JP2014238151A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速回転時の回転精度を向上し、潤滑油の劣化や蒸発を抑制すると共に潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図ることができる転がり軸受装置を提供すること。【解決手段】 外周に軌道面３ａが形成された内輪３と、内周に軌道面４ａが形成された外輪４と、内輪３の軌道面３ａと外輪４の軌道面４ａとの間に組み込まれた複数の転動体５と、この転動体５を収容する保持器６と、内輪３の端面に当接して内輪３の軸方向の位置決めを行う内輪間座７、１７とを有し、内輪３が回転軸２２に嵌合された転がり軸受装置１において、回転軸２２の中心に凹部２３を形成し、この凹部２３と回転軸２２の外径部を連通する油孔２２ｂを設け、凹部２３に、潤滑油を充填した多孔質体からなる給油カートリッジ２５を挿入し、回転軸２２が回転する際に生じる遠心力により、給油カートリッジ２５から潤滑油が吐出し、この潤滑油が油孔２２ｂから軸受内部に供給されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、通常の流動性潤滑剤（例えば、グリース）が適用できない環境下で使用される転がり軸受装置に関する。

ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプなど、低温かつ高速回転の環境下で使用される軸受装置や、宇宙用機器などの真空環境下で使用される転がり軸受装置として、複列のアンギュラ玉軸受を使用する場合がある。この軸受装置は、アンギュラ玉軸受を、回転軸である主軸の外周面に複列に配置した構成であり、複列のアンギュラ玉軸受の間には、内輪および外輪の軸方向位置決め用として、内輪間座および外輪間座を組み込む場合が多い。このような低温かつ高速回転環境下や真空環境下で使用される転がり軸受装置では、グリース蒸発などの問題があり、グリース潤滑を適用することができない。

複列の転がり軸受の内輪間座内に、潤滑油を封入する空間を設け、内輪と接触する間座の端面に、回転時の吐出油量を制御する吐出溝を半径方向に設けた軸受の給油装置が提案されている（特許文献１）。この給油装置では、運転中の油量は、軸受回転数（潤滑油に作用する遠心力）と吐出溝の形状、本数によって制御される。

特開平１０−１８４７０５号公報

ところが、特許文献１の給油装置では、潤滑油を封入する内輪間座（油溜り付き間座）が回転軸の外周部に装着されるため、潤滑油の吐出等により発生するアンバランスの影響を受けやすく、高速回転における回転精度に限界があることが判明した。

また、ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプなどは、外輪間座および内輪間座を挟んだ状態で軸受を使用機器のハウジングに組み付けた後は再分解が難しく、内輪間座の油溜め室への給油が困難となり、長期間保管する場合に潤滑油の劣化や蒸発に起因して、吐出量の変化や残油量の信頼性に欠ける懸念があった。

さらに、内輪間座の強度不足と機械加工が非常に困難なことから、潤滑油を溜める空間容積には限界があり、ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプなどでは、軸受の更なる長寿命化（供給油量の増加）を図ることができないことが判明した。

本発明は、上記の問題に鑑みて提案されたものであって、高速回転時の回転精度を向上し、潤滑油の劣化や蒸発を抑制すると共に潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図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。

本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討した結果、回転軸の内部にカートリッジ式の保油部材を設けるという新たな着想により、本発明に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、外周に軌道面が形成された内輪と、内周に軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に組み込まれた複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、前記内輪の端面に当接して内輪の軸方向の位置決めを行う内輪間座とを有し、前記内輪が回転軸に嵌合された転がり軸受装置において、前記回転軸の中心に凹部を形成し、この凹部と回転軸の外周部を連通する油孔を設け、前記凹部に、潤滑油を充填した給油カートリッジを挿入し、回転軸が回転する際に生じる遠心力により、給油カートリッジから潤滑油が吐出し、この潤滑油が前記油孔から軸受内部に供給されることを特徴とする。上記の構成の転がり軸受装置により、高速回転時の回転精度を向上し、潤滑油の劣化や蒸発を抑制すると共に潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図ることができる。

