JP2006258192A - 転がり軸受装置および回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受周辺がコンパクトかつシンプルで、少量の潤滑剤でも良好な潤滑を維持することができる低コストの転がり軸受装置と、潤滑のための外部配管や付帯設備等を極力排した回転装置を提供する。
【解決手段】 複数の転がり軸受３と、各軸受の環状空間の近傍にそれぞれ配設されたポンプ９ｂと、一端がこれら軸受の環状空間内に配置されたノズル９ｃと、潤滑油貯留用のタンク９ａと、ポンプ９ｂの吐出量を制御するドライバ９ｄとからなる給油ユニット９を備える転がり軸受装置で、回転装置の主軸２の回転を支持する。これら給油ユニット９は、ハウジング１の外部に設置された電源１０から供給される電流により作動するとともに、潤滑油の吐出タイミングや吐出量が回転装置の主軸２の回転と同期するように、コントローラ１１により一元管理されている。以上の構成により、装置の簡素化とコストの低減、および潤滑を含めた回転装置の統合制御が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比較的高速で回転する工作機械等に適した転がり軸受装置と、この転がり軸受装置を備える回転装置に関する。

従来、高速で回転中の転がり軸受装置の環状空間内に潤滑油を供給する方法として、ジェット潤滑、オイルミスト潤滑やオイル／エア潤滑等が用いられている。

しかしながら、これらの方法は、環状空間の外側からその内側に潤滑油を到達させるために、潤滑油を加圧したり、圧縮空気等により潤滑油を加速したりする必要があり、コンプレッサ等を含む付帯設備が大掛かりとなってしまう。また、必要以上の油量が供給されてしまうために潤滑油の無駄が多く、環境の汚染等を防止するため、余分な潤滑油を回収して循環させる機構等を必要としていた。

そこで、コンプレッサ等を用いることなく、複数の軸受に対して微量の潤滑油を均等にかつ確実に１つの潤滑装置から安定して供給する方法として、軸受に潤滑油を吐出するノズルと、ノズルに潤滑油を供給する油潤滑ポンプと、これらポンプに微量な潤滑油を分配供給する多分配機構とを備える潤滑装置が提案されている（特許文献１等を参照）。

また、本出願人らも、転がり軸受の環状空間内にポンプとタンクと、電源としての電池や発電機を含む給油ユニットとを配設したコンパクトな転がり軸受装置を既に提案している（特許文献２〜３等を参照）。
特開２００２−１３０５８９号公報 特開２００４−１０８３８８号公報 特開２００４−３１６７０７号公報

ところで、従来のオイル／エア潤滑・オイルミスト潤滑や、前記した特許文献１に開示されている潤滑機構を採用した転がり軸受装置は、分配数に等しい数の潤滑油供給孔を有する分割ハウジングと、各配管に等しく潤滑油を分配する分配器あるいはローターバルブおよびモータからなる多分配機構等が必要であり、依然として軸受回りの構成が複雑で、装置の小型化やコストダウンが難しい。特に、潤滑油を供給するポンプからノズルまでの配管が長い場合、このポンプにより発生した潤滑油の脈動（圧力）が減衰し、ノズル先端における所要の潤滑油吐出速度や吐出量が得られない恐れもある。

また、転がり軸受の環状空間内にポンプとタンクと電池や電源等を含む給油ユニットを配設すると、軸受回りの構成は簡単になるが、電源があるためにタンクの容量が制限され、潤滑油を供給可能な時間が相対的に短くなるうえ、コストアップとなる。特に、給油ユニットが周辺の状況を感知するセンサを備えていない場合には、軸受の回転状態を検知できないため、転がり軸受が回転していない時は、潤滑油がたれ流しとならないように、手動で給油ユニットを停止しなければならない。

また更に、給油ユニットを備える転がり軸受装置をハウジング内に組み込んでいる場合は、給油ユニットを手動で停止させることが困難であり、また停止させることができても、回転停止直後は軸受周辺の発熱のために、潤滑油の漏れが発生する恐れがある。

