JP2009138897A - Rolling bearing and its lubrication method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、工作機械の主軸等の支持に使用される転がり軸受、およびその潤滑装置に関する。 The present invention relates to a rolling bearing used for supporting a main shaft or the like of a machine tool, and a lubricating device thereof.
工作機械の主軸に使用される軸受には、高い回転精度と剛性が必要である。また、最近では加工能率の向上のために主軸の高速化が図られており、軸受に対して高い高速対応性が要求されている。このような要求に対して、転動体に円筒ころを用いた円筒ころ軸受を、組込み後の軸受内部すきまをほとんど零に近い値まで小さくして使用することが行われている。円筒ころ軸受を高速運転するための潤滑方法として、運転中の動力損失を小さく抑えられるオイルミストあるいはエアオイル等による微量油潤滑が多く用いられる。 Bearings used for machine tool spindles require high rotational accuracy and rigidity. In recent years, the spindle has been increased in speed in order to improve machining efficiency, and high-speed compatibility is required for the bearing. In response to such a demand, a cylindrical roller bearing using a cylindrical roller as a rolling element is used by reducing the internal clearance of the bearing after incorporation to a value almost close to zero. As a lubrication method for operating a cylindrical roller bearing at a high speed, a small amount of oil lubrication with oil mist or air oil that can suppress power loss during operation is often used.
高速運転に適した代表的な潤滑方法であるエアオイル潤滑では、一般的に、例えば特許文献1で開示されているような技術が採用されている。この技術は、内輪外径面の軸方向両側に円筒ころを案内するつば部を有するN型円筒ころ軸受に適用され、保持器が外輪の内径面に案内される外輪案内方式とされている。上記N型円筒ころ軸受は、組込み作業性の良さから、工作機械主軸用の軸受に多く採用されている。特許文献1には、保持器を外輪案内方式とすることで、保持器の内径面と内輪つば部の外径面との間に比較的広いすきま部が確保でき、このすきま部に軸受の軸方向端部に設けた潤滑油導入孔よりエアオイルを噴射することで、潤滑油が軸受内に導入され、回転に伴う遠心力を利用して軌道面および保持器の案内面の潤滑がスムーズに行われるということが記載されている。
円筒ころ軸受を高速運転するためには、潤滑油を必要とする箇所へ確実に供給することが課題となる。潤滑油供給が必要な箇所としては、具体的に次の部位が挙げられる。
・内外輪の軌道面と円筒ころの転動面間
・内輪のつば部の側面と円筒ころの端面間
・保持器のポケット壁面と円筒ころの転動面間
・内外輪の保持器案内面と保持器の被案内面間
In order to operate the cylindrical roller bearing at a high speed, it is a problem to reliably supply the lubricating oil to a place where the lubricating oil is required. The following parts are specifically mentioned as places where the lubricating oil supply is necessary.
・ Between raceway surface of inner and outer rings and rolling surface of cylindrical roller ・ Between side surface of inner ring collar and end surface of cylindrical roller ・ Between pocket wall surface of cage and rolling surface of cylindrical roller ・ Cage guide surface of inner and outer rings Between guided surfaces of cage
上記課題に対し、特許文献1では、保持器を外輪案内方式として保持器の内径側から給油することにより、軸受の回転による遠心力を利用してスムーズな潤滑ができるとしている。しかし、軸方向片側からだけの給油では、内外輪の軌道面と円筒ころの転動面間、および潤滑油導入孔のある側と反対側の内輪つば部と円筒ころ端面間への潤滑油供給が難しい。
With respect to the above-described problem,
また、従来の一般的なエアオイル潤滑では、軸受の端面側に、潤滑油導入孔を有する潤滑油導入用部材が配置される。このようなエアオイル潤滑等の強制潤滑を行う軸受を主軸装置に組み込んだ場合、強制潤滑を行わない軸受を組み込む場合に比べて、前記潤滑油導入部材の分だけ軸受中心から主軸の軸端までの距離が長くなる。このことは、加工時の主軸の剛性を考えると不利である。
上記課題および問題点は、円筒ころ軸受に限らず、他の転がり軸受にも言える。
Further, in the conventional general air oil lubrication, a lubricating oil introducing member having a lubricating oil introducing hole is disposed on the end face side of the bearing. When a bearing that performs forced lubrication such as air-oil lubrication is incorporated in the main spindle device, the bearing from the center of the bearing to the shaft end of the main spindle is equivalent to the amount of the lubricating oil introduction member, as compared to the case of incorporating a bearing that does not perform forced lubrication. The distance gets longer. This is disadvantageous when considering the rigidity of the spindle during machining.
The above problems and problems can be applied not only to the cylindrical roller bearing but also to other rolling bearings.
この発明の目的は、潤滑性を向上させて高速化、長寿命化を図ることができる転がり軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、主軸装置に組み込んだ場合の軸受中心から主軸の軸端までの距離を短くできるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、潤滑性を向上させて高速化、長寿命化を図ることができる転がり軸受の潤滑方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a rolling bearing capable of improving lubricity and increasing the speed and life.
Another object of the present invention is to make it possible to shorten the distance from the bearing center to the shaft end of the main shaft when incorporated in the main shaft device.
Still another object of the present invention is to provide a method of lubricating a rolling bearing capable of improving lubricity and increasing the speed and life.
