JP2008164080A - アンギュラ玉軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアオイル噴射および排気の機能を備えながら、スピンドルの軸方向寸法を短縮し、スピンドル全体の剛性強度および限界回転速度を高めることができるアンギュラ玉軸受装置を提供する。
【解決手段】 外輪５の軸受正面側端面５ｓの軸方向位置が、内輪４の軸受正面側端面４ｓの軸方向位置よりも軌道面に近くなるように、内輪幅より外輪幅を狭めて構成し、第１，第３外輪間座１６，１８の内輪幅間入り込み部分１６Ｂ，１８Ｂを、外輪幅を狭めた軸受正面側端面５ｓに当接させて軸受内の軌道面側へ入り込ませる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、工作機械主軸に好適に使用されるアンギュラ玉軸受装置に関し、詳しくは、エアオイル噴射および排気の機能を備えながら、スピンドルの軸方向寸法を短縮し、スピンドル全体の剛性強度および限界回転速度を高めた構造に関する。

工作機械主軸等の高速回転軸には、アンギュラ玉軸受が使用される場合が多く、潤滑は回転速度に応じて、グリース潤滑、エアオイル潤滑等が適用される。先行技術として、内輪の転動体荷重が作用していない部分を削除し、内輪転走面噴射型潤滑により軸受の潤滑を確実に行い、しかも内輪端面噴射型冷却により内輪の冷却を効率良く行うものがある（例えば、特許文献１）。
前記エアオイル潤滑の場合、給油条件・構造もさることながら排気の状態が非常に重要になる。排気が機能していないと、エアオイルが軸受を上手く貫通せず、軸受の潤滑不足になるおそれがある。そのため、軸受の軸方向一端部にエアオイル噴射ノズルを設け、前記軸受の軸方向他端部に間座を設け、この間座のうち外輪端面に接する面に、排気用の切欠きを設け、大気開放された外部と連通させている。
特開平９−８８９８６号公報

ここで図４と共に、従来のエアオイル潤滑型アンギュラ玉軸受の構造をスピンドル装置に適用した場合の課題を説明する。エアオイルの排気を行うため、前述のように、間座８０の外輪端面８１に接する面に排気用の切欠き８０ａを設ける必要がある。この場合、間座８０の幅だけスピンドルは軸方向に長くなってしまう。スピンドルが軸方向に長くなると、スピンドル全体の剛性が下がり、限界回転速度が低くなるという問題があった。

この発明の目的は、エアオイル噴射および排気の機能を備えながら、スピンドルの軸方向寸法を短縮し、スピンドル全体の剛性強度および限界回転速度を高めることができるアンギュラ玉軸受装置を提供することである。

この発明のアンギュラ玉軸受装置は、アンギュラ玉軸受における外輪の幅を、この外輪の軸受正面側端面の軸方向位置が内輪の軸受正面側端面の軸方向位置よりも軌道面に近くなるように、内輪幅よりも狭め、前記外輪の軸受正面側端面に接して設けられ前記内輪の軸受正面側端面よりも軌道面側へ入り込んだ内輪幅間入り込み部分を有する外輪間座と、前記内輪の端面に接して設けられる内輪間座とを備え、前記外輪間座は、その内輪幅間入り込み部分に径方向に延びる排気用孔を有し、かつ前記アンギュラ玉軸受に隣り合う他のアンギュラ玉軸受へエアオイルを噴射する噴射ノズルを有することを特徴とする。

この構成によると、アンギュラ玉軸受の外輪の軸受正面側端面の軸方向位置が、内輪の軸受正面側端面の軸方向位置よりも軌道面に近くなるように、外輪の幅を内輪幅より狭めた。換言すれば、外輪のうち軌道面より正面側の転動体荷重が作用していない部分を削除して、外輪の幅を内輪幅よりも短縮した。外輪間座の内輪幅間入り込み部分は、外輪の軸受正面側端面に接して設けられ、内輪の軸受正面側端面よりも軌道面側へ入り込む。

また、外輪間座は、その噴射ノズルから他のアンギュラ玉軸受にエアオイルつまり搬送空気と混合された潤滑剤を噴射する。この外輪間座のうち内輪幅間入り込み部分に形成される排気用孔からエアオイルを排気する。このように、外輪間座からエアオイルの排気を行っているが、この排気用孔を有する内輪幅間入り込み部分は、外輪の幅を狭めた軸受正面側端面に接して外輪の軌道面近くまで入り込んでいるので、エアオイル噴射および排気の機能を備えながら、スピンドルの軸方向寸法を短縮し、スピンドル全体の剛性強度を高めることができる。したがって、スピンドルの限界回転速度を高めることができる。また、ワークの加工品位の向上を図ることができる。

