JPH05209628A - 軸受の潤滑装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ころがり軸受の内輪および外輪の温度を独立
的に制御すること。 【構成】 内輪のスクープ内に向けて噴射する第１の噴
射孔と、鋼球軌道面に向けて噴射する第２の噴射孔とを
設け、各噴射孔に独立の給油通路を接続するとともに、
これら給油通路に温度制御手段をそれぞれ配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば工作機械の主軸
用軸受のような、高速回転で使用される軸受の潤滑に関
する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸等における高速回転軸に
はアンギュラ玉軸受等が使用される場合が多いが、近年
はこのような玉軸受の予圧を調節する方法が各種提案さ
れつつある。すなわち軸受が低速回転で重切削をする場
合は軸受の剛性を大きくする必要があり、この反対に低
負荷で高速回転のときは軸受剛性を小さくして軸受の発
熱および膨張を抑制する必要性があるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は予圧調節の新
たな方法を提案するものであって、その目的は内輪と外
輪の温度を独立に制御することにより軸受の予圧荷重な
いし軸受剛性を任意に制御可能とすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明に係る軸受の潤滑装置は、内外輪に潤滑油を供給
する２つの噴射孔に対して互いに独立した給油通路を接
続し、前記給油通路のそれぞれに油温制御手段を配設し
たものである。また本発明の軸受の潤滑装置を制御する
方法は、軸受が低速回転のときは内輪温度を外輪に比べ
相対的に高くし、軸受が高速回転のときはこの反対に内
輪温度を相対的に低くするようにしている。

【０００５】

【作用】内外輪の温度は、これらに噴射される油の温度
が油温制御手段によって制御可能であるから任意に調節
される。従って例えば工作機械の切削の種類に応じた最
適の予圧荷重の設定ないし軸受剛性の選択が可能とな
る。特に、低速回転のときに内輪温度を外輪に比べ相対
的に高くすると軸受剛性が高まり、低速重切削に適した
条件が得られる。また高速回転のときに内輪温度を相対
的に低くすると予圧荷重が小さくなり、軸受の発熱と膨
張の繰り返し増幅が効果的に抑制される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の好適一実施例につき説明す
る。

【０００７】図１は本発明の潤滑装置に使用するアンギ
ュラ玉軸受１０を示す。この玉軸受１０は第１および第
２の噴射孔１２，１４からの油で潤滑されるようになっ
てる。詳しくは、玉軸受１０は回転軸１６に固定された
内輪１８と、ハウジング１９に固定された外輪２０と、
内外輪１８，２０間に転動自在に介在する複数の鋼球２
２と、これら鋼球２２を円周方向で等間隔に保つ保持器
２４とで構成されている。

【０００８】内輪１８の一端は軸方向に突出して環状の
スクープ２６を形成しており、このスクープ２６の内側
空間と連通する多数の貫通孔２８（図１では一つのみ示
す）が、内輪１８の軌道面３０下を軸方向に延びてい
る。ただし、ここでいう軸方向とは厳密な意味ではな
く、実施にあたっては貫通孔２８内の油の流動性をよく
するため、貫通孔２８の入口端（図１で左端）を内輪１
８の回転方向に対してやや傾斜させるのが普通である。
貫通孔２８は途中で分岐し、ほぼ半径方向に延びて鋼球
２２の軌道面３０に至る給油孔３１を形成している。

【０００９】外輪２０の側面に当接している外輪間座３
２は前記第１および第２の噴射孔１２，１４を有し、第
１の噴射孔１２はスクープの内側空間に向けて給油し、
第２の噴射孔１４は内輪１８の軌道面３０に向けて給油
するように構成されている。すなわち第１の噴射孔１２
は内輪１８冷却用として作用し、第２の噴射孔１４は軸
受の潤滑と外輪の冷却用として作用する。

【００１０】前記玉軸受１０は図２に示す工作機械用の
軸受の潤滑装置３４において左右一対で採用されてい
る。ただし同図は概念的に示したものであって、実施に
あたっては２以上の玉軸受１０を採用してよいことは勿
論である。一対の玉軸受１０の第１の噴射孔１２には、
外輪間座３２内の通路３６を介して給油通路３８の一端
が接続されている。また第２の噴射孔１４には同様に外
輪間座３２内の別の通路４０を介して給油通路４２の一
端が接続されている。そして両給油通路３８，４２の他
端にはそれぞれ混合割合を自在に調節可能な混合バルブ
４４，４６が接続されている。なお、給油通路３８，４
２の途中にはポンプ６６，６８が配設されている。

