JPH1058278A - 潤滑油流量調節装置を備えた主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の主軸等の回転軸の急な加減速等の
変動に当って、回転軸を回転支持する軸受に微量の潤滑
油を安定して供給する潤滑油流量調節装置を備えた主軸
装置を提供する。 【解決手段】 ボールベアリング５に回転支持された回
転軸３の軸心に潤滑油を保留する中空部１を設け、当該
中空部１から回転軸３の回転速度に応じて絞り方向に調
節される流量調節手段17を介してボールベアリング５側
に連通する通路13を穿設し、回転軸３の回転速度に応じ
た潤滑油の流量をボールベアリング５の転動面に安定供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内輪と外輪との間
に挟持した鋼球等の転動体により回転軸を回転支持する
主軸装置に関し、特に回転軸に固定される軸受の内輪を
貫通して転動体に潤滑油を供給するアンダレース方式の
軸受の潤滑構造を採用した主軸装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸等の高速回転する回転軸
を回転支持するボールベアリング等の軸受の潤滑方法と
して、回転軸に固定されている軸受の内輪を半径方向に
貫通し軸受内部に開口する複数の給油孔を設けるととも
に、回転軸の軸心に設けた中空部から前記各給油孔に連
通する放射状通路を穿設し、回転軸の基部を通じて中空
部に供給された潤滑油を回転軸の回転に伴う遠心力によ
り前記放射状通路を経て各給油孔に送り込み軸受内部に
放出し、軸受外部に溢れた潤滑油を回収、循環するアン
ダレース潤滑方式が知られている。

【０００３】上記のアンダレース潤滑方式は、回転軸を
貫通する多数の放射状通路を穿設するととともに、これ
らの放射状通路に対応する複数の給油孔を軸受の内輪に
設け、軸受内部に大量の潤滑油を供給して軸受を全周に
わたって均一に冷却するものである。しかしながら、回
転軸の回転速度が高速になると軸受の給油孔を外れた領
域の冷却が不十分になる傾向があり、そのために軸受に
局部的な熱膨張が生じて転動面の精度が低下し、運転中
の騒音の発生や軸受の寿命が短くなる等の問題を引き起
こす。

【０００４】こうした問題を解決するアンダレース潤滑
方式が、本願出願人の出願による特開平７−１４５８１
９号公報に開示されている。この潤滑構造は、潤滑油送
入パイプ等の潤滑油供給手段から回転軸の軸心に設けた
中空穴に潤滑油が供給され、回転軸の回転に伴う遠心力
により潤滑油が中空穴の内周面に沿って潤滑油通路の方
向へ進み回転軸を内側から冷却する。さらに、潤滑油は
その供給圧力及び遠心力により回転軸の潤滑油通路に侵
入して回転軸の外周面に形成された環状溝に流入し、軸
受の内輪の内周面に沿って進み軸受を内輪側から冷却す
る。その後、潤滑油は遠心力により軸受の内輪に設けら
れた給油孔を通過し軸受内部に流入して、転動体とレー
スとの間の潤滑を行ない、軸受外部に流出して回収、循
環するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、加工効率及び加
工精度の面から工作機械の主軸等の回転軸を高速回転す
ることが望まれている。ところで、回転軸の回転速度が
高速になればなる程、回転軸の回転に伴う遠心力もさら
に大きくなる。このために上記した従来の技術のような
アンダレース潤滑方式では、軸受内部に供給される潤滑
油の流量が増大し軸受内部における潤滑油の撹拌抵抗が
大きくなって発熱し、潤滑油による冷却効率が低下する
と共に、軸受内部での発熱が回転軸に伝導され回転軸の
熱変形を起こしてしまうことがある。

【０００６】そこで本発明は、工作機械の主軸等の回転
軸を回転支持する軸受内部に供給される潤滑油の流量を
回転軸の回転速度に応じて調節することができ、回転軸
の急な加減速等の変動に対しても安定した潤滑油の供給
を可能にする潤滑油流量調節装置を備えた主軸装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述目的を達
成するために、以下に述べるとおりの各構成要件を具備
している。 （１） 内輪、転動体及び外輪からなる軸受により回転
軸を回転支持する主軸装置において、前記回転軸内に形
成された有底状の中空穴に潤滑油を供給する潤滑油供給
手段と、前記軸受の前記回転軸の支持位置で前記回転軸
の中空穴から前記回転軸の外周面に達するように穿設さ
れた通路と、前記通路を含む前記回転軸の軸心と垂直な
平面内で、前記軸受の内輪を半径方向に貫通して前記軸
受の内部に達するように穿設された給油孔と、前記通路
内に設けられ、前記回転軸の中空穴から前記通路及び前
記給油孔を経由して前記軸受の内部に供給される潤滑油
の流量を前記回転軸の回転による遠心力の大きさに応じ
て調節する流量調節手段と、を具備したことを特徴とす
る潤滑油流量調節装置を備えた主軸装置。

