JP2005140160A - 転がり軸受潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排油を効果的に行うことにより低速域から高速域まで安定した潤滑を行い、突発的な潤滑不良による損傷を防止することができる転がり軸受潤滑装置を提供する。
【解決手段】 間座３０に設けられている排油隙間３１の軸受空間２６に開口する一方の端部３２ａが軸芯ＣＬから近く、外部１８に開口する他方の端部３３ａは軸芯ＣＬから遠い。従って、間座３０が軸芯ＣＬ周りに回転すると、他方の端部３３ａの速度が一方の端部３２ａの速度よりも速くなるため、スリンガ効果により、他方の端部３３ａの圧力は一方の端部３２ａの圧力よりも低くなる。このため、圧力差により、軸受空間２６に残存している潤滑油が外部１８に吸いだされるので、排油を効果的に行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は転がり軸受潤滑装置に係り、例えば工作機械用主軸等の高速で回転する軸を支持する転がり軸受の潤滑に用いることができる転がり軸受潤滑装置に関する。

従来より、工作機械用主軸に使用されている転がり軸受としては、特許文献１に開示されているようなものが知られている（例えば特許文献１参照）。
一般に、転がり軸受においては、その潤滑方法として、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑等が多く使用されている。低温度上昇化や耐焼付き性能の向上を目的とするには、高速域においてはオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑等の微量潤滑が適している。特に、ｄｍｎ１５０万を超える高速域で安定した運転を実現させるためには、オイルエア潤滑あるいはオイルミスト潤滑が必須であり、多くの工作機械に使用されている。
特開平１１−２０１１７３号公報

ところで、円筒ころ軸受に前述したような給油方式を用いると、その潤滑条件と外輪の温度上昇との間には非常に敏感な関係があることがわかっている。すなわち、僅かな給油量の差で、外輪の温度上昇値が大きく変化する。また、昇温が増加しているのは、軸受内部に潤滑油が多量に保持されているためであることが予想されており、軸受を安定して低温度上昇で運転させるためには、適切に潤滑油を供給すると共に、供給された潤滑油が軸受内部に溜まらないように適切な排油を行うことが要求される。

そこで、前述した特許文献１に開示された転がり軸受潤滑装置においては、内輪の外径にテーパーを設けて、軸受空間側の内輪外径よりも、排油側の内輪外径を大きくし、内輪の外周における速度差から生じる圧力差（スリンガ効果）を利用して、軸受空間に残存する潤滑油を吐き出すようにした。
しかしながら、内輪外径にテーパーを設けるには、内輪をスリンガ効果が有効に働くように設計する必要があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排油を効果的に行うことにより低速域から高速域まで安定した潤滑を行い、突発的な潤滑不良による損傷を防止することができる転がり軸受潤滑装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明にかかる転がり軸受潤滑装置は、一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪間に配された保持器と、前記保持器によって保持された複数の転動体とを有する転がり軸受を備え、前記転がり軸受の軸受空間に潤滑油を供給する転がり軸受潤滑装置において、前記転がり軸受の排油側に隣接して間座を設け、前記間座に、一方の端部が前記軸受空間に連続すると共に、他方の端部が前記一方の端部よりも軸芯から遠い位置で前記転がり軸受の外部に開口する排油隙間を設け、前記間座の回転に伴って生じる前記一方の端部と前記他方の端部における圧力差により排油を前記外部に吸い出すことを特徴としている。

このように構成された転がり軸受潤滑装置においては、間座に設けられている排油隙間の軸受空間に開口する一方の端部が軸芯から近く、外部に開口する他方の端部は軸芯から遠い。従って、間座が軸芯周りに回転すると、他方の端部の速度が一方の端部の速度よりも速くなるため、スリンガ効果により、他方の端部の圧力は一方の端部の圧力よりも低くなる。このため、圧力差により、軸受空間に残存している潤滑油が外部に吸いだされるので、排油を効果的に行うことができる。