【００１１】混合バルブ４４，４６は３つのポートを有
し、１つのポートは前記給油通路３８，４２に接続さ
れ、残り２つのポートは給油通路４８，５０，５２およ
び５４を介してそれぞれ高温油タンク５６と低温油タン
ク５８とに接続されている。高温油タンク５６は温度t1
の油が貯溜されており、低温油タンク５８にはt1それよ
りも低い温度t2の油が貯溜されている。これら温度t1お
よびt2は図示しない加熱手段により定常的に維持される
ようになっており、両タンク５６，５８からの温度差の
ある油が混合バルブ４４，４６で混合された後、給油通
路３８，４２を介して第１および第２の噴射孔１２，１
４に供給されるようになっている。t1とt2の温度差は、
少なくとも内外輪１８，２０に与えようとする温度差分
が必要である。なお、軸受のハウジング１９から排出さ
れた油は還流通路６４を介して高温および低温油タンク
５６，５８に戻されるようになっている。

【００１２】混合バルブ４４，４６の混合割合は、軸受
の回転数センサ６０からのフィードバック信号に基づ
き、制御装置６２からの信号により制御されるようにな
っている。この制御方法は、工作機械の作動状態ないし
切削条件によって種々考えられるが、例えば次のような
制御方法が提案される。

【００１３】すなわち、工作機械で低速重切削を行なう
場合は軸受剛性を高くする必要がある反面、軸受の摩擦
熱による内輪の膨張→予圧荷重の増大→さらに大きな摩
擦熱の発生という循環は回転数が低いため比較的生じ難
い。よって、この低速重切削の場合は第１の噴射孔１２
によって内輪１８に比較的高温の油を供給するととも
に、第２の噴射孔１４によって外輪２０に比較的低温の
油を供給する。このようにして内輪１８を外輪２０より
も高温にすることにより、軸受１０の予圧荷重ないし軸
受剛性を増大させることができ、低速重切削を安定的に
行なうことができる。

【００１４】また工作機械により中速切削から高速切
削、特に超高速切削を行なう場合は、軸受の摩擦熱を抑
制することが非常に重要となってくるので、内輪１８に
比較的低い温度の油を供給し、外輪２０には比較的高い
温度の油を供給する。これにより軸受１０の予圧荷重を
減少させることができ、低発熱による超高速切削が可能
となる。

【００１５】さらに、工作機械の起動時はウォーミング
アップをして機械を安定させる必要があるが、そのため
の時間は短い方が望ましい。従って、軸受１０の予圧荷
重を一時的に低速重切削のときよりも更に積極的に増大
させ、これにより軸受１０の発熱量を増大させてウォー
ミングアップ完了までの時間を短縮するようにしてもよ
い。

【００１６】次に本実施例の作用について説明する。

【００１７】ポンプ６６によって加圧された油は、給油
通路３８および通路３６を通って第１の噴射孔１２から
スクープ２６内に向けて噴射される。この油は貫通孔２
８をを通る過程で内輪１８を冷却し、その後還流通路６
４へ出ていく。この際スクープ２６が比較的長く突出し
ているので、内輪１８の冷却面積が増大して効果的な冷
却がなされる。貫通孔２８を流れる油の一部は、遠心力
により給油孔３１を通って軌道面３０上に噴出して同面
を潤滑する。

【００１８】一方、ポンプ６８によって加圧された油
は、給油通路４２および通路４０を通って第２の噴射孔
１４から内輪１８の軌道面３０に向けて噴射される。こ
の油は軌道面３０を潤滑するとともに内輪１８および外
輪２０を冷却し、その後給油孔３１から出てきた油と合
流して還流通路６４へ出ていく。還流通路６４を通って
高温油タンク５６および低温油タンク５８に戻ってきた
油は、加熱または冷却されて温度t1およびt2にされる。

