(57)【要約】【課題】３列以上並ぶ転がり軸受に対して、転がり軸受の配列場所に応じた冷却機能の調整が可能であり、目的となる転がり軸受を効率良く冷却することができ、また潤滑用流体と圧縮エアとの混流を緩和できるようにする。【解決手段】外輪間座４と内輪間座５との間に、環状空間１４があり、この環状空間１４に開口して圧縮エアを吐出するエアノズル１５が外輪間座４に設けられる。前記外輪間座４に、隣合う転がり軸受１へエアオイル等の潤滑用流体を供給する潤滑用流体吐出手段１２が、一方の転がり軸受１のみに対して設けられる。前記環状空間１４は、エアノズル１５の中心軸Ｏ１５に対して、潤滑用流体の供給側の部分１４ａが、非供給側の部分１４ｂよりも大きな容積を持つように非対称形状とされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に３列以上に並ぶ転がり軸受の配列における隣合う各転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在する軸受装置の冷却構造において、
前記のいずれかの外輪間座と内輪間座との間に、これら外輪間座の内周面と内輪間座の外周面とのいずれか一方または両方に設けられた環状の凹み部により形成される環状空間があり、この環状空間に開口して圧縮エアを吐出するエアノズルが前記外輪間座に設けられ、
前記外輪間座に、隣合う転がり軸受へエアおよび潤滑油を含む潤滑用流体を供給する潤滑用流体吐出手段が一方の転がり軸受のみに対して設けられ、
前記環状空間における、前記エアノズルの中心軸に対して前記潤滑用流体の供給側の部分が、非供給側の部分よりも大きな容積を持つことを特徴とする軸受装置の冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記環状空間が、前記外輪間座の内周面に設けられた前記凹み部で形成される軸受装置の冷却構造。
【請求項３】
請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記環状空間が、前記外輪間座の内周面に設けられた前記凹み部と、前記内輪間座の外周面に設けられた前記凹み部とで形成される軸受装置の冷却構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記環状空間は、潤滑用流体の供給側の部分の軸方向長さが、非供給側の部分の軸方向長さがよりも長い軸受装置の冷却構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記潤滑用流体吐出手段が一方の転がり軸受のみに対して設けられた外輪間座の他方に続いて並ぶ２つの転がり軸受間の外輪間座に、この外輪間座と内輪間座との間の環状空間へ圧縮エアを吐出するエアノズルと、両側の転がり軸受へエアおよび潤滑油を含む潤滑用流体をそれぞれ供給する２つの潤滑用流体吐出手段とが設けられた軸受装置の冷却構造。
【請求項６】
請求項５に記載の軸受装置の冷却構造において、前記２つの潤滑用流体吐出手段が設けられた外輪間座の内周面と内輪間座との間の前記環状空間が、前記外輪間座の内周面と内輪間座の外周面とのいずれか一方または両方に設けられた環状の凹み部により形成される軸受装置の冷却構造。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記潤滑用流体吐出手段が、前記外輪間座に設けられて隣の前記転がり軸受における内輪の外周面に被さるように突出する鍔部と、この鍔部の内周面に開口して前記潤滑用流体を吐出する潤滑用ノズルとを有する軸受装置の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受装置の冷却構造に関し、例えば、工作機械の主軸および主軸に組み込まれる軸受の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸装置では、加工精度を確保するために、装置の温度上昇は小さく抑える必要がある。しかしながら最近の工作機械では、加工能率を向上させるため高速化の傾向にあり、主軸を支持する軸受からの発熱も高速化と共に大きくなってきている。また、装置内部に駆動用のモータを組込んだいわゆるモータビルトインタイプが多くなってきており、装置の発熱要因ともなってきている。
