JP2009236142A - 転がり軸受の潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアの消費がなく、安定した潤滑性能が得られる転がり軸受の潤滑構造を提供する。
【解決手段】 転がり軸受１の内輪２の外径面における転走面２ａの側方に斜面部２ｂを設けると共に、転がり軸受１の外輪３に隣接して給油部材６を配置する。含油性と毛細管機能を有する毛細管現象発生部材８を、上記給油部材６の上記斜面部２ｂに対面する円周上の一部または全体から突出して上記斜面部２ｂに接触するように給油部材６に設ける。この毛細管現象発生部材８を経て上記斜面部２ｂに付着する潤滑油を、上記内輪２の回転により生じる上記斜面部２ｂ上の付着潤滑油の流れを利用して軸受１内に供給する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、工作機械主軸用の転がり軸受等に適用される潤滑構造に関する。

工作機械主軸では、加工能率を上げるため、ますます高速化の傾向にある。主軸の高速化に伴い、主軸軸受ではトルクと発熱量が増加する。そこで、これに対処するために、主軸軸受の潤滑にはエアオイル潤滑が多く用いられている。

エアオイル潤滑は、搬送エアに潤滑油を混合して油をノズルより軸受内に噴射するものであるが、多量の高圧エアを必要とするため、騒音、省エネ、省資源の観点から問題がある。そこで、エア消費量を削減したエアオイル潤滑構造や、全くエアを消費しない新たな潤滑構造が提案されている（例えば特許文献１，２）。

特許文献１に開示の潤滑構造では、図７のような工作機械主軸５５の支持に用いられる転がり軸受４１において、図８のように、内輪４２の外径面に、この内輪４２の転走面４２ａに続く斜面部４２ｂが形成されると共に、この斜面部４２ｂに隙間δを持って沿うノズル部材４６が配置される。ノズル部材４６に形成された吐出孔４８からエアオイルが吐出して、斜面部４２ｂに潤滑油が付着する。付着した潤滑油は、その表面張力と内輪４２の回転に伴う遠心力とにより内輪４２の転走面４２ａに導かれる。

特許文献２に開示の潤滑構造でも、軸受内輪の外径面に斜面部が形成されると共に、この斜面部に隙間を持って沿う潤滑油導入部材が配置される。潤滑油導入部材の前記斜面部に対面する位置には、前記斜面部に接触する多孔質材が設けられ、外部の油タンクから油導入路を経て前記多孔質材に潤滑油が供給される。その多孔質材から滲み出る微量の潤滑油が前記斜面部に付着して、内輪転走面に導かれる。
特開２００２−５４６４３号公報 特開２００４−１９０７０６号公報

特許文献１に開示の潤滑構造によれば、それまでのエアオイル潤滑に比べてエア量の削減が可能となっているが、潤滑油の搬送と、潤滑油を内輪４２の斜面部４２ｂに噴射させるためのエアは必要であり、全くエアを消費しないものではない。

これに対し、特許文献２に開示の潤滑構造の場合にはエアの消費は全くない。しかし、軸受内輪の斜面部に接触させる多孔質材は、焼結金属やセラミック等の比較的硬い材料であるため、多孔質材と軸受内輪の斜面部との間での摺動により、摩耗等の不具合が発生する可能性があり、信頼性に乏しい。

この発明の目的は、エアの消費がなく、安定した潤滑性能が得られる転がり軸受の潤滑構造を提供することである。

この発明の転がり軸受の潤滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面における転走面の側方に斜面部を設けると共に、転がり軸受の外輪に隣接して、内部に油路を有する給油部材を配置し、含油性、毛細管機能、および柔軟性を有する毛細管現象発生部材を、前記油路に連通しかつ先端が前記給油部材から突出して前記斜面部に接触するように設け、この毛細管現象発生部材を経て前記斜面部に付着する潤滑油を、内輪の回転により生じる前記斜面部上の付着潤滑油の流れを利用して軸受内に供給するようにしたことを特徴とする。
毛細管現象発生部材に潤滑油が導入されると、潤滑油は、毛細管現象発生部材の毛細管現象によりその先端部に移動して、内輪の斜面部に付着する。斜面部に付着した潤滑油は、油の表面張力と内輪の回転に伴う遠心力とにより斜面部に沿って移動し、軸受内に供給される。これにより、エアの消費がなく、安定した潤滑性能が得られる。毛細管現象発生部材は柔軟性を有するため、内輪の斜面部に接触しても大きな摩擦抵抗を生じない。

