JP5776753B2 - 軸受装置及び工作機械用主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受装置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おいて、微量のグリース給脂によりグリース潤滑される転がり軸受を備える軸受装置及び工作機械用主軸装置に関する。

工作機械の主軸装置などに使用される転がり軸受には、取り扱い易く、環境面やコスト面で有利なグリース潤滑が採用されている。また、転がり軸受は、高速回転性、長寿命と共に、加工精度向上のため、振動、音響等の特性に対しても高い性能が要求される。このようなグリース潤滑される転がり軸受は、初期段階でグリースを封入し、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。また、グリースは、回転中にも補給されるが、高速回転で使用される転がり軸受は、グリース補給量が多いと、グリースの噛み込みや攪拌抵抗により異常発熱を起こし易い。特に、円筒ころ軸受の場合は、軌道面と転動体との接触部が線接触であるため、点接触の玉軸受と比較して発熱し易く、１回当たり補給量が０．００５〜０．１ｃｍ^３、好ましくは、０．００５〜０．０２ｃｍ^３の微量のグリースを補給する必要がある。

従来、グリース潤滑される軸受装置としては、外輪間座を介して軸受内輪側からグリースを給脂するようにして、過剰なグリース供給を防止し、グリースの撹拌抵抗に伴う発熱を抑制するようにした転がり軸受装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、保持器の円環部外周面に、複数の凹状切欠部を円周方向に形成し、多量のグリースが供給されても、余剰のグリースを軸受空間から凹状切欠部を介して外部へ排出して、グリース補給時の異常昇温を防止するようにした円筒ころ軸受が知られている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、ハウジングにグリース補充孔を貫通し、グリース補充孔に合わせて外輪に連通孔を貫通し、ハウジングの内周に連通孔に臨む環状溝、または外輪の外周に連通孔を含む環状溝を形成したものがある（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００１−２７１８４３号公報 特開２００８−１２１８８８号公報 特開２００５−５４８３３号公報

特許文献１及び特許文献２に記載の軸受装置は、多量のグリース給脂を前提とした技術であり、転がり軸受にグリースが供給される際、過剰なグリースを軸受外に排出してグリースの撹拌抵抗による発熱の抑制を図っており、グリース消費量が多くなる問題があった。一方、回転中のグリース補給の際に異常発熱を防止するため、１回当たりグリースの給脂量を少なくすると、グリースが給脂経路内に滞留する時間が長くなり、グリースの基油分が分離してしまい、また、分離した基油分が嵌合部からリークするなどして、給脂経路内で固化する場合があり、確実に給脂できなくなる虞があった。また、特許文献３に記載の軸受装置では、連通孔の穴径を１．２ｍｍとしており、条件によっては、グリースが給脂経路内で固化する可能性があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、グリースの攪拌抵抗に起因する異常発熱を防止し、且つ長寿命を達成することができる軸受装置及び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） 径方向に貫通する少なくとも１つの補給孔が形成された外輪を有する転がり軸受と、
前記外輪が嵌合する内周面に開口する少なくとも１つの給脂孔が形成されたハウジングと、
を備え、前記給脂孔及び前記補給孔を介して供給されるグリースによって前記転がり軸受が回転中もグリース補給されてグリース潤滑される軸受装置であって、
前記グリースは、基油粘度が１５〜１２０ｍｍ^２／Ｓ（４０℃）であり、
前記ハウジングには、冷却スリーブが外嵌されており、且つ、
前記ハウジングの内周面または前記外輪の外周面には、前記給脂孔と前記補給孔とが連通するように円周溝が形成されており、
少なくとも１つの前記補給孔は、前記給脂孔に対して周方向位相が４５°以内に配置され、
前記給脂孔及び前記補給孔の孔径は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、
前記給脂孔の孔径と、前記円周溝の幅方向寸法と、前記補給孔の孔径とは同一寸法に設定され、
前記給脂孔は、軸方向に延びる給脂孔と連通し、且つ、該軸方向に延びる給脂孔に対して９０°より大きい角度をなして斜めに傾斜しており、 前記外輪温度が３０℃〜４０℃で前記軸受装置を運転中に、前記グリースの１回当たり供給量を０．００５〜０．１ｃｍ^３として、前記グリースが前記転がり軸受に供給される
ことを特徴とする軸受装置。
（２） （１）に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。

