JP2013011353A - 円筒ころ軸受及び工作機械用主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリース供給時に温度の脈動を生じない円筒ころ軸受、及びそれを用いた工作機械用主軸装置を提供する。
【解決手段】円筒ころ軸受１０は、補給孔１５が形成される外輪１１と、内輪１２と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の円筒ころ１３と、一対の円環部１６及び一対の円環部１６を軸方向に連結する複数の柱部１７とを有する保持器１４と、を備え、補給孔１５を介してグリースが補給される。外輪１１の補給孔１５は、保持器１４の円環部１６の外周面と対向する範囲内に開口し、円環部１６の外周面には、ポケット部を画成する第１円弧領域と、柱部１７が連結される第２円弧領域とが交互に設けられ、円環部１６の外周面には、複数の凹状切欠部２０が円周方向に離間して形成され、各凹状切欠部２０は、第２円弧領域を介して複数の第１円弧領域に跨って、且つ、複数の第１円弧領域に亘って形成される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、円筒ころ軸受及び工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、高速回転する工作機械の主軸や高速モータ等に用いられる円筒ころ軸受及びそれを用いた工作機械用主軸装置に関する。

工作機械主軸用の軸受には、工作精度向上のため、振動、音響等の特性が良好であることが求められる。また、工作機械主軸用の軸受には、取り扱いやすく、環境面やコスト面で有利な、グリース潤滑を採用し、かつ、高速回転性、高寿命を達成することが求められている。

工作機械主軸に用いられるグリース潤滑の転がり軸受は、発熱しないように、初期に封入したグリースのみで潤滑されるのが普通である。グリースを封入した初期段階で、グリースの慣らし運転を行わずに高速回転させると、グリースの噛み込みや攪拌抵抗により異常発熱を起こすため、数時間をかけて慣らし運転を行ってグリースを最適な状態にしている。

近年、工作機械主軸の高速化が益々進み、主軸を支持する軸受はｄｍＮ（＝（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒｐｍ））１００万以上という環境で使用されることが珍しくなくなっている。グリース潤滑の転がり軸受は、オイルエアやオイルミスト等の油潤滑のものと比較すると高速回転における寿命が短い傾向がある。グリース潤滑の場合、軸受の転がり疲れ寿命よりも前に、グリース劣化により軸受が焼付いてしまう。回転数が著しく高い場合、短時間でグリースが劣化または油膜形成不足により、早期に焼付が発生する。

出願人は、この問題を解決するため、グリース潤滑されている転がり軸受であって、外輪に補給孔が設けられ、該補給孔を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースを補給する転がり軸受や、一回の補給量が０．００４〜０．１ｃｃとなるようにグリースを補給する転がり軸受を提案している（例えば、特許文献１及び２参照）。これらの転がり軸受によれば、回転している軸受の異常昇温が抑制され、焼付の発生を防ぐことが可能である。したがって、特許文献１及び２に記載の転がり軸受によれば、異常昇温を回避し、慣らし運転を実施しなくてもよい。

特開２００３−１１３８４６号公報 特開２００４−２７８６４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の転がり軸受では、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースを補給することにより異常昇温を発生しないように構成することは可能であるが、グリースの一回の補給量が多い場合には、温度の脈動を生じてしまう可能性がある。

特に、円筒ころ軸受は接触角を有しないため、アンギュラ玉軸受や円すいころ軸受に比べてグリースの円滑な排出が行なわれ難く、軸受空間内に多量のグリースが滞留すると、温度の脈動が発生して異常昇温を生じるという問題が発生しやすかった。特許文献２では、一回の補給量が０．００４〜０．１ｃｃとなるようにグリースを補給することが記載されているが、短時間でグリースを補給する際、円筒ころ軸受における温度の脈動及び異常昇温の抑制についてさらなる改良が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、グリース供給時に温度の脈動を抑制することができる円筒ころ軸受、及びそれを用いた工作機械用主軸装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内周面に外輪軌道面が形成されると共に、少なくとも一つの補給孔が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成される内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する保持器と、
を備え、前記円筒ころの転動時に前記補給孔を介してグリースが補給される円筒ころ軸受であって、
前記外輪の補給孔は、前記保持器の円環部の外周面と対向する範囲内に開口し、
前記円環部の外周面には、前記ポケット部を画成する第１円弧領域と、前記柱部が連結される第２円弧領域とが交互に設けられ、
前記円環部の外周面には、複数の凹状切欠部が円周方向に離間して形成され、
前記各凹状切欠部は、前記第２円弧領域を介して前記複数の第１円弧領域に跨って、且つ、前記複数の第１円弧領域に亘って形成されることを特徴とする円筒ころ軸受。
（２） 前記複数の凹状切欠部は、前記円環部の少なくともすべての前記第１円弧領域に亘って形成されることを特徴とする（１）に記載の円筒ころ軸受。
（３） 主軸が（１）または（２）に記載の円筒ころ軸受により回動自在に支持されることを特徴とする工作機械用主軸装置。

本発明の円筒ころ軸受によれば、グリースが早期に劣化または油膜形成不足により軸受が破損する前に、新たなグリースを補給することにより、軸受寿命の延長が可能となる。供給されたグリースは、補給孔を通って軸受空間に補給され、円筒ころや保持器に付着し、円筒ころや保持器の回転に伴って軸受内部全体に馴染む。このとき、軸受空間に多量のグリースが供給されると、回転している円筒ころがグリースを噛み込み、グリースの攪拌抵抗によって異常発熱する虞がある。

