JP2015183739A - 軸受装置の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮エアにより軸受装置を効率良く冷却することができ、かつ用途に応じた形状のノズル孔を固定側間座に高精度にかつ生産性良く設けることができる軸受装置の冷却構造を提供する。【解決手段】 軸受装置Ｊは、転がり軸受１の内外に対向する固定側軌道輪２および回転側軌道輪３にそれぞれ隣り合って固定側間座４および回転側間座５が設けられる。固定側軌道輪２および固定側間座３が固定部材６に設置され、回転側軌道輪３および回転側間座５が回転部材７に設置される。固定側間座４に、回転側間座５の周面に向けて冷却用の圧縮エアＡを吐出するノズル孔１５を、回転方向の前方へ傾斜させて設ける。固定側間座４におけるノズル孔１５を構成する部分２０を他の部分１１ａとは別体とする。ノズル孔１５は、圧縮エアＡの流れ方向と直交する横断面および流れ方向に沿う縦断面の少なくとも何れかの断面の形状が一様ではない。【選択図】 図２

Description

この発明は、軸受装置の冷却構造に関し、例えば、工作機械の主軸および主軸に組み込まれる軸受の冷却構造に関する。

工作機械の主軸装置では、加工精度を確保するために、装置の温度上昇は小さく抑える必要がある。しかしながら最近の工作機械では、加工能率を向上させるため高速化の傾向にあり、主軸を支持する軸受からの発熱も高速化と共に大きくなってきている。また、装置内部に駆動用のモータを組込んだいわゆるモータビルトインタイプが多くなってきており、装置の発熱要因ともなってきている。

発熱による軸受の温度上昇は、予圧の増加をもたらす結果となり、主軸の高速化、高精度化を考えると極力抑えたい。主軸装置の温度上昇を抑える方法として、冷却用の圧縮エアを軸受に送り、軸と軸受の冷却を行う方法がある（例えば、特許文献１）。なお、特許文献１では、２つの軸受間の空間に冷風を、回転方向に角度を付けて噴射して旋回流とすることで、軸と軸受の冷却を行っている。

特開２０００−１６１３７５号公報

圧縮エアによる冷却では、潤滑等との関係から、圧縮エアを軸や軸受に直接吹き付けるのではなく、外輪間座に設けたノズルから内輪間座に吹き付けて、内輪間座を介して軸と軸受を冷却することが多い。その場合、ノズルから吐出された圧縮エアは、内輪間座の外周面に沿って軸方向に流れつつ内輪間座の熱を奪った後、軸受外部へ排出される。この空冷方式は、圧縮エアの流速が速く、かつ流量が多いほど冷却効果が大きい。

しかし、単に出口付近の孔径を絞っただけの単純な形状のノズルでは、ノズル出口でチョークし、流速が音速よりも速くならないため、大きな冷却効果を期待できない。流速を音速より速くするには、ラバール・ノズル等のように孔径が中間部で細くなって微妙に変化した超高速ノズルとする必要があるが、そのような複雑なノズル孔を金属材料からなる外輪間座に切削により加工することは難しい。

また、冷却効果を上げるために圧縮エアの流量を多くするとしても、流量は空気圧縮機の容量に依存するため、流量を限りなく多くすることはできない。ノズル孔の圧縮エア流れ方向の中間部に軸受装置外部と通じる空気孔を設けることで、軸受外部から空気を取り込んで冷却用エアの流量を増やすことができるが、前記同様に、ノズル孔と空気孔を金属材料からなる外輪間座に切削により加工することは難しい。

さらに、ノズル孔の圧縮エアの流れ方向と直交する横断面形状を非円形とするのが望ましい場合があるが、この場合も、非円形孔のノズルを金属材料からなる外輪間座に切削により加工するのは困難である。

この発明の目的は、圧縮エアにより軸受装置を効率良く冷却することができ、かつ用途に応じた形状のノズル孔を固定側間座に高精度にかつ生産性良く設けることができる軸受装置の冷却構造を提供することである。

