JP2005133753A - 軸受装置およびこれに用いる転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造により、軸受内部の余分なオイルを排出することを課題とする。
【解決手段】軸受装置は、ハウジング７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を備える。ハウジング７にオイル排出路２４を形成し、転がり軸受の外輪６に、排出孔２７を形成し、オイル排出路２４内の負圧により転がり軸受内のオイルを排出孔２７を通してオイル排出路２４に排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置およびこれに用いる転がり軸受に関し、特には、オイルエアやオイルミスト等により潤滑する工作機械用スピンドルユニット等の軸受装置およびこれに用いる転がり軸受に関する。

例えば、工作機械用スピンドル装置は、一端に工具把持手段を備えたスピンドルが、複数個の軸受を介してハウジングに回転自在に支持され、それらの軸受に対してオイルをノズルから送り出して軸受内部に強制的に供給するオイル潤滑方式が採用されている（例えば特許文献１参照）。

かかるオイル潤滑方式は、ハウジングに、オイルが圧送されるオイル供給路と、ドレン通路となるオイル排出路が形成されており、オイル供給路を介して軸受に供給されたオイルが、オイル排出路を通ってタンクに戻されるようになっている。

オイル潤滑方式として、例えば、極微量のオイルをノズルからエアと共に軸受内部に噴出するオイルエア方式や、オイルを微細な霧状にして圧縮エアにより搬送して軸受内部に噴出するオイルミスト方式等を挙げることができる。
特開２００１−９９１６７号公報

近年、工作機械の高速化に伴い、工作機械はスピンドルを高速回転させて稼動させる場合が多くなっている。スピンドルの高速回転時に、余分なオイルが軸受の外輪および内輪の軌道部に滞留すると、オイル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、極端には、さらにオイル温度の上昇により軸受の焼き付きが発生するおそれがあった。このため、軸受に供給するオイルの供給量の絞り込みや、エア供給量の増大や、吸引装置の設置等により、余剰のオイルの排出を行う必要があった。特に、高速運転の場合、軸受サイズ、スピンドルの回転速度、スピンドルの構造等により、最適油量、最適エア量を決定する複雑高度な技術が必要となる。

本発明による軸受装置は、ハウジングに軸体を支持する軸受の内部に潤滑用のオイルを供給して排出する軸受装置であって、軸受の外輪に径方向内外を貫通する排出孔を形成し、この排出孔をハウジングに形成された通孔に連通させ、通孔内のエアの流れにより発生する負圧により軸受内部のオイルを排出孔から通孔内に排出可能としていることを特徴とするものである。

本発明の軸受装置によれば、ハウジングに形成された通孔の内圧を、当該通孔内を通されるエアにより負圧とすることにより、軸受内部に余分に滞留するオイルを、通孔内に排出できるので、従来のように、余分なオイルを排出するのに、オイル供給量を絞り込んだり、エア量を多くしたり、吸引装置でオイルを吸引したりする必要がなくなり、また、オイル供給量を絞ったりするなどの複雑な装置が不要となり、安価でかつ容易に、軸受を安定して潤滑できる。

上記ではハウジングの通孔を既存のオイル排出路とは別に構成してもよいし、当該オイル排出路を共用してもよく、共用する場合は、当該軸受装置をより簡単な構造にできて好ましい。

外輪の排出孔を、外輪の外周面に形成した環状溝部と、軸受内部と環状溝部とを連通する、周方向複数の連通孔とにより構成することが好ましい。この場合、連通孔は、外輪の軌道の接触角の線に対してカウンタボア側と環状溝部の底面とに貫通するように形成することが好ましい。こうすれば、連通孔が外輪の軌道面を転動する転動体の支障となることはなく、簡単な構造により、軸体の一層の高速回転が可能になって好ましい。

ハウジングには、通孔と外輪の排出孔とを連通させる連通孔を設けることが好ましい。

当該軸受装置における軸受を転がり軸受で構成し、支持する軸体をオイルエア方式の工作機械用スピンドルユニットとした場合、当該転がり軸受を複数設け、各転がり軸受それぞれの外輪に上記排出孔を設け、各排出孔それぞれをハウジングのオイル排出路に連通状態とし、それぞれの排出孔から各転がり軸受内部のオイルを当該オイル排出路に排出してもよい。