【０００３】
発熱による軸受の温度上昇は、予圧の増加をもたらす結果となり、主軸の高速化、高精度化を考えると極力抑えたい。主軸装置の温度上昇を抑える方法として、冷却用の圧縮エアを軸受に送り、軸と軸受の冷却を行う方法がある（例えば、特許文献１）。なお、特許文献１では、２つの軸受間の空間に冷風を、回転方向に角度を付けて噴射して旋回流とすることで、軸と軸受の冷却を行っている。
【０００４】
また、外輪間座の内輪間座と対向する周面に環状の凹み部を設け、この凹み部に出口を開口させてエアノズルを設け、冷却用の圧縮エアを内輪間座の周面に向けて吐出する冷却構造が提案されている（特許文献２）。前記外輪間座には、潤滑用のエアオイルを供給する潤滑用流体吐出手段が、両側の転がり軸受に対して設けられている。
この構成によると、狭いノズル孔から前記凹みで形成される空間へ圧縮エアが一気に吐出されることにより、圧縮エアが断熱膨張する。そのため、圧縮エアの流速が増し、また温度が下がる。そのため、回転側間座が効率良く冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６１３７５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の軸受装置の冷却構造は、優れた冷却機能が得られる。しかし、２列の転がり軸受を同様に冷却する構成であり、３列以上並ぶ軸受の配列において、各転がり軸受に対する冷却機能を個別に調整することができない。
【０００７】
３列以上並ぶ軸受の配列では、駆動方式、軸受配列により、各転がり軸受の温度上昇が違うため、限られた圧縮エアを効率良く使用するためには、軸受温度（内外輪の温度差）が高い箇所を重点的に冷却する必要がある。
例えば、４列の転がり軸受の配列において、特許文献２の軸受装置の冷却構造を隣合う各２つずつの転がり軸受に適用することは可能であるが、その場合、２つずつの転がり軸受の温度を纏めて調整せざるを得ず、転がり軸受の配列場所に応じた冷却機能の調整を行うことが難しい。
【０００８】
そこで、特許文献２の軸受装置の冷却構造を適用した２列の転がり軸受の隣に、特許文献２の冷却構造と同様の凹み部およびエアノズルを有するが、一つの転がり軸受のみに対してエアオイル等の潤滑用流体を供給し、その潤滑用流体供給側の転がり軸受の冷却および潤滑を行わせることを試みた。
この構成の場合、エアノズルから吐出された圧縮エアは、外輪間座と内輪間座の間の隙間から両側へ分岐して流れ、内輪間座を冷却すると共に、前記潤滑用流体を供給する側の転がり軸受内に流入してその転がり軸受の冷却を行う。
【０００９】
しかし、圧縮エアが両側へ分岐して流れるため、主な冷却目的とする潤滑用流体供給側の転がり軸受への圧縮エアの流入量が十分でなく、目的とする転がり軸受を効率良く冷却することができない。そのため、転がり軸受の配列場所に応じた冷却機能を調整することが難しい。
また、反対側の転がり軸受に流入した圧縮エアは、その転がり軸受内に他方の外輪間座から供給されて転がり軸受内を流れる潤滑用流体と混流し、潤滑用流体の転がり軸受内での適正な流れを阻害する。
【００１０】
この発明の目的は、３列以上並ぶ転がり軸受に対して、転がり軸受の配列場所に応じた冷却機能の調整が可能であり、主な冷却目的となる転がり軸受を効率良く冷却することができ、また潤滑用流体と圧縮エアとの混流を緩和することができる軸受装置の冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に３列以上に並ぶ転がり軸受の配列における隣合う各転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在する軸受装置の冷却構造において、
