(57)【要約】【課題】ポンプの出力を小さくすることで、サテライト油を減少させることが可能であり、ポンプの出力を小さくしても、潤滑油を軌道へ効率よく供給する。【解決手段】転がり軸受装置１０は、内輪２１、外輪２２、及び複数の玉２３を有し、内輪２１が回転する軸受部２０と、軸受部２０の軸方向一方側の隣りに設けられ、内輪２１に向かって潤滑油を油滴として噴出するポンプ４３とを備える。内輪２１は、内輪軌道２５と、内輪軌道２５の軸方向一方側に設けられた第一外周面３１と、内輪軌道２５の軸方向他方側に設けられた第二外周面３２とを有する。ポンプ４３は、第一外周面３１に向かって油滴を噴出する。第一外周面３１には、溝底に向かうにしたがって溝幅が狭くなり当該溝底が線状となる溝３３が形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、及び前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体を有し、当該内輪が回転する軸受部と、
前記軸受部の軸方向一方側の隣りに設けられ、前記内輪に向かって潤滑油を油滴として噴出するポンプと、を備え、
前記内輪は、前記転動体が転がる軌道と、当該軌道の軸方向一方側に設けられた第一外周面と、当該軌道の軸方向他方側に設けられた第二外周面と、を有し、
前記ポンプは、前記第一外周面に向かって油滴を噴出し、
前記第一外周面には、溝底に向かうにしたがって溝幅が狭くなり当該溝底が線状となる溝が形成されている、
転がり軸受装置。
【請求項２】
前記溝底は、前記軌道に向かうにしたがって径方向外方へ向かうように傾斜している、請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記溝は、前記軌道に向かうにしたがって前記内輪の回転方向の後方へ延びる、請求項１又は２に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部に潤滑油を供給するポンプを備えた転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種工作機械では、加工効率及び生産効率の向上のために主軸の高速化が要求されている。主軸が高速で回転すると、これを支持する軸受部において特に潤滑性が問題となる。そこで、軸受部に潤滑油を供給するポンプ（給油ユニット）が、軸受部の軸方向の隣りに設けられた転がり軸受装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１７２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている転がり軸受装置のポンプは、圧電素子の動作によって微量の油滴を軸受部の内輪軌道に向けて噴出する構成を有する。このため、消費される潤滑油量が、オイルエア潤滑による給油方式と比較して、例えば１／１０００以下とすることが可能となる。
【０００５】
しかし、ポンプから内輪軌道までが遠いため、大きな運動エネルギーで油滴を噴出させる（飛翔させる）必要がある。このため、ポンプの出力、つまり圧電素子へ付与する駆動電圧を大きくする必要がある。
【０００６】
図７は、ポンプ９０が微小な油滴９９を吐出した状態を示す説明図である。ポンプ９０の吐出口９１から潤滑油を油滴９９として噴出すると、先頭の油滴９９のあとに、潤滑油が糸状となった部分９８（以下、サテライト油９８と称する。）が形成される場合がある。サテライト油９８は、先頭の油滴９９から分離され、粘性によってポンプ９０側へ戻る。ポンプ９０側へ戻ったサテライト油９８は、ポンプ９０の内部に回収されず、吐出口９１が開口するポンプ本体９３の壁面９４に付着する。サテライト油９８が壁面９４に付着すると吐出口９１を塞ぐことがあり、この場合、後に潤滑油を吐出口９１から吐出する際に障害となり、潤滑油の吐出不良となる可能性がある。
