JP2006038134A - 転がり軸受および転がり軸受の潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑油の排出性を向上することのできる転がり軸受および転がり軸受の潤滑構造を提供する。
【解決手段】 本発明の転がり軸受１は、内輪２が回転軸Ｌを中心として回転する転がり軸受であって、転走面２ａと傾斜部１０とを外周に有する内輪２と、転走面２ａに対向する転走面３ａを有する外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する複数のころ４と、傾斜部１１ａを内周に有し、複数のころ４の各々を保持するための環状の保持器５とを備えている。傾斜部１０において、内輪２の転走面２ａから潤滑剤排出側の端面１２ａへ向かって内輪２の外径ｄ１が増加している。傾斜部１１ａにおいて、回転軸Ｌ方向における保持器５の中心部であるＡＡ線から潤滑剤排出側の端面１５ａへ向かって保持器５の内径ｄ２が増加している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受および転がり軸受の潤滑構造に関し、より特定的には、工作機械主軸用軸や一般産業機械に用いられる転がり軸受および転がり軸受の潤滑構造に関する。

転がり軸受における潤滑の目的は、転がり面および滑り面に薄い油膜を形成して、金属と金属とが直接に接触するのを防ぐことである。転がり軸受の潤滑は、摩擦および摩耗の低減、摩擦熱の排出、軸受寿命の延長、さび止め、および異物の侵入防止などの効果がある。

これらの効果を発揮させるためには、使用条件に適した潤滑方法を用いる必要がある。一般に、工作機械の主軸では、攪拌による発熱をできるだけ小さくするために、非常に少ない量の潤滑油が用いられており、使用条件によってグリース潤滑、オイルミスト潤滑、エアオイル潤滑、またはジェット潤滑などが採用されている。

これらの潤滑のうち、エアオイル潤滑やオイルミスト潤滑は、潤滑油を軸受ごとに最適間隔で正確に計量して送り出し、給油管の末端まで連続的に圧送した後、軸受に向けて設けたノズルで潤滑必要部に吹きつける潤滑方法である。エアオイル潤滑やオイルミスト潤滑は、工作機械の主軸の高速化、低温度上昇に適合する潤滑方法として広く用いられている。

エアオイル潤滑やオイルミスト潤滑では、高速回転時には軸受温度が高くなるため、潤滑油の油圧形成能が低下する。また、高速回転時には回転部周辺の空気が連れ回って形成されるエアカーテンも増大する。このため、高速回転時ほど潤滑条件が厳しくなり、ノズルから出た潤滑油が軸受内部へ入りにくくなる。また、潤滑油の排出（エアオイルの排気）が円滑に行なわれなければ、軸受内部で潤滑油が滞留し、攪拌抵抗が増大することによって軸受の温度が大きく上昇する。軸受の温度が上昇すると、主軸が熱膨張し、主軸の加工精度の劣化を招く。

したがって、高速回転する軸受の潤滑方法として、エアオイル潤滑などの、非常に少ない量の潤滑油での潤滑方法が用いられる場合には、高い給油性および排油性を持つことが軸受に要求されている。言い換えれば、高速回転で使用される軸受には、潤滑油が軸受内部に入りやすく、軸受外部へ排出しやすい性能が要求されている。

