JP2005090713A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーレース潤滑においてエアー流を用いるオイルエアー方式やオイルミスト方式では、潤滑油の供給量が安定しない。エアー流が軸受内を通過するため、公転する転動体とエアー流の干渉で風切り音による騒音が発生する。
【解決手段】コントローラによって制御されたピエゾポンプが間欠的に作動し、ノズル１６を介して、例えば０．０００５〜０．１ｍｌ程度の微小量の潤滑油を内輪６の第１の端面２６の環状溝２８内に間欠的（１秒〜１５分毎）に噴射（飛滴）させる。エアー流を用いずに潤滑油のみを噴射する。環状溝２８に供給された潤滑油は遠心力によって傾斜状の給油孔３３を介して転動体７側へ供給される。エアー流が転がり軸受４内を通過せず、転動体７による風切り音が発生しない。
【選択図】 図２

Description

本発明は微量な潤滑油によって潤滑する軸受装置に関する。

工作機械の主軸等に使用される軸受のように、高速回転下で使用される転がり軸受では、内輪と外輪との間に潤滑油を噴射、または噴霧させ、軸受内部の潤滑を図っている。
主軸の高速回転時においては、遠心力や、転動体や保持器の回転が引き起こす軸受端面付近での高速空気流（エアーカーテン）に抗して潤滑剤を確実に軸受内部に供給する必要があり、軸受内部での、特に潤滑不良が生じやすい内輪軌道溝での潤滑が問題となっていた。

このような軸受内部の潤滑を行う軸受潤滑として、従来より、内輪に形成された内輪軌道溝に開口部を有する給油孔から転動体に向けて潤滑油を噴出する、いわゆるアンダーレース潤滑が種々知られている。
このアンダーレース潤滑における潤滑油の供給形態として、近年、オイルミスト方式やオイルエアー方式が多用されている（例えば特許文献１）。オイルミスト方式は潤滑油をエアーとともに噴霧する方式であり、オイルエアー方式は所定時間毎に微量の潤滑油をエアーと共に高速で噴出する方式である。
特開昭５４−１３８２３９号公報

これらの供給方式では、比較的少量の潤滑油の使用で潤滑が図れ、また、潤滑油が少量であるがために主軸に余分な慣性負荷（潤滑油の攪拌による摩擦負荷）を与えないという利点がある一方、潤滑油の供給量がエアーの流れによって大きく左右される結果、安定した潤滑が行えないという欠点がある。
また、圧縮エアーが軸受内を通過するため、軸受回転中、公転する転動体がこの圧縮エアーを横切ることで、エアーの風切り音が生じ、騒音になるという欠点もある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、潤滑油が少量のアンダーレース潤滑において安定した潤滑を達成でき、かつ低騒音の軸受装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、固定される外輪と、互いに対向する第１及び第２の端面を有し、軸受中心軸線の回りに回転する内輪と、上記外輪と内輪との間に介在する複数の転動体と、上記内輪の第１の端面に形成される環状溝と、上記内輪に設けられ、環状溝内の潤滑油を遠心力によって転動体に向けて供給する複数の給油孔と、上記環状溝および給油孔を介して転動体に潤滑油を供給するための給油機構とを備え、給油機構は、環状溝に向けて潤滑油を噴射可能なノズルと、潤滑油をエアー流を用いずにノズルから噴射させるための潤滑油吐出手段とを含むことを特徴とするものである。

本発明では、内、外輪の対向端部間に生ずる強力なエアーカーテンを横切らずに、内輪の第１の端面の環状溝にエアー流を用いずに潤滑油のみをショットで噴射供給し、環状溝内に供給された潤滑油を遠心力によって給油孔を介して転動体に供給する。噴射される潤滑油がエアーカーテンを横切らないので、高速のエアー流を用いずとも、高速回転する軸受内に潤滑油だけを微小量のショットで確実に供給することができる。潤滑油供給にエアー流を用いないので、公転する転動体とエアー流との干渉による風切り音の発生がなく、低騒音である。

