JP2002147471A - 転がり軸受の潤滑構造 - Google Patents

転がり軸受の潤滑構造

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JP2002147471A
JP2002147471A JP2000344721A JP2000344721A JP2002147471A JP 2002147471 A JP2002147471 A JP 2002147471A JP 2000344721 A JP2000344721 A JP 2000344721A JP 2000344721 A JP2000344721 A JP 2000344721A JP 2002147471 A JP2002147471 A JP 2002147471A
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JP
Japan
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nozzle
lubricating oil
rolling bearing
slope
lubricating
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Hiroki Fujiwara
宏樹 藤原
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6637Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
    • F16C33/6659Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/6637Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
    • F16C33/6681Details of distribution or circulation inside the bearing, e.g. grooves on the cage or passages in the rolling elements

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搬送エアを用いずに微量の潤滑油で軸受を潤
滑でき、かつ運転中の風切り音が発生しない転がり軸受
の潤滑構造を提供する。 【解決手段】 転がり軸受1の内輪2の外径面に、この
内輪2の転走面2aに続く斜面部11を形成する。この
斜面部11に潤滑油9を微量給油するノズル7を設け
る。斜面部11の傾斜角度αは、この斜面部11にノズ
ル7から給油された潤滑油が、内輪回転による遠心力と
表面張力とで転走面2aまで移動可能な角度とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高速回転する工
作機械の主軸軸受等に適用される転がり軸受の潤滑構造
に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】工作機械
の主軸は、加工能率の向上のため、高速化の傾向にあ
る。このため、主軸用軸受の潤滑は、潤滑油の攪拌によ
るトルクの増大や発熱を防止する必要があり、微量潤滑
とすることが必要となる。そのため、工作機械の主軸軸
受では、搬送エアに潤滑油を混合して内輪転走面に直接
に噴射するエアオイル潤滑が増加しつつある。上記エア
オイル潤滑は、転動体の公転によって発生する風圧に打
ち勝って転走面に潤滑油を供給するために、高速のエア
を噴射する必要がある。この時、転動体がエア流を繰り
返し通過するために、転動体の通過周波数に一致した成
分の騒音(風切り音)が発生する。
【0003】そのため、工作機機械主軸の高速化に伴い
利用が増えつつあるエアオイル潤滑の低騒音化が大きな
課題となっている。このような課題を解消するものとし
て、本出願人は、転がり軸受の内輪の外径面に斜面部を
設け、この斜面部にエアオイルを吹き付けるものを提案
した(特願2000−162331)。しかし、エアオ
イル潤滑によるため、搬送エアを発生させ、エアにオイ
ルを混合させるための付帯設備が必要となる。このた
め、構造が複雑となって、コスト増となる。
【0004】この発明の目的は、搬送エアを用いずに微
量の潤滑油で軸受を潤滑でき、かつ運転中の風切り音が
発生しない転がり軸受の潤滑構造を提供することであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の転がり軸受の
潤滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の
転走面に続く斜面部を形成し、この斜面部に潤滑油を微
量給油するノズルを設け、上記斜面部の傾斜角度を、こ
の斜面部に上記ノズルから給油された潤滑油が、内輪回
転による遠心力と表面張力とで転走面まで移動可能な角
度としたものである。微量給油の程度は、高速回転に伴
う潤滑油の攪拌による発熱が支障のない程度である。こ
の構成によると、内輪の外径面を斜面部としたため、こ
の斜面部に上記ノズルから微量の潤滑油を給油すること
で、内輪の斜面部に付着した潤滑油が、内輪回転による
遠心力と表面張力とで転走面まで移動する。そのため、
安定した微量潤滑が可能であり、また微量潤滑であるた
め、潤滑油の攪拌によるトルクの増大、熱の発生が小さ
い。また、従来のエアオイルやオイルミスト等と異な
