JP2005106144A

JP2005106144A - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2005106144A
Application number: JP2003339026A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakamoto; 賢志坂本; Hiroki Matsuyama; 博樹松山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】高速回転下においても少量の潤滑剤で十分な油膜を形成することが可能で、しかも、メンテナンスの必要のないコンパクトな転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】内輪１１と外輪１２とによって形成される環状空間内に配置された樹脂製保持器１４を、磁性粉を含む樹脂材料から形成するとともに、この保持器１４を着磁して、その周囲に潤滑剤としての磁性流体を配置する。以上の構成によって、着磁された保持器１４の近傍に磁性流体が留まり、ころ１３の転動面に油膜が形成される。また、高速回転下においても、この磁性流体からなる潤滑剤はころ１３の周辺に留まり、少量の潤滑剤で、油膜切れに起因する軸受の損傷等を防止することができる。従って、本発明の軸受装置は、この軸受が組み込まれる機器全体の小型化を可能にするとともに、メンテナンスの必要がなく、機器のランニングコストを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばマシニングセンタなどの工作機械において、高速で回転する主軸を回転自在に支持する転がり軸受装置に関する。

工作機械のスピンドル等、高速で回転する軸を支持するために、転がり軸受が使用されている。このような転がり軸受を高速回転下で使用すると、遠心力による転動体と内外輪との間の接触面圧の増大や発熱によって、摩耗や焼付き等に代表される軸受損傷の危険性が高まってしまう。そのため、このような高速回転下で使用される転がり軸受に関し、潤滑条件を最適化するための研究が、各軸受メーカー等によって行なわれている。

従来、冷却効果を伴う転がり軸受の潤滑方法としては、オイルエア潤滑法、ノズルジェット潤滑法およびアンダーレース潤滑法等が採用されている。しかし、これらの潤滑方式では、エアを用いた大掛かりな潤滑油供給装置が必須であり、それらの設置面積を考慮すると、工作機械全体の小型化は難しい。また、これらの潤滑方式は、電力と潤滑油を継続的に消費するため、運転経費がかさんでしまうという問題がある。

そこで、潤滑剤の供給にエアを使用することのない、省エネルギーな潤滑油供給手段として、潤滑油貯蔵室に取り付けられたダイヤフラムを圧電素子で振動させることにより、転がり軸受の軌道面に少量の潤滑油を直接噴射させる方法が提案されている（特許文献１を参照）。

また、軸受の潤滑方式としては、グリース等を封入する方式が一般的であり、このグリースの性状を変化させることにより、潤滑性能を向上される試みも多数提案されている。

例えば、工作機械のコンパクト化や運転経費を削減する手段として、セラミックスからなる転動体を備える転がり軸受に、ピュアダイヤモンドとダイヤモンドライクカーボンおよびアモルファスカーボンを含有するグリースや、４０℃における動粘度が１５〜４０ｍｍ^２／ｓである基油にウレア化合物増ちょう剤を配合してなるグリースを封入する方法等が提案されている（例えば、特許文献２あるいは特許文献３を参照。）。

特開２００２−２１３６８７号公報特開２００３−２３１７４号公報特開２００３−８３３４１号公報

しかしながら、前述の圧電素子を用いて潤滑油を直接噴射する方法は、供給装置に対する最低限の維持管理が必要となってくる上、従来の方式に比べコンパクト化できるものの、軸受自身がその供給装置を設置できない部位あるいは電力を供給できない部位等に配置されている場合もあり、すべての軸受にこの方式を適用できるわけではない。

また、改質したグリースを封入する方式は、グリースのせん断に起因する軸受の発熱が大きい上、封入したグリースのうちの僅かな量しか潤滑に寄与しておらず、必要以上のグリース量を充填しなければならないという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高速回転下においても少量の潤滑剤で十分な油膜を形成することが可能で、しかも、メンテナンスの必要のないコンパクトな転がり軸受装置を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の軌道部材の間に形成された軌道に、複数の転動体が転動自在に配置された転がり軸受装置において、前記軌道部材あるいは転動体のうちの少なくとも１つが着磁されているとともに、これらの間に磁性流体が配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、複数の軌道部材の間に形成された軌道に、複数の転動体が保持器によって所定の間隔で保持された転がり軸受装置において、前記軌道部材、転動体あるいは保持器のうちの少なくとも１つが着磁されているとともに、これらの間に磁性流体が配置されていることを特徴とする。

