受において、潤滑油を転走面へ効率良く到
達させることができて、少量の潤滑油で必要な潤滑が行
える潤滑構造を提供することである。この発明の他の目
的は、この転がり軸受のエアオイル潤滑構造の作用が効
果的に得られ、特に、潤滑条件の厳しくなる軸受鍔面と
ころ端面の潤滑が良好に行えるスピンドル装置を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のエアオイル潤
滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の転
走面に続く斜面部を設け、この斜面部に隙間を持って沿
うノズル部材を設け、上記ノズル部材に、上記斜面部に
対面して開口するエアオイルの吐出口を設け、上記内輪
の斜面部の軸方向に対する傾斜角度αを、 α≧０．０６６７×ｄｎ×１０^-4−１．８３３３ ただし、ｄｎ：軸受内径寸法（mm）と回転速度（min
^-1）の積、としたものである。このように、内輪斜面
部の傾斜角度αの必要最小値を定めることで、潤滑油が
遠心力により斜面部の途中で離れることなく、内輪転走
面まで確実に到達できることが実験により確認された。
これにより、必要最小限の潤滑油で効率良く潤滑が行え
て、確実な潤滑を行いながら、温度上昇が抑制される。
したがって、耐焼き付性が向上し、より一層高速までの
使用が可能になる。またエア量についても必要最小限で
済んで、エネルギ消費が抑えられると共に、より一層の
騒音低減にも繋がる。

【０００８】内輪斜面部の傾斜角度αの好ましい最大値
は、軸受形式によって異なり、内輪鍔付きの円筒ころ軸
受では、α≦３５°とすることが好ましく、アンギュラ
玉軸受ではα≦２５°とすることが好ましい。また、円
筒ころ軸受では、傾斜角度αの最小値を２５°以上とす
ることがより好ましい。つまり、内輪鍔付きの円筒ころ
軸受では、αの値を２５〜３５°の範囲に設定すること
が好ましい。これは、次の理由による。円筒ころ軸受の
場合、傾斜角度αを２５°以上にすると、ノズル部材の
先端を保持器の円環部の直下に設定し易くなる。また、
内輪鍔付きの円筒ころ軸受では、鍔付きとするために大
きな軸方向荷重を受ける必要があるが、傾斜角度αが３
５°を超えると、斜面部を設けた方の内輪端面の径方向
幅が狭くなり、この端面が接する内輪間座やハウジング
等との接触面積が小さくなって、大きな軸方向荷重を受
けられなくなる。アンギュラ玉軸受では、傾斜角度αが
２５°を超えると、斜面部を設けた方の内輪端面の径方
向幅が狭くなり、この端面が接する内輪間座やハウジン
グ等との接触面積が小さくなって、大きな軸方向荷重を
受けられなくなる。

【０００９】この発明において、上記斜面部の傾斜角度
αと、上記吐出孔のエアオイルの吐出方向が軸方向に対
して成す角度である吐出角度βとの関係を、 α＜９０°−β としても良い。すなわち、斜面部の傾斜角度αを、エア
オイルの吐出方向と斜面部との成す角度が９０°よりも
大きくなるように設定する。このように傾斜角度αと吐
出角度βとの関係を設定することにより、吐出口から噴
射されるエアオイルが内輪の斜面部に衝突しても、遠心
力を受けて抵抗無く流れることができる。

【００１０】この発明において、上記ノズル部材に、上
記斜面部に対面して開口するエアオイルの吐出溝を円周
方向に延びて設け、上記ノズル部材の吐出孔を、吐出口
が上記吐出溝内に開口するものとしても良い。このよう
に吐出溝を設けた場合、ノズル部材の吐出孔から吐出さ
れたエアオイルは、円周方向に延びる吐出溝を通って内
輪の斜面部とノズル部材間の隙間に導入される。そのた
め、吐出孔から吐出されたエアオイルは、斜面部とノズ
ル部材間の隙間に比べて広い吐出溝内で周方向に行き渡
り、全周に均等化される。したがって、少量の潤滑油で
より一層効率の良い確実な潤滑が行える。

【００１１】また、この発明において、上記内輪の斜面
部に円周溝を設け、上記ノズル部材の上記吐出口を、上
記斜面部における上記円周溝の部分に対面して開口する
ものとしても良い。このように内輪に円周溝を設けた場
合、エアオイルは、ノズル部材の吐出孔から内輪の円周
溝に吐出され、円周溝内から内輪の斜面部とノズル部材
間の隙間に流れる。そのため、吐出孔から吐出されたエ
アオイルは、斜面部とノズル部材間の隙間に比べて広い
円周溝内で周方向に行き渡り、全周に均等化される。し
たがって、この場合も、少量の潤滑油でより一層効率の
良い確実な潤滑が行える。円周溝が設けられていても、
軸受運転時に生じる負圧吸引作用や遠心力等により、エ
アオイルは上記隙間へ円滑に流れ込むことができる。

