特許 6013112 軸受装置の冷却構造

(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】6013112

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】軸受装置の冷却構造

(51)【国際特許分類】

   F16C 37/00 20060101AFI20161011BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20161011BHJP

   F16C 19/36 20060101ALI20161011BHJP

   F16C 19/54 20060101ALI20161011BHJP

   F16C 33/62 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   F16C37/00 B

   F16C19/16

   F16C19/36

   F16C19/54

   F16C33/62

【請求項の数】8

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2012-209136(P2012-209136)

(22)【出願日】2012年9月24日

(65)【公開番号】特開2014-62617(P2014-62617A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2015年5月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】森 正継

(72)【発明者】

【氏名】水谷 守

(72)【発明者】

【氏名】恩田 裕士

【審査官】 藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０９０７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６１３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０７３４７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−１０９９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１００１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９２８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２７３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０７０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８０５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−００７９２５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ １９／００−１９／５６

Ｆ１６Ｃ ３３／３０−３３／６６

Ｆ１６Ｃ ３７／００

Ｆ０１Ｄ １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて冷却専用の圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、傾斜して吹き付けられる圧縮エアを受けるための円周方向に並ぶ複数の孔が設けられた軸受装置の冷却構造。

【請求項2】

軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、円周方向に並ぶ複数の孔が設けられ、
前記内輪間座の外周面に、溝が設けられた軸受装置の冷却構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の軸受装置の冷却構造において、前記内輪がセラミック製である軸受装置の冷却構造。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記内輪間座の内周面に、溝が設けられた軸受装置の冷却構造。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座は、前記圧縮エアを吐出する吐出口とは別に、前記転がり軸受内にエアオイルを供給するエアオイル供給口を有し、このエアオイル供給口は、前記転がり軸受内に突出して前記内輪の外周面との間でエアオイル通過用の環状すきまを介して対面する突出部を含む軸受装置の冷却構造。

【請求項6】

請求項５に記載の軸受装置の冷却構造において、前記エアオイル供給口は、前記突出部の内径側で内輪に対しエアオイルを吐出するノズルを含む軸受装置の冷却構造。

【請求項7】

軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、円周方向に並ぶ複数の孔が設けられ、前記外輪間座は、前記転がり軸受内にエアオイルを供給するエアオイル供給口を有し、このエアオイル供給口は、前記転がり軸受内に突出して前記内輪の外周面との間でエアオイル通過用の環状すきまを介して対面する突出部を含み、前記エアオイル供給口と、前記圧縮エアの吐出口とが兼用する軸受装置の冷却構造。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記転がり軸受が、アンギュラ玉軸受、円すいころ軸受、または円筒ころ軸受である軸受装置の冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、軸受装置の冷却構造に関し、例えば、工作機械の主軸および主軸に組み込まれる軸受の冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械の主軸装置では、加工精度を確保するために、装置の温度上昇は小さく抑える必要がある。しかしながら最近の工作機械では、加工能率を向上させるため高速化の傾向にあり、主軸を支持する軸受からの発熱も高速化と共に大きくなってきている。また、装置内部に駆動用のモータを組込んだいわゆるモータビルトインタイプが多くなってきており、装置の発熱要因ともなってきている。
発熱による軸受の温度上昇は、予圧の増加をもたらす結果となり、主軸の高速化、高精度化を考えると極力抑えたい。これらのことから主軸装置の温度上昇を抑えるため、運転中の予圧の軽減、または冷却等が講じられている。その主なものには、以下のものがある（特許文献１〜９）。

【0003】

・内輪に鋼よりも密度が小さく低線膨張で弾性率の大きなセラミックスを用いることで、内輪の径方向の膨張量を小さくして、予圧を軽減する方法が開示されている（特許文献１）。
・２つの軸受間に配置された内輪側間座の外周面にフィンを形成し、このフィンに対向するハウジングとの間に、冷却剤を供給する通路を設けて、内輪間座を直接油等で冷却する方法が開示されている（特許文献３、４）
・ 内輪間座を、内周部品と、多孔質材からなる外周部品との２体で形成し、内周部品と外周部品との接面間に、冷却媒体通路を形成したもので、この冷却媒体通路を溝とした技術が開示されている（特許文献５）。
・ 軸受の内筒と主軸とのはめあい面の少なくとも一方に溝を形成し、その溝に冷却液を流入して主軸の冷却を行う方法が開示されている（特許文献６）。
・ 主軸装置の主軸中心部に導入した潤滑液で、それぞれの軸受を潤滑すると共に、同潤滑液を主軸の内周面に沿って軸線方向に流通させ主軸を内側から冷却する方法が開示されている（特許文献７）。
・２つの軸受間の空間に冷風を、回転方向に角度を付けて噴射して旋回流とすることで冷却を行う方法が開示されている（特許文献８）。
・ 内輪間座を空冷する空気吹き出し口を軸受箱または主軸に設けたもので、圧縮空気を内輪間座に吹き付けて空冷することにより、軸受の内輪を間接的に冷却する方法が開示されている（特許文献９）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２６４９６号公報

【特許文献2】特開昭６３−７２５１号公報

【特許文献3】特開昭６３−１１４８４６号公報

【特許文献4】特開平１−３８３４０号公報

【特許文献5】実開平５−６３７４７号公報

【特許文献6】特開平６−３１５８５号公報

【特許文献7】特開平７−２４６８７号公報

【特許文献8】特開２０００−１６１３７５号公報

【特許文献9】特開２０００−２９６４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

運転中の軸受予圧は、内外輪の径方向膨張量差に影響を受ける。一般的に鋼製の内外輪を使用して運転すると、内輪での発生熱は、軸受箱が油等で強制冷却される外輪側に比べ、放熱し難い。結果、温度は、内輪＞外輪となってしまう。したがって内輪側での膨張量は、この発熱によるものと遠心力によるものが相俟って外輪側に比べ大きくなってしまう。このことが運転中の予圧増大をもたらす主要因となっている。

【0006】

前記の従来技術は、内輪の材質を変え、また間座等を冷却することで運転中の内輪膨張を小さくする技術である。特許文献１は内輪にセラミックスを使用し、セラミックスの密度小、低線膨張、弾性率大の特徴を活用し、運転中の内輪膨張量を抑えて予圧の軽減を目的としている。しかし、内輪にセラミックスを使用しても、運転中の内輪膨張は、軸の温度上昇による膨張の影響が大きく、セラミックスの特性が活かせず軸受予圧軽減への効果は小さいものになってしまう。
特許文献２〜７はいずれも間座等を油を用いて冷却することで内輪温度を下げる技術である。よってこれらの技術は、油の循環経路が複雑となり、供給用のポンプ等付帯設備が必要になることから、高価な主軸装置となってしまう。特許文献８、９は、冷却媒体としてエアを使用したもので、比較的安価に装置の構築が可能である。しかしながらエアによる冷却には、多量のエアが必要であり、少量エアで効率的に冷却できる装置が望まれる。