この発明において、前記外輪間座の噴射ノズルと排気用孔とを円周方向に略１８０度ずらした位置に設けても良い。
この発明において、工作機械主軸を回転可能に支持するアンギュラ玉軸受としても良い。この構成によると、スピンドルの軸方向寸法を短縮できるので、工作機械の小形化を図ることが可能となる。

この発明のアンギュラ玉軸受装置によると、外輪間座のうち排気用孔を有する内輪幅間入り込み部分は、外輪の幅を狭めた軸受正面側端面に接して外輪の軌道面近くまで入り込んでいるので、エアオイル噴射および排気の機能を備えながら、スピンドルの軸方向寸法を短縮し、スピンドル全体の剛性強度を高めることができる。したがって、スピンドルの限界回転速度を高めることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、この実施形態のアンギュラ玉軸受装置をスピンドル装置１に適用した一例を示す。このスピンドル装置１は、工作機械に応用されるものであり、この工作機械主軸２の一端部に工具またはワークのチャックが取付けられている。主軸２は、軸方向に離れた複数（ここでは４つ）のアンギュラ玉軸受３により支持されている。各アンギュラ玉軸受３の内輪４は主軸２の外径面に嵌合し、外輪５はハウジング６の内径面に嵌合している。これら内外輪４，５は、内輪押さえ７、外輪押さえ８、および軸受固定ナット９等により、ハウジング６内に固定されている。

外輪押さえ８は、ハウジング６の軸方向一端部に着脱可能に設けられる。この外輪押さえ８は、円筒形状でその軸方向先端部分がハウジング６の内径面の軸方向一端部に挿入される円筒部８ａ、および、この円筒部８ａの軸方向基端部に一体に設けられ、この軸方向基端部から半径方向外方に突出するフランジ形状の外周部８ｂを有する。外周部８ｂの軸方向他方に臨む面が、ハウジング６の軸方向一端部に当接すると共に、円筒部８ａの軸方向先端部分が、軸方向先端に位置するアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受正面側端面５ｓに当接してこの軸受３内に入り込む（つまり内輪４の軸受正面側端面４ｓの軸方向位置よりも軌道面４ａ，５ａに近くなる）ように設けられる。この円筒部８ａには、エアオイルを排気する排気用切り欠き１０（後述する）が設けられている。
本実施形態において、軸受正面側端面の正面とは、「軸受」を基準とする軌道輪の側面である。外輪５の軸受正面側端面５ｓとは、アキシアル荷重を支持しない外輪の側面と同義であり、逆に、外輪５の軸受背面側端面５ｈとは、アキシアル荷重を支持する外輪の側面と同義である。内輪４の軸受正面側端面４ｓは、アキシアル荷重を支持する内輪の側面と同義であり、逆に、内輪の軸受背面側端面４ｈは、アキシアル荷重を支持しない内輪の側面と同義である。

主軸２の軸方向先端に大径部２ａが形成され、この大径部２ａに第１段差部１１を経て中径部２ｂ（大径部２ａより小径に形成される）が軸方向に沿って形成されている。中径部２ｂに第２段差部１２を経てこの主軸２の大部分をなす小径部２ｃであって、中径部２ｂより小径に形成される小径部２ｃが形成されている。この小径部２ｃの外径面に各内輪４、および後述する各内輪間座が嵌合する。主軸２の第２段差部１２に、軸方向先端（図１の左側）に位置するアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受背面側端面４ｓが当接するように設けられている。ハウジング６の軸方向他端部には、このハウジング６の内径面よりも小径の環状段部１３が設けられている。この環状段部１３に、軸方向基端（図１の右側）に位置するアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受正面側端面５ｓが当接する。また主軸２の軸方向他端に、前記アンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受正面側端面４ｓを当接する内輪押さえ７を介して、軸受固定ナット９が螺着され、これらアンギュラ玉軸受３が固定されている。

各アンギュラ玉軸受３は、内輪４と外輪５との間に、保持器１４に保持された玉１５を介在させてなる。外輪５の軸受正面側端面５ｓの軸方向位置が、内輪４の軸受正面側端面４ｓの軸方向位置よりも軌道面５ａ，４ａに近くなるように、内輪幅より外輪幅を狭めて構成している。換言すれば、外輪５のうち軌道面５ａより正面側の転動体荷重が作用していない部分を軸方向に垂直な所謂ラジアル平面に沿って削除して、外輪幅を内輪幅よりも短縮した。ただし、この削除した部分は、転動体荷重の支持に支障を与えない範囲で外輪正面を削除すれば足りる。また、削除した部分は、ラジアル平面に沿った端面に限定されるものではない。

