JP2006214470A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転がり軸受の内輪と外輪の間の環状空間内の転動体の近傍で開口するノズルを介して、タンク内の潤滑油をポンプにより転がり軸受内に直接的に潤滑油を供給する給油ユニットを備えた転がり軸受装置において、ノズルからの潤滑油が転がり軸受の潤滑に寄与せずに給油ユニット側ないしは転がり軸受外に流出してしまうことを抑制し、少ない潤滑油量で効率的に転がり軸受を潤滑することのできる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 ノズル２３の先端開口部とポンプ２２との間に、これら両者間の空間の内少なくとも外輪１２側の空間を仕切る環状のシールド部材３を配置することにより、転がり軸受の回転に伴う遠心力と空気流の乱れにより外輪１２側を通ってポンプ２１側に向かう潤滑油の移動を阻止し、内・外輪１１，１２と転動体１３との転がり接触部位や保持器１４側に移動する潤滑油量を増大させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は自己潤滑機能を備えた転がり軸受装置に関する。

例えば工作機械等に用いられる各種スピンドル等、比較的高速度で回転する軸の支持にはアンギュラ玉軸受などの転がり軸受が用いられる。このような高速回転軸を支持する転がり軸受に対する潤滑方法としては、従来、主としてオイルエア潤滑方式が多用されている。

オイルエア潤滑方式は、間欠的に供給される微量の潤滑油を配管を通じて圧縮空気により転がり軸受に向けて吹き付ける方式であり、高速で回転する転がり軸受の回りに形成されるエアカーテンを突き破って潤滑油を軸受に供給するために、圧縮エアが言わばキャリアとして用いられる。

このようなオイルエア潤滑方式においては、潤滑対象とする転がり軸受が組み込まれているスピンドル等の外部にオイルエア潤滑装置やミキシングバルブ、更にはコンプレッサ並びに外部配管が必要なほか、スピンドル等の内部にもオイルエア用の通路を形成する必要があってコストが高くなるばかりでなく、圧縮エアを用いるが故に騒音レベルが高くなるという問題もある。

このような問題を解決するために、転がり軸受内部に給油ユニットを内蔵させてなる、言わば自己潤滑機能付きの転がり軸受装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

この自己潤滑機能付きの転がり軸受装置においては、図９にその軸平行断面図を、図１０にその右方から見た正面図を例示するように、内輪８１、外輪８２および転動体８３を主たる構成要件とする転がり軸受の固定輪、例えば外輪８２に、潤滑油を貯留するタンク８５と、そのタンク８５内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ８６、そのポンプ８６の吐出口に取り付けられて、内輪８１と外輪８２の間の環状空間内の転動体８３の近傍にまで伸びて開口するノズル８７、およびポンプ８６の電源電池を含む駆動回路８４からなる給油ユニットを固定した構造とし、ノズル８７の先端から例えば数十ｎｌ／ｍｉｎ（数十μｃｃ／ｍｉｎ）程度の極微量の潤滑油を、転がり軸受の回転時に形成されるエアカーテンの内側に供給する。

この提案によれば、潤滑油は転がり軸受の回転時に生じるエアカーテンの内側に供給されるため、オイルエア潤滑方式のようにキャリアとしての圧縮エアが不要となって騒音の問題を解消することができるとともに、コンプレッサやオイルエア潤滑装置、更には外部配管および内部配管も不要となって、コスト的にも有利となる。
特開２００４−１０８３８８号公報

ところで、以上のような自己給油機能を持つ転がり軸受装置においては、ノズルの先端開口部から転がり軸受内部に供給される潤滑油量が前記したように極微量である関係上、転がり軸受が高速度で回転すると、軸受内部に生じる空気流の乱れにより、ノズル先端から供給した潤滑油の一部が、内・外輪の軌道面と転動体間の転がり接触部位や保持器のポケット内面に至ることなく、ポンプ側に飛散したり、更には軸受外に飛散する場合があることが判明した。