【0007】

この発明の目的は、内輪の膨張に影響する主軸および軸受周辺部品の温度上昇を低減するため、圧縮空気を使用して安価で、効率よく且つ合理的に主軸と内輪間座およびこれに接触固定される内輪を冷却する軸受装置の冷却構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座をそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて冷却専用の圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、傾斜して吹き付けられる圧縮エアを受けるための円周方向に並ぶ複数の孔が設けられている。なお、前記内輪間座に、前記外輪間座の吐出口から吐出される圧縮エアが前記主軸の表面に直接接触するように、径方向に複数個の放射状の孔が設けられると共に、前記内輪間座の内周面に、前記主軸の表面を効果的に冷却するために円周溝が設けられていても良い。

【0009】

この構成によると、内輪間座の外周面に、外輪間座に設けた吐出口より圧縮エアを吐出することで、間接的に軸受の冷却を行うことができる。外輪間座の吐出口から吐出された圧縮エアは、内輪間座と共に主軸を冷却する。外輪間座の吐出口を、内輪の回転方向の前方へ傾斜させたため、吐出された圧縮エアが内輪間座の円周方向の一部に当たる。これにより、外輪間座の吐出口から吐出される圧縮エアの噴射圧力を、内輪間座に与えることができ、主軸を駆動する作用を期待することができる。

【0010】

ここで外輪間座の圧縮エアの吐出口を内輪および主軸の回転方向の前方へ傾斜させたのは、例えば、工作機械の主軸のように回転方向が一定している場合に有効であり、外輪間座と内輪間座の間のすきまにおいて、良好なエア流れが期待でき、冷却効果が大きくなることを実験により確認した結果によるものである。外輪間座の吐出口より吐出した圧縮エアは、内輪間座と主軸の冷却に寄与した後、軸受内を通過させて軸受外部に排出するが、このとき軸受内の冷却も同時に行われることにもなる。このように圧縮エアを利用して効率的且つ合理的に軸受を冷却することができる。

【0011】

したがって、軸受装置を複雑な構造とせず、また高価な付帯設備も必要なく安価な装置で軸受および主軸の温度を低下させることができる。運転中の軸受温度の低下が図れることで、軸受予圧の増大が緩和され、軸受つまり軸受装置のさらなる高速化、すなわち加工効率の向上または軸受寿命の延長を図ることができる。運転中の主軸および軸受温度の低下により、軸受予圧の増大が緩和された分、初期予圧を大きくすることができ、低速での主軸剛性を高めると共に加工精度の向上が期待できる。運転中に主軸の温度が低下し、主軸の熱膨張に起因した加工精度の劣化を減少させることができる。
前記外輪間座の圧縮エアの吐出口は、１個または複数個であっても良い。

【0012】

前記内輪はセラミック製であっても良い。
外輪間座の吐出口から吐出された圧縮エアが、内輪間座と共に主軸を冷却することにより、主軸の温度上昇に伴うセラミック内輪の径方向膨張が抑えられて、セラミックスの材質特性を活かせることが期待できる。結果、予圧の軽減ができ更なる高速化が可能となる。

【0013】

前記外輪間座の吐出口が直線状であって、この吐出口は、外輪間座の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線から、この直線と直交する方向にオフセットした位置にあるものとしても良い。外輪間座の吐出口の位置が前記のようにオフセットされることで、吐出口が主軸表面の接線方向で且つ回転方向に向けられる。試験の結果、吐出口のオフセット量が大きくなるほど、内輪温度の降下が大きくなっている。
前記外輪間座の吐出口のオフセット量が、被冷却部の主軸の半径に対して０．５倍以上で、且つ、外輪間座の内径以下としても良い。試験の結果、吐出口のオフセット量が、主軸半径の約０．５倍から主軸表面の接線付近で内輪は最大の降下温度となっていた。外輪間座の吐出口をオフセットし、エア流れを内輪回転方向とすることで、冷却エアが回転方向に安定して流れ、効果的に内輪間座の表面の熱を吸収するためと考えられる。

【0014】

前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、円周方向に並ぶ複数の放射状の貫通孔は、エアを直接主軸に到達させるためのもので、内輪間座と共に主軸を冷却することができる。このように圧縮エアで主軸を直接冷却することができるため、内輪間座に同孔が無いものより、内輪の温度降下を大きくすることを実験により確認している。

【0015】

前記孔は、貫通孔であっても良いし、非貫通孔であっても良い。貫通孔の場合、非貫通孔よりも、主軸を直接冷却させる冷却効果もより高めることができる。
前記孔が複数設けられているため、主軸を直接冷却させる冷却効果も高めることができる。
前記内輪間座の孔が、径方向外方に向かうに従って、前記回転方向とは逆角度に傾くように傾斜する傾斜状の孔としても良い。

【0016】

前記内輪間座の内周面に、軸方向に一様な断面を有する溝を設けてもよい。内輪間座の内周面に主軸の外周面が嵌合されるので、前記のような溝を内輪間座の内周面に設けることで、主軸表面全周に冷却エアが行きわたるようになり、主軸表面に直接冷却エアが接触する面積を増大させることができる。また、溝に連通する孔を前記傾斜状の孔とすることで、主軸を直接冷却させる冷却効果をより高めることができる。
前記内輪間座の溝に対向する主軸表面に、断面Ｖ形状、断面凹形状、または螺旋状の溝を設けても良い。前記断面は、主軸を主軸軸心を含む平面で切断して見た断面をいう。この場合、放熱面積をさらに拡大することができ、主軸を直接冷却させる冷却効果をさらに高めることができる。
前記内輪間座の孔を同内輪間座の軸心に垂直な平面で切断して見た断面が、矩形または楕円形であっても良い。

【0017】

この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、傾斜して吹き付けられる圧縮エアを受けるための円周方向に並ぶ複数の孔が設けられ、前記内輪間座の外周面に、溝が設けられたものとしても良い。この場合、溝が無い内輪間座より外周面の表面積を大きくし、内輪間座表面からの放熱を効率良く行うことができる。したがって、内輪温度の低減を図り、その分軸受予圧が減少していることになるため、装置の高速化を図ることができる。
前記内輪間座の溝を同内輪間座の軸心を含む平面で切断して見た断面が、Ｖ字形状または凹形状であっても良い。前記内輪間座の溝が螺旋溝から成るものであっても良い。このように内輪間座の外周面の表面積を大きくすることができる。
前記内輪間座の外周面に、前記溝に代えて凹凸部を設けても良い。この場合にも、内輪間座より外周面の表面積を大きくし、内輪間座表面からの放熱を効率良く行うことができる。

【0018】

前記外輪間座は、前記圧縮エアを吐出する吐出口とは別に、前記転がり軸受内にエアオイルを供給するエアオイル供給口を有し、このエアオイル供給口は、前記転がり軸受内に突出して前記内輪の外周面との間でエアオイル通過用の環状すきまを介して対面する突出部を含むものであっても良い。この場合、エアオイル供給口から供給されたエアオイルは、内輪外径面に付着する。この内輪外径面に付着した油を、油の表面張力と遠心力を利用して内輪軌道面に導入して転がり軸受の潤滑に用いる。また吐出口から吐出された圧縮エアは、内輪外径面と前記突出部との間の環状すきまを介して転がり軸受内に導入されて、転がり軸受内で熱を吸収して排気される。このように内輪間座における冷却と共に、転がり軸受内での冷却機能もあり、より効果的な軸受冷却を行うことができる。

