(57)【要約】【課題】軸受の発熱を抑えて、軸受を設置する際の設置隙間を、当該軸受の熱膨張を加味することなく、小さくすることにより、低速回転領域から高速回転領域に亘って、軸受の剛性を維持することができる軸受冷却装置を提供する。【解決手段】ハウジング１１と、ハウジング１１内に回転可能に支持される主軸１２と、主軸１２に取り付けられる内輪２１，３１と、ハウジングに取り付けられる外輪２２，３２とを有する軸受２０，３０と、内輪２１，３１内に形成され、主軸１２内から供給された冷却油を主軸１２内に排出する螺旋孔２１ａ，３１ａと、外輪２２，３２内に形成され、ハウジング１１内から供給された冷却油をハウジング１１内に排出する螺旋孔２２ａ，３２ａとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸の外周面に取り付けられる内輪と、前記ハウジングの内周面に取り付けられる外輪とを有する軸受と、
前記内輪内に形成され、前記回転軸内から供給された冷却油を前記回転軸内に排出する内輪側冷却用通路、及び、前記外輪内に形成され、前記ハウジング内から供給された冷却油を前記ハウジング内に排出する外輪側冷却用通路のうち、少なくとも一方の冷却用通路を備える
ことを特徴とする軸受冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受冷却装置において、
前記回転軸内に形成され、前記軸受における前記内輪側冷却用通路から排出された冷却油を、その冷却油を排出した前記軸受とは別の軸受における内輪側冷却用通路に供給する回転軸側連絡通路を備える
ことを特徴とする軸受冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軸受冷却装置において、
前記ハウジング内に形成され、前記軸受における前記外輪側冷却用通路から排出された冷却油を、その冷却油を排出した前記軸受とは別の軸受における外輪側冷却用通路に供給するハウジング側連絡通路を備える
ことを特徴とする軸受冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受を冷却するための軸受冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸装置には、様々な種類の軸受が採用されている。また、工作機械の加工精度や加工効率は、主軸の回転速度に大きく依存しており、それらを向上させるためには、主軸の回転速度を高く設定する必要がある。
【０００３】
しかしながら、高速回転下における軸受においては、主軸の回転速度が高速になるに従って、発熱量が増大してしまう。この結果、その軸受の発熱に伴って、工作機械の主軸装置には、熱変形が生じてしまう。
【０００４】
そこで、従来から、軸受内部に潤滑油を兼ねた冷却油を供給して、当該軸受の発熱を抑制するようにした軸受冷却装置が、種々提供されている。そして、このような、従来の軸受冷却装置としては、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２１６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の軸受冷却装置においては、冷却油を軸受内部に供給することにより、転動体と、これを支持する内輪軌道溝及び外輪軌道溝とを、冷却するようにしている。しかしながら、このような冷却構造では、軸受内部の転動面については、冷却することができるものの、内輪及び外輪の内部を十分に冷却することができない。
【０００７】
つまり、軸受においては、主軸の回転によって発熱すると、内輪及び外輪が軸受径方向に熱膨張することになる。このように、内輪及び外輪が熱膨張すると、内輪と回転軸との間の隙間や、外輪とハウジンとの間の隙間が、必要以上に、広くなったり、狭くなったりしてしまう。これにより、隙間に伴う早期摩耗や、面圧過大による焼き付きが、軸受に発生するおそれがある。
【０００８】
即ち、上記従来の軸受冷却装置においては、上述した２つの隙間を、回転軸の低速回転領域から高速回転領域に亘って、一定量に維持することは、非常に困難となっている。
【０００９】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、軸受の発熱を抑えて、軸受を設置する際の設置隙間を、当該軸受の熱膨張を加味することなく、小さくすることにより、低速回転領域から高速回転領域に亘って、軸受の剛性を維持することができる軸受冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係る軸受冷却装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸の外周面に取り付けられる内輪と、前記ハウジングの内周面に取り付けられる外輪とを有する軸受と、
