JP2008240845A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成でき、またグリース基油供給用の隙間が安定して得られ、製作容易化によるコスト低下が図れる転がり軸受を提供する。
【解決手段】 内輪１、外輪２、およびこれら内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａ間に介在した複数の転動体３を有する。軌道輪である内輪１および外輪２のうち、回転しない固定側軌道輪２に、軌道面２ａに続く段差面２ｂを転動体３から離れる方向に設ける。先端７ａが前記段差面２ｂに当接し周壁で前記固定側軌道輪２との間に流路１４を形成する隙間形成片７を設ける。前記流路１４に連通するグリース溜まり６を設ける。前記隙間形成片７の先端７ａにおける円周方向の一部に、前記固定側軌道輪２の前記段差面２ｂとの間に隙間１５を形成する隙間形成溝７ａａを設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、工作機械主軸等のグリース潤滑とされる潤滑機構付きの転がり軸受に関する。

工作機械主軸軸受の潤滑方法として、メンテナンスフリーで使用可能なグリース潤滑、搬送エアに潤滑オイルを混合してオイルをノズルより軸受内に噴射するエアオイル潤滑、軸受内に潤滑油を直接に噴射するジェット潤滑等の方法がある。最近の工作機械は、加工能率を上げるために、ますます高速化の傾向にあり、主軸軸受の潤滑も比較的安価で簡単に高速化が可能なエアオイル潤滑が多く用いられてきている。しかし、このエアオイル潤滑法は、付帯設備としてエアオイル供給装置が必要であることと、多量のエアを必要とすることから、コスト、騒音、省エネ、省資源の観点から問題がある。また、オイルの飛散によって環境を悪化させる問題もある。これらの問題点を回避するため、最近ではグリース潤滑による高速化が注目され始め、要望も多くなってきている。

グリース潤滑は、軸受組立時に封入されたグリースのみで潤滑するため、高速運転すると、軸受発熱によるグリースの劣化や、軌道面、特に内輪での油膜切れのため、早期焼き付きに至ってしまうことが考えられる。特に、ｄｎ値が１００万（軸受内径mm×回転数rpm ）を超えるような高速回転領域では、グリース寿命を保証するのは困難である。

グリース寿命を延長させる手段として、新しい提案も紹介されている。その一つは、内部にグリース溜まりを形成したグリース溜まり形成部品を固定側軌道輪（例えば外輪）に接して設けると共に、このグリース溜まり形成部品から固定側軌道輪の軌道面の付近まで延びて、固定側軌道輪との間に隙間を形成する隙間形成片を設け、前記グリース溜まりと固定側軌道輪の軌道面との間を前記隙間を介して連通させるようにしたものである（例えば特許文献１，２）。

上記特許文献１，２の転がり軸受によると、軸受の停止時には、グリース中の増稠剤および前記隙間の毛細管現象によりグリースの基油が隙間に移動する。軸受を運転すると、隙間に貯油されていた基油は、運転で生じる固定側軌道輪の温度上昇による体積膨張と、転動体の公転・自転で生じる空気流とにより隙間から吐出されて、固定側軌道輪の軌道面に付着しながら移動して転動体接触部に連続的に補給される。

上記構成の場合、固定側軌道輪と隙間形成片との間に形成される隙間の管理が非常に重要となる。
そこで、前記隙間形成片の先端の周方向の複数箇所に、固定側軌道輪に接する突起を設けることで、前記隙間の管理を行うようにした構成のものも提案されている（例えば特許文献３）。
特開２００５−１８０６２９号公報 特開２００６−１３２７６５号公報 特開２００５−２９９７５７号公報

しかし、特許文献３に開示のものは、隙間形成片の先端の周方向の複数箇所に突起を設けており、その突起を切削や研削で形成するものとすると加工に大変手間がかかるという問題がある。また、プレス加工や樹脂成形による場合には金型が必要になるばかりか、高精度の加工が容易でない。

