WO2022158248A1 - 主軸装置及び主軸装置の製造方法 - Google Patents

主軸装置及び主軸装置の製造方法 Download PDF

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WO2022158248A1
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spindle device
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bearing
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翔一郎 小栗
好史 稲垣
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日本精工株式会社
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    • B23Q11/12Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine
    • B23Q11/121Arrangements for cooling or lubricating parts of the machine with lubricating effect for reducing friction
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Definitions

  • the present invention relates to improvement of a spindle device and a method of manufacturing the spindle device.
  • Grease lubrication is a lubrication method that does not use air, has low noise, and does not scatter oil.
  • grease lubrication grease is preliminarily sealed in a bearing incorporated in a device, and the base oil of the sealed grease lubricates the bearing.
  • base oil There is a limit to the amount of grease (base oil) that can be filled in bearings, and the amount of grease that can be filled affects the service life of the grease (bearing service life).
  • Increasing the amount of grease packed into the bearing will extend the life of the grease, but increasing the amount of grease will increase viscosity resistance and stirring resistance, so heat will be generated, especially during high-speed rotation, and the bearing may become hot. be.
  • the amount of grease to be filled in the bearing is determined in consideration of the balance between the temperature rise characteristics during high-speed rotation and the grease life. If an excessive amount of grease is filled in the bearing, the break-in operation time for allowing the grease to spread becomes longer, and it takes time to return to the production line after replacing the bearing, resulting in a decrease in production efficiency.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to be able to stably maintain the amount of grease inside the bearing over a long period of time, eliminate the need for long running-in, and It is an object of the present invention to provide a spindle device with extended service life of grease and a method for manufacturing the spindle device.
  • a housing a plurality of rolling bearings that rotatably support the main shaft with respect to the housing;
  • a spindle device comprising The outer ring of the rolling bearing has a base oil supply hole penetrating in the radial direction,
  • the housing includes a grease path communicating with the base oil supply hole, Grease is sealed in the bearing space of the rolling bearing,
  • a method for manufacturing a spindle device according to (1) a sealing step of sealing grease in the bearing space of the rolling bearing; a storage step of storing grease in the grease path before the spindle device is operated;
  • a method of manufacturing a spindle device comprising:
  • the base oil of the grease stored in the grease passage on the housing side is supplied to the grease inside the bearing by the capillary action of the thickener.
  • the amount of grease inside the bearing can be stably maintained over a long period of time, long-term break-in operation is not required, and the life of the grease can be extended to provide a long-life spindle device. .
  • FIG. 1 is a half sectional view of a spindle device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. (a) is an enlarged view of part II in FIG. 1
  • (b) is an enlarged view of part II' in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a principal part of a spindle device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts of a spindle device according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part of a spindle device according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a principal part of a spindle device according to a modification of the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a principal part of a spindle device according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the VIII part of FIG. 7
  • (a) to (d) are cross-sectional views corresponding to FIG. 8 of a spindle device according to a modification of the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a principal part of a spindle device according to another modification of the fifth embodiment of the present invention; (a) is a partial cross-sectional view of a spindle device according to a sixth embodiment of the present invention, and (b) is a partial cross-sectional view according to a modification of the sixth embodiment.
  • a spindle 101 is rotatably supported in a housing 103 by an angular contact ball bearing 40 and a cylindrical roller bearing 20, which are rolling bearings.
  • the housing 103 includes a housing body 104, a front side bearing housing 105 fitted and fixed to the front end (left side in the drawing) of the housing body 104, and a rear side fitted and fixed to the rear side (right side in the drawing) of the housing body 104. and a bearing housing 106 .
  • An outer ring pressing member 107 is provided at the end of the front bearing housing 105 , and forms a labyrinth seal with an inner ring pressing member 108 fastened to the main shaft 101 .
  • a rear end surface of the housing 103 is covered with a cover 109 .
  • a sleeve 114 that supports a cylindrical roller bearing is fitted inside the rear bearing housing 106 .
  • the four angular contact ball bearings 40 fitted inside the front bearing housing 105 are arranged so as to roll freely with an outer ring 41, an inner ring 42, and a contact angle between the outer ring 41 and the inner ring 42.
  • one cylindrical roller bearing 20 fitted inside the sleeve 114 is also an outer ring 21, an inner ring 22, and a rolling element as a rolling element disposed between the outer ring 21 and the inner ring 22 so as to be free to roll.
  • a plurality of rollers 23 and a retainer (not shown) that retains the rollers 23 at regular intervals in the circumferential direction are provided.
  • An outer ring spacer 110 is arranged between the outer rings 41 of the four angular ball bearings 40 , and each outer ring 41 is positioned and fixed by fixing an outer ring pressing member 107 to the front side bearing housing 105 .
  • An inner ring spacer 111 is arranged between the inner rings 42 , and each inner ring 42 is positioned and fixed by fastening an inner ring pressing member 108 to the main shaft 101 .
  • an outer ring pressing member 112 is also arranged on the rear side of the outer ring 21 of the cylindrical roller bearing 20, and the outer ring 21 is positioned and fixed by fixing the outer ring pressing member 112 to the sleeve 114.
  • Inner ring spacers 113 are arranged on both sides of the inner ring 22 in the axial direction, and the inner ring 22 is positioned and fixed by fastening nuts 115 to the main shaft 101 .
  • the cover 109 , the sleeve 114 and the outer ring pressing member 112 also constitute a part of the housing 103 .
  • the spindle device 100 incorporates a built-in motor composed of a rotor 120 and a stator 121.
  • a rotor 120 is externally fitted and fixed to a substantially central portion of the main shaft 101 in the axial direction.
  • a stator 121 is coaxially arranged on the outer peripheral surface side of the rotor 120 at a predetermined distance.
  • the stator 121 is fixed to the housing body 104 via a stator fixing member 122 arranged on the outer peripheral surface side of the stator 121 .