本発明の軸受装置によれば、外輪に形成された補給孔及びハウジングに形成された給脂孔は、ハウジングの内周面または外輪の外周面に形成された円周溝によって連通されており、補給孔及び給脂孔の孔径が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、補給孔は給脂孔に対して周方向位相が４５°以内に配置されているので、経年変化によってグリースの流動性が低下したり、グリースが固化しても、微量のグリースを安定して給脂することができる。これによって、グリースの攪拌抵抗に起因する異常発熱を防止し、軸受装置を長寿命とすることができる。
また、前記給脂孔の孔径と、前記円周溝の幅方向寸法と、前記補給孔の孔径とは同一寸法に設定されるため、補給孔及び給脂孔の孔径が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であっても、グリースが給脂孔から円周溝に移る給脂孔と円周溝との接続箇所や、グリースが円周溝から補給孔に移る円周溝と補給孔との接続箇所に、グリースの停滞が生じる段差部が存在せず、グリースが硬化する可能性を低減することができる。
さらに、給脂孔は、軸方向に延びる給脂孔と連通し、且つ、該軸方向に延びる給脂孔に対して９０°より大きい角度をなして斜めに傾斜しているので、配管抵抗が低減され、グリースの流動性が向上し、グリース硬化が発生し難くなる。

また、転がり軸受に供給されるグリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ^３であるので、グリースの攪拌抵抗に起因する異常発熱や温度の脈動の発生を抑制して、安定した高速回転が可能となる。

また、本発明の工作機械用主軸装置によれば、主軸が、１回当たり供給量が０．００５〜０．０２ｃｍ^３の極微量のグリースで潤滑される軸受装置によって支持されているので、攪拌抵抗に起因する異常発熱や温度の脈動がなく、高精度での加工が可能となる。

本発明の第１実施形態に係る軸受装置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に示す工作機械用主軸装置の前側軸受付近の要部拡大図である。 図１に示す工作機械用主軸装置の後側軸受付近の要部拡大図である。 後側軸受ハウジングの給脂孔と後側軸受の補給孔を示す側面図である。 （ａ）外輪に設けられた１つの補給孔とハウジングの給脂孔との位相を示す軸受装置の側面図であり、（ｂ）は、外輪に設けられた２つの補給孔とハウジングの給脂孔との位相を示す軸受装置の側面図であり、（ｃ）は、外輪に設けられた３つの補給孔とハウジングの給脂孔との位相を示す軸受装置の側面図であり、（ｄ）は、外輪に設けられた４つの補給孔とハウジングの給脂孔との位相を示す軸受装置の側面図である。 （ａ）は、第１実施形態の第１の変形例を示す要部断面図であり、（ｂ）は、第１実施形態の第２の変形例を示す要部断面図である。 （ａ）は、複列円筒ころ軸受を有する第２実施形態の軸受装置の要部断面図であり、（ｂ）は、第２実施形態の第１の変形例の軸受装置の要部断面図であり、（ｃ）は、第２実施形態の第２の変形例の軸受装置の要部断面図である。 第３実施形態の軸受装置の要部断面図である。 第３実施形態の第１の変形例の軸受装置の要部断面図である。 第３実施形態の第２の変形例の軸受装置の要部断面図である。 第３実施形態の第３の変形例の軸受装置の要部断面図である。 軸受装置評価試験機の全体構成図である。

以下、本発明に係る転がり軸受装置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、本発明の転がり軸受装置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４０及び円筒ころ軸受２０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。

