JP2006038205A - 軸受装置及び主軸装置並びに工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 グリースの噛み込みや攪拌抵抗による異常発熱を起こさない軸受装置及び主軸装置並びに工作機械を得、グリースの慣らし運転時間を短縮し、軸受装置の生産性を向上させる。
【解決手段】 転がり軸受１１の外輪内径と内輪外径との間にできる空間から転動体１９の体積及び保持器２１の体積を差し引いた軸受空間容積にグリースが封入され、この軸受空間容積へグリースを補給するためのグリース補給機構１３が備えられた軸受装置１００において、初期のグリース封入量を、軸受空間容積の１〜１０％の範囲に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース潤滑のなされる転がり軸受を備えた軸受装置及び主軸装置並びに工作機械に関し、特に、初期の慣らし運転時間を短縮可能とする改良技術に関する。

例えば工作機械主軸用の軸受は、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、長寿命を達成することが求められている。

工作機械の主軸装置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。また、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、慣らし運転を行ってグリースを最適な状態にしている。

近年、工作機械主軸におけるグリース潤滑においても高速化が進み、主軸を支持する軸受はｄｍＮ（＝転動体ピッチ円直径(mm)×回転速度(min^-1)≒（軸受内径mm＋軸受外径mm）÷２×回転速度(min^-1)）１００万以上という環境で使用されることも珍しくなくなっている。これに対し、グリース潤滑による軸受は、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、高速回転における短寿命化が問題となっている。これは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ったり、回転速度が著しく高い場合、短時間でグリースが劣化し、早期に焼付が発生するためである。

また、グリース潤滑による軸受は、一般産業用の場合には定期的にグリースの補給を行うこともあるが、主軸装置（モータ用高速主軸スピンドル等）、工作機械の場合にはグリースの補給を行っていない。これは工作機械主軸に用いられる転がり軸受では発熱を嫌うことから、グリース補給時の攪拌抵抗による発熱の発生を避ける目的で、初期に封入したグリースのみで潤滑されるのが一般的となっているためである。

下記特許文献１に開示される転がり軸受及び工作機械用主軸装置では、この点に鑑み、外輪に補給孔を設け、この補給孔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を補給することで、グリース潤滑でありながら高速回転性に優れる長寿命の転がり軸受を得、高い信頼性を実現している。

特開２００３−１１３８４６号公報

しかしながら、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十分に行わず高速回転させると、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ことから、グリースを最適な状況にする目的で、従来では数時間かけて慣らし運転を行うのが一般的であった。グリース潤滑を行なう例えばスピンドル等の場合、このような慣らし運転は、最初にグリースを封入し、グリースを軸受に馴染ませるために数十時間かけて実施される。これにより、異常発熱の要因となる、軸受内部に多く存在するグリースを適度に排出していた。
このことから、従来の主軸装置、工作機械等に採用されるグリース潤滑の軸受装置では、通常、空間容積の１５〜２０％のグリースが封入される一方で、数時間の慣らし運転が必要となり、生産性を低下させる一要因となっていた。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による異常発熱を起こさない軸受装置及び主軸装置並びに工作機械を提供し、もって、焼付きを防止しながら、グリースの慣らし運転時間を短縮し、生産性の向上を図ることを目的とする。

１）本発明に係る軸受装置は、転がり軸受の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軸受空間容積にグリースが封入され、該軸受空間容積へグリースを補給するためのグリース補給機構が備えられた軸受装置であって、初期のグリース封入量が、前記軸受空間容積の１〜１０％であることを特徴とする。

この軸受装置では、従来、空間容積の１５〜２０％の量で封入されていたグリースが、空間容積の１〜１０％の量に削減されることで、異常発熱の要因とされていた軸受内部に存在するグリース量も低減されることになる。したがって、グリースの噛み込みが軽減されるとともに、攪拌抵抗も少なくなる。これにより、長時間をかけてグリースを軸受に馴染ませる必要がなくなる。また、少なくとも空間容積の１％以上のグリースが封入されるので、初期封入量がない場合に生じる破損が防止される。
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。

２）本発明に係る軸受装置は、前記１）記載の軸受装置において、前記グリース補給機構によって補給される１回のグリース補給量が、０．００４〜０．１ｍｌであることを特徴とする。

この軸受装置では、慣らし運転中に所定量のグリースが軸受内部へ補給されることで、初期封入量が少ない場合であっても、潤滑不足になることが防止される。また、定期的にグリースが補給可能となり、グリースが早期に劣化して軸受が破損する前に新たなグリースが補給され、グリース寿命の低下が防止される。これにより、グリース潤滑でありながら高速回転性に優れた長寿命の軸受装置が得られるようになる。