ここで、スリンガ効果は、ベルヌーイ式である（ｖ2／２）＋Ｐ／ρ＝一定より、流体速度差と圧力とは反比例にある関係から導かれる。
すなわち、軸受空間に連続する一方の端部の圧力は、外部に開口する他方の端部の圧力よりも高くなるため、軸受空間から外部に向けて空気が流動する。なお、スリンガ効果は、外輪回転の場合においても、内輪回転と同様に生じる。

また、本発明にかかる転がり軸受潤滑装置は、前記間座の外周面に、前記軸受側から前記排油側に向かって外に拡がるテーパー面を設け、前記排油隙間が前記テーパー面に沿って設けられると共に、前記一方の端部において前記軸受空間に大きく開口し、前記他方の端部に向かって途中位置まで次第に細くなり、途中位置以後一定幅で前記他方の端部まで設けられていることを特徴としている。

このように構成された転がり軸受潤滑装置においては、間座の外周面にテーパー面を設けて、軸受側よりも排油側の半径を大きくし、テーパー面に沿って排油隙間を設けたので、排油隙間は軸受側よりも排油側において軸芯から遠い位置を通る。このため、排油隙間では、軸受側の圧力が高く、排油側の圧力が低くなり、軸受空間に残存する潤滑油を吸いだして外部に排油することができる。また、軸受空間と外部とを結ぶ排油隙間の形状を軸受空間側で大きくしたので、軸受空間に残存する潤滑油を排油隙間に吸い出すことができる。また、途中位置まで排油隙間を徐々に小さくしたので、排油隙間を通って吸い出される潤滑油の量を調整して、適量の潤滑油を排油することができる。

また、本発明にかかる転がり軸受潤滑装置は、前記排油隙間が、前記一方の端部と前記他方の端部との間において、段階的に外側に拡がる階段形状部を有していることを特徴としている。

このように構成された転がり軸受潤滑装置においては、排油隙間の一方の端部と他方の端部との間に段階的に外側に拡がる階段形状部を設けたので、排油隙間は軸受側よりも排油側において軸芯から遠い位置を通る。このため、間座が回転すると、排油隙間では軸受側の圧力が高く、排油側で圧力が低くなり、軸受空間に残存する潤滑油を吸いだして外部に排油することができる。また、階段形状部により排油隙間を通って吸い出される潤滑油の量を調整して、適量の潤滑油を排油することができる。

また、本発明にかかる転がり軸受潤滑装置は、前記排油隙間が、前記一方の端部と前記他方の端部との間において、外側に拡がるラビリンス形状部を有していることを特徴としている。

このように構成された転がり軸受潤滑装置においては、排油隙間の一方の端部と他方の端部との間に外側に拡がるラビリンス形状部を設けたので、排油隙間は軸受側よりも排油側において軸芯から遠い位置を通る。このため、間座が回転すると、排油隙間では軸受側の圧力が高く、排油側で圧力が低くなり、軸受空間に残存する潤滑油を吸いだして外部に排油することができる。また、ラビリンス形状部により排油隙間を通って吸い出される潤滑油の量を調整して、適量の潤滑油を排油することができる。

また、本発明にかかる転がり軸受潤滑装置は、前記軸受空間の給油側に非接触シールを設けたことを特徴としている。

このように構成された転がり軸受潤滑装置においては、非接触シールの隙間を通ることにより軸受空間に吸い込まれるエアーの流速が加速され、より大きなスリンガ効果を得ることができるので、軸受空間に残存している潤滑油が外部に吸いだされ、排油を効果的に行うことができる。
また、非接触シールでなくても、エアの流速を上げる効果を発揮すれば、非接触シールに限定されることなく、間座等を設置しても構わない。

本発明によれば、間座が軸芯周りに回転すると、他方の端部の速度が一方の端部の速度よりも速くなるため、スリンガ効果により、外部側の端部の圧力は軸受側の端部の圧力よりも低くなる。このため、圧力差により、軸受空間に残存している潤滑油が外部に吸いだされるので、排油を効果的に行うことができる。

以下、本発明に係る第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の転がり軸受潤滑装置に係る第１実施形態を示す断面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態である転がり軸受潤滑装置１０Ａは、転がり軸受としてのコロ軸受２０に潤滑油を供給するものである。コロ軸受２０は、一対の軌道輪としての内輪２１と外輪２２を有しており、内輪２１と外輪２２との間には保持器２３が設けられている。保持器２３は、複数の転動体としての円筒コロ２４を所定間隔で回転自在に保持しており、内輪２１と外輪２２とを相対的に回転自在に保持している。なお、内輪２１には、例えば工作機械における主軸２５等が取り付けられている。

