TWI661137B - 軸承裝置之冷卻構造 - Google Patents

Abstract

提供一種將供給壓縮空氣所須耗電量加以抑制並且有效率地冷卻軸承裝置的軸承裝置之冷卻構造。此軸承裝置(J)分別相鄰於滾動軸承(1)之內外相向的固定側軌道環(2)及旋轉側軌道環(3)而設有固定側間隔件(4)及旋轉側間隔件(5)。固定側軌道環(2)及固定側間隔件(3)係設置於固定構件(6)，旋轉側軌道環(3)及旋轉側間隔件(5)係設置於旋轉構件(7)。於固定側間隔件(4)之中的間隔件所彼此相向的周面，設置環狀凹陷部(13)，並朝旋轉側間隔件(5)之旋轉方向(R)前方傾斜設有：噴嘴孔(15)，從開口於凹陷部(13)底面的出口(15a)朝向旋轉側間隔件(5)之中的間隔件所彼此相向的周面，噴吐壓縮空氣(A)。

Description

軸承裝置之冷卻構造

(相關申請案)

本案依據2014年3月22日申請之日本申請案特願2014-059358及特願2014-059359主張優先權，並引用參照其全部揭示內容作為本案的一部分。

本發明係關於軸承裝置之冷卻構造，例如關於工具機之主軸及組入至主軸的軸承之冷卻構造。

在工具機之主軸裝置中，為了確保加工精度，必須將裝置的溫度上昇予以壓低。但是，在最近的工具機中，為了提昇加工產能而有高速化的傾向，來自支持主軸的軸承之發熱亦隨高速化而變大。並且，多為將驅動用之電動機組入至裝置內部的所謂內建電動機形式，亦成為裝置的發熱要因。

發熱所致的軸承之溫度上昇會造成預壓增加之結果，考量到主軸之高速化、高精度化時，則希望能極力加以抑制。就抑制主軸裝置之溫度上昇的方法 而言，有種方法係將冷卻用的壓縮空氣送至軸承來進行主軸與軸承之冷卻(例如專利文獻1)。另，在專利文獻1中，係於2個軸承間的空間中，將冷氣流往旋轉方向帶角度噴射成旋轉流，藉以進行主軸與軸承之冷卻。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2000-161375號公報

在利用壓縮空氣的冷卻中，當壓縮空氣的流速較快且流量較大則冷卻效果較高。但是，使壓縮空氣之流速快或使流量大必須加大空氣供給裝置之輸出，耗電量變高。

又，在利用壓縮空氣的冷卻中，因為與潤滑等者的關係，多為將壓縮空氣從設於外環間隔件的噴嘴噴吹至內環間隔件，經由內環間隔件來將主軸與軸承加以冷卻，而非直接噴吹至主軸還有軸承。此時，從噴嘴噴吐的壓縮空氣沿著內環間隔件的外周面往軸向流動並且奪取內環間隔件的熱量之後，往軸承外部排出。此空冷方式當壓縮空氣的流速較快且流量較大則冷卻效果較高。

但是，於僅只縮減噴嘴孔出口附近的孔徑之單純形狀的噴嘴中，由於在噴嘴孔出口進行扼流，流速不會高於音速，所以無法期待大幅的冷卻效果。要使流速高於音速，必須定為如拉瓦噴嘴(de Laval nozzle)等之孔徑在中間部變小而微妙改變的超高速噴嘴，但是不易將此種複雜的噴嘴孔藉由切削而加工在由金屬材料所構成的外環間隔件。

又，即使為了提高冷卻效果而加大壓縮空氣的流量，也因為流量係取決於空氣壓縮機的容量，所以不能無限制地加大流量。可於噴嘴孔之壓縮空氣流動方向的中間部設置與軸承裝置外部連通的空氣孔，藉以從軸承外部引入空氣來增加冷卻用空氣的流量，但與前述同樣，不易將噴嘴孔與空氣孔藉由切削而加工在由金屬材料構成的外環間隔件。

再者，有時希望將噴嘴孔之與壓縮空氣流動方向正交的橫剖面形狀定為非圓形，此時也不易將非圓形孔的噴嘴藉由切削而加工在由金屬材料所構成的外環間隔件。

本發明之第1目的在於提供一種軸承裝置之冷卻構造，能對於供給壓縮空氣所須的耗電量加以抑制並且有效率地冷卻軸承裝置。

本發明之第2目的在於提供一種軸承裝置之冷卻構造，能藉由壓縮空氣而有效率地冷卻軸承裝置，且能以高精度地且生產性良好的方式將因應於用途的形狀之噴嘴孔設於固定側間隔件。

本發明之軸承裝置之冷卻構造，係應用於下述軸承裝置：分別相鄰於滾動軸承之內外相向的固定側軌道環及旋轉側軌道環而設有固定側間隔件及旋轉側間隔件，前述固定側軌道環及固定側間隔件係設置於固定構件及旋轉構件之中的固定構件，前述旋轉側軌道環及旋轉側間隔件係設置於前述固定構件及旋轉構件之中的旋轉構件。在該軸承裝置中，於前述固定側間隔件之中的間隔件所彼此相向的周面，設置環狀凹陷部，並朝前述旋轉側間隔件之旋轉方向的前方傾斜設有：噴嘴孔，從開口於該凹陷部底面的出口朝向前述旋轉側間隔件之中的間隔件所彼此相向的周面噴吐壓縮空氣。例如，前述固定側軌道環係外環，前述旋轉側軌道環係內環。此時，前述固定構件及旋轉構件例如分別係殼體及主軸。