上記の給油カートリッジは多孔質体から構成され、この多孔質体は金属焼結体あるいは多孔質樹脂で形成することができる。金属焼結体として、鉄系、銅系、鉄銅系、ステンレス系、タングステン系などがあり、これらの何れも使用可能である。ただし、転がり軸受装置が幅広い雰囲気温度（−５０℃以下の低温雰囲気から１５０℃の高温雰囲気）で使用される際には、給油カートリッジ２５の線膨張係数を極力小さくするため、鉄系やステンレス系の焼結金属を使用することが好ましい。

多孔質樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、生分解性樹脂等からなるものが使用可能である。これらの多孔質樹脂を型成形して使用することが好ましい。

上記の多孔質体の空孔率は１０〜４０％であることが好ましい。空孔率が１０％未満では充填できる潤滑油量が不足し、一方、４０％を超えると強度が不足し、好ましくない。

上記の給油カートリッジの外径部に溝を形成し、この溝が金型で成形された面であることが好ましい。これにより、溝の表面開孔率は、焼結後の焼結金属体の内部の空孔率（１０〜４０％）が維持され、給油カートリッジに充填した潤滑油の吐出が良好となる。

上記溝の表面の少なくとも一部に、給油量を調整するための機械加工面を形成することができる。溝は金型で成形された面を使用するが、溝の表面の一部分を機械加工して開孔率を小さくすることにより、潤滑油の供給される量と吐出が完了するまでの時間を調整することが可能となる。

上記の給油カートリッジは、多孔質体の他に潤滑油を充填したタンク形式にしても良い。また、給油カートリッジから吐出した潤滑油は、回転軸の凹部と外周部を連通する油孔から、内輪間座の端部に設けた油通路を経由して、あるいは、内輪の内径面から外径面に貫通する油通路を経由して軸受内部に供給することができる。

上記の給油カートリッジを複数個挿入することができる。この場合は、潤滑油の保油量を更に増加させて軸受の長寿命化を図ることができる。

本発明の転がり軸受装置は、高速回転時の回転精度を向上し、潤滑油の劣化や蒸発を抑制すると共に潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図ることができるので、ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプ用軸受として好適である。

本発明の転がり軸受装置によれば、高速回転時の回転精度を向上し、潤滑油の劣化や蒸発を抑制すると共に潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置を示す縦断面図である。 上記の転がり軸受装置の斜視図である。 油孔を形成するブッシュを拡大した縦断面図である。 給油カートリッジ装着前の転がり軸受装置の状態を示す縦断面図である。 給油カートリッジを装着した状態を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受装置を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受装置を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置を図１〜５に基づいて説明する。図１は、本実施形態の転がり軸受装置を示す縦断面図であり、図２はその斜視図である。図１に示す転がり軸受装置１は、低温かつ高速回転の環境下で使用されるロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプに使用されるもので、複列のアンギュラ玉軸受２、２を備える。複列のアンギュラ玉軸受２、２は、回転軸２２に嵌合固定される一対の内輪３、３と、外輪間座１１の内周面に嵌合される一対の外輪４、４とを備える。内輪３の軌道面３ａと外輪４の軌道面４ａの間に複数の転動体５が接触角をもって配置され、この転動体５を保持器６が円周方向で等間隔に保持している。

一対の内輪３、３の間に内輪間座７が設置される。内輪間座７は円筒状で、両端面が一対の内輪３、３の内側端面に当接して内輪３の軸方向の位置決めを行う。軸受回転時は、回転軸２２に嵌合固定された内輪３と内輪間座７が回転軸２２と一体に回転する。内輪３は、転動体５とアンギュラコンタクトしない側の肩部を切除した形態を有する。そのため、転動体５の表面が内輪間座７の両端部の外周面と半径方向に対向している。

