(57)【要約】【課題】良好な排油性を有し、軸受に対する潤滑油過多や軸受の異常発熱を抑制することができる主軸装置用アンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】主軸装置用アンギュラ玉軸受７０では、外周面に内輪軌道面７２ａを有する内輪７２と、内周面に外輪軌道面７１ａを有する外輪７１と、内輪軌道面７２ａと外輪軌道面７１ａとの間に接触角を持って配置される複数の玉７３と、内輪７２の周囲に、外輪７１に隣接して配置される外輪間座７５と、を有する。外輪間座７５には、軸受７０の内部空間と連通する排油穴７５ａが径方向に亘って形成される。排油穴７５ａ内には、負圧発生装置１０３の吸引力によって、負圧が作用する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に接触角を持って配置される複数の玉と、
前記内輪の周囲に、該外輪に隣接して配置される外輪間座と、
を有し、工具を取り付け可能な回転軸をハウジングに対して回転自在に支持するとともに、オイル潤滑によって潤滑される主軸装置用アンギュラ玉軸受であって、
前記外輪間座には、前記軸受の内部空間と連通する排油部が径方向に亘って形成され、
該排油部内には、軸受外部からの吸引力によって、負圧が作用することを特徴とする主軸装置用アンギュラ玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸装置用アンギュラ玉軸受に関し、より詳細には、多軸制御の工作機械等に適用され、外部から潤滑油が供給される、高速回転可能な主軸装置用アンギュラ玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、５軸加工機や複合加工工作機械のような多軸制御される工作機械では、工具が取り付けられる回転軸が、水平位置と垂直位置との間、或いは、３６０度全域に亘って旋回可能な、チルトタイプの主軸装置が使用されている。
【０００３】
このような主軸装置では、内部に配置された軸受を潤滑する方式として、エアを利用して、外部から軸受内部に微量の潤滑油を供給するオイルエア潤滑方式やオイルミスト潤滑方式、また、潤滑油を軸受内部に間欠的に高速度で直接噴射する直接噴射方式が採用されている。
【０００４】
例えば、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑では、図１０に示すように、ノズル９０１から軸受９００に潤滑油を供給するとともに、外輪９００ａや間座９０２に形成された排油穴９０３ａや排油溝９０３ｂからハウジング９０４の排油通路９０５を経て外部に排出される構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開昭６３−１３９３２４号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の工作機械用主軸装置では、重力作用により潤滑油をハウジング９０４の排油通路９０５を介して自然に排油するものであるが、軸受内部やその周辺に潤滑のために使用された潤滑油が排出しきれない可能性がある。特に、ｄｍ・Ｎ５０万以上、さらに軸受内部の残油量が潤滑条件に敏感に作用するｄｍ・Ｎ１００万以上で高速回転可能な主軸装置においては、潤滑油過多や攪拌抵抗によって異常発熱を生じる可能性がある。また、チルトタイプの主軸装置に適用した場合には、主軸装置の姿勢変化により、一端排油穴９０３ａや排油溝９０３ｂ内に排出された潤滑油が軸受内部に戻り、潤滑油過多や攪拌抵抗によって異常発熱を生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な排油性を有し、潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる主軸装置用アンギュラ玉軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に接触角を持って配置される複数の玉と、
前記内輪の周囲に、該外輪に隣接して配置される外輪間座と、
を有し、工具を取り付け可能な回転軸をハウジングに対して回転自在に支持するとともに、オイル潤滑によって潤滑される主軸装置用アンギュラ玉軸受であって、
前記外輪間座には、前記軸受の内部空間と連通する排油部が径方向に亘って形成され、
該排油部内には、軸受外部からの吸引力によって、負圧が作用することを特徴とする主軸装置用アンギュラ玉軸受。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の主軸装置用アンギュラ玉軸受によれば、外輪間座に形成される排油部内には、軸受外部からの吸引力によって、負圧が作用するので、軸受内部の余分な潤滑油を排油穴を介して速やかに排出することができる。特に、チルトタイプの主軸装置では、その姿勢が変化した場合であっても、排出されるはずの排油穴内の潤滑油が軌道面に戻ることが防止され、潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる。
