JP2014025525A - オイルエア潤滑式転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルエアが転動体を横切ることに起因する風切り音を抑制するとともに、軸受内部に潤滑油を安定して供給するオイルエア潤滑式転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】内輪１２と外輪１１と転動体１３とを有し、内輪１２が回転する転がり軸受２と、外輪１１または内輪１２に隣接して配置され、内輪１２にオイルエアを供給するオイルエア吐出通路２４が形成されたノズル部材３を備え、内輪１２端部の外周面に、オイルエア受け部としての環状部１８を形成するとともに、ノズル部材３の内輪１２対向面に、内輪１２端面よりも軸方向内方に突出する突出部１６を設け、環状部１８は、底面１８ａと曲面部１８ｂを介して連なる側面１８ｃとを有し、環状空間Ｓは、軸方向内方の端部に開口するとともに、軸方向外方にオイルエア吐出通路２４と連通し、底面１８ａおよび内周面１６ａのいずれか一方または両方を凹凸面とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイルエア潤滑式転がり軸受装置に関する。

工作機械の主軸スピンドル装置等に用いられる転がり軸受装置では、高速回転に対応するため、潤滑油を圧縮空気と共に供給する潤滑機能を備えたオイルエア潤滑式転がり軸受装置が多用されている。このようなオイルエア潤滑式転がり軸受装置には、ハウジングに固定される外輪と、回転軸に嵌合される内輪と、内輪と外輪との間に介装された複数の転動体とを有した転がり軸受と、外輪または内輪に隣接して配置され、内輪の外周面にオイルエアを供給する環状のノズル部材とを備えたものがある。このオイルエア潤滑式転がり軸受装置は、圧縮空気によって送給される潤滑油（オイルエア）を転がり軸受の転動体に吹き付けることで、潤滑油を確実に転動体近傍に供給することができるという利点を有している。一方、転動体に直接オイルエアを吹き付けると、転動体が公転することによって、エアを転動体が遮る状態と転動体と転動体との間をエアが通り抜ける状態とが繰り返されることで風切り音が発生し、高速回転時に風切り音が大きくなるという問題がある。このような風切り音は作業環境を悪化する原因となるため、できる限り小さくすることが望まれている。

そこで、特許文献１には、内輪端部に形成されたテーパ面にオイルエア受け部としての凹部を設けるとともに、ノズル部材に設けられた突出部の先端面を内輪端部のテーパ面に沿う形状とする構成が開示されている。上記構成では、オイルエア受け部にオイルエアを吹き付け、テーパ面に沿って潤滑油を軸受内部に供給することにより、転動体にオイルエアを直接吹き付けることなく、潤滑油を軸受内部に供給し、高速回転時の風切り音を抑制している。

特開２００５−１８０５３１号公報

ところで、高速回転時において、軸受内部に一度に多量の潤滑油が供給されると、潤滑油の攪拌にともなう発熱が生じることが知られている。上記構成では、オイルエアを吹き付けたオイルエア受け部に油滴が溜まり、溜まった油滴に作用する遠心力が油滴の付着力より大きくなると、油滴がテーパ面に沿って流動し、軸受内部に供給される。したがって、オイルエア受け部での油滴の溜まり具合によっては、多量の潤滑油が一度に軸受内部に供給される場合があり、軸受内部で多量の潤滑油の攪拌にともなう発熱が生じる場合があった。この結果、転がり軸受の温度が不安定となり、工作機械等において加工精度に影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、オイルエアが転動体を横切ることに起因する風切り音を抑制するとともに、軸受内部に潤滑油を安定して供給するオイルエア潤滑式転がり軸受装置を提供することにある。

請求項１に係わる発明は、内輪と、前記内輪に対向して配置された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介装された複数の転動体とを有し、前記内輪が回転する転がり軸受と、前記外輪または前記内輪に隣接して配置され、前記内輪の外周面にオイルエアを供給するオイルエア吐出通路が形成された環状のノズル部材を備えるオイルエア潤滑式転がり軸受装置において、前記内輪端部の外周面に、オイルエア受け部としての環状部を形成するとともに、前記ノズル部材の内輪対向面に、前記内輪端面よりも軸方向内方に突出する突出部を設け、前記環状部は、円筒状の底面と、前記外周面の軸方向内方の端部に曲面部を介して連なる側面とを有し、前記環状部底面と前記突出部内周面との間の環状空間は、軸方向内方の端部に開口するとともに、軸方向外方に前記オイルエア吐出通路と連通し、前記環状部底面および前記突出部内周面のいずれか一方または両方を凹凸面としたことを特徴とする。

