JP2007298128A - 多列転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排油経路が確保できて軸受の冷却が可能となり、高速回転への適用が可能な構成でありながら、部品点数の削減による工数削減とコストダウン、および軸方向寸法の縮小が可能な多列転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 複数の転がり軸受２を並べて配置し、隣合う転がり軸受２，２の外輪４，４間に一対の軸受潤滑用間座８，８を介在させ、内輪３，３間に内輪間座１７を介在させる。各軸受潤滑用間座８には、対向する転がり軸受２の内輪３へ潤滑油を吐出するノズル９をそれぞれ設ける。これら両軸受潤滑用間座８の互いの接触側の側面には内周面に開口した排油用凹部１３を形成し、これら両軸受潤滑用間座８の排油用凹部１３の内面と前記内輪間座１７の外径面とで囲まれた空間を排油空間１４とする。この排油空間１４を、前記両側の転がり軸受２における前記ノズル９から吐出された潤滑油が排出される空間に連通させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の転がり軸受を並べて構成され、工作機械の主軸支持等に用いられる多列転がり軸受装置に関し、例えば、定位置予圧背面組み合わせで軸受を組み合わせた場合の超高速で回転する軸受の潤滑に関する。

工作機械主軸では、加工能率を上げるため、ますます高速化の傾向にある。主軸の高速化に伴い、主軸軸受ではトルクと発熱量が増加する。そこで、これに対処するために、主軸軸受の潤滑には、ジェット潤滑やエアオイル潤滑が多く用いられている。

ジェット潤滑は、多量の油を軸受内に噴射し、軸受の潤滑と軸受の冷却を同時に行うものであるが、この潤滑法は、軸受を高速運転すると潤滑油の攪拌抵抗が大きくなることから（速度の二乗にほぼ比例）、軸受の動力損失が大きくなり、大容量の駆動モータが必要になる欠点がある。

また、エアオイル潤滑は、搬送エアに潤滑油を混合して油をノズルより軸受内に噴射するものであり、軸受内の油の攪拌抵抗を減じる対策として、内輪外径面に少量の油を付着させ、軌道部まで遠心力と表面張力を利用して給油するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１，２）。
特開２００１−０１２４８１号公報 特開２００２−５４６４３号公報

従来のエアオイル潤滑を行う潤滑装置は、軸受冷却効果が殆どなく、超高速回転の用途では軸受の発熱の問題がある。このような冷却上の問題を解消し、超高速で回転する際に効果的な潤滑装置として、本出願人は、特願２００４−３０３７７８号を提案した。この提案例のものを、定位置予圧背面組み合わせで使用する多列転がり軸受装置とすると、図３のようになる。

この多列転がり軸受装置は、外輪間座を軸受潤滑用間座５８とし、この軸受潤滑用間座５８のノズル５９から、軸受内輪５３の幅面の円周溝５７に潤滑油を吐出し、その潤滑油を遠心力と表面張力とで、内輪５３の外径面の斜面部５３ｂに沿って内輪５３の軌道面５３ａへ導くものである。また、この斜面部５３ｂに隙間を介して被さる鍔状部６１を設け、隙間から軌道面５３ａへ流れる潤滑油を案内するように構成している。

ノズル５９から吐出された潤滑油のうち、前記微小隙間へ流入する流入分を除く残りの潤滑油は、潤滑油排出経路６２を経て外部に排出される。潤滑油排出経路６２は、各軸受潤滑用間座５８の内径面に嵌合させた断面コ字状の環体６０を用いて構成される。すなわち、潤滑油排出経路６２は、軸方向の軸受５２寄りの半部で前記ノズル５９の形成部を除いて大径とされた段差面５８ａと、軸方向の軸受５２から離反する側の半部で全周にわたって大径とされた段差面５８ｂに嵌合する断面コ字状の環体６０の内壁面と、内輪５３の端面に接する内輪間座６７の外径面とで囲まれる排油空間６４、およびこの排油空間６４を外部に連通させる排油路６３により構成される。排油路６３は、軸受潤滑用間座５８における前記ノズル５９の形成部から円周方向に離れた位置に、軸受潤滑用間座５８から前記環体６０に跨がって径方向に貫通して形成される。