この発明の転がり軸受は、内径面に軌道面が形成された外輪と、この外輪の軌道面に転接する複数の転動体と、これら複数の転動体をポケット内に保持する保持器とを備え、前記保持器は、その外径面の一部である被案内面が前記外輪の内径面の一部である案内面に対向して案内されるものであり、前記保持器の外径面に軸方向中央側が大径となるテーパ面を形成し、このテーパ面に潤滑油を付着させる潤滑油付着手段を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、潤滑油付着手段により保持器のテーパ面に潤滑油が付着されると、その潤滑油は、表面張力と保持器の回転に伴う遠心力により、付着した状態のままテーパ面の大径側へ移動する。転動体を収容保持するポケットの周縁に達した潤滑油の一部は、ポケットの壁面に移動し、ポケットの壁面と転動体の表面間を潤滑する。また、ポケット間の柱部を通って大径側へ移動する潤滑油は、そのままテーパ面の最大径部まで移動し、そこで遠心力により外径方向へ飛散する。外径方向へ飛散した潤滑油は、外輪の軌道面に受け止められて、外輪の軌道面と転動体の表面間の潤滑に供される。また、転動体の回転により、ポケットの壁面の潤滑油および外輪の軌道面の潤滑油が内輪側へ移動して、内輪の軌道面と転動体の表面間を潤滑する。これにより、軸受の各部をバランス良く潤滑することができ、軸受の高速化、長寿命化を図れる。
A rolling bearing according to the present invention includes an outer ring having a raceway surface formed on an inner diameter surface, a plurality of rolling elements that are in rolling contact with the raceway surface of the outer ring, and a cage that holds the plurality of rolling elements in a pocket, The cage is guided such that a guided surface that is a part of the outer diameter surface thereof is opposed to a guide surface that is a part of the inner diameter surface of the outer ring, and the cage is pivoted on the outer diameter surface of the cage. A taper surface having a large diameter at the center in the direction is formed, and lubricating oil adhering means for adhering lubricating oil to the taper surface is provided.
According to this configuration, when the lubricating oil adheres to the tapered surface of the cage by the lubricating oil adhesion means, the lubricating oil remains in the adhered state due to the surface tension and the centrifugal force accompanying the rotation of the cage. Move to the larger diameter side. Part of the lubricating oil that has reached the periphery of the pocket that accommodates and holds the rolling element moves to the wall surface of the pocket and lubricates between the wall surface of the pocket and the surface of the rolling element. Further, the lubricating oil that moves to the large diameter side through the pillar portion between the pockets moves to the maximum diameter portion of the tapered surface as it is, and is scattered in the outer diameter direction by centrifugal force. The lubricating oil scattered in the outer diameter direction is received by the raceway surface of the outer ring and used for lubrication between the raceway surface of the outer ring and the surface of the rolling element. Further, due to the rotation of the rolling element, the lubricating oil on the wall surface of the pocket and the lubricating oil on the raceway surface of the outer ring move toward the inner ring side, and lubricates between the raceway surface of the inner ring and the surface of the rolling element. Thereby, each part of a bearing can be lubricated with sufficient balance, and high speed and long life of the bearing can be achieved.
前記潤滑油付着手段は、前記外輪に内径側と外径側とを連通する潤滑油導入孔を設け、この潤滑油導入孔を通じて、外部から供給される潤滑油を前記保持器のテーパ面に向けて噴射するようにしたものとすることができる。
潤滑油導入孔を通じて潤滑油を保持器のテーパ面に向けて噴射することにより、テーパ面に潤滑油を効率良く付着させることができる。上記潤滑油導入孔は外輪に設けられているため、軸受の端面側に、潤滑油導入用の別の部材を設ける必要がない。そのため、潤滑構造を簡略にできると共に、主軸装置に組み込んだ場合の軸受中心から主軸の軸端までの距離を短くできる。
The lubricating oil adhering means is provided with a lubricating oil introduction hole for communicating the inner diameter side and the outer diameter side in the outer ring, and through this lubricating oil introduction hole, the lubricating oil supplied from the outside is directed toward the tapered surface of the cage. And can be jetted.
By injecting the lubricating oil toward the tapered surface of the cage through the lubricating oil introduction hole, the lubricating oil can be efficiently attached to the tapered surface. Since the lubricating oil introduction hole is provided in the outer ring, it is not necessary to provide another member for introducing lubricating oil on the end face side of the bearing. Therefore, the lubrication structure can be simplified, and the distance from the bearing center to the shaft end of the main shaft when incorporated in the main shaft device can be shortened.
前記潤滑油付着手段は、前記外輪に内径側と外径側とを連通する潤滑油導入孔を設け、この潤滑油導入孔内に、外部から供給される潤滑油を毛細管現象により前記保持器のテーパ面に誘導する粒子状または繊維状の芯材を設けたものとしてもよい。
この構成とした場合も、外部から供給される潤滑油を保持器のテーパ面に安定して付着させることができる。また、潤滑構造を簡略にできると共に、主軸装置に組み込んだ場合の軸受中心から主軸の軸端までの距離を短くできる。さらに、この構成の場合は、潤滑油を噴射しないので、保持器に噴射による偏荷重が作用しない。
The lubricating oil adhering means is provided with a lubricating oil introduction hole that communicates an inner diameter side and an outer diameter side in the outer ring, and the lubricating oil supplied from the outside is introduced into the lubricating oil introduction hole by capillary action. It is good also as what provided the particulate or fibrous core material induced | guided | derived to a taper surface.
Even in this configuration, the lubricating oil supplied from the outside can be stably attached to the tapered surface of the cage. In addition, the lubrication structure can be simplified, and the distance from the bearing center to the shaft end of the main shaft when incorporated in the main shaft device can be shortened. Further, in the case of this configuration, since the lubricating oil is not injected, the eccentric load due to the injection does not act on the cage.
この発明において、前記転動体をころとすることができる。
この発明はいずれの形式の転がり軸受にも適用できるが、転動体が玉である場合よりもころである場合の方が、発明の効果がより顕著に現れる。なぜなら、転動体がころである軸受は、構造的に、外部から供給される潤滑油が軌道面に浸入しにくいという傾向があるからである。
In this invention, the rolling element can be a roller.
Although the present invention can be applied to any type of rolling bearing, the effect of the invention appears more significantly when the rolling element is a roller than when it is a ball. This is because the bearings in which the rolling elements are rollers tend to be structurally difficult for lubricating oil supplied from the outside to enter the raceway surface.