しかしながら、（１）の構成によれば、円環部の外周面には、ポケット部を画成する第１円弧領域と、柱部が連結される第２円弧領域とが交互に設けられ、円環部の外周面には、複数の凹状切欠部が円周方向に離間して形成され、各凹状切欠部は、第２円弧領域を介して複数の第１円弧領域に跨って、且つ、複数の第１円弧領域に亘って形成されるので、軸受空間に多量のグリースが供給されても、余剰のグリースは軸受空間から凹状切欠部を介して外部へ排出される。これにより、グリース補給時の温度の脈動を抑制することができ、また、異常昇温の発生を防止することができる。

また、外輪の補給孔は、保持器の円環部の外周面と対向する範囲内に開口するので、補給孔から補給されたグリースは、円環部の外周面と外輪の内周面との間でより慣らされてから軸受空間に供給される。これにより、一度に大量のグリースが塊として軸受空間に供給されることが阻止され、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温を抑制することができる。

また、本発明の工作機械用主軸装置によれば、主軸が、異常昇温や温度の脈動が抑制された本発明の円筒ころ軸受によって回動自在に支持されるので、工作機械主軸装置の加工精度を高いレベルに保つことが可能である。

本発明の円筒ころ軸受が適用される工作機械用主軸装置を示す縦断面図である。 グリース補給器の模式図である。 図１のIII部に示した、本発明の第１実施形態である円筒ころ軸受の要部断面図である。 図３に示す円筒ころ軸受の要部破断斜視図である。 （ａ）は、供給されるグリースの長さを説明するための円筒ころ軸受の断面図であり、（ｂ）は、補給孔形状を示すための外輪の部分上面図であり、（ｃ）は、他の補給孔形状を示すための外輪の部分上面図である。 第１実施形態の変形例である円筒ころ軸受の要部断面図である。 第１実施形態の他の変形例である円筒ころ軸受の要部断面図である。 本発明の第２実施形態である円筒ころ軸受の要部断面図である。 本発明の第３実施形態である円筒ころ軸受の要部断面図である。 図９の円筒ころ軸受の要部破断斜視図である。 図９の保持器の断面図である。 （ａ）は、第３実施形態の第１変形例の保持器の断面図であり、（ｂ）は、第３実施形態の第２変形例の保持器の断面図である。 第４実施形態の円筒ころ軸受の要部破断斜視図である。 図１３の保持器の断面図である。 （ａ）は、第５実施形態の後側軸受ハウジングと円筒ころ軸受の外輪を外輪の補給孔が形成される軸方向位置で切断した断面図であり、（ｂ）は（ａ）のXV−XV線に沿った断面図である。 第５実施形態の変形例を示す、図１５の（ｂ）に対応する図である。 第６実施形態の後側軸受ハウジングと円筒ころ軸受の断面図である。 第６実施形態の変形例を示す後側軸受ハウジングと円筒ころ軸受の断面図である。 第６実施形態の比較例を示す後側軸受ハウジングと円筒ころ軸受の断面図である。 第７実施形態の円筒ころ軸受の要部断面図である。 第７実施形態の効果を説明するための参考例としての円筒ころ軸受の要部断面図である。 第７実施形態の変形例を示す、円筒ころ軸受の要部断面図である。 （ａ）は、第８実施形態の円筒ころ軸受の要部断面図であり、（ｂ）は第８実施形態の変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 試験１の試験装置を示す断面図である。 試験２の比較例を示す断面図である。 試験３の各円筒ころ軸受を示し、（ａ）は補給孔が保持器の円環部外周面の軸方向範囲内に開口する円筒ころ軸受の断面図、（ｂ）は補給孔が軸方向範囲から若干ずれて開口する円筒ころ軸受の断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、試験３の各円筒ころ軸受を示し、補給孔が外輪軌道面上に開口する円筒ころ軸受の断面図である。 図２６（ａ）の温度測定結果を示すグラフである。 図２６（ｂ）の温度測定結果を示すグラフである。 試験４の図９〜１１の円筒ころ軸受の場合の温度測定結果を示すグラフである。 試験４の図１３及び図１４の円筒ころ軸受の場合の温度測定結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る円筒ころ軸受及びそれを用いた工作機械用主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態） 図１は、本発明の円筒ころ軸受が適用される工作機械用主軸装置の縦断面図である。図１に示すように、主軸装置１００の主軸１０１は、転がり軸受であるアンギュラ玉軸受１０２及び本発明の円筒ころ軸受１０によって主軸ハウジング１０３内に支持されている。

主軸ハウジング１０３は、ハウジング本体１０４と、ハウジング本体１０４の前端（図中左側）に内嵌固定された前側軸受ハウジング１０５と、ハウジング本体１０４の後側（図中右側）に内嵌固定された後側軸受ハウジング１０６とを備えている。前側軸受ハウジング１０５の端部には、外輪押さえ部材１０７及び内輪押さえ部材１０８が設けられており、外輪押さえ部材１０７と内輪押さえ部材１０８との間には、ラビリンスが形成されている。主軸ハウジング１０３の後端面は、カバー１０９によって覆われている。

主軸１０１は、前側軸受ハウジング１０５に外嵌する２つのアンギュラ玉軸受１０２，１０２と、後側軸受ハウジング１０６に外嵌する１つの円筒ころ軸受１０に内嵌することにより、主軸ハウジング１０３に対して回転自在に支承されている。２つのアンギュラ玉軸受１０２，１０２の外輪間には、外輪間座１１０が配置されており、また内輪間には、内輪間座１１１が配置されている。さらに、円筒ころ軸受１０の外輪の軸方向両側にも、一対の外輪間座３０，３０が配置されており、内輪の軸方向両側にも内輪間座３１，３１が配置されている。