外輪間座等について説明する。
主軸２の軸方向先端から軸方向基端に沿って順次、第１〜第３外輪間座１６，１７，１８が設けられている。第１および第３外輪間座１６，１８が、内輪幅間入り込み部分および排気用孔を有する外輪間座に相当する。第１外輪間座１６は、軸方向一方に向けてエアオイルを吐出する噴射ノズル１６ｎと、エアオイルを排気する排気用孔１６ａを設けた内輪幅間入り込み部分１６Ｂとを備えている。

第１外輪間座１６は、軸方向先端（１列目）のアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受背面側端面５ｈに当接し、この第１外輪間座１６の噴射ノズル１６ｎは、１列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軌道面４ａに向けてエアオイルを噴射するように構成されている。第１外輪間座１６には、噴射ノズル１６ｎに連通する給油路１６ｋが形成され、ハウジング６には、この給油路１６ｋに連通する供給路１９が形成されている。これら噴射ノズル１６ｎと、内輪幅間入り込み部分１６Ｂの排気用孔１６ａとは、円周方向に略１８０度ずらした位置に設けられている。前記「略１８０度」は「１８０度」を含む。ただし、これら噴射ノズル１６ｎと排気用孔１６ａとは、円周方向に略１８０度ずらした位置に設けない場合もある。また円周方向に複数の噴射ノズル１６ｎを設けてもよく、円周方向に複数の排気用孔１６ａを設けてもよい。

前記内輪幅間入り込み部分１６Ｂは、軸方向先端から２列目のアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受正面側端面５ｓに当接して内輪４の軸受正面側端面４ｓよりも軌道面４ａ，５ａ側へ入り込み、この軸受正面側端面５ｓに接する面に径方向に延びる排気用孔１６ａを設けている。後述する第２外輪間座１７の一方の噴射ノズル１７ｎ１から吐出されたエアオイルは、前記２列目のアンギュラ玉軸受３の潤滑に供され、前記排気用孔１６ａから排気され、ハウジング６に形成された排気路２０から排出される。第１外輪間座１６の噴射ノズル１６ｎから吐出されたエアオイルは、２列目のアンギュラ玉軸受３に隣り合う軸方向先端のアンギュラ玉軸受３の潤滑に供され、外輪押さえ８の円筒部８ａの排気用切り欠き１０から排気され、ハウジング６の排気路２０から排出されるようになっている。内輪幅間入り込み部分１６Ｂの内径部は、当接する外輪５の軸受正面側端面５ｓの内径よりも所定小距離大径に形成されている。

第２外輪間座１７は、軸方向一方および他方に向けてエアオイルを吐出する噴射ノズル１７ｎ１，１７ｎ２を備えている。この第２外輪間座１７には、排気用孔形成手段は設けられていない。前記第２外輪間座１７は、２列目のアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受背面側端面５ｈ、および３列目のアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受背面側端面５ｈに当接するように構成されている。一方の噴射ノズル１７ｎ１から吐出されたエアオイルは、２列目のアンギュラ玉軸受３の潤滑に供される。つまり一方の噴射ノズル１７ｎ１は、２列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軌道面４ａに向けてエアオイルを噴射するように構成されている。他方の噴射ノズル１７ｎ２から吐出されたエアオイルは、３列目のアンギュラ玉軸受３の潤滑に供される。つまり他方の噴射ノズル１７ｎ２は、３列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軌道面４ａに向けてエアオイルを噴射するように構成されている。第２外輪間座１７には、これら一方，他方の噴射ノズル１７ｎ１，１７ｎ２に連通する給油路１７ｋ，１７ｋがそれぞれ形成され、これら給油路１７ｋ，１７ｋは、ハウジング６の供給路１９に連通している。

第３外輪間座１８は、軸方向他方に向けてエアオイルを吐出する噴射ノズル１８ｎと、エアオイルを排気する排気用孔１８ａを設けた内輪幅間入り込み部分１８Ｂとを備えている。第３外輪間座１８は、４列目のアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受背面側端面５ｈに当接し、噴射ノズル１８ｎは、このアンギュラ玉軸受３の内輪４の軌道面４ａに向けてエアオイルを噴射するように構成されている。第３外輪間座１８には、噴射ノズル１８ｎに連通する給油路１８ｋが形成され、この給油路１８ｋは、ハウジング６の供給路１９に連通している。これら噴射ノズル１８ｎと、内輪幅間入り込み部分１８Ｂの排気用孔１８ａとは、円周方向に略１８０度ずらした位置に設けられている。これら噴射ノズル１８ｎと排気用孔１８ａとは、円周方向に略１８０度ずらした位置に設けない場合もある。また円周方向に複数の噴射ノズル１８ｎを設けてもよく、円周方向に複数の排気用孔１８ａを設けてもよい。

