JP2007120767A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦トルクを低く抑えながらも、発熱の問題を回避できる軸受装置を備えた工作機械を提供する。
【解決手段】保持器１４のポケットＰの数は、ころ１３Ａ、１３Ｂの数のちょうど２倍であり、ころ１３Ａ、１３Ｂが収容されたポケットＰと、ころ１３Ａ、１３Ｂが収容されていないポケットＰとは、周方向に交互に配置されているので、ころ１３Ａ、１３Ｂと外輪１１又は内輪１２とのころがり接触部の摩擦による軸受の発熱や、油の攪拌抵抗による発熱を減少させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置を備えた工作機械に関し、特に高速回転する工作機械主軸等を支持する軸受装置を備えた工作機械に関する。

高速回転する工作機械主軸等を支持するために円筒ころ軸受などの軸受装置が用いられている。ここで、焼付きなどのトラブルを発生させることなく安定した主軸等の高速回転を達成するには、軸受内部にグリースを充填したいわゆるグリース潤滑では足らず、外部から潤滑油を供給するオイルミスト潤滑やオイルエア潤滑などの微量給脂潤滑手法、さらにはジェット潤滑・アンダーレースジェット潤滑等の多量給脂潤滑手法が用いられるのが一般的である。

これらの潤滑手法を例えば円筒ころ軸受に採用した場合、以下のような、問題点が発生する恐れがある。
（１） オイルミスト潤滑やオイルエア潤滑等の微量給脂潤滑手法の場合
給油した潤滑油が微量であるため、線接触部に滞りやすく、従ってころがり接触部からすみやかに排出されず、ころがり接触部での油の粘性抵抗や撹拌熱による、局部的な発熱がきっかけとなり、軸受全体の異常発熱に至る。特に、ころの軸方向列間に油がたまりやすい複列円筒ころ軸受を用いた場合や、高速回転主軸やモータ内蔵型主軸（通称モータビルトイン主軸）等を支持した軸受で、内外輪温度差大（内輪温度＞外輪温度）により、運転時の内部ラジアルすきまが負になりやすい場合に、上記現象が顕著となる。従って、このような場合には、単列円筒ころ軸受が使用されることが多い。尚、オイルミスト潤滑とは、空気で潤滑油を霧状にして吹き付ける潤滑手法であり、オイルエア潤滑とは、定量ピストンを用いて間欠的に吐出した微量の潤滑油を圧縮空気とミックスさせて、軸受に供給する潤滑手法である。

このような、異常発熱は主軸停止状態から、一気に最高回転まで回転を立ち上げる急加速運転を実施した場合に発生しやすいという傾向がある。かかる異常発熱は、継続運転により徐々におさまる場合もあるが、主軸が安定した温度に至るまでは、主軸全体の温度分布が変動し、加工精度に悪影響を及ぼす恐れがある。また、場合によっては、温度が安定せず、そのまま軸受の焼付きに至るケースもある。

（２） ジェット潤滑やアンダーレースジェット潤滑等の多量給脂潤滑手法の場合
微量給脂潤滑手法を採用した場合のごとき急激な発熱や焼付き発生の恐れは低いものの、大量の潤滑油が軸受内部に存在するため、油の攪拌抵抗により、動摩擦トルクが極めて大きくなり、モータ消費動力の増大につながる。尚、ジェット潤滑とは、１個乃至数個のノズルより、一定の圧力で潤滑油を噴射することで、軸受内部を軸線方向に貫通させるようにする潤滑手法であり、アンダーレースジェット潤滑とは、回転する軸内部に潤滑油を導入し、軸受内部の一部にあけた放射状の貫通孔を介して、回転時の遠心力を利用して、軸受内部に直接、潤滑油を供給する潤滑手法であり、ジェット潤滑と同様に、大量の潤滑油を軸受内部に供給することができる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、動摩擦トルクを低く抑えながらも、発熱の問題を回避できる軸受装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。