この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受の内外に対向する固定側軌道輪および回転側軌道輪にそれぞれ隣り合って固定側間座および回転側間座が設けられ、前記固定側軌道輪および固定側間座が、固定部材および回転部材のうちの固定部材に設置され、前記回転側軌道輪および回転側間座が、前記固定部材および回転部材のうちの回転部材に設置される軸受装置に適用される。この軸受装置において、前記固定側間座に、前記回転側間座の間座同士が対向する周面に向けて冷却用の圧縮エアを吐出するノズル孔を、前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設け、前記固定側間座における前記ノズル孔を構成する部分を他の部分とは別体とし、前記ノズル孔は、前記圧縮エアの流れ方向と直交する横断面および前記圧縮エアの流れ方向に沿う縦断面の一方または両方の断面の形状が一様ではないことを特徴とする。例えば、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記回転側軌道輪が内輪である。その場合、前記固定部材および回転部材は、例えばそれぞれハウジングおよび軸である。

この構成によると、固定側間座に設けたノズル孔より冷却用の圧縮エアを回転側間座の周面に向けて吐出することで、まず回転側間座に冷却し、この回転側間座を介して転がり軸受の回転側軌道輪および回転軸を冷却する。固定側間座に設けたノズル孔が回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、ノズル孔から吐出された圧縮エアは、回転側間座の周面に沿って旋回しながら軸方向に流れて軸受外部へ排出される。圧縮エアが旋回するため、軸方向にまっすぐ流れる場合と比べて、圧縮エアが回転側間座の周面を接している時間が長く、回転側間座を効率良く冷却することができる。このため、軸受装置および回転軸を冷却する効果が高い。

固定側間座におけるノズル孔を構成する部分を他の部分とは別体としたことで、ノズル孔を構成する部分を樹脂材等の加工が容易な材料で製作することができる。それにより、圧縮エアの流れ方向と直交する横断面および圧縮エアの流れ方向に沿う縦断面の一方または両方の断面の形状が一様ではないノズル孔を、固定側間座に高精度にかつ生産性良く設けることができる。このようなノズル孔を切削で加工するのは難しいが、樹脂材の射出成形なら容易に製作することができる。

この発明において、前記固定側間座が前記ノズル孔を円周方向に複数有する場合、それぞれのノズル孔を構成する部分を個別に、前記他の部分に設けられた嵌合用孔に嵌め込むと良い。
各ノズル孔を構成する部分を共通とすると、このノズル孔を構成する部分が環状または環状に近い形状となり、他の部分が、各ノズル孔を構成する部分を挟んで軸方向の両側に分断された形態となる。この形態は、ノズル孔を構成する部分が樹脂材である場合、固定側間座の軸方向の剛性が小さくなる。それぞれのノズル孔を構成する部分を個別に、他の部分に設けられた嵌合用孔に嵌め込んだ形態とすると、他の部分が軸方向の両側に分断されないため、固定側間座の軸方向の剛性の低下を防ぐことができる。

この発明において、前記ノズル孔の出口近傍の横断面形状が、周方向寸法に比較して軸方向寸法が長い扁平形状であっても良い。この明細書で言う前記扁平形状とは、周方向寸法に比較して軸方向寸法が極端に長い平べったい形状に限定されず、周方向寸法に比較して軸方向寸法が少しだけ長い形状も含む。
多量の圧縮エアをノズル孔から回転側間座に向けて吐出すると、圧縮エアはノズル孔の出口で流速が最大速度（例えば音速）となる。このとき、ノズル孔の出口と回転側間座の間のすきまが狭く、かつノズル孔の出口近傍の横断面形状が円形である場合、ノズル孔の出口と固定側間座の間の圧力が高くなりやすく、圧縮波が発生する。圧縮波が発生すると、ノズル孔の出口から吐出される圧縮エアの直進流れが阻害され、軸方向に拡散する。それにより、圧縮エアが回転側間座の周面と接する時間が短くなり、冷却効果が低下する。
ノズル孔の出口近傍の横断面形状が円形である場合に圧縮波が発生しやすいのは、ノズル孔の出口と回転側間座の間のすきまへの圧縮エアの流入量（質量流量）が、ノズル孔の中心の延長線上である軸方向の中央部で局所的に大きくなるためと考えられる。ノズル孔の出口近傍の横断面形状が扁平形状であると、圧縮エアの流入量が軸方向に均等化されるため、強い圧縮波が発生せず、圧縮エアが軸方向に拡散することなく、周方向に流すことができる。