【０００７】
なお、ポンプ９０の出力が大きいと、つまり、前記圧電素子の駆動電圧が定格電圧に近い高負荷条件になると、サテライト油９８は発生しやすいことが、本発明者によって経験的に見出された。
そこで、本発明は、ポンプの出力を小さくすることで、サテライト油を減少させることが可能であり、ポンプの出力を小さくしても、潤滑油を軌道へ効率よく供給することが可能となる転がり軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、及び前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体を有し、当該内輪が回転する軸受部と、前記軸受部の軸方向一方側の隣りに設けられ、前記内輪に向かって潤滑油を油滴として噴出するポンプと、を備え、前記内輪は、前記転動体が転がる軌道と、当該軌道の軸方向一方側に設けられた第一外周面と、当該軌道の軸方向他方側に設けられた第二外周面と、を有し、前記ポンプは、前記第一外周面に向かって油滴を噴出し、前記第一外周面には、溝底に向かうにしたがって溝幅が狭くなり当該溝底が線状となる溝が形成されている。
【０００９】
この転がり軸受装置によれば、軸受部の軸方向一方側の隣りに設けられたポンプは、内輪の軸方向一方側の第一外周面に油滴を噴出することから、油滴の飛翔距離が、軌道まで油滴を飛翔させる場合と比較して短くなる。このため、ポンプの出力を小さくできる。第一外周面に供給された潤滑油（油滴）は、溝に保持される。溝の断面形状が、溝底に向かうにしたがって溝幅が狭くなる形状であり、溝底が線状となることから、微量な潤滑油であっても、潤滑油は溝の長手方向に沿って浸透して広がる。このため、潤滑油は軌道に到達しやすくなる。以上より、ポンプの出力を小さくすることで、サテライト油を減少させることが可能となり、ポンプの出力を小さくしても、潤滑油は溝を伝って軌道へと流れやすく、潤滑油を軌道へ効率よく供給することが可能となる。
【００１０】
また、前記溝底は、前記軌道に向かうにしたがって径方向外方へ向かうように傾斜しているのが好ましい。この場合、第一外周面の前記溝に保持された潤滑油は、当該溝に沿って流れるが、溝底は軌道に向かうにしたがって径方向外方へ向かうように傾斜していることから、内輪の回転による遠心力によって、潤滑油は軌道へとより一層流れやすくなる。
【００１１】
また、前記溝は、前記軌道に向かうにしたがって前記内輪の回転方向の後方へ延びるのが好ましい。この場合、第一外周面の前記溝に保持された潤滑油は、当該溝に沿って流れるが、この際、内輪の回転によって潤滑油は軌道に向かう方向へ溝に押され、潤滑油は軌道へとより一層流れやすくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポンプの出力を小さくすることで、サテライト油を減少させることが可能であり、ポンプの出力を小さくしても、潤滑油を軌道へ効率よく供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】転がり軸受装置の一例を示す断面図である。
【図２】給油ユニットを軸方向から見た図である。
【図３】内輪を径方向外側から見た図である。
【図４】第一外周面に形成されている溝の説明図である。
【図５】内輪の第一外周面を説明する断面図である。
【図６】溝の変形例を示す断面図である。
【図７】ポンプが微小な油滴を吐出した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔全体構成について〕