【００１２】この発明において、上記転がり軸受が円筒
ころ軸受である場合に、ころを保持する保持器を有し、
上記内輪の斜面部の大径側端の軸方向位置が、上記保持
器の上記ノズル部材側の幅面よりも上記転走面側に位置
するようにしても良い。なお上記大径側端と内輪転走面
との間に円筒面部が介在しても良い。このように斜面部
の大径側端の軸方向位置を設定することにより、内輪斜
面部を伝わって転走面側に流れる潤滑油が、保持器の幅
面に遮られることなく、軸受内部に円滑に導入される。

【００１３】この発明のスピンドル装置は、工作機械の
主軸を支持するスピンドル装置であって、上記主軸をハ
ウジングに対してフロント側およびリア側の転がり軸受
によって支持し、上記リア側の転がり軸受を内輪鍔付き
の円筒ころ軸受とし、このリア側の転がり軸受に対し
て、この発明の上記いずれかの転がり軸受のエアオイル
潤滑構造を適用し、そのノズル部材を、転がり軸受のフ
ロント側に配置したものである。スピンドル装置のリア
側の軸受に鍔付きの円筒ころ軸受を使用した場合、運転
により発熱する軸膨張の影響で、リア側軸受におけるフ
ロント側の鍔面ところ端面の接触部分の面圧が増加する
ことになり、鍔面ところ端面との滑りによる摩耗に対し
て不利な条件となる。そのため、このリア側の軸受に対
して、この発明のエアオイル潤滑構造を適用し、ノズル
部材を、転がり軸受のフロント側に配置することによ
り、リア側軸受は、フロント側の鍔面ところ端面の接触
部に潤滑油が優先して供給されることになる。したがっ
て、この発明の転がり軸受のエアオイル潤滑構造の作用
により、鍔面ところ端面との潤滑が効果的に行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態を図１
〜図５と共に説明する。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。内輪２と外輪３の幅は、互いに同じ幅とさ
れている。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δを持って沿うノズル部材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。斜面部２ｂは転走面２ａに略直接に続いてい
るが、円筒面部が斜面部２ｂと転走面２ａとの間に介在
していても良い。転がり軸受１がアンギュラ玉軸受であ
る場合、内輪２のカウンタボアを設ける部分の外径面が
上記斜面部２ｂとされる。

【００１５】ノズル部材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。ノズル部材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延びる鍔状部６ａを有してい
る。この鍔状部６ａは、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の直下まで延
び、その先端がノズル部材６の前記先端部６ａａとな
る。ノズル部材６の鍔状部６ａと内輪２の斜面部２ｂと
の間の隙間δ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。

【００１６】ノズル部材６は、内輪斜面部２ｂに対面し
て開口するエアオイルの吐出溝７を有し、この吐出溝７
に吐出口８ａが開口する吐出孔８が設けられている。吐
出溝７は円周方向に延び、環状に形成されている。吐出
孔８は、ノズル部材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に直接に吹き付け可能なように、吐出
口８ａの吐出方向を斜面部２ｂ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。吐出溝７は、吐出孔８から斜面部２ｂへの直接の
潤滑油吹き付けを阻害しない断面形状とされている。

【００１７】上記ノズル部材６の吐出孔８から内輪斜面
部２ｂに吹き付けられる潤滑油が、内輪斜面部２ｂを伝
わって効率良く転がり軸受１の内部に供給されるよう
に、内輪斜面部２ｂの傾斜角度αの最小値は、次式の値
に設定してある。 α≧０．０６６７×ｄｎ×１０^-4−１．８３３３ ただし、ｄｎ：軸受内径寸法（mm）と回転速度（min
^-1）の積、である。この式によると、転がり軸受１
が、軸受内径７０mmφ、回転速度３０００００min ^-1の
アンギュラ玉軸受の場合には、内輪斜面部２ｂの傾斜角
度αは、 α≧１２．８° となる。

【００１８】内輪斜面部２ｂの傾斜角度αの最大値は、
アンギュラ玉軸受ではα≦２５°とすることが好まし
い。アンギュラ玉軸受の場合、傾斜角度αが２５°を超
えると、斜面部２ｂを設けた方の内輪端面の径方向幅が
狭くなり、この端面が接する内輪間座１１あるいはハウ
ジング等との接触面積が小さくなって、大きな軸方向荷
重を受けられなくなるからである。内輪斜面部の傾斜角
度αの好ましい最大値は、軸受形式によって異なり、内
輪鍔付きの円筒ころ軸受では、α≦３５°とすることが
好ましい。また、内輪鍔付きの円筒ころ軸受では、傾斜
角度αの最小値を２５°以上とすることがより好まし
い。つまり、内輪鍔付きの円筒ころ軸受では、αの値を
２５〜３５°の範囲に設定することが好ましい。これ
は、次の理由による。円筒ころ軸受の場合、傾斜角度α
を２５°以上にすると、ノズル部材の先端を保持器の円
環部の直下に設定し易くなる。また、内輪鍔付きの円筒
ころ軸受では、傾斜角度αが３５°を超えると、斜面部
を設けた方の内輪端面の径方向幅が狭くなり、この端面
が接する内輪間座やハウジング等との接触面積が小さく
なって、大きな軸方向荷重を受けられなくなる。後に示
す内輪鍔付きの各円筒ころ軸受の場合は、いずれも傾斜
角度αを２５〜３５°の範囲に設定している。