しかし、図３の構成では、同図のように２つの転がり軸受５２、５２を定位置予圧背面組み合わせで使用する場合、各転がり軸受５２に対応する一対の軸受潤滑用間座５８，５８が軸方向に並んで配置されることになる。この場合、一対の潤滑油排出経路６２，６２の間に、背面合わせに隣接する２つの環体６０，６０が介在する構造となる。そのため、各軸受潤滑用間座５８の軸方向寸法が大きくなるばかりか、部品点数も多くなり、これに伴って加工工数も増え、コスト高になるという問題がある。

工作機械に使用される主軸スピンドルは、機械のコンパクト化に伴い、軸方向寸法の縮小が求められており、そのため、主軸に取付けられる軸受潤滑用間座の軸方向寸法の縮小が求められている。

この発明の目的は、排油経路が確保できて軸受の冷却が可能となり、高速回転への適用が可能な構成でありながら、部品点数の削減による工数削減とコストダウン、および軸方向寸法の縮小が可能な多列転がり軸受装置を提供することである。
この発明の他の目的は、工作機械の主軸の支持に適用した場合に、主軸スピンドルおよび機械自体のコンパクト化を図れるようにすることである。

この発明の多列転がり軸受装置は、複数の転がり軸受を並べた多列転がり軸受装置において、隣合う転がり軸受の外輪間に一対の軸受潤滑用間座を、内輪間に内輪間座をそれぞれ介在させ、前記各軸受潤滑用間座に、対向する転がり軸受の内輪へ潤滑油を吐出するノズルをそれぞれ設け、前記両軸受潤滑用間座の互いの接触側の側面に内周面に開口した排油用凹部を形成してこれら両軸受潤滑用間座の排油用凹部の内面と前記内輪間座の外径面とで囲まれた空間を排油空間とし、この排油空間を、前記両側の転がり軸受における前記ノズルから吐出された潤滑油が排出される空間に連通させたことを特徴とする。

この構成によると、両軸受潤滑用間座間に排油空間を形成したため、軸受潤滑用間座のノズルから吐出される潤滑油の排油経路が確保されて、潤滑油による軸受の冷却が行え、高速回転、超高速回転への適用が可能となる。この排油経路を得るにつき、両軸受潤滑用間座の互いの接触側の側面に内周面に開口した排油用凹部を形成し、これら軸受潤滑用間座の排油用凹部の内面と内輪間座の外径面とで囲まれた空間を排油空間とたため、上記提案例等のような潤滑油排出経路を得るための別の環体を付加する必要がない。そのため、軸受潤滑用間座の排油の構造が簡素化できて、部品点数が削減でき、工数削減、コストダウンが可能となる。また、間座の並び幅が狭くできて、多列転がり軸受装置の軸方向寸法の縮小が可能となる。

この発明において、前記多列転がり軸受装置は、工作機械の主軸を支持する多列転がり軸受装置であって、前記軸受潤滑用間座を介在させる隣合う転がり軸受は、定位置予圧でかつ背面組み合わせで使用されるものとしても良い。
この構成の場合、軸受潤滑用間座の軸方向寸法を縮小することができることから、主軸および工作機械自体のコンパクト化が可能となる。

この発明の多列転がり軸受装置は、複数の転がり軸受を並べた多列転がり軸受装置において、隣合う転がり軸受の外輪間に一対の軸受潤滑用間座を、内輪間に内輪間座をそれぞれ介在させ、前記各軸受潤滑用間座に、対向する転がり軸受の内輪へ潤滑剤を吐出するノズルをそれぞれ設け、前記両軸受潤滑用間座の互いの接触側の側面に内周面に開口した排油用凹部を形成してこれら両軸受潤滑用間座の排油用凹部の内面と前記内輪間座の外径面とで囲まれた空間を排油空間とし、この排油空間を、前記両側の転がり軸受における前記ノズルから吐出された潤滑油が排出される空間に連通させたため、排油経路が確保できて軸受の冷却が可能となり、高速回転への適用が可能な構成でありながら、部品点数の削減による工数削減とコストダウン、および軸方向寸法の縮小が可能となる。
工作機械の主軸を支持する多列転がり軸受装置であって、前記軸受潤滑用間座を介在させる隣合う転がり軸受が、定位置予圧でかつ背面組み合わせで使用される場合は、主軸スピンドルおよび機械自体のコンパクト化を図れる。

