JP2008064174A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】微量潤滑で使用するころ軸受において、軸受全体としては潤滑油の消費を抑えて内部の動力損失を低減させつつ、ころ端面とつば面の間におけるスタベーションを防ぐ。
【解決手段】外輪１４に円錐ころ１２のころ大端面２６を案内する大つば２１を設け、前記大つば２１の大つば面２２に、ころ大端面２６に向けてエアーオイルを噴き付けるノズル２３を開口させ、そのノズル２３によりエアーオイルを各円錐ころ１２のころ大端面２６に直接付着させられるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、ころ軸受に関し、特に、工作機械用主軸の高速スピンドルのように高速回転での使用を目的とした円錐ころ軸受に好適な潤滑技術に関する。

高速主軸用軸受として、アンギュラ玉軸受に比して剛性に優れ、軸受の組立幅の抑制及び軸受列数の削減で有利なことから、ラジアル方向とアキシアル方向の荷重を同時に負荷できる円錐ころ軸受が採用される場合がある。

図５に、円錐ころ軸受を使用したスピンドルの従来例を示す。図６に、図５の円錐ころ軸受を拡大して示す。この種のスピンドルに組み込まれた円錐ころ軸受４０、４０の潤滑は、気流に乗せた微量油を供給するエアーオイルやエアーオイルミスト潤滑方式が採用されている。これは、潤滑油の粘性に起因する軸受内部の動力損失を極小化し、高速運転に有利なためである。

具体的には、円錐ころ軸受４０の背面側に、内輪４１に形成された小つば４２と保持器４３の内径との間にエアーオイルを供給するノズル４４が設けられている。円錐ころ軸受４０の正面側から、内輪４１に形成された大つば４５と保持器４３の内径との間にエアーオイルを噴き付けるノズル４６が設けられている。

ノズル４４、４６は、軸受ハウジング４７に設けられた油供給路４８に連通している。油供給路４８は、エアーオイル供給装置（図示省略）に接続されている。

背面側のノズル４４からの噴出により、ころ４９と軌道面及びころ４９と保持器４３間の潤滑が行われる。正面側のノズル４６の噴出により、ころ大端面５０と大つば４５の大つば面５１の潤滑が行われる。

さらに、大つば面の潤滑を良好とするため，外輪側に大つばを設けた円錐ころ軸受も利用されている（例えば、特許文献１参照）。このように、外輪側に大つばを設けると、運転中、潤滑油に作用する遠心力及び軸受内に生じる空気流により外輪の大つばで潤滑油が貯留確保され、つば面ところ大端面間の潤滑性を向上させることができる。

特公昭５３−８８５６号公報

しかしながら、上述の円錐ころ軸受を高速運転する場合を例に説明したように、ころ軸受の高速運転時に問題となるのは、ころ端面とそれを案内するつば面との摺動部の潤滑である。この摺動部には、すべりが不可避的に存在する。もし十分な油膜が確保できないと、ころ端面とつば面が直接接触し、過大な摩擦損失が発生し、高速運転が困難になる。

特に、図５、図６に示すような内輪つば構造においては、潤滑油に作用する遠心力の影響により、ころ大端面５０と大つば面５１との間に潤滑油が侵入し難くい。このため、高速運転で温度上昇の低減を目的に使用するエアーオイル潤滑、エアーオイルミスト潤滑等の微量油潤滑では、ころ大端面５０と大つば面５１の摺動部における油膜確保が不十分になり易い。

これに対し、前掲の特許文献１のような外輪つば構造では、つばと軌道面の連続部分に油が溜まり易く、摺動部の潤滑は内輪つば構造に比べ容易となる。しかしながら、軸受が作動している状態において、ある１つのころを基準に考えると、公転方向前方に他のころが存在しており、これにより潤滑油が摺動部の外部に掻き分けられ、いわゆるスタベーションと呼ばれる潤滑油不足の状態になり易い。この現象は特に高速運転下で顕著となる。したがって、更なる高速化を可能とするには、前掲の特許文献１の構造だけでは不十分であり、さらなる改良が求められている。

上述の事情に鑑み、この発明の課題は、微量潤滑で使用するころ軸受において、軸受全体としては潤滑油の消費を抑えて内部の動力損失を低減させつつ、ころ端面とつば面の間におけるスタベーションを防ぐことにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、内外輪の少なくとも一方に、つばを有するころ軸受において、前記つばに、ころ端面に向けて気流に乗せた潤滑油を噴き付けるノズルを設けた構成を採用したものである。

「気流に乗せた潤滑油」としては、エアーオイル、エアーオイルミストのいずれでもよい。

この発明の構成によれば、軸受外部の給油装置から空気流に乗せた潤滑油は、つばに設けたノズルに供給され、そのノズルからころ端面に噴き付けられる。このため、軸受の内側よりころ端面に直接潤滑油を付着させてつば面ところ端面の間に油膜を形成することができる。したがって、遠心力の影響を考慮して軸受の外側のノズルからエアーオイル等を噴き付ける場合と比べると、軸受全体としては、潤滑油の消費を抑えて内部の動力損失を低減させることができる。