【００１９】内輪斜面部２ｂの傾斜角度αと、吐出口８
ａからのエアオイルの吐出方向が軸方向に対してなす角
度である吐出角度βとの関係は、図１（Ｂ）のように、
α＜９０°−βとなるように設定してある。すなわち斜
面部２ｂの傾斜角度αを、エアオイルの吐出方向と斜面
部との成す角度が９０°よりも大きくなるように設定し
ている。

【００２０】なお、内輪斜面部２ｂに吹き付けられる潤
滑油が、その斜面部２ｂを伝わって効率良く転がり軸受
１の内部に供給されるためには、内輪斜面部２ｂの表面
粗さを研磨やラップ仕上げ等により小さくすることが好
ましい。この例では、その表面粗さはＲａ１．０以下と
されている。吐出孔８における吐出孔８ａの開口直径ｄ
は０．８〜１．２mmφ程度とされ、吐出口近傍部８ｂの
孔長さＬは、エアオイルの噴射速度を低下させないよう
に、上記開口直径ｄの２倍以上に設定されている。

【００２１】ノズル部材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。ノズル部材６のハウジ
ング９への取付けは、外輪間座１０を介して行っても、
直接に行っても良い。図１の例は、外輪間座１０を介し
て取付けた例であり、外輪間座１０の一側面の内径部に
形成した環状の切欠凹部１０ａに、ノズル部材６を嵌合
状態に設けてある。ノズル部材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接近して
いる。ノズル部材６における吐出口８の入口部の周囲に
は、円周溝を設けてＯリング等のシール部材３６を設
け、外輪間座１０とノズル部材６とをボルト等の締め付
け具（図示せず）で締め付け固定することにより、エア
オイル供給路１３と吐出孔８との連通部からエアオイル
が漏れることを防止している。

【００２２】ノズル部材６の吐出孔８は、その吐出口８
ａ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からノズル部
材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。エアオイル供給路１３は、ハウジング９にエ
アオイル供給口１３ａを有し、ハウジング９の内面にハ
ウジング部出口１３ｂを有している。ハウジング部出口
１３ｂは、外輪間座１０の外径面に設けられた環状の連
通溝１３ｃに連通し、連通溝１３ｃから、径方向に貫通
した個別経路１３ｄを介して、ノズル部材６の各吐出孔
８に連通している。エアオイル供給口１３ａは、圧縮し
た搬送エアに潤滑油を混合させたエアオイルの供給源
（図示せず）に接続されている。

【００２３】上記構成のエアオイル潤滑構造の作用を説
明する。図１のエアオイル供給口１３ａより供給された
エアオイルは、ノズル部材６の吐出孔８を経て内輪２の
斜面部２ｂに噴射される。斜面部２ｂに噴射されたエア
オイルは、次の形態で軸受１の潤滑に寄与する。 内輪斜面部２ｂとノズル部材６間の隙間を経て、吹き
付け力によって直接に軸受１の内部に流入する。 内輪斜面部２ｂに付着した潤滑油は、その表面張力と
遠心力によって生じる斜面大径側への分力により、軸受
１の内部へ流入する。 円周溝状の吐出溝７に滞留するエアオイルは、内輪斜
面部２ｂとノズル部材６間の隙間で生じる負圧吸引作用
により軸受内部側へ流れ、ノズル部材６の先端部６ａａ
から遠心力により転動体４または保持器７の内径面に付
着し、軸受各部の潤滑油として寄与する。

【００２４】このように、内輪２の斜面部２ｂ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２の斜面部２ｂ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、内輪斜面部２ｂまで潤滑油を
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、この実施
形態の場合、エアオイルを内輪斜面部２ｂに直接に吹き
付けるため、斜面部２ｂにオイルが付着し易く、また吹
き付け力によってもエアオイルが軸受内部へ流入する。
吐出孔８の吐出方向の傾斜角度βは、吐出孔８から噴射
されたエアが直接に内輪斜面部２ｂに吹き付けられ、か
つ噴射流による転動体４の風切り音への影響が大きくな
らない範囲で決定する。この構造とすることにより、エ
アオイルは軸受内部へ流入し易くなり、内輪２と転動体
４との接触部への潤滑油供給が良好となる。また吐出孔
８の出口部８ａが細径であるため、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、内輪温度の低減が期待できる。

