JP2006125540A - 転がり軸受装置およびスピンドル - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑のための外部装置を不要とし、また、圧縮エアを用いずに高速回転する軸を支持する転がり軸受の潤滑を行うことのできる転がり軸受装置と、それを用いたスピンドルを提供する。
【解決手段】 転がり軸受を収容するハウジング内で、かつ、転がり軸受の外部、例えば外輪用間座４に、潤滑油を貯留するタンク９ａ内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ９ｂと、ポンプ９ｂの吐出口に連通して当該ポンプ９ｂから吐出される潤滑油を転がり軸受３に対して供給すべく潤滑油出口が当該転がり軸受３の固定輪３ｂと回転輪３ａの間の環状空間内で開口するノズル９ｃを組み込むことにより、汎用の転がり軸受３を用いてコストを抑制しながら、潤滑のための外部装置や配管の全部または一部を不要とし、また、圧縮エアによる騒音の問題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は転がり軸受装置とそれを用いたスピンドルに関し、更に詳しくは、自己潤滑機能を有する転がり軸受装置とそれを用いたスピンドルに関する。

例えば工作機械等に用いられる各種スピンドル等、比較的高速度で回転する軸の支持にはアンギュラ玉軸受などの転がり軸受が用いられる。このような高速回転軸を支持する転がり軸受に対する潤滑方法としては、従来、主としてオイルエア潤滑方式が多用されている。

オイルエア潤滑方式は、間欠的に供給される微量の潤滑油を配管を通じて圧縮空気により転がり軸受に向けて吹き付ける方式であり、高速で回転する転がり軸受の回りに形成されるエアカーテンを突ききって潤滑油を軸受に供給するために、圧縮エアが言わばキャリアとして用いられる。図８にその潤滑方式を用いたスピンドルの構成例を表す断面図と、潤滑のための外部装置の構成例を表すブロック図とを併記した図を示す。

この例においては、ハウジング２１１内に回転軸２１２を４個のアンギュラ玉軸受２１３により回転自在に支持したスピンドル２１に対する潤滑の例であり、オイルエア潤滑装置２２は、潤滑油を定量供給するためのプランジャのほか、潤滑油タンク、そのタンク内の潤滑油をプランジャに対して供給するポンプなどを含み、このオイルエア潤滑装置２２からの潤滑油と、コンプレッサ２３からの圧縮エアをエアクリーンユニット２４で清浄化した圧縮エアとをミキシングバルブ２５でミキシングし、配管２６によってスピンドル２１に供給する。スピンドル２１には、そのハウジング２１１に各アンギュラ玉軸受２１３に対応してオイルエア潤滑用の孔２３１を形成するとともに、そのアンギュラ玉軸受２１３の固定輪、この例では外輪２１３ｂに隣接して固定される間座２１４にも、ハウジング２１の孔２３１に一端が連通し、かつ、他端がアンギュラ玉軸受２１３の内輪２１３ａと外輪２１３ｂの間の環状空間に対向する孔２３２を形成している。そして、その孔２３２の環状空間に臨む開口部分にノズル２３３を設けて、このノズル２３３からオイルエアを噴出する。

以上のようなオイルエア潤滑方式においては、スピンドル外部にオイルエア潤滑装置やミキシングバルブ、およびコンプレッサ並びに外部配管が必要なほか、スピンドル内部にもオイルエア用の通路を形成する必要がありコストが高くなるばかりでなく、圧縮エアを用いるが故に騒音レベルが高くなるという問題もある。

このような問題を解決するために、転がり軸受内に潤滑油供給機構を内蔵させてなる転がり軸受装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

この提案技術においては、図９に軸平行断面図を示すように、内輪３１、外輪３２および転動体３３を主たる構成要件とする転がり軸受の固定輪、例えば外輪３２に固定されるシール３４に、潤滑油を貯留するタンク３５と、そのタンク３５内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ３６、そのポンプ３６の吐出口に取り付けられて、内輪３１と外輪３２の間の環状空間内の転動体３３の近傍にまで伸びるノズル３７、およびポンプ３６の駆動部３８からなる給油ユニットを固定した構造とし、ノズル３６の先端から例えば数十ｎｌ（数十μｃｃ）程度の極微量の潤滑油を、転がり軸受の回転時に形成されるエアカーテンの内側に滴下させる。