そこで、特開平１１−２０１１７３号公報（特許文献１）には、軌道輪の潤滑油排出側に潤滑油の流れを付勢する手段が設けられているアンギュラ玉軸受が開示されている。

図８は、従来のアンギュラ玉軸受の一部を示す断面図である。図８を参照して、特許文献１に開示されたアンギュラ玉軸受１００では、軌道輪である外輪１０１および内輪１０２と、外輪１０１および内輪１０２の間に介装された複数の転動体１０３と、外輪１０１および内輪１０２の間で複数の転動体１０３を転動自在に保持する保持器１０４とを備えている。また、内輪１０２は、内輪１０２の軌道溝１１０に連続し、かつこれに隣接する肩部１１２を有している。肩部１１２は、潤滑剤排出側内輪端面に向かって、中心線Ｍから内輪外周までその径Ｌを増加させていくように、テーパ状に形成されている。このアンギュラ玉軸受１００によれば、回転の際に、肩部１１２とそれ以外の内輪１０２との間で周速度差が発生し、この周速度差によって空気や潤滑剤を軸受の外部（潤滑剤排出側）に向けて流すことができる。
特開平１１−２０１１７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたアンギュラ玉軸受１００では、内輪１０２が肩部１１２を有しているので、潤滑剤排出側における内輪１０２と保持器１０４との間の隙間ａが狭くなる。このため、内輪１０２と保持器１０４との間を潤滑剤が通過しにくくなり、潤滑剤の排出性が低下するという問題が生じていた。

そこで、本発明の目的は、潤滑油の排出性を向上することのできる転がり軸受および転がり軸受の潤滑構造を提供することである。

本発明の転がり軸受は、内輪もしくは外輪のうち少なくとも一方が回転軸を中心として回転する転がり軸受であって、転走面と第１傾斜部とを外周に有する内輪と、前記転走面に対向する転走面を有する外輪と、内輪と外輪との間に介在する複数のころと、第２傾斜部を内周に有し、複数のころの各々を保持するための環状の保持器とを備えている。第１傾斜部において、内輪の転走面から内輪の一方の端面へ向かって内輪の外径が増加している。第２傾斜部において、回転軸方向における保持器の中心部から保持器の少なくとも一方の端面へ向かって保持器の内径が増加している。

本発明の転がり軸受によれば、内輪と保持器との間の隙間を広くすることができる。これにより、内輪と保持器との間を潤滑剤が通過しやすくなり、潤滑剤の排出性を向上することができる。

本発明の転がり軸受において好ましくは、第２傾斜部において、保持器の中心部から保持器の両端面へ向かって保持器の内径が増加している。これにより、保持器の中心部の両側において内輪と保持器との間の隙間を広げることができるので、潤滑剤の排出性および供給性の両方を向上することができる。

本発明の転がり軸受において好ましくは、回転軸に対する第２傾斜部の傾斜角度は１０°以上２０°以下である。

傾斜角度を１０°以上とすることにより、傾斜角度を持たない従来の転がり軸受と比べて潤滑剤の排出性を大きく向上することができる。また、傾斜角度を２０°以下とすることにより、保持器の肉厚の妨げを受けることなく保持器の中央部付近まで傾斜部を設けることができ、潤滑油の排出性を向上できる。

本発明の転がり軸受において好ましくは、保持器の回転軸方向の幅に対する傾斜部の回転軸方向の幅の割合は３０％以上である。これにより、傾斜部を持たない従来の保持器と比べて潤滑油を排出するための隙間を大きくすることができ、潤滑油の排出性を向上できる。

本発明の転がり軸受の潤滑構造は、上記本発明の転がり軸受と、保持器の内周面と内輪の外周面との間に配置され、潤滑油を吐出するためのノズルとを備えている。本発明の転がり軸受の潤滑構造によれば、上記と同様の理由により、潤滑剤の排出性を向上することができる。

本発明の転がり軸受および転がり軸受の潤滑構造によれば、内輪と保持器との間の隙間を広くすることができる。これにより、内輪と保持器との間を潤滑剤が通過しやすくなり、潤滑剤の排出性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における転がり軸受の構成を示す部分断面斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における転がり軸受の構成を示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における保持器の構成を示す縦断面図である。図４は、本発明の実施の形態１における保持器の内径側から見た展開図である。

図１〜図４に示すように、本実施の形態の転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、複数のころ４と、保持器５とを備えている。転がり軸受１は、内輪２が回転軸Ｌを中心として回転する。内輪２は転走面２ａと傾斜部１０とを外周に有しており、外輪３は転走面２ａに対向する転走面３ａを有している。複数のころ４は、内輪２の転走面２ａと外輪３の転走面３ａとの間に介在した状態で、保持器５のポケット１６内に保持されている。また、保持器５は、傾斜部１１ａ，１１ｂを内周に有している。ころ４はたとえば鋼球などのボールよりなっている。本実施の形態の転がり軸受１はアンギュラ玉軸受であり、ころ４の中心と、転走面２ａおよび３ａとを結ぶ直線ｙがラジアル方向（図２中縦方向）に対して角度（接触角）αを有している。

