JP4339265B2 - 転がり軸受の潤滑装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械主軸用の転がり軸受等に適用される潤滑装置に関する。

工作機械主軸では、加工能率を上げるため、ますます高速化の傾向にある。主軸の高速化に伴い、主軸軸受の潤滑も、搬送エアに潤滑油を混合して油をノズルより軸受内に噴射するエアオイル給油が多く用いられている。一般的なエアオイル潤滑は、多量の高圧エアを必要とし、騒音も大きいため、低騒音、省エネ、省資源の目的から、新しいエアオイル潤滑構造も提案されている（例えば特許文献１）。
この種の潤滑装置の従来例を図７に示す。この潤滑装置は、スピンドル装置７０の外部にある油供給部７１から量調整された潤滑油を供給する。この循環油を、ノズル７２から微量ずつ吐出して、主軸７３を支持する転がり軸受７４の内輪外径部の斜面部に付着させ、油の表面張力と内輪の回転に伴う遠心力を利用して転がり軸受内に供給する。このようなスピンドル装置７０は、加工精度の確保を目的として、軸受箱７５内に冷却油を通して冷却を行うのが通常である。冷却油の供給は、冷却油供給装置７６の吐出ポンプにより、圧力油を軸受箱７５の外径部の冷却溝７７に導き、冷却溝７７の油出口部から冷却油供給装置７６に戻す循環方式が一般的である。

また、一般的なエアオイル潤滑は、軸受の冷却作用が小さく、高速運転すると内外輪の温度差（内輪＞外輪）のために、予圧過大等を生じさせる欠点がある。軸受の温度上昇を小さく抑える潤滑方法としては、多量の油を軸受内に噴射し、軸受の潤滑と軸受の冷却を同時に行うジェット噴射があるが、この潤滑法は、油供給のための設備が必要になることと、軸受内油の攪拌に伴うパワーロスが大きくなる欠点がある。
これらの欠点を解消する目的で、新しい潤滑方法も提案されている（例えば、特許文献２〜４）。これらはいずれも、軸受の冷却は、主軸内径部に通油することで軸を冷却（軸芯冷却）し、軸受の循環は軸心冷却油の一部を主軸内径部より細管等で軸受内に導入して行う。この潤滑法によれば、軸を冷却することで、内輪の温度上昇を抑制し、軸受潤滑油量も抑制できることから、主軸のパワーロスも小さく抑えられる。
特開２００２−６１６５７号公報 特開平７−２４６８７号公報 特開平７−１４５８１９号公報 特開平１０−５８２７８号公報

上記図７の従来例では、軸受７４の潤滑油供給のための専用の油供給部７１が必要であり、設備コストが高くなる。また、油供給部７１におけるタンク内の油量の管理を行う必要があり、メンテナンスの手間がかかる。
また、従来の特許文献２〜４等に示されるような軸芯冷却併用の潤滑構造は、軸内径部および回転継手部の構造が複雑になる等の難点がある。

