(57)【要約】  本発明は、潤滑剤供給装置（３）から転がり軸受（２）に供給管（４）を通じて潤滑材剤を所定量、間欠的又は連続的に供給するスピンドル装置において、潤滑剤は、潤滑油とワックスとを含み、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、液状化点を越えたときの液状状態となり、液状化点以下での半固体状態となるものであり、潤滑剤供給装置（３）から潤滑剤を半固体状で供給管（３）を通じて輸送し、転がり軸受（２）の前に液状に変化させて軸受内部に流入させるスピンドル装置に関する。
2016068212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内部に、転がり軸受と、前記転がり軸受に回転可能に軸支された主軸とを有し、かつ、潤滑剤供給装置から供給管を通じて潤滑剤を前記転がり軸受に所定量、間欠的又は連続的に供給するスピンドル装置において、  前記潤滑剤が、潤滑油とワックスとを含み、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、前記液状化点を越えたときの液状状態と、前記液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能になるとともに、前記潤滑剤を前記潤滑剤供給装置から半固体状で前記供給管を輸送し、前記転がり軸受の直前に液状に変化させて軸受内部に流入させることを特徴とするスピンドル装置。
【請求項２】
前記転がり軸受の外輪の外側及び前記主軸の外側の少なくとも一方に冷却機構を設置して前記転がり軸受を冷却するとともに、前記冷却機構に近接して前記供給管を配管し、前記潤滑剤を前記転がり軸受への流入直前まで半固体状を維持して輸送することを特徴とする請求項１記載のスピンドル装置。
【請求項３】
前記潤滑剤が、前記液状化点を境として、前記液状状態と前記半固体状態との間を可逆変化可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピンドル装置。
【請求項４】
潤滑終了後に軸受内部から排出された液状の前記潤滑剤を受容する受容部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスピンドル装置。
【請求項５】
前記受容部に受容された潤滑剤が、冷却されて半固体状に変化した後、前記潤滑剤供給装置に回収されることを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載したスピンドル装置を用いた工作機械主軸用スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、主軸支持用の転がり軸受に、潤滑剤を所定量、間欠的又は連続的に供給するスピンドル装置に関する。また、本発明は、前記のスピンドル装置を備える工作機械主軸支持用スピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】  図１に示すように、工作機械主軸用スピンドルでは、ハウジング１０１の内部にて主軸１を転がり軸受２で回転可能に軸支している。また、例えば特許文献１に記載されているように、潤滑剤供給装置３から供給管４を通じて一定量のグリース組成物を定期的に転がり軸受２に供給し、転がり軸受２の潤滑を長期間維持することが広く行われている。【０００３】  しかし、転がり軸受２に供給されるグリース組成物は極く微量であるため、ちょう度が小さく、比較的硬いグリース組成物では、供給管４の配管経路が長い場合や、途中で屈曲したり、直角に折れ曲がった部位が数ヶ所存在する場合などでは、配管抵抗により微量のグリース組成物を安定して転がり軸受２に供給するのはかなり難しくなる。また、長期間使用していると、圧送の際に繰り返し加わった圧力により増ちょう剤が基油と分離してグリース全体として硬化又は固化した状態となって配管内で詰まり、グリース組成物を一定量、安定して供給するのが更に難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第４０５１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  そこで本発明は、グリース組成物のように増ちょう剤が基油と分離して硬化又は固化して、配管内で詰まる問題がなく、潤滑剤供給装置から転がり軸受への潤滑剤の安定供給を図った長寿命のスピンドル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】