潤滑剤排出側における内輪２の外周表面に形成された傾斜部１０によって、内輪２の転走面２ａから内輪２の潤滑剤排出側の端面１２ａへ向かって内輪２の外径ｄ１が増加している。

潤滑剤排出側における保持器５の内周表面に形成された傾斜部１１ａによって、ＡＡ線で示される回転軸Ｌ方向における保持器５の中心部から潤滑剤排出側の端面１５ａへ向かって内径ｄ２が増加している。また、潤滑剤供給側における保持器５の内周表面に形成された傾斜部１１ｂによって、保持器５の中心部から潤滑剤供給側の端面１５ｂへ向かって内径ｄ２が増加している。

なお、保持器５の中心部付近には、ころ４に案内されるための突起部１４が形成されている。突起部１４は、内径側へ突出しており、台形の断面形状を有している。

回転軸Ｌに対する傾斜部１１ａ，１１ｂの傾斜角度は１０°以上２０°以下とされている。また、保持器５の幅に対する傾斜部１１ａ，１１ｂの幅の割合は３０％以上とされている。ここでいう幅とは、回転軸Ｌ方向の幅である。また、傾斜部１１ａ，１１ｂの幅とは、傾斜部１１ａの幅と傾斜部１１ｂの幅とを合計した幅のことである。本実施の形態では、保持器５の幅に対する傾斜部１１ａ，１１ｂの幅の割合は６５％とされている。保持器５の案内方式は、たとえばころ案内方式とされている。保持器５は、たとえば樹脂または金属よりなっている。保持器５に使用される樹脂としては、たとえばガラス繊維強化型ポリアミド樹脂などがある。

保持器のポケット１６の形状は、たとえばころ４の外径よりも若干大径の円筒状とされている。ポケット１６の形状は、円筒状の他に、球面状または方形状であってもよい。保持器５は、両端部に環状部を有しているが、片側にのみ環状部を有する形式の保持器、たとえば冠形の保持器であってもよい。

続いて、本実施の形態の転がり軸受を用いた潤滑構造について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１における転がり軸受の潤滑構造を示す拡大断面図である。図５に示すように、転がり軸受１は、たとえばエアオイルを吐出するノズル部材１９と組み合わせて使用され、転がり軸受１およびノズル部材１９により、エアオイル潤滑構造が構成されている。ノズル部材１９は、保持器５の内周と内輪２の外周との間にエアオイルを吐出するためのノズル孔２０を有しており、転がり軸受１の外輪３に隣接して配置されている。ノズル孔２０の開口部２０ａは、内輪２の転走面２ａに向けられている。ノズル部材１９は、たとえば外輪３を設置したハウジング２１の内径面に嵌合して設置されている。ノズル部材１９の内周側には内輪２に隣接して内輪間座２２が設けられている。ノズル部材１９のノズル孔２０の開口部２０ａは、図示しないエアオイル供給手段に接続されている。

本実施の形態の転がり軸受１は、内輪２が回転軸Ｌを中心として回転する転がり軸受であって、転走面２ａと傾斜部１０とを外周に有する内輪２と、転走面２ａに対向する転走面３ａを有する外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する複数のころ４と、傾斜部１１ａを内周に有し、複数のころ４の各々を保持するための環状の保持器５とを備えている。傾斜部１０において、内輪２の転走面２ａから潤滑剤排出側の端面１２ａへ向かって内輪２の外径ｄ１が増加している。傾斜部１１ａにおいて、回転軸Ｌ方向における保持器５の中心部であるＡＡ線から潤滑剤排出側の端面１５ａへ向かって保持器５の内径ｄ２が増加している。

