(57)【要約】【課題】  軸方向に並ぶ複数の転がり軸受を有する軸受装置において、転がり軸受を円周方向均等に冷却することができ、かつ各転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座を効率良く冷却できる軸受装置の冷却構造を提供する。【解決手段】  軸受装置Ｊは、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受１の外輪２間および内輪３間に外輪間座４および内輪間座５をそれぞれ介在させ、外輪２および外輪間座４がハウジングに設置され、内輪３および内輪間座５が軸に嵌合される。前記外輪間座４に、内輪間座５の外周面に対して冷風を吹き付けるノズル１２を複数ける。例えば、外輪間座４に、ノズル１２を軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設ける。【選択図】      図２
2015117820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に並ぶ複数の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をそれぞれ介在させ、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に対して冷風を吹き付けるノズルを複数設けた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、前記外輪間座に、前記ノズルを周方向に並べて複数設けた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、前記外輪間座に、前記ノズルを軸方向に並べて複数設けた軸受装置の冷却構造。
【請求項４】
請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座に、前記ノズルを軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けた軸受装置の冷却構造。
【請求項５】
請求項４に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズルがそれぞれ周方向に複数並んだノズル列を軸方向に複数組有し、互いに隣り合う２組の前記ノズル列間で、各ノズルの周方向位置を互いにずらせた軸受装置の冷却構造。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座における、前記ノズルの吐出口がある内周面と、前記ノズルに対向する前記内輪間座の外周面とのすきま寸法が前記ノズルの口径の１／２以下で、かつ前記吐出口から前記内輪間座の外周面における冷風が当る箇所までの距離が０．７ｍｍ以上であ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、前記外輪間座は、内部にこの外輪間座の円周方向に沿って形成された環状空間と、この環状空間に繋がり装置外部から冷風が供給される冷風供給口と、前記環状空間と内周面間を連通する前記複数のノズルとを有し、前記外輪間座は、前記環状空間となる円周溝および前記冷風供給口を有する外径側部品と、前記複数のノズルを有する内径側部品とを互いに接合したものである軸受装置の冷却構造。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記複数のノズルを、回転方向の前方へ傾斜させて設けた軸受装置の冷却構造。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、前記環状空間、冷風供給口、および複数のノズルの組合せからなる冷風流路を複数組有し、これら複数組の冷風流路のうち少なくとも１つの冷風流路の前記ノズルは、前記軸が正転方向に回転するときにその回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、他の冷風流路の前記ノズルは、前記軸が逆転方向に回転するときにその回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、かつ前記各冷風流路への冷風の供給を個別にＯＮ・ＯＦＦ切換え可能な冷風切換手段を設けた軸受装置の冷却構造。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記各ノズルは、冷風を音速程度の流速で吐出することを可能とする形状である軸受装置の冷却構造。
【請求項１１】
