WO2015072383A1 - 軸受装置の冷却構造 - Google Patents

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WO2015072383A1
WO2015072383A1 PCT/JP2014/079406 JP2014079406W WO2015072383A1 WO 2015072383 A1 WO2015072383 A1 WO 2015072383A1 JP 2014079406 W JP2014079406 W JP 2014079406W WO 2015072383 A1 WO2015072383 A1 WO 2015072383A1
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ring spacer
cold air
bearing device
nozzles
cooling structure
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PCT/JP2014/079406
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水谷守
森正継
恩田裕士
吉野真人
鈴木康介
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Ntn株式会社
水谷守
森正継
恩田裕士
吉野真人
鈴木康介
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    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
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    • F16C19/548—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing with two angular contact rolling bearings in O-arrangement
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    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/541—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing
    • F16C19/542—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing with two rolling bearings with angular contact
    • F16C19/543—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing with two rolling bearings with angular contact in O-arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39—General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure for a bearing device, for example, a main shaft of a machine tool and a cooling structure for a bearing device incorporated in the main shaft.
  • An object of the present invention is to efficiently cool the rolling bearing and the shaft by uniformly cooling the inner ring spacer interposed between the inner rings of each rolling bearing in a bearing device having a plurality of rolling bearings arranged in the axial direction. It is also possible to provide a cooling structure for a bearing device that can further enhance the cooling effect by suppressing the generation of compression waves up to the gap between the discharge port of the nozzle that discharges cold air and the inner ring spacer.
  • an outer ring spacer and an inner ring spacer are respectively interposed between outer rings and inner rings of a plurality of rolling bearings arranged in the axial direction, and the outer ring and the outer ring spacer are installed in a housing
  • the outer ring spacer is provided with a plurality of nozzles that blow cool air against the outer peripheral surface of the inner ring spacer.
  • a plurality of the nozzles may be provided side by side in the axial direction, or a plurality of nozzles may be provided side by side in the circumferential direction.
  • the nozzles may be provided in a plurality of arrays in the axial direction and the circumferential direction.
  • This configuration cools the inner ring spacer by blowing cool air from the nozzle provided in the outer ring spacer to the outer peripheral surface of the inner ring spacer. And the inner ring
  • the inner ring spacer can be efficiently cooled substantially uniformly in the circumferential direction.
  • the inner ring spacer can be cooled almost uniformly and efficiently in the axial direction.
  • the inner ring spacer can be cooled substantially uniformly in both the axial direction and the circumferential direction.
  • the flow rate of cold air discharged from one nozzle can be reduced.
  • the pressure of this clearance is unlikely to increase, and the strength of the compression wave generated in the vicinity of the nozzle outlet in the clearance can be kept low.
  • the cool air discharged from the nozzle advances straight and is blown directly onto the outer peripheral surface of the inner ring spacer. Therefore, compared with the case where the cold air is blocked by the compression wave and diffused in the axial direction, the time during which the cold air contacts the outer peripheral surface of the inner ring spacer is increased, and the cooling effect is improved.
  • a plurality of nozzle rows each having a plurality of nozzles arranged in the circumferential direction are provided in the axial direction, and two adjacent sets of the nozzles
  • the circumferential position of each nozzle may be shifted between the rows.
  • the cold air discharged from the nozzle has a high flow velocity (low pressure) in the vicinity of the nozzle discharge port, and has a strong straightness in the circumferential direction.
  • the flow velocity becomes slow and diffuses in the axial direction and easily flows out from the clearance between the inner ring spacer and the outer ring spacer to the rolling bearing.
  • the nozzle discharge port of the adjacent nozzle row is located near the slow flow velocity, and the vicinity thereof is a low pressure region. .
  • the cold air is prevented from diffusing in the axial direction and flowing out to the rolling bearing, so that the straightness of the cold air discharged from the nozzle is improved. Thereby, the cooling effect is further enhanced.
  • the clearance between the inner peripheral surface of the outer ring spacer where the nozzle discharge port is located and the outer peripheral surface of the inner ring spacer facing the nozzle is the diameter of the nozzle. It is preferable that the distance from the discharge port to the location where the cool air hits on the outer peripheral surface of the inner ring spacer is 0.7 mm or more.
  • the clearance size By setting the clearance size to 1 ⁇ 2 or less of the nozzle diameter, the pressure of the nozzle outlet increases, and rapid expansion of cold air is suppressed. Thereby, the injection sound of cold wind can be reduced.
  • the lower limit of the clearance dimension is set so that the inner ring spacer does not contact the outer ring spacer due to the temperature rise of the inner ring spacer that occurs during operation and the expansion caused by centrifugal force. Tests have found that the distance from the discharge port to the location where the cold air hits the outer peripheral surface of the inner ring spacer is 0.7 mm or more, while also having a noise reduction effect while maintaining the cooling effect. Regardless of the bearing size (spacer diameter), by securing the distance to 0.7 mm or more, it is possible to obtain the effect of having a noise reduction effect while maintaining such a cooling effect.
  • the outer ring spacer includes an annular space formed along a circumferential direction of the outer ring spacer, and cold air connected to the annular space and supplied with cold air from the outside of the device.
  • An outer diameter side component having a supply port and the plurality of nozzles communicating between the annular space and an inner peripheral surface, the outer ring spacer having a circumferential groove serving as the annular space and the cold air supply port;
  • the inner diameter side component having the plurality of nozzles may be joined.
  • the outer ring spacer is divided into an outer diameter side part having a circumferential groove and a cold air supply port that forms an annular space, and an inner diameter side part having a plurality of nozzles, and both members are joined together.
  • the annular space, the cold air supply port, and the plurality of nozzles can be easily formed.
  • the plurality of nozzles may be provided to be inclined forward in the rotational direction of the shaft.
  • the outer ring spacer has a plurality of sets of cold air passages composed of a combination of the annular space, the cold air supply port, and a plurality of nozzles, and the plurality of sets of cold air passages.
  • the nozzles of at least one of the cool air flow paths are provided to be inclined forward in the rotation direction when the shaft rotates in the forward rotation direction, and the nozzles of the other cold air flow paths have the shaft in the reverse rotation direction.
  • a cold air switching means that is provided to be inclined forward in the rotation direction when rotating in the direction and that can individually switch ON / OFF the supply of the cold air to each of the cold air flow paths may be provided.
  • the cooling structure for a bearing device according to the present invention is particularly effective when each of the nozzles has a shape capable of discharging cold air at a flow velocity about the speed of sound. In this case, a high-speed cold wind of about the speed of sound is discharged from the nozzle and a compression wave is likely to be generated. However, by using the cooling structure of the bearing device of the present invention, it is possible to prevent a strong compression wave from being generated.
  • the cooling structure for a bearing device according to the present invention can be suitably used for supporting a spindle of a machine tool.
