JP2005098467A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリース等の潤滑剤を安価にかつ容易に転がり軸受内に引き込めるようにする。
【解決手段】ハウジング７内に、スピンドル２を回転自在に支持する転がり軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが装着される。転がり軸受の外輪６に、その外周面に開口する潤滑剤貯留部１７と、この潤滑剤貯留部１７と転がり軸受の内部とを連通する潤滑剤補給孔２０とが設けられ、ハウジング７に、外部と潤滑剤貯留部１７とを連通する貫通孔２１が設けられている。ハウジング７内の負圧力により、潤滑剤貯留部１７内のグリース１８は転がり軸受内部に引き込まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース等の潤滑剤にて潤滑される工作機械用スピンドルユニット等の軸受装置に関する。

軸受装置としての工作機械用スピンドルユニットは、ハウジングに挿通されたスピンドル（主軸）が、複数個の転がり軸受を介してハウジングに回転自在に支持されたものである。かかる軸受の潤滑手段としては、軸受内部に潤滑剤としてのグリースを充填して転動体、外輪および内輪の潤滑作用を行うようにしている（例えば特許文献１参照）。

その他の軸受の潤滑手段としては、オイルエア潤滑方式、オイルミスト潤滑方式およびジェット潤滑方式が周知である。
特開２００３−５６５７３号公報

近年の工作機械は高速化が進み、初期に封入されたグリースだけでは耐久性に問題が生じていた。通常は軸受軌道面の転がり疲れ寿命よりもグリース劣化による潤滑寿命の方が短いので、より長期にわたる軸受装置の継続使用を可能にするため、比較的大量のグリースを封入する場合がある。このように大量のグリースを封入すると、グリースの攪拌抵抗に伴う発熱が大きくなり、工作機械の加工精度に影響を与えると共に、グリースのなじみ時間も遅くなる。さらに、グリースの温度が上昇して軸受が焼き付けを発生するおそれがあった。

また、オイルエア潤滑方式、オイルミスト潤滑方式およびジェット潤滑方式は、軸受装置の外部から給油する構成であるため、複雑で且つ高価な装置が必要となる欠点があった。

本発明による軸受装置は、ハウジングにスピンドルを回転自在に支持する転がり軸受の内部を潤滑剤にて潤滑する軸受装置であって、前記転がり軸受の外輪に、潤滑剤貯留部と、潤滑剤貯留部と転がり軸受内部とを連通する潤滑剤補給孔とを設け、前記ハウジングに、外部と潤滑剤貯留部とを連通する貫通孔を設け、潤滑剤貯留部に貯留されている潤滑剤をハウジング内の負圧により潤滑剤補給孔を通して転がり軸受内部に引き込む構成としたことを特徴とするものである。なお、潤滑剤としては、例えばグリースを例示することができる。

本発明の軸受装置によれば、次の原理を活用できる。すなわち、スピンドルの回転中にハウジング内部が昇温し、停止時に温度が低下する。ハウジング内部が昇温すると、その内部の空気膨張により内圧が上がりハウジング内部の空気は外部に出る。スピンドルの停止によりハウジング内部の温度が低下すると、ハウジング内部は負圧になるため、その負圧によりハウジング内部に空気が引き込まれる。そして、本発明の軸受装置では、この負圧による空気の引き込みに際して、潤滑剤貯留部内の潤滑剤（グリース）は、潤滑剤補給孔を介して転がり軸受の内部に引き込まれるようになり、潤滑剤が自然に給脂される。このように、軸受装置は、スピンドルの回転時の昇温で内圧が上がり、停止時に温度低下して負圧になる原理を利用しているから、潤滑剤の給脂は、従来のごとき複雑な装置が不要となり、つまり安価でかつ容易に、軸受装置内に潤滑剤を供給できる。

本発明の軸受装置は、特に、工作機械の主軸の高速回転の場合に効果がある。ｄｎ値（軸受の内径寸法（mm）×回転速度（rpm））が５０万〜１２０万で効果があり、潤滑剤が僅かに給脂されることで寿命が３倍〜５０倍になると考えられる。

さらに、前記ハウジングに形成された貫通孔は、通気フィルタが設けられているのが好ましい。かかるフィルタは、軸受装置外部の空気が貫通孔へ入るのは許容するが、不順物が混入するのを防止できて好ましい。

