JP2005180669A - ころ軸受と軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給した潤滑油を確実に排出でき、潤滑油の攪拌抵抗による軸受の温度上昇を抑制することが可能となるころ軸受と軸受装置を提供する。
【解決手段】 軸受装置１０−１は、円筒ころ軸受２０−１がハウジング３１で固定されて、給油装置４０で給油されている。円筒ころ軸受２０−１は、鍔付きの内輪２１と、外輪２２と、内輪２１及び外輪２２に組み込まれそれらの間の両側で外輪案内される保持器２３と、保持器２３の保持部内に収容され、内輪２１及び外輪２２に組み込まれた円筒ころ２４等とを備えている。円筒ころ軸受２０−１は、外輪２２の排油側（反給油側）Ｂ１に、円周上の１箇所に潤滑油を排出させる排油溝２２ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑で使用される円筒ころ軸受等のころ軸受と軸受装置に関するものである。

現在、工作機械用主軸に使用される転がり軸受は、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑などの多くの潤滑方法が使用されている。
低温度上昇化や耐焼付き性能の向上のためには、高速域において、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑などの微量潤滑が適している。特に、ｄｍＮ（＝（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒｐｍ））１５０万を越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、オイルミスト潤滑は必須であり、多くの工作機械に採用されている。

しかし、円筒ころ軸受は、潤滑油の給油量による温度変化がおきやすい。一般的に、工作機械の主軸に使用される円筒ころ軸受は、内径６５ｍｍでアンギュラ玉軸受と比較すると潤滑油の供給量が１／３である。この理由は、円筒ころ軸受と玉軸受との転動体の接触状態が異なるためである。円筒ころ軸受は、線接触しているため、潤滑油の攪拌抵抗が発生しやすく、潤滑油の量により温度変化が生じやすい。

特に、円筒ころ軸受は、微量潤滑の給油方式を用いる場合に、その潤滑条件と昇温（外輪温度上昇値）との間には、非常に敏感な関係がある。
図５は、軸受試験装置を示す図、図６は、円筒ころ軸受におけるオイルエア給油量と昇温の関係を示した線図である。
図５において、軸受試験装置１００は、ベルト駆動される軸１０１を、支持軸受１０２と試験軸受１０３とで支持し、試験軸受１０３にノズルこま１０４から、オイルエア方式にてオイルを給油し、排油穴１０５から排油するようにしてある。
この軸受試験装置１００を用いて、０．０１ｃｃ／８ｍｉｎ，０．０１ｃｃ／１６ｍｉｎで給油を行い、軸１０１の回転速度を、５０００〜２５０００回転／ｍｉｎの範囲で変化させ、外輪の温度上昇を測定した。
図６において、僅かな給油量の差で、昇温が大きく変化することが端的に判る。また、昇温が高いのは、０．０１ｃｃ／８ｍｉｎで評価したときの値である。

図７は、円筒ころ軸受を用いた軸受装置の従来例１を示す図である。
従来例１の軸受装置５０−１は、円筒ころ軸受６０−１が間座７２で固定されて、給油装置８０で給油されている。
円筒ころ軸受６０−１は、図７（Ａ）に示すように、鍔付きの内輪６１と、外輪６２と、内輪６１及び外輪６２に組み込まれそれらの間で外輪案内される保持器６３と、保持器６３の保持部内に収容され、内輪６１及び外輪６２に組み込まれた複数の円筒ころ６４等とを備えている。

円筒ころ軸受６０−１は、両端が間座７２を介して軸に固定されている。給油装置８０は、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑方式によりオイルが供給される給油穴８１と、そのオイルを円筒ころ軸受６０−１側に供給する給油ノズル８２とを備え、給油方向Ａから排油方向Ｂにオイルが供給される。
図７（Ａ）において、従来の円筒ころ軸受６０−１では、排油が外輪６２と隣接する間座７２の面取り部７２ａに溜まってしまう。
そして、図７（Ｂ）に示すように、溜まった油は、回転で発生するエアの影響で外輪６２の面取り部６２ａ上を回転し、再度、軸受６０−１内部に突入することがある。
このように、潤滑方向が一方向のみの場合は、排油を行う反給油側に油が溜まってしまうことがあり、それらが運転中の軸受内部へ再浸入することで、突発的に異常昇温が発生することがあった。