この発明において、前記ノズル孔の縦断面が、長さ方向の中間部が狭く、超音速流れを可能とする形状であっても良い。
この場合、ノズル孔から吐出される圧縮エアの流速が速くなり、冷却効果が向上する。

この発明において、前記ノズル孔の前記圧縮エアの流れ方向の中間部に、軸受装置外部と通じる空気孔を設けても良い。
この場合、ノズル孔を流れる圧縮エアの動圧によって生じる負圧により、空気孔を通って軸受装置外部から空気がノズル孔に吸引される。それにより、ノズル孔から吐出される流量が多くなり、冷却効果が向上する。

この発明において、前記固定側間座の間座同士が対向する周面に環状の凹み部を設け、この凹み部に出口を開口させて前記ノズル孔を設けても良い。
この場合、圧縮エアがノズル孔から凹み部の空間に吐出されることで、圧縮エアが断熱膨張して、圧縮エアの温度が下がると共に流速が増す。これにより、冷却効果が向上する。
また、凹み部が設けられていると、前記凹み部の空間からこれよりも狭い固定側間座と回転側間座の間のすきまに圧縮エアが流れるため、前記すきまを流れる圧縮エアの周方向の各部の流速が均一化され、軸受内に流入する圧縮エアの流速が均一になる。それにより、圧縮エアと回転中の転動体との衝突音を小さくすることができる。

この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受の内外に対向する固定側軌道輪および回転側軌道輪にそれぞれ隣り合って固定側間座および回転側間座が設けられ、前記固定側軌道輪および固定側間座が、固定部材および回転部材のうちの固定部材に設置され、前記回転側軌道輪および回転側間座が、前記固定部材および回転部材のうちの回転部材に設置される軸受装置において、前記固定側間座に、前記回転側間座の間座同士が対向する周面に向けて冷却用の圧縮エアを吐出するノズル孔を、前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設け、前記固定側間座における前記ノズル孔を構成する部分を他の部分とは別体とし、前記ノズル孔は、前記圧縮エアの流れ方向と直交する横断面および前記圧縮エアの流れ方向に沿う縦断面の一方または両方の断面の形状が一様ではないため、圧縮エアにより軸受装置を効率良く冷却することができ、かつ用途に応じた形状のノズル孔を固定側間座に高精度にかつ生産性良く設けることができる。

この発明の一実施形態に係る軸受装置の冷却構造を備えた工作機械主軸装置の断面図である。 同軸受装置の冷却構造の主要部の拡大断面図である。 図１のIII−III断面図である。 同軸受装置の冷却構造のノズル取付部の分解斜視図である。 この発明の異なる実施形態に係る軸受装置の冷却構造の主要部の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る軸受装置の冷却構造の主要部の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態に係る軸受装置の冷却構造の断面図である。 同軸受装置の冷却構造のノズル出口の周辺部を軸方向から見た図である。 図８のIX−IX断面図で、（Ａ），（Ｂ）は互いに異なる例を示す。 圧縮波が発生している状態におけるノズル孔の出口付近の圧力分布を示す図である。 圧縮波が発生している状態におけるノズル孔の出口付近の温度分布を示す図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はノズル孔の出口近傍の横断面形状と質量流量との関係を示す図である。

この発明の一実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図１ないし図４と共に説明する。この例の軸受装置の冷却構造は、工作機械の主軸装置に適用されている。ただし、工作機械の主軸装置だけに限定されるものではない。

図１に示すように、軸受装置Ｊは、軸方向に並ぶ２つの転がり軸受１，１を備え、各転がり軸受１，１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５がそれぞれ介在している。外輪２および外輪間座４がハウジング６に設置され、内輪３および内輪間座５が主軸７に嵌合している。転がり軸受１はアンギュラ玉軸受であり、内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８が介在している。各転動体８は、保持器９により円周等配に保持される。２つの転がり軸受１，１は互いに背面組合せで配置されており、外輪間座４と内輪間座５の幅寸法差により、各転がり軸受１，１の初期予圧を設定して使用される。
この実施形態では、転がり軸受１は内輪回転で使用される。よって、外輪２、内輪３が、それぞれ請求項で言う「固定側軌道輪」、「回転側軌道輪」であり、外輪間座４、内輪間座５が「固定側間座」、「回転側間座」である。また、主軸７が「回転部材」、ハウジング６が「固定部材」である。後で示す他の実施形態についても同様である。