３）本発明に係る軸受装置は、前記１）又は前記２）記載の軸受装置において、前記転がり軸受が、外輪にグリース補給孔を有する玉軸受であることを特徴とする。

この軸受装置では、転動体が玉であることにより、外輪に開口されるグリース補給孔が大きく確保可能となり、グリースが補給孔につまることがなく、所定量のグリース補給が円滑に行われて、グリース寿命の低下が防止される。これにより、グリース潤滑でありながら高速回転性に優れた長寿命の玉軸受が得られる。

４）本発明に係る軸受装置は、前記１）又は前記２）記載の軸受装置において、前記転がり軸受が、外輪にグリース補給孔を有する円筒ころ軸受であり、かつ前記初期のグリース封入量が、前記軸受空間容積の１〜７％であることを特徴とする。

この軸受装置では、転動体が円筒ころであることにより、転動体と、内輪及び外輪との接触が線接触となり、大きなラジアル負荷能力が確保され、かつグリース潤滑でありながら高速回転性に優れた長寿命の円筒ころ軸受が得られる。

５）本発明に係る軸受装置は、前記４）記載の軸受装置において、前記円筒ころ軸受の円筒ころの数が、保持器における円筒ころを収容するポケットの数の１／２又は１／２に近似の数であり、かつ、各円筒ころはそれぞれ、周方向に略等間隔で配置されることを特徴とする。

この軸受装置では、転動体である円筒ころ数が、保持器における円筒ころを収容するポケットの数の１／２又は１／２に近似の数であることにより、円筒ころと内輪及び外輪との接触による発熱、及びグリースの攪拌抵抗による発熱が低減され、グリースの慣らし運転時間を短縮可能な円筒ころ軸受が得られる。

６）本発明に係る主軸装置は、前記１）〜前記５）のいずれか１項記載の軸受装置を介して軸がハウジングに装着されたことを特徴とする。

この主軸装置では、生産性の高い安価な軸受装置が採用されて、主軸装置の製造コストが低減可能となる。

７）本発明に係る高速モータ用主軸装置は、前記６）記載の主軸装置が加工のための主運動を付与する主要部に用いられたことを特徴とする。
８）本発明に係る工作機械は、前記６）又は７）記載の主軸装置が加工のための主運動を付与する主要部に用いられたことを特徴とする。

この高速モータ用主軸装置又は工作機械では、慣らし運転の時間を短縮して生産性の向上が可能となる。

本発明に係る軸受装置によれば、初期のグリース封入量を、軸受空間容積の１〜１０％としたので、空間容積の１５〜２０％のグリースが封入される従来の主軸装置に比べ、軸受内部に存在して異常発熱の要因となるグリースの量が低減される。したがって、グリースの噛み込みが軽減されるとともに、攪拌抵抗が少なくなる。これにより、長時間をかけてグリースを軸受に馴染ませる必要がなくなり、異常発熱による焼付きを防止しながら、グリースの慣らし運転時間を短縮できる。この結果、生産性を向上させることができる。

本発明に係る主軸装置によれば、前記軸受装置を介して主軸をハウジングに装着したので、慣らし運転の時間を短縮して生産性の向上が一層可能となる。

本発明に係る高速モータ用主軸装置又は工作機械によれば、前記主軸装置を加工のための主運動を付与する主要部に用いたので、生産性の高い主軸装置を用いることができ、高速モータ用主軸装置又は工作機械の生産性を向上させることができる。

以下、本発明に係る軸受装置及び主軸装置並びに工作機械の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る軸受装置の第１の実施の形態を表す断面図である。
本実施の形態による軸受装置１００は、転がり軸受であるアンギュラ玉軸受１１と、グリース補給機構１３とを備える。アンギュラ玉軸受１１は、外周面に内輪軌道１５ａを有する内輪１５、内周面に外輪軌道１７ａを有する外輪１７、内外輪１５、１７間に形成された内輪軌道１５ａ及び外輪軌道１７ａに沿って複数配置された玉１９、及び玉１９を円周方向等間隔に保持する保持器２１を備えてなる。

アンギュラ玉軸受１１は、玉１９と内輪１５・外輪１７の接触点を結ぶ直線２３が、ラジアル方向に対して所定の角度（接触角α）を有している。したがって、ラジアル荷重のほか一方向のスラスト荷重も受けられるようになっている。この場合のスラスト負荷能力は、接触角αを大きくすることで増大できる。