工作機械の主軸の支持に用いられる請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の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装置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、装置の温度上昇を小さく抑える必要がある。しかし、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み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。軸受の温度上昇を抑える方法として、軸受に冷風を送り、軸と軸受の冷却を行う方法がある（例えば特許文献１）。特許文献１では、冷風を、軸の回転方向に角度を付けて噴射して旋回流とすることで、冷却効果を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６１３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記冷風による冷却方法は、冷却効果が高いので、軸受の温度上昇を効果的に抑えることが期待できる。しかし、特許文献１に記載の冷却構造は、冷風を噴射する冷風注入パイプが１箇所（図示例の場合）にしか設けられていないので、軸受が均等に冷却されず、温度むらによる弊害が起こり得る。
【０００６】
軸方向に並ぶ複数の軸受を冷却する場合、特許文献１にも図示されているように、主軸装置の構造上、装置外部から供給される冷風を、外径側から複数の軸受間の空間に導入し、前記空間を経由して各軸受に送るのが現実的である。その場合、各軸受の内輪間に介在する内輪間座を効率良く冷却することが重要となる。その理由は、冷風で直接軸受を冷却するだけでなく、冷風により冷却された内輪間座でこの内輪間座に接する軸受の内輪を冷却することで、軸受の温度上昇をより一層効果的に抑えることができるからである。
【０００７】
また、ノズルが一つだけであると、次のような問題がある。すなわち、一つのノズルから多量の冷風を内輪間座に向けて吐出すると、ノズルの吐出口で流速が最大速度（例えば音速）となる。ノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまが狭い場合、このすきまの圧力が高くなりやすく、圧縮波が発生する。圧縮波が発生すると、ノズルから吐出される冷風の直進流れが阻害され、軸方向に拡散する。それにより、冷風が内輪間座の外周面と接する時間が短くなり、内輪間座と内輪を十分に冷却しないまま排気されて、冷却効果が低下する。
【０００８】
この発明の目的は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受を有する軸受装置において、各転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座を均等に冷却して、転がり軸受および軸を効率良く冷却することができ、さらに冷風を吐出するノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまでの圧縮波の発生を抑制して冷却効果をより一層高め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】
【０００９】
この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の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をそれぞれ介在させ、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に対して冷風を吹き付けるノズルを複数設けたことを特徴とする。前記ノズルは、軸方向に並べて複数設けても良いし、周方向に並べて複数設けても良い。また、前記ノズルは、軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けても良い。
【００１０】
この構成によると、外輪間座に設けられたノズルより、冷風を内輪間座の外周面に吹き付けて、内輪間座を冷却する。そして、冷却された内輪間座により、この内輪間座に接する転がり軸受の内輪を冷却する。また、冷風は、内輪間座の外周面に吹き付けられた後、内輪間座と外輪間座のすきまを通って転がり軸受内に送られ、転がり軸受を直接冷却する。これら冷却された内輪間座および内輪により、軸も冷却される。このように、冷風で転がり軸受を直接冷却するだけでなく、冷風により冷却された内輪間座で転がり軸受の内輪を冷却することで、転がり軸受および軸の温度上昇をより一層効果的に抑えることができる。
【００１１】
ノズルが複数設けられているため、内輪間座を軸方向および周方向のいずれか、または両方の方向にほぼ均等に冷却することが可能である。具体的には、ノズルを周方向に並べて複数設けた場合は、内輪間座を周方向にほぼ均等に効率良く冷却することができる。ノズルを軸方向に並べて複数設けた場合は、内輪間座を軸方向にほぼ均等に効率良く冷却することができる。ノズルを軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けた場合は、内輪間座を軸方向および周方向の両方の方向にほぼ均等に冷却することができる。内輪間座が均等に冷却されると、転がり軸受および軸も均等に冷却され、温度むらによる弊害を排除することができる。
【００１２】
