JP2010090916A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の径方向の位置を安定させるとともに、軌道輪と保持器との間の潤滑を適切に維持することが可能な転がり軸受を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受１０は、外輪１１に隣接して配置された外側間座１５を備え、外側間座１５には保持器１４の被案内面２２に摺接可能に対向する案内面２１が形成される。案内面２１と被案内面２２との対向領域Ａ１，Ａ２は軸方向に分離され、この対向領域Ａ１，Ａ２の間にバッファ領域３０が設けられる。外側間座１５に形成されたオイルエア用の流路１７ｃからバッファ領域３０に流入した圧縮空気は、バッファ領域３０において減圧され、軸方向両側の対向領域Ａ１，Ａ２に流出するときに増圧される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特に、保持器とその案内面との間にオイルエア潤滑方式等の圧縮空気を吹き付ける形式の転がり軸受に関する。

一般に、円筒ころ軸受等の転がり軸受は、外輪と、この外輪の径方向内側に同心状に配置された内輪と、外輪及び内輪の間に転動可能に配置された複数の転動体と、複数の転動体の周方向間隔を保持する保持器とによって構成されている。また、転がり軸受の保持器の案内方式として、外輪案内、内輪案内、転動体案内の３つの方式が知られている。

上記案内方式のうち転動体案内は、高速回転時に発生する遠心力による保持器の振れ回りや、転動体から受ける負荷による面圧の増大、滑り面の潤滑不足等が原因で保持器のポケットに発熱や焼き付きが生じやすくなり、耐久性の点で不利となる。これに対して、外輪案内や内輪案内（以下、これらを軌道輪案内と総称する）は、転動体案内と比べて高速回転時の耐摩耗性能が高いため、例えば工作機械の主軸支持用としても好適に使用できる。しかし、この軌道輪案内においても耐摩耗性能をより向上させることが望まれている。ここで、保持器と軌道輪との接触に伴う摩耗等をより少なくするためには、両者間の潤滑を適切に維持しつつ、保持器が傾くことがないように径方向の位置を安定させることが要求される。

なお、下記特許文献１には、保持器と外輪との間に潤滑油を供給することによって両者の接触による摩耗や焼き付きを防止することが記載されている。
特開平５−６０１４５号公報

本発明は、保持器とその案内面との間の潤滑を適切に維持しつつ、保持器の径方向の位置を安定させることが可能な転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、環状の第１軌道面を有する第１軌道部材と、前記第１軌道面に対向する環状の第２軌道面を有する第２軌道部材と、前記第２軌道面に対して軸方向にずれた位置に配置された環状の案内面を有するとともに、前記第２軌道部材と一体又は別体に形成された案内部材と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を周方向所定間隔に保持するとともに、前記案内面に摺接可能に対向する被案内面を有する環状の保持器と、を備え、
前記案内部材に、潤滑油送給用の圧縮空気を流通させる流路が設けられ、前記案内面と前記被案内面との対向領域が軸方向に分離して配置され、軸方向に分離する前記対向領域の間に、前記流路から流入した圧縮空気を減圧するとともに、その軸方向両側の前記対向領域へ前記圧縮空気を増圧して流出するバッファ領域が形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、オイルエア潤滑方式等の潤滑油送給用の圧縮空気は、流路からバッファ領域に流入し、その後、バッファ領域の軸方向両側から案内面と被案内面との対向領域に流出される。これにより、案内面と被案内面との間には圧縮空気によって潤滑油が供給され、案内面と被案内面との接触による摩耗や焼き付きを抑制できることができる。
そして、流路からバッファ領域に流入した圧縮空気は減圧され、その後バッファ領域の軸方向両側から案内面と被案内面との対向領域に流出するときに増圧される。すなわち、バッファ領域の軸方向両側の軸方向に離れた２位置において圧縮空気の圧が高められ、これによって保持器が径方向に傾きにくくなり、保持器の径方向に関する位置を安定させることができる。さらに、バッファ領域の軸方向両側から流出する圧縮空気によって、案内面と被案内面との間の接触面圧を下げることができ、保持器の回転抵抗を低減するとともに、案内面と被案内面との接触による摩耗や焼き付きをより確実に抑制することができる。

上記構成において、前記バッファ領域は、前記案内面及び前記被案内面の少なくとも一方に形成された溝によって構成されていることが好ましい。これにより、バッファ領域を簡単に形成することができる。

前記案内部材は、前記第２軌道部材に隣接して配置された間座であることが好ましい。間座は、第２軌道部材とは別体であるため、第２軌道部材とは異なる放熱性の高い材質としたり、第２軌道部材よりも体積（質量）を大きくして放熱性を高めたりすることも可能となる。そのため、保持器との接触による案内部材の温度上昇を抑制し、焼き付きを防止することが可能となる。

