JP2021188637A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受３１や回転軸１０の温度上昇に伴う軸受３１内部の予圧変化を抑制することができる軸受装置を提供する。【解決手段】 外側間座冷却構造により外側間座３３のみを冷却する。これにより、内側間座３２と外側間座３３との間に温度差を生じさせる。この温度差に応じて、軸受３１内部の予圧を低下させる方向へ、軸受３１の内輪３７を外輪３８に対して相対変位させる。【選択図】 図５

Description

この発明は、回転軸を回転自在に支持する軸受装置に関し、特に大口径であってしかも高速回転する回転軸の支持に好適な軸受装置に関する。

軸受を用いて回転軸を支持する軸受装置にあっては、円滑な回転支持を継続するために、軸受内部の予圧が高精度に調整されている。
しかし、回転軸の回転に伴い生じる軸受内部の摩擦熱や、外的な要因等による回転軸の温度上昇により、軸受および回転軸が径方向（ラジアル方向）に膨張して軸受内部の予圧が上昇する結果、軸受がロックして円滑に回転できなくなるおそれがある。
そこで、従来から多くの軸受装置の冷却対策が提案されていた。
例えば、特許文献１に開示された軸受装置の冷却構造は、転がり軸受（３，４）の外輪間座（１５）の内周面にエア供給口（２３）を設け、このエア供給口（２３）から内輪間座（１６）の外周面に向けて冷却用の圧縮エア（Ａ）を吹き付けて、外輪間座（１５）および内輪間座（１６）のそれぞれを冷却する構成となっている。圧縮エア（Ａ）は、間座空間（２１Ａ，２１Ｂ）からハウジング（２）の内部に形成した排気経路（３０）を通って排気される。

特許文献１をはじめとする従来の冷却構造を備えた軸受装置では、冷却構造により軸受の内輪や回転軸の温度上昇を抑制できている間は、軸受のロックを回避することができる。
しかしながら、冷却構造によってそれらの温度上昇を抑制できなくなったときには、軸受がロックしてしまう。例えば、大口径であってしかも高速回転する回転軸にあっては、高速回転時の外周面における周速が極めて速いため、それを回転支持する軸受の発熱量が多い。しかも大口径の回転軸は、温度上昇した際の膨張量が大きい。よって、従来の冷却構造を備えた軸受装置であっても、軸受内部の予圧変化を抑制できず、軸受がロックしてしまうことがあり、有効な対策が望まれていた。なお、大口径の回転軸に限らず、軸受内部の予圧変化が抑制できなくなったときは、軸受がロックするおそれがあるため、同様に有効な対策が必要となる。

特開２０１９−１７３９１１号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、軸受や回転軸の温度上昇に伴う軸受内部の予圧変化を抑制することができる軸受装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の軸受により回転軸を回転自在に支持する軸受装置において、複数の軸受の内輪に接触するように当該各軸受の間に配置した内側間座と、複数の軸受の外輪に接触するように当該各軸受の間に配置した外側間座と、外側間座を冷却する外側間座冷却手段と、を備えたことを特徴とする。

上述した構成の本発明は、外側間座冷却手段により外側間座を冷却することで内側間座と外側間座との間に温度差を生じさせ、これにより軸受内部の予圧を低下させる方向へ、軸受の内輪を外輪に対して相対変位させることができ、軸受や回転軸の温度上昇に伴う軸受内部の予圧上昇を抑制することができる。

具体的には、内側間座を、軸受の内輪に沿った円筒形状に形成するとともに、外側間座を、軸受の外輪に沿った円筒形状に形成し、これら内側間座と外側間座との間に生じる温度差に伴い、内側間座が軸受の内輪を軸方向へ押圧し、軸受の内輪を外輪に対して軸方向へ相対変位させる構成とすることが好ましい。
これにより軸受内部の予圧を低下させる方向へ、軸受の内輪を外輪に対して相対変位させることができ、軸受や回転軸の温度上昇に伴う軸受内部の予圧上昇を抑制することができる。

ここで、複数の軸受は、背面どうしを対向させる背面組合せの配置とすることが好ましい。各軸受を背面組合せに配置した場合、背面側から内輪が押圧されると、軸受の予圧が解放される。本発明によれば、外側間座冷却手段により外側間座を冷却することで内側間座と外側間座との間に温度差を生じさせることで、内側間座が軸受の内輪を背面側から軸方向へ押圧して、軸受の予圧を解放する。このように、軸受内部の予圧を低下させる方向へ、軸受の内輪を外輪に対して相対変位させることができ、軸受や回転軸の温度上昇に伴う軸受内部の予圧上昇を抑制することができる。

