JP6554918B2

JP6554918B2 - 転がり軸受装置

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Publication number: JP6554918B2
Application number: JP2015114947A
Authority: JP
Inventors: 健太挾間; 渡邉　肇; 肇渡邉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: JP2017002943A; US9759262B2; DE102016110225A1; CN106246731A; CN106246731B; US20160356315A1

Description

本発明は、軸受部と、この軸受部に微量な潤滑油を供給する給油ユニットとを備えている転がり軸受装置に関するものである。

例えば工作機械の主軸用軸受として、転がり軸受が用いられており、図４に示すように、工作機械の主軸装置が有するハウジング９０には、軸方向に沿って複数の転がり軸受９１が設けられている。図４に示す主軸装置では、転がり軸受９１の潤滑性を確保するためにオイルエア潤滑が採用されている。しかし、オイルエア潤滑の場合、エア消費によるランニングコストが高くなり、また、オイルエア供給装置及びエアクリーンユニット等の付帯設備が必要であり、設備コストが高くなることがある。

そこで、転がり軸受９１に給油を行うための他の手段として、例えば特許文献１に開示されているような、給油ユニットを組み込んだ転がり軸受装置（以下、軸受装置という。）が知られている。この軸受装置では、転がり軸受の外輪の内周側に給油ユニットが装着されており、転がり軸受（軸受部）と給油ユニットとが一体となっている。給油ユニットは、潤滑油を溜めるタンク、及びこのタンク内の潤滑油を内輪と外輪との間の環状空間に吐出するポンプ等を備えている。

特開２００４−１０８３８８号公報

図４に示す工作機械の主軸装置に含まれる転がり軸受９１の代わりに、前記特許文献１に記載の軸受装置を採用することで、オイルエア潤滑を行う場合のコストに関する問題点を解消することができる。

しかし、給油ユニットを有する軸受装置は、ハウジング９０内に収容された状態となり、この給油ユニットが潤滑油を溜めるタンクを備えていることから、このタンクに潤滑油を補給するメンテナンスを行う場合、図４に示す主軸装置を分解し、ハウジング９０から軸受装置を取り出す必要がある。このため、メンテナンスに要する時間が長くなり、生産性に影響を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、転がり軸受装置が組み込まれている装置全体から、分解してこの転がり軸受装置を取り出さなくても、潤滑油の補給を可能とすることを目的とする。

本発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を保持する保持器を有している軸受部と、前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間の軸方向隣に設けられ、当該環状空間に供給するための潤滑油を溜めるタンクを有する給油ユニットと、を備え、前記タンクは径方向外側の外壁を有しており、当該外壁の径方向内側に形成される空間が前記潤滑油を溜める貯留部であり、前記貯留部に潤滑油を補給するための給油穴が前記外壁を貫通して設けられ、当該給油穴は径方向外側に開口している。

この転がり軸受装置によれば、タンクが有する径方向外側の外壁を貫通し径方向外側に開口している給油穴から、貯留部に潤滑油を補給することができる。このため、転がり軸受装置が組み込まれている装置全体から、分解して転がり軸受装置を取り出さなくても、タンクに潤滑油を補給することが可能となる。

また、前記外壁に空気穴が前記給油穴と兼用として設けられているのが好ましい。
この場合、タンクから潤滑油が流出することによる貯留部の負圧の発生を、空気穴によって防ぐことができる。また、タンク内に異物が入ったりタンク内から潤滑油が漏れたりするのを可及的に防ぐために、タンクには穴を多く設けないのが好ましい。そこで、前記構成によれば、空気穴と給油穴とを兼用することで、タンクに穴を多く設けないで済む。

また、転がり軸受装置は、前記貯留部と前記給油穴を通じて繋がる径方向外側空間と、前記環状空間とを連通させる流路を有しているのが好ましい。
タンクの貯留部の圧力は短期短では変化しないのに対して環状空間の圧力が変動して高くなると、圧力差に起因して環状空間への潤滑油の供給が損なわれる場合があるが、前記流路により貯留部と環状空間とが連通する構成が得られ、環状空間に圧力変動が生じても貯留部との圧力差を解消することができ、潤滑油の供給不良を防止することが可能となる。

また、転がり軸受装置は、前記流路を有している場合において、前記給油ユニットの前記タンクを収容している枠体を更に有し、前記流路は、前記環状空間側において前記外壁と前記枠体との間に形成されている溝からなるのが好ましい。
この場合、流路が簡単に得られ、また、環状空間と径方向外側空間とを結ぶ流路は短く、環状空間の圧力変動に対する貯留部の圧力の追従性が向上する。

