JP2010255744A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルエア潤滑下において、軸受内部を潤滑する潤滑油量を、回転速度に応じた適切な量とすることができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】 本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に介在している複数の玉と、前記複数の玉を保持する環状の保持器２０と、を備えている。前記内輪と前記外輪との間には、オイルエアによって潤滑油が供給される。保持器２０は、当該保持器２０の外周面２０ｂに形成された径方向内側に凹む凹部２１に収容されているとともに、前記潤滑油を一時的に吸収保持可能な吸収体２２と、凹部２１の開口を覆って吸収体２２を凹部２１内に保持するとともに、前記潤滑油が通過可能な保持部材２４とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、工作機械の回転軸等といった高速回転する回転軸を支持するために用いられる転がり軸受に関する。

従来から、高速で回転する工作機械の回転軸等を支持するための転がり軸受には、オイルエア供給装置によって外部からオイルエアが供給され、軸受内部を潤滑（オイルエア潤滑）するものがある（例えば、特許文献１参照）。
上記オイルエア潤滑とは、潤滑油と圧縮空気とを混合してなる混合気であるオイルエアを被潤滑部分に供給することで、被潤滑部分に潤滑油を供給して潤滑を行うものである。

特開２００４−３２４８１１号公報

上記オイルエア潤滑が行われる転がり軸受において、回転速度が低速の場合に当該転がり軸受の昇温幅が大きくなり、高速の場合に昇温幅が小さくなるという現象が生じる。この現象は、回転速度が低速の場合における潤滑油の撹拌抵抗が、高速の場合と比較して相対的に大きくなり、その撹拌抵抗の差によって、転がり軸受の昇温の態様に差異が生じていると考えられる。

すなわち、一般に、高速回転域では、各部の回転に伴う遠心力によって軸受内部の潤滑油が外部に排出され易いことに加えて、軌道輪及び保持器等が高速回転することて生じるエアカーテンによって、オイルエア供給装置による軸受内部への潤滑油の供給が阻害されるため、低速回転域の場合と比較して、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が少なくなる。このため、オイルエア供給装置による潤滑油の供給量は、高速回転域において実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が適切な量となるように多めに設定されている。この結果、軸受内部への潤滑油供給に対する阻害要因が低い低速回転域では潤滑油が供給過多となり、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が適切な量に対して多くなってしまう。この結果、高速回転域と低速回転域との間において、潤滑油の撹拌抵抗に差が生じ、転がり軸受の昇温の態様に差異が生じていると考えられる。

したがって、外部の潤滑油供給装置から一定量の潤滑油が供給される上記従来の転がり軸受では、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が、全ての回転速度領域において適切な量に設定できないという問題を有していた。回転速度の変化に対して実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が適切な量となっていないと、低速回転域では、上述のように潤滑油の撹拌抵抗の増加によって昇温幅が大きくなる他、回転トルクが増加したり、高速回転域では、潤滑油不足により焼き付きが生じたりする等、転がり軸受の性能を低下させる要因となる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オイルエア潤滑下において、軸受内部を潤滑する際の潤滑油量を、回転速度に応じた適切な量とすることができる転がり軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、内輪と、この内輪の径方向外側に同心に配置された外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に介在している複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に配置され前記複数の転動体を保持する環状の保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との間に、オイルエアによって潤滑油が供給される転がり軸受において、前記保持器が、当該保持器の外周に形成された径方向内側に凹む凹部に収容されているとともに、前記潤滑油を一時的に吸収保持可能な吸収体と、前記凹部の開口を覆って前記吸収体を前記凹部内に保持するとともに、前記潤滑油が通過可能な保持部材と、を備えていることを特徴としている。

上記のように構成された転がり軸受によれば、保持器が、凹部に収容され、潤滑油を一時的に吸収保持可能な吸収体と、凹部の開口を覆って吸収体を凹部内に保持する、潤滑油が通過可能な保持部材とを備えているので、遠心力が強く作用しない低速回転域では、保持部材を通過して凹部の内部に浸入する潤滑油を、吸収体に一時的に吸収保持させることができ、遠心力が比較的強く作用する高速回転域では、その遠心力によって、吸収体により一時的に吸収保持されている潤滑油を、保持部材を通過させて保持器の外周側に解放することができる。
従って、低速回転域においては、余剰に供給される潤滑油を吸収体により吸収保持できるので、潤滑油量が供給過多となるのを抑制し、実際に軸受内部を潤滑するための潤滑油量を適切な量とすることができる。また、高速回転域においては、吸収体が吸収保持する潤滑油を保持器の外周側に解放することで軸受内部の潤滑に供することができるので、潤滑油が不足し易い高速回転域において軸受内部を潤滑するための潤滑油量を十分なものとでき、好適に潤滑を行うことができる。
以上のように、本発明の転がり軸受によれば、オイルエア潤滑下において、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量を、回転速度に応じた適切な量とすることができる。