  • the rolling bearing can be cooled evenly in the circumferential direction, and the inner ring spacer interposed between the inner rings of the respective rolling bearings can be efficiently cooled, so that operation in a high speed region is possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a spindle device in which a bearing device having a cooling structure according to a first embodiment of the present invention is incorporated. It is sectional drawing of the bearing apparatus.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3. It is an exploded sectional view of the outer ring spacer of the bearing device.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. It is IX-IX sectional drawing of FIG. It is sectional drawing of the bearing apparatus provided with the cooling structure which concerns on 3rd Embodiment of this invention. It is the partial expanded view which looked at the outer ring spacer of the bearing device from the inner peripheral side. It is the figure which looked at the peripheral part of the discharge outlet of the nozzle of the bearing apparatus from the axial direction.
  • this bearing device J includes two rolling bearings 1, 1 arranged in the axial direction, and an outer ring spacer between the outer rings 2, 2 and between the inner rings 3, 3 of each rolling bearing 1, 1. 4 and an inner ring spacer 5 are interposed.
  • the rolling bearing 1 is an angular ball bearing, and a plurality of rolling elements 8 are interposed between the raceway surfaces of the inner and outer rings 3 and 2.
  • Each rolling element 8 is held at equal intervals in the circumferential direction by a cage 9.
  • the two rolling bearings 1 and 1 are arranged in a rear combination, and the initial preload of each rolling bearing 1 and 1 is set and used depending on the width dimension difference between the outer ring spacer 4 and the inner ring spacer 5.
  • FIG. 1 shows a state in which the bearing device J is used to support a spindle of a machine tool.
  • the outer rings 2 and 2 and the outer ring spacer 4 of the rolling bearings 1 and 1 are fitted to the inner peripheral surface of the housing 6, and the inner rings 3 and 3 and the inner ring spacer 5 of the rolling bearings 1 and 1 are fitted to the outer peripheral surface of the main shaft 7.
  • the main shaft 7 is an “axis” in the claims.
  • the outer rings 2 and 2 and the outer ring spacer 4 are, for example, a clearance fit with respect to the housing 6, and are positioned in the axial direction by the step portion 6 a of the housing 6 and the end surface lid 20.
  • the inner rings 3 and 3 and the inner ring spacer 5 are, for example, an interference fit with respect to the main shaft 7 and are positioned in the axial direction by the positioning spacers 21 and 22 on both sides. Note that the positioning spacer 22 on the left side of the figure is fixed by a nut 23 screwed onto the main shaft 7.
  • the outer ring spacer 4 includes an annular space 10 formed along the circumferential direction of the outer ring spacer 4, and cold air from the outside of the apparatus connected to the annular space 10.
  • the cool air supply port 11 to be supplied and a plurality of nozzles 12 communicating between the annular space 10 and the inner peripheral surface are provided.
  • the cold air supply port 11, the annular space 10, and the plurality of nozzles 12 constitute a cold air flow path 13 in the outer ring spacer 4.
  • the plurality of nozzles 12 are provided in a plurality of arrays in the axial direction and the circumferential direction, respectively.
  • each nozzle 12 has a constant diameter from the outer diameter end to the inner diameter end, but may have a tapered shape toward the discharge port 12a side at the inner peripheral end.
  • Each nozzle 12 is linear, and the discharge port 12a side is inclined forward in the rotational direction of the main shaft 7 (indicated by an arrow below the inner ring spacer 5 in FIG. 3). That is, each nozzle 12 is at a position offset from an arbitrary straight line in a cross section perpendicular to the axis of the outer ring spacer 4 in a direction perpendicular to the straight line.
  • the reason for offsetting the nozzle 12 is to increase the cooling effect by causing the cold air jetted from the nozzle 12 to act as a swirling flow in the rotation direction of the main shaft 7.
  • the discharge port 12 a of the nozzle 12 is opposed to the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 through a gap 15.
  • the clearance dimension ⁇ of the clearance 15 is set to 1 ⁇ 2 or less of the diameter D of the nozzle 12.
  • the lower limit of the clearance dimension ⁇ is set so that the inner ring spacer 5 does not come into contact with the outer ring spacer 4 due to the temperature rise of the inner ring spacer 5 that occurs during operation and expansion due to centrifugal force.
  • the distance L from the discharge port 12a to the location P where the cool air hits on the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 is 0.7 mm or more.
  • the outer ring spacer 4 includes an annular outer diameter side part 4 ⁇ / b> A and an inner diameter side part 4 ⁇ / b> B, respectively.
  • the outer diameter side component 4 ⁇ / b> A includes a circumferential groove 16 formed on the inner circumferential surface and serving as the annular space 10, and the cold air supply port 11 communicating the groove bottom surface and the outer circumferential surface of the circumferential groove 16.
  • the inner diameter side component 4 ⁇ / b> B includes the plurality of nozzles 12.
  • the outer ring spacer 4 is assembled by joining the outer diameter side part 4A and the inner diameter side part 4B without gaps.
  • the outer diameter side component 4A and the inner diameter side component 4B are joined by, for example, press fitting, bonding using an adhesive, fixing using a pin 17 as shown in FIG.
  • a cold air supply device 25 is provided outside the spindle device, and the cold air A fed from the cold air supply device 25 passes through the supply port 26 of the end cover 20 and the supply hole 27 in the housing 6, It is supplied to the cold air supply port 11 of the outer ring spacer 4.
  • the rolling bearing 1 on the left side of the figure communicates with the outside of the apparatus through an exhaust hole 28 provided in the end surface lid 20. Further, the rolling bearing 1 on the right side of the figure communicates with the outside of the apparatus through a connection hole 29 and an exhaust hole 30 provided in the housing 6.
  • the cold air supplied from the cold air supply device 25 is discharged from each nozzle 12 through the cold air supply hole 11 and the annular space 10 of the outer ring spacer 4.
  • the discharged cool air is blown to the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 to cool the inner ring spacer 5. Since the nozzle 12 has the discharge port 12a side inclined forward in the rotation direction of the main shaft 7, the cool air flows as a swirl flow along the outer peripheral surface of the inner ring 3 and flows stably in the rotation direction of the main shaft 7. Thereby, it can be expected that the surface of the inner ring 3 is deprived of heat and effectively cooled.
  • the inner ring 3 of the rolling bearing 1 in contact with the inner ring spacer 5 is cooled by the cooled inner ring spacer 5.
  • the cold air is blown to the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 and then sent through the clearance 15 between the inner ring spacer 5 and the outer ring spacer 4 into the rolling bearing 1 to directly cool the rolling bearing 1.
  • the main shaft 7 is also cooled by the cooled inner ring spacer 5 and inner ring 3.
  • the inner ring 3 of the rolling bearing 1 is cooled by the inner ring spacer 5 cooled by the cold air, thereby further increasing the temperature rise of the rolling bearing 1 and the main shaft 7. It can be suppressed more effectively.
  • the cold air that has passed through the rolling bearing 1 is discharged to the outside of the apparatus through the exhaust hole 28, the connection hole 29, and the exhaust hole 30.
