JP2007247784A

JP2007247784A - ころ軸受の潤滑構造

Info

Publication number: JP2007247784A
Application number: JP2006072010A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Mori; 正継森; Sun-Woo Lee; ソン雨李
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】軸受全周にわたりころ端面および軌道面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、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ころ軸受の潤滑構造を提供する。
【解決手段】円すいころ軸受１の正面側の外輪位置決め間座６の内周に設けた環状の嵌合凹部６ａに、スリット形成部品９を嵌合させる。このスリット形成部品９の外周面と外輪位置決め間座６の前記嵌合凹部６ａの内周面との間で、円すいころ軸受１の軸受空間内に先端が開口するスリット１０を形成する。前記外輪位置決め間座６には、前記スリット１０内に連通するエアオイルの給油路８を設ける。前記スリット形成部品９の軸受側端面の位置は、円すいころ４の端面と微小隙間１２を介して対面する位置とする。
【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方法では、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および軌道面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、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、外輪位置決め間座の軸受側端の内周に設けた環状の嵌合凹部にスリット形成部品を嵌合させ、このスリット形成部品の外周面と外輪位置決め間座の前記嵌合凹部の内周面との間でころ軸受の軸受空間内に先端が開口するスリットを形成し、前記外輪位置決め間座に、前記スリット内に連通するエアオイルの給油路を設けたものである。
この構成によると、外輪位置決め間座に設けられた嵌合凹部の内周面と、この嵌合凹部に嵌合されるスリット形成部品の外周面とで形成される環状のスリットの全周からエアオイルを吐出して軸受空間内に供給する。そのため、ノズルからころ端面に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て、攪拌抵抗が小さく、潤滑油の希薄なスターベーション、つまり欠乏状態が生じにくくなり、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従来例の場合に比べて、風切り音の発生が小さくなるため、低騒音化が可能となる。さらに、軸受円周方向の一箇所からのエアオイル供給で、ころ端面と内輪大鍔との摺動部、およびころの転動面と輪軌道面間の潤滑が可能となるので、潤滑構造を簡素化できる。

この発明において、前記スリット形成部品の軸受側端面の位置を、ころの端面と微小隙間を介して対面する位置としても良い。この構成の場合、スリットから吐出されてころ端面に衝突したエアオイルが前記微小隙間を通過するので、その通過時にエアオイル中の油をころ端面に付着させ易くなる。

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、前記外輪位置決め間座が軸受の正面側に配置されたものであっても良い。
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、軸受全周にわたりころ端面および軌道面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、潤滑油の希薄なスターベーションが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、外輪位置決め間座の軸受側端の内周に設けた環状の嵌合凹部にスリット形成部品を嵌合させ、このスリット形成部品の外周面と外輪位置決め間座の前記嵌合凹部の内周面との間でころ軸受の軸受空間内に先端が開口するスリットを形成し、前記外輪位置決め間座に、前記スリット内に連通するエアオイルの給油路を設けたため、軸受全周にわたりころ端面および軌道面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、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。

この発明の一実施形態を図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が正面側の外輪位置決め間座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が正面側の外輪位置決め間座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外輪間座７が配置され、これら両外輪間座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て給油するものである。

上記スピンドル装置２４における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の正面側に隣接して配置され、円すいころ軸受１にエアオイルを供給する給油路８を有する外輪位置決め間座６と、この外輪位置決め間座６の軸受側端の内周に設けられた環状の嵌合凹部６ａに嵌合するスリット形成部品９とで構成される。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。この実施形態では、保持器５は内輪案内としている。

前記スリット形成部品９は環状の部材であって、その外周面とこれに対向する前記外輪位置決め間座６の内周面との間に、円すいころ軸受１の軸受空間内に先端が開口するスリット１０が、円周方向の全周にわたって形成される。また、スリット形成部品９の外周面には、前記スリット１０に連続する環状の円周溝１１が、円周方向の全周にわたって形成されている。
外輪位置決め間座６の給油路８は、図２（Ｂ）に平面図で示すように、外輪位置決め間座６の外周面の円周方向の１箇所に軸方向に延びて形成された給油溝８ａと、この給油溝８ａの一端部から内周側に延びて前記スリット形成部品９の円周溝１１に開口する給油孔８ｂとでなり、給油溝８ａの他端部が内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４に連通している。これにより、図１のエアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂから内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４を経て外輪位置決め間座６の給油路８に供給されたエアオイルは、スリット形成部品９の円周溝１１に達し、ここで円周方向に拡散されて、スリット１０から円すいころ軸受１の軸受空間内へと吐出される。