この発明の一実施形態を図１と共に説明する。図１（Ａ）はこの実施形態の多列転がり軸受装置の断面図を示す。この多列転がり軸受装置１は、複数（ここでは２つ）の転がり軸受２を並べたものである。各転がり軸受２はアンギュラ玉軸受からなり、背面組み合わせとされ、かつ定位置予圧で使用される。各転がり軸受２は、内輪３と外輪４の軌道面３ａ，４ａ間にボールからなる複数の転動体５を介在させたものであり、各転動体５は保持器６で保持される。
隣合う転がり軸受２，２の外輪４，４間には一対の軸受潤滑用間座８，８が介在する。内輪３，３間には内輪間座１７が介在する。軸受潤滑用間座８は、冷却油を吐出して、その一部を対応する転がり軸受２内に供給するものである。

保持器６は外輪案内タイプであり、その素材はフェノール樹脂，ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ポリアミド樹脂，Ｃ／Ｃコンポジット，アルミ合金，Ｔｉ合金（高速時の強度向上）などが望ましい。内輪３の素材は、高速時の大きな嵌め合いフープ応力を考慮して、例えば浸炭鋼とされている。転動体５は、遠心力低減の観点からセラミック製が望ましい。

各転がり軸受２における内輪３の反負荷側（軸受背面側）の幅面には軸方向に凹陥する円周溝７が形成されている。また、内輪３の前記円周溝７が形成される側の軌道面３ａに続く外径面は、軌道面３ａ側が大径となる斜面部３ｂとされている。すなわち、内輪３のステップ面を設ける部分の外径面が上記斜面部３ｂとされる。

軸受潤滑用間座８は、対応する外輪４の幅面に接することで、転がり軸受２に軸方向に隣接して設けられるリング状の外輪間座である。この軸受潤滑用間座８は、内輪３の幅面の前記円周溝７の設けられた箇所に対向して開口するノズル９、およびこのノズル９に連通する給油路１０を有し、かつ鍔状部１１が設けられている。給油路１０に供給されノズル９から吐出される冷却油は、内輪３の円周溝７に吹き付けられ、その一部が遠心力と表面張力とで、円周溝７の内径面から斜面部３ｂに沿って内輪３の軌道面３ａに潤滑油として流れる。

鍔状部１１は、軸受潤滑用間座８の側面から対応する軸受２に向けて軸方向に延び、内輪３の斜面部３ｂに隙間δ（図１（Ｂ））を介して被さって、この隙間δから前記軌道面３ａへ流れる潤滑油を案内する。鍔状部１１は、保持器６の内径側まで延びるものとされている。前記ノズル９が対向する内輪３の幅面と前記斜面部３ｂとが交差する角部は、断面円弧状の曲面部３ｂａとされている。曲面部３ｂａとしたのは、この角部から潤滑油が遠心力で内輪３から離れることを防止するためである。

各軸受潤滑用間座８の互いに接触する側の側面には、内周側に開口した排油用凹部１３がそれぞれ形成されており、これら両排油用凹部１３，１３の内面と、前記内輪間座１７の外径面とで囲まれた空間が排油空間１４とされている。この排油空間１４は、両側の転がり軸受２，２における前記ノズル９から吐出された潤滑油が排出される空間１８に連通させてある。
また、各軸受潤滑用間座８の互いに接触する側の側面には、前記排油用凹部１３から外周側に向けて径方向に延びる溝状排油路１５がそれぞれ形成されている。さらに、各軸受潤滑用間座８の外輪４の幅面に接する側面の一部にも、径方向に延びる溝状排油路１６がそれぞれ形成されている。なお、軸受潤滑用間座８は、内傷の発生防止や取扱性向上の見地から、焼入処理することが望ましい。