  • a plurality of grooves 123 are formed along the circumferential direction of the main shaft 101 between the housing body 104 and the stator fixing member 122 .
  • a cooling medium for cooling the stator 121 flows through the plurality of grooves 123 .
  • a plurality of grease paths 133a to 133e corresponding to the respective rolling bearings 40 and 20 are formed in the housing 103 at different phases in the circumferential direction (in FIG. 1, for convenience, each grease path 133a to 133e are shown in the same section).
  • the grease paths 133a to 133d corresponding to each angular contact ball bearing 40 are opened in the inner peripheral surface of the front side bearing housing 105 in which the outer ring 41 of each angular contact ball bearing 40 is fitted. direction, bends rearward, extends to a connection surface with the housing body 104 , extends axially through the housing body 104 , the rear side bearing housing 106 , and the cover 109 , and reaches the rear end surface of the cover 109 .
  • the grease path 133e corresponding to the cylindrical roller bearing 20 is opened in the inner peripheral surface of the sleeve 114 in which the outer ring 21 of the cylindrical roller bearing 20 is fitted, extends radially from the opening, and then bends backward. Then, it extends to the connection surface with the outer ring pressing member 112 , passes through the outer ring pressing member 112 , and opens at the rear end surface of the outer ring pressing member 112 .
  • the outer rings 41, 21 of the bearings 40, 20 are formed with base oil supply holes 47, 27 penetrating in the radial direction, respectively.
  • Each of the base oil supply holes 47 and 27 has an inner diameter side opened near the raceway surfaces 41a and 21a, respectively, and an outer diameter side opened to the outer diameter surfaces of the outer rings 41 and 21, respectively.
  • the bearing-side openings of the grease paths 133a to 133e communicate with the base oil supply holes 47, 27 of the outer rings 41, 21, respectively.
  • the openings of the grease paths 133a to 133e on the side opposite to the base oil supply holes 47 and 27 are sealed by sealing plugs 126 when the spindle device 100 is in operation.
  • linear portions (in the present embodiment, radial paths) 134a to 134e of the grease paths 133a to 133e on the outlet side that are continuous with the base oil supply holes 47 and 27 are circular in cross section. and they all have the same diameter dimension (cross-sectional area).
  • the diameter of each of the linear portions 134a-134e is preferably equal to or less than the bearing width, preferably ⁇ 12 mm or less, and more preferably ⁇ 1- ⁇ 5 mm.
  • each of the grease paths 133a to 133e is arranged near the upper side in the vertical direction when the spindle device 100 is in operation, because the gravitational force acting on the grease facilitates the supply of the base oil.
  • the bearing spaces of the rolling bearings 40 and 20 are filled with grease corresponding to approximately 10 to 30% of the space volume inside the bearings.
  • the grease paths 133a to 133e formed in the housing 103 constitute grease reservoirs in which grease is stored.
  • the grease enclosed in the bearing and the grease stored in each of the grease paths 133a to 133e contain a base oil, which is a lubricating oil, and a fiber-structured thickener that retains the base oil.
  • the base oil can move between the fibers of the thickener due to capillary action. 21 is in contact with the base oil supply holes 47, 27, the thickener required for movement of the base oil is also connected. As a result, the base oil in the grease paths 133a to 133e is added to (replenished with) the base oil of the grease enclosed in the bearing.
  • the base oil of the grease stored in the grease passages 133a to 133e on the housing side is caused by the capillary action of the thickener by utilizing this mechanism. supplied to the grease inside the bearing.
  • the base oil supply holes 47, 27 of the outer rings 41, 21 are provided very close to the raceway surfaces 41a, 21a of the outer rings 41, 21, the base oil can be efficiently supplied.
  • the base oil is constantly supplied to the inside of the bearing without causing poor lubrication due to insufficient base oil. Extending the life of the spindle device 100 is achieved. That is, from the start of use of the spindle device 100 until the rolling bearings 40 and 20 are replaced, or until the spindle device 100 itself is replaced, there is no need to supply grease from the outside, and long-term maintenance-free operation can be realized. .
  • the bearing space contains approximately 10 to 30% grease with respect to the volume of the space inside the bearing, so long running-in operation is not required.
  • the temperature around the bearing also rises. It tends to flow easily. Since the base oil of the grease is supplied from the grease sump (grease paths 133a to 133e), the life of the grease can be extended even when used for a long period of time at high speed rotation. In addition, since the amount of grease enclosed in the bearing is 10 to 30% of the space volume, the break-in time is shortened, and the production line recovery time after bearing replacement can be shortened. In addition, since the base oil is supplied by the capillary action of the thickener, an appropriate amount of base oil can be supplied to the grease in the bearing without oversupply.
  • the spindle device 100 When assembling the spindle device 100 of the present embodiment, grease is filled in the bearing spaces of the rolling bearings 40 and 20 (filling step). Grease can be stored in the grease paths 133a to 133e before the spindle device 100 is operated by a replenishing device 200 connected to openings on the opposite side of the base oil supply holes 47, 27 ( storage process). After the grease is completely stored in the grease paths 133a to 133e, the replenishing device 200 is removed and the sealing plug 126 is attached to the opening (sealing step). Therefore, the replenishing device 200 is used for storing grease in the grease paths 133a to 133e, and is used when manufacturing the spindle device 100. It is not necessary when the spindle device 100 is in use (that is, when the spindle device 100 is in production), and the manufacturing cost of the spindle device 100 can be suppressed.
  • a predetermined amount of grease in the bearing space may be sealed in the bearing space in advance before the bearings 40 and 20 are incorporated into the main spindle device 100, but at least part of the grease may be supplied by using the replenishing device 200.
  • the oil may be enclosed via the grease paths 133a to 133e and the base oil supply holes 47, 27. In this case, the grease passages 133a to 133e in which the grease is stored after filling the grease form a grease reservoir.