この発明の目的は、潤滑および冷却を図りながら、潤滑油供給のための専用の油供給装置が不要で、付帯設備のコストが低減できる転がり軸受の潤滑装置を提供することである。

この発明の転がり軸受の潤滑装置は、転がり軸受内に、この転がり軸受の外輪に隣接する潤滑油導入部材から潤滑油を吐出して潤滑する転がり軸受の潤滑装置であって、内輪の端面に円周溝を設け、上記潤滑油導入部材は上記円周溝に対向して開口する吐出口を有するものとする。上記内輪の外径面に、上記内輪の軌道面側が大径となり、上記円周溝内にある潤滑油をこの潤滑油に作用する遠心力と表面張力とで内輪の軌道面に導く斜面部を設ける。前記潤滑油導入部材は、側面から軸方向に延びる鍔状部を有する。この鍔状部の先端で形成されるシール部が保持器の内径面と内輪との間で転動体の近傍に位置し、前記シール部は内輪の斜面部に隙間を持って沿わせてあり、前記潤滑油導入部材を軸方向に貫通する横孔を有し前記鍔状部の内側から潤滑油を排出する排油回収路を設ける。この転がり軸受の潤滑装置は、潤滑油導入部材から前記円周溝に吐出された潤滑油のうちの微量が前記内輪の回転による前記遠心力と表面張力とで前記斜面部から前記転がり軸受内に導入され前記円周溝に吐出された大半の潤滑油は前記排油回収路から回収されるものとする。
この構成によると、潤滑油導入部材から吐出される油が内輪の円周溝に受けられることで内輪の冷却が可能であるとともに、上記円周溝で受けられた油のうち極微量を内輪の斜面部を経て軸受に潤滑油として供給することができる。すなわち、内輪端面の円周溝に付着した油が、この油に作用する遠心力と表面張力とにより、溝内面→端面→内輪外径の斜面部へと付着しながらの流れを生じ、軸受内に導入される。このように、発熱源である内輪を直接に油で冷却しながら、その冷却油の一部が潤滑油に使用されることになるため、軸芯冷却を使用せずに効率的に内輪温度上昇を低減し、しかも過剰な潤滑油の攪拌による軸受駆動のパワーロスが小さく抑えられ、攪拌による発熱も低減される。そのため、潤滑および冷却を図りながら、潤滑油供給のための専用の油供給装置が要らず、コスト低減が可能となる。また、前記シール部を設けたため、内輪斜面部を経て軸受内に導入される潤滑油が途中で飛散することを防止でき、より確実に軸受内に潤滑油を供給できる。

この発明において、上記内輪端面の円周溝の外周側内壁面を、内輪端面側が大径となるテーパ面とし、このテーパ面から上記内輪の上記斜面部に続く内輪表面を、円弧状の断面形状としても良い。
この構成の場合、内輪の回転による遠心力と油の表面張力による上記円周溝から斜面部への油の移行が円滑に行われることになり、軸受へ潤滑油をより確実に供給できる。

この発明において、前記潤滑油導入部材における鍔状部の前記シール部よりも基端側の部分に、内径側に向けて開口する排油円周溝が形成され、前記排油回収路は、前記排油円周溝の形成部から潤滑油導入部材内を軸方向に貫通する前記横孔と、この横孔の開口部を蓋部材で覆って構成され径方向に向けて延びる縦孔とを有するものとしてもよい。

また、この発明においても、軸受箱に設けられた冷却油循環路へ冷却油を供給する冷却油供給装置の吐出冷却油の一部を、上記循環油導入部材へ吐出用の潤滑油として導く潤滑油供給経路に設けて良い。
この構成の場合、冷却油による軸受箱の冷却と、潤滑油として内輪端面の円周溝に吐出した油により、軸に固定された軸受内輪の冷却が行われるので、冷却油供給装置は一つで済む。