【0019】

この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、円周方向に並ぶ複数の孔が設けられ、前記外輪間座は、前記転がり軸受内にエアオイルを供給するエアオイル供給口を有し、このエアオイル供給口は、前記転がり軸受内に突出して前記内輪の外周面との間でエアオイル通過用の環状すきまを介して対面する突出部を含み、前記エアオイル供給口は、前記突出部の内径側で内輪に対しエアオイルを吐出するノズルを含むものであっても良い。この場合、ノズルは、突起部の内径側で内輪に対しエアオイルを吐出する。突起部を軸受内に挿入したうえで、エアオイルを内輪により近づけて吐出させることができるため、軸受の潤滑および冷却機能を高めることができる。
前記エアオイル供給口と、前記圧縮エアの吐出口とを兼用させたものとしても良い。この場合、エアオイルを供給するためのエア量削減と、エアオイル専用の孔数削減とを図ることができ、装置構造を簡素化することができる。これにより製造コストの低減を図ることができる。

【0020】

前記エアオイル供給口と、前記圧縮エアの吐出口とを兼用させた構成において、前記内輪間座に、径方向の貫通孔を設けると共に、前記内輪間座の内周面における、主軸と嵌合する部分の円周方向の一部に、軸方向に延びる軸方向溝を設け、且つ、前記内輪間座における軸方向両端面の円周方向の一部に、前記軸方向溝に連通し半径方向に延びる径方向溝を設けても良い。この場合、内輪間座の貫通孔を通ってこの内周面に吐出されたエアオイルは、主軸および内輪間座の冷却と共に、軸方向溝、径方向溝を順次通過して、内輪の冷却を効果的に行うことができる。またエアオイルが径方向溝を通過する際、油が内輪端面に付着して付着流れとなるため、軸受の潤滑油として確実に利用できるようになる。

【0021】

前記エアオイル供給口が、前記転がり軸受内に突出して内輪外径面との間で環状すきまを介して対面する突出部を含む構成を有する場合に、前記突出部の内径面と、内輪外径面との間で形成される円周すきま部の径方向断面積を、前記外輪間座の吐出口の総断面積よりも大きくしても良い。前記円周すきま部の「径方向断面積」とは、この軸受装置をこの軸心と垂直な平面で切断して見た断面において、突出部の内径面と、内輪外径面との間で形成される円周すきま部の面積を言う。前記吐出口の「総断面積」とは、各吐出口を同吐出口の軸線方向と垂直な平面で切断して見た断面における、面積の吐出口個数分の総和を言う。
この構成によると、吐出口から吐出したエアが、環状すきまを介して転がり軸受内に確実に導入される。このエアは転がり軸受内で熱を吸収して排気される。

【0022】

前記エアオイル供給口と前記圧縮エアの吐出口とを兼用させた構成、または、内輪間座に前記軸方向溝および前記径方向溝を設けた構成において、前記転がり軸受内の潤滑を主目的にしたエアオイル吐出用のノズルを省略しても良い。この場合、装置構造を簡素化することができ、これにより製造コストの低減を図ることができる。
前記圧縮エアすなわち冷却用エアを供給する圧縮エア供給装置を、エアオイル供給装置とは別個に独立して設けても良いし、エアオイル供給装置の空き回路を油供給せずに利用しても良い。

【0023】

エアオイルを排気するエアオイル排気口を設け、内輪間座冷却後の冷却エアを、前記エアオイル排気口から排気するようにしても良い。このようにエアオイルの排気経路と、冷却エアの排気経路とを共通化することで、装置構造を簡素化することができる。

【0024】

２個以上で複列配置されたアンギュラ玉軸受に適用したものであっても良い。
２個以上で複列配置された円すいころ軸受に適用したものであっても良い。
円筒ころ軸受に適用しても良い。
これらアンギュラ玉軸受、円すいころ軸受、および円筒ころ軸受の内輪をセラミックス製としても良い。

【0025】

前記軸受装置の冷却構造を、工作機械装置またはターボ機械装置に適用しても良い。

【発明の効果】

【0026】

この発明の軸受装置の冷却構造は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪および外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および内輪間座が主軸に嵌合される軸受装置において、
前記外輪間座に、前記内輪間座の外周面に向けて冷却専用の圧縮エアを吐出する吐出口が、回転方向の前方へ傾斜して設けられ、前記内輪間座の外周面における、前記吐出口から吐出された圧縮エアが噴き付けられる位置に、傾斜して吹き付けられる圧縮エアを受けるための円周方向に並ぶ複数の孔が設けられているため、圧縮エアを使用して安価で、効率よく且つ合理的に内輪と主軸を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図2】図１の II - II 線断面図である。

【図3】図２の III - III 線断面図である。

【図4】同冷却構造における、圧縮エアの吐出口のオフセット量と内輪の降下温度との関係を示す図である。

【図5】内輪間座の孔の有無による、内輪降下温度の比較結果を示す図である。

【図6】回転速度と軸受温度との関係を示す図である。

【図7】この発明の他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図8】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図9】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図10】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図11】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図12】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図13】図１２のXIII−XIII線断面図である。

【図14】同軸受装置の内輪間座の孔を外径側から見た視図である。

【図15】回転速度とモータ消費電力との関係を示す図である。

【図16】回転速度と軸受温度との関係を示す図である。

【図17】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の一部分の断面図である。

【図18】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の一部分の断面図である。

【図19】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の一部分の断面図である。

【図20】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の一部分の断面図である。

【図21】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図22】図２１のXXII−XXII線断面図である。

【図23】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の図２１におけるXXII−XXII線に相当する平面の断面図である。

【図24】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図25】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図26】図２５のXXVI−XXVI線断面図である。

【図27】図２５のXXVII−XXVII線断面図である。

【図28】この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。

【図29】図２８の部分拡大図である。

【図30】外輪間座の吐出口と内輪間座の孔の位置関係を示す説明図である。

【図31】この発明のさらに他の実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置の断面図である。

【図32】図３１の部分拡大図である。

【図33】図３１のXXXIII−XXXIII線断面図である。

【図34】同軸受装置の外輪間座の一部分を展開して表した図である。

【図35】この発明のさらに他の実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置の断面図である。

【図36】同軸受装置の外輪間座の一部分を展開して表した図である。

【図37】図３５および図３６に示す軸受装置を工作機械の主軸装置に組込んだ状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図１ないし図６と共に説明する。
この例の軸受装置の冷却構造は、工作機械装置に適用される。ただし、工作機械装置だけに限定されるものではない。以下の説明は、軸受の冷却方法についての説明をも含む。
図１に示すように、この軸受装置は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受１，１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５をそれぞれ介在させている。また外輪２および外輪間座４がハウジング６にすきま嵌めで設置され、内輪３および内輪間座５が主軸７に締まり嵌めで嵌合される。各転がり軸受１としてセラミック製の内輪３を使用したアンギュラ玉軸受が適用されている。これらアンギュラ玉軸受が背面組合せで設置され、内輪外径面および外輪内径面における接触角の反偏り側にそれぞれカウンタボアが設けられている。内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８が介在され、これら転動体８が保持器９により円周等配に保持される。前記保持器９は外輪案内形式のリング形状から成る。軸受すきまの設定は、内輪間座５と外輪間座４の幅寸法差で行われる。これら軸受１，１の潤滑を図３に示す後述のエアオイル潤滑としている。