【０００９】
また、軸受の内部空間と連通する、径方向に亘って形成される排油部が、外輪間座に形成されるので、排油部を外輪に加工する必要がなく、加工性の良い構成となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る主軸装置用アンギュラ玉軸受について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の軸受を備えた主軸装置が組み込まれる、複合加工工作機械としての門形マシニングセンタを示す。門形マシニングセンタ１では、ベッド２の上にテーブル３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２の両側には一対のコラム４が立設されている。コラム４の上端にはクロスレール５が架設されており、クロスレール５には、サドル６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム７が支持されており、ラム７の下端には、主軸装置２０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド８が装着されている。
【００１２】
主軸ヘッド８には、主軸装置２０のブラケット２１を挟むように一対の支持アーム９が設けられており、一対の支持アーム９は、ブラケット２１の両側面に固定された図示しない一対の旋回シャフトを回転可能に支持する。これにより、主軸装置２０は、主軸ヘッド８側に設けられた図示しない駆動機構によって一対の支持アーム９に対してＹ軸回りに旋回可能であり、水平位置と垂直位置との間、或いは、３６０度全域に亘って取付姿勢を変化することができるチルトタイプを構成する。
【００１３】
図２に示すように、主軸装置２０は、モータビルトイン方式であり、その軸方向中心部には、中空状の回転軸２２が設けられ、回転軸２２の軸芯には、ドローバ２３が摺動自在に挿嵌されている。ドローバ２３は、工具ホルダ２４に取付けられたプルスタッド２５を、クランプボール２６を介して、皿ばね２７の力によって反工具側方向（図の右方向）に付勢しており、工具ホルダ２４は、回転軸２２のテーパ面２８と嵌合する。工具ホルダ２４には図示しない工具が取り付けられており、この結果、回転軸２２は、一端（図の左側）に工具をクランプして、工具を取り付け可能としている。
【００１４】
また、回転軸２２は、その工具側を支承する２列の前側軸受６０，７０と、反工具側を支承する１列の後側軸受８０とによって、ブラケット２１（図１参照。）に固定されたハウジングＨを構成する外筒２９に回転自在に支持されている。
【００１５】
前側軸受６０，７０と後側軸受８０間における回転軸２２の外周面には、ロータ３０が焼き嵌めされたロータスリーブ３１が外嵌されている。また、ロータ３０の周囲に配置されるステータ３２は、ステータ３２に焼き嵌めされた冷却ジャケット３３を外筒２９に内嵌することで、外筒２９に固定される。従って、ロータ３０とステータ３２はモータを構成し、ステータ３２に電力を供給することでロータ３０に回転力を発生させ、回転軸２２を回転させる。
【００１６】
また、外筒２９と反工具側で固定されたハウジングＨを構成する後蓋３４には、工具アンクランプピストン３５を摺動自在に内嵌したハウジングＨを構成する工具アンクランプシリンダ３６が固定されている。よって、工具を交換する際には、油路３７から油圧室３８に作動油を導き、工具アンクランプピストン３５を工具側（図の左側）へ前進させることにより、ドローバ２３を工具側（図の左側）へ前進させて、工具をアンクランプする。
【００１７】
前側軸受６０，７０は、外輪６１，７１と、内輪６２，７２と、接触角を持って配置される転動体としての玉６３，７３と、玉６３，７３を略等間隔で保持する外輪案内の保持器６４，７４と、内輪７２の周囲に、外輪７１に隣接して配置される外輪間座６５，７５と、をそれぞれ有するアンギュラ玉軸受であり、背面組み合わせとなるように配置されている。また、後側軸受８０は、外輪８１と、内輪８２と、転動体としての円筒ころ８３と、円筒ころ８３を略等間隔で保持する外輪案内の保持器８４と、を有する円筒ころ軸受である。
【００１８】
前側軸受６０，７０の外輪６１，７１は外筒２９に内嵌されており、且つ外筒２９にボルト締結された前側軸受外輪押え３９によってノズル付き外輪間座４０を介して外筒２９に対し軸方向に固定されている。また、前側軸受６０，７０の内輪６２，７２は、回転軸２２に外嵌されており、且つ回転軸２２に締結されたナット４１によって内輪間座４２を介して回転軸２２に対し軸方向に固定されている。
【００１９】