前記のいずれかの外輪間座と内輪間座との間に、これら外輪間座の内周面と内輪間座の外周面とのいずれか一方または両方に設けられた環状の凹み部により形成される環状空間があり、この環状空間に開口して圧縮エアを吐出するエアノズルが前記外輪間座に設けられ、
前記外輪間座に、隣合う転がり軸受へエアおよび潤滑油を含む潤滑用流体を供給する潤滑用流体吐出手段が一方の転がり軸受のみに対して設けられ、
前記環状空間における、前記エアノズルの中心軸に対して前記潤滑用流体の供給側の部分が、非供給側の部分よりも大きな容積を持つことを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、外輪間座と内輪間座間の環状空間は、エアノズルの中心軸に対し、潤滑用流体の供給側の部分が非供給側の部分よりも大きな容積を持つが、前記環状空間内に吐出された圧縮エアは、容積の大きい空間部分側へ流れ易いため、前記潤滑用流体の供給側の転がり軸受へ流れ易い。そのため、この転がり軸受を効果的に冷却することができる。また反対側の転がり軸受への圧縮エアの流入量が減るため、反対側の転がり軸受内での、他の外輪間座から供給された潤滑用流体と圧縮エアとの混流が緩和される。
また、上記のように潤滑用流体の供給側となる片方の転がり軸受を重点的に冷却するこができるため、主な冷却目的となる転がり軸受を効率良く冷却することができる。
さらに、狭いエアノズルから吐出された圧縮エアが、広い環状空間に一気に吐出されることにより、圧縮エアが断熱膨張する。そのため、圧縮エアの流速が増し、また温度が下がる。そのため、内輪間座が効率良く冷却され、転がり軸受内に流入する圧縮エアの温度も低く、転がり軸受も効率的に冷却される。
なお、前記潤滑用流体は、例えばエアオイルまたはオイルミストである。
【００１３】
この発明において、前記環状空間が、前記外輪間座の内周面に設けられた前記凹み部で形成されても良い。
前記環状空間を外輪間座の凹み部で形成する場合は、内輪間座が単純な形状で済み、間座の加工が簡単である。
【００１４】
この発明において、前記環状空間が、前記外輪間座の内周面に設けられた前記凹み部と、前記内輪間座の外周面に設けられた前記凹み部とで形成されても良い。
外輪間座と内輪間座との両方に前記凹み部が形成されていると、前記環状空間の容積が大きく得られ、前記断熱膨張の効果を高めることができる。
【００１５】
この発明において、前記環状空間は、潤滑用流体の供給側の部分の軸方向長さが、非供給側の部分の軸方向長さがよりも長くても良い。
前記環状空間は、径方向には、内輪間座および外輪間座の厚さ上の制限から、大きさに差を持たせることが難しいが、軸方向には大きさを変えることは容易である。また、軸方向に大きさを変える場合、結果的外輪間座と内輪間座との間の隙間の軸方向長さにつき、容積の大きな部分側の長さが短くなり、流路抵抗が減る。そのため、潤滑用流体の供給側の転がり軸受へ、圧縮エアがより流れ易くなる。
【００１６】
この発明において、前記潤滑用流体吐出手段が一方の転がり軸受のみに対して設けられた外輪間座の他方に続いて並ぶ２つの転がり軸受間の外輪間座に、この外輪間座と内輪間座との間の環状空間へ圧縮エアを吐出するエアノズルと、両側の転がり軸受へエアおよび潤滑油を含む潤滑用流体をそれぞれ供給する２つの潤滑用流体吐出手段とが設けられても良い。
１つの外輪間座に両側の転がり軸受へ供給する２つの潤滑用流体吐出手段を持つようにし、また両側の転がり軸受へ圧縮エアを供給するようにした場合、多数配列される転がり軸受に対して、潤滑用流体吐出手段およびエアノズルを有する外輪間座の個数が少なくて済む。冷却の調整は、両側の転がり軸受を同様に行うことになるが、前記一方の転がり軸受のみに対して潤滑用流体吐出手段を用い、また一方の転がり軸受に重点的に圧縮エアを送る外輪間座と組み合わせられるため、転がり軸受の配列場所に応じた冷却機能の調整が可能である。