【0029】

冷却構造について説明する。
図２に示すように、外輪間座４に、内輪間座５の外周面に向けて圧縮エアを吐出する複数個（この例では３個）の吐出口１０を設けている。これら吐出口１０のエア吐出方向を、それぞれ内輪３（図１）および主軸７の回転方向Ｌ１の前方へ傾斜させている。これら複数個の吐出口１０は円周等配に配設されている。各吐出口１０は、それぞれ直線状であって、外輪間座４の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線Ｌ２から、この直線Ｌ２と直交する方向にオフセットした位置にある。この例では、外輪間座４の吐出口１０のオフセット量ＯＳは、被冷却部の主軸７の半径に対して０．５倍以上で、且つ、外輪間座４の内径以下としている。

【0030】

外輪間座４の外周面には、冷却エアである圧縮エアを導入する導入溝１１が設けられている。この導入溝１１は、外輪間座４の外周面における軸方向中間部に設けられ、且つ、各吐出口１０に連通する円弧状に形成されている。換言すれば、導入溝１１は、外輪間座４の外周面において、後述のエアオイル供給孔１２が設けられる円周方向位置を除く円周方向の大部分を占める角度範囲α１にわたって設けられている。圧縮エアの導入経路は、軸受潤滑用のエアオイルとは独立経路で構成される。よって図１に示すように、ハウジング６に冷却エア用供給孔１３が設けられ、この冷却エア用供給孔１３に導入溝１１が連通するように構成されている。ハウジング６の外部には、前記冷却エア用供給孔１３に圧縮エアを供給する圧縮エア供給装置１４が配管接続されている。

【0031】

図２に示すように、内輪間座５には、径方向の孔１５が円周等配に複数（この例では１０個）設けられている。各孔１５を内輪間座５の軸心に垂直な平面で切断して見た断面は、矩形または楕円形に形成されている。各孔１５は、内輪間座５における円周方向の所定位置で且つ軸方向中間部において、径方向に貫通する丸孔形状に形成されている。これにより、運転時に外輪間座４の吐出口１０から吐出された圧縮エアを、内輪間座５の孔１５を通して主軸７の外表面に到達させることで主軸７を直接冷却する。

【0032】

図１に示すように、内輪間座５の外周面と、外輪間座４の内周面との間には、径方向すきまδ１が設けられている。このとき外輪間座４の吐出口１０の総断面積よりも、内輪間座５の外周面と外輪間座４の内周面との間で形成される径方向すきま部の径方向断面積が大きくなるように、前記径方向すきまδ１が設定される。前記吐出口１０の「総断面積」とは、各吐出口１０を同吐出口１０の軸線方向と垂直な平面で切断して見た断面における、面積の吐出口個数分の総和を言う。前記「径方向断面積」とは、この軸受装置をこの軸心と垂直な平面で切断して見た断面において、内輪間座５の外周面と外輪間座４の内周面との間で形成される径方向すきま部の面積の２倍を言う。２倍にするのは、この実施形態では、吐出口１０から吐出された圧縮エアが、内輪間座５の外周面と外輪間座４の内周面との間で形成される径方向すきま部を軸方向両側に流れるからである。前記のように径方向すきまδ１が設定されるため、各吐出口１０から吐出された圧縮エアを、主軸表面に接触させながら回転方向に沿って円滑に且つ安定して流すことが可能となる。

【0033】

潤滑構造について説明する。
図３に示すように、外輪間座４は、軸受内にエアオイルを供給するエアオイル供給口１６を有する。エアオイル供給口１６は転がり軸受１，１毎にそれぞれ設けられている。図２に示すように、外輪間座４には、各エアオイル供給口１６に連通するエアオイル供給孔１２，１２がそれぞれ設けられている。各エアオイル供給孔１２は、外輪間座４の外周面から径方向内方に所定深さ形成され、孔底付近部にてエアオイル供給口１６に連通する。図３に示すように、各エアオイル供給口１６は、前記孔底付近部から対象とする軸受側に向かうに従って内径側に至るように傾斜する傾斜角度をもつ貫通孔状に形成されている。この例の各エアオイル供給口１６は、同エアオイル供給口１６から定められた圧力で吐出されたエアオイルが、例えば、内輪軌道面と転動体８との境界付近に当たるように傾斜角度が規定される。

【0034】

ハウジング６にエアオイル用の軸受箱供給孔１７が設けられ、この軸受箱供給孔１７に前記エアオイル供給孔１２が連通するように構成されている。ハウジング６の外部には、軸受箱供給孔１７にエアオイルを供給するエアオイル供給装置１８が配管接続されている。運転中、エアオイル供給装置１８から供給されたエアオイルは、順次、軸受箱供給孔１７→エアオイル供給孔１２→エアオイル供給口１６→内輪軌道面に吐出されるようになっている。

【0035】

排気構造について説明する。
この軸受装置には、エアオイルを排気するエアオイル排気口１９を設けている。エアオイル排気口１９は、外輪間座４における円周方向の一部に設けられた排気溝２０と、ハウジング６に設けられ前記排気溝２０に連通する軸受箱排気溝２１および軸受箱排気孔２２とを有する。前記外輪間座４の排気溝２０は、エアオイル供給孔１２が設けられる位置とは対角の円周方向位置で、軸受背面側の外輪端面に臨む外輪間座４の端面にスリット状に形成される。ハウジング６の軸受箱排気溝２１は、前記外輪間座４の排気溝２０と同一の円周方向位置にわたって形成され、軸方向に延びる軸受箱排気孔２２に連通する。
転がり軸受１の潤滑に供されたエアと油は、軸受内を軸方向に貫通して外部に放出されるのと、前記排気溝２０より、軸受箱排気溝２１および軸受箱排気孔２２を経路として外部に放出される。
またこの例では、内輪間座冷却後の冷却エアを、前記エアオイル排気口１９から排気するようにしている。換言すると、エアオイルの排気経路と、冷却エアの排気経路とを共通化している。

【0036】

図４は、この冷却構造における、冷却エアの吐出口１０のオフセット量と内輪３の降下温度との関係を示す図である。試験において、内輪３の内径寸法がφ７０ｍｍのアンギュラ玉軸受をエアオイル潤滑にて１７０００ｍｉｎ^−１で運転し、冷却なし（エア供給圧力０ｋＰａ）と冷却時（エア供給圧力４００ｋＰａ）での内輪３の降下温度を、吐出口１０のオフセット量の関係でみたものである。各吐出口１０のオフセットの方向は、各吐出口１０から吐出するエアの流れが主軸７および内輪３の回転方向と同じとなるように定められている。

【0037】

試験の結果、吐出口１０のオフセット量ＯＳが大きくなるほど、内輪３の温度降下は大きくなっており、主軸半径の約０．５倍から主軸表面の接線位置付近で、最大の降下温度となることがわかる。外輪間座４の吐出口１０をオフセットし、エア流れを内輪回転方向とすることで、冷却エアが回転方向に安定して流れ、効果的に内輪間座５の表面の熱を吸収しているためと考えられる。

