JP2014169730A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルエアに起因する風切り音の発生を抑制し騒音を低減することができる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】転がり軸受装置１は、オイルエアを供給するための噴射ノズル３を有する外側間座２を備えている。保持器２０の環状部２１には、当該環状部２１の軸方向外側端面２１ａとポケット２３とを連通し、噴射ノズル３から噴射されるオイルエアを玉１３に導く貫通孔２５が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受装置に関し、主に、オイルエア潤滑方式によって潤滑される転がり軸受装置に関する。

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、従来から、微小油量の潤滑油を圧縮空気に混流させたオイルエアを被潤滑部分に供給するオイルエア潤滑方式を採用しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
図５は、上記オイルエア潤滑方式を採用した転がり軸受装置の断面図である。図中、転がり軸受装置は、ハウジングに固定される外輪１１１、回転軸に嵌合される内輪１１２、および外輪１１１と内輪１１２との間を転動する複数の転動体１１３を備えている転がり軸受１１０と、外輪１１１に隣接して配置された外側間座１１５と、転がり軸受１１０に給脂するオイルエア潤滑方式の給脂装置（図示略）とを備えている。
外側間座１１５には、外周面から径方向内方に向けて径方向に形成された第一給脂孔１３１と、この第一給脂孔１３１の径方向内端から転動体１１３へ向けて軸方向に沿って延びる第二給脂孔１３２とが形成され、第一給脂孔１３１に供給されたオイルエアが第二給脂孔１３２を経て転がり軸受１１０に供給されるようになっている。

特開２００４−３２４８１１号公報

図５に示す転がり軸受装置において、オイルエアは、第二給脂孔１３２から吐出され転動体１１３側へ向けて非常に高速で吹き付けられる一方、転動体１１３は、周方向に沿って複数配置され内輪１１２の高速回転に伴って高速で周方向に移動（公転）する。このため、転動体１１３が、第二給脂孔１３２から吹き付けられるオイルエアを横切り、周期的な風切り音が発生するという問題があった。このような風切り音は、上記従来の転がり軸受装置の運転時における大きな騒音源となっており、できる限り小さくすることが望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、潤滑油の供給に起因する風切り音の発生を抑制することができる転がり軸受装置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に係る転がり軸受装置は、内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪軌道面に対向している外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動可能に配置された複数の転動体と、軸方向に離間した一対の環状部及びこれら環状部の間に架設した複数の柱部を有し、前記一対の環状部と前記柱部とによって囲まれた空間でポケットを構成して前記複数の転動体を保持する保持器と、前記外輪又は前記内輪に隣接して配置され、前記転動体に対して圧縮空気とともに潤滑油を供給するための噴射ノズルを有する給油部材と、を備え、前記保持器の環状部には、当該環状部の軸方向外側端面と前記ポケットとを連通し、前記噴射ノズルから前記圧縮空気とともに噴射される前記潤滑油を前記転動体に導く貫通孔が形成されていることを特徴としている。

上記構成の転がり軸受装置によれば、噴射ノズルから噴射された潤滑油は、保持器の貫通孔を通じて転動体に供給されるが、貫通孔が転動体と一体に回転するので、周方向に並んでいる転動体同士の間の空間に向けて潤滑油が供給されることがない。このため、転動体が圧縮空気とともに噴射される潤滑油を横切ることがなくなり、風切り音の発生を効果的に抑制することができる。

上記転がり軸受装置において、前記環状部の軸方向外側端面には、軸方向に凹むとともにその底部に前記貫通孔が開口している環状溝が全周に亘って形成され、前記噴射ノズルの先端部は、前記環状溝に挿入されており、前記噴射ノズルの外側面と、前記環状溝の内側面との間には、前記噴射ノズルから噴射される前記圧縮空気及び潤滑油の一部を通過させる微小なすき間が形成されていることが好ましい。
この場合、圧縮空気及び潤滑油の一部を微小なすき間から排出しつつ、噴射ノズルと環状溝との間に圧縮空気を介在させることができ、噴射ノズルが直接環状溝に接触するのを抑制することができる。さらに、噴射ノズルが環状溝へ接触するのを抑制されつつ当該環状溝に挿入されているので、保持器が給油部材に対して相対回転したとき、保持器の回転を滑らかにガイドすることができる。

また、前記給油部材は、前記内輪及び前記外輪の軸方向両側に設けられ、前記環状溝は、一対の環状部それぞれの軸方向外側端面に形成されていてもよい。
この場合、軸方向に離間した一対の環状部のそれぞれの回転をガイドすることができるので、保持器の回転を安定してガイドすることができる。この結果、保持器の軸中心が振れるのを抑制することができ、当該保持器が内外輪に摺接するのを抑制することができる。

