JP2005337349A - 軸受装置およびそれを用いた主軸スピンドル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 潤滑のためのオイル粒子を安定して軸受内部に供給することができるオイルエア供給機構を備えた軸受装置を提供する。
【解決手段】 軸受装置10は、オイル潤滑される転がり軸受11と、転がり軸受11の内部にオイルを補給するオイル補給機構18とを備え、転がり軸受11の内輪13は、外周面が転がり軸受11の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部13cを備え、テーパ部13cの表面は撥油性を有する材料からなる。
【選択図】 図1
【解決手段】 軸受装置10は、オイル潤滑される転がり軸受11と、転がり軸受11の内部にオイルを補給するオイル補給機構18とを備え、転がり軸受11の内輪13は、外周面が転がり軸受11の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部13cを備え、テーパ部13cの表面は撥油性を有する材料からなる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、軸受装置およびそれを用いた主軸スピンドル装置に関し、より詳細には、オイルエア潤滑されて高速回転する工作機械又は高速モータ用主軸スピンドルに用いられる軸受装置及びそれを用いた主軸スピンドル装置に関する。
近年、工作機械やモータ等に対する高速化の要求が強くなっている。これに対応するために主軸スピンドル装置に用いられる転がり軸受では、潤滑オイルを圧縮空気と共に供給するオイルエア潤滑が多用されている。従来のオイルエア潤滑は、軸受内部に向けて配置されたノズルから、潤滑オイルを圧縮空気と共に直接軸受内部へ吹き付けて供給していた。しかし、dmN((軸受内径+軸受外径)÷2×回転速度(rpm))が200万以上の環境で使用される転がり軸受においては、軸受外部にノズルを設けるとオイル粒子は軸受の回転によって発生するエアカーテンを貫くことができず、軸受内部に潤滑オイルが供給されない不具合が発生する虞があった。
このような不具合を解消するために、オイルエアを一旦内輪に吹き付け、内輪に付着したオイル粒子を遠心力によって軸受内部に供給するようにした転がり軸受のオイルエア潤滑機構が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に開示されている転がり軸受のオイルエア潤滑機構は、潤滑オイルを圧縮空気と共に内輪に吹き付けてオイル粒子を内輪の斜面部に一旦付着させ、内輪に溜まったオイル粒子を遠心力によって軸受内部に供給することによって、吐出エア流量を低減させると共に、ノズルからのエアが転動体を通過するときに発生する風切り音の防止を図ったものである。具体的には、内輪に溜まったオイル粒子は、オイル粒子の表面張力と、遠心力の斜面部大径側への分力により、軸受内部に供給される。
また、グリース潤滑される転がり軸受において、グリースの流動性を向上するために、軸受空間を囲む部材の表面の少なくともいずれかに撥油性を持たせたものが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2002−61657号公報(第3−6頁、第1図)
特開2003−254342号公報(第3−4頁、第1図)
ところで、特許文献1に記載のオイルエア潤滑機構では、オイル粒子と斜面部との付着力については記載されておらず、付着力がオイル粒子に作用する遠心力より大きいと、斜面部に多量のオイル粒子が溜まるまで供給されず、多量のオイル粒子が溜まったときそれらのオイル粒子が一度に軸受内部に供給される。多量のオイル粒子が供給されると、該オイル粒子の攪拌に伴う発熱により転がり軸受の温度が上昇する。このため、オイル供給間隔で温度が不安定な脈動を示すという問題があった。
また、特許文献2に開示された転がり軸受は、軸受空間内に予め封入されているグリースを利用して潤滑するグリース潤滑であり、高速回転で使用される転がり軸受に用いられるオイルエア潤滑の構造に適用することはできなかった。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受内部を潤滑するオイル粒子を安定して供給することができる軸受装置およびそれを用いた主軸スピンドル装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) オイル潤滑される転がり軸受と、前記転がり軸受の内部にオイルを補給するオイル補給機構と、を備えた軸受装置であって、
前記転がり軸受の内輪部材は、外周面が前記転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部を備え、前記テーパ部の表面は撥油性を有する材料からなることを特徴とする軸受装置。
