(57)【要約】【課題】  複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却を効果的に行うことができる転がり軸受の冷却装置を提供する。【解決手段】  転がり軸受１の外輪３の幅面に接する外輪間座７に、前記転がり軸受１の内輪２の幅面に接する内輪間座６の外径面、または前記内輪２が嵌合した軸の外径面に冷却液を吐出する吐出口８を設ける。【選択図】      図１
2006125487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の外輪の幅面に接する外輪間座に、前記転がり軸受の内輪の幅面に接する内輪間座の外径面、または前記内輪が嵌合した軸の外径面へ冷却液を吐出する吐出口を設けた転がり軸受の冷却装置。
【請求項２】
転がり軸受の外輪の幅面に接する外輪間座に、冷却液を通す冷却液流路を設けた転がり軸受の冷却装置。
【請求項３】
請求項１において、前記外輪間座に設けられた冷却液の流入部と前記吐出口との円周方向位置を互いにずらし、前記流入部と前記吐出口とを冷却液流路で連通させた転がり軸受の冷却装置。
【請求項４】
請求項３において、前記流入部と前記吐出口とは互いに略１８０°円周方向にずらせた転がり軸受の冷却装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記冷却液流路は、前記外輪間座の外径面に設けられた円周溝と、この円周溝の底面から前記吐出口に連通する径方向孔とでなる転がり軸受の冷却装置。
【請求項６】
請求項１または請求項３または請求項４または請求項５において、前記外輪間座の幅面に、径方向に延びる冷却液排出溝を設けた転がり軸受の冷却装置。
【請求項７】
請求項１、または請求項３ないし請求項６のいずれか１項において、前記外輪間座の内径面に円周方向に延びる溝を設け、前記吐出口として、内輪の軸心に垂直な面よりも斜め内輪側へ向かう吐出口と、内輪と反対側へ向かう吐出口とを設けた転がり軸受の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、主軸軸受ではトルクと発熱量が増加する。そこで、これに対処するために、主軸軸受の潤滑にエアオイル潤滑が多く用いられている。
【０００３】
エアオイル潤滑は、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ものであり、軸受内の油の攪拌抵抗を減じる対策として、内輪外径面に少量の油を付着させ、軌道部まで遠心力と表面張力を利用して給油するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１，２）。
ところで、エアオイル潤滑に用いられるエアオイルには、軸受冷却効果がほとんど無い。そこで、エアオイル潤滑を採用する場合には、別途、冷却機構を設ける必要がある。そのような冷却機構として、ハウジングを冷却すると共に、軸の内径部に冷却油を通油することで軸受を冷却するものが知られている（特許文献３〜５）。
【特許文献１】特開２００１−０１２４８１号公報
【特許文献２】特開２００２−５４６４３号公報
【特許文献３】特許第３０８４３５６号公報
【特許文献４】特開平７−２４６８７号公報
【特許文献５】特開平７−１４５８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の冷却機構は、軸受の外輪を、ハウジングを介して冷却するものであるため、発熱源から離れた箇所で冷却することになり、冷却効率が悪い。
また、特許文献３〜５の軸の内径部に冷却油を通油するものでは、軸の内径側に給油する専用の回転継手部が必要で、この回転継手部の構造が複雑になるなどの問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却を効果的に行うことができる転がり軸受の冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明における第１の発明の転がり軸受の冷却装置は、転がり軸受の外輪の幅面に接する外輪間座に、前記転がり軸受の内輪の幅面に接する内輪間座の外径面、または前記内輪が嵌合した軸の外径面へ冷却液を吐出する吐出口を設けたものである。
【０００７】
この構成によると、外輪間座の吐出口から内輪間座の外径面、または内輪が嵌合した軸の外径面に冷却液を吐出させるため、これら内輪間座または軸が冷却液で冷却され、熱伝導により内輪が冷却される。外輪間座の吐出口から冷却液を吐出するため、外輪間座も冷却され、熱伝導で外輪も冷却される。このように、発熱源である転がり軸受から近い位置で冷却するため、ハウジングを介して冷却するものに比べて、転がり軸受を効率的に冷却することができる。また、外輪間座から冷却液を吐出させるものであるため、回転継手等の複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却が行える。