【0038】

図５は、内輪間座５の孔１５（図２）の有無による、内輪降下温度の比較結果を示す図である。同図に示すように、内輪間座５に径方向の孔１５がある場合には、孔１５が無い場合に比べ、内輪３の温度降下が大きくなっていることがわかる。これは、外輪間座４の吐出口１０から吐出された冷却エアが孔１５を通って主軸７の外表面まで到達し、主軸７を直接冷却しているためと考えられる。

【0039】

以上の発明構成において実際に図１に示すようにセラミック内輪軸受１を組込んで運転試験を実施した結果が図６になる。この運転試験における各吐出口１０のオフセット量ＯＳは、それぞれ３３．６ｍｍで、冷却エアなし（エア供給圧力０ｋＰａ）と、冷却時（エア供給圧力３００ｋＰａ）で比較したもので、各軸受１の内輪３および外輪２の温度をそれぞれ検出した。同図６に示すように、回転速度が１９０００ｍｉｎ^−１のとき、冷却を実施することで、内輪温度は１０℃以上の温度降下が認められた。また内輪温度が６０℃に到達したときを高速限界とするならば、冷却なし時の回転速度１９０００ｍｉｎ^−１に対し、冷却を実施することで２１０００ｍｉｎ^−１までの高速化が図れることになる。冷却により内輪温度が低くなることは、その分軸受予圧が減少していることになり、高速化が可能と言える。

【0040】

以上説明した軸受装置の冷却構造によると、内輪間座５の外周面に、外輪間座４に設けた吐出口１０より圧縮エアを吐出することで、間接的に転がり軸受１の冷却を行うことができる。外輪間座４の吐出口１０から吐出された圧縮エアは、内輪間座５を冷却し、また外輪間座４の吐出口１０の位置が前記のようにオフセットされることで、吐出口１０が主軸表面の接線方向で且つ回転方向に向けられ、主軸７の冷却を行う。試験の結果、吐出口１０のオフセット量ＯＳが大きくなるほど、内輪温度の降下が大きくなっている。外輪間座４の吐出口１０をオフセットし、エア流れを内輪回転方向とすることで、冷却エアが回転方向に安定して流れ、効果的に内輪間座５の表面と主軸７の熱を吸収することができる。

【0041】

ここで外輪間座４の圧縮エアの吐出口１０を内輪３および主軸７の回転方向の前方へ傾斜させたのは、例えば、工作機械の主軸のように回転方向が一定している場合に有効であり、外輪間座４と内輪間座５との間のすきまδ１において、良好なエア流れが期待でき、冷却効果が大きくなることを実験により確認した結果によるものである。さらに、外輪間座４より吐出した圧縮エアは、内輪間座５と主軸７の冷却に寄与した後、軸受内を通過させて軸受外部に排出するが、このとき軸受内の冷却も同時に行われることにもなる。このように圧縮エアを利用して効率的且つ合理的に軸受を冷却することができる。

【0042】

したがって、軸受装置を複雑な構造とせず、また高価な付帯設備も必要なく安価な装置で軸受１および主軸７の温度を低下させることができる。運転中の軸受温度の低下が図れることで、軸受予圧の増大が緩和され、軸受つまり軸受装置のさらなる高速化、すなわち加工効率の向上または軸受寿命の延長を図ることができる。運転中の軸受温度の低下と主軸温度低下による内輪の径方向膨張量の抑制により、軸受予圧の増大が緩和された分、初期予圧を大きくすることができ、低速での主軸剛性を高めると共に加工精度の向上が期待できる。

【0043】

内輪間座５に径方向の孔１５を設けたため、吐出された圧縮エアが、内輪間座５の孔１５を通って主軸７の外表面まで到達するため、内輪間座５と共に主軸７を冷却することができる。このように圧縮エアで主軸７を直接冷却することができるため、内輪間座５に同孔が無いものより、内輪３の温度降下を大きくすることができる。

【0044】

内輪間座５の孔１５は円周方向に沿って複数設けられているため、内輪間座５に例えば１個の孔１５を設けるよりも、主軸７を直接冷却させる冷却効果も高めることができる。
またエアオイルの排気経路と、冷却エアの排気経路とを共通化しているため、装置構造を簡素化することができ、製造コストの低減を図れる。

【0045】

この発明の他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

【0046】

図７に示すように、内輪間座５の外周面に、溝５ａを設けたものとしても良い。この例では、内輪間座５の溝５ａを、同内輪間座５の軸心を含む平面で切断して見た断面がＶ字形状となるように形成している。また、この断面Ｖ字形状から成る溝５ａを軸方向に所定間隔おきに並ぶ複数の円周溝または螺旋溝としている。前記溝５ａにより内輪間座５の表面積を大きくし、間座表面からの放熱を効率良く行うことができる。前記溝５ａは、断面Ｖ形状溝以外の例えば断面凹形状溝でも良い。また、内輪間座５は、軸受鋼等の鋼材よりも熱放射率の大きな材質から成るものとすることが好ましく、この場合、さらに冷却効果を向上することができる。

【0047】

図８に示すように、内輪間座５の孔１５が、径方向外方に向かうに従って、内輪３および主軸７の回転方向Ｌ１とは逆角度（図８にて角度βにて表記）に傾くように傾斜する傾斜状の孔１５としても良い。この場合、外輪間座４の吐出口１０から吐出された圧縮エアを、傾斜状の孔１５で効果的に捕らえることができる。その結果、主軸７の表面へのエア量が多くなり効果的に主軸７が冷却される。

【0048】

図９に示すように、内輪間座５の外周面に溝５ａを設けた構成において、前記内輪間座５の内周面に、孔の直径寸法よりも大きな幅で円周溝５ｂを設けても良い。この場合、外輪間座４の吐出口１０から吐出された圧縮エアが、孔１５より流入し、前記円周溝５ｂ内を流れる。その結果、主軸表面全周に冷却エアが行きわたるようになり、主軸表面に直接冷却エアが接触する面積を増大させることができる。したがって、主軸７を直接冷却させる冷却効果をより高めることができる。

【0049】

図１０に示すように、外輪間座４Ａは、軸受内にエアオイルを供給するエアオイル供給口１６を有し、このエアオイル供給口１６は、軸受内に突出して内輪外径面３ａとの間でエアオイル通過用の環状すきまδ２を介して対面する突出部２３を含むものとしても良い。この例の外輪間座４Ａは、外輪間座本体２４と、この外輪間座本体２４とは別体に構成されたノズル２５，２５とを有する。外輪間座本体２４は断面略Ｔ字形状に形成され、外輪間座本体２４の両側部に、リング状のノズル２５，２５がそれぞれ嵌め込まれて左右対称に固定されている。各ノズル２５に、軸受内に突出する突出部２３が設けられている。

【0050】

外輪間座本体２４において、各ノズル２５との当接面である両側面２４ａ，２４ａおよび内周面２４ｂ，２４ｂには、それぞれ研摩加工が施されている。これら各側面２４ａと内周面２４ｂとの隅部には、研摩盗みが設けられている。各ノズル２５の内側面および外周面にも、それぞれ研摩加工が施されている。また各ノズル２５のうち前記各側面２４ａとの当接面には、エアオイル供給口１６からのエアオイル漏れを防ぐ環状のシール部材２６が設けられている。内輪外径面３ａにおける、エアオイル供給口１６に対向する位置には、環状凹み３ａａが設けられている。
前記環状すきまδ２は、前述の径方向すきまδ１と同様に、次のように設定される。外輪間座４Ａの吐出口１０の総断面積よりも、内輪外径面３ａと突出部２３の内周面との間で形成される環状すきまδ２の径方向断面積が大きくなるように、前記環状すきまδ２が設定される。