依據此構成，係藉由設於固定側間隔件的噴嘴孔將冷卻用的壓縮空氣朝向旋轉側間隔件之周面噴吐。藉由於前述固定側間隔件之中的間隔件所彼此相向的周面設置環狀凹陷部，並於該凹陷部開口有出口而設置前述噴嘴孔，而將壓縮空氣噴吐至固定側間隔件的凹陷部與旋轉側間隔件之間的空間。藉由從狹窄的噴嘴孔將壓縮空氣一口氣地噴吐至前述空間，使得壓縮空氣進行絕熱膨脹，壓縮空氣之溫度降低並且流速增加。因此，有效率地冷卻旋轉側間隔件。

又，因為係使設於固定側間隔件的噴嘴孔朝旋轉側間隔件之旋轉方向前方傾斜，所以從噴嘴孔噴吐的壓縮空氣沿著旋轉側間隔件的周面旋轉並且往軸向 流動而往軸承外部排出。因為壓縮空氣進行旋轉，所以相較於往軸向筆直流動的情形而言，壓縮空氣接觸於旋轉側間隔件之周面的時間長，能進一步有效率地冷卻旋轉側間隔件。

如此，藉由有效率地冷卻旋轉側間隔件，而能經由該旋轉側間隔件而有效地冷卻滾動軸承的內環及旋轉構件。本冷卻構造因為於固定側間隔件之中的間隔件所彼此相向的周面設置環狀凹陷部，且使噴嘴孔傾斜，就藉由在構造上下功夫而可提昇冷卻效率，所以即使不加大供給壓縮空氣的空氣供給裝置之輸出也可，能抑制耗電量。

噴吐至固定側間隔件的凹陷部與旋轉側間隔件之間的空間的壓縮空氣，通過凹陷部兩側的固定側間隔件與旋轉側間隔件之間的間隙而往軸承外部排出。此時，至少一部分的壓縮空氣往軸承內流入。因為前述間隙比前述空間更狹窄，所以在間隙流動的壓縮空氣在周向各部分的流速均勻化，流入至軸承內的壓縮空氣之流速變得均勻。藉此，能降低壓縮空氣與旋轉中的滾動體之碰撞音。

例如，前述凹陷部可定為剖面長方形的環狀溝槽。剖面長方形的環狀溝槽為加工容易。

又，前述凹陷部亦可為具有山丘形剖面之環狀溝槽，該山丘形剖面係在該噴嘴孔的出口處為最凹陷，且從該最凹陷之處越往軸向的至少一方側前進而凹陷量越減少。此時，能抑制從固定側間隔件之凹陷部與旋轉側間隔件之間的空 間流出的壓縮空氣之阻力，所以能使流入至軸承內的壓縮空氣之流速進一步變得均勻。

在本發明中，亦可將前述固定側間隔件之中的構成前述凹陷部底面的部分定為與其他部分獨立的構件。此時，因為係將形狀相對較簡單的多數之構件加以組合來構成固定側間隔件，所以加工容易。

在前述各發明任一者記載的軸承裝置之冷卻構造中，亦可將前述固定側間隔件之中的構成前述噴嘴孔的部分定為與其他部分獨立的構件，並使前述噴嘴孔與前述壓縮空氣之流動方向正交的橫剖面及沿著前述壓縮空氣之流動方向的縱剖面之一者或兩者的剖面形狀不齊一。例如，前述固定側軌道環係外環，前述旋轉側軌道環係內環。此時，前述固定構件及旋轉構件例如分別係殼體及軸。

依據此構成，藉由從設於固定側間隔件的噴嘴孔將冷卻用的壓縮空氣朝向旋轉側間隔件的周面噴吐，首先冷卻旋轉側間隔件，並經由該旋轉側間隔件而冷卻滾動軸承之旋轉側軌道環及旋轉構件。因為設於固定側間隔件噴嘴孔係朝旋轉側間隔件之旋轉方向前方傾斜，所以從噴嘴孔噴吐的壓縮空氣沿著旋轉側間隔件的周面旋轉並且往軸向流動而往軸承外部排出。因為壓縮空氣進行旋轉，所以相較於往軸向筆直流動的情形而言，壓縮空氣接觸於旋轉側間隔件之周面的時間長，能有效率地冷卻旋轉側間隔件。因此，冷卻軸承裝置及旋轉構件的效果大。

藉由將固定側間隔件之中的構成噴嘴孔的部分定為與其他部分獨立的構件，能利用樹脂材質等加工容易的材料來製作構成噴嘴孔的部分。藉此，能在固定側間隔件以高精度且生產性良好的方式設置下述噴嘴孔：與壓縮空氣流動方向正交的橫剖面及沿著壓縮空氣之流動方向的縱剖面的一方者或兩者的剖面形狀不齊一。利用切削來加工此種噴嘴孔很困難，但若利用樹脂材質的射出成形，就能容易地加以製作。因為噴嘴孔之前述橫剖面或縱剖面的形狀不齊一，所以能形成適於高速噴射的各種形狀之噴嘴孔。