後側軸受８０の外輪８１は後蓋３４に内嵌されており、且つ後蓋３４にボルト締結された後側軸受外輪押え４３によって後蓋３４に固定されている。後側軸受８０の内輪８２は、回転軸２２に形成されたテーパ面４４とテーパ嵌合されており、回転軸２２に締結された他のナット４５によって、内輪間座４６及び速度センサ４７の被検出部４８を介して位置決めされている。
【００２０】
なお、後側軸受外輪押え４３の反工具側には、被検出部４８と径方向に対向する位置に速度センサ４７の検出部４９が固定されており、回転軸２２の回転速度を検出する。また、前側軸受外輪押え３９の工具側端面には、フロントカバー５０がボルト固定されている。
【００２１】
ここで、図２〜図４に示すように、ハウジングＨを構成する外筒２９、後蓋３４、工具アンクランプシリンダ３６には、前側軸受６０，７０及び後側軸受８０をそれぞれ潤滑するための複数の給油通路（ハウジングＨの給油用穴）９０，９１，９２が形成されており、これら経路９０，９１，９２の一端側には、潤滑油を送り込む潤滑装置９３が図示しない配管を介してそれぞれ取り付けられている。なお、潤滑装置９３によって供給される潤滑方式は、オイル潤滑であればよく、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のいずれであってもよい。
【００２２】
例えば、オイルエア潤滑の場合、給油通路９０，９１，９２の他端側は、外輪間座４０に形成されたノズル４０ａ（図２参照。），４０ｂ（図３参照。）、後側軸受外輪押え４３に形成されたノズル４３ａ（図４参照。）と連通しており、潤滑装置９３によって送られた潤滑油を各軸受６０，７０，８０の側方から軸受空間内に供給する。
【００２３】
また、ハウジングＨには、各軸受６０，７０，８０を潤滑した潤滑油をそれぞれ排出する複数の排油通路（ハウジングＨの排油用穴）１００（図２参照。），１０１（図３参照。），１０２（図４参照。）が形成されており、これら通路１００，１０１，１０２の一端側には、潤滑油を吸引するための負圧発生装置１０３がそれぞれ図示しない配管を介して接続されている。
【００２４】
具体的に、図５に拡大して示すように、前側軸受７０では、複数の玉７３が、外輪７１の内周面に形成された断面略円弧状の外輪軌道面７１ａと、内輪７２の外周面に形成された断面略円弧状の内輪軌道面７２ａとの間に径方向に対して接触角を持って配置されている。また、外輪７１は、玉７３の軸方向中心位置Ｏに対して玉７３と外輪軌道面７１ａとの接触点Ｐ１と反対側の外輪軌道面７１ａの近傍に軸方向端面が位置するように、内輪７２より軸方向幅が短く形成されている。そして、外輪７１に隣接する外輪間座７５には、軸受７０の内部空間と外筒２９の排油通路１０１とを連通する排油部である排油穴７５ａが周方向に略等間隔で複数本ずつ形成されている。これら排油穴７５ａは、外輪間座７５を径方向に貫通し、径方向外方に向かうにつれて外輪７１から離れるように傾斜する。
【００２５】
外輪間座７５の外周面には、排油穴７５ａが開口する環状の周方向溝７５ｂが形成されており、また、外輪間座７５の内周面には、排油穴７５ａが開口する軸方向位置に環状の集油溝７５ｃが周方向に亘って形成される。なお、排油穴７５ａは、外輪７１の外輪軌道面７１ａの近傍に開口することが好ましく、図５に示すように、排油穴７５ａと連通する少なくとも集油溝７５ｃが、径方向から見て玉７３とオーバーラップする位置に形成されている。この結果、転がり接触部を潤滑後、玉７３に付着した油が遠心力により振り切られた後、直接集油溝７５ｃに導かれるメリットがある。また、本実施形態では、外輪７１と外輪間座７５の各軸方向幅の合計が、内輪７２の軸方向幅と略一致するように形成されている。さらに、前側軸受６０は、前側軸受７０と背面組み合わせで配置される、前側軸受７０と同一の構成であるので、説明を省略する。
【００２６】
また、図４に示すように、後側軸受８０は、外輪８１の軸方向両側の内周面で、円筒ころ８３が通過する外輪軌道面８１ｃの近傍に、径方向に貫通する排油穴８１ａ，８１ｂが周方向に略等間隔で複数本ずつ形成されている。そして、外輪８１の外周面には、これら排油穴８１ａ，８１ｂがそれぞれ開口する環状の周方向溝８５ａ，８５ｂが形成されており、これら周方向溝８５ａ，８５ｂは、これら排油穴８１ａ，８１ｂと、後蓋３４に形成された排油通路１０２とを連通する。
【００２７】