また、本発明は、複数の軸受、内側間座および外側間座を収容する装置本体を備え、複数の軸受を冷却するための冷媒流動路を当該装置本体に形成するとともに、外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路を装置本体に形成し、これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成とすることもできる。

また、本発明は、複数の軸受、内側間座および外側間座を収容するとともに、磁性流体シール部が組み込まれた装置本体を備え、磁性流体シール部を冷却するための冷媒流動路を装置本体に形成するとともに、外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路を装置本体に形成し、これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成としてもよい。

また、本発明は、複数の軸受、内側間座および外側間座を収容するとともに、回転軸を冷却するための排熱部が組み込まれた装置本体を備え、排熱部を冷却するための冷媒流動路を装置本体に形成するとともに、外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路を装置本体に形成し、これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成とすることもできる。

また、本発明は、複数の軸受、内側間座および外側間座を収容するとともに、磁性流体シール部と回転軸を冷却するための排熱部とが組み込まれた装置本体を備え、複数の軸受を冷却するための冷媒流動路と、磁性流体シール部を冷却するための冷媒流動路と、排熱部を冷却するための冷媒流道路と、外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路と、を装置本体に形成し、これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成とすることもできる。

このように、各冷媒流動路を連通することで、共通の冷媒をそれらの冷媒流動路に流動させて効率的な冷却を実現することができる。

以上説明したように、本発明によれば、軸受や回転軸の温度上昇に伴う軸受内部の予圧変化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る軸受装置の内部構造を示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係る軸受装置の内部構造を一部切り欠いて示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る軸受装置の内部構造を一部切り欠いて示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る軸受装置の外観斜視図である。 （ａ）は軸受部の構成を示す正面断面図であり、（ｂ）（ｃ）は予圧調整機構の一例を説明するための軸受の正面断面図である。 外側間座冷却構造を一部切り欠いて示す分解斜視図である。 （ａ）は複数のポールピースを回転軸の外周に配置した状態を示す斜視図、（ｂ）はポールピースの斜視図である。 軸受冷却構造を示す斜視図である。 排熱部における回転軸の冷却構造を一部切り欠いて示す分解斜視図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る軸受装置の内部構造を示す正面断面図、図２は同じく一部切り欠き斜視図、図３は同じく一部切り欠き分解斜視図、図４は同装置の外観斜視図である。
本実施形態に係る軸受装置は、回転軸１０の外周に設けられ、回転軸１０を回転自在に支持するとともに、回転に伴う回転軸１０の温度上昇を抑制する機能を備えている。

図４に示すように、軸受装置は筒状の装置本体２０を備え、この装置本体２０が回転軸１０の外周に配置される。図１〜図３に示すように、装置本体２０の内部は、軸受部３０、磁性流体シール部５０、排熱部６０の各機能部を構成している。

図５（ａ）は、軸受部の構成を示す正面断面図である。
軸受部３０は、軸受３１によって回転軸１０を回転自在に支持するための機能部である。
図５（ａ）に示すように、軸受部３０には、複数（図では２個）の軸受３１と、これら軸受３１の間に配置される内側間座３２および外側間座３３と、外輪突当て部材３４と、外輪押え部材３５と、内輪押え部材３６とが組み込まれている。

具体的な組み込み手順を説明すると、外輪突当て部材３４、一方の軸受３１（図の下側）、内側間座３２および外側間座３３、そして他方の軸受３１（図の上側）の順に、装置本体２０の内部に形成した軸受部３０に組み込んでいく。
ここで、回転軸１０の外周面には、径方向に突き出た鍔状の内輪突当て部１１が形成してあり、軸受部３０に組み込まれた一方の軸受３１の内輪が、この内輪突当て部１１に当接する。また、一方の軸受３１の外輪は、外輪突当て部材３４に当接している。

回転軸１０の外周面には、内輪押え部材３６の装着部（内輪押え装着部１２）が設けられており、この内輪押え装着部１２に内輪押え部材３６が装着される。次いで、装置本体２０における軸受３１の組込み部の入り口に外輪押え部材３５が装着される。
内輪押え部材３６は、内周面に雌ねじが形成されたナット構造となっており、雄ねじで構成した内輪押え装着部１２にねじ込むことで、当該内輪押え装着部１２に装着される。また、外輪押え部材３５は、複数本のねじを用いて装置本体２０に装着される。
このように各構成要素が装置本体２０の内部に組み込まれて、軸受部３０を構成している。