また、転がり軸受装置は、前記給油ユニットの前記タンクを収容している枠体を更に有し、前記枠体には、前記給油穴の径方向外側の開口を露出させるための貫通穴が形成されており、前記貫通穴は前記給油穴よりも大きいのが好ましい。
この場合、枠体にタンクを収容して組み立てる際に、貫通穴の範囲で給油穴を開口させる必要がある。そこで、給油穴よりも貫通穴が大きいことから、この貫通穴の範囲で給油穴を開口させるのが容易となる。

本発明によれば、転がり軸受装置が組み込まれている装置全体から、分解してこの転がり軸受装置を取り出さなくても、タンクに潤滑油を補給することが可能となり、潤滑油の補給のメンテナンスが容易となる。

転がり軸受装置の縦断面図である。図１に示す転がり軸受装置の横断面図である。給油ユニットの一部を示す斜視図である。従来の主軸装置の縦断面図である。

以下、本発明の転がり軸受装置の実施の一形態を説明する。
〔転がり軸受装置の全体構成〕
図１は、転がり軸受装置１０の縦断面図である。本実施形態の転がり軸受装置１０（以下、軸受装置１０という。）は、工作機械が有する主軸装置の主軸（軸７）を回転可能に支持するものであり、主軸装置の軸受ハウジング８内に収容されている。図１において、軸受ハウジング８を２点鎖線で示している。軸受装置１０は、軸受部２０と給油ユニット４０とを備えている。

軸受部２０は、内輪２１、外輪２２、複数の玉（転動体）２３、及びこれら玉２３を保持する保持器２４を有している。
内輪２１は、軸７に外嵌する円筒状の部材からなり、軸方向一方側（図１では右側）の内輪本体部３１と、軸方向他方側（図１では左側）の内輪延長部３２とを有している。内輪本体部３１の外周に軌道溝（以下、内輪軌道溝２５という。）が形成されている。本実施形態では、内輪本体部３１と内輪延長部３２とは一体不可分であるが、別体であってもよい。別体とする場合、内輪延長部３２は短円筒形状の間座となる。

外輪２２は、軸受ハウジング８の内周面に固定される円筒状の部材からなり、軸方向一方側（図１では右側）の外輪本体部３５と、軸方向他方側（図１では左側）の外輪延長部３６とを有している。外輪本体部３５の内周に軌道溝（以下、外輪軌道溝２６という。）が形成されている。本実施形態では、外輪本体部３５と外輪延長部３６とは一体不可分であるが、別体であってもよい。別体とする場合、外輪延長部３６は短円筒形状の間座となる。

玉２３は、内輪２１（内輪本体部３１）と外輪２２（外輪本体部３５）との間に介在しており、内輪軌道溝２５及び外輪軌道溝２６を転動する。保持器２４は、環状の部材からなり、周方向に沿ってポケット２７が複数形成されている。各ポケット２７に一つの玉２３が収容されている。これにより、保持器２４は、複数の玉２３を周方向に並べて保持することができる。

内輪本体部３１と外輪本体部３５との間に、第１の環状空間１１が形成されており、内輪延長部３２と外輪延長部３６との間に、第２の環状空間１２が形成されている。第１の環状空間１１と第２の環状空間１２とは連続している。第１の環状空間１１に玉２３及び保持器２４が設けられている。そして、第２の環状空間１２に給油ユニット４０が設けられている。第２の環状空間１２を構成する内輪延長部３２及び外輪延長部３６は、給油ユニット４０が有する後述のタンク４２を収容している枠体３７となる。

本実施形態では、外輪２２に対して内輪２１が軸７と共に回転する。そこで、給油ユニット４０は、外輪延長部３６の内周面に密着嵌合して取り付けられている。これに対して、内輪延長部３２の外周面と、給油ユニット４０（後述する環状のホルダ４１）の内周面との間には微小隙間が設けられており、給油ユニット４０によって内輪３２の回転が阻害されない。

図２は、図１のＡ−Ａ矢視の断面図である。給油ユニット４０は、全体として円環形状を有している。給油ユニット４０は、ホルダ４１、タンク４２、及びポンプ４３を備えており、更に、回路部４４及び電源部４５を備えている。