この提案技術によれば、転がり軸受をオイルエア潤滑するための前記したスピンドル外部の装置類や配管が不要で、また、スピンドル内部のオイルエア潤滑のための通路を形成する必要がなくなるとともに、圧縮エアを用いないために騒音の問題も解消することができる。
特開２００４−１０８３８８号公報

ところで、上記した特許文献１に開示されている技術においては、転がり軸受内部に給油ユニットを内蔵させるがために、その軌道輪に特別な加工を施す必要があり、また、軌道輪の形状も通常に用いられる転がり軸受とは全く相違するものとなる。

このことは、元来的に高精度の加工が要求される転がり軸受の軌道輪に対して特別な加工を追加する必要があるためにコストの上昇を抑えることが難しく、また、この軸受装置においては、特別な形状の軌道輪を用いるが故に、汎用の転がり軸受を用いることができず、専用の軌道輪を用いることになって、この点においてもコストの上昇を抑えることは難しい。また、特別な形状の軌道輪を用いるが故に、汎用の転がり軸受とは異なった幅であり、設計が煩雑となる。更に、給油ユニットを構成するマイクロポンプおよび駆動部のいずれかの故障、並びに固定輪、回転輪、転動体および保持器のいずれかに起因する故障であっても、軸受装置全体の交換が必要となる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、特許文献１の技術と同等の効果を有しながら、コストの上昇を抑制することのできる転がり軸受装置と、その転がり軸受装置を用いることにより、潤滑のための外部装置や外部配管等を不要とした、潤滑機能付きのスピンドルの提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の転がり軸受装置は、潤滑油を貯留するタンクと、そのタンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプと、そのポンプの吐出口に連通し、当該ポンプから吐出される潤滑油を転がり軸受に対して供給すべく潤滑油出口が当該転がり軸受の固定輪と回転輪の間の環状空間内で開口するノズルと、上記ポンプの電源を含む駆動回路とを備えた転がり軸受装置において、上記ポンプとそのノズルが、上記転がり軸受の外部で、かつ、当該転がり軸受が収容されるハウジング内部であり、転がり軸受の近傍に組み込まれていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、ノズルの長さが長いと、ノズル内に滞留している潤滑油によって、ポンプにより発生した潤滑油の脈動が減衰し、潤滑油出口からの潤滑油が吐出されなくなる。このため、上記ポンプは転がり軸受の近傍に組み込まれる。この近傍とは、ポンプにより発生した潤滑油の脈動により潤滑油の出口から潤滑油が吐出できるノズル長さのもとに転がり軸受の固定輪と回転輪間の環状空間内に潤滑油を滴下できる距離である。従ってポンプの吐出能力によって変わるが、ノズルの内径寸法（直径）は０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。直径０．１ｍｍ未満であると入手性が悪く、また、加工時にノズル内径が変形しやすい。直径が１ｍｍを越えると、潤滑油が吐出しにくくなり、また、吐出量のばらつきが大きくなる。更に好ましくは、直径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。ノズルの長さは転がり軸受の幅やポンプの能力によって異なるが、脈動をなくさないためには５０ｍｍ以下が望ましい。

ここで、本発明においては、上記タンクおよび駆動回路が、上記転がり軸受の外部で、かつ、上記ハウジングの内部に組み込まれている構成（請求項２）、上記ポンプとそのノズルが、上記ハウジング内で転がり軸受の固定輪に隣接して固定される間座に配設されている構成（請求項３）、上記ハウジングの端部を閉鎖するための蓋体に配設されている構成（請求項４）、および上記ハウジング自体に配設されている構成（請求項５）のいずれをも採用することができる。

また、本発明においては、上記ポンプとノズルが配設される部材に、上記タンクおよび駆動回路も配設されている構成（請求項６）を採用することができる。

更に、本発明においては、上記タンクのみが上記ポンプとノズルおよび駆動回路とは別部材に配設されている構成（請求項７）を採用することもできる。

そして、本発明のスピンドルは、ハウジング内に回転軸が回転自在に支持されてなるスピンドルにおいて、上記回転軸が、請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の転がり軸受装置により支持されていることによって特徴づけられる（請求項８）。