【０００８】（２） 前記流量調節手段は、前記回転軸
の中空穴に連通する前記通路に装着され軸心に潤滑油の
通孔を形成した管状ハウジングと、前記管状ハウジング
の通孔に挿入され前記回転軸の中空穴への潤滑油の供給
圧力により前記通孔内を外側方向へ滑動可能な円筒部材
と、前記管状ハウジングと前記円筒部材との間に設けら
れたシール部材と、前記円筒部材を前記回転軸の中空穴
の方向へ付勢して前記円筒部材を前記シール部材に押圧
し、前記通孔を常閉するようにした弾性部材とから構成
された請求項１記載の潤滑油流量調節装置を備えた主軸
装置。

【０００９】

【作用】潤滑油供給手段により回転軸内に形成した有底
状の中空穴に供給された潤滑油は、回転軸の中空穴への
供給圧と回転軸の回転に伴う遠心力とにより回転軸の中
空穴から回転軸に穿設された通路に流入し、通路内に設
けられた流量調節手段により流量が調節されて回転軸の
外周面に達する。その後、潤滑油は軸受の内輪に穿設さ
れた給油孔に流入して軸受内部に達し、軸受の転動体と
レース（内、外輪）との間の潤滑を行なって軸受外部に
流出して回収される。

【００１０】流量調節手段による潤滑油の流量調節方法
は、回転軸の中空穴への供給圧力と回転軸の回転に伴う
遠心力とにより潤滑油が管状ハウジングの通孔に流入す
ると、管状ハウジングの通孔に挿入され回転軸の中空穴
の方向へシール部材を介して中空穴方向へ付勢されて通
孔を閉鎖していた円筒部材が、潤滑油により押圧され通
孔内を外側方向に滑動してシール手段との間に僅かな隙
間ができ、通孔を開放して潤滑油の流（供給）量絞り手
段が作動する。軸受内部に供給される潤滑油は、円筒部
材に対する付勢力と回転軸の中空穴への潤滑油の供給圧
力及び回転軸の回転に伴う遠心力並びに円筒部材に掛か
る遠心力とのバランスに基づいて決まる流量絞り手段を
通過することにより流量が調節され、給油孔を経由して
軸受内部に達する。

【００１１】よって、回転軸の回転速度が高速になり遠
心力が大きくなって流量調節手段を通過する潤滑油の流
量が増大する傾向が生じても、管状ハウジングと円筒部
材とにより構成される流量絞り手段により潤滑油の流量
が調節されるので、軸受内部に供給される潤滑油が極度
に増加することがなく、安定した潤滑油の流量を軸受内
部に供給することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の潤滑油流量調節
装置の一実施形態を図面に沿って説明するが、この実施
形態を構成する各要件は、本発明の出願当時の当業界に
おける技術レベルの範囲内で各種の変形が可能であるか
ら、格別の理由を示すことなく、以下に記載の実施形態
の構成のみに基づいて本発明の要旨を限定して解釈して
はならない。

【００１３】図１は、本発明の潤滑油流量調節装置を備
えた主軸装置の一実施形態の断面図で、中心に有底状の
中空部１を穿設した回転軸３を一対のボールベアリング
５によって本体６に軸支するとともに、回転軸３の上端
における中空部１の開口をブラケット７により被蓋し、
ブラケット７を貫通して回転軸３の回転軸線上に設けた
潤滑油供給管９を設け、同供給管９を通して潤滑油を回
転軸３の中空部１内に供給している。なお、ボールベア
リング５の内輪11は、それぞれ、カラー12、14を用いて
回転軸３との間の軸方向位置を保持している。回転軸３
には、そのボールベアリング５の支承部に対応して放射
方向に通路13を穿設し中空部１と回転軸３の外周面に設
けた環状（連通）溝15との間を連通している。

【００１４】回転軸３の通路13には流量調節手段17が嵌
着され、回転軸３の中空部１から環状溝15方向へ供給さ
れる潤滑油の流量を回転軸３の回転数に応じて調節す
る。また、環状溝15に供給された潤滑油によりボールベ
アリング５の内輪11が内側から冷却される。環状溝15の
外周は、ボールベアリング５の内輪11の内周面により全
面的に被覆、密封されており、そのため、中空部１内に
供給された潤滑油は回転軸３の環状溝15を通して外界に
漏洩することはない。ボールベアリング５の内輪11に
は、環状溝15に対応して直径方向に給油孔19が穿設して
あり、これによって、環状溝15とボールベアリング５の
内輪11とが連通し、リテーナ16で回転可能に位置決め、
挟持されたボールベアリング５の鋼球21（転動体）を冷
却する。図１において潤滑油は、潤滑油供給管９から矢
線で示すように中空部１内に供給され、次いで回転軸３
に設けられた通路13、流量調節手段17、環状溝15を経て
ボールベアリング５の内輪11に穿設した給油孔19を通り
鋼球９の転動面に供給され、転動面を潤滑、冷却して外
部に流出する。