本発明の軸受装置によれば、軸受内部の余剰なオイルを簡単な構造により排出して軸受装置の温度上昇や焼き付きを効果的に防止できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態に係る軸受装置を説明する。この形態の軸受装置としてオイルエア方式の工作機械用スピンドルユニットを例にとる。図１は、当該工作機械用スピンドルユニットの全体を示す側面断面図、図２は、同ユニットの要部を示す側面断面図、図３は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は、同ユニットの要部を示す側面断面図である。

図１を参照して、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（軸体）２と、このスピンドル２の前部を回転自在に支持する複数のアンギュラ玉軸受（転がり軸受）５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、スピンドル２の後部を支持する円筒ころ軸受（転がり軸受）４と、これら軸受を覆うハウジング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後蓋１２とからなる。外筒１０はその外周面に工作機械側に固定されるフランジ部１０ａを有している。

玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、外輪６、内輪８、転動体９および図示略の保持器からなる。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。最後部の外輪間座１３ａは、外筒１０の内径段部１０ａに係止され、最前部の玉軸受５ａの外輪６は、前蓋１１に係止されている。これによって、玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの各外輪６は、外筒１０の内周面に固定されている。

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。最後部の内輪間座１４ａは、スピンドル２に嵌合された押えリング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１４ｂに係止される。これによって、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。

各外輪間座１３には、玉軸受３の内部である外輪６と内輪８との間にオイルを供給するノズル１７が設けられている。各ノズル１７は、ハウジング７の外筒１０に形成されたオイル供給路１８を介して図示略のオイルエア循環装置に接続されている。オイルエア循環装置は、微量のオイルをエアの圧力でオイルエアとして送るものである。

後部側の円筒ころ軸受４は、外輪１９、内輪２０、転動体としてのころ２１および図示略の保持器から構成されている。本形態では、いわゆるＮＮＵタイプと呼ばれる複列の円筒ころ軸受４を例示している。後蓋１２に形成されたノズル２３から、円筒ころ軸受４の内部に、オイルエア循環装置からオイルエアが供給されるようになっている。

ハウジング７の下部には、当該ハウジング７内を軸方向に延びる通孔の一例としてのオイル排出路２４が軸方向に形成されている。このオイル排出路２４とオイル供給路１８とによりオイル循環路２２が構成されている。オイル排出路２４の前部は、前蓋１１の径方向に設けられたオイル出口２５に連通して前蓋１１の側面に開口している。オイル排出路２４の後部は、後蓋１２により閉塞されており、オイル排出路２４に流入したオイルエアは、ハウジング７の前方に流れるようになっている。

なお、図１に仮想線で示す如く、後蓋１２にもオイル出口２５ａを設けることも可能であり、かかる場合には、後蓋１２のオイル出口２５ａからもオイルエアを排出する構成とすることができる。一方、所定の外輪間座１３には、各軸受の内部から流出してくる使用済オイルを前記オイル排出路２４に供給する供給孔２６が形成されている。

玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの外輪６には、図２および図３に示す如く、その外周面に開口する環状溝部２８が、周方向に連続して形成されている。なお、図２および図３は、最後部の玉軸受５ｄを示す。しかも、外輪６には、環状溝部２８と玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの内部とを連通する連通孔２９が形成されている。具体的には、連通孔２９は、外輪６の周方向に複数設けられており、各連通孔２９は、外輪６の軌道６ａにおける接触角の線Ｘに対してカウンタボア６ｂ側と、環状溝部２８の底面２８ａとに貫通するように形成されている。各連通孔２９の直径Ｄは、オイルが所望量流通できるように、オイルの種類やオイル排出路２４を流れるオイルエアの流速等により適宜決定される。なお、環状溝部２８および連通孔２９により、外輪９を径方向内外に貫通してオイルをオイル排出路２４側に排出する排出孔２７の一例が構成されている。また、連通孔２９は単数であってもよい。

ハウジング７の外筒１０で且つ環状溝部２８に対応する部分には、環状溝部２８とオイル排出路２４とを連通する連通孔３０が形成されている。従って、排出孔２７は連通孔３０を介して前記オイル排出路２４に連通されている。連通孔３０の直径は、環状溝部２８の溝幅と略同一に設定されている。