また、上記転がり軸受装置において、前記噴射ノズルは、複数個形成され、前記貫通孔は、各ポケット毎に形成されていてもよく、この場合、より効果的な潤滑が可能となる。

本発明の転がり軸受装置によれば、オイルエアに起因する風切り音の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置の部分断面図である。 （ａ）は、保持器を径方向からみたときの一部外観図であり、（ｂ）は、（ａ）の保持器を軸方向からみたときの外観図である。 図１中、保持器、及び噴射ノズルを拡大した断面図である。 （ａ）は、貫通孔の他の態様を示す図であり、（ｂ）、及び（ｃ）は、噴射ノズルの他の態様を示す図である。 オイルエア潤滑方式を採用した従来の転がり軸受装置の断面図である。

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、本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置の部分断面図である。
図１中、本実施形態の転がり軸受装置１は、例えば、工作機械等の回転軸支持装置に用いられ、工作機械等の回転軸Ｓを支持している。転がり軸受装置１は、回転軸Ｓを支持する転がり軸受１０と、転がり軸受１０の軸方向両側に配置された一対の外側間座２とを備えている。

外側間座２は、転がり軸受１０に潤滑油を供給するための部材（給油部材）であり、転がり軸受装置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。外側間座２には、微小油量の潤滑油（油滴）を圧縮空気に混流させたオイルエアを生成する生成装置（図示せず）が接続されている。
外側間座２には、前記生成装置からのオイルエアが導入される導入路２ａと、オイルエアを転がり軸受１０に対して供給するための噴射ノズル３とが形成されている。
噴射ノズル３は、円柱状に形成されて軸方向転がり軸受１０側に突設されている。噴射ノズル３は、例えば、外側間座２の周方向に沿って等間隔に３個設けられている。噴射ノズル３の先端部は、後述する転がり軸受１０の保持器２０の環状溝２４に挿入されている。

また、外側間座２には、噴射ノズル３の先端部と、導入路２ａとを連通している供給路２ｂが形成されている。
外側間座２は、導入路２ａに導入されるオイルエアを噴射ノズル３の先端から噴射し、転がり軸受１０の内部に向けて非常に高速で吹き付けることで当該転がり軸受１０の軸受内部に供給する。
外側間座２は、転がり軸受１０の軸方向両側に配置されているので、噴射ノズル３も転がり軸受１０の軸方向両側に配置される。よって、オイルエアは、転がり軸受１０の軸方向両側から供給される。

転がり軸受１０は、回転軸Ｓに一体回転可能に外嵌された軌道輪としての内輪１１と、この内輪の径方向外側に同心に配置された軌道輪としての外輪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の部材であり、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。
内輪１１の軸方向両側には、円筒状の内側間座５が配置されている。内側間座５は、転がり軸受１０の軸方向の位置を規定するための部材であり、内輪１１の軸方向両端面に当接した状態で、回転軸Ｓの外周面に一体回転可能に外嵌固定されている。

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の部材であり、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。

内輪１１及び外輪１２は、上記構成によって、相対回転自在である。また、外輪１２の外周面は、前記ハウジングに嵌合、固定されている。従って、内輪１１に外嵌された回転軸Ｓは、内輪１１、玉１３、及び外輪１２を介して前記ハウジングに回転自在に支持されている。

保持器２０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、内輪１１と外輪１２との間に、これら内外輪１１，１２とほぼ同心となるように配置されている。
図２（ａ）は、保持器２０を径方向からみたときの一部外観図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の保持器２０を軸方向からみたときの外観図である。保持器２０は、軸方向に離間した一対の環状部２１と、これら環状部２１の間に架設した複数の柱部２２とを有している。保持器２０は、一対の環状部２１と柱部２２とによって囲まれた空間によって、玉１３を保持するポケット２３を構成している。ポケット２３は、円筒孔状に形成されており、周方向に沿って所定間隔で配置されている。よって、保持器２０は、玉１３を周方向に所定間隔で保持している。

一対の環状部２１において、転がり軸受１０の内側からみて軸方向外側に臨んでいる軸方向外側端面２１ａのそれぞれには、軸方向に凹んでいる環状溝２４が全周に亘って形成されている。
環状溝２４には、噴射ノズル３から噴射されるオイルエアをポケット２３内の玉１３に導くための貫通孔２５が形成されている。貫通孔２５は、断面円形の孔であり、環状溝２４の底部２４ａに開口しており、環状溝２４とポケット２３とを連通している。貫通孔２５は、各ポケット２３それぞれに対して軸方向両側に形成されている。