本発明によれば、保持器とその案内面との間の潤滑を適切に維持しつつ、保持器の径方向の位置を安定させることができ、保持器の摩耗や焼き付きを好適に防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受１０の断面図である。転がり軸受１０は、環状の外輪（第２軌道部材）１１と、外輪１１の内周側に同心状に配置された内輪（第１軌道部材）１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置された転動体としての複数の円筒ころ１３と、これら円筒ころ１３を周方向に所定間隔で保持するための保持器１４とを備えている。なお、以下の説明において、軸方向外方（軸方向外側）とは、円筒ころ軸受１０の軸方向中央から軸方向両側へ向かう方向をいい、軸方向内方（軸方向内側）とは、円筒ころ軸受１０の軸方向両側から軸方向中央へ向かう方向をいう。

外輪１１は、軸受鋼等の合金鋼を用いて環状に形成された部材であり、その内周面には、円筒ころ１３が転動する外輪軌道面１１ａが周方向に沿って形成されている。
内輪１２も、軸受鋼等の合金鋼を用いて環状に形成された部材であり、その外周面には、円筒ころ１３が転動する内輪軌道面１２ａが外輪軌道面１１ａに対向するように形成されている。また、内輪１２の外周面には、内輪軌道面１２ａの軸方向両側において径方向外方に突出する内輪鍔部１２ｂが形成され、この内輪鍔部１２ｂによって円筒ころ１３の軸方向の移動が規制されている。
複数の円筒ころ１３は、外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１２ａ上を転動可能であり、これによって、外輪１１及び内輪１２は相対回転自在である。

外輪１１は、内輪１２よりも軸方向の長さが短く、軸方向一端（図１の右端）において内輪１２と軸方向の位置が一致しているが、軸方向他端（左端）において内輪１２よりも軸方向に後退している。外輪１１の軸方向左側には外側間座１５が隣接して設けられ、外側間座１５によって外輪１１の軸方向位置が設定されている。また、内輪１２の軸方向左側には内側間座１６が隣接して設けられ、この内側間座１６によって内輪１２の軸方向位置が設定されている。なお、外輪１１、内輪１２、及び間座１５，１６の配置は左右逆としてもよい。

外側間座１５は、外輪１１に軸方向に隣接する部分１５ａにおいて内径が大きく、外輪１１から軸方向に離れた部分１５ｂにおいて内径が小さく形成され、当該部分１５ｂは保持器１４の軸方向外側（図１の左側）に配置され、その内周面は内側間座１６の外周面に接近している。また、外輪１１に隣接する部分１５ａの内周面２１は、外輪軌道面１１ａよりもやや径方向内側（内輪１２側）に配置されている。

保持器１４は、フェノール樹脂等の合成樹脂を用いて形成された円筒状の部材であり、複数の円筒ころ１３を収容し各円筒ころ１３を所定間隔で保持する複数のポケット１４ａが周方向に所定間隔で設けられている。保持器１４は、外輪１１と内輪１２との間に、これら両輪１１，１２とほぼ同心となるように配置されている。保持器１４の軸方向一方側（図１の左側）は外輪１１よりも軸方向外方に突出し、その外周面には、外側間座１５の部分１５ａの内周面（案内面）２１に摺接可能に対向する被案内面２２が設けられている。

外輪１１と内輪１２とが相対回転することによって保持器１４と外側間座１５とが相対回転したとき、保持器１４の被案内面２２は外側間座１５の案内面２１に摺接する。これにより、保持器１４は、自己の回転中心が外輪１１及び内輪１２の回転中心とほぼ同一となるように案内面２１によって案内される。したがって、外側間座１５は、保持器１４の回転を案内するための案内部材として機能している。

外側間座１５には、円筒ころ軸受１０に潤滑油を供給するための流路１７ａ〜１７ｄが形成されている。この流路１７ａ〜１７ｄは、外側間座１５の外周面に周方向に沿って形成された周溝１７ａと、外側間座１５の部分１５ｂにおいて、周溝１７ａの底部から径方向内方に向けて形成された第１流路１７ｂと、この第１流路１７ｂよりも外輪１１側の部分１５ａにおいて、周溝１７ａの底部から径方向内方へ向けて形成され、案内面２１において開口する第２流路１７ｃと、第１流路１７ｂの径方向内端部から内輪１２と保持器１４との間へ向けて形成された第３流路１７ｄとからなる。第１流路１７ｂ、第２流路１７ｃ、及び第３流路１７ｄは外側間座１５の周方向複数箇所（好ましくは３箇所以上）に形成されている。