外輪２，２および外輪間座４は、例えばハウジング６に対してすきま嵌めとされ、ハウジング６の段部６ａと端面蓋４０とにより軸方向の位置決めがされる。また、内輪３，３および内輪間座５は、例えば主軸７に対して締まり嵌めとされ、両側の位置決め間座４１，４２により軸方向の位置決めがされる。なお、図の左側の位置決め間座４２は、主軸７に螺着させたナット４３により固定される。

冷却構造について説明する。
図１の部分拡大図である図２に示すように、外輪間座４は、外輪間座本体１１と、この外輪間座本体１１とは別部材からなるリング状の潤滑用ノズル１２，１２とを有する。外輪間座本体１１は断面略Ｔ字形状に形成され、この外輪間座本体１１の軸方向両側に潤滑用ノズル１２，１２がそれぞれ対称配置で固定されている。外輪間座本体１１の内径寸法は、潤滑用ノズル１２，１２の内径寸法よりも大きい。これにより、外輪間座４の内周面に、外輪間座本体１１の内周面と、この内周面に続く潤滑用ノズル１２，１２の側面とで構成される凹み部１３が形成されている。この凹み部１３は、断面長方形の環状溝である。外輪間座４の凹み部１３以外の内周面、すなわち潤滑用ノズル１２，１２の内周面と、内輪間座５の外周面とは、微小な径方向すきまδａを介して対向している。これにより、前記凹み部１３と内輪間座５の外周面との間に、他よりも径方向幅の広い空間１４が形成されている。

前記外輪間座本体１１には、内輪間座５の外周面に向けて冷却用の圧縮エアＡを吐出するノズル孔１５が設けられている。この例では、複数個（例えば３個）のノズル孔１５が設けられており、それぞれが円周方向等配に配置されている。各ノズル孔１５は、長さ方向の中間部が狭くなり、超音速流れを可能とする形状とされている。例えば、ラバール・ノズルの形状である。ノズル孔１５の出口は、外輪間座４の内周面の前記凹み部１３に開口している。

また、図３に示すように、各ノズル孔１５は、それぞれ内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。つまり、外輪間座４の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線Ｌから、この直線Ｌと直交する方向にオフセットした位置にある。ノズル孔１５をオフセットさせる理由は、圧縮エアＡを内輪間座５の回転方向に旋回流として作用させて、冷却効果を向上させるためである。なお、図１、図２では、外輪間座４を、ノズル孔１５の中心線を通る断面で表示している。

外輪間座本体１１の外周面には、軸受外部から各ノズル孔１５に圧縮エアＡを導入するための導入溝１６が形成されている。この導入溝１６は、外輪間座４の外周面における軸方向中間部に設けられ、各ノズル孔１５に連通する円弧状に形成されている。導入溝１６は、外輪間座本体１１の外周面において、後述のエアオイル供給経路（図示せず）が設けられる円周方向位置を除く円周方向の大部分を示す角度範囲αにわたって設けられている。図１のように、ハウジング６に圧縮エア導入経路４５が設けられ、この圧縮エア導入経路４５に導入溝１６が連通するように構成されている。ハウジング５の外部には、圧縮エア導入孔４５に圧縮エアＡを供給するエア供給装置（図示せず）が設けられている。

図４に示すように、外輪間座本体１１におけるノズル孔１５を構成する部分（以下、「ノズル孔構成部」とする）２０はノズル孔１５毎にそれぞれ設けられ、各ノズル孔構成部２０は、外輪間座本体１１の大半部分を占める他の部分１１ａとは別体に形成されている。図の例では、各ノズル孔構成部２０は、径方向から見て略長方形の形状とされているが、他の形状であっても良い。これら各ノズル孔構成部２０は、外輪間座本体１１に径方向に貫通して設けられた嵌合用孔２１に圧入等により嵌め込むことで、他の部分１１ａに固定される。前記導入溝１６は、ノズル孔構成部２０と他の部分１１ａの外周面にそれぞれ形成された溝部１６ａ，１６ｂで構成される。