また、ノズルが複数設けられていると、一つのノズルから吐出される冷風の流量が少なくて済む。それにより、ノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまが狭くても、このすきまの圧力が高くなり難く、前記すきまにおけるノズルの吐出口付近で発生する圧縮波の強度が低く抑えられる。その結果、ノズルから吐出された冷風がまっすぐに進んで直接に内輪間座の外周面に吹き付けられる。そのため、冷風が圧縮波に遮られて軸方向に拡散される場合と比べて、冷風が内輪間座の外周面と接する時間が長くなり、冷却効果が向上する。
【００１３】
前記外輪間座に、前記ノズルを軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設ける場合、前記ノズルがそれぞれ周方向に複数並んだノズル列を軸方向に複数組有し、互いに隣り合う２組の前記ノズル列間で、各ノズルの周方向位置を互いにずらせても良い。
ノズルから吐出された冷風は、ノズル吐出口付近では流速が速く（圧力が低い）、かつ周方向への直進性も強い。しかし、ノズル吐出口から離れると、流速が遅くなり、軸方向へ流れて拡散しやすくなる。互いに隣り合う２組の前記ノズル列間で、各ノズルの周方向位置が互いにずれていると、流速が遅くなる付近に隣のノズル列のノズル吐出口が位置し、その付近が低圧域となっている。この低圧域に引き込まれて、冷風が軸方向に拡散するのが抑制されるため、ノズルから吐出される冷風の直進性が良くなる。それにより、冷却効果がより一層高まる。
【００１４】
この発明の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座における、前記ノズルの吐出口がある内周面と、前記ノズルに対向する前記内輪間座の外周面とのすきま寸法が前記ノズルの口径の１／２以下で、かつ前記吐出口から前記内輪間座の外周面における冷風が当る箇所までの距離が０．７ｍｍ以上であるのが良い。
【００１５】
前記すきま寸法をノズルの口径の１／２以下にすることで、ノズルの吐出口の圧力が高くなり、冷風の急激な膨張が抑えられる。これにより、冷風の噴射音を低減することができる。すきま寸法の上限は、運転中に生じる内輪間座の温度上昇と遠心力による膨張で内輪間座が、外輪間座に接触しないように設定する。
吐出口から前記内輪間座の外周面における冷風が当る箇所までの距離を０．７ｍｍ以上とすることで、冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つことを試験で見出した。軸受サイズ（間座の径）にかかわらず、前記距離を０．７ｍｍ以上に確保することで、このような冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つ効果が得られる。
【００１６】
この発明の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、内部にこの外輪間座の円周方向に沿って形成された環状空間と、この環状空間に繋がり装置外部から冷風が供給される冷風供給口と、前記環状空間と内周面間を連通する前記複数のノズルとを有し、前記外輪間座は、前記環状空間となる円周溝および前記冷風供給口を有する外径側部品と、前記複数のノズルを有する内径側部品とを互いに接合したものであっても良い。
【００１７】
この構成であると、装置外部から供給される冷風が、冷風供給口から環状空間に入り、さらに環状空間から各ノズルを通って内輪間座の外周面に吹き付けられる。少なくとも１箇所の冷風供給口に冷風を供給するだけで、軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けたノズルから冷風を吹き出すことができるため、装置外からの冷風の供給経路を簡略にすることができる。
外輪間座を、環状空間となる円周溝および冷風供給口を有する外径側部品と、複数のノズルを有する内径側部品とに分割し、両部材を互いに接合した構成とすると、外輪間座に前記環状空間、冷風供給口、および複数のノズルを容易に形成することができる。
【００１８】
この発明の軸受装置の冷却構造において、前記複数のノズルを、回転方向の前方へ傾斜させて設けても良い。
この構成であると、ノズルから吹き出された冷風が、内輪間座の外周面に沿う旋回流となって軸の回転方向に安定して流れる。それにより、内輪間座の表面の熱を奪って、効果的に冷却することが期待できる。
【００１９】
また、この発明の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、前記環状空間、冷風供給口、および複数のノズルの組合せからなる冷風流路を複数組有し、これら複数組の冷風流路のうち少なくとも１つの冷風流路の前記ノズルは、前記軸が正転方向に回転するときにその回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、他の冷風流路の前記ノズルは、前記軸が逆転方向に回転するときにその回転方向の前方へ傾斜させて設けられ、かつ前記各冷風流路への冷風の供給を個別にＯＮ・ＯＦＦ切換え可能な冷風切換手段を設けても良い。
