JP2006194438A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の回転に伴う潤滑剤の自然流出がなく、環状空間内に供給する潤滑剤の量を正確に制御することのできる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】軌道部材間に形成される環状空間の中またはその近傍に、パイプ状のノズル９を備えるポンプ５を配設し、このノズル９の先端部９ｘを、前記環状空間の中に配置するとともに、ノズル先端部９ｘに設けた孔９ｙから、環状空間内に配置されたボール３の近傍に潤滑剤を供給する転がり軸受装置において、前記ノズルの孔９ｙを、軸受の軸方向および径方向を除く方向に向けて形成する。この構成により、軸受の回転によって生じる気流に起因するノズル先端部９ｘの負圧を、低減することができる。従って、本発明の転がり軸受装置は、軸受の回転に伴う潤滑剤の自然流出がなく、供給する潤滑剤の量を正確に制御することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受装置に関し、更に詳しくは、互いに相対回転する軌道部材の間に形成された環状空間内あるいはその開口近傍に、潤滑剤を供給する手段を備えた転がり軸受装置に関する。

従来、高速で回転中の転がり軸受装置の環状空間内に潤滑剤を供給する方法として、ジェット潤滑、オイルミスト潤滑やオイル／エア潤滑等が用いられている。

しかしながら、これらの方法は、環状空間の外側からその内側に潤滑剤を到達させるために、潤滑剤を加圧したり、圧縮空気等により潤滑剤を加速したりする必要があり、機構が大掛かりとなってしまう。また、必要以上の油量が供給されてしまうために潤滑剤の無駄が多く、環境の汚染を防止するため、余分な潤滑剤を回収して循環させる機構等を必要としていた。

そこで、本出願人らは、軌道部材の間に形成された環状空間内あるいはその開口近傍に、一体化されたコンパクトな潤滑剤供給ユニット（以下「給油ユニット」と称する）を備えるとともに、この給油ユニットのノズルを軸受の環状空間内に配置することにより、必要に応じた最小限の量の潤滑剤を転動体近傍あるいは保持器近傍に直接供給することのできる転がり軸受装置を提案している（特許文献１〜２等を参照）。

図６は、これらの提案に係る転がり軸受装置の軸方向断面図であり、図７は、図６のＸ−Ｘ線矢視断面図である。また、図８は、この転がり軸受装置に用いられている給油ユニットに設けられた潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向からみた模式的断面図（ａ）、およびこのノズルを軸受周方向から見た図（ｂ）である。

この転がり軸受装置は、軌道部材としての内輪１および外輪２と、これら内外輪の対向面（軌道面）間に形成される環状空間Ｓ内に配置された複数の転動体（ボール３）と、これらのボール３を周方向に所定の間隔で保持する保持器４と、潤滑剤を供給する給油ユニット１０とから構成されている。

給油ユニット１０は、ポンプ５と、このポンプ５の制御手段６と、潤滑剤貯留用のタンク７と、電池８とからなり、これら全てが軸受の環状空間Ｓ内に納まるように配置されている。制御手段６とタンク７および電池８は、軸方向から見た場合、略円弧状であり、これらと前記ポンプ５とが結合して、全体として輪状のユニット体として構成されている。なお、この給油ユニット１０は、軸受の対向面の固定輪側（この例においては外輪２の内周面２ｘ）に取り付けられている。

また、この給油ユニット１０のポンプ５に配設された潤滑剤供給用のノズル１９は、図６（ａ）および図６（ｂ）のようなパイプ状部材からなり、その先端部１９ｘの端面には、潤滑剤を吐出するための孔（先端穴１９ｚ）が設けられている。このノズル１９の先端部１９ｘは、保持器４と内輪１との間で、かつ、ボール３の転動軌道の近傍となる位置に配置されている。

