JP4258665B2 - 工作機械用主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、高速回転する工作機械の主軸等に用いられる工作機械用主軸装置に関する。

工作機械主軸用の軸受には、工作精度向上のため、振動、音響等の特性が良好であることが求められる。また、工作機械主軸用の軸受には、取り扱いやすく環境面やコスト面で有利な、グリース潤滑を採用し、かつ、高速回転性、高寿命を達成することが求められている。

工作機械主軸に用いられるグリース潤滑の転がり軸受は、発熱しないように、初期に封入したグリースのみで潤滑されるのが普通である。グリースを封入した初期段階で、グリースの慣らし運転を行わずに高速回転させると、グリースの噛み込みや攪拌抵抗により異常発熱を起こすため、数時間をかけて慣らし運転を行ってグリースを最適な状態にしている。

近年、工作機械主軸の高速化が益々進み、主軸を支持する軸受はｄｍＮ（＝（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒｐｍ））１００万以上という環境で使用されることが珍しくなくなっている。
ところで、オイルエアやオイルミスト等の油潤滑のものと比較すると、グリース潤滑の転がり軸受は高速回転における寿命が短い傾向がある。グリース潤滑の場合、軸受の転がり疲れ寿命よりも前に、グリース劣化により軸受が焼付いてしまう。回転数が著しく高い場合、短時間でグリースが劣化し、早期に焼付が発生する。

例えば、実開平１−６７３３１号公報、実開平４−１３２２２０号公報、実開平６−３５６５９号公報、実開平６−３５６５３号公報、実開平５−９４５３１号公報、実開平５−９４５３２号公報、実開平６−３５６５５号公報、及び実開平６−３５６５７号公報には、内輪側にグリース溜まりを設け、遠心力によりグリースを連続供給する技術が開示されている。また、実開平５−８６０２９号公報には、エアを利用して軸受空間に封入したグリースを有効活用する技術が開示れている。
しかしこれらの技術では、改善が十分でなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、環境面、コスト面に有利で、高速回転性及び高寿命を達成できる工作機械用主軸装置を提供することにある。

本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１） 主軸を支持する転がり軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、
前記転がり軸受は、グリース潤滑され、
前記転がり軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた玉とを有し、且つ、前記転がり軸受には予圧が付与されており、
前記転がり軸受は、接触角を有し、外輪の玉との接触部から軸方向にずれた位置で、且つ、前記外輪の前記接触部のある側と反対側で前記玉とオーバーラップする位置に径方向の補給孔が設けられ、
前記転がり軸受内には追加グリースが前記補給孔から間欠的に補給され、
前記追加グリースの一回の補給量は、軸受空間容積の０．１〜４％となるように補給されることを特徴とする工作機械用主軸装置。
なお、軸受空間容積とは、外輪内径と内輪外径との間にできる空間から、転動体の体積及び保持器の体積を差し引いた容積を意味する。

上記構成の転がり軸受によれば、グリースが早期に劣化して軸受が破損する前に、新たなグリースを外輪側（径方向）から補給することにより、軸受寿命の延長が可能となる。外輪側から供給された場合、グリースは、補給孔を通って、外輪内径面から軸受空間に補給される。補給されたグリースは、転動体や保持器に付着し、転動体や保持器の回転に伴って軸受内部全体に馴染む。

通常、工作機械の主軸に組み込まれるアンギュラ玉軸受の場合、グリースの初期封入量は、軸受空間容積の１０〜２０％を目安とされている。一方、工作機械の主軸に組み込まれる円筒ころ軸受の場合、グリースの初期封入量は、軸受空間容積の８〜１５％を目安とされている。これは、グリースの初期慣らし運転の時間短縮と、温度上昇の抑制という要求からきているものである。特に円筒ころ軸受の場合、グリースの初期慣らし運転時に、回転しているころがグリースを噛みこんで異常昇温することがよくある。最悪の場合、焼付を起こしてしまうこともある。
上記構成のように、一回のグリース補給量を軸受空間容積の４％以下とすることで、異常昇温を回避しつつ、慣らし運転の時間を短縮できる。また、鋭意検討の結果、一回のグリース補給量が軸受空間容積の０．１％であれば、必要最低限の潤滑が行われることがわかった。

アンギュラ玉軸受のように、接触角を有し、転動体が玉である場合、外輪の内径面の、軌道溝の接触部のある側からずれた箇所に補給孔を開口させることで、運転中の損傷を防止できる。
補給孔の直径が、０．１〜５ｍｍの範囲内であれば、定量のグリース補給をより円滑に行うことができる。すなわち、グリースが補給孔につまることがなく、グリースが過度に補給されることもない。なお、補給孔は円形断面のものに限定されない。例えば、直径０．１〜５ｍｍの円形断面積と同等の断面積を有する矩形断面や多角形断面の補給孔であってもよい。
上記転がり軸受は、ｄｍＮが１００万以上となる環境でも長寿命を達成できる。

