JP6009296B2 - 軸受装置の冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、エアとオイルの混合物により潤滑される転がり軸受が３個以上並んで配置され、工作機械、産業機械等に用いられる軸受装置の冷却構造に関する。

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。主軸装置の温度上昇を抑える構造として、外輪間座の内周面と内輪間座の外周面の間の空間に冷却用エアを送り、軸と軸受の冷却を行う構造がある（例えば、特許文献１）。

特開２０００−１６１３７５号公報

上記冷却用エアによる冷却構造は、冷却効果が高いので、主軸装置の温度上昇を効果的に抑えることが期待できる。しかし、転がり軸受が３個以上軸方向に並んで配置され、かつ各転がり軸受がエアオイルにより潤滑される場合、エアオイルのエアの流れと冷却用エアの流れの相互関係を考慮する必要がある。転がり軸受をオイルミストにより潤滑する潤滑方式である場合も同様である。

例えば図９のように、アンギュラ玉軸受からなる４個の転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを、左側２個の転がり軸受１Ａ，１Ｂおよび右側２個の転がり軸受１Ｃ，１Ｄはそれぞれ並列組合せで配置し、中央の２個の転がり軸受１Ｂ，１Ｃは互いに背面組合せで配置した軸受装置Ｊでは、一般的にエアオイル２０および冷却用エア１０の給排経路は次のようになる。
すなわち、エアオイル２０に関しては、破線の矢印で示すように、中央の外輪間座４Ｍの軸方向両端に設けたオイル供給口（図示せず）から中央の２個の転がり軸受１Ｂ，１Ｃに供給すると共に、左右両側の外輪間座４Ｌ，４Ｒに設けたオイル供給口（図示せず）から外側の転がり軸受１Ａ，１Ｄにそれぞれ供給する。
冷却用エア１０に関しては、実線の矢印で示すように、中央の外輪間座４Ｍに設けた冷却用エア吐出口１１Ｍから中央の外輪間座４Ｍおよび内輪間座５Ｍ間に吐出すると共に、左右両側の外輪間座４Ｌ，４Ｒに設けた各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｒから左右両側の外輪間座４Ｌ，４Ｒおよび内輪間座５Ｌ，５Ｒ間に吐出する。
転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに潤滑用のオイルを供給した後のエアオイル２０のエア、および軸受装置Ｊおよび主軸７を冷却した後の冷却用エア１０は、共に各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｎの軸方向両端に設けた排気口（図示せず）から、主軸装置の外部に排出される。

図９の軸受装置Ｊの場合、中央の外輪間座４Ｍのオイル供給口から噴射されたエアオイル２０のエアは、中央の外輪間座４Ｍの冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出された冷却用エア１０と同じ方向に流れる。しかし、左右両側の外輪間座４Ｌ，４Ｒの冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｒから吐出された冷却用エア１０は、その一部が中央の転がり軸受１Ｂ，１Ｃにも流れる。この左右両側の外輪間座４Ｌ，４Ｒの冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｒから吐出される冷却用エア１０は、その流れ方向が中央の外輪間座４Ｍのオイル供給口から噴射されたエアオイル２０のエアと逆向きであるため、これら冷却用エア１０とエアオイル２０が中央の転がり軸受１Ｂ，１Ｃの軸方向外側部３０で衝突し、エアオイル２０がスムーズに流れなくなることがある。すると、エアオイル２０のオイルが上記軸方向外側部４０に十分供給されなくなり、過昇温に至ることがある。

この発明の目的は、転がり軸受が３個以上軸方向に並んで配置された軸受装置において、軸受装置およびこの軸受装置に支持される軸を効率良く冷却することができ、かつ各転がり軸受に潤滑用のオイルを良好に供給することができる冷却構造を提供することである。

