JP7289686B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、例えば工作機械主軸等の支持に用いられる転がり軸受に関する。

工作機械主軸をはじめ、高速運転される支持軸受では、アンギュラ玉軸受が広く使用されている。その潤滑には、常に新しい油を供給し、長期にわたり安定した潤滑状態を保つことのできるエアオイル潤滑やオイルミスト潤滑がある。いずれの潤滑方法も、圧縮空気により、微量の潤滑油を軸受に供給し使用される。

微量の潤滑油を効果的に軸受内部に供給するため、図１５に示すような、外輪１０１に外径部から内径部に直通する給油孔１０１ａを設けた軸受がある。図１５の軸受では、外輪１０１の給油孔１０１ａから供給された潤滑油が、軌道面１０２、転動体１０３、保持器１０４に供給された後、排気用切欠き１０５を通じ外部に排気される。通常、排気用切欠き１０５は、隣接する外輪１０１，１０１の間の間座１０６に設けられ、ハウジング１０７と繋がる排気経路１０８から排気される。

また、この間座を除くことで、軸方向の縮小を可能にする軸受として、外輪幅面に排気用の凹部を設けたものがある（例えば、特許文献１）。図１６および図１７に、特許文献１の軸受を示す。図１６および図１７では、後述の本発明の実施形態と同じ構成には同一の符号を付している。図１６および図１７に示すように、特許文献１では、転動体３を中心に、給油孔５側の凹部９の大きさ（通路面積；この例では、軸方向幅）と、反給油孔５側の凹部９の大きさが同じある。

特許第６１３８９７９号公報

しかしながら、特に工作機械主軸の軸受配列では、３列や４列などの多列を背面合わせで使用する場合が多い。特許文献１では、転動体３を中心に、両側の凹部９，９の大きさが同じ大きさとなる。凹部９の大きさが同じ場合、給油孔５から軸受内部に供給されたエアオイル（潤滑油と圧縮空気）が、給油孔５側に近い、転動体３と反対側の凹部９に流れ易くなる。このため、本来の目的である、転動体３を通過し凹部９に流れるエアオイルＯＬが減少する。

この場合、転動体３、内輪１の軌道面１ａ、外輪２の軌道面２ａおよび保持器４に供給される潤滑油ＯＬが少なくなり、過酷な運転条件の場合、潤滑不足となる恐れがある。これに対応するために潤滑油ＯＬの供給量を増やすと、潤滑油ＯＬの停滞による意図せぬ昇温を招いたり、凹部９を通じて外部に排出される潤滑油量が増えて周辺環境に影響を与えたりする恐れがある。

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、エアオイルを有効に使うことができる転がり軸受を提供することである。

この発明の第１の構成にかかる転がり軸受は、内輪および外輪の転走面間に転動体が介
在し、複数組み合わせて用いられる転がり軸受であって、前記外輪に、軸受空間内に貫通するエアオイル潤滑用の給油孔が設けられ、前記外輪の幅面の両方に、軸受の軸方向内方に凹んでエアオイルの排気通路を形成する凹部が内径面から外径面にわたって設けられ、前記凹部は、前記転動体を中心に、給油孔側より反給油孔側の凹部の通路面積が大きく設定されている。この発明の転がり軸受は、例えば、アンギュラ玉軸受である。

この構成によると、転動体を中心に、反給油孔側の凹部の通路面積が大きいので、給油孔から軸受内部に供給されたエアオイルが反給油側の凹部が形成する排気通路に流れ易くなる。これにより、エアオイルの供給量を増やすことなく、転動体を通過して排気用の凹部に流れるエアオイルが増加する。つまり、転動体、内輪の軌道面、外輪の軌道面および保持器に関与する潤滑油が増える。このように、エアオイルを有効に使うことで、運転条件が過酷な場合でも、最小量の潤滑油で潤滑条件が良好となる。潤滑油の供給量が少なくなることで、潤滑油の停滞による意図せぬ昇温を防止できるうえに、凹部から外部に排出される潤滑油も少なくなって周辺環境に影響を与えるのを抑制できる。

この発明の第２の構成にかかる転がり軸受は、内輪および外輪の転走面間に転動体が介在し、複数組み合わせて用いられる転がり軸受であって、前記外輪に、軸受空間内に貫通するエアオイル潤滑用の給油孔が設けられ、前記外輪の幅面の一方に、軸受の軸方向内方に凹んでエアオイルの排気通路を形成する凹部が内径面から外径面にわたって設けられ、前記凹部は、転動体を中心に反給油孔側の幅面にのみ設けられている。この発明の転がり軸受は、例えば、アンギュラ玉軸受である。