本発明の工作機械は、
外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受装置を備えた工作機械であって、
前記保持器は、軸線方向に分割されており、それぞれリング部と、前記リング部より軸線方向に片持ち状に延在した柱部と、隣接する前記柱部の間に形成され前記転動体を収容するポケットとを有し、前記ポケットの数をＡとし、前記転動体の数をＢとしたときに、Ａ≒Ｂ×Ｃ（Ｃは２以上の自然数）
が成立し、かつ前記転動体は周方向に略等間隔で配置されており、前記軸受装置は、工作機械の反刃物側に配置されている。

本発明の工作機械は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受装置を備えた工作機械であって、
前記保持器は、軸線方向に分割されており、それぞれリング部と、前記リング部より軸線方向に片持ち状に延在した柱部と、隣接する前記柱部の間に形成され前記転動体を収容するポケットとを有し、前記ポケットの数をＡとし、前記転動体の数をＢとしたときに、Ａ≒Ｂ×Ｃ（Ｃは２以上の自然数）
が成立し、かつ前記転動体は周方向に略等間隔で配置されており、前記軸受装置は、工作機械の反刃物側に配置されるので、ころがり接触部の摩擦による軸受の発熱や油の攪拌抵抗による発熱を減少させることができる。特に、ジェット潤滑やアンダーレースジェット潤滑等多量給脂潤滑法において、その効果は発揮されることとなる。尚、Ａ≒Ｂ×Ｃについては、Ａ＝Ｂ×Ｃの場合が、転動体が円周方向に等間隔に配置でき最も好ましいが、例えば０．８×Ａ≦Ｂ×Ｃ≦１．２×Ａであってもよい。

また、軸受装置の転動体の数を通常の軸受より減らすことで、例えばジェット潤滑の場合など軸受側面側ノズルを介して外部から供給される油が転動体（ころであればその端面）に衝突して、眺ね返される頻度が下がり、軸受内部への供給が容易になると共に、軸受内部に供給された潤滑油の排出性が（特にころの軸方向列間に油がたまりやすい複列円筒ころ軸受において顕著に）向上し、異常発熱が生じにくくなる。

更に、例えばポケットの数を転動体の数の２倍（すなわちＣ＝２）にすると、前記転動体が収容されたポケットと、前記転動体が収容されていないポケットとを、周方向に完全に交互に並べることによって、周方向に等間隔に転動体を配置できるので、それにより荷重を均等に支持することができる。但し、Ｃは２に限らず、３以上であって良い。その場合、周方向に等間隔に並んだ転動体の間には、２以上の空の（転動体が収納されていない）ポケットが存在することとなる。また、金属製であることが多い転動体がその分だけ減少することで、回転要素のイナーシャ低減による急加減速特性の向上や高速回転性能の向上、軸受装置内部における潤滑油の循環性の向上が期待できる。

尚、最近の高速主軸では、べルト駆動やギヤ駆動からカップリング直結によるダイレクト駆動やモータビルトイン駆動方式が多く採用されるようになり、主軸軸受（特に反刃物側軸受）には、駆動力伝達時のラジアル荷重の発生がなく、転動体数を通常軸受の半分にしても、ころがり疲れ寿命を十分長く確保でき、信頼性の点でも特に問題はないと考えられる。この点から、主軸の反刃物側に自由側軸受として用いられる円筒ころ軸受などを備えた工作機械に、本発明を適用すれば特に有効となる。

更に、複列ころ軸受のように、前記転動体が二列に配置されており、一方の列のポケットに収容された前記転動体に最も近い、他方の列のポケットには、前記転動体が配置されていなければ、荷重の均等化をより図れるので好ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態にかかる軸受装置の一例である複列円筒ころ軸受を一部切断して示す斜視図である。図において、軸受装置１０は、外輪１１と、内輪１２と、両輪１１，１２間に二列に配置された各列１４個の転動体であるころ１３Ａ、１３Ｂと、ころ１３Ａ、１３Ｂを保持する一体の保持器１４とを有している。

