JP2008019903A - 円すいころ軸受の潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ころ大端面と外輪つばとの摺動部での潤滑を確実に行うことができると共に、つばでの油の滞留を抑制でき、攪拌抵抗が小さく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】 この円すいころ軸受の潤滑構造は、外輪３の正面側端につば３ｂを有する円すいころ軸受１において、前記外輪３の背面側に隣接してスリット付き間座７を設けたものである。このスリット付き間座７には、外輪３の軌道面３ａ付近の径方向位置で開口して潤滑剤を含んだ空気を内外輪２，３間に噴射する円周スリット１２を設ける。
【選択図】 図１

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、軸受の発熱を低く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、アキシャル荷重を主に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における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。円すいころ軸受４１の背面側では、内輪小つば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、内輪大つば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つば面の間の潤滑を行う。

また、円すいころ軸受において、円すいころを案内するつば部の潤滑を良好とするために、円すいころの大端面に摺接する案内つばを外輪側に設けたものが提案されている（特許文献１）。この円すいころ軸受では、運転中に潤滑油に作用する遠心力、および軸受内に生じる空気流により、円すいころの小端面側から供給される潤滑油を前記案内つばの案内面に貯留確保して、ころ大端面とこれを案内する案内つばの案内面との間の潤滑を確実なものとしている。また、特許文献１では、外輪案内つばでの油滞留による攪拌抵抗を防止するために、つばヌスミに排油孔を設けることも開示されている。
特公昭５３−８８５６号公報

円すいころ軸受を高速運転する場合には、ころ大端面とこれを案内するつば面との摺動部の潤滑が問題となる。この摺動部にはすべりが不可避的に存在するので、十分な潤滑油膜を確保することが重要である。図４に示すような内輪つば構造の円すいころ軸受４１においては、潤滑油に作用する遠心力の影響により、内輪大つば面ところ大端面との間への潤滑油の浸入が難しくなる。とくに、高速運転で温度上昇の低減を目的として使用するエアオイル潤滑、オイルミスト潤滑などの微量油潤滑では、前記摺動部での油膜確保が困難となる。
これに対して、外輪つば構造の円すいころ軸受では、つば部に油が溜まり易く摺動部の潤滑は容易となるが、一般的に排油が困難となり、過度な潤滑油は軸受の摩擦トルクを増加させ、軸受の温度上昇をもたらしてしまう。特許文献１に開示の円すいころ軸受では、この課題をつばヌスミに排油孔を設けることで解決しようとしているが、多様な軸受条件下で、排油孔の適切な孔径および孔数の組み合わせを一律に設定することは難しい。

この発明の目的は、ころ大端面と外輪つばとの摺動部での潤滑を確実に行うことができると共に、つばでの油の滞留を抑制でき、攪拌抵抗が小さく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、外輪の正面側端につばを有する円すいころ軸受において、前記外輪の背面側に隣接してスリット付き間座を設け、このスリット付き間座に、外輪の軌道面付近の径方向位置で開口して潤滑剤を含んだ空気を内外輪間に噴射する円周スリットを設けたことを特徴とする。
スリット付き間座の円周スリットの全周から円すいころ軸受の外輪軌道面に向けて、潤滑剤を含む空気が噴射される。円周スリットから噴射された潤滑剤を含む空気は、円すいころ軸受を運転することで生じる背面側から正面側への流れと相まって、主に外輪軌道面から外輪つばの案内面を経て軸受正面側に常時流れるので、ころ転動面およびころ大端面摺動部の潤滑がなされ、油の滞留を防止する効果もある。このように、外輪つばにも常に新鮮な潤滑油が供給されると同時に、排油も促進されるので、比較的少量の潤滑油で十分に潤滑される。また、この場合の潤滑剤供給は、３６０度の全周にわたって形成された円周スリットの全周から円すいころ軸受の外輪軌道面に向けて噴射されるので、ノズルを使用して円すいころや保持器にエアオイルを直接噴射する場合に比べて、円すいころあるいは保持器の公転による風切り音の発生がなく、低騒音化が可能となる。
その結果、ころ大端面と外輪つばとの摺動部での潤滑を確実に行うことができると共に、つばでの油の滞留を抑制でき、攪拌抵抗が小さく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。

この発明のおいて、前記円周スリットの開口縁における外径側内周面を、外輪の軌道面に続き、かつ外輪の軌道面と略同角度の斜面に形成しても良い。この構成の場合、コアンダー効果による表面付着流れが期待でき、より油の滞留防止効果が向上する。