  • the inner ring spacer 5 is cooled almost uniformly and efficiently in the axial direction and the circumferential direction. Further, since the cool air is sent uniformly in the circumferential direction into the rolling bearing 1, the direct cooling of the rolling bearing 1 by the cool air is also performed uniformly in the circumferential direction. For these reasons, the rolling bearing 1 and the main shaft 7 are cooled uniformly in the circumferential direction, and adverse effects due to temperature unevenness can be eliminated.
  • the clearance dimension ⁇ of the clearance 15 between the inner peripheral surface of the outer ring spacer 4 and the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 is 1/2 or less of the diameter of the nozzle 12, the pressure at the discharge port 12a of the nozzle 12 increases. The rapid expansion of cold air is suppressed. Thereby, the injection sound of cold wind can be reduced. Further, since the total cross-sectional area S'total of the discharge ports 12a of the nozzles 12 is made larger than the cross-sectional area S of the cold air supply port 11, the pressure of the cold air discharged from the discharge ports 12a of the nozzles 12 decreases, It is possible to reduce a collision sound that occurs when the outer surface of the spacer 5 collides. Furthermore, since the distance L from the discharge port 12a of the nozzle 12 to the spot P where the cool air hits on the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 is 0.7 mm or more, it has a noise reduction effect while maintaining the cooling effect. it can.
  • the outer ring spacer 4 is configured to introduce cold air from one cold air supply port 11 and send the cold air to each nozzle 12 through the annular space 10. Thereby, the cool air can be evenly distributed to the nozzles 12, and the supply path of the cool air from the cool air supply device 25 to the outer ring spacer 5 in the housing 6 can be simplified. Further, the outer ring spacer 4 has a configuration in which the outer diameter side component 4A and the inner diameter side component 4B are joined, so that the annular space 10, the cold air supply port 11, and the plurality of nozzles 12 are easily formed in the outer ring spacer 4. can do.
  • the outer ring spacer 4 of the shaft device J has cold air flow paths 13F, 13R, and 13F formed by combinations of a cold air supply port 11, an annular space 10, and a plurality of nozzles 12 arranged in the axial direction. Three sets are provided. As shown in FIG. 8, the nozzles 12 of the two sets of cold air flow paths 13 ⁇ / b> F on both sides are provided to be inclined forward in the rotational direction when the main shaft 7 rotates in the normal rotation direction (the direction of the arrow). . Further, as shown in FIG.
  • each nozzle 12 of the central cool air flow path 13 ⁇ / b> R is provided to be inclined forward in the rotation direction when the main shaft 7 rotates in the reverse rotation direction (the direction of the arrow).
  • the cool air switching means that can individually switch ON / OFF the supply of the cool air to each of the cool air flow paths 13F, 13R, 13F. 32 is provided.
  • the main shaft 7 is properly switched by appropriately switching ON / OFF the supply of the cold air to the respective cold air flow paths 13F, 13R, 13F by the cold air switching means 32 according to the rotation direction of the main shaft 7.
  • the cool air flow path 13F in which the cool air blown from the nozzle 12 becomes a swirling flow in the forward rotation direction is turned ON, and when the main shaft 7 rotates in the reverse rotation direction, it is blown out from the nozzle 12.
  • Only the cold air flow path 13R in which the cold air turns in the reverse direction is turned ON.
  • each nozzle 12 has a plurality of nozzle rows 12A, 12B, and 12C arranged in the circumferential direction (three sets in this example) in the axial direction, and between two adjacent nozzle rows, The circumferential position of each nozzle 12 is shifted. That is, the nozzles 12 are arranged in a staggered manner.
  • the outer ring spacer 4 is composed of one component, and the cool air flow path 13 in the outer ring spacer 4 is provided for each of the nozzle rows 12A, 12B, and 12C.
  • the cold air flow path 13 is provided with an annular groove 40 formed in the outer peripheral portion of the outer ring spacer 4 and an inclination toward the front side in the rotation direction of the main shaft 7 from the bottom of the annular groove 40 toward the inner diameter side.
  • a plurality of introduction holes 41 and a nozzle 12 extending coaxially from the leading ends of the introduction holes 41 and having an outlet 12a open on the inner peripheral surface of the outer ring spacer 4 are configured.
  • the inner peripheral surface of the outer ring spacer 4 and the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 are opposed to each other through a minute radial gap 43.
  • the cooling structure of each bearing device is intended to cool the inner ring spacer 5 evenly, whereas the cooling structure of the bearing device of FIGS. 10 and 11 occurs near the discharge port 12a of the nozzle 12.
  • the main purpose is to enhance the cooling effect by keeping the intensity of the compression wave low.
  • both the cooling structure of each bearing device and the cooling structure of the bearing device of FIGS. 10 and 11 are provided with a plurality of nozzles 12 in the outer ring spacer 4 in the axial direction and in the circumferential direction,
  • the cooling structure of the bearing device can also suppress the strength of the compression wave, and the cooling structure of the bearing device of FIGS. 10 and 11 can cool the inner ring spacer 5 evenly.
  • the compression wave will be described. As shown in FIG. 12, when a large amount of cold air A is discharged from the nozzle 12 toward the inner ring spacer 5, the cold air A has a maximum velocity (for example, sound velocity) at the discharge port 12 a of the nozzle 12.
  • the gap 43 between the outer ring spacer 4 and the inner ring spacer 5 is narrow, the pressure of the gap 43 tends to increase, and a compression wave is generated near the discharge port 12a in the gap 43.
  • the greater the supply amount of the cold air A the stronger the compression wave is generated.
  • the compression wave is generated, the straight flow of the cold air A discharged from the nozzle 12 is inhibited and diffused in the axial direction as shown in FIGS.
  • FIG. 13 shows a pressure distribution near the discharge port 12a in a state where a compression wave is generated
  • FIG. 14 shows a temperature distribution near the discharge port 12a in a state where a compression wave is generated.
  • FIG. 15A shows the shape of the cross section in the vicinity of the nozzle outlet when the number of nozzles 12 is one (the area of the circle is the cross sectional area of the cross section) and the mass flow distribution (distribution profile and the vertical axis).
  • FIG. 15B is a diagram showing a cross-sectional shape and a mass flow distribution in the vicinity of the nozzle outlet when a plurality of nozzles 12 are arranged in the axial direction.
  • FIG. 16A is the same as FIG. 15A and shows the cross-sectional shape and mass flow distribution in the vicinity of the nozzle outlet when there is only one nozzle 12, and
  • FIG. 16B shows the nozzle 12 in the circumferential direction. It is the figure which showed the cross-sectional shape and mass flow rate distribution of the discharge opening vicinity of a nozzle in the case of providing in multiple numbers side by side. It can be seen that by providing a plurality of nozzles 12 in both the axial direction and the circumferential direction, the mass flow rate and the compression wave intensity in one nozzle 12 are reduced.
  • the intensity of the compression wave is reduced, so that the cold air A discharged from the nozzle 12 advances straight and is directly blown onto the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5. Therefore, as compared with the case where the cold air A is blocked by the compression wave and diffused in the axial direction, the time for the cold air A to contact the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 becomes longer, and the cooling effect is improved.
  • the straightness of the cold air discharged from the nozzles 12 in the circumferential direction is improved for the following reason, and the cooling effect is further enhanced.