【０００６】  上記課題を解決するために本発明は、下記のスピンドル装置及び工作機械主軸用スピンドルを提供する。（１）ハウジングの内部に、転がり軸受と、前記転がり軸受に回転可能に軸支された主軸とを有し、かつ、潤滑剤供給装置から供給管を通じて潤滑剤を前記転がり軸受に所定量、間欠的又は連続的に供給するスピンドル装置において、  前記潤滑剤が、潤滑油とワックスとを含み、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、前記液状化点を越えたときの液状状態と、前記液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能になるとともに、前記潤滑剤を前記潤滑剤供給装置から半固体状で前記供給管を輸送し、前記転がり軸受の直前に液状に変化させて軸受内部に流入させることを特徴とするスピンドル装置。（２）前記転がり軸受の外輪の外側及び前記主軸の外側の少なくとも一方に冷却機構を設置して前記転がり軸受を冷却するとともに、前記冷却機構に近接して前記供給管を配管し、前記潤滑剤を前記転がり軸受への流入直前まで半固体状を維持して輸送することを特徴とする上記（１）記載のスピンドル装置。（３）前記潤滑剤が、前記液状化点を境として、前記液状状態と前記半固体状態との間を可逆変化可能であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のスピンドル装置。（４）潤滑終了後に軸受内部から排出された液状の前記潤滑剤を受容する受容部を備えることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１つに記載のスピンドル装置。（５）前記受容部に受容された潤滑剤が、冷却されて半固体状に変化した後、前記潤滑剤供給装置に回収されることを特徴とする上記（４）に記載のスピンドル装置。（６）上記（１）〜（５）の何れか１つに記載したスピンドル装置を用いた工作機械主軸用スピンドル。  尚、請求項１に記載の「潤滑剤」とは、潤滑油とワックスとを含む潤滑剤を言い、また、「液状化点」とは、ワックス系潤滑剤が半固体状態から液体状態に、或いは液体状態から半固体状態に変化するときの温度を言う。また、「液状化点」は、例えば日本国の危険物の規制に関する規則、第１２章  雑則  第６９条の２（液状の定義）に従っている。また、以降の説明において、上記潤滑剤を「ワックス系潤滑剤」と呼称する。
【発明の効果】
【０００７】  本発明で用いるワックス系潤滑剤は増ちょう剤を含有せず、増ちょう剤が固化して潤滑剤供給装置から転がり軸受への供給に支障をきたすことがない。そのため、本発明のスピンドル装置は、グリース供給方式に比べて、ワックス系潤滑剤が長期間安定して供給される。これにより、長寿命なスピンドル装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】スピンドル装置の一例を示す概略図である。
【図２】液状化点を説明するための図である。
【図３】実施例で調製したワックス系潤滑剤について、粘度計内での移動量の温度変化を測定した結果を示すグラフである。
【０００９】  以下、本発明に関して詳細に説明する。【００１０】  本発明のスピンドル装置１００は、従来のグリース供給方式のスピンドル装置と同様の構造で構わないが、グリース組成物の代わりにワックス系潤滑剤を供給し、潤滑する点に特徴がある。例えば、図１に示すように、スピンドル装置１００は、ハウジング１０１の内部にて主軸１を複数の転がり軸受２，２で軸支する。また、ハウジング１０１の外部に設置された潤滑剤供給装置３は、グリース組成物の代わりにワックス系潤滑剤を供給管４を通じて所定量、間欠的又は連続的に各転がり軸受２に供給する。上記構成をスピンドル装置１００の基本構造とする。このスピンドル装置１００においては、供給管４が枝分れして、その先端が各転がり軸受２の外輪２ａに設けた供給口に連結しており、ワックス系潤滑剤が各転がり軸受２に均等に供給される。【００１１】  ワックス系潤滑剤は、潤滑油とワックスとを基本成分とする。ワックスはその融点よりも低温では固化又は半固化しており、融点以上では液状となり、流動性を持つようになる。このように、ワックス単体であれば、ワックスの融点付近の温度を境にして、全体として半固体状と液状とに可逆変化する。これに対し本発明のワックス系潤滑剤は、潤滑油（液体）とワックス（半固体）との混合体（ワックス（溶質）に潤滑油（希薄液）を加えた希薄溶液に相当）である。そのため、ワックス系潤滑剤は、ワックスの融点より低い温度で、半固体状から液状に変化する。【００１２】  半固体状から液状に変化する温度（以下、「液状化点」と称する）は、含まれるワックスの融点及び潤滑油との混合比率と密接な関係がある。すなわち、「ワックスの融点＞液状化点」となることから、含まれるワックスと潤滑油との混合比率で液状化温度をワックスの融点以下の所定の温度に制御することができる。