前記内輪幅間入り込み部分１８Ｂは、３列目のアンギュラ玉軸受３の外輪５の軸受正面側端面５ｓに当接して内輪４の軸受正面側端面４ｓよりも軌道面４ａ，５ａ側へ入り込み、この軸受正面側端面５ｓに接する面に径方向に延びる排気用孔１８ａを設けている。前述の第２外輪間座１７の他方の噴射ノズル１７ｎ２から吐出されたエアオイルは、前記３列目のアンギュラ玉軸受３の潤滑に供され、前記排気用孔１８ａから排気され、ハウジング６に形成された排気路２０から排出される。第３外輪間座１８の噴射ノズル１８ｎから吐出されたエアオイルは、４列目のアンギュラ玉軸受３の潤滑に供され、ハウジング６の環状段部１３の円周方向１箇所に形成された排気路１３ａから排出されるようになっている。

内輪間座について説明する。
内輪間座は、軸方向先端から軸方向基端に沿って順次、第１〜第３内輪間座２１，２２，２３を有する。第１内輪間座２１は、１列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受背面側端面４ｈに当接し、かつ２列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受正面側端面４ｓに当接するように設けられている。この第１内輪間座２１は、当接する各内輪４の内輪外径よりも小径に形成されると共に、第１外輪間座１６の最小内径よりも小径に形成されている。前述の第１外輪間座１６のうち、内輪幅間入り込み部分１６Ｂが２列目のアンギュラ玉軸受３の（外輪幅を狭めた）外輪５の軸受正面側端面５ｓに当接してこの軸受内の軌道面側に入り込んでいるので、第１内輪間座２１の幅寸法は、第１外輪間座１６の幅寸法よりも内輪幅間入り込み部分１６Ｂが軸受内に入り込んでいる分短くなる。

第２内輪間座２２は、２列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受背面側端面４ｈに当接し、かつ３列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受背面側端面４ｈに当接するように設けられている。この第２内輪間座２２は、当接する各内輪４の内輪外径よりも小径に形成されると共に、第２外輪間座１７の最小内径よりも小径に形成されている。また、第２内輪間座２２の幅寸法は、第２外輪間座１７の幅寸法と略同一寸法に規定されている。前記略同一寸法は、同一寸法を含む。

第３内輪間座２３は、３列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受正面側端面４ｓに当接し、かつ４列目のアンギュラ玉軸受３の内輪４の軸受背面側端面４ｈに当接するように設けられている。この第３内輪間座２３は、当接する各内輪４の内輪外径よりも小径に形成されると共に、第３外輪間座１８の最小内径よりも小径に形成されている。前述の第３外輪間座１８のうち、内輪幅間入り込み部分１８Ｂが３列目のアンギュラ玉軸受３の（外輪幅を狭めた）外輪５の軸受正面側端面５ｓに当接してこの軸受内の軌道面側に入り込んでいるので、第３内輪間座２３の幅寸法は、第３外輪間座１８の幅寸法よりも内輪幅間入り込み部分１８Ｂが軸受内に入り込んでいる分短くなる。

説明したアンギュラ玉軸受３の外輪幅を狭めた軸受を組み込んだもの（図１参照）と、従来例のスピンドル装置（図４参照）とを比較する。
各軸受の主寸法が同一として、間座を含めた軸受総幅を比較すると、図１に示す本実施形態の軸受総幅（Ａ´）は、図４に示す従来例の軸受総幅（Ａ）よりも、２δ分だけ短くなる。この「２δ」とは、各軸受において、内輪幅から外輪幅を減じた削除部分δ（図１参照）に、「２」を乗じた値である。

１列目の軸受端面から主軸先端までの距離を比較すると、本実施形態の距離（Ｃ´）は、従来例の距離（Ｃ）よりもδ分だけ短くなる。
ハウジング全長を比較すると、本実施形態のハウジング全長（Ｂ´）は、従来例のハウジング全長（Ｂ）よりも４δ分だけ短くすることができる。
すなわち、本実施形態では、軸受総幅（Ａ´）が従来例の軸受総幅（Ａ）よりも、２δ分だけ短くなるうえに、１列目の外輪幅を狭めた外輪５の軸受正面側端面５ｓに、外輪押さえ８の円筒部８ａを直接当接させているので、従来例よりδ分短くなる。さらに、ハウジング６の環状段部１３に、４列目の外輪幅を狭めた外輪５の軸受正面側端面５ｓを直接当接させているので、従来例よりδ分短くなる。このように前記２δ分にδ分を加え、さらにδ分を加えた４δ分、本実施形態のハウジング全長（Ｂ´）を従来例のハウジング全長（Ｂ）よりも短くし得る。