この発明の転がり軸受の潤滑装置は、転がり軸受内に、この転がり軸受の外輪に隣接する潤滑油導入部材から潤滑油を吐出して潤滑する転がり軸受の潤滑装置であって、内輪の端面に円周溝を設け、上記潤滑油導入部材は上記円周溝に対向して開口する吐出口を有するものとし、上記内輪の外径面に、上記内輪の軌道面側が大径となり、上記円周溝内にある潤滑油をこの潤滑油に作用する遠心力と表面張力とで内輪の軌道面に導く斜面部を設け、前記潤滑油導入部材は、側面から軸方向に延びる鍔状部を有し、この鍔状部の先端で形成されるシール部が保持器の内径面と内輪との間で転動体の近傍に位置し、前記シール部は内輪の斜面部に隙間を持って沿わせてあり、前記潤滑油導入部材を軸方向に貫通する横孔を有し前記鍔状部の内側から潤滑油を排出する排油回収路を設け、前記潤滑油導入部材から前記円周溝に吐出された潤滑油のうちの微量が前記内輪の回転による前記遠心力と表面張力とで前記斜面部から前記転がり軸受内に導入され前記円周溝に吐出された大半の潤滑油は前記排油回収路から回収されるものとしたため、潤滑および冷却を図りながら、潤滑油供給のための専用の油供給装置が不要で、付帯設備のコストが低減でき、かつ潤滑油供給系によって構造の複雑化を招くことがない。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１はこの実施形態の転がり軸受の潤滑装置を備えたスピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置２４は工作機械に応用されるものであり、主軸２５の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（ここでは２つ）の転がり軸受１により支持されている。各転がり軸受１の内輪２は主軸２５の外径面に嵌合し、外輪３は軸受箱２６の内径面に嵌合している。これら内外輪２，３は、内輪押さえ２７および外輪押さえ２８により、軸受箱２６内に固定されている。軸受箱２６は、内周軸受箱２６Ａと外周軸受箱２６Ｂの二重構造とされ、内外の軸受箱２６Ａ，２６Ｂ間に冷却油循環路２９が形成されている。両転がり軸受１の外輪３同士の間には外輪間座３０および潤滑油導入部材３１が、また内輪２同士の間には内輪間座３２がそれぞれ設けられている。主軸２５の一端部には、内輪押さえ２７に押し当てて転がり軸受１を固定する軸受固定ナット３３が螺着されている。

冷却油循環路２９の一端には外周軸受箱２６Ｂを貫通して軸受箱２６の外径に開口する導入孔２９ａが、また冷却油循環路２９の他端には外周軸受箱２６Ｂを貫通して軸受箱２６の外径に開口する導出孔２９ｂがそれぞれ形成されている。冷却油循環路２９と冷却油供給装置３４とは、冷却油供給回路３５および冷却油戻り回路３６を介して連通している。

転がり軸受１の潤滑装置は、上記冷却油供給装置３４の吐出冷却油の一部を、潤滑油として上記潤滑油導入部材３１から微量ずつ吐出し、転がり軸受１内に供給するものである。この潤滑装置は、潤滑油導入部材３１と、上記冷却油供給回路３５から分岐して、冷却油供給装置３４の吐出冷却油の一部を潤滑油として潤滑油導入部材３１へ導く潤滑油供給回路３７とを有する。潤滑油供給回路３７には、流入油量調整用の圧力調整弁３８と、油ろ過器３９とが設けられている。

図２，図３は図１におけるＡ部およびＢ部の拡大断面図を示す。図２のように、この潤滑装置では、潤滑油導入部材３１から吐出される潤滑油を受ける油受け円周溝４３が、潤滑油導入部材３１に隣接する転がり軸受１の内輪２の端面に設けられている。内輪２の外径面には、その軌道面２ａ側が大径となり、上記油受け円周溝４３内に溜まる潤滑油を、この潤滑油に作用する遠心力と表面張力とで内輪２の軌道面２ａに導く斜面部２ｂが形成されている。潤滑油導入部材３１は、内輪２の上記油受け円周溝４３に対向して開口する吐出口２０を有し、この潤滑油導入部材３１および内周軸受箱２６Ａにわたって形成される潤滑油供給路１２が上記吐出口２０に連通している。潤滑油導入部材３１は、側面から軸受１に向けて軸方向に延びる鍔状部３１ａを有し、その先端のシール部３１ａａを保持器５の内径面と内輪２の間における転動体４の近傍に位置させている。シール部３１ａａは、内径面が内輪２の斜面部２ｂと同一角度αの傾斜面に形成されている。このシール部３１ａａは、内輪２の斜面部２ｂに隙間δを持って一部が沿わせてある。上記内輪２の端面の油受け円周溝４３の外径面は、内輪端面側が大径となるテーパ面４３ａとされており、このテーパ面４３ａから内輪２の斜面部２ｂに続く内輪表面部２ｃは円弧状の断面形状とされている。