以上説明したように、本発明によれば、グリースが早期に劣化して軸受が破損する前に新たなグリースを間欠的に補給することにより、グリース潤滑でありながら高速回転性に優れて長寿命の転がり軸受を提供できる。この転がり軸受を用いて、高い信頼性を有する工作機械用主軸装置を実現することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１に示す本発明第１実施形態のアンギュラ玉軸受１０は、外周面に内輪軌道１１ａを有する内輪１１、内周面に外輪軌道１２ａを有する外輪１２、内外輪１１，１２間に形成された内輪軌道１１ａ及び外輪軌道１２ａに沿って複数配置された玉１３及び玉１３を円周方向等間隔に保持する保持器１４を備えている。本実施形態は、外輪カウンタボア軸受である。本実施形態は、工作機械の主軸支持用転がり軸受である。
本実施形態においては、外輪１２のカウンタボア側（図では右側）に、外輪１２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔１５が設けられている。補給孔１５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔１５は、外輪１２の内径面の、外輪軌道１２ａに隣接する箇所に開口している。
補給孔１５は、外輪１２の周方向に間隔をあけた複数箇所に設けられてもよい。

アンギュラ玉軸受１０の軸受空間には、軸受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用時には、次のようなグリース補給方法が適用される。すなわち、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔１５を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースショットさせる。

図２に示す本発明第２実施形態のアンギュラ玉軸受２０は、内輪２１、外輪２２、内外輪２１の内輪軌道２１ａと外輪２２の外輪軌道２２ａとの間に複数配置された玉２３及び玉２３を円周方向等間隔に保持する保持器２４を備えている。
本実施形態においては、外輪２２のカウンタボア側（図では右側）に、外輪２２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔２５が設けられている。補給孔２５の外輪内径面側は、グリースだまり２５ａになっている。グリースだまり２５ａの断面積は、補給孔２５の他の部分の断面積より大きい。グリースだまり２５ａを有しているので、補給孔２５は、段付き円柱状空間になっている。グリースだまり２５ａは、外輪２２の内径面の、外輪軌道２２ａに隣接する箇所に位置している。
以下に説明する実施形態においても、補給孔がグリースだまりを有してもよい。

図３に示す本発明第３実施形態のアンギュラ玉軸受３０は、内輪３１、外輪３２、内輪３１の内輪軌道３１ａと外輪３２の外輪軌道３２ａとの間に複数配置された玉３３及び玉３３を円周方向等間隔に保持する保持器３４を備えている。本実施形態は、内輪カウンタボア軸受である。
本実施形態においては、外輪３２の外輪軌道３２ａの、接触部３２ｂのある側（図では右側）の反対側に、外輪３２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔３５が開口している。尚、補給孔３５は、接触部３２ｂのある側であってもよく、接触部３２ｂ以外の部分に設ければよい。

図４に示す本発明第４実施形態のアンギュラ玉軸受４０は、内輪４１、外輪４２、内輪４１の内輪軌道４１ａと外輪４２の外輪軌道４２ａとの間に複数配置された玉４３及び外輪案内の保持器４４を備えている。本実施形態は、外輪カウンタボア軸受である。
本実施形態においては、外輪４２のカウンタボア側（図では右側）に、外輪４２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔４５が設けられている。補給孔４５は、保持器４４の片側（図では右側）の案内面４４ａに向けて開口している。

図５に示す本発明第５実施形態のアンギュラ玉軸受５０は、内輪５１、外輪５２、内輪５１の内輪軌道５１ａと外輪５２の外輪軌道５２ａとの間に複数配置された玉５３及び外輪案内の保持器５４を備えている。本実施形態は、外輪カウンタボア軸受である。
本実施形態においては、外輪５２の反カウンタボア側（図では左側）に、外輪５２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔５５が設けられている。補給孔５５は、保持器５４の片側（図では左側）の案内面５４ａに向けて開口している。

図１に示した形態のアンギュラ玉軸受を用いて、以下のような実験を行った。
内径６５ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、接触角１８°、玉径７．１４４ｍｍ、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５、グリース初期封入量は軸受空間容積の１５％（２．３ｃｃ）である、一対のアンギュラ玉軸受により、試験機の回転主軸を支持した。一対のアンギュラ玉軸受は背面組合せとし、軸受間隔は１００ｍｍとした。

（実験１）
試験機の回転主軸をいくつかの設定速度で回転させ、各設定速度における軸受耐久時間を観測した。結果を表１に示す。

グリース補給がない状態では、ｄｍＮ１２０万で１００００時間を越える耐久時間を達成できなかった。これは、グリース寿命が１００００時間であったことを示している。ｄｍＮ１５０万ではグリース寿命が１０００時間であった。ｄｍＮ１８０万ではグリース寿命が１００時間であった。
表１の結果をグラフ化したものを図６に示す。図６から、ｄｍＮの上昇に伴って、グリース寿命時間が指数関数的に短くなることがわかる。

（実験２）
実験１のときと同様な条件で、試験機の回転主軸を一対のアンギュラ玉軸受で支持し、適宜な慣らし運転を行った。慣らし運転後のｄｍＮ１５０万における外輪温度は５５℃であった。なお、ｄｍＮ１５０万におけるグリース寿命は、前述のように１０００時間である。
本実験では、ｄｍＮ１５０万で１０００時間運転を行った時点で、いくつかの設定補給量のグリース補給を行い、その後０からｄｍＮ１５０万に５秒で立ち上げて運転を再開するとともに軸受を観察することで、各設定補給量における耐久時間及び軸受の昇温を測定した。結果を表２に示す。

