JP2016114120A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライラン状態においても保持器案内面に一定量の潤滑油を供給し続けることができる転がり軸受を提供する。【解決手段】 回転軸１７に連結する内輪１１と、前記内輪１１の外方に配置される外輪１２と、前記内輪１１と外輪１２の間に配置される複数の転動体１５と、前記複数の転動体１５を保持する保持器１６とを備え、前記回転軸１７からの潤滑油を前記内輪１１に設けられた径方向に伸びる貫通穴２２を通して内輪外径面１１ｂに供給する転がり軸受において、前記内輪１１は、内径面１１ａに前記貫通孔２２と連通する潤滑油保持溝１９を備え、潤滑油を貯留する潤滑油保持部材２４を前記潤滑油保持溝１９内に配置する。【選択図】 図１

Description

この発明は、転がり軸受、特に、回転する軸体に固定される内輪を貫通して摺動部分に潤滑油を供給する転がり軸受に関する。

航空機用ジェットエンジンの主軸などに使用される軸受は、急旋回時の巨大な重力や給油系統の故障により潤滑油が正常に供給されない、いわゆるドライラン状態が発生し、外部からの潤滑油の供給が一時的に遮断された場合であっても、一定時間焼き付かずに使用できる性能が要求される。ドライラン状態で高速回転すると、保持器と軌道輪が摺動接触する面（以下、保持器案内面という。）で焼き付きを生じやすく、それを防止する手段として、保持器表面に銀メッキなどの自己潤滑性被膜を設けるなどの手段を採用している。

しかし、潤滑油が保持器案内面から枯渇すると、摩耗により自己潤滑性被膜が早期にはぎ取られ、その後、保持器案内面出の金属接触により焼き付きが比較的早い段階で発生する。

ドライラン状態などにおいて、潤滑油の供給を継続し、焼き付きを防止することができる軸受は、特許文献１（特開２００９−１７４７０１号公報）や特許文献２（特開２０１３−１１３４１３号公報）などに記載されている。

特許文献１は、内輪の引き抜き溝に溜まった潤滑油を軸受に供給する構造を開示する。具体的には，保持器の内径面から外径面に貫通孔を開け貫通孔に潤滑油を保持するための部材を設け、保持された潤滑油が遠心力によって徐々にしみ出すことで、保持器案内面に均一に潤滑油を供給することができる構成となっている。

特許文献２に記載された軸受は、軸受内輪に潤滑油を保持する空間を設け、通常運転時には、その空間に潤滑油が保持され、ドライラン状態には、内輪の遠心力により貫通孔を介して軸受内部に潤滑油を供給することができる構成となっている。

特開２００９−１７４７０１号公報 特開２０１３−１１３４１３号公報

しかし、特許文献１の軸受では、引き抜き溝に溜められた潤滑油は、ドライラン状態において高速回転で使用されると、比較的早い段階で枯渇してしまうため、一定の量の潤滑油を継続して供給することは困難であった。また、蓄えられる潤滑油の量を多くしようとすると、引き抜き溝の形状を大きくする必要があり、設置スペースや重量による制約が発生するという問題があった。

また、特許文献２の軸受は、内輪内径面に保持空間を設けることで、保持空間の形状、大きさなどは使用条件を考慮する必要があり、設計が複雑になる。また、特許文献１の軸受と同様に、高速回転で使用されると、遠心力により比較的早い段階で潤滑油が枯渇してしまうため、一定量の潤滑油を継続して供給することが難しいという問題があった。

そこで、この発明は、ドライラン状態においても保持器案内面に一定量の潤滑油を供給し続けることができる転がり軸受を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するため、この発明の転がり軸受においては、回転軸に連結する内輪と、前記内輪の外方に配置される外輪と、前記内輪と外輪の間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器とを備え、前記回転軸からの潤滑油を前記内輪に設けられた径方向に伸びる貫通穴を通して内輪外径面に供給する転がり軸受において、
前記内輪は、内径面に前記貫通孔と連通する潤滑油保持溝を備え、潤滑油を貯留する潤滑油保持部材を前記潤滑油保持溝内に配置することを特徴とする。

また、前記潤滑油保持溝は、前記内径面に全周にわたって設けられる環状溝とすることで、内輪の内径面に供給された潤滑油を効率よく取り込むことができる。

また、前記潤滑油保持部材は、前記内輪を構成する材料と同等以上の線膨張係数を有することにより、常温から高温状態での使用時においても潤滑油保持部材の嵌め合いを維持することができる。

