JP2020045942A - 軸受装置の冷却構造および冷却機能付き間座装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリース潤滑軸受において、間座に流れる冷却エアの流路を工夫することで、循環効率・冷却効果を高め、軸受方向へのエアの流出も抑制することのできる軸受装置の冷却構造を提供する。
【解決手段】グリース潤滑される転がり軸受１，１間に外輪間座４および内輪間座５が介在する。外輪間座４は、内輪間座５の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口１０と排気口１２とを備える。外内の間座４，５間の環の空間Ｓの円周方向の複数箇所に流路狭小化片１３が介在する。流路狭小化片１３は、外輪間座４の内周面および内輪間座５の外周面のいずれからも離れていずれか一方の間座４，５に設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、グリースによって潤滑される転がり軸受の、発熱抑制・冷却を目的とした軸受装置の冷却構造および冷却機能付き間座装置に関する。

工作機械の主軸装置では、熱膨張を抑えて加工精度を確保するために温度上昇を抑える必要があるが、加工能率向上のために高速・高負荷での使用環境が増えており、主軸を支持する軸受の発熱が問題となっている。
その解決策として特許文献１，２などに、冷却用の圧縮エアを軸受装置に送り冷却を行う構造が提案されている。特許文献１，２では、図２６に示すように、外輪間座１０１に設けられたノズル口１０２から内輪間座へ圧縮エアを噴射し冷却する機構となっている。
この時、圧縮エアによる冷却装置をグリース潤滑される軸受に適用すると、軸受内に侵入したエアによりグリースが軸受外部へ漏えいしてしまうという問題があったため、グリース潤滑の軸受装置において内輪間座１０３の軸方向端部に圧縮エアの軸受内部への流入を防止する外壁１０４を設けることが提案されている。（図２７）

工作機械をはじめとした産業用機械全般で、コンパクト化やシステムの簡素化の要求も増えており、その対策としてグリース潤滑軸受の使用が増加している。上記特許文献１，２の構造は、エアオイル供給装置撤廃によるスペースやシステム複雑化の解消となる。

他の対策としては特許文献３で、特許文献１におけるエアオイル供給装置と冷却用圧縮エア供給装置の混在による構造複雑化について、間座形状を工夫することで圧縮エアの供給が無くても冷却効果を高めることのできる構造が提案されている。

特開２０１４−０６２６１６号公報 特開２０１４−０６２６１９号公報 特開２０１６−１５１２８３号公報

上記の通り、工作機械の主軸装置では高効率化のために高速化、高剛性（高負荷使用）化が進んでおり、その際に主軸装置及び主軸を支持する軸受は一層発熱が起こりやすくなってしまう。軸受が発熱すると、予圧の増加による更なる発熱や軸受寿命の低下が問題となる。
加えて、コンパクト化やシステムの簡素化のために軸受の潤滑方法をグリース潤滑とするものも増加しているが、エアオイルなど循環型に比べ、グリース潤滑では潤滑剤が軸受の内外輪の間の空間にシール等の機構により密封されており循環させることが出来ないため、熱が外部に排出されにくい。よって、負荷、回転数などが同様の使用条件でも、グリース潤滑機構の方が発熱しやすく、グリースや軸受の寿命低下も起こりやすくなる。

特許文献１、２では、その対策として圧縮エアによる冷却を行う軸受装置が提案され、グリース潤滑される軸受においては、軸受に封入されたグリースを流出させないため、前記のように内輪間座１０３に外壁部１０４を設ける機構が提案された。（図２７）
しかし、図２６、図２７に示す軸受装置の冷却機構は、外輪間座１０１に設けられた供給口１０５から内輪間座に向けて噴射される圧縮エアが一様な間座内部円周上を通過することから、内輪間座と圧縮エアが接する時間が短い。このため、一定の冷却効果はあるものの、エアオイル潤滑に比べ発熱の大きいグリース潤滑時には更なる冷却効果が求められる。

また、図２７の軸受装置では、内輪間座１０３の外壁部１０４と外輪間座の間に広い空間Ｓ１が形成されているため、圧縮エア流入後に流速が落ちると乱流状態となりやすく、排気口１０６からエアが排気され難くなることから、循環効率を向上し冷却効果を高めることが望まれる。