  • the filling of grease through the grease paths 133a to 133e and the base oil supply holes 47, 27 may be performed before or during the break-in operation. That is, the grease inside the bearings may be sealed by pumping the grease in the grease paths 133a to 133e with the pump of the replenishing device 200 or the like while the main shaft 101 is rotating.
  • the grease replenishing device 200 is used before the bearings 40, 20 are incorporated into the spindle device 100.
  • Grease is stored in paths 133a-133e.
  • the diameters of the linear portions 134a to 134d are designed to be large on the high temperature side and small on the low temperature side. Also good. Since a large amount of grease is stored in the linear portions 134a to 134d near the base oil supply hole 47, the base oil of the grease in the linear portions 134a to 134d is supplied to the inside of the bearing through the base oil supply hole 47. Cheap. Other configurations and actions are the same as those of the first embodiment.
  • one grease path 133 is formed corresponding to the four angular contact ball bearings 40 on the front side.
  • the diameters of the branch paths 136a to 136d communicating with the respective bearings 40 may be the same, but as shown in FIG.
  • the diameters of the branch paths 136a to 136d of the bearings 40 may be increased with increasing distance from the supply device 200 (Da>Db>Dc>Dd).
  • the grease can be uniformly stored in the plurality of branch paths 136a to 136d over which the grease spreads.
  • Other configurations and actions are the same as those of the first embodiment.
  • the grease passages 133a to 133d may be designed in consideration of factors other than the above. For example, when using grease whose viscosity changes with temperature, the supply of grease to the grease path on the high temperature side tends to increase.
  • the diameters of the linear portions 134a to 134d of the grease paths 133a to 133d and the diameters of the branch paths 136a to 136d of the grease path 133 are further considered to be smaller on the high temperature side and larger on the low temperature side. can be designed.
  • the grease paths 133a to 133d are formed corresponding to the front bearings 40, respectively.
  • the grease paths 133 a to 133 c have outlet-side linear portions 134 a to 134 c inclined with respect to the axial direction of the main shaft 101 in the front bearing housing 105 .
  • the opening dimensions of the linear portions 134a to 134c are widened in the axial direction, and the base oil can be supplied without any problem even if the position of the base oil supply hole 47 is shifted in the axial direction.
  • the linear portions 134a to 134c on the outlet side are inclined, the base oil can easily flow down in the direction of gravity, and the base oil can be supplied more stably. Furthermore, when the grease is pressure-fed and sealed inside the bearing, the grease can be smoothly fed into the bearing because the grease does not stagnate at the portion where the path is bent by 90°. Other configurations and actions are the same as those of the first embodiment.
  • the linear portions 134a to 134c of the grease paths 133a to 133c extend at different angles from the same axial position as the linear portion 134d of the grease path 133d extending in the radial direction. formed.
  • FIG. 1 In this spindle device 100e, one grease path 133 corresponding to the four angular contact ball bearings 40 on the front side is formed.
  • the grease path 133 branches from an axial portion 135a of the common path 135 and has a plurality of branch paths (radial paths) 136a to 136d communicating with the plurality of angular ball bearings 40, respectively.
  • a grease groove 140 extending along the axial direction is formed in the same phase as the plurality of branch paths 136a to 136d in the circumferential direction. Therefore, the grease groove 140 communicates with the plurality of branch paths 136 a to 136 d and also communicates with the base oil supply holes 47 of each angular ball bearing 40 .
  • the grease groove 140 has an axial length that communicates with the base oil supply holes 47 of the four angular contact ball bearings. 105 is formed up to the tip.
  • the grease groove 140 also functions as a grease reservoir, and when the base oil of the grease inside the bearing is exhausted, the base oil of the grease in the grease path 133 and the grease groove 140 can be supplied.
  • the grease can be easily stored in the grease groove 140 even when the bearing is replaced, and the life of the grease can be easily extended.
  • the shape of the grease groove 140 is not limited to a triangular cross section as shown in FIG. good.
  • the linear portion 134 of one grease path 133 opens into the grease groove 140, and the grease path 133 extends through the grease groove 140 to the base oil supply hole 47. is in communication with In this case, the grease groove 140 is also part of the grease oil passage 133 and forms a grease reservoir.
  • This spindle device 100g shows a case where a cylindrical roller bearing is applied as the front side bearing.
  • the base oil supply hole 27 is formed at a position facing the cylindrical roller 23 of the raceway surface 21 a of the outer ring 21 , and the base oil supply hole 27 communicates with the grease path 133 .
  • the grease path 133 constitutes a grease reservoir.
  • Other configurations and actions are the same as those of the first embodiment.
  • the base oil supply hole 27 may be located at a position that opens to the raceway surface 21a of the outer ring 21 away from the cylindrical rollers 23 in the axial direction, as in the spindle device 100h shown in FIG. 11(b).
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modified examples, and can be modified, improved, etc. as appropriate.
  • the spindle device of the present invention was explained using a spindle device for a machine tool spindle, but the spindle device of the present invention can also be applied to a spindle device that supports a spindle for a high-speed motor such as an AC servomotor. can.
  • grooves in the circumferential direction may be provided to match the phases of the grease paths 133a to 133e and the base oil supply holes 47, 27 in the circumferential direction.
  • a housing a plurality of rolling bearings that rotatably support the main shaft with respect to the housing;
  • a spindle device comprising The outer ring of the rolling bearing has a base oil supply hole penetrating in the radial direction,
  • the housing includes a grease path communicating with the base oil supply hole, Grease is sealed in the bearing space of the rolling bearing,
  • the base oil of the grease stored in the grease passage on the housing side is supplied to the grease inside the bearing by capillary action of the thickener.
  • the amount of grease inside the bearing can be stably maintained over a long period of time, and long-term break-in operation is not required, and the service life of the grease can be extended.
