軸受装置及び工作機械用主軸装置
【課題】微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、且つ長寿命を達成することができる軸受装置及び工作機械用主軸装置を提供する。
【解決手段】外輪２１に形成された補給孔２７及びハウジング１０６に形成された給脂孔１３は、ハウジングの内周面または外輪２１の外周面に形成された円周溝２６によって連通されており、補給孔２７及び給脂孔１３の孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下に設定されている。また、保持器２４の案内面と、該案内面と対向する外輪２１の内周面との案内隙間ｇが直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、補給孔２７の開口部における軸方向内側端は、保持器２４の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。
【解決手段】外輪２１に形成された補給孔２７及びハウジング１０６に形成された給脂孔１３は、ハウジングの内周面または外輪２１の外周面に形成された円周溝２６によって連通されており、補給孔２７及び給脂孔１３の孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下に設定されている。また、保持器２４の案内面と、該案内面と対向する外輪２１の内周面との案内隙間ｇが直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、補給孔２７の開口部における軸方向内側端は、保持器２４の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置及び工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、高速回転する工作機械の主軸や高速モータ等において、微量のグリース給脂によりグリース潤滑される転がり軸受を備える軸受装置及び工作機械用主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸装置などに使用される転がり軸受では、高速回転性、長寿命と共に、加工精度向上のため、振動、音響等の特性に対しても高い性能が要求されている。このような転がり軸受の潤滑には、取り扱い易く、環境面やコスト面で有利なグリース潤滑が採用されている。
【０００３】
従来、グリース潤滑の転がり軸受としては、発熱しないように、初期段階で封入したグリースのみで潤滑されるものが利用されている。また、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。
【０００４】
また、近年、工作機械の主軸装置では、高速化が益々進み、主軸を支持する転がり軸受は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。グリース潤滑の転がり軸受は、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高速回転における寿命が短い傾向がある。このため、最近では、転がり軸受の回転中にもグリースの補給する方式が採用されている。ただし、高速回転で使用される転がり軸受では、グリース補給量が多いと、給脂時の余剰グリースの油分が転がり接触部で攪拌され、異常発熱を起こし易い。特に、円筒ころ軸受の場合は、軌道面と転動体との接触部が線接触であるため、点接触の玉軸受と比較して発熱し易く、１回当たり補給量が０．００５〜０．１ｃｍ３、好ましくは、０．００５〜０．０２ｃｍ３の微量のグリースを補給する必要がある。
【０００５】
従来、グリース潤滑される軸受装置としては、外輪間座を介して軸受内輪側からグリースを給脂するようにして、過剰なグリース供給を防止し、グリースの撹拌抵抗に伴う発熱を抑制するようにした転がり軸受装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、特許文献２に記載の軸受装置では、円筒ころ軸受において、保持器の円環部外周面に向けて開口する直径０．１〜５ｍｍの補給孔が外輪に形成されると共に、一回のグリース総補給量を規制して、多量のグリースが軸受空間に供給されることを防止し、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温を防止することが記載されている。また、保持器の円環部外周面には、複数の凹状切欠部が円周方向に形成され、余剰のグリースを軸受空間から凹状切欠部を介して外部へ排出すると共に、凹状切欠部間の案内突片によってグリースを均一に慣らすことで、グリース補給時の異常昇温を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７１８４３号公報
【特許文献２】特開２００８−１２１８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の軸受装置は、多量のグリース給脂を前提とした技術であり、転がり軸受にグリースが供給される際、過剰なグリースを軸受外に排出してグリースの撹拌抵抗による発熱の抑制を図っており、グリース消費量が多くなる問題があった。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の軸受装置では、回転中のグリース補給の際の異常昇温を防止するために１回当たりのグリース補給量を規制することは開示されているが、給脂量を少なくすると、グリースが給脂経路内に滞留する時間が長くなり、グリースの基油分が分離してしまい、また、分離した基油分が嵌合部からリークするなどして、給脂経路内で固化する場合があり、確実に給脂できなくなる虞があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の軸受装置では、外輪の内周面と保持器の案内面との間の案内隙間や、補給孔の軸方向位置については具体的に規定されていなかった。
【００１１】
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、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、且つ長寿命を達成することができる軸受装置及び工作機械用主軸装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 径方向に貫通する少なくとも１つの補給孔が形成された外輪と、前記外輪によって案内される保持器と、を有する転がり軸受と、
前記外輪が嵌合する内周面に開口する少なくとも１つの給脂孔が形成されたハウジングと、
を備え、前記給脂孔及び前記補給孔を介して供給されるグリースによって前記転がり軸受がグリース潤滑される軸受装置であって、
前記ハウジングの内周面または前記外輪の外周面には、前記給脂孔と前記補給孔とが連通するように円周溝が形成されており、
前記給脂孔及び前記補給孔の孔径は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、
前記保持器の案内面と、該案内面と対向する前記外輪の内周面との案内隙間が直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、且つ、
前記補給孔の開口部における軸方向内側端は、前記保持器の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、前記保持器の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置することを特徴とする軸受装置。
（２）前記転がり軸受に供給される前記グリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ３であることを特徴とする上記（１）に記載の軸受装置。