ホルダ４１は、例えば樹脂製の環状部材であり、短円筒状の内壁４６、短円筒状の外壁４７、これら内壁４６及び外壁４７の間に設けられている複数の隔壁４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ、及び側壁４８ｅ，４８ｆ（図１参照）を有している。これらの壁によって、図２に示すように、複数の空間Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３が周方向に沿って形成されている。

本実施形態では、第１の空間Ｋ１によりタンク４２が構成され、第２の空間Ｋ２にポンプ４３が格納され、第３の空間Ｋ３に回路部４４及び電源部４５が格納されている。これにより、ホルダ４１、タンク４２、ポンプ４３、回路部４４、及び電源部４５を含む給油ユニット４０は、一体として構成されている。
そして、この給油ユニット４０は外輪延長部３６に取り付けられて軸受部２０と一体となっており、また、図１に示すように、第２の環状空間１２に設けられている給油ユニット４０は、第１の環状空間１１の軸方向隣に設けられた構成となる。

〔給油ユニット４０の各部の構成〕
図１において、タンク４２は、第１の環状空間１１に供給するための潤滑油３を溜めるものであり、潤滑油３を溜める貯留部４９を有している。本実施形態では、図２に示すように、内壁４６の一部、外壁４７の一部、隔壁４８ａ，４８ｂ、及び側壁４８ｅ，４８ｆ（図１参照）によって囲まれている空間が貯留部４９となる。なお、側壁４８ｅは、取り外し可能であってもよい。

タンク４２は、その一部に、貯留部４９の潤滑油３をポンプ４３へ流出させる流出部５１（図２参照）を有しており、この流出部５１とポンプ４３とは（図示していないが）流路を通じて繋がっている。タンク４２内には、潤滑油３を保持する保持体（例えば、フエルトやスポンジ）が設けられていてもよい。以上よりタンク４２は、潤滑油３を溜めると共に、貯めている潤滑油３をポンプ４３へ供給可能となっている。

図１において、ポンプ４３は、タンク４２から供給された潤滑油３を第１の環状空間１１に吐出するためのものである。本実施形態のポンプ４３は、圧電素子５５を有しており、この圧電素子５５が動作することでポンプ４３の内部空間５４ａの容積を変化させ、この内部空間の潤滑油３をノズル５０から吐出させることができる。

図２において、電源部４５は、発電部４５ａと二次電池部４５ｂとを有している。発電部４５ａは、内輪２１が回転することで発電可能となる構成を有し、発生した電力が二次電池部４５ｂに蓄えられる。
回路部４４は、プログラミングされたマイコンを含む基板回路からなり、ポンプ４３に対して制御信号（駆動信号）を発信する。つまり、回路部４４は、圧電素子５５に対して駆動電力を与える（所定の電圧を印加する）。

〔タンク４２について〕
タンク４２について更に説明する。図１において、タンク４２は、前記のとおり、径方向外側の外壁４７等を有しており、この外壁４７の径方向内側に形成される空間が潤滑油３を溜める貯留部４９となっている。そして、この外壁４７に給油穴６０が設けられている。給油穴６０は、例えばメンテナンスの際に、貯留部４９に潤滑油３を補給するために用いることのできる穴であり、外壁４７を径方向に貫通している。このため、給油穴６０は径方向外側に開口した構成となっている。

また、本実施形態の軸受装置１０は、前記のとおり、内輪延長部３２及び外輪延長部３６を有しており、これら内輪延長部３２及び外輪延長部３６それぞれは給油ユニット４０のタンク４２を収容している枠体３７となっている。そして、外側の枠体３７（外輪延長部３６）の周壁３７ａには貫通穴６１が形成されている（図３参照）。図３は、給油ユニット４０の一部を示す斜視図である。

図１及び図３に示すように、貫通穴６１は、枠体３７の周壁３７ａを径方向に貫通して設けられており、貫通穴６１は径方向外側に開口している。また、貫通穴６１は給油穴６０よりも（直径が）大きく、給油穴６０は貫通穴６１の範囲内において開口している。つまり、貫通穴６１は給油穴６０の径方向外側の開口６０ａを露出させるための穴となっている。以下において、貫通穴６１の内周面に囲まれる領域を給油ユニット４０の「径方向外側空間５２」と呼ぶ。この径方向外側空間５２は、貯留部４９と給油穴６０を通じて繋がっている。