従って、各軸受６０，７０，８０を潤滑した、排油穴７５ａ，８１ａ，８１ｂの潤滑油が、周方向溝７５ｂ，８５ａ，８５ｂと、各排油通路１００，１０１，１０２とを介して、外部へ排出される。この際、軸受外部からの吸引力、即ち、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴７５ａ，８１ａ，８１ｂ内には、負圧が作用し、排油穴７５ａ，８１ａ，８１ｂ内の潤滑油が強制的に吸引される。また、各外輪軌道面の近傍の外輪６１，７１，８１の内周面に付着した潤滑油も、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴７５ａ，８１ａ，８１ｂへと導かれる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の主軸装置用アンギュラ玉軸受７０は、軸受７０の内部空間と連通する排油穴７５ａが径方向に亘って形成される外輪間座７５を有する。これにより、排油穴７５ａ内には、負圧発生装置１０３の吸引力によって、負圧が作用し、軸受内部の潤滑油は、外輪間座７５に形成される排油穴７５ａを介して吸引されるので、軸受内部の余分な潤滑油を速やかに排出することができる。特に、チルトタイプの主軸装置２０では、その姿勢が変化した場合であっても、排出されるはずの排油穴７５ａ内の潤滑油が軌道面に戻ることが防止され、潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる。
【００２９】
また、アンギュラ玉軸受７０の内部空間とハウジングＨの排油通路１０１とを連通する、径方向に亘って形成される排油穴７５ａが、外輪間座７５に形成されるので、排油穴７５ａを外輪７１に加工する必要がなく、加工性の良い構成となる。
【００３０】
さらに、アンギュラ玉軸受７０の外輪間座７５の外周面には、排油穴７５ａとハウジングＨの排油通路１０１とを連通する周方向溝７５ｂが形成されているので、排油通路１０１との位相合わせを行うことなく、軸受７０をハウジングＨに組み付けることができ、主軸装置２０の組み付け性が向上される。
【００３１】
また、外輪間座７５の内周面には、排油穴７５ａが開口する軸方向位置に集油溝７５ｃが周方向に亘って形成されているので、外輪７１の内周面に付着する、軸受７０を潤滑した潤滑油が集油溝７５ｃに集められ、さらに、集油溝７５ｃ内の潤滑油が、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴７５ａへと速やかに排出される。これにより、排油性をより向上することができ、潤滑油過多や異常発熱をさらに抑制することができる。
【００３２】
軸受７０が高速回転していると、玉７３の公転や保持器７４や内輪７２の自転の際、内部の空気もその粘性抵抗により、同様に回転させられ、円周方向の空気流が生じている。従って、外輪７１の内周面や外輪間座７５の内周面に付着した油も内周面に沿って円周方向に移動している。特に、回転軸２２が立軸の場合、重力効果が少ないのでこの油の移動が発生しやすい。従って、集油溝７５ｃがあると、集油溝７５ｃ内に油が集まりやすく、排油性が向上される。従って、集油溝７５ｃは、角型より円弧状がより好ましい。
【００３３】
なお、工具側の前側軸受６０も、反工具側のアンギュラ玉軸受７０と同一構成であるので、上記効果を奏することができる。また、円筒ころ軸受８０の場合にも、負圧発生装置１０３の吸引力によって、外輪軌道面８１ｃの近傍に設けられた排油穴８１ａ，８１ｂから余分な潤滑油を速やかに排出することができる。
【００３４】
さらに、図６に示すように、周方向溝７５ｂの代わりに、排油穴７５ａの外周側開口と対向する外筒２９の内周面に、環状溝１０４が形成されてもよい。この場合、環状溝１０４は、排油通路１０１の排油穴と連通するように形成される。このため、負圧発生装置１０３によって吸引されながら、潤滑油は、集油溝７５ｃによって集められ、排油穴７５ａへと送られた後、環状溝１０４を介して排油通路１０１から外部へと排出される。
【００３５】
また、本実施形態では、アンギュラ玉軸受７０の排油穴７５ａや円筒ころ軸受８０の排油穴８１ａ，８１ｂは、それぞれ周方向に複数本ずつ形成されているが、周方向に少なくとも一本形成されればよい。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る主軸装置用アンギュラ玉軸受について、図７及び図８を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
【００３７】
図７及び図８に示すように、本実施形態のアンギュラ玉軸受１７０では、外輪間座１７５は、第１実施形態の外輪間座７５と同様、内輪７２の周囲に、外輪７１に隣接して配置される。また、外輪間座１７５には、外輪７１の軸方向端面と隣接する軸方向端面に、排油部である排油溝１７５ａが周方向に少なくとも一本（本実施形態では、１本）径方向に亘って形成されている。
【００３８】
外輪間座１７５の外周面には、排油溝１７５ａが開口する環状の周方向溝１７５ｂが形成されており、また、外輪間座１７５の内周面には、排油溝１７５ａが開口する軸方向位置に環状の集油溝１７５ｃが周方向に亘って形成される。これにより、排油溝１７５ａは、径方向から見て玉７３とオーバーラップする位置となり、外輪７１の外輪軌道面７１ａの近傍に開口する。この結果、転がり接触部を潤滑後、玉７３に付着した油が遠心力により振り切られた後、直接排油溝１７５ａに導かれるメリットがある。なお、前側軸受６０は、前側軸受１７０と背面組み合わせで配置される、前側軸受１７０と同一の構成であり、説明を省略する。