（３）上記（１）または（２）に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の軸受装置によれば、外輪に形成された補給孔及びハウジングに形成された給脂孔は、ハウジングの内周面または外輪の外周面に形成された円周溝によって連通されており、補給孔及び給脂孔の孔径が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下に設定されている。また、保持器の案内面と、該案内面と対向する外輪の内周面との案内隙間が直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、補給孔の開口部における軸方向内側端は、保持器の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。従って、給脂されたグリースは案内面を潤滑しつつ、回転とともに薄い膜状に伸ばされ、グリース基油成分が徐々に外輪軌道面を通じて転がり接触部に供給される。これにより、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、また、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、軸受装置を長寿命とすることができる。
【００１４】
また、転がり軸受に供給されるグリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ３であるので、グリースの攪拌抵抗に起因する異常発熱や温度の脈動の発生を抑制して、安定した高速回転が可能となる。
【００１５】
また、本発明の工作機械用主軸装置によれば、主軸が、１回当たり供給量が０．００５〜０．０２ｃｍ３の極微量のグリースで潤滑される軸受装置によって支持されているので、攪拌抵抗に起因する異常発熱や温度の脈動がなく、高精度での加工が可能となる。
また、本発明のグリース補給方式の採用によって、軸受の停止中のみならず、軸受の回転中において補給しても、異常発熱や温度の脈動は発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る軸受装置が適用される工作機械用主軸装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す工作機械用主軸装置の前側軸受付近の要部拡大図である。
【図３】図１に示す工作機械用主軸装置の後側軸受付近の要部拡大図である。
【図４】図３の円筒ころ軸受に使用される保持器を示す斜視図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の補給孔の位置を説明するための要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、比較例としての補給孔の位置を説明するための要部拡大断面図である。
【図７】円筒ころ軸受に使用される保持器の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７の保持器が適用された円筒ころ軸受の断面図である。
【図９】円筒ころ軸受に使用される保持器の他の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図９の保持器が適用された円筒ころ軸受の断面図である。
【図１１】軸受装置評価試験機の全体構成図である。
【図１２】補給孔の位置を変更した条件Ａ〜Ｇの保持器と、各保持器にグリースを補給した場合の脈動の有無を示す表である。
【図１３】図１２の条件Ａ〜Ｇの保持器を用いた、グリース補給試験での耐久時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る軸受装置及びそれを用いた工作機械用主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の軸受装置が適用される工作機械用主軸装置の縦断面図である。図１に示すように、主軸装置１００の主軸１０１は、転がり軸受であるアンギュラ玉軸受４０及び円筒ころ軸受２０によって主軸ハウジング１０３内に支持されている。
【００１９】
主軸ハウジング１０３は、ハウジング本体１０４と、ハウジング本体１０４の前端（図中左側）に内嵌固定された前側軸受ハウジング１０５と、ハウジング本体１０４の後側（図中右側）に内嵌固定された後側軸受ハウジング１０６とを備えている。前側軸受ハウジング１０５の端部には、外輪押さえ部材１０７及び内輪押さえ部材１０８が設けられており、外輪押さえ部材１０７と内輪押さえ部材１０８との間には、ラビリンスが形成されている。主軸ハウジング１０３の後端面は、カバー１０９によって覆われている。
【００２０】
図２にも示すように、前側軸受ハウジング１０５に内嵌する４つのアンギュラ玉軸受４０は、外輪４１、内輪４２、外輪４１及び内輪４２間に接触角を持って転動自在に配置される転動体としての複数の玉４３、及び該玉４３を円周方向に等間隔に保持する保持器４４、を備える。また、図３に示すように、後側軸受ハウジング１０６に内嵌する１つの円筒ころ軸受２０も、外輪２１、内輪２２、外輪２１及び内輪２２間に転動自在に配置される転動体としての複数のころ２３、及び該ころ２３を円周方向に等間隔に保持する保持器２４（図４参照。）、を備える。４つのアンギュラ玉軸受４０の外輪４１間には、外輪間座１１０が配置されており、また内輪４２間には、内輪間座１１１が配置されている。さらに、円筒ころ軸受２０の外輪２１の軸方向一側にも、外輪間座１１２が配置されており、内輪２２の軸方向両側にも内輪間座１１３が配置されている。なお、本実施形態では、アンギュラ玉軸受４０及び前側軸受ハウジング１０５が、また、円筒ころ軸受２０及び後側軸受ハウジング１０６が、それぞれ本発明の軸受装置を構成する。
【００２１】
主軸１０１の軸方向の略中央部には、ロータ１２０が外嵌固定されている。ロータ１２０の外周面側には、ステータ１２１が所定距離離れて同軸配置されている。ステータ１２１は、ステータ１２１の外周面側に配置されたステータ固定部材１２２を介してハウジング本体１０４に固定されている。ハウジング本体１０４とステータ固定部材１２２との間には、主軸１０１の周方向に沿う方向に複数の溝１２３が形成されている。この複数の溝１２３内には、ステータ１２１の冷却用の冷媒が流される。
【００２２】
同様に、前側軸受ハウジング１０５と該ハウジング１０５に外嵌する冷却スリーブ１２５との間であって、アンギュラ玉軸受４０の外周側にあたる部位には、ハウジング及び軸受冷却用の冷媒が流される複数の溝１２４が形成されている。
【００２３】
この主軸ハウジング１０３の後端面には、転がり軸受４０，２０のそれぞれにグリース供給を行うためのグリースが供給される複数のグリース供給口１３２が周方向に沿って開口している（図１には一つのみ図示）。これら複数のグリース供給口１３２は、ハウジング本体１０４、前側軸受ハウジング１０５及び後側軸受ハウジング１０６内に形成された複数のグリース供給路１３３ａ〜１３３ｆにそれぞれ連通している（図１では、便宜上、各グリース供給路１３３ａ〜１３３ｆを同一断面に図示している）。これにより、本実施形態の主軸装置１００は、外部に設けられたグリース補給器１３０からグリース供給管１３１を介して主軸ハウジング１０３内にグリースを供給する。
【００２４】
グリース供給路１３３ａ，１３３ｂは、円筒ころ軸受２０の外輪２１が嵌合する内周面に開口しており、グリース供給路１３３ｃ〜１３３ｆは、各アンギュラ玉軸受４０の外輪４１が嵌合する内周面に開口している。各グリース供給路１３３ａ〜１３３ｆは、各軸受，４０，２０の外輪４１，２１に形成された補給孔４７，２７に後述する円周溝４６，２６を介して連通している。これにより、グリース補給器１３０から供給されたグリースは、補給孔４７，２７を介して各軸受４０，２０の軸受空間内部に独立して供給される。
【００２５】
グリース補給器１３０は、各軸受４０，２０に対して独立にグリース供給可能に構成されている。すなわち、グリース補給器１３０は、適宜なタイミングで（間欠的または定期的に）、各軸受４０，２０にグリースショットする。補給されたグリースは、アンギュラ玉軸受４０内部の玉４３及び円筒ころ軸受２０内部の円筒ころ２３の転動に伴い、軸受４０及び２０内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。なお、円筒ころ軸受２０は、アンギュラ玉軸受４０よりも温度の脈動が顕著に起こりやすいため、一回の補給量はアンギュラ玉軸受への補給量よりも少なくするとより良い。