【００２０】
この場合、軸の回転方向に応じて冷風切換手段により各冷風流路への冷風の供給を適宜ＯＮ・ＯＦＦ切り換えることで、軸が正転方向に回転するときは、ノズルから吹き出される冷風が正転方向の旋回流となる冷風流路だけをＯＮにし、軸が逆転方向に回転するときは、ノズルから吹き出される冷風が逆転方向の旋回流となる冷風流路だけをＯＮにする。これにより、軸が正逆いずれの方向に回転する場合でも、冷風により内輪間座の表面の熱を奪って、内輪間座および内輪を効果的に冷却することができる。
【００２１】
この発明の軸受装置の冷却構造は、特に、前記各ノズルが冷風を音速程度の流速で吐出することを可能とする形状である場合に有効である。
この場合、ノズルから音速程度の高速の冷風が吐出され圧縮波が発生しやすいが、この発明の軸受装置の冷却構造とすることで、強い圧縮波が発生することを防ぐことができる。
【００２２】
この発明の軸受装置の冷却構造は、工作機械の主軸の支持に好適に用いることができる。その場合、転がり軸受を円周方向均等に冷却することができ、かつ各転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座を効率良く冷却できるので、高速な領域での運転が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の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をそれぞれ介在させ、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に対して冷風を吹き付けるノズルを複数設けたため、各転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座を均等に冷却して、転がり軸受および軸を効率良く冷却することができ、さらに冷風を吐出するノズルの吐出口と内輪間座の間のすきまでの圧縮波の発生を抑制して冷却効果をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図である。
【図２】同軸受装置の断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】同軸受装置の外輪間座の分解断面図である。
【図６】同外輪間座の外径側部品および内径側部品の接合方法の一例を示す断面図である。
【図７】この発明の異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置の断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII断面図である。
【図９】図７のIX−IX断面図である。
【図１０】この発明のさらに異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置の断面図である。
【図１１】同軸受装置の外輪間座を内周側から見た部分展開図である。
【図１２】同軸受装置のノズルの吐出口の周辺部を軸方向から見た図である。
【図１３】圧縮波が発生している状態におけるノズルの吐出口付近の圧力分布を示す図である。
【図１４】圧縮波が発生している状態におけるノズルの吐出口付近に温度分布を示す図である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）はいずれもノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量との関係を示す図であり、（Ａ）はノズルが１個である場合を示し、（Ｂ）はノズルを周方向に並べて複数設けた場合を示す。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）はいずれもノズルの吐出口近傍の横断面形状と質量流量との関係を示す図であり、（Ａ）はノズルが１個である場合を示し、（Ｂ）はノズルを軸方向に並べて複数設けた場合を示す。
【図１７】他の形状をしたノズルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図１ないし図４と共に説明する。
図２に示すように、この軸受装置Ｊは、軸方向に並ぶ２つの転がり軸受１，１を備え、各転がり軸受１，１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がそれぞれ介在されている。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が介在されている。各転動体８は、保持器９により円周等配に保持される。２つの転がり軸受１，１は互いに背面組合せで配置されており、外輪間座４と内輪間座５の幅寸法差により、各転がり軸受１，１の初期予圧を設定して使用される。
【００２６】