この発明の目的は、これらの課題を解消することを目的としたものであり、軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成でき、またグリース基油供給用の隙間が安定して得られ、製作容易化によるコスト低下が図れる転がり軸受を提供することである。

この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受において、軌道輪である内輪および外輪のうち、回転しない固定側軌道輪に、軌道面に続く段差面を転動体から離れる方向に設け、先端が前記段差面に当接し周壁で前記固定側軌道輪との間に流路を形成する隙間形成片を設け、前記流路に連通するグリース溜まりを設け、前記隙間形成片の先端における円周方向の一部に、前記固定側軌道輪の前記段差面との間に隙間を形成する隙間形成溝を設けたことを特徴する。

この構成の転がり軸受は、グリース溜まり、および固定側軌道輪の段差面と隙間形成片の周壁との間で形成された流路にグリースを充填して使用される。軸受内部には初期潤滑油としてのグリースを封入しておく。転がり軸受の運転停止と運転再開の繰り返しに伴うグリース溜まりでのヒートサイクルによる圧力変動で、グリースから分離した基油が前記隙間を経て固定側軌道輪の軌道面に吐出されるので、潤滑油の供給が確実に行われる。加えて、前記隙間での毛細管現象によっても基油が固定側軌道輪の軌道面に吐出されるので、潤滑が一層確実なものとなる。
とくに、隙間形成片の先端における円周方向の一部に、固定側軌道輪の段差面との間に隙間を形成する隙間形成溝を設ける構成であるため、隙間形成片の先端に切削加工または研削加工を施すだけで前記隙間形成溝を容易にかつ高精度に形成することができる。また、隙間形成片の先端を固定側軌道輪の段差面に当接させることで、その段差面と隙間形成片先端の隙間形成溝との間に隙間を確保する構成であるため、各部品の寸法公差を考慮することなく隙間を適正な寸法に容易に管理できる。また、プレス加工や樹脂成形による場合のような金型が不要で、コスト低下が可能となる。
これにより、軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成でき、グリース基油供給用の隙間が安定して得られ、製作容易化によるコスト低下が図れる。

この発明において、前記隙間形成溝を、円周方向の互いに１８０°離れた２箇所としても良い。
この構成の場合、隙間形成溝の加工に際して、例えば砥石等の工具を隙間形成片の先端面に直径方向に移動させることなどで、２箇所の隙間形成溝が加工できる。そのため、加工が簡単である。また、２つの隙間が円周方向の互いに１８０°離れた位置に配置されることになるため、隙間から固定側軌道輪の軌道面への潤滑油の吐出が、円周方向に略均等に行われる。

このように１８０°離れた２箇所に隙間形成溝を設ける場合に、隙間形成溝の幅を、前記隙間形成片の先端における隣合う隙間形成溝の間の部分である段差面当接部の幅よりも広くしても良い。
この構成の場合、円周方向の広い範囲にわたって隙間を設けることができるので、隙間から固定側軌道輪の軌道面への潤滑油の吐出がより安定よく行われる。

この発明において、固定側の軌道輪が外輪であっても良い。固定側の軌道輪が外輪である場合、外輪に前記段差面が設けられるが、グリース封入状態で軸受を回転させたときに、封入グリースが遠心力で外輪内径部に飛散するため、前記隙間と軌道面との間の基油の繋がりが確実となる。そのため、転動体接触部で潤滑油として消費される分の基油が、グリース溜まりから上記隙間を経て軌道面に補給される作用が高められ、より安定した潤滑油の補給が行われる。

この発明において、転がり軸受はアンギュラ玉軸受であり、前記段差面は、軌道面における接触角が生じる方向と反対側の縁部に続いて形成されたものであっても良い。アンギュラ玉軸受であると、段差面を接触角が生じる方向と反対側に設けることで、段差面をより転動体の直下に配置し易くなる。転動体の中心付近に段差面を近づけることができ、隙間から軌道面への潤滑油の補給がより効率良く行える。