【００２６】
図３及び図４に示すように、円筒ころ軸受２０にグリースを供給するためのグリース供給路１３３ａ，１３３ｂを構成する、後側軸受ハウジング１０６に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１は、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。
【００２７】
また、円筒ころ軸受２０の外輪２１には、２つの補給孔２７が、外輪２１の内外周面を径方向に貫通して形成されており、各補給孔２７を含む軸方向位置の外周面には、２つの円周溝２６が形成されている。これら各補給孔２７の孔径ｄ２も、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。
【００２８】
円周溝２６は、補給孔２７の孔径ｄ２より広い幅を有し、その断面積は補給孔２７の断面積より大きいことが、グリースの流動性を確保する上から好ましい。円周溝２６は、給脂孔１３と補給孔２７を連通させるための溝であり、ハウジング１０６の内周面に形成されてもよい。
【００２９】
図４に示すように、円筒ころ軸受２０の外輪案内型の樹脂製保持器２４は、一対の円環部３１及び一対の円環部３１を軸方向に連結する複数の柱部３２を有し、複数の円筒ころ２３を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部３３を形成する。また、柱部３２の円周方向両側の軸方向中間部には、円筒ころ２３を確実に保持するためのころ止め部３４が、柱部３２の径方向外面から突出するように設けられている。
【００３０】
保持器２４の円環部３１の外周面には、複数の凹状切欠部３５が円周方向に離間して形成されており、従って、円環部３１には、隣接する凹状切欠部３５間でそれぞれ径方向に突出する複数の案内突片３６が形成されている。また、一方の円環部３１の案内突片３６と、他方の円環部３１の案内突片３６とが、円周方向において、左右交互に千鳥状に配置されながら、円周方向にそれぞれ所定の間隔で設けられている。
【００３１】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、案内突片３６の外周面と外輪２１の内周面との間には、直径隙間で０．２〜１．０ｍｍの案内隙間ｇが形成され、案内突片３６の外周面が、外輪２１の内周面と摺接することで保持器２４を案内する案内面３７を構成する。
【００３２】
また、このように形成された保持器２４に対して、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａは、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に（図５（ａ）参照）、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する（図５（ｂ）参照）。
【００３３】
このように構成されることで、外輪２１の補給孔２７から給脂されたグリースの一部は、保持器２４の案内面３７に付着し、案内面３７を潤滑するとともに、回転とともに保持器２４の案内面３７と外輪２１の内周面との間で薄い膜状に伸ばされる。そして、グリース基油成分が案内隙間ｇを伝って徐々に移動し、最終的に転がり接触部に供給される。また、凹状切欠部３５は、軸受空間内の余剰のグリースを外側に排出するように作用する。
【００３４】
一方、図６（ａ）に示すように、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａが、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において軌道面寄りとなった場合には、一定の体積を持ったグリースが直接外輪軌道面に供給されてしまい、回転中に大きな攪拌抵抗を持ってしまい、瞬間的な異常昇温（インパルス状の脈動）が発生してしまう。また、図６（ｂ）に示すように、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａが、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において端面寄りとなった場合には、保持器２４の案内面３７にグリースが付着せず、転がり接触部にグリースが到達し難くなる。
【００３５】
また、保持器２４は、同じ円周方向位置において、一方の円環部３１では、案内突片３６の案内面３７と外輪２１の内周面との間に案内隙間ｇ／２が形成されるのに対して、他方の円環部３１では、凹状切欠部３５の外周面と外輪２１の内周面との間に隙間Ｇ／２（Ｇは直径隙間）が形成される。このため、この隙間Ｇから潤滑油をスムーズに排出することができ、隙間ｇと隙間Ｇの大きさが異なることにより両円環部３１間で圧力差が生じて空気の対流が起こり、対流作用により潤滑剤の排出が促進される。したがって、高速回転時の異常昇温を抑制でき、グリース潤滑を行う場合にも慣らし運転の時間を短縮することができる。
【００３６】
また、図２に示すように、各アンギュラ玉軸受４０にグリースを供給するための構成も円筒ころ軸受２０の場合とほぼ同様である。即ち、グリース供給路１３３ｃ〜１３３ｆを構成する、前側軸受ハウジング１０５に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１は、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。
【００３７】
また、アンギュラ玉軸受４０の外輪４１には、孔径ｄ２が１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定された補給孔４７が、外輪４１の内外周面を径方向に貫通して形成されている。さらに、補給孔４７を含む軸方向位置の外周面には、補給孔４７の孔径ｄ２より広い幅を有し、その断面積は補給孔４７の断面積より大きい円周溝４６が形成されている。
【００３８】
この場合にも、保持器４４の外周面と外輪２１の内周面との間には、直径隙間で０．２〜１．０ｍｍの案内隙間ｇが形成され、保持器４４の外周面が、外輪２１の内周面と摺接することで保持器４４を案内する案内面４８を構成する。
【００３９】
また、このように形成された保持器４４において、補給孔４７の軸方向内側端４７ａは、保持器４４の案内面４８の軸方向内側端４８ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器４４の案内面４８の軸方向外側端４８ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。
【００４０】
このように構成された工作機械用主軸装置では、グリースの撹拌抵抗による温度上昇の防止、高い振動特性及び音響特性を達成するため、１回当たりのグリース給脂量が、０．００５〜０．１ｃｍ３、好ましくは、０．００５〜０．０２ｃｍ３の極微量のグリースによって潤滑される。なお、対象とするグリースとしては、工作機械主軸装置用軸受の場合、温度上昇が抑えられ、低トルクであることが要求されるので、ちょう度が２号、又は３号（ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３）で、基油粘度が１５〜１２０ｍｍ２／Ｓ（４０℃）が選定される。
【００４１】
１回当たりのグリース給脂量が、０．００５〜０．１ｃｍ３の極微量のグリースによって潤滑される場合、グリースが給脂経路内に滞留する時間が長くなり、経年変化によって基油や増ちょう剤がグリースから分離して給脂経路内で固化し、グリースの流動性が低下したり、グリース固化による流路抵抗（グリースと給脂経路の内壁との摩擦抵抗）の増加によって、安定した給脂できなくなる場合がある。
【００４２】
給脂孔１３及び補給孔２７の孔径ｄ１、ｄ２を１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下としたのは、孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以下だと、経年変化によってグリースが固化（流動性の低下）したとき、流動抵抗の増加によってグリースの安定した給脂が困難となるからである。