本発明の課題は、ノズルを介して軸受内部に供給された潤滑油が内・外輪の軌道面と転動体との転がり接触部位や保持器のポケット内面以外の部位への飛散を抑制し、少ない潤滑油量で効率的に転がり軸受を潤滑することのできる自己潤滑機能付きの転がり軸受装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の転がり軸受装置は、内輪と外輪の間に、複数の転動体が転動自在に配置されてなる転がり軸受と、その転がり軸受の内輪と外輪の間に形成される環状空間内に入り込んで転動体の近傍で開口するノズルと、潤滑油を貯留するタンクと、そのタンクおよび上記ノズルにそれぞれ連通し、当該タンク内の潤滑油を吸引して上記ノズルの開口部を介して転がり軸受内部に供給するポンプを備えてなる転がり軸受装置において、上記ノズルの先端開口部と上記ポンプの間に、これら両者間の空間のうち少なくとも外輪側の空間を仕切る環状のシールド部材が配置されていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記ポンプが転がり軸受の内輪および外輪の間の環状空間内に設けられ、上記シールド部材は外輪の内周面に固定されている構成（請求項２）、あるいは、上記ポンプが転がり軸受に隣接配置される他部材に設けられ、上記シールド部材は、その他部材に設けられている構成（請求項３）のいずれをも採用することができる。

本発明は、潤滑油を供給するノズル開口部とポンプとの間を、少なくとも外輪側において遮蔽することによって、課題を解決しようとするものである。

すなわち、ノズル開口部から供給されて転がり軸受の内・外輪の軌道面と転動体との間の転がり接触部位や保持器のポケットに向かわずにポンプ側に飛散する潤滑油の多くは、転がり軸受の回転に伴う遠心力によって外輪側に向かう。そこで、ノズル開口部とポンプとの間の空間のうち外輪側の空間を仕切るシールド部材を設けることによって、ポンプ側に向けて飛散して潤滑に寄与しない潤滑油量を少なくすることができ、ひいては潤滑効率を向上させることができる。

本発明においては、ポンプは転がり軸受の内部に配置してもよいし、転がり軸受に近接配置される他部材、例えば間座に配置してもよいのであるが、転がり軸受内部にポンプを配置する場合には、シールド部材は請求項２に係る発明のように外輪の内周面に固定する構造を、他部材にポンプを配置する場合には、シールド部材はその他部材に設ける構造を採用すればよい。また、シールド部材をポンプとあらかじめ一体にしておけば、転がり軸受の内部やタブ材への組み込み性が向上する。更に、タンクを転がり軸受のの内部やタブ材に配設している場合にはシールド部材をタンクと一体にしておいてもよい。

本発明によれば、転がり軸受の内輪と外輪の間の環状空間内に挿入されて転動体の近傍で開口するノズルと、そのノズルを介してタンク内の潤滑油を供給するポンプを備えた転がり軸受装置において、ノズルの開口部とポンプとの間の空間を、少なくとも外輪側において仕切るためのシールド部材を設けたので、ノズルの開口部から供給された潤滑油が転がり軸受の内・外輪の軌道面と転動体との転がり接触部位や保持器のポケットに至らずにポンプ側に向かうことを効果的に抑制することができ、供給した潤滑油が転がり軸受の潤滑に寄与する率を向上させることができる。その結果、タンク内の潤滑油の補充が不可能なタイプにあっては、その寿命を向上させることができ、また、タンク内の潤滑油の補充が可能なタイプにあっては、その補充のインターバルを長くすることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明をアンギュラ玉軸受に適用した実施の形態の軸平行断面図であり、図２はその右方から見た正面図である。

アンギュラ玉軸受１は、内輪１１と外輪１２の間に、複数の転動体（ボール）１３を保持器１４により周方向に一定の間隔で保持した状態で転動自在に配置してなる公知の構造を備えたものであるが、この例においては、内輪１１および外輪１２は通常のアンギュラ玉軸受に比して軸方向一端面側に互いに同じ寸法だけ長くなっており、その内輪１１および外輪１２の延長部分において、これらの間に形成されている環状空間内に給油ユニット２が組み込まれている。

給油ユニット２は、潤滑油を貯留するタンク２１と、そのタンク２１に管２１ａを介して連通し、タンク２１内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ２２と、そのポンプ２２の吐出口に基端部が連通し、その先端開口部が保持器１４の端面を越えて転動体１３の近傍にまで至るノズル２３と、ポンプ２２の電源電池を含む駆動回路２４によって構成され、これらは固定輪である外輪１２の内周面に対して固定されている。

