(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5789973
(24)【登録日】2015年8月14日
(45)【発行日】2015年10月7日
(54)【発明の名称】円筒ころ軸受及び工作機械用主軸装置
(51)【国際特許分類】
F16C 33/66 20060101AFI20150917BHJP
F16C 33/46 20060101ALI20150917BHJP
F16C 19/26 20060101ALI20150917BHJP
B23B 19/02 20060101ALI20150917BHJP
【FI】
F16C33/66 Z
F16C33/46
F16C19/26
B23B19/02 B
【請求項の数】2
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2010-278411(P2010-278411)
(22)【出願日】2010年12月14日
(65)【公開番号】特開2012-127396(P2012-127396A)
(43)【公開日】2012年7月5日
【審査請求日】2013年11月26日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100105474
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 弘徳
(74)【代理人】
【識別番号】100108589
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 利光
(72)【発明者】
【氏名】水上 敦司
【審査官】
河端 賢
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第2009/154106(WO,A1)
【文献】
特開2005−061483(JP,A)
【文献】
米国特許出願公開第2006/0291759(US,A1)
【文献】
特開2003−278745(JP,A)
【文献】
特開平03−069823(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16C 33/66
B23B 19/02
F16C 19/26
F16C 33/46
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成される内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
環状の一対のリム部及び該一対のリム部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケットを形成する保持器と、
を備える円筒ころ軸受であって、
前記保持器は、少なくとも3箇所の前記柱部の外周面又は内周面に、その円周方向全体に亘って、前記リム部の外周面又は内周面より径方向に突出する案内部を有し、該案内部により軌道輪案内され、
前記案内部の案内面は、前記保持器の中心を曲率中心とした同一半径の円弧面によって、前記柱部の外周面又は内周面の円周方向全体に亘って形成され、
前記円筒ころの軸方向幅をL、前記ポケットの軸方向幅をPとし、前記円筒ころの軸方向幅Lと前記ポケットの軸方向幅Pとの差をΔPとすると、前記案内部の軸方向幅Mは、前記ポケットの軸方向幅P以下であり、且つ、M≦L−ΔPに設定されることを特徴とする円筒ころ軸受。
【請求項2】
主軸が請求項1に記載の円筒ころ軸受により回動自在に支持されることを特徴とする工
作機械用主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、円筒ころ軸受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用いられる円筒ころ軸受及びそれを用いた工作機械用主軸装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、マシニングセンタ、CNC旋盤、フライス盤等の工作機械の主軸装置は、ワークの加工効率や精度を高める等の理由から高速回転で運転される傾向が顕著である。
【0003】
一般に、工作機械の主軸装置において、主軸は、前側及び後側にそれぞれ配置された転がり軸受でハウジングに対して回転自在に支持され、通常、前側の転がり軸受は主軸の軸方向変位を許容しない構造とされ(固定側)、後側の転がり軸受は運転時の熱による主軸の軸方向膨張量を吸収し又は逃がすため、主軸の軸方向変位を許容できる構造とされる(自由側)。
【0004】
主軸の自由側で支持する転がり軸受としては、円筒ころ軸受が使用されている。円筒ころ軸受101としては、例えば、
図10に示すように、外輪102と内輪103との間に配置される複数の円筒ころ104を保持する保持器105が、柱部105bの外周面よりも突出する一対のリム部105aの外周面を案内部106として、外輪案内されている。
【0005】