在本發明中，前述固定側間隔件在圓周方向具有多數前述噴嘴孔的情形，宜將構成各個噴嘴孔的部分個別地嵌入至設於前述其他部分的嵌合用孔。若將構成各噴嘴孔的部分定為共通，則構成該噴嘴孔的部分成為環狀或接近於環狀的形狀，其他部分夾著構成各噴嘴孔的部分而分隔在軸向兩側。此形態構成噴嘴孔的部分係樹脂材質時，固定側間隔件的軸向剛性變小。若定為將構成各個噴嘴孔的部分個別地嵌入至設於其他部分的嵌合用孔之形態，則因為其他部分分隔在軸向兩側，所以能防止固定側間隔件的軸向剛性降低。

在本發明中，前述噴嘴孔的出口近旁的橫剖面形狀亦可係軸向尺寸比周向尺寸更長的扁平形狀。本說明書所述的前述扁平形狀並不限定於沿著軸向的尺寸極端地比沿著軸承周向的尺寸更長的扁平形狀，亦包含軸向尺寸稍微比周向尺寸更長的形狀。將多量的壓縮空氣從噴嘴孔朝向旋轉側間隔件噴吐時，壓縮空氣在噴嘴孔出口使得流速成為最大速度(例如音速)。此時，在噴嘴孔的出口與旋轉側間隔件之間的間隙狹窄、且噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀係圓形的 情況下，噴嘴孔出口與固定側間隔件之間的壓力容易變高，出現壓縮波。壓縮波出現時，從噴嘴孔出口噴吐的壓縮空氣之直進流動受到阻礙，往軸向擴散。因此，壓縮空氣與旋轉側間隔件的周面接觸的時間變短，冷卻效果降低。

噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀係圓形時容易出現壓縮波，可認為是因為壓縮空氣往噴嘴孔出口與旋轉側間隔件之間間隙的流入量(質量流量)，在噴嘴孔中心之延長線上即軸向中央部局部地變大。噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀係扁平形狀時，因為壓縮空氣的流入量在軸向上均等化，所以不會出現強烈的壓縮波，壓縮空氣不會往軸向擴散，能往周向流動。

在本發明中，前述噴嘴孔之縱剖面亦可係長度方向的中間部狹窄、能形成超音速流動的形狀。此時，從噴嘴孔噴吐的壓縮空氣之流速變快，提昇冷卻效果。

在本發明中，亦可於前述噴嘴孔的前述壓縮空氣之流動方向的中間部設置與軸承裝置外部連通的空氣孔。此時，藉由在噴嘴孔流動的壓縮空氣之動壓所產生的負壓，從軸承裝置外部經由空氣孔而將空氣抽吸至噴嘴孔。藉此，從噴嘴孔噴吐的流量變大，提昇冷卻效果。

本發明之軸承裝置之冷卻構造因為具有上述的作用、效果，所以能合適地用於工具機之主軸的支持。

申請專利範圍及/或說明書及/或圖式所揭示的至少2個構成之任意組合亦含於本發明。尤其，申請專利範圍的各請求項之2個以上之任意組合亦含於本發明。

1‧‧‧滾動軸承

2‧‧‧外環(固定側軌道環)

3‧‧‧內環(旋轉側軌道環)

3a‧‧‧環狀凹陷部

4‧‧‧外環間隔件(固定側間隔件)

4a‧‧‧其他部分

5‧‧‧內環間隔件(旋轉側間隔件)

6‧‧‧殼體(固定構件)

6a‧‧‧平台部

7‧‧‧主軸(旋轉構件)

8‧‧‧滾動體

9‧‧‧固持器

11‧‧‧外環間隔件本體

11a‧‧‧其他部分

11b‧‧‧大部分

12‧‧‧潤滑用噴嘴

13‧‧‧環狀凹陷部

14‧‧‧空間

15‧‧‧噴嘴孔

15a‧‧‧出口(噴嘴孔出口)

16‧‧‧導入溝槽

16a、16b‧‧‧溝槽部

20‧‧‧噴嘴孔構成部(構成噴嘴孔的部分)

21‧‧‧嵌合用孔

30‧‧‧前端部

31‧‧‧氣油供給孔

33‧‧‧空氣孔

40‧‧‧端面蓋

41、42‧‧‧定位間隔件

43‧‧‧螺母

45‧‧‧壓縮空氣導入通道

46‧‧‧排氣通道

47‧‧‧排氣溝槽

48‧‧‧徑向排氣孔

49‧‧‧軸向排氣孔

A‧‧‧壓縮空氣

C‧‧‧附近

J‧‧‧軸承裝置

L‧‧‧直線

P‧‧‧箭頭

R‧‧‧旋轉方向

A‧‧‧角度範圍

δa‧‧‧徑向間隙

δb‧‧‧環狀間隙

本發明參考附加圖式的以下較佳實施形態之說明而更明白理解。但是，實施形態及圖式係單純用於圖示及說明，不應用於決定本發明之範圍。本發明之範圍係由附加的申請專利範圍而定。附加圖式中，多數之圖式中的相同符號係顯示相同或相當的部分。