なお、ボールを保持する保持器を有さない軸受装置の場合は、図９および図１０のように、ポンプ５のノズル１９の先端部１９ｘは、外輪２と内輪１との間で、かつ、ボール３の転動軌道の近傍となる位置に配置される。
特開２００４−１０８３８８号公報 特開２００４−３１６７０７号公報

ところで、転がり軸受の環状空間内では、転動体の転動運動により、軸受周方向に空気の流れ（気流）が発生していることが知られている。そのため、加速（加圧）されていない極微量の潤滑剤を用いる上記給油ユニット１０では、潤滑剤をこの気流による障壁（エアバリアあるいはエアーカーテン）の内側にまで到達させ、必要な部位に効率良く供給（滴下）するために、ノズル１９の先端部１９ｘを環状空間Ｓ内のボール３近傍まで挿入している。

しかしながら、従来の転がり軸受装置においては、このノズル１９の先端が垂直な形状にカットされており、潤滑剤を吐出する孔（先端穴１９ｚ）が軸受の軸方向に向かって設けられていることから、軸受の回転によって生じる気流の回り込みにより、先端部１９ｘに負圧が発生して、ポンプ５から潤滑剤が自然に流出してしまう場合があった。

また、この潤滑剤の吐出量をマイクロポンプ等の間欠動作によって制御する場合は、軸受の回転数などの条件によって、意図した以上の量の潤滑剤が吐出されてしまう恐れがある。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、軸受の回転に伴う潤滑剤の自然流出がなく、環状空間内に供給する潤滑剤の量を正確に制御することのできる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、同心状に配置された軌道部材どうしの間に形成される環状空間の中またはその近傍に、パイプ状のノズルを備えるポンプを配設し、このノズルの先端部を、当該環状空間の中に配置するとともに、前記ノズルの先端部に設けられた孔から、前記環状空間内に配置された転動体の近傍に潤滑剤を供給する転がり軸受装置において、前記ノズルの孔が、軸受の軸方向および径方向を除く方向に向けて形成されていることを特徴とする。

本発明は、給油ノズルを転動体あるいは保持器近傍にまで挿入して、ポンプにより潤滑剤の供給を行う転がり軸受装置において、このノズルに形成される吐出口を、軸受の回転により生じる気流に起因する負圧が発生し難い位置に配置することにより、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、前記ノズルの潤滑剤吐出用の孔を、環状空間内で発生する軸受周方向の気流に対して垂直となる方向（軸受軸方向および軸受径方向）を除く方向に向けて形成することにより、気流の回り込みにより発生する負圧を低減することができる。

また、前記ノズルの孔は、該ノズルの周面における軸受の周方向に相当する位置に形成することが望ましい（請求項２）。

フラットでかつ軸受軸方向に向けられる確率の高いノズル先端の端面に比べ、ノズルの周面は、曲面でかつ気流の流れ方向に対向する部位が多く、前記孔に作用する負圧を減じることが比較的容易であるが、中でも、軸受の回転で発生する気流の方向に合わせて、この孔を軸受周方向に向けて設けるのが、最も負圧の低減効果が高い。この構成により、本発明の転がり軸受装置は、軸受の回転に伴う潤滑剤の自然流出がなく、環状空間内に供給する潤滑剤の量を正確に制御することが可能になる。

なお、本発明においては、ノズル設ける潤滑剤吐出用の孔の数は特に限定されない。ノズルにおける軸受軸方向および軸受径方向に相当する位置を除けば、孔をノズル周面の周方向に複数形成することもできる。

以上のように、本発明によれば、給油ユニットを内臓するコンパクトな転がり軸受装置とすることができると同時に、自然流出による意図した以上の量の潤滑剤の吐出が抑制され、長期間の自動給油が可能な転がり軸受装置とすることができる。また、軸受環状空間内に供給する潤滑剤の量に無駄がなく、想定していた時間より早く貯留用タンクの中の潤滑剤が枯渇することによる潤滑不良や焼き付き等の軸受トラブルを、未然に防止することが可能になる。

