(57)【要約】【課題】  軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成できる転がり軸受を提供する。【解決手段】  内輪１、外輪２、およびこれら内外輪１，２の軌道面間１ａ，２ａに介在した複数の転動体３を有する転がり軸受に、グリース溜まり形成部品６と隙間形成片７とを設ける。グリース溜まり形成部品６は、内部にグリース溜まり８が形成されていて、上記外輪２に接して設けられる。隙間形成片７は、グリース溜まり８から外輪軌道面２ａの付近まで連通して、隙間１４を外輪内径面２ｂに沿って形成する部材である。隙間１４のギャプ量は、グリース溜まり８内のグリースの基油を増稠剤の毛細管現象により外輪軌道面２ａの付近まで供給可能な大きさとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受において、軌道輪である内輪および外輪のうち、回転しない固定側軌道輪に接して設けられて内部にグリース溜まりを形成したグリース溜まり形成部品と、前記固定側軌道輪に設けられ前記グリース溜まりから固定側軌道輪の軌道面の付近まで連通する隙間を、その軌道面の形成された周面に沿って形成する隙間形成片とを備え、上記隙間は、グリース溜まり内のグリースの基油が増稠剤の毛細管現象により前記固定側軌道輪の軌道面付近まで供給可能な程度の僅かなギャップ量のものとしたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１において、固定側軌道輪が外輪である転がり軸受。
【請求項３】
請求項２において、アンギュラ玉軸受であって、外輪の内径面に前記グリース溜まり形成部品を有する転がり軸受。
【請求項４】
請求項２において、円筒ころ軸受であって、外輪の軸方向の両側に前記グリース溜まり形成部品を有する転がり軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記転がり軸受を工作機械の主軸の支持に用いた転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械主軸等のグリース潤滑とされる潤滑機構付きの転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械主軸軸受の潤滑方法として、メンテナンスフリーで使用可能なグリース潤滑、搬送エアに潤滑オイルを混合してオイルをノズルより軸受内に噴射するエアオイル潤滑、軸受内に潤滑油を直接に噴射するジェット潤滑等の方法がある。最近の工作機械は、加工能率を上げるために、ますます高速化の傾向にあり、主軸軸受の潤滑も比較的安価で簡単に高速化が可能なエアオイル潤滑が多く用いられてきている。しかし、このエアオイル潤滑法は、付帯設備としてエアオイル供給装置が必要であることと、多量のエアを必要とすることから、コスト、騒音、省エネ、省資源の観点から問題がある。また、オイルの飛散によって環境を悪化させる問題もある。これらの問題点を回避するため、最近ではグリース潤滑による高速化が注目され始め、要望も多くなってきている。
【０００３】
グリース潤滑は、軸受組立時に封入されたグリースのみで潤滑するため、高速運転すると、軸受発熱によるグリースの劣化や、軌道面、特に内輪での油膜切れのため、早期焼き付きに至ってしまうことが考えられる。特に、ｄｎ値が１００万（軸受内径mm×回転数rpm ）を超えるような高速回転領域では、グリース寿命を保証するのは困難である。
【０００４】
グリース寿命を延長させる手段として、新しい提案も紹介されている。一つには、外輪軌道面部にグリース溜まりを設けて高速長寿命を狙った提案（特許文献１）がある。またスピンドル外部に設けたグリース補強装置により、適宜軸受部に給脂して潤滑する提案（特許文献２）がある。
【特許文献１】特開平１１−１０８０６８号公報
【特許文献２】特開平２０００−１１３９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記各提案例の技術は、エアオイル潤滑と同等の使用回転数（＞ｄｎ値１５０万）や、またメンテナンスフリーを考えると満足できるものではない。
【０００６】