軸受３１は、環状の金属部材で形成された内輪３７と、同じく環状の金属部材で形成された外輪３８を同軸上に配置するとともに、これら内輪３７と外輪３８との間に転動体３９を組み込んだ構成となっている。
内輪３７は回転軸１０に固定され、外輪３８は装置本体２０に固定される。内輪３７は回転軸１０と一体に回転するが、その際に転動体３９が外輪３８と内輪３７との間で転動する。

なお、軸受３１としては、転動体３９が金属やセラミック等の球体で構成された玉軸受（例えば、深溝玉軸受）や、転動体３９が金属製のころで構成されたころ軸受（例えば、円すいころ軸受）など、各種公知の軸受を用いることができる。本実施形態では、径方向に作用するラジアル荷重と軸方向に作用するアキシアル荷重とを支えるアンギュラ玉軸受を軸受３１として用いている。

内側間座３２は、各軸受３１の間にそれぞれの内輪３７と当接する状態で配置され、各軸受３１の内輪３７の配置間隔を調整するスペーサとして機能している。また、外側間座３３は、各軸受３１の間にそれぞれの外輪３８と当接する状態で配置され、各軸受３１の外輪３８の配置間隔を調整するスペーサとして機能している。

各軸受３１の内輪３７は、内輪突当て部１１と、内側間座３２と、内輪押え部材３６とにより軸方向における固定位置が規定される。また、各軸受３１の外輪３８は、外輪突当て部材３４と、外側間座３３と、外輪押え部材３５とにより軸方向における固定位置が規定される。
そして、装置本体２０に固定された各軸受３１の外輪３８、外輪突当て部材３４、外側間座３３および外輪押え部材３５に対して、各軸受３１の内輪３７、内輪突当て部１１、内側間座３２および内輪押え部材３６が、回転軸１０と一体となって回転する。

軸受３１は、装置本体２０の軸受部３０に組み込む際に、内部の予圧（すなわち、転動体３９が内輪３７および外輪３８から受ける圧力）が調整される。
この予圧調整を行うために、軸受３１の内輪３７と外輪３８は、軸方向へ相対変位できるように組み合わされ、それらの相対位置を調整することで、軸受３１の内部の予圧（以下、「軸受３１の予圧」と省略することもある）を増減できる構造となっている。

例えば、図５（ａ）に示す軸受３１では、同図（ｂ）（ｃ）に拡大して示すように、外輪３８の内周面に勾配３８ａが形成してある。なお、同図（ｂ）（ｃ）は、同図（ａ）の右下に配置された軸受３１の断面を拡大した図である。そして、同図（ｂ）に示すように、外輪３８に対して矢印Ａの方向へ内輪３７を相対変位させると、外輪３８の内周面に形成した勾配３８ａが広がる方向へ内輪３７が相対変位するので、それら内輪３７と外輪３８との間に挟まれた転動体３９に作用する圧力が減少する。
逆に、図５（ｃ）に示すように、外輪３８に対して矢印Ｂの方向へ内輪３７を相対変位させると、外輪３８の内周面に形成した勾配３８ａが狭まる方向へ内輪３７が相対変位するので、それら内輪３７と外輪３８との間に挟まれた転動体３９に作用する圧力が増加する。
一般に、軸受３１の予圧は、内側間座３２の長さと外側間座３３の長さとの寸法差により、外輪３８と内輪３７の相対位置を規定することで、所望の圧力となるように調整される。

しかしながら、回転軸１０の回転に伴い、軸受３１や回転軸１０の温度が上昇し、軸受３１および回転軸１０が径方向（ラジアル方向）に膨張して、軸受３１の予圧が上昇することがある。そして、この予圧上昇が原因で軸受３１がロックし、回転軸１０の円滑な回転を阻害するおそれがあった。
そこで、本実施形態に係る軸受装置は、軸受３１や回転軸１０の温度上昇に伴う軸受３１の予圧変化を抑制する機能を備えている。

本実施形態に係る軸受装置は、軸受３１の予圧変化を抑制するために、外側間座冷却構造（外側間座冷却手段）と予圧調整機構とを備えている。
外側間座冷却構造は、外側間座３３を冷却して、内側間座３２との相互間に温度差を積極的に設けるとともに、軸受３１から伝わってくる熱を吸収して軸受３１および回転軸１０を冷却する機能を有している。