本発明は、潤滑油を貯留するタンクとその潤滑油を吸引・吐出するポンプ、そのポンプ吐出口に取り付けられて転がり軸受の内・外輪間の環状空間内で開口するノズル、およびポンプ駆動回路を備えた転がり軸受装置において、ポンプとそのノズルを、転がり軸受に内蔵させるのではなく、転がり軸受外で、かつ、当該転がり軸受が収容されるハウジング内に組み込むことによって、課題を解決しようとするものである。

すなわち、タンク、ポンプとそのノズル、およびポンプの駆動回路を備えてなる給油ユニットの一部であるポンプとそのノズルは、転がり軸受の近傍にあれば特に転がり軸受内部に組み込む必要はなく、転がり軸受を収容するハウジング内に組み込んでも、特許文献１に開示されている提案と同等の作用効果を奏することができる。しかも、本発明においては、これらの給油ユニットの一部を構成する部材を転がり軸受に内蔵させるのではなく、ハウジング内部の転がり軸受外に配置するので、転がり軸受自体としては汎用のものを用いることができる。そして、給油ユニットを構成する各部材を下記に示すような間座やハウジング蓋体、あるいはハウジング自体に配設すべくこれらに給油ユニットを組み込むための加工を施す場合、これらの部材は転がり軸受の軌道輪に比して高精度を要求されるものではないため、コスト上昇を抑制することは比較的簡単であり、従って、これらを転がり軸受に内蔵させる場合に比して、トータルコストを低減させることができる。また、タンクおよびポンプの駆動回路をハウジング内部の転がり軸受外に配置すれば、潤滑油を供給する配管やポンプを駆動する配線が不要になり、ハウジングの構成が簡単になる。

ここで、本発明においては、ポンプとそのノズルの配設位置はハウジング内であり、転がり軸受の近傍あれば特に限定されるものではないが、ノズルは転がり軸受の回転時に形成されるエアカーテンを越えて内・外輪の環状空間内に臨ませる必要があり、また、ポンプはそのノズルに対して接近した位置に置かなければ微量の潤滑油供給が困難であることから、請求項３、４または５に係る発明のように、ハウジング内で転がり軸受に近接して配置される部材、すなわち固定輪に隣接固定される間座、ハウジングの端部を閉鎖するための蓋体、またはハウジング自体に配設される構成を採用することが望ましい。

また、請求項６に係る発明のように、ポンプとそのノズルのみならず、タンクおよび駆動回路についても、上記した間座、ハウジング蓋体、あるいはハウジング自体にポンプとノズルとともに配設してもよい。

更に、請求項７に係る発明のように、タンクのみを、ポンプとノズルおよび駆動回路とは別の部材に配設することにより、全体を取り外すことなくタンクが配設されている部材のみを取り外すことによって潤滑油の補給が可能となる。

そして、以上の請求項１〜７に係る発明の転がり軸受装置を回転軸をハウジング内で支持する請求項８に係る発明のスピンドルによると、スピンドル自体に転がり軸受の潤滑機能を持ち、潤滑油のための外部装置の全部または一部を不要としたスピンドルとなる。

本発明の転がり軸受装置によれば、エアクリーンユニットやオイルエア潤滑装置、あるいはミキシングバルブ等の外部装置を設けることなく、高速で回転する転がり軸受を有効に潤滑することができ、また、圧縮エアを用いないために騒音レベルを大幅に低減することが可能であり、しかも、潤滑のための給油ユニットは転がり軸受に内蔵されることなく、固定輪のための間座やハウジング蓋体、あるいはハウジング自体に配設されるため、転がり軸受に特殊な加工を施すことなく、汎用の転がり軸受を用いることができる結果、コストの上昇を抑制することができる。

また、本発明のスピンドルによれば、潤滑のための外部装置や外部配管の全部または一部を必要とすることなく、スピンドル単体で自己の潤滑を行うことができ、コストの低減と装置の簡素化を達成することができ、ひいては当該スピンドルが用いられる装置の小型化をも達成することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態のスピンドルの構成を示す軸平行断面図で、図２はその要部拡大図である。また、図３には、図２の矢印Ａ方向から見た外輪用間座４の正面図を示す。

ハウジング１内に、軸２が４個のアンギュラ玉軸受３によって回転自在に支持されている。各アンギュラ玉軸受３は、それぞれ、軸２に嵌合固定される内輪３ａと、ハウジング１に被嵌される外輪３ｂ、これらの間に転動自在に配置される複数の転動体（ボール）３ｃ、および各転動体３ｃを周方向一定の間隔で保持する保持器３ｄを備えた汎用のものである。

