(57)【要約】【課題】  軸受を効率良く冷却することができ、転動体付近に発生する旋回流からなるエアカーテンと冷却用流体との衝突音を効果的に抑制することができる軸受装置の冷却構造を提供する。【解決手段】  この軸受装置は、転がり軸受１の外輪２および内輪３にそれぞれ隣接して外輪間座４および内輪間座４が配置されている。外輪２および外輪間座４はハウジング８に設置され、内輪３および内輪間座５は回転軸９に嵌合する。外輪間座４に、内輪３の外周面３ｂに向けて冷却用流体Ｒを噴射するノズル１２を、このノズル１２の吐出口１２ａ側を内輪３の回転方向の前方へ向けて設ける。このノズル１２の軸方向に対する傾斜角度αを５０°ないし９０°の範囲内とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の外輪および内輪にそれぞれ隣接して外輪間座および内輪間座が配置され、前記外輪および前記外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および前記内輪間座が回転軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪の外周面に向けて冷却用流体を噴射するノズルを、このノズルの吐出口側を前記内輪の回転方向の前方へ向けて設け、このノズルの軸方向に対する傾斜角度を５０°ないし９０°の範囲内とし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、前記冷却用流体は圧縮エアと油の混合物である軸受装置の冷却構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズルの前記吐出口が、前記転がり軸受の端面よりも軸方向内側に位置する軸受装置の冷却構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記冷却用流体は圧縮エアと油の混合物であり、前記ノズルにより前記冷却用流体が吹き付けられる前記内輪の外周面は、端面側に近づくに従い外径が小さくなる傾斜面である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、前記傾斜面である前記内輪の外周面に円周溝を設け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、前記回転軸は工作機械の主軸である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、工作機械の主軸装置におけ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、装置の温度上昇は小さく抑える必要がある。しかしながら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、装置の発熱要因ともなってきている。
【０００３】
軸受回転中の発熱は、軌道輪と転動体の接触面圧の増加を招き、軸受損傷のリスクを大きくする。このため、主軸の高速化、高精度化を考えると、発熱による軸受の温度上昇を極力抑えたい。軸受の温度上昇を抑えるための手段として、エアと油の混合物、またはエアのみからなる冷却用流体を運転中の軸受に噴射して冷却する方法がある。
【０００４】
運転中の軸受に冷却用流体を噴射して軸受冷却効果を向上させれば、より高速で運転することができる。しかし、公転する転動体付近には軸回りの旋回流からなるエアカーテンが発生し、このエアカーテンに向かって大量の冷却用流体を噴射すると衝突音が発生する。衝突音は騒音の原因となる。そこで、冷却用流体を噴射するノズルの向きを主軸の回転方向の前方へ向けて傾斜させることで、騒音を軽減させることが行われている（例えば、特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５１５０２２号
【特許文献２】特開２００４−１４２０２２号公報
【特許文献３】特開２０１４−０６２６１６号公報