特許文献３の軸受装置では、コンパクト化やシステムの簡素化の対策として圧縮エアの供給無しで軸受と間座のみで冷却効果を高められることが報告されている。
しかし、この構造は間座部品の一部が軸受の内部空間へ侵入することが必要であり、今回問題としているグリース潤滑される軸受においては、上記の通りグリースの漏えいや密封装置との干渉が問題となる。

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、エアオイル潤滑に比べ省スペース化をすることのできるグリース潤滑軸受において、間座に流れる冷却エアの流路を工夫することで、循環効率・冷却効果を高めることのできる軸受装置の冷却構造および冷却機能付き間座装置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、グリース潤滑される複数の転がり軸受が軸方向に並び、これら複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に、外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪間座に内輪間座の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口と、前記内外の間座間の環状空間の圧縮エアを排出する排気口とを備える軸受装置の冷却構造であって、
環状前記空間である前記圧縮エアの流路における円周方向の複数箇所に流路断面を狭小化する流路狭小化片が介在し、これら流路狭小化片は、前記外輪間座の内周面および内輪間座の外周面のいずれからも離れて前記内外のいずれか一方の間座に設けられている。

この構成によると、運転時に外輪間座に設けられたエア供給口より冷却用の圧縮エアが内輪間座に向けて吹き付けられる。このため、内輪間座が冷却され、内輪間座に接する両側の転がり軸受の内輪が冷却される。
このとき、内外の間座間の円周方向の複数箇所に流路狭小化片が設けられているため、この流路狭小化片にエアが衝突し、流路狭小化片に達したエアは流路狭小化片と内輪間座の外周面の間、および流路狭小化片と外輪間座の内周面との間に分岐して流れる。この分岐した両流路部分の断面積は、合計しても内外の間座間の流路の断面積よりも狭くなる。そのため流速が増加する。この流速の増加により、内輪間座および外輪間座と接するエアの量が増加し、これにより冷却効果が高められる。

前記環状空間の両側に位置して前記環状空間から前記転がり軸受側へ前記圧縮エアが流出することを防止する外壁部を、前記流路狭小化片が設けられた外輪間座または内輪間座に有していてもよい。
前記外壁部が設けられていると、圧縮エアが転がり軸受側に流出することが防止され、転がり軸受のグリースの流出が防止される。

前記流路狭小化片の、前記転がり軸受の軸心に垂直な断面における断面形状は、間座径方向の中心側に膨らむ翼断面形であってもよい。
ここで言う「翼断面形」は、揚力を生じる断面形状、いわゆる魚形の断面形状であり、幅方向の中央よりも前縁側に最大膨らみ部分が生じる流線型の断面形状である。
流路狭小化片の断面形状が翼断面形であると、流路狭小化片の両面間において流れの剥離を防止しつつ速度差を発生させる。流路狭小化片は間座径方向の中心側に膨らむ翼断面形であるため、流路狭小化片よりも間座中心側の空間の速度が相対的に遅くなり、径方向外側が高気圧となる。そのため、外輪間座に設けられた排気口から内部のエアが押し出され易くなる。
さらに、上記翼断面形の仕組みで内輪間座外周側を流れるエアの流量を増やすことが出来るため、ベンチュリ効果との相乗で発熱の大きい内輪間座の冷却効果を高めることが出来る。

前記翼断面形とした場合に、前記エア供給口の前記圧縮エアの吐出方向が前記内輪間座の回転方向の前方へ傾斜し、前記流路狭小化片は、前記翼断面形における前縁部が前記流路内における前記圧縮エアの流れと対向する向きであってもよい。
流路狭小化片が、圧縮エアの流れと対向する向きであることにより、前記の翼断面形としたことによる排気口からの排気の効率化と、内輪間座の外周に沿って流れるエアの流量増大による冷却効果の向上効果が効果的に得られる。

この発明において、前記流路狭小化片を前記エア供給口の倍数分有するようにしてもよい。
これにより、流路狭小化片を設けたことによって流速を増加させ、冷却効果を高める作用効果が、より効果的に得られる。

この発明において、前記流路狭小化片が前記外輪間座の円周方向に延びる偏平形状であり、この偏平形状の流路狭小化片が、前記外輪間座の円周方向に対して仰角を持つようにしてもよい。
流路狭小化片に適切な仰角があると、仰角がない場合に比べて流路狭小化片の間座内径側と外径側の圧大差が大きくなり、外輪間座の排気口から排気され易くなる。
特に、流路狭小化片が翼型断面である場合に適切な仰角が設けられることで、流路狭小化片の両面での流速差が大きくなり、内輪間座の冷却効果が高められる。