上記のように構成した請求項１の発明によれば、環状部底面と突出部内周面との間の環状空間は、軸方向内方の端部に開口するとともに、軸方向外方にオイルエア吐出通路と連通し、環状部底面および突出部内周面のいずれか一方または両方を凹凸面としている。オイルエア吐出通路を経由して、この環状空間を流動するオイルエアは、潤滑油の油滴が環状部底面および突出部内周面に形成された凹凸面に付着させて保持することができる。この凹凸面は油滴の保持に適しており、環状空間内に所定量の油滴を安定して保持することができる。そして、環状空間内の油滴は、内輪の回転とオイルエアの圧縮空気とにより、軸方向内方の端部に運ばれ、開口部から吐出される。環状空間内には常に所定量の油滴が安定して保持されているので、開口部から多量の潤滑油が一度に吐出されることはなく、常に所定量の油滴が吐出される。開口部から吐出された所定量の油滴は、環状部の曲面部の底面に近い部分で受けられ、この曲面部に沿って環状部の側面に至り、内輪の回転により生じた遠心力により、側面の径方向外方の端から転動体に供給される。このように、本実施形態のオイルエア潤滑式転がり軸受装置によれば、軸受内部に所定量の潤滑油を安定して供給することができる。また、オイルエアを直接転動体に吹き付けていないので、オイルエアが転動体を横切ることに起因する風切り音を抑制することができる。

請求項２に係わる発明は、請求項１において、前記凹凸面は、軸受軸方向または軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝であることを特徴とする。

上記のように構成した請求項２の発明によれば、環状空間を形成する環状部底面および突出部内周面のいずれか一方または両方を軸受軸方向または軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝としている。オイルエア吐出通路を経由して、この環状空間を流動するオイルエアは、潤滑油の油滴が環状部底面および突出部内周面に形成された溝に付着させて保持することができる。この溝は油滴の保持に適しており、環状空間内に所定量の油滴を安定して保持することができる。そして、環状空間内の油滴は、内輪の回転とオイルエアの圧縮空気とにより、軸方向内方の端部に運ばれ、開口部から吐出される。環状空間内には常に所定量の油滴が安定して保持されているので、開口部から多量の潤滑油が一度に吐出されることはなく、常に所定量の油滴が吐出される。開口部から吐出された所定量の油滴は、環状部の曲面部の底面に近い部分で受けられ、この曲面部に沿って環状部の側面に至り、内輪の回転により生じた遠心力により、側面の径方向外方の端から転動体に供給される。このように、本実施形態のオイルエア潤滑式転がり軸受装置によれば、軸受内部に所定量の潤滑油を安定して供給することができる。また、この溝の加工は容易におこなうことができるので、装置の生産性を高くすることができる。

請求項３に係わる発明は、請求項１において、前記環状部底面および前記突出部内周面の両方を凹凸面とした場合、前記凹凸面の一方は、軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝であり、他方は、前記溝とは逆方向に傾斜した方向に延びる溝であることを特徴とする。

上記のように構成した請求項３の発明によれば、環状空間を形成する環状部底面には、軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝が形成され、対向する突出部内周面には、環状部底面の溝とは逆方向に傾斜した方向に延びる溝が形成され、対向する各溝どうしが互いに交差している。オイルエア吐出通路を経由して、この環状空間を流動するオイルエアは、潤滑油の油滴が環状部底面および突出部内周面に形成された各溝に付着して保持される。この溝は油滴の保持に適しており、環状空間内に所定の量の油滴を安定して保持することができる。そして、環状空間内の油滴は、内輪の回転とオイルエアの圧縮空気とにより、軸方向内方の端部に運ばれ、開口部から吐出される。環状空間内には常に所定量の油滴が安定して保持されているので、開口部から多量の潤滑油が一度に吐出されることはなく、常に所定量の油滴が吐出される。開口部から吐出された所定量の油滴は、環状部の曲面部の底面に近い部分で受けられ、この曲面部に沿って環状部の側面に至り、内輪の回転により生じた遠心力により、側面の径方向外方の端から転動体に供給される。このように、本実施形態のオイルエア潤滑式転がり軸受装置によれば、軸受内部に所定量の潤滑油を安定して供給することができる。