図２にも示すように、前側軸受ハウジング１０５に内嵌する４つのアンギュラ玉軸受４０は、外輪４１、内輪４２、外輪４１及び内輪４２間に接触角を持って転動自在に配置される転動体としての複数の玉４３、及び該玉４３を円周方向に等間隔に保持する保持器４４、を備える。また、図３に示すように、後側軸受ハウジング１０６に内嵌する１つの円筒ころ軸受２０も、外輪２１、内輪２２、外輪２１及び内輪２２間に転動自在に配置される転動体としての複数のころ２３、及び該ころ２３を円周方向に等間隔に保持する保持器２４、を備える。４つのアンギュラ玉軸受４０の外輪４１間には、外輪間座１１０が配置されており、また内輪４２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２０の外輪２１の軸方向一側にも、外輪間座１１２が配置されており、内輪２２の軸方向両側にも内輪間座１１３が配置されている。なお、本実施形態では、アンギュラ玉軸受４０及び前側軸受ハウジング１０５が、また、円筒ころ軸受２０及び後側軸受ハウジング１０６が、それぞれ本発明の軸受装置を構成する。

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、前側軸受ハウジング１０５と該ハウジング１０５に外嵌する冷却スリーブ１２５との間であって、アンギュラ玉軸受４０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、転がり軸受４０，２０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複数のグリース供給口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）。これら複数のグリース供給口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内に形成された複数のグリース供給路１３３ａ〜１３３ｆ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〜１３３ｆ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，１３３ｂは、円筒ころ軸受２０の外輪２１が嵌合する内周面に開口しており、グリース供給路１３３ｃ〜１３３ｆは、各アンギュラ玉軸受４０の外輪４１が嵌合する内周面に開口している。各グリース供給路１３３ａ〜１３３ｆは、各軸受，４０，２０の外輪４１，２１に形成された補給孔４７，２７に後述する円周溝４６，２６を介して連通している。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、補給孔４７，２７を介して各軸受４０，２０の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４０，２０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４０，２０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４０内部の玉４３及び円筒ころ軸受２０内部の円筒ころ２３の転動に伴い、軸受４０及び２０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２０は、アンギュラ玉軸受４０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。

図３及び図４に示すように、円筒ころ軸受２０にグリースを供給するためのグリース供給路１３３ａ，１３３ｂを構成する、後側軸受ハウジング１０６に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１は、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。

また、円筒ころ軸受２０の外輪２１には、２つの補給孔２７が、外輪２１の内外周面を径方向に貫通して形成されており、各補給孔２７を含む軸方向位置の外周面には、２つの円周溝２６が形成されている。これら各補給孔２７の孔径ｄ２も、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。

円周溝２６は、補給孔２７の孔径ｄ２より広い幅を有し、その断面積は補給孔２７の断面積より大きいことが、グリースの流動性を確保する上から好ましい。円周溝２６は、給脂孔１３と補給孔２７を連通させるための溝であり、ハウジング１０６の内周面に形成されてもよい（図５（ａ）〜（ｄ）参照）。

図４に示すように、円筒ころ軸受２０は、少なくとも１つの補給孔２７の後側軸受ハウジング１０６の給脂孔１３に対する周方向位相αが４５°以内となるように配置されてハウジング１０６の内周面に嵌合される。

なお、図５（ａ）〜５（ｄ）に示すように、給脂孔１３に対する補給孔２７の周方向位相合わせは、外輪２１に設けられた補給孔２７の個数によって異なる。図５（ａ）〜５（ｃ）に示すように、ハウジング１０６の給脂孔１３が１個であり、補給孔２７の個数が３個以下の場合、いずれか１つの補給孔２７の給脂孔１３に対する周方向位相αが４５°以内となるように位相合わせをしながら嵌合する必要がある。

