JP2018168952A - グリース補給用軸受間座・軸受組およびスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気が貫通する条件下において、軸受内部の潤滑を長期に渡り安定して得られるグリース補給用軸受間座、および軸受組、並びにそのスピンドル装置を提供する。【解決手段】モータ内蔵の空冷スピンドル装置等のように、圧縮空気を軸受２内の空間に通過させる用途の転がり軸受２と組み合わせて、このグリース補給用の軸受間座３が用いられる。このグリース補給用の軸受間座３は、内輪間座１１と外輪間座１２との組からなり、両間座１１，１２間にグリースＧを保持し、軸受２の圧縮空気供給側に配置される。【選択図】図１

Description

この発明は、小型工作機械のモータ内蔵のスピンドル装置や、その他、圧縮空気が軸受内部を貫通する条件下で使用される転がり軸受と組み合わせられるグリース補給用軸受間座、その軸受組およびスピンドル装置に関する。

グリース潤滑で使用される転がり軸受は、一般的には軸受内に積極的な外部からの空気の流入がない状態で使用される。モータを内蔵する大型、中型の工作機械のスピンドル装置では、通常ハウジング側に冷却液を循環させることで、モータや軸受の発熱を取り去り、スピンドルの温度を安定させる外筒冷却を用いる場合が多い。しかし、小型工作機械のスピンドル装置において、冷却液通路を設けるとハウジング外径が大きくなり、省スペースでの利用には不利となる。また冷却液を循環させるための付帯装置やランニングコストも必要となるため、軸受の内部に圧縮空気を貫通させる空冷形式とされることがある。モータ内蔵のスピンドル装置では、モータ側から圧縮空気を流し、工具設置側となるスピンドル先端付近でハウジング外に圧縮空気を排出させることでエアシールの役割も兼ね備えた形式が採られる（例えば、特許文献１）

従来の工作機械のスピンドル装置に用いられる一般的なアンギュラ玉軸受としては、図８に示す内輪４と外輪５との間にシールを持たない開放型と、図９に示すように両端にシールを有する密封型とがある。

特開２０１７−２９７１号公報 特開２０１６−２３７１９号公報

上記のような工作機械のスピンドル装置を初め、圧縮空気が軸受内部を貫通する条件では、グリース及び基油が徐々に流出し、特に工具設置側となる最先端に位置する軸受内部のグリースは減少し易い。そのため、軸受内部の潤滑が長期に渡り安定して得られるようにすることが望まれる。
軸受内部のグリース封入量を増やすと、グリースを保持している期間は長くなるが、グリースの攪拌抵抗が増え、高速回転時に発熱量が多くなる。スピンドル装置にモータ内蔵の場合は、モータの発熱により、さらに温度上昇が生じる。工作機械のスピンドル装置等では、軸受の発熱は加工精度の低下に繋がるため、出来るだけ抑え、微量潤滑とすることが望まれる。

なお、従来の一般的なアンギュラ玉軸受としては、上記のように図８の開放型と、図９の密封型とがあるが、上記の圧縮空気が軸受内部を貫通する条件で使用した場合、図８の開放型は圧縮空気が流れ易い反面、グリースが排出され易い。図８，図９における矢印は圧縮空気の流れを示す。図９の密封型は、グリースを保持し易い反面、圧縮空気が流れ難い。そのため、モータや軸受の冷却効果やエアシール効果が低下する。
図５のように外輪５の内周で転動体が転がる近傍にグリースポケット１０を設けることで、封入グリースの潤滑効果の向上を図ったものも提案され、上記の課題解消に役立っているが、軸受２内でのグリースの封入では限りがあり、より長期間に渡って潤滑が安定して得られるようにすることが望まれる。

この発明の目的は、圧縮空気が貫通する条件下において、軸受内部の潤滑を長期に渡り安定して得られるグリース補給用軸受間座、軸受組、およびスピンドル装置を提供することである。

この発明のグリース補給用軸受間座は、圧縮空気を軸受空間内に通過させる用途の転がり軸受における圧縮空気供給側に配置される軸受間座であって、内輪間座と外輪間座との組からなり、前記内輪間座と外輪間座間の空間にグリースを保持する。