また、突出部の内周面と内輪の環状部の底面との相対すべり運動によって、溝に保持される油滴に動圧を発生させることができる。軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝と、この溝とは逆方向に傾斜した方向に延びる溝とが互いに交差する場合、相対すべり運動による動圧をより効果的に発生させることができる。この動圧の作用により油滴が溝に沿って円滑に軸方向内方に導かれるため、オイルエアの高圧の圧縮空気による押し出しが不要となり、低圧の圧縮空気とすることができる。オイルエアを低圧の圧縮空気とすることで、オイルエアが転動体を横切ることに起因する風切り音をさらに抑制することができる。

本発明によれば、オイルエアが転動体を横切ることに起因する風切り音を抑制するとともに、軸受内部に潤滑油が安定して供給されるオイルエア潤滑式転がり軸受装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るオイルエア潤滑式転がり軸受装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るオイルエア潤滑式転がり軸受装置を示す要部拡大平面図である。 本発明の他の実施形態に係るオイルエア潤滑式転がり軸受装置を示す要部拡大平面図である。

以下、本発明の実施形態に係るオイルエア潤滑式転がり軸受装置を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、軸方向外方（軸方向外側）とは、転がり軸受２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、転がり軸受２の軸方向両側から軸方向中央へ向かう方向をいう。

図１に示すように、オイルエア潤滑式転がり軸受装置１は、転がり軸受２と、転がり軸受２の軸方向外方に隣接して配置されて転がり軸受２にオイルエアを供給するノズル部材３とを備えている。

転がり軸受２は、内輪が回転するアンギュラ玉軸受で、内輪１２と、内輪１２に対向して配置された外輪１１と、内輪１２と外輪１１との間に介装された複数の玉（転動体）１３および複数の玉１３を保持する保持器１４からなる。

外輪１１は、軸受鋼等の合金鋼からなり、環状に形成され、内周面に、玉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、軸受鋼等の合金鋼からなり、環状に形成され、外周面には、玉１３が転動する内輪軌道面１２ａが、外輪軌道面１１ａに対向するように周方向に沿って形成されている。

内輪１２の端部の外周面には、オイルエア受け部としての環状部１８が形成されている。環状部１８は、円筒状の底面１８ａと、外周面の軸方向内方の端部に曲面部１８ｂを介して連なる側面１８ｃとを有している。環状部１８は、その延長面が玉１３に当たるように形成されている。

転動体である複数の玉１３は、内輪１２と外輪１１との間に介装され、外輪軌道面１１ａおよび内輪軌道面１２ａ上を転動可能である。これにより外輪１１および内輪１２は相対回転自在である。外輪１１の外周面は、ハウジング（図示せず）に嵌合して固定されている。

内輪１２の内周面には、回転軸２０が一体回転可能に嵌合されている。したがって、回転軸２０は、内輪１２、転動体１３、および外輪１１を介してハウジングに回転自在に支持されている。

保持器１４は、フェノール樹脂等の合成樹脂からなり、円筒状に形成され、外輪１１と内輪１２との間に配置されている。保持器１４は、各玉１３を所定間隔で保持する複数のポケット１４ａを周方向に所定間隔で備え、ポケット１４ａに複数の玉１３を収容している。

外輪１１に隣接して外側間座３が設けられ、外側間座３によって外輪１１の軸方向外方への移動が規制されている。また、内輪１２に隣接して内側間座４が設けられ、この内側間座４によって、内輪１２の軸方向外方への移動が規制されている。なお、外輪１１、内輪１２、および外輪間座３、内輪間座４の配置は左右逆であってもよい。また、外輪１１および内輪１２の軸方向両側に、外輪間座３、内輪間座４を設けてもよい。

内側間座４は、内輪１２と内径が同一であり、内輪１２と同様に内周面には回転軸２０が嵌合されている。また、内側間座４は内輪１２よりも若干外径が小さく、内輪１２よりも薄肉に形成されている。