図３は、図１中、保持器２０、及び噴射ノズル３を拡大した断面図である。なお、図３では、図１中、紙面左側の噴射ノズル３及び保持器２０を拡大しているが、噴射ノズル３及び保持器２０は、軸方向両側で同様の構成である。

図３中、保持器２０の環状溝２４には、噴射ノズル３の先端部が挿入されている。
環状溝２４の底部２４ａは、径方向外側部分が底部２４ａ外周端から軸方向内側に向かうに従って漸次縮径するように傾斜している傾斜面とされており、径方向内側部分が底部２４ａ内周端から軸方向内側に向かうに従って漸次拡径するように傾斜している傾斜面とされている。
また、環状溝２４の溝幅は、噴射ノズル３の外周径よりもわずかに大きい寸法に設定されている。従って、外側壁２４ｂ、及び内側壁２４ｃは、噴射ノズル３の外周面３ａに対して微小なすき間を形成している。

噴射ノズル３は、内輪１１外周と外輪１２内周との間に向けて突設されており、先端部が保持器２０の環状溝２４に挿入されている。
噴射ノズル３の外周面３ａは、上述したように円筒状に形成されている。また、噴射ノズル３の先端面３ｂは、当該噴射ノズル３の先端に近づくに従って漸次縮径するようなテーパ面に形成されている。これによって、先端面３ｂは、環状溝２４の底部２４ａの形状に沿う形状とされている。
噴射ノズル３の先端部は、供給路２ｂによって開口しており、導入路２ａに導入されるオイルエアを噴射することができる。つまり、噴射ノズル３は、環状溝２４の底部２４ａに向けてオイルエアを噴射する。

環状溝２４の底部２４ａには、上述したように、オイルエアをポケット２３内に供給するための貫通孔２５が形成されている。
貫通孔２５は、各ポケット２３に対応して周方向に沿って所定間隔を置いて環状溝２４の底部２４ａに形成されている。よって、保持器２０が噴射ノズル３に対して相対回転し、貫通孔２５の位置が噴射ノズル３の位置と一致すると、噴射ノズル３から底部２４ａに向けて噴射されるオイルエアが、貫通孔２５を通過してポケット２３内に供給される。

このように、本実施形態の転がり軸受装置１によれば、外側間座２の噴射ノズル３から噴射されたオイルエアは、貫通孔２５を通じて玉１３に供給されるが、貫通孔２５が玉１３と一体に回転するので、周方向に並んでいる玉１３同士の間の空間に向けてオイルエアが供給されることがない。このため、玉１３が噴射ノズル３から噴射されるオイルエアを横切ることがなくなり、風切り音の発生を効果的に抑制することができる。

噴射ノズル３は、環状溝２４の底部２４ａに向けてオイルエアを噴射しているので、貫通孔２５が形成されていない部分に対してもオイルエアを噴射する。
よって、噴射ノズル３から噴射されるオイルエアの一部は、余剰なオイルエアとして、噴射ノズル３と環状溝２４との間の微小なすき間から排出される。
噴射ノズル３と環状溝２４との間は、この余剰なオイルエアによって圧力が高められる。これによって、噴射ノズル３の先端面３ｂと、環状溝２４の底部２４ａとの間、及び、噴射ノズル３の外周面３ａと、環状溝２４の側壁２４ｂ，２４ｃとの間には、オイルエアの圧力によって、互いに離間する方向の力が作用し、余剰なオイルエアを排出しつつ微小なすき間が維持される。

このように、本実施形態の転がり軸受装置１では、噴射ノズル３は、環状溝２４との間で、余剰なオイルエアを排出するための微小なすき間を形成しているので、余剰なオイルエアを排出しつつ、噴射ノズル３と環状溝２４との間にオイルエアを介在させることができる。これにより、噴射ノズル３と環状溝２４とが接触するのを抑制することができる。

また、保持器２０は、運転状態においては、玉１３ととともに回転するので、環状溝２４に噴射ノズル３が挿入された状態で外側間座２に対して相対回転する。
保持器２０は、オイルエアによって噴射ノズル３と環状溝２４との接触が抑制された状態で、外側間座２に対して相対回転し、噴射ノズル３によって内外輪１１，１２の軸中心と同心となるように保持される。
つまり、噴射ノズル３が、環状溝２４へ接触するのを抑制されつつ当該環状溝２４に挿入されているので、保持器２０が外側間座２に対して相対回転したとき、保持器２０の回転を滑らかにガイドすることができる。