この構成によっても、給油孔から軸受内部に供給されたエアオイルが反給油側の凹部に流れ易くなるので、エアオイルの供給量を増やすことなく、転動体、内輪の軌道面、外輪の軌道面および保持器に関与する潤滑油が増える。このように、エアオイルを有効に使うことで、運転条件が過酷な場合でも、最小量の潤滑油で潤滑条件が良好となる。その結果、潤滑油の停滞による意図せぬ昇温を防止できるうえに、周辺環境に影響を与えるのを抑制できる。

この発明において、前記凹部と前記給油孔の位相が異なっていてもよい。給油孔は、例えば、凹部の中心から３０°以上離して設けてもよい。この構成によれば、給油孔から軸受内部に供給されたエアオイルが、各転動体を通過して凹部から排出され易くなる。

この発明の転がり軸受によれば、エアオイルを有効に使うことで、運転条件が過酷な場合でも、最小量の潤滑油で潤滑条件が良好となる。

この発明の第１の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 同転がり軸受の平面図である。 同転がり軸受のエアオイルの流れを示す断面図である。 同転がり軸受の外輪の幅面を示す図である。 （Ａ）は同転がり軸受の変形例の外輪の一方の幅面を示す図で、（Ｂ）は外輪の他方の幅面を示す図である。 同転がり軸受を用いた工作機械用主軸の断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 同転がり軸受の平面図である。 この発明の第３の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 この発明の第４の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 この発明の第５の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 この発明の第６の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 この発明の第７の実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 同転がり軸受の平面図である。 従来例の転がり軸受を用いた工作機械用主軸の断面図である。 他の従来例の転がり軸受の断面図である。 同転がり軸受の平面図である。

〔第１の実施形態〕
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この実施形態に係る転がり軸受は、例えば、工作機械主軸の支持に用いられ、エアオイルにより潤滑される。ただし、この発明の転がり軸受の用途は、工作機械主軸の支持に限定されるものではない。図１は、４個の転がり軸受を、間座無しで背面組合わせ（ＤＢ組合わせ）とした例を示す断面図である。

図１に示すように、この転がり軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２の転走面１ａ，２ａ間に介在する複数の転動体３とを備えている。この例の転がり軸受は、アンギュラ玉軸受であり、転動体３はボールからなる。各転動体３は、リング状の保持器４のポケット４ａ内に円周方向一定間隔おきに保持されている。保持器４は、例えば、外輪２の内径面２ｂに案内される外輪案内形式である。ただし、保持器４は、これに限定されない。

平面図である図２に示すように、外輪２には、エアオイル潤滑用の給油孔５と円周溝６が設けられている。給油孔５は、外輪２の外径面２ｃと内径面２ｂを径方向に連通する貫通孔である。給油孔５は、外輪２の内径面２ｂにおける転走面近傍位置を径方向に連通している。給油孔５は、内輪１と外輪２との間の軸受空間ＳＰ内に、エアオイルＯＬを供給する孔である。

ここで、「転走面近傍位置」とは、外輪２の内径面２ｂのうち、転動体３の中心よりも転動体３と外輪２との反接触側で、給油孔５から、吐出されたエアオイルが転動体３にかかるまでの位置をいう。また、「反接触側」とは、外輪２のうち、転走面２ａに対して接触角を成す作用線Ｌ１の偏り側と反対側をいう。図４に示すように、給油孔５は、外輪２における１８０°対角位置に２箇所設けている。

図２に示すように、外輪２の外径面２ｃに円周溝６が設けられている。円周溝６は、２箇所の給油孔５，５に連通している。換言すれば、円周溝６は、外輪２の外径面２ｃにおける２箇所の給油孔５，５の開口先端のある箇所を通るように設けられている。図１に示すように、円周溝６は、円弧形状の断面に形成されている。円周溝６は、例えば、円周溝６の溝底位置が給油孔５，５の中心軸線に合致するように設けられている。また、この実施形態では、円周溝６内に、給油孔５，５の各開口先端が収まるように設けられている。

図１に示すように、外輪２の外径面２ｃにおける円周溝６の両側位置に、環状溝７，７が設けられている。各環状溝７，７に、環状のシール部材８，８が設けられている。環状のシール部材８，８は、例えば、ゴム製のＯリングである。つまり、ハウジングＨｓの内周面と外輪２の外径面２ｃとの間における、円周溝６および給油孔５，５の両側位置に環状のシール部材８，８が設けられている。これにより、エアオイルＯＬの漏れ防止を図っている。