【００１７】
この構成の場合に、前記２つの潤滑用流体吐出手段が設けられた外輪間座の内周面と内輪間座との間の前記環状空間が、前記外輪間座の内周面と内輪間座の外周面とのいずれか一方または両方に設けられた環状の凹み部により形成される構成としても良い。
このような、前記２つの潤滑用流体吐出手段が設けられた外輪間座についても、前記凹み部を設けて環状空間を広げることで、前記断熱膨張による圧縮エアの流速増、温度低下が得られる。
【００１８】
この発明において、前記潤滑用流体吐出手段が、前記外輪間座に設けられて隣の前記転がり軸受における内輪の外周面に被さるように突出する鍔部と、この鍔部の内周面に開口して前記潤滑用流体を吐出する潤滑用ノズルとを有するようにしても良い。
このように内輪の外周面に被さる鍔部に潤滑用ノズルを設けた場合、潤滑用流体の転がり軸受内への供給が効果的に行われる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に３列以上に並ぶ転がり軸受の配列における隣合う各転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在する軸受装置の冷却構造において、前記のいずれかの外輪間座と内輪間座との間に、これら外輪間座の内周面と内輪間座の外周面とのいずれか一方または両方に設けられた環状の凹み部により形成される環状空間があり、この環状空間に開口して圧縮エアを吐出するエアノズルが前記外輪間座に設けられ、前記外輪間座に、隣合う転がり軸受へエアおよび潤滑油を含む潤滑用流体を供給する潤滑用流体吐出手段が一方の転がり軸受のみに対して設けられ、前記環状空間における、前記エアノズルの中心軸に対して前記潤滑用流体の供給側の部分が、非供給側の部分よりも大きな容積を持つため、３列以上並ぶ転がり軸受に対して、転がり軸受の配列場所に応じた冷却機能の調整が可能であり、目的となる転がり軸受を効率良く冷却することができ、また潤滑用流体と圧縮エアとの混流を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造を適用した工作機械の主軸装置における軸受装置部分の断面図である。
【図２】同軸受装置の中央２列の転がり軸受における冷却構造の部分拡大断面図である。
【図３】同軸受装置の間座部分の横断面図である。
【図４】同軸受装置の端部の転がり軸受における冷却構造の部分拡大断面図である。
【図５】同軸受装置の冷却構造における各部の潤滑用流体と圧縮エアの流れを示すイメージ図である。
【図６】この発明の第２の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の部分断面図である。
【図７】同軸受装置の冷却構造の部分拡大断面図である。
【図８】前記各実施形態に係る軸受装置の冷却構造を適用する工作機械の主軸装置の一例を示す概略断面図である。
【図９】前記各実施形態に係る軸受装置の冷却構造を適用する工作機械の主軸装置の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図１ないし図５と共に説明する。この例の軸受装置の冷却構造は、工作機械の主軸装置におけるフロント側の軸受装置に適用されている。ただし、工作機械の主軸装置だけに限定されるものではない。
【００２２】