この構成によると、圧縮空気により、この軸受間座の内部のグリースおよびその基油が、徐々に移動し、隣接する軸受内部に移動することで、軸受内の減少したグリースおよびその基油を補給する。これにより、軸受の長寿命化が安定して得られる。このため、軸受内のグリースの初期封入量が少なくて済み、軸受内の封入グリースを増やす場合と異なり、攪拌抵抗の増大の問題が生じず、発熱を抑えて高速回転化が図れる。また、間座にグリースを保持する機能を持たせるので、単に介在させるだけでよくて、ハウジングへの設置も容易であり、簡単な構成で多量のグリースを保持しておくことができる。
なお、この軸受間座内でのグリースの保持位置は特に問わないが、圧縮空気を通過させる必要があるため、例えば外輪間座の内周面に塗り付けておく方法を採ることなどで、圧縮空気を通過にも容易に対応することができる。

この発明のグリース補給用軸受間座において、前記外輪間座の軸方向の両端に設けられ先端が内輪間座に近接して間座内部空間をシールする非接触シールを有していてもよい。 軸受間座の両端に前記シール部材があると、内部のグリースが過剰に流出することが防止され、長期間に渡って微量ずつ、軸受に補給されるようになる。

この発明のグリース補給機能付き軸受組は、圧縮空気を軸受空間内に通過させる用途の転がり軸受と、この軸受における圧縮空気供給側に配置される軸受間座とでなり、この軸受間座が、この発明の上記いずれかの構成のグリース補給用軸受間座とされる。 この構成の軸受組によると、この発明のグリース補給用軸受間座につき説明した前記の各作用，効果が得られる。

この発明のグリース補給機能付き軸受組において、前記グリース補給用軸受間座に保持されたグリースが、前記転がり軸受内に封入されたグリースよりも基油粘度が低くてもよい。
グリース補給用軸受間座内のグリースは、軸受内の封入グリースに比べて潤滑の必要箇所が遠い位置にあるため、基油粘度が低いグリースとすることで、軸受内の潤滑必要箇所への補給がより円滑に安定して行われる。

この発明のスピンドル装置は、ハウジング内に、主軸を支持する複数の軸受組と、前記主軸を駆動するモータとが内蔵され、前記ハウジング内に、前記モータの外周を通りかつ前記複数の軸受組における軸受空間内を通る圧縮空気の通気経路を有するスピンドル装置であって、前記複数の軸受組のうちの少なくとも一つの軸受組がこの発明のグリース補給用軸受間座であってもよい。
この発明のグリース補給用軸受間座および軸受組は、このようなスピンドル装置に適用された場合に、その圧縮空気が貫通する条件下において、軸受内部の潤滑を長期に渡り安定して得られると言う作用効果が、より効果的に発揮される。

この発明のグリース補給用軸受間座は、圧縮空気を軸受空間内に通過させる用途の転がり軸受における圧縮空気供給側に配置される軸受間座であって、内輪間座と外輪間座との組からなり、前記内輪間座と外輪間座間の空間にグリースを保持したため、圧縮空気が貫通する条件下において、軸受内部の潤滑を長期に渡り安定して得られる。

この発明のグリース補給機能付き軸受組は、圧縮空気を軸受空間内に通過させる用途の転がり軸受と、この軸受における圧縮空気供給側に配置される軸受間座とでなり、前記軸受間座がこの発明のグリース補給用軸受間座であるため、圧縮空気が貫通する条件下において、軸受内部の潤滑を長期に渡り安定して得られる。

この発明のスピンドル装置は、ハウジング内に、主軸を支持する複数の軸受組と、前記主軸を駆動するモータとが内蔵され、前記ハウジング内に、前記モータの外周を通りかつ前記複数の軸受組における軸受空間内を通る圧縮空気の通気経路を有するスピンドル装置であって、前記複数の軸受組のうちの少なくとも一つの軸受組がこの発明のグリース補給用軸受間座であるため、軸受内部の潤滑を長期に渡り安定して得られる。

この発明の第１の実施形態に係るグリース補給機能付き軸受組を示す断面図である。 同軸受組を用いたスピンドル装置の断面図である。 同軸受組を用いたスピンドル装置の他の例の断面図である。 同軸受組を用いたスピンドル装置のさらに他の例の断面図である。 同軸受組を構成する軸受の一例の断面図である。 この発明の他の実施形態に係るグリース補給機能付き軸受組を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るグリース補給機能付き軸受組を示す断面図である。 従来例の断面図である。 他の従来例の断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、このグリース補給用軸受間座用いた軸受組を示し、図２はこの軸受組を用いたスピンドル装置の一例を示す。図１において、この軸受組１は、転がり軸受である２個の軸受２，２と、グリース補給用軸受間座である１個の軸受間座３とでなる。