主軸１０１の軸方向の略中央部には、ロータ１２０が外嵌固定されている。ロータ１２０の外周面側には、ステータ１２１が所定距離離れて同軸配置されている。ステータ１２１は、ステータ１２１の外周面側に配置されたステータ固定部材１２２を介してハウジング本体１０４に固定されている。ハウジング本体１０４とステータ固定部材１２２との間には、主軸１０１の周方向に沿う方向に複数の溝１２３が形成されている。この複数の溝１２３内には、ステータ１２１の冷却用の冷媒が流される。

同様に、ハウジング本体１０４と前側軸受ハウジング１０５との間であって、アンギュラ玉軸受１０２の外周側にあたる部位には、ハウジング及び軸受冷却用の冷媒が流される複数の溝１２４が形成されている。

この主軸ハウジング１０３の後端面には、軸受１０２，１０２，１０のそれぞれにグリース供給を行うためのグリースが供給される３個のグリース供給口１３２が周方向に沿って開口している（図１には一つのみ図示）。これらの３つのグリース供給口１３２は、ハウジング本体１０４、前側軸受ハウジング１０５及び後側軸受ハウジング１０６内に形成されたグリース供給路１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃにそれぞれ連通している（図１では、便宜上、各グリース供給路１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃを同一断面に図示している）。これにより、本実施形態の主軸装置１００は、外部に設けられたグリース補給器１３０からグリース供給管１３１を介して主軸ハウジング１０３内にグリースを供給する。

グリース供給路１３３ａは、円筒ころ軸受１０の外輪側に対応して形成された開口１４０に連通しており、グリース供給路１３３ｂは、前側（図左側）に配置されたアンギュラ玉軸受１０２の外輪側に対応して形成された開口１４１に連通しており、またグリース供給路１３３ｃは、後側（図中央）に配置されたアンギュラ玉軸受１０２の外輪側に対応して形成された開口１４２に連通している。これにより、グリース補給器１３０から供給されたグリースは、各軸受１０２，１０２，１０の外輪側まで独立に供給される。開口１４０，１４１，１４２は、各軸受１０２，１０２，１０の外輪に形成された補給孔に連通しており、グリースは補給孔を介して軸受空間内部に独立して供給される。

グリース補給器１３０は、各軸受１０２，１０２，１０に対して独立にグリース供給可能に構成されている。すなわち、グリース補給器１３０は、適宜なタイミングで（間欠的または定期的に）、各軸受１０２，１０２，１０毎にグリースショットする。補給されたグリースは、アンギュラ玉軸受１０２内部の玉及び円筒ころ軸受１０内部の円筒ころの転動に伴い、軸受１０２及び１０内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。なお、円筒ころ軸受１０は、アンギュラ玉軸受１０２よりも温度の脈動が顕著に起こりやすいため、一回の補給量はアンギュラ玉軸受への補給量よりも少なくするとより良い。

また、アンギュラ玉軸受１０２，１０２を固定側、円筒ころ軸受１０を自由側で使用する主軸装置１００において、玉軸受１０２，１０２と円筒ころ軸受１０では必要な供給量が異なり、従来のオイルエア潤滑の場合には、玉軸受１０２，１０２と円筒ころ軸受１０の供給量は、３：１程度で円筒ころ軸受の方が少なくなるように設定している。

ここで、図２に示すグリース補給器１３０では、複数の玉軸受用吐出口１３５ａ及び円筒ころ軸受用吐出口１３５ｂが設けられており、それぞれ各グリース供給管１３１に接続される。このように構成されるグリース補給器１３０は、玉軸受用吐出口１３５ａ、円筒ころ軸受用吐出口１３５ｂから異なる吐出量のグリースを玉軸受１０２，１０２と円筒ころ軸受１０にそれぞれ供給してもよい。また、グリース補給器１３０の吐出口１３５ａ，１３５ｂ毎に供給タイミングを制御することで、玉軸受１０２，１０２と円筒ころ軸受１０の補給間隔をずらし、補給量を各軸受１０２，１０２，１０毎に異ならせて、最適な補給量を供給することもできる。

即ち、各軸受１０２，１０２，１０への補給間隔を等しく制御して各吐出口１３５ａ，１３５ｂからの吐出量を異ならせてもよいし、各吐出口１３５ａ，１３５ｂからの吐出量を等しくして補給間隔をずらして制御してもよく、或いは、各軸受毎に異なる吐出量、異なる補給間隔でグリースを供給して、各軸受１０２，１０２，１０毎の最適な補給量を供給すればよい。

また、本実施形態においては、各軸受１０２，１０２，１０の軸受空間内部に連通したグリース排出路１４３が前側軸受ハウジング１０５及び後側軸受ハウジング１０６に形成されている。グリースは、このグリース排出路１４３を介して、グリース排出路１４３の外周側開口１４４から装置外に排出される。

図３及び図４に示す円筒ころ軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａが形成されると共に、径方向に貫通する補給孔１５が形成される外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａが形成されると共に、内輪軌道面１２ａの両側に鍔部１２ｂを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に配置された複数の円筒ころ１３と、一対の円環部１６及び一対の円環部１６を軸方向に連結する複数の柱部１７を有し、複数の円筒ころ１３を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部１８を形成する外輪案内型の樹脂製保持器１４と、を備えている。

外輪１１は、後側軸受ハウジング１０６に内嵌されており、補給孔１５は、ハウジング１０６内に形成されたグリース供給路１３３ａの開口１４０と連通し、保持器１４の円環部１６の外周面１６ａに向けて開口している。