ノズル孔構成部２０は、例えば樹脂材からなり、射出成形等により製作される。このため、ラバール・ノズルのような、圧縮エアＡの流れ方向の中間部が狭く、流れ方向に沿う縦断面が一様でない複雑な形状のノズル孔１５も、高精度にかつ生産性良く形成することができる。なお、外輪間座本体１１の他の部分１１ａ、および外輪間座本体１１以外の各部品（保持器９は除く）は、軸受鋼等の金属製である。

潤滑構造について説明する。
図１に示すように、外輪間座４は、軸受内にエアオイルを供給する前記潤滑用ノズル１２，１２を有する。各潤滑用ノズル１２は、軸受内に突出して内輪３の外周面との間でエアオイル通過用の環状すきまδｂを介して対向する先端部３０を含む。換言すれば、潤滑用ノズル１２の先端部３０が、内輪３の外周面に被さるように軸受内に進入して配置される。また、潤滑用ノズル１２の先端部３０は、保持器９の内周面よりも半径方向の内方に配置されている。

図２に示すように、潤滑用ノズル１２には、この潤滑用ノズル１２と内輪３の外周面間の前記環状すきまδｂにエアオイルを供給するエアオイル供給孔３１が設けられている。このエアオイル供給孔３１は、軸受側に向かうに従い内径側に至るように傾斜し、先端部３０の内周側に出口が開口している。エアオイル供給孔３１には、ハウジング６および外輪間座本体１１に設けられたエアオイル供給経路（図示せず）を通ってエアオイルが供給される。内輪３の外周面におけるエアオイル供給孔３１の延長線上の箇所には、環状凹み部３ａが設けられている。
潤滑用ノズル１２から吐出されたエアオイルの油が前記環状凹み部３ａに溜り、この油が、内輪３の回転に伴う遠心力により、傾斜面である内輪３の外周面に沿って軸受中心側へと導かれる。

排気構造について説明する。
この軸受装置Ｊには、冷却用の圧縮エアおよび潤滑用のエアオイルを排気する排気経路４６が設けられている。排気経路４６は、外輪間座本体１１における円周方向の一部に設けられた排気溝４７と、ハウジング６に設けられ前記排気溝４７に連通する径方向排気孔４８および軸方向排気孔４９とを有する。前記外輪間座本体１１の排気溝４７は、エアオイル供給経路が設けられる位置とは対角の円周方向位置にわたって形成されている。

上記構成からなる軸受装置の冷却構造の作用について説明する。
外輪間座４に設けたノズル孔１５より冷却用の圧縮エアＡを内輪間座５の外周面に向けて吐出することで、まず内輪間座５に冷却し、この内輪間座５を介して転がり軸受１の内輪３および主軸７を冷却する。その際、以下の理由により、内輪間座５を効率良く冷却することができる。

第１の理由は、ノズル孔１５がラバール・ノズルのような超音速流れを可能とする形状である点である。前記エア供給装置により圧縮エアＡの圧力、流量等を調整することで、ノズル孔１５から超音速の圧縮エアＡが吐出される。また、図の例の場合、外輪間座４の内周面の凹み部１３と内輪間座５の外周面との間の空間１４に圧縮エアＡが吐出されるため、空間１４で圧縮エアＡが断熱膨張して、温度が下がると共に、体積が増加する。体積が増加することで、さらに流速が増大する。このように、低温で超高速の圧縮エアＡを内輪間座５に吹き付けることで、内輪間座５を効率良く冷却する。
なお、前記凹み部１３が設けられていると、凹み部１３の空間１４からこれよりも狭い外輪間座４と内輪間座の間の径方向すきまδａに圧縮エアＡが流れるため、内輪間座５の外周面に沿って流れる圧縮エアＡの周方向の各部の流速が均一化され、軸受内に流入する圧縮エアＡの流速が均一になる。それにより、圧縮エアＡと回転中の転動体９との衝突音を小さくすることができるという効果もある。