また、主軸装置においては、転がり軸受は、使用条件等に応じて、オイルミスト潤滑、エアオイル潤滑、直噴潤滑、ジェット潤滑、グリース潤滑などの潤滑方式によって潤滑される。
【0006】
また、グリース等の潤滑剤では潤滑性を確保できないような高温・高圧下で使用される軸受として、潤滑材料で保持器を構成し、該保持器が軌道輪の軌道面に接触案内する案内部を有するもの(例えば、特許文献1参照。)や、保持器の外周面に形成された凹部に固体潤滑剤を配置し、固体潤滑剤を軌道面に摺接させたものが知られている(例えば、特許文献2参照。)。さらに、円弧状の複数の保持器素子を円周方向に直列に組み合わせる事により構成される分割型保持器において、柱部の一部に案内部を設けたものが開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平9−49525号公報
【特許文献2】特開2003−239993号公報
【特許文献3】特開2009−97525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、主軸を支持する転がり軸受において、軸受内部での潤滑剤の排出性が悪いと、軸受内部が潤滑剤過多の状態となり、攪拌熱によって異常昇温や温度の脈動が発生する。そのため、軸受温度が上昇すると、転がり軸受が破損する可能性がある。特に、円筒ころ軸受の場合、内輪軌道面及び外輪軌道面と円筒ころとの転がり接触部は線接触するため、点接触の玉軸受に比べて昇温しやすい。
【0009】
さらに、円筒ころ軸受をグリース潤滑する場合、封入されたグリースを軸受内部に均等に分散させたり、或いは余剰グリースを軸受周辺部に移動させる、所謂、ならし運転が不可欠である。
【0010】
このため、
図10に示すような外輪案内保持器を有する円筒ころ軸受の場合には、保持器の案内面と外輪軌道面との間のすきまが狭いため、潤滑剤が排出されにくい傾向があり、また、グリースのならし運転に時間がかかる。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑剤の排出をスムーズに行うことができ、異常昇温や温度の脈動を抑制することができる円筒ころ軸受、及びそれを用いた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) 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成される内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
環状の一対のリム部及び該一対のリム部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケットを形成する保持器と、
を備える円筒ころ軸受であって、
前記保持器は、少なくとも3箇所の前記柱部の外周面又は内周面に、
その円周方向全体に亘って、前記リム部の外周面又は内周面より径方向に突出する案内部を有し、該案内部により軌道輪案内され、
前記案内部の案内面は、前記保持器の中心を曲率中心とした同一半径の円弧面によって、前記柱部の外周面又は内周面の円周方向全体に亘って形成され、
前記円筒ころの軸方向幅をL、前記ポケットの軸方向幅をPとし、前記円筒ころの軸方向幅Lと前記ポケットの軸方向幅Pとの差をΔPとすると、前記案内部の軸方向幅Mは、前記ポケットの軸方向幅P以下であり、且つ、M≦L−ΔPに設定されることを特徴とする円筒ころ軸受。
(2) 主軸が(1)に記載の円筒ころ軸受により回動自在に支持されることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【発明の効果】
【0013】
本発明の円筒ころ軸受によれば、保持器は、少なくとも3箇所の柱部の外周面又は内周面に、リム部の外周面又は内周面より径方向に突出する案内部を有し、該案内部により軌道輪案内されるので、潤滑剤の排出をスムーズに行うことができ、異常昇温や温度の脈動を抑制することができる。
【0014】
また、本発明の工作機械用主軸装置によれば、主軸が、異常昇温や温度の脈動が抑制された本発明の円筒ころ軸受によって回動自在に支持されるので、工作機械主軸装置の加工精度を高いレベルに保つことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】本発明の円筒ころ軸受が適用される工作機械用主軸装置を示す縦断面図である。
【
図3】(a)は、保持器の部分上面図であり、(b)は、(a)のIII−III線に沿った断面図である。
【
図4】
図2の円筒ころ軸受に対して、案内部の軸方向幅を変更した変形例の断面図である。
【
図5】
図2の円筒ころ軸受に対して、案内部の軸方向幅を変更した他の変形例の断面図である。
【
図6】
図2の円筒ころ軸受に対して、案内部の数を変更した変形例であり、(a)は、保持器の部分上面図であり、(b)は、(a)のVI−VIに沿った断面図である。
【
図7】