内輪１２は、内周面１２ｃをテーパ状に形成しており、内輪１２を主軸１０１に対して内周面１２ｃの大径側(図３において左方向)に相対移動させることにより、主軸１０１のテーパ部１０１ａに外嵌される。また、同時に、内輪１２を主軸１０１に対して大径側に押し込むことにより、内輪１２を径方向に移動させて円筒ころ軸受１０の内部隙間を調整している。なお、内輪１２の軸方向位置は、大径側に配置された内輪間座３１の軸方向寸法によって調整される。

保持器１４は、円環部１６の外周面１６ａを案内面とし、外輪１１の内周面と摺接することで保持器１４を案内する。また、この円環部１６の外周面１６ａは、外輪１１の補給孔１５から補給されたグリースを外輪１１の内周面との間で潰して保持器１４になじませる。なお、図中、符号１９は、柱部１７の円周方向側面から連続した側面を有し、円筒ころ１３を確実に保持するためのころ止め部である。

円筒ころ軸受１０の軸受空間には、軸受空間容積の８〜１５％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用時には、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔１５を介して、軸受に対する一回の補給総量が０．０２ｃｃ以下、好ましくは０．０１ｃｃ以下、より好ましくは０．００５ｃｃ以下で、且つ、軸方向片側の補給孔１５を通過する一回の補給総量が０．０１以下、好ましくは、０．００５ｃｃ以下のグリースが補給される。なお、図５（ａ）は、呼び番号Ｎ１０１１（内径：５５ｍｍ）の円筒ころ軸受１０において、グリースの補給量が０．０１ｃｃ、０．０２ｃｃの場合に補給孔１５から吐出するグリースの量を、保持器や内輪を無視してグリースの長さとして模式的に示したものである。このようにグリースの補給量を規制することで、一度に多量のグリースが軸受空間に供給されることが防止され、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温が抑制される。

また、グリースを補給する際、グリースを数秒かけて軸受内に徐々に入れてあげることで温度の安定性をさらに得ることができる。この場合、グリース補給器１３０のピストン（図示せず）の駆動方式をモータねじ、又はカム駆動にすることでグリースを少しずつ押し出すことが可能になり、温度の安定性が確保される。また、外輪１１の補給孔１５自体を、図５（ｂ）に示す丸孔から図５（ｃ）に示す長孔とすることで、吐出するグリースが一箇所から集中して出ずに、グリースの長さを短くして（吐出面積を広くして）保持器１４でならしやすくすることができる。また、図５（ａ）〜（ｃ）においては、外輪１１の外周面において後述する環状溝４０が形成されている。

なお、外輪１１の補給孔１５は、図６に示すように、一対の円環部１６の両方の外周面１６ａに向けて開口するように、軸方向に離間して両側に設けられてもよい。この場合、各補給孔１５から供給されるグリースの量は、軸方向片側に設けられた補給孔１５の場合の補給総量に対して半分の量に設定される。また、軸方向片側の補給孔１５における一回の補給総量は、第５実施形態のように補給孔１５が円周方向に複数形成されている場合においても変わらないものとする。

また、内輪１２の軸方向両側に配置された一対の内輪間座３１は、それぞれ内輪１２と当接する側にフランジ部３２を有する。フランジ部３２の外径Ｄ_１は、保持器１４の内径
Ｄ_２より大径に設定されており、円筒ころ１３の軸方向両側は、保持器１４の円環部１６
と内輪間座３１のフランジ部３２とによりカバーされた状態となっている。

これにより、円環部１６の外周面１６ａと外輪１１の内周面により慣らされて円環部１６の外側に排出されたグリースが軸受空間に戻ることを防止でき、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温を抑制することができる。特に、主軸装置１００を縦置きとして、工具が下方に位置する場合には、円環部１６の外部に排出されたグリースが重力により軸受空間に戻ることを効果的に防止することができる。

なお、フランジ部３２の外径Ｄ_１は、余剰のグリースが円環部１６の外側に排出されるのを阻害しないように、外輪軌道面１１ａの内径より１ｍｍ以上小さく設定される。また、本実施形態では、一対の内輪間座３１の両方のフランジ部３２の外径Ｄ_１を保持器１４
の内径Ｄ_２より大径としたが、少なくとも補給孔１５と対向する円環部側に配置された内輪間座３１のフランジ部３２の外径Ｄ_１が保持器１４の内径Ｄ_２より大径であればよい。
勿論、図６のように、軸方向両側に補給孔１５が形成される場合には、一対の内輪間座３１のフランジ部３２の外径Ｄ_１を保持器１４の内径Ｄ_２より大径とする。

さらに、図７に示すように、保持器１４に対向する側の内輪間座３１のフランジ部３２の端面３２ａをテーパ形状に形成し、回転中に内輪間座３１に付着した余剰のグリースをスムーズに排出するようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、図１の工作機械の主軸装置に適用される本実施形態の円筒ころ軸受１０Ａについて図８を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態の円筒ころ軸受１０Ａは、外輪１１に設けられた軸方向両側の補給孔１５Ａ，１５Ｂと保持器１４の円環部１６との相対位置を規制したもので、外輪１１の補給孔１５Ａ，１５Ｂが保持器１４の円環部１６の外周面１６ａと対向する軸方向範囲Ｌ内に開口するように構成される。本実施形態では、補給孔１５Ａ，１５Ｂの開口は、直径０．１〜５ｍｍ、好ましくは、１〜２．５ｍｍの円形断面に形成されている。