本実施形態では、タンク４２を構成しているホルダ４１を、枠体３７（外輪延長部３６）に収容して給油ユニット４０を軸受装置１０に組み入れるが、この際に、貫通穴６１の範囲で給油穴６０を開口させる必要がある。そこで、前記のとおり、給油穴６０よりも貫通穴６１が大きいことから、組み立ての際に、貫通穴６１の範囲で給油穴６０を開口させるのが容易となる。給油穴６０の直径を、例えば１ｍｍ以下とすることができ、これに対して、貫通穴６１の直径を給油穴６０の直径の例えば１０倍とすることができる。

また、図１において、貫通穴６１が形成されている外輪延長部３６（枠体３７）は、軸受ハウジング８の内周側に設けられており、この軸受ハウジング８には、径方向に貫通するねじ穴８ａが形成されている。そして、このねじ穴８ａにプラグ（栓部材）８ｂが着脱可能として取り付けられている。ねじ穴８ａは、図示しないが、軸受ハウジング８の外周面で開口しており、この開口は主軸装置の外部に露出している。
そして、プラグ８ｂがねじ穴８ａに取り付けられた状態では、前記径方向外側空間５２は閉じられた状態にあるが、プラグ８ｂが外されると前記径方向外側空間５２は開放された状態となる。なお、プラグ８ｂが取り付けられた状態であっても、前記径方向外側空間５２は密閉された空間ではなく、隙間から外気の流入は可能となっている。また、ねじ穴８ａは貫通穴６１よりも（直径が）大きく、貫通穴６１はねじ穴８ａの範囲内において開口している。つまり、ねじ穴８ａは貫通穴６１の径方向外側の開口６１ａを露出させるための穴となっている。

以上の構成によれば、主軸装置（軸受装置１０）のメンテナンスの際に、プラグ８ｂを外すことで、ねじ穴８ａ及び貫通穴６１の奥側で、給油穴６０の開口６０ａを主軸装置の外部に臨ませることができ、給油穴６０を通じて、貯留部４９に潤滑油３を補給することができる。なお、この補給は注射器により行うことができる。このため、軸受装置１０が組み込まれている主軸装置全体から、軸７等を分解して軸受装置１０（給油ユニット４０）を取り出さなくても、タンク４２に潤滑油３を補給することが可能となる。このため、潤滑油３の補給のメンテナンスが容易となる。

また、本実施形態の給油ユニット４０において、タンク４２には、貯留部４９とタンク４２の外部とを繋げる空気穴６２が設けられている。本実施形態では、タンク４２の外壁４７に空気穴６２が設けられており、この空気穴６２は給油穴６０と兼用されている。この空気穴６２によれば、貯留部４９と前記径方向外側空間５２とが繋がった構成となる。このため、軸受装置１０を長期にわたって使用していると、タンク４２内の潤滑油は消費され貯留部４９が空となっていくが、タンク４２から潤滑油３が流出することによる貯留部４９の負圧の発生を、空気穴６２によって防ぐことができる。
また、タンク４２内に異物が入ったりタンク４２内から潤滑油３が漏れたりするのを可及的に防ぐために、タンク４２には穴を多く設けないのが好ましく、本実施形態によれば、空気穴６２と給油穴６０とを兼用しているのでタンク４２に穴を多く設けないで済む。

また、本実施形態の軸受装置１０は、給油穴６０が開口している径方向外側空間５２と、第１の環状空間１１とを連通させる流路３９を有している。図１に示す流路３９は、第１の環状空間１１側において、外壁４７と、枠体３７の周壁３７ａとの間に形成されている直線状の溝からなる。なお、この溝は、外壁４７に形成されているが、周壁３７ａに形成されていてもよい。そして、流路３９の一端が径方向外側空間５２において開口しており、他端が第１の環状空間１１において開口している。このため、第１の環状空間１１から径方向外側空間５２へ気体の通過が自由となり、更には、第１の環状空間１１から径方向外側空間５２及び空気穴６２（給油穴６０）を通じて貯留部４９へ気体の通過が自由となる。