前記転動体が円筒ころである場合は、前記外輪の案内面を前記外輪軌道面の軸方向両側にそれぞれ形成し、前記保持器のテーパ面を前記被案内面よりも軸方向中央側に形成し、前記潤滑油導入孔の内径側開口の軸方向位置を前記外輪軌道面と案内面の間とするのがよい。
円筒ころの軸方向両側に外輪の案内面および保持器の被案内面をそれぞれ形成すると、保持器が円筒ころの軸方向両側部で外輪により案内されるので、保持器の案内が正確かつ確実になる。また、保持器のテーパ面を被案内面よりも軸方向中央側に形成し、かつ潤滑油導入孔の内径側開口の軸方向位置を外輪の案内面よりも軸方向中央側にすれば、外輪の案内面および保持器の被案内面と干渉させずに潤滑油導入孔を設けることができる。
When the rolling element is a cylindrical roller, the guide surface of the outer ring is formed on both sides in the axial direction of the outer ring raceway surface, and the tapered surface of the cage is formed on the center side in the axial direction from the guided surface. The axial position of the inner diameter side opening of the lubricating oil introduction hole is preferably between the outer ring raceway surface and the guide surface.
If the guide surface of the outer ring and the guided surface of the cage are formed on both sides of the cylindrical roller in the axial direction, the cage is guided by the outer ring on both sides of the cylindrical roller in the axial direction, so that the cage can be guided accurately and reliably. Become. Further, if the tapered surface of the cage is formed on the axial center side with respect to the guided surface, and the axial position of the inner diameter side opening of the lubricating oil introduction hole is on the axial center side with respect to the outer ring guide surface, the outer ring The lubricating oil introduction hole can be provided without interfering with the guide surface and the guided surface of the cage.
また、前記転動体が外輪の軌道面に対して接触角を持って接する玉である場合は、前記外輪の案内面を前記外輪軌道面の軸受背面側に形成し、前記保持器のテーパ面を前記ポケットの中心よりも軸受正面側に形成し、前記潤滑油導入孔の内径側開口の軸方向位置を前記外輪軌道面よりも軸受正面側とするのがよい。
転動体が外輪の軌道面に対して接触角を持って接する玉である軸受、すなわちアンギュラ玉軸受は、外輪の内径面が軌道面よりも軸受背面側は小径で軸受正面側は大径である。外輪の案内面および前記保持器の被案内面を、外輪が小径である玉の軸受背面側に形成し、保持器のテーパ面および潤滑油導入孔の内径側開口の位置を、外輪が大径である玉の中心よりも軸受正面側とすることにより、全体のバランスが良好で、保持器を単純な形状とすることができる。
Further, when the rolling element is a ball that contacts the outer ring raceway surface with a contact angle, the outer ring guide surface is formed on the bearing back side of the outer ring raceway surface, and the tapered surface of the cage is formed. Preferably, it is formed on the front side of the bearing with respect to the center of the pocket, and the axial position of the inner diameter side opening of the lubricating oil introduction hole is on the front side of the bearing with respect to the outer ring raceway surface.
Bearings whose rolling elements are in contact with the outer ring raceway surface with a contact angle, that is, angular contact ball bearings, the inner ring surface of the outer ring has a smaller diameter on the bearing back side and a larger diameter on the bearing front side than the raceway surface. . The guide surface of the outer ring and the guided surface of the cage are formed on the bearing back side of the ball whose outer ring has a small diameter, and the outer ring has a large diameter at the position of the tapered surface of the cage and the inner diameter side opening of the lubricating oil introduction hole. By making the bearing front side from the center of the ball, the overall balance is good and the cage can be made a simple shape.
前記テーパ面の角度α(deg)は、転動体配列のピッチ円直径をdm(mm)、軸受の仕様回転数をn(min−1)とした場合に、
α>0.024×dm×n×10−4−2.2
の関係が成り立つように設定するのがよい。
保持器のテーパ面に付着した潤滑油を外輪の軌道面に導くには、潤滑油が付着したまま確実にテーパ面の最大径部まで移動する必要がある。それには、試験結果より、保持器のテーパ面の角度につき、上記関係が成り立つと良いことが判明した。
The angle α (deg) of the tapered surface is obtained when the pitch circle diameter of the rolling element array is dm (mm) and the bearing rotational speed is n (min −1 ).
α> 0.024 × dm × n × 10 −4 −2.2
It is better to set so that
In order to guide the lubricating oil adhering to the tapered surface of the cage to the raceway surface of the outer ring, it is necessary to reliably move to the maximum diameter portion of the tapered surface with the lubricating oil adhered. For this purpose, it was found from the test results that the above relationship should be satisfied with respect to the angle of the tapered surface of the cage.