図2の円筒ころ軸受に対して、案内部の形状を変更した変形例の断面図である。
【
図8】本発明が内輪案内型の保持器に適用された円筒ころ軸受の断面図である。
【
図9】(a)は、
図2の円筒ころ軸受において内輪案内型の保持器が適用された円筒ころ軸受の断面図であり、(b)は、
図8の円筒ころ軸受において外輪案内型の保持器が適用された円筒ころ軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る円筒ころ軸受及びそれを用いた工作機械用主軸装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0017】
図1は、本発明の円筒ころ軸受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10の主軸11は、転がり軸受であるアンギュラ玉軸受12及び円筒ころ軸受1によって主軸ハウジング13内に支持されている。
【0018】
主軸ハウジング13は、ハウジング本体14と、ハウジング本体14の前端(図中左側)に内嵌固定された前側軸受ハウジング15と、ハウジング本体14の後側(図中右側)に内嵌固定された後側軸受ハウジング16と、前側軸受ハウジング15の端部に設けられた外輪押さえ部材17と、後側軸受ハウジング16の後部に設けられたカバー19と、を備える。
【0019】
主軸11は、前側軸受ハウジング15に内嵌する2つのアンギュラ玉軸受12,12と、後側軸受ハウジング16の内側に設けられたスリーブ18に内嵌する1つの円筒ころ軸受10に支持されることにより、主軸ハウジング13に対して回転自在に支承されている。2つのアンギュラ玉軸受12,12の外輪間、及び外輪の軸方向外側には、複数の外輪間座20が配置されており、また内輪間、及び内輪の軸方向外側には、複数の内輪間座21が配置されている。さらに、円筒ころ軸受1の外輪2(
図2参照。)の軸方向両側にも、複数の外輪間座30,30が配置されており、内輪3(
図2参照。)の軸方向両側にも複数の内輪間座31,31が配置されている。
【0020】
主軸11の軸方向の略中央部には、ロータ40が外嵌固定されている。ロータ40の外周面側には、ステータ41が所定距離離れて同軸配置されている。ステータ41は、ステータ41の外周面側に配置されたステータ固定部材42を介してハウジング本体14に固定されている。ハウジング本体14とステータ固定部材42との間には、主軸11の周方向に沿う方向に溝43が形成されている。この複数の溝43内には、ステータ41の冷却用の冷媒が流される。
【0021】
同様に、ハウジング本体14と前側軸受ハウジング15との間であって、アンギュラ玉軸受12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溝44が形成されている。
【0022】
また、2つのアンギュラ玉軸受12,12及び円筒ころ軸受1は、グリースによって潤滑され、ハウジング本体14、前側軸受ハウジング15及び後側軸受ハウジング16は、グリースを装置外に排出するためのグリース排出路45が形成されている。なお、これらの軸受12,12,1は、潤滑装置を用いて軸受外部からグリースを軸受に補給するグリース補給潤滑であってもよいが、本実施形態では、予め軸受内部に封入されたグリースによって軸受12,12,1を潤滑するグリース潤滑が行われている。
【0023】
図2に示す円筒ころ軸受1は、内周面に外輪軌道面2aが形成される鍔無しの外輪2と、外周面に内輪軌道面3aが形成されると共に、内輪軌道面3aの両側に鍔部3bを有する内輪3と、外輪軌道面2aと内輪軌道面3aとの間に転動自在に配置された複数の円筒ころ4と、複数の円筒ころ4を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット5cを形成する外輪案内型の保持器5と、を備える。
【0024】
図3にも示すように、保持器5は、環状の一対のリム部5a及び一対のリム部5aを軸方向に連結する複数の柱部5bを有し、樹脂材料を射出成形することで形成される。また、保持器5は、各柱部5bの外周面に、リム部5aの外周面より径方向外側に突出する複数の案内部6を有し、これら案内部6により外輪案内される。案内面を構成する案内部6の外周面は、保持器5の中心を曲率中心とした円弧面に沿って形成され、案内面と外輪軌道面2aとの間の案内隙間(直径隙間)gを0.20〜1.0mmとする。
【0025】
案内部6の軸方向幅Mは、円筒ころ4の軸方向幅Lよりも該軸方向幅Lとポケット5cの軸方向幅Pとの差:ΔP(ΔP=P−L)だけ小さくした値以下に設定される(即ち、M≦L−ΔP)。この場合、保持器5がポケット5cのすきま分だけ軸方向に移動しても、保持器5によるグリースの掻き取りがなく、円筒ころ4の近傍にグリースを保持することができる。
【0026】
なお、案内部6の軸方向幅Mは、保持器5によるグリースの掻き取りを考慮すると、ポケット5cの軸方向幅P以下に設定されればよく(
図4参照。)、円筒ころ4の軸方向幅L以下に設定されることが好ましい(