また、本実施形態では、噴射ノズル３が形成された給油部材としての外側間座２が、内輪１１及び外輪１２の軸方向両側に設けられ、環状溝２４は、軸方向に離間した一対の環状部２１それぞれの軸方向外側端面２１ａに形成されているので、噴射ノズル３は、一対の環状部２１のそれぞれの回転をガイドすることができ、保持器２０を安定してガイドすることができる。この結果、保持器２０の軸中心が振れるのを抑制することができ、当該保持器２０が内外輪１１，１２に摺接するのを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、噴射ノズル３を複数個（本例では３個）設け、さらに貫通孔２５を各ポケット２３毎に形成したので、転がり軸受１０に対してより効果的な潤滑が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、貫通孔２５を断面円形の孔を一つのポケット２３に対して軸方向片側に一つ形成した場合を示したが、一つのポケット２３に対して軸方向片側に複数の貫通孔２５を形成してもよい。
また、図４（ａ）に示すように、貫通孔２５の形状を環状溝２４の底部２４ａに沿った長孔としてもよい。この場合、貫通孔２５の円弧長さを適宜調整することで、貫通孔２５を通じて供給されるオイルエアの供給量を適切に調整することができる。

また、上記実施形態では、噴射ノズル３を円筒状に形成した場合を示したが、図４（ｂ）に示すように、環状溝２４の形状に合わせて周方向に沿って延びた突起状に形成してもよい。この場合、噴射ノズル３は、環状溝２４に挿入される周方向長さが相対的に増加するので、より好適に保持器２０をガイドすることができる。
さらに、図４（ｃ）に示すように、周方向に沿って延びた突起状に形成された噴射ノズル３に対して、断面長孔状に開口した供給路２ｂを形成してもよい。この場合、断面長孔状に開口した供給路２ｂの円弧長さを適宜調整することで、貫通孔２５を通じて供給されるオイルエアの供給量を適切に調整することができる。

また、上記実施形態では、貫通孔２５を各ポケット２３それぞれに対して軸方向両側に形成する場合を例示したが、貫通孔２５は、各ポケット２３それぞれに対して軸方向両側の内の一方又は他方だけに形成してもよい。
また、上記実施形態では、噴射ノズル３を、外側間座２の周方向に沿って等間隔に３個設けた場合を例示したが、少なくとも１個設けられていればよく、また、より多数個設けてもよい。
また、上記実施形態では、噴射ノズル３を転がり軸受１０の軸方向両側の外側間座２それぞれに形成した場合を例示したが、一対の外側間座２のいずれか一方のみに噴射ノズル３を設けてもよい。

１ 軸受装置 ２ 外側間座（給油部材） ３ 噴射ノズル
３ａ 外周面 ３ｂ 先端面 １１ 内輪
１１ａ 内輪軌道 １２ 外輪 １２ａ 外輪軌道
１３ 玉（転動体） ２０ 保持器 ２１ 環状部
２１ａ 軸方向外側端面 ２２ 柱部 ２３ ポケット
２４ 環状溝 ２４ａ 底部 ２４ｂ 外側壁
２４ｃ 内側壁 ２５ 貫通孔

Claims (4)

1. 内輪軌道面を有する内輪と、
   前記内輪軌道面に対向している外輪軌道面を有する外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動可能に配置された複数の転動体と、
   軸方向に離間した一対の環状部及びこれら環状部の間に架設した複数の柱部を有し、前記一対の環状部と前記柱部とによって囲まれた空間でポケットを構成して前記複数の転動体を保持する保持器と、
   前記外輪又は前記内輪に隣接して配置され、前記転動体に対して圧縮空気とともに潤滑油を供給するための噴射ノズルを有する給油部材と、を備え、
   前記保持器の環状部には、当該環状部の軸方向外側端面と前記ポケットとを連通し、前記噴射ノズルから前記圧縮空気とともに噴射される前記潤滑油を前記転動体に導く貫通孔が形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記環状部の軸方向外側端面には、軸方向に凹むとともにその底部に前記貫通孔が開口している環状溝が全周に亘って形成され、
   前記噴射ノズルの先端部は、前記環状溝に挿入されており、
   前記噴射ノズルの外側面と、前記環状溝の内側面との間には、前記噴射ノズルから噴射される前記圧縮空気及び潤滑油の一部を通過させる微小なすき間が形成されている請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記給油部材は、前記内輪及び前記外輪の軸方向両側に設けられ、
   前記環状溝は、一対の環状部それぞれの軸方向外側端面に形成されている請求項２に記載の転がり軸受装置。
4. 前記噴射ノズルは、複数個形成され、
   前記貫通孔は、各ポケット毎に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。

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