上記転がり軸受において、前記吸収体は、弾性素材により形成されており、前記吸収体の径方向内側に配置され、前記保持器の回転により生じる遠心力によって当該吸収体を前記保持部材に向けて押圧して当該保持部材を弾性収縮させる押圧部材をさらに備えていることが好ましい。
この場合、遠心力が比較的強く作用する高速回転域では、押圧部材は、吸収体を保持部材に向けて強く押圧するので、弾性素材からなる吸収体を弾性的に収縮変形させ、当該吸収体が吸収している潤滑油を効果的に保持器外周側に解放させることができる。さらに、遠心力が強く作用しない低速回転域では、押圧部材による吸収体への押圧が弱まるので、吸収体を弾性的に膨張させることができ、吸収体に潤滑油を効果的に吸収保持させることができる。

また、前記保持部材は、環状に形成され、前記保持器の外周面に外嵌固定されているものであってもよい。
この場合、凹部の開口を覆う保持部材を容易に保持器に設けることができる。

本発明の転がり軸受によれば、オイルエア潤滑下において、軸受内部を潤滑する潤滑油量を、回転速度に応じた適切な量とすることができる。

本発明の第一の実施形態に係る転がり軸受を用いた工作機械用駆動軸支持装置を示す部分断面図である。 転がり軸受の保持器を示す斜視図である。 保持器の周方向の部分断面図であり、凹部内部の構成を示している。 保持器の凹部に収容された吸収体の態様を説明するための図であり、（ａ）は転がり軸受が低速回転域で回転している状態、（ｂ）は転がり軸受が高速回転域で回転している状態を示している。 本発明の第二の実施形態に係る転がり軸受が有する保持器の周方向の部分断面図である。 本発明を適用した円筒ころ軸受の保持器を示す斜視図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る転がり軸受を用いた工作機械用回転軸支持装置を示す部分断面図である。
図１中、工作機械用駆動軸支持装置１は、工作機械等の回転軸（図示せず）を支持するための装置であり、一対の転がり軸受１０と、これら一対の転がり軸受１０の間に配置された間座２と、間座２の外周側に配置された潤滑油供給装置３とを備えている。なお、図１では、一対の転がり軸受１０の内、一方側のみを拡大して示している。
間座２は、一対の転がり軸受１０の軸方向の間隔を規定するための筒状の部材であり、前記駆動軸の外周面に一体回転可能に外嵌固定される。
潤滑油供給装置３は、転がり軸受１０に潤滑油を供給するための装置であり、工作機械用駆動軸支持装置１が取り付けられる図示しないハウジング側に固定される。潤滑油供給装置３には、潤滑油と圧縮空気との混合気であるオイルエアを生成する生成装置（図示せず）からのオイルエアが導入される導入路３ａと、導入路３ａに導入されたオイルエアを転がり軸受１０の軸受内部に供給するための供給路３ｂとが形成されている。潤滑油供給装置３は、供給路３ｂから潤滑油としてのオイルエアを転がり軸受１０の軸受内部に供給する。

転がり軸受１０は、前記駆動軸に一体回転可能に外嵌される内輪１１と、この内輪の径方向外側に同心に配置された外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に配置された複数の転動体としての複数の玉１３と、内輪１１及び外輪１２の間に配置され複数の玉１３を保持する環状の保持器２０とを備えている。

内輪１１は、軸受鋼や機械構造用合金鋼等を用いて形成された環状部材であり、外周面には複数の玉１３が転動する内輪軌道１１ａが形成されている。
外輪１２も内輪１１と同様、軸受鋼や機械構造用合金鋼等を用いて形成された環状部材であり、内周面には複数の玉１３が転動する外輪軌道１２ａが形成されている。
複数の玉１３は、軸受鋼等を用いて形成された部材であり、内外輪１１，１２それぞれの軌道１１ａ，１２ａの間に転動自在に介在している。玉１３は、ラジアル方向に対して所定の角度をもって内輪軌道１１ａ及び外輪軌道１２ａに接触しており、転がり軸受１０は、アンギュラ玉軸受を構成している。

潤滑油供給装置３から供給されるオイルエアは、内輪１１と外輪１２との間に導入され、各軌道１１ａ，１１ｂと、玉１３との間や、保持器２０と、内外輪１１，１２との間等、各摺動部分でオイルエア潤滑が行われる。