図１は、転がり軸受装置の一例を示す断面図である。図１に示す転がり軸受装置１０（以下、軸受装置１０と称する。）は、図示しないが、工作機械が有する主軸装置の主軸（軸）を回転可能に支持するものであり、主軸装置の軸受ハウジング内に収容される。なお、この軸受装置１０は工作機械以外においても適用可能である。
【００１５】
軸受装置１０は、軸受部２０と給油ユニット４０とを備えている。軸受部２０は、内輪２１、外輪２２、複数の玉（転動体）２３、及び、これら複数の玉２３を保持する保持器２４を有しており、玉軸受（転がり軸受）を構成している。更に、軸受装置１０は、円筒状である内輪間座１７及び外輪間座１８を備えている。内輪２１及び内輪間座１７が前記主軸と一体回転する。
【００１６】
軸受部２０（内輪２１）の中心線Ｃに沿った方向を軸受部２０の「軸方向」とし、ここでは、中心線Ｃに平行な方向も「軸方向」に含まれるものとする。また、図１（及び図３、図５）において、右側が、軸受部２０の軸方向の一方側であり、これを「軸方向一方側」と称し、左側が、軸受部２０の軸方向の他方側であり、これを「軸方向他方側」と称する。中心線Ｃに直交する方向が「径方向」であり、中心線Ｃを中心として内輪２１が回転する方向を「周方向」と称する。
【００１７】
給油ユニット４０は、全体として円環状であり、外輪間座１８の内周側に設けられている。給油ユニット４０は、軸受部２０の軸方向一方側の隣りに位置している。給油ユニット４０は、軸受部２０へ給油を行うポンプ４３等を有する。給油ユニット４０の構成等については後に説明する。図１の形態では、給油ユニット４０が有する後述の本体部４１と外輪間座１８とは別部材であるが、これらは同一部材により構成されていてもよい。
【００１８】
内輪２１は、前記主軸に外嵌する円筒状の部材であり、その外周に軌道（以下、内輪軌道２５と称する。）が形成されている。内輪２１の外周面のうち、内輪軌道２５よりも軸方向一方側（ポンプ４３側）の領域が第一外周面３１であり、内輪軌道２５よりも軸方向他方側の領域が第二外周面３２である。本実施形態では、内輪２１の軸方向一方側の肩の外周面、つまり、第一外周面３１は、肩おとし面となっている。内輪２１と内輪間座１７とは別部材であるが、図示しないが、これらは同一部材により構成されていてもよい。
【００１９】
外輪２２は、前記軸受ハウジングの内周面に取り付けられる円筒状の部材であり、その内周に軌道（以下、外輪軌道２６と称する。）が形成されている。外輪２２と外輪間座１８とは別部材であるが、図示しないが、これらは同一部材により構成されていてもよい。
【００２０】
玉２３は、内輪２１と外輪２２との間に介在しており、内輪２１が回転すると、内輪軌道２５及び外輪軌道２６を転がる。本実施形態では、玉２３は接触角を有して内輪軌道２５及び外輪軌道２６に接触する。保持器２４は、環状であり、周方向に沿ってポケット２７が複数形成されている。玉２３及び保持器２４は、内輪２１と外輪２２との間に形成されている環状空間１１に設けられている。保持器２４は、全体として環状であり、玉２３の軸方向一方側の環状体２８ａと、玉２３の軸方向他方側の環状体２８ｂと、これら環状体２８ａ，２８ｂを連結する複数の柱２９とを有する。環状体２８ａ，２８ｂの間であって周方向で隣り合う柱２９，２９の間がポケット２７となり、各ポケット２７に一つの玉２３が収容されている。保持器２４において、軸方向一方側の環状体２８ａが外輪２２の肩３９と摺接可能である。これにより、保持器２４は外輪２２によって径方向についての位置決めがされる。つまり、軸受部２０は、保持器２４が外輪案内（軌道輪案内）される軸受である。
【００２１】