すなわち、回転軸１０の回転に伴い、軸受３１には転動体３９と内輪３７および外輪３８との間の摩擦により熱が発生し、その熱が内側間座３２と外側間座３３に伝わっていく。また、回転軸１０も外的な要因等によって熱を持ち、その熱が内側間座３２に伝わるとともに、軸受３１を経由して外側間座３３にも伝わる。このようにして内側間座３２と外側間座３３の温度が上昇する。
このような状況の下で、外側間座３３のみ冷却すれば、内側間座３２との相互間に大きな温度差が生じる。加えて、軸受３１および回転軸１０からの熱を外側間座３３を通して吸収することで、軸受３１および回転軸１０が冷却される。

本実施形態の軸受装置では、次のように外側間座冷却構造を構成してある。
図６に示すように、外側間座３３の外周面には円周方向に延びる凹溝３３ａが形成してあり、装置本体２０の内部に外側間座３３を組み込んだ状態では、装置本体２０の内周面に外側間座３３の外周面が密接して、凹溝３３ａによる中空部が形成される（図１、図２および図５（ａ）を参照）。この凹溝３３ａによる中空部は、冷媒を循環させるための冷媒流動路を構成する。

図１および図６に示すように、装置本体２０の２箇所には、外周面から内周面に抜ける貫通孔２１ａ，２１ｂが形成してあり、これらの貫通孔２１ａ，２１ｂはともに凹溝３３ａによる中空部に開口している。そして、一方の貫通孔２１ａから凹溝３３ａによる中空部内に冷媒が供給され、その冷媒は凹溝３３ａによる中空部内を流動して、他方の貫通孔２１ｂから排出される。
凹溝３３ａによる中空部内を流動する冷媒は、外側間座３３から熱を吸収していく。これにより外側間座３３は冷却され、温度上昇が抑制される。

また、本実施形態の軸受装置では、予圧調整機構を、図５（ａ）に示した外側間座３３、内側間座３２、軸受３１の内輪３７、転動体３９および外輪３８を用いて、次のように構成してある。
すなわち、外側間座冷却構造により外側間座３３が冷却され、内側間座３２との相互間に大きな温度差が生じると、外側間座３３は膨張が抑制されるが、内側間座３２は軸方向に熱膨張する。このため、内側間座３２に当接する軸受３１の内輪３７が、内側間座３２に押圧される。すなわち、内側間座３２は、軸受３１の内輪３７を軸方向に押圧する押圧機構を構成する。
このように軸受３１の内輪３７が内側間座３２に押圧されることで、軸受３１の内輪３７と外輪３８との間に相対変位が生じる。

ここで、装置本体２０に組み込まれた複数の軸受３１は、背面３１ａどうしを対向させて配置する、いわゆる「背面組合せ」としてあり、それらの軸受３１の間に内側間座３２と外側間座３３を配置した構成となっている。このように、複数の軸受３１を背面組合せに配置したときは、正面３１ｂ側から内輪３７を締め付けたときに軸受３１の予圧が高くなり、一方、背面３１ａ側から内輪３７が押圧されると、軸受３１の予圧が解放される。
すなわち、複数の軸受３１の中間部に配置した内側間座３２からの押圧作用を受けると、図５（ｂ）に示したように、矢印Ａの方向へ内輪３７が押圧され、外輪３８に対して内輪３７が相対変位する。そして、外輪３８の内周面は、この矢印Ａ方向に向かって広がるように勾配３８ａが形成してあるので、それら内輪３７と外輪３８との間に挟まれた転動体３９に作用する圧力が減少（すなわち、軸受３１の予圧が低下）する。

一方、既述したように軸受３１や回転軸１０の温度上昇に伴い、軸受３１および回転軸１０が径方向（ラジアル方向）に膨張して、軸受３１の予圧が上昇する。
予圧調整機構は、このような軸受３１や回転軸１０の温度上昇に伴う軸受３１の予圧上昇に対して、上述したとおり外側間座３３と内側間座３２の相互間に大きな温度差を生じさせることで、軸受３１の予圧を低下させる。このように、軸受３１や回転軸１０の温度上昇に伴う軸受３１の予圧上昇に対して、軸受３１の予圧を低下させることで相殺し、その結果、軸受３１の予圧変化が抑制される。そして、軸受３１の予圧変化が抑制されることで、軸受３１のロックを回避でき、回転軸１０の円滑な回転を維持した回転支持を実現することができる。

