JP2011149463A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 主軸構造によらず、グリース潤滑での長寿命化と環境負荷低減に寄与した構造とし、且つ、ハウジング等に対する組立性を向上させた転がり軸受を提供する。
【解決手段】 この転がり軸受１は、内輪２、外輪３、複数の転動体４、および保持器５を有する円筒ころ軸受であり、グリース潤滑で用いられる。外輪３の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部６を円周方向複数箇所に設け、且つ、前記外輪３に、前記凹み部６に溜めたグリースの基油を外輪３の内周面へ吐出する基油吐出孔７を設けた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、グリース潤滑で使用する円筒ころ軸受等の工作機械用や産業機械用等の転がり軸受に関し、グリース潤滑での長寿命化と環境負荷低減に寄与した構造に関する。

工作機械用主軸を支持する円筒ころ軸受等の潤滑方法には、主として搬送エアに潤滑オイルを混合してオイルをノズルより軸受内に噴射するエアオイル潤滑や、メンテナンスフリーで使用可能なグリース潤滑がある。
前記エアオイル潤滑方法は、付帯設備としてエアオイル供給装置、および軸受への供給構造が必要であり、また多量のエアを必要とする。それ故、コスト、騒音、省エネルギー、省資源の観点で問題がある。また、オイルの飛散による環境負荷が大きい等の問題もある。グリース潤滑は、環境負荷が小さいが、軸受内の限られたグリースで潤滑するため、グリースの損耗や劣化による短寿命の問題がある。
これらの問題点を回避するため、工作機械用主軸において、例えば、転がり軸受の固定側軌道輪に隣接してグリース溜り形成部品（以下、「間座」と称す）を設け、この間座に封入したグリースを使用して前記転がり軸受の高速化、長寿命化、メンテナンスフリー、環境負荷低減および安定して潤滑油供給を図る技術が提案されている（特許文献１〜３）。
また、円筒ころの外径面に全周に続く環状の凹部を設け、外輪に、前記凹部の通過位置に開口するスリットを設けている。軸受のハウジングに、グリース溜り部としての円周溝を設け、この円周溝と外輪側スリットとを連通するハウジング側スリットを設けた技術が提案されている（特許文献４）。この技術では、ハウジングの円周溝からハウジング側スリットおよび外輪側スリットを経て円筒ころの外径面の凹部へグリースの基油を供給できる。

特開２００６−１３２７６５号公報 特開２００６−２７５１９６号公報 特開２００６−２２９５２号公報 特願２００８−１６３０６９、図２

特許文献１，２の従来技術では、主軸の構造によって、円筒ころ軸受の軸方向両側に前記間座を設けることが難しくなる場合が生じる。
特許文献４の従来技術は、ハウジングに軸受を組立てるとき、外輪側スリットとハウジング側スリットとの位置合わせ作業が難しくなる場合が生じる。

この発明の目的は、主軸構造によらず、グリース潤滑での長寿命化と環境負荷低減に寄与した構造とし、且つ、ハウジング等に対する組立性を向上させた転がり軸受を提供することである。

この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有し、グリースで潤滑が行われる転がり軸受において、前記外輪の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部を設け、且つ、前記外輪に、前記凹み部に溜めたグリースの基油を外輪の内周面へ吐出する基油吐出孔を設けたことを特徴とする。

前記凹み部にグリースを充填しておき、軸受内部には、初期潤滑油としてのグリースを封入しておく。軸受の運転停止時には、凹み部のグリース中の増稠剤および基油吐出孔の毛細管現象により、増稠剤から分離したグリースの基油が凹み部から基油吐出孔に移動し、この毛細管現象と油の表面張力とが相まって基油吐出孔の吐出側先端に基油が保持される。軸受を運転する、つまり外輪を固定輪とし内輪回転させると、基油吐出孔に保持されていた基油は、運転で生じる外輪の温度上昇による体積膨張と、転動体の公転・自転で生じる空気流とにより基油吐出孔から滲み出される。これにより基油は、外輪軌道面に付着しながら移動して転動体接触部に連続的に補給される。したがって、グリース潤滑での長寿命化を図れるうえ、オイルの飛散等による環境負荷の問題を解決して環境負荷低減に寄与することが可能となる。