この発明において、前記毛細管現象発生部材に潤滑油を導入する油導入路の途中に、通過する流量の調整が可能でその調整状態を保持可能な油量調整部材を設けてもよい。このような油量調整部材としては、例えば流路中に止めねじを用いてねじ部の微小隙間を流路として利用するもの等が使用できる。ねじの螺合している部分の長さを変えることで、流量調整が行える。
毛細管現象発生部材から内輪の斜面部へ移動する油量は、毛細管現象発生部材の個体差でばらつきが生じるが、油導入路の途中に設けた油量調整部材でその油量を調整することができる。これにより、必要以上の油流出、および停止時における油流出を防ぐことができる。

この発明において、前記毛細管現象発生部材に潤滑油を導入する油導入路を、貯油手段に連通させてもよい。
また、前記毛細管現象発生部材に潤滑油を導入する油導入路を、前記転がり軸受を支持するハウジングに設けられた冷却油流路に連通させても良い。毛細管現象発生部材にはろ過作用もあるので、冷却油流路に油導入路を連通させると、汚れの問題を生じることなく、冷却油を潤滑油として利用することができる。そのため、油タンクなどの外部の給油源を省略することができる。

この発明において、前記毛細管現象発生部材が、獣毛、天然繊維、または化学繊維を毛筆状とした繊維結束材からなるものであってもよい。繊維結束材であると、斜面部に接して潤滑油を付着させる毛細管現象発生部材として、適切な含油性、毛細管機能、および柔軟性が得られる。

この発明において、前記毛細管現象発生部材が和紙または織布からなるものであってもよい。和紙または織布織布からなるものである場合も、斜面部に接して潤滑油を付着させる毛細管現象発生部材として、適切な含油性、毛細管機能、および柔軟性が得られる。

この発明において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であっても良く、また円筒ころ軸受であってもよい。アンギュラ玉軸受の場合は、内輪のカウンボアを形成するステップ面を、前記傾斜面として利用できる。

この発明において、前記転がり軸受は、工作機械の主軸軸受として用いられるものであってもよい。工作機械の主軸軸受には、加工精度の向上のために、安定した潤滑性能が求められる。そのため、この発明の転がり軸受の潤滑構造における潤滑性能が効果的に発揮される。

この発明の転がり軸受の潤滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面における転走面の側方に斜面部を設けると共に、転がり軸受の外輪に隣接して、内部に油路を有する給油部材を配置し、含油性、毛細管機能、および柔軟性を有する毛細管現象発生部材を、前記油路に連通しかつ先端が前記給油部材から突出して前記斜面部に接触するように設け、この毛細管現象発生部材を経て前記斜面部に付着する潤滑油を、前記内輪の回転により生じる前記斜面部上の付着潤滑油の流れを利用して軸受内に供給するようにしたため、エアの消費がなく、安定した潤滑性能が得られる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１はこの実施形態の転がり軸受の断面図を示す。この転がり軸受１の潤滑構造は、潤滑油の含油性と毛細管機能を有する部材である毛細管現象発生部材８を転がり軸受１の内輪２の外径面に軽接触させることで、毛細管現象発生部材８を経て内輪２の外径面に潤滑油を付着させ、その付着潤滑油を転がり軸受１内に供給するものである。毛細管現象発生部材８は、潤滑油の含油性と毛細管機能を有し、かつ柔軟性があって摩耗に強い材質が好ましく、例えば、獣毛、天然繊維、または化学繊維等の繊維を毛筆状とした繊維結束材とされる。
転がり軸受１はアンギュラ玉軸受からなり、内輪２と外輪３の転走面２ａ，３ａ間に複数の転動体４を介在させたものである。転動体４はボールからなり、保持器５で保持されている。この転がり軸受１の内輪２の外径面に転走面２ａに続く斜面部２ｂを設けると共に、転がり軸受１の外輪３に隣接して、外輪間座となる給油部材６を配置する。内輪２の斜面部２ｂは、内輪２の幅面から転走面２ａに続いて設け、また内輪２の反負荷側（軸受背面側）の外径面に設ける。転がり軸受１がアンギュラ玉軸受であるこの実施形態の場合は、内輪２のカウンタボアを構成するステップ面を設ける部分の外径面が上記斜面部２ｂとされる。