具体的に、図５（ａ）は補給孔２７が１個であり周方向位相αが０°に設定された場合を示してる。補給孔２７が１個の場合、補給孔２７の加工が少ないので外輪２１の加工費を抑制可能であるが、この場合、周方向位相αが最大１８０°の位置で組み込まれる可能性があり、周方向位相αを４５°以内とするためには、円筒ころ軸受２０をかなり意識して組み込む必要がある。

図５（ｂ）は、補給孔２７が１８０°間隔で２個形成された外輪２１が、周方向位相４０°に設定された場合を示している。このように補給孔２７が２個の場合、周方向位相αが最大９０°の位置で組み込まれる可能性がある。このため、周方向位相αを４５°以内とするには、後側軸受ハウジング１０６と円筒ころ軸受２０との位相を調整する範囲は９０°以内となる。

図５（ｃ）は、補給孔２７が１２０°間隔で３個形成された外輪２１が、周方向位相２０°に設定された場合を示している。このように補給孔２７が３個の場合、周方向位相αが最大６０°の位置で組み込まれる可能性がある。周方向位相αを４５°以内とするには、後側軸受ハウジング１０６と円筒ころ軸受２０との位相を調整する範囲は６０°以内となる。

図５（ｄ）は、補給孔２７が９０°間隔で４個形成された外輪２１が、周方向位相４５°に設定された場合を示している。このように補給孔２７が４個の場合、給脂孔１３に対する補給孔２７の周方向位相αは最大でも４５°となるので、後側軸受ハウジング１０６
と転がり軸受２０との位相を調整する必要がなくなり、組付け工数を大幅に削減することができる。
なお、後側軸受ハウジング１０６に設けられた給脂孔１３の個数が多くなれば、更に位相合わせは容易となる。

また、図２に示すように、各アンギュラ玉軸受４０にグリースを供給するための構成も円筒ころ軸受２０の場合とほぼ同様である。即ち、グリース供給路１３３ｃ〜１３３ｆを構成する、前側軸受ハウジング１０５に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１は、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。

また、アンギュラ玉軸受４０の外輪４１には、孔径ｄ２が１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定された補給孔４７が、外輪４１の内外周面を径方向に貫通して形成されている。さらに、補給孔４７を含む軸方向位置の外周面には、補給孔４７の孔径ｄ２より広い幅を有し、その断面積は補給孔４７の断面積より大きい円周溝４６が形成されている。そして、アンギュラ玉軸受４０は、補給孔４７の周方向位相αが、前側軸受ハウジング１０５の給脂孔１３に対して４５°以内となるように配置されてハウジング１０５の内周面に嵌合される。

このように構成された工作機械用主軸装置では、グリースの撹拌抵抗による温度上昇の防止、高い振動特性及び音響特性を達成するため、１回当たりのグリース給脂量が、０．００５〜０．１ｃｍ^３、好ましくは、０．００５〜０．０２ｃｍ^３の極微量のグリースによって潤滑される。なお、対象とするグリースは、ちょう度が２号、又は３号（ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３）で、基油粘度が１５〜１２０ｍｍ^２／Ｓ（４０℃）である。

１回当たりのグリース給脂量が、０．００５〜０．１ｃｍ^３の極微量のグリースによって潤滑される場合、グリースが給脂経路内に滞留する時間が長くなり、経年変化によって基油や増ちょう剤がグリースから分離して給脂経路内で固化し、グリースの流動性が低下したり、グリース固化による流路抵抗（グリースと給脂経路の内壁との摩擦抵抗）の増加によって、安定した給脂できなくなる場合がある。

このため、孔径が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下の給脂孔１３及び補給孔２７を、給脂孔１３と補給孔２７との周方向位相が４５°以内に配置することにより、極微量のグリースを長期間に亘って安定して給脂することができる。

給脂孔１３及び補給孔２７の孔径ｄ１、ｄ２を１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下としたのは、孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以下だと、経年変化によってグリースが固化（流動性の低下）したとき、流動抵抗の増加によってグリースの安定した給脂が困難となるからである。