以上述べてきたように、軸受を安定して低昇温で運転させるためには、適切な給油と、それが軸受内部に残存しないように適切な排油を行うことが重要である。

図８は、従来の円筒ころ軸受を用いた軸受装置の従来例２を示す図である。
従来例２の軸受装置５０−２は、円筒ころ軸受６０−２が間座７２−２で固定されて、給油装置８０で給油されている。
円筒ころ軸受６０−２は、図８（Ａ）に示すように、内輪６１と、外輪６２と、内輪６１及び外輪６２に組み込まれそれらの間で外輪案内される保持器６３と、保持器６３の保持部内に収容され、内輪６１及び外輪６２に組み込まれた円筒ころ６４等とを備えている。

円筒ころ軸受６０−２は、両端が間座７２−２を介してハウジングに固定されている。給油装置８０は、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑方式によりオイルが供給される給油穴８１と、そのオイルを円筒ころ軸受６０−２が供給する給油ノズル８２とを備えている。
ここで、従来例２の円筒ころ軸受６０−２は、間座７２−２には、円筒ころ軸受６０−２からのオイルを回収する排油溝７２ａ［図８（Ｂ）参照］が形成されている。

図９は、図８の軸受装置の問題点を説明する図である。
この円筒ころ軸受６０−２は、組込み性を向上させるために、図９（Ａ）に示すように、外輪６２にリードイン部６２ａが設けられている。このリードイン部６２ａは、この軸受６０−２を組み立てるときに、円筒ころ６４がスムーズに挿入されやすいように設けられるものである。
ここで、供給された潤滑油は、軸受６０−２内を１００％貫通するわけではなく、供給側に戻される場合もある。
このとき、図９（Ｂ）に示すように、外輪６２の両端は、間座（又はハウジング）７２−２で固定されており、リードイン部６２ａと間座７２−２の端面の合わせ面に段差があったり、面取り部で円周上溝ができたりし、潤滑油９０の溜まりができてしまう。
溜まった潤滑油９０は、軸受６０−２の回転に伴う円周方向の風の流れに連れまわる傾向がある。このため、潤滑油９０の量が溜まりすぎたり、回転速度の変化により空気の流れに変化が生じたりした場合に、この合わせ面に溜まった潤滑油９０が軸受６０−２内へ再度突入してしまい、異常昇温を起こすことがあった。

また、図９（Ｂ）に示すように、間座７２−２に排油溝７２ａを設けても完全には排出されず軸受６０−２の外輪６２の面取り部６２ａに潤滑油が残ってしまう。

特許文献１は、ジェット潤滑での排油性向上を目的に、潤滑油を供給するノズル反対側の保持器円環部を、ノズル側よりも小さく形成し、潤滑油の排出をスムーズにすることを開示している。

また、特許文献２は、オイルエアでの潤滑油排出向上を目的に、特許文献１と同じように、軸受の輪状両枠に潤滑油の排出用孔又は排出用溝を設け、排出不良による攪拌熱を抑制することが開示されている。その効果は、特許文献１と同じである。

しかし、上記各文献のように、潤滑油を排出する位置で、保持器などの形状を変更しても、確実な対策とはならなかった。
実公平７−４０７６０号公報 特開平１１−３４７８６３号公報

本発明の課題は、供給した潤滑油を確実に排出でき、潤滑油の攪拌抵抗による軸受の温度上昇を抑制することが可能となるころ軸受と軸受装置を提供することである。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、オイルエア潤滑方式又はオイルミスト潤滑方式によって潤滑油が供給されるころ軸受において、外輪の一端部又は両端部であって、その端部の円周上の少なくとも１箇所に、潤滑油を排出させる排油部を設けたことを特徴とするころ軸受である。