図２は、転がり軸受の保持器を示す斜視図である。図２及び図１を参照して、保持器２０は、合成樹脂等を用いて環状に形成された部材であり、周方向に複数の玉１３それぞれを保持するための複数のポケット２０ａが周方向に等間隔に形成されている。保持器２０は、各ポケット２０ａによって各玉１３を保持することで、内外輪１１，１２の間で複数の玉１３それぞれが周方向に等間隔となるように保持している。
また、保持器２０の外周面２０ｂには、径方向内側に凹む凹部２１が複数箇所形成されている。

本実施形態において、凹部２１は、保持器２０の外周面２０ｂにおける軸方向両端部に一対ずつ、周方向に等間隔に四箇所形成されている。また、各凹部２１は、それぞれ、保持器２０において互いに隣接しているポケット２０ａの間の柱部２０ｃに対応する周方向位置に形成されている。

図３は、保持器の周方向の部分断面図であり、凹部内部の構成を示している。
各凹部２１の内部には、潤滑油を一時的に吸収保持可能な吸収体２２と、この吸収体２２を押圧するための押圧板２３とが収容されている。また、各凹部２１には、その開口を覆うことで、吸収体２２及び押圧板２３を凹部２１内に保持している保持部材２４が設けられている。すなわち、保持器２０は、各凹部２１に収容された吸収体２２及び押圧板２３と、各凹部２１の開口を覆う保持部材２４とを備えている。

凹部２１は、矩形状に開口して周方向に延びる溝状に形成されており、上述のように、内部に吸収体２２及び押圧板２３を収容している。
凹部２１の開口を覆っている保持部材２４は、フッ素樹脂等の合成樹脂からなる網状の部材を凹部２１の開口に合わせて形成したものであり、そのメッシュサイズは、潤滑油が通過可能な程度のサイズとされている。このため、潤滑油は、保持部材２４を通過して、凹部２１の内部に浸入することができる。保持部材２４は、保持器２０に対して融着され、強固に固定されている。
また、保持部材２４は、その外側面２４ａが保持器２０の外周面２０ｂよりも内周側に位置するように固定されている。このため、保持部材２４は、外輪１２の内周面と直接的に摺接することがなく、保持部材２４自身が摩耗するのを防止できる。

吸収体２２は、弾性を有する多孔質な素材、例えば合成樹脂製のスポンジを凹部２１内部に収まる程度の大きさの直方体状に形成した部材であり、一時的に潤滑油を吸収保持可能である。また、吸収体２２は、径方向外側となる外側面２２ａが保持部材２４の内側面２４ｂに接触した状態で配置されている。
押圧板２３は、合成樹脂あるいは金属製の板状の部材であり、吸収体２２の径方向内側の内側面２２ｂと、凹部２１の底面２１ａとの間に介在して配置されている。押圧板２３は、転がり軸受１０の回転に応じて保持器２０が回転したときに、遠心力の作用によって、凹部２１の底面２１ａから離間し、吸収体２２を保持部材２４に向けて押圧し、弾性的に収縮変形させる。
押圧板２３は、転がり軸受１０が高速回転域で回転しそれに伴って保持器２０が回転するときの遠心力によって、吸収体２２が保持する潤滑油を解放する程度に当該吸収体２２を十分に収縮変形させる。なお、以下の説明における「遠心力」とは、転がり軸受１０の回転に応じて回転する保持器２０による遠心力を指すものとする。

ここで、具体的に高速回転域とは、例えば、転がり軸受１０のｄｍｎ値（（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒｐｍ））が、１００万以上である場合をいい、押圧板２３の重量は、ｄｍｎ値１００万以上で転がり軸受１０が回転しているときの遠心力によって、吸収体２２を十分に収縮変形させるのに必要な押圧力が得られる程度の値に設定されている。
したがって、押圧板２３は、ｄｍｎ値１００万以上の高速回転域になると、吸収体２２が潤滑油を解放する程度に吸収体２２の収縮変形を開始する。また、ｄｍｎ値が１００万よりも小さい低速回転域となると、押圧板２３は、作用する遠心力が弱まることで、潤滑油を解放する程度に吸収体２２を収縮変形させない。

次に、転がり軸受１０が回転したときの吸収体の態様について説明する。
図４は、保持器の凹部に収容された吸収体の態様を説明するための図であり、（ａ）は転がり軸受が低速回転域で回転している状態、（ｂ）は転がり軸受が高速回転域で回転している状態を示している。