図5参照。)が、
図2に示すように、L−ΔP以下に設定されることがより好ましい。
【0027】
一方、案内部6の軸方向幅Mは、保持器5の傾きによる案内部6の偏当りを考えると、好ましくは、円筒ころ4の軸方向幅Lの1/3以上、より好ましくは軸方向幅Lの1/2以上であることが好ましい。
【0028】
このように構成された円筒ころ軸受1では、柱部5bの外周面に案内部6を設けたことで、グリースの排出をスムーズに行うことができ、異常昇温を抑制することができる。また、グリースをならし運転する際の時間も短縮化することができる。さらに、工作機械を長期間使用していない場合に、グリースが軸受内部に溜まっても、グリースの排出がよくなり、軸受が異常昇温により破損する可能性が少なくなる。
【0029】
また、本実施形態の円筒ころ軸受1は、保持器105の案内部106が円筒ころ104の軸方向両側近傍に位置する、
図10に示すような円筒ころ軸受101に比べて、円筒ころ4の近傍にグリース溜りGを形成することができる。グリースは、増ちょう剤の中に基油を含んだ状態なので、昇温等の作用が加わると、基油はグリース内をある程度移動することができ、グリース溜りGが外輪軌道面2aとつながっていると、表面張力効果や濡れ性効果も作用して、グリースを外輪軌道面2aと円筒ころ4の転動面との転がり接触部へと導きやすく、油膜切れの発生を抑制することができる。また、本実施形態では、軸受内部にグリース溜りGを大きく確保することができ、より多くのグリースを軸受内部に残存できる。従って、本実施形態のような封入グリースによるグリース潤滑であっても、十分な潤滑寿命を確保することができる。
【0030】
さらに、工作機械用主軸装置10の主軸11としては内輪回転の場合が主であり、主軸11の温度分布としては、回転側部材(内輪側)の温度が静止側部材(外輪側)の温度より高くなる。また、本実施形態のような、主軸11の前側軸受(固定側)と後側軸受(自由側)との間にモータを設けた所謂、モータビルトイン主軸の場合、モータの発熱の影響が付加される。本実施形態の円筒ころ軸受1は、
図10に示す円筒ころ軸受101に比べ、外輪2に対する内輪3のスライド許容量を増加することができるので(Δr1<Δr2)、主軸11が温度上昇により膨張して外輪2に対して内輪3が主軸後方に移動したとしても、保持器5の案内部6が外輪軌道面2aから外れてしまうのを防止することができる。
【0031】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
【0032】
上記実施形態では、案内部6は、全ての柱部5bに設けられているが、円周方向に等間隔で少なくとも3箇所の柱部5bに設けられればよく、例えば、
図6に示すように、案内部6は、1つおきの柱部5bに設けられてもよい。
【0033】
また、
図7に示すように、案内部6は、軸方向中間部に円周方向に沿って形成され、グリース溜りを構成する凹部6aを有してもよい。この凹部6aにグリースが溜まることで、潤滑寿命を向上することができ、また、この凹部6aから軸方向にグリースが排出されることで、グリースのならし性を向上することができる。
【0034】
さらに、本発明は、内輪案内型の保持器5に適用された場合も上記実施形態と同様の効果を奏する。即ち、
図8に示すように、内周面に外輪軌道面2a及び鍔部2bが形成される外輪2と、外周面に内輪軌道面3aが形成される鍔無しの内輪3と、を有する円筒ころ軸受1において、案内部6が、柱部5bの内周面にリム部5aの内周面より径方向内側に突出するように設けられる。
【0035】
また、
図2や
図8に示す保持器5は、鍔無しの外輪2又は内輪3に案内される構成としたが、鍔部2b,3bを有する外輪2又は内輪3に案内される構成としてもよい。即ち、
図9(a)に示すように、内輪軌道面3aと両側の鍔部3bとによって形成される軌道溝内に案内部6を配置する内輪案内型の保持器5であってもよく、また、
図9(b)に示すように、外輪軌道面2aと両側の鍔部2bによって形成される軌道溝内に案内部6を配置する外輪案内型の保持器5であってもよい。
【0036】
本発明の工作機械用主軸装置10では、モータの前側に2つのアンギュラ玉軸受12,12を配置し、後側に1つの円筒ころ軸受1を配置した例を挙げたが、使用される軸受は上記の配列、個数に限定されるものではなく、任意に設定可能である。例えば、モータの前側に1つの円筒ころ軸受と2つのアンギュラ玉軸受を配置し、後側に1つの円筒ころ軸受を配置してもよく、また、前側に4つのアンギュラ玉軸受を配置し、後側に1つの円筒ころ軸受を配置してもよい。
【0037】
また、アンギュラ玉軸受12,12及び円筒ころ軸受1を潤滑する潤滑剤としては、本実施形態のようなグリースに限定されるものでなく、潤滑油であってもよい。
【符号の説明】
【0038】
1 円筒ころ軸受
2 外輪
2a 外輪軌道面
3 内輪
3a 内輪軌道面
4 円筒ころ
5 保持器
5a リム部
5b 柱部
5c ポケット
6 案内部
10 主軸装置
11 主軸