【特許文献４】特開２０１４−０６２６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２は、エアカーテンの旋回流れに沿って冷却用流体を噴射することで、エアカーテンと冷却用流体との衝突音をある程度抑制することができるが、エアカーテンに向かって冷却用流体を噴射していることに変わりがないため、衝突音が少なからず発生し、十分な騒音対策とはなっていない。
【０００７】
特許文献３は、外輪間座に設けたノズルから内輪間座の外周面に向けて冷却用流体を噴射しているため、エアカーテンと冷却用流体との衝突音を抑制することができる。しかし、内輪間座を介して内輪を冷却することとなるため、冷却用流体で軸受を直接冷却する場合に比べて冷却能力が劣る。
【０００８】
特許文献４は、外輪間座に設けたノズルの吐出口を内輪の外周面近くまで延ばし、冷却用流体を内輪の外周面に吹き付けることで、エアカーテンと冷却用流体とが直接衝突することを避けて騒音の発生を抑制しつつ、軸受を効率良く冷却することが期待できる。但し、内輪の外周面に向けて噴射する冷却用流体の角度が適正でないと、騒音の低減および冷却性能の向上に十分な効果が得られないことが考えられ、冷却用流体の角度が適正に定めることが必要である。
【０００９】
この発明の目的は、軸受を効率良く冷却することができ、転動体付近に発生する旋回流からなるエアカーテンと冷却用流体との衝突音を効果的に抑制す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】
【００１０】
この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受の外輪および内輪にそれぞれ隣接して外輪間座および内輪間座が配置され、前記外輪および前記外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および前記内輪間座が回転軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪の外周面に向けて冷却用流体を噴射するノズルを、このノズルの吐出口側を前記内輪の回転方向の前方へ向けて設け、このノズルの軸方向に対する傾斜角度を５０°ないし９０°の範囲内としたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、外輪間座に設けたノズルから冷却用流体を内輪の外周面に向けて噴射することで、内輪を冷却用流体によって直接冷却する。ノズルの吐出口側を内輪の回転方向の前方へ向けて設けたため、冷却用流体が内輪の外周面と接する時間が長く、冷却効果が大きい。冷却用流体によって内輪が冷却され、その結果、内外輪温度差が低減される。
【００１２】
また、ノズルの吐出口側を内輪の回転方向の前方へ向けて設けたため、ノズルの吐出口から噴射される冷却用流体と、転動体の公転により生じる旋回流からなるエアカーテンとの流速差が小さくなり、エアカーテンと冷却用流体との衝突音を抑制することができる。ただし、ノズルの吐出口の中心軸の傾斜角度が小さ過ぎると、ノズルから噴射される冷却用流体がエアカーテンに衝突するときの両者の流速差が大きくなり、衝突音も大きくなる。このため、前記傾斜角度を５０°ないし９０°の範囲内とするのが良い。
【００１３】
この発明において、前記冷却用流体は圧縮エアと油の混合物であってもよい。この場合、軸受の冷却と同時に軸受の潤滑も行うことができる。
【００１４】
この発明において、前記ノズルの前記吐出口が、前記転がり軸受の端面よりも軸方向内側に位置していてもよい。
ノズルの吐出口が転がり軸受の端面よりも軸方向内側に位置していると、ノズルの吐出口と内輪の外周面との距離が近くなり、冷却用流体を効果的に内輪の外周面に吹き付けることができ、冷却効果が向上する。また、冷却用流体がエアカーテンに直接衝突しないため、騒音の発生を抑えることができる。
【００１５】
この発明において、前記冷却用流体が圧縮エアと油の混合物である場合、前記ノズルにより冷却用流体が吹き付けられる前記内輪の外周面は、端面側に近づくに従い外径が小さくなる傾斜面であるとよい。