本実施の形態によるアンギュラ玉軸受１１は、外輪カウンタボア軸受であり、例えば工作機械の主軸支持用転がり軸受として好適に用いられる。本実施の形態においては、外輪１７のカウンタボア側（図では右側）に、外輪１７を径方向に貫通するグリース補給機構１３としての補給孔２５が設けられている。補給孔２５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２５は、外輪１７の内径面の、外輪軌道１７ａに近接して開口する。補給孔２５は、外輪１７の周方向に間隔をあけて複数設けられてもよい。

このアンギュラ玉軸受１１は、軸受空間に、軸受空間容積の１〜１０％の量のグリースが初期封入されている。ここで、軸受空間容積とは、外輪１７内径と内輪１５外径との間にできる空間から、玉１９の体積及び保持器２１の体積を差し引いた容積を意味する。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２５を介して、一回の補給量が０．００４〜０．１ｍｌとなるようにグリースショットがなされる。

このアンギュラ玉軸受１１を備えた軸受装置１００では、従来、空間容積の１５〜２０％の量で封入されていたグリースが、空間容積の１〜１０％の量に削減されていることで、異常発熱の要因とされていた軸受内部に存在するグリース量も低減されることになる。したがって、グリースの噛み込みが軽減されるとともに、攪拌抵抗も少なくなる。これにより、長時間をかけてグリースを軸受に馴染ませる必要がなくなる。また、少なくとも空間容積の１％以上のグリースが封入されるので、初期封入量がない場合に生じる破損も防止できるようになっている。

そして、補給孔２５に向けてグリース補給機構１３からショットされたグリースは、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によって新しい油膜が形成される。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ことになる。

したがって、上記の軸受装置１００によれば、異常発熱による焼付きを防止しながら、グリースの慣らし運転時間を短縮できる。この結果、生産性を向上させることができる。

次に、上記のように構成された軸受装置１００を実際に慣らし運転して試験を行った結果を説明する。図２は評価試験装置の概略を表す構成図、図３は玉軸受に対して行った試験の条件・結果を試験番号別に表した説明図である。
図２に示すように、評価試験装置３１の主軸３３を、一対の試験対象軸受３５により支持した。試験対象軸受３５には６５ＢＮＲ１０ＸＴＤＢアンギュラ玉軸受を用いた。一対のアンギュラ玉軸受は背面組合せとした。各アンギュラ玉軸受にはグリース補給機構１３を接続した。
アンギュラ玉軸受は、内径６５ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、接触角１８°、玉径７．１４４ｍｍ、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５（ＮＯＫクリューバー（株）製）とした。各試験のグリース封入量及びグリース補給量は図３参照。

慣らし運転は、評価試験装置３１の回転主軸を先ず回転速度２０００ｍｉｎ^−１で軸受温度がほぼ一定になるまで続けた。その後、２２０００ｍｉｎ^−１で軸受耐久試験を継続し、焼付等の回転不良が発生しない場合は、１０００時間で打切り終了として、その試験結果を図３に示す。

第１の試験では、補給：なし、グリース封入量：空間容積の３％で慣らし運転を１時間行ったところ、２５時間で焼付きが生じた。
第２の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０２ｍｌ／０．０５ｈ）、（慣らし運転後：０．０２ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の０．５％で運転を行ったところ、回転初期潤滑不良が発生、試験を中止した。
第３の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０２ｍｌ／０．０５ｈ）、（慣らし運転後：０．０２ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の１％で慣らし運転を０．５時間行ったところ、損傷がなかった。
第４の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０２ｍｌ／０．１ｈ）、（慣らし運転後：０．０２ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の３％で慣らし運転を１時間行ったところ、損傷がなかった。
第５の試験では、補給：あり、（慣らし運転後：０．０２ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の６％で慣らし運転を２時間行ったところ、損傷がなかった。
第６の試験では、補給：あり、（慣らし運転時補給なし、慣らし運転後：０．０２ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の１０％で慣らし運転を３時間行ったところ、損傷がなかった。
第７の試験では、補給：あり、（慣らし運転時補給なし、慣らし運転後：０．０２ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の１５％で慣らし運転を２０時間行ったところ、損傷がなかった。
第８の試験では、補給：なし、グリース封入量：空間容積の１０％で慣らし運転を３時間行ったところ、５０時間で焼付きが生じた。
第９の試験では、補給：なし、グリース封入量：空間容積の１５％で慣らし運転を２０時間行ったところ、１００時間で焼付きが生じた。