補給量が４％以下のときは、初期封入のグリース寿命の半分である５００時間を越えると、焼付が生じた。
一方、補給量が４％を超えると、グリース補給後に軸受が異常昇温（外輪が７５℃以上に急上昇）した。
以上の結果から、グリースの補給間隔は、初期封入のグリース寿命時間の半分以下とし、補給量は軸受空間容積の４％以下とするのが良いことがわかった。

なお、２％のグリース補給を行った後、慣らし運転をした時点で、軸受内部の接触部の脇にかき出されたグリースを採取し、量を測定したところ、２％の量の補給に対し、１．９％の量のグリースがかき出されたことがわかった。これは、転動体（玉）、内外輪の軌道溝及び保持器間に必要最低限のグリースが潤滑膜として保持され、余分なグリースがかき出されたことを示す。
このことから、グリース補給量の下限は軸受空間容積の０．１％であることがわかった。

図７に示す本発明第６実施形態の複列円筒ころ軸受６０は、内輪６１、外輪６２、内輪６１の内輪軌道６１ａと外輪６２の外輪軌道６２ａとの間に２列に複数配置された円筒ころ６３及び各列の円筒ころ６３を円周方向等間隔に保持する保持器６４を備えている。本実施形態は、工作機械の主軸支持用転がり軸受である。
本実施形態においては、外輪６２の軸方向中央部に、外輪６２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔６５が設けられている。補給孔６５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔６５は、それぞれの保持器６４の、２列の円筒ころ６３の間に位置する部分に向けて開口している。
本実施形態においては、外輪外径面の軸方向中央部に、補給孔６５に連通する溝６５ｂを設けて、補給孔６５にグリースＧをショットし易くしているが、溝６５ｂはなくてもよい。なお、図１〜５に示した転がり軸受にも、外輪外径面に溝を設けることができる。

円筒ころ軸受６０の軸受空間には、軸受空間容積の８〜１５％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用時には、次のようなグリース補給方法が適用される。すなわち、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔６５を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースＧをショットさせる。
保持器６４に向けてショットされたグリースＧは、軸受回転に伴って、内外輪の軌道面の円周上に均一に塗布される。こうして、ショットされたグリースＧによる新しい油膜が形成される。慣らし運転が終わると、必要最低限のグリース以外は、転動面外側にかき出されて土手のような形状になる。その状態のグリースから微量な基油が漏れて、転動面や保持器案内面が潤滑される。

図８に示す本発明第７実施形態の複列円筒ころ軸受７０は、内輪７１、外輪７２、内輪７１の内輪軌道７１ａと外輪７２の外輪軌道７２ａとのに２列に複数配置された円筒ころ７３及び各列の円筒ころ７３を円周方向等間隔に保持する保持器７４を備えている。
本実施形態においては、外輪７２に、外輪７２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔７５が、軸方向に見て複数（ここでは２本）設けられている。補給孔７５は、各列の円筒ころ７３の転動面に向けて開口している。外輪外径面には、２列の溝７５ｂが設けられている。

図９に示す本発明第８実施形態の単列円筒ころ軸受８０は、内輪８１、外輪８２、内輪８１の内輪軌道８１ａと外輪８２の外輪軌道８２ａとの間に複数配置された円筒ころ８３及び外輪案内の保持器８４を備えている。
本実施形態においては、外輪８２に、外輪８２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔８５が、軸方向に見て２本設けられている。各補給孔８５は、円筒ころ８３の軸方向両側に位置する、保持器８４の案内面に向けて開口している。外輪外径面には、２列の溝８５ｂが設けられている。
図示しないが、片側の保持器案内面に向けて開口する、軸方向に見て１本の補給孔を設けた構成とすることもできる。

図１０に示す本発明第９実施形態の単列円筒ころ軸受９０は、内輪９１、外輪９２、内輪９１の内輪軌道９１ａと外輪９２の外輪軌道９２ａとの間に複数配置された円筒ころ９３及び外輪案内の保持器９４を備えている。
本実施形態においては、外輪９２の軸方向中央部に、外輪９２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔９５が設けられている。補給孔９５は、円筒ころ９３の転動面に向けて開口している。外輪外径面の軸方向中央部には、溝９５ｂが設けられている。

図１１に示す本発明第１０実施形態の単列円筒ころ軸受１００は、内輪１０１、外輪１０２、内輪１０１の内輪軌道１０１ａと外輪１０２の外輪軌道１０２ａとの間に複数配置された円筒ころ１０３及び外輪案内の保持器１０４を備えている。
本実施形態においては、外輪１０２に、外輪１０２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔１０５が、軸方向に見て２本設けられている。各補給孔１０５は、円筒ころ１０３の軸方向両端面と保持器１０４の案内面との間に向けて開口している。外輪外径面には、２列の溝１０５ｂが設けられている。
図示しないが、軸方向に見て１本の補給孔を設けた構成とすることもできる。

図１２に示す本発明第１１実施形態の単列円筒ころ軸受１１０は、内輪１１１、外輪１１２、内輪１１１の内輪軌道１１１ａと外輪１１２の外輪軌道１１２ａとの間に複数配置された円筒ころ１１３及び外輪案内の保持器１１４を備えている。
本実施形態においては、外輪１１２の軸方向中央部に、外輪１１２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔１１５が設けられている。補給孔１１５は、グリースをショットするノズル１２０の、先端テーパ形状に対応するテーパ形状になっており、外径面側から内径面側に向かうにつれて直径が減少している。すなわち、補給孔１１５は、円錐台状空間になっている。補給孔１１５は、円筒ころ１１３の転動面に向けて開口している。