具体的には、潤滑油及びワックスの種類、並びに両者の混合比率により、液状化点とワックスの融点との温度差を約１０〜３０℃にすることができる。また、含まれるワックスの種類及び潤滑油との混合比率等を調整することにより、温度に応じて液状と半固体状とに可逆的に変化するものとすることもできる。【００１３】  すなわち、本発明におけるワックス系潤滑剤は、潤滑油とワックスとを基本成分とし、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、液状化点を越えたときの液状状態と、液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なものであればよい。また、好ましくは、ワックス系潤滑剤は、液状化点を境として、液体状態と半固化状態との間を可逆的に変化するように調整される。【００１４】  このような性質を有する限り、潤滑油及びワックスとも制限はない。潤滑油としては、従来から軸受の潤滑に使用されている各種潤滑油を使用することができ、パラフィン系やナフテン系の鉱油、あるいはエステル油や炭化水素油、エーテル油等の合成油等を用いることができ、複数種を混合して使用することもできる。また、その粘度も一般的な範囲で構わないが、転がり軸受２の潤滑性を考慮すると４０℃における動粘度が５〜２００ｍｍ２／ｓ、低温度上昇特性と耐焼付性を両立させたい場合には、１０〜１３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）であることが好ましい。一方、ワックスは、天然ワックス、合成ワックスの何れでもよく、潤滑油との相溶性が高いものが好ましい。尚、天然ワックスとしては動・植物ワックス、鉱物ワックス、石油ワックスが挙げられ、合成ワックスとしてはフィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、油脂系合成ワック(エステル、ケトン類、アミド）、水素化ワックス等が挙げられ、複数種を混合して使用することもできる。但し、ワックス系潤滑剤の液状と半固体状とに可逆変化する温度は、実質的にワックスの融点によって決まるため、この液状化点が１０〜７０℃になるように、上記に例示したワックスから選択し、かつ、潤滑油とワックスとを適正な混合比率で調製する。【００１５】  また、潤滑油とワックスとの混合比率は、両者の合計量に対しワックスが１０〜４０質量％で、潤滑油が９０〜６０質量％であることが好ましい。ワックスの混合比率が大きくなるほどワックス系潤滑剤が半固体状であるときの流動性が悪くなり、４０質量％を超えると潤滑剤供給装置３からの吐出性や、供給管４の輸送性が悪くなり、更には後述する潤滑後に排出されたときの輸送性も悪くなる。特に流動性を重視する場合は、ワックスの混合比率を１０質量％以上２０質量％未満とし、潤滑油の混合比率を９０質量％以下８０質量％超にすることが好ましい。尚、ワックスは、潤滑油やグリースの油性向上剤として添加されることもあるが、本発明のワックス系潤滑剤では、上記のようにワックスの添加量を一般的な添加剤量よりも多くすることにより、グリースと同等の半固体状の性質（増ちょう剤としての機能）を保持する。【００１６】  一例を示すと、マイクロクリスタリンワックスは、融点が６７〜９８℃であるが、潤滑油と上記混合割合にて混合したワックス系潤滑剤は、液状化点を３５〜５０℃の範囲の所定の温度に設定することができる。また、パラフィンワックスは、融点が４７〜６９℃であるが、潤滑油と上記混合割合にて混合したワックス系潤滑剤は、液状化点を２０〜３５℃の範囲の所定の温度に設定することができる。【００１７】  更に、ワックス系潤滑剤には、目的に応じて種々の添加剤を添加することができる。例えば、何れも公知の酸化防止剤や防錆剤、極圧剤等を適量添加することができる。【００１８】  ワックス系潤滑剤を調製するには、ワックスを融点以上の温度に加熱して液状とし、そこへ潤滑油又は添加剤を添加した潤滑油を加えて十分に混合した後、ワックスの融点未満の温度（通常は液状化点以下程度）に冷却すればよい。あるいは、潤滑油又は添加剤を添加した潤滑油と、固形のワックスとを適当な容器に入れ、全体をワックスの融点以上の温度まで加熱して混合した後、液状化点以下の温度まで冷却してもよい。【００１９】  また、ワックス系潤滑剤は、グリースＧのように増ちょう剤を含まず、一定の圧力がかかっても固化しない特長を持っている。【００２０】  潤滑剤供給装置３は加熱することなく、ワックス系潤滑剤を半固体状で貯蔵し、一定量を半固体状で供給管４に吐出する。但し、ワックス系潤滑剤を形成する潤滑油及びワックスは共に潤滑成分であり、ワックス系潤滑剤は半固体状であることから、従来のグリース組成物用の潤滑剤供給装置をそのまま使用でき、更に��、半固体状のままでも供給管４を流通することができる。