また、孔径ｄ１、ｄ２を１０ｍｍ以上にすると、２つの給脂孔１３及び補給孔２７を、同位相で軸方向に並べて配置することがスペース上の問題から実質的に困難となるからである。即ち、工作機械用主軸装置に一般的に使用される転がり軸受は、内径３０ｍｍ程度のものが最小であり、孔径としては１０ｍｍ以下、好ましくは、７ｍｍ程度が好適である。また、給脂孔１３の孔径ｄ１が大きいと、外輪２１の外周面端部に面取り部が形成される場合、給脂孔１３と面取り部との隙間からグリース、特に、グリース中の基油分が漏れ出す虞があり、好ましくない。

また、給脂孔１３に対する補給孔２７の周方向位相を４５°以内としたのは、給脂孔１３と補給孔２７が周方向位相４５°以上離間すると、給脂孔１３と補給孔２７を連通させる円周溝２６の長さ（給脂孔１３から補給孔２７までの長さ）が長くなり、その分、流路抵抗が増大し、また経年変化によるグリースの固化と相俟って流動性が低下するからである。また、給脂孔１３から補給孔２７に至るハウジング１０６の内周面と外輪２１との嵌合長さ（周方向長さ）が長くなるので、たとえ外輪２１がハウジング１０６の内周面に圧入されていたとしても、嵌合部の隙間からグリース、特に、基油分の漏れが生じる可能性があり、給脂量が低下する虞がある。

以上説明したように、円筒ころ軸受２０と後側軸受ハウジング１０６を備えた軸受装置、又はアンギュラ玉軸受４０と前側軸受ハウジング１０５を備えた軸受装置によれば、１回当たりの給脂量が微量のグリースによって潤滑される場合、給脂経路内でのグリースの経年変化によって流動性が低下したり、グリースから基油分が分離しても、グリースが給脂経路内で詰まることがなく、転がり軸受への安定した給脂が可能となる。また、これによって、グリースの撹拌抵抗に起因する温度上昇を防止すると共に、転がり軸受の長寿命が達成される。

図６（ａ）及び（ｂ）は、円筒ころ軸受２０に形成される補給孔の形状が異なる軸受装置の各変形例を示す。図６（ａ）の軸受装置では、外輪２１の幅方向中央寄り外周面からころ２３の転動面を避けた端部内周面（図では右側端部内周面）に向かって傾斜する補給孔２７が形成されている。また、後側軸受ハウジング１０６の内周面には、給脂孔１３が径方向に設けられると共に、補給孔２７の外周側開口と給脂孔１３とを連通させる円周溝１５が形成されている。また、図６（ｂ）の軸受装置では、外輪２１の幅方向中央付近外周面から左右両端部内周面に向かって傾斜する２つの補給孔２７が形成されている。後側軸受ハウジング１０６には、給脂孔１３が径方向に設けられると共に、２つの補給孔２７の外周側開口と給脂孔１３とを連通させる円周溝１５が形成されている。なお、各軸受装置においても、給脂孔１３及び補給孔２７の孔径ｄ１、ｄ２は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、給脂孔１３に対する補給孔２７の周方向位相は、４５°以内である（図４参照）。

補給孔２７を、幅方向中央寄り外周面から端部内周面に向けて傾斜させることにより、円周溝１５及び補給孔２７の外周側開口を転がり軸受２０の幅方向中央付近に配置することができ、外輪２１の外周面隅部に面取り部２８が施されていても、面取り部２８から円周溝１５を離間させて、外輪２１と後側軸受ハウジング１０６の内周面との嵌合長さ（軸方向長さ）を長く取ることができる。これによって、外輪２１と後側軸受ハウジング１０６の内周面との嵌合部からのグリースの漏れ、特に、基油分の漏れを防止してグリースの固化を抑制することができる。