この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、外輪の正面側端につばを有する円すいころ軸受において、前記外輪の背面側に隣接してスリット付き間座を設け、このスリット付き間座に、外輪の軌道面付近の径方向位置で開口して潤滑剤を含んだ空気を内外輪間に噴射する円周スリットを設けたため、ころ大端面と外輪案内つばとの摺動部での潤滑を確実に行うことができると共に、つばでの油の滞留を抑制でき、攪拌抵抗が小さく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の断面図を示す。この円すいころ軸受の潤滑構造は、外輪３の正面側端につば３ｂを有する円すいころ軸受１において、前記外輪３の背面側に隣接してスリット付き間座７を設ける。このスリット付き間座７に、外輪３の軌道面３ａ付近の径方向位置で開口して潤滑剤を含んだ空気を内外輪２，３間に噴射する円周スリット１２を設ける。潤滑剤を含んだ空気として、例えば搬送エアに潤滑油を混合したエアオイルが用いられる。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、外径の小径側につば２ｂを有する。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を有し、内径の大径側に前記つば３ｂ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、外輪つば３ｂの内径面とスリット付き間座７の内径面とで回転案内される外輪案内タイプとされている。円すいころ軸受１の外輪３は、軸受箱２６内に固定されている。外輪３の正面側は第１の外輪位置決め間座６により、外輪３の背面側は第２の外輪位置決め間座８によりそれぞれ位置決めされる。

前記スリット付き間座７は、円すいころ軸受１の背面側に隣接して配置される第２の外輪位置決め間座８と、この外輪位置決め間座８の内径面に嵌合した環状のスリット構成部材９とでなる。前記外輪位置決め間座８には、その外径面から内径側に向けて延び上記した軸受箱２６のエアオイル供給路３４に連通する給油路１０が形成され、この給油路１０は、外輪位置決め間座８の内径面全周にわたって形成された円周溝１１に開口している。軸受箱２６のエアオイル供給路３４には、外部の図示しないエアオイル供給装置からエアオイルが供給される。

外輪位置決め間座８の内径面全周とスリット構成部材９の外径面との間には環状の円周スリット１２が形成され、この円周スリット１２は外輪位置決め間座８の円周溝１１を介して給油路１０に連通する。この円周スリット１２は、外輪位置決め間座８の内径面を段付き面として、前記円周溝１１よりも軸受側の部分を大径とすることで形成される。スリット構成部材９は、外輪位置決め間座８の内径面における円周溝１１よりも反軸受側部分に嵌合する。円周スリット１２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により、軸受箱２６のエアオイル供給路３４から外輪位置決め間座８の給油路１０に到達したエアオイルが、円周溝１１を経て円周スリット１２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。
図２に拡大して示すように、円周スリット１２の開口縁における外径側内周面１２ａは、外輪軌道面３ａに続き、かつ外輪軌道面３ａと略同角度の斜面に形成されている。これにより、円周スリット１２から噴射されるエアオイル流れを、外輪軌道面３ａの表面近傍に沿わせることができる。

外輪３と第１の外輪位置決め間座６の間には、一端がころ大端面側に、他端が外輪位置決め間座６の外径面側にそれぞれ開口する排油孔１３が形成されている。軸受１内に潤滑油として供されたエアオイルは、第１の外輪位置決め間座６に設けられた前記排油孔１３から、軸受箱２６の排油路３６を経て外部に排出される。

上記構成の潤滑構造の作用を説明する。エアオイル供給装置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８の給油路１０に到達する。給油路１０に達したエアオイルは、円周溝１１を介して円周スリット１２の全周から円すいころ軸受１の外輪軌道面３ａに向けて噴射される。円周スリット１２から噴射されたエアオイルは、円すいころ軸受１を運転することで生じる背面側から正面側への流れと相まって、図２に矢印で示すように、主に外輪軌道面３ａから外輪つば３ｂの案内面を経て軸受正面側に流れる。このとき、外輪軌道面３ａおよび外輪つば３ｂの案内面に沿って、背面側（供給側）→外輪軌道面３ａの小径側→外輪軌道面３ａの大径側→外輪つば３ｂの案内面→正面側（排出側）の流れが常時存在するので、油の滞留を防止する効果がある。このように、外輪つば３ｂにも常に新鮮な潤滑油が供給されると同時に、排油も促進されるので、比較的少量の潤滑油で十分に潤滑される。

また、この実施形態では、円周スリット１２の開口縁における外径側内周面１２ａが、外輪軌道面３ａに続き、かつ外輪軌道面３ａと略同角度の斜面に形成されているので、コアンダー効果による表面付着流れが期待でき、より油の滞留防止効果が向上する。また、この場合のエアオイル供給は、３６０度の全周にわたって形成された円周スリット１２の全周から円すいころ軸受１の外輪軌道面３ａに向けて噴射されるので、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なく、低騒音化が可能となる。

なお、この実施形態では、外輪３とつば３ｂとが一体となった構造の場合を示しているが、つば３ｂを外輪３と別体とした構造であっても良い。

図３は上記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第２の外輪位置決め間座８が配置され、これら外輪位置決め間座８，８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。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。

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の断面図である。 同潤滑構造の部分拡大断面図である。 同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。 従来の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
２…内輪
３…外輪
３ａ…外輪軌道面
３ｂ…外輪つば
７…スリット付き間座
１２…円周スリット
１２ａ…円周スリットの外径側内周面

Claims (2)

1. 外輪の正面側端につばを有する円すいころ軸受において、前記外輪の背面側に隣接してスリット付き間座を設け、このスリット付き間座に、外輪の軌道面付近の径方向位置で開口して潤滑剤を含んだ空気を内外輪間に噴射する円周スリット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、前記円周スリットの開口縁における外径側内周面を、外輪の軌道面に続き、かつ外輪の軌道面と略同角度の斜面に形成した円すいころ軸受の潤滑構造。
   

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