【０００８】
この発明における第２の発明の転がり軸受の冷却装置は、転がり軸受の外輪の幅面に接する外輪間座に、冷却液を通す冷却液流路を設けたものである。
この構成によると、外輪間座の冷却液流路を冷却液が流れることで、外輪間座が冷却され、外輪間座に幅面で接する軸受外輪が冷却される。この場合も、発熱源に近い外輪間座で冷却を行うため、効率良く冷却が行え、また外輪間座に冷却液流路を設けたものであるため、複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却を効果的に行うことができる。
【０００９】
第１の発明において、前記外輪間座に設けられた冷却液の流入部と前記吐出口との円周方向位置を互いにずらせ、前記流入部と前記吐出口とを冷却液流路で連通させても良い。  冷却液の流入部と吐出口との円周方向位置がずれていると、流入部から吐出口に至る冷却液の流路が長くなり、その流路を流れる冷却液により外輪間座が効率良く冷却される。そのため、外輪間座を介して転がり軸受が冷却される効率が高められ、軸受の冷却をさらに効果的に行うことができる。
【００１０】
この構成の場合に、前記流入部と前記吐出口とは互いに略１８０°円周方向にずらせても良い。略１８０°のずれであると、流入部から吐出口に至る冷却液の流路を出来るだけ長く得ながら、流れを円周方向の正逆２方向に流すこともでき、簡単な構成で冷却液による外輪間座の冷却効率をさらに高めることができる。
【００１１】
また、前記吐出口に連通する前記冷却液流路は、前記外輪間座の外径面に設けられた円周溝と、この円周溝の底面から前記吐出口に連通する径方向孔とでなるものであっても良い。この構成の場合、円周溝を流れる冷却液により外輪間座の全周を冷却することができて、冷却液による外輪間座の冷却効率がさらに高くなる。
【００１２】
第１の発明において、前記外輪間座の幅面に、径方向に延びる冷却液排出溝を設けても良い。この構成の場合、軸受の冷却に使用された冷却液が、外輪間座の幅面の冷却液排出溝を経て外部に排出される。そのため、外輪間座の冷却効率がさらに高くなる。
【００１３】
また、第１の発明において、前記外輪間座の内径面に円周方向に延びる溝を設け、前記吐出口として、内輪の軸心に垂直な面よりも斜め内輪側へ向かう吐出口と、内輪と反対側へ向かう吐出口とを設けても良い。
この構成の場合、外輪間座の吐出口から吐出される冷却液が、内輪間座または軸の外径面の幅方向両側に分散して吹き付けられる。しかも、各吐出口から吐出される冷却液が外輪間座の溝で円周方向にも案内されるので、冷却液が内輪間座または軸の外径面の全周に吹き付けられることになる。そのため、内輪間座または軸の冷却がより効率良く行われ、したがって転がり軸受の冷却もより一層効率良く行われる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明における第１の発明の転がり軸受の冷却装置は、転がり軸受の外輪の幅面に接する外輪間座に、前記転がり軸受の内輪の幅面に接する内輪間座の外径面、または前記内輪が嵌合した軸の外径面へ冷却液を吐出する吐出口を設けたため、発熱源である転がり軸受に近い箇所で冷却できて転がり軸受を効率良く冷却でき、また複雑な冷却液供給機構を持たずに冷却を効果的に行うことができる。
この発明における第２の発明の転がり軸受の冷却装置は、転がり軸受の外輪の幅面に接する外輪間座に、冷却液を通す冷却液流路を設けたため、発熱源である転がり軸受に近い箇所で冷却できて転がり軸受の効率良く冷却でき、また複雑な冷却液供給機構を持たずに冷却を効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。図１に示すように、この転がり軸受の冷却装置は、転がり軸受１の外輪３の幅面に接する外輪間座７から、前記転がり軸受１の内輪２の幅面に接する内輪間座６の外径面に冷却液を吐出することで、転がり軸受１の冷却を行うものである。
【００１６】
転がり軸受１は、内輪２と外輪３の軌道面２ａ，３ａ間に複数の転動体４を介在させたものである。転動体４は例えばボールからなり、保持器５で保持される。内輪２の素材は高速時の大きな嵌め合いフープ応力を考慮して、例えば浸炭鋼とされている。保持器５は外輪案内タイプであり、素材はベーク，ＰＥＥＫ，Ｃ／Ｃコンポジット，アルミ合金，Ｔｉ合金（高速時の強度向上）などが望ましい。転動体４は、遠心力低減の観点からセラミック製が望ましい。この転がり軸受１は、アンギュラ玉軸受であって、内輪２の軌道面２ａに続く反負荷側（軸受背面側）の外径面は、軌道面２ａ側が大径となる斜面部２ｂとされている。この斜面部２ｂの内輪幅面側の外径は、内輪間座６の外径と等しくされている。