この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受が３個以上軸方向に並んで配置され、隣合う転がり軸受の各外輪間および各内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在され、前記外輪および前記外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および前記内輪間座が主軸に嵌合され、前記各外輪間座は、その軸方向端部に、前記転がり軸受にエアとオイルの混合物を供給するオイル供給口を有する軸受装置に適用される。上記軸受装置において、前記各外輪間座の内周面に、前記内輪間座の外周面に向けて冷却用エアを吐出する冷却用エア吐出口が設けられ、前記転がり軸受を介して隣合い、この中間の転がり軸受に対して片方の外輪間座から前記エアとオイルの混合物を供給する二つの外輪間座につき、前記中間の転がり軸受に供給される前記エアとオイルの混合物の流れ方向の、上流側に位置する一方の外輪間座を上流側外輪間座とし、下流側に位置する他方の外輪間座を下流側外輪間座とし、前記上流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの圧力が、下流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの圧力よりも高くなるように冷却用エアの圧力勾配ができる構成とされ、前記下流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアが、前記中間の転がり軸受内における前記エアとオイルの混合物の流れと逆行しない関係となる構成を備えることを特徴とする。

この構成によると、各冷却用エア吐出口から冷却用エアが内輪間座の外周面に向けて吐出されることで、内輪間座に衝突した冷却用エアが軸受装置およびこの軸受装置に支持された軸の熱を奪う。それにより、軸受装置および軸が効率良く冷却される。前記中間の転がり軸受において冷却用エアがエアとオイルの混合物の流れと逆行しない構成であるため、中間の転がり軸受内において冷却用エアによってエアとオイルの混合物の流れが阻害されることがなく、エアとオイルの混合物が中間の転がり軸受に良好に供給される。

前記中間の転がり軸受において冷却用エアがエアとオイルの混合物の流れと逆行しないようにするには、一例を挙げると、前記各冷却用エア吐出口に冷却用エアを供給する冷却用エア供給装置を有し、この冷却用エア供給装置から各冷却用エア吐出口へ供給する冷却用エアの流量の設定によって、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座につき、前記上流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量が、前記下流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量よりも多くなるように設けられている。なお、外輪間座ごとの冷却用エア吐出口の数は、一個であっても複数個であってもよい。複数個である場合、外輪間座の冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量とは、各冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの総流量を言う。

他の例として、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座につき、前記下流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の口径が、前記上流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の口径よりも大きく設けられている。下流側と上流側とで冷却用エア吐出口の口径を変えることにより、下流側に位置する外輪間座と内輪間座との間の空間の圧力が、上流側に位置する外輪間座と内輪間座との間の空間の圧力よりも低くなる。この場合、各冷却用エア吐出口から吐出される圧縮エアの流量が同じであることが前提となる。外輪間座ごとの冷却用エア吐出口の数は、一個であっても複数個であってもよく、複数個の場合、外輪間座ごとに、各冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの総流量が同じであることが前提となる。

さらなる他の例として、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座につき、前記上流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の数が、前記下流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の数よりも多く設けられている。上流側と下流側とで冷却用エア吐出口の数を変えることにより、上流側に位置する外輪間座の冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量を、下流側に位置する外輪間座の冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量よりも多くなる。この場合も、各冷却用エア吐出口から吐出される圧縮エアの流量が同じであることが前提となる。

上記いずれの場合も、エアとオイルの混合物の流れ方向の上流側から下流側に向かって、冷却用エアの圧力勾配ができるため、中間の転がり軸受における冷却用エアの逆行流れが生じない。それにより、エアとオイルの混合物を中間の転がり軸受に良好に供給することができる。

この発明の軸受装置の冷却構造において、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座のうち片方の外輪間座は、前記中間の転がり軸受に対してエアとオイルの混合物を供給する第１のオイル供給口を有し、もう片方の外輪間座は、この外輪間座を介して前記中間の転がり軸受と隣合う端の転がり軸受に対してエアとオイルの混合物を供給する第２のオイル供給口を有し、前記第１のオイル供給口から前記中間の転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物の流れ方向と、前記第２のオイル供給口から前記端の転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物の流れ方向とが同一であり、前記中間の転がり軸受から前記端の転がり軸受へ、前記もう片方の外輪間座とこの外輪間座に対向する内輪間座の間を通ってエアとオイルの混合物が流れる場合、前記中間および端の各転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物のうちのエアを排気する排気口が、エアとオイルの混合物の流れ方向の下流側端の１箇所に設けられていると良い。