外輪２２には、第１のハウジング１１および第２のハウジング１２が取り付けられており、第１のハウジング１１および第２のハウジング１２には、それぞれ潤滑油供給管１３、１４が設けられている。また、第２のハウジング１２の内面には外輪間座１５が設けられており、外輪間座１５には潤滑油供給管１４に連続した潤滑油供給管１６、１７が設けられている。潤滑油供給管１７の端部は、コロ軸受２０の軸受空間２６に対向して開口している。

従って、潤滑油は、潤滑油供給管１３、１４、１６、１７を通って、コロ軸受２０の軸受空間２６に供給され、円筒コロ２４を潤滑する。

コロ軸受２０の排油側（図１において右側）に隣接して間座３０が設けられており、間座３０の外周面３０ａは、軸受側（図１中左側）から排油側（図１中右側）向かって外向き（図１中上向き）に拡がるようにテーパー面３０ｂが設けられている。従って、一方の端部である軸受側開口３２ａにおける点Ｐ１の軸芯ＣＬ回りの回転半径Ｒ１は、他方の端部である外部側開口３３ａにおける点Ｐ２の回転半径Ｒ２よりも小さいものとなっている。

間座３０の外周面３０ａと第１のハウジング１１の内周面１１ａとの間には、軸受空間２６に残存している潤滑油を外部１８に排出するための排油隙間３１が設けられている。この排油隙間３１は、軸受空間２６に対向して大きく開口した軸受側開口３２ａを有すると共に排油側に向かって徐々に狭くなる三角部３２と、この三角部３２に連続し外部側開口３３ａを有する一定幅の管部３３とを有している。

従って、主軸２５および内輪２１と共に間座３０が軸芯ＣＬ周りに回転すると、間座３０の外周面３０ａのごく近傍の空気の流速は、回転半径Ｒ１が小さな軸受側開口３２ａよりも回転半径Ｒ２が大きな外部側開口３３ａの方が大きくなる。このため、流体速度差と圧力とは反比例にある関係から導かれるスリンガ効果により、軸受側開口３２ａと外部側開口３３ａとの間で圧力差が生じる。すなわち、軸受側開口３２ａの圧力が高く、外部側開口３３ａの圧力が低くなる。このため、排油隙間３１には、軸受側から外部１８に向かって気流が生じ、軸受空間２６に残存している潤滑油を外部１８に吸いだす。

以上、前述した転がり軸受潤滑装置１０Ａによれば、軸受側開口３２ａと外部側開口３３ａとの回転半径Ｒ１、Ｒ２の差から生じる圧力差により排油を吸い出すので、軸受空間２６に残存している潤滑油を効果的に排油することができる。
また、排油隙間３１の形状を軸受側で大きくしたので、軸受空間２６に残存する潤滑油を効率よく排油隙間３１に吸い出すことができると共に、排油隙間３１を途中位置まで徐々に小さくしたので、排油隙間３１を通って吸い出される潤滑油の量を調整して、適量の潤滑油を排油することができる。

次に、本発明に係る第２実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は本発明の転がり軸受潤滑装置に係る第２実施形態を示す断面図である。なお、前述した第１実施形態と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図２に示すように、本発明の第２実施形態である転がり軸受潤滑装置１０Ｂでは、コロ軸受２０の排油側（図２において右側）に隣接して間座４０が設けられている。間座４０の外周面４０ａは、軸受側（図２中左側）から排油側（図２中右側）向かう途中位置において外側（図２中上側）に段階的に拡がるように階段形状部４１が設けられている。従って、間座４０の外周面４０ａにおける軸受側の点Ｐ１の軸芯ＣＬ回りの回転半径Ｒ１は、外周面４０ａにおける排出側の点Ｐ２の軸芯ＣＬ回りの回転半径Ｒ２よりも小さくなっている。