この発明において、前記流路狭小化片と前記外輪間座の内周面との間の流路部分、および前記流路狭小化片と前記内輪間座の外周面との間の流路部分における円周方向の一部に、流路断面が絞られた絞り部分を有していてもよい。
絞り部分を有することで、流路狭小化片の両面間において流れの剥離を防止しつつ速度差を発生させる作用が得られ、排気口から内部のエアが押し出され易くなる。

前記絞り部分を設ける場合において、前記外輪間座の内周面と内輪間座の外周面との間の流路における前記流路狭小化片が介在しない円周方向位置における流路断面積をＡ１、前記絞り部分における流路断面積をＡ２とした場合、
Ａ１≧２＊Ａ２
としてもよい。

この発明において、前記外輪間座に前記エア供給口、前記排気口、および前記流路狭小化片を有するようにしてもよい。
エア供給口と流路狭小化片が共に外輪間座に設けられていると、エア供給口と流路狭小化片との位置関係が変わらず、圧縮エアの流れが安定する。

この発明において、前記外輪間座に前記エア供給口および前記排気口を有し、前記流路狭小化片を前記内輪間座に有するようにしてもよい。
内輪間座側に流路狭小化片を設けると、流路狭小化片を形成する都合で次のように外輪間座または外輪間座を分割構造とする場合に、分割数が少なくて済む。

この発明において、前記外輪間座および内輪間座のうち、前記流路狭小化片が設けられた間座が、互いに軸方向に並ぶ複数の部品に分割されていてもよい。
分割構造とすることで、複数並ぶ流路狭小化片を有しながら加工が容易に行える。

この発明の冷却機能付き間座装置は、グリース潤滑される隣合う一対の転がり軸受の外輪間および内輪間にそれぞれ介在する外輪間座および内輪間座の組からなる冷却機能付き間座装置であって、
前記外輪間座に内輪間座の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口と、前記内外の間座間の環状空間の圧縮エアを排出する排気口とを備え、
前記環状空間である前記圧縮エアの流路における円周方向の複数箇所に流路断面を狭小化する流路狭小化片が介在し、これら流路狭小化片は、前記外輪間座の内周面および内輪間座の外周面のいずれからも離れて前記内外のいずれか一方の間座に設けられている。
この構成の冷却機能付き間座装置によると、軸受装置の冷却構造について前記したように、グリース潤滑の軸受と組み合わせて用いて、間座に流れる冷却エアの循環効率が向上し、冷却効果を高めることができる。

この発明の軸受装置の冷却構造は、グリース潤滑される複数の転がり軸受が軸方向に並び、これら複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に、外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪間座に内輪間座の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口と、前記内外の間座間の環状空間の圧縮エアを排出する排気口とを備える軸受装置の冷却構造であって、環状前記空間である前記圧縮エアの流路における円周方向の複数箇所に流路断面を狭小化する流路狭小化片が介在し、これら流路狭小化片は、前記外輪間座の内周面および内輪間座の外周面のいずれからも離れて前記内外のいずれか一方の間座に設けられたため、エアオイル潤滑に比べ省スペース化をすることのできるグリース潤滑軸受において、間座に流れる冷却エアの循環効率が向上し、冷却効果を高めることができる。

この発明の冷却機能付き間座装置は、グリース潤滑される隣合う一対の転がり軸受の外輪間および内輪間にそれぞれ介在する外輪間座および内輪間座の組からなる冷却機能付き間座装置であって、前記外輪間座に内輪間座の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口と、前記内外の間座間の環状空間の圧縮エアを排出する排気口とを備え、
前記環状空間である前記圧縮エアの流路における円周方向の複数箇所に流路断面を狭小化する流路狭小化片が介在し、これら流路狭小化片は、前記外輪間座の内周面および内輪間座の外周面のいずれからも離れて前記内外のいずれか一方の間座に設けられたため、エアオイル潤滑に比べ省スペース化をすることのできるグリース潤滑軸受において、間座に流れる冷却エアの循環効率が向上し、冷却効果を高めることができる。