各転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物のうちのエアは、各転がり軸受を通過した後、軸受装置が収容されるハウジング等に設けられた排出孔を通ってハウジング等の外部へ排出される。転がり軸受ごとに、転がり軸受内から排出孔へエアを導く排気口が設けられていると、排気管におけるエア流れ方向の下流側で、上流側から流れてくるエアと、排気口から排気管に流れ込むエアとが衝突してエアがスムーズに流れ難くなる。それにより、転がり軸受内でのエアとオイルの混合物の流れも悪くなり、転がり軸受にオイルが十分に供給されなくなる可能性がある。これに対して、上記構成のように、排気口をエアとオイルの混合物の流れ方向の下流側端の１箇所に設けると、排気孔を流れるエアと排気口から排気孔へ流れ込むエアとが衝突する箇所が少なくなる。それにより、転がり軸受内におけるエアとオイルの混合物の流れが良好となる。

排気口を上記箇所に設ける場合、前記排気口に繋がりエアを軸受装置の外部へ導く排気孔が、前記排気口ごとに設けられていても良い。
この構成であると、排気孔を流れるエアと排気口から排気孔へ流れ込むエアとが衝突する箇所を完全に無くすことができ、転がり軸受内でのエアとオイルの混合物の流れがより一層良好となる。

この発明の軸受装置の冷却構造において、前記冷却用エア吐出口から吐出された冷却用エアを前記外輪間座と前記内輪間座との間の空間から排出する排気口を、前記外輪間座の前記冷却用エア吐出口と同じ軸方向位置に設けても良い。
この場合、冷却用エア吐出口から吐出された冷却用エアが、外輪間座と内輪間座との間の空間において軸方向に広がるが、上記冷却用エアの軸方向の流れは生じない。そのため、前記中間の転がり軸受を流れるエアとオイルの混合物に逆行する冷却用エアの流れが生じ難い。

この発明の軸受装置の冷却構造において、前記エアとオイルの混合物は、エアにより液状のオイルを搬送するエアオイルであっても良く、またエアにより霧状のオイルを搬送するオイルミストであっても良い。

この発明の軸受装置の冷却構造は、工作機械の主軸の支持に好適に用いることができる。その場合、主軸の冷却効果が高く、各転がり軸受に潤滑用オイルを良好に供給することができるので、高速な領域での運転が可能となる。

この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受が３個以上軸方向に並んで配置され、隣合う転がり軸受の各外輪間および各内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在され、前記外輪および前記外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および前記内輪間座が主軸に嵌合され、前記各外輪間座は、その軸方向端部に、前記転がり軸受にエアとオイルの混合物を供給するオイル供給口を有する軸受装置において、前記各外輪間座の内周面に、前記内輪間座の外周面に向けて冷却用エアを吐出する冷却用エア吐出口が設けられ、前記転がり軸受を介して隣合い、この中間の転がり軸受に対して片方の外輪間座から前記エアとオイルの混合物を供給する二つの外輪間座につき、前記中間の転がり軸受に供給される前記エアとオイルの混合物の流れ方向の、上流側に位置する一方の外輪間座を上流側外輪間座とし、下流側に位置する他方の外輪間座を下流側外輪間座とし、前記上流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの圧力が、下流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの圧力よりも高くなるように冷却用エアの圧力勾配ができる構成とされ、前記下流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアが、前記中間の転がり軸受内における前記エアとオイルの混合物の流れと逆行しない関係となる構成を備えるため、軸受装置およびこの軸受装置に支持される軸を効率良く冷却することができ、かつ各転がり軸受に潤滑用のオイルを良好に供給することができる。