図１０に示した形態の円筒ころ軸受を用いて、以下のような実験を行った。
（実験３）
内径９５ｍｍ、外径１４５ｍｍ、ころ径１１ｍｍ、ころ長さ１１ｍｍ、ころ数２７個、軸受空間容積３１ｃｍ³、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５、グリース初期封入量は軸受空間容積の１０％である円筒ころ軸受を複数用意し、それぞれ慣らし運転を行った。慣らし運転後の、９０００ｍｉｎ^-1での外輪温度は３５℃であった。その後、いくつかの設定補給量のグリース補給を行った後、０から９０００ｍｉｎ^-1に２秒で立ち上げて、外輪温度を測定する実験を５回（ｎ１〜ｎ５）行った。
図１３（ａ）に示すように、１箇所の補給孔のみからグリースＧを補給した場合の実験結果を表３に示す。

表３中、◎は外輪温度が４０℃以下であったことを示し、○は外輪温度が５０℃以下であったことを示し、△は外輪温度が６０℃以下であったことを示し、×は外輪温度が６０℃を越えたことを示す。
図１３（ｂ）に示すように、対向する２箇所（１８０°離れた位置）の補給孔からグリースＧを補給した場合の実験結果を表４に示す。

図１３（ｃ）に示すように、ころところの間全てに設けられた補給孔からグリースＧを補給した場合の実験結果を表５に示す。

表３〜表５からわかるように、２％以下では、補給後の回転で異常昇温は見られなかった。
４％では、補給箇所を増やすことにより異常昇温を顕著に抑えることができた。すなわち、同じ量を補給するにしても、外輪の円周方向に間隔をあけた複数箇所に設けた補給孔からグリースをショットする方が、異常昇温を抑制できることがわかった。
４％を越えると、グリースの補給箇所を増やしても、温度にバラツキがでて、安定しない状態であった。

（実験４）
図１０に示したような形態であって、内径７０ｍｍ、外径１１０ｍｍ、ころ径９ｍｍ、ころ長さ９ｍｍ、ころ数２０個、軸受空間容積２．４ｃｍ³、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５、グリース初期封入量は軸受空間容積の１０％、両側案内・外輪案内の保持器の材質はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン、炭素繊維強化グレード）である円筒ころ軸受を２個用意した。そして、両方の円筒ころ軸受を１６５００ｍｉｎ^-1（ｄｍＮ１５０万）で回転させ、一方の円筒ころ軸受には回転開始から４８時間経過した時点で軸受空間容積の２％の量のグリース補給を行い、他方の円筒ころ軸受けにはグリース補給を行わず、さらに両方の円筒ころ軸受を１６５００ｍｉｎ^-1（ｄｍＮ１５０万）で回転させ、耐久時間を測定した。
グリース補給をした円筒ころ軸受では、目標耐久時間である１０００時間を達成したが、グリース補給をしない円筒ころ軸受では、２００時間しかもたなかった。

図１４に示す本発明の第１２実施形態の単列円筒ころ軸受１２０は、内輪１２１、二つの鍔１２２ｂを有する外輪１２２、内輪１２１の内輪軌道１２１ａと外輪１２２の外輪軌道１２２ａとの間に配置された円筒ころ１２３及び外輪案内の保持器１２４を備えている。

円筒ころ１２３は、外輪１２２の内周面である鍔１２２ｂ間に形成された外輪軌道１２２ａおよび内輪１２１の外周面に形成された内輪軌道１２１ａに沿って転動可能に配置されている。外輪軌道１２２ａの両端部には、円筒ころ１２３のエッジ部１２３ａと対向する位置に、凹部である逃げ部１２２ｃが設けられ、エッジ部１２３ａとの干渉を避ける構造となっている。

本実施形態においては、外輪１２２を径方向に貫通し、外輪１２２の逃げ部１２２ｃの一方に連通する補給要素としての一つの補給孔１２５が形成されている。追加グリースは、外部から補給孔１２５を介して径方向に転がり軸受１２０の内部の逃げ部１２２ｃに補給される。補給された追加グリースは、円筒ころ１２３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図１５に示す本発明の第１３実施形態の単列円筒ころ軸受１３０は、内輪１３１、二つの鍔１３２ｂを有する外輪１３２、内輪１３１の内輪軌道１３１ａと外輪１３２の外輪軌道１３２ａとの間に配置された二つの円筒ころ１３３及び外輪案内の保持器１３４を備えている。

円筒ころ１３３は、外輪１３２の内周面である鍔１３２ｂ間に形成された外輪軌道１３２ａおよび内輪１３１の外周面に形成された内輪軌道１３１ａに沿って転動可能に配置されている。外輪軌道１３２ａの両端部には、円筒ころ１３３のエッジ部１３３ａと対向する位置に、凹部である逃げ部１３２ｃが設けられ、エッジ部１３３ａとの干渉を避ける構造となっている。