以上の試験結果より、アンギュラ玉軸受の場合、通常の封入する軸受空間容積の１５％から３％に減少することにより、グリースの慣らし運転を大幅に削減することが可能であり、また、グリースを補給することにより、グリース寿命を伸ばすことも可能であることが知見できた。また、初期封入量を軸受空間容積の１％として、慣らし運転中にグリースを補給した場合も、同様の効果の得られることが知見できた。

次に、本発明に係る軸受装置の第２の実施の形態を説明する。
図４は本発明に係る軸受装置の第２の実施の形態を表す断面図である。
本実施の形態による軸受装置２００は、転がり軸受である円筒ころ軸受４１と、上記と同様のグリース補給機構１３とを備える。円筒ころ軸受４１は、外周面に内輪軌道４３ａを有する内輪４３、内周面に外輪軌道４５ａを有する外輪４５、内外輪４３、４５間に形成された内輪軌道４３ａ及び外輪軌道４５ａに沿って複数配置された円筒ころ４７、及び円筒ころ４７を円周方向等間隔に保持する保持器４９を備えてなる。

本実施の形態による円筒ころ軸受４１は、外輪４５に設けられた片つば５１によって円筒ころ４７が案内される片つば外輪案内であり、例えば工作機械の主軸支持用転がり軸受として好適に用いられる。外輪４５の片つば５１側（図では右側）に、外輪４５を径方向に貫通するグリース補給機構１３としての補給孔２５が設けられている。補給孔２５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２５は、外輪４５の周方向に間隔をあけて複数設けられてもよい。

この円筒ころ軸受４１は、軸受空間に、軸受空間容積の１〜７％の量のグリースが初期封入されている。そして、軸受使用時には、上記同様の適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔２５を介してグリースショットがなされる。

この円筒ころ軸受４１を備えた軸受装置２００では、従来、空間容積の１５〜２０％の量で封入されていたグリースが、空間容積の１〜７％の量に削減されていることで、異常発熱の要因とされていた軸受内部に存在するグリース量も低減されることになる。したがって、グリースの噛み込みが軽減されるとともに、攪拌抵抗も少なくなる。これにより、長時間をかけてグリースを軸受に馴染ませる必要がなくなる。また、少なくとも空間容積の１％以上のグリースが封入されるので、初期封入量がない場合に生じる破損も防止できるようになっている。

上記の軸受装置２００によれば、異常発熱による焼付きを防止しながら、グリースの慣らし運転時間を短縮できる。この結果、生産性を向上させることができる。

次に、上記のように構成された軸受装置２００を実際に運転して試験を行った結果を説明する。
図５は円筒ころ軸受に対して行った試験の条件・結果を試験番号別に表した説明図である。
評価試験装置は図２に示したものを用いた。試験対象軸受にはＮ１０１１円筒ころ軸受を用いた。円筒ころ軸受にはグリース補給機構１３を接続した。
円筒ころ軸受は、内径５５ｍｍ、外径９０ｍｍ、幅１８ｍｍ、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５（ＮＯＫクリューバー（株）製）とした。耐久回転速度：２２０００ｍｉｎ^−１（ｄｍＮ１６０万）。各試験のグリース封入量及びグリース補給量は図５参照。

慣らし運転は、評価試験装置３１の回転主軸を先ず回転速度２０００ｍｉｎ^−１で軸受温度がほぼ一定になるまで続けた。その後、２２０００ｍｉｎ^−１で軸受耐久試験を継続し、焼付等の回転不良が発生しない場合は、１０００時間で打切り終了として、その試験結果を図５に示す。

第１の試験では、補給：なし、グリース封入量：空間容積の３％で慣らし運転を２時間行ったところ、２５時間で焼付きが生じた。
第２の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０１ｍｌ／０．０５ｈ）、（慣らし運転後：０．０１ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の０．５％で運転を行ったところ、回転初期潤滑不良が発生、試験を中止した。
第３の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０１ｍｌ／０．０５ｈ）、（慣らし運転後：０．０１ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の１％で慣らし運転を１時間行ったところ、損傷がなかった。
第４の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０１ｍｌ／０．１ｈ）、（慣らし運転後：０．０１ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の３％で慣らし運転を３時間行ったところ、損傷がなかった。
第５の試験では、補給：あり、（慣らし運転時：０．０１ｍｌ／０．５ｈ）、（慣らし運転後：０．０１ml／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の５％で慣らし運転を５時間行ったところ、損傷がなかった。
第６の試験では、補給：あり、（慣らし運転時補給なし、慣らし運転後：０．０１ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の７％で慣らし運転を１０時間行ったところ、損傷がなかった。
第７の試験では、補給：あり、（慣らし運転時補給なし、慣らし運転後：０．０１ｍｌ／６ｈ）、グリース封入量：空間容積の１０％で慣らし運転を３０時間行ったところ、損傷がなかった。
第８の試験では、補給：なし、グリース封入量：空間容積の７％で慣らし運転を１０時間行ったところ、５０時間で焼付きが生じた。
第９の試験では、補給：なし、グリース封入量：空間容積の１０％で慣らし運転を３０時間行ったところ、１００時間で焼付きが生じた。