図２は、給油ユニット４０を軸方向から見た図である。給油ユニット４０は、ポンプ４３の他に、タンク４２、制御部４４、及び電源部４５を備える。本実施形態では、タンク４２、ポンプ４３、制御部４４、及び電源部４５は、給油ユニット４０が有している環状の本体部４１に設けられている。タンク４２は、潤滑油（オイル）を溜め、潤滑油をポンプ４３へ補給するために配管４６を通じてポンプ４３と繋がっている。電源部４５は、ポンプ４３の動作用の電力を供給する。制御部４４は、ポンプ４３を動作させるタイミングを制御する。
【００２２】
本体部４１は、外輪間座１８の内周側に取り付けられていて、ポンプ４３等を保持するフレームとしての機能を有する。本体部４１は円環状の部材であるが中空空間が形成されており、この中空空間にタンク４２、ポンプ４３、制御部４４、及び電源部４５が設けられる。これにより、本体部４１、タンク４２、ポンプ４３、制御部４４、及び電源部４５を含む給油ユニット４０は、一体として構成される。
【００２３】
ポンプ４３は、内部に圧電素子（ピエゾ素子）４３ａを有する。圧電素子４３ａが動作することでポンプ４３の油室（内部空間）４３ｂの容積を変化させ、油室４３ｂの潤滑油を吐出口５０から噴出する。吐出口５０は、油室４３ｂと繋がっており、図１に示されるように、内輪２１の第一外周面３１に向かって開口している。吐出口５０は、ポンプ本体４３ｃの壁部４９に形成されている微小の貫通孔によって構成されている。圧電素子４３ａが動作することにより、吐出口５０から潤滑油が油滴となって初速を有して吐出される。つまり、例えば印刷技術で用いられるインクジェットのヘッドに形成されている吐出口からインクが吐出されるように、ポンプ４３の吐出口５０から油滴は飛翔する。図１（及び図５）では、油滴の噴出方向が矢印Ｊで示されている。
【００２４】
以上より、ポンプ４３は（図１参照）軸受部２０の軸方向一方側の隣りに設けられていて、内輪２１に向かって潤滑油を油滴として噴出する。より具体的に説明すると、ポンプ４３は、油室４３ｂの潤滑油を吐出口５０から油滴として軸受部２０のターゲットに向けて噴出させる（飛翔させる）構成となる。本実施形態における前記ターゲットは、内輪２１の第一外周面３１である。潤滑油の効率的利用の観点から、ポンプ４３において１回の吐出動作で定められた量の油滴を噴出させ、この油滴を第一外周面３１に到達させる。ポンプ４３の１回の動作で、吐出口５０から数ピコリットル〜数ナノリットルの潤滑油が油滴として噴出される。油滴の直径（相当径）は、例えば１０〜３０マイクロメートルである。
【００２５】
〔内輪２１について〕
図１に示される形態では、内輪２１の第一外周面３１は、内輪軌道２５に向かうにしたがって拡径する傾斜面（テーパ面）である。図３は、内輪２１を径方向外側から見た図である。第一外周面３１には、溝３３が複数形成されている、図４は、第一外周面３１に形成されている溝３３の説明図である。本実施形態の溝３３は、断面がＶ字形であり、溝底３４に向かうにしたがって溝幅Ｗが狭くなり、溝底３４が線状である。両側の溝側面３５，３５が交差することで形成される交差線が溝底３４となる。本実施形態では、溝３３の断面において溝側面３５は直線形状である。
【００２６】
線状となる溝底３４に沿った方向を溝３３の長手方向と称する。溝幅Ｗは、溝３３の長手方向に直交する方向の寸法である。溝３３の深さ（溝深さ）Ｈは、第一外周面３１から溝底３４までの寸法である。例えば、溝幅Ｗは、ポンプ４３から噴出させた油滴の直径（相当径）の最大値よりも大きく、また、この最大値の３倍よりも小さい。また、溝深さＨは、前記油滴の直径（相当径）の最大値よりも大きく、また、この最大値の３倍よりも小さい。
【００２７】
図５は、第一外周面３１を説明する断面図である。前記のとおり、第一外周面３１は、内輪軌道２５に向かうにしたがって拡径する傾斜面（テーパ面）である。溝深さＨ（図４参照）は溝３３の長手方向に沿って一定であることから、溝底３４は、内輪軌道２５に向かうにしたがって径方向外方へ向かうように傾斜している。なお、図示しないが、第一外周面３１が中心線Ｃを中心とする円筒面である場合、内輪軌道２５に向かうにしたがって溝深さＨが浅くなる溝３３としてもよい。この場合であっても、溝底３４は、内輪軌道２５に向かうにしたがって径方向外方へ向かうように傾斜する。