本実施形態においては、外輪１３２を径方向に貫通し、外輪１３２の逃げ部１３２ｃのそれぞれに連通する補給要素としての二つの補給孔１３５が形成されている。追加グリースは、外部から補給孔１３５を介して径方向に転がり軸受１３０の内部の逃げ部１３２ｃに補給される。補給された追加グリースは、円筒ころ１３３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図１６に示す本発明の第１４実施形態の複列円筒ころ軸受１４０は、内輪１４１、外輪１４２、内輪１４１の内輪軌道１４１ａと外輪１４２の外輪軌道１４２ａとの間に配置された円筒ころ１４３及び外輪案内の保持器１４４を備えている。

外輪１４２は、軸方向両端に形成された二つの鍔１４２ｂと内径面中央に形成された鍔１４２ｄとを有している。鍔１４２ｂと鍔１４２ｄとの間には、それぞれ二つの外輪軌道１４２ａが形成されている。

二つの円筒ころ１４３は、二つの外輪軌道１４２ａおよび内輪１４１の外周面に形成された内輪軌道１４１ａに沿ってそれぞれ転動可能に配置されている。外輪軌道１４２ａの両端部のそれぞれには、円筒ころ１４３のエッジ部１４３ａと対向する位置に、凹部である逃げ部１４２ｃが設けられ、エッジ部１４３ａとの干渉を避ける構造となっている。

本実施形態においては、外輪１４２を径方向に貫通し、それぞれの外輪軌道１４２ａの両端部に設けられた逃げ部１４２ｃの一方に連通する補給要素としての二つの補給孔１４５が設けられている。追加グリースは、外部から補給孔１４５を介して径方向に転がり軸受１４０の内部の逃げ部１４２ｃに補給される。補給された追加グリースは、円筒ころ１４３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図１７に示す本発明の第１５実施形態の複列円筒ころ軸受１５０は、内輪１５１、外輪１５２、内輪１５１の内輪軌道１５１ａと外輪１５２の外輪軌道１５２ａとの間に配置された円筒ころ１５３及び外輪案内の保持器１５４を備えている。

外輪１５２は、軸方向両端に形成された二つの鍔１５２ｂと内径面中央に形成された鍔１５２ｄとを有している。鍔１５２ｂと鍔１５２ｄとの間には、それぞれ二つの外輪軌道１５２ａが形成されている。

二つの円筒ころ１５３は、二つの外輪軌道１５２ａおよび内輪１５１の外周面に形成された内輪軌道１５１ａに沿ってそれぞれ転動可能に配置されている。外輪軌道１５２ａ両端部のそれぞれには、円筒ころ１５３のエッジ部１５３ａと対向する位置に、凹部である逃げ部１５２ｃが設けられ、エッジ部１５３ａとの干渉を避ける構造となっている。

本実施形態においては、外輪１５２を径方向に貫通し、それぞれの外輪軌道１５２ａの両端部に設けられた逃げ部１５２ｃのそれぞれに連通する補給要素としての四つの補給孔１５５が設けられている。追加グリースは、外部から補給孔１５５を介して径方向に転がり軸受１５０の内部の逃げ部１５２ｃに補給される。補給された追加グリースは、円筒ころ１５３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図１８は、本発明の第１〜１５実施形態に記載の転がり軸受を用いて構成される工作機械用主軸装置としてのスピンドル装置を示す図である。ここでは、例として第１実施形態のアンギュラ玉軸受１０及び第９実施形態の円筒ころ軸受９０を用いている。なお、図１８の主軸装置は、例示のために異種の軸受を用いているが、同種の軸受のみから構成するようにしてもよい。

軸受１０及び９０は、主軸１に外嵌し、そしてハウジング７に内嵌している。主軸１は、軸受１０及び９０を介して、ハウジング７に対し回転可能である。軸受１０及び９０の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸１及びハウジング７に沿って配置された内輪間座５及び外輪間座６が配置されている。内輪間座５及び外輪間座６の軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材８及び外輪押さえ部材９が配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材８及び外輪押さえ部材９の間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。

ハウジング７には、ハウジング７を貫通し、各軸受１０及び９０の外輪に形成された補給孔に追加グリースを補給するノズル（グリース供給こま）４が固定されている。グリースは、グリース補給器２から補給パイプ３を介してノズル４に供給され、そして径方向に軸受内部に補給される。グリース補給器２は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースショットする。

図１８では、第１実施形態の軸受１０および第９実施形態の軸受９０を例として挙げたが、勿論その他の実施形態２〜８または１０〜１５の軸受、又はそれらの任意の組合せを代わりに用いてもよい。
また、その他の軸受の外輪に同様の補給孔を設けても同様の効果が期待されることは言うまでもない。

図１９は、以下に説明する第１６，１７実施形態に係る転がり軸受２００及び２１０を用いて構成される工作機械用主軸装置としてのスピンドル装置を示す図である。なお、図１９の主軸装置は、例示のために異種の軸受を用いているが、同種の軸受のみから構成するようにしてもよい。

軸受２００及び２１０は、主軸１に外嵌し、ハウジング７に内嵌している。主軸１は、軸受２００及び２１０を介して、ハウジング７に対し回転可能である。軸受２００及び２１０の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸１及びハウジング７に沿って配置された内輪間座５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ，５００ｅ及び外輪間座６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄ，６００ｅが図視左から順に配置されている。

内輪間座５００ａ及び５００ｅ並びに外輪間座６００ａ及び６００ｅの軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材８ａ，８ｂ及び外輪押さえ部材９ａ，９ｂが配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材８ａ及び外輪押さえ部材９ａ並びに内輪押さえ部材８ｂ及び外輪押さえ部材９ｂの間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。