【００４３】
また、孔径ｄ１、ｄ２を１０ｍｍ以上にすると、２つの給脂孔１３及び補給孔２７を、同位相で軸方向に並べて配置することがスペース上の問題から実質的に困難となるからである。即ち、工作機械用主軸装置に一般的に使用される転がり軸受は、内径３０ｍｍ程度のものが最小であり、孔径としては１０ｍｍ以下、好ましくは、７ｍｍ程度が好適である。また、給脂孔１３の孔径ｄ１が大きいと、外輪２１の外周面端部に面取り部が形成される場合、給脂孔１３と面取り部との隙間からグリース、特に、グリース中の基油分が漏れ出す虞があり、好ましくない。
【００４４】
以上説明したように、円筒ころ軸受２０と後側軸受ハウジング１０６を備えた軸受装置、又はアンギュラ玉軸受４０と前側軸受ハウジング１０５を備えた軸受装置によれば、外輪２１、４１に形成された補給孔４７及びハウジング１０５，１０６に形成された給脂孔１３は、ハウジング１０５，１０６の内周面または外輪４１の外周面に形成された円周溝４６によって連通されており、補給孔４７及び給脂孔１３の孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下に設定されている。また、保持器２４の案内面３７と、該案内面３７と対向する外輪２１の内周面との案内隙間ｇが直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａは、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。従って、給脂されたグリースは案内面３７を潤滑しつつ、回転とともに薄い膜状に伸ばされ、グリース基油成分が徐々に外輪軌道面を通じて転がり接触部に供給される。これにより、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、また、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、軸受装置を長寿命とすることができる。
【００４５】
尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例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。
【００４６】
例えば、円筒ころ軸受２０の保持器２４は、図７及び図８に示すように、一対の円環部３１の外周面が一様外径を有する構成であってもよく、図９及び図１０に示すように、一対の円環部３１の案内突片３６が、円周方向において、同じ位相で、それぞれ所定の間隔で設けられていてもよい。いずれの場合にも、保持器２４の案内面３７と、該案内面３７と対向する外輪２１の内周面との案内隙間ｇが直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、且つ、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａは、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。
【００４７】
また、補給孔２７は、軸受空間に開口する開口部の軸方向内側端２７ａが、保持器２４の案内面３７と上記の位置関係を有するものであればよく、補給孔２７自体は、径方向に貫通するものであれば傾斜する形状であってもよい。
【００４８】
また、上記説明においては、本発明の軸受装置を円筒ころ軸受、及び玉軸受に適用したものとして説明したが、これに限定されず、グリース潤滑される任意の形式の転がり軸受に適用可能であり、同様の効果を奏する。
【００４９】
さらに、本実施形態では、本発明の軸受装置を工作機械用主軸装置に適用した場合について説明したが、高速モータに適用することも可能である。
【実施例】
【００５０】
本発明の効果を確認するため、補給孔の位置がそれぞれ異なる円筒ころ軸受を、図１１に示す軸受装置評価試験機に組み込んで比較試験を行った。
【００５１】
図１１に示すように、軸受装置評価試験機２００は、一対の玉軸受２０３、２０３と、ハウジング２０１に内嵌する試供円筒ころ軸受２０５とによって、回転軸２０２が回転自在に支持されている。
【００５２】
ハウジング２０１には、孔径ｄ１が３．０ｍｍの給脂孔２０４が設けられており、一方、孔径ｄ２が１．５ｍｍの補給孔が円筒ころ軸受２０５の外輪に設けられており、外部に配置された不図示のグリース補給装置から１ショット当たり０．０１ｃｍ３のグリースが６時間置きに供給される。使用グリースは、基油粘度：２０ｍｍ２／Ｓ（４０℃）、ちょう度：２号（ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３）とした。
【００５３】
試供ころ軸受２０５は、いずれも呼び番号がＮ１０１２（内径６０ｍｍ、外径９５ｍｍ、幅１８ｍｍ）の単列円筒ころ軸受であり、組み込み時のラジアル隙間を０μｍ、回転軸２０２の駆動方式をベルト駆動とし、冷却を行わずに試験を行った。
【００５４】
上記条件にてグリース補給を行ったところ、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａの位置を保持器２４の案内面３７の軸方向内側端に対して軸方向において軌道面寄りに位置させた、条件Ａの円筒ころ軸受２０では、給脂タイミングに併せて、軸受外輪の温度上昇値が脈動する現象が現れた（図１２参照。）これは、給脂されるグリースが案内面３７よりはみ出て軸受内部に直接供給されてしまったことにより、攪拌抵抗が増加したことによるものである。また、耐久時間が約１００時間経過後に、補給量過多による異常発熱が発生した。
【００５５】
また、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａを、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において端面寄りに位置させた、条件Ｇの円筒ころ軸受２０では、耐久時間が約１０００時間経過後に、焼付きが発生した。これは、軸受内に十分なグリースが補給されておらず、潤滑不良が発生したことによるものである。
【００５６】
一方、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａを、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する、条件Ｂ〜Ｆの円筒ころ軸受２０では、いずれも耐久時間が５０００時間を越えており、補給するタイミングにおいて外輪の温度が上昇する脈動の現象は発生していないことから、軸受内部にグリースが適切に補給されたことがわかる。
また、上記の結果は、図４に示す案内突片３６が千鳥状に配置された保持器を用いた場合であるが、図７や図９に示す保持器においても同様の結果が得られることが、確認できた。
【符号の説明】
【００５７】
１３ 給脂孔
２０ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
２１，４１ 外輪
２４，４４ 保持器
２６，４６ 円周溝
２７，４７ 補給孔
３７，４８ 案内面
４０ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
１００ 工作機械用主軸装置
１０５ 前側軸受ハウジング（ハウジング）
１０６ 後側軸受ハウジング（ハウジング）
ｄ１ 給脂孔の孔径
ｄ２ 補給孔の孔径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置及び工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、高速回転する工作機械の主軸や高速モータ等において、微量のグリース給脂によりグリース潤滑される転がり軸受を備える軸受装置及び工作機械用主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸装置などに使用される転がり軸受では、高速回転性、長寿命と共に、加工精度向上のため、振動、音響等の特性に対しても高い性能が要求されている。このような転がり軸受の潤滑には、取り扱い易く、環境面やコスト面で有利なグリース潤滑が採用されている。