  • improving the straightness of the cold air in the circumferential direction does not mean that the cold air is strictly along the circumferential direction, but in a short time after the cold air is blown to the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5. This means that it is prevented from diffusing in the axial direction and flowing out from the clearance 43 to the rolling bearing 1. The reason why the straightness of the cold air in the circumferential direction is improved will be described.
  • the cold air discharged from the nozzle 12 has a high flow velocity (low pressure) in the vicinity of the discharge port 12a and a strong straightness in the circumferential direction.
  • a flow rate becomes slow, spread
  • the discharge ports 12a of the nozzles 12 in the adjacent nozzle row are located in the vicinity where the flow velocity becomes slow, and the vicinity thereof is the low pressure region 50. Therefore, as indicated by the dotted line in FIG.
  • the cold air is drawn into the low pressure region 50, so that it is suppressed from diffusing in the axial direction and flowing out from the clearance 43 to the rolling bearing 1.
  • the drawing by the low pressure region 50 is exaggerated, but actually, by pulling a little, the cold air stays in the gap 43 and the time for contacting the outer peripheral surface of the inner ring spacer 5 becomes longer.
  • the cooling effect is considered to increase.
  • the nozzle 12 may be a supersonic nozzle as shown in FIG. 17, for example, a Laval nozzle.
  • the supersonic nozzle has a narrow middle portion in the length direction, and can discharge the cold air A at supersonic speed.
  • the effect of reducing the strength of the compression wave is particularly exerted by the cooling structure of the bearing device.
  • the cooling structure of the bearing device according to the present invention has a high cooling effect on the inner ring spacer 5 and the inner ring 3 as described in the respective embodiments, the spindle device can be operated in a high speed region. For this reason, this bearing apparatus can be used suitably for support of the spindle of a machine tool.

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Abstract

　軸受装置（Ｊ）は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受（１）の外輪（２）間および内輪（３）間に外輪間座（４）および内輪間座（５）をそれぞれ介在させ、外輪（２）および外輪間座（４）がハウジング（６）に設置され、内輪（３）および内輪間座（５）が軸に嵌合される。外輪間座（４）に、内輪間座（５）の外周面に対して冷風を吹き付けるノズル（１２）を複数設ける。例えば、外輪間座（４）に、ノズル（１２）を軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設ける。

Description

軸受装置の冷却構造 関連出願
　本出願は、２０１３年１１月１８日出願の特願２０１３－２３７５５８および２０１４年３月２２日出願の特願２０１４－０５９３６０の優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、軸受装置の冷却構造に関し、例えば、工作機械の主軸および主軸に組み込まれる軸受装置の冷却構造に関する。
　工作機械の主軸装置では、加工精度を確保するために、装置の温度上昇を小さく抑える必要がある。しかし、最近の工作機械では、加工能率を向上させるため高速化の傾向にあり、主軸を支持する軸受からの発熱も高速化と共に大きくなってきている。また、装置内部に駆動用のモータを組み込んだいわゆるモータビルトインタイプが多くなってきており、装置の発熱要因となってきている。
　発熱による軸受の温度上昇は、予圧の増加をもたらす結果となり、主軸の高速化、高精度化を考えると極力抑えたい。軸受の温度上昇を抑える方法として、軸受に冷風を送り、軸と軸受の冷却を行う方法がある（例えば特許文献１）。特許文献１では、冷風を、軸の回転方向に角度を付けて噴射して旋回流とすることで、冷却効果を高めている。
特開２０００－１６１３７５号公報
　上記冷風による冷却方法は、冷却効果が高いので、軸受の温度上昇を効果的に抑えることが期待できる。しかし、特許文献１に記載の冷却構造は、冷風を噴射する冷風注入パイプが１箇所（図示例の場合）にしか設けられていないので、軸受が均等に冷却されず、温度むらによる弊害が起こり得る。
　軸方向に並ぶ複数の軸受を冷却する場合、特許文献１にも図示されているように、主軸装置の構造上、装置外部から供給される冷風を、外径側から複数の軸受間の空間に導入し、前記空間を経由して各軸受に送るのが現実的である。その場合、各軸受の内輪間に介在する内輪間座を効率良く冷却することが重要となる。その理由は、冷風で直接軸受を冷却するだけでなく、冷風により冷却された内輪間座でこの内輪間座に接する軸受の内輪を冷却することで、軸受の温度上昇をより一層効果的に抑えることができるからである。
　また、ノズルが一つだけであると、次のような問題がある。すなわち、一つのノズルから多量の冷風を内輪間座に向けて吐出すると、ノズルの吐出口で流速が最大速度（例えば音速）となる。ノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまが狭い場合、このすきまの圧力が高くなりやすく、圧縮波が発生する。圧縮波が発生すると、ノズルから吐出される冷風の直進流れが阻害され、軸方向に拡散する。それにより、冷風が内輪間座の外周面と接する時間が短くなり、内輪間座と内輪を十分に冷却しないまま排気されて、冷却効果が低下する。
　この発明の目的は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受を有する軸受装置において、各転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座を均等に冷却して、転がり軸受および軸を効率良く冷却することができ、さらに冷風を吐出するノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまでの圧縮波の発生を抑制して冷却効果をより一層高めることができる軸受装置の冷却構造を提供することである。