図１は、前記軸受装置Ｊを工作機械の主軸の支持に用いた状態を示す。転がり軸受１，１の外輪２，２および外輪間座４がハウジング６の内周面に嵌合し、転がり軸受１，１の内輪３，３および内輪間座５が主軸７の外周面に嵌合している。主軸７は、請求項で言う「軸」である。外輪２，２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２０とにより軸方向の位置決めがされる。また、内輪３，３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２１，２２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２２は、主軸７に螺着させたナット２３により固定されている。
【００２７】
図２、図３に示すように、前記外輪間座４は、内部にこの外輪間座４の円周方向に沿って形成された環状空間１０と、この環状空間１０に繋がり装置外部から冷風が供給される冷風供給口１１と、前記環状空間１０と内周面間を連通する複数のノズル１２とを有する。これら冷風供給口１１、環状空間１０、および複数のノズル１２で、外輪間座４内の冷風流路１３が構成される。複数のノズル１２は、軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられている。図の例では、各ノズル１２は外径端から内径端へ至るまで口径が一定であるが、内周端の吐出口１２ａ側へ行くほど先細りの形状としても良い。冷風供給口１１の断面積をＳ、各ノズル１２の吐出口１２ａの断面積の合計をＳ’totalとした場合、Ｓ’total＞Ｓの関係が成り立つようにする。これにより、ノズル１２の吐出口１２ａから吐出される冷風の圧力が下がり、冷風が内輪間座５の外周面に衝突するときに生じる衝突音を小さくすることができる。
【００２８】
各ノズル１２は直線状であって、吐出口１２ａ側を主軸７の回転方向（図３に矢印で示す）の前方へ傾斜させてある。つまり、各ノズル１２は、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から、この直線と直交する方向にオフセットした位置にある。ノズル１２をオフセットさせる理由は、ノズル１２から噴射された冷風を主軸７の回転方向に旋回流として作用させて、冷却効果を高めるためである。
【００２９】
ノズル１２の吐出口１２ａは、内輪間座５の外周面に対して、すきま１５を介して対向している。図３の部分拡大図である図４に示すように、前記すきま１５のすきま寸法δａは、ノズル１２の口径Ｄの１／２以下としている。このようにすきま寸法δａを定めることで、ノズル１２の吐出口１２ａの圧力が高くなり、冷風の急激な膨張が抑えられる。これにより、冷風の噴射音を低減することができる。すきま寸法δの上限は、運転中に生じる内輪間座５の温度上昇と遠心力による膨張で内輪間座５が外輪間座４に接触しないように設定する。
【００３０】
また、吐出口１２ａから内輪間座５の外周面における冷風が当る箇所Ｐまでの距離Ｌは、０．７ｍｍ以上としている。前記距離Ｌを上記のように定めることで、内輪間座５に対する冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つことを試験で見出した。軸受サイズ（間座の径）にかかわらず、前記距離Ｌを０．７ｍｍ以上に確保することで、このような冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つ効果が得られる。
【００３１】
図５に示すように、前記外輪間座４は、それぞれ環状の外径側部品４Ａおよび内径側部品４Ｂからなる。外径側部品４Ａは、内周面に形成されて前記環状空間１０となる円周溝１６と、この円周溝１６の溝底面と外周面とを互いに連通する前記冷風供給口１１とを有する。内径側部品４Ｂは、前記複数のノズル１２を有する。これら外径側部品４Ａおよび内径側部品４Ｂを互いにすきま無く接合することで、外輪間座４が組み立てられる。外径側部品４Ａおよび内径側部品４Ｂの接合は、例えば圧入、接着剤を用いた接着、図６のようにピン１７を用いた固定等により行われる。
【００３２】
図１において、主軸装置の外部に冷風供給装置２５が設けられており、この冷風供給装置２５から送り出される冷風Ａが、端面蓋２０の供給口２６およびハウジング６内の供給孔２７を通って、外輪間座４の前記冷風供給口１１に供給される。図の左側の転がり軸受１は、端面蓋２０に設けられた排気孔２８を介して装置外部と連通している。また、図の右側の転がり軸受１は、ハウジング６に設けられた接続孔２９および排気孔３０を介して装置外部と連通している。
【００３３】
この構成の軸受装置Ｊは、冷風供給装置２５より供給される冷風が、外輪間座４の冷風供給孔１１、環状空間１０を通って各ノズル１２から吐出される。吐出された冷風は、内輪間座５の外周面に吹き付けられて、内輪間座５を冷却する。ノズル１２は吐出口１２ａ側を主軸７の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、冷風が内輪３の外周面に沿う旋回流となって主軸７の回転方向に安定して流れる。それにより、内輪３の表面の熱を奪って、効果的に冷却することが期待できる。
【００３４】