  • the grease path has a plurality of branch paths branching from a common path and communicating with the plurality of rolling bearings;
  • the spindle of the spindle device for a machine tool, which rotates at high speed can be supported by a bearing having a long service life, which facilitates maintenance.
  • the main shaft of the main shaft device for a high-speed motor which rotates at high speed, can be supported by a bearing having a long service life, which facilitates maintenance.
  • a method for manufacturing a spindle device according to any one of (1) to (8), a sealing step of sealing grease in the bearing space of the rolling bearing; a storage step of storing grease in the grease path before the spindle device is operated;
  • a method of manufacturing a spindle device comprising: According to this configuration, the base oil of the grease stored in the grease passage on the housing side is supplied to the grease inside the bearing by capillary action of the thickener. As a result, the amount of grease inside the bearing can be stably maintained over a long period of time, and long-term break-in operation is not required, thereby extending the life of the grease and extending the life of the spindle device.

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Abstract

軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができ、長時間の慣らし運転も不要で、グリース寿命を延ばし、長寿命化が図られた主軸装置及び主軸装置の製造方法を提供する。主軸装置(100)では、転がり軸受(40,20)の外輪(41,21)は、径方向に貫通する基油供給孔(47,27)を備え、ハウジング(103)は、基油供給孔(47,27)と連通するグリース用経路(133a)~(133e)を備える。転がり軸受(40,20)の軸受空間内には、グリースが封入されている。主軸装置(100)の運転状態において、グリース用経路(133a)~(133e)は、グリース溜まりを構成している。

Description

主軸装置及び主軸装置の製造方法
 本発明は、主軸装置及び主軸装置の製造方法の改良に関する。
 工作機械用主軸の高速化は著しく発展しており、主軸の高速化を可能にするための軸受の潤滑方法として、オイルエア潤滑が広く行われている。しかし、近年では環境対策・省エネ化・省資源化が求められており、オイルエア潤滑には、圧送するエアの風切り音によって発生する騒音やオイル飛散による環境面への配慮が必要なこと、大量のエアが必要であることの他、オイルエア供給装置のような付帯設備が必要となるためコスト面でも不利な点がある。
 エアを使用せず、低騒音でオイルが飛散しない潤滑方法としては、グリース潤滑がある。グリース潤滑は、装置に組込まれた軸受にグリースを予め封入し、この封入されたグリースの基油により軸受を潤滑する。軸受に封入可能なグリース(基油)量には限りがあり、グリースの封入量は、グリース寿命(軸受寿命)に影響する。軸受に封入するグリース量を増加させればグリース寿命は延びるが、グリースの充填量を増やすと粘性抵抗や攪拌抵抗が増大するため、特に高速回転時に発熱して、軸受が高温になる可能性がある。軸受の温度上昇によりグリースが早期劣化すると、基油の油膜切れが発生して、軸受が焼き付きに至る可能性がある。このため、軸受のグリース封入量は、高速回転時の昇温特性とグリース寿命とのバランスを考慮して定められている。尚、過剰なグリースを軸受に封入した場合、グリースをなじませるための慣らし運転時間が長くなり、軸受交換後の生産ライン復帰に時間を要するため、生産効率が低下してしまう。
 特許文献1に記載の転がり軸受では、グリース寿命を延ばすために、軸受に隣接する間座にグリース溜まり形成部品を装着し、グリース溜まり形成部品と外輪との隙間からグリース中の基油を、運転時の温度差を利用して滲み出させて、軸受を潤滑するようにしたものが知られている。
日本国特開2007-182917号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の転がり軸受では、グリース溜まり形成部品を外輪の軌道面に隣接させるため、外輪の加工が必要であり、また、多量のグリースが軸受の転走面に入り込んだ場合、急な温度上昇が発生し焼き付きに至る虞がある。
 本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができ、長時間の慣らし運転も不要で、グリース寿命を延ばし、長寿命化が図られた主軸装置及び主軸装置の製造方法を提供することにある。
 本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) ハウジングと、
 該ハウジングに対して、主軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受と、
を備える主軸装置であって、
 前記転がり軸受の外輪は、径方向に貫通する基油供給孔を備え、
 前記ハウジングは、前記基油供給孔と連通するグリース用経路を備え、
 前記転がり軸受の軸受空間内には、グリースが封入されており、