図１は、図の左側が主軸のフロント側、右側がリア側である。同図に示すように、軸受装置Ｊは、軸方向に並ぶ３つ以上、図示の例では４つの転がり軸受１を備え、隣合う各転がり軸受１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５がそれぞれ介在している。なお、中央２列の転がり軸受１については、添字「Ｉ」を、端部の転がり軸受１については添字「Ｏ」を付しているが、特に区別を要しない場合は、単に「転がり軸受１」と称す。外輪２および外輪間座４がハウジング６に設置され、内輪３および内輪間座５が主軸７に嵌合している。転がり軸受１はアンギュラ玉軸受であり、内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８が介在している。各転動体８は、保持器９により円周方向に等配状態に保持される。中央２つの転がり軸受１Ｉ，１Ｉは互いに背面組合せで配置されており、両端の二つの転がり軸受１Ｏ，１Ｏはその隣の転がり軸受１Ｉと同じ向きに配置されている。外輪間座４と内輪間座５とは幅寸法差に差が設けられ、これにより各転がり軸受１の初期予圧を設定して使用される。
【００２３】
外輪２および外輪間座４は、例えばハウジング６に対してすきま嵌めとされ、ハウジング６の段部６ａと端面蓋４０とにより軸方向の位置決めがされる。また、転がり軸受１の内輪３および内輪間座５は、例えば主軸７に対して締まり嵌めとされ、両側の位置決め間座４１，４２により軸方向の位置決めがされる。なお、図の左側の位置決め間座４２は、主軸７に螺着されたナット４３により固定される。各転がり軸受１は内輪回転となる。
【００２４】
冷却構造について説明する。
図１の中央２列の転がり軸受１Ｉ，１Ｉ間の部分拡大図を図２に示す。外輪間座４は、外輪間座本体１１と、この外輪間座本体１１とは別部材からなるリング状の鍔部１２，１２とを有する。鍔部１２は、後述の潤滑用流体吐出手段３０を構成する。外輪間座本体１１は断面略Ｔ字形状に形成され、この外輪間座本体１１の軸方向両側に鍔部１２，１２がそれぞれ対称配置で固定されている。外輪間座本体１１の内径寸法は、鍔部１２，１２の内径寸法よりも大きい。これにより、外輪間座４の内周面に、外輪間座本体１１の内周面と、この内周面に続く鍔部１２，１２の側面とで構成される凹み部１３が形成されている。この凹み部１３は、断面長方形の環状溝である。前記凹み部１３によって、外輪２と内輪３との間に環状空間１４が構成されている。外輪間座４の凹み部１３以外の内周面、すなわち鍔部１２，１２の内周面と、内輪間座５の外周面とは、微小な径方向すきまδａを介して対向している。これにより、前記凹み部１３と内輪間座５の外周面との間に、他よりも径方向幅の広い環状空間１４が形成されている。前記環状空間１４とその両側の前記径方向すきまδａとで、両側排気経路５８が構成される。
【００２５】
前記外輪間座本体１１には、内輪間座５の外周面に向けて冷却用の圧縮エアＡを吐出するエアノズル１５が設けられている。エアノズル１５の出口１５ａは、外輪間座４の内周面の前記凹み部１３に開口している。この例では、複数個（例えば３個）のエアノズル１５が設けられており、それぞれが円周方向等配に配置されている。
【００２６】
図３に示すように、各エアノズル１５は、それぞれ内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。つまり、外輪間座４の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線Ｌから、この直線Ｌと直交する方向にオフセットした位置にある。エアノズル１５をオフセットさせる理由は、圧縮エアＡを内輪間座５の回転方向に旋回流として作用させて、冷却効果を向上させるためである。なお、図１、図２では、外輪間座４を、エアノズル１５の中心線を通る断面で表示している。
【００２７】
外輪間座本体１１の外周面には、軸受外部から各エアノズル１５に圧縮エアＡを導入するための導入溝１６が形成されている。この導入溝１６は、外輪間座４の外周面における軸方向中間部に設けられ、各エアノズル１５に連通する円弧状に形成されている。導入溝１６は、外輪間座本体１１の外周面において、後述のエアオイル供給経路（図示せず）が設けられる円周方向位置を除く円周方向の大部分を示す角度範囲αにわたって設けられている。図１のように、ハウジング６に圧縮エア導入経路４５が設けられ、この圧縮エア導入経路４５に導入溝１６が連通するように構成されている。ハウジング６の外部には、圧縮エア導入孔４５に圧縮エアＡを供給するエア供給装置（図示せず）が設けられている。