また、複数の転がり軸受装置がある場合は、これらの転がり軸受装置を一度に停止させることは困難であり、軸受の回転停止に対し、適したタイミングで潤滑油の吐出を停止させることができない。このため、軸受の環状空間内に余分な潤滑油が吐出されてしまう可能性がある。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、軸受周辺がコンパクトかつシンプルで、少量の潤滑剤でも良好な潤滑を維持することができる低コストの転がり軸受装置と、この転がり軸受装置を用いることにより、潤滑のための外部配管や付帯設備等を極力排した回転装置を提供することを目的としている。

本発明は、転動体近傍に潤滑油を直接滴下するノズルを有する給油ユニットを、それぞれの軸受毎に配設し、潤滑油の吐出のＯＮ／ＯＦＦやその量を軸受外部から制御することにより、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジング内に配置され、該ハウジングに対し回転軸を相対回転自在に支承し、外輪および内輪の各軌道部材と前記各軌道部材の間に介装される複数の転動体とを備えた転がり軸受と、前記転がり軸受の軌道部材どうしの間に形成される環状空間の中またはその近傍に配設されたポンプと、少なくとも一端が前記環状空間内に配置され、前記環状空間内で開口するとともに他端が前記ポンプの吐出口に連通したノズルと、潤滑油を貯留し、前記ポンプに連通したタンクと、前記ポンプに接続され、前記ポンプの潤滑油吐出量を制御するポンプ駆動用のドライバと、を備えた転がり軸受装置であって、前記ポンプ駆動用ドライバは、前記ハウジングの外部に設置された外部電源に接続されており、前記外部電源から供給される電流により前記ポンプを作動させ、前記タンクに貯留された潤滑油を、前記ノズルの一端に設けられた開口から、前記環状空間内に供給することを特徴とする。

以上の構造により、軸受周りにコンプレッサ等の大掛かりな付帯設備を配置することなく、軸受装置全体をコンパクトに構成することができるとともに、所要の量の潤滑油を転動体近傍に直接供給（滴下）することが可能になる。また、この転がり軸受装置は、潤滑油の供給開始・供給停止および／またはその量の制御を、軸受外部から容易に行うことができる。

ここで、本発明においては、前記ポンプの近傍に、前記タンクが配置されている構成を好適に採用することができる（請求項２）。

この構成により、軸受周りには、ドライバに電流を供給するためのコードと、タンク−ポンプ間を接続する短い配管を配設するだけで済み、電源以外の装置を軸受環状空間の中あるいはその近傍に組み込むことができるようになる。また、電流の供給だけで自律的に作動する給油ユニットとすることが可能になるとともに、長い配管の影響を受けることなく、必要最小量の潤滑油を、転動体近傍に正確に供給することができるというメリットもある。

更に、従来の転がり軸受用給油ユニットと比べて、潤滑油貯留タンクの容量を大きくすることが可能で、潤滑できる時間（すなわちメンテナンス間隔）を延長することができる。また、従来と同じタンク容量であれば、転がり軸受装置またはタンクを配設する部材を小さくすることができる。

また、同じ目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、ハウジング内に同軸状に配置され、該ハウジングに対し回転軸を相対回転自在に支承し、外輪および内輪の各軌道部材と前記各軌道部材の間に介装される複数の転動体とを備えた複数の転がり軸受と、前記複数の各転がり軸受の軌道部材どうしの間に形成される環状空間の中またはその近傍に各々配設されたポンプと、少なくとも一端が前記複数の各転がり軸受の環状空間内に配置され、前記環状空間内で開口するとともに他端が各ポンプの吐出口に連通したノズルと、潤滑油を貯留し、前記ポンプに連通したタンクと、前記各ポンプに接続され、前記各ポンプの潤滑油吐出量を制御するポンプ駆動用のドライバと、を備えた転がり軸受装置であって、前記各ポンプ駆動用ドライバは、該ドライバの動作を制御する信号を送信する前記ハウジング外部に配設されたコントローラに接続されるとともに、前記各ポンプ駆動用ドライバは、前記ハウジングの外部に設置された外部電源に接続されており、前記外部電源から供給される電流により前記各ポンプを作動させ、前記タンクに貯留された潤滑油を、前記各ノズルの一端に設けられた開口からそれぞれの軸受の前記環状空間内に供給することを特徴とする。

