(57)【要約】【課題】  軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、ころ端面における潤滑油の希薄なスターベーションの生じない、高速運転に適した円すいころ軸受の潤滑構造を提供する。【解決手段】  円すいころ軸受１のころ４を、両端に貫通した貫通孔４ａを有する中空ころとし、前記円すいころ軸受１の背面側に隣合って、内輪２と外輪３間の軸受内空間へ潤滑用のエアオイルａを供給するノズル９を設ける。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円すいころ軸受のころを、両端に貫通した貫通孔を有する中空ころとし、前記円すいころ軸受の背面側に隣合って、内輪と外輪間の軸受内空間へ潤滑用のエアオイルを供給するノズルを設けた円すいころ軸受の潤滑構造。
【請求項２】
請求項１において、前記ノズルは、円すいころ軸受と同心の円環状のスリットとした円すいころ軸受の潤滑構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記ノズルの吐出口の径方向位置を、軸受背面側の端部における保持器の内径縁と内輪の外径縁との間の位置とした円すいころ軸受の潤滑構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持に用いられる円すいころ軸受の潤滑構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持には、軸受の発熱を抑えるために主としてアンギュラ玉軸受が使用されている。しかし、アンギュラ玉軸受は高速回転に適するものの、軸受剛性がころ軸受に比べて低いため、重切削等のように主軸端に大きな外力が作用する場合に、主軸の撓みが大きくなってしまい、被削物の形状精度を向上させることが難しい。
また、主軸端に円筒ころ軸受を配置してラジアル剛性を向上させ、アキシャル荷重を受けるアンギュラ玉軸受を併用する例もある。この場合には軸受の組立幅が大きくなってしまうため、主軸が長くなりコンパクト化が難しい。
【０００３】
主軸の剛性向上とコンパクト化を可能にする軸受として、ラジアル方向とアキシャル方向の荷重を同時に負荷できる円すいころ軸受がある。円すいころ軸受を用いたスピンドル装置の一例を図４に示し、その軸受部の拡大断面図を図５に示す。このスピンドル装置での軸受の潤滑には、微量油の供給で高速運転に有効なエアオイル潤滑が採用されている。具体的には、円すいころ軸受４１の背面側では、図４のエアオイル供給装置５０Ａ，５０Ｂから軸受箱５１のエアオイル供給路５２を経て、図５のように内輪小鍔４２ｃと保持器４５の内径面との間にノズル５３でエアオイルを供給することにより、円すいころ４４と内輪４２の軌道面４２ａの間、および円すいころ４４と保持器４５の間の潤滑を行う。また、円すいころ軸受４１の正面側では、図４のエアオイル供給装置５０Ａ，５０Ｂから軸受箱５１のエアオイル供給路５２を経て、図５のように内輪大鍔４２ｂと保持器４５の内径面との間から円すいころ４４の大端面４４ａにノズル５４でエアオイルを吹き付けることにより、ころ大端面４４ａとその案内面である内輪大鍔４２ｂ面の間の潤滑を行う。
【０００４】
円すいころ軸受を高速運転する場合に問題となるのは、円すいころと軌道面間に比べ比較的大きな滑りを伴うころ大端面とこれを案内する内輪大鍔面との摺動部の潤滑である。その潤滑技術として、次の２つが提案されている。
（１）  円すいころの大端面に摺接する案内鍔を外輪側に設けることで、円すいころの        小端面側から供給される潤滑油が前記案内鍔の案内面に確保されるようにしたも        の（特許文献１）。
（２）  外部給油部と内輪大鍔部とを、内輪に設けた給油孔を介して連通させることで        外部から内輪大鍔の案内面に強制的に潤滑油を供給するもの（特許文献２）。
【特許文献１】特公昭５３−８８５６号公報
【特許文献２】特開平８−２７０６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の潤滑技術においては、外輪案内鍔での滞留油による攪拌抵抗を抑えるため、外輪に排油孔を設けているが、運転条件が変動する条件下では排油孔の孔径や孔数の設定が難しいという問題がある。
また、特許文献２に開示の潤滑技術においては潤滑油の滞留は生じないものの、構造が複雑になるという問題がある。