 前記主軸装置の運転状態において、前記グリース用経路は、グリース溜まりを構成していることを特徴とする主軸装置。
(2) (1)に記載の主軸装置の製造方法であって、
 前記転がり軸受の軸受空間内にグリースを封入する封入工程と、
 前記主軸装置が運転される前に、前記グリース用経路にグリースを貯蔵する貯蔵工程と、
を備える、主軸装置の製造方法。
 本発明の主軸装置及び主軸装置の製造方法によれば、ハウジング側のグリース用経路に貯蔵されているグリースの基油が増ちょう剤の毛細管現象によって軸受内部のグリースへと供給される。これにより、軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができ、長時間の慣らし運転も不要で、グリース寿命を延ばし、長寿命化が図られた主軸装置を提供できる。
本発明の第1実施形態に係る主軸装置の半断面図である。 (a)は、図1のII部拡大図であり、(b)は、図1のII´部拡大図である。 本発明の第2実施形態に係る主軸装置の要部断面図である。 本発明の第3実施形態に係る主軸装置の要部断面図である。 本発明の第4実施形態に係る主軸装置の要部断面図である。 本発明の第4実施形態の変形例に係る主軸装置の要部断面図である。 本発明の第5実施形態に係る主軸装置の要部断面図である。 図7のVIII部断面図である。 (a)~(d)は、第5実施形態の変形例に係る主軸装置の図8に対応する断面図である。 本発明の第5実施形態の他の変形例に係る主軸装置の要部断面図である。 (a)は、本発明の第6実施形態に係る主軸装置の部分断面図であり、(b)は、第6実施形態の変形例に係る部分断面図である。
 以下、本発明に係る主軸装置として、工作機械用主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
 図1に示すように、本実施形態の工作機械用主軸装置100では、主軸101は、転がり軸受であるアンギュラ玉軸受40及び円筒ころ軸受20によってハウジング103内に回転自在に支持されている。
 ハウジング103は、ハウジング本体104と、ハウジング本体104の前端(図中左側)に内嵌固定された前側軸受ハウジング105と、ハウジング本体104の後側(図中右側)に内嵌固定された後側軸受ハウジング106と、を備えている。前側軸受ハウジング105の端部には、外輪押さえ部材107が設けられており、外輪押さえ部材107は、主軸101に締結された内輪押さえ部材108との間にラビリンスシールを形成する。
ハウジング103の後端面は、カバー109によって覆われている。後側軸受ハウジング106には、円筒ころ軸受を支持するスリーブ114が内嵌されている。
 図2(a)にも示すように、前側軸受ハウジング105に内嵌する4つのアンギュラ玉軸受40は、外輪41、内輪42、外輪41及び内輪42間に接触角を持って転動自在に配置される転動体としての複数の玉43、及び該玉43を円周方向に等間隔に保持する保持器44を備える。また、図2(b)に示すように、スリーブ114に内嵌する1つの円筒ころ軸受20も、外輪21、内輪22、外輪21及び内輪22間に転動自在に配置される転動体としての複数のころ23、及び該ころ23を円周方向に等間隔に保持する図示しない保持器を備える。
 4つのアンギュラ玉軸受40の外輪41間には、外輪間座110が配置されており、前側軸受ハウジング105に外輪押さえ部材107を固定することで、各外輪41が位置決め固定される。また、内輪42間には、内輪間座111が配置されており、主軸101に内輪押さえ部材108を締結することで、各内輪42が位置決め固定されている。さらに、円筒ころ軸受20の外輪21の後側にも、外輪押さえ部材112が配置されており、スリーブ114に外輪押さえ部材112が固定されることで、外輪21が位置決め固定される。また、内輪22の軸方向両側には内輪間座113が配置されており、主軸101にナット115を締結することで内輪22が位置決め固定される。
 なお、本実施形態では、カバー109及びスリーブ114及び外輪押さえ部材112もハウジング103の一部を構成するものとする。
 図1に戻って、主軸装置100は、ロータ120とステータ121とにより構成されるビルトインモータを内蔵している。主軸101の軸方向の略中央部には、ロータ120が外嵌固定されている。ロータ120の外周面側には、ステータ121が所定距離離れて同軸配置されている。ステータ121は、ステータ121の外周面側に配置されたステータ固定部材122を介してハウジング本体104に固定されている。ハウジング本体104とステータ固定部材122との間には、主軸101の周方向に沿って複数の溝123が形成されている。この複数の溝123内には、ステータ121の冷却用の冷媒が流される。
 同様に、前側軸受ハウジング105と該ハウジング105に外嵌する冷却スリーブ125との間であって、アンギュラ玉軸受40の外周側にあたる部位には、ハウジング及び軸受冷却用の冷媒が流される複数の溝124が形成されている。複数の溝124は、前側軸受ハウジング105の外周面に、周方向に沿って形成されている。
 ハウジング103内には、各転がり軸受40,20にそれぞれ対応する複数のグリース用経路133a~133eが円周方向に異なる位相で形成されている(図1では、便宜上、各グリース用経路133a~133eを同一断面に図示している)。具体的に、各アンギュラ玉軸受40に対応するグリース用経路133a~133dは、各アンギュラ玉軸受40の外輪41が嵌合する前側軸受ハウジング105の内周面に開口しており、該開口から径方向に延びた後に後方に屈曲して、ハウジング本体104との接続面まで延び、さらに、ハウジング本体104、後側軸受ハウジング106、及びカバー109内を軸方向に沿って延び、カバー109の後端面に開口する。また、円筒ころ軸受20に対応するグリース用経路133eは、円筒ころ軸受20の外輪21が嵌合するスリーブ114の内周面に開口しており、該開口から径方向に延びた後に後方に屈曲して、外輪押さえ部材112との接続面まで延び、さらに、外輪押さえ部材112を通って、外輪押さえ部材112の後端面に開口する。
 各軸受40,20の外輪41,21には、径方向に貫通する基油供給孔47,27がそれぞれ形成されている。各基油供給孔47,27は、内径側が軌道面41a、21aの近傍にそれぞれ開口し、外径側が外輪41,21の外径面にそれぞれ開口している。各グリース用経路133a~133eの軸受側の開口は、各外輪41,21の基油補給孔47,27に連通している。また、基油供給孔47,27と反対側の各グリース用経路133a~133eの開口は、主軸装置100の運転状態において、封止栓126によって封止されている。