ハウジング１の一端側には内フランジ１ａが一体に形成されており、他端側には蓋体１ｂがねじ止めされ、各アンギュラ玉軸受３の外輪３ｂは、内フランジ１ａと蓋体１ｂ、および各外輪３ｂの間にハウジング１の内周面に沿うように配置された円筒状の外輪用間座４・・４並びに中央間座５によってその軸方向への移動が阻止されて位置決めされている。

また、蓋体１ｂが固定されている側の軸２の端部には段部２ａが形成されているとともに、内フランジ１ａの形成側の端部には雌ねじ２ｂが形成され、その雌ねじ２ｂに軸受押さえ６がねじ込まれている。各アンギュラ玉軸受３の内輪３ａは、段部２ａと軸受押さえ６、および各内輪３ａの間に軸２の外周面に沿って配置されている内輪用間座７・・７並びに中央間座８によってその軸方向への移動が阻止されて位置決めされている。

さて、各外輪３ｂに隣接して配置されている外輪用間座４には、それぞれ給油ユニットが組み込まれている。給油ユニットは、図２，図３に示すように、潤滑油を貯留するタンク９ａと、そのタンク９ａ内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ９ｂ、そのポンプ９ｂの吐出口に取り付けられたノズル９ｃ、およびポンプ９ｂの駆動回路９ｄを主体として構成されており、これらは外輪用間座４の内周面に沿って固定されている。そして、ノズル９ｃは、図３に示すように転がり軸受３の内輪３ａと外輪３ｂの間の環状空間内に入り込んで、転動体３ｃの直近の上方で開口している。なお、タンク９ａとポンプ９ｂとは管９ｅを介して連通している。

図４は給油ユニットの全体構成図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

ポンプ９ｂは、ポンプ室９０と、そのポンプ室９０の一部の壁体を形成するダイアフラム９１と、そのダイアフラム９１に貼り付けられた圧電素子９２、およびポンプ室９２と管９ｅとの接続部分に設けられた逆止弁９３によって構成されている。駆動回路９ｄは電源電池９４を含み、圧電素子９２に対して矩形の電圧信号を供給する。この構成において、圧電素子９２に矩形の電圧信号が印加されることによりダイアフラム９１が図中上下に変位する。ダイアフラム９１の上方への変位時に逆止弁９３および管９ｅを介してタンク９ａ内の潤滑油をポンプ室９０内に吸引し、続く下方への変位時にポンプ室９０内の潤滑油をノズル９ｃに向けて吐出し、ノズル９ｃの先端部からアンギュラ玉軸受３の転動体３ｃの上方に潤滑油を滴下させる。ポンプ９ｂの潤滑油吐出時には、逆止弁９３の存在によってポンプ室９０内の潤滑油は管９ｅ側に戻ることはない。アンギュラ玉軸受３に対する潤滑油の供給量は、おおよそ３０ｎｌ（３０μｃｃ）程度である。なお、使用条件によっては、潤滑油の供給量は数百ｐｌ〜数百ｎｌに変えることができる。

以上の本発明の実施の形態によると、スピンドルの外部に一切の潤滑のための装置が不要であり、装置構成の簡略化と低コスト化を達成することができると同時に、圧縮エアを持ち内が故に騒音の問題も解消することができる。

ここで、以上の実施の形態においては、給油ユニットを外輪用間座４内に組み込んだ例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、給油ユニットの配設位置はハウジング内で、しかも転がり軸受外であれば他の位置とすることができる。図５および図６にその例を示す。

図５の例は、ハウジング１の一端部に取り付けられている蓋体１ｂに先の例と同等の給油ユニットを組み込んだ例を示すものであり、この例においても、ポンプ９ｂに取り付けられているノズル９ｃはアンギュラ玉軸受３の内輪３ａと外輪３ｂの間の環状空間内に挿入されて開口し、転動体３ｃの直近の上方から潤滑油を滴下させる。

図６の例は、ハウジング１自体に先の例と同等の給油ユニットを組み込んだ例を示すものであり、図１の例における外輪用の中央間座５を無くして、これに代えてハウジング１をの軸方向中央部分を内側に環状に突出させ、その突出部分にタンク９ａ、ポンプ９ｂとノズル９ｃ、および駆動回路（図示略）を組み込んでいる。これらの図５および図６の例は、図１の例と組み合わせて用いることができ、ハウジング１の構造等に応じて最適な位置に各アンギュラ玉軸受３に対する給油ユニットを配置することができる。