圖1係具有本發明第1實施形態之軸承裝置之冷卻構造的工具機主軸裝置之縱剖視圖。

圖2係上述軸承裝置之冷卻構造的主要局部放大剖視圖。

圖3係圖1之III-III線段剖視圖。

圖4係本發明第2實施形態之軸承裝置之冷卻構造的主要部份之縱剖視圖。

圖5係本發明第3實施形態之軸承裝置之冷卻構造的主要部份之縱剖視圖。

圖6係具有本發明之第4實施形態之軸承裝置之冷卻構造的工具機主軸裝置之縱剖視圖。

圖7係上述軸承裝置之冷卻構造的主要部之放大剖視圖。

圖8係圖6之VIII-VIII線段剖視圖。

圖9係上述軸承裝置之冷卻構造的噴嘴安裝部之立體分解圖。

圖10係本發明第5實施形態之軸承裝置之冷卻構造的主要部份之縱剖視圖。

圖11係本發明第6實施形態之軸承裝置之冷卻構造的主要部份之縱剖視圖。

圖12係本發明第7實施形態之軸承裝置之冷卻構造的縱剖視圖。

圖13係從軸向觀察上述軸承裝置之冷卻構造的噴嘴孔出口周邊部。

圖14A係圖13的XIV-XIV線段剖視圖，顯示噴嘴孔的1例。

圖14B係圖13的XIV-XIV線段剖視圖，顯示噴嘴孔的其他例。

圖15係顯示出現壓縮波的狀態下的噴嘴孔出口附近之壓力分布。

圖16係顯示出現壓縮波的狀態下的噴嘴孔出口附近之溫度分布。

圖17A係顯示噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀與質量流量之關係的例1。

圖17B係顯示噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀與質量流量之關係的例2。

圖17C係顯示噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀與質量流量之關係的例3。

[實施發明之較佳形態]

以下與圖1至圖3共同說明本發明第1實施形態之軸承裝置之冷卻構造。本例之軸承裝置之冷卻構造係應用於工具機的主軸裝置。但是，並不限定於工具機的主軸裝置。

如圖1所示，軸承裝置J具有在軸向上排列的2個滾動軸承1、1，在各滾動軸承1、1的外環2、2間及內環3、3間分別插設有外環間隔件4及內環間隔件5。外環2及外環間隔件4設置於殼體6，內環3及內環間隔件5嵌合於主軸7。滾動軸承1係斜角滾珠軸承，於內外環3、2之軌道面間插設有多數之滾動體8。各滾動體8 藉由固持器9而固持成圓周等距配置。2個滾動軸承1、1彼此係以背面組合來配置，藉由外環間隔件4與內環間隔件5之寬度尺寸差來設定各滾動軸承1、1之初期預壓而使用。在本實施形態中，滾動軸承1係以內環旋轉方式使用。所以，外環2、內環3分別係申請專利範圍所述之「固定側軌道環」、「旋轉側軌道環」，外環間隔件4、內環間隔件5分別係「固定側間隔件」、「旋轉側間隔件」。又，主軸7係「旋轉構件」，殼體6係「固定構件」。之後所示的其他實施形態亦同樣。

外環2、2及外環間隔件4例如與殼體6的內周面定為餘隙配合，藉由殼體6的平台部6a與端面蓋40而軸向定位。又，內環3、3及內環間隔件5例如與主軸7定為緊迫配合，藉由兩側的定位間隔件41、42來軸向定位。另，圖左側的定位間隔件42係藉由螺接於主軸7的螺母43來固定。

以下說明冷卻構造。如圖1之局部放大，即如圖2所示，外環間隔件4包含：外環間隔件本體11；以及環狀的潤滑用噴嘴12、12，與該外環間隔件本體11為由不同構件所構成。外環間隔件本體11形成為剖面約略T字形，並於該外環間隔件本體11的軸向兩側分別以對稱配置方式固定有潤滑用噴嘴12、12。外環間隔件本體11的內徑尺寸大於潤滑用噴嘴12、12的內徑尺寸。藉此，於外環間隔件4的內周面形成有凹陷部13，該凹陷部13藉由下述者構成：外環間隔件本體11的內周面；及連於內周面的潤滑用噴嘴12、12之側面。該凹陷部13係剖面長方形的環狀溝槽。外環間隔件4之凹陷部13以外的內周面，亦即潤滑用噴嘴12、12的 內周面，係與內環間隔件5的外周面隔著微小的徑向間隙δa而相向。藉此，前述凹陷部13與內環間隔件5的外周面之間，形成有徑向寬度較他者更寬的空間14。

前述外環間隔件本體11設有：噴嘴孔15，朝向內環間隔件5的外周面噴吐冷卻用的壓縮空氣A。噴嘴孔15的出口15a在外環間隔件4的內周面之前述凹陷部13開口。在此例中設有多數個(例如圖3所示3個)噴嘴孔15，分別在圓周方向配置成等距配置。