以上の構造によって、複数の軸受からなる転がり軸受装置の場合でも、請求項１に記載の発明と同様、軸受周りにコンプレッサ等の大掛かりな付帯設備を配置することなく、軸受装置全体をコンパクトに構成することが可能になる。また、個別に作動する各給油ユニットを、ハウジング外部に配置したコントローラから集中制御することにより、潤滑油の供給開始・供給停止および／またはその量を一括して制御することが可能になる。

なお、本発明においては、ポンプとそのノズルの配設位置はハウジング内であり、転がり軸受の環状空間内あるいはその近傍あれば特に限定されるものではないが、ノズルの一端（先端）は軸受の回転時に形成されるエアカーテン（エアバリア）を越えて転動体近傍に臨ませる必要がある。また、ポンプはそのノズルに対して接近した位置に置かなければ微量の潤滑油供給が困難であることから、軸受環状空間外に配置する場合は、ハウジング内で転がり軸受に近接して配置される部材、すなわち固定輪に隣接固定される間座、ハウジングの端部を閉鎖するための蓋体、またはハウジング自体に配設される構成を採用することが望ましい。

また、前記各ポンプの近傍には、これらポンプに個別に潤滑油を供給するタンクをそれぞれ配置しても良い（請求項４）。

この構成により、各軸受周りには、ドライバに電流を供給するためのコードや、ドライバを制御する信号を送信するコード、あるいはドライバとポンプを結ぶコードなどの電線類と、各タンク−ポンプ間を接続する短い配管を配設するだけで済み、電源以外の装置をできるだけ軸受環状空間の中あるいはその近傍に組み込むことが可能となる。

ここで、各タンクの中の潤滑油を無駄なく消費させるために、前記コントローラは、前記回転軸の回転時にのみ、前記各ポンプに潤滑油吐出を制御する信号を送信することが望ましい（請求項５）。

また、前記コントローラは、前記各ポンプ駆動用ドライバに制御信号を送信する代わりに、前記外部電源から供給される電流を通過／遮断することにより、前記各ポンプの作動および潤滑油吐出量を制御しても良い（請求項６）。この構成により、コントローラとドライバとの間の接続は電流を供給するためのコードだけで済み、配線の取り回しがシンプルになる。

次に、請求項７に記載の回転装置は、ハウジング内に配置された回転軸が、請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の転がり軸受装置により支持されていることを特徴とする。

このように、ハウジング内に配置された回転軸を、前述の請求項３〜６に係る発明の転がり軸受装置で支持する回転装置によると、回転装置自体が転がり軸受の潤滑機能を持ち、潤滑油のための外部装置の全部または一部を不要とすることが可能となる。また、この回転装置は、潤滑油の吐出量の的確な制御を行うことができる。

なお、前記回転軸がモータにより駆動されている回転装置の場合、前記転がり軸受装置の外部電源が、前記モータの駆動電源も兼用することが望ましい（請求項８）。また、前記回転軸がモータにより駆動され、前記モータの駆動制御が前記コントローラでなされている回転装置の場合は、前記モータの駆動制御と前記各ポンプ駆動用ドライバの制御が、前記コントローラによって連動して制御されている構成を好適に採用することができる（請求項９）。