外輪２の両幅面２ｄ，２ｅに、エアオイル排気用の凹部９，９が設けられている。図４に示すように、この実施形態では、凹部９は、給油孔５に対し位相が９０°ずれた位置に
形成されている。図４では、外輪２における一方の幅面２ｄ（２ｅ）を示しているが、凹部９が形成される位置（位相）は、他方の幅面２ｅ（２ｄ）も同じである。この明細書では、転動体３を中心給油孔５が形成される側（給油孔側）の幅面２ｄを一方の幅面２ｄとし、給油孔５が形成されない側（反給油孔側）の幅面２ｅを他方の幅面２ｅとしている。なお、「幅面」を「端面」という場合がある。

図１に示すように、幅面の排気用の凹部９は、軸受の軸方向内方に凹み、且つ、外輪２の内径面２ｂから外径面２ｃにわたって設けられている。図４に示すように、凹部９，９は、外輪２の１８０°対角位置に配設されると共に、これら凹部９，９の幅寸法Ｈ１、つまり、周方向の直線寸法が同一寸法となるように設けられている。

図４の例では、凹部９は、給油孔５に対し位相が９０°ずれた位置に形成されているが、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、外輪２の凹部９，９は、給油孔５，５の位相に対して、定められた角度（＝α１）の位相をもって設けられていればよい。この角度α１は、給油孔５に対して凹部９の中心から給油孔を３０°以上離して設けるのが好ましい。

給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１よりも、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きく設定されている。この実施形態では、図２に示すように、各凹部９，９の底面の深さＤ１，Ｄ１が異なっている。詳細には、給油孔側の凹部９の深さＤ１よりも、反給油孔側の凹部９の深さＤ２が大きく設定されている。反給油孔側の凹部９の周方向幅Ｈ１を大きくしていないから、周方向寸法の増大による軸受幅面の面積減少が抑制される。これにより、隣接する軸受同士の接触面積の減少による接触圧力の増大を防止できる。

給油孔側の凹部９の通路面積をＳ１とし、反給油孔側の凹部９の通路面積をＳ２とすると、好ましくは、軸受単体で、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２は、給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１の２～４倍である。この例では、軸受単体で、通路面積Ｓ２は通路面積Ｓ１の２倍に設定されている（Ｓ２＝２×Ｓ１）。

隣接する軸受の凹部９を合せた場合、給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＳよりも、反給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＳが大きくなる。詳細には、両端の２つの軸受では、給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＳは「Ｓ１」であり、反給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＳは「Ｓ１＋Ｓ２」である。中央の背面組合せの２つの軸受では、給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＳは「Ｓ１＋Ｓ２」であり、反給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＳは「Ｓ２＋Ｓ２」である。

図３を用いて、この実施形態の転がり軸受の作用を説明する。エアオイルＯＬが、軸受外部から外輪２の給油孔５を通して軸受空間ＳＰ内に供給され、軸受の潤滑に供される。このとき、転動体３を中心に、図２の反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きいので、図３の給油孔５から軸受内部ＳＰに供給されたエアオイルＯＬが反給油側の凹部９に流れ易くなる。これにより、エアオイルＯＬの供給量を増やすことなく、転動体３を通過して排気用の凹部９に流れるエアオイルＯＬが増加する。

このように、軸受空間ＳＰ内に供給したエアオイルＯＬを、軸受空間ＳＰ内に滞留させることなく、外輪２の凹部９から軸受外部にスムーズに排出することができる。このため、運転中、軸受温度が不安定に変位したり過度に昇温したりすることを未然に防止することができる。したがって、排気用の切欠きを設けた間座が不要となり、軸受同士を隣接して組み合わせたコンパクトな組合せ軸受が得られる。

複数の転がり軸受の組合せ時に、各軸受の凹部９，９の円周方向の位相を同位相に配置した場合、凹部９の合計通路面積ＴＰを大きく確保することができる。これにより、各軸
受において潤滑に供されたエアオイルＯＬは、凹部９から速やかに排出される。このようにエアオイルＯＬについて効果的な排気および排油流れを実現することができる。したがって、軸受温度の不安定な変位を確実に解消することができる。また、保持器４を外輪案内形式にすることで、高速回転時の保持器４の振れ回りをより抑えることができる。