り、潤滑油の供給に搬送用エアを必要としないため、風
切り音の発生が無く、騒音問題が解消できる。しかも、
エアを消費しないため、エネルギ消費が低減され、環境
への負荷が低減される。
【0006】この発明において、上記ノズルに潤滑油を
供給する潤滑油供給手段に、ノズルから吐出する給油量
を潤滑油の供給圧力によって調整可能な給油量調整手段
を設けても良い。このように、給油量調整手段を設ける
ことにより、回転速度等の運転条件に応じた適切な給油
が行える。給油量調整手段は、供給圧力によって給油量
を調整するものであるため、希望の給油量に調整し易
い。
【0007】上記ノズルの先端に、流路抵抗によって潤
滑油の給油量を調整するノズル部給油調整手段を設けて
も良い。この構成の場合、可変調整は難しいが、簡単な
構成で希望の給油量とすることができる。上記ノズル部
給油調整手段は、ノズルの内径を適宜の径に絞った絞り
部であっても良いが、この他に次の各種のものが用いら
れる。例えば、ノズル部給油調整手段は、多孔質材であ
っても良く、また微細な複数の孔を有するキャップであ
っても良く、メッシュであっても良い。
【0008】
【発明の実施の形態】この発明の実施形態を図面と共に
説明する。この例は、アンギュラ玉軸受に適用したもの
である。転がり軸受1は、内輪2と外輪3の転走面2
a,3aの間に複数の転動体4が介在させてあり、転動
体4は保持器5により保持されている。内輪2の外径面
には、転走面2aに続く斜面部11が形成してある。こ
の斜面部11は、転走面2aから、この転走面2aにお
ける転動体接触部6のある部位と反対側へ、内輪端面ま
で続いており、端部側が小径となっている。斜面部11
の傾斜角度αは、この斜面部11にノズル7から給油さ
れた潤滑油が、内輪2の回転による遠心力と表面張力と
で転走面2aまで移動可能な角度とする。
【0009】内輪2は、軸31の外周に嵌合し、外輪2
は、軸受箱32の内径面に嵌合している。軸31の外径
面における内輪2の両側には、内輪間座33が設けられ
ている。軸受箱32の内径面における外輪3の両側に
は、外輪間座34が設けられている。
【0010】内輪2の上記斜面部11に先端が対向し
て、給油用のノズル7がハウジング1に設けられてい
る。ノズル7の先端と斜面部11との隙間δは、ノズル
7が、運転中でも斜面部11に接触しない範囲で、でき
るだけ近づく寸法としてある。ノズル7の先端には、流
路抵抗によって潤滑油の給油量を調整するノズル部給油
調整手段25が、必要に応じて設けられる。ノズル7
は、軸受箱32に設けられた孔に挿通され、その入口側
は潤滑油供給手段12に配管等を介して、または直接に
接続されている。潤滑油供給手段12は、潤滑油タンク
12aと、その内部の潤滑油9に供給圧Pを付与する供
給圧付与手段21を有している。
【0011】上記構成の作用を説明する。ノズル7より
供給された潤滑油は、ノズル7の先端面における表面張
力によって凸形の形状となる。ノズル7の先端7aの潤
滑油の一部が内輪2の斜面部11に接触すると、ごく微
量の潤滑油が斜面部11に付着し、内輪2と共に回転す
る。斜面部11に付着した潤滑油は、遠心力と表面張力
により生じる転走面方向への分力により、斜面部11に
付着しながら転走面2a側へ流れ、内輪2の転走面2a
の潤滑を行う。このように、斜面部11に付着した潤滑
油を、遠心力と表面張力とで転走面2aへ移動させるよ
うにしたため、安定した微量潤滑が可能であり、また微
量潤滑とできる。微量潤滑であるため、潤滑油の攪拌に
よるトルクの増大、熱の発生が小さい。また、従来のエ
アオイルやオイルミスト等と異なり、潤滑油の供給に搬
送用エアを必要としないため、風切り音の発生が無く、
騒音問題が解消できる。しかも、エアを消費しないた
め、エネルギ消費が低減され、環境への負荷が低減され
る。
【0012】上記構成において、必要な潤滑油量と潤滑
油の粘度によって、潤滑油供給手段12の供給圧付与手
段21による潤滑油供給圧力Pと、ノズル部給油調整手
段25の流路抵抗を決定する。斜面部11とノズル7の
隙間δは、内輪2と軸31との嵌め合いと、内輪2の温
度上昇と遠心力による膨張を考慮し、運転中には接触し
ない範囲で、できるだけ小さくする。内輪2の斜面部1
1の傾斜角度αは実用回転数によって決まり、回転数が
大きくなるに従って、角度αを大きくする。αの大きさ
については、後に実験例を示す。
【0013】図2は潤滑油供給手段12の一例を示す。
この例の潤滑油供給手段12は、供給圧付与手段21
が、潤滑油タンク12a内に嵌合したピストン13によ
って、潤滑油9に供給圧力を付与するものとされてい
る。ピストン13は、機械的押付け手段22によって、
底側へ押し付け力が与えられている。機械的押付け手段
22は、図示の例では、ねじで押し付け力を与えるもの
とされ、ピストン13の軸部13aに設けた雄ねじ部2
2aを、潤滑油タンク12aに設けられた雌ねじ部22
bに螺合させてある。機械的押付け手段22は、ねじの
他に、ばね部材や、重りであっても良い。このように、
供給圧付与手段21がピストン13による場合、供給圧
力の付与が簡単な構成で行える。
【0014】図3は潤滑油供給手段12の他の例を示
す。この例の潤滑油供給手段12は、供給圧付与手段2
1Aが、空気圧を用いて潤滑油に供給圧力を与えるもの
とされている。この供給圧付与手段21Aは、潤滑油タ
ンク12aに空気圧源15を接続したものであり、空気
圧源15と潤滑油タンク12aとの間の通気路23に、
バルブ14が設けてある。空気圧源15は、エアコンプ