具体的に、内輪１２は、ポケット部１８に円筒ころ１３が組み込まれた保持器１４と共にテーパ大径側に移動し、テーパ状の内周面１２ｃを主軸１０１のテーパ部１０１ａに外嵌させると共に、円筒ころ軸受１０Ａの内部隙間を調整すべく大径側に押し込まれる。このため、各補給孔１５Ａ，１５Ｂは、内輪１２の押し込みにより内輪１２と外輪１１との間にずれｅが生じる場合を考慮して位置決めされることが望ましい。なお、補給孔１５を軸方向片側とする場合には、内輪１２を押し込んだ際に円筒ころ１３から遠ざかるテーパ小径側に補給孔１５Ａを配置するのが望ましい。

また、保持器１４は、円筒ころ１３に対して軸方向に０．２〜０．３ｍｍ程度移動可能であるため、この保持器１４の移動量も考慮して補給孔１５の開口が軸方向範囲Ｌから外れないように形成されることがより望ましい。

このように補給孔１５Ａ，１５Ｂの開口が円環部１６の外周面１６ａの軸方向範囲Ｌ内に位置することで、軸受使用時に、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔１５Ａ，１５Ｂを介して所定の補給量（例えば、軸受に対する一回の補給総量が０．０２ｃｃ以下、好ましくは０．０１ｃｃ以下）のグリースを補給すると、グリースは円環部１６の外周面１６ａと外輪１１の内周面との間で十分に慣らされる。このため、グリースの塊が円筒ころ１３に直接付着することが確実に防止され、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温の発生を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、図１の工作機械の主軸装置に適用される本実施形態の円筒ころ軸受１０Ｂについて図９〜１１を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態の円筒ころ軸受１０Ｂでは、保持器１４の円環部１６の外周面１６ａには、複数の凹状切欠部２０が円周方向に離間して形成されている。図１１に示すように、複数の凹状切欠部２０は、隣接する柱部１７間、即ち、複数のポケット部１８を画成する円弧領域Ａに形成されており、柱部１７が連結される円弧領域Ｂには、径方向に突出する複数の案内突片２１が形成されている。

この保持器１４では、案内突片２１の外周面が、外輪１１の内周面と摺接することで保持器１４を案内する案内面を構成すると共に、外輪１１の補給孔１５から補給されたグリースを外輪１１の内周面との間で潰してなじませる。また、凹状切欠部２０は、軸受空間内の余剰のグリースを外側に排出するように作用する。

円筒ころ軸受１０Ｂの軸受空間には、軸受空間容積の８〜１５％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用時には、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔１５を介して所定の補給量（例えば、軸受に対する一回の補給総量が０．０２ｃｃ以下、好ましくは０．０１ｃｃ以下）のグリースが補給される。軸受空間に供給されたグリースの余剰分は、円筒ころ軸受１０Ｂの回転に伴って凹状切欠部２０から軸受空間外に円滑に排出される。これにより、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温が抑制される。

尚、本実施形態では、凹状切欠部２０の外周面は、柱部１７の外周面と連続するように同じ外径寸法に形成されているが、これに限定されず、図１１の一点鎖線に示すように、柱部１７の外周面より径方向外方に形成されてもよい。

また、凹状切欠部２０は、ポケット部１８を画成する円弧領域Ａに亘って形成されているが、必ずしも円弧領域Ａ全域に亘って形成される必要はなく、図１２（ａ）の第１変形例に示すように、少なくとも外輪軌道面１１ａと円筒ころ１３との接触部Ｃに対応する円弧領域を含んで設けられていればよく、その大きさや数は任意に設定可能である。

さらに、図１２（ｂ）に示す第２変形例のように、凹状切欠部２０は、案内突片２１の間隔を柱部１７の間隔より大きくして、複数の円弧領域Ａに跨って形成されてもよく、少なくとも複数のポケット部１８を画成するすべての円弧領域Ａにおいて形成されるようにしてもよい。但し、外輪１１によって保持器１４が安定して案内されるためには、外輪１１の内周面と摺接する案内突片２１は、少なくとも３個形成される必要がある。

（第４実施形態）
次に、図１の工作機械の主軸装置に適用される本実施形態の円筒ころ軸受１０Ｃについて図１３，１４を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

図１３及び図１４に示す円筒ころ軸受１０Ｃでは、保持器１４の複数の案内突片２１が円環部１６の外周面のうち、ポケット部１８を画成する円弧領域Ａの中間部にそれぞれ設けられ、複数の凹状切欠部２０は、柱部１７が連結される円弧領域Ｂから円弧領域Ａの一部に亘って形成されている。

このような円筒ころ軸受１０Ｃにおいても、軸受空間に供給されたグリースの余剰分は、円筒ころ軸受１０Ｃの回転に伴って凹状切欠部２０から円滑に排出される。これにより、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温が抑制される。

なお、この円筒ころ軸受１０Ｃにおいても、凹状切欠部２０や案内突片２１の大きさや数は任意に設定可能であるが、外輪１１によって保持器１４が安定して案内されるためには、外輪１１の内周面と摺接する案内突片２１は、少なくとも３個形成される必要がある。

また、上記各実施形態の円筒ころ軸受１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃでは、保持器１４は外輪案内型としたが、ころ案内型としてもよい。また、ころ案内型の保持器に凹状切欠部を構成する場合は、円環部に径方向に突出する複数の突片を設けることで、複数の突片間に凹状切欠部が形成される。この場合も、複数の突片によって外輪の補給孔から供給されたグリースが均一に慣らされ、凹状切欠部によって余剰のグリースが円滑に排出される。但し、ころ案内型の保持器とするためには、突片の外径と外輪の内径との隙間は、ころの案内隙間より大きく設定する必要がある。