上記潤滑油吐出手段としては、微小量の潤滑油を連続的又は間欠的に吐出すれば良い。例えば、上記潤滑油吐出手段が０．０００５〜０．１ｍｌの潤滑油を間欠的に吐出することが、転動体の潤滑に必要且つ十分な量の潤滑油を供給することができる点で好ましい。 上記潤滑油吐出手段としては、ギヤポンプ、空圧ポンプその他の公知のポンプを用いることができるが、強力なエアーカーテンを横切る必要がないため高圧且つ大容量のポンプを必要としないので、上記潤滑油吐出手段はピエゾポンプを含むことが好ましく、この場合、小型で制御し易い圧電型のポンプを用いることで、軸受装置の構造を簡素化することができる。

本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
以下、アンギュラ玉軸受を例にとって説明する。しかし、この発明にかかる転がり軸受はアンギュラ玉軸受に限られるものではなく、他の内輪回転型の転がり軸受にも適用することができる。
図１は本発明の一実施形態にかかる軸受装置の断面図である。図１を参照して、軸受装置１は、ハウジング２の内側に主軸３を支持する。軸受装置１は、接触角の方向を互いに逆方向にした一対のアンギュラ型の転がり軸受４，４を備える。各転がり軸受４は、ハウジング２に固定された外輪５と、主軸３に一体回転可能に嵌め合わされ軸受中心軸線Ｃの回りに回転する内輪６と、外輪５と内輪６との間に介在する複数の玉からなる転動体７と、これらの転動体７を保持する保持器８とを備える。

また、軸受装置１は、一対の転がり軸受４，４の外輪５，５間に介在する環状の外輪間座９と、内輪７，７間に介在する環状の内輪間座１０と、各転がり軸受４の転動体７に潤滑油を供給するための給油機構１１とを備える。
外輪５および外輪間座９の軸方向寸法と内輪６および内輪間座１０の軸方向寸法の差（いわゆる差幅）に基づいて予圧量が設定されている。外輪間座９を挟持した一対の外輪５，５は、両側を一対のスペーサ１２，１２により挟持されており、さらに、外輪間座９、一対の外輪５，５および一対のスペーサ１２，１２は、ハウジング２の支持孔２ａの内周面２ｂに形成された段部２ｃと、支持孔２ａの開口部にねじ固定された抑えリング１３との間に一括して挟持されて固定されている。

一方、内輪間座１０を支持した一対の内輪６，６は、両側を一対のスペーサ１４，１４により挟持されており、さらに、内輪間座１０、一対の内輪６，６および一対のスペーサ１４，１４は、主軸３の一端の鍔部３ａと、主軸３の外周面にねじ結合された抑えナット１５との間に挟持されて固定されている。尚、各スペーサ１２，１４は、必ずしも軸方向両端に必要ではなく、どららか一方の端にだけ設けるようにしても良い。また、全く設けなくても良い。

給油機構１１は、外輪間座９に形成され内輪６の後述する環状溝２８に向けられたノズル１６と、潤滑油を溜めるためのタンク１７と、タンク１７からの潤滑油を給油経路１８を介してノズル１６側へ吐出するための潤滑油吐出手段としてのピエゾポンプ１９とを備える。外輪間座９は一対のノズル形成体９ａとこれらノズル形成体９ａ間に挟持される中間部材９ｂとを含む３ピース構造をなす。９ｃは止め栓であり、ノズル１６のための孔あけ加工後に、孔の不要な部分を塞ぐ。