図２０は、図１９に示すスピンドル装置の拡大断面図である。ここでは、本発明の第１６実施形態に係るアンギュラ玉軸受２００並びにその周辺構造について説明する。

図２０に示す各アンギュラ玉軸受２００は、内輪２０１、外輪２０２、内輪２０１の内輪軌道２０１ａと外輪２０２の外輪軌道２０２ａとの間に複数配置された玉２０３、及び、玉２０３を円周方向等間隔に保持する保持器２０４を備えている。外輪２０２は、玉２０３を接触角を持って保持するためのテーパ部２０２ｂを軸方向片側に有している。以下、テーパ部が形成された軸方向一方を正面側、他方を背面側と呼ぶこととする。

本実施形態においては、各アンギュラ玉軸受２００間には、グリース補給用外輪間座６００ｂが配置されている。グリース補給用外輪間座６００ｂには、ハウジング７を貫通した二つのグリース補給用ノズル４が、グリース補給用外輪間座６００ｂに差し込み固定されている。グリース補給用ノズル４には、外部のグリース供給器２から補給パイプ３を介して追加グリースが供給される。

グリース補給用外輪間座６００ｂは、ノズル４の先端から追加グリースをアンギュラ玉軸受２００内部に補給する補給要素としての補給孔２０５を有している。補給孔２０５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有しており、軸受２００の内側（保持器２０４よりも内径側）に向けて軸方向に開口している。補給孔２０５は、内輪２０１及び外輪２０２間に背面側から軸方向に追加グリースを供給する。供給されるグリースは、主に保持器２０４よりも内径側に供給される。

なお、補給孔２０５は、径方向に間隔をあけてグリース補給用外輪間座６００ｂの複数箇所に設けられてもよい。また、供給されるグリースは、主に保持器２０４よりも内径側に供給されるほうが好ましいが、外径側に供給してもよい。

各アンギュラ玉軸受２００の軸受空間には、軸受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用開始後、グリース供給器２は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔２０５を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースショットする。軸受内部に追加補給されたグリースは、玉２０３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図２１は、図１９に示すスピンドル装置の拡大断面図であり、ここでは、本発明の第１７実施形態に係る単列円筒ころ軸受２１０について説明する。

単列円筒ころ軸受２１０は、内輪２１１、外輪２１２、内輪２１１の内輪軌道２１１ａと外輪２１２の外輪軌道２１２ａとの間に配置された円筒ころ２１３、及び、ころ２１３を円周方向等間隔に保持する保持器２１４を備えている。

本実施形態においては、円筒ころ軸受２００の軸方向隣には、グリース補給用外輪間座６００ｄが配置されている。グリース補給用外輪間座６００ｄには、ハウジング７を貫通したグリース補給用ノズル４がグリース補給用外輪間座６００ｄに差し込み固定されている。グリース補給用ノズル４には、外部のグリース供給器２から補給パイプ３を介して追加グリースが供給される。

グリース補給用外輪間座６００ｄは、ノズル４の先端から追加グリースを軸受２１０内部に補給する補給要素としての補給孔２１５を有している。補給孔２１５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有しており、軸受２１０の内側（保持器２１４よりも内径側）に向けて軸方向に開口している。補給孔２１５は、内輪２１１及び外輪２１２間に背面側から軸方向に追加グリースを供給する。供給されるグリースは、主に保持器２１４よりも内径側に供給される。
なお、補給孔２１５は、径方向に間隔をあけてグリース補給用外輪間座６００ｄの複数箇所に設けられてもよい。また、供給されるグリースは、主に保持器２１４よりも内径側に供給されるほうが好ましいが、外径側に供給してもよい。

各アンギュラ玉軸受２１０の軸受空間には、軸受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用開始後、グリース供給器２は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔２１５を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースショットする。軸受内部に追加補給されたグリースは、円筒ころ２１３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図２２は、第１６実施形態の第１の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例に用いられているアンギュラ玉軸受２２０は、軸に外嵌する内輪２２１、ハウジング１０００に内嵌する外輪２２２、内輪２２１の内輪軌道２２１ａと外輪２２２の外輪軌道２２２ａとの間に転動自在に配置された玉２２３、並びに玉２２３を保持する保持器２２４から構成される。

ハウジング１０００は、径方向内側に突出した凸部１０００ａを有する。軸受２２０の外輪２２２は、軸方向背面側で凸部１０００ａに接している。内輪２２１の軸方向背面側には、凸部１０００ａと軸方向に対向する内輪間座５１０ａが配置されている。

一方、外輪２２２の軸方向正面側には、グリース補給用外輪間座６１０が設けられている。グリース補給用外輪間座６１０は、内輪間座５１０ｂと軸方向に対向している。ハウジング１０００におけるグリース補給用外輪間座６１０の外径面に対応する位置には、グリース補給用ノズル４００をグリース補給用外輪間座６１０に差し込むための開口１０００ｂが形成されている。グリース補給用ノズル４００の基部４００ａは、ねじ等の固定部材４００ｂによりハウジング１０００の外径面上に固定されており、基部４００ａから延出した先端部４００ｃがグリース補給用外輪間座６１０内部に差し込まれている。