【００２１】  潤滑剤供給装置３からのワックス系潤滑剤を転がり軸受２の内部に供給するには、転がり軸受２の外輪２ａに設けた供給口を通じて液状のワックス系潤滑剤を流入させる必要がある。上記したように、潤滑剤供給装置３からのワックス系潤滑剤は、供給管４の内部を半固体状で流通する。しかし、スピンドル装置１００の稼働中、転がり軸受２は高温になっており、上記したように液状化点を１０〜７０℃にすることにより、外輪２ａの供給口に連結する供給管４の先端近傍が前記液状化点よりも十分に高い状態にあり、この部分を通る間にワックス系潤滑剤が液状に変化して容易に軸受内部に流入する。【００２２】  転がり軸受２の内部ではワックス系潤滑剤は液状であるが、増ちょう剤を含まず、潤滑油及びワックスの両方とも潤滑成分であるため、グリース組成物において基油の割合が増加したのと同じ状態となり、潤滑性能がグリース組成物よりも高まる。そのため、一回当たりの補給量を少なくでき、補給間隔も長くできるため、ワックス系潤滑剤の消費量を減らすことができ、潤滑剤供給装置３への補充回数も少なくなり、スピンドル装置１００の運転コストを下げることができる。【００２３】  また、玉軸受では、接触角線を赤道として玉が回転する結果、玉がポンプ効果を発揮し、潤滑剤が封入されている空間に気流が発生する。そのため、流動性の良いワックス系潤滑剤を用いることで、軸受内での潤滑剤の滞留を防止でき、軸受の温度上昇を防止する効果を奏する。【００２４】  潤滑終了後、間座７の回転による遠心力により、ワックス系潤滑剤は転がり軸受２の横に設けられた潤滑剤貯蔵溝（受容部）９に排出される。潤滑剤貯蔵溝９は転がり軸受２の外部にあるため軸受内部よりも温度が低く、排出されたワックス系潤滑剤は、可逆変化タイプとすることにより再び半固体状に変化する。半固体状に変化したワックス系潤滑剤は、ハウジング１０１の外部へと送られ、潤滑剤供給装置３に回収される。グリース組成物では長期間の使用により増ちょう剤に由来する残渣が潤滑剤貯蔵溝９に発生して空気の流れを阻止し、軸受の温度上昇の一因になりうる。しかし、ワックス系潤滑剤では、転がり軸受２から排出された後もある程度の距離までは液状のままで排出されるため、このような問題は起こらない。【００２５】  スピンドル装置１００は種々の変更が可能であり、例えば、ハウジング１０１の各外輪２ａの外側に螺旋状に冷却管１０を設けて冷却液を循環させ、稼働時に軸受温度が４０〜５０℃程度になるように冷却して転がり軸受２が焼付かないようにすることが好ましい。更には、転がり軸受２や、モータのステータ１２とロータ１３の発熱により主軸１の温度も上昇し、熱膨張により回転精度が低下するおそれがあるため、ロータ１３の外側に螺旋状に冷却管１５を設けて冷却液を循環させて冷却することが好ましい。転がり軸受２及び主軸１の冷却には、ハウジング１０１の外部に設置した冷却液供給装置２０からの供給管２１を、ハウジング１０１の内部で軸受冷却用の供給管２１ａと主軸冷却用の供給管２１ｂとに分岐し、それぞれに冷却液を供給して両供給管２１ａ，２１ｂを循環させた後、排出管２２を���じて冷却液供給装置２０に還流させる。また、転がり軸受用と主軸用とで、冷却機構を別々にしてもよい。【００２６】  その際、ワックス系潤滑剤は、その組成により液状化点が異なるが、潤滑剤供給装置３からの供給管４を、冷却管１０，１５の近傍に配管し、冷却管１０，１５の冷却温度を制御することにより、種々のワックス系潤滑剤を半固体状で供給管４を輸送させることができる。また、冷却管１０，１５の冷却温度により潤滑剤貯蔵溝９の温度も調整することができ、種々のワックス系潤滑剤に対して潤滑後に半固体状で排出することができる。【００２７】  尚、液状化点は、基本的には軸受周囲の環境温度や軸受の運転温度を鑑み、一般的には、１０〜７０℃が適正であるが、適用用途が工作機械用転がり軸受（工作機械主軸用転がり軸受やボールねじ軸端サポート用転がり軸受など）の場合、以下に述べる理由から、３０〜７０℃が好ましく、４０〜７０℃がより好ましい。【００２８】  工作機械が使用される周囲環境条件は、周辺温度の変化に伴なう部材の熱変位を最小限に抑えて、被加工部品の加工精度を確保するため、周囲環境は２０〜２５℃程度に空調管理されている場合が多い。したがって、液状化点の下限を３０℃に設定すれば、停止状態では、液状化点以下なので、ワックス系潤滑剤は液状化せず、軸受内部や貯油部分に維持される。そして、ワックス系潤滑剤が貯油された軸受やスピンドルを、停止あるいは、停止状態のまま在庫保管しておいても、液状化することなく軸受内部及び周辺部に保持されるので、通常のグリース同様、長期に渡って潤滑機能が損なわれない。したがって、液状化点を３０〜７０℃とすることが好ましい。