【００１７】
図２は、前記外輪間座７を、軸受配置側から見た正面図である。外輪間座７は外輪３の幅面に接して設けられるリング状の部材であって、内輪２の幅面に接する内輪間座６の外径面に対向して開口し冷却液を吐出する吐出口８、およびこの吐出口８に冷却液流路９を介して連通する冷却液の流入部１７を有する。吐出口８は、外輪間座７の円周方向の１か所に設けられる。外輪間座７における内径面のうち吐出口８が形成される部分は、内径側に向けて局部的に突出する突出部１０とされ、これにより吐出口８の開口が内輪間座６の外径面に近接して対峙している。
【００１８】
前記冷却液流路９は、外輪間座７の外径面の全周にわたって形成された円周溝９ａと、この円周溝９ａの周方向の一部の底面から前記吐出口８に連通する径方向孔９ｂとでなる。この外輪間座７および転がり軸受１を外周側で支持するハウジング２６（図１）には、前記円周溝９ａに冷却液を流入させる冷却液供給路３３が設けられ、この冷却液供給路３３の開口が対向する前記円周溝９ａの周方向の一部位置が前記流入部１７とされている。この流入部１７と前記吐出口８とは、転がり軸受１の円周方向に互いにずらせて配置されている。具体的には、円周方向に略１８０°ずらせて流入部１７と吐出口８とが配置されている。
【００１９】
前記冷却液供給路３３および冷却液流路９を経て吐出口８から吐出される冷却液は内輪間座６の外径面に吹き付けられ、その一部が遠心力と表面張力とで、内輪２の斜面部２ｂに沿って内輪２の軌道面２ａに潤滑油として流れる。吐出口８の口径は、吐出液のジェット速度を上げる観点から小さい方が好ましい。なお、外輪間座７は、内傷の発生防止や取扱性向上の見地から、焼入処理することが望ましい。
【００２０】
前記吐出口８から吐出されて内輪間座６の冷却に供された冷却液は、外輪間座７に設けられた冷却液排出溝１２，１３から外部に排出される。これらの冷却液排出溝１２，１３は、外輪間座７の両端面の一部に、径方向に延びて形成されており、前記吐出口８から円周方向にずらせた位置（ここでは吐出口８から１８０°ずらせた位置）に配置されている。なお、使用する冷却液としては、動力損失の低減および冷却効率の向上の観点から、ＩＳＯの粘度がＶＧ１０，ＶＧ２以下の潤滑油が望ましい。また、動力損失の更なる低減および冷却効率の向上には、冷却液として粘度が小さく熱伝導率が大きい水溶性作動油の使用と、前記外輪間座７の材料として線膨張係数が低いステンレスを使用することが望ましい。
【００２１】
上記構成の転がり軸受の冷却装置の作用を説明する。ハウジング２６の冷却液供給路３３から外輪間座７の流入部１７に圧送された冷却液は、冷却液流路９を経て吐出口８から吐出されて対向する内輪間座６の外径面に吹き付けられ、内輪間座６の回転に伴い冷却液が内輪間座６の外径面の全周に均等に行き渡る。これにより、内輪間座６が冷却され、さらに内輪間座６から熱伝導により内輪２が冷却される。また、外輪間座７の冷却液流路９を流れる冷却液により外輪間座７が冷却されるので、外輪間座７から熱伝導により外輪３も冷却される。
【００２２】
なお、内輪間座６の外径面に吹き付けられた冷却液の一部は、その表面張力と、内輪間座６の回転に伴い冷却液に作用する遠心力とにより、内輪２の斜面部２ｂに沿って軌道面２ａに潤滑油として流入する。
冷却に使用された冷却液は、外輪間座７の冷却液排出溝１２，１３を経て排液ポンプ（図示せず）により外部に排出される。このような経路で排出される冷却液により、転がり軸受１が効果的に冷却される。
【００２３】
このように、この転がり軸受の冷却装置は、転がり軸受１の外輪３の幅面に接する外輪間座７の吐出口８から、転がり軸受１の内輪２の幅面に接する内輪間座６の外径面に冷却液を吐出させることで、内輪間座６を介して転がり軸受１の内輪２を冷却するようにしているので、発熱源である転がり軸受１に近い箇所で冷却できて、ハウジング２６を介して冷却する場合に比べて効率的に冷却でき、また回転継手等の複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却を効果的に行うことができる。
【００２４】