潤滑油導入部材３１における鍔状部３１ａの上記シール部３１ａａよりも基端側の部分には、内径側に向けて開口する排油円周溝４４が形成され、この排油円周溝４４は潤滑油導入部材３１から内周軸受箱２６Ａにわたって形成された排油回収路４５（図３）に連通している。排油回収路４５は、図３のように上記排油円周溝４４の形成部から潤滑油導入部材３１内を軸方向に貫通する横孔４６、この横孔４６の開口部を蓋部材５２で覆って構成され内径側に向けて延びる縦孔４７と、この縦孔４７に続けて潤滑油導入部材３１に形成され内径側に向けて延びる縦孔４８からなる排油通路４９と、内周軸受箱２６Ａの外径面に形成された排油溝５０および排油孔５１とで構成される。排油孔５１は軸方向に延びて内周軸受箱２６Ａの端面に開口している。排油溝５０は複数箇所設けられ、一部の排油溝５０を介して、上記排油通路４９以外からの排油が上記排油孔５１に導出される。排油孔５１に導出された排油は、排油ポンプ５３（図１）によって冷却油供給装置３４に回収される。

この実施形態の潤滑装置では、潤滑油導入部材３１の吐出口２０から吐出される油のうち、極微量が転がり軸受１の潤滑油として使用され、大半量は内輪２の冷却に供される。すなわち、潤滑油導入部材３１の吐出口２０から内輪２の油受け円周溝４３に向けて油が吐出されることにより内輪２の冷却が行われる。冷却に供された油の大半量は、排油円周溝４４や他の経路から排油回収路４５を経て、排油ポンプ５３により冷却油供給装置３４に戻される。内輪２の油受け円周溝４３に吐出された油のうちの極微量は、内輪２の回転に伴う遠心力と油の表面張力により、上記油受け円周溝４３のテーパ面４３ａから斜面部２ｂに沿って軸受１内に導入され、潤滑油として使用される。なお、転がり軸受１の外輪３の冷却は、冷却油循環路２９を流れる冷却油によって行われる。

このように、この実施形態の潤滑装置では、内輪端面に油受け円周溝４３を設け、潤滑油導入部材３１はこの油受け円周溝４３に対向して吐出口２０を開口させ、内輪２の外径面に斜面部２ｂを設けているので、潤滑油導入部材３１の吐出口２０から吐出される油が内輪２の油受け円周溝４３に受けられることで内輪２の冷却が可能であるとともに、油受け円周溝４３に受けられた油のうち、極微量を内輪２の斜面部２ｂを経て軸受１に潤滑油として供給することができる。このため、潤滑油供給のための専用の油供給装置が要らずコスト低減が可能で、供給油量調整のメンテナンスが不要となると共に、軸受内輪２の冷却も可能となる。
特に、高温となり易い発熱源である内輪３を直接に油で冷却しながら、その冷却油の一部が潤滑油に使用されることになるため、軸芯冷却を使用せずに効率的に内輪温度上昇を低減し、しかも過剰な潤滑油の攪拌による軸受駆動のパワーロスが小さく抑えられ、攪拌による発熱も低減する。

また、内輪２の端面の油受け円周溝４３の外周側内壁面を、内輪端面側が大径となるテーパ面４３ａとし、このテーパ面４３ａから内輪２の斜面部２ｂに続く内輪表面２ｃを、円弧状の断面形状としているので、内輪２の回転による遠心力と油の表面張力による上記油受け円周溝４３から斜面部２ｂへの油の移行が円滑に行われることになり、軸受１へ潤滑油を確実に供給できる。

さらに、潤滑油導入部材３１には、内輪２の斜面部２ｂに隙間δを持って対向し、かつ保持器５の内径側まで延びるシール部３１ａａを設けているので、内輪斜面部２ｂを経て軸受１内に導入される潤滑油が途中で飛散するのを防止でき、より確実に軸受１内に潤滑油を供給できる。

