JP2009058050A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から微量の潤滑油が供給される転がり軸受において、使用初期に焼付きが発生するのを防止しつつ回転中に発生するオイル漏れを少なくすることができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転動体４と内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａとで構成される転動部と、転動体４とポケット５ａとの間と、外輪３の肩部３ｂとこの肩部３ｂに案内される保持器５の外周面５ｂとで構成される案内部とが、外部から供給される潤滑油により潤滑される転がり軸受１である。外部から潤滑油が供給される前の使用初期における初期潤滑油として、転動部にその表面を流体潤滑状態にする最小量Ｖ１の潤滑油が塗布されているとともに、案内部に潤滑油が塗布されており、案内部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量が、転動部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関する。さらに詳しくは、外部から微量の潤滑油が供給される転がり軸受に関する。

従来、例えば、潤滑油を貯留するタンクと、このタンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプと、このポンプの吐出口に設けられて潤滑油を吐出するノズルと、ポンプを駆動する駆動部とを備えた給油ユニットを転がり軸受に付設することにより、転がり軸受の内部に微量の潤滑油を供給して転がり軸受を潤滑するシステムが提案されている（特許文献１及び２参照）。そして、このように外部から微量の潤滑油が供給される転がり軸受においては、外部から潤滑油を供給する前の使用初期において焼付きが生じるのを防ぐために、初期潤滑油を軸受内部に塗布することが行われている。

特開２００４−１０８３８８号公報 特開２００６−１２５５４０号公報

ところが、従来は、軸受内部に潤滑不良が起こるのを確実に防止するために、初期潤滑油として軸受内部全体に多量の潤滑油を塗布しており、初期潤滑油の適正な塗布量については考慮されていなかった。このため、回転中に余剰の潤滑油が軸受外部に流出するオイル漏れが発生し、潤滑油に無駄が生じていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部から微量の潤滑油が供給される転がり軸受において、使用初期に焼付きが発生するのを防止しつつ回転中に発生するオイル漏れを少なくすることができる転がり軸受を提供することを目的としている。

本発明の転がり軸受は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有するとともに、この外輪軌道面の軸方向一方側にこの外輪軌道面の軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部が形成された外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を周方向において所定間隔に保持するポケットを有するとともに、その外周面の一部が、前記外輪の肩部に摺接することにより回転が案内される保持器と、を備え、前記転動体と前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面とで構成される転動部と、前記転動体と前記ポケットとの間と、前記外輪の肩部とこの肩部に案内される前記保持器の外周面とで構成される案内部とが、外部から供給される潤滑油により潤滑される転がり軸受において、外部から潤滑油が供給される前の使用初期における初期潤滑油として、前記転動部にその表面を流体潤滑状態にする最小量の潤滑油が塗布されているとともに、前記案内部に潤滑油が塗布されており、前記案内部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量が、前記転動部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量以下であることを特徴としている。

この転がり軸受では、初期潤滑油を塗布する箇所を転動部と案内部とし、さらに初期潤滑油の塗布量を上記のように規定しているので、軸受全体に多量の初期潤滑油が塗布されていた従来に比べて初期潤滑油の塗布量を少なくすることができ、且つ使用初期に焼付きが発生するのを防止することができる。従来より初期潤滑油の塗布量が減らせるので、回転中に発生するオイル漏れを少なくすることができ、潤滑油の無駄をなくすことができる。また、保持器の外周面に初期潤滑油が塗布されているので、高速回転時にも保持器の良好な潤滑が確保される。すなわち、本発明者は、外部から微量の潤滑油が供給される転がり軸受において使用初期に焼付きが発生するのを防止しつつ回転中にオイル漏れが発生するのを防止すべく鋭意研究を重ねた結果、初期潤滑油を塗布する箇所とその塗布量とを選択することにより、前記焼付きとオイル漏れとを同時に防止できることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成させたものである。