【００２８】
図３に示されるように、第一外周面３１を径方向外側から見た場合、溝３３は傾斜している。つまり、第一外周面３１上の仮想の母線Ｌ０を基準として溝３３は傾斜している。仮想の母線Ｌ０と溝３３の長手方向との成す角度（傾斜角度）θは、例えば１０°以上、６０°以下である。なお、この角度θは、１０°未満であってもよく、０°であってもよい。前記角度θが０°の場合、溝３３は仮想の母線Ｌ０に対して傾斜しておらず、仮想の母線Ｌ０に沿った形態となる。溝３３は、内輪２１の軸方向一方側の側面３７から内輪軌道２５へ延びるように形成されている。つまり、溝３３の長手方向の一方は、前記側面３７で開口し、溝３３の長手方向の他方は、内輪軌道２５へと続く。
【００２９】
〔本実施形態の軸受装置１０について〕
以上の構成を備える本実施形態（図１参照）の軸受装置１０では、軸受部２０の内輪２１は、転動体である玉２３が転がる内輪軌道２５と、内輪軌道２５の軸方向一方側に設けられた第一外周面３１と、内輪軌道２５の軸方向他方側に設けられた第二外周面３２とを有する。ポンプ４３は、軸受部２０の軸方向一方側の隣りに設けられていて、第一外周面３１に向かって油滴を噴出する。第一外周面３１には、溝３３が形成されていて、溝３３は、溝底３４に向かうにしたがって溝幅Ｗが狭くなり、溝底３４が線状となる。この軸受装置１０によれば、軸受部２０の軸方向一方側の隣りに設けられたポンプ４３は、内輪２１の軸方向一方側の第一外周面３１に油滴を噴出することから、油滴の飛翔距離が、内輪軌道２５まで油滴を飛翔させる場合と比較して短くなる。このため、ポンプ４３の出力を小さくできる。つまり、圧電素子４３ａの駆動電圧を定格電圧よりも低下させることができる。そして、第一外周面３１に供給された潤滑油（油滴）は、溝３３に保持される。溝３３の断面形状が、溝底３４に向かうにしたがって溝幅Ｗが狭くなる形状であり、溝底３４が線状となる。よって、微量な潤滑油であっても、潤滑油は溝３３の長手方向に沿って浸透して広がる。このため、潤滑油は内輪軌道２５に到達しやすくなる。
【００３０】
以上より、ポンプ４３の出力を小さくすることで、従来、発生する可能性の高いサテライト油９８（図７参照）を減少させることが可能となる。そして、ポンプ４３の出力を小さくしても、潤滑油は溝３３を伝って内輪軌道２５へと流れやすく、潤滑油を内輪軌道２５へ効率よく供給することが可能となる。内輪軌道２５に供給された潤滑油は、玉２３との間で油膜となり、また、外輪軌道２６にも供給され、軸受部２０の潤滑性能を維持することが可能である。
【００３１】
仮に、第一外周面３１に前記溝３３が形成されないで、第一外周面３１が平滑面である場合、その第一外周面３１に供給された潤滑油は、保持されずに内輪２１の回転による遠心力によって様々な方向に飛散し、軸受部２０の潤滑のために有効に活用されないおそれがある。
【００３２】
また、本実施形態の軸受装置１０では（図５参照）、第一外周面３１の溝３３に保持された潤滑油は、溝３３に沿って流れるが、溝３３の溝底３４は、内輪軌道２５に向かうにしたがって径方向外方へ向かうように傾斜している。このため、内輪２１が回転すると、その遠心力によって、溝３３に保持された潤滑油は、溝３３に沿って内輪軌道２５へとより一層流れやすい。
【００３３】