【００２５】特に、このエアオイル潤滑構造では、斜面
部２ｂの軸方向に対する傾斜角度αの範囲を上記のよう
に設定したため、次の効果が得られる。傾斜角度αの最
小値については、後述のように実験により効果が確認さ
れた。すなわち、 α≧０．０６６７×ｄｎ×１０^-4−１．８３３３ となるように傾斜角度αの必要最小値を定めたため、潤
滑油が遠心力により斜面部２ｂの途中で離れることな
く、内輪転走面まで確実に到達できる。これにより、必
要最小限の潤滑油で効率良く潤滑が行えて、確実な潤滑
を行いながら、温度上昇が抑制される。したがって、耐
焼き付性が向上し、より一層高速までの使用が可能にな
る。またエア量についても必要最小限で済んで、エネル
ギ消費が抑えられると共に、より一層の騒音低減にも繋
がる。斜面部２ｂの傾斜角度αと吐出角度βとの関係
は、エアオイルの吐出方向と傾斜面との成す角度が９０
°よりも大きくなるように設定したため、つまり α＜９０°−β と設定したため、吐出口８ａから噴射されるエアオイル
が内輪２の斜面部２ｂに衝突しても、遠心力を受けて抵
抗無く流れることができる。

【００２６】図２は、この実施形態のエアオイル潤滑構
造における内輪斜面部２ｂの傾斜角度αの適正値につい
ての確認試験例を示す。この確認試験では、試験設備と
して、図２（Ａ）のように前記内輪斜面部２ｂに代わる
ものとして、外径面に斜面部３２ｂを有する試験軸３２
を用い、この斜面部３２ｂに隙間δを持って沿うように
実施形態の場合と同等のノズル部材６を設ける。また、
前記試験軸３２の斜面部３２ｂの外径側のハウジング３
９には、前記斜面部３２ｂに対向する円形開口３３を設
け、裏面に油付着確認紙３４を貼り付けたアクリル板３
５を前記円形開口３３の口縁段部３３ａに配置する。

【００２７】この確認試験では、前記試験設備の試験軸
３２を回転させながら、ノズル部材６の吐出口８ａから
エアオイルを噴射させて、前記油付着確認紙３４に付着
した油の飛散分布状態から、斜面部３２ｂに付着した油
の付着流れの有無を判断し、それによって傾斜角度αの
適否を行う。図２（Ｂ）は、この確認試験において前記
油付着確認紙３４に付着した飛散油の分布の一例を示
す。すなわち、この確認試験では、前記油付着確認紙３
４において、試験軸斜面部３２ｂの最大径位置Ｘを境に
して、油の飛散が紙面右側（大径側）に集中しておれ
ば、付着流れあり、紙面左側あるいは全体に飛散があっ
た場合には付着流れなしと判断する。この確認試験にお
いて設定した各条件を、表１に示す。また、この確認試
験の結果を図３〜図５のグラフに示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】この試験結果から、内輪斜面部２ｂとノズ
ル部材６との隙間δや、油動粘度が付着流れに及ぼす影
響は小さいといえる。また、ノズル部材６の吐出口８ａ
から吐出された油が遠心力により内輪斜面部２ｂを離れ
ることなく転走面２ａまで伝わって行くために必要な斜
面部２ｂの傾斜角度αは、先述したように、 α≧０．０６６７×ｄｎ×１０^-4−１．８３３３とな
る。 ただし、ｄｎは、軸受内径寸法（mm）と回転速度（min
^-1）の積である。このように内輪斜面部２ｂの傾斜角度
αを設定したこの実施形態では、ノズル部材６の吐出口
８ａから吐出された油が遠心力により内輪斜面部２ｂを
離れることなく転走面２ａまで伝わって行くので、潤滑
油を転がり軸受１の内輪２の転走面２ａへ効率良く到達
させることができる。

【００３０】図６は、この発明の他の実施形態（第２の
実施形態）を示す。この実施形態は図１に示す第１の実
施形態において、転がり軸受１を円筒ころ軸受１Ａに代
えたものである。円筒ころ軸受１Ａは、外輪３Ａが両鍔
付きで、内輪２Ａが鍔無しのものとされ、内外輪２Ａ，
３Ａの転走面２ａ，３ａ間に、円筒ころからなる複数の
転動体４Ａが介在している。各転動体４Ａは、保持器５
Ａに保持されている。保持器５Ａは、円筒部材の軸方向
の中間にポケットを形成した形式、いわゆる駕籠形また
は梯子形と呼ばれる形式のものである。内輪２Ａの外径
面における転走面２ａの両側部分は、転走面２ａに続く
斜面部２ｂ，２ｃとされている。ノズル部材６は、図１
の例と同じ構成の吐出孔８および吐出溝７を有してお
り、吐出孔８の吐出溝７に開口する吐出口８ａは、吐出
したエアオイルが内輪斜面部２ｂに直接に吹き付け可能
なように吐出方向が斜面部２ｂに向けられ、かつ斜面部
２ｂに対して吐出方向が傾斜角度β（図１）を持つよう
になされている。