【００２８】
図１の右側の端部の転がり軸受１Ｏおよびその隣の間座の拡大図を図４に示す。図１の左側の端部の転がり軸受１Ｏおよびその隣の間座については、左右対称である点を除いて図４と同様であるため、説明を省略する。また、端部の転がり軸受１Ｏおよびその隣の間座は、特に説明する事項を除き、中央２列の転がり軸受１Ｉ，１Ｉおよびその間の間座と同じである。
【００２９】
図４において、端部の転がり軸受１Ｏの外輪間座４は、前記潤滑用流体供給手段３０の鍔部１２が、主な冷却目的となる端部の転がり軸受１Ｏの存在する一方だけに設けられている。外輪間座４の内周面における前記鍔部１２と反対側の部分は、鍔部１２と同様に内輪間座５の外周面に近接する小径部２ａとなる。この小径部２ａの側面と、鍔部１２の側面と、外輪間座４の幅方向中央部分の内周面とで、環状の凹み部１３Ａが形成され、この凹み部１３Ａにより外輪間座４の内周面と内輪間座５の外周面との間の環状空間１４Ａが構成される。前記小径部２ａの環状空間１４Ａ側の側面は、内径側が間座幅方向の端部に近づく傾斜面となっている。前記環状空間１４Ａとその片側の径方向すきまδａとで、片側排気経路５９が構成される。
【００３０】
前記環状空間１４Ａは、エアノズル１５の中心軸Ｏ１５に対する、冷却の主目的となる端部の転がり軸受１Ｏ側の部分１４Ａ１が、中央の転がり軸受１Ｉ側の部分１４Ａ２よりも大きな容積を持つように、軸方向に非対称形状に形成されている。具体的には、前記環状空間１４Ａの前記部分１４Ａ１の軸方向長さが、前記部分１４Ａ２の軸方向長さよりも長くなっている。前記環状空間１４Ａの前記両部分１４Ａ１，１４Ａ２の容積の割合は、例えば６：４、７：３等、適宜に設計され、小さい方の部分１４Ａ２は、エアノズル１５の開口縁から中心軸Ｏ１５までの範囲としても良いが、中心軸Ｏ１５ 〜 転がり軸受１Ｉ側方向に外輪間座幅の1/5までの範囲が好ましく、より好ましくは中心軸Ｏ１５  〜  転がり軸受１Ｉ側方向に外輪間座幅の1/10までの範囲である。
【００３１】
潤滑構造について説明する。
図１に示すように、各外輪間座４は、潤滑用流体吐出手段３０を構成する手段として、前記鍔部１２（図2、図４）を有する。各鍔部１２は、軸受内に突出して内輪３の外周面との間でエアオイル通過用の環状すきまδｂを介して対向する。鍔部１２は、内輪３の外周面に被さるように軸受内に進入して配置される。また、鍔部１２の先端部は、保持器９の内周面よりも半径方向の内方に配置されている。
【００３２】
図２に示す外輪間座４に２つ設けられる鍔部１２、および図４に示す外輪間座４に１つ設けられる鍔部１２のいずれも、この鍔部１２と内輪３の外周面間の前記環状すきまδｂに開口して潤滑用流体となる例えばエアオイルを供給する潤滑用ノズル３１が設けられている。この潤滑用ノズル３１は、軸受側に向かうに従い内径側に至るように傾斜し、鍔部１２の内輪３と対向する内周面部分に出口が開口している。潤滑用ノズル３１には、ハウジング６および外輪間座本体１１に設けられた潤滑用流体供給経路（図示せず）を通ってエアオイルが供給される。内輪３の外周面における潤滑用ノズル３１の延長線上の箇所には、環状凹み部３ａが設けられている。
鍔部１２の潤滑用ノズル３１から吐出されたエアオイルの油が前記環状凹み部３ａに溜り、この油が、内輪３の回転に伴う遠心力により、傾斜面である内輪３の外周面に沿って軸受中心側へと導かれる。
【００３３】
排気構造について説明する。