グリース補給用外輪間座６１０は、グリース補給用ノズル４００の先端部４００ｃから追加グリースを軸受２２０内部に補給する補給要素としての補給孔２２５を有している。補給孔２２５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。・BR>站牛E２２５は、内輪２２１及び外輪２２２間に正面側から軸方向に追加グリースを供給する。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、補給孔２２５は、径方向に間隔をあけてグリース補給用外輪間座６１０の複数箇所に設けられてもよい。

図２３は、第１６実施形態の第２の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例に用いられているアンギュラ玉軸受２３０は、軸に外嵌する内輪２３１、ハウジング１１００に内嵌する外輪２３２、内輪２３１の内輪軌道２３１ａと外輪２３２の外輪軌道２３２ａとの間に転動自在に配置された玉２３３、並びに玉２３３を保持する保持器２３４から構成される。

ハウジング１１００は、径方向内側に突出した凸部１１００ａを有する。軸受２３０の外輪２３２は、軸方向正面側で凸部１１００ａに接している。内輪２３１の正面側には、凸部１１００ａに軸方向に対向する内輪間座５２０ｂが配置されている。一方、外輪２２２の軸方向背面側には、内輪間座５２０ａ及び外輪間座６２０がそれぞれに対向して配置されている。

凸部１１００ａの反対側となるハウジング１０００の外径面には、グリース補給用ノズル４００を凸部１１００ａ内に差し込むための開口１１００ｂが形成されている。グリース補給用ノズル４００の基部４００ａは、ねじ等の固定部材４００ｂによりハウジング１１００の外径面上に固定されており、基部４００ａから延出した先端部４００ｃが凸部１１００ａ内部に差し込まれている。

凸部１１００ａは、グリース補給用ノズル４００の先端部４００ｃから追加グリースを軸受２３０内部に補給する補給要素としての補給孔２３５を有している。補給孔２３５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２３５は、内輪２３１及び外輪２３２間に正面側から軸方向に追加グリースを供給する。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、補給孔２３５は、径方向に間隔をあけて凸部１１００の複数箇所に設けられてもよい。

また、図２４に本実施形態の第３の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例は、第２変形例のアンギュラ玉軸受２３０の正面側と背面側を入れ替えたものであり、ハウジング１１００の凸部１１００ａがアンギュラ玉軸受２３０の軸方向背面側に設けられている。その他の構成は、図２３に示したものと同様である。

本変形例において、追加グリースは、凸部１１００ａに形成された補給孔２３５から、内輪２３１及び外輪２３２間に背面側から軸方向に供給される。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

図２５は、第１６実施形態の第４の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例に用いられているアンギュラ玉軸受２４０は、軸に外嵌する内輪２４１、ハウジング１２００に内嵌する外輪２４２、内輪２４１の内輪軌道２４１ａと外輪２４２の外輪軌道２４２ａとの間に転動自在に配置された玉２４３、並びに玉２４３を保持する保持器２４４から構成される。外輪１２００の正面側端部には、テーパ部から径方向内側に突出した凸部２４２ｂが形成されている。

軸受２３０の外輪２３２は、軸方向正面側で、即ち、凸部２４２ｂが、外輪間座６３０ｂと接しており、軸方向背面側で、外輪間座６３０ａと接している。内輪２３１の背面側及び正面側には、それぞれ外輪間座６３０ａ及び６３０ｂと径方向に対向する内輪間座５３０ａ及び５３０ｂが配置されている。

ハウジング１２００は、外輪２４２の凸部２４２ｂの反対側となる外径面に、グリース補給用ノズル４００を凸部２４２ｂ内に差し込むための開口１２００ｂを有している。グリース補給用ノズル４００の基部４００ａは、ねじ等の固定部材４００ｂによりハウジング１２００の外径面上に固定されており、基部４００ａから延出した先端部４００ｃが、開口１２００ｂを介して外輪２４２の凸部２４２ｂ内部に差し込まれている。

凸部２４２ｂは、グリース補給用ノズル４００の先端部４００ｃから追加グリースを軸受２４０内部に補給する補給要素としての補給孔２４５を有している。補給孔２４５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２４５は、内輪２４１及び外輪２４２間に正面側から軸方向に追加グリースを供給する。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、補給孔２４５は、径方向に間隔をあけて凸部２４２ｂの複数箇所に設けられてもよい。

また、図２６に本実施形態の第５の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例は、第４変形例のアンギュラ玉軸受２４０の外輪２４２の変形例であり、外輪２４２の凸部２４２ｂが、アンギュラ玉軸受２４０の軸方向背面側に形成されている。その他の構成は、図２５に示したものと同様である。

本変形例において、追加グリースは、凸部２４２ｂに形成された補給孔２４５から、内輪２４１及び外輪２４２間に背面側から軸方向に供給される。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。

上記した第１６，１７実施形態および第１６実施形態の変形例１〜５のように構成することにより、軸方向に追加グリースを軸受内部に補給することが可能となる。
また、その他の軸受において、同様の補給孔を設けても同様の効果が期待されることは言うまでもない。

（実験５）
次に、図２７に示す回転試験装置（６５ミリ・アンギュラ玉軸受用中間Ｓ／Ｐ）を用いて軸方向からグリース追加供給を行う場合の耐久試験を行った。図２７において、軸１は背面組合せ（ＤＢ）のアンギュラ玉軸受２５０，２５０によりハウジング１５００に対して回転可能に構成されている。