　この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座をそれぞれ介在させ、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に対して冷風を吹き付けるノズルを複数設けたことを特徴とする。前記ノズルは、軸方向に並べて複数設けても良いし、周方向に並べて複数設けても良い。また、前記ノズルは、軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けても良い。
　この構成によると、外輪間座に設けられたノズルより、冷風を内輪間座の外周面に吹き付けて、内輪間座を冷却する。そして、冷却された内輪間座により、この内輪間座に接する転がり軸受の内輪を冷却する。また、冷風は、内輪間座の外周面に吹き付けられた後、内輪間座と外輪間座のすきまを通って転がり軸受内に送られ、転がり軸受を直接冷却する。これら冷却された内輪間座および内輪により、軸も冷却される。このように、冷風で転がり軸受を直接冷却するだけでなく、冷風により冷却された内輪間座で転がり軸受の内輪を冷却することで、転がり軸受および軸の温度上昇をより一層効果的に抑えることができる。
　ノズルが複数設けられているため、内輪間座を軸方向および周方向のいずれか、または両方の方向にほぼ均等に冷却することが可能である。具体的には、ノズルを周方向に並べて複数設けた場合は、内輪間座を周方向にほぼ均等に効率良く冷却することができる。ノズルを軸方向に並べて複数設けた場合は、内輪間座を軸方向にほぼ均等に効率良く冷却することができる。ノズルを軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けた場合は、内輪間座を軸方向および周方向の両方の方向にほぼ均等に冷却することができる。内輪間座が均等に冷却されると、転がり軸受および軸も均等に冷却され、温度むらによる弊害を排除することができる。
　また、ノズルが複数設けられていると、一つのノズルから吐出される冷風の流量が少なくて済む。それにより、ノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまが狭くても、このすきまの圧力が高くなり難く、前記すきまにおけるノズルの吐出口付近で発生する圧縮波の強度が低く抑えられる。その結果、ノズルから吐出された冷風がまっすぐに進んで直接に内輪間座の外周面に吹き付けられる。そのため、冷風が圧縮波に遮られて軸方向に拡散される場合と比べて、冷風が内輪間座の外周面と接する時間が長くなり、冷却効果が向上する。
　前記外輪間座に、前記ノズルを軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設ける場合、前記ノズルがそれぞれ周方向に複数並んだノズル列を軸方向に複数組有し、隣り合う２組の前記ノズル列間で、各ノズルの周方向位置をずらせても良い。
　ノズルから吐出された冷風は、ノズル吐出口付近では流速が速く（圧力が低い）、かつ周方向への直進性も強い。しかし、ノズル吐出口から離れると、流速が遅くなり、軸方向に拡散して内輪間座と外輪間座のすきまから転がり軸受へ流出しやすくなる。隣り合う２組の前記ノズル列間で、各ノズルの周方向位置がずれていると、流速が遅くなる付近に隣のノズル列のノズル吐出口が位置し、その付近が低圧域となっている。この低圧域に引き込まれることにより、冷風が軸方向に拡散して転がり軸受へ流出するのが抑制されるため、ノズルから吐出される冷風の直進性が良くなる。それにより、冷却効果がより一層高まる。
　この発明の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座における、前記ノズルの吐出口がある内周面と、前記ノズルに対向する前記内輪間座の外周面とのすきま寸法が前記ノズルの口径の１／２以下で、かつ前記吐出口から前記内輪間座の外周面における冷風が当たる箇所までの距離が０．７ｍｍ以上であるのが良い。
　前記すきま寸法をノズルの口径の１／２以下にすることで、ノズルの吐出口の圧力が高くなり、冷風の急激な膨張が抑えられる。これにより、冷風の噴射音を低減することができる。すきま寸法の下限は、運転中に生じる内輪間座の温度上昇と遠心力による膨張で内輪間座が、外輪間座に接触しないように設定する。
　吐出口から前記内輪間座の外周面における冷風が当たる箇所までの距離を０．７ｍｍ以上とすることで、冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つことを試験で見出した。軸受サイズ（間座の径）にかかわらず、前記距離を０．７ｍｍ以上に確保することで、このような冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つ効果が得られる。
　この発明の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、内部にこの外輪間座の円周方向に沿って形成された環状空間と、この環状空間に繋がり装置外部から冷風が供給される冷風供給口と、前記環状空間と内周面間を連通する前記複数のノズルとを有し、前記外輪間座は、前記環状空間となる円周溝および前記冷風供給口を有する外径側部品と、前記複数のノズルを有する内径側部品とを接合したものであっても良い。
　この構成であると、装置外部から供給される冷風が、冷風供給口から環状空間に入り、さらに環状空間から各ノズルを通って内輪間座の外周面に吹き付けられる。少なくとも１箇所の冷風供給口に冷風を供給するだけで、軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けたノズルから冷風を吹き出すことができるため、装置外からの冷風の供給経路を簡略にすることができる。
　外輪間座を、環状空間となる円周溝および冷風供給口を有する外径側部品と、複数のノズルを有する内径側部品とに分割し、両部材を接合した構成とすると、外輪間座に前記環状空間、冷風供給口、および複数のノズルを容易に形成することができる。
　この発明の軸受装置の冷却構造において、前記複数のノズルを、前記軸の回転方向の前方へ傾斜させて設けても良い。
　この構成であると、ノズルから吹き出された冷風が、内輪間座の外周面に沿う旋回流となって軸の回転方向に安定して流れる。それにより、内輪間座の表面の熱を奪って、効果的に冷却することが期待できる。
　また、この発明の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、前記環状空間、冷風供給口、および複数のノズルの組合せからなる冷風流路を複数組有し、これら複数組の冷風流路のうち少なくとも１つの冷風流路の前記ノズルは、前記軸が正転方向に回転するときの回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、他の冷風流路の前記ノズルは、前記軸が逆転方向に回転するときの回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、かつ前記各冷風流路への冷風の供給を個別にＯＮ・ＯＦＦ切換え可能な冷風切換手段を設けても良い。
　この場合、軸の回転方向に応じて冷風切換手段により各冷風流路への冷風の供給を適宜ＯＮ・ＯＦＦ切換えすることで、軸が正転方向に回転するときは、ノズルから吹き出される冷風が正転方向の旋回流となる冷風流路だけをＯＮにし、軸が逆転方向に回転するときは、ノズルから吹き出される冷風が逆転方向の旋回流となる冷風流路だけをＯＮにする。これにより、軸が正逆いずれの方向に回転する場合でも、冷風により内輪間座の表面の熱を奪って、内輪間座および内輪を効果的に冷却することができる。
　この発明の軸受装置の冷却構造は、特に、前記各ノズルが冷風を音速程度の流速で吐出することを可能とする形状である場合に有効である。
　この場合、ノズルから音速程度の高速の冷風が吐出され圧縮波が発生しやすいが、この発明の軸受装置の冷却構造とすることで、強い圧縮波が発生することを防ぐことができる。
　この発明の軸受装置の冷却構造は、工作機械の主軸の支持に好適に用いることができる。その場合、転がり軸受を円周方向均等に冷却することができ、かつ各転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座を効率良く冷却できるので、高速な領域での運転が可能となる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の第１実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図である。 同軸受装置の断面図である。 図２のIII－III断面図である。 図３の部分拡大図である。 同軸受装置の外輪間座の分解断面図である。 同外輪間座の外径側部品および内径側部品の接合方法の一例を示す断面図である。 この発明の第２実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置の断面図である。 図７のVIII－VIII断面図である。 図７のIX－IX断面図である。 この発明の第３実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置の断面図である。 同軸受装置の外輪間座を内周側から見た部分展開図である。 同軸受装置のノズルの吐出口の周辺部を軸方向から見た図である。 圧縮波が発生している状態におけるノズルの吐出口付近の圧力分布を示す図である。 圧縮波が発生している状態におけるノズルの吐出口付近に温度分布を示す図である。 ノズルが１個である場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示す図である。 ノズルを軸方向に並べて複数設けた場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示す図である。 ノズルが１個である場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示す図である。 ノズルを周方向に並べて複数設けた場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示す図である。 他の形状をしたノズルの断面図である。
