JP2007247782A - ころ軸受の潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さくスターベーションの生じない高速運転に適したころ軸受の潤滑構造を提供する。
【解決手段】 ころ軸受１の内輪鍔２ｂの外径面に被さって内径面と前記内輪鍔２ｂの外径面との間に環状のスリット１１を形成する外輪間座６を設ける。この外輪間座６には、前記スリット１１に連通して前記スリット１１内へ潤滑用のエアオイルを供給する給油路８を設ける。また、外輪間座６は、前記内輪鍔２ｂに続く内輪端面に対向して前記スリット１１と連通する環状の連通空間１２を前記内輪端面との間で形成する内輪端面対向部６ｂを有する。この内輪端面対向部６ｂには、前記給油路８の一部として、内輪端面に向けて前記連通空間１２内へ前記エアオイルを噴出するノズル８ｂを設ける。
【選択図】 図２

Description

この発明は、工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持に用いられる円すいころ軸受や円筒ころ軸受等のころ軸受の潤滑構造に関する。

工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持には、軸受の発熱を抑えるために主としてアンギュラ玉軸受が使用されている。しかし、アンギュラ玉軸受は高速回転に適するものの、軸受剛性がころ軸受に比べて低いため、重切削等のように主軸端に大きな外力が作用する場合に、主軸の撓みが大きくなってしまい、被削物の形状精度を向上させることが難しい。
また、主軸端に円筒ころ軸受を配置してラジアル剛性を向上させ、アキシャル荷重を受けるアンギュラ玉軸受を併用する例もある。この場合には軸受の組立幅が大きくなってしまうため、主軸が長くなりコンパクト化が難しい。

主軸の剛性向上とコンパクト化を可能にする軸受として、ラジアル方向とアキシャル方向の荷重を同時に負荷できる円すいころ軸受がある。円すいころ軸受を用いたスピンドル装置の一例を図４に示し、その軸受部の拡大断面図を図５に示す。このスピンドル装置での軸受の潤滑には、微量油の供給で高速運転に有効なエアオイル潤滑が採用されている。具体的には、円すいころ軸受４１の背面側では、図４のエアオイル供給装置５０Ａ，５０Ｂから軸受箱５１のエアオイル供給路５２を経て、図５のように内輪小鍔４２ｃと保持器４５の内径面との間にノズル５３でエアオイルを供給することにより、円すいころ４４と内輪４２の軌道面４２ａの間、および円すいころ４４と保持器４５の間の潤滑を行う。また、円すいころ軸受４１の正面側では、図４のエアオイル供給装置５０Ａ，５０Ｂから軸受箱５１のエアオイル供給路５２を経て、図５のように内輪大鍔４２ｂと保持器４５の内径面との間から円すいころ４４の大端面にノズル５４でエアオイルを吹き付けることにより、ころ大端面とその案内面である内輪大鍔面の間の潤滑を行う。

円すいころ軸受を高速運転する場合に問題となるのは、円すいころと軌道面間に比べ比較的大きな滑りを伴うころ大端面とこれを案内する内輪大鍔面との摺動部の潤滑である。その潤滑技術として、次の２つが提案されている。
（１） 円すいころの大端面に摺接する案内鍔を外輪側に設けることで、円すいころの 小端面側から供給される潤滑油が前記案内鍔の案内面に確保されるようにしたも の（特許文献１）。
（２） 外部給油部と内輪大鍔部とを、内輪に設けた給油孔を介して連通させることで 外部から内輪大鍔の案内面に強制的に潤滑油を供給するもの（特許文献２）。
特公昭５３−８８５６号公報 特開平８−２７０６６０号公報

特許文献１に開示の潤滑技術においては、外輪案内鍔での滞留油による攪拌抵抗を抑えるため、外輪に排油孔を設けているが、運転条件が変動する条件下では排油孔の孔径や孔数の設定が難しいという問題がある。
また、特許文献２に開示の潤滑技術においては潤滑油の滞留は生じないものの、構造が複雑になるという問題がある。
また、図４および図５に示した潤滑技術や、特許文献２に開示の潤滑技術のように、軸受の円周上に分配配置された複数のノズルあるいは給油孔から潤滑油を供給する構造では、円すいころが自転しながら公転することから、円周上のどの位置に円すいころがあるかによって、ころ大端面に付着する潤滑油の量に差が生じてしまう。また、前記ノズルあるいは給油孔より吐出され、ころ大端面に付着した直後の潤滑油は潤沢な状態であるが、その付着油は円すいころの自転および公転による遠心力により減少する。そのため、ころ大端面がノズルや給油孔と対向する円周上の位置に到達する直前においては、ころ大端面の潤滑油は希薄なスターベーション状態、つまり欠乏状態となって摺動部の油膜確保が難しくなる。