前記潤滑油保持部材は、連続孔を有する金属焼結体又は樹脂多孔体で構成されていることで、潤滑油を効率よく保持することができ、空孔率が１０〜３０％であることが好ましい。

前記保持器は、保持器案内面に凹凸を備えることで、供給された潤滑油をなるべく長時間保持することができる。

前記保持器は、周方向に貫通する供給路を備え、前記外輪の内周面に凹凸が設けることで、外輪案内方式の保持器においても供給された潤滑油をなるべく長時間保持することができる。

また、前記保持器は、金属材料で構成され、表面が自己潤滑性を有する被膜処理を施してもよい。

また、前記転動体は、金属材料又はセラミックス材料で構成することで、ドライラン状態における転動体と軌道輪の軌道面の焼き付きを抑制する効果が期待できる。

この発明は、内輪に潤滑油保持溝を設け、その内部に潤滑油保持部材を設けることで、潤滑油保持部材に潤滑油が保持され、遠心力により環状溝に連通する貫通穴を通って内輪外径面に供給される。ドライラン状態になると、回転軸からの潤滑油の供給が遮断されるが、潤滑油保持部材に貯留されている潤滑油が適切な量で一定時間供給されるため、保持器案内面の焼き付きを防止することができる。

本発明の第１実施形態の転がり軸受の断面図である。 図１のII−II線における断面図である。 図１の転がり軸受の潤滑油の供給経路を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の転がり軸受の断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第1実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる転がり軸受の部分拡大断面図である。図２は、図1のII−II線における断面図である。この転がり軸受１は、軸受の潤滑構造を備えた玉軸受であり、航空機用ジェットエンジンやガスタービンエンジンなどに用いられ、高速回転する軸体を支持するものである。

軸受１は、耐熱綱もしくは耐熱浸炭綱で作成された内輪１１及び外輪１２、これらの軌道面１３、１４の間に介在された多数の転動体１５及び各転動体１５を一定間隔に保持する保持器１６を主要な構成要素としている。

環状に形成された外輪１２の外周面は図示しないハウジングに固定される。外輪１２の内径側には内輪１１が配置される。外輪１２の内周面と内輪１１の外周面の間には、周方向に複数の転動体１５と保持器１６を配置する。

転動体１５には、耐熱綱もしくは、セラミックスが好適に使用できる。セラミックスを使用する場合は、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素の中の１つを主成分とするものが好ましい。転動体１５をセラミックスで構成することで、ドライラン状態における転動体１５と軌道輪１１，１２の軌道面１３，１４の焼き付きを抑制する効果が期待できる。

保持器１６は、各転動体１５をポケット１６ａに収納することで一定間隔に保持する。これにより、内輪１１は外輪１２によって回転自在に支持される。本実施形態にかかる転がり軸受１に使用される保持器１６は、内輪案内方式の保持器となっている。

保持器１６には、自己潤滑性を有する被膜処理が施されている。自己潤滑性を有する被膜の例としては、銀メッキなどが挙げられる。

内輪１１の中心には軸体１７が嵌合されており、内輪１１と一体に高速回転する。また、軸体１７には、転がり軸受の一端側に隣接して円環状のオイルスクープ１８が設けられている。本実施形態にかかる軸受１は、軸体１７を潤滑する潤滑油が軸体１７の高速回転に伴う遠心力によって周囲に発散し、これをオイルスクープ１８で捕捉して、軸体１７を介して軸受内輪１１に流体を供給するアンダーレース潤滑方式を採用する。

内輪１１の内径面１１ａには、環状溝１９が設けられている。環状溝１９は、内輪１１の軸方向の両端側に設けられており、その間に設けられた軸方向に伸びる潤滑油バイパス溝２０によって連通されている。潤滑油バイパス溝２０は、図２に示すように、例えば、断面が半円状に構成されており、内径面１１ａに周方向に間隔を置いて数箇所設けられている。内輪１１の他端側には、側端面２１が設けられており、潤滑油バイパス溝２０を通って供給される潤滑油が軸受１の外部に漏出することを防止する。