【０００３】
従来、グリース潤滑の転がり軸受としては、発熱しないように、初期段階で封入したグリースのみで潤滑されるものが利用されている。また、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。
【０００４】
また、近年、工作機械の主軸装置では、高速化が益々進み、主軸を支持する転がり軸受は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。グリース潤滑の転がり軸受は、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高速回転における寿命が短い傾向がある。このため、最近では、転がり軸受の回転中にもグリースの補給する方式が採用されている。ただし、高速回転で使用される転がり軸受では、グリース補給量が多いと、給脂時の余剰グリースの油分が転がり接触部で攪拌され、異常発熱を起こし易い。特に、円筒ころ軸受の場合は、軌道面と転動体との接触部が線接触であるため、点接触の玉軸受と比較して発熱し易く、１回当たり補給量が０．００５〜０．１ｃｍ３、好ましくは、０．００５〜０．０２ｃｍ３の微量のグリースを補給する必要がある。
【０００５】
従来、グリース潤滑される軸受装置としては、外輪間座を介して軸受内輪側からグリースを給脂するようにして、過剰なグリース供給を防止し、グリースの撹拌抵抗に伴う発熱を抑制するようにした転がり軸受装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、特許文献２に記載の軸受装置では、円筒ころ軸受において、保持器の円環部外周面に向けて開口する直径０．１〜５ｍｍの補給孔が外輪に形成されると共に、一回のグリース総補給量を規制して、多量のグリースが軸受空間に供給されることを防止し、グリースの噛み込みや攪拌抵抗による温度の脈動や異常昇温を防止することが記載されている。また、保持器の円環部外周面には、複数の凹状切欠部が円周方向に形成され、余剰のグリースを軸受空間から凹状切欠部を介して外部へ排出すると共に、凹状切欠部間の案内突片によってグリースを均一に慣らすことで、グリース補給時の異常昇温を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７１８４３号公報
【特許文献２】特開２００８−１２１８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の軸受装置は、多量のグリース給脂を前提とした技術であり、転がり軸受にグリースが供給される際、過剰なグリースを軸受外に排出してグリースの撹拌抵抗による発熱の抑制を図っており、グリース消費量が多くなる問題があった。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の軸受装置では、回転中のグリース補給の際の異常昇温を防止するために１回当たりのグリース補給量を規制することは開示されているが、給脂量を少なくすると、グリースが給脂経路内に滞留する時間が長くなり、グリースの基油分が分離してしまい、また、分離した基油分が嵌合部からリークするなどして、給脂経路内で固化する場合があり、確実に給脂できなくなる虞があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の軸受装置では、外輪の内周面と保持器の案内面との間の案内隙間や、補給孔の軸方向位置については具体的に規定されていなかった。
【００１１】
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、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、且つ長寿命を達成することができる軸受装置及び工作機械用主軸装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 径方向に貫通する少なくとも１つの補給孔が形成された外輪と、前記外輪によって案内される保持器と、を有する転がり軸受と、
前記外輪が嵌合する内周面に開口する少なくとも１つの給脂孔が形成されたハウジングと、
を備え、前記給脂孔及び前記補給孔を介して供給されるグリースによって前記転がり軸受がグリース潤滑される軸受装置であって、
前記ハウジングの内周面または前記外輪の外周面には、前記給脂孔と前記補給孔とが連通するように円周溝が形成されており、
前記給脂孔及び前記補給孔の孔径は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、
前記保持器の案内面と、該案内面と対向する前記外輪の内周面との案内隙間が直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、且つ、
前記補給孔の開口部における軸方向内側端は、前記保持器の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、前記保持器の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置することを特徴とする軸受装置。
（２）前記転がり軸受に供給される前記グリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ３であることを特徴とする上記（１）に記載の軸受装置。
（３）上記（１）または（２）に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の軸受装置によれば、外輪に形成された補給孔及びハウジングに形成された給脂孔は、ハウジングの内周面または外輪の外周面に形成された円周溝によって連通されており、補給孔及び給脂孔の孔径が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下に設定されている。また、保持器の案内面と、該案内面と対向する外輪の内周面との案内隙間が直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、補給孔の開口部における軸方向内側端は、保持器の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。従って、給脂されたグリースは案内面を潤滑しつつ、回転とともに薄い膜状に伸ばされ、グリース基油成分が徐々に外輪軌道面を通じて転がり接触部に供給される。これにより、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、また、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、軸受装置を長寿命とすることができる。
【００１４】
また、転がり軸受に供給されるグリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ３であるので、グリースの攪拌抵抗に起因する異常発熱や温度の脈動の発生を抑制して、安定した高速回転が可能となる。
【００１５】
また、本発明の工作機械用主軸装置によれば、主軸が、１回当たり供給量が０．００５〜０．０２ｃｍ３の極微量のグリースで潤滑される軸受装置によって支持されているので、攪拌抵抗に起因する異常発熱や温度の脈動がなく、高精度での加工が可能となる。
また、本発明のグリース補給方式の採用によって、軸受の停止中のみならず、軸受の回転中において補給しても、異常発熱や温度の脈動は発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る軸受装置が適用される工作機械用主軸装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す工作機械用主軸装置の前側軸受付近の要部拡大図である。
【図３】図１に示す工作機械用主軸装置の後側軸受付近の要部拡大図である。
【図４】図３の円筒ころ軸受に使用される保持器を示す斜視図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の補給孔の位置を説明するための要部拡大断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、比較例としての補給孔の位置を説明するための要部拡大断面図である。
