JP2007292242A - 円すい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、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円すい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に背面側より油を供給する給油手段８を設け、正面側の外輪位置決め間座６に、ころ端面と隙間１０を介して対向して、前記給油手段８から供給された油を滞留させるつば輪９を設ける。前記給油手段８は、例えばエアオイルを軸受空間内に吐出するものである。
【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が、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３に示し、その軸受部の拡大断面図を図４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３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４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３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４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、次の各技術が提案されている。
（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３および図４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。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ので、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、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円すいころ軸受の潤滑構造を提供することである。

この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受に背面側より油を供給する給油手段を設け、正面側の外輪位置決め間座に、ころ端面に対して非案内となる大きさの隙間を介しころ端面と対向して、前記給油手段から供給された油を滞留させるつば輪を設けたことを特徴とする。

この構成によると、給油手段により円すいころ軸受に背面側より供給された油が、円すいころ軸受の運転に伴うポンピング作用で生じるエア流により正面側へと流れ、円すいころの転動面と内外輪の軌道面に油が付着して転がり面の潤滑が行われる。正面側に流れた油は、内輪の回転に伴う遠心力等により、つば輪ところ間の隙間で、つば輪の全周に滞留し、その滞留油がころ大端面への付着油となって内輪大鍔との摺動部の潤滑油として均等に供給されることになる。これにより、全数の円すいころの潤滑ができるので、ころ端面の潤滑油の希薄な欠乏状態であるスターベーションの発生を抑制でき、高速化が可能となる。
この場合に、前記つば輪は、ころの案内用の鍔輪とは異なり、ころ端面非案内となる大きさの隙間を介してころ端面と対向させるので、ころ端面がつば面を摺動する際に発生する流体潤滑油被膜厚さに比べて相当大きなものとなり、油が溜まることによる粘性摩擦の影響は小さい。そのため、粘性摩擦による発熱も小さいものとなる。このように、ころの案内用のつば輪と異なり、ころを案内する内輪鍔摺動面の潤滑を行うための油を確保し、ころ端面に付着させる作用だけを持つ鍔輪を設けることで、内輪大鍔部ところ大端面間の潤滑を確実なものとしている。
また、背面側だけに給油手段を設けることで、円すいころ軸受の転がり部および鍔摺動部の潤滑が可能となるので、両側に給油手段を設ける場合に比べて潤滑構造を簡素化できる。
その結果、簡素な構造で、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、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円すいころ軸受の潤滑構造とすることができる。

この発明において、前記給油手段は、円すいころ軸受の背面側よりエアオイルをノズルを使って軸受空間内に吐出するか，スリット状の円周溝より外輪の内径面へ吐出するものとしても良い。
スリットによりエアオイルを外輪の軌道面へ吐出するものであると、エアオイルを用いながら、ころや保持器に噴射するものに比べて、風切り音の発生が小さくなり、低騒音化が可能となる。

この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受に背面側より油を供給する給油手段を設け、正面側の外輪位置決め間座に、ころ端面に対して非案内となる大きさの隙間を介しころ端面と対向して、前記給油手段から供給された油を滞留させるつば輪を設けたため、全周のころ端面へ均等に潤滑油を付着させることができ、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はこの実施形態の円すい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が第１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れ第２の外輪位置決め間座７が配置され、これら外輪位置決め間座７，７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２，２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に背面側より油を供給する給油手段８を設けると共に、正面側の外輪位置決め間座６に、円すいころ４の大端面と隙間１０（図２（Ｂ））を介して対向して、前記給油手段８から供給された油を滞留させるつば輪９を設けたものである。つば輪９の円すいころ大端面と対向する面は、断面が前記大端面と平行となる円すい状面とされている。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。保持器５は内輪案内タイプとされている。