図３はこの給油ユニット２の全体構成例を示す図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示している。
ポンプ２２は、ポンプ室２２ａと、そのポンプ室２２ａの一部の壁体を形成するダイアフラム２２ｂと、そのダイアフラム２２ｂに貼り付けられた圧電素子２２ｃ、およひポンプ室２２ａと管２１ａとの接続部に設けられた逆止弁２２ｄによって構成されている。駆動回路２４は電源電池２４ａを含み、圧電素子２２ｃに対して矩形の電圧信号を供給する。この構成において、圧電素子２２ｃに矩形の電圧信号が印加されることによりダイアフラム２２ｂが図中上下に変位する。ダイアフラム２２ｂの上方への変位時に逆止弁２２ｄおよび管２１ａを介してタンク２１内の潤滑油をポンプ室２２ａ内に吸引し、続く下方への変位時にポンプ室２２ａ内の潤滑油をノズル２３に向けて吐出し、ノズル２３の先端開口部２３ａから転動体１３の近傍、保持器１４の内周面に向けて供給する。ポンプ２２の潤滑油吐出時には、逆止弁２２ｄの存在によってポンプ室２２ａ内の潤滑油は管２１ａ側に戻ることはない。アンギュラ玉軸受１に対する潤滑油の供給量は、おおよそ３０ｎｌ／ｍｉｎ（３０μｃｃ／ｍｉｎ）程度の極微量である。なお、使用条件によっては、潤滑油の供給量は数百ｐｌ〜数百ｎｌ／ｍｉｎに変えることができる。

さて、この実施の形態における最大の特徴は、アンギュラ玉軸受１の転動体列およびこれらを保持する保持器１４と、給油ユニット２との間にシールド部材３が配置されている点である。このシールド部材３は全体として環状をなし、環状の平板部３ａと、その内周に転動体列側に向けて庇状に突出形成された突出部３ｂを備え、平板部３ａの外周面が外輪１２の内周面に嵌合固定されている。また、図４（Ａ）にシールド部材３のノズル２３挿入部の近傍の拡大図を、同図（Ｂ）にはそのＢ矢視図を示すように、突出部３ｂには、ノズル２３を通すためのＵ字形の切欠き部３ｃが形成されている。

以上のようなシールド板３の存在により、給油ユニット２とアンギュラ玉軸受１の転動体列との間の空間は、ノズル２３の先端開口部よりも軸受外周側、つまり外輪１２側において軸方向に仕切られた状態となる。従って、以上の本発明の実施の形態においてノズル２３の先端開口部から供給した潤滑油のうち、アンギュラ玉軸受１の回転に伴う空気流の乱れによって転動体１３ないしは保持器１４側に向かわずに給油ユニット２側に向かう潤滑油は、軸受回転に伴う遠心力により主として外輪１２側を通過しようとするが、シールド部材３によりせき止められる。また、シールド部材３の内周側に設けられている突出部３ｂの存在によって、潤滑油がシールド部材３の内周側を越えて給油ユニット２側に移動することも阻止することができる。更に、ノズル２３がＵ字形の切欠き部３ｃに挿入されているため、ノズル２３の先端開口部から滴下された潤滑油が当該ノズル２３を伝って給油ユニット２側に移動することも阻止することができる。

その結果、ノズル２３から供給された潤滑油が効率的にアンギュラ玉軸受１の潤滑に寄与し、少ない潤滑油供給量のもとに確実にアンギュラ玉軸受１を潤滑することができ、ひいてはタンク２１に潤滑油を補充できないタイプではその寿命を向上させることができ、タンク２１に潤滑油を補充できるタイプにあってはその補充のインターバルを長くすることができる。

ここで、以上の実施の形態においては、アンギュラ玉軸受に本発明を適用した例を示したが、アンギュラ玉軸受以外の軸受、例えば深溝玉軸受等にも本発明を適用し得ることは勿論である。

また、以上の実施の形態においては、ノズルを通すためにＵ字形の切欠き部を形成した例を示したが、他の形状の切欠き部であっても、あるいは種々の形状の孔であってもよい。

更に、以上の実施の形態においては、給油ユニット２を転がり軸受内部に組み込んだ例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、使用時において転がり軸受に隣接配置される部材、例えば間座などに給油ユニットを配置してもよい。図５にその例を軸平行断面図で示す。

この図５の例では、内輪１０１、外輪１０２、転動体１０３および保持器１０４からなる汎用のアンギュラ玉軸受１０に隣接配置される間座４１，４２のうち、固定輪である外輪１０２用の間座４２の内周面に、図１の例と同等のタンク２１、ポンプ２２、ノズル２３および駆動回路（図示略）を固定している。ノズル２３はアンギュラ玉軸受１０の一端面側から内輪１０１と外輪１０２の間の環状空間内に入り込み、その先端が図１の例と同様に転動体１０３の近傍において開口している。そして、間座４２のアンギュラ玉軸受１０側の端部には、先の例におけるシールド部材３と同等の形状をしたシールド部４３が一体に形成されている。