ピエゾポンプ１９としては積層型圧電セラミックを用いたものを例示することができ、ピエゾポンプ１９の圧電動作はコントローラ２０により制御される。ピエゾポンプ１９からの圧送によりノズル１６から飛滴された潤滑油は、内輪６の一端側から転がり軸受４内に供給されるようになっている。
給油経路１８は、ハウジング２に形成される第１給油路２１と、外輪間座９に形成され第１給油路２１およびノズル１６を互いに連通する第２給油路２２とを含む。第２給油路２２は外輪間座９の径方向に延びて形成され、この第２給油路２２の内端から外輪間座９の径方向内向きの傾斜状に延びて上記のノズル１６が形成されている。ノズル１６は先細りテーパ状をなし、先端にノズル口１６ａを開口している。

図１の要部の拡大図である図２を参照して、転動体７と外輪軌道溝２３との接触部２３ａ、および転動体７と内輪軌道溝２４との接触部２４ａを互いに結ぶ直線ａは、軸受中心軸線Ｃに垂直な平面２５に対して角度θだけ傾斜している。上記の直線ａは外輪５や内輪６から転動体７に加える力の作用線に相当し、上記の角度θは接触角に相当する。ここで、接触角とは、軸受中心軸線Ｃに垂直な平面（ラジアル平面）２５と、外輪５および内輪６から転動体７に加えられる力の合力の作用線とがなす角度である。

内輪６は潤滑油注入側となる第１の端面２６と、これに対向する第２の端面２７を有している。内輪６の第１の端面２６には環状溝２８が形成されている。この環状溝２８は第１の周壁面２９と、第１の周壁面２９よりも径方向内方に位置する第２の周壁面３０と、底面３１とによって区画されている。各周壁面２９、３０は内輪６の軸心である軸受中心軸線Ｃと同心の円筒面からなる。

内輪６の外周面６ａには、内輪軌道溝２４の接触部２４ａを避けて断面Ｖ字形形状の周溝３２が形成されている。内輪６は、この周溝３２と上記環状溝２８の底部３２とを連通する傾斜状の複数の給油孔３３を形成している。これらの給油孔３３は環状溝２８の周方向の等間隔に配置されている。
上記周溝３２は、転動体７に隙間Ｓを設けて対向する凹部としての第１の斜面３４と、内輪軌道溝２４に接続される第２の斜面３５とにより区画される。

上記の給油孔３３は入口ポート３６と出口ポート３７を有し、入口ポート３６は環状溝２８の底部３８の外縁３９に設けられている。出口ポート３７は入口ポート３６よりも内輪６の径方向外方に配置され、給油孔３３は傾斜状となっている。出口ポート３７は、周溝３２の第１の斜面３４に設けられている。
ノズル１６のノズル口１６ａは環状溝２８の開口部に臨むと共に、環状溝２８の第２周壁面３０に向けられている。一方、環状溝２８の底部３８の外縁３９は内輪軌道溝２４の接触部２４ａより径方向内方に位置しており、環状溝２８内の第２周壁面３０に飛滴された潤滑油を給油孔３３を介して遠心力によって内輪軌道溝２４の接触部２４ａにスムーズに供給できるようにしてある。

次いで、本軸受装置１の動作について説明する。コントローラ２０によって制御されたピエゾポンプ１９が間欠的に作動し、タンク１７から給油経路１８およびノズル１６を介して、微小量の潤滑油が内輪６の第１の端面２６の環状溝２８内に噴射（飛滴）される。この噴射はエアー流を用いずに潤滑油のみが噴射される。エアー流を用いなくて済むのは、ノズル１６からの噴射が、外輪５と内輪６の対向端部間に生ずる強力なエアーカーテンを横切らずに実施されるからである。

１回の噴射量（飛滴量）としては、０．０００５〜０．１ｍｌの範囲が好ましく、それに応じて噴射サイクルは、１秒〜１５分の範囲が好ましい。０．０００５ｍｌ未満であったり噴射サイクルが１５分を超えると、潤滑剤不足による潤滑不良を起こして焼付きのおそれがある。一方、０．１ｍｌを超えたり噴射サイクルが１秒未満では、潤滑油の攪拌熱により軸受温度が過度に上昇したり不安定になったりするため、軸受の回転トルクにムラが生ずるおそれがある。そこで、上記の範囲に設定し、転動体７の潤滑に必要且つ十分な量の潤滑油を供給するようにした。