【図７】円筒ころ軸受に使用される保持器の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７の保持器が適用された円筒ころ軸受の断面図である。
【図９】円筒ころ軸受に使用される保持器の他の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図９の保持器が適用された円筒ころ軸受の断面図である。
【図１１】軸受装置評価試験機の全体構成図である。
【図１２】補給孔の位置を変更した条件Ａ〜Ｇの保持器と、各保持器にグリースを補給した場合の脈動の有無を示す表である。
【図１３】図１２の条件Ａ〜Ｇの保持器を用いた、グリース補給試験での耐久時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る軸受装置及びそれを用いた工作機械用主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の軸受装置が適用される工作機械用主軸装置の縦断面図である。図１に示すように、主軸装置１００の主軸１０１は、転がり軸受であるアンギュラ玉軸受４０及び円筒ころ軸受２０によって主軸ハウジング１０３内に支持されている。
【００１９】
主軸ハウジング１０３は、ハウジング本体１０４と、ハウジング本体１０４の前端（図中左側）に内嵌固定された前側軸受ハウジング１０５と、ハウジング本体１０４の後側（図中右側）に内嵌固定された後側軸受ハウジング１０６とを備えている。前側軸受ハウジング１０５の端部には、外輪押さえ部材１０７及び内輪押さえ部材１０８が設けられており、外輪押さえ部材１０７と内輪押さえ部材１０８との間には、ラビリンスが形成されている。主軸ハウジング１０３の後端面は、カバー１０９によって覆われている。
【００２０】
図２にも示すように、前側軸受ハウジング１０５に内嵌する４つのアンギュラ玉軸受４０は、外輪４１、内輪４２、外輪４１及び内輪４２間に接触角を持って転動自在に配置される転動体としての複数の玉４３、及び該玉４３を円周方向に等間隔に保持する保持器４４、を備える。また、図３に示すように、後側軸受ハウジング１０６に内嵌する１つの円筒ころ軸受２０も、外輪２１、内輪２２、外輪２１及び内輪２２間に転動自在に配置される転動体としての複数のころ２３、及び該ころ２３を円周方向に等間隔に保持する保持器２４（図４参照。）、を備える。４つのアンギュラ玉軸受４０の外輪４１間には、外輪間座１１０が配置されており、また内輪４２間には、内輪間座１１１が配置されている。さらに、円筒ころ軸受２０の外輪２１の軸方向一側にも、外輪間座１１２が配置されており、内輪２２の軸方向両側にも内輪間座１１３が配置されている。なお、本実施形態では、アンギュラ玉軸受４０及び前側軸受ハウジング１０５が、また、円筒ころ軸受２０及び後側軸受ハウジング１０６が、それぞれ本発明の軸受装置を構成する。
【００２１】
主軸１０１の軸方向の略中央部には、ロータ１２０が外嵌固定されている。ロータ１２０の外周面側には、ステータ１２１が所定距離離れて同軸配置されている。ステータ１２１は、ステータ１２１の外周面側に配置されたステータ固定部材１２２を介してハウジング本体１０４に固定されている。ハウジング本体１０４とステータ固定部材１２２との間には、主軸１０１の周方向に沿う方向に複数の溝１２３が形成されている。この複数の溝１２３内には、ステータ１２１の冷却用の冷媒が流される。
【００２２】
同様に、前側軸受ハウジング１０５と該ハウジング１０５に外嵌する冷却スリーブ１２５との間であって、アンギュラ玉軸受４０の外周側にあたる部位には、ハウジング及び軸受冷却用の冷媒が流される複数の溝１２４が形成されている。
【００２３】
この主軸ハウジング１０３の後端面には、転がり軸受４０，２０のそれぞれにグリース供給を行うためのグリースが供給される複数のグリース供給口１３２が周方向に沿って開口している（図１には一つのみ図示）。これら複数のグリース供給口１３２は、ハウジング本体１０４、前側軸受ハウジング１０５及び後側軸受ハウジング１０６内に形成された複数のグリース供給路１３３ａ〜１３３ｆにそれぞれ連通している（図１では、便宜上、各グリース供給路１３３ａ〜１３３ｆを同一断面に図示している）。これにより、本実施形態の主軸装置１００は、外部に設けられたグリース補給器１３０からグリース供給管１３１を介して主軸ハウジング１０３内にグリースを供給する。
【００２４】
グリース供給路１３３ａ，１３３ｂは、円筒ころ軸受２０の外輪２１が嵌合する内周面に開口しており、グリース供給路１３３ｃ〜１３３ｆは、各アンギュラ玉軸受４０の外輪４１が嵌合する内周面に開口している。各グリース供給路１３３ａ〜１３３ｆは、各軸受，４０，２０の外輪４１，２１に形成された補給孔４７，２７に後述する円周溝４６，２６を介して連通している。これにより、グリース補給器１３０から供給されたグリースは、補給孔４７，２７を介して各軸受４０，２０の軸受空間内部に独立して供給される。
【００２５】
グリース補給器１３０は、各軸受４０，２０に対して独立にグリース供給可能に構成されている。すなわち、グリース補給器１３０は、適宜なタイミングで（間欠的または定期的に）、各軸受４０，２０にグリースショットする。補給されたグリースは、アンギュラ玉軸受４０内部の玉４３及び円筒ころ軸受２０内部の円筒ころ２３の転動に伴い、軸受４０及び２０内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。なお、円筒ころ軸受２０は、アンギュラ玉軸受４０よりも温度の脈動が顕著に起こりやすいため、一回の補給量はアンギュラ玉軸受への補給量よりも少なくするとより良い。
【００２６】
図３及び図４に示すように、円筒ころ軸受２０にグリースを供給するためのグリース供給路１３３ａ，１３３ｂを構成する、後側軸受ハウジング１０６に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１は、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。
【００２７】
また、円筒ころ軸受２０の外輪２１には、２つの補給孔２７が、外輪２１の内外周面を径方向に貫通して形成されており、各補給孔２７を含む軸方向位置の外周面には、２つの円周溝２６が形成されている。これら各補給孔２７の孔径ｄ２も、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。
【００２８】
円周溝２６は、補給孔２７の孔径ｄ２より広い幅を有し、その断面積は補給孔２７の断面積より大きいことが、グリースの流動性を確保する上から好ましい。円周溝２６は、給脂孔１３と補給孔２７を連通させるための溝であり、ハウジング１０６の内周面に形成されてもよい。
【００２９】
図４に示すように、円筒ころ軸受２０の外輪案内型の樹脂製保持器２４は、一対の円環部３１及び一対の円環部３１を軸方向に連結する複数の柱部３２を有し、複数の円筒ころ２３を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部３３を形成する。また、柱部３２の円周方向両側の軸方向中間部には、円筒ころ２３を確実に保持するためのころ止め部３４が、柱部３２の径方向外面から突出するように設けられている。
【００３０】
保持器２４の円環部３１の外周面には、複数の凹状切欠部３５が円周方向に離間して形成されており、従って、円環部３１には、隣接する凹状切欠部３５間でそれぞれ径方向に突出する複数の案内突片３６が形成されている。また、一方の円環部３１の案内突片３６と、他方の円環部３１の案内突片３６とが、円周方向において、左右交互に千鳥状に配置されながら、円周方向にそれぞれ所定の間隔で設けられている。
【００３１】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、案内突片３６の外周面と外輪２１の内周面との間には、直径隙間で０．２〜１．０ｍｍの案内隙間ｇが形成され、案内突片３６の外周面が、外輪２１の内周面と摺接することで保持器２４を案内する案内面３７を構成する。