前記内輪内に形成され、前記回転軸内から供給された冷却油を前記回転軸内に排出する内輪側冷却用通路、及び、前記外輪内に形成され、前記ハウジング内から供給された冷却油を前記ハウジング内に排出する外輪側冷却用通路のうち、少なくとも一方の冷却用通路を備える
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係る軸受冷却装置は、
前記回転軸内に形成され、前記軸受における前記内輪側冷却用通路から排出された冷却油を、その冷却油を排出した前記軸受とは別の軸受における内輪側冷却用通路に供給する回転軸側連絡通路を備える
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係る軸受冷却装置は、
前記ハウジング内に形成され、前記軸受における前記外輪側冷却用通路から排出された冷却油を、その冷却油を排出した前記軸受とは別の軸受における外輪側冷却用通路に供給するハウジング側連絡通路を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
従って、本発明に係る軸受冷却装置によれば、内輪内に内輪側冷却用通路を形成すると共に、外輪内に外輪側冷却用通路を形成することにより、内輪及び外輪の発熱を十分に抑えることができる。これにより、内輪と回転軸との間の隙間、及び、外輪とハウジングとの間の隙間を、内輪及び外輪における軸受径方向への熱膨張を加味することなく、小さくすることができるので、回転軸の低速回転領域から高速回転領域に亘って、軸受の剛性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例に係る軸受冷却装置の縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る軸受冷却装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る軸受冷却装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、下記に示した実施例においては、本発明に係る軸受冷却装置を、工作機械の主軸装置に適用した場合について説明する。
【実施例】
【００１６】
図１に示すように、工作機械（図示省略）には、ハウジング１１が設けられており、このハウジング１１の先端円筒部には、軸受２０，３０を介して、主軸１２が回転可能に支持されている。そして、主軸１２の中心部には、中心軸１３が、主軸１２と同軸状となるように嵌入されており、主軸１２の先端部には、工具Ｔが着脱可能に装着されている。なお、主軸１２及び中心軸１３は、回転軸を構成するものとなっている。
【００１７】
また、主軸先端側に位置する軸受２０と、主軸基端側に位置する軸受３０との間には、間座４０が介在されている。更に、軸受２０の主軸先端側には、円筒状をなす内側押さえ部材１４及び外側押さえ部材１５が設けられており、内側押さえ部材１４は、外側押さえ部材１５の主軸径方向内側に配置されている。
【００１８】
内側押さえ部材１４は、主軸１２の外周面に支持されており、軸受２０の内輪２１と接触して押さえている。一方、外側押さえ部材１５は、ハウジング１１の内周面に支持されており、軸受２０の外輪２２と接触して押さえている。
【００１９】
このように、内側押さえ部材１４、外側押さえ部材１５、及び、間座４０を設けることにより、軸受２０，３０は、主軸軸方向において位置決されている。
【００２０】
ここで、主軸先端側に位置する軸受２０と、主軸基端側に位置する軸受３０とは、同じ構成及び機能を有しており、軸受径方向内側に配置される内輪２１，３１、軸受径方向外側に配置される外輪２２，３２、内輪２１，３１と外輪２２，３２との間に配置される転動体（球体）２３，３３等から、それぞれ構成されている。
【００２１】
即ち、内輪２１，３１の内周面は、主軸１２の外周面に固定される一方、外輪２２，３２の外周面は、ハウジング１１の内周面に固定されている。更に、内輪２１，３１の外周面となる内輪軌道面（内輪軌道溝）と、外輪２２，３２の内周面となる外輪軌道面（外輪軌道溝）との間には、転動体２３，３３が回転可能に支持されている。
【００２２】
内輪２１，３１の内部には、内輪側冷却用通路となる螺旋孔２１ａ，３１ａが、軸受軸方向に沿って形成されている。一方、外輪２２，３２の内部には、外輪側冷却用通路となる螺旋孔２２ａ，３２ａが、軸受軸方向に沿って形成されている。そして、螺旋孔２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａは、それぞれ、１つの通路となっており、それらの断面は、一様の円形状をなしている。
【００２３】
なお、軸受２０，３０の内部には、潤滑油が、封入されているか、あるいは、供給されるようになっており、内輪軌道面、外輪軌道面、及び、転動体２３の表面等に対する潤滑が、常に行われている。
【００２４】
また、中心軸１３内には、供給通路１３ａ，１３ｂが形成されており、中心軸１３の外周面には、連絡環状溝１３ｃ及び戻し環状溝１３ｄが形成されている。