（Ａ）この発明の一実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。 同主軸装置を図１と異なる断面で切断した断面図の上半分を示す図である。 同主軸装置を軸方向と垂直な平面で切断した断面図である。 この発明の異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図の上半分を示す図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図の上半分を示す図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図の下半分を示す図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図の下半分を示す図である。 従来の冷却構造を備えた軸受装置が組み込まれた主軸装置の断面図の上半分を示す図である。 エア排出経路の課題を説明するための説明図である。

この発明の一実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図面と共に説明する。
図１ないし図３は、この発明の軸受装置の冷却構造の第１の実施形態を示す。図の例では、軸受装置Ｊが工作機械の主軸装置に組込まれた状態を示すが、工作機械に限定されるものではない。図１に示すように、この軸受装置Ｊは、４個の転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが軸方向に並んで配置され、隣合う転がり軸受の各外輪２間および各内輪３間に、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒおよび内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒをそれぞれ介在させている。

軸受装置Ｊは、転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各外輪２および外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒがハウジング６の内周面に嵌合し、転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各内輪２および内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒが工作機械の主軸７の外周面に嵌合している。例えば、外輪２および外輪間座４はハウジング６に対してすきま嵌めとされ、内輪３および内輪間座５は軸７に対して締まり嵌めとされる。図の右端の転がり軸受１Ｄの外輪２はハウジング６の段部６ａで軸方向の位置決めがされ、同転がり軸受１Ｄの内輪３は主軸７の段部７ａにより軸方向の位置決めがされている。また、図の左端の転がり軸受１Ａの外輪２に外輪押さえ３１を押し当てると共に、同転がり軸受１Ａの内輪３に対してナット３２の締付けにより位置決め間座３３を押し当てることで、軸受装置Ｊがハウジング６に予圧を与えた状態で固定されている。

主軸７は、ハウジング６に内臓のモータ（図示せず）、またはハウジング６外のモータ（図示せず）により回転させられる。モータによる主軸７の回転方向は、正逆に切替可能であってもよい。その場合、この明細書で言う「回転方向」は、主軸７の正転方向を言う。

各転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄはアンギュラ玉軸受であり、内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８を有し、これら転動体８が保持器９により円周等配に保持されている。左側２個の転がり軸受１Ａ，１Ｂおよび右側２個の転がり軸受１Ｃ，１Ｄは共に、互いに並列組合せであり、中央の２個の転がり軸受１Ｂ，１Ｃは互いに背面組合せである。各転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの外輪２および各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒが主軸装置のハウジング６に設置され、各転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの内輪３および各内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒが主軸７の外周面に嵌合している。

上記軸受装置Ｊの冷却構造について説明する。
図１および図３に示すように、各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの内周面と各内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒの外周面との間には径方向すきまδ（図１（Ｂ））が設けられており、各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの内周面に、各内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒの外周面に向けて冷却用エア１０を吐出する冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒが設けられている。これら冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒは、例えば円周方向に等配で複数箇所に設けられている。冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒは、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒごとに１個であっても良い。

この実施形態の場合、図３に示すように、各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒは、そのエア吐出方向を、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。つまり、各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒ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）した位置にあり、前記直線Ｌ２と平行とされている。また、内輪間座５には、冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒと同じ軸方向位置に、径方向に貫通する孔１２が円周方向に等配で複数個設けられている。

外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの外周面には、冷却用エア１０を導入する環状の導入溝１３が設けられている。この導入溝１３は、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの外周面における軸方向中間部に設けられ、各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒと同方向に延びる接続孔１３ａを介して各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒに連通している。軸受装置Ｊの外部に設けられたブロア等の冷却用エア供給装置１４より、ハウジング６に設けた冷却用エア導入孔１５_１，１５_２を通って、導入溝１３に冷却用エア１０が供給される。詳しくは、冷却用エア導入孔１５_１によって中央の外輪間座４Ｍに設けられた冷却用エア吐出口１１Ｍに圧縮エアが供給され、２本の冷却用エア導入孔１５_２によって左右の外輪間座４Ｌ，４Ｒに設けられた冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｒにそれぞれ圧縮エアが供給される。