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は、本発明の第１実施形態における転がり軸受装置に用いられている給油ユニット１０に設けられた潤滑剤供給用ノズル９を軸受径方向から見た模式的断面図（ａ）、およびこのノズル９を軸受周方向から見た図（ｂ）である。なお、この転がり軸受装置全体の構成は、図６および図７で示した従来例と同様であるため、その詳細な説明は省略する。また、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。

本実施形態における転がり軸受装置も、軌道部材としての内輪１および外輪２と、これら内外輪の対向面間に形成される環状空間Ｓ内に配置された複数のボール３と、これらのボール３を周方向に所定の間隔で保持する保持器４と、潤滑剤を供給する給油ユニット１０とから構成されている。

また、給油ユニット１０は、ポンプ５と、ポンプ５の制御手段６と、潤滑剤貯留用のタンク７と、電池８とからなり、軸受の対向面の固定輪側（外輪２の内周面２ｘ）に取り付けられているとともに、このポンプ５の軸受中央側端面には、先端部９ｘに潤滑剤を吐出するための２つの孔９ｙ，９ｙを有するノズル９が配設されている。

本実施形態における転がり軸受装置の特徴は、潤滑剤を吐出するノズル９の孔９ｙ，９ｙが、それぞれ軸受周方向に向けて形成されている点である。また、軸受軸方向を向いているノズルの先端穴９ｚは、樹脂部材１１により密閉されている。

以上の構成の転がり軸受装置においても、軸受が回転した場合、ボール３の転動により環状空間Ｓ内には図中の矢印で示される向き（軸受周方向）に気流が発生する。しかしながら、この転がり軸受装置は、この気流の流れと同じ軸受周方向に向けて孔９ｙ，９ｙが設けられていることにより、ノズル９の中を気流が通過することができる。

従って、本実施形態における転がり軸受装置は、ノズル先端部９ｘに負圧が発生することがなく、ポンプ５から潤滑剤が流出してしまうことを防止することができる。また、給油ユニット１０のポンプ５にマイクロポンプ等を採用する場合でも、環状空間Ｓ内に供給する潤滑剤の量を正確に制御することが可能になる。

なお、ノズル９に形成する孔９ｙは、図２（ａ）に示すように、軸受周方向に向けて形成することが最も望ましいが、本発明におけるノズルの孔に向きは、特にこの方向に限定されるものではない。また、図２（ｂ）のように、孔９ｙを軸受周方向以外に向けて形成する場合は、孔の中心線Ａとノズルの中心点Ｏにおける軸受周方向の接線Ｌとのなす角αが、７５°以下とすることが好ましく、更に好ましくは４５°以下である。この角αが７５°以下であれば、孔をノズル端面に形成する場合に比べ負圧が低減されることを、本発明者らは実験により確認している。

また、ボールを保持する保持器を有さない軸受装置（図９，１０を参照）の場合、図３のように、ポンプ５のノズル９の先端部９ｘは、環状空間Ｓ内のボール３転動軌道の近傍に配置されることとなる。この場合も、上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態における転がり軸受装置に用いられている給油ユニット１０に設けられた潤滑剤供給用ノズル９を軸受径方向から見た模式的断面図（ａ）、およびこのノズル９を軸受周方向から見た図（ｂ）である。

この第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、軸受周方向に向けて形成された孔１２ｙ，１２ｙを有するとともに、その先端穴１２ｚが樹脂部材１１により密閉された筒状部材１２が、ノズル９の先端部９ｘに取り付けられている点である。これらの孔１２ｙは、筒状部材１２の周面にワイヤーカット加工を施すことにより形成されている。

この構成によっても、第１実施形態と同様、ノズル先端部９ｘに負圧が発生することがなく、ポンプ５から潤滑剤が流出してしまうことを防止することができる。従って、本実施形態における転がり軸受装置も、軸受環状空間Ｓ内に供給する潤滑剤の量に無駄がなく、長期間の自動給油が可能な転がり軸受装置とすることができる。