前記ノズル９から吐出された潤滑油のうち、前記微小隙間δへ流入する流入分を除く残りの潤滑油は、潤滑油排出経路１２から外部に排出される。この潤滑油排出経路１２は、前記両軸受潤滑用間座８に形成された排油用凹部１３からなる排油空間１４や、前記溝状排油路１５，１６等で構成される。なお、溝状排油路１５，１６は、円周方向に複数分配して設けても良い。使用する冷却油としては、動力損失の低減および冷却効率の向上の観点から、ＩＳＯの粘度がＶＧ１０，ＶＧ２以下が望ましい。また、動力損失の更なる低減および冷却効率の向上には、冷却油として粘度が小さく熱伝導率が大きい水溶性作動油の使用と、前記軸受潤滑用間座８の材料として線膨張係数が低いステンレスを使用することが望ましい。

上記構成の多列転がり軸受装置１の潤滑作用を説明する。各軸受潤滑用間座８の給油路１０に圧送された冷却油は、ノズル９から吐出されて対向する内輪３の幅面の円周溝７の形成箇所に吹き付けられる。円周溝７に吹き付けられた冷却油の一部は、その表面張力と内輪２の回転に伴い冷却油に作用する遠心力とにより、内輪３における円周溝７の外径側の内壁面から斜面部３ｂに沿って内輪３の軌道面３ａに潤滑油として流入する。このように、ノズル９から吐出された冷却油が円周溝７に集油され、その一部が内輪３の斜面部３ｂから軌道面３ａに流れるので、軌道面３ａの全周に均等に潤滑油を供給できる。円周溝７の内壁面から斜面部３ｂへの潤滑油の移動は、潤滑油の表面張力、潤滑油に作用する遠心力、および斜面部３ｂの傾斜角度を適正にバランスさせることにより円滑に行わせることができ、遠心力で潤滑油が飛散するのを回避できる。ここでは、内輪３の幅面と斜面部３ｂとの交差部が曲面部３ｂａとされているので、斜面部３ｂへの潤滑油の移動がより円滑に行われる。

内輪３の斜面部３ｂには、隙間δを介して軸受潤滑用間座８の鍔状部１１が被さっており、この隙間δから軌道面３ａに流れる潤滑油が鍔状部１１によって案内される。隙間δ内を流れる潤滑油は、回転速度や傾斜角度等の各種の条件により、斜面部３ｂに付着した流れとならずに、遠心力の作用で鍔状部１１の内径面側へ押し付けられた状態で流れることがある。この状態で流れる潤滑油は、鍔状部１０の先端を出た箇所で、遠心力で外径側へ降り飛ばされることになる。しかし、鍔状部１１は保持器６の内径側まで延びているため、鍔状部１１の先端から外径側へ降り飛ばされた潤滑油は、保持器６の内径面で受けられ、転動体５へ供給されることになる。このため、内輪３の斜面部３ｂと軸受潤滑用間座８の鍔状部１１との間の隙間δに供給された潤滑油が、無駄なく潤滑に供されることになる。
なお、前記隙間δを、斜面部３ｂに沿って流れる潤滑油の油膜よりも狭い微小隙間とした場合は、この隙間δで流量調整できることから、前記給油路１０への冷却油の流量を外部から調整することなく、前記微小隙間δを流れる潤滑油の流量を簡単に調整することができる。

前記微小隙間δへ流入する流入分を除く残りの潤滑油は、潤滑油排出経路１２を構成する各軸受潤滑用間座８の両排油用凹部１３，１３の内面と内輪間座１７の外径面とで囲まれた排油空間１４、各軸受潤滑用間座８の溝状排油路１３，１６を経て排油ポンプ（図示せず）により外部に排出される。このような経路で排出される冷却油としての潤滑油により、多列転がり軸受装置１は効果的に冷却される。

この多列転がり軸受装置１では、前記両軸受潤滑用間座８，８の互いの接触側の側面に、内周面に開口した排油用凹部１３をそれぞれ形成して、これら両排油用凹部１３，１３の内面と内輪間座１７の外径面とで囲まれた空間を排油空間１４とし、この排油空間１４を、両側の転がり軸受２，２における前記ノズル９から吐出された潤滑油が排出される空間１８に連通させて潤滑油排出経路１２を構成しているので、上記した提案例の場合のように潤滑油排出経路を確保するために軸受潤滑用間座に別の環体を付加する必要がなく、それだけ軸受潤滑用間座８の軸方向寸法を縮小することができる。
また、軸受潤滑用間座８に別の環体を付加する必要がないことから、部品点数を削減でき、工数削減およびコスト低減が可能となる。