この実施形態の場合、各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒの口径は同じであるが、冷却用エア供給装置１４から冷却用エア導入孔１５_１，１５_２に送り出す冷却用エア１０の流量を異ならせることで、中央の外輪間座４Ｍに設けられた冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出される冷却用エア１０の流量の方が、両側の外輪間座４Ｌ，４Ｍに設けられた冷却用エア吐出口１１Ｌ．１１Ｒから吐出される冷却用エア１０の流量よりも多くしている。冷却用エア供給装置１４から送り出す冷却用エア１０の流量調整は、例えば流量調整弁等により行う。例えば、冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出される冷却用エア１０の流量を「１００」とした場合、冷却用エア吐出口１１Ｌ．１１Ｒから吐出される冷却用エア１０の流量を「５０」とする。

言い換えると、転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）を介して隣り合い、この中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）に対して片方の外輪間座４Ｍから後記エアオイル２０を供給する二つの外輪間座４Ｍ，４Ｌ（４Ｍ，４Ｒ）につき、前記中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）に供給されるエアオイル２０の流れ方向の上流側に位置する外輪間座４Ｍの冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出される冷却用エア１０の流量を、下流側に位置する外輪間座４Ｌ（４Ｒ）の冷却用エア吐出口１１Ｌ（１１Ｒ）から吐出される冷却用エア１０の流量よりも多くした。この理由については、後で詳しく説明する。

各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｌの軸方向両端面には、切欠きからなる冷却用エア１０の排出口１７が設けられている。外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒに隣接して転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの外輪２が配置されることで、前記切欠きが、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒと内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒとの間の空間と軸受装置Ｊの外部とを連通する排出口１７となる。ハウジング６には排気孔１８が設けられ、この排気孔１８が、接続孔１９を介して各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの排出口１７と連通している。

次に、軸受装置Ｊの潤滑構造について説明する。
この軸受装置Ｊは、オイルとエアの混合物、例えばエアにより液状のオイルを搬送するエアオイルによって潤滑する。エアオイルの代わりに、エアにより霧状のオイルを搬送するオイルミストとしてもよい。

図２に示すように、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの端面に、転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの軸受空間にエアオイル２０を供給するオイル供給口２１_１，２１_２が設けられている。詳しくは、中央の外輪間座４Ｍは、両側の転がり軸受１Ｂ，１Ｃにそれぞれエアオイル２０を供給する第１のオイル供給口２１_１を両端面に有する。両端の外輪間座５Ｌ，５Ｒは、隣合う両端の転がり軸受１Ａ，１Ｄにそれぞれエアオイル２０を供給する第２のオイル供給口２１_２を片方の端面に有する。

外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒには、前記オイル供給口２１_１，２１_２に連通するオイル導入孔２３が設けられている。オイル導入孔２３は、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの外周面から径方向内方に所定深さで形成され、孔底付近にてオイル供給口２１_１，２１_２に連通する。各オイル供給口２１_１，２１_２は、オイル導入孔２３から転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに向かうに従って内径側に至るように傾斜した貫通孔状に形成されている。軸受装置Ｊの外部に設けたエアオイル供給装置２４より、ハウジング６に設けたエアオイル供給孔２５を通って、オイル導入孔２３にエアオイル２０が供給される。

この軸受装置Ｊは、運転時等に、図１（Ｂ）の部分拡大図に白抜き矢印で示すように、冷却用エア供給装置１４から送られてくる冷却用エア１０が、各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒから内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒの外周面に向けて吐出される。これにより、内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒを冷却し、さらに冷却された内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒにより主軸７を冷却する。また、内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒに、冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒと同じ軸方向位置に孔１２が設けられているため、冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒから吐出された冷却用エア１０が上記孔１２を通って主軸７に直接当たり、主軸７を効率良く冷却することができる。各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒ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、冷却用エア１０が内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒの外周面および孔１２の壁面に当たる際に、冷却用エア１０の噴射力を内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒ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。

冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒから吐出された冷却用エア１０の大半は、その冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒが設けられている外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの排出口１７から、接続孔１９および排気孔１８を通って、主軸装置Ｊの外部に排出される。中央の外輪間座４Ｍに設けられた冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出される冷却用エア１０の流量の方が、両側の外輪間座４Ｌ，４Ｒに設けられた冷却用エア吐出口１１Ｌ．１１Ｒから吐出される冷却用エア１０の流量よりも多くしたことにより、中央の外輪間座４Ｍと内輪間座５Ｍとの間の空間の圧力の方が、外側の外輪間座４Ｌ（４Ｒ）と内輪間座５Ｌ（５Ｒ）との間の空間の圧力よりも高くなっている。そのため、冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出される冷却用エア１０の一部は、両側の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）を通り抜けて、外側の外輪間座４Ｌ（４Ｒ）と内輪間座５Ｌ（５Ｒ）との間の空間へ流れるが、外側の外輪間座４Ｌ（４Ｒ）と内輪間座５Ｌ（５Ｒ）との間の空間から中央の外輪間座４Ｍと内輪間座５Ｍとの間の空間へは冷却用エア１０が流れない。

また、軸受装置Ｊの運転時等に、図１（Ｂ）の部分拡大図に中塗り矢印で示すように、エアオイル供給装置２４から送られてくるエアオイル２０が、第１のオイル供給口２１_１から中央の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）の軸受空間に供給され、かつ第２のオイル供給口２１_２から両端の転がり軸受１Ａ（１Ｄ）の軸受空間にそれぞれ供給される。先に説明したように、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒと内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒとの間の空間の圧力は、中央の方が外側よりも高くなっている。つまり、エアオイル２０の流れ方向の上流側から下流側に向かって、冷却用エア１０の圧力勾配ができている。よって、中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）において、エアオイル２０のエアの流れに冷却用エア１０の流れが逆行しない。そのため、エアオイル２０のエアがスムーズに流れ、各転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにオイルを良好に供給することができる。

図４は、この発明の第２の実施形態を示す。この軸受装置Ｊの冷却構造は、前記第１の実施形態と比べて、隣合う二つの外輪間座４Ｍ，４Ｌ（４Ｍ，４Ｒ）につき、中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）に供給されるエアオイル２０の流れ方向の上流側に位置する外輪間座４Ｍの冷却用エア吐出口１１Ｍの口径Ｄ１よりも、下流側に位置する外輪間座４Ｌ（４Ｒ）の冷却用エア吐出口１１Ｌ（１１Ｒ）の口径Ｄ２を大きくした点が異なる。冷却用エア供給装置（図示せず）から供給されて各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒから吐出される冷却用エア１０の流量は同じである。他は、第１の実施形態と同じ構成である。

この構成の場合、上記のように冷却用エア吐出口１１Ｍ，１１Ｌ（１１Ｒ）の口径Ｄ１，Ｄ２を定めたことにより、下流側に位置する外輪間座４Ｌ（４Ｒ）と内輪間座５Ｌ（５Ｒ）との間の空間の圧力が、上流側に位置する外輪間座４Ｍと内輪間座５Ｍとの間の空間の圧力よりも低くなる。それにより、エアオイル２０の流れ方向の上流側から下流側に向かって、冷却用エア２０の圧力勾配ができ、中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）における冷却用エア１０の逆行流れを防ぐことができる。