流路１７ａ〜１７ｄには、図示しない潤滑手段から潤滑油が送られる。この潤滑手段は、圧縮空気によって潤滑油を微量ずつ供給するオイルエア潤滑方式が採用されており、周溝１７ａから第１流路１７ｂ及び第３流路１７ｄを介して保持器１４と内輪１２との間に潤滑油を供給し、内輪１２と円筒ころ１３との間を潤滑する。また、潤滑手段は、周溝１７ａから第２流路１７ｃを介して外側間座１５と保持器１４との間（案内面２１と被案内面２２との間）に潤滑油を供給し、主としてこれらの間の潤滑を行う。

図２は、円筒ころ軸受１０の要部（案内面２１及び被案内面２２の部分）を拡大して示す断面図である。第２流路１７ｃは、その吐出口１７ｃ１が被案内面２２に形成された環状溝３１に対向するように配置されている。
この環状溝３１は、保持器１４の周方向に沿って形成され、円筒ころ軸受１０の軸心を通る断面の形状が略台形状とされている。環状溝３１は、第２流路１７ｃの径（吐出口１７ｃ１の径）φよりも軸方向の開口幅が大きく形成されており、開口側から溝底側へ向けて徐々に幅狭となるように互いに逆向きに傾斜した一対の側壁面３１ａと、底面３１ｂとを備えている。各側壁面３１ａの軸方向の幅は互いに略同一であり、これらの被案内面２２に対する傾斜角度も互いに略同一とされている。環状溝３１の底面３１ｂは一対の側壁面３１ａの間において被案内面２２と平行な面とされている。また、底面３１ｂは、第２流路１７ｃの吐出口１７ｃ１に対向して配置されている。底面３１ｂと案内面２１との径方向の間隔は、案内面２１と被案内面２２との径方向の間隔よりも大きくなっている。なお、案内面２１と被案内面２２との径方向の間隔は約０．２〜０．５ｍｍとされる。

環状溝３１は、被案内面２２を実質的に軸方向に分断しており、これによって、案内面２１と被案内面２２との対向領域Ａ１，Ａ２が環状溝３１を挟んで軸方向に分離して配置されている。
環状溝３１は、第２流路１７ｃよりも圧縮空気の流通面積が大きいバッファ領域（バッファ空間）３０を構成しており、第２流路１７ｃを流通する圧縮空気は、このバッファ領域３０に流入することによって減圧される。そして、バッファ領域３０に流入した圧縮空気は、その軸方向両側の対向領域Ａ１，Ａ２へ流出するときに、その径方向の間隔が小さくなる位置Ｐにおいて増圧される。すなわち、バッファ領域３０の軸方向両側の軸方向に離れた２位置Ｐにおいて圧縮空気の圧が高められる。

この作用によって、保持器１４が径方向に傾きにくくなり、保持器１４の径方向に関する位置を安定させることができる。また、案内面２１と被案内面２２との接触面圧が低くなり、保持器１４の回転抵抗を低減できるとともに、案内面２１と被案内面２２との接触に伴う摩耗や焼き付きを抑制することができる。また、保持器１４が径方向に傾きにくくなるので、外輪１１側の外側間座１５の内周角部（案内面２１の外輪１１側の端縁）１５ｅ（図１参照）に保持器１４が接触して摩耗するのを防止することができる。

保持器１４を案内する案内面２１は、外輪１１とは別体の外側間座１５に形成されているので、この外側間座１５の材質を外輪１１とは異なる放熱性の高いものとしたり、外側間座１５の体積（質量）を大きくし、放熱性を高めたりすることも可能となる。このように外側間座１５の放熱性を高めることによって、保持器１４との接触による外側間座１５の温度上昇を抑制し、保持器１４の焼き付きを防止することが可能となる。

外側間座１５に形成された案内面２１は、外輪軌道面１１ａよりも径方向内側に配置され、外輪軌道面１１ａよりも保持器１４側（内輪軌道面１２ａ側）に配置されているので、案内面２１を保持器１４の被案内面２２に近づけることができ、保持器１４の被案内面２２を径方向外側へ大きく張り出すような特殊な形状とすることなく保持器１４を案内することができる。

図３は本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受の要部の拡大断面図である。本実施形態は、案内面２１に凹溝３２が形成されており、この凹溝３２によってバッファ領域３０が構成されている。この凹溝３２は、外側間座１５の周方向に沿って形成され、案内面２１を実質的に軸方向に分断しており、これによって、案内面２１と被案内面２２との対向領域Ａ１，Ａ２が凹溝３２を挟んで軸方向に分離して配置されている。

凹溝３２は、円筒ころ軸受１０の軸心を通る断面の形状が略台形状とされている。凹溝３２は、開口側から溝底側へ向けて徐々に幅狭となるように互いに逆向きに傾斜した一対の側壁面３２ａと、底面３２ｂとを備えている。各側壁面３２ａの軸方向の幅は互いに略同一であり、これらの案内面２１に対する傾斜角度も互いに略同一とされている。凹溝３２の底面３２ｂは一対の側壁面３２ａの間において案内面２１と平行な面とされている。