レッサが用いられ、例えば高圧のエアを潤滑油タンク1
2a内に送るものとされる。空気圧源15は、真空ポン
プ等の負圧を与えるものであっても良い。潤滑油の粘度
が低い場合や、ノズル7の先端部内径が大きいと言った
理由により、潤滑油の供給圧力を負圧にする必要がある
場合は、このように空気圧源15を負圧源として真空引
きする。
【0015】図4〜図7は、図1のノズル部給油調整手
段25の各種の例を示す。微量供給のために、ノズル7
からの潤滑油の供給量を減少させるためには、流路抵抗
によって給油量を調整するノズル部給油調整手段25を
設けることが簡単である。図4の例は、ノズル部給油調
整手段25を、ノズル7の先端7aを、その内径を絞っ
た絞り部としたものである。図5の例は、ノズル部給油
調整手段25Aを、ノズル7の先端内部に取付けられた
多孔質材としたものである。多孔質材としては、焼結材
等が用いられる。図6の例は、ノズル部給油調整手段2
5Bを、ノズル7の先端に取付けられたキャップとした
例であり、このキャップは、微細な複数の孔19を有す
るとしてある。図7の例は、ノズル部給油調整手段25
Cを、ノズル7の先端に取付けられたメッシュとした例
である。
【0016】図9は、斜面に油が付着し、その油が斜面
を付着しながら流れる特性について確認した結果を示し
たものである。確認には、図8に示す外径面が傾斜面
(斜面角度θ)となったリング状部材50を用いた。リ
ング状部材50は、小径端の外径Rが57mm、軸方向幅
Bが15mmの物を用いた。確認方法は、工作機械主軸軸
受の潤滑油としてよく使用される粘度22cSt の油を回
転数毎に10mg/hの量で斜面小径側に付着させ、そ
の量の100%が大径側より飛散するところの斜面角度
と回転数を見たものである。同図より、角度を大きくと
る程、斜面に付着した流れが生じ易く、5度で1000
0rpm、9度で15000rpm、13度で2000
0rpmまでの斜面上の付着流れが可能であることがわ
かる。
【0017】
【発明の効果】この発明の転がり軸受の潤滑構造は、転
がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の転走面に続く斜
面部を形成し、この斜面部に潤滑油を微量給油するノズ
ルを設け、上記斜面部の傾斜角度を、この斜面部に上記
ノズルから給油された潤滑油が、内輪回転による遠心力
と表面張力とで転走面まで移動可能な角度としたもので
あるため、搬送エアを用いずに微量の潤滑油で軸受を潤
滑できて、風切り音の発生が無く、騒音問題が解消でき
る。しかも、エアを消費しないため、エネルギ消費が低
減される。ノズルから吐出する給油量を潤滑油の供給圧
力によって調整可能とした給油量調整手段を設けた場合
は、回転速度等の運転条件に応じた適切な給油量調整が
簡単に行える。ノズルの先端に、潤滑油の流路抵抗によ
って給油量を調整するノズル部給油調整手段を設けた場
合は、簡単な構成で希望の給油量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかる転がり軸受の潤
滑構造の断面図である。
【図2】その潤滑油供給手段の一例を示す断面図であ
る。
【図3】潤滑油供給手段の他の例を示す断面図である。
【図4】同転がり軸受の潤滑構造におけるノズル部給油
調整手段の一例を示す断面図である。
【図5】ノズル部給油調整手段の変形例の断面図であ
る。
【図6】ノズル部給油調整手段の他の変形例の断面図お
よび端面図である。
【図7】ノズル部給油調整手段のさらに他の変形例の断
面図および端面図である。
【図8】傾斜部の角度と付着流れの限界回転数の実験に
使用した設備の説明図である。
【図9】傾斜部の角度と付着流れの限界回転数の関係を
示す実験例のグラフである。
【符号の説明】
1…転がり軸受 2…内輪 2a…転走面 3…外輪 3a…転走面 4…転動体 7…ノズル 9…潤滑油 11…斜面部 12…潤滑油供給手段 21…給油量調整手段 25…ノズル部給油調整手段 25A〜25C…ノズル部給油調整手段 31…軸 32…軸受箱

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪
    の転走面に続く斜面部を形成し、この斜面部に潤滑油を
    微量給油するノズルを設け、上記斜面部の傾斜角度を、
    この斜面部に上記ノズルから給油された潤滑油が、内輪
    回転による遠心力と表面張力とで転走面まで移動可能な
    角度とした転がり軸受の潤滑構造。
  2. 【請求項2】 上記ノズルに潤滑油を供給する潤滑油供
    給手段に、ノズルから吐出する給油量を潤滑油の供給圧
    力によって調整可能とした給油量調整手段を設けた請求
    項1記載の転がり軸受の潤滑構造。
  3. 【請求項3】 上記ノズルの先端に、流路抵抗によって
    潤滑油の給油量を調整するノズル部給油調整手段を設け
    た請求項1または請求項2記載の転がり軸受の潤滑構
    造。
  4. 【請求項4】 上記ノズル部給油調整手段が多孔質材で
    ある請求項3記載の転がり軸受の潤滑構造。
  5. 【請求項5】 上記ノズル部給油調整手段が、微細な複
    数の孔を有するキャップである請求項3記載の転がり軸
    受の潤滑構造。
  6. 【請求項6】 上記ノズル部給油調整手段がメッシュで
    ある請求項3記載の転がり軸受の潤滑構造。
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