 なお、本実施形態では、基油補給孔47,27と連続する出口側の各グリース用経路133a~133eの直線状部分(本実施形態では、径方向経路)134a~134eは、断面円形状であり、いずれも同じ径寸法(断面積)を有する。各直線状部分134a~134eの径寸法は軸受幅以下、望ましくはφ12mm以下、より望ましくはφ1~φ5mmが望ましい。
 また、各グリース用経路133a~133eは、主軸装置100の運転状態において鉛直方向上方寄りに配置されることが、グリースに作用する重力によって基油が供給されやすいため、好ましい。
 本実施形態において、転がり軸受40,20の軸受空間内には、軸受内部の空間容積に対して、おおむね10~30%に相当するグリースが封入されている。また、主軸装置100の運転状態において、ハウジング103に形成されたグリース用経路133a~133eは、グリース溜まりを構成しており、グリースが貯蔵されている。
 軸受に封入されたグリース及び各グリース用経路133a~133eに貯蔵されたグリースは、潤滑油である基油と、基油を保持する繊維構造の増ちょう剤とを有している。基油は、毛細管現象により、増ちょう剤の繊維間を移動可能であり、慣らし運転後にできる外輪41,21の外径面に形成されたグリース溜まりとしてのグリース用経路133a~133eと外輪41,21の基油供給孔47,27とが接することで、基油が移動に必要な増ちょう剤もつながる。その結果、グリース用経路133a~133eの基油が軸受に封入したグリースの基油に加わる(補給される)ことになる。
 本実施形態では、このメカニズムを利用して、軸受内部のグリースの基油が消耗しても、ハウジング側のグリース用経路133a~133eに貯蔵されているグリースの基油が増ちょう剤の毛細管現象によって軸受内部のグリースへと供給される。また、外輪41,21の基油供給孔47,27は外輪41,21の軌道面41a,21aのごく近い箇所に設けているため、効率よく基油の供給が可能となる。
 よって、基油不足による潤滑不良が発生する事なく、常時基油が軸受内部へ供給されるので、軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができ、グリース寿命を延ばし、主軸装置100の長寿命化が図られる。即ち、主軸装置100の使用開始から転がり軸受40,20を交換するまでの間、又は、主軸装置100自体を交換するまでの間、グリースを外部から供給する必要がなく、長期メンテナンスフリーを実現できる。
 また、本実施形態では、軸受空間内には、軸受内部の空間容積に対して、略10~30%のグリースが封入されているので、長時間の慣らし運転も不要となる。
 特に、本実施形態のような高速回転する工作機械用主軸装置100においては、軸受周辺部の温度も上昇するが、それに伴い周辺近傍のグリースも温度が上昇し、軟化するため、より基油も流動しやすい傾向にある。そして、グリース溜まり(グリース用経路133a~133e)からグリースの基油を供給するため、高速回転で長期間使用される場合においても、グリース寿命を延命することができる。また、軸受内の封入グリースは空間容積に対して適量の10~30%としているため、慣らし運転時間も短くなり、軸受交換後の生産ライン復帰時間を短縮することができる。また、基油は、増ちょう剤の毛細管現象により供給されるため、供給過剰となることなく、適量を軸受内のグリースに補給することができる。
 なお、本実施形態の主軸装置100を組み立てる際には、転がり軸受40,20の軸受空間内にグリースを封入する(封入工程)。そして、主軸装置100が運転される前のグリース用経路133a~133e内へのグリースの貯蔵は、基油供給孔47,27と反対側の開口に接続された補給装置200によって行うことができる(貯蔵工程)。そして、グリース用経路133a~133e内へのグリースの貯蔵が完了したら、該補給装置200を取り外して、該開口に封止栓126が取り付けられる(封止工程)。
 したがって、補給装置200は、グリース用経路133a~133e内へのグリース貯蔵のために使用されるもので、主軸装置100の製造の際に使用されるもので、実際に主軸装置100が運転されている際(即ち、主軸装置100による生産が行われている際)には必要がなく、主軸装置100の製造コストを抑えることができる。
 また、軸受空間内のグリースは、軸受40,20を主軸装置100に組み込む前に、軸受空間内に所定の量が予め封入されてもよいが、グリースの少なくとも一部は、補給装置200を用いて、グリース用経路133a~133e及び基油供給孔47,27を介して封入されてもよい。この場合、グリース封入後に、グリースが貯蔵されたグリース用経路133a~133eがグリース溜まりを構成する。
 また、グリース用経路133a~133e及び基油供給孔47,27を介してのグリースの封入は、慣らし運転の前に行われてもよいし、慣らし運転中に行われてもよい。即ち、軸受内部のグリースは、主軸101を回転させながら、グリース用経路133a~133eのグリースを補給装置200のポンプ等で圧送して封入しても良い。
 さらに、軸受空間内及び基油供給孔47,27に所定の量のグリースが予め封入されている場合には、軸受40,20を主軸装置100に組み込む前に、補給装置200を用いてグリース用経路133a~133e内にグリースが貯蔵される。
 (第2実施形態)
 次に、図3を参照して、第2実施形態の主軸装置について説明する。この主軸装置100aでは、グリース用経路133a~133dは、第1実施形態同様、前側のアンギュラ玉軸受40ごとに対応してそれぞれ形成されている。一方、本実施形態では、各グリース用経路133a~133dの直線状部分(本実施形態では、径方向経路)134a~134dの径は、ビルトインモータからの距離が近くなるにつれて大径としている(Da<Db<Dc<Dd)。
 ビルトインモータを搭載している等、主軸装置内部の発熱が高い場合、高温によりグリースの基油が蒸発し潤滑不良が発生しやすくなる。このため、本実施形態のように、各軸受40で温度差が発生するような主軸内部状況においては、直線状部分134a~134dの径を高温側で大径、低温側で小径に設計しても良い。基油供給孔47近傍の直線状部分134a~134dに多量のグリースが貯蔵されることで、直線状部分134a~134d内のグリースの基油を基油供給孔47を介して軸受内部に供給しやすい。
 その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
(第3実施形態)
 次に、図4を参照して、第3実施形態の主軸装置について説明する。この主軸装置100bでは、前側の4つのアンギュラ玉軸受40に対応する1つのグリース用経路133が形成されており、このグリース用経路133は、共通の経路135の軸方向部分135aから分岐し、複数のアンギュラ玉軸受40の基油供給路47とそれぞれ連通する複数の分岐経路(径方向経路)136a~136dを有する。