以上の試験結果より、円筒ころ軸受の場合、通常の封入する軸受空間容積の１５％から１％に減少することにより、グリースの慣らし運転を大幅に削減することが可能であり、また、グリースを補給することにより、グリース寿命を伸ばすことも可能であることが知見できた。

次に、上記した第１、第２の実施の形態に係る軸受装置の第１の変形例を説明する。
図６はグリース排出機構を備えた変形例の断面図である。
本変形例は、上記第１、第２の実施の形態に係る軸受装置のいずれにも適用可能なものである。ここでは、例えば上記第１の実施の形態に係る軸受装置１００に適用した場合を例に説明する。
この変形例において、軸受装置１００Ａは、アンギュラ玉軸受１１と、アンギュラ玉軸受１１の側面に配置されるとともに、内輪１５・外輪１７の近傍に配置された回転体としての排出間座（スリンガー）６１、６３と回転軸６５と、アンギュラ玉軸受１１を支持するハウジング６７とを有している。また、この軸受装置１００Ａは、外輪間座６９と、この外輪間座６９の端部に形成された切り欠き７１と、この切り欠き７１の外周側に形成されたハウジング６７における潤滑剤貯蔵空間７３とを備えている。

上記の切り欠き７１は、排出間座６１に対向して放射状に複数個設けられている。このように、放射状に複数個の切り欠き７１を設けることにより、潤滑剤の排出効率が向上する。

アンギュラ玉軸受１１と外輪間座６９との間には、隙間７５が形成されている。更に、ハウジング６７には、外部よりアンギュラ玉軸受１１内部へ潤滑剤を供給する潤滑剤供給経路７７が形成されている。また、排出間座６１、６３の側方にも潤滑剤貯蔵空間７９が形成されている。

この軸受装置１００Ａは、外部から供給された潤滑剤が潤滑剤供給経路７７からアンギュラ玉軸受１１の内部へ供給されてアンギュラ玉軸受１１の内部へ貯蔵される。

このアンギュラ玉軸受１１内に貯蔵された潤滑剤のうち、排出間座６１、６３に接触した潤滑剤は、排出間座６１、６３の回転力によりアンギュラ玉軸受１１の外部へ弾き飛ばされる。排出間座６１によって弾き飛ばされた潤滑剤は、外輪間座６９に設けられた切り欠き７１を通過し、ハウジング６７に備えられた潤滑剤貯蔵空間７３へ進入して貯蔵される。

切り欠き７１を通過できなかった潤滑剤は、アンギュラ玉軸受１１と排出間座６１間の隙間７５を通過し、排出間座６１と外輪間座６９の間の潤滑剤貯蔵空間７９に貯蔵される。潤滑剤貯蔵空間７３は、ハウジング６７の内径に溝状に設けられた空間であり、潤滑剤貯蔵空間７９と合わせて、工作機械用主軸で潤滑剤の一般的寿命とされている１万時間分の潤滑剤を蓄えることができる。

一般的に、１万時間分の潤滑剤を貯蔵するのに必要な空間の容積は、一回の潤滑剤吐出量が０．０２ｍｌ、吐出間隔が６時間の場合、およそ３３ｍｌである。本発明では、両一方の潤滑剤貯蔵空間７３、７９を合計した容積は３４ｍｌである。

軸６５が高速回転しているとき、アンギュラ玉軸受１１内部の空気は玉１９の自転軸の影響により図６中の左から右方向へと流れる。したがって、潤滑剤は主にアンギュラ玉軸受１１の右側へ排出されるため、隙間７５を０．２〜０．５ｍｍに設定すると排出効率が良い。図６中の左側の排出間座６３の方は、もともと潤滑剤が排出されにくいので、隙間８１は隙間７５より大きくしても良く、外周のハウジング６７に潤滑剤貯蔵空間が無くても潤滑剤の排出は可能である。

