JP4527622B2

JP4527622B2 - 転がり軸受の潤滑装置

Info

Publication number: JP4527622B2
Application number: JP2005210205A
Authority: JP
Inventors: 正継森
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: JP2007024263A

Description

本発明は、内輪の冷却機能を兼ね備えた転がり軸受の潤滑装置に関する。

工作機械の主軸等のように高速回転する回転軸を支持する転がり軸受では、加工負荷等によって内輪の温度が外輪よりも高くなる。このためこの温度差に伴う内輪と外輪の熱膨張差によって軸受の予圧が過大となり、軸受寿命が短くなる問題がある。

このような問題に対して、冷却油供給装置から供給される冷却油を転がり軸受の軸方向一端側から回転輪の内輪に吐出し、この冷却油が吐出される内輪の一端側の外径面と隙間を持って対向するシール部を設けて、冷却油の一部をこのシール部の隙間から軸受内部へ潤滑油として流入させ、別途の冷却装置を設けることなく内輪の冷却機能を兼ね備えるようにした転がり軸受の潤滑装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたものでは、内輪の一端側の外径面を軌道面側へ拡径するテーパ面として、このテーパ面と隙間を持って対向するシール部の軸方向内側端を保持器の軸方向外側端よりも内側に位置させ、吐出される冷却油の一部を内輪の回転に伴う遠心力でテーパ面に沿わせて軌道面側へ導き、シール部の内側端から軸受内部へ流入させるようにしている。テーパ面に沿ってシール部の内側端から軸受内部へ潤滑油として流入する冷却油は、そのままテーパ面に沿って内輪の軌道面に導かれるものと、シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散するものとに分かれる。

特開２００４−３６０８２８号公報（第５−７図）

特許文献１に記載された転がり軸受の潤滑装置は、内輪の外径テーパ面と隙間を持って対向するシール部の軸方向内側端が保持器の軸方向外側端よりも内側に位置するので、前記シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油が保持器に捕捉される。この遠心力によって外径側に飛散する冷却油の割合は、内輪の回転速度が大きくなるほど増加する。このため、工作機械の主軸等のように毎分１万回転以上の高速で回転する回転軸を支持する転がり軸受では、保持器に捕捉されて軸受内部に滞留する冷却油の量が多くなり、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗が増大して、動力損失が大きくなる可能性がある。

そこで、本発明の課題は、内輪の冷却機能を兼ね備えた転がり軸受の潤滑装置において、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、冷却油供給装置から供給される冷却油を転がり軸受の軸方向一端側から回転輪の内輪に吐出し、この冷却油が吐出される内輪の一端側の外径面と隙間を持って対向するシール部を設けて、前記内輪の一端側に吐出される冷却油の一部を、このシール部の隙間から転動体が保持器で保持された軸受内部へ潤滑油として流入させるようにした転がり軸受の潤滑装置において、前記シール部の軸方向内側端を前記保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させた構成を採用した。

すなわち、シール部の軸方向内側端を保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させることにより、シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油の大部分が保持器に捕捉されないようにし、軸受内部に滞留する冷却油の量を少なくして、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減できるようにした。

前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の外径面を、その軌道面側へ拡径するテーパ面とすることにより、吐出される冷却油の一部を、内輪の回転に伴う遠心力でテーパ面に沿わせて軌道面側へ効率よく導くことができる。

前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の端面に周方向へ延びる円周溝を設け、前記冷却油をこの円周溝に向けて吐出することにより、内輪の冷却効率を高めることができる。

本発明の転がり軸受の潤滑装置は、冷却油の一部を潤滑油として軸受内部に流入させるために内輪の一端側の外径面と隙間を持って対向するシール部の軸方向内側端を、保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させることにより、シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油の大部分が保持器に捕捉されないようにしたので、軸受内部に滞留する冷却油の量を少なくして、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減することができる。

前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の端面に周方向へ延びる円周溝を設け、冷却油をこの円周溝に向けて吐出することにより、内輪の冷却効率を高めることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る転がり軸受の潤滑装置を採用した工作機械のスピンドル装置を示す。このスピンドル装置は、端部に工具またはワークのチャックが取り付けられ、モータ（図示省略）で回転駆動される主軸２０が、軸受箱２１に軸方向で離して組み込まれた２つの転がり軸受であるアンギュラ玉軸受１で支持されている。また、スピンドル装置には、後述するように、軸受箱２１とアンギュラ玉軸受１の内輪２を冷却する冷却油を供給する冷却油供給装置３０が接続されている。