図１に示すように、この軸受装置Ｊには、冷却用の圧縮エアおよび潤滑用の潤滑用流体であるエアオイルを排気する排気経路４６が設けられている。排気経路４６は、外輪間座本体１１における円周方向の一部に設けられた排気溝４７と、ハウジング６に設けられ前記排気溝４７に連通する径方向排気孔４８および軸方向排気孔４９とを有する。前記外輪間座本体１１の排気溝４７は、潤滑用流体供給経路が設けられる位置とは対角の円周方向位置にわたって形成されている。
【００３４】
上記構成からなる軸受装置の冷却構造の作用について説明する。
この軸受装置の冷却構造は、図１に示すように、４列の転がり軸受２からなり、中央２つの転がり軸受１Ｉ，１Ｉについては、１つのエアノズル１５から圧縮エアが分岐して吐出されるが、両端の転がり軸受１Ｏ，１Ｏについては、個別にエアノズル１５，１５から圧縮エアが吐出される。そのため、各転がり軸受１の冷却機能を、これら転がり軸受１の配置場所に応じて調整することができる。また、個々の転がり軸受１の冷却について、次のように効率良く冷却することができる。
【００３５】
図２および図４に示す各外輪間座４のエアノズル１５より、冷却用の圧縮エアＡが内輪間座５の外周面に向けて吹き付けられる。このとき、圧縮エアＡが狭いエアノズル１５内から広い環状空間１４に吐出されることで、圧縮エアＡが断熱膨張する。エアノズル１５内における圧縮エアの体積をＶ１、温度をＴ１とし、空間１４での圧縮エアの体積をＶ２、温度をＴ２とした場合、気体の状態方程式、熱力学の第１法則より、Ｖ１＜Ｖ２、Ｔ１＞Ｔ２となる。すなわち、空間１４では、圧縮エアＡの温度が下がると共に、体積が増加する。体積が増加することで、圧縮エアＡの流速が増大する。このように、低温で高速の圧縮エアＡを内輪間座５に吹き付けることで、内輪間座５を効率良く冷却する。
【００３６】
また、エアノズル１５が内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させたあるため、エアノズル１５から吐出された圧縮エアＡは、内輪間座５の外周面に沿って旋回しながら軸方向に流れて、前記排気経路４６を通って軸受外部へ排出される。圧縮エアＡが旋回するため、軸方向にまっすぐ流れる場合と比べて、圧縮エアＡが内輪間座５の外周面と接している時間が長く、内輪間座５をより一層効率良く冷却することができる。このため、内輪間座５をより一層効率良く冷却することができる。
【００３７】
このように、内輪間座５が効率良く冷却されることで、この内輪間座５を介して転がり軸受１の内輪３および主軸７を効果的に冷却することができる。この冷却構造は、外輪間座４の内周面に環状の凹み部１３Ａを設け、かつエアノズル１５を傾斜させるという構造的な工夫を施すだけで冷却効率を向上させることができるため、圧縮エアＡを供給するエア供給装置の出力を大きくしなくてもよく、消費電力を抑えることができる。
【００３８】
加えて、外輪間座４の内周面に凹み部１３，１３Ａが設けられていると、次のような効果もある。すなわち、凹み部１３，１３Ａと内輪間座５の間の環状空間１４に吐出された圧縮エアＡは、外輪間座４と内輪間座５の間の径方向すきまδａを通って軸受外部へ排出される。その際、少なくとも一部の圧縮エアＡは軸受内へ流入する。環状空間１４よりも径方向すきまδａが狭まっているため、径方向すきまδａを流れる圧縮エアＡの周方向の各部での流速が均一化され、軸受内に流入する圧縮エアＡの流速が均一になる。それにより、圧縮エアＡと回転中の転動体９との衝突音を小さくすることができる。
【００３９】
次に、一方の転がり軸受１への重点的な圧縮エアの供給およびその反対側の転がり軸受１における潤滑用流体と圧縮エアとの混流の防止につき説明する。図５に、圧縮エアの流れを外径線太さの矢印で、潤滑用流体の流れを太線の矢印で示すように、端部の転がり軸受１Ｏに隣接する外輪間座４のエアノズル１５から吐出された圧縮エアは、外輪間座４と内輪間座５との間の隙間を通って、その隣の中央側の転がり軸受１Ｉに内に進入し、潤滑用流体の流れに混流する。
【００４０】