また、図４および図５に示した潤滑技術や、特許文献２に開示の潤滑技術のように、軸受の円周上に分配配置された複数のノズルあるいは給油孔から潤滑油を供給する構造では、円すいころが自転しながら公転することから、円周上のどの位置に円すいころがあるかによって、ころ大端面に付着する潤滑油の量に差が生じてしまう。また、前記ノズルあるいは給油孔より吐出され、ころ大端面に付着した直後の潤滑油は潤沢な状態であるが、その付着油は円すいころの自転および公転による遠心力により減少する。そのため、ころ大端面がノズルや給油孔と対向する円周上の位置に到達する直前においては、ころ大端面の潤滑油は希薄なスターベーション状態、つまり欠乏状態となって摺動部の油膜確保が難しくなる。
【０００６】
この発明の目的は、軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、ころ大端面における潤滑油の希薄なスターベーションの生じない高速運転に適した円すいころ軸受の潤滑構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受のころを、両端に貫通した貫通孔を有する中空ころとし、前記円すいころ軸受の背面側に隣合って、内輪と外輪間の軸受内空間へ潤滑用のエアオイルを供給するノズルを設けたものである。
この構成によると、軸受の背面側に隣合って設けられたノズルより供給されたエアオイルは、軸受の回転に伴って生じるポンピング作用により、背面側から正面側への空気流れと共に移動する。この際、外輪軌道面に沿って流れるエアオイル流は、軌道面およびころ外径面に油を付着させ、この付着した油は軌道面ところ転動面間の潤滑用に供される。また、中空ころが自転しながら公転することで貫通孔の内径面によるポンピング作用が生じる。すなわち、軸受の回転により、ノズルから供給されたエアオイルは、ころの貫通孔の背面側を入口として貫通孔内に吸引流入し、貫通孔の正面側より排出する一連の流れを形成する。この時、ころの貫通孔の内部では、エアオイル中の油が貫通孔内壁面に付着し、正面側に向かって付着油の流れが生じる。貫通孔内壁面に付着した油は、正面側開口部よりころ大端面に付着しながら流出し、正面側端面での潤滑油として機能する。ころ端面への油付着は、全ころに公転位置に関係なく定常的に生じることになり、ころ端面での潤滑油の希薄なスターベーションを抑制できる。
【０００８】
この発明において、前記ノズルは、円すいころ軸受と同心の円環状のスリットとしたものであっても良い。この構成の場合、ノズルが円すいころ軸受と同心の円環状のスリットとされているから、このノズルから、エアオイルが内輪と外輪間の軸受内空間に対し周方向に均等に供給されることになり、軸受の回転に伴って生じるポンピング作用とも相俟って、潤滑必要部位へのエアオイルの供給および油の付着が効果的になされる。
【０００９】
この発明において、前記ノズルの吐出口の径方向位置を、軸受背面側の端部における保持器の内径縁と内輪の外径縁との間の位置としてもよい。ノズルの吐出口の位置をこのように設定することにより、ノズルの吐出口から貫通孔へのエアオイルの吸引流入が円滑になされ、上記潤滑機能がより効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受のころを、両端に貫通した貫通孔を有する中空ころとし、前記円すいころ軸受の背面側に隣合って、内輪と外輪間の軸受内空間へ潤滑用のエアオイルを供給するノズルを設けたため、ノズルより供給されるエアオイルは、軌道面ところの外径面との間に付着してその潤滑用として供されると共に、軸受の回転に伴うポンピング作用によって、貫通孔に流入して正面側のころ大端部分の潤滑にも供され、軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、またころ端面における潤滑油の希薄なスターベーションの生じない高速運転に適したものとなる。また、軸受背面側からのエアオイルの供給のみによって、軸受正面側の摺動部の潤滑が効果的になされ、部品点数の削減およびエアオイルの消費エア量の削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１はこの実施形態の円すいころ軸受の潤滑構造を備えた高速スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置２４は工作機械に応用されるものであり、主軸２５の前側（加工側）端部に工具またはワークのチャックが取付けられる。主軸２５は、軸方向に離れた複数（ここでは２つ）の円すいころ軸受１により支持されている。各円すいころ軸受１の内輪２は主軸２５の外径面に嵌合し、外輪３は軸受箱２６の内径面に嵌合している。主軸前側の円すいころ軸受１については、その内輪２が主軸２５の段面２５ａにより、外輪３が第１の外輪間座６を介して押さえ蓋２８Ａにより、軸受箱２６内に固定されている。主軸後側の円すいころ軸受１については、その内輪２が内輪位置決め間座２７により、外輪３が第１の外輪間座６を介して押さえ蓋２８Ｂにより、軸受箱２６内に固定されている。軸受箱２６は、内周軸受箱２６Ａと外周軸受箱２６Ｂの二重構造とされ、内外の軸受箱２６Ａ，２６Ｂ間に冷却溝２９が形成されている。両円すいころ軸受１の外輪３の背面側にはそれぞれ第２の外輪間座７が配置され、これら外輪間座７間に内周軸受箱２６Ａが介在している。両円すいころ軸受１の内輪２間には内輪間座３０が介在している。主軸２５の後端部には、内輪位置決め間座２７に押し当てて円すいころ軸受１を固定する軸受固定ナット３１が螺着されている。