まず、転がり軸受１０が低速回転域で回転している場合について説明する。図４（ａ）において、転がり軸受１０が低速回転域で回転しているため、押圧板２３は、上述のように、吸収体２２を十分に収縮変形させることができる程度に押圧しない。このため、吸収体２２は、ほぼ変形していない状態で、保持部材２４及び押圧板２３に接している。

ここで、保持部材２４は、潤滑油を通過させるので、潤滑油供給装置３によりオイルエアとして供給される潤滑油が保持器２０の外周面２０ｂに達すると、その潤滑油は、保持部材２４を通過して、凹部２１の内部に浸入する。
凹部２１の内部に位置する吸収体２２は、ほぼ変形していない状態であるため、凹部２１の内部に潤滑油が浸入して吸収体２２の表面に接すると、吸収体２２は、この潤滑油を吸収し保持する。

なお、遠心力は潤滑油にも作用するので、潤滑油が凹部２１の内部に浸入するのを阻止されることが考えられる。しかし、転がり軸受１０は低速回転域で回転しているので、保持器２０も低速回転域で回転しており、その遠心力は強く作用しない。このため、潤滑油は、遠心力に阻止されることなく、凹部２１の内部に浸入することができる。
さらに、潤滑油を保持した吸収体２２及び押圧板２３に対しても、遠心力は作用するので、吸収体２２の自重あるいは押圧板２３によって吸収体２２が保持部材２４に押し付けられて吸収保持している潤滑油を解放したり、潤滑油自身に遠心力が作用して吸収体２２から解放されることが考えられるが、上述したように、低速回転域では、押圧板２３が吸収体２２を十分に収縮変形しないように、押圧板２３の重量を設定しているとともに、低速回転域では遠心力は強く作用しないので、多少の潤滑油を解放、飛散することがあっても、吸収体２２は、ある程度の潤滑油を保持する。

一方、転がり軸受１０が高速回転域で回転している場合、上述したように、押圧板２３は、遠心力の作用によって、凹部２１の底面２１ａから離間して吸収体２２を保持部材２４に向けて押圧し、図４（ｂ）に示すように、吸収体２２を十分に収縮変形させる。
吸収体２２は、押圧板２３によって収縮変形されることによって、当該吸収体２２が保持する潤滑油を解放する。この解放された潤滑油は、保持部材２４を通過して、保持器２０の外周面２０ｂ側に達し、転がり軸受１０の軸受内部の潤滑に供することができる。

また、転がり軸受１０の回転が高速回転域から低速回転域へと変化した場合、吸収体２２は、遠心力が弱まることで押圧板２３の押圧が弱まり、収縮変形状態から、もとの変形前の状態に弾性的に膨張する。吸収体２２は、この膨張に伴って、潤滑油をより効果的に吸収保持することができる。

以上のようにして、吸収体２２は、転がり軸受１０が低速回転域で回転している場合には、潤滑油を吸収保持し、高速回転域で回転している場合には、吸収保持している潤滑油を解放することができ、潤滑油を一時的に吸収保持することができる。

本実施形態において、潤滑油供給装置３によるオイルエアの供給量は、高速回転域において、軸受内部を潤滑する潤滑油量が適切な量となるように設定されている。
一般に、高速回転域では、各部の回転に伴う遠心力によって軸受内部の潤滑油が外部に排出され易いことに加えて、潤滑油供給装置３が転がり軸受１の軸受内部に向けて供給するオイルエアが、内外輪及び保持器等が高速回転することて生じるエアカーテンによって軸受内部に到達するのを妨げられるため、高速回転域及び低速回転域においてオイルエアの供給量が同じであると、高速回転域の方が、軸受内部への潤滑油供給に対する阻害要因が低い低速回転域の場合と比較して、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が少なくなる。
このため、潤滑油供給装置３のオイルエアの供給量は、より多くのオイルエアの供給を要する高速回転域において、軸受内部を潤滑する潤滑油量が適切な量となるように設定されている。
その一方、軸受内部への潤滑油供給に対する阻害要因が低い低速回転域では潤滑油が供給過多となり、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量が適切な量に対して多くなってしまう。