(2) 前記テーパ部の表面には、前記オイル補給機構のノズル孔が対向配置されていることを特徴とする(1)に記載の軸受装置。
(3) 前記テーパ部は、前記ノズル孔が形成された外輪間座と径方向から見てオーバーラップすることを特徴とする(2)に記載の軸受装置。
(4) 前記内輪部材は、前記テーパ部を有する内輪間座を含むことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の軸受装置。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載の軸受装置が用いられたことを特徴とする工作機械又は高速モータ用主軸スピンドル装置。
(1) オイル潤滑される転がり軸受と、前記転がり軸受の内部にオイルを補給するオイル補給機構と、を備えた軸受装置であって、
前記転がり軸受の内輪部材は、外周面が前記転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部を備え、前記テーパ部の表面は撥油性を有する材料からなることを特徴とする軸受装置。
(2) 前記テーパ部の表面には、前記オイル補給機構のノズル孔が対向配置されていることを特徴とする(1)に記載の軸受装置。
(3) 前記テーパ部は、前記ノズル孔が形成された外輪間座と径方向から見てオーバーラップすることを特徴とする(2)に記載の軸受装置。
(4) 前記内輪部材は、前記テーパ部を有する内輪間座を含むことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の軸受装置。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載の軸受装置が用いられたことを特徴とする工作機械又は高速モータ用主軸スピンドル装置。
本発明の軸受装置によれば、転がり軸受の内輪部材は、外周面が転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部を備え、テーパ部の表面は撥油性の有する材料からなるようにしたので、テーパ部を流れるオイル粒子の運搬性が向上され、オイル補給機構によって補給されてテーパ部に付着したオイル粒子は、一定の大きさになる毎に遠心力によって効率よく転がり軸受の内部に供給される。従って、多量のオイルが一度に軸受内部に供給されてオイルの攪拌に伴う転がり軸受の温度上昇が生じることはなく、安定した潤滑を行うことができる。
以下、本発明に係る軸受装置の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
まず、図1を参照して、本発明に係る軸受装置の第1実施形態について説明する。 図1は本発明の第1実施形態である軸受装置の要部断面図とブロック図を組み合わせた図である。
まず、図1を参照して、本発明に係る軸受装置の第1実施形態について説明する。 図1は本発明の第1実施形態である軸受装置の要部断面図とブロック図を組み合わせた図である。
図1に示すように、本実施形態の軸受装置10は、工作機械又は高速モータ用の主軸スピンドル装置に使用されている。軸受装置10は、オイル潤滑される転がり軸受であるアンギュラ玉軸受11と、アンギュラ玉軸受11の内部に潤滑オイルを補給するオイル補給機構18とを備える。アンギュラ玉軸受11は、主軸1をハウジング2に対して相対回転可能に支持している。
アンギュラ玉軸受11は、ハウジング2に内嵌される外輪12と、主軸1に外嵌される内輪部材である内輪13と、外輪12の外輪軌道面12aと内輪13の内輪軌道面13a間に転動自在に配置された転動体である複数の玉14と、複数の玉14を周方向に等間隔に保持する保持器15とを備える。
内輪間座16と軸方向に対向する内輪13の一端13bは、外輪12の一端12bより軸方向に延設されており、内輪13は外輪12より幅広に形成されている。延設された内輪13の一端側の外周面には、内輪軌道面13a(転がり軸受の内部)に向かって次第に大径とされて、内輪軌道面13aと連続するテーパ部13cが形成されている。テーパ部13cの表面は、撥油性を有する材料からなり、例えば、フッ素系撥油剤等がコーティングされている。
外輪12の側方には、外輪間座17が外輪12の一端12bと当接しており、外輪間座17は、内輪13のテーパ部13cと径方向から見てオーバーラップするようにハウジング2に内嵌されている。外輪間座17は、内輪13のテーパ部13cと略同一の傾斜角度を有し、テーパ部13cと僅かな隙間を以って対向配置される傾斜部17aを備えている。テーパ部13cと傾斜部17aとの隙間は、内輪13と主軸1との嵌合、内輪13の温度上昇による膨張等を考慮して、運転中に接触しない程度に設定されている。