次に、装置本体２０の内部に設けた磁性流体シール部５０について説明する。
図１〜図３に戻り、装置本体２０の内部には、軸受部３０と並んで磁性流体シール部５０が設けてある。磁性流体シール部５０は、回転軸１０の外周にある隙間に磁性流体を充填し、この磁性流体を磁束線によって保持することで、当該隙間を密閉するための機能部である。

磁性流体シール部５０には、ポールピース５１と称する磁極片と、磁石５２と、磁性流体５３とが組み込まれている。ポールピース５１は、図７（ａ）に示すように、透磁率の高い磁性材料によって円環状に形成され、同図（ｂ）に示すように、複数（図では３個）のポールピース５１を軸方向に並べて配置した状態で、装置本体２０の内部に形成した磁性流体シール部５０に組み込まれている（図１〜図３を参照）。磁石５２は、ポールピース５１の横に並べて組み込まれ、磁性流体５３はポールピース５１の内周面と回転軸１０の外周面との間の隙間に充填される。そして、磁石５２によって形成される磁束線により、磁性流体５３が当該隙間に保持される。

この磁性流体シール部５０も、回転軸１０の回転に伴い磁性流体５３と回転軸１０との間に摩擦熱が生じて温度が上昇する。そして、磁性流体５３の摩擦熱は回転軸１０に伝わり、回転軸１０が径方向に膨張するので、回転軸１０とポールピース５１との間の隙間が狭められ、回転軸１０の円滑な回転を阻害するおそれがある。
そこで、本実施形態に係る軸受装置には、磁性流体シール部５０を冷却するための冷却構造（磁性流体シール部冷却構造）が構成してある。磁性流体５３に生じた熱はポールピース５１に伝わるが、磁性流体シール部冷却構造は、このポールピース５１に伝わってきた熱を冷媒が吸収して、磁性流体５３の冷却するように構成してある。

すなわち、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ポールピース５１の外周面には円周方向に延びる凹溝５１ａが形成してあり、装置本体２０の内部にポールピース５１を組み込んだ状態では、装置本体２０の内周面にポールピース５１の外周面が密接して、凹溝５１ａによる中空部が形成される（図１、図２を参照）。この凹溝５１ａによる中空部は、冷媒を循環させるための冷媒流動路を構成する。

図４に示すように、装置本体２０には、外周面から内周面に抜ける複数（図では６個）の貫通孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆが形成してあり、これらの貫通孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆはともに凹溝５１ａによる中空部に開口している（図１を参照）。また、各ポールピース５１の外周面に形成した凹溝５１ａは、図７（ａ）（ｂ）に示すように、仕切壁５１ｂにより円周方向の一部で堰き止められており、この仕切壁５１ｂを境界として、その一方側に半分の貫通孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃが開口し、他方側に残り半分の貫通孔２２ｄ，２２ｅ，２２ｆが開口している。

さらに、図には示されていないが、図４の貫通孔２２ｄと２２ｅ、２２ｂと２２ｃはそれぞれ配管により連結され、当該配管を経由して、各ポールピース５１の外周面に形成した凹溝５１ａによる中空部が、連続的な冷媒流動路を構成している。
具体的には、図４に示す貫通孔２２ａが冷媒の入口となって、ここから冷媒が供給されると、図７（ａ）に示す１個目のポールピース５１の凹溝５１ａに冷媒が入り込み、当該凹溝５１ａによる中空部内を流動する。続いて、冷媒は、当該凹溝５１ａに開口する別の貫通孔２２ｄ（図４を参照）から配管を経由して隣の貫通孔２２ｅに入り、図７（ａ）に示す２個目のポールピース５１の凹溝５１ａに供給され、当該凹溝５１ａによる中空部内を流動する。次に、冷媒は、当該凹溝５１ａに開口する別の貫通孔２２ｂ（図４を参照）から配管を経由して隣の貫通孔２２ｃに入り、図７（ａ）に示す３個目のポールピース５１の凹溝５１ａに供給され、当該凹溝５１ａによる中空部内を流動する。そして、冷媒は、貫通孔２２ｆから排出される（図４を参照）。
このような経路をした冷媒流動路を冷媒が流動する過程で、ポールピース５１の熱を冷媒が吸収して、磁性流体５３を冷却する。

次に、装置本体２０に設けた軸受冷却構造について説明する。
図１〜図３に戻り、装置本体２０の外周面には凹溝２０ａが形成してある。この凹溝２０ａは、図８に示すように、１本の螺旋状の軌道を描くように装置本体２０の外周面に形成されている。凹溝２０ａが形成された装置本体２０の外周面には、図１〜図３に示すように、円筒状の被覆部材２３が嵌め込まれ、この被覆部材２３の内周面が装置本体２０の外周面に密接して、凹溝２０ａによる螺旋状に延びる中空部が形成される。この凹溝２０ａによる中空部は、冷媒を循環させるための冷媒流動路を構成する。