環状溝１９が軸方向の両端側に設けられることにより、転動体１５の軌道面１３との肉厚を確保することができ、また、上記の通り潤滑油の供給方向上流側に近い位置及び最下流側に配置することができる。

環状溝１９からは、内輪外径面１１ｂに向かって伸びる貫通孔で構成され、保持器案内面に給油するための第１供給路２２が設けられている。第１供給路２２を設ける本数は特に限定されるものではなく、転がり軸受の回転数や負荷される荷重、潤滑油の種類や温度などの使用条件、耐久性などの諸条件に応じて適宜決定すればよい。

第１供給路２２は、遠心力による潤滑油の供給を行うために、環状溝の外径側底面１９ａに連通する。なお、環状溝１９から第１供給路２２への遠心力による潤滑油の供給を容易にするため、環状溝１９の外径側底面１９ａを第１供給路２２との接続位置に向けて深くなるように傾斜構造としてもよい。

保持器案内面は、供給された潤滑油をなるべく長時間保持するために、表面に微小な凹凸構造を設けてもよい。凹凸構造の例としては、保持器１６の内径面又は内径の外径面１１ｂに設けられた微小ディンプルや微小溝などが例示できる。

また、潤滑油バイパス溝２０からは、内輪外径面１１ｂに向かって伸びる貫通孔で構成され、転動体１５の軌道面１３に給油するための第２供給路２３が設けられている。第２供給路２３を設ける本数は特に限定されるものではなく、第１供給路２２と同様に諸条件に応じて適宜決定すればよい。

内輪１１の環状溝１９には、潤滑油保持部材２４が配置される。本実施形態では潤滑油保持部材２４は、環状溝１９とオイルスクープ１８及び環状溝１９と側端面２１とで画定された空間に嵌合されている。

潤滑油保持部材２４は、内輪１１との線膨張係数の違いや遠心力によるフープ応力などを考慮し、環状溝１９深さ方向、すなわち、内輪１１の径方向に対して部分的に嵌合するような形状としてもよい。また、内輪１１の全周にわたって均一に設けられている必要はなく、部分的に設けてもよい。

潤滑油保持部材は、潤滑油を保持し、軸体１７の回転による遠心力によって潤滑油を適量供給する必要があるため、金属焼結体又は樹脂多孔体を使用することが好ましい。空孔は連通孔であり、空孔率は１０から３０％程度であることが好ましく、本実施形態では２０％程度としている。空孔率が１０％未満では吐出する潤滑油量が不足し、３０％以上では、材料強度が不足するおそれがある。

機能面に機械加工を施すと、表面に存在する空孔が目詰まりし、軸受への給油効果が減少するため、内外径面は加工せず、プレス加工面をそのまま使用することが好ましい。また、潤滑油保持部材の線膨張係数は、常温から高温領域での使用を考慮し、内輪１１よりも同等以上でないと嵌め合いがルーズになり、運転中のアンバランスの要因となる。

図３は、本発明の第１実施形態にかかる転がり軸受の潤滑油の供給経路を示す断面図である。図３においては、潤滑油の流れを理解しやすくするためにハッチングを省略している。

図３に示すように、使用時には、内輪１１に軸体１７が嵌合され軸体１７に潤滑油が供給される。この潤滑油は矢印９１に示すように、軸体１７の表面を介してオイルスクープ１８の開口１８ａからオイルスクープ１８の内側に移動する。オイルスクープ１８の内側に供給された潤滑油は、軸体１７の回転による遠心力によって矢印９２、９３に示すようにオイルスクープ１８の内壁１８ｂで捕捉され、内輪１１の内径面１１ａに供給される。

内輪１１の内径面１１ａの潤滑油は、上流側に位置する環状溝１９及び矢印９４に示すように、潤滑油バイパス溝２０を介して下流側に位置する環状溝１９に供給される。

環状溝１９に供給された潤滑油の一部は、遠心力により潤滑油保持部材２４に保持され、残りは矢印９５に示すように第１供給路２２から保持器案内面に供給される。また、潤滑油バイパス溝２０内の潤滑油の一部は、矢印９６に示すように、第２供給路２３から軌道面１３に供給される。