このように、本変形例の軸受装置１００Ａは、アンギュラ玉軸受１１内部への充満された潤滑剤が、アンギュラ玉軸受１１近傍に配置され回転体として形成された排出間座６１、６３に付着し、この排出間座６１、６３は軸６５とともに回転しているため、排出間座６１、６３に付着した潤滑剤は、回転力で軸受の外側へ弾き飛ばされ、潤滑剤が強制的かつ継続的に軸受外部へ排出される。

上記の潤滑剤としてはグリース、オイルどちらにも有効であり、潤滑剤の攪拌抵抗が減少して発熱を押さえる作用もある。
さらに排出間座６１外周方向のハウジング６７に排出された潤滑剤を貯蔵する潤滑剤貯蔵空間７３が設けられているので、排出間座６１により弾き飛ばされた潤滑剤が潤滑剤貯蔵空間７３へ容易に進入することができ、貯蔵空間容積も大きくできる。
また、軸６５の回転速度に応じ潤滑剤を弾き飛ばす回転力の大きさが変わるため、潤滑剤供給量が少なくてすむ。低速回転時には同時に潤滑剤排出量も抑えられ、回転速度に応じた適切な潤滑剤供給が可能となる。

次に、上記した第１、第２の実施の形態に係る軸受装置の第２の変形例を説明する。
図７は軸受温度と経過時間との相関を（ａ）〜（ｅ）のグリース供給量別に表した説明図である。
本変形例は、上記第１、第２の実施の形態に係る軸受装置のいずれにも適用可能なものである。ここでは、例えば上記第１の実施の形態に係る軸受装置に適用した場合を例に説明する。
本変形例では、グリースを補給した際に温度脈動を生じさせないように、１回の補給量が０．００４〜０．１ｍｌの範囲に設定されている。

内輪内径６５ｍｍ、外輪外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、玉径７．１４４ｍｍ、接触角１８°のアンギュラ玉軸受を用いて、グリース補給量と温度の脈動の関係を確認する温度脈動確認試験を行った。温度脈動確認試験に用いられたグリースは、イソフレックスＮＢＵ１５（ＮＯＫクリューバー（株）製）であり、グリースの初期封入量は、軸受空間容積の６％であった。また、試験条件は、ｄｍＮ＝１８０万であった。

本脈動確認試験は、試験用主軸装置を用いて行われた。試験用主軸装置は、支持台上に配置されたハウジングブロックによってハウジング本体が支持される構成を有している。ハウジング本体には、アンギュラ玉軸受が互いに背面配置で内嵌している。このアンギュラ玉軸受主軸は、主軸に外嵌しており、主軸を回転自在に支承している。

アンギュラ玉軸受間には、各アンギュラ玉軸受の内輪間に内輪間座が、そして各アンギュラ玉軸受の外輪間に外輪間座がそれぞれ設けられている。また、アンギュラ玉軸受の軸方向後端側には、後端外輪押さえが設けられている。

また、アンギュラ玉軸受の軸方向前端側には、外輪押さえ部材と内輪押さえ部材が設けられている。各アンギュラ玉軸受は、外輪押さえ部材及び内輪押さえ部材によって後端外輪押さえ側に軸方向に沿って押圧されている。

ハウジングには、ノズル部材が各アンギュラ玉軸受に対応して取り付けられている。ノズル部材は、各アンギュラ玉軸受の外輪に設けられた孔側からグリースを軸受空間内に供給する。本温度脈動確認試験では、グリースは、試験開始後1時間おきに供給するような構成とした。

一回のグリース補給時に各軸受に供給されるグリースの量は０．００５ｍｌ、０．０１ｍｌ、０．０３ｍｌ、０．１０ｍｌ、０．１５ｍｌとして計５回実験を行った。図７は、この温度脈動確認試験の結果を示すグラフであり、（ａ）はグリース補給量が０．００５ｍｌの場合、（ｂ）はグリース補給量が０．０１ｍｌの場合、（ｃ）はグリース補給量が０．０３ｍｌの場合、（ｄ）はグリース補給量が０．１０ｍｌの場合、そして（ｅ）はグリース補給量が０．１５ｍｌの場合を示す。

図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、グリース補給量が０．００５〜０．１０ｍｌの場合にはグリース補給を行ってもアンギュラ玉軸受の軸受温度に変化はない。しかしながら、図７（ｅ）に示すように、グリース補給量が０．１５ｍｌの場合にはグリース補給する毎にアンギュラ玉軸受の温度が１℃程度上昇しているのがわかる。

