JP3736628B2

JP3736628B2 - 工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置

Info

Publication number: JP3736628B2
Application number: JP2002034014A
Authority: JP
Inventors: 直樹松山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003232372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転する工作機械の主軸用スピンドル等を支持するのに用いられる軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械主軸用スピンドルを支持するために、アンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受等の複数の転がり軸受をハウジング内に組み込んだ軸受装置が用いられている。複数の転がり軸受の中には、隣り合わせでハウジング内に組み込まれるものもある。
ハウジング内の転がり軸受には、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑等の潤滑方法が用いられている。高速回転域における低昇温化や耐焼付き性能向上のためには、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑等の微量潤滑が適しているが、エアの吹き出しによる騒音問題や、環境保全に鑑みた排油処理問題などを理由に、グリース潤滑を要望する声も非常に大きい。
【０００３】
グリース潤滑の場合、軸受内部のグリースのみで潤滑を行うため、高速回転における発熱や、急な加減速運転に伴う油膜切れによってグリースが劣化し、早期に焼付きが発生することがある。特に、ｄｍＮ（＝（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒｐｍ））１５０万を越える高速回転域で所定のグリース寿命及び軸受寿命を保証するのは困難である。
グリース寿命を延長することを目的として、間座の内部等に補給用のグリースを貯留しておく技術や、外部からグリースを補給する技術が提案されているが、更なる改善が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、図６に示すように、ハウジング９１内に一対のアンギュラ玉軸受９２，９２を隣り合わせに配置した軸受装置９０に、グリース補給装置９９を接続し、次の試験を行った。試験では、各軸受９２に軸受空間容積の７０％以上のグリースを封入して１２０００／ｍｉｎ^-1まで慣らし運転をした後、軸受空間容積の４％のグリースをグリース補給装置９９から補給して１２０００／ｍｉｎ^-1まで一気に回転した。その結果、軸受９２，９２の温度が安定せずに、異常発熱してしまった。
これは、（１）グリースを補給しても、軸受空間に既に封入されていた古いグリースがスムーズに排出されずに、この古いグリースが邪魔になって新しいグリースによって軌道面等を潤滑できない、（２）一方の軸受の軸受空間から排出された古いグリースが他方の軸受の軸受空間に突入してしまう、等が要因となったと考えられる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、安定したグリース補給を行って良好なグリース潤滑状態を保つことができ、ひいては軸受の長寿命化を図ることができる工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）軸受空間にグリースを封入してグリース潤滑される反カウンタボア側が対向する一対の外輪カウンタボアのアンギュラ玉軸受と、前記アンギュラ玉軸受に外嵌されたハウジングと、前記アンギュラ玉軸受の軸受空間にグリースを補給するためのグリース補給孔を有するグリース補給機構を備えた軸受装置であって、前記グリース補給孔が前記アンギュラ玉軸受の外輪内径面の外輪軌道内の接触点からカウンタボア側にずれた箇所に開口しており、一対の前記アンギュラ玉軸受のそれぞれの軸受空間の、他方のアンギュラ玉軸受に対向する反対側にグリース排出用空間が設けられ、グリース補給時にそれぞれの軸受空間から他方のアンギュラ玉軸受の軸受空間に向けてグリースが移動するのを抑制する抑制手段が前記一対のアンギュラ玉軸受間に設けられていることを特徴とする工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置。
（２）前記軸受空間の軸方向一方側にシール部材が設けられ、前記シール部材が設けられた側とは反対側のグリース排出用空間へグリースが多く排出されるようにした前記（１）に記載の工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置。