さらに、ノズルからの潤滑油は、ノズルの噴射領域を通過する全てのころ端面に対して同じように直接付着させられる。このため、ころ端面とつば面の間におけるスタベーションが防止される。

ここで、高速運転される条件下においては、外輪側に潤滑油が溜まり易く、そのアキシアル荷重を受ける側のつばに向けてころ端面が頻繁に押し付けられる。このため、係るつばのつば面ところ端面の間でスタベーションが特に生じやすい。

したがって、前記外輪のアキシアル荷重を受ける側のつばに、前記ノズルを設けた構成を採用すれば、高速運転をさせるに当り、潤滑油の消費を抑えつつ、特にスタベーションを効果的に防止することができる。

前記ころが、円錐ころからなる場合、そのころ大端面を案内する大つばが設けられる。その大つばに前記ノズルを設けた構成を採用すれば、本来、遠心力の影響で潤滑油が特に達し難く、しかもアキシアル荷重を受ける側であるころ大端面と大つばの間に、直接潤滑油を供給することができる。また、大つばの大きさを利用してノズルを容易に形成することができる利点もある。したがって、この発明は、円錐ころ軸受に特に好適である。

上記構成においては、前記ノズルを設けたつばが、つば輪からなる構成を採用することができる。つば輪は、軌道面を形成する分割軌道輪と別体なので、素材、加工方法の選択が広がり、ノズルの形成を容易に行うことができる。

なお、この発明は、つばを有するころ軸受であれば適用することができ、例えば、円筒ころ軸受、樽形ころ軸受、自動調心ころ軸受、複列ころ軸受等の形式のころ軸受に適用することができる。さらに、内外輪の両方につばを有するころ軸受の場合、ノズルは、両輪のつば又はいずれか一方の軌道輪のつばに設けることができ、ある軌道輪の両側につばがある場合、両側又はいずれか一方の側のつばに設けることができる。

上述のように、この発明は、微量潤滑で使用するころ軸受において、軸受全体としては潤滑油の消費を抑えて内部の動力損失を低減させつつ、ころ端面とつば面の間におけるスタベーションを防ぐことができる。

以下、この発明の第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。
図１に示すように、この第１実施形態に係るころ軸受１０は、スピンドル１内で主軸２を支持するように組み込まれている。なお、図１では、一対のころ軸受１０のうち、片側のみを示したが、全体としての構成は、ころ軸受１０及び潤滑に関する構成を除いて図５に示す例と同じになっている。

ころ軸受１０は、内輪１１と、ころ１２と、保持器１３と、外輪１４とで構成されている。外輪１４は、エアーオイル供給孔を形成された間座１５と、外輪位置決め間座１６とで軸受ハウジング１７に対し軸方向に位置決めされている。軸受ハウジング１７は、スピンドル１のケーシングと一体化されている。

軸受ハウジング１７には、外部のエアーオイル供給装置から供給されたエアーオイルを導入するための給油路１８が設けられている。間座１５は、外輪の位置決めを兼ねて設けられており、給油路１８に連通する給油孔１９が設けられている。

図２に示すように、ころ１２は、円錐ころからなる。外輪１４は、軌道面２０と、大つば２１とを有している。大つば２１は、正面又は背面組み合せの構成において、アキシアル荷重を受ける側のつばであり、軌道面２０より高く径方向に突出する大つば面２２でころ１２を案内するようになっている。その大つば面２２には、エアーオイルを噴射吐出するための複数のノズル２３が設けられている。

ノズル２３は、導入孔２４及び導入溝２５に連通しており、給油孔１９からのエアーオイルを、大つば面２２で案内されて公転する各ころ１２のころ大端面２６に向けて噴き付けられるようになっている。

大つば面２２上に開口するノズル２３の位置は、通常の軸受使用条件においては、ころ１２のころ大端面２６との接触位置に干渉しない位置にする。軸受への負荷が極小さな運転条件の場合には、接触位置に開口させることもできる。

保持器１３は、大つば２１の内径面と外輪位置決め間座１６の内径面で回転案内される外輪側案内形式となっている。保持器１３の材質としては、積層フェノール樹脂、PEEK材を使用することができる。これらは、自己潤滑性に優れるため、微量油潤滑の条件下で使用される保持器１３の素材として好適である。

以上の構成からなるころ軸受１０の潤滑に付いて説明する。外部供給装置にて搬送エアに混合された潤滑油は、軸受ハウジング１７の給油路１８に導入され、間座１５の給油孔１９を介してノズル２３から噴き付けられる（図１、図２参照のこと）。