ここで、一対のアンギュラ玉軸受のそれぞれは、グリース補給前の定常状態での温度が異なっている。この定常状態での温度の差異は、一方のアンギュラ玉軸受と、他方のアンギュラ玉軸受の周辺構造の差異、例えば、ハウジングブロックからの距離の差異や図示せぬ冷却装置との位置関係等により発生した熱の抑制率が異なっているため、定常状態での温度が異なっているものと考えられる。

いずれにせよ、双方のアンギュラ玉軸受において、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、グリース補給量が０．００５〜０．１０ｍｌの場合には軸受温度の脈動が発生しないのに対し、図７（ｅ）に示すように、グリース補給量が０．１５ｍｌ以上の場合には補給グリースの攪拌抵抗等により軸受が発熱を起こし、軸受の昇温、すなわち温度の脈動が発生していると考えられ。したがって、１回のグリース補給量を０．１ｍｌ以下と設定することにより、温度の脈動が発生しない安定したグリース供給を行うことが可能であることがわかった。

図８は本発明の第１及び第２の実施の形態に係る軸受装置１００、２００を用いて構成された工作機械用主軸装置（スピンドル装置）の概略を表す構成図である。なお、図８の主軸装置３００は、例示のために異種の軸受１００、２００を用いているが、同種の軸受のみから構成するようにしてもよい。

軸受１１、１１及び４１は、主軸９５に外嵌し、そしてハウジング９７に内嵌している。主軸９５は、軸受１１、１１及び４１を介して、ハウジング９７に対し回転可能である。軸受１１、１１及び４１の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸９５及びハウジング９７に沿って配置された内輪間座９９及び外輪間座１０１が配置されている。内輪間座９９及び外輪間座１０１の軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材１０３及び外輪押さえ部材１０５が配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材１０３及び外輪押さえ部材１０５の間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。

ハウジング９７には、ハウジング９７を貫通し、各軸受１１、１１及び４１の外輪に形成された補給孔に追加グリースを補給するノズル（グリース供給こま）１０７が固定されている。グリースは、グリース補給器１０９から補給パイプ１１１を介してノズル１０７に供給され、そして径方向に軸受内部に補給される。グリース補給器１０９は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、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する。

この主軸装置３００によれば、軸受装置１００、２００を介して主軸９５をハウジング９７に装着したので、生産性の高い軸受装置１００、２００とすることができる。そして、さらにこの主軸装置３００を、加工のための主運動を付与する主要部に用いて工作機械を構成すれば、工作機械の生産性を向上させることができる。

図８では、第１、第２の実施の形態の軸受装置１００、２００を例として挙げたが、勿論その他の変形例又はそれらの任意の組合せを代わりに用いてもよい。

次に、本発明に係る軸受装置の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態による軸受装置は、転がり軸受である複列円筒ころ軸受と、上記と同様のグリース補給機構１３（図４参照）とを備える。複列円筒ころ軸受は、外周面に内輪軌道を例えば２列に有する内輪、内周面に外輪軌道を例えば２列に有する外輪、内外輪間に形成された内輪軌道及び外輪軌道に沿って複数配置された円筒ころ、及び円筒ころを円周方向等間隔に多数配置されたポケットに保持する保持器を備えてなる。円筒ころの数は、保持器のポケットの数の１／２であり、かつ、各円筒ころは、保持器における周方向に１個置きの各ポケットにそれぞれ収容され、所謂ころ１個飛ばし仕様とされている。

本実施の形態による複列円筒ころ軸受の軸受空間には、軸受空間容積の３〜７％の量のグリースが初期封入されている。そして、軸受使用時には、上記同様の適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、グリース補給機構の補給孔を介してグリースショットがなされる。一回のグリース補給時に各軸受に供給されるグリースの量は、グリース初期封入量の０．０５〜０．２％である。

この複列円筒ころ軸受を備えた軸受装置では、従来、軸受空間容積の１５〜２０％の量で封入されていたグリースが、軸受空間容積の３〜７％の量に削減されていることで、異常発熱の要因とされていた軸受内部に存在するグリース量も低減されることになる。したがって、グリースの噛み込みが軽減されるとともに、攪拌抵抗も少なくなる。これにより、長時間をかけてグリースを軸受に馴染ませる必要がなくなる。また、軸受空間容積の少なくとも３％以上のグリースが封入されるので、初期封入量がない場合に生じる破損も防止できるようになっている。