 また、この場合、各軸受40に連通する分岐経路136a~136dの径は同じでも良いが、図4に示すように、グリースを補給装置200(図1参照)のポンプで圧送して封入する場合は、各軸受40の分岐経路136a~136dの径を、補給装置200からより遠くにしたがって大きくしても良い(Da>Db>Dc>Dd)。これにより、グリースが行き渡った複数の分岐経路136a~136dには、均一にグリースを貯蔵することができる。
 その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
 なお、各軸受40に対応して複数のグリース用経路が形成される場合、また、各軸受40に共通の1つのグリース用経路が形成される場合のいずれにおいても、グリース用経路133a~133dの直線状部分134a~134d、また、グリース用経路133の分岐経路136a~136dの径寸法は、上記以外の要因を考慮して設計されてもよい。
 例えば、温度により粘度が変化するグリースが使用される際には、高温側のグリース用経路のグリースの供給が多くなりやすい。このため、グリース用経路133a~133dの直線状部分134a~134d、また、グリース用経路133の分岐経路136a~136dの径は、高温側で小さくする、低温側で大きくするようにさらに考慮して設計してもよい。
(第4実施形態)
 次に、図5を参照して、第4実施形態の主軸装置について説明する。この主軸装置100cでは、グリース用経路133a~133dは、前側の各軸受40に対応してそれぞれ形成されている。このうち、グリース用経路133a~133cは、前側軸受ハウジング105内において、出口側の直線状部分134a~134cが、主軸101の軸方向に対して傾斜している。これにより、直線状部分134a~134cの開口寸法が、軸方向に広くなり、基油供給孔47と軸方向位置がずれても問題なく基油が供給される。
 また、出口側の直線状部分134a~134cが傾斜することで、基油が重力方向に流れ落ちやすくなり、より安定した基油の供給が可能となる。さらにグリースを圧送して軸受内部に封入する場合等では、経路が90°屈曲した部分で発生するグリースのよどみが無くなるため、グリースをスムーズに軸受内部へ送ることができる。
 その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
 なお、図5に示す主軸装置100cでは、グリース用経路133a~133cの直線状部分134a~134cは、径方向に延びるグリース用経路133dの直線状部分134dと同じ軸方向位置から、それぞれ異なる角度で形成されている。ただし、図6に示す変形例の主軸装置100dのように、グリース用経路133a~133cの直線状部分134a~134cは、45~90°の範囲で、同じ角度で形成され、軸方向部分137に接続することもできる。
(第5実施形態)
 次に、図7及び図8を参照して、第5実施形態の主軸装置について説明する。この主軸装置100eでは、前側の4つのアンギュラ玉軸受40に対応する1つのグリース用経路133が形成されている。グリース用経路133は、共通の経路135の軸方向部分135aから分岐し、複数のアンギュラ玉軸受40とそれぞれ連通する複数の分岐経路(径方向経路)136a~136dを有する。
 また、前側軸受ハウジング105の内周面には、複数の分岐経路136a~136dと円周方向において同位相に、軸方向に沿って延びるグリース溝140が形成されている。
したがって、グリース溝140は、複数の分岐経路136a~136dと連通すると共に、各アンギュラ玉軸受40の基油供給孔47と連通する。
 この場合、グリース溝140は、4つのアンギュラ玉軸受の基油供給孔47を連通する軸方向長さを有しており、本実施形態では、モータ寄りのアンギュラ玉軸受40の位置から前側軸受ハウジング105の先端まで形成されている。
 これにより、グリース溝140もグリース溜まりとして機能し、軸受内部のグリースの基油が消耗した際に、グリース用経路133及びグリース溝140内のグリースの基油を供給することができる。特に、グリース溝140には、軸受交換時にもグリースを容易に貯蔵させることができ、グリース寿命を容易に延ばしやすい。
 なお、グリース溝140の形状は、図8に示すような断面三角形に限らず、図9(a)~(d)に示すような、半円形、矩形、台形、などの断面形状であってもよい。
 また、図10に示す変形例の主軸装置100fでは、1つのグリース用経路133の直線状部分134がグリース溝140に開口し、グリース用経路133は、グリース溝140を介して基油供給孔47と連通している。この場合、グリース溝140も、グリース用油路133の一部であり、グリース溜まりを構成している。
(第6実施形態)
 次に、図11(a)を参照して、第6実施形態の主軸装置について説明する。この主軸装置100gでは、前側軸受として円筒ころ軸受が適用される場合を示している。この場合、基油供給孔27が外輪21の軌道面21aの円筒ころ23と対向する位置に形成されており、基油供給孔27とグリース用経路133とが連通している。また、主軸装置100gの運転状態において、グリース用経路133がグリース溜まりを構成している。
 その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
 なお、図11(b)に示す主軸装置100hのように、基油供給孔27は、円筒ころ23から軸方向に離れた外輪21の軌道面21aに開口する位置としてもよい。
 なお、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
 例えば、上記実施形態では、工作機械主軸用主軸装置を用いて本発明の主軸装置について説明したが、本発明の主軸装置は、ACサーボモータ等の高速モータ用主軸を支持する主軸装置にも適用できる。
 また、グリース用経路133a~133eが開口する前側軸受ハウジング105、スリーブ114の内周面と外輪41,21の基油供給孔47,27が開口する外輪41,21の外周面との少なくとも一方には、円周方向溝を設けて、グリース用経路133a~133eと基油供給孔47,27との周方向の位相を合わせるようにしてもよい。
 以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) ハウジングと、
 該ハウジングに対して、主軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受と、
を備える主軸装置であって、
 前記転がり軸受の外輪は、径方向に貫通する基油供給孔を備え、
 前記ハウジングは、前記基油供給孔と連通するグリース用経路を備え、
 前記転がり軸受の軸受空間内には、グリースが封入されており、
 前記主軸装置の運転状態において、前記グリース用経路は、グリース溜まりを構成していることを特徴とする主軸装置。