ノズル２３から噴き出たエアーオイルは、ころ１２が転動によりノズル２３を通過するとき、ころ大端面２６に油が噴き付けられ、ころ大端面２６と大つば面２２の潤滑に供される。

また、各ころ１２間に吐出されたエアーオイルは、内輪１１及び外輪１４の軌道面ところ１２の転動面との間の潤滑、さらには、ころ１２と保持器１３との間の潤滑に供される。

潤滑に供された油及び搬送エアの排出は、外輪１４の外径両端の側方に設けた排出孔２７、２７より外部に排出される。

したがって、このころ軸受１０によれば、エアーオイルは、ころ軸受１０の内側にある大つば２１のノズル２３からころ大端面２６に直接潤滑油を付着させて大つば面２２と大端面２６の間に油膜を形成することができる。したがって、遠心力の影響を考慮してころ軸受の外側のノズルからエアーオイル等を噴射する場合と比べると、軸受全体としては潤滑油の消費を抑えて内部の動力損失を低減させることができる。

また、エアーオイルは、大つば面２２に開口するノズル２３の噴射領域を通過する全てのころ大端面２６に対して同じように直接付着させられる。このため、ころ大端面２６と大つば面２２の間におけるスタベーションが防止される。すなわち、大つば面２２ところ大端面２６の摺動部の潤滑が確実に行え、より高速化が可能となる。

また、大つば面２２に開口するノズル２３からエアーオイル給油が実施されると、各ころ１２間に噴き出たエアーオイルは、軸受の内部に拡がるので、従来例の給油方法のような軸受両側からの供給が不要となり、構造を簡略化できる。具体的には、給油路１８、給油孔１９を軸受の片側に設けるだけで済ますことができる。

また、保持器１３の接触案内部は、ノズル２３と反対側において外輪側案内されるので、各ころ１２間に噴き出たエアーオイルが軸受の内部を通過して反対側に抜けることを防ぐ。これにより、各ころ１２間に噴き出たエアーオイルが軸受の内部に供給され易くなる。

また、このころ軸受１０は、ノズル２３ところ大端面２６とが近接するため、ころ大端面２６の冷却にも効果が期待できる。

また、このころ軸受１０は、外輪１４の大つば２１にノズル２３を設けたので、遠心力の影響で潤滑油が特に達し難く、アキシアル荷重を受ける側であるころ大端面２６と大つば２１の間に、直接潤滑油を供給することができる。

また、このころ軸受１０は、大つば２１にノズル２３を設けたため、その大きさを利用してノズル２３を容易に形成することができる。

この発明の第２実施形態を図３に示す。
この第２実施形態は、その外輪１４が軌道面２０を形成した分割軌道輪１４ａと、つば輪１４ｂとからなる点において上記第１実施形態と相違するものである。上記ノズル２３を設けた大つば２１は、つば輪１４ｂからなる。大つば２１は、分割軌道輪１４ａと独立して成形されるため、素材、加工の選択自由度が高まり、限られた大つば面２２に複数のノズル２３を形成することが容易になる。なお、つば輪１４ｂは、Ｌ形でもよく、所望のノズル２３を形成することができる限り、形態を適宜に変更することができる。

この発明の第３実施形態を図４に示す。
この第３実施形態は、内外輪３１、３２の各両側に、ころ３３を案内するつば３４を有するＮＵＰ形式のころ軸受となっている。ころ３３は、円筒からなる。アキシアル方向の荷重は、内外輪３１、３２の両側のつば３４で受けられる。内輪３１の一方側のつば３４にノズル３５が形成され、外輪３２の他方側のつば３４にもノズル３５が形成されている。これにより、円筒ころ３３の両端面でスタベーションが防止されている。

第１実施形態のころ軸受を組み込んだスピンドルの部分縦断正面図 図１のころ軸受の部分拡大断面図 第２実施形態を示す部分拡大断面図 第３実施形態を示す部分拡大断面図 従来例のスピンドルの全体構成を示す縦断正面図 図５の円錐ころ軸受の部分拡大断面図

符号の説明

１ スピンドル
２ 主軸
１０ ころ軸受
１１、３１ 内輪
１２、３３ ころ
１３ 保持器
１４、３２ 外輪
１４ａ 分割軌道輪
１４ｂ つば輪
２０ 軌道面
２１ 大つば
２２ 大つば面
２３、３５ ノズル
２６ ころ大端面

Claims (4)

1. 内外輪の少なくとも一方に、つばを有するころ軸受において、前記つばに、ころ端面に向けて気流に乗せた潤滑油を噴き付けるノズルを設けたことを特徴とするころ軸受。
2. 前記外輪のアキシアル荷重を受ける側のつばに、前記ノズルを設けた請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記ころが、円錐ころからなり、そのころ大端面を案内する大つばに、前記ノズルを設けた請求項１又は２に記載のころ軸受。
4. 前記ノズルを設けたつばが、つば輪からなる請求項１から３のいずれかに記載のころ軸受。

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