また、上記各実施形態の円筒ころ軸受１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃでは、保持器１４は軸方向両側の円環部１６の外周面１６ａで案内されているが、外輪案内型及びころ案内型いずれの保持器においても、補給孔１５が軸方向片側のみ形成されている場合には、補給孔１５が形成された側の円環部１６の外周面１６ａのみで案内してもよい。

（第５実施形態）
次に、図１の工作機械の主軸装置に適用される本実施形態の円筒ころ軸受１０Ｄについて図１５及び図１６を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

図１５（ａ）は、後側軸受ハウジング１０６と円筒ころ軸受１０Ｄの外輪１１のみを、外輪の補給孔１５が形成される軸方向位置で切断した断面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のXII−XII線に沿った断面図である。本実施形態の円筒ころ軸受１０Ｄでは、外輪１１は、円周方向に１８０°離間した位置に２つの補給孔１５が形成されており、また、これら補給孔１５が形成される軸方向位置の外周面には環状溝４０が形成されている。外輪１１以外の構成は、上記実施形態のものと同様である。

これにより、後側軸受ハウジング１０６のグリース供給路１３３ａから供給されたグリースは、外輪１１の環状溝４０を介して補給孔１５へと供給される。従って、例えば、特許文献１に記載の軸受に比べて、グリース供給路１３３ａの開口１４０と補給孔１５との位相合わせを行なわずに後側軸受ハウジング１０６と外輪１１とを嵌合することができ、組付け性が向上する。

また、この場合に、外輪１１に補給孔１５が円周方向に一本しか形成されていない場合、組み付けによってはグリース供給路１３３ａと補給孔１５の位相が最大１８０°異なり、増調剤等、グリースの一部が補給経路の途中で固化して十分なグリース補給ができなくなる可能性がある。一方、本実施形態の場合には、外輪１１には、１８０°離間して２つの補給孔１５が設けられているので、グリース供給路１９６と最も近い補給孔１５との位相のずれは最大で９０°となり、補給経路の途中でのグリースが固化することを抑制することができる。

なお、外輪１１に設ける補給孔１５の数が多いほど、グリース供給路１３３ａから最も近い補給孔１５までの距離を短くできる。例えば、６つの補給孔１５（６０°間隔）を円周方向に等間隔に設けると、グリース供給路１３３ａと最も近い補給孔１５の位相のずれは最大３０°となる。従って、少なくとも２つの補給孔１５を円周方向に等間隔で設けることが望ましい。

また、本実施形態では、環状溝４０は外輪１１に形成されているが、図１６に示すように、後側軸受ハウジング１０６の内周面でグリース供給路１３３ａの開口１４０が形成される軸方向位置に環状溝４０´が形成されてもよい。さらに、上記構成はアンギュラ玉軸受などの玉軸受にも適用することができ、同様に効果を奏する。

（第６実施形態）
次に、テーパ小径側と大径側の両側に補給孔を有する円筒ころ軸受１０が適用される工作機械の主軸装置について図１７及び図１８を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態では、図１７に示すように、後側軸受ハウジング１０６は径方向に分割され、メインハウジング１０６Ａとサブハウジング１０６Ｂによって構成される。メインハウジング１０６Ａには、１本のグリース供給路１３３ａ１が軸方向両側の補給孔１５Ａ，１５Ｂの軸方向中間位置に形成される。また、サブハウジング１０６Ｂには、グリース供給路１３３ａ１に連通するグリース溜り５０、及び該グリース溜り５０と外輪１１の軸方向両側の補給孔１５Ａ，１５Ｂとをそれぞれ連通させる２本のサブグリース供給路１３３ａ２が形成されている。

例えば、図１９に示すように、後側軸受ハウジング１０６に形成したグリース供給路１３３ａを小径内周面側の補給孔１５Ａの軸方向位置で分岐して、軸方向両側の補給孔１５Ａ，１５Ｂにグリースを供給することが考えられる。この場合、小径内周面側の補給孔１５Ａとグリース供給路１３３ａの開口１４０の互いの位相が同じ場合には、補給孔１５Ａにすべてのグリースが供給されてしまって大径内周面側の補給孔１５Ｂにはグリースが供給されず、互いの位相が約９０度異なっている場合に大径内周面側の補給孔１５Ｂにもグリースが供給される。

このため、図１７に示すように、二分割された二つのハウジング１０６Ａ，１０６Ｂにグリース供給路１３３ａ１，１３３ａ２及びグリース溜り５０を構成することで、補給孔１５Ａ，１５Ｂとグリース供給路１３３ａ１，１３３ａ２との位相に関わらず、各補給孔１５Ａ，１５Ｂに略均一にグリースを供給することができる。

また、図１７のような構成では、補給孔１５Ａ，１５Ｂに対するハウジング本体１０４及びメインハウジング１０６Ａのグリース供給路を一本で構成することができる。一方、図１８に示すように、ハウジング本体１０４や後側軸受ハウジング１０６に補給孔１５Ａ，１５Ｂと対応する別々のグリース供給路１３３ａ，１３３ａ´を位相を変えて形成してもよい。この場合、後側軸受ハウジング１０６を分割せずに、各補給孔１５Ａ，１５Ｂに略均一にグリースを供給することができる。