図２および図３に示すように、被覆部材２３には、外周面から内周面に抜ける２個の貫通孔２３ａ，２３ｂが形成してあり、一方の貫通孔２３ａは凹溝２０ａによる螺旋状の中空部の始端部付近に開口しており、他方の貫通孔２３ｂは凹溝２０ａによる螺旋状の中空部の終端部付近に開口している。
さらに、中空部の始端部付近に開口する一方の貫通孔２３ａは、図示しない配管により、既述した磁性流体シール部５０の貫通孔２２ｆと連通している（図４参照）。これにより、シール部冷却構造の冷媒流動路を流動して、貫通孔２２ｆから排出されてきた冷媒が、配管を経由して貫通孔２３ａから凹溝２０ａによる中空部に供給される。
そして、貫通孔２３ａから供給された冷媒は、凹溝２０ａによる螺旋状の中空部を流動して、他方の貫通孔２３ｂから排出される（図４参照）。
凹溝２０ａによる螺旋状の中空部内を流動する冷媒は、装置本体２０から熱を吸収していく。これにより装置本体２０に組み込まれた複数の軸受３１が冷却される。

また、図１および図６を参照して既述した外側間座３３の凹溝３３ａによる中空部に開口する２個の貫通孔２１ａ，２１ｂは、それぞれ凹溝２０ａによる螺旋状の中空部にも開口しており、螺旋状の中空部を流動する冷媒の一部が、一方の貫通孔２１ａから外側間座３３の凹溝３３ａによる中空部内へ供給され、当該中空部を流動して他方の貫通孔２１ｂから再び螺旋状の中空部に戻るように構成されている。

図６に示す貫通孔２１ａ，２１ｂは、中心軸に関して点対称となる位置（１８０度回り込んだ位置）にそれぞれ設けてある。そして、一方の貫通孔２１ａから供給された冷媒は、凹溝３３ａを右回りと左回りに分岐して流動し、他方の貫通孔２１ｂから排出されて、凹溝３３ａによる螺旋状の中空部に戻る。
なお、貫通孔２１ａ，２１ｂを仕切壁を挟んで周方向の近傍位置に並べて設け、一方の貫通孔２１ａから供給された冷媒が、凹溝３３ａを一方向に流動して、他方の貫通孔２１ｂから排出される構成とすることもできる。このように構成すれば、貫通孔２１ｂでの冷媒の合流による衝突をなくして円滑に冷媒を排出することが可能となる。

次に、装置本体２０の内部に設けた排熱部６０について説明する。
図１〜図３に戻り、装置本体２０の内部には、軸受部３０と並んで磁性流体シール部５０の反対側に排熱部６０が設けてある。排熱部６０は、回転軸１０に蓄積された熱を吸収して、回転軸１０を直接冷却するための機能部である。この排熱部６０には、回転軸１０を冷却するための構造が形成してある。

すなわち、図９に示すように、装置本体２０の排熱部６０には、環状の軸熱吸収部材６１が組み込んである。軸熱吸収部材６１の内周面は、回転軸１０の外周面に軽く接触させて配置してある。これにより、回転軸１０からの熱が軸熱吸収部材６１に伝わってくる。

軸熱吸収部材６１の外周面には、円周方向に延びる凹溝６１ａが形成してあり、装置本体２０の内部に軸熱吸収部材６１を組み込んだ状態では、装置本体２０の内周面に軸熱吸収部材６１の外周面が密接して、凹溝６１ａによる中空部が形成される（図１、図２および図９を参照）。この凹溝６１ａによる中空部は、冷媒を循環させるための冷媒流動路を構成する。

装置本体２０の２箇所には、外周面から内周面に抜ける貫通孔２４ａ，２４ｂが形成してあり、これらの貫通孔２４ａ，２４ｂはともに凹溝６１ａによる中空部に開口している。このうちの一方の貫通孔２４ａは、軸受冷却構造の被覆部材２３に形成された貫通孔２３ｂと、図示しない配管を介して連通している。これにより、軸受冷却構造における貫通孔２３ｂから排出された冷媒が、図示しない配管を経由し、一方の貫通孔２４ａに送られる（図４参照）。