更に、本発明においては、給油ユニットを構成する全部材を間座や蓋体等の同一部材に組み込む必要はなく、図７に例示するように、タンク９ａのみを別部材に組み込むことができる。すなわち、この図７の例では、各軸受に対応して配置される外輪用間座を軸方向に２分割し、軸受に隣接する側の外輪用間座４ａにポンプ９ｂとノズル９ｃ、並びに駆動回路（図示略）を組み込むとともに、他側の外輪用間座４ｂにタンク９ａを組み込み、軸方向に伸びる管９ｅによってタンク９ａとポンプ９ｂを連通させている。この例においては、タンク９ａを組み込んだ外輪用間座４ｂを取り外すことによってタンク９ａに潤滑油を補給することができるという利点がある。

また、以上の各例では、スピンドルに本発明を適用した例を示したが、スピンドル以外の回転軸を持つ各種装置に本発明を適用し得ることは勿論であり、また、アンギュラ玉軸受以外の転がり軸受を用いた装置にも本発明を適用し得ることは言うまでもなく、更に、外輪を固定輪として用いる転がり軸受のほか、内輪を固定輪として用いる転がり軸受にも本発明を等しく適用し得ることについても言うまでもない。

本発明の実施の形態のスピンドルの構成を示す軸平行断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の実施の形態における外輪用間座４を図２の矢印Ａで示す方向から見た正面図である。 本発明の実施の形態に用いられている給油ユニットの全体構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の他の実施の形態の要部軸平行断面図である。 本発明の更に他の実施の形態の要部軸平行断面図である。 本発明の更に他の実施の形態の要部構成を示す軸平行断面図である。 オイルエア潤滑方式を用いた従来のスピンドルの構成例を表す断面図と潤滑のための外部装置の構成例を表すブロック図とを併記して示す図である。 転がり軸受内部に潤滑のための給油ユニットを組み込んだ従来の転がり軸受装置の構成例を示す軸平行断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ａ 内フランジ
１ｂ 蓋体
２ 軸
２ａ 段部
２ｂ 雌ねじ
３ アンギュラ玉軸受
３ａ 内輪
３ｂ 外輪
３ｃ 転動体
３ｄ 保持器
４ 外輪用間座
５ 中央間座
６ 軸受押さえ
７ 内輪用間座
８ 中央間座
９ａ タンク
９ｂ ポンプ
９ｃ ノズル
９ｄ 駆動回路
９０ ポンプ室
９１ ダイアフラム
９２ 圧電素子
９３ 逆止弁
９４ 電源電池

Claims (8)

1. 潤滑油を貯留するタンクと、そのタンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプと、そのポンプの吐出口に連通し、当該ポンプから吐出される潤滑油を転がり軸受に対して供給すべく潤滑油出口が当該転がり軸受の固定輪と回転輪の間の環状空間内で開口するノズルと、上記ポンプの電源を含む駆動回路とを備えた転がり軸受装置において、
   上記ポンプとそのノズルが、上記転がり軸受の外部で、かつ、当該転がり軸受が収容されるハウジングの内部であり、転がり軸受の近傍に組み込まれていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 上記タンクおよび駆動回路が、上記転がり軸受の外部で、かつ、上記ハウジングの内部に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 上記ポンプとそのノズルが、上記ハウジング内で転がり軸受の固定輪に隣接して固定される間座に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
4. 上記ポンプとそのノズルが、上記ハウジングの端部を閉鎖するための蓋体に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
5. 上記ポンプとノズルが、上記ハウジング自体に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
6. 請求項３、４または５に記載の転がり軸受装置において、上記ポンプとノズルが配設される部材に、上記タンクおよび駆動回路も配設されていることを特徴とする転がり軸受装置。
7. 請求項１、２、３、４、５または６に記載の転がり軸受装置において、上記タンクのみが上記ポンプとノズルおよび駆動回路とは別部材に配設されていることを特徴とする転がり軸受装置。
8. ハウジング内に回転軸が回転自在に支持されてなるスピンドルにおいて、
   上記回転軸が、請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の転がり軸受装置により支持されていることを特徴とするスピンドル。

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