この発明の目的は、軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さくスターベーションの生じない高速運転に適したころ軸受の潤滑構造を提供することである。

この発明のころ軸受の潤滑構造は、ころ軸受の内輪鍔の外径面に被さって内径面と前記内輪鍔の外径面との間に環状のスリットを形成する外輪間座を設け、前記スリットに連通して前記スリット内へ潤滑用のエアオイルを供給する給油路を前記外輪間座に設けたものである。
この構成によると、外輪間座の給油路から環状のスリットに供給されるエアオイルが、環状のスリットの全周からころ端面に向けて吐出されることでころ端面に油が付着し、付着した油は内輪鍔との摺動部に潤滑油として流入する。これにより、ノズルからころ端面に直接供給する従来例の場合のような円周上での潤滑むらが解消され、滑りを伴う潤滑条件の厳しい内輪鍔ところ端面との間における、潤滑油の希薄なスターベーション、すなわち欠乏が生じにくくなり、攪拌抵抗も小さくなる。その結果、ころ軸受の高速運転が可能となる。また、ノズルを使用してころや保持器にエアオイルを直接噴射する場合に比べ、風切り音の発生が小さくなるので、低騒音化が可能となる。

この発明において、前記外輪間座は、前記内輪鍔に続く内輪端面に対向して前記スリットと連通する環状の連通空間を前記内輪端面との間で形成する内輪端面対向部を有し、前記給油路の一部として、前記内輪端面に向けて前記連通空間内へ前記エアオイルを噴出するノズルを、前記内輪端面対向部に設けたものであっても良い。
この構成の場合、外輪間座の給油路に達したエアオイルがノズルから噴出して、内輪の端面に油が付着する。このとき、外輪間座の内輪端面対向部と内輪端面との間に形成される連通空間により、エアオイルのエア圧力が開放される。内輪端面に付着した油は、内輪の回転に伴う遠心力と油の表面張力とにより、内輪端面に沿って内輪鍔の外径面へと移動し、環状のスリットの全周からエア流と共にころ端面に向けて吐出される。このように、スリットへのエアオイル供給を、ノズルから内輪端面への噴射で行うことで、ノズルからの噴射時に生じるエアの断熱膨張により、内輪の冷却が期待できる。

この発明において、前記ころ軸受が円すいころ軸受であり、前記内輪鍔が内輪の大鍔であっても良い。
円すいころ軸受は、アキシアル荷重を負荷するため、内輪の大鍔面ところ端面との間の潤滑条件が厳しく、その潤滑が高速運転する場合に重要な課題となる。そのため、この発明における、全周のころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、内輪鍔ところ端面との間における、潤滑油の希薄なスターベーションの生じないという効果が、より一層効果的に発揮される。

この発明のころ軸受の潤滑構造は、ころ軸受の内輪鍔の外径面に被さって内径面と前記内輪鍔の外径面との間に環状のスリットを形成する外輪間座を設け、前記スリットに連通して前記スリット内へ潤滑用のエアオイルを供給する給油路を前記外輪間座に設けたため、全周のころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、滑りを伴う潤滑条件の厳しい内輪鍔ところ端面との間における、潤滑油の希薄なスターベーションの生じない高速運転に適したものとなる。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１はこの実施形態のころ軸受の潤滑構造を備えた高速スピンドル装置の一例を示し、ころ軸受として円すいころ軸受を用いた例を示す。このスピンドル装置２４は工作機械に応用されるものであり、主軸２５の前側（加工側）端部に工具またはワークのチャックが取付けられる。主軸２５は、軸方向に離れた複数（ここでは２つ）の円すいころ軸受１により支持されている。各円すいころ軸受１の内輪２は主軸２５の外径面に嵌合し、外輪３は軸受箱２６の内径面に嵌合している。主軸前側の円すいころ軸受１については、その内輪２が主軸２５の段面２５ａにより、外輪３が第１の外輪間座６を介して押さえ蓋２８Ａにより、軸受箱２６内に固定されている。主軸後ろ側の円すいころ軸受１については、その内輪２が内輪位置決め間座２７により、外輪３が第１の外輪間座６を介して押さえ蓋２８Ｂにより、軸受箱２６内に固定されている。軸受箱２６は、内周軸受箱２６Ａと外周軸受箱２６Ｂの二重構造とされ、内外の軸受箱２６Ａ，２６Ｂ間に冷却溝２９が形成されている。両円すいころ軸受１の外輪３の背面側にはそれぞれ第２の外輪間座７が配置され、これら外輪間座７間に内周軸受箱２６Ａが介在している。両円すいころ軸受１の内輪２間には内輪間座３０が介在している。主軸２５の後端部には、内輪位置決め間座２７に押し当てて円すいころ軸受１を固定する軸受固定ナット３１が螺着されている。