外輪間座１１の中央部には、内径方向に突出した突出部１１ａが設けられ、この突出部１１ａの両端面と両外輪４、４の端面との間に軸受予圧を付与するための弾性部材、例えば、皿ばね１２が配置されている。転がり軸受装置１の軸方向両側は、図示しないシール部材によって潤滑油の軸受外部への飛散が防止される。シール部材は、その外径端を外輪４の肩部内周面の取付け溝１３に嵌着される。シール部材の内径端に設けたリップと内輪３の肩部外周面に形成されたシール溝１４との間に非接触シールが構成される。なお、シール部材は省略することもできる。

軸受装置１の内部空間には、グリース蒸発等の問題からグリース等の流動性潤滑剤を封入することができない。流動性潤滑剤が存在しないことで問題となる軸受の焼付き防止および起動トルクの低減を図るため、内輪軌道面３ａ、外輪軌道面４ａ、転動体５の表面および保持器６のポケット内面を含む表面全体のうち、いずれか一つ以上、もしくは全てにポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等からなる固体潤滑皮膜が形成されている。

内輪３、外輪４および転動体５は、ステンレス鋼、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼で形成することができる。なお、転動体５はセラミックスで形成することもできる。セラミックス製の転動体５であれば、軸受回転時に転動体５に作用する遠心力が軽減され、外輪４の軌道面４ａの接触面圧を低減できるため、軸受の長寿命化を図ることができる。保持器６は、ＰＥＥＫ等にガラス繊維もしくは炭素繊維を添加した複合材料で形成される。この他、浸炭鋼、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅合金等の金属材料で保持器６を形成することもできる。

図１および図２に示すように、回転軸２２の中心に円筒状の凹部２３が形成されている。この凹部２３に給油カートリッジ２５が圧入されている。給油カートリッジ２５は、金属もしくは樹脂の多孔質体からなり、互いに連通した微小な空孔を多数有する。この給油カートリッジ２５に潤滑油を含浸させることで、各空孔に潤滑油が保持される。

給油カートリッジ２５は、例えば焼結金属体で形成される。焼結金属体は、金属粉末を金型で成形（圧粉体成形）し、その後、所定温度で焼結することで得られる。焼結後の金属焼結体内部の多数の空孔は相互に連通しており、空孔率は約２０％である。空孔率が１０％未満では充填できる潤滑油量が不足し、一方、４０％を超えると強度が不足し、好ましくない。そのため、空孔率が１０〜４０％の範囲内、望ましくは２０％程度となるようにプレス圧等の成形条件を設定する。

焼結金属としては、鉄系、銅系、鉄銅系、ステンレス系、タングステン系などがあり、これらの何れも使用可能である。ただし、本実施形態の転がり軸受け装置１は、−５０℃以下の低温雰囲気から１５０℃の高温雰囲気の範囲内で使用される。給油カートリッジ２５の線膨張係数を極力小さくするため、鉄系やステンレス系の焼結金属を使用することが好ましい。

焼結後の焼結金属体の幅面２５ａと外径面２５ｂを研削加工等の機械加工を施す。外径面２５ｂに設けた溝２５ｃは、研削加工等の機械加工を施さず圧粉体成形時の金型で成形された面（成形面）をそのまま残す。機械加工により、給油カートリッジ２５の幅面２５ａと外径面２５ｂの表面開孔は目潰しされて、表面開孔率は１０％未満まで低下する。一方、溝２５ｃの表面開孔率は、焼結後の焼結金属体の内部の空孔率（１０〜４０％）が維持され、幅面２５ａおよび外径面２５ｂの表面開孔率よりも大きくなる。給油カートリッジ２５の外径面２５ｂに設けた溝２５ｃを機械加工すると、溝２５ｃの表面に存在する空孔が目詰まりし、充填した潤滑油が吐出する妨げとなるため好ましくないが、溝２５ｃの表面の一部分を機械加工し、開口率を小さくすることで潤滑油の供給される量と吐出が完了するまでの時間を調整することが可能である。