ノズル部材３である外側間座３は、外輪１１と外径が同一であり、外輪１１と同様に外周面がハウジング（図示せず）に嵌合して固定されている。また、外側間座３は外輪１１よりも内径が小さく、外輪１１よりも厚肉に形成されている。

外側間座３には、オイルエア潤滑方式の圧縮空気および潤滑油が流通するオイルエア導入通路２３と、オイルエア導入通路２３の径方向内方端に連なって軸方向内方に向かうオイルエア吐出通路２４とが形成されている。

オイルエア導入通路２３は、周方向の一箇所または複数箇所に、径方向外方に開口して径方向内方に延びて形成されている。このオイルエア導入通路２３は、外側間座４の外周部にオイルエア流入口２２を有している。

外側間座３の先端部には、内輪１２の対向面に、内輪１２の端面よりも軸方向内方に突出する環状の突出部１６が形成されている。環状部１８底面１８ａと突出部１６内周面１６ａとの間は、所定の間隙をおいて対向している。

環状部１８底面１８ａと突出部１６内周面１６ａとの間の環状空間Ｓは、軸方向内方の端部に開口するとともに、軸方向外方にオイルエア吐出通路２４と連通している。この環状空間Ｓの間隙は、オイルエア導入通路２３の径よりも小さくなっている。環状空間Ｓの開口部２４ａは、突出部１６の先端において、環状部１８の曲面部１８ｂに近い部分に臨まされている。

図２（ａ）に示すように、外側間座３の突出部１６の内周面１６ａには、互いに直交する溝１９ａを形成している。さらに、環状部１８の底面１８ａにも同様な溝を形成してもよい。溝は、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、軸受軸方向または軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝１９ｂ，１９ｃでもよい。

図１に示すように、上記のように構成されたオイルエア潤滑式転がり軸受装置１によると、オイルエアはオイルエア流入口２２から流入され、オイルエア導入通路２３およびオイルエア吐出通路２４を経由して、環状部１８底面１８ａと突出部１６内周面１６ａとの間の環状空間Ｓに流動する。

この環状空間Ｓを流動するオイルエアは、潤滑油の油滴を環状部１８底面１８ａおよび突出部１６内周面１６ａに形成された溝１９ａに付着させて保持することができる。

この溝１９ａは油滴の保持に適しており、環状空間Ｓ内に所定量の油滴を安定して保持することができる。そして、環状空間Ｓ内に保持された油滴は、内輪１２の回転とオイルエアの圧縮空気とにより、軸方向内方の端部に運ばれ、開口部２４ａから吐出される。環状空間Ｓ内には常に所定量の油滴が安定して保持されているので、開口部２４ａから多量の潤滑油が一度に吐出されることはなく、常に所定量の油滴が吐出される。

開口部２４ａから吐出された所定量の油滴は、環状部１８の曲面部１８ｂに近い部分で受けられ、この曲面部１８ｂに沿って環状部１８の側面１８ｃに至り、内輪１２の回転により生じた遠心力により、側面１８ｃの径方向外方の端から玉１３に供給される。

このように、本実施形態のオイルエア潤滑式転がり軸受装置によれば、軸受内部に所定量の潤滑油を安定して供給することができる。また、オイルエアを直接玉１３に吹き付けていないので、オイルエアが玉１３を横切ることに起因する風切り音を抑制することができる。

図３は、さらに他の実施形態に係わるオイルエア潤滑式転がり軸受装置における、ノズル部材である外側間座３の突出部１６の内周面１６ａおよび内輪１２の環状部１８の底面１８ａの要部拡大平面図である。

この実施形態では、外側間座３の突出部１６の内周面１６ａには、軸受軸方向に対して
傾斜した方向に延びる溝１９ｃが形成されており、内輪１２の環状部１８の底面１８ａには、上記の溝１９ｃとは逆方向に傾斜した方向に延びる溝１９ｄが形成されている。溝１９ｃは、軸受軸方向に対し内輪の回転方向（矢符）前方に傾斜した方向に延びるようにすることで、後述する相対すべり運動による動圧をより効果的に発生させることができる。

上記のオイルエア潤滑式転がり軸受装置１によると、オイルエアは、オイルエア流入口２２から流入され、オイルエア導入通路２３およびオイルエア吐出通路２４を経由して、環状部１８底面１８ａと突出部１６内周面１６ａとの間の環状空間Ｓに流動する。この環状空間Ｓを流動するオイルエアは、潤滑油の油滴を環状部１８底面１８ａおよび突出部１６内周面１６ａに形成された溝１９ｃ，１９ｄに付着させて保持することができる。