また、円筒ころ軸受においては、円筒ころ２３と軌道面２１ａ、２２ａとの接触が線接触であるため、幅方向中央付近（転がり接触部）にグリースを給脂すると、このグリースの噛み込みによる温度の脈動や温度上昇が生じる。しかし、補給孔２７を傾斜させることにより、円筒ころ２４の側方に給脂したグリースを僅かずつ転がり接触部（転動面）に給脂することができ、温度の脈動や温度上昇を防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る軸受装置について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して詳細に説明する。

本実施形態の軸受装置は、図７（ａ）に示すように、転がり軸受として複列円筒ころ軸受５０を備える。複列円筒ころ軸受５０は、２列の外輪軌道面が形成された外輪５１、２列の内輪軌道面が形成された内輪５２、外輪５１及び内輪５２間に転動自在に配置された転動体である複数の円筒ころ５３、及び該円筒ころ５３を円周方向に所定の間隔に保持する保持器５４から構成されている。外輪５１の幅方向中央部分には、補給孔５７が、外輪５１の内外周面を径方向に貫通して形成されている。

後側軸受ハウジング１０６には、給脂孔１３が径方向に設けられると共に、補給孔５７と給脂孔１３とを連通させる円周溝１５が後側軸受ハウジング１０６の内周面に形成されている。

これにより、補給孔５７から給脂されたグリースが、保持器５４に付着した後、複列円筒ころ軸受５０内に均等に行き渡るので、転がり接触部に直接給脂されることがなく、温度の脈動や温度上昇を防止することができる。

また、図７（ｂ）に示す本実施形態の第１の変形例では、軸受装置の外輪５１には、幅方向中央付近外周面から左右両端部内周面に向かって傾斜する２つの補給孔５７が形成されており、グリースは、ころ５３の転動面から離れた逃げ部５８に補給される。なお、２つの補給孔５７の周方向位相は、必ずしも同位相である必要はなく、いずれも給脂孔１３に対して４５°以内に配置されていればよい。この変形例の場合にも、グリースは、転がり接触部に直接給脂されることがなく、温度の脈動や温度上昇を防止することができる。

図７（ｃ）に示す本実施形態の第２の変形例では、軸受装置の外輪５１には、外輪５１の幅方向中央に内外周面を径方向に貫通する補給孔５７、及び幅方向中央付近外周面から左右両端部内周面に向かって傾斜する２つの補給孔５７が形成されている。この変形例によれば、転がり接触部を除く部分に、３か所からグリースを給脂することができるので、大型軸受などのように多くのグリース量を必要とする場合に有効である。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。即ち、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す実施形態においても、各給脂孔１３及び補給孔５７の孔径ｄ１、ｄ２は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、給脂孔１３に対する補給孔５７の周方向位相は４５°以内である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る軸受装置について、図８を参照して詳細に説明する。

本実施形態では、図８に示すように、円周溝１５が外輪４１に形成された補給孔４７が開口する位置を含む、前側軸受ハウジング１０５の内周面に形成されている。また、円周溝１５は、その軸方向幅が外輪４１の外周面に向かって徐々に大きくなるようにテーパ状に形成されており、円周溝１５の開口部の軸方向寸法は、補給孔４７の孔径ｄ２よりも大きい。これにより、前側軸受ハウジング１０５とアンギュラ玉軸受４０との軸方向の位置合わせが容易となり、前側軸受ハウジング１０５の円周溝１５とアンギュラ玉軸受４０の補給孔４７とが多少軸方向に位置ずれしていても、グリースの給脂に影響を及ぼすことはない。