銅合金製の保持器１４は、内輪１２の軸線方向中央外周に配置されたリング部１４ｂと、リング部１４ｂから軸線方向に対向して、交互に延在する柱部１４ａとを有している。周方向に隣接する柱部１４ａの間に、ころ１３Ａ、１３Ｂを収容するポケットＰが形成されている。

ポケットＰは、各列ごとに２８個形成されている。図に示すように、ころ１３Ａ、１３Ｂは、ポケットＰに対して周方向に一つおきに収納されており、従って、ころ１３Ａ、１３Ｂを収容しているポケットＰと、収容していないポケットＰとは周方向に交互に並んでいる。

本実施の形態によれば、保持器１４のポケットＰの数は、ころ１３Ａ、１３Ｂの数のちょうど２倍であり、ころ１３Ａ、１３Ｂが収容されたポケットＰと、ころ１３Ａ、１３Ｂが収容されていないポケットＰとは、周方向に交互に配置されているので、ころ１３Ａ、１３Ｂと外輪１１又は内輪１２とのころがり接触部の摩擦による軸受の発熱や、油の攪拌抵抗による発熱を減少させることができる。ジェット潤滑やアンダーレースジェット潤滑等の多量給脂潤滑手法を採用した場合において、顕著な効果が発揮されることとなるが、オイルミスト潤滑やオイルエア潤滑等の微量給脂潤滑手法を採用した場合でも、ある程度の効果が得られる。

また、ころ１３Ａ、１３Ｂの数を１４個とし、ポケットＰが収納できる数（２８個）の半分にすることで、ジェット潤滑を行う場合、軸線方向に沿って外輪１１と内輪１２との間に向けられたノズルＮ（図１）を介して、ポンプＰｕから圧送される潤滑油が、ころ１３Ａ、１３Ｂの端面に衝突して、眺ね返される頻度が下がり、軸受装置１０の内部への供給が容易になると共に、軸受装置１０の内部に供給された潤滑油の排出性が向上し、異常発熱が生じにくくなる。かかる効果は、特にころの軸方向列間に油がたまりやすい複列円筒ころ軸受において顕著である。

ポケットＰの数が２８個で，ころ１３Ａ、１３Ｂの数がその半分の１４個だから、ころ１３Ａ、１３Ｂが収容されたポケットＰと、ころ１３Ａ、１３Ｂが収容されていないポケットＰとを、周方向に完全に交互に並べることができ、従って周方向に等間隔にころ１３Ａ、１３Ｂを配置できるので、それにより荷重を均等に支持することができる。また、金属製であることが多いころ１３Ａ、１３Ｂの数が約半分になることで、回転要素（保持器１４ところ１３Ａ、１３Ｂ）のイナーシャ低減による急加減速特性の向上や高速回転性能の向上、軸受装置内部における潤滑油の循環性の向上が期待できる。尚、ポケットＰの数を奇数個（例えば２７個あるいは２９個）にした場合も、周方向に１カ所、ころ１３Ａ、１３Ｂが収納されたポケットＰが隣接する部分、あるいはころ１３Ａ、１３Ｂが収納されないポケットＰが隣接する部分ができるだけであり、従って上述した効果にある程度近い効果が期待できる。

特に、本実施の形態のかかる複列円筒ころ軸受１０を用いて、べルト駆動やギヤ駆動からカップリング直結によるダイレクト駆動やモータビルトイン駆動方式が採用された高速主軸を支持した場合、かかる軸受（特に反刃物側軸受）には、駆動力伝達時のラジアル荷重の発生がなく、ころ１３Ａ、１３Ｂの数を減らしても、ころがり疲れ寿命を十分長く確保できる。

更に、本実施の形態によれば、ころ１３Ａ、１３Ｂが二列に配置されており、図１に示すように、左列のポケットＰに収容されたころ１３Ａの軸線方向に隣接する右列のポケットＰには、ころ１３Ｂは収容されていない。一方、右列のポケットＰに収容されたころ１３Ｂの軸線方向に隣接する左列のポケットＰには、ころ１３Ａは収容されていない。このように、ころ１３Ａ、１３Ｂを周方向に千鳥状に配置することで、ころ１３Ａ、１３Ｂが受ける荷重の均等化を図れる。