ドライラン状態において、オイルスクープ１８及び第１供給路２２、第２供給路２３の空間内に残っている潤滑油は、高速回転による遠心力により、比較的早い時点で枯渇するが、一定時間は、潤滑油保持部材２４に蓄積された潤滑油が必要量供給されて、保持器案内面の焼き付きが防止される。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態にかかる転がり軸受の部分拡大断面図である。なお、第２実施形態の転がり軸受２の説明においては、第１の実施形態と共通する構成要素については、上記の図１と同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態にかかる転がり軸受２は、保持器３６が、外輪１２に沿って案内される外輪案内方式の保持器となっている。

保持器３６には、周方向に貫通する潤滑油供給路３７が設けられている。潤滑油供給路３７を設ける本数は特に限定されるものではなく、第１供給路２２と同様に諸条件に応じて適宜決定すればよい。

また、保持器内周面３６ａには、潤滑油供給路３７と連通する環状溝３８が設けられる。環状溝３８は、第１供給路２２の開口位置に対向するように設けられ、第１供給路２２からの潤滑油が供給される。

また、保持器案内面には、供給された潤滑油をなるべく長時間保持するために、表面に微小な凹凸構造が設けられている。凹凸構造の例としては、外輪内径面１２ａ又は保持器外径面３６ｂに設けられた微小ディンプルや微小溝などが例示できる。

この実施形態にかかる転がり軸受２の潤滑油の供給経路について説明する。第１の実施形態にかかる転がり軸受１と同様に、環状溝１９に供給された潤滑油の一部は、遠心力により潤滑油保持部材２４に保持され、第１供給路２２から内輪１１の外径面１１ｂに供給される。

内輪１１の外径面１１ｂに供給された潤滑油は、内輪の回転による遠心力により、保持器内径面３６ａに到達し、環状溝３８から潤滑油供給路３７に供給される。潤滑油供給路３７に供給された潤滑油は、保持器３６の高速回転による遠心力により、保持器外径面３６ｂに到達し、保持器案内面に供給される。

なお、以上の実施形態は玉軸受について述べたが、本発明は玉軸受に限らず、内輪回転の円筒ころ軸受や円すいころ軸受にも適用できる。

また、本実施形態では、内径の環状溝に連通する第１供給路は保持器との摺動面に開口しているが、転動体との軌道面に開口するように構成されていてもよい。また、軸体を中空に構成し、軸内部に潤滑油を供給する供給路を設けることで、オイルスクープを用いない構成とすることも可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１，２ ：転がり軸受
１１ ：内輪
１２ ：外輪
１３ ：内輪軌道面
１４ ：外輪軌道面
１５ ：転動体
１６ ：保持器
１６ａ ：ポケット
１７ ：軸体
１８ ：オイルスクープ
１８ａ ：オイルスクープ開口
１８ｂ ：オイルスクープ内壁
１９ ：環状溝
１９ａ ：外径側底面
２０ ：潤滑油バイパス溝
２１ ：側端面
２２ ：第１供給路
２３ ：第２供給路
２４ ：潤滑油保持部材

Claims (9)

1. 回転軸に連結する内輪と、前記内輪の外方に配置される外輪と、前記内輪と外輪の間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器とを備え、前記回転軸からの潤滑油を前記内輪に設けられた径方向に伸びる貫通穴を通して内輪外径面に供給する転がり軸受において、
   前記内輪は、内径面に前記貫通孔と連通する潤滑油保持溝を備え、潤滑油を貯留する潤滑油保持部材を前記潤滑油保持溝内に配置することを特徴とする転がり軸受。
2. 前記潤滑油保持溝は、前記内径面に全周にわたって設けられる環状溝であることを特徴とする、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記潤滑油保持部材は、前記内輪を構成する材料と同等以上の線膨張係数を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記潤滑油保持部材は、連続孔を有する金属焼結体又は樹脂多孔体で構成されていることを特徴とする、請求項1から３のいずれか１つに記載の転がり軸受。
5. 前記潤滑油保持部材は、空孔率が１０〜３０％であることを特徴とする、請求項４に記載の転がり軸受。
6. 前記保持器は、保持器案内面に凹凸が設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の転がり軸受。
7. 前記保持器は、周方向に貫通する供給路を備え、前記外輪の内周面に凹凸が設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の転がり軸受。
8. 前記保持器は、金属材料で構成され、表面が自己潤滑性を有する被膜処理が施されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の転がり軸受。
9. 前記転動体は、金属材料又はセラミックス材料で構成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の転がり軸受。

Images