図２は、図１に示した実施形態の多列転がり軸受装置１を備えた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の先端（図の左側の端部）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）の多列転がり軸受装置１により支持されている。これらの多列転がり軸受装置１において、軸受潤滑用間座８を介在させて隣合う転がり軸受２，２は、背面組み合わせとされ、かつ後述のように定位置予圧で使用される。

各多列転がり軸受装置１における両転がり軸受２の内輪３は主軸２５の外径面に嵌合し、外輪４はハウジング２６の内径面に嵌合している。ハウジング２６内における両多列転がり軸受装置１，１で挟まれる軸方向の中間位置には、主軸２５を駆動するモータ３０が配置されている。そのモータロータ３１は主軸２５に固定され、モータステータ３２がハウジング２６に固定されている。

各多列転がり軸受装置１における主軸軸端側に位置する転がり軸受２の内外輪３，４は、内輪押さえ２７および外輪押さえ２８により、主軸２５およびハウジング２６の軸方向を向く各段部２５ａ，２６ａとの間で挟み付け状態で固定されている。主軸２５の一端部には、内輪押さえ２７に押し当てて多列転がり軸受装置１を固定する軸受固定ナット３３が螺着されている。これら主軸２５およびハウジング２６の段部２５ａ，２６ａと、各内輪押さえ２７および外輪押さえ２８の軸受当接面の位置を所定の位置に設定し、軸受固定ナット３２を締めつけることで、２個並んだ転がり軸受２が定位置予圧される。

ハウジング２６は、内周ハウジング２６Ａ、および外周ハウジング２６Ｂからなる二重構造とされている。内周ハウジング２６Ａには各軸受潤滑用間座８の給油路１０に連通する潤滑油供給路３４と、排油回収路３５と、ハウジング冷却用の給油路３６とが設けられている。各潤滑油供給路３４は軸方向に延びて内周ハウジング２６Ａの両端面に開口している。排油回収路３５は軸方向に延びて外輪押さえ２８を貫通している。この排油回収路３５に、各軸受潤滑用間座８の潤滑油排出経路１２（図１）が連通させてある。

前記排油回収路３５に流出した排油は、排油ポンプにより油回収タンクに回収されて、冷却油供給装置（いずれも図示せず）に戻され、この冷却油供給装置から前記給油路１０に冷却油が再び給油される。また、前記冷却油供給装置から前記給油路３６にも冷却油が供給され、ハウジング２６の冷却が行われる。ハウジング２６を冷却した冷却油は油回収タンクに回収されて、再び冷却油供給装置に戻される。

このように、上記多列転がり軸受装置１を工作機械のスピンドル装置２４の主軸２５の支持に用いて、軸受潤滑用間座８を介在させる隣合う転がり軸受２，２を、定位置予定でかつ背面合わせで使用する場合には、軸受潤滑用間座８の軸方向寸法を縮小することができることから、スピンドル装置２４および工作機械自体のコンパクト化が可能となる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる多列転がり軸受装置を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。 同多列転がり軸受装置を備えたスピンドル装置を示す断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１…多列転がり軸受装置
２…転がり軸受
３…内輪
４…外輪
８…軸受潤滑用間座
９…ノズル
１３…排油用凹部
１４…排油空間
１７…内輪間座

Claims (2)

1. 複数の転がり軸受を並べた多列転がり軸受装置において、隣合う転がり軸受の外輪間に一対の軸受潤滑用間座を、内輪間に内輪間座をそれぞれ介在させ、前記各軸受潤滑用間座に、対向する転がり軸受の内輪へ潤滑油を吐出するノズルをそれぞれ設け、前記両軸受潤滑用間座の互いの接触側の側面に内周面に開口した排油用凹部を形成してこれら両軸受潤滑用間座の排油用凹部の内面と前記内輪間座の外径面とで囲まれた空間を排油空間とし、この排油空間を、前記両側の転がり軸受における前記ノズルから吐出された潤滑油が排出される空間に連通させたことを特徴とする多列転がり軸受装置。
2. 請求項１において、工作機械の主軸を支持する多列転がり軸受装置であって、前記軸受潤滑用間座を介在させる隣合う転がり軸受は、定位置予圧でかつ背面組み合わせで使用される多列転がり軸受装置。

Images