これらの構成により、回転軸の回転と潤滑油の吐出および吐出量が連動し、無駄な潤滑油の吐出を防止することができるとともに、転がり軸受装置と回転装置の設備の重複が回避され、回転装置全体のコストを低減することができる。また、プログラマブルコントローラなどを備える工作機械等においては、このプログラマブルコントローラからの制御信号を用いることにより、回転装置としてのスピンドルの回転数に合わせたきめ細かな潤滑油の吐出開始・停止制御あるいは潤滑油量の調節が可能で、供給される潤滑油に無駄がなく、最少量の潤滑油で、回転装置の良好な潤滑を維持することができる。

以上のように本発明の転がり軸受装置によれば、コンプレッサ等の付帯設備を設けることなく、転がり軸受装置をコンパクトかつシンプルに構成することができるとともに、装置全体を低コストで構成することが可能となる。また、潤滑油が所要の部位へ的確に供給（滴下）されることから、潤滑油に無駄がなく、少量の潤滑油で、転がり軸受装置の良好な潤滑を長期にわたり維持することができる。

更に、従来の給油ユニットを備えた転がり軸受装置に比して、長時間の潤滑油吐出が可能になるか、あるいは、同じ潤滑油量を維持しつつ、コンパクトに構成することが可能になる。

また、本発明の回転装置によれば、潤滑のための外部装置や外部配管の全部または一部を必要とすることなく、回転装置単体で自己の潤滑を行うことができるとともに、コストの低減と装置の簡素化、および潤滑を含めた回転装置の統合制御が可能となる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における回転装置としてのスピンドルの構成を表す軸並行断面図と潤滑のための外部装置の構成を表すブロック図とを併記して示す図である。また、図２は図１の要部拡大図であり、図３は図２の矢印Ａ方向から見た外輪用間座および給油ユニットの正面図である。

本実施形態の回転装置は、ハウジング１内に収容された主軸２が、４個のアンギュラ玉軸受３によって回転自在に支持された構成である。各アンギュラ玉軸受３は、それぞれ、主軸２に嵌合固定される内輪３ａと、ハウジング１に被嵌される外輪３ｂ、これらの間に転動自在に配置される複数の転動体（ボール３ｃ）、および各ボール３ｃを周方向一定の間隔で保持する保持器３ｄとを備えた汎用のものである。

このハウジング１の一端側には、内フランジ１ａが一体に形成されており、他端側には蓋体１ｂがねじ止めされている。各アンギュラ玉軸受３の外輪３ｂは、これら内フランジ１ａと蓋体１ｂ、および各外輪３ｂの間にハウジング１の内周面に沿うように配置された円筒状の外輪用間座４・・４ならびに中央間座５によって、その軸方向への移動が阻止されて位置決めされている。

また、蓋体１ｂが固定されている側の主軸２の端部には、段部２ａが形成されているとともに、内フランジ１ａの形成側の端部には雌ねじ２ｂが形成され、その雌ねじ２ｂに軸受押さえ６がねじ込まれている。各アンギュラ玉軸受３の内輪３ａは、段部２ａと軸受押さえ６、および各内輪３ａの間に軸２の外周面に沿って配置されている内輪用間座７・・７ならびに中央間座８によって、その軸方向への移動が阻止されて位置決めされている。

本実施形態における回転装置の特徴は、各外輪３ｂに隣接して配置されている外輪用間座４に、このスピンドルに繋がるモータ（図示省略）の駆動電源１０から電流の供給を受けて各アンギュラ玉軸受３に潤滑油を供給する給油ユニット９が、それぞれ組み込まれている点である。また、これらの給油ユニット９は、主軸２の回転を制御する制御手段（プログラマブルコントローラ１１）からの信号により、その動作が一元的に管理されている。

給油ユニット９は、図２および図３に示すように、潤滑油を貯留するタンク９ａと、このタンク９ａ内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ９ｂと、このポンプ９ｂの吐出口に取り付けられたノズル９ｃと、ポンプ９ｂを駆動するドライバ９ｄとを主体として構成されており、これらは外輪用間座４の内周面に沿って固定されている。