噴射量と噴射サイクルの組み合わせとしては、例えば、０．０００５ｍｌの潤滑油を１５分サイクルで噴射することで、転動体７の潤滑に必要な最低限の潤滑油量を確保することができる。また、０．１ｍｌの潤滑油を１秒サイクルで噴射することで、潤滑の信頼性を向上させることができる。
このようにして、内輪６の第１の端面２６の環状溝２８にショットで噴射供給された潤滑油は、遠心力によって傾斜状の給油孔３３を介して転動体７に供給される。

本実施の形態によれば、噴射される潤滑油がエアーカーテンを横切らないので、高速のエアー流を用いずとも、高速回転する軸受内に潤滑油だけを微小量のショットで確実に供給することができる。潤滑油供給にエアー流を用いないので、公転する転動体７とエアー流との干渉による風切り音の発生がなく、低騒音である。
特に、小型で制御し易い圧電型のピエゾポンプ１９を用いることで、軸受装置１の構造を簡素化することができる。

さらに、給油孔３３の出口ポート３７が形成される周溝３２の凹部としての第１の斜面３４が、この上を通過する転動体７との間に隙間Ｓを設けるようにしているので、出口ポート３７上を通過する転動体７に出口ポート３７を通して潤滑油を遠心力により直接吹き付けることができ、潤滑効果を高くすることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記の実施の形態では、ノズル１６から潤滑油を間欠的に噴射したが、これに限らず、非常に微小な量（例えば、５×１０^-7〜０．１ｍｌ／ｓ）の潤滑油を連続的に噴射するようにしても良い。

また、ピエゾポンプ１９に代えて、ギヤポンプ、空圧ポンプその他の公知のポンプを用いることができる。その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の一実施の形態の軸受装置の模式的断面図である。 図１の要部を拡大した断面図である。

符号の説明

１ 軸受装置
２ ハウジング
３ 主軸
４ 転がり軸受（軸受）
５ 外輪
６ 内輪
７ 転動体
９ 外輪間座
１０ 内輪間座
１１ 給油機構
１６ ノズル
１６ａ ノズル口
１７ タンク
１８ 給油経路
１９ ピエゾポンプ（潤滑油吐出手段）
２０ コントローラ
２１ 第１給油路
２２ 第２給油路
２６ 第１の端面
２７ 第２の端面
２８ 環状溝
２９ 第１の周壁面
３０ 第２の周壁面
３１ 底面
３２ 周溝
３３ 給油孔
３４ 第１の斜面
３５ 第２の斜面
３６ 入口ポート
３７ 出口ポート
３８ 底部

Claims (3)

1. 固定される外輪と、
   互いに対向する第１及び第２の端面を有し、軸受中心軸線の回りに回転する内輪と、
   上記外輪と内輪との間に介在する複数の転動体と、
   上記内輪の第１の端面に形成される環状溝と、
   上記内輪に設けられ、環状溝内の潤滑油を遠心力によって転動体に向けて供給する複数の給油孔と、
   上記環状溝および給油孔を介して転動体に潤滑油を供給するための給油機構とを備え、 給油機構は、環状溝に向けて潤滑油を噴射可能なノズルと、潤滑油をエアー流を用いずにノズルから噴射させるための潤滑油吐出手段とを含むことを特徴とする軸受装置。
2. 請求項１において、上記潤滑油吐出手段が０．０００５〜０．１ｍｌの潤滑油を間欠的に吐出することを特徴とする軸受装置。
3. 請求項１又は２において、上記潤滑油吐出手段がピエゾポンプを含むことを特徴とする軸受装置。