この発明の転がり軸受の潤滑方法は、内径面に軌道面が形成された外輪と、この外輪の軌道面に転接する複数の転動体と、これら複数の転動体をポケット内に保持する保持器とを備え、前記保持器は、その外径面の一部である被案内面が前記外輪の内径面の一部である案内面に対向して案内されるものであり、前記保持器の外径面に軸方向中央側が大径となるテーパ面が形成された転がり軸受の潤滑方法であって、外部から供給される潤滑油を前記保持器のテーパ面に付着させ、潤滑油の表面張力と保持器の回転に伴う遠心力により、潤滑油をテーパ面の軸方向中央側へ移動させた後、テーパ面の大径端で外径方向に飛散させて、軸受内部に潤滑油を導入することを特徴とする。
外部から供給される潤滑油が保持器のテーパ面に付着すると、その潤滑油は、表面張力と保持器の回転に伴う遠心力により、付着した状態のままテーパ面の大径側へ移動する。転動体を収容保持するポケットの周縁に達した潤滑油の一部は、ポケットの壁面に移動し、ポケットの壁面と転動体の表面間を潤滑する。また、ポケット間の柱部を通って大径側へ移動する潤滑油は、そのままテーパ面の最大径部まで移動し、そこで遠心力により外径方向へ飛散する。外径方向へ飛散した潤滑油は、外輪の軌道面に受け止められて、外輪の軌道面と転動体の表面間の潤滑に供される。また、転動体の回転により、ポケットの壁面の潤滑油および外輪の軌道面の潤滑油が内輪側へ移動して、内輪の軌道面と転動体の表面間を潤滑する。これにより、軸受の各部をバランス良く潤滑することができ、軸受の高速化、長寿命化を図れる。
The rolling bearing lubrication method of the present invention includes an outer ring having a raceway surface formed on an inner diameter surface, a plurality of rolling elements that are in rolling contact with the raceway surface of the outer ring, and a cage that holds the plurality of rolling elements in a pocket. The retainer is guided so that a guided surface which is a part of an outer diameter surface thereof is opposed to a guide surface which is a part of an inner diameter surface of the outer ring, and the outer diameter of the retainer A rolling bearing lubrication method in which a tapered surface having a large diameter on the axial center side is formed on the surface, and the lubricating oil supplied from the outside is attached to the tapered surface of the cage to maintain the surface tension of the lubricating oil. After the lubricating oil is moved to the axial center side of the taper surface by centrifugal force accompanying the rotation of the device, it is scattered in the outer diameter direction at the large diameter end of the taper surface to introduce the lubricating oil into the bearing. Features.
When the lubricating oil supplied from the outside adheres to the tapered surface of the cage, the lubricating oil moves to the larger diameter side of the tapered surface with the adhered state due to the surface tension and the centrifugal force accompanying the rotation of the cage. Part of the lubricating oil that has reached the periphery of the pocket that accommodates and holds the rolling element moves to the wall surface of the pocket and lubricates between the wall surface of the pocket and the surface of the rolling element. Further, the lubricating oil that moves to the large diameter side through the pillar portion between the pockets moves to the maximum diameter portion of the tapered surface as it is, and is scattered in the outer diameter direction by centrifugal force. The lubricating oil scattered in the outer diameter direction is received by the raceway surface of the outer ring and used for lubrication between the raceway surface of the outer ring and the surface of the rolling element. Further, due to the rotation of the rolling element, the lubricating oil on the wall surface of the pocket and the lubricating oil on the raceway surface of the outer ring move toward the inner ring side, and lubricates between the raceway surface of the inner ring and the surface of the rolling element. Thereby, each part of a bearing can be lubricated with sufficient balance, and high speed and long life of the bearing can be achieved.
この発明の転がり軸受は、内径面に軌道面が形成された外輪と、この外輪の軌道面に転接する複数の転動体と、これら複数の転動体をポケット内に保持する保持器とを備え、前記保持器は、その外径面の一部である被案内面が前記外輪の内径面の一部である案内面に対向して案内されるものであり、前記保持器の外径面に軸方向中央側が大径となるテーパ面を形成し、このテーパ面に潤滑油を付着させる潤滑油付着手段を設けたため、潤滑性を向上させて高速化、長寿命化を図ることができる。 A rolling bearing according to the present invention includes an outer ring having a raceway surface formed on an inner diameter surface, a plurality of rolling elements that are in rolling contact with the raceway surface of the outer ring, and a cage that holds the plurality of rolling elements in a pocket, The cage is guided such that a guided surface that is a part of the outer diameter surface thereof is opposed to a guide surface that is a part of the inner diameter surface of the outer ring, and the Since a tapered surface having a large diameter at the center in the direction is formed and lubricating oil adhering means for adhering lubricating oil to the tapered surface is provided, the lubricity can be improved, and the speed and life can be increased.
前記潤滑油付着手段が前記外輪に設けられた潤滑油導入孔である場合は、主軸装置に組み込んだ場合の軸受中心から主軸の軸端までの距離を短くできる。 When the lubricating oil adhering means is a lubricating oil introduction hole provided in the outer ring, the distance from the bearing center to the shaft end of the main shaft when incorporated in the main shaft device can be shortened.
この発明の転がり軸受の潤滑方法は、内径面に軌道面が形成された外輪と、この外輪の軌道面に転接する複数の転動体と、これら複数の転動体をポケット内に保持する保持器とを備え、前記保持器は、その外径面の一部である被案内面が前記外輪の内径面の一部である案内面に対向して案内されるものであり、前記保持器の外径面に軸方向中央側が大径となるテーパ面が形成された転がり軸受の潤滑方法であって、外部から供給される潤滑油を前記保持器のテーパ面に付着させ、潤滑油の表面張力と保持器の回転に伴う遠心力により、潤滑油をテーパ面の軸方向中央側へ移動させた後、テーパ面の大径端で外径方向に飛散させて、軸受内部に潤滑油を導入するため、潤滑性を向上させて高速化、長寿命化を図ることができる The rolling bearing lubrication method of the present invention includes an outer ring having a raceway surface formed on an inner diameter surface, a plurality of rolling elements that are in rolling contact with the raceway surface of the outer ring, and a cage that holds the plurality of rolling elements in a pocket. The retainer is guided so that a guided surface which is a part of an outer diameter surface thereof is opposed to a guide surface which is a part of an inner diameter surface of the outer ring, and the outer diameter of the retainer A rolling bearing lubrication method in which a tapered surface having a large diameter on the axial center side is formed on the surface, and the lubricating oil supplied from the outside is attached to the tapered surface of the cage to maintain the surface tension of the lubricating oil. In order to introduce the lubricating oil inside the bearing by moving the lubricating oil to the axial center side of the tapered surface by the centrifugal force accompanying the rotation of the vessel, and then splashing in the outer diameter direction at the large diameter end of the tapered surface. The lubricity is improved to increase the speed and life.