なお、ノズル９ｃの先端は、図２に示すように、転がり軸受３の内輪３ａと外輪３ｂの間の環状空間内に入り込んで、ボール３ｃの直近の上方で開口している。また、タンク９ａとポンプ９ｂとは管９ｅを介して連通している。

以上の構成により、この回転装置は、回転装置自体が転がり軸受の潤滑機能を持ち、従来の回転装置のようなコンプレッサ等の大掛かりな付帯設備を配置する必要がない。また、転がり軸受装置および回転装置の設備の中で、同様の機能を備える設備を共用することが可能となる。従って、本実施形態における回転装置は、装置構成の簡略化と低コスト化を実現することができる。

また、この回転装置は、給油ユニット９の制御にプログラマブルコントローラ１１からの信号を用いることにより、回転装置の回転数に合わせた潤滑のきめ細かな統合制御が可能で、供給される潤滑油に無駄がなく、最少量の潤滑油で良好な潤滑を長期にわたり維持することができる。

なお、以上の実施形態においては、給油ユニット９を外輪用間座４内に組み込んだ例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、給油ユニットの配設位置は、転がり軸受の環状空間内あるいはその近傍の固定側であれば、他の位置とすることができる。例えば、各アンギュラ玉軸受３の外輪３ｂ内周面、あるいはハウジング１の端部を閉鎖するための蓋体１ｂの内周面、またはハウジング１自体の内周面に配設しても良い。

また、本発明においては、給油ユニット９を構成する部材すべてを転がり軸受内またはハウジング１内に組み込む必要はない。潤滑油を供給するタンク９ａは、大型のものをハウジング１内またはハウジング１外に設け、複数のポンプ９ｂに潤滑油を供給しても良い。

また、ポンプ駆動用のドライバ９ｄも、必ずしも間座４に配置する必要はなく、転がり軸受の環状空間内あるいはその近傍、またはハウジング１外のコントローラ１１近傍等に配置してもよい。更には、ハウジング１内またはハウジング１外に統合して１箇所に設けるか、あるいはその機能をプログラマブルコントローラ１１に代替させても良い。このような構成を採用すれば、潤滑油タンクの容量を大きくとれるというメリットがある。

また更に、前記実施形態においては、これら給油ユニット９の制御を、プログラマブルコントローラ１１で管理する構成を例示したが、本発明の回転装置は、このコントローラ１１にスピンドルの回転制御を兼用させることもできる。このような構成は、スピンドルの潤滑を含めた回転装置全体を一元的に制御できるため、好適である。なお、これら給油ユニット９の電源とスピンドルに繋がるモータの電源を共通としたが、これらの電源も別々に設けても良い。

更にまた、給油ユニット９に電力を提供する電源とプログラマブルコントローラ１１とを統合しても良い。この場合、給油ユニット９の作動と吐出量は、給油ユニット９に供給する電流のＯＮ／ＯＦＦのみで制御することが可能になる。また、この構成により、コントローラ１１と給油ユニット９との間の接続は、電流を供給するコードだけで良く、配線の取り回しがシンプルになる。

本発明の転がり軸受装置は、スピンドル以外の回転軸を持つ各種回転装置に適用し得ることは勿論であり、また、アンギュラ玉軸受以外の転がり軸受を用いた回転装置にも、本発明を適用することができる。更に、転がり軸受の個数は特に限定されず、外輪を固定輪として用いる転がり軸受装置の他、内輪を固定輪として用いる転がり軸受装置等にも、本発明を等しく適用し得ることは言うまでもない。