凹溝３２の底面３２ｂには、第２流路１７ｃの吐出口１７ｃ１が開口している。凹溝３２は、第２流路１７ｃの径（吐出口１７ｃ１の径）よりも大きい開口幅に形成され、凹溝３２の底面３２ｂから被案内面２２までの間隔は、案内面２１と被案内面２２との間隔よりも大きく設定されている。

凹溝３２は、第２流路１７ｃよりも圧縮空気の流通面積が大きいバッファ領域３０を構成している。そして、本実施形態においても、第２流路１７ｃを流通する圧縮空気は、バッファ領域３０内に流入することによって減圧され、さらにバッファ領域３０から案内面２１と被案内面２２との対向領域Ａ１，Ａ２に流出するときに、軸方向に離れた２位置Ｐにおいて増圧される。したがって、本実施形態も第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

なお、本実施形態では、凹溝３２は、必ずしも外側間座１５の全周に連続して形成されていなくてもよく、少なくとも第２流路１７ｃが形成された部分に対応して形成されていればよい。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受の要部の拡大断面図である。本実施形態は、上述の第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態では、被案内面２２に環状溝３１が形成され、案内面２１に凹溝３２が形成され、これら環状溝３１及び凹溝３２によってバッファ領域３０が構成されている。環状溝３１と凹溝３２とは略同一の軸方向幅であり、溝深さも略同一とされている。ただし、これらの寸法は互いに異なっていてもよい。
本実施形態では、上記第１，第２実施形態と同様の作用効果を奏するほか、バッファ領域３０における圧縮空気の流通面積を大きくすることができる。

本発明は、上記各実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、案内面２１は外輪１１に形成することができ、この場合、外輪１１の内周部に円筒ころ１３の軸方向の移動を規制する鍔部を形成し、この鍔部の内周面を案内面２１とすることができる。また、各実施形態において、環状溝３１や凹溝３２における一対の側壁面３１ａ，３２ａの被案内面２２や案内面２１に対する傾斜角度は互いに異なっていてもよい。
上記各実施形態において、第２流路１７ｃ、被案内面２２、案内面２１、環状溝３１、及び凹溝３２（バッファ領域３０）は、円筒ころ１３を挟んで軸方向両側に設けてもよい。ただし、本発明は、軸方向片側のみに第２流路１７ｃ、被案内面２２、案内面２１を設けている円筒ころ軸受１０において、保持器１４の傾きを防止するうえで非常に有用である。
本発明は、保持器の案内形式が内輪案内とされた転がり軸受にも適用することができる。また、本発明は、玉軸受、針状ころ軸受、円すいころ軸受等の円筒ころ軸受以外の転がり軸受にも採用することができる。また、上記実施形態では、潤滑手段としてオイルエア潤滑方式を例示しているが、本発明は、圧縮空気を用いて潤滑油を送給する潤滑方式であれば特に限定されず、例えば圧縮空気によってミスト状の潤滑油を供給するオイルミスト潤滑方式等の他の潤滑方式を採用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 同転がり軸受の要部の拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受の要部の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受の要部の断面図である。

符号の説明

１０ 円筒ころ軸受
１１ 外輪
１２ 内輪
１３ 円筒ころ
１４ 保持器
１５ 外側間座
１７ｃ 流路
１７ｃ１ 吐出口
２１ 案内面
２２ 被案内面
３０ バッファ領域
３１ 環状溝
３２ 凹溝

Claims (3)

1. 環状の第１軌道面を有する第１軌道部材と、
   前記第１軌道面に対向する環状の第２軌道面を有する第２軌道部材と、
   前記第２軌道面に対して軸方向にずれた位置に配置された環状の案内面を有するとともに、前記第２軌道部材と一体又は別体に形成された案内部材と、
   前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に転動可能に配置された複数の転動体と、
   前記複数の転動体を周方向所定間隔に保持するとともに、前記案内面に摺接可能に対向する被案内面を有する環状の保持器と、を備え、
   前記案内部材に、潤滑油送給用の圧縮空気を流通させる流路が設けられ、
   前記案内面と前記被案内面との対向領域が軸方向に分離して配置され、
   軸方向に分離する前記対向領域の間に、前記流路から流入した圧縮空気を減圧するとともに、その軸方向両側の前記対向領域へ前記圧縮空気を増圧して流出するバッファ領域が形成されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記バッファ領域が、前記案内面及び前記被案内面の少なくとも一方に形成された溝により構成されている請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記案内部材が、前記第２軌道部材に隣接して配置された間座である請求項１又は２に記載の転がり軸受。

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