また、外輪間座17には、外周面から径方向内方に向かって設けられたオイルエア供給口17bと、オイルエア供給口17bと連通して傾斜部17aに開口する小径のノズル孔17cが設けられている。ノズル孔17cは、吐出したオイルエアが直接テーパ部13cに吹き付けられるように、その吐出方向が軸線に対して所定の傾斜角度でテーパ部13cに向けられている。
ハウジング2には、外輪間座17のオイルエア供給口17bと連通するオイルエア供給路2aが形成されている。オイル補給機構18は、圧縮空気にオイルを混合させたオイルエアを供給するオイルエア供給源19と、オイルエア供給源19とハウジング2のオイルエア供給路2aとを接続するオイルエア供給配管20と、ハウジングに形成されたオイルエア供給路2aと、外輪間座17に形成されたオイルエア供給口17b及びノズル孔17cとを含む。
次に、本実施形態の軸受装置10の潤滑動作について、図1に基づいて説明する。
図1に示すように、オイルエア供給源19から圧縮空気と共に搬送されたオイルは、オイルエア供給配管20、オイルエア供給路2a、オイルエア供給口17b、ノズル孔17cを介して傾斜部17aとテーパ部13cとの隙間に噴射される。噴射されたオイルは、内輪13と共に回転して遠心力の作用によってテーパ部13cに沿って大径側、即ち内輪軌道面13aの方向へ移動し、同様にアンギュラ玉軸受11の内部を潤滑する。
図1に示すように、オイルエア供給源19から圧縮空気と共に搬送されたオイルは、オイルエア供給配管20、オイルエア供給路2a、オイルエア供給口17b、ノズル孔17cを介して傾斜部17aとテーパ部13cとの隙間に噴射される。噴射されたオイルは、内輪13と共に回転して遠心力の作用によってテーパ部13cに沿って大径側、即ち内輪軌道面13aの方向へ移動し、同様にアンギュラ玉軸受11の内部を潤滑する。
ここで、テーパ部13cは、例えば、フッ素系撥油剤等の撥油性を有する材料がコーティングされているので、オイル粒子となってテーパ部13cに付着したオイルは、テーパ部13cに滞留することがなく、小さな粒子の状態で直ちにアンギュラ玉軸受11の内部に向かって搬送され、多量のオイルが塊となってテーパ部13cに付着することはない。即ち、オイル粒子は、少量ずつ安定してアンギュラ玉軸受11の内部に供給される。従って、多量のオイルが一度に供給されたとき、オイルの攪拌に伴って温度が上昇することが防止される。
本実施形態の軸受装置10によれば、転がり軸受の内輪部材は、外周面が前記転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部13cを備え、テーパ部13cの表面は撥油性の有する材料からなるので、ノズル孔17cから圧縮空気と共に供給されてテーパ部13cに付着したオイル粒子は、テーパ部13cに多量のオイルが溜まることはなく、一定の大きさになる毎に遠心力によって効率よくアンギュラ玉軸受11の内部に供給される。従って、多量のオイルが一度に軸受内部に供給されてオイルの攪拌に伴うアンギュラ玉軸受11の温度上昇が生じることはなく、安定した潤滑を行うことができる。
また、本実施形態の軸受装置10が組み込まれた工作機械用主軸スピンドル装置または高速モータ用主軸スピンドル装置によれば、アンギュラ玉軸受11が常に安定して主軸1を支持することができ、性能の安定した主軸スピンドル装置を得ることができる。
(第2実施形態)
次に、図2を参照して本発明に係る軸受装置の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態の軸受装置10と同等部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
次に、図2を参照して本発明に係る軸受装置の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態の軸受装置10と同等部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
図2は本発明の第2実施形態である軸受装置の要部断面図とブロック図を組み合わせた図である。図2に示すように、本実施形態の軸受装置30のアンギュラ玉軸受31は、外周面に内輪軌道面32aを有して外輪12の幅より短い内輪32と、内輪32の一端32bと第1の内輪間座16との間に第2の内輪間座33とを備えて内輪部材を構成している。第2の内輪間座33は、外周面に内輪32の内輪軌道面32a(転がり軸受の内部)に向かって次第に大径となるテーパ部33aを備えている。テーパ部33aの表面は、フッ素系撥油剤等の撥油性を有する材料でコーティングされている。また、外輪間座17の傾斜部17aは、テーパ部33aと略同一角度を有し、テーパ部33aと所定の隙間をもって対向するように配置されている。なお、テーパ部33aは、第2の内輪間座33自体を金属表面より撥油性が高い樹脂材料とし、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を用いて、テーパ部33aの表面に撥油性を持たせてもよい。