この発明の第１の実施形態に掛かる軸受装置の冷却構造を、エア供給口のある位置で軸方向に沿って断面した断面図である。 同軸受装置における冷却機能付き間座装置の横断面図である。 図２のIII-III 断面につき、エア供給口の角度を変えて示す断面図である。 図２のＩV-IV断面図である。 同軸受装置の冷却構造を、排気口のある位置で軸方向に沿って断面した断面図である。 同軸受装置における間座装置の外輪間座における中央外輪間座部品を示す側面図である。 同中央外輪間座部品を示す断面図である。 同外輪間座における側部外輪間座部品の斜視図である。 同側部外輪間座部品を図８と異なる方向から見た斜視図である。 同側部外輪間座部品を軸受厚さ方向の中央側から見た側面図である。 同側部外輪間座部品を外側から見た側面図である。 同側部外輪間座部品における通常周方向位置の断面と排気口のある位置の断面とを比較して示す図である。 同軸受装置の冷却構造における流路狭小化片の断面形状の説明図である。 同軸受装置の冷却構造における流路狭小化片とエア供給口との関係を示す説明図である。 同流路狭小化片と内外の間座との隙間寸法を示す説明図である。 同流路狭小化片と排気口との関係を示す説明図である。 同軸受装置の冷却構造における排気口がある箇所を拡大して示す部分破断斜視図である。 同軸受装置の冷却構造における排気口がある箇所を、図１７とは異なる方向から見て拡大して示す部分破断斜視図である。 ベンチュリ効果の説明図である。 同流路狭小化片の仰角がない場合の作用を示す作用説明図である。 同流路狭小化片の仰角がある場合の作用を示す作用説明図である。 同軸受装置を組み込んだスピンドル装置の一例の断面図である。 この発明の他の実施形態に掛かる軸受装置の冷却構造における冷却機能付き間座装置の横断面である。 同冷却機能付き間座装置の軸方向に沿う断面図である。 さらに他の実施形態に掛かる軸受装置の冷却構造における冷却機能付き間座装置の軸方向に沿う断面図である。 従来のエアオイル潤滑の軸受冷却装置の断面図である。 従来のグリース潤滑の軸受冷却装置の断面図である。

この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造を図１ないし図２２と共に説明する。図１に示すように、この軸受装置Ａは、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受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をそれぞれ介在させている。前記外輪間座４と内輪間座５とで、間座装置２０が構成される。各転がり軸受１としてアンギュラ玉軸受が適用されている。転がり軸受１は、内外輪３，２の軌道面間に複数の転動体８が介在され、これら転動体８が保持器９により円周等配に保持される。転がり軸受１，１はグリース潤滑であり、外輪２の軸方向両端に、外輪２と内輪３との間の軸受空間を密封するシール部材３１，３１がそれぞれ取り付けられている。転がり軸受１は、アンギュラ玉軸受に限らず、他の形式のグリース潤滑の転がり軸受であってもよい。

この軸受装置Ａは、例えば工作機械の主軸の支持に用いられるものであり、その場合、各転がり軸受１の外輪２はハウジング６内に固定され、内輪３は軸７の外周面に嵌合する。ハウジング６は、例えば工作機械のスピンドル装置（図２２参照）のハンジングであり、軸７はその主軸である。

上記軸受装置Ａの冷却構造について説明する。
図１において、外輪間座４に、冷却のための圧縮エアを吐出する円周方向複数箇所のエア供給口１０と、１箇所の排気口１２（図５、図６参照）とが設けられ、内外の間座５，４間の環状空間Ｓからなるエア流路に、流路断面を狭小化する流路狭小化片１３（図８参照）が、円周方向に複数並んで介在している。流路狭小化片１３は、外輪間座４の内周面および内輪間座５の外周面のいずれからも離れて外輪間座４に設けられている。なお、図１においてエア供給口１０、便宜上、角度を変えて図示してある。

図１において、外輪間座４は、前記流路狭小化片１３の形成が可能なように、環状の中央外輪間座部品４Ａと、この中央外輪間座部品４Ａの両側面の内周部にそれぞれ形成された環状の切欠部１４に外周部が嵌合する一対の側部外輪間座部品４Ｂ，４Ｂとの３つの部品で構成されている。これら中央外輪間座部品４Ａと側部外輪間座部品４Ｂ，４Ｂとは、側部外輪間座部品４Ｂに設けられたボルト相通孔２２(図９参照)から中央外輪間座部品４Ａに設けられたタップ孔２３（図６参照）にねじ込まれたボルト(図示せず)によって互いに結合されている。側部外輪間座部品４Ｂ，４Ｂは、内周面が内輪間座５の外周面に対してラビリンスシールを形成する程度に近接して外壁部２５を構成し、外輪間座４の内周面と内輪間座５の外周面間の前記環状空間Ｓからなるエア流路のエアが転がり軸受１側に流れることを防止する。
前記流路狭小化片１３は、両側の側部外輪間座部品４Ｂ，４Ｂにおける中央外輪間座部品４Ａよりも内周側に突出した部分である前記外壁部２５の内側面に、図８，図９のように設けられた突起１３ａ，１３ａにより構成される。すなわち、両側の側部外輪間座部品４Ｂ，４Ｂの突起１３ａ，１３ａは互いに対向して設けられ、先端が互いに突き合わせられて前記流路狭小化片１３を構成する。