【0051】

図１０の構成によると、エアオイル供給口１６から吐出されたエアオイルは、内輪外径面３ａの環状凹み３ａａに導入されて付着する。この付着された油を、油の表面張力と遠心力を利用して内輪軌道面に導入して軸受１の潤滑に用いる。突起部２３を軸受内に挿入したうえで、エアオイルを内輪３により近づけて吐出させることができるため、軸受１の潤滑および冷却機能を高めることができる。冷却用の吐出口１０から吐出された圧縮エアは、前記環状すきまδ２を介して軸受内に導入されて、軸受内で熱を吸収して排気される。このように内輪間座５における冷却と共に、軸受内での冷却機能もあり、より効果的な軸受冷却を行うことができる。前記環状すきまδ２を前記のように設定することで、冷却用の吐出口１０から吐出された圧縮エアを、図１０中の矢印Ａ１で示すように、内輪外径面３ａとノズル２５で形成される環状すきまδ２を介して、確実に軸受内に導入することができる。よって、圧縮エアは軸受内で熱を吸収して排気されることになる。

【0052】

また、この構成では、外輪間座４Ａの吐出口１０から吐出された圧縮エアが、確実に軸受内を通過して排気されることから、これまでの実施形態のように軸受潤滑用のエアオイル供給口１６を、吐出口１０とは別個に設けるのではなく、エアオイルを前記吐出口１０から吹き出す構成としても良い。換言すれば、エアオイル供給口１６と、圧縮エアの吐出口１０とを兼用させても良い。この場合、エアオイルを供給するためのエア量削減と、エアオイル専用の孔数削減とを図ることができ、装置構造を簡素化することができる。これにより製造コストの低減を図ることができる。

【0053】

図１１に示す構成にしても良い。つまり専用のエアオイル供給口１６（図１０）を省略して、エアオイル供給口１６と、圧縮エアの吐出口１０とを兼用させる。さらに内輪間座５Ａの内周面における、主軸と嵌合する部分の円周方向の一部に、軸方向に延びる軸方向溝２７を設ける。且つ、前記内輪間座５Ａにおける軸方向両端面の円周方向の一部に、前記軸方向溝２７に連通し半径方向に延びる径方向溝２８，２８を設ける構成とする。
この構成によると、内輪間座５Ａの孔１５を通ってこの内周面に吐出されたエアオイルは、図１１の矢印Ａ２に示すように、主軸７および内輪間座５Ａの冷却と共に、軸方向溝２７、径方向溝２８，２８を順次通過して、内輪３の冷却を効果的に行うことができる。またエアオイルが径方向溝２８を通過する際、油が内輪端面に付着して付着流れとなるため、転がり軸受１の潤滑油として確実に利用できるようになる。

【0054】

図１２ないし図１４はさらに異なる実施形態を示す。この冷却構造は、内輪の温度上昇が大きくなり、予圧過大が問題となる高速用主軸用のアンギュラ玉軸受からなる軸受装置に対して用いるのに適する。図１２に示すように、各転がり軸受１，１の外輪２，２および外輪間座４Ａは、ハウジング６の段部６ａと端面蓋４０とにより、軸方向の位置決めがなされる。また、各転がり軸受１，１の内輪３，３および内輪間座５は、両側の位置決め間座４１，４２により、軸方向の位置決めがなされる。図における左側の位置決め間座４２は、主軸７の外周に螺合させたナット４３により固定される。外輪間座４Ａは、図１０の実施形態と同様に、外輪間座本体２４と、エアオイル用の一対のノズル２５，２５とからなる構成であり、外輪間座本体２４と内輪間座５の幅寸法差により、転がり軸受１の初期予圧を設定して使用する。

【0055】

この軸受装置の冷却構造では、内輪間座５の外周面に設けられる孔１５として、非貫通孔であって内輪間座５の外周面に対して凹んだバケット形状の孔が設けられている。バケット形状の孔１５は、図１３に示すように、軸回転方向Ｌ１の前方へ行くに従い底部深さが深くなる傾斜状である。図例のバケット形状の孔１５は、図１４のように外径側から見て軸回転方向Ｌ１の前方端が円弧状とされているが、円弧状でなくても良い。

【0056】

孔１５を上記バケット形状とすると、外輪間座４Ａの吐出口１０から吐出された圧縮エアを孔１５が効果的に受けることができるため、主軸７の駆動力をより一層補助することができる。バケット形状の孔１５を設けたことの効果を確かめるために、図１２に示す構成の軸受装置により試験を行った。

【0057】

試験は、圧縮エアによる主軸７の駆動力の補助を、駆動モータの消費電力に置き換えた方法で行い、内輪間座５にバケット形状の孔１５が無い場合と、有る場合のモータ消費電力の差を見た。転がり軸受１としては、内径φ７０ｍｍのアンギュラ玉軸を用いた。圧縮エアの噴射圧力は４００ＫＰａとした。主軸７の駆動は、図１２の紙面左側に配置されたビルトインモータ（図示せず）によるものである。図１５は、モータの消費電力値を回転速度の関係で整理した場合の結果を示す。図１６は、その時の転がり軸受１の温度結果を示す。

【0058】

試験の結果から、バケット形状の１５が有る場合は、無い場合に比べモータ消費電力が小さくなることが分かる。このことは、バケット形状の孔１５による駆動力の増加により、モータの消費電力が低減されたと言える。ちなみに、２００００ｍｉｎ^−１でのモータ消費電力は、バケット１５Ａが有ることで約１００Ｗ低減された。軸受温度もバケット形状の孔１５が有る場合、無い場合に比べ低くなっている。このことは、モータの消費電力が低減されたことにより、モータの発熱が軽減され、モータ部から転がり軸受１への伝達熱が小さくなったためと推定できる。特に、内輪３の温度が外輪２の温度に比べ大きく低下しており、モータロータの昇温が抑制されていることが伺える。

【0059】

回転している内輪間座４のバケット形状の孔１５に対して、外輪間座４Ａの吐出口１０から圧縮エアを噴射すると、孔１５の空間で噴射音が発生すると共に、複数個の孔１５による風切り音が発生する。これらの騒音を低減するには、図１７または図１８に示す構成とすると良い。

【0060】

図１７の軸受装置の冷却構造は、外輪間座４Ａのノズル２５の内周面における軸方向外端部分と、内輪間座５の外周面における孔１５の軸方向外側部分との間の径方向すきまδａの寸法を小さくした。この例では、ノズル２５の軸方向外端部に内径側へ突出する凸部２５ａを設けることで上記径方向すきまδａの寸法を小さくしているが、内輪間座５の軸方向両端部に外径側へ突出する凸部（図示せず）を設けることで上記径方向すきまδａの寸法を小さくしても良い。

【0061】

図１８の軸受装置の冷却構造は、内輪間座５の外周面におけるバケット形状の孔１５を含む軸方向中央部を外径側へ突出する凸部５ｃとすると共に、ノズル２５の内周面を軸方向中央部の内径が大きい段付き形状とし、内輪間座５の凸部５ｃの両側側面とノズル２５の段面とで軸方向すきまδｂを形成してある。