【００３２】
また、このように形成された保持器２４に対して、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａは、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に（図５（ａ）参照）、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する（図５（ｂ）参照）。
【００３３】
このように構成されることで、外輪２１の補給孔２７から給脂されたグリースの一部は、保持器２４の案内面３７に付着し、案内面３７を潤滑するとともに、回転とともに保持器２４の案内面３７と外輪２１の内周面との間で薄い膜状に伸ばされる。そして、グリース基油成分が案内隙間ｇを伝って徐々に移動し、最終的に転がり接触部に供給される。また、凹状切欠部３５は、軸受空間内の余剰のグリースを外側に排出するように作用する。
【００３４】
一方、図６（ａ）に示すように、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａが、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において軌道面寄りとなった場合には、一定の体積を持ったグリースが直接外輪軌道面に供給されてしまい、回転中に大きな攪拌抵抗を持ってしまい、瞬間的な異常昇温（インパルス状の脈動）が発生してしまう。また、図６（ｂ）に示すように、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａが、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において端面寄りとなった場合には、保持器２４の案内面３７にグリースが付着せず、転がり接触部にグリースが到達し難くなる。
【００３５】
また、保持器２４は、同じ円周方向位置において、一方の円環部３１では、案内突片３６の案内面３７と外輪２１の内周面との間に案内隙間ｇ／２が形成されるのに対して、他方の円環部３１では、凹状切欠部３５の外周面と外輪２１の内周面との間に隙間Ｇ／２（Ｇは直径隙間）が形成される。このため、この隙間Ｇから潤滑油をスムーズに排出することができ、隙間ｇと隙間Ｇの大きさが異なることにより両円環部３１間で圧力差が生じて空気の対流が起こり、対流作用により潤滑剤の排出が促進される。したがって、高速回転時の異常昇温を抑制でき、グリース潤滑を行う場合にも慣らし運転の時間を短縮することができる。
【００３６】
また、図２に示すように、各アンギュラ玉軸受４０にグリースを供給するための構成も円筒ころ軸受２０の場合とほぼ同様である。即ち、グリース供給路１３３ｃ〜１３３ｆを構成する、前側軸受ハウジング１０５に形成された給脂孔１３の孔径ｄ１は、１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されている。
【００３７】
また、アンギュラ玉軸受４０の外輪４１には、孔径ｄ２が１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定された補給孔４７が、外輪４１の内外周面を径方向に貫通して形成されている。さらに、補給孔４７を含む軸方向位置の外周面には、補給孔４７の孔径ｄ２より広い幅を有し、その断面積は補給孔４７の断面積より大きい円周溝４６が形成されている。
【００３８】
この場合にも、保持器４４の外周面と外輪２１の内周面との間には、直径隙間で０．２〜１．０ｍｍの案内隙間ｇが形成され、保持器４４の外周面が、外輪２１の内周面と摺接することで保持器４４を案内する案内面４８を構成する。
【００３９】
また、このように形成された保持器４４において、補給孔４７の軸方向内側端４７ａは、保持器４４の案内面４８の軸方向内側端４８ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器４４の案内面４８の軸方向外側端４８ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。
【００４０】
このように構成された工作機械用主軸装置では、グリースの撹拌抵抗による温度上昇の防止、高い振動特性及び音響特性を達成するため、１回当たりのグリース給脂量が、０．００５〜０．１ｃｍ３、好ましくは、０．００５〜０．０２ｃｍ３の極微量のグリースによって潤滑される。なお、対象とするグリースとしては、工作機械主軸装置用軸受の場合、温度上昇が抑えられ、低トルクであることが要求されるので、ちょう度が２号、又は３号（ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３）で、基油粘度が１５〜１２０ｍｍ２／Ｓ（４０℃）が選定される。
【００４１】
１回当たりのグリース給脂量が、０．００５〜０．１ｃｍ３の極微量のグリースによって潤滑される場合、グリースが給脂経路内に滞留する時間が長くなり、経年変化によって基油や増ちょう剤がグリースから分離して給脂経路内で固化し、グリースの流動性が低下したり、グリース固化による流路抵抗（グリースと給脂経路の内壁との摩擦抵抗）の増加によって、安定した給脂できなくなる場合がある。
【００４２】
給脂孔１３及び補給孔２７の孔径ｄ１、ｄ２を１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下としたのは、孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以下だと、経年変化によってグリースが固化（流動性の低下）したとき、流動抵抗の増加によってグリースの安定した給脂が困難となるからである。
【００４３】
また、孔径ｄ１、ｄ２を１０ｍｍ以上にすると、２つの給脂孔１３及び補給孔２７を、同位相で軸方向に並べて配置することがスペース上の問題から実質的に困難となるからである。即ち、工作機械用主軸装置に一般的に使用される転がり軸受は、内径３０ｍｍ程度のものが最小であり、孔径としては１０ｍｍ以下、好ましくは、７ｍｍ程度が好適である。また、給脂孔１３の孔径ｄ１が大きいと、外輪２１の外周面端部に面取り部が形成される場合、給脂孔１３と面取り部との隙間からグリース、特に、グリース中の基油分が漏れ出す虞があり、好ましくない。
【００４４】
以上説明したように、円筒ころ軸受２０と後側軸受ハウジング１０６を備えた軸受装置、又はアンギュラ玉軸受４０と前側軸受ハウジング１０５を備えた軸受装置によれば、外輪２１、４１に形成された補給孔４７及びハウジング１０５，１０６に形成された給脂孔１３は、ハウジング１０５，１０６の内周面または外輪４１の外周面に形成された円周溝４６によって連通されており、補給孔４７及び給脂孔１３の孔径ｄ１、ｄ２が１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下に設定されている。また、保持器２４の案内面３７と、該案内面３７と対向する外輪２１の内周面との案内隙間ｇが直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａは、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。従って、給脂されたグリースは案内面３７を潤滑しつつ、回転とともに薄い膜状に伸ばされ、グリース基油成分が徐々に外輪軌道面を通じて転がり接触部に供給される。これにより、微量のグリースが給脂されるグリース潤滑においても、安定してグリースを給脂することができ、また、グリースの攪拌抵抗に起因する異常昇温を防止し、軸受装置を長寿命とすることができる。
【００４５】
尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例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。
【００４６】