中央外輪間座部品４Ａは、外周面に環状の導入溝１１が形成され、導入溝１１の溝底面から中央外輪間座部品４Ａの内周面に貫通する直線状の孔によって前記エア供給口１０が形成される。この実施形態では、図２に示すように、エア供給口１０の数は３個であり、各エア供給口１０は円周方向に等配されている。各供給口１０の吐出方向は、圧縮エアが内輪間座５の回転方向（図２の矢印ａ方向）の前方へ吹きつけられるように傾斜している。この傾斜は、図６に示すように、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Ｂから直交する方向に距離Ｌ１だけオフセットされた位置にエア供給口１０を設けることで形成されている。エア供給口１０は、中央外輪間座部品４Ａの内径側部分が外径側部分よりも小径となった２段の段付き円孔からなる。なお、エア供給口１０の個数は、３つに限らず任意の個数でよい。

図１において、前記導入溝１１は、外輪間座４がハウジング６の内周面に嵌合することによって閉鎖断面の環状空間を構成し、ハウジング６に設けられた導入路４６（図２２参照）を介して圧縮エア供給装置４５から導入溝１１に圧縮エアが供給されることで、各エア供給口１０から圧縮エアが吐出される。

前記排気口１２（図５，図６，図９）は、中央外輪間座部品４Ａの両側の側面に外周面から前記切欠部１４の外周面に渡って半径方向に設けられた排出溝１２ａと、側部外輪間座部品４Ｂ，４Ｂに形成された小断面化部１２ｂとで構成される。小断面化部１２ｂは、図９、図１２のように側部外輪間座部品４Ｂの外径を円周方向の一部（この実施形態では、
中央外輪間座部品４Ａの前記排出溝１２ａと合致する円周方向部分）で半径差ａだけ局部的に小さくし、かつ側部外輪間座部品４Ｂの厚さを、中央外輪間座部品４Ａの側面から離れるように薄くした部分で構成される。小断面化部１２ｂにおいて、中央外輪間座部品４Ａは、外周側に至るに従って狭まるテーパ状の断面形状とされている。このように小断面化部１２ｂと排出溝１２ａとを形成することで、外輪間座４の内周面と内輪間座５の外周面との間の環状空間Ｓから外輪間座４の外周面に続く排気口１２が構成される。

排気口１２の大きさと個数は特に制限されないが、この例では円周方向の１箇所とされている。また、排気口１２の大きさは、流路狭小化片１３との関係で良好な排気が行える大きさとされる。
排気口１２は、例えば図２２のようにハウジング６の内周面に設けられた排気路４８を通って大気中に排出される。

前記外輪間座４が有する流路狭小化片１３は、前縁１３ｍ（図１３）の近傍部分１３ｊが丸く、前縁１３ｍから全幅（間座円周方向の幅における全幅）の１／３程度の所で最大の厚みになり、後縁１３ｋが尖った翼型となっており、翼型断面の上下中央を結ぶ線１３ｎ（各部の厚みの中央位置を結ぶ線）は垂線ｃ（前縁１３ｍと後縁１３ｋを含む平面を成す線）に対し下側に凸になる様に構成されている。つまり、上下逆の翼型となっている。
上記翼型形状とすることで、流路狭小化片１３の周辺の空気の流れは、流路狭小化片１３の図１３の上部に対し下部の方が流入量が多く流速が速くなる。これは翼型と揚力の理論による。

流路狭小化片１３は、外輪間座４のエア供給口１０からのエア供給方向の円周上に、前縁１３ｍ側が面する様に形成される。具体的には図１４に示す通りエア供給口１０の中心１０ｎを成す直線上の任意の距離Ｌ２の位置に、流路狭小化片１３の前縁１３ｍ（図１３参照）が位置するように構成される。