また、本発明の転がり軸受は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有するとともに、この外輪軌道面の軸方向一方側にこの外輪軌道面の軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部が形成された外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を周方向において所定間隔に保持するポケットを有するとともに、その外周面の一部が、前記外輪の肩部に摺接することにより回転が案内される保持器と、を備え、前記転動体と前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面とで構成される転動部と、前記転動体と前記ポケットとの間と、前記外輪の肩部とこの肩部に案内される前記保持器の外周面とで構成される案内部とが、外部から供給される潤滑油により潤滑される転がり軸受において、外部から潤滑油が供給される前の使用初期における初期潤滑油として、前記転動部のみにその表面を流体潤滑状態にする最小量の潤滑油が塗布されていることを特徴としている。

この転がり軸受によれば、初期潤滑油が、転動部のみにその表面を流体潤滑状態にする最小量で塗布されているので、従来に比べて初期潤滑油の塗布量を少なくすることができ、且つ使用初期に焼付きが発生するのを防止することができる。この場合、案内部にも初期潤滑油が塗布されていないので、初期潤滑油の量がさらに少なくなり、回転中に発生するオイル漏れをより少なくすることができる。すなわち、本発明者が初期潤滑油を塗布する箇所とその塗布量との関係について鋭意研究を重ねる中で、初期潤滑油を転動部のみに必要量を塗布すれば、初期回転によって案内部に初期潤滑油が供給されるため、案内部に初期潤滑油を塗布しなくても初期運転に支障がないことが判明し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。

本発明の転がり軸受によれば、初期潤滑油を塗布する箇所及びその塗布量を規定しているので、使用初期に焼付きが発生するのを防止しつつ回転中に発生するオイル漏れを少なくすることができる。この結果、潤滑油の無駄をなくすことができる。

以下、本発明の実施形態を、添付した図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の概略断面図である。図１における転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、これらの間に配置された転動体としての玉４と、この玉４を保持する保持器５とで構成されるアンギュラ玉軸受である。

内輪２は環状に形成されており、その外周に周方向全周に亘って形成された溝状の内輪軌道面２ａを有している。
外輪３も環状に形成されており、その内周に周方向全周に亘って形成された溝状の外輪軌道面３ａを有している。また、この外輪軌道面３ａの軸方向一方側には、後述する保持器５を案内するために、外輪軌道面３ａの軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部３ｂが形成されている。外輪３は、内輪２と同心に配置されている。

保持器５は、例えば、フェノール樹脂等の合成樹脂からなり、玉４を収容する複数のポケット５ａが周方向において等間隔に設けられている。
この保持器５は、内輪２の内周面と外輪３の外周面との間に、内輪２及び外輪３と略同心に配置されており、外輪３の肩部３ｂに対向する外周面（被案内面）５ｂが外輪３の肩部の内周面（案内面）３ｃに摺接することにより回転が案内される。
そして、玉４は保持器５の各ポケット５ａに保持された状態で、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間を転動する。

転がり軸受１は、給油ユニットＫによって軸受内部に微量の潤滑油が供給されることにより潤滑される。ここで、「微量の」潤滑油とは、一度に供給される潤滑油の量が、ナノリットル（ｎｌ）オーダーであることを意味している。
図２は、図１における転がり軸受１の側面図であって、給油ユニットＫを説明するためのものである。

給油ユニットＫは、例えば、潤滑油を貯留するタンク６、このタンク６内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ７、このポンプ７の吐出口に設けられて潤滑油を吐出するノズル８、及びポンプ７を駆動する駆動部（図示せず）を備えている。
この実施形態では、図１及び図２に示すように、タンク６及びポンプ７が転がり軸受１に内蔵されている。

すなわち、内輪２及び外輪３には、玉４を保持するための部分に加えて、給油ユニット設置用延長部２ｂ，３ｄが形成されており、ポンプ７は、外輪３の給油ユニット設置用延長部３ｄの内周面に着脱可能に取り付けられている。また、タンク６は、軸方向から見て円弧状とされて、ポンプ７と周方向に隣り合うように外輪３の給油ユニット設置用延長部３ｄの内周面に着脱可能に取り付けられており、導管９によってポンプ７と接続されている。