給油カートリッジ２５の外径部に回り止めピン２６を圧入固定し、この回り止めピン２６を回転軸２２の凹部２３の内径面２３ａに設けた溝２３ｂに嵌合させて、円周方向の位相を合わせると共に回り止めを行う。給油カートリッジ２５の両端面には雌ねじ２５ｄが設けられ、給油カートリッジ２５を回転軸２２から引き抜く際に利用する。本実施形態では、別体の回り止めピン２６を給油カートリッジ２５に圧入固定したものを例示したが、これに限られず、回り止めピン２６を給油カートリッジ２５と一体成形としてもよい。

給油カートリッジ２５には、潤滑油が含浸される。潤滑油としては、低温（−５０℃以下）でも良好な潤滑性を有する合成油、例えばフッ素系油が使用される。含浸方法として、真空含浸が有効である。真空含浸は、処理時間や生産性等の面で優れる。

回転軸２２の凹部２３の開口側端部には雌ねじ２７が形成され、蓋部材２８の外径面には雄ねじ２８ａが形成されている。蓋部材２８を凹部２３の開口側端部に螺合し締め付けることにより、給油カートリッジ２５が運転中に軸方向に移動するのを防止している。なお、図２の斜視図では、回転軸２２の凹部２３に圧入された給油カートリッジの状態を分かりやすくするために、蓋部材２８を装着する前の状態を図示している。

回転軸２２の凹部２３の内径面２３ａから回転軸２２の外径面２２ａに半径方向に連通する油孔２２ｂが複数設けられている。この油孔２２ｂは、給油カートリッジ２５の外径面２５ｂに設けられた溝２５ｃと同じ位相で配置され、内輪間座７の内径面に設けた油溜り部７ａへ潤滑油を供給する。油溜り部７ａには、溜った潤滑油を軸受２に供給するための油孔７ｂが複数設けられている。油孔７ｂの個数と径を調整することにより、軸受２への供給量を調整できる。油溜り部７ａと油孔７ｂにより内輪間座７の端部に油通路が形成される。この油通路は、軸受の内輪３側に設けても良い。この場合に、油溜り部を回転軸２２の外周面に設け、内輪３には、その内径面から外径面に貫通する油孔を設けることにより油通路を形成しても良い。

回転軸２２の凹部２３の内径面２３ａから回転軸２２の外径面２２ａに半径方向に連通する油孔２２ｂを形成するためにブッシュ２４が挿入されている。図３に拡大して示すように、油孔２２ｂを形成するブッシュ２４は、凹部２３の内径面２３ａ側の入口２４ａが潤滑油の流入をよくするためにＲ形状になっている。凹部２３の内径面２３ａをＲ形状に面取り加工することが非常に困難であるため、予めＲ形状に面取りしたブッシュ２４を回転軸２２に圧入している。ブッシュ２４の出口側には鍔部２４ｂが設けられ、運転中の遠心力で径方向に抜け出すことを防ぐために、ブッシュ２４の鍔部２４ｂの端面が内輪間座７の内径面で押さえる構造としている。

以上のように構成された転がり軸受装置１は、その外輪間座１１を液体燃料用ターボポンプのハウジング（図示省略）に組み込んで使用される。ターボポンプが運転され、回転軸２２の回転に伴って、給油カートリッジ２５が回転すると遠心力により、給油カートリッジ２５に充填された潤滑油が溝２５ｃの表面に滲み出し、回転軸１１の油孔２２ｂ（ブッシュ２４）から内輪間座７の油溜り部７ａ、油孔７ｂを通って外径側に飛散する。飛散した潤滑油は、油孔７ｂの半径方向に対向した転動体５の表面に達し、さらに内輪軌道面３ａや外輪軌道面４ａに転移して軸受内部を潤滑する。前述したように、給油カートリッジ２５の溝２５ｃの表面開孔率は、給油カートリッジ２５の他の表面（幅面２５ａ、外径面２５ｂよりも大きくなっているので、溝２５ｃからの潤滑油の滲み出しはスムーズに行われる。