本発明の軸受装置によれば、グリース等の潤滑剤を安価でかつ容易に軸受内部に引き込める。

本発明に係る軸受装置の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、工作機械用スピンドルユニットの要部を示す側面断面図、図２は、同ユニットの要部を示す正面断面図、図３は同ユニットの前部を示す側面断面図である。

図３において、軸受装置としての工作機械用スピンドルユニット１は、前端に工具取付孔２ａを有するスピンドル（主軸）２と、このスピンドル２を回転自在に支持した複数個の転がり軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、これらの玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを覆うハウジング７とを備えている。ハウジング７は、円筒形状の外筒１０と、この外筒１０の前端面に固定された前蓋１１と、外筒１０の後端面に固定された不図示の後蓋とからなる。外筒１０は工作機械側に固定されるフランジ部１０ａを有している。

各転がり軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、外輪６、内輪８、転動体９および不図示の保持器からなるアンギュラ玉軸受（玉軸受）形式のものである。各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの外輪６間には、円筒形状の外輪間座１３がそれぞれに介挿されている。最後部の玉軸受５ｄの外輪６は、外筒１０の内径段部１０ａに係止され、最前部の玉軸受５ａは、前蓋１１に係止されている。従って、各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの外輪６は、外筒１０の内周面に固定されている。

各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの内輪８間には、円筒状の内輪間座１４が介挿されている。最後部の玉軸受５ｄの内輪８は、スピンドル２に嵌合された押さえリング１５に係止され、最前部の玉軸受５ａの内輪８は、スピンドル２の前端に形成された大径部２ｂとの間に介在された内輪押え１４ａに係止される。従って、各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの内輪８は、スピンドル２の外径面に一体回転可能に固定されている。なお、スピンドル２、内輪間座１４および内輪押え１４ａ等の回転側は、ハウジング７および外輪間座１３等の固定側に対してラビリンスシール等の間隙を有している。

各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの外輪６には、図１および図２に示す如く、その外周面に開口する環状の潤滑剤貯留部１７が、周方向に連続して形成されている。しかも、外輪６には、潤滑剤貯留部１７内のグリース１８を玉軸受の内部に供給する潤滑剤補給孔２０が形成されている。具体的には、潤滑剤補給孔２０は、外輪６の周方向に複数設けられており、各潤滑剤補給孔２０は、外輪６の軌道面６ａにおける作用線Ｘに対するカウンタボア６ｂ側と、潤滑剤貯留部１７の底面１７ａとに貫通するように形成されている。なお、潤滑剤補給孔２０の直径は、グリースが所望量流通できるように、グリースの種類等により適宜決定される。また、潤滑剤補給孔２０は単数であってもよい。

ハウジング７の外筒１０で且つ潤滑剤貯留部１７に対応する部分には、外筒１０の内外に連通する貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１の直径は、潤滑剤貯留部１７の溝幅と略同一に設定されている。この貫通孔２１は、単数であってもよく、または図２に仮想線で示す如く、外筒１０の周方向に複数設けることも可能である。なお、グリース１８は、工作機械用スピンドルユニット１を組み付ける以前に、潤滑剤貯留部１７に予め充填しておいても、あるいは組み付け後に貫通孔２１を介して潤滑剤貯留部１７に充填してもよい。しかも、グリース１８の潤滑剤貯留部１７への補充は、貫通孔２１を介して容易に行える。

また、貫通孔２１にはフィルタ２２が着脱自在に設けられている。フィルタ２２は、例えば、防水性と通気性とを有するゴアテックス（登録商標）を採用することができる。このフィルタ２２は、空気の通過は許容するがグリース１８が逆流するのを阻止でき、しかも、貫通孔２１内に不純物が混入するのを防止している。

以上の構成からなる工作機械用スピンドルユニット１は、スピンドル２の前端に形成された工具取付孔２ａに、不図示の切削工具を取り付け、スピンドル２を高速回転させて、ワークの加工を行う。かかる工作機械用スピンドルユニット１は、各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの外輪６に潤滑剤補給孔２０が形成されているが、この潤滑剤補給孔２０は、外輪６の軌道面６ａにおける作用線Ｘに対するカウンタボア６ｂ側に形成されているため、この軌道面６ａを転動する転動体９の支障となることはない。スピンドル２の高速回転時に、スピンドルユニット１内（ハウジング７内）の温度が上昇する。このとき、その内部の空気は加熱されて膨張し内圧が上がり、空気はスピンドルユニット１の前後の間隙から外部に放出される。