図１５に示すように、流路狭小化片１３と中央外輪間座部品４Ａの内周面との隙間寸法、および内輪間座５の外周面との隙間寸法は、共にＬ３とされている。この隙間寸法Ｌ３は、流路のすきまが最も広い部分（流路狭小化片１３が設けられていない円周方向部分）の断面積Ａ１（（＝隙間寸法Ｌ４×円周長さ）と最も狭い部分の断面積Ａ２（＝隙間寸法Ｌ３×円周長さ）の差をn 倍以上（Ａ１≧ｎ＊Ａ２）となるように様に構成されている（ただし、ｎ：２）。これはベンチュリ効果による流速差を生じさせることを目的としており、その詳細は後に図１９と共に説明する。

断面積Ａ１，Ａ２については、上記関係が成り立てば、特に値は制限せず目的の冷却効果に合わせて自由に決定してよい。また、供給エアの流入量も同様の理由で自由に設定してよい。

流路狭小化片１３の個数は、エア供給口１０の個数の倍数とすることが好ましく、これにより、供給される圧縮エアの影響を常に均等に流路狭小化片１３で受ける様になる。

図１６に示すように、流路狭小化片１３は、排気効率向上のため、外輪間座４の軸方向に垂直な断面における中心線ｃに直交する線ｅ（外輪間座４の円周を成す円の接線）に対しθ度傾斜して設計される。
仰角θについては、同図に示す次の計算式、
COS θ＝Ｌ５／Ｌ６
となるように算出し、Ｌ７＝Ｌ３（図１５）となる様に、流路狭小化片１３の設置位置および個数と併せて設定する。
ここで、Ｌ５は、流路狭小化片１３の後縁１３ｋと中央外輪間座部品４Ａの内周面におけるエア排出口１０の中心Ｏ_１２となる排気口入口中心点Ｐまでの距離（流路狭小化片１３の中心線に沿う距離）である。
Ｌ６は、前記流路狭小化片１３の後縁１３ｋから、前記中心線ｃに直交する線Ｅと平行に延ばした線ｆにおける、この線ｆに直角を成す線が前記排気口入口中心点Ｐに交わる点Ｐまでの距離である。

外輪間座４および内輪間座５の材質は、強度や冷却のための熱伝導を考慮し、一般的に軸受や軸受用間座に用いられる鋼であることが望ましいが、より熱伝導率を高めるため銅などを使用してもよい。製造を簡単にするため、側部外輪間座部品４Ｂは樹脂素材などを素材としてもよい。

上記構成の作用を説明する。
この軸受装置１は、運転時に外輪間座４に設けられたエア供給口１０より冷却用の圧縮エアが内輪間座５に向けて吹き付けられる。このとき、外輪間座４に設けられて外輪間座４の内周面と内輪間座５の外周面間の環状空間Ｓに介在する流路狭小化片１３にもエアが衝突する。流路狭小化片１３に達したエアは流路狭小化片１３と内輪間座５の外周面の間、および外輪間座４の内周面との間で流路が狭くなるため、流速が増加する。流速の増加により、内輪間座５および外輪間座４と接するエアの量が増加するため、冷却効果を高めることが出来る。
外輪間座４と内輪間座５との組合せ状態での形状は、側部外輪間座部品４Ｂが環状空間Ｓの両側部の外壁部２５を構成し、その内周縁が内輪間座５の外周面に近接してラビリンスシールとしての機能を果たす。そのため、両間座４，５の内部を流れる圧縮エアが転がり軸受１側へ流出することが防止され、転がり軸受１におけるグリースの流出を抑制する。

流路狭小化片１３の外径側部分は、前記翼型断面としたことなどにより、排気口１２側へ流路を向ける様に設計されており、両間座４，５の環状の内部空間Ｓにおいて、外輪間座４側のエアは積極的に排気口１２へ向かう。さらに、流路狭小化片１３は、その上下間において流れの剥離を防止しつつ速度差を発生させるために翼型に設計されているため、相対的に速度の遅くなる両間座４，５間の環状空間Ｓの外輪間座４側は高気圧となり、排気口１２から押し出されやすくなる。
さらに、上記翼型の仕組みで内輪間座５の外周側を流れるエアの流量を増やすことが出来るため、ベンチュリ効果との相乗で発熱の大きい内輪間座の冷却効果を高めることが出来る。