　この発明の第１実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図１ないし図４と共に説明する。
　図２に示すように、この軸受装置Ｊは、軸方向に並ぶ２つの転がり軸受１，１を備え、各転がり軸受１，１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５がそれぞれ介在されている。転がり軸受１はアンギュラ玉軸受であり、内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８が介在されている。各転動体８は、保持器９により円周方向に等間隔で保持される。２つの転がり軸受１，１は背面組合せで配置されており、外輪間座４と内輪間座５の幅寸法差により、各転がり軸受１，１の初期予圧を設定して使用される。
　図１は、前記軸受装置Ｊを工作機械の主軸の支持に用いた状態を示す。転がり軸受１，１の外輪２，２および外輪間座４がハウジング６の内周面に嵌合し、転がり軸受１，１の内輪３，３および内輪間座５が主軸７の外周面に嵌合している。主軸７は、請求項で言う「軸」である。外輪２，２および外輪間座４は、例えばハウジング６に対してすきま嵌めとされ、ハウジング６の段部６ａと端面蓋２０とにより軸方向の位置決めがされる。また、内輪３，３および内輪間座５は、例えば主軸７に対して締まり嵌めとされ、両側の位置決め間座２１，２２により軸方向の位置決めがされる。なお、図の左側の位置決め間座２２は、主軸７に螺着させたナット２３により固定されている。
　図２、図３に示すように、前記外輪間座４は、内部にこの外輪間座４の円周方向に沿って形成された環状空間１０と、この環状空間１０に繋がり装置外部から冷風が供給される冷風供給口１１と、前記環状空間１０と内周面間を連通する複数のノズル１２とを有する。これら冷風供給口１１、環状空間１０、および複数のノズル１２で、外輪間座４内の冷風流路１３が構成される。複数のノズル１２は、軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられている。図の例では、各ノズル１２は外径端から内径端へ至るまで口径が一定であるが、内周端の吐出口１２ａ側へ行くほど先細りの形状としても良い。冷風供給口１１の断面積をＳ、各ノズル１２の吐出口１２ａの断面積の合計をＳ’totalとした場合、Ｓ’total＞Ｓの関係が成り立つようにする。これにより、ノズル１２の吐出口１２ａから吐出される冷風の圧力が下がり、冷風が内輪間座５の外周面に衝突するときに生じる衝突音を小さくすることができる。
　各ノズル１２は直線状であって、吐出口１２ａ側を主軸７の回転方向（図３において内輪間座５の下に矢印で示す）の前方へ傾斜させてある。つまり、各ノズル１２は、外輪間座４の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線から、この直線と直交する方向にオフセットした位置にある。ノズル１２をオフセットさせる理由は、ノズル１２から噴射された冷風を主軸７の回転方向に旋回流として作用させて、冷却効果を高めるためである。
　ノズル１２の吐出口１２ａは、内輪間座５の外周面に対して、すきま１５を介して対向している。図３の部分拡大図である図４に示すように、前記すきま１５のすきま寸法δは、ノズル１２の口径Ｄの１／２以下としている。このようにすきま寸法δを定めることで、ノズル１２の吐出口１２ａの圧力が高くなり、冷風の急激な膨張が抑えられる。これにより、冷風の噴射音を低減することができる。すきま寸法δの下限は、運転中に生じる内輪間座５の温度上昇と遠心力による膨張で内輪間座５が外輪間座４に接触しないように設定する。
　また、吐出口１２ａから内輪間座５の外周面における冷風が当たる箇所Ｐまでの距離Ｌは、０．７ｍｍ以上としている。前記距離Ｌを上記のように定めることで、内輪間座５に対する冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つことを試験で見出した。軸受サイズ（間座の径）にかかわらず、前記距離Ｌを０．７ｍｍ以上に確保することで、このような冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つ効果が得られる。
　図５に示すように、前記外輪間座４は、それぞれ環状の外径側部品４Ａおよび内径側部品４Ｂからなる。外径側部品４Ａは、内周面に形成されて前記環状空間１０となる円周溝１６と、この円周溝１６の溝底面と外周面とを連通する前記冷風供給口１１とを有する。内径側部品４Ｂは、前記複数のノズル１２を有する。これら外径側部品４Ａおよび内径側部品４Ｂをすきま無く接合することで、外輪間座４が組み立てられる。外径側部品４Ａおよび内径側部品４Ｂの接合は、例えば圧入、接着剤を用いた接着、図６のようにピン１７を用いた固定等により行われる。
　図１において、主軸装置の外部に冷風供給装置２５が設けられており、この冷風供給装置２５から送り出される冷風Ａが、端面蓋２０の供給口２６およびハウジング６内の供給孔２７を通って、外輪間座４の前記冷風供給口１１に供給される。図の左側の転がり軸受１は、端面蓋２０に設けられた排気孔２８を介して装置外部と連通している。また、図の右側の転がり軸受１は、ハウジング６に設けられた接続孔２９および排気孔３０を介して装置外部と連通している。
　この構成の軸受装置Ｊは、冷風供給装置２５より供給される冷風が、外輪間座４の冷風供給孔１１、環状空間１０を通って各ノズル１２から吐出される。吐出された冷風は、内輪間座５の外周面に吹き付けられて、内輪間座５を冷却する。ノズル１２は吐出口１２ａ側を主軸７の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、冷風が内輪３の外周面に沿う旋回流となって主軸７の回転方向に安定して流れる。それにより、内輪３の表面の熱を奪って、効果的に冷却することが期待できる。
　そして、冷却された内輪間座５により、この内輪間座５に接する転がり軸受１の内輪３が冷却される。また、冷風は、内輪間座５の外周面に吹き付けられた後、内輪間座５と外輪間座４のすきま１５を通って転がり軸受１内に送られ、転がり軸受１を直接冷却する。これら冷却された内輪間座５および内輪３により、主軸７も冷却される。このように、冷風で転がり軸受１を直接冷却するだけでなく、冷風により冷却された内輪間座５で転がり軸受１の内輪３を冷却することで、転がり軸受１および主軸７の温度上昇をより一層効果的に抑えることができる。転がり軸受１を通過した冷風は、排気孔２８、接続孔２９、および排気孔３０を介して装置外部へ排出される。
　ノズル１２は軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられているため、内輪間座５が軸方向および周方向にほぼ均等に効率良く冷却される。また、冷風が転がり軸受１内に周方向均等に送られるため、冷風による直接的な転がり軸受１の冷却も周方向均等に行われる。これらのことから、転がり軸受１および主軸７が周方向均等に冷却され、温度むらによる弊害を排除することができる。
　外輪間座４の内周面と内輪間座５の外周面とのすきま１５のすきま寸法δをノズル１２の口径の１／２以下としたことにより、ノズル１２の吐出口１２ａの圧力が高くなり、冷風の急激な膨張が抑えられる。これにより、冷風の噴射音を低減することができる。また、各ノズル１２の吐出口１２ａの断面積の合計Ｓ’totalを冷風供給口１１の断面積Ｓよりも大きくしたため、ノズル１２の吐出口１２ａから吐出される冷風の圧力が下がり、冷風が内輪間座５の外周面に衝突するときに生じる衝突音を小さくすることができる。さらに、ノズル１２の吐出口１２ａから内輪間座５の外周面における冷風が当たる箇所Ｐまでの距離Ｌを０．７ｍｍ以上としたため、冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つことができる。
　外輪間座４は、１つの冷風供給口１１から冷風を導入し、環状空間１０を介して各ノズル１２に冷風を送る構成とした。これにより、各ノズル１２に冷風を均等に分配することができ、かつ冷風供給装置２５から外輪間座５までの冷風の、ハウジング６内における供給経路を簡略にすることができる。また、外輪間座４は外径側部品４Ａと内径側部品４Ｂを接合した構成としたことにより、外輪間座４に前記環状空間１０、冷風供給口１１、および複数のノズル１２を容易に形成することができる。