各軸受２は、図５に拡大して示すように、シール付きのアンギュラ玉軸受であり、内輪４と外輪５の軌道面４ａ，５ａ間にボールからなる複数の転動体６が介在し、これら転動体６が保持器７のポケット内に保持されている。外輪５の内周に、軸受空間の両端をシールするシール部材８，９が取付けられ、これらシール部材８，９は、内輪４の外周面に近接して内輪４とシール部材８，９との間に隙間を有する非接触シール（ラビリンスシール）を構成している。シール部材８，９の外輪５への取付けは、外輪５の内径面に設けられたシール取付溝１７に外周縁を嵌め込むことで行われている。

外輪５は、正面側に環状のグリースポケット１０が軌道面に隣接して形成されている。内輪４の軌道面に続く正面側（軸受背面側）の外周面は、端部に近づくに従って小径となるテーパ状面に形成されている。

図１において、両軸受２，２は、背面合わせで設置され、前記シールポケット１０は、外輪軌道面５ａに対して、互いの非隣接側に配置されている。
軸受間座３は、グリース補給用軸受間座であって、内輪間座１１と外輪間座１２との組からなり、これら内輪間座１１と外輪間座１２間の空間にグリースＧを保持している。この軸受間座３は、軸方向の両端にシール部材１３，１４が取付けられている。このシール部材１３，１４は、外輪間座１２に取付けられ先端が内輪間座１３の内周面に近接して軸受空間をシールする非接触シール（ラビリンスシール）を構成している。

この実施形態では、軸受間座３の内輪間座１１および外輪間座１２は、軸受２の内輪５および外輪６とそれぞれ同じ部材が用いられ、かつシール部材１３，１４についても軸受２のシール部材８，９と同じものが用いられ、構成部品の共通化が図られている。そのため、外輪間座１２には内周面にグリースポケット１０および軌道面が５ａが形成され、かつシール取付溝１７が形成されていて、これらシール取付溝１７に前記シール部材１３，１４が取付けられている。

軸受間座３の内輪間座１１および外輪間座１２は、軸受２とは別の間座専用部品であってもよい。その場合、例えば図６に示すように、内輪間座１１の外周面および外輪間座１２の内周面は、単なる円筒状面であってもよい。同図の例では、外輪間座１２の内周面は円筒状面であるが、両端にシール取付溝１７を有している。

軸受間座３の内輪間座１１および外輪間座１２を間座専用部品とする場合、図７に示すように、両端のシール部材１３Ａ，１４Ａは外輪間座１１と一体に形成されていてもよい。

前記各軸受組１において、軸受間座３内でのグリースＧの保持は、外輪間座１２の内周面にグリースＧを塗布することで行われ、各軸受２についても、外輪５の内周面にグリースＧを塗布することなどでグリースＧが封入されている。軸受間座３内のグリースＧと軸受２内のグリースＧとは、同種であることが好ましく、粘度については、同等であるか、または軸受間座３内のグリースＧの方が軸受２内のグリースＧよりも軟質とされる。これらのグリースＧの種類としては、石鹸系であっても、またウレア系等の非石鹸系であってもよい。

図２は、図１の軸受組１を用いたスピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置は工作機械のスピンドル装置であって、主軸２１を支持する複数の軸受組１，３１と、主軸２１を駆動するモータ２３とが同じハウジング２０の内周穴２０ａに軸方向に並べて内蔵されている。主軸２１は、先端に工具（図示せず）が装着される主軸ヘッド２１ａを有し、後部が前記モータ２３で駆動される。モータ２３は、図示は省略するが、主軸２１の外周に設けられたロータと、モータケースの内周に設けられたステータとで構成され、ハウジング２０の内周面に対して外周に隙間を介して設置される。

同図のスピンドル装置は、主軸２１の前部の２箇所の軸受組のうち、主軸頭２１ａ側の軸受組が図１の実施形態の軸受組１とされ、他方の軸受組３１が、グリース補給用軸受間座３を有しない軸受組とされている。グリース補給機能付きの軸受組１において、グリース補給用軸受間座３は、圧縮空気の流れの最も上手側、つまりモータ２３側端に配置されている。

なお、図３に示すように、グリース補給機能付き軸受組１をモータ２３側に配置しても良く、また図４に示すように、前記両方の軸受組をグリース補給機能付き軸受組１としてもよい。

図２において、ハウンジグ２０内には、圧縮空気の通気経路２５が、モータ２３の外周を通りかつ各軸受組１，３１における軸受空間内を通るように形成され、ハウジング２０の後端の端面壁に、圧縮空気入口２５ａが設けられている。圧縮空気入口２５ａは、ブロワ等の圧縮空気供給源（図示せず）に配管で接続される。通気経路２５の圧縮空気出口２５ｂは、ハウジング２０の内周穴２０ａの前端開口と主軸２１の主軸頭２１ａの内側位置に設けられた遮蔽板との間の隙間で構成されている。