特に、外輪の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部を設けたため、種々の主軸装置に本発明の転がり軸受を適用することが可能となる。また、ハウジングにこの転がり軸受を組立てるとき、外輪自体にグリースを溜める凹み部を設けたため、前記従来例で必要であった外輪側スリットとハウジング側スリットとの位置合わせ作業等を不要にできる。このため、組立性を向上させることができる。さらに前記間座を設けたものより、構造を簡単化でき、製造コストの低減を図れる。
前記転がり軸受が円筒ころ軸受であっても良い。

前記転がり軸受が円筒ころ軸受である場合に、前記外輪の凹み部を、外輪軌道面と転動体との接触部の範囲よりも、外輪軸方向外側に配設しても良い。前記凹み部が、外輪軌道面と転動体との接触部の範囲に入ると、外輪の剛性が低下し、使用形態によっては、軸受運転中の転動体荷重によって生じる接触応力に、前記外輪が十分に耐えられなくなる。これにより外輪の変形が生じ、軸受の精度に影響を及ぼし、主軸の機能を低下させることがある。この構成によると、外輪の凹み部を前記接触部の範囲よりも外輪軸方向外側に配設したため、外輪の剛性低下を抑えて軸受の機能を確保し、グリース潤滑での長寿命化に寄与することができる。

前記外輪の基油吐出孔の吐出側先端を、外輪の内周面における外輪軌道面付近に設けると共に、前記基油吐出孔を、前記凹み部から基油の吐出側先端に向かうに従って、転動体と外輪軌道面との接触部近傍に近づくように設けても良い。前記「外輪軌道面付近」は、外輪軌道面を含まない。この場合、軸受に必要な基油を、転動体と外輪軌道面との接触部近傍に、より効果的に供給できる。

前記外輪の凹み部を円周方向複数箇所に設けても良い。主軸に例えば円筒ころ軸受を固定する際に、外輪は前蓋等によりハウジング内に位置決めされて固定される。すなわち前記ハウジングに対し前蓋をボルト等で締結することで、外輪端面が前蓋に押圧され固定される。この場合において、外輪の全周面に凹み部が設けられると、外輪の剛性が低下し、前記ボルト等の締め付けトルクに耐えられなくなる。これにより、外輪の変形による外輪軌道面の真円度の劣化を生じることがある。この構成では、前記凹み部を円周方向複数箇所に設けたため、外輪の剛性の低下を抑え、前記ボルト等の締め付けトルクに耐える外輪を得ることができる。したがって、外輪軌道面の真円度を規定値に維持することができる。

前記転がり軸受が横形スピンドルに用いられるものであり、この転がり軸受における外輪の各凹み部を、外輪軸心を通る上下方向の平面に対して離れた位置に配設しても良い。横形スピンドルに転がり軸受を組み込んだ場合において、外輪の凹み部を下部よりも上部に配設する方が、重力の影響により油吐出が有利に行える。しかし、前記凹み部を上部に配設すると、凹み部に封入したグリース中の基油が早期になくなる。また、下部の凹み部からの油吐出は上部の凹み部からの油吐出よりも少なく、軸受に必要な基油が円滑に供給できないことがある。この構成では、外輪の各凹み部を、外輪軸心を通る上下方向の平面に対し離れた位置に配設したため、軸受に必要な基油を各凹み部から均等に供給することが可能となる。

内輪外径面に、軸受端面側から中心に近づく程大径となる斜面を設けても良い。外輪を固定輪とし内輪回転させると、内輪外径面に付着した潤滑油は、遠心力と表面張力とによって、斜面に付着しつつ大径側に移動する。これにより、潤滑油を有効利用することができる。
前記転がり軸受が円筒ころ軸受であり、この円筒ころ軸受を、工作機械用主軸または産業機械用主軸の支持に用いても良い。工作機械用主軸または産業機械用主軸において、グリース潤滑での長寿命化と環境負荷低減に寄与する円筒ころ軸受を提供することができる。

この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有し、グリースで潤滑が行われる転がり軸受において、前記外輪の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部を設け、且つ、前記外輪に、前記凹み部に溜めたグリースの基油を外輪の内周面へ吐出する基油吐出孔を設けたため、主軸構造によらず、グリース潤滑での長寿命化と環境負荷低減に寄与した構造とし、且つ、ハウジング等に対する組立性を向上させることができる。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 同転がり軸受の外輪の一側面図である。 同外輪の要部の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の外輪の一側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の外輪の一側面図である。 各実施形態に係る転がり軸受を用いた工作機械用スピンドル装置の断面図である。

