JP2020008107A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風防を有するポンプにおいて、ポンプの吐出口が吐出後の潤滑油によって覆われるのを防ぐ。【解決手段】転がり軸受装置１０は、内輪２１、外輪２２、複数の玉２３を有する軸受部１０と、軸受部１０の軸方向の隣りに設けられ軸受部１０に向かって潤滑油を油滴として噴出するポンプ４３とを備える。ポンプ４３は、潤滑油を噴出する吐出口５０と、吐出口５０から噴出した油滴の通過領域を覆うと共に当該油滴の噴出方向に向かって開口する風防５３とを有する。風防５３のうちの少なくとも吐出口５０側の領域にドレイン口５４が設けられている。【選択図】 図１

Description

本発明は、軸受部に潤滑油を供給するポンプを備えた転がり軸受装置に関する。

近年、各種工作機械では、加工効率及び生産効率の向上のために主軸の高速化が要求されている。主軸が高速で回転すると、これを支持する軸受部において特に潤滑性が問題となる。そこで、軸受部に潤滑油を供給するポンプ（給油ユニット）が、軸受部の軸方向の隣りに設けられた転がり軸受装置が提案されている（特許文献１参照）。

軸受部（例えば、内輪）が回転すると、内輪の外周面とこの外周面に接する空気との摩擦によって、内輪の外周面に沿った周方向の空気流が発生する。この空気流は、内輪より軸方向の一方側の空間、及び、内輪より軸方向の他方側の空間から、この空気流の中又は内側の空間に潤滑油を入れようとしても入るのを抑制する壁となる。また、転動体と共に公転する保持器の内周面及び外周面とこの内周面及び外周面にそれぞれ接する空気との摩擦によって、保持器の内周面及び／又は保持器の外周面に沿った周方向の空気流が発生する。この空気流は、保持器より軸方向の一方側の空間、及び、保持器より軸方向の他方側の空間から、この空気流の中又は内側の空間に潤滑油を入れようとしても入るのを抑制する壁となる。これらの空気流が所謂エアカーテンと呼ばれるものである。このため、軸受部の軸方向の隣りに設けられたポンプから例えば内輪の軌道に向かって油滴を飛ばすと、回転するエアの流れ（前記空気流：エアカーテン）によって、その油滴は所望の部位に到達しない場合がある。そこで、特許文献１に開示されている発明では、ポンプから噴出させた油滴の通過領域を覆う筒状の風防が設けられている。

特開２０１７−２０３４９２号公報

図１０は、ポンプ９０が微小な油滴９９を吐出した状態を示す説明図である。ポンプ９０の吐出口９１から潤滑油を油滴９９として噴出すると、先頭の油滴９９のあとに、潤滑油が糸状となった部分９８（以下、サテライト油９８と称する。）が形成される場合がある。サテライト油９８は、先頭の油滴９９から分離され、粘性によってポンプ９０側へ戻る。

特許文献１のように、ポンプ９０に筒状の風防９５を設けると、サテライト油９８が風防９５の内面９６に付着して残ることがある。残った潤滑油は、やがて内面９６を伝って、吐出口９１が開口するポンプ本体９３の壁面９４に到達する。このような潤滑油が増えると吐出口９１を塞ぐことがあり、この場合、後に潤滑油を吐出口９１から吐出する際に障害となり、潤滑油の吐出不良となる可能性がある。

そこで、本発明は、風防を有するポンプにおいて、吐出後の潤滑油によって吐出口が覆われるのを防ぐことが可能となる転がり軸受装置を提供する。

本発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、及び前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体を有する軸受部と、前記軸受部の軸方向の隣りに設けられ当該軸受部に向かって潤滑油を油滴として噴出するポンプと、を備え、前記ポンプは、潤滑油を噴出する吐出口と、当該吐出口から噴出した油滴の通過領域を覆うと共に当該油滴の噴出方向に向かって開口する風防と、を有し、前記風防のうちの少なくとも吐出口側の領域にドレイン口が設けられている。

この転がり軸受装置によれば、風防の内面に潤滑油が付着したとしても、その潤滑油はドレイン口から風防の外部へ排出される。このため、ポンプの吐出口が吐出後の潤滑油によって覆われるのを防ぐことが可能となる。