図４〜図６は、他の実施形態を示す。図４はこの実施形態の転がり軸受の潤滑装置を備えた縦型のスピンドル装置２４の一例を示し、図５および図６は図４におけるＣ部およびＤ部の拡大断面図を示す。この実施形態は、図１〜図３に示した実施形態における潤滑装置を、縦に設置したスピンドル装置２４における転がり軸受１の潤滑に使用したものである。そのため、重力による軸受１内への油流入を考慮して、図５および図６のように潤滑油導入部材３１は転がり軸受１の下側位置に設置してある。その他の構成は図１〜図３の実施形態の場合と同様である。潤滑油導入部材３１をこのような配置とすることにより、軸受内への油の過剰流入が防止される。したがって、下側の転がり軸受１に対応する潤滑油導入部材３１の組込み位置は、軸受１の正面側とされる。

この実施形態の場合も、図１〜図３に示した横型のスピンドル装置２４に適用した潤滑装置と同様に、転がり軸受１への潤滑油供給と内輪２の冷却とが行われる。

この発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置を備えたスピンドル装置およびこれに接続される油供給装置を示す構成図である。 図１におけるＡ部の拡大断面図である。 図１におけるＢ部の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る転がり軸受の潤滑装置を備えたスピンドル装置およびこれに接続される油供給装置を示す構成図である。 図４におけるＣ部の拡大断面図である。 図４におけるＤ部の拡大断面図である。 従来の転がり軸受の潤滑装置を備えたスピンドル装置およびこれに接続される油供給装置を示す構成図である。

符号の説明

１…転がり軸受
２…内輪
２ａ…軌道面
２ｂ…斜面部
５…保持器
２０…吐出口
２６…軸受箱
２９…冷却油循環路
３１…潤滑油導入部材
３１ａａ…シール部
３４…冷却油供給装置
３５…冷却油供給回路
３８…圧力調整弁
３９…油ろ過器
４２…吐出口
４３…油受け円周溝
４３ａ…テーパ面

Claims (4)

1. 転がり軸受内に、この転がり軸受の外輪に隣接する潤滑油導入部材から潤滑油を吐出して潤滑する転がり軸受の潤滑装置において、内輪の端面に円周溝を設け、上記潤滑油導入部材は上記円周溝に対向して開口する吐出口を有するものとし、上記内輪の外径面に、上記内輪の軌道面側が大径となり、上記円周溝内にある潤滑油をこの潤滑油に作用する遠心力と表面張力とで内輪の軌道面に導く斜面部を設け、前記潤滑油導入部材は、側面から軸方向に延びる鍔状部を有し、この鍔状部の先端で形成されるシール部が保持器の内径面と内輪との間で転動体の近傍に位置し、前記シール部は内輪の斜面部に隙間を持って沿わせてあり、前記潤滑油導入部材を軸方向に貫通する横孔を有し前記鍔状部の内側から潤滑油を排出する排油回収路を設け、前記潤滑油導入部材から前記円周溝に吐出された潤滑油のうちの微量が前記内輪の回転による前記遠心力と表面張力とで前記斜面部から前記転がり軸受内に導入され前記円周溝に吐出された大半の潤滑油は前記排油回収路から回収されることを特徴とする転がり軸受の潤滑装置。
2. 請求項１において、上記内輪端面の円周溝の外周側内壁面を、内輪端面側が大径となるテーパ面とし、このテーパ面から上記内輪の上記斜面部に続く内輪表面を、円弧状の断面形状とした転がり軸受の潤滑装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記潤滑油導入部材における鍔状部の前記シール部よりも基端側の部分に、内径側に向けて開口する排油円周溝が形成され、前記排油回収路は、前記排油円周溝の形成部から潤滑油導入部材内を軸方向に貫通する前記横孔と、この横孔の開口部を蓋部材で覆って構成され径方向に向けて延びる縦孔とを有する転がり軸受の潤滑装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、軸受箱に設けられた冷却油循環路へ冷却油を供給する冷却油供給装置の吐出冷却油の一部を、上記循環油導入部材へ吐出用の潤滑油として導く潤滑油供給経路に設けた転がり軸受の潤滑装置。

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