　図７～図９は、この発明の第２実施形態に係る軸受装置の冷却構造を示す。図７に示すように、この軸装置Ｊの外輪間座４は、冷風供給口１１、環状空間１０、および複数のノズル１２の組合せからなる冷風流路１３Ｆ，１３Ｒ，１３Ｆが、軸方向に配列させて３組設けられている。図８に示すように、両側の２組の冷風流路１３Ｆの各ノズル１２は、主軸７が正転方向（矢印の方向）に回転するときの回転方向の前方へ傾斜させて設けられている。また、図９に示すように、中央の冷風流路１３Ｒの各ノズル１２は、主軸７が逆転方向（矢印の方向）に回転するときの回転方向の前方へ傾斜させて設けられている。図７に示すように、冷風供給装置２５から外輪間座４までの冷風の経路中に、各冷風流路１３Ｆ，１３Ｒ，１３Ｆへの冷風の供給を個別にＯＮ・ＯＦＦ切換え可能な冷風切換手段３２が設けられている。
　この軸受装置の冷却構造によると、主軸７の回転方向に応じて冷風切換手段３２により各冷風流路１３Ｆ，１３Ｒ，１３Ｆへの冷風の供給を適宜ＯＮ・ＯＦＦ切換えすることで、主軸７が正転方向に回転するときは、ノズル１２から吹き出される冷風が正転方向の旋回流となる冷風流路１３ＦだけをＯＮにし、主軸７が逆転方向に回転するときは、ノズル１２から吹き出される冷風が逆転方向の旋回流となる冷風流路１３ＲだけをＯＮにする。これにより、主軸７が正逆いずれの方向に回転する場合でも、冷風により内輪間座５の表面の熱を奪って、内輪間座５および内輪３を効果的に冷却することができる。
　図１０および図１１は、この発明の第３実施形態に係る軸受装置の冷却構造を示す。この軸受装置の冷却構造も、前記各軸受装置の冷却構造と同様に、外輪間座４にノズル１２が軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられている。図１１に示すように、ノズル１２がそれぞれ周方向に複数並んだノズル列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを軸方向に複数組（この例では３組）有し、隣り合う２組のノズル列間で、各ノズル１２の周方向位置をずらせてある。つまり、各ノズル１２が千鳥状に配置されている。
　この軸受の冷却構造では、外輪間座４は一つの部品からなり、ノズル列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ毎に外輪間座４内の冷風流路１３が設けられている。冷風流路１３は、外輪間座４の外周部に形成された環状溝４０と、この環状溝４０の底部から内径側に向けて、主軸７の回転方向の前方側へ傾斜して設けられた複数の導入孔４１と、これら導入孔４１の先端から同軸上に延び外輪間座４の内周面に吐出口１２ａが開口するノズル１２とで構成される。外輪間座４の内周面と、内輪間座５の外周面とは、微小な径方向のすきま４３を介して対向している。
　前記各軸受装置の冷却構造が、内輪間座５を均等に冷却することを主眼としているのに対し、図１０、図１１の軸受装置の冷却構造は、ノズル１２の吐出口１２ａ付近で発生する圧縮波の強度を低く抑えることで、冷却効果を高めることを主眼としている。ただし、前記各軸受装置の冷却構造および図１０、図１１の軸受装置の冷却構造は共に、外輪間座４にノズル１２が軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられているため、前記各軸受装置の冷却構造も、圧縮波の強度を低く抑えることが可能であり、図１０、図１１の軸受装置の冷却構造も、内輪間座５を均等に冷却することが可能である。
　圧縮波について説明する。図１２のように、多量の冷風Ａをノズル１２から内輪間座５に向けて吐出すると、冷風Ａはノズル１２の吐出口１２ａで流速が最大速度（例えば音速）となる。外輪間座４と内輪間座５の間のすきま４３が狭い場合、すきま４３の圧力が高くなりやすく、すきま４３における吐出口１２ａ付近Ｃで圧縮波が発生する。このとき、冷風Ａの供給量が多いほど、強い圧縮波が発生する。圧縮波が発生すると、ノズル１２から吐出される冷風Ａの直進流れが阻害され、図１３、図１４のように、軸方向に拡散する。それにより、冷風Ａが内輪間座５の外周面と接する時間が短くなり、冷却効果が低下する。図１３は、圧縮波が発生している状態における吐出口１２ａ付近の圧力分布を示し、図１４は、圧縮波が発生している状態における吐出口１２ａ付近の温度分布を示す。
　ノズル１２を複数設けることで、一つのノズル１２から吐出される冷風Ａの流量が少なくなる。それにより、外輪間座４と内輪間座５の間のすきま４３が狭くても、このすきま４３で局所的に圧力が高くなり難く、ノズル１２の吐出口１２ａ付近Ｃで発生する圧縮波の強度が低く抑えられる。図１５Ａは、ノズル１２が１個である場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状（円の面積が横断面の断面積となる）と質量流量分布（分布のプロファイルと縦軸で囲まれた面積が質量流量となる）を示した図であり、図１５Ｂは、ノズル１２を軸方向に並べて複数設けた場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示した図である。また、図１６Ａは、図１５Ａと同じで、ノズル１２が１個である場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示した図であり、図１６Ｂは、ノズル１２を周方向に並べて複数設けた場合におけるノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量分布を示した図である。軸方向、周方向のいずれについても、ノズル１２を複数設けることで、一つのノズル１２における質量流量および圧縮波強度が小さくなることが分かる。
　このように、圧縮波の強度が小さくなることにより、ノズル１２から吐出された冷風Ａがまっすぐに進んで直接に内輪間座５の外周面に吹き付けられる。そのため、冷風Ａが圧縮波に遮られて軸方向に拡散される場合と比べて、冷風Ａが内輪間座５の外周面と接する時間が長くなり、冷却効果が向上する。
　また、図１１のように各ノズル１２が千鳥状に配置されていると、下記の理由により、ノズル１２から吐出される冷風の周方向への直進性が良くなり、冷却効果がより一層高まる。ここで、冷風の周方向への直進性が良くなるとは、冷風が厳密に周方向に沿うようになるという意味ではなく、冷風が内輪間座５の外周面に吹き付けられた後、短時間で軸方向に拡散してすきま４３から転がり軸受１へ流出することが抑制されるという意味である。
　冷風の周方向への直進性が良くなる理由を説明する。ノズル１２から吐出された冷風は、吐出口１２ａ付近では流速が速く（圧力が低い）、かつ周方向への直進性も強い。しかし、吐出口１２ａから離れると、流速が遅くなり、軸方向に拡散してすきま４３から転がり軸受１へ流出しやすくなる。各ノズル１２が千鳥状に配置されていると、流速が遅くなる付近に隣のノズル列のノズル１２の吐出口１２ａが位置し、その付近が低圧域５０となっている。そのため、図１１に点線で示すように、冷風が低圧域５０に引き込まれるので、軸方向に拡散してすきま４３から転がり軸受１へ流出するのが抑制される。図では、低圧域５０による引き込みを誇張して図示してあるが、実際には少し引き込むことで、その分だけ冷風がすきま４３に留まって内輪間座５の外周面と接する時間が長くなり、冷却効果が高まると考えられる。
　ノズル１２は、図１７に示すような超音速ノズル、例えばラバール・ノズルの形状としても良い。この超音速ノズルは、長さ方向の中間部が狭くなっていて、冷風Ａを超音速で吐出することが可能である。このような超音速ノズルをノズル１２に用いた場合、特に、この軸受装置の冷却構造により圧縮波の強度を小さくする効果が発揮される。
　この発明の軸受装置の冷却構造は、各実施形態で説明したように内輪間座５および内輪３の冷却効果が高いので、主軸装置を高速な領域で運転させることが可能となる。このため、この軸受装置を、工作機械の主軸の支持に好適に用いることができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。
１…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
４…外輪間座
４Ａ…外径側部品
４Ｂ…内径側部品
５…内輪間座
６…ハウジング
７…主軸（軸）
１０…環状空間
１１…冷風供給口
１２…ノズル
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…ノズル列
１２ａ…吐出口
１３，１３Ｆ，１３Ｒ…冷風流路
１５，４３…すきま
１６…円周溝
３２…冷風切換手段
Ｊ…軸受装置

Claims (11)

  1. 　軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座をそれぞれ介在させ、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が軸に嵌合される軸受装置において、
    　前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に対して冷風を吹き付けるノズルを複数設けた軸受装置の冷却構造。