（第７実施形態）
次に、図１の工作機械の主軸装置に適用される円筒ころ軸受１０Ｅについて図２０〜図２２を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態では、図２０に示すように、一対の補給孔１５Ｃは、保持器１４の円環部１６の外周面１６ａに向けて開口すると共に、径方向外方に向かうにつれて軸方向中心側寄りとなるように傾斜して穿孔されている。これにより、補給孔１５Ｃの外径側と軸方向同位置で外輪１１の外周面に形成された環状溝４０Ａも軸方向中心側寄りに形成される。

図２１に示すように、補給孔１５が径方向に沿って形成される場合には、外輪１１の面取り許容差範囲内で環状溝４０と面取り部１１ｂとの間の距離ａが十分に確保できない場合があり、距離ａが１ｍｍ以下になるとグリースが面取り部１１ｂから漏れやすくなることが実験的に確認されている。

このため、上記構成とすることで、図２０に示すように、環状溝４０と面取り部１１ｂとの間の距離ａを十分に確保することができ、面取り部１１ｂ側からの漏れを防止することが出来る。なお、補給孔１５が径方向に沿って形成されている上記実施形態において、距離ａが１ｍｍ以下となるような場合には、面取り部１１ｂの許容差を変更、もしくは面取り部１１ｂ自体の寸法を小さくすることで、漏れを防止しても良い。

また、本実施形態の変形例として、図２２に示すように、外輪１１の外周面で、環状溝４０Ａの軸方向両側に、Ｏリング１５０を配置して、面取り部１１ｂからの漏れを確実に防止するようにしてもよい。

（第８実施形態）
次に、図１の工作機械の主軸装置に適用される円筒ころ軸受１０Ｆについて図２３を参照して詳細に説明する。なお、上記実施形態と同等部分については同一符号を付して、説明を省略或は簡略化する。

本実施形態では、図２３（ａ）に示すように、外輪１１の外周面には、一対の補給孔１５Ｃの両方が外径側において開口する単一の環状溝４０Ｂが一本のグリース供給路１３３ａと連通するように設けられている。この環状溝４０Ｂは、円筒ころ１３の軸方向幅よりも軸方向において幅広に形成されている。

これにより、円筒ころ１３からの転動体荷重を受けた際に、環状溝４０Ｂの有無による外輪１１の変形量が均一となることから、エッジロードの発生を効果的に抑えることができる。また、環状溝４０Ｂは、円筒ころ１３の軸方向幅より幅広なため、外輪１１が変形しやすくなり、運転時の予圧を軽減する効果を奏し、焼付きや寿命延長に有効である。

また、本実施形態の変形例として、図２３（ｂ）に示すように、図２２と同様、外輪１１の外周面で、環状溝４０Ｂの軸方向両側に、Ｏリング１５０を配置して、面取り部１１ｂからの漏れを確実に防止するようにしてもよい。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、本発明の各実施形態は、実施可能な範囲において組み合わせて適用可能である。
本発明の工作機械用主軸装置１００では、モータの前側に２つのアンギュラ玉軸受１０２，１０２を配置し、後側に１つの円筒ころ軸受１０を配置した例を挙げたが、使用される軸受は上記の配列、個数に限定されるものではなく、任意に設定可能である。例えば、モータの前側に１つの円筒ころ軸受と２つのアンギュラ玉軸受を配置し、後側に１つの円筒ころ軸受を配置してもよく、また、前側に４つのアンギュラ玉軸受を配置し、後側に１つの円筒ころ軸受を配置してもよい。

以下、本発明の効果を確認するため各実施形態についての試験を行った。

（試験１）
まず、第１実施形態の図３及び図４に示した円筒ころ軸受１０を図２４に示すような縦型の試験装置に組み込んで試験を行なった。試験に使用された円筒ころ軸受１０は、内輪内径５５ｍｍ、外輪外径９０ｍｍ、幅１８ｍｍ、ころ径８ｍｍ、ころ幅８ｍｍ、ころ数１８の単列円筒ころ軸受(ＮＳＫ製、呼び番号Ｎ１０１１)とし、軸受に対する一回のグリース補給総量及び補給間隔は、０．０２ｃｃ／４時間、０．００５ｃｃ／４時間、０．００５ｃｃ／６時間の３種類とした。尚、組み込み時のラジアル隙間は０μｍであり、回転数は２２０００ｍｉｎ^−１（ｄｍｎ＝１６０万）である。また、グリースは、ＭＴＥグリース（Ｂａコンプレックス＋エステル油（動粘度２０ｍｍ^２／ｓｅｃ））を使用しており、
以下の試験も同様である。

試験結果は、０．０２ｃｃ／４時間の補給条件では、運転開始してから１００時間経過後のグリースショット直後に異常な温度上昇が認められた。一方、グリース供給量を少なくした０．００５ｃｃ／４時間、０．００５ｃｃ／６時間の条件では、いずれも２０００時間の間支障なく運転することができた。また、２０００時間の運転後、円筒ころ軸受を分解して細部を詳細に調査したが、軸受の損傷はどこにも認められず、良好であった。

（試験２）
次に、図３に示した内輪間座３１を用いた場合と、図２５に示すようなスリンガー間座３１Ａを用いた場合について比較試験を行なった。スリンガー間座３１Ａは、フランジ部３２Ａの外径が円環部１６の外周面１６ａ近傍に設計されている。試験は、実施例１と同じ呼び番号Ｎ１０１１の円筒ころ軸受１０を使用し、軸受に対する一回のグリース補給総量及び補給間隔は０．０１ｃｃ／１時間、回転数は２００００ｍｉｎ^−１とした。

図２５に示すスリンガー間座３１Ａを使用した場合にはグリースの排出が悪いため、慣らし運転時に異常昇温が発生し、運転を停止した。一方、図３に示した内輪間座３１を用いた場合には、１００時間経過しても異常昇温は見られず、支障なく運転することができた。