如圖3所示，各噴嘴孔15分別朝內環間隔件5之旋轉方向R的前方傾斜配置。亦即，噴嘴孔15的直線狀軸心係位於從垂直於外環間隔件4之軸心的剖面的任意半徑方向之直線L起往與該直線L正交的方向偏移的位置。使噴嘴孔15偏移的理由在於使壓縮空氣A成為往內環間隔件5的旋轉方向R作為旋轉流而發揮作用，提高冷卻效果。另，在圖1、圖2中，係以通過噴嘴孔15之中心線的剖面來表示外環間隔件4。

圖3的外環間隔件本體11之外周面形成有：導入溝槽16，用以從軸承外部將壓縮空氣A導入至各噴嘴孔15。該導入溝槽16係設於外環間隔件4之外周面中的軸向中間部，並形成為連通於各噴嘴孔15的圓弧狀。導入溝槽16設於角度範圍α，角度範圍α顯示外環間隔件本體11的外周面中將設有後述氣油供給通道(未圖示)的圓周方向位置加以排除的圓周方向大部分。如圖1，殼體6設有壓縮空氣導入通道45，並構成為導入溝槽16連通至該壓縮空氣導入通道45。殼體的外部設有：空氣供給裝置(未圖示)，將壓縮空氣A供給至壓縮空氣導入通道45。

以下說明潤滑構造。如圖1所示，外環間隔件4具有：前述潤滑用噴嘴12、12，將氣油供給至軸承內。各潤滑用噴嘴12具有：前端部30，往軸承內，亦即往外環2與內環3之間的軸承空間內突出，與內環3的外周面之間隔著氣油通過用的環狀間隙δb(圖2)而相向。換言之，潤滑用噴嘴12的前端部30配置成進入軸承內而受到內環3的外周面所覆蓋。又，潤滑用噴嘴12的前端部30配置成比固持器9的內周面更靠近半徑方向內側。

如圖2所示，潤滑用噴嘴12設有：氣油供給孔31，將氣油供給至該潤滑用噴嘴12與內環3之外周面間的前述環狀間隙δb。該氣油供給孔31傾斜成向軸承側傾斜至內徑側，並於前端部30的內周側開口有出口。氣油供給孔31經由設於殼體6及外環間隔件本體11的氣油供給通道(未圖示)而供給氣油。在內環3的外周面的氣油供給孔31之延長線上之處設有環狀凹陷部3a。從潤滑用噴嘴12噴吐的氣油之油脂積於前述環狀凹陷部3a，該油受到內環3之旋轉所伴隨的離心力，沿著傾斜面即內環3的外周面而導向往軸承中心側。

以下說明排氣構造。此軸承裝置J設有將冷卻用的壓縮空氣及潤滑用的氣油加以排氣的排氣通道46。排氣通道46包含：排氣溝槽47，設於外環間隔件本體11中的圓周方向的一部分；及徑向排氣孔48與軸向排氣孔49，設於殼體6，並連通於前述排氣溝槽47。前述外環間隔件本體11的排氣溝槽47係形成在與設有氣油供給通道的位置為對角的圓周方向位置。在本例中，將3個排氣溝槽47配置成周向等距配置。

以下說明上述構成所成的軸承裝置之冷卻構造之作用。如圖2所示，藉由設於外環間隔件4的噴嘴孔15將冷卻用的壓縮空氣A向內環間隔件5的外周面噴吹。此時，將壓縮空氣A從狹窄的噴嘴孔15內噴吐至寬闊的空間14，藉以使得壓縮空氣A進行絕熱膨脹。將噴嘴孔15內的壓縮空氣之體積設為V1、溫度設為T1，將空間14的壓縮空氣之體積設為V2、溫度設為T2時，依據氣體狀態方程式、熱力學第1法則，成為V1<V2、T1>T2。亦即，在空間14中，壓縮空氣A之溫度下降並且體積增加。體積增加使得壓縮空氣A之流速增大。如此將低溫且高速的壓縮空氣A噴吹至內環間隔件5，藉以有效率地冷卻內環間隔件5。

又，因為使噴嘴孔15朝圖3所示的內環間隔件5之旋轉方向R的前方傾斜，所以從噴嘴孔15噴吐的壓縮空氣A沿著內環間隔件5的外周面旋轉並且往周向流動，通過圖1的排氣通道46而往軸承外部排出。因為壓縮空氣A進行旋轉，所以，相較於往噴嘴孔15的軸向筆直流動的情形而言，壓縮空氣A與內環間隔件5的外周面接觸的時間長，能進一步有效率地冷卻內環間隔件5。因此，能進一步有效率地冷卻內環間隔件5。

如此，有效率地冷卻內環間隔件5，藉而得以經由該內環間隔件5而有效地冷卻滾動軸承1之內環3及主軸7。本冷卻構造因為於外環間隔件4的內周面設置環狀凹陷部13且使噴嘴孔15傾斜等，在結構上下功夫來提昇冷卻效率，所以即使不加大供給壓縮空氣A的空氣供給裝置之輸出也可，能抑制耗電量。