  2. 　請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座に、前記ノズルを周方向に並べて複数設けた軸受装置の冷却構造。
  3. 　請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座に、前記ノズルを軸方向に並べて複数設けた軸受装置の冷却構造。
  4. 　請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座に、前記ノズルを軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けた軸受装置の冷却構造。
  5. 　請求項４に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズルがそれぞれ周方向に複数並んだノズル列を軸方向に複数組有し、隣り合う２組の前記ノズル列間で、各ノズルの周方向位置をずらせた軸受装置の冷却構造。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座における、前記ノズルの吐出口がある内周面と、前記ノズルに対向する前記内輪間座の外周面とのすきま寸法が前記ノズルの口径の１／２以下で、かつ前記吐出口から前記内輪間座の外周面における冷風が当たる箇所までの距離が０．７ｍｍ以上である軸受装置の冷却構造。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、内部にこの外輪間座の円周方向に沿って形成された環状空間と、この環状空間に繋がり装置外部から冷風が供給される冷風供給口と、前記環状空間と内周面間を連通する前記複数のノズルとを有し、前記外輪間座は、前記環状空間となる円周溝および前記冷風供給口を有する外径側部品と、前記複数のノズルを有する内径側部品とを接合したものである軸受装置の冷却構造。
  8. 　請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記複数のノズルを、前記軸の回転方向の前方へ傾斜させて設けた軸受装置の冷却構造。
  9. 　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、前記環状空間、冷風供給口、および複数のノズルの組合せからなる冷風流路を複数組有し、これら複数組の冷風流路のうち少なくとも１つの冷風流路の前記ノズルは、前記軸が正転方向に回転するときの回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、他の冷風流路の前記ノズルは、前記軸が逆転方向に回転するときの回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、かつ前記各冷風流路への冷風の供給を個別にＯＮ・ＯＦＦ切換え可能な冷風切換手段を設けた軸受装置の冷却構造。
  10. 　請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記各ノズルは、冷風を音速程度の流速で吐出することを可能とする形状である軸受装置の冷却構造。
  11. 　工作機械の主軸の支持に用いられる請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107812962A (zh) * 2017-11-21 2018-03-20 黄石百斯特智能科技有限公司 一种带有环形喷射式冷却装置的机床主轴
WO2019114483A1 (zh) * 2017-12-12 2019-06-20 广州市昊志机电股份有限公司 车床主轴风冷结构
WO2019188621A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP2019173911A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP2019173908A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
CN112673186A (zh) * 2018-09-13 2021-04-16 Ntn株式会社 轴承装置的冷却构造及机床的主轴装置
CN117124132A (zh) * 2023-10-20 2023-11-28 常州克迈特数控科技有限公司 一种附带主轴降温结构的高精度数控机床

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018066384A (ja) * 2016-10-17 2018-04-26 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP6831162B2 (ja) * 2016-11-10 2021-02-17 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP2018168886A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP7185546B2 (ja) * 2019-02-07 2022-12-07 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造および工作機械の主軸装置
JP7096742B2 (ja) * 2018-09-13 2022-07-06 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
KR102515080B1 (ko) * 2020-11-24 2023-03-27 김대식 공랭식 스핀들 구조체

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000055063A (ja) * 1998-08-11 2000-02-22 Nippon Seiko Kk 軸受の潤滑装置
JP2000161375A (ja) * 1998-11-26 2000-06-13 Matsuura Machinery Corp 回転主軸冷却構造
JP2000291674A (ja) * 1999-04-07 2000-10-20 Isuzu Motors Ltd 軸受冷却装置
JP2001153144A (ja) * 1999-09-13 2001-06-08 Nsk Ltd アンギュラ型玉軸受
JP2007010017A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Ntn Corp 玉軸受のエアオイル潤滑装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000055063A (ja) * 1998-08-11 2000-02-22 Nippon Seiko Kk 軸受の潤滑装置
JP2000161375A (ja) * 1998-11-26 2000-06-13 Matsuura Machinery Corp 回転主軸冷却構造
JP2000291674A (ja) * 1999-04-07 2000-10-20 Isuzu Motors Ltd 軸受冷却装置
JP2001153144A (ja) * 1999-09-13 2001-06-08 Nsk Ltd アンギュラ型玉軸受
JP2007010017A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Ntn Corp 玉軸受のエアオイル潤滑装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107812962A (zh) * 2017-11-21 2018-03-20 黄石百斯特智能科技有限公司 一种带有环形喷射式冷却装置的机床主轴
WO2019114483A1 (zh) * 2017-12-12 2019-06-20 广州市昊志机电股份有限公司 车床主轴风冷结构
WO2019188621A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP2019173911A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP2019173908A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
JP7164962B2 (ja) 2018-03-29 2022-11-02 Ntn株式会社 軸受装置の冷却構造
TWI800631B (zh) * 2018-03-29 2023-05-01 日商Ｎｔｎ股份有限公司 軸承裝置之冷卻構造
CN112673186A (zh) * 2018-09-13 2021-04-16 Ntn株式会社 轴承装置的冷却构造及机床的主轴装置
CN117124132A (zh) * 2023-10-20 2023-11-28 常州克迈特数控科技有限公司 一种附带主轴降温结构的高精度数控机床
CN117124132B (zh) * 2023-10-20 2024-02-09 常州克迈特数控科技有限公司 一种附带主轴降温结构的高精度数控机床

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