これにつき具体的に説明すると、外輪間座４に設けられた流路狭小化片１３は翼型に設計され、周辺を流れる空気の剥離を抑制し、かつ翼型を上下逆転させた形状で設置されるために揚力の原理により流路狭小化片１３の上部（外径側部）に比べ下部（内径側部）の方が流入量が多くなる。さらに、流路狭小化片１３と内輪間座５の外周面の間では流路がその前後で絞り込まれるため、ベンチュリ効果により流路狭小化片１３の周辺での流速が変化し、流路狭小化片１３の前方に比べ後方は流速が速くなる。
すなわち、図１９の式（１）で示されるように、
流路狭小化片１３の前方の流速ｖ１と後方の流速ｖ２とは、
ｖ２＝（Ａ１／Ａ２）／Ｖ２ （式１）
となる。
Ａ１は流路狭小化片１３の前方の流路断面積、Ａ２は流路が流路狭小化片１３で狭まった部分の断面的である。
ｈは流路内の圧縮エアの圧力、Δｈは圧力差である。
これらにより内輪間座５の表面に当たる流量を増加することが出来、冷却効果が増大する。

また、外輪間座４に設けられた流路狭小化片１３を境界とした冷却空気の速度差により、流路狭小化片１３よりも回転中心側（内輪間座５側）は低気圧、流路狭小化片１３よりも回転外側（外輪間座４側）は高気圧となる。
すなわち、図１２に開示した次式（２）の関係となる。
（１／２）Ｖ２＋ｐ／ρ＝constant （式２）
ρ：空気の密度
これにより圧縮エアは排気口１２の周辺においても圧力差が生じ、両間座４，５間の排気口１２の付近の圧力が排気口１２の外側（ハウジング６側）に比べて高まるため、両間座４，５間のエアが押し出される力が増加しエアの循環が促進される。

流路狭小化片１３に適切な仰角θ(図２１)があると、仰角θがない場合（図２０）に比べて流路狭小化片１３の間座内径側と外径側の圧大差が大きくなり、外輪間座４の排気口から排気され易くなる。
特に、流路狭小化片１３が翼型断面である場合に適切な仰角が設けられることで、流路狭小化片１３の両面での流速差が大きくなり、内輪間座５の冷却効果が高められる。

また、流路狭小化片１３が設けられることにより、外輪間座４の表面積が、前記流路狭小化片１３のない一様な流路の場合に対して増加し、冷却エアと接する面積が増えることによっても、両間座４，５間のエアの冷却効果が高まる。
また、この軸受装置１の冷却構造は、グリース潤滑される転がり軸受１の冷却装置として使用され、特許文献１などの従来のエアオイル潤滑時の軸受装置と比較して、省スペース化を図る事ができる。

なお、上記第１の実施形態では、外輪間座４を中央外輪間座部品４Ａと側部外輪間座部品４Ｂとの組み合わせとすることによって流路狭小化片１３を設ける仕様としたが、例えば図２３，図２４に示す通り内輪間座５に流路狭小化片１３Ａを設けた仕様でも、上記実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
図２３，図２４の実施形態では、組立のために軸方向幅の中央で左右２つの内輪間座分割部品５Ａ，５Ａに分割された内輪間座５と、冷却のための圧縮エアのエア供給口１０Ａおよび排気口１２を備えた外輪間座４′からなる。両内輪間座分割部品５Ａ，５Ａは、円筒部５Ａａの両側縁に外周側に立ち上がる外壁部５Ａｂが設けられて断面Ｌ字状を成し、両内輪間座分割部品５Ａ，５Ａの外壁部５Ａｂに設けられた突起部１３Ａａ，１３Ａａが互いに対向して突き合わせられて前記流路狭小化片１３Ａを構成している。

内輪間座５が有する流路狭小化片１３Ａは、内輪間座５側に設けられることを除いて、第１の実施形態における外輪間座４の流路狭小化片１３と同様な形状、寸法関係等の仕様とされる。
外輪間座４が有する圧縮エアの供給口１０および排気口１２は、第１の実施形態と同様の形状、寸法関係等の仕様とされる。