この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受において、軌道輪である内輪および外輪のうち、回転しない固定側軌道輪に、軌道面に続く段差面を転動体から離れる方向に設け、先端が前記段差面に当接し周壁で前記固定側軌道輪との間に流路を形成する隙間形成片を設け、前記流路に連通するグリース溜まりを設け、前記隙間形成片の先端における円周方向の一部に、前記固定側軌道輪の前記段差面との間に隙間を形成する隙間形成溝を設けたため、軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成でき、またグリース基油供給用の隙間が安定して得られ、製作容易化によるコスト低下が図れる。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１（Ａ）において、この転がり軸受は、内輪１、外輪２、および内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａ間に介在した複数の転動体３を有し、グリース溜まり６と、隙間形成片７とを備える。複数の転動体３は、保持器４に保持され、内外輪１，２間の軸受空間の一端は、シール５によって密封されている。この転がり軸受はアンギュラ玉軸受であり、シール５は軸受背面側の端部に設けられ、グリース溜まり６および隙間形成片７は軸受正面側に設けられる。軸受正面側ではグリース溜まり６がシールを兼ねており、軸受正面側からのグリース漏れが防止される。図において、交差したハッチングで示す部分は、グリース１１の充填された部分を示す。転がり軸受の内輪１は、図示しない主軸に嵌合して回転可能とされ、外輪２はスピンドルユニットにおける図示しないハウジングの内周に嵌合状態で固定支持されている。

固定側軌道輪となる外輪２には、その軌道面２ａに続く段差面２ｂが、転動体３から離れる外輪正面側、つまり軌道面２ａにおける接触角が生じる方向と反対側の縁部に続いて設けられている。この段差面２ｂは、軌道面２ａから外径側に延びて外輪正面側に対面する面である。

グリース溜まり６はグリース溜まり空間８を有するリング状の部品であり、外輪２の正面側の幅面に接して設けられることで、内輪位置決め間座２６の外径側に配置される。この例では、グリース溜まり６は、外輪２の正面側の幅面に接して設けられる外輪位置決め間座９と、この外輪位置決め間座９の内径面に嵌合される外向き溝形のグリース溜まり本体１０とからなる。外輪位置決め間座９とグリース溜まり本体１０とで挟まれる内部空間がグリース溜まり空間８とされる。外輪位置決め間座９は、内径面における外輪２と反対側端に、グリース溜まり本体１０の側壁部１０ａの先端を嵌合させる係合用段差部９ａを有している。グリース溜まり本体１０は、グリース溜まり空間８にグリース１１を充填した後に上記側壁部１０ａを外輪位置決め間座９の係合用段差部９ａに係合させ、この係合用段差部９ａの内径面に固定用部品を用い、外輪位置決め間座９に対して軸方向に固定される。グリース溜まり本体１０における上記側壁部１０ａの外径面と、外輪位置決め間座９における係合用段差部９ａとの間、および外輪位置決め間座９とこれに接する外輪２との隣接部の内径面には、図示しないＯリング等の密封部品がそれぞれ設けられ、これによりグリース１１の漏れ防止が図られる。なお、外輪位置決め間座９およびグリース溜まり本体１０は、鋼材等の金属材料製とされている。

隙間形成片７は、外輪２の内径面２ｃに沿って配置され、先端が前記段差面２ｂに当接し、外輪２との間に流路１４および隙間１５を形成するリング状の部材である。この隙間形成片７は、グリース溜まり本体１０に一体に形成されている。すなわち、グリース溜まり本体１０の軸受隣接側の側壁部１０ｂにおける外径端部から一体に延びている。