その他の構成及び作用については、第1実施形態と同様である。
その他の構成及び作用については、第1実施形態と同様である。
従って、本実施形態の軸受装置30によれば、外周面に転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部33aを内輪32の側方に配置された第2の内輪間座33に設け、テーパ部33aの表面は撥油性を有する材料からなるようにすることで、第1実施形態の軸受装置と同様の効果が得られる。また、テーパ部33aは、内輪32と別体に設けられた第2の内輪間座33に設けたので、テーパ部33aの表面への撥油性を有する材料のコーティングが容易となる。
(第3実施形態)
次に、図3を参照して本発明に係る軸受装置の第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態の軸受装置10と同等部分には同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
次に、図3を参照して本発明に係る軸受装置の第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態の軸受装置10と同等部分には同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
図3は本発明の第3実施形態である軸受装置の要部断面図とブロック図を組み合わせた図である。図3に示すように、本実施形態の軸受装置40は、転がり軸受として単列円筒ころ軸受41が用いられている。単列円筒ころ軸受41は、ハウジング2に内嵌される外輪42と、主軸1に外嵌される内輪部材である内輪43と、外輪42の外輪軌道面42aと内輪43の内輪軌道面43a間に転動自在に配置された転動体である複数のころ44と、複数のころ44を周方向に等間隔に保持する保持器45とを備える。
内輪間座16と軸方向に対向する内輪43の一端43bは、外輪42の一端42bより軸方向に延設されており、内輪43は外輪42より幅広に形成されている。延設された内輪43の一端側の外周面には、内輪軌道面43a(転がり軸受の内部)に向かって次第に大径とされるテーパ部43cが形成されている。テーパ部43cの表面は、撥油性を有する材料からなり、例えば、フッ素系撥油剤等がコーティングされている。
その他の構成及び作用については、第1実施形態と同様である。
その他の構成及び作用については、第1実施形態と同様である。
従って、本実施形態の軸受装置40によれば、単列円筒ころ軸受41においても、内輪43が、外周面に転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部43cを備え、テーパ部43cの表面は撥油性を有する材料からなるようにすることで、第1実施形態の軸受装置10と同様の効果が得られる。
(第4実施形態)
次に、図4を参照して本発明に係る軸受装置の第4実施形態について説明する。なお、第3実施形態の軸受装置40と同等部分には同一符号を付して説明を省略する。
次に、図4を参照して本発明に係る軸受装置の第4実施形態について説明する。なお、第3実施形態の軸受装置40と同等部分には同一符号を付して説明を省略する。
図4は本発明の第4実施形態である軸受装置の要部断面図とブロック図を組み合わせた図である。本実施形態の軸受装置50は、図4に示すように、単列円筒ころ軸受51の内輪52が軸方向両側に延設されている。延設された両端部の外周面には、内輪軌道面52a(転がり軸受の内部)に向かうに従って次第に大径とされたテーパ部52bが形成されている。テーパ部52bの表面には、撥油性を有する材料、例えば、フッ素系撥油剤等がコーティングされている。外輪42の軸方向両側には、第3実施形態の外輪間座17と同様の構造(左右対称とされた構造)を有する一対の外輪間座17A,17Bが配置されている。
その他の構成及び作用については、第3実施形態と同様である。
その他の構成及び作用については、第3実施形態と同様である。
従って、本実施形態の軸受装置50によれば、単列円筒ころ軸受51において、内輪52は、軸方向両側における外周面に転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部52bを備え、テーパ部52bの表面は撥油性を有する材料からなるようにしているので、第1実施形態の軸受装置10と同様の効果が得られる。
(第5実施形態)
次に、図5を参照して本発明に係る軸受装置の第5実施形態について説明する。なお、第3実施形態の軸受装置40と同等部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
次に、図5を参照して本発明に係る軸受装置の第5実施形態について説明する。なお、第3実施形態の軸受装置40と同等部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