間座４０の外周面４０ａと第１のハウジング１１の内周面１１ａとの間には、軸受空間２６に残存している潤滑油を排出するための排油隙間４２が設けられている。この排油隙間４２は、軸受空間２６に対向して大きく開口した一方の端部である軸受側開口４３ａを有すると共に階段形状部４１に向かって徐々に狭くなる第１の三角部４３と、階段形状部４１から排出側に向かって拡がって外部側開口４４ａを有する第２の三角部４４から構成されている。

従って、主軸２５および内輪２１と共に間座４０が軸芯ＣＬ周りに回転すると、間座４０の外周面４０ａのごく近傍の空気の流速は、回転半径Ｒ１が小さな軸受側開口４３ａよりも回転半径Ｒ２が大きな外部側開口４４ａの方が大きくなる。このため、スリンガ効果により、軸受側開口４３ａと外部側開口４４ａとの間で圧力差が生じる。すなわち、軸受側開口４３ａの圧力が高く、外部側開口４４ａの圧力が低くなる。このため、排油隙間４２には、軸受側から外部１８に向かって気流が生じ、軸受空間２６に残存している潤滑油を外部１８に吸いだす。

以上、前述した転がり軸受潤滑装置１０Ｂによれば、軸受側開口４３ａと外部側開口４４ａとの回転半径の差から生じる圧力差により排油を吸い出すので、軸受空間２６に残存している潤滑油を効果的に排油することができる。
また、排油隙間４２の形状を軸受側で大きくしたので、軸受空間２６に残存する潤滑油を効率よく排油隙間４２に吸い出すことができると共に、排油隙間４２に設けた階段形状部４１によって排油の流れに抵抗を与えるようにしたので、排油隙間４２を通って吸い出される潤滑油の量を調整して、適量の潤滑油を排油することができる。

次に、本発明に係る第３実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図３は本発明の転がり軸受潤滑装置に係る第３実施形態を示す断面図である。なお、前述した第１実施形態および第２実施形態と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図３に示すように、本発明の第１実施形態である転がり軸受潤滑装置１０Ｃでは、コロ軸受２０の排油側（図３において右側）に隣接して間座５０が設けられている。間座５０の外周面５０ａは、軸受側（図３中左側）から排油側（図３中右側）向かって、外側（図３中上側）に拡がるようにラビリンス形状部５１が設けられている。従って、間座５０の外周面５０ａにおける軸受側の点Ｐ１の軸芯ＣＬ回りの回転半径Ｒ１は、外周面５０ａにおける排出側の点Ｐ２の軸芯ＣＬ回りの回転半径Ｒ２よりも小さくなっている。

また、第１のハウジング１１の内周面１１ａには、間座５０の外周面５０ａに設けられているのと同様のラビリンス形状部が設けられており、第１のハウジング１１の内周面１１ａと間座５０の外周面５０ａとの間には、軸受空間２６に残存している潤滑油を排出するための排油隙間５２が一定間隔で設けられている。

従って、主軸２５および内輪２１と共に間座５０が軸芯ＣＬ周りに回転すると、間座５０の外周面５０ａのごく近傍の空気の流速は、回転半径Ｒ１が小さな軸受側開口５３よりも回転半径Ｒ２が大きな外部側開口５４の方が大きくなる。このため、スリンガ効果により、軸受側開口５３と外部側開口５４との間で圧力差が生じる。すなわち、軸受側開口５３の圧力が高く、外部側開口５４の圧力が低くなる。このため、排油隙間５２には、軸受側から外部１８に向かって気流が生じ、軸受空間２６に残存している潤滑油を外部１８に吸いだす。

以上、前述した転がり軸受潤滑装置１０Ｃによれば、軸受側開口５３と外部側開口５４との回転半径の差から生じる圧力差により排油を吸い出すので、軸受空間２６に残存している潤滑油を効果的に排油することができる。
また、排油隙間５２の途中に、抵抗が大きなラビリンス形状部５１を設けたので、排油隙間５２を通って吸い出される潤滑油の量を調整して、適量の潤滑油を排油することができる。
なお、図３において示したラビリンス形状部５１の形状は一例であり、これに限定するものではない。