図３において、内輪２１の回転方向が矢印Ｒで示されている。前記のとおり、溝３３は、第一外周面３１上の仮想の母線Ｌ０を基準として傾斜している。仮想の母線Ｌ０に対する溝３３の傾斜方向は、溝３３が、内輪軌道２５に向かうにしたがって内輪２１の回転方向（矢印Ｒ方向）の後方（矢印Ｒと反対）へ延びる方向である。この構成により、溝３３に保持された潤滑油は、溝３３に沿って流れるが、この際、内輪２１の回転によって潤滑油は内輪軌道２５に向かう方向へ溝３３（溝側面３５、図４参照）に押され、潤滑油は内輪軌道２５へとより一層流れやすくなる。
【００３４】
図５において、第一外周面３１のうち、溝３３が形成されている範囲Ｂは、次のとおりである。溝３３の範囲Ｂは、内輪２１の軸方向一方側の側面３７と第一外周面３１とが交差する位置Ｐ０から、玉２３と非接触となる領域であって、第一外周面３１のうちの、玉２３の径方向内方の領域までである。溝３３の軸方向一方側の端は、内輪２１の前記側面３７と一致する。溝３３の軸方向他方側の端は、保持器２４の環状体２８ａの径方向内方の領域Ｋ１（第一領域Ｋ１）よりも内輪軌道２５側の位置Ｐ１である。前記側面３７（前記位置Ｐ０）から前記位置Ｐ１までの軸方向の範囲Ｂの全体にわたって、複数の溝３３が形成されている。そして、この範囲Ｂに、ポンプ４３（吐出口５０）から噴出した油滴を到達させるように、ポンプ４３（吐出口５０）が配置される。
【００３５】
第一外周面３１のうち、ポンプ４３からの油滴の到達位置は、保持器２４の環状体２８ａの径方向内方の領域Ｋ１（第一領域Ｋ１）であってもよく、第一領域Ｋ１よりも軸方向一方側の領域Ｋ２（第二領域Ｋ２）であってもよい。
【００３６】
ここで、内輪２１が回転すると、環状空間１１に存在するエアが内輪２１等に連れられて回転する。つまり、環状空間１１において内輪２１と外輪２０との間で周方向のエアの流れ（エアカーテン）が発生する。内輪２１が高速回転すると、前記エアの流れも高速となる。ポンプ４３から噴出した油滴は、このエアの流れ（エアカーテン）の中を飛翔する。油滴の到達位置が第二領域Ｋ２の場合、ポンプ４３から飛翔する油滴は、エアカーテンの中を飛翔する距離が短いため影響を受けにくい。よって、所望の位置に油滴を到達させやすい。これに対して、油滴の到達位置が第一領域Ｋ１の場合、エアカーテンの中を飛翔する距離が長いため影響を受けやすくなるが、その到達位置は内輪軌道２５に近くなり、内輪軌道２５への潤滑油の供給が容易となる。
【００３７】
前記実施形態では（図４参照）溝３３はＶ字形であるが、溝底３４に向かうにしたがって溝幅Ｗが狭くなり、溝底３４が線状となる溝形状であればよい。例えば、他の例として、図６（Ａ）に示されるように、溝３３の断面において、溝側面３５が凸曲線状であってもよく、または、図６（Ｂ）に示されるように、溝３３の断面において、溝側面３５が凹曲線状等であってもよい。このような形状によれば、図４に示される形態と同様、第一外周面３１の溝３３に到達した油滴は、表面張力によって溝底３４に沿って保持され、かつ、潤滑油が少なくても溝３３の長手方向に浸透して広がり、内輪軌道２５に供給されやすい。
【００３８】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
前記実施形態では、軸受部２０がアンギュラ玉軸受である場合について説明したが、軸受の形式はこれに限らず、深溝玉軸受であってもよく、また、円すい転がり軸受や、円筒ころ軸受であってよい。
【符号の説明】
【００３９】
２０：軸受部          ２１：内輪          ２２：外輪
２３：玉（転動体）    ２５：内輪軌道      ３１：第一外周面
３２：第二外周面      ３３：溝            ３４：溝底
４３：ポンプ          Ｗ：溝幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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