前記給油手段８は、円すいころ軸受１の背面側に隣接して配置される外輪位置決め間座７と、この外輪位置決め間座７の内径面に設けられる環状のスリット構成部材１１とに跨がって設けられる。前記外輪位置決め間座７には、その外径面から内径側に向けて延び上記した内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４に連通する給油路１２が形成され、この給油路１２は、外輪位置決め間座７の内径面全周にわたって形成された円周溝１３に開口している。また、外輪位置決め間座７の内径面とスリット構成部材１１の外径面との間には環状のスリット１４が形成され、このスリット１４は外輪位置決め間座７の円周溝１３を介して給油路１２に連通する。前記給油手段８は、前記給油路１２、円周溝１３、およびスリット１４によって構成される。スリット１４は、外輪３の軌道面３ａに向かうように配置される。このように構成された給油手段８により、内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４から外輪位置決め間座７の給油路１２に到達したエアオイルが、円周溝１３を経て、スリット１４の全周から円すいころ軸受１の軸受空間内に向けて供給される。

ここでは、円すいころ４の大端面と隙間１０を介して対向するつば輪９は、図２（Ｂ）に拡大して示すように、外輪位置決め間座６の内径面に形成された段部６ａに嵌合させることで外輪位置決め間座６に固定されているが、つば輪９を外輪位置決め間座６と一体に形成しても良い。前記隙間１０の寸法は、円すいころ４の大端面が内輪大鍔２ｂに摺動する際に発生する流体潤滑油膜厚に比べて十分に大きく、隙間１０への滞留油による粘性抵抗の影響が大きくならない範囲であり、また滞留した油がころ端面に付着できる範囲であり、０．２〜０．５ｍｍとされる。

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を経て円すいころ軸受１の背面側の外輪位置決め間座７の給油路１２に到達する。給油路１２に達したエアオイルは、円周溝１３を介して環状のスリット１４の全周から円すいころ軸受１の外輪軌道面３ａに向けて吐出される。この場合のエアオイル供給は、環状スリット１４の全周から円すいころ軸受１の外輪軌道面３ａに向けて吐出されるので、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、円すいころ４あるいは保持器５の公転による風切り音の発生が小さくなり、低騒音化が可能となる。
なお、前記環状スリット１４に代えて、円周方向の１箇所または複数箇所に局部的に設けたノズル（図示せず）から軸受空間内にエアオイルを供給するようにしても良い。

このように、円すいころ軸受１の背面側から外輪軌道面３ａに向けて供給されたエアオイルは、円すいころ軸受１の運転に伴うポンピング作用で生じるエア流により、図２（Ａ）に矢印で示すように外輪３の軌道面３ａに沿って正面側へと流れる。このとき、円すいころ４の転動面と内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａに油が付着して転がり面の潤滑が行われる。正面側に流れた油は、内輪２の回転に伴う遠心力等により円すいころ４の大端面とつば輪９との間の隙間１０に滞留し、エアは外部に排気される。隙間１０の滞留油は、円すいころ４の大端面への付着油となって内輪大鍔２ｂとの摺動部の潤滑油として均等に供給されることになる。これにより、全数の円すいころ４の潤滑ができるので、潤滑油の希薄なスターベーションの発生を抑制でき、高速化が可能となる。また、１箇所からの給油で円すいころ軸受１の転がり部および鍔摺動部の潤滑が可能となるので、潤滑構造を簡素化できる。
この場合、円すいころ４の大端面とつば輪９との間の隙間１０が小さすぎると滞留油による粘性抵抗が大きくなり、また大きすぎるところ大端面に油が付着しないが、ここでは隙間１０の寸法を０．２〜０．５ｍｍとしているので、滞留油による粘性抵抗の影響がなく発熱を小さくでき、ころ大端面へ油が確実に付着し、加工性および組立性も良好である。

この発明の一実施形態にかかる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。 （Ａ）は同円すいころ軸受の潤滑構造の拡大断面図、（Ｂ）は（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
６，７…外輪位置決め間座
８…給油手段
９…つば輪
１０…隙間
１１…スリット構成部材
１２…給油路
１３…円周溝
１４…スリット

Claims (3)

1. 円すいころ軸受に背面側より油を供給する給油手段を設け、正面側の外輪位置決め間座に、ころ端面に対して非案内となる大きさの隙間を介しころ端面と対向して、前記給油手段から供給された油を滞留させるつば輪を設けたことを特徴とする円すいころ軸受の潤滑構造。
2. 請求項１において、前記給油手段は、エアオイルを軸受空間内に吐出するものである円すいころ軸受の潤滑構造。
3. 請求項２において、前記給油手段は、エアオイルを外輪の軌道面に吐出する円すいころ軸受の潤滑構造

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