そして、この貫通孔２４ａから凹溝６１ａによる中空部内に冷媒が供給され、その冷媒は凹溝６１ａによる中空部内を流動して、他方の貫通孔２４ｂから排出される。
凹溝６１ａによる中空部内を流動する冷媒は、回転軸１０から軸熱吸収部材６１に伝わってきた熱を吸収していく。これにより回転軸１０が冷却される。

ここで、図９に示す貫通孔２４ａ，２４ｂも、図６に示した貫通孔２１ａ，２１ｂと同様、中心軸に関して点対称となる位置（１８０度回り込んだ位置）にそれぞれ設けてある。そして、一方の貫通孔２４ａから供給された冷媒は、凹溝６１ａを右回りと左回りに分岐して流動し、他方の貫通孔２４ｂから排出される。
なお、貫通孔２４ａ，２４ｂを仕切壁を挟んで周方向の近傍位置に並べて設け、一方の貫通孔２４ａから供給された冷媒が、凹溝６１ａを一方向に流動して、他方の貫通孔２４ｂから排出される構成とすることもできる。このように構成すれば、貫通孔２４ｂでの冷媒の合流による衝突をなくして円滑に冷媒を排出することが可能となる。

図９に示したように、装置本体２０に形成された他方の貫通孔２４ｂは、軸受装置に併設した冷媒冷却循環装置（図示せず）に、図示しない配管を経由して接続される。この他方の貫通孔２４ｂから排出された冷媒は、図示しない冷媒冷却循環装置へ送られ、同装置で冷却されて再びシール部冷却構造の貫通孔２２ａに循環して供給される。

ここで、図４を参照して、冷媒の循環経路を改めて説明すると、図示しない冷媒冷却循環装置からシール部冷却構造の貫通孔２２ａに供給された冷媒は、図１および図２に示すシール部冷却構造に形成した凹溝５１ａによる中空部を流動し、回転軸１０からポールピース５１に伝わってきた熱を吸収する。

次に、冷媒は、シール部冷却構造の貫通孔２２ｆから軸受冷却構造の貫通孔２３ａに供給され、軸受冷却構造に形成した凹溝２０ａによる螺旋状の中空部を流動し、回転軸１０から装置本体２０に伝わってきた熱を吸収する。

さらに、冷媒は、装置本体２０に形成した貫通孔２１ａから、外側間座冷却構造に形成した凹溝３３ａによる中空部にも一部が供給され、その中空部を流動して軸受３１や回転軸１０から外側間座３３に伝わってきた熱を吸収する。そして、冷媒は、装置本体２０に形成した他方の貫通孔２１ｂから、軸受冷却構造に形成した凹溝２０ａによる螺旋状の中空部に戻る。

続いて、冷媒は、軸受冷却構造の貫通孔２３ｂから排熱部６０の貫通孔２４ａに供給され、排熱部６０に形成した凹溝６１ａによる中空部を流動し、回転軸１０から軸熱吸収部材６１に伝わってきた熱を吸収する。そして、冷媒は、排熱部６０の貫通孔２４ｂから図示しない冷媒冷却循環装置に戻され、冷却された後、再びシール部冷却構造の貫通孔２２ａに供給される。

本実施形態に係る軸受装置は、上述したとおり軸受冷却構造、磁性流体シール部冷却構造、排熱部６０における回転軸１０の冷却構造、および外側間座冷却構造の各冷却構造を備えているので、軸受３１や回転軸１０からの熱が各冷却構造を循環する冷媒に吸収され、軸受３１や回転軸１０を効率的に冷却することができる。
また、各冷却構造に設けた冷媒流動路を連通させて、共通の冷媒をそれらの冷媒流動路に流動させたので、冷媒の循環制御が簡素化され、いっそう効率的な冷却を実現することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形実施や応用実施が可能であることは勿論である。
例えば、軸受内部の予圧を低下させるための予圧調整機構は、図５（ｂ）（ｃ）に示したような勾配３８ａを利用した構成に限定されるものではなく、軸受の外輪と内輪の相対変位に伴い軸受内部の予圧を低下させる各種の構成を適用することができる。

上述した実施形態では、軸受冷却構造の冷媒流動路を形成するために、装置本体２０の外周面に凹溝２０ａを形成したが、被覆部材２３に凹溝を形成して冷媒流動路としてもよく、また装置本体２０の外周面と被覆部材２３の両方に凹溝を形成して冷媒流動路を構成することもできる。