図６は、この実施形態に係る転がり軸受を用いた工作機械用主軸の断面図である。図６の例は、モータをハウジング内に内蔵した、いわゆるビルトインモータ駆動式の工作機械用主軸である。主軸１７に、モータ１８のロータ１９が取り付けられ、ハウジングＨｓに、このモータ１８のステータ２０が取り付けられている。ロータ１９は、例えば、永久磁石であり、ステータ２０はコイル、コア等からなる。主軸１７の前端（左端）側に、この実施形態のアンギュラ玉軸受ユニットＢＲが配置されている。アンギュラ玉軸受ユニットＢＲの４つのうち中央の２つの軸受が背面組合せされている。

軸受の内輪１は主軸１７の外周面に嵌合され、外輪２はハウジングＨｓの内周面に嵌合されている。これら内外輪１，２は内輪押え２１および外輪押え２２により主軸１７およびハウジングＨｓにそれぞれ固定されている。ハウジングＨｓにはエアオイル供給路２３が設けられ、このエアオイル供給路２３はエアオイル供給源（図示せず）に接続されている。エアオイル供給路２３は、各外輪２の給油孔５に連通している。また、ハウジングＨｓに、各外輪２の凹部９に連通するエアオイル排気溝２４が設けられると共に、各エアオイル排気溝２４に繋がるエアオイル排気路２５が設けられている。このエアオイル排気路２５からエアオイルが排気される。

この場合、主軸１７の前端側に、軸受を集中して配置できるため、従来のように間座を軸受間に設けた場合に比べて、主軸１７の短縮化を図り軽量化することができる。これと共に、軸受温度が不安定に変動したり、過度に昇温したりすることを未然に防止できるため、主軸１７の高速化および高精度化を図ることができる。

上記構成によれば、前述のように、転動体３を中心に、反給油孔側の凹部９の図２に示す通路面積Ｓ２が大きいので、給油孔５から軸受内部ＳＰに供給されたエアオイルＯＬが反給油側の凹部９に流れ易くなる。これにより、エアオイルＯＬの供給量を増やすことなく、転動体３を通過して凹部９に流れるエアオイルＯＬが増加する。つまり、転動体３、内輪１の軌道面１ａ、外輪２の軌道面２ａおよび保持器４に関与する潤滑油が増える。このように、エアオイルＯＬを有効に使うことで、運転条件が過酷な場合でも、最小量の潤滑油で潤滑条件が良好となる。潤滑油の供給量が少なくなることで、潤滑油の停滞による意図せぬ昇温を防止できるうえに、凹部９から外部に排出される潤滑油も少なくなって周辺環境に影響を与えるのを抑制できる。

図４に示すように、凹部９と給油孔５の位相が異なっているので、給油孔５から軸受内部ＳＰに供給されたエアオイルＯＬが、転動体３を通過して凹部９から排出され易くなる。

以下に他の実施形態を説明する。各実施形態において、先行する実施形態と同じ構成には、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

〔第２の実施形態〕
図７および図８は、この発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態では、外輪２の反給油孔側の幅面２ｅにのみ凹部９が設けられ、外輪２の給油孔側の幅面２ｄに凹部９が設けられていない。つまり、第２の実施形態では、転動体３を中心に反給油孔側の凹部９のみが設けられている。隣接する凹部９，９を合せた場合、中央寄りの２つの軸受では、給油孔側の凹部９の合計通路面積ＴＰ（＝Ｓ２）より、反給油孔側の凹部９の合計通路面
積ＴＰ（＝Ｓ２＋Ｓ２）が大きく設定されている。第２の実施形態では、２倍の面積が確保されている。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、給油孔５から軸受内部ＳＰに供給されたエアオイルＯＬが反給油側の凹部９に流れ易くなるので、エアオイルＯＬの供給量を増やすことなく、転動体３、内輪１の軌道面１ａ、外輪２の軌道面２ａおよび保持器４に関与する潤滑油が増える。このように、エアオイルＯＬを有効に使うことで、運転条件が過酷な場合でも、最小量の潤滑油で潤滑条件が良好となる。その結果、潤滑油の停滞による意図せぬ昇温を防止できるうえに、周辺環境に影響を与えるのを抑制できる。

〔第３の実施形態〕
図９は、この発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態では、第１の実施形態の２個の転がり軸受を、間座無しで２列背面合せとした複列軸受の例を示す。第３の実施形態においても、転動体３を中心に、給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１よりも、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きく設定されている。

〔第４の実施形態〕
図１０は、この発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態では、第１の実施形態の３個の転がり軸受を、間座無しで３列組合せとした例を示す。第４の実施形態では、右側の２つの軸受が背面合わせと、左側の２つの軸受が並列合わせとなっている。第４の実施形態においても、転動体３を中心に、給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１よりも、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きく設定されている。