この発明の第1の実施形態を図1および図2と共に説明する。この転がり軸受1は円筒ころ軸受であり、内輪2と、外輪3と、これら内外輪2,3の軌道面2a,3a間に介在させた転動体としての複数の円筒ころ4と、各円筒ころ4を保持する環状の保持器5とを有する。内輪2は軌道面2aの両側に外径側へ突出するつば部6を有し、外輪3はつば無しである。内輪2の内周に図示しない軸が挿入され、外輪3の外周は軸受箱31の内周に挿入固定される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The rolling
外輪3の内径面は円筒状で、軸方向中央部に前記軌道面3aが形成され、軸方向両側部に、保持器5を案内する案内面3bが形成されている。軌道面3aと両側の案内面3bとの境界部には円周状の逃げ溝7がそれぞれ形成され、この逃げ溝7の溝底に内径側開口が位置する潤滑油導入孔8が外輪3に設けられている。潤滑油導入孔8は、後述する保持器5のテーパ面5bに潤滑油を付着させる潤滑油付着手段であり、潤滑油を噴射するノズルとして機能する。この実施形態では、潤滑油導入孔8は径方向に真っ直ぐ設けられているが、潤滑油導入孔8はこれ以外の形状としてもよい。潤滑油導入孔8は、円周方向の複数箇所に等配位置で設けるのが望ましい。前記軸受箱31の内径面には、潤滑油導入孔8の位置に対応してエアオイル導入口13が設けられている。エアオイル導入口13には、外部に設けたエアオイル供給装置から供給されるエアオイルをエアオイル導入口13側に送るエアオイル導入経路14が繋がっている。
The inner surface of the
図2に示すように、保持器5は、円周方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のポケット10を有し、このポケット10内に各円筒ころ4が保持される。各ポケット10間の部分は柱部11である。保持器5の軸方向両端部には外径側に突出するつば状の案内部12が設けられ、この案内部12の外径面は、前記外輪3の案内面3bに対応する被案内面5aとして形成されている。保持器5の被案内面5aは、前記外輪3の案内面3bに対して僅かなすきまを持った状態で対向しており、外輪3の回転時に案内面3bに沿って被案内面5aが摺接することで外輪3により保持器5が案内される。すなわち、保持器5は外輪案内構造となっている。
As shown in FIG. 2, the
保持器案内部12よりも軸方向中央側の外径面は、中央側が大径となるテーパ面5bとして形成されている。案内部12の中央側の側面5cとテーパ面5bとの繋がり部分は断面円弧状のアール面5dになっている。テーパ面5bの角度α(deg)は、転動体配列のピッチ円直径をdm(mm)、軸受の仕様回転数をn(min−1)とした場合に、
α>0.024×dm×n×10−4−2.2 ・・・(式1)
の関係が成り立つように設定されている。その根拠は後で示す。
The outer diameter surface on the axially central side with respect to the
α> 0.024 × dm × n × 10 −4 −2.2 (Expression 1)
The relationship is established. The reason will be shown later.
この構成の転がり軸受1の潤滑方法について説明する。潤滑には、潤滑油を加圧空気で搬送して潤滑油と空気を混合させたエアオイルが用いられる。外部から供給されるエアオイルが、軸受箱31のエアオイル導入経路14およびエアオイル導入口13を経て、潤滑油導入孔8の内径側開口から保持器5のテーパ面5bに向けて噴射される。噴射されたエアオイルの一部は案内部12側に流れ、そのエアオイル中の潤滑油が外輪3の案内部3bと保持器5の被案内部5a間に浸透して潤滑する。
噴射されたエアオイルの多くはテーパ面5bに向かい、潤滑油がテーパ面5bに付着する。保持器5は回転しているため、テーパ面5bに付着した潤滑油には遠心力が作用する。そのため、潤滑油は、図2に矢印A,Bで示すように、表面張力の作用でテーパ面5bに付着した状態のまま、テーパ面5bの大径側へ移動する。前記式1は、テーパ面5bに沿う潤滑油の移動を可能にするテーパ面5bの角度αを規定するものであり、試験により求められた。
A method of lubricating the rolling
Most of the injected air oil goes to the
テーパ面5bを移動する潤滑油の一部(矢印A)はポケット10に到達し、ポケット10の壁面10aと円筒ころ4の端面4a間を潤滑する。さらに、円筒ころ4の端面4aを伝わって内輪2側へ移動し、内輪つば部6の側面6a(図1)と円筒ころ4の端面4a間を潤滑する。
テーパ面5bにおける柱部11の部分を通って移動する潤滑油(矢印B)は、テーパ面5bの最大径部まで移動し、そこで遠心力により外径方向へ飛散する。飛散した潤滑油は、外輪3の軌道面3aに受け止められ、外輪3の軌道面3aと円筒ころ4の転動面4b間を潤滑する。また、円筒ころ4の回転により潤滑油が外輪3から内輪2へ移動して、内輪2の軌道面2aと円筒ころ4の転動面4b間も潤滑される。
Part of the lubricating oil (arrow A) moving on the
The lubricating oil (arrow B) that moves through the portion of the
このように、外部から供給される潤滑油を軸受の各部へ導くことにより、潤滑油を必要とする箇所へ確実に供給して、軸受の各部をバランス良く潤滑することができる。このため、高速運転が可能である。また、軸受の長寿命化が期待できる。なお、潤滑油導入孔8によりエアオイルを保持器5のテーパ面5bに噴射するため、エアオイルの圧力が偏荷重として作用する。しかし、潤滑油導入孔8を円周方向の複数箇所に等配位置で設けておけば、上記偏荷重が相殺され、軸受に与える影響を小さくできる。
Thus, by guiding the lubricating oil supplied from the outside to each part of the bearing, it is possible to reliably supply the lubricating oil to a place where the lubricating oil is required and to lubricate each part of the bearing in a well-balanced manner. For this reason, high-speed operation is possible. In addition, the bearing life can be extended. In addition, since air oil is injected to the
図3は、上記第1の実施形態の変形例を示す。この転がり軸受1は、潤滑油導入孔8内に、毛細管現象により潤滑油を軸受外部側から軸受内部側へ誘導する粒子状または繊維状の芯材16を設けたものである。芯材16は、軸受外部側を外部の油タンクに連通させ、軸受内部側を保持器5のテーパ面5bに接触させてある。芯材16の材質としては、耐摩耗性が良好であることが好ましく、例えば炭素繊維等を撚ったものが適している。