【００１２】
前記押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには、円すいころ軸受１をエアオイル潤滑するためのエアオイル供給源であるエアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂからエアオイルを導入するエアオイル導入孔３３がそれぞれ設けられ、これらエアオイル導入孔３３は内周軸受箱２６Ａに設けられたエアオイル供給路３４に連通している。また、押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには排油孔３５が設けられ、これら排油孔３５は内周受箱２６Ａに設けられた排油路３６に連通している。エアオイル潤滑は、搬送エアに潤滑油を混合して給油するものである。
【００１３】
図２および図３の断面図に示すように、円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３間に介在した転動体である円すいころ４とを有する単列の円すいころ軸受である。内輪２は、外径面に円すい面とされた軌道面２ａを有し、外径の大径側および小径側に大鍔２ｂおよび小鍔２ｃをそれぞれ有する。外輪３は、内輪２の軌道面２ａに対向する内径面に円すい面とされた軌道面３ａを有する。上記軌道面２ａ，３ａ間に複数個の円すいころ４が転動自在に介在している。これら円すいころ４は、保持器５により円周方向に所定間隔を隔てて保持されている。円すいころ４は、両端に貫通する貫通孔４ａを軸方向に沿ってその中心部に有する中空ころとされている。なお、図３では、保持器５の図示を省略している。
【００１４】
上記スピンドル装置２４における円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受１の背面側に隣接して円すいころ軸受１にエアオイルを供給する給油路８を有する外輪間座７を配置したものである。外輪間座７の給油路８は、前記内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４に連通する。外輪間座７は、間座本体部７ａと、スリット形成部品７ｂとで構成され、間座本体部７ａに給油路８が形成されている。また、間座本体部７ａの内径面とスリット形成部品７ｂの外径面との間に円すいころ軸受１と同心の円環状スリットノズル９が形成されている。このスリットノズル９は、その隙間寸法が０．０５〜０．１ｍｍとされる。上記給油路８は、間座本体部７ａの外形面から内径側に向けて延び、間座本体部７ａの内径面全周に渡って形成された円周溝９ａに開口し、この円周溝９ａを介して前記スリットノズル９が給油路８に連通している。このスリットノズル９の吐出口９ｂの径方向位置は、軸受背面側の端部における保持器５の内径縁と、内輪２の小鍔２ｃの外径縁との間の位置とされている。内周軸受箱２６Ａのエアオイル供給路３４から給油路８に供給されたエアオイルは、スリットノズル９の吐出口９ｂから内輪２と外輪４との軸受空間Ｓにおける保持器５の内径側に向け吐出される。
【００１５】
上記２つの外輪間座６，７は、軸受１の外輪３を取付けた内周軸受箱２６Ａに取付られる。この第１の外輪間座６の外輪３側の部分には、一端がころ４の大端面４ｂ側に、他端が外輪間座６の外径面側に開口する排油孔６ａが形成されている。また、第２の外輪間座７の外輪３側の部分には、一端がころ４の小端面４ｃ側に、他端が外輪間座７の外径面側に開口する排油孔７ｃが形成されている。軸受１内に潤滑油として供給されたエアオイルは、外輪間座６，７に設けられた各排油孔６ａ，７ｃから、内周軸受箱２６Ａの排油路３６（図１）を経て外部に排出される。
【００１６】
上記円すいころ軸受の潤滑構造の作用を説明する。エアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂから供給されるエアオイルは、軸受箱２６のエアオイル供給路３４を経て外輪間座７の給油路８に到達する。給油路８に到達したエアオイルは、円周溝９ａからスリットノズル９によって加速され、吐出口９ｂより吐出されて円すいころの小端面４ｃ部に噴射される。スリットノズル９より吐出されたエアオイルは、軸受の回転により生じるポンピング作用によって２通りの流れとなって、円すいころ軸受１内を通過しながら、円すいころ軸受１の潤滑を行う。