以上説明したアンギュラ玉軸受３によると、外輪５の軸受正面側端面５ｓの軸方向位置が、内輪４の軸受正面側端面４ｓの軸方向位置よりも軌道面５ａ，４ａに近くなるように、内輪幅より外輪幅を狭めた。換言すれば、外輪５のうち軌道面５ａより正面側の転動体荷重が作用していない部分を削除して、外輪幅を内輪幅よりも短縮した。これにより、第１，第３外輪間座１６，１８の内輪幅間入り込み部分１６Ｂ，１８Ｂは、対応する外輪５の軸受正面側端面５ｓに接して軸受内の軌道面側へ入り込み、この軸受正面側端面５ｓに接する面に設けられた径方向に延びる排気用孔１６ａ，１８ａからエアオイルを排気する。

このように、第１，第３外輪間座１６，１８の内輪幅間入り込み部分１６Ｂ，１８Ｂは、外輪幅を狭めた軸受正面側端面５ｓに接して軸受内の軌道面側へ入り込んでいるので、エアオイル噴射および排気の機能を備えながら、スピンドルの軸方向寸法を短縮し、スピンドル全体の剛性強度を高めることができる。したがって、スピンドルの限界回転速度を高めることができる。

また、本実施形態のハウジング全長（Ｂ´）を、従来例のハウジング全長（Ｂ）よりも短縮できるので、ハウジング６に形成する排気路２０および供給路１９をも短縮することができる。したがって、加工工数を低減し、製造コストの低減を図ることが可能となる。ハウジング全長を短縮できる分スピンドル重量の軽減を図り、スピンドルの取り扱いを容易にすることができる。またスピンドル装置１の小形化を図ることが可能となる。

本発明の他の実施形態として、４列のアンギュラ玉軸受ではなく、３列以下または５列以上のアンギュラ玉軸受により工作機械主軸を支持しても良い。本実施形態ではアンギュラ玉軸受を工作機械主軸に適用したが、アンギュラ玉軸受を航空機エンジン等に適用しても良い。この場合にも、本実施形態と同様の効果を奏する。

この発明の一実施形態に係るアンギュラ玉軸受装置をスピンドル装置に適用した断面図である。 同スピンドル装置のエアオイル噴射ノズル等を示す拡大断面図である。 同スピンドル装置の排気用孔等を示す拡大断面図である。 従来例のスピンドル装置の断面図である。

符号の説明

２…主軸
３…アンギュラ玉軸受
４…内輪
４ｓ…軸受正面側端面
５…外輪
５ａ…軌道面
５ｓ…軸受正面側端面
１６…第１外輪間座
１６ｎ…噴射ノズル
１６Ｂ…内輪幅間入り込み部分
１６ａ…排気用孔
１７…第２外輪間座
１７ｎ１，１７ｎ２…噴射ノズル
１８…第３外輪間座
１８ｎ…噴射ノズル
１８Ｂ…内輪幅間入り込み部分
１８ａ…排気用孔
２１，２２，２３…第１，第２，第３内輪間座

Claims (3)

1. アンギュラ玉軸受における外輪の幅を、この外輪の軸受正面側端面の軸方向位置が内輪の軸受正面側端面の軸方向位置よりも軌道面に近くなるように、内輪幅よりも狭め、
   前記外輪の軸受正面側端面に接して設けられ前記内輪の軸受正面側端面よりも軌道面側へ入り込んだ内輪幅間入り込み部分を有する外輪間座と、前記内輪の端面に接して設けられる内輪間座とを備え、
   前記外輪間座は、その内輪幅間入り込み部分に径方向に延びる排気用孔を有し、かつ前記アンギュラ玉軸受に隣り合う他のアンギュラ玉軸受へエアオイルを噴射する噴射ノズルを有することを特徴とするアンギュラ玉軸受装置。
2. 請求項１において、前記外輪間座の噴射ノズルと排気用孔とを円周方向に略１８０度ずらした位置に設けたアンギュラ玉軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、工作機械主軸を回転可能に支持するアンギュラ玉軸受装置。

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