〔第５の実施形態〕
図１１は、この発明の第５の実施形態を示す。第５の実施形態では、第１の実施形態の５個の転がり軸受を、間座無しで５列組合せとした例を示す。第５の実施形態では、左側から３つ目と４つ目が背面組合せで、他は並列合わせとなっている。第５の実施形態においても、転動体３を中心に、給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１よりも、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きく設定されている。

〔第６の実施形態〕
図１２は、この発明の第６の実施形態を示す。第６の実施形態では、第１の実施形態の４個の転がり軸受を、間座無しで一部正面合せとした例を示す。第６の実施形態では、中央の２つの軸受が正面合わせで、他は並列合わせとなっている。第６の実施形態においても、転動体３を中心に、給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１よりも、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きく設定されている。正面合わせでは、左から２－３列の合わせ面の凹部９の合計通路面積ＳＰ（＝Ｓ１＋Ｓ１）よりも、１－２列間および３－４列間の凹部９の合計通路面積ＳＰ（＝Ｓ１＋Ｓ２）の方が大きくなっている。

〔第７の実施形態〕
図１３および図１４は、この発明の第７の実施形態を示す。第７の実施形態では、外輪２の給油孔５が、反接触側ではなく、接触角側に設けられており、図１の第１の実施形態と同様に、４個の転がり軸受が、間座無しで、４列背面合せで配置されている。第７の実施形態においても、転動体３を中心に、給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ１よりも、反給油孔側の凹部９の通路面積Ｓ２が大きく設定されている。給油孔９を接触角側に設けた場合、左から２－３列の合わせ面の凹部９の合計通路面積ＳＰ（＝Ｓ１＋Ｓ１）よりも、１－２列間および３－４列間の凹部９の合計通路面積ＳＰ（＝Ｓ１＋Ｓ２）の方が大きくなっている。

第３～第７の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、エアオイルＯＬを有効に
使うことで、運転条件が過酷な場合でも、最小量の潤滑油で潤滑条件が良好となる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明をアンギュラ玉軸受に適用した例について説明したが、本発明はアンギュラ玉軸受以外の転がり軸受にも適用可能である。また、上記実施形態では、外輪案内形式の保持器が用いられているが、転動体案内形式の保持器に変更してもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 内輪
１ａ 内輪の転走面
２ 外輪
２ａ 外輪の転走面
２ｂ 外輪の内径面
２ｃ 外輪の外径面
２ｄ 外輪の給油孔側の幅面
２ｅ 反給油孔側の幅面
３ 転動体
５ 給油孔
９ 凹部
ＯＬ エアオイル
ＳＰ 軸受空間
Ｓ１ 給油孔側の凹部の通路面積
Ｓ２ 反給油孔側の凹部の通路面積

Claims (2)

1. 内輪および外輪の転走面間に転動体が介在し、複数組み合わせて用いられるアンギュラ玉軸受であって、
   この複数の組み合わせは、
   間座無しで２列背面組合わせとなったもの、
   間座無しの３列組合せとしたもので、一方側の２つの軸受が背面合わせで、他方側の２つの軸受が並列合わせとなったもの、
   ４個のアンギュラ玉軸受を間座無しの背面組合わせとしたもので、中央の２つの軸受が背面合わせで、他は並列合わせとなったもの、
   ４個のアンギュラ玉軸受を、間座無しの一部正面組合せとしたもので、中央の２つの軸受が正面合わせで、他は並列合わせとなったもの、
   ５個のアンギュラ玉軸受を、間座無しの５列組合せとしたもので、一方側から３つ目と４つ目が背面組合せで、他は並列合わせとなったもの、
   のいずれか一つであり、
   前記外輪に、軸受空間内に貫通するエアオイル潤滑用の給油孔が設けられ、
   前記外輪の幅面の両方に、軸受の軸方向内方に凹んでエアオイルの排気通路を形成する凹部が、内径面から外径面にわたって設けられ、
   一方の前記幅面に前記凹部が形成される位相は、他方の前記幅面に前記凹部が形成される位相と同じであり、
   前記凹部は、前記転動体を中心に、給油孔側より、反給油孔側の凹部の通路面積が大きく設定され、
   前記反給油孔側の凹部の通路面積Ｓ２が、前記給油孔側の凹部の通路面積Ｓ１の２～４倍に設定されているアンギュラ玉軸受。
2. 請求項１に記載のアンギュラ玉軸受において、前記凹部と前記給油孔の位相が異なっているアンギュラ玉軸受。

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