内輪２が回転する際には、外径ｄ１が大きい領域ほど回転の際の周速度が大きくなって、大きな遠心力を発生させる。本実施の形態の転がり軸受１では、この遠心力は潤滑剤排出側の端面１２ａに向かうほど大きくなる。したがって、傾斜部１０近傍の潤滑剤や空気の流れの速度を潤滑剤排出側の端面１２ａに向けて順次大きくさせ、潤滑剤や空気を軸受の外部（潤滑剤排出側）に向けて流すことができる。その結果、潤滑剤の排出性を向上することができる。

また、本実施の形態の転がり軸受１によれば、保持器５の中心部であるＡＡ線から保持器５の潤滑剤排出側の端面１５ａへ向かって内径ｄ２が増加するので、潤滑油排出側において内輪２の外周面と保持器５の内周面との隙間で構成される排油空間Ｓ１が広がる。これにより、内輪２と保持器５との間を潤滑剤が通過しやすくなり、潤滑剤の排出性を向上することができる。潤滑剤の排出性を向上することにより、高速運転時の軸受の温度上昇を防止することができる。

本実施の形態の転がり軸受１は、傾斜部１１ａ，１１ｂにおいて、保持器５の中心部であるＡＡ線から保持器５の両端面１５ａ，１５ｂへ向かって内径ｄ２が増加している。

これにより、排油空間Ｓ１が広がるとともに、潤滑油供給側において内輪２の外周面と保持器５の内周面との隙間で構成される給油空間Ｓ２が広がる。これにより、内輪２と保持器５との間を潤滑剤が通過しやすくなり、潤滑剤の排出性および供給性の両方を向上することができる。

本実施の形態の転がり軸受１において、回転軸Ｌに対する傾斜部１１ａ，１１ｂの傾斜角度は１０°以上２０°以下である。

傾斜角度を１０°以上とすることにより、傾斜角度を持たない従来の転がり軸受と比べて潤滑剤の排出性を大きく向上することができる。また、傾斜角度を２０°以下とすることにより、保持器の肉厚の妨げを受けることなく保持器の中央部付近まで傾斜部を設けることができ、潤滑油の排出性を向上できる。

本実施の形態の転がり軸受１において、保持器５の幅に対する傾斜部１１ａ，１１ｂの幅の割合は３０％以上である。これにより、傾斜部を持たない従来の保持器と比べて潤滑油を排出するための隙間を大きくすることができ、潤滑油の排出性を向上できる。

本実施の形態における転がり軸受の潤滑構造は、本実施の形態の転がり軸受１と、保持器５の内周面と内輪２の外周面との間に配置され、潤滑油を吐出するためのノズル部材１９とを備えている。本実施の形態における転がり軸受の潤滑構造によれば、上記と同様の理由により、潤滑剤の排出性を向上することができる。

なお、本実施の形態では内輪２が回転軸Ｌを中心として回転する場合について示したが、本発明はこのような場合の他、外輪３が回転軸Ｌを中心として回転してもよい。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における転がり軸受の潤滑構造を示す拡大断面図である。図７は、図６の部分拡大断面図である。図６および図７に示すように、本実施の形態では、ノズル部材１９が、保持器５の内周面と内輪２の外周面との間に挿入されるノズル孔形成突部１９ａを有しており、この突部１９ａにおける内輪２の外周面との対向面にノズル孔２０の開口部２０ａが設けられている。上記ノズル孔形成突部１９ａが挿入された内輪２の外周面はテーパ面２ｂとされている。ノズル孔形成突部１９ａと内輪２のテーパ面２ｂとの間は微小隙間とされている。また、テーパ面２ｂにおける開口部２０ａとの対向部分に、断面Ｖ字状の周溝２３が形成されている。なお、ノズル部材１９は、ノズル本体１９Ａと、ノズル孔形成突部１９ａを有する突部形成部材１９Ｂとに分割されているが、一体のものであってもよい。