すなわち、図６（Ａ）に間座４２の正面図を、同図（Ｂ）にそのＢ−Ｂ断面図を示すように、円筒状の間座本体部４２ａの一端面に、中心に向けて内フランジ状に突出する平板部４３ａが一体形成されているとともに、その平板部４３ａの内周側には、軸方向に庇状に転動体１０３側に突出する突出部４３ｂが形成され、更にその突出部４３ｂには、ノズル２３を通すためのＵ字形の切欠き部４３ｃが形成されている。このように間座４２に給油ユニット２を組み込む場合には、ノズル２３から供給された潤滑油が給油ユニット２側に流出することを防止するためのシールド機能を間座側に設けることにより、転がり軸受としては汎用のものを用いて、先の例と同等の作用効果を奏することができる。

また、以上の各実施の形態においては内輪回転で用いられる転がり軸受に本発明を適用した例を示したが、外輪回転で用いられる転がり軸受にも本発明を適用することができる。その例を図７に軸平行断面図で示す。

この図７の例は、図１の例と同様の内輪１１、外輪１２、転動体１３および保持器１４を備えたアンギュラ玉軸受１の内部に給油ユニット２を組み込んでいるのであるが、内輪１１を固定し、外輪１２を回転させて用いられ、給油ユニット２のタンク２１、ポンプ２２とノズル２３、および駆動回路（図示略）はそれぞれ内輪１１の外周面に固定されている。一方、シールド部材３０については、図１の例と同様に外輪１２の内周面に嵌合固定されている。このシールド部材３０は、外輪１２とともに回転するため、図１の例のような切欠き部を形成してそこにノズル２３を通すことはできないが、ノズル２３の先端開口部から供給された潤滑油は、軸受回転に伴う遠心力により主として外輪１２側を通って給油ユニット２側に移動することが多いため、その移動を有効に阻止することができ、従来のものに比して、ノズル２３から供給された潤滑油が実際に潤滑に寄与する率が大幅に向上する。

また、シールド部材をポンプとあらかじめ一体に形成しておけば、転がり軸受の内部や他部材への組み込み性が向上する。その例を図８に軸平行断面図で示す。また、タンクを転がり軸受の内部や他部材に配設している場合には、シールド部材をタンクと一体にしておいても同様に組み込み性が向上する。

本発明をアンギュ浦玉軸受に適用した実施の形態の軸平行断面図である。 図１の右方から見た正面図である。 本発明の実施の形態における給油ユニット２の全体構成例を示す図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態のシールド部材３のノズル２３挿入部の近傍の拡大図（Ａ）およびそのＢ矢視図（Ｂ）である 本発明の他の実施の形態の軸平行断面図である。 図５の実施の形態における間座４２の正面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。 本発明の更に他の実施の形態の軸平行断面図である。 本発明の更にまた他の実施の形態の軸平行断面図である。 自己潤滑機能を有する従来の転がり軸受の構成例を示す軸平行断面図である。 図９の右方から見た正面図である。

符号の説明

１，１０ アンギュラ玉軸受
１１，１０１ 内輪
１２，１０２ 外輪
１３，１０３ 転動体
１４，１０４ 保持器
２ 給油ユニット
２１ タンク
２２ ポンプ
２３ ノズル
２４ 駆動回路
２４ａ 電源電池
３，３０ シールド部材
３ａ 平板部
３ｂ 突出部
３ｃ 切欠き部
４１，４２ 間座
４３ シールド部

Claims (3)

1. 内輪と外輪の間に、複数の転動体が転動自在に配置されてなる転がり軸受と、その転がり軸受の内輪と外輪の間に形成される環状空間内に入り込んで転動体の近傍で開口するノズルと、潤滑油を貯留するタンクと、そのタンクおよび上記ノズルにそれぞれ連通し、当該タンク内の潤滑油を吸引して上記ノズルの開口部を介して転がり軸受内部に供給するポンプを備えてなる転がり軸受装置において、
   上記ノズルの先端開口部と上記ポンプの間に、これら両者間の空間のうち少なくとも外輪側の空間を仕切る環状のシールド部材が設けられていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 上記ポンプが転がり軸受の内輪と外輪の間の環状空間内に設けられ、上記シールド部材は外輪の内周面に固定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。
3. 上記ポンプが転がり軸受に隣接配置される他部材に設けられ、上記シールド部材は、その他部材に設けら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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