【００３１】内輪２Ａの転走面２ａの両側における斜面
部２ｂ，２ｃは、内輪鍔無し型の一般の円筒ころ軸受に
おいて内輪外径面に設けられるテーパ面と同じである。
このテーパ面を、エアオイル供給のための斜面部２ｂに
利用している。そのため、エアオイル供給のために斜面
部を特に形成する必要がない。

【００３２】この実施形態では、内輪２Ａの斜面部２ｂ
の転走面２ａ寄りの大径部は、保持器５Ａのノズル側幅
面よりも転走面２ａ寄りに位置させてある。これによ
り、内輪斜面部２ｂを伝わって転走面２ａ側に流れる潤
滑油を、保持器５Ａの幅面に遮られることなく、軸受１
Ａの内部に円滑に導入することができる。この実施形態
におけるその他の構成，効果は、図１に示す第１の実施
形態と同じである。傾斜角度αの範囲についても、第１
の実施形態と同じである。以下の各実施形態において
も、傾斜角度αの範囲は第１の実施形態と同じである。

【００３３】図７（Ａ）は、この発明のさらに他の実施
形態（第３の実施形態）を示す。この実施形態も、図１
に示す第１の実施形態において、転がり軸受１を円筒こ
ろ軸受１Ａに代えたものである。円筒ころ軸受１Ａは、
外輪３Ａが鍔無しで、内輪２Ａが鍔付きのものとされ、
内外輪２Ａ，３Ａの転走面２ａ，３ａ間に、円筒ころか
らなる複数の転動体４Ａが介在している。各転動体４Ａ
は、保持器５Ａに保持されている。内輪２Ａの外径面に
おける転走面２ａの両側部分、つまり鍔の外径面は、転
走面２ａに続く斜面部２ｂ，２ｃとされている。同図の
斜面部２ｂ，２ｃは、転走面２ａに円筒面部および鍔部
内面を介して続いているが、円筒面部を無くして斜面部
２ｂ，２ｃから転走面２ａの両側における鍔部内面に直
接に続くようにしても良い。ノズル部材６は、図１の例
と同じ構成の吐出孔８および吐出溝７を有しており、吐
出孔８の吐出溝７に開口する吐出口８ａは、吐出したエ
アオイルが内輪斜面部２ｂに直接に吹き付け可能なよう
に吐出方向が斜面部２ｂに向けられ、かつ斜面部２ｂに
対して吐出方向が傾斜角度β（図１）を持つようになさ
れている。外輪間座１０に設けられるエアオイル供給路
１３ｄは軸方向に延びているが、最終的にはハウジング
９（図１）のエアオイル供給口１３ａに連通している。
内輪２Ａの斜面部２ｂの転走面２ａ寄りの大径部を、保
持器５Ａのノズル側幅面よりも転走面２ａ寄りに位置さ
せてあることは、図６の実施形態の場合と同様である。
図７（Ａ）の実施形態において、ノズル部材６の先端
を、図７（Ｂ）のように保持器５Ａの内径側にもぐり込
ませても良い。このように、保持器５Ａの内径側にもぐ
り込ませると、内輪斜面部２ｂに沿って転走面２ａ側へ
流れる循環油が、遠心力でノズル部材６の先端で内輪斜
面部２ｂから離れて外径側へ流れても、保持器５Ａの内
径で受けられ、潤滑に寄与することができる。

【００３４】図８および図９は、それぞれこの発明のさ
らに他の実施形態（第４の実施形態および第５の実施形
態）を示す。これらの実施形態は、図６に示す第２の実
施形態において、円筒ころ軸受１Ａの保持器５Ａを、櫛
型の保持器５Ｂに代えたものである。図６の例の保持器
５Ａはかご型であり、円筒ころからなる転動体４Ａを包
み込むポケット形状としているが、櫛型の保持器５Ｂ
は、円筒ころからなる転動体４Ａの３方向を囲み、一方
向は開放されるポケット形状となっている。そのため
に、櫛型の保持器５Ｂの円環部の側面に接するドーナッ
ツ型の案内用側板１９は、内輪２Ａおよび外輪３Ａのう
ちの鍔付き側の部材に対して、ノズル部材６と反対側の
鍔部において固定されている。具体的には、鍔部先端の
軸受幅方向の外側部分に全周にわたる切欠部を設け、そ
の切欠部に案内用側板１９の一部を嵌合させて、その鍔
部に隣接する間座と鍔部とで挟み込む状態に案内用側板
１９を固定している。