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。
この実施形態に係る転がり軸受は、例えば、工作機械用主軸または産業機械用主軸の支持に用いられる。この転がり軸受１は、内輪２、外輪３、複数の転動体４、および保持器５を有する円筒ころ軸受である。この円筒ころ軸受はグリース潤滑で用いられる。図１に示すように、前記内外輪２，３の円筒面からなる軌道面２ａ，３ａ間に、複数の転動体４を介在させ、これら転動体４は、リング状の保持器５に円周方向一定間隔おきに保持される。この保持器５は転動体４に案内されるものであり、同保持器５の内径面の両側つまり図１左右両側に、保持器端面側から中心に近づく程小径となる斜面５ａ，５ａを設けている。保持器５の内径面のうち前記斜面５ａに続き転動体ポケットＰｔまで延びる平坦面５ｂが、内輪外径面に対し所定の径方向隙間を介して対向するように配置される。但し、保持器５は、転動体案内形式に限定されるものではなく、外輪案内形式または内輪案内形式であっても良い。転動体４は円筒ころからなる。

内輪２には、転動体４の両端面を案内するつば２ｂ，２ｂが設けられる。内輪２のつば２ｂ，２ｂの外径面に、内輪端面側から中心に近づく程大径となる斜面２ｃ，２ｃが設けられている。つば２ｂ，２ｂの外径面における軌道面２ａの近傍部分は、円筒面２ｄとされている。

図１に示すように、外輪３の軌道面３ａの左右両側の外輪内径面部には、外輪端面側から中心に近づく程小径となる斜面３ｂ，３ｂに設けられている。斜面３ｂ，３ｂの小径側端は、軌道面３ａに続いている。図２、図３に示すように、外輪３の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部６が設けられている。さらに、前記外輪３には、前記凹み部６に溜めたグリースの基油を吐出する基油吐出孔７が設けられている。凹み部６は、外輪３の軸方向の中心に対して左右両側に設けられる。また、凹み部６は、円周方向複数箇所（この例では４箇所）に等配に設けられている。図１右側の複数箇所の凹み部６と、同図左側の複数箇所の凹み部６とが円周方向で同位相となるように形成されている。これら左右両側の凹み部６，６および基油吐出孔７，７は左右対称形状となっている。よって、以後、右側の凹み部６および基油吐出孔７についてのみ説明し、左側の凹み部６および基油吐出孔７については、右側のものと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図２に示すように、一箇所の凹み部６は、外輪３の全周のうちの所定角度α１の範囲にわたって形成される。また、図１および図３に示すように、凹み部６の底面６ａは、外輪３の斜面３ｂと平行に形成される。換言すれば、外輪３の全周のうちの所定角度α１の範囲にわたり、外輪３の底面部分の肉厚ｔ１が均一となるように形成されている。
前記基油吐出孔７は、軸受内空間８と凹み部６とを連通するように形成されている。この基油吐出孔７は、凹み部６の底面６ａにおける最小径付近から、外輪軌道面３ａに近い斜面３ｂの最小径付近にわたって径方向に貫通する。基油吐出孔７の吐出側先端７ａつまり基油の出口位置は、斜面３ｂの小径側端寄りで、且つ、外輪軌道面３ａ付近である。基油吐出孔７の内径は、凹み部６の底面６ａ側から吐出側先端７ａにかけて同一径に形成される。また、この基油吐出孔７の内径は、凹み部６内のグリースが、グリースの状態では流れないが、グリースから分離した基油が吐出可能な径とする。前記吐出側先端７ａが外輪軌道面３ａ付近であるとは、例えば、吐出側先端７ａから滲み出た基油と、外輪軌道面３ａに介在する潤滑剤とが油膜切れを起こさず繋がっている状態を維持できる程度に外輪軌道面３ａに近い範囲にあることを言う。さらに、前記基油吐出孔７は、図２に示すように、各凹み部６の円周方向中間付近から軸受内空間８にわたり貫通する。よって、各基油吐出孔７から吐出された基油は、外輪軌道面３ａに万遍なく付着する。