この構成のスピンドル装置は、圧縮空気がモータ２３の外周および各軸受２の軸受空間を通過することで、これらモータ２３および各軸受２が冷却される。各軸受２内に圧縮空気が流れるため、液冷のための経路をハウジング２０内に設ける構成に比べて、ハウジングの外径をコンパクトできるが、その反面、各軸受２内のグリースＧおよびその基油が、圧縮空気のために徐々に流出する。
しかし、この実施形態では、軸受間座１の内部のグリースＧが徐々に移動し、圧縮空気流れの下流側に並ぶ軸受２の内部に移動することで、軸受２内の減少したグリースＧおよびその基油を補給する。これにより、軸受２の長寿命化が安定して得られる。軸受２内のグリースＧの初期封入量が少なくて済むので、軸受２内の封入グリースＧを増やす場合と異なり、攪拌抵抗の増大の問題が生じず、発熱を抑えて高速回転化が図れる。また、軸受間座３にグリースＧを保持する機能を持たせるので、単に軸受２，２間や軸受２とハウジング２０の段差面間に介在させれば良くて、ハウジング２０への設置が容易であり、簡単な構成で多量のグリースＧを保持しておくことができる。

また、この実施形態のグリース補給用の軸受間座３は、その両端にシール部材１３，１４があるため、軸受間座３の内部のグリースが過剰に流出することが防止され、長期間に渡って微量ずつ、軸受に補給されるようになる。

スピンドル装置内におけるグリース補給用の軸受間座３の配置は、スピンドル装置の特性等に応じて適宜設定すればよい。例えば、ハウジング２０内の圧縮空気出口２５ｂでは、圧縮空気が大気に開放されるために流速が速く、その付近ではグリースＧが排出され易くなる。そのため、図２の例のように、主軸値２１ａ側の軸受組１にグリース補給用の軸受間座３を設けることで、軸受２内のグリースＧが排出され易い軸受２に対してグリース補給用の軸受間座３からグリースＧを供給することができる。また、図３の例のようにモータ２３側の軸受組１にグリース補給用の軸受間座３を配置した場合は、全体の軸受２に対してグリースＧを供給できることになる。図４の例のように前後両方の軸受組１にグリース補給用の軸受間座３を設けた場合、グリースＧの保持量をより多くしてグリースの耐久性をより向上させることができる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…軸受組
２…軸受（転がり軸受）
３…軸受間座（グリース補給用軸受間座）
４…内輪
５…外輪
６…転動体
７…保持器
８，９…シール部材
１０…グリースポケット
１１…内輪間座
１２…外輪間座
１３，１４…シール部材（非接触シール）
２０…ハウジング
２１ａ…主軸ヘッド
２１…主軸
２３…モータ
２５…通気経路
２５ａ…圧縮空気入口
２５ｂ…圧縮空気出口
３１…軸受組

Claims (5)

1. 圧縮空気を軸受空間内に通過させる用途の転がり軸受における圧縮空気供給側に配置される軸受間座であって、内輪間座と外輪間座との組からなり、前記内輪間座と外輪間座間の空間にグリースを保持したグリース補給用軸受間座。
2. 請求項１に記載のグリース補給用軸受間座において、前記外輪間座の軸方向の両端に設けられ先端が内輪間座に近接して間座内部空間をシールする非接触シールを有するグリース補給用軸受間座。
3. 圧縮空気を軸受空間内に通過させる用途の転がり軸受と、この軸受における圧縮空気供給側に配置される軸受間座とでなり、前記軸受間座が請求項１または請求項２に記載のグリース補給用軸受間座であるグリース補給機能付き軸受組。
4. 請求項３に記載のグリース補給機能付き軸受組において、前記グリース補給用軸受間座に保持されたグリースが、前記転がり軸受内に封入されたグリースよりも基油粘度が低いグリース補給機能付き軸受組。
5. ハウジング内に、主軸を支持する複数の軸受組と、前記主軸を駆動するモータとが内蔵され、前記ハウジング内に、前記モータの外周を通りかつ前記複数の軸受組における軸受空間内を通る圧縮空気の通気経路を有するスピンドル装置であって、前記複数の軸受組のうちの少なくとも一つの軸受組が請求項３または請求項４に記載のグリース補給用軸受間座であるスピンドル装置。

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