また、前記ドレイン口は鉛直下方に向かって開口しているのが好ましい。この場合、潤滑油は重力によってドレイン口から排出される。
また、この転がり軸受装置において、前記ドレイン口は、前記風防の全長にわたって設けられているのが好ましい。この場合、例えばサテライト油が重力の影響を受けて放物線を描くように飛翔しても、風防の内面に潤滑油が付着し難い。

また、前記ポンプは、前記吐出口が開口する壁面を有するポンプ本体を備え、前記ポンプは、更に、前記風防と一体であり前記壁面のうちの前記吐出口を除く一部を覆って前記ポンプ本体に取り付けられているフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記壁面のうちの前記吐出口の下方領域を露出させる形状を有するのが好ましい。この場合、フランジ部によって風防がポンプ本体に取り付けられる。吐出口が開口するポンプ本体の壁面のうち、風防の内側であって前記吐出口が開口する領域に潤滑油が付着したとしても、その潤滑油は壁面に沿って下方へ流れることができ、潤滑油が風防内で留まって吐出口を塞ぐのを防ぐことが可能となる。

本発明によれば、軸受部の回転によって発生するエアの流れが、ポンプから飛翔する油滴に与える影響を小さくすることができ、更に、ポンプの吐出口が吐出後の潤滑油によって覆われるのを防ぐことが可能となる。

転がり軸受装置の一例を示す断面図である。 給油ユニットを軸方向から見た図である。 ポンプの一部を拡大して示す側面図である。 ポンプの一部を拡大して示す斜視図である。 ポンプを別の角度から見た場合の図である。 他の形態に係るポンプの一部を拡大して示す正面図である。 図６のポンプの一部を拡大して示す側面図である。 風防のＸ１矢視における断面図である。 風防の変形例を示す断面図である。 ポンプが微小な油滴を吐出した状態を示す説明図である。

〔全体構成について〕
図１は、転がり軸受装置の一例を示す断面図である。図１に示す転がり軸受装置１０（以下、軸受装置１０と称する。）は、図示しないが、工作機械が有する主軸装置の主軸（軸）を回転可能に支持するものであり、主軸装置の軸受ハウジング内に収容される。なお、この軸受装置１０は工作機械以外においても適用可能である。

軸受装置１０は、軸受部２０と給油ユニット４０とを備えている。軸受部２０は、内輪２１、外輪２２、複数の玉（転動体）２３、及び、これら複数の玉２３を保持する保持器２４を有しており、玉軸受（転がり軸受）を構成している。更に、軸受装置１０は、円筒状である内輪間座１７及び外輪間座１８を備えている。本実施形態では、内輪２１及び内輪間座１７が前記主軸と一体回転する。

軸受部２０の中心線Ｃに沿った方向を軸受部２０の「軸方向」とし、ここでは、中心線Ｃに平行な方向も「軸方向」に含まれるものとする。また、図１において、右側が、軸受部２０の軸方向の一方側であり、これを「軸方向一方側」と称し、左側が、軸受部２０の軸方向の他方側であり、これを「軸方向他方側」と称する。中心線Ｃに直交する方向が「径方向」であり、中心線Ｃを中心として軸受部２０が回転する方向を「周方向」と称する。

給油ユニット４０は、全体として円環状であり、外輪間座１８の内周側に設けられている。給油ユニット４０は、軸受部２０の軸方向一方側の隣りに位置している。給油ユニット４０は、軸受部２０へ給油を行うポンプ４３等を有する。給油ユニット４０の構成等については後に説明する。図１の形態では、給油ユニット４０が有する後述の本体部４１と外輪間座１８とは別部材であるが、これらは同一部材により構成されていてもよい。

内輪２１は、前記主軸に外嵌する円筒状の部材であり、その外周に軌道（以下、内輪軌道２５と称する。）が形成されている。本実施形態では、内輪２１の軸方向一方側の肩部３１の外周面３１ａは、肩おとし面となっている。内輪２１と内輪間座１７とは別部材であるが、図示しないが、これらは同一部材により構成されていてもよい。