この溝１９ｃ，１９ｄは油滴の保持に適しており、環状空間Ｓ内に所定量の油滴を安定して保持することができる。そして、環状空間Ｓ内に保持された油滴は、内輪１２の回転とオイルエアの圧縮空気とにより、軸方向内方の端部に運ばれ、開口部２４ａから吐出される。環状空間Ｓ内には常に所定量の油滴が安定して保持されているので、開口部２４ａから多量の潤滑油が一度に吐出されることはなく、常に所定量の油滴が吐出されている。

開口部２４ａから吐出された所定量の油滴は、環状部１８の曲面部１８ｂに近い部分で受けられ、この曲面部１８ｂに沿って環状部１８の側面１８ｃに至り、内輪１２の回転により生じた遠心力により、側面１８ｃの径方向外方の端から玉１３に供給される。このように、本実施形態のオイルエア潤滑式転がり軸受装置によれば、軸受内部に所定量の潤滑油を安定して供給することができる。

また、外側間座３の突出部１６の内周面１６ａと内輪１２の環状部１８の底面１８ａとの相対すべり運動によって、溝１９ｃ，１９ｄに保持された油滴に動圧を発生させることができる。軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝１９ｃと、この溝１９ｃとは逆方向に傾斜した方向に延びる溝１９ｄとが互いに交差する場合、相対すべり運動による動圧をより効果的に発生させることができる。この動圧の作用により油滴が溝１９ｃ，１９ｄに沿って円滑に軸方向内方に導かれるため、オイルエアの高圧の圧縮空気による押し出しが不要となり、低圧の圧縮空気とすることができる。オイルエアを低圧の圧縮空気とすることで、オイルエアが玉１３を横切ることに起因する風切り音をさらに抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、上記の実施形態では、転がり軸受をアンギュラ玉軸受としているが、これ以外の転がり軸受であってもよい。

１：オイルエア潤滑式転がり軸受装置、 ２：転がり軸受、
３：外側間座（ノズル部材）、 ４：内側間座、 １１：外輪、 １１ａ：外輪軌道面、
１２：内輪、 １２ａ：内輪軌道面、 １３：玉（転動体）、 １４：保持器、
１４ａ：ポケット、 １６：突出部、 １６ａ：内周面、 １８：環状部、
１８ａ：底面、 １８ｂ：曲面部、 １８ｃ：側面、 １９：溝、 ２０：回転軸、
２２：オイルエア流入口、 ２３：オイルエア導入通路、
２４：オイルエア吐出通路、 ２４ａ：開口部、 Ｓ：環状空間

Claims (3)

1. 内輪と、前記内輪に対向して配置された外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に介装された複数の転動体とを有し、
   前記内輪が回転する転がり軸受と、
   前記外輪または前記内輪に隣接して配置され、前記内輪の外周面にオイルエアを供給するオイルエア吐出通路が形成された環状のノズル部材を備えるオイルエア潤滑式転がり軸受装置において、
   前記内輪端部の外周面に、オイルエア受け部としての環状部を形成するとともに、前記ノズル部材の内輪対向面に、前記内輪端面よりも軸方向内方に突出する突出部を設け、
   前記環状部は、円筒状の底面と、前記外周面の軸方向内方の端部に曲面部を介して連なる側面とを有し、
   前記環状部底面と前記突出部内周面との間の環状空間は、軸方向内方の端部に開口するとともに、軸方向外方に前記オイルエア吐出通路と連通し、
   前記環状部底面および前記突出部内周面のいずれか一方または両方を凹凸面としたことを特徴とするオイルエア潤滑式転がり軸受装置。
2. 請求項１において、前記凹凸面は、軸受軸方向または軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝であることを特徴とするオイルエア潤滑式転がり軸受装置。
3. 請求項１において、前記環状部底面および前記突出部内周面の両方を凹凸面とした場合、前記凹凸面の一方は、軸受軸方向に対して傾斜した方向に延びる溝であり、他方は、前記溝とは逆方向に傾斜した方向に延びる溝であることを特徴とするオイルエア潤滑式転がり軸受装置。

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