この発明は、これらの課題を解消することを目的としたものであり、軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成できる転がり軸受を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受において、軌道輪である内輪および外輪のうち、回転しない固定側軌道輪に接して設けられて内部にグリース溜まりを形成したグリース溜まり形成部品と、前記固定側軌道輪に設けられ前記グリース溜まりから固定側軌道輪の軌道面の付近まで連通する隙間を、その軌道面の形成された周面に沿って形成する隙間形成片とを備える。上記隙間は、グリース溜まり内のグリースの基油が増稠剤の毛細管現象により前記固定側軌道輪の軌道面付近まで供給可能な程度の僅かなギャップ量のものとする。上記隙間形成片の先端は、転動体に対して接触しない程度に近接した間隔を持つものとすることが好ましい。上記隙間形成片は、例えばグリース溜まり形成部品に一体に形成されたものとする。
【０００８】
この構成の転がり軸受は、グリース溜まり、およびグリース溜まり形成部品と固定側軌道輪の軌道面の形成された周面との間で形成された隙間の全周にグリースを封入して使用される。軸受内部には初期潤滑油としてグリースを封入しておく。これにより、グリース溜まりと固定側軌道輪の軌道面における転動体接触部との間がグリースで繋がる。このようにグリースが繋がると、グリース中の増稠剤の毛細管現象により基油が浸透移動する。このため、転動体接触部で潤滑油として消費された分の基油が、グリース溜まりから上記隙間を経て転動体接触部に連続的に補給される。その結果、軸受の潤滑寿命は、グリース溜まりのグリース量で決定されることになり、グリース溜まりの容量を適宜設計することで、軸受内に封入したグリースだけを使用して、メンテナンスフリーでの高速化運転、長寿命化が達成される。なお、回転側軌道輪に対面して上記隙間形成片を設けた場合、回転による遠心力を受けてグリースの供給過多となり、温度上昇の原因となる恐れがあるが、固定側軌道輪に対面して隙間形成片を設けると、遠心力の影響を受けずに、上記のような毛細管現象によるグリース基油の供給が行われて、僅かな潤滑油で潤滑されることになる。そのため、攪拌抵抗がなく、温度上昇が安定になる。
隙間形成片は、必ずしも全周に設けなくても良いが、全周に連続して設けることで、固定側軌道輪の軌道面に全周から上記の毛細管現象による基油補給が行え、潤滑性に優れたものとできる。グリース溜まりについても、全周に連続して設けた場合は、基油補給の供給性に優れたものとなる。
【０００９】
この発明において、前記固定側軌道輪が外輪であっても良い。その場合、グリース溜まり形成部品は外輪に接して設けられ、かつ隙間形成片も外輪に設けられ、この隙間形成片と外輪の内径面との間に前記グリース溜まりから外輪軌道面の付近まで連通する隙間が形成される。
このように外輪側に隙間形成片を設けた場合、グリースを封入した状態で軸受を回転させると、軸受内部に封入されたグリースは、遠心力で外輪内径部に向けて飛散し、その一部が隙間形成片の先端部に堆積する。これにより、グリース溜まりと外輪軌道面の転動体接触部との間のグリースの繋がりが確実となる。このようにグリースが繋がると、グリース中の増稠剤の毛細管現象により基油が浸透移動する。このため、転動体接触部で潤滑油として消費された分の基油が、グリース溜まりから上記隙間を経て転動体接触部に連続的に補給される。その結果、軸受の潤滑寿命は、グリース溜まりのグリース量で決定されることになり、グリース溜まりの容量を適宜設計することで、軸受内に封入したグリースだけを使用して、メンテナンスフリーでの高速化運転長寿命化が達成される。
【００１０】
この発明において、上記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であって、固定側軌道輪が外輪であり、その外輪の内径面に前記グリース溜まり形成部品を有するものとしても良い。グリース溜まり形成部品は、軸受正面側に配置することが好ましい。
グリース溜まり形成部品を外輪の内径面に配置することにより、グリース溜まりへのグリース封入が済んだ状態で、軸受をスピンドル装置等へ組み込むことができ、組込の作業性が向上する。
【００１１】
また、この発明において、上記転がり軸受が円筒ころ軸受であって、固定側軌道輪が外輪であり、その外輪の軸方向の両側に前記グリース溜まり形成部品を有するものとしても良い。
この構成の場合、両側のグリース溜まりから外輪軌道面にグリースの基油を連続供給できる。円筒ころ軸受の場合、転動体となるころが、ある程度の長さを有するため、両側からグリースの基油を供給することが、軸方向に偏りなく供給できて潤滑上好ましい。これにより、高速化と長寿命化、メンテナンスフリーをより増進させることができる。
【００１２】
この発明において、前記転がり軸受は、工作機械の主軸の支持に用いたものであっても良い。