また、上記の軸受装置によれば、円筒ころの数が、保持器における円筒ころを収容するポケットの数の１／２（又は１／２に近似の数、ポケットの数が奇数のときは、ポケットの数±１の１／２）であることにより、円筒ころと内輪及び外輪との接触による発熱、及びグリースの攪拌抵抗による発熱を低減することができ、グリースの慣らし運転時間を短縮することができる。この結果、生産性を向上させることができる。

次に、上記のように構成された軸受装置を実際に運転して、グリース初期封入量に対し、グリース補給量をどの程度とすれば長寿命化できるかを確認するための評価試験を行った。以下に、条件及び結果を示す。
評価試験装置は図２と同様のものを用いた。試験対象軸受にはＮＮ３０１８ＺＴＢＧＫＲ複列円筒ころ軸受のころ１個飛ばし仕様を用いた。複列円筒ころ軸受にはグリース補給機構１３を接続した。
複列円筒ころ軸受は、内径９０ｍｍ、外径１４０ｍｍ、幅３０ｍｍ、円筒ころ数２６個、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５（ＮＯＫクリューバー（株）製）とした。耐久回転速度：１００００ｒｐｍ（ｄｍＮ１１５万）。グリース初期封入量は、７．２ｃｃであり、軸受空間容積の７％とした。グリース補給量は、０．０１ｍｌ／２４Ｈｒであり、初期封入量の約０．２％とした。

慣らし運転は、評価試験装置３１の回転主軸を先ず回転速度２０００ｍｉｎ^−１で軸受温度がほぼ一定になるまで続けた。その後、２２０００ｍｉｎ^−１で軸受耐久試験を継続した結果、焼付等の回転不良が発生しない耐久時間２００００Ｈｒが可能であることを確認した。
なお、グリース初期封入量を軸受空間容積の３％とし、グリース補給量を初期封入量の約０．０５％とすることでも、上述と同様の効果が得られた。

本発明に係る軸受装置の第１の実施の形態を表す断面図である。 評価試験装置の概略を表す構成図である。 玉軸受に対して行った試験の条件・結果を試験番号別に表した説明図である。 本発明に係る軸受装置の第２の実施の形態を表す断面図である。 円筒ころ軸受に対して行った試験の条件・結果を試験番号別に表した説明図である。 グリース排出機構を備えた変形例の断面図である。 軸受温度と経過時間との相関を（ａ）〜（ｅ）のグリース供給量別に表した説明図である。 本発明の第１又は第２の実施の形態に係る軸受装置を用いて構成された工作機械用主軸装置（スピンドル装置）の概略を表す構成図である。

符号の説明

１１…アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
１３…グリース補給機構
１５、４３…内輪
１７、４５…外輪
１９、４７…転動体
２１、４９…保持器
２５…グリース補給孔
４１…円筒ころ軸受（転がり軸受）
９５…主軸
９７…ハウジング
１００、２００…軸受装置
３００…主軸装置

Claims (8)

1. 転がり軸受の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軸受空間容積にグリースが封入され、該軸受空間容積へグリースを補給するためのグリース補給機構が備えられた軸受装置であって、
   初期のグリース封入量が、前記軸受空間容積の１〜１０％であることを特徴とする軸受装置。
2. 請求項１記載の軸受装置において、
   前記グリース補給機構によって補給される１回のグリース補給量が、０．００４〜０．１ｍｌであることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の軸受装置において、
   前記転がり軸受が、外輪にグリース補給孔を有する玉軸受であることを特徴とする軸受装置。
4. 請求項１又は請求項２記載の軸受装置において、
   前記転がり軸受が、外輪にグリース補給孔を有する円筒ころ軸受であり、
   かつ前記初期のグリース封入量が、前記軸受空間容積の１〜７％であることを特徴とする軸受装置。
5. 請求項４記載の軸受装置において、
   前記円筒ころ軸受の円筒ころの数が、保持器における円筒ころを収容するポケットの数の１／２又は１／２に近似の数であり、かつ、各円筒ころはそれぞれ、周方向に略等間隔で配置されることを特徴とする軸受装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の軸受装置を介して軸がハウジングに装着されたことを特徴とする主軸装置。
7. 請求項６記載の主軸装置が、加工のための主運動を付与する主要部に用いられたことを特徴とする高速モータ用主軸装置。
8. 請求項６又は７記載の主軸装置が、加工のための主運動を付与する主要部に用いられたことを特徴とする工作機械。

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