前記押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには、円すいころ軸受１をエアオイル潤滑する場合の供給源であるエアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂからエアオイルを導入するエアオイル導入孔３３がそれぞれ設けられ、これらエアオイル導入孔３３は内周軸受箱２６Ａに設けられたエアオイル供給路３４に連通している。また、押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには排油孔３５が設けられ、これら排油孔３５は内周軸受箱２６Ａに設けられた排油路３６に連通している。エアオイル潤滑は、搬送エアに潤滑油を混合しして給油するものである。

上記スピンドル装置２４における円すいころ軸受の潤滑構造は、図２（Ａ）に断面図で示すように、円すいころ軸受１の正面側および背面側に隣接して、円すいころ軸受１にエアオイルを供給する給油路８，９をそれぞれ有する２つの外輪間座６，７を配置したものである。各外輪間座６，７の給油路８，９は、前記内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４に連通する。
円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３間に介在した転動体である円すいころ４とを有する単列の円すいころ軸受である。内輪２は、外径面に円すい面とされた軌道面２ａを有し、外径の大径側および小径側に大鍔２ｂおよび小鍔２ｃをそれぞれ有する。外輪３は、内輪２の軌道面２ａに対向する内径面に円すい面とされた軌道面３ａを有する。上記両軌道面２ａ，３ａ間に複数個の円すいころ４が転動自在に介在している。これら円すいころ４は、保持器５により円周方向に所定間隔を隔てて保持されている。

前記２つの外輪間座６，７は、軸受１の外輪３を取付けた内周軸受箱２６Ａに取付けられる。軸受１の正面側に設けられる第１の外輪間座６は、図２（Ｂ）に一部を拡大して示すように、軸受１の内輪大鍔２ｂの外径面に被さって、内径面と内輪大鍔２ｂの外径面との間に環状のスリット１１を形成する環状突部６ａを有する。スリット１１の隙間寸法は０．０５〜０．１mmとされる。
また、第１の外輪間座６は、前記環状突部６ａの内径側に、内輪大鍔２ｂに続く内輪端面に対向して前記スリット１１と連通する環状の連通空間１２を形成する内輪端面対向部６ｂを有する。内輪端面対向部６ｂは、これよりも内径側の内輪端面部分に対して段差を以て凹んだ面とされている。第１の外輪間座６の給油路８は、外輪間座６の外径面から内径側に向けて延びる大径の基路部８ａと、この基路部８ａの先端から軸方向に延びて前記内輪端面対向部６ｂに開口する小径のノズル８ｂとを有する。内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４から給油路８に供給されたエアオイルは、前記ノズル８ｂから前記連通空間１２内に出て内輪端面へ噴射される。
さらに、第１の外輪間座６と外輪３との間には小間座１７が介在し、この小間座１７と外輪３の間、および小間座１７と外輪間座６との間に、一端がころ大端面側に、他端が外輪間座６の外径面にそれぞれ開口する排油孔１３Ａ，１３Ｂが形成されている。

軸受１の背面側に設けられる第２の外輪間座７の内径面には、環状のスリット構成部材１４が設けられ、このスリット構成部材１４の外径面と外輪間座７の内径面との間に、外輪間座７の給油路９に連通する環状のスリット１５が形成される。このスリット１５の隙間寸法も０．０５〜０．１mmとされる。このスリット１５は、内輪小鍔２ｃの外径面と保持器５の内径面との間に対向するように配置される。内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４から給油路９に供給されたエアオイルは、スリット１５から保持器５の内径側に向けて吐出される。第２の外輪間座７の給油路９は、外輪間座７の外径面から内径側に向けて延び、外輪間座７の内径面全周に渡って形成された円周溝１６に開口し、この円周溝１６を介して前記スリット１５が給油路９に連通している。
また、第２の外輪間座７は、一端がころ小端面側に、他端が外輪間座７の外径面にそれぞれ開口する排油孔１３Ｃを有する。軸受１内に潤滑油として供されたエアオイルは、外輪間座６，７に設けられた前記各排油路１３Ａ〜１３Ｃから、内周軸受箱２６Ａの排油路３６（図１）を経て外部に排出される。