ポンプ７は、圧電素子によって被駆動部であるダイアフラムを往復させることにより、ポンプ７室内にタンク６内の潤滑油を吸引してノズル８から吐出させるダイアフラムポンプとされている。
ノズル８は、その潤滑油出口が転がり軸受１の内輪２と外輪３との間に環状空間内で開口しており、タンク６内の潤滑油を微量ずつ内輪２の内輪軌道面２ａの近傍及び玉４に対して供給する。
駆動部には、電源電池（又は発電機）又は外部電源の変圧回路、ポンプ制御回路等が設けられており、この駆動部からの電圧信号によって、ポンプ７が駆動され、ポンプ７がタンク６から潤滑油を吸引することによって、ノズル８から、玉４及び内輪軌道面２ａ方向に潤滑油が吐出される。

これにより、玉４と内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａとで構成され、玉４と内外輪軌道とが接触する転動部と、外輪３の肩部３ｂとこの肩部３ｂに案内される保持器５の外周面５ｂとで構成され、保持器５の外周面と外輪３の内周面とが接触する案内部と、玉４とポケット５ａとの間とが潤滑される。

潤滑油における基油の種類としては、エステル系、エーテル系、フッ素系、シリコーン系、合成炭化水素系のいずれを用いてもかまわない。潤滑油として、例えば、フッ化ポリマー油、フッ化ポリエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、ポリフェニルエーテル油、ポリオールエステル油、ポリアルファオレフィン油等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は２種以上を混合して用いることができる。

転がり軸受１においては、給油ユニットＫによって外部から潤滑油が供給される前の使用初期において、初期潤滑が行われる。
初期潤滑に使用される潤滑油（初期潤滑油）は、給油ユニットＫによって供給される潤滑油と同じであるが、異なる潤滑油を使用することも可能である。

本実施形態では、初期潤滑油を、外部から供給される潤滑油によって潤滑される転動部、案内部及び玉４とポケット５ａとの間のうち、転動部と案内部とに塗布している。
初期潤滑油の塗布量は、転動部の表面積Ｘ及び案内部の表面積Ｙに対応して決められる。
転動部の表面積Ｘは、すべての玉４の表面積に、内輪軌道面２ａにおける接触楕円の長尺の直径ｄ２に内輪軌道の全周長さを乗じた面積と、外輪軌道面３ａにおける接触楕円の長尺の直径ｄ１に外輪軌道の全周長さを乗じた面積とを加えることにより計算される。

初期潤滑油の転動部への塗布量は、その表面積Ｘを流体潤滑状態にする体積Ｖ１であり、これは焼付きの発生を流体潤滑により防ぐ必要最小量に相当する。転動部への塗布は、転がり軸受１を組み立てた後、例えばマイクロシリンジにより潤滑油をＶ１だけ測り採り、玉４の表面、内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａの少なくとも１つに塗布して軽く回転させることにより行われる。塗布は玉４の表面に行うことが好ましい。

案内部の表面積Ｙは、図３においてクロスハッチで示される、保持器５の被案内面５ｂの面積として計算される。言い換えると、案内部の表面積Ｙは、保持器５の円筒外周面における、肩部３ｂの内周面と摺接可能な面積である。
そして、案内部への初期潤滑油の塗布量（Ｖ２）は、Ｖ１／Ｘ：Ｖ２／Ｙ＝１：１の関係を満たす体積とする。すなわち、案内部の初期潤滑油の単位面積当たりの塗布量が、転動部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量と等しく、案内部に塗布された初期潤滑油の厚さ（Ｖ２／Ｙ）は、転動部に塗布された潤滑油の厚さ（Ｖ１／Ｘ）と同じ厚さになる。案内部への初期潤滑油の塗布量がこれより多くなると、オイル漏れが大きくなるために好ましくない。案内部への初期潤滑油の塗布は、転動部への塗布と同様に、転がり軸受１を組み立てた後、例えばマイクロシリンジにより潤滑油をＶ２だけ測り採り、外輪３の案内面３ｃ及び保持器５の被案内面５ｂの少なくとも一方に塗布して軽く回転させることにより行われる。