FIG. 3 shows a modification of the first embodiment. This rolling
この転がり軸受1は、外部の油タンクの潤滑油が、芯材16を伝わって軸受内部へ誘導されて、保持器5のテーパ面5bに付着される。この構成の場合も、外部から供給される潤滑油を保持器5のテーパ面5bに安定して付着させることができる。また、潤滑油を噴射しないので、保持器5に噴射による偏荷重が作用しない。そのため、潤滑油導入孔8および芯材16は円周方向の1箇所にだけ設ければよい。
In the rolling
図4ないし図5は、この発明の第2の実施形態を示す。この転がり軸受101はアンギュラ玉軸受であり、内輪102と、外輪103と、これら内外輪102,103の軌道面102a,103a間に介在させた転動体である複数の玉104と、各玉104を保持する環状の保持器105とを有する。内外輪102,103の軌道面102a,103aに対して玉104が接触角θを持って接しており、内輪102は、軌道面102aよりも軸受正面側に外径側へ突出する大径部106を有し、外輪103は、軌道面103aよりも軸受背面側に内径側へ突出する小径部107を有する。なお、軸受正面側は図4の左方向である。内輪2の内周に図示しない軸が挿入され、外輪3の外周は軸受箱31の内周に挿入固定される。
4 to 5 show a second embodiment of the present invention. The rolling
外輪103の前記小径部107の内径面は、保持器105を案内する案内面103bとして形成されている。また、外輪103の軌道面103aよりも軸受正面側には、潤滑油導入孔108が設けられている。潤滑油導入孔108は潤滑油付着手段であり、潤滑油を噴射するノズルとして機能する。この実施形態では、潤滑油導入孔108は径方向に真っ直ぐ設けられているが、潤滑油導入孔108はこれ以外の形状としてもよい。潤滑油導入孔108は、円周方向の複数箇所に等配位置で設けるのが望ましい。前記軸受箱31の内径面には、潤滑油導入孔108の位置に対応してエアオイル導入口13が設けられている。エアオイル導入口13には、外部に設けたエアオイル供給装置から供給されるエアオイルをエアオイル導入口13側に送るエアオイル導入経路14が繋がっている。
An inner diameter surface of the small-
図5に示すように、保持器105は、円周方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のポケット110を有し、このポケット110内に各玉104が保持される。各ポケット110間の部分は柱部111である。保持器105の外径面の一部は、外輪103の案内面103bに対して僅かなすきまを持った状態で対向する被案内面105aとされ、外輪103の回転時に案内面103bに沿って被案内面105aが摺接することで外輪103により保持器105が案内される。すなわち、保持器105は外輪案内構造となっている。
As shown in FIG. 5, the
保持器105の外径面におけるポケット110の中心よりも軸受正面側は、中央側が大径となるテーパ面105bとして形成されている。ただし、ポケット110の中心を挟んで軸受正面側および背面側へ所定幅の範囲は、テーパ面105bの最大径部と同径の円筒面105cとされている。第1の実施形態と同様、テーパ面102cの角度α(deg)は、前記式1の関係が成り立つように設定されている。
On the outer diameter surface of the
この転がり軸受101の潤滑方法も、基本的には、第1の実施形態の転がり軸受1の潤滑方法と同じである。すなわち、外部から供給されるエアオイルが、潤滑油導入孔108から保持器105のテーパ面105bに向けて噴射される。そして、潤滑油がテーパ面105bに付着する。保持器105は回転しているため、テーパ面105bに付着した潤滑油には遠心力が作用する。テーパ面105bの角度αを前記式1の関係が成り立つ値に設定したことにより、潤滑油は、図5に矢印A,Bで示すように、表面張力の作用でテーパ面105bに付着した状態のまま、テーパ面105bの大径側へ移動する。
The lubrication method of the rolling
テーパ面105bを移動する潤滑油の一部(矢印A)はポケット110に到達し、ポケット110の壁面110aと玉104の表面間を潤滑する。テーパ面105bにおける柱部111の部分を通って移動する潤滑油(矢印B)は、テーパ面105bの最大径部または円筒面105cまで移動し、そこで遠心力により外径方向へ飛散する。飛散した潤滑油は、外輪103の軌道面103aに受け止められ、外輪103の軌道面103aと玉104の表面間を潤滑する。また、玉104の回転により潤滑油が外輪103から内輪102へ移動して、内輪102の軌道面102aと玉104の表面間も潤滑される。さらに、外輪103の軌道面103aで潤滑に供された潤滑油が、玉104の回転に伴うポンピング作用により軸受背面側へ送られて、外輪103の案内面103bと保持器105の被案内面105b間を潤滑する。
Part of the lubricating oil (arrow A) that moves on the
このように、外部から供給される潤滑油を軸受の各部へ導くことにより、潤滑油を必要とする箇所へ確実に供給して、軸受の各部をバランス良く潤滑することができる。このため、高速運転が可能である。また、軸受の長寿命化が期待できる。この実施形態の場合も、潤滑油導入孔108を円周方向の複数箇所に等配位置で設けておけば、エアオイルの噴射による偏荷重が相殺され、軸受に与える影響を小さくできる。 Thus, by guiding the lubricating oil supplied from the outside to each part of the bearing, it is possible to reliably supply the lubricating oil to a place where the lubricating oil is required, and to lubricate each part of the bearing in a well-balanced manner. For this reason, high-speed operation is possible. In addition, the bearing life can be extended. Also in this embodiment, if the lubricating oil introduction holes 108 are provided at a plurality of positions in the circumferential direction at equal positions, the uneven load due to the injection of the air oil is offset and the influence on the bearing can be reduced.