第２の理由は、ノズル孔１５が内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜していることである。これにより、ノズル孔１５から吐出された圧縮エアＡは、内輪間座５の外周面に沿って旋回しながら軸方向に流れて、前記排気経路４６を通って軸受外部へ排出される。圧縮エアＡが旋回するため、軸方向にまっすぐ流れる場合と比べて、圧縮エアＡが内輪間座５の外周面と接している時間が長く、内輪間座５をより一層効率良く冷却することができる。

ノズル孔構成部２０を樹脂材等により製作したことにより、ノズル孔１５がラバール・ノズルのような、圧縮エアＡの流れ方向の中間部が狭く、流れ方向に沿う縦断面が一様でない形状であっても、高精度にかつ生産性良く製作することができる。金属の鋳造品に対して切削により、縦断面が一様ではないノズル孔を加工することは難しい。

また、この実施形態は、ノズル孔１５毎に個別にノズル孔構成部２０に設け、各ノズル孔構成部２０を、外輪間座本体１１の他の部分１１ａに設けられた嵌合用孔２１に嵌め込む構成としてある。ノズル孔構成部２０を各ノズル孔１５で共通とすると、ノズル孔構成部２０が環状または環状に近い形状となり、他の部分１１ａがノズル孔構成部２０により軸方向の両側に分断された形態となる。この形態は、ノズル孔構成部２０が樹脂材である場合、外輪間座４の軸方向の剛性が小さい。この実施形態の構成であると、ノズル孔構成部２０によって他の部分１１ａが軸方向の両側に分断されることがなく、外輪間座４の軸方向の剛性の低下を防ぐことができる。

以下、この発明の異なる実施形態について説明する。
図５に示す実施形態は、ノズル孔１５の圧縮エアＡの流れ方向の中間部に、軸受装置外部と通じる空気孔３３を設けてある。この場合、ノズル孔１５を流れる圧縮エアＡの動圧によって生じる負圧により、空気孔３３を通って軸受装置外部から空気Ｂがノズル孔１５に吸引される。それにより、ノズル孔１５から吐出される圧縮エアＡの流量が多くなり、冷却効果が向上する。

図６は、一般的な形状のノズル孔１５に空気孔３３を設けた例を示すが、図５のように、超音速流れを生じさせることが可能な形状のノズル孔１５に空気孔３３を設けても良い。図５および図６のいずれについても、空気孔３３を設けたことにより、ノズル孔構成部２０および嵌合用孔２１の断面形状が図２のものと若干異なっている。他の構成は、図２のものと同じである。

図７ないし図９はさらに異なる実施形態を示す。前記各実施形態のノズル孔１５が、圧縮エアＡの流れ方向に沿う縦断面が一様でない形状であるの対し、この実施形態のノズル孔１５は、圧縮エアＡの流れ方向と直交する横断面が一様でない形状である。すなわち、冷却効率を向上させるために、ノズル孔出口１５ａ近傍の横断面形状を、周方向寸法に比較して軸方向寸法が扁平形状としている。例えば、図９（Ａ）のように軸方向に細長い長方形とするか、または図９（Ｂ）のように軸方向に細長い楕円形とする。ここで、前記扁平形状とは、周方向寸法に比較して軸方向寸法が極端に長い平べったい形状に限定されず、周方向寸法に比較して軸方向寸法が少しだけ長い形状も含む。

ノズル孔出口１５ａ近傍の横断面形状を扁平形状とすると冷却効率が向上する理由について説明する。
図８のように、多量の圧縮エアＡをノズル孔１５から内輪間座５に向けて吐出すると、圧縮エアＡはノズル孔出口１５ａで流速が最大速度（例えば音速）となる。このとき、ノズル孔出口１５ａと回転間座５の間のすきまδａが狭く、かつノズル孔出口１５ａ近傍の横断面形状が円形である場合、ノズル孔出口１５ａと内輪間座５の間の圧力が高くなりやすく、前記すきまδａにおけるノズル孔出口１５ａ付近Ｃで圧縮波が発生する。圧縮エアＡの供給量が多いほど、強い圧縮波が発生する。圧縮波が発生すると、ノズル孔１５から吐出される圧縮エアＡの直進流れが阻害され、図１０、図１１のように、軸方向に拡散する。それにより、圧縮エアＡが内輪間座５の外周面と接する時間が短くなり、冷却効果が低下する。図１０は、圧縮波が発生している状態におけるノズル孔の出口付近の圧力分布を示し、図１１は、圧縮波が発生している状態におけるノズル孔の出口付近に温度分布を示す。