上記円すいころ軸受の潤滑構造の作用を説明する。エアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂから供給されるエアオイルは、軸受箱２６のエアオイル供給路３４を経て２つの外輪間座６，７の給油路８，９に到達する。
円すいころ軸受１の正面側では、第１の外輪間座６の給油路８に達したエアオイルが、ノズル８ｂにより加速されて内輪２の端面に噴射し、内輪２の端面に油を付着させる。このとき、外輪間座６の内輪端面対向部６ｂと内輪端面との間に形成される環状の連通空間１２により、エアオイルのエア圧力が開放される。内輪端面に付着した油は、内輪２の回転に伴う遠心力と油の表面張力とにより、内輪端面に沿って内輪大鍔２ｂの外径面へと移動し、環状スリット１１の全周からエア流と共に円すいころ４の大端面に向けて吐出される。ころ大端面に付着した油は、内輪大鍔２ｂとの摺動部に潤滑油として流入する。すなわち、油の流れは、外部のエアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂ→軸受箱２６のエアオイル供給路３４→スリット１１→円すいころ４の大端面→内輪大鍔２ｂの摺動部となる。
このように、スリット１１の全周からころ端面に油が供給されるので、ノズルからころ端面に供給する場合のような円周上での潤滑むらが解消されて、滑りを伴う潤滑条件の厳しい内輪大鍔２ｂところ大端面との間における、潤滑油の希薄なスターベーションが生じにくくなり、攪拌抵抗も小さくなる。これにより円すいころ軸受１の高速運転が可能となる。また、スリット１１へのエアオイル供給を、ノズル８ｂから内輪端面への噴射で行っているので、ノズル８ｂからの噴射時に生じるエアの断熱膨張により、内輪２の冷却が期待できる。さらに、ノズルを使用して円すいころ４や保持器５にエアオイルを直接噴射する場合に比べて、風切り音の発生が小さくなるので、低騒音化が可能となる。

円すいころ軸受１の背面側では、第２の外輪間座７の給油路９に達したエアオイルが環状のスリット１５から吐出されて、保持器５の内径部に進入し、内輪２の回転に伴う軸受内のポンピング作用で生じるエア流により外輪３の軌道面３ａに油が付着する。これにより内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａの潤滑が行われる。円すいころ軸受１の正面側および背面側で潤滑に供されたエアオイルは、各外輪間座６，７に設けられた排油孔１３Ａ〜１３Ｃから、軸受箱２６の排油路３６を経て外部に排出される。
このように、円すいころ軸受１の背面側でも、環状スリット１５の全周からエアオイルを吐出するので、内輪軌道面においても、潤滑油の希薄なスターベーションの発生を抑制できる。
なお、図２（Ａ）には、軸受１内に供給されたエアオイルの流れを矢印で示している。

なお、円すいころ軸受１の背面側においても、前記スリット１５の代わりに、正面側と同様に、内輪小鍔２ｃの外径面との間に環状のスリットを形成する外輪間座を設け、前記スリットに連通して前記スリット内へ潤滑用のエアオイルを供給する給油路を前記外輪間座に設けても良い。

図３は、この発明の他の実施形態に係るころ軸受の潤滑構造を示す。この実施形態は、図２に示す第１の実施形態における円すいころ軸受１を円筒ころ軸受１Ａとしたものである。円筒ころ軸受１Ａは、内輪２Ａの両側に内輪鍔２Ａｂを有するものである。この実施形態では、円筒ころ軸受１Ａの両側に、内輪鍔２Ａｂの外径面に被さって内径面と前記内輪鍔２Ａｂの外径面との間に環状のスリット１１を形成する外輪間座６を設けている。また、両側の外輪間座６により形成した各スリット１１にそれぞれ連通して各スリット１１内へ潤滑用のエアオイルを供給する給油路８を前記外輪間座６に設けている。
その他の構成は、図２に示す第１の実施形態と同様であり、対応部分に同一符号を付してその重複する説明を省略する。

この発明の一実施形態に係るころ軸受の潤滑構造を備えたスピンドル装置の断面図である。 （Ａ）は同円すいころ軸受の潤滑構造の拡大断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である。 （Ａ）はこの発明の他の実施形態に係るころ軸受の潤滑構造を示す断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の部分拡大図である。 従来の円すいころ軸受の潤滑構造を備えたスピンドル装置の断面図である。 同円すいころ軸受の潤滑構造の拡大断面図である。

符号の説明

１…円すいころ軸受
１Ａ…円筒ころ軸受
２…内輪
２ｂ…内輪大鍔
２Ａｂ…内輪鍔
６…外輪間座
６ｂ…内輪端面対向部
８…給油路
８ｂ…ノズル
１１…スリット
１２…連通空間

Claims (3)

1. ころ軸受の内輪鍔の外径面に被さって内径面と前記内輪鍔の外径面との間に環状のスリットを形成する外輪間座を設け、前記スリットに連通して前記スリット内へ潤滑用のエアオイルを供給する給油路を前記外輪間座に設けたころ軸受の潤滑構造。
2. 請求項１において、前記外輪間座は、前記内輪鍔に続く内輪端面に対向して前記スリットと連通する環状の連通空間を前記内輪端面との間で形成する内輪端面対向部を有し、前記給油路の一部として、前記内輪端面に向けて前記連通空間内へ前記エアオイルを噴出するノズルを、前記内輪端面対向部に設けたころ軸受の潤滑構造。
3. 請求項１または請求項２において、前記ころ軸受が円すいころ軸受であり、前記内輪鍔が内輪の大鍔であるころ軸受の潤滑構造。

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