（試験３）
次に、図２６及び図２７に示す位置に補給孔を設けて、第２実施形態の効果を確認した。なお、補給孔の位置以外は、図８に示した円筒ころ軸受１０Ａと同様であり、図２６（ａ）では、小径側のみに補給孔１５が設けられ、この補給孔１５は軸方向範囲Ｌ内に開口する。図２６（ｂ）では、大径側のみに補給孔１５が設けられ、この補給孔１５は、軸方向範囲Ｌから円筒ころ１３側に若干ずれて開口している。試験は、内輪内径６０ｍｍ、外輪外径９５ｍｍ、幅１８ｍｍ、ころ径８ｍｍ、ころ幅８ｍｍ、ころ数２０の単列円筒ころ軸受(ＮＳＫ製、呼び番号Ｎ１０１２)を使用し、軸受に対する一回のグリース補給総量及び補給間隔は０．０１ｃｃ／１時間、回転数は１９０００ｍｉｎ^−１とした。

図２９に示すように、図２６（ｂ）に示す位置に補給孔１５が設けられた場合には、１０時間後から脈動が発生し（Ｘ１部）、１８時間後にグリースショット直後に異常昇温が発生している（Ｘ２部）。一方、図２８に示すように、図２６（ａ）に示す位置に補給孔１５を設けた場合には、５００時間の間支障なく運転することができた。なお、図２８のＹ部の温度上昇は、１０ショット連続でグリースを供給して供給確認を行なったものである。また、図２７（ａ）や図２７（ｂ）に示すように、補給孔１５を外輪軌道面上で開口させた場合には、いずれも慣らし運転中に異常昇温及び異常音を発生した。

（試験４）
次に、図３及び図４の円筒ころ軸受１０、図９〜１１の円筒ころ軸受１０Ｂ、図１３及び図１４の円筒ころ軸受１０Ｃを用いて、凹状切欠部２０の効果を確認する試験を行なった。試験は、上述の呼び番号Ｎ１０１２の単列円筒ころ軸受を使用し、いずれの円筒ころ軸受１０，１０Ｂ，１０Ｃも、補給孔１５を内輪１２の大径内周面側に形成し、補給孔１５は軸方向範囲Ｌから円筒ころ１３側に若干ずれて開口している。軸受に対する一回のグリース補給総量及び補給間隔は０．０１ｃｃ／１時間、回転数は１９０００ｍｉｎ^−１とした。

図３及び図４の円筒ころ軸受１０を使用した場合は、上述の図２６（ｂ）のものと同条件となることから、図２９に示した測定結果のように脈動、異常昇温が発生する。

一方、円筒ころ軸受１０Ｂでは、図３０に示すように、試験開始後５２０時間経過した後も温度の脈動は観測されず、良好な結果であった。なお、温度の全体的なふら付きは、室温の影響によるものである。また、円筒ころ軸受１０Ｃでは、図３１に示すように、試験開始後２４時間程度経過した時点から脈動と思われる温度変化が出現し（Ｗ１部）、次第に脈動が大きくなる傾向が見られたが（Ｗ２部）、５００時間経過後も異常昇温は発生せず、円筒ころ軸受１０と比較して良好であることがわかる。従って、凹状切欠部２０を外輪軌道面１１ａと円筒ころ１３との接触部Ｃに対応する位置、即ち、ポケット部１８を画成する円弧領域Ａに形成することで、軸受空間からのグリース排出が良好となり、温度の脈動を抑制できることがわかる。

（試験５）
次に、図１５及び図１６に示す円筒ころ軸受１０Ｄを用いて、各補給孔１５から供給されるグリースの補給量を確認するための試験を行なった。なお、外輪１１には、１８０°間隔で２箇所に形成された補給孔１５を軸方向両側に形成し、グリース供給路からの供給量を０．０１ｃｃとした。表１は、各補給孔からのグリース補給量を示す。

表１から分かるように、各補給孔からのグリース供給量の平均値は０．００１６〜０．０２３ｃｃと略均一に供給されることが確認された。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ 円筒ころ軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１３ 円筒ころ
１４ 保持器
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 補給孔
１６ 円環部
１６ａ 外周面
１７ 柱部
１８ ポケット部
２０ 凹状切欠部
２１ 案内突片
３１ 内輪間座
３２ フランジ部
１００ 主軸装置
１０１ 主軸
Ｌ 軸方向範囲
Ｄ_１ フランジの外径
Ｄ_２ 保持器の内径

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道面が形成されると共に、少なくとも一つの補給孔が形成される外輪と、
   外周面に内輪軌道面が形成される内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
   一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する保持器と、
   を備え、前記円筒ころの転動時に前記補給孔を介してグリースが補給される円筒ころ軸受であって、
   前記外輪の補給孔は、前記保持器の円環部の外周面と対向する範囲内に開口し、
   前記円環部の外周面には、前記ポケット部を画成する第１円弧領域と、前記柱部が連結される第２円弧領域とが交互に設けられ、
   前記円環部の外周面には、複数の凹状切欠部が円周方向に離間して形成され、
   前記各凹状切欠部は、前記第２円弧領域を介して前記複数の第１円弧領域に跨って、且つ、前記複数の第１円弧領域に亘って形成されることを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 前記複数の凹状切欠部は、前記円環部の少なくともすべての前記第１円弧領域に亘って形成されることを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。
3. 主軸が請求項１または２に記載の円筒ころ軸受により回動自在に支持されることを特徴とする工作機械用主軸装置。

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