本実施形態の転がり軸受装置１では、給油カートリッジ２５を回転軸２２の内部（中心に形成した凹部２３）に挿入させる構造にすることにより、潤滑油の吐出等により発生するアンバランスの影響を受けにくくなり、高速回転における回転精度を向上することができる。補足説明すると、回転軸の外径部に装着する従来の油溜り付き内輪間座では、回転軸の中心から離れているので、潤滑油の吐出等により発生するアンバランスの影響が大きくなる。これに対して、本実施形態の転がり軸受装置１は、給油カートリッジ２５を回転軸２２の回転中心に取り付けるため、アンバランスの影響が少なくなる。

液体燃料用ターボポンプでは、転がり軸受装置１が組み付けられて長期間保管される場合がある。この場合には、図４に示すように、本実施形態の転がり軸受け装置１では、回転軸２２の凹部２３には給油カートリッジ２５を装着しない状態でターボポンプに組み込み、ターボポンプがロケットエンジンに搭載される直前に、図５に示すように、潤滑油を充填した給油カートリッジ２５を回転軸２２の凹部２３に挿入することができる。その後、図１で前述したように、蓋部材２８を凹部２３の開口側端部に螺合し締め付け、給油カートリッジ２５を軸方向に固定する。これにより、潤滑油の劣化や蒸発が起こるリスクを低減できる。この点を補足説明すると、従来の油溜り付き内輪間座では、外輪間座および内輪間座を挟んで複列の軸受を回転軸に組み付け、ターボポンプに組み込んだ後は、構造上、内輪間座への給油ができないため、この状態で長期間保管されると、潤滑油の劣化や蒸発が起こることがある。

さらに、給油カートリッジ２５は、回転軸２２内に略円筒状で大きな容積を効率よく確保することができる。そのため、潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図ることができる。

以上の説明では、給油カートリッジ２５を焼結金属体で形成する場合を例示したが、給油カートリッジ２５は多孔質樹脂で形成することもできる。この種の多孔質樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、生分解性樹脂等からなるものが使用可能である。これらの多孔質樹脂を型成形して（必要に応じて、外径面や幅面を機械加工した後）から潤滑油を含浸させることで給油カートリッジ２５を得ることができる。この場合も、溝２５ｃを機械加工しない成形面のままとし、他の表面よりも表面開孔率を大きくすることで、必要量の潤滑油を軸受内部にスムーズに供給することが可能となる。

また、以上の説明では、給油カートリッジ２５を多孔質体で形成した場合を例示したが、これに限られず、給油カートリッジは潤滑油を充填したタンク形式にしても良い。

次に、本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受装置を図６に基づいて説明する。本実施形態の転がり軸受装置は、給油カートリッジが複数装着されている構成が、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同じ機能を有する部位には同一の符号を付して、要点のみを説明する。

図６に示すように、転がり軸受装置１の回転軸２２の中心に長寸の円筒状の凹部２３が形成されている。この凹部２３に２個の給油カートリッジ２５が直列に圧入されている。この給油カートリッジ２５も、第１の実施形態と同様に、金属もしくは樹脂の多孔質体からなり、互いに連通した微小な空孔を多数有する。この給油カートリッジ２５に潤滑油を含浸させることで、各空孔に潤滑油が保持される。

この転がり軸受装置１では、複列のアンギュラ玉軸受間の軸方向の距離は、第１の実施形態と同じであるが、回転軸２２の凹部２３の軸方向長さと設置範囲を調整することで、２個の給油カートリッジ２５を直列配置することができ、供給油量を倍増することができる。このように、潤滑油の保油量を増加させて更なる軸受の長寿命化を図ることができる。

また、給油カートリッジ２５を標準化しておいて、転がり軸受装置１に要求される使用条件に応じて、給油カートリッジ２５の装着個数を適宜設定することができる。この場合には、給油カートリッジ２５を容易に製作することができると共に、生産管理の工数が軽減され、製造コストの抑制を図ることができる。また、軸受サイズや仕様が異なる転がり軸受装置１の場合にも、上記の標準化した給油カートリッジ２５を適用することもできる。本実施形態では、２個の給油カートリッジ２５を装着したものを例示したが、これに限られず、転がり軸受装置１の要求条件に応じて、２個以上のものも適宜実施することができる。