図５は、この発明の第３の実施形態を示す。この軸受装置Ｊの冷却構造は、中央の外輪間座４Ｍに二つの冷却用エア吐出口１１Ｍを設けた点が第１の実施形態と異なる。換言すると、隣合う二つの外輪間座４Ｍ，４Ｌ（４Ｍ，４Ｒ）につき、中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）に供給されるエアオイル２０の混合物の流れ方向の上流側に位置する外輪間座４Ｍの冷却用エア吐出口１１Ｍの数を、下流側に位置する外輪間座４Ｌ（４Ｒ）の冷却用エア吐出口１１Ｌ（１１Ｒ）の数よりも多くした。冷却用エア供給装置（図示せず）から供給されて各冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒから吐出される冷却用エア１０の流量は同じである。他は、第１の実施形態と同じ構成である。

この場合、中央の外輪間座４Ｍに二つの冷却用エア吐出口１１Ｍを設けたことにより、上流側に位置する外輪間座４Ｍの冷却用エア吐出口１１Ｍから吐出される冷却用エア１０の流量が、下流側に位置する外輪間座４Ｌ（４Ｒ）の冷却用エア吐出口１１Ｌ（１１Ｒ）から吐出される冷却用エア１０の流量よりも多くなる。それにより、エアオイル２０の流れ方向の上流側から下流側に向かって、冷却用エア２０の圧力勾配ができ、中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）における冷却用エア１０の逆行流れを防ぐことができる。

図６は、この発明の第４の実施形態を示す。この軸受装置Ｊの冷却構造は、各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒにおいて、冷却用エア１０およびエアオイル２０のエアの排気口１７が、冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒと同じ軸方向位置に設けられている。それに伴い、接続孔１９も排気口１７と同じ軸方向位置とする。排気口１７を上記配置とすることにより、冷却用エア吐出口１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒから吐出された冷却用エア１０が、外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒと内輪間座５Ｌ，５Ｍ，５Ｒとの間の空間において軸方向には広がるが、軸方向には流れ難くなる。そのため、中間の転がり軸受１Ｂ（１Ｃ）を流れるエアオイル２０の流れに逆行する冷却用エア１０の流れが生じ難い。

図７および図８は、それぞれ冷却用エア１０およびエアオイル２０のエア（以下、まとめて「エア」とする。）の排出経路を第１の実施形態と異ならせた実施形態を示す。第１の実施形態の排気経路であると、図１０のように、各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒの排気口１７からエアが排出されるが、各排気口１７の圧力バランス等の要因がエアの排出に関与するため、どの排気口１７から排出され易いか正確には分からない。一般的には、大気開放口２６に近い排気口１７は排出され易く、遠い排気口１７は排出され難いという傾向がある。また、排気孔１８と接続孔１９が交わる箇所４１で、両孔１８，１９を流れるエアが衝突することにより、エアがスムーズに流れ難くなる。すると、排気口１７からのエアの排出性が悪くなり、エアオイル２０のオイルが滞留して焼付き等を引き起こす可能性がある。

図７に示す軸受装置Ｊの冷却構造は、第１の実施形態において各外輪間座４Ｌ，４Ｍ，４Ｒに設けられている排出口１７を無くして、エアオイル２０の流れ方向の下流側端となる１箇所だけに排気口１７を設けた。これにより、排気孔１８を流れるエアと排気口１７から排気孔１８へ流れ込むエアとが衝突する箇所が少なくなり、転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ内におけるエアオイル２０の流れが良好となる。

また、図８に示す軸受装置Ｊの冷却構造は、エアオイル２０の流れ方向の下流側端となる１箇所だけに排気口１７を設けると共に、この排気口１７に繋がる排気孔１８を排気口１７ごとに設けた。これにより、排気孔１８を流れるエアと排気口１７から排気孔１８へ流れ込むエアとが衝突する箇所を完全に無くすことができ、転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ内におけるエアオイル２０の流れをより一層良好にすることができる。