前記円筒ころ軸受４の外輪１９にも、図４に示す如く排出孔２７を構成する環状溝部３２および連通孔３３が形成されている。本実施の形態では、連通孔３３を、外輪１９の各内鍔と軌道面との各角部の計４箇所に形成している。また、外筒１０には、環状溝部３２とオイル排出路２４とを連通する連通孔３４が形成されている。

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。この工作機械用スピンドルユニット１の稼動時に、オイルエア循環装置からのオイルエアが、各ノズル１７、２３から各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄおよび円筒ころ軸受４の内部に噴射される。即ち、きわめて微量のオイルがエアの圧力によって送られ、各軸受４、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに直接吹き付けて各軸受を潤滑する。

各軸受４、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを潤滑したオイルを含むオイルエアは、外輪間座１３の供給孔２６からオイル排出路２４を矢印方向（工作機械用スピンドルユニット１の前方）に流れ出し、さらにオイル出口２５からスピンドル装置１の外部へ放出される。なお、オイルは、エアと共に常時連続的に供給しても、または、所定の時間間隔をおいて供給してもよい。

このようにオイル排出路２４をオイルエアが流通することにより、オイル排出路２４と連通する玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ側の排出孔２７および各軸受内部が負圧になる。このため、軸受に残存する余分なオイルは、外輪６の軌道から連通孔２９、環状溝部２８および外筒１０の連通孔３０を経て軸受の外部へ吸い出され、オイルエアと共にオイル排出路２４を介して排出される。また、円筒ころ軸受４においても同様に、円筒ころ軸受４に残存する余分なオイルは、外輪１９の軌道から連通孔３３、環状溝部３２および外筒１０の連通孔３４を経て軸受の外部へ吸い出され排出される。

この結果、各軸受の内外輪軌道に余分な油がなくなるため、軸受装置の温度上昇を抑えることができ、給油の条件、油量、エア量を高精度に管理しなくても、温度上昇、焼付きが防止できる。しかも、各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの外輪６に連通孔２９が形成されているが、この連通孔２９は、外輪６の軌道６ａにおける接触角の線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く、簡単な構造により、スピンドル２の一層の高速回転が可能になった。

本実施の形態は、連通孔２９、３３を外輪６、１９の周方向に複数設けられていることから、各玉軸受５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄおよび円筒ころ軸受４の余分なオイルを略均一に排出することができる。

なお、図３に示す如く、オイル排出路（単にエアのみを流す通孔であってもよい。）２４および連通孔３０を複数設けることも可能である。かかる場合には、環状溝部２８は、各連通孔３０に対応して不連続に複数設けることも可能である。また、連通孔２９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内部のオイルを、負圧で排出できる場合にはカウンタボア６ｂに開口させてもよい。

円筒ころ軸受４は、いわゆるＮＵタイプと呼ばれる単列の円筒ころ軸受としてもよい。この場合、前記単列の円筒ころ軸受を１つとしてもよいし、２つ以上軸方向に並べて用いてもよい。

本発明は、オイルエア方式の工作機械用スピンドルユニット１以外のオイルミスト方式等の軸受装置にも採用でき、図５に示す如く深溝玉軸受５に対しても同様に採用可能である。なお、同一部材は、同一符号を付してそれぞれの説明は省略する。

本発明の軸受装置の一実施の形態の全体を示す断面図 本発明の軸受装置の一実施の形態の要部を示す断面図 図１のＡ−Ａ線矢視断面図 本発明の軸受装置の一実施の形態の要部を示す断面図 本発明の軸受装置の他の実施の形態の要部を示す断面図

符号の説明

２ スピンドル（軸体）
４ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 玉軸受（転がり軸受）
６ 外輪
８ 内輪
７ ハウジング
９ 転動体
２４ オイル排出路（通孔）
２７ 排出孔
３０ 連通孔

Claims (2)

1. ハウジングに軸体を支持する軸受の内部に潤滑用のオイルを供給して排出する軸受装置であって、軸受の外輪に径方向内外を貫通する排出孔を形成し、この排出孔をハウジングに形成された通孔に連通させ、通孔内のエアの流れにより発生する負圧により軸受内部のオイルを排出孔から通孔内に排出可能としている、ことを特徴とする軸受装置。
2. 外輪と、内輪と、両輪間に転動自在に配置された複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、外輪に径方向内外に貫通する排出孔を設けてなり、請求項１に記載の軸受装置の軸受として用いる、ことを特徴とする転がり軸受。