【００３５】図８の例は、図６の例とは逆に内輪２Ａを
両鍔付きとして外輪３Ａを鍔無しとしてあり、図９の例
は図６の例と同様に内輪２Ａを鍔無しとして外輪３Ａを
両鍔付きとしてある。なお、図８および図９の実施形態
において、外輪間座１０に設けられるエアオイル供給路
１３ｃ，１３ｄは、図１の実施形態と同様に、ノズル部
材６の軸方向の横側に配置している。ノズル部材６の吐
出孔８は、入口部だけを軸方向と平行に設け、吐出孔８
の残り部分を斜面部２ｂに向くように傾斜させてある。
これら第４，第５の実施形態におけるその他の構成は、
図１に示す第１の実施形態と同じである。

【００３６】図１０は、この発明のさらに他の実施形態
（第６の実施形態）にかかる転がり軸受のエアオイル潤
滑構造を示す。この例では、ノズル部材６Ａに設けられ
た吐出孔８が、吐出溝７内に軸方向に平行にエアオイル
を噴き出すように設けられている。吐出溝７は、吐出孔
８に対面する溝内側面が、噴き出されたエアオイルを内
輪斜面部２ｂ側へ案内できる傾斜面に形成されている。
ノズル部材６Ａは、ハウジング９の内径面に直接に取付
けられ、外輪間座を兼用する。ノズル部材６Ａは、ハウ
ジング９に直接に取付ける代わりに、図１の例の外輪間
座１０に設けた切欠凹部１０ａに嵌合させて取付けるも
のとしても良い。この実施形態におけるその他の構成
は、特に説明した事項を除き、図１の例と同じである。
この実施形態における構成のノズル部材６Ａを設ける場
合も、図６の例と同様に、軸受１が円筒ころ軸受であっ
ても良い。

【００３７】図１１は、この発明のさらに他の実施形態
（第７の実施形態）にかかる転がり軸受のエアオイル潤
滑構造を示す。この実施形態は、図１に示す第１の実施
形態において、ノズル部材６における吐出溝７を省略し
たものである。この実施形態におけるその他の構成は、
図１の例と同じである。

【００３８】図１２は、この発明のさらに他の実施形態
（第８の実施形態）にかかる転がり軸受のエアオイル潤
滑構造を示す。この実施形態は、図１に示す第１の実施
形態において、ノズル部材６における吐出溝７を省略
し、代わりに内輪２の斜面部２ｂ側に円周溝１７が設け
られている。円周溝１７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。ノズル部
材６には、内輪斜面部２ｂの円周溝１７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、ノズル部材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１７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１７に向け、かつ斜
面部２ｂに対して吐出方向が傾斜角度βをなすように設
けられている。断面Ｖ字状の円周溝１７の転走面２ａ寄
りの側壁斜面１７ａ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αよりも大きくなる。この実施
形態におけるその他の構成は、図１の例と同じである。

【００３９】上記構成のエアオイル潤滑構造の作用を説
明する。図１２のエアオイル供給口１３ａより供給され
たエアオイルは、ノズル部材６の吐出孔８を経て内輪斜
面部２ｂの円周溝１７の側壁斜面１７ａに噴射される。
側壁斜面１７ａの傾斜角度は、内輪の斜面部２ｂよりも
大きくなるため、側壁斜面１７ａ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２ｂとノズル部材６との隙間δで生じる負圧
吸引力のために、潤滑油が軸受側に流れ、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。

【００４０】このように、内輪斜面部２ｂの円周溝１７
にエアオイルを供給し、転動体４の転走路へは直接にエ
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
１７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１７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。この実施形態の場合、このよう
に、エア量を減じた場合においても少量エアにおける油
の滞留による軸受温度の変動を防止できて、騒音の低減
効果と共に、エアオイル量のさらなる削減効果が期待で
きる。

【００４１】図１３（Ａ）は、この発明のさらに他の実
施形態（第９の実施形態）にかかる転がり軸受のエアオ
イル潤滑構造を示す。この実施形態は、図１２に示す第
８の実施形態において、転がり軸受１を円筒ころ軸受１
Ａに変えたものである。円筒ころ軸受１Ａは、外輪３Ａ
が鍔無しで、内輪２Ａが両鍔付きのものとされ、内外輪
２Ａ，３Ａの転走面２ａ，３ａ間に、円筒ころからなる
複数の転動体４Ａが介在している。外輪間座１０に設け
られるエアオイル供給路１３ｄは軸方向に延びている
が、最終的にはハウジング９（図１２）のエアオイル供
給口１３ａに連通している。この実施形態においても、
同図（Ｂ）に示すように、ノズル部材６の先端を保持器
５Ａの内径側へもぐり込ませても良い。