なお、第１実施形態と同様、ボールを保持する保持器を有さない軸受装置の場合、図５のように、ポンプ５のノズル９の先端部９ｘは、環状空間Ｓ内のボール３転動軌道の近傍に配置されることとなる。この場合も、上記と同様の効果が得られることは勿論である。

また、上記２つの実施形態においては、給油ユニットのポンプノズルの先端に形成される好ましい孔の形状例を示したが、本発明においてノズルの先端部に形成される孔の個数や形状、およびその形成方法は、これら実施形態での例に限定されるものではなく、ノズル先端を密封する方法も任意である。

また、軸受の構成や給油ユニットの構造もこれらの例に限定されず、本発明は、潤滑剤給油ノズルを転動体あるいは保持器近傍にまで挿入して、ポンプにより潤滑剤の供給を行う転がり軸受装置に広く適用することができる。

例えば、軸受の固定輪に軸方向に隣接する環状部材（間座等）を有する軸受装置の場合は、給油ユニットをこの環状部材の中に配置することも可能である。これらの場合も、ポンプのノズルの先端部は、環状空間内のボール転動軌道あるいは保持器の近傍に潤滑剤を供給する位置に配置される。更には、軸受の固定輪と環状部材との間に、別の中間部材を介在させた構成としても良い。これらの構成の軸受装置においても、同様の効果を奏することができることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態の転がり軸受装置に用いられている給油ユニットの潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向から見た図（ａ）、および軸受周方向から見た図（ｂ）である。 （ａ）本発明の実施形態における潤滑剤供給用ノズルを軸受軸方向から見た図である。（ｂ）このノズルに形成される孔の向きを説明する図である。 本発明の第１実施形態における別の構成の転がり軸受装置に用いられている給油ユニットの潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向から見た図（ａ）、軸受周方向から見た図（ｂ）である。 本発明の第２実施形態の転がり軸受装置に用いられている給油ユニットの潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向から見た図（ａ）、軸受周方向から見た図（ｂ）である。 本発明の第２実施形態における別の構成の転がり軸受装置に用いられている給油ユニットの潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向から見た図（ａ）、軸受周方向から見た図（ｂ）である。 給油ユニットを備える転がり軸受装置の構成例を示す軸並行方向の断面図である。 図６のＸ−Ｘ線矢視断面図である。 転がり軸受装置に用いられている給油ユニットの従来の潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向から見た図（ａ）、軸受周方向から見た図（ｂ）である。 保持器を有さない転がり軸受装置に給油ユニットを配設した例を示す軸並行方向の断面図である。 保持器を有さない転がり軸受装置における給油ユニットの従来の潤滑剤供給用ノズルを軸受径方向から見た図（ａ）、軸受周方向から見た図（ｂ）である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
２ｘ 内周面
３ ボール
４ 保持器
５ ポンプ
６ 制御手段
７ タンク
８ 電池
９ ノズル
９ｘ 先端部 ９ｙ 孔 ９ｚ 先端穴
１０ 給油ユニット
１１ 樹脂部材
１２ 筒状部材
１２ｙ 孔 １２ｚ 先端穴
１９ ノズル
１９ｘ 先端部 １９ｚ 先端穴（孔）
Ｓ 環状空間

Claims (2)

1. 同心状に配置された軌道部材どうしの間に形成される環状空間の中またはその近傍に、パイプ状のノズルを備えるポンプを配設し、このノズルの先端部を、当該環状空間の中に配置するとともに、前記ノズルの先端部に設けられた孔から、前記環状空間内に配置された転動体の近傍に潤滑剤を供給する転がり軸受装置において、
   前記ノズルの孔が、軸受の軸方向および径方向を除く方向に向けて形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記ノズルの孔が、該ノズルの周面における軸受の周方向に相当する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
   

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