１つは、円すいころ軸受１の背面側から正面側に向けた外輪３の軌道面３ａに沿った流れである。回転に伴う遠心力によりエアオイルは、外輪軌道面３ａ方向に飛ばされ、外輪３の小径側（背面側）より大径側（正面側）に向けた軌道面３ａに沿う流れとなる。この時、エアオイル中の油は、遠心力で外輪３の軌道面３ａに付着し、円すいころ４の転動面との転がり部の潤滑油として供される。
【００１７】
もう１つの流れは、円すいころ４の貫通孔４ａ内の流れである。円すいころ４の貫通孔４ａは、各円すいころ４の軸受背面側開口部４ａａの中心を結ぶ円周の径が、軸受正面側開口部４ａｂの中心を結ぶ円周の径より小となる傾斜構造であるため、貫通孔４ａ内でポンピング作用が生じ、軸受背面側開口部４ａａ近傍の空気は、貫通孔４ａ内に吸引され正面側に移動して排気される。この時スリットノズルから吐出されたエアオイルａも軸受背面側開口部４ａａから貫通孔４ａ内に吸引（図３の矢印ｂ参照）される。貫通孔４ａ内では、円すいころ４の自転および公転による遠心力でエアオイル中の油が貫通孔４ａの内壁面に付着し、正面側方向に付着流れてとなって移動（図３の矢印ｃ参照）する。
【００１８】
正面側開口部４ａｂに達した油は、貫通孔４ａの壁面から正面側開口部４ａｂのエッジ部よりころ大端面４ｂへと付着しながら移動する（図３の矢印ｄ参照）。ころ大端面４ｂに移動した油は、内輪２の大鍔２ｂところ大端面４ｂとの間の摺動部であって、潤滑油を最も必要とする部位に確実に供給され、この摺動部の潤滑油として供される。また、ころ大端面４ｂへの油の移動は全数の円すいころ４においてなされるから、全周の円すいころ４で潤滑作用が期待でき、内輪２の大鍔２ｂところ大端面４ｂとの間における、潤滑油の希薄なスターベーションの抑制に効果的となり、攪拌抵抗も小さくなる。これによって円すいころ軸受１の高速回転が可能となる。
【００１９】
このように円すいころ４を、貫通孔４ａを有する中空ころとしているから、軸受正面側にエアオイル供給手段を設けなくても、軸受背面側からのエアオイルの供給のみによって、軸受正面側の内輪２の大鍔２ｂところ大端面４ｂとの間の摺動部の潤滑が効果的になされ、部品点数の削減およびエアオイルの消費エア量の削減が可能となって、潤滑構造が簡易となる。また、全数のころ４から、各々の鍔部潤滑用油が定常的に供給されるため、ころ大端面４ｂにおける潤滑油の希薄なスタベーションが生じ難くなり、より高速化が可能となる。
なお、正面側開口部４ａｂからころ大端面４ｂへの繋がり部分４ａｃをＲ面とすることにより、ころ大端面４ｂからの油飛散を防ぎ、ころ大端面４ｂへの油移動がより効果的になされる。
【００２０】
また、スリットノズル９は、円すいころ軸受１と同心の円環状とされているから、吐出口９ｂから吐出するエアオイルが、全数の円すいころ４に対して均等に作用し、ころ大端面４ｂにおける潤滑油のスターベーションの抑制がより効果的となる。さらに、スリットノズル９の吐出口９ｂの径方向位置が、軸受背面側の端部における保持器５の内径縁と、内輪２の小鍔２ｃの外径縁との間の位置とされているから、吐出口９ｂから吐出されたエアオイルの軸受背面側開口部４ａａから貫通孔４ａ内への吸引が効率的になされ、ノズルを使用してエアオイルをころまたは保持器に直接噴射する場合に比べて、風切音の発生が小さくなり、低騒音化が可能となる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、単列の円すいころ軸受の例を述べたが、複列の円すいころ軸受であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態にかかる円すいころ軸受の潤滑構造を備えたスピンドル装置の断面図である。
【図２】同円すいころ軸受の潤滑構造の拡大断面図である。
【図３】図２のさらに拡大図であり、エアオイルの流れを示す図である。
【図４】従来の円すいころ軸受の潤滑構造を備えたスピンドル装置の断面図である。
【図５】同円すいころ軸受の潤滑構造の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…円すいころ軸受
２…内輪
３…外輪
４…円すいころ
４ａ…貫通孔
５…保持器
９…スリットノズル
ａ…エアオイル
Ｓ…軸受空間
【図１】
2007303571.tif 000003
【図２】
2007303571.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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