請求項２の発明は、オイルエア潤滑方式又はオイルミスト潤滑方式によって潤滑油が供給されるころ軸受を含む軸受装置において、請求項１に記載のころ軸受と、前記ころ軸受に隣接して、そのころ軸受を固定し、潤滑油を排出させる排油部を有する隣接固定部材とを備え、前記ころ軸受の排油部は、前記隣接固定部材の排油部と同位相に配置したことを特徴とする軸受装置である。

本発明によれば、ころ軸受の外輪の反給油側の端部又は両端部に排油部を設けたので、供給した潤滑油を確実に排出でき、潤滑油の攪拌抵抗による軸受の温度上昇を抑制することが可能となる。
また、ころ軸受の排油部を、隣接固定部材の排油部と同位相に配置したので、供給した潤滑油をより確実に排出することができる。

本発明は、供給した潤滑油を確実に排出する目的を、外輪の反給油側の端部又は両端部に排油溝を設けることで実現する。

以下、図面等を参照して、本発明の実施例をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例１を示す図である。
なお、以下に示す各実施例では、前述した従来例と同様な機能を果たす部分には、末尾に統一した符号を付して、重複する説明や図面を適宜省略する。
実施例１の軸受装置１０−１は、円筒ころ軸受２０−１がハウジング３１で固定されて、給油装置４０で給油されている。
円筒ころ軸受２０−１は、 図１（Ａ）に示すように、鍔付きの内輪２１と、外輪２２と、内輪２１及び外輪２２に組み込まれそれらの間の両側で外輪案内される保持器２３と、保持器２３の保持部内に収容され、内輪２１及び外輪２２に組み込まれた円筒ころ２４等とを備えている内輪鍔形式の円筒ころ軸受（Ｎタイプ又はＮＮタイプ）である。

実施例１の円筒ころ軸受２０−１は、外輪２２の排油側（反給油側）Ｂ１に、円周上の１箇所に潤滑油を排出させる排油溝２２ａが設けられている。図１（Ｂ）は、反給油側の端面に切りかき状の排油溝２２ａを設けた外輪２２を示す。このような排油溝２２ａを、軸受２０−１の大きさ、使用条件に合わせて設置する。
図１（Ａ）は、ハウジング３１への取り付け例である。このように、円筒ころ軸受２０−１の外輪２２に、ハウジング３１の排油穴３１ａと同様な排油溝２２ａを、位相を合わせて設けることにより、合わせ面に溜まったり、面取り部に残った潤滑油も、完全に排出することができ、異常昇温を抑制することができる。

このように、実施例１によれば、反給油側の外輪の端面に切りかき状の排油溝を設置する。これによって、外輪端面の面取り部に溜まった油を、効果的に排出することができ、軸受内部の潤滑油量を最適化することができる。
また、低回転から超高速回転域まで対応する主軸の場合に、高速域での潤滑不足を補うため、潤滑量を増加させることが多いが、そうすると、低回転では自然に潤滑過多の状況となる。このような場合には、排油溝に隣接するハウジングや間座にも、外輪と同等の排油穴を同位相に設置することで、排油効率を更に向上させることができる。
このため、工作機械の主軸等、高速回転で使用される内輪鍔形式の円筒ころ軸受において、軸受外部より潤滑材を補給するときに、その給油と排油を、理想的な条件で行われるように実施することができる。

図２は、本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例２を示す図である。
実施例２の軸受装置１０−２は、軸受２０−１の外輪２２に隣接する間座３２にも外輪２と同様の切りかき状の排油溝３２ａを設置し、排油口を拡大させたものである。
また、外輪２２の端面の１ヶ所の排油溝２２ａを設けて潤滑油を排出させる構造にするとともに、隣接する間座３２の排油溝３２ａと同位相に組み込むことにより、より確実に潤滑油を排出させることができる。

図３は、本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例３を示す図である。
実施例３の軸受装置１０−３では、円筒ころ軸受２０−３は、 図３（Ａ）に示すように、内輪２１と、外輪２２と、内輪２１及び外輪２２に組み込まれそれらの間の両側で外輪案内される保持器２３と、保持器２３の保持部内に収容され、内輪２１及び外輪２２に組み込まれた円筒ころ２４等とを備えている。