図２３，図２４の実施形態において、図２５に形状例を示すように、流路狭小化片１３Ｂとなる突起を片方の内輪間座分割部品５Ｃのみに設け、もう片方の内輪間座分割部品５Ｄは円筒部５Ｄａと側壁側部５Ｄｂとで構成してもよい。
図２５の実施形態は、流路狭小化片１３Ｂが、片方の内輪間座分割部品５Ｃに設けられて長く延びる１本の突起により形成されていることの他は、図２３，図２４の実施形態と同様である。
これら図２３，図２４の実施形態または図２５の実施形態のように、内輪間座５側に流路狭小化片１３Ａ，１３Ｂを設けた場合も、第１の実施形態と同様に、グリース潤滑軸受において、内外の間座間に流れる冷却エアの循環効率が向上し、冷却効果を高めることができる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…転がり軸受
２…外輪
３…内輪
４…外輪間座
４Ａ…中央外輪間座部品
４Ｂ…側部外輪間座部品
５…内輪間座
５Ａ…内輪間座分割部品
５Ｃ，５Ｄ…内輪間座分割部品
６…ハウジング
７…軸
１０…エア供給口
１０Ａ…エア供給口
１２…排気口
１３…流路狭小化片
１３ａ…突起
１３Ａ…流路狭小化片
１３Ａａ…突起
１３Ｂ…流路狭小化片
１３Ｂａ…突起
２０…間座装置
２５…外壁部
Ａ…軸受装置

Claims (12)

1. グリース潤滑される複数の転がり軸受が軸方向に並び、これら複数の転がり軸受の外輪間および内輪間に、外輪間座および内輪間座がそれぞれ介在し、前記外輪間座に内輪間座の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口と、前記内外の間座間の環状空間の圧縮エアを排出する排気口とを備える軸受装置の冷却構造であって、
   環状前記空間である前記圧縮エアの流路における円周方向の複数箇所に流路断面を狭小化する流路狭小化片が介在し、これら流路狭小化片は、前記外輪間座の内周面および内輪間座の外周面のいずれからも離れて前記内外のいずれか一方の間座に設けられた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、前記環状空間の両側に位置して前記環状空間から前記転がり軸受側へ前記圧縮エアが流出することを防止する外壁部を、前記流路狭小化片が設けられた外輪間座または内輪間座に有する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、前記流路狭小化片の、前記転がり軸受の軸心に垂直な断面における断面形状が、間座径方向の中心側に膨らむ翼断面形である軸受装置の冷却構造。
4. 請求項３に記載の軸受装置の冷却構造において、前記エア供給口の前記圧縮エアの吐出方向が前記内輪間座の回転方向の前方へ傾斜し、前記流路狭小化片は、前記翼断面形における前縁部が前記流路内における前記圧縮エアの流れと対向する向き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、前記流路狭小化片を前記エア供給口の倍数分有する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、前記流路狭小化片が前記外輪間座の円周方向に延びる偏平形状であり、この偏平形状の流路狭小化片が、前記外輪間座の円周方向に対して仰角を持つ軸受装置の冷却構造。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記流路狭小化片と前記外輪間座の内周面との間の流路部分、および前記流路狭小化片と前記内輪間座の外周面との間の流路部分における円周方向の一部に、流路断面が絞られた絞り部分を有する軸受装置の冷却構造。
8. 請求項７に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座の内周面と内輪間座の外周面との間の流路における前記流路狭小化片が介在しない円周方向位置における流路断面積をＡ１、前記絞り部分における流路断面積をＡ２とした場合、
   Ａ１≧２＊Ａ２
   とする軸受装置の冷却構造。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座に前記エア供給口、前記排気口、および前記流路狭小化片を有する軸受装置の冷却構造。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座に前記エア供給口および前記排気口を有し、前記流路狭小化片を前記内輪間座に有する軸受装置の冷却構造。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記外輪間座および内輪間座のうち、前記流路狭小化片が設けられた間座が、互いに軸方向に並ぶ複数の部品に分割された軸受装置の冷却構造。
12. グリース潤滑される隣合う一対の転がり軸受の外輪間および内輪間にそれぞれ介在する外輪間座および内輪間座の組からなる冷却機能付き間座装置であって、
    前記外輪間座に内輪間座の外周面に向けて冷却用の圧縮エアを吹きつけるエア供給口と、前記内外の間座間の環状空間の圧縮エアを排出する排気口とを備え、
    前記環状空間である前記圧縮エアの流路における円周方向の複数箇所に流路断面を狭小化する流路狭小化片が介在し、これら流路狭小化片は、前記外輪間座の内周面および内輪間座の外周面のいずれからも離れて前記内外のいずれか一方の間座に設けられた冷却機能付き間座装置。

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