此外，在外環間隔件4的內周面設有凹陷部13時，亦具有以下的效果。亦即，噴吐至凹陷部13與內環間隔件5之間空間14的壓縮空氣A，係經由凹陷部13兩側的外環間隔件4與內環間隔件5之間的徑向間隙δa而往軸承外部排出。此時，至少一部分的壓縮空氣A往軸承內流入。因為徑向間隙δa窄於空間14，所以使得在徑向間隙δa流動的壓縮空氣A之周向各部分的流速均勻化，流入軸承內的壓縮空氣A之流速變得均勻。藉此，能降低壓縮空氣A與旋轉中的滾動體8之碰撞音。

本實施形態之情形，因為將前述凹陷部13定為沿著軸向的橫剖面為長方形的環狀溝槽，所以凹陷部13呈固定深度並容易加工。又，如圖4所示的第2實施形態，將構成凹陷部13底面的部分，亦即，將軸向的大部分11b定為與其他部分11a獨立的構件時，因為係將形狀相對較簡單的多數之構件加以組合來構成外環間隔件本體11，所以進一步容易加工。

如圖5所示的第3實施形態，外環間隔件4的內周面之凹陷部13，亦可為具有山丘形剖面之環狀溝槽，該山丘形剖面係在噴嘴孔15的出口15a之處為最凹陷，且從該最凹陷之處越往軸向的至少一方側(在圖5中為兩側)前進而凹陷量越減少(沿著軸向的剖面形狀為山丘形)。在圖例中，凹陷部13的底面係推拔狀，但不限於此。此時，能抑制從外環間隔件4的凹陷部13與內環間隔件5之間空間14流出的壓縮空氣A之阻力，流入至軸承內的壓縮空氣A之流速進一步變得均勻。

其次參照圖6~圖17C來說明本發明之第4~7實施形態。在此等實施形態中，與前述第1~第3實施形態之說明所用的圖1~圖5相同或相當的部分標註相同元件符號並省略其詳細說明，對於不同點進行說明。

首先，與圖6至圖9共同說明第4實施形態之軸承裝置之冷卻構造。

在本第4實施形態之軸承裝置之冷卻構造中，與第1~第3實施形態之情形不同，設於外環間隔件本體11的各噴嘴孔15如圖6、及將圖6的主要部分加以放大的圖7所示，定為長度方向的中間部變窄、能形成超音速流動的形狀。例如係拉瓦噴嘴的形狀。該噴嘴孔15的出口15a係與第1~第3實施形態同樣於外環間隔件4內周面的前述凹陷部13開口。

又，如相當於圖3的圖8所示，各噴嘴孔15分別朝內環間隔件5之旋轉方向R的前方傾斜。亦即，噴嘴孔15之軸心位在從垂直於外環間隔件4之軸心的剖面中的任意半徑方向之直線L起往與該直線L正交的方向偏移的位置。使噴嘴孔15偏移的理由亦係與第1實施形態相同。

如圖9所示，外環間隔件本體11中的構成噴嘴孔15的部分(以下定為「噴嘴孔構成部」)20分別設於每個噴嘴孔15，各噴嘴孔構成部20係形成為與佔據外環間隔件本體11大半部分的其他部分11a獨立的構件。在圖例中，各噴嘴孔構成部20定為從徑向觀察而言約略長方形的形狀，但亦可係其他形狀。此等各噴嘴孔構成部20藉由壓入等方式而往箭頭P方向嵌入於設為在徑向貫穿於外環間隔 件本體11的嵌合用孔21，藉以固定於其他部分11a。外環間隔件本體11的導入溝槽16係利用分別形成於噴嘴孔構成部20與其他部分11a外周面的溝槽部16a、16b來構成。導入溝槽16連通至圖6所示的設於殼體6的壓縮空氣導入通道45。

噴嘴孔構成部20係例如由樹脂材質所構成，並藉由射出成形等來製作。因此，能以高精度且生產性良好地形成如拉瓦噴嘴的、壓縮空氣A的流動方向中間部狹窄、沿著流動方向的縱剖面形狀不齊一、適於高速噴射的各種形狀之噴嘴孔15。藉由對於金屬鑄造品進行切削來加工縱剖面形狀不齊一噴嘴孔15很困難。另，外環間隔件本體11的其他部分11a、及外環間隔件本體11以外的各零件(排除固持器9)係軸承鋼等金屬製。

本第4實施形態之潤滑構造及排氣構造係與前述第1實施形態基本上相同，並省略其詳細說明。

本第4實施形態之冷卻構造的作用亦基本上與前述第1實施形態相同並省略其詳細說明，但特別是在本第4實施形態之情形，能藉由以下構成而有效率地冷卻內環間隔件5。

亦即，在本第4實施形態中，將噴嘴孔15定為構成如拉瓦噴嘴的可形成超音速流動的形狀。藉此，利用空氣供給裝置來調整壓縮空氣A之壓力、流量等，藉以從噴嘴孔15噴吐超音速的壓縮空氣A。又，圖例之情形，因為將壓縮空氣A噴吐至外環間隔件4內周面的凹陷部13與內環間隔件5外周面之間的空間14，所以 壓縮空氣A在空間14進行絕熱膨脹，溫度降低並且體積增加。體積增加更加使得流速增大。如此，將低溫且超高速的壓縮空氣A噴吹至內環間隔件5，藉以有效率地冷卻內環間隔件5。