円筒ころ軸受２０−３は、両端が間座３２を介してハウジングに固定されており、円筒ころ軸受２０−３からのオイルを回収する排油溝３２ａ［図３（Ｂ）参照］が形成されている。
給油装置４０は、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑方式によりオイルが供給される給油穴４１と、そのオイルを円筒ころ軸受２０−３側に供給する給油ノズル４２と等を備えている。

実施例３の円筒ころ軸受２０−３は、外輪２２の両端面に、各端面の１箇所に潤滑油を排出させる排油溝２２ａが設けられている。
このように、円筒ころ軸受２０−３の外輪２２に、間座３２の排油溝３２ａと同様な排油溝２２ａを設けることにより、合わせ面に溜まったり、面取り部に残った潤滑油も、完全に排出することができ、異常昇温を抑制することができる。

立軸の場合には、円周上１ヶ所でもよいが、横軸の場合には、図３（Ｃ）にあるように、真下と角度をずらした位置少なくとも２ヶ所以上に設けることが望ましい。
これは、停止したときには、真下から排出でき、運転時には、潤滑油が回転方向に空気の流れに連れまわるので、２０〜７０度の範囲で排油溝を設ければ確実に排出されるからである。

また、外輪２２の両端面に各端面の円周上の１ヶ所の排油溝２２ａを設けて潤滑油を排出させる構造にするとともに、隣接する間座３２の排油溝３２ａと同位相に組み込むことにより、より確実に潤滑油を排出させることができる。

図４は、本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例４を示す図である。
実施例４のころ軸受２０−４は、片側案内の保持器２３−４を用いたものであるが、実施例３と同様に、外輪１２の両端面に、各端面の１箇所に潤滑油を排出させる排油溝２２ａが設けられている。
また、円筒ころ軸受２０−４の外輪２２に、間座３２の排油溝３２ａと同様に、排油溝２２ａを設け、この排油溝２２ａを隣接する間座３２の排油溝３２ａと同位相に組に込むことにより、合わせ面に溜まったり、面取り部に残った潤滑油も、完全に排出することができ、異常昇温を抑制することができる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）円筒ころ軸受の例で説明したが、円すいころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受など、他のころ軸受にも適用することができ、また、ラジアルころ軸受の例で説明したが、スラストころ軸受であってもよい。
（２）排油部は、排油溝の例で説明したが、排油穴であってもよい。また、排油溝の切りかきの大きさ、形状及び数は、実施例のものに限定されず、任意のものでよい。

本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例１を示す図である。 本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例２を示す図である。 本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例３を示す図である。 本発明によるころ軸受と軸受装置の実施例４を示す図である。 軸受試験装置を示す図である。 円筒ころ軸受におけるオイルエア給油量と昇温の関係を示した線図である。 円筒ころ軸受を用いた軸受装置の従来例１を示す図である。 円筒ころ軸受を用いた軸受装置の従来例２を示す図である。 図８の軸受装置の問題点を説明する図である。

符号の説明

１０（１０−１、１０−２、１０−３、１０−４） 軸受装置
２０（２０−１、２０−２、２０−３、２０−４） 円筒ころ軸受
２１ 内輪
２２ 外輪
２２ａ 排油溝
２３ 保持器
２４ 円筒ころ
３１ ハウジング
３２ 間座
３２ａ 給油穴
４０ 給油装置
４１ 給油穴
４２ 給油ノズル

Claims (2)

1. オイルエア潤滑方式又はオイルミスト潤滑方式によって潤滑油が供給されるころ軸受において、
   外輪の一端部又は両端部であって、その端部の円周上の少なくとも１箇所に、潤滑油を排出させる排油部を設けたこと
   を特徴とするころ軸受。
2. オイルエア潤滑方式又はオイルミスト潤滑方式によって潤滑油が供給されるころ軸受を含む軸受装置において、
   請求項１に記載のころ軸受と、
   前記ころ軸受に隣接して、そのころ軸受を固定し、潤滑油を排出させる排油部を有する隣接固定部材とを備え、
   前記ころ軸受の排油部は、前記隣接固定部材の排油部と同位相に配置したこと
   を特徴とする軸受装置。
   
   
   

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