（３）前記グリース排出用空間に連通して定期的に吸引する吸引路を備え、該吸引路を介して前記グリース排出用空間からグリースが吸引される前記（１）又は（２）に記載の工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置。
【０００７】
上記構成によれば、軸受空間に新しいグリースが補給されると、既に軸受空間内に封入されていた古いグリースが順次グリース排出用空間に移動する。したがって、古いグリースが軸受空間に滞留することがなく、グリース補給される毎に、新しいグリースによる軌道面等の潤滑が可能となる。グリース排出用空間を設けたことで、一方のアンギュラ玉軸受の軸受空間から、他方のアンギュラ玉軸受の軸受空間へ古いグリースが突入することも顕著に防止できる。
また、グリース排出用空間に連通する吸引路を備えれば、吸引路を介してグリース排出用空間からグリースを吸引することで、古いグリースを効率よく排出できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は、工作機械主軸用スピンドルや、ＡＣサーボモータ用スピンドルを支持するのに好適に用いられる。
図１に、本発明第１実施形態の軸受装置１０を示す。軸受装置１０は、ハウジング１１内に、外輪カウンタボアのアンギュラ玉軸受である一対の転がり軸受１２，１２が軸方向に間隔をあけて組み込まれている。転がり軸受１２は、その内周面に外輪軌道を有する外輪１３と、その外周面に内輪軌道を有する内輪１４と、外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に複数配された玉１５と、それら玉１５を転動自在に保持する保持器１６とを備えている。
図示しないが、ハウジング１１内に他の転がり軸受（アンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受等）が複数組み込まれていてもよい。
【０００９】
ハウジング１１には、グリース補給装置７０に備えられたグリース補給用配管７１を挿入可能なグリース補給孔１１ａが形成されている。グリース補給孔１１ａは、転がり軸受１２の外輪１３に形成されたグリース補給孔１３ａに同軸状に連通接続されている。
外輪１３のグリース補給孔１３ａは、グリース補給用配管７１を挿入可能な第一部分と、グリース補給用配管７１が軸受空間内に突出しないようにする段部を介して第一部分よりも小径にされた第二部分とを有する。第二部分は、外輪１３内径面の外輪軌道内の接触点からずれた箇所に開口している。
本実施形態では、ハウジング１１に形成されたグリース補給孔１１ａと、軸受外輪１３に設けられたグリース補給孔１３ａとが、グリース補給機構として機能する。それらにグリース補給装置７０やグリース補給用配管７１をも含めたものを、グリース補給機構としてとらえてもよい。
【００１０】
各転がり軸受１２の、他方の転がり軸受に対向する側（反カウンタボア側）には、外輪１３に当接する、グリースが移動するのを抑制する抑制手段である外輪間座１７と、内輪１４に当接する内輪間座１８とが設けられている。
外輪間座１７の内周面の軸方向両端には、その箇所における内径を大きくするような凹部（凹溝）１７ａ，１７ａが設けられている。外輪間座１７の中央部１７ｂは、凹部１７ａ，１７ａに対して相対的に径方向内方に突出して（内径を小さくされて）、その内周面が内輪間座１８の外周面に微小隙間を介して近接している。こうして、外輪間座１７及び内輪間座１８によって、各軸受１２の軸受空間の他方の軸受に対向する側に（反カウンタボア側に）、グリース排出用空間１９が形成されている。
【００１１】
各転がり軸受１２の、他方の転がり軸受に対向する側の反対側（カウンタボア側）にも、外輪間座２０と、内輪間座２１とが設けられている。外輪間座２０には、前述の外輪間座１７と同様に凹部が設けられており、この外輪間座２０及び内輪間座２１によって、各軸受１２のカウンタボア側に、グリース排出用空間２２が形成されている。
【００１２】
こうして、各転がり軸受１２の軸受空間の軸方向両側に、グリース排出用空間１９，２２が形成されて、軸受空間とグリース排出用空間１９，２２とが連通している。本実施形態では、２つのグリース排出用空間１９，２２はほぼ同一の容積を有している。
【００１３】
各転がり軸受１２が、工作機械の主軸用スピンドル８１を支持する場合、一般的に、グリースの寿命として２００００時間が目安とされる。よって、グリース排出用空間１９，２２の容積は、最低限２００００時間以上、グリースを補給できるような大きさ（例えば軸受空間容積の３倍〜１０倍程度）に設定されている。本実施形態では、２つのグリース排出用空間１９，２２の容積の総和が、このような大きさに設定されていればよい。
【００１４】
この軸受装置１０を用いて試験を行った。試験では、各軸受１２に軸受空間容積の７０％以上のグリースを封入して１２０００／ｍｉｎ^-1まで慣らし運転をした後、軸受空間容積の４％のグリースをグリース補給装置７０から補給して１２０００／ｍｉｎ^-1まで一気に回転させた。その結果、軸受１２の温度は安定し、異常発熱には至らなかった。