この第2の実施形態の転がり軸受101についても、第1の実施形態の変形例と同様、潤滑油導入孔108内に、毛細管現象により潤滑油を軸受外部側から軸受内部側へ誘導する粒子状または繊維状の芯材を設けた構成としてもよい。その場合も、外部から供給される潤滑油を保持器105のテーパ面105bに安定して付着させることができる。
Also in the rolling bearing 101 of the second embodiment, in the same manner as in the modification of the first embodiment, in the lubricating
第1の実施形態では、ころ軸受の一種である円筒ころ軸受に本発明を適用した例を示し、第2の実施形態では、玉軸受の一種であるアンギュラ玉軸受に本発明を適用した例を示したが、この発明は上記以外の軸受にも適用できる。
図6は第3の実施形態を示し、この実施形態は、この発明を円すいころ軸受に適用したものである。繰り返しになる説明は省略し、円筒ころ軸受である転がり軸受1(第1の実施形態)と異なる点についてだけ記す。この円すいころ軸受である転がり軸受201は、内輪202の外周に形成された円すい面からなる軌道面202aと、外輪203の内周に形成された円すい面からなる軌道面203a間に、転動体である円すいころ204が介在している。内輪202は、軌道面202aの両側に、外径部としての大つば部206および小つば部207をそれぞれ有し、外輪203はつば無しである。
In 1st Embodiment, the example which applied this invention to the cylindrical roller bearing which is a kind of roller bearing is shown, In 2nd Embodiment, the example which applied this invention to the angular ball bearing which is a kind of ball bearing Although shown, this invention is applicable also to bearings other than the above.
FIG. 6 shows a third embodiment, in which this invention is applied to a tapered roller bearing. The repeated description will be omitted, and only differences from the rolling bearing 1 (first embodiment) which is a cylindrical roller bearing will be described. The rolling bearing 201 which is a tapered roller bearing is a rolling element between a
保持器205は外輪案内構造であり、外輪203の案内面203bに対して、保持器205の被案内面205aが僅かなすきまを持った状態で対向している。外輪203の内径面は全体にわたって円すい面とされ、軌道面203aの軸方向両側が保持器案内面203bになっている。軌道面203aと円すいころ大径側の案内面203bの境界に、潤滑油導入孔208の内径側開口が位置している。保持器205の軸方向両端には外径側に突出するつば状の案内部212,213が設けられ、これら案内部212,213の外径面が被案内面205aとして形成されている。
The
保持器205の外径面における、円すいころ大径側の案内部212からポケット210のほぼ中心の軸方向位置にかけての部分は、円すいころ小径側が大径となる潤滑油導入用のテーパ面205cとされている。このテーパ面205cの角度α(deg)も、前記式1の関係が成り立つように設定されている。
A portion of the outer diameter surface of the
円すいころ軸受と円筒ころ軸受とを比べた場合、円すいころ軸受は、円すいころ204の小径側から潤滑油が軸受内部に入りやすい。そのため、この円すいころ軸受である転がり軸受201では、外輪203の潤滑油導入孔208および保持器205の潤滑油導入用テーパ面205cを、円すいころ大径側にだけ設けて、大径側からのみ潤滑油を軸受内部に強制導入するようにしている。外輪203の潤滑油導入孔208および保持器205の潤滑油導入用テーパ面205cを、円すいころ大径側にだけでなく小径側にも設けて、両側から潤滑油を軸受内部に強制導入するようにしてもよい。
When a tapered roller bearing and a cylindrical roller bearing are compared, in the tapered roller bearing, lubricating oil tends to enter the bearing from the small diameter side of the tapered
図7は第4の実施形態を示し、この実施形態は、この発明を深溝玉軸受に適用したものである。繰り返しになる説明は省略し、アンギュラ玉軸受である転がり軸受101(第2の実施形態)と異なる点についてだけ記す。この深溝玉軸受である転がり軸受301は、内輪302の外周に形成された軌道面302aと、外輪303の内周に形成された軌道面303a間に、転動体である玉304が介在している。
FIG. 7 shows a fourth embodiment, which is an application of the present invention to a deep groove ball bearing. The repeated description will be omitted, and only differences from the rolling bearing 101 (second embodiment) which is an angular ball bearing will be described. In the rolling
保持器305は外輪案内構造であり、外輪303の案内面303bに対して、保持器305の被案内面305aが僅かなすきまを持った状態で対向している。外輪303の案内面303bは軌道面303aの軸方向両側に位置し、軌道面303aと案内面303bの境界に逃げ溝307が形成され、この逃げ溝307の溝底に潤滑油導入孔308の内径側端が開口している。保持器305の軸方向両端には外径側に突出するつば状の案内部312が設けられ、この案内部312の外径面が被案内面305aとして形成されている。
The
保持器305の外径面における、案内部312から軸方向中心にかけては、軸方向中心側が大径となるテーパ面305cとされている。このテーパ面305cの角度α(deg)も、前記式1の関係が成り立つように設定されている。
On the outer diameter surface of the
深溝玉軸受は、内輪軌道面302aよりも軸方向両側部分の方が径が大きく、かつ外輪軌道面303aよりも軸方向両側部分の方が径が小さいため、アンギュラ玉軸受と比べて、軸方向のいずれからも潤滑油が軸受内部に入りにくい。そのため、外輪303の潤滑油導入孔308および保持器305のテーパ面305cを軸方向両側に設けて、軸方向両側から潤滑油を軸受内部に強制導入するようにしている。転がり軸受301が組み込まれる装置の状態等によって、外輪303の潤滑油導入孔308および保持器305のテーパ面305cを軸方向片側だけに設けて、片側からだけ潤滑油を軸受内部に強制導入するようにしてもよい。
The deep groove ball bearing has a larger diameter on both axial sides than the inner
このように、この発明はいずれの形式の転がり軸受にも適用できるが、転動体が玉である場合よりもころである場合の方が、発明の効果がより顕著に現れる。なぜなら、転動体がころである軸受は、構造的に、外部から供給される潤滑油が軌道面に浸入しにくいという傾向があるからである。さらに付け加えると、円すいころ軸受と円筒ころ軸受を比べた場合、円すいころ軸受は、円すいころの小径側から潤滑油が軸受内部に入りやすいので、円筒ころよりも潤滑性がよいと言える。したがって、この発明の潤滑構造を採用するのに最も適するのは円筒ころ軸受であると考えられる。 As described above, the present invention can be applied to any type of rolling bearing, but the effect of the invention appears more significantly when the rolling element is a roller than when it is a ball. This is because the bearings in which the rolling elements are rollers tend to be structurally difficult for lubricating oil supplied from the outside to enter the raceway surface. In addition, when the tapered roller bearing and the cylindrical roller bearing are compared, it can be said that the tapered roller bearing has better lubricity than the cylindrical roller because the lubricating oil easily enters the bearing from the small diameter side of the tapered roller. Therefore, it is considered that a cylindrical roller bearing is most suitable for employing the lubricating structure of the present invention.