そして、冷却された内輪間座５により、この内輪間座５に接する転がり軸受１の内輪３が冷却される。また、冷風は、内輪間座５の外周面に吹き付けられた後、内輪間座５と外輪間座４のすきま１５を通って転がり軸受１内に送られ、転がり軸受１を直接冷却する。これら冷却された内輪間座５および内輪３により、主軸７も冷却される。このように、冷風で転がり軸受１を直接冷却するだけでなく、冷風により冷却された内輪間座５で転がり軸受１の内輪３を冷却することで、転がり軸受１および主軸７の温度上昇をより一層効果的に抑えることができる。転がり軸受１を通過した冷風は、排気孔２８、接続孔２９、および排気孔３０を介して装置外部へ排出される。
【００３５】
ノズル１２は軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられているため、内輪間座５が軸方向および周方向にほぼ均等に効率良く冷却される。また、冷風が転がり軸受１内に周方向均等に送られるため、冷風による直接的な転がり軸受１の冷却も周方向均等に行われる。これらのことから、転がり軸受１および主軸７が周方向均等に冷却され、温度むらによる弊害を排除することができる。
【００３６】
外輪間座４の内周面と内輪間座５の外周面とのすきま１５のすきま寸法δをノズル１２の口径の１／２以下としたことにより、ノズル１２の吐出口１２ａの圧力が高くなり、冷風の急激な膨張が抑えられる。これにより、冷風の噴射音を低減することができる。また、各ノズル１２の吐出口１２ａの断面積の合計Ｓ’totalを冷風供給口１１の断面積Ｓよりも大きくしたため、ノズル１２の吐出口１２ａから吐出される冷風の圧力が下がり、冷風が内輪間座５の外周面に衝突するときに生じる衝突音を小さくすることができる。さらに、ノズル１２の吐出口１２ａから内輪間座５の外周面における冷風が当る箇所Ｐまでの距離Ｌを０．７ｍｍ以上としたため、冷却効果を維持しつつ騒音の低減効果を併せて持つことができる。
【００３７】
外輪間座４は、１つの冷風供給口１１から冷風を導入し、環状空間１０を介して各ノズル１２に冷風を送る構成とした。これにより、各ノズル１２に冷風を均等に分配することができ、かつハウジング６内における冷風供給装置４５から外輪間座５までの冷風の供給経路を簡略にすることができる。また、外輪間座４は外径側部品４Ａと内径側部品４Ｂを互いに接合した構成としたことにより、外輪間座４に前記環状空間１０、冷風供給口１１、および複数のノズル１２を容易に形成することができる。
【００３８】
図７〜図９は、この発明の異なる実施形態に係る軸受装置の冷却構造を示す。図７に示すように、この軸装置Ｊの外輪間座４は、冷風供給口１１、環状空間１０、および複数のノズル１２の組合せからなる冷風流路１３Ｆ，１３Ｒ，１３Ｆが、軸方向に配列させて３組設けられている。図８に示すように、両側の２組の冷風流路１３Ｆの各ノズル１２は、主軸７が正転方向（矢印の方向）に回転するときにその回転方向の前方へ傾斜させて設けられている。また、図９に示すように、中央の冷風流路１３Ｒの各ノズル１２は、主軸７が逆転方向（矢印の方向）に回転するときにその回転方向の前方へ傾斜させて設けられている。図７に示すように、冷風供給装置４５から外輪間座４までの冷風の経路中に、各冷風流路１３Ｆ，１３Ｒ，１３Ｆへの冷風の供給を個別にＯＮ・ＯＦＦ切換え可能な冷風切換手段３２が設けられている。
【００３９】
この軸受装置の冷却構造によると、主軸７の回転方向に応じて冷風切換手段３２により各冷風流路１３Ｆ，１３Ｒ，１３Ｆへの冷風の供給を適宜ＯＮ・ＯＦＦ切り換えることで、主軸７が正転方向に回転するときは、ノズル１２から吹き出される冷風が正転方向の旋回流となる冷風流路１３ＦだけをＯＮにし、主軸７が逆転方向に回転するときは、ノズル１２から吹き出される冷風が逆転方向の旋回流となる冷風流路１３ＲだけをＯＮにする。これにより、主軸７が正逆いずれの方向に回転する場合でも、冷風により内輪間座５の表面の熱を奪って、内輪間座５および内輪３を効果的に冷却することができる。
【００４０】
図１０および図１１は、この発明のさらに異なる実施形態に係る軸受装置の冷却構造を示す。この軸受装置の冷却構造も、前記各軸受装置の冷却構造と同様に、外輪間座４にノズル１２が軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられている。図１１に示すように、ノズル１２がそれぞれ周方向に複数並んだノズル列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを軸方向に複数組（この例では３組）有し、互いに隣り合う２組のノズル列間で、各ノズル１２の周方向位置を互いにずらせてある。つまり、各ノズル１２が千鳥状に配置されている。
【００４１】
この軸受の冷却構造では、外輪間座４は一つの部品からなり、ノズル列１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ毎に外輪間座４内の冷風流路１３が設けられている。冷風流路１３は、外輪間座４の外周部に形成された環状溝４０と、この環状溝４０の底部から内径側に向けて、主軸７の回転方向の前方側へ傾斜して設けられた複数の導入孔４１と、これら導入孔４１の先端から同軸上に延び外輪間座４の内周面に吐出口１２ａが開口するノズル１２とで構成される。外輪間座４の内周面と、内輪間座５の外周面とは、微小な径方向のすきま４３を介して対向している。