工作機械主軸は、加工効率向上のための高速回転と、加工精度確保のための軸受発熱防止と、稼働停止時間短縮による生産性向上等のために、メンテナンスフリーが強く望まれる。そのため、この発明の転がり軸受を用いることで、この発明における軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成できるという利点が効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の転がり軸受は、固定側軌道輪に接して設けられて内部にグリース溜まりを形成したグリース溜まり形成部品と、前記固定側軌道輪に設けられ前記グリース溜まりから固定側軌道輪の軌道面の付近まで連通する隙間を、その軌道面の形成された周面に沿って形成する隙間形成片とを備え、上記隙間は、グリース溜まり内のグリースの基油が増稠剤の毛細管現象により外輪軌道面付近まで供給可能な程度の僅かなギャップ量のものとしたため、軸受内に封入したグリースだけを使用して高速化と長寿命化、メンテナンスフリーを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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において、この転がり軸受は、内輪１、外輪２、および内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａ間に介在した複数の転動体３を有し、グリース溜まり形成部品６と、隙間形成片７とを備える。複数の転動体３は、保持器４に保持され、内外輪１，２間の軸受空間の一端は、シール５によって密封されている。この転がり軸受はアンギュラ玉軸受であり、シール５は軸受背面側の端部に設けられ、グリース溜まり形成部品６および隙間形成片７は軸受正面側に設けられる。軸受正面側ではグリース溜まり形成部品６がシールを兼ねており、軸受正面側からのグリース漏れが防止される。図において交差したハッチングで示す部分は、グリースの充填された部分を示す。
【００１５】
グリース溜まり形成部品６は、内部にグリース溜まり８を形成したリング状の部品であり、外輪２の正面側の幅面に接して設けられる。この例では、グリース溜まり形成部品６は、外輪２の正面側の幅面に接して設けられる外輪位置決め間座９と、この外輪位置決め間座９の内径面に嵌合される外向き溝形のグリース溜まり形成部品本体１０とからなる。外輪位置決め間座９とグリース溜まり形成部品本体１０とで挟まれる内部空間がグリース溜まり８とされる。外輪位置決め間座９は、内径面における外輪２と反対側端に、グリース溜まり形成部品本体１０の側壁部１０ａの先端を嵌合させる係合用段差部９ａを有している。グリース溜まり形成部品本体１０は、グリース溜まり８にグリースを封入した後に上記側壁部１０ａを外輪位置決め間座９の係合用段差部９ａに係合させ、この係合用段差部９ａの内径面の止め環溝に係合する止め環１１により、外輪位置決め間座９に対して軸方向に固定される。グリース溜まり形成部品本体１０における上記側壁部１０ａの外径面と、外輪位置決め間座９における係合用段差部９ａとの間、および外輪位置決め間座９とこれに接する外輪２との隣接部の内径面には、Ｏリング等の密封部品１２，１３をそれぞれ設け、グリース漏れを防止している。
【００１６】
隙間形成片７は、外輪２の内径面２ｂに沿って隙間１４を形成するリング状のものである。この隙間形成片７は、グリース溜まり形成部品本体１０に一体に形成されている。すなわち、グリース溜まり形成部品本体１０の軸受隣接側の側壁部１０ｂにおける外径端部から一体に延びている。
【００１７】
図２に拡大して示すように、アンギュラ玉軸受では、正面側の外輪カウンターボア部の内径面２ｂが、転動体３の組込み性から幅面側を大径とするテーパ面とされている。上記隙間形成片７は、このテーパ面２ｂに沿って所定ギャップ量δの隙間１４を形成するように、外輪軌道面２ａの付近まで延びている。この隙間１４はグリース溜まり８に連通している。隙間１４のギャップ量δは、隙間１４にグリースを充填したときにグリース状で保持される程度であれば良い。隙間形成片７の先端部７ａは、転動体３に接触させない程度に転動体３に近接させる。この先端部７ａの内径面は、転動体３側に向けて拡径する傾斜面７ａａとされている。この傾斜面７ａａは、軸受内部に封入したグリースが軸受運転時の遠心力で外輪内径部に向けて飛散するときに、その飛散グリースが隙間形成片７の先端部７ａで堆積し易くなるようにしたものである。隙間形成片７の前記傾斜面７ａａからグリース溜まり形成部品本体１０における側壁部１０ｂの外径端部に跨がる内径面７ｂは、保持器４との干渉を避けるために、外輪２の背面側内径面である保持器案内面２ｄよりも大径寸法とされている。
【００１８】