図２に示すように、前記アンギュラ玉軸受１は、内輪２と外輪３の各軌道面２ａ、３ａ間にボール４が保持器５で保持され、内輪２にアキシアル荷重が負荷される正面側で、外輪３の内径面にカウンタボア３ｂが設けられ、背面側の内輪２の外径面に軌道面２ａ側へ拡径するテーパ面２ｂが設けられるとともに、その端面に周方向へ延びる円周溝６が設けられている。

図１に示したように、前記軸受箱２１は、内箱２１ａと外箱２１ｂの二重構造とされ、２つのアンギュラ玉軸受１の内輪２は、間に内輪間座２２を介在させて主軸２０に外嵌され、両側を内輪押さえ２３で固定されている。また、間に外輪間座２４を介在させた２つの外輪３は、本発明に係る潤滑装置を構成する冷却油導入部材１１を背面側の端面に当接され、内箱２１ａに内嵌されて両側を外輪押さえ２５で固定されている。

前記軸受箱２１の内箱２１ａと外箱２１ｂの間には冷却油循環路３１が形成され、冷却油供給装置３０から供給経路３２と戻り経路３３で循環供給される冷却油が、外箱２１ｂの外径面に設けられた導入孔３４ａと排出孔３４ｂを通して冷却油循環路３１に供給されるようになっている。

また、前記冷却油供給装置３０の供給経路３２には、圧力調整弁３５と油濾過器３６を介在させた分岐供給経路３２ａが設けられ、内箱２１ａの両端面に設けられた各導入孔３７に冷却油が供給されるようになっている。各導入孔３７に供給される冷却油は冷却油導入部材１１へ導入され、後述するように、各アンギュラ玉軸受１の軸受内部の潤滑と内輪２の冷却に使用された後、内箱２１ａの下側に設けられた油回収路３８に回収され、油ポンプ３９で冷却油供給装置３０に戻される。

図２に示したように、前記外輪３の背面側端面に当接された冷却油導入部材１１は内箱２１ａに内嵌され、内箱２１ａの導入孔３７に連通する導入孔１１ｂが設けられて、その先端に内輪２の円周溝６に冷却油を吐出するノズル１２が設けられている。また、冷却油導入部材１１の前面側には、内輪２側へ張り出して内輪２のテーパ面２ｂと隙間を持って対向するシール部１３を形成する張り出し部１１ａが設けられ、この張り出し部１１ａで円周溝６の周りに貯油空間１４ａが形成されている。円周溝６に吐出されて内輪２を冷却した大部分の冷却油は貯油空間１４ａに溜まり、冷却油導入部材１１に設けられた連通孔１１ｅから、その後面側に取り付けられた蓋部材１５で密閉された貯油空間１４ｂへ移動する。

前記円周溝６へ吐出されて内輪２を冷却した冷却油の一部は、内輪２の回転に伴う遠心力によりテーパ面２ｂに沿ってシール部１３の隙間を導かれ、シール部１３の内側端から軸受内部へ潤滑油として流入する。シール部１３の内側端から軸受内部へ流入した冷却油は、そのままテーパ面２ｂに沿って内輪２の軌道面２ａに導かれるものと、シール部１３の内側端から遠心力によって外径側に飛散するものとに分かれる。

前記張り出し部１１ａで形成されたシール部１３の軸方向内側端は保持器５の軸方向外側端よりも外側に位置している。したがって、シール部１３の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油の大部分は、保持器５に捕捉されることなく外輪３側へ飛散し、後述するように、外輪３の端部に沿って冷却油導入部材１１に設けられた排出溝１１ｄから油回収路３８に回収される。

図３に示すように、前記冷却油導入部材１１には、貯油空間１４ｂに連通する排出孔１１ｃと、外輪３の端面に沿って軸受内部に連通する排出溝１１ｄが設けられている。また、内箱２１ａの下部には、これらの排出孔１１ｃと排出溝１１ｄとを、それぞれ油回収路３８に連通する排出孔４０ａ、４０ｂが設けられている。したがって、内輪２を冷却して各貯油空間１４ｂに溜まった冷却油は、排出孔１１ｃ、４０ａを通して油回収路３８に回収され、軸受内部を潤滑した一部の冷却油は、排出溝１１ｄと排出孔４０ｂを通して油回収路３８に回収される。