図5は本発明の第5実施形態である軸受装置の要部断面図とブロック図を組み合わせた図である。図5に示すように、本実施形態の軸受装置60の単列円筒ころ軸受61は、第2実施形態と同様に内輪部材を分割して構成したもので、外周面に内輪軌道面62aを有して外輪42の幅より短い内輪62と、内輪62の一端62bと第1の内輪間座16との間に第2の内輪間座63とを備えた内輪部材からなる。第2の内輪間座63は、外周面に内輪62の内輪軌道面62a(転がり軸受の内部)に向かって次第に大径となるテーパ部63aを備えている。テーパ部63aの表面は、フッ素系撥油剤等の撥油性を有する材料でコーティングされている。また、外輪間座17の傾斜部17aは、テーパ部63aと略同一角度を有し、テーパ部63aと所定の隙間をもって対向するように配置されている。 なお、テーパ部63aは、第2の内輪間座63自体を金属表面より撥油性が高い樹脂材料とし、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を用いて、テーパ部63aの表面に撥油性を持たせてもよい。
その他の構成及び作用については、第3実施形態と同様である。
その他の構成及び作用については、第3実施形態と同様である。
従って、本実施形態の軸受装置60によれば、外周面に転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部63aを内輪62の側方に配置された第2の内輪間座63に設け、テーパ部63aの表面は撥油性を有する材料からなるようにすることで、第1実施形態の軸受装置10と同様の効果が得られる。また、テーパ部63aは、内輪62と別体に設けられた第2の内輪間座63に設けたので、テーパ部63aの表面への撥油性を有する材料のコーティングが容易となる。
尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
また、本発明においては、転がり軸受としてアンギュラ玉軸受、単列円筒ころ軸受を用いたが、これに限定されるものではなく、深溝玉軸受、複列円筒ころ軸受等、他の形式の転がり軸受においても適用することができる。
また、本発明においては、転がり軸受としてアンギュラ玉軸受、単列円筒ころ軸受を用いたが、これに限定されるものではなく、深溝玉軸受、複列円筒ころ軸受等、他の形式の転がり軸受においても適用することができる。
1 主軸
2 ハウジング
10,30,40,50,60 軸受装置
11,31 アンギュラ玉軸受(転がり軸受)
12,42 外輪
13,32,43,52,62 内輪
13c,33a,43c,52b,63a テーパ部
14 玉(転動体)
17,17A,17B 外輪間座
17c ノズル孔
18 オイルエア供給機構
33,63 第2の内輪間座(内輪間座)
41,51,61 円筒ころ軸受(転がり軸受)
44 ころ(転動体)
2 ハウジング
10,30,40,50,60 軸受装置
11,31 アンギュラ玉軸受(転がり軸受)
12,42 外輪
13,32,43,52,62 内輪
13c,33a,43c,52b,63a テーパ部
14 玉(転動体)
17,17A,17B 外輪間座
17c ノズル孔
18 オイルエア供給機構
33,63 第2の内輪間座(内輪間座)
41,51,61 円筒ころ軸受(転がり軸受)
44 ころ(転動体)
Claims (5)
- オイル潤滑される転がり軸受と、前記転がり軸受の内部にオイルを補給するオイル補給機構と、を備えた軸受装置であって、
前記転がり軸受の内輪部材は、外周面が前記転がり軸受の内部に向かって次第に大径とされるテーパ部を備え、前記テーパ部の表面は撥油性を有する材料からなることを特徴とする軸受装置。 - 前記テーパ部の表面には、前記オイル補給機構のノズル孔が対向配置されていることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。
- 前記テーパ部は、前記ノズル孔が形成された外輪間座と径方向から見てオーバーラップすることを特徴とする請求項2に記載の軸受装置。
- 前記内輪部材は、前記テーパ部を有する内輪間座を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の軸受装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の軸受装置が用いられたことを特徴とする工作機械又は高速モータ用主軸スピンドル装置。
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2004
- 2004-05-26 JP JP2004155661A patent/JP2005337349A/ja active Pending
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