【００２５】
供給通路１３ａは、中心軸１３と同軸状に配置されている。そして、供給通路１３ａの基端は、冷却油供給装置（図示省略）と接続される一方、供給通路１３ａの先端は、供給通路１３ｂの中心軸径方向内端と連通している。供給通路１３ｂは、中心軸径方向に延びており、中心軸径方向外端が中心軸１３の外周面に開口している。連絡環状溝１３ｃ及び戻し環状溝１３ｄは、中心軸周方向に沿うように、環状に形成されており、このうち、戻し環状溝１３ｄは、冷却油供給装置と接続されている。
【００２６】
更に、主軸１２内には、供給通路１２ａ、連絡通路１２ｂ，１２ｃ、及び、戻し通路１２ｂが、当該主軸１２を主軸径方向に貫通するように形成されている。
【００２７】
供給通路１２ａの主軸径方向内端は、供給通路１３ｂの中心軸径方向外端と連通する一方、供給通路１２ａの主軸径方向外端は、内輪２１における螺旋孔２１ａの先端（一端、供給端）と連通している。連絡通路１２ｂの主軸径方向外端は、内輪２１における螺旋孔２１ａの基端（他端、排出端）と連通する一方、連絡通路１２ｂの主軸径方向内端は、連絡環状溝１３ｃと連通している。
【００２８】
連絡通路１２ｃの主軸径方向内端は、連絡環状溝１３ｃと連通する一方、連絡通路１２ｃの主軸径方向外端は、内輪３１における螺旋孔３１ａの先端（一端、供給端）と連通している。戻し通路１２ｄの主軸径方向外端は、内輪３１における螺旋孔３１ａの基端（他端、排出端）と連通する一方、戻し通路１２ｄの主軸径方向内端は、戻し環状溝１３ｄと連通している。
【００２９】
なお、連絡通路１２ｂ，１２ｃ及び連絡環状溝１３ｃは、回転軸側連絡通路を構成するものとなっている。
【００３０】
これに対して、ハウジング１１内には、供給通路１１ａ、ハウジング側連絡通路となる連絡通路１１ｂ、及び、戻し通路１１ｃが形成されている。
【００３１】
供給通路１１ａは、ハウジング１１をハウジング径方向に貫通している。そして、供給通路１１ａのハウジング径方向外端は、上記冷却油供給装置と接続される一方、供給通路１１ａのハウジング径方向内端は、外輪２２における螺旋孔２２ａの先端（一端、供給端）と連通している。
【００３２】
連絡通路１１ｂは、先端及び基端が、ハウジング径方向に延びており、先端と基端との間の中間部が、ハウジング軸方向に延びている。そして、連絡通路１１ｂの先端は、外輪２２における螺旋孔２２ａの基端（他端、排出端）と連通する一方、連絡通路１１ｂの基端は、外輪３２における螺旋孔３２ａの先端（一端、供給端）と連通している。
【００３３】
戻し通路１１ｃは、ハウジング１１をハウジング径方向に貫通している。そして、戻し通路１１ｃのハウジング径方向内端は、外輪３２における螺旋孔３２ａの基端（他端、排出端）と連通する一方、戻し通路１１ｃのハウジング径方向外端は、冷却油供給装置と接続されている。
【００３４】
以上より、主軸１２及び中心軸１３を共に回転させて、被加工物（図示省略）を工具Ｔによって加工する場合には、冷却油供給装置を駆動させることにより、軸受２０，３０の内輪２１，３１及び外輪２２，３２は、冷却油によって冷却されることになる。
【００３５】
具体的には、冷却油供給装置から送り出された冷却油は、供給通路１３ａ，１３ｂ及び供給通路１２ａを介して、内輪２１における螺旋孔２１ａの先端に供給される。これにより、冷却油は、螺旋孔２１ａ内を先端から基端に向けて、螺旋状に流されることになり、内輪２１が冷却される。
【００３６】
次いで、螺旋孔２１ａの基端から排出された冷却油は、連絡通路１２ｂ、連絡環状溝１３ｃ、及び、連絡通路１２ｃを介して、内輪３１における螺旋孔３１ａの先端に供給される。これにより、冷却油は、螺旋孔３１ａ内を先端から基端に向けて、螺旋状に流されることになり、内輪３１が冷却される。
【００３７】
そして、螺旋孔３１ａの基端から排出された冷却油は、戻し通路１２ｄ及び戻し環状溝１３ｄを介して、冷却油供給装置に戻される。なお、図１においては、内輪２１，３１を冷却するための冷却油の流れを、実線の矢印で示している。
【００３８】
一方、同じく冷却油供給装置から送り出された冷却油は、供給通路１１ａを介して、外輪２２における螺旋孔２２ａの先端に供給される。これにより、冷却油は、螺旋孔２２ａ内を先端から基端に向けて、螺旋状に流されることになり、外輪２２が冷却される。
【００３９】
次いで、螺旋孔２２ａの基端から排出された冷却油は、連絡通路１１ａを介して、外輪３２における螺旋孔３２ａの先端に供給される。これにより、冷却油は、螺旋孔３２ａ内を先端から基端に向けて、螺旋状に流されることになり、外輪３２が冷却される。
【００４０】
そして、螺旋孔３２ａの基端から排出された冷却油は、戻し通路１１ｃを介して、冷却油供給装置に戻される。なお、図１においては、外輪２２，３２を冷却するための冷却油の流れを、２点鎖線の矢印で示している。
【００４１】