第１の実施形態においては、初期潤滑油として、転動部及び案内部に必要量の潤滑油が塗布されているので使用初期に焼付きが発生するのを防止することができるとともに、従来の軸受内部に多量の潤滑油が塗布される場合と比較して、回転中に発生するオイル漏れを少なくすることができる。この場合、転動部の玉４に塗布された初期潤滑油により玉４とポケット５ａとの間も潤滑されている。また、保持器５の外周面５ｂに初期潤滑油が塗布されているので、高速回転時にも保持器５の良好な潤滑が確保されることになる。そして、初期潤滑油の塗布量が従来より少なくなるので、転がり軸受の外部に潤滑油が漏れ出して外部を汚すことを防ぐことができる。さらに、発塵もほとんど起こらない。

本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受１は、初期潤滑油として、転動部のみにその表面を流体潤滑状態にする最小量の潤滑油が塗布されている。すなわち、案内部に潤滑油が塗布されていないこと以外は、上記第１の実施形態と同じであり、その説明を省略する。
第２の実施形態においては、初期潤滑油が、転動部のみにその表面を流体潤滑状態にする最小量で塗布されているので、従来に比べて初期潤滑油の塗布量を少なくすることができ、且つ使用初期に焼付きが発生するのを防止することができる。この場合、案内部にも初期潤滑油が塗布されていないので、初期潤滑油の量がさらに少なくなり、回転中に発生するオイル漏れをより少なくすることができる。ここでは案内部に初期潤滑油が塗布されていないが、転動部に塗布された初期潤滑油が案内部の潤滑にも寄与することから、初期運転に支障は生じない。この場合にも第１の実施形態と同様、発塵もほとんど起こらない。

なお、本発明は前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。
例えば、上記第１の実施形態では、初期潤滑油の案内部への塗布量を、Ｖ１／Ｘ：Ｖ２／Ｙ＝１：１の関係を満たす体積（Ｖ２）としているが、この塗布量は最大値であって、これより少ない量とすることも可能である。
また、上記実施形態では、給油ユニットＫのタンク６及びポンプ７を転がり軸受１に内蔵させているが、タンク６及びポンプ７は、転がり軸受１の外部、例えば、転がり軸受１が取り付けられているハウジング等の適当な位置に取り付けてもよい。また、図４に示すように、給油ユニットＫのすべての構成を転がり軸受１の外部に設けるようにしてもよいし、また、給油ユニットＫのすべての構成を転がり軸受１に内蔵させることも可能である。
給油ユニットＫは、軸受内部に微量の潤滑油を供給するものであればよく、上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、微量の潤滑油を供給可能であれば、オイルミスト潤滑装置やオイルエア潤滑装置、オイルジェット潤滑装置であってもよい。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
図５に示す、内径（Ｄ１）が７０ｍｍであり、外径（Ｄ２）が１１０ｍｍであり、組立幅（Ｗ）が２０ｍｍであるアンギュラ玉軸受を試料軸受２１として用いた。この試料軸受２１の保持器２５は外輪２３で案内されている。

この試料軸受２１を洗浄脱脂し、玉２４と内外輪軌道面２２ａ，２３ａ（転動部）に３６０ｎｌ、保持器２５の被案内面２５ｂと外輪２３の案内面２３ｂ（案内部）に８０ｎｌの合計４４０ｎｌのスピンドル油（ＶＧ２２）を初期潤滑油として塗布した。３６０ｎｌ及び８０ｎｌは、計算上、玉２４と内外輪軌道２２ａ，２３ａ（転動部）、及び保持器２５の被案内面２５ｂと外輪２３の案内面２３ｂ（案内部）がそれぞれ流体潤滑状態になる最小油量である。すなわち、案内部と転動部には、単位表面積当たり等しい量の初期潤滑油が塗布されていることになる。なお、初期潤滑油の塗布した油量は、以降も含め室温での体積である。