【００１５】図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を示すも
ので、同図に付された符号が示す部材は、すべて、図１
の場合のそれと同一である。この実施形態においては、
回転軸３の中空部１と環状溝15とを連通する通路13は１
本であって、当該通路13は、ボールベアリング５の内輪
11に穿設した給油孔19の一つに直列に位置するように組
付けられているが、給油孔19は環状溝15と連通するだけ
で機能する。なお、本実施形態の場合、ボールベアリン
グ５の内輪11に穿設した給油孔19は直径方向に対称的に
２本設けてあるが、必要に応じ、その数を増減しても良
い。ただし、回転軸３の回転速度が極めて大きいから、
それにより遠心力のアンバランスが生じない、もしくは
大きくならぬ構造を採用すべきである。図１を参照する
に、図２に記載のような断面構造は、一つのボールベア
リング５につき、２箇所設けられるが、両者によって形
成されるバランスについても同様な注意が必要となる。
しかし、図２に記載の構造を一つのボールベアリング５
につき２箇所設けなければならぬいわれはない。

【００１６】図３は、本発明の潤滑油流量調節手段17の
具体的構造の拡大断面図及びその作用の説明図で、図３
（ａ）は回転軸３の停止時における各部材の相互位置を
示している。回転軸３の通路13内には、回転軸３の外周
面開口側から管状ハウジング23が螺着され、ハウジング
23はシール部材33により回転軸３との間の隙間がシール
されている。管状ハウジング23内部の通孔24には、ハウ
ジング23に設けた弁座25に対応する弁部を備えたスプー
ル（円筒部材）27が挿入してあり、スプール27はコイル
ばね29により回転軸３の直径方向軸心（中空部）側に付
勢されて、その肩部31をハウジング23内側に設置したシ
ール部材33に押圧し、常閉的に回転軸３の中空部１と環
状溝15との間の連通を遮断している。

【００１７】図３（ｂ）は、回転軸３が低速回転をして
いる状態を示しており、回転軸３が回転すると遠心力が
作用して中空穴１から管状ハウジング23の通孔24に潤滑
油が供給され、潤滑油の供給圧力がスプール27を押圧す
る力がコイルばね29の付勢力よりも大きくなり、スプー
ル27を外側に変位させ、常閉のスプール27の肩部31とハ
ウジング23内のシール部材33との間に僅かな隙間ができ
るので、中空部１内に供給された潤滑油が隙間を通って
環状溝15に流出される。そこで、回転軸３が低速回転を
始めると、潤滑油の供給圧力と潤滑油に掛かる遠心力に
基づく流体の粘性抵抗及びスプール27に掛かる遠心力が
コイルばね29の付勢力に抗してスプール27を直径方向外
側に移動させ、ハウジング23の弁座25に対するスプール
27の隙間を狭める方向にスプール27を変位させるので、
この隙間により絞られる潤滑油の流量は回転軸３の回転
速度に関係して極度に増大することはない。

【００１８】本実施例構造においては元来、回転軸３の
回転が高速になるのに従って流量調節手段17を通る潤滑
油の流量が増加する傾向にあるが、そのときにはスプー
ル27が変位しハウジング23の弁座25に対するスプール27
の隙間を狭め潤滑油の流れを絞るために、給油孔19を通
りベアリング５の転動面に供給される潤滑油の量は極度
に増加することがない。図１を参照して、回転軸３が低
速回転をしている状態では、供給された潤滑油が中空部
１内に充満し、中空部１に開口する各通路13に対して
略、均等に供給されている。その時、図３（ｂ）に示す
各流量調節手段17における隙間を通る潤滑油の流量は、
弁座25とこれに対応するスプール27のテーパ弁部との間
の微小隙間、潤滑油の供給圧力、潤滑油に掛かる遠心力
及び粘度等の要因により定まる。

【００１９】潤滑油の供給圧力、通路13を通る潤滑油の
粘度(一般に潤滑油の粘性は、温度に関係して変動する)
を略、一定と仮定すれば、スプール27の肩部31とハウジ
ング23内側に設置したシール部材33との間に隙間ができ
た後、弁座25とスプール27との微小隙間により調節され
る潤滑油の流量は回転軸３の回転速度に関係して変動す
るものと考えられる。