同様に、外側間座冷却構造の冷媒流動路を形成する凹溝３３ａの代わりに、外側間座３３と接する装置本体２０の内周面に凹溝を形成して冷媒流動路としてもよく、また外側間座３３と装置本体２０の内周面の両方に凹溝を形成して冷媒流動路を構成することもできる。

同様に、磁性流体シール部冷却構造の冷媒流動路を形成する凹溝５１ａの代わりに、ポールピース５１と接する装置本体２０の内周面に凹溝を形成して冷媒流動路としてもよく、またポールピース５１と装置本体２０の内周面の両方に凹溝を形成して冷媒流動路を構成することもできる。

同様に、排熱部６０の冷媒流動路を形成する凹溝６１ａの代わりに、軸熱吸収部材６１と接する装置本体２０の内周面に凹溝を形成して冷媒流動路としてもよく、また軸熱吸収部材６１と装置本体２０の内周面の両方に凹溝を形成して冷媒流動路を構成することもできる。

また、上述した実施形態では、外側間座３３を冷却する構造に加え、軸受３１を冷却する構造や、磁性流体シール部５０を冷却する構造、さらに排熱部６０における回転軸１０の冷却構造を備えていたが、それらの一部を省略することもできる。

また、上述した実施形態では、冷媒を、磁性流体シール部５０から装置本体２０の周囲を経由して外側間座３３に供給し、さらに装置本体２０の周囲から排熱部６０へと流動させていたが、冷媒の流動経路はこれに限定されず、必要に応じて適宜変更してもよい。

１０：回転軸、１１：内輪突当て部、１２：内輪押え装着部、
２０：装置本体、２０ａ：凹溝、
２１ａ，２１ｂ：貫通孔、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ：貫通孔、２３：被覆部材、２３ａ，２３ｂ：貫通孔、２４ａ，２４ｂ：貫通孔、
３０：軸受部、３１：軸受、３２：内側間座、３３：外側間座、３３ａ：凹溝、３４：外輪突当て部材、３５：外輪押え部材、３６：内輪押え部材、３７：内輪、３８：外輪、３８ａ：勾配、３９：転動体、
５０：磁性流体シール部、５１：ポールピース、５１ａ：凹溝、５１ｂ：仕切壁、５２：磁石、５３：磁性流体、
６０：排熱部、６１：軸熱吸収部材、６１ａ：凹溝

Claims (7)

1. 複数の軸受により回転軸を回転自在に支持する軸受装置において、
   前記複数の軸受の内輪に接触するように当該各軸受の間に配置した内側間座と、
   前記複数の軸受の外輪に接触するように当該各軸受の間に配置した外側間座と、
   前記外側間座を冷却する外側間座冷却手段と、を備えたことを特徴とする軸受装置。
2. 前記内側間座は、前記軸受の内輪に沿った円筒形状に形成し、
   前記外側間座は、前記軸受の外輪に沿った円筒形状に形成してあり、
   前記内側間座と外側間座との間に生じる温度差に伴い、前記内側間座が前記軸受の内輪を軸方向へ押圧し、前記軸受の内輪を外輪に対して軸方向へ相対変位させる構成であることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記複数の軸受は、背面どうしを対向させる背面組合せの配置としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
4. 前記複数の軸受、内側間座および外側間座を収容する装置本体を備え、
   前記複数の軸受を冷却するための冷媒流動路を当該装置本体に形成するとともに、
   前記外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路を前記装置本体に形成し、
   これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受装置。
5. 前記複数の軸受、内側間座および外側間座を収容するとともに、磁性流体シール部が組み込まれた装置本体を備え、
   前記磁性流体シール部を冷却するための冷媒流動路を前記装置本体に形成するとともに、
   前記外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路を前記装置本体に形成し、
   これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受装置。
6. 前記複数の軸受、内側間座および外側間座を収容するとともに、前記回転軸を冷却するための排熱部が組み込まれた装置本体を備え、
   前記排熱部を冷却するための冷媒流動路を前記装置本体に形成するとともに、
   前記外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路を前記装置本体に形成し、
   これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受装置。
7. 前記複数の軸受、内側間座および外側間座を収容するとともに、磁性流体シール部と前記回転軸を冷却するための排熱部とが組み込まれた装置本体を備え、
   前記複数の軸受を冷却するための冷媒流動路と、前記磁性流体シール部を冷却するための冷媒流動路と、前記排熱部を冷却するための冷媒流道路と、前記外側間座冷却手段を構成する冷媒流動路と、を前記装置本体に形成し、これら各冷媒流動路を連通して冷媒を循環させる構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受装置。

Images