上記構成の作用を説明する。軸受組立時に、グリース溜まり８および隙間１４にはグリースを充填しておく。また、軸受内へは初期潤滑用としてのグリースを封入しておく。軸受を運転することで、軸受内に封入したグリースは遠心力で飛散し、一部が外輪軌道面２ａおよび隙間形成片７の先端部７ａに堆積する。ここにグリースが堆積することで、グリース溜まり８と外輪軌道面２ａの転動体接触部２ａａ（図２）とが連通する。すなわち、グリース溜まり８と外輪軌道面２ａの転動体接触部２ａａとの間はグリースで繋がる。こため、グリース中の基油が増稠剤の毛細管現象により浸透移動し、転動体接触部２ａａで潤滑油として消費された分の基油が、グリース溜まり８から隙間１４を経て転動体接触部２ａａに連続的に補給される。このことから、この軸受の潤滑寿命は、転動体接触部２ａａでのグリース消費量と、グリース溜まり８でのグリース溜まり容量とで決定されることになる。
【００１９】
このように、外輪軌道面２ａの転動体接触部２ａａで潤滑油として消費された分のグリース基油が、連続的に、しかも軸受全周から供給される。また、軸受の潤滑寿命はグリース溜まり８のグリース量で決定されるため、要求寿命に対応したグリース溜まり容量を設計することで、メンテナンスフリーでの高速運転長寿命化が可能となる。
【００２０】
この実施形態の転がり軸受の特長をまとめると、次の通りである。
1)メンテナンフリーで使用可能。
2)毛細管現象を利用した潤滑油供給であるため、消費された分が連続的に補給され、高速化が図れる。
3)要求寿命に応じたグリース溜まり８が設計可能となる。
4)グリース潤滑でエアオイル潤滑の回転領域まで高速化が図れ、エアオイル潤滑をこの潤滑方法に置き換えることで、コストの低減、騒音低減、省エネに効果が期待できる。
【００２１】
図３は、上記実施形態のころがり軸受を用いた工作機械用スピンドル装置の例を示す。この工作機械用スピンドル装置では、上記転がり軸受の２個を、背面組み合わせとして用いている。２個の転がり軸受２３，２４は、ハウジング２２内で主軸２１の両端を回転自在に支持する。各転がり軸受２３，２４の内輪１は、内輪位置決め間座２６および内輪間座２７により位置決めされ、内輪固定ナット２９により主軸２１に締め付け固定されている。外輪２は、外輪位置決め間座９、外輪間座３０および外輪押え蓋３１，３２によりハウジング２２内に位置決め固定されている。ハウジング２２は、ハウジング内筒２２Ａとハウジング外筒２２Ｂとを嵌合させたものであり、その嵌合部に、冷却のための通油溝３３が設けられている。
【００２２】
主軸２１は、その前側の端部２１ａに工具またはワーク（図示せず）を着脱自在に取付けるチャック（図示せず）が設けられ、後ろ側の端部２１ｂは、モータ等の駆動源が回転伝達機構（図示せず）を介して連結される。モータは、ハウジング２２に内蔵しても良い。このスピンドル装置は、例えばマシニングセンタ、旋盤、フライス盤、研削盤等の各種の工作機械に適用できる。
【００２３】
この構成のスピンドル装置によると、この実施形態の転がり軸受２３，２４における高速化、長寿命化、メンテナンスフリー化の作用が、効果的に発揮される。
【００２４】
図４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は、外輪２の内径面２ｅにグリース溜まり形成部品６Ａを配置することで、内外輪１，２間の軸受空間の内部にグリース溜まり８を形成している。この例では、図１の例の外輪位置決め間座９はグリース溜まり形成部品６Ａの構成部品とされず、図１の例におけるグリース溜まり形成部品本体１０に相当する単独の部品でグリース溜まり形成部品６Ａが構成されている。グリース溜まり形成部品６Ａは、外向き溝形の断面形状とされ、隙間形成片７が一体に設けられている。隙間形成片７およびこの隙間成形片７と外輪内径面２ｂとで構成される隙間１４は、図１の実施形態と同様である。
【００２５】
この実施形態は、外輪２の軌道面２ａの中心から軸受背面側の幅面までの長さよりも、グリース溜まり形成部品６Ａの配置側である軸受正面側の幅面までの長さを長くし、この長くした部分の外輪内径面２ｅに、グリース溜まり形成部品６を嵌合している。この場合に、内外輪１，２は同一幅寸法であり、規格寸法よりも幅寸法を片方へ大きくしており、その外輪２の幅寸法を増加した部分の内径面２ｅに、上記のようにグリース溜まり形成部品６を嵌合させている。
【００２６】
外輪２の軌道面２ａに続く内径面２ｂの部分は、図１等に示すアンギュラ玉軸受と同じく、転動体３の組込性を考慮してテーパ面とされており、このテーパ面の内径面２ｂに続く円筒面状とした内径面２ｅに、グリース溜まり形成部品６Ａを嵌合している。この内径面２ｅとグリース溜まり形成部品６Ａとで挟まれる内部空間が、グリース溜まり８とされる。