上記各実施形態の説明から明らかなように、この発明の軸受装置Ｊの冷却構造は、軸受装置Ｊおよびこの軸受装置Ｊに支持される主軸７の冷却効果が高く、各転がり軸受１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに潤滑用のオイルを良好に供給することができるので、主軸装置を高速な領域での運転が可能となる。そのため、この軸受装置Ｊを、工作機械の主軸７の支持に好適に用いることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
４Ｌ，４Ｍ，４Ｒ…外輪間座
５Ｌ，５Ｍ，５Ｒ…内輪間座
６…ハウジング
７…主軸
１０…冷却用エア
１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｒ…冷却用エア吐出口
１７…排気口
１８…排気孔
２０…エアオイル（エアとオイルの混合物）
２１…オイル供給口
２１_１…第１のオイル供給口
２１_２…第２のオイル供給口
Ｊ…軸受装置

Claims (8)

1. 転がり軸受が３個以上軸方向に並んで配置され、隣合う転がり軸受の各外輪間および各内輪間に外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在され、前記外輪および前記外輪間座がハウジングに設置され、前記内輪および前記内輪間座が主軸に嵌合され、前記各外輪間座は、その軸方向端部に、前記転がり軸受にエアとオイルの混合物を供給するオイル供給口を有する軸受装置において、
   前記各外輪間座の内周面に、前記内輪間座の外周面に向けて冷却用エアを吐出する冷却用エア吐出口が設けられ、
   前記転がり軸受を介して隣合い、この中間の転がり軸受に対して片方の外輪間座から前記エアとオイルの混合物を供給する二つの外輪間座につき、
   前記中間の転がり軸受に供給される前記エアとオイルの混合物の流れ方向の、上流側に位置する一方の外輪間座を上流側外輪間座とし、下流側に位置する他方の外輪間座を下流側外輪間座とし、
   前記上流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの圧力が、下流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの圧力よりも高くなるように冷却用エアの圧力勾配ができる構成とされ、
   前記下流側外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアが、前記中間の転がり軸受内における前記エアとオイルの混合物の流れと逆行しない関係となる構成を備えることを特徴とする軸受装置の冷却構造。
2. 請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記各冷却用エア吐出口に冷却用エアを供給する冷却用エア供給装置を有し、この冷却用エア供給装置から各冷却用エア吐出口へ供給する冷却用エアの流量の設定によって、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座につき、前記上流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量が、前記下流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口から吐出される冷却用エアの流量よりも多くなるように設けられている軸受装置の冷却構造。
3. 請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座につき、前記下流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の口径が、前記上流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の口径よりも大きく設けられている軸受装置の冷却構造。
4. 請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座につき、前記上流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の数が、前記下流側に位置する外輪間座の前記冷却用エア吐出口の数よりも多く設けられている軸受装置の冷却構造。
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、前記中間の転がり軸受を介して隣合う二つの外輪間座のうち片方の外輪間座は、前記中間の転がり軸受に対してエアとオイルの混合物を供給する第１のオイル供給口を有し、もう片方の外輪間座は、この外輪間座を介して前記中間の転がり軸受と隣合う端の転がり軸受に対してエアとオイルの混合物を供給する第２のオイル供給口を有し、
   前記第１のオイル供給口から前記中間の転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物の流れ方向と、前記第２のオイル供給口から前記端の転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物の流れ方向とが同一であり、前記中間の転がり軸受から前記端の転がり軸受へ、前記もう片方の外輪間座とこの外輪間座に対向する内輪間座の間を通ってエアとオイルの混合物が流れ、
   前記中間および端の各転がり軸受に供給されるエアとオイルの混合物のうちのエアを排気する排気口が、エアとオイルの混合物の流れ方向の下流側端の１箇所に設けられている軸受装置の冷却構造。
6. 請求項５に記載の軸受装置の冷却構造において、前記排気口に繋がりエアを軸受装置の外部へ導く排気孔が、前記排気口ごとに設けられている軸受装置の冷却構造。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記エアとオイルの混合物は、エアにより液状のオイルを搬送するエアオイル、またはエアにより霧状のオイルを搬送するオイルミストである軸受装置の冷却構造。
8. 工作機械の主軸の支持に用いられる請求項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。

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