 この構成によれば、ハウジング側のグリース用経路に貯蔵されているグリースの基油が増ちょう剤の毛細管現象によって軸受内部のグリースへと供給される。これにより、軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができ、長時間の慣らし運転も不要で、グリース寿命を延ばし、長寿命化が図られる。
(2) 前記主軸装置の運転状態において、前記基油供給孔と反対側のグリース用経路の開口が封止されている、(1)に記載の主軸装置。
 この構成によれば、基油供給孔と反対側のグリース用経路の開口からのグリースの漏れを防止できる。
(3) 前記グリース用経路は、前記複数の転がり軸受ごとに対応する複数のグリース用経路を有する、(1)又は(2)に記載の主軸装置。
 この構成によれば、各転がり軸受にグリースを安定して供給することができる。
(4) 前記グリース用経路は、共通の経路から分岐し、前記複数の転がり軸受とそれぞれ連通する複数の分岐経路を有し、
 前記複数の分岐経路は、それぞれ異なる径を有する、(1)又は(2)に記載の主軸装置。
 この構成によれば、ハウジングに形成するグリース用経路の数を少なくでき、容易に加工することができる。
(5) 前記グリース用経路の前記基油供給孔と連続する直線状部分が、前記主軸の軸方向に対して傾斜している、(1)~(4)のいずれか1項に記載の主軸装置。
 この構成によれば、
(6) 前記転がり軸受と前記グリース用経路との間には軸方向に延びるグリース溝が形成される、(1)~(5)のいずれか1項に記載の主軸装置。
 この構成によれば、グリース溝にもグリースを貯蔵することができ、軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができる。
(7) 工作機械用である、(1)~(6)のいずれかに記載の主軸装置。
 この構成によれば、高速回転する工作機械用主軸装置の主軸を、長寿命化が図られた軸受により支持でき、メンテナンスが容易となる。
(8) 高速モータ用である、請求項1~6のいずれかに記載の主軸装置。
 この構成によれば、高速回転する高速モータ用主軸装置の主軸を、長寿命化が図られた軸受により支持でき、メンテナンスが容易となる。
(9) (1)~(8)のいずれかに記載の主軸装置の製造方法であって、
 前記転がり軸受の軸受空間内にグリースを封入する封入工程と、
 前記主軸装置が運転される前に、前記グリース用経路にグリースを貯蔵する貯蔵工程と、
を備える、主軸装置の製造方法。
 この構成によれば、ハウジング側のグリース用経路に貯蔵されているグリースの基油が増ちょう剤の毛細管現象によって軸受内部のグリースへと供給される。これにより、軸受内部のグリースの量を長期に亙って安定して維持することができ、長時間の慣らし運転も不要で、グリース寿命を延ばし、主軸装置の長寿命化が図られる。
(10) 前記主軸装置が運転される前に、前記基油供給孔と反対側のグリース用経路の開口を封止する封止工程をさらに備える、(9)に記載の主軸装置の製造方法。
 この構成によれば、基油供給孔と反対側のグリース用経路の開口からのグリースの漏れを防止できる。
(11) 前記封入工程において、封入される前記グリースの少なくとも一部は、前記グリース用経路及び前記基油供給孔を介して行われる、(9)又は(10)に記載の主軸装置の製造方法。
 この構成によれば、外輪の軌道面近傍にもグリースを封入することができ、慣らし運転時間を短縮することができる。
 なお、本出願は、2021年1月22日出願の日本特許出願(特願2021-8786)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
20  円筒ころ軸受(転がり軸受)
21,41  外輪
22,42  内輪
23  円筒ころ(転動体)
27,47  基油供給孔
40  アンギュラ玉軸受(転がり軸受)
43  玉(転動体)
44  保持器
100,100a~100h   主軸装置
101    主軸
103    ハウジング
133,133a~133e グリース用経路
134,134a~134e 直線状部分
135    共通の経路
136a~136d    分岐経路
140    グリース溝

Claims (11)

  1.  ハウジングと、
     該ハウジングに対して、主軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受と、
    を備える主軸装置であって、
     前記転がり軸受の外輪は、径方向に貫通する基油供給孔を備え、
     前記ハウジングは、前記基油供給孔と連通するグリース用経路を備え、
     前記転がり軸受の軸受空間内には、グリースが封入されており、
     前記主軸装置の運転状態において、前記グリース用経路は、グリース溜まりを構成していることを特徴とする主軸装置。
  2.  前記主軸装置の運転状態において、前記基油供給孔と反対側のグリース用経路の開口が封止されている、請求項1に記載の主軸装置。
  3.  前記グリース用経路は、前記複数の転がり軸受ごとに対応する複数のグリース用経路を有する、請求項1又は2に記載の主軸装置。
  4.  前記グリース用経路は、共通の経路から分岐し、前記複数の転がり軸受とそれぞれ連通する複数の分岐経路を有し、
     前記複数の分岐経路は、それぞれ異なる径を有する、請求項1又は2に記載の主軸装置。
  5.  前記グリース用経路の前記基油供給孔と連続する直線状部分が、前記主軸の軸方向に対して傾斜している、請求項1~4のいずれか1項に記載の主軸装置。
  6.  前記転がり軸受と前記グリース用経路との間には軸方向に延びるグリース溝が形成される、請求項1~5のいずれか1項に記載の主軸装置。
  7.  工作機械用である、請求項1~6のいずれか1項に記載の主軸装置。
  8.  高速モータ用である、請求項1~6のいずれか1項に記載の主軸装置。
  9.  請求項1~8のいずれか1項に記載の主軸装置の製造方法であって、
     前記転がり軸受の軸受空間内にグリースを封入する封入工程と、
     前記主軸装置が運転される前に、前記グリース用経路にグリースを貯蔵する貯蔵工程と、
    を備える、主軸装置の製造方法。
  10.  前記主軸装置が運転される前に、前記基油供給孔と反対側のグリース用経路の開口を封止する封止工程をさらに備える、請求項9に記載の主軸装置の製造方法。
  11.  前記封入工程において、封入される前記グリースの少なくとも一部は、前記グリース用経路及び前記基油供給孔を介して行われる、請求項9又は10に記載の主軸装置の製造方法。
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