なお、この転がり軸受の冷却装置は、外輪間座７に冷却液を通す冷却液流路９を設けて外輪間座７を冷却し、外輪間座７を介して転がり軸受１の外輪３を冷却するようにしているので、この冷却液流路９の構成だけによっても軸受の冷却を行うことができる。すなわち、吐出口８を無くし、冷却流路９から空間内に吐出することなく、冷却流路９内を循環した冷却液をハウジング２６の冷却液回収路に回収するようにしても、冷却効果が得られる。その場合、発熱源である転がり軸受１に近い箇所で冷却できるので、ハウジング２６を介して冷却する場合に比べて効率的に冷却でき、また回転継手等の複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却を効果的に行うことができる。
【００２５】
この実施形態では、外輪間座７に設けられた冷却液の流入部１７と吐出口８との円周方向位置を互いにずらせ、流入部１７と吐出口８とを冷却液流路９で連通させているので、流入部１７から吐出口８に至る冷却液の流路が長くなり、その流路を流れる冷却液により外輪間座７も効率良く冷却される。そのため、外輪間座７からの熱伝導によっても転がり軸受１が冷却され、軸受の冷却をさらに効果的に行うことができる。また、１か所の吐出口８に対して、前記流入部１７は円周方向に略１８０°ずらせて配置されているので、吐出口８に至る冷却液の流路をさらに長くでき、冷却液による外輪間座７の冷却効率がさらに高くなる。
【００２６】
この場合に、流入部１７に流入した冷却液は、正逆両方向に分岐して円周溝９ａ内を流れ、外輪間座７の全周を冷却する。前記冷却液流路９は、外輪間座７の外径面に設けられた円周溝９ａと、この円周溝９ａの底面から前記吐出口８に連通する径方向孔９ｂとでなるので、円周溝９を流れる冷却液により外輪間座７の全周を均一に冷却することができ、冷却液による外輪間座７の冷却効率がさらに高くなる。
【００２７】
軸受の冷却に使用された冷却液は、外輪間座７の幅面に、径方向に延ばして形成された冷却液排出溝１２，１３を経て外部に排出するので、外輪間座７の冷却効率がさらに高くなる。
【００２８】
図３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の冷却装置は、図１および図２に示す第１の実施形態において、転がり軸受１の内輪２が嵌合した軸１１を段付き軸とし、内輪間座を省略したものである。すなわち、軸１１に内輪２の嵌合部１１ａの外径よりも大径となる大径部分１１ｂを設け、内輪嵌合部１１ａと大径部分１１ｂの境界の段面１１ｃを内輪２の幅面に当接させることで、第１の実施形態における内輪間座６を省略している。
外輪間座７の吐出口８は、前記軸１１における大径部分１１ｂの外径面に対向させ、吐出口８から吐出される冷却液を軸１１の外径面に吹き付けるようにしている。なお、内輪２の斜面部２ｂの内輪幅面側の外径は、軸１１の大径部分１１ｂの外径と等しくされている。その他の構成は第１の実施形態の場合と略同じである。
【００２９】
この実施形態の場合、吐出口８から吐出される冷却液で軸１１の大径部分１１ｂが冷却され、この大径部分１１ｂを介して熱伝導で転がり軸受１の内輪２が冷却される。このため、複雑な冷却液供給機構を持たずに軸受の冷却を効果的に行うことができる。なお、軸１１の大径部分１１ｂの外径面に吹き付けられた冷却液の一部は、その表面張力と、軸１１の回転に伴い冷却液に作用する遠心力とにより、内輪２の斜面部２ｂに沿って軌道面２ａに潤滑油として流入する。
【００３０】
図４および図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の転がり軸受の冷却装置は、図１および図２に示す第１の実施形態において、外輪間座７における吐出口８の形成部である内径側への突出部１０を、外輪間座７の内径面の全周に延長させたものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
【００３１】
この実施形態の場合、外輪間座７の内径面と内輪間座６の外径面の間の空間が、全周にわたって狭小な隙間となるので、外輪間座７の吐出口８から吐出される冷却液が、内輪間座６の外径面全周および外輪間座７の内径面全周に均等に行き渡ることになり、内輪間座６および外輪間座７を介して転がり軸受１の冷却をより効率良く行うことができる。
【００３２】
図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の転がり軸受の冷却装置は、図１および図２に示す第１の実施形態において、前記外輪間座７における吐出口８が形成された突出部１０を、図４，図５の例と同様に全周にわたるリング状に形成すると共に、その内径面に円周方向に延びる２本の溝１４Ａ，１４Ｂを軸方向に並べて設けている。これら２本の溝１４Ａ，１４Ｂは、断面形状が三角形状の円周溝とされている。また、冷却液を吐出する吐出口として、内輪２の軸心Ｏに垂直な面よりも斜め内輪２側へ向かう吐出口８Ａと、内輪２と反対側へ向かう吐出口８Ｂとを設けている。一方の吐出口８Ａは前記一方の溝１４Ａの底面近傍に開口させてあり、他方の吐出口８Ｂは前記他方の溝１４Ｂの底面近傍に開口させてある。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