冷却用流体が内輪の外周面に吹き付けられると、そのうちの油が内輪の外周面に付着する。この付着した油が、内輪の回転による遠心力により、傾斜面である内輪の外周面の外径側となる軸方向中心側へ流れて、潤滑が必要な転動体に供給される。
【００１６】
この発明において、前記傾斜面である前記内輪の外周面に円周溝を設けてもよい。
円周溝が設けられていると、内輪の外周面に吹き付けられた冷却用流体が円周溝内に一時的滞留し、冷却用流体中の油が内輪の外周面に良好に付着するため、潤滑性が向上する。
【００１７】
この発明の軸受装置の冷却構造は、上記作用・効果を有するので、工作機械の主軸に支持に好適である。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受の外輪および内輪にそれぞれ隣接して外輪間座および内輪間座が配置され、前記外輪および前記外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および前記内輪間座が回転軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪の外周面に向けて冷却用流体を噴射するノズルを、このノズルの吐出口側を前記内輪の回転方向の前方へ向けて設け、このノズルの軸方向に対する傾斜角度を５０°ないし９０°の範囲内としたため、転動体付近に発生する旋回流からなるエアカーテンと冷却用流体との衝突音を効果的に抑制することができる。また、ノズルの軸方向に対する傾斜角度を５０°ないし９０°の範囲内としたため、冷却用流体が内輪の外周面と接する時間が長く、冷却効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図、（Ｂ）は一部を省略したＩＢ矢視図である。
【図２】（Ａ）はこの発明の第２の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図、（Ｂ）は一部を省略したIIＢ矢視図である。
【図３】（Ａ）はこの発明の第３の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図、（Ｂ）は一部を省略したIIIＢ矢視図、（Ｃ）は一部を省略したIIIＣ矢視図である。
【図４】図１に示す軸受装置を用いた工作機械の主軸装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの発明の第１の実施形態を示す。この軸受装置の冷却構造は、転がり軸受１と、この転がり軸受１の外輪２および内輪３にそれぞれ隣接して配置された外輪間座４および内輪間座５とで構成される。転がり軸受１は例えばアンギュラ玉軸受であり、内外輪３，２の軌道面３ａ，２ａ間に複数の転動体６が介在している。各転動体６は、保持器７により円周等配に保持される。外輪２および外輪間座４はハウジング８にすきま嵌めで設置され、内輪３および内輪間座５は回転軸９に締まり嵌めで嵌合される。内輪３の外周面における前記軌道面３ａから内輪間座５側の端面にかけての部分は、端面側に近づくに従い外径が小さくなる傾斜面３ｂとされている。
【００２１】
前記外輪間座４は、転がり軸受１に面する側の内径側部分が円周に渡って切り欠かれた外輪間座本体１０と、この外輪間座本体１０の前記切り欠かれた箇所に嵌まるリング状のノズル部材１１とで構成される。ノズル部材１１は、転がり軸受１に冷却用流体Ｒを供給するノズル１２を有する。ノズル１２は、ノズル部材１１における軸受内に突出する突出部１１ａに設けられ、吐出口１２ａが前記突出部１１ａの内周面に開口している。突出部１１ａの内周面は、内輪３の外周面の前記傾斜面３ｂとすきま１３を介して対向している。傾斜面３ｂにおける吐出口１２ａと対向する軸方向位置には、円周溝１４が設けられている。
【００２２】
前記ノズル１２は、円周方向に等配で複数個（例えば３個）設けられている。各ノズル１２は直線状であって、図１（Ｂ）に示すように、吐出口１２ａ側を内輪３の回転方向の前方へ傾斜させてある。軸受装置１の軸方向に対するノズル１２の吐出口１２ａの中心軸の傾斜角度αは、５０°ないし９０°の範囲内としてある（５０°≦α≦９０°）。より好ましくは、傾斜角度αは、６０°ないし８５°の範囲内である（６０°≦α≦８５°）。