【００２０】図３（ｃ）は、回転軸３を高速回転させた
状態を示しており、スプール27及び潤滑油に掛かる遠心
力、粘性抵抗がコイルばね29の付勢力に勝ってスプール
27を回転軸３の直径方向外側により大きく変位せしめ、
弁座25とこれに対応するスプール27のテーパ弁部との開
きを狭めるので、供給圧力と遠心力が掛かった潤滑油が
弁部を強制的に流通しようとしても、その流れがさらに
絞られ、回転軸３の回転速度に逆比例するように潤滑油
の供給量が調節され、ボールベアリング５の転動面に対
し安定して潤滑油を供給する。すなわち、回転軸３を高
速回転する場合に、通孔13を通る潤滑油の流量が回転軸
３の回転速度に応じて必要以上に増加することを防ぐた
め、潤滑油の流量を絞る弁座25とこれに対応するスプー
ル27のテーパ弁部との開きを、回転軸３の回転速度に関
係して狭める方向に調節している。

【００２１】図１を参照して、回転軸３の各通孔13に嵌
着した流量調節手段17は、回転軸３が高速回転するにつ
れてボールベアリング５に対する潤滑油の供給量を調節
して、高速回転になるに従って各ボールベアリング５に
対する潤滑油の供給量が不均一になりがちの主軸装置の
場合にも、比較的均一に潤滑油量を供給することができ
る。本実施例は、主として立形の主軸装置を対象にし
て、構成、効果の説明をしてきたが、横形の主軸装置の
場合にも同様に機能することは説明するまでもない。

【００２２】

【発明の効果】本発明の潤滑油流量調節装置を備えた主
軸装置によれば、回転軸の加速、減速に対応して、軸受
内部に供給する潤滑油の流量を適確に調節することがで
きるので、回転軸の回転速度が高速になり回転軸の回転
に伴う遠心力が大きくなっても軸受に供給される潤滑油
の流量が極度に増大することなく、そのため、軸受内部
で潤滑油の撹拌抵抗により発熱することがなく冷却効率
が向上し、回転軸の熱変形を引き起こすおそれがないた
め、実切削力の向上を期待することができる。さらに、
回転軸の回転速度に応じ軸受内部に安定した流量の潤滑
油を供給することができ、軸受の寿命を延ばす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の潤滑流量調節装置を備えた主軸装置の
一実施形態の断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の潤滑油流量調節装置の拡大断面図であ
り、その（ａ）は回転軸の停止時、（ｂ）は回転軸の低
速回転時、（ｃ）は回転軸の高速回転時における流量調
節手段を構成する部材の相互位置関係を示す。

【符号の説明】

１ 中空部 25 弁座 ３ 回転軸 27 スプール ５ 軸受（ボールベアリング） 29 コイルばね ９ 潤滑油供給管 31 肩部 11 内輪 33 シール部材 13 通路 17 流量調節手段 19 給油孔 23 管状ハウジング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪、転動体及び外輪からなる軸受によ
   り回転軸を回転支持する主軸装置において、 前記回転軸内に形成された有底状の中空穴に潤滑油を供
   給する潤滑油供給手段と、 前記軸受の前記回転軸の支持位置で前記回転軸の中空穴
   から前記回転軸の外周面に達するように穿設された通路
   と、 前記通路を含む前記回転軸の軸心と垂直な平面内で、前
   記軸受の内輪を半径方向に貫通して前記軸受の内部に達
   するように穿設された給油孔と、 前記通路内に設けられ、前記回転軸の中空穴から前記通
   路及び前記給油孔を経由して前記軸受の内部に供給され
   る潤滑油の流量を前記回転軸の回転による遠心力の大き
   さに応じて調節する流量調節手段と、を具備したことを
   特徴とする潤滑油流量調節装置を備えた主軸装置。
2. 【請求項２】 前記流量調節手段は、前記回転軸の中空
   穴に連通する前記通路に装着され軸心に潤滑油の通孔を
   形成した管状ハウジングと、 前記管状ハウジングの通孔に挿入され前記回転軸の中空
   穴への潤滑油の供給圧力により前記通孔内を外側方向へ
   滑動可能な円筒部材と、 前記管状ハウジングと前記円筒部材との間に設けられた
   シール部材と、 前記円筒部材を前記回転軸の中空穴の方向へ付勢して前
   記円筒部材を前記シール部材に押圧し、前記通孔を常閉
   するようにした弾性部材とから構成された請求項１記載
   の潤滑油流量調節装置を備えた主軸装置。