又，本第4實施形態定為下述構成：將每個噴嘴孔15個別地設於噴嘴孔構成部20，並將各噴嘴孔構成部20嵌入至設於外環間隔件本體11的其他部分11a之嵌合用孔21。若使噴嘴孔構成部20在各噴嘴孔15共通，則噴嘴孔構成部20成為環狀或接近於環狀的形狀，其他部分11a成為受到噴嘴孔構成部20往軸向的兩側分隔的形態。此形態在噴嘴孔構成部20係樹脂材質時，外環間隔件4的軸向剛性變小。若係本實施形態之構成，噴嘴孔構成部20不會將其他部分11a往軸向的兩側分隔，能防止外環間隔件4的軸向剛性降低。

圖10所示的第5實施形態係於可產生超音速流動的形狀之噴嘴孔15的壓縮空氣A之流動方向的中間部設有與軸承裝置外部連通的空氣孔33。此時，藉由在噴嘴孔15流動的壓縮空氣A之動壓所產生的負壓，從軸承裝置外部經由空氣孔33而將空氣B抽吸至噴嘴孔15。藉此，從噴嘴孔15噴吐的壓縮空氣A之流量變多，提昇冷卻效果。

圖11所示的第6實施形態係顯示於一般性形狀的噴嘴孔15設置空氣孔33之例。圖10及圖11所示的第5、6實施形態均由於設置空氣孔33設而使得噴嘴孔構成部20及嵌合用孔21之剖面形狀與圖7所示的第4實施形態有些許不同。其他構成係與圖7者相同。

圖12至圖14B顯示第7實施形態。前述各實施形態之噴嘴孔15為沿著壓縮空氣A之流動方向的縱剖面不齊一，相對於此，本第7實施形態之噴嘴孔15為沿著與壓縮空氣A之流動方向正交的橫剖面不齊一。亦即，為了提昇冷卻效率，而將噴嘴孔出口15a近旁的橫剖面形狀定為沿著軸承軸向的尺寸比沿著軸承周向的尺寸更大的扁平形狀。例如，如圖14A地定為軸向細長的長方形，或如圖14B地定為軸向細長的橢圓形。在此，前述扁平形狀並不限定於沿著軸承軸向的尺寸極端地比沿著軸承周向的尺寸更長的平坦形狀，亦包含沿著軸向的尺寸稍微比沿著周向的尺寸更長的形狀。

以下說明將噴嘴孔出口15a近旁的橫剖面形狀定為扁平形狀時提昇冷卻效率的理由。如圖13所示，將多量的壓縮空氣A從噴嘴孔15朝向內環間隔件5噴吐時，壓縮空氣A在噴嘴孔出口15a使得流速成為最大速度(例如音速)。此時，噴嘴孔出口15a與內環間隔件5之間的間隙δa狹窄，且噴嘴孔出口15a近旁的橫剖面形狀係圓形的情況下，噴嘴孔出口15a與內環間隔件5之間的壓力容易變高，而在前述間隙δa的噴嘴孔出口15a附近C出現壓縮波。當壓縮空氣A的供給量較多則出現較強的壓縮波。出現壓縮波時，從噴嘴孔15噴吐的壓縮空氣A之直進流動受到阻礙，如圖15、圖16地往與圖面正交的軸向擴散。因此，壓縮空氣A與內環間隔件5之外周面接觸的時間變短，冷卻效果降低。圖15係顯示出現壓縮波的狀態下的噴嘴孔15之出口15a附近的壓力分布，圖16顯示出現壓縮波的狀態下的噴嘴孔15之出口15a附近的溫度分布。

噴嘴孔出口15a近旁的橫剖面形狀係圓形時容易出現壓縮波，可認為是因為對於噴嘴孔出口15a與內環間隔件5之間的間隙δa之壓縮空氣A流入量(質量流量)，係如圖17C所示的例3，在噴嘴孔15中心的延長線上即軸向中央部局部性變大。如圖14A、B之噴嘴孔15，噴嘴孔出口15a近旁的橫剖面形狀係扁平形狀時，如圖17A、B所示的例1、2，因為壓縮空氣A的流入量在軸向均等化，所以不會出現強烈的壓縮波，壓縮空氣A不會往軸向擴散，而能往周向順暢地流動。

另，本第7實施形態之軸承裝置J如圖12所示，因為外環間隔件4不具有潤滑用噴嘴，並無外環間隔件與外環間隔件本體之區別。因此，各噴嘴孔構成部20係與佔據外環間隔件4大半部分的其他部分4a獨立的構件，並嵌入至設於其他部分4a的嵌合用孔21。

在以上各實施形態中，係說明以內環旋轉來使用滾動軸承1之情形，但以外環旋轉來使用之情形亦可應用本發明。此時，例如嵌合於內環3內周的軸(未圖示)為固定構件，嵌合於外環2外周的滾輪(未圖示)係旋轉構件。