図２８は、図２７のアンギュラ玉軸受２５０及びその周辺部材を示す拡大断面図である。アンギュラ玉軸受２５０は、軸１に固定された内輪２５１、ハウジングに固定された外輪２５２、内輪２５１の内輪軌道２５１ａと外輪２５２の外輪軌道２５２ａとの転動自在に配置された転動体２５３、及び転動体２５３を保持する保持器２５４から構成されている。

各アンギュラ玉軸受２５０の正面側には、内輪間座５５０ａ及び外輪間座６５０ａが、そして背面側には、内輪間座５５０及びグリース供給用外輪間座６５０ｂが、それぞれ内輪２５１及び外輪２５２に隣接配置されている。グリース供給用外輪間座６５０ｂ間には、外輪間座６６０が配置されている。

グリース供給用外輪間座６５０ｂには、ハウジング１５００を介してグリース供給用ノズル４５０が差込固定されている。グリース供給用ノズル４５０には、図示せぬグリース補給器から補給パイプ３を介してグリースが供給される。グリース供給用外輪間座６５０は、アンギュラ玉軸受２５０の正面側に開口した補給孔２５５（φ２．０）を有している。グリース供給用ノズル４５０に供給されたグリースは、先端部４５０ａから補給孔２５５に供給され、軸方向に軸受の軸受空間内に供給される。

実験では、内径６５ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、玉径７．１４４ｍｍ、及び接触角１８#のアンギュラ玉軸受を用いた。潤滑に用いたグリースは、イソフレックスＮＢＵ１５であり、グリース初期封入量は、軸受空間容積の１５％とした。両軸受２５０，２５０は、２０，０００ｍｉｎ^-1（ｄｍＮ１８０万）で回転させた。

実験では、比較のため、グリースの追加供給を行わない試験１とグリースの追加供給を行う試験２を行った。試験２では、回転開始後５０時間経過する毎に、０．３ｃｃ（軸受空間容積の１．５％に相当）のグリースを補給孔２５５を介して軸受空間内に追加ショットした。

実験を行った結果、試験１では、実験開始後５００時間後に軸受が焼き付いてしまったため、実験を中止した。一方、試験２では、実験開始後３０００時間が経過しても異常が発生することは無く、無事に実験を終了した。この実験結果から、グリースを補給した場合には、３０００時間以上経過しても何ら軸受に問題は発生せず、軸受の寿命が大幅に延びることが確認された。

本発明の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態を示す断面図である。 本発明の第４実施形態を示す断面図である。 本発明の第５実施形態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態を用いた実験結果を示すグラフである。 本発明の第６実施形態を示す断面図である。 本発明の第７実施形態を示す断面図である。 本発明の第８実施形態を示す断面図である。 本発明の第９実施形態を示す断面図である。 本発明の第１０実施形態を示す断面図である。 本発明の第１１実施形態を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例を示す側面図である。 本発明の第１２実施形態を示す断面図である。 本発明の第１３実施形態を示す断面図である。 本発明の第１４実施形態を示す断面図である。 本発明の第１５実施形態を示す断面図である。 本発明の第１〜１５実施形態に記載の転がり軸受を用いて構成されるスピンドル装置を示す断面図である。 本発明の第１６〜１７実施形態に記載の転がり軸受を用いて構成されるスピンドル装置を示す断面図である。 図１９に示すスピンドル装置の拡大断面図であり、本発明の第１６実施形態を示す図である。 図１９に示すスピンドル装置の拡大断面図であり、本発明の第１７実施形態を示す図である。 本発明の第１６実施形態の第１変形例を示す断面図である。 本発明の第１６実施形態の第２変形例を示す断面図である。 本発明の第１６実施形態の第３変形例を示す断面図である。 本発明の第１６実施形態の第４変形例を示す断面図である。 本発明の第１６実施形態の第５変形例を示す断面図である。 回転試験装置を示す図である。 図２７の回転試験装置の拡大図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
１１，２１，３１，４１，５１ 内輪
１２，２２，３２，４２，５２ 外輪
１３，２３，３３，４３，５３ 玉（転動体）
１４，２４，３４，４４，５４ 保持器
１５，２５，３５，４５，５５ 補給孔
６０，７０，８０，９０，１００，１１０ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
６１，７１，８１，９１，１０１，１１１ 内輪
６２，７２，８２，９２，１０２，１１２ 外輪
６３，７３，８３，９３，１０３，１１３ 円筒ころ（転動体）
６４，７４，８４，９４，１０４，１１４ 保持器
６５，７５，８５，９５，１０５，１１５ 補給孔

Claims (1)

1. 主軸を支持する転がり軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、
   前記転がり軸受は、グリース潤滑され、
   前記転がり軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた玉とを有し、且つ、前記転がり軸受には予圧が付与されており、
   前記転がり軸受は、接触角を有し、外輪の玉との接触部から軸方向にずれた位置で、且つ、前記外輪の前記接触部のある側と反対側で前記玉とオーバーラップする位置に径方向の補給孔が設けられ、
   前記転がり軸受内には追加グリースが前記補給孔から間欠的に補給され、
   前記追加グリースの一回の補給量は、軸受空間容積の０．１〜４％となるように補給されることを特徴とする工作機械用主軸装置。

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