【００１５】
本実施形態の軸受装置１０によれば、軸受空間に新しいグリースが補給されると、既に軸受空間内に封入されていた古いグリースが順次グリース排出用空間１９，２２に移動する。したがって、古いグリースが軸受空間に滞留することがなく、グリース補給される毎に、新しいグリースによる軌道面等の潤滑が可能となる。一対の転がり軸受１２，１２を軸方向に間隔をあけて配するとともに、外輪間座１７に設けた中央部１７ｂにより、一方の転がり軸受の軸受空間から、他方の転がり軸受の軸受空間へ古いグリースが移動することも確実に防止できる。
【００１６】
図２に本発明第２実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００１７】
第２実施形態の軸受装置３０は、軸方向に間隔をあけて配された各転がり軸受１２の、他方の転がり軸受に対向する側（反カウンタボア側）に、外輪１３に当接する外輪間座３７と、内輪１４に当接する内輪間座１８とが設けられている。外輪間座３７の内周面の軸方向両端には、その箇所における内径を大きくするような凹部３７ａ，３７ａが設けられている。外輪間座３７の中央部３７ｂは、凹部３７ａ，３７ａに対して相対的に径方向内方に突出して、その内周面が内輪間座１８の外周面に微小隙間を介して近接している。こうして、外輪間座３７及び内輪間座１８によって、各軸受１２の軸受空間の他方の軸受に対向する側に（反カウンタボア側に）、グリース排出用空間３９が形成されている。
【００１８】
各転がり軸受１２の、他方の転がり軸受に対向する側の反対側（カウンタボア側）にも、外輪間座３１と、内輪間座２１とが設けられている。外輪間座３１の内周面の軸方向端部には、前述の外輪間座３７に設けられた凹部３７ａよりも幅（軸方向寸法）が狭い凹部が設けられており、この外輪間座３１及び内輪間座２１によって、各軸受１２の軸方向外側に、グリース排出用空間３２が形成されている。
【００１９】
こうして、各転がり軸受１２の軸受空間の軸方向両側に、グリース排出用空間３９，３２が形成されて、軸受空間とグリース排出用空間３９，３２とが連通している。本実施形態では、軸方向内側のグリース排出用空間３９の方が、軸方向外側のグリース排出用空間３２より、容積が大きくなっている。
【００２０】
各転がり軸受１２の外輪１３に設けられたグリース補給孔１３ａは、外輪内径面の外輪軌道内の接触点からカウンタボア側にずれた箇所に開口している。すなわち、外輪軌道内の、狭いグリース排出用空間３２側の箇所に開口している。
【００２１】
本実施形態の軸受装置３０によれば、軸受空間に新しいグリースが補給されると、既に軸受空間内に封入されていた古いグリースが、広い方のグリース排出用空間３９へ多く排出される。狭い方のグリース排出用空間３２の内圧が、広い方のグリース排出用空間３９の内圧より高くなる傾向があるためである。
グリース補給孔１３ａから補給されたグリースは、外輪軌道面、転動面及び内輪軌道面を潤滑し、その後、広い方のグリース排出用空間３９へ移動する。また、外輪間座３７に設けた中央部３７ｂにより、一方の転がり軸受の軸受空間から、他方の転がり軸受の軸受空間へ古いグリースが移動することを防止できる。
【００２２】
図３に本発明第３実施形態を示す。第３実施形態の軸受装置４０は、軸方向に間隔をあけて配された各転がり軸受１２の、他方の転がり軸受に対向する側（反カウンタボア側）に、外輪１３に当接する外輪間座４７と、内輪１４に当接する内輪間座４８とが設けられている。
外輪間座４７の内周面の軸方向両端には、その箇所における内径を大きくするような凹部が設けられている。外輪間座４７の中央部４７ｂは、その内周面が内輪間座４８の外周面に微小隙間を介して近接している。こうして、外輪間座４７及び内輪間座４８によって、各軸受１２の軸方向内側に、グリース排出用空間４９が形成されている。
【００２３】
各転がり軸受１２の、軸方向外側にも、外輪間座２０と、内輪間座２１とが設けられており、これら外輪間座２０及び内輪間座２１によって、グリース排出用空間２２が形成されている。
本実施形態では、軸方向内側のグリース排出用空間４９の方が、軸方向外側のグリース排出用空間２２より、狭くなっている。
【００２４】
各転がり軸受１２の外輪１３に設けられたグリース補給孔１３ａは、外輪内径面の外輪軌道から反カウンタボア側にずれた箇所に開口している。すなわち、外輪軌道から狭いグリース排出用空間４９側にずれた箇所に開口している。ここでは、グリース補給孔１３ａが、保持器１６の案内面に向けて開口している。
【００２５】
本実施形態の軸受装置４０によれば、軸受空間に新しいグリースが補給されると、既に軸受空間内に封入されていた古いグリースが、広い方のグリース排出用空間２２へ多く排出される。グリース補給孔１３ａから補給されたグリースは、外輪軌道面、転動面及び内輪軌道面を潤滑し、その後、広い方のグリース排出用空間２２へ移動する。また、外輪間座４７に設けた中央部４７ｂにより、狭いグリース排出用空間４９に排出されたグリースの、一方の転がり軸受空間から他方の転がり軸受空間への移動を防止できる。