次に、図６に示す主要部を有する回転試験機３０に前記試料軸受２１を組み込み、バネで矢印Ｐ方向にアキシアル荷重１３００Ｎを負荷した後、回転速度１８０００ｒ／分で矢印Ｑ方向に回転させ、運転可能時間を測定した。その結果を表１に示す。

実施例２
実施例１において、初期潤滑油として転動部だけに３６０ｎｌ塗布した以外は、実施例１と同様にして運転可能時間を測定した。その結果を表１に示す。

比較例１
実施例１において、初期潤滑油として案内部だけに８０ｎｌ塗布した以外は、実施例１と同様にして運転可能時間を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示された結果から、初期潤滑油を転動部に３６０ｎｌ及び案内部に８０ｎｌ塗布した実施例１の試料軸受２１と、初期潤滑油を転動部だけに３６０ｎｌ塗布した実施例２の試料軸受２１とは、初期潤滑油を案内部だけに８０ｎｌ塗布した比較例１の試料軸受２１と対比して、運転可能時間が非常に長いことがわかる。また、初期潤滑油を転動部だけに３６０ｎｌ塗布した実施例２の試料軸受２１は、初期潤滑油を転動部に３６０ｎｌ及び案内部に８０ｎｌ塗布した実施例１の試料軸受２１と同程度の運転可能時間であることがわかる。なお、実施例１及び実施例２の試料軸受２１では、いずれもオイル漏れは発生しなかった。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受を示す概略断面図である。 図１の転がり軸受の側面図である。 図１の転がり軸受の保持器を示す平面説明図である。 給油ユニットの他の取り付け位置を説明する概略断面図である。 実施例で用いられる試料軸受の概略断面図である。 実施例で用いられる回転試験機の主要部を説明する概略断面図である。

符号の説明

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体（玉）
５ 保持器
６ タンク
７ ポンプ
８ ノズル
９ 導管
Ｋ 給油ユニット

Claims (2)

1. 外周に内輪軌道面を有する内輪と、
   内周に外輪軌道面を有するとともに、この外輪軌道面の軸方向一方側にこの外輪軌道面の軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部が形成された外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体と、
   前記複数の転動体を周方向において所定間隔に保持するポケットを有するとともに、その外周面の一部が、前記外輪の肩部に摺接することにより回転が案内される保持器と、を備え、
   前記転動体と前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面とで構成される転動部と、前記転動体と前記ポケットとの間と、前記外輪の肩部とこの肩部に案内される前記保持器の外周面とで構成される案内部とが、外部から供給される潤滑油により潤滑される転がり軸受において、
   外部から潤滑油が供給される前の使用初期における初期潤滑油として、前記転動部にその表面を流体潤滑状態にする最小量の潤滑油が塗布されているとともに、
   前記案内部に潤滑油が塗布されており、
   前記案内部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量が、前記転動部の潤滑油の単位表面積当たりの塗布量以下であることを特徴とする転がり軸受。
2. 外周に内輪軌道面を有する内輪と、
   内周に外輪軌道面を有するとともに、この外輪軌道面の軸方向一方側にこの外輪軌道面の軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部が形成された外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体と、
   前記複数の転動体を周方向において所定間隔に保持するポケットを有するとともに、その外周面の一部が、前記外輪の肩部に摺接することにより回転が案内される保持器と、を備え、
   前記転動体と前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面とで構成される転動部と、前記転動体と前記ポケットとの間と、前記外輪の肩部とこの肩部に案内される前記保持器の外周面とで構成される案内部とが、外部から供給される潤滑油により潤滑される転がり軸受において、
   外部から潤滑油が供給される前の使用初期における初期潤滑油として、前記転動部のみにその表面を流体潤滑状態にする最小量の潤滑油が塗布されていることを特徴とする転がり軸受。

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