【００４２】図１４は、この発明の一実施形態にかかる
スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置は、
例えば図１や図７に示す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ものである。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１
５の先端に工具またはワークのチャックが取付けられ
る。主軸１５を支持する複数の転がり軸受は、主軸先端
寄りの固定側であるフロント側の軸受１と、運転での発
熱による主軸１５の熱膨張を逃す自由側である主軸後端
寄りのリア側の軸受１Ａとに分けられている。これらの
転がり軸受１，１Ａに、図１および図７の実施形態のエ
アオイル潤滑構造がそれぞれ採用されている。ここで
は、フロント側の軸受１として図１の例のアンギュラ玉
軸受が複数用いられ、リア側の軸受１Ａとして図７の例
の円筒ころ軸受が１つ用いられている。リア側の軸受１
Ａは、図１３に示す軸受であっても良い。フロント側の
各転がり軸受１には、ハウジング９からノズル部材６に
わたって設けられたエアオイル供給路１３から、ノズル
部材６の吐出孔８を経て、転がり軸受１の内輪斜面部２
ｂにエアオイルが吹き付けられる。リア側の転がり軸受
１Ａにも、ハウジング９からノズル部材６にわたって設
けられたエアオイル供給路１３から、ノズル部材６の吐
出孔８を経て、転がり軸受１Ａの内輪斜面部２ｂにエア
オイルが吹き付けられる。リア側の転がり軸受１Ａは、
内輪２Ａが両鍔付きの円筒ころ軸受であり、ノズル部材
６がフロント側に隣接して配置され、フロント側に向く
内輪２Ａの斜面部２ｂにエアオイルが吹き付けられる。

【００４３】このような構造のスピンドル装置では、リ
ア側の軸受１Ａとして円筒ころ軸受を用いているので、
運転での発熱による主軸１５の熱膨張の影響で、図１５
に拡大して示すように、リア側転がり軸受１の内輪２に
おけるフロント側寄りの鍔が円筒ころ４Ａの端面を押し
付ける方向にスラスト力が作用する。つまり、リア側の
転がり軸受１Ａにおける内輪２Ａのフロント側鍔面と円
筒ころ４Ａの端面との接触部分の接触面圧が増加するこ
とになる。これに対して、リア側の転がり軸受１Ａにお
ける内輪２Ａのリア側鍔面と円筒ころ４Ａの端面との間
には軸膨張によるスラスト力作用の影響は無い。その結
果、リア側の転がり軸受１Ａにおける内輪２Ａのフロン
ト側鍔面と円筒ころ４Ａの端面との接触部は、同じ内輪
２Ａのリア側鍔面に比べて、運転時の滑り摩擦に対して
不利な条件となり、その鍔面と円筒ころ４Ａの端面との
接触部が十分潤滑されないと、異常発熱が生じたり、接
触部が摩耗して摩耗粉が軸受内部に入り込む恐れもあ
る。

【００４４】しかし、この実施形態のスピンドル装置に
よると、リア側の軸受１Ａにおける内輪２Ａのフロント
側斜面部２ｂに、ノズル部材６の吐出孔８からエアオイ
ルが吹き付けられるので、その軸受１Ａにおける内輪２
Ａのフロント側鍔面と円筒ころ４Ａの端面との接触部
に、潤滑油を優先して供給することができ、上記した不
具合を回避できる。

【００４５】またリア側軸受１Ａに対してフロント側か
ら潤滑を行うことは、主軸１５と、フロント側の軸受１
と、リア側の軸受１Ａと、ハウジング９とで囲まれた空
間３０の内部からエアオイルを供給することであり、し
かも一般にエアオイル潤滑におけるエア供給量は１０〜
４０ＮＬ／min 程度であるため、前記空間３０内の圧力
はその外側の圧力に比較して高くなる。その結果、軸受
１，１Ａを含む前記空間３０内には外部からクーラント
等が浸入し難くなり、軸受１，１Ａの内部への異物の侵
入を回避することもできる。

【００４６】

【発明の効果】この発明の転がり軸受のエアオイル潤滑
構造は、転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の転走
面に続く斜面部を設け、この斜面部に隙間を持って沿う
ノズル部材を設け、上記ノズル部材に、上記斜面部に対
面して開口するエアオイルの吐出口を設け、上記内輪の
斜面部の軸方向に対する傾斜角度αの最小値を上記の所
定の値に設定したため、潤滑油を転走面へ効率良く到達
させることができて、少量の潤滑油で必要な潤滑を行う
ことができる。上記斜面部の傾斜角度αと、吐出孔の吐
出角度βとの関係を、α＜９０°−βとした場合は、吐
出口から噴射されるエアオイルが内輪斜面部に衝突して
も、遠心力を受けて抵抗無く流れることができる。この
発明のスピドル装置は、工作機械の主軸を支持するスピ
ンドル装置であって、上記主軸をハウジングに対してフ
ロント側およびリア側の転がり軸受によって支持し、上
記リア側の転がり軸受を円筒ころ軸受とし、このリア側
の転がり軸受に対して、この発明の転がり軸受のエアオ
イル潤滑構造を適用し、上記ノズル部材を、転がり軸受
のフロント側に配置したため、この発明のエアオイル潤
滑構造の作用が効果的に得られ、運転に伴い潤滑条件の
厳しくなるリア側軸受における軸受鍔面ところ端面の滑
り接触の潤滑が良好に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の第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の断面図、（Ｂ）はその
部分拡大図である。