上記給油部材６は、リング状の部材であって、その円周方向の例えば複数箇所に側面の内径部から軸方向に延びて内輪２の傾斜部２ｂに対面する突片部６ａを有する。これらの突片部６ａは、平坦な内径面が内輪２の斜面部２ｂと略同一角度の傾斜面に形成されて、保持器５の直下まで延びている。この給油部材６は、転がり軸受１の外輪３を取付けたハウジング１０に取付けられる。給油部材６のハウジング１０への取付けは、図１のように直接取付けても、外輪間座を介して取付けてもよい。

給油部材６は、前記各突片部６ａに対応する円周方向の複数箇所に、上記斜面部２ｂに向けて延びて突片部６ａの内径面に開口する毛細管現象発生部材装着孔９を有し、これらの装着孔９に上記斜面部２ｂに先端部が接触する毛細管現象発生部材８をそれぞれ装着している。各装着孔９の後部は、ハウジング１０から給油部材６にわたって設けられ潤滑油を毛細管現象発生部材８に導入する油導入路１１に連通している。油導入路１１は、ハウジング１０に設けられた導入路部１１ａと給油部材６に設けられた油路１１ｂとでなる。給油部材６の油路１１ｂは、各突片部６ａに設けられた複数の径方向孔と、給油部材６の外周面に設けられて上記各径方向孔の基端を底面に開口させた周方向溝（図示せず）とからなり、前記周方向溝が円周方向の１か所で前記導入路部１１ａに連通している。油導入路１１の導入路部１１ａは、貯油手段である外部の油タンク１２に連通している。
油導入路１１の途中、ここではハウジング１０における導入路部１１ａに、油量調整部材１３が設けられている。油量調整部材１３は、油量の絞り作用があればどのような構成のものであっても良いが、ここでは、ハウジング１０の導入路部１１ａとなる雌ねじ孔にねじ部材１３ａを螺合させて油量調整部材１３を構成している。この場合、導入路部１１ａのねじ面とねじ部材１３ａのねじ面との間の螺旋状の微小隙間が流路とされ、ねじ部材１３ａの雌ねじ孔に対するねじ込み長さを変えることで、前記螺旋状の微小隙間の長さが変わり、これにより流路抵抗が代わり、流量が変わる。油量調整部材１３には、この他に絞り弁などを用いても良い。

図３は、図１の実施形態にかかる転がり軸受１の潤滑構造を応用したスピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置は、工作機械に設けられたものであり、主軸１５の一端にワークまたは工具のチャックが取付けられる。主軸１５は、軸方向に離れた複数の転がり軸受１により支持されており、これらの転がり軸受１に図１の例の潤滑構造が採用されている。各転がり軸受１の内輪２は主軸１５の外径面に嵌合し、外輪３はハウジング１０の内径面に嵌合している。これら内外輪２，３は、内輪押さえ２５および外輪押さえ２６により、ハウジング１０内に固定されている。ハウジング１０は、内周ハウジング１０Ａと外周ハウジング１０Ｂの二重構造とされ、内外のハウジング１０Ａ，１０Ｂ間に冷却油流路１６が形成されている。内周ハウジング１０Ａは、その一部を図１に示した構造としたものであり、油導入路１１の導入路部１１ａが設けられている。また、ハウジング１０には、内径面における軸受１の設置部付近に潤滑油排出用溝２２が設けられ、この潤滑油排出用溝２２から外部に開放される潤滑油排出用流路２３が設けられる。