本発明の実施形態における回転装置の構成を表す軸並行断面図と潤滑のための外部装置の構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 図１の要部拡大図である。 図２の矢印Ａ方向から見た外輪用間座の正面図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ａ 内フランジ １ｂ 蓋体
２ 主軸
２ａ 段部 ２ｂ 雌ねじ
３ アンギュラ玉軸受
３ａ 内輪 ３ｂ 外輪 ３ｃ ボール ３ｄ 保持器
４ 外輪用間座
５ 中央間座
６ 軸受押さえ
７ 内輪用間座
８ 中央間座
９ 給油ユニット
９ａ タンク ９ｂ ポンプ ９ｃ ノズル ９ｄ ドライバ
１０ 駆動電源
１１ プログラマブルコントローラ

Claims (9)

1. ハウジング内に配置され、該ハウジングに対し回転軸を相対回転自在に支承し、外輪および内輪の各軌道部材と前記各軌道部材の間に介装される複数の転動体とを備えた転がり軸受と、
   前記転がり軸受の軌道部材どうしの間に形成される環状空間の中またはその近傍に配設されたポンプと、
   少なくとも一端が前記環状空間内に配置され、前記環状空間内で開口するとともに他端が前記ポンプの吐出口に連通したノズルと、
   潤滑油を貯留し、前記ポンプに連通したタンクと、
   前記ポンプに接続され、前記ポンプの潤滑油吐出量を制御するポンプ駆動用のドライバと、を備えた転がり軸受装置であって、
   前記ポンプ駆動用ドライバは、前記ハウジングの外部に設置された外部電源に接続されており、前記外部電源から供給される電流により前記ポンプを作動させ、前記タンクに貯留された潤滑油を、前記ノズルの一端に設けられた開口から、前記環状空間内に供給することを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記ポンプの近傍に、前記タンクが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. ハウジング内に同軸状に配置され、該ハウジングに対し回転軸を相対回転自在に支承し、外輪および内輪の各軌道部材と前記各軌道部材の間に介装される複数の転動体とを備えた複数の転がり軸受と、
   前記複数の各転がり軸受の軌道部材どうしの間に形成される環状空間の中またはその近傍に各々配設されたポンプと、
   少なくとも一端が前記複数の各転がり軸受の環状空間内に配置され、前記環状空間内で開口するとともに他端が各ポンプの吐出口に連通したノズルと、
   潤滑油を貯留し、前記ポンプに連通したタンクと、
   前記各ポンプに接続され、前記各ポンプの潤滑油吐出量を制御するポンプ駆動用のドライバと、を備えた転がり軸受装置であって、
   前記各ポンプ駆動用ドライバは、該ドライバの動作を制御する信号を送信する前記ハウジング外部に配設されたコントローラに接続されるとともに、前記各ポンプ駆動用ドライバは、前記ハウジングの外部に設置された外部電源に接続されており、前記外部電源から供給される電流により前記各ポンプを作動させ、前記タンクに貯留された潤滑油を、前記各ノズルの一端に設けられた開口からそれぞれの軸受の前記環状空間内に供給することを特徴とする転がり軸受装置。
4. 前記各ポンプの近傍に、これらポンプに個別に潤滑油を供給するタンクがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受装置。
5. 前記コントローラは、前記回転軸の回転時に、前記各ポンプに潤滑油吐出を制御する信号を送信することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の転がり軸受装置。
6. 前記コントローラは、前記各ポンプ駆動用ドライバに制御信号を送信する代わりに、前記外部電源から供給される電流を通過／遮断することにより、前記各ポンプの作動および潤滑油吐出量を制御していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の転がり軸受装置。
7. ハウジング内に配置された回転軸が、請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の転がり軸受装置により支持されていることを特徴とする回転装置。
8. 前記回転軸がモータにより駆動されているとともに、前記転がり軸受装置の外部電源が、前記モータの駆動電源を兼用していることを特徴とする請求項７に記載の回転装置。
9. 前記回転軸がモータにより駆動され、前記モータの駆動制御が前記コントローラでなされているとともに、前記モータの駆動制御と前記各ポンプ駆動用ドライバの制御が、前記コントローラによって連動して制御されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の回転装置。
   

Images