この転がり軸受の作用効果について説明する。この転がり軸受は、外輪３を固定輪とし内輪回転で使用される。
外輪３の全ての凹み部６にグリースを充填しておき、軸受内部には、初期潤滑用としてグリースを封入しておく。軸受の運転停止時には、凹み部６のグリース中の増稠剤および基油吐出孔の毛細管現象により、増稠剤から分離したグリースの基油が凹み部６から基油吐出孔７に移動し、この毛細管現象と油の表面張力とが相まって基油吐出孔７の吐出側先端７ａに基油が保持される。
軸受を運転すると、基油吐出孔７に保持されていた基油は、運転で生じる外輪３の温度上昇による体積膨張と、転動体４の公転・自転で生じる空気流とにより基油吐出孔７から滲み出される。これにより基油は、外輪軌道面３ａに付着しながら移動して転動体接触部に連続的に補給する。外輪３は固定輪であるため、遠心力により基油が過剰に吐出することがなく、前記毛細管現象と表面張力とで微量ずつ滲み出す。したがって、グリース潤滑での長寿命化を図れるうえ、油の飛散等による環境負荷の問題を解決して環境負荷低減に寄与することが可能となる。

特に、外輪３の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部６を設けたため、種々の主軸装置に本発明の転がり軸受１を適用することが可能となる。換言すれば、主軸構造に対する汎用性を高めた転がり軸受１を実現できる。また、ハウジングにこの転がり軸受１を組立てるとき、外輪３自体にグリースを溜める凹み部６を設けたため、前記特許文献４における外輪側スリットとハウジング側スリットとの位置合わせ作業等を不要にできる。このため、組立性を向上させることができる。さらに従来の間座等を設けたものより、構造を簡単化でき、製造コストの低減を図れる。

内輪２のつば２ｂ，２ｂの外径面に、軸受端面側から中心に近づく程大径となる斜面２ｃを設けたため、内輪２が回転すると、内輪外径面に付着した潤滑油は、遠心力と表面張力とによって、斜面２ｃに付着しつつ大径側に移動する。これにより、潤滑油を有効利用することができる。
外輪３の凹み部６を円周方向複数箇所に設けたため、外輪３の剛性の低下を抑え、外輪端面が押圧されてハウジング等に固定される場合において、この押圧力に耐える外輪３を得ることができる。したがって、外輪３の変形を防止し、外輪軌道面３ａの真円度を規定値に維持することができる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図４に示す転がり軸受１Ａは、外輪３の凹み部６を、外輪軌道面３ａと転動体４との接触部の範囲Ｌよりも、外輪軸方向外側に配設している。図５の例に示すように、外輪３の凹み部６が、外輪軌道面３ａと転動体４との接触部の範囲Ｌに入ると、外輪３の剛性が低下し、使用形態によっては、軸受運転中の転動体荷重によって生じる接触応力に、前記外輪３が十分に耐えられなくなる。これにより外輪３の変形が生じ、軸受の精度に影響を及ぼし、主軸の機能を低下させることがある。
図４の構成によると、外輪３の凹み部６を前記接触部の範囲Ｌよりも外輪軸方向外側に配設したため、外輪３の剛性低下を抑えて軸受の機能を確保して、グリース潤滑での長寿命化に寄与することができる。

図６の転がり軸受１Ｂは、外輪３の基油吐出孔７の吐出側先端７ａを、外輪３の内周面における外輪軌道面３ａ付近に設けている。この外輪３の内周面における外輪軌道面３ａ付近は、斜面３ｂの小径側端部であり、外輪軌道面３ａを含まないが外輪軌道面３ａに近接した位置を表す。また、外輪３の凹み部６を、外輪軌道面３ａと転動体４との接触部の範囲よりも外輪軸方向外側に配設している。さらに、外輪３の基油吐出孔７を、前記凹み部６から基油の吐出側先端７ａに向かうに従って、転動体４と外輪軌道面３ａとの接触部近傍に近づくように斜めに設けている。その他の構成は図１または図４のものと同様の構成となっている。この場合、軸受に必要な基油を、転動体４と外輪軌道面３ａとの接触部近傍に、より効果的に安定して供給できる。また、外輪３の基油吐出孔７を、外輪軌道面３ａと転動体４との接触部の範囲よりも外輪軸方向外側に配設することが可能となるため、外輪３の剛性低下を抑えることができる。