【００２９】  また、工作機械に用いる軸受は、回転数が増加するほど軸受内部温度が上昇するので、適正な潤滑状態を維持するため、より多くの潤滑油を転がり接触面に供給する必要がある。通常の回転条件（低速〜中速回転域）での連続運転や、低速回転と最高速回転を交互に繰り返す運転条件の場合、軸受温度はおおむね４０℃以下であり、潤滑油量は転がり接触面近傍の潤滑剤で十分である。  しかしながら、最高回転での連続加工の場合、あるいは、回転数は低くても重切削加工を連続して行なう場合、軸受温度が４０℃を上回る場合があり、この場合、軸受空間内の潤滑油だけでは、転がり接触面の潤滑油が不足する虞れがある。このため、液状化点の下限を４０℃に設定することで、軸受温度が４０℃を上回った場合に、軸受周辺のワックス系潤滑剤が液状化し、転がり接触面に不足する潤滑油を補充することができ、不意の焼付きなどの不具合を未然に防止することができる。これにより、低・中速回転域では、余剰の潤滑剤を消費することがなく、潤滑寿命をより向上することができる。したがって、工作機械に使用する場合、液状化点を４０〜７０℃とすることがより好ましい。
【実施例】
【００３０】  一般的なスピンドル装置を想定して、半固体状から液状に変化する温度が４７℃付近であるワックス系潤滑剤を調製した。即ち、ジエステル油（ジオクチルセバケート）を７８．５質量％、マイクロクリスタリンワックス（融点８２℃）を１５質量％、添加剤として酸化防止剤及び極圧剤を含む混合物を６．５質量％の割合にて、マイクロクリスタリンワックスの融点以上の温度で混合し、室温まで自然冷却してワックス系潤滑剤を得た。【００３１】  尚、液状に変化する温度（液状化点）は、図２に示すように、下記のようにして確認した。この方法は、日本国の危険物の規制に関する規則、第１２章雑則  第６９条の２（液状の定義）に従う。（１）試験物品（ワックス系潤滑剤）を２本の試験管（直径３０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ）のＡ線（高さ５５ｍｍ）まで入れる。（２）一方の試験管（液状判断用試験管）を孔穴の無いゴム栓で密栓する。（３）他方の試験管（温度測定用試験管）を、温度計を付けたゴム栓で密栓する。尚、温度計は、その先端が試験物品の表面より３０ｍｍの深さになるように挿入し、試験管に対して直立させる。（４）２本の試験管を、液状確認温度±０．１℃に保持された恒温槽中に、Ｂ線（試験物品の表面よりも３０ｍｍ上方）が恒温槽の水面下に没するように直立させて静置する。（５）温度測定用試験管中の試験物品の温度が液状確認温度±０．１℃になってから、１０分間そのままの状態を保持する。（６）液状判断試験管を恒温水槽から水平な台上に直立したまま取り出し、直ちに台の上に水平に倒し、試験物品の先端がＢ線に到達するまでの時間を計測する。（７）試験物品がＢ線に達するまでの時間が９０秒以内であるとき、試験物品が「液状」であると判断する。（８）そして、恒温水槽の温度を種々変更して（１）〜（７）を行い、液状になった温度を「液状化点」とする。  尚、液状化点とは、水の凝固点（０°／純水、大気圧下）のような定点温度ではなく、ある特定温度に対して略±２℃程度の範囲で定義、数値化される。【００３２】  このワックス系潤滑剤について、温度を変えて粘度を測定したところ、図３に示すように、４２℃までは試料表面の移動はなく、４４℃で５ｍｍ、４６℃で１７ｍｍの移動が確認され、４８℃で５０ｍｍを超えて容器の先端まで達した。このように、このワックス系潤滑剤は、４７℃付近で半固体状から液状に変化し始めることがわかる。【００３３】  そして、このワックス系潤滑剤を、図１に示すような一般的なスピンドル装置の潤滑剤供給装置に半固体状態のまま貯蔵し、一定量を定期的に転がり軸受に供給し続けたところ、供給管や排出管の詰まりもなく、ワックス系潤滑剤を安定して転がり軸受に供給することができた。【００３４】  本出願は２０１４年１０月２９日出願の日本国特許出願（特願２０１４−２２０６９３）、及び２０１５年９月２９日出願の日本国特許出願（特願２０１５−１９１１９３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００３５】１  主軸２  転がり軸受３  潤滑剤供給装置４  供給管７  間座９  潤滑剤貯蔵溝１０、１５  冷却管１２  ステータ１３  ロータ２０  冷却液供給装置２１  供給管２２  排出管１００  スピンドル装置１０１  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016068212.tif 000007
2016068212.tif 000008
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