しかし、この実施形態では、前述のように、端部の転がり軸受１Ｏに隣接する外輪間座４の環状空間１４Ａは、エアノズル１５の中心軸Ｏ１５に対する端部の転がり軸受１Ｏ側の部分１４Ａ１が、中央の転がり軸受１Ｉ側の部分１４Ａ２よりも大きな容積を持つように、軸方向に非対称形状に形成されている。
すなわち、前記環状空間１４Ａは、エアノズル１５の中心軸Ｏ１５に対し、潤滑用流体の供給側の部分１４Ａ１が非供給側の部分１４Ａ２よりも大きな容積を持つ。前記環状空間１４Ａ内に吐出された圧縮エアは、容積の大きい空間部分１４Ａ１側へ流れ易いため、前記潤滑用流体の供給側となる端部の転がり軸受１Ｏへ流れ易い。そのため、反対側の転がり軸受１Ｉへの圧縮エアの流入量が減るため、反対側の転がり軸受１Ｉ内での、他の外輪間座４から供給された潤滑用流体と圧縮エアとの混流が緩和される。
【００４１】
図６，７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１〜図５と共に説明した第１の実施形態と同様である。この実施形態では、端部の転がり軸受１Ｏに隣接する外輪間座４と内輪間座５との間に形成される環状空間１４Ｂが、前記外輪間座４の内周面に形成された前記凹み部１３ａと、前記内輪間座５の外周面に形成された前記凹み部１３ｂとで形成されている。
図４の例のように、前記環状空間１４Ａが、外輪間座４の内周面に形成された凹み部１３Ａのみで構成される場合は、内輪間座５の形状が単純な凹凸のない形状で良く、製造が簡単である。しかし、外輪間座４の径方向寸法の制限から、環状空間１４の容積を十分に得ることが難しい場合がある。しかし、図６，７の実施形態のように、環状空間１４Ｂが、外輪間座４に形成された凹み部１３ａと内輪間座５に形成された凹み部１３ｂとで形成されている場合は、環状空間１４Ｂの容積を大きく得て、エアノズル１５から吐出される圧縮エアの断熱膨張を十分に行わせ、冷却効果を高めることができる。
【００４２】
図８は、前記各実施形態が適用される工作機械の主軸装置の全体の概略を示す断面図である。主軸７は、前記いずれか実施形態の軸受装置Ｊでフロント部が支持され、リア部が他の転がり軸受４１で支持されている。ハウジング６の外周には、外筒冷却型の液冷装置４２が設けられている。主軸７の後端は、ハウジング６の外部の電動モータ４３に連結されている。
【００４３】
図９は、前記軸受装置が適用される工作機械の主軸装置の他の例を示し、ビルトインモータ型とされている。ハウジング６内におけるフロント側の軸受装置Ｊとリア側の軸受４１と間に、電動モータ４３Ａが設けたれている。この電動モータ４３Ａウジング６の内周に設けられたステータ４４と、主軸７の外周に設けられたロータ３９とでなるビルトインモータである。
これら図８、図９の各例に示すように、外部モータ型およびビルトインモータ型のいずれの主軸装置においても、この発明の軸受装置の冷却構造を効果的に適用することができる。
【００４４】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ｏ，１Ｉ…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
４…外輪間座
５…内輪間座
６…ハウジング
７…主軸
８…転動体
１１…外輪間座本体
１２…鍔部
１３…凹み部
１４，１４Ａ，１４Ｂ…環状空間
１４１，１４２……部分
１５…エアノズル
３０…潤滑用流体吐出手段
３１…潤滑用ノズル
４５…圧縮エア導入経路
４６…排気経路
Ａ…圧縮エア
Ｏ１５…中心軸
【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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【図８】
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【図９】
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