なお、これ以外の転がり軸受１の構成および転がり軸受の潤滑構造は、図１〜図５に示す実施の形態１における転がり軸受１の構造および転がり軸受の潤滑構造とほぼ同様であるので，同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の転がり軸受の潤滑構造の場合、ノズル孔２０から内輪２のテーパ面２ｂに吐出された潤滑剤が、表面張力と内輪２の回転に伴なう遠心力とでテーパ面２ｂに付着しながら流れ、転走面２ａに供給される。この場合に、保持器５の内周面に傾斜部１１ｂが設けられているため、給油空間Ｓ２が広がり、ノズル部材１９のノズル孔形成突部１９ａを深く挿入することができる。このため、図７に拡大して示すように、内輪２のテーパ面２ｂにおける突部１９ａとの対向範囲ｒを長くすることができ、潤滑剤の付着流れが良好となって、潤滑性が向上する。すなわち、対向範囲ｒが短いと、潤滑剤が内輪２のテーパ面２ｂに良好に付着せずに、遠心力により飛散するおそれがあるが、突部１９ａをできるだけ深く挿入して対向範囲ｒを長くすることにより、上記の飛散が防止され、転走面２ａに有効に供給される潤滑油の割合が多くなる。

なお、実施の形態１および２においては、転がり軸受がアンギュラ玉軸受である場合について示したが、本発明の転がり軸受は、このような場合の他、たとえば深溝玉軸受やころ軸受などであってもよい。また、保持器の材質や案内形式には特に制限がない。さらに、本発明の潤滑方法は、エアオイル潤滑の他、オイルミスト潤滑など、油潤滑に有効である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１における転がり軸受の構成を示す部分断面斜視図である。 本発明の実施の形態１における転がり軸受の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１における保持器の内径側から見た展開図である。 本発明の実施の形態１における転がり軸受の潤滑構造を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態２における転がり軸受の潤滑構造を示す拡大断面図である。 図６の部分拡大断面図である。 従来のアンギュラ玉軸受の一部を示す断面図である。

符号の説明

１ 転がり軸受、２，１０２ 内輪、２ａ，３ａ 転走面、２ｂ テーパ面、３，１０１ 外輪、４ ころ、５，１０４ 保持器、１０，１１ａ，１１ｂ 傾斜部、１２ａ，１５ａ，１５ｂ 端面、１４ 突起部、１６ ポケット、１９ ノズル部材、１９Ａ ノズル本体、１９Ｂ 突部形成部材、１９ａ 突部、２０ ノズル孔、２０ａ 開口部、２１ ハウジング、２２ 内輪間座、２３ 周溝、１００ アンギュラ玉軸受、１０３ 転動体、１１０ 軌道溝、１１２ 肩部。

Claims (5)

1. 内輪もしくは外輪のうち少なくとも一方が回転軸を中心として回転する転がり軸受であって、
   転走面と第１傾斜部とを外周に有する前記内輪と、
   前記転走面に対向する転走面を有する前記外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に介在する複数のころと、
   第２傾斜部を内周に有し、前記複数のころの各々を保持するための環状の保持器とを備え、
   前記第１傾斜部において、前記内輪の前記転走面から前記内輪の一方の端面へ向かって前記内輪の外径が増加しており、
   前記第２傾斜部において、前記回転軸方向における前記保持器の中心部から前記保持器の少なくとも一方の端面へ向かって前記保持器の内径が増加している、転がり軸受。
2. 前記第２傾斜部において、前記保持器の前記中心部から前記保持器の両端面へ向かって前記保持器の内径が増加している、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記回転軸に対する前記第２傾斜部の傾斜角度は１０°以上２０°以下である、請求項１または２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器の前記回転軸方向の幅に対する前記第２傾斜部の前記回転軸方向の幅の割合は３０％以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受と、
   前記保持器の内周面と前記内輪の外周面との間に配置され、潤滑油を吐出するためのノズルとを備えた、転がり軸受の潤滑構造。

Images