例えば、円筒ころ軸受２０の保持器２４は、図７及び図８に示すように、一対の円環部３１の外周面が一様外径を有する構成であってもよく、図９及び図１０に示すように、一対の円環部３１の案内突片３６が、円周方向において、同じ位相で、それぞれ所定の間隔で設けられていてもよい。いずれの場合にも、保持器２４の案内面３７と、該案内面３７と対向する外輪２１の内周面との案内隙間ｇが直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、且つ、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａは、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する。
【００４７】
また、補給孔２７は、軸受空間に開口する開口部の軸方向内側端２７ａが、保持器２４の案内面３７と上記の位置関係を有するものであればよく、補給孔２７自体は、径方向に貫通するものであれば傾斜する形状であってもよい。
【００４８】
また、上記説明においては、本発明の軸受装置を円筒ころ軸受、及び玉軸受に適用したものとして説明したが、これに限定されず、グリース潤滑される任意の形式の転がり軸受に適用可能であり、同様の効果を奏する。
【００４９】
さらに、本実施形態では、本発明の軸受装置を工作機械用主軸装置に適用した場合について説明したが、高速モータに適用することも可能である。
【実施例】
【００５０】
本発明の効果を確認するため、補給孔の位置がそれぞれ異なる円筒ころ軸受を、図１１に示す軸受装置評価試験機に組み込んで比較試験を行った。
【００５１】
図１１に示すように、軸受装置評価試験機２００は、一対の玉軸受２０３、２０３と、ハウジング２０１に内嵌する試供円筒ころ軸受２０５とによって、回転軸２０２が回転自在に支持されている。
【００５２】
ハウジング２０１には、孔径ｄ１が３．０ｍｍの給脂孔２０４が設けられており、一方、孔径ｄ２が１．５ｍｍの補給孔が円筒ころ軸受２０５の外輪に設けられており、外部に配置された不図示のグリース補給装置から１ショット当たり０．０１ｃｍ３のグリースが６時間置きに供給される。使用グリースは、基油粘度：２０ｍｍ２／Ｓ（４０℃）、ちょう度：２号（ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３）とした。
【００５３】
試供ころ軸受２０５は、いずれも呼び番号がＮ１０１２（内径６０ｍｍ、外径９５ｍｍ、幅１８ｍｍ）の単列円筒ころ軸受であり、組み込み時のラジアル隙間を０μｍ、回転軸２０２の駆動方式をベルト駆動とし、冷却を行わずに試験を行った。
【００５４】
上記条件にてグリース補給を行ったところ、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａの位置を保持器２４の案内面３７の軸方向内側端に対して軸方向において軌道面寄りに位置させた、条件Ａの円筒ころ軸受２０では、給脂タイミングに併せて、軸受外輪の温度上昇値が脈動する現象が現れた（図１２参照。）これは、給脂されるグリースが案内面３７よりはみ出て軸受内部に直接供給されてしまったことにより、攪拌抵抗が増加したことによるものである。また、耐久時間が約１００時間経過後に、補給量過多による異常発熱が発生した。
【００５５】
また、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａを、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において端面寄りに位置させた、条件Ｇの円筒ころ軸受２０では、耐久時間が約１０００時間経過後に、焼付きが発生した。これは、軸受内に十分なグリースが補給されておらず、潤滑不良が発生したことによるものである。
【００５６】
一方、補給孔２７の開口部における軸方向内側端２７ａを、保持器２４の案内面３７の軸方向内側端３７ａに対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、保持器２４の案内面３７の軸方向外側端３７ｂに対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置する、条件Ｂ〜Ｆの円筒ころ軸受２０では、いずれも耐久時間が５０００時間を越えており、補給するタイミングにおいて外輪の温度が上昇する脈動の現象は発生していないことから、軸受内部にグリースが適切に補給されたことがわかる。
また、上記の結果は、図４に示す案内突片３６が千鳥状に配置された保持器を用いた場合であるが、図７や図９に示す保持器においても同様の結果が得られることが、確認できた。
【符号の説明】
【００５７】
１３ 給脂孔
２０ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
２１，４１ 外輪
２４，４４ 保持器
２６，４６ 円周溝
２７，４７ 補給孔
３７，４８ 案内面
４０ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
１００ 工作機械用主軸装置
１０５ 前側軸受ハウジング（ハウジング）
１０６ 後側軸受ハウジング（ハウジング）
ｄ１ 給脂孔の孔径
ｄ２ 補給孔の孔径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に貫通する少なくとも１つの補給孔が形成された外輪と、前記外輪によって案内される保持器と、を有する転がり軸受と、
前記外輪が嵌合する内周面に開口する少なくとも１つの給脂孔が形成されたハウジングと、
を備え、前記給脂孔及び前記補給孔を介して供給されるグリースによって前記転がり軸受がグリース潤滑される軸受装置であって、
前記ハウジングの内周面または前記外輪の外周面には、前記給脂孔と前記補給孔とが連通するように円周溝が形成されており、
前記給脂孔及び前記補給孔の孔径は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、
前記保持器の案内面と、該案内面と対向する前記外輪の内周面との案内隙間が直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、且つ、
前記補給孔の開口部における軸方向内側端は、前記保持器の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、前記保持器の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置することを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記転がり軸受に供給される前記グリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【請求項１】
径方向に貫通する少なくとも１つの補給孔が形成された外輪と、前記外輪によって案内される保持器と、を有する転がり軸受と、
前記外輪が嵌合する内周面に開口する少なくとも１つの給脂孔が形成されたハウジングと、
を備え、前記給脂孔及び前記補給孔を介して供給されるグリースによって前記転がり軸受がグリース潤滑される軸受装置であって、
前記ハウジングの内周面または前記外輪の外周面には、前記給脂孔と前記補給孔とが連通するように円周溝が形成されており、
前記給脂孔及び前記補給孔の孔径は、１．５ｍｍ以上、且つ１０ｍｍ以下であり、
前記保持器の案内面と、該案内面と対向する前記外輪の内周面との案内隙間が直径で０．２〜１．０ｍｍに設定されており、且つ、
前記補給孔の開口部における軸方向内側端は、前記保持器の案内面の軸方向内側端に対して軸方向において一致若しくは端面寄りに位置すると共に、前記保持器の案内面の軸方向外側端に対して軸方向において一致若しくは軌道面寄りに位置することを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記転がり軸受に供給される前記グリースの１回当たり供給量は、０．００５〜０．０２ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−７４１９（Ｐ２０１３−７４１９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９６５２（Ｐ２０１１−１３９６５２）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]