【0062】

上記径方向すきまδａおよび軸方向すきまδｂのすきま面積は、冷却用の圧縮エアの排気を考慮して、圧縮エアの吐出口１０の総断面積に対して１０倍程度とする。ここで言うすきま面積は、軸方向両側にある径方向および軸方向すきまδａ，δｂのうちの片側のすきまの面積である。なお、径方向すきまδａのすきま面積は、（径方向すきまδａのすきま寸法）×（径方向すきまδａの円周長さ）で算出され、軸方向すきまδのすきま面積は、（軸方向すきまδｂのすきま寸法）×（軸方向すきまδｂの円周長さ）で算出される。これは試験の結果から導き出された数値であり、上記した吐出口１０の総断面積とすきま面積との関係とすることにより、冷却用の圧縮エアの流量の減少が少なく、合理的な低騒音化が図れる。

【0063】

図１９、図２０に示すように、外輪間座４が、内輪３の軌道面に直接エアオイルを吐出するエアオイル供給口１６を有する構成である場合にも、上記と同様に、圧縮エアによる騒音を低減させる構成を適用することができる。すなわち、図１９のように、外輪間座４のノズル２５の内周面と、内輪間座５の外周面における孔１５の軸方向外側部分との間の径方向すきまのすきま寸法δａを小さくする。また、図２０のように、内輪間座５の外周面におけるバケット形状の孔１５を含む軸方向中央部を外径側へ突出する凸部５ｃとすると共に、外輪間座本体２４よりもノズル２５を内径側へ突出させて、内輪間座５の凸部５ｃの両側側面とノズル２５の内径側へ突出した部分の側面とで、軸方向すきまδｂを形成する。

【0064】

図２１および図２２は、異なる軸受装置の冷却構造を示す。図２２に示すように、内輪間座５の孔１５は、内輪間座５の外周面から内周面へ行くに従い主軸７の回転方向Ｌ１側に位置する傾斜孔としてもよい。孔１５が傾斜孔であると、吐出口１０から吐出される圧縮エアの噴射圧力を孔１５が効率良く受けることができ、主軸７の駆動力をアシストする効果が高い。なお、この例では、外輪間座４の各吐出口１０に、それぞれ個別の冷却エア供給孔１３により圧縮エアが供給されている。

【0065】

図２３に示すように、内輪間座５の孔１５を、底部側へ行くほど主軸７の回転方向Ｌ１に傾斜した傾斜凹部としても、上記傾斜孔と同様の効果が得られる。

【0066】

外輪間座４の軸方向長さを比較的長くとれる場合は、図２４に示すように、外輪間座４の軸方向の異なる複数箇所に圧縮エアの吐出口１０，１０を設けても良い。各吐出口１０は、いずれも主軸７の正転方向の前方へ傾斜させる。このように、吐出口１０，１０を軸方向の複数箇所に設けることにより、主軸７の駆動力をより一層アシストすることができる。

【0067】

図２５ないし図２７は、マシニングセンタの主軸のように正逆両方向に回転する主軸を支持するのに適した軸受装置の冷却構造を示す。図２５に示すように、この冷却構造の外輪間座４には、軸方向の異なる２箇所に圧縮エアの吐出口１０Ａ，１０Ｂが設けられている。一方の吐出口１０Ａは、図２６に示すように、主軸７の正転方向ＬＡの前方へ傾斜させてあり、もう一方の吐出口１０Ｂは、図２７に示すように、主軸７の逆転方向ＬＢの前方へ傾斜させてある。図２５に示すように、圧縮エア供給装置１４からハウジング６の冷却エア用供給孔１３Ａ，１３Ｂに圧縮エアを送る経路に電磁制御弁４５が設けられており、この電磁制御弁４５を制御することで、冷却エア用供給孔１３Ａ，１３Ｂを介していずれか一方の吐出口１０Ａ，１０Ｂに圧縮エアが供給される。

【0068】

この構成によると、主軸７の正転時には吐出口１０Ａから圧縮エアを吐出させ、逆転時には吐出口１０Ｂから圧縮エアを吐出させることにより、正逆両回転時に主軸７の駆動力をアシストすることができる。また、主軸７を正転状態から停止させるときに吐出口１０Ｂから圧縮エアを吐出させ、主軸７を逆転状態から停止させるときに吐出口１０Ａから圧縮エアを吐出させれば、主軸７のブレーキとして活用できる。

【0069】

図２８は、転がり軸受１が円筒ころ軸受である実施形態を示す。この軸受装置は、円筒ころ軸受からなる転がり軸受１の両側に２つの外輪間座４（１），４（２）がそれぞれ配置され、内輪３の両側に２つの内輪間座５（１），５（２）がそれぞれ配置されている。外輪２および外輪間座４（１），４（２）は、ハウジング６の段部６ａと端面蓋４０とにより軸方向の位置決めがなされ、内輪３および内輪間座５（１），５（２）は、主軸７の段部７ａと主軸７の外周に螺合させたナット４３とにより位置決めがなされる。

【0070】

外輪間座４（１），４（２）の内周面には、冷却用の圧縮エアを吐出する吐出口１０（１），１０（２）がそれぞれ設けられ、外輪間座５（１），５（２）の内周面には、吐出口１０（１），１０（２）から吐出される圧縮エアを受ける孔１５（１），１５（２）がそれぞれ設けられている。図２９に示すように、互いに対向する外輪間座４（１），４（２）と内輪間座５（１），５（２）における吐出口１０（１），１０（２）と孔１５（１），１５（２）の位置関係は、ａ１＞ｂ１，ａ２＞ｂ２としてある。ここで、ａ１，ａ２は外輪２の端面から吐出口１０（１），１０（２）までの距離、ｂ１，ｂ２は内輪３の端面から孔１５（１），１５（２）までの距離である。

【0071】

円筒ころ軸受は、転動体８である円筒ころが内外輪３，２と線接触するため、軸受の両側から均等に冷却することが望ましい。また、両側の外輪間座４に圧縮エアの吐出口１０（１），１０（２）を設けた場合、両側の吐出口１０（１），１０（２）から吐出される冷却用エアが互いに転がり軸受１に向かって流れると、軸受内で冷却用エアおよびエアオイルが滞留して過昇温の原因になりかねない。例えば図３０のように、外輪間座４の圧縮エアの吐出口１０と内輪間座５の孔１５が軸方向にオーバーラップしていると、オーバーラップ部分４６，４７で内輪間座５（１），５（２）が冷却用エアを受けてしまい、冷却用エアの一部が軸受内へ流れてしまうのである。吐出口１０（１），１０（２）と孔１５（１），１５（２）の位置関係が上記のように定めると、吐出口１０（１），１０（２）から吐出される冷却用の圧縮エアを、主軸７の駆動力のアシストに有効に利用させ、スムーズに排出することができる。

【0072】

図３１ないし図３４は、グリース潤滑である実施形態を示す。図３１に示すように、この軸受装置Ｊも、エアオイル潤滑の軸受装置と同様に、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受１，１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５をそれぞれ介在させている。各転がり軸受１としてアンギュラ玉軸受が適用されている。内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８が介在され、これら転動体８が保持器９により円周等配に保持される。加えて、グリース潤滑であるこの軸受装置Ｊは、外輪２の軸方向両端に、外輪２と内輪３との間の軸受空間Ｓ１を密封するシール部材３１，３２がそれぞれ取り付けられている。