次に、本発明に係る第４実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図４は本発明の転がり軸受潤滑装置に係る第４実施形態を示す断面図である。なお、前述した第１実施形態から第３実施形態と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

図４に示すように、本発明の第４実施形態である転がり軸受潤滑装置１０Ｄでは、第1実施形態で示した転がり軸受潤滑装置１０Ａにおいて、コロ軸受２０の軸受空間２６の給油側（図４において左側）に非接触シール６０を設けたものである。その他の構成は、第１実施形態において説明したものと同様であり、重複する説明を省略する。
なお、ここでは、第１実施形態にかかる転がり軸受潤滑装置１０Ａに適用したが、そのほか、第２実施形態にかかる転がり軸受潤滑装置１０Ｂおよび第３実施形態にかかる転がり軸受潤滑装置１０Ｃにも同様に適用することができる。

以上、前述した転がり軸受潤滑装置１０Ｄによれば、非接触シール６０を通ることにより軸受空間２６に吸い込まれるエアーの流速が加速され、より大きなスリンガ効果を得ることができるので、軸受空間２６に残存している潤滑油が外部１８に吸いだされ、排油を効果的に行うことができる。
なお、図４において示した非接触シール５０は一例であり、エアの流速が加速される効果を有するものであれば、これに限定されるものではない。

なお、本発明の転がり軸受潤滑装置は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した各実施形態においては、転がり軸受としてコロ軸受２０を採用した場合について説明したが、このほか、アンギュラ玉軸受や深溝玉軸受にも同様に適用することができる。

また、前述した各実施形態においては、内輪２１、主軸２５、間座３０、４０、５０が回転する場合について説明したが、外輪２２が回転する場合についてもまったく同様に適用することができる。
さらに、本願発明は、潤滑油としてオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑等のオイルの代わりにグリースを供給する場合にも適用可能である。潤滑油は循環すれば連続して給油する場合にも適用可能であるが、間接的に給油する方が温度上昇を低く抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受潤滑装置を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受潤滑装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る転がり軸受潤滑装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る転がり軸受潤滑装置を示す断面図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 転がり軸受潤滑装置
１８ 外部
２０ コロ軸受（転がり軸受）
２１ 内輪（軌道輪）
２２ 外輪（軌道輪）
２３ 保持器
２４ 円筒コロ（転動体）
２６ 軸受空間
３０、４０、５０ 間座
３０ｂ テーパー面
３１、４２、５２ 排油隙間
３２ａ、４３ａ、５３ 軸受側開口（一方の端部）
３３ａ、４４ａ、５４ 外部側開口（他方の端部）
４１ 階段形状部
５１ ラビリンス形状部
６０ 非接触シール
ＣＬ 軸芯

Claims (5)

1. 一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪間に配された保持器と、前記保持器によって保持された複数の転動体とを有する転がり軸受を備え、前記転がり軸受の軸受空間に潤滑油を供給する転がり軸受潤滑装置において、
   前記転がり軸受の排油側に隣接して間座を設け、前記間座に、一方の端部が前記軸受空間に連続すると共に、他方の端部が前記一方の端部よりも軸芯から遠い位置で前記転がり軸受の外部に開口する排油隙間を設け、前記間座の回転に伴って生じる前記一方の端部と前記他方の端部における圧力差により排油を前記外部に吸い出すことを特徴とする転がり軸受潤滑装置。
2. 前記間座の外周面に、前記軸受側から前記排油側に向かって外に拡がるテーパー面を設け、
   前記排油隙間が前記テーパー面に沿って設けられると共に、前記一方の端部において前記軸受空間に大きく開口し、前記他方の端部に向かって途中位置まで次第に細くなり、途中位置以後一定幅で前記他方の端部まで設けられていることを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受潤滑装置。
3. 前記排油隙間が、前記一方の端部と前記他方の端部との間において、段階的に外側に拡がる階段形状部を有していることを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受潤滑装置。
4. 前記排油隙間が、前記一方の端部と前記他方の端部との間において、外側に拡がるラビリンス形状部を有していることを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受潤滑装置。
5. 前記軸受空間の給油側に非接触シールを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載した転がり軸受潤滑装置。

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