【００４２】
前記各軸受装置の冷却構造が、内輪間座５を均等に冷却することを主眼としているのに対し、図１０、図１１の軸受装置の冷却構造は、ノズル１２の吐出口１２ａ付近で発生する圧縮波の強度を低く抑えることで、冷却効果を高めることを主眼としている。ただし、前記各軸受装置の冷却構造および図１０、図１１の軸受装置の冷却構造は共に、外輪間座４にノズル１２が軸方向および周方向にそれぞれ複数配列で設けられているため、前記各軸受装置の冷却構造も、圧縮波の強度を低く抑えることが可能であり、図１０、図１１の軸受装置の冷却構造も、内輪間座５を均等に冷却することが可能である。
【００４３】
圧縮波について説明する。図１２のように、多量の冷風Ａをノズル１２から内輪間座５に向けて吐出すると、冷風Ａはノズル１２の吐出口１２ａで流速が最大速度（例えば音速）となる。外輪間座４と回転間座５の間のすきま４３が狭い場合、すきま４３の圧力が高くなりやすく、すきま４３における吐出口１２ａ付近Ｃで圧縮波が発生する。このとき、冷風Ａの供給量が多いほど、強い圧縮波が発生する。圧縮波が発生すると、ノズル１２から吐出される冷風Ａの直進流れが阻害され、図１３、図１４のように、軸方向に拡散する。それにより、冷風Ａが内輪間座５の外周面と接する時間が短くなり、冷却効果が低下する。図１３は、圧縮波が発生している状態における吐出口１２ａ付近の圧力分布を示し、図１４は、圧縮波が発生している状態における吐出口１２ａ付近に温度分布を示す。
【００４４】
ノズル１２を複数設けることで、一つのノズル１２から吐出される冷風Ａの流量が少なくなる。それにより、外輪間座４と内輪間座５の間のすきま４３が狭くても、このすきま４３で局所的に圧力が高くなり難く、ノズル１２の吐出口１２ａ付近Ｃで発生する圧縮波の強度が低く抑えられる。図１５は、（Ａ）ノズル１２が１個である場合、および（Ｂ）ノズル１２を軸方向に複数並べた場合の質量流量および圧縮波強度を比較した図である。また、図１６は、（Ａ）ノズル１２が１個である場合、および（Ｂ）ノズル１２を周方向に複数並べた場合の質量流量および圧縮波強度を比較した図である。いずれについても、ノズル１２を複数設けることで、質量流量および圧縮波強度が小さくなることが分かる。
このように、圧縮波の強度が小さくなることにより、ノズル１２から吐出された冷風Ａがまっすぐに進んで直接に内輪間座５の外周面に吹き付けられる。そのため、冷風Ａが圧縮波に遮られて軸方向に拡散される場合と比べて、冷風Ａが内輪間座５の外周面と接する時間が長くなり、冷却効果が向上する。
【００４５】
また、図１１のように各ノズル１２が千鳥状に配置されていると、下記の理由により、ノズル１２から吐出される冷風の直進性が良くなる。そのため、ノズルから吐出される冷風の直進性が良くなり、冷却効果がより一層高まる。
直進性が良くなる理由を説明する。ノズル１２から吐出された冷風は、吐出口１２ａ付近では流速が速く（圧力が低い）、かつ周方向への直進性も強い。しかし、吐出口１２ａから離れると、流速が遅くなり、軸方向へ流れて拡散しやすくなる。各ノズル１２が千鳥状に配置されていると、流速が遅くなる付近に隣のノズル列のノズル１２の吐出口１２ａが位置し、その付近が低圧域５０となっている。そのため、図１１に点線で示すように、冷風が低圧域５０に引き込まれて、軸方向に拡散するのが抑制される。図では、低圧域５０による引き込みを誇張して図示してあるが、実際には少しだけ直進性が良くことで、その分だけ冷風が内輪間座５の外周面と接する時間が長くなると考えられる。
【００４６】
ノズル１２は、図１７に示すような超音速ノズル、例えばラバール・ノズルの形状としても良い。この超音速ノズルは、長さ方向の中間部が狭くなっていて、冷風Ａを超音速で吐出することが可能である。このような超音速ノズルをノズル１２に用いた場合、特に、この軸受装置の冷却構造により圧縮波の強度を小さくする効果が発揮される。
【００４７】
この発明の軸受装置の冷却構造は、各実施形態で説明したように内輪間座５および内輪３の冷却効果が高いので、主軸装置を高速な領域で運転させることが可能となる。このため、この軸受装置を、工作機械の主軸の支持に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
４…外輪間座
４Ａ…外径側部品
４Ｂ…内径側部品
５…内輪間座
６…ハウジング
７…主軸（軸）
１０…環状空間
１１…冷風供給口
１２…ノズル
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…ノズル列
１２ａ…吐出口
１３，１３Ｆ，１３Ｒ…冷風流路
１５…すきま
１６…円周溝
３２…冷風切換手段
Ｊ…軸受装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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