本發明在前述各實施形態之外，還包含不以凹陷部13作為構成要件的下述態樣1~5。

〔態樣1〕

一種軸承裝置之冷卻構造，該軸承裝置係相鄰於滾動軸承之內外相向的固定側軌道環及旋轉側軌道環而設置固定側間隔件及旋轉側間隔件，前述固定側軌道環及固定側間隔件係設置於固定構件及旋轉構件之中的固定構件，前述旋 轉側軌道環及旋轉側間隔件係設置於前述固定構件及旋轉構件之中的旋轉構件，其特徵在於，前述固定側間隔件朝前述旋轉側間隔件之旋轉方向的前方傾斜設有：噴嘴孔，朝向前述旋轉側間隔件之中的間隔件所彼此相向的周面，噴吐冷卻用的壓縮空氣；且前述固定側間隔件之中的構成前述噴嘴孔的部分係與其他部分獨立的構件，前述噴嘴孔與前述壓縮空氣之流動方向正交的橫剖面及沿著前述壓縮空氣之流動方向的縱剖面其中一者或兩者的剖面不齊一。

〔態樣2〕

一種態樣1中記載之軸承裝置之冷卻構造，其中，前述固定側間隔件在圓周方向具有多數之前述噴嘴孔，構成各噴嘴孔的部分係個別地嵌入至設於前述其他部分的嵌合用孔。

〔態樣3〕

一種態樣1或態樣2中記載之軸承裝置之冷卻構造，其中，前述噴嘴孔出口近旁的橫剖面形狀係軸向尺寸比周向尺寸更長的扁平形狀。

〔態樣4〕

一種態樣1至態樣3中任一者記載的軸承裝置之冷卻構造，其中，前述噴嘴孔的縱剖面定為長度方向的中間部狹窄而能形成超音速流動的形狀。

〔態樣5〕

一種態樣1至態樣4之中任一者記載的軸承裝置之冷卻構造，其中，於前述噴嘴孔的前述壓縮空氣之流動方向的中間部設置與軸承裝置外部連通的空氣孔。

以上所述，參照圖式來說明較佳的實施形態及態樣，但應設想只要是通常知識者觀看本件說明書均能輕易在顯而易知的範圍內進行各種變更及修正。所以，此種變更及修正係解釋為由申請專利範圍所決定的發明範圍內。

Claims (11)

1. 一種軸承裝置之冷卻構造，該軸承裝置分別相鄰於滾動軸承之內外相向的固定側軌道環及旋轉側軌道環而設有固定側間隔件及旋轉側間隔件，該固定側間隔件具有外環間隔件本體以及配置於該外環間隔件本體之軸向兩側的其他構件即潤滑用噴嘴，該等潤滑用噴嘴具有小於該外環間隔件本體的內徑尺寸，該固定側軌道環及固定側間隔件係設置於一固定構件及一旋轉構件之中的該固定構件，該旋轉側軌道環及旋轉側間隔件係設置於該固定構件及旋轉構件之中的該旋轉構件，其中：於該固定側間隔件之中的間隔件所彼此相向的周面，設置由該外環間隔件本體的內周面及該等潤滑用噴嘴的側面構成的環狀凹陷部，並朝該旋轉側間隔件之旋轉方向前方傾斜設有：噴嘴孔，從開口於該凹陷部底面的出口朝向該旋轉側間隔件之中的間隔件彼此相向的周面，噴吐壓縮空氣。
2. 如申請專利範圍第1項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該固定側軌道環係外環，該旋轉側軌道環係內環。
3. 如申請專利範圍第1或2項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該凹陷部係剖面長方形的環狀溝槽。
4. 如申請專利範圍第1或2項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該凹陷部為具有山丘形剖面之環狀溝槽，該山丘形剖面係在該噴嘴孔的出口處為最凹陷，且從該最凹陷之處越往軸向的至少一方側前進而凹陷量越減少。
5. 如申請專利範圍第1或2項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該固定側間隔件中之構成該凹陷部底面的部分與其他部分為獨立的構件。
6. 如申請專利範圍第1或2項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該固定側間隔件中之構成該噴嘴孔的部分與其他部分為獨立的構件，該噴嘴孔的沿著與該壓縮空氣之流動方向正交的橫剖面與沿著該壓縮空氣之流動方向的縱剖面，兩剖面中之一者或兩者的剖面形狀不齊一。
7. 如申請專利範圍第6項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該固定側間隔件在圓周方向具有多數之該噴嘴孔，構成各個噴嘴孔的部分個別地嵌入至設於該其他部分的嵌合用孔。
8. 如申請專利範圍第6項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該噴嘴孔的出口近旁的橫剖面形狀係軸向尺寸比周向尺寸更長的扁平形狀。
9. 如申請專利範圍第6項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該噴嘴孔的縱剖面係定為長度方向的中間部狹窄而能形成超音速流動的形狀。
10. 如申請專利範圍第6項之軸承裝置之冷卻構造，其中，於該噴嘴孔之該壓縮空氣的流動方向之中間部設置與軸承裝置外部連通的空氣孔。
11. 如申請專利範圍第1或2項之軸承裝置之冷卻構造，其中，該旋轉構件為工具機的主軸。