従って、内輪２１，３１の冷却は、螺旋孔２１ａ，３１ａに対して、冷却油を、当該内輪２１，３１を支持する主軸１２及び中心軸１３を通じて、給排することによって行われる。このとき、内輪２１，３１内に形成した螺旋孔２１ａ，３１ａは、軸受２０，３０の内部（内輪２１，３１の内輪軌道面）とは連通していないため、螺旋孔２１ａ，３１内を流れる冷却油は、軸受２０，３０の内部に供給されず、潤滑油とは混ざることはない。
【００４２】
即ち、冷却油供給装置、供給通路１２ａ、連絡通路１２ｂ，１２ｃ、戻し通路１２ｄ、供給通路１３ａ，１３ｂ、連絡環状溝１３ｃ、及び、戻し環状溝１３ｄから構成される内輪用冷却油循環通路は、潤滑油循環通路とは、別の通路となっている。これにより、内輪用冷却油循環通路を循環する冷却油は、軸受２０，３０の内輪２１，３１のみを冷却するだけに使用されることになる。
【００４３】
また、外輪２２，３２の冷却は、螺旋孔２２ａ，３２ａに対して、冷却油を、当該外輪２２，３２を支持するハウジング１１を通じて、給排することによって行われる。このとき、外輪２２，３２内に形成した螺旋孔２２ａ，３２ａは、軸受２０，３０の内部（外輪２２，３２の外輪軌道面）とは連通していないため、螺旋孔２２ａ，３２ａ内を流れる冷却油は、軸受２０，３０の内部に供給されず、潤滑油とは混ざることはない。
【００４４】
即ち、冷却油供給装置、供給通路１１ａ、連絡通路１１ｂ、及び、戻し通路１１ｃから構成される外輪用冷却油循環通路は、潤滑油循環通路とは、別の通路となっている。これにより、外輪用冷却油循環通路を循環する冷却油は、軸受２０，３０の外輪２２，３２のみを冷却するだけに使用されることになる。
【００４５】
なお、上述した実施形態では、内輪側冷却用通路及び外輪側冷却用通路を、一様の円形断面を有した１つの通路となる螺旋孔２１ａ，３１ａ及び螺旋孔２２ａ，３２ａとしているが、各冷却用通路としては、冷却油が供給される供給端と、冷却油が排出される排出端とを有していれば良く、断面が一様でなくても、また、複数の通路から形成されるものであっても構わない。
【００４６】
例えば、図２（ａ）に示すように、内輪２１及び外輪２２内に形成する各冷却用通路を、螺旋孔２１ｂ，２２ｂとしても構わない。この螺旋孔２１ｂ，２２ｂについては、断面が一様ではなく、１つの通路から形成されるものとなっている。
【００４７】
更に、図２（ｂ）に示すように、内輪２１及び外輪２２内に形成する各冷却用通路を、円筒孔２１ｃ，２２ｃとしても構わない。この円筒孔２１ｃ，２２ｃについては、横断面及び縦断面が一様ではなく、１つの通路から形成されるものとなっている。
【００４８】
そして、冷却用通路を有する内輪２１，３１及び外輪２２，３２を製造する方法としては、金属粉末を利用した積層造形法を採用している。具体的には、内輪２１，３１及び外輪２２，３２の材料となる金属を、粉末状にした後、その金属粉末を、レーザー熱によって溶融、凝固させ、１層ずつ積層させることにより、内輪２１，３１及び外輪２２，３２を造形する。これにより、冷却用通路を有する内輪２１及び外輪３２であっても、これらを高精度に製造することができる。
【００４９】
従って、本発明に係る軸受冷却装置によれば、軸受２０，３０において、内輪２１，３１内に内輪側冷却用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，３１ａを形成すると共に、外輪２２，３２内に外輪側冷却用通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，３２ａを形成することにより、内輪２１，３１及び外輪２２，３２の発熱を十分に抑えることができる。これにより、内輪２１，３１と主軸１２との間の隙間、及び、外輪２２，３２とハウジング１１との間の隙間を、それらの軸受径方向への熱膨張を加味することなく、小さくすることができる。よって、主軸１２及び中心軸１３の低速回転領域から高速回転領域に亘って、軸受２０，３０の剛性を維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、内輪及び外輪を冷却するだけでなく、内輪及び外輪を支持する部材も冷却することができる軸受冷却装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１１      ハウジング
１１ａ    供給通路
１１ｂ    連絡通路
１１ｃ    戻し通路
１２      主軸
１２ａ    供給通路
１２ｂ，１２ｃ    連絡通路
１２ｄ    戻し通路
１３      中心軸
１３ａ，１３ｂ    供給通路
１３ｃ    連絡環状溝
１３ｄ    戻し環状溝
２０，３０      軸受
２１，３１      内輪
２１ａ，２１ｂ，３１ａ    螺旋孔
２１ｃ      円筒孔
２２，３２      外輪
２２ａ，２２ｂ，３２ａ    螺旋孔
２２ｃ      円筒孔
２３，３３      転動体
【図１】
2015183697.tif 000003
【図２】
2015183697.tif 000004