外輪２２は、前記軸受ハウジングの内周面に取り付けられる円筒状の部材であり、その内周に軌道（以下、外輪軌道２６と称する。）が形成されている。外輪２２と外輪間座１８とは別部材であるが、図示しないが、これらは同一部材により構成されていてもよい。

玉２３は、内輪２１と外輪２２との間に介在しており、内輪２１が回転すると、内輪軌道２５及び外輪軌道２６を転がる。本実施形態では、玉２３は接触角を有して内輪軌道２５及び外輪軌道２６に接触する。保持器２４は、環状であり、周方向に沿ってポケット２７が複数形成されている。玉２３及び保持器２４は、内輪２１と外輪２２との間に形成されている環状空間１１に設けられている。保持器２４は、全体として環状であり、玉２３の軸方向一方側の環状体２８ａと、玉２３の軸方向他方側の環状体２８ｂと、これら環状体２８ａ，２８ｂを連結する複数の柱２９とを有する。環状体２８ａ，２８ｂの間であって周方向で隣り合う柱２９，２９の間がポケット２７となり、各ポケット２７に一つの玉２３が収容されている。保持器２４において、軸方向一方側の環状体２８ａが外輪２２の肩部３９と摺接可能である。これにより、保持器２４は外輪２２によって径方向についての位置決めがされる。つまり、軸受部２０は、保持器２４が外輪案内（軌道輪案内）される軸受である。

図２は、給油ユニット４０を軸方向から見た図である。給油ユニット４０は、ポンプ４３の他に、タンク４２、制御部４４、及び電源部４５を備える。本実施形態では、タンク４２、ポンプ４３、制御部４４、及び電源部４５は、給油ユニット４０が有している環状の本体部４１に設けられている。タンク４２は、潤滑油（オイル）を溜め、潤滑油をポンプ４３へ補給するために配管４６を通じてポンプ４３と繋がっている。電源部４５は、ポンプ４３の動作用の電力を供給する。制御部４４は、ポンプ４３を動作させるタイミングを制御する。

本体部４１は、外輪間座１８の内周側に取り付けられていて、ポンプ４３等を保持するフレームとしての機能を有する。本体部４１は円環状の部材であるが中空空間が形成されており、この中空空間にタンク４２、ポンプ４３、制御部４４、及び電源部４５が設けられる。これにより、本体部４１、タンク４２、ポンプ４３、制御部４４、及び電源部４５を含む給油ユニット４０は、一体として構成される。

ポンプ４３は、内部に圧電素子（ピエゾ素子）４３ａを有する。圧電素子４３ａが動作することでポンプ４３の油室（内部空間）４３ｂの容積を変化させ、油室４３ｂの潤滑油を吐出口５０から噴出する。吐出口５０は、油室４３ｂと繋がっており、図１に示されるように、内輪２１の外周面の一部に向かって開口している。本実施形態では、吐出口５０は内輪軌道２５に向かって開口している。吐出口５０は、ポンプ本体４７の壁部４９に形成されている微小の貫通孔によって構成されている。圧電素子４３ａが動作することにより、吐出口５０から潤滑油が油滴となって初速を有して吐出される。つまり、例えば印刷技術で用いられるインクジェットのヘッドに形成されている吐出口からインクが吐出されるように、ポンプ４３の吐出口５０から油滴は飛翔する。図１では、油滴の噴出方向が矢印Ｊで示されている。

以上より、ポンプ４３は（図１参照）軸受部２０の軸方向一方側の隣りに設けられていて、軸受部２０（内輪２１の外周面）に向かって潤滑油を油滴として噴出する。より具体的に説明すると、ポンプ４３は、油室４３ｂの潤滑油を吐出口５０から油滴として軸受部２０のターゲットに向けて噴出させる（飛翔させる）構成となる。本実施形態における前記ターゲットは、内輪軌道２５である。潤滑油の効率的利用の観点から、ポンプ４３において１回の吐出動作で定められた量の油滴を噴出させ、この油滴を内輪２１の外周面に到達させる。ポンプ４３の１回の動作で、吐出口５０から数ピコリットル〜数ナノリットルの潤滑油が油滴として噴出される。