また、図９に示す本実施形態の第１変形例では、前側軸受ハウジング１０５に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１、前側軸受ハウジング１０５の内周面に形成された円周溝１５の幅方向寸法、及び、外輪４１に形成された補給孔４７の孔径ｄ２が、同一寸法に設定されている。これにより、これら孔径ｄ１、ｄ２及び幅方向寸法が違う場合に生じる段差部でのグリースの停滞が生じにくくなり、グリースが硬化する可能性を低減することができる。なお、このような第１変形例においては、前側軸受ハウジング１０５の円周溝１５とアンギュラ玉軸受４０の補給孔４７とが軸方向において半分以上重なっていれば、グリースの給脂に影響を及ぼすことはない。

さらに、図１０に示す本実施形態の第２変形例では、前側軸受ハウジング１０５に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１と前側軸受ハウジング１０５の内周面に形成された円周溝１５の幅方向寸法とが等しく、外輪４１に形成された補給孔４７の孔径ｄ２は、給脂孔１３の孔径ｄ１よりも大きく設定されている。これにより、図８に示す実施形態と同様、前側軸受ハウジング１０５とアンギュラ玉軸受４０との軸方向の位置合わせが容易となり、前側軸受ハウジング１０５の円周溝１５とアンギュラ玉軸受４０の補給孔４７とが多少軸方向に位置ずれしていても、グリースの給脂に影響を及ぼすことはない。
また、アンギュラ玉軸受４０の補給孔４７が大きいので、グリースはゆっくりとアンギュラ玉軸受４０内に押し出される傾向があり、グリース給脂時の異常昇温の可能性が低下する。

また、図１１に示す本実施形態の第３変形例では、グリース供給路１３３ｃの給脂孔１３が、軸方向に延びる給脂孔１３´に対して９０°より大きい角度をなして斜めに傾斜している。これにより、グリース供給路１３３ｃ内での配管抵抗が低減され、グリースの流動性が向上し、グリース硬化が発生し難くなる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。即ち、本実施形態においても、各給脂孔１３及び補給孔４７の孔径ｄ１、ｄ２は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、給脂孔１３に対する補給孔４７の周方向位相は４５°以内である。

尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。また、各実施形態及び変形例は、実施可能な範囲において、組み合わせて適用可能である。
例えば、上記説明においては、本発明の軸受装置を円筒ころ軸受、及び玉軸受に適用したものとして説明したが、これに限定されず、グリース潤滑される任意の形式の転がり軸受に適用可能であり、同様の効果を奏する。
また、本実施形態では、本発明の軸受装置を工作機械用主軸装置に適用した場合について説明したが、高速モータに適用することも可能である。

本発明の効果を確認するため、本発明の軸受装置、及び従来の軸受装置を軸受装置評価試験機に組み込んで比較試験を行った。

図１２に示すように、軸受装置評価試験機２００は、一対の玉軸受２０３、２０３と、ハウジング２０１に内嵌する試供ころ軸受２０５とによって、回転軸２０２が回転自在に支持されている。

ハウジング２０１には、孔径ｄ１が３ｍｍの給脂孔２０４が設けられており、外部に配置された不図示のグリース補給装置から１ショット当たり０．０１ｃｍ^３のグリースが供給される。使用グリースは、基油粘度：２０ｍｍ^２／Ｓ（４０℃）、ちょう度：２号（ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３）とした。

試供ころ軸受２０５は、いずれも内径６０ｍｍ、外径９５ｍｍ、幅１８ｍｍの単列円筒ころ軸受であり、本発明の軸受装置に係る単列円筒ころ軸受は、外輪に孔径１．５ｍｍの補給孔が２箇所形成されている。また、比較例としての単列円筒ころ軸受には、外輪に孔径１．４ｍｍまたは１．２ｍｍの補給孔が２箇所形成されている。いずれの単列円筒ころ軸受にも、外輪の外周面に円周溝が形成されており、ハウジング２０１に１箇所形成された給脂孔２０４と単列円筒ころ軸受の２箇所の補給孔とが円周溝を介して連通する。試供ころ軸受２０５は、ハウジング２０１の給脂孔２０４と試供ころ軸受２０５の補給孔との周方向位相αが、それぞれ３０°、４５°、６０°、９０°となるようにハウジング２０１に組み替えて試験を行った。なお、周方向位相αが３０°とは、外輪の２箇所の補給孔のなす角度を６０°とし、各補給孔がハウジング２０１の給脂孔２０４に対して３０°の位相となるようにしている。また、周方向位相αが４５°とは、外輪の２箇所の補給孔のなす角度を９０°とし、各補給孔がハウジング２０１の給脂孔２０４に対して４５°の位相となるようにしている。