【0073】

この軸受装置Ｊは、例えば工作機械の主軸の支持に用いられるものであり、その場合、図３３のように、各転がり軸受１の外輪２はハウジング６内に固定され、内輪３は主軸７の外周面に嵌合する。

【0074】

上記軸受装置Ｊの冷却構造について説明する。
図３１において、前記外輪間座４の内周面と前記内輪間座５の外周面との間には径方向すきまδ３が設けられており、外輪間座４の内周面に、内輪間座５の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを供給する吐出口１０が設けられている。この例では、図３３に示すように、吐出口１０の数は３個であり、各吐出口１０は円周方向に等配とされている。

【0075】

各吐出口１０のエア吐出方向は、内輪３（図３１）および主軸７の回転方向Ｌ１の前方へ傾斜させてある。各吐出口１０は、それぞれ直線状であって、外輪間座４の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線Ｌ２から、この直線Ｌ２と直交する方向にオフセット（オフセット量ＯＳ）した位置にある。

【0076】

図３１および図３３に示すように、外輪間座４の外周面には、圧縮エアＡを導入する環状の導入溝１１が設けられている。この導入溝１１は、外輪間座４の外周面における軸方向中間部に設けられ、接続孔１１ａを介して各吐出口１０に連通している。軸受装置Ｊの外部に設けた圧縮エア供給装置（図示せず）より、ハウジング６に設けた冷却エア用供給孔１３を通って、導入溝１１に圧縮エアＡが供給される。

【0077】

図３１に示すように、内輪間座５の軸方向両端部は、外径側に張り出した障害壁３３となっている。この例では、障害壁３３は、軸方向の転がり軸受１に近い側ほど外径側への張り出し量が大きいテーパ形状である。また、外輪間座４の軸方向端面には、吐出口１０から供給された圧縮エアＡの排出口となる切欠き３４が設けられている。切欠き３４は例えば図３４のような矩形の断面形状であり、外輪間座４に隣接して転がり軸受１の外輪２が配置されることで、切欠き３４が、外輪間座４と内輪間座５間の間座空間Ｓ２と軸受装置Ｊの外部とを連通する開口形状となる。なおこの構成において、外輪間座４を組立可能にするため（外輪間座４の内周と障害壁３３との干渉を防ぐため）、内輪間座５は、例えば、軸方向中間部が分割された二つの内輪間座分割体からなる。

【0078】

図３１の部分拡大図である図３２に示すように、前記障害壁３３の外径端は、外輪間座４の内周面と僅かな径方向すきまδ４を介して対向している。また、障害壁３３の端面は前記軸方向内側のシール部材３１と僅かな軸方向すきまδ５を介して対向している。これにより、シール部材３１と障害壁３３とでラビリンスシール効果を持つラビリンスシール部３５が構築され、このラビリンスシール部３５により軸受空間Ｓ１と間座空間Ｓ２とが隔てられている。

【0079】

この軸受装置Ｊは、運転時等に、軸受装置Ｊの外部に設けた圧縮エア供給装置から送られる冷却用の圧縮エアＡが、外輪間座４の吐出口１０から内輪間座５の外周面に向けて供給される。この圧縮エアＡは、内輪間座５に衝突した後、内輪間座５の外周面に沿って軸方向両側へ流れ、さらに内輪間座５の障害壁３３のテーパ状外径面に沿って外径側へ導かれて、外輪間座５の切欠き３４から排出される。障害壁３３によって圧縮エアＡを外径側へ導くことにより、間座空間Ｓ２での圧縮エアＡの流れ、ならびに間座空間Ｓ２からの圧縮エアＡの排出がスムーズになる。圧縮エアＡが間座空間Ｓ２を通過する間に、軸受装置Ｊおよびこの軸受装置Ｊに支持された主軸７の熱を奪う。それにより、軸受装置Ｊおよび主軸７が効率良く冷却される。

【0080】

また、外輪間座４の各吐出口１０のエア吐出方向が、内輪３および主軸７の回転方向Ｌ１の前方へ傾斜させてあるため、吐出された圧縮エアＡが内輪間座５の外周面に当たる際に、圧縮エアＡの噴出力を内輪間座５に与えることができ、主軸７を駆動する作用を期待することができる。この構成は、軸受装置Ｊにより支持される軸が、工作機械の主軸７のように回転方向が一定している場合に適用される。

【0081】

内輪間座５の軸方向両端に障害壁３３が設けられていることにより、圧縮エアＡが軸受空間Ｓ１へ流入することが阻止される。特にこの実施形態では、軸受空間Ｓ１と間座空間Ｓ２とがラビリンスシール部３５により隔てられているため、圧縮エアＡの軸受空間Ｓ１への流入をより一層効果的に阻止できる。さらに、間座空間Ｓ２において圧縮エアＡがスムーズに流れるため、間座空間Ｓ２の内圧が軸受空間Ｓ１の内圧よりも低くなっており、圧縮エアＡが軸受空間Ｓ１に流入し難い。これらのことから、圧縮エアＡが軸受空間Ｓ１に流入することを極力抑えることができ、軸受空間Ｓ１に封入されたグリースが圧縮エアＡで排除されることが防がれる。そのため、良好な潤滑状態を維持することができる。

【0082】

上記実施形態では、吐出口１０および切欠き３４が同じ円周方向位置に配置されているが、図３５および図３６に示す実施形態のように、吐出口１０および切欠き３４を互いに円周方向位置をずらして配置してもよい。吐出口１０および切欠き３４の周方向位置が互いにずれていると、吐出口１０から間座空間Ｓ２に供給された圧縮エアＡが、内輪間座５の外周面に沿って切欠き３４まで流れるときに、軸方向外側への移動に加えて円周方向の移動を伴うため、圧縮エアＡが内輪間座５と接する時間が長くなり、軸受装置Ｊおよび主軸７を冷却する効果が高まる。

【0083】

図３７は、図３５および図３６に示す軸受装置が組込まれた工作機械の主軸装置の一部を示す断面図である。主軸装置の構成は図１２に示すものと同じであるので、主軸装置の各部の説明は省略する。この軸受装置Ｊの冷却構造は、先に説明したように軸受装置Ｊおよび主軸７の冷却効果が高いので、主軸装置Ｊを高速な領域で運転させることが可能となる。このため、この軸受装置Ｊを、工作機械の主軸の支持に好適に用いることができる。

【0084】

上記各実施形態はそれぞれ単独でも構成できるが、それぞれの実施形態を併用することで、より冷却効果は大きくなる。また、この冷却構造および冷却方法は、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受以外に、軸受位置決め用の間座を用いる、円すいころ軸受等にも適用できる。軸受装置の冷却構造および冷却方法を、工作機械装置、ターボ機械装置に適用することも可能である。

【符号の説明】

【0085】

１…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
３ａ…内輪外径面
４…外輪間座
５…内輪間座
５ａ…溝
６…ハウジング
１０…吐出口
１５…孔
１６…エアオイル供給口
２３…突出部
２５…ノズル
δ２…環状すきま

【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14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】