〔ポンプ４３について〕
図２に示される形態では、ポンプ４３は、給油ユニット４０（本体部４１）において、下側の領域に設けられている。具体的に説明すると、ポンプ４３は、給油ユニット４０（本体部４１）において、最も低い位置（最も下）に設けられている。なお、図示しないが、ポンプ４３の位置は、上側の領域、又は、給油ユニット４０を中心線Ｃに沿って見た場合に、左右いずれかの領域であってもよい。

図１及び図２において、ポンプ４３は、圧電素子４３ａ及び油室４３ｂを内部に有するポンプ本体４７と、ポンプ本体４７の外部に取り付けられたカバー５１とを備える。カバー５１はフランジ部５２と風防５３とを有する。図３は、ポンプ４３の一部を拡大して示す側面図であり、カバー５１が断面で示されている。図４は、ポンプ４３の一部を拡大して示す斜視図である。図５は、図４のポンプ４３を別の角度から見た場合の図である。

カバー５１は、ポンプ本体４７に止めねじ、接着等によって取り付けられている。フランジ部５２は、ポンプ本体４７のうち、吐出口５０が開口する壁面４８の一部を覆って取り付けられている。フランジ部５２及び風防５３は、吐出口５０を開放するようにして設けられている。フランジ部５２がポンプ本体４７に取り付けられることで、風防５３は所定の位置（吐出口５０を開放する位置）に設けられる。図３において、吐出口５０から噴出した油滴Ｑの軌跡が、二点鎖線による矢印Ｊで示される。風防５３は、吐出口５０から噴出した油滴Ｑの通過領域Ｋ１を覆うと共に、油滴Ｑの噴出方向（図３では左方向）に向かって開口している。風防５３は、壁面４８から油滴Ｑの飛翔方向に沿って直線的に長く延びて設けられている。風防５３は、油滴の通過領域Ｋ１の上側半分よりも広い範囲を覆っている。

図３、図４、及び図５に示される風防５３は、筒状ではなく、全長にわたって下側部分が開口する部材により構成されている。この開口が、風防５３の内面５３ａに付着した不要な潤滑油を風防５３の外へ排出するためのドレイン口５４となる。例えば、吐出口５０から潤滑油を油滴Ｑとして噴出すると、先頭の油滴Ｑの後に（図１０により説明したような）潤滑油が糸状となった部分（以下、サテライト油と称する。）が形成される場合がある。サテライト油が生じても、そのサテライト油（潤滑油）は、ドレイン口５４から落下して風防５３の外に排出される。

ここで、図１において、内輪２１が回転すると内輪２１の外周面とこの外周面に接する空気との摩擦によって、内輪２１の外周面に沿った周方向の空気流が発生する。この空気流は、内輪２１より軸方向の一方側の空間、及び、内輪２１より軸方向の他方側の空間から、この空気流の中又は内側の空間に潤滑油を入れようとしても入るのを抑制する壁となる。また、玉（転動体）２３と共に公転する保持器２４の内周面及び外周面とこの内周面及び外周面にそれぞれ接する空気との摩擦によって、保持器２４の内周面及び／又は保持器２４の外周面に沿った周方向の空気流が発生する。この空気流は、保持器２４より軸方向の一方側の空間、及び、保持器２４より軸方向の他方側の空間から、この空気流の中又は内側の空間に潤滑油を入れようとしても入るのを抑制する壁となる。これらの空気流が所謂エアカーテンと呼ばれるものである。つまり、内輪２１が回転すると、環状空間１１において保持器２４の周囲でエアカーテンが発生する。そこで、風防５３は、前記のようなエアの流れ（前記空気流：エアカーテン）が発生する領域に設けられる。より具体的に説明すると、風防５３の先端５３ｂは、保持器２４の環状体２８ａの径方向内方の領域に位置する。前記のようなエアの流れが、ポンプ４３から飛翔する油滴Ｑ（図３参照）に与える影響を小さくするために、風防５３は、前記通過領域Ｋ１を、その上側及び水平方向の両側の三方向から覆う。