実施例として、図２に示したように、シール部１３の軸方向内側端を保持器５の軸方向外側端よりも外側に位置させた転がり軸受の潤滑装置を装着したスピンドル装置と、比較例として、特許文献１の図６に示されるように、シール部３１ａａの軸方向内側端を保持器５の軸方向外側端よりも内側に位置させた転がり軸受の潤滑装置を装着したスピンドル装置を用意した。実施例と比較例のスピンドル装置は、図１に示したように、主軸２０を２つのアンギュラ玉軸受１で支持したものとし、主軸２０の直径（アンギュラ玉軸受１の内径）は、いずれも７０ｍｍとした。なお、各潤滑装置の冷却油の給油量は２リットル／分、冷却油を吐出する各ノズルの直径は１．２ｍｍとし、各軸受の予圧は１ｋＮとした。

上記実施例と比較例の転がり軸受の潤滑装置を装着したスピンドル装置について、その主軸を回転駆動するモータの回転数Ｎを５０００ｒｐｍから４００００ｒｐｍまで変化させ、回転数Ｎの変化に伴うモータの消費動力Ｗの変化を測定した結果を図４に示す。この測定結果からも分かるように、実施例のものは、いずれの回転数Ｎでも消費動力Ｗが比較例のものより低く、特に、２５０００〜３５０００ｒｐｍの高速回転で消費動力Ｗが最大０．４ｋＷ程度低くなっている。この実施例における消費動力Ｗの低減は、冷却油の一部を潤滑油として軸受内部に流入させるシール部の軸方向内側端を保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させて、シール部の内側端から外径側に飛散する冷却油が保持器に捕捉されないようにし、軸受内部に滞留する冷却油の量を少なくして、軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減した効果によるものと考えられる。

上述した実施形態では、転がり軸受をアンギュラ玉軸受としたが、本発明に係る転がり軸受の潤滑装置は、深溝玉軸受やころ軸受等の他の転がり軸受にも適用することができる。

本発明に係る転がり軸受の潤滑装置を採用したスピンドル装置とこれに接続された冷却油供給装置を示す構成図図１の潤滑装置のＡ部を拡大して示す断面図図１の潤滑装置のＢ部を拡大して示す断面図モータの回転数Ｎと消費動力Ｗの関係を測定した結果を示すグラフ

符号の説明

１アンギュラ玉軸受
２内輪
３外輪
２ａ、３ａ軌道面
２ｂテーパ面
３ｂカウンタボア
４ボール
５保持器
６円周溝
１１冷却油導入部材
１１ａ張り出し部
１１ｂ導入孔
１１ｃ排出孔
１１ｄ排出溝
１１ｅ連通孔
１２ノズル
１３シール部
１４ａ、１４ｂ貯油空間
１５蓋部材
２０主軸
２１軸受箱
２１ａ内箱
２１ｂ外箱
２２内輪間座
２３内輪押さえ
２４外輪間座
２５外輪押さえ
３０冷却油供給装置
３１冷却油循環路
３２供給経路
３２ａ分岐供給経路
３３戻り経路
３４ａ導入孔
３４ｂ排出孔
３５圧力調整弁
３６油濾過器
３７導入孔
３８油回収路
３９油ポンプ
４０ａ、４０ｂ排出孔

Claims

冷却油供給装置から供給される冷却油を転がり軸受（１）の軸方向一端側から回転輪の内輪（２）の前記一端側に吐出してこの吐出された冷却油でもって内輪（２）の冷却を行い、この冷却油が吐出される内輪（２）の一端側の外径面と隙間を持って対向して前記吐出された冷却油の軸受内部への流入を規制するシール部（１３）を設けて、前記内輪（２）の一端側に吐出される冷却油の一部を、このシール部（１３）の前記隙間から転動体（４）が保持器（５）で保持された軸受内部へ潤滑油として流入させるようにした転がり軸受（１）の潤滑装置において、前記シール部（１３）の前記隙間を形成する軸方向内側端を前記保持器（５）の軸方向外側端よりも外側に位置させたことを特徴とする転がり軸受の潤滑装置。
前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪（２）の外径面を、その軌道面側へ拡径するテーパ面（２ｂ）とした請求項１に記載の転がり軸受の潤滑装置。
前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪（２）の端面に周方向へ延びる円周溝（６）を設け、前記冷却油をこの円周溝（６）に向けて吐出するようにした請求項１または２に記載の転がり軸受の潤滑装置。