上記構成の潤滑構造の作用を説明する。油タンク１２内の潤滑油は、油導入路１１を経て毛細管現象発生部材８に供給される。毛細管現象発生部材８は、その含油性と毛細管機能により潤滑油を吸収保持して先端部に移動させ、内輪２の斜面部２ｂに付着させる。このように、毛細管現象発生部材８は、潤滑油を内輪２の斜面部２ｂに付着させるためのものであるが、このほか導入されてきた潤滑油をろ過する役割も担う。斜面部２ｂに付着した潤滑油は、油の表面張力と内輪２の回転に伴う遠心力とにより、斜面部２ｂ上を付着しながら転走面２ａの方向に移動し、斜面部２ｂと転走面２ａの境界部で外径方向に飛散することで軸受内に供給される。この場合、斜面部２ｂに付着した潤滑油を斜面部２ｂに沿って軸受内へと確実に移動させるために、斜面部２ｂの傾斜角度αが重要である。この傾斜角度αは、内輪２の実用最高回転速度で決定される。実際の運転試験の結果によると、傾斜角度αは内輪２の回転速度が高速になるほど大きくする必要があることがわかっている。例えば直径Ｄが１００ｍｍφの転がり軸受を回転数２００００ｒｐｍで運転する場合、斜面部２ｂに付着した油が斜面部２ｂ上で飛散することなく内輪２の転走面２ａに導入される傾斜角度αは１３°以上である。

毛細管現象発生部材８から内輪２の斜面部２ｂへ移動する油量は、毛細管現象発生部材８の個体差でばらつきが生じるため、油導入路１１の途中に設けた油量調整部材１３で調整される。この実施形態では、ハウジング１０の導入路部１１ａに油量調整部材１３を設けているが、給油部材６の油路１１ｂに設けてもよい。このように、油量調整部材１３を設けることで、必要以上の油流出、および停止時における油流出を防ぐことができる。油量は主として油量調整部材１３で調整されるが、毛細管現象発生部材８の配置数を選定することによっても調整することができる。

このように、この転がり軸受１の潤滑構造では、エアオイル潤滑のような間欠給油でなく、微量の連続給油が可能なため、安定した潤滑性能が得られる。また、エア消費がなく、騒音の低減と大幅な省エネをが期待できる。また、潤滑油の供給装置の構造を簡単かつ安価に構成できる。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示した実施形態において、油導入路１１を外部の油タンク１２に連通する構成に代えて、ハウジング１０（外周ハウジング１０Ｂ）の冷却油流路１６に連通させ、冷却油を潤滑油に共用するようにしたものである。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。

毛細管現象発生部材８は、ろ過作用があるため、この実施形態のように通常の工作機械のスピンドル装置に付帯する冷却油を潤滑油として使用することができ、外部の油タンクを省略することができる。

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、毛細管現象発生部材８に、紙や布状のものを用いた例であり、例えば、毛細管現象発生部材８に和紙を用いている。毛細管現象発生部材８として織布を用いてもよい。この例では、図１に示した実施形態において、給油部材６を断面逆Ｌ字状とした外径側の給油部材本体６Ａと、断面Ｌ字状とした内径側の毛細管現象発生部材支持体６Ｂとで構成し、これら両部材６Ａ，６Ｂをボルト１７で結合して一体化している。これら両部材６Ａ，６Ｂは共にリング状の部材である。外径側の給油部材本体６Ａにおける縦片部６Ａａの内径面は転がり軸受１側に向けて小径となるテーパ面６Ａａａとされ、内径側の支持体６Ｂにおける円筒部６Ｂａの外径面も転がり軸受１側に向けて小径となるテーパ面６Ｂａａとされ、両テーパ面６Ａａａ，６Ｂａａは同一テーパ角とされている。これら両テーパ面６Ａａａ，６Ｂａａ間の隙間に毛細管現象発生部材８を挟み込んだ状態で、前記両部材６Ａ，６Ｂをボルト１７で結合することにより、毛細管現象発生部材８を給油部材６で保持し、毛細管現象発生部材８の先端部を内輪２の斜面部２ｂに接触させている。ボルト１７は、支持体６Ｂの縦片部６Ｂｂと給油部材本体６Ａの縦片部６Ａａとを軸方向に締め付けることで、給油部材本体６Ａと支持体６Ｂを一体化している。

給油部材６における油路１１ｂは、外径側の給油部材本体６Ａに設けられ、その油路１１ｂの毛細管現象発生部材８に臨む下端側は、給油部材６の全周にわたって形成された給油溝１８に連通している。これにより、ひとつの油導入路１１より導入された潤滑油を、前記給油溝１８を介して毛細管現象発生部材８の全周に供給することができる。なお、軸受１への供給油量によっては、全周にわたる上記給油溝１８によらず、周方向に部分的に設けた給油孔であってもよい。