試験は、軸受装置が工作機械用主軸装置に組み込まれた場合を想定し、工作機械の停止状態に相当する外輪温度２０℃（常温）、工作機械の低速回転時に相当する外輪温度３０℃±２℃、及び工作機械の高速回転時に相当する外輪温度４０℃±２℃の各条件において、グリース硬化の有無、及びグリース吐出量の変化を調査した。試験結果を表１〜３に示す。

表１〜表３からわかるように、補給孔の孔径が１．５ｍｍの場合、ハウジング２０１の給脂孔２０４と外輪の補給孔と周方向位相が６０°、９０°では、外輪温度が３０℃及び４０℃において給脂量が減少するものの、該周方向位相が４５°以内の場合には、外輪温度が２０℃〜４０℃のいずれにおいても、グリースの硬化は無く、また、略９０％以上の給脂量が確保された。
一方、補給孔の孔径が１．２ｍｍや１．４ｍｍの場合には、ハウジング２０１の給脂孔２０４と外輪の補給孔と周方向位相が４５°以内であっても、外輪温度が３０℃及び４０℃において、給脂量の減少が確認された。
これにより、転がり軸受の補給孔２７の孔径を１．５ｍｍ以上にするとともに、ハウジング２０１の給脂孔２０４と外輪の補給孔との周方向位相を４５°以内とすることが有効であることが確認された。

１３ 給脂孔
２０ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
２１，４１，５１ 外輪
２６，４６ 円周溝
２７ 補給孔
４０ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
５０ 複列円筒ころ軸受（転がり軸受）
１００ 工作機械用主軸装置
１０５ 前側軸受ハウジング（ハウジング）
１０６ 後側軸受ハウジング（ハウジング）
ｄ１ 給脂孔の孔径
ｄ２ 補給孔の孔径
α 周方向位相

Claims (2)

1. 径方向に貫通する少なくとも１つの補給孔が形成された外輪を有する転がり軸受と、
   前記外輪が嵌合する内周面に開口する少なくとも１つの給脂孔が形成されたハウジングと、
   を備え、前記給脂孔及び前記補給孔を介して供給されるグリースによって前記転がり軸受が回転中もグリース補給されてグリース潤滑される軸受装置であって、
   前記グリースは、基油粘度が１５〜１２０ｍｍ^２／Ｓ（４０℃）であり、
   前記ハウジングには、冷却スリーブが外嵌されており、且つ、
   前記ハウジングの内周面または前記外輪の外周面には、前記給脂孔と前記補給孔とが連通するように円周溝が形成されており、
   少なくとも１つの前記補給孔は、前記給脂孔に対して周方向位相が４５°以内に配置され、
   前記給脂孔及び前記補給孔の孔径は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、
   前記給脂孔の孔径と、前記円周溝の幅方向寸法と、前記補給孔の孔径とは同一寸法に設定され、
   前記給脂孔は、軸方向に延びる給脂孔と連通し、且つ、該軸方向に延びる給脂孔に対して９０°より大きい角度をなして斜めに傾斜しており、
   前記外輪温度が３０℃〜４０℃で前記軸受装置を運転中に、前記グリースの１回当たり供給量を０．００５〜０．１ｃｍ^３として、前記グリースが前記転がり軸受に供給される
   ことを特徴とする軸受装置。
2. 請求項１に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。

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