【００２３】
外輪間座本体１０およびノズル部材１２には、ノズル１２に冷却用流体Ｒを導入する導入経路１５が設けられている。導入経路１５は、外輪間座本体１０の外周面に形成された複数（ノズル１２と同数）の外部導入口１６と、この外部導入口１６から内径側へ延びる径方向孔１７、この径方向孔１７の孔底部から軸方向に延びる軸方向孔１８とからなる。軸方向孔１８は、外輪間座本体１０とノズル部材１２とに渡って形成されている。そして、軸方向孔１８の先端が、ノズル１２の吐出口１２ａと反対側端と連通している。
【００２４】
この実施形態の軸受装置では、冷却用流体Ｒとして、圧縮エアにより液状の油を搬送するエアオイルが使用される。主軸装置の外部にはエアオイル供給装置（図示せず）が設けられており、このエアオイル供給装置から供給されるエアオイルからなる冷却用流体Ｒが、ハウジング８内のエアオイル供給経路１９および外輪間座４内の導入経路１５を通ってノズル１２に送られる。
【００２５】
この軸受装置の冷却構造の作用について説明する。
ノズル１２から噴射された冷却用流体Ｒは、内輪３の傾斜面３ｂに吹き付けられて、内輪３を直接冷却する。ノズル１２の吐出口１２ａが転がり軸受１の端面よりも軸方向内側に位置しており、ノズル１２の吐出口１２ａと内輪３の傾斜面３ｂとの距離が近いため、冷却用流体Ｒを内輪３の傾斜面３ｂに効果的に吹き付けることができる。また、ノズル１２の吐出口１２ａ側が内輪３の回転方向の前方へ向いているため、冷却用流体Ｒが内輪３の傾斜面３ｂと接する時間が長く、冷却効果が大きい。内輪３の傾斜面３ｂに当たった後の冷却用流体Ｒは、内輪３の傾斜面３ｂに沿って軸受の軸方向内側へ流れて、転動体６を冷却する。転動体６は、先に冷却された内輪３によっても冷却される。このように、冷却用流体Ｒで軸受の発熱源である内輪３および転動体６を冷却することにより、軸受を効率良く冷却することができる。
【００２６】
転動体６の周辺には転動体６の公転による軸回りの旋回流からなるエアカーテンが生じているが、ノズル１２で冷却用流体Ｒを内輪３の傾斜面３ｂに向けて噴射するため、冷却用流体Ｒが前記エアカーテンと直接衝突しない。また、ノズル１２は吐出口１２ａの側を内輪３の回転方向の前方へ向けて設けてあるため、ノズル１２から噴射される冷却用流体Ｒとエアカーテンとの流速差が小さくなり、エアカーテンと冷却用流体Ｒとの衝突音を抑制することができる。
【００２７】
ただし、ノズル１２の吐出口１２ａの中心軸の傾斜角度αが小さ過ぎると、ノズル１２から噴射される冷却用流体Ｒがエアカーテンに衝突するときの両者の流速差が大きくなり、衝突音も大きくなる。このため、傾斜角度αは前述したように、５０°≦α≦９０°とするのが望ましい。ノズル１２の加工、潤滑信頼性、騒音低減等を総合的に判断すると、傾斜角度αは、６０°≦α≦８５°とするのがより好ましい。
【００２８】
内輪３の傾斜面３ｂに吹き付けられた冷却用流体Ｒのうちの油は、内輪３の傾斜面３ｂに付着する。この付着した油が、内輪３の回転による遠心力により傾斜面３ｂの外径側となる軸方向中心側へ付着した状態のまま流れて、潤滑が必要な転動体６に供給される。特に、この実施形態のように、傾斜面３ｂに円周溝１４が設けられていると、傾斜面３ｂに吹き付けられた冷却用流体Ｒが円周溝１４内に一時的滞留し、冷却用流体Ｒ中の油が傾斜面３ｂに良好に付着するため、潤滑性が向上する。
【００２９】
図２はこの発明の第２の実施形態を示す。この軸受装置の冷却構造は、ノズル１２の吐出口１２ａの中心軸の傾斜角度αが、内輪回転方向と平行なα＝９０°としてある。ノズル１２は、導入経路１５の軸方向孔１８の先端から、内輪回転方向と垂直で内径側へ斜めに延びる第１のノズル孔部１２Ａと、このノズル孔１２Ａの先端から、内輪３の回転方向と平行で内径側へ延びる第２のノズル孔部１２Ｂとで構成される。各ノズル孔部１２Ａ，１２Ｂはいずれも、貫通孔として形成した後、その貫通孔の要閉塞箇所を栓材２１，２２により塞いである。
【００３０】