【００２６】
図４に本発明第４実施形態を示す。第４実施形態の軸受装置５０は、軸方向に間隔をあけて配された各転がり軸受１２の、他方の転がり軸受に対向する側（反カウンタボア側）に、外輪１３に当接する外輪間座５７と、内輪１４に当接する内輪間座５８とが設けられている。
本実施形態では、外輪間座５７の内周面が凹凸を有していない。そして、各転がり軸受１２の外輪１３の、他方の転がり軸受に対向する側に、グリースが移動するのを抑制する抑制手段である環状のシール部材５１が設けられている。シール部材５１は、その先端部（内周部）が内輪１４に接触しない非接触式のもの（シールド等）でもよいし、接触式のものでもよい。
【００２７】
各転がり軸受１２の、軸方向外側に、外輪間座２０と、内輪間座２１とが設けられており、これら外輪間座２０及び内輪間座２１によって、グリース排出用空間２２が形成されている。
各転がり軸受１２の外輪１３に設けられたグリース補給孔１３ａは、外輪内径面の外輪軌道から反カウンタボア側にずれた箇所に開口している。すなわち、外輪軌道からシール部材５１側にずれた箇所に開口している。ここでは、グリース補給孔１３ａが、保持器１６の案内面に向けて開口している。
【００２８】
本実施形態の軸受装置４０によれば、軸受空間に新しいグリースが補給されると、既に軸受空間内に封入されていた古いグリースが、グリース排出用空間２２へ多く排出される。シール部材５１が、一方の転がり軸受１２の軸受空間から他方の転がり軸受の軸受空間へ古いグリースが突入しようとするのを抑制する。グリース補給孔１３ａから補給されたグリースは、外輪軌道面、転動面及び内輪軌道面を潤滑し、その後、グリース排出用空間２２へ移動する。
【００２９】
図５に本発明第５実施形態を示す。第５実施形態の軸受装置６０は、ハウジング１１に吸引路１１ｂが設けられている。他の構成は、ここでは第３実施形態とほぼ同様にされているが、第１実施形態、第２実施形態あるいは第４実施形態と同様にされてもよい。すなわち、上記した実施形態のいずれにも、このような吸引路１１ｂを適用できる。
吸引路１１ｂは、ハウジング１１の下方で、それぞれの広いグリース排出用空間２２に連通している。この吸引路１１ｂを通じて、グリース排出用空間２２内の古いグリースが、図示しない吸引手段により定期的に吸引される。
【００３０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、外輪１３に設けられたグリース補給孔１３ａを介してグリースを補給する代わりに、軸受の側方から軸受空間へ直接グリースを補給してもよいし、内輪側のグリース溜まり等からグリースを補給してもよい。すなわち、グリースの補給方法に関しては問わない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安定したグリース補給を行って良好なグリース潤滑状態を保つことができ、ひいては軸受の長寿命化を図ることができる工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態を示す断面図である。
【図６】グリースの挙動を調べるために使用した装置の断面図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０，６０軸受装置
１１ハウジング
１１ｂ吸引路
１２転がり軸受（アンギュラ玉軸受）
１３外輪（軌道輪）
１４内輪（軌道輪）
１７，２０，３１，３７，４７外輪間座（間座）
１９，２２，３９，４９グリース排出用空間
５１シール部材
７０グリース補給装置

Claims

軸受空間にグリースを封入してグリース潤滑される反カウンタボア側が対向する一対の外輪カウンタボアのアンギュラ玉軸受と、前記アンギュラ玉軸受に外嵌されたハウジングと、前記アンギュラ玉軸受の軸受空間にグリースを補給するためのグリース補給孔を有するグリース補給機構を備えた軸受装置であって、
前記グリース補給孔が前記アンギュラ玉軸受の外輪内径面の外輪軌道内の接触点からカウンタボア側にずれた箇所に開口しており、一対の前記アンギュラ玉軸受のそれぞれの軸受空間の、他方のアンギュラ玉軸受に対向する反対側にグリース排出用空間が設けられ、グリース補給時にそれぞれの軸受空間から他方のアンギュラ玉軸受の軸受空間に向けてグリースが移動するのを抑制する抑制手段が前記一対のアンギュラ玉軸受間に設けられていることを特徴とする工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置。
前記軸受空間の軸方向一方側にシール部材が設けられ、前記シール部材が設けられた側とは反対側のグリース排出用空間へグリースが多く排出されるようにした請求項１に記載の工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置。
前記グリース排出用空間に連通して定期的に吸引する吸引路を備え、該吸引路を介して前記グリース排出用空間からグリースが吸引される請求項１又は２に記載の工作機械用主軸スピンドルを支持する軸受装置。