図３、図４、及び図５において、フランジ部５２は、吐出口５０が開口するポンプ本体４７の壁面４８の一部を覆う板状の前壁５２ａを有する。ドレイン口５４は風防５３の全長にわたって形成されており、更に、図４及び図５に示されるように、ドレイン口５４は、風防５３に続いて、前記前壁５２ａについてもその厚さ方向に貫通している。このため、フランジ部５２は、吐出口５０が開口する壁面４８のうち、吐出口５０の下方領域の全体を露出させる形状を有する。

〔変形例〕
図６は、他の形態に係るポンプ４３の一部を拡大して示す正面図である。図７は、図６のポンプ４３の一部を拡大して示す側面図であり、カバー５１については、図６のＸ２矢視における断面で示されている。図７において、吐出口５０から噴出した油滴Ｑの軌跡が、二点鎖線による矢印Ｊで示される。図６及び図７に示されるポンプ４３と、図３に示されるポンプ４３とを比較すると、ポンプ本体４７は同じであり、カバー５１の形状が異なる。図６及び図７に示されるカバー５１が有する風防５３は、吐出口５０から噴出した油滴Ｑの通過領域Ｋ１を覆うと共に、この油滴Ｑの噴出方向に向かって開口する筒形状を有する。

図８は、図７の風防５３のＸ１矢視における断面図である。風防５３について更に説明すると、風防５３は、円筒状の壁５５を有し、この壁５５の一部に孔が形成されている。この孔が第一のドレイン口５４ａとなる。風防５３において第一のドレイン口５４ａと延在方向について別の位置に第二のドレイン口５４ｂが形成されている。風防５３の延在方向に沿って見た場合に、第一のドレイン口５４ａと第二のドレイン口５４ｂとは同じ位置にある。第一のドレイン口５４ａと第二のドレイン口５４ｂとは同じ形状である。図７において、ポンプ本体４７に近い側の第一のドレイン口５４ａと、ポンプ本体４７に遠い側の第二のドレイン口５４ｂとが、円筒状の壁５５に形成されている。これらドレイン口５４ａ，５４ｂはいずれも鉛直下方に向かって開口している。なお、ドレイン口５４は一つであってもよく、例えば、第二のドレイン口５４ｂが省略されていてもよい。図３の形態と同様、風防５３の先端５３ｂは、保持器２４の環状体２８ａの径方向内方の領域に位置する。

図９は、風防５３の変形例を示す断面図である。円筒状の壁５５を有する風防５３において、壁５５の周方向の複数箇所（図例では二箇所）にドレイン口５４が設けられていてもよい。ただし、ドレイン口５４の開口方向、つまり、ドレイン口５４を構成する孔の中心線Ｃ１に沿って風防５３の内側から外側へ向かう方向は、鉛直下向きの成分を有している。

図６及び図７において、フランジ部５２は、図３に示される形態と異なるが機能は同じである。フランジ部５２は、ポンプ本体４７のうち、吐出口５０が開口する壁面４８の一部を覆って取り付けられている。図６に示されるように、フランジ部５２の前壁５２ａには切り欠き５６が設けられている。切り欠き５６は、前壁５２ａうち、吐出口５０の下方領域に相当する範囲に形成されている。これにより、フランジ部５２は、吐出口５０が開口する壁面４８のうち、吐出口５０の下方領域の全体を露出させる形状を有する。図７に示されるように、第一のドレイン口５４ａと切り欠き５６とは連続していて、風防５３の内側であって壁面４８付近の潤滑油は、第一のドレイン口５４ａから外部へ排出可能であり、切り欠き５６からも排出可能となる。

〔本実施形態の軸受装置１０について〕
本実施形態の軸受装置１０は（図１参照）ポンプ４３を備えていて、ポンプ４３は、軸受部２０の軸方向の隣りに設けられ、軸受部２０に向かって潤滑油を油滴として噴出する。図３及び図７の各形態において、ポンプ４３は、風防５３を有し、風防５３は、潤滑油を噴出する吐出口５０から噴出した油滴Ｑの通過領域Ｋ１を覆うと共に、油滴Ｑの噴出方向に向かって開口している。この風防５３のうちの少なくとも吐出口５０側（ポンプ本体４７側）の領域にドレイン口５４が設けられている。このため、風防５３の内面５３ａに潤滑油が付着したとしても、その潤滑油はドレイン口５４から風防５３の外部へ排出される。よって、不要な潤滑油は、吐出口５０が開口する壁面４８に到達せず、吐出口５０が吐出後の潤滑油によって覆われるのを防ぐことが可能となる。この結果、従来のように吐出口を覆った潤滑油が障害となることがなく、潤滑油の吐出不良が発生しない。