本発明は、高速回転下で使用される転がり軸受装置において、潤滑剤に磁性流体を利用することによって、所期の目的を達成しようとするものである。

ここで用いられる「磁性流体」とは、界面活性剤を用いて安定に分散させた磁性体微粒子（磁性粉）を、流体媒体に高濃度に懸濁させたものである。媒体となる液体としては、例えば炭化水素系やフッ素系のオイルを使用することができる。また、磁性体の例としては、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）あるいはＭｎ−Ｚｎ系複合フェライト等を粒子径１０ｎｍ程度に微粉砕したもの等が挙げられる。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、軌道部材あるいは転動体のうち、少なくとも１つの部材を着磁するとともに、これらから形成される軌道に磁性流体を配置することによって、着磁された部材の近傍にこの磁性流体が留まり、潤滑に必要な油膜が形成される。特に、転動体や潤滑剤に高い遠心力のかかる高速回転下においても、この磁性流体潤滑剤は、着磁された軸受部材の周辺において循環し、少量の潤滑剤で、油膜切れに起因する軸受の損傷等を効果的に防止することができる。

なお、本発明における転がり軸受装置とは、ボールを備える玉軸受、円筒ころや円すいころ（テーパーローラー）を備えるころ軸受などの他に、転動体を用いた直動型軸受やボールねじ等、複数の軌道部材がこれらの間に配置された複数の転動体を介して相対運動する装置全般を包含する。

また、請求項２のように、保持器を備える軸受装置においては、この保持器あるいはいずれかの軌道部材のうち、少なくとも１つの部材が磁化されていれば、同様の効果を奏することができる。なお、以上の部材のなかでも、保持器は公転速度が比較的遅く、かつ、転動体の回転中心近傍に配置されていることから、この保持器を着磁することが最も好ましい。

ここで、樹脂によって成形された保持器を備える軸受装置の場合は、この保持器を磁性粉を含む樹脂材料から形成して着磁すれば良い。（請求項３）

すなわち、本発明において着磁対象となる部材は、硬磁性体（外部磁界で磁化された後、外部磁界取り去っても磁化を残す材料）で形成することが望ましいが、フェライト等の磁性粉を混入させることにより、樹脂製保持器でも着磁することが可能になる。

以上のように、本発明の転がり軸受装置によれば、大掛かりな潤滑油供給装置等を必要とせず、高速回転下においても、少量の潤滑剤で安定した軸受の潤滑を維持することができる。

また、本発明の転がり軸受装置は、この軸受が組み込まれる機器全体の小型化に貢献するとともに、メンテナンスの必要がなく、機器のランニングコストを低減することができる。

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から図３は、本発明の実施の形態における軸受装置の構成例を示す軸方向断面図である。なお、図中の符号Ｎ，Ｓは、磁化された部材の磁極を表すものとする。

まず、第１の実施の形態として、本発明を深溝玉軸受に適用した例を図１に示す。この玉軸受の基本的な構造は、従来の深溝玉軸受と同様であって、複数の軌道部材の１つである内輪側軌道溝１ａを有する内輪１と、他方の軌道部材である外輪側軌道溝２ａを有する外輪２と、これら内外輪の間に形成された軌道に配置された複数のボール３と、これらボール３を周方向に所定の間隔で転動自在に保持する保持器４と、内外輪から形成される環状空間の両端開口を密封するシール部材５，５とを主体として構成されている。

この玉軸受の特徴は、軌道に配置されたボール３のそれぞれが着磁されているとともに、この軸受の環状空間内に潤滑剤としての磁性流体（図示省略）が配置されている点である。この構成によって、着磁されたボール３の近傍にこの磁性流体が留まり、ボール３の表面近傍に常に潤滑剤が存在することになる。また、軸受に高い遠心力のかかる高速回転下においても、この磁性流体からなる潤滑剤は、着磁されたボール３の周辺において循環するため、軌道とボールとの相対回転による両者の接触部の油膜形成が途切れることがなくなり、少量の潤滑剤でも確実に、油膜切れに起因する軸受の損傷等を効果的に防止することができる。

また、この軸受は、必要以上のグリース量を充填していた従来の玉軸受に比べ、軸受内に封入する潤滑剤量を減らすことが可能で、軸受の回転トルク等、複数の軌道部材間の相対運動に伴い発生する力を低減することができるというメリットもある。

なお、この実施の形態においては軌道に配置されたすべてのボール３を着磁した例を示したが、この他の軌道部材である内輪１，外輪２あるいは保持器４を磁化しても良い。また、磁化する部材は１つに限られるものではなく、前記ボール３を含め、複数の部材を磁化しても良い。

次に、第２の実施の形態として、本発明を円筒ころ軸受に適用した例を図２に示す。
この円筒ころ軸受の基本的な構造も、従来の円筒ころ軸受と同様であって、軌道部材の１つである内輪側軌道面１１ａを有する内輪１１と、他方の軌道部材である外輪側軌道溝１２ａを有する外輪１２と、これら内外輪の間に形成された軌道に配置された複数の円筒ころ１３と、これら円筒ころ１３を周方向に所定の間隔で転動自在に保持する保持器１４とを主体として構成されている。また、外輪１２の軸方向両端部には、外輪側軌道面１２ａを挟んで、それぞれ鍔部１２ｂ，１２ｃが形成されており、これら鍔部１２ｂ，１２ｃによって、円筒ころ１３の転動が案内されている。