隙間形成片先端７ａの周壁と、これに対面する外輪２の内径面２ｃとで上記流路１４が形成される。隙間形成片７の基部７ｂは、先端７ａに比べて小径とされる。この基部７ｂの外径面と外輪２の内径面２ｃとで囲まれる部分は、グリース溜まり空間８の一部となっており、このグリース溜まり空間８に前記流路１４が連通している。
図３（Ａ），（Ｂ）は、グリース溜まり本体１０を隙間形成片７の先端７ａ側から見た正面図、およびグリース溜まり本体１０の断面図を示す。図３（Ａ）のように、隙間形成片７の先端７ａにおける円周方向の一部には、外輪２の段差面２ｂとの間に隙間１５を形成する隙間形成溝７ａａ（黒塗状態に図示）が形成され、円周方向の残り部分が前記段差面２ｂに当接する段差面当接部７ａｂとされている。なお、図１（Ａ）では前記隙間形成溝７ａａで断面した転がり軸受の断面図を示し、図２では前記段差面当接部７ａｂで断面した転がり軸受の断面図を示している。この実施形態では、図３（Ａ）のように、隙間形成片先端７ａにおける前記隙間形成溝７ａａが、円周方向の互いに１８０°離れた２箇所に配置されている。これら２箇所の隙間形成溝７ａａは、円形の隙間形成片７の先端面に対して、例えば直径方向に研削砥石を通過させて研削加工したものであり、２箇所の隙間形成溝７ａａの両側縁は、隙間形成片７の直径方向に平行な２本の直線ａ，ａに沿う形状とされている。また、隙間形成溝７ａａの幅は、隙間形成片７の先端７ａにおける隣合う隙間形成溝７ａａ，７ａａの間の部分である段差面当接部７ａｂの幅よりも広くされている。

上記構成の作用を説明する。軸受組立時に、グリース溜まり６および流路１４にグリース１１を充填しておく。また、軸受内へは初期潤滑用としてのグリースを封入しておく。 軸受を運転すると、隙間１５を除いて密閉されたグリース溜まり６に溜められたグリース１１において、運転時の温度上昇により膨張率の異なる基油と増稠剤とが分離する。同時に、密閉されたグリース溜まり６の内部圧力が上昇する。この内部圧力により、分離された基油が隙間１５から外輪２の軌道面２ａに向けて吐出される。温度が上昇して定常状態になると、内部圧力の上昇要因が消滅するので、基油の吐出と並行して内部圧力が徐々に減じ、単位時間当たりの基油吐出量も減少していく。その後、運転が中止されると、グリース溜まり６の温度も下降し、グリース溜まり６の内部圧力がほぼ大気圧となる。このとき、圧力による基油の吐出はなく、隙間１５には基油が満たされる。したがって、運転停止状態では、グリース溜まり６は密閉された状態にある。
その後、運転が再開されると、グリース溜まり６の内部圧力が再度上昇する。このような温度上昇と下降のヒートサイクルによって、グリース溜まり６内での圧力変動が繰り返され、グリース１１から分離した基油が確実に隙間１５に移動して、外輪２の軌道面２ａに繰り返し供給される。

また、上記ヒートサイクルによる基油吐出作用とは別に、以下に示す毛細管現象による基油吐出作用も加わる。すなわち、軸受の停止時には、グリース１１中の増稠剤および前記隙間１５の毛細管現象により、グリース１１の基油が流路１４から隙間１５に移動し、この毛細管現象と油の表面張力とが相まって隙間１５に基油が油状で保持される。軸受を運転すると、隙間１５に貯油されていた基油は、運転で生じる外輪２の温度上昇による体積膨張と、転動体３の公転・自転で生じる空気流とにより隙間１５から吐出されて、外輪２の軌道面２ａに付着しながら移動して転動体接触部に連続的に補給される。

このように、この転がり軸受では、運転停止と運転再開の繰り返しに伴うグリース溜まり６でのヒートサイクルによる圧力変動で、グリース１１から分離した基油が前記隙間１５を経て外輪２の軌道面２ａに吐出されるので、潤滑油の供給が確実に行われる。加えて、前記隙間１５での上記した毛細管現象によっても基油が外輪２の軌道面２ａに吐出されるので、潤滑が一層確実なものとなる。