図７の転がり軸受１Ｃは、横形スピンドルに用いられるものであり、この転がり軸受１Ｃにおける外輪３の各凹み部６を、外輪軸心Ｌ１を通る上下方向の平面に対し、所定の位相角度α２（α２は例えば４５度）をもって配設したものである。換言すれば、各凹み部６を前記平面に対して離れた位置に配設している。図８の例に示すように、横形スピンドルに転がり軸受を組み込んだ場合において、外輪３の凹み部６を下部よりも上部に配設する方が、重力の影響により油吐出が有利に行える。しかし、前記凹み部６を上部に配設すると、凹み部６に封入したグリース中の基油が早期になくなる。また、下部の凹み部６からの基油の滲み出しは上部の凹み部６からの基油の滲み出しよりも少なく、軸受に必要な基油が円滑に供給できないことがある。
図７の構成では、外輪３の各凹み部６を、外輪軸心Ｌ１を通る上下方向の平面に対し、所定の位相角度α２をもって配設したため、軸受に必要な基油を各凹み部６から均等に供給することが可能となる。前記位相角度α２は４５度に限定されるものではない。

図９は、各実施形態の転がり軸受を用いた工作機械用スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置は、ハウジング９内で主軸１０が、前側の２個の転がり軸受ＢＲ１，ＢＲ２と後側の１個の転がり軸受１（１Ａ〜１Ｃ）とで回転自在に支持されている。前側の２個の転がり軸受ＢＲ１，ＢＲ２は、アンギュラ玉軸受とされて背面合わせに設けられ、各転がり軸受ＢＲ１，ＢＲ２の外輪端面に隣接して間座１１を設けている。後側に設置される転がり軸受１（１Ａ〜１Ｃ）は、前述の各実施形態の円筒ころ軸受が適用される。

前側２個の転がり軸受ＢＲ１，ＢＲ２の外輪１２は、間座１１、外輪間座１３、および前端の外輪押え蓋１４により、ハウジング９内にその段面９ａに対して位置決め固定されている。後側の転がり軸受１（１Ａ〜１Ｃ）の外輪３は、後端の外輪押え蓋１５により、ハウジング９内にその段面９ｂに対して位置決め固定されている。ハウジング９は、ハウジング内筒９Ａとハウジング外筒９Ｂとを嵌合させたものであり、その嵌合部に、冷却のための円筒状の通油路１６が設けられている。

主軸１０は、その前側の端部１０ａに工具またはワーク（図示せず）を着脱自在に取付けるチャック（図示せず）が設けられ、後ろ側の端部１０ｂは、モータ等の駆動源の回転伝達機構（図示せず）を介して連結される。モータはハウジング９に内蔵しても良い。このスピンドル装置は、例えばマシニングセンタ、旋盤、フライス盤、研削盤等の各種の工作機械に適用できる。

前記各実施形態では円筒ころ軸受を適用しているが、転がり軸受として、例えば、円すいころ軸受、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受を適用しても良い。

１〜１Ｃ…転がり軸受
２…内輪
２ｃ…斜面
３…外輪
２ａ，３ａ…軌道面
４…転動体
５…保持器
６…凹み部
７…基油吐出孔

Claims (8)

1. 内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有し、グリースで潤滑が行われる転がり軸受において、
   前記外輪の外周面の少なくとも一部に、グリースを溜める凹み部を設け、且つ、前記外輪に、前記凹み部に溜めたグリースの基油を外輪の内周面へ吐出する基油吐出孔を設けたことを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受である転がり軸受。
3. 請求項２において、前記外輪の凹み部を、外輪軌道面と転動体との接触部の範囲よりも、外輪軸方向外側に配設した転がり軸受。
4. 請求項３において、前記外輪の基油吐出孔の吐出側先端を、外輪の内周面における外輪軌道面付近に設けると共に、前記基油吐出孔を、前記凹み部から基油の吐出側先端に向かうに従って、転動体と外輪軌道面との接触部近傍に近づくように設けた転がり軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記外輪の凹み部を円周方向複数箇所に設けた転がり軸受。
6. 請求項５において、前記転がり軸受が横形スピンドルに用いられるものであり、この転がり軸受における外輪の各凹み部を、外輪軸心を通る上下方向の平面に対して離れた位置に配設した転がり軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、内輪外径面に、軸受端面側から中心に近づく程大径となる斜面を設けた転がり軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受であり、この円筒ころ軸受を、工作機械用主軸または産業機械用主軸の支持に用いた転がり軸受。

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