前記各形態では、ドレイン口５４は鉛直下方に向かって開口している。このため、潤滑油は重力によってドレイン口５４から勝手に排出される。図３に示される形態では、ドレイン口５４は、風防５３の全長にわたって設けられている。このため、例えば前記サテライト油が重力の影響を受けて放物線を描くように飛翔しても、風防５３の内面５３ａに潤滑油が付着し難い。さらに、潤滑油の吐出の後、サテライト油が吐出口５０側に戻ろうとしても、その速度は油滴Ｑを吐出する際の速度よりも小さい。ドレイン口５４が風防５３の全長にわたって設けられていることから、吐出口５０側に戻ろうとするサテライト油は、ドレイン口５４から落下することができ、吐出口５０の周囲に付着するのを防ぐことが可能となる。

前記各形態の軸受装置１０では（図３及び図７参照）、カバー５１は、風防５３の他にフランジ部５２を有する。フランジ部５２は、風防５３と一体であり、吐出口５０が開口する壁面４８のうち、吐出口５０を除く一部を覆ってポンプ本体４７に取り付けられている。つまり、フランジ部５２によって風防５３がポンプ本体４７に取り付けられている。そして、図５及び図６に示されるように、フランジ部５２は、前記壁面４８のうちの吐出口５０の下方領域を露出させる形状を有している。図６の形態の場合、フランジ部５２は、前記壁面４８のうちの吐出口５０の下方領域を露出させる切り欠き５６を有している。この構成により、壁面４８のうち、風防５３の内側であって吐出口５０が開口する領域に潤滑油が付着したとしても、その潤滑油は壁面４８に沿って下方へ流れることができる。よって、潤滑油が風防５３内で留まって吐出口５０を塞ぐのを防ぐことが可能となる。

〔その他〕
前記実施形態では、軸受部２０がアンギュラ玉軸受である場合について説明したが、軸受の形式はこれに限らず、深溝玉軸受であってもよく、また、円すい転がり軸受や、円筒ころ軸受であってよい。前記実施形態では、外輪２２に対して内輪２１が回転する場合について説明したが、内輪２１に対して外輪２２が回転する軸受部２０であってもよい。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の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構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０：軸受装置 ２０：軸受部 ２１：内輪
２２：外輪 ２３：玉（転動体） ４３：ポンプ
４７：ポンプ本体 ４８：壁面 ５０：吐出口
５１：カバー ５２：フランジ部 ５３：風防
５４：ドレイン口 Ｋ１：通過領域

Claims (4)

1. 内輪、外輪、及び前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体を有する軸受部と、
   前記軸受部の軸方向の隣りに設けられ当該軸受部に向かって潤滑油を油滴として噴出するポンプと、を備え、
   前記ポンプは、潤滑油を噴出する吐出口と、当該吐出口から噴出した油滴の通過領域を覆うと共に当該油滴の噴出方向に向かって開口する風防と、を有し、
   前記風防のうちの少なくとも吐出口側の領域にドレイン口が設けられている、
   転がり軸受装置。
2. 前記ドレイン口は鉛直下方に向かって開口している、請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記ドレイン口は、前記風防の全長にわたって設けられている、請求項２に記載の転がり軸受装置。
4. 前記ポンプは、前記吐出口が開口する壁面を有するポンプ本体を備え、
   前記ポンプは、更に、前記風防と一体であり前記壁面のうちの前記吐出口を除く一部を覆って前記ポンプ本体に取り付けられているフランジ部を有し、
   前記フランジ部は、前記壁面のうちの前記吐出口の下方領域を露出させる形状を有する、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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