とくに、この転がり軸受では、隙間形成片７の先端７ａにおける円周方向の一部に、固定側軌道輪である外輪２の段差面２ｂとの間に隙間１５を形成する隙間形成溝７ａａを設ける構成であるため、隙間形成片７の先端７ａに切削加工や研削加工を施すだけで前記隙間形成溝７ａａを容易にかつ高精度に形成することができる。また、隙間形成片７の先端７ａを外輪２の段差面２ｂに当接させることで、その段差面２ｂと隙間形成片先端７ａの隙間形成溝７ａａとの間に隙間１５を確保する構成であるため、各部品の寸法公差を考慮することなく隙間１５を適正な寸法に容易に管理できる。また、プレス加工や樹脂成形による場合のような金型が不要で、コスト低下が可能となる。
これにより、軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成でき、グリース基油供給用の隙間１５が安定して得られ、製作容易化によるコスト低下が図れる。

また、この実施形態では、隙間形成片７の前記隙間形成溝７ａａを、円周方向の互いに１８０°離れた２箇所としているので、隙間形成溝７ａａの加工に際して、前記のように砥石等の工具を隙間形成片７の先端面に直径方向に移動させることなどで、２箇所の隙間形成溝７ａａが加工できる。そのため、加工が簡単である。また、２つの隙間１５が円周方向の互いに１８０°離れた位置に配置されることになり、隙間１５から外輪２の軌道面２ａへの潤滑油の吐出を、円周方向に略均等に行わせることができる。

隙間形成溝７ａａの幅は、段差面当接部７ａｂの幅よりも広くしているので、円周方向の広い範囲にわたって隙間１５を設けることができ、隙間１５から外輪２の軌道面２ａへの潤滑油の補給がより安定よく行われる。

また、この実施形態では固定側の軌道輪が外輪２であり、この外輪２に前記段差面２ｂが設けられるが、グリース封入状態で軸受を回転させたときに、封入グリースが遠心力で外輪内径部に飛散するため、前記隙間１５と軌道面２ａとの間の基油の繋がりが確実となる。そのため、転動体接触部で潤滑油として消費される分の基油が、グリース溜まり６から隙間１５を経て軌道面２ａに補給される作用が高められ、より安定した潤滑油の補給が行われる。

この実施形態では、転がり軸受はアンギュラ玉軸受であり、前記段差面２ｂが、軌道面２ａにおける接触角が生じる方向と反対側の縁部に続いて形成されているので、段差面２ｂをより転動体３の直下に配置し易くなる。これにより、転動体３の中心付近に段差面２ｂを近づけることができ、隙間１５から軌道面２ａへの潤滑油の補給がより効率良く行える。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の転がり軸受は、図１〜図３に示す実施形態において、外輪２の内径面２ｃにグリース溜まり６Ａを配置することで、内外輪１，２間の軸受空間の内部にグリース溜まり空間８を形成している。この例では、図１〜図３に示す実施形態における外輪位置決め間座９はグリース溜まり６Ａの構成部品とされず、図１〜図３に示す実施形態におけるグリース溜まり本体１０に相当する単独の部品でグリース溜まり６Ａが構成されている。グリース溜まり６Ａは、外向き溝形の断面形状とされ、隙間形成片７が一体に設けられている。

この実施形態は、外輪２の軌道面２ａの中心から軸受背面側の幅面までの長さよりも、グリース溜まり６Ａの配置側である軸受正面側の長さを長くし、この長くした部分の外輪内径面２ｃに、グリース溜まり６Ａを嵌合している。この場合に、内外輪１，２は同一幅寸法であり、規格寸法よりも幅寸法を片方へ大きくしており、その外輪２の幅寸法を増加した部分の内径面２ｃに、上記のようにグリース溜まり６Ａを嵌合させている。
グリース溜まり６Ａの軸受外側の側壁部６ａは外輪内径面２ｃに形成された係合用段差部２ｄに係合させ、この係合用段差部２ｄの内径面に固定用部品を用い、軸方向に固定してある。