グリース溜まり形成部品６Ａにおける側壁部６ｂの外径端部に隙間形成片７が一体に形成され、この隙間形成片７が外輪２の内径面２ｂに沿って軌道面２ａの近くまで延ばされて隙間１４が形成されること、およびその隙間１４のギャップ量については、図１の実施形態の場合と同様である。
グリース溜まり形成部品６Ａの軸受外側の側壁６ａは外輪内径面２ｅに形成された係合用段差部２ｆに係合させ、この係合用段差部２ｆの内径面の止め環溝に係合する止め環１５により軸方向に固定してある。
【００２７】
内輪１の幅寸法増加部分における内径面は、軌道面１ａに隣接する内径面１ｂの部分よりも段差を持って小径とした小径面部１ｃとされる。この小径面部１ｃ側にグリース溜まり形成部品６Ａの内径部を張り出させることで、グリース溜まり８を広く確保している。その他の構成は図１の転がり軸受の場合と同様である。
【００２８】
この実施形態では、グリース溜まり形成部品６を外輪２の内径面２ｅに配置しているので、グリース溜まり８へのグリース封入を済んだ状態で、この転がり軸受をスピンドル装置等へ組み込むことができる。そのため軸受組込の作業性が向上する。
【００２９】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は図１に示す第１の実施形態におけるグリース溜まり形成部品６の構成を円筒ころ軸受に適用したものである。グリース溜まり形成部品６は、外輪２の軸方向の両側に隣接して設けている。その他の構成は図１の実施形態の場合と略同様である。
【００３０】
この実施形態の場合、両側のグリース溜まり８から外輪軌道面２ａにグリースの基油を連続供給できる。円筒ころ軸受の場合、転動体３となるころが、ある程度の長さを有するため、両側からグリースの基油を供給する方が、軸方向に偏りなく供給できて潤滑性向上の面で好ましい。これにより、高速化と長寿命化、メンテナンスフリーをより増進させることができる。
【００３１】
次に、比較試験結果を説明する。比較試験は、この発明における図１の実施形態の転がり軸受（実施例）と、図７に示す提案例のものとにつき行った。図７の提案例は、本出願人が先に行った出願（特願２００３−３４３６７７号）に開示されたものである。同提案例は、グリース溜まり５８と、回転側軌道輪である内輪５１に対向してグリース溜まり５８から内輪軌道面にわたる隙間を形成する隙間形成片５７とを設けたものである。
試験条件は次のとおりである。
供試軸受：内輪１００mmのアンギュラ玉軸受
予圧    ：２．５ｋＮの定圧予圧
潤滑    ：グリース（軸受内６ｃｃ＋グリース溜まり２５ｃｃ）
【００３２】
図６は上記の比較試験の結果を示す。
比較例のものは、温度上昇が不安定であり、１３０００ｒｐｍになると温度上昇が大きくなり、高速回転域まで回転させるさせることができなかった。これは、回転側輪である内輪５１に対向して隙間形成片５７を設けると、回転数の上昇に伴い、内輪回転による遠心力をグリースが受けて、グリースの軸受内流入が過多となり、発熱大になったと推測される。
実施例のものは、２００００ｒｐｍの高速領域まで運転可能であった。これは、固定側輪である外輪１に対して隙間成形片７を設けると、毛細管現象によりグリースの基油が転動体３に必要量だけ流れ込み、潤滑されること。つまり、その僅かな潤滑油で潤滑されるので、攪拌抵抗がなく、温度上昇が安定になるものと考えられる。
【００３３】
なお、上記各実施形態では、グリース溜まり形成部品６および隙間形成片７を外輪２側に設けた場合につき説明したが、内輪１が固定側輪となる場合は、内輪１にグリース溜まり形成部品６および隙間形成片７を設けるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受の部分断面図である。
【図２】同転がり軸受の一部の拡大断面図である。
【図３】同転がり軸受を用いた工作機械用スピンドル装置の断面図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる転がり軸受の部分断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受の部分断面図である。
【図６】この発明の実施例と比較例との試験結果を示すグラフである。
【図７】比較例の部分断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…内輪
２…外輪
１ａ，２ａ…軌道面
３…転動体
６，６Ａ…グリース溜まり形成部品
７…隙間形成片
８…グリース溜まり
【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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