図8は、第1および第2の実施形態にかかる転がり軸受1,101を備えた高速スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置30は工作機械に応用されるものであり、主軸25の前側(加工側)端部に工具またはワークのチャックが取付けられる。主軸25は、軸方向に離れた複数の転がり軸受1,101により支持されている。ここでは、主軸25の後側端部が、図1および図2に示した円筒ころ軸受からなる転がり軸受1により、主軸25の前側端部が、図4および図5に示したアンギュラ玉軸受からなる2個1組の転がり軸受101により、それぞれ支持されている。
FIG. 8 shows an example of a high-speed spindle device including the rolling
各転がり軸受1,101の内輪2,102は主軸25の外径面に嵌合し、外輪3,103は軸受箱31の内径面に嵌合している。2個の転がり軸受101は、内輪位置決め間座32および外輪位置決め間座33により互いに位置決めされている。また、転がり軸受1と後側の転がり軸受101間には、内輪間座36および軸受箱31の小径部31aが介在している。転がり軸受1は、主軸25の後端部に螺着した固定ナット37と押さえ蓋33Bとにより、軸受箱31内に固定されている。2個1組の転がり軸受101およびその内側の内、外輪位置決め間座31,32は、主軸25の段面25aと押さえ蓋33Aとにより、軸受箱31内に固定されている。
The
軸受箱31は、内周軸受箱31Aと外周軸受箱31Bの二重構造とされ、内外の軸受箱31A,31B間に冷却溝40が形成されている。前記押さえ蓋33A,33Bには、転がり軸受1,101をエアオイル潤滑する場合の潤滑油供給源となるエアオイル供給装置60、または毛細管現象を利用する場合の給油源となる油タンク61から潤滑油を導入する導入孔42がそれぞれ設けられている。これら導入孔42は、内周軸受箱31Aに設けられた供給路43に連通し、この供給路43がエアオイル導入経路14(図1、図4)に連通している。また、冷却油供給装置41からの給油路は、軸受箱31内の前記冷却溝40に連通している。
The
軸受箱31内の冷却溝40に供給されて軸受箱31の冷却に使用された油は、外周軸受箱31Bの排油導出孔49から冷却油供給装置41へと循環して回収される。また、押さえ蓋33A,33Bには排油孔50が設けられ、これら排油孔50は内周軸受箱31Aに設けられた排油路51に連通しており、転がり軸受1,101から出た排油が、排油路51を通り、排油孔50から外部に排出される。
The oil supplied to the cooling
このように構成されたスピンドル装置30は、主軸25を支持する軸受として、潤滑油を必要とする箇所へ確実に供給できる転がり軸受1,101が使用されているため、主軸25の高速運転が可能である。また、転がり軸受1の軸受の端面側に潤滑油導入用の間座等の部材が設けられていないので、転がり軸受1の中心から主軸25の軸端までの距離が短くすることができ、剛性の面で有利であり、しかも装置のコンパクト化が可能になる。
The
このスピンドル装置30は、円筒ころ軸受である転がり軸受1およびアンギュラ玉軸受である転がり軸受101を併用しているが、いずれか一方の転がり軸受だけを用いた構成としてもよい。また、円筒ころ軸受である転がり軸受1およびアンギュラ玉軸受である転がり軸受101に代えて、円すいころ軸受である転がり軸受201および深溝玉軸受である転がり軸受301を用いてもよい。
また、上記実施形態の転がり軸受1,101,201,301は内輪2,102,202,302を有するが、内輪が無く軸に直接組み込まれる軸受にも本発明を適用できる。
The
Moreover, although the rolling
1,101,201,301…転がり軸受
2,102,202,302…内輪
3,103,203,303…外輪
3a,103a,203a,303a…外輪軌道面
3b,103b,203b,303b…案内面
4…円筒ころ(転動体)
5,105,205,305…保持器
5a,105a,205a,305a…被案内面
5b,105b,205b,305b…テーパ面
8,108,208,308…潤滑油導入孔(潤滑油付着手段)
16…芯材
104,304…玉(転動体)
204…円すいころ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201,301 ... Rolling bearing 2,102,202,302 ... Inner ring 3,103,203,303 ...
5, 105, 205, 305 ...
16 ...
204 ... Tapered roller
Claims (8)
α>0.024×dm×n×10−4−2.2
の関係が成り立つ転がり軸受。 The angle of the taper surface is α (deg), the pitch circle diameter of the rolling element array is dm (mm), and the specified rotational speed of the bearing is n (min −1 ). If
α> 0.024 × dm × n × 10 −4 −2.2
Rolling bearing that satisfies this relationship.
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