前記スリット１０は、図２（Ｃ）に拡大して示すように、外輪３の正面側端面における外輪軌道面３ａの近傍に対向する位置に配置される。また、スリット形成部品９の軸受側端面９ａは円すいころ４の大端面に沿うテーパ面とされ、この端面９ａところ大端面との間に所定の微小隙間１２が形成されるようにスリット形成部品９が配置される。さらに、スリット形成部品９の軸受側端面９ａの外径部には、前記スリット１０から吐出されるエアオイルをころ大端面に沿って流れ易くするための面取り９ｂが施されている。

上記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および外輪位置決め間座６の給油路８を経てスリット形成部品９の円周溝１１に達し、ここで円周方向に拡散されて、スリット１０から円すいころ軸受１の軸受空間内へと吐出される。
スリット１０から吐出されたエアオイルの流れは、図２（Ａ），（Ｃ）に矢印で示すように、円すいころ４の大端面に達する流れと、円すいころ４の円周ピッチ上の隙間部へ流入する流れの２通りとなる。その一方の流れにおいて、スリット１０から吐出されたエアオイルが円すいころ４の大端面に衝突し、ころ大端面とスリット形成部品９の軸受側端面９ａとの間の微小隙間１２を通過する際に、エアオイルはその中の油をころ大端面に付着させる。その付着油により、内輪大鍔２ｂところ大端面間の摺動部の潤滑が行われる。
もう一方の流れにおいて、円すいころ４の円周ピッチ上の隙間部に吐出されたエアオイルは、その中の油を外輪３の軌道面３ａに付着させる。その付着油により、円すいころ４の転動面と軌道面２ａ，３ａ間の潤滑が行われる。潤滑に供された油とエアは、内周軸受箱２６Ａに設けられた排油路３６（図１）を経てスピンドル装置２４の外部に排出される。

なお、スリット１０の隙間寸法は、スリット１０から吐出されるエアオイルが円すいころ軸受１内のポンピング作用で生じる空気流に打ち勝つ流速を確保するのと、加工性を考慮して、０．０５〜０．１ｍｍとするのが好ましい。また、スリット形成部品９の軸受側端面９ａと円すいころ４の大端面との間に形成される微小隙間１２の寸法は、ころ大端面への油付着を確実にするのと、発熱（粘性抵抗）および加工性を考慮して、０．２〜０．５ｍｍとするのが好ましい。

このように、上記ころ軸受の潤滑構造では、軸受正面側の外輪位置決め間座６の嵌合凹部６ａの内周面と、この嵌合凹部６ａの内周に嵌合されるスリット形成部品９の外周面とで形成される環状のスリット１０の全周からエアオイルを吐出して軸受空間内に供給するので、ノズルからころ端面に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て、攪拌抵抗が小さく、ころ端面においても、潤滑油の希薄なスターベーションが生じにくくなり、円すいころ軸受１の高速運転が可能となる。また、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従来例の場合に比べて、風切り音の発生が小さくなるため、低騒音化が可能となる。さらに、軸受円周方向の一箇所からのエアオイル供給で、ころ大端面と内輪大鍔２ｂとの摺動部、および円すいころの転動面と内外輪軌道面２ａ，３ａ間の潤滑が可能となるので、潤滑構造を簡素化できる。

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、両側の外輪位置決め間座６の軸受側端の内周に環状の嵌合凹部６ａを設け、この嵌合凹部６ａにスリット形成部品９を嵌合させている。このスリット形成部品９の外周面と外輪位置決め間座６の前記嵌合凹部６ａの内周面との間で、円すいころ軸受１Ａの軸受空間内に先端が開口するスリット１０を形成し、各外輪位置決め間座６に、前記スリット１０内に連通するエアオイルの給油路８を設けている。
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かか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）は同ころ軸受の潤滑構造の拡大断面図、（Ｂ）は同潤滑構造における外輪位置決め間座の平面図、（Ｃ）は同潤滑構造の部分拡大断面図である。（Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかるころ軸受の潤滑構造の断面図、（Ｂ）は同潤滑構造における外輪位置決め間座の平面図、（Ｃ）は同潤滑構造の部分拡大断面図である。従来の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
６…外輪位置決め間座
６ａ…嵌合凹部
８…給油路
９…スリット形成部品
１０…スリット
１２…微小隙間

Claims

外輪位置決め間座の軸受側端の内周に設けた環状の嵌合凹部にスリット形成部品を嵌合させ、このスリット形成部品の外周面と外輪位置決め間座の前記嵌合凹部の内周面との間でころ軸受の軸受空間内に先端が開口するスリットを形成し、前記外輪位置決め間座に、前記スリット内に連通するエアオイルの給油路を設けたころ軸受の潤滑構造。
請求項１において、前記スリット形成部品の軸受側端面の位置を、ころの端面と微小隙間を介して対面する位置としたころ軸受の潤滑構造。
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、前記外輪位置決め間座が軸受の正面側に配置されたものであるころ軸受の潤滑構造。