このようにノズル１２を構成すると、吐出口１２ａの中心軸の傾斜角度αを内輪３の回転方向と平行な９０°とすることができる。それにより、冷却用流体Ｒと内輪３の傾斜面３ｂとの接触時間を長くして、軸受冷却効果を大きくすることができると共に、冷却用流体Ｒとエアカーテンとの速度差を小さくして、衝突音をより小さくすることができる。ただし、このノズル孔１２は複雑な形状であるため、第１のノズル孔部１２Ａおよび第２のノズル孔部１２Ｂとなる２本の貫通孔を設け、さらにこの貫通孔の一部を栓材２１，２２で塞ぐという面倒な加工を行う必要があるのが難点である。
【００３１】
図３はこの発明の第３の実施形態を示す。この軸受装置の冷却構造は、第１および第２の実施形態と異なり外輪間座４が一つの部材からなり、軸受内に突出する突出部１１ａを有しておらず、ノズル１２の吐出口１２ａが内輪３の端面よりも軸方向外側の位置に開口している。吐出口１２ａの中心軸の向きは、内輪３の傾斜面３ｂを向き、かつ軸受装置１の軸方向に対する傾斜角度αは、５０°ないし９０°の範囲内である。ノズル１２に冷却用流体Ｒを導入する導入経路１５は、外部導入口１６と径方向孔１７とでなり、径方向孔１７の先端が、ノズル１２の吐出口１２ａと反対側端と連通している。
【００３２】
この軸受装置の冷却構造の場合、ノズル１２から内輪３の傾斜面３ｂに向けて冷却用流体Ｒが噴射されるが、ノズル１２の吐出口１２ａと傾斜面３ｂとの間に距離があるため、冷却用流体Ｒに含まれる油の多くは傾斜面３ｂに付着せずに、転動体６に直接付着する。その際、油を含む冷却用流体Ｒがエアカーテンを突き破って転動体６側へ流れるようにするために、冷却用流体Ｒの流速のうちの軸方向の分力を大きく保つ必要がある。そのため、傾斜角度αをあまり大きくすることが難しく、図１および図２の軸受装置の冷却構造と比較して、騒音低減効果が劣ると考えられる。
【００３３】
図４は、図１の軸受装置を工作機械の主軸の支持に用いた状態を示す。この場合、主軸である回転軸９は一対の転がり軸受１により支持される。よって、軸受装置は、一対の転がり軸受１と、両転がり軸受１間に介在する各１個の外輪間座４および内輪間座５とでなる。この場合の外輪間座４は、断面略Ｔ字形状の外輪間座本体１０と、この外輪間座本体１０におけるＴ字の縦部分に相当する部位の両側に配置された一対のリング状のノズル部材１１，１１とで構成され、各ノズル部材１１の記突出部１１ａの内周面にノズル１２の吐出口１２ａが開口している。
【００３４】
ハウジング８には、前記エアオイル供給経路１９とは別に、排気経路２１が設けられている。排気経路２１は、外輪間座本体１０における円周方向の一部に設けられた外輪間座側排気溝２２と、ハウジング８に設けられ前記排気溝２２に連通するハウジング側排気溝２３と、このハウジング側排気溝２３とハウジング８の外部とを連通する軸方向に延びる排気孔２４とを有する。ノズル１２から噴射された冷却用流体Ｒの一部は、軸受内を軸方向に通過してハウジング８の外部に放出され、残りは排気経路２１を経由してハウジング８の外部に排気される。
【００３５】
図１の軸受装置の冷却構造は、先に説明したように、転がり軸受１を効率良く冷却することができ、転動体６付近に発生するエアカーテンと冷却用流体Ｒの衝突音を抑制することができ、かつ転がり軸受１を良好に潤滑することができるので、工作機械の主軸の支持に好適である。図２または図３の軸受装置の冷却構造を、工作機械の主軸の支持に適用してもよい。
【００３６】
上記各実施形態では、冷却用流体Ｒを、圧縮エアにより液状の油を搬送するエアオイルとしたが、圧縮エアにより霧状の油を搬送するオイルミストとしてもよい。また、冷却用流体Ｒが、油は含まない圧縮エア単独からなるものであってもよい。
【００３７】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
３ｂ…傾斜面（外周面）
４…外輪間座
５…内輪間座
８…ハウジング
９…回転軸
１２…ノズル
１２ａ…吐出口
Ｒ…冷却用流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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