ノズル孔出口１５ａ近傍の横断面形状が円形である場合に圧縮波が発生しやすいのは、ノズル孔出口１５ａと内輪間座５の間のすきまδａへの圧縮エアＡの流入量（質量流量）が、図１２（Ｃ）のように、ノズル孔１５の中心の延長線上である軸方向の中央部で局所的に大きくなるためと考えられる。図９（Ａ），（Ｂ）のノズル１５のように、ノズル孔出口１５ａ近傍の横断面形状が扁平形状であると、図１２（Ａ），（Ｂ）のように、圧縮エアＡの流入量が軸方向に均等化されるため、強い圧縮波が発生せず、圧縮エアＡが軸方向に拡散することなく、周方向にスムーズに流すことができる。

なお、この実施形態の軸受装置Ｊは、外輪間座４が潤滑用ノズルを有していないため、外輪間座と外輪間座本体の区別がない。そのため、各ノズル孔構成部２０は、外輪間座４の大半部分を占める他の部分４ａとは別体に形成されて、他の部分４ａに設けられた嵌合用孔２１に嵌め込んである。

以上の各実施形態では、転がり軸受１を内輪回転で使用する場合を示したが、外輪回転で使用する場合も、この発明を適用することができる。その場合、例えば内輪３の内周に嵌合する軸（図示せず）が固定部材、外輪２の外周に嵌合するローラ（図示せず）が回転部材である。

１…転がり軸受
２…外輪（固定側軌道輪）
３…内輪（回転側軌道輪）
４…外輪間座（固定側間座）
４ａ…他の部分
５…内輪間座（回転側間座）
６…ハウジング（固定部材）
７…主軸（回転軸）
１１ａ…他の部分
１５…ノズル孔
１５ａ…ノズル孔出口
２０…ノズル孔構成部（ノズル孔を構成する部分）
２１…嵌合用孔
３３…空気孔
Ａ…圧縮エア
Ｊ…軸受装置

Claims (6)

1. 転がり軸受の内外に対向する固定側軌道輪および回転側軌道輪にそれぞれ隣り合って固定側間座および回転側間座が設けられ、前記固定側軌道輪および固定側間座が、固定部材および回転部材のうちの固定部材に設置され、前記回転側軌道輪および回転側間座が、前記固定部材および回転部材のうちの回転部材に設置される軸受装置において、
   前記固定側間座に、前記回転側間座の間座同士が対向する周面に向けて冷却用の圧縮エアを吐出するノズル孔を、前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設け、前記固定側間座における前記ノズル孔を構成する部分を他の部分とは別体とし、前記ノズル孔は、前記圧縮エアの流れ方向と直交する横断面および前記圧縮エアの流れ方向に沿う縦断面の一方または両方の断面の形状が一様ではない軸受装置の冷却構造。
2. 請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記固定側間座は前記ノズル孔を円周方向に複数有し、それぞれのノズル孔を構成する部分が個別に、前記他の部分に設けられた嵌合用孔に嵌め込まれた軸受装置の冷却構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズル孔の出口近傍の横断面形状が、周方向寸法に比較して軸方向寸法が長い扁平形状である軸受装置の冷却構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズル孔の縦断面が、長さ方向の中間部が狭く、超音速流れを可能とする形状である軸受装置の冷却構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズル孔の前記圧縮エアの流れ方向の中間部に、軸受装置外部と通じる空気孔を設けた軸受装置の冷却構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記固定側間座の間座同士が対向する周面に環状の凹み部を設け、この凹み部に出口を開口させて前記ノズル孔を設けた軸受装置の冷却構造。

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