その他の構成や作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態について前述した内容を全て準用し、重複説明を省略する。

次に、本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受装置を図７に基づいて説明する。図７は転がり軸受装置の一部分を示す縦断面図である。本実施形態の転がり軸受装置は、内輪間座が間座と間座カバーの２部材からなる構成が、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同じ機能を有する部位には同一の符号を付して、要点のみを説明する。

図７に示すように、本実施形態の転がり軸受装置１に用いられる内輪間座１７は、間座１８とその外径面に嵌合した間座カバー１９の２部材で構成されている。間座１８は、金属もしくは樹脂の多孔質体からなり、互いに連通した微小な空孔を多数有する。

間座１８は、例えば焼結金属体で形成される。間座１８は、圧粉体成形の段階で、両端面の内径端に油溜り部１８ａと外径端に面取り部１８ｂを形成する。焼結後における面取り部１８ｂの傾斜角は約４５°であり、面取り部１８ｂの軸方向寸法は０．５ｍｍ以上である。焼結後の焼結金属体の内径面１８ｃ、外径面１８ｄおよび両端面１８ｅに後加工として研削加工等の機械加工を施し、規定寸法に仕上げることで間座１８が得られる。このとき、面取り部１８ｂには機械加工を施さず、圧粉体成形時の金型で成形された面をそのまま残す。機械加工により、間座１８の内径面１８ｃ、外径面１８ｄおよび両端面１８ｅの表面開孔が目潰しされ、表面開孔率は１０％未満まで低下する。一方、面取り部１８ｂの表面開孔率は、焼結後の焼結金属体内部の空孔率（１０〜４０％）が維持され、内径面１８ｃ、外径面１８ｄおよび両端面１８ｅの表面開孔率よりも大きくなる。面取り部１８ｂは、機械加工を施して表面開孔率を調整してもよい。

間座カバー１９は、中実の（空孔のない）金属もしくは樹脂材料で円筒状に形成される。間座カバー１９の両端面には、その円周方向の一部領域を切り欠くことで凹部１９ａが形成されている。この凹部１９ａは円周方向の複数個所に間欠的に形成され、したがって、間座カバー１９の両端面には、複数の凹部１９ａと、隣接する凹部１９ａの間の凸部１９ｂとが交互に形成される。両端面の凸部１９ｂは内輪３の端面に当接する接触面となる。凹部１９ａと凸部１９ｂとの段差は面取り部１８ｂの軸方向寸法と同寸法、もしくは小さくするのが望ましい。

間座１８および間座カバー１９からなる内輪間座１７を一対の内輪３、３間に介在させ、間座１８の両端面および間座カバー１９の両端面に形成した凸部１９ｂの端面を内輪３の端面に当接させる。これにより、両内輪３、３が軸方向で位置決めされ、間座カバー１９の両端面に形成した凹部１９ａと内輪３の端面との間に、間座カバー１９の内径面と外径面に開口し、かつ内径側開口が間座１８の面取り部１８ｂと半径方向に対向する通路１９ｃが形成される。この場合は、間座１８の油溜り部１８ａと面取り部１８ｂおよび間座カバー１９の通路１９ｃにより油通路を形成する。

本実施形態の転がり軸受装置１も、その外輪間座１１を液体燃料用ターボポンプのハウジング（図示省略）に組み込んで使用される。ターボポンプが運転され、回転軸２２の回転に伴って、給油カートリッジ２５が回転すると遠心力により、給油カートリッジ２５に充填された潤滑油が溝２５ｃの表面に滲み出し、回転軸１１の油孔２２ｂ（ブッシュ２４）から間座１８の油溜り部１８ａに入り、面取り部１８ｂから滲み出した潤滑油が、間座カバー１９の通路１９ｃを通って外径側に飛散する。飛散した潤滑油は、油通路１９ｃの半径方向に対向した転動体５の表面に達し、さらに内輪軌道面３ａや外輪軌道面４ａに転移して軸受内部を潤滑する。