【図２】同エアオイル潤滑構造における内輪斜面部の最
適傾斜角度を得る確認試験のための試験設備を示す断面
図、（Ｂ）はその確認試験における油付着確認紙の平面
図である。

【図３】同確認試験による第１の結果を示すグラフであ
る。

【図４】同確認試験による第２の結果を示すグラフであ
る。

【図５】同確認試験による第３の結果を示すグラフであ
る。

【図６】この発明の第２の実施形態にかかるエアオイル
潤滑構造の断面図である。

【図７】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれこの発明の第３の実
施形態にかかるエアオイル潤滑構造の断面図、およびそ
の変形例の断面図である。

【図８】この発明の第４の実施形態にかかるエアオイル
潤滑構造の断面図である。

【図９】この発明の第５の実施形態にかかるエアオイル
潤滑構造の断面図である。

【図１０】この発明の第６の実施形態にかかるエアオイ
ル潤滑構造の断面図である。

【図１１】この発明の第７の実施形態にかかるエアオイ
ル潤滑構造の断面図である。

【図１２】（Ａ）はこの発明の第８の実施形態にかかる
エアオイル潤滑構造の断面図、（Ｂ）はその部分拡大図
である。

【図１３】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれこの発明の第９の
実施形態にかかるエアオイル潤滑構造の断面図、および
その変形例の断面図である。

【図１４】この発明の一実施形態にかかるスピンドル装
置を示す断面図である。

【図１５】同スピンドル装置における円筒ころ軸受の部
分拡大図である。

【図１６】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ…転がり軸受 ２，２Ａ…内輪 ２ａ…転走面 ２ｂ…斜面部 ４，４Ａ…転動体 ５，５Ａ，５Ｂ…保持器 ６，６Ａ…ノズル部材 ７…吐出溝 ８…吐出孔 ８ａ…吐出口 ９…ハウジング １５…主軸 １７…円周溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C011 FF06 3J101 AA02 AA42 AA62 BA53 BA77 CA07 CA08 FA32 GA31

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪
   の転走面に続く斜面部を設け、この斜面部に隙間を持っ
   て沿うノズル部材を設け、上記ノズル部材に、上記斜面
   部に対面して開口するエアオイルの吐出口を設け、上記
   内輪の斜面部の軸方向に対する傾斜角度αを、 α≧０．０６６７×ｄｎ×１０^-4−１．８３３３ ただし、ｄｎ：軸受内径寸法（mm）と回転速度（min
   ^-1）の積、とした転がり軸受のエアオイル潤滑構造。
2. 【請求項２】 上記斜面部の傾斜角度αと、上記吐出孔
   のエアオイルの吐出方向が軸方向に対して成す角度であ
   る吐出角度βとの関係を、 α＜９０°−β とした請求項１に記載の転がり軸受のエアオイル潤滑構
   造。
3. 【請求項３】 上記ノズル部材に、上記斜面部に対面し
   て開口するエアオイルの吐出溝を円周方向に延びて設
   け、上記ノズル部材の吐出孔を、吐出口が上記吐出溝内
   に開口するものとした請求項１または請求項２に記載の
   転がり軸受のエアオイル潤滑構造。
4. 【請求項４】 上記内輪の斜面部に円周溝を設け、上記
   ノズル部材の上記吐出口を、上記斜面部における上記円
   周溝の部分に対面して開口するものとした請求項１また
   は請求項２に記載の転がり軸受のエアオイル潤滑構造。
5. 【請求項５】 上記転がり軸受が円筒ころ軸受であっ
   て、ころを保持する保持器を有し、上記内輪の斜面部の
   大径側端の軸方向位置が、上記保持器の上記ノズル部材
   側の幅面よりも上記転走面側に位置するようにした請求
   項１ないし請求項４のいずれかに記載の転がり軸受のエ
   アオイル潤滑構造。
6. 【請求項６】 工作機械の主軸を支持するスピンドル装
   置であって、上記主軸をハウジングに対してフロント側
   およびリア側の転がり軸受によって支持し、上記リア側
   の転がり軸受を内輪鍔付きの円筒ころ軸受とし、このリ
   ア側の転がり軸受に対して、請求項１ないし請求項５の
   いずれかに記載の転がり軸受のエアオイル潤滑構造を適
   用し、上記ノズル部材を、転がり軸受のフロント側に配
   置したスピンドル装置。