この円筒ころ軸受の特徴は、軸受の環状空間内に配置された樹脂製保持器１４が、磁性粉を含む樹脂材料から形成されており、軸受への組み込み前に磁化されている点である。また、軸受組み立て後のこの保持器１４の周囲には、潤滑剤としての磁性流体（図示省略）が配置されている。

以上の構成によって、着磁された保持器１４の近傍に磁性流体が留まり、これと接触する円筒ころ１３の転動面や近接する軌道面１２ａおよび軌道溝１３ａに潤滑剤を供給するため、これらの接触部の油膜形成が途切れることがない。また、軸受に高い遠心力のかかる高速回転下においても、この磁性流体からなる潤滑剤は、円筒ころ１３の周辺において留まり、第１の実施の形態と同様に、少量の潤滑剤で油膜切れに起因する軸受の損傷等を効果的に防止することができる。

また、本実施の形態における円筒ころ軸受は、従来の工作機械用スピンドル等に比べ、大掛かりな潤滑油供給装置等を必要とせず、この軸受が組み込まれる機器全体の小型化に貢献するとともに、メンテナンスの必要がなく、機器のランニングコストを低減することが可能になる。

なお、本実施の形態においては、磁性粉を含む樹脂材料からなる保持器１４を着磁した例を示したが、第１の実施の形態同様、この他の軌道部材である内輪１１，外輪１２あるいは円筒ころ１３を磁化しても良い。また、磁化する部材は１つに限られるものではなく、前記保持器１４を含め、複数の部材を磁化しても良い。

次に、第３の実施の形態として、本発明を円すいころ軸受に適用した例を図３に示す。
この円すいころ軸受の基本的な構造も、従来の円すいころ軸受と同様であって、軌道部材の１つである内輪側軌道面２１ａを有する内輪２１と、他方の軌道部材である外輪側軌道面２２ａを有する外輪２２と、これら内外輪の間に形成された軌道に配置された複数の円すいころ２３と、これらころ２３を周方向に所定の間隔で転動自在に保持する保持器２４とを主体として構成されている。また、内輪２１の軸方向両端部には、内輪側軌道面２１ａを挟んで、それぞれ小鍔２１ｂ，大鍔２１ｃが形成されており、主に大鍔２１ｃによって、回転中の円すいころ２３のアキシアル（スラスト）方向の荷重を担う構造とされている。

この円すいころ軸受の特徴は、内輪側軌道面２１ａを備える内輪２１が着磁されているとともに、転動体である円すいころ２３の軌道に潤滑剤としての磁性流体（図示省略）が配置されている点である。また、この構成によって、第１および第２の実施の形態と同様、少量の潤滑剤で、油膜切れに起因する軸受の損傷等を効果的に防止することができる。

なお、円すいころ軸受の場合は、この実施の形態における例のように、滑り成分が支配的でかつ潤滑条件が厳しい大鍔部や円すいころの端面を着磁すると、これらの接触部に確実に油膜形成できるため、特に効果的である。

以上３つの実施の形態において記述した着磁対象となる部材（軌道部材や転動体等）は、ＳＵＪ２等の硬磁性体で構成することが望ましいが、これらを構成する材料は特にこの例に限定されるものではなく、残留磁束密度が残る材料であれば、その他の材料から構成しても良い。また、一部の部材しか着磁しない場合は、その他の部材を例えば窒化けい素のような非磁性材料で構成しても良い。

これらの部材を磁化する方法としては、着磁コイル中に着磁対象部材を所定の方向に向けてセットした後、直流電圧をかけてこのコイル中に磁束を発生させる方法により、容易に磁化することが可能である。また、軸受装置の両端面に別体の磁石をそれぞれ隣接配置する方法により磁化を行なっても、前記の直接磁化する方法と同様の効果を奏することができる。

本発明の第１の実施の形態における軸受装置の構造を示す軸方向断面図である。本発明の第２の実施の形態における軸受装置の構造を示す軸方向断面図である。本発明の第３の実施の形態における軸受装置の構造を示す軸方向断面図である。

符号の説明

１内輪
２外輪
３ボール
４保持器
５シール部材
１１内輪
１２外輪
１３円筒ころ
１４保持器
２１内輪
２２外輪
２３円すいころ
２４保持器

Claims

複数の軌道部材の間に形成された軌道に、複数の転動体が転動自在に配置された転がり軸受装置において、
前記軌道部材あるいは転動体のうちの少なくとも１つが着磁されているとともに、これらの間に磁性流体が配置されていることを特徴とする転がり軸受装置。
複数の軌道部材の間に形成された軌道に、複数の転動体が保持器によって所定の間隔で保持された転がり軸受装置において、
前記軌道部材、転動体あるいは保持器のうちの少なくとも１つが着磁されているとともに、これらの間に磁性流体が配置されていることを特徴とする転がり軸受装置。
前記保持器が磁性粉を含む樹脂材料から形成されており、かつ、この保持器が磁化されていることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受装置。