この点、本実施形態の転がり軸受１０によれば、保持器２０が、凹部２１に収容され、潤滑油を一時的に吸収保持可能な吸収体２２と、凹部２１の開口を覆って吸収体２２を凹部内に保持する、潤滑油が通過可能な保持部材２４とを備えているので、遠心力が強く作用しない低速回転域では、保持部材２４を通過して凹部２１の内部に浸入する潤滑油を、吸収体２２に一時的に吸収保持させることができ、遠心力が比較的強く作用する高速回転域では、その遠心力によって、吸収体２２により一時的に吸収保持されている潤滑油を、保持部材２４を通過させて保持器２０の外周側に解放することができる。
従って、低速回転域においては、余剰に供給される潤滑油を吸収体２２により吸収保持できるので、潤滑油量が供給過多となるのを抑制し、実際に軸受内部を潤滑するための潤滑油量を適切な量とすることができる。また、高速回転域においては、吸収体２２が吸収保持する潤滑油を保持器２０の外周側に解放することで軸受内部の潤滑に供することができるので、潤滑油が不足し易い高速回転域において軸受内部を潤滑するための潤滑油量を十分なものとでき、好適に潤滑を行うことができる。
以上のように、本実施形態の転がり軸受１０によれば、オイルエア潤滑下において、実際に軸受内部を潤滑する潤滑油量を、回転速度に応じた適切な量とすることができる。

この結果、低速回転域において生じる、潤滑油の供給過多に起因する撹拌抵抗の増加、それに伴う昇温幅の増大化や、回転トルクの増加等を抑制し、さらに、高速回転域において生じる可能性のある、潤滑油不足による焼き付き等を防止することができる。

また、本実施形態では、吸収体２２を弾性素材により形成しているとともに、保持器２０の回転により生じる遠心力によって吸収体２２を保持部材２４に向けて押圧する押圧部材２３をさらに備えているので、以下の作用を奏する。すなわち、遠心力が比較的強く作用する高速回転域では、押圧部材２３は、吸収体２２を保持部材２４に向けて強く押圧するので、弾性素材からなる吸収体２２を弾性的に収縮変形させ、当該吸収体２２が吸収している潤滑油を効果的に保持器２０外周側に解放させることができる。さらに、遠心力が強く作用しない低速回転域では、押圧部材２３による吸収体２２への押圧が弱まるので、吸収体２２を弾性的に膨張させることができ、吸収体２２に潤滑油を効果的に吸収保持させることができる。

また、本実施形態では、保持器２０に凹部２１を四箇所形成したが、少なくとも一箇所形成されていればよく、より多数の凹部２１を保持器２０に設けてもよい。この場合、吸収保持することができる実質的な潤滑油の量を増やすことができる。

図５は、本発明の第二の実施形態に係る転がり軸受１０が有する保持器の周方向の部分断面図である。本実施形態と上記第一の実施形態との相違点は、保持部材２４が、保持器２０の外周面２０ｂに外嵌固定されている環状部材である点である。その他の点については、上記第一の実施形態とほぼ同様なので説明を省略する。

図５において、本実施形態の保持部材２４は、例えば、保持器２０と同様の合成樹脂等を用いて環状に形成されており、凹部２１の開口に対応する位置には、その内外周面を連通する複数の孔部２４ｃが形成されている。このため、潤滑油は、これら孔部２４ｃを通過することで、凹部２１の内部の浸入することができる。

本実施形態の転がり軸受１０によれば、環状の保持部材２４を、保持器２０の外周面２０ｂに外嵌固定すれば、当該保持部材２４に凹部２１の開口を覆わせ、吸収体２２及び押圧板２３を保持させることができ、保持部材２４を容易に保持器２０に設けることができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、転がり軸受をアンギュラ玉軸受として構成した場合を例示したが、本発明は、円筒ころ軸受に対しても適用することができる。図６は、本発明を円筒ころ軸受に適用した場合の保持器を示している。また、本発明は、深溝玉軸受等、他の玉軸受や、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等のころ軸受にも同様に適用することができる。

１０ 転がり軸受 １１ 内輪 １２ 外輪
１３ 玉（転動体） ２０ 保持器 ２０ｂ 外周面
２１ 凹部 ２２ 吸収体 ２３ 押圧板（押圧部材）
２４ 保持部材

Claims (3)

1. 内輪と、この内輪の径方向外側に同心に配置された外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に介在している複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に配置され前記複数の転動体を保持する環状の保持器と、を備え、
   前記内輪と前記外輪との間に、オイルエアによって潤滑油が供給される転がり軸受において、
   前記保持器が、当該保持器の外周に形成された径方向内側に凹む凹部に収容されているとともに、前記潤滑油を一時的に吸収保持可能な吸収体と、
   前記凹部の開口を覆って前記吸収体を前記凹部内に保持するとともに、前記潤滑油が通過可能な保持部材と、を備えていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記吸収体は、弾性素材により形成されており、
   前記吸収体の径方向内側に配置され、前記保持器の回転により生じる遠心力によって当該吸収体を前記保持部材に向けて押圧して当該保持部材を弾性収縮させる押圧部材をさらに備えている請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記保持部材は、環状に形成され、前記保持器の外周面に外嵌固定されている請求項１又は２に記載の転がり軸受。

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