【００１９】（低速重切削）工作機械が低速重切削を行
なっているとき、その回転数値が回転数センサ６０で検
知されて制御装置６２に入力される。制御装置６２は予
め組み込まれたプログラムに従い混合バルブ４４および
４６にバルブ制御信号を与える。本実施例の場合は、混
合バルブ４４に対しては比較的高温の油をポンプ６６に
送り込むように制御信号を与える。また混合バルブ４６
に対しては比較的低温の油をポンプ６８に送り込むよう
に制御信号を与える。この結果、両給油通路３８，４２
の温度差が例えば内輪側で＋５゜Cとなると、図３で破線
にて示す如く例えば5000rpmで予圧荷重が約160kgfとな
り、温度差０の場合に比べて大幅に予圧荷重が大きくな
る。このように軸受剛性が増大することは重切削を安定
的に行なう上で非常に有利である。

【００２０】（中速から高速切削）工作機械が中速切削
から高速切削を行なっているとき、その回転数値が回転
数センサ６０によって制御装置６２に入力され、混合バ
ルブ４４に対しては比較的低温の油をポンプ６６に送り
込むように制御信号を与える。また混合バルブ４６に対
しては比較的高温の油をポンプ６８に送り込むように制
御信号を与える。この結果、両給油通路３８，４２の温
度差が例えば内輪側で−５C°となると、図３で一点鎖
線にて示す如く例えば15000rpmで約140kgfとなり、温度
差０の場合に比べて予圧荷重がほぼ半減される。予圧荷
重が減少することは高速切削、特に超高速切削において
軸受の発熱を抑制する上で非常に有利である。

【００２１】以上、本発明の一実施例につき説明した
が、本発明は前記実施例に限定されることなく種々の変
形が可能である。例えば、温度制御手段は所望温度の油
を安定的に供給可能であれば任意の形式のものを採用可
能である。また本発明はアンギュラ玉軸受だけでなく円
筒ころ軸受や円錐ころ軸受等にも適用可能である。

【００２２】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は内
輪および外輪に給油する第１および第２の噴射孔に互い
に独立した給油通路を接続し、前記給油通路のそれぞれ
に油温制御手段を配設しているので、内輪および外輪の
温度を独立的に制御することができ、軸受に対し所望の
予圧荷重を自在に付加することができる。従って本発明
の潤滑装置を例えば工作機械の主軸の潤滑に適用すれ
ば、軸の回転数や加工の種類等に応じて最適予圧荷重を
選択することができる。

【００２３】また請求項２に記載の発明は軸受が低速回
転のときは内輪に比較的高温の油を供給するから、低速
重切削など高い軸受剛性が必要なときは大きな予圧荷重
を付加して切削の安定化を図ることができ、また軸受が
高速回転のときは内輪に比較的低温の油を供給するか
ら、予圧荷重を減少させて軸受の発熱を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示すアンギュラ玉軸
受の断面図。

【図２】図２は軸受の潤滑装置を示す構成図。

【図３】図３は軸受の回転数と予圧荷重との関係を示す
グラフ図。

【符号の説明】

１０ アンギュラ玉軸受 １２ 第１の噴射孔 １４ 第２の噴射孔 １６ 回転軸 １８ 内輪 ２０ 外輪 ２６ スクープ ２８ 貫通孔 ３０ 軌道面 ３２ 外輪間座 ３８，４２ 給油通路 ４４，４６ 混合バルブ ５６ 高温油タンク ５８ 低温油タンク ６０ 回転数センサ ６２ 制御装置 ６６，６８ ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪にスクープと該スクープに連通する
   軸方向の貫通孔を設け、前記内輪のスクープに対向し給
   油する第１の噴射孔と軸受軌道面に向けて給油する第２
   の噴射孔とを設け、前記第１および第２の噴射孔に互い
   に独立した給油通路を接続し、前記給油通路のそれぞれ
   に油温制御手段を配設してなる軸受の潤滑装置。
2. 【請求項２】 軸受が低速回転のときは第１の噴射孔に
   対し第２の噴射孔の油よりも高温の油を供給し、軸受が
   高速回転のときは第１の噴射孔に対し第２の噴射孔の油
   よりも低温の油を供給するようにした請求項１記載の軸
   受の潤滑装置を制御する方法。