【００３３】
この実施形態の場合、外輪間座７の吐出口８Ａ，８Ｂから吐出される冷却液が内輪間座６の外径面の幅方向に分散して吹き付けられ、また各吐出口８Ａ，８Ｂから吐出される冷却液が外輪間座７の溝１４Ａ，１４Ｂで円周方向にも案内される。そのため、冷却液が内輪間座６の外径面に均等に吹き付けられることになり、内輪間座６の冷却をより効率よく行うことができる。
【００３４】
なお、外輪間座７における吐出口８Ａ，８Ｂが形成された突出部１０は、第１の実施形態と同じく、円周方向の一部のみに設けられたものとしても良い。また、図６で説明した実施形態は、内輪間座６を省略した図３の実施形態に適用しても良い。
【００３５】
図７は、図１および図２に示した第１の実施形態の転がり軸受の冷却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はハウジング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、ハウジング２６内に固定されている。ハウジング２６は、内周ハウジング２６Ａと外周ハウジング２６Ｂの二重構造とされている。
【００３６】
両転がり軸受１の外輪３間には、外輪間座３０および前記実施形態における外輪間座７が、また内輪２間には前記実施形態における内輪間座６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３２が螺着されている。内周ハウジング２６Ａには各外輪間座７の冷却液流路９に連通する２つの冷却液供給路３３と、１つの冷却液回収路３４とが設けられている。各冷却液供給路３３は、軸方向に延びて内周ハウジング２６Ａの両端面に開口している。冷却液回収路３４は軸方向に延びて内輪押さえ２７および外輪押さえ２８を貫通している。この冷却液回収路３４に、各外輪間座７の冷却液排出溝１２，１３が連通させてある。
【００３７】
転がり軸受１の冷却装置は、冷却液供給装置３５から吐出された冷却液の一部を、フィルタ３６、冷却液供給路３３、および上記外輪間座７の冷却液流路９を介して受け、先述したように、その冷却液の一部を潤滑油として、残りを冷却液として転がり軸受１内に供給する。冷却液となって、前記冷却液排出溝１２，１３から冷却液回収路３４に流出した排液は、排液ポンプ３７により回収タンク３８に回収されて、再び冷却液供給装置３５に戻される。前記ハウジング２６には、別にハウジング冷却用の給液路（図示せず）が設けられ、この給液路に前記冷却液供給装置３５から冷却液が供給される。また、ハウジング２６を冷却した冷却液は、回収タンク３８に回収されて、再び冷却液供給装置３５に戻される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受の冷却装置を示す断面図である。
【図２】同冷却装置における外輪間座の軸受配置側から見た正面図である。
【図３】この発明の他の実施形態にかかる転がり軸受の冷却装置の上半部断面図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受の冷却装置における外輪間座の軸受配置側から見た正面図である。
【図５】同冷却装置の下半部断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受の冷却装置の上半部断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受の冷却装置を備えたスピンドル装置およびこれに接続される冷却液供給装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…転がり軸受
２…内輪
２ｂ…斜面部
３…外輪
６…内輪間座
７…外輪間座
８，８Ａ，８Ｂ…吐出口
９…冷却液流路
９ａ…円周溝
９ｂ…径方向孔
１１…軸
１２，１３…冷却液排出溝
１４Ａ，１４Ｂ…溝
１７…流入部
【図１】
2006125487.tif 000003
【図２】
2006125487.tif 000004
【図３】
2006125487.tif 000005
【図４】
2006125487.tif 000006
【図５】
2006125487.tif 000007
【図６】
2006125487.tif 000008
【図７】
2006125487.tif 000009