図２は、第２の実施の形態にかかる軸受装置の一例である単列円筒ころ軸受を軸線方向に見た図である。図において、軸受装置２０は、外輪２１と、内輪２２と、両輪２１，２２間に二列に配置された各１４個の転動体であるころ２３と、ころ２３を保持する一体の保持器２４とを有している。

樹脂製の保持器２４は、周方向に等間隔に形成された柱部２４ａを有している。周方向に隣接する柱部２４ａの間に、ころ２３を収容するポケットＰが形成されている。

ポケットＰは２８個形成されており、図２に示すように、ころ２３は、ポケットＰに対して周方向に一つおきに配置されており、従って、ころ２３を収容しているポケットＰと、収容していないポケットＰとが周方向に交互に並んでいる。本実施の形態における効果も、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。

図３は、第３の実施の形態にかかる軸受装置の複列円筒ころ軸受を一部切断して示す図１と同様な斜視図である。図において、軸受装置３０は、外輪３１と、内輪３２と、両輪３１，３２間に二列に配置された各列９個の転動体であるころ３３Ａ、３３Ｂと、ころ３３Ａ、３３Ｂをそれぞれ保持する保持器３４Ａ，３４Ｂとを有している。

銅合金製の保持器３４Ａ，３４Ｂは、互いに同一形状を有しているが、背中合わせにされた状態で、両輪３１，３２間に配置され、内輪３２の軸線方向中央外周に配置されたリング部３４Ａｂ，３４Ｂｂと、リング部３４Ａｂ，３４Ｂｂから軸線方向に対向して、交互に延在する柱部３４Ａａ，３４Ｂａとを有している。周方向に隣接する柱部３４Ａａ，３４Ｂａの間に、ころ３３Ａ、３３Ｂを収容するポケットＰが形成されている。

ポケットＰは、各列ごとに２７個形成されている。ころ３３Ａ、３３Ｂは、周方向において空のポケットを二つ介在させながら等間隔に配置されてポケットＰに収納されており、従って、上述した実施の形態に比べ、多量給脂潤滑手法を選択した場合の潤滑性向上や、イナーシャ低減による運動性能の向上をより一層図ることができる。尚、ころ３３Ａ、３３Ｂは、周方向において空のポケットを三つ以上介在させながら等間隔に配置されてよい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、転動体はころに限らず、ボールであっても良い。

本発明によれば、高速連続回転や急加減速運転を余儀なくされる、工作機械主軸において、温度上昇変化の少ない安定した性能と低温度上昇特性を得ることができる軸受装置を提供することができる。

第１の実施の形態にかかる複列円筒ころ軸受を一部切断して示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかる単列円筒ころ軸受を軸線方向に見た図である。 第３の実施の形態にかかる軸受装置の複列円筒ころ軸受を一部切断して示す図１と同様な斜視図である。

符号の説明

１０ 複列円筒ころ軸受
１１ 外輪
１２ 内輪
１３Ａ、１３Ｂ ころ
１４ 保持器
２０ 単列円筒ころ軸受
２１ 外輪
２２ 内輪
２３ ころ
２４ 保持器
３０ 複列円筒ころ軸受
３１ 外輪
３２ 内輪
３３Ａ、３３Ｂ ころ
３４Ａ、３４Ｂ 保持器
Ｐ ポケット

Claims (1)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受装置を備えた工作機械であって、
   前記保持器は、軸線方向に分割されており、それぞれリング部と、前記リング部より軸線方向に片持ち状に延在した柱部と、隣接する前記柱部の間に形成され前記転動体を収容するポケットとを有し、前記ポケットの数をＡとし、前記転動体の数をＢとしたときに、Ａ≒Ｂ×Ｃ（Ｃは２以上の自然数）
   が成立し、かつ前記転動体は周方向に略等間隔で配置されており、前記軸受装置が、工作機械の反刃物側に配置される工作機械。

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