スピンドルユニット１が停止すると、その内部の温度が常温まで低下することとなる。この内部の温度低下に伴って、スピンドルユニット１の内部は外部に比して負圧状態になる。当然に各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの内部（外輪６と内輪８の間）も負圧状態になる。このため、スピンドルユニット１外部の空気が、ハウジング７前後の間隙からスピンドルユニット１内に引き込まれようとする。同時に外部の空気は、フィルタ２２を通過して貫通孔２１内に自由に入り込めるため、潤滑剤貯留部１７に貯留されているグリース１８は、潤滑剤補給孔２０を介して玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ内部に適量が給脂されることとなり、グリースの寿命が長くなる。

本実施の形態では、潤滑剤補給孔２０を外輪６の周方向に複数設けていることから、グリース１８を均一に玉軸受に供給することができる。しかも、潤滑剤貯留部１７を、外輪６に設けることにより、潤滑剤貯留部１７と玉軸受の内部との距離を小さくでき、スピンドルユニット１内部の負圧力で効率よく確実に、グリース１８を玉軸受に供給することができる。

さらに、潤滑剤貯留部１７にグリース１８を補充する場合には、各フィルタ２２を貫通孔２１から取り出し、この貫通孔２１からグリース１８を潤滑剤貯留部１７に容易に充填することができる。

本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、図２に示す如く、貫通孔２１を複数設けた場合には、潤滑剤貯留部１７は、各貫通孔２１に対応して不連続に複数設けることも可能である。また、潤滑剤補給孔２０は、必ずしも外輪６の軌道面６ａに開口させる必要はなく、玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの内部にグリース１８が供給できる場合にはカウンタボア６ｂに開口させてもよい。

さらに、グリース１８は、外輪６に設けた潤滑剤貯留部１７にのみ充填するだけでなく、ハウジング７の外筒１０に形成した貫通孔２１にも充填することが可能である。この場合には、実質的に外輪６とハウジング７に潤滑剤貯留部が形成されることになる。

フィルタ２２の材質は、特に限定されるものではなく、ＵＬＰＡフィルタ（Ultra Low Penetoration Airfilter）、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Airfilter ）、ＭＥＰＡフィルタ（Medium Efficiency Particulate Airfilter）や特殊フィルタ等を採用可能である。さらに、フィルタ２２の目詰りを検知するエアフィルタセンサを設けることも可能である。

なお、前記のようにスピンドルユニット１が停止（スピンドル２の回転が停止）した場合に、その内部が負圧になるのを利用して、潤滑剤貯留部１７に貯留されているグリース１８を、玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ内部に給脂する以外に、高速回転するスピンドル２を、低速回転に減速運転することにより、スピンドルユニット１内部の温度を低下させ、グリース１８を玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ内部に給脂することも可能である。

本発明の軸受装置の要部を示す断面図 本発明の軸受装置の正面を示す断面図 本発明の軸受装置の前部の断面図

符号の説明

５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 玉軸受（転がり軸受）
６ 外輪
１０ ハウジング
１７ 潤滑剤貯留部
１８ グリース（潤滑剤）
２０ 潤滑剤補給孔
２１ 貫通孔

Claims (2)

1. ハウジングにスピンドルを回転自在に支持する転がり軸受の内部を潤滑剤にて潤滑する軸受装置であって、
   前記転がり軸受の外輪に、潤滑剤貯留部と、潤滑剤貯留部と転がり軸受内部とを連通する潤滑剤補給孔とを設け、前記ハウジングに、外部と潤滑剤貯留部とを連通する貫通孔を設け、潤滑剤貯留部に貯留されている潤滑剤をハウジング内の負圧により潤滑剤補給孔を通して転がり軸受内部に引き込む構成とした、ことを特徴とする軸受装置。
2. 上記ハウジングの貫通孔に、通気フィルタが設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
   
   

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