なお、毛細管現象発生部材８の内輪２の斜面部２ｂへの接触長さを調整することによっても、軸受内へ供給する潤滑油の油量を調整することができる。

この実施形態の場合も、油導入路１１を経て和紙からなる毛細管現象発生部材８に導入された潤滑油は、毛細管現象発生部材８の毛細管現象により内輪２の斜面部２ｂに接触する先端部まで浸透して、斜面部２ｂに付着する。斜面部２ｂに付着した潤滑油は図１の実施形態の場合と同様にして軸受内に供給される。
なお、図５には、外部の油タンク１２から油導入路１１を経て毛細管現象発生部材８に潤滑油を導入する例を示しているが、図４の実施形態のようにハウジング１０の冷却油流路１６から冷却油を潤滑油として導入することで、油タンク１２を省略してもよい。

図６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の実施形態における転がり軸受１を、アンギュラ玉軸受から円筒ころ軸受に置き換えたものである。内輪２は、転走面２ａの両側に鍔を有する鍔付き内輪である。また、この実施形態では、内輪２の外径面における転走面２ａの両側方に斜面部２ｂが設けられると共に、給油部材６も外輪３の両側に設けられて、各給油部材６からそれぞれ毛細管現象発生部材８が突出して対応する斜面部２ｂに接触させてある。各毛細管現象発生部材８には、ハウジング１０から各給油部材６にわたって個別に形成された油導入路１１から潤滑油が各毛細管現象発生部材８に導入される。ここでは、毛細管現象発生部材８が繊維結束材からなる例を示しているが、図５の実施形態の場合のような和紙からなる毛細管現象発生部材８を用いてもよい。また、給油源は、図１の実施形態の場合のような外部の油タンク１２であっても、図４の実施形態の場合のような外筒ハウジング１０Ｂの冷却油流路であっもよい。

また、上記各実施形態では、工作機械のスピンドル装置の転がり軸受１に応用した場合について説明したが、この発明の転がり軸受の潤滑構造は、それ以外の一般産業機械に使用される軸受にも適用できる。

この発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。 同転がり軸受の潤滑構造における給油部材の正面図である。 同転がり軸受の潤滑構造を応用したスピンドル装置の断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。 従来の転がり軸受の潤滑構造を応用したスピンドル装置の断面図である。 従来の転がり軸受の潤滑構造の断面図である。

符号の説明

１…転がり軸受
２…内輪
２ａ…転走面
２ｂ…斜面部
３…外輪
６…給油部材
８…毛細管現象発生部材
１０…ハウジング
１１…油導入路
１１ｂ…油路
１２…油タンク（貯油手段）
１３…油量調整部材
１５…主軸
１６…冷却油流路

Claims (9)

1. 転がり軸受の内輪の外径面における転走面の側方に斜面部を設けると共に、転がり軸受の外輪に隣接して、内部に油路を有する給油部材を配置し、含油性、毛細管機能、および柔軟性を有する毛細管現象発生部材を、前記油路に連通しかつ先端が前記給油部材から突出して前記斜面部に接触するように設け、この毛細管現象発生部材を経て前記斜面部に付着する潤滑油を、前記内輪の回転により生じる前記斜面部上の付着潤滑油の流れを利用して軸受内に供給するようにしたことを特徴とする転がり軸受の潤滑構造。
2. 請求項１において、前記毛細管現象発生部材に潤滑油を導入する油導入路の途中に、通過する流量の調整が可能でその調整状態を保持可能な油量調整部材を設けた転がり軸受の潤滑構造。
3. 請求項１または請求項２において、前記毛細管現象発生部材に潤滑油を導入する油導入路を、貯油手段に連通させた転がり軸受の潤滑構造。
4. 請求項１または請求項２において、前記毛細管現象発生部材に潤滑油を導入する油導入路を、前記転がり軸受を支持するハウジングに設けられた冷却油流路に連通させた転がり軸受の潤滑構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記毛細管現象発生部材が、獣毛、天然繊維、または化学繊維を毛筆状とした繊維結束材からなる転がり軸受の潤滑構造。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記毛細管現象発生部材が和紙または織布からなる転がり軸受の潤滑構造。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受である転がり軸受の潤滑構造。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受である転がり軸受の潤滑構造。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記転がり軸受は、工作機械の主軸軸受として用いられるものである転がり軸受の潤滑構造。

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