本実施形態の転がり軸受装置１は、−５０℃以下の低温雰囲気から１５０℃の高温雰囲気の範囲内で使用される。このように幅広い雰囲気温度で使用される際には、間座１８の線膨張係数と間座カバー１９の線膨張係数の差が大きいと、間座１８の外径面と間座カバー１９の内径面との間に隙間が生じたり、間座１８の軸方向寸法と間座カバー１９の軸方向寸法に差が生じて、内輪間座１７としての機能を十分満足できない場合がある。したがって、上記のように幅広い雰囲気温度で使用する際には、間座１８は、間座カバー１９の線膨張係数と同等の線膨張係数を有する材料で形成するのが望ましい。したがって、間座１８を鉄系やステンレス系等の焼結金属で形成する場合、間座カバー１９も同種の金属で形成することが好ましい。

給油カートリッジ２５を含む、その他の構成や作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態について前述した内容を準用し、重複説明を省略する。

以上の各実施形態の転がり軸受装置１では、給油カートリッジ２５を回転軸２２の内部（中心に形成した凹部２３）に挿入させる構造にすることにより、潤滑油の吐出等により発生するアンバランスの影響を受けにくくなり、高速回転における回転精度を向上することができる。

また、給油カートリッジ２５は、転がり軸受装置１を運転する直前に回転軸２２の凹部２３に挿入することができるため、給油カートリッジ２５を組付けた状態で長期保管されることがなく、潤滑油の劣化や蒸発が起きるリスクを低減できる。

さらに、給油カートリッジ２５は、回転軸２２内に挿入する構成としたので、大きな容積を効率よく確保することができる。そのため、潤滑油の保油量を増加させて軸受の長寿命化を図ることができる。加えて、軸受の軸方向寸法に関わらず、複数個の給油カートリッジ２５を直列配置することができ、供給油量を大幅に増やすことができる。

以上の実施形態で説明した転がり軸受装置１は、ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプだけでなく、グリースを使用できない使用条件、例えば低温下で高速回転する軸受装置や、宇宙環境等の真空下で使用する軸受装置として広く使用することが可能である。また、軸受形式としてアンギュラ玉軸受を例示したが、他の軸受形式（例えば、深溝玉軸受、円筒ころ軸受等）を使用した転がり軸受装置にも本発明を適用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 転がり軸受装置
２ アンギュラ玉軸受
３ 内輪
４ 外輪
５ 転動体
６ 保持器
７ 内輪間座
７ａ 油溜り部
７ｂ 油孔
１１ 外輪間座
１７ 内輪間座
１８ 間座
１８ａ 油溜り部
１８ｂ 面取り部
１９ 間座カバー
１９ｃ 油通路
２２ 回転軸
２２ｂ 油孔
２３ 凹部
２５ 給油カートリッジ
２５ｃ 溝
２６ 回り止め用突起
２８ 蓋部材

Claims (7)

1. 外周に軌道面が形成された内輪と、内周に軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に組み込まれた複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、前記内輪の端面に当接して内輪の軸方向の位置決めを行う内輪間座とを有し、前記内輪が回転軸に嵌合された転がり軸受装置において、
   前記回転軸の中心に凹部を形成し、この凹部と回転軸の外周部を連通する油孔を設け、前記凹部に、潤滑油を充填した給油カートリッジを挿入し、回転軸が回転する際に生じる遠心力により、給油カートリッジから潤滑油が吐出し、この潤滑油が前記油孔から軸受内部に供給されることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記給油カートリッジは多孔質体から構成されることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記多孔質体の空孔率が１０〜４０％であることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受装置。
4. 前記給油カートリッジの外径部に溝を形成し、この溝が金型で成形された面としたことを特徴とする請求項２〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。
5. 前記溝の表面の少なくとも一部に給油量を調整するための機械加工面を形成したことを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受装置。
6. 前記給油カートリッジが複数個挿入されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。
7. ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプに使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。

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