【００３９】
従って、本実施形態の主軸装置用アンギュラ玉軸受１７０によれば、外輪７１に隣接する軸方向端面に排油溝１７５ａ、周方向溝１７５ｂ、集油溝１７５ｃが形成されるので、軸受内部とハウジングＨの排油通路１０１とを連通する排油部をより簡単に加工することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００４０】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、外輪７１と外輪間座７５，１７５の各軸方向幅の合計が、内輪７２の軸方向幅と略一致するように形成されているが、これに限定されるものでなく、例えば、外輪間座７５，１７５の軸方向端面が内輪７２の軸方向端面から軸方向に延出する構成であってもよい。
また、本実施形態では、前側軸受６０，７０を２列のアンギュラ玉軸受，後側軸受８０を円筒ころ軸受としたが、各軸受の種類や列数は任意に設定可能である。
【００４１】
また、図９に示す工作機械用主軸装置２０ａのように、各軸受６０，７０，８０の排油穴が、ハウジングＨに形成された単一の排油通路１１０と連通し、この排油通路１１０が、負圧発生装置１０３に図示しない配管を介して接続されてもよい。
【００４２】
これにより、各軸受６０，７０，８０を潤滑した潤滑油は、負圧発生装置１０３の吸引力によって強制的に吸引されながら、排油穴を介して、単一の排油通路１１０から外部へ排出され、軸受内部の潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる。また、ハウジングＨに穴加工する排油通路の数を少なくすることができ、加工コストを低減することができる。なお、図９では、異なる位相の前側軸受６０，７０のノズル４０ａ，４０ｂと、後側軸受８０のノズル４３ａとを同じ断面に示している。
【００４３】
また、本実施形態では、軸受６０，７０，８０毎に複数の給油通路９０，９１，９２が設けられているが、これら給油通路９０，９１，９２を単一の給油通路として、主軸装置２０内で分岐して供給するようにしてもよく、潤滑方式や潤滑条件により複数の軸受毎に別通路とするか単一の共有通路とするかは最適方式を選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の軸受を備える主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。
【図２】第１実施形態の主軸装置において、一方の前側軸受の給油通路及び排油通路を示す断面図である。
【図３】主軸装置において、他方の前側軸受の給油通路及び排油通路を示す断面図である。
【図４】主軸装置において、後側軸受の給油通路及び排油通路を示す断面図である。
【図５】主軸装置の前側軸受の拡大断面図である。
【図６】本実施形態の前側軸受の変形例を示す拡大断面図である。
【図７】第２実施形態の主軸装置に係る前側軸受の拡大断面図である。
【図８】（ａ）は、第２実施形態の前側軸受の外輪間座の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIII部拡大図である。
【図９】給油通路と排油通路の変形例を示す主軸装置の断面図である。
【図１０】従来の主軸装置における断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  門形マシニングセンタ（複合加工工作機械）
２０  主軸装置
２２  回転軸
３０  ロータ
３２  ステータ
６０，７０，１７０  前側軸受（アンギュラ玉軸受）
６１，７１，８１  外輪
７５，１７５  外輪間座
７５ａ，８１ａ，８１ｂ，１７５ａ  排油穴
８０  後側軸受（円筒ころ軸受）
１００，１０１，１０２  排油通路
１０３  負圧発生装置
７５ｂ，１７５ｂ  周方向溝
７５ｃ，１７５ｃ  集油溝
Ｈ  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009185979.tif 000005
【図４】
2009185979.tif 000006
【図５】
2009185979.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009185979.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009185979.tif 000011
【図１０】
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