内輪１の幅寸法増加部分における内径面は、軌道面１ａに隣接する内径面１ｂの部分よりも段差を以て小径とした小径面部１ｃとされる。この小径面部１ｃ側にグリース溜まり６Ａの内径部を張り出させることで、グリース溜まり空間８を広く確保している。その他の構成は図１〜図３の転がり軸受の場合と同様である。

この実施形態では、グリース溜まり６Ａを外輪２の内径面２ｃに配置しているので、グリース溜まり空間８にグリースを充填した状態で、この転がり軸受をスピンドル装置等へ組み込むことができる。そのため軸受組込の作業性が向上する。

図５は、図１〜図３に示した実施形態の転がり軸受を用いた工作機械用スピンドル装置の例を示す。この工作機械用スピンドル装置では、上記転がり軸受の２個を、背面組み合わせとして用いている。２個の転がり軸受２３，２４は、ハウジング２２内で主軸２１の両端を回転自在に支持する。各転がり軸受２３，２４の内輪１は、内輪位置決め間座２６および内輪間座２７により位置決めされ、内輪固定ナット２９により主軸２１に締め付け固定されている。外輪２は、外輪位置決め間座９、外輪間座３０および外輪押え蓋３１，３２によりハウジング２２内に位置決め固定されている。ハウジング２２は、ハウジング内筒２２Ａとハウジング外筒２２Ｂとを嵌合させたものであり、その嵌合部に、冷却のための通油溝３３が設けられている。

主軸２１は、その前側の端部２１ａに工具またはワーク（図示せず）を着脱自在に取付けるチャック（図示せず）が設けられ、後ろ側の端部２１ｂは、モータ等の駆動源が回転伝達機構（図示せず）を介して連結される。モータは、ハウジング２２に内蔵しても良い。このスピンドル装置は、例えばマシニングセンタ、旋盤、フライス盤、研削盤等の各種の工作に適用できる。

この構成のスピンドル装置によると、この実施形態の転がり軸受２３，２４における高速化、長寿命化、メンテナンスフリー化の作用が、効果的に発揮される。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる転がり軸受の一部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図である。 同転がり軸受の他部の断面図である。 （Ａ）は同転がり軸受におけるグリース溜まり本体を隙間形成片先端側から見た正面図、（Ｂ）は同グリース溜まり本体の断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる転がり軸受の一部の断面図である。 この発明の転がり軸受を用いた工作機械用スピンドル装置の断面図である。

符号の説明

１…内輪
２…外輪
１ａ，２ａ…軌道面
３…転動体
６，６Ａ…グリース溜まり
７…隙間形成片
７ａａ…隙間形成溝
７ａｂ…段差面当接部
１４…流路
１５…隙間

Claims (5)

1. 内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受において、軌道輪である内輪および外輪のうち、回転しない固定側軌道輪に、軌道面に続く段差面を転動体から離れる方向に設け、先端が前記段差面に当接し周壁で前記固定側軌道輪との間に流路を形成する隙間形成片を設け、前記流路に連通するグリース溜まりを設け、前記隙間形成片の先端における円周方向の一部に、前記固定側軌道輪の前記段差面との間に隙間を形成する隙間形成溝を設けたことを特徴する転がり軸受。
2. 請求項１において、前記隙間形成溝を、円周方向の互いに１８０°離れた２箇所とした転がり軸受。
3. 請求項２において、前記隙間形成溝の幅を、前記隙間形成片の先端における隣合う隙間形成溝の間の部分である段差面当接部の幅よりも広くした転がり軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、固定側の軌道輪が外輪である転がり軸受。
5. 請求項４において、アンギュラ玉軸受であり、前記段差面は、軌道面における接触角が生じる方向と反対側の縁部に続いて形成された転がり軸受。
   

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