この流路３９は、次の機能を有している。すなわち、軸受装置１０が設けられている工作機械の主軸装置では、軸受部２０への異物の浸入を防ぐために、軸受部２０の軸方向一方側（図１では右側）にはパージガスが供給されている。すると、第１の環状空間１１の圧力（内圧）は上昇し、また、内輪２１の回転速度の変動により第１の環状空間１１の圧力は短期間で変動する場合がある。これに対して、仮に前記流路３９が形成されていない場合、第１の環状空間１１と貯留部４９との間で気体が自由に流れることができず、貯留部４９の圧力（内圧）は短期間で変化することができない（つまり、環状空間１１の圧力変動に追従できない）。
このように、貯留部４９の圧力は変化しないのに対して、第１の環状空間１１の圧力が短期間で変動して高くなると、つまり、潤滑油３の吐出側の圧力の方が貯留部４９の圧力よりも高くなると、この圧力差に起因してタンク４２及びポンプ４３から第１の環状空間１１への潤滑油３の供給が損なわれる場合がある。
しかし、本実施形態では、流路３９により貯留部４９と第１の環状空間１１とが連通する構成が得られ、これらの間で気体が自由に流れることが可能となり、第１の環状空間１１に圧力変動が生じても貯留部４９との圧力差を解消することができる。すなわち、流路３９によれば、圧力差に起因する潤滑油３の供給不良を防止することが可能となる。

特に本実施形態では、流路３９は、第１の環状空間１１側においてポンプ４３の外壁４７と枠体３７（外輪延長部３６）との間に形成されている溝からなるため、流路３９は簡単な構成であり、また、第１の環状空間１１と径方向外側空間５２とを結ぶ流路３９は短くて済み、第１の環状空間１１の圧力変動に対する貯留部４９の圧力の追従性が向上する。

〔その他について〕
以上のとおり開示した実施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。つまり、本発明の転がり軸受装置１０は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、前記実施形態では、内輪２１が回転輪であり外輪２２が固定輪である場合について説明したが、外輪２２が回転輪であってもよく、内輪２１が固定輪であってもよい。この場合、給油ユニット４０は内輪２１に固定される。
また、給油ユニット４０は、ホルダ４１内に回路部４４及び電源部４５を備えている場合について説明したが、回路部４４及び電源部４５の双方又は一方はホルダ４１の外部に設けられていてもよい。この場合、ホルダ４１内のポンプ４３とホルダ４１の外部とはケーブルを通じて接続される。
また、軸受部２０は玉軸受以外であってもよく、転動体をころ（円筒ころや円すいころ）としたころ軸受であってもよい。

３：潤滑油１０：転がり軸受装置１１：第１の環状空間
１２：第２の環状空間２０：軸受部２１：内輪
２２：外輪２３：玉（転動体）２４：保持器
３７：枠体３９：流路４０：給油ユニット
４２：タンク４７：外壁４９：貯留部
５２：径方向外側空間６０：給油穴６０ａ：開口
６１：貫通孔６２：空気穴

Claims

内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を保持する保持器を有している軸受部と、
前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間の軸方向隣に設けられ、当該環状空間に供給するための潤滑油を溜めるタンクを有する給油ユニットと、を備え、
前記タンクは径方向外側の外壁を有しており、当該外壁の径方向内側に形成される空間が前記潤滑油を溜める貯留部であり、
前記貯留部に潤滑油を補給するための給油穴が前記外壁を貫通して設けられ、当該給油穴は径方向外側に開口していて、
前記外壁に空気穴が前記給油穴と兼用として設けられている、転がり軸受装置。
内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を保持する保持器を有している軸受部と、
前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間の軸方向隣に設けられ、当該環状空間に供給するための潤滑油を溜めるタンクを有する給油ユニットと、を備え、
前記タンクは径方向外側の外壁を有しており、当該外壁の径方向内側に形成される空間が前記潤滑油を溜める貯留部であり、
前記貯留部に潤滑油を補給するための給油穴が前記外壁を貫通して設けられ、当該給油穴は径方向外側に開口していて、
前記貯留部と前記給油穴を通じて繋がる径方向外側空間と、前記環状空間とを連通させる流路を有している、転がり軸受装置。
前記貯留部と前記給油穴を通じて繋がる径方向外側空間と、前記環状空間とを連通させる流路を有している請求項１に記載の転がり軸受装置。
前記給油ユニットの前記タンクを収容している枠体を更に有し、
前記流路は、前記環状空間側において前記外壁と前記枠体との間に形成されている溝からなる請求項２又は３に記載の転がり軸受装置。
前記給油ユニットの前記タンクを収容している枠体を更に有し、
前記枠体には、前記給油穴の径方向外側の開口を露出させるための貫通穴が形成されており、前記貫通穴は前記給油穴よりも大きい請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。